JP3916606B2 - ノード選択方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明はノード選択方法に係り、特に、ほぼ均一に分散配置されたノード間を移動する移動体ノードが、現在通信しているノードから次に通信すべきノードを選択するに際して好適に使用することの出来るノード選択方法に関する。
背景技術
近年、ブルートゥース（Bluetooth）のような低コスト、小電力・近距離用の無線機器が種々の分野で広く用いられるようになってきている。セルラ無線電話システムのような多くの既存システムでは、移動体の検出を行ったり、ハンドオーバーを行ったりするために受信信号強度表示器（ＲＳＳＩ）を利用している。しかし、ＲＳＳＩを用いると電気回路が複雑化したり製造コストが上昇するなどの理由で上述したような無線機器に使用することは必ずしも好適ではない。
一例としてセルラー無線電話システムにおいて、移動体（以下移動体ノードという）がほぼ均一に分散配置された基地局（以下単にノードという）間を移動する場合について考察する。移動体ノードが動くと、移動体ノードと各ノードとの間の距離は変化し、これに供なって移動体ノードが受信する各ノードからの受信信号強度も変化する。
通常、移動体ノードは各ノードからの受信信号強度を所定のタイミングで計測しており、現在接続されて通信しているノードからの受信信号強度が弱くなると、受信信号強度が大きいノードへと接続先を変更するハンドオーバーを行う。このハンドオーバーのためのアルゴリズムが必要となる。
ハンドオーバーのタイミングを決定する際にはピンポン効果（ping-pong effect）を考慮しなくてはならない。
一般に、移動体ノードが２つのノードの無線通信ゾーンの重なり合った境界附近を移動すると、２つのノードからの受信信号強度が一方からのものが強くなったり、他方からのものが強くなったりして、ひんぱんに変化するため、移動体ノードが２つのノードの双方と不必要に接続切替を行う。これをピンポン効果という。このピンポン効果は通信不良をおこしたり、電力消費が増大するなどの問題を発生させる。
発明の開示
本発明は上述に背景技術の問題点を解消するためになされたもので、ノード選択方法に関するものである。本発明ではＲＳＳＩを用いることなくノード選択を可能とするアルゴリズムを提供する。
本発明のノード選択方法は、ほぼ均一に分散配置された複数のノード間を移動する移動体ノードが、次に通信すべき候補ノードを選択するノード選択方法において、前記移動体ノードは、前記移動体ノードの通信ゾーン内に位置するノードを特定する第１のステップと、特定されたノード毎に、他の特定されたノードとの通信ゾーン同士の重なり合いの個数をカウントする第２のステップと、最多個数がカウントされた前記特定ノードを前記通信すべき候補ノードとして選択する第３のステップとを実行することを特徴とする。
本発明のノード選択方法は、ほぼ均一に分散配置された複数のノード間を移動する移動体ノードが、次に通信すべき候補ノードを選択するノード選択方法において、前記移動体ノードは、前記移動体ノードの通信ゾーン内に位置する隣接ノードを特定する第１のステップと、前記隣接ノードの通信ゾーン内に位置する隣接ノードを特定する第２のステップと、前記隣接ノード毎に、前記第１のステップ及び前記第２のステップで、特定された回数を数える第３のステップと、所定の順番で前記特定された回数が多い前記隣接ノードを、前記通信すべき候補ノードとして選択する第４のステップとを実行することを特徴とする。
また、本発明のノード選択方法において、最多個数がカウントされた前記特定ノードが、前記移動体ノードが現在通信しているノードと同一の場合には、前記選択を行なわないことを特徴とする。
また、本発明のノード選択方法において、最多個数がカウントされた前記特定ノードが複数存在するときには任意の１つを選択することを特徴とする。
また、本発明のノード選択方法において、前記移動体ノードは、前記第１乃至第３のステップを所定周期で実行することを特徴とする。
また、本発明のノード選択方法において、前記移動体ノードの移動速度に応じて前記所定周期を変更することを特徴とする。
さらに、本発明のノード選択方法において、前記複数のノードの配置密度に応じて前記所定周期を変更することを特徴とする。
発明を実施するための好適な実施の形態
本発明で採用される最尤最適アルゴリズムを用いると、移動体ノードＮはＲＳＳＩを使用することなく、自己の通信ゾーン内にあり、自己に最も近接している可能性の高いノードを選択することが出来る。
本発明の最尤最適アルゴリズムは、ブルートゥースのような低コスト・小電力・近距離用のネットワークに好適に使用することが出来るが、これに限定されるものではなく、セルラ方式やＰＨＳ方式のネットワークにも使用することが出来る。
さらに、ノードは固定的に設置されていても良く、また相互に移動可能な状態で配置されていても良い。
すなわち、本発明のアルゴリズムは、一般的に、移動体ノードを供なったアクセスポイントネットワークや、全てのノードが移動可能なアドホックネットワーク（mobile ad-hoc network:ＭＡＮＥＴ）に適用可能である。
