JP5294676B2

JP5294676B2 - 通信制御方法、通信装置およびマルチホップアドホックネットワーク

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Publication number: JP5294676B2
Application number: JP2008096586A
Authority: JP
Inventors: 佑毅川島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: JP2009253473A

Description

本発明は、ＴＤＭＡ方式を採用するマルチホップアドホックネットワークにおける通信制御方法およびこれを利用する通信装置に関するものである。

従来、通信エリア内に存在する複数の端末装置による送信の衝突を回避するにあたっては、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式などにより分割された複数のスロットを、各端末装置が使用するタイムスロットとして割当てている。

ところで、アドホックネットワークは、ネットワーク全体を管理する装置を持たないため、各端末装置が互いに交渉し、自律的にタイムスロットの割当を決定している。タイムスロットを割当てるためのプロトコルには、たとえば、ＵＳＡＰ（Unifying Slot Assignment Protocol）（下記、非特許文献１参照），ＵＳＡＰ−ＭＡ（USAP−Multiple Access）（下記、非特許文献２参照），ＡＳＡＰ／ＬＤ（Adaptive Slot Assignment Protocol with Link Detection）（下記、非特許文献３参照）などがある。

C．D．Young，"USAP：A unifying dynamic distributed multichannel TDMA slot assignment protocol"，Proc. IEEE MILCOM ’96，vol.1，pp.235−239，Oct.1996 C．D．Young，"USAP multiple access：dynamic resource allocation for mobile multihop multichannel wireless networking"，Proc. IEEE MILCOM ’99，vol.１，pp.271−275，Nov.1999 神崎映光，原隆浩，西尾章治郎著「アドホックネットワークにおけるトポロジーの変化を考慮したＴＤＭＡスロット割当手法」電子情報通信学会論文誌ＢＶｏｌ．Ｊ８８−ＢＮｏ．５ｐｐ．９３３−９４７

しかしながら、上記従来の方法では、新たにアドホックネットワークに参入するノードが参入メッセージを送信できるように、フレームの先頭スロットを常に確保しておく必要があった。そのため、参入がない場合にも常に１スロット分のオーバヘッドが発生し、通信帯域を有効利用できない、という問題があった。

また、従来の方法では、タイムスロットの割当にあたって端末装置間で制御メッセージを頻繁に交換する必要があるため、割当用に数フレームを用意する必要があり、参入までに時間を要する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＴＤＭＡを採用するマルチホップアドホックネットワークにおいて、制御用のスロットを用いることなく、アドホックネットワークへの参入を希望するノードに衝突の発生しないスロットを迅速に割当てる通信制御方法および通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部を使用してデータパケットを送信する複数のノードにより形成されたマルチホップアドホックネットワークにおいて、当該マルチホップアドホックネットワークに新規参入を希望するノードである新規ノードを前記複数のノードの中のいずれか一つのノードが検知し、当該新規ノードに対してタイムスロットを割当てる場合の通信制御方法であって、前記新規ノードを検知したノードである第１のノードが、自身および隣接ノードである第２のノードへのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認ステップと、前記第１のノードが、前記スロット割当状態確認ステップにおける確認結果に基づいて、前記新規ノードへ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該新規ノードへ通知するタイムスロット候補決定通知ステップと、前記新規ノードが、前記タイムスロット候補決定通知ステップにて通知された候補である空きスロットの中から使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、新規ノードを検知したノードが、自ノードおよび隣接ノードへのタイムスロット割当状態に基づいて当該新規ノードへ割当てるタイムスロットの候補を決定し、通知することとしたので、新規ノードは、自身に割当可能なタイムスロットを事前に知ることができ、矛盾が生じないタイムスロット割当が可能になるとともに、新規ノードの迅速なネットワーク参入が可能となる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態における通信制御方法を適用するマルチホップアドホックネットワークの構成例を示す図である。図１のアドホックネットワーク１００は、無線移動ノード１０，１１，１２，１３を備え、無線移動ノード間で無線を用いたパケット通信を行う。なお、図中に示した１０Ｃ，１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃは、それぞれ、無線移動ノード１０，１１，１２，１３からみた通信可能範囲である。また、このアドホックネットワークが行うパケット通信は、複数のタイムスロットＴＳからなるフレームを一周期とするＴＤＭＡ方式を採用している。

図２は、無線移動ノード（以下、単にノードと記載する）の内部構成例を示すブロック図である。各ノードは、アンテナ１と、無線通信を行う無線通信部２と、自ノードの外部に存在する他のノードを測位可能な測位部３と、測位部３による測位結果から他のノードのアドホックネットワークへの参入を判定する参入判定部４と、タイムスロットの割当を行うタイムスロット割当部５と、自身のタイムスロットの情報を保持しておくためのメモリ６とを備えている。

図３は、上述した、複数のタイムスロットＴＳからなるフレームＦの構成例を示す概念図である。各タイムスロットＴＳには、固有のタイムスロット番号“ＴＳ＃Ｎ”(N=0,1,2,…)がナンバリングされている。ここでは、フレームＦは、ＴＳ＃０〜ＴＳ＃７の８個のタイムスロットで構成されているとする。なお、本実施の形態においては、アドホックネットワークに参加するノード数の上限は、フレームを構成するスロットの数以下であることが予め決められているものとする。

