JP4857348B2 - 車両間通信するために車両のローカルピアグループを編成するためのグループヘッダに基づく方法 - Google Patents
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Description
[発明の分野]
本発明は移動環境における通信のためのアドホック無線ネットワークに関する。より具体的には、本発明は、通信をほぼ瞬時に達成するために、移動デバイス間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持することに関する。
本出願は、米国特許法第119条に基づいて、2005年11月22日にShengwei Cai他によって出願された「Group-Header Based Method to Organize Local Peer Group of Vehicles for Inter-Vehicle Communication」と題する米国特許出願第11/285,593号からの優先権を主張し、また2005年11月22日にWai Chen他によって出願された「Linked Equivalent Cell Header-based Approach and Protocol for organizing an Ad-Hoc Network」と題する米国特許出願第11/284,731号に関連し、それらの特許出願はそれぞれ参照により本明細書に援用される。
無線ホームネットワーク、無線オフィスネットワークや、ローカルカフェ、ファーストフードチェーン又はホテルにおけるいわゆる「ホットスポット」ネットワーク、さらには都市全体でWiFi技術を実施することのいずれにしても、無線技術は、今日の生活のあらゆる面において普及してきている。社会においてこのように無線を推し進める目的は、情報を入手しやすくすること、及び、コンピュータネットワーク、特にインターネットを広く受け入れるとともに利用することによって社会全体が享受してきた生産性をさらに高めることである。802.11a/b/gのような無線ネットワーキング技術によって、WiFi機能を搭載したデバイスが、通信線のような制約を受けることなく、標準的な有線ネットワーク内に存在するかのように互いに接続できるようになる。ネットワーク通信エリア内であれば物理的な場所に関係なく、人々は自由に、ネットワークに接続された状態を維持することができる。
したがって、本発明の目的は、複数の移動デバイスをローカルピアグループ(「LPG」)のような管理グループにグループ化することによって、移動デバイス間通信に適した通信境界を作り出し、メッセージ伝送を調整及び中継し、メッセージ伝搬の範囲及び方向
を制御することである。さらに、本発明の目的は、ローカルピアグループを確立及び維持するための簡単なプロトコル、及びローカルピアグループ内においてノード間で管理データを伝送するためのプロトコルを提供することである。
ジを待ち受けるステップと、ハートビートメッセージがGNによって受信されないときに、タイマの時間を減らしていくステップとを含み、次のハートビートメッセージを受信する前にタイマが満了する場合には、最初にタイマが満了したGNが自らのハートビートメッセージを送信して、新たなGHとして動作し、ハートビートメッセージを送信する最初のGNがLPGの新たなGHになる。
本発明によれば、複数のノード又は移動デバイスが管理しやすいグループに編成される。これらのグループを用いて、ノード間のデータ伝送が調整される。グループは、近くにあるノードの相対的な位置に基づいて構築される。このグループ化すなわちローカルピアグループ(「LPG」)は、1つのLPG内や複数のLPG間でのルーティングの基礎および本発明によるアドホック無線ネットワーク内における伝送の組織化の基礎となり、限定はしないが、車両安全や情報アプリケーションを含む、無線通信を支援する。
移動車両であってもよい。具体的には、移動デバイスは、車両内に設置されるか、又は車両内に個別に持ち込まれる、関連する通信デバイスを備える車両、及び通信デバイスを携帯した歩行者を含む。好ましい実施形態は、通信デバイスを内蔵している移動する車両である。
けるために、GHのメモリセクションやGNのメモリ手段のような特徴に個別な名称を用いる。しかしながら、実際には、全てのノードの場合に構成要素、すなわちメモリは同じである。ただし、その構成要素は、そのノードがGHとして動作するか、GNとして動作するかによって、異なるように機能する。
形態では、ハートビートメッセージ510は、グループメンバーシップリストメッセージ540も含むことができる。
50は、DRAM、SRAM又はフラッシュを含む、任意のタイプのメモリであってもよい。好ましい実施形態では、短期メモリはキャッシュである。クロック255は、GN20のタイミングを維持するために用いられる。具体的には、クロック255は、内部クロックとしての役割を果たし、タイマ256を設定するための基準として用いられ、タイマ256は、信号を送信するタイミングを決定するために用いられる。制御セクション256又はマイクロプロセッサは、他のGN又はGH10への信号の伝送又は送信、LPGに入るための要求送出、及びメモリ手段への情報の格納を含む、GN20の全ての処理を制御する。
