JP4385926B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のノード（無線局，無線端末）でネットワークを構成し、隣接したノード間で信号を無線中継する無線通信システムに関するものである。

現在、複数のノードでネットワークを構成し、隣接したノード間でパケットを転送することによって、直接電波の届かないノード同士間の通信を実現するマルチホップネットワーク方式が注目されている。

複数のノードが固定，半固定，移動のいずれの場合においても、電波の伝播する環境は刻々と変化するため、ノード間の１ホップリンクは、双方向に接続している状態から、片方向接続あるいは切断といった状態を遷移する。

そのため、複数の１ホップリンクを伝ってマルチホップさせることによってネットワークを構成するマルチホップネットワーク方式においては、１ホップリンクの接続状態の管理が必要であると同時に、１ホップリンクをどう辿ってマルチホップのエンドトゥエンドのコネクションを確保するかという管理も必要である。

そのような管理をしているマルチホップネットワーク方式に、ＡＯＤＶがある（例えば、非特許文献１参照）。このＡＯＤＶでは、エンドトゥエンドのコネクションの設定時に、設定要求パケットをフラッディング（マルチホップによるブロードキャスト）させて最適な経路を発見および選択する。経路上の各ノードは、フラッディングの結果、経路表として、コネクション両端のノード宛のパケットを中継するために次はどのノードに送ればいいかという情報（次転送先情報）を持つ。

マルチホップによって確保されているコネクションの一部である１ホップリンクが切断した場合の処理については、以下のような処理が提案されている（図１３，図１４参照）。

例えば、図１３において、マルチホップのノードＡとノードＢを終端とするコネクションがあり、そのコネクション上の１箇所でリンクが切れて、そのリンク切断箇所のノードＡ側であるノードＣがそれを検出した場合、ノードＣからコネクションを逆に辿ってノードＡに通知するか、ノードＢからのパケットがノードＡに不達となってノードＡでタイムアウトするなどして、ノードＡから経路構築要求パケットを出して、再度経路構築処理をする（ほぼコネクションの初期値に準じる）。

また、次のような効率化の工夫も併せて提案されている。ノードＣが切断した先のノードＢに近い場合には（ノードＢまでのホップ数をテーブルで管理しているので判る）、ノードＣからノードＢまでの経路構築要求パケットを出して経路構築処理をする（ノードＣから経路構築要求パケットを出す）。さらには、ノードＢまでの経路構築要求パケットを受信したノードＤが、ノードＢまでの有効なディスタンス・ベクトル・テーブルを保持している場合には、このノードＤが、経路構築をしているノードＣまで経路リプライＲＲＥＰを返す（図１４参照）。

図１３，図１４のように１本の経路（シングルパス）を構築するＡＯＤＶ方式の他に、経路表を持つノードを最短経路の周辺にあるノードにまで広げて、図１５から図１８までのように、複数の経路（マルチパス）をメッシュ状に構築する方式もある。図１３，図１４の経路は、双方向の次ノード指定から構成されているが、図１５から図１８までの経路は、双方向の次ノード指定と片方向の次ノード指定から構成されている。

上記メッシュ状の経路を構築することにより、マルチホップ中に、利用されるリンクが複数準備されるため、１ホップリンクの切断が、即座にエンドトゥエンドのコネクションの切断とはならなくなり、経路構築要求が頻繁には発生しなくなる。図１６では、ノードＥが電源のＯＦＦなどによって消失しても、ノードＡ，Ｂ間のコネクションは維持されている。

しかし、さらにノードの伝播環境が変化するにつれ、経路設定時に準備された経路表でメッシュ状の経路が維持できなくなり、ついにはコネクションの切断に至る。

経路構築処理は、確かにオーバーヘッドではあるが、それによって経路表が更新されるという側面を伴っている。経路構築処理を抑制することで、経路表の更新が滞り、経路維持ができなくなる。特にコネクションのエンドにあるノードが周囲の他のノードに対して移動している場合、コネクションの経路表を持ったノードから離れていくため、問題が顕著である。図１７では、ノードＢが移動することにより、ノードＢからノードＤ，Ｈ，Ｉへの次ノード指定が無効になり、ノードＪ，Ｋ，ＬからノードＢへの次ノード指定によりコネクションを維持する。また、図１８では、ノードＢが移動して、経路構築時の次ノード指定の全てのノードから届かない位置にくると、コネクションが切断する。

