(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ノード装置を複数配置し且つ少なくとも一部の前記無線ノード装置が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造を有するマルチホップ型無線ＬＡＮを、前記無線ノード装置のうち任意の無線ノード装置である第１無線ノード装置と、前記ツリー構造において前記第１無線ノード装置よりも上位に位置し且つ前記第１無線ノード装置と接続可能である上位無線ノード装置が存在する場合にはその前記上位無線ノード装置と、前記ツリー構造において前記第１無線ノード装置よりも下位に位置し且つ前記第１無線ノード装置と接続可能である下位無線ノード装置が存在する場合にはその前記下位無線ノード装置と、により構成し、前記マルチホップ型無線ＬＡＮにおいて、自身を前記第１無線ノード装置とする前記無線ノード装置であって、
自身が前記ツリー構造の頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断する制御部と、
自身が前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合に、前記上位無線ノード装置に対して前記上位無線ノード装置の状態情報の取得要求を行なって前記上位無線ノード装置の状態情報を取得し、前記上位無線ノード装置のうちから自身が接続する第２無線ノード装置を選択して接続する状態情報取得部と、
自身に接続しようとする前記下位無線ノード装置に対して、自身の記憶領域に格納された接続状況を含む自身の状態情報を、自身が前記ルートノード装置であると判断した場合には判断後に通知し、自身が前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合には自身が前記第２無線ノード装置と接続し、自身の状態情報の取得要求がされた後に通知する状態情報通知部と、
前記下位無線ノード装置のうち自身と接続した第３無線ノード装置からのパケットを、前記第３無線ノード装置からのパケットのあて先である第１あて先アドレスに応じて、前記状態情報取得部を介して前記第２無線ノード装置へ転送する、又は、前記下位無線ノード装置のうち自身と直接若しくは自身からホップした先に接続されている第４無線ノード装置へ前記状態情報通知部を介して転送するとともに、前記第２無線ノード装置からのパケットを、前記第２無線ノード装置からのパケットのあて先である第２あて先アドレスに応じて、前記下位無線ノード装置のうち自身と直接若しくは自身からホップした先に接続されている第５無線ノード装置へ前記状態情報通知部を介して転送するブリッジ転送部と、
を備える無線ノード装置。
【請求項２】
前記第２無線ノード装置を選択する場合であって、前記上位無線ノード装置の状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、前記上位無線ノード装置に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び前記上位無線ノード装置に接続されている無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択する請求項１に記載の無線ノード装置。
【請求項３】
前記第２無線ノード装置を選択する場合、さらに現在接続数が最小の無線ノード装置を選択する請求項２に記載の無線ノード装置。
【請求項４】
前記ブリッジ転送部は、前記第３無線ノード装置からのパケット又は前記第２無線ノード装置からのパケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第１のＭＡＣヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第１の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第２の所定の領域に持つ第２のＭＡＣヘッダでカプセル化する請求項１に記載の無線ノード装置。
【請求項５】
前記ブリッジ転送部は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第１の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第２の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換える請求項４に記載の無線ノード装置。
【請求項６】
前記ブリッジ転送部は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第１のＭＡＣヘッダの送信元アドレスと、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第２の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶する請求項４に記載の無線ノード装置。
【請求項７】
複数の無線ノード装置から構成され、少なくとも一部の前記無線ノード装置が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造を有し、
前記無線ノード装置のうち任意の無線ノード装置である第１無線ノード装置と、前記ツリー構造において前記第１無線ノード装置よりも上位に位置し且つ前記第１無線ノード装置と接続可能である上位無線ノード装置が存在する場合にはその前記上位無線ノード装置と、前記ツリー構造において前記第１無線ノード装置よりも下位に位置し且つ前記第１無線ノード装置と接続可能である下位無線ノード装置が存在する場合にはその前記下位無線ノード装置と、により構成されるマルチホップ型無線ＬＡＮシステムであって、
前記第１無線ノード装置が、
