JP2007228083A - 通信ノード及びルーティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理負荷の増大を抑制して複数の通信経路を構築可能な通信ノード及びルーティング方法を提供すること。
【解決手段】本発明の通信ノード１００は、２ホップネイバー管理部１０１と、ルーティングテーブル管理部１０２と、マルチパス構築部１０３とを備える。２ホップネイバー管理部１０１は、２ホップで到達する通信ノードまでの複数のネイバールートを管理する。ルーティングテーブル管理部１０２は、ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持する。マルチパス構築部１０３は、標準ルート上においてデータの送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が２の倍数である場合に、ネイバー管理部１０１によって管理されている複数のネイバールートのうち特定ノードまでのネイバールートを特定し、ルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信ノード及びルーティング方法に関する。

基地局等のアクセスポイントの介在なしに多数の通信端末を相互に接続してデータ通信を行うアドホックネットワークが知られている。例えば、モバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）は、ネットワークを無線ノードのみで構成し、複数の無線ノードを経由して送信元ノードから送信先ノードまでデータを送信する。下記非特許文献１には、ＭＡＮＥＴにおいて送信元ノードから送信先ノードまで１つの経路を構築する方法が記載されている。

ところで、アドホックネットワークでは、通信経路を構成する無線ノードの移動及び電源の切断等により、構築した通信経路が切断されやすい。データ通信中に通信経路が切断されると、新たな経路を構築するまでに、通信中のデータが失われる。そこで、下記特許文献１には、未来における通信の必要性を予測し、予め経路を構築して記憶する技術が記載されている。
特開２００４−３３６７６６号公報 T. Clausen and P. Jacquet, "Optimized Link State Routing Protocol(OLSR)," RFC 3626, October, 2003.

しかしながら、上記特許文献１記載の技術では、通信経路の切断に対応するために通信の必要性を予測しながら複数の経路を構築するので、ネットワークの負荷が増大する。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、処理負荷の増大を抑制して複数の通信経路を構築可能な通信ノード及びルーティング方法を提供することを目的とする。

本発明の通信ノードは、１以上の特定のホップ数で到達する通信ノードまでの複数のネイバールートを管理するネイバー管理手段と、ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理手段と、標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数である場合に、ネイバー管理手段によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから特定のホップ数で到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のルーティング方法は、ネイバー管理手段が、１以上の特定のホップ数で到達する通信ノードまでの複数のネイバールートを管理するネイバー管理ステップと、ルーティングテーブル管理手段が、ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理ステップと、マルチパス構築手段が、標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数である場合に、ネイバー管理手段によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから特定のホップ数で到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、マルチパス構築手段が、標準ルート上の送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数である場合に、ネイバー管理手段によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築する。よって、標準ルートとは独立した自機ノードから特定ノードまでの予備ルートを構築することにより、複数の通信経路を構築することができる。また、ネイバー管理手段及びルーティングテーブル管理手段が管理している情報を利用して予備ルートを構築するので、ネットワークにおける処理負荷の増大を抑制することができる。

また本発明の通信ノードは、標準ルート上における一方の隣接ノードから送信されるマルチパスを構築する旨のマルチパスメッセージであって、標準ルート上に存在する通信ノードを識別するＩＤを含むマルチパスメッセージを受信する受信手段と、マルチパスメッセージに自機のＩＤを付加したマルチパスメッセージを標準ルート上における他方の隣接ノードへ送信する送信手段と、マルチパスメッセージに付加された複数のＩＤに基づいて、標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数であるか否か判断する処理手段と、を備え、マルチパス構築手段は、処理手段によってホップ数が特定ホップ数の倍数であると判断された場合に予備ルートを構築することも好ましい。

このように、受信手段がマルチパスメッセージを受信して、受信したマルチパスメッセージに自機のＩＤを付加することにより、標準ルート上の各通信ノードが標準ルートを把握することができる。そして、処理手段がマルチパスメッセージに付加された複数のＩＤに基づいて自機ノードが送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数であるか否か判断することができる。よって、ネットワークにおける処理負荷の増大を抑制して効率的に予備ルートを構築することができる。