つまり、メッシュ状の経路を設定する方式では、経路構築要求動作でない通常のデータパケット転送時に、メッシュ状の経路を維持するための経路表更新処理が必要となる。

次転送先ノードは、リストの昇順などで優先度を決めることができ、自身が次転送ノードに指定されているときは、その優先度に従って、転送を実行するまでの待機時間を決定する。図１９は、データ受信後、他の検出信号がなく、通常に動作した場合の転送までの待機時間例、図２０は、データ受信後、他の検出信号によりビジーとなった場合に、検出信号がなくなってから転送までの待機時間例である。図１９，図２０のそれぞれには、優先度１のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングと、優先度１のノードからの転送信号を優先度２のノードで検出できず、他の検出信号もなかった場合に、優先度２のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングと、優先度１，２のいずれのノードからの転送信号も優先度３のノードで検出できず、他の検出信号もなかった場合に、優先度３のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングとがそれぞれ描かれている。

小出俊夫、"Ｐ２Ｐとワイヤレスの交差点 第7回 AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)プロトコル"、［online］、平成１５年５月２２日、［平成１６年９月１６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://internet.watch.impress.co.jp//www/column/wp2p/wp2p07.htm＞

上記ＡＯＤＶ方式を用いてマルチホップネットワークを構築する従来のシステムでは、１ホップリンクが切断した場合、あるいはメッシュ状の経路が維持できなくなった場合には、経路構築要求パケットがフラッディングで発生するが、リアルタイム通信時などには、経路再設定分の遅れの影響は大きい。

また、早急な経路再設定が必要になるため、経路構築要求のフラッディングに余計に電波資源を消費させて処理を速める必要があり、それがオーバーヘッドとなってネットワークのスループットが低下するという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、フラッディングによる経路再構築をせずに、経路上にない新たなノードを加えてコネクションを更新できるようにすることを目的とする。

本発明の無線通信システムは、
複数のノードでネットワークを構成し、隣接したノード間で信号を無線中継する無線通信システムにおいて、
自身が次転送指定されていない転送信号を受信したノードであって、その転送信号の宛先ノードである第１のノードまでの次転送情報を保有している第２のノードは、次転送指定された他のノードによって上記転送信号が転送されたか否かを検出し、その転送を検出できないときに、上記転送信号の転送元ノードである第３のノードにノーティス信号を返信し、
上記ノーティス信号を受信した上記第３のノードは、上記第１のノードまでの次転送先情報に上記第２のノードを含める
ことを特徴とする。

本発明によれば、フラッディングによる経路再構築をせずに、経路上にない新たなノードを加えてコネクションを更新することにより、フラッディングと比較して、少ない電波資源の消費でコネクションの更新ができ、かつ更新に要する時間を短くでき、その結果として、ネットワークのスループットがより高くなり、平均遅延も小さくなるという効果がある。

実施の形態１
本発明の実施の形態１の無線通信システムでは、経路表を持つノードを最短経路の周辺にあるノードにまで広げて、経路をメッシュ状に設定し、経路構築要求動作でない通常のデータパケット転送時に、実際に中継処理をしないノード（次転送指定されていないノード）においても、転送中のパケット（転送信号）を受信および解析して経路表を更新する。しかし、これだけでは、メッシュ状の経路に新たにノードが加わることがない。

従って、上記処理に加えて、中継処理をするノードの経路表に、未知の新たに近接した中継ノードを追加する処理を定義する。この後者の処理によって、初めて伝播環境の変化に対応した経路構築を実現する。

図１から図４までは本発明の実施の形態１の無線通信システムにおいての無線中継動作を説明する図である。また、図５および図６は本発明の実施の形態１の無線通信システムにおいての無線中継動作のタイムチャートである。

この実施の形態１では、ノードＡ，Ｂ間でメッシュ状の経路を設定する。フラッディング等によってリンクを確認することにより、図１のようにノードＡ，Ｂ間にメッシュ状の経路が設定されたものとする。

各ノードは、１つの宛先ノードに対して複数の隣接ノードを次転送先ノードとして指定することができる。

また、次転送先ノードとして指定される隣接ノード数の上限を定数設定することができる。図１では、指定できる隣接ノード数の上限は３ノードである。

例えば、図１のノードＡが保有する宛先ノードＢに対する次転送先情報、ノードＢが保有する宛先ノードＡに対する次転送先情報、ならびにノードＣが保有する宛先ノードＡおよびＢに対する次転送先情報は、次の通りである。
ノードＡ 宛先：Ｂ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴAC）
２：次転送先：Ｄ（残りホップ数３，更新時刻ＴAD）
３：次転送先：Ｆ（残りホップ数３，更新時刻ＴAF）
ノードＢ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴBC）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数３，更新時刻ＴBE）
３：次転送先：Ｇ（残りホップ数３，更新時刻ＴBG）
ノードＣ 宛先：Ａ １：次転送先：Ａ（残りホップ数１，更新時刻ＴCA）
２：次転送先：Ｄ（残りホップ数２，更新時刻ＴCD）
３：次転送先：Ｆ（残りホップ数２，更新時刻ＴCF）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴCB）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数２，更新時刻ＴCE）
３：次転送先：Ｇ（残りホップ数２，更新時刻ＴCG）

