WO2005109764A1

WO2005109764A1 - 無線ノード装置及びマルチホップ型無線ｌａｎシステム

Info

Publication number: WO2005109764A1
Application number: PCT/JP2005/007788
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Kawakami; Yoshihiro Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2005-11-17
Also published as: EP1744490B1; EP2262180A1; EP2262180B1; JP4514752B2; ATE535075T1; ES2375838T3; EP1744490A4; US20070291679A1; DE602005025334D1; JPWO2005109764A1; CN1981481A; CN100579044C; US8072949B2; ATE492096T1; EP1744490A1

Abstract

　ルートノードを介することなく、ツリー型のＬＡＮと同様に各無線ノードでパケットの転送を行い、無線ノード同士の効率的な通信をする技術が開示され、その技術によればルートノードであるか否かを起動時に判断し、ルートノードであると判断した場合、状態情報を接続しようとする無線ノードに通知し、ルートノードではないと判断した場合、接続の候補となる無線ノードに状態情報の取得要求をし、状態情報に基づいて接続する上位基地局無線ノードを選択して接続し、その後接続の候補とされた場合、無線ノードに状態情報を通知しマルチホップ型無線ＬＡＮを構築する無線ノードであって、上位基地局として接続された無線ノードのパケットを、上位基地局無線ノード又は上位基地局として接続された無線ノードへ転送し、上位基地局無線ノードのパケットを、上位基地局として接続された無線ノードへ転送するブリッジ転送手段１０１を備える。

Description

無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステム

技術分野

[0001] 本発明は、無線 LANのようなアドホックに相互通信可能なネットワークにおける無線ノード装置間の通信を実現する無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステムに関する。

背景技術

[0002] 現在無線 LANの標準技術である IEEE802. 11では、無線 LANのモードとして 2 つのモードが規定されている。 1つが特定の基地局（以下、 AP (Access Point)とも言う）を介さず、直接電波の届く無線ノード (以下、無線ノード装置とも言う）でグループを形成し直接通信を行うアドホックモードと、もう 1つ力 APを使用し APの電波の届く範囲の無線ノード (以下、 STA (Station)とも言う）が APにスター状に接続し、 APを介して相互に通信可能とするインフラモードである。このような無線 LAN技術を用いることで、無線ノードはアドホックに通信に参加、離脱が可能であり、移動を伴う通信を行うことが可能となっている。しかし、これらの通信はアドホックモードにおいては通信相手に直接電波が届いていることが必要であり、またインフラモードにおいては APに直接電波が届ヽて、ることが必要であり、電波の直接届かな、相手とは無線リンクのみで通信を行うことができな、。

[0003] また、移動体通信の高速ィ匕の 1つとして無線 LANの可能性が下記の特許文献 1に開示されている。 PDC (Personal Digital Cellular)などの移動体通信と比較して基地局 (AP)の通信エリアが小さなシステムにおいてサービス提供エリアを広げる 1つの手段として、無線ノード間でマルチホップ無線ネットワークを構成する方法が示されている。下記の特許文献 1に開示されている発明では、スター型のネットワーク上で各無線ノードが基地局と通信することのみを目的とすることで、各無線ノードが基地局までの中継路を確立するのみでよいと考え、基地局と無線ノードとの間で基地局を最上位局とし、かつ各無線ノードが上位接続先無線ノードを一意に定めるような構造を構築している。さらに、スター型マルチホップ無線ネットワークの構築を最上位局（基地局）がすべて制御するのではなぐ各無線ノードが最適な接続先の無線ノードとして基地局力ものホップ数を基に、基地局までのホップ数が最小となる上位無線ノードを選択することで自律的にマルチホップ無線ネットワークを実現する方式が示されている。

特許文献 1：特開 2001— 237764号公報（図 1)

