JP4414618B2 - 無線中継システム及び無線装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線装置から無線装置間の通信を中継する無線中継装置を選出する無線中継システム及び無線装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、無線通信ネットワークの一つの形態として、アドホックマルチホップネットワークがある。アドホックマルチホップネットワークとは、無線中継機能を有する無線通信装置(以下、ノードという。)で構成される通信ネットワークであり、電波が直接届かないノード間の通信を途中のノードが中継することにより、全てのノード間の通信を実現しようとするものである。
【0003】
アドホックマルチホップネットワークでは、全てのノードが受信した信号を全て再送信すると、必要以上の中継が発生し電波の利用効率が悪くなり、混信や過度の遅延が発生する。そこで、中継機能を持つ多数のノード(以下、候補ノードという。)を、実際に中継を担当する中継ノードと、積極的には中継に関わらない末端ノードとに分けることにより、無駄な電波の利用を行わなくし、電波の利用効率を高める必要がある。
【0004】
また、候補ノードの中から中継ノードを選出するにあたり、お互いに通信ができ、且つ、できるだけお互いの間隔が広くなるような中継ノードの組み合わせを見つける必要がある。
【0005】
ここで、従来の中継ノードの選出方法の1つであるLowest-id法について、その手順を以下に示す。
【0006】
▲1▼最初に全ての候補ノードを「ノード種別未定」という状態に初期化する。
【0007】
▲2▼全てのノードの中から、各ノードを識別するためのノード識別値が最小であるノードを「中継ノード」として選出し、前記中継ノードから一定の距離内にあるノードを全て「末端ノード」として選出する。
【0008】
▲3▼上記▲2▼にて、まだ選出されていない「ノード種別未定」状態にあるノードの中から、ノード識別値が最小であるノードを新たに「中継ノード」として選出し、前記中継ノードから一定の距離内にある「ノード種別未定」状態の候補ノードを「末端ノード」として選出する。
【0009】
▲4▼「ノード種別未定」状態にあるノードがなくなるまで▲3▼の処理を繰り返す。
【0010】
上記した手順によれば、全てのノードを中継ノードと末端ノードに分類することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した選出方法を利用するためには、全ての候補ノードについて、その位置情報とノード識別を取得し、ノード選出を行う計算機に取得した情報を集めて中継ノード選出処理を行い、前記選出処理の結果を各ノードに配信する機構が必要になる。
【0012】
また、ノードの配置状態が固定的である場合は、事前に選出処理を行い、その結果を予め各ノードが記憶するという処理を一度行えば良いが、ノードが移動したりする場合等においては、位置情報の測定、位置情報の集約、及び選出結果の配信等の処理がその都度必要となる。
【0013】
更に、前述した中継ノード選出方法(Lowest-id法)では、中継ノード選出の手順に繰り返し処理が含まれ、その繰り返し処理の中でノード間の距離計算が含まれる。このため、ノード数が増加する場合には計算量と、選出処理時間とが共に増大し、個々の組み合わせにおける通信の可否や通信距離を調べるだけでも膨大な計算が必要になる。
【0014】
実際の無線通信においては、伝播特性やアンテナの指向性、端末間での通信能力の非対称性により、ノード間の距離が小さくても通信できない場合もあれば、逆に離れていても通信できる場合もある。前述した選出法では、ノード間の距離が一定距離内にあるか否かという条件で、無線通信の可否を判断しているため、末端ノードと中継ノードで電波が届かなかったり、中継ノード間で混信を起こしたりする可能性が高い。無線通信においては、通信を行う送信ノードと受信ノードとの位置情報がわかっていても、電波伝播状況やアンテナにより実際に通信可能か否かを計算から判断することは難しい。
【0015】
更に、前述した方法で選出した中継ノード間は、距離が離れているために直接通信することができない。そこで、前述の方法により中継ノードを選出した後、最初に選出した中継ノード間の通信を取り持つ新たな中継ノードを、一度は末端ノードと定まったノードの中から、新たに選出し直す処理が別途必要となる。
【0016】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、システム構築する上での計算量を少なくし、実際に通信可能な無線装置を選出できる無線中継システム及び無線装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【0018】
