JP4783305B2 - 無線メッシュネットワークにおいてステーション情報を伝達する方法、メッシュアクセスポイント装置及びメッシュポータル装置 - Google Patents

無線メッシュネットワークにおいてステーション情報を伝達する方法、メッシュアクセスポイント装置及びメッシュポータル装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線メッシュネットワークに係り、さらに詳細には、ステーション(station)のメッシュアクセスポイントに対する加入または脱退がある場合、これについての情報を無線メッシュネットワークの他のノードに伝達する方法に関する。
最近、IEEE 802.11s規格と関連して無線LANの拡張された形である無線メッシュネットワークに対する標準化が議論されているが、企業の連合団体であるSEEMeshは、無線メッシュネットワークで使用するルーティングプロトコルとしてHWMP(Hybrid Wireless Mesh Protocol)を提案している。
HWMPは、プロアクティブ(proactive)ルーティングプロトコルとリアクティブ(reactive)ルーティングプロトコルとを共に使用するハイブリッドプロトコルであって、リアクティブルーティングプロトコルによれば、ノードがネットワークのルーティングテーブルを常に維持するものではなく、ソースノードがデータ伝送の必要な時になって初めて目的地ノードまでのルーティング経路を探索し、プロアクティブルーティングプロトコルによれば、常にルーティングテーブルを維持するようになるが、HWMPでは、リアクティブルーティングプロトコルとしてAODV(Adhoc On−Demand Distance Vector)ルーティングプロトコルを使用する。
図1は、無線メッシュネットワークでAODVルーティングプロトコルを用いて経路を探索する過程を説明するための図である。
ノードAがノードDにデータを伝送するための経路を探索しようとすれば、まずノードAは、RREQ(Route Requirement)パケットに、ソースアドレスフィールドには自身のアドレスを、目的地アドレスフィールドにはノードDのアドレスを記入してブロードキャスト(broadcast)する。RREQパケットを受信したノードBがRREQパケットを通じてノードAがノードDへの経路を探索しているということを認知すれば、RREQパケットのホップカウント(hop count)フィールドを参照して自身がノードAから1ホップ距離にあることをルーティングテーブルに登録した後、RREQパケットを再びブロードキャストする。
ノードBからRREQパケットを受信したノードCは、同様にノードAへの経路のためのnext hopがノードBであることを自身のルーティングテーブルに登録し、RREQパケットをブロードキャストする。
ノードCからRREQパケットを受信したノードDは、RREQパケットの目的地アドレスを見て自身に伝送されたパケットであることを認知すれば、目的地をノードAとするRREP(Route Response)パケットを生成してノードCにユニキャストで伝送し、ノードCを自身のアドレスについてのプレカーサ リスト(precursor list)に登録する。
RREPパケットを受信したノードCは、ルーティングテーブルを通じてノードAへの経路のためのネキスト ホップがノードBであることを捜し出して、RREPパケットをノードBにユニキャストで伝送し、ノードBをノードDについてのプレカーサ リストに登録する。同様に、ノードBは、受信されたRREPパケットをノードAに伝達し、ノードAをノードDについてのプレカーサ リストに登録することによって、ついにノードAとノードDとの間の経路が探索される。
プレカーサ リストは、ノード間のリンクが切れたとき、またはこれ以上の経路を探索できないときなどに使われる。例えば、ノードCとノードDとの間の連結が断絶されたことをノードCが認知すれば、ノードCは、このような事実を、ノードDを目的地ノードとして通信しているノードに知らせることとなるが、これは、ノードCが自身のルーティングテーブルでノードDに対してプレカーサ リストに登録されたノードにRERR(Route Error)パケットを伝送することにより行われる。前述したように、ノードCのルーティングテーブルでノードDについてのプレカーサ リストには、ノードBが登録されているので、ノードCは、これを参照してノードBにRERRパケットを伝送し、これを受信したノードBもノードDについてのプレカーサ リストに登録されたノードAにRERRパケットを伝送して、つまり、ノードDを目的地ノードとするノードは、いずれもRERRパケットを受信してノードDとの経路が断絶されたことを認知するようになる。