また、最短経路ではないが次ノード指定関係が双方向になっているノードＫが保有する宛先ノードＡおよびＢに対する次転送先情報は、次の通りである。
ノードＫ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数３，更新時刻ＴKB）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数３，更新時刻ＴKE）
３：次転送先：Ｊ（残りホップ数３，更新時刻ＴKJ）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴKB）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数２，更新時刻ＴKE）
３：次転送先：Ｍ（残りホップ数２，更新時刻ＴKM）

また、最短経路ではないが、次ノード指定関係が片方向になっているノードＭ，Ｎが保有する宛先Ａ，Ｂに対する次転送先情報は、次の通りである。
ノードＭ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数３，更新時刻ＴMB）
２：次転送先：Ｋ（残りホップ数４，更新時刻ＴMK）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴMB）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数２，更新時刻ＴMN）
ノードＮ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数３，更新時刻ＴNB）
２：次転送先：Ｇ（残りホップ数３，更新時刻ＴNG）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴNB）
２：次転送先：Ｍ（残りホップ数２，更新時刻ＴNM）

次ノード指定関係が片方向であるというのは、ノードＢから宛先ノードＡに対するメッシュ状の経路上にノードＭ，Ｎがないということであり、ノードＭ，Ｎ自体は、発信元ノードをノードＡとするパケットを受信した時点で、宛先ノードＡへの次転送先情報を獲得および更新している。逆に、宛先ノードＢへの次転送先情報は、ノードＭ，Ｎ自体が次転送先として指定されていない信号を受信（傍受）することにより、獲得および更新されている。

また、効率を上げるために、宛先ノードまでの最短ホップ数（複数の次転送先ノードおよびその候補においての宛先ノードまでの残りホップ数の内、最も少ないホップ数）に依存したホップ数（上記最短ホップ数から所定の範囲内のホップ数）を、次転送先ノードとして次転送先情報に残すための残りホップ数の条件として設定することができる。図１では、残りホップ数が「最短ホップ数＋２」以下の条件を満たす場合のみ、次転送先ノードとして残すとしている。

各ノードがパケットを転送するとき、宛先ノードと次転送先ノードの情報をパケットの属性情報として含める。そして、そのパケットを受信したノードは、上記属性情報によって、自身が宛先ノードないしは次転送先ノードであるか否かを判断する。

例えば、ノードＫが、ノードＡを発信元としてノードＢを宛先とするパケットを、ノードＥから受信後に、さらに転送する次転送先ノードは、その時点でノードＫが保有する宛先ノードＢまでの以下の次転送先情報に従って、ノードＢとノードＭである。
ノードＫ 宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴKB）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数２，更新時刻ＴKE）
３：次転送先：Ｍ（残りホップ数２，更新時刻ＴKM）
なお、ノードＫが保有する宛先ノードＢまでの転送先情報の内の優先度２の次転送先ノードＥは、そのパケットを転送してきたノードなので、次転送先から除かれる。

その際に、ノードＫは、上記属性情報の他に、その時点で保有する、上記パケットの発信元であるノードＡまでの以下の次転送先情報を、上記転送するパケットにさらに付加する。
ノードＫ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数３，更新時刻ＴKB）
２：次転送先：Ｅ（残りホップ数３，更新時刻ＴKE）
３：次転送先：Ｊ（残りホップ数３，更新時刻ＴKJ）
これにより、このノードＫから転送されたパケットを受信したノードは、ノードＡまでの次転送先情報を更新することができる。

次転送先ノードは、リストの昇順などで優先度を決めることができ、自身が次転送先ノードに指定されているときは、その優先度に従って、転送を実行するまでの待機時間を決定する。図５は、データ受信後、他の検出信号がなく、通常に動作した場合の転送までの待機時間例、図６は、データ受信後、他の検出信号によりビジーとなった場合に、検出信号がなくなってから転送までの待機時間例である。

図５，図６のそれぞれには、優先度１のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングと、優先度１のノードからの転送信号を優先度２のノードで検出できず、他の検出信号もなかった場合に、優先度２のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングと、優先度１，２のいずれのノードからの転送信号も優先度３のノードで検出できず、他の検出信号もなかった場合に、優先度３のノードが受信した信号の転送を開始するタイミングとに加え、優先度１，２，３のいずれのノードからの転送信号も、次転送指定されていないノードで検出できず、他の検出信号もなかったときに、その次転送指定されていないノードであって、かつ宛先ノードまでの次転送情報を持っているノードが、ノーティス信号ｎｔｃを返信するタイミングがそれぞれ描かれている。

