JP3946652B2 - Routing method and wireless communication system for wireless network - Google Patents

Routing method and wireless communication system for wireless network Download PDF

Info

Publication number
JP3946652B2
JP3946652B2 JP2003068548A JP2003068548A JP3946652B2 JP 3946652 B2 JP3946652 B2 JP 3946652B2 JP 2003068548 A JP2003068548 A JP 2003068548A JP 2003068548 A JP2003068548 A JP 2003068548A JP 3946652 B2 JP3946652 B2 JP 3946652B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wireless
station
stations
radio
paths
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003068548A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004282244A (en
Inventor
哲郎 植田
ソンプラカッシュ・バンディオパダイ
和夫 蓮池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Original Assignee
ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ATR Advanced Telecommunications Research Institute International filed Critical ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority to JP2003068548A priority Critical patent/JP3946652B2/en
Publication of JP2004282244A publication Critical patent/JP2004282244A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3946652B2 publication Critical patent/JP3946652B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えば無線LANなどの無線ネットワークにおいてパケット通信を行う、例えばアドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークのためのルーティング方法及び無線通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一時的に特定の地域内に集まった不特定多数の人々の間の通信を無線回線を用いてサポートするアドホック無線ネットワークでは、例えばインターネットのルータ装置のようなインフラストラクチャが存在しないために、ネットワーク中のユーザが協調してパケットを中継し、ルーティングを行う必要がある。
【0003】
アドホック無線ネットワークのルーティング方式は通常、複数のユーザ端末の無線局を介した単一パスによるルーティングを採用している。しかしながら、例えば、非特許文献1に開示されたように、いったん発信元無線局と宛先無線局との間に複数のパスにてなるセットが発見されれば、データの総容量を複数の個別のブロックに分割してこれらを選択された複数のパスを介して発信元無線局から宛先無線局へ送信することにより、エンド・ツー・エンドの遅延時間を改善することが可能な場合があり、これによって最終的にネットワークの輻輳とエンド・ツー・エンドの遅延時間とを低減することができ、このようなルーティングを「マルチパスルーティング」という。
【0004】
エム・アール・パールマン(M. R. Pearlman)らは、非特許文献2において、マルチパスルーティングがネットワーク負荷をバランス化させることができる点を実証している。非特許文献3で提案されている分割マルチパスルーティング(Split Multi-path Routing;SMR)は、各パス間の分離の程度を最大化した複数のパスの構築及び保持に注目している。非特許文献4では、発信元無線局と宛先無線局の間に位置した複数のパス間の相関係数の概念を導入している。
【0005】
また、非特許文献5では、アドホック無線ネットワークのためのMAC及びルーティングプロトコルが開示され、この開示内容では、各無線局は周期的にその隣接情報を収集し、各無線局における隣接リンク状態テーブル(Neighborhood Link State Table(NLST))を作成する。非特許文献6では、オーバーヘッドを増大させずにネットワークのトポロジー情報を収集するための方法が開示されている。非特許文献7では、この局所的な情報の周期的な伝搬に基づいて、修正されたリンク状態ルーティングプロトコルを構成した。その目的は、非特許文献8にあるように、ネットワークトポロジーにおけるその無線局を認識させることにある。
【0006】
さらに、非特許文献9は、アドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークにおいて、無線局が頻繁に移動しても、ルーティングテーブルを効率的に更新することができ、安定なルートを確保して安定な無線通信を行うことができる無線ネットワークのためのルーティング方法及びルータ装置を開示している。また、特許文献1、非特許文献10及び11は、非特許文献9のようなアドホック無線ネットワーク中の各無線局において使用可能な指向性アンテナを開示している。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−24431号公報。
【非特許文献1】
S. K. Das et al., "Improving Quality-of-Service in Ad hoc Wireless Networks with Adaptive Multi-path Routing", Proceedings of the GLOBECOM 2000, San Francisco, California, November 27-December 1, 2000。
【非特許文献2】
M. R. Pearlman et al., "On the Impact of Alternate Path Routing for Load Balancing in Mobile Ad Hoc Networks", Mobihoc 2000, p. 150, 3-10, 2000。
【非特許文献3】
S. J. Lee et al., "Split Multi-path Routing with Maximally Disjoint Paths in Ad Hoc Networks", ICC 2001。
【非特許文献4】
Kui Wu et al., "On-Demand Multipath Routing for Mobile Ad Hoc Networks", EPMCC 2001, Vienna, 20th-22nd February 2001。
【非特許文献5】
S. Bandyopadhyay et al., "An Adaptive MAC Protocol for Wireless Ad Hoc Community Network (WACNet) Using Electronically Steerable Passive Array Radiator Antenna", Proceedings of GLOBECOM 2001, November 25-29, San Antonio, Texas, USA。
【非特許文献6】
S. Bandyopadhyay et al., "Topology Discovery in Ad Hoc Wireless Networks Using Mobile Agents", Proceedings of MATA 2000, Paris。
【非特許文献7】
S. Bandyopadhyay et al., "An Adaptive MAC and Directional Routing Protocol for Ad Hoc Wireless Network Using Directional ESPAR Antenna", Proceedings of the ACM Symposium on Mobile Ad Hoc Networking & Computing 2001 (MOBIHOC 2001), Long Beach, California, USA, 4-5 October, 2001。
【非特許文献8】
R. RoyChoudhury et al., "A Distributed Mechanism for Topology Discovery in Ad hoc Wireless Networks using Mobile Agents", Proceedings of the First Annual Workshop On Mobile Ad Hoc Networking & Computing 2001 (MOBIHOC 2000), Boston, Massachusetts, USA, August 11,2000。
【非特許文献9】
昌山一成ほか,「無線アドホックネットワークにおけるDirectionalルーティングプロトコルの提案」,電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集,B−5−207,電子情報通信学会発行,2001年9月。
【非特許文献10】
T. Ohira et al., “Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming,” 2000 IEEE International Conference on Phased Array System & Technology pp. 101-104, Dana point, California, May 21-25, 2000。
【非特許文献11】
田野哲ほか,”M−CMA:マイクロ波信号処理による適応ビーム形成のためのデジタル信号処理アルゴリズム”,電子情報通信学会研究技術報告,AP99−62,SAT99−62,pp.15−22,1999年7月。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発信元無線局と宛先無線局の間に複数のパスを採用することは、必ずしもエンド・ツー・エンドの遅延時間を縮小させる結果にはならないこともまた示されている。非特許文献2では、移動体アドホックネットワークにおける代替パスルーティング(Alternate Path Routing;APR)の効果が検討され、ネットワークトポロジー及びチャンネル特性(例えば、ルート間結合)が、APRの方法によって提供される利得を大幅に制限する場合があるということが議論されている。
【0009】
仮に、ただ2つの発信元無線局s及びsがそれぞれ、データパケットを宛先無線局d及びdへ送信しようとしているとする。互いに異なるノード無線局x,x,y及びyが存在し、これらのノード無線局を含む2つのパス{s−x−y−d}及び{s−x−y−d}を選択して通信する場合、互いに共通なノード無線局を含まないこれらのパスを、本願明細書ではノード無線局間分離であるという。ノード無線局間分離であるパス{s−x−y−d}及び{s−x−y−d}のそれぞれを介して伝送されるデータパケットのエンド・ツー・エンドの遅延時間は、互いに独立したものであるはずである。しかしながら、ノード無線局x及びx及び/又はy及びyが互いに隣接していれば、2つの通信が同時に発生することは不可能である。なぜならば、データ通信の間のRTS/CTS交換は、一度にノード無線局x又はxの何れかのみ、同様にノード無線局y又はyの何れかのみがデータパケットを送信することしか許容しないからである。従って、任意の発信元無線局及び宛先無線局間のエンド・ツー・エンドの遅延時間は、そのパス上のノード無線局の輻輳特性のみに依存するわけではない。隣接領域内の通信のパターンも、この遅延時間に寄与する。これが、ルート間結合(又はルートカップリング)として知られた現象である。ルート間結合は、2つのルートがデータ通信の間に互いに電波干渉し合うほど物理的に近接して配置された場合に発生する。
【0010】
図13は、従来技術に係るマルチパスルーティングであって、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に2つのパスが存在するときに各パス間でルート間結合が生じていることを示す、各無線局及びルートの平面配置図である。ここで、無線局S及びD間において、無線局{S,x1,x2,D}にてなる第1のパスと、無線局{S,y1,y2,D}にてなる第2のパスとが存在し、各パスは無線局S及びD以外に共通のノードを持たず、本願明細書では、これらのパスもそれぞれ「ノード無線局間分離」であるという。従って、各パスを介するパケット伝送のエンド・ツー・エンドの遅延時間は互いに独立であるはずであるが、しかしながら、ノード無線局x1及びy1は発信元無線局Sのサービスエリア(すなわち、無線信号の送信可能範囲のエリア)210内に存在し、かつそれぞれ互いに近接して位置しており、ノード無線局x2及びy2は宛先無線局Dのサービスエリア211内に存在し、かつそれぞれ互いに近接して位置しているので、各パス間にルート間結合が存在している。このため、各パス上でパケットを同時に伝送することは不可能である。それだけではなく、これら2つのパスを用いたデータ伝送の性能は、単一のパスを用いたプロコトルのときよりも悪化する。
【0011】
図14は、従来技術に係るマルチパスルーティングであって、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に、複数のルート間結合を含む2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}が存在するときの、パス上の各無線局の配置及びアンテナ放射パターンを示す平面図である。
【0012】
図14において、ノード無線局1a及び1dは発信元無線局Sからのサービスエリア220内に存在し、無線局S,1b,1d及び1eは、ノード無線局1aからのサービスエリア221内に存在し、ノード無線局1a,1c,1d,1e及び1fは、ノード無線局1bからのサービスエリア222内に存在している。このような場合、パス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}の間には、ノード無線局1aと1d間のリンク、ノード無線局1aと1eの間のリンクなどで示されたようなルート間結合が存在し、これら2つのパスを用いたルーティングを妨げることになる。
【0013】
図15は、図14の2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}を介してパケットを伝送するときのタイミングチャートである。実際に、図14及び図15を参照して、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間にルート間結合した2つのパスが存在するときに、各パス上のノード無線局が互いに電波干渉する様子をより詳しく説明する。各無線局は、無指向性アンテナを備えているものとする。
【0014】
図15を参照すると、発信元無線局Sは時間区間TにおいてデータパケットPをノード無線局1aへ送信しており、ノード無線局1aは次の時間区間TにおいてデータパケットPをノード無線局1bへ送信している。各無線局が無指向性アンテナを備えた場合、発信元無線局SはTの間、ノード無線局1aからRTSを受信しているためにアイドル状態を保持している必要がある。従って、発信元無線局Sはその第2のパケットPを時間区間Tになって初めてノード無線局1d(第2のパスの最初のノード無線局)へと送ることができる。図15に示されたようなパケットの遷移では、宛先無線局Dはパケットを1つおきの時間区間で受信する。無線局SとDとの間のパス数を2つよりも増やしたとしても状況は改善されない。
【0015】
結果的には、無線局SとDのペア間のマルチパス通信においては、これらの複数ルートにおけるノード無線局が絶えずこれらが共用する媒体へのアクセスを求めて競合している可能性があり、通信の性能はその無線局SとDのペア間の単一のパスを介するルーティングの場合よりも悪くなることがある。従ってこのコンテキストでは、マルチパスを構成する複数のルートが互いにノード間分離であるということは性能改善の十分条件とはなり得ない。よって、非特許文献3及び4のような、ノード間分離であるルート又はノード間分離の程度を最大化させたルートを発見しようとする努力は、ルート間結合に起因して効果的ではない場合がある。従って、アドホック無線ネットワークにおいてマルチパスルーティングを実行するときに、エンド・ツー・エンドの遅延時間を短縮させるためのより効果的な方法を提供することが望ましい。
【0016】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、アドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークにおいて、従来技術に比較して、エンド・ツー・エンドの遅延時間を大幅に短縮することができる無線ネットワークのためのルーティング方法及び無線通信システムを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る無線ネットワークのためのルーティング方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法において、
上記複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索する第1のステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパス上の無線局を無線通信中の無線局として仮定して設定する第2のステップと、
上記設定された無線通信中の無線局に基づいて、上記各パス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各パスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するためのルーティング基準指数を計算する第3のステップと、
上記計算された各パスに対するルーティング基準指数のうち、最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定する第4のステップと、
上記第3及び第4のステップを繰り返し、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングする第5のステップとを含むことを特徴とする。
【0018】
また、第2の発明に係る無線通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパス上の無線局を無線通信中の無線局として仮定して設定し、
上記設定された無線通信中の無線局に基づいて、上記各パス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各パスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するためのルーティング基準指数を計算し、
上記計算された各パスに対するルーティング基準指数のうち、最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定し、
上記各パスに対してルーティング基準指数を計算する処理と、上記最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定する処理とを繰り返し、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0019】
さらに、第3の発明に係る無線ネットワークのためのルーティング方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法において、
上記複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索するステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの各1対のパス上の無線局を通信中の無線局として仮定して設定し、上記各1対のパス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各1対のパス毎に加算することによって、上記各1対のパスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各1対のパスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するための上記各1対のパスに対するルーティング基準指数を計算するステップと、
上記計算した各1対のパスに対するルーティング基準指数のうち、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングするステップとを含むことを特徴とする。
【0020】
またさらに、第4の発明に係る無線通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの各1対のパス上の無線局を通信中の無線局として仮定して設定し、上記各1対のパス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各1対のパス毎に加算することによって、上記各1対のパスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各1対のパスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するための上記各1対のパスに対するルーティング基準指数を計算し、
上記計算した各1対のパスに対するルーティング基準指数のうち、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0022】
<第1の実施形態>
図1は、本発明に係る第1の実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局1−1乃至1−9(総称して、符号1を付す。)の平面配置図であり、図2は、図1の各無線局1の構成を示すブロック図である。
【0023】
この実施形態の無線通信システムでは、図1に示すように、複数の無線局1が平面的に散在して存在し、各無線局1はそれぞれ、可変ビームアンテナ101の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局1とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局1を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局1にパケットデータを伝送する。すなわち、各無線局1は、パケットのルーティングを行うルータ装置を備え、発信元無線局、中継局、又は宛先無線局として動作する。
【0024】
この実施形態の無線通信システムは、例えば無線LANなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、無指向性放射パターンであるオムニパターンと、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択的に変更可能なセクタビームパターンと、上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンとを選択的に切り換え可能な可変ビームアンテナ101を備え、
(a)自局からのRQ(Request)信号を隣接無線局が受信したときの信号電力対干渉雑音電力比(以下、SINRという。)の測定値を含む隣接無線局からのRE(Reply)信号に基づいて予め取得された、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の無線局1から見たSINRに基づいて、各隣接無線局毎に最大のSINRを選択して各隣接無線局との親和度とし、当該親和度と、それに対応する方位角及びそのデータの更新時刻とを含む隣接リンク状態テーブル(Neighbor Link-State Table)(以下、NLSテーブルという。)と、
(b)各無線局間でNLSテーブルのトポロジー情報(アドホック無線ネットワーク内のすべての無線局間のリンク状態を示す経路情報をいい、以下同様である。)を交換することにより、当該アドホック無線ネットワーク内のすべての無線局1に関するNLSテーブルのトポロジー情報を収集し、このトポロジー情報(各無線局1間のリンク状態を含む)と、これにおける各無線局毎の当該トポロジー情報の更新回数と、その時点で任意の通信プロセスに関わる無線局1を示す通信状態フラグ値とを含むグローバルリンク状態テーブル(Global Link State Table)(以下、GLSテーブルという。)と
をデータベースメモリ154に格納し、NLSテーブル及びGLSテーブルとに基づいて、可変ビームアンテナ101の放射パターンを制御しながらパケット信号のルーティングを行うことを特徴としている。
【0025】
特に、各無線局1において、
(1)GLSテーブルに基づいて、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間で、それぞれ少なくとも1つの無線局を中継局として含み、かつ互いに共通の無線局を中継局として含まないノード間分離である複数のパスを検索するステップと、
(2)無線ネットワークにおいて通信中の無線局を示す通信状態フラグ値において、上記検索された複数のパス上の無線局を通信中の無線局として設定するステップと、
(3)上記通信状態フラグ値に基づいて、上記各パス上の上記各無線局の無線信号の到達範囲内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記各パスに対する結合の相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを発見するためのルーティング基準指数γを計算するステップと、
(4)上記通信状態フラグ値において、上記基準指数が最も大きいパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定するステップと、
(5)上述された(3)と(4)のステップを繰り返し、上記ルーティング基準指数γがより小さい2個のパスを発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間のパスとして選択し、選択されたパスを用いてルーティングするステップとを実行する。
【0026】
次いで、図2を参照して、各無線局1の装置構成について説明する。図2において、無線局1は、可変ビームアンテナ101と、その指向性を制御するための指向制御部103と、サーキュレータ102と、データパケット送信部140及びデータパケット受信部130を有するデータパケット送受信部104と、トラヒックモニタ部105と、回線制御部106と、上位レイヤ処理部107とを備える。
【0027】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置107によって発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ142を介して変調器143に入力され、変調器143は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器160でCDMA方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力された通信用送信信号データに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機144に出力する。高周波送信機144は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ102を介して可変ビームアンテナ101から他の無線局1に向けて送信する。一方、可変ビームアンテナ101で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ102を介して高周波受信機131に入力され、高周波受信機131は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器132に出力する。復調器132は、入力される受信信号を、拡散符号発生器160でCDMA方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データを上位レイヤ処理装置107に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部105に出力する。
【0028】
本実施形態においては、指向性アンテナである可変ビームアンテナ101は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する制御部103に接続され、
(a)無指向性放射パターンであるオムニパターンと、
(b)例えば図3に示すように、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択的に変更可能なセクタビームパターンと、
(c)上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンと
を電気的な制御により選択的に切り換え可能なアンテナである。なお、可変ビームアンテナ101については、例えば、公知のフェーズドアレーアンテナ装置であってもよいし、もしくは、特許文献1又は非特許文献11に開示された可変ビームアンテナであってもよい。
【0029】
トラヒックモニタ部105は、検索エンジン152と、更新エンジン153と、データベースメモリ154と、クロック回路155とを備え、後述のルーティング及び通信処理を実行するとともに、無線局1が他の無線局1とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定して、決定した通信チャネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部106を介して拡散符号発生器160に送ることにより、拡散符号発生器160が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部106を介して送信タイミング制御部141に送ることにより、送信タイミング制御部141が送信バッファメモリ142による通信チャネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。なお、クロック回路155は、現在日時を計時してその情報を、必要に応じて管理制御部151に出力する。
【0030】
トラヒックモニタ部105の検索エンジン152は、管理制御部151の制御によりデータベースメモリ154内のデータを検索して検索したデータを管理制御部151に返信する。また、更新エンジン153は、管理制御部151の制御によりデータベースメモリ154内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ154には、NLSテーブル、及びルーティングのためのテーブルであるGLSテーブルを記憶する。
【0031】
本実施形態においては、アンテナ放射パターンを単一の通信相手先方向の利得が最大となるように指向性を変化させるセクタビームパターンの実効的な送信ビーム幅を30°としており、可変ビームアンテナ101は、方位角を30°毎に選択的に変化可能に設定できる。ビーム幅及び方位角の変化角度は、60°又は他の角度であってもよい。
【0032】
次いで、NLSテーブルの生成方法について説明する。可変ビームアンテナ101を使用した任意のマルチパスルーティングのプロトコルを実装するためには、各無線局は、パケットをその選択された隣接無線局へ効果的に送信するためのその送信方向の設定方法を知っている必要がある。従って、各無線局は周期的にその隣接情報を収集し、各無線局におけるNLSテーブルを作成する(従来技術文献5を参照)。各無線局は、予め取得された各隣接無線局についてのSINR値が最大となる方位角を選び、このSINR値を隣接無線局との間の親和度とする。各無線局はこの方位角と親和度の値を各隣接無線局毎に取り出し、現在日時を更新日時として、NLSテーブルを生成して更新する。無線局1のNLSテーブルの一例を図4に示す。NLSテーブルには、図4から明らかなように、各隣接無線局毎に、最大のSINR値に対応する方位角、最大のSINR値である親和度、更新日時が格納されている。
【0033】
各隣接無線局についてのSINR値の取得方法について説明する。当該アドホック無線ネットワーク内の各無線局は定期的に隣接無線局情報を収集する。隣接無線局情報を収集する自局の無線局は、まずブロードキャストパケットを30度毎に12方向の方位角でセクタビームパターンにより順に送信する。方位角が12方向であるのはセクタビームパターンが360度すべてをカバーするようするためである。このパケット信号をRQ信号という。RQ信号には、パケット種別:RQ、RQ信号の発信元無線局のID(識別番号又は識別符号、以下同様である。)と、送信方位角、待機時間が記されている。具体的には、待機時間は12方向のRQ信号の送信が完了するまでの時間である。次いで、RQ信号を受信した周囲の隣接無線局は受信時のSINRを測定する。各隣接無線局は待機時間の間、このSINRの値を一時的に一時保存テーブルに保存しておき、待機時間の終了後に、パケット種別:RE、宛先無線局のID、発信元無線局のID、RQ信号に記載されていた方位角情報とともにこのSINRの値をユニキャストパケット信号でRQ信号の発信元である無線局に返信する。このパケットをRE信号という。RE信号を送信する際には通常のデータパケットを送信する場合と同じ手順を踏む。そして、RE信号を受信した(RQ信号の発信元の)無線局は、RE信号からRE信号の発信元無線局ID(ここでは、無線局のID)、方位角情報、そしてSINR情報を取り出す。ここで、RQ信号の発信元の無線局以外、つまり該当RQ信号を送信した無線局と異なる無線局がRE信号を受信した場合には、これを無視するものとする。
【0034】
本実施形態においては、SINRを測定するためには、他の各無線局1と所定のトレーニングパターンのデータパケットを送受信することによりBERを測定し、無線通信の変復調方式で決定されるSINRに対するBER特性のグラフを用いて、SINRに換算する。例えば、CDMA方式を用いるときは、SINRに対するBER特性のグラフを用いて換算することができ、例えば、QPSK差動検波方式を用いるときは、所定のCNRに対するBER特性のグラフを用いて換算することができる。すなわち、搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)を用いるか、もしくはSINRを用いるかは、無線システムで使用する変復調方式に依存する。本発明では、同一チャンネル干渉雑音に関する測定値であればよい。
【0035】
次に、GLSテーブルについて説明する。GLSテーブルは、当該アドホック無線ネットワーク内のすべての無線局1内のデータベースメモリ154に保存され、すべての無線局1のNLSテーブルの情報(各無線局1間の無線リンク情報を含む。)であるトポロジー情報を含む。これは、各無線局1内のGLSテーブル内の情報を周期的に他の無線局と交換することにより、各無線局1はネットワーク全体の完全(ただし近似的)なトポロジー情報を把握することができる。可変ビームアンテナ101のコンテキストでは、GLSテーブルは、任意の2つの無線局間の接続性を示すだけでなく、その選択された任意の隣接無線局にパケットを効果的に送信するために各無線局によって設定される必要があるサービスエリアの情報をも示している。それと同時に、各無線局は、アクティブノードリスト、すなわちその時点で任意の通信プロセスに関わる全てのアクティブな無線局の無線局IDを記述したリストに関するその知識(すなわち通信状態フラグ値の情報)を伝搬する。ただし、ネットワークトポロジー又はネットワークにおけるアクティブな無線局数に関する各無線局の知識が近似的なものでしかないということは注意される必要がある。ここで、「アクティブな無線局」とは、通信状態になる無線局をいう。しかしながら、発信元無線局によるルートの周期的な再計算は、それ自体を、変化するシナリオに対して適応的に調整する。
【0036】
GLSテーブルは、すべての無線局1間の接続性、最新性、及び通信状態フラグ値で構成される。ここで、接続性は、親和度と呼ばれる無線局間の接続強度を表す項目であり、各無線局1のNLSテーブルから得ることができる。また、最新性は、各無線局情報の更新回数を示す値であり、隣接無線局からトポロジー情報を受信した際に受信無線局内にあるトポロジー情報と比較しより最新の情報に無線局毎に更新する時や、更新されたトポロジー情報を隣接無線局に送出した後にその隣接無線局から再送信を防止するために使用するとともに、更新されたトポロジー情報の隣接無線局への送信先を決定する際にも用いる。通信状態フラグ値は、その時点で任意の通信プロセスに関わる無線局に対して1の値を有し、通信プロセスに関与していない無線局に対して0の値を有する。
【0037】
このGLSテーブルの一例を図5に示す。GLSテーブルは、当該アドホック無線ネットワーク内の各無線局1のNLSテーブルを収集したものであり、ある無線局からある無線局までの親和度値の集合になっている。すなわち、GLSテーブルにおいては、図5から明らかなように、横軸には送信側の無線局が並置される一方、縦軸には受信側の無線局が並置され、当該無線ネットワークにN個の無線局1がある場合、GLSテーブルは、個々の交差点における値が送信側の無線局から受信側の無線局への親和度(最大のSINR値)を示すN×N個の表となる。さらに、各送信側の無線局に対応して、最新性を示す更新回数を有する。ここで、GLSテーブルは、トポロジー情報を含むREN(Renewal)信号を周期的に他の無線局に対して送信して情報交換されることにより生成され、無線局にトポロジー情報(ある無線局のGLSテーブル)が到着した時、GLSテーブルの更新が行われ、そのとき、トポロジー情報内のGLSテーブルとトポロジー情報を受信した無線局のGLSテーブルを比較する必要があり、比較には更新回数の値を使用し、更新回数の値の大きい情報を新しいGLSテーブルとして使用する。なお、REN信号は、パケット種別:REN、宛先無線局のID、発信元無線局のID(ここでは、無線局SのID)、トポロジー情報を含む。
【0038】
さらに、本実施形態において用いる、アダプティブMAC(Media Access Control)方式について説明する。本実施形態において、各無線局1は2次元の閉空間を動き回るものであり、無線通信をする場合は共通の無線チャネルを共有するものとする。各無線局1は360度のビーム/ヌル点形成可能なアダプティブアンテナである可変ビームアンテナ101を装備しているものとし、実効的な送信ビーム幅は30度とする。1つの無線局1は送信と受信を同時に行うことはできず、また、複数の異なる送信や複数の異なる受信を行うこともできないものとする。ただし、複数の方向に同じ信号を送信することは可能である。干渉波の方向を知っている場合、受信を行う各無線局は不要な信号による電波干渉を避けるためにヌル点の形成や調整が可能である。
【0039】
まず、当該アドホック無線ネットワークにおいて、初期状態のアイドル状態では、各無線局1はアンテナ放射パターンを無指向性パターンであるオムニパターンにして送受信の待機を行う。
【0040】
現在多く用いられている無線LAN規格であるIEEE802.11のMACプロトコル標準では、信頼性のあるデータ通信を実現するためにRTS−CTS−DATA−ACK交換手順を用いる。一方、本方式においては無線局Sが無線局Dと無線通信をしたい場合には、無線局Sは最初に無線局Dを含む無線局Sの隣接無線局に“無線局Sから無線局Dへの通信を開始する”旨をRTS(Request-To-Send)信号によりオムニパターンで送信する。このRTS信号には、IEEE802.11に規定する信号や本方式のRE信号と同様に、パケット種別:RTS、発信元無線局のID(ここでは、無線局SのID)、宛先無線局のID(ここでは、無線局DのID)、待機時間の値が含まれている。無線局Sのすべての隣接無線局(無線局Sへの方向は各自のNLSテーブルから既知である。)はこの無線局SからのRTS信号を受信する。
【0041】
このRTS信号の宛先無線局である無線局DがRTS信号を受信した場合、無線局Dは無線局Sに対してDATA信号(データ信号)の送信を許可することを伝えるためにCTS(Clear-To-Send)信号をオムニパターンで返信する。このCTS信号には、パケット種別:CTS、宛先無線局のID(ここでは、無線局SのID)と、待機時間の値が含まれている。
【0042】
次いで、RTS信号を送信した無線局である無線局Sがその宛先である無線局DからのCTS信号を受信したとき、DATA信号を送信する。宛先無線局である無線局DはDATA信号を受信し、その受信が正常に完了すると確認応答としてACK(Acknowledgement)信号(肯定応答信号)を無線局Sに返信する。無線局SはACK信号を受信することで一つのDATAに関する一連の処理を完了し、アイドル状態に戻る。ここで、DATA信号には、パケット種別:DATA、発信元無線局のID(ここでは、無線局SのID)、宛先無線局のID(ここでは、無線局DのID)、待機時間の値、送信すべきデータが含まれている。また、ACK信号には、パケット種別:ACK、宛先無線局のID(ここでは、無線局SのID)、待機時間の値が含まれている。
【0043】
一方、無線局D以外の無線局(以下、無線局Aとする。)がRTS信号を受信した場合には、無線局AはNLSテーブルに基づいてRTS信号の発信元無線局である無線局Sの方位角情報を取得し、RTS信号に記載されている待機時間の間だけ無線局Sの方向にヌル点を形成する。このような任意の方向にヌル点を形成したようなアンテナ放射パターンを総称して排他的セクタパターンという。
【0044】
また、無線局S以外がCTS信号を受信した場合はRTS信号の場合と同様にしてCTS信号の発信元無線局の方向に一定期間ヌル点を形成する。
【0045】
RTS信号やDATA信号を送信した無線局Sや、CTS信号を送信した無線局Dはその送信後に一定時間のタイマーを作動させる。無線局Sの場合、RTS信号を送信後一定時間内にCTS信号を受信しない場合、及びDATA信号を送信後一定時間内にACK信号を受信しない場合には、タイムアウトしたものとしてRTS信号の送信処理から一連の処理をやり直す。一方、無線局DではCTS信号を送信後一定時間内にDATA信号を受信しない場合には、無線局Sへのセクタビームパターンをオムニパターンに戻し、アイドル状態となる。待機時間の期間が終わると、他にその方向に待機時間の期間中の通信がなければ、可変ビームアンテナ101におけるその方向のヌル点を解除する。
【0046】
さらに、本実施形態においては、指向性アンテナである可変ビームアンテナ101を活用し、トポロジー情報の更新度の低い周辺無線局へ優先的に通知することにより、トポロジー情報の最新性を維持するためのオーバーヘッドを削減しつつ、周辺無線局における更新度の均一性を確保する。
【0047】
以下、GLSテーブルを更新するためのREN信号の送信方法について説明する。トポロジー情報を各無線局に通知させるため、フラッディングを用いるとオーバーヘッドが大きくなり、通常のデータ送信に影響を与える可能性がある。われわれの行った先の研究では、各無線局の隣接情報の周期的な伝搬に基づいて、修正されたリンク状態ルーティングプロトコルを構成した(従来技術文献7を参照)。その目的は、ネットワークトポロジーにおけるその無線局を認識させることにある(従来技術文献8を参照)。主たる目的は、ネットワークをトポロジー更新パケットで溢れさせることなく、ネットワーク内の各無線局からあらゆるトポロジー関連情報を収集して、これらをその隣接のただ1つの無線局のみに周期的に(更新情報として)分配することである。
【0048】
本実施形態の機構では、各無線局は、一定の間隔で周期的に、その隣接の1つの無線局のみに、トポロジー情報及びアクティブノードリストに関わるその知識を含むREN信号を伝搬する。REN信号の受信側の無線局は、その知識に基づいてトポロジー情報及びアクティブノードリストを更新し、これをさらに他の無線局に伝搬する。トポロジー情報及びアクティブノードリストを含むREN信号によるオーバーヘッドを減らすため、トポロジーマップ及びアクティブノードリストの伝搬先である目標となる隣接無線局の選択は、公知のleast-visited-neighbor-first(LVNF)基準(例えば、非特許文献6を参照。)に基づいて行われる。各無線局は、その隣接無線局の最新性(recency)と呼ばれる計量をモニタし、そのうちのどれが最小数の更新メッセージを受信しているかを決定する。その時点で最小数の更新メッセージを受信している隣接無線局が、更新のための目標となる無線局となる。具体的には、無線局がトポロジー更新パケット信号であるREN信号を受け取り、GLSテーブルの更新を行い、新たにREN信号を送信するとき、直接に無線通信可能な隣接無線局の最新性を示す更新回数を比較し、最小値の更新回数を持つ無線局に対してのみ、REN信号を送出する。そして、REN信号は、送出先無線局の更新回数を増やした上で送出する。
【0049】
発信元無線局Sは、宛先無線局Dとの通信を希望する毎に、無線局SからDまでの複数のノード間分離ルートに関するルーティング基準指数γを計算する。これらの複数ルートから、発信元無線局Sはアクティブノードリストを調べて、(上述した通り)無線局SとDの間においてゾーン間分離の程度が最大化されかつ最も短いマルチパス(すなわち、最小のルーティング基準指数γを有するマルチパス)を計算する。しかしながら、移動性及び情報浸透の遅さに起因して、発信元無線局が無線局SとDの間の最小のルーティング基準指数γを有するマルチパスを完全に計算することは不可能な場合がある。こうした状況下で性能を向上させるため、各発信元無線局はその計算を周期的に実行し、そのルーティングの決定を適応的に修正する。
【0050】