自身が前記ツリー構造の頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断する制御部と、
自身が前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合に、前記上位無線ノード装置に対して前記上位無線ノード装置の状態情報の取得要求を行なって前記上位無線ノード装置の状態情報を取得し、前記上位無線ノード装置のうちから自身が接続する第２無線ノード装置を選択して接続する状態情報取得部と、
自身に接続しようとする前記下位無線ノード装置に対して、自身の記憶領域に格納された接続状況を含む自身の状態情報を、自身が前記ルートノード装置であると判断した場合には判断後に通知し、自身が前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合には自身が前記第２無線ノード装置と接続し、自身の状態情報の取得要求がされた後に通知する状態情報通知部と、
前記下位無線ノード装置のうち自身と接続した第３無線ノード装置からのパケットを、前記第３無線ノード装置からのパケットのあて先である第１あて先アドレスに応じて、前記状態情報取得部を介して前記第２無線ノード装置へ転送する、又は、前記下位無線ノード装置のうち自身と直接若しくは自身からホップした先に接続されている第４無線ノード装置へ前記状態情報通知部を介して転送するとともに、前記第２無線ノード装置からのパケットを、前記第２無線ノード装置からのパケットのあて先である第２あて先アドレスに応じて、前記下位無線ノード装置のうち自身と直接若しくは自身からホップした先に接続されている第５無線ノード装置へ前記状態情報通知部を介して転送するブリッジ転送部と、
を備えたマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【請求項８】
前記第２無線ノード装置を選択する場合であって、前記上位無線ノード装置の状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、前記上位無線ノード装置に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び前記上位無線ノード装置に接続されている無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択する請求項７に記載のマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【請求項９】
前記第２無線ノード装置を選択する場合、さらに現在接続数が最小の無線ノード装置を選択する請求項８に記載のマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【請求項１０】
前記第１無線ノード装置は、前記第３無線ノード装置からのパケット又は前記第２無線ノード装置からのパケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第１のＭＡＣヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第１の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第２の所定の領域に持つ第２のＭＡＣヘッダでカプセル化する請求項７に記載のマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【請求項１１】
前記第１無線ノード装置は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第１の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第２の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換える請求項１０に記載のマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【請求項１２】
前記第１無線ノード装置は、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第１のＭＡＣヘッダの送信元アドレスと、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第２の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶する請求項１０に記載のマルチホップ型無線ＬＡＮシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮのようなアドホックに相互通信可能なネットワークにおける無線ノード装置間の通信を実現する無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在無線ＬＡＮの標準技術であるＩＥＥＥ８０２．１１では、無線ＬＡＮのモードとして２つのモードが規定されている。１つが特定の基地局（以下、ＡＰ（Access Point）とも言う）を介さず、直接電波の届く無線ノード（以下、無線ノード装置とも言う）でグループを形成し直接通信を行うアドホックモードと、もう１つが、ＡＰを使用しＡＰの電波の届く範囲の無線ノード（以下、ＳＴＡ（Station）とも言う）がＡＰにスター状に接続し、ＡＰを介して相互に通信可能とするインフラモードである。このような無線ＬＡＮ技術を用いることで、無線ノードはアドホックに通信に参加、離脱が可能であり、移動を伴う通信を行うことが可能となっている。しかし、これらの通信はアドホックモードにおいては通信相手に直接電波が届いていることが必要であり、またインフラモードにおいてはＡＰに直接電波が届いていることが必要であり、電波の直接届かない相手とは無線リンクのみで通信を行うことができない。
