JP4569544B2 - 無線マルチホップネットワークの経路制御システム - Google Patents

Description

本発明は、無線マルチホップネットワーク上の経路制御を行うルーティング方式に関し、特に、その経路制御を行なうシステムに関する。

無線通信可能範囲内に存在する通信端末（以下、通信ノード）同士が無線により直接通信する無線ネットワークが普及されている。近年では、送信元の通信ノードが、相手先の通信ノードの無線通信可能範囲内に存在しない場合、送信元の通信ノードの無線通信可能範囲内にも相手先の通信ノードの無線通信可能範囲内にも存在する通信ノードを中継通信ノード群とすることで、相手先の通信ノードと通信することができる無線マルチホップネットワークが開発されている。ここで、中継通信ノード群のうちの、送信元の通信ノードの無線通信可能範囲内に存在する通信ノードや、相手先の通信ノードの無線通信可能範囲内に存在する通信ノードを隣接通信ノードとする。
無線マルチホップネットワークでは、それぞれ複数の無線通信可能範囲を有する複数の通信ノードが利用される。複数の通信ノードの各々は、上記の隣接通信ノードとして自分宛でないパケットを転送するためのルータ機能を具備している。このルータ機能により、複数の通信ノードのうちの送信元の通信ノードは、複数の通信ノードのうちの、送信元の通信ノードと直接通信できない相手先の通信ノードに対して、隣接通信ノードを介してパケットを届けることができる。

上記のルータ機能により、複数の通信ノードの各々が無線マルチホップネットワーク上でパケット転送経路を自律分散的に制御する通信規約をルーティングプロトコルという。ルーティングプロトコルとしては、通信ノードが通信開始時に経路を探索するリアクティブ型プロトコルや、通信ノードが定期的に他の通信ノードとメッセージを交換して常時最新経路を維持するプロアクティブ型プロトコル等が提案されている。
リアクティブ型ルーティングプロトコルについては、非特許文献１及び非特許文献２などで開示されている。
プロアクティブ型ルーティングプロトコルについては、非特許文献３及び非特許文献４などで開示されている。
以下、後者のプロアクティブ型ルーティングプロトコルを用いた無線マルチホップネットワークの経路制御システムについて説明する。

プロアクティブ型ルーティングプロトコル（以下、単にプロトコルとも呼ぶ）では、ある無線通信可能範囲内に存在する通信ノードは、定期的に隣接発見メッセージ（以下、Ｈｅｌｌｏメッセージ）を送受信することにより、上記の無線通信可能範囲内に存在する通信ノード（以下、隣接通信ノード）を把握する。ある通信ノードは、自身の通信ノードと隣接通信ノードとの間のリンクを表すリンク情報を含むトポロジーメッセージ（ＴＣメッセージ）を定期的にネットワーク全体へ広告することにより、どの通信ノード同士が通信可能であるかを表すネットワークトポロジー（トポロジー情報）を把握する。ある通信ノードは、そのトポロジー情報により、自身の通信ノードから転送通信ノードまでの最短経路を計算する。
これにより、プロアクティブ型ルーティングプロトコル（以下、単にプロトコルとも呼ぶ）を用いた第１従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムが実現されている。

第１従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムとして、非特許文献３で開示されている代表的なプロアクティブ型ルーティングプロトコルＯＬＳＲについて説明する。
ＯＬＳＲでは、ある無線通信可能範囲内に存在する通信ノードは、起動後にあらかじめ設定された固定の送信間隔でＨｅｌｌｏメッセージを送信する。Ｈｅｌｌｏメッセージは、上記の無線通信可能範囲外に転送されず、上記の無線通信可能範囲内に存在する隣接通信ノードのみに受信される。
複数の通信ノードの各々は、隣接ノードテーブルと、トポロジーテーブルとを更に具備している。また、複数の通信ノードには、それぞれ複数のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスが割り当てられている。ある通信ノードは、隣接通信ノードのＩＰアドレスを含むＨｅｌｌｏメッセージを送信する。
ある通信ノードは、隣接通信ノードからＨｅｌｌｏメッセージを受信した場合、そのＨｅｌｌｏメッセージに含まれる隣接通信ノードのＩＰアドレスと、そのＨｅｌｌｏメッセージに関連する関連情報とを自身の隣接ノードテーブルに記録する。
Ｈｅｌｌｏメッセージは有効時間を含み、ある通信ノードは、この有効時間内に隣接通信ノードからＨｅｌｌｏメッセージを受信しない場合、隣接通信ノードとのリンクの切断を認識し、隣接通信ノードのＩＰアドレスとその関連情報とを自身の隣接ノードテーブルから削除する。
ある通信ノードは、次回Ｈｅｌｌｏメッセージを送信する場合は、隣接ノードテーブルに記録されている全ての通信ノードのＩＰアドレスを表すリストを生成し、そのリストとある通信ノードのＩＰアドレスとを含むＨｅｌｌｏメッセージを送信する。隣接通信ノードは、そのＨｅｌｌｏメッセージを受信した場合、Ｈｅｌｌｏメッセージに含まれるリストにより、ＭＰＲの選択を行い、ＴＣメッセージの送信を行う。