各ノードは、転送トラフィックの有無に係わらず、自身に割当てられているタイムスロットＴＳ＃Ｎにおいて、自身のノードＩＤと現在のタイムスロット番号を含むデータパケットを送信する。各ノードは、データパケットを受信することで、隣接するノードとの接続が維持されていることを確認する。

つづいて、以上のように構成されたアドホックネットワーク１００に新たなノードが参入する場合のスロット割当動作を説明する。ここでは、図１に示したアドホックネットワーク１００に対してノード１４が新たに参入する場合の例（図４参照）を説明する。なお、図４は、ノード１４が、アドホックネットワーク１００に参入するために、ノード１０の無線通信範囲１０Ｃ内に移動する様子を示す図である。

各ノードは、自身に割当てられているタイムスロット番号と、隣接ノードに割当てられているタイムスロット番号を、スロットマップとして保持している。図５は、各ノードが保持する自身に割当てられているスロットマップにおける、タイムスロットの割当ての状態を示す図である。ここでは、ノード１０はスロットマップ１０Ｍを，ノード１１はスロットマップ１１Ｍを，ノード１２はスロットマップ１２Ｍを，ノード１３はスロットマップ１３Ｍを保持している。なお、図５では、自身に割当てられているタイムスロットを黒塗り、隣接ノードのタイムスロットを白塗りにし、隠れ端末に割当てられているタイムスロットを“−”で表している。

各ノードの測位部３は、アドホックネットワークへ未だ参入していないノードが周囲に存在するかどうかを監視している。そして、ノード１４が図４に示したような方向へ移動を行った場合、最も近い位置にあるノード１０では、測位部３がノード１４の存在を検知する。さらに、参入判定部４が、ノード１４の移動方向および移動速度に基づいて、ノード１４が自身の通信範囲である１０Ｃに到達することが予想されるか否かを判断する。ここでは、参入判定部４は、ノード１４が自身の通信範囲１０Ｃに到達すると判断する。なお、本ネットワークに参加しているノードの数が、既にフレームの時間分割数に達していた場合、ノード１０は、新規ノード１４は本ネットワークに参入しない、と判断する（参入を認めない）。すなわち、参入判定部４は参入可否判定手段としての動作を行う。

移動中のノード１４が通信範囲１０Ｃに到達すると判断した場合、ノード１０では、タイムスロット割当部５が、メモリ部６に保持しているスロットマップ１０Ｍを確認し、ノード１４が使用可能なタイムスロットが存在するかどうかを確認する。ここで、ノード１４が使用可能なタイムスロットとは、ノード１０およびその隣接ノードであるノード１１に未だ割当てられていないタイムスロット（以下、空きスロットと呼ぶ）をいう。ここでは、図５に示したように、ノード１４が使用可能なタイムスロットが存在するため、スロットマップ１０Ｍを含めたデータパケットをブロードキャストする。ブロードキャストを行うにあたっては、無線通信部２がタイムスロット割当部５を介してメモリ部６からスロットマップ１０Ｍを取得し、定期的にブロードキャストする。なお、タイムスロット割当部５が、スロット割当状態確認手段およびタイムスロット候補決定通知手段を実現する。図６は、ノード１０が送信したブロードキャストによって、スロットマップ１０Ｍが伝達される様子を示す図である。なお、空きスロットが存在しない場合の動作については、実施の形態２以降において説明する。

ノード１４は、ノード１０の通信範囲１０Ｃに到達すると、無線通信部２を用いてノード１０からのデータパケット（上記ブロードキャストされたデータパケット）を受信する。そして、受信したデータパケットに含まれているスロットマップ１０Ｍを参照し、自身が接続する対象であるノード１０と、ノード１０の隣接ノードであり自身からみた隠れ端末であるノード１１についてのタイムスロットの割当て状態を認識する。そして、ノード１４のタイムスロット割当部５は、フレームＦにおいて、ノード１０およびノード１１に割当てられていないタイムスロット（ここでは、ＴＳ＃２，ＴＳ＃３，ＴＳ＃６，ＴＳ＃７）を、自身が利用可能なタイムスロットとして設定し、接続先ノード１０のタイムスロットを含んだスロットマップ１４Ｍを作成する。すなわち、ノード１４のタイムスロット割当部５はタイムスロット選択手段としての動作を行う。図７は、新規参入ノード１４において作成された新規のスロットマップ１４Ｍと、そのスロットマップ１４Ｍに対応して隣接ノード１０が作成するスロットマップ１０αの例を示す図である。なお、ノード１４のタイムスロット割当部５は、ノード１０およびノード１１に割当てられていないタイムスロットの一部のみを自身が利用可能なタイムスロットとして設定することも可能である。また、説明の便宜上ノード１０が作成する予定のスロットマップ１０αを一緒に示したが、実際には、後述する処理が実行されてから、ノード１０によりスロットマップ１０αが生成される。