この実施の形態１では、初期設定時のような経路設定動作をしないで、既知でない新たなノードを経路に加えて経路を更新することで、コネクションの維持および更新を実現する。

［１］
図１には、電波干渉などにより優先度１のノードで受信を失敗して、優先度２，３のノードも中継を担っている状況での次転送先指定の経路を示している。このとき、メッシュ状の経路上にあるノードは、次転送情報を更新している。ここで、さらに、メッシュ状の経路上にないノードであって転送信号を受信したノードが、次転送先情報を更新する処理を追加する（図２参照）。

例えば、ノードＯは、次ノード指定関係が片方向になっているノードＭ，Ｎから、送信元がノードＡで宛先がノードＢであるパケットを受信することがあるので、宛先Ａに対する以下の次転送先情報を持っている。
ノードＯ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｍ（残りホップ数４，更新時刻ＴOM）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数４，更新時刻ＴON）
なお、ノードＯがノードＭ，Ｎから受信する信号は、発信元ノードＡからのパケットだけであるため、ノードＯでは宛先ノードＢへの次転送情報は獲得されていない。

図２で追加した矢印は、片方向で、かつノードＡ，Ｂ間のコネクションに関して被次転送先指定関係がないので、このままでは、実際に使用されることはない。

［２］
図１，図２では、ノードＨ，Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｎが、次ノード指定関係に関して片方向になっている。つまり、例えば、ノードＭ，Ｎであれば、宛先ノードがＡであるパケットの転送はしないが、宛先ノードＡに対する次転送情報は持っている。

ここで、ノードＢが移動した場合を考える（図３参照）。図３では、ノードＢが移動し、ノードＣ，Ｅ，Ｇ，Ｋへのリンクが切れている。それにより、ノードＢからノードＡに向けたパケットの次転送先ノードはＣ，Ｅ，Ｇであったため、転送されなくなっている。

そこで、以下の動作を追加定義する（図５，図６参照）。図５，図６に示すように、自身が次転送指定されていない転送信号を受信したノードであって、かつその転送信号の宛先ノードまでの次転送情報を持っているノードにおいて、次転送指定された他のノード（優先度１，２，３いずれかのノード）によって上記転送信号が転送されたか否かを検出し、優先度１，２，３のいずれのノードからの転送信号も検出できず、他の検出信号もなかったときに、次転送指定されているいずれのノードが転送を開始するタイミングよりも遅いタイミングであって、かつランダムに設定される間隔を空けたタイミングで、その宛先ノードまでの次転送情報を持っている、次転送指定されていないノードから、その受信した転送信号の転送元ノード（図３では発信元でもあるノードＢ）に、ノーティス信号ｎｔｃを返信する。図３では、このノーティス信号ｎｔｃを返信する可能性があるのは、ノードＭ，Ｎ，Ｏである。

ここで、例えば、上記転送信号が、次転送指定された優先度１，２，３のノード（図３ではノードＣ，Ｅ，Ｇ）で受信され、その次転送指定されたノードからさらに転送されると、その次転送指定されたノードから転送元ノード（図３ではノードＢ）にリプライパケットが返信されるので、次転送指定されていないノード（図３ではノードＭ，Ｎ，Ｏ）は、そのリプライパケットを受信できたか否かにより、上記転送信号が転送されたか否かを検出できる。

上記ノーティス信号に含める情報は、自身の持つ宛先ノードまでの次転送先情報である。図３のノードＭ，Ｎ，Ｏが出すノーティス信号の場合は、ノードＡまでの次転送先情報である。元の信号を転送して上記ノーティス信号を受信した転送元ノード（図３ではノードＢ）は、宛先ノードＡへの次転送先情報を更新する。

次転送先情報の更新は、更新時刻が有効期間内であるノードの内、パラメータである宛先までの残りホップ数が最も少ないものと、更新時刻が最も新しいものとが、複数指定される次転送先に必ず残るように実施する。これにより、その時点で最短の経路上のリンクと、最新のリンクとの両者が選択される可能性を確保できる。

ノーティス信号が、例えばノードＭから出されたとすると、ノードＢの更新された次転送先情報には、優先度１，２，３のいずれかで、ノードＭが含まれる。このとき、結果として、ノードＭは、次ノード指定関係が双方向になっている。

