JP2022021817A - 通信システム、ノード、通信方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】標準ＭＡＣプロトコルを変更せずにオポチュニスティックルーティングを実現する。【解決手段】実施形態の通信システムは、無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードを備える。前記ノードは、判定部と無線通信制御部とを備える。判定部は、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定する。無線通信制御部は、前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は通信システム、ノード、通信方法及びプログラムに関する。

オポチュニスティックルーティング（Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ Ｒｏｕｔｉｎｇ）は無線の特性を生かしたパケット転送方式で、転送時間の短縮、及び、パケット転送の信頼性の向上等が期待できる。従来のパケット転送方式では事前に確立したルーティングパスに沿ってホップバイホップでパケットを転送するが、オポチュニスティックルーティングでは、必ずしも、事前に確立したルーティングパスに沿ってパケットを転送しない。例えば、オポチュニスティックルーティングでは、送信されたパケットが数ホップ先の最終宛先のノードに受信されれば、中間ノードによる転送が省略される。

Ｓａｎｊｉｔ Ｂｉｓｗａｓ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｍｏｒｒｉｓ、ＥｘＯＲ：ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ ｍｕｌｔｉ－ｈｏｐ ｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ、［令和２年６月２２日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｌ．ａｃｍ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／１０．１１４５／１０８００９１．１０８０１０８〉 Ｓｉｍｏｎ Ｄｕｑｕｅｎｎｏｙ、Ｏｌａｆ Ｌａｎｄｓｉｅｄｅｌ、Ｔｈｉｅｍｏ Ｖｏｉｇｔ、Ｌｅｔ ｔｈｅ ｔｒｅｅ Ｂｌｏｏｍ：ｓｃａｌａｂｌｅ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ ｒｏｕｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ＯＲＰＬ、［令和２年６月２２日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｄｌ．ａｃｍ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／１０．１１４５／２５１７３５１．２５１７３６９〉 ＲＦＣ ６５５０、ＲＰＬ：ＩＰｖ６ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｌｏｗ－Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ、［令和２年６月２２日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｔｏｏｌｓ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｈｔｍｌ／ｒｆｃ６５５０〉

しかしながら従来の技術では、標準ＭＡＣプロトコルを変更せずにオポチュニスティックルーティングを実現することができなかった。

実施形態の通信システムは、無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードを備える。前記ノードは、判定部と無線通信制御部とを備える。判定部は、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定する。無線通信制御部は、前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送する。

第１実施形態の通信システムの装置構成の例を示す図。 第１実施形態のルータとして動作するノードの機能構成の例を示す図。 第１実施形態の通常のノードの機能構成の例を示す図。 第１実施形態のノード間で送受信されるパケットの構成の例を示す図。 第１実施形態のランク値による転送制御方法について説明するための図。 第１実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャート。 第２実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャート。 第３実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャート。 第５実施形態のノード間で送受信されるパケットの構成の例を示す図。 第１乃至第５実施形態のノードのハードウェア構成の例を示す図。

以下に添付図面を参照して、通信システム、ノード、通信方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。

従来のパケット転送方式として、例えばＥｘＯＲ及びＯＲＰＬ等がある。

ＥｘＯＲでは、送信ノードは、自身の近隣ノードから転送ノードを複数選び、送信パケットのヘッダに転送ノードを列挙する。送信されたパケットを受信した近隣ノードは、パケットのヘッダを参照し、自身が転送ノードとして指定されている場合に確認応答を送信する。なお、ＥｘＯＲでは宛先に近い転送ノードほど早いタイミングで確認応答が送信できるため、自分の確認応答のタイミングよりも早く他ノードから確認応答を受信した場合は、該パケットの転送を取りやめる。これにより、パケットを受信した転送ノードのうち、もっとも宛先に近いノードのみがパケットを転送できる。

ＯＲＰＬでは、ｄｕｔｙ－ｃｙｃｌｅｄの無線通信上にオポチュニスティックルーティングを実現する。送信ノードは、送信パケットを連続して送信する。近隣ノードのうち、転送ノードになりうるノードが当該パケットを受信し、確認応答を送信ノードに返すと、送信ノードによる送信処理が完了する。パケット受信時に自ノードが転送ノードになりうるか否かは、ＲＰＬの木構造を利用して判断される。パケットがルートに向かう上りパケットの場合は、送信ノードよりもＲＰＬ Ｒａｎｋがパラメタｗ以上小さいときに転送ノードになる。ここで、パラメタｗは不必要な転送を避けるための閾値である。下りパケットについては、ルーティングヘッダに転送ノードを列挙するか、Ｂｌｏｏｍ Ｆｉｌｔｅｒで転送ノードの集合を表現する。