請求項1に記載された発明は、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第1の中継ノード、複数の前記第1の中継ノードと直接通信でき前記第1の中継ノード間を中継可能な第2の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能する複数の無線装置によって構成される無線システムを複数設けた無線中継システムにおいて、各無線装置は、時間を計測する時刻計測部と、前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第1の中継ノード、前記第2の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第1の中継ノードとして機能させるか、前記第2の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第1のノードではなく、且つ前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして、前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする。
【0019】
請求項1記載の発明によれば、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に関係なく一定にすることができる。また、ノード判定信号を、所定時間毎に又は予め定められた時刻から、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて送信することで、無線装置間の混信の発生確率を下げ、効率的に中継経路を構築することができる。
【0020】
請求項2に記載された発明は、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第1の中継ノード、複数の前記第1の中継ノードと直接通信でき前記第1の中継ノード間を中継可能な第2の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能し、複数設けることで無線中継システムを構成する無線装置において、時間を計測する時刻計測部と、前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第1の中継ノード、前記第2の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第1の中継ノードとして機能させるか、前記第2の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第1のノードではなく、且つ前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして、前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする。
【0021】
請求項2記載の発明によれば、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に関係なく一定にすることができる。また、ノード判定信号を、所定時間毎に又は予め定められた時刻から、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて送信することで、無線装置間の混信の発生確率を下げ、効率的に中継経路を構築することができる。
【0024】
請求項3に記載された発明は、前記送信部が前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして記憶し、前記送信部が前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして記憶する記憶部を有することを特徴とする。
【0025】
請求項4に記載された発明は、前記記憶部は、前記受信部が前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、自己の無線装置を末端ノードとして記憶することを特徴とする。
【0026】
請求項5に記載された発明は、前記記憶部は、前記受信部が複数の前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を送出した中継ノード間を中継する前記第2の中継ノードとして記憶することを特徴とする。
【0027】
請求項3から5記載の発明によれば、送信信号を選別し、中継ノードに該当しないノードは選出過程において、選出のための信号を送信する必要がないため、ノードの消費電力を少なくでき、電波を効率的に利用することができる。
【0028】
請求項6に記載された発明は、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号及び前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号は、個々の無線装置を識別するための識別情報を有することを特徴とする。
【0029】
請求項6記載の発明によれば、前記識別情報からどの無線装置を使用して中継を行うかが容易に確認することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0041】