本実施形態においては、NLSテーブルを用いて、1つの隣接無線局のみに対して指向性アンテナでトポロジー情報を配布するため、従来の無指向性ビームを使用する場合(非特許文献6)に比べ遥かにオーバーヘッドを抑えることができる。また、更新回数の活用により、周辺無線局の最新性を平均化することができる。
【0051】
以下、発信元無線局Sと宛先無線局Dの間に複数のパスが存在するときの各パスに対するルーティング基準指数γの計算方法について説明する。
【0052】
図13及び図14に示されたようなルート間結合の影響は、アドホック無線ネットワーク内の各無線局において無指向性アンテナの代わりに指向性アンテナ(すなわち可変ビームアンテナ101)を使用すれば、大幅に劇的に軽減させることができる。指向性アンテナの使用は無線干渉を大幅に低減させることが可能であり、これによって無線媒体の利用が向上し、その結果ネットワークスループットが向上するということが示されている(例えば、非特許文献5参照。)。
【0053】
本発明に係る実施形態で提案する、無線媒体におけるゾーン間分離ルートの概念では、1つのパス上のデータ通信が他のパスのデータ通信と電波干渉しない場合、両パスはゾーン間分離であるとされる。しかしながら、無指向性アンテナを使用してアドホック無線ネットワークにおいてゾーン間分離ルートを捕捉することは、あるいは部分的にゾーン間分離ルートを捕捉することであってさえも、各無線局1のサービスエリアが指向性アンテナの場合と比較して大きいことから困難である。無線局1−nが、無線局1−nに関して水平面内のビーム角θ及び送信範囲の半径Rで送信ビームを形成する場合、無線局1−nからの到達範囲はサービスエリアA(θ)で定義され、θ×R/2に等しい。ビーム角θ=2πの無指向性アンテナの場合、サービスエリアA(2π)=πRである。従って、無線局のサービスエリアを縮小させる、よってルート間結合を低減させる1つの方法は、ビーム角θが360゜を大幅に下回る指向性アンテナを使用することにある。
【0054】
次に、ノード間分離ルートとゾーン間分離ルートの概念について説明する。これまでのアドホック無線ネットワークにおけるマルチパスルーティングに関する研究のほとんどは、適正な負荷バランス化による有効なマルチパスルーティングのために、発信元無線局S及び宛先無線局D間の複数のノード間分離パス/ノード間分離の程度が最大化されたパスを発見しようとしている。無線局S及びD間の2つ(又は3つ以上の複数)のパスは、無線局S及びD以外に共通の無線局を共用していない場合に、「ノード間分離」であると呼ばれる。しかしながら、無線環境におけるルート間結合に起因して、ノード間分離ルートはこのコンテキストにおける改善された性能のための十分条件ではあり得ない。本実施形態では、無線媒体における「ゾーン間分離ルート」の概念を提案し、ここでは、1つのパス上でのデータ通信が他のパスにおけるデータ通信と電波干渉しない場合に両パスはゾーン間分離と呼ばれる。言いかえれば、無線局SとDとの間の2つ(又は3つ以上の複数)のパスは、両者間のルート間結合がゼロのとき、「ゾーン間分離」と呼ばれる。
【0055】
非特許文献4では、相関係数ηを使用してルート間結合の影響が測定されている。この文献では、パスpにおける無線局1−nの相関係数η(p)は、パスpに属さない、無線局1−nのアクティブな隣接無線局の個数として定義され(パスpに対する、無線局1−nのサービスエリア内の他の無線局1の無線リンクの結合の度合いを表す。)、ここで、無線局1−nのアクティブな隣接無線局とは、その瞬間において無線局1−nのサービスエリア内で任意の通信プロセスに能動的(アクティブ)に関与している(通信状態にある)無線局として定義されている。例えば、図14では、発信元無線局S及び宛先無線局Dが2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}を使用して通信している。従って、このコンテキストの通信では、全ての無線局がアクティブな無線局である。ここで、無線局1aのアクティブな隣接無線局は{S,1d,1e,1b}である。よって、パスp、すなわちパスp{S−1a−1b−1c−D}における無線局1aの相関係数は、η(p)=「パスpに属さないアクティブな隣接無線局の数」、すなわち2である。
【0056】
パスpの相関係数η、すなわちη(p)は、パスpにおけるすべての無線局1の相関係数の和として定義される。言い換えると、パスpの相関係数は、パスp上の無線局と他のパス上の無線局との間のリンク数を計数したものになる。相関係数η(p)=0のとき、パスpを、他の全てのアクティブなパスに対してゾーン間分離であるという。ここで、アクティブなパスとは、その時点で通信プロセスに関与しているパスを指す。相関係数η(p)=0でなければ、パスpは他のアクティブなパスと相関係数ηで関連する。
【0057】
相関係数が大きいほど、両方のパスに対する平均のエンド・ツー・エンドの遅延時間は大きくなることが分かっている(非特許文献4)。これは、2つのパスの相関係数が大きくなるほど、無線伝搬の持つブロードキャストの特徴により、2つのパスが互いの伝送に電波干渉する機会が増大するためである。それに加えて、相関係数が大きいほど、複数のパスに沿ったエンド・ツー・エンドの遅延時間の差も大きくなる。この研究に基づくと、アドホック無線ネットワークにおけるマルチパスルーティングの成功は、複数ルート間の相関係数に大きく依存すると結論することができる。
【0058】
しかしながら、無指向性アンテナを使用する場合、完全なゾーン間分離ルートを捕捉することは困難である。図14が示すように、ノード無線局1a及び1dは両方とも発信元無線局Sの無指向性の送信範囲内にあるため、発信元無線局Sからノード無線局1aへのRTSは同時に宛先無線局Dを使用不能にする。同様に、ノード無線局1c及び1fは両方とも宛先無線局Dの無指向性の送信範囲内にあるため、宛先無線局DからのCTSはノード無線局1c及び1fを共に使用不能にする。従って、無線局S及びD間の2つのマルチパスと無指向性アンテナを使用する場合、最小の可能な相関係数ηの値は2である。これを、最小相関係数ηminという。より詳しく定義すると、最小相関係数ηminは、パス中のノードの相関係数のうちで、最小の相関係数の値である。
【0059】
可変ビームアンテナ101の場合、これらの2つのルートを分離(デカップリング)してこれらを完全なゾーン間分離にすることが可能である。例えば、図6における各無線局1が可変ビームアンテナ101を使用し、各無線局1がそのサービスエリアをその目標となる無線局1のみに向けて設定すれば、パス{S−1a−1b−1c−D}間の通信がパス{S−1d−1e−1f−D}間の通信に影響することはない。図6は、図1と同様なアドホック無線ネットワークにおいて、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に相関係数ηが0である2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}が存在するときの、パス上の各無線局の配置及びアンテナ放射パターンを示す平面図である。図14に示された従来技術の場合では、パス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}間の相関係数ηが7であったのに対して、図6の本実施形態の場合では2つのパス間でゾーン間分離を達成していることが分かる。従って、無指向性アンテナを用いたときの最小相関係数ηmin(無指向性)=2に対して、指向性アンテナを用いたときの最小相関係数ηmin(指向性)=0となる。
【0060】
その結果、無指向性アンテナを使用して最小の相関係数を有する複数のゾーン間分離ルートを捕捉したとしても、最良の場合における宛先無線局へのパケット到着レートは2×t毎に1パケットとなる。ここで、時間tはパスp上のトラフィックストリームのパケットに関する、1ホップ毎の平均遅延時間である。この最良の場合では、エラーのないパケット伝送による、ネットワーク内の発信元無線局Sから宛先無線局Dまでの単一のトラフィックストリームを仮定している。これに対して、可変ビームアンテナ101を使用すれば、宛先無線局における最良の場合のパケット到着レートは時間t毎に1パケットとなる。図7(本実施形態)及び図15(従来技術)のタイミングチャートは、この点を示したものである。
【0061】
図14を参照し、各無線局1に無指向性アンテナが設けられていると仮定する。さらに、図示された2つのパスは最小の相関係数、すなわちη=2を有すると仮定する。これは、ノード無線局{1a,1b,1c}及びノード無線局{1d,1e,1f}が互いに分離していることを含意している。以下、tで時刻(タイミング)を表わすものとし、各時刻において1つのパケットが1つの無線局から他の無線局へ送信される。
【0062】
図15について考察すると、発信元無線局Sは時間区間TにおいてデータパケットPをノード無線局1aへ送信しており、ノード無線局1aは次の時間区間、すなわちTにおいてデータパケットPをノード無線局1bへ送信している。無指向性アンテナの場合、発信元無線局Sは時間区間Tの間、ノード無線局1aからRTSを受信しているためにアイドル状態を保持している必要がある。従って、発信元無線局Sはその第2のパケットPを時間区間Tになって初めてノード無線局1d(第2のパスの最初のノード無線局)へと送ることができる。図15にはパケットの遷移が示され、宛先無線局Dはパケットを1つおきの時間区間で受信する。無線局SとDとの間のパス数を2つよりも増やしたとしても、無指向性アンテナを使用する場合は状況は改善されない。
【0063】
しかしながら、可変ビームアンテナ101を使用すれば、ノード無線局1aがパケットをノード無線局1bに送っているときに、発信元無線局Sはノード無線局1dへ同時にパケットを送ることができる。図7は、指向性アンテナを使用する場合における、図6の最小相関係数η=0を有する2つのゾーン間分離パス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}を介してパケットを伝送するときのタイミングチャートである。図7が示すように、可変ビームアンテナ101を使用する場合、宛先無線局Dは、2つのゾーン間分離パスによりすべての時間区間T,T,T,…にパケットを受信する。ここでは、可変ビームアンテナ101を使用する場合の2つのゾーン間分離パスは、この最良の場合の方法を達成するに十分であるということが注意される必要がある。
【0064】
次に、複数の発信元無線局と複数の宛先無線局が存在するときの、マルチパスルーティングによる多重通信について説明する。ここまでは、無線局S及びDの単一のペア上での通信について考察してきた。しかしながら、同時通信に関わる無線局S及びDの複数のペアについて考察すると状況は悪くなる。各無線局SとDのペアは、両者間の可能な限り最小の相関係数ηで、両者間の2つのマルチパスを選択するものとする。しかしながら、複数の無線局SとDのペアのコンテキストにおいては、例えば無線局S1及びD1間の2つのマルチパスがゾーン間分離であるとしても、それらのパスは、例えば無線局S2及びD2間の他のアクティブなルートに結合(カップリング)される場合がある。従って、全てのアクティブなルートについて考察し、そのそれぞれについて他のアクティブなルートに関連する相関係数ηを発見して、お互いに関してだけでなくシステム内の全てのアクティブなルートに関してゾーン間分離の程度が最大化されているような無線局SとDのペア間の最大ゾーン間分離マルチパスを決定することが不可欠である。
【0065】
しかしながら、このことだけでは性能の改善には十分でない。マルチパスルーティングにおいては、パス長もまた他の重要なファクタである(非特許文献4)。より多いホップ数Hを有するより長いパスは、エンド・ツー・エンドの遅延時間を増大させ、帯域幅をさらに浪費する。従って、無線局SとDのペア間のより長いバイパスルートが小さな相関係数ηを有していても、エンド・ツー・エンドの遅延時間の短縮にはさほど効果的とはなり得ない。この問題に対処するため、われわれは、相関係数ηとホップ数Hとの積を最小化することをルート選択の基準にしている。この積の値を最小化すると、ゾーン間分離の程度が最大化された最短パスを得ることができる。この積の値を、ルーティング基準指数γ(=η×H)という。
【0066】
しかしながら、これは、トポロジー及び通信パターンが変化するアドホック無線ネットワークの動的な環境においては困難なタスクである。この困難さを緩和するための近似解については、後に議論される。ここでは、複数の無線局SとDのペアにおけるゾーン間分離の程度が最大化されかつ最短のマルチパスを発見する機構について議論し、このコンテキストにおいて、無指向性アンテナを凌ぐ可変ビームアンテナ101の有効性を示す。この目的に沿って、われわれはまず、シミュレーション環境において静的シナリオを仮定した。各無線局は、ネットワークにおける正確なトポロジー及び通信パターンを認識していると仮定する。無線局SとDの間のゾーン間分離の程度が最大化されかつ最短のパスを求めるに当たっては、図8のフローチャートに示されたアルゴリズムを使用している。
【0067】
図8は、トラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって実行されるルーティング及び通信処理を示すフローチャートである。
【0068】
図8のステップS1において、GLSテーブルを参照して、発信元無線局Sと宛先無線局Dの間において、ホップ数Hが最大値Hmaxよりも小さく、かつ互いにノード間分離であるすべてのパスp1,…,pnを検索して見つける。本実施形態では、ホップ数の最大値Hmaxを例えば5に設定する。ステップS2において、すべてのパスp1,…,pnをアクティブであると仮定して設定し(みなし)、GLSテーブル内のパスp1,…,pnに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を1にする。このとき、GLSテーブル内の通信状態フラグ値が1であるのは、無線局S及びDのペア間で検索されたパス上のノード無線局と、無線局S及びD以外の、実際に通信中の発信元無線局及びあて先無線局のペア間のアクティブなパス上のノード無線局とについてである。
【0069】
ステップS3において、ステップS2で発見されたパス数が2個以下ならばステップS6に進む。そうでないならば、次にステップS4において、GLSテーブルを参照し、ステップS2で各アクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスpiについて、発信元無線局S及び宛先無線局D間のパスpi以外の他のアクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスに対するパスpiの相関係数を計算し、無線局S及びD以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパスに対するパスpiの相関係数を計算し、計算された2種類の相関係数の和にパスpiのホップ数Hを乗算することにより、パスpiのルーティング基準指数γを計算する。このステップS4は、アクティブであると仮定して設定された(みなされた)すべてのパスpiに対するルーティング基準指数γが計算されるまで反復される。相関係数の計算は、詳しくは、前述されたように、パスpi上の各無線局のサービスエリア内に存在する、発信元無線局S及び宛先無線局D間のパスpi以外の他のアクティブであると仮定して設定された(みなされた)パス上の無線局(すなわち、パスpi上の無線局に対する干渉局)の個数と、無線局S及びD以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパス上の無線局(パスpi上の無線局に対する干渉局)の個数とを計算し、計算された無線局(干渉局)の個数をパスpi毎に加算することによって実行される。
【0070】
次いで、ステップS5において、最大のルーティング基準指数γを有するパスをアクティブでないと仮定して設定し(みなし)、GLSテーブル内の当該パスに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を0にする。ステップS5の後で再び、ステップS3において、アクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスの個数が2以下であるか否かを決定する。ステップS3がNOのときはステップS4を繰り返し、アクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスの個数が2個になるまで(すなわち、最大のルーティング基準指数γを有する2個のパスが発見されるまで)ステップS3乃至S5を反復する。この反復で、ステップS5によってパスの個数が減少するたびにステップS4においてルーティング基準指数を再計算しているのは、無線局S及びD間のアクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスの個数が変化することによって、各アクティブであると仮定して設定された(みなされた)パスに関する他のパスとの相関係数が変化するからである。フローの中で、仮にステップS1で3個以上のパスが検索された場合に、ステップS4の計算においてすべてのパスをアクティブであると仮定して設定された(みなされた)ことは、最終的な状態(すなわち2つのパスのみがアクティブである状態)との相違、又はある種の近似を含むことになる。
【0071】
ステップS3がYESになったとき、ステップS6に進む。ステップS6において、発信元無線局S及び宛先無線局D間で最終的にアクティブであると仮定して設定された(みなされた)2つのパス(パスpa,pbという。)に含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を、LVNF基準に従って他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のGLSテーブルを更新させる。次いで、ステップS7において、発信元無線局Sは、パケットのヘッダ等に含まれたルーティング情報を中継することに基づいて、これらのパスpa,pbを介して宛先無線局と通信する。この通信は、発信元無線局Sから宛先無線局Dへの1方向の通信のみに限定されず、これら2つの無線局間の双方向の通信であってもよい。通信終了後、ステップS8において、GLSテーブル内のパスpa,pbに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を0にし、パスpa,pbに含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を、LVNF基準に従って他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のGLSテーブルを更新させる。
【0072】
以上説明したように、本実施形態によれば、発信元無線局Sはルーティング基準指数γを高速に計算して、宛先無線局Dとの通信を実行することができる。
【0073】
<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態に係る無線ネットワークのためのルーティング方法について説明する。本実施形態は、第1の実施形態に対して、トラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって実行されるルーティング及び通信処理のみが異なっている。
【0074】
図9は、本発明の第2の実施形態であるアドホック無線ネットワークにおいて、トラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって実行されるルーティング及び通信処理を示すフローチャートである。
【0075】
図9のステップS11において、GLSテーブル内の通信状態フラグ値を0に初期化する。ステップS12において、GLSテーブルを参照して、発信元無線局Sと宛先無線局Dの間において、ホップ数Hが最大値Hmaxよりも小さく、かつ互いにノード間分離であるすべてのパスp1,…,pnを検索して見つける。ステップS13において、検索されたすべてのパスp1,…,pnの中で2個のパスpi,pj(1対のパス)を選択してそれらをアクティブであると仮定して設定し(みなし)、GLSテーブル内のパスpi,pjに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を1にする。このとき、GLSテーブル内の通信状態フラグ値が1であるのは、無線局S及びDのペア間のパスpi,pj上のノード無線局と、無線局S及びD以外の、実際に通信中の発信元無線局及びあて先無線局のペア間のアクティブなパス上のノード無線局とについてである。次にステップS14において、GLSテーブルを参照し、パスpjに対するパスpiの相関係数を計算し、無線局S及びD以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパスに対するパスpiの相関係数を計算し、計算された2種類の相関係数の和にパスpiのホップ数Hを乗算することにより、パスpiのルーティング基準指数γi,jを計算する。相関係数の計算は、詳しくは、前述されたように、パスpi上の各無線局のサービスエリア内に存在する、パスpj上の無線局(すなわち、パスpi上の無線局に対する干渉局)の個数と、無線局S及びD以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパス上の無線局(パスpi上の無線局に対する干渉局)の個数とを計算し、計算された無線局(干渉局)の個数を加算することによって実行される。
【0076】
ステップS15でも同様に、GLSテーブルを参照し、パスpiに対するパスpjの相関係数を計算し、無線局S及びD以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパスに対するパスpjの相関係数を計算し、計算された2種類の相関係数の和にパスpjのホップ数Hを乗算することにより、パスpjのルーティング基準指数γj,iを計算する。次いで、ステップS16において、ルーティング基準指数γi,j及びγj,iの平均値γを計算し、GLSテーブル内のパスpi,pjに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を0にする。ステップS13乃至S16は、ステップS17において、パスp1,…,pnのうちのすべての組み合わせのパスの対に関してルーティング基準指数γを計算したと判断されるまで反復される。ステップS17がNOであるときは、ステップS13に戻って別の組み合わせのパスの対をアクティブであるとみなして、そのルーティング基準指数γを計算し、ステップS17がYESであるときはステップS18に進む。
【0077】
ステップS18において、最小のルーティング基準指数γに対応する1対のパス(以下、パスpa,pbという。)を選択し、GLSテーブル内のパスpa,pbに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を1にする。ステップS19において、パスpa,pbに含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を、LVNF基準に従って他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のGLSテーブルを更新させる。次いで、ステップS20において、発信元無線局Sは、パケットのヘッダ等に含まれたルーティング情報を中継することに基づいて、これらのパスpa,pbを介して宛先無線局と通信する。通信終了後、ステップS21において、GLSテーブル内のパスpa,pbに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を0にし、パスpa,pbに含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を、LVNF基準に従って他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のGLSテーブルを更新させる。
【0078】
第1及び第2の実施形態に係るルーティング及び通信処理の計算量を比較するために、ステップS1及びステップS11で8個のパスが検索された場合について考察する。第1の実施形態では、ステップS4を1回目に実行するとき8個のパスについて相関係数ηを計算し、ステップS5で最大のルーティング基準指数γを有するパスをアクティブでないとみなし、ステップS4を2回目に実行するときに7個のパスについて相関係数ηを計算し、ステップS5で最大のルーティング基準指数γを有するパスをアクティブでないとみなし、以下、パスの個数が2個になるまで繰り返すので、計算量を8+7+6+5+4+3=33を表すことができる。一方、第2の実施形態では、8個のパスのうちのすべての組み合わせのパスの対に対して、ステップS14及びS15を実行する必要があるので、計算量を×2=56と表すことができる。
【0079】
本実施形態のルーティング及び通信処理によれば、計算量は第1の実施形態に比べて増大するが、第1の実施形態のルーティング及び通信処理のような近似(図8のステップS4を参照)を含まないので、第1の実施形態に比べてより正確にルーティング基準指数γを計算することができる。
【0080】
【実施例】
図10は、図1のアドホック無線ネットワークにおいて、無指向性アンテナを用いたときの無線局の個数に対する相関係数ηを示すグラフである。
【0081】
発明者らは、可変ビームアンテナ101を使用して2つのゾーン間分離パスより成るセットを捕捉する方が無指向性アンテナを使用する場合より格段に容易であることを確認するために、シミュレーションによる調査を行った。この調査では、無線局を1000×1500個の領域に所定の密度でランダムに配置した。発信元無線局と宛先無線局とは、それらが複数のホップで互いに離隔されるようにランダムに選択された。まず、全ての無線局1に、固定されたサービスエリアを有する可変ビームアンテナ101が設けられていることを仮定した。各可変ビームアンテナ101が形成するビームの送信ゾーン角度は60゜であると仮定している。選択された発信元無線局と宛先無線局との間には、2つのゾーン間分離ルートが発見された。2つのゾーン間分離ルートがその発信元無線局と宛先無線局のペアには利用可能でないならば、他の発信元無線局と宛先無線局のペアが選択された。次に、各無線局が無指向性アンテナを有していると仮定して、可変ビームアンテナ101の場合はゾーン間分離であるこれらの2つのルート間の相関係数ηomniを計算した。この実験を、25個の発信元無線局と宛先無線局のペアについて繰り返した。先にも述べたように、各ケースにおいて、可変ビームアンテナ101を用いたときの相関係数ηdirはゼロであり、無指向性アンテナを備えたときの相関係数ηomniについて計算している。次に、相関係数ηomniの平均値を求めた。次に無線局の分布密度を変えて、同じ実験を繰り返した。
【0082】
図10に、以上説明したシミュレーションの結果が示されている。システム内の無線局数が増大するにつれて、相関係数ηomniの平均値も増大している。しかしながら、可変ビームアンテナ101を備えたときの相関係数ηdirはすべてのケースを通じてゼロである。これは、異なる無線局の密度でも可変ビームアンテナ101を使用すればゾーン間分離パスを捕捉することが可能であるが、可変ビームアンテナ101を使用する場合のこれらのゾーン間分離パスは、無指向性アンテナを代用した場合には高い相関係数を有するということを表している。
【0083】
次に、複数の発信元無線局と複数の宛先無線局が存在するときの、マルチパスルーティングを用いた多重通信に関するシミュレーション結果を説明する。
【0084】
図11は、図1のアドホック無線ネットワークにおいて、同時通信数に対する、発信元無線局Sと宛先無線局Dの間のマルチパスに対するルーティング基準指数γの平均値を示すグラフである。シミュレーションはまず、無線局S及びDの単一のペア間の2つのゾーン間分離の程度が最大化された最短のパスを発見することから始まる。次に、無線局SとDのペアの数を1つずつ増やし、新しく加えた無線局SとDのペアにおいてゾーン間分離の程度が最大化された最短のパスを計算し、最初の無線局SとDのペアにおけるマルチパスのルーティング基準指数γを計算し直し、複数の同時通信が最初の無線局SとDのペアにおけるマルチパスのルーティング基準指数γの値に与える影響を観察する。
【0085】
この実験を、いくつかのセットの無線局SとDのペアと、可変ビームアンテナ101及び無指向性アンテナの双方とを使用して繰り返す。図11に示された結果は、無指向性アンテナを使用した場合にルーティング基準指数γの増大がかなり急激であることを示している。これは、システムにおける無線局SとDのペア数が増大するにつれて、特定の無線局SとDのペアの他のアクティブなルートに関するルート間結合は、無指向性アンテナの場合において、可変ビームアンテナ101の場合に比較して格段に速く増加することを含意している。
【0086】
次に、可変ビームアンテナ101を使用するマルチパスルーティングの性能に関するシミュレーション結果を示す。図12は、図1のアドホック無線ネットワークにおいて、同時通信数に対するエンド・ツー・エンドの遅延時間の平均値を示すグラフである。
【0087】
移動性及び情報浸透の遅さに起因して、発信元無線局が無線局SとDの間のゾーン間分離の程度が最大化された最短のマルチパスを完全に計算することは不可能な場合がある。こうした状況下で性能を向上させるため、各発信元無線局はその計算を周期的に実行し、そのルーティングの決定を適応的に修正する。われわれが行ったシミュレーション環境にはこの点を組み込み、無指向性アンテナと可変ビームアンテナ101を用い、同時の通信の個数を増大させて、選択された無線局SとDのペアのセット間のパケット当たりの平均のエンド・ツー・エンドの遅延時間を観察した。タイミングに関する仮定は、上述したものと同じである。図12は、その結果を示している。縦軸の単位は、1個のパケットをある無線局から他の無線局へ1ホップで送信するときの平均の所要時間である。結果は、同時通信数が増えるにつれて、パケット当たりの平均のエンド・ツー・エンドの遅延時間は、可変ビームアンテナ101の場合よりも無指向性アンテナを使用する場合の方が格段に急増することを示している。これは、図11が示す現象の当然の帰結であり、複数パスを使用するルーティング性能については、無指向性アンテナを使用する場合よりも可変ビームアンテナ101を使用する方が格段に向上すると結論することができる。
【0088】
以上説明したように、本発明に係る実施形態によれば、指向性アンテナがマルチパスルーティングに及ぼす効果を調査し、無指向性アンテナを使用するマルチパスルーティングに対してその有効性を比較した。結論として、複数のパスを使用するルーティング性能は、無指向性アンテナを使用する場合に比べて指向性アンテナを使用する方が格段に向上したといえる。アドホック無線ネットワークにマルチパスルーティングの技術を応用したことによって、信頼性の低い無線リンク及び絶えず変化するトポロジーによる影響を減少させることができる。さらに、アドホック無線ネットワークにおいて、エンド・ツー・エンドの遅延時間の短縮及び負荷のバランス化の実行を促進させることもできる。
【0089】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る無線ネットワークのためのルーティング方法又は無線通信システムによれば、複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパス上の無線局を無線通信中の無線局として仮定して設定し、
上記設定された無線通信中の無線局に基づいて、上記各パス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各パスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するためのルーティング基準指数を計算し、
上記計算された各パスに対するルーティング基準指数のうち、最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定し、
上記各パスに対してルーティング基準指数を計算する処理と、上記最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定する処理とを繰り返し、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングするように制御する。
【0090】
また、別の発明に係る無線ネットワークのためのルーティング方法又は無線通信システムによれば、複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの各1対のパス上の無線局を通信中の無線局として仮定して設定し、上記各1対のパス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各1対のパス毎に加算することによって、上記各1対のパスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各1対のパスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するための上記各1対のパスに対するルーティング基準指数を計算し、
上記計算した各1対のパスに対するルーティング基準指数のうち、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてルーティングするように制御する。
【0091】
従って、複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、最小の相関係数と最短ホップ数という基準で、従来技術に比較して、より少ない計算量で、1対のパスを検索して、マルチパスルーティングすることができ、このとき、エンド・ツー・エンドの遅延時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る第1の実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局1−1乃至1−9の平面配置図である。
【図2】 図1の各無線局1の内部構成を示すブロック図である。
【図3】 図1の可変ビームアンテナ101のセクタビームパターンの一例を示す図である。
【図4】 図2のデータベースメモリ154に格納される隣接リンク状態テーブル(NLSテーブル)の一例を示す図である。
【図5】 図2のデータベースメモリ154に格納されるグローバルリンク状態テーブル(GLSテーブル)の一例を示す図である。
【図6】 図1と同様なアドホック無線ネットワークにおいて、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に相関係数ηが0である2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}が存在するときの、パス上の各無線局の配置及びアンテナ放射パターンを示す平面図である。
【図7】 図6の2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}を介してパケットを伝送するときのタイミングチャートである。
【図8】 図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって実行されるルーティング及び通信処理を示すフローチャートである。
【図9】 本発明の第2の実施形態であるアドホック無線ネットワークにおいて、図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって実行されるルーティング及び通信処理を示すフローチャートである。
【図10】 図1のアドホック無線ネットワークにおいて、無指向性アンテナを用いたときの無線局の個数に対する相関係数ηを示すグラフである。
【図11】 図1のアドホック無線ネットワークにおいて、同時通信数に対する、発信元無線局Sと宛先無線局Dの間のマルチパスに対するルーティング基準指数γの平均値を示すグラフである。
【図12】 図1のアドホック無線ネットワークにおいて、同時通信数に対するエンド・ツー・エンドの遅延時間の平均値を示すグラフである。
【図13】 従来技術に係るマルチパスルーティングであって、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に2つのパス{S−x1−x2−D}及び{S−y1−y2−D}が存在するときに各パス間でルート間結合が生じていることを示す、パス上の各無線局及びルートの平面配置図である。
【図14】 従来技術に係るマルチパスルーティングであって、発信元無線局Sと宛先無線局Dとの間に、複数のルート間結合を含む2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}が存在するときの、パス上の各無線局の配置及びアンテナ放射パターンを示す平面図である。
【図15】 図14の2つのパス{S−1a−1b−1c−D}及び{S−1d−1e−1f−D}を介してパケットを伝送するときのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1,1−1乃至1−9,1a乃至1f,S,D…無線局、
101…可変ビームアンテナ、
102…サーキュレータ、
103…指向制御部、
104…パケット送受信部、
105…トラヒックモニタ部、
106…回線制御部、
107…上位レイヤー処理装置、
130…パケット受信部、
131…高周波受信機、
132…復調器、
133…受信バッファメモリ、
140…パケット送信部、
141…送信タイミング制御部、
142…送信バッファメモリ、
143…変調器、
144…高周波送信機、
151…管理制御部、
152…検索エンジン、
153…更新エンジン、
154…データベースメモリ、
155…クロック回路、
160…拡散符号発生器、
200乃至204…サービスエリア。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a routing method and a wireless communication system for a wireless network such as an ad hoc wireless network that performs packet communication in a wireless network such as a wireless LAN provided with a plurality of wireless stations.
[0002]
[Prior art]
In an ad hoc wireless network that supports communication between an unspecified number of people temporarily gathered in a specific area using a wireless line, there is no infrastructure such as a router device of the Internet. Users need to relay and route packets in cooperation.
[0003]
The routing system of an ad hoc wireless network usually employs a single path routing via wireless stations of a plurality of user terminals. However, for example, as disclosed in Non-Patent Document 1, once a set consisting of a plurality of paths is found between a source radio station and a destination radio station, the total capacity of data is divided into a plurality of individual capacities. It may be possible to improve the end-to-end delay time by dividing it into blocks and sending them from the source radio station to the destination radio station via the selected paths. Finally, network congestion and end-to-end delay time can be reduced, and such routing is called “multipath routing”.
[0004]
Non-Patent Document 2 demonstrates that multipath routing can balance network load. Split multi-path routing (SMR) proposed in Non-Patent Document 3 focuses on the construction and maintenance of a plurality of paths that maximize the degree of separation between the paths. Non-Patent Document 4 introduces the concept of a correlation coefficient between a plurality of paths located between a source radio station and a destination radio station.
[0005]
Non-Patent Document 5 discloses a MAC and routing protocol for an ad hoc wireless network. In this disclosure, each wireless station periodically collects its neighbor information, and an adjacent link state table ( Neighborhood Link State Table (NLST)) is created. Non-Patent Document 6 discloses a method for collecting network topology information without increasing overhead. In Non-Patent Document 7, a modified link state routing protocol is configured based on the periodic propagation of local information. The purpose is to make the wireless station recognized in the network topology, as described in Non-Patent Document 8.
[0006]
Further, Non-Patent Document 9 discloses that in a wireless network such as an ad hoc wireless network, a routing table can be updated efficiently even when a wireless station frequently moves, and a stable wireless communication is ensured by securing a stable route. A routing method and a router device for a wireless network capable of performing the above are disclosed. Patent Document 1 and Non-Patent Documents 10 and 11 disclose directional antennas that can be used in each wireless station in an ad hoc wireless network such as Non-Patent Document 9.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-24431A.
[Non-Patent Document 1]
SK Das et al., "Improving Quality-of-Service in Ad hoc Wireless Networks with Adaptive Multi-path Routing", Proceedings of the GLOBECOM 2000, San Francisco, California, November 27-December 1, 2000.
[Non-Patent Document 2]
MR Pearlman et al., “On the Impact of Alternate Path Routing for Load Balancing in Mobile Ad Hoc Networks”, Mobihoc 2000, p. 150, 3-10, 2000.
[Non-Patent Document 3]
SJ Lee et al., "Split Multi-path Routing with Maximally Disjoint Paths in Ad Hoc Networks", ICC 2001.
[Non-Patent Document 4]
Kui Wu et al., “On-Demand Multipath Routing for Mobile Ad Hoc Networks”, EPMCC 2001, Vienna, 20th-22nd February 2001.
[Non-Patent Document 5]
S. Bandyopadhyay et al., "An Adaptive MAC Protocol for Wireless Ad Hoc Community Network (WACNet) Using Electronically Steerable Passive Array Radiator Antenna", Proceedings of GLOBECOM 2001, November 25-29, San Antonio, Texas, USA.
[Non-Patent Document 6]