ＥｘＯＲもＯＲＰＬも標準ＭＡＣプロトコルであるＩＥＥＥ ８０２．１５．４のままでは、オポチュニスティックルーティングを実現することができない。

以下の第１実施形態では、標準ＭＡＣプロトコルを変更せずにオポチュニスティックルーティングを実現する通信システム、ノード、通信方法及びプログラムについて説明する。

（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態の通信システムの装置構成の例について説明する。

［装置構成の例］
図１は第１実施形態の通信システム１００の装置構成の例を示す図である。第１実施形態の通信システム１００は、ノード１０ａ～１０ｎ及びネットワーク２００を備える。

ノード１０ａ～１０ｎは、無線マルチホップネットワークを構成する通信装置である。図１中の点線は無線リンクを表す。点線の接続関係は、ノード１０ａ～１０ｎが構築するルーティングツリーを示す。以下、ノード１０ａ～１０ｎを区別しない場合は、単にノード１０という。

ノード１０ａは、ノード１０ａの周辺ノードとの無線リンクの他に、ネットワーク２００との接続を持つ。典型的にはネットワーク２００は、インターネットである。ノード１０ａは、ノード１０ａ～１０ｎで構成する無線マルチホップネットワークと、外部のネットワーク２００とを接続するルータ（ゲートウェイ、集約装置又はコンセントレータ）として動作する。なお、ノード１０ａがネットワーク２００との接続を持つことは必須ではない。

第１実施形態の通信システム１００では、無線通信規格としてＩＥＥＥ ８０２．１５．４が使用され、ルーティングプロトコルとしてＩＥＴＦ ＲＦＣ ６５５０（ＲＰＬ）が使用される場合を例にして説明する。なお、無線通信規格は、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４に限られず、時分割多重方式で通信する無線通信規格であれば任意でよい。例えば、無線通信規格は、ＩＥＥＥ ８０２．１１及びＷｉ－ＳＵＮ ＦＡＮ等でもよいし、独自の通信規格でもよい。また、ルーティングプロトコルについてもＲＰＬに限らず、ＣＴＰ（Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｒｅｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やその他のプロトコルでもよい。

次に、第１実施形態のノード１０ａの機能構成の例について説明する。

［ノード１０ａの機能構成の例］
図２は第１実施形態のルータとして動作するノード１０ａの機能構成の例を示す図である。第１実施形態のノード１０ａは、通信処理部１１、記憶部１２、無線通信制御部１３及び対外通信制御部１４を備える。

通信処理部１１は、判定部１１１、処理部１１２及び記憶制御部１１３を備える。

判定部１１１は、無線通信制御部１３により受信されたパケットを転送するか否かを判定する。判定部１１１の動作の詳細は、図６のフローチャートを用いて後述する。

処理部１１２は、ネットワーク通信処理を行う。例えば、処理部１１２は、ノード１０ａ～１０ｎで構成される無線マルチホップネットワークの制御を行う。無線マルチホップネットワークの制御には、例えば無線マルチホップネットワークの構築及び維持のための制御データの送信制御、及び、無線マルチホップネットワークを構成するノード１０の親子関係の特定等が含まれる。無線マルチホップネットワークの構築及び維持のための制御データは、無線通信制御部１３によりブロードキャストされたり、特定のノード１０宛にユニキャストされたりする。

また例えば、処理部１１２は、無線通信制御部１３と対外通信制御部１４との間のパケット転送を行う。また例えば、処理部１１２は、アプリケーションデータの生成、送信及び受信等を行う。アプリケーションデータは任意でよい。例えば、アプリケーションデータは、センサアプリケーションにより取得されたセンサデータ等である。

記憶制御部１１３は、記憶部１２に記憶される情報の記憶制御（読み出し及び書き込み等）を行う。

記憶部１２は、ネットワークトポロジを管理する情報を記憶する。例えば、記憶部１２は、ノード１０ｂ～ノード１０ｎから受信した無線マルチホップネットワーク制御パケットの情報（例えばＲＰＬの制御情報）を記憶する。