スロットマップ１４Ｍの作成が終了すると、ノード１４は、設定したタイムスロットを用いて、スロットマップ１４Ｍをデータパケットに含めて無線通信部２から送信する。図８は、新規参入ノード１４が、接続先ノードであるノード１０に、作成したスロットマップ１４Ｍを送信する様子を示す図である。

ノード１０は、ノード１４からのデータパケットを無線通信部２により受信すると、図７に既に示したように、タイムスロット割当部５がスロットマップ１０αを作成する。図７のスロットマップ１０αは、図５のスロットマップ１０Ｍと比較すると、隠れ端末が登録されていたタイムスロットＴＳ＃２，ＴＳ＃３，ＴＳ＃６，ＴＳ＃７に、ノード１４が登録されている点が異なる。

つぎに、ノード１０は、図９に示すように、作成したスロットマップ１０αをデータパケットに含めて送信することにより、タイムスロットの割当の変更と、ノード１４の新規参入とを隣接ノードに通知する。図９は、作成されたスロットマップ１０αが、隣接ノードであるノード１１およびノード１４に送信される様子を示す図である。

図１０は、新規ノード参入後の各ノードのスロットマップを示す図である。矛盾のない（各ノードから送信されたパケット同士が衝突するおそれがない）タイムスロット割当がなされており、新規ノード参入前のスロットマップを示した図５と比較して、スロットマップ１１Ｍ，１２Ｍ，１３Ｍには影響がないことが見てとれる。

以上説明したように、本実施の形態では、アドホックネットワークに参加しているノードが、自ノードおよび隣接ノードに割当てられているスロットの状態を示すスロットマップを保持し、新規ノードの接近を検知したノードが、事前に当該スロットマップを送信し、新規ノードに対して通知することとした。これにより、新規ノードは、自身に割当可能なタイムスロットを事前に知ることができるので、矛盾が生じないタイムスロット割当が可能になるとともに、新規ノードの迅速なネットワーク参入が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、アドホックネットワークに参加している各ノードが自ノードおよび隣接ノードのスロットマップを保持しておき、新規ノードの接近を検知すると、事前にそのノードが必要な情報を送信する場合について説明したが、空きスロット（新規ノードが使用可能なスロット）が常に存在しているとは限らない。そのため、本実施の形態では、新規ノードの接続先であるノードが保持するスロットマップに空きスロットが存在しない場合に、この接続先ノードに割当てられているタイムスロットの一部を開放することにより、新規ノードにタイムスロットを割当てる場合について説明する。

図１１は、本実施の形態におけるマルチホップアドホックネットワークの構成例を示す図である。図１１のアドホックネットワーク２００は、ノード２０、２１および２２を備えており、各ノードは、互いに１ホップで接続している。なお、各ノードの構成は、実施の形態１で示した各ノードと同じである（図２参照）。また、図中で、２０Ｃ，２１Ｃ，２２Ｃは、それぞれ、ノード２０，２１，２２からみた通信可能範囲である。

本実施の形態のアドホックネットワーク２００では、実施の形態１と同様に、各ノードが、自身に割当てられているタイムスロット番号と隣接ノードに割当てられているタイムスロット番号をスロットマップとして保持している。図１２は、各ノードが保持するスロットマップにおける、タイムスロットの割当ての例を示す図である。ここでは、ノード２０はスロットマップ２０Ｍを，ノード２１はスロットマップ２１Ｍを，ノード２２はスロットマップ２２Ｍを保持している。図１２に示した例では、各ノードには複数のタイムスロットが割当てられており、また、空きスロットは存在していない。

以下では、上記のように構成されたアドホックネットワークにおいて、新たなノードが参入する場合のスロット割当動作を説明する。図１１に示すように、新規ノード２３が、アドホックネットワーク２００に参入するために、ノード２０の無線通信範囲２０Ｃ内に移動する。このとき、ノード２０の測位部３が、新規ノード２３の存在を検知し、参入判定部４が、ノード２３が自身の通信範囲２０Ｃに到達すると判断したとする。この場合、スロット割当部５は、スロットマップ２０Ｍにおいて、ノードが割当てられていないスロット（空きスロット）が存在するか否かを確認する。

ここでは、ノード２０のスロットマップ２０Ｍには空きスロットが存在しないため、スロット割当部５は、自ノードに割当てられている複数のタイムスロット（ＴＳ＃０，ＴＳ＃３，ＴＳ＃６）のうち一部の割当てを開放する。図１３は、自ノードに割当てられている複数のタイムスロットのうち一部を開放したときのスロットマップの例を示す図であり、具体的には、ＴＳ＃６を開放した場合の例を示している。そして、タイムスロットを開放すると、スロット割当部５は、開放を反映したスロットマップ２０αを作成し、無線通信部２は、これをデータパケットに含めてブロードキャストする。図１４は、作成されたスロットマップ２０αがブロードキャストされる様子を示す図である。

ノード２３は、ノード２０の通信範囲２０Ｃに到達すると、無線通信部２を用いてノード２０からのデータパケットを受信する。そして、含まれるスロットマップ２０αから、自身が接続する対象であるノード２０と、ノード２０の隣接ノードであり自身からみた隠れ端末であるノード２１および２２についてのタイムスロットの割当て状態を認識する。そして、ノード２３のタイムスロット割当部５は、フレームＦにおいて、ノード２０，２１および２２に割当てられていないタイムスロットであるＴＳ＃６を、自身が利用可能なタイムスロットとして設定し、スロットマップ２３Ｍを作成する。図１５は、新規参入ノード２３において作成された新規のスロットマップ２３Ｍの例を示す図である。

