JP2009260594A - Data communication method - Google Patents
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Description
本発明は、無線アドホックネットワークを利用したデータ通信方法に係り、特にマルチキャスト通信で中継ノードに異常が発生した時の通信経路確保とデータ転送に関する。 The present invention relates to a data communication method using a wireless ad hoc network, and more particularly to securing a communication path and data transfer when an abnormality occurs in a relay node in multicast communication.
無線を用いたアドホックネットワークは、無線が直接届かない無線端末同士間で、他の無線端末を経由して通信を可能にする。このネットワークでは、無線端末が無線状況などに適応して自立的にルート構築、障害回避、アドレス解決を可能とし、その研究開発も行われている。 An ad hoc network using radio enables communication between radio terminals that do not reach radio directly via other radio terminals. In this network, wireless terminals can autonomously build routes, avoid obstacles, and resolve addresses in response to wireless conditions, and research and development are also underway.
例えば、無線を用いたアドホックネットワークの研究においては、無線特有の問題であるノードの移動性からくる接続状態の変化や、無線帯域の効率的な利用などを考慮したさまざまな通信経路探索と維持のためのルーティングプロトコルが提案されている。 For example, in research on wireless ad hoc networks, various communication path searches and maintenances that take into account changes in connection status due to the mobility of nodes, which is a problem specific to wireless, and efficient use of wireless bandwidth, are considered. A routing protocol has been proposed.
一方、パソコンとリモートI/Oユニットを組み合わせてデータ収集を行うSCADAシステムは、工場やプラントの運転で主要な役割を担っており、より高い信頼性が求められている。 On the other hand, the SCADA system that collects data by combining a personal computer and a remote I / O unit plays a major role in the operation of factories and plants, and is required to have higher reliability.
無線を用いたアドホックネットワークの信頼性については、まださまざま検討が進められている段階であり、SCADAシステムに適用できるほどの信頼性が確保されているとは言い難い。 As for the reliability of the ad hoc network using wireless communication, various studies are still in progress, and it is difficult to say that the reliability is high enough to be applied to the SCADA system.
無線を用いたアドホックネットワークのルーティングの例として、移動体を含む無線端末間でマルチキャスト通信を行い、この通信に宛先ノードとその隣接ノードを含んだ複数のノードを宛先とすることによって、宛先ノードが移動した場合にも途切れないデータ送信を可能にしている(例えば、特許文献1参照)。 As an example of the routing of an ad hoc network using radio, multicast communication is performed between wireless terminals including a mobile unit, and a destination node is determined by setting a plurality of nodes including a destination node and its adjacent nodes as destinations in this communication. Data transmission that is uninterrupted even when moving is enabled (see, for example, Patent Document 1).
他のルーティングの例として、受信ノードが受信完了を送信ノードに返すことによって、限られたノードだけが転送を行うことを実現し、ネットワークの負荷を下げている(例えば、特許文献2参照)。
無線アドホックネットワークでは、ルーティングプロトコルの働きによって、送信元から中継ノードを介した宛先までルートが決定されるが、一旦、宛先ノードへのルートが確定すると、宛先が特定の1つのノードに対する要求であれば、送信元ノードから宛先ノードまでの間の中継ノードに対しては基本的にユニキャストを用いた送信が行われる。 In a wireless ad hoc network, the route from the source to the destination via the relay node is determined by the action of the routing protocol. Once the route to the destination node is determined, the destination may be a request for a specific node. For example, transmission using unicast is basically performed for the relay node between the transmission source node and the destination node.