ここで、ＭＰＲとは、ある通信ノードが送信したＨｅｌｌｏメッセージを、ネットワーク内の全通信ノードが受信できるように転送するための転送通信ノードの集合である。ある通信ノードから見た場合、ＭＰＲの選択は自分の２ホップ先に存在する通信ノード全てをカバーするような最小の隣接通信ノードの組を計算することで行われる。ある通信ノードは、自分が選択したＭＰＲをＨｅｌｌｏメッセージによって、隣接通信ノードに通知する。これにより、隣接通信ノードは、ある通信ノードからＴＣメッセージなどのネットワーク内の全通信ノードに通知が必要な制御メッセージを受信した場合、自分がそのメッセージを転送する必要があるかどうかを知ることができる。

ＴＣメッセージは、どの通信ノード同士が通信可能であるかを表す上述のトポロジー情報である。このＴＣメッセージ（トポロジー情報）は、ある通信ノードと隣接通信ノードとの間のリンクを表すリンク情報（通常は、選択したＭＰＲにおける通信ノードとの間のリンク）を含み、そのリンク情報をネットワーク内の全通信ノードに通知するためのメッセージである。ＴＣメッセージはあらかじめ設定された固定の送信間隔で作成され、前述のＭＰＲによって転送され、ネットワーク内の複数の通信ノードに通知される。複数の通信ノードの各々は、他の通信ノードから受信したＴＣメッセージのリンク情報を自身のトポロジーテーブルに保存する。複数の通信ノードの各々は、トポロジーテーブルに記録されたリンク情報によりネットワークトポロジーグラフを作成し、自身の通信ノードから、自身の通信ノード以外の通信ノードまでの最短経路を計算する。その計算結果にしたがって通信転送経路を設定する。

上記の動作により、プロアクティブ型ルーティングプロトコルＯＬＳＲを用いた第１従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムが可能となる。

しかしながら、第１従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムでは、頻繁なメッセージの送信が必要であるため、帯域の少ない無線ネットワークにおいてはメッセージ負荷が高すぎて利用できないという欠点がある。
また、Ｈｅｌｌｏメッセージ等の送信頻度が固定的に設定されるが、移動速度が異なる通信ノードで構成されたネットワークでは、最も速い通信ノードに合わせて送信頻度を設定する必要があり無駄な帯域を消費することになる。

これらの問題を解決するため、第２従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムとして、ノードの多様な移動に適応したＯＬＳＲプロトコル拡張方式が、非特許文献５および特許文献１に開示されている。
第２従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムでは、ある通信ノードは、移動時に、自身の通信ノードとその隣接通信ノードとの間の通信接続を確認するためのＨｅｌｌｏメッセージを通常よりも短い周期で送信する。この場合、移動する通信ノードである移動通信ノードとその隣接通信ノードは、移動による接続状況（ネットワークトポロジー）の変化（接続、切断）をすばやく検知して経路を更新する。これにより、トポロジー変化時のパケットロスを軽減する。

特開２００５−１６８０２０号公報 Ｃ．Ｐｅｒｋｉｎｓ， Ｅ．Ｂｅｌｄｉｎｇ−Ｒｏｙｅｒ， ａｎｄ Ｓ．Ｄａｓ． Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ （ＡＯＤＶ） Ｒｏｕｔｉｎｇ ＩＥＴＦ ＲＦＣ３５６１． Ｊｕｌｙ ２００３ Ｄａｖｉｄ Ｂ．Ｊｈｏｎｓｏｎ， Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｍａｌｔｚ， ａｎｄ Ｙｉｈ−Ｃｈｕｎ Ｈｕ． Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ （ＤＳＲ）． ＩＥＴＦ ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍａｎｅｔ−ｄｓｒ−０９ ｔｘｔ．Ａｐｒｉｌ ２００３． Ｔ．Ｃｌａｕｓｅ， 他１名， "Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ （ＯＬＳＲ）"， ＩＥＴＦ３６２６， ２００３年１０月 Ｒ．Ｏｇｉｅｒ， 他２名， "Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｅｖｅｒｓｅ−Ｐａｔｈ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ （ＴＢＲＰＦ）"， ＩＥＴＦ ＲＦＣ３６８４， ２００４年２月 Ｍ． Ｂｅｎｚａｉｄ， Ｐ． Ｍｉｎｅｔ， ａｎｄ Ｋ． Ａｇｈａ． 「Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ｆａｓｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ＯＬＳＲ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ」（ＩＥＥＥ ＭＷＣＮ’０２： Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ， Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ，Ｓｗｅｄｅｎ， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００２）

しかしながら、第２従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムでは、移動通信ノードとその隣接通信ノード間において短周期でＨｅｌｌｏメッセージを送信しあうため、制御メッセージ（Ｈｅｌｌｏメッセージ、ＴＣメッセージなど）が大量に発生し、データパケットの送受信に悪影響を与えてしまう可能性がある。
この場合、次のケースが考えられる。

第一のケースとして、移動通信ノードとその隣接ノード間で短周期に双方向のＨｅｌｌｏメッセージ交換を行うときである。この場合、特に移動通信ノードの周囲に隣接通信ノードが多数存在する状況下では非常に多量のＨｅｌｌｏメッセージを発生させる。この多量のＨｅｌｌｏメッセージは、データパケットの送受信に悪影響を与える可能性がある。最悪の場合、Ｈｅｌｌｏメッセージにより通信帯域を全て使い切ってしまい、データ通信が一切できなくなってしまう可能性がある。
また、第二のケースとして、通信ノードを携帯したユーザが乗り物｛例示；自動車（バス）、飛行機、列車、…｝などに乗って一斉に移動するときである。この場合、その乗り物により移動している全ての通信ノード（移動通信ノード）がＨｅｌｌｏメッセージを短周期で送信し始めるため、第一のケースと同様に非常に多量のＨｅｌｌｏメッセージが発生する。
また、第三のケースとして、移動通信ノードが通信隣接ノードとの接続関係（リンク状態）が変化しない範囲内で連続的に移動するときである（例えば、往復運動や円運動）。この場合、不必要なＨｅｌｌｏメッセージが送信され、帯域を浪費してしまう。

