JP4167226B2 - アドホック・モードｗｌａｎシステムで使用するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、アドホック・モードのワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）中の第１のノードによって利用される方法に関するものであって、この第１のノードは、そのネットワーク内でメッセージを転送するために利用できるそのネットワーク内の他のノードのテーブルを保持している。本発明を用いることによって、アドホック・システム内で、より信頼でき効率的な通信が実現する。

ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）システム内部のいわゆるアドホック・ネットワークは、インフラストラクチャのないネットワークである。アドホック・ネットワーク内部のノード（例えば、加入者やユーザ）は、通常は移動可能なものであり、ワイヤレスのアクセス距離は短く、いつでもネットワークに入り、また出ることができる。適用されるワイヤレス技術のレンジが限られるため、通信のために通常はマルチ・ホップが必要とされる。

システム内部にインフラストラクチャがないため、ノード自身が他のノードのためのパケットを転送しなければならず、従って、ホストとルータの両方の仕事をしなければならない。アドホック・ネットワークでは、ノードは、また、ネットワークの構成及び保守にも責任を持つ。この種の環境に対していくつかのルーティング・プロトコルが提案されてきているが、多くは、固定ネットワーク用の既存のルーティング・プロトコルを修正したものである。例えば、最も進んだものの例として、ＡＯＤＶ（アドホック・オンデマンド・ディスタンス・ベクトル）やＤＳＲ（ダイナミック・ソース・ルーティング）がある。

ＡＯＤＶ仕様書には、近隣の検出のために、リンク・レイヤ情報の利用や、特別なメッセージ、例えば、いわゆるＨＥＬＬＯメッセージを利用する方法が示唆されている。すべてのタイプのハードウエアで適切なリンク・レイヤ情報がサポートされているわけではないため、そのようなメッセージが利用される応用が多い。仕様書では、ノードＡがそのようなメッセージをノードＢから受信する場合には、常に、ノードＡはノードＢをルーティング・テーブルに含めることによって、最終的にはノードＢをルート確立のために利用できるように規定されている。もしノードＡが一定数の連続したＨＥＬＬＯメッセージ（各ノードは周期的にＨＥＬＬＯメッセージをブロードキャストする）をノードＢから受信しなければ、それは、ルーティング・テーブルからノードＢを削除する。

ノードＢがノードＡからユーザ・パケットを受信しなくても、ノードＡがノードＢからＨＥＬＬＯメッセージを受信する場合が起こりうる。これは、特定のハードウエアは、パケットのブロードキャストとユニキャストとを異なるように扱うため、それぞれのパケットのレンジが異なるという事情による。このことによってＡＯＤＶ特性に重大な問題が発生する。すなわち、近隣のノードが間違って検出されたり、パケットを送信するのが不可能なルートが確立されたりする。

別の問題点は、近隣ノードにユーザ・パケットを送信することが可能な場合でも、近隣相互間のリンクの品質が劣悪で、エラー、再送、低スループット、あるいは最終的にはルート切断を起こす場合もあるということである。この場合には、低品質リンクで１ホップのルートよりも、高品質リンクでマルチ・ホップのルートを確立するほうがよい。

冒頭の説明から明らかなように、ＷＬＡＮシステム中のアドホック・ネットワークのノードが、アドホック・システムの他のノードを介して信頼できる通信パスを確立及び維持するために使用できる方法に対する需要が存在する。

この需要は、本発明によって取り組まれる課題であり、本発明は、アドホック・モードのワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）の第１のノードによって利用される方法を提供し、この第１のノードは、そのネットワーク内でメッセージを転送するために利用できるそのネットワーク内の他のノードのテーブルを保持する。本方法は、第１のノードに第２のノードからの第１の信号を受信させる工程を含み、更に、第１のノードに第２のノードから受信した信号を解析させる工程を含む。

もし第２のノードが、第１のノードが保持するテーブルに既に含まれていれば、その信号強度が第１の予め決められたレベルと比較され、また、もし第２のノードがそのテーブルに含まれていなければ、その信号強度は第２の予め決められたレベルと比較される。

もし第２のノードからの信号強度がそれに関連する比較レベルを超えていれば、第１のノードは、第２のノードをテーブルに含めることを決定する。

このように、本発明に従う方法を用いることによって、ＷＬＡＮシステム中のアドホック・システムは、これまでに知られている技術によって可能とされるものよりもより信頼性高く確立及び保持できる。

以下に、本発明について添付図面を参照しながらもっと詳しく説明する。

図１は、ＷＬＡＮシステム中のアドホック・ネットワークを模式的に示す。ＷＬＡＮシステムは、例えば、各種のいわゆる８０２．１１システムのうちの１つのフレームワーク内に構築することができ、あるいは、そのようなシステム向けの他の技術を用いて構築することができる。図面から明らかなように、本発明を説明するために用いられるシステムは、Ａ、Ｂ、及びＣと名づける３つのノードを含んでいるが、ノードの正確な個数は変更可能であり、本発明では重要な数字ではないことはもちろんである。