【０００３】
また、移動体通信の高速化の１つとして無線ＬＡＮの可能性が下記の特許文献１に開示されている。ＰＤＣ（Personal Digital Cellular）などの移動体通信と比較して基地局（ＡＰ）の通信エリアが小さなシステムにおいてサービス提供エリアを広げる１つの手段として、無線ノード間でマルチホップ無線ネットワークを構成する方法が示されている。下記の特許文献１に開示されている発明では、スター型のネットワーク上で各無線ノードが基地局と通信することのみを目的とすることで、各無線ノードが基地局までの中継路を確立するのみでよいと考え、基地局と無線ノードとの間で基地局を最上位局とし、かつ各無線ノードが上位接続先無線ノードを一意に定めるような構造を構築している。さらに、スター型マルチホップ無線ネットワークの構築を最上位局（基地局）がすべて制御するのではなく、各無線ノードが最適な接続先の無線ノードとして基地局からのホップ数を基に、基地局までのホップ数が最小となる上位無線ノードを選択することで自律的にマルチホップ無線ネットワークを実現する方式が示されている。
【特許文献１】特開２００１−２３７７６４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された発明のように、基地局を最上位としてツリーを構成し、各無線ノードは下位の無線ノードから受信したパケットを上位に中継するだけのマルチホップ無線ネットワークでは、各無線ノードから送信されたパケットは必ず基地局まで転送されることになり、無線ノード同士の直接通信を行うことができない。例えば、図１０に示すように、同じリーフに属する無線ノード同士（無線ノード１００１と無線ノード１００２）がマルチホップ無線ネットワーク上で通信を行おうとすると、一度基地局１０００が受信して、再度折り返してマルチホップ無線ネットワーク内にパケットを戻す必要が生じる。これは遅延時間を増大させるのみならず、無駄に帯域を消費し無線資源を浪費するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなく、ツリー型のＬＡＮと同様に各無線ノードでパケットの転送を行い、無線ノード同士の効率的な通信をすることができる無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線ＬＡＮ内の任意の無線ノード装置が、それ自身が前記マルチホップ型無線ＬＡＮの頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断し、前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しようとする無線ノード装置に通知することによって前記マルチホップ型無線ＬＡＮを構築し、前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づいて、接続の候補となった前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線ＬＡＮを構築する前記任意の無線ノード装置であって、前記マルチホップ型無線ＬＡＮが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置からのパケットを、上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送するブリッジ転送手段を備える無線ノード装置が提供される。この構成により、接続されたマルチホップ無線ネットワークでレイヤ２のＬＡＮを構成し、相互に通信が可能となる。
【０００７】
また、本発明の無線ノード装置において、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されている無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置に近い無線ノードに接続が集中することを避けつつ、ルート無線ノード装置を中心としてツリー型のネットワークを構成することができる。
【０００８】
また、本発明の無線ノード装置において、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置からのホップ数が同じ無線ノード間で接続数が偏らないようにすることができる。
【０００９】
また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第１のＭＡＣヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第１の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第２の所定の領域に持つ第２のＭＡＣヘッダでカプセル化することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。
【００１０】
また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第１の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第２の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。
【００１１】
また、本発明の無線ノード装置における前記ブリッジ転送手段が、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第１のＭＡＣヘッダの送信元アドレスと、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第２の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よくマルチホップ転送を行うことができる。