本発明の課題は、制御メッセージ（Ｈｅｌｌｏメッセージ、ＴＣメッセージなど）により通信帯域を全て使い切ることなく、相手先の通信ノードとのデータ通信を行なうことができる無線マルチホップネットワークの経路制御システムを提供することにある。

上記課題を達成するため、図１に示すとおり、本発明に係る無線マルチホップネットワークの経路制御通信方法を備える通信ノードは、
ＧＰＳなどによりノードの現在位置を取得する位置情報取得機能３０と、
Ｈｅｌｌｏメッセージなどの経路制御メッセージの作成、解析および送受信とそれらの経路制御情報から各ノードへの最短経路を計算する経路制御機能３１と、
経路制御機能３１が処理した経路制御情報を格納する経路制御情報テーブル３２と、
経路制御情報から隣接ノードと自ノードの相対速度を計算する相対速度計算機能３３と、
アプリケーションのデータや経路制御メッセージをＩＰパケットとして送受信するＩＰ通信機能３４と、
自分宛でないＩＰパケットの転送先を管理するＩＰ経路テーブル３５と、
ノード上で動作するアプリケーション３６と、
移動通知メッセージの送信抑制を判断する移動通知抑制判断機能３７と
を有することを特徴とする。

本発明によれば、無線マルチホップネットワークにおいて、移動ノードからの片方向の移動通知メッセージとトポロジー更新メッセージによって隣接関係の変化を検知し、隣接ノードからのメッセージ受信強度と移動距離に応じて移動通知メッセージの送信を抑制し、さらにＧＷノード（後述）との相対速度に応じて通常の経路制御方式と階層化経路制御方式を自律的に切り替えて移動通知メッセージの送信を抑制することにより、ノード移動時の経路制御負荷を最小化することにより、帯域を有効利用することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明の無線マルチホップネットワークの経路制御方式として、前述のプロアクティブ型ルーティングプロトコルＯＬＳＲを用いた無線マルチホップネットワークの経路制御方式について詳細に説明する。本実施例では、非特許文献３のＯＬＳＲ方式をベースとして機能を追加することにより、本発明を実現する。

図１は、本発明の無線マルチホップネットワークの経路制御方式の構成を示している。この経路制御方式は、ｎ個の通信ノード１０−１〜１０−ｎ（ｎは１以上の整数）を具備している。
ｎ個の通信ノード１０−１〜１０−ｎには、それぞれ、ひとつ以上のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスが割り当てられている。ＩＰアドレスは重複しないため、複数のＩＰアドレスのうちいずれかをノードＩＤとして利用することも可能である。ノードＩＤは、通信ノード毎にひとつ割り当てられる。

ｎ個の通信ノード１０−１〜１０−ｎの各々は、ＧＰＳのような位置情報取得部３０と、ＨｅｌｌｏメッセージやＴＣメッセージなどの経路制御情報の処理を行う経路制御部３１と、経路制御部３１が処理した経路制御情報を格納する経路制御情報テーブル３２と、自分の移動速度と他ノードの移動速度を比較する相対速度計算部３３とを具備している。経路制御部３１は、経路制御メッセージ４４を他のノードと送受信することで経路制御を行う。経路制御メッセージには、Ｈｅｌｌｏメッセージ、ＴＣメッセージ等ＯＬＳＲと同じメッセージの他に、本発明特有の移動通知メッセージ、移動通知応答メッセージ、トポロジー更新メッセージ（後述）が含まれる。

ｎ個の通信ノード１０−１〜１０−ｎの各々は、更に、ＩＰ通信部３４と、ＩＰ経路テーブル３５と、アプリケーション３６と、移動通知抑制判断部３７とを具備している。ノード上では任意のアプリケーション３６が動作しており、他ノードのアプリケーションとデータの受信を行っている。ＩＰ通信部３４は、アプリケーションのデータや経路制御メッセージをＩＰパケットとして通信する機能である。ＩＰ通信機能は、自分宛でないＩＰパケットについては、ＩＰ経路テーブル３５を参照し、転送先ノード（Ｎｅｘｔ Ｈｏｐ）を決定して、パケットを転送する。経路制御部３１は、計算した最短経路をＩＰ経路テーブル３５に格納する。ＩＰ経路テーブル３５は、一般的なルータと同等の情報、すなわち、ＩＰ宛先（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）、ＩＰ転送先（Ｎｅｘｔ Ｈｏｐ）、送信インターフェイス等を管理している。

図２は、通信ノード１０が通信ノード１１、１２、１３、１４に近づきながら通信ノード１５に移動してゆく場合（単一移動の場合）の動作を説明する図である。
ここで、通信ノード１０〜１５は、例えば通信ノード１０−１〜１０−６に対応するものとする。また、通信ノード１０〜１５は、それぞれ無線通信可能範囲２０〜２５を有している。
例えば、送信元の通信ノード１０が、無線通信可能範囲２５内に存在する相手先の通信ノード１５に通信する。このときに、無線通信可能範囲２０、２２内に存在する通信ノード１１と、無線通信可能範囲２１、２３内に存在する通信ノード１２と、無線通信可能範囲２２、２４内に存在する通信ノード１３と、無線通信可能範囲２３、２５内に存在する通信ノード１４とを中継通信ノード群とすることで、通信ノード１０は、通信ノード１５と通信することができる。

