JP4370931B2 - 無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法に関し、例えば、複数の無線ネットワーク装置間でデータを中継し、宛先まで転送する無線ネットワークシステム、その無線ネットワークシステムを構成する無線ネットワーク装置及びデータを宛先まで中継する経路選択方法に適用し得る。

現在、高速なインターネット接続サービスを提供する手段として、既存の電話線を用いたＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）や、加入者宅と局舎間を光ファイバで接続するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）などが広く利用されている。

しかし、一般的にＡＤＳＬサービスは局舎と加入者宅との距離が長くなるにつれて、その伝送速度が著しく低下するため、局舎までの距離が長い地域などでは、満足なサービスを提供することができない。また、光ファイバを用いたサービスでは、その敷設コストが高いため、提供サービスの価格が高くなるという問題がある。

そこで、これらのＡＤＳＬやＦＴＴＨに代わる手段として、マルチホップ型無線通信技術を用いた、インターネット接続サービスが注目されている。

図２は、マルチホップ型無線通信を採用したネットワーク構成の例を示す。

図２に示すように、高速なインターネット接続サービスを所望するユーザは加入者宅２０１に、無線局２０２を設置する。無線局２０２から送信されたデータは、電柱やビル、もしくは他加入者宅に設置された無線局２０３、２０４などにより局舎２０５まで中継される。局舎２０５は光ファイバなどの有線によりインターネット２０７と接続されており、ユーザは複数の無線局によって構成される無線リンク２０６を介して、インターネット２０７に接続することが可能となる。

このように、データを無線リンクを介して中継していくネットワークは、複数の無線局が網の目状に設置されネットワークを構成しているところから、一般的にメッシュ型ネットワークと呼ばれている。

また、下記特許文献１には、メッシュ型ネットワークにおけるロードバランシング方法に関して記載されており、ネットワーク上の各ノードが宛先ノードとの間に複数の経路を確立し、各経路を並行的に使用することで、トラフィックを分散させる技術が記載されている。
特開２００２−３０５５４１号公報

しかしながら、上記特許文献１を含む従来の技術で、無線局や無線リンクを現状の無線ＬＡＮの技術で構築した場合、その最大伝送速度は、例えば１１Ｍｂｐｓ〜５４Ｍｂｐｓと、光ファイバなどの有線の伝送速度と比較してそれほど大きくない。

また、無線ＬＡＮの仕組み上、ＣＳＭＡ／ＣＡと呼ばれる無線リソースの競合制御が発生するため、実行速度はさらに低下する。

そのため、特定の無線リンクにトラフィックが集中するとスループットが著しく低下するという問題があった。

また、無線の特性上、他無線局との電波干渉や、降雨による減衰などによって無線リンクの回線品質が劣化する場合がある。

そのため、経路間の通信品質に差異が生じ、ユーザに対して公正なサービスが提供できないという問題もあった。

さらに、無線局間でデータを中継するためには、各無線局でのバッファリングが必要となる。このバッファリング時間は必ずしも一定とならないため、データの到着時間にばらつきが発生する場合がある。このばらつきは遅延揺らぎと呼ばれ、この揺らぎ幅が大きくなると、リアルタイム性を要する音声通信などのアプリケーションでは、エコーやノイズなどとして影響を与えるため、ユーザのサービス品質が劣化してしまうという問題もあった。

したがって、上述した課題を解決し、無線ネットワークの利用効率や信頼性を高める無線ネットワークシステムや、この無線ネットワークシステムを構成する無線ネットワーク装置や、経路選択方法が求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の無線ネットワーク装置は、無線ネットワーク装置間で送信データを中継し、送信データを宛先に転送する無線ネットワークを構成する無線ネットワーク装置において、周辺無線ネットワーク装置との間で無線通信情報を交換し合い、無線ネットワークの構造を解析するネットワーク構造解析手段と、ネットワーク構造解析手段の解析結果に基づいて、送信データを宛先まで転送する複数の経路を探索する経路探索手段と、経路探索手段が探索した複数の探索経路のうち、探索経路を構成する無線ネットワーク装置での電波干渉度を用いて求めた探索経路間全体の電波干渉度を比べて、相互に影響を及ぼし合う電波干渉度が比較的少ない複数の経路を選択する経路選択手段と、経路選択手段により選択された複数の経路を用いて送信データを送信する通信手段とを備えることを特徴とする。

また、第２の本発明の無線ネットワークシステムは、複数の無線ネットワーク装置で構成されるものであって、無線ネットワーク装置間で送信データを中継し、送信データを宛先に転送する無線ネットワークシステムにおいて、無線ネットワーク装置が、第１の本発明の無線ネットワーク装置であることを特徴とする。

更に、第３の本発明の経路選択方法は、無線ネットワーク装置間の送信データを中継し、送信データを宛先に転送する無線ネットワークで、無線ネットワーク装置が宛先までの経路を選択する経路選択方法であって、無線ネットワーク装置が、周辺無線ネットワーク装置との間の受信強度を測定し、測定した受信強度情報を、周辺無線ネットワーク装置を通じて交換し合い、無線ネットワークを構成する各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を取得し、無線ネットワークを構成する各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を参照して、無線ネットワーク構成により求めた複数の探索経路間の電波干渉度を算出する経路間電波干渉度算出手段と、算出した各経路間の電波干渉度に基づいて複数の選択経路を選択することを特徴とする。

