(57)【要約】【課題】高優先度フローを低優先度フローに起因して発生するコンテンションから保護することができ高優先度のフローのスループットを改善する。【解決手段】各無線局が通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって各無線局毎に格納するＲＮＬ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テーブルとを保存する。発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数であるリンクウェイトを計算しその合計である全リンクウェイトを計算し、それが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき無線信号をルーティングせずに破棄する。【選択図】図１２
2005328460.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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値との線形和である第１のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング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】
上記ルーティング手段は、上記処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に代えて、当該ホップ計数値に所定のウェイト係数を乗算した乗算値を用い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】
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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、上記各パスのうちで最短のパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に所定の第１のウェイト係数γ１を乗算した乗算値との線形和である第１のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に、上記第１のウェイト係数γ１よりも小さい第２のウェイト係数γ２を乗算した乗算値との線形和である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング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更新手段とをさらに備えた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。
【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】
アドホック無線ネットワークのアプリケーションの可能性の拡大に伴って、これらのネットワークにおけるサービス品質（Quality of Service：以下、ＱｏＳという。）の制御をサポートする必要性が不可欠となっている。ＱｏＳの問題に対しては、この技術分野において多くの解決方法が提案されている（例えば、非特許文献１−７参照。）。
【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。
【非特許文献１】Kui Wu et al., “QoS Support in Mobile Ad hoc Networks”, Crossing Boundaries  An Interdisciplinary Journal, Vol 1, No 1, Fall 2001.
【非特許文献２】Satyabrata Chakrabarti et al., “QoS issues in Ad Hoc Wireless Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 39, No. 2, pp.142-148, February 2001.
【非特許文献３】Zeinalipour-Yazti Demetrios, “A Glance at Quality of Service in mobile Ad Hoc Networks”, http://www.cs.ucr.edu/~csyiazti/cs260.html. Final Research Report for cs260, Seminar on Mobile Ad Hoc Networks, Fall 2001.
【非特許文献４】S. Chen et al., “Distributed Quality-of-Service Routing in Ad hoc Networks”, IEEE Journal on selected Areas in Communications, Vol. 17, No. 8, pp.1488 -1505, August 1999.
【非特許文献５】H. Xiao et al., “A Flexible Quality of Service Model for Mobile Ad-Hoc Networks”, Proceedings of IEEE VTC 2000-spring, Tokyo, Japan, May 2000.
【非特許文献６】Prasant Mohapatra et al., “QoS in Mobile Ad Hoc Networks”, IEEE Wireless Communications, Vol. 10, No. 3, June 2003.
【非特許文献７】Xavier Pallot et al., “Implementing Message Priority Policies over an 802.11 Based Mobile Ad Hoc Network”, Published in the proceedings of MILCOM 2001, Washington, U.S.A., October 2001.
【非特許文献８】Kui Wu et al., “On-Demand Multipath Routing for Mobile Ad Hoc Networks”, EPMCC 2001, Vienna, Austria, February 20-22, 2001
【非特許文献９】M. R. Pearlman et al., “On the Impact of Alternate Path Routing for Load Balancing in Mobile Ad Hoc Networks”, Proceedings of MobiHOC 2000, pp. 150, pp. 3-10, 2000.
【非特許文献１０】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１１】Seung-Seok Kang et al., “Provisioning Service Differentiation in Ad Hoc Networks by the modifiation of Backoff Algorithm”, Proceedings of International Conference on Computer Communication and Network (ICCCN) 2001, Scottsdale, Arizona, U.S.A., October 2001.
【非特許文献１２】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１３】R. Ramanathan, “On the Performance of Ad Hoc Networks with Beamforming Antennas”, Proceedings of ACM MobiHoc, October 2001.
【非特許文献１４】Tetsuro Ueda et al., “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１５】Siuli Roy et al., “A Network-Aware MAC and Routing Protocol for Effective Load Balancing in Ad Hoc Wireless Networks with Directional Antenna”, Proceedings of ACM MobiHoc,2003, Maryland, U.S.A., June 1-3, 2003.
【非特許文献１６】Somprakash Bandyopadhyay et al., “Improving System Performance of Ad Hoc Wireless Network with Directional Antenna”, Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC 2003), Anchorage, Alaska, U.S.A., May 11-15, 2003.
【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、これらのプロトコルは、無線環境の主要な態様、すなわち相互干渉について考慮していないという問題点があった。互いの隣接無線局内のノード無線局間の干渉は、ルート結合を発生させる（例えば、非特許文献８−１０参照。）。ルート結合は、２つのルートがデータ無線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。干渉するこれらのルート上にあるノード無線局は、共用する無線媒体にアクセスしようと常に競合し、その結果、ＱｏＳは低下する。無線通信において、ノード非結合ルート（共通ノード無線局を使用しないルート）が使用される場合でも、これらは、そのノード非結合ルート間の固有のルート結合によって同時に通信することができず、無線環境におけるルーティング性能は大幅に劣化する（例えば、非特許文献８−１０参照。）。これは、ゾーン非結合ルートの使用によって回避することができる（例えば、非特許文献１０参照。）。１つのパス上のデータ通信が他のパス沿いのデータ通信に干渉しなければ、２つのルートは「ゾーン非結合」であると呼ばれる。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、高優先度フローを低優先度フローに起因して発生するコンテンションから保護することができ、従来技術に比較して高優先度のフローのスループットを改善することができる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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値との線形和である第１のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング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、上記ルーティング手段は、上記処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に代えて、当該ホップ計数値に所定のウェイト係数を乗算した乗算値を用いることを特徴とする。
【０００９】
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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、上記各パスのうちで最短のパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
第３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通信可能な状態であるか否かを示すデータを通信フローの通信ＩＤ毎であって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において保存する記憶手段と、
