(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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してスキャン可能なセクタビーム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を備えた無線局のための無線ネットワークのルーティング方法であって、
上記可変ビームアンテナをオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせ信号を受信したとき、上記可変ビームアンテナをセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出する第１のステップと、
上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信する第２のステップと、
あて先無線局がルート問い合わせ信号を受信するまで、上記第１と第２のステップの処理を繰り返すように制御する第３のステップとを含むことを特徴とする無線ネットワークのルーティング方法。
【請求項２】
上記第２のステップは、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるルート問い合わせ信号を送信することを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークのルーティング方法。
【請求項３】
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してスキャン可能なセクタビーム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を備えた無線局のための無線ネットワークのルータ装置であって、
上記可変ビームアンテナをオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせ信号を受信したとき、上記可変ビームアンテナをセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出し、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信し、これら検出しかつ送信する処理を、あて先無線局がルート問い合わせ信号を受信するまで繰り返すように制御する制御手段を備えたことを特徴とするルータ装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信するときに、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるルート問い合わせ信号を送信することを特徴とする請求項３記載のルータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば無線アドホック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ルータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の携帯電話機の台数の急速な増大や、モバイル通信によるマルチメディアサービスの浸透に見られるように、場所に制約されずいつでもコミュニケーションを行いたいという要求は大きく、無線通信における通信容量の増大及び通信品質の向上の要請はさらに増している。携帯電話機等に用いられる無線インフラは、固定電話などの有線インフラに比べると設置のコストや工期が抑えられるため、そのことが急速なネットワークの構築を促してきた。しかしながら、携帯電話機の通話容量は依然、基地局等の無線インフラによる制約を受けるため、ひとたび限定されたエリアに多数の通話要求が集中したり、あるいは災害等により基地局が障害を受けたりするとそのエリアにおけるネットワークが機能しなくなるという問題点があった。
【０００３】
そこで近年、インフラを必要としない無線アドホックネットワークが注目されている。無線アドホックネットワークにおいては、各々の携帯端末機器がルータ機能を持ち、複数の端末を持ち寄るだけで自律的にネットワークが形成される。さらに、端末間でマルチホップによる通信を可能とすることにより、高いスケーラビリティを持たせることができる。そのため、インフラがなく多数の通信要求が発生する災害現場や、あるいは多数の人が集まるイベント会場などでの利用が見込まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、無線アドホックネットワークは主にオムニパターンアンテナの利用が想定されていたが、指向性アンテナや適応アンテナを利用することによってパフォーマンスを改善する検討も行われているが、指向性アンテナや適応アンテナの利用は、通信品質の改善のみならず、送信電力の低減や、空間分割による周波数資源の有効利用も促すと考えられる。しかしながら、指向性アンテナや適応アンテナを用いることによる具体的な効用についての検討は十分に行われているとはいえない。
【０００５】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば無線アドホックネットワークなどの無線ネットワークにおいて、ルーティングの効率を向上させることができ、ルート発見時間を大幅に短縮することができる無線ネットワークのルーティング方法及びルータ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無線ネットワークのルーティング方法は、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してスキャン可能なセクタビーム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を備えた無線局のための無線ネットワークのルーティング方法であって、
