(57)【要約】  【課題】既存の経路上で不良リンクが検知されると、当該経路での通信を維持したまま他の経路の確立を開始するアドホック無線ネットワークの経路再確立方法および無線端末を提供する。  【解決手段】本発明の経路再確立方法および無線端末は、隣接リンクの受信状態を監視する手段と、受信状態が所定の再確立閾値(Pth)を下回る不良リンクを経路の一部とするエンド端末へ経路エラーメッセージを送信する手段と、宛先までの経路が既登録の経路要求メッセージに対して経路応答メッセージを代理応答する手段と、前記既登録の経路が前記不良リンクを含む時に前記経路応答メッセージの代理応答を禁止する手段と、前記不良リンクから受信した経路要求メッセージを破棄する手段とを含む。  【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アドホック無線ネットワーク上でオンデマンド型のルーティングプロトコルを実行して通信経路を確立する無線端末において、
隣接リンクの受信状態を監視する手段と、
前記受信状態が再確立閾値(Pth)を下回る不良リンクを経路の一部とするエンド端末へ経路エラーメッセージを送信する手段と、
経路エラーメッセージの受信に応答して、前記不良リンクを含む経路を維持したまま他の迂回経路を確立する手段とを含むことを特徴とするアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項２】
宛先までの経路が既登録の経路要求メッセージに対して経路応答メッセージを代理応答する手段と、
前記既登録の経路が前記不良リンクを含む時に前記経路応答メッセージの代理応答を禁止する手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項３】
前記不良リンクから受信した経路要求メッセージを破棄する手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項４】
前記経路エラーメッセージの受信に応答して、可変閾値(Pth_i)が登録された経路要求メッセージを送信する手段と、
前記経路要求メッセージに対して経路応答メッセージが返信されないときに、前回よりも閾値を下げた第２閾値が登録された経路要求メッセージを再送信する手段と、
受信した経路要求メッセージから前記可変閾値を抽出する手段と、
前記経路要求メッセージの受信状態が前記可変閾値を下回ると、当該経路要求メッセージを破棄する手段とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項５】
前記可変閾値が再確立閾値よりも高いことを特徴とする請求項４に記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項６】
前記再確立閾値よりも低い可変閾値を含むことを特徴とする請求項４に記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項７】
前記可変閾値が再確立閾値よりも低いとき、当該不良リンクに関しては、その受信状態にかかわらず前記経路エラーメッセージの送信が禁止されることを特徴とする請求項６に記載のアドホック無線ネットワークの無線端末。
【請求項８】
アドホック無線ネットワーク上でオンデマンド型のルーティングプロトコルを実行して通信経路を再確立する方法において、
各無線端末が隣接リンクの受信状態を監視する手順と、
隣接リンクの受信状態が再確立閾値(Pth)を下回った無線端末が、当該不良リンクを経路とするエンド端末へ経路エラーメッセージを送信する手順と、
前記エンド端末が前記経路エラーメッセージに応答して、前記不良リンクを含む経路を維持したまま他の迂回経路を確立する手順とを含むことを特徴とするアドホック無線ネットワークの経路確立方法。
【請求項９】
前記エンド端末が前記経路エラーメッセージに応答して経路要求メッセージを送信する手順と、
宛先までの経路が既登録の経路要求メッセージを受信した無線端末が経路応答メッセージを代理応答する手順とを含み、
前記経路要求メッセージを受信した際に、その宛先までの経路が既登録であっても、当該既登録の経路が前記不良リンクを含むときは前記経路応答メッセージの代理応答が禁止されることを特徴とする請求項８に記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１０】
前記不良リンクから受信した経路要求メッセージを破棄する手順を含むことを特徴とする請求項８または９に記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１１】
前記エンド端末が、前記経路エラーメッセージの受信に応答して、可変閾値(Pth_i)が登録された経路要求メッセージを送信する手順と、
前記エンド端末が、前記経路要求メッセージに対して経路応答メッセージが返信されないときに、前回よりも低い可変閾値が登録された経路要求メッセージを再送信する手順と、
前記経路要求メッセージを受信した無線端末が前記可変閾値を抽出する手順と、
前記無線端末が、前記経路要求メッセージの受信状態が前記可変閾値を下回ったときに、当該経路要求メッセージを破棄する手順とを含むことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１２】
前記可変閾値が再確立閾値よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１３】
