(57)【要約】【課題】無線ネットワークにおいてオーバーヘッドを大幅に削減して遅延時間を大幅に減少する。【解決手段】複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを各無線局毎に格納するＡＮＬテーブルと、各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを各無線局毎に格納するＧＬＳテーブルとを各無線局に保存し、ＡＮＬテーブルを含む無線信号を周期的に送信し、ＧＬＳテーブルを含む無線信号を周期的に送信する。送信された無線信号を受信したとき、自局に保存された対応するＡＮＬテーブル又はＧＬＳテーブルのデータを更新する。【選択図】  図１３
2004357134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための制御方法において、
上記複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを上記各無線局毎に格納する第１のテーブルと、上記各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを上記各無線局毎に格納する第２のテーブルとを上記各無線局の記憶手段に保存するステップと、
上記第１のテーブルを含む第１の無線信号を所定の第１の送信周期で周期的に送信するとともに、上記第２のテーブルを含む第２の無線信号を所定の第２の送信周期で周期的に送信するステップと、
上記送信された第１の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第１のテーブルのデータを更新するとともに、上記送信された第２の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第２のテーブルのデータを更新するステップとを含むことを特徴とする無線ネットワークのための制御方法。
【請求項２】
上記第１の送信周期は上記第２の送信周期よりも短いことを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークのための制御方法。
【請求項３】
上記送信するステップは、所定のトーン信号に続いて上記第１の無線信号を送信するとともに、上記トーン信号に続いて上記第２の無線信号を送信することを特徴とする請求項１又は２記載の無線ネットワークのための制御方法。
【請求項４】
上記第２のテーブルに基づいて、発信元無線局と宛先無線局との間で、ホップ数Ｈが予め決められた最大値Ｈｍａｘよりも小さいすべてのパスを検索する第１のステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの１つのバスＰ上の無線局を通信可能な無線局として仮定して設定し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局に対する上記第１のテーブルのデータを通信可能な状態に設定し、上記第２のテーブルに基づいて、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対して、当該１つのパスＰ上の上記各無線局のサービスエリアの送信ゾーン内に存在する他の通信可能な無線局の個数を計算し、上記計算された通信可能な無線局の個数を上記１つのパスＰ毎に加算することによって、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対する当該１つのパスＰの相関係数η（Ｐ）を計算し、計算された相関係数η（Ｐ）に当該１つのパスＰのホップ数Ｈを乗算することにより、当該乗算結果を当該１つのパスＰのルーティング基準指数γ（Ｐ）として計算し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局を上記第１のテーブルにおいて通信不可能な無線局として設定して戻す第２のステップと、
上記第２のステップの処理を上記検索されたすべてのパスについて繰り返すことにより、上記検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）を計算する第３のステップと、
上記計算された検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）のうちの最小のルーティング基準指数γ（Ｐ）に対応するパスを選択し、上記第２のテーブル内の当該選択されたパスに含まれる無線局を通信可能な無線局として設定し、上記選択されたパスに含まれる無線局に対する第１のテーブルのデータを第１の無線信号を用いて他の無線局に送信して上記他の無線局の第１のテーブルを更新した後、発信元無線局はその第２のテーブル内のデータに基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と無線通信する第４のステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の無線ネットワークのための制御方法。
【請求項５】
複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを上記各無線局毎に格納する第１のテーブルと、上記各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを上記各無線局毎に格納する第２のテーブルとを上記各無線局毎に保存する記憶手段と、
上記第１のテーブルを含む第１の無線信号を所定の第１の送信周期で周期的に送信するとともに、上記第２のテーブルを含む第２の無線信号を所定の第２の送信周期で周期的に送信する送信手段と、
上記送信された第１の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第１のテーブルのデータを更新するとともに、上記送信された第２の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第２のテーブルのデータを更新する制御手段とを備えたことを特徴とする無線ネットワークのための無線通信システム。
【請求項６】
上記第１の送信周期は上記第２の送信周期よりも短いことを特徴とする請求項５記載の無線ネットワークのための無線通信システム。
【請求項７】
上記送信手段は、所定のトーン信号に続いて上記第１の無線信号を送信するとともに、上記トーン信号に続いて上記第２の無線信号を送信することを特徴とする請求項５又は６記載の無線ネットワークのための無線通信システム。
【請求項８】
上記第２のテーブルに基づいて、発信元無線局と宛先無線局との間で、ホップ数Ｈが予め決められた最大値Ｈｍａｘよりも小さいすべてのパスを検索する第１の制御手段と、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの１つのバスＰ上の無線局を通信可能な無線局として仮定して設定し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局に対する上記第１のテーブルのデータを通信可能な状態に設定し、上記第２のテーブルに基づいて、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対して、当該１つのパスＰ上の上記各無線局のサービスエリアの送信ゾーン内に存在する他の通信可能な無線局の個数を計算し、上記計算された通信可能な無線局の個数を上記１つのパスＰ毎に加算することによって、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対する当該１つのパスＰの相関係数η（Ｐ）を計算し、計算された相関係数η（Ｐ）に当該１つのパスＰのホップ数Ｈを乗算することにより、当該乗算結果を当該１つのパスＰのルーティング基準指数γ（Ｐ）として計算し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局を上記第１のテーブルにおいて通信不可能な無線局として設定して戻す第２の制御手段と、
上記第２のステップの処理を上記検索されたすべてのパスについて繰り返すことにより、上記検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）を計算する第３の制御手段と、
上記計算された検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）のうちの最小のルーティング基準指数γ（Ｐ）に対応するパスを選択し、上記第２のテーブル内の当該選択されたパスに含まれる無線局を通信可能な無線局として設定し、上記選択されたパスに含まれる無線局に対する第１のテーブルのデータを第１の無線信号を用いて他の無線局に送信して上記他の無線局の第１のテーブルを更新した後、発信元無線局はその第２のテーブル内のデータに基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と無線通信する第４の制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項５乃至７のうちのいずれか１つに記載の無線ネットワークのための無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えば無線ＬＡＮなどの無線ネットワークにおいてパケット通信を行う、例えばアドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークのための制御方法及び無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一時的に特定の地域内に集まった不特定多数の人々の間の通信を無線回線を用いてサポートするアドホック無線ネットワークでは、例えばインターネットのルータ装置のようなインフラストラクチャが存在しないために、ネットワーク中のユーザが協調してパケットを中継し、ルーティングを行う必要がある。
【０００３】
アドホック無線ネットワークのルーティングとして、例えば、非特許文献２５において、ルート探索パケットを送信して経路情報を得る方法が提案されている。しかしながら、この方法では、全指向性アンテナを用いているために、同一チャンネル干渉が生じやすく、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が大きくなるとともに、パケット送受信時の消費電力が大きくなり、端末装置のバッテリに対する負荷が高くなるという問題点があった。
【０００４】
この問題点を解決するために、特許文献２において、「複数の無線局間でパケット通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法において、上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の信号電力対雑音電力比（ＳＩＮＲ）を予め測定してＳＩＮＲテーブルとして記憶装置に記憶し、パケットを宛先無線局に伝送するときに、上記ＳＩＮＲテーブルに基づいて１ホップ目の無線局を決定し、上記決定された１ホップ目の無線局に対してビームを形成するように、可変ビームアンテナを制御してパケットを送信することによりパケット信号をルーティングするルーティング方法」が提案されている。
【０００５】
このルーティング方法においては、通信を開始するだけでなく指向性及び適応制御型アンテナを使用して効果的なルーティングを実現するために、無線局はその送信方向を効果的に設定してパケットをその近隣に送信する方法を認識していなければならない。従って、各無線局は周期的にその近隣情報を収集して上述のＳＩＮＲテーブルを形成すると同時に、このＳＩＮＲテーブルを形成するためには、任意の無線局により下記のステップが周期的かつ非同期的に実行される必要がある。
【０００６】
（ｉ）無線チャンネルが空いているときはいつでも、無線局はその近傍の無線局に対してオムニパターンでセットアップパケット信号を送信する。
（ｉｉ）無線局はその指向性アンテナを走査して、各方位角において方位角要求（ＲＱ：  ＲｅＱｕｅｓｔ）パケット信号を方向性のブロードキャストの形式で順次全方向に送信する。例えばこれが３０度の間隔で行われて３６０度の空間全体が順次カバーされているとすれば、１２個の方向性ＲＱパケット信号が発生することになる。なお、このＲＱパケット信号は、無線局ＩＤとブロードキャストの方位角情報を含んでいる。
（ｉｉｉ）送信元の無線局からのセットアップパケット信号を受信すると、送信元の無線局に隣接する各無線局は予め規定された時間に渡って受信モードで待機し、送信元の無線局による全方向向けの方向性のブロードキャスト（順次のＲＱパケット信号）の終了を確認する。これにより、その時点で、隣接する各無線局が送信元の無線局により発生された全方向向けのＲＱパケット信号をすべて受信していることが保証される。言い替えれば、隣接する各無線局は送信元の無線局の方位角に対するＳＩＮＲを示すＳＩＮＲテーブルにおける、隣接する各無線局の欄をすべて累算することができ、送信元の無線局からの方向性ＲＱパケット信号により、その方向における送信元の無線局の信号強度を決定する。
（ｉｖ）隣接する各無線局は、この情報を応答（ＲＥ：  ＲＥｐｌｙ）パケット信号として送信元の無線局に送信する。ＲＥパケット信号は、データパケットとして処理される。送信元の無線局に隣接するすべての無線局からこの情報を受信すると、当該ＳＩＮＲテーブルは完成することになる。
【０００７】
このルーティング方法によれば、屋内外の隣接する無線局の情報を周期的に収集することが可能であり、かつこの情報を利用して指向性及び適応型アンテナを有する通信方法をより効果的なものにするという利点を有している。
【０００８】
ところで、アドホック無線ネットワークのルーティング方式は通常、複数のユーザ端末の無線局を介した単一パスによるルーティングを採用している。しかしながら、例えば、非特許文献２６に開示されたように、いったん発信元無線局と宛先無線局との間に複数のパスにてなるセットが発見されれば、データの総容量を複数の個別のブロックに分割してこれらを選択された複数のパスを介して発信元無線局から宛先無線局へ送信することにより、エンド・ツー・エンドの遅延時間（２つの端末間、すなわち、発信元無線局から宛先無線局までのパケットの伝送時間をいう。）を改善することが可能な場合があり、これによって最終的にネットワークの輻輳とエンド・ツー・エンド遅延時間とを低減することができ、このようなルーティングを「マルチパスルーティング」という。
【０００９】
また、指向性アンテナをアドホック無線ネットワークの各ノード無線局において使用すれば、無線干渉は大幅に低減し、よって無線媒体の利用及び必然的にネットワークの性能を向上させることができることが、例えば非特許文献１乃至１０などにおいて実証されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−０２４４３１号公報。
【特許文献２】
特開２００１−２４４９８３号公報
【非特許文献１】
Ｔ．  Ｓ．  Ｙｕｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｅｓｉｇｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｈｏｐ  ｐａｃｋｅｔ  ｒａｄｉｏ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｎｔｅｎｎａｓ  ｓｔａｔｉｏｎｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｖｏｌ．  ４０，  Ｎｏ．  １１，  ｐｐ．  １７１６−１７２４，  １９９２。
【非特許文献２】
Ｙ．  Ｂ．  Ｋｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｍｅｄｉｕｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｎｔｅｎｎａｓ  ｉｎ  ａｄ  ｈｏｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，’  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ＩＮＦＯＣＯＭ  ２０００，  Ｍａｒｃｈ  ２０００。
【非特許文献３】
Ｒｏｍｉｔ  Ｒｏｙ  Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：  Ｕｓｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｎｔｅｎｎａｓ  ｆｏｒ  ｍｅｄｉｕｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａｄ  ｈｏｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｉｇｈｔｈ  ａｎｎｕａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００２。