上記可変ビームアンテナをオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせ信号を受信したとき、上記可変ビームアンテナをセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出する第１のステップと、
上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信する第２のステップと、
あて先無線局がルート問い合わせ信号を受信するまで、上記第１と第２のステップの処理を繰り返すように制御する第３のステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記無線ネットワークのルーティング方法において、上記第２のステップは、好ましくは、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるルート問い合わせ信号を送信することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る無線ネットワークのルータ装置は、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してスキャン可能なセクタビーム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を備えた無線局のための無線ネットワークのルータ装置であって、
上記可変ビームアンテナをオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせ信号を受信したとき、上記可変ビームアンテナをセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出し、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信し、これら検出しかつ送信する処理を、あて先無線局がルート問い合わせ信号を受信するまで繰り返すように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記ルータ装置において、上記制御手段は、好ましくは、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信するときに、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるルート問い合わせ信号を送信することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る一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。
【００１２】
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、図２の可変ビームアンテナ１５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装置を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００１３】
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（本実施形態では、４５度）毎にセクタ形状のメインビームを選択的に変更してスキャン可能なセクタビーム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１５を備えた無線局のためのルーティング方法及びルータ装置において、
（ａ）上記可変ビームアンテナ１５をオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせパケット信号（Route Request Packet Signal：以下、ＲＲＥＱパケット信号という。）を受信したとき、既に受信したＲＲＥＱパケット信号でないことを確認し、上記可変ビームアンテナ１５をセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出する第１のステップと、
（ｂ）次いで、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるＲＲＥＱパケット信号を送信する第２のステップと、
（ｃ）上記第１と第２のステップを、あて先無線局がＲＲＥＱパケット信号を受信するまで繰り返すように送信するように制御するステップとを含むことを特徴としている。
【００１４】
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１５と、その指向性を制御するための指向制御部１３と、サーキュレータ１４と、データパケット送信部１１０及びデータパケット受信部１２０を有するデータパケット送受信部１００と、受信パケット一時メモリ１１及びブロードキャストＩＤ履歴テーブルメモリ１２が接続された上位レイヤ処理装置１０とを備える。
【００１５】
送受信すべきデータを処理するとともに、ＲＲＥＱ信号を発生する上位レイヤ処理装置１０は、パケット形式の通信用送信信号データ又はＲＲＥＱパケット信号を発生し、送信バッファメモリ１１１を介して変調器１１２に出力し、変調器１１２は、所定の無線周波数の搬送波信号を、例えば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又はＲＲＥＱパケット信号に従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を無線送信機１１３に出力する。無線送信機１１３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１４を介して可変ビームアンテナ１５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１５で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号又はＲＲＥＱパケット信号の受信信号は、サーキュレータ１４を介して無線受信機１２１に入力され、無線受信機１２１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１２２に出力する。復調器１２２は、入力される受信信号を、例えば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又はＲＲＥＱパケット信号を上位レイヤ処理装置１０に出力する。
