JP2006325142A - 無線端末およびその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 システム全体としてのホップ数をさらに削減することが可能で、ネットワーク全体で省電力をさらに実現したいという要望に応えることができる無線端末を提供する。
【解決手段】 アドホックネットワークを構成する無線端末（センサノード１０ａ〜１０ｏ）は、情報の宛先までの少なくとも１つの経路情報を保持する経路情報保持部１０２と、自端末・他端末のいずれかで発生した前記宛先あての第１情報を保持する情報保持部１０７と、情報保持部１０７が保持する第１情報と宛先が同じで、発生元が異なる第２情報を他端末から受信する情報受信手段（無線通信部１０５）と、情報保持部１０７が保持する第１情報と、無線通信部１０５が受信した第２情報とを一つの情報として結合する情報結合部１１０と、情報結合部１１０が結合した一つの情報を、前記宛先までの最小ホップ数となる経路情報に従う次の他端末に送信する送信手段（無線通信部１０５）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は複数の無線端末によって構成されるマルチホップ無線アドホックネットワーク（以下、「アドホックネットワーク」と記述する。）における無線端末に関するものであり、特に同じ宛先の情報が同時期に発生するネットワーク、例えばセンサネットワークのような省電力を必要とするネットワークにおける情報ルーティング機能を有する無線端末機能や動作に適用される技術に関するものである。

アドホックネットワークは、無線通信とネットワーキングの能力を備えた複数の無線端末によって構成されるネットワークである。アドホックネットワーク動作の特徴として、任意の情報始点端末から情報終点端末へ直接に無線通信ができないような場合に、その間に存在する無線端末を中継して通信する形態（マルチホップ通信）が挙げられる（非特許文献１参照）。

また、無線端末が通信を行うときにマルチホップ経路を構築する方法として、オンデマンド型の経路制御方式が提案されている（非特許文献２参照）。

オンデマンド型の経路制御プロトコルでは、無線端末が通信を行うときに経路情報を記載した表（以下、ルーティングテーブルと記述する）を参照して、宛先への経路が存在するかを判断する。経路が存在しない場合には、「経路発見」と呼ばれる手順を用いてルーティングテーブルを作成する。

図２０は、非特許文献１に記載された経路発見方法を示す図である。
経路発見は始点端末よりＲＲＥＱ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）メッセージをネットワーク全体にブロードキャストで送信し、終点端末から返信されるＲＲＥＰ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）メッセージを取得することで実現されている。

ルーティングテーブルが参照可能な場合、無線端末（始点端末）は保有する情報の宛先となる無線端末（以下、終点端末と記す）へ情報を送信するために、ルーティングテーブルから次の送信先となる無線端末（以下、中継端末と記す）へ情報を転送する。このようにして、無線端末が次々と情報をマルチホップで転送していくことで終点端末へと情報が到達する。
「無線ＬＡＮとユビキタスネットワーク」 小牧省三 他 著、 丸善株式会社 ２００４ 「Ｃ． Ｐｅｒｋｉｎｓ ａｎｄ Ｅ． Ｒｏｙｅｒ "Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ （ＡＯＤＶ） Ｒｏｕｔｉｎｇ」 ＲＦＣ３５６１， Ｊｕｌ． ２００３

しかしながら、前記従来のアドホックネットワークに使用する無線端末では、ルーティングテーブルを参照して、終点端末に到達するまでの情報の転送回数（ホップ数）が最も少ないものを常に選択していた。

図２１は、従来の経路制御を用いた場合の情報の転送例を示す図である。なお、図２１では、端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃ、端末Ｄ、端末Ｅの５つの端末で構成されるアドホックネットワークが示されており、点線で結ばれた端末間で無線通信が可能であるものとする。

このようなネットワークにおいて、同じ宛先である端末Ｅへの情報α，β（情報：宛先Ｅ）が端末Ａと端末Ｂで発生する場合、ルーティングテーブルの最小ホップ数に従って転送すると、端末Ａの情報αは端末Ｃを中継して終点端末Ｅへ、端末Ｂの情報βは端末Ｄを中継して終点端末Ｅという経路となる。このとき、端末Ａの情報αは端末Ｅまでは２ホップで到達し、端末Ｂの情報βは端末Ｅまで２ホップで到達することになり、合計４ホップの転送が行われることになる。

したがって、システム全体としてのホップ数をこれ以上削減することが不可能であり、ネットワーク全体で省電力をさらに実現したいという要望に応えることができなかった。

そこで、本発明は、システム全体としてのホップ数をさらに削減することが可能で、ネットワーク全体で省電力をさらに実現したいという要望に応えることができる無線端末およびその方法を提供することを目的とする。

ところで、本願発明者は、従来技術を詳細に解析した結果、同じ宛先の複数の情報が近くの無線端末に存在する場合においても、情報毎に別々に転送処理を行い、通信効率向上のために情報を結合することを考慮していないことに問題の所在があることに気づいた。そして、図２１において、端末Ａと端末Ｂは点線で結ばれている、つまり、端末Ａと端末Ｂで直接通信することが可能である。よって、情報を結合することが考慮されていないため、ネットワーク全体でホップ数を削減できる余地があることを発見した。

そこで、本発明は、前記従来の課題解決するもので、異なった経路上に存在する情報を効率的に融合（結合）していくことで、ホップ数を削減し、ネットワーク全体で省電力を実現することが可能なアドホックネットワークの無線端末を提供する。

