JP4862674B2

JP4862674B2 - 無線通信装置および無線通信システム

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Publication number: JP4862674B2
Application number: JP2007022327A
Authority: JP
Inventors: 政明礒津; 一弘渡邊
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008193165A

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に無線通信装置同士で中継することにより無線通信の範囲外に存在する無線通信装置との間で通信を行う無線通信システム、当該システムにおける無線通信装置、および、これらにおける処理方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。

メッシュネットワーク（アドホックネットワーク）は、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）のＭＡＮＥＴ（Mobile Ad-hoc Network）やＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の８０２．１１ｓなどにおいて標準化が進められている技術である。このメッシュネットワークでは、特定のアクセスポイントによる統括的制御は行われず、無線端末として動作する任意の無線通信装置同士が自律分散して直接非同期の無線通信を行うことによりネットワークが形成される。

このメッシュネットワークでは、直接電波が届かない範囲に存在する無線通信装置に対する通信は、他の無線通信装置を経由すること（いわゆるマルチホップ通信）により実現される。この場合、宛先となる無線通信装置に至るまでの他の無線通信装置を経由する経路は、メッシュネットワーク内の無線通信装置の配置や通信品質などによって変わり得る。これら経路を制御するために経路制御プロトコルが用いられる。

経路制御プロトコルにおいては、有効な経路がテーブルなどによって管理され、通信の際に参照されるのが一般的である。また、各経路について通信品質を推定して、通信品質に応じて経路を選択する無線装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２７９６６０号公報（図１）

上述の従来技術では、ある端末装置から隣接する端末装置に通信品質の送信が要求され、これに応答してその要求とは逆の方向に通信品質が通知されるようになっている。しかしながら、このような通信品質の要求を頻繁に行うと、無駄なトラフィックが発生し、本来のデータ送信の妨げになるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、メッシュネットワークにおける各経路の通信品質を効率的に管理することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手段と、送信元の無線通信装置から上記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに上記経路状態が上記第２の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するとともに上記経路状態が上記第３の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する通信制御手段とを具備することを特徴とする無線通信装置である。これにより、送信元の無線通信装置から宛先の無線通信装置へのデータ転送を契機として、経路状態を送信元の無線通信装置に対して通知させるという作用をもたらす。

また、本発明の第２の側面は、無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手段と、当該無線通信装置を送信元として上記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する通信制御手段とを具備することを特徴とする無線通信装置である。これにより、データ送信の際に経路状態が上記第３の状態であればその経路を利用したデータ送信と並行して新たな経路を探索させるという作用をもたらす。

また、第１および第２の側面において、上記経路管理手段は、上記宛先の無線通信装置との間の上記経路状態が上記第１の状態である場合において上記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態を上記第３の状態に変更するよう制御してもよい。これにより、通信品質が悪化した場合でも通信を即座に遮断することなくその経路を維持させるという作用をもたらす。また、この場合において、上記経路管理手段は、上記宛先の無線通信装置との間の上記経路状態が上記第１の状態である場合において上記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態を上記第３の状態に変更するとともに新たな経路を探索するよう制御してもよい。これにより、通信品質のより高い経路を並行して探索させるという作用をもたらす。

また、第１および第２の側面において、上記経路管理手段は、上記宛先の無線通信装置との間の上記経路状態が上記第３の状態である場合において上記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値を上回ったときには上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態を上記第１の状態に変更するよう制御してもよい。これにより、通信品質が一時的に悪化した経路を良好な経路として復活させるという作用をもたらす。

また、第１および第２の側面において、上記経路管理手段は、上記宛先の無線通信装置との間の上記経路状態が上記第３の状態である期間が所定期間継続した場合には上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態を上記第２の状態に変更するよう制御してもよい。これにより、通信品質の悪化が継続する場合にはその経路を無効にさせるという作用をもたらす。

また、本発明の第３の側面は、各無線通信装置が無線通信の範囲外に存在する相手局との間では近隣の中継局を介した経路により通信を行う無線通信システムにおいて、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手段と、送信元の無線通信装置から上記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに上記経路状態が上記第２の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するとともに上記経路状態が上記第３の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する通信制御手段とを各無線通信装置が具備することを特徴とする無線通信システムである。これにより、送信元の無線通信装置から宛先の無線通信装置へのデータ転送を契機として、経路状態を送信元の無線通信装置に対して通知させるという作用をもたらす。

