(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのコアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークシステムにおいて、
前記各スレーブノードは、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナを有効又は無効にするアンテナ制御手段と、
前記コアノードから送信されたパケットである下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を管理するテーブル管理手段と、
パケットの送受信を制御する通信制御手段
を備え、
前記コアノードは経路制御パケットを送信し、
前記各スレーブノードにおいて、
前記アンテナ制御手段は、有効にする指向性アンテナを周期的に変更しながら受信待機し、
前記テーブル管理手段は、経路制御パケットを受信した場合、経路制御パケットの通信状況に基づいて得られる今回受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストが、以前に受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストよりも小さいときには、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を更新し、
前記通信制御手段は、前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って、経路制御パケットを、前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストを含めて送信し、
前記コアノードは、前記複数のスレーブノードに対して、パケットを周期的に間欠送信し、
前記各スレーブノードは、下りパケットを受信すると、受信した下りパケットに、他のスレーブノードへ送信されるべき下りパケットである下り転送パケットが含まれているならば直ちに送信イベントを発生し、下り転送パケットの転送処理を行うものであり、
前記各スレーブノードの前記アンテナ制御手段は、前記下りパケットを受信するための状態である受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、前記下りパケットを直接又は他のスレーブノードを介して受信するための指向性アンテナのみを有効にする、ネットワークシステム。
【請求項２】
前記コアノード及び前記各スレーブノードが前記下りパケットを送受信するためのチャネルは、同一である、請求項１記載のネットワークシステム。
【請求項３】
前記各スレーブノードは、他のノードに対して送信されるパケットを格納する受信バッファを備え、
前記コアノードに対して送信されるべきパケットである上りパケットを受信すると、前記受信バッファに格納し、
前記下りパケットを受信した場合に、前記受信バッファに前記上りパケットがあるならば、前記下りパケットを送信したノードに対して前記上りパケットを送信する通信制御手段を有する、請求項１又は２に記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記各スレーブノードにおいて、前記アンテナ制御手段は、前記複数の指向性アンテナのうち、１つのみを有効にして下りパケットの送受信を行うものであり、
受信した下りパケットに前記下り転送パケットが含まれている場合、
前記アンテナ制御手段は、
前記下りパケットを受信するための指向性アンテナと前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナが同じ場合には当該指向性アンテナを有効のままとし、
前記下りパケットを受信するための指向性アンテナと前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナが異なる場合には前記下りパケットを受信するための指向性アンテナに代えて、前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナを有効にし、
前記通信制御手段は、前記アンテナ制御手段により有効にされた指向性アンテナを用いて、前記下り転送パケットを転送し、転送先のスレーブノードから送信された上りパケットを受信するため受信待機し、
前記アンテナ制御手段は、上りパケットの受信待機後、前記受信待機状態として、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナのみを有効にする、
請求項３記載のネットワークシステム。
【請求項５】
前記コアノードは、同じスレーブノードに対して連続して直接に送信される２つの下りパケットについて、一方の下りパケットを送信した時刻から、当該下りパケットを直接に受信したスレーブノードが他のスレーブノードと通信処理を終了した時刻までの時間以上のある一定時間経過後に他方の下りパケットを送信する、
請求項４記載のネットワークシステム。
【請求項６】
前記コアノード及び前記スレーブノードは、それぞれ、複数の無線機を備え、
前記下りパケットの送受信と、前記コアノードに対して送信されるべきパケットである上りパケットの送受信とで、異なる無線機が割り当てられる、
請求項１から５のいずれかに記載のネットワークシステム。
【請求項７】
前記コアノードは、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナを有効又は無効にするアンテナ制御手段と、
他のノードに下りパケットを送信するための指向性アンテナを特定する情報を管理するテーブル管理手段
を備え、
前記各スレーブノードの前記テーブル管理手段は、前記下り転送パケットを送信するための指向性アンテナを特定する情報を管理するものであり、
前記コアノードは、前記経路制御パケットを送信するときに、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って経路制御パケットを送信して、送信に使った指向性アンテナを使って受信待機し、
前記スレーブノードは、
前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、受信した経路制御パケットの送信元のノードに対して、前記テーブル管理手段が管理する情報を送信し、
前記通信制御手段が経路制御パケットを送信した後に、送信に使った指向性アンテナを使って受信待機し、
前記コアノードは、送信した経路制御パケットを受信したスレーブノードから前記テーブル管理手段が管理する情報を受信した場合に、前記下りパケットを送信するための指向性アンテナを特定する情報を更新し、
前記各スレーブノードは、送信した経路制御パケットを受信したスレーブノードから前記テーブル管理手段が管理する情報を受信した場合に、前記下り転送パケットを送信するための指向性アンテナを特定する情報を更新する、
請求項１から６のいずれかに記載のネットワークシステム。
【請求項８】
ネットワーク上の所定のノードから送信されたパケットを受信するノードであって、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナを有効又は無効にするアンテナ制御手段と、