本発明の無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法によれば、相互に影響を及ぼし合う電波干渉度が比較的少ない複数の経路を選択し、それら複数の選択経路上にデータを送信することにより、ネットワークの負荷分散を実現し、トラフィックの集中によるスループットの低下を減少させることができる。

以下では、本発明に係る無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法を、マルチホップ型無線通信を採用したメッシュ型の無線ネットワークシステムに適用した場合の最良の実施形態について詳細に説明する。

なお、本発明に係る無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法は、複数経路を選定する際に、複数の経路を構成する無線局間の電波干渉を考慮する点が、従来技術と比べて大きく異なる。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る無線ネットワークシステムの構成例を示す。図１に示すように、本実施形態の無線ネットワークシステム１は、複数の無線局を備え、これら無線局間で無線転送を実現することで、ユーザデータを宛先無線局に転送するメッシュ型ネットワークを構成する。

図１において、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１は、複数個（図１では２５個とするが個数は特に限定されない）の無線局０１〜２５、ネットワーク接続装置１０８、インターネット１０７を備える。

本実施形態では、無線局０１からのデータを無線局２０に転送する場合の無線通信に関して説明する。

従って、各無線局０１〜２５の機能及び構成は同じとしてよいが、以下では、説明便宜上、ユーザデータの発信元である無線局０１を特に発信無線局１０２といい、ユーザデータの宛先である無線局２０を特に宛先無線局１０５という。また、上記以外の無線局を中継無線局１０４という。

各無線局０１〜２５は、それぞれ識別番号（例えば、ＩＰアドレスやラベル等の識別子）が割り当てられており、０〜２５は各無線局に割り当てられている識別子を示す。

また、無線局０１〜２５は、無線ＬＡＮ制御機能を有する無線ネットワーク装置であり、例えば、建物や電柱などの構造物に設置され得る装置（例えばアクセスポイントなど）を適用できる。また、無線ＬＡＮ制御機能を装備していれば、例えば携帯電話機などの移動通信端末や、パーソナルコンピュータなどの無線通信端末なども適用できる。

各無線局０１〜２５は、周辺無線局との間で制御用パケットを送受信し合い無線ネットワークを構成する無線局が有する情報を収集して無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）のトポロジーを解析するトポロジー解析機能と、送受信される制御用パケットの受信電力強度を対向する無線局毎に測定する受信電力測定機能と、無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）のトポロジー解析結果と各無線局間の受信電力強度情報に基づいて複数の経路を探索・選択する経路探索・選択機能と、受信したユーザデータ（パケット）を中継する中継機能と、を有するものである。

トポロジー解析機能は、自無線局が有する無線局情報（無線通信情報ともいう）を含む制御用パケットをブロードキャストで送信すると共に、他の周辺無線局からブロードキャストで送信された無線局情報を含む制御用パケットを受信し、その無線局情報を保持して、自無線局が有する無線局情報を受信した制御用パケットに書き込んで対向する周辺無線局に送り返す。

これにより、無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）を構成する無線局が有する無線局情報を交換することができるので、無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）における自無線局の位置関係、周辺無線局の識別番号、各無線局間のリンク情報、各無線局間の受信電力情報などを知ることができる。

ここで、無線局情報は、直接無線通信することができる無線局に関するリンク情報を少なくとも含む。

受信電力測定機能は、対向する周辺無線局から送信される制御用パケットの受信電力強度を測定するものである。また、対向する周辺無線局との間の受信電力強度の測定結果を受信電力情報として制御用パケットに挿入して、周辺無線局間で交換し合う。これにより、無線ネットワークを構成する各無線局間の受信電力情報を取得することができる。

経路探索・選択機能は、トポロジー解析機能により得たトポロジー解析結果により、所定の経路探索方法により宛先無線局までの複数の経路を探索し、また、受信電力測定機能により得た無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）を構成する各無線局間の受信電力情報に基づいて、各無線局間での相対的な受信電力値を示す受信電力テーブルを作成し、複数の探索経路間の電波干渉度を算出し、その経路間の電波干渉度と各経路のホップ数とにより、相互に及ぼし合う電波干渉度が比較的少なく、かつ、ホップ数が少ない、複数の経路を選択する機能である。

以下では、まず、無線局の機能及び構成について図３を参照して説明する。図３は、無線局０１〜２５の構成及びその機能を示すブロック図である。

図３に示すように、無線局０１〜２５は、アンテナ３０１、増幅器３０２、無線／電気変換部３０３、変調／復調器３０４、ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５、受信電力測定部３０６、中継処理部３０７、状態保持部３０８を少なくとも備える。

図３を参照して、無線局０１〜２５の詳細な機能構成について説明する。

アンテナ３０１は、増幅器により増幅された無線信号を電波として放出し、又は捕捉した電波を電気／無線変換部３０３に与えるものである。アンテナ３０１は、送受信共用アンテナであってもよいし、送信用又は受信用のアンテナであってもよい。