図３は、本発明の無線マルチホップネットワークの経路制御方式の動作を示すシーケンスである。
ここで、複数の通信ノード１０〜１５には、それぞれ、“１０”〜“１５”がＩＰアドレス及びノードＩＤとして割り当てられている。また、通信ノード１０（移動通信ノード）は既に通信ノード１１（隣接通信ノード）と双方向リンクを確立しており、移動通信ノード１０が移動したことにより、移動通信ノード１０と通信ノード１２（隣接通信ノード）と双方向リンクを確立する場合について説明する。

通信ノード１０の経路制御部３１は、その位置情報計測部３０から定期的に出力される位置情報４３を取得したとき、位置情報計測部３０からの位置情報４３により自身の通信ノード１０の移動速度を算出する。その移動速度が設定速度を超えた場合、通信ノード１０の経路制御部３１は、自身の通信ノード１０が移動していることを認識し、移動通知メッセージの送信を開始する（ステップＳ１）。
移動通知メッセージは、通信ノード１０の移動中のみ送信される。ＨｅｌｌｏメッセージやＴＣメッセージといったＯＬＳＲ本来のメッセージは、通常のＯＬＳＲと同様定期的に送信される。

図４は、移動通知メッセージの構成を示す図である。移動通知メッセージは、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅフィールド、Ｖａｌｉｄ Ｔｉｍｅ（有効時間）フィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｉｚｅフィールド、Ｏｒｉｇｉｎａｔｏｒ ａｄｄｒｅｓｓフィールド、ＴＴＬフィールド、Ｈｏｐ Ｃｏｕｎｔフィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒフィールド、Ｇビットフィールド、Ｅビットフィールド、Ａｌｔｉｔｉｄｅフィールド、Ｌａｔｉｔｕｄｅフィールド、Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅフィールド、Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｎｏｄｅ ＩＤフィールドを含んでいる。
Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅ〜Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒまでのフィールドは、ＯＬＳＲで用いられるメッセージと同じである。
移動通信ノード１０が停止した場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１によって、Ｅビットには、移動の停止を隣接通信ノードに通知するときに１がセットされる。自分がゲートウェイ（ＧＷ）ノード（後述）として設定されている場合、上記の経路制御部３１によって、Ｇビットには１がセットされる。上記の経路制御部３１によって、自身の位置情報４３として、Ａｌｔｉｔｕｄｅフィールドには現在位置の高度が設定され、Ｌａｔｉｔｕｄｅフィールドには現在位置の緯度が設定され、Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅフィールドには現在位置の経度が設定される。上記の経路制御部３１によって、Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｎｏｄｅ ＩＤフィールドには、後述する移動通知応答メッセージを受信した隣接通信ノードのノードＩＤが設定される。例えば、隣接通信ノード１２から移動通知応答メッセージを受信した場合、隣接通信ノード１２のノードＩＤ“１２”が設定される。

上記のステップＳ１において、移動通信ノード１０が移動した場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、自身のノードＩＤ“１０”と隣接通信ノード１１のノードＩＤ“１１”と自身の位置情報４３とを含む移動通知メッセージを、そのＩＰ通信部３４により送信する。移動通知メッセージは、Ｈｅｌｌｏメッセージと同様に、無線通信可能範囲に存在する隣接通信ノードのみに受信され、無線通信可能範囲外に転送されない。移動通知メッセージは、Ｈｅｌｌｏメッセージよりも短い周期で送信される。

隣接通信ノード１２は、移動通信ノード１０の無線通信可能範囲２０内に存在するため、その経路制御部３１は、移動通信ノード１０からの移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信する。この場合、隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、自身の経路制御情報テーブル３２に格納された隣接ノード情報４１を参照する。隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、隣接通信ノード１２と移動通信ノード１０との双方向（ＳＹＭ）リンクが確立していない場合、移動通信ノード１０からの移動通知メッセージに対して移動通知応答メッセージを、そのＩＰ通信部３４により送信する（ステップＳ２）。
双方向リンクの確立とは、２つの通信ノードが互いのメッセージを送受信できることを確認した状態であることを言う。

図５は、移動通知応答メッセージの構成を示す図である。移動通知応答メッセージは、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅフィールド、Ｖａｌｉｄ Ｔｉｍｅ（有効時間）フィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｉｚｅフィールド、Ｏｒｉｇｉｎａｔｏｒ ａｄｄｒｅｓｓフィールド、ＴＴＬフィールド、Ｈｏｐ Ｃｏｕｎｔフィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒフィールド、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｍｏｖｉｎｇ ｎｏｄｅ ＩＤフィールドを含んでいる。
Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅ〜Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒまでのフィールドは、ＯＬＳＲで用いられるメッセージと同じである。
隣接通信ノード１２と移動通信ノード１０との双方向リンクが確立していない場合、隣接通信ノード１２の経路制御部３１によって、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｍｏｖｉｎｇ ｎｏｄｅ ＩＤフィールドには、移動通知メッセージに含まれる移動通信ノード１０のノードＩＤ“１０”が設定される。

上記のステップＳ２において、移動通信ノード１０が隣接通信ノード１２の無線通信可能範囲２０に移動して移動通知メッセージを送信した場合、隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ ＩＤフィールドに移動通信ノード１０のノードＩＤ“１０”を含む移動通知応答メッセージをそのＩＰ通信部３４により送信する。