あるいは、ノーティス信号が、例えばノードＯから出されたとすると、ノードＢの更新された次転送先情報には、優先度１，２，３のいずれかで、ノードＯが含まれる。なぜならば、少なくともノードＢ，Ｏ間のリンクは、最新のリンクだからである。つまり、ノードＯは、宛先ノードをＡとするノードＢからの次ノード転送先に含まれており、ノードＡに向けた次ノード指定関係になっている。

例えば、ノードＯがノーティス信号を出す以前に、ノードＭ，Ｎもノーティス信号を出していたとすると、ノードＢの次転送先情報は、次のようになっている。
ノードＢ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｍ（残りホップ数４，更新時刻ＴBM）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数４，更新時刻ＴBN）
３：次転送先：Ｏ（残りホップ数５，更新時刻ＴBO）

また、ノードＯは、ノードＢを発信元とするパケットを受信できるエリアに位置していることから、ノードＢの発信信号を受信すると、宛先ノードＢに対する次転送先情報を獲得して、次転送先情報を次のように更新する。
ノードＯ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｍ（残りホップ数４，更新時刻ＴOM）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数４，更新時刻ＴON）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴOB）

［３］
ノードＢが図３の位置まで移動したときに、ノードＢからノードＡに向かうコネクションの次ノード指定関係によるメッシュ状の経路にノードＭ，Ｎ，Ｏが含まれるまでの手順は上記［２］の通りであるが、図２，図３では、ノードＡからノードＢに向かうコネクションの次ノード指定関係によるメッシュ状の経路に、ノードＭ，Ｎは含まれているが、ノードＯは含まれていない。

図３の時点では、ノードＡからノードＢに向かうコネクションは、ノードＭ，Ｎを経由することによって確保できるので、メッシュ状の経路に新たなノードの追加は、必ずしも起こらない。もっとも、電波の干渉や衝突等によって上記新たなノードの追加が起こる可能性はある。

ノードＢが図３の位置からさらに移動して、図４の位置まで動いたとき、ノードＡからノードＢに向かうコネクションは、ノードＭ，Ｂ間のリンクおよびノードＮ，Ｂ間のリンクが切れることで、確保できなくなる。

つまり、例えば、ノードＭが宛先ノードＢのパケットを転送するとき、パケットの属性情報に含める宛先ノードと次転送先ノードの情報は、以下のようになる。
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴMB）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数２，更新時刻ＴMN）

しかし、この時点で、信号はノードＭからノードＢには届かないので、ノードＮが優先度２のタイミングでさらに転送を実行することになる。このノードＮが宛先ノードＢのパケットを転送するとき、パケットの属性情報に含める宛先ノードと次転送先ノードの情報は、以下のようになる。
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴNB）
しかし、信号はノードＮからも、ノードＢには届かない。なお、ノードＮの転送先情報の内の優先度２の次転送先ノードＭは、優先度１のタイミングで転送して宛先ノードＢに届かなかったノードなので、次転送先から除かれる。

一方、例えばノードＯは、上記［２］の通り、図３の時点で、次転送先情報を以下のように更新しており、宛先ノードＢへの次転送先情報を持っている。
ノードＯ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｍ（残りホップ数４，更新時刻ＴOM）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数４，更新時刻ＴON）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴOB）

このため、ノードＯは、上記［２］で説明したノーティス信号を出すことができる。また他にも、ノードＱ，Ｒなどが上記ノーティス信号を出すことができる。ただし、図４の時点では、ノードＲのノードＢへのリンクは無効である。

ノードＯがノーティス信号を出すことで、ノードＭ，Ｎは、ノードＯを次転送先情報に加えることができる。その結果、例えば、ノードＭ，Ｎの次転送先情報は、次のように更新される。
ノードＭ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｋ（残りホップ数４，更新時刻ＴMK）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数４，更新時刻ＴMN）
３：次転送先：Ｏ（残りホップ数５，更新時刻ＴMO）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｏ（残りホップ数２，更新時刻ＴMO）
２：次転送先：Ｎ（残りホップ数２，更新時刻ＴMN）
ノードＮ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｇ（残りホップ数３，更新時刻ＴNG）
２：次転送先：Ｍ（残りホップ数４，更新時刻ＴNM）
３：次転送先：Ｏ（残りホップ数５，更新時刻ＴNO）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｏ（残りホップ数２，更新時刻ＴNO）
２：次転送先：Ｍ（残りホップ数２，更新時刻ＴNM）

これらノードＭ，Ｎの次転送先情報の更新により、宛先ノードＢのパケットはノードＯが転送を開始し、コネクションが確保される。

フラッディングによる経路設定動作では、既知でない新たなノードを発見できるので、経路は更新でき、コネクションが確保されるが、この経路構築のフラッディングが余計に電波資源を消費することになり、それがオーバーヘッドとなってネットワークのスループットが低下する。

