(57)【要約】【課題】車々間無線通信などのアプリケーションの無線ネットワークにおいて所望のコンテンツを有する無線局を検索してより高いスループットで無線通信する。【解決手段】所定のビーコン信号を周期的に送信しビーコン信号を受信したとき、複数の無線局がより高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを含むＮＤＳテーブルの方位角を更新し、より高い優先度を有する無線信号を受信したときＮＤＳテーブルの動作状態を更新する。発信元無線局からコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号をテーブルを参照して送信し、ルート要求信号を受信して自局が要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号をテーブルを参照して発信元無線局に返信する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線局を備え、各無線局間で優先度を有する無線信号を用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを隣接無線局毎に格納するテーブルを上記各無線局において保存する記憶手段と、
各無線局は、所定のビーコン信号を周期的に送信し、上記ビーコン信号を他の無線局から受信したとき当該ビーコン信号に基づいて上記テーブルの方位角を更新するとともに、高い優先度を有する無線信号を受信したとき上記テーブルの動作状態を更新する更新手段と、
発信元無線局から所定のコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号を上記テーブルを参照して高い優先度を有して送信し、上記ルート要求信号を受信し自局が当該ルート要求信号で要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号を上記テーブルを参照して高い優先度を有して発信元無線局に返信する制御手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
上記制御手段は、高い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して、上記受信した無線信号の受信した方向とは反対方向にある無線局の候補の中から、上記反対方向に最も近い無線局の方向を有するセクタパターンを用いて送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
上記発信元無線局は、高い優先度を有するルート要求信号を送信するとき、上記コンテンツのアプリケーションに対応するパターンを用いてルート要求信号を送信することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
【請求項４】
複数の無線局を備え、各無線局間で優先度を有する無線信号を用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを隣接無線局毎に格納するテーブルを上記各無線局において保存する記憶手段と、
各無線局は、所定のビーコン信号を周期的に送信し、上記ビーコン信号を他の無線局から受信したとき当該ビーコン信号に基づいて上記テーブルの方位角を更新するとともに、高い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記テーブルの動作状態を更新する更新手段と、
発信元無線局から所定のコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号を上記テーブルを参照して低い優先度を有して送信し、上記ルート要求信号を受信し自局が当該ルート要求信号で要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号を上記テーブルを参照して低い優先度を有して発信元無線局に返信する制御手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
上記制御手段は、低い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して高い優先度で通信中である隣接無線局に向う方向を除く排他的セクタパターンを用いて当該無線信号を送信することを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項６】
上記制御手段は、低い優先度を有する無線信号を送信するときに、宛先無線局へのルートを発見できないとき、所定の回数だけリトライしかつ待機することによりコールブロッキングすることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ルーティング方法及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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】
モバイルアドホックネットワーク（Mobile Ad Hoc Network）の出現は、幾つかのリアルタイム通信方法におけるその適用可能性に関して研究団体の注目を集めている。幹線道路での車々間通信（ＩＶＣ：Inter-vehicle Communication）は、マルチホップデータの交換及び転送を使用可能にするアドホック無線ネットワークにおける主要なアプリケーション分野の１つである（例えば、非特許文献１参照。）。運転中は常時、道路封鎖、交通状況及び前方のあらゆる事故に関するローカル情報が必要とされる。また、医療的緊急事態のような状況では、マルチホップデータの交換及び転送機構を用いて、近辺の任意の病院又は近辺の車中に医師がいるかどうかに関する情報を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０２４４３１号公報。
【特許文献２】特開２００１−２４４９８３号公報。
【特許文献３】特開２００２−１１８４１４号公報。
【非特許文献１】Inter-vehicle Communication, Fleet Net, http://www.et2.tu-harburg.de/fleetnet/, accessed on April 27, 2004.
【非特許文献２】Thyagarajan Nandagopal et al., “Service differentiation through end-to-end rate control in low bandwidth wireless packet networks”, in Proceedings of the 6-th International Workshop on Mobile Multimedia Communications, San Diego, California, U.S.A., November 1999.
【非特許文献３】Xue Yang et al., “Priority Scheduling in Wireless Ad Hoc Networks”, ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc), June 2002.
【非特許文献４】Siuli Roy et al., “A Network-Aware MAC and Routing Protocol for Effective Load Balancing”, in Ad Hoc Wireless Networks with Directional Antenna”, ACM MobiHoc, 2003, Maryland, U.S.A., 1-3 June 2003.
【非特許文献５】Tetsuro Ueda et al., “A Rotational Sector-based, Receiver-Oriented Mechanism for Location Tracking and Medium Access Control in Ad Hoc Networks Using Directional Antenna", Proceedings of the IFIP conference on Personal Wireless Communications PWC 2003, Venice, Italy, September 23-25, 2003.
【非特許文献６】Antonio Carzaniga et al., “Content-Based Addressing and Routing :A General Model and its Application”, Technical Report CU-CS-902-00, Department of Computer Science, University of Colorado, January, 2000.
