JP5851020B2 - 通信システム、及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、及び通信方法に関する。

複数の端末が通信を行う方式として、通信ノード同士が直接通信を行うアドホック通信方式が利用されている。アドホック通信における経路構築の方式としては、プロアクティブ方式とリアクティブ方式が知られている。

プロアクティブ方式では、ネットワーク上の各ノードが、隣接するノードとの間でハローフレームにより双方向で通信（交換）することで、自ノードの存在を隣接ノードに通知すると共に、隣接ノードの存在を認識する。ハローフレームを交換することにより、隣接する双方のノードでお互いを管理できた時点で、リンクが確立される。ハローフレームは、定期的な１ホップのブロードキャストとして交換されるが、ネットワーク上の各ノードにおいて、宛先ノードまでの経路情報を含むハローフレームの交換が行われることで、送信元ノードと宛先ノード（例えば、ゲートウェイノード）間の経路構築が実現される。

図１１は、従来技術における、プロアクティブ方式により通信を行うノード２００の構成を示す図である。ノード２００は、通信部２０１と、リンク品質評価部２０２と、リンクテーブル保持部２０３と、経路構築部２０４と、ルーティングテーブル保持部２０５とを有する。

通信部２０１は、ノード２００の外部のノードと無線あるいは有線により通信を行う。リンク品質評価部２０２は、通信部２０１で受信したハローフレームの品質情報より、リンクテーブルを作成し、リンクテーブル保持部２０３に出力するとともに、リンク品質に関する情報を経路構築部２０４に出力する。リンクテーブル保持部２０３は、通信部２０１が受信したハローフレームの品質情報に基づき、リンク品質評価部２０２において作成されたノード毎のリンク情報を、テーブルとして保持する。経路構築部２０４は、リンク品質評価部２０２から入力されたリンク品質に関する情報に基づいて経路構築を行い、目的ノード毎の経路情報を作成し、ルーティングテーブル保持部２０５に出力する。ルーティングテーブル保持部２０５は、経路構築部２０４から出力された経路情報をテーブルとして保持する。

一方、リアクティブ方式は、データ送信元のノードが、データを送信する際にルーティングを行う方式である。リアクティブ方式では、送信元ノードが、ルーティングの直前に最適経路の探索を行うことで、経路を構築する。リアクティブ方式の経路構築では、ネットワーク上の各ノードは、最適な経路を発見するために、周辺のノードに対して、経路探索要求であるＲＲＥＱ（Route REQuest）というフレームをブロードキャストする。ＲＲＥＱが目的のノード（例えば、ゲートウェイノード）に到達すると、当該ノードは、経路探索応答であるＲＲＥＰ（Route REPly）フレームを作成し、ＲＲＥＱの送信元のノードに対して、ＲＲＥＱが送信されてきた経路を辿ってＲＲＥＰを返信（ユニキャスト）する。これにより、上記送信元ノードと上記目的のノードとの間に、双方向の通信経路が構築され、以降、データは、当該通信経路上のノードを転送されることにより、送受信される。

上述のリアクティブ方式では、経路構築のためにＲＲＥＱをブロードキャストするため、複数のノードに対する経路構築が同時期に行われると、各ノードへの接続のために複数のＲＲＥＱがブロードキャストされ、ネットワークに輻輳が生じることがある。アドホックネットワークにおける経路構築の技術の一つとして、各ノードが、上り方向にフレーム転送を行う際、各ノード間のフレーム転送コスト値を基に、上り方向の経路構築のためのテーブルの作成に加えて、下り方向の経路テーブルを作成し、下り方向の通信に利用することにより、下り通信の経路構築のための通信量を削減する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−９７４５８号公報

多数のノードによりアドホックネットワークを構成する場合、ノード相互の通信により全てのノードが目的の宛先に対して通信可能なネットワークの形成を、各ノードに要するハードウェアリソース（及び、これに関連したコスト）を抑えつつ、実現することが重要となる。プロアクティブ方式においては、ネットワーク上の各ノードが、ハローフレームを定常的に交換することにより、リアクティブ方式と比較して、経路構築のための通信量を削減することができるが、ノードの配置によっては、ハローパケットの送受信に伴い、リンクテーブルの保持のために多くのメモリが必要となる。したがって、ノードの配置（周囲のノード数）によっては、リンクテーブルの保持に必要なメモリ量が、ノードが備えるメモリ量を超える場合も生じる。