【００１６】
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１５は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する指向制御部１３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８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、
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１５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、以下の先行技術文献に開示された可変ビームアンテナであってもよい。
（ａ）先行技術文献１「大平孝，”適応アンテナの民生化にむけて”，平成１１年電気関係学会関西支部連合大会シンポジウム，「最近のマイクロ波・ミリ波技術」，Ｓ８−１，ｐｐ．Ｓ４１，１９９９年１１月１４日」、
（ｂ）先行技術文献２「大平孝ほか，”マイクロ波信号処理によるアダプティブビーム形成と電子制御導波器（ＥＳＰＡＲ）アンテナの提案”，電子情報通信学会研究技術報告，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月」及び
（ｃ）先行技術文献３「田野哲ほか，”Ｍ−ＣＭＡ：マイクロ波信号処理による適応ビーム形成のためのデジタル信号処理アルゴリズム”，電子情報通信学会研究技術報告，ＡＰ９９−６２，ＳＡＴ９９−６２，ｐｐ．１５−２２，１９９９年７月」など。
【００１７】
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ビームパターンの実効的な送信ビーム幅を４５度としており、可変ビームアンテナ１５は、方位角を４５度毎に選択的に変化可能に設定できる。
【００１８】
本実施形態において、上位レイヤ処理装置１０は、それに接続された、
（ａ）受信されたパケット信号を一時的に格納する受信パケット一時メモリ１１と、
（ｂ）既に受信済みのブロードキャストＩＤのＲＲＥＱパケット信号であるか否かをチェックするために、既に受信済みのブロードキャストＩＤの履歴情報を格納するブロードキャストＩＤ履歴テーブルメモリ１２とを用いて、かつ、指向制御部１３を介して可変ビームアンテナ１５のアンテナパターンを制御しながら、詳細後述する図４乃至図７のパケット送受信制御処理を実行することにより、ＲＲＥＱパケット信号や通常のデータ送信のパケット信号に対する送受信処理を実行する。
【００１９】
次いで、本実施形態に係るオンデマンド方式によるルーティング方法について説明する。オンデマンド方式は、パケット転送の要求の発生時に情報の発生源の送信元の無線局からあて先無線局へのルートを発見する方式である。この方式においては、送信元無線局はＲＲＥＱパケット信号をフラッディング方式により近隣の中継無線局へ転送する。パケットを受信した中継無線局はさらに近隣の中継無線局へ転送し、あて先無線局に到達するまで転送を繰り返す。
【００２０】
オンデマンド形のルーティング方式の代表的なものとして、例えばＡＯＤＶ（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing）方式がある。ＡＯＤＶ方式においては、送信元無線局があて先無線局へメッセージを送信しようとするとき、既存の確立された無線局がなければ、パス発見プロセスを開始する。送信元無線局はＲＲＥＱパケット信号を近隣の中継無線局へブロードキャストし、これを受信した中継無線局はさらにその近隣の中継無線局へ転送する。これを繰り返し、あて先無線局、又は、あて先無線局への「十分新鮮な」ルートを有する中継無線局が発見されるまで続ける。ＡＯＤＶ方式においては、ループフリーとルート情報の最新性を保証するためシーケンス番号を利用する。ＡＯＤＶ方式の他にも、数多くのルーティング方式が提案されており、トポロジー変化に対するルートの安定性やオーバーヘッドの削減などを目指している。従って、本実施形態においては、ＡＯＤＶ方式を用いているが、本発明はこれに限らず、他の方式を用いてもよい。
【００２１】
オムニパターンアンテナを用いたパケット無線形アドホックネットワークにおけるオンデマンド方式によるルーティングにおいて、ルート発見のために各無線局が行うフラッディングは、ネットワークに大きな負荷を与える。例えばＭＡＣ層仕様としてＩＥＥＥ８０２．１１のＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance；搬送波感知多重アクセス／衝突回避）を採用すると、ある無線局がＲＲＥＱパケット信号の送信中であるときには、キャリアセンスのしきい値を上回る受信強度となる近隣の無線局はＲＲＥＱパケット信号の送信を待機しなければならず、フラッディングの効率を低下させることとなる。そこで、各無線局がオムニパターンアンテナの代わりに指向性可変アンテナである可変ビームアンテナ１５を用いることによりパケット転送の効率を向上させることができるものと考えられる。本実施形態においては、詳細後述するように、各無線局がオムニパターンアンテナを用いる代わりに指向性可変なアンテナである可変ビームアンテナ１５を用いた場合について、ルート発見に要する時間などのネットワーク負荷について評価する。
【００２２】