また、本発明の第４の側面は、各無線通信装置が無線通信の範囲外に存在する相手局との間では近隣の中継局を介した経路により通信を行う無線通信システムにおいて、

無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手段と、当該無線通信装置を送信元として上記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御し、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する通信制御手段とを各無線通信装置が具備することを特徴とする無線通信システムである。これにより、データ送信の際に経路状態が上記第３の状態であればその経路を利用したデータ送信と並行して新たな経路を探索させるという作用をもたらす。

また、本発明の第５の側面は、無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手順と、送信元の無線通信装置から上記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するよう制御する第１の制御手順と、上記送信元の無線通信装置から上記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに上記経路状態が上記第２の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第２の制御手順と、上記送信元の無線通信装置から上記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを転送するとともに上記経路状態が上記第３の状態である旨を上記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第３の制御手順とを具備することを特徴とする無線通信方法またはこれら手順をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。これにより、送信元の無線通信装置から宛先の無線通信装置へのデータ転送を契機として、経路状態を送信元の無線通信装置に対して通知させるという作用をもたらす。

また、本発明の第６の側面は、無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を上記宛先の無線通信装置との間の通信品質に応じて第１乃至第３の状態の何れかにより管理する経路管理手順と、当該無線通信装置を送信元として上記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第１の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するよう制御する第１の制御手順と、当該無線通信装置を送信元として上記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第２の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御する第２の制御手順と、当該無線通信装置を送信元として上記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、上記宛先の無線通信装置との間の経路の上記経路状態が上記第３の状態であれば上記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して上記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する第３の制御手順とを具備することを特徴とする無線通信方法またはこれら手順をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。これにより、データ送信の際に経路状態が上記第３の状態であればその経路を利用したデータ送信と並行して新たな経路を探索させるという作用をもたらす。

本発明によれば、メッシュネットワークにおける各経路の通信品質を効率的に管理することができるという優れた効果を奏し得る。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態の無線通信システムの一例を示す図である。この無線通信システムでは、無線通信装置１００、２００および３００が無線通信によりメッシュネットワーク（アドホックネットワーク）を構成している。ここでは、無線通信装置１００、２００および３００の各々が自律分散して動作しており、インフラストラクチャネットワークのような制御局は存在しない。

この例で無線通信装置１００から無線通信装置３００にデータを送信する場合、両者が互いの通信範囲１０１および３０１に入っていないため、直接無線通信を行うことはできない。そこで、両者を通信範囲２０１に持つ無線通信装置２００が中継局として無線通信装置１００からのデータを一旦受信し、そのデータを相手局である無線通信装置３００に送信する。自律分散型の無線ネットワークでは、このように他の無線通信装置が中継局として機能することにより、通信範囲外の相手局との間で通信を行うことができる。

ここで、無線通信装置１００が直接に通信を行う中継局との間の１対１の接続をリンクという。また、無線通信装置１００が中継局を介して相手局に到達するまでの流れを経路という。

なお、ここでは中継局として機能する無線通信装置が１台の例を挙げて説明したが、この中継局は２台以上であっても構わない。また、以下では無線通信装置１００を例に挙げてその構成を説明するが、他の無線通信装置２００および３００についても同様の構成を備えることはいうまでもない。

図２は、本発明の実施の形態の無線通信システムにおける通信経路の例を示す図である。ここでは、無線通信システムに７台の無線通信装置Ａ乃至Ｇ（１１乃至１７）が含まれる例を示している。無線通信装置間の実線は、その無線通信装置同士で直接的に無線通信を行うことが可能であることを示している。したがって、実線で直接結ばれていない無線通信装置間で通信を行うためには、他の無線通信装置を介した経路を確立する必要がある。

すなわち、無線通信装置Ａ（１１）から無線通信装置Ｅ（１５）にデータを送信するためには、無線通信装置Ｃ（１３）および無線通信装置Ｄ（１４）を介することにより経路２５が実現される。この場合、３つのリンクを経由するため、３ホップにより通信が行われることになる。