なお、本発明において、「無線装置」とは、中継ノードとしての機能を有する装置であり、以下に説明する無線装置の動作内容(ノード状態)により、説明を容易にするため、中継装置(中継ノード)や、末端ノード等と名称の変更を行うものとする。
【0042】
図1は、本発明における無線装置の構成例の図である。
【0043】
図1の無線装置10は、時刻計測部11と、記憶部12と、無線通信部13とを有するよう構成されている。更に、無線通信部13は、受信部14と送信部15とを有するよう構成されている。
【0044】
時刻計測部11は、時間を計測し、指定された時刻又は指定時間経過後に処理の開始を指示する機能を有する。また、記憶部12は、自己ノードのノード識別、自己ノードの状態、Yノード識別、Xノード識別、自己ノードと他のノードとの動作履歴、Yノードリスト等の情報を記憶する機能を有する。無線通信部13は受信部14又は送信部15を介してアンテナから信号の送受信を行う。
【0045】
ここで、前記ノード識別とは、各ノードを識別するためノード毎に割り当てられている情報であり、例えば、数や数字、文字、記号等で構成される。
【0046】
ノード状態には、Yノード、Yノード間を中継することができるXノード、又は末端ノードの状態がある。Yノードは、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される中継ノードである。Xノードは、複数のYノードと直接通信できる中継ノードであり、Yノード間の通信を仲介する。末端ノードは、1つ以上のYノードの電波を受信できるノードである。
【0047】
ここで、前述した各ノードの配置例を図に示す。
【0048】
図2は、各ノードの通信範囲と配置例の図である。
【0049】
図2において、Y1ノード及びY2ノードは、互いに通信範囲外に位置するため互いに通信することはできない。X1ノードは通信範囲内にY1ノード、Y2ノードを含むため、Y1とY2間の通信の仲介をすることができる。末端ノードは何れか1つ以上のYノードからの通信範囲内に点在している。図2におけるX1ノード、Y1ノード、Y2ノード、及び末端ノードは夫々無線装置10のような装置構成を有している。
【0050】
無線装置10は、複数の無線装置10が同時に中継ノード選出手順を実行する。夫々の無線装置10は、中継ノード選出手順を実行することにより、夫々のノード状態が決定される。
【0051】
なお、前述したYノードは、アドホックマルチホップネットワークで一般的に用いられるクラスタ型ネットワークのクラスタヘッダに相当し、Xノードはクラスタ同士を結ぶゲートウェイに相当する。
【0052】
また、無線装置10が、実際にアドホックマルチホップネットワークとして、各ノードからの通信を中継するためには、中継ノード選出手順により選出したYノード、Xノードを接続する中継ノード接続処理と、各ノードからの通信の中継を行う際の経路を設定する経路設定処理が必要である。
【0053】
しかしながら、本発明を利用することで、Yノード、Xノード、及び末端ノードが接続され、中継ノードが相互に接続された中継ネットワークが構築できる。
【0054】
また、本発明により、中継ネットワークにより直接接続される中継ノード間の通信は可能となるが、複数の中継ノードを経由して通信を行う場合に、どのような経路で通信を中継するかという問題を解決する必要がある。
【0055】
これは経路制御の問題であり、アドホックマルチホップネットワークでの経路制御方法としては、例えば、IETF(Internet Engineering Task Force)において検討されている「Charles E. Perkins, Elizabeth M. Royer, Samir R. Das, Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, draft-ietf-manet-aodv-08.txt, 2001」等の方法を用いることで解決することができる。
【0056】
次に、各無線装置10における時刻の同期方法について説明する。
【0057】
中継ノード選出処理では、中継ノード選出を行う各ノードが、近似した時間のタイミングでYノード選出処理、Xノード選出処理を行う必要がある。このため、各ノードは時刻計測部12を用いて時刻を指定して処理を実行する機能と、動作時刻情報を取得する機能と、時刻計測部12の時刻を補正する機能とを持つ。
【0058】
動作時刻情報を取得する方法としては、例えば、放送もしくは通信により動作時刻を取得してもよく、また、過去の中継ノード選出処理を実行した時刻、もしくは中継ノード選出処理で使用する信号を受信した時刻を基準として、一定の規則に基づき次の動作時刻を算出してもよく、あるいは、中継ノード選出処理で使用する信号に他の方法で取得した動作時刻情報を付加して送り、その信号を受信したノードは、付加された動作時刻情報を解析して以降の動作時刻情報を算出してもよい。
【0059】
時刻計測部12の時刻を補正する方法としては、例えば、放送もしくは通信により時刻情報を取得して補正してもよく、あるいは、時刻情報に限らない特定の信号を用いて補正してもよく、あるいは利用者が直接時刻を補正してもよい。また、中継ノード選出処理で使用する信号に時刻情報を付加して送り、信号の受信時刻とその時刻情報との関係から時刻を補正してもよい。