以下の実施の形態では便宜上、ノードは固定的に設置されているものとして説明するが、相互に移動している場合にも本発明は適用されることはいうまでもない。
図１は、ほぼ均一にノードＸ１，Ｘ２，…，Ｘ１４，Ｘ１５が分散配置されている中を、移動体ノードＮが移動している状態を示している。
移動体ノードＮの通信可能な通信ゾーンを実線で、ノードＸ８の通信ゾーンを破線で示している。ここで各ノードは同一半径の通信ゾーンを有し、自己の通信ゾーン内に位置するノードのリストを検出する機能を備えている。ここで、自己の通信ゾーン内に位置するノードを称して隣接ノードリスト（neighbor node list：ＮＮＬ）と呼ぶこととする。なおＮＮＬには自己自身も含まれる（自己の通信ゾーン内に位置するノードのリストをＮＮＬと呼ぶことにする。）。
図１に示す場合、移動体ノードＮのＮＮＬはＮ，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２であり、ノードＸ８のＮＮＬはＸ８，Ｎ，Ｘ３，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１４である。ここで移動体ノードＮのＮＮＬに属するノードＸ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２の各ＮＮＬを次隣接ノードリスト（nextＮＮＬ：ＮＮＮＬ）と呼ぶことにする。
各ノードは、均一に配置されているのが好ましいが、多少の偏在はゆるされる。どの程度の偏在がゆるされるかは他のネットワーク条件に依存する。したがって、ノード配置に関しては厳密にはネットワーク配置のネットワークパラメータを考慮して決定する必要があるが、本発明は既存のアクセスポイントネットワークや移動体アドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）に支障なく適用することが出来る。
移動体ノードや各ノードがＮＮＬやＮＮＮＬを問合せて、これを収集する機能を有していれば、本発明は問題なくこれらのネットワークに適用することが出来る。
図１に基づいて移動体ノードＮのＮＮＬ及びノードＸ８における移動体ノードＮのＮＮＮＬを次のように表わすものとする。
ＮＮＬ of the node Ｎ＝Ｎ，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２ …(1)
NNNL of the node N on X８＝X8，N，X3，X6，X7，X11，X12，X14 …(2)
次に、本発明のアルゴリズムによりノード選択を行う方法を説明する。
移動体ノードＮの次に通信すべき候補ノードとしては、移動体ノードＮから最も近い距離にあるノードが選択される。
（１）移動体ノードは、ＮＮＬを作成する。
（２）移動体ノードは、ＮＮＬに含まれているノード（以下、隣接ノードという）のそれぞれからＮＮＮＬを取得する。
（３）移動体ノードは、ＮＮＬに含まれるノードについて、ＮＮＬ及び全てのＮＮＮＬにおいて、現れる回数（以下、出現回数という）を数える。
（４）すると、各隣接ノードの出現回数は、ＮＮＬに含まれる全ノードの通信ゾーン同士の重なり合いの個数に一致している（図２参照）。
図２は図１に示すノードの配置関係において通信ゾーン同士の重なり合いを説明する図である。
図２には特定されたノードＮ，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２毎の通信ゾーンと通信ゾーンの重なり合いの個数が表示されている。
移動体ノードＮ以外の特定されたそれぞれのノードＸ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２がある領域における、互いに重なり合う通信ゾーンの個数はそれぞれノードＸ４は４個、ノードＸ６は５個、ノードＸ８は４個、ノードＸ９は４個、ノードＸ１２は３個となる。
ノードＮが必ず最も重なり合い個数の多い領域にあるノードであり、そこから外側へ向かい、重なり合い個数は減少する傾向がある。そのため通常はノードＮ以外のノードで最も重なり合い個数の多い領域にあるノードが最短距離にあるものと推定される。
したがって、最多個数がカウントされたノードを次に通信すべき候補ノードとに選択する。上述した例では移動体ノードＮの候補ノードとしてノードＸ６が選択される。
ここで最多個数がカウントされた特定ノードが複数個あったときには２つの選択が可能である。複数個のノードの１つが現在通信しているノードと同一の場合には、他の選択を行なわずそのまま現在のノードと通信を継続する方が一般的にハンドオーバーの回数が少なくなり効率がよい。そうでない場合には、移動体ノードＮは複数のノードから任意の１つを選択することが出来る。
移動体ノードＮによる候補ノードの選択は、一定周期で行なわれるが、この周期は移動体ノードＮの移動速度やノードの配置密度に応じて適宜変更することが出来る。移動速度が速かったり、ノードの配置密度が高いときには周期を短くする。