前記再確立閾値よりも低い可変閾値を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１４】
前記可変閾値が再確立閾値よりも低いとき、当該不良リンクに関しては、その受信状態にかかわらず前記経路エラーメッセージの送信が禁止されることを特徴とする請求項１３に記載のアドホック無線ネットワークの経路再確立方法。
【請求項１５】
前記エンド端末の少なくとも一方が、外部ネットワークに接続された無線基地局であることを特徴とする請求項８ないし１４のいずれかに記載のアドホック無線ネットワークの経路確立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アドホック無線ネットワーク上でオンデマンド型のルーティングプロトコルを実行して通信経路を確立する方法およびその無線端末に係り、特に、既存経路のいずれかの無線リンクで受信電力強度の低下等が検知されると、当該既存経路での通信を維持したまま他の経路の確立を開始するアドホック無線ネットワークの経路再確立方法および無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
アドホックネットワークにおける代表的なオンデマンド型のルーティングプロトコルとして、非特許文献１ではAODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector) が検討されている。AODVでは、従来のテーブル駆動型のルーティングプロトコルと異なり、通信を開始するときに通信経路が確立される。具体的には、通信開始者は経路要求メッセージとしてRREQ（Route Request）をブロードキャストで送信し、RREQを受信した通信相手はRREP（Route Reply）を通信開始者にユニキャストで返信することで、通信経路が確立される。
【０００３】
また、通信途中に隣接リンクの切断を検出した無線端末はRERR（Route Error）を通信開始者に送信する。RERRを受信した通信開始者は通信経路の再確立を実施する。無線リンクの切断を検知する方法として、非特許文献１では以下の４つの方法が挙げられている。
【０００４】
１．データやRTS(Request To Send)を最大再送回数だけ送信してもACKやCTS(Clear To Send)を受信できない場合にリンクの切断とみなす。  
【０００５】
２．隣接ノードへのパケット送信後、この隣接ノードがパケットの中継を行ったか否かをモニタリングし、中継していない場合にリンクの切断とみなす。  
【０００６】
３．各無線端末が定期的にハローパケットをブロードキャストで送信し、隣接ノードのハローパケットを一定時間受信できない場合、この隣接端末との間の隣接リンクが切断したとみなす。  
【０００７】
４．隣接ノードに対してRREQあるいはICMP（Internet Control Message Protocol）Echo Requestを送信し、そのリプライを受信できない場合にリンクの切断とみなす。
【非特許文献１】IETF RFC 3561 Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在のAODVでは、無線リンクの切断が検知された後に初めて経路の再確立が開始されるためにパケットロスが発生する。現在のTCP（Transmission Control Protocol）では、パケット廃棄が連続して発生すると、最も低い速度からサービスを再開するフロー制御が働いてスループットの低下を招く。また、通信にUDP（User Datagram Protocol）が採用されているとデータの損失が発生し、アプリケーションに影響を与える。  
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、既存の経路上で各無線リンクを監視し、いずれかの無線リンクで受信電力強度の低下等が検知されると、当該経路での通信を維持したまま他の経路の確立を開始するアドホック無線ネットワークの経路再確立方法および無線端末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明は、アドホック無線ネットワーク上でオンデマンド型のルーティングプロトコルを実行して通信経路を確立する無線端末において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１１】
(1)隣接リンクの受信状態を監視する手段と、受信状態が再確立閾値を下回る不良リンクを経路の一部とするエンド端末へ経路エラーメッセージを送信する手段と、宛先までの経路が既登録の経路要求メッセージに対して経路応答メッセージを代理応答する手段と、既登録の経路が前記不良リンクを含む時に前記経路応答メッセージの代理応答を禁止する手段と、前記不良リンクから受信した経路要求メッセージを破棄する手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
(2)前記経路エラーメッセージの受信に応答して、可変閾値が登録された経路要求メッセージを送信する手段と、前記経路要求メッセージに対して経路応答メッセージが返信されないときに、前回よりも閾値を下げた可変閾値が登録された経路要求メッセージを再送信する手段と、受信した経路要求メッセージから前記可変閾値を抽出する手段と、前記経路要求メッセージの受信状態が前記可変閾値を下回ると、当該経路要求メッセージを破棄する手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
