JP3899045B2 - 無線ネットワークの制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えば無線LANなどの無線ネットワークにおいてパケット通信を行う、例えばアドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークのための制御方法及び制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一時的に特定の地域内に集まった不特定多数の人々の間の通信を無線でサポートするアドホック無線ネットワークでは、例えばインターネットのルータ装置のようなインフラストラクチャが存在しないために、ネットワーク中のユーザが協調してパケットを中継し、ルーティングを行う必要がある。
【0003】
アドホック無線ネットワークのルーティングとして、例えば、非特許文献1において、ルート探索パケットを送信して経路情報を得る方法(以下、第1の従来例という。)が提案されている。しかしながら、従来例では、全指向性アンテナを用いているために、同一チャンネル干渉が生じやすく、ビットエラーレート(BER)が大きくなり、同時に通信できる通信数が限定されるという問題点があった。
【0004】
この問題点を解決するために、例えば非特許文献2乃至4に記載されたアレーアンテナの制御装置を用いて、「自局からの信号を各隣接無線局が受信したときの信号強度を含む評価値の測定値を含む、隣接無線局からの信号に基づいて、自局を中心とした方位角毎の各隣接無線局から見た、信号強度を含む評価値を求めた後、各隣接無線局毎に最大の評価値を選択して各隣接無線局との親和度とし、当該親和度と、それに対応する方位角とを含む隣接リンク状態テーブルを生成して保存する、上記隣接リンク状態テーブルに基づいて、相手先の隣接無線局と無線通信を行い、他の無線局と無線通信中である各隣接無線局毎の方位角を含む通信中テーブルを生成して保存し、上記通信中テーブルに基づいて、他の無線局と無線通信中である隣接無線局の方位角に対してヌル点を向ける排他的放射パターンを用いて無線信号を送信すること」を特徴とする無線ネットワークの制御方法(以下、第2の従来例という。)が非特許文献5において提案されている。この第2の従来例の制御方法では、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、同一チャンネル干渉を抑圧することができ、同時に通信できる通信数を第1の従来例に比較して増大させ、通信情報量を大きくすることができるという作用効果を有している。
【0005】
【非特許文献1】
D. B. Johnson, et al., "Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks", in book on "Mobile Computing", Chapter 5, pp.153-181, Kluwer Academic Publishers, 1996。
【非特許文献2】
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,電気学会発行,pp.S41,1999年11月14日。
【非特許文献3】
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,電子情報通信学会発行,pp.9−14,1999年7月。
【非特許文献4】
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,電子情報通信学会発行,pp.15−22,1999年7月。
【非特許文献5】
堀沢伸吾ほか,“適応アンテナを考慮したマルチホップアドホックネットワークの性能評価”,電子情報通信学会研究技術報告,RCS2001−19,CQ2001−19,電子情報通信学会発行,2001年4月。
【非特許文献6】
大野雄一郎ほか,“アンテナ走査角対SINR情報に基づくルーチング方式の性能評価”,電子情報通信学会ソサイエテイ大会後援論文集,SB−3−1,電子情報通信学会発行,2000年9月。
【非特許文献7】
T. W. Chen et al, "Global State Routing: A New Routing Scheme for Ad-hoc Wireless Networks", Proceedings of IEEE ICC'98, June 1998。
【非特許文献8】
小西良弘ほか,“移動通信技術の基礎”,日刊工業新聞社発行,1994年12月。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
第2の従来例に示す無線アドホックネットワークを使用することで、インフラレスな場所や被災地においても情報配信サービスを提供することが可能である。しかしながら、ホップ数が増加する毎にスループットや到着率が低下し遅延が増大するため、満足にサービスが受けられない可能性があるという問題点があった。
【0007】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、アドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークにおいて、ホップ数が増大してもユーザが満足でき、あるユーザがサービス提供者の情報に興味を持った場合に、当該サービス提供者の位置により近づくことができる無線ネットワークの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【0008】
【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制御方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークの制御方法において、
上記各無線局は、他の無線局からの無線信号を受信することにより自局のサービスエリア内の各隣接無線局への所定の方位角毎の受信信号電力値の第1の情報テーブルを生成して記憶装置に格納し、上記生成された第1の情報テーブルに基づいて、自局から各隣接無線局の方位角及び受信信号電力値の第2の情報テーブルと、当該各隣接無線局のサービスエリア内の無線局である各隣々接無線局の方位角及び受信信号電力値の第3の情報テーブルとを生成して上記記憶装置に格納し、上記生成された第3の情報テーブルに基づいて自局の発信元情報及び当該第3の情報テーブルの情報を含む無線情報信号を生成して他の無線局に送信するステップと、
上記送信された無線情報信号を受信し、上記受信した無線情報信号に含まれる発信元情報を上記第2の情報テーブルに登録するとともに、上記受信した無線情報信号に含まれる第3の情報テーブルの情報を上記第3の情報テーブルに登録するステップと、
上記第2と第3の情報テーブルに基づいて、所定のルーティング基準により、宛先無線局に対する隣接無線局及び宛先無線局までのホップ数を計算して第4の情報テーブルとして記憶装置に格納するステップと、
上記第2と第3と第4の情報テーブルに基づいて、自局から上記無線ネットワーク内の各無線局への距離、方位角及びホップ数を計算して第5の情報テーブルとして記憶装置に格納するステップと、
上記第5の情報テーブルに含まれる各無線局への距離、方位角及びホップ数のうちの少なくとも1つを表示するステップとを含むことを特徴とする。
【0009】
上記無線ネットワークの制御方法において、上記表示するステップは、各無線局への距離及び方位角を表す位置を、自局を中心としたトポロジ表示形式で表示することを特徴とする。
【0010】
また、上記無線ネットワークの制御方法において、上記表示するステップは、各無線局へのホップ数を、自局を中心とした同心円の表示形式で表示することを特徴とする。
【0011】
さらに、上記無線ネットワークの制御方法において、上記第5の情報テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させるステップをさらに含むことを特徴とする。
【0012】
本発明に係る無線ネットワークの制御装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークの制御装置において、
上記各無線局は、他の無線局からの無線信号を受信することにより自局のサービスエリア内の各隣接無線局への所定の方位角毎の受信信号電力値の第1の情報テーブルを生成して記憶装置に格納し、上記生成された第1の情報テーブルに基づいて、自局から各隣接無線局の方位角及び受信信号電力値の第2の情報テーブルと、当該各隣接無線局のサービスエリア内の無線局である各隣々接無線局の方位角及び受信信号電力値の第3の情報テーブルとを生成して上記記憶装置に格納し、上記生成された第3の情報テーブルに基づいて自局の発信元情報及び当該第3の情報テーブルの情報を含む無線情報信号を生成して他の無線局に送信し、
上記送信された無線情報信号を受信し、上記受信した無線情報信号に含まれる発信元情報を上記第2の情報テーブルに登録するとともに、上記受信した無線情報信号に含まれる第3の情報テーブルの情報を上記第3の情報テーブルに登録し、
上記第2と第3の情報テーブルに基づいて、所定のルーティング基準により、宛先無線局に対する隣接無線局及び宛先無線局までのホップ数を計算して第4の情報テーブルとして記憶装置に格納し、
上記第2と第3と第4の情報テーブルに基づいて、自局から上記無線ネットワーク内の各無線局への距離、方位角及びホップ数を計算して第5の情報テーブルとして記憶装置に格納し、
上記第5の情報テーブルに含まれる各無線局への距離、方位角及びホップ数のうちの少なくとも1つを表示するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
上記無線ネットワークの制御装置において、上記制御手段は、各無線局への距離及び方位角を表す位置を、自局を中心としたトポロジ表示形式で表示することを特徴とする。
【0014】
また、上記無線ネットワークの制御装置において、上記制御手段は、各無線局へのホップ数を、自局を中心とした同心円の表示形式で表示することを特徴とする。
【0015】
さらに、上記無線ネットワークの制御装置において、上記制御手段はさらに、上記第5の情報テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させることを特徴とする。
【0016】
【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。
【0017】
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。
【0018】
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、可変ビームアンテナ101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。
【0019】
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、上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタ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101を備え、