しかし、上記フラッディングによる経路構築を抑制して、既知でない新たなノードが経を経路に加えることができなければ、ノードが移動していくと、遅かれ早かれ経路は確保できなくなる。

そこで、この実施の形態１では、ノードの移動などでリンクが切れた場合に、即座に初期設定時のようなフラッディングによる経路再構築をするのではなく、既知でない（経路上にない）新たなノードを経路に加えることにより、経路を更新してコネクションを確保し、通信を続ける。

この追加されるノードは、コネクションの経路に隣接して、コネクションを流れる転送信号を受信できるノードであって、信号の転送が不調のときに、転送元のノードにノーティス信号を返し、経路の更新を促すノードである。

以上にように実施の形態１によれば、フラッディングによる経路再構築をせずに、経路上にない新たなノードを加えてコネクションを更新することにより、従来の技術と比較すると、フラッディングをより多く回避できるので、少ない電波資源の消費でコネクションの更新ができ、かつ更新に要する時間を短くでき、その結果として、ネットワークのスループットがより高くなり、平均遅延も小さくなる。

実施の形態２
図７から図１２までは本発明の実施の形態２の無線通信システムにおいての無線中継動作を説明する図である。なお、この実施の形態２の無線通信システムにおいての無線中継動作のタイムチャートは、上記実施の形態１のタイムチャート（図５，図６）の受信信号，優先度１，次指定なしと同様である。

この実施の形態２では、ノードＡ，Ｂ間で１本の経路を設定する。この１本の経路は、例えば以下の手順で設定される。片方のノードＡからフラッディングでノードＢを探索する。その探索の過程で、探索フラッディングパケットを受信したノードは、宛先ノードＡへの次転送先情報を生成および更新する。上記探索フラッディングパケットがノードＢに到達したら、ノードＢは宛先ノードＡへの最適な１つの次転送先を選択して、リプライパケットを返す。

図７は、例として、ノードＡへの次転送先指定関係だけを示したものである。ＡＯＤＶのように１本の経路に絞るには、リプライパケットが通った経路だけを次転送先として残す処理をする。これにより、ノードＢへの次転送先指定関係は、例えば、図７では、ノードＡ→ノードＣ→ノードＢだけになる。

各ノードの次転送先情報は、次の通りである。
ノードＡ 宛先：Ｂ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴAC）
ノードＢ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴBC）
ノードＣ 宛先：Ａ １：次転送先：Ａ（残りホップ数１，更新時刻ＴCA）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴCB）

実質的なコネクションは、図８に示したものになる。また、転送するタイミングは、図５，図６の優先度１のタイミングになるが、ＣＳＭＡ／ＣＡで決定されるタイミングとすることも可能である。

この実施の形態２では、コネクションに利用されているノード間のリンクが、ノードの移動などで切れたり、干渉や輻輳などで不安定になったりした際に、既知でない新たなノードを次転送先として経路に加えて冗長な経路を追加することで、コネクションの維持および更新を実現する。

［１］
図８においてのコネクションのノードＡ，Ｃ間およびノードＣ，Ｂ間の各リンクが安定に維持されているときに、さらに、経路上にないノード（次転送指定されていないノード）であって転送信号を受信したノードが、次転送先情報を更新する処理を追加する（図９参照）。

例えば、経路上にないノードＧの次転送先情報は、以下の通りになる。
ノードＧ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴGC）
２：次転送先：Ｂ（残りホップ数３，更新時刻ＴGB）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴGB）
２：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴGC）

ノードＢが、図１０に示す位置まで移動したとき、ノードＣ，Ｂ間のリンクが切れる。これにより、ノードＡからノードＢに宛てたパケットも、ノードＢからノードＡに宛てたパケットも届かなくなる。

［２］
そこで、以下の動作を追加定義する。経路上にないノード（次転送指定されていないノード）であって転送信号を受信したノードが、宛先ノードまでの次転送先情報を持っている場合の動作である。図１０では、例えばノードＣから宛先ノードＢへの転送信号を受信したノードＧが、このノードに相当する。

図５，図６の優先度１の転送信号を、次転送指定されていないノードで検出できず、他の検出信号もなかったときに、自身が次転送指定されていない転送信号を受信したノードであって、かつその転送信号の宛先ノードまでの次転送情報を持っているノード（図１０では、ノードＣから次転送先ノードとして指定されておらず、かつ宛先ノードＢまで次転送情報を持っているノードＧ）において、次転送指定された他のノード（図１０では宛先でもあるノードＢ）によって上記転送信号が転送されたか否か（次転送指定されたノードが宛先ノードである場合には、上記転送信号が受信されたか否か）を検出し、次転送指定されているノードが転送を開始するタイミング（次転送指定されたノードが宛先ノードである場合には、中継ノードであるならば転送を開始するタイミング）よりも遅いタイミングであって、かつランダムに設定される間隔を空けたタイミングで、その宛先ノードまでの次転送情報を持っている、次転送指定されていないノードから、その受信した転送信号の転送元ノード（図１０ではノードＣ）に、図５，図６のノーティス信号ｎｔｃを返信する。