【００１２】
また、本発明によれば、複数の無線ノード装置から構成され、前記複数の無線ノード装置の少なくとも一部が中継装置となってマルチホップ通信を可能とするツリー構造のマルチホップ型無線ＬＡＮ内の任意の無線ノード装置が、それ自身が前記マルチホップ型無線ＬＡＮの頂点に位置するルート無線ノード装置であるか否かを起動時に判断し、前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置であると判断した場合に、自身の記憶手段に格納された接続状況を含む状態情報を、接続しようとする無線ノード装置に通知することによって前記マルチホップ型無線ＬＡＮを構築し、前記任意の無線ノード装置が、前記ルート無線ノード装置でないと判断した場合に、上位基地局として接続の候補となる他の無線ノード装置に対して状態情報の取得要求を行い、取得要求によって得られた前記状態情報に基づいて、接続の候補となった前記他の無線ノード装置のうちから上位基地局として接続する上位基地局無線ノード装置を選択して接続し、その後自身が上位基地局として接続の候補とされた場合には、前記状態情報の取得要求を行う、更に他の無線ノード装置に自身の状態情報を通知することによって前記マルチホップ型無線ＬＡＮを構築するマルチホップ型無線ＬＡＮシステムであって、前記任意の無線ノード装置が、前記マルチホップ型無線ＬＡＮが構築された上で、上位基地局として接続された前記更に他の無線ノード装置からのパケットを、前記上位基地局無線ノード装置又は上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送し、また前記上位基地局無線ノード装置からのパケットを、上位基地局として接続されている前記更に他の無線ノード装置へ転送するマルチホップ型無線ＬＡＮシステムが提供される。この構成により、接続されたマルチホップ無線ネットワークでレイヤ２のＬＡＮを構成し、相互に通信が可能となる。
【００１３】
また、本発明のマルチホップ型無線ＬＡＮシステムにおいて、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合であって、前記状態情報が、前記ルート無線ノード装置からのホップ数、候補の前記上位基地局に接続可能な無線ノード装置の最大数である最大接続数、及び候補の前記上位基地局に接続されている無線ノード装置の現在の数である現在接続数を含む場合、現在の接続数が前記最大接続数に達していない無線ノード装置のうち、前記ホップ数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置に近い無線ノードに接続が集中することを避けつつ、ルート無線ノード装置を中心としてツリー型のネットワークを構成することができる。
【００１４】
また、本発明のマルチホップ型無線ＬＡＮシステムにおいて、前記上位基地局として接続する無線ノード装置を選択する場合、さらに現在の接続数が最小の無線ノード装置を選択することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、ルート無線ノード装置からのホップ数が同じ無線ノード間で接続数が偏らないようにすることができる。
【００１５】
また、本発明のマルチホップ型無線ＬＡＮシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記パケットを自身以外の無線ノード装置に送信する場合、最終的なあて先アドレス及び最初の送信元アドレスを示す第１のＭＡＣヘッダを有するパケットを、次の中継先となる無線ノード装置のアドレスを第１の所定の領域に持ち、現在中継している自身のアドレスを第２の所定の領域に持つ第２のＭＡＣヘッダでカプセル化することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。
【００１６】
また、本発明のマルチホップ型無線ＬＡＮシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第１の所定の領域のアドレスを次の中継先となる無線ノード装置のアドレスに、前記第２の所定の領域のアドレスを自身のアドレスに書き換えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、どの無線ノードに対してもパケットを転送することができる。
【００１７】
また、本発明のマルチホップ型無線ＬＡＮシステムにおける前記任意の無線ノード装置が、前記カプセル化されたパケットを受信した際、前記第１のＭＡＣヘッダの送信元アドレスと、前記第２のＭＡＣヘッダの前記第２の所定の領域のアドレスとを関連付けて記憶することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よくマルチホップ転送を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムは、上記構成を有し、ある１つの無線ノードを中心としてツリー型のマルチホップ無線ネットワークを構築した上で、このツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなく、ツリー型のＬＡＮと同様に各無線ノードでパケットの転送を行い、無線ノード同士の効率的な通信をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムについて図１から図９を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の構成を示す構成図である。図２は本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線ＬＡＮシステムを示す図である。図３は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について説明するためのフローチャートである。図４は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて説明するためのシーケンスチャートである。図５は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置においてＳＣＡＮ応答として受信するフォーマットについて説明するための図である。