隣接通信ノード１１は、すでに移動通信ノード１０と双方向リンクを確立している。このため、隣接通信ノード１１の経路制御部３１は、移動通知メッセージの有効時間（Ｖａｌｉｄ Ｔｉｍｅ）に応じて、該リンクの有効時間を設定し、移動通知応答メッセージを送信しない。移動通知メッセージの有効時間は、Ｈｅｌｌｏメッセージの有効時間よりも短く設定される。そのため、移動通信ノード１０が隣接通信ノード１１の無線通信可能範囲２１を超えて移動し、隣接通信ノード１１が移動通信ノード１０からの移動通知メッセージを受信できなくなった場合、隣接通信ノード１１の経路制御部３１は、通常（Ｈｅｌｌｏメッセージの有効時間から計算したリンク有効時間）よりも短い時間で、リンクの切断を検出することができる。

上記のステップＳ２において、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、隣接通信ノード１２からの移動通知応答メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信すると、移動通知応答メッセージに自分のノードＩＤ“１０”が含まれているかどうかを確認する。含まれている場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、移動通知応答メッセージを送信した隣接通信ノード１２と双方向リンクが確立したと認識し、その移動通知応答メッセージに含まれる隣接通信ノードのノードＩＤ（ＩＰアドレス）を含む隣接ノード情報４１と、移動通信ノード１０と隣接通信ノード１２との間のリンクを表すリンク情報４２とを上記の経路制御情報として、自身の経路制御情報テーブル３２に格納する。

その後、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、自身の経路制御情報テーブル３２に記録されている全ての通信ノードのノードＩＤ（ＩＰアドレス）を表すリストを生成し、ＩＰ経路情報４５として、自身のＩＰ経路テーブル３５に格納する。移動通信ノード１０の経路制御部３１は、自身のＩＰ経路テーブル３５に格納されたＩＰ経路情報４５（リスト）により、通常のＯＬＳＲと同様にＭＰＲの再計算を行い、そのＩＰ経路情報４５（リスト）と自身の通信ノードのノードＩＤ（ＩＰアドレス）とを含むＨｅｌｌｏメッセージを生成し、ＩＰパケット４８として隣接通信ノード１１、１２に送信する（ステップＳ３）。
このＨｅｌｌｏメッセージは、ノード１０のＭＰＲや隣接ノードをノード１２へ通知することにより、ＭＰＲ関係（ＯＬＳＲメッセージを転送するための関係）を正常に保つ役目を持つ。

移動通信ノード１０の経路制御部３１は、移動している間、次の移動通知メッセージとして、自身の位置情報４３と、Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｎｏｄｅ ＩＤフィールドに移動通知応答メッセージを受信した通信ノード１２のノードＩＤ“１２”を含む移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により送信する（ステップＳ４）。通信ノード１２のノードＩＤは、一定回数だけ移動通知メッセージによって送信される。

隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、移動通信ノード１０からのＨｅｌｌｏメッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合、Ｈｅｌｌｏメッセージに含まれる通信ノード１０の隣接経路ノード情報４１（リスト）により、ＭＰＲの再計算を行う。隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、移動通信ノード１０からのＨｅｌｌｏメッセージに対するＨｅｌｌｏメッセージを生成し、そのＩＰ通信部３４によりＩＰパケット４８として移動通信ノード１０に送信する（ステップＳ５）。

移動通信ノード１０の経路制御部３１は、ステップＳ３にてＨｅｌｌｏメッセージ送信後、一定時間（ステップＳ４、Ｓ５）を置いて隣接通信ノード１２と双方向（ＳＹＭ）となったことをトポロジー更新メッセージにより通知する。この場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、自身の経路制御情報テーブル３２に格納されたリンク情報４２のうち、状態に変化のあった通信ノード１２とのリンク情報のみをトポロジー更新メッセージのＵｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ ｄａｔａフィールドに格納し、そのＩＰ通信部３４により送信する（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、隣接通信ノード１１、１２の経路制御部３１は、移動通信ノード１０からトポロジー更新メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合、そのトポロジー更新メッセージに含まれるリンク情報４２を上記の経路制御情報として、自身の経路制御情報テーブル３２に格納する。

図６は、トポロジー更新メッセージの構成を示す図である。トポロジー更新メッセージは、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅフィールド、Ｖａｌｉｄ Ｔｉｍｅ（有効時間）フィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｉｚｅフィールド、Ｏｒｉｇｉｎａｔｏｒ ａｄｄｒｅｓｓフィールド、ＴＴＬフィールド、Ｈｏｐ Ｃｏｕｎｔフィールド、Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｕｍｂｅｒフィールド、ＡＮＳＮフィールド、Ｕｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ ｄａｔａフィールドを含んでいる。Ｕｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ ｄａｔａフィールドは、Ｑｕａｌｉｔｙフィールド、Ｓｔａｔｕｓフィールド、Ｍビットフィールド、Ｎｏｄｅ ＩＤフィールドを含んでいる。
トポロジー更新メッセージは、ＴＣメッセージと同様ＭＰＲによって転送され、ネットワーク内の全通信ノードに受信される。
Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｙｐｅ〜ＡＮＳＮまでのフィールドは、ＯＬＳＲで用いられるメッセージと同じである。
隣接通信ノード１２と移動通信ノード１０との双方向リンクが確立した場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１によって、Ｕｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａフィールドには、移動通信ノード１０の経路制御情報テーブル３２に格納されたリンク情報４２のうち状態に変化のあったリンクに対して、相手のノードＩＤ、そのリンクの品質情報、ステータス等、移動ノードかどうかを示すフラグが設定される。
本例の場合、Ｕｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ ＤａｔａフィールドのＮｏｄｅ ＩＤフィールドには、隣接通信ノード１２のノードＩＤ“１２”が設定され、Ｑｕａｌｉｔｙフィールドには、隣接通信ノード１２から受信したメッセージの受信品質が設定され、Ｓｔａｔｕｓフィールドには、ＳＹＭ（双方向）が設定され、Ｍビットフィールドには０（移動通信ノードではない）が設定される。このトポロジー更新メッセージを受信した、ネットワーク内の他の全通信ノードは、通信ノード１０と通信ノード１２の間に双方向リンクが確立されたことを知り、経路の再計算を行い、経路を更新する。