また、本発明の通信ノードは、データのアプリケーションの種類に基づいて予備ルートを構築するか否か判断するアプリケーションデータ通信手段を更に備え、マルチパス構築手段は、アプリケーション構築手段が予備ルートを構築すると判断した場合に予備ルートを構築することも好ましい。このようにすることにより、より的確に予備ルートを構築することができ、ネットワークにおける処理負荷の増大をさらに抑制することができる。

本発明の通信ノードは、２ホップで到達する通信ノードまでのネイバールートを管理するネイバー管理手段と、ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理手段と、標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が２の倍数である場合に、ネイバー管理手段によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから２ホップで到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築手段と、を備える。

本発明によれば、マルチパス構築手段が、標準ルート上の送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が２ホップ数の倍数である場合に、ネイバー管理手段によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築する。よって、標準ルートとは独立した自機ノードから特定ノードまでの予備ルートを構築することにより、複数の通信経路を構築することができる。また、ネイバー管理手段及びルーティングテーブル管理手段が管理している情報を利用して予備ルートを構築するので、ネットワークにおける処理負荷の増大を抑制することができる。特に、このようにすることにより、既に確立されたＭＡＮＥＴにおけるＯＬＳＲのルーティング方式を利用することができる。

本発明によれば、処理負荷の増大を抑制して複数の通信経路を構築可能な通信ノード及びルーティング方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る通信ノードが属するネットワークの形態を説明するための図である。本実施形態に係る複数の通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｓ，１００Ｄ，１００Ｘ〜１００Ｚは、ネットワークＮＷを構成する。

通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｓ，１００Ｄ，１００Ｘ〜１００Ｚは、無線端末である。例えば、通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｓ，１００Ｄ，１００Ｘ〜１００Ｚは、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、パーソナルコンピュータ等の移動通信端末又は固定通信端末である。

ネットワークＮＷは、アクセスポイントの介在なしに多数の通信ノード１００を相互に接続してデータ通信を行うモバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）である。図１において、２つの通信ノード１００を結ぶ実線及び点線の矢印は、２つの通信ノード１００が互いに無線通信可能であることを示す。すなわち、実線及び点線の矢印は、２つの通信ノード１００間の双方向リンクを意味する。

２つの通信ノード１００間の双方向リンクを１ホップという。そして、１ホップで通信が可能な通信ノード１００を１ホップネイバー（隣接ノード）という。同様に、２ホップで通信が可能な通信ノード１００を２ホップネイバーという。図１において、通信ノード１００Ｓの１ホップネイバーは、通信ノード１００Ａ，１００Ｘ，１００Ｚである。また、通信ノード１００Ｂは通信ノード１００Ｓの２ホップネイバーであり、通信ノード１００Ｃは通信ノード１００Ａの２ホップネイバーである。

通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｓ，１００Ｄ，１００Ｘ〜１００Ｚは、互いに同様の物理的要素及び機能的要素を有する。本実施形態では、通信ノード１００Ｓをデータの送信元ノード１００Ｓとし、通信ノード１００Ｄをデータの送信先ノード１００Ｄとする。以下、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄへデータを送信する場合のルーティングについて説明する。

ネットワークＮＷでは、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄまでのルートが複数の通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｘ〜１００Ｙのうち任意の通信ノード１００によって構成される。また、ネットワークＮＷでは、マルチパス方式を用いてルーティングを行う。すなわち、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄへのルートは、標準ルート及び予備ルートが構築されることとなる。

標準ルートは、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄまでのルートとして構築される１つのルートである。予備ルートは、標準ルートにおける特定のホップ数（本実施形態では２ホップ）の通信ノード１００の間において構築される１以上のルートである。ネットワークＮＷにおいて、標準ルートと予備ルートとが構築されることによって、マルチパスが構築されることとなる。