図１２は、従来のプロアクティブ方式による経路構築の課題を説明するための図である。図１２において、ＧＷ（ゲートウェイ）ノード１０１とノード１０２〜１１５とが、直接的あるいは間接的に相互接続され、アドホックネットワークシステム１００を形成している。図１２に示す様に、アドホックネットワークシステム１００におけるノードの配置は一様ではなく、ノード密度が高く配置される実線領域Ａ３と、ノード密度が低く配置される破線領域Ａ４が混在している。これにより、アドホックネットワークシステム１００の中には、隣接ノードを多数持つノード（例えば、ノード１０４）と、それほど持たないノード（例えば、ノード１０３やノード１０８）とが混在することとなる。

図１２において、各ノードは、ハローフレームを交換することにより、隣接するノードを認識するが、例えば、ノード１０４は、計７つのノードと隣接しており、全ての隣接ノードからのハローフレームの情報をリンクテーブルに保持することができない。この場合、ノード１０４は、通信品質の良好なノードから順に、情報をリンクテーブルに保持する。

ここで、図１２に示す様に、ノード１０４へのリンクＬ１０８が唯一の経路で迂回経路が存在しないノード１０８について、リンクＬ１０８の品質が良好でない場合、メモリ容量の制限によりノード１０４のリンク管理リストから、ノード１０８が漏れることがある。例えば、ノード１０４は、実線領域Ａ３に属する複数の周辺ノード１０６、１１１、１１３との間でハローフレームを交換することにより、ノード１０４の隣接管理台数がその上限値を超えた場合、ノード１０８との間では、ハローフレームの交換による隣接管理が行われない。この結果、ノード１０４は、ノード１０８を隣接ノードとして認識できず、ノード１０８からはノード１０４を認識できているにも拘らず、ノード１０４とノード１０８との間のリンクＬ１０８を通信経路として利用できない。ノード１０８には、ノード１０４を通じた経路以外は存在しない。すなわち、リンクＬ１０８による通信が可能であっても、ノード１０４に隣接ノードが多数存在する場合は、ノード１０８は、ノード１０４を経由した経路を利用できず、孤立することとなる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、メモリ使用量を低減しつつ、効率的に経路を構築することのできる通信システム、及び通信方法を提供す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、本願の開示する通信システムは、一つの態様において、特定のノードと、該特定のノードとの間でアドホック無線通信を行うと共に、設置位置が固定された複数のノードとを有する。前記複数のノードの各々は、リンク品質評価部と上り経路構築部と通信部と下り経路構築部とを有する。前記リンク品質評価部は、ネットワーク形成のために、前記特定のノードへの上り通信を行うための、ハローフレームによる経路評価を、該ハローフレームの受信実績のみに基づいて行う。前記上り経路構築部は、前記リンク品質評価部による経路評価に基づき、上り経路を構築する。前記通信部は、前記特定のノードへの上り通信を、定期的にかつ所定の頻度で行う。前記下り経路構築部は、前記特定のノードへの前記上り通信の経路に基づき、前記特定のノードからの下り経路を構築する。

本願の開示する通信システムの一つの態様によれば、メモリ使用量を低減しつつ、効率的に経路を構築することができる。

図１は、本実施例に係るアドホックネットワークシステムの機能構成を示す図である。 図２は、本実施例に係るノードのハードウェア構成を示す図である。 図３は、上り方向と下り方向における経路品質の時間変化を示す図である。 図４は、プロアクティブ方式による経路構築手法を説明するための図である。 図５は、高ノード密度領域における課題を説明するための図である。 図６は、高ノード密度領域における課題の解決手法を説明するための図である。 図７は、下り方向の経路が構築できなくなる課題を説明するための図である。 図８は、下り方向の経路を構築する手法を説明するための図である。 図９は、上り経路の逆経路による下り経路構築における課題を説明するための図である。 図１０は、定期的な上り通信により、下り方向の経路品質が更新される様子を説明するための図である。 図１１は、従来技術における、プロアクティブ方式により通信を行うノードの構成を示す図である。 図１２は、従来のプロアクティブ方式による経路構築の課題を説明するための図である。

以下に、本願の開示する通信システム、及び通信方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例の記載により、本願の開示する通信システム、及び通信方法が限定されるものではない。

まず、本願の開示する一実施例に係るアドホックネットワークシステム１の構成を説明する。図１は、本実施例に係るアドホックネットワークシステム１の機能構成を示す図である。図１に示す様に、アドホックネットワークシステム１は、ゲートウェイノード１０と、ゲートウェイノード１０との間でアドホック無線通信を行うと共に、設置位置が固定された複数のノード２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０とを有する。以下、ゲートウェイノード１０を宛先とするフレーム送信を上り方向の通信（上り通信）と定義し、ゲートウェイノード１０から各ノード２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０へのフレーム送信を下り方向の通信（下り通信）と定義する。

