JP2005318634A - 無線網におけるタイム・スロット予約の衝突を防止、解決する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 受信ノードがマルチキャストデータをエラーなく受信可能なタイム・スロットを予約する方法と、受信ノード等の空間的な効率性を高める方法を提供する。
【解決手段】 予約した少なくとも一つのタイム・スロットでマルチキャストデータを送受信する無線網において、送信ノードは認識した受信ノードにマルチキャストデータを転送する方法を提示する。マルチキャストデータが発生すると、送信ノードはそれを通知するマルチキャスト要求メッセージを受信ノードに送り、受信ノードからは受信ノード情報が付加されたマルチキャスト参加メッセージを受信する。送信ノードは、予約するフリースロットを決定し、その情報を付加したマルチキャスト予約要請メッセージを受信ノードに送る。受信ノードは、予約応答メッセージを送信ノードに送ることにより、タイム・スロットを予約し、これを介してマルチキャストデータを受信する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数個のノードで構成された無線網に係り、特に、無線網を構成するノードがマルチキャストデータを転送するためにタイム・スロット（Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔ；データ送信のための時間間隔）を予約する方法に係る。

無線網（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成しているノード（Ｎｏｄｅ）は、ユニキャストデータまたはマルチキャストデータ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｄａｔａ）を転送する。ユニキャストデータ（Ｕｎｉｃａｓｔ Ｄａｔａ）は、特定のノードのみで転送するデータを意味し、マルチキャストデータは、少なくとも２つのノードで転送するデータを意味する。

図１は、複数個のノードで構成された無線網を示す。この無線網は、ノードＡないしノードＥを有する。以下、まず、生成したデータをユニキャストする方法を検討する。ノードＡは、ノードＢに転送するデータが発生する場合、ノードＢのアドレス（受信ノードのアドレス）が付加されたデータをノードＢないしノードＥに転送する。そこでデータを受信したノードＢないしノードＥは、当該データに付加されているアドレスを取り出す。ノードＢは、取り出したアドレスが自己のアドレスと同一であるため、受信したデータを自己の上位階層に伝送する。しかし、取り出したアドレスが、自己のアドレスと同一でないノードＣないしノードＥは、受信したデータを廃棄する。ここで、ノードＣないしノードＥは、受信したデータを廃棄せず再転送することができる。

ノードＡがノードＢおよびノードＣに直ちに転送するデータを有していると、ノードＡはマルチキャストアドレスを含むデータをノードＢないしノードＥに伝送する。その後に行われる過程は、前述したユニキャストと同様である。ノードＢおよびノードＣは、マルチキャストアドレスを認識している。ただし、ノードＢおよびノードＣは、受信したデータの受信ノードのアドレス（マルチキャストアドレス）を取り出すことによって、自分自身に転送されたデータであることを認識し、上位階層に伝送する。

従来、送信ノードがマルチキャストデータを転送しようとする場合、マルチキャストデータを転送することを一定の距離内にあるノードに通知する。即ち、送信ノードは、自己のアドレスとマルチキャストアドレスが含まれたメッセージを一定の距離にあるノードに送信する。この一定の距離にあるノードのうち、マルチキャストデータを転送しようとするノードは、送信ノードに何らの応答もせずに、送信ノードが転送したマルチキャストデータを受信するために待機する。即ち、送信ノードは、マルチキャストデータを受信しようとする受信ノードに関する情報を認識することができない。

このため、送信ノードがマルチキャストデータを送信するタイム・スロットを探索することが難しい。即ち、送信ノードは、マルチキャストデータを受信しようとする受信ノードに関する情報を認識できないので、隣接ノード（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｎｏｄｅ）で使用している、または使用のため予約（Ｒｅｓｅｒｖｅ）したタイム・スロットと衝突しないようなタイム・スロット（以下ではフリースロット（Ｆｒｅｅ Ｓｌｏｔ）と呼ぶ）を予約することができない。また、送信ノードは、無線通信上の不具合があると、予約したタイム・スロットのみを用いて該当するデータを全て送信することができない場合が発生することとなる。

図２は、従来、マルチキャストデータを受信するノードで受信したデータ同士が衝突した場合を示す。ノードＣは、一定の領域内に位置するノードにマルチキャストデータを転送し、ノードＥも一定の領域内に位置するノードにマルチキャストデータを転送する。ノードＣが転送したデータは、ノードＡ、ノードＢ、ノードＤが受信し、ノードＥが転送したデータは、ノードＤ、ノードＦ、ノードＧが受信する。ノードＣおよびノードＥが転送するマルチキャストデータの転送距離が互いに異なり得ることは自明である。ノードＤは、ノードＣから転送されるマルチキャストデータを受信するものと仮定する。