また例えば、記憶部１２は、ノード１０ａ～ノード１０ｂの接続関係を示す情報を記憶する。後述のように、ノード１０ｂ～ノード１０ｎは近隣ノードとの間の無線通信品質に従って、近隣ノードの中から自ノードの上位ノード（親ノード）を選択する。この上位ノード・子ノードの情報がネットワーク制御パケットにより各ノード１０ｂ～ノード１０ｎからノード１０ａに伝えられる。その結果、記憶部１２が接続関係を示す情報として持つ最小セットの情報は、ノード１０ａ～ノード１０ｎの親子関係を示す情報である。処理部１１２は、この親子関係の情報を基に、ネットワーク全体のネットワークトポロジ図を生成したり、そのネットワークトポロジ上でノード１０ａからあるノード１０の間に存在するノード１０を列挙したりする。

無線通信制御部１３は、通信処理部１１から受け付けたノード１０ｂ～１０ｎ宛のパケットやブロードキャストパケットを送信する。また、無線通信制御部１３は、ノード１０ｂ～１０ｎから送信されたパケットを受信すると、当該パケットを通信処理部１１へ入力する。

対外通信制御部１４は、ネットワーク２００を介した通信を制御する。なお上述のように、ノード１０ａは、対外通信制御部１４を備えていなくてもよい。

次に、第１実施形態のノード１０ｂ～１０ｎの機能構成の例について説明する。ノード１０ｂ～１０ｎの機能構成は同じなので、ノード１０ｂを例にして説明する。

［ノード１０ｂの機能構成の例］
図３は第１実施形態の通常のノード１０ｂの機能構成の例を示す図である。第１実施形態のノード１０ｂは、通信処理部１１、記憶部１２及び無線通信制御部１３を備える。

通信処理部１１は、判定部１１１、処理部１１２及び記憶制御部１１３を備える。

判定部１１１は、無線通信制御部１３により受信されたパケットを転送するか否かを判定する。判定部１１１の動作の詳細は、図６のフローチャートを用いて後述する。

処理部１１２は、ネットワーク通信処理を行う。例えば、処理部１１２は、ノード１０ａ～１０ｎで構成される無線マルチホップネットワーク上のパケット転送処理を行う。また例えば、処理部１１２は、アプリケーションデータの生成、送信及び受信等を行う。

また例えば、処理部１１２は、無線マルチホップネットワークの構築及び維持のための制御データの送信制御を行う。また例えば、処理部１１２は、ノード１０ｂの近隣ノード（図１では、例えばノード１０ａ、１０ｃ及び１０ｆ）により送信された制御データを、無線通信制御部１３を介して受信することで、自ノードの近隣に存在する近隣ノードを示す近隣ノード情報を認識する。制御データは、無線通信制御部１３によりブロードキャスト又はマルチキャストされたり、特定のノード宛にユニキャストされたりすることによって、ノード１０ｂとノード１０ａ～１０ｎの間で送受信される。なお近隣ノードは、制御データの受信以外の方法で認識されてもよい。

記憶制御部１１３は、記憶部１２に記憶される情報の記憶制御（読み出し及び書き込み等）を行う。

記憶部１２は、近隣ノード情報、及び、ランク情報を記憶する。ランク情報とはネットワークトポロジ上でのノード１０ａからの相対的な距離を表す情報であり、中間ノード数（ホップ数）で表現されたり、中間ノード数に加えて電波強度やＥＴＸ（Ｅｘｐｅｃｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｕｎｔ）といった通信品質情報、ノードの状態情報などを考慮して計算される値だったりする。ノードの状態情報とは例えば、子ノードの数や、ノードが電池駆動している場合には電池の残量などである。

＜近隣ノード情報の例＞
近隣ノード情報は、各ノード１０のアドレス情報、及び、各ノード１０の無線通信品質の評価値等を含む。典型的には，近隣ノード情報に含まれる各ノード１０の情報はライフタイム管理がされ、一定期間更新されなければ自動で削除される。また、近隣ノード情報により特定される近隣ノードから少なくともひとつのノード１０が、ノード１０ｂの上位ノード（親ノード）として選ばれる。図１の例では、ノード１０ａがノード１０ｂの上位ノードに選ばれる。