ここで、例えば、上記転送信号が、次転送指定された宛先ノード（図１０ではノードＢ）で受信されると、その宛先ノードから転送元ノード（図１０ではノードＣ）にリプライパケットが返信されるので、次転送指定されていないノード（図１０ではノードＧ）は、そのリプライパケットを受信できたか否かにより、上記転送信号が転送されたか否かを検出できる。

なお、図５，図６のようなタイミングではなく、ＣＳＭＡ／ＣＡのタイミングで動いているときは、次転送指定されていないノードにおいて、通常転送されるであろう十分な時間以上に経過しても、いかなる転送信号も検出できなかったときに、ノーティス信号をそれよりも遅いタイミングで返信することも可能である。

上記ノーティス信号に含める情報は、自身の持つ宛先ノードまでの次転送先情報である。図１０のノードＧが出すノーティス信号の場合は、ノードＢまでの次転送先情報である。元の信号を転送して上記ノーティス信号を受信した転送元ノード（図１０ではノードＣ）は、宛先ノードＢへの次転送先情報を更新して、次転送先にノードＧを冗長に含める。

例えば、ノードＣの次転送先情報は、以下の通りになる。
ノードＣ 宛先：Ａ １：次転送先：Ａ（残りホップ数１，更新時刻ＴCA）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｂ（残りホップ数１，更新時刻ＴCB）
２：次転送先：Ｇ（残りホップ数２，更新時刻ＴCG）

これにより、次にノードＣがノードＢに転送信号を出す際には、冗長な経路で、ノードＧも次転送先に指定される。ノードＣ，Ｂ間のリンクは実際には切られており、ノードＣが宛先ノードをＢとして転送する信号は、ノードＢには届かないので、ノードＧが優先度２のノードとして転送をすることになる。また、ノードＣ，Ｂ間のリンクは実際には切られているので、ノードＣの宛先ノードＢへの次転送先としての優先度１のノードＢのリンク更新はされず、しばらく時間が経過してタイムアウトすると消去されて、ノードＧへのリンクが次転送先の優先度１に繰り上がり、ノードＣの次転送先情報は、以下の通りになる。
ノードＣ 宛先：Ａ １：次転送先：Ａ（残りホップ数１，更新時刻ＴCA）
宛先：Ｂ １：次転送先：Ｇ（残りホップ数２，更新時刻ＴCG）

ノードＢへの次転送指定関係は、例えば、図１１のように、ノードＡ→ノードＣ→ノードＧ→ノードＢとなる。

逆に、図１０の場合、ノードＢが宛先ノードＡに向けて出した信号も、ノードＣには届かない。従って、ノードＧがノードＢにノーティス信号を返信し、ノードＢは次転送先情報を更新して、ノードＧを宛先ノードＡへの次転送先ノードに冗長に含め、ノードＢの次転送先情報は、以下の通りになる。
ノードＢ 宛先：Ａ １：次転送先：Ｃ（残りホップ数２，更新時刻ＴBC）
２：次転送先：Ｇ（残りホップ数３，更新時刻ＴBG）

ノードＢが宛先ノードをＡとして出す信号は、ノードＣには届かないので、ノードＧが優先度２のノードとして転送をすることになり、図１１のようにコネクションは更新される。

［３］
ノードＢがさらに移動して、例えば図１２のように、ノードＢ，Ｇ間のリンクが切れた場合、ノードＲが、上記のノードＧと同様に、ノーティス信号をノードＢやノードＧに返すことにより、ノードＢ，Ｇの次転送先にノードＲが冗長に追加されて、コネクションが更新される。ノードＲは、図１１の時点で、ノードＢ，Ｇが出す転送信号を受信することにより、宛先ノードＡ，Ｂに対する次転送先情報を獲得している。

このように、実施の形態２では、従来のＡＯＤＶと同程度の初期設定時の経路設定動作により開始されたコネクションにおいて、ノードの移動などでリンクが切れた場合に、即座に初期設定時のようなフラッディングによる経路再構築をするのではなく、既知でない（経路上にない）新たなノードを経路に冗長に加えることにより、経路を更新してコネクションを確保し、通信を続ける。