S. Bandyopadhyay et al., "Topology Discovery in Ad Hoc Wireless Networks Using Mobile Agents", Proceedings of MATA 2000, Paris.
[Non-Patent Document 7]
S. Bandyopadhyay et al., "An Adaptive MAC and Directional Routing Protocol for Ad Hoc Wireless Network Using Directional ESPAR Antenna", Proceedings of the ACM Symposium on Mobile Ad Hoc Networking & Computing 2001 (MOBIHOC 2001), Long Beach, California, USA , 4-5 October, 2001.
[Non-Patent Document 8]
R. RoyChoudhury et al., "A Distributed Mechanism for Topology Discovery in Ad hoc Wireless Networks using Mobile Agents", Proceedings of the First Annual Workshop On Mobile Ad Hoc Networking & Computing 2001 (MOBIHOC 2000), Boston, Massachusetts, USA, August 11,2000.
[Non-patent document 9]
Kazunari Masayama et al., “Proposal of Directional Routing Protocol in Wireless Ad Hoc Networks”, Proceedings of IEICE Communication Society Conference, B-5-207, IEICE, September 2001.
[Non-Patent Document 10]
T. Ohira et al., “Electronically steerable passive array radiator antennas for low-cost analog adaptive beamforming,” 2000 IEEE International Conference on Phased Array System & Technology pp. 101-104, Dana point, California, May 21-25, 2000 .
[Non-Patent Document 11]
Satoshi Tano et al., “M-CMA: Digital Signal Processing Algorithm for Adaptive Beamforming by Microwave Signal Processing”, IEICE Technical Report, AP99-62, SAT99-62, pp. 15-22, July 1999.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has also been shown that employing multiple paths between a source radio station and a destination radio station does not necessarily result in reduced end-to-end delay times. In Non-Patent Document 2, the effect of Alternate Path Routing (APR) in a mobile ad hoc network is examined, and the network topology and channel characteristics (for example, inter-route coupling) increase the gain provided by the APR method. It has been argued that there may be significant limitations.
[0009]
Suppose that there are only two source radio stations 1 And s 2 Respectively send the data packet to the destination radio station d 1 And d 2 Suppose you are trying to send to. Different node radio stations x 1 , X 2 , Y 1 And y 2 And there are two paths {s 1 -X 1 -Y 1 -D 1 } And {s 2 -X 2 -Y 2 -D 2 }, When communicating, these paths that do not include a common node radio station are referred to as node radio station separation in this specification. A path {s that is separation between node radio stations 1 -X 1 -Y 1 -D 1 } And {s 2 -X 2 -Y 2 -D 2 }, The end-to-end delay times of the data packets transmitted via each of these should be independent of each other. However, the node radio station x 1 And x 2 And / or y 1 And y 2 Are adjacent to each other, it is impossible for two communications to occur simultaneously. This is because the RTS / CTS exchange during data communication is performed at the same time as the node radio station x 1 Or x 2 Similarly, the node radio station y 1 Or y 2 This is because only either of them can only transmit a data packet. Therefore, the end-to-end delay time between any source radio station and destination radio station does not depend solely on the congestion characteristics of the node radio stations on that path. The pattern of communication in the adjacent area also contributes to this delay time. This is a phenomenon known as inter-route coupling (or route coupling). Inter-route coupling occurs when two routes are placed physically close enough to interfere with each other during data communications.
[0010]
FIG. 13 shows multipath routing according to the prior art, in which when there are two paths between the source radio station S and the destination radio station D, inter-route coupling occurs between the paths. FIG. 2 is a plan layout view of each wireless station and route. Here, between the radio stations S and D, a first path consisting of radio stations {S, x1, x2, D} and a second path consisting of radio stations {S, y1, y2, D} Each path does not have a common node other than the radio stations S and D, and in the present specification, these paths are also referred to as “node radio station separation”. Therefore, the end-to-end delay time of packet transmission through each path should be independent of each other, however, the node radio stations x1 and y1 are in the service area of the source radio station S (ie, the radio signal (Area of transmission possible range) 210 and located close to each other, and the node wireless stations x2 and y2 are located within the service area 211 of the destination wireless station D and located close to each other. As a result, there is an inter-route connection between each path. For this reason, it is impossible to transmit a packet simultaneously on each path. Not only that, the performance of data transmission using these two paths is worse than in the protocol using a single path.
[0011]
FIG. 14 shows multipath routing according to the prior art, in which two paths {S-1a-1b-1c-D including a plurality of inter-route couplings between a source radio station S and a destination radio station D are shown. } And {S-1d-1e-1f-D} are plan views showing the arrangement of radio stations on the path and the antenna radiation pattern.
[0012]
In FIG. 14, the node radio stations 1a and 1d exist in the service area 220 from the source radio station S, and the radio stations S, 1b, 1d, and 1e exist in the service area 221 from the node radio station 1a. The node radio stations 1a, 1c, 1d, 1e, and 1f exist in the service area 222 from the node radio station 1b. In such a case, between the paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D}, the link between the node radio stations 1a and 1d, the node radio stations 1a and 1e There is an inter-route connection as shown by the link between the two, which prevents routing using these two paths.
[0013]
FIG. 15 is a timing chart when a packet is transmitted through the two paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D} in FIG. Actually, referring to FIG. 14 and FIG. 15, when there are two paths coupled between routes between the source radio station S and the destination radio station D, the node radio stations on each path communicate with each other. The state of interference will be described in more detail. Each wireless station is assumed to have an omnidirectional antenna.
[0014]
Referring to FIG. 15, the source radio station S has a time interval T 0 Data packet P 1 Is transmitted to the node radio station 1a, and the node radio station 1a 1 Data packet P 1 Is transmitted to the node radio station 1b. If each radio station has an omnidirectional antenna, the source radio station S is T 1 During this time, since the RTS is received from the node radio station 1a, it is necessary to maintain the idle state. Therefore, the source wireless station S has its second packet P 2 Is the time interval T 2 It is possible to transmit to the node radio station 1d (first node radio station in the second path) only after In the packet transition as shown in FIG. 15, the destination wireless station D receives the packet in every other time interval. Even if the number of paths between the radio stations S and D is increased more than two, the situation is not improved.
[0015]
As a result, in multipath communication between a pair of radio stations S and D, there is a possibility that node radio stations in these multiple routes are constantly competing for access to the medium they share, Communication performance may be worse than with routing through a single path between the pair of radio stations S and D. Therefore, in this context, it cannot be a sufficient condition for performance improvement that a plurality of routes constituting a multipath are separated from each other. Therefore, when the effort to find the route that is the separation between nodes or the route that maximizes the degree of the separation between nodes as in Non-Patent Documents 3 and 4, is not effective due to the coupling between the routes. There is. Accordingly, it is desirable to provide a more effective method for reducing end-to-end delay times when performing multipath routing in ad hoc wireless networks.
[0016]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a wireless network such as an ad hoc wireless network, a wireless network capable of significantly reducing an end-to-end delay time as compared with the prior art. A routing method and a wireless communication system are provided.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A routing method for a wireless network according to a first invention is a routing method for a wireless network that includes a plurality of wireless stations and performs wireless communication between the wireless stations.
Based on the information table indicating the link state between the plurality of radio stations, relays a common radio station including at least one radio station as a relay station between the source radio station and the destination radio station. A first step of searching for a plurality of paths not included as a station;
In the wireless network, a second step of setting the wireless stations on the searched paths as the wireless stations in wireless communication; and
Based on the set wireless stations in communication, calculate the number of other wireless stations in communication in the service area of each wireless station on each path, and By adding the number of radio stations for each path, a correlation coefficient that represents the degree of coupling with respect to radio interference between each path and other communicating radio stations not included in the path itself A routing reference index for searching for the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the calculated correlation coefficient for each path by the number of hops of the path. A third step of calculating
A fourth step of setting a wireless station included in a path having the largest reference index among the calculated routing reference indices for each path as a wireless station not in communication;
Repeat the third and fourth steps to select a pair of paths having two smaller reference indices as two paths between the source radio station and the destination radio station, and the selection And a fifth step of routing using the two paths.
[0018]
A wireless communication system according to a second aspect of the present invention is a wireless communication system for a wireless network that includes a plurality of wireless stations and performs wireless communication between the wireless stations.
Based on the information table indicating the link state between the plurality of radio stations, relays a common radio station including at least one radio station as a relay station between the source radio station and the destination radio station. Search for multiple paths not included as stations,
In the wireless network, the wireless stations on the searched paths are assumed to be wireless stations in wireless communication, and set.
Based on the set wireless stations in communication, calculate the number of other wireless stations in communication in the service area of each wireless station on each path, and By adding the number of radio stations for each path, a correlation coefficient that represents the degree of coupling with respect to radio interference between each path and other communicating radio stations not included in the path itself A routing reference index for searching for the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the calculated correlation coefficient for each path by the number of hops of the path. Calculate
Among the calculated routing reference indices for each path, the wireless station included in the path having the largest reference index is set as a wireless station that is not communicating,
The process of calculating the routing reference index for each path and the process of setting the wireless station included in the path having the maximum reference index as a wireless station not in communication are repeated, and two smaller reference indices are obtained. Control means for selecting a pair of paths as two paths between the source radio station and the destination radio station and controlling to route using the selected two paths It is characterized by that.
[0019]
Furthermore, a routing method for a wireless network according to a third invention is a routing method for a wireless network that includes a plurality of wireless stations and performs wireless communication between the wireless stations.
Based on the information table indicating the link state between the plurality of radio stations, relays a common radio station including at least one radio station as a relay station between the source radio station and the destination radio station. Searching for a plurality of paths not included as stations,
In the wireless network, each pair of the searched plurality of paths path Assuming that the upper radio station is a communicating radio station, calculating the number of other communicating radio stations present in the service area of each of the radio stations on each pair of paths, By adding the calculated number of wireless stations in communication for each pair of paths, each of the pair of paths is connected to other wireless stations in communication that are not included in the path itself. By calculating a correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to radio wave interference and multiplying the calculated correlation coefficient for each pair of paths by the number of hops of the path, radio interference from other communicating radio stations is obtained. Calculating a routing criterion index for each of the pair of paths to search for the shortest and shortest path;
Of the calculated routing reference indices for each pair of paths, a pair of paths having two smaller reference indices is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station. And routing using the two selected paths.
[0020]
Still further, a wireless communication system according to a fourth aspect of the present invention is a wireless communication system for a wireless network that includes a plurality of wireless stations and performs wireless communication between the wireless stations.
Based on the information table indicating the link state between the plurality of radio stations, relays a common radio station including at least one radio station as a relay station between the source radio station and the destination radio station. Search for multiple paths not included as stations,
In the wireless network, each pair of the searched plurality of paths path Assuming that the upper radio station is a communicating radio station, calculating the number of other communicating radio stations present in the service area of each of the radio stations on each pair of paths, By adding the calculated number of wireless stations in communication for each pair of paths, each of the pair of paths is connected to other wireless stations in communication that are not included in the path itself. By calculating a correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to radio wave interference and multiplying the calculated correlation coefficient for each pair of paths by the number of hops of the path, radio interference from other communicating radio stations is obtained. Calculate a routing criterion index for each pair of paths to search for the shortest and most closely spaced path;
Of the calculated routing reference indices for each pair of paths, a pair of paths having two smaller reference indices is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station. And control means for controlling to perform routing using the two selected paths.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan layout view of a plurality of radio stations 1-1 to 1-9 (generally referred to by reference numeral 1) showing the configuration of an ad hoc radio network according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of each radio station 1 in FIG.
[0023]
In the wireless communication system of this embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of wireless stations 1 are present in a plane and each wireless station 1 has a gain, transmission power, and reception sensitivity of the variable beam antenna 101. A predetermined service area determined by parameters such as, and can perform packet communication within the service area. When performing packet communication with the wireless station 1 outside the service area, the wireless station 1 within the service area Is used as a relay station to relay packet data, thereby transmitting the packet data to a desired destination wireless station 1. That is, each radio station 1 includes a router device that performs packet routing, and operates as a source radio station, a relay station, or a destination radio station.
[0024]
The wireless communication system of this embodiment is applied to a packet communication system of an ad hoc wireless network such as a wireless LAN, for example, and includes an omni pattern that is an omnidirectional radiation pattern and a predetermined plane in a horizontal plane centered on the own station. A variable beam antenna 101 capable of selectively switching between a sector beam pattern capable of selectively changing a sector-shaped main beam for each azimuth angle and an exclusive sector pattern capable of forming a null point for each azimuth angle. Prepared,
(A) RE (Reply) signal from an adjacent radio station including a measured value of signal power to interference noise power ratio (hereinafter referred to as SINR) when the adjacent radio station receives an RQ (Request) signal from the own station The maximum SINR is selected for each adjacent radio station based on the SINR obtained in advance based on the SINR viewed from the radio station 1 in the service area for each predetermined azimuth angle in the horizontal plane centered on the own station. And an adjacent link state table (hereinafter referred to as an NLS table) including the affinity, the corresponding azimuth angle, and the data update time. ,
(B) By exchanging topology information of the NLS table (referred to as route information indicating the link state between all radio stations in the ad hoc radio network, the same shall apply hereinafter) between the radio stations, the ad hoc radio network NLS table topology information for all wireless stations 1 in the network is collected, this topology information (including the link state between each wireless station 1), the number of updates of the topology information for each wireless station, A global link state table (hereinafter referred to as a GLS table) including a communication state flag value indicating the wireless station 1 involved in an arbitrary communication process at the time.
Is stored in the database memory 154, and packet signals are routed while controlling the radiation pattern of the variable beam antenna 101 based on the NLS table and the GLS table.
[0025]
In particular, in each radio station 1,
(1) Based on the GLS table, between the source wireless station S and the destination wireless station D, each node includes at least one wireless station as a relay station and does not include a common wireless station as a relay station Searching for multiple paths that are separate; and
(2) In a communication status flag value indicating a wireless station in communication in a wireless network, setting the wireless stations on the searched plurality of paths as wireless stations in communication;
(3) Based on the communication state flag value, calculate the number of other wireless stations in communication within the wireless signal reachable range of the wireless stations on the paths, and calculate the communication in progress The correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to the radio wave coherence between each path and other communicating radio stations not included in the path by adding the number of radio stations for each path. A routing reference index for finding the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the above correlation coefficient of each path by the number of hops of the path. calculating γ;
(4) In the communication state flag value, setting a wireless station included in a path having the largest reference index as a wireless station that is not communicating;
(5) The steps (3) and (4) described above are repeated, and two paths having a smaller routing reference index γ are selected as paths between the source radio station S and the destination radio station D, Performing routing using the selected path.
[0026]