前記コアノードから送信されたパケットである下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を管理するテーブル管理手段と、
パケットの送受信を制御する通信制御手段
を備え、
前記所定のノードが経路制御パケットを送信すると、
前記アンテナ制御手段は、有効にする指向性アンテナを周期的に変更しながら受信待機し、
前記テーブル管理手段は、経路制御パケットを受信した場合、経路制御パケットの通信状況に基づいて得られる今回受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストが、以前に受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストよりも小さいときには、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を更新し、
前記通信制御手段は、前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って、経路制御パケットを、前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストを含めて送信し、
前記コアノードが、パケットを周期的間欠送信すると、前記アンテナ制御手段は、受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、少なくとも一つの、前記所定のノードから周期的間欠送信されたパケットを直接又は他のノードを介して受信するための指向性アンテナのみを有効にする、
ノード。
【請求項９】
コアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークシステムにおけるパケットフォワーディング方法であって、
前記各スレーブノードは、
複数の指向性アンテナと、
前記各指向性アンテナを有効又は無効にするアンテナ制御手段と、
前記コアノードから送信されたパケットである下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を管理するテーブル管理手段と、
パケットの送受信を制御する通信制御手段
を備え、
前記コアノードは経路制御パケットを送信し、前記各スレーブノードにおいて、前記アンテナ制御手段が、有効にする指向性アンテナを周期的に変更しながら受信待機し、前記テーブル管理手段が、経路制御パケットを受信した場合、経路制御パケットの通信状況に基づいて得られる今回受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストが、以前に受信した経路制御パケットの前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストよりも小さいときには、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナを特定する情報を更新し、前記通信制御手段が、前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って、経路制御パケットを、前記コアノードから当該スレーブノードまでの経路コストを含めて送信するステップと、
前記スレーブノードの前記アンテナ制御手段が、受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、少なくとも一つの、前記コアノードから周期的間欠送信されたパケットを直接又は他のスレーブノードを介して受信するための指向性アンテナのみを有効にするステップ、
を含むパケットフォワーディング方法。
【請求項１０】
複数の指向性アンテナを備えるコンピュータを、請求項８記載のノードとして機能させるためのプログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載のプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ネットワークシステム、ノード、パケットフォワーディング方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に１つのコアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークシステム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線メッシュネットワークは、低コストモバイル通信インフラのバックホールネットワークとして注目されている。発明者らは、これまで、複数のノードが配置されたマルチホップネットワークにおいて伝送効率の高いパケット中継伝送を実現する周期的間欠送信法（Intermittent  Periodic  Transmit。以下、「ＩＰＴ」という。）を提案している（特許文献１〜４参照）。【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４３０４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１５７５０１号公報
【特許文献３】特開２００６−３１９７８７号公報
【特許文献４】特願２００８−０１８３３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜４におけるＩＰＴは、無指向性アンテナを想定していた（以下、「Ｏｍｎｉ  ＩＰＴ」という。）。そのため、電波干渉が広範に生じ、さらに、周波数繰り返し利用効率（空間周波数利用効率）も低くならざるを得なかった。【０００５】
そこで、本願発明は、無指向性アンテナを利用する従来のＯｍｎｉ  ＩＰＴと比べて中継伝送効率の高いパケット中継伝送を実現可能なネットワークシステム等を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の第１の観点は、１つのコアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークシステムにおいて、前記コアノードは、前記複数のスレーブノードに対して、パケットを周期的に間欠送信し、前記各スレーブノードは、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を有効にするアンテナ制御手段を備え、前記コアノードから送信されたパケットである下りパケットを受信すると、受信した下りパケットに、他のスレーブノードへ送信されるべき下りパケットである下り転送パケットが含まれているならば直ちに送信イベントを発生し、下り転送パケットの転送処理を行うものであり、前記各スレーブノードの前記アンテナ制御手段は、受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、少なくとも一つの、前記下りパケットを直接又は他のスレーブノードを介して受信するための指向性アンテナを有効にするものである。
【０００７】
本願発明の第２の観点は、第１の観点のネットワークシステムであって、前記各スレーブノードが、下りパケットを受信した場合に、前記コアノードに対して送信されるべきパケットである上りパケットがあるならば、前記下りパケットを受信した指向性アンテナを用いて、前記下りパケットを送信したノードに対して前記上りパケットを送信する通信制御手段を有するものである。