図３は、図２の無線局で送受信されるＲＲＥＱパケット信号のフレームフォーマットを示す図である。図３に示すように、ＲＲＥＱパケット信号は、以下のデータを含む。
（ａ）パケット種別：ＲＲＥＱ
（ｂ）ブロードキャストＩＤ：ブロードキャストした無線局のＩＤ（識別番号）をいう。
（ｃ）あて先無線局番号：あて先の無線局のＩＤをいう。
（ｄ）中継無線局番号記録履歴：当該ＲＲＥＱパケット信号が中継無線局により中継されたときの中継無線局番号（ＩＤ）を、中継毎に追加していった履歴記録である。
（ｅ）中継無線局到来方位角記録履歴：当該ＲＲＥＱパケット信号が中継無線局により中継されたときの到来方位角情報を、中継毎に追加していった履歴記録である。
（ｆ）ダミーデータ：１つのパケット信号が所定の時間フレームとなるようにするためのダミーデータである。
【００２３】
図４及び図５は、図２の上位レイヤ処理装置１０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。なお、この初期状態において、指向制御部１３に対してオムニパターンの設定を指示する制御信号を送信することにより、可変ビームアンテナ１５をオムニパターンに設定しているものとする。
【００２４】
図４のステップＳ１において、まず、アイドリング状態となり、次いで、ステップＳ２においてパケット信号の送信又は受信のイベントが発生したか否かが判断され、ＮＯのときはステップＳ１に戻る一方、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む。ステップＳ３においてパケット信号の送信又は受信か否かが判断され、送信であるときはステップＳ４に進む一方、受信であるときは図５のステップＳ１１に進む。ステップＳ４において指向制御部１３に対してオムニパターンの設定を指示する制御信号を送信することにより、可変ビームアンテナ１５をオムニパターンに設定し、ステップＳ５においてＲＲＥＱパケット信号を送信した後、ステップＳ１に戻る。これらステップＳ４及びＳ５の処理は、送信元の無線局でのＲＲＥＱパケット信号の送信処理である。
【００２５】
図５のステップＳ１１において受信パケット一時メモリ１１に受信されたＲＲＥＱパケット信号を記憶し、ステップＳ１２において受信されたＲＲＥＱパケット信号のブロードキャストＩＤをブロードキャストＩＤ履歴テーブルメモリ１２内のデータと照合し、受信済みかどうか調べ、ステップＳ１３において受信済みか否かが判断される。ステップＳ１３においてＹＥＳのときは図４のステップＳ１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において受信されたＲＲＥＱパケット信号のブロードキャストＩＤをブロードキャストＩＤ履歴テーブルメモリ１２に格納し、ステップＳ１５においてあて先無線局は自局か否かが判断される。ステップＳ１５において、ＮＯのときはステップＳ１６において図６のＲＲＥＱパケット信号中継局処理を実行した後、図４のステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１５においてＹＥＳのときはステップＳ１７において図７のＲＲＥＱパケット信号あて先局処理を実行した後、図４のステップＳ１に戻る。
【００２６】
図６は、図５のサブルーチンであるＲＲＥＱパケット信号中継局処理（Ｓ１６）を示すフローチャートである。
【００２７】
図６のステップＳ２１において、まず、受信中のＲＲＥＱパケット信号のダミデータの期間において８方位のセクタビームパターンのスキャンを行い、最大の受信電力を与える方位角をＤｋとし、ステップＳ２２において受信パケット一時メモリ１２内の「中継無線局番号記録履歴」に自局無線局番号を付け加えるとともに、ステップＳ２３において受信パケット一時メモリ１２内の「中継無線局到来方位角記録履歴」に方位角Ｄｋを付け加える。次いで、ステップＳ２４において微小ランダム時間待機した後、ステップＳ２５においてキャリアを検出したか否かが判断され、ＮＯとなるまでステップＳ２５の処理を繰り返し、ＮＯとなったときに、ステップＳ２６において指向制御部１３に対して方位角Ｄｋの１８０度背面方向の方位角を有するセクタビームパターンの設定を指示する制御信号を送信することにより、可変ビームアンテナ１５をセクタビームパターンに設定する。さらに、ステップＳ２７において受信パケット一時メモリ１２内のＲＲＥＱパケット信号を送信した後、消去し、元のメインルーチンに戻る。
【００２８】
図７は、図５のサブルーチンであるＲＲＥＱパケット信号あて先局処理（Ｓ１７）を示すフローチャートである。
【００２９】
図７のステップＳ３１において、まず、受信されたＲＲＥＱパケット信号内の「中継無線局番号記録履歴」と「中継無線局到来方位角記録履歴」とに基づいて送信元無線局に対してＲＲＥＱ応答パケット信号を送信することにより、送信元無線局から当該あて先無線局までのルーティングパスを確立し、次いで、ステップＳ３２において確立されたルーティングパスに沿って送信元無線局とあて先無線局との間でデータパケット信号を送受信する。さらに、ステップＳ３３において受信パケット一時メモリ１２内のＲＲＥＱパケット信号を消去した後、元のメインルーチンに戻る。
【００３０】
【実施例】
本実施形態に係る無線局１を用いた実施例でのシミュレーション条件を表１に示す。
【００３１】
【表１】
シミュレーションモデルでのシミュレーション条件
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
無線局              格子間隔１０ｍの正方格子上に配置
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
周波数              ２．５ＧＨｚ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
熱雑音              −１０３ｄＢｍ（帯域１０ＭＨｚを想定）