また、無線通信装置Ａ（１１）から無線通信装置Ｇ（１７）にデータを送信するためには、無線通信装置Ｂ（１２）、無線通信装置Ｄ（１４）および無線通信装置Ｆ（１６）を介することにより経路２７が実現される。この場合、４つのリンクを経由するため、４ホップにより通信が行われることになる。

なお、一般的に提案されている経路制御プロトコルには、（１）経路が必要になってはじめて作成するリアクティブ型、（２）定期的に経路がメンテナンスされるプロアクティブ型、（３）両者を組み合わせたハイブリット型などがある。本発明はこれらの何れにも適用できる手法である。例えば、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）のＭＡＮＥＴ（Mobile Ad-hoc NETwork）で提案されているＡＯＤＶ（Ad-hoc On-demand Distance Vector）やＤＳＲ（Dynamic Source Routing）はリアクティブ型、ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）やＴＢＲＰＦ（Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding）はプロアクティブ型に分類される。

図３は、本発明の実施の形態における経路の状態遷移例を示す図である。本発明の実施の形態では、経路状態として、インバリッド（Ｉ：Invalid）状態５１１、ペイブ（Ｐ：Pave）状態５２１、ダート（Ｄ：Dirt）状態５２２の３つの状態のうちの何れか１つの状態をとる。なお、ペイブとは舗装された道の意味であり、ダートとは泥道の意味である。ここでは、通信品質の高い経路状態をペイブ状態と呼び、通信品質の低い経路状態をダート状態と呼んでいる。

まず、最初の段階で宛先までの経路が存在していなければ、インバリッド状態５１１になる。このインバリッド状態５１１では、その経路は無効なものとして通信には利用されない。後述する経路テーブルに登録されていない経路はインバリッド状態５１１にあると判断することができる。また、経路テーブルへの登録および解除を短期間内で繰り返すことを避けるため、一旦登録された経路はすぐには解除しないようにして、その経路状態をインバリッド状態５１１として経路テーブルに保持し続けるようにしてもよい。

経路状態がインバリッド状態５１１であった経路に接続する無線通信装置が認識されるようになった場合、その経路状態はペイブ状態５２１に遷移する。このペイブ状態５２１では、その経路は有効なものとして通信に利用される。

経路状態がペイブ状態５２１であった経路の品質が悪化して、その経路に接続する無線通信装置が認識できなくなっても、すぐにはインバリッド状態５１１に遷移せず、ダート状態５２２に遷移する。このダート状態５２２では、その経路は有効なものとして通信に利用されるが、品質が悪いと考えられるため、並行して新しい経路が探索される。

経路状態がダート状態５２２であった経路の品質が改善すると、経路状態は再びペイブ状態５２１へ遷移する。一方、このダート状態５２２のまま一定の時間が経過すると、経路の品質が改善する見込みがないものとして、経路状態はインバリッド状態５１１に遷移する。

図４は、本発明の実施の形態における無線通信装置の動作概要を示す図である。ここでは、データ転送時およびデータ送信時の動作について説明する。

データ転送時には、データを受信した無線通信装置は、宛先の無線通信装置への経路の経路状態を調べて、その経路状態に応じて以下のような動作を行う。経路状態がインバリッド状態であれば、宛先の無線通信装置（相手局）に対する経路のエラー処理が行われる。この場合のエラー処理としては、宛先の無線通信装置に至る経路の経路エラーを送信元の無線通信装置に送信することが考えられる。例えば、ＡＯＤＶにおいては、ＲＥＲＲ（Route ERRor）メッセージが送信元の無線通信装置にユニキャスト送信される。また、経路状態がペイブ状態であれば、その経路を用いて宛先の無線通信装置（相手局）に向けて次の無線通信装置（中継局）に対するデータ転送が行われる。一方、経路状態がダート状態であれば、その経路を用いて相手局に向けて中継局に対するデータ転送が行われるとともに、相手局に対する経路のエラー処理も並行して行われる。この場合のエラー処理では、宛先の無線通信装置に至る経路の経路状態がダート状態である旨が送信元の無線通信装置に送信される。