【非特許文献７】QualNet Simulator Version 3.1, Scalable Network Technologies, http://www.scalable-networks.com, accessed on April 27, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの緊急事態アプリケーションでは、幾つかのメッセージが、ネットワーク内のデータフロー間のサービス差別化の問題を転送する意図された宛先無線局へ最優先ベースで転送されなければならない可能性がある。サービスの差別化は、より高い「サービスクラス」に属するフローが必ずより良いサービスを受けることを保証する（例えば、非特許文献２参照。）。ＭＡＣ（Media Access Control）層におけるトラフィックの優先度に従ってコンテンションウィンドウ（ＣＷ）のサイズを変更しかつバックオフアルゴリズムを適宜修正する従来技術の手法は、高優先度のパケットが必ずデータ通信媒体への競合のないアクセスを得ることを保証しない（例えば、非特許文献３参照。）。また、終端間フローレート制御を介するサービスの差別化（例えば、非特許文献２参照。）も、このような無境界のダイナミックネットワークでは困難であるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、車々間無線通信などのアプリケーションのアドホック無線ネットワークにおいて、所望のコンテンツを有する無線局を検索して、従来技術に比較して高いスループットで無線通信することができるルーティング方法及び無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る無線通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間で優先度を有する無線信号を用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを隣接無線局毎に格納するテーブルを上記各無線局において保存する記憶手段と、
各無線局は、所定のビーコン信号を周期的に送信し、上記ビーコン信号を他の無線局から受信したとき当該ビーコン信号に基づいて上記テーブルの方位角を更新するとともに、高い優先度を有する無線信号を受信したとき上記テーブルの動作状態を更新する更新手段と、
発信元無線局から所定のコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号を上記テーブルを参照して高い優先度を有して送信し、上記ルート要求信号を受信し自局が当該ルート要求信号で要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号を上記テーブルを参照して高い優先度を有して発信元無線局に返信する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、高い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して、上記受信した無線信号の受信した方向とは反対方向にある無線局の候補の中から、上記反対方向に最も近い無線局の方向を有するセクタパターンを用いて送信することを特徴とする。
【０００９】
また、上記無線通信システムにおいて、上記発信元無線局は、高い優先度を有するルート要求信号を送信するとき、上記コンテンツのアプリケーションに対応するパターンを用いてルート要求信号を送信することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る無線通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間で優先度を有する無線信号を用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局が高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを隣接無線局毎に格納するテーブルを上記各無線局において保存する記憶手段と、
各無線局は、所定のビーコン信号を周期的に送信し、上記ビーコン信号を他の無線局から受信したとき当該ビーコン信号に基づいて上記テーブルの方位角を更新するとともに、高い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記テーブルの動作状態を更新する更新手段と、
発信元無線局から所定のコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号を上記テーブルを参照して低い優先度を有して送信し、上記ルート要求信号を受信し自局が当該ルート要求信号で要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号を上記テーブルを参照して低い優先度を有して発信元無線局に返信する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、低い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して高い優先度で通信中である隣接無線局に向う方向を除く排他的セクタパターンを用いて当該無線信号を送信することを特徴とする。
【００１２】
また、上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、低い優先度を有する無線信号を送信するときに、宛先無線局へのルートを発見できないとき、所定の回数だけリトライしかつ待機することによりコールブロッキングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
従って、本発明に係る無線通信システムによれば、高い優先度フローの無線信号を優先的に伝送できるインフラを提供し、所定のコンテンツを他の無線局に要求する場合に、従来技術に比較して、高い優先度フローの無線信号に対して干渉の無い通信を実現でき、高い優先度フローのエンドツーエンドのスループットを向上できる。また、低い優先度フローの無線信号をコールブロッキングすることにより、無駄なトラフィックを減少させ、ネットワーク全体のスループットを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１５】
本実施形態ではまず、車々間無線通信の分野における指向性アンテナの有効性を実証しており、図２０及び図２１はこれを図示している。図２０は、車々間通信のアプリケーションにおいて、それぞれ無指向性アンテナを有する３台の自動車Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の重複する送信ゾーンＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３を示す平面図であり、図２１は、車々間通信のアプリケーションにおいて、それぞれセクタパターンアンテナを有する３台の自動車Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の重複しない送信ゾーンＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３を示す平面図である。
【００１６】
図２０及び図２１から明らかなように、無指向性アンテナを備える各送信ノード無線局が形成する通信ゾーンは、すべての方向をカバーする。ここで、指向性アンテナは、無指向性アンテナよりも縮小された送信ゾーン幅を有する。指向性アンテナの使用は無線干渉を大幅に低減させ、これにより、無線媒体利用及び最終的には改良された空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を用いたネットワークのスループットを向上させる（例えば、非特許文献４及び５参照。）。続いて、高優先度フローが高優先度フローのゾーンとして周知の通信ゾーンを予約する優先度ベースの通信方法を提案している。発明者らが提案する方法では、高優先度フローのゾーンは、高優先度フローによって選択されるパス上の各中間ノード無線局において形成される。低優先度フローは、高優先度フローのゾーンを避けてより長い、かつ必要であれば輻輳状態にあるルートを使用することを余儀なくされる。よって低優先度フローは、本質的に、高優先度のトラフィックに関してゾーン非結合である（例えば、非特許文献４参照。）適切な次のホップを選択してそのデータを転送する必要がある。
