JP2015065522A - 無線ノード、マルチホップ無線ネットワーク、隣接ノード情報登録方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
ネットワークに参加しようとするルータ(以下、新規参加ルータと呼ぶ)ZR2は、周辺ノードに対してビーコン要求をブロードキャストで送信する。ビーコン要求を受信した周辺に位置するルータ(以下、周辺ルータと呼ぶ)ZR1は自身の存在を知らせるためにビーコンを送信(応答)する。このとき、ビーコンペイロードにZIPにおけるネットワークIDを記載する。これにより、新規参加ルータZR2は、どのネットワークに加入すれば良いかを知ることができる。なお、周辺ルータがn個あれば、新規参加ルータZR2はn個のビーコン応答を受信する。また、図8に記述の周辺ルータZR1は、後述する所定の手続きにより、新規参加ルータZR2の隣接テーブルに記述されるルータであり、記述された以降は隣接ノードと呼ぶこととする。
新規参加ルータZR2は、コーディネータZCへのPANA(Protocol for carrying Authentication for Network Access)参加認証を開始するために、周辺ルータZR1に対してPCI(PANA Client Initiation)を送信し、周辺ルータZR1を介してPCIを受信した認証サーバ機能を有するコーディネータが認証を行い、ネットワーク鍵等を含む認証結果が周辺ノードZR1を介して新規参加ルータZR2に返信される。上述したPCIを受信した周辺ノードZR1は、以降、新規参加ルータZR2のPANA中継局として動作する。
PANAによる参加認証が完了した新規参加ルータZR2は、通知されたネットワーク鍵を用いてMAC層の暗号化通信を行うために、周辺ルータZR1との間でカウンタ値の交換を行う。このカウンタ値の交換には、ノードとリンクのプロパティをノード間で授受するためのUDP上で動作するメッシュリンク確立プロトコルMLE(Mesh Link Establishment)が用いられる。
新規参加ルータZR2は、自身のIPv6アドレスを決定するために、周辺ルータZR1との間で、プレフィックスを要求するルータ要請RS(Router Solicitation)とプレフィックスを通知するルータ応答RA(Router Advertisement)とを送受することにより、周辺ルータZR1からIPv6アドレスのプレフィックスを取得する。このとき、新規参加ルータZR2のIPv6アドレスは、16ビットのショートアドレス(SA)から生成されるが、この値はノード自身がランダムに決定するため、同じネットワーク内で重複する可能性がある。そこで、新規参加ルータZR2は、近接要請NS(Neighbor Solicitation)を周辺ルータZR1に送出して周辺ルータZR1からコーディネータZCへアドレス重複要求DAR(Duplicate Address Request)を与えてコーディネータZCに過去に同じアドレスが使用されていないかチェックさせ、コーディネータZCから、周辺ノードZR1へチェック結果を含むアドレス重複通知DAC(Duplicate Address Confirmation)へ送信させ、周辺ノードZR1からのアドレス通知の近接応答NA(Advertisement)を受信してショートアドレスの重複の有無を認識する。なお、アドレス重複要求DAR及びアドレス重複通知DACは、6lowpan−ndで規定されている。
ショートアドレスが確定した新規参加ルータZR2は、隣接ノードの探索を行うため、MLEリンク要求MLR(MLE Link Request)をマルチキャストアドレスで送信する。このメッセージを受信した隣接ノードZR1は、自身の隣接テーブルに空きがあれば、MLEリンク受入要求MLAR(MLE Link Accept and Request)を返信する。最後に、新規参加ルータZR2は、MLEリンク受入MLA(MLE Link Accept)を返信することで隣接テーブルヘの登録を完了する。以降、新規参加ルータZR2は、隣接テーブルに登録されたルータとの間のみ暗号化された通信を行う。
次に、新規参加ルータZR2は、マルチホップ経路を構築するために、IPv6のルーティングプロトコルであるRPL(IPv6 Routing Protocol for Low−Power and Lossy Networks)の動作を開始する。
例えば、920ZIPでは、経路を決定するメトリックとして、パケット受信率の逆数を用いており、パケット受信率は、メッシュリンク確立プロトコルMLEに従った定期的な公告により隣接ノード間で測定される。また、各ノード(ルータ)のトップノード(root;コーディネータが位置する)からの相対的な位置を表す指標であるランク(rank)の値の算出には、MRHOF(The Minimum Rank with Hysteresis Objecctive Function)と呼ばれる算出方法が用いられ、ヒステリシスな特性により、パケット受信率の変化に対して頻繁に経路が変更されないような工夫が施されている。
以下、本発明による無線ノード、マルチホップ無線ネットワーク、隣接ノード情報登録方法及びプログラムの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
第1の実施形態のマルチホップ無線ネットワークは、第1の実施形態の無線ノード(ZIPにおけるルータ相当)とトップノード(ZIPにおけるコーディネータ相当)とを有するものである。
次に、以上のような構成を有する第1の実施形態の無線ノード100を複数有する、第1の実施形態のマルチホップ無線ネットワークの動作を、図面を参照しながら説明する。