Next, the device configuration of each radio station 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a radio station 1 includes a variable beam antenna 101, a directivity control unit 103 for controlling the directivity thereof, a circulator 102, a data packet transmission / reception unit having a data packet transmission unit 140 and a data packet reception unit 130. 104, a traffic monitor unit 105, a line control unit 106, and an upper layer processing unit 107.
[0027]
Transmission signal data for communication in packet format generated by the upper layer processing device 107 that processes data to be transmitted / received is input to the modulator 143 via the transmission buffer memory 142, and the modulator 143 has a predetermined radio frequency. The carrier wave signal is subjected to spread spectrum modulation in accordance with the input communication transmission signal data using a predetermined communication channel spreading code generated by the spread code generator 160 by the CDMA method, and the modulated transmission signal is transmitted at a high frequency. Output to the machine 144. The high-frequency transmitter 144 performs processing such as amplification on the input transmission signal, and then transmits the variable signal from the variable beam antenna 101 to another wireless station 1 via the circulator 102. On the other hand, the communication signal received in the packet format received by the variable beam antenna 101 is input to the high-frequency receiver 131 via the circulator 102, and the high-frequency receiver 131 performs low noise amplification on the input received signal. After executing the above process, the data is output to the demodulator 132. The demodulator 132 demodulates the input received signal by spectrum despreading using the communication channel spreading code generated by the spreading code generator 160 in the CDMA system, and the demodulated received signal data is converted into an upper layer. The data is output to the processing device 107 and also output to the traffic monitor unit 105 for traffic monitoring.
[0028]
In the present embodiment, the variable beam antenna 101 that is a directional antenna is connected to a plurality of antenna elements and a control unit 103 that controls the directivity,
(A) an omni pattern which is an omnidirectional radiation pattern;
(B) For example, as shown in FIG. 3, a sector beam pattern capable of selectively changing a sector-shaped main beam for each predetermined azimuth angle in a horizontal plane centered on the own station;
(C) an exclusive sector pattern capable of forming a null point for each azimuth angle;
Is an antenna that can be selectively switched by electrical control. The variable beam antenna 101 may be, for example, a known phased array antenna device, or may be a variable beam antenna disclosed in Patent Document 1 or Non-Patent Document 11.
[0029]
The traffic monitor unit 105 includes a search engine 152, an update engine 153, a database memory 154, and a clock circuit 155, and performs routing and communication processing described later, and the wireless station 1 communicates with other wireless stations 1. The communication channel to be used in the packet communication is determined, and the spread code generator 160 sends the spread code designation data corresponding to the determined communication channel to the spread code generator 160 via the line control unit 106. The transmission timing control unit is controlled by generating a spreading code corresponding to the designated data and sending the designated data of the time slot corresponding to the determined communication channel to the transmission timing control unit 141 via the line control unit 106. 141 is a communication channel transmission signal by the transmission buffer memory 142 Controls to transmit the signal for the communication channel is transmitted in the corresponding time slot by controlling the writing and reading of over data. The clock circuit 155 counts the current date and time and outputs the information to the management control unit 151 as necessary.
[0030]
The search engine 152 of the traffic monitor unit 105 searches the data in the database memory 154 under the control of the management control unit 151 and returns the searched data to the management control unit 151. The update engine 153 updates data in the database memory 154 under the control of the management control unit 151. Further, the database memory 154 stores an NLS table and a GLS table that is a table for routing.
[0031]
In this embodiment, the effective transmission beam width of the sector beam pattern for changing the directivity so that the gain in the direction of a single communication partner is maximized is set to 30 °, and the variable beam antenna 101 is used. The azimuth angle can be selectively changed every 30 °. The beam width and azimuthal angle of change may be 60 ° or other angles.
[0032]
Next, a method for generating an NLS table will be described. In order to implement an arbitrary multipath routing protocol using the variable beam antenna 101, each radio station has a method of setting its transmission direction for effectively transmitting packets to its selected neighboring radio station. I need to know. Therefore, each wireless station periodically collects its neighbor information and creates an NLS table in each wireless station (see Prior Art Document 5). Each radio station selects an azimuth angle at which the SINR value for each adjacent radio station acquired in advance is maximized, and uses this SINR value as the affinity with the adjacent radio station. Each wireless station extracts the value of the azimuth angle and the affinity for each adjacent wireless station, and generates and updates the NLS table with the current date and time as the update date and time. An example of the NLS table of the radio station 1 is shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the NLS table stores the azimuth corresponding to the maximum SINR value, the affinity that is the maximum SINR value, and the update date and time for each adjacent wireless station.
[0033]
A method for acquiring the SINR value for each adjacent radio station will be described. Each wireless station in the ad hoc wireless network periodically collects adjacent wireless station information. The radio station of the local station that collects adjacent radio station information first transmits a broadcast packet in order by a sector beam pattern at an azimuth of 12 directions every 30 degrees. The azimuth angle is 12 directions so that the sector beam pattern covers all 360 degrees. This packet signal is called an RQ signal. In the RQ signal, packet type: RQ, ID of the transmission source radio station of the RQ signal (identification number or identification code, the same shall apply hereinafter), transmission azimuth angle, and standby time are described. Specifically, the standby time is a time until transmission of RQ signals in 12 directions is completed. Next, neighboring neighboring radio stations that have received the RQ signal measure the SINR at the time of reception. Each adjacent radio station temporarily stores this SINR value in the temporary storage table during the standby time, and after the standby time ends, the packet type: RE, the ID of the destination radio station, the ID of the source radio station The SINR value together with the azimuth information described in the RQ signal is returned to the radio station that is the source of the RQ signal as a unicast packet signal. This packet is called an RE signal. When transmitting the RE signal, the same procedure as when transmitting a normal data packet is performed. Then, the radio station that received the RE signal (source of the RQ signal) extracts the source radio station ID of the RE signal (here, the ID of the radio station), azimuth angle information, and SINR information from the RE signal. Here, if a radio station other than the radio station that has transmitted the RQ signal, that is, a radio station that is different from the radio station that has transmitted the RQ signal, receives the RE signal, this is ignored.
[0034]
In this embodiment, in order to measure SINR, BER is measured by transmitting / receiving data packets of a predetermined training pattern to / from other wireless stations 1, and BER for SINR determined by a modulation / demodulation method of wireless communication. Using the characteristic graph, it is converted into SINR. For example, when using the CDMA method, conversion can be performed using a graph of BER characteristics with respect to SINR. For example, when using a QPSK differential detection method, conversion can be performed using a graph of BER characteristics with respect to a predetermined CNR. Can do. That is, whether to use the carrier power to interference noise power ratio (CINR) or SINR depends on the modulation / demodulation method used in the wireless system. In the present invention, any measurement value regarding co-channel interference noise may be used.
[0035]
Next, the GLS table will be described. The GLS table is stored in the database memory 154 in all the radio stations 1 in the ad hoc radio network, and is information on the NLS table of all the radio stations 1 (including radio link information between the radio stations 1). Contains topology information. This is because each wireless station 1 can grasp complete (but approximate) topology information of the entire network by periodically exchanging information in the GLS table in each wireless station 1 with another wireless station. it can. In the context of variable beam antenna 101, the GLS table not only indicates connectivity between any two radio stations, but also each radio station to effectively transmit packets to any selected neighboring radio station. The service area information that needs to be set is also shown. At the same time, each radio station propagates its knowledge about the active node list, ie a list describing the radio station IDs of all active radio stations involved in any communication process at that time (ie information on the communication status flag value). To do. However, it should be noted that the knowledge of each radio station regarding the network topology or the number of active radio stations in the network is only approximate. Here, “active radio station” refers to a radio station that is in a communication state. However, the periodic recalculation of routes by the originating radio station adjusts itself adaptively to changing scenarios.
[0036]
The GLS table includes connectivity between all the radio stations 1, up-to-dateness, and communication state flag values. Here, the connectivity is an item representing the connection strength between radio stations called affinity, and can be obtained from the NLS table of each radio station 1. Also, the newness is a value indicating the number of times each radio station information is updated. When topology information is received from an adjacent radio station, it is updated to the latest information for each radio station compared to the topology information in the receiving radio station. Used to prevent re-transmission from the neighboring radio station after sending the updated topology information to the neighboring radio station and determining the transmission destination of the updated topology information to the neighboring radio station Also used for. The communication status flag value has a value of 1 for a radio station involved in an arbitrary communication process at that time, and a value of 0 for a radio station not involved in the communication process.
[0037]
An example of this GLS table is shown in FIG. The GLS table is a collection of NLS tables of each wireless station 1 in the ad hoc wireless network, and is a set of affinity values from a certain wireless station to a certain wireless station. That is, in the GLS table, as is clear from FIG. 5, a radio station on the transmission side is juxtaposed on the horizontal axis, while a radio station on the reception side is juxtaposed on the vertical axis, and N radio stations are arranged in the radio network. When there is a wireless station 1, the GLS table is an N × N table in which values at individual intersections indicate the affinity (maximum SINR value) from the transmitting wireless station to the receiving wireless station. Furthermore, it has an update count indicating the latestness corresponding to each transmitting-side radio station. Here, the GLS table is generated by periodically exchanging information by transmitting a REN (Renewal) signal including topology information to another radio station, and transmitting the topology information (GLS of a certain radio station) to the radio station. Table) arrives, the GLS table is updated. At that time, it is necessary to compare the GLS table in the topology information with the GLS table of the wireless station that received the topology information. Used, information with a large value of the number of updates is used as a new GLS table. Note that the REN signal includes a packet type: REN, an ID of a destination wireless station, an ID of a source wireless station (here, an ID of the wireless station S), and topology information.
[0038]
Further, an adaptive MAC (Media Access Control) method used in this embodiment will be described. In the present embodiment, each wireless station 1 moves around in a two-dimensional closed space, and shares a common wireless channel when performing wireless communication. Each wireless station 1 is equipped with a variable beam antenna 101 which is an adaptive antenna capable of forming a 360 ° beam / null point, and an effective transmission beam width is 30 °. It is assumed that one radio station 1 cannot perform transmission and reception at the same time, and cannot perform a plurality of different transmissions or a plurality of different receptions. However, it is possible to transmit the same signal in a plurality of directions. When the direction of the interference wave is known, each wireless station that performs reception can form or adjust a null point in order to avoid radio wave interference due to unnecessary signals.
[0039]
First, in the ad hoc wireless network, in the initial idle state, each wireless station 1 waits for transmission / reception with the antenna radiation pattern set as an omni-directional pattern.
[0040]
The IEEE802.11 MAC protocol standard, which is a wireless LAN standard that is currently widely used, uses an RTS-CTS-DATA-ACK exchange procedure in order to realize reliable data communication. On the other hand, in the present system, when the wireless station S wants to perform wireless communication with the wireless station D, the wireless station S first sets the wireless station S including the wireless station D to the adjacent wireless station “from the wireless station S to the wireless station D. Is transmitted in an omni pattern by an RTS (Request-To-Send) signal. The RTS signal includes packet type: RTS, source wireless station ID (in this case, the ID of the wireless station S), and destination wireless station ID, as in the signals prescribed in IEEE 802.11 and the RE signal of this system. (Here, the ID of the wireless station D) and the value of the standby time are included. All adjacent radio stations of the radio station S (the direction to the radio station S is known from the respective NLS table) receive the RTS signal from the radio station S.
[0041]
When the radio station D which is the destination radio station of the RTS signal receives the RTS signal, the radio station D transmits a CTS (Clear−) to notify the radio station S that transmission of the DATA signal (data signal) is permitted. To-Send) signal is returned in an omni pattern. This CTS signal includes the packet type: CTS, the ID of the destination wireless station (here, the ID of the wireless station S), and the value of the standby time.
[0042]
Next, when the wireless station S that is the wireless station that has transmitted the RTS signal receives the CTS signal from the wireless station D that is the destination, the wireless station S transmits the DATA signal. The radio station D as the destination radio station receives the DATA signal, and when the reception is completed normally, returns an ACK (Acknowledgement) signal (acknowledgment signal) to the radio station S as an acknowledgment. The wireless station S receives the ACK signal, completes a series of processes related to one DATA, and returns to the idle state. Here, the DATA signal includes packet type: DATA, source wireless station ID (in this case, ID of wireless station S), destination wireless station ID (in this case, ID of wireless station D), and waiting time value. Contains data to be transmitted. The ACK signal includes a packet type: ACK, a destination wireless station ID (in this case, an ID of the wireless station S), and a waiting time value.
[0043]
On the other hand, when a radio station other than the radio station D (hereinafter referred to as a radio station A) receives the RTS signal, the radio station A is a radio station S that is a radio station that has transmitted the RTS signal based on the NLS table. Azimuth angle information is acquired, and a null point is formed in the direction of the radio station S only during the waiting time described in the RTS signal. Such antenna radiation patterns in which null points are formed in an arbitrary direction are collectively referred to as an exclusive sector pattern.
[0044]
When a CTS signal is received by a device other than the radio station S, a null point is formed for a certain period in the direction of the CTS signal source radio station in the same manner as the RTS signal.
[0045]
The radio station S that has transmitted the RTS signal and the DATA signal and the radio station D that has transmitted the CTS signal operate a timer for a certain time after the transmission. In the case of the radio station S, when a CTS signal is not received within a certain time after transmitting an RTS signal, and when an ACK signal is not received within a certain time after transmitting a DATA signal, the RTS signal is transmitted as a time-out. Redo a series of processing from. On the other hand, if the wireless station D does not receive the DATA signal within a certain time after transmitting the CTS signal, the sector beam pattern to the wireless station S is returned to the omni pattern and becomes an idle state. When the standby time period ends, if there is no other communication in the direction during the standby time period, the null point in that direction in the variable beam antenna 101 is canceled.
[0046]
Furthermore, in the present embodiment, the variable beam antenna 101 that is a directional antenna is utilized to preferentially notify peripheral wireless stations with a low degree of topology information update, thereby maintaining the latest topology information. Uniformity of the degree of update in the surrounding radio stations is ensured while reducing overhead.
[0047]
Hereinafter, a transmission method of the REN signal for updating the GLS table will be described. If the flooding is used to notify each wireless station of the topology information, the overhead becomes large, which may affect normal data transmission. In our previous work, we constructed a modified link state routing protocol based on the periodic propagation of neighbor information of each radio station (see prior art document 7). The purpose is to recognize the radio station in the network topology (see Prior Art Document 8). The main purpose is to collect all topology related information from each radio station in the network without flooding the network with topology update packets, and periodically transfer it to only one neighboring radio station (as update information) ) Distribute.
[0048]
In the mechanism of the present embodiment, each radio station periodically propagates a REN signal including topology information and its knowledge about the active node list to only one neighboring radio station at regular intervals. The radio station on the receiving side of the REN signal updates the topology information and the active node list based on the knowledge and propagates it to other radio stations. In order to reduce the overhead due to the REN signal including the topology information and the active node list, the selection of the target neighboring radio station to which the topology map and the active node list are propagated is a known least-visited-neighbor-first (LVNF) criterion. (For example, refer nonpatent literature 6). Each radio station monitors a metric called recency of its neighboring radio stations to determine which one has received the minimum number of update messages. The adjacent radio station that has received the minimum number of update messages at that time becomes the target radio station for update. Specifically, when a radio station receives a REN signal that is a topology update packet signal, updates the GLS table, and transmits a new REN signal, an update that indicates the latestness of adjacent radio stations that can directly perform radio communication The number of times is compared, and the REN signal is transmitted only to the radio station having the minimum number of updates. The REN signal is transmitted after increasing the number of updates of the transmission destination radio station.