【非特許文献４】
Ｎａｓｉｐｕｒｉ，  Ｓ．  Ｙｅ，  Ｊ．  Ｙｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａ  ＭＡＣ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ＷＣＮＣ  ２０００，  ２０００。
【非特許文献５】
Ｓ．  Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＭＡＣ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  （ＷＡＣＮｅｔ）  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ｒａｄｉａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａ”，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ＧＬＯＢＥＣＯＭ  ２００１，  Ｓａｎ  Ａｎｔｏｎｉｏ，  Ｔｅｘａｓ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２５−２９，  ２００１。
【非特許文献６】
Ｒ．  Ｒａｍａｎａｔｈａｎ，  ”Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”，  ＡＣＭ  ＭＯＢＩＨＯＣ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００１．
【非特許文献７】
Ｍ．  Ｔａｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｉｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ＡＣＭ  ＭＯＢＩＨＯＣ，  Ｊｕｎｅ  ２００２。
【非特許文献８】
Ｌｉｃｈｕｎ  Ｂａｏ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ  ｉｎ  ａｄ  ｈｏｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｎｔｅｎｎａｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｉｇｈｔｈ  ａｎｎｕａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，  Ａｔｌａｎｔａ，  Ｇｅｏｒｇｉａ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  ２００２。
【非特許文献９】
Ａｓｉｓ  Ｎａｓｉｐｕｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｉｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  （ＩＣＣＣＮ  ２００２），  Ｍｉａｍｉ，  Ｆｌｏｒｉｄａ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １４−１６，  ２００２。
【非特許文献１０】
Ｓ．  Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＭＡＣ  ａｎｄ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ＥＳＰＡＲ  Ａｎｔｅｎｎａ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＣＭ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  ＆  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ２００１  （ＭＯＢＩＨＯＣ  ２００１），  Ｌｏｎｇ  Ｂｅａｃｈ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  ４−５  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００１。
【非特許文献１１】
Ｋｕｉ  Ｗｕ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ＥＰＭＣＣ  ２００１，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ，  ２０ｔｈ２２ｎｄ  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００１。
【非特許文献１２】
Ｍ．  Ｒ．  Ｐｅａｒｌｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｉｍｐａｃｔ  ｏｆ  Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｌｏａｄ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｉｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ＭＯＢＩＨＯＣ  ２０００，  ｐｐ．１５０，  ３−１０，  ２０００。
【非特許文献１３】
Ｈｏｓｓａｍ  Ｈａｓｓａｎｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｏａｄ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｉｎ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｄ  ｈｏｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ４ｔｈ  ＡＣＭ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，  ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｎｄ  ｍｏｂｉｌｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｒｏｍｅ，  Ｉｔａｌｙ，  ２００１。
【非特許文献１４】
Ｓｕｎｇ−Ｊｕ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｌｏａｄ−Ａｗａｒｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｄ  ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  ＩＣＣ  ２００１，  Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，  Ｆｉｎｌａｎｄ，  Ｊｕｎｅ  ２００１。
【非特許文献１５】
Ｓ．Ｊ．  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｓｐｌｉｔ  Ｍｕｌｔｉ−ｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｍａｘｉｍａｌｌｙ  Ｄｉｓｊｏｉｎｔ  Ｐａｔｈｓ  ｉｎ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ＩＣＣ  ２００１，  ２００１。
【非特許文献１６】
Ｓｏｍｐｒａｋａｓｈ  Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＦＩＰ  ＴＣ６／ＷＧ６．８  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  （ＰＷＣ  ２００２），  Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００２。
【非特許文献１７】
Ｔ．  Ｏｈｉｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ｒａｄｉａｔｏｒ  （ＥＳＰＡＲ）  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−ｃｏｓｔ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ”，  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｄａｎａ  Ｐｏｉｎｔ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ｍａｙ  ２０００。
【非特許文献１８】
Ｋ．  Ｇｙｏｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｂｅａｍ  ａｎｄ  Ｎｕｌｌ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ＥＳＰＡＲ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ＡＰ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，  Ｊｕｌｙ  ２０００。
【非特許文献１９】
Ａｓｉｓ  Ｎａｓｉｐｕｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｉｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，  ＩＥＥＥ  ＩＣＣＣＮ  ２０００，  ２０００。
【非特許文献２０】
Ｇｕａｎｇｙｕ  Ｐｅｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｆｉｓｈｅｙｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ：  Ａ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，  Ｎｅｗ  Ｏｒｌｅａｎｓ，  Ｌｏｕｉｓｉａｎａ，  Ｊｕｎｅ  ２０００。
【非特許文献２１】
Ｒｏｍｉｔ  Ｒｏｙ  Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ｉｎ  Ａｄ  ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｇｅｎｔｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｉｒｓｔ  Ａｎｎｕａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  Ｏｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  ＆  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  （ＭＯＢＩＨＯＣ  ２０００），  Ｂｏｓｔｏｎ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ａｕｇｕｓｔ  １１，  ２０００。
【非特許文献２２】
ＱｕａｌＮｅｔ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ３．１，  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  ＵＲＬ：／／ｗｗｗ．ｓｃａｌａｂｌｅ−ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｃｏｍ，  Ｍａｙ  ２０，  ２００３。
【非特許文献２３】
Ｊ．  Ｂｒｏｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉ−Ｈｏｐ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＡＣＭ／ＩＥＥＥ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｎｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋ，  Ｄａｌｌａｓ，  Ｔｅｘａｓ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９８。
【非特許文献２４】
Ｒｏｍｉｔ  Ｒｏｙ  Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａｎ  Ａｇｅｎｔ−ｂａｓｅｄ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００２。
【非特許文献２５】
Ｄ．  Ｂ．  Ｊｏｈｎｓｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ｉｎ  ｂｏｏｋ  ｏｎ  ”Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ”，  Ｃｈａｐｔｅｒ  ５，  ｐｐ．１５３−１８１，  Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，  １９９６。
【非特許文献２６】
Ｓ．  Ｋ．  Ｄａｓ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｑｕａｌｉｔｙ−ｏｆ−Ｓｅｒｖｉｃｅ  ｉｎ  Ａｄ  ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉ−ｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＧＬＯＢＥＣＯＭ  ２０００，  Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，  Ｕ．Ｓ．Ａ．，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２７−Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １，  ２０００。
【非特許文献２７】
Ｔｅｔｓｕｒｏ  Ｕｅｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏｗａｒｄｓ  ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  ｉｎ  ａｄ  ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ＥＳＰＡＲ  Ａｎｔｅｎｎａ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｔｈｅ  １６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ＆  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，  ＣＱＲ  ２００２，  Ｍａｙ  １４−１７，  ２００２。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同時に、各ノード無線局では、アドホック無線ネットワークのマルチホップ通信環境において予測された性能の向上を達成するように、こうしたアンテナの方向を設定しかつ制御する方法を発見することが難しいという問題点があった。この問題点の困難さは、主としてアドホック無線ネットワークにおける移動性及び集中的管理の欠如に起因する。従って、全体的な性能を向上させるために、指向性アンテナの優位点を利用するアドホック無線ネットワークにおける適正なＭＡＣ及びルーティングプロトコルを開発することが課題である。
【００１２】
最近、同時通信の数を増大して媒体利用を向上させるために、指向性アンテナを使用する幾つかのメディアアクセスコントロール（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ））プロトコルがアドホック無線ネットワークのための無線通信システムにおいて提案されている。しかしながら、効率的な指向性ＭＡＣプロトコルを以ってしても、指向性アンテナの優位点を利用する適正なルーティング方法を備えていなければ、それだけで優れたシステム性能を保証することはできない。
【００１３】