即ち、ノードＣが予約したタイム・スロットでマルチキャストデータを転送すると、ノードＣは、その予約したタイム・スロットでマルチキャストデータを受信するために待機する。ところが、ノードＥもまた予約したタイム・スロットでデータを転送する場合が発生する。この場合、ノードＤは、同一のタイム・スロットで二つのデータを受信することになり、二つのデータ同士が衝突してしまう。従って、送信ノードは、受信ノードがマルチキャストデータをエラーなく受信可能なタイム・スロットの予約方法を必要とする。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、送信ノードは、受信ノードがマルチキャストデータをエラーなく受信可能なタイム・スロットを予約する方法を提供することである。本発明の他の目的は、送信ノードが受信装置およびその周辺装置などのタイム・スロットの使用の有無を把握して、空間的な効率性を高める方法を提供することである。

前述した本発明の目的を達成するために、予約した少なくとも一つのタイム・スロットでマルチキャストデータを送受信する複数個のノードで構成された無線網において、マルチキャストデータを送信する送信ノードが受信ノードを認識する方法であって、マルチキャストデータが発生すると、マルチキャストデータの発生を通知するマルチキャスト要求メッセージを送る段階およびこの受信ノードから受信ノードの情報が付加されたマルチキャスト参加メッセージを受信することによって、この受信ノードを認識する段階を有することを特徴とする受信ノードの認識方法を提示する。

更に、上述した送信ノードは、発生したマルチキャストデータを転送するタイム・スロットを予約するために、少なくとも一つのフリースロットを決定する。また、この送信ノードは、上述した決定したフリースロットの情報が付加されたマルチキャスト予約要請メッセージを受信ノードに送る。受信ノードは、予約要請メッセージに付加されたフリースロットが他のノードが予約したタイム・スロットと衝突しない場合、予約応答メッセージを送信ノードに送る。

更に、送信ノードは、状態がマルチキャスト受信ノードである隣接ノードの隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用しない場合、予約したタイム・スロットをフリースロットと決定する。又は、状態がマルチキャスト転送ノードである隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用しない場合、予約したタイム・スロットをフリースロットと決定する。

このように、本発明は、隣接ノードで使用しているタイム・スロットに関する情報を認識することによって、送信ノードは、衝突することなく、マルチキャストデータを転送するタイム・スロットを予約することができる。また、予約したタイム・スロットを使用しない隣接ノード若しくは隣接ノードの隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用することによって、空きタイム・スロットを減らし単位時間当たりデータ転送の総量の増やし、データ転送効率を向上させる。

以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図３は、本発明による無線網を構成している送信ノードおよび受信ノードで、マルチキャストデータを送受信するためにフリースロットを予約する過程を示す。以下、図３を参照して本発明による無線網を構成するノードＡ（送信ノード）およびノードＢ（受信ノード）で行われる動作を詳しく説明する。図３は、一つの受信ノードのみを示しているが、無線網は、少なくとも一つの受信ノードで構成されることは自明である。しかし、図３では、説明上、一つの受信ノードのみを示す。

ステップ３００で、ノードＡは、一定の領域内に存在するノードに転送すべきマルチキャストデータが生成されたことを認識する。ノードＡに、一定の領域内に存在する１又は複数の隣接ノードからマルチキャストデータが伝送される。

ステップ３０２で、ノードＡは、一定の領域内に存在するノードにマルチキャスト要求メッセージ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｓｏｌｉｃｉｔ Ｍｅｓｓａｇｅ）を送信する。マルチキャスト要求メッセージは、ノードＡから転送されるマルチキャストデータを受信しようとするノードに、このマルチキャスト要求メッセージを受信したノードの情報をノードＡに通知するよう指示するメッセージである。