(3)前記可変閾値が再確立閾値よりも低いとき、当該隣接リンクに関しては、その受信状態にかかわらず前記経路エラーメッセージの送信が禁止されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)既存の経路上で受信状態が再確立閾値を下回る不良リンクが検知されると、当該既存経路による通信を継続したまま前記不良リンクを含まない他の経路が確立され、その後、通信路が既存経路から前記他の経路に切り換えられるので、スループットを低下させることなく既存経路から新経路への移行が可能になる。
(2)経路要求メッセージには可変閾値が登録されると共に、この可変閾値が、経路応答メッセージの受信に失敗して前記経路要求メッセージを再送信するごと下げられるので、リンク品質を優先させた経路確立が可能になる。
(3)経路要求メッセージに登録されている可変閾値が再確立閾値よりも低い場合には、当該可変閾値を満足して確立された無線リンクに関しては、その受信状態が再確立閾値を下回ってもエラーメッセージが送信されないので、不良リンクを経由する経路が最良の場合には、当該経路による通信が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の経路更新方法が適用されるマルチホップ無線ネットワークの一例を模式的に表現した図であり、ここでは、送信元端末としての無線端末MS1が、中継端末としての無線端末MS2，MS3を経由して、宛先端末としての無線端末MS5と通信する第１経路が確立されている状態から説明する。
【００１６】
全ての無線端末MS1〜MS5は、自身で終端される隣接リンクの状態を判別するシステムとして受信電力モニターを備え、各無線端末は、隣接端末から受信する音声信号やデータの電力を定期的に監視して受信電力の強度を検知する。なお、各無線端末が定期的にハローパケットを送信している場合には、このハローパケットの受信電力を測定しても良い。
【実施例１】
【００１７】
次いで、図３，４のフローチャートおよび図５のシーケンスフローを参照して、本発明の第１実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、無線端末MS2，MS3に共通する隣接リンクL2で受信状態が低下し、この隣接リンクL2を経由しない他の経路を再確立する場合を例にして説明する。
【００１８】
図３は、各無線端末で定期的に実行される隣接リンク監視処理の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ１では、隣接リンクの受信電力強度Pと予め登録されている再確立閾値Pthとが比較される。この再確立閾値Pthは、隣接リンクの受信状態が経路再確立を必要とする程度に低下しているか否かを判断する指標として用いられる。隣接リンクL2で受信状態が低下すると、無線端末MS2，MS3の双方でP＜Prefと判定されてステップＳ２へ進む。これ以後、各無線端末MS2，MS3で同様の手順が実行されるが、ここでは無線端末MS2の動作に注目して説明を続ける。
【００１９】
ステップＳ２では、当該隣接リンクL2を経路としているエンド端末（送信元端末および宛先端末）の識別子として、例えばそのIPアドレスの登録された経路エラーメッセージ(Route Error-X：RERR-X)が生成される。無線端末MS2であれば、宛先端末MS5の識別子を含むRERR-Xが生成される。ステップＳ３では、図６に一例を示したように、ルーティングテーブルの宛先「MS5」に対応したエントリのステータスが、経路応答メッセージ(Route Reply:RREP)の代理応答を許可される「valid」から、RREPの代理応答を禁止される「aux」に更新される。ただし、データの送受信および中継に関しては、「aux」でも「valid」と同様に全て許可されているので、当該経路の再確立中も前記第１経路を利用したデータ通信が継続される。
【００２０】
ステップＳ４では、前記RERR-Xが送信元端末MS1に向けてユニキャストで送信される。このRERR-Xを中継する他の無線端末でも、ルーティングテーブルの宛先「MS5」に対応したエントリのステータスが、前記と同様に「valid」から「aux」に更新される。なお、図２に示した第２経路のように、前記隣接リンクL2を含む他の経路が複数存在するのであれば、前記RERR-Xを各経路のエンド端末へ個別にユニキャストで送信する代わりに、ブロードキャストにより一斉送信するようにしても良い。
【００２１】
ステップＳ５では、当該隣接リンクL2を挟んで対向する無線端末の識別子として、無線端末MS2であれば同MS3の識別子、無線端末MS3であれば同MS2の識別子が、それぞれブラックリストに登録される。前記RERR-Xを受信した送信元端末MS1からは、経路を改めて確立するための経路要求メッセージ(Route request:RREQ)がブロードキャストで送信される。このRREQには宛先として無線端末MS5が登録されている。
【００２２】
図４は、前記RREQを受信した各無線端末MS2，MS3，MS4で実行される「RREQ受信処理」の手順を示したフローチャートである。
【００２３】