従って、本発明の第１の目的は、ＭＡＣプロトコルに加えて、アドホック無線ネットワークにおいて指向性アンテナの優位点を利用し、オーバーヘッドを大幅に削減して、エンド・ツー・エンドの遅延時間を大幅に減少できるシングルパスのルーティング方法を含む制御方法及びそれを用いた無線通信システムを提供することにある。
【００１４】
図２６は、従来技術に係る、指向性アンテナを用いた無線局Ｓ１−Ｄ１間及び無線局Ｓ２−Ｄ２間の２つのゾーン間非結合通信を示す平面図である。図２６において、ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＮ１乃至ＢＮ６は各無線局が備えるセクタ放射パターンの送信ゾーンを示している。ここで、発信元無線局Ｓ１がノード無線局Ｎ１及びＮ２を介して宛先無線局Ｄ１と通信する場合について考え、他の発信元無線局Ｓ２が宛先無線局Ｄ２との通信を希望しているものとする。可能なパスとしては、パス｛Ｓ２，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ２｝、パス｛Ｓ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｄ２｝及びパス｛Ｓ２，Ｎ５，Ｎ６，Ｄ２｝の３つパスが存在するものとする。発信元無線局Ｓ２が発信元無線局Ｓ１によって使用されるパスと重なる第１のパスを使用すれば、単に指向性アンテナを使用するだけではルーティング性能を向上させることができない。発信元無線局Ｓ２が第２のパスを使用すれば、ルート間結合として知られる現象に起因して、やはりルーティング性能は低下する（例えば、非特許文献１１、１２及び１６参照。）。
【００１５】
ルート間結合は、データ通信の間に２つのルートが互いに干渉し合うほど物理的近接位置にある場合に発生する。その結果、これらの２ルート内の各ノード無線局は、それらが共用する媒体を求めて絶えず競争状態にある。図２６の場合においては、図２６に示すように指向性アンテナを使用したとしても、これらの２ルートに属する各ノード無線局はお互いの送信ゾーン内に存在するため、これらの２つの通信は同時に発生し得ない。すなわち、ノード無線局Ｎ１及びＮ３はそれぞれ、発信元無線局Ｓ１及びＳ２から同時にデータを受信することはできない。同様に、ノード無線局Ｎ２とＮ４もそれぞれノード無線局Ｎ１及びＮ３から同時にデータを受信できない。
【００１６】
従って、任意の発信元無線局及び宛先無線局間のルーティング性能は、そのパスにおけるノードの輻輳特性のみに依存しているわけではない。隣接領域における通信パターンもまたこの遅延時間に影響を当てることとなる。これが、ルート間結合として周知の現象である。このように、パス｛Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ１｝、パス｛Ｓ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｄ２｝がノード間非結合であり、指向性アンテナを使用したとしても、このアドホック無線ネットワークのための無線通信システムにおいてはルーティング性能は低下する。
【００１７】
指向性アンテナがルーティングに与える影響は、発信元無線局Ｓ２が第３のパス、すなわちパス｛Ｓ２，Ｎ５，Ｎ６，Ｄ２｝を選択する場合に明らかとなる。これらの２ルート、パス｛Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ１｝及びパス｛Ｓ２，Ｎ５，Ｎ６，Ｄ２｝は、オムニアンテナを使用する場合には互いに結合される（図２６の点線参照）。しかし、図２６が示すように、「指向性アンテナ」を使用すれば「完全に非結合される」。これらの２ルートは、一方のパス上のデータ通信が他方のパス上のデータ通信と干渉しないことから、「ゾーン間非結合」であると呼ばれる。
【００１８】
従って、媒体利用の改善に向けて指向性アンテナの能力を利用するためには、「効果的な負荷のバランス化」を有するルーティング方法を必ず装備することが肝要である。最近では、オムニアンテナを使用してアドホック無線ネットワークにおける負荷のバランス化を有するルーティング方法が開発されている（例えば、非特許文献１３，１４参照）。このルーティング方法では、中間のノード無線局のルーティング負荷又はすべてのノード無線局の活動（アクティビティ）情報を主要なルート選択基準として捉えている。
【００１９】
モバイルアドホック無線ネットワークにおけるマルチパスルーティング技術のアプリケーションもまた、エンド・ツー・エンド間の遅延時間を低減しかつ負荷のバランス化を実行するために検討されている。エム・アール・パルマン（Ｍ．Ｒ．Ｐｅｒｌｍａｎ）らは、例えば非特許文献１２などの最近の論文において、マルチパスルーティングがネットワーク負荷を均衡させ得ることを実証している。また、非特許文献１５において提案されている分割マルチパスルーティング（Ｓｐｌｉｔ  Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ；ＳＭＲ）は、最大化された非結合のマルチパスを構築して保持することに注目している。しかしながら、これらの提案の中に、効果的な負荷のバランス化のためのルート間結合現象について考察したものはない。
【００２０】
ルーティングの処理をネットワーク全体に均等に分散させることには、この無線通信システムにおいて２つの主要な優位点がある。第１に、これは、負荷が１つのノード無線局の集合（セット）に集中することを防止し、かつこれを他のノード無線局間に均一に拡散させるため、よく使用されるノード無線局の集合の電力枯渇（送信電力の使用量が大きくて、電池内のエネルギーがすぐになくなる現象）の可能性が低減される。また第２にこれは、トラフィックを全体に分散させることから、輻輳が軽減されて、エンド・ツー・エンドの遅延時間が改善される。本コンテキストにおける負荷のバランス化に関する現時点での提案の大部分は、全体的なトラフィックの分散を促進するものであり、よって上述の最初の優位点は達成することができる。
【００２１】
しかしながら、無線媒体におけるルート間結合に起因して、図２６が示すように、トラフィックの分散のみではエンド・ツー・エンドの遅延時間の改善を保証することができない。図２６が示すように、パス｛Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ１｝及びパス｛Ｓ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｄ２｝は「ノード間非結合」であり、従って、負荷のバランス化の基準を満たしている。しかしながら、これらは互いに結合されるため、エンド・ツー・エンドの遅延時間は増大する。結合の度合いが大きいほど、両パスの平均エンド・ツー・エンドの遅延時間は大きくなる（例えば、非特許文献１１参照）。これは、無線伝搬のブロードキャストの特徴に起因して、２つのパスが互いの送信に干渉するより多くの機会を有するためである。「効果的な負荷のバランス化」のための「ゾーン間非結合ルート」の発見が重要である理由は、この点にある。
【００２２】
しかしながら、オムニアンテナを使用してゾーン間非結合パスを得ること、もしくはその一部を得ることであっても、それらは送信ゾーンが広いために困難である。オムニアンテナの場合、各ノード無線局の送信ゾーンの面積はπＲ２で表すことができる。ここで、ビーム角θ＝３６０゜、送信到達距離（半径）はＲである。指向性アンテナを使用してビーム角θを制御すれば（θ＜３６０゜）、各ノード無線局の有効範囲をビームθにまで減じることができる（送信ゾーンの面積＝Ｒ２／２）。本発明者らが設定した例では、２ルートのパス｛Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ１｝及びパス｛Ｓ２，Ｎ５，Ｎ６，Ｄ２｝は、指向性アンテナを使用する場合にのみ「ゾーン間非結合」になる。各ユーザ端末の無線局がアドホック無線ネットワークを形成した状態で、オムニアンテナの代わりに指向性アンテナを使用すれば、「ゾーン間非結合」ルートを得ることが格段に容易になり、かつ必然的にルート間結合の影響を劇的に減らすことができることは証明されている（例えば、非特許文献１６参照）。
【００２３】
従って、本発明の第２の目的は、アドホック無線ネットワークにおいて効果的な負荷のバランス化を実行できるシングルパスルーティングのルーティング方法を含む制御方法及びそれを用いた無線通信システムを提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る無線ネットワークのための制御方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための制御方法において、
上記複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを上記各無線局毎に格納する第１のテーブルと、上記各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを上記各無線局毎に格納する第２のテーブルとを上記各無線局の記憶手段に保存するステップと、
上記第１のテーブルを含む第１の無線信号を所定の第１の送信周期で周期的に送信するとともに、上記第２のテーブルを含む第２の無線信号を所定の第２の送信周期で周期的に送信するステップと、
上記送信された第１の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第１のテーブルのデータを更新するとともに、上記送信された第２の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第２のテーブルのデータを更新するステップとを含むことを特徴とする。
【００２５】
上記無線ネットワークのための制御方法において、上記第１の送信周期は上記第２の送信周期よりも短いことを特徴とする。
【００２６】
また、上記無線ネットワークのための制御方法において、上記送信するステップは、所定のトーン信号に続いて上記第１の無線信号を送信するとともに、上記トーン信号に続いて上記第２の無線信号を送信することを特徴とする。
【００２７】
さらに、上記無線ネットワークのための制御方法において、上記第２のテーブルに基づいて、発信元無線局と宛先無線局との間で、ホップ数Ｈが予め決められた最大値Ｈｍａｘよりも小さいすべてのパスを検索する第１のステップと、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの１つのバスＰ上の無線局を通信可能な無線局として仮定して設定し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局に対する上記第１のテーブルのデータを通信可能な状態に設定し、上記第２のテーブルに基づいて、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対して、当該１つのパスＰ上の上記各無線局のサービスエリアの送信ゾーン内に存在する他の通信可能な無線局の個数を計算し、上記計算された通信可能な無線局の個数を上記１つのパスＰ毎に加算することによって、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対する当該１つのパスＰの相関係数η（Ｐ）を計算し、計算された相関係数η（Ｐ）に当該１つのパスＰのホップ数Ｈを乗算することにより、当該乗算結果を当該１つのパスＰのルーティング基準指数γ（Ｐ）として計算し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局を上記第１のテーブルにおいて通信不可能な無線局として設定して戻す第２のステップと、
上記第２のステップの処理を上記検索されたすべてのパスについて繰り返すことにより、上記検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）を計算する第３のステップと、
上記計算された検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）のうちの最小のルーティング基準指数γ（Ｐ）に対応するパスを選択し、上記第２のテーブル内の当該選択されたパスに含まれる無線局を通信可能な無線局として設定し、上記選択されたパスに含まれる無線局に対する第１のテーブルのデータを第１の無線信号を用いて他の無線局に送信して上記他の無線局の第１のテーブルを更新した後、発信元無線局はその第２のテーブル内のデータに基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と無線通信する第４のステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００２８】
第２の発明に係る無線ネットワークのための無線通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを上記各無線局毎に格納する第１のテーブルと、上記各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを上記各無線局毎に格納する第２のテーブルとを上記各無線局毎に保存する記憶手段と、
上記第１のテーブルを含む第１の無線信号を所定の第１の送信周期で周期的に送信するとともに、上記第２のテーブルを含む第２の無線信号を所定の第２の送信周期で周期的に送信する送信手段と、
上記送信された第１の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第１のテーブルのデータを更新するとともに、上記送信された第２の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第２のテーブルのデータを更新する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、上記第１の送信周期は上記第２の送信周期よりも短いことを特徴とする。
【００３０】
また、上記無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、上記送信手段は、所定のトーン信号に続いて上記第１の無線信号を送信するとともに、上記トーン信号に続いて上記第２の無線信号を送信することを特徴とする。
【００３１】
さらに、上記無線ネットワークのための無線通信システムにおいて、上記第２のテーブルに基づいて、発信元無線局と宛先無線局との間で、ホップ数Ｈが予め決められた最大値Ｈｍａｘよりも小さいすべてのパスを検索する第１の制御手段と、
上記無線ネットワークにおいて、上記検索された複数のパスのうちの１つのバスＰ上の無線局を通信可能な無線局として仮定して設定し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局に対する上記第１のテーブルのデータを通信可能な状態に設定し、上記第２のテーブルに基づいて、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対して、当該１つのパスＰ上の上記各無線局のサービスエリアの送信ゾーン内に存在する他の通信可能な無線局の個数を計算し、上記計算された通信可能な無線局の個数を上記１つのパスＰ毎に加算することによって、上記発信元無線局と上記宛先無線局以外の発信元無線局と宛先無線局間の通信可能なパスＰ’に対する当該１つのパスＰの相関係数η（Ｐ）を計算し、計算された相関係数η（Ｐ）に当該１つのパスＰのホップ数Ｈを乗算することにより、当該乗算結果を当該１つのパスＰのルーティング基準指数γ（Ｐ）として計算し、上記第２のテーブル内の当該１つのパスＰに含まれる無線局を上記第１のテーブルにおいて通信不可能な無線局として設定して戻す第２の制御手段と、
上記第２のステップの処理を上記検索されたすべてのパスについて繰り返すことにより、上記検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）を計算する第３の制御手段と、
上記計算された検索されたすべてのパスに対するルーティング基準指数γ（Ｐ）のうちの最小のルーティング基準指数γ（Ｐ）に対応するパスを選択し、上記第２のテーブル内の当該選択されたパスに含まれる無線局を通信可能な無線局として設定し、上記選択されたパスに含まれる無線局に対する第１のテーブルのデータを第１の無線信号を用いて他の無線局に送信して上記他の無線局の第１のテーブルを更新した後、発信元無線局はその第２のテーブル内のデータに基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と無線通信する第４の制御手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図であり、図２は、図１の各無線局１の構成を示すブロック図である。
【００３４】
この実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、複数の無線局１が平面的に散在して存在し、各無線局１はそれぞれ、可変ビームアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。すなわち、各無線局１は、パケットのルーティングを行うルータ機能を備え、発信元無線局、中継局、又は宛先無線局として動作する。