図2は、ステーションの移動がある場合、これについての情報を伝達する従来の方法を説明するための図である。ノードAないしノードIは、いずれも802.11のアクセスポイント機能とアドホックルーティング機能を含むノードであるメッシュアクセスポイントであると仮定する。
メッシュアクセスポイントJのサービス領域にあったステーション1がメッシュアクセスポイントJのサービス領域を抜け出てメッシュアクセスポイントGの領域に進入した場合、ステーション1が自身のサービス領域から抜け出たことを認知したメッシュアクセスポイントJは、前述したようにステーション1についてのプレカーサ リストに登録されたノードにRERRを伝送する。例えば、ノードAとノードCとがステーション1と通信を行っていたとすれば、既存の経路上でノードAとノードJとの間に存在するノード及びノードCとノードJとの間に存在するノードは、いずれもRERRを受信する。
このように、ステーションのハンドオフが発生する度にRERRパケットが伝送されねばならないが、無線メッシュネットワークでステーションの動きが多い場合には、頻繁なハンドオフが発生し、特にネットワーク内に存在するステーションの数が多い場合には、ハンドオフまたはリンク断絶によるRERRパケットの使用量がさらに多くなって、ネットワークオーバヘッドが発生する問題が生じる。
また、既存のHWMP規格によれば、ステーション1がメッシュアクセスポイントGのサービス領域に新たに加入したことを、ルートノードを初めとする他のメッシュアクセスポイントが分かる方法が明確に提示されていない。
米国特許第5,495,479号明細書 米国特許第5,963,546号明細書
本発明は、無線メッシュネットワークでネットワークの負荷を減らし、ステーションの加入(association)または脱退(disassociation)を他のノードに知らせる装置及び方法を提供するところにその目的がある。
このような目的を達成するために本発明は、無線メッシュネットワークにおいてメッシュアクセスポイントがステーション情報を伝達する方法であって、(a)前記メッシュアクセスポイントに所属されたステーションの脱退(disassociation)が感知されれば、前記ステーションが脱退したことを示す脱退メッセージを生成する段階と、(b)プロアクティブルーティングプロトコルを通じて形成されたツリー(tree)構造でのルート(root)ノードと指定されたメッシュポータルに前記メッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために、周期的にブロードキャストするメッセージに前記脱退メッセージを挿入するように要請する段階と、を含む。
ここで、前記(b)段階は、前記脱退メッセージを前記ツリー構造上の経路を通じて前記メッシュポータルにユニキャスト(unicast)することが望ましい。
また、本発明は、前記ステーション情報伝達方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体を提供する。
また、本発明は無線メッシュネットワークのメッシュアクセスポイント装置であって、前記メッシュアクセスポイントに所属されたステーションの脱退が感知されれば、前記ステーションが脱退したことを示す脱退メッセージを生成するメッセージ生成部と、プロアクティブルーティングプロトコルを通じて形成されたツリー構造でのルートノードと指定された所定メッシュポータルに前記メッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに前記脱退メッセージを挿入するように要請する要請部と、を備える。
前記メッセージ生成部は、任意のステーションの加入が感知されれば、前記加入したステーションが前記アクセスポイントに属することとなったことを示す加入メッセージを生成し、前記要請部は前記メッシュポータルに前記メッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに前記加入メッセージを挿入するように要請する。
また、本発明はプロアクティブルーティングプロトコルを通じてノードがツリー構造を形成する無線メッシュネットワークでルートノードと指定されたメッシュポータルがデータを伝達する方法であって、(a)所定メッシュアクセスポイントから受信されたメッセージが所定ステーションの脱退または加入に関するメッセージであるか否かを判断する段階と、(b)前記判断結果に基づいて前記受信されたメッセージを前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに選択的に挿入する段階と、を含む。