発信元無線局から宛先無線局までのパスの各リンクにおいて、上記第１と第２のテーブルを参照して、より高い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に所定の第１のウェイト係数γ１を乗算した乗算値との線形和である第１のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングする一方、より低い優先度を有する無線信号をルーチィングするとき、処理対象の通信フローを除く、現在通信中の無線局によって取り扱われている通信フローの全数と、処理対象の通信フローの無線信号のホップ計数値に、上記第１のウェイト係数γ１よりも小さい第２のウェイト係数γ２を乗算した乗算値との線形和である第２のリンクウェイトをそれぞれ計算し、計算された線形和の合計である全リンクウェイトを計算し、計算された全リンクウェイトが最小であるパスを選択して無線信号をルーティングし、かつ上記計算された全リンクウェイトが所定の最大ホップのリンク長を超えるとき上記無線信号をルーティングせずに破棄するルーティング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更新手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
従って、本発明に係る無線通信システムによれば、低優先度フローをコールブロッキングすることにより、従来技術に比較して、より高い優先度フローを優先させてそのトラフィック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をより優先させてそのスループットを大幅に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態で提案するプロトコルは、無線通信の高優先度ゾーンを予約することにより、高優先度のフロー及び低優先度フローのトラフィックが使用するルート間の結合を回避する。高優先度のデータ通信に使用される無線ネットワーク部分は、一時的に高優先度ゾーンとして予約される。低優先度のフローは、予約された高優先度ゾーンに対して最大ゾーン非結合状態（例えば、非特許文献１０参照。）であるルートを選択してこのゾーンを回避することを試行し、こうしてその予約されたゾーンにおける高及び低優先度フロー間のコンテンションを低減させる。これは、低優先度フローが高優先度ゾーンを完全に回避できることを保証するものではない。無線ネットワーク内で高優先度フローの数が増加するにつれて、低優先度フローは高優先度ゾーンを回避するルートを発見することが困難になる。また、低優先度フローの中には予約されていない任意のネットワーク部分を通るパスを入手し得ないものもあるような何らかのトポロジーの状態も発生する可能性がある。その結果、低優先度フローは高優先度ゾーンを通るルートをとることを余儀なくされ、電波干渉が発生する。これは、無線通信システム内の低優先度フローを一時的にブロックすれば制御することができると考えられる。低優先度フローは、予約されていないゾーンを通るパスを発見しようとして、無線ネットワークの予約状態を常時監視する。低優先度フローは、複数のノード無線局の移動度又は高優先度セッションの終了のいずれかによってそのようなパスを捉えると、ブロックされた無線通信を即座に再開させることができる。本実施形態では、幾つかの結合された高及び低優先度フローよりなるネットワークにおいて高優先度フローのスループットを向上させる低優先度フローに対する「コールブロッキング」による効果について検討している。
【００１５】
既に幾人かの研究者達は、アドホック無線ネットワークにおけるＱｏＳ関連の問題を研究し、これに取り組んでいる。アドホック無線ネットワークのコンテキストにおけるＱｏＳサポートには、ＱｏＳモデル、ＱｏＳリソース予約の信号方式、ＱｏＳルーティング及び媒体アクセス制御（Media Access Control: MAC）が含まれる（例えば、非特許文献１−７参照。）。しかしながら、クサビエル・パロットらは非特許文献７において、移動無線チャンネルの限定的な帯域幅が、ネットワーク負荷の極めて軽い場合を除いてあらゆるクラスのトラフィックに同じＱｏＳを与えることを妨げると提案している。従って、リソースの割り当てに関して、あるクラスに別のクラスを凌ぐ優先性を割り当てることにより、各クラスに異なるＱｏＳを与える何らかの手段を実装しなければならない。従って、この文献においては、ＱｏＳと優先度とは共通のものに関連し、この２つの用語はほぼ同義である（例えば、非特許文献７参照。）。よって、優先度ベースのサービスを通じたＱｏＳの提供は、探求する価値のある興味深い考案である。
【００１６】
また、ＭＡＣ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ことによって、アドホック無線ネットワークにおけるＱｏＳをサポートする試みも幾つか行われている（例えば、非特許文献１１参照。）。このアプローチは確率論的であり、高優先度のパケットが必ずデータ通信のための媒体への競合のないアクセスを得ることを保証するものではない。さらに、これらの方法では、媒体を求めて競合する２つの高優先度フローは必ずしも媒体への公平なアクセスを保証されない可能性がある。
【００１７】
ネットワーク性能の劣化に関しては、結合がその主たる原因の１つであるが、優先度ベースの既存のＱｏＳルーティングプロトコル（例えば、非特許文献１−７参照。）でルーティングの間の無線媒体におけるルート間の相互干渉効果について考慮したものはない。アドホック無線ネットワークでの優先度ベースのＱｏＳサポートにおける２つの主たる懸念であるエンドツーエンドの遅延時間とスループットとは、ルート結合に大きく依存する。非特許文献１０では、データ通信の間のルート間の結合効果を排除するために、ゾーン非結合ルートという概念が提案されている。ゾーン非結合ルートを使用すれば、１つのパスに沿ったデータ通信は他のパスに沿ったデータ通信に電波干渉せず、同時無線通信が可能になる。
【００１８】
図１５に示すように、パスＳ１−Ｎ１−Ｎ２−Ｄ１及びパスＳ２−Ｎ３−Ｎ４−Ｄ２はそれぞれ発信元無線局Ｓ１及びＳ２が宛先無線局Ｄ１及びＤ２と無線通信するために使用する２つのノード非結合なパス（共通ノード無線局を使用しないパス）であると仮定する。図１５において、発信元無線局Ｓ１とＳ２とが点線が示すようにお互いの無指向性の送信レンジ内にあれば、両者は同時に無線通信することができない。同様に、図１５のノード無線局Ｎ１、Ｎ３及びＮ２、Ｎ４もやはり同時には無線通信することができない。従って、パスＳ１−Ｄ１及びパスＳ２−Ｄ２間の無線通信にノード非結合なルートが使用される場合でも、これらはそのノード非結合ルート間に固有のルート結合により同時に無線通信することはできず、この無線環境におけるルーティングの性能は大幅に劣化する。従って、優先度ベースのＱｏＳ制御を実現するためには、高優先度トラフィックの場合にはルート結合効果を最小限に抑えなければならないことは明白である。高優先度フローのトラフィックは、無線媒体への競合のないアクセスを得るために非干渉性のフロー、すなわち他の低優先度トラフィックによって発生する電波干渉のないパスを選択する必要がある。一方で低優先度トラフィックは、高優先度トラフィックに対してゾーン非結合であるルートを選択する必要がある。従って、低優先度トラフィックは、アドホック無線ネットワーク内に存在するアクティブな高優先度フローの無線通信とのルート結合効果を排除するために高優先度フローの通信レンジから拒絶されなければならない。
【００１９】
本実施形態の目的は、ゾーン非結合性の優位点を利用することと、これを使用して、高優先度トラフィックを含むゾーンへの干渉を最小限に抑える低優先度フローのための種々のルートを計算することにある。しかしながら、無指向性アンテナを使用してゾーン非結合なパス又は部分的にゾーン非結合なパスをも得ることは、無指向性アンテナの送信ゾーンが全方向をカバーすることから困難である。指向性アンテナは、無指向性アンテナよりも狭い送信ビーム幅を有する。従って、指向性アンテナを使用すれば干渉する２つのルートを容易に非結合することができる（例えば、非特許文献１０参照。）。指向性アンテナを使用すれば、電波干渉は大幅に低減され、これにより、無線媒体の利用効率、すなわちネットワークのスループットを向上させることは、以前に証明されている（例えば、非特許文献１０，１２−１５参照。）。
【００２０】
本実施形態では、ゾーン予約を使用する優先度ベースのルーティングにおける指向性アンテナの使用について提案する。上述のように、ゾーン非結合なパスを得る確率は、無指向性アンテナよりも指向性アンテナを使用する方が比較的高く、これにより、アドホック無線ネットワークの無線通信システムにおける無線媒体の全体利用が向上する。図１５は、指向性アンテナの使用により２つのノード非結合ルートＳ１−Ｎ１−Ｎ２−Ｄ１及びＳ２−Ｎ３−Ｎ４−Ｄ２を非結合さえることが可能であることを示しているが、このケースで無指向性アンテナが使用されていれば、これは不可能であったと考えられる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ー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。
【００２４】
（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予約済みの状態（以下、アクティブ状態という。）にある各通信ＩＤのノード無線局のリストを含む予約済み無線局リストテーブル（Reserved Node List Table）（以下、ＲＮＬテーブルという。）。
（ｄ）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。）。
【００２５】
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。
【００２６】
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ン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ンネル用受信信号は、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ン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。
【００２７】
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ービームパターンと、
（ｃ）上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクターパターンと
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及び２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。
【００２８】
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ンネルを決定して、決定した通信チャン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、決定した通信チャン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による通信チャン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ン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。
【００２９】
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、ＲＮＬ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。