図１において、ゲートウェイノード１０は、通信部１１と、下り経路構築部１２と、リアクティブ経路構築部１３と、ルーティングテーブル保持部１４とを備える。また、ノード２０は、通信部２１と、リンク品質評価部２２と、リンクテーブル保持部２３と、上り経路構築部２４と、下り経路構築部２５と、リアクティブ経路構築部２６と、ルーティングテーブル保持部２７とを備える。

通信部１１（または通信部２１、以下同様）は、ゲートウェイノード１０（ノード２０）の外部のノードと無線あるいは有線により通信を行う。リンク品質評価部２２は、通信部２１で受信したハローフレームの品質情報より、リンクテーブルを作成し、リンクテーブル保持部２３に出力するとともに、リンク品質に関する情報を上り経路構築部２４に出力する。リンクテーブル保持部２３は、通信部２１が受信したハローフレームの品質情報に基づき、リンク品質評価部２２において作成されたノード毎のリンク情報を、テーブルとして保持する。

上り経路構築部２４は、リンク品質評価部２２から入力されたリンク品質に関する情報に基づき経路構築を行い、目的ノード毎の経路情報を作成し、作成された経路情報をルーティングテーブル保持部２７に出力する。下り経路構築部１２（２５）は、上り通信の実績に基づいて、目的ノード毎に冗長度の無い下り経路を構築し、ルーティングテーブル保持部１４（２７）に出力する。リアクティブ経路構築部１３（２６）は、下り経路構築部１２（２５）による下り経路を用いた通信が失敗した場合に、経路探索を行い、新たな冗長度のある下り経路を構築し、ルーティングテーブル保持部１４（２７）に出力する。

次に、ゲートウェイノード１０及びノード２０〜８０のハードウェア構成を説明する。図２は、本実施例に係るノード１０〜８０のハードウェア構成を示す図である。以下、図２を参照して、ゲートウェイノード１０のハードウェア構成を代表的に説明するが、他のノード２０〜８０についても、ハードウェア的には同様の構成を有する。したがって、共通する構成要素には、末尾が同一の参照符号を付すと共に、その図示及び詳細な説明は省略する。

図２に示す様に、ノード１０は、プロセッサ１０ａと、ＲＦ（Radio Frequency）回路１０ｂと、記憶装置１０ｃと、入力装置１０ｄと、表示装置１０ｅとが、バスを介して各種信号やデータの入出力が可能なように接続されている。プロセッサ１０ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。記憶装置１０ｃは、例えば、ＨＤ（Hard Disk）、ＲＯＭ（Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置の他、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭを含む。また、入力装置１０ｄは、例えば、操作キー、タッチパネルにより構成され、表示装置１０ｅは、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬＤ（Electro Luminescence Display）により構成される。

図１に示したゲートウェイノード１０の機能的構成要素の内、通信部１１は、例えば、ハードウェアとしてのＲＦ回路１０ｂにより実現される。下り経路構築部１２とリアクティブ経路構築部１３は、ハードウェアとしてのプロセッサ１０ａによりそれぞれ実現される。ルーティングテーブル保持部１４は、ハードウェアとしての記憶装置１０ｃにより実現される。

また、ノード２０の機能的構成要素の内、リンク品質評価部２２、上り経路構築部２４、下り経路構築部２５、リアクティブ経路構築部２６は、プロセッサ２０ａによりそれぞれ実現され、通信部２１は、ＲＦ回路２０ｂにより実現される。リンクテーブル保持部２３、ルーティングテーブル保持部２７は、ハードウェアとしての記憶装置１０ｃにより実現される。

続いて、図３〜図１０を参照しながら、本実施例に係るアドホックネットワークシステム２による経路制御について、より詳細に説明する。アドホックネットワークシステム２は、上述したアドホックネットワークシステム１とネットワークのトポロジが異なるが、各ノードの機能やハードウェア等の構成は同一であるため、各ノードの構成の説明は省略する。

