JPWO2003061220A1 - 移動体アドホックネットワークにおけるルーティング方法 - Google Patents

Abstract

移動体アドホックネットワークにおいて、アドホックオンデマンド距離ベクトル（ＡＯＤＶ）アルゴリズムを用いてソースノードから中間ノードを経由して目的地ノードまでの通信経路を探索する、経路上の通信帯域を予約する第１のステップと、前記通信ルート上で互いに隣接する前記中間ノード同士を結ぶリンクルート上の通信帯域幅の情報を前記中間ノードに格納する第２のステップと、前記経路上の目的地ノードから前記ソースノードに向かってルート応答を行う際、前記経路の利用できる通信帯域幅の情報を収集して、前記ソースノードに伝達する第３のステップと、を具備することを特徴とするノード選択方法。

Description

技術分野
本発明はルーティング手法に係り、特に移動体アドホックネットワーク（Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ−ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＭＡＮＥＴ）において好適に使用可能なルーティングアルゴリズムとそれを用いたルーティング手法に関する。
背景技術
ＭＡＮＥＴは、複数の移動可能なノード（以下、単にノードという）で構成されており、任意のノード間で隣接するノードを介して通信が可能である。
今、ＭＡＮＥＴ内のある特定のノード（以下ソースノードＳという）から、他の特定のノード（以下目的地ノードＤという）に対してパケットの伝送を行なおうとする場合、複数のノード間をリンクする通信ルートを確立する必要がある。
このような通信ルートの確立に用いられるプロトコルとして距離ベクトル（Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ：ＤＶ）ルーティングプロトコルが知られている。
ＤＶ方式では、各ノードはまず最初に自分のアドレスをブロードキャストする。この結果、各ノードは自分に隣接するノードの情報（ノードの存在やそのノードまでの「距離」）を得ることが出来る。次にこの情報をまとめてブロードキャストすると、隣接ノードのさらに隣のノードまで情報が得られる。各ノードは得られた情報をもとに、自分と直接隣接していないノードまでの経路を計算して、自分の経路表に保存する。
このようにしてノードが次々と経路表に保存されている経路情報を隣接ノードに伝播していく。隣接ノードは新たに得られた情報をもとに自分の経路情報を更新する。
この方式は実装が容易という長所がある半面、情報伝播が遅いほか、ノードとリンクの状況が常に変動しているアドホックネットワークの状況のもとで各ノードの経路表を維持するためには、膨大な量のコントロールメッセージを必要とするなど問題が出てくるという欠点がある。
また、通信ルートを確立しようとするたびに、同一の手順を繰返す必要があり、ルート確立に時間がかかるという問題もあった。以上の問題解決するアルゴリズムとして、アドホックオンデマンド距離ベクトル（Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ：ＡＯＤＶ）ルーティングプロトコルが知られている。
ＡＯＤＶもＤＶと同様なブロードキャストベースのルーティングアルゴリズムであるが、ＤＶと比べて、最大の特徴は要求に応じて（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）経路探索を行う。具体的に言うと、ＤＶがデータパケットを伝送するまえに、あらかじめすべてのノードまでの経路を見つけ、保存しておく。それとは違い、ＡＯＤＶはデータパケットを目的地まで送る要求が来ないと、経路の探索を行わない。それによって、全部のノードまでの経路情報を維持、更新するために送信するコントロールメッセージを節約できるようになった。
また、ＡＯＤＶは、経路確立に際してＤＶのように毎回ブロードキャストを行う必要がなく、前回経路探索の時に中間ノードが収集し、記録している自身から目的地ノードまでのルート情報を活用して、目的地ノードの代理として返信を行うことにより、ネットワーク全体のブロードキャストを避けて、ブロードキャストの回数を削減し、通信帯域を無駄に消費することを防止している。