ステップＳ２１において、自身以外を宛先とするRREQの受信が検知されるとステップＳ２２へ進み、このRREQのホップ元が前記ブラックリストに既登録であるか否か、またはRREQの受信電力強度Pが前記再確立閾値Pthを下回っているか否かが判定される。RREQを送信元端末MS1から受信した無線端末MS2、あるいは無線端末MS2から受信した無線端末MS4であれば、ホップ元が前記ブラックリストに既登録ではない（あるいは、P＜Pthではない）のでステップＳ２３へ進む。これに対して、RREQを送信元端末MS2から前記隣接リンクL2を経由して受信した無線端末MS3であれば、ホップ元が前記ブラックリストに既登録（あるいは、P＜Pth）なので、ステップＳ２６へ進んで当該RREQを破棄する。したがって、前記隣接リンクL2を経由するRREQメッセージの中継は行われない。
【００２４】
ステップＳ２３では、宛先の経路情報が自身のルーティングテーブルに既登録であるか否かが判定される。経路情報が未登録であればステップＳ２７へ進み、既登録であればステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４ではルーティングテーブルが参照され、RREQの宛先「MS5」に対応したエントリのステータスが判別される。ステータスが「valid」であれば、RREPの代理応答が許可されているのでステップＳ２５へ進み、従来技術と同様に、宛先端末に代わってRREPをユニキャストで送信元端末へ返信する。これに対して、無線端末MS2であれば、宛先「MS5」に対応したエントリのステータスが「aux」であり、RREPの代理応答を禁止されているのでステップＳ２７へ進む。これにより、前記隣接リンクL2を経由して宛先「MS5」に至る経路が既登録であっても、この経路が再確立されてしまうことを防止できる。ステップＳ２７ではRREQがブロードキャストで送信（中継）される。ステップＳ２８では、ルーティングテーブルが更新される。
【００２５】
前記RREQを受信した宛先端末MS5は、従来技術と同様にルーティングテーブルを更新すると共にRREPを返信する。このRREPを送信元端末MS1まで中継した各無線端末は、当該RREPに基づいて自身のルーティングテーブルを更新する。この結果、図７に示したように、送信元端末MS1と宛先端末MS5との間には、前記隣接リンクL2を経由しない第３経路または第４経路が確立されるので、これ以後は、前記第１経路に代わって第３経路または第４経路を利用してデータや音声信号の送受信が行われるようになる。
【実施例２】
【００２６】
次いで、本発明の第２実施形態の動作を、図８，９のフローチャートおよび図１０のシーケンスフローを参照して詳細に説明する。本実施形態でも前記第１実施形態と同様に、各無線端末は自身の隣接リンクを監視し、受信電力強度Pが前記再確立閾値Pthを下回る不良リンクを検知すると、各エンド端末へRERR-Xを送信する。
【００２７】
図８は、前記RERR-Xを無線端末MS2から受信した送信元端末MS1の動作を示したフローチャートであり、ステップＳ３１で自身を宛先とするRERR-Xを受信すると、ステップＳ３２では、宛先が無線端末MS5に設定されたRREQが生成される。ステップＳ３３では、閾値切換変数iに初期値「１」がセットされる。ステップＳ３４では、可変閾値Pth_iとして、現在の閾値切換変数iと対応付けられた第１可変閾値Pth_1（＞Pth）が前記RREQに登録される。ステップＳ３５では、前記RREQがブロードキャストで送信され、ステップＳ３６において、当該RREQに応答して返信されるRREPの受信に備える。
【００２８】
RREPが受信されることなく、ステップＳ３７で所定の待機時間がタイムアウトすると、ステップＳ３８において前記閾値切換変数iが「２」に更新される。ステップＳ３９では、前記閾値切換変数iが上限値i_maxと比較され、最初は閾値切換変数iが上限値i_maxを下回るのでステップＳ３４へ戻り、可変閾値Pth_iとして第２可変閾値Pth_2（Pth＜Pth_2＜Pth_1）の登録されたRREQが改めてブロードキャストで送信される。このRREQメッセージに対してもRREPが返信されなければ、前記と同様に閾値切換変数iが更新され、第３可変閾値Pth_3（Pth＜Pth_3＜Pth_2）の登録されたRREQがブロードキャストで送信される。すなわち、本実施形態では可変閾値Pth_iの登録されたRREQが、これに応答したRREPが受信されるまで、前記可変閾値Pth_iをPth＜Pth_iの範囲内で段階的に低下させながら繰り返しブロードキャストで送信される。
【００２９】
その後、前記ステップＳ３６においてRREPの受信が検知されるとステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、受信されたRREPメッセージに基づいてルーティングテーブルの経路情報が更新される。
【００３０】
図９は、各無線端末における「RREQ受信処理」の手順を示したフローチャートであり、前記第１実施形態の図４と同一の符号を付したステップでは同一または同等の処理が実行される。
【００３１】
本実施形態では、受信したRREQに登録されている前記可変閾値Pth_iがステップＳ５１で抽出され、ステップＳ５２において、前記RREQの受信電力強度Pと比較される。無線端末MS2では、全ての可変閾値Pth_1，Pth_2，Pth_3に関してP＜Pth_iと判定されるので、ステップＳ２６へ進んで当該RREQメッセージが全て破棄される。無線端末MS4では、例えば第１および第２可変閾値Pth_1，Pth_2に関してはP＜Pth_iと判定されるものの、第３可変閾値Pth_3に関してはP≧Pth_iと判定されるので、ステップＳ２３，Ｓ２４を経由してステップＳ２７へ進み、RREQがブロードキャストで送信される。
【００３２】