【００３５】
この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、無指向性放射パターンであるオムニパターンと、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択的に変更可能なセクタビームパターンと、上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンとを選択的に切り換え可能な可変ビームアンテナ１０１を備え、下記の（ａ）乃至（ｅ）のテーブルをデータベースメモリ１５４に格納し、これらのテーブルに基づいて、可変ビームアンテナ１０１の放射パターンを制御しながらパケット信号のルーティングを行うことを特徴としている。
【００３６】
（ａ）自局を中心とするサービスエリア内の隣接ノード無線局（自局から無線通信可能なノード無線局を隣接ノード無線局という。）１から無線信号を受信するときに測定可能な隣接ノード無線局１に対する方位角及び信号強度レベルを格納する方位角及び信号強度レベルテーブル（Ａｎｇｌｅ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｔａｂｌｅ）（以下、ＡＳテーブルという。）。
（ｂ）自局からの無線信号を隣接ノード無線局が受信したときのＳＩＮＲの測定値を含む隣接ノード無線局からの無線信号に基づいて予め取得された、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の無線局１から見たＳＩＮＲに基づいて、各隣接ノード無線局毎に最大のＳＩＮＲを選択して各隣接ノード無線局との親和度とし、当該親和度と、それに対応する方位角及びそのデータの更新時刻とを含む隣接リンク状態テーブル（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ  Ｌｉｎｋ−Ｓｔａｔｅ  Ｔａｂｌｅ）（以下、ＮＬＳテーブルという。）。
（ｃ）当該アドホック無線ネットワークにあるノード無線局のうち、当該アドホック無線ネットワークに参加しており通信可能状態（以下、アクティブ状態という。）にあるノード無線局のリストを含むアクティブノードリストテーブル（Ａｃｔｉｖｅ  Ｎｏｄｅ  Ｌｉｓｔ  Ｔａｂｌｅ）（以下、ＡＮＬテーブルという。）。
（ｄ）上記ＮＬＳテーブルにある隣接ノード無線局のうち、当該アドホック無線ネットワークに参加しておりアクティブ状態にある隣接ノード無線局のリストを含む隣接アクティブノードリストテーブル（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｎｏｄｅ  Ｌｉｓｔ  Ｔａｂｌｅ）（以下、ＮＡＮＬテーブルという。）。
（ｅ）各無線局間でＮＬＳテーブルのトポロジー情報（アドホック無線ネットワーク内のすべての無線局間のリンク状態を示すパス情報をいい、以下同様である。）を交換することにより、当該アドホック無線ネットワーク内のすべての無線局１に関するＮＬＳテーブルのトポロジー情報を収集し、このトポロジー情報（各無線局１間のリンク状態を含む）と、これにおける各無線局毎の当該トポロジー情報の更新回数（バージョンを示す）と、その時点で任意の通信プロセスに関わる無線局１を示す通信状態フラグ値とを含むグローバルリンク状態テーブル（Ｇｌｏｂａｌ  Ｌｉｎｋ  Ｓｔａｔｅ  Ｔａｂｌｅ）（以下、ＧＬＳテーブルという。）。
【００３７】
本実施形態においては、「ゾーン間非結合」を最大化するルートの選択処理を用いて、効果的な負荷のバランス化を行うための指向性アンテナを使用するアドホック無線ネットワークのＭＡＣ及びルーティングプロトコルを示す。本発明者らが提示するＭＡＣプロトコルでは、各ノード無線局１が所定の隣接情報を動的に保持し、よって各ノード無線局１はその時点における「その隣接及びその隣接で発生している通信を認識」している。これは、各ノード無線局１がその時点におけるその隣接の他の通信中のノード無線局１を追跡することによって干渉を回避することを促進する。同時にこれは、その隣接ノード無線局１の指向性アクセス情報も追跡する。これは、各ノード無線局１が、その任意の隣接ノード無線局１との最良であると思われる通信方向を決定する際に役立つ。各ノード無線局１からのこの情報は、周期的にその隣接ノード無線局１へ伝搬され、隣接ノード無線局１はそれぞれこの情報を取り込み、周期間隔（送信周期）でさらにその隣接ノード無線局１へと伝搬する。こうして情報はネットワーク全体に浸透し、多くの制御トラフィックを生成することなく、各ノード無線局１が周期的に適正なネットワーク状態を捕捉することを促進する。従って、各ノードは実質的におおむね「トポロジーを認識」し、かつ「ネットワークで発生している通信を認識」した状態になる。
【００３８】
本発明者らは、負荷のバランス化型ルーティングのテーブル駆動ルーティングプロトコルを提案し、「ゾーン間非結合」を最大化する度合いを測定するための基準を定義しかつ開発し、負荷のバランス化のためにこれをルート選択基準として使用した。しかしながら、各ノード無線局１におけるネットワークの認識は、ネットワークの「実際の」状態ではなくネットワークの状態の単なる「認知」であるに過ぎないため、中間の各ノード無線局１は、ルーティングの間にルーティングの決定を適応的に補正して変更する。なお、本発明において提案する本実施形態に係る無線通信システムのフレームワークの性能は、詳細後述するように、公知のクアルネット（Ｑｕａｌｎｅｔ）で実施されている動的ソース（発信元無線局）ルーティング（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ；ＤＳＲ）（例えば、非特許文献２３参照）をベンチマークに使用したクアルネットのネットワークシミュレータ（例えば、非特許文献２２参照）に基づいて評価を行う。
【００３９】
次いで、図２を参照して、各無線局１の装置構成について説明する。図２において、無線局１は、可変ビームアンテナ１０１と、その指向性を制御するための指向制御部１０３と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０４と、トラヒックモニタ部１０５と、回線制御部１０６と、上位レイヤ処理装置１０７とを備える。
【００４０】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置１０７によって発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力された通信用送信信号データに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他の無線局１に向けて送信する。一方、可変ビームアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データを受信バッファメモリ１３３を介して上位レイヤ処理装置１０７に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００４１】
本実施形態においては、指向性アンテナである可変ビームアンテナ１０１は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する制御部１０３に接続され、
（ａ）無指向性放射パターンであるオムニパターンと、
（ｂ）例えば図３に示すように、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎にセクタ形状のメインビームを選択的に変更可能なセクタビームパターンと、
（ｃ）上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンと
を電気的な制御により選択的に切り換え可能なアンテナである。なお、可変ビームアンテナ１０１については、例えば、公知のフェーズドアレーアンテナ装置であってもよいし、もしくは、特許文献１、非特許文献１７及び１８に開示された電子制御導波器アレーアンテナ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ｒａｄｉａｔｏｒ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）である可変ビームアンテナであってもよい。
【００４２】
トラヒックモニタ部１０５は、検索エンジン１５２と、更新エンジン１５３と、データベースメモリ１５４と、クロック回路１５５とを備え、後述のルーティング及び通信処理を実行するとともに、無線局１が他の無線局１とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定して、決定した通信チャネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に送ることにより、拡散符号発生器１６０が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部１０６を介して送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２による通信チャネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。なお、クロック回路１５５は、現在日時を計時してその情報を、必要に応じて管理制御部１５１に出力する。
【００４３】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索して検索したデータを管理制御部１５１に返信する。また、更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ１５４に、ＡＳテーブル、ＮＬＳテーブル、ＡＮＬテーブル、ＮＡＮＬテーブル、及びルーティングのためのテーブルであるＧＬＳテーブルを記憶している。
【００４４】
本実施形態においては、アンテナ放射パターンを単一の通信相手先方向の利得が最大となるように指向性を変化させるセクタビームパターンの実効的な送信ビーム幅を３０°としており、可変ビームアンテナ１０１は、方位角を３０°毎に選択的に変化可能に設定できる。ビーム幅及び方位角の変化角度は、６０°又は他の角度であってもよい。また、本実施形態のパケット通信システムで用いるパケットデータは、図４に示す形式のフォーマットを有する。すなわち、パケットデータは、宛先無線局のＩＤと、パケット種別（トーン、ＧＬＳテーブル、ＡＮＬテーブル、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）、ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）、ＤＡＴＡなど）と、自局のＩＤと、データ（上位レイヤでのデータなどを含む）とを含む。さらに、データベースメモリ１５４に格納されたＡＳテーブルは、図６に示すように、自局のサービスエリア内の隣接ノード無線局毎に、方位角と、信号強度レベルの情報を格納し、後述する図１３及び図１４のパケット送受信制御処理により作成更新される。また、データベースメモリ１５４に格納されたＧＬＳテーブルは、図９に示すように、当該アドホック無線ネットワーク内のノード無線局毎に、隣接ノード無線局とその方位角データと、そのデータの更新回数（バージョンを示す）を格納し、後述するパケット送受信制御処理により作成更新される。
【００４５】
次いで、本実施形態で用いるＭＡＣ通信プロトコルについて以下に説明する。本実施形態に係る無線通信ネットワークにおいて、互いに無線通信を行う１組の無線局１は二次元的な閉鎖空間内を動き回り、共通の無線通信チャンネルを共有するものと仮定する。各無線局１は、上述の４個の放射パターンを有する、例えば電子制御導波器アレーアンテナ装置である可変ビームアンテナ１０１を備える。各無線局１は一度に送信又は受信の何れかを実行可能であるが、１つの無線局１で複数の送受信を行うことはできない。
【００４６】
ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣプロトコル基準では、ＲＴＳ／ＣＴＳ／ＤＡＴＡ／ＡＣＫアクセス制御方式を用いて、高信頼性のデータ通信が保証されているが、本実施形態の方法では、このアクセス制御方式をベースとして、図１０及び図１１を参照して詳細後述するように、トーン信号＋パケット信号を用いた制御信号を用いて、ＡＮＬテーブル、ＧＬＳテーブル、その他のデータを含むパケット信号を送受信する。従って、データ通信は周期的な、ＡＮＬテーブルの生成及び更新フェーズ、ＧＬＳテーブルの生成及び更新フェーズの合間に実行される。また、各フレームにはトレーニングシーケンスが追加されて送受信アンテナによるそのビーム及びヌルの制御及び適応制御モードへの移行が可能にされる。
【００４７】
次いで、図１の無線局１を用いた、アドホック無線ネットワークのための無線通信システムの詳細について以下に説明する。
【００４８】
図１の可変ビームアンテナ１０１としては、上述のように、好ましくは、電子制御導波器アレーアンテナ装置を用いる。一般の適応型アレーアンテナは通常、ディジタル型ビーム形成アンテナである。これに対して、電子制御導波器アレーアンテナ装置は高周波ビーム形成に依存し、これが回路の複雑さを大幅に低減する。電子制御導波器アレーアンテナ装置は、発信元無線局の無線送受信機に接続された中央の励振素子と、当該励振素子を中心として所定の半径上に設けられて円形状で取り囲む複数本の非励振素子（典型的には、４乃至６本）とを備えて構成される。各非励振素子には、可変リアクタンス素子が接続され、そのリアクタンス値を調整することにより、各非励振素子は、当該アレーアンテナ装置の放射パターンを異なる形状に形成する。当該電子制御導波器アレーアンテナ装置の特徴は、ビーム方向の制御、同一の周波数による多重ビームの形成、可動式（３６０度の掃引走査が可能である）ビーム及びヌルステアリングの制御にある。当該電子制御導波器アレーアンテナ装置を一般化されたスイッチング用ビームアンテナとして使用することの優位点は、少数のアンテナ素子で継続して追跡が可能であり、かつ可変数のビームパターンを保有できることにある。当該電子制御導波器アレーアンテナ装置は低コスト、低電力の小型アンテナになるため、ユーザ端末であるノード無線局の電力消費の低減が促進され、スイッチング用ビームアンテナのあらゆる優位点を導出することが可能になる。
【００４９】
本実施形態では、各ノード無線局１は指向性アンテナである可変ビームアンテナ１０１を備え、二次元のエリア空間Ａに分散された複数Ｎ個のノード無線局１からなるアドホック無線ネットワークを想定する。各ノード無線局１−ｎ（以下、ノード無線局１−ｎの符号をｎと略記する。ここで、ｎ∈Ｎである。）は、唯一のノード無線局ｎの識別子を有する。各ノード無線局ｎは、送信到達距離（送信信号が到達する範囲の距離（半径））Ｒと、本実施形態ではすべてのノード無線局ｎについて同一であることが想定されたビーム幅βとを有する。ビーム幅βを３６０度に設定すれば、これは全方向モードで動作する。本発明者らのシミュレーション環境では、指向性に関するビーム幅βは４５度であることが想定されている。移動型ノード無線局モデルとしては、ランダムウェイ・ポイントモデルを設定した。すなわち、ノード無線局ｎは宛先無線局のポイントをランダムに選定し、指定されたｖｍａｘ乃至ｖｍｉｎ間の速度集合から均一に選択された一定の速度ｖで目的地ポイントへ移動する。そして、目的地に到達すると、ノード無線局はポーズタイムと呼ばれる一定の時間だけ停止し、次いでプロセスが反復される。
【００５０】
次いで、本実施形態に係る無線通信システムにおける幾つかの重要な定義について以下に説明する。
【００５１】
定義１：ノード無線局ｎが送信到達距離Ｒで方位角α及びビーム幅βの送信ビームを形成するとき、方位角αにおけるノード無線局ｎからのその有効範囲は、図５に示すように、ノード無線局ｎの送信ゾーンＢｎ（α，β，Ｒ）と定義される。これは、ノード無線局ｍ（ｍ∈Ｎ）が送信ゾーンＢｎ（α，β，Ｒ）内にあり、かつノード無線局ｍが受信モードにあれば、ノード無線局ｎがノード無線局ｎに対する送信方位角α、ビーム幅β及び送信到達距離Ｒでメッセージの無線信号を送信する毎に、当該メッセージの無線信号は必ずノード無線局ｍによって受信されることを意味する。ノード無線局ｍが送信ゾーンＢｎ（α，β，Ｒ）の外へ移動すると、ノード無線局ｎとノード無線局ｍとの接続性は失われる。本実施形態では、送信ビーム幅βと、送信到達距離Ｒとが一定であるため、後述の説明では、送信ゾーンＢｎ（α，β，Ｒ）を送信ゾーンＢｎ（α）と呼ぶ。
【００５２】
定義２：ノード無線局ｎ（Ｇｎ）（ｎ（Ｇｎ）∈Ｎ）の隣接ノード無線局は、ノード無線局ｎの全方向性の送信到達距離Ｒ内のノード無線局の集合として定義される。
【００５３】