具体的には、本発明に係る無線端末においては、アドホックネットワークを構成する無線端末であって、情報の宛先までの少なくとも１つの経路情報を保持する経路情報保持手段と、自端末および他端末のいずれかで発生した前記宛先あての第１情報を保持する情報保持手段と、前記情報保持手段が保持する第１情報と宛先が同じで、発生元が異なる第２情報を他端末から受信する情報受信手段と、前記情報保持手段が保持する第１情報と、前記情報受信手段が受信した第２情報とを一つの情報として結合する情報結合手段と、前記情報結合手段が結合した一つの情報を、前記宛先までの最小ホップ数となる経路情報に従う次の他端末に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。

これにより、宛先が同じで、発生元が異なる第１および第２情報を結合することで、アドホックネットワーク全体のホップ数を削減でき、消費電力の少ない効率的な通信が可能となる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記無線端末は、さらに前記第１情報の宛先を含み、第１情報の送受信するための制御情報を、他端末に送信する制御情報送信手段と、他端末から受信した制御情報に含まれる情報の宛先を取得する宛先取得手段と、前記宛先取得手段が取得した情報の宛先と、前記情報保持手段が保持する情報の宛先とが同じであるか否か判定する宛先判定手段と、前記宛先判定手段の判定結果と、前記経路情報保持手段の情報を用いて、前記情報保持手段の情報の宛先を、アドホックネットワーク全体におけるホップ数が最小となる経路情報に従う次の他端末に決定する宛先決定手段と、前記宛先決定手段が決定した次の端末の宛先に従って、前記第１情報の転送先を変更する情報変更手段と、前記情報変更手段が変更した転送先の他端末に前記第１情報を、前記第２情報として転送する情報転送手段とを備えることを特徴とすることができる。

これにより、他端末からの制御情報に含まれる宛先情報と自端末が保持する情報の宛先が同じであるかを判断し、宛先が同じであるならば制御情報送信元である他端末に対して自端末が保持する情報を転送することで、アドホックネットワーク全体のホップ数を確実に削減することが可能となる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記制御情報は、前記情報保持手段が保持する第１情報の送信要求を表す送信要求メッセージであることを特徴とすることもできる。

この場合、制御情報として情報の送信要求メッセージ、例えば無線ＬＡＮで標準となっているＩＥＥＥ８０２．１１での送信要求メッセージ（ＲＴＳ：Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）の中に端末が保有する情報の宛先情報を入れて利用する。これにより、制御情報を送信する端末周辺で、ＲＴＳの基本機能である隠れ端末問題での衝突を含む情報衝突回避を行いつつ、宛先が同じ情報を結合して転送することができ、効率的な通信が可能となる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記制御情報は、前記情報保持手段が保持する第１情報の送信可能を表す送信可能メッセージであることを特徴とすることもできる。

この場合、制御情報として情報の送信可能メッセージ、例えば無線ＬＡＮで標準となっているＩＥＥＥ８０２．１１での送信可能メッセージ（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）の中に端末が保有する情報の宛先情報を入れて利用する。これによっても、制御情報を送信する端末周辺で、ＣＴＳの基本機能である隠れ端末問題での衝突を含む情報衝突回避を行いつつ、宛先が同じ情報を結合して転送することができ、効率的な通信が可能となる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記制御情報は、前記第１情報の宛先までのホップ数を含むことを特徴とすることもできる。

この場合、制御情報を受信する端末で、制御情報を送信する端末の経路情報を保持していない場合にも対応可能となる。つまり、ルーティングテーブル上でホップ数を比較することで宛先判定ができない場合でも、制御情報中に含まれるホップ数を参照することで宛先判定のためのホップ数比較が可能となる。これにより、ルーティングテーブルが存在しない場合にも宛先が同じ情報を結合して転送することができ、効率的な通信が可能となる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記制御情報は、前記第１情報の宛先として異なる端末への宛先を複数含むことを特徴とすることもできる。

この場合、端末内で宛先の異なった複数の情報を保持しているときに、宛先情報を一つの制御情報にまとめて送信することが可能となる。これにより、複数の情報の集約を効率的に行うことができる。

また、本発明に係る無線端末においては、前記無線端末は、さらに前記宛先取得手段が他端末から受信した制御情報に含まれる情報の宛先を取得した場合に、前記宛先決定手段が決定した次の端末に対して、前記第２情報を転送するための割り込み情報を送信する割り込み情報送信手段を備えることを特徴とすることもできる。

この場合、制御情報に含まれる宛先情報を取得して、端末自身は情報を持っていないが、宛先判定によって情報を転送可能と判断した場合、次の転送先の端末に対して割り込み情報を送信しておく。このようにして、情報の転送先を予約してから制御情報を送信した端末から情報を受信し、予約している転送先の端末へと情報を送信することで情報の転送範囲を拡張して効率的な通信を可能とする。

また、本発明に係る無線端末においては、前記無線装置は、さらに、前記制御情報に含まれる情報の宛先を取得してから前記情報保持手段が保持する第１情報の宛先を決定するまでの時間を設定する時間管理手段を備えることを特徴とすることもできる。

この場合、無線端末内で情報を一定時間保持しておき、同じ宛先の情報が近隣の無線端末に到達するまでの待ち合わせ頻度を設定する。これにより、各無線端末で同じ宛先の情報が発生する時間が異なっている場合においても、情報を結合して転送することができ、効率的な通信が可能となる。

なお、本発明は、このような無線端末として実現することができるだけでなく、このような無線端末が備える特徴的な手段をステップとする通信方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、本発明の無線端末によれば、情報を効率的に融合（結合）することで、ホップ数を削減し、送信電力のネットワーク全体として省電力を実現することが可能となる。このことは個々の端末寿命を延ばし、さらにはネットワーク全体の寿命を延ばすことにつながる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る端末を用いたセンサネットワークの概略構成を示す図である。

