JP2007074177A

JP2007074177A - モバイルアドホックネットワークシステム

Info

Publication number: JP2007074177A
Application number: JP2005257243A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Shomura; 雄介正村; Junji Yamamoto; 淳二山本; Satoshi Yoshizawa; 聡吉澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-03-22
Also published as: US20070066312A1; CN1929384A

Abstract

【課題】ＯＬＳＲを利用したアドホック通信において、移動端末が固定端末の通信エリア外へ移動する際、通信エリアの外へ出てからタイムアウトするまでの間、固定端末と移動端末の通信を中継する端末が存在しても通信出来ない状態となる。連続通信を実現するため、直接通信から２ホップ通信へ通信断無く切り替えることが課題となる。
【解決手段】各端末は位置情報と速度情報を取得し周辺端末へと広告する。固定端末は自分の通信エリアと比較し、移動端末の位置・速度情報から通信エリアの外へ移動することを検知し、事前に中継端末を経由した２ホップ通信へと切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アドホックネットワークシステムに係り、特に、ＯＬＳＲを利用した通信システムにおける、固定端末と移動端末の最適な通信経路の選択方法に関する。

ＩＥＴＦで検討されているＯｐｔｉｍｉｚｅｄＬｉｎｋＳｔａｔｅＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＯＬＳＲ）では、非特許文献１に示されているように、各端末は直接通信可能な端末のリストを含むＨｅｌｌｏメッセージを端末間で定期的に交換する。このＨｅｌｌｏメッセージにより、周辺端末の情報を取得し、アドホックネットワークを構築する。

ＲＦＣ３６２６、ＯｐｔｉｍｉｚｅｄＬｉｎｋＳｔａｔｅＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＯＬＳＲ）、Ｏｃｔｏｂｅｒ、２００３

ＯＬＳＲにおいて、各端末はＨｅｌｌｏメッセージの情報を基に、周辺端末への通信経路を作成する。また、直接通信可能であった端末からのＨｅｌｌｏメッセージが一定時間（タイムアウト時間）受信できない時、その端末とは直接通信できなくなったと判断し、通信経路を変更する。そのため、固定端末と移動端末の通信において、移動端末が固定端末の通信エリア外へ移動する際、通信エリアの外へ出てからタイムアウトするまでの間、固定端末と移動端末の通信を中継する端末が存在しても通信出来ない状態となる。

本発明の目的は、ＯＬＳＲによる固定端末と移動端末の通信において、直接通信から２ホップ通信へ切り替える際に発生する通信断を回避する方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、各端末は位置情報と速度情報を取得し、周辺端末へと広告する。固定端末は自分の通信エリアと比較し、移動端末の位置・速度情報から通信エリアの外へ移動することを事前に検知し、中継端末を経由した２ホップ通信へと切り替える。

本発明によれば、移動端末と固定端末との通信において、移動端末が固定端末の通信エリアから外へ移動する際、通信が途切れることなく直接通信から２ホップ通信へと切り替えることが可能となる。

以下，本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実装されるアドホック通信システムの構成例を示す図である。図１に示したシステムは、基地局１０１、移動可能な端末１０２、１０３からなる。基地局１０１、端末１０２、１０３はＯＬＳＲを利用して互いに接続している。図１では基地局１０１と端末１０２が双方向通信を行う例である。端末１０２が基地局１０１の通信可能エリア１０５内であるとき、直接通信１１１を行い、端末１０２が通信可能エリア１０５外へ移動すると、端末１０３を経由した２ホップ通信１１２へと切り替える。
図２（ａ）は、基地局１０１の構成例である。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２０１は、各種アプリケーションプログラムや、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を実際に実行する。メモリ２０２には、ＣＰＵの実行において使用するプログラムや、各種アプリケーションプログラムが格納される。ＣＰＵ２０１とメモリ２０２はバス２０３を介して接続される。インタフェース部２０４、２０５、２０６は回線２０７、２０８、２０９を収容し、他の機器との通信を行う。インタフェース部２０４、２０５、２０６は、ＣＰＵ２０１やメモリ２０２から供給されたデータを外部の機器に出力したり、外部の機器から供給されたデータをＣＰＵ２０１、メモリ２０２に供給したりする。ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）２１０は、ＧＰＳ衛星から発信される情報を利用して、受信者の現在地の緯度・経度を計算するシステムである。ＧＰＳは、計算により求めた現在地の位置情報を回線２０９へ出力する。基地局１０１は、固定端末であるため、手動等による位置入力により、ＧＰＳ２１０を省くことが可能である。