[0004] し力しながら、特許文献 1に開示された発明のように、基地局を最上位としてツリーを構成し、各無線ノードは下位の無線ノード力受信したパケットを上位に中継するだけのマルチホップ無線ネットワークでは、各無線ノード力送信されたパケットは必ず基地局まで転送されることになり、無線ノード同士の直接通信を行うことができない。例えば、図 10に示すように、同じリーフに属する無線ノード同士 (無線ノード 1001と無線ノード 1002)がマルチホップ無線ネットワーク上で通信を行おうとすると、一度基地局 1000が受信して、再度折り返してマルチホップ無線ネットワーク内にパケットを戻す必要が生じる。これは遅延時間を増大させるのみならず、無駄に帯域を消費し無線資源を浪費するという問題がある。

発明の開示

[0005] 本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなぐツリー型の LANと同様に各無線ノードでパケットの転送を行、、無線ノード同士の効率的な通信をすることができる無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステムを提供することを目的とする。

[0006] 上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線 LAN内の任意の無線ノード装置が、それ自身が前記マルチホップ型無線 LANの頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断し、前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しょうとする無線ノード装置に通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築し、前記ルート無線ノード装置でな、と判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づいて、接続の候補となった前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築する前記任意の無線ノード装置であって、前記マルチホップ型無線 LANが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置からのパケットを、上位基地局として接続されて、る前記更に他の無線ノード装置へ転送するブリッジ転送手段を備える無線ノード装置が提供される。この構成により、接続されたマルチホップ無線ネットワークでレイヤ 2の LANを構成し、相互に通信が可能となる。

[0007] また、本発明の無線ノード装置において、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されて、る無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達して、なヽ無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置に近い無線ノードに接続が集中することを避けつつ、ルート無線ノード装置を中心としてツリー型のネットワークを構成することができる。

[0008] また、本発明の無線ノード装置において、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置からのホップ数が同じ無線ノード間で接続数が偏らないようにすることができる。

[0009] また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第 1の MACヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第 1の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第 2 の所定の領域に持つ第 2の MACヘッダでカプセル化することは、本発明の好まし!/ヽ態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。

[0010] また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記カプセルィ匕されたパケットを受信した際、前記第 2の MACヘッダの前記第 1の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第 2の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。

[0011] また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記カプセルィ匕されたパケットを受信した際、前記第 1の MACヘッダの送信元アドレスと、前記第 2の MACヘッダの前記第 2の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よくマルチホップ転送を行うことができる。

[0012] また、本発明によれば、複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線 LAN内の任意の無線ノード装置力それ自身が前記マルチホップ型無線 LANの頂点に位置するルート無線ノード装置である力否かを起動時に判断し、前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しようとする無線ノード装置に通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築し、前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置でな!、と判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づいて、接続の候補となつた前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築するマルチホップ型無線 LANシステムであって、前記任意の無線ノード装置が、前記マルチホップ型無線 LANが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されて、る前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置力ものパケットを、上位基地局として接続されて、る前記更に他の無線ノード装置へ転送するマルチホップ型無線 LANシステムが提供される。この構成により、接続されたマルチホップ無線ネットワークでレイヤ 2の LANを構成し、相互に通信が可能となる。

[0013] また、本発明のマルチホップ型無線 LANシステムにお、て、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されて!、る無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置に近い無線ノードに接続が集中することを避けつつ、ルート無線ノード装置を中心としてツリー型のネットワークを構成することができる。

[0014] また、本発明のマルチホップ型無線 LANシステムにお、て、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置力ものホップ数が同じ無線ノード間で接続数が偏らないようにすることができる。

[0015] また、本発明のマルチホップ型無線 LANシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第 1の MACヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第 1の所定の領域に持ち、現在中継して、る自身のアドレスを第 2の所定の領域に持つ第 2の MACヘッダでカプセル化することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。

[0016] また、本発明のマルチホップ型無線 LANシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第 2の MACヘッダの前記第 1の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第 2の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。

[0017] また、本発明のマルチホップ型無線 LANシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記カプセルィ匕されたパケットを受信した際、前記第 1の MACヘッダの送信元アドレスと、前記第 2の MACヘッダの前記第 2の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よくマルチホップ転送を行うことができる。

