JP4263973B2 - Wireless multi-hop communication system and wireless node device - Google Patents
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Description
本発明は、アドホックネットワークにおける無線マルチホップ通信システム及び無線ノード装置に関する。 The present invention relates to a wireless multi-hop communication system and a wireless node device in an ad hoc network.
従来の無線マルチホップ通信システムとしては、IP層の上位層であるアプリケーション層でルーティングを実現するものが検討されている。しかし、アプリケーション層でルーティングを行いマルチホップを実現する場合には、すべてのパケット転送において、MAC層、IP層、TCP層もしくはUDP層、及びアプリケーション層におけるパケットのヘッダ処理が必要となり、処理が重くなるという不都合がある。 As a conventional wireless multi-hop communication system, one that realizes routing in an application layer, which is an upper layer of an IP layer, has been studied. However, when routing is performed in the application layer to realize multi-hop, the packet header processing in the MAC layer, the IP layer, the TCP layer or the UDP layer, and the application layer is necessary in all packet transfers, and the processing is heavy. There is an inconvenience of becoming.
そのような不都合を解消する従来の無線マルチホップ通信システムにおける無線ノード装置として、特許文献1に示されているものがある。この従来の無線ノード装置の構成例を図9に示す。この従来の無線ノード装置は、WM機能部10を有しIP層以下で複数のインタフェースを用いて自装置宛以外のパケットをこのWM機能部10で処理して転送することを特徴としている。このため、WM機能部10は、WM層での自装置宛以外のパケットを転送するためのWM層経路管理機能部11に宛先と中継ノードのテーブルを用意している。また、従来の無線ノード装置は、このようなWM層での転送を可能とするためにWMヘッダを用いている。また、従来の無線ノード装置は、WM層を有さない無線ノード装置との通信を可能とするためにWM機能部10にWMヘッダのカプセル化機能部12を有する構成となっている。また、従来の無線ノード装置は、このような新規のヘッダを付加し、このWMヘッダ管理を別途おこなうことで、MAC層自身は特殊なマルチホップ機能を有することなく、複数のインタフェースを用いてマルチホップ転送が可能となっている。また、従来の無線ノード装置は、パケットの転送にアプリケーション層を使用することはなく、転送の高速化も可能であるとしている。
As a wireless node device in a conventional wireless multi-hop communication system that eliminates such inconvenience, there is one disclosed in Patent Document 1. An example of the configuration of this conventional wireless node device is shown in FIG. This conventional wireless node device has a
しかしながら、従来のノード装置においては、WM層という新たな層を導入する必要があり、処理が煩雑になる問題がある。また、従来のノード装置においては、新たな層を導入することに伴い、新たなソフトウェアを導入する必要があるのみならず、IP層以下の処理をハードウェアで行おうとすると、既存のハードウェアに新たなハードウェアを追加する必要があり、構成が複雑になる問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、パケット転送のための新たな層を導入することなく既存のMAC層及びIP層において各無線ノード装置間に自動的にポイントツーポイントの無線リンクを構成し、既存のIP層及びMAC層を用いてマルチホップ通信が可能な無線マルチホップ通信システム及び無線ノード装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and automatically introduces point-to-point wireless communication between wireless node devices in the existing MAC layer and IP layer without introducing a new layer for packet transfer. An object of the present invention is to provide a wireless multi-hop communication system and a wireless node device that configure a link and can perform multi-hop communication using an existing IP layer and MAC layer.
本発明の無線マルチホップ通信システムの第1態様は、一の無線ノード装置が1又は複数の他の無線ノード装置を介して通信相手の他の無線ノード装置と無線で通信を行う無線マルチホップ通信システムにおいて、前記無線ノード装置は、各無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、自装置とビーコンの送受信を行うことができる他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する無線リンク生成手段と、を具備し、前記無線リンク生成手段は、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する構成を採る。 The first aspect of the wireless multi-hop communication system of the present invention is a wireless multi-hop communication in which one wireless node device communicates wirelessly with another wireless node device with one another via one or a plurality of other wireless node devices. In the system, the wireless node device includes a beacon transmitting unit that periodically transmits a beacon including a node ID unique to each wireless node device, and a beacon receiving unit that receives a beacon periodically transmitted from another wireless node device. And a radio link generation means for generating a radio link based on another node ID included in a beacon from the other radio node device between the own device and another radio node device capable of transmitting and receiving a beacon. , And the wireless link generation means specifies a wireless link I that identifies the wireless link from the node ID of the own device and the other node ID. Taking a radio link ID generating means for generating a configuration having a, and IP address generating means for generating an IP address to be used on the radio link from the node ID and the other node ID of the own device.
この構成によれば、パケット転送のための新たな層を導入することなく既存のMAC層及びIP層において各無線ノード装置間に自動的にポイントツーポイントの無線リンクを構成することができる。 According to this configuration, a point-to-point wireless link can be automatically configured between each wireless node device in the existing MAC layer and IP layer without introducing a new layer for packet transfer.
本発明の無線マルチホップ通信システムの第2態様は、上記第1態様において、前記無線ノード装置は、生成した前記無線リンクを用いて通信をすることができるか否かを確認するためのパケットを送受信する通信確認手段と、前記確認の結果が通信ができないことを示した時には前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、を具備する構成を採る。 According to a second aspect of the wireless multi-hop communication system of the present invention, in the first aspect , the wireless node device transmits a packet for confirming whether communication can be performed using the generated wireless link. It adopts a configuration comprising communication confirmation means for transmitting and receiving and wireless link deletion means for deleting the wireless link when the confirmation result indicates that communication is not possible.