上位ノードの選択基準はアプリケーション等に応じていろいろな選択基準がある。例えば、処理部１１２は、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、ＥＴＸ（Ｅｘｐｅｃｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｕｎｔ）、及び、その他のメトリックを使って算出されたコスト等で評価された無線通信品質に基づいて、上位ノードを選択する。

ノード１０ｂにより選択される上位ノードは、無線環境の変動により変化する。処理部１１２は、新たに上位ノードを選択したとき、または所定のインタバル等に従って、新たな上位ノードの情報を含む制御パケットを、無線通信制御部１３を介してノード１０ａへ送信する。ノード１０ａが、この制御パケットを受信し、処理することで、ノード１０ｂの上位ノード（つまり，子ノードをノード１０ｂとしたときの親ノード）が認識される。ノード１０ｂの上位ノードは、親子関係の情報としてノード１０ａの記憶部１２に記憶される。

＜ランク情報の例＞
処理部１１２は、自ノードの上位ノードの情報に従って自ノードのランク情報を算出する。ランク情報は、例えばノード１０ａに近いほど小さいランク値である。ランク値の算出方法は、使用しているルーティングプロトコル及びランク算出アルゴリズム等により異なる。基本的には、自ノードのランク値は、自ノードの上位ノードのランク値に、当該上位ノードとの間の無線通信品質の評価値が加算されることにより算出される。よって、自ノードのランク値は上位ノードのランク値よりも大きくなる。上位ノードよりも大きい自ノードのランク値から、ネットワークトポロジ上のノード１０ａからの距離は上位ノードよりも自ノードのほうが遠いことがわかる。処理部１１２は、記憶部１２から自ノードのランク情報を取得し、このランク情報を制御データとして無線通信制御部１３を介してブロードキャスト又はマルチキャストしたり、特定ノード宛にユニキャストしたりする。

無線通信制御部１３は、通信処理部１１から受け付けたノード１０ａ、１０ｃ～１０ｎ宛のパケットやブロードキャストパケットを送信する。また、無線通信制御部１３は、ノード１０ａ、１０ｃ～１０ｎから送信されたパケットを受信すると、当該パケットを通信処理部１１へ入力する。

＜パケットの例＞
図４は第１実施形態のノード１０間で送受信されるパケットの構成の例を示す図である。パケットはヘッダ１０１とペイロード１０２とを含む。ヘッダ１０１には、このパケットの送信元アドレス、宛先アドレス、及び、転送のために使われる制御情報などが含まれる。ペイロード１０２には、送信元ノードが生成し、宛先ノードが処理するデータ（例えばアプリケーションデータ等）が含まれる。なお、無線通信制御部１３によって図４のパケットに更にヘッダが追加されてもよい。

次に実施形態の通信システム１００の転送制御方法について説明する。

実施形態の通信システム１００では、パケットの転送のために使われる転送制御情報がパケットに格納される。例えば、転送制御情報は、パケットの送信元ノードのランク値、又は、当該パケットを中継する転送ノード（中間ノード）のランク値を含む。

また例えば、転送制御情報は、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上のパス情報（親子関係の繋がり）を含む。ネットワークトポロジ上のパス情報は、ソースルーティングヘッダのようにパス上の（中間）ノードのアドレスを列挙して表現されていてもよいし、Ｂｌｏｏｍ Ｆｉｌｔｅｒのような圧縮形式で表現されていてもよい。

図５は第１実施形態のランク値による転送制御方法について説明するための図である。なお、図５の例では、図１の通信システム１００のうち、説明に使用しないノード１０ｂ、１０ｅ、１０ｉ、１０ｍ及び１０ｎは省略されている。図５に示すように、ノード１０ａから遠いノード１０ほど、ランク値が大きくなる。

例えば、ノード１０ａの無線通信制御部１３は、ノード１０ａからノード１０ｋ宛のパケットのヘッダ１０１に、送信元アドレスとしてノード１０ａを設定し、宛先アドレスとしてノード１０ｋを設定し、ランク情報としてノード１０ａのランク値（０）を設定する。

逆に、ノード１０ｋからノード１０ａ宛のパケットでは、送信元アドレスと宛先アドレスとが入れ替わり、ランク情報にはノード１０ｋのランク値である２５０が、ノード１０ｋの無線通信制御部１３により設定される。