[0018] 本発明の無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステムは、上記構成を有し、ある 1つの無線ノードを中心としてツリー型のマルチホップ無線ネットワークを構築した上で、このツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなぐツリー型の LANと同様に各無線ノードでパケットの転送を行い、無線ノード同士の効率的な通信をすることができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の構成を示す構成図

[図 2]本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線 LANシステムを示す図

[図 3]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について説明するためのフローチャート

[図 4]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて説明するためのシーケンスチャート

[図 5]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置において SCAN応答として受信するフォーマットについて説明するための図

[図 6]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における AP選択処理について説明するためのフローチャート [図 7]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるデータフレームのフォーマットについて説明するための図

[図 8A]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における受送信するパケットのへッダの詳細を説明するための図

[図 8B]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における IEEE802. 11において規定される各 Addressフィールドの値を示す図

[図 9]本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における受送信するパケットのへッダを付け替えるために使用するテーブルの構成について説明するための図

[図 10]従来のマルチホップ無線 LANでの無線ノード同士の通信を示す図発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LAN システムについて図 1から図 9を用いて説明する。図 1は、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の構成を示す構成図である。図 2は本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線 LANシステムを示す図である。図 3は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について説明するためのフローチャートである。図 4 は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて説明するためのシーケンスチャートである。図 5は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置において SCAN応答として受信するフォーマットについて説明するための図である。

[0021] 図 6は、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における AP選択処理について説明するためのフローチャートである。図 7は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるデータフレームのフォーマットについて説明するための図である。図 8A は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における送受信するパケットのヘッダの詳細を説明するための図である。図 8Bは本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における IEEE802. 11にお!/、て規定される各 Addressフィールドの値を示す図である。図 9は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における送受信するバケツトのヘッダを付け替えるために使用するテーブルの構成について説明するための図である。 [0022] まず、本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線 LANシステム上で無線ノード同士が行う通信について図 2を用いて説明する。各無線ノードは同じ機能を有し、基地局として動作するための特別な装置は必要な!/ヽ。マルチホップ型無線 LANシステム（以下、単にネットワークとも言う）の中で、ルートノードとして設定された無線ノードを中心にツリー構造のネットワークが構築される。ルートノードは単にツリーの頂点であるということ以外に、パケットの転送に関して特別な機能を有していない。ここで、図 2に示すように、無線ノード（以下、単にノードとも言う） 8からノード 11あてのバケツトが経路 200に沿って出力された場合、ノード 5は自身のリーフ（ツリーの下位層）から受信したパケットのあて先をチェックし、受信したパケットのあて先が自身の他のリーフであるノード 9の先にあると判断した場合には、パケットを上位に渡すのではなぐノード 9あてに転送する。すなわち、各ノードはレイヤ 2のスィッチと同様の動作を行う。なお、本発明の実施の形態においては、ルートノードの設定はあら力じめ手動で行われており、無線 LANシステム上で 1台の無線ノードのみがルートノードとして設定されて、ることを想定して、る。

[0023] このように、各ノードがパケットのあて先をチェックし転送先を上位と下位の間のみではなぐ自身の下位装置間でも転送が行われることで、ルートノードまで転送してから折り返して通信を行うものに対して遅延時間を短縮し、通信帯域を有効に使用することが可能となる。さら〖こ、本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線 LANシステムでは、このようなツリー構造のネットワークをレイヤ 2において実現する。このため、レイヤ 3に依存することなくネットワークを構築することが可能となる。以下、無線ノードの構成とツリーの構成方法について説明する。

[0024] 本発明の実施の形態に係る無線ノード装置について図 1を用いて説明する。ここでは、 IEEE802. 11の MACと PHYを用いた構成例を示す。無線ノード装置 100は、大きく 2つの MAC部 103、 104とそれらを接続するブリッジ部 101、さらにこれらの機能を設定、制御する制御部 102、さらにブリッジ部 101に接続され、アプリケーションなどを動作させるホスト部 105、無線物理層となる PHY106a、 106bから構成される。 2つの MAC部は、 MAC— STA部 103と MAC— AP部 104とから構成されている。 MAC— STA部 103及び MAC— AP部 104は、それぞれ異なる動作をする。 MA C - STA部 103は IEEE802. 11のインフラモードにおける端末（STA：ステーション )としての動作、 MAC— AP部 104は基地局（AP :アクセスポイント）としての動作である。本発明の実施の形態では、 2つの MAC部に対してそれぞれ異なる PHYを接続している力 2つの PHYを用いることは必ずしも必要ではなぐ 1つの PHYに対して 2つの MAC部を接続する構成を用いてもょ、。