まず、図４は、プロアクティブ方式による経路構築手法を説明するための図である。図４に示す様に、各ノードＮ２１〜Ｎ２５、Ｎ３１は、隣接ノードとの間でハローフレームを交換し、隣接ノード間にリンクを確立する。次に、各ノードＮ２１〜Ｎ２５、Ｎ３１は、リンク情報に基づくトポロジ情報を、ハローフレームにより交換する。その後、各ノードＮ２１〜Ｎ２５、Ｎ３１は、交換された上記トポロジ情報を基にルーティングテーブルを作成し、宛先ノード（ＧＤ）毎の経路を構築する。ルーティングテーブルには、宛先ノードの識別子（例えば、Ｎ２１、Ｎ３１）が「ＧＤ」として登録され、これに対応する最隣接の宛先ノードの識別子（例えば、Ｎ２３、Ｎ２５、Ｎ３１、Ｎ２２）が「ＬＤ」として登録される。なお、最隣接の宛先ノードは、ノードＮ２１の“Ｎ２３”、“Ｎ２５”の様に、構築経路の冗長化のために、複数登録されることもある。ルーティング時には、各ノードＮ２１〜Ｎ２５、Ｎ３１は、自ノード宛に転送されてきたフレームの宛先（ＧＤ）情報を参照して、最隣接ノードの宛先（ＬＤ）へフレームを転送する。

図５は、高ノード密度領域における課題を説明するための図である。ノードＮ２２には、隣接管理台数の上限値として“５台”が予め設定されているが、ノードＮ２２に隣接するノードは、図５に示す様に、計６つ存在する。したがって、隣接管理台数がその上限値を超えるため、ノードＮ２２から最も距離の離れた位置に設置されているノードＮ３１は、本来は隣接ノードであるにも拘らず、ノードＮ２２の隣接ノードとして認識されず、ノードＮ２２、Ｎ３１間にリンクが確立されることはない。上述したように、トポロジ情報は、リンクの確立後に作成されるため、ノードＮ２２との間にリンクが確立されていないノードＮ３１の識別子は、トポロジ情報に含まれない。このため、ノードＮ３１は、ルーティングテーブルを作成することができず、経路をもたないノード（孤立ノード）となる。その結果、ノードＮ３１は、アドホックネットワークに参加することができず、ゲートウェイノードＮ２１（ＧＤ）に向けた経路を構築することもできなくなる。また、ノードＮ３１のルーティングテーブルＴ３１は、図５に示す様に、経路情報等のデータが格納されない状態（空き状態）となる。

図６は、高ノード密度領域における課題の解決手法を説明するための図である。確立されなかったノードＮ２２、Ｎ３１間のリンクは、本実施例に係る経路制御により確立される。すなわち、アドホックネットワークシステム２は、宛先であるゲートウェイノードＮ２１の方向への定期的な上り通信（例えば、検針結果の報告）を主とするネットワークシステムである。そこで、アドホックネットワークシステム２は、経路構築を上り方向に特化し、ノードＮ３１が、リンクの確立を、ハローフレームの交換では無く、宛先方向（ノードＮ２２）から来るハローフレームの受信のみに基づいて行う。これにより、アドホックネットワークシステム２は、孤立ノードであったノードＮ３１のノードＮ２２とのリンク確立を可能とする。ノードＮ３１は、ノードＮ２２とのリンク確立に成功したことで、ノードＮ３１には、ゲートウェイノードＮ２１宛の経路が構築される。換言すれば、ノードＮ３１は、リンク確立に使用するハローフレームを、宛先（ＧＷ）方向から受信されるハローフレームのみに絞り込む。これにより、ノードＮ３１のルーティングテーブルＴ３１には、ノードＮ２２を最隣接ノードの宛先（ＬＤ）とするゲートウェイノードＮ２１向けの、経路コスト３の経路情報が格納されることとなる。

他方、上述した経路制御は、高ノード密度領域における課題解決に着目し、宛先方向からのハロー受信のみでリンクを確立するものであることから、以下に説明する新たな課題の発生が懸念される。図７は、下り方向の経路が構築できなくなる課題を説明するための図である。図７に示す様に、ノードＮ２２のルーティングテーブルＴ２２には、下り方向の経路構築のためのトポロジ情報が作成されず、その結果、下り経路が構築されなくなる。すなわち、ノードＮ３１は、ゲートウェイノードＮ２１の設置方向（上り方向）のみからのハローフレームの受信によってリンクを確立したため、上り経路Ｒ３１の構築はできても、逆方向の経路である下り経路Ｒ２１を構築することはできない。