第1の実施形態によれば、周辺ノードとの間で制御パケットを授受して隣接テーブルを作成する際に、ホップ数(やランク値)が小さい周辺ノード、当該ノードとの間のリンクが受信電界強度が強いリンクである周辺ノードを優先的に隣接テーブルに登録することが可能となり、従来に比べて、安定したマルチホップ無線ネットワークを構築することができる。
次に、本発明による無線ノード、マルチホップ無線ネットワーク、隣接ノード情報登録方法及びプログラムの第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図5は、第2の実施形態における無線ノードの構成を示す機能ブロック図であり、第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
第1の実施形態では、ホップ数(若しくはランク値)が小さいノードを優先的に隣接テーブル106に登録することができる。しかし、メッシュリンク確立プロトコルMLEの各MLEメッセージは無線で送受信されるため、パケットの衝突などにより、宛先ノードに届く保証はない。また、隣接テーブル106には上限数があるため、ユーザが所望する周辺ノードが隣接テーブル106に登録されるとは限らない。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加え、以下の効果を奏することができる。すなわち、第2の実施形態によれば、新規に設置するノードの隣接テーブルに、中継が必要となるノード情報を確実に登録することができ、ユーザが所望するネットワーク構成を構築することができる。
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
Claims (11)
- マルチホップ無線ネットワークの無線ノードにおいて、
隣接ノードの情報を記憶する隣接ノード情報記憶手段と、
上記隣接ノード情報記憶手段に情報を登録する隣接ノードを定めるため、周辺ノードと制御メッセージを交換する制御メッセージ授受手段と、
当該無線ノードの上記マルチホップ無線ネットワークの接続状態に応じて、他の無線ノードから到来した第1の制御メッセージに応答する第2の制御メッセージの返信タイミングを調整する返信タイミング調整手段と、
他の無線ノードから到来した第2の制御メッセージの到来順に基本的には基づいて、上記隣接ノード情報記憶手段に情報を登録する隣接ノードを定める登録ノード決定手段と
を有することを特徴とする無線ノード。 - 上記登録ノード決定手段は、他の無線ノードから到来した第2の制御メッセージの到来時のリンクの通信品質指標が所定閾値より悪化している場合には、その無線ノードを登録する隣接ノードと決定しないことを特徴とする請求項1に記載の無線ノード。
- 上記制御メッセージ授受手段は、他の無線ノードから到来した第1の制御メッセージの到来時のリンクの通信品質指標が所定閾値より悪化している場合には、上記第2の制御メッセージを返信させないことを特徴とする請求項1に記載の無線ノード。
- 上記リンクの通信品質指標が、制御メッセージの受信時の受信電界強度であることを特徴とする請求項2又は3に記載の無線ノード。
- 上記返信タイミング調整手段が参照する、当該無線ノードの上記マルチホップ無線ネットワークの接続状態が、ツリートポロジーの頂点ノードから当該無線ノードへのホップ数、若しくは、ホップ数を算出可能な指標であり、ホップ数が小さいほど返信タイミングの遅れが少なくなるように、返信タイミングを調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無線ノード。
- 上記隣接ノード情報記憶手段に登録したい隣接ノードの識別情報を入力して、上記隣接ノード情報記憶手段に事前登録させる外部入力インタフェース手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の無線ノード。
- 上記制御メッセージ授受手段は、上記隣接ノード情報記憶手段に識別情報が事前登録された全ての隣接ノードからの上記第2の制御メッセージを受信し、事前登録された全ての隣接ノードへ、上記第2の制御メッセージに応答する第3の制御メッセージを返信することを保証するように動作すること特徴とする請求項6に記載の無線ノード。
- 上記制御メッセージ授受手段は、マルチキャストで上記第1の制御メッセージを送信する前に、事前登録された上記各隣接ノードとの間で、ユニキャストで上記第1及び第2の制御メッセージを交換することを特徴とする請求項6又は7に記載の無線ノード。
- 上記制御メッセージ授受手段は、マルチキャストで上記第1の制御メッセージを送信したことに基づく一連の制御メッセージの交換後、事前登録された上記各隣接ノードとの間で、ユニキャストで上記第1及び第2の制御メッセージを交換することを特徴とする請求項6又は7に記載の無線ノード。
- 複数の無線ノードを有するマルチホップ無線ネットワークにおいて、
上記各無線ノードとして、請求項1〜9のいずれかに記載の無線ノードを適用したことを特徴とするマルチホップ無線ネットワーク。 - マルチホップ無線ネットワークの無線ノードに搭載されるコンピュータを、
隣接ノードの情報を記憶する隣接ノード情報記憶手段と、
上記隣接ノード情報記憶手段に情報を登録する隣接ノードを定めるため、周辺ノードと制御メッセージを交換する制御メッセージ授受手段と、
当該無線ノードの上記マルチホップ無線ネットワークの接続状態に応じて、他の無線ノードから到来した第1の制御メッセージに応答する第2の制御メッセージの返信タイミングを調整する返信タイミング調整手段と、
他の無線ノードから到来した第2の制御メッセージの到来順に基本的には基づいて、上記隣接ノード情報記憶手段に情報を登録する隣接ノードを定める登録ノード決定手段と
して機能させることを特徴とする無線ノードプログラム。
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