図5はユニキャストで送信した場合のデータ中継の例を示し、該当の中継ノード以外のノードはそれを感知しないので、特定の中継ノード1つが異常を起こした場合、その送信データは送達失敗の扱いとなり、送信元から改めて再送を行うことになってしまい、送達時間の遅延と伝送負荷の上昇につながる。同図では中継ノード10の異常により、2回の再送が発生した場合である。
FIG. 5 shows an example of data relay when transmitting by unicast, and nodes other than the corresponding relay node do not sense it, so when one specific relay node has an abnormality, the transmission data is not delivered successfully. As a result, a retransmission is performed again from the transmission source, leading to a delay in delivery time and an increase in transmission load. In this figure, a case where two retransmissions occur due to an abnormality of the
一方、特許文献1の方法では、特定の1つのノードに対する要求にブロードキャスト(マルチキャストを含む)を用いた場合には、任意の中継ノードの異常に関わらず再送は不要になるが、要求を受信した全ての中継ノードが宛先ノードに対して転送処理を行うことになるため、本来、あるルートで既に正しく届けられたデータが、同時に別の複数のルートをたどって転送されることになり、不必要にネットワークの負荷を高めてしまう。図6はマルチキャストで送信した場合のデータ中継の例を示し、中継ノード6が異常になっても他の中継ノード5などを経由してデータ転送がされる。
On the other hand, in the method of
また、特許文献2にあるように、受信ノードの受信完了を送信ノードに返す方式をとった場合にも、受信の成否を伝えるための余計な通信が必要になる。
Further, as described in
本発明の目的は、無線アドホックネットワークによるマルチキャスト通信において、通常時および中継ノードの異常発生時に、伝送負荷の上昇を抑えると共に送達時間の遅延を低減できるデータ通信方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a data communication method capable of suppressing an increase in transmission load and reducing a delay in delivery time during normal times and when a relay node malfunctions in multicast communication using a wireless ad hoc network.
本発明は、前記の課題を解決するため、無線アドホックネットワークを使用したマルチキャストデータ通信において、ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送するデータ通信方法とし、さらにマルチキャストデータを転送するまでの待機時間を中継ノード毎に指定し、この待機時間には、宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定するようにしたもので、以下の方法を特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention assigns an identifier for identifying a node to each node in multicast data communication using a wireless ad hoc network, and waits for multicast data received only by a node having a route to a destination node. Data communication method for transferring data only when there is no reception of the data from the adjacent relay node, and further specifying a waiting time for transferring the multicast data for each relay node. A node having a higher priority given by the delivery time to the destination node and the number of hops is designated with a shorter time, and is characterized by the following method.
(1)無線アドホックネットワークを利用し、送信元ノードから中継ノードへの送信、および中継ノードから他の中継ノードヘの送信にマルチキャスト通信を行い、宛先ノードへデータ送信を行うデータ通信方法であって、
ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、
送信元ノードは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に、宛先ノードを特定する識別子を指定、および各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを前記待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送する処理手順を有する、
ことを特徴とする。
(1) A data communication method that uses a wireless ad hoc network, performs multicast communication from a transmission source node to a relay node, and transmission from a relay node to another relay node, and transmits data to a destination node.
Assign an identifier that identifies the node by node,
The transmission source node has a processing procedure for designating an identifier for identifying the destination node in the data header of the multicast data, and designating a waiting time until each relay node receives the multicast data and transfers it,
The relay node has a processing procedure for holding multicast data received only by a node having a route to a destination node for the waiting time and transferring data only when the data is not received from an adjacent relay node.
It is characterized by that.
(2)ノード毎に固有のマルチキャストアドレスを割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする。
(2) Assign a unique multicast address to each node,
The source node has a processing procedure for designating a multicast address corresponding to the destination node as a destination address at the time of data transmission,
The relay node has a processing procedure for waiting for reception of the multicast address only when the relay node holds a route to the destination node.
It is characterized by that.
(3)マルチキャストアドレスは、アドホックネットワークを構成するノード間で共通としておき、ノード毎に固有のネットワークポート番号を割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする。
(3) A multicast address is made common among nodes constituting an ad hoc network, and a unique network port number is assigned to each node.
The source node has a processing procedure for designating a network port number corresponding to the destination node as the destination port number at the time of data transmission,
The relay node has a processing procedure for waiting for reception of the network port number only when the route to the destination node is held.
It is characterized by that.
(4)前記待機時間は、中継ノード毎に指定し、かつ宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定することを特徴とする。 (4) The standby time is specified for each relay node, and a shorter time is specified for a node having a higher priority given by the delivery time to the destination node and the number of hops.
以上のとおり、本発明によれば、無線アドホックネットワークを使用したマルチキャストデータ通信において、ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送するデータ通信方法とし、さらにマルチキャストデータを転送するまでの待機時間を中継ノード毎に指定し、この待機時間には、宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定するようにしたため、通常時および中継ノードの異常発生時に、伝送負荷の上昇を抑えると共に送達時間の遅延を低減できる。 As described above, according to the present invention, in multicast data communication using a wireless ad hoc network, an identifier for identifying a node is assigned to each node, and multicast data received only by a node having a route to a destination node is held for a waiting time. And a data communication method for transferring data only when the data is not received from an adjacent relay node, and a waiting time until multicast data is transferred is designated for each relay node. The higher the priority given by the delivery time and the number of hops, the shorter the time is specified, so that the increase in transmission load can be suppressed and the delivery time delay can be reduced at the normal time and when the relay node malfunctions .