[0049]
Each time the source radio station S desires communication with the destination radio station D, the source radio station S calculates a routing reference index γ for a plurality of inter-node separation routes from the radio stations S to D. From these multiple routes, the source radio station S examines the active node list to maximize the degree of inter-zone separation between radio stations S and D (as described above) and the shortest multipath (ie, minimum Multipath with a routing criterion index γ of. However, due to mobility and slow information penetration, it may not be possible for the originating radio station to fully compute a multipath with the minimum routing criterion index γ between radio stations S and D. is there. In order to improve performance under these circumstances, each source radio station periodically performs its calculation and adaptively modifies its routing decision.
[0050]
In the present embodiment, topology information is distributed to only one adjacent wireless station using a directional antenna using an NLS table, so that the conventional omnidirectional beam is used (Non-Patent Document 6). The overhead can be greatly reduced. In addition, by using the number of updates, it is possible to average the latestness of neighboring wireless stations.
[0051]
Hereinafter, a method for calculating the routing reference index γ for each path when a plurality of paths exist between the source radio station S and the destination radio station D will be described.
[0052]
The influence of inter-route coupling as shown in FIG. 13 and FIG. 14 is significant if a directional antenna (that is, variable beam antenna 101) is used instead of an omnidirectional antenna in each radio station in an ad hoc radio network. Can be dramatically reduced. It has been shown that the use of directional antennas can significantly reduce radio interference, thereby improving the use of the radio medium and consequently improving the network throughput (eg, Non-Patent Document 5). reference.).
[0053]
In the concept of the inter-zone separation route in the wireless medium proposed in the embodiment according to the present invention, when the data communication on one path does not interfere with the data communication on the other path, both paths are separated between zones. Is done. However, even if capturing an inter-zone separation route in an ad hoc wireless network using an omni-directional antenna, or even partially capturing an inter-zone separation route, the coverage area of each wireless station 1 is This is difficult because it is large compared to the case of a directional antenna. When the radio station 1-n forms a transmission beam with the beam angle θ in the horizontal plane and the radius R of the transmission range with respect to the radio station 1-n, the reachable range from the radio station 1-n is the service area A. n Defined by (θ), θ × R 2 Equal to / 2. For an omnidirectional antenna with a beam angle θ = 2π, service area A n (2π) = πR 2 It is. Thus, one way to reduce the service area of a radio station and thus reduce inter-route coupling is to use a directional antenna with a beam angle θ that is significantly less than 360 °.
[0054]
Next, the concept of the node separation route and the zone separation route will be described. Most of the researches on multipath routing in the ad hoc wireless network so far have been conducted on a plurality of separated paths / nodes between a source radio station S and a destination radio station D for effective multipath routing by appropriate load balancing. You are trying to find a path that maximizes the degree of isolation between nodes. Two (or a plurality of three or more) paths between the radio stations S and D are referred to as “inter-node separation” when a common radio station other than the radio stations S and D is not shared. However, due to inter-route coupling in a wireless environment, inter-node separation routes may not be a sufficient condition for improved performance in this context. In this embodiment, the concept of “inter-zone separation route” in a wireless medium is proposed. Here, when data communication on one path does not interfere with data communication on another path, both paths are separated between zones. Called. In other words, two (or more than two) paths between radio stations S and D are called “inter-zone separation” when the inter-route coupling between them is zero.
[0055]
In Non-Patent Document 4, the influence of coupling between routes is measured using a correlation coefficient η. In this document, the correlation coefficient η of the radio station 1-n in the path p n (P) is defined as the number of active adjacent radio stations of the radio station 1-n that do not belong to the path p (radio links of other radio stations 1 in the service area of the radio station 1-n with respect to the path p. In this case, the active neighboring radio station of the radio station 1-n is active (active) in an arbitrary communication process within the service area of the radio station 1-n at that moment. Defined as a radio station involved (in communication). For example, in FIG. 14, the source radio station S and the destination radio station D communicate using two paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D}. Yes. Therefore, in this context of communication, all radio stations are active radio stations. Here, the active adjacent radio stations of the radio station 1a are {S, 1d, 1e, 1b}. Therefore, the correlation coefficient of the radio station 1a in the path p, that is, the path p {S-1a-1b-1c-D} is η a (P) = “the number of active neighboring radio stations not belonging to the path p”, that is, 2.
[0056]
The correlation coefficient η of the path p, that is, η (p) is defined as the sum of the correlation coefficients of all the radio stations 1 in the path p. In other words, the correlation coefficient of the path p is obtained by counting the number of links between a radio station on the path p and a radio station on another path. When the correlation coefficient η (p) = 0, the path p is said to be inter-zone separation with respect to all other active paths. Here, the active path refers to a path that is currently involved in the communication process. Unless correlation coefficient η (p) = 0, path p is related to other active paths by correlation coefficient η.
[0057]
It has been found that the larger the correlation coefficient, the larger the average end-to-end delay time for both paths (Non-Patent Document 4). This is because the greater the correlation coefficient between the two paths, the greater the chance that the two paths will interfere with each other's transmission due to the broadcast characteristics of radio propagation. In addition, the greater the correlation coefficient, the greater the difference in end-to-end delay times along multiple paths. Based on this study, it can be concluded that the success of multipath routing in ad hoc wireless networks depends largely on the correlation coefficient between multiple routes.
[0058]
However, when using an omnidirectional antenna, it is difficult to capture a complete interzone separation route. As shown in FIG. 14, since the node radio stations 1a and 1d are both within the non-directional transmission range of the source radio station S, the RTS from the source radio station S to the node radio station 1a is simultaneously performed by the destination radio station. Disable station D. Similarly, since the node radio stations 1c and 1f are both within the non-directional transmission range of the destination radio station D, the CTS from the destination radio station D disables both the node radio stations 1c and 1f. Thus, when using two multipaths between radio stations S and D and an omnidirectional antenna, the minimum possible correlation coefficient η is 2. This is the minimum correlation coefficient η min That's it. More specifically, the minimum correlation coefficient η min Is the value of the smallest correlation coefficient among the correlation coefficients of the nodes in the path.
[0059]
In the case of the variable beam antenna 101, it is possible to separate (decouple) these two routes so that they are completely separated between zones. For example, if each radio station 1 in FIG. 6 uses the variable beam antenna 101 and each radio station 1 sets its service area only to the target radio station 1, the path {S-1a-1b- 1c-D} does not affect the communication between the paths {S-1d-1e-1f-D}. 6 shows two paths {S-1a-1b-1c-D} in which the correlation coefficient η is 0 between the source radio station S and the destination radio station D in the ad hoc radio network similar to FIG. And {S-1d-1e-1f-D} are plan views showing the arrangement of the radio stations and the antenna radiation pattern on the path. In the case of the prior art shown in FIG. 14, the correlation coefficient η between the paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D} was 7, whereas Thus, in the case of the present embodiment in FIG. 6, it can be seen that the inter-zone separation is achieved between the two paths. Therefore, the minimum correlation coefficient η when using an omnidirectional antenna min For (omnidirectional) = 2, the minimum correlation coefficient η when using a directional antenna min (Directivity) = 0.
[0060]
As a result, even if a plurality of inter-zone separation routes having the minimum correlation coefficient are captured using an omnidirectional antenna, the packet arrival rate at the destination wireless station in the best case is 2 × t. p Each packet is one packet. Where time t p Is the average delay time per hop for packets of the traffic stream on path p. In this best case, a single traffic stream is assumed from the source radio station S to the destination radio station D in the network with error-free packet transmission. On the other hand, if the variable beam antenna 101 is used, the best packet arrival rate at the destination radio station is the time t. p Each packet is one packet. The timing charts of FIG. 7 (the present embodiment) and FIG. 15 (prior art) illustrate this point.
[0061]
Referring to FIG. 14, it is assumed that each radio station 1 is provided with an omnidirectional antenna. Further assume that the two paths shown have the smallest correlation coefficient, ie η = 2. This implies that the node radio stations {1a, 1b, 1c} and the node radio stations {1d, 1e, 1f} are separated from each other. T p Represents a time (timing), and at each time, one packet is transmitted from one radio station to another radio station.
[0062]
Considering FIG. 15, the source radio station S 0 Data packet P 1 Is transmitted to the node radio station 1a, and the node radio station 1a transmits the next time interval, that is, T 1 Data packet P 1 Is transmitted to the node radio station 1b. In the case of an omnidirectional antenna, the source radio station S 1 During this time, since the RTS is received from the node radio station 1a, it is necessary to maintain the idle state. Therefore, the source wireless station S has its second packet P 2 Is the time interval T 2 It is possible to transmit to the node radio station 1d (first node radio station in the second path) only after FIG. 15 shows packet transitions, and the destination wireless station D receives a packet in every other time interval. Even if the number of paths between the radio stations S and D is increased from two, the situation is not improved when an omnidirectional antenna is used.
[0063]
However, if the variable beam antenna 101 is used, the source radio station S can simultaneously send a packet to the node radio station 1d when the node radio station 1a is sending a packet to the node radio station 1b. FIG. 7 shows two inter-zone separation paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e- with the minimum correlation coefficient η = 0 in FIG. 6 when using a directional antenna. It is a timing chart when transmitting a packet via 1f-D}. As shown in FIG. 7, when the variable beam antenna 101 is used, the destination radio station D is connected to all time intervals T by two inter-zone separation paths. 0 , T 1 , T 2 , ... receive packets. It has to be noted here that the two inter-zone separation paths when using the variable beam antenna 101 are sufficient to achieve this best case method.
[0064]
Next, multiplex communication by multipath routing when there are a plurality of source radio stations and a plurality of destination radio stations will be described. So far we have considered communication over a single pair of radio stations S and D. However, the situation becomes worse when considering a plurality of pairs of radio stations S and D involved in simultaneous communication. Each pair of radio stations S and D selects two multipaths between them with the smallest possible correlation coefficient η between them. However, in the context of a pair of radio stations S and D, for example, even if two multipaths between radio stations S1 and D1 are inter-zone separation, those paths are, for example, between radio stations S2 and D2. May be coupled (coupled) to other active routes. Therefore, consider all active routes, find the correlation coefficient η associated with each other active route for each, and the degree of inter-zone separation for all active routes in the system as well as for each other It is essential to determine the maximum interzone separation multipath between a pair of radio stations S and D such that is maximized.
[0065]
However, this alone is not sufficient to improve performance. In multipath routing, the path length is another important factor (Non-Patent Document 4). Longer paths with higher hop count H increase end-to-end delay and waste more bandwidth. Therefore, even if the longer bypass route between the pair of radio stations S and D has a small correlation coefficient η, it cannot be very effective in reducing the end-to-end delay time. In order to deal with this problem, the criterion of route selection is to minimize the product of the correlation coefficient η and the number of hops H. When the product value is minimized, the shortest path in which the degree of separation between zones is maximized can be obtained. This product value is referred to as a routing reference index γ (= η × H).
[0066]
However, this is a difficult task in the dynamic environment of ad hoc wireless networks where topology and communication patterns change. An approximate solution to alleviate this difficulty will be discussed later. Here, a mechanism for maximizing the degree of separation between zones in a plurality of pairs of radio stations S and D and finding the shortest multipath is discussed. In this context, the variable beam antenna 101 surpasses the omnidirectional antenna. Indicates effectiveness. To this end, we first assumed a static scenario in the simulation environment. Assume that each radio station is aware of the exact topology and communication pattern in the network. The algorithm shown in the flowchart of FIG. 8 is used to obtain the shortest path in which the degree of zone separation between the radio stations S and D is maximized.
[0067]
FIG. 8 is a flowchart showing the routing and communication processing executed by the management control unit 151 in the traffic monitor unit 105.
[0068]
In step S1 of FIG. 8, with reference to the GLS table, all paths p1 between the source wireless station S and the destination wireless station D whose hop count H is smaller than the maximum value Hmax and which are separated from each other between nodes. Search for pn. In the present embodiment, the maximum value Hmax of the number of hops is set to 5, for example. In step S2, all paths p1,..., Pn are set assuming that they are active (deemed), and the communication state flag value for the node radio stations included in the paths p1,. To do. At this time, the communication state flag value in the GLS table is 1 because the node wireless station on the path searched between the pair of the wireless stations S and D is actually communicating with other than the wireless stations S and D. And the node radio station on the active path between the pair of the source radio station and the destination radio station.
[0069]
In step S3, if the number of paths found in step S2 is two or less, the process proceeds to step S6. If not, then in step S4, the source radio station S and the destination radio station D are referred to for the path pi set (considered) by referring to the GLS table and assuming that each is active in step S2. Calculating a correlation coefficient of the path pi with respect to the set path (assumed) other than the path pi between the source station and the destination radio station other than the radio stations S and D The path pi routing reference index γ is calculated by calculating the correlation coefficient of the path pi for the active path between them and multiplying the sum of the two calculated correlation coefficients by the hop count H of the path pi. . This step S4 is repeated until the routing criteria index γ is calculated for all paths pi set (considered) assuming that they are active. Specifically, as described above, the correlation coefficient is calculated in the other active areas other than the path pi between the source radio station S and the destination radio station D that exist in the service area of each radio station on the path pi. , The number of radio stations on the path set (considered) (that is, the interfering station for the radio station on the path pi), the source radio station other than the radio stations S and D, and the destination radio This is executed by calculating the number of radio stations on the active path between stations (interference stations for radio stations on the path pi) and adding the calculated number of radio stations (interference stations) for each path pi. The
[0070]
Next, in step S5, a path having the maximum routing reference index γ is set assuming that it is not active (deemed), and the communication state flag value for the node radio station included in the path in the GLS table is set to zero. After step S5, again in step S3, it is determined whether or not the number of paths set (considered) assuming that the path is active is 2 or less. When step S3 is NO, repeat step S4 until the number of paths set (considered) assuming that they are active is two (ie, the two with the largest routing criterion index γ) Steps S3 to S5 are repeated (until a path is found). In this iteration, every time the number of paths is reduced by step S5, the recalculation of the routing criterion index in step S4 was set assuming that it is active between radio stations S and D (assumed. This is because the correlation coefficient with other paths related to the path (assumed) set assuming that each path is active changes as the number of paths changes. If three or more paths are searched in step S1 in the flow, it is finally set (considered) that all paths are set to be active in the calculation in step S4. Or different approximations (ie, only two paths are active), or some kind of approximation.
[0071]
When step S3 becomes YES, the process proceeds to step S6. In step S6, node radios included in two paths (referred to as paths pa and pb) set (considered) assuming that they are finally active between the source radio station S and the destination radio station D. The active node list information for the station is transmitted to other node radio stations according to the LVNF standard, and the GLS table of each node radio station is updated. Next, in step S7, the source radio station S communicates with the destination radio station via these paths pa and pb based on relaying the routing information included in the packet header and the like. This communication is not limited to one-way communication from the source wireless station S to the destination wireless station D, and may be bidirectional communication between these two wireless stations. After the communication is completed, in step S8, the communication state flag value for the node wireless stations included in the paths pa and pb in the GLS table is set to 0, and the active node list information for the node wireless stations included in the paths pa and pb is set to the LVNF standard. To the other node radio stations to update the GLS table of each node radio station.