増幅器３０２は、無線／電気変換部３０３により変換された無線信号を受け取り、その無線信号の信号強度を増幅し、その増幅した無線信号をアンテナ３０１に与えるものである。

無線／電気変換部３０３は、アンテナ３０１からの無線信号を電気信号に変換して、その電気信号を変調／復調器３０４に与えたり、変調／復調器３０４により変調された電気信号を受け取り、その電気信号を無線信号に変換して、その無線信号を増幅器３０２に与えたりするものである。また、無線／電気変換部３０３は、無線信号の周波数帯域を変換することが可能なものである。

変調／復調器３０４は、無線／電気変換部３０３により変換された電気信号を受け取り、その電気信号を所定の復調処理を行ない、その復調した復調信号をＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５に与えるものである。また、変調／復調器３０４は、ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５からのベースバンド信号を受け取り、そのベースバンド信号を所定の変調処理を行ない、その変調した電気信号を無線／電気変換部３０３に与えるものである。変調／復調器３０４は、本実施形態では、例えば、無線ネットワーク（無線ＬＡＮ）で広く用いられているスペクトル拡散方式による変調／復調処理を行なうとするが、無線ネットワークシステムで決定されている変調／復調処理であれば特に限定されない。

ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５は、例えば、ＭＡＣ層（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：無線ＬＡＮの技術標準であるＩＥＥＥ８０２．１１で規定）の処理や、バスインタフェースの制御などを行なうものである。

ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５は、他の無線局から無線局情報を受信した場合に、その無線局の識別番号を送信先に入れ替えをし、状態保持部３０８に保持されている無線局情報や受信電力情報をその受信した制御用パケットに挿入し、変調／復調器３０４に与えるものである。ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５は、受信した制御用パケットに含まれている無線局情報や受信電力情報を状態保持部３０８に与えて保持させるものである。

また、ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５は、ユーザデータを受信した場合、中継処理部３０７により探索された探索経路に応じた次の転送先の識別番号を状態保持部３０８から取得し、その次の転送先の識別番号をユーザデータのヘッダ部に付与し、変調／復調器３０４に与えてユーザデータを転送させるものである。

受信電力測定部３０６は、他の無線局が送信した制御用パケットを受信した場合に、その電波の受信電力強度を測定するものである。また、受信電力測定部３０６は、測定した受信電力強度を状態保持部３０８に与えて、無線局ごとの受信電力強度を保持させるものである。また、受信電力測定部３０６は、状態保持部３０７に保持されている受信電力情報に基づいて、無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）を構成する各無線局間の受信電力強度を相対的に示した受信電力テーブルを作成し、その受信電力テーブルを状態保持部３０８に保持させるものである。

中継処理部３０７は、トポロジー解析機能３０７ａ、経路探索・選択機能３０７ｂを有するものである。

また、中継処理部３０７は、状態保持部３０８に保持されているトポロジー解析結果を参照し、所定の経路探索方法（例えばダイクストラ法など）を用いて、複数の経路を探索するものである。そして、中継処理部３０７は、探索した複数の経路を状態保持部３０８に保持させる。また中継処理部３０７は、探索した複数の経路を中継ホップ数が少ない順に並び替えさせるなどの制御機能を有する。

また、中継処理部３０７は、状態保持部３０８に保持されている受信電力テーブルを参照し、探索した複数の経路間で生じ得る電波干渉度を求め、その複数経路間での電波干渉度と各経路のホップ数とを用いて所定の評価関数による複数経路間の評価値により、相互に電波干渉が少ない複数の経路を選択するものである。

さらに、中継処理部３０７は、受信したパケットのヘッダ部を解析して、中継が必要な場合は、次の転送先である無線局に向けてパケットを中継するものである。

状態保持部３０８は、中継の判断に必要となるルーティングテーブルや、メッシュ型ネットワークを構成する無線局の識別番号情報、各無線局のリンク情報、その他の無線局情報、各無線局間の受信電力情報、受信電力測定部３０６により作成された受信電力テーブル、中継処理部３０７により探索された複数の探索経路情報などその他各種設定情報を保持するものである。

なお、中継処理部３０７及び状態保持部３０８の機能は、それぞれ演算制御装置（例えば汎用的なＭＰＵなど）や、メモリやハードディスクなどの記憶装置によって構成されても構わない。

発信無線局１０２は、例えば、加入者宅１０１内や、又は加入者宅１０１近傍の建造物（例えば、加入者宅１０１近傍の電柱やビル等）などに設置されるものであって、ユーザデータ（パケット）を発信する無線ネットワーク装置である。発信無線局１０２は、ユーザデータを発信する際に、宛先無線局１０２にユーザデータを転送するまでの複数の経路を選択し、その複数の経路を用いてユーザデータを送信するものである。この複数経路は中継処理部３０７の機能により選択される。