中間ノードはルーティングテーブルを具備しており、このルーティングテーブルには▲１▼自身のノードからルート形成可能な隣接ノードのアドレス、▲２▼その隣接ノードを経由して目的地ノードＤに到達するまでの最短ホップ数が記憶されている。
図１はノード数が７で構成されるＭＡＮＥＴを示す図で、（ａ）はルーティングテーブルのフォーマットを、（ｂ）は各ノードにおけるルーティングテーブルの内容を示している。図１（ａ）に示されるルーティングテーブルは、中間ノード２でのルーティングテーブルの内容を示している。なお、図１のＭＡＮＥＴにおいてはノード１がソースノードＳに、ノード４が目的地ノードＤになっている。
各ノードでのルーティングテーブルは、ソースノードＳから最初に隣接中間ノード２，５，６に対してルート調査メッセージパケットのブロードキャストが行なわれ、目的地ノードＤがこれを受信し、ソースノードＳに対して返信することにより、作成される。図１に示す例では、ソースノードＳは通信ルートとして、ソースノード１−ノード５−目的地ノードＤが確立される。
次にほかのソースノード８が目的地ノード４に送信したい時には、ノード８は自分と隣接しているノード６に対して、ルート要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｍｅｓｓａｇｅ：ＲＲＥＱ）を発信する。ＲＲＥＱを受信したノード６がノード４までの経路情報を格納しているので、ノード４の代理として格納されたルート情報をルート返信メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ Ｍｅｓｓａｇｅ：ＲＲＥＰ）としてソースノード８に返信する。ＲＲＥＰを受取ったソースノード８は、この経路情報を受取って、自分のルーティングテーブルを更新して、ノード６向けにノード４宛てにデータパケットを送信する。
このように、ＡＯＤＶでは、中間ノードがプロキシィノードとして以前のルート調査メッセージパケットのブロードキャストによって収集し、ルーティングテーブルに格納しているルート情報を利用するので、ほかのノードから同じ目的地ノードまでの通信ルート確立要求を受取るとき、再ブロードキャストする必要がない。
したがって経路再確立までの時間を短縮出来、しかも通信帯域を無駄に消費することもない。
このようにＡＯＤＶアルゴリズムは、ソースノードＳから目的地ノードＤまでの最適ルートを選択するのには適しているが、最適ルートとして保証されるのは、ホップ数の最短のルートであるということだけである。ＭＡＮＥＴにおいて画像、データ、音声などのマルチメディア情報の通信を行おうとする場合、通信ルートの伝送サービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱＯＳ）が問題となる。
即ち、伝送しようとするメディア情報によって、遅延（ｄｅｌａｙ）や通信帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を考慮して通信ルートを選択しなくてはならない。
上述した従来のＡＯＤＶアルゴリズムでは、ルート中のＱＯＳ情報を問合わせるメッセージはルート調査メッセージ中には含まれておらず、中間ノードが経路のＱｏＳ情報を収集する手法に関して論じておらず、中間ノードは経路情報としてＱＯＳ情報を収集し格納してはいなかった。
そこで新たにＱｏＳ要求がある経路を確立するとき、経路のＱＯＳを問合わせるＱＯＳルート調査メッセージ（ＱＯＳ Ｒｏｕｔｅ Ｓｅａｒｃｈ Ｍｅｓｓａｇｅ）をＭＡＮＥＴ中のすべてのノードに対して発信しなければならなかった。このとき、ＡＯＤＶの二つの特徴、（１）オンデマンド、（２）中間ノードが代理応答、は全部効かなくなった。毎回、ネットワーク中のノードに対してブロードキャストしなければならず、効率の悪いものとなっていた。