【００１７】
低優先度フローが高優先度フローのゾーンを回避するパスを選択できなければ、当該フローは一時的にブロックされて高優先度フローを低優先度の干渉から救うことが可能である。この方法は、高優先度のトラフィックにより、ゾーン予約を介するネットワークリソース（この場合は、無線媒体自体）のある種の「キャプチャ」を適応的に使用する。
【００１８】
図２２は、車々間通信のアプリケーションにおいて、既存の低優先度フローを取り扱うレーン（車線）Ｌ２における自動車からの高優先度フローを初期化することにより、低優先度フローをレーンＬ３に沿って種々のルーティングを実行させることを示す平面図である。また、図２３は、車々間通信のアプリケーションにおいて、既存の低優先度フローを取り扱うレーンＬ２における自動車からの高優先度フローを初期化することにより、低優先度フロー自身を他の代替パスが無いことが故にそれ自身をブロックすることを示す平面図である。
【００１９】
図２２では、中央の車線における高優先度フローの開始を示す。中央の車線に沿った低優先度フローは第３の車線へと変更され、高優先度フローと低優先度フローとの間の干渉効果が低減される。図２３では、干渉のない高優先度フローをもたらすために低優先度フローがブロックされる状況を示している。この方法は、高優先度の通信ゾーンにおける低優先度フローに起因して発生する干渉効果を最小限に抑えることにより、高優先度のデータのタイムリーで信頼性の高い配信を保証することができる。
【００２０】
まず、本実施形態で用いるアドホック無線ネットワークの無線通信システムについて以下に説明する。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。
【００２１】
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、発信無線局、中継局、又は宛先無線局として動作する。
【００２２】
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ービームパターンと、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（ｄ）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。
【００２３】
（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動作状態（高優先度フローで通信中の動作状態はハイレベルで、低優先度フローで通信中又は非通信中の動作状態はローレベルであり、以下同様である。）を格納する隣接方位角及び動作状態テーブル（Neighborhood Direction Status Table）（以下、ＮＤＳテーブルという。）。
（ｂ）自局の動作状態を格納する自局動作状態テーブル。
（ｃ）発信無線局から所望のコンテンツを有する宛先無線局を検索するときに用いるルート要求パケット信号を受信してそれに含まれるデータである発信無線局ＩＤ、次のホップのノード無線局ＩＤ及びこれまでのホップ数を格納する、発信無線局に対するルートエントリテーブル。
（ｄ）所望のコンテンツを有する宛先無線局から発信無線局に返信するときにルート応答パケット信号を受信してそれに含まれるデータであるコンテンツタイプ、次のホップのノード無線局ＩＤ及びこれまでのホップ数を格納する、コンテンツタイプに対するルートエントリテーブル。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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３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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。ここで、データベースメモリ１５４には、それぞれ詳細後述する、ＮＤＳテーブル、自局動作状態テーブル、発信元無線局に対するルートエントリテーブル、及びコンテンツタイプに対するルートエントリテーブルを記憶している。
【００２９】
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ー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方位角は、６０°又は他の方位角であってもよい。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信号は、以下に示すように図４乃至図７に示す形式のフォーマットを有する。
【００３０】
図４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高優先度又は低優先度のパケット信号のフォーマットを示す図である。図４に示すように、当該パケット信号は、宛先無線局のＩＤ、パケット種別、自局のＩＤ、通信ＩＤ、優先度レベル（例えば、高優先度又は低優先度）及びコンテンツのデータを含む。
【００３１】
図５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ビーコンパケット信号のフォーマットを示す図である。図５に示すように、当該パケット信号は、所定の周期で周期的に隣接ノード無線局に対して送信され、自局のＩＤ及び動作状態を含む。当該ビーコンパケット信号を受信した隣接ノード無線局は、このビーコンパケット信号に応答して、それに含まれるデータに基づいてＮＤＳテーブルを更新する。
【００３２】
図６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ルート要求パケット信号のフォーマットを示す図である。当該ルート要求パケット信号は、発信元無線局から所望のコンテンツを有するノード無線局に対して送信されるルート要求及び探索のためのパケット信号であり、図６に示すように、パケット種別、発信元無線局ＩＤ、送信無線局ＩＤ、コンテンツタイプ（例えば、病院又は医者、警察、消防、幹線道路救援隊など）、優先度レベル、及び発信元無線局からのホップ数の計数値を含む。
【００３３】
図７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ルート応答パケット信号のフォーマットを示す図である。当該ルート応答パケット信号は、上記ルート要求パケット信号に応答して所望のコンテンツを有するノード無線局から元の発信元無線局に対して送信されるルート応答パケット信号であり、図７に示すように、パケット種別、発信元無線局ＩＤ、送信無線局ＩＤ、コンテンツタイプ、優先度レベル、上記ルート要求パケット信号により計数されたルートホップ数、及び当該コンテンツを有するノード無線局から発信元無線局へのホップ数の計数値を含む。
【００３４】
図８は図１のデータベースメモリ１５４において格納される隣接方位角及び動作状態テーブル（ＮＤＳテーブル）の一例を示す表である。ＮＤＳテーブルでは、図８に示すように、上述のビーコンパケット信号に基づいて更新される、自局を除く隣接ノード無線局毎に、方位角（度）及び動作状態が格納されている。
【００３５】
図９は図１のデータベースメモリ１５４において格納される自局動作状態テーブルの一例を示す表である。自局動作状態テーブルでは、図９に示すように、当該自局における動作状態が格納されている。
【００３６】
図１０は、図１のデータベースメモリ１５４において格納される発信元無線局に対するルートエントリテーブルの一例を示す表である。当該ルートエントリテーブルでは、図１０に示すように、発信無線局から所望のコンテンツを有する宛先無線局を検索するときに用いるルート要求パケット信号を受信してそれに含まれるデータである発信無線局ＩＤ、次のホップのノード無線局ＩＤ及びこれまでのホップ数を格納している。
【００３７】
図１１は、図１のデータベースメモリ１５４において格納されるコンテンツタイプに対するルートエントリテーブルの一例を示す表である。当該ルートエントリテーブルでは、図１１に示すように、所望のコンテンツを有する宛先無線局から発信無線局に返信するときにルート応答パケット信号を受信してそれに含まれるデータであるコンテンツタイプ、次のホップのノード無線局ＩＤ及びこれまでのホップ数を格納している。