【0060】
次に、無線装置10が、中継ノードを選出する手順について説明する。
【0061】
中継ノード選出処理を行うノードは、共通の動作時刻(T0、T2、T4)の間に中継ノードの選出処理を行う。なお、選出処理を行う各無線装置10の時刻は前述したような方法により同期がとれているものとする。
【0062】
まず、時刻T0からT2までの時間でYノードを選出し、その後、時刻T2からT4までの間にXノードの選出を行う。中継ノードの選出が終了後、必要に応じて、選出されたYノードとXノードの通信を確認する中継ノード接続処理を行う。前記接続処理を行うことで、相互に接続できることが確認された中継ネットワークが構築される。
【0063】
なお、Yノード間の通信を仲介するXノードの選出を、他の方法等を用いて行う場合には、T2の時点で中継選出処理を終了してもよい。T2の時点では、各ノードはYノードと末端ノードに分類されている。
【0064】
次に、無線装置10が、中継ノードの選出を、接続の確認まで行う手順について、図を用いて詳細に説明する。
【0065】
図3は、本発明における中継ノードの選出を接続の確認まで行うフローチャートの一例である。
【0066】
また、図4は、無線中継装置の中継ノード選出処理時の通信状態の一例の図である。
【0067】
図4は、候補ノードとしてノード1、ノード2、ノード3、及びノード4が存在し、ノード1とノード2、ノード2とノード3、ノード3とノード4の夫々が互いに通信可能である状態において、これらのノードが中継ノード選出処理を行う場合のタイミングを、横軸を時間として図に示したものである。
【0068】
次に、図3を用いて手順を説明する。
【0069】
図3において、Yノード選出開始時刻T0の前にYノード選出準備処理(S31)を行う。中継ノード選出処理を行う各ノード(以下、各ノードという。)は、ノードの状態を末端ノードの状態に初期化し、Yノード信号の受信記録の初期化とYノード信号送信予定時刻T1の計算を行う。
【0070】
ここで、時刻T1は各ノードに個別に計算されるものである。なぜなら、複数のノードが同時にYノード信号を送信した場合、混信を起こす可能性があるためであり、T1の計算にあたっては、混信の発生確率を下げるために、T1の値が拡散するような処理を行う。例えば、乱数や擬似乱数系列を用いて、T0からT2の範囲で一様に拡散してもよい。また、ある特定のノードを中継ノードとして選出される確率を高めたい場合は、T0に近い範囲をとるように計算してもよく、逆に中継ノードに選出される確率を下げたいノードは、T2に近い範囲をとるように計算してもよい。
【0071】
次に、Yノード選出準備処理(S31)が完了すると、各ノードは、時刻T0からT2までの間、Yノード選出処理(S32)を行う。
ここで、Yノード選出処理におけるイベント処理の例を表1に示す。
【0072】
【表1】
Yノード選出処理(S32)は、他のノードからのYノード信号を受信部14にて受信した場合は、前記信号のYノード識別を記憶する。時刻がT1となったとき自己ノードと通信できるYノードを検知していなければ、自己ノードがYノードとなり、Yノード信号を送信部15にて送信する。
【0073】
ここで、Yノード信号の例を表2に示す。
【0074】
【表2】
Yノード信号は、Yノード信号識別と、Yノード識別とを少なくとも含み、Yノード信号識別は、Yノード信号を他の信号と識別する記号であり、Yノード識別は、Yノードとなった送信元の送信ノードと他のノードとを識別する記号である。
【0075】
ここで、時刻T0からT1までに、自己ノードがYノードを正常に検出できればよいが、例えば、受信部14にてYノード信号を正常に受信できなかった場合は未検出として扱う。また、Yノード信号を正常に受信できたといても、受信した無線装置10内の記憶部12に蓄積されている過去の動作履歴から、受信したYノード信号の送信ノードと以前に何等かの理由で双方向の通信を行えなかったことが判明した場合には未検出とする等の方法も用いることができる。
【0076】
図4では、ノード1、ノード2、ノード3、及びノード4の各ノードが計算した夫々の時刻T1a、T1b、T1c、及びT1dは、T0からの時間量において、T1a<T1c<T1b<T1dとなっている。
【0077】
最初にノード1がT1aのタイミングにより、Yノード信号を送信部15にて送信し、Yノードとなる。この信号をノード2が受信部14にて受信し、Yノード信号のYノード識別情報よりノード1をYノードとして記憶する。
【0078】
次に、ノード3がT1cのタイミングによりYノード信号を送信部15にて送信し、Yノードとなる。この信号をノード2とノード4とが受信部14にて受信し、夫々がノード3をYノードとして記憶する。
【0079】
ノード2はT1bまでにノード1及びノード3のYノード信号を受信しているのでYノード信号を送信しない。ノード4もT1dまでにノード3のYノード信号を受信しているのでYノード信号を送信しない。
【0080】