(a)自局からのRQ(Request)信号を隣接無線局が受信したときの信号電力対干渉雑音電力比(SINR)の測定値を含む、隣接無線局からのRE(Reply)信号に基づいて予め作成され、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の無線局1から見たSINRを含む方位角対SINRテーブル(以下、ASテーブル(Angle-SINR Table)という。)と、
(b)上記ASテーブルの各隣接無線局毎に最大のSINRを選択して各隣接無線局との親和度(Affinity)とし、当該親和度と、それに対応する方位角及びそのデータの更新時刻とを含む隣接リンク状態テーブル(以下、NLSテーブル(Neighbor Link-State Table)という。)と、
(c)当該アドホック無線ネットワークにおいて、自局以外の他の無線局と通信中である隣接無線局毎の方位角に対して所定の待機期間だけヌル点を向ける排他的セクタパターンを用いるために設けられ、既に他の無線局と無線通信中である各隣接無線局毎の方位角と、待機期間終了日時とを含む通信中テーブル(以下、OCテーブル(On-going Table)という。)と
をデータベースメモリ154に格納し、NLSテーブル及びOCテーブルとに基づいて、可変ビームアンテナ101の放射パターンを制御しながらパケット通信を行うことを特徴としている。
【0020】
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101と、その指向性を制御するための指向制御部103と、サーキュレータ102と、データパケット送信部140及びデータパケット受信部130を有するデータパケット送受信部104と、トラヒックモニタ部105と、回線制御部106と、上位レイヤ処理部107とを備える。
【0021】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置107によって発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ142を介して変調器143に入力され、変調器143は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器160で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に従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機144に出力する。高周波送信機144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102を介して可変ビームアンテナ101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101で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ102を介して高周波受信機131に入力され、高周波受信機131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132に出力する。復調器132は、入力される受信信号を、拡散符号発生器160で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を上位レイヤ処理装置107に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部105に出力する。
【0022】
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101は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する制御部103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3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、
(c)上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンと
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101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、非特許文献2乃至4に開示された可変ビームアンテナであってもよい。
【0023】
トラヒックモニタ部105は、検索エンジン152と、更新エンジン153と、データベースメモリ154と、クロック回路155とを備え、後述のパケット送受信制御処理を実行するとともに、無線局1が他の無線局1とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定して、決定した通信チャネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部106を介して拡散符号発生器160に送ることにより、拡散符号発生器160が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部106を介して送信タイミング制御部141に送ることにより、送信タイミング制御部141が送信バッファメモリ142による通信チャネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。なお、クロック回路155は、現在日時を計時してその情報を、必要に応じて管理制御部151に出力する。
【0024】
トラヒックモニタ部105の検索エンジン152は、管理制御部151の制御によりデータベースメモリ154内のデータを検索して検索したデータを管理制御部151に返信する。また、更新エンジン153は、管理制御部151の制御によりデータベースメモリ154内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ154には、ASテーブル、NLSテーブル、OCテーブル、例えば公知のRFCにおいて開示されている経路制御プログラム(RIP)によるルーティングテーブル、無線信号の受信時に一時的にデータを保存するための一時保存テーブルを記憶する。
【0025】
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30度としており、可変ビームアンテナ101は、方位角を30度毎に選択的に変化可能に設定できる。
【0026】
次いで、ASテーブルの作成方法について説明する。当該アドホック無線ネットワーク内の各無線局は定期的に隣接無線局情報を収集しASテーブルを生成する。隣接無線局情報を収集する自局の無線局(以下、無線局Sという。)は、まずブロードキャストパケットを30度毎に12方向の方位角でセクタビームパターンにより順に送信する。方位角が12方向であるのはセクタビームパターンが360度すべてをカバーするようするためである。このパケット信号をRQ(Request)信号と呼ぶ。RQ信号には、図7に示すように、パケット種別:RQ、RQ信号の送信元無線局のID(識別番号又は識別符号、以下同様である。)と、送信方位角、待機時間(duration;単位はミリ秒)が記されている。具体的には、待機時間は12方向のRQ信号の送信が完了するまでの時間である。
【0027】
なお、図7乃至図12においては、MAC層において用いる各信号のフレームフォーマットを表している。
【0028】
次いで、RQ信号を受信した周囲の隣接無線局(以下、無線局Dという。)は受信時のSINRを測定する。無線局Dは待機時間の間、このSINRの値を一時的に一時保存テーブルに保存しておき、待機時間の終了後に、図8に示すように、パケット種別:RE、宛先無線局のID、送信元無線局のID、RQ信号に記載されていた方位角情報とともにこのSINRの値をユニキャストパケット信号でRQ信号の送信元である無線局Sに返信する。このパケットをRE信号と呼ぶ。RE信号を送信する際には通常のデータパケットを送信する場合と同じ手順を踏む(なお、データの送信手順については後述する。)。
【0029】
そして、RE信号を受信した無線局Sは、RE信号からRE信号の送信元無線局ID(ここでは、無線局DのID)、方位角情報、そしてSINR情報を取り出し、これらによりASテーブルを生成し又は更新する。無線局SのASテーブルの一例を図4に示す。ここで、無線局S以外、つまり該当RQ信号を送信した無線局と異なる無線局がRE信号を受信した場合には、これを無視するものとする。図4から明らかなように、ASテーブルにおいては、各方位角毎に、各隣接無線局から見たSINRのデータが格納されている。
【0030】
次いで、NLSテーブルの生成方法について説明する。各無線局は、ASテーブルに記載されている各隣接無線局についてSINR値が最大となる方位角を選び、このSINR値を隣接無線局との間の親和度とする。各無線局はこの方位角と親和度の値を各隣接無線局毎に取り出し、現在日時を更新日時として、NLSテーブルを生成して更新する。無線局SのNLSテーブルの一例を図5に示す。NLSテーブルには、図5から明らかなように、各隣接無線局毎に、最大のSINR値に対応する方位角、最大のSINR値である親和度、更新日時が格納されている。
【0031】
本実施形態においては、SINRを測定するためには、他の各無線局1と所定のトレーニングパターンのデータパケットを送受信することによりBERを測定し、無線通信の変復調方式で決定されるSINRに対するBER特性のグラフを用いて、SINRに換算する。例えば、CDMA方式を用いるときは、SINRに対するBER特性のグラフを用いて換算することができ、例えば、QPSK差動検波方式を用いるときは、所定のCNRに対するBER特性のグラフを用いて換算することができる。すなわち、搬送波電力対干渉雑音電力比(以下、CINRという。)を用いるか、もしくはSINRを用いるかは、無線システムで使用する変復調方式に依存する。本発明では、同一チャンネル干渉雑音に関する測定値であればよい。
【0032】
さらに、本実施形態において用いる、アダプティブMAC(Media Access Control)方式について説明する。本実施形態において、各無線局1は2次元の閉空間を動き回るものであり、無線通信をする場合は共通の無線チャネルを共有するものとする。各無線局1は360度のビーム/ヌル点形成可能なアダプティブアンテナである可変ビームアンテナ101を装備しているものとし、実効的な送信ビーム幅は30度とする。1つの無線局1は送信と受信を同時に行うことはできず、また、複数の異なる送信や複数の異なる受信を行うこともできないものとする。ただし、複数の方向に同じ信号を送信することは可能である。干渉波の方向を知っている場合、受信を行う各無線局は不要な信号による干渉を避けるためにヌル点の形成や調整が可能である。
【0033】
まず、当該アドホック無線ネットワークにおいて、通信が一つの場合について説明する。初期状態のアイドル状態では、各無線局1はアンテナ放射パターンを無指向性パターンであるオムニパターンにして送受信の待機を行う。
【0034】
現在多く用いられている無線LAN規格であるIEEE802.11のMACプロトコル標準では、信頼性のあるデータ通信を実現するためにRTS−CTS−DATA−ACK交換手順を用いる。一方、本方式においては無線局Sが無線局Dと無線通信をしたい場合には、無線局Sは最初に無線局Dを含む無線局Sの隣接無線局に“無線局Sから無線局Dへの通信を開始する”旨をRTS(Request-To-Send)信号によりオムニパターンで送信する。このRTS信号には、IEEE802.11に規定する信号や本方式のRE信号と同様に、図9に示すように、パケット種別:RTS、送信元無線局のID(ここでは、無線局SのID)、宛先無線局のID(ここでは、無線局DのID)、待機時間の値が含まれている。無線局Sのすべての隣接無線局(無線局Sへの方向は各自のASテーブル及びNLSテーブルから既知である。)はこの無線局SからのRTS信号を受信する。