【００３０】
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、ＲＮＬテーブル、ＲＴＳ（Request To Send）、ＣＴＳ（Clear To Send）、ＤＡＴＡなど）と、自局のＩＤと、通信フロー毎に割り当てられる通信ＩＤと、優先度レベル（高優先度又は低優先度であるか。本実施形態においては、当該２値で優先度レベルを表しているが、本発明はこれに限らず、多値で優先度レベルを表してもよい。）、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５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１１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８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。
【００３１】
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いず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。
【００３２】
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９及び図１０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、ＲＮＬ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、ＲＮＬ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。
【００３３】
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。まず、ＱｏＳを保持するルーティングのためのゾーン非結合ルートの選択について説明する。ここでは、本発明者らが提案する無線通信システムにおける種々の定義について説明し、続いて無線媒体におけるルート結合を回避するゾーン非結合ルートを発見するための基本的な機構を示す。
【００３４】
まず、「送信ゾーン」について以下に説明する。図１６において、ノード無線局ｎが送信レンジＲで方位角α及びビーム幅β（角度で表す。）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の有効範囲をノード無線局ｎの送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｒ）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（送信距離）Ｒが一定であるため、以下の説明では、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知られている。従って、図１６では、ノード無線局ｎ１及びｎ２のみが方位角αにおけるノード無線局ｎの指向性隣接ノード無線局である。
【００３５】
次いで、「高優先度ゾーン」について説明する。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。ノード無線局ｎからノード無線局ｎ１への進行中の高優先度フロー通信であれば、図１６が示す送信ゾーンＴＺｎ（α）は高優先度ゾーンとなる。従って、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、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（ｎ→ｎ１）のために予約されることから、予約された指向性隣接ノード無線局として知られている。
【００３６】
さらに、「ルート結合」について説明する。これは、２つのルートがデータ通信の間に互いに電波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８−９参照。）。図１７において、ノード無線局ｎ１−ｎ７及びｎ２−ｎ６を任意の瞬間における無線ネットワーク内に存在する２つの無線通信（それぞれ通信ＩＤｃ１及びｃ２で表示する。）であるとする。図１７から、通信ＩＤｃ１に使用される通信ゾーンＴＺｎ１（α１）は通信ＩＤｃ２に使用される通信ゾーンＴＺｎ２（α２）に電波干渉していて、ノード無線局ｎ１→ｎ３及びｎ２→ｎ４の同時通信の可能性を制限することは明らかである。無線媒体へアクセスしようとする２通信間の競合は大きなエンド・ツー・エンドの遅延時間をもたらし、電波干渉する各無線通信の性能は損なわれる。従って、電波干渉する２つのルート間のルート結合を除去すれば、ネットワークの性能が確実に向上していくことは明らかである。通信にとって最良のパスを選択するためには、その通信に利用可能な各パスと無線ネットワーク内で進行中の他の通信（アクティブなパス）によって使用されているパスとの結合の程度を測定し、結合程度が最小であるパスを選択しなければならない。ルート結合の測定には、公知の相関係数ηを使用する（例えば、非特許文献８−９参照。）。
【００３７】
次いで、「相関係数η」について以下に説明する。通信ＩＤがｃ［ηｎｉｃ（Ｐ）］である方位角αにおける通信ｎｉ→ｎｊのためのパスＰにおけるノード無線局ｎｉの相関係数ηを、次式のように、現在の通信ＩＤであるｃを除く、通信ゾーンＴＺｎｉ（α）内のノード無線局ｎｉの予約された各指向性隣接ノード無線局によって処理される通信ＩＤの合計数Ｃと定義する。
【００３８】
［数１］
ηｎｉｃ＝Σ∀ｎ∈ＡｃｔＧ−ｎｉ−α（ｎｉ→ｎｊ）（ｔ）（｜Ｃ∩ｃ｜）
（１）
【００３９】
図１７において、通信ｎ１−ｎ７が２つのノード無線局（ｎ３及びｎ４）を予約する通信ＩＤｃ１を有する進行中の高優先度フローの通信であり、かつ通信ｎ２−ｎ６が通信ＩＤｃ２で遅れて開始されるとすると、通信ＩＤｃ２に対するノード無線局ｎ２の相関係数ηは下記のように計算される。この場合、ノード無線局ｎ２は２つの指向性隣接ノード無線局ｎ３及びｎ４を有し、これらは通信ＩＤｃ１によって既に予約されている。従って、現在の通信ｃ２以外にノード無線局ｎ３は１つの通信を処理し、ノード無線局ｎ４もまた１つの通信を処理している。故に通信ＩＤｃ２に関するノード無線局ｎ２の相関係数ηは、１＋１＝２である。通信ＩＤｃ［η（Ｐ）］に関するパスＰの相関係数ηは、パスＰにおけるすべてのノード無線局の相関係数の和として次式で定義される。
【００４０】
［数２］
η（Ｐ）＝Σ∀ｎｉ∈Ｐ（ηｎｉｃ（Ｐ））      （２）
【００４１】
ここで、パスＰについて、η（Ｐ）＝０は、パスＰに沿ったどんな通信もその瞬間における進行中のノード無線局の高優先度フローの通信プロセスをも妨害しないことを含意する。このようなパスＰは、その時点で進行中の他の通信が使用している他のすべてのアクティブパスに関してゾーン非結合なパスとして知られている。そうでなければ、パスＰは、他の高優先度フローのパスと、相関係数ηの関係にあるとされる。
【００４２】
さらに、「ゾーン予約」について以下に説明する。図１６において、ノード無線局ｎで方位角αにおける通信ｎ→ｎ１のためのゾーンを予約するためには、ノード無線局ｎの通信状態及び方位角αにおけるノード無線局ｎの各指向性隣接ノード無線局の通信状態が予約済みに設定される。従って、ゾーン予約は、本質的に、あるノード無線局のすべての指向性隣接ノード無線局の、そのノード無線局を含むある特定のビームパターンにおける通信状態を予約済みとして設定し、これにより、他の通信は、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。予約された通信ゾーンの回避は、事実上、他の通信によって生じるその進行中の通信に対する電波干渉の可能性をなくす。本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。
【００４３】
次いで、「予約されたノード無線局のリストテーブル：ＲＮＬテーブル（ＲＮＬｎ）」について以下に説明する。これは、無線ネットワーク全体における高優先度通信アクティビティに関するノード無線局ｎの認知を含む。上述したように、これは、各ノード無線局が任意の高優先度通信プロセスにおける送信者又は受信者、もしくはこの送信ノード無線局の指向性隣接ノード無線局のいずれかである瞬間ｔにおけるノード無線局の集合である。当該ＲＮＬテーブルにおける各ノード無線局は、そのために予約される通信ＩＤの集合に関連している。
【００４４】
また、「グローバルリンク状態テーブル：ＧＬＳテーブル（ＧＬＳＴｎ）」について以下に説明する。これは、その瞬時においてノード無線局ｎが認知する近似のネットワークトポロジー情報を含む（例えば、非特許文献１４―１５参照。）。このＲＮＬテーブル及びＧＬＳテーブルを使用して、ノード無線局は可能な限り、予約されたノード無線局を含むゾーンを回避するルートを計算する。従って、ＲＮＬテーブル内のすべてのノード無線局は、高優先度ゾーンと呼ばれる無線ネットワークの一部を予約していると考えられる。他の低優先度フローは、そのゾーンを使用することを許可されない。よってこれらは、ベストエフォートのＱｏＳを達成しようとして適切な種々のルートを選択している。新しい高優先度フローは、後述のように、ＲＮＬテーブルを調査し、進行中の他の高優先度通信に対して最大ゾーン非結合であるルートを選択する。
【００４５】
さらに、「最大ゾーン非結合ルート」について説明する。本発明者らは、ルート選択基準において２つの基準、すなわち相関係数ηと、伝搬ホップ計数値の使用を提案する。上述したように、あるルートの相関係数ηは、そのルートの他のアクティブルートに対するゾーン非結合性に逆比例する。同時に、当該無線通信システムにおいては、選択されるルートのホップ計数値もまた別の懸念事項である。そうでなければ、通信方法によっては、各中間ノード無線局がある特定の宛先無線局に向かって既存の通信ゾーンを回避するルートを選択しようとし、最終的に無線ネットワーク全体を横切ってゾーン非結合ルートを探し回ることになる可能性がある。従って、相関係数η及び伝搬ホップ計数値の双方を最小限に抑えれば、最大ゾーン非結合である最短パスがもたらされる。
【００４６】
次いで、「優先度ベースのＱｏＳルーティング」について以下に説明する。提案するプロトコルは、パスを、最短かつ他の高優先度通信に対して最大ゾーン非結合な高優先度フローに割り当てる。各低優先度フローは、すべての高優先度ゾーンを回避する適応的なゾーン非結合パスをとろうとする。そのようなパスを利用できなければ、これは、高優先度フローを保護するためにフローを適応的にブロックする。従って、低優先度フローにとって、最短パス基準は支配的な測定基準ではない。ここで、低優先度フローのホップ計数又はパス長さを考慮しなければ、低優先度フローに属するパケットは不必要により長いパスへと方向を反らされ、エンド・ツー・エンドの遅延時間が増大される可能性がある。さらには収束の保証もなく、すなわち、パケットはゾーン非結合パスを捜して無線ネットワーク内を動き回るものの、宛先無線局には到達しない可能性がある。従って、本発明者らの提案は下記事項を保証する。
【００４７】
（１）高優先度トラフィックは低優先度トラフィックによって影響されない。その結果、優先度の異なる複数のフローを有する無線ネットワークでは、高優先度のスループットは、無線ネットワークが高優先度フローしか処理していないかのようにほぼ同一のままになる。無線ネットワーク内に２つ以上の高優先度フローが存在していれば、そのそれぞれが他の高優先度フローに対して最大ゾーン非結合となるパスをとろうとする。
（２）低優先度フローは、高優先度フローに対してゾーン非結合なパス、同時にその合計ホップ計数が予め定義された最大パス長さＬＰｍａｘｈｏｐより少ないパス、を発見しようとする。このようなパスを利用できなければ、低優先度フローのコール（呼）であるパケット信号は一時的にブロックされる。
【００４８】