T2の時点でYノードの選出が終了する。この段階で中継ノード選出処理を終了すると、図4においては、ノード1とノード3がYノードとして選出され、ノード2とノード4が末端ノードとなる。更に末端ノードであるノード2はノード1とノード3がYノードであることを、ノード4はノード3がYノードであることを情報として記憶部12に記憶する。
【0081】
また、S32において、近接して存在する複数のYノードから近いタイミングで送信されたYノード信号を正常に検出できた末端ノードは、電波の干渉等、実際の電波伝播状態と近い条件下でYノードの信号を受信できたため、本発明実施後のネットワーク構成におけるデータの受信に関しても正常に受信できる可能性が高い。
【0082】
次に、Xノード選出処理の前にXノード選出準備処理として、Xノード信号の受信記録の初期化とXノード信号送信予定時刻T3の計算を行う(S33)。
【0083】
時刻T3の計算は、各ノードに個別にされるものである。複数のノードが同時にXノード信号を送信部15にて送信すると混信を起こす可能性があるため、T3の計算においては、混信の発生確率を下げるために、T3の値が拡散するような処理を行う。
【0084】
例えば、乱数や凝似乱数系列を用いて、T2からT4の範囲で一様に拡散してもよく、また、Xノードに選出される確率を高めたいノードでは、T2に近い範囲をとるように計算してもよく、逆に、Xノードに選出される確率を下げたいノードは、T4に近い範囲をとるように計算してもよい。
【0085】
Yノード、もしくは、T0からT2までの間に複数のYノード信号を受信していない末端ノードは、Xノード信号を送信しないのでT3を計算しなくてもよい。
【0086】
各ノードは時刻T2からT4までの間、Xノード選出処理を行う(S34)。
【0087】
Xノード選出処理におけるイベント処理の例を表3に示す。
【0088】
【表3】
Xノード選出処理(S34)では、他のノードからXノード信号を受信部14にて受信した場合には、前記信号のXノード識別を記憶部12に記憶する。時刻T3となった時点で自己ノードがYノードでなく、且つ複数のYノード信号を受信している末端ノードであり、且つ他のノードからのXノードの信号を検出していない場合に、XノードとなりXノード信号を送信部15にて送信する。
【0089】
ここで、Xノード信号の例を表4に示す。
【0090】
【表4】
Xノード信号は、Xノード信号識別と、Xノード識別と、Yノードリストとを少なくとも含む。前記Xノード信号識別は、Xノード信号を他の信号と識別する記号であり、前記Xノード識別は、Xノードとなった送信ノードを他のノードと識別する記号であり、前記Yノードリストは、前記Xノードが受信部14にて受信したYノードのYノード識別を含むリストである。
【0091】
ここで、他のXノード信号との重複を検知する方法として、例えば、他のXノード信号の受信をもって重複とみなす方法や、受信した他のXノード信号のYノードリスト中に、自己ノードが受信したYノードが全て含まれている場合をもって重複とみなす方法等を用いる。
【0092】
時刻T4の時点では、XノードとYノードが中継ノードとして選出される。この時点で、各ノードは自己ノードがXノード、Yノード、又は末端ノードの何れかに分類されている。各ノードは、受信したXノード信号、Yノード信号により、自己ノードが受信できる中継ノードを知ることができる。
【0093】
Yノードとして選出されたノードは、受信したXノード信号のYノードリストに自分のYノード識別が含まれていれば、前記Xノード信号を送出したXノードと通信できることを確認できる。また、Xノード信号内の他のYノード識別の情報により、Xノードを介して、どのYノードと通信できるのかを確認することができる。
【0094】
ここで、T4の時点までにXノード信号を受信していないYノードは、他の中継ノードと通信できない孤立したノードである。
【0095】
Xノードは、2つ以上のYノードからの信号を受信しているので、前記Yノードとの通信を行う可能性があるが、この時点では、Xノードが送信する信号をYノードが正しく受信できるかの確認はできない。また、末端ノードは、中継ノードとして選出されたYノードからのYノード信号を1つ以上受信しているが、この時点では、末端ノードが送信する信号をYノードが受信できるかの確認はできていない。
【0096】
図4の例では、T2の時点で複数のYノード信号を受信しているのはノード2だけである。ノード2は、T3の時点でノード1とノード3をYノード識別として含むXノード信号を送信部15にて送信する。
【0097】
ノード1及びノード3は、前記Xノード信号を受信部14にて受信したとき、自己のノード識別がYノード識別として含まれていることから、ノード2との双方向の通信を行うことができることを情報として得ている。
【0098】
また、ノード1及びノード3は、ノード1及びノード3がノード2を介して通信できる可能性があることを情報として得ている。
【0099】
ノード4は、ノード3がYノードであることを情報として得ている。
【0100】
以上で、中継ノードの選出処理(S34)は完了する。
【0101】