ＱＯＳを取入れたＡＯＤＶアルゴリズムがＰｅｒｋｉｎｓ等によって、文献「“Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ”，ＩＥＴＦ ｄｒａｆｔ，ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍａｎｅｔ−ｑｏｓ−００．ｔｘｔ，１４ Ｊｕｌｙ ２０００」に提案されている。
Ｐｅｒｋｉｎｓ等は、ＱＯＳルーティングのためのいくつかのメッセージフォーマットを定義し、ＱＯＳパケットをルーティングするための一般的なアイディアを提案している。この提案でも、中間ノードは正確なＱＯＳ情報、特に帯域幅情報、を収集することは行わず、ＱＯＳ情報はブロードキャスト（Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）により収集される。したがって上述した問題点を解決できないものである。
発明の開示
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、ルーティングのために必要とされるルート制御パケットの量を削減し、ルート調査（Ｒｏｕｔｅ Ｓｅａｒｃｈ）の応答時間を短縮することの出来るルーティング方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、ＡＯＤＶの特徴１）オンデマンド、２）中間ノードの代理応答を保ち、サービス品質が保証できる経路制御手法まで拡張して、ネットワークのサイズが大きくなってもコントロールパケット量を妥当な範囲に制御することの出来るルーティングアルゴリズムを提供することにある。
本発明の経路制御手法は、移動体アドホックネットワークにおいてＡＯＤＶアルゴリズムを用いてソースノードから中間ノードを経由して目的地ノードまでの経路を探索する、経路上の通信帯域資源を予約する第１のステップと、前記通信経路上で互いに隣接する前記中間ノード同士を結ぶリンク上の利用できる通信帯域幅の情報を前記中間ノードに格納する第２ステップと、前期経路上の前記目的地ノードから前期ソースノードに向かって経路応答を行う際、経路上の利用できる通信帯域幅の情報を収集、伝送する第３ステップを具備することを特徴とする。
また、本発明のルーティング手法は、前記ソースノードあるいはほかのソースノードから経路選択要求が帯域幅を指定して前記中間ノードに対して行なわれた際、前記通信経路の前記経路上の利用できる帯域幅が指定帯域幅より大きいときには、前記中間ノードは代理として前記ソースノードに対して前記指定帯域幅での伝送を許可する応答を行い、前記目的ノードに向う前記通信ルート上の前記中間ノードに対して前記指定帯域幅での伝送を保証した確認応答を行う第４のステップを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の経路制御手法は、前記確認応答が前記目的地ノードに到達すると、前記通信ルート上の前記中間ノードは前記リンクルートの前記通信帯域幅を前記指定帯域幅だけ更新する第５のステップを具備することを特徴とする。
発明を実施するための最良の実施の形態
図２に示すＭＡＮＥＴは、６個の移動体ノード１〜６で構成され、各ノード間には図に示すような８個のリンクルートＬＲ_１−２，ＬＲ_２−３，ＬＲ_３−４，ＬＲ_４−５，ＬＲ_５−６，ＬＲ_１−６，ＬＲ_２−５，ＬＲ_３−５が形成されている。ここでノード１はソースノードＳ、ノード４は目的地ノードＤである。
ソースノードＳから目的地ノードＤまでの通信ルートを設定すると共にプロキシィ（Ｐｒｏｘｙ）ノードを設定するまでの手順は、前述したＡＯＤＶを用いたルーティングプロトコルを用いて行なわれる。
この結果、プロキシィノードとしてノード２が設定され、通信ルートとして、ＬＲ_１−２−ＬＲ_２−３−ＬＲ_３−４−ＬＲ_３−４が設定されている。
本発明のアルゴリズムではソースノードＳがルートのＱＯＳとして通信帯域幅を指定してプロキシィノード２に問合わせを行う手順が後に予定されているので、各ノード１，２，３はリンクルートＬＲ_１−２，ＬＲ_２−３，ＬＲ_３−４の帯域幅をそれぞれのノードのルーティングテーブルに格納する。