次いで、「高優先度フローによるゾーン予約及びルート計算」について以下に説明する。無線ネットワーク内の各ノード無線局は、予約されたノード無線局との干渉が最小限に抑えられるように、無線ネットワークの通信状態に関するその現在情報（近似トポロジー情報及び進行中の高優先度通信情報）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（次のノード無線局）を計算する。まず、パケット信号は、宛先無線局から送信されると、ゾーン非結合パスの選択基準を優先させる。しかしながら、パケット信号が複数のホップを通った後にある中間ノード無線局に到達すると、宛先無線局方向へは漸次、より短いホップルートが選択されるようになる。よって、この適応的なルート計算機構は、提案したルーティングアルゴリズムの収束を保証する。本発明者らは、下記の関数を使用して、低い伝搬ホップ計数値に対してはより低い相関係数ηのパスの選択を、かつより高い伝搬ホップ計数値に対してはより少ないホップパスの選択を保証するリンクウェイトを計算している。例えば公知のディジクストラ（Dijkstra）の最短パスアルゴリズムに対しては、最小のリンクウェイトを有するパスを選択するように、すなわちその選択されたパス上の全リンクの合計リンクウェイトが最小となるように修正を加えた。リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対する通信ＩＤｃを有する現在の通信の間のリンクウェイトＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）は次式で表される。
【００４９】
［数３］
ＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）＝α＋ηｎｉｃ＋γＨ      （３）
【００５０】
ここで、αは初期リンクウェイトであり、本実施形態では、好ましくはα＝０．０１である。なお、α≪ηｃ及びα≪Ｈである。また、ηｎｉｃは指向性ゾーン（ｎｉ→ｎｊ）における予約された各指向性隣接ノード無線局によって処理される通信合計数の総和（現在処理対象の通信ＩＤｃを除く。）である。さらに、Ｈはルートを計算している現在処理対象のパケット信号の伝搬ホップ計数値であり、伝搬ホップ計数値は、任意の時点でパケット信号が既に通ったホップの数を示す。また、γはウェイト係数であり、ウェイト係数γの値を調節すれば、ゾーン非結合性とパスの短さとの間の優先性を調節することができる。ウェイト係数γがより小さい値であれば、パケット信号はより長くかつより小さい相関係数ηの迂回ルートをとる傾向があり、ウェイト係数γがより大きな値であれば、パケット信号はより短いルートをとる傾向がある。従って、γはウェイト係数と呼ばれる。異なる条件下で行った幾つかの実験を通して、高優先度フローにとって最適なウェイト係数γの値は０．５であることが分かった。なお、リンクウェイトの計算方法の詳細については詳細後述する。
【００５１】
次いで、「低優先度フローによるルート計算と適応的なコールブロッキング」について以下に説明する。コールブロッキングを使用しない場合、低優先度フローは最大ゾーン非結合性の概念を使用し、可能な限り高優先度ゾーンを避けてより長い種々のルートを選択しようとする。低優先度フローの宛先無線局によって送られたパケット信号が特定の宛先無線局を目指してあるノード無線局まで来る度に、そのノード無線局は単にその宛先無線局方向への最小コストパスを選択し、そのパケット信号を選択されたパス上のすぐ次のホップのノード無線局へと送信する。低優先度フローの最小のリンクウェイトを有するパスは、同じ式を使用してウェイト係数γ＝０．２で計算される。より小さいウェイト係数γは、選択されるルートがより大きなウェイト係数γによって選択されるルートより長くなることを含意する。これは、低優先度フローのトラフィックは可能な限り高優先度ゾーンを避けてより長く、しかも種々のルートを選択し、一方で高優先度フローのトラフィックは、他の高優先度ルートよりも短い種々のルートを選択して複数の高優先度フロー間の電波干渉を減らすという意味である。これは、低優先度フローが高優先度ゾーンを完全に回避できることを保証するものではない。無線ネットワーク内の高優先度通信の数が増加するにつれて、より多くのノード無線局が高優先度通信に関与し、高優先度の予約ゾーン内に存在することになる。従って、低優先度フローは、高優先度フローを妨害することなくそのトラフィックをルーティングするに足る予約されていないノード無線局を得ることができない可能性がある。ときどき、無線ネットワーク内に予約されていない十分なエリアがある場合でも、現在の無線ネットワークのトポロジー及び結合されるフローの通信パターンにより、低優先度フローは高優先度ゾーンを通るルート以外のノード代替ルートもとれない可能性がある（図２０参照。）。その結果、低優先度フローは予約されたノード無線局を避けるパスを発見することができなくなる。これらのケースでは、コールブロッキングを使用しない限り、低優先度フローは高優先度ゾーンを通って進むことを余儀なくされる。
【００５２】
さらに、「コールブロッキングを使用するルート計算」について以下に説明する。この場合、低優先度フローは、高優先度フローに対して完全にゾーン非結合なパス、同時にその合計ホップ計数値が予め定義された最大パス長さＬＰｍａｘｈｏｐより少ないパス、を発見しようとする。ここで、低優先度フローに属するパケット信号が、宛先無線局からＨ個のホップを通る伝搬の後に中間ノード無線局ｎｉに到着し、かつ宛先無線局Ｄへ向かわなければならないと仮定する。また、このパケット信号は、宛先無線局へ到達するまでに高優先度フローに対して完全にゾーン非結合なパスに沿ってさらにもうｈ回ホップして通る必要があると仮定する。宛先無線局における低優先度パケット配信の収束を保証するためには、（Ｈ＋ｈ）はＬＰｍａｘｈｏｐ未満でなければならない。
【００５３】
このようなパスを利用できない場合、低優先度フローは自らを一時的にブロックして高優先度の性能を保護する。低優先度のコールブロッキングは、下記のように実装される。
（１）低優先度フローの宛先無線局は、そのＲＮＬテーブルを調べて予約されたノード無線局を避けるゾーン非結合ルートを選択する。同時にこのようなルートの合計ホップ計数値は、予め定義された最大パス長さＬＰｍａｘｈｏｐ（本実施形態では、１８ホップ）を下回るものでなければならない。
（２）このようなルートを利用できない場合、低優先度フローの通信は一時的に停止される。
（３）次の高優先度フローのパケット信号が送信される場合、ノード無線局は前回と同様に宛先無線局までの適切なルートを再度発見しようとする。長時間に渡って高優先度の予約されたゾーン内に高優先度フローが存在しなければ、予約されたノード無線局の通信状態は自動的に予約されていないものとして設定され、各ノード無線局における予約ノード無線局リストであるＲＮＬテーブルが周期的に現在の通信状態情報によって更新される。よって、低優先度フローはこの時点で無線ネットワークの予約されていない部分を通る適切なルートを発見し、ブロックされた通信を再開することができるようになる。従って、提案する方法における低優先度フローは、状況の需要により通信を適応的にブロックしかつ再開して高優先度フローを保護する。
【００５４】
図９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。
【００５５】
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、ＲＮＬ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９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、ＲＮＬ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、ＲＮＬテーブル又はＧＬＳテーブルを含むＲＮＬ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。
【００５６】
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１０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ーパターンを使用し、当該セクター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。
【００５７】
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。
【００５８】
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４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４つのテーブルの詳細について説明する。
【００５９】
（１）ＡＳテーブル：ＡＳテーブルは、その一例を図５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１１のパケット送受信制御処理により作成更新される。
【００６０】
（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）のそれぞれについて、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６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。
【００６１】
（３）ＲＮＬテーブル（ノード無線局ｎにおけるＲＮＬテーブルを、ＲＮＬｎと記載する。）：ＲＮＬ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の予約状態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予約済みの通信ＩＤの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。ＲＮＬテーブルは、その一例を図７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）及び通信ＩＤを格納する。ＲＮＬテーブルについては、図７を参照して詳細後述する。
【００６２】
（４）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８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８を参照して詳細後述する。
【００６３】
本実施形態においては、各ノード無線局は、上述のＲＮＬ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ＲＮＬ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、ＲＮＬ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。
【００６４】
各ノード無線局ｎは、そのＲＮＬテーブルをある周期的間隔（ＲＮＬ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、ＲＮＬ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ＲＮＬ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、他の隣接ノード無線局についても同様に記録して、当該ノード無線局ｎ自身のＲＮＬテーブルを更新する。
【００６５】
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。
【００６６】