一般に、マルチキャスト要求メッセージには、ノードＡのアドレス、マルチキャストデータを送受信するためのマルチキャストアドレスなどが含まれる。マルチキャスト要求メッセージを受信したノードは、ノードＡが転送するマルチキャストデータを受信するか否かを決定する。図３によれば、ノードＢは、ノードＡが転送するマルチキャストデータを受信しようとするノードであることが分かる。よって、ノードＢは、ステップ３０４で、ノードＡにマルチキャスト参加メッセージ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｊｏｉｎ Ｍｅｓｓａｇｅ）を送信する。マルチキャスト参加メッセージは、ノードＢのアドレスを含む。マルチキャストアドレスを受信することによって、ノードＡは、マルチキャストデータを受信しようとするノードを知ることができる。ノードＡは、マルチキャスト参加メッセージを送ったノードに対して、確認（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ：ＡＣＫ）メッセージを送信することができる。即ち、この確認メッセージを送受信することによって、マルチキャスト参加メッセージを送ったノードを再確認する。

ステップ３００ないしステップ３０４を実行した後、ノードＡは、マルチキャストデータを転送するタイム・スロットを決定する。次に、ノードＡはマルチキャストデータを転送するため予約しようとするタイム・スロットを、フリースロットの中から決定する。一般に、一つのフレームは、全部で２５６個のタイム・スロットで構成される。無線網を構成するノードは、これら２５６個のタイム・スロットを適切に分配して使用することによって、送受信するデータの衝突を防ぐことができる。即ち、隣接しているノードは、互いに異なるタイム・スロットでデータを転送するため、データの衝突を防止する。

ステップ３０６で、ノードＡは、受信ノードから転送されるビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）を用いてフリースロットを決定する。ビーコンは、ノード同士の同期を得るのに一般的に利用されるが、本発明に係るビーコンは、フリースロットを決定するための必要な情報を含む。各ノードは、ビーコンに、自己が使用している、若しくは予約したタイム・スロットに関する情報と、隣接ノードが使用している、若しくは予約したタイム・スロットに関する情報を付加する。即ち、ビーコンは、ノードが各タイム・スロットで行う動作およびタイム・スロットの使用有無に関する情報を含む。本発明において、無線網を構成するノードは、自己が使用している、若しくは予約したタイム・スロット、タイム・スロットの使用有無に関する情報を互いに送受信する。これにより、ノードは、隣接ノードが使用しているタイム・スロット、予約したタイム・スロット、タイム・スロットの使用有無を認識することができる。下記表１は、ビーコンに含まれるビット値によって各タイム・スロットで行われる動作を示す。

このＴｘ／Ｒｘビットは２ビットで構成され、各タイム・スロットで各ノードが行う動作を示す。Ｔｘ／Ｒｘビットが００であるタイム・スロットでノードは、ユニキャストデータを受信すると同時に、ユニキャストデータに対する確認メッセージを送る。ノードＡは、ビーコンを用いて受信ノードが使用予約をした、若しくは使用中であるタイム・スロットと衝突しないようなフリースロットを決定する。受信したビーコンを用いてフリースロットを決定する方法は後に説明する。

ステップ３０８で、ノードＡは、ステップ３０６で決定したフリースロットに関する情報が含まれたマルチキャスト予約要請メッセージ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｍｅｓｓａｇｅ）をノードＢに送る。ノードＡからマルチキャスト予約要請メッセージを受信したノードＢは、ステップ３１０で、マルチキャストデータ受信のためのフリースロットを決定する。ステップ３１０でフリースロットを決定する過程は、ステップ３０６でフリースロットを決定する過程と同一である。

ノードＢは、伝送されたマルチキャスト予約要請メッセージに含まれているフリースロットと、ステップ３１０で決定したフリースロットとが同一であるか否かを判別する。

この判別の結果、同一であれば、ノードＢは、ステップ３１２で、ノードＡに、ステップ３０８で転送したフリースロットを許容するという意味でマルチキャスト予約応答メッセージ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｍｅｓｓａｇｅ ）を送信する。しかし、判別の結果、同一でなければ、ノードＢは、ステップ３１２でノードＡに、ステップ３０８で転送したフリースロットを許容しないという意味でマルチキャスト予約取消メッセージ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｃａｎｃｅｌ Ｍｅｓｓａｇｅ ）を送信する。この時、ノードＡは、受信したビーコンを用いてマルチキャストデータを転送するフリースロットを再決定することができる。この方法以外に、ノードＢは、伝送されたフリースロットとステップ３１０で決定したフリースロットとのうち同一のフリースロットのみを取り出す。ノードＢは、ステップ３１０で取り出したフリースロットに関する情報が付加されたマルチキャスト予約応答メッセージを送ることができる。ノードＡは、マルチキャスト予約応答メッセージに付加されたフリースロットのみを用いて、マルチキャストデータを転送することができる。