“アドホック”という用語は、そのネットワークが固定されたインフラストラクチャ、例えば、システム内部でトラヒックを方向付けたり、ルーティングしたりするアクセス・ポイントのようなものを何も含まないことを意味している。その代わりに、個々のノードは、他のノードのためのパケットを転送し、従って、個々のノードは、サーバーと同時にルータとしても機能できる必要がある。

例えば、ノードＡは、そのサーバー及びルータとしての機能の中で、ノードＡがメッセージをルーティングすることを手助けできる近隣ノードのリストを保持する。ノードは、それらのノードから受信されるメッセージに基づいて、このリストに追加あるいは保存される。ルート確立は、ルート要求をブロードキャスト及び再ブロードキャストし、その目的地ノードか、あるいはその目的地ノードとの間で既にルートを確立しているどれか中間的なノードのいずれかからのルート応答を待つことで行なわれる。ルート応答は発信源ノードにユニキャストされて戻される。

“ユニキャスト”という用語は、ここでは第１のノードから、第２の“宛先”ノードに宛てて送信されるメッセージを意味し、他方、“ブロードキャスト”という用語は、第１のノードから、１つ以上の“宛先”ノードに宛てて送信されるメッセージを意味する。

ノードがノードＡによって保持されるリストに加えるか、あるいは保存されるときに根拠となるメッセージは、ある程度は任意に選ぶことができる１または複数の特別なメッセージであるか、あるいはこの目的のために特別に用いられるメッセージである。ＡＯＤＶ（アドホック・オンデマンド・ベクトル）プロトコルで使用されるメッセージの例は、いわゆるＨＥＬＬＯメッセージであり、これは、すべてのノードによって周期的にブロードキャストされる。

現在のＡＯＤＶシステムでは、ノードＡがノードＢからＨＥＬＬＯメッセージを受信するときは、常に、ノードＡは、ノードＢをルーティング・テーブルに含めることによって、最終的にはルート確立のためにノードＢを利用することができる。もしノードＡが２つの連続したＨＥＬＬＯメッセージを受信しなければ（各ノードはＨＥＬＬＯメッセージを周期的にブロードキャストしている）、ノードＢをルーティング・テーブルから削除する。

いくつかのメッセージはブロードキャストされるが、他のものはユニキャストされるという事実は、問題を引き起こす可能性がある。というのは、ある種のハードウエア及び／またはソフトウエアは、ブロードキャスト・メッセージとユニキャスト・メッセージとを異なるように処理するからである。ブロードキャスト・メッセージは、ユニキャスト・メッセージよりも一般に長距離のレンジを有するため、近隣のノードが、それらのノードを介してメッセージを送ったり、データ・パケットを送ったりすることが実際には不可能であるのに、間違ってそれらがルーティングのために利用できるノードとして検出されることが起こりうる。

更に、それがブロードキャストしたメッセージが検出されたノードがルーティングのために利用できる場合であっても、ノードＡとこのノードとの間のリンクの品質が劣悪で多くの問題を引き起こすこともあり得る。そのような場合には、低い送信品質を与えるノードを介した“近道”を取るよりも、そのルートの中に多くのノードを含むルートを確立するほうがましである。

改めて図１を参照すると、次のようなシナリオが発生しうる。すなわち、ノードＡとノードＣとの間に、ノードＢを介した２ホップのルートが確立される。ノードＣがノードＢに接近するときは、ノードＡは、ノードＣからのＨＥＬＬＯメッセージもいくつか受信するようになる。ノードＡがノードＣからＨＥＬＬＯメッセージを受信すれば、それはノードＣを近隣ノードと見なして、ノードＢを経由するのではなくて、直接にユーザ・パケットを送ろうと試みる。しかし、ノードＡとＣとの間では信号のＳＮ比（ＳＮＲ）が低いので、リンク上でエラーが発生する可能性が高く、またスループットも低い。従って、１ホップの低品質リンク（Ａ−Ｃ）よりも、２ホップでも高品質なリンク（Ａ−Ｂ−Ｃ）を利用するほうが優れている。

“近隣にある”と“近隣にない”との間で振動することもありうる。もし、ノードＣから１つのＨＥＬＬＯメッセージを受信したあとで、ノードＡがノードＣからそれ以上のＨＥＬＬＯメッセージを受信しなければ、ノードＡは、ノードＣをルーティング・テーブルから削除して、ルート再確立手順を開始させることになるため、遅延及びスループット低下が起こる。このあとで、別のＨＥＬＬＯメッセージが到達して、再びノードＣが近隣となることもある。

上で述べた問題点、すなわち、メッセージの種類によってレンジが異なることによって発生する問題は、本発明によって克服される。これについては図２を参照しながら説明する。