定義３：Ｇｎの部分集合であるＧｎα（Ｇｎα∈Ｇｎ）は、ノード無線局ｎの方向性の隣接ノード無線局として定義される。ここで、Ｇｎα内のノード無線局はその送信ゾーンＢｎ（α）内に存在している。
【００５４】
定義４：ＡＮＬテーブル，［ＡＮＬ（ｔ）］は、時刻ｔにおいて任意の通信プロセスにアクティブに参加（関与）しているアドホック無線ネットワークにおけるノード無線局の集合である。
【００５５】
定義５：送信ゾーンＢｎ（α）におけるノード無線局ｎのアクティブな指向性の隣接ノード無線局，［ＡｃｔＧｎα（ｔ）］は、その時刻ｔにおける任意の通信プロセスにアクティブに参加（関与）している送信ゾーンＢｎ（α）内のノード無線局の集合である（すなわち、その時刻ｔにおいて、ＡＮＬ（ｔ）に属する。）。従って、次式のように記述できる。
【００５６】
【数１】
ＡｃｔＧｎα（ｔ）＝Ｇｎα（ｔ）∩ＡＮＬ（ｔ）
【００５７】
定義６：パスＰにおけるノード無線局ｎｉの相関係数，［ηｎｉ（Ｐ）］は、送信ゾーンＢｎｉ（α（ｎｉ→ｎｊ））におけるノード無線局ｎｉのアクティブな指向性の隣接ノード無線局の数として定義される。ここで、ノード無線局ｎｊはパスＰにおけるノード無線局ｎｉの次のホップにあるノード無線局であり、α（ｎｉ→ｎｊ）はノード無線局ｎｊと通信するために、ノード無線局ｎｉによりノード無線局ｎｊに向けて形成される送信ゾーンである。従って、次式のように記述できる。
【００５８】
【数２】
ηｎｉ（Ｐ）＝（｜ＡｃｔＧｎｉα（ｎｉ→ｎｊ）（ｔ）｜）
【００５９】
定義７：パスＰの相関係数η，［η（Ｐ）］は、次式のように、パスＰにおけるすべてのノード無線局の相関係数の総和として定義される。
【００６０】
【数３】
2004357134.tif 000003
【００６１】
ここで、相関係数η（Ｐ）は、ルート間結合の度合いを測定するために用いられる（例えば、非特許文献１１及び１６参照）。すなわち、相関係数θ（Ｐ）は当該パスＰ自体に含まれない他の通信可能なノード無線局との間の電波干渉性に関する結合の度合いを表す。
【００６２】
なお、定義６及び定義７によれば、アドホック無線ネットワークにおいて、検索された複数のパスのうちの１つのバスＰ上のノード無線局を通信可能なノード無線局として仮定して設定し、ＧＬＳテーブル内の当該１つのパスＰに含まれるノード無線局に対するＡＮＬテーブルのデータを通信可能な状態に設定し、ＧＬＳテーブルに基づいて、発信元ノード無線局と宛先ノード無線局以外の発信元ノード無線局と宛先ノード無線局間の通信可能なパスＰ’に対して、当該１つのパスＰ上の各ノード無線局のサービスエリアの送信ゾーン内に存在する他の通信可能なノード無線局の個数を計算し、計算された通信可能なノード無線局の個数を１つのパスＰ毎に加算することによって、発信元ノード無線局と宛先ノード無線局以外の発信元ノード無線局と宛先ノード無線局間の通信可能なパスＰ’に対する当該１つのパスＰの相関係数η（Ｐ）を計算している。
【００６３】
パスＰの相関係数η（Ｐ）＝０のとき、パスＰは他のすべての「アクティブなパス」とは「ゾーン間非結合」であるという。ここで、アクティブなパスは、その時刻において通信プロセスに参加（関与）しているパスのことである。これ以外であれば、パスＰは、他のアクティブなパスとは相関係数ηで関係している。
【００６４】
一例として、再び、従来技術のマルチパスルーティングを示す図２６を参照すると、まず、発信元無線局Ｓ１はノード無線局Ｎ１及びＮ２を介して宛先無線局Ｄ１と通信している。従って、ＡＮＬテーブル，ＡＮＬ（ｔ）はパス｛Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｄ１｝を含む。ここで、発信元無線局Ｓ２が宛先無線局Ｄ２との通信を希望し、パスＰ＝｛Ｓ２，Ｎ５，Ｎ６，Ｄ２｝を選択する。
【００６５】
まず、図２６においてオムニアンテナを使用する場合について以下に検討する。発信元無線局Ｓ１及びノード無線局Ｎ１はともに、発信元無線局Ｓ２の送信ゾーン（この場合は３６０度）内にある。従って、
【数４】
ηＳ２（Ｐ）＝２
である。発信元無線局Ｓ１及びノード無線局Ｎ１はノード無線局Ｎ５の全方向性の送信ゾーン内にあるため、
【数５】
ηＮ５（Ｐ）＝２
である。同様に、
【数６】
ηＮ６（Ｐ）＝２であり、よって、オムニアンテナを使用する場合において、パスＰの相関係数η（Ｐ）は、
【数７】
η（Ｐ）＝６
となる。
【００６６】
一方、指向性アンテナを使用する場合は、図２６に示すように、発信元無線局Ｓ２、ノード無線局Ｎ５及びノード無線局Ｎ６によって形成される送信ゾーンは、ＡＮＬテーブル，ＡＮＬ（ｔ）からのノード無線局を全く含まない。従って、指向性アンテナを使用すれば、パスＰの相関係数η（Ｐ）は、
【数８】
η（Ｐ）＝０
となる。
【００６７】
パスＰの相関係数η（Ｐ）が大きくなれば、いずれのパスでも平均エンド・ツー・エンドの遅延時間は大きくなることは証明されている（例えば、非特許文献１１参照）。これは、より大きな相関係数を有する２つのパスは、無線伝搬のブロードキャストの特徴に起因して互いの送信に干渉するより多くの機会を有するためである。本実施形態からは、アドホック無線ネットワークにおける効率的なルーティングは、複数のノード無線局間の相関係数に大きく左右されると結論づけることができる。
【００６８】
しかしながら、オムニアンテナを使用して低い相関係数のルートを得ることは困難である。図２６から明らかであるように、指向性アンテナを使用すれば複数のルートを非結合することが可能であり、これにより、オムニアンテナを使用する場合に比べて格段に低い相関係数のルートを獲得することができる。
【００６９】
次いで、本実施形態に係る無線通信システムにおける各ノード無線局１における「ネットワーク認識」について以下に詳細に説明する。
【００７０】
本実施形態では、各ノード無線局が隣接ノード無線局のみを認識しているだけではなく、当該アドホック無線ネットワーク全体のネットワーク認識でもあるような機構を有する無線通信システムを提案する。この「ネットワーク認識」は、後述する前向きな（積極的に率先して行う）ルーティング方法を実施する際に役立つ。当該アドホック無線ネットワークにおける各ノード無線局ｎは、次のようなネットワーク状態情報を示す５つのテーブルを有し、これらのテーブルは図２の各無線局内のデータベースメモリ１５４内に格納される。以下に、これら５つのテーブルの詳細について説明する。
【００７１】
（１）ＡＳテーブル：ＡＳテーブルは、その一例を図６に示すように、自局のサービスエリア内の隣接ノード無線局毎に、方位角と、信号強度レベルの情報を格納し、後述する図１３及び図１４のパケット送受信制御処理により作成更新される。
【００７２】
（２）ＮＬＳテーブル（ノード無線局ｎにおけるＮＬＳテーブルを、ＮＬＳＴｎと記載する。）：各ノード無線局ｎは、その隣接ノード無線局の方向を追跡するために、周期的にその隣接情報を「収集」してＮＬＳテーブルを形成する。時刻ｔにおけるノード無線局ｎのＮＬＳテーブル（ＮＬＳＴｎ（ｔ））は、隣接ノード無線局ｍ（ｍ∈Ｇｎ）の各々について、ある特定方向でノード無線局ｎにより検出された無線結合の最大信号強度ＳＩＧＮＡＬθｎ，ｍ（ｔ）を特定することができる。従って、最大信号強度ＳＩＧＮＡＬθｎ，ｍ（ｔ）は、ノード無線局ｎにおいてその隣接ノード無線局ｍからノード無線局ｎに対する方位角θで受信され、かつノード無線局ｎにより任意の時刻で検出されたときの最大信号強度である。ノード無線局ｎのＮＬＳテーブルは、その任意の隣接ノード無線局との最も可能性の高い通信方向を決定する際の手助けとなる。ここで、各ノード無線局は、予め取得された各隣接ノード無線局についてのＳＩＮＲ値が最大となる方位角を選び、このＳＩＮＲ値を隣接ノード無線局との間の親和度とする。各ノード無線局はこの方位角と親和度の値を各隣接ノード無線局毎に取り出し、現在日時を更新日時として、ＮＬＳテーブルを生成して更新する。当該ＮＬＳテーブルには、その一例を図７に示すように、各隣接ノード無線局毎に、最大のＳＩＮＲ値に対応する方位角、最大のＳＩＮＲ値である親和度、更新日時が格納されている。
【００７３】
（３）ＮＡＮＬテーブル（ノード無線局ｎにおけるＮＡＮＬテーブルを、ＮＡＮＬテーブルｎと記載する。）：ノード無線局ｎにおけるＮＡＮＬテーブルは、その隣接ノードの通信アクティブの状態（通信状態のフラグ値で示す。フラグ値＝１は通信アクティブであって通信可能である。フラグ値＝０は通信非アクティブであって通信不可能である。）を含む。言い替えれば、ノード無線局ｎの任意の隣接ノードが通信プロセスにアクティブに参加（関与）し又はしていなくても、ノード無線局ｎは、時刻ｔにおけるＮＡＮＬテーブル，［ＮＡＮＬテーブルｎ（ｔ）］と呼ばれるリストテーブルにその情報を記録する。これは、各ノード無線局が隣接ノード無線局での通信を検出（認識）するために役立つ。ＮＡＮＬテーブルでは、図８のＡＮＬテーブルのデータのうち、隣接ノード無線局に関する当該情報のデータのみを格納する。
【００７４】
（４）ＡＮＬテーブル（ノード無線局ｎにおけるＡＮＬテーブルを、ＡＮＬｎと記載する。）：ＡＮＬテーブルは、当該アドホック無線ネットワークにおける通信アクティビティに関するノード無線局ｎの検出結果を含む。これは、時刻ｔにおいてノード無線局ｎが検出できたアドホック無線ネットワーク内のすべてのアクティブなノード無線局を含むノード無線局ｎに関するリストである。ＡＮＬテーブルは、その一例を図８に示すように、ノード無線局毎に、上述の通信状態のフラグ値とそのデータの更新回数（バージョンを示す）を格納する。ＡＮＬテーブルについては、図８を参照して詳細後述する。
【００７５】
（５）ＧＬＳテーブル（ノード無線局ｎにおけるＧＬＳテーブルを、ＧＬＳｎと記載する。）：ＧＬＳテーブルは、時刻ｔにおいてノード無線局ｎが検出できたアドホック無線ネットワーク内のトポロジー情報を含む。具体的には、ＧＬＳテーブルは、その一例を図９に示すように、各ノード無線局毎に、隣接ノード無線局とその方位角データと、そのデータの更新回数（バージョンを示す）とを格納する。ＧＬＳテーブルについては、図９を参照して詳細後述する。
【００７６】
本実施形態においては、各ノード無線局は、上述のＡＮＬテーブルを含むパケット信号及びＧＬＳテーブルを含むパケット信号（以下、前者をＡＮＬパケット信号といい、後者をＧＬＳパケット信号という。）をそれぞれ異なる所定の周期間隔でブロードキャストして、ＡＮＬテーブル及びＧＬＳテーブルの生成及び更新処理を行うことを特徴としている。以下、これについて説明する。
【００７７】
各ノード無線局ｎは、そのＡＮＬテーブルをある周期的間隔（ＡＮＬパケット信号の送信周期）ＴＡでブロードキャストを行う。ここで、ＡＮＬパケット信号のブロードキャストは、次の２つの目的を果たす。すなわち、ノード無線局ｎがそのすべての隣接ノード無線局（例えば、ｉ、ｊ及びｋ）からのＡＮＬテーブルを受信すると、以下の処理が実行される。
（１）ノード無線局ｎは、隣接ノード無線局ｉ、ｊ及びｋをその隣接ノード無線局として含むように、ＮＬＳテーブル（ＮＬＳＴｎ）を形成し、それらの隣接ノード無線局のうちの任意の隣接ノード無線局との通信方向として最良である可能性のあるものとして記録する。
（２）ノード無線局ｎはまた、ノード無線局ｉの通信状態フラグ値（通信のアクティビティ状態）を記録し、他の隣接ノードについても同様に記録して、当該ノード無線局ｎ自身のＮＡＮＬテーブルを形成し、次いで、それに対応するＡＮＬテーブルを更新する。
【００７８】
また、各ノード無線局ｎは、そのＧＬＳパケット信号をある周期的間隔（ＧＬＳパケット信号の送信周期）ＴＧでブロードキャストを行う。ここで、あるノード無線局ｎが、その隣接ノード無線局からＧＬＳパケット信号を受信すると、それ自身のＧＬＳテーブルを更新するが、これについては詳細後述する。
【００７９】
本実施形態に係る無線通信システムのシミュレーションでは、各ノード無線局の移動がないとき（固定時）、ＡＮＬパケット信号の送信周期ＴＡ＝２秒、かつＧＬＳパケット信号の送信周期ＴＧ＝１０秒に設定した。また、各ノード無線局の移動が有るとき（移動時）、ＡＮＬパケット信号の送信周期ＴＡ＝１秒、かつＧＬＳパケット信号の送信周期ＴＧ＝５秒に設定した。２つのパケット信号（ＡＮＬパケット信号とＧＬＳパケット信号）を２種類の送信周期でブロードキャストを行うことには、次のような理由がある。すなわち、ＡＮＬテーブルは各ノード無線局の通信状態のフラグ値（通信アクティビティ状態）を捕捉しており、一旦通信が開始されるとすぐに、あるノード無線局の集合におけるＡＮＬテーブルのデータが影響を受ける（そのデータが最新データで更新される）。従って、ＡＮＬパケット信号は、ＧＬＳパケット信号より速く伝搬される必要がある。さらに、ＡＮＬパケット信号はあたかもビーコン信号として動作する。従って、ＡＮＬパケット信号のより速い伝搬に従って、アクティブな（通信可能な）ノード無線局の重要情報をより速く浸透させ得るだけでなく、正確な隣接ノード無線局の情報（方位角や信号強度レベル）を取得することが可能である。本実施形態において実施しようとしているのはフィッシュアイの概念であることから（例えば、非特許文献２０参照）、正確な隣接ノード無線局の情報がより速く要求される。
【００８０】
これに対して、ＧＬＳテーブルはすべてのノード無線局の結合性に関するグローバルな情報であり、ノード無線局の物理的な移動（信号の伝搬に比べて遙かに遅い）に関するトポロジーの変化を反映する。さらに、任意のノード無線局におけるＧＬＳテーブルは、さほど正確である必要がない。データ量が大きいＧＬＳパケット信号はその伝搬が遅く、ＧＬＳテーブルよりもデータ量が小さいＡＮＬパケット信号はその伝搬が速いのは、このためである。
【００８１】
図１０は図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるトーン信号とパケット信号の送受信処理を示すタイミングチャートである。
【００８２】
例えば非特許文献２７において開示された従来技術に係るＭＡＣプロトコルの方法においては、ビーコン信号、ＡＮＬパケット信号、ＧＬＳパケット信号の３つのパケット信号の定期的な送信が必要であり、占有時間が比較的長く、スループットが落ちるという問題点があった。この問題点を解決するために、本実施形態に係るＭＡＣプロトコルでは、図１０に示すように、送信側の無線局は、無変調搬送波であるトーン信号に続いて、ＡＮＬテーブル、ＧＬＳテーブル、ＲＴＳ又はＣＴＳ、もしくは送信したいデータを含むパケット信号を送信する。これに対して、受信側の無線局は、トーン信号を検出した後、パケット信号を復号化して復号化したデータを取り込み、データ処理を実行する。なお、ＡＮＬテーブル又はＧＬＳテーブルを含むＡＮＬパケット信号又はＧＬＳパケット信号の送信は上述のように周期的に実行される。
【００８３】
図１１は図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられる各無線局での放射パターンの種類と無線通信プロトコルを示すタイミングチャートである。図１１では、本実施形態に係る４方向ハンドシェイクのアンテナモードの使用例を示している。適応制御パターンは移動中のノード無線局を追跡することはできるが、ビーム及びヌルはパケット信号が受信されなければ形成され得ない。従って、送信側のノード無線局からのトーン信号＋ＲＴＳの送信やトーン信号＋ＣＴＳの送信では、オムニパターンが使用される。これに対して、受信側のノード無線局におけるトーン信号＋ＲＴＳの受信やトーン信号＋ＣＴＳの受信では、その開始時に回転セクターパターンが使用された後、ＡＳテーブルに基づいた方位角に向けられたセクタパターンを使用し、当該セクタパターンを用いた通信中において適応制御のための準備処理を実行し、最後に適応制御用放射パターンに移行する。
【００８４】
次いで、ＮＬＳテーブル及びＮＡＮＬテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００８５】
例えば任意のノード無線局ｎは、例えば任意のその隣接ノード無線局ｍからＡＮＬパケット信号を受信すると、そのノード無線局ｎのＮＬＳテーブル（ＮＬＳＴｎ）を逐次そのデータをインクリメントしながら形成する。ノード無線局ｎは、その可変ビームアンテナ１０１をある特定の方位角の角度に設定してＡＮＬパケットを受信することから、その特定の方向でノード無線局ｎによって認知される隣接ノード無線局ｍとの通信方向として最良である可能性のある方位角、及び無線回線でのノード間結合が最大である信号強度ＳＩＧＮＡＬθｎ，ｍ（ｔ）を認識している。本実施形態では、互いに隣接する２つのノード無線局間で対称性のリンクを想定している。
【００８６】