この冗長に追加されるノードは、コネクションの経路に隣接して、コネクションを流れる転送信号を受信できるノードであって、信号の転送が不調のときに、転送元のノードにノーティス信号を返し、冗長な経路の更新を促すノードである。

以上のように実施の形態２によれば、フラッディングによる経路再構築をせずに、経路上にない新たなノードを冗長に加えてコネクションを更新することにより、従来の技術と比較すると、フラッディングをより多く回避できるので、少ない電波資源の消費でコネクションの更新ができ、かつ更新に要する時間を短くでき、その結果として、ネットワークのスループットがより高くなり、平均遅延も小さくなる。

本発明の実施の形態１の無線中継動作を説明する図である（その１）。 本発明の実施の形態１の無線中継動作を説明する図である（その２）。 本発明の実施の形態１の無線中継動作を説明する図である（その３）。 本発明の実施の形態１の無線中継動作を説明する図である（その４）。 本発明の実施の形態１の無線中継動作のタイムチャートである（その１）。 本発明の実施の形態１の無線中継動作のタイムチャートである（その２）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その１）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その２）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その３）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その４）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その５）。 本発明の実施の形態２の無線中継動作を説明する図である（その６）。 従来のシングルパス無線中継動作を説明する図である（その１）。 従来のシングルパス無線中継動作を説明する図である（その２）。 従来のマルチパス無線中継動作を説明する図である（その１）。 従来のマルチパス無線中継動作を説明する図である（その２）。 従来のマルチパス無線中継動作を説明する図である（その３）。 従来のマルチパス無線中継動作を説明する図である（その４）。 従来のマルチパス無線中継動作のタイムチャートである（その１）。 従来のマルチパス無線中継動作のタイムチャートである（その２）。

符号の説明

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒ ノード（無線局，無線端末）

Claims (10)

1. 複数のノードでネットワークを構成し、隣接したノード間で信号を無線中継する無線通信システムにおいて、
   自身が次転送指定されていない転送信号を受信したノードであって、その転送信号の宛先ノードである第１のノードまでの次転送情報を保有している第２のノードは、次転送指定された他のノードによって上記転送信号が転送されたか否かを検出し、その転送を検出できないときに、上記転送信号の転送元ノードである第３のノードにノーティス信号を返信し、
   上記ノーティス信号を受信した上記第３のノードは、上記第１のノードまでの次転送先情報に上記第２のノードを含める
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記転送元ノードは、発信元ノードであることを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１又は２に記載の無線通信システムにおいて、
   上記第２のノードは、上記次転送指定された他のノードが上記宛先ノードである場合には、上記次転送指定された他のノードによって上記転送信号が受信されたか否かを検出し、その受信を検出できないときに、上記ノーティス信号の返信を実行することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記第２のノードは、上記第１のノードを発信元ノードとして自身が次転送指定されている他の転送信号を受信することによって、上記第１のノードまでの次転送情報を獲得することを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記第２のノードは、上記第１のノードを発信元ノードとして自身が次転送指定されていない他の転送信号を受信することによって、上記第１のノードまでの次転送情報を獲得することを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記第１から第３までのノードのそれぞれは、宛先ノードまでのホップ数がその最短ホップ数から所定の範囲内にある１つまたは複数の次転送先ノードによって構成した上記宛先ノードまでの次転送情報を保有することを特徴とする無線通信システム。
7. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記転送信号では、優先度が付された複数のノードが次転送先ノードとして指定されており、
   上記第２のノードは、上記いずれの優先度の次転送先ノードからも上記転送信号の転送を検出できない場合に、上記いずれの優先度の次転送先ノードの転送開始タイミングよりも遅いタイミングで、上記ノーティス信号を返信する
   ことを特徴とする無線通信システム。
8. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記転送信号では、１つのノードが次転送先ノードとして指定されており、
   上記第２のノードは、上記次転送先ノードから上記転送信号の転送を検出できないときに、上記次転送先ノードの転送開始タイミングよりも遅いタイミングで、上記ノーティス信号を返信する
   ことを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   上記第３のノードは、
   上記第１のノードまでの次転送先情報として、複数の次転送先ノードを保有しており、
   上記ノーティス信号を受信したときに、宛先ノードまでのホップ数が最も少ない次転送先ノードと、更新時刻が最新の次転送先ノードとが必ず残るように、上記次転送先情報を更新する
   ことを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
    上記第３のノードは、
    上記第１のノードまでの次転送先情報として、１つの次転送先ノードを保有しており、
    上記ノーティス信号を受信したときに、上記第２のノードを冗長に追加して上記次転送先情報を更新する
    ことを特徴とする無線通信システム。

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