[0025] MAC— STA部 103は、端末局として APへ接続しょうとする場合に、 APとしての無線ノード装置に対して APとしての無線ノード装置が有する状態情報の取得要求を行う。そして、制御部 102より指定された特定の 1つの APと接続関係を構築し、この AP との間の無線リンクを通じてのみ通信を行う。 MAC— AP部 104は、基地局として接続される場合に、自身の不図示の所定の記憶領域に格納された状態情報を接続しようとする無線ノード装置に通知する。そして、 APとしての自身に接続してきた複数の無線ノード装置の STAと接続関係を構築し、自身を中心としたスター型の構成を形成する。このように、 MAC— AP部 104で自身を中心としたスター型の構成をとり、このスター型のネットワークを MAC— STA部 103で上位の無線ノードに接続していくことで、最終的にルートノードを中心としたツリー型のネットワークを構築していく。

[0026] ブリッジ部 101は、レイヤ 2のブリッジとして動作する。 MAC— STA部 103と MAC —AP部 104とを接続し、上位層の無線ノード力も受信したパケット、すなわち MAC - STA部 103が受信したパケットを MAC—AP部 104側に転送し、また下位層の無線ノード力も受信したパケット、すなわち MAC— AP部 104が受信したパケットをパケットのあて先アドレスにより MAC— STA部 103側、若しくはもう一度 MAC— AP部 1 04側に転送する。この転送のために、ブリッジ部 101は受信したパケットのアドレスを学習し、後述する図 9に示すようなテーブルを構成する。

[0027] 次に、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について図 3を用いて説明する。図 3に示すように、無線ノード装置 100が起動時にルートノードとして設定されている場合 (ステップ S301で YES)には APとして動作するため、複数の無線ノードを収容可能な MAC— AP部 104が起動し、状態情報の 1つである、状態ビット（S)に S = lを設定する (ステップ S303)。一方、無線ノード装置 100が起動時にルートノードとして設定されて、な、場合 (ステップ S 301で NO)には 1つの APへ接続が可能な MAC— STA部 103が起動する (ステップ S302)。ここで、状態ビット（ S)はルートノードからの階層を示しており、ルートノードを S = lとしたホップ数を示している。

[0028] 以下では、図 2におけるノード 1及びノード 2のみが起動している最中に、新たにノード 3が起動し、上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて図 4を用いて説明する。ノード 3はルートノードとして動作する設定がされていないため、起動時は MAC— STA部 103が起動する。制御部 102は接続可能な無線ノードの状態を取得するために MAC— STA部 103に SCANの要求を行わせる。これにより、ノード 3 の MAC— STA部 103は SCAN要求のフレームをブロードキャストする。このフレームを受信した無線ノードのうち MAC— AP部 104がすでに起動している無線ノードのみが図 5に示すフレームで応答する。このフレームのフォーマットについては後述する。一定時間の経過後、 MAC— STA部 103は受信したすべての無線ノードの状態の情報を SCAN応答として制御部 102に渡す。

[0029] 制御部 102は、これらの状態の情報に基づいて後述する図 6に示す AP選択処理を行う。 AP選択が成功すると、制御部 102は選択された APに対して認証、接続の処理を行う。接続までの処理が完了すると、制御部 102は状態ビット（S)の値に 1をブラスした値を自身の状態ビット (S)として設定した上で MAC— AP部 104の起動を行う。このように、上位に接続した無線ノードのみが MAC— AP部 104を起動していくため、図 3の起動処理で説明したように、最初はルートノードのみが MAC— AP部 104 を起動している。これにより、ルートノードを中心として順次リーフが構成されツリーが構成されていくことになる。