例えば任意のノード無線局ｎは、それ自身の通信状態のフラグ値（アクティビティ状態）によってまず、それ自身のＮＡＮＬテーブル（ＮＡＮＬｎ）を形成する。ノード無線局ｎは、それが通信を希望していることを指示するＲＴＳを発行する必要があればいつでも、それ自身を「アクティブなノード無線局」（通信状態のフラグ値＝１）として設定し、所定のしきい値期間の間にＲＴＳを発行しない場合はそれ自体を「非アクティブな（通信不可能な）ノード無線局」（通信状態のフラグ値＝０）として設定する。また、ノード無線局ｎは、例えばその隣接ノード無線局ｍからＲＴＳを受信すると、必ずそれ自身のＮＬＳテーブル（ＮＬＳＴｎ）にノード無線局ｍをアクティブノード無線局（通信状態のフラグ値＝１）として設定する。ノード無線局ｍがそれ自身を非アクティブにするとき（通信不可能状態とするとき）、この情報がノード無線局ｍからＡＮＬパケットの周期的なブロードキャストによりノード無線局ｎに到達する。これを受信すると、ノード無線局ｎはそれ自身のＮＡＮＬテーブル（ＮＡＮＬｎ）においてノード無線局ｍを非アクティブ（通信状態のフラグ値＝０）として設定する。
【００８７】
次いで、ＡＮＬテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００８８】
各ノード無線局は、当該アドホック無線ネットワークにおける通信アクティビティに関するその認知を含むそのアクティブノードリストを含むＡＮＬテーブルを含むＡＮＬパケット信号を、周期的にブロードキャストする。複数の異なるノード無線局から周期的なＡＮＬパケットを受信すると、各ノード無線局はこれらの情報を取り入れて改訂更新されたＡＮＬテーブルを形成し、周期的間隔を待って更新されたＡＮＬパケット信号をその隣接ノード無線局に対してブロードキャストする。
【００８９】
各ノード無線局では、ＡＮＬパケットはまず、そのノード無線局のＮＡＮＬテーブルによって更新される。従って、初期状態では、アドホック無線ネットワークの開始時には、すべてのノード無線局は単にそれ自身の隣接ノード無線局のアクティビティ状態（通信可能状態）を認識しているだけであって、当該無線通信システム内の他のノード無線局に関しては「何も知らない状態」にある。各ノード無線局は、周期的にそれ自身のＡＮＬテーブルを更新して、更新したＡＮＬパケット信号をその（１つ又は複数の）隣接ノード無線局に対してブロードキャストを行う。その隣接ノード無線局からのそれらの隣接ノード無線局に関するこの周期的な更新メッセージ（ＡＮＬパケット信号）の送信により、各ノード無線局は次第に、他のノード無線局及びそれらの隣接ノード無線局に関するアクティビティ情報（ＡＮＬテーブルに含まれる情報）を取得していく。このように、各ノード無線局は、他のノード無線局から受信した更新メッセージ（ＡＮＬパケット信号）を基礎としてそれ自身のＡＮＬテーブルを更新することができる。
【００９０】
移動中のノード無線局へのネットワーク状態情報の浸透処理における大きな概念は、伝送される情報がある程度正確に認識されなければならないことにある。複数の異なるノード無線局からの更新の伝搬は非同期的であるため、情報の更新回数（バージョン）の概念を導入することが肝要になる（例えば、非特許文献２１及び２４参照）。例えば、２つのＡＮＬパケットＡ１及びＡ２がともにノード無線局ｎから複数ホップで離れているノード無線局ｍに関する情報を伝送しながらノード無線局ｎに到達するものとする。ノード無線局ｎにおいてノード無線局ｍに関する情報を更新するためには、ノード無線局ｍに関する最も新しい情報を伝送しているのはどれか、すなわち、「ＡＮＬパケットＡ１であるか、もしくはＡＮＬパケットＡ２であるか？」を発見するメカニズムが存在していなければならない。
【００９１】
これを実行するために、本発明者らは最新性トークンの同一概念（最も新しいかの指標であるバージョンを示す更新回数情報を有すること；例えば、非特許文献２４参照）及びこれを適正にインクリメントする機構を使用している。仮に２つの更新メッセージ（ＡＮＬパケット）が、例えばノード無線局ｎである同じノード無線局に関するデータ集合を保有していれば、ノード無線局ｎのより高い最新性の値（更新回数）を伝送している更新メッセージ（ＡＮＬパケット）の方がそれに関するより新しい情報を保有している。
【００９２】
ノード無線局ｎにおけるＡＮＬテーブルの一例を示す図８において、ＲｉはＮ個のノード無線局よりなるアドホック無線ネットワークにおけるノード無線局ｎｉの最新性を更新回数であり、Ｓｉは各ノード無線局の対応するアクティビティ状態を示す通信状態のフラグ値を示し、０（非アクティブ：通信不可能）又は１（アクティブ：通信可能）のいずれかである。
【００９３】
次いで、ＧＬＳテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００９４】
各ノード無線局は、ネットワーク連結情報を捕捉するためのＧＬＳテーブルを保持している。各ノード無線局では、ＧＬＳテーブルはまず、そのノード無線局のＮＬＳテーブルによって更新される。従って、初期状態では、アドホック無線ネットワークの開始時には、すべてのノード無線局は単にそれ自身の隣接ノード無線局を認識しているだけであって、当該無線通信システム内の他のノード無線局に関しては「何も知らない状態」にある。各ノード無線局は、周期的にそのＧＬＳテーブルを更新して、更新したＧＬＳパケット信号を所定の送信周期でその隣接ノード無線局に対してブロードキャストする。その隣接ノード無線局からのそれらの各隣接ノード無線局に関するこの周期的な更新メッセージ（ＧＬＳパケット信号）により、ノード無線局は次第に、他のノード無線局及びそれらの各隣接ノード無線局に関するＧＬＳテーブル情報を取得していく。このように、各ノード無線局は、他のノード無線局から受信した更新メッセージ（ＧＬＳパケット信号）を基礎として、それ自身のＧＬＳテーブルを更新する。
【００９５】
ここで、更新の周期性を制御すれば、当該アドホック無線ネットワーク内の更新トラフィック及び各ノード無線局に記憶されたネットワーク状態情報の精度を制御できることは留意されるべき点である。例えば、更新メッセージ（ＧＬＳパケット信号）の伝搬が頻繁すぎると、制御トラフィックは増大するが、各ノード無線局に記憶されたネットワーク状態情報の精度も上がる。ここで、当該アドホック無線ネットワークが更新の伝搬でフラッドされることは決してない。任意の時点におけるアドホック無線ネットワーク内の最大パケット数は、常時、アドホック無線ネットワーク内のノード無線局数より少ない。この場合もやはり、ＡＮＬパケットの伝搬について上述したような最新性の概念（更新回数の情報保持）を実施する必要がある。これは、仮に２つのＧＬＳパケット信号の更新メッセージが、例えばノード無線局ｎである同じノード無線局に関するデータ集合を保有していれば、ノード無線局ｎのより高い最新性トークン値（より大きい更新回数）を伝送している更新メッセージ（ＧＬＳパケット信号）の方がそれに関するより新しい情報を保有することを意味している。
【００９６】
ノード無線局ｎは、他のノード無線局からＧＬＳパケット信号を受信すると、それ自身のＧＬＳテーブルを更新する。これを行うために、ノード無線局ｎのＧＬＳテーブルに記憶されたすべてのノードの最新性トークン値（更新回数）と、最近に到着した更新のためのＧＬＳパケット信号に記憶されたすべてのノードの最新性トークン値（更新回数）とが比較される。ノード無線局ｎのＧＬＳテーブルにおける任意のノード無線局、例えばノード無線局Ｘの最新性トークン（更新回数）の方が更新するＧＬＳパケット信号におけるそれより少ないことが分かれば、更新するＧＬＳパケット信号の方がノード無線局Ｘに関する最新の情報を伝送していることは明らかである。従って、ノード無線局ｎのＧＬＳテーブルにおけるノード無線局Ｘに関する全体情報は、受信された更新ＧＬＳパケット信号におけるノード無線局Ｘの情報によって上書きされる。このステップは、すべての更新ＧＬＳパケット信号について、それらのそのホストノード無線局ｎへの到着に伴って非同期的に実行される。このステップにより、更新ＧＬＳパケット信号から収集することのできるすべての最新情報のノード無線局ｎによる捕捉が促進される。
【００９７】
ここで、この機構は、各ノード無線局がアドホック無線ネットワークの正確な状態を認識することを保証するものでないことを留意する必要がある。各ノード無線局がアドホック無線ネットワークのおおよその状態を解明する際に手助けとなるものは、単なる「認識」でしかない。これは、ノード無線局に近接した周辺のノード無線局においてはより正確な状態情報の保持を促進するが、距離が大きくなると（離れてくると）次第にネットワーク情報の詳細の精度が下がる「フィッシュアイアプローチ」（例えば、非特許文献２０参照）に類似している。
【００９８】
任意のノード無線局ｎにおけるＧＬＳテーブルの構造を示す図９において、ＲｉはＮ個のノードよりなるアドホック無線ネットワークにおけるノード無線局ｎｉの最新性トークン値（更新回数）であり、＜ｎｊ，α（ｎｉ，ｎｊ）＞はノード無線局ｎｊがノード無線局ｎｉの隣接ノード無線局であることを示している。ここで、α（ｎｉ，ｎｊ）はノード無線局ｎｉがノード無線局ｎｊと最も良好に通信できる送信ビーム方位角αを示している。
【００９９】
次いで、各ノード無線局の位置の追跡とＭＡＣプロトコルについて以下に説明する。
【０１００】
通常、アドホック無線ネットワークでは、すべてのノード無線局にオムニアンテナが装備されている。しかしながら、オムニアンテナを使用するアドホック無線ネットワークは、無線媒体を広域に渡って保持することにネットワーク容量の大部分を浪費するＲＴＳ／ＣＴＳベースのフロア予約方法を使用している。従って、送信機及び受信機の隣接にある多くのノード無線局は、送信機と受信機との間のデータ通信が終わるのを待って、無為に存在することを余儀なくされる。この問題を緩和するため、当該技術分野の研究者達は、無線干渉を大幅に低減し、これにより無線媒体の利用及び必然的にネットワークのスループットを増進させる指向性アンテナの使用を提案している（例えば、非特許文献２乃至５参照）。
【０１０１】
指向性アンテナの能力を十分に活用するためには、発信元無線局及び宛先無線局の隣接ノード無線局はすべて、他の方向で新たな通信を開始することができて発信元無線局と宛先無線局との間で現に行われているデータ通信との干渉を防止できるように、通信の方向を認識していなければならない。こうして、各ノード無線局においてその隣接ノード無線局の方向を追跡するメカニズムを保有することが不可欠になる。
【０１０２】
しかしながら、指向性アンテナを使用する無線アドホック無線ネットワークにおけるこの方向追跡メカニズムは、多大な制御オーバーヘッドを被ることから重大な問題である。
【０１０３】
例えば、非特許文献１では、方向の追跡は、トーン信号の集合を使用しかつアドホック無線ネットワーク内の各ノード無線局で広範なネットワーク状態情報を保持することによって実行されている。ここで、各ノード無線局が移動する動的状態の場合には、これは非現実的である。また、非特許文献４では、提案されたＭＡＣプロトコルは位置情報を認識する必要がなく、発信元無線局及び宛先無線局は全方向性のＲＴＳ−ＣＴＳ交換の間にお互いの方向をオンデマンドベースで同定する。このＲＴＳ−ＣＴＳの対話通信を聞いている発信元無線局ｓ及び宛先無線局ｄのすべての隣接ノード無線局は、この情報を使用して実行中のデータ送信との干渉を防止するように想定されている。しかしながら、ＲＴＳ及びＣＴＳパケットの全方向性の送信に起因して、このプロトコルは無線チャネルの空間再利用という恩典をもたらさない。
【０１０４】
さらに、例えば非特許文献２では、各ノード無線局の位置の追跡にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の使用が提案されているが、情報交換の正確なメカニズム及び結果的に生じるオーバーヘッドについては論じられていない。また、例えば非特許文献３では、ノード無線局はその隣接ノード無線局へ指向的にアクセスするために送信方向を認識していることが想定されているが、位置の追跡機構は示されていない。さらに、非特許文献２及び３の方法はともに、各ユーザ端末におけるハードウェアの追加を必要としている。本発明者の１人ほかによる先の研究結果である非特許文献５及び１０では、各ノード無線局が方位角対ＳＩＮＲテーブル（ＡＳテーブル）の保全を介して隣接情報を動的に維持するＭＡＣプロトコルが提案されている。この方法では、ＡＳテーブルを作成するために各ノード無線局は、指向性ビーコン信号を周期的に指向性のブロードキャストの形式で全方向へ３０度間隔で順次送信し、３６０度の空間全体をカバーする。ここで、この従来技術の方法では、制御パケットに起因するオーバーヘッドが極めて高い。
【０１０５】
本実施形態における本発明者らにより発明されたＭＡＣプロトコルは、基本的に「受信機による指向、回転セクタベースの指向性のＭＡＣプロトコル」であり、これはまた位置追跡メカニズムとしても機能する。この場合、各ノード無線局はアイドルの間、全方向性の検出モードで待機する。これは、しきい値を超える何らかの信号を検出するたびに、「回転セクタ受信モード」に入る。「回転セクタ受信モード」では、ノード無線局ｎはその指向性アンテナを全方向へ４５度間隔で順次回転させて、各方向における順次指向性受信の形式で３６０度の空間全体をカバーし、各方向で受信された信号を検出する。一回転の後、これは、受信された最大の信号強度によって信号の受信方向として最良である可能性のあるものを決定する。次に、そのビームをその方向へ設定し、信号を受信する。
【０１０６】
ここで、受信された信号を復号する受信機を有効化するために、各制御パケットは、受信機の回転受信ビームを３６０度回転させる時間がトーン信号の持続時間（本発明者らのシミュレーションでのケースでは２００マイクロ秒）より少し短いような持続時間を有する先行トーン信号を伴って送信される。任意の制御パケット信号より前にこのトーン信号を送信する目的は、受信機が、信号の受信方向として最良である可能性のあるものを追跡できるようにすることにある。これがそのビームをその方向へ設定すると、トーン信号の目的は果たされ、続いて制御パケット信号が送信される。
【０１０７】
本発明者らにより提案した本実施形態に係るフレームワークでは、媒体アクセス制御のために、次の４タイプのブロードキャスト（全方向性）制御パケットを使用している。
（１）ＡＮＬテーブルを含むパケット信号（ＡＮＬパケット信号）、
（２）ＧＬＳテーブルを含むパケット信号（ＧＬＳパケット信号）、
（３）ＲＴＳ（送信要求）信号を含むパケット信号、及び
（４）ＣＴＳ（送信可）信号を含むパケット信号。
【０１０８】
このほか、制御パケットＡＣＫ信号も、指向性の制御パケットである。データを含むパケット信号は、ＲＴＳ／ＣＴＳのハンドシェイクが行われた後に方向を決めて送信される。ＡＮＬパケット信号及びＧＬＳパケット信号は上述のように、周期的な信号であり、各ノード無線局から予め決められた送信周期（送信間隔）で送信される。各周期的間隔において、例えば各ノード無線局ｍは、ＡＮＬパケットをその隣接ノード無線局へ、もしその無線媒体（無線チャンネル）が空き状態であればブロードキャストを行う。先に指摘した通り、ＡＮＬパケットは、受信機が信号の受信方向として最良である可能性のあるものを検出する際に役立つ先行のトーン信号を伴って送信される。次いで、各受信機はそのビームをその方向へ設定し、パケットを受信して復号する（図１０参照）。
【０１０９】
さらに、ノード無線局ｎは、例えばノード無線局ｊとのデータ通信の開始を希望する度に無線媒体（無線チャンネル）をチェックし、無線媒体が空き状態であれば全方向性のＲＴＳ信号を発行して送信する。宛先無線局ｊは、ＲＴＳ信号を受信すると全方向性のＣＴＳ信号を発行して送信する。この場合のＲＴＳ／ＣＴＳの目的は、（オムニアンテナを使用する場合のように）ノード無線局ｎ及びｊの隣接ノード無線局による送信又は受信を禁止することではなく、ノード無線局ｎ及びｊの隣接ノード無線局に、隣接ノード無線局ｊがノード無線局ｎからデータパケットを受信しようとしていることを知らせることにある。これはまた、通信のおおよその持続時間も特定する。ノード無線局ｎ及びｊのすべての隣接ノードは、それらの指向性ネットワーク配置ベクトル（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ（ＤＮＡＶ））をノード無線局ｎ及びｊの方向へ設定することにより、ノード無線局ｎとｊとの間の通信を追跡する。従って、ノード無線局ｎ及びｊの隣接に存在するノード無線局は、「ノード無線局ｎとノード無線局ｊとの間で行われている通信を妨害することなく」他の方向への通信を開始することができる。発信元無線局と宛先無線局は、指向性の受信モードでそれぞれ肯定応答信号及びデータパケット信号を待つ。
【０１１０】
図１２は、上述のＤＮＡＶを用いて放射パターンの制御を行う方法を示すものであって、既に他の無線通信が行われていることを知っている場合の各ノード無線局の配置及びアンテナ放射パターンを図示している。図１２において、ノード無線局Ｓとノード無線局Ｄが通信中にそれらの周辺にあるノード無線局Ｘとノード無線局Ｙがノード無線局Ｘを発信元として通信を行おうとしている場合を図１２に示す。また、ノード無線局Ｓからノード無線局Ｄへのセクタビームパターンは図１２のようになっている。ここで、ノード無線局Ｘとノード無線局Ｙはノード無線局Ｓやノード無線局ＤからのＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号を既に受信しており、それを登録している。