そのLPGの一部であるものと判定する。何らかの理由から、そのノードがそのLPGの一部になっていなかったことがわかった場合には、そのノードは、GHへの要求を介して参加することができる。
Gの新たなGHの選択をGH10に通知するために、GH選択メッセージ530が用いられる。GH選択メッセージ530は、そのグループのGH ID及びLPG IDを含む。
0を送信し、そのノードに、そのGH10が新たなGHであることを通知する。
シップリストを含むヘッダ解決メッセージ510を送信する。
430から状態420への遷移455を介してGNになる。各ノードは、GH又はGNになる能力を有する。たとえば、1つのLPG内の1つのGHが出て行ったとき、グループノードが新たなGHになることができ、ヘッダ解決が行われるとき、GHがグループノードになることができる。さらに、GN内の設定されたタイマ256が満了する場合には、状態420から状態410への遷移425を介して、グループノードがGHになることができる。
A504を介して、そのLPGに参加しなければならない。GH A504は、GH選択メッセージ530を送信して、ノードB502に通知する。それぞれ予め決定された一定の周期(T)で、GH A504は、そのハートビートメッセージ510を送信する。またGH A504は、グループメンバーシップリストメッセージ540も送出する。このメンバーシップリスト540は、ハートビートメッセージ510に含まれることができる。別法では、グループメンバーシップリストメッセージ540は別個のメッセージであってもよく、より低い頻度(T+b)で伝送又は送信されることができる。ノードB502がこのハートビートメッセージ510を受信すると、ノードB502は、GH10にLPG参加メッセージ550を送信し、そのノードがそのLPGに参加することを要求する。
る場合には、ノードB502はGN Bになる。その後、GN Bは、GH A504に対してステータスメッセージ560を送信して、GH A504にステータス更新を送信し、GH A504が、そのグループ内の全てのノードの更新されたメンバーシップリストを維持できるようにする。ステータスメッセージ560は、無線チャネルを介して、ランダムな時間インターバル(ハートビートインターバルTより短い時間)で、GN20からGH10に送信される。これは、ステータスメッセージ560が全て、一斉にGN20からGH10に送信されて、無線チャネルが輻輳するのを避けるためである。理想的には、各GN20は、異なる時刻に、ステータスメッセージ560を送信する。
し、他のノードは、新たなGHを介してLPGに参加する。
、新たなGH10からハートビートメッセージ510を受信し、参加メッセージ550を送信する。GH10は、LPGのための所定の最大サイズに達するまで、又は最大ホップカウントに達するまで、全てのノードが参加するのを許可する。別法では、ノードがこの判定を行うことができる。
しているので、GHの移行は概ね瞬時に行われる。ホットスタンバイ状態の二次ノード800が2つ以上存在する場合には、それらのうちの1つが選択される。その選択は、GH10ノードの引き継ぎに関して予め確立された序列に基づくこともできるし、あるいは離れつつある一次GH10ノードに最も近い(すなわち、ホップ数が最も小さい)ものが、新たなGH10ノードを引き継ぐこともできる。LPG810内の残りのノードはレギュラーノード815である。
Claims (23)
- 複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法であって、該複数の移動ノードは、該複数の移動ノードを順序付けすることなく、動的に形成されるローカルピアグループ(LPG)に分割され、該方法は、
前記LPG内のグループヘッダノード(GH)の数を決定するステップと、
前記複数の移動ノードから、一意のグループヘッダ識別情報が割り当てられるとともに前記LPGを制御及び管理する、前記LPGのグループヘッダノード(GH)を選択するステップであって、前記LPG内に2つ以上のGHが存在する場合には、ヘッダ解決メッセージを前記2つ以上のGHの間で送信することによって1つのGHを選択するステップと、
前記選択されたGHから、ハートビートメッセージ信号を含む複数の制御メッセージを、一定のインターバルで送信するステップと、
前記複数の移動ノードのうちの他のノードが前記LPGに参加することができるか否かを、所定の閾値に基づいて判定するステップと、
前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードがグループノード(GN)として前記LPGに参加することができるものと判定される場合には、前記複数の移動ノードのうちの前記他のノード間にネットワークリンクを構築するステップと
を含む、複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記LPG内に2つ以上のGHが存在すると決定された場合には、前記選択するステップは、