そして、ノード２３は、図１６に示すように、割当てたタイムスロットを用いて、スロットマップ２３Ｍをデータパケットに含めて無線通信部２から送信する。図１６は、新規参入ノード２３が、接続先ノードであるノード２０に対し、スロットマップ２３Ｍを送信する様子を示す図である。

ノード２０では、無線通信部２がノード２３からデータパケット（スロットマップ２３Ｍを含んだデータパケット）を受信すると、スロット割当部５は、受信したスロットマップ２３Ｍに基づいて自身のスロットマップ２０αを更新する。具体的には、自身のスロットマップ２０αのタイムロットＴＳ＃６にノード２３を追加することによりスロットマップ２０βを作成する。そのうえで、ノード２０は、スロットマップ２０βをデータパケットに含めてブロードキャストすることにより、隣接ノード２１および２２に、自身のタイムスロット割当の変更を通知する。図１７は、ノード２０が、作成したスロットマップ２０βを隣接ノードに送信する様子を示す図である。

ノード２０からのデータパケットを受信したノード２１および２２は、それぞれ、スロットマップ２０Ｍの更新を認識する。つづけて、ノード２１および２２のそれぞれは、各自のスロットマップ２１Ｍ，２２ＭにおけるタイムスロットＴＳ＃６に割当てられていたノード２０を開放し、スロットマップ２１α，２２αを作成する。図１８は、新規ノード２３参入後の、各ノードのスロットマップの例を示す図である。矛盾のないタイムスロット割当がなされており、新規ノード参入前のスロットマップを示した図１２と比較すると、ノード２１，２２が使用するタイムスロットには影響がなく、ノード２０が使用していたタイムスロットの一部だけが譲り渡されている。なお、ノード２０が上記スロットマップ２０αをデータパケットに含めて送信した場合にも、隣接ノード２１および２２は、受け取ったスロットマップ２０αに基づいてスロットマップ２１Ｍおよび２２Ｍをそれぞれ更新するが、本実施の形態の特徴的な動作とは直接関係無いため、説明を省略した。

以上説明したように、本実施の形態では、アドホックネットワークにおける各ノードに複数のタイムスロットが割当てられることで全てのタイムスロットが割当済みである場合に、新規ノードを検知したノードが、自ノードに割当てられたタイムスロットの一部を開放することとした。これにより、アドホックネットワーク全体のタイムスロット割当てに影響を与えることなく衝突を回避したタイムスロットを新規ノードに割当てることができるので、新規ノードの迅速なネットワーク参入が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２では、参入先のアドホックネットワークに空きスロットが存在しない場合であっても、接続先ノードに割当てられた複数のタイムスロットの一部を開放することとしたが、接続先ノードに割当てられたタイムスロットが単一の場合もあり得る。そのため、本実施の形態では、新規ノードの接続先ノードは、割当てられているタイムスロットが１フレーム中に１つのみであって、さらに、接続先ノードが保持するスロットマップにも空きスロットが存在しない場合について説明する。

なお、本実施の形態のアドホックネットワークの構成は、実施の形態２で示したアドホックネットワークと同じ構成をとるものとして説明を行う（図１１）。また、各ノードの構成は、実施の形態１で示した各ノードと同じである（図２参照）。

本実施の形態では、実施の形態２と異なる構成および動作について説明する。図１９は、図１１のマルチホップアドホックネットワーク２００におけるタイムスロットの実施の形態２で示したもの（図１２参照）とは異なる、他の割当て例を示す図である。図１９に示した例では、ノード２０はスロットマップ２０Ｎを，ノード２１はスロットマップ２１Ｎを，ノード２２はスロットマップ２２Ｎを保持している。ノード２０には１つのタイムスロットのみが、ノード２１および２２には複数のタイムスロットが割当てられており、また、空きスロットは存在しない。

以下では、上記のように構成されたアドホックネットワーク２００において、新たなノードが参入する場合のスロット割当動作を説明する。図１１に示すように、新規ノード２３が、アドホックネットワーク２００に参入するために、ノード２０の無線通信範囲２０Ｃ内に移動する。ノード２０は、既に述べたように、新規ノード２３の存在を検知すると、ノード２３が自身の通信範囲２０Ｃに到達すると判断し、スロットマップに空きスロットが存在するか否かを確認する。

ここで、図１９に示すように、ノード２０のスロットマップ２０Ｍには空きスロットが存在せず、また、ノード２０に割当てられたタイムスロットはＴＳ＃０のみである。この場合、タイムスロット割当部５は、スロットマップ２０Ｍにおいてタイムスロットの割当てが最も多いノードを判別する。この例ではノード２１を判別する。そして、ノード２１に向けた、タイムスロットの一部開放を要求するタイムスロット開放要求メッセージを、無線通信部２によりブロードキャストする。図２０は、ノード２０が、タイムスロット開放要求メッセージをブロードキャストする様子を示す図である。