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
受信機の雑音指数    ０ｄＢ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
パケット信号受信に必要な所要ＳＩＮＲ  １０ｄＢ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
伝搬                自由空間伝搬
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
アンテナ及び送信電力
（ａ）オムニパターンアンテナ（比較例）：全方位2.15ｄＢｉ、送信電力-32.0ｄＢｍ
（ｂ）可変ビームアンテナ１５（実施形態）：
（ｂ−１）オムニパターン：全方位2.15ｄＢｉ、送信電力-32.0ｄＢｍ
（ｂ−２）セクタビームパターン：８方位セクタ（放射パターンは図８）
最大利得6.0ｄＢｉ、送信電力-32.0ｄＢｍ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
キャリアセンス      しきい値レベル：-102.0ｄＢｍ
（可変指向性アンテナ１５の使用時はオムニパターンで行う）
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３２】
この実施例のシミュレーションでは、アンテナとして、すべての無線局がオムニパターンアンテナを用いる場合（比較例）と、すべての無線局が可変指向性アンテナである可変ビームアンテナ１５を用いる場合の２種類の場合を比較してシミュレーションを行う。可変ビームアンテナ１５をセクタビームパターンで用いるときの放射パターン特性としては、本発明者らが試作したエスパアンテナの実測値を用いる。図８にその放射パターンの一例を示す。図８において、２００はセクタビームパターンにおける最大利得方位角（図８の例では、０度）を示す。
【００３３】
なお、表１に示す送信電力の条件は、隣接無線局（縦・横・斜め）にのみＳＮＲ≧１０ｄＢでパケット転送ができる条件となっている。正方形格子上に複数の無線局が２次元的に分布するフィールドにおいて、送信元無線局からＲＲＥＱパケット信号が送信される。ＲＲＥＱパケット信号を受信した中継無線局はさらに転送を行う。パケットの転送には１フレーム時間要するものとする。この際、ＭＡＣ層仕様としてＩＥＥＥ８０２．１１のＣＳＭＡ／ＣＡを採用するものとする。キャリアセンスにより他の無線局の送信を検知したときは送信待機を行い、次に再送するには１フレーム時間程度のランダムに割り当てられた時間（微小ランダム時間）を待って行うこととするが、無線局間の待ち時間の差は１フレーム時間に比べて無視できるものとする。また、全く同時に２つの無線局が送信を始めることによる衝突が起こる確率は無視するものとするが、いわゆる隠れ端末問題への対策は含めておらず、ＲＲＥＱパケット信号があて先無線局へ届かず、ルート発見ができないことが確率的に起こる。なお、受信時のＳＩＮＲが所要値を満たさないときも、再送要求等は行わない。
【００３４】
具体的には、可変ビームアンテナ１５を利用したときの送信元無線局からあて先無線局へのルートの発見は、次の手順で行われるものとする。
＜ステップＳＳ１＞送信元無線局より、オムニパターンでＲＲＥＱパケット信号を送信する。
＜ステップＳＳ２＞オムニパターンで待機している中継無線局はＲＲＥＱパケット信号を受信すると、既に受信したものでないことを確認し、８方位セクタのスキャンにより最大受信強度となるセクタを調べる。
＜ステップＳＳ３＞次の時間フレームにおいて、微小ランダム時間待機した後、オムニパターンでキャリアセンスを行い、キャリアが検知されなければ直ちにセクタビームパターンでパケットを送信する。この際、上記ステップＳＳ２における最大受信強度のセクタに対して１８０度背面側のセクタを選ぶ。また、パケット信号のヘッダ情報には、自局の無線局番号と到来方向の情報を付け加える。
＜ステップＳＳ４＞あて先無線局が問合せパケットを受信するまでステップＳＳ２−ＳＳ３の処理を繰り返す。
【００３５】
なお、以下のシミュレーションでは比較のためにオムニパターンアンテナを用いたときの計算も行う。
【００３６】
次いで、第１の実施例に係る６無線局系における基礎的検討について説明する。まず簡単な場合として、図９に示すような６無線局系におけるルート発見について表１の条件を用いて検討する。
【００３７】
この系にオムニパターンアンテナ（比較例）を用いた場合のパケット転送の様子を図１０に示す。互いに隣接する無線局は、キャリアセンスを用いた衝突回避により同時にパケット送信をすることができないため、隣接する送信待ち無線局の間では、ランダムな順序で送信が行われる。図１０中には、その分岐確率も合わせて示した。ここで、図１０より、パケット転送要求から、あて先無線局へＲＲＥＱパケット信号が届くまでの時間の確率分布は、表２のようになる。
【００３８】
【表２】
オムニパターンアンテナ（比較例）の場合のパケット到達時間の確率分布
―――――――――――――――――――――――――――――
到達時間（フレーム）            確率
―――――――――――――――――――――――――――――
２                              １／２
３                              １／３
４                              １／６
―――――――――――――――――――――――――――――
【００３９】
従って、この場合における到達時間の期待値は、２．７フレームとなる。
【００４０】
次に、可変ビームアンテナ１５を用いた場合のパケット転送の様子を図１１に示す。図１１より、可変ビームアンテナ１５を用いたときには、パケット転送要求から、あて先無線局へＲＲＥＱパケット信号が届くまでの時間は、２．０フレームである。すなわち、オムニパターンアンテナ（比較例）の場合に比べると、到達時間は２６％減少することが分かる。