[0030] ここで、上述した SCAN要求を受信した無線ノードのうち MAC— AP部 104が起動済みの無線ノードが自身の状態の情報を SCAN応答として通知するためのフォーマットについて図 5を用いて説明する。本発明の実施の形態では、 IEEE802. 11でのビーコンフレームを拡張し、新たな情報の通知を行っている。この情報は状態ビット、最大接続数、現在の接続数の 3つの情報である。最大接続数は 1つの無線ノードの MAC— AP部 104が接続可能な端末 (STA)の最大値を示しており、個別に設定可能な値である。また現在の接続数は自身に接続されて！、る端末 (STA)の数を示している。

[0031] また、上述した AP選択処理について図 6を用いて説明する。図 6は、 SCAN応答受信時の状態の情報に基づいて接続する上位無線ノードを選択する制御部 102での処理フローを示している。まず、 SCAN応答によって得られたすべての APの状態情報のうち、状態ビット、最大接続数、及び現在の接続数を用いて接続可能な APが存在するか否かをチェックする。制御部 102は、すべての APにおいて接続数が最大であるか否かを判断し (ステップ S601)、接続数が最大の APのみであると判断された場合には接続可能な APが存在しなヽとして再スキャン処理を行う（ステップ S602) 。このように、各無線ノードに接続可能な最大数を設定できることにより、無線リンクの帯域に応じた接続数の制限をかけることが可能となる。これにより、 1つの APに非常に多くの無線ノードが接続し、アクセス制御のオーバーヘッドが大きくなり通信の効率が低下することを防ぐことが可能である。

[0032] 制御部 102が接続数は最大ではないと判断した場合には、制御部 102は接続可能な APの中でルートノードからのホップ数を示す状態ビット（S)を比較し、最も小さい状態ビットの APが 1つのみ存在するカゝ否かを判断する (ステップ S603)。最も小さい状態ビットの APが 2つ以上存在する場合には、制御部 102は上記条件に該当する A Pの内、各 APがすでに接続している無線ノードの数 (現在の接続数)を比較し、接続数の最も少な、APが 1つのみ存在するか否かを判断する (ステップ S604)。接続数の最も少ない APが 2つ以上存在する場合には、制御部 102は上記条件に該当する APの内、 SCAN応答受信時の受信強度を比較し、最も受信強度の大きいものを選択する（ステップ S605)。このように、ホップ数のみでなく接続数の少ない APから順次リーフを構成していくことになるため、 1つの APに偏ることなくネットワーク全体で帯域を効率的に使用するようにツリーを構成していくことができる。

[0033] 次に、ツリー構造のネットワーク上でパケットを転送する方法について説明する。本発明の実施の形態に係る無線ノード装置 100では、無線アクセス技術として IEEE8 02. 11を利用している。このためパケットは IEEE802. 11の MACヘッダを用いて送受信される。し力し、 IEEE802. 11ではマルチホップの概念が無いため、インフラストラクチャモードにおいては、通常 MACヘッダにはあて先 MACアドレス、送信元 M ACアドレス、 APを示す BSSIDが用いられる。ここで、 BSSIDは通常、 APの MAC アドレスである。ここで、図 2においてノード 8がノード 11へパケットを送信する場合を考える。

[0034] ノード 8があて先 MACアドレス =ノード 11の MACアドレス、送信元 MACアドレス

=ノード 8の MACアドレス、 BSSID=ノード 5の MACアドレスのパケットを出力した場合、ノード 5の MAC— AP部 104では、自身に接続されているノードの MACァドレス以外は自身の無線リンク先に接続されたものでないとして、 IEEE802. 11で規定される DS(Distribution System)側、本発明の実施の形態においてはブリッジ部 101 にパケットを転送することになる。ここで、ブリッジ部 101がノード 11が上位無線ノード側ではなぐ下位側であることを認識して、てパケットを再び MAC— AP部 104に転送したとしても、あて先 MACアドレス =ノード 11の MACアドレスである場合、出力されたパケットを受信する無線ノードは無ぐノード 11にパケットを転送することはできない。