マルチキャストデータの受信を要求したノードからマルチキャスト予約応答メッセージを受信すると、ステップ３１４で、ノードＡは、一定の領域内に位置しているマルチキャスト予約応答メッセージを送信した受信ノードにマルチキャストデータを転送する。マルチキャストデータは、マルチキャストアドレスを付加している。本発明における送信ノードは、マルチキャストデータを転送し、マルチキャストデータに対する確認メッセージは受信しない。また、受信ノードも、マルチキャストデータを受信し、マルチキャストデータに対する確認メッセージは送信しない。

図４は、本発明による隣接ノードで予約したタイム・スロットを使用する一例を示す。以下、同図を参照して、本発明による隣接ノードで予約したフリースロットを使用する場合を検討する。

ノードＥは、特定のタイム・スロット（説明上、特定のタイム・スロットはタイム・スロット０と称す。）をマルチキャストデータを受信するために予約する。従って、図４に示したように、ノードＥは、タイム・スロット０で“１０”のＴｘ／Ｒビットを有する。ところが、ノードＥは、自己が予約したタイム・スロットでマルチキャストデータ（ノードＡが転送するマルチキャストデータを除く）を受信しない場合もあり得る。ノードＢは、ノードＥが予約したタイム・スロットを使用しないという情報をビーコンを用いてノードＡに伝送する。

ノードＡは、ノードＢから伝送された情報を利用してノードＥが予約したタイム・スロット０を代わりに使用できることを認識することになる。即ち、マルチキャストデータを転送するノードＡは、隣接ノードの隣接ノードのＴｘ／Ｒｘビットが“１０”であるタイム・スロット０を使用しない場合、タイム・スロット０を代わりに使用することができる。このようにして、ノードＡは、マルチキャストデータを転送可能なタイム・スロットの数を増加させることができる。即ち、図４に示したように、従来、領域Ｉのみを想定してマルチキャストデータを転送していたが、本発明によれば、拡張された領域である領域ＩＩを想定してマルチキャストデータを転送する。

また、ノードＢも、ノードＥが予約したタイム・スロット０で、衝突することなく、ノードＡが転送するマルチキャストデータを受信することができる。即ち、マルチキャストデータを受信するノードＢは、隣接ノードがＴｘ／Ｒｘビットが“１０”であるタイム・スロット０を使用しない場合、タイム・スロット０を代わりに使用することができる。

図４で、ノードＢが一つの隣接ノードのみを有するものと示されている。ノードＢが少なくとも２つの隣接ノードを有するときは、少なくとも２つの隣接ノードを想定して、各隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用するか否かを決定する必要がある。

図５は、本発明による隣接ノードで予約したフリースロットを使用する他の例を示す。

ノードＤは、ノードＡが転送するマルチキャストデータを受信するのみでなく、ノードＤも隣接ノードにマルチキャストデータを転送するものと仮定する。以下、ノードＤがマルチキャストデータを転送するため予約したタイム・スロットをタイム・スロット１と仮定する。ノードＤは、タイム・スロット１に対し“１１”のＴｘ／Ｒｘビットを有する。したように、ノードＤは、予約したタイム・スロットを全て使用するのではなく、一部のタイム・スロットは、使用が留保される場合が発生する。この使用が留保されたタイム・スロットをタイム・スロット１とすれば、タイム・スロット１に関する情報は、ビーコンによってノードＡに伝送される。

ノードＡは、伝送された情報を利用して、ノードＤが予約したタイム・スロット１を代わりに使用できることを認識する。即ち、マルチキャストデータを転送するノードＡは、隣接ノードがＴｘ／Ｒｘビットが“１１”であるタイム・スロット１を使用しない場合、タイム・スロット０を代わりに使用することが可能である。このようにして、ノードＡは、マルチキャストデータを転送可能なタイム・スロットの数を増加させる。即ち、図５に示したように、従来、領域Ｉのみを想定してマルチキャストデータを転送したが、本発明によれば、拡張された領域である領域ＩＩを想定してマルチキャストデータを転送する。

また、ノードＢも、ノードＤが予約したタイム・スロット１で衝突することなく、ノードＡが転送するマルチキャストデータを受信することができる。即ち、マルチキャストデータを受信するノードＢは、隣接ノードの隣接ノードがＴｘ／Ｒｘビットが“１０”であるタイム・スロット０を使用しない場合、タイム・スロット０を代わりに使用することができる。