２つのパケット信号（ＲＮＬ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、ＲＮＬ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ＲＮＬ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、ＲＮＬ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、ＲＮＬ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、ＲＮＬパケット信号のより速い伝搬によって、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、正確な隣接ノード無線局の情報がより速く要求される。
【００６７】
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ＲＮＬパケット信号はその伝搬が速いのは、このためである。
【００６８】
次いで、ＮＬＳテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００６９】
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ＲＮＬ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方位角に設定してＲＮＬ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無線局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。
【００７０】
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（予約状態又はアクティビティ状態）を検出する。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「アクティブな予約済みのノード無線局」（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「非アクティブな又は予約済みでない（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又は予約済みでない状態にするとき（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ＲＮＬ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。
【００７１】
次いで、ＲＮＬテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００７２】
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の予約状態に関するその認知を含むそのアクティブノード無線局リストを含むＲＮＬテーブルを含むＲＮＬ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ＲＮＬ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ＲＮＬテーブルを形成し、周期的間隔を待って更新されたＲＮＬ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。
【００７３】
各ノード無線局では、ＲＮＬパケットはまず、そのノード無線局のＲＮＬ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予約状態又は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ＲＮＬテーブルを更新して、更新したＲＮＬ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（ＲＮＬ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予約状態の情報（ＲＮＬ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（ＲＮＬパケット信号）を基礎としてそれ自身のＲＮＬテーブルを更新することができる。
【００７４】
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、２つのＲＮＬ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、「ＲＮＬパケットＡ１であるか、もしくはＲＮＬ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。
【００７５】
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）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（ＲＮＬ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（ＲＮＬ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。
【００７６】
ノード無線局ｎにおけるＲＮＬテーブルの一例を示す図７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の最新性を示す更新回数であり、Ｓｉは各ノード無線局の対応する予約状態又は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（予約状態ではない非アクティブ：通信不可能）又は１（予約状態であるアクティブ：通信可能）のいずれかである。
【００７７】
次いで、ＧＬＳテーブルの形成方法について以下に説明する。
【００７８】
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。
【００７９】
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、ＲＮＬ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。
【００８０】
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無線局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無線局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。
【００８１】
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」に類似している。
【００８２】
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。
【００８３】
次いで、「位置の追跡とＭＡＣプロトコル」について以下に説明する。
【００８４】
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。従って、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。本実施形態においては、各ノード無線局はアイドルの間、無指向性検出モード（オムニパターンモード）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、回転セクターパターンの受信モードに入る。回転セクターパターンの受信モードでは、ノード無線局ｎはその指向性アンテナを全方向へ３０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最良の受信可能方向を決定する。次にこれはそのビームをその方向へ設定し、信号を受信する。
【００８５】
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、受信機の回転性受信ビームを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が送信される。
【００８６】
提案した本実施形態に係るフレームワークでは、媒体アクセス制御に次の４タイプのブロードキャスト（無指向性）制御パケット、すなわち予約済みノード無線局リスト（ＲＮＬテーブル）、グローバルリンク状態テーブル（ＧＬＳテーブル）、ＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号を使用している。この他、制御パケットのＡＣＫ（肯定応答）信号も、指向性の制御パケットである。ＲＮＬテーブル及びＧＬＳテーブルは周期的な信号であり、各ノード無線局から予め画定された間隔で送信される。各周期的間隔において、例えばｍである各ノード無線局は、ＲＮＬテーブルをその隣接ノード無線局へ、もしその無線媒体がフリーであればブロードキャストする。先に指摘した通り、ＲＮＬテーブルは、無線受信機がビーコン信号の最良の受信可能方向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、パケット信号を受信して復号する。
【００８７】
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毎に無線媒体をチェックし、媒体がフリーであれば無指向性のＲＴＳ信号を発行する。送信目標のノード無線局ｊは、ＲＴＳ信号を受信すると無指向性のＣＴＳ信号を発行する。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ノード無線局ｊがｎからデータ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無線局は、それらの指向性ネットワークアロケーションベクトル（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。
【００８８】
さらに、「ゾーン非連結性を最大化されるルーティング」について以下に説明する。
【００８９】
本実施形態においては、本発明者らは、ルート選択の規範として、相関係数及び伝搬ホップの計数という２つの基準の使用を提案する。上述のように、ルートの相関係数は、そのルートの他のアクティブルートに対するゾーン非連結性に逆比例する。同時に、当該ネットワークにおいては、選択される種々の多様なルートのホップの計数もまた別の関心事である。そうでなければ、通信方法によっては、ある特定の宛先無線局を求めて、各中間ノード無線局が既存の通信ゾーンを避けるルートの選択を試行し、最終的にゾーン非連結ルートを捜してネットワーク中を横断するという事態になることがある。従って、相関係数及び伝搬ホップ計数の双方を最小限に抑えれば、ゾーン非連結性を最大化された最短パスが発生する。ネットワーク内の各ノード無線局は、何らかの通信で既に使用中であるノード無線局との干渉を最小限に抑えるように、ネットワーク状態に関するそのカレント情報（近似トポロジー情報及び進行中の高優先度フローの通信情報）を使用して特定の宛先へ到達する適切な次のホップを計算する。
【００９０】
まず、発信元無線局からパケット信号を送信するときは、ゾーン非連結パス選択基準が優先される。ここで、パケット信号が複数のホップを経験した後に中間ノード無線局に到達する場合は、宛先無線局へ向けて段階的により短かいホップルートが選択される。従って、この適応型ルート計算メカニズムは、本実施形態において提案するルーティングアルゴリズムの収束を保証する。本発明者らは下記の関数を使用し、少ない伝搬ホップ計数にはより少ない相関係数ηを有するパスの選択を、かつより多い伝搬ホップ計数にはより少ないホップパスの選択を保証するリンクウェイトを計算した。公知のディジクストラ（Dijkstra）方法の最短パスアルゴリズムは、最小のリンクウェイトを有するパスを選択するように、すなわちその選択されたパス上の全リンクの合計リンクウェイトが最小になるように修正されている。すなわち、通信ＩＤｃを有する現在の通信フローに対する各リンク（ｎｉ，ｎｊ）のリンクウェイトＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）は次式で表される。また、全リンクウェイトＬＷＴは、発信元無線局Ｓから宛先無線局Ｄまでのすべてのリンクに対するリンクウェイトＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）の線形和であり次式で表される。なお、下記の式（４）は第１の実施形態において高優先度フローに対して適用され、低優先度フローに対し式（４）においてホップ計数値Ｈ＝０として式（６）を用いるが、第３の実施形態で低優先度フローに対しても適用してもよい。