このRREQが無線端末MS5で受信され、これに応答してRREPメッセージが返信されると、送信元端末MS1と宛先端末MS5との間に、前記無線リンクL2を経由しない新たな経路が確立される。
【実施例３】
【００３３】
次いで、本発明の第３実施形態の動作を、図１１のフローチャートおよび図１２のシーケンスフローを参照して詳細に説明する。本実施形態でも前記各実施形態と同様に、各無線端末は自身の隣接リンクを監視し、受信電力強度Pが再確立閾値Pthを下回るとRERR-Xを送信する。また、送信元端末MS1は、前記第２実施形態と同様に可変閾値Pth_iの登録されたRREQを、これに対するRREPが受信されるまで、前記可変閾値Pth_iを段階的に低下させながら繰り返す。ただし、本実施形態では前記第２実施形態とは異なり、前記再確立閾値Pthを下回る第４可変閾値Pth_4の設定が許容されている。
【００３４】
図１１は、本実施形態におけるRREQ受信処理の手順を示したフローチャートであり、前記第２実施形態の図９と同一の符号を付したステップでは同一または同等の処理が実行される。
【００３５】
本実施形態では、各無線端末において、受信したRREQに登録されている前記可変閾値Pth_iがステップＳ５１で抽出され、ステップＳ５２において、前記RREQの受信電力強度Pと比較される。ここで、前記無線端末MS4が存在しなければ、前記第３可変閾値Pth_3の登録されたRREQに対してもRREPが返信されないので、送信元端末MS1からは、前記再確立閾値Pthを下回る第４可変閾値Pth_4の登録されたRREQが送信される。
【００３６】
無線端末MS3では、可変閾値Pth_iが第４可変閾値Pth_4となったときに初めて、ステップＳ５２でP≧上Pth_iと判定されてステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３で宛先の経路情報を所持していないと判定されるか、あるいはステップＳ２４でルーティングテーブルの宛先「MS5」に対応したエントリのステータスが「valid」ではないと判定されればステップＳ２７へ進み、RREQがブロードキャストで送信（中継）される。ステップＳ２８では経路情報が更新される。ステップＳ５３では、今回のPth_i（ここでは、Pth_4）とPthとが比較され、ここではPth_i＜Pthと判定されるのでステップＳ５４へ進む。ステップＳ５４では、前記ステップＳ４で送信されていたRERR-Xの送信が、当該隣接リンクL2に関して禁止される。
【００３７】
前記ステップＳ２７で送信されたRREQが無線端末MS5で受信され、これに応答してRREPメッセージが返信されると、送信元端末MS1と宛先端末MS5との間には既存経路と同じ経路が確立されることになる。ただし、前記隣接リンクL2に関しては、前記ステップＳ５４でRERR-Xの送信が禁止されているので、上記処理が繰り返されることはない。
【実施例４】
【００３８】
なお、上記した実施形態では無線端末のみで構成されたアドホック無線ネットワークを例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、図１３に示したように、少なくとも一方のエンド端末が、外部ネットワークと接続された無線基地局BSであっても良い。この場合には、無線基地局BSが前記送信元端末MS1または宛先端末MS5として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の経路更新方法が適用されるマルチホップ無線ネットワークの一例を模式的に表現した図である。
【図２】本発明の経路更新方法が適用されるマルチホップ無線ネットワークの他の一例を模式的に表現した図である。
【図３】本発明の第１実施形態における「隣接リンク監視処理」の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態における「RREQ受信処理」の手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態のシーケンスフローである。
【図６】ルーティングテーブルの一例を示した図である。
【図７】再確立された経路の一例を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態における「RERR-X受信処理」の手順を示したフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態における「RREQ受信処理」の手順を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態のシーケンスフローである。
【図１１】本発明の第３実施形態における「RREQ受信処理」の手順を示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態のシーケンスフローである。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るネットワーク構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
Pth…再設定閾値
Pth_i…可変閾値
【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】
2005252858.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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