センサネットワーク１は、各センサノード（端末）が取得した環境データを基地局に収集するためのネットワークであり、複数のセンサノード１０ａ〜１０ｏと、基地局２０と、インターネット／ＬＡＮ３０と、利用者が使用するコンピュータ装置４０とから構成される。なお、センサノード１０ａ〜１０ｏの観測対象としては、人、物、建物、自然など多岐の分野において、温度等、環境の定点観測への適用が検討されている。

それぞれのセンサノード１０ａ〜１０ｏは、現象の検知（センサ）機能、情報処理機能、情報を送信するための無線通信機能を有している無線端末である。

基地局２０は、センサノードから得られる情報を収集するものであり、インターネット／ＬＡＮ３０のゲートウェイとしても動作することがある。

利用者が使用するコンピュータ装置４０は、インターネット／ＬＡＮ３０を経由して基地局２０に収集された情報を参照したり、センサネットワーク１全体を制御するためのコマンドを送信したりすることができる。

次いでセンサノード１０ａ〜１０ｏの構成を説明する。なお、センサノード１０ａ〜１０ｏが同構成であるので、その代表として、センサノード１０ａの構成を説明する。

図２に示すように、センサノード１０ａは、制御情報送信部１０１と、経路情報保持部１０２と、宛先判定部１０３と、宛先決定部１０４と、無線通信部１０５と、制御部１０６と、情報保持部１０７と、情報変更部１０８と、時間管理部１０９と、情報結合部１１０と、センサ情報処理部１１２と、センサ部１１３と、アンテナ１１４などとを備える。なお、制御情報送信部１０１および無線通信部１０５は送信Ｉ／Ｆによって構成される。また、経路情報保持部１０２および情報保持部１０７は、メモリによって構成される。また、宛先判定部１０３、宛先決定部１０４、制御部１０６、情報変更部１０８および情報結合部１１０は、ＣＰＵによって構成される。また、センサ部１１３はセンシングデバイスおよび通信Ｉ／Ｆによって構成される。また、センサ情報処理部１１２はＡ／Ｄ変換器によって構成される。また、時間管理部１０９は、タイマによって構成される。

無線通信部１０５は、他のセンサノードとの制御情報やセンサ情報の通信を行うために使用されるものであり、微弱無線、特定小電力無線、ＺｉｇＢｅｅ（８０２．１５．４）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢ（８０２．１５．４ａ）、８０２．１１系（ａ，ｂ，ｇ，ｎなど）を含む各無線方式をサポートする。また、無線通信を行う場合は、アンテナ１１４が利用される。

センサ部１１３は、物理現象または化学現象を計測・検知する。この計測対象としては、温度、湿度、光、映像、音響、超音波、赤外線、磁気、圧力、振動、加速度、ガスなど、様々な物理現象や化学現象が挙げられ、もしくはこれらの組み合わせであってもよい。センサ部１１３で観測された情報はセンサ情報処理部１１２でアナログデータからデジタルデータへと変換（Ａ／Ｄ変換）され、センサノードのセンサ情報として情報保持部１０７に保持される。

また、通信処理に必要な機能として、制御情報送信部１０１、経路情報保持部１０２、宛先判定部１０３、宛先決定部１０４などがある。

制御情報送信部１０１は、主に端末間でアドホック通信を行う場合の衝突回避（アンチコリジョン）の技術に使用される制御情報（ＲＴＳ，ＣＴＳ）を送信する。経路情報保持部１０２は、経路情報（ルーティングテーブル）を保持する機能であり、端末間の接続関係などのワークトポロジ情報を保持する。

宛先判定部１０３および宛先決定部１０４は、情報を次に受信する端末を制御情報に記載される通りで良いかを判定し、条件によって別の中継端末を選択するように決定していく機能である。情報に対して宛先の変更がある場合には、情報変更部１０８で決定した宛先に変更する。また、端末は、情報保持部１０７において情報を保持したり、情報結合部１１０において宛先が同じである情報を結合したりすることを可能とする。

ここで、各センサノード１０ａ〜１０ｏは無線通信を行うためにアドホックネットワークを構築しており、各センサノード１０ａ〜１０ｏを経由して基地局２０へセンサ情報を収集するためには、経路構築とマルチホップ通信を行う仕組みを提供する必要がある。以下、それぞれの手順について、より簡単なモデルである図３を用いて説明を行う。

図３は、図１に示されるセンサノード部分を簡略化したものであり、５つのセンサノード（端末Ａ〜Ｅ）で構成されるアドホックネットワーク（センサネットワーク）を示す図である。なお、図３では、端末の無線送信範囲が限定されており、点線で示す端末間のみで通信可能であるとする。例えば、端末Ａから端末Ｂには直接に通信可能であるが、端末Ｄに対しては直接通信することはできない。また、端末Ａと端末Ｂはセンサ機能によって情報が発生するものとし、発生した情報は端末Ｃや端末Ｄを中継して端末Ｅへと到達する。端末Ｅは基地局と接続している端末であり、各端末からの終点端末となる。なお、宛先として基地局への情報宛先として端末Ｅを使用しているが、基地局の宛先を使用することもできる。

まず、初期の状態として、各端末Ａ〜Ｅが初期に設置されている場合を想定する。つまり、端末Ａ〜Ｅには互いにどのようにつながっているのか（経路が構成されているのか）を記述した経路制御情報（ルーティングテーブル）が存在しない状態である。よって、以下に示す手順でルーティングテーブルを構築する。