【００２０】
図６は、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるＡＰ選択処理について説明するためのフローチャートである。図７は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるデータフレームのフォーマットについて説明するための図である。図８Ａは本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における送受信するパケットのヘッダの詳細を説明するための図である。図８Ｂは本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるＩＥＥＥ８０２．１１において規定される各Addressフィールドの値を示す図である。図９は本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における送受信するパケットのヘッダを付け替えるために使用するテーブルの構成について説明するための図である。
【００２１】
まず、本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線ＬＡＮシステム上で無線ノード同士が行う通信について図２を用いて説明する。各無線ノードは同じ機能を有し、基地局として動作するための特別な装置は必要ない。マルチホップ型無線ＬＡＮシステム（以下、単にネットワークとも言う）の中で、ルートノードとして設定された無線ノードを中心にツリー構造のネットワークが構築される。ルートノードは単にツリーの頂点であるということ以外に、パケットの転送に関して特別な機能を有していない。ここで、図２に示すように、無線ノード（以下、単にノードとも言う）８からノード１１あてのパケットが経路２００に沿って出力された場合、ノード５は自身のリーフ（ツリーの下位層）から受信したパケットのあて先をチェックし、受信したパケットのあて先が自身の他のリーフであるノード９の先にあると判断した場合には、パケットを上位に渡すのではなく、ノード９あてに転送する。すなわち、各ノードはレイヤ２のスイッチと同様の動作を行う。なお、本発明の実施の形態においては、ルートノードの設定はあらかじめ手動で行われており、無線ＬＡＮシステム上で１台の無線ノードのみがルートノードとして設定されていることを想定している。
【００２２】
このように、各ノードがパケットのあて先をチェックし転送先を上位と下位の間のみではなく、自身の下位装置間でも転送が行われることで、ルートノードまで転送してから折り返して通信を行うものに対して遅延時間を短縮し、通信帯域を有効に使用することが可能となる。さらに、本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線ＬＡＮシステムでは、このようなツリー構造のネットワークをレイヤ２において実現する。このため、レイヤ３に依存することなくネットワークを構築することが可能となる。以下、無線ノードの構成とツリーの構成方法について説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る無線ノード装置について図１を用いて説明する。ここでは、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣとＰＨＹを用いた構成例を示す。無線ノード装置１００は、大きく２つのＭＡＣ部１０３、１０４とそれらを接続するブリッジ部１０１、さらにこれらの機能を設定、制御する制御部１０２、さらにブリッジ部１０１に接続され、アプリケーションなどを動作させるホスト部１０５、無線物理層となるＰＨＹ１０６ａ、１０６ｂから構成される。２つのＭＡＣ部は、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３とＭＡＣ−ＡＰ部１０４とから構成されている。ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３及びＭＡＣ−ＡＰ部１０４は、それぞれ異なる動作をする。ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３はＩＥＥＥ８０２．１１のインフラモードにおける端末（ＳＴＡ：ステーション）としての動作、ＭＡＣ−ＡＰ部１０４は基地局（ＡＰ：アクセスポイント）としての動作である。本発明の実施の形態では、２つのＭＡＣ部に対してそれぞれ異なるＰＨＹを接続しているが、２つのＰＨＹを用いることは必ずしも必要ではなく、１つのＰＨＹに対して２つのＭＡＣ部を接続する構成を用いてもよい。
【００２４】
ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３は、端末局としてＡＰへ接続しようとする場合に、ＡＰとしての無線ノード装置に対してＡＰとしての無線ノード装置が有する状態情報の取得要求を行う。そして、制御部１０２より指定された特定の１つのＡＰと接続関係を構築し、このＡＰとの間の無線リンクを通じてのみ通信を行う。ＭＡＣ−ＡＰ部１０４は、基地局として接続される場合に、自身の不図示の所定の記憶領域に格納された状態情報を接続しようとする無線ノード装置に通知する。そして、ＡＰとしての自身に接続してきた複数の無線ノード装置のＳＴＡと接続関係を構築し、自身を中心としたスター型の構成を形成する。このように、ＭＡＣ−ＡＰ部１０４で自身を中心としたスター型の構成をとり、このスター型のネットワークをＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３で上位の無線ノードに接続していくことで、最終的にルートノードを中心としたツリー型のネットワークを構築していく。
