JP2006295442A - 通信方法および無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】アドホック無線ネットワーク上において効率的かつ確実な通信を行うための技術を提供する。
【解決手段】アドホック無線ネットワーク上での通信方法であって、パケットを受信した無線端末は、受信電界強度を検出し、検出した受信電界強度に応じた中継待ち時間を算出し、中継待ち時間内に受信したパケットと同一のパケットを受信しない場合に、受信したパケットを中継する。
【選択図】図４

Description

本発明は、１又は複数の無線端末による中継を介して無線端末間で無線通信をするための技術に関する。

無線端末が、直接又は１以上の無線端末を介することで他の無線端末と通信可能である、いわゆるアドホック無線通信ネットワークでは、経路情報を利用できない場合がある。この場合は、経路情報を利用することなく、パケットを目的の無線端末に届けるための中継方法が必要となる。

最も簡単な方法としては、通信パケットを受信した全ての無線端末が、近隣の無線端末に対してそのパケットを中継する方法がある。このように中継を繰り返すことで、ネットワーク内の全ての無線端末に情報を配信することができる。

しかし、この方法では、無線端末の分布密度が高く、通信可能範囲内に多数の無線端末が存在する場合には非効率となる。図８は、黒丸の無線端末がパケットの送信を行い、白丸の無線端末が中継するときの図である。多数の無線端末が中継を行うため、通信帯域が消費されてしまう。また、これら多数の無線端末が同時に中継を行うため、電波の干渉が多数発生し輻輳が生じる。

効率の良い中継を行うには、通信可能範囲の端部にある無線端末が中継を行えばよい。これを実現するために、パケットを受信した無線端末が、その受信電界強度を検出し、受信電界強度が基準レベル以下である場合のみ、受信したパケットの中継を行う方法が知られている（特許文献１）。
特開２００３−８５９１号公報

上記の方法は、無線端末の分布密度がある程度高い、すなわち基準レベル以下の受信電界強度でパケットを受信する無線端末が必ず存在する状況では有効である。そのような場合には、通信可能範囲の端部にある無線端末が中継することになり、効率的なパケットの中継を実現できる。

しかしながら、無線端末の分布密度が低い場合には、送信端末の近くに無線端末が存在するが、基準レベル以下の受信電界強度で受信する無線端末は存在しないこともある。この場合には、中継が途切れてしまい、ネットワーク内の全ての無線端末に対して情報を配信できないという問題が生じる。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、無線端末の分布密度によらず、効率的かつ有効な通信を行うための技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、１又は複数の無線端末がパケットを中継することにより無線端末間で通信を行う際に、以下の方法によりパケットの中継を行う。すなわち、パケットを受信した無線端末は、受信電界強度を検出し、検出した受信電界強度に応じた中継待ち時間を算出し、中継待ち時間内に受信したパケットと同一のパケットを受信しない場合に、受信したパケットを中継する。

受信電界強度と送受信端末間距離との関係は、受信電界強度が弱いほど、送受信端末間距離が遠い。そして本発明では、受信電界強度が弱いほど、中継待ち時間を短く設定する。したがって、受信端末が送信端末から遠いほど、中継待ち時間は短くなる。このように、送信端末から遠い位置にある受信端末が優先的に中継送信を行い、中継待ち時間内に同一のパケットを受信した端末は中継を中止するため、効率的なパケットの中継を行える。

また、無線端末の分布密度が低い場合でも、送信端末から近い距離にある受信端末も中継待ち時間経過後は送信するので、ネットワーク内の全ての無線端末に対して情報を配信することができる。

なお、中継待ち時間は、受信電界強度に応じて増大する階段状の関数として算出されることが好ましい。これにより、測定誤差などの影響を排除することができる。

本発明によれば、無線端末の分布密度によらず、効率的かつ有効な通信を行うことが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明に好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。本実施形態では、移動端末により構成されるアドホック無線通信ネットワークにおいて、ブロードキャスト通信を行う例を挙げる。

図２は、本実施形態で使用するパケットの構造を示す図である。パケット１０は、送信元端末ＩＤ１１、データ１２から構成される。送信元端末ＩＤ１１には、ブロードキャストパケットを送信する端末の識別子が格納される。データ１２には、配信するデータが格納される。

次に、ブロードキャストパケットを受信した端末の処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。図３の処理は、端末のＣＰＵがプログラムに従って実行するものである。

ステップＳ１０１で、受信端末は受信した電波の電界強度を検出する。受信電界強度は、図１に示すように「０」に漸近する下に凸な関数となる。Ｐｓｒｃは送信端末が出力する電波の強度である。Ｐｍｉｎは、安定したデータ通信が可能な受信電界強度の下限値である。