そこで、アドホックネットワークシステム２は、下り経路の未構築を補完するため、上り経路Ｒ３１の逆経路による経路構築を導入する。図８は、下り方向の経路を構築する手法を説明するための図である。ノードＮ２２は、ノードＮ３１から上り経路Ｒ３１ａを経て受信されたデータフレームから、下り方向のルーティングテーブルＴ２２ｂを作成する。すなわち、図８に示す様に、ノードＮ３１からノードＮ２２に送信されるデータフレームのヘッダＨ３１には、宛先ノードの識別子（ＧＤ）として“Ｎ２１”が設定されている。更に、最隣接の送信元ノードの識別子（ＬＳ：Local Source）として“Ｎ３１”が設定され、送信元ノードの識別子（ＧＳ：Global Source）として同じく“Ｎ３１”が設定されている。

ノードＮ２２は、上りデータフレームをノードＮ３１から受信すると、このデータフレームのヘッダ部分であるデータヘッダＨ３１から、宛先ノード（ＧＤ）の情報である“Ｎ２１”と、送信元ノード（ＬＳ、ＧＳ）の情報である“Ｎ３１”とを抽出する。そして、ノードＮ２２は、抽出したこれらの情報を基に、下り方向の経路情報を生成する。下り方向の経路情報は、例えば、以下の対応関係に従って生成される。すなわち、下り経路のＧＤの情報が、受信されたデータヘッダのＧＳの情報に対応し、下り経路のＬＤの情報が、受信されたデータヘッダのＬＳの情報に対応する様に、下り方向のルーティングテーブルが更新される。したがって、ノードＮ２２の下り方向ルーティングテーブルＴ２２ｂは、ノードＮ３１からの上りデータフレーム受信時に、図８に示すデータ格納状態となる。具体的には、宛先ノード「ＧＤ」として“Ｎ３１”、最隣接の宛先ノード「ＬＤ」として“Ｎ３１”、「経路コスト」として“１”ホップの各情報が格納された状態となる。その結果、ノードＮ２２は、下り方向ルーティングテーブルＴ２２ｂを参照することで、ノードＮ３１に向かう下り経路の構築が可能となる。

なお、ゲートウェイノードＮ２１を含む他のノードＮ２３〜Ｎ２５に関しても、上述したノードＮ２２と同様の手法を用いて、データフレームを順次転送していくことにより、下り方向の経路を構築することができる。

図９は、上り経路の逆経路による下り経路構築における課題を説明するための図である。図９に示す様に、ゲートウェイノードＮ２１は、上り方向のフレーム受信時に作成された下り方向ルーティングテーブルＴ２１ｂにより下り経路Ｒ２１を構築する。これにより、ゲートウェイノードＮ２１は、ノードＮ３１からのフレーム受信を契機としてＮ３１へ向けた下り通信が可能となる。しかしながら、下り経路Ｒ２１は、上り方向のフレーム転送時に作成された後、何ら情報の更新が行われない。一方、下り経路Ｒ２１は、経路の一部または全部において、一時的な遮蔽物の出現等を原因として中期的にリンク品質が変動する。このため、下り経路Ｒ２１は、更新されないままでは、リンク（例えば、ノードＮ２３、Ｎ２２間のリンク）の品質劣化に柔軟に適応することができない。その結果、ゲートウェイノードＮ２１は、通信不能な経路Ｒ２１により、フレームの転送を行ってしまうという懸念がある。すなわち、冗長経路をもたない下り経路による通信（フレーム転送）は失敗し、パケットロスを生じさせることがある。

このような問題が発生する原因は、上り経路として選択するリンクの目標品質と下り経路として選択するリンクの目標品質とが異なる為である。ハローフレームによるリンク品質評価に基づいて構築する冗長性のある上り経路では、定期的かつ大量の上り通信フレームの到達率向上を目的に、平均的にある程度の品質が保証できるリンクを用いて経路構築する事に対し、不定期でかつ頻度が低く少量の下り通信フレームの到達性を、冗長性を持たない下り経路で向上させる為には直近のリンク品質が高いリンクを用いて経路構築をすべきだからである。図３に戻り、上り経路に適したリンクの品質と、下り経路に適したリンクの品質との差異を示す。横軸は時間であり、縦軸はリンクの品質である。また、破線Ｑ１は、通信を成功させる為に求められる最低の品質を表す。上り経路には、実線Ｌ１のように平均的にある程度の品質が保証できるリンクが適する。一方、下り経路には、実線Ｌ２や実線Ｌ３のように、時間的な品質の変動は大きくても、直近の品質が高いリンクが適する。