ノード２１は、自身に向けたタイムスロット開放要求メッセージを受信した場合、図２１に示すように、自身に割当てられたタイムスロットの一部（ここではＴＳ＃７）を開放する。つづけて、ノード２１は、スロットマップ２１Ｎに開放を反映したスロットマップ２１γを作成し、無線通信部２は、このスロットマップ２１γをデータパケットに含めて、隣接ノード（ノード２０および２２）に向けて送信する。図２２は、ノード２１が、隣接ノードに作成したスロットマップ２１γを送信する様子を示す図である。

ノード２０は、ノード２１が送信したスロットマップ２１αを含んだデータパケットを受信すると、受け取ったスロットマップ２１αに基づいてスロットマップ２０Ｎを更新する。具体的には、ノード２１が開放したタイムスロットＴＳ＃７を空きスロットとしたスロットマップ２０γをタイムスロット割当部５が作成する。さらに、ノード２０は、スロットマップγをデータパケットに含めて無線通信部２から送信する。図２３は、開放されたタイムスロットを空きスロットとして作成したスロットマップの例を示す図であり、図２４は、ノード２０が、隣接ノードに、作成したスロットマップ２０γを含んだデータパケットをブロードキャストする様子を示す図である。

ノード２３は、ノード２０の通信範囲２０Ｃに到達すると、ノード２０からのデータパケットを受信する。そして、受信したデータパケットに含まれているスロットマップ２０γを参照し、接続先ノード２０およびその隠れ端末であるノード２１，２２のタイムスロットの割当て状態を認識する。そして、ノード２３は、フレームＦにおいて、接続先ノード２０およびその隠れ端末ノード２１，２２に割当てられていないタイムスロットＴＳ＃７を、自身が利用可能なタイムスロットとして割当て、スロットマップ２３Ｎを作成する。その後、ノード２３は、スロットマップ２３Ｎを含めたデータパケットをブロードキャストし、スロットマップ２３Ｎを含んだデータパケットは、ノード２３の隣接ノード２０に受信される。さらに、ノード２０がこのデータパケットを転送することにより、データパケットは、ノード２３から見た２ホップ隣接ノードであるノード２１および２２へ到達する。その結果、各ノード（ノード２０，２１，２２）では、スロットマップがさらに作成（更新）される。図２５は、新規ノード２３参入後に各ノードで作成されたスロットマップを示す図である。

以上説明したように、本実施の形態では、新規ノードの接続先ノードに割当てられているタイムスロットが１つであり、かつ、接続先ノードが保持するスロットマップにも空きスロットが存在しない場合は、接続先ノードが、割当てスロットの最も多い隣接ノードに向けてスロットの開放要求を送信することで、当該隣接ノードにスロットを開放させ、開放されたスロットを新規ノードに割当てることとした。これにより、接続先ノードのスロット割当てが変更不可能な場合であっても、衝突を回避したタイムスロットを新規ノードに割当てることができ、新規ノードの迅速なネットワーク参入が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３においては、単一のアドホックネットワークに対して新規ノードが近づいたことを検知した場合に、アドホックネットワークに参加しているノード間でタイムスロットに関する情報を送受信してタイムスロットを融通して割当てるとした。本実施の形態では、同一周期のフレームを使用し、同一の時間分割を行うアドホックネットワーク同士が合併する場合について説明する。

図２６は、本実施の形態におけるマルチホップアドホックネットワークの構成例を示す図である。アドホックネットワーク３０１は、ノード３０，３１，３２，３３を備え、アドホックネットワーク３０２は、ノード３４，３５，３６，３７を備えている。アドホックネットワーク３０１とアドホックネットワーク３０２では、各ノードのタイムスロットは、同一フレーム周期、かつ同一の時分割数で割当てられているものとする。なお、各ノードの構成は、実施の形態１で示した各ノードと同じである（図２参照）。また、図中で、３０Ｃ，３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ，３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃは、それぞれ、ノード３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７からみた通信可能範囲である。

各ノードは、自身に割当てられているタイムスロット番号と、隣接ノードに割当てられているタイムスロット番号を、スロットマップとして保持している。図２７は、各ノードが保持するスロットマップにおける、タイムスロットの割当て例を示す図である。ノード３０にはＴＳ＃０が，ノード３１にはＴＳ＃１が，ノード３２にはＴＳ＃２が，ノード３３にはＴＳ＃３が，ノード３４にはＴＳ＃４が，ノード３５にはＴＳ＃５が，ノード３６にはＴＳ＃６が，ノード３７にはＴＳ＃７が、あらかじめ優先的に利用可能なタイムスロット（以下、優先スロットともいう）として、重複しないように割当てられている。その他のタイムスロットは隣接ノードおよび隠れ端末との間で重複しないように割当てられている。

以下では、上記のような構成のアドホックネットワーク同士が合併する場合における、スロット割当ての動作について説明する。図２６に示すように、アドホックネットワーク３０２が、アドホックネットワーク３０１のノード３０の無線通信範囲３０Ｃまで移動する。