具体的には、
(1)特定の中継ノードに異常が発生した場合でも、同じデータを別の中継ノードがそのまま転送することにより、伝送負荷の上昇と、送達時間の遅延を低減できる。
In particular,
(1) Even when an abnormality occurs in a specific relay node, an increase in transmission load and a delay in delivery time can be reduced by transferring the same data as it is from another relay node.
(2)各中継ノードにおける転送処理に待機時間を設定することで、隣接する中継ノードが別ルートで同じデータを転送するのを防止することにより、ネットワークの伝送負荷を低減する。 (2) By setting a standby time for the transfer process in each relay node, it is possible to prevent the adjacent relay node from transferring the same data through another route, thereby reducing the transmission load of the network.
(3)各中継ノードにおける転送処理の待機時間をノード別に変化させることにより、転送処理に伴うデータの衝突の可能性を低減し、同じデータの不要な転送処理防止策の確実性が向上する。 (3) By changing the waiting time of the transfer process in each relay node for each node, the possibility of data collision associated with the transfer process is reduced, and the reliability of the unnecessary transfer process preventing measure for the same data is improved.
(4)ノード別の待機時間は、優先順位の高いノードほど転送処理に対する待機時間を短くすることにより、送達時間が向上する。 (4) The waiting time for each node improves the delivery time by shortening the waiting time for the transfer process for a node having a higher priority.
(実施形態1)
図1は、本実施形態におけるノード構成とデータ構成図である。各ノードはコンピュータを中枢部とし、送受信機能をもつ電子装置を構成し、送信元ノードAが複数の中継ノードRを経由して宛先ノードBにデータ通信を行うシステムとし、アドホックネットワークの経路探索にはプロアクティブ型(OLSRなど)のルーティングプロトコルを用い、それによって無線アドホックネットワークを構築する。このネットワークにおいて、送信元ノードAから中継ノードRへの送信、および中継ノードRから中継ノードRヘの送信にマルチキャスト通信を行う。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a node configuration and data configuration diagram in the present embodiment. Each node has a computer as a central part, constitutes an electronic device having a transmission / reception function, and is a system in which a transmission source node A performs data communication to a destination node B via a plurality of relay nodes R, for route search of an ad hoc network Uses a proactive (such as OLSR) routing protocol, thereby building a wireless ad hoc network. In this network, multicast communication is performed for transmission from the transmission source node A to the relay node R and transmission from the relay node R to the relay node R.
マルチキャストアドレスはアドホックネットワークを構成するノード間で共通とし、各ノードには当該ノードを特定する識別子A1,R1,B1を与える。送信元ノードAは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に宛先ノードを特定する識別子B1を指定する。また、送信元ノードAはデータヘッダ内に、各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間Tを指定する。 The multicast address is common among the nodes constituting the ad hoc network, and identifiers A1, R1, and B1 for identifying the node are given to each node. The source node A designates an identifier B1 that identifies the destination node in the data header of the multicast data. Further, the source node A designates in the data header a waiting time T until each relay node receives the multicast data and transfers it.
図2は、中継ノードのデータ中継処理フローである。各中継ノードRは、マルチキャストデータを受信したとき(S1)、送信元ノードAが要求する宛先ノードBヘのルートR2を自ノード内に保持していない場合には送信元ノードAから送信されたマルチキャストデータを破棄し(S2、S3)、保持している場合には送信元ノードAから送信されたマルチキャストデータを保持する(S2、S4)。これによって転送を行うノードを限定する。 FIG. 2 is a data relay processing flow of the relay node. When each relay node R receives the multicast data (S1), it is transmitted from the source node A if it does not hold the route R2 to the destination node B requested by the source node A in its own node. The multicast data is discarded (S2, S3), and if it is retained, the multicast data transmitted from the transmission source node A is retained (S2, S4). This limits the nodes that perform the transfer.