【００２５】
ブリッジ部１０１は、レイヤ２のブリッジとして動作する。ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３とＭＡＣ−ＡＰ部１０４とを接続し、上位層の無線ノードから受信したパケット、すなわちＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３が受信したパケットをＭＡＣ−ＡＰ部１０４側に転送し、また下位層の無線ノードから受信したパケット、すなわちＭＡＣ−ＡＰ部１０４が受信したパケットをパケットのあて先アドレスによりＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３側、若しくはもう一度ＭＡＣ−ＡＰ部１０４側に転送する。この転送のために、ブリッジ部１０１は受信したパケットのアドレスを学習し、後述する図９に示すようなテーブルを構成する。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について図３を用いて説明する。図３に示すように、無線ノード装置１００が起動時にルートノードとして設定されている場合（ステップＳ３０１でＹＥＳ）にはＡＰとして動作するため、複数の無線ノードを収容可能なＭＡＣ−ＡＰ部１０４が起動し、状態情報の１つである、状態ビット（Ｓ）にＳ＝１を設定する（ステップＳ３０３）。一方、無線ノード装置１００が起動時にルートノードとして設定されていない場合（ステップＳ３０１でＮＯ）には１つのＡＰへ接続が可能なＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３が起動する（ステップＳ３０２）。ここで、状態ビット（Ｓ）はルートノードからの階層を示しており、ルートノードをＳ＝１としたホップ数を示している。
【００２７】
以下では、図２におけるノード１及びノード２のみが起動している最中に、新たにノード３が起動し、上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて図４を用いて説明する。ノード３はルートノードとして動作する設定がされていないため、起動時はＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３が起動する。制御部１０２は接続可能な無線ノードの状態を取得するためにＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３にＳＣＡＮの要求を行わせる。これにより、ノード３のＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３はＳＣＡＮ要求のフレームをブロードキャストする。このフレームを受信した無線ノードのうちＭＡＣ−ＡＰ部１０４がすでに起動している無線ノードのみが図５に示すフレームで応答する。このフレームのフォーマットについては後述する。一定時間の経過後、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３は受信したすべての無線ノードの状態の情報をＳＣＡＮ応答として制御部１０２に渡す。
【００２８】
制御部１０２は、これらの状態の情報に基づいて後述する図６に示すＡＰ選択処理を行う。ＡＰ選択が成功すると、制御部１０２は選択されたＡＰに対して認証、接続の処理を行う。接続までの処理が完了すると、制御部１０２は状態ビット（Ｓ）の値に１をプラスした値を自身の状態ビット（Ｓ）として設定した上でＭＡＣ−ＡＰ部１０４の起動を行う。このように、上位に接続した無線ノードのみがＭＡＣ−ＡＰ部１０４を起動していくため、図３の起動処理で説明したように、最初はルートノードのみがＭＡＣ−ＡＰ部１０４を起動している。これにより、ルートノードを中心として順次リーフが構成されツリーが構成されていくことになる。
【００２９】
ここで、上述したＳＣＡＮ要求を受信した無線ノードのうちＭＡＣ−ＡＰ部１０４が起動済みの無線ノードが自身の状態の情報をＳＣＡＮ応答として通知するためのフォーマットについて図５を用いて説明する。本発明の実施の形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１でのビーコンフレームを拡張し、新たな情報の通知を行っている。この情報は状態ビット、最大接続数、現在の接続数の３つの情報である。最大接続数は１つの無線ノードのＭＡＣ−ＡＰ部１０４が接続可能な端末（ＳＴＡ）の最大値を示しており、個別に設定可能な値である。また現在の接続数は自身に接続されている端末（ＳＴＡ）の数を示している。
【００３０】
また、上述したＡＰ選択処理について図６を用いて説明する。図６は、ＳＣＡＮ応答受信時の状態の情報に基づいて接続する上位無線ノードを選択する制御部１０２での処理フローを示している。まず、ＳＣＡＮ応答によって得られたすべてのＡＰの状態情報のうち、状態ビット、最大接続数、及び現在の接続数を用いて接続可能なＡＰが存在するか否かをチェックする。制御部１０２は、すべてのＡＰにおいて接続数が最大であるか否かを判断し（ステップＳ６０１）、接続数が最大のＡＰのみであると判断された場合には接続可能なＡＰが存在しないとして再スキャン処理を行う（ステップＳ６０２）。このように、各無線ノードに接続可能な最大数を設定できることにより、無線リンクの帯域に応じた接続数の制限をかけることが可能となる。これにより、１つのＡＰに非常に多くの無線ノードが接続し、アクセス制御のオーバーヘッドが大きくなり通信の効率が低下することを防ぐことが可能である。