この構成によれば、上記第1態様の効果に加えて、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, in addition to the effect of the first aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線マルチホップ通信システムの第3態様は、上記第1態様において、前記無線ノード装置は、前記無線リンクを生成した前記他の無線ノード装置からの前記ビーコンを監視する受信ビーコン監視手段と、前記受信ビーコン監視手段が一定期間前記ビーコンを検知できない時に前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、を具備する構成を採る。 The third aspect of the wireless multi-hop communication system of the present invention, in the first embodiment, the wireless node apparatus, a received beacon monitoring means for monitoring the beacon from the other wireless node device that generated the radio link The reception beacon monitoring unit is configured to include a radio link deletion unit that deletes the radio link when the beacon cannot be detected for a certain period of time.
この構成によれば、上記第1態様の効果に加えて、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, in addition to the effect of the first aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線マルチホップ通信システムの第4態様は、上記第2態様において、前記通信確認手段は、前記確認をするためのパケットを前記無線リンクの生成時に送信する構成を採る。 According to a fourth aspect of the wireless multi-hop communication system of the present invention, in the second aspect , the communication confirmation unit transmits a packet for the confirmation when the wireless link is generated.
この構成によれば、上記第2態様の効果と同様に、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, similarly to the effect of the second aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線マルチホップ通信システムの第5態様は、一の無線ノード装置が1又は複数の他の無線ノード装置を介して通信相手の他の無線ノード装置と無線で通信を行う無線マルチホップ通信システムにおいて、前記無線ノード装置は、各無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、自装置とビーコンの送受信を行うことができる他の無線ノード装置との間に無線リンクを生成する手段であって、自装置のノードID及び前記受信したビーコンに含まれる他の無線ノード装置の他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する無線リンク生成手段と、パケットの宛先IPアドレスと前記無線リンクIDとを関連づけているIP経路テーブルと、前記無線リンクIDとポートと前記無線リンクを確立する相手である他の無線ノード装置のMACアドレスとを関連づけているブリッジテーブルと、前記パケットのヘッダに含まれるIPアドレスが自装置宛てである時にはアプリケーションに前記パケットを渡すための受信処理を制御し、かつ、自装置宛てでない時には前記IP経路テーブル及び前記ブリッジテーブルを基に前記パケットの転送を制御する制御手段と、を具備する構成を採る。 According to a fifth aspect of the wireless multi-hop communication system of the present invention, a wireless multi-hop communication in which one wireless node device communicates wirelessly with another wireless node device of a communication partner via one or more other wireless node devices. In the system, the wireless node device includes a beacon transmitting unit that periodically transmits a beacon including a node ID unique to each wireless node device, and a beacon receiving unit that receives a beacon periodically transmitted from another wireless node device. When the wireless link and means for generating an other of the wireless node device included in the beacon node ID and the reception of its own device between the other wireless node device capable of transmitting and receiving of the device itself and beacon a radio link ID generating means for generating a radio link ID for identifying the radio link from another node ID of the node ID and the other of the device itself A radio link generating means comprises an IP address generating means for generating an IP address to be used from over de ID over the wireless link, and a IP routing table the destination IP address of the packet has associated the radio link ID , when the radio link ID and the port to establish the radio link and the bridge table that associates the MAC address of another wireless node device is a destination, IP address, included in a header of the packet is addressed to the device itself is controls the reception processing for passing the packet to the application, and, when not subject apparatus employs a configuration comprising a control means for controlling the transfer of said packet based on the IP routing table and the bridge table.
この構成によれば、既存のMAC層及びIP層において各無線ノード装置間に自動的にポイントツーポイントの無線リンクを構成し、既存のIP層及びMAC層を用いてマルチホップ通信を行うことができる。 According to this configuration, a point-to-point wireless link is automatically configured between each wireless node device in the existing MAC layer and IP layer, and multi-hop communication can be performed using the existing IP layer and MAC layer. it can.
本発明の無線ノード装置の第1態様は、無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する無線リンク生成手段と、を具備し、前記無線リンク生成手段が、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する構成を採る。 According to a first aspect of the wireless node device of the present invention, a beacon transmitting unit that periodically transmits a beacon including a node ID unique to the wireless node device, and a beacon that periodically receives a beacon transmitted by another wireless node device. Radio link generation means for generating a radio link based on another node ID included in a beacon from the other radio node device between the reception unit and another radio node device, and generating the radio link Means for generating a radio link ID for identifying the radio link from the node ID of the own device and the other node ID, and used on the radio link from the node ID of the own device and the other node ID; And an IP address generating means for generating an IP address to be used .
この構成によれば、パケット転送のための新たな層を導入することなく既存のMAC層及びIP層において各無線ノード装置間に自動的にポイントツーポイントの無線リンクを構成することができる。 According to this configuration, a point-to-point wireless link can be automatically configured between each wireless node device in the existing MAC layer and IP layer without introducing a new layer for packet transfer.
本発明の無線ノード装置の第2態様は、上記第1態様の無線ノード装置において、生成した前記無線リンクを用いて通信をすることができるか否かを確認するためのパケットを送受信する通信確認手段と、前記確認の結果が通信ができないことを示す時には前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、を具備する構成を採る。 According to a second aspect of the wireless node device of the present invention, in the wireless node device according to the first aspect , a communication confirmation for transmitting and receiving a packet for confirming whether or not communication can be performed using the generated wireless link. And a radio link deletion unit that deletes the radio link when the confirmation result indicates that communication is not possible.
