JP4136970B2 - 無線メッシュ網における代替経路決定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無線メッシュ網における代替経路決定方法に係り、特に、既存経路と空間相関の低い代替経路を確立する無線メッシュ網における代替経路決定方法に関する。
リンクのトポロジがメッシュ状である無線ネットワークでは、ノードペア間で複数の経路を用いたトラヒック転送によりネットワーク資源の使用効率向上が期待できる。一方、高周波数帯の無線リンクは降雨等の電波伝播環境の劣化により品質劣化を生じるため、有線網と比較して網の状態変動頻度が高い。このような技術課題に対して、一対のエンドノード間に迂回経路を含む複数の経路を用意することにより、降雨減衰による無線リンクの切断に対して、迂回経路を用いた経路ダイバシチ効果による稼働率の改善を目指す技術が、非特許文献１において「次世代固定無線アクセスシステム−適応型ミリ波帯無線メッシュ網による広帯域・大容量化の提案−」として論じられている。
信学総合大会B-5-270，２００１年３月
信学総合大会B-5-270，２００１年３月
降雨が無線リンクの品質に及ぼす影響は空間相関が高いので、平常時経路と迂回経路とが空間的に近接している、すなわち空間相関が高いと、平常時経路および迂回経路のいずれもが同様に降雨の影響を受けてしまい、十分な経路ダイバシチ効果を得られないという技術課題があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を可決し、降雨減衰の空間的な相関特性に着目し、無線メッシュ網において平常時経路と空間相関の低い代替経路を確立できる代替経路決定方法に提供することにある。
上記した目的を達成するために、本発明は、無線メッシュ網上で平常時経路とエンドノードペアが同一の代替経路を決定する方法において、無線メッシュ網を構成する各無線リンクと前記平常時経路との空間相関係数を算出する手順と、前記空間相関係数をリンクコストとして、その最大値が小さい経路を代替経路として決定する手順とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、平常時経路に対する代替経路として、当該平常時経路と空間相関の低い無線リンクで構成される経路が選択されるので、集中豪雨などの局所的な障害に対して高い経路ダイバシチ効果をえられるようになる。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の代替経路決定方法が適用される無線メッシュ網の一例を示した図であり、ここでは、一方のエンドノードN1から他方のエンドノードN9に至る経路に注目して説明する。
一方のエンドノードN1からノードN2−N3−N6を経由して他方のエンドノードN9に至る平常時経路R0において、その無線リンクL(2,3)を含む領域で集中豪雨Wが発生し、当該無線リンクL(2,3)で切断ないしは大幅な品質低下が生じると、この無線リンクL(2,3)と空間相関の高い無線リンクL(2,5)でも切断や品質低下の生じる可能性が高い。したがって、平常時経路R0の代替経路として、前記無線リンクL(2,5)を含む経路R1が選択されていると、平常時経路R0が無線リンクL(2,3)の切断により不通に陥ると、代替経路R1も無線リンクL(2,5)の切断により不通に陥る可能性が高い。
これに対して、前記無線リンクL(2,3)と空間相関の低い無線リンクL(1,4)，L(4,7)，L(7,8)およびL(8,9)では、前記無線リンクL(2,3)で切断や品質低下が発生しても、これとは無関係にリンクが維持される可能性が高い。したがって、当該空間相関の低い無線リンクのみから構成される経路R2を代替経路として選択しておけば、平常時経路R0が不通に陥っても、代替経路R2による通信が可能になる。
このように、本実施形態では降雨減衰の空間的な相関特性に着目し、代替経路の決定に際して、平常時経路との空間相関が低い経路が代替経路として優先的に選択されるようにした。
次いで、図２のフローチャートを参照して、本発明に係る代替経路の決定方法を説明する。ここでは、前記平常時経路R0が既に決定あるいは確立されている状態から説明を始める。
ステップＳ１では、メッシュ網上の各無線リンクを特定するための識別子i，および平常時経路R0を構成する複数の無線リンクを特定するための識別子jに初期値「１」がセットされる。ステップＳ２では、メッシュ網上の今回の注目リンクL(i)と平常時経路の一方のエンドノード側から数えてj番目の無線リンクL(j)との空間相関係数ρ(i,j)が算出される。
図３は、前記無線リンクL(i)，L(j)間の空間相関係数ρ(i,j)を求める第１の方法を説明するための図であり、この方法は、各無線リンクL(i)，L(j)を終端するノードの位置情報が既知である場合に有効である。
図３において、各無線リンクL(i)，L(j)のリンク長をそれぞれDi，Dj、各無線リンクL(i)，L(j)の一方の終端ノートの原点をそれぞれX0，Y0、各無線リンクL(i)，L(j)の方向単位ベクトルをそれぞれu，vとすれば、前記無線リンクL(i)，L(j)間の空間相関係数ρ(i,j)は次式(1)で求められる。ただし、‖x‖はベクトルxの長さを表している。
上式(1)の分子は、無線リンクL(i)上の任意の一点(X0+su)と無線リンクL(j)上の任意の一点(Y0+tv)との間の相関値を次式(2)として求め、これをs＝０：Di，t＝０：Djで積分したものである。