【0035】
このRTS信号の宛先無線局である無線局DがRTS信号を受信した場合、無線局Dは無線局Sに対してDATA信号(データ信号)の送信を許可することを伝えるためにCTS(Clear-To-Send)信号をオムニパターンで返信する。このCTS信号には、図10に示すように、パケット種別:CTS、宛先無線局のID(ここでは、無線局SのID)と、待機時間の値が含まれている。
【0036】
次いで、RTS信号を送信した無線局である無線局Sがその宛先である無線局DからのCTS信号を受信したとき、DATA信号を送信する。宛先無線局である無線局DはDATA信号を受信し、その受信が正常に完了すると確認応答としてACK(Acknowledgement)信号(肯定応答信号)を無線局Sに返信する。無線局SはACK信号を受信することで一つのDATAに関する一連の処理を完了し、アイドル状態に戻る。ここで、DATA信号には、図11に示すように、パケット種別:DATA、送信元無線局のID(ここでは、無線局SのID)、宛先無線局のID(ここでは、無線局DのID)、待機時間の値、送信すべきデータが含まれている。また、ACK信号には、図12に示すように、パケット種別:ACK、宛先無線局のID(ここでは、無線局SのID)、待機時間の値が含まれている。
【0037】
一方、無線局D以外の無線局(以下、無線局Aとする。)がRTS信号を受信した場合には、無線局AはASテーブル及びNLSテーブルに基づいてRTS信号の送信元無線局である無線局Sの方位角情報を取得し、RTS信号に記載されている待機時間の間だけ無線局Sの方向にヌル点を形成する。このような任意の方向にヌル点を形成したようなアンテナ放射パターンを総称して排他的セクタパターンと呼ぶ。この際、無線局Aは自身のOCテーブルにヌル点を作る要因となった無線局(ここでは、無線局S)とその方向への方位角、そして待機時間が終了する待機時間期間終了日時(=現在日時+待機時間)を書き込む。OCテーブルの一例を図6に示す。
【0038】
また、無線局S以外がCTS信号を受信した場合はRTS信号の場合と同様にしてCTS信号の送信元無線局の方向に一定期間ヌル点を形成する。
【0039】
RTS信号やDATA信号を送信した無線局Sや、CTS信号を送信した無線局Dはその送信後に一定時間のタイマーを作動させる。無線局Sの場合、RTS信号を送信後一定時間内にCTS信号を受信しない場合、及びDATA信号を送信後一定時間内にACK信号を受信しない場合には、タイムアウトしたものとしてRTS信号の送信処理から一連の処理をやり直す。一方、無線局DではCTS信号を送信後一定時間内にDATA信号を受信しない場合には、無線局Sへのセクタビームパターンをオムニパターンに戻し、アイドル状態となる。待機時間の期間が終わると、対応するOCテーブルのエントリに基づき、他にその方向に待機時間の期間中の通信がなければ、可変ビームアンテナ101におけるその方向のヌル点を解除する。
【0040】
次いで、既に他に通信が行われていることを知っている場合について説明する。無線局Sと無線局Dが通信中にそれらの周辺にある無線局Xと無線局Yが無線局Xを送信元として通信を行おうとしている場合を図13に示す。無線局Sから無線局Dへのセクタビームパターンは図13のようになっている。ここで、無線局Xと無線局Yは無線局Sや無線局DからのRTS信号及びCTS信号を既に受信しており、OCテーブルにそれを登録している。ここで、γxyを無線局Xから見た無線局Yへの方位角の値とすると、無線局Xと無線局YはそれぞれのASテーブル及びNLSテーブルより、無線局Xは方位角γxsとγxdの値、無線局Yは方位角γysとγydの値を知ることができる。まず、無線局Xから無線局YへのRTS信号の送信が無線局Sや無線局Dに影響を与えてしまうような場合、つまり方位角γxyがγxsやγxdと重なってしまう場合には、無線局Xは送信をすることが出来ず、アイドル状態で無線局Sと無線局Dの通信が終了するのを待つ必要がある。そうでない場合、無線局XはRTS信号を送信することができる。この際の無線局Xのアンテナ放射パターンは前提条件から、方位角γxsとγxdの方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンである。
【0041】
同様に、無線局Yから無線局Xへの排他的セクタパターンが無線局Sや無線局Dを捉えていない場合、すなわち、方位角γyxとγysやγydが重なっていない場合、無線局Yは無線局XへCTS信号を送信することができる。以降、無線局Xと無線局YはセクタビームパターンによりDATA信号及びACK信号の送受信を行う。
【0042】
図15乃至図23は、図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によってMAC層で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。
【0043】
まず、図15のステップS1において、OCテーブルに基づいて、他の無線局が通信中でないとき又はそれを知らないとき、アンテナ放射パターンをオムニパターンに設定し、他の無線局が通信中であるときアンテナ放射パターンを排他的セクタパターンに設定した後、ステップS1Aでアイドリング状態となり、ステップS2においてパケット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、YESのときはステップS3に進む一方、NOのときはステップS1に戻る。次いで、ステップS3においてパケット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17のステップS21に進む。ステップS4においてRQ信号の送信、もしくはDATA信号又はRE信号の送信か否かが判断され、RQ信号の送信であるときはステップS5に進む一方、DATA信号又はRE信号の送信のときは図16のステップS11に進む。さらに、ステップS5において可変ビームアンテナ101の方位角ANGを0度に初期化し、ステップS6において、上記指定された方位角ANG(度)に対してセクタビームパターンでRQ信号を送信し、ステップS7においてすべての方位角へのRQ信号の送信が終了したか否かが判断され、NOのときはステップS8に進む一方、YESのときはステップS1に戻る。ステップS8においては、方位角ANG(度)を30度だけインクリメントした後、ステップS6に戻る。従って、ステップS6乃至S8の処理では、可変ビームアンテナ101の方位角ANGを30度ずつインクリメントしながら、セクタビームパターンでRQ信号をすべての方位角にわたって送信することになる。本実施形態においては、可変ビームアンテナ101の方位角ANGを30度ずつインクリメントしながら、セクタビームパターンでRQ信号をすべての方位角にわたって送信しているが、これは一例であって、本発明はこれに限らず、可変ビームアンテナ101の方位角ANGを所定の角度ずつインクリメントしてもよい。
【0044】
図16は、RTS信号とCTS信号の送受信処理であり、まず、ステップS11においては、宛先無線局への隣接無線局(直接送信のときは、宛先無線局を含む)をルーティングテーブルより取得し、ステップS12において、NLSテーブルに記載の隣接無線局への方位角がOCテーブルにあるエントリの方位角と重なっていないかOCテーブルをチェックし、ステップS13において隣接無線局への方位角がOCテーブルにあるエントリへの方位角と重なっていないか否かが判断され、YESのときはステップS14に進む一方、NOのときはステップS18に進む。ステップS14において隣接無線局に対してRTS信号をOCテーブルに基づいてオムニパターン又は排他的セクタパターンパターンで送信し、ステップS15においてCTSタイムアウトせずに自局宛のCTS信号を受信したか否かが判断され、YESのときはステップS16に進む一方、NOのときはステップS18に進む。ステップS16において隣接無線局に対してDATA信号又はRE信号をNLSテーブルに記載の方位角のセクタビームパターンで送信し、ステップS17においてACKタイムアウトせずに自局宛のACK信号を受信したか否かが判断され、YESのときは図15のステップS1に戻る一方、NOのときはステップS18に進む。ステップS18では、ランダム時間だけ待機した後、図15のステップS1に戻る。
【0045】
図17は、受信したパケット信号のパケット種別に基づく分岐処理であり、まず、ステップS21において受信したパケット信号のパケット種別はRQであるか否かが判断され、YESのときは図18のステップS31に進む一方、NOのときはステップS22に進む。ステップS22において受信したパケット信号のパケット種別はREであるか否かが判断され、YESのときは図19のステップS41に進む一方、NOのときはステップS23に進む。ステップS23において受信したパケット信号のパケット種別はRTSであるか否かが判断され、YESのときは図20のステップS51に進む一方、NOのときはステップS24に進む。ステップS24において受信したパケット信号のパケット種別はCTSであるか否かが判断され、YESのときは図21のステップS61に進む一方、NOのときはステップS25に進む。ステップS25において受信したパケット信号のパケット種別はDATAであるか否かが判断され、YESのときは図22のステップS71に進む一方、NOのときはステップS26に進む。ステップS26において受信したパケット信号のパケット種別はACKであるか否かが判断され、YESのときは図23のステップS81に進む一方、NOのときは図15のステップS1に戻る。
【0046】
図18は受信したRQ信号についての処理であり、まず、ステップS31において受信したRQ信号から送信元無線局のID、送信方位角、及び待機時間を取得し受信時に検出したSINR値とともに送信元無線局毎に一時的に一時保存テーブルに保存し、上記取得した待機時間がセットされた待機時間タイマーをスタートさせた後、ステップS32において待機時間タイマーがタイムアップしたか否かが判断され、YESのときはステップS33に進む一方、NOのときはステップS34に進む。ステップS33においてRQ信号の送信元無線局毎に一時保存テーブルに保存しておいた送信方位角情報とSINR値のセット(1つ又は複数)によりRE信号を作成して送信処理に移り、次いで、図15のステップS1に戻る。一方、ステップS34において同じ送信元無線局からのRQ信号を受信したか否かが判断され、YESのときはステップS35に進む一方、NOのときはステップS32に戻る。これは、同一の無線局からのRQ信号の受信が完了するまでは、他の無線局からのRQ信号を受信することができないようにするためである。次いで、ステップS35において受信したRQ信号から送信方位角及び待機時間を取得し、受信時のSINR値とともに送信元無線局毎に一時的に一時保存テーブルに保存した後、ステップS36において上記取得した待機時間がセットされた待機時間タイマーを再スタートさせ、ステップS32に戻る。
【0047】
図19は受信したRE信号の処理であり、ステップS41において受信したRE信号からRE信号の送信元無線局、方位角情報とSINR値のセットを取得し、ASテーブルを更新した後、NLSテーブルを更新する。なお、新規のときは各テーブルを新規に作成する。次いで、図15のステップS1に戻る。