【００４１】
さらに、第２の実施例に係る多無線局系の場合の統計的評価について説明する。図１２のように表１の条件の下で１０×１０の無線局に拡張した場合について検討する。送信元無線局とあて先無線局は、図１２に示すようにそれぞれ２次元の座標位置（２，３）及び（５，８）にあるものとする。
【００４２】
この系におけるルーティングについて、オムニパターンアンテナ（比較例）を用いた場合と、可変指向性アンテナである可変ビームアンテナ１５を用いた場合について、ＲＲＥＱパケット信号のあて先無線局への到達時間を計算機シミュレーションにより求めた結果を図１３に示す。図１３は、１０００回試行した結果であり、ただし、可変ビームアンテナ１５のとき、ルート発見失敗が１９回あった。
【００４３】
図１３より、ルート発見に要する時間は、可変指向性アンテナを用いることによりおおむね半減することが分かる。なお、可変ビームアンテナ１５を用いた場合には、ＲＲＥＱパケット信号がいつまでも到達せずルート発見に失敗する確率が約２％生じている。
【００４４】
以上のシミュレーションから、可変ビームアンテナ１５を用いたときのルート発見に要する時間の短縮は、（１）不要輻射の減少により同時により多数の無線局から送信が可能となったこと、及び、（２）アンテナの高利得化によりホップ数の減少が図れたこと、によるものと考えられる。
【００４５】
本実施例においては、パケット無線形アドホックネットワークにおいてオンデマンド方式によるルーティングを行う際に、可変ビームアンテナ１５を受信波の到来方向推定及び送信に利用することによるルート発見の時間の短縮について、６無線局系及び多無線局系の場合について調べた。多無線局系の場合については計算機シミュレーションにより、可変ビームアンテナ１５を用いることによりルート発見時間がおおむね半分となることが示された。従って、本実施形態によれば、ルーティングの効率を向上させることができ、ルート発見時間を大幅に短縮することができる。
【００４６】
以上の実施形態においては、検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を中継送信するときに、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加してなるルート問い合わせ信号を送信しているが、本発明はこれに限らず、ルート問い合わせ信号に対して、自局の無線局番号と、上記到来方位角情報とを付加しなくてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る無線ネットワークのルーティング方法及びルータ装置によれば、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してスキャン可能なセクタビーム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を備えた無線局のための無線ネットワークにおいて、上記可変ビームアンテナをオムニパターンで待機中に、送信元の無線局からのルート問い合わせ信号を受信したとき、上記可変ビームアンテナをセクタビームパターンでスキャンすることにより最大受信強度となるセクタの到来方位角情報を検出し、上記検出された到来方位角情報に対して実質的に１８０度背面側のセクタのセクタビームパターンを用いて、ルート問い合わせ信号を送信し、これら検出しかつ送信する処理を、あて先無線局がルート問い合わせ信号を受信するまで繰り返すように制御する。従って、ルーティングの効率を向上させることができ、ルート発見時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一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２の無線局で送受信されるルート問い合わせパケット信号（ＲＲＥＱ信号）のフレームフォーマットを示す図である。
【図４】  図２の上位レイヤ処理装置１０によって実行されるパケット送受信制御処理の第１の部分を示すフローチャートである。
【図５】  図２の上位レイヤ処理装置１０によって実行されるパケット送受信制御処理の第２の部分を示すフローチャートである。
【図６】  図５のサブルーチンであるＲＲＥＱパケット信号中継局処理（Ｓ１６）を示すフローチャートである。
【図７】  図５のサブルーチンであるＲＲＥＱパケット信号あて先局処理（Ｓ１７）を示すフローチャートである。
【図８】  図２の可変ビームアンテナ１５の放射パターンの一例を示す図である。
【図９】  第１の実施例に係るシミュレーションで用いた６無線局系の無線局配置を示す平面図である。
【図１０】  第１の実施例においてオムニパターンアンテナを用いたときのパケット信号の転送処理を示す図である。
【図１１】  第１の実施例において可変ビームアンテナを用いたときのパケット信号の転送処理を示す図である。
【図１２】  第２の実施例に係るシミュレーションで用いた多無線局系の無線局配置を示す平面図である。
【図１３】  第２の実施例に係るシミュレーション結果であって多無線局系におけるルート発見時間の分布を示すヒストグラムである。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９…無線局、
１０…上位レイヤ処理装置、
１１…受信パケット一時メモリ、
１２…ブロードキャストＩＤ履歴テーブルメモリ、
１３…指向制御部、
１４…サーキュレータ、
１５…可変ビームアンテナ、
１００…パケット送受信部、
１１０…パケット送信部、
１１１…送信バッファメモリ、
１１２…変調器、
１１３…無線送信機、
１２０…パケット受信部、
１２１…無線受信機、
１２２…復調器、
１２３…受信バッファメモリ。
【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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