[0072]
As described above, according to the present embodiment, the source radio station S can calculate the routing reference index γ at high speed and execute communication with the destination radio station D.
[0073]
<Second Embodiment>
Hereinafter, a routing method for a wireless network according to the second embodiment of the present invention will be described. This embodiment differs from the first embodiment only in routing and communication processing executed by the management control unit 151 in the traffic monitor unit 105.
[0074]
FIG. 9 is a flowchart showing routing and communication processing executed by the management control unit 151 in the traffic monitor unit 105 in the ad hoc wireless network according to the second embodiment of the present invention.
[0075]
In step S11 of FIG. 9, the communication status flag value in the GLS table is initialized to zero. In step S12, referring to the GLS table, all paths p1,..., Between the source radio station S and the destination radio station D, in which the number of hops H is smaller than the maximum value Hmax and the nodes are separated from each other. Search and find pn. In step S13, two paths pi, pj (a pair of paths) are selected from all the searched paths p1,..., Pn and set assuming that they are active (deemed). The communication status flag value for the node radio stations included in the paths pi and pj in the GLS table is set to 1. At this time, the communication status flag value in the GLS table is 1 because the node radio stations on the paths pi and pj between the pairs of the radio stations S and D are actually communicating with other than the radio stations S and D. And the node radio station on the active path between the pair of the source radio station and the destination radio station. Next, in step S14, the correlation coefficient of the path pi with respect to the path pj is calculated by referring to the GLS table, and the phase of the path pi for the active path between the source radio station and the destination radio station other than the radio stations S and D is calculated. By calculating the number of relationships and multiplying the calculated two types of correlation coefficients by the number of hops H of the path pi, the routing reference index γ of the path pi i, j Calculate Specifically, as described above, the correlation coefficient is calculated by a radio station on the path pj existing in the service area of each radio station on the path pi (ie, an interfering station for a radio station on the path pi) And the number of radio stations on the active path between the source radio station and the destination radio station other than the radio stations S and D (interference stations for radio stations on the path pi), and the calculated radio This is performed by adding the number of stations (interfering stations).
[0076]
Similarly in step S15, the correlation coefficient of the path pj with respect to the path pi is calculated with reference to the GLS table, and the phase of the path pj for the active path between the source radio station and the destination radio station other than the radio stations S and D is calculated. By calculating the number of relations and multiplying the sum of the two calculated correlation coefficients by the number of hops H of the path pj, the routing reference index γ of the path pj j, i Calculate Next, in step S16, the routing reference index γ i, j And γ j, i The communication state flag value for the node radio stations included in the paths pi and pj in the GLS table is set to zero. Steps S13 to S16 are repeated until it is determined in step S17 that the routing reference index γ has been calculated for all combinations of paths p1,..., Pn. When step S17 is NO, the process returns to step S13 to regard another pair of path pairs as active, calculate the routing reference index γ, and when step S17 is YES, proceed to step S18. .
[0077]
In step S18, a pair of paths (hereinafter referred to as paths pa and pb) corresponding to the minimum routing reference index γ is selected, and communication state flag values for the node radio stations included in the paths pa and pb in the GLS table. Set to 1. In step S19, the active node list information for the node radio stations included in the paths pa and pb is transmitted to other node radio stations according to the LVNF standard, and the GLS table of each node radio station is updated. Next, in step S20, the source radio station S communicates with the destination radio station via these paths pa and pb based on relaying the routing information included in the packet header and the like. After completion of communication, in step S21, the communication state flag value for the node radio stations included in the paths pa and pb in the GLS table is set to 0, and the active node list information for the node radio stations included in the paths pa and pb is set to the LVNF standard. To the other node radio stations to update the GLS table of each node radio station.
[0078]
In order to compare the amount of calculation of routing and communication processing according to the first and second embodiments, consider a case where eight paths are searched in step S1 and step S11. In the first embodiment, when step S4 is executed for the first time, the correlation coefficient η is calculated for the eight paths, the path having the maximum routing criterion index γ is regarded as inactive in step S5, and step S4 is When executing for the second time, the correlation coefficient η is calculated for 7 paths, and the path having the maximum routing reference index γ is regarded as not active in step S5, and the process is repeated until the number of paths reaches 2. Therefore, the calculation amount can represent 8 + 7 + 6 + 5 + 4 + 3 = 33. On the other hand, in the second embodiment, since it is necessary to execute steps S14 and S15 for all pairs of paths among the eight paths, the calculation amount is reduced. 8 C 2 X2 = 56.
[0079]
According to the routing and communication processing of this embodiment, the amount of calculation increases compared to the first embodiment, but an approximation like the routing and communication processing of the first embodiment (see step S4 in FIG. 8). Therefore, the routing reference index γ can be calculated more accurately than in the first embodiment.
[0080]
【Example】
FIG. 10 is a graph showing a correlation coefficient η with respect to the number of wireless stations when an omnidirectional antenna is used in the ad hoc wireless network of FIG.
[0081]
The inventors have used simulation to confirm that it is much easier to use a variable beam antenna 101 to capture a set of two interzone separation paths than to use an omnidirectional antenna. We conducted a survey. In this investigation, radio stations were randomly arranged in a 1000 × 1500 area at a predetermined density. The source radio station and the destination radio station were randomly selected such that they were separated from each other by a plurality of hops. First, it is assumed that all the radio stations 1 are provided with variable beam antennas 101 having a fixed service area. It is assumed that the transmission zone angle of the beam formed by each variable beam antenna 101 is 60 °. Two inter-zone separation routes were found between the selected source radio station and destination radio station. If two inter-zone separation routes are not available for the source and destination radio station pair, another source and destination radio station pair was selected. Next, assuming that each radio station has an omnidirectional antenna, in the case of the variable beam antenna 101, the correlation coefficient η between these two routes, which is the separation between zones. omni Was calculated. This experiment was repeated for 25 source and destination radio station pairs. As described above, in each case, the correlation coefficient η when the variable beam antenna 101 is used. dir Is zero and the correlation coefficient η with an omnidirectional antenna omni Have calculated about. Next, the correlation coefficient η omni The average value of was obtained. Next, the same experiment was repeated by changing the distribution density of the radio stations.
[0082]
FIG. 10 shows the result of the simulation described above. As the number of radio stations in the system increases, the correlation coefficient η omni The average value of is also increasing. However, the correlation coefficient η when the variable beam antenna 101 is provided. dir Is zero in all cases. This is because even if the variable beam antenna 101 is used even at different radio station densities, it is possible to capture the inter-zone separation path, but these inter-zone separation paths when using the variable beam antenna 101 are omnidirectional. This means that a high correlation coefficient is obtained when a sex antenna is substituted.
[0083]
Next, a simulation result regarding multiplex communication using multipath routing when there are a plurality of source radio stations and a plurality of destination radio stations will be described.
[0084]
FIG. 11 is a graph showing the average value of the routing reference index γ for the multipath between the source radio station S and the destination radio station D with respect to the number of simultaneous communications in the ad hoc radio network of FIG. The simulation begins by finding the shortest path that maximizes the degree of separation between the two zones between a single pair of radio stations S and D. Next, the number of pairs of radio stations S and D is increased by one, and the shortest path with the maximum degree of zone separation in the newly added pair of radio stations S and D is calculated. Recalculate the multipath routing reference index γ in the S and D pair and observe the effect of multiple simultaneous communications on the value of the multipath routing reference index γ in the first pair of wireless stations S and D.
[0085]
This experiment is repeated using several sets of pairs of radio stations S and D and both the variable beam antenna 101 and the omnidirectional antenna. The results shown in FIG. 11 show that the increase of the routing reference index γ is quite abrupt when using an omnidirectional antenna. This is because, as the number of radio stations S and D pairs in the system increases, the inter-route coupling for other active routes of a particular radio station S and D pair is a variable beam antenna in the case of an omnidirectional antenna. It implies that it increases much faster than 101.
[0086]
Next, simulation results regarding the performance of multipath routing using the variable beam antenna 101 are shown. FIG. 12 is a graph showing an average value of end-to-end delay times with respect to the number of simultaneous communications in the ad hoc wireless network of FIG.
[0087]
Due to mobility and slow information penetration, it is impossible for the source radio station to completely calculate the shortest multipath with the maximum degree of interzone separation between radio stations S and D. There is a case. In order to improve performance under these circumstances, each source radio station periodically performs its calculation and adaptively modifies its routing decision. The simulation environment we have implemented incorporates this point, uses omnidirectional antennas and variable beam antennas 101 to increase the number of simultaneous communications, and packets between a set of selected radio stations S and D pairs. The average end-to-end delay time was observed. The timing assumptions are the same as described above. FIG. 12 shows the result. The unit of the vertical axis is an average required time when one packet is transmitted from one wireless station to another wireless station in one hop. The result shows that as the number of simultaneous communications increases, the average end-to-end delay time per packet increases significantly more when the omnidirectional antenna is used than when the variable beam antenna 101 is used. Show. This is a natural consequence of the phenomenon shown in FIG. 11, and it is concluded that the routing performance using multiple paths is significantly improved using the variable beam antenna 101 than using the omnidirectional antenna. be able to.
[0088]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the effect of a directional antenna on multipath routing was investigated, and its effectiveness was compared with multipath routing using an omnidirectional antenna. In conclusion, it can be said that the routing performance using a plurality of paths is significantly improved by using a directional antenna as compared with the case of using an omnidirectional antenna. By applying multipath routing technology to ad hoc wireless networks, the impact of unreliable wireless links and constantly changing topologies can be reduced. In addition, in an ad hoc wireless network, it is possible to facilitate end-to-end delay time reduction and load balancing.
[0089]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the routing method or the wireless communication system for the wireless network according to the present invention, based on the information table indicating the link state between the plurality of wireless stations, the source wireless station and the destination Search for a plurality of paths that include at least one radio station as a relay station and do not include a common radio station as a relay station with the radio station,
In the wireless network, the wireless stations on the searched paths are assumed to be wireless stations in wireless communication, and set.
Based on the set wireless stations in communication, calculate the number of other wireless stations in communication in the service area of each wireless station on each path, and By adding the number of radio stations for each path, a correlation coefficient that represents the degree of coupling with respect to radio interference between each path and other communicating radio stations not included in the path itself A routing reference index for searching for the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the calculated correlation coefficient for each path by the number of hops of the path. Calculate
Among the calculated routing reference indices for each path, the wireless station included in the path having the largest reference index is set as a wireless station that is not communicating,
The process of calculating the routing reference index for each path and the process of setting the wireless station included in the path having the maximum reference index as a wireless station not in communication are repeated, and two smaller reference indices are obtained. A pair of paths is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station, and control is performed so that routing is performed using the two selected paths.
[0090]
Further, according to the routing method or the wireless communication system for the wireless network according to another invention, based on the information table indicating the link state between the plurality of wireless stations, the source wireless station and the destination wireless station A plurality of paths including at least one radio station as a relay station and not including a common radio station as a relay station,
In the wireless network, each pair of the searched plurality of paths path Assuming that the upper radio station is a communicating radio station, calculating the number of other communicating radio stations present in the service area of each of the radio stations on each pair of paths, By adding the calculated number of wireless stations in communication for each pair of paths, each of the pair of paths is connected to other wireless stations in communication that are not included in the path itself. By calculating a correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to radio wave interference and multiplying the calculated correlation coefficient for each pair of paths by the number of hops of the path, radio interference from other communicating radio stations is obtained. Calculate a routing criterion index for each pair of paths to search for the shortest and most closely spaced path;
Of the calculated routing reference indices for each pair of paths, a pair of paths having two smaller reference indices is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station. Then, control is performed so that routing is performed using the two selected paths.
[0091]
Therefore, based on the information table showing the link status between multiple wireless stations, a pair of paths is searched with a smaller amount of calculation compared to the prior art on the basis of the minimum correlation coefficient and the shortest hop count. Thus, multipath routing can be performed, and at this time, the end-to-end delay time can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan layout view of a plurality of radio stations 1-1 to 1-9 constituting an ad hoc radio network according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing an internal configuration of each radio station 1 in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a sector beam pattern of the variable beam antenna 101 of FIG.
4 is a diagram showing an example of an adjacent link state table (NLS table) stored in the database memory 154 of FIG. 2; FIG.
5 is a diagram showing an example of a global link state table (GLS table) stored in the database memory 154 of FIG. 2. FIG.
6 shows two paths {S-1a-1b-1c-D} in which the correlation coefficient η is 0 between the source radio station S and the destination radio station D in the ad hoc radio network similar to FIG. And {S-1d-1e-1f-D} are plan views showing the arrangement of the radio stations and the antenna radiation pattern on the path.
7 is a timing chart when a packet is transmitted via the two paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D} in FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart showing a routing and communication process executed by the management control unit 151 in the traffic monitor unit 105 of FIG.
9 is a flowchart showing routing and communication processing executed by the management control unit 151 in the traffic monitor unit 105 of FIG. 2 in the ad hoc wireless network according to the second embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a correlation coefficient η with respect to the number of wireless stations when an omnidirectional antenna is used in the ad hoc wireless network of FIG.
11 is a graph showing an average value of a routing reference index γ for multipath between a source wireless station S and a destination wireless station D with respect to the number of simultaneous communications in the ad hoc wireless network of FIG. 1;
12 is a graph showing an average value of end-to-end delay times with respect to the number of simultaneous communications in the ad hoc wireless network of FIG.
FIG. 13 shows multipath routing according to the prior art, in which two paths {S-x1-x2-D} and {S-y1-y2-D between a source radio station S and a destination radio station D } Is a plane layout diagram of each wireless station and route on the path, showing that inter-route coupling occurs between the paths.
FIG. 14 shows multipath routing according to the prior art, in which two paths {S-1a-1b-1c-D including a plurality of inter-route couplings between a source radio station S and a destination radio station D; } And {S-1d-1e-1f-D} are plan views showing the arrangement of the radio stations on the path and the antenna radiation pattern.
15 is a timing chart when a packet is transmitted via the two paths {S-1a-1b-1c-D} and {S-1d-1e-1f-D} in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1-1 to 1-9, 1a to 1f, S, D ... wireless station,
101 ... Variable beam antenna,
102 ... circulator,
103 ... Direction control unit,
104 ... packet transmission / reception unit,
105 ... Traffic monitor section,
106 ... line control unit,
107 ... upper layer processing apparatus,
130: Packet receiver,
131 ... high frequency receiver,
132: demodulator,
133: Receive buffer memory,
140 ... packet transmitter,
141. Transmission timing control unit,
142 ... transmission buffer memory,
143 ... modulator,
144 ... high frequency transmitter,
151... Management control unit,
152 ... Search engine,
153 ... Update engine,
154 ... Database memory,
155 ... Clock circuit,
160 ... spreading code generator,
200 to 204: Service area.

