(57)【要約】【課題】無線アドホックネットワークによるマルチキャスト通信において、通常時および中継ノードの異常発生時に、伝送負荷の上昇を抑えると共に送達時間の遅延を低減する。【解決手段】ノード別にノードを特定する識別子Ａ１，Ｂ１，Ｒ１を割り当て、送信元ノードＡは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に、宛先ノードＢを特定する識別子Ｂ１を指定、および各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間Ｔを指定する。中継ノードＲは、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アドホックネットワークを利用し、送信元ノードから中継ノードへの送信、および中継ノードから他の中継ノードヘの送信にマルチキャスト通信を行い、宛先ノードへデータ送信を行うデータ通信方法であって、
ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、
送信元ノードは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に、宛先ノードを特定する識別子を指定、および各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを前記待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送する処理手順を有する、
ことを特徴とするデータ通信方法。
【請求項２】
ノード毎に固有のマルチキャストアドレスを割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信方法。
【請求項３】
マルチキャストアドレスは、アドホックネットワークを構成するノード間で共通としておき、ノード毎に固有のネットワークポート番号を割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信方法。
【請求項４】
前記待機時間は、中継ノード毎に指定し、かつ宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アドホックネットワークを利用したデータ通信方法に係り、特にマルチキャスト通信で中継ノードに異常が発生した時の通信経路確保とデータ転送に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線を用いたアドホックネットワークは、無線が直接届かない無線端末同士間で、他の無線端末を経由して通信を可能にする。このネットワークでは、無線端末が無線状況などに適応して自立的にルート構築、障害回避、アドレス解決を可能とし、その研究開発も行われている。
【０００３】
例えば、無線を用いたアドホックネットワークの研究においては、無線特有の問題であるノードの移動性からくる接続状態の変化や、無線帯域の効率的な利用などを考慮したさまざまな通信経路探索と維持のためのルーティングプロトコルが提案されている。
【０００４】
一方、パソコンとリモートＩ／Ｏユニットを組み合わせてデータ収集を行うＳＣＡＤＡシステムは、工場やプラントの運転で主要な役割を担っており、より高い信頼性が求められている。
【０００５】
無線を用いたアドホックネットワークの信頼性については、まださまざま検討が進められている段階であり、ＳＣＡＤＡシステムに適用できるほどの信頼性が確保されているとは言い難い。
【０００６】
無線を用いたアドホックネットワークのルーティングの例として、移動体を含む無線端末間でマルチキャスト通信を行い、この通信に宛先ノードとその隣接ノードを含んだ複数のノードを宛先とすることによって、宛先ノードが移動した場合にも途切れないデータ送信を可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
他のルーティングの例として、受信ノードが受信完了を送信ノードに返すことによって、限られたノードだけが転送を行うことを実現し、ネットワークの負荷を下げている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−２５８９８２号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
無線アドホックネットワークでは、ルーティングプロトコルの働きによって、送信元から中継ノードを介した宛先までルートが決定されるが、一旦、宛先ノードへのルートが確定すると、宛先が特定の１つのノードに対する要求であれば、送信元ノードから宛先ノードまでの間の中継ノードに対しては基本的にユニキャストを用いた送信が行われる。
【０００９】
図５はユニキャストで送信した場合のデータ中継の例を示し、該当の中継ノード以外のノードはそれを感知しないので、特定の中継ノード１つが異常を起こした場合、その送信データは送達失敗の扱いとなり、送信元から改めて再送を行うことになってしまい、送達時間の遅延と伝送負荷の上昇につながる。同図では中継ノード１０の異常により、２回の再送が発生した場合である。
【００１０】
一方、特許文献１の方法では、特定の１つのノードに対する要求にブロードキャスト（マルチキャストを含む）を用いた場合には、任意の中継ノードの異常に関わらず再送は不要になるが、要求を受信した全ての中継ノードが宛先ノードに対して転送処理を行うことになるため、本来、あるルートで既に正しく届けられたデータが、同時に別の複数のルートをたどって転送されることになり、不必要にネットワークの負荷を高めてしまう。図６はマルチキャストで送信した場合のデータ中継の例を示し、中継ノード６が異常になっても他の中継ノード５などを経由してデータ転送がされる。
【００１１】
また、特許文献２にあるように、受信ノードの受信完了を送信ノードに返す方式をとった場合にも、受信の成否を伝えるための余計な通信が必要になる。