【００３８】
図１２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。また、図１３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。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１２及び図１３を参照して、トーン信号＋パケット信号を用いた制御信号を用いて、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、周期的にビーコンパケット信号を用いて実行されるＮＤＳテーブルの生成及び更新フェーズ、ルート探索のためのルート要求パケット信号及びルート応答パケット信号の送受信、ルート探索後のデータ通信のためのデータパケット信号の送受信が実行される。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。
【００３９】
図１２において、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、種々の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、ＮＤＳテーブルを更新するためのビーコン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。
【００４０】
図１３において、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。
【００４１】
次いで、本実施形態で用いる「境界の無いネットワークにおけるルーティング」について以下に説明する。以下では、本質的に境界の無いネットワークである車々間無線通信のようなアプリケーションにおけるルーティングに関する主な問題点について説明し、続いて発明者らが提案するアドホック無線ネットワークに関連する主要な定義について説明する。
【００４２】
無線環境におけるルーティング方法においては多くの研究が実行され、幾つかの方法が提案されている。しかしながら、これらの方法は概して、考慮対象のネットワークが境界のある無線ネットワークであることを想定している。よって必要とされる宛先無線局は、その有界領域からプロアクティブ（先を見越して行う）又はリアクティブ（要求に応じて行う）に発見することができる。プロアクティブな方法では、ネットワーク内の各ノード無線局は、ビーコンパケット信号の定期的な交換を通じておおよそのネットワークトポロジー情報を保持している。よって、あるパケット信号を特定の宛先無線局へルーティングするに当たって、各ノード無線局は単にそのトポロジー情報を検索する。これに対してリアクティブなルーティング方法は、ルート要求パケット／ルート応答パケットの伝搬を通じてオンデマンドベースで宛先無線局を探索する。
【００４３】
車々間無線通信方法の場合は、必ずしも宛先無線局を事前に同定することができない。例えば、何らかの医療的な緊急事態が発生して幹線道路上で医師と早急に通信する必要がある場合、各自動車の乗員に対して、その自動車に応答できる医師がいるかどうかを確認する問合せを行わなければならない。いずれかの自動車において医師が発見されれば、その自動車がメッセージの所望の宛先無線局となる。従って、車々間無線通信方法では、概して、発信元無線局にはメッセージの宛先無線局が事前に見当もつかない、コンテンツを基礎とするルーティング方法を使用することができる（例えば、非特許文献６参照。）。宛先無線局には、メッセージのコンテンツによってその関心が満たされるノード無線局が選定される。コンテンツが２つ以上のノード無線局の関心を満足させれば、このようなメッセージの宛先無線局は２つ以上になる可能性がある。従って、このような場合には、発信元無線局はメッセージの適切な宛先無線局を探索してその隣接ノード無線局へルート要求パケット信号を発行し、各隣接ノード無線局では、当該ルート要求パケット信号をそれらの隣接ノード無線局へ転送することにある。こうして、ルート要求パケット信号は、宛先無線局を捜して転送されていく。各ノード無線局は、このメッセージを受信するとメッセージの内容がその関心に合うかどうかをチェックする。関心に合えば、そのノード無線局は宛先無線局候補になる。上記論考から、車々間無線通信方法においては、プロアクティブなルーティングプロトコルは、宛先無線局に関して事前知識のないこと、及びネットワーク領域に境界がないことに起因して、適用が困難であることは明白である。このような方法において求め得る唯一の可能性は、パケット信号をルーティングするための適切な宛先無線局をリアクティブに発見することである。
【００４４】
以上のような考察に基づいて、本実施形態では、マルチホップの車々間無線通信システムにおいて、サービスの差別化を達成するための優先度を基礎とするルーティング技術を提案している。
【００４５】
次いで、「アプリケーション依存のルート発見プロセス」について以下に説明する。
【００４６】
「近隣の自動車にいる医師を捜して大急ぎで対話式相談をする」又は「幹線道路上の警察パトロールカー間で緊急事態情報を交換する」といった幾つかのアプリケーションでは、メッセージのルート要求パケット信号が緊急事態メッセージを発行する発信元無線局の送信者によって全方向に送信する必要がある。このような場合のルート要求パケット信号の無指向性送信は、利用可能な宛先無線局がどこであろうと発信元無線局が幹線道路沿いの前後両方向に必要とされる宛先無線局（医師／警察）を探索できるようにする必要がある。
【００４７】
ここで、道路封鎖又は前方の事故に関する情報は、そのルート沿いの他の車両に、これらの車両が事故／道路封鎖についての事前の知識を使用して適宜代替ルートをとることができるように、単なる通知のために後方へ送信する必要がある。これに加えて、事故現場より後方にある近隣の警察署には、必要な援助を求めて緊急連絡が入らなければならない。これらは、宛先無線局を求めるルート要求パケット信号を後方へ送信するだけで足るアプリケーションである。
【００４８】
反対に、自動車で移動中の重体患者に関する何らかの情報がその患者を緊急入院させるために近隣の病院へ伝達されるべき場合には、このようなルート要求パケット信号を前方向へ送信すれば足る。このようなケースでは、必要とされる宛先無線局は、前方向で入手可能になる。
【００４９】
従って、ルート要求パケット信号の転送技術は、完全にアプリケーションの性質に依存する。通信を要求する発信元無線局は、特定のアプリケーションがルート要求パケット信号の無指向性送信を必要とするか、前方又は後方いずれかへの指向性送信を必要とするかを決定しなければならない。任意のアプリケーションに関してルート要求パケット信号の無指向性送信が必要とされれば、発信元無線局だけがルート要求パケット信号をそのすべての隣接ノード無線局へと全方向的にブロードキャストする。ルート要求パケット信号を受信する他のノード無線局は、ループが起きずかつ可能な限り最短のメッセージ転送パスを保持するために、ルート要求パケット信号の到来方向とは反対の方向へこれを転送すれば足る。ノード無線局は指向性アンテナを装備しているため、無線媒体内のコンテンションを最小限に抑える一方向への前方又は後方伝搬が可能である。
【００５０】
本発明者らが提案した優先度を基礎とするルーティング方法では、任意の発信元無線局が発行するルート要求パケット信号に使用される伝搬プロセスの選択（前方／後方／全方向）は、その特定アプリケーションの要件にのみ依存する。従って、高優先度フロー及び低優先度フローの発信元無線局は共に、それらの必要性により上述の伝搬プロセスのいずれをも使用可能である。
【００５１】