このとき、アドホックネットワーク３０１のノード３０が、測位部３によりアドホックネットワーク３０２のノード（たとえば、ノード３４および３５）の存在を検知すると、参入判定部４は、これらのノードの移動方向および移動速度から、これらのノードが自身の通信範囲３０Ｃに到達することが予想されるか否かを判断する。同様に、アドホックネットワーク３０２のノード３４は、アドホックネットワーク３０１のノード（たとえば、ノード３０および３１）の存在を検知すると、これらのノードの移動方向と移動速度から、これらのノードが自身の通信範囲３４Ｃに到達することが予想されるか否かを判断する。

ノード３０およびノード３４は、隣接するアドホックネットワークのノードが自身の通信範囲に到達すると判断した場合、空きスロットの有無にかかわらず、自身が割当てられているタイムスロットの中で、優先スロット以外を開放する。そして、ノード３０および３４は、それぞれの隣接ノードであるノード３１および３５に対しても、優先スロット以外を開放するように無線通信部２を介して通知する。

ノード３０またはノード３４からの通知を受信したノード３１および３５は、図２８に示すように、それぞれのスロットマップから、ノード３０またはノード３４についての優先スロット以外のスロットを開放する。ここでは、スロットマップ３１ＭではＴＳ＃４が、スロットマップ３５ＭではＴＳ＃０が開放される。

また、ノード３０は、あらかじめ自身に割当てられた優先スロットＴＳ＃０のみを利用して、自身が保持するスロットマップ３０Ｍを含むデータパケットを無線通信部２により送信し、接続先のノードであるノード３４に、自身および隣接ノード３１のスロット割当て状態を通知する。ノード３４も同様に、あらかじめ自身に割当てられた優先スロットＴＳ＃４のみを利用して、自身が保持するスロットマップ３４Ｍを含むデータパケットを無線通信部２により送信し、接続先のノードであるノード３０に、自身および隣接ノード３５のスロット割当て状態を通知する。

ノード３０では、無線通信部２がノード３４からデータパケット（スロットマップ３４Ｍを含んだデータパケット）を受信すると、スロット割当部５は、受信したスロットマップ３４Ｍに基づいて自身のスロットマップ３０Ｍを更新する。具体的には、自身のスロットマップ３０ＭのタイムスロットＴＳ＃４にノード３４へのスロット割当てを追加することで、スロットマップ３０αを作成する。また、作成したスロットマップ３０αをデータパケットに含めて各隣接ノードへブロードキャストする。一方、ノード３４では、無線通信部２がノード３０からデータパケット（スロットマップ３０αを含んだデータパケット）を受信すると、スロット割当部５は、受信したスロットマップ３０αに基づいて自身のスロットマップ３４Ｍを更新する。具体的には、自身のスロットマップ３４ＭのタイムスロットＴＳ＃０にノード３０へのスロット割当てを追加することで、スロットマップ３４αを作成する。また、作成したスロットマップ３４Ｍをデータパケットに含めて各隣接ノードへブロードキャストする。

上記ノード３０により送信された、スロットマップ３０αを含んだデータパケットを受信したノード３１は、開放したタイムスロットＴＳ＃４に、ノード３０の隣接ノードであるノード３４が割当てられたことを認識し、タイムスロットＴＳ＃４に隠れ端末が割当てられた旨を示す情報を登録する。同様に、ノード３５は、タイムスロットＴＳ＃０に隠れ端末が割当てられた旨を示す情報を登録する。

以上説明したように、本実施の形態では、アドホックネットワーク同士が接近した場合、他のアドホックネットワークに属しているノードを検出したノードは、優先的に利用可能なタイムスロットとして自身に予め割当てられていたタイムスロット（優先スロット）以外を開放し、これを新規ノードに割当てることとした。これにより、衝突を回避したアドホックネットワーク同士の接続が可能になる。

なお、上記説明では、各ノードに１つの優先スロットが割当てられている場合の例について説明したが、２つ以上の優先スロットが割当てられていてもよい。また、各ノードに割当てられている優先スロットの数は必ずしも同じである必要はない。

以上のように、本発明にかかる通信制御方法は、ＴＤＭＡを採用するマルチホップアドホックネットワークに適用する通信制御方法に有用であり、特に、衝突の発生しないスロットを新規ノードに迅速に割当てる方法として適している。

実施の形態１のマルチホップアドホックネットワークの構成例を示す図である。無線移動ノードの内部構成例を示すブロック図である。実施の形態１のマルチホップアドホックネットワークで使用するフレームの構成例を示す概念図である。新規ノードが、アドホックネットワークに参入するために移動する様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップを送信する様子を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。実施の形態１の通信制御を実行して更新された後の各ノードにおけるタイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。新規ノードが、アドホックネットワークに参入するために移動する様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップを送信する様子を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。実施の形態２の通信制御を実行して更新された後の各ノードにおけるタイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。新規ノードを検知したノードが、割当てるタイムスロットを確保するためにスロット開放要求をブロードキャストする様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。タイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。スロットマップを更新したノードが更新後のスロットマップをブロードキャストする様子を示す図である。実施の形態３の通信制御を実行して更新された後の各ノードにおけるタイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。実施の形態４のマルチホップアドホックネットワークの構成例を示す図である。実施の形態４のマルチホップアドホックネットワークの各ノードにおけるタイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。実施の形態４の通信制御を実行して更新された後の各ノードにおけるタイムスロットの割当て状態の一例を示す図である。