【００１２】
本発明の目的は、無線アドホックネットワークによるマルチキャスト通信において、通常時および中継ノードの異常発生時に、伝送負荷の上昇を抑えると共に送達時間の遅延を低減できるデータ通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記の課題を解決するため、無線アドホックネットワークを使用したマルチキャストデータ通信において、ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送するデータ通信方法とし、さらにマルチキャストデータを転送するまでの待機時間を中継ノード毎に指定し、この待機時間には、宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定するようにしたもので、以下の方法を特徴とする。
【００１４】
（１）無線アドホックネットワークを利用し、送信元ノードから中継ノードへの送信、および中継ノードから他の中継ノードヘの送信にマルチキャスト通信を行い、宛先ノードへデータ送信を行うデータ通信方法であって、
ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、
送信元ノードは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に、宛先ノードを特定する識別子を指定、および各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを前記待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送する処理手順を有する、
ことを特徴とする。
【００１５】
（２）ノード毎に固有のマルチキャストアドレスを割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする。
【００１６】
（３）マルチキャストアドレスは、アドホックネットワークを構成するノード間で共通としておき、ノード毎に固有のネットワークポート番号を割り当て、
送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する処理手順を有し、
中継ノードは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う処理手順を有する、
ことを特徴とする。
【００１７】
（４）前記待機時間は、中継ノード毎に指定し、かつ宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明によれば、無線アドホックネットワークを使用したマルチキャストデータ通信において、ノード別にノードを特定する識別子を割り当て、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみデータを転送するデータ通信方法とし、さらにマルチキャストデータを転送するまでの待機時間を中継ノード毎に指定し、この待機時間には、宛先ノードまでの送達時間、ホップ数によってつけられた優先順位が高いノードほど短い時間を指定するようにしたため、通常時および中継ノードの異常発生時に、伝送負荷の上昇を抑えると共に送達時間の遅延を低減できる。
【００１９】
具体的には、
（１）特定の中継ノードに異常が発生した場合でも、同じデータを別の中継ノードがそのまま転送することにより、伝送負荷の上昇と、送達時間の遅延を低減できる。
【００２０】
（２）各中継ノードにおける転送処理に待機時間を設定することで、隣接する中継ノードが別ルートで同じデータを転送するのを防止することにより、ネットワークの伝送負荷を低減する。
【００２１】
（３）各中継ノードにおける転送処理の待機時間をノード別に変化させることにより、転送処理に伴うデータの衝突の可能性を低減し、同じデータの不要な転送処理防止策の確実性が向上する。
【００２２】
（４）ノード別の待機時間は、優先順位の高いノードほど転送処理に対する待機時間を短くすることにより、送達時間が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本実施形態におけるノード構成とデータ構成図である。各ノードはコンピュータを中枢部とし、送受信機能をもつ電子装置を構成し、送信元ノードＡが複数の中継ノードＲを経由して宛先ノードＢにデータ通信を行うシステムとし、アドホックネットワークの経路探索にはプロアクティブ型（ＯＬＳＲなど）のルーティングプロトコルを用い、それによって無線アドホックネットワークを構築する。このネットワークにおいて、送信元ノードＡから中継ノードＲへの送信、および中継ノードＲから中継ノードＲヘの送信にマルチキャスト通信を行う。
【００２４】
マルチキャストアドレスはアドホックネットワークを構成するノード間で共通とし、各ノードには当該ノードを特定する識別子Ａ１，Ｒ１，Ｂ１を与える。送信元ノードＡは、マルチキャストデータのデータヘッダ内に宛先ノードを特定する識別子Ｂ１を指定する。また、送信元ノードＡはデータヘッダ内に、各中継ノードがマルチキャストデータを受信した後にそれを転送するまでの待機時間Ｔを指定する。
【００２５】
図２は、中継ノードのデータ中継処理フローである。各中継ノードＲは、マルチキャストデータを受信したとき（Ｓ１）、送信元ノードＡが要求する宛先ノードＢヘのルートＲ２を自ノード内に保持していない場合には送信元ノードＡから送信されたマルチキャストデータを破棄し（Ｓ２、Ｓ３）、保持している場合には送信元ノードＡから送信されたマルチキャストデータを保持する（Ｓ２、Ｓ４）。これによって転送を行うノードを限定する。
【００２６】