【００９１】
［数４］
ＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）＝α＋ηｎｉｃ＋γＨ      （４）
［数５］
ＬＷＴ（Ｓ，Ｄ）＝ΣＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）      （５）
［数６］
ＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）＝α＋ηｎｉｃ      （６）
【００９２】
ここで、αは初期リンクウェイトであり、本実施形態において好ましくは０．０１である。なお、α≪ηｎｉｃかつα≪Ｈである。また、変形例では、αを考慮しなくてもよく、α＝０であってもよい。さらに、ηｎｉｃは現在の処理対象の通信フローの通信ＩＤｃを除き、指向性ゾーン（ｎｉ→ｎｊ）における指向性の各予約済みの隣接ノード無線局によって処理される全通信数の和、すなわち、次式で表される。
【００９３】
［数７］
ηｎｉｃ＝Σ∀ｎ∈ＡｃｔＧ−ｎｉ−α（ｎｉ→ｎｊ）（ｔ）（｜Ｃ∩ｃ｜）
（７）
【００９４】
また、Ｈは、ルートパスが計算されている現在処理対象のパケット信号の伝搬されたホップ計数値であり、γはウェイト係数であり、本実施形態では好ましくは０．５である。
【００９５】
ウェイト係数は、まず多様なパスが選択されるが、収束を保証するために、相関係数ηの駆動ルートよりも漸次最短ホップルートが優先されるような方法で調整される。ホップ計数値Ｈ及び相関係数ηがゼロのときは、αは、最短パスを求める際に各リンクに割り当てられる最初のリンクウェイトである。γは、低優先度フローが常に多様パスを選択するように調整する。ここでこれと同時に、より短い段階的ホップルートをη駆動ルートより優先させて収束を保証しなければならない。そうでなければ、低優先度のスループットは受容不可になる。高優先度フローの場合は、ηよりホップ計数の方が重要視される。この点については、詳細後述する。
【００９６】
まず、パケットが発信元無線局Ｓにより通信ＩＤｃに向けて送信される場合は、サブＩＤであるｃｓ１が割り当てられ、次に、発信元無線局ＳがそのＲＮＬテーブル及びＧＬＳテーブルを調べ、リンクウェイトを割当て、最小ウェイトのパス沿いにパケットを伝送すべく宛先無線局方向への適切な次のホップを選択する。通信サブＩＤであるｃｓ１及び現在の次のホップは、発信元無線局Ｓ内に後のルート計算のための履歴情報として保持される。よって、発信元無線局Ｓに次のパケットが同じ宛先無線局、すなわち通信ＩＤｃに向けて到来すると、パケット信号に例えばｃｓ２という新たなサブＩＤが割り当てられ、パケット信号は、発信元無線局Ｓが先に選択したパスとはゾーン非連結であるパスに沿ってルーティングされることが可能である。この第２のパケットに関しては、発信元無線局Ｓは先のゾーン（最初のパケットの次のホップを含むゾーン）を回避しようとし、同様にして第２のパケットの次のホップを計算する。次に、履歴はこの新たな次のホップ及び通信サブＩＤであるｃｓ２で上書きされる。次回、第３のパケット信号に割り当てられる通信サブＩＤは、ｃｓ１になる。よって、サブＩＤは、ｃｓ１とｃｓ２との間で切り替わり、発信元無線局Ｓによるゾーン非連結最短ルートの交互選択が保証される。従って基本的に、発信元無線局Ｓはデータパケットを２つのゾーン非連結パスに沿って交互に送信する。
【００９７】
各中間ノード無線局は、個々のＲＮＬテーブル及びＧＬＳテーブルによって宛先無線局に向かう適切な次のホップを適応的に選択し、適切なリンクウェイトを割り当てるが、発信元無線局Ｓのようには履歴情報を保持しない。本メカニズムは、各ノード無線局がネットワークの正確なステータスを認識することを保証しないため、パス内の各ノード無線局ｎは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。
【００９８】
次いで、「高優先度のゾーン予約による優先度ベースのサービスの差別化」について以下に説明する。
【００９９】
本発明者らが提案するプロトコルは、基本的には、高優先度フローに最短かつ他の高優先度フローの通信に対するゾーン非連結性を最大化されたパスを割り当てる。低優先度フローは、進行中の高優先度フローの通信によって予約されたすべての高優先度ゾーンを避けて適応的なゾーン非連結パスを辿る。低優先度フローの場合は、最短パス規範が主力の基準ではない。従って、本実施形態に係る提案するプロトコルは、ネットワーク内に低優先度の通信が幾つか存在するとしても、高優先度トラフィックが低優先度トラフィックによって少しでも妨害されることはないという事実を保証する。その結果、優先性が異なる複数のフローを有するネットワークにおいて高優先度のスループットは、ネットワークが高優先度フローしか扱っていないかのようにほぼ同一であり続ける。ネットワーク内に２つ以上の高優先度フローが存在すれば、そのそれぞれは他の高優先度フローに対してゾーン非連結を最大化されるパスを辿ろうとする。
【０１００】
ネットワーク内の各フローは、固有の通信ＩＤで識別され、高優先度又は低優先度のいずれかの範疇に帰属する。高優先度フローによって送られたパケットが特定の宛先に向かってあるノード無線局に着信すると、そのノード無線局は単純にその宛先に向かう最小コストのパスを選択し、当該パケットをその選択されたパス上の次の中間ホップへ送信する。
【０１０１】
各優先度フローの最小コストパスは、上記式（４）を用いて下記のように計算される。
【０１０２】
（１）ネットワーク内の各リンクウェイトＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）が定数値αで初期化される。
【０１０３】
（２）ノード無線局ｎｉ及びｎｊペアのいずれかが何らかの高優先度フローの通信に関わっていれば、送信局ｎｉから受信局ｎｊへ向かう指向性送信ゾーン内の全ノード無線局は、その活動状態を高に設定してそれらがアイドル状態のままでいて高優先度の送信をサポートすべきであることを示す。これらは予約済みノード無線局として扱われ、ＲＮＬテーブルにおいて更新される。ノード無線局のＲＮＬテーブルは他の全ノード無線局に周期的に送信され、他のノード無線局はそのＲＮＬテーブルを更新することができる。
【０１０４】
（３）予約済みのノード無線局（ＲＮＬテーブルに属するノード無線局）に接続される各リンクのリンクウェイトは、上記式（４）を基礎とする値に設定される。各高優先度フローは適宜、他の高優先度フローに対してゾーン非連結を最大化されるパスを辿ろうとする。低優先度フローのソースがそのルートを計算すると、本実施形態において提案するパス選択アルゴリズムは、パス選択プロセスの間に高値を有するリンクを自動的に回避する。従って、こうした方法により、高優先度フローが辿るパス周辺のゾーン全体が回避される。
【０１０５】
（４）高い活動状態を有する予約済みのノード無線局がかなりの時間にわたって高優先度のパケットを受信しなければ、必要に応じて他の通信が通過パスを選択できるように自らを非予約（予約済みではない）として設定する。これは、ルート選択の間に高優先度ノード無線局によって使用される、異なる優先度のフローが所望のスループットを達成できるようにする一種の適応的な送信ゾーンの予約及び解放プロセスである。第３の実施形態に係る提案するプロトコルの場合、ウェイト係数γは、好ましくは、次式のごとく、高優先度の場合はγ１＝０．５、低優先度の場合はγ２＝０．２を採用する。
【０１０６】
［数８］
ＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）＝α＋ηｎｉｃ＋γ１Ｈ（高優先度フローのとき）（８）
［数９］
ＬＷ（ｎｉ，ｎｊ）＝α＋ηｎｉｃ＋γ２Ｈ（低優先度フローのとき）（９）
ここで、
［数１０］
γ１＞γ２
【０１０７】
より低いウェイト係数γ２は、選択されるルートがより高いウェイト係数γ１で選択されるルートより長くなることを意味する。これは、低優先度フローのトラフィックは高優先度フローのゾーンを避けてより長くかつ多様なルートを選択するのに対して、高優先度のトラフィックは複数の高優先度フロー間の干渉を低減させるために他の高優先度ルートよりも短い多様ルートを選択することを意味する。
【０１０８】
適応化されたルーティングの処理の詳細を図１１乃至１４を参照して以下に説明する。なお、図１１のサブルーチンであるルーティング及び通信処理（Ｓ１２）については、以下の３つの実施形態に分けて実行することができる。
（Ａ）図１２の第１の実施形態：高優先度フローのパケット信号を最小の全リンクウェイトを有するパスで伝送する一方、低優先度フローのパケット信号を上記高優先度フローのパスを除いて最小の全リンクウェイト（ここで、ホップ数の計数値Ｈ＝０）を有するパスで伝送することを特徴とするルーティングに係るルーティング及び通信処理。
（Ｂ）図１３の第２の実施形態：高優先度フローのパケット信号を、例えばディジクストラ方法の最短アルゴリズムを用いて計算された最短パスで伝送する一方、低優先度フローのパケット信号を上記高優先度フローのパスを除いて最小の全リンクウェイト（ここで、Ｈ＝０）を有するパスで伝送することを特徴とするルーティングに係るルーティング及び通信処理。
（Ｃ）図１４の第３の実施形態：高優先度フローのパケット信号を、低優先度フローのパスよりも短いパスであって、最小の全リンクウェイトを有するパスで伝送する一方、低優先度フローのパケット信号を上記高優先度フローのパスを除いて最小の全リンクウェイトを有するパスで伝送することを特徴とするルーティングに係るルーティング及び通信処理。
【０１０９】
図１１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。
【０１１０】
図１１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ＲＮＬ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ＲＮＬ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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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＝ＲＮＬパケット信号であるときは、ステップＳ７に進み、ＲＮＬ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ＲＮＬ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ＲＮＬテーブルと、受信信号に含まれるＲＮＬ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ＲＮＬ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て更新する。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。
【０１１３】
図１１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。
【０１１４】
図１２は図１１のサブルーチンである、第１の実施形態に係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。
【０１１５】