宛先無線局１０５は、例えば、インターネット１０７への接続を管理する局舎１０６内に設置される無線ネットワーク装置である。また、宛先無線局１０５は、受信したユーザデータを局舎１０６内のネットワーク接続装置１０８に与える。これより、インナーネット接続装置１０８が発信無線局１０２からのユーザデータを取得し、インターネット接続を可能にする。

中継無線局１０４は、複数の無線リンク１０３で各無線局０１〜２５と接続し、発信無線局１０２から発信されたユーザデータをマルチホップ接続で宛先無線局１０５に中継する無線ネットワーク装置である。

ネットワーク接続装置１０８は、局舎１０６内に設置され得る装置であり、宛先無線局１０５から与えられたデータに基づいてインターネット１０７への接続を可能にするものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る無線ネットワークシステムの動作について説明する。なお、以下では、発信無線局１０２から宛先無線局１０５までの経路に位置する中継無線局１０４が無線リンク１０３を用いてマルチホップで中継する場合について説明する。

図４は、無線ネットワークシステムを構成する各無線局の動作を説明するフローチャートである。

まず、図１における各無線局０１〜２５は、自無線局が有する無線局情報を制御用パケットで送出し、周辺無線局間で無線局情報を交換し合うことで、自無線局の周辺に位置する無線局の調査を行なう（Ｓ４０１）。

各無線局０１〜２５において、自無線局が保持する無線局情報が含まれた制御用パケットがブロードキャストで送出される。

放出された制御用パケットは、受信可能な範囲に位置する各無線局０１〜２５により受信され、その制御用パケットにその受信した無線局が有する無線局情報が書き込まれ、受信した無線局が有する無線局情報が書き込まれた制御用パケットが送り返される。また、制御用パケットを受信した無線局において、その制御用パケットに含まれている無線局情報が、状態保持部３０８に与えられて保持される。

なお、この無線局情報は、自無線局が直接無線通信することができる無線局を示す無線リンク情報が少なくとも含まれるものである。

制御用パケットを受信した無線局において、その受信した制御用パケットに係る受信強度が、受信電力測定部３０６により測定され、その受信電力値が無線局ごとに状態保持部３０８に与えられて保持される（Ｓ４０２）。

各無線局０１〜２５において、それぞれ保持されている無線局情報や、無線局ごとの受信電力値の情報（受信電力情報）は、制御用パケットで送出されて、各無線局において、無線局情報や受信電力情報が保持される（Ｓ４０３）。

上記のように、周辺無線局間で制御用パケットを送受信し、無線局情報や受信電力情報を交換し合うことで、各無線局０１〜２５は、自無線局の無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）に対する位置関係を知ることができ無線ネットワークのトポロジーを解析することができ（Ｓ４０４）、かつ、無線ネットワーク（メッシュ型ネットワーク）を構成する無線局の識別番号（例えばＩＰアドレス）、各無線局０１〜２５の無線リンク情報や、無線局間の受信電力情報などを収集することができる。

次に、発信無線局１０２では、ユーザデータを宛先無線局１０５に転送させる経路探索が行なわれる（Ｓ４０５）。

経路探索の方法は、転送パケットが無線ネットワーク内でループしないように、経路上に同一の無線局が存在しない経路を探索する方法が用いられる。例えば、最短経路を選択する経路探索方法であるダイクストラ法などを適用できる。

また、発信無線局１０２は、１経路だけでなく、複数の経路を探索し、それら探索した複数の経路を状態保持部３０８に保持させる。

発信無線局１０２において、探索した複数の経路の中から、経路間で生じ得る電波干渉の影響が少なくなるような複数の経路が優先的に選択される（Ｓ４０６）。この選択する経路の数は、特に限定されないが、所定数又は後述する各経路間の評価値に応じて所定の閾値クリアした数を選択するようにしてもよい。

従来の経路選択では、中継無線局１０４によって中継されるホップ数が最小となる経路を選択する場合が多く、また、複数の経路を同時に使用する場合は、最短経路に隣接する経路が選択される場合が多い。これは、最短経路を選択することにより、中継による遅延を最小化し、スループットが最大化できるものと考えられているからである。

しかし、メッシュ型ネットワークのように中継局のリンクが無線リンクで構成されている場合、隣接する経路を同時に使用すると、お互いの電波干渉によるパケット廃棄や、競合制御による遅延などが発生し、満足するスループットが得られないおそれがある。

そこで、本実施形態では複数の経路を選択する際に、お互いの経路間の電波干渉の影響が少なくなるような経路を優先的に選択するものとする。

図５は、経路選択の動作を示すフローチャートである。

各無線局間の電波干渉を考慮するためには、各無線局が発信する電波が他の無線局にどの程度の影響を与えるかを知る必要がある。

そのため、Ｓ４０３で得られた、各無線局間の受信電力情報を元に、それぞれの無線局間の受信電力の相関関係を示す受信電力テーブルが作成される。（Ｓ５０１）
図６は、受信電力テーブルの構成例を示す説明図である。図６において、行及び列の番号は、無線局に割り当てられた識別番号（例えば、ＩＰアドレス）である。なお、図６では、図１示す各無線局の番号を示す。