ノード１０ａからノード１０ｋ宛のパケット、及び、ノード１０ｋからノード１０ａ宛のパケットをノード１０ｇの無線通信制御部１３が転送するとき、パケットに設定されるランク値をノード１０ｇのランク値（１７５）で更新する。なお、ノード１０ｇの無線通信制御部１３は、送信元アドレス及び宛先アドレスは変更しない。

一方、転送のために使われる転送制御情報としてパス情報が使われるとき、ノード１０ａからノード１０ｋ宛のパケットのヘッダ１０１には、ノード１０ｃ及び１０ｇを識別する情報（例えばアドレス情報等）が、ノード１０ａの無線通信制御部１３により設定される。ノード１０ｃ及び１０ｇを識別する情報は、例えばヘッダ１０１内で、ノード１０ａ（ルート）に近い順に列挙される。これにより、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係が、ヘッダ１０１に格納されたパス情報から特定可能になる。

また、ノード１０ｋからノード１０ａ宛のパケットのヘッダ１０１にも、ノード１０ｃ及び１０ｇを識別する情報がノード１０ｋの無線通信制御部１３により設定される。この場合には、ノード１０ｋの無線通信制御部１３は、何らかの方法で、自ノードからノード１０ａまでのパス情報を取得する。例えば、ノード１０ｋの無線通信制御部１３は、ネットワークトポロジを管理する情報を記憶するノード１０ａから、自ノードからノード１０ａまでのパス情報を取得する。

ヘッダ１０１に含める転送制御情報として、ランク値及びパス情報は排他的ではない。ヘッダ１０１に含まれる転送制御情報には、パケットの転送ノード（またはパケットの送信元ノード）のランク値、及び、送信元ノードから宛先ノードまでのパス情報の両方が含まれていてもよい。

［パケット受信処理の例］
図６は第１実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャートである。まず、判定部１１１が、無線通信制御部１３により受信されたパケットの宛先ノードを確認し、当該パケットが自ノード宛であるか否かを判定する（ステップＳ１）。パケットが自ノード宛である場合（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、例えばセンサアプリケーション等の上位レイヤが、パケットの受信処理（例えばパケットに含まれるデータの取得等）を行う（ステップＳ２）。

パケットが自ノード宛でない場合（ステップＳ１，Ｎｏ）、判定部１１１が、パケットのヘッダ１０１に、転送制御情報としてパス情報が含まれているか否かを判定する（ステップＳ３）。パス情報が含まれていない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、処理はステップＳ５に進む。

パス情報が含まれている場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、判定部１１１は、自ノードまたは近隣ノード（自ノード及び近隣ノードの少なくとも１つ）が、パケットの送信元ノードと宛先ノード間のパス上に転送ノードとして含まれているか否かを判定する（ステップＳ４）。自ノードまたは近隣ノードがパス上に転送ノードとして含まれていない場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、処理部１１２が、パケットを破棄する（ステップＳ８）。

自ノードまたは近隣ノードがパス上に転送ノードとして含まれている場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、判定部１１１が、パケットのヘッダ１０１に、転送制御情報としてランク情報（ランク値）が含まれているか否かを判定する（ステップＳ５）。ランク情報が含まれていない場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、処理部１１２が、パケットを破棄する（ステップＳ８）。

ランク情報が含まれている場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、判定部１１１は、自ノードがパケットを転送すべきか否かを、パケットに含まれるランク値と、自ノードのランク値との大小関係に基づいて判定する（ステップＳ６）。具体的には、判定部１１１は、パケットの宛先が、ノード１０ａ、及び、ネットワーク２００に接続された外部装置等である場合（パケットが上りパケットである場合）、パケットの転送制御情報に含まれるランク値よりも、自ノードのランク値が小さい時に、パケットを転送すると判定する。一方、判定部１１１は、パケットが、無線マルチホップネットワーク内でノード１０ａ（ルート）から離れていく下りパケットである場合、パケットの転送制御情報に含まれるランク値よりも、自ノードのランク値が大きい時に、パケットを転送すると判定する。

自ノードがパケットを転送しない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、処理部１１２が、当該パケットを破棄する（ステップＳ８）。自ノードがパケットを転送する場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、無線通信制御部１３が、当該パケットを転送する（ステップＳ７）。