【００３１】
制御部１０２が接続数は最大ではないと判断した場合には、制御部１０２は接続可能なＡＰの中でルートノードからのホップ数を示す状態ビット（Ｓ）を比較し、最も小さい状態ビットのＡＰが１つのみ存在するか否かを判断する（ステップＳ６０３）。最も小さい状態ビットのＡＰが２つ以上存在する場合には、制御部１０２は上記条件に該当するＡＰの内、各ＡＰがすでに接続している無線ノードの数（現在の接続数）を比較し、接続数の最も少ないＡＰが１つのみ存在するか否かを判断する（ステップＳ６０４）。接続数の最も少ないＡＰが２つ以上存在する場合には、制御部１０２は上記条件に該当するＡＰの内、ＳＣＡＮ応答受信時の受信強度を比較し、最も受信強度の大きいものを選択する（ステップＳ６０５）。このように、ホップ数のみでなく接続数の少ないＡＰから順次リーフを構成していくことになるため、１つのＡＰに偏ることなくネットワーク全体で帯域を効率的に使用するようにツリーを構成していくことができる。
【００３２】
次に、ツリー構造のネットワーク上でパケットを転送する方法について説明する。本発明の実施の形態に係る無線ノード装置１００では、無線アクセス技術としてＩＥＥＥ８０２．１１を利用している。このためパケットはＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣヘッダを用いて送受信される。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１１ではマルチホップの概念が無いため、インフラストラクチャモードにおいては、通常ＭＡＣヘッダにはあて先ＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス、ＡＰを示すＢＳＳＩＤが用いられる。ここで、ＢＳＳＩＤは通常、ＡＰのＭＡＣアドレスである。ここで、図２においてノード８がノード１１へパケットを送信する場合を考える。
【００３３】
ノード８があて先ＭＡＣアドレス＝ノード１１のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス＝ノード８のＭＡＣアドレス、ＢＳＳＩＤ＝ノード５のＭＡＣアドレスのパケットを出力した場合、ノード５のＭＡＣ−ＡＰ部１０４では、自身に接続されているノードのＭＡＣアドレス以外は自身の無線リンク先に接続されたものでないとして、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＤＳ(Distribution System)側、本発明の実施の形態においてはブリッジ部１０１にパケットを転送することになる。ここで、ブリッジ部１０１がノード１１が上位無線ノード側ではなく、下位側であることを認識していてパケットを再びＭＡＣ−ＡＰ部１０４に転送したとしても、あて先ＭＡＣアドレス＝ノード１１のＭＡＣアドレスである場合、出力されたパケットを受信する無線ノードは無く、ノード１１にパケットを転送することはできない。
【００３４】
ノード９を経由してマルチホップさせる場合、ノード５のＭＡＣ−ＡＰ部１０４から出力されるパケットはあて先ＭＡＣアドレス＝ノード９のＭＡＣアドレスになっている必要がある。このため、本発明の実施の形態では、図７に示すようにＩＥＥＥ８０２．３のイーサネット（登録商標）フレームをＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣヘッダでカプセル化する。ＩＥＥＥ８０２．３のＭＡＣヘッダにはあて先ＭＡＣアドレスとして最終的な無線ノードのＭＡＣアドレスを、送信元ＭＡＣアドレスとして送信者自身のＭＡＣアドレスを使用する。そして、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣヘッダでは、各アドレスを直接通信する無線ノード間のアドレスに変換しながら転送を行っていく。ヘッダの詳細を図８Ａ及び図８Ｂに示す。
【００３５】
図８Ａに示すように、ＩＥＥＥ８０２．３のＭＡＣヘッダは、常にあて先ＭＡＣアドレス（Ｄｓｔ  ＭＡＣ）＝ノード１１のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス（Ｓｒｃ  ＭＡＣ）＝ノード８のＭＡＣアドレスとなる。ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１のあて先ＭＡＣアドレス（Address3）をノード１１とすることで、このパケットを受信したＭＡＣ−ＡＰ部１０４がブリッジ部１０１にパケットを転送してくれることになる。次に、ブリッジ部１０１はＩＥＥＥ８０２．３のヘッダ中のあて先ＭＡＣアドレスにより転送先を判断し、無線ノード９に転送するためのヘッダの付け替えを行って、再びＭＡＣ−ＡＰ部１０４へパケットを送信する。無線ノード５から無線ノード９へのパケットのＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダは、あて先ＭＡＣアドレス＝ＳＴＡ９のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス＝ノード８のＭＡＣアドレス、ＢＳＳＩＤ＝ＡＰ５のＭＡＣアドレスとなる。
【００３６】