データ送信時には、データの送信元となる無線通信装置は、宛先の無線通信装置への経路の経路状態を調べて、その経路状態に応じて以下のような動作を行う。経路状態がインバリッド状態であれば、宛先の無線通信装置（相手局）に対する経路の探索処理が行われる。この探索処理としては、宛先の無線通信装置に至る経路の経路探索要求を送信することが考えられる。例えば、ＡＯＤＶにおいては、ＲＲＥＱ（Route REQuest）メッセージがフラッディングにより送信される。また、経路状態がペイブ状態であれば、その経路を用いて宛先の無線通信装置（相手局）に向けて次の無線通信装置（中継局）に対するデータ送信が行われる。一方、経路状態がダート状態であれば、その経路を用いて相手局に向けて中継局に対するデータ送信が行われるとともに、相手局に対する経路の探索処理も並行して行われる。なお、このデータ送信時の処理は、リアクティブ型プロトコルを想定したものである。

図５は、本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。この無線通信装置１００は、近隣ノードテーブル１１０と、経路テーブル１２０と、通信制御部１３０と、無線伝送部１４０と、近隣ノード管理部１５０と、経路管理部１６０とを備えている。

近隣ノードテーブル１１０は、無線通信装置１００と直接的に無線通信可能な無線通信装置（近隣ノード）に関する情報を保持するものである。この近隣ノードテーブル１１０に保持される情報には、例えば、近隣ノードのＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスなどが含まれる。

経路テーブル１２０は、宛先の無線通信装置に至る経路に関する情報を保持するものである。この経路テーブル１２０の内容については後述する。

通信制御部１３０は、無線通信装置１００を送信元とするデータの送信や、他の無線通信装置を送信元とするデータの転送を制御するものである。この通信制御部１３０は、経路テーブル１２０から宛先の無線通信装置に至る経路に関する情報を取得することにより、次の無線通信装置（中継局）を特定する。

無線伝送部１４０は、他の無線通信装置との間の物理的な無線伝送を行うものである。なお、この無線伝送部１４０には（図示しない）アンテナが接続されており、このアンテナを通じて他の無線通信装置との間の無線通信が行われる。

近隣ノード管理部１５０は、近隣ノードテーブル１１０に保持される近隣ノードに関する情報を管理するものである。メッシュネットワークでは、各無線通信装置は自己の存在を示すため、何らかの形で定期的にメッセージを送信する。ここでは、ＡＯＤＶに倣い、このような定期的なメッセージをハローメッセージと称する。近隣ノード管理部１５０は、無線伝送部１４０を介してハローメッセージを受信することにより、何れの無線通信装置が近隣ノードとして存在するかを判断する。これにより、近隣ノード管理部１５０は、近隣ノードテーブル１１０を更新するとともに、近隣ノードの出現または消失ならびにその近隣ノードに関する情報を経路管理部１６０に通知する。

経路管理部１６０は、経路テーブル１２０に保持される宛先の無線通信装置に至る経路に関する情報を管理するものである。この経路管理部１６０は、近隣ノード管理部１５０から近隣ノードに関する情報を受け取り、その内容に従って経路テーブル１２０を更新する。

図６は、本発明の実施の形態における経路テーブル１２０の内部構成例を示す図である。この経路テーブル１２０は、宛先アドレス１２１、次ノードアドレス１２２、ホップ数１２３、経路状態１２４、探索フラグ１２５およびタイムカウント１２６の各フィールドを保持する。

宛先アドレス１２１は、宛先となる無線通信装置を識別するアドレスを保持するフィールドである。このアドレスとしては、例えばＭＡＣアドレスやＩＰアドレスなどを用いることができる。

次ノードアドレス１２２は、宛先アドレス１２１が示す無線通信装置に至るための次の無線通信装置（次ノード）を識別するアドレスを保持するフィールドである。このアドレスとしては、宛先アドレス１２１と同様に、ＭＡＣアドレスやＩＰアドレスなどを用いることができる。