図２（ｂ）は、基地局１０１の機能ブロックを示す。メモリ２０２は、基本ＯＳ処理２１２に加え、アドホックルーティング処理２１１を有する。基本ＯＳ処理２１２は、ＩＰパケットの送受信を行う、パケット送受信処理２３０を有する。
アドホックルーティング処理２１１は、ＨｅｌｌｏメッセージなどのＯＬＳＲメッセージの処理を行うＯＬＳＲメッセージ処理２２７、ＯＬＳＲメッセージで得られた情報から通信経路を作成する通信経路作成処理２２６、基地局１０１の通信可能な領域を把握する通信エリア情報管理処理２２５を有する。
ＯＬＳＲメッセージ処理２２７は、Ｈｅｌｌｏメッセージ、ＴＣメッセージ、ＭＩＤメッセージ、ＨＮＡメッセージなどのＯＬＳＲメッセージを処理する。
ＯＬＳＲメッセージ処理２２７での処理結果を隣接端末リスト２２４とトポロジー情報２２３で管理する。Ｈｅｌｌｏメッセージにより得た周辺端末情報を隣接端末リスト２２４に、ＴＣメッセージなどから得た情報をトポロジー情報２２３で管理する。
電波地図２２２は、自端末と電波が届き直接通信可能な領域を表し、Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１は移動端末から受信したＨｅｌｌｏメッセージの情報等を保持する。

図３（ａ）は、端末１０２、１０３の構成例である。基地局１０１の構成に加え、車速センサ３１６を保持する。また、ＧＰＳ３１４に換えて、カーナビ３１５などから位置情報を入力することも可能である。図３（ｂ）は、端末１０２、１０３の機能ブロックを示す。基地局と同様、基本ＯＳ処理３２２、アドホックルーティング処理３２１を有する。移動することが前提となるため、通信エリア情報管理処理２２５、およびＨｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１、電波地図２２２を省いた構成となる。

図４（ａ）に隣接端末リストの一例を示す。直接電波が届く端末のアドレスを表す隣接端末アドレス４０１、自分の端末との接続関係を表す接続状態４０２、接続状態が有効となる時間を表す有効期間４０３、端末がＨｅｌｌｏメッセージで広告するＷｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ４０４、経路作成時の優先度を表す選択優先度４０５、隣接端末が接続する端末情報を表す２ホップ端末リスト４０６を含む。２ホップ端末リスト４０６の一例を図４（ｂ）に示す。２ホップ端末リスト４０６は、隣接端末が接続する２ホップ端末アドレス４１０、隣接端末と２ホップ端末の接続状態を表す接続状態４１１を含む。なお、接続関係４０２やＷｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ４０４の詳細は非特許文献１に記載のものと同様である。

図５はＯＬＳＲメッセージ処理２２９のＨｅｌｌｏメッセージを受信した際の処理フローを表す。Ｈｅｌｌｏメッセージを受信する（ステップ５０１）と、隣接端末リストの隣接端末アドレスにＨｅｌｌｏメッセージの送信アドレスが含まれるか検索し（ステップ５０２）、含まれない場合、送信アドレスを隣接端末アドレスとするエントリを追加する（ステップ５０３）。次に、Ｈｅｌｌｏメッセージ内に位置・速度情報が含まれているか確認し（ステップ５０４）、含まれていない場合通常のＯＬＳＲ端末と同様に隣接端末リストを更新する（ステップ５０９）。位置・速度情報が含まれていると、Ｈｅｌｌｏメッセージから得た位置・速度情報と、自分の端末の電波地図から、端末のエリア滞在時間を計算する（ステップ５０５）。エリア滞在時間が閾値以上の場合、エリア滞在時間を基に隣接端末リストの有効時間を設定し（ステップ５０８）、隣接端末リストを更新する（ステップ５０９）。端末のエリア滞在時間が閾値より小さい場合、隣接端末リスト２２４の選択優先度４０５を「低」とし（ステップ５０７）、エリア滞在時間を基に隣接端末リストの有効時間を設定し（ステップ５０８）、隣接端末リストを更新する（ステップ５０９）。
通信経路作成処理２２６は隣接端末リスト２２４、およびトポロジー情報２２３の変更を契機に実行される。