この構成によれば、上記第1態様の効果に加えて、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, in addition to the effect of the first aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線ノード装置の第3態様は、上記第1態様の無線ノード装置において、前記無線リンクを生成した前記他の無線ノード装置からの前記ビーコンを監視する受信ビーコン監視手段と、前記受信ビーコン監視手段が一定期間前記ビーコンを検知できない時に前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、を具備する構成を採る。 According to a third aspect of the wireless node device of the present invention, in the wireless node device according to the first aspect , a reception beacon monitoring unit that monitors the beacon from the other wireless node device that has generated the wireless link; And a radio link deletion unit that deletes the radio link when the monitoring unit cannot detect the beacon for a certain period of time .
この構成によれば、上記第1態様の効果に加えて、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, in addition to the effect of the first aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線ノード装置の第4態様は、上記第2態様の無線ノード装置において、前記通信確認手段は、前記確認をするためのパケットを前記無線リンクの生成時に送信する構成を採る。 According to a fourth aspect of the wireless node device of the present invention, in the wireless node device according to the second aspect , the communication confirmation unit transmits a packet for the confirmation when the wireless link is generated.
この構成によれば、上記第2態様の効果と同様に、一度生成した無線リンクでもこれを用いて通信をすることができないことを確認した時には、その無線リンクを削除するので、利用できない無線リンクでパケットを送信してパケットロスを起こすことを防止できるため、通信の確実性を向上させることができる。 According to this configuration, similarly to the effect of the second aspect , when it is confirmed that a wireless link once generated cannot be used for communication, the wireless link is deleted, so that the wireless link cannot be used. Thus, it is possible to prevent packet loss due to transmission of a packet, thereby improving the reliability of communication.
本発明の無線ノード装置の第5態様は、無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する手段であって、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する無線リンク生成手段と、他の無線ノード装置と送受信するパケットの宛先IPアドレスと前記無線リンクIDとを関連づけているIP経路テーブルと、前記無線リンクIDとポートと前記無線リンクを確立する相手である他の無線ノード装置のMACアドレスとを関連づけているブリッジテーブルと、前記パケットのヘッダに含まれるIPアドレスが自装置宛てである時にはアプリケーションに前記パケットを渡し、かつ、自装置宛てでない時には前記IP経路テーブル及び前記ブリッジテーブルを基に前記パケットの転送を制御する制御手段と、を具備する構成を採る。 According to a fifth aspect of the wireless node device of the present invention, a beacon transmitting unit that periodically transmits a beacon including a node ID unique to the wireless node device and a beacon that periodically receives a beacon transmitted by another wireless node device. A means for generating a wireless link between a receiving means and another wireless node device based on another node ID included in a beacon from the other wireless node device, the node ID of the own device and the other node A wireless link ID generating means for generating a wireless link ID for identifying the wireless link from the ID; an IP address generating means for generating an IP address to be used on the wireless link from the node ID of the own device and the other node ID; a radio link generating means comprises a destination IP address of the packet to be transmitted and received with another wireless node device and said wireless link ID Seki An IP route table, a bridge table that associates the wireless link ID, the port, and the MAC address of another wireless node device with which the wireless link is established, and an IP address included in the header of the packet There passes the packet to the application when it is subject apparatus, and, when not subject apparatus employs a configuration comprising a control means for controlling the transfer of said packet based on the IP routing table and the bridge table.
この構成によれば、既存のMAC層及びIP層において各無線ノード装置間に自動的にポイントツーポイントの無線リンクを構成し、既存のIP層及びMAC層を用いてマルチホップ通信を行うことができる。 According to this configuration, a point-to-point wireless link is automatically configured between each wireless node device in the existing MAC layer and IP layer, and multi-hop communication can be performed using the existing IP layer and MAC layer. it can.
本発明によれば、MAC層やIP層においてマルチホップ通信のための特別なルーティングプロトコル及びパケット転送のための新たな層を導入することなく、マルチホップ通信を行うことができる。 According to the present invention, multihop communication can be performed without introducing a special routing protocol for multihop communication and a new layer for packet transfer in the MAC layer or IP layer.