端末Ａから情報αを送信する場合には、端末Ｅまでの経路を把握する必要がある。最初に端末Ａの無線通信部１０５は、経路要求メッセージ（ＲＲＥＱ：Ｒｏｕｔｅ ＲｅＱｕｅｓｔ）をブロードキャストして、端末Ｅまでの経路取得を試みる。

図４は、端末Ａがネットワーク全体にＲＲＥＱをブロードキャストする図である。
例えば、端末ＡからのＲＲＥＱは端末Ｃ、端末Ｂへと送信され、それぞれの端末から次の端末へと転送され、端末Ｅに到達するまで転送が繰り返される。

なお、ＲＲＥＱが終点端末へ到達しない場合や無限ループとなる場合を回避するための方法としては、ＲＲＥＱのホップ数に制限をかける方法や、メッセージ存在時間を規定するなどの方法を適用することが可能である。

端末ＡからのＲＲＥＱを受信した端末Ｅは、そこに到達するまでに最も少ないホップ数の経路を選択してＲＲＥＰを構成する。この場合、端末Ａから端末Ｃを中継して端末Ｅに到達する経路が最もホップ数が少なくなるので選択され、ＲＲＥＰが送信される。

図５は、このときのＲＲＥＰの送信を示す図である。
ＲＲＥＰを受信する端末は、ＲＲＥＰの情報によって、宛先となる端末と、そこに送信するために次に情報を転送する端末、宛先となる端末までのコスト（ホップ数）を表したルーティングテーブルが構築される。ＲＲＥＰが端末Ａに到達すると、端末Ｅまで最小のホップ数で到達可能な経路情報を持つルーティングテーブルが構築されている。

図５において、端末Ａにはルーティングテーブル５０ａが、端末Ｃにはルーティングテーブル５０ｃが、端末Ｅにはルーティングテーブル５０ｅが、それぞれ構築される。

ルーティングテーブルは、情報として「Ｔｏ」、「Ｎｅｘｔ」、「Ｃｏｓｔ」を含んでおり、「Ｔｏ」は宛先となる端末、「Ｎｅｘｔ」は宛先に転送するために次に情報を転送する端末、「Ｃｏｓｔ」はホップ数を示すものであり、情報が宛先の端末に到達するために何ホップかかるのかを示す。例えば、ルーティングテーブル５０ａでは端末Ａから端末Ｅに情報を転送するために、次に情報を転送する端末は端末Ｃであり、端末Ｅまでは２ホップであることを示している。

次に、端末Ｂから端末Ｅまでの経路を構築する。端末Ａと同様に端末ＢからもＲＲＥＱをブロードキャストする。

端末Ｄを経由して端末ＥにＲＲＥＱが到達すると、最小ホップ数２の経路として端末ＥでＲＲＥＰとして返信される。また、端末ＢからのＲＲＥＱが端末Ａにも到達し、端末Ａは自身のルーティングテーブル５０ａを参照して、保持する端末Ｅまでの経路情報を返信する。

図６は、このときのＲＲＥＰ送信を示す図である。
このようにして、端末Ｂはルーティングテーブル５０ｂを、端末Ｄはルーティングテーブル５０ｄを、端末Ｅはレコードを追加した新たなルーティングテーブル５０ｂを、それぞれ保持する。

ルーティングテーブル５０ｂでは、端末Ｄを中継して端末Ｅに到達するホップ数２の経路と、端末Ａから端末Ｃを中継して端末Ｅに到達するホップ数３の経路との２種類の経路を保持している。なお、各端末は経路情報保持部１０２に一つもしくは複数の経路を保持することを可能とする。

以上の手順によって、端末Ａと端末Ｂは、それぞれ、端末Ｅまでの経路を確保することができる。

このように端末Ａと端末Ｂが、それぞれ、端末Ｅまでの経路を確保すると、図７に示される情報の結合により、ホップ数を削減し、省電力化を実現する。

図７は本発明によるホップ数の削減を示す図である。図７では、図２１と同じ構成のアドホックネットワークであり、同様に端末Ａと端末Ｂに端末Ｅへの情報が存在する場合である。

端末Ｂからの情報βを端末Ａに転送して、端末Ａで情報βを情報αに結合する。結合された情報α＋βは、中継端末Ｃを経由して終点端末Ｅへと転送される。このとき、ネットワーク内でのホップ数は端末Ｂから端末Ａへの１ホップと、端末Ａから端末Ｅへの２ホップを合わせた３ホップとなり、図２１に示す４ホップよりも１ホップ削減されている。

このようにホップ数を削減することにより、送信電力のネットワーク全体として省電力を実現することが可能となる。このことは個々の端末寿命を延ばし、さらにはネットワーク全体の寿命を延ばすことにつながる。

次に、端末間で経路構築をした後に、センサ情報を宛先端末に転送する場合の各端末動作を詳細に説明する。

上述の通り、端末Ｂが宛先Ｅであるセンサ情報を保持する場合、端末Ｄを中継する経路と、端末Ａを中継する経路の２つがルーティングテーブル上に存在する。ここで従来技術では、最小ホップ数となる経路を選択するため、他の端末動作に依存することなく常に端末Ｄを中継する経路を選択していた。

これに対して、本発明では、端末Ｂは端末Ａからの制御情報を監視することで２つの経路から最適な経路を選択する。

まず、端末Ｂに宛先Ｅの情報が存在し、端末Ａに情報が存在しない場合を想定する。端末Ａは情報を保持していないため、送信用の制御情報を端末Ｂに送信しない。よって端末Ｂは、従来技術と同じくルーティングテーブルより最小ホップ数の経路である端末Ｄを中継して端末Ｅへと到達する経路を選択する。