ここで、前記(b)段階は、所定時間が経過すれば、これ以上前記受信されたメッセージの挿入を行わないことが望ましい。
また、本発明は、前記メッシュポータルのデータ伝達方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体を提供する。
また、本発明はプロアクティブルーティングプロトコルを通じてノードがツリー構造を形成する無線メッシュネットワークでルートノードと指定されたメッシュポータル装置であって、所定メッシュアクセスポイントから受信されたメッセージが所定ステーションの脱退または加入に関するメッセージであるか否かを判断する判断部と、前記判断部の判断結果に基づいて前記受信されたメッセージを前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに選択的に挿入するメッセージ加工部とを備える。
本発明によれば、無線メッシュネットワークでステーションが既存のメッシュアクセスポイント領域から離脱した場合、他のノードにこれを知らせる過程で、ネットワークの負荷を従来の技術に比べて大幅に減らしうる。また、本発明は、無線メッシュネットワークでステーションが新たなメッシュアクセスポイント領域に新たに進入した場合、他のノードにこれを知らせるメカニズムを提供する。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図3は、本発明の一実施形態によってメッシュアクセスポイントがステーション情報を伝達する過程を示すフローチャートである。
図3に示されたように、メッシュアクセスポイントがステーションの加入または脱退を感知すれば(310)、本発明の一実施形態によるメッシュアクセスポイントは、該当ステーションのアドレス及び自身のアドレスを用いて該当ステーションの加入または脱退を示すメッセージを生成し(320)、プロアクティブプロトコルにより形成されたツリー上の経路を通じてルートノードにメッセージを伝送して該当メッセージを無線メッシュネットワークにブロードキャストすることを要請する(330)。本発明は、このような過程により、ステーションの脱退が発生した場合RREQパケットを使用せず、これを該当ステーションと通信していたあらゆるノードに知らせ、ステーションの加入が発生した場合にも、これをルートノードを初めとする他のノードに知らせうる。
ここで、ツリー構造及びルートノードについて説明すれば、前述したようにHWMPではリアクティブルーティングプロトコルであるAODVプロトコル以外にも、プロアクティブルーティングプロトコルを使用するが、このプロアクティブルーティングプロトコルにより無線メッシュネットワークに属したノード(ステーション除外)は、特定メッシュポータル(Mesh Portal)をルートノードとするツリー構造を形成し、またツリー構造に対するルーティングテーブルを維持する。HWMPを使用する無線メッシュネットワークのノードは、AODVプロトコルにより設定された経路が存在しないか、または経時的にルーティング情報が削除された場合、このルーティングテーブルを用いてパケットをツリー上の経路を通じてルートノードに伝送し、ルートノードは、受信したパケットを目的地ノードアドレスによって該当ノードにルーティングすることとなる。もし、ルートノードが存在していない場合には、AODVプロトコルのみで動作する。
メッシュポータルは、有線で外部ネットワークと連結されて無線メッシュネットワークを外部ネットワークと連結するノードであるが、これについての詳細な説明は無線メッシュネットワークと関連した多様な公開文献に記載されているので、ここでは省略する。
図4は、本発明の一実施形態によってメッシュポータルがステーション情報を伝達する過程を示すフローチャートである。ここで、メッシュポータルは、プロアクティブプロトコルにより形成されたツリー構造でルートノードと指定されたノードを言う。
他のノードからメッセージを受信すれば(410)、受信したメッセージを分析してメッセージの種類が、ステーションがメッシュアクセスポイントから脱退したか、または新たなメッシュアクセスポイントに加入したことを知らせるメッセージであるか否かを判断する(420、430)。もし、受信されたメッセージがステーションの加入または脱退を知らせるメッセージであると判断されれば、そのメッセージを無線メッシュネットワークにブロードキャストすることによって(440)、該当ステーションが既存のサービス領域から脱退したか、または新たなメッシュアクセスポイントのサービス領域に加入したことを無線メッシュネットワークに属したノードに知らせ、受信されたメッセージがステーションの加入または脱退を知らせるメッセージではない場合、例えば、他のノードに伝達せねばならないメッセージの場合には、目的地ノードにメッセージを伝達するなど適切な動作を行い、メッセージを処理する(450)。