次いで、「送信ゾーン」について以下に説明する。ノード無線局ｎが送信レンジ（送信距離）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の有効範囲（有効エリア）をノード無線局ｎの送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｒ）（図２４参照）と定義する。本実施形態では、送信ビーム幅β及び送信レンジＲが一定であるため、後述の説明では、送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｒ）を送信ゾーンＴＺｎ（α）又は通信のゾーンＴＺｎ（α）もしくは単にゾーンＴＺｎ（α）と呼ぶ。送信ゾーンＴＺｎ（α）内にあるノード無線局は、方位角αにおけるノード無線局ｎの指向性隣接ノード無線局として周知である。故に図２では、ｎ１及びｎ２のみが方位角αにおけるｎの指向性隣接ノード無線局である。
【００５２】
次いで、「高優先度フローのゾーン」について以下に説明する。これは、高優先度フローの無線通信に包含される任意のノード無線局ｎによって形成される送信ゾーンＴＺｎ（α）である。図２４に示すように、ノード無線局ｎからノード無線局ｎ１に進行中の高優先度フローの無線通信であれば、図２４が示す送信ＴＺゾーンｎ（α）は高優先度フローのゾーンとなる。従って、方位角αにおける方位範囲内に存在するノード無線局ｎ、すなわち、すなわち、ノード無線局ｎ１及びｎ２は、高優先度フローの無線通信であるノード無線局ｎからノード無線局ｎ１への無線通信のために予約されることから、予約済みの指向性隣接ノード無線局として周知である。
【００５３】
次いで、「ルート結合」について以下に説明する。これは、２つのルートがデータ通信の間に互いに干渉し合うほど物理的に接近して位置づけられる場合に発生する、無線媒体における１つの現象である（例えば、非特許文献４参照。）。図２５において、ノード無線局ｎ１−ｎ７及びノード無線局ｎ２−ｎ６を、任意の瞬間においてネットワーク内に存在する２つの無線通信（図２５において、それぞれ通信ＩＤｃ１及びｃ２で表示する。）であるとする。図２５から明らかなように、無線通信ｃ１に使用される送信ゾーンＴＺｎ１（α１）は、無線通信ｃ２に使用される送信ゾーンＴＺｎ２（α２）に干渉していて、ノード無線局ｎ１→ｎ３及びノード無線局ｎ２→ｎ４の同時無線通信の可能性を制限することは明白である。無線媒体へアクセスしようとする２通信間のコンテンションは高い終端間遅延をもたらし、干渉する各通信のパフォーマンスは損なわれる。従って、干渉する２つのルート間のルート結合を除去すれば、無線ネットワークのパフォーマンスが確実に向上していくことは明らかである。
【００５４】
次いで、「ゾーン予約」について以下に説明する。図２４において、ノード無線局ｎで方位角αにおける無線通信ｎ→ｎ１のための送信ゾーンを予約するためには、ノード無線局ｎの動作状態及び方位角αにおけるノード無線局ｎの各指向性の隣接ノード無線局の動作状態が予約済みに設定される。従って、ゾーン予約の間、ある特定のビームパターンにおけるあるノード無線局の当該ノード無線局自体を含む各指向性隣接ノード無線局は、本質的にそれらの動作状態をハイレベルとして予約済みとして設定し、これにより、他の無線通信は、そのルート計算プロセスの間に予約されたこれらのノード無線局を避けることができる。予約された無線通信ゾーンの回避は、事実上、他の無線通信によって生じるその進行中の通信に対する干渉の可能性をなくす。発明者らが提案するプロトコルでは、高優先度フローによって予約された送信ゾーンは、低優先度フローにより、そのルート選択プロセスの間に回避される。
【００５５】
さらに、「優先度付けされたルーティング方法の実装」について以下に説明する。
【００５６】
提案した優先度ベースのルーティング方法の実装に当たって、各ノード無線局は、そのノード無線局ＩＤ、並びに、高優先度又は低優先度のいずれかである可能性のある動作状態を含む無指向性ビーコンパケット信号を周期的に送信する。各ノード無線局のデフォルトの動作状態はローレベルに設定され、これは、当該ノード無線局がどの高優先度フローの送信ゾーン内に無いことを示す。フローの各パケット信号は、対応するフローの優先度（高優先度又は低優先度）がタグ付けされる。高優先度のデータパケット信号を受信し、又は傍受すると、送信無線局から受信無線局への指向性送信ゾーン内に存在する各ノード無線局は、その動作状態をハイレベルに設定する。この動作状態は予め定義された時間間隔にわたって保持され、その後、当該ノード無線局はその動作状態をローレベルにリセットして当該ノード無線局がもはや高優先度フローのゾーン内に存在しないことを示す。各ノード無線局は、その隣接ノード無線局のそれぞれからビーコンパケット信号を受信すると、当該ビーコンパケット信号内のデータに基づいて、ＮＤＳテーブルを更新する。このＮＤＳテーブルは、指向性ＭＡＣプロトコルの実装に必要な方位角−信号テーブル（ＡＳテーブル）（例えば、非特許文献５参照。）から派生したものであり、原則として送信側ノード無線局のノード無線局ＩＤ、送信側ノード無線局からのビーコンパケット信号の到来方向及び送信者の動作状態を記述する。
【００５７】
本発明者らにより提案された無線通信方法によれば、発信元無線局はまず、メッセージの主題を含むルート要求パケット信号を送信して適切な宛先無線局を捜す。ルート応答パケット信号が宛先無線局候補ら（１つ又は複数）からルート要求パケット信号を発行した発信元無線局に伝搬して戻されると直ぐに、発信元無線局は適切なルートを選択する。発信元無線局は概して、ルート応答パケット信号と、ピギーバック方式で送信されるルートリストから選定された宛先無線局への最短コストルートを選択する。
【００５８】
次いで、「高優先度フローによるルート計算及びゾーン予約」について以下に説明する。高優先度フローのメッセージの場合、ルート要求パケット信号は、メッセージの内容に依存して全方向的に、又は前方又は後方のいずれかの指向の方向に送信される。当該ルート要求パケット信号を受信する他のノード無線局は、当該ルート要求パケット信号の到来方向とは反対の方向へこれを転送し、こうして検索スペースを最小限に抑える。その途中で意図された宛先無線局が発見されれば、当該宛先無線局は、高優先度フローの発信元無線局にそこへ到達するために採るべきルートを知らせる。ルートは、宛先無線局へ到達するために発信元無線局が利用できる幾つかの代替ルートのうちの最短のものが選択される。
【００５９】
高優先度フローの開始に伴って、高優先度フローの送信ゾーン内のノード無線局はそれらの動作状態をハイレベルに設定される。この情報は最終的にビーコンパケット信号を介してそれらの隣接ノード無線局に伝達され、それらのＮＤＳテーブルが更新される。よって、各隣接ノード無線局は近隣で進行中の高優先度フローの無線通信を認識することになる。
【００６０】
次いで、「低優先度フローによるルート計算及び適応型コールブロッキング」について以下に説明する。
【００６１】
低優先度フローに携わるどのノード無線局も、そのノード無線局から他の隣接ノード無線局ｍへの指向性送信ゾーンがそのＮＤＳテーブルに、ハイレベルの動作状態を有するノード無線局を何ら含まない場合にのみ、意図された宛先無線局方向への次のステップとしてノード無線局ｍを選択する。予約された高優先度フローのゾーンを回避するこのようなルートを選択するために、低優先度フローは本来、そのルート要求パケット信号をセクタパターンの指向性アンテナを使用してアクティブなノード無線局（すなわち、動作状態がハイレベルであるノード無線局）を含むセクタを除くすべてのセクタを含むセクタパターン（以下、排他的セクタパターンという。）を用いて無線送信する。このような複数のビームを含む排他的セクタパターンは、例えば上述の可変ビームアンテナ１０１を使用して異なるセクタに沿って形成することが可能である。ノード無線局は、低優先度のルート要求信号を取得すると、当該ルート要求パケット信号を上述と同様に高優先度のノード無線局を含むセクタを除くすべてのセクタを含む排他的セクタパターンを用いて転送する。従って、宛先無線局によって低優先度の発信元無線局へ送信される各ルート応答パケット信号は、高優先度フローのゾーンを回避するルートを含む。
【００６２】
このようなルートを利用して低優先度フローのトラフィックをルーティングすることができなければ、発信元無線局は、高優先度フローのゾーンが高優先度フローによって解放されるまで低優先度フローを一時的にブロックする（以下、コールブロックという。）。低優先度フローの発信元無線局は、その送信を再開するためにＮＤＳテーブルを連続的にチェックする。従って、高優先度フローのゾーン内に高優先度フローの無線通信がかなりの時間期間にわたって存在しなければ、そのノード無線局に属するノード無線局はそれらの動作状態をローレベルに設定し、コールブロックされた低優先度フローの発信元無線局は当該ゾーンを介するそのルートの発見プロセスを再開することができる。