仮にリンクルートＬＲ_１−２，ＬＲ_２−３，ＬＲ_３−４の帯域幅が図２（Ｂ）に示すようにそれぞれ１５ｋｂｉｔ／ｓ，２０ｋｂｉｔ／ｓ，１０ｋｂｉｔ／ｓであった場合、ノード１、ノード２、ノード３にはノード１からノード２まで、ノード２からノード３まで、ノード３からノード４までの帯域幅の情報ＢＷ_１，ＢＷ_２，ＢＷ_３として「１５」，「２０」，「１０」が格納される。なお目的地ノードＤであるノード４にはノード４自身までの帯域幅の情報として「∞」が格納される。
次に、目的地ノードＤからソースノードＳに向ってルート応答（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）を行う際の手順について説明する。このルート応答は、設定されたルートＬＲ_１−２−ＬＲ_２−３−ＬＲ_３−４にどれだけの帯域幅を有するパケットをソースノードＳから目的地ノードＤに対して伝送出来るかのＱＯＳ情報を与えるものである。図２（Ｂ）に示す場合について説明する。ノード４からノード３への応答では、ノード４には帯域幅の情報として「∞」を格納されており、ルート応答として「∞」が伝送される。これを図中にＲｅｐｌｙ_３−４（∞）と表示している。
ノード３はその情報を受け取って、ルートＬＲ_３−４の帯域幅「１０」であるから、小さい方が選択されて、ノード４までの経路帯域幅を「１０」としてルーティングテーブルに格納する。次にノード３からノード２への応答では、ルーティングテーブルに格納されるノード４までの経路帯域幅は「１０」であるから、ルート応答として「１０」が伝送される。これを図中にＲｅｐｌｙ_２−３（１０）と表示している。
つぎに、ノード２はその情報を受け取って、ルートＬＲ_２−３のリンク帯域幅の情報として「２０」が与えられるが、ノード３からの経路帯域幅が「１０」であるから、小さい方が選択されて、経路帯域幅としてルーティングテーブルに格納される。ノード２からノード１への応答では、前記格納されたノード４までの経路帯域幅「１０」を応答として伝送される。これを図中にＲｅｐｌｙ_１−２（１０）と表示している。
最後に、ノード１はその情報を受け取って、ルートＬＲ_１−２のリンク帯域幅の情報として「１５」が与えられるが、ノード２から受け取ったノード４までの経路帯域幅が「１０」であるから、小さい方が選択されて、経路帯域幅としてルーティングテーブルに格納される。
このようにして、すべてのリンクルートＬＲ_１−２，ＬＲ_２−３，ＬＲ_３−４を通過することの出来る最小帯域幅の情報がソースノードＳに伝送される。
これにより、設定された通信ルートＬＲ_１−２−ＬＲ_２−３−ＬＲ_３−４でのＱＯＳ情報である帯域幅の情報がソースノードＳに与えられることになる。したがってソースノードＳは帯域幅１０ｋｂｉｔ／ｓまでのパケットを通信ルートを介して伝送出来る。
次に、新たにソースノードＳが帯域幅５ｋｂｉｔ／ｓのパケットを目的地ノードＤに伝送する場合について説明する。
パケットの伝送要求はソースノードＳからプロキシィノード２に対してルート選択要求として行なわれる。これを図２（Ａ）にＲｅｑｕｅｓｔ（５）として表示している。このルート選択要求Ｒｅｑｕｅｓｔ（５）は通信ルートの最小帯域幅「１０」よりも小さいので、伝送は許可される。このときプロキシィノード２はソースノードＳに対して伝送を許可する応答を行う。これを図２（Ａ）にＲｅｐｌｙ（５）として表示している。
ついで、プロキシィノード２は、ノード３に対して伝送を保証する確認応答を行う。この確認応答を受取ったノード３は目的地ノードＤに対して確認応答を行う。これにより通信ルートＬＲ_１−２−ＬＲ_２−３−ＬＲ_３−４を介して指定された帯域幅「５」を持つパケットの伝送が可能となる。
上述した確認応答をＣｏｎｆｉｒｍ（５）として図２（Ａ）に表示している。確認応答が中間ノード２，３を通過するとき、次のパケットの伝送に備えて、各ノードは自分と隣接するノードの間のリンク帯域情報を更新する。各ノード１，２，３に格納していた利用できる通信帯域幅（Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）の情報「１５」，「２０」，「１０」を「１０」、「１５」、「５」に更新する。
即ち、パケットの伝送で使用された帯域幅「５」だけ、格納されていた目的地までの経路帯域幅を減ずるような更新（Ｕｐｄａｔｅ）が行なわれる。