【０１１１】
図１２において、θｘｙをノード無線局Ｘから見たノード無線局Ｙへの方位角の値とすると、ノード無線局Ｘとノード無線局ＹはそれぞれのＡＳテーブル及びＮＬＳテーブルより、ノード無線局Ｘは方位角θｘｓとθｘｄの値、ノード無線局Ｙは方位角θｙｓとθｙｄの値を知ることができる。まず、ノード無線局Ｘからノード無線局ＹへのＲＴＳ信号の送信がノード無線局Ｓやノード無線局Ｄに影響を与えてしまうような場合、つまり方位角θｘｙがθｘｓやθｘｄと重なってしまう場合には、ノード無線局Ｘは送信をすることが出来ず、アイドル状態でノード無線局Ｓとノード無線局Ｄの通信が終了するのを待つ必要がある。そうでない場合、ノード無線局ＸはＲＴＳ信号を送信することができる。この際のノード無線局Ｘのアンテナ放射パターンは前提条件から、方位角θｘｓとθｘｄの方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンである。同様に、ノード無線局Ｙからノード無線局Ｘへの排他的セクタパターンがノード無線局Ｓやノード無線局Ｄを捉えていない場合、すなわち、方位角θｙｘとθｙｓやθｙｄが重なっていない場合、ノード無線局Ｙはノード無線局ＸへＣＴＳ信号を送信することができる。以降、ノード無線局Ｘとノード無線局ＹはセクタビームパターンによりＤＡＴＡ信号及びＡＣＫ信号の送受信を行う。
【０１１２】
次いで、最大化されたゾーン間非結合最短パスによる適応型ルーティングプロトコルについて以下に説明する。
【０１１３】
アドホック無線ネットワークにおける従来技術のルーティングプロトコルは、「オムニアンテナ」の使用に依存している。ルーティングに関する指向性アンテナの優位点の活用は、上述したように未だ十分には研究されていない（例えば、非特許文献１０及び１９など参照）。本発明者らは、指向性アンテナの能力を、改善された媒体利用に向けて活用するためには、指向性のＭＡＣプロトコルとともに、「効果的な負荷のバランス化」を使用するルーティング方法を提供する必要があると考える。本発明者らは、負荷のバランス化を使用するルーティングのためのテーブル駆動のルーティングプロトコルを提案する。本発明者らは、相関係数ηを使用して、「最大化されたゾーン間非結合」を負荷のバランス化のためのルート選択基準として測定した。ここで、各ノード無線局におけるネットワーク認識は、「実際の」ネットワーク状態ではなくネットワーク状態に関する「認知」に過ぎないため、中間のノード無線局はそれぞれ、ルーティングの間にルーティング決定を適応的に補正して変更する。本発明者らは、最大化されたゾーン間非結合ルートを使用する効果的な負荷のバランス化に関して、下記のようなルーティング方法を実施している。
【０１１４】
アドホック無線ネットワーク内の各ノード無線局は、ネットワーク状態に関する現在の情報（近似トポロジー情報及び進行中の通信情報）を使用して、指定された宛先無線局へ到達するための「適切な次のホップ」を計算する。これは、新たなパスが何らかの通信に既に関与しているノード無線局への干渉を最小限に抑えるべく試行するような方法で、下記の方法を使用して発信元無線局及び宛先無線局ペア間の適切なパスを選択する。
【０１１５】
ステップＩ：所定のホップ最大値Ｈｍａｘ（本実施例では、Ｈｍａｘ＝６）より少ないホップ数Ｈを有する発信元無線局と宛先無線局ペア間のすべてのパスを発見する。
ステップＩＩ：ＡＮＬテーブルを調べて、その時点で進行中の通信に関与しているノード無線局を発見し、ルート相関係数ηを計算する。
ステップＩＩＩ：もしＡＮＬテーブルが空であれば（すなわち、アドホック無線ネットワーク内で進行中の通信がなければ）、宛先無線局へ最小のホップで利用可能なパスのうちの任意の１つが選択される。
ステップＩＶ：もしＡＮＬテーブルが空でなくＡＮＬテーブルに記録されているように、アドホック無線ネットワーク内に既に幾つかの通信が存在している場合、以下の処理を実行する。
（Ａ）発信元無線局と宛先無線局が多数のホップ数（２ホップを超える）で離隔されていれば、発信元無線局は、発信元無線局と宛先無線局ペア間のパスとして可能性のあるものすべての中からηが最小のパスを検索する。
（Ｂ）発信元無線局と宛先無線局が２ホップでしか離隔されていなければ、発信元無線局は、発信元無線局と宛先無線局間のペアの２ホップパスとして可能性のあるものすべての中からηが最小のパスを検索する。
【０１１６】
以上の処理の詳細を図１３及び図１４のフローチャートを参照して以下に説明する。図１３は図２の無線局１の管理制御部１０５によって実行されるパケット送受信制御処理を示すフローチャートであり、図１４は図１３のサブルーチンであるルーティング及び通信処理（ステップＳ１２）の処理を示すフローチャートである。
【０１１７】
図１３において、まず、ステップＳ１で回転セクターパターンで可変ビームアンテナ１０１を所定の方位角（例えば、３０度）毎に変化して回転走査するように制御して受信信号を受信し、ステップＳ２において所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ９に進む。ステップＳ９において送信すべきパケット信号があるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１０に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１に戻る。ステップＳ１０において送信すべきパケット信号はＡＮＬパケット信号、もしくはＧＬＳパケットであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１１に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１２に進む。ここで、前者のＡＮＬパケットは、所定の周期期間ＴＡで周期的にそのイベントが発生され、後者のＧＬＳパケットは、所定の周期期間ＴＧで周期的にそのイベントが発生され、このステップでＹＥＳとなる。ステップＳ１１においてオムニパターンで当該テーブルを含むパケット信号を送信した後、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１２において図１４のサブルーチンであるルーティング及び通信処理を実行した後、ステップＳ１に戻る。
【０１１８】
ステップＳ３では、回転セクターパターンを停止して、可変ビームアンテナ１０１の放射パターンを、停止した所定の方位角に向けるセクターパターンに設定する。次いで、ステップＳ４において適応制御パターンで受信信号を受信し、パケット情報を復号化し受信信号の信号強度レベルを測定し、ステップＳ５において受信信号ＲＳを判別して以下のようにステップＳ６，Ｓ７又はＳ８に分岐する。
【０１１９】
ここで、受信信号ＲＳ＝ＧＬＳパケット信号であるときは、ステップＳ６でＧＬＳテーブル等更新処理を実行した後、ステップＳ１に戻る。このＧＬＳテーブル等更新処理では、現在格納されているＧＬＳテーブルと、受信信号に含まれるＧＬＳテーブルとを比較して、更新回数がより多いバージョンが新しいデータのみをそれを用いてＧＬＳテーブルを更新し、新しいノード無線局であるときはそのノード無線局についての情報を追加する。また、ステップＳ５では、受信信号ＲＳ＝ＡＮＬパケット信号であるときは、ステップＳ７に進み、ＡＳテーブル等更新処理を実行した後、ステップＳ１に戻る。このＡＳテーブル等更新処理では、パケット信号内のノード無線局のＩＤと、当該受信信号を受信するときに検出された方位角と信号強度レベルに基づいてＡＳテーブルを更新するとともに、上記のＧＬＳテーブルの更新方法と同様に、現在格納されているＡＮＬテーブルと、受信信号に含まれるＡＮＬテーブルとを比較して、更新回数がより多いバージョンが新しいデータのみをそれを用いてＡＮＬテーブルを更新し、新しいノード無線局であるときはそのノード無線局についての情報を追加し、さらに、更新されたＡＮＬテーブルに基づいて、ＮＡＮＬテーブルを更新する。さらに、ステップＳ５で受信信号ＲＳ＝その他の信号であるときは、ステップＳ８でその他の信号の受信処理を実行した後、ステップＳ１に戻る。
【０１２０】
図１３の制御フローにおいては、ステップＳ１，Ｓ２において、可変ビームアンテナ１０１を回転走査して所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信したときに、その受信信号を検出しているが、本発明はこれに限らず、可変ビームアンテナ１０１を３６０度にわたって回転走査して、所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信しかつそのうちの最大の受信信号を、検出された受信信号としてもよい。
【０１２１】
次いで、サブルーチンであるルーティング及び通信処理を示す図１４のステップＳ２１では、まず、ＧＬＳテーブルを参照して、発信元無線局と宛先無線局の間において、ホップ数Ｈが所定の最大値Ｈｍａｘよりも小さい、すべてのパスｐ１，…，ｐｎを見つける。そして、ステップＳ２２において１つのパスｐｉをアクティブであるとみなし、ＧＬＳテーブル内のパスｐｉに含まれるノード無線局に対するＡＮＬテーブルの通信状態フラグ値を１にし、ステップＳ２３においてＧＬＳテーブルを参照し、無線局Ｓ及びＤ以外の発信元無線局及び宛先無線局間のアクティブなパスに対するパスｐｉの相関係数η（ｐｉ）とを計算し、パスｐｉのホップ数Ｈを乗算することにより、パスｐｉのルーティング基準指数γ（ｐｉ）を計算する。本実施形態では、あるパスｐｉの相関係数η（ｐｉ）とホップ数Ｈとの積を最小化することをルート選択の基準にしており、この積であるルーティング基準指数γ（ｐｉ）を最小化すると、ゾーン間分離が最大化された最短のパスを得ることができる。
【０１２２】
次いで、ステップＳ２４においてＧＬＳテーブル内のパスｐｉに含まれるノード無線局に対するＡＮＬテーブルの通信状態フラグ値を０にセットし、ステップＳ２５においてパスｐ１，…，ｐｎのうちのすべての組み合わせのパスの対に関してルーティング基準指数γ（ｐｉ）を計算したか否かについて判断し、ＮＯであれば、他のパスを選択して上述の処理を繰り返すためにステップＳ２２に戻る。一方、ステップＳ２５でＹＥＳであるときは、ステップＳ２６において最小のルーティング基準指数γ（ｐａ）に対応するパスｐａを選択し、ＧＬＳテーブル内のパスｐａに含まれるノード無線局に対する通信状態フラグ値を１にセットし、ステップＳ２７においてパスｐａに含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を含むＡＮＬテーブルを、それを含むＡＮＬパケット信号により他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のＡＮＬテーブルを更新させる。さらに、ステップＳ２８において発信元無線局はＧＬＳテーブル内のルーティング情報に基づいてパスｐａを介して宛先無線局と通信し、ステップＳ２９において通信終了後、ＧＬＳテーブル内のパスｐａに含まれるノード無線局に対するＡＮＬテーブルの通信状態フラグ値を０にし、パスｐａに含まれるノード無線局に対するアクティブノードリスト情報を含むＡＮＬテーブルを、それを含むＡＮＬパケット信号により他のノード無線局に送信し、各ノード無線局のＡＮＬテーブルを更新させ、この後、元のメインルーチンに戻る。
【０１２３】
以上の図１４の処理では、宛先無線局から遠く離れている場合には、中間の各ノード無線局が進行中の通信との干渉を低減するように、相関係数ηが最小のパスを選択することを保証する。しかしながら、中間のノード無線局がわずか２ホップでしか宛先無線局と離隔されていないことを発見した場合には、これは、より大きなホップ計数を有する最小の相関係数ηのパスよりも、低い相関係数ηを有する最小ホップのパスの方へ高い優先性を与える。
【０１２４】
このメカニズムは、各ノード無線局がアドホック無線ネットワークの正確な状態を認識することを保証するものではないため、中間のノード無線局は、そのルーティング決定を補正し、代替パスを採ってデータパケット信号を宛先無線局へとルーティングする。ここで、宛先無線局のより近くに存在するノード無線局は、宛先無線局及びその隣接の通信状態に関するより正確な情報を得ることになる。
図１５はこの点を表しており、すなわち、宛先無線局に到達するための中間ノード無線局による適応ルーティング選択処理を示している。図１５において、発信元無線局Ｓは、当初、宛先無線局Ｄへ至るおおよそのルート｛Ｓ−Ｘ−Ｙ−Ｚ−Ｄ｝を決定している。図１５中の点線は、この当初の宛先無線局Ｄの位置を示している。しかしながら、宛先無線局Ｄは移動によってその位置を変え、実線は宛先無線局Ｄの現在の位置を示している。この宛先無線局Ｄの位置変更の情報が中間のノード無線局Ｙに届くと、宛先無線局Ｄに関してより正確な情報を有する中間のノード無線局Ｙは、すぐに宛先無線局Ｄへのパスの変更を決定し、かつ宛先無線局ＤへのＰ及びＱを介するより優れたパスを決定することができる。こうしてパスは、多数の制御パケットを発生させることなく、利用可能な情報の正確さに依存して適応的に選択され、修正される。各ノード無線局はＧＬＳテーブル及びＡＮＬテーブルを保有するため、これもルーティング性能を向上させる。
【０１２５】
本発明者らのシミュレーションにおける１つの場合では、パス内の各ノード無線局ｎが宛先無線局へ到達するためのその「最良の次のホップ」を計算する。計算が終わると、ノード無線局ｎは、その情報がノード無線局ｎの場合と同じアンテナパターンで到達可能である限りにおいて、この次のホップをその特定の通信に使用する。言い替えれば、この次のホップが同じアンテナパターンでノード無線局ｎにアクセス可能でなければ、もしくはこの次のホップが到達不能なものであれば、ノード無線局ｎは、同じルート計算方法を使用して宛先無線局に到達する次のホップを計算し直す。
【０１２６】
【実施例】
次いで、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのための無線通信システムの性能を評価するためのシミュレーションとその結果について以下に説明する。
【０１２７】
このシミュレーションは、クアルネット（ＱｕａｌＮｅｔ）３．１を使用して実施した（例えば、非特許文献２２参照）。本発明者らの指向性アンテナは、方位角が４５度で離散的に配向することが可能であり、３６０度の範囲がカバーされる。セクタのビームパターンとしては、最大利得１５．６ｄＢｉのビームパターンを使用する。クアルネットのシミュレータでは、上述したＭＡＣプロトコルと、ルーティングプロトコルとを用いた。
【０１２８】
１０００×１０００ｍ２の面積のエリアに、３０個のノード無線局をランダムに配置し、８個のノード無線局を、一定のビット伝送速度（ＣＢＲ；Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｂｉｔ  Ｒａｔｅ）の発信元無線局としてタイムラグをおいて選択する。これらはそれぞれ、ランダムに選択した宛先無線局へ１０２４バイトのデータパケットを２乃至５００パケット／秒の速度で発生させる。従って、８個の発信元無線局のすべてが同時にデータ通信を開始するわけではない。１つの発信元無線局を選択すると、１５秒後に次の発信元無線局を選択する。ここで、通信はすべてシミュレーションの終わりまで継続する。こうした技術を使用したのは、ネットワークの性能を、開始時間を異にした同時的データ通信を行う多数の発信元無線局と宛先無線局とのペアによって試験するためである。表３に、使用したパラメータセットを示す。
【０１２９】
【表１】
2004357134.tif 000004
【０１３０】
次いで、当該シミュレーションにおけるオーバーヘッドの影響について以下に説明する。
【０１３１】
ＧＬＳパケット信号又はＡＮＬパケット信号はともに周期的な更新パケットであり、かつこれらの伝搬は１ホップのブロードキャストに限定されているため、以下の解析が示すように、ＡＮＬテーブル又はＧＬＳテーブルを使用してアドホック無線ネットワークがフラッドすることは全くない。事実上本発明者らは、近似的なグローバルネットワーク状態情報及び非特許文献２０に記載されているフィッシュアイの概念に類する正確なローカル状態情報に依存している。従って、中間のノード無線局は、周囲のより正確なローカル情報を基礎としてルーティング決定を適応的に変更する。
【０１３２】
各更新パケットは、Ｔミリ秒の時間差で移動し、かつ１つのノード無線局から他のノード無線局への物理的移動にｔミリ秒を要するものとする。また、アドホックオペレーション用の有界領域をＡｍ２、当該有界領域Ａ内のノード数をＮ及び各ノードの全方向性送信到達距離をＲとする。あるノード無線局がその隣接ノード無線局へ更新パケットをブロードキャストを行っているときは、そのノード無線局を取り巻く円形の送信ゾーン内にあるノード無線局は使用状態にあるが、有界領域のエリアＡにおける他の領域内にあるノード無線局はパケット信号のブロードキャストを実行できる。従って、ある平均的なケースでは、当該有界領域のエリアＡに渡ってトポロジーが均一に分散されていれば、当該有界領域のエリアＡにおいて複数の更新パケットが互いに干渉し合うことなくノード無線局間を同時に移動できるゾーンの数は、（Ａ／（πＲ２））に等しい。ここで、ノード無線局は均一に分散されていることから、１つのゾーンに限定されて包含されるノード無線局の数（及び必然的に更新パケットの数Ｐ）は、次式で表される。