上式(1)の分母は、２つの無線リンクL(i)，L(j)が同一リンクである場合に空間相関係数を「１」とするための正規化係数である。
図４は、前記無線リンクL(i)，L(j)間の相関関係を求める第２の方法を説明するための図であり、この方法は、各無線リンクL(i)，L(j)を終端するノードの位置情報が未知である場合に有効である。
図４において、一方の無線リンクL(i)を終端する一方のノードAと他方の無線リンクL(j)を終端する各ノードC,Dとの相関係数をそれぞれρ(A,C)，ρ(A,D)、無線リンクL(i)を終端する他方のノードBと無線リンクL(j)を終端する各ノードC,Dとの相関係数をそれぞれρ(B,C)，ρ(B,D)とし、その平均値を前記無線リンクL(i)、L(j)の空間相関係数ρ(i,j)とすれば、前記空間相関係数ρ(i,j)は次式(3)で算出できる。
なお、前記各終端ノード間の相関係数ρは、各終端ノード間で送受されるパケットの遅延時間やパケットロス、あるいはノード間距離であり、前記ノード間距離は、例えばノード間のホップ数で代表できる。
図２へ戻り、以上のようにして無線リンクL(i)，L(j)間の空間相関係数ρ(i，j)が求まると、ステップＳ３では、平常時経路R0の次の無線リンクと前記注目リンクL(i)との空間相関係数を求めるために前記識別子jが更新される。ステップＳ４では、今回の注目リンクL(i)と平常時経路R0上の全無線リンクとの空間相関係数ρ(i,j)の算出が完了したか否かが判定される。最初は完了していないと判定されるのでステップＳ２へ戻り、上記した各処理が前記識別子jを更新しながら繰り返される。
その後、図５に示したように、今回の注目リンクL(i)と平常時経路R0上の全ての無線リンクとの空間相関係数が求められると、ステップＳ５において、今回の注目リンクL(i)と前記平常時経路R0上の全無線リンク（集合η）との空間相関係数の中の最大値max ρ(i,j)[j∈η]が、当該今回の注目リンクL(i)の平常時経路R0に対する空間相関係数の代表値ρ(i,R0)とされる。
すなわち、経路はこれを構成する無線リンクのいずれか一つでも切断されると不通に陥る。したがって、ある無線リンクが切断したときに、これが原因で任意の経路が不通となる確率は、当該任意経路上ので、前記切断した無線リンクと最も高い相関を示す無線リンクの空間相関係数に依存する。そこで、本実施形態では注目リンクL(i)と前記平常時経路R0上の全無線リンク（集合η）との空間相関係数を求め、その中の最大値をもって、当該今回の注目リンクL(i)の平常時経路R0に対する空間相関係数ρ(i,R0)とした。
ステップＳ６では、識別子jに初期値「１」が再設定される。ステップＳ７では、次の注目リンクと前記平常時経路R0との空間相関係数を同様に求めるために、前記変数iが更新される。ステップＳ８では、無線メッシュ網を構成する各無線リンクと平常時経路R0との空間相関係数が全て求められたか否かが判定される。最初はステップＳ２へ戻り、上記した各処理が前記識別子i，jを更新しながら繰り返される。
その後、無線メッシュ網を構成する各無線リンクと平常時経路R0との空間相関係数ρ(i,R0)が全て求められるとステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、前記各空間相関係数ρ(i,R0)をリンクコストとみなして、当該リンクコストの最大値が最小となる経路、あるいはリンクコストの最大値が最小となる経路から順に複数の経路が、前記平常時経路R0の代替経路として決定される。
すなわち、代替経路は、これを構成する無線リンクのいずれか一つでも切断されると不通に陥るので、降雨減衰の可能性がメッシュ網の全域で均一であると仮定すれば、任意経路が平常時経路と共に不通に陥る確率はリンクコストの最大値に依存する。そこで、本実施形態ではリンクコストの最大値が最小となる経路が、前記平常時経路R0の代替経路として決定されるようにしている。
Claims (3)
- 無線メッシュ網上で平常時経路とエンドノードペアが同一の代替経路を決定する方法において、
前記無線メッシュ網を構成する第１無線リンクごとに、前記平常時経路を構成する各第２無線リンクとの空間相関係数を算出する手順と、
前記無線メッシュ網を構成する第１無線リンクごとに、前記各第２無線リンクとの空間相関係数の最大値で当該第１無線リンクと前記平常時経路との空間相関係数を代表する手順と、
前記空間相関係数を各第１無線リンクのリンクコストとして、その最大値が小さい経路を代替経路として決定する手順とを含むことを特徴とする無線メッシュ網における代替経路決定方法。 - 前記第１および第２無線リンク間の空間相関係数を求める手順は、
第１無線リンクを終端する一対の無線ノードN1，N2と、第２無線リンクを終端する一対の無線ノードN3，N4との各相関関係を求める手順と、
前記各相関関係の平均値を求める手順とを含み、
前記平均値で前記第１および第２無線リンク間の空間相関係数を代表することを特徴とする請求項１の無線メッシュ網における代替経路決定方法。 - 前記代替経路を決定する手順は、前記リンクコストの最大値が最小の経路から順に少なくとも一つの経路を代替経路に決定することを特徴とする請求項１の無線メッシュ網における代替経路決定方法。
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