【０００８】
本願発明の第３の観点は、第２の観点のネットワークシステムであって、前記各スレーブノードにおいて、前記アンテナ制御手段が、前記複数の指向性アンテナのうち、１つのみを有効にして下りパケットの送受信を行うものであり、受信した下りパケットに前記下り転送パケットが含まれている場合、前記アンテナ制御手段が、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナと前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナが同じ場合には当該指向性アンテナを有効のままとし、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナと前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナが異なる場合には前記下りパケットを受信するための指向性アンテナに代えて、前記下り転送パケットの転送先となるスレーブノードに直接又は他のスレーブノードを介して送信するための指向性アンテナを有効にし、前記通信制御手段が、前記アンテナ制御手段により有効にされた指向性アンテナを用いて、前記下り転送パケットを転送し、転送先のスレーブノードから送信された上りパケットを受信するため受信待機し、前記アンテナ制御手段が、上りパケットの受信待機後、前記受信待機状態として、前記下りパケットを受信するための指向性アンテナを有効にするものである。
【０００９】
本願発明の第４の観点は、第３の観点のネットワークシステムであって、前記コアノードが、同じスレーブノードに対して連続して直接に送信される２つの下りパケットについて、一方の下りパケットを送信した時刻から、当該下りパケットを直接に受信したスレーブノードが他のスレーブノードと通信処理を終了した時刻までの時間以上のある一定時間経過後に他方の下りパケットを送信するものである。
【００１０】
本願発明の第５の観点は、第１又は第２の観点のネットワークシステムであって、前記アンテナ制御手段が、前記下りパケット及び前記コアノードに対して送信されるべきパケットである上りパケットを受信するための指向性アンテナを有効にするものである。
【００１１】
本願発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点のネットワークシステムであって、前記コアノード及び前記スレーブノードが、それぞれ、複数の無線機を備え、前記下りパケットの送受信と、前記コアノードに対して送信されるべきパケットである上りパケットの送受信とで、異なる無線機が割り当てられるものである。
【００１２】
本願発明の第７の観点は、第１から第６のいずれかの観点のネットワークシステムであって、前記各スレーブノードが、他のノードとパケットを送受信するための指向性アンテナに関する情報を管理するテーブル管理手段と、パケットの送受信を制御する通信制御手段を備え、前記コアノードは経路制御パケットを送信し、前記各スレーブノードにおいて、前記アンテナ制御手段は、有効にする指向性アンテナを周期的に変更しながら受信待機し、前記テーブル管理手段は、経路制御パケットを受信した場合、受信した経路制御パケットの通信状況に基づいて、管理する情報を更新するか否かを判断し、更新するときは、前記コアノードに対してパケットを送信するための情報を更新し、前記通信制御手段は、前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って経路制御パケットを送信するものである。
【００１３】
本願発明の第８の観点は、第７の観点のネットワークシステムであって、前記コアノードが、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を有効にするアンテナ制御手段と、他のノードとパケットを送受信するための指向性アンテナに関する情報を管理するテーブル管理手段を備え、前記コアノードは、前記経路制御パケットを送信するときに、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を使って経路制御パケットを送信して、送信に使った指向性アンテナを使って受信待機し、前記スレーブノードは、前記テーブル管理手段が更新処理をした場合、受信した経路制御パケットの送信元に対して、前記テーブル管理手段が管理する情報を送信し、前記通信制御手段が経路制御パケットを送信した後に、送信に使った指向性アンテナを使って受信待機し、前記コアノード及び前記スレーブノードは、送信した経路制御パケットを受信したノードから前記管理する情報を受信した場合に、テーブル管理手段が管理する情報を更新するものである。
【００１４】
本願発明の第９の観点は、ネットワーク上の所定のノードから周期的間欠送信されたパケットを受信するノードであって、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を有効にするアンテナ制御手段を備え、前記アンテナ制御手段は、受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、少なくとも一つの、前記所定のノードから周期的間欠送信されたパケットを直接又は他のノードを介して受信するための指向性アンテナを有効にするものである。
【００１５】
本願発明の第１０の観点は、複数のスレーブノードと、前記複数のスレーブノードにパケットを周期的に間欠送信するコアノードを含むネットワークシステムにおけるパケットフォワーディング方法であって、前記各スレーブノードは複数の指向性アンテナと前記複数の指向性アンテナの全部又は一部を有効にするアンテナ制御手段を備え、前記スレーブノードの前記アンテナ制御手段が、受信待機状態において、前記複数の指向性アンテナのうち、少なくとも一つの、前記コアノードから送信されたパケットを直接又は他のスレーブノードを介して受信するための指向性アンテナを有効にするステップを含むものである。
【００１６】
本願発明の第１１の観点は、複数の指向性アンテナを備えるコンピュータを、第９の観点のノードとして機能させるためのプログラムである。
【００１７】
本願発明の第１２の観点は、第１１の観点のプログラムを記録する記録媒体である。
【００１８】
なお、コアノードは、スレーブノードに対して定期的にパケットを送信するものであってもよい。【００１９】
また、ノードは、それぞれ、その配下に複数の端末が接続され、複数の端末から発せられた上りパケット又は端末に向けた下りパケットを中継伝送する、アクセスポイントとして動作するものであってもよい。【００２０】
さらに、各ノードが複数の無線機を備える場合、これらの無線機には異なるチャネルが割り当てられるようにしてもよい。この場合、干渉受信レベルに基づいてチャネル割り当てがなされるようにしてもよい。また、これらの無線機に上り優先度と下り優先度という二種類の優先度を設定し、これらの優先度により無線機を選択するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