[0035] ノード 9を経由してマルチホップさせる場合、ノード 5の MAC— AP部 104から出力されるパケットはあて先 MACアドレス =ノード 9の MACアドレスになっている必要がある。このため、本発明の実施の形態では、図 7に示すように IEEE802. 3のイーサネット（登録商標）フレームを IEEE802. 11の MACヘッダでカプセル化する。 IEEE 802. 3の MACヘッダにはあて先 MACアドレスとして最終的な無線ノードの MACァドレスを、送信元 MACアドレスとして送信者自身の MACアドレスを使用する。そして、 IEEE802. 11の MACヘッダでは、各アドレスを直接通信する無線ノード間のアドレスに変換しながら転送を行っていく。ヘッダの詳細を図 8A及び図 8Bに示す。

[0036] 図 8Aに示すように、 IEEE802. 3の MACヘッダは、常にあて先 MACアドレス（Ds t MAC) =ノード 11の MACアドレス、送信元 MACアドレス（Src MAC) =ノード 8 の MACアドレスとなる。ここで、 IEEE802. 11のあて先 MACアドレス（Address3)をノード 11とすることで、このパケットを受信した MAC— AP部 104がブリッジ部 101にパケットを転送してくれることになる。次に、ブリッジ部 101は IEEE802. 3のヘッダ中のあて先 MACアドレスにより転送先を判断し、無線ノード 9に転送するためのヘッダの付け替えを行って、再び MAC— AP部 104へパケットを送信する。無線ノード 5から無線ノード 9へのパケットの IEEE802. 11ヘッダは、あて先 MACアドレス = STA9 の MACアドレス、送信元 MACアドレス =ノード 8の MACアドレス、 BSSID=AP5 の MACアドレスとなる。

[0037] このようにあて先 MACアドレスが STA9となるため、この無線ノード 9においてパケットが受信可能となり、 MAC— STA部 103が受信する。 MAC— STA部 103が受信したパケットはデフォルトでブリッジ部 101へ送信される。ブリッジ部 101では IEEE80 2. 3ヘッダ中のあて先 MACアドレスのノード 11の MACアドレスにより、 IEEE802. 11のヘッダの付け替えを行って MAC— AP部 104へ送信する。これにより、最終的に無線ノード 9より無線ノード 11に対してあて先 MACアドレス = STA11の MACアドレス、送信元 MACアドレス =ノード 8の MACアドレス、 BSSID=AP9の MACァドレスのヘッダを持つフレームが送信され、無線ノード 11に到達することになる。なお、図 8Bは、 IEEE802. 11において規定される各 Addressフィールドの値を示すものであり、 DAは Destination Addressを示し、 SAは Source Addressを示している。

[0038] 次に、ブリッジ部 101で転送先を判断し、ヘッダを付け替えるために使用するテーブルの構成を図 9に示し、ブリッジ部 101における動作を説明する。図 9は、無線ノード 5におけるテーブル例である。ブリッジ部 101は、パケットを受信時に通常のイーサネット（登録商標）ブリッジと同様に送信元 MACアドレス (IEEE802. 3)を学習する。このとき、通常のイーサネット（登録商標）ブリッジが受信ポート及び MACアドレスのテーブルを構成するのに対して、本発明の実施の形態では、図 9に示すように、どちらの MAC— Typeからの受信力すなわち、 MAC— STA部 103からの受信か又は MAC— AP部 104からの受信の情報、及び受信したパケットの IEEE802. 11ヘッダのアドレスを使用してテーブルを構成する。

[0039] IEEE802. 11ヘッダのアドレスに関しては、ブリッジ部 101は MAC— AP部 104 側からの受信の場合は SAを、 MAC— STA部 103側からの受信の場合は BSSIDを学習する。これは IEEE802. 11の Address2フィールドの値であり、学習した IEEE8 02. 3ヘッダの送信元 MACアドレスのノードに対して転送するときの IEEE802. 11 の Addresslフィールドに入る値となる。例えば、無線ノード 5から見ると無線ノード 1〜 4、 6、 7はすべて上位側にあり、これらの無線ノードに対してパケットを転送する場合は、 MAC— STA部 103側で自身が上位の無線ノードとして接続している無線ノード 2に対してパケット転送することになる。