また、受信電力テーブル中の数字は、各無線局間の受信電力値の相対的な値である。勿論、各無線局が測定した受信電力値そのものを示すようにしてもよい。

図６において、例えば、無線局０１から無線局０２への受信電力レベル（相対的な受信電力値）は「１０」であり、無線局０１から無線局０４への受信電力レベルは「２」という状態を示している。ここでは、受信電力レベルの値が大きいほど、その無線局に対して電波干渉が大きいことを意味している。

次に、状態保持部３０８に保持されている探索経路のうち、中継ホップ数が少ない順にソート（並べ替え）する（Ｓ５０２）。

図７は、探索経路のうち中継ホップ数が少ない順にソートした結果を示す。

図７において、経路Ａ〜経路Ｃが中継ホップ数の少ない上位の経路であることがわかる。この経路Ａ〜経路Ｃは、図１に示す経路Ａ〜経路Ｃに対応する。

次に、探索経路を中継ホップ数ごとに並べ替えをした後、上位（所定数）に位置する経路同士の電波干渉度がどの程度あるのかを算出する（Ｓ５０３）。

ここでは、上位に位置する経路が経路Ａ、経路Ｂ、経路Ｃであり、これらの経路を複数経路の対象とする。

この経路同士の電波干渉度の算出方法について説明する。

例えば、経路Ａと経路Ｃとの間の電波干渉度を算出する場合、まず、経路Ａを構成する無線局０１が、経路Ｃを構成する無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝（数字は無線局を示す）に対して与える電波干渉度を算出する。

このとき、無線局０１は、状態保持部３０８に保持されている受信電力テーブル（図６）の無線局間の受信電力値（相対値）を参照し、経路Ｃを構成する無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝のそれぞれの無線局との間の受信電力値（相対値）を加算していく。

次に、上記と同様に、経路Ａを構成する無線局０２が、経路Ｃを構成する無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝のそれぞれの無線局との間の受信電力値（相対値）を加算していく。

そして、経路Ａを構成するすべての無線局（０７、０８、１３、…、２０）に
ついても同様にして、経路Ｃを構成する無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝のそれぞれの無線局との間の受信電力値（相対値）を加算し、最後に、経路Ａを構成する無線局（０１、０２、０７、…、２０）が算出した電波干渉度を総和する。これにより、経路Ａと経路Ｃとの間の電波干渉度を算出することができる。

具体的には、経路Ａを構成する無線局０１が、経路Ｃの無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝のそれぞれの無線局との間の電波干渉度は、｛―，１０，５，２，０，０，０，０｝となるので、これら値をすべて合計した１７という値である。

また、同様にして、経路Ａを構成する無線局０２が、経路Ｃの無線局群｛０１，０２，０３，０４，０５，１０，１５，２０｝のそれぞれの無線局との間の電波干渉度は、｛１０，―，１０，５，２，１，０，０｝となるので、これら値をすべて合計した２８という値である。

そして、経路Ａを構成するすべての無線局に対して行い、得られた値の合計値を算出することで、経路Ａが経路Ｃに与える電波干渉度を求める（なお、図６では各無線局間の受信電力値を一部省略している）。

上記に示す経路間の電波干渉度の算出を、すべての経路間の組み合わせで行なう。図８は、各経路間の電波干渉度の算出結果を示す説明図である。

図８において、経路Ａ〜経路Ｃの各経路間の電波干渉度の関係を例に挙げて説明すると、経路Ａと経路Ｂとの間の電波干渉度を「２９５」とし、経路Ａと経路Ｃとの間の電波干渉度を「２２２」とし、経路Ｂと経路Ｃとの間の電波干渉度を「１３５」とする。

したがって、経路Ａ〜経路Ｃとの間で、中継ホップ数が少ない経路Ａ及び経路Ｃを選択して転送するよりも、必ずしも中継ホップ数が最小ではないが、経路Ｂと経路Ｃを選択した方が、その経路間の電波干渉度が小さいこと分かる。

なお、図８において、経路Ａから経路Ｃと、経路Ｃから経路Ａへの電波干渉度は同じ値としてあるが、実際の電波環境では各無線リンクの上りと下りの品質が必ずしも一致するとは言えないため、その値は異なる場合もありうる。

次に、Ｓ５０３で得られた経路間の電波干渉度と、各経路のホップ数とに基づいて下記の評価関数式を適用し（Ｓ５０４）、経路間の電波干渉度とホップ数とを考慮した経路を求める。

上記で得られた経路間の電波干渉度は、複数の経路を選択するための評価関数の一部として用いる。評価関数は経路のホップ数をＸ、経路間の電波干渉度をＹとすると下記式で表現される。

ｍｉｎΣ（Ｘ＋ａＹ）…（１）
ここで、ａは経路選択にどの程度の電波干渉度を考慮するかを示す係数であり、この係数の値を変化させることで、選択される経路は異なる。つまりａの値を大きくすると電波干渉度を考慮する割合が大きくなり、ａの値を小さくすると電波干渉度を考慮する割合が小さくなる。