次に、端末Ｂと端末Ａともに宛先Ｅの情報が同時期に存在する場合を示す。
図８は、端末Ａと端末Ｂに情報が発生してから、端末Ａにおいて情報を結合して転送するまでのシーケンス図である。

図８において、最初に端末Ａと端末Ｂにそれぞれ情報α（宛先Ｅ）と情報β（宛先Ｅ）が発生する。

端末Ａから情報α（宛先Ｅ）を終点端末である端末Ｅに送信するとき、ルーティングテーブル５０ａを参照して、次の中継端末を端末Ｃとする。

次に、端末Ａが保持する情報αの宛先を含んだＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）パケットを、端末Ａからの無線通信範囲内の端末である端末Ｂおよび端末Ｃに送信する（Ｓ１１）。

ＲＴＳは、送信要求メッセージの制御信号として隠れ端末問題回避のために使用されるものである。

図９は、宛先情報を含んだＲＴＳ構成を示す図である。
図９に示されるように、ＲＴＳパケット８０１は、アドレスとして送信元アドレス（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ）８０４および中継端末アドレス（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ａｄｄｒｅｓｓ）８０５に加えて、終点端末アドレス（Ｒｅｃｉｖｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｄｄｒｅｓｓ）８０６を保持している。

終点端末アドレス８０６は、制御情報（ここでは、ＲＴＳ）を送信する端末が保持する情報の宛先となるアドレスであり、制御情報を受信した端末での宛先判定に使用される。なお、ＲＴＳパケット８０１を構成するフレームコントロール（Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）８０２と、Ｄｕｒａｔｉｏｎ ＩＤ ８０３と、ＦＣＳ８０７などとは、従来の無線ＬＡＮで使用されるＲＴＳ構造と同等のものであるのでその説明を省略する。

端末ＡからＲＴＳを受信すると、端末Ｂの宛先判定部１０３は、最初にその中に含まれている中継端末アドレスおよび終点端末アドレスを確認し、所定の場合に宛先決定部１０４は端末Ａと端末Ｂの情報を合わせて送信する場合のホップ数が小さくなるような経路を選択し、宛先を端末Ａに決定する（Ｓ１２）。なお、この詳細は、後述する。

端末Ｂでの宛先判定／決定が終了すると（Ｓ１２）、端末Ｂから端末Ａへ情報を転送するためのＲＴＳが送信される（Ｓ１３）。このＲＴＳには、中継端末アドレスに端末Ｃ，終点端末アドレスに端末Ｅのアドレスを含ませている。そしてこのＲＴＳは、割り込み情報として機能する。

一方、端末Ｃは、情報受け取りの準備が整っていると、端末Ａに対してＣＴＳを送信する（Ｓ１４）。

端末ＢからＲＴＳを、端末ＣからＣＴＳを、それぞれ受信した端末Ａは、端末Ｂに対して情報送信可能であるとして、ＣＴＳを送信する（Ｓ１５）。なお、端末Ｃに対しても、情報送信可能であるとして、ＣＴＳを送信する（Ｓ１５）。

それに対して端末Ｂは、転送する情報βを端末Ａへと送信する（Ｓ１６）。
情報が転送されると、端末Ａの情報結合部１１０では予め保持する情報αと、転送された情報βで同じ宛先のものを結合して（情報結合（Ｓ１７））、中継端末である端末Ｃへと情報α＋βを送信する（Ｓ１８）。なお、情報α＋βの送信は、最初の情報αの送信のためのＣＴＳを送信端末Ｃから受信しているため、それに返信する情報として送信される。

このようにして、端末Ｂは端末Ａからの制御情報（ＲＴＳ）に含まれる宛先情報によって自身が保有する情報の宛先を確認することで、ネットワークとして送信するホップ数を削減することが可能となる。

図１０は、制御信号送信時における端末Ａの動作を示すフローチャートである。
情報αが発生すると、端末Ａは、端末Ａが保持する情報αの宛先を含んだＲＴＳパケットを、端末Ａからの無線通信範囲内の端末である端末Ｂおよび端末Ｃに送信する（Ｓ２１，Ｓ１１）。そして、端末Ａは、他端末からのＣＴＳあるいはＲＴＳ受信を待つ（Ｓ２２）。他端末からＣＴＳあるいはＲＴＳを受信すると、他端末からのＲＴＳ割り込みであるか否かを判定する（Ｓ２３）。

判定の結果、ＲＴＳ割り込みであると（Ｓ２３でＹｅｓ）、他端末（ここでは、端末Ｂ，Ｃ）にＣＴＳを送信する（Ｓ２４）。そして、ＲＴＳを送信した他端末（ここでは、端末Ｂ）からの情報βを受信し、情報αに情報βを結合する（Ｓ２５，Ｓ１７）。これに対して、判定の結果、ＲＴＳ割り込みでないと（Ｓ２３でＮｏ）、保持する情報αをそのままにする（Ｓ２６）。

そして、端末Ａは、情報αに情報βを結合した情報α＋βあるいは、そのままの情報αを次の端末（ここでは、端末Ｃ）に送信する（Ｓ２７，Ｓ１８）。

図１１，図１２は、制御信号受信時の端末Ｂの動作を示すフローチャートである。
端末Ｂは、他の端末（ここでは、端末Ａ）からＲＴＳを受信するのを待つ（Ｓ３１）。ＲＴＳを受信すると、端末Ｂは、最初にそのＲＴＳ中に含まれている中継端末アドレスを確認し、中継端末アドレスが自端末であるか否か判断する（Ｓ３２）。ＲＴＳ中で端末Ｂが中継端末に指定されている場合には（Ｓ３２でＹｅｓ）、送信可能メッセージ（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を端末Ａに返信する（Ｓ３３）。今回の例では中継端末アドレスが端末Ｃであるため、端末ＡからのＲＴＳに対して、端末Ｃは、ＣＴＳを送信元アドレスである端末Ａに返信する（Ｓ１４）。