図６に、通信経路作成処理２２６で隣接端末リストから通信経路を作成する処理フローを表す。まず、隣接端末リストから接続状態がＳＹＭ、またはＭＰＲの要素を抽出した隣接端末リスト１を作成し（ステップ６０１）、隣接端末リスト１から選択優先度が「低」の要素を除いた隣接端末リスト２を作成する（ステップ６０２）。隣接端末リスト２の隣接端末を通信経路表に直接通信として追加し（ステップ６０３）、隣接端末リスト２の２ホップ端末リスト中のアドレスで通信経路表に登録されていないものを通信経路表に登録する（ステップ６０４）。その際、２ホップ端末リストに該当アドレスを含む隣接端末アドレスを次ホップアドレスとして登録する。次に、隣接端末リスト１から選択優先度「低」の要素からなる隣接端末リスト３を作成する（ステップ６０５）。隣接端末リスト3の隣接端末アドレスで通信経路表に登録されていないものを通信経路表に直接通信として登録する（ステップ６０６）。隣接端末リスト３の２ホップ端末リスト中のアドレスで通信経路表に登録されていないものを通信経路表に登録する（ステップ６０７）。その際、次ホップアドレスに２ホップ端末リストに該当アドレスを含む隣接端末への通信経路の次ホップアドレスを登録する。隣接端末への通信経路が直接通信となる場合、次ホップアドレスは隣接端末アドレスとする。

図７は、端末１０２が基地局１０１の通信エリア外へ移動する際の通信シーケンスを示す。端末１０２と基地局はＨｅｌｌｏメッセージの交換を行い、直接通信を行っている。基地局１０１では、端末１０２の位置・速度情報から在圏時間を計算し、閾値よりも小さくなると、端末１０３を経由した通信へと切り替える。また、基地局１０１は同時に端末１０２に対して通信経路切り替えの指示を行う。基地局から端末１０２への通信は在圏時間が閾値より小さいと判断したとき、即座に端末１０３経由の通信へと切り替えることが可能である。また、端末１０２から基地局１０１への通信は基地局からの通知を受信した時、もしくは基地局１０１からの通信が端末１０３を経由していることを検知した時に切り替えを行う。基地局１０１から端末１０２への通信経路切り替え指示はＨｅｌｌｏメッセージの隣接端末リストから端末１０２のアドレスを削除し送信することで通知可能である。

図８に、位置・速度情報を含めたＨｅｌｌｏメッセージの一例を示す。フラグに位置・速度情報を含むことを表すＬビットを立てる。
次に、基地局１０１の通信エリア情報管理処理２２５について説明する。通信エリア情報管理処理２２５は、電波地図２２２を作成するための処理である。電波地図２２２を作成するため、Ｈｅｌｌｏパケット受信履歴２２１を保持する。

図９に、Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１の一例を示す。Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１は受信可否９０１、時刻９０２、送信位置９０３を含む。
Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴の作成処理フローを図１０に示す。Ｈｅｌｌｏメッセージを受信する（ステップ１００１）と、Ｈｅｌｌｏメッセージ内に位置・速度情報が含まれている確認する（ステップ１００２）。位置・速度情報が含まれていない場合、処理を終了する。位置・速度情報が含まれる場合、付加された位置と受信時刻をＨｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１へ記録し（ステップ１００３）、速度情報から、その端末が次に送るＨｅｌｌｏメッセージの位置を予測し保持する（ステップ１００４）。一定期間内に該当端末から次のＨｅｌｌｏメッセージを受信する（ステップ１００５）と、ステップ１００１から再度処理する。一定期間内に該当端末から次のＨｅｌｌｏメッセージを受信しない（ステップ１００５）と、保持した予測位置と現在時刻を受信不可としてＨｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１へ記録する（ステップ１００６）。

図１１に、電波地図２２２の作成処理フローを示す。基地局１０１を中心とするマップを幾つかの領域に分割し（ステップ１１０１）、各領域に含まれるＨｅｌｌｏメッセージ受信履歴２２１のエントリ数をカウントし、領域毎に通信不可となった割合を求める（ステップ１１０２）。通信不可の割合が閾値以下の領域を通信可能エリアとする（ステップ１１０３）。電波地図は基地局設置後に一回のみ作成処理を行う方法と、定期的に更新する方法がある。