次に、各中継ノードRは、送信元ノードAによって指定される一定時間待機する(S4)。この時間は、送信元ノードAによって指定されたマルチキャストデータ受信からそれを転送するまでの待機時間Tである。各中継ノードRは、待機時間を経過した後、2つ以上のノードから同じデータを受信していないかをチェックし(S5)、受信している場合には別ノードで中継処理済みと判断して保持していたマルチキャストデータを破棄する(S6)。受信していない場合、保持していたマルチキャストデータを宛先ノードへ向けて、ルートR2上の中継ノードに転送する(S7)。 Next, each relay node R waits for a predetermined time designated by the source node A (S4). This time is a waiting time T from the reception of the multicast data designated by the source node A to the transfer of the multicast data. Each relay node R checks whether or not the same data has been received from two or more nodes after the standby time has elapsed (S5), and if received, determines that the relay processing has been completed at another node. The multicast data that has been held is discarded (S6). If not received, the held multicast data is transferred to the relay node on the route R2 toward the destination node (S7).
図3は、本実施形態によるマルチキャスト通信でのデータ中継の具体例を示す。送信元ノードAはマルチキャスト通信領域M1(マルチキャスト送信データの到達範囲)内に位置する中継ノードに向けてデータ送信する。このうち中継ノード1,4は、宛先ノードへのルート(ルーティングプロトコルによって構成済のルート)を持たないためデータを破棄する。中継ノード2,3は宛先ノードへのルートを保持しているため、データを保持し、一定時間待機する。
FIG. 3 shows a specific example of data relay in multicast communication according to the present embodiment. The transmission source node A transmits data toward a relay node located in the multicast communication area M1 (the reachable range of multicast transmission data). Among these, the
中継ノード2,3は受信データを宛先ノードへ向けた転送に際し、待機時間後に他からの同一データの受信がないことを確認する。この確認を中継ノード3が行ったとき、中継ノード2の転送が先になされていた場合、中継ノード2からデータを受信しており、データ転送を行わない。
When the
これにより中継ノード2からのデータ転送が行われ、同じ通信領域M2に位置して宛先ノードへのルートになる中継ノード5,6にデータを転送する。このデータ転送において、中継ノード6に異常がなければ、中継ノード6から中継ノード9へのデータ転送がなされ、中継ノード5による転送処理は行われない。ただし、中継ノード6に異常があれば、中継ノード9へのデータ転送が行われないため、中継ノード5によるデータ転送が行われる。
As a result, data transfer from the
いずれの場合にも、中継ノード9が宛先ノードBにデータ転送を行って、1つのデータ通信を終了する。
In either case, the
以上のように、本実施形態では、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみ当該データを転送することにより、ネットワーク全体の不必要な伝送負荷の上昇を抑えることができる。 As described above, in this embodiment, only the node having the route to the destination node holds the multicast data received for the waiting time, and transfers the data only when the data is not received from the adjacent relay node. Thus, an unnecessary increase in transmission load of the entire network can be suppressed.
また、転送ルート上の中継ノードに異常が発生した場合でも、同じデータを別の中継ノードがそのまま転送することにより、送信元から改めて再送を行うことなく、送達時間の遅延を低減できる。 Even when an abnormality occurs in a relay node on the transfer route, another relay node transfers the same data as it is, so that a delay in delivery time can be reduced without re-transmission from the transmission source.
(実施形態2)
本実施形態は、実施形態1において、ノード毎に割り当てる識別子をマルチキャストアドレスにする。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the identifier assigned to each node in the first embodiment is a multicast address.
つまり、ノード毎に固有のマルチキャストアドレスを割り当てる。送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する。各中継ノードでは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う。 That is, a unique multicast address is assigned to each node. The transmission source node designates a multicast address corresponding to the destination node as a destination address at the time of data transmission. Each relay node waits to receive the multicast address only when it holds a route to the destination node.
本実施形態によれば、データリンク層でデータの受信または破棄の判断が行われ、CPU負荷の低減を行うことができる。 According to this embodiment, the data link layer determines whether data is received or discarded, and the CPU load can be reduced.
(実施形態3)
本実施形態は、実施形態1において、ノード毎に割り当てる識別子をマルチキャストアドレスのポートにする。
(Embodiment 3)
In this embodiment, the identifier assigned to each node in the first embodiment is a port of a multicast address.