しかしながら、前述したS31〜S34の処理では、Yノードは、通信可能であることを確認したXノードの情報を持っているが、Xノードは、Yノードとの通信は受信しか確認していない。つまり、中継ノード相互の接続はこの時点ではまだ確認されていない。
【0102】
このため、実際に中継ネットワークを構築するには、中継ノード選出処理の後に、中継ノード接続処理(S35)が必要である。中継ノード接続処理(S35)は、YノードからXノードに対する通信の確認情報の伝達とYノード及びXノードが隣接ノードを認識できればよい。なお、隣接ノードとは、ある特定の中継ノードが直接通信することができるノードのことである。
【0103】
しかしながら、構築するネットワークのトポロジにより、中継ノードの接続処理が変更することがある。そこで、中継ノード接続処理(S35)の例として、以下に2つの例を用いて説明する。
【0104】
なお、中継ノード接続処理(S35)を行う無線装置10において、記憶部12には隣接ノードを情報として保持する機能を有する。隣接ノード情報とは、中継ノードが直接通信可能な他のノードのノード識別である。
【0105】
最初に、通信を確認した全ての中継ノードを接続するネットワークトポロジを構築することができる中継ノード接続処理の例(例1)を説明する。
【0106】
この例における中継ノード接続処理時のイベント処理の例を表5に示す。
【0107】
【表5】
時刻T4からT6までにYノードはXノード確認信号を送出し、Xノードがこれを受信することでXノードヘの通信の確認と接続処理を同時に実現できる。時刻T6は、例えば、放送もしくは通信により指定してもよく、また中継ノード選出開始時刻T0、T2又はT4から予め設定されている時間だけ経過した時刻としてもよい。
【0108】
Yノードは、自己のYノードをYノードリストに含んでいるXノード信号を送信したXノードがあれば、前記Xノードを隣接ノードとして記録し、全ての隣接ノードのノード識別を接続ノードリストに含むXノード確認信号を送出する。
【0109】
Xノード確認信号の例を表6に示す。
【0110】
【表6】
Xノード確認信号は、Xノード確認信号識別と、Yノード識別と、接続ノードリストとを少なくとも含む。前記Xノード確認識別は、Xノード確認信号を他の信号と識別する記号であり、前記Yノード識別は、Yノードとなった送信ノードを他のノードと識別する記号であり、前記接続ノードリストは、前記Yノードが接続を確認したXノードのXノード識別を含むリストである。
【0111】
前記Xノード確認信号は、T6になる前までの時刻T5に送出すればよいが、例えば、各YノードがYノード選出処理(S32)の際にYノード信号を送信したときの時刻T1を利用して前記Xノード確認信号を送信することで、複数のYノードからのXノード確認信号を受信するXノードが混信する確率を減少させることができる。
【0112】
例えば、T0と各ノードが発信したYノード信号の送信時刻T1の時間間隔をΔTとすると、ΔTだけT4から経過した時刻を時刻T5としてもよく、ΔTに一定値を掛けて一定値を加えた時刻を時刻T5としてもよい。
【0113】
図4の例では、ノード1及びノード3では時刻T5の算出方法としてT1−T0+T4の時刻を用いている。ノード1は、隣接ノードとしてノード2を記録した上で、時刻T5aに接続ノードリストにノード2を含んだXノード確認信号を送信部15にて送信する。ノード2は、前記信号を受信部14にて受信しノード1を隣接ノードに加える。ノード3は隣接ノードとしてノード2を記録した上で、時刻T5bに接続ノードリストにノード2を含んだXノード確認信号を送信部15にて送信する。ノード2は、前記信号を受信部14にて受信しノード3を隣接ノードに加える。この結果ノード2はノード1とノード3との接続を確認する。
【0114】
Xノードは時刻T6までの間に受信したXノード確認信号に、自己のXノード識別が含まれているYノードを隣接ノードとして記録する。この中継ノード接続処理(S35)により、時刻T6までの間に、全てのXノード及びYノードは、相互の通信が確認された隣接ノードの情報を記録部12に記録することができ、無線中継ネットワークが構築される。
【0115】
次に、特別なノードを根とした木構造となるようにXノード及びYノードを接続するトポロジを構成する中継ノード接続処理(S35)の例(例2)を説明する。
【0116】
この場合、各ノードは、上位ノードのノード識別を記憶する機能を有する必要がある。時刻T4の時点で、根となるべき特別なノードは、それまでに受信部14にて受信しているXノードもしくはYノードに対して、木構造作成信号を送信部15にて送信し、木構造のネットワークの作成を開始する。他のノードは時刻T4の時点までには上位ノードのノード識別を初期化する。
【0117】
前記木構造作成信号は、送出ノード識別と、子ノードリストとを少なくとも含む。ここで、前記送出ノード識別とは、木構造作成信号を送出したノードのノード識別である。
【0118】
記憶している上位ノードのノード識別が初期化状態のままであるYノードが、木構造作成信号を受信部14にて受信すると、自己ノードのノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに含まれている場合において、自己ノードは、送出ノード識別に記載されているノードを上位ノードとする子ノードとして設定する。