なお、自ノードでパケットを生成し、送信元ノードとして当該パケットを送信する際に、転送制御情報としてランク情報を使うか、パス情報を使うか、その両方を使うかは、当該自ノードの転送制御設定として事前に静的に設定されていてもよいし、動的に設定されていてもよい。

動的に設定される場合には、例えばネットワーク２００に接続された外部装置等から各ノード１０への指示によって、転送制御情報としてランク情報を使うか、パス情報を使うか、その両方を使うかが、各ノードに設定される。

以上、説明したように、第１実施形態の通信システム１００では、判定部１１１が、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、転送ノードとしてパス情報に含まれているか否かを判定する。そして、無線通信制御部１３が、自ノード及び近隣ノードの少なくとも１つがパス情報に含まれている場合、パケットを転送する。

これにより第１実施形態の通信システム１００によれば、標準ＭＡＣプロトコルを変更せずにオポチュニスティックルーティングを実現することができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

第２実施形態では、ノード１０の処理部１１２が、判定部１１１によりパケットを転送すると判定された場合、待ち時間が経過するまで当該パケットを転送待機パケットとして保持する。そして、無線通信制御部１３が、待ち時間が待機した後に、転送待機パケットを転送する。また、処理部１１２は、待ち時間の間に、転送待機パケットと同じパケットを他のノードから受信した場合、転送待機パケットを破棄する。

［パケット受信処理の例］
図７は第２実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャートである。図７では、上述の図６のフローチャートに更にステップＳ０及びＳ６－２の処理が追加されている。

ステップＳ０の処理の説明の前に、ステップＳ６－２の処理について説明する。第２実施形態の通信システム１００では、ステップＳ６において、自ノードがパケットを転送すると判定された場合、待ち時間が経過するまで待機した後に（ステップＳ６－２）、ステップＳ７のパケット転送処理が実行される。

例えば、この待ち時間は、固定的に（定数で）指定される。また例えば、待ち時間は、その都度、ランダムに選択された値である。また例えば、待ち時間は、Ｔｒｉｃｋｌｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＩＥＴＦ ＲＦＣ ６２０６）のような制御によって決定されてもよい。

第２実施形態の通信システム１００では、ノード１０が、ステップＳ７のパケット転送処理を実行する前の待ち時間を待っている間に、他のノード１０により転送された同一パケットを受信する可能性がある。そのため、第２実施形態の通信システム１００では、ステップＳ０の処理を設け、判定部１１１が、転送待機パケットと同一のパケットを受信したか否かを判定する。

転送待機パケットと同一のパケットを受信した場合（ステップＳ０，Ｙｅｓ）、処理部１１２が、当該同一のパケットを破棄する（ステップＳ８）。このとき、処理部１１２は、ステップＳ６－２の処理によって転送待ちをしていた転送待機パケットも破棄する。

なお、ステップＳ０の処理において、パケットが同一であるか否かの判定処理は、パケットに含まれる全てのデータが厳密に同一であることを要求しない。例えば転送制御情報としてパケットに含まれるランク値は、転送したノード１０により上書きされるため異なる。そのため、パケットが同一であるか否かを判定する具体的な判定方法（パケットのどの部分を参照して同一であるか否かを判定する方法）は、適宜、定められてよい。

第２実施形態の通信システム１００によれば、第１実施形態の効果に加えて、更に、無線マルチホップネットワーク内のパケットの転送処理で、フラッディングの発生を防止することができる。

なお、上述の第１及び第２実施形態において、他ノード宛の受信パケットの転送要否を判断する際に、Ｔｒｉｃｋｌｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍのｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｋを用いた制御のような冗長転送が行われてもよい。

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

第３実施形態では、ノード１０の無線通信制御部１３は、パケットの転送をした後、転送されたパケットの受信確認をするまで、パケットを再送する。

［パケット受信処理の例］
図８は第３実施形態のパケット受信処理の例を示すフローチャートである。図８では、ステップＳ２の処理の後に、ステップＳ７の処理を実行する点、及び、ステップＳ７の処理が上述の図６のフローチャートと異なる。

具体的には、第３実施形態の通信システム１００では、パケットを受信したノード１０が、最終宛先ノードであっても、上位レイヤによる受信パケットの処理後（ステップＳ２）、当該パケットをブロードキャスト又はマルチキャストにより転送（送信）する（ステップＳ７）。これにより最終宛先ノードにパケットを転送したノード１０は、ステップＳ７の処理によって最終宛先ノードから送信されたパケットを受信することによって、自身が最終宛先ノードへ転送したパケットの受信確認をすることができる。