【0048】
図20は受信したRTS信号の処理であり、まず、ステップS51において受信したRTS信号は自分宛のRTS信号か否かが判断され、YESのときはステップS52に進む一方、NOのときはステップS56に進む。次いで、ステップS52においてRTS信号の送信元の隣接無線局に対してCTS信号をOCテーブルに基づいてオムニパターン又は排他的セクタパターンパターンで送信した後、ステップS53においてDATAタイムアウトせずに自局宛のDATA信号を受信したか否かが判断され、YESのときはステップS54に進む一方、NOのときはステップS55に進む。ステップS54において隣接無線局に対してACK信号をNLSテーブルに記載の方位角のセクタビームパターンで送信した後、図15のステップS1に戻る。一方、S55においてランダム時間だけ待機した後、図15のステップS3に戻る。
【0049】
ステップS56においては、NLSテーブルにおいて、受信したRTS信号の送信元無線局があるか否かが判断され、YESのときは受信したRTS信号の送信元無線局が隣接無線局であるときであり、ステップS57に進む一方、NOのときは受信したRTS信号の送信元無線局が隣接無線局ではなく、又はそれを知らないときであり、ステップS59に進む。ステップS57においては、OCテーブルにおいて、受信したRTS信号の送信元無線局と、NLSテーブルに記載の当該送信元無線局への方位角情報及び待機期間終了日時(=現在日時+RTS信号に記載の待機時間)を格納し、ステップS58において可変ビームアンテナ101のアンテナパターンを、RTS信号の送信元無線局への方位角方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンパターンに設定した後、図15のステップS1に戻る。一方、ステップS59においては、無条件でRTS信号に記載の待機時間の間待機した後、図15のステップS3に戻る。
【0050】
図21は受信したCTS信号の処理であり、まず、ステップS61においてNLSテーブルにおいて、受信したCTS信号の送信元無線局があるか否かが判断され、YESのときは受信したCTS信号の送信元無線局が隣接無線局であるときであり、ステップS62に進む一方、NOのときは受信したCTS信号の送信元無線局が隣接無線局ではなく、又はそれを知らないときであり、ステップS64に進む。ステップS62においては、OCテーブルにおいて、CTS信号の送信元無線局と、NLSテーブルに記載の当該送信元無線局への方位角情報、及び待機期間終了日時(=現在日時+CTS信号に記載の待機時間)を格納し、ステップS63において可変ビームアンテナ101のアンテナパターンを、CTS信号の送信元無線局への方位角方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンパターンに設定した後、図15のステップS1に戻る。一方、ステップS64においては、無条件でCTS信号に記載の待機時間の間待機した後、図15のステップS3に戻る。
【0051】
図22は受信したDATA信号の処理であり、まず、ステップS71においてNLSテーブルにおいて、受信したDATA信号の送信元無線局があるか否かが判断され、YESのときは受信したDATA信号の送信元無線局が隣接無線局であるときであり、ステップS72に進む一方、NOのときは受信したDATA信号の送信元無線局が隣接無線局ではなく、又はこれを知らないときであり、ステップS74に進む。ステップS72においては、OCテーブルにおいて、DATA信号の送信元無線局と、NLSテーブルに記載の当該送信元無線局への方位角情報、及び待機期間終了日時(=現在日時+DATA信号に記載の待機時間)を格納し、ステップS73において可変ビームアンテナ101のアンテナパターンを、DATA信号の送信元無線局への方位角方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンパターンに設定した後、図15のステップS1に戻る。一方、ステップS74においては、無条件でDATA信号に記載の待機期間の間待機した後、図15のステップS3に戻る。
【0052】
図23は受信したACK信号の処理であり、まず、ステップS81においてNLSテーブルにおいて、受信したACK信号の送信元無線局があるか否かが判断され、YESのときは受信したACK信号の送信元無線局が隣接無線局であるときであり、ステップS82に進む一方、NOのときは受信したACK信号の送信元無線局が隣接無線局でないとき、又はこれを知れないときであり、ステップS84に進む。ステップS82においては、OCテーブルにおいて、ACK信号の送信元無線局と、NLSテーブルに記載の当該送信元無線局への方位角情報、及び待機期間終了日時(=現在日時+ACK信号に記載の待機時間)を格納し、ステップS83において可変ビームアンテナ101のアンテナパターンを、ACK信号の送信元無線局への方位角方向にヌル点を形成した排他的セクタパターンパターンに設定した後、図15のステップS1に戻る。一方、ステップS84において無条件でACK信号に記載の待機期間の間待機した後、図15のステップS3に戻る。
【0053】
図24は、図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によって割り込み処理で実行される排他的セクタパターン解除処理を示すフローチャートである。
【0054】
図24において、まず、ステップS91においてOCテーブルにおいて、待機期間が終了した無線局はあるか否かが判断され、YESのときはステップS92に進む一方、NOのときはステップS91に戻る。次いで、ステップS92において該当する無線局に対するヌル点を解除することによりそれに対する排他的セクタパターンパターンを解除し、ステップS93において該当する無線局についてのOCテーブルのデータを削除した後、ステップS91に戻る。
【0055】
図14は、図1のアドホック無線ネットワークにおいて用いる各信号に対する各状態におけるアンテナ放射パターンを示す図である。
【0056】
図14から明らかなように、既存の通信がない場合、もしくは無線局が既存の通信を認識していない場合においては、RTS信号及びCTS信号の送受信時においては、すべてオムニパターンを用いて行う。また、DATA信号及びACK信号の送受信時においては、送信無線局又は受信無線局はセクタビームパターンを用いるが、アイドル状態にある無線局においては排他的セクタパターンとなっている。一方、既に他に通信が行われていることを知っている場合においては、RTS信号及びCTS信号の送受信時においては、すべて排他的セクタパターンを用いて行う。また、DATA信号及びACK信号の送受信時においては、送信無線局又は受信無線局はセクタビームパターンを用いるが、アイドル状態にある無線局においては排他的セクタパターンとなっている。
【0057】
本実施形態の制御動作を要約すると、無線局Xが無線局Yと通信したいものとし、N個の無線局{n1,n2,…,nN}は既に通信プロセスが進行中であるような、Xの隣接無線局の集合であるとする。同様に、M個の無線局{m1,m2,…,mM}は既に通信プロセスが進行中であるような、Yの隣接無線局の集合であるとする。この場合、無線局XとYが通信を開始できる条件は、以下の通りである。
(1)XからYへの指向性ビームがN個の無線局{n1,n2,…,nN}を捉えない場合。すなわち、XからY方向へのビーム方位角γxyでカバーされるエリアが方位角γxn1,γxn2,…,γxnNがカバーするエリアと重ならない場合。
(2)YからXへの指向性ビームがM個の無線局{m1,m2,…,mM}を捉えない場合。すなわち、XからY方向へのビーム方位角γyxでカバーされるエリアが方位角γym1,γym2,…,γymMがカバーするエリアと重ならない場合。
【0058】
従って、XとYはそれぞれ選択した方向へRTS信号/CTS信号を送信し、現在通信中のプロセスのある無線局の方向へヌル点を形成する。また、X−Yのセクタビームパターンがカバーする範囲にあるその他のアイドル状態にある無線局は、OCテーブルに基づいて、Xの方向とYの方向にヌル点を向けた排他的セクタパターンで待機することになる。
【0059】
以上は、主として、図1の無線アドホックネットワークにおけるMAC層での処理及び無線局1の動作を説明したが、以下では、MAC層で取得したASテーブルなどを利用して実行される、ネットワーク層及びアプリケーション層での処理について以下に説明する。なお、以下の説明において、隣接無線局とは自局のサービスエリア内にある無線局をいい、隣々接無線局とは、隣接無線局の隣接無線局をいう。
【0060】
従来技術の欄で説明したように、無線アドホックネットワークを使用することで、インフラレスな場所(無線通信の基盤が無い場所)や被災地においても情報配信サービスを提供することが可能であるが、ホップ数が増加する毎にスループットや到着率が低下し遅延が増大するため、満足にサービスが受けられない可能性がある。例えば、非特許文献2乃至4に記載のアレーアンテナ装置(指向性アンテナ)可変ビームアンテナ101を利用した場合、隣接無線局の方位角情報が分かるため、その情報をトポロジ情報と合わせて交換し合うことで方位角情報を持ったトポロジ構築が可能となる。作成したトポロジをユーザが利用することでユーザビリティ(使用可能性)の向上にも繋がると考えられる。
【0061】
本実施形態では、可変ビームアンテナ101を利用した方位角付きトポロジ構築方法とそのトポロジを利用したサービス方式の提案を行う。現在広く利用されているIEEE802.11の標準規格に準拠する無線LANシステムでは、ホップ数が増えるに従ってスループットの低下が発生し、パケット到着率も悪化する。つまり、ホップ数が多くなると帯域確保が難しくなり、提供されるサービス品質も悪くなる。そこでアドホックネットワークのサービス提供方式のひとつとして、本実施形態に係る無線ネットワーク(以下、ホタルネットをいう。)を提案する。
【0062】
本実施形態に係るホタルネットは、指向性アンテナである可変ビームアンテナ101を利用したMAC方式を用いて隣接無線局の方向を取得し、その情報をルーティングプロトコルのトポロジ情報として配布することで、方位角付きトポロジ情報を構築して他無線局の位置推定を可能にする無線アドホックネットワークである。また、実際にサービスを提供する場合に、ホップ数に従ってサービス品質を変える機能を有する。例えば、あるユーザがサービス提供者の情報に興味を持った場合、上位レイヤ処理装置107の液晶ディスプレイ107bにサービス提供者の無線制御局の位置を推定して表示する位置推定表示機能を利用することで容易に近づくことが可能である。また、サービス提供者までのホップ数が少ない程、高品質のサービスを提供するようにしておけば近づくことでユーザのメリットが大きくなると考えられる。
【0063】
本実施形態に係るホタルネットで使用する可変ビームアンテナ101を制御するMAC方式として、上述のMAC層でのパケット送受信制御処理(図15乃至図24)などを利用して、下記の2つの動作フェーズを有する。
【0064】
(A)隣接無線局走査フェーズ:各無線局は可変ビームアンテナ101を用いてRQ信号のパケットを送信して定周期に360度の走査を行う。RQ信号のパケットを受信した無線局は、受信時に受信信号電力値を取得し、その情報とRQ信号のパケットに含まれた送信方位角情報を付加してRE信号のパケットを用いて応答する。RQ信号のパケットの送信元はRE信号のパケットを受信した後、RE信号のパケットに付加されている受信信号電力値及び方位角情報を元に、図25に示すような方位角対受信信号電力値テーブルを作成して、上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納する。図25の方位角対受信信号電力値テーブルでは、自無線局からの30度毎の方位角に対して、各隣接無線局から見た受信信号電力値をテーブル形式で格納している。