本発明の骨子は、各無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンパケットを無線ノード装置がお互いに送受信し合い、自身のノードIDと他の無線ノード装置のノードIDとに基づいてポイントツーポイントの無線リンクを生成することである。 The essence of the present invention is that wireless node devices mutually transmit and receive beacon packets including node IDs unique to each wireless node device, and point-to-point based on their own node IDs and node IDs of other wireless node devices. To create a wireless link.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(一実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る無線ノード装置100の構成を示したブロック図である。無線ノード装置100は、ビーコン受信部101、ビーコン送信部102、制御部103、無線リンク生成部104、IP経路テーブル105、ブリッジテーブル106、受信部107、送信部108及びノードID記憶部109を具備する。無線リンク生成部104は、無線リンクID生成部1041及びIPアドレス生成部1042を有する。制御部103は、無線リンク削除部1031、通信確認部1032、ビーコンパケット生成部1033及び受信ビーコン監視部1034を有する。
(One embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of
ビーコン受信部101は、他の無線ノード装置100が送信するその無線ノード装置のノードIDを含むビーコンを受信して、そのノードIDを無線リンク生成部104に与える。無線リンク生成部104は、そのノードIDがノードID記憶部109に登録されているかを参照し、登録されていない場合にはビーコン受信部101から受け取るそのノードIDと無線ノード装置100自身のノードIDとから無線リンクID及びIPアドレスを生成して、直接ビーコンを送受信することができる無線ノード装置100との間に無線リンクを生成する。
The
ここで、ノードIDとは、各無線ノード装置100に固有のものであり、無線ノード装置100を特定するための情報である。無線リンクIDとは、無線リンクを特定するための情報である。また、無線リンク生成部104が生成するIPアドレスとは、その無線リンク上で使用されるIPアドレスであり、それぞれの無線リンクを張る相手である無線ノード装置100のIPアドレス及びその無線リンクごとに異なる自身のIPアドレスの両方を意味する。なお、ノードIDは、無線ノード装置100に予め設定してもよく、また、自動的に重複することなく設定する他の手段により実現することも可能である。
Here, the node ID is unique to each
上記無線リンクIDは、無線リンク生成部104が備える無線リンクID生成部1041により生成される。また、上記IPアドレスは、無線リンク生成部104が備えるIPアドレス生成部1042により生成される。
The radio link ID is generated by a radio link
無線リンク生成部104は、生成した無線リンクを張る相手のIPアドレスをIP経路テーブル105に書き込み、また、無線リンクIDをIP経路テーブル105及びブリッジテーブル106に書き込む。そして、無線リンク生成部104は、インタフェースの生成を完了したことを示す信号を制御部103に与える。
The wireless
通信確認部1032は、無線リンクを張った相手の無線ノード装置100に対する応答確認を要するIPパケットを生成し、送信部108に与える。通信確認部1032は、このIPパケットに対する無線リンクを張った相手の無線ノード装置100からの応答を確認することで、実際にポイントツーポイントの無線リンクが構成されたことを確認する。
The
無線リンク削除部1031は、通信確認部1032が応答を確認できなかった時には、IP経路テーブル105から該当するインタフェースを削除し、さらにブリッジテーブル106から該当する無線リンクIDの項目を削除する。また、無線リンク削除部1031は、登録済みのノードIDのビーコンパケットをビーコン受信部101が一定期間受信しなくなった時には、そのノードIDに係るデータをノードID記憶部109から削除する。また、無線リンク削除部1031は、IP経路テーブル105から該当するインタフェースを削除し、さらにブリッジテーブル106から該当する無線リンクIDの項目を削除する。
When the
ビーコンパケット生成部1033は、ビーコンパケットを送信するためのトリガを発生する周期タイマー部を備え、その周期タイマー部の時間が基準時間となると、自無線ノード装置100のノードIDを含むビーコンパケットを生成し、ビーコン送信部102に与える。
The beacon
受信ビーコン監視部1034は、既にそのノードIDが登録済みである無線ノード装置100からのビーコンパケットをビーコン受信部101が受信した時には、ノードID記憶部109においてノードIDごとにセットされたタイマーをリセットする。
The reception
制御部103は、受信部107から受け取るパケットのヘッダ情報から無線ノード装置100自身宛のものであるか否かを判定する。制御部103は、その判定の結果、パケットが自身宛のものであることを示す時にはアプリケーションにデータを渡し、かつ、自身宛のものでないことを示す時にはIP経路テーブル105及びブリッジテーブル106を基にパケットのヘッダ情報を作り直して送信部108に与える。
The
送信部108は、そのパケットのヘッダ情報にある無線リンクIDで特定される無線リンクを利用して転送先の無線ノード装置100に送信する。また、送信部108は、通信確認部1032から受けとる通信ができることを確認するためのパケットを送信する。
The
ノードID記憶部109は、無線リンクを張っている相手である無線ノード装置100のノードIDを記憶するとともに、ノードIDごとにビーコンパケットの受信を監視するためのタイマーをセットする。
The node
なお、本実施の形態では、制御部103が、無線リンク削除部1031、通信確認部1032、ビーコンパケット生成部1033及び受信ビーコン監視部1034を具備する構成として説明しているが、制御部103、無線リンク削除部1031、通信確認部1032、ビーコンパケット生成部1033及び受信ビーコン監視部1034の各々が単独で配設される構成としてもよい。
In the present embodiment, the
図2は、IP経路テーブル105の構成を示す図である。このIP経路テーブル105は、パケットのヘッダ情報に含めるそのパケットの宛先IPアドレスと、その宛先に応じて利用すべき無線リンクと、を対応づけて定義している。図2の宛先IPアドレスには、パケットのヘッダ情報に含めるそのパケットの宛先IPアドレスが保持され、また、インタフェースには、その宛先に応じて利用すべき無線リンクを特定する無線リンクIDが保持される。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the IP route table 105. The IP route table 105 defines the destination IP address of the packet to be included in the packet header information and the radio link to be used according to the destination in association with each other. The destination IP address in FIG. 2 holds the destination IP address of the packet to be included in the packet header information, and the interface holds a radio link ID for specifying a radio link to be used according to the destination. The