隣接通信ノード１１の経路制御部３１は、Ｈｅｌｌｏメッセージ等により通信ノード１０の移動前から移動通信ノード１０と双方向リンクが確立したと認識している。また、隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、ステップＳ４にて自身のノードＩＤ“１２”を含む移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信したときに、移動通信ノード１０と双方向リンクが確立したと認識している。この場合、隣接通信ノード１１、１２の経路制御部３１は、ステップＳ４にて移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合、移動通知応答メッセージを送信しない。
移動通信ノード１０がさらに移動し、移動通信ノード１０の無線通信可能範囲２０から隣接通信ノード１１が外れたものとする。この場合、隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、移動通信ノード１０からの移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信できるが、隣接通信ノード１１（単に通信ノード１１となる）の経路制御部３１は、移動通信ノード１０からの移動通知メッセージを受信できなくなる（ステップＳ７、Ｓ８）。

そこで、通信ノード１１の経路制御部３１は、移動通信ノード１０から移動通知メッセージをその有効時間内に受信しない場合、タイムアウトにより移動通信ノード１０とのリンクの切断を検知する。この場合、通信ノード１１の経路制御部３１は、移動通信ノード１０とその通信ノード１１との間のリンクの状態を切断（ＬＯＳＴ）として経路制御情報テーブル３２に格納する。通信ノード１１の経路制御部３１は、自身の経路制御情報テーブル３２に格納されたリンク切断情報を含むトポロジー更新メッセージをそのＩＰ通信部３４により送信する（ステップＳ９）。
ステップＳ９において、トポロジー更新メッセージには、次のＵｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａフィールドが含まれる。
このＵｐｄａｔｅ Ｌｉｎｋ ＤａｔａフィールドのＮｏｄｅ ＩＤフィールドには、Ｎｏｄｅ１０のノードＩＤ“１０”が設定され、Ｑｕａｌｉｔｙフィールドには、ＬＯＳＴが設定され、Ｓｔａｔｕｓフィールドには、ＬＯＳＴが設定され、Ｍビットフィールドには、１（移動ノード）が設定される。

通信ノード１０は移動通信ノード１１の無線通信可能範囲２１に存在しないため、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、通信ノード１１からのトポロジー更新メッセージを直接は受信できない。一方、隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、移動通信ノード１１の無線通信可能範囲２１に存在するため、通信ノード１１からの移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信できる（ステップＳ１０）。
隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、自身のルータ機能（ＩＰ通信部３４）により、自分宛でないトポロジー更新メッセージを転送する。この場合、隣接通信ノード１２は移動通信ノード１０の無線通信可能範囲２０に存在するため、隣接通信ノード１２が転送したトポロジー更新メッセージは、移動通信ノード１０にも届く（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１において、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、上記トポロジー更新メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信すると、自身と通信ノード１１の間の双方向のリンクが切断されたことを検知し、経路の再計算を行う。例えば、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、通信ノード１１へのパケットについては、直接、通信ノード１１へ送信せずに隣接通信ノード１２へ転送するようＩＰ経路テーブル３５を書き換える。

移動通信ノード１０が移動を停止する。この場合、移動通信ノード１０の経路制御部３１は、停止後の一定期間において、Ｅビットフィールドに１をセットした移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により送信する。この場合、通信ノード１０は、移動通知メッセージの有効時間（Ｖａｌｉｄ Ｔｉｍｅ）を、通常のＨｅｌｌｏの有効時間と同じ値に設定する。
隣接通信ノード１２の経路制御部３１は、この移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信したときに、移動通信ノード１０とのリンク有効時間を移動通知メッセージの有効時間（通常のＨｅｌｌｏメッセージ有効時間と同じ）から算出した時間に切り替える。これにより、移動通信ノード１０とのリンク切断検出を通常に戻す。

図７は、通信ノードの一斉移動の一例を示す図である。具体的には、複数のノードが一斉に移動し、非ＧＷノードが、通常の経路制御から、ＧＷ（ゲートウェイ）ノードを経由する階層的な経路制御に切り替える動作を説明する図である。
ここで、通信ノード５１〜５７は、例えば通信ノード１０−１〜１０−７に対応するものとする。また、通信ノード５１〜５７は、それぞれ第１〜第７無線通信可能範囲を有している。
例えば、通信ノード５１は、乗り物に設けられているものとする。乗り物としては、自動車（バス）、飛行機、列車等が例示される。本実施形態では、バスを例に説明する。この場合、通信ノード５１は、ＧＷノードと称する。そこで、自身がＧＷノード（後述）として設定されている場合、通信ノード５１の経路制御部３１によって、移動通知メッセージのＧビットには１がセットされる。
通信ノード５２〜５５を持つユーザが上記バスに乗り移動するものとする。この場合、通信ノード５２〜５７は、非ＧＷノードと称する。通信ノード５６、５７はバスとは独立に移動（または停止）するものとする。