次に、各中継ノードＲは、送信元ノードＡによって指定される一定時間待機する（Ｓ４）。この時間は、送信元ノードＡによって指定されたマルチキャストデータ受信からそれを転送するまでの待機時間Ｔである。各中継ノードＲは、待機時間を経過した後、２つ以上のノードから同じデータを受信していないかをチェックし（Ｓ５）、受信している場合には別ノードで中継処理済みと判断して保持していたマルチキャストデータを破棄する（Ｓ６）。受信していない場合、保持していたマルチキャストデータを宛先ノードへ向けて、ルートＲ２上の中継ノードに転送する（Ｓ７）。
【００２７】
図３は、本実施形態によるマルチキャスト通信でのデータ中継の具体例を示す。送信元ノードＡはマルチキャスト通信領域Ｍ１（マルチキャスト送信データの到達範囲）内に位置する中継ノードに向けてデータ送信する。このうち中継ノード１，４は、宛先ノードへのルート（ルーティングプロトコルによって構成済のルート）を持たないためデータを破棄する。中継ノード２，３は宛先ノードへのルートを保持しているため、データを保持し、一定時間待機する。
【００２８】
中継ノード２，３は受信データを宛先ノードへ向けた転送に際し、待機時間後に他からの同一データの受信がないことを確認する。この確認を中継ノード３が行ったとき、中継ノード２の転送が先になされていた場合、中継ノード２からデータを受信しており、データ転送を行わない。
【００２９】
これにより中継ノード２からのデータ転送が行われ、同じ通信領域Ｍ２に位置して宛先ノードへのルートになる中継ノード５，６にデータを転送する。このデータ転送において、中継ノード６に異常がなければ、中継ノード６から中継ノード９へのデータ転送がなされ、中継ノード５による転送処理は行われない。ただし、中継ノード６に異常があれば、中継ノード９へのデータ転送が行われないため、中継ノード５によるデータ転送が行われる。
【００３０】
いずれの場合にも、中継ノード９が宛先ノードＢにデータ転送を行って、１つのデータ通信を終了する。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、宛先ノードヘの経路を保有するノードだけが受信したマルチキャストデータを待機時間だけ保持し、隣接する中継ノードから当該データの受信がない場合のみ当該データを転送することにより、ネットワーク全体の不必要な伝送負荷の上昇を抑えることができる。
【００３２】
また、転送ルート上の中継ノードに異常が発生した場合でも、同じデータを別の中継ノードがそのまま転送することにより、送信元から改めて再送を行うことなく、送達時間の遅延を低減できる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１において、ノード毎に割り当てる識別子をマルチキャストアドレスにする。
【００３４】
つまり、ノード毎に固有のマルチキャストアドレスを割り当てる。送信元ノードは、データ送信の際に宛先アドレスとして宛先ノードに対応したマルチキャストアドレスを指定する。各中継ノードでは、宛先ノードへのルートを保持している場合のみ、そのマルチキャストアドレスに対する受信待機を行う。
【００３５】
本実施形態によれば、データリンク層でデータの受信または破棄の判断が行われ、ＣＰＵ負荷の低減を行うことができる。
【００３６】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１において、ノード毎に割り当てる識別子をマルチキャストアドレスのポートにする。
【００３７】
つまり、マルチキャストアドレスはアドホックネットワークを構成するノード間で共通としておき、ノード毎に固有のネットワークポート番号を割り当てる。これにより、送信元ノードは、データ送信の際に宛先ポート番号として宛先ノードに対応したネットワークポート番号を指定する。各中継ノードでは、宛先ノードヘのルートを保持している場合のみ、そのネットワークポート番号に対する受信待機を行う。
【００３８】
本実施形態によれば、ＣＰＵ負荷を低減する一方で、マルチキャストアドレスをノード数分用意する必要がないため、マルチキャストアドレスの管理が不要になる。
【００３９】
（実施形態４）
実施形態１〜３のデータ通信方法は、不必要な転送処理が防止でき、ネットワーク全体の負荷低減ができる一方、１つの送信元ノードからのマルチキャストデータを受信した複数の中継ノードが一定の待機時間の後に一斉に転送処理を行うと、それぞれの中継処理速度によっては、各々の送信データが衝突する可能性が高くなる。
【００４０】
これを防止するために、本実施形態は、送信元ノードはマルチキャストデータ内の各ノードの待機時間をそれぞれ異なる時間に設定する。各中継ノードは、送信元ノードから指定されたノード別の待機時間に従って転送処理を行うことにより転送処理に伴うデータの衝突の可能性を低減できると共に、不要な転送処理の防止策の確実性を向上できる。
【００４１】
（実施形態５）
本実施形態は、実施形態４において、隣接する中継ノード毎に、あらかじめ宛先までの送達時間やホップ数により優先順位を付け、優先順位の高いノードほど待機時間を短くすることによって、より早く確実に届くようにする。
【００４２】
図４はマルチキャストデータのヘッダ構成の例を示し、ノード番号別に、優先順位を持たせかつ優先順位が高いノードの待機時間も短くしている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態におけるノード構成とデータ構成図。
【図２】中継ノードのデータ中継処理フロー。
【図３】マルチキャスト通信でのデータ中継の具体例。
【図４】マルチキャストデータのヘッダ構成の例。
【図５】ユニキャスト送信でのデータ中継の例（従来）。
【図６】マルチキャスト送信でのデータ中継の例（従来）。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  送信元ノード
Ｂ  宛先ノード
Ｒ  中継ノード
【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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