例えば、ａの値を０．０１とした場合、経路Ａ〜Ｃの中から２経路を選択する場合について、上記評価関数を用いて、選択し得る２経路の評価関数値を求める。

例えば、経路Ａと経路Ｂとを選択経路とする場合の評価関数値を求める。

経路Ａのホップ数Ｘは「７」、経路Ｂのホップ数Ｘは「９」（図７参照）、経路Ａと経路Ｂとの間の電波干渉度Ｙが「２９５」であるから、上記式（１）の評価関数を用いて評価関数値を求めると、｛（７＋０．０１×２９５）＋（９＋０．０１×２９５）｝＝２１．９となる。

同様にして、経路Ｂと経路Ｃとを選択経路とする場合の評価関数値は、経路Ｂのホップ数Ｘは「９」、経路Ｃのホップ数Ｘは「７」であり、経路Ｂと経路Ｃとの間の電波干渉度Ｙが「１３５」であるから、評価関数値は、｛（９＋０．０１×１３５）＋（７＋０．０１×１３５）｝＝１８．７となる。

また、経路Ａと経路Ｃとを選択経路とする場合の評価関数値は、経路Ｂのホップ数Ｘは「７」、経路Ｃのホップ数Ｘは「７」であり、経路Ａと経路Ｃとの間の電波干渉度Ｙが「２２２」であるから、評価関数値は、｛（７＋０．０１×２２２）＋（７＋０．０１×２２２）｝＝２０．４４となる。

その結果、経路Ａ〜経路Ｃのすべての組合せは３通りとなり、それぞれの評価関数の値は、経路Ａと経路Ｂでは「２１．９」、経路Ｂと経路Ｃでは「１８．７」、経路Ａと経路Ｃでは「２０．４４」であるから、経路Ａ〜経路Ｃ中のすべての組合せのうち、経路Ｂと経路Ｃとを選択した場合が、評価関数値が最小となることが分かる。

そして、各経路間について算出した評価関数値を、経路選択基準とすることで、中継ホップ数が比較的小さく、かつ、各経路間の電波干渉度を抑えた複数経路を選択する（Ｓ５０５）。

図４に戻り、以上のようにして選択した複数経路を用いて、ユーザデータは、発信無線局１０２から宛先無線局１０５までの間を中継して送信する（Ｓ４０７）。

なお、複数経路を用いた送信方法としては、発信無線局１０２にてパケット毎もしくはデータフロー毎に送信経路を切り替え、複数経路にデータを分散して送信するいずれの方法を適用してもよい。

また、経路の切り替え方法としては、送信されるパケットに明示的に経路情報を書き込む方法や、各無線局が有するルーティングテーブルに複数経路情報を保持させる方法などが適用可能である。

また、本実施形態では、図１に示すように、中継無線局１０４が格子状に配置されている状態を示すが、設置場所の地理的な制約から格子状に中継無線局を配置できない場合においても適用可能である。

さらに、本実施形態では、複数経路の作成時に周辺無線局の受信強度を調査しているが、無線リンクの状態は環境や時間によって変化する場合があるため、定期的に無線リンクの状態を調査したり、スループット低下時に上述した周辺無線局の受信強度を調査したりして、上記の一連の動作を実行してもよい。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、複数の無線局から構成されるメッシュ型ネットワークにおいて、無線局間の電波干渉度を考慮した複数経路を設定することで、複数経路上に送信データを分散して送信することができるので、スループットを低下させることなくネットワークの負荷を分散させることが可能となる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下に、本発明の無線ネットワーク装置、無線ネットワークシステム及び経路選択方法の第２の実施形態について図面を参照して説明する。

第２の実施形態は、ある無線局が、１個のパケットを複製して、その複製したパケットを複数の経路を用いて目的の無線局まで送信する、データ多重化通信を行なう手段を有する場合の適用について説明する。

また、第２の実施形態において、無線局の複数経路を選択する方法は、第１の実施形態と同様の経路選択方法を用いる。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態に係る無線ネットワークシステムの構成は、図１に示す第１の実施形態と同様に、複数の無線局０１〜２５によりメッシュ型ネットワークを構成する場合である。

また、第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、無線局０１〜２５の送信処理が異なる。

図９は、第２の実施形態に係る無線局の構成及びその機能を示すブロック図である。

図９において、無線局０１〜２５は、第１の実施形態と同様に、アンテナ３０１、増幅器３０２、無線／電気変換部３０３、変調／復調器３０４、ＭＡＣ／ベースバンド処理部３０５、受信電力測定部３０６、中継処理部３０７、状態保持部３０８に加えて、パケット複製／廃棄処理部９０１を備える。

パケット複製／廃棄処理部９０１は、受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、そのパケットを複製したり、又は選択的に廃棄したりするものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
図１０は、無線局から複数経路によりパケットを送信する様子を説明する図である。図１０（Ａ）は、パケットの複製及び送信を説明する図であり、図１０（Ｂ）は、パケットの受信及び廃棄を説明する図である。

なお、以下では、リアルタイム性が要求される音声パケットを、発信無線局１０２から宛先無線局１０５に複数経路で送信する場合について説明する。本実施形態では音声パケットについて説明するが、音声パケットに限らずデータパケットに対しても適用できる。