バスが長時間停止している場合は、通信ノード５１は、移動通知メッセージを送信しない。この場合、通常のＯＬＳＲと同様に各通信ノード５１〜５７は、Ｈｅｌｌｏメッセージによって隣接ノードを発見し、トポロジー情報（ＴＣメッセージ）を配布することにより、最短経路の計算を行う。

バスが移動を開始すると、通信ノード５１の経路制御部３１は、自身がＧＷノードであるため、そのＩＰ通信部３４により、Ｇビットフィールドに１をセットしたゲートウェイ情報を含む移動通知メッセージの送信を開始する。通信ノード５２〜５７の経路制御部３１は、自身が非ＧＷノードであるため、そのＩＰ通信部３４により、移動開始から数秒間（非ＧＷ待機時間として設定された時間）、移動通知メッセージを送信しないで、ＧＷノードからの移動通知メッセージを待つ。
このとき、通信ノード５２〜５５は、通常はＧＷノードとして動作しないが、周りにＧＷノードがいない場合だけＧＷノードとして動作する準ＧＷノードを用意することもできる。準ＧＷノードは、移動開始から数秒間（準ＧＷ待機時間：前述の非ＧＷ待機時間より短い時間）ＧＷノードからの移動通知受信を待ち、その間に受信しなかった場合は、自分がＧＷノードとして動作を開始する。

通信ノード５２〜５７は、通信ノード５１の移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合、通信ノード５１との相対速度の計算をその相対速度計算部３３により開始する。通信ノード５１との相対速度の計算は、通信ノード５１からの移動通知メッセージに含まれる位置情報４３の変化と、通信ノード５２〜５７の位置情報４３の変化を比較することにより行う。
通信ノード５２〜５７の移動通知抑制判断部３７は、通信ノード５１との相対速度から、通信ノード５１に付随して移動しているか、そうでないかを判断する。この場合、通信ノード５２〜５５の移動通知抑制判断部３７は付随して移動していると判断し、通信ノード５６、５７はそうでないと判断する。
例えば、通信ノード５２〜５５は、複数のＧＷノードから移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合は、その経路制御部３１、相対速度計算部３３、移動通知抑制判断部３７によりメッセージの受信電界強度などを判断基準として、最大ｎ個のＧＷノードを選択する。

通信ノード５２〜５５は、その移動通知抑制判断部３７により通信ノード５１に付随して移動していると判断した場合、移動通知メッセージの送信を抑制し、通信ノード５１以外の隣接ノード情報４１を削除したＨｅｌｌｏメッセージをそのＩＰ通信部３４により送信することにより、経路をＧＷノード（通信ノード５１）経由の階層化経路へと切り替える。図８は、切り替え前のトポロジーであり、通信ノード５２〜５５から通信ノード５１〜５７を経由して中継通信ノード群とリンクする第１通信経路を表している。図９は、切り替え後のトポロジーであり、通信ノード５２〜５５から通信ノード５１を経由して通信ノード５６、５７とリンクする第２通信経路を表している。

図１０は、リンク状態が変化しない狭い範囲内での移動の一例を示す図である。具体的には、移動する通信ノードが、隣接通信ノードからの受信状態と移動距離に応じて、移動通知メッセージの送信を抑制する動作を説明する図である。
ここで、通信ノード６１〜６４は、例えば通信ノード１０−１〜１０−４に対応するものとする。また、通信ノード６１〜６４は、それぞれ無線通信可能範囲７１〜７４を有している。
例えば、通信ノード６１〜６４はそれぞれ無線通信可能範囲７１〜７４で無線による直接通信が可能であり、マルチホップネットワークを形成しているものとする。
通信ノード６１が、図１０中の矢印で示すような狭い範囲で移動を行う場合を考える。

各通信ノード６１〜６４の経路制御部３１は、隣接ノードからＨｅｌｌｏメッセージや移動通知メッセージをそのＩＰ通信部３４により受信した場合、そのメッセージの受信品質と、受信した時点での自分の位置（受信位置）を隣接ノード情報４１として経路制御情報テーブル３２に記録する。
通信ノード６１の経路制御部３１は、移動を開始した場合、自分が双方向リンクを確立している全隣接ノードからのメッセージの受信品質と、設定受信品質（移動通知抑制品質閾値）とを比較し、メッセージ受信時の受信位置と現在の位置とを比較する。全隣接通信ノード６２〜６４に対して、受信品質が移動通知抑制品質閾値以上であり、受信位置と現在の位置との距離が移動通知抑制距離閾値以下であった場合、移動通知メッセージの送信を行わない。
通信ノード６１の経路制御部３１は、ひとつでも受信品質が移動通知抑制品質閾値より小さいか、受信位置と現在の位置との距離が移動通知抑制距離閾値よりも長いような隣接通信ノードが存在する場合は、そのＩＰ通信部３４により移動通知メッセージの送信を開始する。

本発明では、上記の送信抑制処理により、通信ノードがリンク状態の変化しない狭い範囲内で移動する場合、移動通知メッセージの送信を抑制し、制御負荷を削減することができる。
これにより、本発明によれば、制御メッセージ（Ｈｅｌｌｏメッセージ、ＴＣメッセージなど）により通信帯域を全て使い切ることなく、相手先の通信ノードとのデータ通信を行なうことができる。