図１４を参照して、本願発明の効果について説明する。まず、指向性アンテナの適用により、干渉を抑制することによる周波数繰り返し利用効率を向上させることができる。図１４（ａ）に示すように、例えば水平方向に指向性を持たせた二点間通信においては、上下方向に放射される電波を抑制することができるので、これらの領域に存在する中継ノード群への干渉を低減することができる。【００２２】
しかしながら、指向性アンテナを適用することで、２つの問題が引き起こされる。【００２３】
一つは、「隠れ端末問題」である。図１４（ｂ）を参照して、隠れ端末問題について説明する。ノードα1とノードγ1がノードβ1に対して送信する場合、無指向性アンテナを適用した場合、ノードα1とノードγ1は、通常、互いの存在をキャリアセンスにより認識することができるので、一方のノードがノードβ1と通信を行っている場合には他方のノードが割り込んでくることはない。しかし、図１４（ｂ）に示すように、指向性アンテナを適用した場合には、ノードα1とノードγ1は、互いに他の無線信号を検知することができず、一方のノードがノードβ1と通信を行っている場合に他方のノードが割り込んでくる可能性がある。この問題は、無指向性アンテナを適用した場合にも生じ、これを「隠れ端末問題」という。指向性アンテナを適用する場合、隠れ端末問題が顕著になり、これを「指向性隠れ端末問題」という。特に、広範囲に複数のノードを配置する無線マルチホップ通信では、隠れ端末の存在は深刻な影響を及ぼす。【００２４】
他の一つは、「キャリアセンス不可問題」である。図１４（ｃ）を参照して、キャリアセンス不可問題について説明する。各ノードは特定の指向性パターンを持つ指向性アンテナによる中継伝送を行うものとする。今、ノードγ2が、送信状態にあるノードβ2へ向けてパケットを伝送しようとする場合を考える。ノードβ2の指向性パターンにより、ノードγ2はノードβ2の搬送波を検出することはできない。その結果、ノードγ2はノードβ2が送信状態であるにもかかわらずノードβ2へデータパケットの送信を行ってしまう。しかし、ノードβ2はデータパケットを受信できないので、ノードγ2のパケット伝送は失敗となる。このように、指向性アンテナを適用することで送信先ノードの送信有無状態の検出ができなくなり、パケット伝送が失敗する場合がある。これを「キャリアセンス不可問題」という。この問題は、送信元ノードγ2がアンテナの方向をどのように切換えても解決することができない。【００２５】
本願発明によれば、指向性アンテナの適用により中継経路上の干渉が抑制される。また、受信待機状態において下りパケットを受信するための指向性アンテナを有効にすることにより、下りパケットをもれなく受信する。さらに、第３の観点にあるように、ＩＰＴを適用して下り中継パケットをポーリング制御信号のように扱い、コアノードが上下回線パケット中継の流れを管理する。ＩＰＴの適用により、指向性隠れ端末問題やキャリアセンス不可問題を回避することができる。
【００２６】
そして、本願発明によれば、従来のＯｍｎｉ  ＩＰＴによる中継伝送特性と比べて大幅な中継伝送効率の向上が実現可能となる。特に、多方向選択型指向性周期的間欠送信法ではスループット特性について7.5%、パケット損失率は42%の改善が確認されている。さらに、高速選択型指向性周期的間欠送信法では、スループット特性は14.1%、パケット損失は86%以上の改善（パケット損失率0.05%以下）が得られている。【００２７】
また、無指向性アンテナを想定した従来の経路制御アルゴリズムでは、隠れ端末問題により中継経路の形成がうまくいかないケースが多々生じた。第６〜８の観点にあるように、経路形成過程で各ノードが指向性を確率的に変化させることにより、より最適な経路を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】無線メッシュネットワークの一例を示す図である。
【図２】本願発明の実施の形態に係るコアノード１及びスレーブノード２１の概略ブロック図である。
【図３】本実施例における（ａ）各ノードの指向性アンテナの配置と（ｂ）（ｃ）ノードの構造の一例を示す図である。
【図４】本実施例のルーティングプロトコルにおけるコアノード１の処理の一例を示すフロー図である。
【図５】本実施例のルーティングプロトコルにおけるスレーブノード２１の処理の一例を示すフロー図である。
【図６】本実施例のルーティングプロトコルにおけるルーティングテーブルの構成の一例を示す図である。
【図７】ＭＡ−ＩＰＴによる隠れ端末問題回避の概要を示す図である。
【図８】ＦＡＦについて、各ノードにおける処理とアンテナの向きを示す図である。
【図９】ＦＡ−ＩＰＴにおいてコアノードにおける送信時間間隔を示す図である。
【図１０】シミュレーションにおける（ａ）フロアの見取り図とノード配置モデルと、（ｂ）指向性アンテナのモデルを示す図である。
【図１１】本実施例のルーティングプロトコルによって形成された中継経路と選択されたアンテナのシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】ＯＤＦ、ＦＡＦ、ＭＡＦ、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴ、ＦＡ−ＩＰＴ、ＭＡ−ＩＰＴのスループット特性のシミュレーション結果の比較を示す図である。
【図１３】ＯＤＦ、ＦＡＦ、ＭＡＦ、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴ、ＦＡ−ＩＰＴ、ＭＡ−ＩＰＴのパケット損失率のシミュレーション結果の比較を示す図である。
【図１４】（ａ）指向性アンテナの適用による周波数繰り返し利用効率の向上、（ｂ）指向性隠れ端末問題の概要、（ｃ）キャリアセンス不可問題の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  コアノード、３  制御部、５1，・・・，５N  指向性アンテナ、７  アンテナ制御部、１１  テーブル管理部、１７  通信制御部、２１  コアノード、２３  制御部、２５1，・・・，２５N  指向性アンテナ、２７  アンテナ制御部、３１  テーブル管理部、３７  通信制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下では、図面を参照して、本願発明の実施の形態について説明する。なお、本願発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、無線メッシュネットワークの一例を示す図である。図１において、無線メッシュネットワーク１０１は、メッシュクラスタ１０３、１０５、１０７を含む。各メッシュクラスタは複数のノードを含む。ノードは、ネットワークを構成する一つ一つの要素であり、例えば、コンピュータ、アクセスポイントとして動作するものである。複数のノードは、相互に通信可能であり、いわばメッシュ状に接続されたものである。各メッシュクラスタ１０３、１０５、１０７には、それぞれ、コアノード１１１、１１３、１１５が含まれている。コアノード１１１、１１３、１１５は、外部ネットワークであるワイヤライン・コア・ネットワーク１０９と接続した起点ノードである。【００３２】