【０１３３】
【数９】
2004357134.tif 000005
【０１３４】
言い替えれば、Ｐ個の更新パケットは、１つのノード無線局から他のノード無線局へ順次移動しなければならない。各更新パケットはＴミリ秒の時間差で移動し、かつそれにｔミリ秒（移動所要時間）を要するため、本媒体は、更新トラフィックにその時間の［ｔ×Ｐ×１００／Ｔ］％を占有される。例えばＧＬＳテーブルの場合、オペレーションの有界領域が１０００×１０００ｍ２であって、送信ゾーンの到達距離（半径）Ｒが３００ｍであり、３０個のノード無線局を含むアドホック無線ネットワーク及び時間差Ｔ＝２ミリ秒に対するＧＬＳパケット信号の送信周期ＴＧが５秒であれば、１つのゾーンに限定されて包含されるノード無線局の数（及び必然的に更新パケットの数）ＰはＰ＝８．４８となる。従って、本媒体は、ＧＬＳパケット信号を送信するトラフィックによってその時間のわずか０．３４％を占有されるだけである。ＡＮＬパケット信号の送信の場合、その送信周期ＴＡは１秒であり、かつ移動所要ｔ＝１ミリ秒である。従って、本媒体は、ＡＮＬパケット信号の送信によるトラフィックによってその時間のわずか０．８５％を占有されるだけである。従って、本媒体は、その時間の９８．８％を更新パケットから解放される。言い替えれば、「本媒体が更新トラフィックによって拘束されるのはその合計時間のわずか１．１９％であり、９８．８％はデータ通信プロセスに自由に使用することができる」。この方法の実際上の利得はこの点にあり、従来技術リンク状態ルーティングに取って代わる唯一の重要なモチベーションともなっている。
【０１３５】
本発明者らは、オーバーヘッドの解析のためのシミュレーションを、ランダムに配置された３０個のノード無線局よりなる静的トポロジー上に静的ルートを有するクアルネットに対して実行した。静的ルートを使用しているのは、ルーティング方法に関わりなく、制御トラフィックのオーバーヘッドの有無による性能を調べるためである。
【０１３６】
図１６は本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、平均スループットにおけるオーバーヘッドの影響を示すグラフであり、図１７は本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、平均エンド・ツー・エンドの遅延時間におけるオーバーヘッドの影響を示すグラフである。すなわち、図１６及び図１７におけるシミュレーションの結果は、更新パケットに起因するオーバーヘッドの影響がさほど重要ではないことを示している。当該シミュレーションにおける第１の実験は、オーバーヘッドの全くない状態で実行し、第２の実験は、ＡＮＬパケット信号の送信周期＝２秒かつＧＬＳパケット信号の送信周期＝１０秒（ＴＡ＝２，ＴＧ＝１０）によるオーバーヘッドで実行し、第３の実験は、ＡＮＬパケット信号の送信周期＝１秒かつＧＬＳパケット信号の送信周期＝５秒（ＴＡ＝１，ＴＧ＝５）によるオーバーヘッドを用いて実行している。
【０１３７】
本発明者らは、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠するＤＳＲ（例えば、非特許文献２３参照）及びそのＭＡＣプロトコルを本発明者らの提案の性能を比較評価するためのベンチマークとして使用した。本発明者らが行った評価は、４つの基準、すなわち「平均スループット」、「平均エンド・ツー・エンド遅延時間」、「ＡＣＫタイムアウトに起因する平均パケット再送信数」及び「再送信限界に起因する平均パケットドロップ数」に基づくものである。
【０１３８】
まず、２０個の静的スナップショットを取り上げ、その性能をこれらの４つの基準に照らしてＤＳＲと比較観察した。本発明者らが行った観察による平均値を図１８乃至図２１に図示し、パケットサイズ１０２４バイトのときのＣＢＲパケット到来速度２パケット／秒乃至５００パケット／秒で示されている。本実施形態に係るメカニズムには、電子制御導波器アレーアンテナ装置（ＥＳＰ）の見出しが付いている。高いデータレートでは、平均スループットは５００Ｋｂｐｓであって、これはＤＳＲの場合の５倍であり、平均エンド・ツー・エンドの遅延時間はＤＳＲに比べて３．５倍少ない１秒である。ＡＣＫタイムアウトに起因するパケット再送信数は、ＤＳＲでは１７５であるのに対して本実施形態のケースでは微々たるものである。同じく、平均パケットドロップ数も、本実施形態のケースはＤＳＲに比べて格段に少ない。
【０１３９】
多くの発信元無線局及び宛先無線局が高いデータレートで一度に通信する場合には、指向性アンテナを使用する媒体の利用が大幅に増加する可能性がある。ここで、これとともに、最大化されたゾーン間非結合パスを選択すれば、ルート間の共有する媒体へのアクセス獲得競争が大幅に軽減されるため、アドホック無線ネットワーク内のすべてのノードに渡ってネットワーク負荷が平衡化されるというシナリオを得ることができる。これらの２つの局面による効果が組み合わさると、最終的にはシステムの性能が劇的に向上し、図１８乃至図２１が示すように、スループットは増大し、エンド・ツー・エンドの遅延時間は低減する。
【０１４０】
図２２乃至図２５では、２００パケット／秒のデータレートにおける５ｍ／秒という低い移動度の下でＥＳＰの性能が評価されている。図２２乃至図２５から明らかなように、移動に対応するためには、ネットワーク情報の浸透をより速く行う必要があり、従って、ＡＮＬパケット信号の送信周期ＴＡ及びＧＬＳパケット信号の送信周期ＴＧがそれぞれ２秒から１秒へ、かつ１０秒から５秒へ変更されている。制御トラフィックの増大に起因して性能に幾分かの低下が観察されるが、重要なものではない。
【０１４１】
以上説明したように、アドホック無線ネットワークにおける指向性アンテナの使用は、ルーティングの問題を適切な指向性ＭＡＣプロトコルに負荷のバランス化を加えて検討すれば、システムの性能を劇的に向上させることができる。本実施形態においては、最大化されたゾーン間非結合ルートが選択されたパス間のルート間結合の低減を促進し、これにより、エンド・ツー・エンドの遅延時間及びスループットが改善される。アドホック無線ネットワークにおけるＧＬＳパケット信号及びＡＮＬパケット信号の周期的伝搬に起因して生じる制御オーバーヘッドにも関わらず、その性能は、全方向性のＭＡＣプロトコルを使用する従来のリアクティブルーティングより遙かに優れている。提案している本実施形態に係る最大化されたゾーン間非結合によるテーブル駆動適応型ルーティングは、指向性アンテナの優位点を活用し、システム性能を向上させる。また、本発明者らの提案するルーティング方法はテーブル駆動式であるため、その成果は情報の浸透に依存するが、各パケット信号の送信周期ＴＡ及びＴＧの値によって決定された最新の制御オーバーヘッドは、高い移動度に十分に対応するものであると考えられる。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークのための制御方法又は無線通信システムにおいて、上記複数の無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを上記各無線局毎に格納する第１のテーブルと、上記各無線局から無線通信可能な隣接無線局と当該各無線局から当該隣接無線局への方位角のデータを上記各無線局毎に格納する第２のテーブルとを上記各無線局の記憶手段に保存し、上記第１のテーブルを含む第１の無線信号を所定の第１の送信周期で周期的に送信するとともに、上記第２のテーブルを含む第２の無線信号を所定の第２の送信周期で周期的に送信し、上記送信された第１の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第１のテーブルのデータを更新するとともに、上記送信された第２の無線信号を受信したとき、自局の記憶手段に保存された第２のテーブルのデータを更新する。すなわち、上記第１のテーブルと上記第２のテーブルとに分割して、無線送信するので、従来技術に比較してオーバーヘッドを大幅に軽減でき、しかも上記２つのテーブルのデータの状況を迅速に当該無線ネットワーク内の各無線局に対して通知できる。
【０１４３】
ここで、上記第１の送信周期は上記第２の送信周期よりも短い。これにより、上記第１のテーブルにより示される、ある無線局における隣接無線局の状態をより早く把握できる一方、上記第２のテーブルにより示される第２のテーブルのデータについてはあまり迅速性は要求されず、概略の無線ネットワークのトポロジーを把握できればよい。また、上記第１のテーブルのデータは上記第２のテーブルのデータよりも小さいので当該無線ネットワークのトラフィックに与える影響も少なく、データ通信を効率的に実行できる。
【０１４４】
また、上記送信するときに、所定のトーン信号に続いて上記第１の無線信号を送信するとともに、上記トーン信号に続いて上記第２の無線信号を送信する。すなわち、従来技術のビーコン信号を使用せずに、迅速な伝搬が必要な上記第１のテーブルのデータに基づいて方向推定を行うことができ、各無線局の状態を高速で把握できる。
【０１４５】
さらに、最小のルーティング基準指数を有するパスを選択し、上記第２のテーブル内の当該選択されたパスに含まれる無線局を通信可能な無線局として設定し、上記選択されたパスに含まれる無線局に対する第１のテーブルのデータを第１の無線信号を用いて他の無線局に送信して上記他の無線局の第１のテーブルを更新した後、発信元無線局はその第２のテーブル内のデータに基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と無線通信する。従って、当該無線ネットワーク全体の負荷を平衡化したシングルパスルーティングを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図１の可変ビームアンテナ１０１のセクタビームパターンの一例を示す図である。
【図４】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるパケットデータのフォーマットを示す図である。
【図５】本実施形態に係る無線通信システムの説明において用いる各ノード無線局からの送信セクタ放射パターンである送信ゾーンＢｎ（α，β，Ｒ）を示す平面図である。
【図６】図２のデータベースメモリ１５４において格納される方位角及び信号強度レベルテーブル（ＡＳテーブル）の一例を示す表である。
【図７】図２のデータベースメモリ１５４に格納される隣接リンク状態テーブル（ＮＬＳテーブル）の一例を示す図である。
【図８】図２のデータベースメモリ１５４に格納されるアクティブノード無線局テーブル（ＡＮＬテーブル）の一例を示す図である。
【図９】図２のデータベースメモリ１５４に格納されるグローバルリンク状態テーブル（ＧＬＳテーブル）の一例を示す図である。
【図１０】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるトーン信号とパケット信号の送受信処理を示すタイミングチャートである。
【図１１】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられる各無線局での放射パターンの種類と無線通信プロトコルを示すタイミングチャートである。
【図１２】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるＤＮＡＶを用いた方法を示す無線局の平面図である。
【図１３】図２の無線局１の管理制御部１０５によって実行されるパケット送受信制御処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１３のサブルーチンであるルーティング及び通信処理（ステップＳ１２）の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態で用いる、宛先無線局に到達するための中間ノード無線局による適応ルーティング選択処理を示すノード無線局の平面図である。
【図１６】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、平均スループットにおけるオーバーヘッドの影響を示すグラフである。
【図１７】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、平均エンド・ツー・エンド遅延時間におけるオーバーヘッドの影響を示すグラフである。
【図１８】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケットサイズが１０２４バイトのときの異なるパケット到着レート（１秒当たりのパケット数）に対する、ＤＳＲとＥＳＰの場合における平均スループットを示すグラフである。
【図１９】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケットサイズが１０２４バイトのときの異なるパケット到着レート（１秒当たりのパケット数）に対する、ＤＳＲとＥＳＰの場合における平均エンド・ツー・エンド遅延時間を示すグラフである。
【図２０】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケットサイズが１０２４バイトのときの異なるパケット到着レート（１秒当たりのパケット数）に対する、ＤＳＲとＥＳＰの場合における平均パケット再送信数を示すグラフである。
【図２１】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケットサイズが１０２４バイトのときの異なるパケット到着レート（１秒当たりのパケット数）に対する、ＤＳＲとＥＳＰの場合における平均パケットドロップ数を示すグラフである。
【図２２】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケット到着レートが２００パケット／秒のときの、ＥＳＰを有するノード無線局が固定したときと移動したときにおける平均スループットを示すグラフである。
【図２３】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケット到着レートが２００パケット／秒のときの、ＥＳＰを有するノード無線局が固定したときと移動したときにおける平均エンド・ツー・エンド遅延時間を示すグラフである。
【図２４】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケット到着レートが２００パケット／秒のときの、ＥＳＰを有するノード無線局が固定したときと移動したときにおける、ＡＣＫ信号のタイムアウトによる平均パケット再送信数を示すグラフである。
【図２５】本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、パケット到着レートが２００パケット／秒のときの、ＥＳＰを有するノード無線局が固定したときと移動したときにおける、再送信制限による平均パケットドロップ数を示すグラフである。
【図２６】従来技術に係る、指向性アンテナを用いた無線局Ｓ１−Ｄ１間及び無線局Ｓ２−Ｄ２間の２つのゾーン非結合通信を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９，１−ｉ，１−ｊ，１−ｋ，１−ｌ，Ｎ１乃至Ｎ６…ノード無線局、
ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＮ１乃至ＢＮ６…送信ゾーン、
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…発信元無線局、
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２…宛先無線局、
１０１…可変ビームアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…指向制御部、
１０４…パケット送受信部、
１０５…トラヒックモニタ部、
１０６…回線制御部、
１０７…上位レイヤ処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１５１…管理制御部、
１５２…検索エンジン、
１５３…更新エンジン、
１５４…データベースメモリ、
１５５…クロック回路、
１６０…拡散符号発生器。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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