符号の説明

１アンテナ
２無線通信部
３測位部
４参入判定部
５タイムスロット割当部
５メモリ
１０〜１４、２０〜２３、３０〜３７無線移動ノード（ノード）

Claims

一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部を使用してデータパケットを送信する複数のノードにより形成されたマルチホップアドホックネットワークにおいて、
当該マルチホップアドホックネットワークに新規参入を希望するノードである新規ノードを前記複数のノードの中のいずれか一つのノードが検知し、当該新規ノードに対してタイムスロットを割当てる場合の通信制御方法であって、
前記新規ノードを検知したノードである第１のノードが、自身および隣接ノードである第２のノードへのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認ステップと、
前記第１のノードが、前記スロット割当状態確認ステップにおける確認結果に基づいて、前記新規ノードへ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該新規ノードへ通知するタイムスロット候補決定通知ステップと、
前記新規ノードが、前記タイムスロット候補決定通知ステップにて通知された候補である空きスロットの中から使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択ステップと、
を含み、
前記第１のノードは、自身が送信した信号の到達範囲内に前記新規ノードが移動してくると予想した時点で、前記スロット割当状態確認ステップおよびタイムスロット候補決定通知ステップを実行し、前記決定した候補の情報を含んだ信号の定期的な送信を開始する、
ことを特徴とする通信制御方法。
前記第１のノードが、前記複数のタイムスロットの数および前記新規ノードを検知した時点で前記マルチホップアドホックネットワークに参入済みのノードの数、に基づいて、当該新規ノードの当該マルチホップアドホックネットワークへの参入を認めるかどうかを判定する参入可否判定ステップ、
を含み、
前記参入可否判定ステップにて「参入を認める」と判定した場合に前記スロット割当状態確認ステップ以降の処理を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信制御方法。
前記タイムスロット候補決定通知ステップにおいて、
前記第１のノードは、自身および前記第２のノードに割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在する場合、当該空きスロットを前記新規ノードへ通知する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信制御方法。
前記タイムスロット候補決定通知ステップにおいて、
前記第１のノードは、自身および前記第２のノードに割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在する場合、
その中の一部のタイムスロットを開放して空きスロットを生成し、当該生成した空きスロットを前記新規ノードへ通知する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信制御方法。
前記タイムスロット候補決定通知ステップにおいて、
前記第１のノードは、自身および前記第２のノードに割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在しない場合には、
前記第２のノードに割当てられているタイムスロットの中の一部のタイムスロットを開放するように、当該第２のノードに対して要求し、その結果開放されたタイムスロットを空きスロットとして前記新規ノードへ通知する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信制御方法。
一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部を使用してデータパケットを送信する複数のノードにより形成され、当該各ノードは、少なくとも１つのタイムスロットを自身が優先的に使用するタイムスロットとして割当てられているマルチホップアドホックネットワークにおいて、
当該マルチホップアドホックネットワークに新規参入を希望するノードである新規ノードを前記複数のノードの中のいずれか一つのノードが検知し、当該新規ノードに対してタイムスロットを割当てる場合の通信制御方法であって、
前記新規ノードを検知したノードである第１のノードが、自身および隣接ノードである第２のノードへのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認ステップと、
前記第１のノードが、前記スロット割当状態確認ステップにおける確認結果に基づいて、前記新規ノードへ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該新規ノードへ通知するタイムスロット候補決定通知ステップと、
前記新規ノードが、前記タイムスロット候補決定通知ステップにて通知された候補である空きスロットの中から使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択ステップと、
を含み、
前記タイムスロット候補決定通知ステップにおいて、
前記第１のノードは、自身および前記第２のノードに割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在する場合、
自身が優先的に使用するタイムスロット以外のタイムスロットを開放して空きスロットを生成し、当該生成した空きスロットを前記新規ノードへ通知することとし、
前記第１のノードは、自身が送信した信号の到達範囲内に前記新規ノードが移動してくると予想した時点で、前記スロット割当状態確認ステップおよびタイムスロット候補決定通知ステップを実行し、前記決定した候補の情報を含んだ信号の定期的な送信を開始する、
ことを特徴とする通信制御方法。
自身と同じ機能を有する他の通信装置とともにマルチホップアドホックネットワークを構成する機能を有し、マルチホップアドホックネットワークに参入済みの状態では一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部を使用してデータパケットを送信する通信装置であって、
自身がマルチホップアドホックネットワークに参入済みの状態で当該マルチホップアドホックネットワークに新規参入を希望する他の通信装置である参入希望通信装置を検知した場合に参入希望通信装置に対してタイムスロットを割当てるための構成として、
自身および隣接する通信装置へのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認手段と、