なお、このIP経路テーブル105のデータは、無線ノード装置100が他の無線ノード装置100との間に無線リンクが張られるごとに無線リンク生成部104により追加され、また、IP層で通常利用されるルーティングプロトコルを利用して制御部103により追加される。
The data in the IP route table 105 is added by the radio
図3は、ブリッジテーブル106の構成を示す図である。このブリッジテーブル106は、無線ノード装置100が張っている無線リンクと、その無線リンクを張るために利用している物理層のインタフェースの各々に相当するポートと、その無線リンクを張っている相手の無線ノード装置100のMACアドレスと、を関連づけて定義している。図3の無線リンクIDには、無線ノード装置100が張っている無線リンクを特定するための無線リンクIDが保持される。ポートには、その無線リンクを張るために利用している物理層のインタフェースを特定する情報が保持される。MACアドレスには、その無線リンクを張っている相手の無線ノード装置100のMACアドレスが保持される。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the bridge table 106. The bridge table 106 includes a wireless link established by the
なお、MACアドレスの登録に関しては、通常のブリッジと同様に、受信するパケットの送信元MACアドレスから制御部103が自動的に学習して追加してもよく、また、無線リンクを生成する際に用いられるビーコンにMACアドレスを含めることにより無線リンク生成部104が追加するようにしてもよい。
In addition, regarding the registration of the MAC address, the
図4は、無線ノード装置100を起動してから直接通信可能な位置にある各無線ノード装置100との間に無線リンクを形成していくまでの無線ノード装置100の動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the
無線ノード装置100は、起動後、ビーコンパケット受信待ち状態及びタイマーチェック状態にある(ステップST401)。タイマーチェックには、ビーコンパケット生成部1033が備える周期タイマー部において自装置がビーコンパケットを送信するトリガを発生するためにセットされるタイマーをチェックするものと、自装置と無線リンクを構成した無線ノード装置100からのビーコンパケットの受信を監視するためにノードID記憶部109にセットされるタイマーをチェックするものと、がある。
The
トリガイベントが発生すると、その内容により処理が分かれる(ステップST402)。そのトリガイベントの内容がビーコン送信である時には、制御部103は、ビーコン送信処理を行う(ステップST403)。ビーコン送信処理について説明すると、制御部103が備えるビーコンパケット生成部1033は、ビーコンパケットを送信するためのトリガを発生する周期タイマー部を備え、その周期タイマー部の時間が基準時間となると、自無線ノード装置100のノードIDを含むビーコンパケットを生成し、ビーコン送信部102に与える。ビーコン送信部102は、そのビーコンパケットを送信する。このビーコンパケットは、ブロードキャストパケットで、TTL=1とし、このパケットを他の無線ノード装置100が受信しても再転送されることはないパケットである。
When a trigger event occurs, processing is divided depending on the content (step ST402). When the content of the trigger event is beacon transmission,
他の無線ノード装置100が起動したり移動することによって、この他の無線ノード装置100からのビーコンパケットを受信可能な位置に自無線ノード装置100がいる場合、自無線ノード装置100はビーコンパケットを受信する。この時に発生するイベントの内容はビーコンの受信であるため、以下の処理がおこなわれる。
When the other
まず、ビーコン受信部101がビーコンパケットを受信すると、そのパケットを無線リンク生成部104に渡す。無線リンク生成部104は、そのパケットから送信元の無線ノード装置100のノードIDを抽出する。無線リンク生成部104は、既に無線リンクを生成している無線ノード装置100のノードIDを記憶しているノードID記憶部109を参照し、そのパケットから抽出した送信元の無線ノード装置100のノードIDが既にノードID記憶部109に登録されているかを確認する(ステップST404)。
First, when the
ノードIDが既に登録済みのノードIDの場合(ステップST404YES)には、無線リンク生成部104は、既にそのノードIDが登録済みであることを示す信号を制御部103に与え、制御部103の備える受信ビーコン監視部1034は、ノードID記憶部109においてノードIDごとにセットされるタイマーをリセットする(ステップST405)。そうすると、無線ノード装置100は、受信待ち状態及びタイマーチェック状態に戻る。
If the node ID is a node ID that has already been registered (YES in step ST404), the radio
ノードIDが新規のノードIDの場合(ステップST404NO)には、無線リンク生成部104が備える無線リンクID生成部1041は、無線リンクID生成処理を実行する(ステップST406)。無線リンクID生成処理では、自ノードIDと相手ノードIDより自動的に無線リンクIDを生成する。
When the node ID is a new node ID (NO in step ST404), the radio link
無線リンクID生成処理で生成される無線リンクIDのフォーマットを図5に示す。本実施の形態では具体的には無線リンクIDとしてIEEE802.1qで規定されるVLANタグの値(VLANID)を用いる。IEEE802.1qで規定されるVLANIDの値12ビットに対して、自ノードIDの6ビットと相手ノードIDの6ビットを比較して値の大きい方を上位ビットに設定するフォーマットとする。このようなフォーマットを用いることで、無線ノード装置100の組み合わせによりネットワーク上でユニークに無線リンクIDを生成することが可能となる。その結果、無線ノード装置100間で、使用する無線リンクIDをネゴシエーションする処理を行う必要がなく、また、ネットワーク上で他の無線ノード装置100間で使用する無線リンクIDとの調整処理を行う必要もない。そのため、ビーコンパケットを受信した無線ノード装置100は、各々独自でこれらの処理を実行することができる。
The format of the radio link ID generated by the radio link ID generation process is shown in FIG. In this embodiment, specifically, a VLAN tag value (VLANID) defined by IEEE802.1q is used as a wireless link ID. Compared to the VLANID value of 12 bits defined by IEEE802.1q, the 6 bits of the own node ID and the 6 bits of the partner node ID are compared, and the larger value is set as the upper bit. By using such a format, a wireless link ID can be uniquely generated on the network by a combination of the