これに対して、上り方向の経路では、上述したハローフレームの受信によるリンク品質の評価が常に行われており、経路品質の評価結果（経路評価結果）も、定期的にかつ所定頻度で更新されている。また、上り方向の経路は、冗長経路を有するため、フレーム転送に失敗しても、他経路への迂回によって、フレームの到達性は維持される。

図１０は、定期的な上り通信により、下り方向の経路品質が更新される様子を説明するための図である。図１０に示す様に、ノードＮ２３、Ｎ２２間におけるフレーム転送の失敗に伴い、ノードＮ３１からの上りフレームは、ノードＮ２２において迂回され、その後、迂回経路Ｒ２２を通って、宛先ノードであるゲートウェイノードＮ２１まで転送される。ゲートウェイノードＮ２１は、ノードＮ３１から経路Ｒ３１ａ、Ｒ２２を経由したフレームをノードＮ２４から受信すると、下り方向ルーティングテーブルＴ２１ｂを更新する。すなわち、下り方向ルーティングテーブルＴ２１ｂは、フレーム転送経路の上記迂回に対応して、図１０に示す様に、最隣接の宛先ノード（ＬＤ）が、従前の“Ｎ２３”から“Ｎ２４”に更新される。また、フレームの到達までの経路コストも、従前のホップ数“３”から“４”に更新される。更新された下り方向ルーティングテーブルＴ２１ｂは、下り方向ルーティングテーブル保持部１４ｂにより保持される。

上述したように、ノードＮ３１からゲートウェイノードＮ２１への上り通信は定期的に行われるため、アドホックネットワークシステム２は、ハローフレームによりリンク品質を観察しなくとも、経路品質情報を更新することができる。すなわち、ゲートウェイノードＮ２１からの下り経路には迂回経路は存在しないが、上り経路は、ハローフレームの受信により構築されるため、迂回経路が存在する。このため、下り経路は、下り経路の構築直前における、上り経路の迂回動作に基づいて更新可能となり、その結果、最新の経路品質が反映されたものとなる。したがって、特に、上り方向の通信の頻度がリンク品質の変動に対して十分に早い場合には、アドホックネットワークシステム２は、下り通信においても、高いフレーム到達率を実現することができる。

特定の宛先ノードであるゲートウェイノードＮ２１への上り通信の発生頻度と、その逆方向の通信である下り通信の発生頻度とが著しく異なる場合、双方向（上り方向のみならず下り方向）においてハローフレームの交換による経路構築を行うと、経路優先度の差が無くなる。すなわち、殆ど使用されることのない経路（例えば、図６に示したノードＮ２２、Ｎ２６間の経路、ノードＮ２２、Ｎ２７間の経路、ノードＮ２２、Ｎ２８間の経路）と頻繁に使用される経路（例えば、図６に示したノードＮ２２、Ｎ３１間の経路）との間における優先度の差が考慮されず、省メモリのプラットフォームでは、上り方向の重要な経路（例えば、上記ノードＮ２２、Ｎ３１間の経路）が構築されないという問題が発生する。かかる問題を回避するため、アドホックネットワークシステム２が、宛先方向から来るハローフレームの受信のみに着目して、特定の宛先ノードであるゲートウェイノード向けの経路を構築すると、上り方向の重要な経路は構築することができる。

しかしながら、上述した経路構築方式では、反対に、下り経路が構築されないという問題が発生する。かかる問題を、上りの逆経路による経路構築によって解決したとしても、下り経路に冗長性が無くなり、下り経路は、リンク品質の変動に弱くなる。その結果、フレームの到達率が劣化する。これらの問題を解決するため、本実施例に係るアドホックネットワークシステム２は、上り通信の頻度を、リンク品質の変動よりも早く行うことにより、下り経路を常に最新の状態に更新し、フレーム到達率を向上させる。これにより、アドホックネットワークシステム２は、上りの逆経路による下り通信の失敗後に発生する経路探索処理を最小化することができる。その結果、システムにおける処理負荷の低減、処理時間の短縮が可能となる。

以上説明したように、アドホックネットワークシステム１は、ゲートウェイノード１０と、ゲートウェイノード１０との間でアドホック無線通信を行うと共に、設置位置が固定された複数のノード２０〜８０とを有する。例えば、ノード２０は、リンク品質評価部２２と通信部２１とを有する。リンク品質評価部２２は、ゲートウェイノード１０への上り通信を行うためのネットワーク形成のために、ハローフレームによるリンク品質評価を、該ハローフレームの受信実績のみに基づいて行う。通信部２１は、ゲートウェイノード１０への上り通信を、定期的にかつ所定の頻度で行う。ゲートウェイノード１０及びノード２０〜８０は、下り経路構築部１２または下り経路構築部２５を有する。下り経路構築部１２及び下り経路構築部２５は、複数のノード２０〜８０からのフレームの転送実績に基づき、ゲートウェイノード１０から複数のノード２０〜８０への下り通信を行う経路を構築する。例えば、下り経路構築部１２及び下り経路構築部２５は、最新の到達実績のある経路、すなわち、到達実績のある経路の内、最新のものを下り経路として選択する。これにより、より到達率の高い下り経路構築が可能となる。