図5は、本発明の一実施形態によって無線メッシュネットワークでステーションの移動がある場合の情報の流れを説明するための図である。ここで、ノードAないしノードIは、いずれもメッシュアクセスポイントであると仮定する。
図5に示されたように、HWMPを使用する無線メッシュネットワークは、リアクティブルーティングプロトコルであるAODVだけでなく、プロアクティブルーティングプロトコルを使用するが、プロアクティブルーティングプロトコルを用いてツリー構造を有するルーティング経路を維持することは、前述したようである。図5では、AODVプロトコルを通じて設定された経路は実線で、プロアクティブルーティングプロトコルを利用して設定された経路は点線で表示した。
もし、メッシュアクセスポイントJのサービス領域に属したステーション1が移動してメッシュアクセスポイントGのサービス領域に進入すれば、これを認知したJは、ステーション1が自身のサービス領域で脱退したことを示す脱退メッセージを生成してルートノードに伝送する。この際、脱退メッセージは、ツリー構造上の経路、すなわち、F、Aを経てルートノードに伝送されるようにユニキャストすることが望ましい。
このような脱退メッセージは、図6に示したようにメッセージの種類が脱退メッセージであることを示すフィールド及び脱退したステーション1のアドレスを示すフィールドを含む。
一方、メッシュアクセスポイントGは、ステーション1が自身のサービス領域に新たに加入したことを示す加入メッセージを生成してルートノードに伝送する。この際、加入メッセージも脱退メッセージの場合と同様にツリー構造上の経路、すなわち、Dを経てルートノードに伝送されるようにユニキャストすることが望ましい。
このような加入メッセージも、図7に示したようにメッセージの種類が加入メッセージであることを示すフィールド及び加入したステーション1のアドレスを示すフィールドを含む。
Jが伝送した脱退メッセージ及びGが伝送した加入メッセージを受信したルートノードは、これらをネットワーク内にブロードキャストするが、本発明の目的のうち1つが、ネットワークの負荷を減らすことであるために、既存に周期的にブロードキャストするRA(ルート アナウンスメント)メッセージに、これら脱退メッセージ及び加入メッセージを挿入して共に伝送する。RAメッセージは、HWMPを使用する無線メッシュネットワークでツリー構造のルートノードと指定されたメッシュポータルがツリー構造を保持するために、周期的にブロードキャストするパケットである。但し、同じ事件、すなわち、特定時点に特定ステーションが特定メッシュアクセスポイントのサービス領域に対して加入または脱退したことを示すメッセージは、所定時間ほどのみ有効にRAメッセージに挿入されてブロードキャストされることが望ましい。これは、もしそうでなければ、RAメッセージが過去のステーションの加入及び脱退についての情報をいずれも含むようになって、経時的にその大きさが大きくなるためである。
図8は、本発明の一実施形態によるRAメッセージのフォーマットを示す図である。図8に示されたようにRAメッセージには、タイプ、メッシュアクセスポイントのアドレス、ステーションのアドレスが含まれている。すなわち、受信した脱退メッセージまたは加入メッセージを既存のRAメッセージに挿入したものであるが、タイプフィールドの値が脱退メッセージに該当する値であれば、同じ行のメッシュアクセスポイントアドレスに該当するメッシュアクセスポイントから同じ行のステーションアドレスに該当するステーションが脱退したことを示し、タイプフィールドの値が加入メッセージに該当する値である場合にも同様である。
このようなメッセージを受信した無線メッシュネットワークのノードは、各フィールドを分析してステーションの移動による脱退及び加入についての変更事項が分かる。
図9は、本発明の一実施形態によるメッシュポータル及びメッシュアクセスポイントの構造を示す図である。ここでのメッシュポータルは、ルートノードを意味する。図9に示されたように、本発明の一実施形態によるメッシュアクセスポイント910は、感知部911、メッセージ生成部912及び要請部913を備え、本発明の一実施形態によるメッシュポータル930は、メッセージ処理部931、判断部932及びメッセージ加工部933を備える。
まず、メッシュアクセスポイント910について説明すれば、感知部911は、ステーションの加入または脱退を感知し、メッセージ生成部912は、感知部911によりステーションの加入または脱退が感知されれば、該当状況によるメッセージを生成して要請部913に伝達し、要請部913は、伝えられたメッセージをルートノードであるメッシュポータル930にツリー経路に沿ってユニキャストで伝送することによって、該当メッセージを無線メッシュネットワーク920にブロードキャストするように要請する。