無線リンクID生成後、IPアドレス生成部1042は、IPアドレス生成処理を実行する(ステップST407)。IPアドレス生成処理で生成されるIPアドレスのフォーマットを図6に示す。図6に示すIPアドレスのフォーマットは、ネットワークアドレス部601を24ビットとしている。図中に示すとおり、ネットワークアドレス部601は、互いのノードIDを用いて構成されている。ホストアドレス部602は、自無線ノード装置100のノードIDを用いる。無線リンクIDの生成と同様に、ネットワーク内でユニークに設定されるノードIDの組み合わせによりIPアドレスをユニークに設定できる。そのため、ビーコンパケットを受信した無線ノード装置100は、各々独自でこれらの処理を実行することができる。
After generating the wireless link ID, the IP
次に、無線リンク生成部104は、インタフェース追加処理を行う(ステップST408)。このインタフェース追加処理とは、無線リンク生成部104が、生成した無線リンクID及びIPアドレスをIP経路テーブル105及びブリッジテーブル106に登録する処理である。この処理がなされて初めて、自動生成されたIPアドレスを持つ仮想インタフェースが自装置に追加設定されることになる。この仮想インタフェースは、物理インタフェースとして自装置に接続された無線インタフェースを使用するが、自動生成された無線リンクIDにより、論理的には異なる1つのネットワークとして動作することになる。
Next, radio
インタフェースの追加に関しては、ビーコンパケットを受信した無線ノード装置100が独立して行うため、無線リンクを張る相手の無線ノード装置100においても、自無線ノード装置100が出力するビーコンパケットを受信することで、同じ無線リンクID及び同じIPネットワークアドレスを持つインタフェースが生成される。この段階で、無線ノード装置100の間に無線リンクが張られ、それらの間でIPパケットでの通信が可能になるはずである。
The addition of the interface is performed independently by the
しかしながら、無線状態により片方向だけ電波状態が悪い状況の時には、双方向の通信ができない可能性がある。このため、相手の無線ノード装置100との間でIP通信が可能になったことを確認するために、無線ノード装置100は、IP通信確認処理を実行する(ステップST409)。
However, when the radio wave condition is poor in only one direction due to the wireless state, there is a possibility that bidirectional communication cannot be performed. For this reason, in order to confirm that IP communication with the counterpart
IP通信確認処理について、詳しく説明する。無線リンク生成部104は、インタフェース追加処理(ステップST408)を完了すると、インタフェース追加処理が完了したことを示す信号を制御部103に与える。その信号を受け取ると、制御部103の備える通信確認部1032は、無線リンクを張った相手の無線ノード装置100に対する応答確認を要するIPパケット(例えばPINGパケット)を生成し、送信部108に与える。送信部108は、無線リンクを張った相手の無線ノード装置100に対して、このIPパケットを送信する。このIPパケットに対する無線リンクを張った相手の無線ノード装置100からの応答を確認することで、無線ノード装置100は、実際にポイントツーポイントの無線リンクが構成されたことを確認する。具体的には、受信部107が受信する応答パケットを制御部103に与え、制御部103の備える通信確認部1032は、無線リンクが構成されていることを確認する。
The IP communication confirmation process will be described in detail. Upon completion of the interface addition process (step ST408), radio
無線リンクが張られたことを通信確認部1032が確認すると(ステップST409YES)、制御部103は、該当ノードIDをノードID記憶部109に登録する。そして、制御部103は、ノードID記憶部109においてノードIDごとにセットされるビーコンパケットの受信を監視するタイマーを起動する(ステップST405)。そうすると、無線ノード装置100は、受信待ち状態及びタイマーチェック状態に戻る。
When the
IP通信確認処理を複数回行っても応答確認ができない場合(ステップST409NO)、制御部103の備える無線リンク削除部1031は、生成したインタフェース削除処理を実行する(ステップST410)。インタフェース削除処理では、無線リンク削除部1031は、IP経路テーブル105から該当するインタフェースを削除し、さらにブリッジテーブル106から該当する無線リンクIDの項目を削除する。
If the response cannot be confirmed even after the IP communication confirmation process is performed a plurality of times (NO in step ST409), the radio
なお、このインタフェース削除処理(ステップST410)は、このケースの他に、受信待ち状態及びタイマーチェック状態において、登録済みのノードIDのビーコンパケットを一定期間受信しなくなった時、すなわち、受信待ち状態及びタイマーチェック状態において発生したイベントの内容が登録済みのノードIDのビーコンパケットを一定期間受信しなくなったことである場合にも実行される。具体的には、ノードID記憶部109においてノードIDごとにセットされたタイマーが一定時間に達すると、ノードID記憶部109からタイマーが一定時間に達したことを示す信号が制御部103に渡される。その信号を受け取ると、制御部103が備える無線リンク削除部1031は、そのノードIDに係るデータをノードID記憶部109から削除する。また、無線リンク削除部1031は、IP経路テーブル105から該当するインタフェースを削除し、さらにブリッジテーブル106から該当する無線リンクIDの項目を削除する。
In addition to this case, this interface deletion process (step ST410) is performed when the beacon packet of the registered node ID is not received for a certain period in the reception waiting state and the timer check state, that is, in the reception waiting state and It is also executed when the content of the event that occurred in the timer check state is that the registered node ID beacon packet is not received for a certain period. Specifically, when the timer set for each node ID in the node