図４および図５を参照して、他のノードが予約したタイム・スロットを使用する方法を説明した。一方、送信ノードは、他のノードが使用しないタイム・スロットを先に予約して使用可能であることは自明である。

以上では、本発明の原理を例示するため好適な実施形態について図示に基づき説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも種々の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更および修正は、本発明の特許請求の範囲に含まれることは自明である。

上述したように本発明は、隣接ノードが使用しているタイム・スロットに関する情報を認識することによって、送信ノードは、衝突することなく、マルチキャストデータを転送できるタイム・スロットを予約することができる。また、予約したタイム・スロットを使用しない隣接ノード、または隣接ノードの隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用することによって、データの転送効率を向上させる。

複数個のノードで構成された無線網を示した図である。 複数個のノードで構成された無線網で送受信されるデータ同士が衝突した場合を示す図である。 本発明による複数個のノードで構成された無線網で送受信されるデータ同士が衝突しないようフリースロットを予約する過程を示す図である。 本発明による他のノードが予約したフリースロットを使用する例を示す図である。 本発明による他のノードが予約したフリースロットを使用する他の例を示す図である。

Claims (10)

1. 予約した少なくとも一つのタイム・スロットでマルチキャストデータを送受信する複数個のノードで構成された無線網において、前記マルチキャストデータを送信する送信ノードが受信ノードを認識し、前記認識した受信ノードに前記マルチキャストデータを転送する無線網送受信に使用する方法であって、
   前記送信ノードで前記マルチキャストデータが発生すると、前記送信ノードが前記受信ノードに前記マルチキャストデータの発生を通知するマルチキャスト要求メッセージを送信する段階、
   前記送信ノードが前記マルチキャスト要求メッセージを受信した前記受信ノードから前記受信ノードの情報が付加されたマルチキャスト参加メッセージを受信することによって前記受信ノードを認識する段階、
   を有することを特徴とする受信ノード認識方法。
2. 前記送信ノードは、
   前記発生したマルチキャストデータを転送するタイム・スロットを予約するため、少なくとも一つフリースロットを決定する段階をさらに有することを特徴とする、
   請求項1に記載の受信ノード認識方法。
3. 前記送信ノードは、
   前記決定したフリースロットの情報が付加されたマルチキャスト予約要請メッセージを受信ノードに送る段階をさらに有することを特徴とする、
   請求項２に記載の受信ノード認識方法。
4. 前記予約要請メッセージに自己の情報が付加されたフリースロットは、
   前記受信ノードにおいて他のノードが予約したタイム・スロットと衝突しない場合、前記受信ノードは予約応答メッセージを前記送信ノードに送る段階をさらに有することを特徴とする、
   請求項３に記載の受信ノード認識方法。
5. 前記予約要請メッセージに付加されたフリースロットは、
   前記受信ノードにおいて隣接ノードが予約したタイム・スロットと衝突する場合、前記受信ノードは予約取消メッセージを前記送信ノードに送る段階をさらに有することを特徴とする、
   請求項３に記載の受信ノード認識方法。
6. 前記無線網を構成するノードは、
   隣接ノードが使用している若しくは予約したタイム・スロットの使用有無に関する情報と自己の状態が含まれたマルチキャストの予約情報を隣接ノードに送信することを特徴とする、
   請求項２に記載の受信ノード認識方法。
7. 前記マルチキャストの予約情報をビーコンを用いて送信することを特徴とする、請求項６に記載の受信ノード認識方法。
8. 前記自己の状態とは、マルチキャストデータ転送ノード、マルチキャストデータ受信ノード、ユニキャストデータ転送ノード、ユニキャストデータ受信ノードのいずれか一つであることを特徴とする、
   請求項６に記載の受信ノード認識方法。
9. 前記送信ノードは、
   前記ビーコンにより特定される自己の状態がマルチキャスト受信ノードである隣接ノードの隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用しない場合、前記予約したタイム・スロットをフリースロットとして決定することを特徴とする、
   請求項８に記載の受信ノード認識方法。
10. 前記送信ノードは、
    前記ビーコンにより特定される自己の状態がマルチキャスト転送ノードである隣接ノードが予約したタイム・スロットを使用しない場合、前記予約したタイム・スロットをフリースロットとして決定することを特徴とする、
    請求項８に記載の受信ノード認識方法。

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