【００６３】
低優先度フローのルート上の中間ノード無線局が、その近傍で新たな高優先度フローの無線通信が開始されかつ当該ノード無線局によって宛先無線局方向へ採られるべきパスがその新たに形成された高優先度フローのゾーンを通過しなければならないことを検出すると、当該ノード無線局は、そのゾーンを回避するルートを発見し直そうとする。このようなルートを発見できなければ、当該ノード無線局は発信元無線局へエラー信号を送り、宛先無線局への新たなルートを発見するように通知する。低優先度フローの発信元無線局は、高優先度フローのゾーンを回避する新たなルートを発見しようとする。これが発見されなければ、発信元無線局は当該フローを一時的にコールブロックする。
【００６４】
図１４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る。
【００６５】
図１４において、まず、ステップＳ１で回転セクタ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周期的に送信されるビーコンパケット信号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、ビーコンパケット信号は、所定の周期期間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ビーコンパケット信号を送信した後、ステップＳ８に進む。一方、ステップＳ１２において図１５及び図１６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Ｓ８に進む。
【００６６】
ステップＳ３では、回転セクタ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又はＳ７に分岐する。
【００６７】
ここで、受信信号ＲＳ＝ビーコンパケット信号であるときは、ステップＳ６でＮＤＳテーブル等更新処理を実行した後、ステップＳ８に進む。このＮＤＳテーブル等更新処理では、現在格納されているＮＤＳテーブルと、受信されたビーコンパケット信号に基づいて測定された隣接ノード無線局の方位角と、それに含まれる動作状態とを検出し、それらの値が変更されていれば、ＮＤＳテーブルを更新する。なお、新しい隣接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で受信信号ＲＳ＝その他の信号であるときは、ステップＳ７で、図１７乃至図１９に図示されたその他の信号の受信処理を実行した後、ステップＳ８に進む。
【００６８】
図１４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。
【００６９】
図１５及び図１６は、図１４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）を示すフローチャートである。
【００７０】
図１５のステップＳ２１において、高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときは図１６のステップＳ３１に進む一方、ＮＯのときは図１５のステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、リトライ回数ＲＥＴＮＯを０にリセットし、ステップＳ２３においてリトライ回数ＲＥＴＮＯが所定のしきい値Ｒｔｈを超えたか否かについて判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２５に進む。ステップＳ２４では、ルートを発見できないと判断して元のメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ２５において、リトライ回数ＲＥＴＮＯを１だけインクリメントし、ステップＳ２６においてルート要求パケット信号を排他的セクタパターンを用いて送信した後、当該トライでルートを発見できないと判断して、図１６のステップＳ３１に進む。
【００７１】
図１６のステップＳ３１では、コンテンツのアプリケーションに基づいて、オムニパターン、前方向のセクタパターン及び後方向のセクタパターンの中から上記コンテンツのアプリケーションに対応するパターンを選択し、ステップＳ３２において選択されたパターンを用いて、ルート要求パケット信号を送信した後、ステップＳ３３に進む。ここで、ステップＳ３１では、例えば病院やレストランのルート要求パケット信号であるときはこれから向かう方向で探索する必要があるので前方向のセクタパターンを選択し、また事故や緊急状態で警察や消防のコンテンツを要求するルート要求パケット信号を受信したときは、後続方向で通知する必要があるので後ろ方向のセクタパターンを選択し、それ以外の信号のときはオムニパターンを選択する。
【００７２】
ステップＳ３３では、ルート応答パケット信号の受信回数Ｔを０にリセットし、ステップＳ３４において、ルート応答パケット信号の受信回数Ｔが所定の要求しきい値Ｔｒｅｑ以上であるか否かが判断される。ステップＳ３４で、ＹＥＳのときはステップＳ３７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３５に進む。ステップＳ３５において所定の時間期間、ルート応答パケット信号を待機してそれが到来すれば受信し、ステップＳ３６においてルート応答パケット信号の受信回数Ｔを１だけインクリメントした後、ステップＳ３４に戻る。次いで、ステップＳ３７においてルート応答パケット信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４０に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３８に進む。ステップＳ３８において受信したパケット信号は高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときは元のメインルーチンに戻る一方、ＮＯのときはステップＳ３９に進む。ステップＳ３９では、コールブロッキングを実行することが必要であると判断し、ステップＳ２３に進む。一方、ステップＳ４０においては、受信した複数のルート応答パケット信号のうち最短のパスを有するルートを選択し、ステップＳ４１において選択されたルートを用いてデータパケット信号を送信することによりデータ通信を実行し、元のメインルーチンに戻る。
【００７３】
図１７乃至図１９は、図１４のサブルーチンである、その他の信号の通信処理（ステップＳ７）を示すフローチャートである。
【００７４】
ステップＳ５１において受信信号ＲＳの種別が判断され、受信信号ＲＳがルート要求パケット信号であるときはステップＳ５２に進み、受信信号ＲＳがルート応答パケット信号であるときは図１８のステップＳ７１に進み、受信信号ＲＳがデータパケット信号であるときは図１９のステップＳ８１に進む。ステップＳ５２において発信元無線局に対するルートエントリテーブルを更新して発信元無線局に対するルートエントリの予約を行い、ステップＳ５３において自局は、受信されたルート要求パケット信号により要求されたコンテンツを有する無線局か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ５８に進む。
【００７５】
ステップＳ５４において、受信されたパケット信号は高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ５６に進む。ステップＳ５５では、受信されたパケット信号の送信セクタパターンとは実質的に反対方向を有するセクタパターンを選択してステップＳ５７に進む。ここでのセクタパターンの選択は、ＮＤＳテーブルを参照して、上記受信した無線信号の受信した方向とは同一方向にある無線局の候補の中から、上記同一方向に最も近い無線局の方向を有するセクタパターンを選択する。一方、ステップＳ５６では、ＮＤＳテーブルに基づいて動作状態がハイレベルのノード無線局を除く排他的パターンを選択してステップＳ５７に進む。次いで、ステップＳ５７において、受信されたルート要求パケット信号のホップ数をルートホップ数とし、送信局ＩＤを自局ＩＤで置き換えたルート応答パケット信号を、選択されたパターンを用いて送信した後、元のメインルーチンに戻る。