[0040] このため、 IEEE802. 11の MACアドレスは AP2の MACアドレスを使用する。また、下位ノードに関しては、ブリッジ部 101は、自身に接続する無線ノード 8、 9の先にそれぞれ接続される無線ノードを区別して保持する。パケット受信時に送信元 MACァドレスの学習を行うことで、図 9に示すようなテーブルを構成し、このテーブルに基づいてあて先 MACアドレスの検索を行い、 IEEE802. 11ヘッダのアドレスの変換と共にマルチホップ転送することが可能となる。

なお、本実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路である LSIとして実現される。これらは個別に 1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように 1チップィ匕されてもよい。ここでは、 LSIとした力集積度の違いにより、 IC、システム LSI、スーパー LSI、ゥノレトラ LSIと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法は LSIに限るものではなぐ専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。 LSI製造後に、プログラムすることが可能な FPGA (Field Programmable Gate Array)や、 LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギユラブル ·プロセッサを利用してもよ、。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術により LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積ィ匕を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明に係る無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステムは、ツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなぐツリー型の LANと同様に各無線ノードでパケットの転送を行、、無線ノード同士の効率的な通信をすることができるため、無線 LANのようなアドホックに相互通信可能なネットワークにおける無線ノード装置間の通信を実現する無線ノード装置及びマルチホップ型無線 LANシステムなどに有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線

LAN内の任意の無線ノード装置力それ自身が前記マルチホップ型無線 LANの頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断し、

前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しょうとする無線ノード装置に通知することによつて前記マルチホップ型無線 LANを構築し、

前記ルート無線ノード装置でな!、と判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づ、て、接続の候補となった前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築する前記任意の無線ノード装置であって、前記マルチホップ型無線 LANが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されてヽる前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置力ものパケットを、上位基地局として接続されて、る前記更に他の無線ノード装置へ転送するブリッジ転送手段を備える無線ノード装置。

[2] 前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されて、る無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択する請求項 1に記載の無線ノード装置。

[3] 前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択する請求項 2に記載の無線ノード装置。

[4] 前記ブリッジ転送手段は、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第 1の MACヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第 1の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第 2の所定の領域に持つ第 2の MACへッダでカプセルィヒする請求項 1に記載の無線ノード装置。

[5] 前記ブリッジ転送手段は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第 2の MACヘッダの前記第 1の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第 2の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換える請求項 4に記載の無線ノード装置。

[6] 前記ブリッジ転送手段は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第 1の MACヘッダの送信元アドレスと、前記第 2の MACヘッダの前記第 2の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶する請求項 4に記載の無線ノード装置。

[7] 複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線 LAN内の任意の無線ノード装置力それ自身が前記マルチホップ型無線 LANの頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断し、

前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しょうとする無線ノード装置に通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築し、

前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置でな!、と判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づいて、接続の候補となつた前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線 LANを構築するマルチホップ型無線 LANシステムであって、

前記任意の無線ノード装置が、前記マルチホップ型無線 LANが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置からのパケットを、上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送するマルチホップ型無線 LANシステム。

[8] 前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されて、る無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択する請求項 7に記載のマルチホップ型無線 LANシステム

[9] 前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択する請求項 8に記載のマルチホップ型無線 LA Nシステム。

[10] 前記任意の無線ノード装置は、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第 1の MACへッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第 1の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第 2の所定の領域に持つ第 2の MA Cヘッダでカプセル化する請求項 7に記載のマルチホップ型無線 LANシステム。

[11] 前記任意の無線ノード装置は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第 2の MACヘッダの前記第 1の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第 2の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換える請求項 10に記載のマルチホップ型無線 LANシステム。

[12] 前記任意の無線ノード装置は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第 1の MACヘッダの送信元アドレスと、前記第 2の MACヘッダの前記第 2の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶する請求項 10に記載のマルチホップ型無線 LA Nシステム。