パケットが発信無線局１０２に与えられると、発信無線局１０２において、受信したパケットが音声パケットであるか否か判断され、その受信されたパケットが音声パケットである場合、その音声パケットは、パケット複製／廃棄処理部９０１により複製される。

ここで、音声パケットであるか否かの認識方法は、パケットのヘッダ部分に含まれている情報（例えば、ＩＰヘッダのＴｏＳ（Ｔｙｐｅ Ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）のフィールドなど）を参照することでそのパケットの態様を認識することができる。

また、発信無線局１０２が受信したパケットを｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝と表し、複製したパケットを｛Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’｝と表す。

発信無線局１０２において、受信された音声パケットが複製されると、第１の実施形態と同様にして選択された、経路間の電波干渉度が比較的少ない複数の経路（第１の実施形態と同様に経路Ｂ及び経路Ｃを選択する場合とする）で、受信した音声パケット｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝及び複製されたパケット｛Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’｝が送信される。

この場合、発信無線局１０２が選択した経路が経路Ｂ及び経路Ｃであるので、受信した音声パケット｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝は、発信無線局１０２から経路Ｂを構成する無線局０６に与えられ、複製された音声パケット｛Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’｝は、発信無線局１０２から経路Ｃを構成する無線局０２に与えられる。

なお、発信無線局１０２は、送信パケットを無線局０６及び無線局０２に同時に受信させることが可能であるから、マルチキャストにより送信パケットを送信するようにしてもよい。これにより、音声パケットの複製に係るオーバヘッドを削減することができる。

発信無線局１０２から送信された音声パケットは、経路Ｂ及び経路Ｃを介して中継され、宛先無線局１０５に与えられる。

宛先無線局１０５に到着した経路Ｂ及び経路Ｃを経由してきたパケットのうち、先に宛先無線局１０５に到着したパケットが優先的に取り込まれ、後に到着したパケットは、パケット複製／廃棄処理部９０１により廃棄される。

経路Ｂ及び経路Ｃを経由して宛先無線局１０５に到着してきたパケットは、経路中における遅延や揺らぎや廃棄などの影響を受け得る。そのため、必ずしも、経路Ｂ及び経路Ｃを経由してきた送信パケットが、まったく同時に宛先無線局１０５に到着するとは限らない。

例えば、図１０（Ｂ）では、経路Ｂを経由してきたパケット｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝は、全体的に遅延が生じた場合の様子を示しており、経路Ｃを経由してきたパケット｛Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’｝は、経路Ｃによって中継されたパケットのうち、パケットＢ’が途中の無線局で廃棄されている場合の様子を示している。

その結果、図１０（Ｂ）において、宛先無線局１０５は、｛Ａ’，Ｂ，Ｃ，Ｄ’｝が、次の無線局に送信され、遅く到着したパケットや揺らぎの大きなパケットは、パケット複製／廃棄処理部９０９によって選択的に廃棄される。この廃棄されるパケットは、図１０（Ｂ）では｛Ａ，Ｃ’，Ｄ｝が廃棄パケット１００３として廃棄されているのが分かる。

以上の処理により、複製されたパケットを用いた複数経路を介した通信が可能となり、宛先無線局までの多重化通信の実現が可能となる。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

また、第２の実施形態によれば、無線局がパケット複製／廃棄処理部を備えることにより、受信パケットを複製したパケットを複数の経路を用いて送信し、宛先無線局までの多重化通信を行うことで、遅延や揺らぎなどのサービス品質の劣化要因を低減することが可能となる。

（Ｃ）他の実施形態
（Ｃ−１）上述した第１及び第２の実施形態では、メッシュ型ネットワークに適用した場合について説明したが、ネットワークの構成は、メッシュ型に限らず広く適用することができる。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、無線局を半固定的な装置とした場合の無線ネットワークシステムの適用について説明したが、無線ＬＡＮ制御機能を内蔵する移動通信端末も構成要件とした無線ネットワークシステムにも適用することができる。

また、例えばアクセスポイント（ＡＰ）を介在させないで、無線ＬＡＮ制御機能を有する無線ネットワーク装置（移動通信端末も含む）間で無線通信するアドホック型の無線ネットワークシステムにも適用できる。

（Ｃ−２）第１の実施形態では、上記式（１）による評価関数により、ホップ数が少なく、かつ、経路間の電波干渉度の影響を抑えた複数の経路を選択したが、電波干渉によるパケット廃棄の低減する課題を解決する上で、第１の実施形態で説明した経路間の電波干渉度が小さい複数の経路を選択するようにしてもよい。

（Ｃ−３）第１の実施形態では、２経路を選択する場合について説明したが、３以上の経路を選択する場合にも適用できる。

例えば、３以上の経路を選択する場合、第１の実施形態で説明した経路間の電波干渉度が小さくなるものから順に所定数選択した複数経路を選択経路としたり、又は評価関数値が小さくなるものから順に所定数選択した複数経路を選択経路としたりしてもよい。