次に、端末ＢはＲＴＳ中の終点端末アドレス８０６を確認し、端末Ａが同じ宛先の情報を送信しているのかを判定する（ステップＳ３４）。端末Ｂが保持する情報βと、端末Ａが送信しようとする情報αの終点端末アドレスが同じであるならば（Ｓ３４でＹｅｓ）、端末Ｂは情報を端末Ａに転送すべきかを判定するために次のステップへと進む。終点端末アドレスが異なっているならば、端末ＢはＲＴＳで指定される時間だけ待機する（ステップＳ３５）。

端末ＡからのＲＴＳの終点端末アドレスと、端末Ｂが保持する情報の終点端末アドレスが同じである場合、端末Ｂはルーティングテーブルを参照し（Ｓ３６）、端末Ａに情報を転送すべきかを判断する（ステップＳ３７）。この判断材料として、端末Ｂのルーティングテーブル５０ｂに保持される終点端末までのホップ数の情報を参照する。ルーティングテーブル５０ｂに保持されているように、端末Ｂから端末Ａを中継して終点端末Ｅに情報が到達するホップ数は「３」である。また、端末Ｂから端末Ｄを中継して端末Ｅに到達するホップ数は「２」である。これらの情報を用いて、端末Ｂは保持する情報を送信する中継端末を、端末Ａを中継して情報を結合する場合と、端末Ｄを中継して情報を送信する場合のホップ数の計算によって決定する。

ルーティングテーブルでの経路計算において、端末Ａを中継する場合には、端末Ｂから端末Ａまでの経路が１ホップ。端末Ａで情報を融合して端末Ｃを経由して端末Ｅに到達するのが２ホップであり、合計３ホップ使用する。

それに対して、端末Ａを中継しない場合のホップ数も計算する。端末Ａから端末Ｅまでのホップ数は、端末Ｂから端末Ｅまで（端末Ａ中継）のホップ数３から「１」を引いて、ホップ数２であることが判断できる。端末Ａと端末Ｂが情報を個別に送信する場合には、端末Ａから端末Ｅまでが２ホップ、端末Ｂから端末Ｄを中継して端末Ｅに到達するのが２ホップ必要となる。よって、ネットワークの合計ホップ数は４ホップとなる。

端末Ｂでの宛先決定部１０４では上記の計算を行い、端末Ａを中継する場合と中継しない場合のホップ数を比較することによって、端末Ａと端末Ｂの情報を合わせて送信する場合のホップ数が小さくなるような経路を選択する。つまり、制御情報送信端末から終点端末までのホップ数から「１」減算したものが、自端末から終点端末までのホップ数以下であれば、経路を選択し、宛先をＡに決定する（Ｓ３８）。

そして、端末Ｂは、端末ＡにＲＴＳを送信し（Ｓ１３）、端末ＡからのＣＴＳ受信を待つ（Ｓ３９）。ＣＴＳを受信すると（Ｓ３９でＹｅｓ）、端末Ｂは、情報βを制御情報（ここでは、ＲＴＳ）を発した端末（制御情報端末）に転送する（Ｓ４０）。

なお、ルーティングテーブル上にその他の複数の経路が存在する場合には、制御信号送信元の端末とルーティングテーブルを保持する端末の情報を結合した場合の終点端末へのホップ数を考慮して、ネットワーク全体のホップ数が最も小さくなるような経路を選択する。

また、制御情報中に終点端末アドレスを複数含ませる運用も考えられるため、それぞれの終点端末アドレスに対して各情報の宛先が合致していないかをチェックすることも考えられる。よって、制御情報中に複数の終点端末アドレスが存在する場合には、上記のステップをアドレス分だけ繰り返す（Ｓ４１）。

このような、図１０〜図１２に示される動作が行われることにより、図８のシーケンスが実行され、ＲＴＳおよびＣＴＳのやりとりの後、端末Ｂから端末Ａに情報βがホップされ、端末Ａでは予め保持する情報αと、転送された情報βで同じ宛先のものを結合して、中継端末である端末Ｃへと情報を送信する。

このようにして、端末Ｂは端末Ａからの制御情報（ＲＴＳ）に含まれる宛先情報によって自身が保有する情報の宛先を確認することで、ネットワークとして送信するホップ数を削減することが可能となる。

なお、上述の説明では情報を結合する端末である端末Ａが先にＲＴＳを送信した場合について説明したが、情報を転送する端末（上述の説明では端末Ｂ）から先にＲＴＳを送信するようにしてもよい。

図１３は、情報を結合する端末が他端末へのＲＴＳを受信する場合を示す図である。なお、図１３において、端末Ｂには宛先が端末Ｃの情報γが存在し、端末Ａにも同様に宛先が端末Ｃである情報δが存在するものとする。このとき、ルーティングテーブルを参照して端末Ｄを中継して宛先である端末Ｃへ情報を送信するために周辺の端末へＲＴＳ（中継端末アドレス：Ｄ、終点端末アドレス：Ｃ）を送信する。端末Ａは端末ＢからＲＴＳを受信すると、端末Ａ自身も宛先が同じ情報δを保持しているために、情報γを結合した方が効率的だと判断し、端末Ｂに対してＣＴＳを返信する。このＣＴＳは割り込み情報として機能する。端末Ｂは端末ＡからのＣＴＳによって端末Ａに情報を転送し、端末Ａで情報を結合して端末Ｃへと転送する。このようにして、他端末のＲＴＳを判定し、自端末を中継端末に変更することを可能とする。これにより、端末Ｂは端末Ａからの制御情報（ＣＴＳ）に含まれる宛先情報によって自身が保有する情報の宛先を確認することで、ネットワークとして送信するホップ数を削減することが可能となる。