所定の選択判定基準に基づいてヘッダ解決を実行して、前記LPGのGHとしてGHを1つだけ選択するステップと、
選択された新たなGHによってGH選択メッセージを送信し、前記2つ以上のGHの他のGHが、前記新たなGHを介して前記LPGに参加するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記所定の選択判定基準は、前記ハートビートメッセージを送信する前記2つ以上のGHのうちの最初のノードをGHとして選択するものである、請求項2に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。
- 前記所定の選択判定基準は、前記ハートビートメッセージを送信する前記2つ以上のGHのうち最も多くのGNを有するノードをGHとして選択するものである、請求項2に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。
- 前記ハートビートメッセージは、ローカルピアグループ識別情報と、GH識別番号と、前記LPG内のノードの数と、該LPG内で許可されるノードの最大数と、当該ハートビートメッセージが転送された回数を示すホップカウントと、最大ホップカウントと、次のハートビートメッセージの時刻とを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。
- 無線範囲内の前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードによって前記ハートビートメッセージを受信するステップと、
前記GHに対してローカルピアグループ参加メッセージを送信するか否かを判定するステップと
をさらに含み、
前記判定は、少なくとも1つのパラメータと前記所定の閾値との比較に基づき、
前記少なくとも1つのパラメータは、前記LPG内の前記ノードの数及び前記ホップカウントを含み、
前記所定の閾値は、該LPG内で許可されるノードの前記最大数及び前記最大ホップカウントであり、
前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードは、前記少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超えない場合には、前記ローカルピアグループ参加メッセージを送信し、前記少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超える場合には、該LPG参加メッセージを送信しない、
請求項5に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記ハートビートメッセージを受信すると、前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードは、前記GHに対してローカルピアグループ参加信号を送信し、
前記GHによって実行される、前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードが参加できるか否かを判定する前記ステップは、少なくとも1つのパラメータと前記所定の閾値との比較に基づき、
前記少なくとも1つのパラメータは前記LPG内のノードの数及びホップカウントを含み、
前記所定の閾値は、該LPG内で許可されるノードの最大数及び最大ホップカウントであり、
前記GHは、前記少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超えない場合には、前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードがGNとして前記LPGに参加するのを許可し、前記少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超える場合には、前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードがGNとして該LPGに参加するのを許可しない、
請求項1〜6のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記複数の制御メッセージは、前記LPG内の全てのGNの識別情報と、ローカルピアグループ識別情報と、GH識別情報と、タイムスタンプとを含むグループメンバーシップメッセージをさらに含み、
前記LPG内のGNの前記識別情報は、該GNから送信されるステータスメッセージを介して周期的に更新される、
請求項1〜7のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 所定の時間インターバル後に前記ステータスメッセージが前記GNから受信されない場合、又は前記GNからの積極的な離脱メッセージが前記GHによって受信された場合には、該GNの前記識別情報が前記グループメンバーシップメッセージから削除される、
請求項8に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記GNにおいて前記GHからの前記ハートビートメッセージを受信するステップと、