図２は、本発明に従う方法の例示的な実施の形態の模式的ブロック図である。

別のノードからメッセージを受信したノードＡは、まず、そのメッセージが、ノードＡが受け入れている、例えばＡＯＤＶプロトコルのノードから発信されたものであるかどうかを確認しようとする（ブロック１０）。もし受信したそのメッセージが“見知らぬ”プロトコルのものであれば、そのメッセージが単に破棄される（ブロック８０）。

しかし、もしそのメッセージが“受け入れられている”プロトコルのものであれば、ノードＡは、その送信ノードが、ノードＡによって保持されているルーティング・テーブルに既に含まれているものであるかどうかを調べる（ブロック２０）。もしそうであれば、受信信号の信号レベル、ＳＮＲを第１の閾値レベルと比較する（ブロック４０）。もし信号のＳＮＲがこのレベルよりも低ければ、そのメッセージは、破棄あるいは無視される（ブロック８０）。しかし、受信信号のＳＮＲがこの第１の閾値レベルに等しいかそれを超える場合は、その送信ノードは、ノードＡのルーティング・テーブルに保存される。

改めて図２を参照すると、もしその送信ノードが、ノードＡによって保持されているルーティング・テーブルの中に含まれていなければ、そのメッセージは、ノードＡのルーティング・テーブルにとって“新しい”ノードから発信されたものであると考える。次に、そのメッセージのＳＮＲが、“既存”ノードからのメッセージについて用いた第１の閾値レベルよりも高い第２の閾値レベルと比較される。

“新しい”ノードからのメッセージが第２の閾値レベルに等しいかあるいはそれを超えることがないＳＮＲを有する場合は、そのメッセージは破棄される（ブロック８０）。しかし、もしそのメッセージのＳＮＲが第２の閾値レベルを超えていれば、そのノードは、ノードＡが保持するルーティング・テーブルに追加される。

このように、本発明に従う方法を用いることによって、未知のノードに対して用いられる第２の閾値は、既存のリンクに要求される品質を定義する手助けとなり、“良い”近隣と“悪い”近隣、すなわち、高品質リンクと低品質リンクとを効率的に差別化する。近隣候補（それまでそのノードにとって未知であったか、あるいはそのノードへのマルチ・ホップ接続が既に存在している）へのリンクのリンク品質が、定義された閾値を超える場合は、そのノードは新しい近隣ノードとなる。

更に、リンクのワイヤレス性によって、ノードが移動していなくてもＳＮＲが変動することがある。既存ノードに対して用いられる第１の閾値レベルは、ＳＮＲ変動を一定の範囲内で許容するＳＮＲのマージンを定義する。これは、ノードが近隣と非近隣との間で変動する可能性を最小化し、ネットワークの安定性を向上させる。このようにして、一旦、ルートが確立すると、それは１つの弱い信号のために失われるということはない。

閾値として、第１の閾値レベルには１０ｄＢを、第２の閾値レベルには１５ｄＢを用いた場合が良い結果をもたらす。当然のことながら、これらの値は、本発明の範囲内で自由に変更することができるのであって、これらは、結果が実証された値の例としてここに示しただけである。

本発明は、上述の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲のスコープの中で自由に変更することができる。

アドホック・モードＷＬＡＮシステムを示す模式図。 本発明に従うアドホック・モードＷＬＡＮシステムの１つのノードによって利用されるフローチャート。

Claims (3)

1. アドホック・モードのワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）中の第１のノードによって使用される方法であって、前記第１のノードは、前記ネットワーク内部でメッセージを転送するために利用できるネットワーク内の他のノードに関するテーブルを保持しており、前記方法は、前記第１のノードに第２のノードから第１の信号を受信させる工程を含んでおり、それは、更に、
   −前記第１のノードに、前記第２のノードから受信した前記信号を解析させる工程と、
   −もし前記第２のノードが前記第１のノードによって保持される前記テーブル中に既に登録されていれば、前記第２のノードから受信した前記信号の強度を第１の予め決められた比較レベルと比較する工程と、
   −もし前記第２のノードから受信した前記信号の強度が前記第１の予め決められた比較レベルを超えていない場合、前記第２のノードから受信した前記信号を破棄し、もし前記第２のノードから受信した前記信号の強度が前記第１の予め決められた比較レベルを超えている場合、前記信号を受け入れるとともに、前記第２のノードの登録を前記テーブルに維持し使用することを決定する工程と、
   −もし前記第２のノードが前記テーブルに登録されていなければ、前記第２のノードから受信した前記信号の強度を前記第１の予め決められた比較レベルよりも更に高い、第２の予め決められた比較レベルと比較する工程と、
   −もし前記第２のノードからの前記信号の強度が第２の予め決められた比較レベルを超えている場合、前記第１のノードは、前記信号を受け入れるとともに前記第２のノードを前記テーブルに登録し使用することを決定し、もし前記第２の予め決められた比較レベルを超えていない場合は、前記信号を破棄する工程と、を含むことを特徴とする前記方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、ＡＯＤＶシステムに適用される前記方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、ＩＥＥＥ８０２．１１システムに適用される前記方法。

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