特に、ゲートウェイノード１０に上り方向のフレームが到達した直後であれば、その到達経路の通信品質の変動は少なく、下り方向の到達率も同様に高いことが推測される。そこで、ゲートウェイノード１０は、下り方向のフレームを送信する際にも、上り通信時と同一の経路を選択することで、当該フレームは、良好な品質の経路を辿って、宛先ノードに達することができる。したがって、上り方向で確立された経路を用いた、効率的な下り通信が可能となる。

また、アドホックネットワークシステム１において、ゲートウェイノード１０のリアクティブ経路構築部１６は、上記フレームの転送実績に基づく、上記経路による下り通信に失敗した場合、通常のリアクティブ方式と同様に、経路探索フレーム（ＲＲＥＱ／ＲＲＥＰ）を用いて冗長化された経路を構築する。これにより、下り通信においても上り通信と同様な高い到達率を実現する。

アドホックネットワークシステム１において、ゲートウェイノード１０及びノード２０〜８０は、各ノード２０〜８０から自ノードへの上り通信にて定期的に転送されるフレームの経路迂回により更新された最新の転送実績に基づき、下り経路を更新する。下り通信失敗時の経路構築は、リアクティブ方式の経路構築と類似するが、ゲートウェイノード１０は、転送実績に基づき構築した下り経路を優先的に再利用した結果、自ら常に経路探索する場合と比較して経路探索を実施する回数が抑制される。このため、経路探索のためのトラフィックを抑制することができる。以上により、ネットワーク環境の変化に追従しつつも、経路探索によるトラフィックを軽減した下り経路通信が可能となる。

より具体的には、アドホックネットワークシステム１は、下り経路構築に際して、２段階での経路構築を行う。第１段階として、ゲートウェイノード１０及びノード２０〜８０は、上りデータの転送時に、ＬＳをＬＤとするＬＤ１のみの非冗長下り経路を構築する。そして、その経路によるルーティングが失敗した場合のみ、第２段階として、ゲートウェイノード１０は、通常の経路探索を行い、冗長経路を保持する経路構築を行う。これにより、リアクティブ方式の経路探索フレームの発生が抑制される。したがって、フレーム到達率を維持しつつ、トラフィックの増加を抑えたネットワークシステムの構築が可能となる。

なお、上記実施例においては、経路コストとしてホップ数を例示したが、これに限らない。例えば、経路コストは、ホップ数と経路に含まれるリンク品質を無線回線の利用率に換算することにより得られる、上記アドホックネットワークの無線リソースの利用率に関する情報であってもよい。また、例えば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）等のメトリックも用いることができる。これら以外にも、経路コストは、例えば、ＦＥＲ（Frame Error Rate）、ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio）等のリンク状態に関する情報であってもよい。

また、上記実施例では、ゲートウェイノード１０のリアクティブ経路構築部１３は、フレーム転送実績に基づく経路構築に失敗した場合、経路探索要求フレームを用いて経路を構築するものとした。しかしながら、かかる態様に限らず、下り通信に失敗した場合、到達実績のある経路の内、最新の経路の次に新しい経路を選択して経路を選択して再送してもよい。更に、次に新しい経路による再送にも失敗した場合、３番目以降に新しい経路を順次選択して、再送するものとしてもよい。これにより、経路探索要求フレームを用いて経路を構築し再送するよりも、トラフィックの増加による輻輳が抑制され、ノードに対する負荷も減少する場合もある。

上述した各ノードの各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限らず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状態等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、ゲートウェイノード１０の通信部１１と下り経路構築部１２、あるいは、ノード２０の下り経路構築部２５とルーティングテーブル保持部２７をそれぞれ１つの構成要素として統合してもよい。反対に、例えば、ノード２０の通信部２１に関し、上り方向の通信の為にハローフレームの送受信を行う部分と、下り方向の通信の為にＲＲＥＱ／ＲＲＥＰの送信を行う部分とに分散してもよい。更に、記憶装置１０ｃをノード１０の外部装置として、ネットワークやケーブル経由で接続するようにしてもよい。