以下では、メッシュクラスタにおいて、コアノード以外のノードをスレーブノードという。また、コアノードから各スレーブノードへ向かう方向を下り方向、逆を上り方向とする。さらに、コアノードからスレーブノードに送信されたパケットを下りパケットといい、スレーブノードからコアノードに送信されたパケットを上りパケットという。【００３３】
図２は、本願発明の実施の形態に係るコアノード１及びスレーブノード２１の概略ブロック図である。本実施例の指向性ＭＡＣプロトコルは２つの点に特徴があり、１つは指向性アンテナを適用したＩＰＴによるパケット中継伝送手法（パケットフォワーディングプロトコル）であり、もう１つは指向性アンテナを適用したシステムにおける経路制御手法（ルーティングプロトコル）である。【００３４】
図２（ａ）を参照して、コアノード１の構成について説明する。コアノード１は、コアノード１の動作を制御する制御部３を備える。また、複数の指向性アンテナ５1、・・・、５Nと、各指向性アンテナ５1、・・・、５Nの有効・無効を制御するアンテナ制御部７を備える。さらに、コアノード１は、パケットを送受信するためのスレーブノード及び指向性アンテナの情報を管理するテーブルを記憶するテーブル記憶部９と、テーブル記憶部９に記憶されたテーブルを管理するテーブル管理部１１を備える。さらに、コアノード１は、送信されるパケットを記憶する送信バッファ１３と、受信したパケットを記憶する受信バッファ１５と、パケットの送受信を制御する通信制御部１７を備える。【００３５】
コアノード１は、例えば特許文献１〜４に記載されているように、下りパケットを周期的に間欠送信する。すなわち、通信制御部１７は、テーブル記憶部９に記憶されたテーブルに基づいて、アンテナ制御部７により有効にされた指向性アンテナ５1、・・・、５Nにより、ある下りパケットを送信した後、送信待機状態を経て次の下りパケットを送信することにより、直前に下りパケットを送信し終えた時刻から次の下りパケットを送信する時刻までの時間を所定の時間として、下りパケットの周期的間欠送信を行う。また、コアノード１の通信制御部１７は、スレーブノードから上りパケットを受信する。【００３６】
次に、図２（ｂ）を参照して、スレーブノード２１の構成について説明する。スレーブノード２１の構成は、図２（ａ）のコアノード１と同様である。スレーブノード２１の動作を制御する制御部２３と、複数の指向性アンテナ２５1、・・・、２５Nと、各指向性アンテナ２５1、・・・、２５Nの有効・無効を制御するアンテナ制御部２７と、パケットを送受信するためのコアノード及び他のスレーブノード並びに指向性アンテナの情報を管理するテーブルを記憶するテーブル記憶部２９と、テーブル記憶部２９に記憶されたテーブルを管理するテーブル管理部３１と、送信されるパケットを記憶する送信バッファ３３と、受信したパケットを記憶する受信バッファ３５と、パケットの送受信を制御する通信制御部３７を備える。【００３７】
スレーブノード２１において、通信制御部３７が、テーブル記憶部２９に記憶されたテーブルに基づいて、アンテナ制御部２７により有効にされた指向性アンテナ２５1、・・・、２５Nにより、他のノードとの間で上りパケット及び下りパケットの送受信を行う。【００３８】
スレーブノード２１において、アンテナ制御部２７は、下りパケットを受信するための状態である受信待機状態において、テーブル記憶部２９に記憶されたテーブルに基づいて、指向性アンテナ２５1、・・・、２５Nのうち、少なくとも、下りパケットを受信するための指向性アンテナを有効にする。これにより、指向性アンテナを用いて、下りパケットをもれなく受信することが可能となる。【００３９】
特に、通信制御部１７は、例えば特許文献１〜４に記載されているように、受信した下りパケットに、送信先が他のスレーブノードであり、他のスレーブノードに転送すべきものが含まれている場合、当該下りパケットを受信したときに送信イベントを発生させ、当該下りパケットの転送処理を行う。【００４０】
また、下りパケットを受信した場合、送信バッファ１３に上りパケットが存在するならば、通信制御部１７は、下りパケットを受信した指向性アンテナを用いて、下りパケットを送信したノードに対して、送信バッファ内の上りパケットを送信させる。【００４１】
このように、ＩＰＴ方式が下りパケットをポーリング制御信号のように扱うことに着目すれば、コアノードが、下りパケットが前記各スレーブノードの受信待機状態に到達する間隔で、下りパケットを周期的に間欠送信するなど、コアノードが上下回線パケット中継の流れを管理することが可能となる。【００４２】
このようなパケットフォワーディングプロトコルにより、アンテナ制御部７が指向性アンテナ５1、・・・、５Nのうちの一部を有効として上下回線パケット中継をする場合、特に、１本のみを有効とする場合でも、指向性隠れ端末問題やキャリア不可問題を回避し、従来のＯｍｎｉ  ＩＰＴによる中継伝送特性と比べて大幅な中継伝送効率の向上が実現可能となる。また、複数の指向性アンテナのうちの一部を有効として上下回線パケット中継をすることにより、電力消費を大幅に削減することも可能となる。【００４３】
また、テーブル管理部１１及びテーブル管理部３１は、経路形成過程で各ノードが指向性を確率的に変化させるルーティングプロトコルに基づいて、テーブル記憶部９及びテーブル記憶部２９に記憶されたテーブルを更新する。このルーティングプロトコルは、コアノードから各スレーブノードへ中継経路パケットを中継伝送し、各経路の伝送損失を算出し、伝送損失が最小の中継経路を選択し、定期的に指向性アンテナを切り替えて中継するものである。このルーティングプロトコルにより、ノードの位置情報なしに伝播損失が最小となる中継経路を形成することが可能となり、送信時に最小の伝送損失で中継できる指向性アンテナを自律して選択することが可能となる。【００４４】
続いて、図３〜図９を参照して、図２のコアノード１及びスレーブノード２１の動作について、具体的に説明する。【００４５】
図３は、本実施例において、各ノードの指向性アンテナの配置を示す図である。本実施例における複数の指向性アンテナは、同一の水平面内指向性特性を有し、水平平面状に角度オフセットを持たせて配置される。以下では、その一例として、図３（ａ）にあるように、半値60°の指向性パターンを持った６本の指向性アンテナを、隣り合う指向性アンテナが60°の角度となるように配置し、それぞれ、半時計周りにＡ０、・・・、Ａ５とアンテナ番号を付与する。なお、図３（ｂ）及び（ｃ）にあるように、ノードは、壁に取り付け、取り付け部とアンテナ付加部がヒンジにより接続され、アンテナ付加部が回転できる構造とし、ハード的に指向性アンテナの方向を調整できるような機構を有するものであってもよい。【００４６】
指向性アンテナが適用される場合、１つのノードが主軸方向の異なる複数のアンテナを装備する（図３（ａ）参照）。そのため、選択するアンテナによって経路コストも変化する。システム全体でみた経路コストを最小化するには、各ノードがどの指向性アンテナを選択すべきかが重要である。【００４７】