（Ｃ−４）図１０では、発信無線局１０２がパケットの複製処理を行い、宛先無線局１０５が選択的なパケットの廃棄処理を行なう場合について説明したが、このパケットの複製処理及び廃棄処理は、発信無線局１０２及び宛先無線局１０５に限らず、中継無線局１０４が行うようにしてもよい。

例えば、選択された複数経路の合流点となる中継無線局が、パケット廃棄処理を行ない、優先的にパケットを取り込んだ後、その取り込んだパケットを複製して、複数の選択経路に送信するようにしてもよい。

これにより、パケットの遅延や揺らぎなどの影響を抑えた転送を行なうことができる。

第１の実施形態の無線ネットワークシステムの構成図を示す。 従来のマルチホップ型無線通信を採用したネットワークの構成例を示す図である。 第１の実施形態の無線局の内部構成及び機能を説明するブロック図である。 第１の実施形態の複数経路作成の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態の複数経路選択の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態の各無線局間の受信電力テーブルを説明する説明図である。 第１の実施形態の作成した複数経路についてホップ数の少ない順に並べ替えした場合の説明図である。 第１の実施形態の各経路間の電波干渉度の関係を説明する説明図である。 第２の実施形態の無線局の内部構成及び機能を説明するブロック図である。 第２の実施形態の無線局から複数経路によりパケットを送信する様子を説明する説明図である。

符号の説明

１…無線ネットワークシステム、１０２…発信無線局、１０４…中継無線局、
１０５…宛先無線局、３０６…受信電力測定部、３０７…中継処理部、
３０８…状態保持部、９０１…パケット複製／廃棄処理部。

Claims (8)

1. 無線ネットワーク装置間で送信データを中継し、上記送信データを宛先に転送する無線ネットワークを構成する無線ネットワーク装置において、
   周辺無線ネットワーク装置との間で無線通信情報を交換し合い、上記無線ネットワークの構造を解析するネットワーク構造解析手段と、
   上記ネットワーク構造解析手段の解析結果に基づいて、上記送信データを上記宛先まで転送する複数の経路を探索する経路探索手段と、
   上記経路探索手段が探索した複数の探索経路のうち、探索経路を構成する無線ネットワーク装置での電波干渉度を用いて求めた探索経路間全体の電波干渉度を比べて、相互に影響を及ぼし合う電波干渉度が比較的少ない複数の経路を選択する経路選択手段と、
   上記経路選択手段により選択された複数の経路を用いて上記送信データを送信する通信手段と
   を備えることを特徴とする無線ネットワーク装置。
2. 上記経路選択手段が、
   上記周辺無線ネットワーク装置との間の受信強度を測定する受信強度測定部と、
   上記受信強度測定部により測定された受信強度情報を、上記周辺無線ネットワーク装置を通じて交換し合い、上記無線ネットワークを構成する各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を取得する受信強度情報取得部と、
   上記無線ネットワークを構成する各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を参照して、複数の探索経路間の電波干渉度を算出する経路間電波干渉度算出部と、
   上記経路間電波干渉度算出部が算出した上記各探索経路間の電波干渉度に基づいて、複数の経路を選択する経路選択部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワーク装置。
3. 上記経路選択部が、上記経路間電波干渉度算出部が算出した各探索経路間の電波干渉度と、それら探索経路のホップ数とに基づいて、相互の電波干渉度を考慮したホップ数の比較的小さい複数の経路を選択することを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワーク装置。
4. 上記経路選択手段により選択された経路数に応じて、上記送信データを複製するデータ複製手段を備え、
   上記通信手段が、上記データ複製手段により複製された上記送信データのそれぞれを上記複数の選択経路に送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線ネットワーク装置。
5. 上記複数の選択経路を介して受信した同一の上記送信データについて、所定の優先度によりいずれかの上記送信データを受信し、それ以外の同一送信データを廃棄するデータ廃棄手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の無線ネットワーク装置。
6. 複数の無線ネットワーク装置で構成されるものであって、無線ネットワーク装置間で送信データを中継し、上記送信データを宛先に転送する無線ネットワークシステムにおいて、
   上記無線ネットワーク装置が、請求項１〜５のいずれかに記載の無線ネットワーク装置であることを特徴とする無線ネットワークシステム。
7. 無線ネットワーク装置間の送信データを中継し、上記送信データを宛先に転送する無線ネットワークで、上記無線ネットワーク装置が上記宛先までの経路を選択する経路選択方法であって、
   上記無線ネットワーク装置が、
   周辺無線ネットワーク装置との間の受信強度を測定し、
   測定した受信強度情報を、上記周辺無線ネットワーク装置を通じて交換し合い、上記無線ネットワークを構成する上記各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を取得し、
   上記無線ネットワークを構成する各無線ネットワーク装置間の受信強度情報を参照して、上記無線ネットワーク構成により求めた複数の探索経路間の電波干渉度を算出し、
   上記算出した各経路間の電波干渉度に基づいて複数の選択経路を選択する
   ことを特徴とする経路選択方法。
8. 上記算出した各経路間の電波干渉度と、その経路のホップ数とに基づいて、相互の電波干渉度を考慮し、ホップ数が比較的少ない複数の経路を選択することを特徴とする請求項７に記載の経路選択方法。

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