図１２に、電波地図２２２の一例を示す。電波地図２２２の領域の分割方法として、放射状の格子に分割する。１つの通信不可エリアを発見すると、その領域より放射状の格子に沿って遠いエリアは通信不可エリアとする。

本発明は、移動端末に通信環境を提供するサービスの構築に利用できる。特に、例えば自動車向けの通信ネットワークサービスなど、移動頻度と端末数が多いシステムにおいて有効である。

本発明の適用されるネットワークの概念図。本発明で用いられる基地局の内部構成を示すブロック図。本発明で用いられる端末の内部構成を示すブロック図。隣接端末リストの構成を説明する概念図。ＯＬＳＲメッセージ処理を説明するフローチャート。通信経路作成処理を説明するフローチャート。本発明を実施した様子を説明するシーケンス図。位置・速度情報を付加したＨｅｌｌｏパケットのフォーマット図。Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴の構成を説明する概念図。Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴作成時の処理を説明するフローチャート。電波地図作成時の処理を説明するフローチャート。放射状の格子に分割した電波地図を説明する概念図。

符号の説明

１０１…基地局，１０２…端末１，１０３…端末２，１０５…基地局通信エリア，１１１…基地局と端末１との直接通信，１１２…，１１３…，２０１…ＣＰＵ，２０２…メモリ，２０３…バス，２０４…インタフェース，２０５…インタフェース，２０６…インタフェース，２０７…回線，２０８…回線，２０９…回線，２１０…ＧＰＳ，２１１…アドホックルーティング処理，２１２…基本ＯＳ処理，２２１…Ｈｅｌｌｏメッセージ受信履歴，２２２…電波地図，２２３…トポロジー情報，２２４…隣接端末リスト，２２５…通信エリア情報管理処理，２２６…通信経路作成処理，２２７…ＯＬＳＲメッセージ処理，２２８…パケット送受信処理，３０１…ＣＰＵ，３０２…メモリ，３０３…バス，３０４…インタフェース，３０５…インタフェース，３０６…インタフェース，３０７…インタフェース，３０８…インタフェース，３０９…回線，３１０…回線，３１１…回線，３１２…回線，３１３…回線，３１４…ＧＰＳ，３１５…カーナビ，３１６…車速センサ，３２１…アドホックルーティング処理，３２２…基本ＯＳ処理，３３１…トポロジー情報，３３２…隣接端末リスト，３３３…通信経路作成処理，３３４…ＯＬＳＲメッセージ処理，３３５…パケット送受信処理，４０１…隣接端末アドレス，４０２…接続状態，４０３…有効期間，４０４…Ｗｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ，４０５…選択優先度，４０６…２ホップ端末リスト，４１０…２ホップ端末アドレス，４１１…接続状態，８０１…隣接端末情報，８０２…位置・速度情報，９０１…受信可否，９０２…時刻，９０３…送信位置。

Claims

アドホック式の無線通信によって双方向通信を行うアドホックネットワークシステムにおいて、
通信端末が自分の通信エリア情報の管理手段を有し、他通信端末から定期的に送信される位置・速度情報から自端末の通信エリア外への移動を検知し、事前に自端末の通信エリア内に存在する第三の端末を経由した通信へと変更することを特徴とするアドホックネットワークシステム。
請求項１に記載のアドホックネットワークシステムにおいて、
通信相手端末が自分の通信エリア外へ移動すると検知すると、Ｈｅｌｌｏメッセージを利用し、通信相手端末へ通信経路の切り替えを通知することを特徴とするアドホックネットワークシステム。
請求項１に記載のアドホックネットワークシステムにおいて、
前記通信エリア情報管理手段は、
端末から送信される位置情報を収集し、ある時間内に一定数蓄積された領域を通信可能エリアとするマップを作成することを特徴とする。
請求項３に記載の通信エリア情報管理手段において、
ある端末から位置・速度情報を含むＨｅｌｌｏメッセージ受信後、所定時間内に同じ端末からＨｅｌｌｏメッセージを受信しなかった場合、元のＨｅｌｌｏメッセージに記載の位置・速度情報から移動先を予測し、予測地点を通信不安定な領域としてマップに登録することを特徴とする。
請求項４または請求項６に記載の通信エリア情報管理手段において、
通信エリアのマップを放射状の格子マップとすることで、１つの通信不安定領域の発見から、その領域より放射状の格子に沿って遠いエリアは通信不安定領域としマップを作成することを特徴とする。