前記LPG内の各GNにおいて、タイマを前記ハートビート周期よりも大きな値にランダムに設定するとともに次のハートビートメッセージを待つステップと、
ハートビートメッセージが受信されないときに前記タイマの時間を減らしていくステップと
をさらに含み、
次のハートビートメッセージを受信する前に前記タイマが満了する場合には、最初にタイマが満了した前記GNが自らのハートビートメッセージを送信して、新たなGHとして動作し、該ハートビートメッセージを送信する最初のGNが、前記LPGの前記新たなGHになる、
請求項1〜9のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記グループメンバーシップメッセージは前記ハートビートメッセージに含まれ、前記一定のインターバルで送信される、
請求項8に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記LPGに対して少なくとも1つのゲートウエイノードを選択するステップをさらに含み、該少なくとも1つのゲートウエイノードは、複数のメッセージを前記GNから前記GHに中継する機能を果たす、
請求項1〜11のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 前記少なくとも1つのゲートウエイノードは、前記GNから受信される複数のステータスメッセージを収集し、該複数のステータスメッセージをメモリに格納し、所定の時間が経過した後に、前記GHに対して、該複数のステータスメッセージの集合を含む1つのメッセージを送信する、
請求項12に記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - 少なくとも1つの二次GHを選択するステップをさらに含み、
前記GHが前記LPGから出る場合に、該少なくとも1つの二次GHが該LPGの新たなGHになる、
請求項1〜13のいずれかに記載の複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持する方法。 - アドホック無線ネットワークシステムであって、
順序づけされない複数の移動無線デバイスから動的に形成される、少なくとも1つのローカルピアグループ(LPG)を含み、該LPGは、
前記複数の移動無線デバイスから選択され、一意のグループヘッダ識別情報を割り当てられるグループヘッダノード(GH)であって、ハートビートメッセージを含む複数の制御メッセージを一定のインターバルで送信することによって、前記LPGを制御及び管理する、グループヘッダノード(GH)と、
前記少なくとも1つのLPGにおいて、所定の閾値に達していないときに、前記GHの無線範囲内の前記複数の移動無線デバイスのうちの残りの移動無線デバイスから生成される少なくとも1つのグループノード(GN)と
を備え、
前記少なくとも1つのGNは、該少なくとも1つのGNと前記GHとの間に形成されるネットワークリンクを介して前記GHと通信することができ、また、該GNについての情報を含むステータスメッセージを前記GHに送信し、
前記LPG内にGHが2つ以上存在する場合には、ヘッダ解決メッセージを前記2つ以上のGHの間で送信することによって1つのGHが選択される、
アドホック無線ネットワークシステム。 - 前記複数の移動無線デバイスのうちの前記残りの移動無線デバイスから選択される少なくとも1つのゲートウエイノードをさらに備え、
該少なくとも1つのゲートウエイノードは、複数のメッセージを前記少なくとも1つのGNから前記GHに中継する機能を果たし、
該複数のメッセージは、前記少なくとも1つのGNから前記GHへのステータスメッセージを含み、
前記少なくとも1つのゲートウエイノードは、前記少なくとも1つのGNから受信される前記ステータスメッセージを収集し、該ステータスメッセージを格納し、所定の時間が経過した後に、該所定の時間中に該少なくとも1つのゲートウエイノードによって受信される全ての該ステータスメッセージの集合を含む1つの集合ステータスメッセージを前記GHに対して送信する、
請求項15に記載のアドホック無線ネットワーク。 - 前記移動無線デバイスは、メモリセクションと、タイマと、制御手段と、送受信セクションと、ハートビート生成手段とを備え、
前記ハートビート生成手段は、前記一定のインターバルでハートビートメッセージを生成し、
該ハートビートメッセージは、LPG識別番号、GH識別情報、前記LPGのノードの数、該LPGにおいて許可されるノードの最大数、ホップカウント、最大ホップカウント及び次のハートビートメッセージの時刻を含み、
前記移動無線デバイスが前記GHとして選択されるとき、前記一定のインターバルは前記タイマによってカウントされ、
該タイマが満了するとき、前記ハートビート発生セクションは、前記メモリセクションに格納されている情報に基づいて、前記ハートビートメッセージを送信し、
前記制御セクションは、所定の値と少なくとも1つのパラメータとを比較することによる前記複数の移動デバイスのうちの前記残りの移動無線デバイスのうちの1つが前記LPGに参加できるか否かの判定を含む、前記GHの制御を行い、