【0065】
(B)データ通信フェーズ:データを送りたい相手の無線局1に対して使用するビーム方位角を、方位角対受信信号電力値テーブルから抽出してその方位角に対してRTS信号を送出する。RTS信号を受信した宛先無線局は、RTS信号の送信元アドレスを見て、方位角対受信信号電力値テーブルから方位角を取得し、取得した方位角に対して可変ビームアンテナ101を用いてCTS信号を送出する。DATA信号及びACK信号は上記と同様にして通信を行う。
【0066】
無線局が移動するアドホックネットワークにおいて効率的にマルチホップ通信を行うためにはルーティングプロトコルが必要であるが、本実施形態に係るホタルネットでは、方位角付きトポロジ構築を目的としているため、リンク状態型ルーティングプロトコルであるGSR(Global State Routing;例えば、非特許文献7参照。)を利用する。また、方位角付きトポロジ情報構築のため、方位角対受信信号電力値テーブルの情報をハローパケットに付加することとする。
【0067】
本実施形態で用いたハローパケットのフレームフォーマットを図26に示す。図26において、パケット長を含むヘッダに続いて、宛先アドレス(宛先無線局のIPアドレスである)毎に、そのシーケンス番号及び隣接無線局数、当該隣接無線局数に対応した数の隣接無線局アドレスに対する方位角及び受信信号電力値が格納されている。
【0068】
次いで、方位角付きトポロジ情報の構築について説明する。本実施形態で用いるルーティングプロトコルにより、無線ネットワークにおける全無線局の隣接無線局情報、及びその無線局間における方位角対受信信号電力値テーブルの情報が得られるので無線局間の距離を算出することが可能となる。受信信号電力値(電力強度)PRと距離dの関係は、距離のn乗則として以下のように正規化して表すことができる(例えば、非特許文献8参照。)。
【0069】
【数1】
PR[mW]=γd−n
【0070】
ここで、γは各無線局1の送信電力やアンテナ利得などで予め決められる定数である。また、nは一般にn=2である。自無線局と、隣接の隣接無線局(隣々接無線局)との間の距離と角度は、余弦定理に基づいて算出することが可能であり、次式を用いる。
【0071】
【数2】
【0072】
図27の例では、自無線局1−Nの隣接無線局は1−Mであり無線局1−Lは直接通信できない無線局(隣々接無線局)の配置となっているが、トポロジ情報から角度(1−L)−(1−M)−(1−N)が120度であることが分かる。また、距離La,Lbが上記数1で計算できるので、残りの距離Lcを上記数2にて計算することができる。また、同様にして角度(1−N)−(1−L)−(1−M)や角度(1−L)−(1−N)−(1−M)も算出することが可能となっている。このように隣々接無線局の方位角と距離を計算した後、その先の無線局を計算することで、自無線局からの全ての無線局への方位角を算出することが可能となる。
【0073】
さらに、本実施形態で用いるサービス提供方式について以下に説明する。実際にサービス(動画や、静止画、音声又はテキストデータなど)を提供するとき、サービス提供者の無線局からのホップ数によってサービス品質を変化させる(例えば図28参照。)。例えば、以下のようにサービス内容を変化させる。
(A)サービス提供者の無線局から1ホップ圏内→高品質のサービス提供(例えば、動画を含むすべてのサービスの提供)。
(B)サービス提供者の無線局から2〜3ホップ圏内→中品質サービス提供(例えば、静止画や音声のみのサービスの提供)。
(C)サービス提供者の無線局から4ホップ以上→低品質のサービス提供(例えば、音声又はテキストデータのみのサービスの提供)。
【0074】
以上のように構成することにより、情報を受信する側でサービス品質を変更することが可能となり、興味がある内容ならば近づくことにより、より一層品質の良いサービスを受けることが可能となる。また、興味の無い情報でも遠ざかることにより、無駄な情報を受信し転送する必要が少なくなる。なお、上記のホップ数の例は一例であり、図28の例では、以下のように実行されている。
(A)サービス提供者の無線局1−Hから1ホップ圏内でのサービスエリアSHにおいて、高品質のサービスが当該サービスエリアSH内の各無線局1−hに対して提供されている。
(B)サービス提供者の無線局1−Hから2ホップ圏内でのサービスエリアSM1,SM2において、中品質のサービスが当該サービスエリアSM1,SM2内の各無線局1−mに対して提供されている。
(C)サービス提供者の無線局1−Hから3ホップ圏内でのサービスエリアSL1,SL2,SL3において、低品質のサービスが当該サービスエリアSL1,SL2,SL3内の各無線局1−lに対して提供されている。
【0075】
図29は図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納される隣接無線局テーブルの一例を示す図である。当該隣接無線局テーブルは、図29に示すように、各隣接無線局の名称毎に、方位角と受信信号電力値の情報が格納されている。
【0076】
図30は図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納されるトポロジテーブルの一例を示す図である。当該トポロジテーブルは、図30に示すように、各隣接無線局の名称毎に、各隣々接無線局に対する方位角及び受信信号電力値の情報が格納されている。
【0077】
図31は図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納されるルーティングテーブルの一例を示す図である。当該ルーティングテーブルは、図31に示すように、自無線局から宛先無線局にルーティングするときに、宛先無線局毎に、隣接無線局と、宛先無線局までのホップ数が格納されている。
【0078】
図32は図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納される位置情報推定テーブルの一例を示す図である。当該位置情報推定テーブルは、図32に示すように、当該無線アドホックネットワークにおいて認識している各無線局毎に、自無線局からの距離、方位角、ホップ数が格納されている。
【0079】
図33は図2の上位レイヤ処理装置107によってMAC層において実行される方位角付きトポロジ情報配布処理を示すフローチャートである。図33において、NOSYNC、ASYNC、SYNCは以下の状態をいう。
(A)NOSYNC:初期状態であって、自局のトポロジテーブルにおいて無線局の情報が全く無く、隣接無線局からのハローパケットから得られる隣接無線局のトポロジ情報においても自無線局の情報が無い場合をいう。
(B)ASYNC:自局のトポロジテーブルにおいて他の無線局の情報があるが、隣接無線局からのハローパケットから得られる隣接無線局のトポロジ情報においても自無線局の情報が無い場合をいう。
(C)SYNC:自局のトポロジテーブルにおいて他の無線局の情報があるが、隣接無線局からのハローパケットから得られる隣接無線局のトポロジ情報においても自無線局の情報が有る場合をいう。
【0080】
なお、ハローパケットは、各無線局1において所定の周期で周期的に送信するイベントを発生させ、キャリアセンスにより受信搬送波を受信しないときにハローパケットを送信する。
【0081】
図33のステップS101において、まず、ハローパケットを送信するイベントが発生したか否かが判断され、YESのときはステップS104に進む一方、NOのときはステップS102に進む。ステップS102において、ハローパケットを受信するイベントが発生したか否かが判断され、YESのときはステップS103に進み、図34の受信処理を実行した後、ステップS101に戻る。ステップS102でNOのときはステップS101に戻る。次いで、ステップS104において、方位角対受信信号電力値テーブルに基づいて隣接無線局の方位角及び受信信号電力情報を取得してステップS105に進む。ステップS105では、NOSYNCであるか否かが判断され、YESのときはステップS109に進む一方、NOのときはステップS106に進む。ステップS106では、取得した情報を隣接無線局テーブルに登録し、ステップS107においてASYNCである否かを判断し、YESのときはステップS109に進む一方、NOのときはSYNCであると判断してステップS108に進む。ステップS108では、取得した情報をトポロジテーブルに登録した後、ステップS109に進む。さらに、ステップS109では、トポロジテーブルに基づいてハローパケットを生成し、ステップS110で生成したハローパケットをブロードキャストで送信し、ステップS101に戻る。
【0082】
図34は図33のサブルーチンである受信処理(ステップS103)を示すフローチャートである。
【0083】
図34のステップS111において、受信したハローパケットの送信元IPアドレスを隣接無線局テーブルに登録し、ステップS112でSYNCであるか否かを判断し、YESのときはステップS114に進む一方、NOのときはステップS113に進む。ステップS113では、受信した情報をトポロジテーブルに登録した後、ステップS114で、ディシクストラ法に基づき最短ホップルートを抽出する。次いで、ステップS115において抽出したルートをルーティングテーブルに登録し、ステップS116において図35のルートからの位置情報推定処理を実行し、元のメインルーチンに戻る。
【0084】
なお、ステップS114でのディシクストラ法に基づく最短ホップルートの抽出処理は以下のように実行される。
<ステップSS1>トポロジテーブルから任意の宛先無線局を選択する。
<ステップSS2>トポロジテーブルから自無線局を含むリンク情報を全て抽出する。
<ステップSS3>抽出したリンク情報を「一時的なルート」として保持し、ここで、1ホップでもルートと扱う。
<ステップSS4>各「一時的なルート」に任意の宛先無線局があるかどうかチェックする。ここで、宛先無線局があればステップSS6に進む一方、宛先無線局がなければ、トポロジテーブルから各「一時的なルート」の終点無線局を含むリンク情報を全て抽出する。
<ステップSS5>抽出したリンク情報を各「一時的なルート」に追加して新たな「一時的なルート」として保持してステップSS4に進む。また、「一時的なルート」の終点無線局を含むリンク情報が1つも無ければ到達不可能としてステップSS6に進む。
<ステップSS6>トポロジテーブルから任意の宛先無線局を全て選択したかチェックを行う。行っていなければステップSS1に進む一方、行っていれば処理終了となる。
【0085】
図35及び図36は図34のサブルーチンであるルートからの位置情報推定処理(ステップS115)のフローチャートである。なお、この位置情報推定処理を実行するときに、図29乃至図31のテーブルを参照する。
【0086】
図35のステップS121において隣接無線局テーブルから未選択の1つの隣接無線局を選択し、ステップS122においてトポロジテーブルから選択された1つの隣接無線局から隣接する隣々接無線局の情報を取得する。次いで、ステップS123において上記取得した情報に基づいて、選択した隣接無線局における自無線局と隣々接無線局の間の角度を算出し、ステップS124において上記数1を用いて自無線局と隣々接無線局との距離を算出する。さらに、ステップS125において上述のごとく余弦定理を用いて自無線局と隣々接無線局との方位角を算出し、ステップS126において算出された情報を位置情報推定テーブルに登録する。ステップS127においてすべての隣接無線局について処理したか否かが判断され、YESのときは図36のステップS131に進む一方、NOのときはステップS121に戻る。