以上のような無線ノード装置100の動作により、各無線ノード装置100は自無線ノード装置100と直接通信が可能な位置にある全ての無線ノード装置100との間にポイントツーポイントの無線リンクをメッシュ状に構成する。このようなネットワークは、IP層から見ると複数インタフェースをもつ有線ネットワークと同様に見えるため、IP層以上においては、上述の無線ノード装置100の動作により構成される無線リンクが持つブロードキャスト特性、及び、物理インタフェースの数に拘わらず、通常のルーティング処理を施すことでマルチホップ通信を行うことができる。
Through the operation of the
複数の無線ノード装置100により、アドホックネットワークが構成されるイメージを図7に示す。図7では、5つの無線ノード装置100(無線ノード装置#1〜無線ノード装置#5)が存在し、各無線ノード装置100は、ユニークなノードIDを有している。ここでは、説明の便宜上、図7に示す各無線ノード装置100の番号をノードIDとして説明する。
An image in which an ad hoc network is configured by a plurality of
図7(a)に示すように5つの無線ノード装置100がそれぞれ電源をONにすると、各無線ノード装置100間にポイントツーポイントの無線リンクが構成されて、図7(b)に示すようなメッシュ状のネットワークが構成される。この図において各無線ノード間のポイントツーポイントリンクには、個別の無線リンクIDが設定され、各リンクが異なるネットワークとして認識される。このようなネットワークは、各無線ノード装置100がIPルータとして動作してIPパケットを中継し転送していくことが可能である。つまり、これらの無線リンクを用いて、既存のルーティングプロトコル(例えば、OSPFのようなルーティングプロトコル)を動作させることで、各無線ノード装置100はIP経路テーブルを構成することが可能になる。
When the five
また、動作中のアドホックネットワークに対して、無線ノード装置#6が移動してくることで、このアドホックネットワークに無線ノード装置#6が接続されるイメージを図8に示す。 Further, FIG. 8 shows an image in which the wireless node device # 6 is connected to the ad hoc network when the wireless node device # 6 moves to the active ad hoc network.
図8(a)には、すでに動作中のアドホックネットワークと、移動してくる無線ノード装置#6が示してある。無線ノード装置#6は、他の無線ノード装置100のビーコンパケットを受信可能な位置にくると、ビーコンパケットを送受信した無線ノード装置100との間に、新たなポイントツーポイントの無線リンクを構成する。図8(b)では、無線ノード装置♯6は、無線ノード装置♯3及び無線ノード装置♯4と無線リンクを構成する。その後、ルーティングプロトコルで新たなIP経路情報のやり取りがアドホックネットワークの中で行われることにより、各無線ノード装置のIP経路テーブルが更新され、無線ノード装置#6はその他の無線ノード装置と通信が可能になる。
FIG. 8 (a) shows an ad hoc network that is already operating and a wireless node device # 6 that moves. When wireless node device # 6 comes to a position where it can receive beacon packets from other
本発明は、MAC層やIP層においてマルチホップ通信のための特別なルーティングプロトコル及びパケット転送のための新たな層を導入することなく、マルチホップ通信を行うことができるものとして有用である。 The present invention is useful as a device capable of performing multi-hop communication without introducing a special routing protocol for multi-hop communication and a new layer for packet transfer in the MAC layer or the IP layer.
101 ビーコン受信部
102 ビーコン送信部
103 制御部
1031 無線リンク削除部
1032 通信確認部
1033 ビーコンパケット生成部
1034 受信ビーコン監視部
104 無線リンク生成部
1041 無線リンクID生成部
1042 IPアドレス生成部
105 IP経路テーブル
106 ブリッジテーブル
107 受信部
108 送信部
109 ノードID記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記無線ノード装置は、
各無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、
他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、
自装置とビーコンの送受信を行うことができる他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する無線リンク生成手段と、
を具備し、
前記無線リンク生成手段は、
自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、
自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、
を具備する無線マルチホップ通信システム。 In a wireless multi-hop communication system in which one wireless node device communicates wirelessly with another wireless node device of a communication partner via one or more other wireless node devices,
The wireless node device is:
Beacon transmission means for periodically transmitting a beacon including a node ID unique to each wireless node device;
Beacon receiving means for receiving beacons periodically transmitted by other wireless node devices;
Radio link generation means for generating a radio link based on another node ID included in a beacon from the other wireless node device between the own device and another wireless node device capable of transmitting and receiving a beacon;
Comprising
The wireless link generation means includes
Radio link ID generating means for generating a radio link ID for identifying the radio link from the node ID of the own device and the other node ID;
IP address generating means for generating an IP address to be used on the wireless link from the node ID of the own device and the other node ID;
A wireless multi-hop communication system.