なお、上述の実施形態を第１実施形態とした場合、第２実施形態として、図１１に示すように移動通知メッセージに、ＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ（優先度）フィールドを追加することにより、一斉移動が階層的になる場合にも対応が可能である。
例えば、携帯ノードなどの非ＧＷノードを持つ人が、ＧＷノード（車載用通信ノード）が設けられた車に乗り、更に、その車が、ＧＷノード（フェリー用通信ノード）が設けられたフェリーで移動するような場合を考える。
ここで、ＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙフィールドに設定される優先度をフェリーのＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ ＞ 車のＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙとする。車載用通信ノードは、自分よりも高いＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙを含む移動通知メッセージを受信すると、第１実施形態の非ＧＷノードと同様に移動通知メッセージの送信を抑制し、ＧＷノードへの階層化経路へと切り替える。

本発明の無線マルチホップネットワークの経路制御方式の構成を示している。 通信ノード１０が通信ノード１１、１２、１３、１４に近づきながら通信ノード１５に移動してゆく場合（単一移動の場合）の動作を説明する図である。 本発明の無線マルチホップネットワークの経路制御方式の動作を示すシーケンスである。 移動通知メッセージの構成を示す図である。 移動通知応答メッセージの構成を示す図である。 トポロジー更新メッセージの構成を示す図である。 通信ノードの一斉移動の一例を示す図である。 一斉移動前のネットワークトポロジー（リンク接続状態）を示す図である。 一斉移動中のネットワークトポロジー（リンク接続状態）を示す図である。 リンク状態が変化しない狭い範囲内での移動の一例を示す図である。 ＧＷ Ｐｒｉｏｒｉｔｙフィールドを追加した移動通知メッセージの構成を示す図である。

符号の説明

１０−１〜１０−ｎ 通信端末（通信ノード）
１０〜１５ 通信ノード
２０〜２５ 無線通信可能範囲
３０ 位置情報取得部
３１ 経路制御部
３２ 経路制御情報テーブル
３３ 相対速度計算部
３４ ＩＰ通信部
３５ ＩＰ経路テーブル
３６ アプリケーション
３７ 移動通知抑制判断部
４１ 隣接ノード情報
４２ リンク情報
４３ 位置情報
４４ 経路制御メッセージ
４５ ＩＰ経路情報
４６ データ
４８ ＩＰパケット
４９ 抑制指示
５１〜５７ 通信ノード
６１〜６４ 通信ノード
７１〜７４ 無線通信可能範囲

Claims (6)

1. 複数の通信端末間で無線により制御パケットを交換して前記複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式において、
   前記複数の通信端末のうちの第１の通信端末が、自身の通信端末の現在位置情報を取得するステップと、
   前記第１の通信端末が、自身の通信端末の移動を検知した場合、位置情報を含む移動通知メッセージを送信するステップと、
   前記複数の通信端末のうちの第２の通信端末が、前記第１の通信端末から受信した移動通知メッセージに対して、前記第１の通信端末と双方向通信可能な状態でない場合のみ移動通知応答メッセージを送信するステップと、
   前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末と双方向通信可能または不能になった場合にトポロジー更新メッセージによってネットワーク全体に通知するステップと、
   前記第１の通信端末が、トポロジー更新メッセージによって隣接ノードとの通信状態変化を検知するステップを
   有することを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
2. 前記第１の通信端末が、一定条件に基づいて移動通知メッセージの送信要否を判断するステップと、
   前記第１の通信端末が、前記判断に基づき移動通知メッセージの送信を抑制するステップを、
   有することを特徴とする請求項１記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
3. 前記第１の通信端末が、移動通知メッセージに自身の通信端末がゲートウェイとして動作可能であることを指定するステップと、
   前記第２の通信端末が、移動通知メッセージに基づいてゲートウェイ通信端末と自身の通信端末の相対速度を計算するステップと、
   前記第２の通信端末が、ゲートウェイ通信端末との相対速度に応じて隣接ノードとの接続関係を切り替えるステップと、
   前記第２の通信端末が、ゲートウェイ通信端末経由の経路に切り替えた場合、移動通知メッセージの送信を抑制するステップを
   有することを特徴とする請求項２記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
4. 前記第２の通信端末が、移動通知メッセージに自身の通信端末のゲートウェイ優先度を指定するステップと、
   前記第２の通信端末が、自身の通信端末より高いゲートウェイ優先度を持つ通信端末の移動通知メッセージを受信した場合に、それらの通信端末との相対速度に応じて隣接ノードとの接続関係を切り替えるステップと、
   前記第２の通信端末が、ゲートウェイ通信端末経由の経路に切り替えた場合、移動通知情報の送信を抑制するステップを
   有することを特徴とする請求項３記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
5. 前記第２の通信端末が、ゲートウェイ通信端末が周囲に存在しない場合、自身がゲートウェイ端末として動作を開始するステップを
   有することを特徴とする請求項３記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
6. 前記第１の通信端末が、隣接ノードから受信したメッセージの受信品質を記録するステップと、
   前記第１の通信端末が、隣接ノードからメッセージを受信した時点の自身のノード位置を記録するステップと、
   前記第１の通信端末が、記録された受信品質と受信位置と現在位置から移動通知メッセージの送信要否を判断するステップと、
   前記第１の通信端末が、前記判断処理に応じて移動通知メッセージの送信を抑制するステップを
   有することを特徴とする請求項１記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。

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