【0087】
図36のステップS131において、ホップ数パラメータnに2を設定し、ステップS132においてトポロジテーブルからnホップ先の未選択の1つの無線局を選択し、ステップS133において選択した無線局の情報をトポロジテーブルから取得する。次いで、ステップS134において隣々接無線局における自無線局と選択したnホップ先の無線局の角度を算出し、ステップS135において自無線局と選択したnホップ先の無線局との距離を算出する。さらに、ステップS136において自無線局からの、選択したnホップ先の無線局の方位角を算出する。そして、ステップS137において算出された情報を位置情報推定テーブルに登録してステップS138に進む。ステップS138においてnホップ先のすべての無線局について処理したか否かが判断され、YESのときはステップS139に進む一方、NOのときはステップS132に戻り、上記の処理を繰り返す。ステップS139においてn>Nmax(Nmaxは、当該無線アドホックネットワークにおける最大ホップ数である。)であるか否かが判断され、YESのときは元のメインルーチンに戻るが、NOのときはステップS140においてホップ数パラメータnを1だけインクリメントした後、ステップS132に戻る。
【0088】
次いで、図37乃至図40を参照して、ネットワーク層での処理の一例について以下に説明する。図37のトポロジ情報配布処理では、周辺の無線局に対して方位角情報と距離情報を配布し、すなわち、定期的にトポロジ情報を配布する。次いで、図38のトポロジ情報配布処理では、周辺無線局(ここで、周辺無線局とは、自局以外の無線局をいう。)への方位角情報と距離情報を配布が実行されるが、それらの情報の受信時に隣接無線局以外を抽出し、抽出した無線局への方位角を計算した後、トポロジテーブルへ追加登録する。また、図39の隣接無線局以外の距離及び方位角計算処理においては、余弦定理を使って次式のごとく距離Lcを計算する。
【0089】
【数3】
Lc2
=La2+Lb2−2・La・Lb・cosθ
=169+225−2×13×15×(−0.5)
【数4】
Lc=24.269322199023193981063176333811
【数5】
Lc≒24.3
【0090】
さらに、図40の距離計算処理では、次式のごとく、余弦定理を使って方位角θを計算する。
【0091】
【数6】
Lc2=La2+Lb2−2・La・Lb・cosθ
225=589+169−2×13×24.3×cosθ
【数7】
cosθ=0.84362139917695473251028806584362
【数8】
θ≒32度
【0092】
さらに、本実施形態に係る、ホップ数に応じてサービス品質を変更するアプリケーション層の処理について以下に詳細に説明する。
【0093】
図41には、この処理に用いるサービスパケットであって、図2の上位レイヤ処理装置107においてアプリケーション層で用いられるサービスパケットのフォーマットを示している。図41のサービスパケットにおいて、サービス識別のシリアル番号を付与するサービスID及び送信元アドレス(無線局アドレス)に続いて、サービス毎に、サービス配布範囲及びサービスデータが格納されている。ここで、SN1、SN2は各サービスのシリアル番号を示す。また、上記サービス配布範囲には最大ホップ数が格納され、対応するサービスデータをどの範囲まで配布するかをこの情報で示す。例えば、デフォルトでは、動画などの高品質のサービスについては最大ホップ数は1であり、静止画などの中品質のサービスについては最大ホップ数は3であり、音声やテキストデータなどの低品質のサービスについては最大ホップ数は4以上である。さらに、サービスデータSN1は例えば動画であり、サービスデータSN2は静止画であり、サービスデータSN3は音声やテキストデータである。これにより、各サービス配布範囲における配信されるデータの品質を変更することができる。
【0094】
図42は、図2の上位レイヤ処理装置107によってアプリケーション層において実行されるサービス処理を示すフローチャートである。
【0095】
図42のステップS141において、まず、サービス発信イベントが発生したか否かが判断され、YESのときはステップS144に進み、図43のサービス発信処理を実行した後ステップS141に戻る一方、ステップS141でNOのときはステップS142に進む。次いで、ステップS142においてサービス受信イベントが発生したか否かが判断され、YESのときはステップS145に進み、図44のサービス受信処理を実行した後ステップS141に戻る一方、ステップS142でNOのときはステップS143に進む。さらに、ステップS143においてサービス転送イベントが発生したか否かが判断され、YESのときはステップS146に進み、図45のサービス転送処理を実行した後ステップS141に戻る一方、ステップS143でNOのときはステップS141に戻る。
【0096】
図43は図42のサブルーチンであるサービス発信処理(ステップS144)を示すフローチャートである。
【0097】
図43のステップS151において、まず、サービスIDを取得し、サービスパケットに格納し、ステップS152において自無線局のIPアドレスを取得し、サービスパケットに格納する。次いで、ステップS153において位置情報推定テーブルに1ホップ先に無線局が1台以上存在するか否かが判断され、YESのときはステップS154に進む一方、NOのときはステップS159に進む。ステップS154において高品質のサービスデータ及び高品質のサービス配布範囲を取得し、サービスパケットに格納し、ステップS155において位置情報推定テーブルに2ホップと3ホップ先に無線局が1台以上存在するか否かが判断され、YESのときはステップS156に進む一方、NOのときはステップS159に進む。さらに、ステップS156において中品質のサービスデータ及び中品質のサービス配布範囲を取得し、サービスパケットに格納し、ステップS157において位置情報推定テーブルに4ホップ先に無線局が1台以上存在するか否かが判断され、YESのときはステップS158に進む一方、NOのときはステップS159に進む。そして、ステップS158において低品質のサービスデータおよび低品質のサービス配布範囲を取得し、サービスパケットに格納し、ステップS159においてサービスパケットをブロードキャストアドレスに送信し、ステップS160においてサービスIDをインクリメントした後、元のメインルーチンに戻る。
【0098】
図44は図42のサブルーチンであるサービス受信処理(ステップS145)を示すフローチャートである。
【0099】
図44のステップS161においてサービスIDと宛先アドレスを取得し、重複していないか否かが判断され、YESのときはステップS162に進む一方、NOのときは元のメインルーチンに戻る。次いで、ステップS162において受信したサービスパケット内のサービスデータを保存し、ステップS163においてサービス転送イベントに登録した後、元のメインルーチンに戻る。なお、図44のステップS161では、受信したサービスパケットが別の無線局から再度送られてくる場合、同等および品質の低いサービスの可能性があるため、処理せず破棄するために実行される。また、ステップS162では、受信したサービスデータを再生するために保存し、このとき、一番小さいサービス配布範囲を持つサービスデータを保存する。さらに、ステップS163では、サービス転送イベントを発生させて図45のサービス転送処理を行う。
【0100】
図45は図42のサブルーチンであるサービス転送処理(ステップS146)を示すフローチャートである。
【0101】
図45のステップS171において位置情報推定テーブルからサービスパケットの送信元アドレスのホップ数Iを取得し、ステップS172においてサービスパケットからサービス配布範囲Jを取得する。次いで、ステップS173においてJ<I+1であるか否かが判断され、YESのときはステップS174に進む一方、NOのときはステップS175に進む。ステップS174においてサービスパケットから一番高いサービスデータをサービス配布範囲を削除し、ステップS175においてサービスパケットをブロードキャストアドレスで送信した後、元のメインルーチンに戻る。
【0102】
図45のステップS173の分岐処理においては、位置情報推定テーブルからサービスパケットの送信元のホップ数を取得することにより、現在サービスパケットが何ホップしているかを判断することができ、その情報を受信したサービスパケットのサービス配布範囲と比較することにより、サービスパケットのサービス配布範囲を超えていないかどうか調べることができる。そして、ステップS174の処理では、サービス発信者が決めた各サービス範囲を超える場合、その前のデータはパケットを大きくするだけで意味がないため、サービス配布範囲に必要なパケットのみ転送する処理を行うために実行している。
【0103】
以上の図42乃至図45のサービス処理においては、位置情報推定テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させることができる。
【0104】
図46は図2の上位レイヤ処理装置107に接続された液晶ディスプレイ107bで表示されるルーティングテーブル表示ツールの一例を示す正面図であって、図46(a)は当該表示ツールの外観を示す正面図であり、図46(b)は当該表示ツールにおいてエリアを分割しないで表示したときの一例であり、図46(c)は当該表示ツールにおいてエリアを2分割して表示したときの一例であり、図46(d)は当該表示ツールにおいてエリアを3分割して表示したときの一例である。図46の中央部の白丸は自無線局の位置を示す一方、周辺部の黒丸は他の無線局を示している。
【0105】
図2の上位レイヤ処理装置107は、上述のごとく作成された図31のルーティングテーブルの情報に基づいて、液晶ディスプレイ107bにおいて、例えば図46に示すように、中心に表示する自無線局からの周辺無線局の概略距離(ホップ数に対応する)を表示し、上述のごとく、自無線局のユーザがサービスを所望するサービス提供者に近づくために、そのサービス提供者の無線局がどれぐらいのホップ数の位置にいるかを指示している。すなわち、図46の表示ツールでは、同一ホップ数先にある無線局は、概略同一の半径の位置にいるがごとく、同心円の表示形式で表示している。
【0106】
図46の表示ツールにおいて、表示エリアを分割しないときは図46(b)のごとく表示され、表示エリアを2分割したとき図46(c)のごとく表示され、表示エリアを3分割したときは図46(d)のごとく表示される。例えば、隣接無線局が3台あるとき、1ホップエリアを3等分(=120度ごと)に分割してノードを配置し、それ以降のホップのノードについては、その隣接(次ホップ)ノードの方位角内に均等に配置することにより、当該表示を見易くしている。なお、周辺の無線局の表示部をマウスでクリック又はペンで指示したときは、図46(d)に示すように、当該周辺無線局のIPアドレス又はホスト名がポップアップして表示されるようになっている。また、図46(b)乃至(d)における周辺無線局の丸印内の数字はIPアドレスの最後の3桁の数字を示している。
【0107】