生成した前記無線リンクを用いて通信をすることができるか否かを確認するためのパケットを送受信する通信確認手段と、
前記確認の結果が通信ができないことを示した時には前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、
を具備する請求項1に記載の無線マルチホップ通信システム。 The wireless node device is:
A communication confirmation means for transmitting and receiving a packet for confirming whether or not communication can be performed using the generated wireless link;
A radio link deleting means for deleting the radio link when the confirmation result indicates that communication is not possible;
The wireless multi-hop communication system according to claim 1, comprising:
前記無線リンクを生成した前記他の無線ノード装置からの前記ビーコンを監視する受信ビーコン監視手段と、
前記受信ビーコン監視手段が一定期間前記ビーコンを検知できない時に前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、
を具備する請求項1に記載の無線マルチホップ通信システム。 The wireless node device is:
And receiving the beacon monitoring means for monitoring the beacon from said other wireless node device that generated the radio link,
A radio link deletion means for deleting the radio link when the reception beacon monitoring means cannot detect the beacon for a certain period of time ;
The wireless multi-hop communication system according to claim 1, comprising:
前記無線ノード装置は、
各無線ノード装置に固有のノードIDを含むビーコンを定期的に送信するビーコン送信手段と、
他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、
自装置とビーコンの送受信を行うことができる他の無線ノード装置との間に無線リンクを生成する手段であって、自装置のノードID及び前記受信したビーコンに含まれる他の無線ノード装置の他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する無線リンク生成手段と、
パケットの宛先IPアドレスと前記無線リンクIDとを関連づけているIP経路テーブルと、
前記無線リンクIDとポートと前記無線リンクを確立する相手である他の無線ノード装置のMACアドレスとを関連づけているブリッジテーブルと、
前記パケットのヘッダに含まれるIPアドレスが自装置宛てである時にはアプリケーションに前記パケットを渡すための受信処理を制御し、かつ、自装置宛てでない時には前記IP経路テーブル及び前記ブリッジテーブルを基に前記パケットの転送を制御する制御手段と、
を具備する無線マルチホップ通信システム。 In a wireless multi-hop communication system in which one wireless node device communicates wirelessly with another wireless node device of a communication partner via one or more other wireless node devices,
The wireless node device is:
Beacon transmission means for periodically transmitting a beacon including a node ID unique to each wireless node device;
Beacon receiving means for receiving beacons periodically transmitted by other wireless node devices;
A means for generating a wireless link between the own device and another wireless node device capable of transmitting and receiving a beacon, the node ID of the own device and other wireless node devices included in the received beacon A wireless link ID generating means for generating a wireless link ID for identifying the wireless link from the node ID; an IP address generating means for generating an IP address to be used on the wireless link from the node ID of the own device and the other node ID; , a radio link generating means comprising a
An IP route table associating the destination IP address of the packet with the wireless link ID;
A bridge table associating the wireless link ID, the port, and the MAC address of another wireless node device with which the wireless link is established;
The packet based on the IP routing table and the bridge table when IP address included in the header of the packet controls the reception processing for passing the packet to the application when it is subject apparatus, and not addressed to the device itself Control means for controlling the transfer of
A wireless multi-hop communication system.
他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、
他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する無線リンク生成手段と、
を具備し、
前記無線リンク生成手段は、
自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、
自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、
を具備する無線ノード装置。 Beacon transmitting means for periodically transmitting a beacon including a node ID unique to the wireless node device;
Beacon receiving means for receiving beacons periodically transmitted by other wireless node devices;
Radio link generation means for generating a radio link based on another node ID included in a beacon from the other radio node device with another radio node device;
Comprising
The wireless link generation means includes
A radio link ID generating means for generating a radio link ID for identifying the radio link from the node ID of the own device and the other node ID;
IP address generating means for generating an IP address to be used on the wireless link from the node ID of the own device and the other node ID;
A wireless node device comprising:
前記確認の結果が通信ができないことを示す時には前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、
を具備する請求項6に記載の無線ノード装置。 A communication confirmation means for transmitting and receiving a packet for confirming whether or not communication can be performed using the generated wireless link;
A radio link deleting means for deleting the radio link when the confirmation result indicates that communication is not possible;
The wireless node device according to claim 6 , comprising:
前記受信ビーコン監視手段が一定期間前記ビーコンを検知できない時に前記無線リンクを削除する無線リンク削除手段と、
を具備する請求項6に記載の無線ノード装置。 Received beacon monitoring means for monitoring the beacon from the other wireless node device that generated the wireless link;
A radio link deletion means for deleting the radio link when the reception beacon monitoring means cannot detect the beacon for a certain period of time;
The wireless node device according to claim 6 , comprising:
他の無線ノード装置が定期的に送信するビーコンを受信するビーコン受信手段と、
他の無線ノード装置との間に当該他の無線ノード装置からのビーコンに含まれる他ノードIDに基づいて無線リンクを生成する手段であって、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンクを特定する無線リンクIDを生成する無線リンクID生成手段と、自装置のノードID及び前記他ノードIDから前記無線リンク上で使用するIPアドレスを生成するIPアドレス生成手段と、を具備する無線リンク生成手段と、
他の無線ノード装置と送受信するパケットの宛先IPアドレスと前記無線リンクIDとを関連づけているIP経路テーブルと、
前記無線リンクIDとポートと前記無線リンクを確立する相手である他の無線ノード装置のMACアドレスとを関連づけているブリッジテーブルと、
前記パケットのヘッダに含まれるIPアドレスが自装置宛てである時にはアプリケーションに前記パケットを渡し、かつ、自装置宛てでない時には前記IP経路テーブル及び前記ブリッジテーブルを基に前記パケットの転送を制御する制御手段と、
を具備する無線ノード装置。 Beacon transmitting means for periodically transmitting a beacon including a node ID unique to the wireless node device;
Beacon receiving means for receiving beacons periodically transmitted by other wireless node devices;
A means for generating a wireless link with another wireless node device based on another node ID included in a beacon from the other wireless node device, wherein the wireless link is generated from the node ID of the own device and the other node ID. radio comprising a radio link ID generating means for generating a radio link ID identifying the link, an IP address generating means for generating an IP address to be used on the radio link from the node ID and the other node ID of the own device, the Link generation means;
An IP route table associating a destination IP address of a packet to be transmitted / received with another wireless node device and the wireless link ID;
A bridge table associating the wireless link ID, the port, and the MAC address of another wireless node device with which the wireless link is established;
Passing the packet to the application when IP address included in the header of the packet is addressed to the device itself, and, control means when not subject apparatus for controlling transfer of the packet based on the IP routing table and the bridge table When,
A wireless node device comprising:
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