【００７６】
また、ステップＳ５８において、受信されたパケット信号は高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５９に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６０に進む。ステップＳ５９において受信されたパケット信号の送信セクタパターンと実質的に同一の方向を有するセクタパターンを選択してステップＳ６１に進む。ここでのセクタパターンの選択は、ＮＤＳテーブルを参照して、上記受信した無線信号の受信した方向とは反対方向にある無線局の候補の中から、上記反対方向に最も近い無線局の方向を有するセクタパターンを選択する。一方、ステップＳ６０においてＮＤＳテーブルに基づいて動作状態がハイレベルのノード無線局を除く排他的パターンを選択してステップＳ６１に進む。次いで、ステップＳ６１において、受信されたルート要求パケット信号のホップ数を１だけインクリメントし、送信局ＩＤを自局ＩＤで置き換えたルート要求パケット信号を選択されたパターンを用いて送信した後、元のメインルーチンに戻る。
【００７７】
さらに、図１８のステップＳ７１において、コンテンツタイプに対するルートエントリテーブルを更新してコンテンツタイプに対するルートエントリの予約を行い、ステップＳ７２において自局は受信されたルート応答パケット信号の発信元無線局か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７４に進む。ステップＳ７３においてデータパケット信号を用いて宛先無線局とデータ通信を開始した後、元のメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ７４において受信されたパケット信号は高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７６に進む。ステップＳ７５において受信されたパケット信号の送信セクタパターンと実質的に同一の方向を有するセクタパターンを選択してステップＳ７７に進む。ここでのセクタパターンの選択は、ＮＤＳテーブルを参照して、上記受信した無線信号の受信した方向とは反対方向にある無線局の候補の中から、上記反対方向に最も近い無線局の方向を有するセクタパターンを選択する。一方、ステップＳ７６においては、ＮＤＳテーブルに基づいて動作状態がハイレベルのノード無線局を除く排他的パターンを選択してステップＳ７７に進む。ステップＳ７７において受信されたルート応答信号のホップ数を１だけデクリメントし、送信局ＩＤを自局ＩＤで置き換えたルート応答パケット信号を選択されたセクタパターンを用いて送信した後、元のメインルーチンに戻る。
【００７８】
さらに、図１９のステップＳ８１において、受信されたパケット信号は高優先度のパケット信号か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ８２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８４に進む。ステップＳ８２において自局の動作状態をハイレベルに設定して自局動作状態テーブルを更新し、ステップＳ８３において受信したデータパケット信号を次のホップのノード無線局へ送信した後、元のメインルーチンに戻る。また、ステップＳ８４においてＮＤＳテーブルに基づいて次のホップのノード無線局の動作状態はハイレベルか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ８５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８３に進む。ステップＳ８５において、ステップＳ２３、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３３乃至Ｓ４１と同様の処理を実行することによりルート探索処理を実行し、ステップＳ８６においてルートを発見したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ８７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８９に進む。さらに、ステップＳ８７において複数のルートのうち最短のパスを有する新しいルートを選択し、ステップＳ８８において受信したデータパケット信号を上記選択された新しいルートの次のホップのノード無線局へ送信した後、元のメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ８９においてルート探索不可を示すエラー信号を発信元無線局へ送信した後、元のメインルーチンに戻る。
【実施例１】
【００７９】
本発明者らは、本実施形態に係るルーティング方法及び無線通信システムについて、提案の効果を実証するため、指向性アンテナパターンとして電子制御導波器アレーアンテナ装置（例えば、非特許文献１及び２参照。）を使用する提案のルーティングプロトコルを公知のクアルネット（Qualnet）シミュレータ（例えば、非特許文献７参照。）上で実行した。
【００８０】
図２６は、本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、セクタパターンとオムニパターンとを用いた２つのフローについての、ホップ数に対する平均スループットの比較を示すグラフである。また、図２７は、本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、高優先度フローのみの動作と、高優先度割り当て前における低優先度フローを有する高優先度フローの動作と、高優先度割り当て後における低優先度フローを有する高優先度フローの動作とにおけるスループットを示すグラフである。さらに、図２８は、本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、優先度を設定したときと、優先度を設定しないときの低優先度フローのスループットを示すグラフである。
【００８１】
図２６乃至図２８が示す結果は、並行する２つの列が一方通行幹線道路の２車線として作用するクアルネット（ＱｕａｌＮｅｔ）シミュレータを使用して得たものである。図２６は、ホップ数の増加に伴う、無指向性アンテナを凌ぐ指向性アンテナ使用の優位性を示しており、図２７は優先度付けを行わない方法を凌ぐ優先度ベースの提案方法の有効性を示している。これらの結果は、２つのフローを用いた無線通信システムにおいてある特定のフローに高優先度が割り当てられ、かつそのフローによってゾーン予約プロトコルが採用されると、これはそのフローに何ら優先割り当てが実行されないケースより遙かに優れた性能を発揮することを示している。図２８は、他のフローに優先度を割り当てる場合と割り当てない場合の低優先度フローのふるまいを示す。当該結果は、一方のフローに高優先度が割り当てられると、優先度を持たないもう一方のフローは被害を受けることを示している。しかしこれは、優先性を与えられたフローがもう一方のフローに起因して妨害されることなくその無線通信を続ける手助けとなる。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、より高い優先度フローの無線信号を優先的に伝送できるインフラを提供し、所定のコンテンツを他の無線局に要求する場合に、従来技術に比較して、より高い優先度フローの無線信号に対して干渉の無い通信を実現でき、より高い優先度フローのエンドツーエンドのスループットを向上できる。また、より低い優先度フローの無線信号をコールブロッキングすることにより、無駄なトラフィックを減少させ、ネットワーク全体のスループットを向上できる。
【００８３】
以上の実施形態においては、優先度レベルを高優先度と低優先度の２つのレベルとしているが、本発明はこれに限らず、３つ以上の複数の優先度レベルを設定してもよい。
【００８４】
以上説明したように、本発明に係る無線通信システムによれば、複数の無線局を備え、各無線局間で優先度を有する無線信号を用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記複数の無線局がより高い優先度で通信中であるか否かを示す動作状態及び自局から隣接無線局への方位角のデータを隣接無線局毎に格納するテーブルを上記各無線局において保存する記憶手段と、