前記複数の移動デバイスのうちの前記残りの移動無線デバイスのうちの前記1つが前記LPGに参加できるものと判定される場合には、前記制御セクションは、前記送信受信セクションに、GN受諾メッセージを送信するように指示し、一方、該制御セクションが、前記複数の移動デバイスのうちの前記残りの移動無線デバイスのうちの前記1つが参加できないものと判定する場合には、該制御手段は、該送受信セクションに、GN拒否メッセージを送信するように指示する、
請求項15または16に記載のアドホック無線ネットワーク。 - 前記残りの複数の移動無線デバイスがGNとして選択されるとき、該ノードは、メモリ手段と、タイマと、制御セクションと、送受信セクションとを備え、
前記送受信セクションは、前記GHに対して一定のインターバルでステータスメッセージを送信し、
前記一定のインターバルは前記タイマによってカウントされ、
該タイマが満了するとき、前記送受信セクションは、前記メモリ手段に格納されている情報に基づいて、前記ステータスメッセージを送信し、
また前記タイマは前記ハートビート周期よりも長いランダムな時間に設定され、
前記送受信セクションが前記ハートビートメッセージを受信すると、前記タイマは別のハートビートメッセージを受信するためにリセットされ、
該タイマが満了する前に、該送受信セクションがハートビートメッセージを受信しない場合には、前記制御手段は、該送受信セクションに、前記メモリ手段に格納されている、前記LPGに関する情報を含む自らのハートビートメッセージを送信し、該LPGの新たなGHとして動作するように指示する、
請求項15〜17のいずれかに記載のアドホック無線ネットワーク。 - 前記LPG内に2つ以上のGHが存在する場合には、該2つ以上のGHは、互いに対してヘッダ解決メッセージを送信し、ヘッダ解決モードに入って、所定の選択判定基準に基づいて、前記LPGの前記GHとして1つのGHを選択し、1つのGHが選択された後に、該1つのGHは、前記LPG内の他の全てのGNに対してGH選択メッセージを送信し、その後、前記ハートビートメッセージを送信し、前記2つ以上のGHの他のGHは、前記新たなGHを介して、前記LPGに参加する、
請求項15〜18のいずれかに記載のアドホック無線ネットワーク。 - 前記残りの複数の移動無線デバイスが前記ハートビートメッセージを受信するとき、該残りの複数の移動無線デバイスは、前記GHに対してLPG参加メッセージを送信するか否かを判定し、
該判定は、少なくとも1つのパラメータを所定の閾値と比較することに基づき、
該少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超えないものと判定される場合には、前記残りの複数の移動無線デバイスは、前記LPG参加メッセージを送信し、該少なくとも1つのパラメータが前記所定の閾値を超える場合には、前記LPG参加メッセージを送信しない、
請求項15〜19のいずれかに記載のアドホック無線ネットワーク。 - 複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持するためのアドホックネットワークであって、該複数の移動デバイスは、該複数の移動ノードを順序付けすることなく、動的に形成されるローカルピアグループ(LPG)に分割され、該ネットワークはコンピュータ読取り可能記憶媒体上に与えられるコンピュータ読取り可能プログラムコードを実行するためのプロセッサを備え、該コンピュータ読取り可能プログラムコードは命令を有し、該命令によって、該プロセッサは、
前記LPG内のグループヘッダノード(GH)の数を決定するステップと、
前記複数の移動ノードから、一意のグループヘッダ識別情報を割り当てられるとともに前記LPGを制御及び管理する、前記LPGのグループヘッダノード(GH)を選択するステップであって、前記LPG内に2つ以上のGHが存在する場合には、ヘッダ解決メッセージを前記2つ以上のGHの間で送信することによって1つのGHを選択するステップと、
前記選択されたGHから、ハートビートメッセージを含む複数の制御メッセージを一定のインターバルで送信するステップと、
前記複数の移動ノードのうちの他のノードが前記LPGに参加することができるか否かを、所定の閾値に基づいて判定するステップと、
前記複数の移動ノードのうちの前記他のノードがグループノード(GN)として前記LPGに参加することができるものと判定される場合には、該複数の移動ノードのうちの前記他のノード間にネットワークリンクを構築するステップと
を実行する、複数の移動ノード間にアドホック無線ネットワークを確立及び維持するためのアドホックネットワーク。 - 前記複数の無線デバイスは少なくとも1つの車両である、請求項15〜21のいずれかに記載のアドホック無線ネットワーク。
- 前記複数の無線デバイスは、車両に接続されるか、又は内蔵される少なくとも1つの無線デバイスである、請求項15〜21のいずれかに記載のアドホック無線ネットワーク。
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