また、ＣＴＳ中に終点端末アドレスを含めることで、情報を保持しない端末がにおいて情報を結合することも可能である。

図１４は、ＣＴＳを用いた情報の結合を示す図である。
端末Ｃは端末ＡからのＲＴＳに対してＣＴＳを送信する。このとき、ＣＴＳには終点端末アドレスを含めておけばよい。そして、このＣＴＳは端末Ｂに対して割り込み情報として機能する。これにより、端末Ｂは、保持する情報δを端末Ｃに送信する。

図１５は、ＣＴＳに終点端末アドレスを含めた場合を示す図である。
図１５に示されるように、ＣＴＳＴＳパケット９０１は、アドレスとして送信元アドレス（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ）９０４に加えて、終点端末アドレス（Ｒｅｃｉｖｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｄｄｒｅｓｓ）９０６を保持している。

終点端末アドレス９０６は、制御情報（ここでは、ＣＴＳ）を受信する端末が保持する情報の宛先となるアドレスであり、制御情報を受信した端末での宛先判定に使用される。なお、ＣＴＳパケット９０１を構成するフレームコントロール（Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）９０２と、Ｄｕｒａｔｉｏｎ ＩＤ ９０３と、ＦＣＳ９０７などとは、従来の無線ＬＡＮで使用されるＲＴＳ構造と同等のものであるのでその説明を省略する。

端末Ｂは端末ＣからのＣＴＳによって同じ終点端末アドレスの情報を保持すると判定した場合に、端末Ｃに対して情報を転送する。端末Ｃでは端末Ａの情報と端末Ｂの情報を結合して、次の中継端末へと転送する。これにより、端末Ｂは端末Ｃからの制御情報（ＣＴＳ）に含まれる宛先情報によって自身が保有する情報の宛先を確認することで、ネットワークとして送信するホップ数を削減することが可能となる。

次に、各情報端末での制御信号の待ち合わせについて説明する。
本実施の形態では、終端ノードから検索クエリを送信して、それに該当する端末が情報を送信するセンサネットワークを想定している。

図１６は、検索クエリの送信を示す図である。
図１６において、端末Ｅからセンサノードである端末Ａ、端末Ｂに対して検索クエリが送信される。センサノードが検索クエリを取得すると、その中に含まれる情報（センサ情報種別、ホップ数、時刻など）に従ってセンサ情報が送信される。

図１７は、検索クエリを用いたときの端末間の待ち合わせを示す図である。
図１７に示すように、検索クエリ中にはセンサ情報を収集する端末からのホップ数が含まれている。各端末は検索クエリ到達時間と、検索クエリ中に含まれるホップ数を参照して、端末自身の情報送信予定時刻を決定する。このとき、ホップ数が大きくなる端末ほど送信予定を早くし、同じホップ数の端末では送信予定時刻を合わせるように設定する。また、送信予定時刻は検索クエリ到達時刻からある程度の余裕を持たせて設定するものとする。

このように設定を行うことで、情報を収集する端末から同じような距離にある端末が同じような時間で情報を送信することができ、情報を中継する時に他の端末の制御情報を待ち合わせる時刻を効率的に設定することが可能となる。

なお、ホップ数と同様の情報として検索クエリのシーケンス番号を使用して各端末の送信予定時刻を設定してもよい。

（実施の形態２）
センサネットワークやアドホックネットワークでは、検索クエリを使用することなく、センサから定期的に情報を送信するようなアプリケーションも検討されている。

実施の形態２では、個々の端末から定期的に情報を送信するアプリケーションを想定する。なお、端末間で制御情報を監視して情報を結合する手順は実施の形態１と同様であり、ここでは端末間の待ち合わせに特に注目して説明を行う。

図１８は、実施の形態２におけるアドホックネットワークを示す図である。
図１８では、各端末はセンサノードやモバイル機器などの情報を送信、中継するものであり、近隣の端末とリンク接続されたアドホックネットワークを形成している。このようなネットワークにおいて、情報の発生時刻は規定できないため、各端末での待ち合わせ時間をどのように設定していくかを検討することが必要となる。

待ち合わせ時間設定の一例として、情報のリアルタイム性を考慮する。情報には時間を保証すべき情報（映像、音声、緊急情報）や、あまりリアルタイム性を要求しない情報が存在する。このとき、リアルタイム性を要求する情報に関しては、待ち合わせ時間を短く設定して次々と中継端末を転送させる。それに対して、リアルタイム性をあまり要求しない情報に関しては、待ち合わせ時間を長く設定することで、各端末からの制御情報を待ち合わせる時間を長く確保する。

図１９は、情報に対する待ち時間の設定例である。
図１９では、情報Ｘ、情報Ｙ、情報Ｚを用いた場合、リアルタイム性の高い情報Ｘは待ち時間を少なく設定し、あまりリアルタイム性が低い情報Ｚは待ち時間を多く設定している。

このようにして、情報の品質を考慮しつつ待ち合わせ時間を設定することで、同じ宛先の情報を結合することが可能となり、ネットワーク全体のホップ数を減らすことで省電力化を実現することができる。