つまり、マルチキャストアドレスはアドホックネットワークを構成するノード間で共通としておき、ノード毎に固有のネットワークポート番号を割り当てる。これにより、送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する。各中継ノードでは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う。 That is, the multicast address is common among the nodes constituting the ad hoc network, and a unique network port number is assigned to each node. Thereby, the transmission source node designates the network port number corresponding to the destination node as the destination port number at the time of data transmission. Each relay node waits for reception of the network port number only when it holds a route to the destination node.
本実施形態によれば、CPU負荷を低減する一方で、マルチキャストアドレスをノード数分用意する必要がないため、マルチキャストアドレスの管理が不要になる。 According to this embodiment, while reducing the CPU load, it is not necessary to prepare multicast addresses for the number of nodes, so management of multicast addresses becomes unnecessary.
(実施形態4)
実施形態1〜3のデータ通信方法は、不必要な転送処理が防止でき、ネットワーク全体の負荷低減ができる一方、1つの送信元ノードからのマルチキャストデータを受信した複数の中継ノードが一定の待機時間の後に一斉に転送処理を行うと、それぞれの中継処理速度によっては、各々の送信データが衝突する可能性が高くなる。
(Embodiment 4)
In the data communication methods of the first to third embodiments, unnecessary transfer processing can be prevented and the load on the entire network can be reduced. On the other hand, a plurality of relay nodes that receive multicast data from one transmission source node have a certain waiting time. If the transfer processing is performed all at once after this, there is a high possibility that the transmission data will collide depending on the respective relay processing speeds.
これを防止するために、本実施形態は、送信元ノードはマルチキャストデータ内の各ノードの待機時間をそれぞれ異なる時間に設定する。各中継ノードは、送信元ノードから指定されたノード別の待機時間に従って転送処理を行うことにより転送処理に伴うデータの衝突の可能性を低減できると共に、不要な転送処理の防止策の確実性を向上できる。 In order to prevent this, in this embodiment, the transmission source node sets the waiting time of each node in the multicast data to a different time. Each relay node can reduce the possibility of data collision associated with the transfer process by performing the transfer process according to the waiting time for each node specified by the transmission source node, and also ensure the reliability of measures for preventing unnecessary transfer processes. Can be improved.
(実施形態5)
本実施形態は、実施形態4において、隣接する中継ノード毎に、あらかじめ宛先までの送達時間やホップ数により優先順位を付け、優先順位の高いノードほど待機時間を短くすることによって、より早く確実に届くようにする。
(Embodiment 5)
In this embodiment, each of the adjacent relay nodes is prioritized according to the delivery time and the number of hops to the destination in advance, and the waiting time is shortened as the node having a higher priority becomes faster and more reliable. To reach.
図4はマルチキャストデータのヘッダ構成の例を示し、ノード番号別に、優先順位を持たせかつ優先順位が高いノードの待機時間も短くしている。 FIG. 4 shows an example of the header structure of multicast data. Each node number has a priority, and the standby time of a node having a high priority is also shortened.
A 送信元ノード
B 宛先ノード
R 中継ノード
A Source node B Destination node R Relay node
Claims (4)
ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、
送信元ノードは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に、宛先ノードを特定する識別子を指定、および各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを前記待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送する処理手順を有する、
ことを特徴とするデータ通信方法。 A data communication method that uses a wireless ad hoc network, performs multicast communication from a transmission source node to a relay node, and transmission from a relay node to another relay node, and transmits data to a destination node.
Assign an identifier that identifies the node by node,
The transmission source node has a processing procedure for designating an identifier for identifying the destination node in the data header of the multicast data, and designating a waiting time until each relay node receives the multicast data and transfers it,
The relay node has a processing procedure for holding multicast data received only by a node having a route to a destination node for the waiting time and transferring data only when the data is not received from an adjacent relay node.
A data communication method characterized by the above.
送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ通信方法。 Assign a unique multicast address to each node,
The source node has a processing procedure for designating a multicast address corresponding to the destination node as a destination address at the time of data transmission,
The relay node has a processing procedure for waiting for reception of the multicast address only when the relay node holds a route to the destination node.
The data communication method according to claim 1.
送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ通信方法。 The multicast address is common among the nodes constituting the ad hoc network, and a unique network port number is assigned to each node.
The source node has a processing procedure for designating a network port number corresponding to the destination node as the destination port number at the time of data transmission,
The relay node has a processing procedure for waiting for reception of the network port number only when the route to the destination node is held.
The data communication method according to claim 1.
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