Claims (4)

自局を中心とした所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択して変更可能な可変ビームアンテナをそれぞれ備える複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法であって
上記可変ビームアンテナを用いて上記各無線局において上記各無線局間の互いの各方位角毎の信号電力対干渉雑音電力比を測定し、そのうち最大の信号電力対干渉雑音電力比を有する上記各無線局間の互いの方位角でのリンク状態(以下、各無線局間のリンク状態という。)を取得し、当該各無線局間のリンク状態を交換することにより当該各無線局間のリンク状態を上記各無線局の記憶装置に記憶し、上記記憶された上記各無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索する第1のステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパス上の無線局を無線通信中の無線局として仮定して設定する第2のステップと、
上記設定された無線通信中の無線局に基づいて、上記各パス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各パスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するためのルーティング基準指数を計算する第3のステップと、
上記計算された各パスに対するルーティング基準指数のうち、最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定する第4のステップと、
上記第3及び第4のステップを繰り返し、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてかつ上記可変ビームアンテナを用いてルーティングする第5のステップとを含むことを特徴とする無線ネットワークのためのルーティング方法。
For a wireless network that includes a plurality of radio stations each having a variable beam antenna that can be changed by selecting a sector-shaped main beam for each predetermined azimuth angle centered on its own station, and performing radio communication between the radio stations a routing method,
The signal power to interference noise power ratio for each azimuth angle between the radio stations is measured at each radio station using the variable beam antenna, and each of the above has the maximum signal power to interference noise power ratio. The link state between the wireless stations is obtained by acquiring the link state between the wireless stations at the azimuth angle (hereinafter referred to as the link state between the wireless stations) and exchanging the link state between the wireless stations. Is stored in the storage device of each wireless station, and based on the stored information table representing the link state between the wireless stations, at least one between the transmitting wireless station and the destination wireless station A first step of searching for a plurality of paths including a radio station as a relay station and not including a common radio station as a relay station;
In the wireless network, a second step of setting the wireless stations on the searched paths as the wireless stations in wireless communication; and
Based on the set wireless stations in communication, calculate the number of other wireless stations in communication in the service area of each wireless station on each path, and By adding the number of radio stations for each path, a correlation coefficient that represents the degree of coupling with respect to radio interference between each path and other communicating radio stations not included in the path itself A routing reference index for searching for the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the calculated correlation coefficient for each path by the number of hops of the path. A third step of calculating
A fourth step of setting a wireless station included in a path having the largest reference index among the calculated routing reference indices for each path as a wireless station not in communication;
The above third and fourth steps are repeated, and a pair of paths having two smaller reference indices are selected as two paths between the source radio station and the destination radio station, and the selection is performed. A routing method for a wireless network, comprising: a fifth step of routing using the two paths and using the variable beam antenna.
自局を中心とした所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択して変更可能な可変ビームアンテナをそれぞれ備える複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムであって
上記可変ビームアンテナを用いて上記各無線局において上記各無線局間の互いの各方位角毎の信号電力対干渉雑音電力比を測定し、そのうち最大の信号電力対干渉雑音電力比を有する上記各無線局間の互いの方位角でのリンク状態(以下、各無線局間のリンク状態という。)を取得し、当該各無線局間のリンク状態を交換することにより当該各無線局間のリンク状態を上記各無線局の記憶装置に記憶し、上記記憶された上記各無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパス上の無線局を無線通信中の無線局として仮定して設定し、
上記設定された無線通信中の無線局に基づいて、上記各パス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各パス毎に加算することによって、上記各パスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各パスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するためのルーティング基準指数を計算し、
上記計算された各パスに対するルーティング基準指数のうち、最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定し、
上記各パスに対してルーティング基準指数を計算する処理と、上記最大の基準指数を有するパスに含まれる無線局を通信中でない無線局として設定する処理とを繰り返し、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてかつ上記可変ビームアンテナを用いてルーティングするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
For a wireless network having a plurality of wireless stations each having a variable beam antenna that can be changed by selecting a sector-shaped main beam for each predetermined azimuth angle centered on the own station, and performing wireless communication between the wireless stations a wireless communication system,
Measure the signal power to interference noise power ratio for each azimuth angle between the radio stations in the radio stations using the variable beam antenna, and each of the above having the maximum signal power to interference noise power ratio The link state between the wireless stations is obtained by acquiring the link state between the wireless stations at the azimuth angle (hereinafter referred to as the link state between the wireless stations) and exchanging the link state between the wireless stations. Is stored in the storage device of each wireless station, and based on the stored information table indicating the link state between the wireless stations, at least one between the transmitting wireless station and the destination wireless station is stored. Search for a plurality of paths including a radio station as a relay station and not including a common radio station as a relay station,
In the wireless network, the wireless stations on the searched paths are assumed to be wireless stations in wireless communication, and set.
Based on the set wireless stations in communication, calculate the number of other wireless stations in communication in the service area of each wireless station on each path, and By adding the number of radio stations for each path, a correlation coefficient that represents the degree of coupling with respect to radio interference between each path and other communicating radio stations not included in the path itself A routing reference index for searching for the shortest path away from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the calculated correlation coefficient for each path by the number of hops of the path. Calculate
Among the calculated routing reference indices for each path, the wireless station included in the path having the largest reference index is set as a wireless station that is not communicating,
The process of calculating the routing reference index for each path and the process of setting the wireless station included in the path having the maximum reference index as a wireless station not in communication are repeated, and two smaller reference indices are obtained. A pair of paths is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station, and routing is performed using the selected two paths and the variable beam antenna. A wireless communication system comprising control means for controlling the wireless communication system.
自局を中心とした所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択して変更可能な可変ビームアンテナをそれぞれを備える複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法であって
上記可変ビームアンテナを用いて上記各無線局において上記各無線局間の互いの各方位角毎の信号電力対干渉雑音電力比を測定し、そのうち最大の信号電力対干渉雑音電力比を有する上記各無線局間の互いの方位角でのリンク状態(以下、各無線局間のリンク状態という。)を取得し、当該各無線局間のリンク状態を交換することにより当該各無線局間のリンク状態を上記各無線局の記憶装置に記憶し、上記記憶された上記各上記複数の無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかついに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索するステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちのすべての組み合わせの各1対のパス上の無線局を通信中の無線局として仮定して設定し、上記各1対のパス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各1対のパス毎に加算することによって、上記各1対のパスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各1対のパスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するための上記各1対のパスに対するルーティング基準指数を計算するステップと、
上記計算した各1対のパスに対するルーティング基準指数のうち、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてかつ上記可変ビームアンテナを用いてルーティングするステップとを含むことを特徴とする無線ネットワークのためのルーティング方法。
A wireless network that includes a plurality of wireless stations each including a variable beam antenna that can be selected and changed by selecting a sector-shaped main beam for each predetermined azimuth angle centered on its own station, and performing wireless communication between the wireless stations. A routing method for
Measure the signal power to interference noise power ratio for each azimuth angle between the radio stations in the radio stations using the variable beam antenna, and each of the above having the maximum signal power to interference noise power ratio The link state between the wireless stations is obtained by acquiring the link state between the wireless stations at the azimuth angle (hereinafter referred to as the link state between the wireless stations) and exchanging the link state between the wireless stations. Is stored in the storage device of each wireless station, and based on the stored information table representing the link state between the plurality of wireless stations, between the source wireless station and the destination wireless station, Searching for a plurality of paths including at least one radio station as a relay station and not including a common radio station as a relay station;
In the wireless network, the wireless stations on each pair of paths in all combinations of the plurality of searched paths are set assuming that the wireless stations are communicating, and the wireless stations on the pair of paths are By calculating the number of other communicating wireless stations existing in the service area of each wireless station, and adding the calculated number of communicating wireless stations for each pair of paths, For each pair of paths, a correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to radio wave coherence with other communicating radio stations not included in the path itself is calculated, and the phase for each pair of paths calculated above is calculated. Calculating a routing reference index for each of the pair of paths for searching for the shortest path separated from other communicating radio stations without radio wave interference by multiplying the number of relations by the number of hops of the path When,
Of the calculated routing reference indices for each pair of paths, a pair of paths having two smaller reference indices is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station. And routing using the two selected paths and using the variable beam antenna.
自局を中心とした所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択して変更可能な可変ビームアンテナをそれぞれを備える複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムであって
上記可変ビームアンテナを用いて上記各無線局において上記各無線局間の互いの各方位角毎の信号電力対干渉雑音電力比を測定し、そのうち最大の信号電力対干渉雑音電力比を有する上記各無線局間の互いの方位角でのリンク状態(以下、各無線局間のリンク状態という。)を取得し、当該各無線局間のリンク状態を交換することにより当該各無線局間のリンク状態を上記各無線局の記憶装置に記憶し、上記記憶された上記各無線局間のリンク状態を表す情報テーブルに基づいて、発信元の無線局と宛先の無線局との間で、少なくとも1つの無線局を中継局として含みかつ互いに共通の無線局を中継局として含まない複数のパスを検索し、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちのすべての組み合わせの各1対のパス上の無線局を通信中の無線局として仮定して設定し、上記各1対のパス上の上記各無線局のサービスエリア内に存在する他の通信中の無線局の個数を計算し、上記計算された通信中の無線局の個数を上記各1対のパス毎に加算することによって、上記各1対のパスに対する、当該パス自体に含まれない他の通信中の無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す相関係数を計算し、上記計算した各1対のパスに対する相関係数に当該パスのホップ数を乗算することにより、他の通信中の無線局から電波干渉無く離間しかつ最短のパスを検索するための上記各1対のパスに対するルーティング基準指数を計算し、
上記計算した各1対のパスに対するルーティング基準指数のうち、より小さい2個の基準指数を有する1対のパスを上記発信元の無線局と宛先の無線局との間の2個のパスとして選択し、上記選択した2個のパスを用いてかつ上記可変ビームアンテナを用いてルーティングするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
A wireless network that includes a plurality of wireless stations each including a variable beam antenna that can be changed by selecting a sector-shaped main beam for each predetermined azimuth angle centered on its own station, and performing wireless communication between the wireless stations. A wireless communication system for
Measure the signal power to interference noise power ratio for each azimuth angle between the radio stations in the radio stations using the variable beam antenna, and each of the above having the maximum signal power to interference noise power ratio The link state between the wireless stations is obtained by acquiring the link state between the wireless stations at the azimuth angle (hereinafter referred to as the link state between the wireless stations) and exchanging the link state between the wireless stations. Is stored in the storage device of each wireless station, and based on the stored information table indicating the link state between the wireless stations, at least one between the transmitting wireless station and the destination wireless station is stored. Search for a plurality of paths including a radio station as a relay station and not including a common radio station as a relay station,
In the wireless network, the wireless stations on each pair of paths in all combinations of the plurality of searched paths are set assuming that the wireless stations are communicating, and the wireless stations on the pair of paths are By calculating the number of other communicating wireless stations existing in the service area of each wireless station, and adding the calculated number of communicating wireless stations for each pair of paths, For each pair of paths, a correlation coefficient representing the degree of coupling with respect to radio wave coherence with other communicating radio stations not included in the path itself is calculated, and the phase for each pair of paths calculated above is calculated. By multiplying the number of relations by the number of hops of the path, calculate a routing reference index for each of the pair of paths for searching for the shortest path that is separated from other communicating radio stations without radio wave interference,
Among the calculated routing reference indices for each pair of paths, a pair of paths having two smaller reference indices is selected as two paths between the source radio station and the destination radio station. And a control means for controlling to perform routing using the two selected paths and using the variable beam antenna.
JP2003068548A 2003-03-13 2003-03-13 Routing method and wireless communication system for wireless network Expired - Fee Related JP3946652B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003068548A JP3946652B2 (en) 2003-03-13 2003-03-13 Routing method and wireless communication system for wireless network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003068548A JP3946652B2 (en) 2003-03-13 2003-03-13 Routing method and wireless communication system for wireless network