【0119】
次に、前記送出ノードを上位ノードとして記憶し、これまでに受信部14にて受信したXノード信号より作成したXノードリストから、上位ノードのノード識別を除去したものを子ノードリストとし、自己ノードを送信ノード識別として、前記子ノードリストを含む新たな木構造作成信号を送信部15から送信する。
【0120】
なお、Xノードリスト中のノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに記載されている場合には、前記ノード識別を自己ノードの子ノードリストや自己ノードの送信する木構造作成信号の子ノードリストから除外してもよい。
【0121】
次に、記憶部12が記憶している上位ノードのノード識別が初期化状態のままであるXノードが、木構造作成信号を受信部14にて受信すると、自己ノードのノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに含まれている場合において、自己ノードは送出ノード識別に記載されているノードを上位ノードとする子ノードとして設定する。次に、前記送出ノードを上位ノードのノード識別として記憶し、これまでに受信したYノード信号より作成したYノードリストから上位ノードのノード識別を除去したものを子ノードリストとし、自己ノードを送信ノード識別として、前記子ノードリストを含む新たな木構造作成信号を送信部15から送出する。
【0122】
なお、前述したXノードが、他のXノードから送信されたXノード信号を保持している場合には、子ノードリストに、Yノードリストのノードに加えて、受信しているXノード信号の送信ノード識別を加えてもよく、更に、受信した木構造作成信号の子ノードリストの中に、保持しているXノード信号の送信ノード識別が記載されている場合には、前記ノード識別を自己ノードの子ノードリストや自己ノードの送信する木構造作成信号の子ノードリストから除外してもよい。
【0123】
この木構造作成信号がYノードとXノードとの間を交互に伝播されることにより、XノードとYノードが接続される。なお、Xノードが、他のXノードが送信するXノード信号を保持している場合には、木構造作成信号がXノードから他のXノードヘと伝播される場合がある。
【0124】
例2における中継ノード選出処理(S35)では、Xノード及びYノードの選出終了の時点では、XノードからYノードヘの通信の確認、及び末端ノードから中継ノードヘの通信の確認は行っていない。このため、中継ノード接続処理を行っても他と接続できないYノードや中継ノードに接続できない末端ノードが発生することがある。こうした中継ノードヘの非接続ノードは、通信が必要となった時点で、自己ノードから通信できる近傍の末端ノードに中継ノードになることを依頼する必要がある。こうした近傍ノードヘの中継依頼処理を導入することで、接続の確実性を高めることができる。
【0125】
なお、アドホックネットワークでは、通信に利用していた中継ノードが移動したり消滅したりする可能性が高いため、前記中継依頼処理は、中継ノード選出処理に特有のものではなく、必須の機能として備わっているものである。
【0126】
前述した例2においても、例1と同様に中継ノードの接続を確認することができる。
【0127】
本発明を利用することにより、様々なネットワーク形態(トポロジ)に対応した信号の送受信を行うことで、容易に無線中継ネットワークを構築することができる。
【0128】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、例えば、アドホックマルチホップネットワーク等の無線中継システムにおける中継ノードを選出する過程において、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に依存せず一定にすることができる無線中継装置選出方法、無線装置及びそれを用いたネットワークシステムを提供することができる。
【0129】
中継ノード選出を行うノードの数が非常に多くなっても、必ず一定の時間内に中継ノードの選出が完了するため、収容するノード数の多い大規模な無線システムを構築する場合において、構築までの時間を容易に把握できるため、システム開発又はシステム運用で効率的な作業を行うことが可能となる。
【0130】
また、本発明の中継ノード選出方法を用いると、中継ノードに該当しないノードは選出過程において、選出のための信号を送信する必要がないため、ノードの消費電力を少なくすることができる。
【0131】
しかも、選出が完了した時点で、夫々のノードは、自分が受信できる範囲内で、どのノードが中継ノードに選出されているかの情報を保持しているため、選出過程終了後、改めて各ノードに対して中継ノードを知らせる通信を省略できるため電波の効率的な利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における無線装置の構成例の図である。
【図2】各ノードの通信範囲と配置例の図である。
【図3】本発明における中継ノードの選出を接続の確認まで行うフローチャートの一例である。