次に各ノードが移動している場合、ハンドオーバーによって通信接続を維持するためには、各ノードは他のノードの配置状態と自己の移動速度とに関する情報が有用である。
仮にこれらを配置情報と移動情報と呼ぶことにする。ノードの移動はＮＮＬを変化させ、ＮＮＬの変化は移動情報として得られる。配置情報はＮＮＬからは直接得ることは出来ないが、ＮＮＮＬを用いた二段階の手順で、ノードは大まかな配置情報を得ることが出来る。
図２からも明らかなように、移動体ノードＮから遠いノード程、ＮＮＬに属する他のノードとの重なり合いの個数は少なくなる。したがってＮＮＬに現われるノードの出現回数から各ノードはそれぞれのノード間のおおまかな距離情報（配置情報）を得ることが出来る。
本発明で採用したアルゴリズムをハンドオーバーに利用すると好ましい効果を発揮する。一般に、単一の境界条件下でハンドオーバーのための切替を行おうとすると前述したピンポン効果が発生する。しかし本発明では２つの境界条件を用いているのでピンポン効果を避けることが出来る。
第１の境界条件は、ノードがＮＮＬに属するか否かであり、第２の境界条件はノードが最尤グループに属するか否かである。
次に、ノード密度が高い場合には移動体ノードＮがそう遇するノードが増加するため本発明のアルゴリズムを多少変更するのが良い。このような状況下ではハンドオーバーの回数が増加するので、最多個数がカウントされたノードが検出された場合でも、ハンドオーバーの決定を遅らせるのが良い。即ち、移動体ノードＮは最多個数がカウントされたノードを候補ノードとして選択しないで、２番目又は３番目にカウントされたノードを候補ノードとして選択しても接続を維持したままで、通信が可能だからである。
産業上の利用分野
本発明は、ノードが固定配置されたアクセスポイントネットワークや、ノードが相互に移動するアドホックネットワークに適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
図１はほぼ均一に分散配置された複数のノード間を移動する移動体ノードＮの通信ゾーンとノードＸ８の通信ゾーンとの重なり合いを説明する図、図２は通信ゾーン同士の重なり合いを説明する図である。

Claims (10)

1. ほぼ均一に分散配置された複数のノード間を移動する移動体ノードが、次に通信すべき候補ノードを選択するノード選択方法において、前記移動体ノードは、
   前記移動体ノードの通信ゾーン内に位置するノードを特定する第１のステップと、
   特定されたノード毎に、他の特定されたノードとの通信ゾーン同士の重なり合いの個数をカウントする第２のステップと、
   最多個数がカウントされた前記特定ノードを前記通信すべき候補ノードとして選択する第３のステップと、
   を実行することを特徴とするノード選択方法。
2. ほぼ均一に分散配置された複数のノード間を移動する移動体ノードが、次に通信すべき候補ノードを選択するノード選択方法において、前記移動体ノードは、
   前記移動体ノードの通信ゾーン内に位置する隣接ノードを特定する第１のステップと、
   前記第１のステップで特定された隣接ノードの通信ゾーン内に位置する他の隣接ノードを特定する第２のステップと、
   前記隣接ノード毎に、前記第１のステップ及び前記第２のステップで、特定された回数を数える第３のステップと、
   前記特定された回数が多い前記隣接ノードを、前記通信すべき候補ノードとして選択する第４のステップと、
   を実行することを特徴とするノード選択方法。
3. 請求項１に記載のノード選択方法において、
   最多個数がカウントされた前記特定ノードが、前記移動体ノードが現在通信しているノードと同一の場合には、前記選択を行なわないことを特徴とするノード選択方法。
4. 請求項２に記載のノード選択方法において、
   前記特定された回数が多い前記隣接ノードが、前記移動体ノードが現在通信しているノードと同一の場合には、前記選択を行なわないことを特徴とするノード選択方法。
5. 請求項３に記載のノード選択方法において、
   最多個数がカウントされた前記特定ノードが複数存在するときには任意の１つを選択することを特徴とするノード選択方法。
6. 請求項４に記載のノード選択方法において、
   前記特定された回数が多い前記隣接ノードが複数存在するときには任意の１つを選択することを特徴とするノード選択方法。
7. 請求項１に記載のノード選択方法において、
   前記移動体ノードは、前記第１乃至第３のステップを所定周期で実行することを特徴とするノード選択方法。
8. 請求項２に記載のノード選択方法において、
   前記移動体ノードは、前記第１乃至第４のステップを所定周期で実行することを特徴とするノード選択方法。
9. 請求項７又は８に記載のノード選択方法において、
   前記移動体ノードの移動速度に応じて前記所定周期を変更することを特徴とするノード選択方法。
10. 請求項７又は８に記載のノード選択方法において、
    前記複数のノードの配置密度に応じて前記所定周期を変更することを特徴とするノード選択方法。

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