また、ステップＳ７の転送処理では、転送元のノード１０の無線通信制御部１３は、次の転送ノードへパケットを転送する際に、再送処理を行う。具体的には、転送元のノード１０の無線通信制御部１３は、転送元のノード１０により転送されたパケットを受信した次の転送ノードによってブロードキャスト又はマルチキャスト送信されたパケットを受信するまで、パケットを再送する。

最終宛先ノードであっても、上位レイヤによるパケットの処理後（ステップＳ２）、当該パケットがブロードキャスト又はマルチキャストにより転送（送信）されるため、ステップＳ７で実行される再送処理は、パケットが最終宛先ノードに転送される場合にも有効になる。

第３実施形態の通信システム１００によれば、第１実施形態の効果に加えて、更に、無線マルチホップネットワーク内のパケットの転送をより確実に行うことができる。

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

第４実施形態では、ＴＳＣＨ（Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔｔｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｏｐｐｉｎｇ）のように、時分割多重の無線通信方式が使われている場合について説明する。

第４実施形態では、上述の近隣ノード情報が、ノード１０ｂ～１０ｎの記憶部１２だけでなく、ノード１０ａの記憶部１２にも記憶される。更に、第４実施形態の近隣ノード情報では、各近隣ノードのデータ送信タイミング（送信セル）も記憶される。各ノード１０の無線通信制御部１３は、近隣ノードの送信セルで受信待ちを行い、当該近隣ノードにより送信（転送）されたパケットの受信処理を行う。

すなわち、第４実施形態の通信システム１００では、複数のノードの送信タイミングは、複数のノードのそれぞれが異なる場所にひとつの送信セルを持つ送信スケジュールによって制御される。ノード１０の無線通信制御部１３は、近隣ノードにより転送されたパケットを送信スケジュールに基づく近隣ノードの送信タイミングで受信する。無線通信制御部１３は、近隣ノードにより転送されたパケットを転送すると判定部１１１が判定した場合、近隣ノードにより転送されたパケットを送信スケジュールに基づく自ノードの送信タイミングで送信する。

（第５実施形態）
次に第５実施形態について説明する。第５実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

第５実施形態では、転送されるパケットの詳細について説明する。

＜パケットの例＞
図９は第５実施形態のノード１０間で送受信されるパケットの構成の例を示す図である。第５実施形態のパケットのヘッダ１０１は、内部ヘッダ１０１ａと外部ヘッダ１０１ｂとに分けられている。内部ヘッダ１０１ａには送信元ノード及び宛先ノードの情報が格納される。

外部ヘッダ１０１ｂには、上述の転送制御情報が格納される。また、外部ヘッダ１０１ｂには送信元アドレスとして、パケットを転送した転送ノードのアドレスが格納される。パケットが、当該パケットを生成した送信元ノードから送信される際は、外部ヘッダ１０１ｂの送信元アドレスと内部ヘッダ１０１ａの送信元アドレスは同じ（送信元ノードのアドレス）になる。外部ヘッダ１０１ｂの宛先アドレスには、ブロードキャストアドレス又はマルチキャストアドレスが格納される。すなわち、無線通信制御部１３は、ブロードキャスト又はマルチキャストによりパケットを転送する。

なお，無線通信制御部１３により図９のパケットに更にヘッダが追加されてもよい。

最後に、第１乃至第５実施形態のノード１０のハードウェア構成の例について説明する。

［ハードウェア構成の例］
図１０は第１乃至第５実施形態のノード１０のハードウェア構成の例を示す図である。第１乃至第５実施形態のノード１０は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６を備える。制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信装置３０６は、バス３１０を介して接続されている。

制御装置３０１は、補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置２０２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリである。補助記憶装置３０３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及びメモリカード等である。図２及び３の記憶部１２は、主記憶装置３０２及び補助記憶装置３０３に対応する。

表示装置３０４は、ノード１０の状態等を表示する。表示装置３０４は、例えば液晶ディスプレイ等である。入力装置３０５は、ノード１０を操作するためのインタフェースである。入力装置３０５は、例えばノード１０の筐体に備えられたボタン等である。なお、表示装置３０４及び入力装置３０５は、表示機能と入力機能とを有するタッチパネル等により実現されていてもよい。また、ノード１０は、表示装置３０４及び入力装置３０５を備えていなくてもよい。