図１２において、まず、ステップＳ２１においてＧＬＳテーブルを参照して、発信元無線局と宛先無線局との間において、すべてのパスを検索し、ステップＳ２２において現在の処理対象のパケット信号は高優先度の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Ｓ２３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２４に進む。ステップＳ２３において、ＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスに対して以下の通り全リンクウェイトを計算する。すなわち、各リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対して式（４）を用いてリンクコストを計算した後、式（５）を用いて全リンクウェイトを計算し、ステップＳ２５に進む。一方、ステップＳ２４において、低優先度のパケット信号のときは、ＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスに対して以下の通り全リンクウェイトを計算する。すなわち、各リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対して式（６）を用いてリンクコストを計算した後、式（５）を用いて全リンクウェイトを計算し、ステップＳ２５に進む。
【０１１６】
次いで、ステップＳ２５では、計算されたすべてのパスの全リンクウェイトに基づいて最小の全リンクウェイトを有するパスを選択し、ステップＳ２６において、現在の処理対象のパケット信号は高優先度の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Ｓ２７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３２に進む。ステップＳ２７において、上記選択されたパスに属するノード無線局に対するＲＮＬテーブルの通信状態フラグ値を１にセットし、ステップＳ２８において上記選択されたパスに属するノード無線局に対する予約済みノードリスト情報を含むＲＮＬテーブルを、それを含むＲＮＬ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ＲＮＬテーブルを更新させ、ステップＳ２９に進む。そして、ステップＳ２９において、発信元無線局はＧＬＳテーブル内のルーチィング情報に基づいて上記選択されたパスを介して宛先無線局と通信し、ステップＳ３０において、現在の処理対象のパケット信号は高優先度の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Ｓ３１に進む一方、ＮＯのときは元のメインルーチンに戻る。ステップＳ３１では、上記パケット信号の送信終了後、ＧＬＳテーブル内の上記選択されたパスに含まれるノード無線局に対するＲＮＬテーブルの通信状態フラグ値を０にリセットし、上記選択されたパスに含まれるノード無線局に対する予約済みノードリスト情報を含むＲＮＬテーブルを、それを含むＲＮＬ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ＲＮＬテーブルを更新させ、元のメインルーチンに戻る。
【０１１７】
ステップＳ３２では、選択されたパスの全リンクウェイトが所定の最大パス長ＬＰｍａｘｈｏｐ以下であるときは処理対象のパケット信号を廃棄せず、ステップＳ２９に進む。一方、ステップＳ３２でＮＯであるときは、コールブロッキングするために、ステップＳ３３において当該パケット信号を破棄した後、ステップＳ３０に進む。
【０１１８】
図１３は、図１１のサブルーチンである、第２の実施形態に係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１３のフローチャートは、図１２のフローチャートに比較して、ステップＳ２２と、ステップＳ２６との間の処理が以下のように異なる。
【０１１９】
図１３において、ステップＳ２２でＹＥＳのときは、ステップＳ２３ＡにおいてＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスのうちで公知のディジクストラ（Dijkstra）方法を用いて最短のパスを選択し、ステップＳ２６に進む。ここで、ディジクストラ方法では、以下の手順によって最短パスを求める。
＜ステップＳＳ１＞発信元無線局のラベルを０、それ以外のノード無線局のラベルを無限大とする。
＜ステップＳＳ２＞最短パスの長さが確定したノード無線局のラベルを確定ラベルとし、それ以外のノード無線局を一時ラベルと置き、次に、一時ラベルの中で最小の長さのノード無線局ｘを見つける。
＜ステップＳＳ３＞ステップＳＳ２で見つけた点を確定ラベルに変更し、隣接する点の一時ラベルを、「一時ラベルの値と、ノード無線局ｘのラベルの値とその間のリンクの重みを足したものの小さい方」の値に変更し、確定ラベルにする。
＜ステップＳＳ４＞上記ステップＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３の処理を繰り返し、すべてのノード無線局が確定ラベルになったら当該最短パスの検索処理を終了する。その結果、各ノード無線局の確定ラベルが発信元無線局からの最短パスの長さになっている。
【０１２０】
また、ステップＳ２２でＮＯであれば、ステップＳ２４Ａに進み、ＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスに対して以下の通り全リンクウェイトを計算する。すなわち、各リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対して式（６）を用いてリンクコストを計算した後、式（５）を用いて全リンクウェイトを計算する。次いで、ステップＳ２５において、計算されたすべてのパスの全リンクウェイトに基づいて最小の全リンクウェイトを有するパスを選択した後、ステップＳ２６に進む。
【０１２１】
図１４は、図１１のサブルーチンである、第３の実施形態に係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１３のフローチャートは、図１２のフローチャートに比較して、以下のように異なることを特徴としている。
（１）ステップＳ２３の処理に代えて、ステップＳ２３Ｂの処理を実行することを特徴としている。ステップＳ２３Ｂでは、ＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスに対して以下の通り全リンクウェイトを計算する。各リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対して式（８）を用いてリンクコストを計算した後、式（５）を用いて全リンクウェイトを計算する。
（２）ステップＳ２４の処理に代えて、ステップＳ２４Ｂの処理を実行することを特徴としている。ステップＳ２４Ｂでは、ＲＮＬテーブルを参照して各検索されたすべてのパスに対して以下の通り全リンクウェイトを計算する。各リンク（ｎｉ，ｎｊ）に対して式（９）を用いてリンクコストを計算した後、式（５）を用いて全リンクウェイトを計算する。
【実施例１】
【０１２２】
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１４及び１５参照。）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）シミュレータ上で実行する。シミュレーションに使用するシミュレーション環境の特定事項及びパラメータを、表１に示す。
【０１２３】
【表１】
2005328460.tif 000003
【０１２４】
まず、本発明者らは、ゾーン予約がアドホック無線ネットワークにおける優先度ベースのＱｏＳを提供する有効な手段であることを証明するために、上述の６つのランダムな発信元無線局−宛先無線局の対（フローＦ１乃至Ｆ６）を選択した。しかしながら、ゾーン予約プロトコルは単独では、低優先度フローがルーティングのための予約されていない適切なゾーンを全く取得せず、高優先度の予約されたゾーンを通るルートをとらざるを得ないような幾つかの状態では良く機能しない。この場合は、高優先度フローの性能に影響が出る。このような状況では、低優先度フローの適応的なコールブロッキングが不可欠である。この事実を証明するため、低優先度フローがルーティングのための予約されていない適切なゾーンを全く取得しないようなランダムな発信元無線局−宛先無線局の対を選定した。これについて詳細後述する。
【０１２５】
まず、「ゾーン予約プロトコルの効果」のシミュレーションについて以下に説明する。下記のケースについて考察し、まず、次のような場合のフローＦ１のスループットを観察した（図１８参照。）。
（ｉ）無線ネットワーク内にフローＦ１しか存在せず、これが最短パスを選択する場合（図１８では「１つのフローＦ１」で示されている。）。
（ii）フローＦ１は無線ネットワーク内に他の５つのフロー（フローＦ２乃至Ｆ６）が存在する中で通信しているが、優先度方法は何も使用されていない。従って、それら全てが互いに干渉している可能性がある最短パスを選択する（図１８では「優先度なしのフローＦ１」として示されている。）。
（iii）優先度ベースのサービスの差別化が使用される場合。フローＦ１には高優先度が割り当てられ、よって最短パスをとる。さらに、フローＦ１はそのルート上の各ノード無線局の周辺の指向性ゾーンを予約し、よって他の５つの低優先度フローは最終的にフローＦ１が予約したゾーンを避ける適応的なパスを選択する。このケースにおけるフローＦ１のスループットは、図１８で「高優先度フローＦ１」として示されている。
【０１２６】
図１８から明らかなように、第１のケースでフローＦ１のスループットが最大であることが観察されるが、これはフローＦ１を妨害する原因となるフローが他にないという事実による当然の結果である。第２のケースでは、すべてのフローが最短パスを使用しているため、これらのルート間のルート結合の存在がフローＦ１のスループットを大幅に低減させている。しかしながら、第３のケースでは、フローＦ１に高優先度が割り当てられ、かつ提案プロトコルに従ってルートが選択されると、フローＦ１のスループットは即時、第１のケースのスループットにほぼ匹敵する著しい向上を示す。
【０１２７】
本発明者らはまた、上述の状況下での５つの低優先度フロー（すなわち、フローＦ２乃至Ｆ６）の平均スループットも観察した（図１９参照。）。図１９は、フローＦ１に高優先度が割り当てられると、５つの低優先度通信の平均スループットは、フローＦ１に優先性が割り当てられない場合の対応する平均スループットより僅かに低減することを示している。低優先度フローは高優先度ゾーンを回避し、このゾーンから離れたルートを選択する。従って、低優先度フローは宛先無線局へ到達するまでにより長いホップを進まなければならない可能性があるが、経験する電波干渉は少なくなる。このことは、図１９における低優先度フローの平均スループットのわずかな低下を説明している。
【０１２８】
次いで、「コールブロッキング方法の効果」のシミュレーションについて以下に説明する。図２０は、コールブロッキングが高優先度フローを低優先度の干渉から保護する唯一の方法であるという典型的なケースを図示したものである。図２０における高優先度ゾーンＨＰＺ１乃至ＨＰＺ５は、低優先度フローのパスＬＰがそのゾーンを回避するどんなパスも発見することができないように予約されている。従って、低優先度フローには、高優先度ゾーンＨＰＺ１乃至ＨＰＺ５を通るパスＨＰをとる以外に代替方法がない。その結果、高優先度フローのスループットは、低優先度フローに起因して発生する電波干渉によって損なわれる。従って、低優先度フローをブロックすることは、このような状況に対処する有効な手段である可能性のあることが直観される。続いて、結合された幾つかの高優先度のフロー及び低優先度フローよりなる無線ネットワークにおけるこの種のケースを想定した図面において、コールブロッキング方法の効果を示している。
【０１２９】