次いで、プロアクティブプロトコルにより形成されたツリー構造でルートノードと指定されたメッシュポータル930について説明する。
任意のステーションまたはメッシュアクセスポイントから伝送されたメッセージが受信されれば、判断部932は、受信されたメッセージのタイプフィールドを参照してメッセージの種類を判断するが、もし、受信されたメッセージが脱退メッセージまたは加入メッセージである場合、これをメッセージ加工部933に伝達する。判断部932は、伝達されたメッセージを周期的に無線メッシュネットワークにブロードキャストするRAメッセージに挿入し、メッセージ伝送部931は、脱退メッセージまたは加入メッセージが挿入されたRAメッセージを無線メッシュネットワーク920にブロードキャストする。
一方、前述した本発明の実施形態は、コンピュータで実行可能なプログラムで作成可能であり、コンピュータで読取り可能な記録媒体を用いて前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現されうる。
前記コンピュータで読取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体(例えば、ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光学的判読媒体(例えば、CD−ROM、DVDなど)及びキャリアウェーブ(例えば、インターネットを通じた伝送)のような記録媒体を含む。
以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者ならば、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形で具現されうるということを理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は本発明に含まれたものと解釈されねばならない。
本発明は、無線メッシュネットワークにおいてステーション情報を伝達する方法及び装置関連の技術分野に好適に適用されうる。
無線メッシュネットワークでAODVプロトコルを用いて経路を探索する過程を説明するための図である。 ステーションの移動がある場合、これについての情報を伝達する従来の方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態によってメッシュアクセスポイントがステーション情報を伝達する過程を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によってメッシュポータルがステーション情報を伝達する過程を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によって無線メッシュネットワークでステーションの移動がある場合の情報の流れを説明するための図である。 本発明の一実施形態による脱退メッセージのフォーマットを示す図である。 本発明の一実施形態による加入メッセージのフォーマットを示す図である。 本発明の一実施形態によるRAメッセージのフォーマットを示す図である。 本発明の一実施形態によるメッシュポータル及びメッシュアクセスポイントの構造を示す図である。
符号の説明
910 メッシュアクセスポイント
911 感知部
912 メッセージ生成部
913 要請部
930 メッシュポータル
931 メッセージ処理部
932 判断部
933 メッセージ加工部

Claims (18)

  1. 無線メッシュネットワークにおいてメッシュアクセスポイントがステーション情報を伝達する方法において、
    (a)ステーションの脱退を感知した場合に、前記メッシュアクセスポイントが、前記ステーションが脱退したことを示す脱退メッセージを生成する段階と、
    (b)プロアクティブルーティングプロトコルを通じて形成されたツリー構造においてルートノードとして指定されたメッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに、前記脱退メッセージを挿入することを前記メッシュポータルに要請する段階とを含む、方法。
  2. 前記(b)の段階において、前記脱退メッセージを前記ツリー構造上の経路を通じて前記メッシュポータルにユニキャストする、請求項1に記載の方法。
  3. (c)ステーションの加入を感知した場合に、加入した該ステーションが前記メッシュアクセスポイントに属することになったことを示す加入メッセージを生成する段階と、