ホップ数１２３は、宛先アドレス１２１が示す無線通信装置に至るまでのリンクの数、すなわちホップ数を示すフィールドである。

経路状態１２４は、宛先アドレス１２１が示す無線通信装置に至るまでの経路の経路状態を示すフィールドである。この経路状態１２４は、上述のインバリッド状態、ペイブ状態、ダート状態の３つの状態のうちの何れか１つの状態をとることができる。但し、インバリッド状態の場合には該当するエントリを経路テーブル１２０から削除することにより、無効な経路として扱うことができる。

この経路状態１２４を参照することにより、通信制御部１３０は利用しようとする経路の状態を把握することができる。経路状態１２４がペイブ状態であれば問題なくその経路を利用することができることがわかる。経路状態１２４がインバリッド状態の場合には経路を探索する必要があることがわかる。また、経路状態１２４がダート状態の場合には、とりあえずその経路を利用できるが、さらに品質の良い経路を並行して探索する必要があることがわかる。なお、経路テーブル１２０には同じ宛先について複数の経路を含んでもよい。この場合、通信制御部１３０は経路状態１２４を比較して、ダート状態の経路よりもペイブ状態の経路を優先的に選択することで、より品質の良い経路を利用することができる。

探索フラグ１２５は、宛先アドレス１２１が示す無線通信装置に至る経路を探索中であるか否かを示すフィールドである。経路状態１２４がダート状態の場合、必要に応じてさらに品質の良い経路が探索されることがある。この探索フラグ１２５が「探索中」である旨を示している場合には、新たな探索処理を開始しないように制御することができる。

タイムカウント１２６は、宛先アドレス１２１が示す無線通信装置に至る経路の生存期間を計るためのフィールドである。例えば、経路状態１２４がダート状態に遷移した際にタイムカウント１２６に一定の数が設定され、その後、ダート状態が継続する限り一定時間が経過する度に減算されるものとする。これにより、タイムカウント１２６が所定の数（例えば「０」）以下になると、対応する経路をインバリッド状態に遷移させるように制御することができる。

なお、この経路テーブル１２０には、ＱｏＳ（Quality of Service）を実現するためのクラスを示すフィールドを設けてもよい。例えば、ファイル、ボイスまたはビデオなどの種別を設定しておくことにより、アプリケーションに適した経路を選択できるようになる。

図７は、本発明の実施の形態における経路エラーメッセージの内容の一例を示す図である。この経路エラーメッセージは、データ転送時において経路が正常でない場合に送信元に対して通知されるメッセージである。この経路エラーメッセージには、メッセージタイプ７１１、未到達ノード数７１２、ダートフラグ７１３および未到達ノードアドレス７１４の各フィールドが含まれている。

メッセージタイプ７１１は、このメッセージの種別を示すフィールドである。この例では、経路エラーメッセージ（ＲＥＲＲ）を示している。

ダートフラグ７１３は、通知対象となる経路の経路状態がダート状態であるか否かを示すフィールドである。ＡＯＤＶでは、データ転送の途中で経路が存在しなかった場合に、その経路により到達するべき無線通信装置のアドレスを特定して、経路エラーメッセージを送信元に通知するという処理が行われる。本発明の実施の形態では、この経路エラーメッセージに新たにダートフラグ７１３を設け、データ転送の途中の経路がダート状態であればダートフラグ７１３を「オン」に設定することにより、その旨を送信元に通知できるようにしている。この通知を受けた送信元は、経路テーブル１２０におけるその経路の経路状態１２４を「ダート状態」に変更する。なお、従来のように、経路が存在しない旨を通知する際には、ダートフラグ７１３には「ダート状態ではない」旨（すなわち、インバリッド状態である旨）が設定される。

未到達ノード数７１２は、通知対象となる経路（正常ではない経路）上の無線通信装置の数を示すフィールドである。また、未到達ノードアドレス７１４は、通知対象となる経路上の無線通信装置を識別するアドレスを示すフィールドである。例えば、図２の例において無線通信装置Ａ（１１）から無線通信装置Ｇ（１７）にデータを送信する際、無線通信装置Ｄ（１４）と無線通信装置Ｆ（１６）との間の経路がダート状態であることが検出されると、無線通信装置Ｄ（１４）は、無線通信装置Ｆ（１６）および無線通信装置Ｇ（１７）のアドレスを未到達ノードアドレス７１４に設定し、未到達ノード数７１２を「２」に設定し、ダートフラグ７１３を「ダート状態」に設定して経路エラーメッセージを無線通信装置Ａ（１１）に通知する。なお、未到達ノードアドレス７１４のアドレスとしては、例えばＭＡＣアドレスやＩＰアドレスなどを用いることができる。