前記スロット割当状態確認手段による確認結果に基づいて、前記参入希望通信装置へ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該参入希望通信装置へ通知するタイムスロット候補決定通知手段と、
を備え、
自身が送信した信号の到達範囲内に前記参入希望通信装置が移動してくると予想した時点で、前記スロット割当状態確認手段および前記タイムスロット候補決定通知手段が動作を開始して前記候補を決定し、決定した候補の情報を含んだ信号の定期的な送信を開始する、
ことを特徴とする通信装置。
前記参入希望通信装置を検出した場合、その時点で前記マルチホップアドホックネットワークに参入済みのノードの数、に基づいて、当該参入希望通信装置の当該マルチホップアドホックネットワークへの参入を認めるかどうかを判定する参入可否判定手段、
を備え、
前記スロット割当状態確認手段は、前記参入可否判定手段による判定結果が「参入を認める」旨を示す場合にスロット割当状態を確認する
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
前記タイムスロット候補決定通知手段は、
自身および前記隣接する通信装置に割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在する場合、当該空きスロットを前記参入希望通信装置へ通知する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の通信装置。
前記タイムスロット候補決定通知手段は、
自身および前記隣接する通信装置に割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在する場合、
その中の一部のタイムスロットを開放して空きスロットを生成し、当該生成した空きスロットを前記参入希望通信装置へ通知する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の通信装置。
前記タイムスロット候補決定通知手段は、
自身および前記隣接する通信装置に割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在しない場合には、
前記隣接する通信装置に割当てられているタイムスロットの中の一部のタイムスロットを開放するように、当該隣接する通信装置に対して要求し、その結果開放されたタイムスロットを空きスロットとして前記参入希望通信装置へ通知する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の通信装置。
自身がマルチホップアドホックネットワークに新規参入する際に、参入後に使用するタイムスロットを決定するための構成として、
マルチホップアドホックネットワークに参入済みの他の通信装置から当該マルチホップアドホックネットワークに参入した後に使用するタイムスロットの候補を通知された場合に、当該通知された候補の中から自身が使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択手段、
を備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の通信装置。
自身と同じ機能を有する他の通信装置とともにマルチホップアドホックネットワークを構成する機能を有し、マルチホップアドホックネットワークに参入済みの状態では、一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部であって、自身が優先的に使用する少なくとも１つのタイムスロット含んだタイムスロットを使用してデータパケットを送信する通信装置において、
自身がマルチホップアドホックネットワークに参入済みの状態で当該マルチホップアドホックネットワークに新規参入を希望する他の通信装置である参入希望通信装置を検知した場合に参入希望通信装置に対してタイムスロットを割当てるための構成として、
自身および隣接する通信装置へのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認手段と、
前記スロット割当状態確認手段による確認結果に基づいて、前記参入希望通信装置へ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該参入希望通信装置へ通知するタイムスロット候補決定通知手段と、
を備え、
前記タイムスロット候補決定通知手段は、
自身および前記隣接する通信装置に割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在する場合、
自身が優先的に使用するタイムスロット以外のタイムスロットを開放して空きスロットを生成し、当該生成した空きスロットを前記参入希望通信装置へ通知することとし、
自身が送信した信号の到達範囲内に前記参入希望通信装置が移動してくると予想した時点で、前記スロット割当状態確認手段および前記タイムスロット候補決定通知手段が動作を開始して前記候補を決定し、決定した候補の情報を含んだ信号の定期的な送信を開始する、
ことを特徴とする通信装置。
一定周期のフレームを時分割して得られる複数のタイムスロットの中の一部を使用してデータパケットを送信する複数の通信装置により形成され、
当該各通信装置は、少なくとも１つのタイムスロットを自身が優先的に使用するタイムスロットとして割当てられているマルチホップアドホックネットワークであって、
前記通信装置は、
自身と同じ機能を有し、自身が参入しているマルチホップアドホックネットワークとは異なる他のマルチホップアドホックネットワークに参入済みの他ネットワーク参入済み通信装置を検知した場合に、自身および隣接する通信装置へのタイムスロット割当状態を確認するスロット割当状態確認手段と、
前記スロット割当状態確認手段による確認結果に基づいて、前記他ネットワーク参入済み通信装置へ割当てるタイムスロットの候補を決定し、当該決定した候補を当該他ネットワーク参入済み通信装置へ通知するタイムスロット候補決定通知手段と、
を備え、
前記タイムスロット候補決定通知手段は、
自身および前記隣接する通信装置に割当てられていないタイムスロットである空きスロットが存在するかどうかを確認し、空きスロットが存在しない場合、さらに、
自身に割当てられているタイムスロットが複数存在するかどうかを確認し、複数存在する場合、
自身が優先的に使用するタイムスロット以外のタイムスロットを開放して空きスロットを生成し、当該生成した空きスロットを前記他ネットワーク参入済み通信装置へ通知することにより、自身が参入済みのマルチホップアドホックネットワークと当該他ネットワーク参入済み通信装置が参入済みのマルチホップアドホックネットワークとを合併させることとし、
自身が送信した信号の到達範囲内に前記他ネットワーク参入済み通信装置が移動してくると予想した時点で、前記スロット割当状態確認手段および前記タイムスロット候補決定通知手段が動作を開始して前記候補を決定し、決定した候補の情報を含んだ信号の定期的な送信を開始する、
ことを特徴とするマルチホップアドホックネットワーク。