図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１０２で、受信したパケットがこれまでに受信したことがあるパケットであるか否かの判断を行う。すでに受信したパケットであれば、ステップＳ１０８に進みこのパケットを破棄して、処理を終了する。初めて受信するパケットであれば、ステップＳ１０３に進みデータ１２の処理を行う。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で検出した受信電界強度に応じた中継待ち時間を算出する。受信電界強度と中継待ち時間の関係を、図４を用いて説明する。図４のＰｍｉｎは図１におけるＰｍｉｎと同じであり、データ通信可能な受信電界強度の下限値である。中継待ち時間は理想的には、点線のグラフで示すように、受信電界強度に比例する関数であれば良い。実際には、受信電界強度のふらつきや測定誤差が入ることから、実線のグラフで示すように階段状の関数として算出されることが好ましい。

図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１０５で、ステップＳ１０４で算出し
た中継待ち時間の間、待機する。

ステップＳ１０６で、受信したブロードキャストパケットと同一のパケットを、待機中に受信したか否かを判断する。同一のパケットか否かの判断は、データ１２を比較することにより行っても良いし、データ１２のハッシュ値を比較することにより行っても良い。中継待ち時間内に、同一のブロードキャストパケットを受信するということは、自端末より待ち時間の短い端末、すなわち送信端末からより遠い位置にある端末、が中継を行っているということなので、中継をしないで処理を終了する。

待機中に同一のパケットを受信しない場合は、ステップＳ１０７でこのパケットの中継送信を行う。

以上の方法でブロードキャスト通信を行うことで、通信可能範囲の端部にある無線端末が優先的に中継送信を行うことになり、効率的なブロードキャストが実現できる。図５に示すように、送信端末（黒丸）からのブロードキャストを受信する端末（白丸）のうち、端部にある端末ａのみが中継を行う。端末ｂおよび端末ｃは、待機中に端末ａからのパケットを受信するので中継しない。従来の方法（図８）と比べて、中継する端末の数を減らすことができるので、通信帯域の消費を抑えることができる。また、同時に中継する端末が減ることで、電波の干渉が減り、したがって輻輳も抑えることができる。

また、通信可能範囲の端部に無線端末が存在しない場合にも、より近くにある端末が中継待ち時間経過後に中継を行うため中継が途切れることがない。これを説明する図が図６である。送信端末（黒丸）の通信可能範囲の端部には無線端末が存在しない。しかし、中継待ち時間経過後に端末ｂが中継を行うため、ネットワーク内の全ての無線端末に対してブロードキャスト通信を行うことができる。

本発明は、特に車車間アドホック通信に用いられるときに有効である。図７を用いて説明する。図中の丸（白丸および黒丸）は車両である。車両は、道路に沿って一次元的（線上）に分布することと、分布密度が急変するという特徴を有する。一次元的に分布するため、ごく少数の端末（黒丸）のみが中継を行い、効率的なブロードキャストを実現できる。また、例えば渋滞の端部などでは密度が急変する。この場合にも、本発明によれば、中継が途切れることがなくネットワーク全体に情報を配信することが可能である。

端末間距離と受信電界強度の関係を示す図である。 パケット構造を示す図である。 ブロードキャストパケットを受信した端末の処理を示すフローチャートである。 受信電界強度と中継待ち時間の関係を示す図である。 本実施形態においてブロードキャスト通信を行う際の中継例を示す図である。 本実施形態においてブロードキャスト通信を行う際の中継例を示す図である。 車車間アドホックネットワークにおいてブロードキャスト通信を行う際の中継例を示す図である。 従来の方法によりブロードキャストを行う際の中継例を示す図である。

符号の説明

１０ パケット
１１ 送信元端末ＩＤ
１２ データ

Claims (5)

1. １又は複数の無線端末がパケットを中継することにより、無線端末間で通信を行う通信方法であって、
   パケットを受信した無線端末は、
   受信電界強度を検出し、
   前記検出した受信電界強度に応じた中継待ち時間を算出し、
   前記中継待ち時間内に前記受信したパケットと同一のパケットを受信しない場合に、前記受信したパケットを中継する、
   ことを特徴とする通信方法。
2. 前記中継待ち時間は、前記受信電界強度に応じて増大する階段状の関数として算出される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. 請求項１又は２に記載の通信方法により、パケットの中継を行う無線端末。
4. 請求項３に記載の無線端末を備える車両。
5. 請求項１又は２に記載の通信方法を実行するためのプログラム。

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