このようにあて先ＭＡＣアドレスがＳＴＡ９となるため、この無線ノード９においてパケットが受信可能となり、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３が受信する。ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３が受信したパケットはデフォルトでブリッジ部１０１へ送信される。ブリッジ部１０１ではＩＥＥＥ８０２．３ヘッダ中のあて先ＭＡＣアドレスのノード１１のＭＡＣアドレスにより、ＩＥＥＥ８０２．１１のヘッダの付け替えを行ってＭＡＣ−ＡＰ部１０４へ送信する。これにより、最終的に無線ノード９より無線ノード１１に対してあて先ＭＡＣアドレス＝ＳＴＡ１１のＭＡＣアドレス、送信元ＭＡＣアドレス＝ノード８のＭＡＣアドレス、ＢＳＳＩＤ＝ＡＰ９のＭＡＣアドレスのヘッダを持つフレームが送信され、無線ノード１１に到達することになる。なお、図８Ｂは、ＩＥＥＥ８０２．１１において規定される各Addressフィールドの値を示すものであり、ＤＡはDestination Addressを示し、ＳＡはSource Addressを示している。
【００３７】
次に、ブリッジ部１０１で転送先を判断し、ヘッダを付け替えるために使用するテーブルの構成を図９に示し、ブリッジ部１０１における動作を説明する。図９は、無線ノード５におけるテーブル例である。ブリッジ部１０１は、パケットを受信時に通常のイーサネット（登録商標）ブリッジと同様に送信元ＭＡＣアドレス（ＩＥＥＥ８０２．３）を学習する。このとき、通常のイーサネット（登録商標）ブリッジが受信ポート及びＭＡＣアドレスのテーブルを構成するのに対して、本発明の実施の形態では、図９に示すように、どちらのＭＡＣ−Ｔｙｐｅからの受信か、すなわち、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３からの受信か又はＭＡＣ−ＡＰ部１０４からの受信の情報、及び受信したパケットのＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダのアドレスを使用してテーブルを構成する。
【００３８】
ＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダのアドレスに関しては、ブリッジ部１０１はＭＡＣ−ＡＰ部１０４側からの受信の場合はＳＡを、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３側からの受信の場合はＢＳＳＩＤを学習する。これはＩＥＥＥ８０２．１１のAddress２フィールドの値であり、学習したＩＥＥＥ８０２．３ヘッダの送信元ＭＡＣアドレスのノードに対して転送するときのＩＥＥＥ８０２．１１のAddress１フィールドに入る値となる。例えば、無線ノード５から見ると無線ノード１〜４、６、７はすべて上位側にあり、これらの無線ノードに対してパケットを転送する場合は、ＭＡＣ−ＳＴＡ部１０３側で自身が上位の無線ノードとして接続している無線ノード２に対してパケット転送することになる。
【００３９】
このため、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣアドレスはＡＰ２のＭＡＣアドレスを使用する。また、下位ノードに関しては、ブリッジ部１０１は、自身に接続する無線ノード８、９の先にそれぞれ接続される無線ノードを区別して保持する。パケット受信時に送信元ＭＡＣアドレスの学習を行うことで、図９に示すようなテーブルを構成し、このテーブルに基づいてあて先ＭＡＣアドレスの検索を行い、ＩＥＥＥ８０２．１１ヘッダのアドレスの変換と共にマルチホップ転送することが可能となる。
なお、本実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムは、ツリーの元となる無線ノードであるルートノードを介することなく、ツリー型のＬＡＮと同様に各無線ノードでパケットの転送を行い、無線ノード同士の効率的な通信をすることができるため、無線ＬＡＮのようなアドホックに相互通信可能なネットワークにおける無線ノード装置間の通信を実現する無線ノード装置及びマルチホップ型無線ＬＡＮシステムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の構成を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態に係るマルチホップ型無線ＬＡＮシステムを示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置の起動時の処理について説明するためのフローチャート
【図４】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における上位無線ノードへ接続するまでのシーケンスについて説明するためのシーケンスチャート
【図５】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置においてＳＣＡＮ応答として受信するフォーマットについて説明するための図
【図６】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるＡＰ選択処理について説明するためのフローチャート
【図７】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるデータフレームのフォーマットについて説明するための図
【図８Ａ】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における受送信するパケットのヘッダの詳細を説明するための図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置におけるＩＥＥＥ８０２．１１において規定される各Addressフィールドの値を示す図
【図９】本発明の実施の形態に係る無線ノード装置における受送信するパケットのヘッダを付け替えるために使用するテーブルの構成について説明するための図
【図１０】従来のマルチホップ無線ＬＡＮでの無線ノード同士の通信を示す図
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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