JP4921008B2 - 無線マルチホップネットワークにおける移動端末のマルチキャスト通信経路制御システム、方法、通信端末、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、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該複数の通信端末をノードとする無線マルチホップネットワークを形成し、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におけるマルチキャスト通信経路制御システム、方法、通信端末、プログラム、記憶媒体に関する。

無線マルチホップネットワークは、有線の通信インフラを設置することなく、無線通信端末がバケツリレー式に他の通信端末のパケットを転送することにより、広い領域における無線通信を行うことを可能とする技術であり、ネットワークの自律性・端末のモビリティ性の面から注目されている。その中でも、無線マルチホップネットワーク上で１つの送信端末から複数の受信端末へデータ配信を行うマルチキャスト通信については情報配信などの用途が考案されている。

無線マルチホップネットワーク上でマルチキャストデータ配信を行う場合、データ受信端末が移動するのに伴い、最適な経路を構築しなおす必要がある。その手段として、一定間隔で経路構築を行うことが考案されている。

なお、関連する先行技術文献として以下の非特許文献１を参照されたい。

SUNG-JU LEE, 他2名, "On-Demand Multicast Routing Protocol in Multihop Wireless Mobile Networks", Mobile Networks and Applications Volume 7, Issue 6 (December 2002), Pages 441-453

第１の問題点は、一度構築した経路におけるデータ受信可能領域から離れてから、次の経路構築時に新たな経路が構築されるまでの期間は、データ通信ができない状態となるため、無線マルチホップネットワークにおいて、データ受信端末が移動する場合、移動後の位置における通信経路が構築されるまでの間、その端末はデータ受信ができない状態となることである。

すなわち、従来の無線マルチホップネットワーク上のマルチキャストデータ配信では、データ送信端末とデータ受信端末を結ぶ経路を構築した上でデータ転送が行われるが、一度構築された経路は数秒程度の周期で最適な経路を構築しなおす必要がある。そのため無線端末の移動があり、一回の経路更新間隔の内にデータ受信可能領域から離れる場合にはデータ受信が途切れる場合があった。

第２の問題点は、データ送信端末と受信端末との間でデータ中継する端末に選出されるノードが、位置情報を使わずに経路構築制御パケットの送信タイミングおよび受信タイミングだけで決められるため、必ずしも、端末の物理的配置に適した経路にならないことである。

第３の問題点は、上記の第１の問題点を解決しようとする方式の一つとして、経路を構築しなおす間隔を短くすることが考えられるが、その場合、移動時にもデータ通信を継続するために、データ送信端末からネットワーク上の全端末へフラッディングする通信方式では、経路構築に必要なパケットの送信が多くなり、定期的に発行する経路構築パケット（制御パケット）の数が増加するため、通信帯域の使用効率が悪く、通信帯域を圧迫する可能性があった。

そこで本発明は、無線マルチホップネットワーク上のマルチキャストデータ配信において、受信端末が移動する場合にも途切れないデータ受信を可能とするマルチキャスト通信経路制御システム、方法、端末装置、プログラム、記憶媒体を提供することを目的とする。

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。

本発明の第１の態様によるマルチキャスト通信経路制御システムは、複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト通信経路制御システムであって、各通信端末は、通信経路の形成を制御する経路制御部と 自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部と を有し、無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、受信端末から所定のホップ数以内に位置するマルチキャスト配信を行なわせるための通信経路となる無線端末から 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置する無線端末を除くように、個々の経路制御部が通信経路を構築して、前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限して構築する ことを特徴とする。

本発明の第２の態様によるマルチキャスト通信経路制御方法は、複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト通信経路制御方法であって、各通信端末は、通信経路の形成を制御すると共に自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得でき、無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、前記各通信端末はそれぞれ、受信端末から所定のホップ数以内に位置するマルチキャスト配信を行なわせるための通信経路となる無線端末から 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置する無線端末を除くように、個々に通信経路を構築しあい、前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限して構築する ことを特徴とする。

本発明の第３の態様による端末装置は、複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークで用いられる通信端末であって、通信経路の形成を制御する経路制御部と、自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部と、
を有し、無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、受信端末から所定のホップ数以内に位置して 且つ 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置しない場合に、マルチキャスト配信を中継する通信経路となる無線端末として動作する一方、前記所定範囲に位置する場合に、通信経路の構築に加わらないことで、前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を無線マルチホップネットワークとして制限するように通信経路を構築する ことを特徴とする。
また、本発明の第４の態様によるプログラムは、複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおける個々のノードでのマルチキャスト通信経路制御処理を行わせるプログラムであって、自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部を有するノードである無線端末の通信経路の形成を制御する経路制御部を、無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、受信端末から所定のホップ数以内に位置して 且つ 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置しない場合に、通信経路となる無線端末となるように動作させて、無線マルチホップネットワークとして前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限する ように通信経路を構築させることを特徴とする。

第１の効果として、移動する受信端末の移動先もデータ受信可能領域となっているので良好にデータ受信が可能になるため、無線マルチホップネットワーク上のマルチキャストデータ配信において、受信端末が移動する場合にも途切れにくいデータ受信が可能となる。

第２の効果として、受信端末が移動してもマルチキャストデータを受けられるデータ受信可能領域が従来技術よりも安定的に広くなり、経路構築周期の間の無線通信端末の移動可能距離が長くできるため、経路構築周期を長くすることができるようになる。そのため、無線マルチホップネットワーク上のマルチキャストデータ配信において、定期的に発行する経路構築パケットの数を削減することが可能となる。

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施例は無線マルチホップネットワーク上のマルチキャストルーティングプロトコルの１つである、上記非特許文献１のODMRP(On Demand Multicast Routing Protocol)プロトコルを用いた方式に適用したものである。

On-Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP)はアドホックネットワークのモバイルホスト向けのマルチキャストルーティングプロトコルである。ODMRPはtree-basedではなくmesh-basedであり、フォワーディンググループ（転送グループ：限定フラッディングによりマルチキャストパケットを転送するノードの部分集合）の概念を用いている。また、ODMRPは経路生成、マルチキャストグループのメンバ管理を動的に行うオンデマンド型である。帯域幅が限定され、トポロジの変化が激しく、また電源が限られているようなアドホックネットワークにODMRPは適している。

ODMRPでは、前記の「受信者検索パケット」は「JoinQueryパケット」、「受信者検索応答パケット」は「JoinReplyパケット」、「受信者検索応答ホップ数」は「リプライホップカウント」とそれぞれ呼ばれる。

以下、データ受信端末周辺の１ホップ以内の領域に位置する無線端末が新たにデータ転送に関わるとした場合における本発明の第１の実施の形態にかかわるシステム構成について図面を参照して詳細に説明する。図１は、従来技術の処理を示すネットワーク図である。図１において、無線通信端末Ｓ，Ｒ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎ９，Ｎａ，Ｎｂは無線マルチホップネットワークを構成している。各端末の電波到達距離は各端末を取り囲む円で示す領域である。電波到達距離にある端末同士は互いに通信可能である。

図１において、無線通信端末ＳからＲに向けてデータ送信する場合、データの転送に関わる無線通信端末は従来技術ではFG1に属する端末Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３だけであった。

図２は、本発明の実施例を示すネットワーク図である。図２において、無線通信端末SからRに向けてデータ送信する場合、データの転送に関わる無線通信端末は、本発明によりFG1またはFG2またはその両方に属する端末Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ７となる。

図３は、従来技術の無線通信端末Ｓ，Ｒ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎ９，Ｎａ，Ｎｂの構成を示した図である。図３において、無線通信端末１０は、通信データが載った電波の送受信を行うアンテナ１１、無線ネットワークのデータ通信を行う無線処理部１２、経路情報の制御を作成・変更・削除を管理する経路制御部１３、一度受信した信号を一定容量だけ保持し後に再び受信した際の同一性の確認に使用するメッセージキャッシュ１４、自端末の経路を構築するために周辺端末を含めた経路構造を管理する経路管理部１５、自端末が属するグループの情報を管理するメンバ管理部１６、音声・映像などのアプリケーションデータを送受信するアプリケーション処理部１８、および、アプリケーションデータを一時的に保持しておく通信バッファ１７からなる。なお、メッセージキャッシュに保持される信号は常に最新に保たれる。

次に本実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について詳細に説明する。図４において、従来手法における経路構築手法を示す。図４において、JoinQueryパケットを「JQ」、JoinReplyパケットを「JR」と、それぞれ略記する。なお、JoinQueryパケットとはマルチキャストメンバの募集と経路の確立・更新を行うために、マルチキャストの送信元によって送られる特別なデータパケットのことをいい、JoinReplyパケットとはマルチキャストメンバの募集と経路の確立・更新を行うために、マルチキャスト受信ノードとフォワーディングノード（ＦＧノード）によってブロードキャストされるパケットをいう。

従来手法によれば、端末ＳにおいてグループＧ１の送信データS1が発生した後、端末Ｓは受信者検索のためのJoinQueryパケットJQ11を発行する。このパケットはこのネットワークに存在する無線マルチホップ端末により、JQ12、JQ13、JQ14と転送され全端末が受信する。この送信データS1のグループＧ１のメンバノードになる端末Ｒは上流隣接端末情報N3を含んだJoinReplyパケットを作成する。そして、JoinQueryパケットが転送されてきた経路と逆方向の端末Ｎ３に届くように、そのJoinReplyパケットJR11を送信することによりグループＧ１への参加要求を行う。JoinReplyパケットは各無線マルチホップ端末により、JR12、JR13、JR14と転送され端末Ｓにまで届けられ、送信元となる端末Ｓにおいて受信者（端末Ｒ）の存在を認識すると共に、端末Ｓから端末Ｒまでの経路が構築される。その際、JoinQueryパケット中の上流隣接端末情報は適切に、Ｎ３，Ｎ２，Ｎ１，Ｓと書き換えられる。なお、データを中継する端末をFG(Forwarding Group)ノードとよび、FGノードの集合をFG(Forwarding Group)とよぶ。

この過程において、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の中継者がJoinQueryパケットを転送するときには１つのグループアドレスと上流端末のアドレスの組を経路管理部１５に保存する。一方、参加表明を行うJoinReplyパケットには１つのグループアドレスと上流隣接端末の組が記載されており、そこで上流隣接端末に指定される端末だけがJoinReplyパケットを受信する。JoinReplyパケットを受信した上流隣接端末（自ノード）がFGノードであることを認識する。そのため、端末Ｓから端末Ｒへ至る経路は冗長性のないものとなる。

図５において本発明における経路構築手法を示す。図５において、後述するパケットJoinQueryを「JQ」、JoinReplyを「JR」と、それぞれ略記する。本発明によれば、JoinReplyパケットで指定される上流隣接端末でなくても、受信端末からＭホップ以内である端末はJoinReplyパケットJR11を受信しFGノードとなることができる。ここでＭとは、受信端末の移動速度、電波到達範囲、JoinQuery送信間隔（経路更新間隔）などのネットワークに固有な値を設定すべきであり、経路更新間隔の間で受信端末がFGの外に外れることのないような値とすべきである。なお、大きな値に設定した場合、受信者の周りでフラッディングによる帯域の圧迫が発生する可能性が大きくなる。

以降の説明ではＭ＝１とした場合で説明する。この場合、Ｒから１ホップ以内の端末としてＮ４とＮ７が該当する。図３において、従来手法における無線端末の経路制御処理について具体的に示す。

従来手法によれば、図４に示すように送信端末Sのアプリケーション処理部１８においてグループG１の送信データS１が発生すると、そのパケットは一旦、通信バッファ１７に蓄えられる。それと同時に経路制御部１３にてJoinQueryパケットが作成される。作成されたJoinQueryパケットは無線処理部１２およびアンテナ１１を経由して隣接ノードに送信される。隣接ノードにおける経路制御部１３は、アンテナ１１および無線処理部１２を経由して当該JoinQueryパケットを受信する。経路制御部１３は、送信端末アドレスと送信端末シーケンスナンバとをキーとしてメッセージキャッシュ１４を参照し、初めて受信するJoinQueryパケットであるかどうかを判断する。ここで、シーケンスナンバとは、１つの端末において１つもつ数値であり、JoinQueryパケットを送信するたびに値が１ずつ増加する数値のことである。

初めて受信したJoinQueryパケットであった場合には、JoinQueryパケット内のホップカウントを１加えて、他の端末に送信する。さらに自端末がグループG１のメンバである場合にはメンバ管理部１６において、該当するマルチキャストグループアドレスG１・最終JoinQuery受信時刻・直前のJoinQuery送信端末を管理し、JoinReply送信処理に続く。

JoinReply送信処理では、経路制御部１３が、上流隣接端末（直前のJoinQuery送信端末に等しい）を指定してJoinReplyパケットを作成し、無線処理部１２およびアンテナ１１を通して送信する。当該JoinReplyパケットを受信した端末では、自端末がJoinReplyパケットの上流隣接端末に指定されている場合、経路管理部１５においてグループG１の受信者が下流に存在することが管理される。経路制御部１３は前記上流隣接端末にJoinReplyパケットを送信する。その際、メッセージキャッシュ１４は使用しない。

本発明によれば、従来手法と同様のJoinQueryパケットに関する処理を行った後、次のようなJoinReplyパケット処理を行う。図５において、本発明の無線通信端末のJoinReplyパケット処理について具体的に示す。

本発明におけるJoinReply送信処理では経路制御部１３にて、従来の上流隣接端末情報に加え、受信端末アドレスと受信端末シーケンスナンバ、および、リプライホップカウントを０として含んだJoinReplyパケットを作成し、無線処理部１２およびアンテナ１１を経由して送信する。JoinReplyパケットを受信した端末では、自身がJoinReplyパケットの上流隣接端末に指定されている場合、または、リプライホップカウントがＭよりも小さい場合に、受信端末アドレスと受信端末シーケンスナンバをキーとしてメッセージキャッシュ１４を参照し、初めて受信するJoinReplyパケットであるか否かを判断する。その後、経路管理部１５において該当するグループG１の受信者が下流に存在することを管理し、上流隣接端末にJoinReplyパケットを送信する。その際、受信端末アドレスと受信端末シーケンスナンバは変更せず、リプライホップカウントは１を加えたもとする。なお、経路制御部１３は、経路更新間隔の間で受信端末がJoinReplyパケットを受信するデータ中継端末の外に外れることのないリプライホップカウントをあらかじめ設定し、前記設定されたホップ数以内である端末を前記データ中継端末として決定するのである。

次に本発明の第２の実施の形態に係る通信経路制御システムの構成について図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態におけるＭの値を速度に応じて動的に決定することにより、第１の実施の形態よりも通信帯域の使用効率を向上するものである。図６を参照して第２の実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について説明する。図６は、第２の実施の形態における、無線通信端末Ｓ，Ｒ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎ９，Ｎａ，Ｎｂの詳細図である。

図６に示す端末装置２０は図３に示した端末装置１０の構成に加え、位置を管理するとともに、移動速度の計算も行う位置検出部２２を備える。位置検出部２２から経路制御部１３に対して、位置および移動速度に関わる情報を提供することを可能とする。位置を検出するための手段は何であってもよく、例えば、位置検出アンテナ２１を備え、GPS（Global Positioning System, 汎地球測位システム）や携帯電話の基地局を使用して位置を検出する方式などが適用できる。

本実施の形態により、移動端末において位置および移動速度を検出することを可能とする。これらの位置および移動速度に適したＭの値を動的に設定することを可能とする。それにより、データ受信可能領域を必要最小限にし、第１の実施の形態よりも通信帯域の使用効率を向上することができる。

次に本発明の第３の実施の形態に係る通信経路制御システムの構成について図面を参照して詳細に説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態におけるFGを形成する際に、位置および速度の情報を使用し、近い距離に位置し、速度の大きさおよび方向が近い値をとる端末がFGを形成している。これにより、第１および第２の実施の形態よりも通信帯域の使用効率を向上することを可能にする。

図７を参照して第３の実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について説明する。図７は、第３の実施の形態におけるネットワーク図である。図７において、無線通信端末Ｓ，Ｒ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎ９，Ｎａ，Ｎｂはそれぞれ図中に示す矢印の向きに移動しており、その矢印の長さが速度の大きさを表す。各無線通信端末は第2の実施の形態で述べた位置検出部２２を備え、経路制御部１３に対して、位置および速度に関わる情報を提供する。

無線通信端末は経路構築のためのJoinReplyパケットを送信する際、従来手法に加え、自端末の位置および速度に関わる情報をパケット内に記述する。そのJoinReplyパケットを受信した端末は、パケットの中に記載されている位置および速度に関する情報と、自端末の位置および速度に関する情報とから以下の計算方法により隣接維持時間を計算する。隣接維持時間は、近い距離に位置し、速度の大きさおよび方向が近い値をとるものの間では大きな値となる。

その隣接維持時間がＴより小さい場合は前に述べた第１および第２の実施の形態と同じ経路構築処理によりFGノードとなり、それ以降、データを中継することとなる。一方、経路維持時間がＴより大きい場合には前に述べた第１および第２の実施の形態とは異なり、経路構築処理を行わない。ここで、Ｔとはネットワークおよび無線通信端末の種別に固有に設定される値である。

本実施の形態により、図７のFG3で示されるように、近い距離に位置し、速度の大きさおよび方向が近い値をとる端末がFGを形成する。これにより、Ｔよりも短時間で通信可能距離から離れてしまう無線通信端末がパケット転送をすることがなくなるため、第１および第２の実施の形態よりも通信帯域の使用効率を向上することができる。なお、本実施例において、Ｍの値の設定方法は、第１の実施の形態のように予めネットワークに固有の値にされていてもよいし、第２の実施の形態のように速度に適して動的に設定されてもよい。

図８は、隣接維持時間の計算方法の一例の説明図である。図８において、ｉおよびｊは位置および速度を検出する機構を有する無線通信端末であり、ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｖ_ｉ，θ_ｉはそれぞれ、ｉの位置のｘ座標、ｉの位置のｙ座標、ｉの速度の大きさ、ｉの移動方向を表す。同様に、ｘ_ｊ，ｙ_ｊ，ｖ_ｊ，θ_ｊはそれぞれ、ｊの位置のｘ座標、ｊの位置のｙ座標、ｊの速度の大きさ、ｊの移動方向を表す。ｒはｉおよびｊの通信可能距離を表す。

ｉとｊが等速直線運動をする場合、ｉとｊとが通信可能距離より小さい距離だけ離れている時刻での位置および速度情報をそれぞれ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｖ_ｉ，θ_ｉ）および（ｘ_ｊ，ｙ_ｊ，ｖ_ｊ，θ_ｊ）とすると、その時刻より後でｉとｊとの距離がｒ以内である時間、つまり、隣接関係を維持できる時間（隣接維持時間）Ｄ_ｔは以下の数１で表される。

ここで、

である。なお、この計算方法は一例であり、他の計算方法であってもよい。

次に本発明の第４の実施の形態の構成について図面を参照して詳細に説明する。第４の実施の形態は、第１の実施の形態のFGを形成する際に位置の情報を使用し、データ受信者の周辺領域の中でもデータ送信者に近い端末がFGを形成することにより、第１および第２の実施例よりも通信帯域の使用効率を向上するものである。

図９を参照して第４の実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について説明する。図９は第４の実施の形態におけるネットワーク図である。図９において、無線通信端末Ｓ，Ｒ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…，Ｎ９，Ｎａ，Ｎｂは前記第２の実施の形態で述べた位置検出部２２を備え、経路制御部１３に対して、位置および速度に関わる情報を提供する。

データ送信端末Ｓは、JoinQueryパケットを送信する際、従来手法に加え、自端末の位置に関わる情報をパケット内に記述して送信する。そのJoinQueryパケットを受信したデータ受信端末Ｒは、JoinReplyを送信する際、従来手法に加え、受信したJoinQueryパケット内に記載されているデータ送信端末Ｓの位置に関わる情報および自端末の位置に関わる情報をパケット内に記述して送信する。そのJoinReplyパケットを受信した端末は、パケット内に記載されている送信端末Ｓの位置に関する情報と、受信端末Ｒの位置に関する情報と、自端末の位置に関する情報から、自端末がFG4の扇形の中に位置するかどうかを判定する。ここで、FG4の扇形とは受信端末を中心とする中心角２Ｐの扇形である。FG4の扇形の中に位置する場合は前に述べた第１の実施の形態と同様にFGノードになり、それ以降、データを中継することとなる。一方、FG4の扇形の外に位置する場合はFGノードにならない。

本実施の形態により、図9のFG4で示されるように、受信端末Ｒを取り囲む円形の領域のうち、送信端末Ｓに近い側の扇形の内部に存在する端末がFGを形成する。これにより、受信端末Ｒの周辺端末のうち、送信端末Ｓに遠い端末がパケット転送することがなくなるため、第１および第２の実施の形態よりも通信帯域の使用効率を向上することができる。

なお、本実施の形態において、Ｍの値設定方法は、第１の実施例のように予めネットワークに固有の値にされていてもよいし、第２の実施の形態のように速度に適して動的に設定されてもよい。

また、Ｐの設定方法は、予めネットワークに固有の値にされていてもよいし、データ送信者またはデータ受信者または中継者が決定してもよい。

データ送信者が決定する場合は、JoinQueryパケットの中にＰを記載し、そのJoinQueryパケットを受信したデータ受信者はそのＰをJoinReplyパケットの中に記載し、そのJoinReplyパケットを受信した中継者がそのＰを使用して判定を行う。データ受信者が決定する場合は、JoinReplyパケットの中にＰを記載し、そのJoinReplyパケットを受信した中継者がそのＰを使用して判定を行う。中継者が決定する場合は、中継者は自身で決定したＰを使用して判定を行う。

中継者における、FG4の扇形の中に位置するか否かの判定に使う計算方法の一例を以下に説明する。送信端末Ｓと受信端末Ｒを結ぶ直線と自端末と受信端末Ｒを結ぶ直線のなす角度Ｑを計算する。ただし 0°≦Ｑ≦180°とする。その角度ＱがＰより小さい場合は扇形の内側、ＱがＰよりも大きい場合は扇形の外側に位置する。ただし0°≦Ｐ≦180°とする。Ｐは扇形の中心角の(1/2)に等しく、ネットワークおよび無線通信端末の種別に固有に設定される値である。角度Ｑの大小比較について一般的に、0°≦Ｑ≦180°の範囲では、Ｑと(-cosＱ)との大小関係が一致するため、本実施例では(-cosＱ)の形で角度Ｑの大小比較を判定する。

次に図１０を参照して、cosＱの計算方法を説明する。図１０において、円で示すｋ，ｌ，ｍは位置を検出する機構を有する無線通信端末である。これが、送信端末、受信端末、周囲にある端末にあたる。各端末を結ぶ線分をそれぞれ図のように線分Ｋ，線分Ｌ，線分Ｍで表し、線分Ｋと線分Ｍとのなす角をＱとする。

このとき、余弦定理により、Ｑについて線分Ｋ，Ｌ，Ｍとの間に以下の数６に示す関係式が成立する。

この計算方法は一例であり、他の計算方法であってもよい。

また、上記した各実施の形態は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。

また、発明対象としては、上記マルチキャスト通信経路制御方法における各ステップをコンピュータに実行させるプログラムも含み、このプログラムはプログラムそのものであってもよいし、このプログラムがコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されているものであってもよい。

本発明では、この記録媒体として、マイクロコンピュータで処理が行なわれるために必要なメモリ、例えばＲＯＭのようなものそのものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していない外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロコンピュータがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいはいずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。

ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、ＦＤ（フレキシブルディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等の光ディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。

また、本発明においては、インターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成であることから、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め装置本体に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。

さらに、本発明では、プログラム自体として、マイクロコンピュータで実行される処理そのものであってもよいし、あるいはインターネットを含む通信ネットワークとアクセスすることで取り込める、あるいは取り込めたものであってもよいし、こちらから送り出すものであってもよい。

本発明によれば、静止した端末と移動端末、移動端末同士の通信を行う必要のある場面、例えば、道路に設置された設備と自動車との通信、自動車同士の通信、空港に設置された設備と飛行機との通信、飛行機同士の通信、ロボット制御装置と移動するロボットとの通信、移動するロボット同士の通信、線路に設置された設備と列車との通信、列車同士の通信、港湾設備と船舶との通信、船舶同士の通信、広告などの情報配信装置と人が保持する携帯端末との通信、携帯端末同士の通信、センサ制御ノードとセンサとの通信、および、センサ同士の通信といった用途に適用できる。

従来技術におけるデータ転送処理を説明する図である。 本発明の制御システムの一実施の形態を示す図である。 従来技術における無線通信端末の構成を示した図である。 従来技術における経路構築手法を示した図である。 本発明における経路構築手法を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る通信経路制御システムの構成について説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について説明する図である。 隣接維持時間の計算方法の一例を示した図である。 本発明の第４の実施の形態に係る通信経路制御システムの動作について説明する図である。 cosＱの計算方法を説明する図である。

符号の説明

１０，２０ 端末装置
１１ アンテナ
１２ 無線処理部
１３ 経路制御部
１４ メッセージキャッシュ
１５ 経路管理部
１６ メンバ管理部
１７ 通信バッファ
１８ アプリケーション処理部
２１ 位置検出アンテナ
２２ 位置検出部

Claims (24)

1. 複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト通信経路制御システムにおいて、
   各通信端末は、通信経路の形成を制御する経路制御部と 自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部と を有し、
   無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、
   受信端末から所定のホップ数以内に位置するマルチキャスト配信を行なわせるための通信経路となる無線端末から 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置する無線端末を除くように、個々の経路制御部が通信経路を構築して、
   前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限して構築する ことを特徴とするマルチキャスト通信経路制御システム。
2. 個々の経路制御部を、それぞれの位置情報と前記受信端末の位置情報とを用いて、前記受信端末に近い距離に位置すると共に速度の大きさ及び方向が近い値であれば、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させることにより、
   前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成させることによって、
   所定のホップ数以内に位置する無線端末から 前記フォワーディンググループに含まれない無線端末が前記所定範囲に位置する無線端末として除かれる
   ことを特徴とする請求項１記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
3. 前記個々の経路制御部は、
   受信端末として受信者検索応答パケットを送信する際、自端末の位置検出部からの位置情報をパケット内に記述して受信者検索応答パケットを送信する一方、
   受信端末からの受信者検索応答パケットを受信した際、自端末の位置情報と該パケットに含まれていた受信端末の位置情報とに基づいて隣接維持時間を算出し、
   当該算出した隣接維持時間があらかじめ通信端末の種別に固有に設定された固有値より小さい場合は、フォワーディンググループに含まれる端末として通信経路の構築処理に加わり、他方、前記算出した隣接維持時間が前記固有値より大きい場合は、通信経路の経路構築処理に加わらない 動作を行なう
   ことによって、前記所定のホップ数以内に位置する無線端末が自律的に、前記フォワーディンググループに、加わる無線端末に成るか、加わらない無線端末に成るかを決定する
   ことを特徴とする請求項２記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
4. 前記個々の経路制御部は、
   前記隣接維持時間を算出処理する際に、
   隣接維持時間をＤｔ、通信可能距離をｒ、自端末装置と前記受信端末との関係を それぞれ ｘ座標、ｙ座標、速度の大きさ、及び 移動方向 を示す、ｘ _ｉ ，ｙ _ｉ ，ｖ _ｉ ，θ _ｉ および ｘ _ｊ ，ｙ _ｊ ，ｖ _ｊ ，θ _ｊ として、
   下記 数式１に基づいて算出する
   ことを特徴とする請求項３記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
   

   
5. 個々の経路制御部を、それぞれの位置情報と前記送信端末及び前記受信端末の位置情報とを用いて、前記所定のホップ数以内に入り、且つ 前記除かれる所定範囲にあたる 前記受信端末を中心とする前記送信端末向きの扇形状の外側に位置しなければ、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させることにより、
   前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成させることによって、
   所定のホップ数以内に位置する無線端末から 前記フォワーディンググループに含まれない無線端末が前記所定範囲に位置する無線端末として除かれる
   ことを特徴とする請求項１記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
6. 前記個々の経路制御部は、
   送信端末として受信者検索パケットを送信する際、自端末の位置検出部からの位置情報をパケット内に記述して受信者検索パケットを送信すると共に、受信端末として受信者検索応答パケットを送信する際、自端末装置の位置検出部からの位置情報と受信者検索パケットに含まれている前記位置情報とをパケット内に記述して受信者検索応答パケットを送信する一方、
   受信端末からの受信者検索応答パケットを受信した際、自端末の位置情報と該パケットに含まれていた送信端末及び受信端末の位置情報とに基づいて前記扇形状を算定し、
   当該算定した扇形状の内側に自端末が位置する場合は、フォワーディンググループに含まれる端末として通信経路の構築処理に加わり、他方、前記算定した扇形状の外側に自端末が位置する場合は、通信経路の経路構築処理に加わらない 動作を行なう
   ことによって、前記所定のホップ数以内に位置する無線端末が自律的に、前記フォワーディンググループに、加わる無線端末に成るか、加わらない無線端末に成るかを決定する
   ことを特徴とする請求項５記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
7. 前記扇形状の範囲を定める角度を、前記送信端末または前記受信端末が定めることを特徴とする請求項６記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
8. 前記扇形状の範囲を定める角度を、フォワーディンググループに加わるか否かを判定する無線端末が個々に定めることを特徴とする請求項６記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
9. フォワーディンググループに加わるか否かを判定する無線端末が前記扇形状の範囲の内側であるか外側であるかを判定する際に、
   送信端末と受信端末を結ぶ直線をＡ、自端末と受信端末を結ぶ直線をＢ、自端末と送信端末を結ぶ直線をＣ、直線Ａと直線Ｂのなす角度をＱ、扇形状の中心角の２分の１の角度をＰとして、
   下記 数式２に基づいて角度Ｑを算出し、角度Ｑが角度Ｐより小さい場合は扇形の内側、角度Ｑが角度Ｐよりも大きい場合は扇形の外側に位置すると判定する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
   ｃｏｓＱ＝（Ａ ^２ ＋Ｂ ^２ −Ｃ ^２ ）／（２ＢＡ）・・・数式２
   ただし、
   ０°≦Ｑ≦１８０°
   ０°≦Ｐ≦１８０°
10. 直前の受信者検索パケット送信端末である上流隣接端末を指定し、当該上流隣接端末の情報を含んだ受信者検索応答パケットを作成し、転送されてきた経路と逆方向にその受信者検索応答パケットが送信できるように、個々の経路情報の管理を行なうと共に、
    前記所定のホップ数以内にあり 且つ 前記所定範囲に位置に入らない無線端末である際にマルチキャストデータを中継する端末として働く
    ように、個々の経路制御部が自律的に動作することで、
    経路更新間隔の間で受信端末が受信者検索応答パケットを受信したマルチキャストデータを中継する端末から 所望のマルチキャストデータを受け取れる率を高めるように通信経路の構築を試みる
    ことを特徴とする請求項１ないし９の何れか一項に記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
11. 前記受信者検索応答パケットは、受信端末アドレス、受信端末シーケンスナンバ、及び前記受信者検索応答ホップ数を含んだデータパケットであることを特徴とする請求項１０記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
12. 受信者検索応答パケットを受信した無線端末の経路制御部は、
    自端末が受信者検索応答パケットの上流隣接端末に指定されている場合、または、受信者検索応答ホップ数が前記設定された所定のホップ数よりも小さい場合に、
    受信端末アドレスと受信端末シーケンスナンバに基づいて 受信信号を保持するメッセージ記憶部を参照し、初めて受信する受信者検索応答パケットであるか否かを判断し、初めて受信する受信者検索応答パケットであれば、前記受信端末アドレスと前記受信端末シーケンスナンバを変更せず、受信者検索応答ホップ数を１加えた受信者検索応答パケットを送信する
    ことを特徴とする請求項１０記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
13. 前記所定のホップ数は、受信端末の許容移動速度によって定まる値に基づいて固定値に設定される ことを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一項に記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
14. 前記所定のホップ数は、受信端末の経路制御部において、自端末の位置情報を用いて該位置情報に適したホップ数を動的に設定される ことを特徴とする請求項１ないし１３の何れか一項に記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
15. ＯＤＭＲＰ方式に基づいて無線マルチホップネットワークを形成して、マルチキャスト配信にかかる前記送信端末たるソースノードから前記受信端末たるメンバノードまでのマルチキャスト配信の経路構築時に、
    前記メンバノードから所定のホップ数以内に位置する無線端末から 前記所定範囲に位置する無線端末を除いて、残りの無線端末をフォワーディンググループノードとして動作させることによって、前記メンバノードがマルチキャストデータを受け得る経路を各ノードの位置情報に対応させて変化させる
    ことを特徴とする請求項１ないし１４の何れか一項に記載のマルチキャスト通信経路制御システム。
16. 複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト通信経路制御方法において、
    各通信端末は、通信経路の形成を制御すると共に自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得でき、
    無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、
    前記各通信端末はそれぞれ、受信端末から所定のホップ数以内に位置するマルチキャスト配信を行なわせるための通信経路となる無線端末から 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置する無線端末を除くように、個々に通信経路を構築しあい、
    前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限して構築する ことを特徴とするマルチキャスト通信経路制御方法。
17. 前記各通信端末が それぞれ、自端末の位置情報と前記受信端末の位置情報とを用いて、前記受信端末に近い距離に位置すると共に速度の大きさ及び方向が近い値であれば、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータのデータ中継を行う端末として動作することにより、
    前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成して、
    所定のホップ数以内に位置する無線端末から 前記フォワーディンググループに含まれない無線端末を前記所定範囲に位置する無線端末として扱う
    ことを特徴とする請求項１６記載のマルチキャスト通信経路制御方法。
18. 前記各通信端末が それぞれ、自端末の位置情報と前記送信端末及び前記受信端末の位置情報とを用いて、前記所定のホップ数以内に入り、且つ 前記除かれる所定範囲にあたる 前記受信端末を中心とする前記送信端末向きの扇形状の外側に位置しなければ、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作することにより、
    前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成して、
    所定のホップ数以内に位置する無線端末から 前記フォワーディンググループに含まれない無線端末を前記所定範囲に位置する無線端末として扱う
    ことを特徴とする請求項１６記載のマルチキャスト通信経路制御方法。
19. 複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークで用いられる通信端末において、
    通信経路の形成を制御する経路制御部と、
    自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部と、
    を有し、
    無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、
    受信端末から所定のホップ数以内に位置して 且つ 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置しない場合に、マルチキャスト配信を中継する通信経路となる無線端末として動作する一方、前記所定範囲に位置する場合に、通信経路の構築に加わらないことで、
    前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を無線マルチホップネットワークとして制限するように通信経路を構築する ことを特徴とする端末装置。
20. 前記経路制御部は、自端末の位置情報と前記受信端末の位置情報とを用いて、前記受信端末に近い距離に位置すると共に速度の大きさ及び方向が近い値であれば、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作することにより、
    他の通信端末と共に 前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成し、
    所定のホップ数以内に位置したとしても、前記フォワーディンググループを形成する条件を満たさなければ、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作しない
    ことにより、前記所定範囲でのマルチキャスト配信を無線マルチホップネットワークとして制限する ことを特徴とする請求項１９記載の端末装置。
21. 前記経路制御部は、自装置の位置情報と前記送信端末及び前記受信端末の位置情報とを用いて、前記所定のホップ数以内に入り、且つ 前記除かれる所定範囲にあたる 前記受信端末を中心とする前記送信端末向きの扇形状の外側に位置しなければ、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作することにより、
    他の通信端末と共に 前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループを形成し、
    所定のホップ数以内に位置したとしても、前記フォワーディンググループを形成する条件を満たさなければ、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作しない
    ことにより、前記所定範囲でのマルチキャスト配信を無線マルチホップネットワークとして制限する ことを特徴とする請求項１９記載の端末装置。
22. 複数の通信端末間で無線により無線マルチホップネットワークを形成し、前記複数の通信端末間で送受信されるマルチキャストデータの通信経路を制御する自律分散型無線マルチホップネットワークにおける個々のノードでのマルチキャスト通信経路制御処理を行わせるプログラムであって、
    自端末の位置及び／又は移動速度を示す位置情報を取得する位置検出部を有するノードである無線端末の通信経路の形成を制御する経路制御部を、
    無線マルチホップネットワークにおけるマルチキャスト配信にかかる送信端末から受信端末までのデータ配信の経路構築時に、
    受信端末から所定のホップ数以内に位置して 且つ 該受信端末の位置情報を用いて定まる所定範囲に位置しない場合に、通信経路となる無線端末となるように動作させて、
    無線マルチホップネットワークとして前記受信端末が前記送信端末から配信されたデータを受けとれるデータ配信経路を制限する ように通信経路を構築させることを特徴とするプログラム。
23. 前記経路制御部を、自端末の位置情報と前記受信端末の位置情報とを用いて、前記受信端末に近い距離に位置すると共に速度の大きさ及び方向が近い値であれば、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させることにより、
    自端末を、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループに参加させることによって、
    自端末が、所定のホップ数以内に位置したとしても、前記フォワーディンググループを形成する条件を満たさなければ、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させない
    ことにより、前記所定範囲でのマルチキャスト配信を無線マルチホップネットワークとして制限する ことを特徴とする請求項２２記載のプログラム。
24. 前記経路制御部を、自装置の位置情報と前記送信端末及び前記受信端末の位置情報とを用いて、前記所定のホップ数以内に入り、且つ 前記除かれる所定範囲にあたる 前記受信端末を中心とする前記送信端末向きの扇形状の外側に位置しなければ、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路として、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させることにより、
    自端末を、前記送信端末から前記受信端末へのデータ配信経路であるフォワーディンググループに参加させることによって、
    自端末が、所定のホップ数以内に位置したとしても、前記フォワーディンググループを形成する条件を満たさなければ、前記マルチキャストデータの中継を行う端末として動作させない
    ことにより、前記所定範囲でのマルチキャスト配信を無線マルチホップネットワークとして制限する ことを特徴とする請求項２２記載のプログラム。

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