次に本発明の実施の形態における無線通信システムの動作について図面を参照して説明する。

図８は、本発明の実施の形態におけるデータ転送時の処理手順を示す流れ図である。データを転送する無線通信装置では、まず、宛先への有効な経路が存在するか否かが調べられる（ステップＳ９１１）。すなわち、経路テーブル１２０に宛先への経路の経路状態１２４として「ペイブ状態」または「ダート状態」を示す経路が登録されていれば、対応する次ノードアドレス１２２の示す無線通信装置に対してデータが転送される（ステップＳ９１２）。そして、その経路状態１２４が「ダート状態」であれば（ステップＳ９１３）、ダート状態を示す（ダートフラグ７１３が「オン」に設定された）経路エラーメッセージが送信元の無線通信装置に通知される（ステップＳ９１４）。

一方、ステップＳ９１１において宛先への有効な経路が存在しない場合には、インバリッド状態を示す（ダートフラグ７１３が「オフ」に設定された）経路エラーメッセージが送信元の無線通信装置に通知される（ステップＳ９１４）。なお、この場合、上位レイヤがＴＣＰなどの再送を行うプロトコルであれば、データの再送が行われる。これにより、その新たに探索された経路によりデータ転送が行われることになる（ステップＳ９１２）。

図９は、本発明の実施の形態におけるデータ送信時の処理手順を示す流れ図である。データの送信元となる無線通信装置では、まず、宛先への有効な経路が存在するか否かが調べられる（ステップＳ９２１）。すなわち、経路テーブル１２０に宛先への経路の経路状態１２４として「ペイブ状態」または「ダート状態」を示す経路が登録されていれば、対応する次ノードアドレス１２２の示す無線通信装置に対してデータが送信される（ステップＳ９２２）。そして、その経路状態１２４が「ダート状態」であれば（ステップＳ９２３）、さらに品質の良い経路が探索される（ステップＳ９２４）。

一方、ステップＳ９２１において宛先への有効な経路が存在しない場合には、データ送信に利用すべき経路が探索される（ステップＳ９２４）。その後、経路が探索されるとその経路は経路テーブル１２０に登録され、その新たに探索された経路によりデータ転送が行われることになる（ステップＳ９２２）。

図１０は、本発明の実施の形態における経路エラーメッセージ受信時の処理手順を示す流れ図である。データを送信した無線通信装置が経路エラーメッセージを受信した場合、その経路エラーメッセージのダートフラグ７１３が「オン」であれば（ステップＳ９３１）、経路テーブル１２０における対応する経路の経路状態１２４が「ダート状態」に変更される（ステップＳ９３２）。

一方、経路エラーメッセージのダートフラグ７１３が「オフ」であれば（ステップＳ９３１）、経路テーブル１２０における対応する経路が無効にされる（ステップＳ９３３）。すなわち、経路テーブル１２０における対応する経路の経路状態１２４が「インバリッド状態」に変更され、もしくは、その経路の登録が解除される。

図１１は、本発明の実施の形態におけるリンク品質悪化時の処理手順を示す流れ図である。上述のように、メッシュネットワークにおいて各無線通信装置は定期的にハローメッセージを送信する。各無線通信装置は、他の無線通信装置からハローメッセージを受信することにより、各経路のリンク品質を判断する。リンク品質が所定の閾値よりも低下した場合には（ステップＳ９４１）、経路テーブル１２０の経路状態１２４が「ダート状態」に変更される（ステップＳ９４２）。

また、その経路が使用中の経路である場合（ステップＳ９４３）、経路テーブル１２０の探索フラグ１２５が探索中でなければ（ステップＳ９４４）、探索処理が開始される（ステップＳ９４５）。すなわち、経路探索メッセージがフラッディングにより送信される。