図４〜図６を参照して本実施例のルーティングプロトコルについて説明する。本実施例のルーティングプロトコルの基本は、コアノードから各スレーブノードへの経路コスト（例えば、伝播損失の合計、ホップ数など。以下、「メトリック」という。）が最小となるような中継経路の形成にある。本実施例のルーティングプロトコルは、メトリックに伝搬損失を適用し、ルーティング期間中に各スレーブノードが定期的に指向性アンテナを切り替えることを特徴とする。そのため、本実施例のルーティングプロトコルにより、メトリックがより低い指向性アンテナを各ノードが自律して選択することが可能となり、より最適な中継経路を形成することが可能となる。【００４８】
図４は、本実施例のルーティングプロトコルにおけるコアノードの処理を示すフロー図である。図４を参照して、本実施例のルーティングプロトコルにおけるコアノードの処理について説明する。【００４９】
まず、図４を参照して、コアノード１の動作について説明する。コアノード１の制御部３は、ルーティング開始命令により、パケット送信回数が所定の設定値以下であるか否かを判断する（ステップSTCR1）。所定の設定値以下の場合、制御部３は、送信に使うアンテナを決定し（ステップSTCR2）、決定したアンテナ番号を経路制御フレームに入れ（ステップSTCR3）、経路制御パケットをブロードキャストする（ステップSTCR4）。そして、送信に使った指向性アンテナでしばらく受信待機し、ＡＣＫを受信した場合はルーティングテーブルを更新する（ステップSTCR5）。そして、ステップSTC1R1の判断処理に戻る。ステップSTCR1の判断で、所定の設定値以下でない場合、処理を終了する。【００５０】
このように、コアノードは、複数回、送信アンテナをランダムに選択して経路制御パケットをブロードキャストする。経路制御パケットの送信回数は事前に設定し、その回数はノードの数と具備するアンテナの本数で変化させる。シミュレーションにより、経路制御パケットの送信回数は、各ノードが装備する指向性アンテナの本数が６本の場合、ノード数の二乗に設定すれば十分であり、３本の場合、その１０分の１に設定すればよいという結果が得られている。【００５１】
続いて、図５を参照して、本実施例のルーティングプロトコルにおけるスレーブノード２１の動作について説明する。【００５２】
図５（ａ）を参照して、スレーブノード２１の制御部２３は、ルーティング開始命令により、経路制御パケット受信待機時間を設定し（ステップSTSa1）、受信する指向性アンテナを、ひとつだけ、ランダムに選択し、かつ定期的にこれを変更しながら（すなわち、周期的に変更しながら）受信待機し（ステップSTSa2）、経路制御パケットを受信したか否かを判断する（ステップSTSa3）。受信した場合には、受信処理を行い（ステップSTSa4）、ステップSTSa1の処理に戻る。受信していない場合、経過時間が所定の受信待機時間以下であるか否かを判断し（ステップSTSa5）、経過時間が受信待機時間より小さい場合にはステップSTSa2の処理に戻り、経過時間が受信待機時間以上であるならば処理を終了する。【００５３】
図５（ｂ）を参照して、図５（ａ）のステップSTSa4の受信処理について具体的に説明する。まず、制御部２３は、送信元ノードと受信ノードとの伝搬損失を用いてメトリックを計算し、自ノードの保持するメトリックと比較し、メトリックを更新するか否かを判断する（ステップSTSb1）。メトリックが伝播損失である場合を例に具体的に説明すると、スレーブノードは、例えば、新たな経路制御パケットを受信した場合、当該経路制御パケットの受信電力から、送信元ノードから当該ノードまでの伝播損失Ｌを計算する。そして、修正候補メトリックとして、Ｌと受信した経路制御パケットに含まれる送信元ノードが保有するメトリックとの和を計算する。計算した修正メトリックと、当該スレーブノードが保有する現在のメトリックを比較し、修正メトリックが現在のメトリックよりも小さい場合、メトリックの更新を行う。このように、計算したメトリックが自ノードの保有する現在のメトリックよりも小さいならば、テーブル記憶部２９に記憶されているルーティングテーブルを更新し（ステップSTSb2）、受信で使ったアンテナによりＡＣＫを送信元のノードへユニキャストする（ステップSTSb3）。ユニキャストするＡＣＫには、当該ＡＣＫが伝送するノードが保有する最新のルーティングテーブルを含ませる。そして、送信に使うアンテナを決定し（ステップSTSb4）、アンテナ番号を経路制御フレームに入れ（ステップSTSb5）、経路制御パケットをブロードキャストし（ステップSTSb6）、送信に使ったアンテナでしばらく受信待機し、ＡＣＫを受信した場合、当該ＡＣＫの受信に用いたアンテナ番号並びにＡＣＫの送信元ノード番号によりスレーブノード２１が保有するルーティングテーブルを更新する。さらに、当該ＡＣＫに含まれる送信元ノードが保有する最新のルーティングテーブル情報を、例えば、同一のあて先ノードがすでにスレーブノード２１にエントリーされている場合はＡＣＫに含まれている情報を優先し、あて先がエントリーされていない場合は新たにエントリーするなどして、スレーブノード２１が保有するルーティングテーブルにマージする。（ステップSTSb7）。このように、コアノード１による複数回の経路制御パケットの送信により、ルーティング情報は、上流ノードへいくほど蓄積されるようになる。そして、処理を終了する。また、ステップSTSb1の判断においてメトリックを更新しないとした場合、処理を終了する。【００５４】
また、図６は、図５（ｂ）のステップSTSb2及びステップSTSb7におけるルーティングテーブルの構成の一例を示す図である。図６（ａ）は、形成された中継経路を示す図である。例えば、スレーブノードＣにおいて、図６（ｂ）に示されるように、最終送信先と、直接の送信先と、送受信に使用されるアンテナ番号に関する情報が管理される。【００５５】
図５（ｂ）のステップSTSb2において、受信した経路制御パケットの情報から、コアノードＡ及びノードＢについて、ルーティングテーブルを更新する。すなわち、最終送信先がコアノードＡの場合は、送信先がノードＢ、アンテナ番号がＡ３とし、最終送信先がノードＢの場合は、送信先がノードＢ、アンテナ番号がＡ３とする。【００５６】
また、図５（ｂ）のステップSTSb7において、ＡＣＫを受信したアンテナとノードＤから受信したＡＣＫに基づいて、最終送信先がノードＤの場合は、送信先がノードＤ、アンテナ番号がＡ１とし、最終送信先がノードＥの場合は、送信先がノードＤ、アンテナ番号がＡ１とする。【００５７】
ノードＦからＡＣＫを受信した場合についても、同様に、最終送信先がノードＦの場合は、送信先がノードＦ、アンテナ番号がＡ５とし、最終送信先がノードＧの場合は、送信先がノードＦ、アンテナ番号がＡ５とする。【００５８】
以上が、本実施例におけるルーティングプロトコルである。本実施例のルーティングプロトコルを適用すれば、ノードの位置情報を得ることなく各ノードが自律分散的に適切なアンテナを選択し、伝搬損失やホップ数などを基準として中継経路を形成することができる。【００５９】
なお、例えば、図４のステップSTCR2において、全部又は一部の指向性アンテナを選択するようにしてもよい。図５（ｂ）のステップSTSb4についても同様である。また、例えば、図４のステップSTCR5において、全部又は一部の指向性アンテナをつかって受信待機するようにしてもよい。図５（ｂ）のステップSTSb7についても同様である。【００６０】