図47は図2の上位レイヤ処理装置107に接続された液晶ディスプレイ107bで表示されるトポロジ表示ツールの一例を示す正面図であって、(a)は当該表示ツールの外観を示す正面図であり、(b)は当該表示ツールの広域表示での図であり、(c)は当該表示ツールの標準表示での図であり、(d)は当該表示ツールの詳細表示での図である。
【0108】
図2の上位レイヤ処理装置107は、上述のごとく作成された図32の位置情報推定テーブルの情報に基づいて、液晶ディスプレイ107bにおいて、例えば図47に示すように、自無線局を中心とした周辺無線局の位置(距離と方位角情報に基づく)を表示し、上述のごとく、自無線局のユーザがサービスを所望するサービス提供者に近づくために、そのサービス提供者の無線局がどれぐらいの距離のどの方位角の位置にいるかを指示している。これにより、自無線局のユーザがサービスを所望するサービス提供者に容易に近づくことができ、これにより、ホップ数が減少してより高い品質のサービスを受けることができる。
【0109】
なお、図47の表示ツールにおいて、図47(c)における標準表示をしているときにより広域の周辺無線局の位置を確認したいときは、上位レイヤ処理装置107に接続される入力装置(図示せず。)の広域キーを押下することにより、図47(b)の広域表示となり、より多数の無線局の位置を見ることができる。また、図47(c)における標準表示をしているときにより近くの詳細な周辺無線局の位置を確認したいときは、上位レイヤ処理装置107に接続される入力装置(図示せず。)の詳細キーを押下することにより、図47(d)の詳細表示となり、周辺無線局の詳細な無線局の位置を見ることができる。また、図46のルーティングテーブル表示ツールと同様に、周辺の無線局の表示部をマウスでクリック又はペンで指示したときは、図47(c)に示すように、当該周辺無線局のIPアドレス又はホスト名がポップアップして表示されるようになっている。また、図47(c)及び(d)における周辺無線局の丸印内の数字はIPアドレスの最後の3桁の数字を示している。
【0110】
以上の実施形態においては、図46のルーティングテーブル表示ツールにより周辺無線局のIPアドレス又はホスト名及びホップ数を表示し、図47のトポロジ表示ツールにより周辺無線局の位置(自局からみた距離と方位角を表す)を示しているが、本発明はこれらの情報のうちの少なくとも1つを表示するようにしてもよい。
【0111】
以上の実施形態においては、可変ビームアンテナ101は、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、上記方位角毎にヌル点を形成可能な排他的セクタパターンとを選択的に切り換え可能に装備しているが、本発明はこれに限らず、セクタビームパターンは、自局を中心とした水平面内においてセクタ形状のメインビームの方位角を任意の方位角でディジタル的又はアナログ的に設定可能であってもよく、排他的セクタパターンは、ヌル点を形成する方位角を任意の方位角でデジタル的又はアナログ的に設定可能であってもよい。
【0112】
以上の実施形態においては、NLSテーブルは、ASテーブルに基づいて作成されているので、ASテーブルは常時保存する必要はなく、一時的な保存テーブルであってもよい。
【0113】
以上の実施形態においては、所定の方位角幅を有するセクタパターンを用いているが、セクタ形状でない所定の放射形状を有する放射パターンであってもよい。
【0114】
以上の実施形態においては、ルーティングを行うときの基準となる評価値として、信号対干渉雑音比(電力比又は信号比)を用いているが、本発明はこれに限らず、信号対雑音比(電力比又は信号比)(ここで、雑音はすべての雑音を含む。)、信号電力、信号強度などの信号強度を含む評価値を用いてもよい。
【0115】
以上の実施形態においては、各無線局間でパケット通信により無線通信を行っているが、本発明はこれに限らず、回線交換など他の交換方式により無線通信を行ってもよい。
【0116】
【実施例】
発明者らは、本実施形態に係るホタルネットのシステムを計算機シミュレーションにより実現し、これを使用して、ホタルネットの機能である角度付きトポロジ情報の評価を以下の通り行った。そのときのシミュレーション条件を次の表に示す。
【0117】
【表1】
―――――――――――――――――――――――――――――――――
(1)1000m×1000mのエリアに36台ノードが一様かつ
ランダムに配置されている。
(2)電波環境の変動要因は考慮しない。
(3)無線局の移動は無し。
(4)電波到達距離は350m程度である。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0118】
図48は本実施形態に係るホタルネットの計算機シミュレーション結果であって、ホップ数に対する方位角の平均誤差及び距離の平均誤差を示すグラフである。図48から明らかなように、ホップ数が増加しても方位角の誤差はほとんど変わらず5.6度程度に収まっている。また、3ホップ以降では誤差が減少しているが、今回使用したルーティングプロトコルにおいてホップ数が最小となるルートを選択するため、ホップ数が増加しても宛先無線局に対する角度と直前の中継無線局の角度がほとんど変わらず、距離の誤差があまり影響せず角度の誤差を減少させていると考えられる。また、距離に関してはややホップ数に従って増加しているが、近づく際の目安としては十分利用可能であると考えられる。
【0119】
【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制御方法又は制御装置によれば、各無線局は、他の無線局からの無線信号を受信することにより自局のサービスエリア内の各隣接無線局への所定の方位角毎の受信信号電力値の第1の情報テーブルを生成して記憶装置に格納し、上記生成された第1の情報テーブルに基づいて、自局から各隣接無線局の方位角及び受信信号電力値の第2の情報テーブルと、当該各隣接無線局のサービスエリア内の無線局である各隣々接無線局の方位角及び受信信号電力値の第3の情報テーブルとを生成して上記記憶装置に格納し、上記生成された第3の情報テーブルに基づいて自局の発信元情報及び当該第3の情報テーブルの情報を含む無線情報信号を生成して他の無線局に送信し、上記送信された無線情報信号を受信し、上記受信した無線情報信号に含まれる発信元情報を上記第2の情報テーブルに登録するとともに、上記受信した無線情報信号に含まれる第3の情報テーブルの情報を上記第3の情報テーブルに登録し、上記第2と第3の情報テーブルに基づいて、所定のルーティング基準により、宛先無線局に対する隣接無線局及び宛先無線局までのホップ数を計算して第4の情報テーブルとして記憶装置に格納し、上記第2と第3と第4の情報テーブルに基づいて、自局から上記無線ネットワーク内の各無線局への距離、方位角及びホップ数を計算して第5の情報テーブルとして記憶装置に格納し、上記第5の情報テーブルに含まれる各無線局への距離、方位角及びホップ数のうちの少なくとも1つを表示する。ここで、各無線局への距離及び方位角を表す位置を、自局を中心としたトポロジ表示形式で表示し、もしくは、各無線局へのホップ数を、自局を中心とした同心円の表示形式で表示する。従って、例えば情報を受信する側でサービス品質を変更することが可能となり、興味がある内容ならばユーザがサービス提供者の無線局に近づくことにより、より一層品質の良いサービスを受けることが可能となり、これにより、ユーザの要望を満たすことができる。
【0120】
さらに、上記無線ネットワークの制御方法において、上記第5の情報テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させる。従って、ホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を自動的に変化させることができるので、上述のようにユーザの要望を満たすことができるとともに、無線通信ネットワークにおいて柔軟な運用を行うことができ、これにより、データ伝送量に応じたトラフィックの制御をも行うことができる。さらには、ユーザが興味の無い情報の提供の無線局から遠ざかることにより、無駄なデータ伝送をすることを防止し、無線ネットワークを効率的に運用することができる。
【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1の可変ビームアンテナ101のセクタビームパターンの一例を示す図である。
【図4】 図2のデータベースメモリ154に格納される方位角対SINRテーブル(ASテーブル)の一例を示す図である。
【図5】 図2のデータベースメモリ154に格納される隣接リンク状態テーブル(NLSテーブル)の一例を示す図である。
【図6】 図2のデータベースメモリ154に格納される通信中テーブル(OCテーブル)の一例を示す図である。
【図7】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるRQ(Request)信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図8】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるRE(Reply)信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図9】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるRTS(Request-to-Send)信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図10】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるCTS(Clear-to-Send)信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図11】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるDATA信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図12】 図1のアドホック無線ネットワークのMAC層で用いるACK(Acknowledge)信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図13】 図1のアドホック無線ネットワークにおいて既に他に通信が行われていることを知っている場合の各無線局の配置及びアンテナ放射パターンを示す平面図である。
【図14】 図1のアドホック無線ネットワークにおいて用いる各信号に対する各状態におけるアンテナ放射パターンを示す図である。
【図15】 図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によってMAC層で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16】 上記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17】 上記パケット送受信制御処理の第3の部分を示すフローチャートである。
【図18】 上記パケット送受信制御処理の第4の部分を示すフローチャートである。
【図19】 上記パケット送受信制御処理の第5の部分を示すフローチャートである。
【図20】 上記パケット送受信制御処理の第6の部分を示すフローチャートである。
【図21】 上記パケット送受信制御処理の第7の部分を示すフローチャートである。