１、２ アドホックネットワークシステム
１０ ゲートウェイノード
１０ａ プロセッサ
１０ｂ ＲＦ回路
１０ｃ 記憶装置
１０ｄ 入力装置
１０ｅ 表示装置
１１ 通信部
１２ 下り経路構築部
１３ リアクティブ経路構築部
１４ ルーティングテーブル保持部
２０ ノード
２１ 通信部
２２ リンク品質評価部
２３ リンクテーブル保持部
２４ 上り経路構築部
２５ 下り経路構築部
２６ リアクティブ経路構築部
２７ ルーティングテーブル保持部
３０、４０、５０、６０、７０、８０ ノード
４４ ノードＮ２２のルーティングテーブル保持部
４４ａ ノードＮ２２の上り方向ルーティングテーブル保持部
４４ｂ ノードＮ２２の下り方向ルーティングテーブル保持部
９４ ノードＮ３１のルーティングテーブル保持部
１０１ ゲートウェイノード
１０２〜１１５、２００ ノード
２０１ 通信部
２０２ リンク品質評価部
２０３ リンクテーブル保持部
２０４ 経路構築部
２０５ ルーティングテーブル保持部
Ａ１、Ａ３ ノード密度の高い領域
Ａ２、Ａ４ ノード密度の低い領域
Ｈ３１ データヘッダ
Ｌ１ 上り方向の経路品質の時間変化
Ｌ２、Ｌ３ 下り方向の経路品質の時間変化
Ｌ１０８ ノード１０８−ノード１０４間リンク
Ｎ１ ゲートウェイノード
Ｎ２〜Ｎ１５、Ｎ２１〜Ｎ２８、Ｎ３１ ノード
Ｑ 経路品質
Ｑ_１ 経路品質閾値
Ｒ２１ 下り方向の経路
Ｒ２２ 迂回経路
Ｒ３１、Ｒ３１ａ 上り方向の経路
Ｔ２１ ノードＮ２１のルーティングテーブル
Ｔ２１ｂ ノードＮ２１の下り方向ルーティングテーブル
Ｔ２２ ノードＮ２２のルーティングテーブル
Ｔ２２ａ ノードＮ２２の上り方向ルーティングテーブル
Ｔ２２ｂ ノードＮ２２の下り方向ルーティングテーブル
Ｔ３１ ノードＮ３１のルーティングテーブル

Claims (3)

1. 特定のノードと、該特定のノードとの間でアドホック無線通信を行うと共に、設置位置が固定された複数のノードとを有する通信システムであって、
   前記複数のノードの各々は、
   ネットワーク形成のために、前記特定のノードへの上り通信を行うための、ハローフレームによる経路評価を、該ハローフレームの受信実績のみに基づいて行うリンク品質評価部と、
   前記リンク品質評価部による経路評価に基づき、上り経路を構築する上り経路構築部と、
   前記特定のノードへの上り通信を、定期的にかつ所定の頻度で行う通信部と、
   前記特定のノードへの前記上り通信の経路に基づき、前記特定のノードからの下り経路を構築する下り経路構築部とを有し、
   前記特定のノードは、前記複数のノードの各々から前記特定のノードへの上り通信にて定期的に転送されるフレームの経路迂回により更新された最新の転送実績に基づき、下り経路を更新し、前記転送実績に基づき構築した下り経路を優先的に再利用することを特徴とする通信システム。
2. 前記特定のノードは、前記下り経路構築部により構築された前記下り経路による下り通信に失敗した場合、経路探索要求フレームを用いて経路を構築するリアクティブ経路構築部を有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 特定のノードと、該特定のノードとの間でアドホック無線通信を行うと共に、設置位置が固定された複数のノードとを有する通信システムを構成する前記複数のノードの通信方法であって、
   ネットワーク形成のために、前記特定のノードへの上り通信を行うための、ハローフレームによる経路評価を、該ハローフレームの受信実績のみに基づいて行い、上り経路を構築し、
   前記特定のノードへの上り通信を、定期的にかつ所定の頻度で行い、
   前記特定のノードへの前記上り通信の経路に基づき、前記特定のノードからの下り経路を構築し、
   前記特定のノードは、前記複数のノードの各々から前記特定のノードへの上り通信にて定期的に転送されるフレームの経路迂回により更新された最新の転送実績に基づき、下り経路を更新し、前記転送実績に基づき構築した下り経路を優先的に再利用する
   ことを特徴とする通信方法。

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