図１２は、本発明の実施の形態におけるリンク品質改善時の処理手順を示す流れ図である。上述のように、各無線通信装置は、他の無線通信装置からハローメッセージを受信することにより、各経路のリンク品質を判断する。ここでは、１回もしくはＮ回（Ｎは２以上の整数）連続してハローメッセージの受信に成功したことを前提とする（ステップＳ９５１）。その結果、リンク品質が所定の閾値よりも上回った場合には（ステップＳ９５２）、経路テーブル１２０の経路状態１２４が「ペイブ状態」に変更される（ステップＳ９５３）。

図１３は、本発明の実施の形態におけるタイムアウト時の処理手順を示す流れ図である。上述のように、経路テーブル１２０の経路状態１２４が「ダート状態」に遷移すると、タイムカウント１２６はダート状態が継続する限り一定時間が経過する度に減算されるように制御することができる。この場合、例えばタイムカウント１２６が「０」になった際に、経路状態１２４が「インバリッド状態」に変更される（ステップＳ９６２）。タイムカウント１２６が「０」になるまでにリンク品質が改善すれば、図１２の処理手順に従って、経路テーブル１２０の経路状態１２４が「ペイブ状態」に変更される（ステップＳ９５３）。

このように、本発明の実施の形態によれば、経路管理部１６０において各経路の経路状態はインバリッド状態、ペイブ状態、ダート状態の３つの状態に分類して管理される。データ転送時において経路状態がダート状態であれば、通信制御部１３０はその経路を利用してデータ送信を行うとともに、送信元の無線通信装置に対して経路状態がダート状態である旨を通知する。これにより、通信品質の取得要求を明示的に行うことなく、データ転送を契機として通信品質を伝達することができる。

また、本発明の実施の形態によれば、ペイブ状態から一時的に通信品質が悪化した場合でも通信を即座に遮断することなくダート状態としてその経路を使い続けるため、不安定な環境でもエンド・トゥ・エンド（End-to-End）における通信を安定化させ、スループットを極大化することができる。

また、本発明の実施の形態によれば、ダート状態において、通信を行いながら並行してさらに品質の良い経路を探索することができるため、特にリアクティブ型プロトコルに適用すると効果的である。

また、本発明の実施の形態によれば、有効な経路をペイブ状態とダート状態に分類することにより、同じ宛先について複数の経路が存在する場合に、ダート状態の経路よりもペイブ状態の経路を優先して選択することができ、より品質の高い経路を使用することができる。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。

すなわち、請求項１乃至１１において、経路管理手段は例えば経路管理部１６０に対応する。また、通信制御手段は例えば通信制御部１３０に対応する。ここで、経路状態として、例えば、第１の状態はペイブ状態５２１に対応し、第２の状態はインバリッド状態５１１に対応し、第３の状態はダート状態５２２に対応する。

また、請求項１３および１５において、経路管理手順は例えばステップＳ９３２、Ｓ９３３、Ｓ９４２またはＳ９５３に対応する。また、第１の制御手順は例えばステップＳ９１２に対応する。また、第２の制御手順は例えばステップＳ９１４に対応する。また、第３の制御手順は例えばステップＳ９１２乃至Ｓ９１４に対応する。

また、請求項１４および１６において、経路管理手順は例えばステップＳ９３２、Ｓ９３３、Ｓ９４２またはＳ９５３に対応する。また、第１の制御手順は例えばステップＳ９２２に対応する。また、第２の制御手順は例えばステップＳ９２４に対応する。また、第３の制御手順は例えばステップＳ９２２乃至Ｓ９２４に対応する。

なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。

本発明の実施の形態の無線通信システムの一例を示す図である。本発明の実施の形態の無線通信システムにおける通信経路の例を示す図である。本発明の実施の形態における経路の状態遷移例を示す図である。本発明の実施の形態における無線通信装置の動作概要を示す図である。本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。本発明の実施の形態における経路テーブル１２０の内部構成例を示す図である。本発明の実施の形態における経路エラーメッセージの内容の一例を示す図である。本発明の実施の形態におけるデータ転送時の処理手順を示す流れ図である。本発明の実施の形態におけるデータ送信時の処理手順を示す流れ図である。本発明の実施の形態における経路エラーメッセージ受信時の処理手順を示す流れ図である。本発明の実施の形態におけるリンク品質悪化時の処理手順を示す流れ図である。本発明の実施の形態におけるリンク品質改善時の処理手順を示す流れ図である。本発明の実施の形態におけるタイムアウト時の処理手順を示す流れ図である。