【図22】 上記パケット送受信制御処理の第8の部分を示すフローチャートである。
【図23】 上記パケット送受信制御処理の第9の部分を示すフローチャートである。
【図24】 図2のトラヒックモニタ部105内の管理制御部151によってMAC層において割り込み処理で実行される排他的セクタパターン解除処理を示すフローチャートである。
【図25】 図2の上位レイヤ処理装置107によってMAC層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納される方位角対受信信号電力値テーブルの一例を示す図である。
【図26】 図1の無線アドホックネットワークのMAC層において用いられるハローパケットのフォーマットを示す図である。
【図27】 図2の上位レイヤ処理装置107によってMAC層において実行される、自無線局と隣々接無線局との間の距離Lcを計算する処理を説明するための図である。
【図28】 本実施形態におけるサービス提供のイメージ図である。
【図29】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納される隣接無線局テーブルの一例を示す図である。
【図30】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納されるトポロジテーブルの一例を示す図である。
【図31】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納されるルーティングテーブルの一例を示す図である。
【図32】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において用いられ上位レイヤ処理装置107に接続されたテーブルメモリ107aに格納される位置情報推定テーブルの一例を示す図である。
【図33】 図2の上位レイヤ処理装置107によってMAC層において実行される方位角付きトポロジ情報配布処理を示すフローチャートである。
【図34】 図33のサブルーチンである受信処理(ステップS103)を示すフローチャートである。
【図35】 図34のサブルーチンであるルートからの位置情報推定処理(ステップS115)の第1の部分を示すフローチャートである。
【図36】 図34のサブルーチンであるルートからの位置情報推定処理(ステップS115)の第2の部分を示すフローチャートである。
【図37】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において実行されるトポロジ情報配布処理の一例を示す図であり、(a)は無線局1−Kからのトポロジ情報の配布を示し、(b)は無線局1−K及び1−Lにおけるトポロジテーブルを示す。
【図38】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において実行されるトポロジ情報配布処理の一例を示す図であり、(a)は無線局1−Lでのトポロジ情報の受信を示し、(b)は無線局1−K及び1−Lにおけるトポロジテーブルを示す。
【図39】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において実行される隣接無線局以外の距離及び方位角の計算処理の一例を示す図であり、(a)各無線局の配置関係を示し、(b)は無線局1−Lのトポロジテーブルを示す。
【図40】 図2の上位レイヤ処理装置107によってネットワーク層において実行される距離計算処理の一例を示す図であり、(a)各無線局の配置関係を示し、(b)は無線局1−Lのトポロジテーブルを示す。
【図41】 図2の上位レイヤ処理装置107においてアプリケーション層で用いられるサービスパケットのフォーマットを示す図である。
【図42】 図2の上位レイヤ処理装置107によってアプリケーション層において実行されるサービス処理を示すフローチャートである。
【図43】 図42のサブルーチンであるサービス発信処理(ステップS144)を示すフローチャートである。
【図44】 図42のサブルーチンであるサービス受信処理(ステップS145)を示すフローチャートである。
【図45】 図42のサブルーチンであるサービス転送処理(ステップS146)を示すフローチャートである。
【図46】 図2の上位レイヤ処理装置107に接続された液晶ディスプレイ107bで表示されるルーティングテーブル表示ツールの一例を示す正面図であって、(a)は当該表示ツールの外観を示す正面図であり、(b)は当該表示ツールにおいてエリアを分割しないで表示したときの一例であり、(c)は当該表示ツールにおいてエリアを2分割して表示したときの一例であり、(d)は当該表示ツールにおいてエリアを3分割して表示したときの一例である。
【図47】 図2の上位レイヤ処理装置107に接続された液晶ディスプレイ107bで表示されるトポロジ表示ツールの一例を示す正面図であって、(a)は当該表示ツールの外観を示す正面図であり、(b)は当該表示ツールの広域表示での図であり、(c)は当該表示ツールの標準表示での図であり、(d)は当該表示ツールの詳細表示での図である。
【図48】 図1の無線アドホックネットワークにおける計算機シミュレーション結果であって、ホップ数に対する方位角の平均誤差及び距離の平均誤差を示すグラフである。
【符号の説明】
1,1−1乃至1−9…無線局、
101…可変ビームアンテナ、
102…サーキュレータ、
103…指向制御部、
104…パケット送受信部、
105…トラヒックモニタ部、
106…回線制御部、
107…上位レイヤー処理装置、
107a…テーブルメモリ、
107b…液晶ディスプレイ、
130…パケット受信部、
131…高周波受信機、
132…復調器、
133…受信バッファメモリ、
140…パケット送信部、
141…送信タイミング制御部、
142…送信バッファメモリ、
143…変調器、
144…高周波送信機、
151…管理制御部、
152…検索エンジン、
153…更新エンジン、
154…データベースメモリ、
155…クロック回路、
160…拡散符号発生器。
Claims (8)
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークの制御方法において、
上記各無線局は、他の無線局からの無線信号を受信することにより自局のサービスエリア内の各隣接無線局への所定の方位角毎の受信信号電力値の第1の情報テーブルを生成して記憶装置に格納し、上記生成された第1の情報テーブルに基づいて、自局から各隣接無線局の方位角及び受信信号電力値の第2の情報テーブルと、当該各隣接無線局のサービスエリア内の無線局である各隣々接無線局の方位角及び受信信号電力値の第3の情報テーブルとを生成して上記記憶装置に格納し、上記生成された第3の情報テーブルに基づいて自局の発信元情報及び当該第3の情報テーブルの情報を含む無線情報信号を生成して他の無線局に送信するステップと、
上記送信された無線情報信号を受信し、上記受信した無線情報信号に含まれる発信元情報を上記第2の情報テーブルに登録するとともに、上記受信した無線情報信号に含まれる第3の情報テーブルの情報を上記第3の情報テーブルに登録するステップと、
上記第2と第3の情報テーブルに基づいて、所定のルーティング基準により、宛先無線局に対する隣接無線局及び宛先無線局までのホップ数を計算して第4の情報テーブルとして記憶装置に格納するステップと、
上記第2と第3と第4の情報テーブルに基づいて、自局から上記無線ネットワーク内の各無線局への距離、方位角及びホップ数を計算して第5の情報テーブルとして記憶装置に格納するステップと、
上記第5の情報テーブルに含まれる各無線局への距離、方位角及びホップ数のうちの少なくとも1つを表示する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制御方法。 - 上記表示するステップは、各無線局への距離及び方位角を表す位置を、自局を中心としたトポロジ表示形式で表示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制御方法。
- 上記表示するステップは、各無線局へのホップ数を、自局を中心とした同心円の表示形式で表示することを特徴とする請求項1又は2記載の無線ネットワークの制御方法。
- 上記第5の情報テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載の無線ネットワークの制御方法。
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークの制御装置において、
上記各無線局は、他の無線局からの無線信号を受信することにより自局のサービスエリア内の各隣接無線局への所定の方位角毎の受信信号電力値の第1の情報テーブルを生成して記憶装置に格納し、上記生成された第1の情報テーブルに基づいて、自局から各隣接無線局の方位角及び受信信号電力値の第2の情報テーブルと、当該各隣接無線局のサービスエリア内の無線局である各隣々接無線局の方位角及び受信信号電力値の第3の情報テーブルとを生成して上記記憶装置に格納し、上記生成された第3の情報テーブルに基づいて自局の発信元情報及び当該第3の情報テーブルの情報を含む無線情報信号を生成して他の無線局に送信し、
上記送信された無線情報信号を受信し、上記受信した無線情報信号に含まれる発信元情報を上記第2の情報テーブルに登録するとともに、上記受信した無線情報信号に含まれる第3の情報テーブルの情報を上記第3の情報テーブルに登録し、
上記第2と第3の情報テーブルに基づいて、所定のルーティング基準により、宛先無線局に対する隣接無線局及び宛先無線局までのホップ数を計算して第4の情報テーブルとして記憶装置に格納し、
上記第2と第3と第4の情報テーブルに基づいて、自局から上記無線ネットワーク内の各無線局への距離、方位角及びホップ数を計算して第5の情報テーブルとして記憶装置に格納し、
上記第5の情報テーブルに含まれる各無線局への距離、方位角及びホップ数のうちの少なくとも1つを表示するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする無線ネットワークの制御装置。 - 上記制御手段は、各無線局への距離及び方位角を表す位置を、自局を中心としたトポロジ表示形式で表示することを特徴とする請求項5記載の無線ネットワークの制御装置。
- 上記制御手段は、各無線局へのホップ数を、自局を中心とした同心円の表示形式で表示することを特徴とする請求項5又は6記載の無線ネットワークの制御装置。
- 上記制御手段はさらに、上記第5の情報テーブルに基づいて、自局から宛先無線局までのホップ数に応じて伝送可能なサービスの品質を変化させることを特徴とする請求項5乃至7のうちのいずれか1つに記載の無線ネットワークの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003077968A JP3899045B2 (ja) | 2003-03-20 | 2003-03-20 | 無線ネットワークの制御方法及び制御装置 |
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JP2003077968A JP3899045B2 (ja) | 2003-03-20 | 2003-03-20 | 無線ネットワークの制御方法及び制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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