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004282244A JP2004282244A (en) 2004-10-07
JP3946652B2 true JP3946652B2 (en) 2007-07-18

Family

ID=33285842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003068548A Expired - Fee Related JP3946652B2 (en) 2003-03-13 2003-03-13 Routing method and wireless communication system for wireless network

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3946652B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11929907B2 (en) 2022-03-08 2024-03-12 T-Mobile Usa, Inc. Endpoint assisted selection of routing paths over multiple networks

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4632805B2 (en) * 2005-02-15 2011-02-16 三菱電機株式会社 Multi-path multi-hop wireless LAN system
DE602007010763D1 (en) * 2006-05-11 2011-01-05 Qualcomm Inc ROUTING IN A MESH NETWORK
WO2010119627A1 (en) * 2009-04-16 2010-10-21 日本電気株式会社 Path control device, path control system, path control method and non-transitory computer readable medium
WO2013054415A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-18 三菱電機株式会社 Radio terminal apparatus and wireless communication system
US10193795B2 (en) * 2016-12-21 2019-01-29 Sony Corporation Robust data routing in wireless networks with directional transmissions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11929907B2 (en) 2022-03-08 2024-03-12 T-Mobile Usa, Inc. Endpoint assisted selection of routing paths over multiple networks

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004282244A (en) 2004-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Decentralized beam pair selection in multi-beam millimeter-wave networks
Bandyopadhyay et al. An adaptive MAC and idrectional routing protocol for ad hoc wireless network using ESPAR antenna
Hu et al. On mitigating the broadcast storm problem with directional antennas
EP1629677B1 (en) Optimal routing in ad hoc wireless communication network
Teo et al. Interference-minimized multipath routing with congestion control in wireless sensor network for high-rate streaming
JP2015530835A (en) Metric calculation for interference aware routing
Odabası et al. A survey on wireless mesh networks, routing metrics and protocols
Saha et al. An adaptive framework for multipath routing via maximally zone-disjoint shortest paths in ad hoc wireless networks with directional antenna
JP4629065B2 (en) Device for selecting beamform direction
Sampaio et al. A review of scalability and topological stability issues in IEEE 802.11 s wireless mesh networks deployments
So et al. Routing and channel assignment in multi-channel multi-hop wireless networks with single network interface
JP3899045B2 (en) Wireless network control method and control apparatus
JP3946652B2 (en) Routing method and wireless communication system for wireless network
Dong et al. A maximally radio-disjoint geographic multipath routing protocol for MANET
Capone et al. Directional MAC and routing schemes for power controlled wireless mesh networks with adaptive antennas
So et al. Routing and channel assignment in multi-channel multi-hop wireless networks with single-NIC devices
JP3920615B2 (en) Routing method and router apparatus for wireless network
JP3805701B2 (en) Routing method and router apparatus for wireless network
Bandyopadhyay et al. Multipath routing in ad hoc wireless networks with directional antenna
Thangam et al. A survey on cross-layer based approach for improving TCP performance in multi hop mobile adhoc networks
Ueda et al. ACR: an adaptive communication‐aware routing through maximally zone‐disjoint shortest paths in ad hoc wireless networks with directional antenna
JP3936328B2 (en) Wireless network routing method and wireless communication system
So et al. Load-balancing routing in multichannel hybrid wireless networks with single network interface
JP3920814B2 (en) Control method for wireless network and wireless communication system
JP4399594B2 (en) Wireless communication system

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051213

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060815

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060906

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100420

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120420

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130420

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees