JP5119603B2 - 無線端末装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、データ送信が可能な他の無線端末装置までのルートを示すルート情報を無線で互いに送受信することにより、データ送信が可能な他の無線端末装置を自動的に特定する無線端末装置に関する。

近年、他の無線端末装置（以降、「無線端末」と略記する）から受信したデータをそれとは異なる無線端末に送信することで中継する中継機能を搭載した無線端末が無線ネットワーク（アドホック無線ネットワーク）の構築に用いられるようになっている。そのような無線端末を用いると、専用のルータを用意する必要がないことから、柔軟性や経済性の高い無線ネットワークを構築することができる。

その無線ネットワークの構築に用いられる従来の無線端末としては、特許文献１に記載されたものがある。その従来の無線端末では、一定周期でルーティングテーブルと呼ばれる、データ送信が可能な他の無線端末までのルートを示すデータ（ルート情報）を送信する。そのテーブルは、他の無線端末毎にホップ数をまとめたものである。そのホップ数とは、他の無線端末にデータが送信されるまでに無線端末間で行われる無線通信回数である。それにより、例えば他の無線端末までのルートに他に３つの無線端末が存在していれば、つまり３つの無線端末で中継されてその他の無線端末にデータが送信されるのであれば、ホップ数は４（＝中継回数＋１）となる。

各無線端末は、互いにルーティングテーブルをやりとりすることにより、直接、通信が行える他の無線端末を認識し、その無線端末を介してデータ送信が可能な別の無線端末、及びそのルートを特定する。自身が送信するテーブルは、受信したテーブルが存在すれば、それを参照して生成（更新を含む）する。データ送信は、テーブルの内容に従って行われる。

上述したようにして行われるルーティング方式はテーブル駆動型と呼ばれる（非特許文献１、２）。それ以外には、オンデマンド型（非特許文献３）、それら双方の利点を生かしたハイブリッド型が存在する。片方向リンクに着目した技術としては、非特許文献４、５に記載されたものがある。

各無線端末は独立してルーティングテーブルを生成する。このため、複数の無線端末と通信可能な無線端末では、同一の無線端末へのルートが存在する複数のルーティングテーブルを受信する場合がある。その場合、特許文献１に記載の従来の無線端末では、ホップ数が最小となるルートを選択している。

作成されたルーティングテーブルの内容は、無線ネットワークの構成が変化、つまり無線端末の数の増減するか、或いはその位置的関係が変化しない限り維持される。このため、トラフィックが激しい無線端末間のリンクも維持されることになる。

データ送信は、パケット等の予め定めたデータ量を送信単位として、その送信単位でデータを分解して行われる。それにより、時間軸上では間隔のあるバースト状にデータは送信されるが、各々は非同期で送信されるため、各無線端末によるデータの送信がタイミング的に一致してしまうことがある。その場合、各無線端末が送信する電波が干渉してしまい、その干渉によって通信に障害が発生しやすくなる。そのような障害の発生は、安定性や伝送効率を低下させる。それが発生する可能性は、トラフィックが増える程、高くなる。このことから、ルーティングテーブル（ルート情報）の生成（更新を含む）では、トラフィックを考慮することも重要であると考えられる。
特開２０００−０１３３７６号公報 Perkins, C.E. and Bhagwat.P."Highly Dynamic Vector Routing Algorithm for Mobile Wireless Networks Proc.IEEE Infocom" Proc.SIGCOMM,pp.234-244(1994) Perkins, C.E. and Bhagwat.P."Destination-Sequence Distance-Vector" Internet Draft ｄraft-ietf-manet-dsdv-00.txt(1998) Perkins, C.E. and Royer,E.M."Ado Hoc On Demand Distance Vector(AODV) Routing" Internet Draft draft-manet-aodv-o2.txt(1998) 西澤他 「アドホックネットワークにおける片方向リンクを考慮したルーティング方式」情報処理学会論文誌 Mar.2000 Vol.41 No.3、pp.783-791 神林他 「ループ探索に基づいたアドホックルーティングプロトコルの実装」信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. SST2001-162、A・P2001-310、RCS2001-345、MoMUC2001-142、MW2001-280(2002-03)

本発明は、トラフィックを考慮してルート情報を生成する無線端末装置を提供することを目的とする。

本発明の無線端末装置は、データ送信が可能な他の無線端末装置までのルートを示すルート情報を無線で送受信することにより、該データ送信が可能な他の無線端末装置を自動的に特定することを前提とし、無線でデータを送受信する送受信手段と、送受信手段が他の無線端末装置から受信するルート情報により、同一の他の無線端末装置に対する複数のルートを確認できる場合に、該複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更して送信の対象となるルート情報を生成するルート情報生成手段と、ルート情報生成手段が生成したルート情報を前記送受信手段に送信させる通信制御手段と、を具備し、ルート情報生成手段は、複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率またはデータの送受信回数により該ルートを動的に変更し、前記通信制御手段は、該変更したルート情報を予め定められたタイミングで前記送受信手段に送信させる。

なお、上記ルート情報生成手段は、複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率に従って決定することにより該ルートを動的に変更する、ことが望ましい。或いは、送受信手段がデータを送信、或いは受信した回数を他の無線端末装置毎に計数し、該計数結果を基に、複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更する、ことが望ましい。その場合、回数の計数は予め定められた時間を範囲として行い、該計数した回数が相対的に多い他の無線端末装置を含むルートを選択の対象から排除することにより、複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更する、ことが望ましい。

本発明のプログラムは、データ送信が可能な他の無線端末装置までのルートを示すルート情報を無線で送受信することにより、該データ送信が可能な他の無線端末装置を自動的に特定する無線端末装置に実行させることを前提とし、無線でデータを送受信する機能と、送受信する機能により他の無線端末装置に中継すべきデータを受信した場合に、該他の無線端末装置を送信先にして該受信したデータを該送受信する機能により送信させることで中継する機能と、送受信する機能によって他の無線端末装置から受信するルート情報により、同一の他の無線端末装置に対する複数のルートを確認できる場合に、該複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更して送信の対象となるルート情報を生成する機能と、生成する機能により生成したルート情報を前記送受信する機能により送信させる機能と、ルート情報を生成する機能は、前記複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率またはデータの送受信回数により該ルートを動的に変更し、送信させる機能は、該変更したルート情報を予め定められたタイミングで送受信する機能により送信させること、を実現させる。

本発明は、他の無線端末装置から受信するルート情報により、同一の他の無線端末装置に対する複数のルートを確認できる場合に、複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更して送信の対象となるルート情報を生成する。その動的な変更により、トラフィックが大きいことでボトルネックとなる無線端末装置間では、そのトラフィックが全体として低減される。このため、それを用いて構築される無線ネットワーク全体では、安定性、及び伝送効率が向上することとなる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例につき詳細に説明する。
図１は、本実施例による無線端末装置（以下「無線端末」と略記）の構成図である。
その無線端末１は、例えば無線通信機能を搭載するか、或いはその機能を有する装置を接続させたパーソナルコンピュータ、ＰＤＡなどである。図１には、無線通信に特に係わる部分のみを抜粋して示してある。

図１に示すように、その無線端末１は、データの送受信に用いられるアンテナ１１と、アンテナ１１から出力される受信信号の復調や、送信すべき送信信号（データ）を変調してのアンテナ１１への出力を行う送受信部１２と、送受信部１２から入力した受信信号（パケット）のヘッダの解析を行うヘッダ解析部１３と、ルーティングテーブルを格納するテーブル格納部１４と、その格納部１４に格納するテーブルを更新（生成）するテーブル更新部１５と、送受信部１２による送信信号の送受信を制御する通信制御部１６と、を備えて構成されている。

上記通信制御部１６は、ヘッダ解析部１から入力した解析結果により、パケットの中継に係わる制御を行う。送信信号の送信では、テーブル格納部１４に格納されたルーティングテーブルを参照して、その送信先の無線端末１（以降「目的局」とも呼ぶこととする）までのルートを特定してパケットを生成し、送受信部１２を介して送信させる。

テーブル更新部１５は、送受信部１２が受信した他の無線端末１からのルーティングテーブルを参照して、テーブル格納部１４に格納すべきルーティングテーブルを生成し、その格納部１４に格納する。通信制御部１６は、そのテーブルを、予め定められたタイミング、例えば一定周期で送受信部１２により送信させる。ここでは、特許文献１と同じく、そのテーブルは各無線端末１毎にそのホップ数をまとめたものを想定する。

図２〜図４は、上記無線端末１を用いて構築された無線ネットワークで行われる通信を説明する図であり、図５、及び図６は、図２、及び図３に示す無線ネットワークを構成する各無線端末１−１〜９で生成されるルーティングテーブルの内容を説明する図である。以降は、図２〜図６に示す説明図を参照して、上記テーブル更新部１５によるルーティングテーブルの生成、及びそのテーブルによって行われる通信について具体的に説明する。

図２、及び図３において、無線端末１間をつなぐ実細線は、互いに直接、通信が可能な通信リンクを示している。それにより、無線端末１−１は無線端末１−４とだけ通信が可能であることを示している。同様に、無線端末１−２は無線端末１−４、１−３、無線端末１−３は無線端末１−２、１−５、無線端末１−４は無線端末１−１、１−２、及び１−６、無線端末１−５は無線端末１−３、無線端末１−６は無線端末１−４、１−８、及び１−９、無線端末１−７は無線端末１−５、１−８、無線端末１−８は無線端末１−７、１−６、及び無線端末１−９は無線端末１−６、とそれぞれ直接、通信が可能であることを示している。図４は、無線端末１−４が送信するルーティングテーブルが無線端末１−１、１−２、及び１−６に受信される様子を示している。

直接、通信が可能な通信リンクは、通信リンクを定義した無線端末１以外の無線端末１からルーティングテーブルを受信した場合に、その無線端末１と特定数のパケットをやりとりし、その成功率が予め定めた値を上回るときに定義するか、或いは過去の一定時間内に、同じ無線端末１から受信したルーティングテーブルの数が所定数を上回るときに定義する。その数が所定数を下回るとき、定義した通信リンクを解消する。

他の無線端末１が自身の無線端末１（以降「自局」とも呼ぶこととする）に対してその通信リンクを定義しているか否かは、それから受信したルーティングテーブルから判定することができる。これは、通信リンクを定義しているのであれば、そのテーブルにおいて、自局のホップ数が１となるからである。自局が直接、通信可能な無線端末１に対して通信リンクを定義しなくともデータ送信が可能か否かは、別の無線端末１から受信したテーブルのなかに、その無線端末１のホップ数として２以上の数値の有無により判定することができる。

特許文献１と同じように、ホップ数が最小となるようにルートを選択する場合、各無線端末１ー１〜９のテーブル格納部１４には、図５（ａ）〜（ｉ）に示す内容のルーティングテーブルが格納される。その内容のテーブルは、無線ネットワークの構成が変化、つまり通信が行える無線端末１の数が増減するか、或いはその位置的関係が変化するまでの間、維持される。

各無線端末１が同じ頻度、同じデータ量でデータを他の各無線端末１に対して平均的に送信すると想定すると、無線端末１−４は無線端末１−６の他に無線端末１−１、及び１−２、無線端末１−６は無線端末１−４の他に無線端末１−８、及び１−９とそれぞれ直接、通信可能なために、無線端末１−４と無線端末１−６間の通信リンクは他の通信リンクと比較してトラフィックが大きくなる。それにより、他と比較して、その間の通信リンクでは無線端末１−４、無線端末１−６が同時期にパケットを互いに送信する輻輳が生じやすくなる。その輻輳は、通信を不安定にさせ、伝送効率を低下させることから、その通信リンクはボトルネックとなる。図２中の太線で示す矢印Ａは無線端末１−１から無線端末１−９にデータが送信されるルート、同じく太線で示す矢印Ｂは無線端末１−８から無線端末１−２にデータが送信されるルートを表している。

このことから、本実施例では、目的局へのルートが複数、存在する場合、無線ネットワークの構成が変化しなくとも、その複数のルートのなかから選択するルートを動的に独立させて変更するようにしている。それにより、各無線端末１ー１〜９のテーブル更新部１５は、例えば図６（ａ）〜（ｉ）に示す内容のルーティングテーブルを生成して、図５（ａ）〜（ｉ）の内容のルーティングテーブルに代えてテーブル格納部１４に格納することにより、その内容を更新する。

その動的な変更は、予め定めた確率に従って、複数のルートのなかから選択するルートを変更するか、或いは無線端末１毎に、データを送信、或いは受信した回数を計数して、その計数結果に応じて選択するルートを変更することで行う。その回数の計数は、過去の一定時間内に行われたものを対象に行っても良いが、時間帯別に計数しても良い。後者を採用するのであれば、選択するルートの変更は時間帯別に行うのが望ましい。回数の計数は、送信、及び受信の総数を計数するために行っても良い。

予め定めた確率に従って、複数のルートのなかから選択するルートを変更すると、その変更に伴い、使用される通信リンク、その頻度が変動する。それにより、ボトルネックとなる通信リンクでは、実際に使用される頻度が低下することになる。このため、トラフィックを考慮してルーティングテーブルを生成する形となり、無線ネットワーク全体では、安定性、及び伝送効率が向上することとなる。

計数した回数に応じた選択するルートの変更は、例えばその回数が所定値以上となるか、或いはその回数が比較的に多い通信リンクを除外する形で行う。そのようにして選択するルートを変更すると、トラフィックが比較的に大きい通信リンクを、トラフィックが比較的に小さい通信リンクに代えた形で使用することとなる。このため、無線ネットワーク全体では、安定性、及び伝送効率を更に向上させることができる。

図６（ａ）〜（ｉ）に内容を示すルーティングテーブルは、無線端末１−４では無線端末１−３を目的局とするルートとして、無線端末１−８から受信したルーティングテーブル中で定義されているルートを、無線端末１−７では無線端末１−１、１−４を目的局とするルートとして、無線端末１−５から受信したルーティングテーブル中で定義されているルートを、無線端末１−８では無線端末１−２を目的局とするルートとして、無線端末１−７ら受信したルーティングテーブル中で定義されているルートを、それぞれ選択するように変更したことで実現されたものである。それにより、図３に示すように、無線端末１−１から無線端末１−９にデータが送信されるルートを表す太線で示す矢印Ａは図２におけるそれと同じであるが、無線端末１−８から無線端末１−２にデータが送信されるルートを表す太線で示す矢印Ｂは図２から異なっている。更新後は、１−７→１−５→１−３→１−２のルートでデータが伝送されるようになっている。

なお、本実施例では、ルート情報としてルーティングテーブルを送受信しているが、ルート情報は別の形のものを送受信するようにしても良い。その動作を実現させるようなプログラムについては、ＣＤ−ＲＯＭ、或いは光磁気ディスク等の記録媒体に記録させて配布しても良い。或いは、無線ネットワーク、或いは公衆網等を介して、そのプログラムの一部、若しくは全部を配信するようにしても良い。何れにしても、ユーザはプログラムを取得してそれを書き換え可能な記録媒体上に書き込ませることにより、無線端末装置に本発明を適用させることができる。このことから、記録媒体は、プログラムを配信する装置がアクセスできるものであっても良い。

本実施例による無線端末装置の構成図である。 本実施例による無線端末装置を用いて構築された無線ネットワークで行われる通信を説明する図である（その１）。 本実施例による無線端末装置を用いて構築された無線ネットワークで行われる通信を説明する図である（その２）。 無線端末装置が送信するルーティングテーブルを他の無線端末装置が受信する様子を説明する図である。 各無線端末装置で生成されるルーティングテーブルの内容を説明する図である（その１）。 各無線端末装置で生成されるルーティングテーブルの内容を説明する図である（その２）。

符号の説明

１、１−１〜９ 無線端末装置
１１ アンテナ
１２ 送受信部
１３ ヘッダ解析部
１４ テーブル格納部
１５ テーブル更新部
１６ 通信制御部

Claims (5)

1. データ送信が可能な他の無線端末装置までのルートを示すルート情報を無線で送受信することにより、該データ送信が可能な他の無線端末装置を自動的に特定する無線端末装置において、
   前記無線でデータを送受信する送受信手段と、
   前記送受信手段が前記他の無線端末装置から受信するルート情報により、同一の他の無線端末装置に対する複数のルートを確認できる場合に、該複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更して送信の対象となるルート情報を生成するルート情報生成手段と、
   前記ルート情報生成手段が生成したルート情報を前記送受信手段に送信させる通信制御手段と、
   を具備し、
   前記ルート情報生成手段は、前記複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率またはデータの送受信回数により該ルートを動的に変更し、
   前記通信制御手段は、該変更したルート情報を予め定められたタイミングで前記送受信手段に送信させる、
   ことを特徴とする無線端末装置。
2. 前記ルート情報生成手段は、前記複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率に従って決定することにより該ルートを動的に変更する、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
3. 前記ルート情報生成手段は、前記送受信手段がデータを送信、或いは受信した回数を前記他の無線端末装置毎に計数し、該計数結果を基に、前記複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更することを特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
4. 前記ルート情報生成手段は、前記回数の計数は予め定められた時間を範囲として行い、該計数した回数が相対的に多い他の無線端末装置を含むルートを選択の対象から排除することにより、前記複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更する、ことを特徴とする請求項３記載の無線端末装置。
5. データ送信が可能な他の無線端末装置までのルートを示すルート情報を無線で送受信することにより、該データ送信が可能な他の無線端末装置を自動的に特定する無線端末装置に実行させるプログラムであって、
   前記無線でデータを送受信する機能と、
   前記送受信する機能により他の無線端末装置に中継すべきデータを受信した場合に、該他の無線端末装置を送信先にして該受信したデータを該送受信する機能により送信させることで中継する機能と、
   前記送受信する機能によって前記他の無線端末装置から受信するルート情報により、同一の他の無線端末装置に対する複数のルートを確認できる場合に、該複数のルートのなかから選択するルートを動的に変更して送信の対象となるルート情報を生成する機能と、
   前記生成する機能により生成したルート情報を前記送受信する機能により送信させる機能と、
   前記ルート情報を生成する機能は、前記複数のルートのなかから選択するルートを予め定められた確率またはデータの送受信回数により該ルートを動的に変更し、
   前記送信させる機能は、該変更したルート情報を予め定められたタイミングで前記送受信する機能により送信させる、
   ことを実現させるためのプログラム。
   

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