通信装置３０６は、他のノード１０、及び、外部装置等と通信するためのインタフェースである。

第１乃至第５実施形態のノード１０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ－Ｒ及びＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。

また第１乃至第５実施形態のノード１０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また第１乃至第５実施形態のノード１０で実行されるプログラムをダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。

また第１乃至第５実施形態のノード１０のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

第１乃至第５実施形態のノード１０で実行されるプログラムは、上述した図２のノード１０ａ、及び、図３のノード１０ｂ～１０ｎの機能ブロックのうち、プログラムによっても実現可能な機能ブロックを含むモジュール構成となっている。当該各機能ブロックは、実際のハードウェアとしては、制御装置３０１が記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、上記各機能ブロックが主記憶装置３０２上にロードされる。すなわち上記各機能ブロックは主記憶装置３０２上に生成される。

なお上述した図２及び３の各機能ブロックの一部又は全部をソフトウェアにより実現せずに、ＩＣ等のハードウェアにより実現してもよい。

また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２以上を実現してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ノード
１１ 通信処理部
１２ 記憶部
１３ 無線通信制御部
１４ 対外通信制御部
１００ 通信システム
１１１ 判定部
１１２ 処理部
１１３ 記憶制御部
２００ ネットワーク
３０１ 制御装置
３０２ 主記憶装置
３０３ 補助記憶装置
３０４ 表示装置
３０５ 入力装置
３０６ 通信装置
３１０ バス

Claims (10)

1. 無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードを備え、
   前記ノードは、
   送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定する判定部と、
   前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送する無線通信制御部と、
   を備える通信システム。
2. 前記判定部は、前記パケットにランク値が更に含まれている場合、前記パケットに含まれるランク値と、前記自ノードのランク値との大小関係に基づいて前記パケットを転送するか否かを更に判定し、
   前記無線通信制御部は、前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも一方が前記パス情報に含まれており、かつ、前記大小関係に基づいて前記パケットを転送すると判定された場合、前記パケットのランク値を前記自ノードのランク値に更新して、前記パケットを転送する、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記ノードは、
   前記パケットを転送すると判定された場合、待ち時間が経過するまで前記パケットを転送待機パケットとして保持する処理部を更に備え、
   前記無線通信制御部は、前記待ち時間が経過した後に、前記転送待機パケットを転送する、
   請求項２に記載の通信システム。
4. 前記処理部は、前記待ち時間の間に、前記転送待機パケットと同じパケットを他のノードから受信した場合、前記転送待機パケットを破棄する、
   を更に備える請求項３に記載の通信システム。
5. 前記無線通信制御部は、前記パケットの転送をした後、転送されたパケットの受信確認をするまで、前記パケットを再送する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記複数のノードの送信タイミングは、前記複数のノードのそれぞれが異なる場所にひとつの送信セルを持つ送信スケジュールによって制御され、
   前記無線通信制御部は、前記近隣ノードにより転送されたパケットを前記送信スケジュールに基づく前記近隣ノードの送信タイミングで受信し、かつ、前記近隣ノードにより転送されたパケットを転送すると判定された場合、前記近隣ノードにより転送されたパケットを前記送信スケジュールに基づく自ノードの送信タイミングで送信する、
   請求項２乃至５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記無線通信制御部は、ブロードキャスト又はマルチキャストにより前記パケットを転送する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定する判定部と、
   前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送する無線通信制御部と、
   を備えるノード。
9. 無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードの通信方法であって、
   前記ノードが、送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定するステップと、
   前記ノードが、前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送するステップと、
   を含む通信方法。
10. 無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードを、
    送信元ノードから宛先ノードまでのネットワークトポロジ上に含まれる転送ノードの親子関係を示すパス情報を含むパケットを受信すると、自ノード、及び、前記自ノードの近隣に存在する近隣ノードの少なくとも１つが、前記転送ノードとして前記パス情報に含まれているか否かを判定する判定部と、
    前記自ノード及び前記近隣ノードの少なくとも１つが前記パス情報に含まれている場合、前記パケットを転送する無線通信制御部、
    として機能させるためのプログラム。

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