本発明に係る無線端末は、システム全体でのホップ数を削減し、省電力を目的としたセンサネットワーク上のセンサノードや、モバイルアドホック端末等として適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるセンサネットワークの概略構成図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサ端末の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサネットワーク構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＲＲＥＱのブロードキャストを示す図である。 本発明の実施の形態１における端末ＡへのＲＲＥＰ送信を示す図である。 本発明の実施の形態１における端末ＢへのＲＲＥＰ送信を示す図である。 本発明によるホップ数の削減を示す図である。 本発明の実施の形態１における情報発生から結合までのシーケンス図である。 本発明の実施の形態１におけるＲＴＳパケット構成図である。 本発明の実施の形態１における制御信号送信時の端末動作フローチャートである。 本発明の実施の形態１における制御信号受信時の端末動作フローチャートである。 本発明の実施の形態１における制御信号受信時の端末動作フローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるＲＴＳ監視による転送割り込みを示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＣＴＳ監視による転送割り込みを示す図である。 本発明の実施の形態１におけるＣＴＳパケット構成図である。 本発明の実施の形態１における検索クエリ動作を示す図である。 本発明の実施の形態１における情報送信予定時間設定を示す図である。 実施の形態２におけるアドホックネットワークを示す図である。 本発明の実施の形態２における情報毎の待ち合わせ時間設定例を図である。 非特許文献１に記載された経路発見方法を示す図である。 従来の経路制御を用いた場合の情報の転送例を示す図である。

符号の説明

１ センサネットワーク
１０ａ〜１０ｏ センサノード
２０ 基地局
３０ インターネット／ＬＡＮ
４０ コンピュータ装置
１０１ 制御情報送信部
１０２ 経路情報保持部
１０３ 宛先判定部
１０４ 宛先決定部
１０５ 無線通信部
１０６ 制御部
１０７ 情報保持部
１０８ 情報変更部
１０９ 時間管理部
１１０ 情報結合部
１１２ センサ情報処理部
１１３ センサ部
１１４ アンテナ

Claims (10)

1. アドホックネットワークを構成する無線端末であって、
   情報の宛先までの少なくとも１つの経路情報を保持する経路情報保持手段と、
   自端末および他端末のいずれかで発生した前記宛先あての第１情報を保持する情報保持手段と、
   前記情報保持手段が保持する第１情報と宛先が同じで、発生元が異なる第２情報を他端末から受信する情報受信手段と、
   前記情報保持手段が保持する第１情報と、前記情報受信手段が受信した第２情報とを一つの情報として結合する情報結合手段と、
   前記情報結合手段が結合した一つの情報を、前記宛先までの最小ホップ数となる経路情報に従う次の他端末に送信する送信手段と
   を備えることを特徴とする無線端末。
2. 前記無線端末は、さらに
   前記第１情報の宛先を含み、第１情報の送受信するための制御情報を、他端末に送信する制御情報送信手段と、
   他端末から受信した制御情報に含まれる情報の宛先を取得する宛先取得手段と、
   前記宛先取得手段が取得した情報の宛先と、前記情報保持手段が保持する情報の宛先とが同じであるか否か判定する宛先判定手段と、
   前記宛先判定手段の判定結果と、前記経路情報保持手段の情報を用いて、前記情報保持手段の情報の宛先を、アドホックネットワーク全体におけるホップ数が最小となる経路情報に従う次の他端末に決定する宛先決定手段と、
   前記宛先決定手段が決定した次の端末の宛先に従って、前記第１情報の転送先を変更する情報変更手段と、
   前記情報変更手段が変更した転送先の他端末に前記第１情報を、前記第２情報として転送する情報転送手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の無線端末。
3. 前記制御情報は、前記情報保持手段が保持する第１情報の送信要求を表す送信要求メッセージである
   ことを特徴とする請求項２記載の無線端末。
4. 前記制御情報は、前記情報保持手段が保持する第１情報の送信可能を表す送信可能メッセージである
   ことを特徴とする請求項２記載の無線端末。
5. 前記制御情報は、前記第１情報の宛先までのホップ数を含む
   ことを特徴とする請求項２記載の無線端末。
6. 前記制御情報は、前記第１情報の宛先として異なる端末への宛先を複数含む
   ことを特徴とする請求項２記載の無線端末。
7. 前記無線端末は、さらに
   前記宛先取得手段が他端末から受信した制御情報に含まれる情報の宛先を取得した場合に、前記宛先決定手段が決定した次の端末に対して、前記第２情報を転送するための割り込み情報を送信する割り込み情報送信手段
   を備えることを特徴とする請求項２記載の無線端末。
8. 前記無線装置は、さらに、
   前記制御情報に含まれる情報の宛先を取得してから前記情報保持手段が保持する第１情報の宛先を決定するまでの時間を設定する時間管理手段
   を備えることを特徴とする請求項２記載の無線端末。
9. アドホックネットワークを構成する無線端末に用いられる通信方法であって、
   情報の宛先までの少なくとも１つの経路情報を保持する経路情報保持ステップと、
   自端末および他端末のいずれかで発生した前記宛先の第１情報を保持する情報保持ステップと、
   前記情報保持ステップで保持する第１情報と宛先が同じで、発生元が異なる第２情報を他端末から受信する情報受信ステップと、
   前記情報保持ステップで保持する第１情報と、前記情報受信ステップで受信した第２情報とを一つの情報として結合する情報結合ステップと、
   前記情報結合ステップで結合した一つの情報を、前記宛先までの最小ホップ数となる経路情報に従う次の他端末に送信する送信ステップと
   を含むことを特徴とする通信方法。
10. 請求項９記載の通信方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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