    (d)前記メッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに前記加入メッセージを挿入することを、前記メッシュポータルに要請する段階と
    をさらに含む請求項1に記載の方法。
  4. 前記(d)の段階において、前記加入メッセージを前記ツリー構造上の経路を通じて前記メッシュポータルにユニキャストする、請求項3に記載の方法。
  5. 前記無線メッシュネットワークにおいて、AODVルーティングプロトコルを含むHWMPが使用されている、請求項1に記載の方法。
  6. 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体。
  7. 無線メッシュネットワークのメッシュアクセスポイント装置において、
    ステーションの脱退を感知した場合に、当該メッシュアクセスポイントが、前記ステーションが脱退したことを示す脱退メッセージを生成するメッセージ生成部と、
    プロアクティブルーティングプロトコルを通じて形成されたツリー構造においてルートノードとして指定されたメッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに、前記脱退メッセージを挿入することを前記メッシュポータルに要請する要請部と
    を備えるメッシュアクセスポイント装置。
  8. 前記要請部は、前記脱退メッセージを前記ツリー構造上の経路を通じて前記メッシュポータルにユニキャストする、請求項7に記載のメッシュアクセスポイント装置。
  9. 前記メッセージ生成部は、ステーションの加入を感知した場合に、加入した該ステーションが当該メッシュアクセスポイントに属することになったことを示す加入メッセージを生成し、
    前記要請部は、前記メッシュポータルが前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに前記加入メッセージを挿入することを、前記メッシュポータルに要請する、請求項7に記載のメッシュアクセスポイント装置。
  10. 前記要請部は、前記加入メッセージを前記ツリー構造上の経路を通じて前記メッシュポータルにユニキャストする、請求項9に記載のメッシュアクセスポイント装置。
  11. 前記無線メッシュネットワークにおいて、AODVルーティングプロトコルを含むHWMPが使用されている、請求項7に記載のメッシュアクセスポイント装置。
  12. プロアクティブルーティングプロトコルによりノードがツリー構造を形成している無線メッシュネットワークにおいてルートノードとして指定されたメッシュポータルがデータを伝達する方法であって、
    (a)メッシュアクセスポイントから受信したメッセージが、ステーションの脱退または加入を示すメッセージであるか否かを判断する段階と、
    (b)前記受信したメッセージがステーションの脱退または加入を示すメッセージであった場合、前記受信したメッセージを、前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに挿入する段階と
    を含む方法。
  13. 前記(b)の段階において、所定時間が経過した後に受信したメッセージは、ブロードキャストするメッセージに挿入されない、請求項12に記載の方法。
  14. 前記無線メッシュネットワークにおいて、AODVルーティングプロトコルを含むHWMPが使用されている、請求項12に記載の方法。
  15. 請求項12ないし14のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体。
  16. プロアクティブルーティングプロトコルによりノードがツリー構造を形成している無線メッシュネットワークにおいてルートノードとして指定されたメッシュポータル装置であって、
    メッシュアクセスポイントから受信したメッセージがステーションの脱退または加入を示すメッセージであるか否かを判断する判断部と、
    前記受信したメッセージがステーションの脱退または加入を示すメッセージであった場合、前記受信したメッセージを、前記ツリー構造を維持するために周期的にブロードキャストするメッセージに挿入するメッセージ加工部と
    を備えるメッシュポータル装置。
  17. 前記メッセージ加工部は、所定時間が経過した後に受信されたメッセージを、前記ブロードキャストするメッセージに挿入しない、請求項16に記載のメッシュポータル装置。
  18. 前記無線メッシュネットワークにおいて、AODVルーティングプロトコルを含むHWMPが使用されている、請求項16に記載のメッシュポータル装置。
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