各無線局は、所定のビーコン信号を周期的に送信し、上記ビーコン信号を他の無線局から受信したとき当該ビーコン信号に基づいて上記テーブルの方位角を更新するとともに、より高い優先度を有する無線信号を受信したとき上記テーブルの動作状態を更新する更新手段と、
発信元無線局から所定のコンテンツを他の宛先無線局に対して要求するためのルート要求信号を上記テーブルを参照して送信し、上記ルート要求信号を受信し自局が当該ルート要求信号で要求されるコンテンツを有する無線局であるとき、ルート応答信号を上記テーブルを参照して発信元無線局に返信する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００８５】
上記無線通信システムにおいて、上記発信元無線局は、好ましくは、より高い優先度を有するルート要求信号を送信するとき、上記コンテンツのアプリケーションに対応するパターンを用いてルート要求信号を送信することを特徴とする。
【００８６】
また、上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、より高い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して、上記受信された無線信号の送信セクタパターンと実質的に同一の方向を有するセクタパターンを用いて送信することを特徴とする。
【００８７】
さらに、上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、より低い優先度を有する無線信号を受信したとき、上記受信された無線信号を、上記テーブルを参照して上記より高い優先度で通信中である隣接無線局に向う方向を除く排他的セクタパターンを用いて当該無線信号を送信することを特徴とする。
【００８８】
またさらに、上記無線通信システムにおいて、上記制御手段は、より低い優先度を有する無線信号を送信するときに、宛先無線局へのルートを発見できないとき、所定の回数だけリトライしかつ待機することによりコールブロッキングすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【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のセクター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高優先度又は低優先度のパケット信号のフォーマットを示す図である。
【図５】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ビーコンパケット信号のフォーマットを示す図である。
【図６】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ルート要求パケット信号のフォーマットを示す図である。
【図７】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ルート応答パケット信号のフォーマットを示す図である。
【図８】図１のデータベースメモリ１５４において格納される隣接方位角及び動作状態テーブル（ＮＤＳテーブル）の一例を示す表である。
【図９】図１のデータベースメモリ１５４において格納される自局動作状態テーブルの一例を示す表である。
【図１０】図１のデータベースメモリ１５４において格納される発信元無線局に対するルートエントリテーブルの一例を示す表である。
【図１１】図１のデータベースメモリ１５４において格納されるコンテンツタイプに対するルートエントリテーブルの一例を示す表である。
【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１３】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１４】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１５】図１４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）の第１の部分を示すフローチャートである。
【図１６】図１４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）の第２の部分を示すフローチャートである。
【図１７】図１４のサブルーチンである、その他の信号の通信処理（ステップＳ７）の第１の部分を示すフローチャートである。
【図１８】図１４のサブルーチンである、その他の信号の通信処理（ステップＳ７）の第２の部分を示すフローチャートである。
【図１９】図１４のサブルーチンである、その他の信号の通信処理（ステップＳ７）の第３の部分を示すフローチャートである。
【図２０】車々間通信のアプリケーションにおいて、それぞれ無指向性アンテナを有する３台の自動車Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の重複する送信ゾーンを示す平面図である。
【図２１】車々間通信のアプリケーションにおいて、それぞれセクタパターンアンテナを有する３台の自動車Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の重複しない送信ゾーンを示す平面図である。
【図２２】車々間通信のアプリケーションにおいて、既存の低優先度フローを取り扱うレーンＬ２における自動車からの高優先度フローを初期化することにより、低優先度フローをレーンＬ３に沿って種々のルーティングを実行させることを示す平面図である。
【図２３】車々間通信のアプリケーションにおいて、既存の低優先度フローを取り扱うレーンＬ２における自動車からの高優先度フローを初期化することにより、低優先度フロー自身を他の代替パスが無いことが故にそれ自身をブロックすることを示す平面図である。
【図２４】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いる送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｒ）と無指向性送信エリアを示す平面図である。
【図２５】図１のアドホック無線ネットワークにおけるルート結合による通信接続を示す平面図である。
【図２６】本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、セクタパターンとオムニパターンとを用いた２つのフローについての、ホップ数に対する平均スループットの比較を示すグラフである。
【図２７】本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、高優先度フローのみの動作と、高優先度割り当て前における低優先度フローを有する高優先度フローの動作と、高優先度割り当て後における低優先度フローを有する高優先度フローの動作とにおけるスループットを示すグラフである。
【図２８】本発明に係る実施形態のシミュレーション結果であって、優先度を設定したときと、優先度を設定しないときの低優先度フローのスループットを示すグラフである。
【符号の説明】
【００９０】
１，１−１乃至１−９，ｎ，ｎ１乃至ｎ７…ノード無線局、
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、
ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３…送信ゾーン、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…自動車、
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…レーン（車線）。
【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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【図２７】
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【図２８】
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