また、本実施例のルーティングプロトコルにより経路形成が十分になされた段階（例えば経路形成に十分な時間が経過した場合など）で、スレーブノード（特に、端点に位置するスレーブノード）からコアノードに対して、その上流に位置するスレーブノードを経由して、形成された経路に関する情報を送信するようにしてもよい。【００６１】
さらに、後に説明するように、特性結果のデータからはＩＰＴの適用が性能を大幅に向上していることが示されているが、上記のルーティングプロトコルについて、ＩＰＴを適用する場合に限らず、図１に示される一般的な無線メッシュネットワークにおけるものとして捉えてもよい。【００６２】
続いて、図７〜図９を参照して、本実施例のパケットフォワーディングプロトコルについて説明する。【００６３】
まず、図７を参照して、多方向選択型指向性送信法（Multi  Antenna  Selection  Forwarding。以下、「ＭＡＦ」という。）について説明する。ＭＡＦは、キャリアセンスによるパケット衝突回避を機能させるため、一つの指向性アンテナのみで送受信を行うのではなく、複数のアンテナを同時に選択し、これらのアンテナを用いて送受信を行う方法である。ＭＡＦによる無線中継は、従来の無指向性ＭＡＣプロトコルと同じアクセス制御を適用してよい。ＭＡＦにより、送信ノードと目的ノード間は互いに無線信号が検知できるようになり、キャリアセンス不可問題が回避される。しかし、指向性隠れ端末問題に関しては、ＭＡＦのみでは解決することができない。【００６４】
指向性隠れ端末問題の解決には、ＩＰＴの適用が有効である。ＩＰＴを適用して適当な送信周期を与えることにより、隠れ端末問題が回避できる。図７を用いて具体的に説明する。図７に示す例では、ノードα、ノードβ、ノードγの順に下り方向に位置している。ノードαとノードγが指向性隠れ端末の関係にある。ノードαからノードβに対するパケット送信とノードγからノードβへのパケット送信が同時に行われないように送信周期を調整することで、指向性隠れ端末は回避できる。以下では、ＭＡＦにＩＰＴを組み合わせたパケットフォワーディングプロトコルをＭＡ−ＩＰＴ（多方向選択型指向性周期的間欠送信法（Multi  Antenna  Selection  IPT  Forwarding））という。ＭＡ−ＩＰＴにより指向性隠れ端末問題を回避することが可能となる。しかし、ＭＡ−ＩＰＴは複数の指向性アンテナを同時に選択するため、常に１本のアンテナを選択する場合に比べて干渉抑制効果は小さくなる。【００６５】
続いて、図８及び図９を参照して、高速選択型指向性送信法（Fast  Antenna  Selection  Forwarding。以下、「ＦＡＦ」という。）について説明する。ＦＡＦは、常に一本の指向性アンテナだけを選択し、これを高速に切り換えることで送受信処理を行うパケットフォワーディング法である。これにより、干渉を最大限に抑制することが可能となる。【００６６】
ＦＡＦにおいて、パケット送信に関しては、各ノードにおいて、ルーティングテーブルを参照して指向性アンテナを選択すればよい。しかしながら、受信に関しては、どの周辺ノードからパケットが中継伝送されるのかが予測できず、どのアンテナを選択し受信待機すればよいか決定できない。【００６７】
本実施例におけるルーティングプロトコルによって得られる中継経路は、ツリー構造となる。この場合、各スレーブノードの上り方向の経路は必ず１本だけとなる。ＦＡＦでは、各スレーブノードは上り方向の指向性アンテナを選択し受信待機しておく。これにより、各スレーブノードは、下りパケットをもれなく受信することが可能となる。あるスレーブノードが下りパケットを受信しかつ当該下りパケットが自ノード宛でなければ、即座に下り方向のしかるべきスレーブノードへと向かう方向の指向性アンテナに切り替え、当該下りパケットを下り方向へ中継送信する。中継伝送後は、即座に再び上り方向の指向性アンテナを選択し受信待機状態にするのではなく、しばらくこの下流方向の指向性アンテナを選択し続け、この期間に、下り方向のノードからの上りパケットを受信する。すなわち、ＦＡＦにおいては、上りパケットは下りパケットの到来を契機とし中継伝送が行われる、いわゆるポーリング型伝送の形態をとる。【００６８】
図８を参照して、ＦＡＦについて、各ノードの処理とアンテナの向きを時間経過とともに具体的に説明する。ノードＵは、ノードＬの上り方向に位置するとする。ノードＵとノードＬにおいて、送信バッファとして、上りパケットと下りパケットについて、個別に、ＦＩＦＯ（First-in  First-out）の入出力方式をとる送信キューを用意する。上りパケットの送信キューに蓄積されたパケットは、下りパケットが到来しない限り、すなわちコアノードからのポーリング指令が到着しない限り出力しない。ノードＬは、上りパケットを持っていても、ノードＵから下りパケットが到着するまでは上りパケットを伝送しない。図８において、ノードＵとノードＬの上り方向の指向性アンテナは、それぞれ、Ａ３とＡ２とする（ステップSTUa1・STLa1）。ノードＵは、有効な指向性アンテナをアンテナ方向Ａ５のものに変更し（ステップSTUa2）、ノードＬに下りパケットを送信する（ステップSTU1）。ノードＬは、ノードＵから下りパケットを受信し（ステップSTL1）、上りパケットが有るか否かを判断する（ステップSTL2）。上りパケットがある場合、「上り方向のデータパケット有」という旨の情報を付与したＡＣＫ信号（ＷＡＣＫ（Wait  ACK）信号）をノードＵへ送信し（ステップSTL3）、バックオフ期間を経て、ノードＵへ向けて上りパケットを送信する（ステップSTL4）。ノードＵは、ノードＬからＷＡＣＫ信号を受信すると（ステップSTU2）、アンテナを上り方向に変更せず（ステップSTUa3）、そのままの状態でノードＬからの上りパケットの受信を待つ。ノードＵは、ノードＬからの上りパケットの受信後（ステップSTU3）、ノードＬへＡＣＫ信号を送信し、受信したデータパケットを上りキューに格納し、アンテナを上り方向へと切り替え（ステップSTUa4）、受信待機状態となる。ノードＬは、ノードＵからＡＣＫを受信する（ステップSTL5）。【００６９】
ＦＡＦの適用によって、常に一本のアンテナで中継伝送処理が可能となり、干渉波を抑制できる。しかしながら、ＦＡＦ単体では指向性隠れ端末問題もキャリアセンス不可問題も回避することができない。ＦＡＦにおける指向性隠れ端末問題及びキャリアセンス不可問題の解決には、ＩＰＴの適用が有効である。以下では、ＦＡＦにＩＰＴを組み合わせたパケットフォワーディングプロトコルをＦＡ−ＩＰＴ（高速選択型指向性周期的間欠送信法（Fast  Antenna  Selection  IPT  Forwarding））という。ＦＡ−ＩＰＴにより指向性隠れ端末問題とキャリアセンス不可問題を回避することが可能となる。【００７０】
図９は、ＦＡ−ＩＰＴの概要を示す図である。ＦＡＦでは、上りパケット送信はポーリング型転送の形態をとる。そのため、ネットワーク内のトラフィックの発生タイミングは、コアノードで集中制御することが可能である。したがって、コアノードに適当な送信周期を設けることで、キャリアセンス不可問題と指向性隠れ端末問題に対して同時に対応可能となる。【００７１】