【図4】無線装置の中継ノード選出処理時の通信状態の一例の図である。
【符号の説明】
10 無線装置
11 時刻計測部
12 記憶部
13 無線通信部
14 受信部
15 送信部
Claims (6)
- 互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第1の中継ノード、複数の前記第1の中継ノードと直接通信でき前記第1の中継ノード間を中継可能な第2の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能する複数の無線装置によって構成される無線システムを複数設けた無線中継システムにおいて、
各無線装置は、
時間を計測する時刻計測部と、
前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第1の中継ノード、前記第2の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、
前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第1の中継ノードとして機能させるか、前記第2の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、
全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、
その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、
更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第1のノードではなく、且つ前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして、前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする無線中継システム。 - 互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第1の中継ノード、複数の前記第1の中継ノードと直接通信でき前記第1の中継ノード間を中継可能な第2の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能し、複数設けることで無線中継システムを構成する無線装置において、
時間を計測する時刻計測部と、
前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第1の中継ノード、前記第2の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、
前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第1の中継ノードとして機能させるか、前記第2の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、
全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、
その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、
更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第1のノードではなく、且つ前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして、前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする無線装置。 - 前記送信部が前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第1の中継ノードとして記憶し、前記送信部が前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第2の中継ノードとして記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項2記載の無線装置。
- 前記記憶部は、
前記受信部が前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、自己の無線装置を末端ノードとして記憶することを特徴とする請求項3に記載の無線装置。 - 前記記憶部は、
前記受信部が複数の前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号を送出した中継ノード間を中継する前記第2の中継ノードとして記憶することを特徴とする請求項3又は4に記載の無線装置。 - 前記第1の中継ノードであることを示すノード判定信号及び前記第2の中継ノードであることを示すノード判定信号は、個々の無線装置を識別するための識別情報を有することを特徴とする請求項2乃至5何れか一項記載の無線装置。
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