図２１は、シミュレーション期間を通じた、結合される２つのフロー（一方は高優先度フローで、もう一方は低優先度フロー）のケースにおける各フローの連続する２個のパケット信号間のパケット受信間隔を示したものである。このケースでは、低優先度フローは９０秒で始まって１８０秒で終わり、高優先度フローは１２０秒で始まって１５０秒まで続いている。
【０１３０】
図２１では、低優先度フローがそのパケット信号をルーティングする際に発信元無線局スから宛先無線局まで予約されていないゾーンを全く発見することができない場合の、低優先度フローの適応的なコールブロッキングの効果を示そうとしている。無線ネットワーク内の全ノードにはＲＮＬテーブルが伝搬されるため、ノード無線局は進行中の高優先度フローに気づき、低優先度フローは、予約されたゾーンを避ける適切なパスを利用できないことを検出すると自らをブロックし始める。高優先度フローの発信元無線局が１５０秒後にパケット信号の注入を停止すると、低優先度フローの発信元無線局は再びその通信を開始する。このグラフから、１２０秒から１５０秒までの間は高優先度フローしか動作していないことが明らかである。
【０１３１】
次いで、「単一の低優先度フローと互いに結合する単一の高優先度のフロー」のシミュレーションについて以下に説明する。
【０１３２】
まず、結合された２つのフローを選定し、その一方に高優先度を割り当てた。ルートは、低優先度フローが予約された高優先度フローゾーンの何らかの部分を通過する以外に選択肢を持たないように選定した。図２２は、高優先度のフロー及び低優先度フローの性能を示している。高優先度フロー及び低優先度フローの性能は、コールブロッキング機構を実装した前後で比較している。高優先度フローに対してコンテンションを生成しつつあった低優先度フローをブロックすることにより、高優先度のスループットは実質的に向上していることが観察される。低優先度フローのブロッキングは、高優先度フローが無線媒体への完全アクセスを得ることができるように無線媒体内のコンテンションを低減させ、これが結果的に高優先度フローのスループットを向上させる。低優先度スループットの大幅な劣化は、コールブロッキングによるものである。本発明者らは静的シナリオのスナップショットをとったことから、低優先度フローは高優先度の予約されたゾーンを避ける代替パスを全く得ることがなく、低優先度フローは自らをブロックせざるを得ない。このブロッキングの決定を下すためには、発信元無線局へのＲＮＬテーブルの伝搬時間に依存して幾分かの時間を要するため、コールブロッキング下の低優先度フローのスループットはゼロではないが、ゼロに近い。ここで、ノードの移動度はこのスナップショットを変え、低優先度フローは、予約されていないゾーンを通る代替パスを得て自らのブロッキングを適応的にブロックしないものと考えられる。
【０１３３】
次いで、「複数の高優先度のフローと複数の低優先度フロー」であって「静的ケース」についてのシミュレーションについて以下に説明する。図２３は、単純なゾーン予約プロトコル（コールブロッキングを全く使用しない場合）に比べたコールブロッキングを使用する場合のゾーン予約プロトコルの優位点を示している。選定したケースは、すべてが結合されたフローである２つの高優先度フロー及び３つの低優先度フローによる静的設定集合の平均値である。上記と同様に、低優先度スループットの劣化はコールブロッキングによるものである。低優先度フローは、高優先度の予約されたゾーンを避ける代替パスを全くとらないことから、自らをブロックせざるを得ない。このブロッキングの決定を下すためには幾分かの時間を要するため、コールブロッキング下の低優先度フローの平均スループットはゼロではないが、ゼロに近い。
【０１３４】
さらに、「移動度変化」に関わるシミュレーションについて以下に説明する。また本発明者らは、適度の移動度の下（毎秒０−１０ｍ）での上述の低優先度のコールブロッキング方法及びゾーン予約プロトコルを評価した。図２４は、高優先度のフロー及び低優先度フロー双方のスループット性能を示す。高優先度フローの平均スループットは、低優先度のコールブロッキング技術を使用すると、コールブロッキング技術を使用しない単純なゾーン予約の場合の対応するスループットに比べて驚異的な向上を示している。さらに、上述したように、移動度変化の場合における低優先度スループットの劣化は静的ケースに比べて格段に少ないが、これは、高優先度の予約されたゾーンを避けるパスを全く得ることなく自らをブロックする低優先度フローは、ノードの移動度が高優先度フローによって選択されるパスを適応的に変え、かつ対応する高優先度の予約されたゾーンもまた代わることから、直ぐにネットワーク内の予約されていないエリアを通る代替パスを選択し、かつブロックされたコールを解除することができるためである。よって移動下では、無線ネットワークの通信状態によって低優先度フローを適応的にブロックし又はブロックしないことが可能である。従って、低優先度フローの動作は改善される。
【０１３５】
本実施形態では、高優先度トラフィックに干渉のない通信を供給することを目的として、優先度を付けたルーティングのためのゾーン予約を基礎とするメカニズムを提案し、高優先度のスループットをさらに向上させるために、低優先度フローの適応的なコールブロッキングを提案した。狭ビームの指向性アンテナを使用しなければ、複数の非重複性の高優先度ゾーンに対応することは不可能である。しかしながらノード無線局が移動度で移動する場合においては、狭ビームの指向性アンテナではパスの安定性が下がる。従って、重度のトラフィックシナリオの下で高優先度フローの優れた性能を保証するためには、適応的なコールブロッキングメカニズムを有することが必要である。
【０１３６】
以上説明したように、本実施形態に係る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よれば、低優先度フローをコールブロッキングすることにより、従来技術に比較して、より高い優先度フローを優先させてそのトラフィック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をより優先させてそのスループットを大幅に向上できる。
【０１３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【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パケットデータのフォーマットを示す図である。
【図５】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６】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７】図２のデータベースメモリ１５４に格納される予約済みノード無線局テーブル（ＲＮＬ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９】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】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１２】図１１のサブルーチンである、第１の実施形態に係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１３】図１１のサブルーチンである、第２の実施形態に係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１４】図１１のサブルーチンである、第３の実施形態に係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】従来技術に係るアドホック無線ネットワークにおける発信元無線局Ｓと宛先無線局Ｄと間でのマルチパスルーティングを示す平面図である。
【図１６】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）を示す平面図である。
【図１７】アドホック無線ネットワークにおいて発生する無線媒体におけるルート結合によるコンテンションを示す平面図である。
【図１８】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、６個の無線通信が存在するときに、異なった優先度が割り当てられたときに特定の１つのフローＦ１についての平均スループットを示すグラフである。
【図１９】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、６個の通信が存在するときに、１つのフローＦ１に対して優先度を割り当てたときと、割り当てないときの平均スループットを示すグラフである。
【図２０】本発明に係る実施形態のシミュレーションにおいてコールブロッキングが必要である、１つの高優先度のフローと１つの低優先度フローが存在する典型的なトポロジーを示す平面図である。
【図２１】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、高優先度のフローが存在するときに、低優先度フローに対する適応的なコールブロッキングを示す、データパケット信号の受信時刻に対する連続した２つのパケット信号の間隔のグラフである。
【図２２】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、本実施形態に係るゾーン予約プロトコルを用いたときの互いに結合する１つの高優先度のフローと１つの低優先度フローのスループットにおけるコールブロッキング機構の効果を示すグラフである。
【図２３】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、本実施形態に係るゾーン予約プロトコルを用いたときの互いに結合する２つの高優先度のフローと３つの低優先度フローの平均スループットにおけるコールブロッキング機構の効果を示すグラフである。
【図２４】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、本実施形態に係るゾーン予約プロトコルを用いかつ各ノード無線局が０−１０ｍｐｓの移動度で移動するときの互いに結合する２つの高優先度のフローと３つの低優先度フローの平均スループットにおけるコールブロッキング機構の効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３９】
１，１−１乃至１−９，Ｎ１乃至Ｎ４…ノード無線局、
１Ａ…高優先度ゾーン内のノード無線局、
Ｓ１，Ｓ２…発信元無線局、
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】
2005328460.tif 000004
【図２】
2005328460.tif 000005
【図３】
2005328460.tif 000006
【図４】
2005328460.tif 000007
【図５】
2005328460.tif 000008
【図６】
2005328460.tif 000009
【図７】
2005328460.tif 000010
【図８】
2005328460.tif 000011
【図９】
2005328460.tif 000012
【図１０】
2005328460.tif 000013
【図１１】
2005328460.tif 000014
【図１２】
2005328460.tif 000015
【図１３】
2005328460.tif 000016
【図１４】
2005328460.tif 000017
【図１５】
2005328460.tif 000018
【図１６】
2005328460.tif 000019
【図１７】
2005328460.tif 000020
【図１８】
2005328460.tif 000021
【図１９】
2005328460.tif 000022
【図２０】
2005328460.tif 000023
【図２１】
2005328460.tif 000024
【図２２】
2005328460.tif 000025
【図２３】
2005328460.tif 000026
【図２４】
2005328460.tif 000027