図９を参照して、ＦＡ−ＩＰＴにおけるコアノードが付与する送信時間間隔について検討する。図９（ａ）のような直線的なノード配置であれば、指向性アンテナの適用により自ノードからみて目的ノードとは対極にあるノード方向への電波干渉を大幅に抑制することができるので、リユースクラスタ２の通信が可能となる。したがって、双方向トラフィックが介在するネットワークでは、図９（ｂ）で示されるように、コアノードとノードＡ間の通信が終了してから、ノードＡとノードＢ間の通信が終了するまでの時間間隔を送信周期に設定すればよい。ただし、ＦＡ−ＩＰＴではキャリアセンスができないため、ネットワークでパケットの滞留が発生すると著しい伝送効率の低下が起こる。コアノードとノードＡ間の通信が終了してからノードＡとノードＢ間の通信が終了するまでの時間間隔という時間設定は、あくまで最小値であり、余裕をもった周期設定が望ましい。【００７２】
なお、指向性アンテナの無線機の個数につき、コアノードやスレーブノードが複数の無線機を備えるようにしてもよい。そして、これらの無線機には異なるチャネルが割り当てられるようにしてもよい。この場合、干渉受信レベルに基づいてチャネル割り当てがなされるようにしてもよい。また、これらの無線機に上り優先度と下り優先度という二種類の優先度を設定し、これらの優先度に基づいて無線機を選択するようにしてもよい（特許文献４参照）。
【実施例２】
【００７３】
続いて、本実施例の指向性ＭＡＣプロトコルの特性について、実環境を想定した２次元ノード配置を用いたシミュレーションにより示す。【００７４】
図１１（ａ）は、シミュレーションにおけるフロアの見取り図とノード配置モデルを示す図である。ノードＡがコアノードであり、２３個のスレーブノードが配置される。また、図１０（ｂ）は、半値角60°の指向性アンテナのモデルを示す図である。一つのノードにつき図１０（ｂ）に示される指向性アンテナが６本配置される（図３（ａ）参照）。【００７５】
シミュレーションの条件は、以下のとおりである。【００７６】
まず、パケット長について、データパケットは248μs（54Mbpsで1500バイト相当）、ＡＣＫは24μsとする。チャネルモデルについては、5ｍまでは伝搬定数α=2、それ以上はα=3.5とし、シャドウイングは壁一枚当たり12dBであり、短区間フェーディングは考慮しない。【００７７】
また、ＭＡＣのモデル化としては、IEEE8002.11に準拠し、Basicモードとする。再送回数は7回とする。ランダムバックオフプロトコルによりContention時の送信待ち時間(Contention  Count)は0〜Contention  Window長（CW長）内のランダムな整数で与えられ、パケット送信の都度異なる値を設定する。CW長は再送回数が増すごとに増大する。最小CW長は4SIFSとし、最大CW長は1024SIFSとする。【００７８】
ＰＨＹのモデル化については、所要SINRは10dBとし、受信したパケットの品質が当該所要値以上の場合は確率1で受信に成功し、そうでない場合は確率1で受信に失敗するものとする。【００７９】
トラフィックモデルについては、呼はコアノードにおいてポアソン生起により発生、1パケットバーストあたりのパケット数は対数正規分布に従う。下り回線は、平均20パケットとする。【００８０】
以上の条件をもとに、ＯＤＦ、ＭＡＦ、ＦＡＦ、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴ、ＭＡ−ＩＰＴ及びＦＡ−ＩＰＴの比較評価を行う。【００８１】
図１１は、本実施例のルーティングプロトコルによって形成された中継経路と選択されたアンテナを示す図である。経路制御パケットの送信回数は500回（232=529）に設定している。図１１において、各ノード付近にある矢印は、ルーティングテーブルに記憶しているアンテナの向きと本数を表している。本実施例のシミュレーションにおいては、アンテナモデルが左右対称であり、条件にフェーディングを考慮していない。そのため、各ノードは通信ノードとの２点間において、アンテナ方向が対になるように設定されるものと考えられる。図１１では、この条件を満たしており、設定値は適当であったと考えられる。【００８２】
図１２は、スループット特性の比較を示す図であり、図１３は、パケット損失率の比較を示す図である。横軸は、呼量を示す。ここで、送信時間間隔について、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴとＭＡ−ＩＰＴでは400SIFS、また、ＦＡ−ＩＰＴでは200SIFSと設定した。【００８３】
ＩＰＴを適用しないＯＤＦとＦＡＦとＭＡＦに関してスループット特性とパケット損失率を比較すると、ＦＡＦは、スループット特性、パケット損失率とも最も悪い結果となった。ＦＡＦは、キャリアセンス不可問題と指向性隠れ端末問題による二重の影響による伝送効率劣化があるためであると考えられる。特に、ＯＤＦ（無指向性アンテナ・ＩＰＴ無し）のスループットが13.95Mbps、パケット損失率が2.48%であったのに対し、ＦＡＦ（指向性アンテナ・ＩＰＴ無し）のスループットが13.4Mbps、パケット損失率が3.25%であり、単に指向性アンテナの使用のみでは悪化する可能性があることを示している。逆に、ＭＡＦは、キャリアセンス不可問題を解決可能であり、最も高いスループットと最も低いパケット損失率を達成した。ただし、ＭＡＦであっても指向性隠れ端末問題の影響は依然として生じている。【００８４】
特に、最も高いスループットを示したのはＦＡ−ＩＰＴである。図１２（ｂ）よりＩＰＴを適用することによるスループットの改善率は、ＦＡＦが25%（ＦＡＦからＦＡ−ＩＰＴの改善率）であり、ＯＤＦの5.4%（ＯＤＦからＯｍｎｉ  ＩＰＴの改善率）、ＭＡＦの8.2%（ＭＡＦからＭＡ−ＩＰＴの改善率）と比べて非常に高い。特に、ＦＡＦがＯＤＦに比べて性能が悪化していたのに対し、ＩＰＴを適用したＯｍｎｉ  ＩＰＴとＦＡ−ＩＰＴを比較すると、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴのスループットが14.7Mbps、パケット損失率が0.35%であったのに対し、ＦＡ−ＩＰＴのスループットが16.8Mbps、パケット損失率が0.05%であり、スループットは14.1%、パケット損失率は86%も伝送効率が改善されている。【００８５】
また、ＭＡ−ＩＰＴとＯｍｎｉ  ＩＰＴを比較すると、図１２及び図１３より、ＭＡ−ＩＰＴはＯｍｎｉ  ＩＰＴに対して、スループット7.5%、パケット損失率42.9%の改善を達成している。ＭＡ−ＩＰＴとＯｍｎｉ  ＩＰＴはＭＡＣプロコトルが等しい。そのため、中継伝送効率の差異は、指向性アンテナの適用による干渉抑制効果がそのまま表れたものであると解される。【００８６】
図１２及び図１３より、ＯＤＦ、ＭＡＦ、ＦＡＦで、ＩＰＴの効き方が異なることがわかる。この違いは、それぞれ、憂慮すべき問題が異なるためであると考えられる。すなわち、Ｏｍｎｉ  ＩＰＴは隠れ端末問題のみ、ＭＡ−ＩＰＴは隠れ端末問題及び指向性隠れ端末問題、ＦＡ−ＩＰＴは隠れ端末問題、指向性隠れ端末問題及びキャリアセンス不可問題が関係する。全てに問題のあるＦＡ−ＩＰＴは、ＩＰＴの恩恵が特に得られており、さらに、他の方式を凌駕する結果が得られている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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