符号の説明

１１〜１７、１００、２００、３００無線通信装置
１１０近隣ノードテーブル
１２０経路テーブル
１２１宛先アドレス
１２２次ノードアドレス
１２３ホップ数
１２４経路状態
１２５探索フラグ
１２６タイムカウント
１３０通信制御部
１４０無線伝送部
１５０近隣ノード管理部
１６０経路管理部

Claims

無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手段と、
送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに前記経路状態が前記インバリッド状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するとともに前記経路状態が前記ダート状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する通信制御手段と
を具備する無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ペイブ状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ダート状態に変更するよう制御する請求項１記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ペイブ状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ダート状態に変更するとともに新たな経路を探索するよう制御する請求項２記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ダート状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値を上回ったときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ペイブ状態に変更するよう制御する請求項１記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ダート状態である期間が所定期間継続した場合には前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記インバリッド状態に変更するよう制御する請求項１記載の無線通信装置。
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手段と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する通信制御手段と
を具備する無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ペイブ状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ダート状態に変更するよう制御する請求項６記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ペイブ状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値より低下したときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ダート状態に変更するとともに新たな経路を探索するよう制御する請求項７記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ダート状態である場合において前記宛先の無線通信装置との間の通信品質が所定の閾値を上回ったときには前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記ペイブ状態に変更するよう制御する請求項６記載の無線通信装置。
前記経路管理手段は、前記宛先の無線通信装置との間の前記経路状態が前記ダート状態である期間が所定期間継続した場合には前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態を前記インバリッド状態に変更するよう制御する請求項６記載の無線通信装置。
各無線通信装置が無線通信の範囲外に存在する相手局との間では近隣の中継局を介した経路により通信を行う無線通信システムにおいて、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手段と、
送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに前記経路状態が前記インバリッド状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するとともに前記経路状態が前記ダート状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する通信制御手段と
を各無線通信装置が具備する無線通信システム。
各無線通信装置が無線通信の範囲外に存在する相手局との間では近隣の中継局を介した経路により通信を行う無線通信システムにおいて、
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置であって、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手段と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御し、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する通信制御手段と
を各無線通信装置が具備する無線通信システム。
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手順と、
送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するよう制御する第１の制御手順と、
前記送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに前記経路状態が前記インバリッド状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第２の制御手順と、
前記送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するとともに前記経路状態が前記ダート状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第３の制御手順と
を具備する無線通信方法。
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するよう制御する第１の制御手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御する第２の制御手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する第３の制御手順と
を具備する無線通信方法。
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手順と、
送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するよう制御する第１の制御手順と、
前記送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに前記経路状態が前記インバリッド状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第２の制御手順と、
前記送信元の無線通信装置から前記宛先の無線通信装置へ転送すべきデータを受信した場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを転送するとともに前記経路状態が前記ダート状態である旨を前記送信元の無線通信装置に対して通知するよう制御する第３の制御手順と
を前記無線通信装置に実行させるためのプログラム。
無線通信の範囲外に存在する他の無線通信装置との間では近隣の無線通信装置を介した経路により通信を行う無線通信装置において、
宛先の無線通信装置との間の経路の経路状態を前記宛先の無線通信装置との間の通信品質について通信品質の高い経路状態を示すペイブ状態、無効な経路であることを示すインバリッド状態、および、通信品質の低い経路状態を示すダート状態の何れかにより管理する経路管理手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ペイブ状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するよう制御する第１の制御手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記インバリッド状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用せずに新たな経路を探索するよう制御する第２の制御手順と、
当該無線通信装置を送信元として前記宛先の無線通信装置に対してデータを送信する場合において、前記宛先の無線通信装置との間の経路の前記経路状態が前記ダート状態であれば前記宛先の無線通信装置との間の経路を利用して前記データを送信するとともに新たな経路を探索するよう制御する第３の制御手順と
を前記無線通信装置に実行させるためのプログラム。