この更新は、目的地ノードＤからソースノードＳに向って通信経路上を前述した図２（Ｂ）に示すルート応答と同一の手順で行なわれる。
ノード３に対する更新をＵｐｄａｔｅ３、ノード２に対する更新をＵｐｄａｔｅ２、ノード１に対する更新をＵｐｄａｔｅ１として図２（Ｃ）に表示している。
更新するとき、前記目的地ノードＤからソースノードＳに向ってルート応答（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）を行う際の手順と同様に、目的地ノードＤはノード自身までの帯域幅∞をＵｐｄａｔｅメッセージに格納して、ノード３に送信する。ノード３では、Ｃｏｎｆｉｒｍパケットによって更新されたＬＲ_３−４とＵｐｄａｔｅメッセージに含まれる経路帯域幅情報の小さい方がノード３から目的地ノードまでの経路帯域幅として選択されて、ルーティングテーブルに格納される。ノード１，２に格納されるノード４までの経路帯域幅情報も同じようにＵｐｄａｔｅパケットによって更新される。
更新の結果、ノード１，２，３からノード４までの利用できる経路帯域幅は全部「５」に更新される。
以上説明したように本発明では、目的地ノードＤからソースノードＳへのルート応答時に、ルートの帯域幅の情報が同様に伝送されることを特徴としている。
またルートの帯域幅の情報は各中間ノードに格納され、逐次更新される。
本発明では、ルート応答時のパケットをルートの帯域幅を測定するために使用しているので、別途制御用のメッセージパケットを用意する必要はない。
またノードには帯域幅の情報を含むルート情報が格納されており、リンクルートの帯域幅の情報が変化したことを各ノードが検知するとそのルート情報を更新するようにしているので、設定された通信ルートを通過することの出来るパケットの正確な帯域幅を知ることが出来る。
したがって本発明では、各ノードが目的地ノードＤに対して正確なルート情報を有していることを保証することが出来る。また各ノードに格納されているルート情報は逐次更新されるので、リンクルートの現在の状態を正確に反映している。
このようにして本発明では、ルーティングのために必要とされるルート制御パケットの量を削減し、ルート調査の応答時間を短縮している。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＭＡＮＥＴの各ノードにおける従来のルーティングテーブルを説明する図、図２は、本発明のルーティング手法を説明する図である。

Claims (3)

1. ・移動体アドホックネットワークにおいてＡＯＤＶアルゴリズムを用いてソースノードから中間ノードを経由して目的地ノードまでの通信経路を探索する、経路上の通信帯域を予約する第１のステップと、
   ・前記通信ルート上で互いに隣接する前記中間ノード同士を結ぶリンクルート上の通信帯域幅の情報を前記中間ノードに格納する第２のステップと、
   ・前記経路上の目的地ノードから前記ソースノードに向ってルート応答を行う際、前記経路の利用できる通信帯域幅の情報を収集して、前記ソースノードに伝送する第３のステップと、
   を具備することを特徴とするノード選択方法。
2. 請求項１に記載のノード選択方法において、
   前記ソースノード、または他のソースノードから経路選択要求が帯域幅を指定して前記中間ノードに対して行なわれた際、前記通信経路の前記経路上の利用できる通信帯域幅が指定帯域幅より大きいときには、前記中間ノードは代理として前記ソースノードに対して前記指定帯域幅での伝送を許可する応答を行い、
   前記目的ノードに向う前記通信ルート上の前記中間ノードに対して前記指定帯域幅での伝送を保証した確認応答を行う第４のステップを具備することを特徴とするノード選択方法。
3. 請求項２に記載のノード選択方法において、
   前記確認応答が前記目的地ノードに到達すると、前記通信ルート上の前記中間ノードは前記リンクルートの前記通信帯域幅を前記指定帯域幅だけ更新する第５のステップを具備することを特徴とするノード選択方法。

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