ネットワークＮＷでは、データ通信に先立って、標準ルートと予備ルートを構築し、標準ルートを用いてデータ通信を行う。データ通信中に標準ルートが切断された場合、ネットワークＮＷでは、予備ルートに切り替える。

より具体的には、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄまでの標準ルート（図１において実線の矢印）は、「通信ノード１００Ｓ、通信ノード１００Ａ、通信ノード１００Ｂ，通信ノード１００Ｃ、通信ノード１００Ｄ」を順にたどるルートである。上記標準ルートの予備ルート（図１において点線の矢印）は、「通信ノード１００Ｓ、通信ノード１００Ｘ、通信ノード１００Ｂ」、「通信ノード１００Ｓ、通信ノード１００Ｚ、通信ノード１００Ｂ」、「通信ノード１００Ｂ、通信ノード１００Ｙ、通信ノード１００Ｄ」である。

引き続いて本実施形態に係る通信ノード１００について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る通信ノードの物理的構成を示すブロック図である。本実施形態に係る通信ノード１００は、物理的には、図２に示すように、ＣＰＵ１、主記憶装置であるＲＡＭ２及びＲＯＭ３、入力デバイスであるキーボード及びマウス等の操作部４、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである無線通信モジュール５、ディスプレイ６、などを含むコンピュータシステムとして構成されている。

後述する通信ノード１００の各機能は、図２に示すＣＰＵ１、ＲＡＭ２等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１の制御のもとで操作部４、無線通信モジュール５、ディスプレイ６を動作させると共に、ＲＡＭ２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

図３は、本実施形態に係る通信ノードの機能的構成を示すブロック図である。通信ノード１００は、機能的な構成要素として、２ホップネイバー管理部（ネイバー管理手段）１０１と、ルーティングテーブル管理部（ルーティングテーブル管理手段）１０２と、マルチパス構築部（マルチパス構築手段）１０３と、アプリケーションデータ通信部１０４（アプリケーションデータ通信手段）と、マルチパス構築返信メッセージ処理部（処理手段）１０５と、マルチパス構築要請メッセージ送受信部（送信手段、受信手段）１０６とを備えて構成される。

２ホップネイバー管理部１０１とルーティングテーブル管理部１０２とによりＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing Protocol）部１１０が構成される。ＯＬＳＲ部１１０は、ネットワークＮＷにおける標準ルートを構築する。ＯＬＳＲ部１１０は、ＭＡＮＥＴ内のプロアクティブ型ルーティングプロトコルである。ネットワークＮＷでは、ＯＬＳＲ１１０によるシングルパスルーティング方式にて送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄまでの一つの標準ルートを構築する。

より具体的には、ＯＬＳＲ部１１０は、２秒間隔でHELLOメッセージを１ホップ先の通信ノード１００の通信ノード１００と交換することにより、１ホップ先及び２ホップ先の通信ノード１００の存在及び接続状況を確認する。また、ＯＬＳＲは、６秒間隔でTCメッセージの交換を行なうことによりネットワークの接続状況を把握し，ネットワーク内の送信先ノード１００Ｄまでの標準ルートを構築する。

２ホップネイバー管理部１０１は、１以上の特定のホップ数（本実施形態では２ホップ）で到達する通信ノード１００までの複数のネイバールートを管理する。ネイバールートとは、自機ノードから２ホップネイバーまでのルートである。２ホップネイバー管理部１０１は、ＯＬＳＲの２ホップネイバーセット（非特許文献１を参照）を保有する。２ホップネイバーセットとは、通信ノード（自機ノード）１００から２ホップネイバーまでの全ての接続情報である。２ホップネイバー管理部１０１は、任意の２ホップネイバーへ到達するために経由するすべての1ホップネイバー情報を管理する。

より具体的に図４を参照して説明する。図４は、２ホップネイバー管理部が管理する２ホップネイバーセットのデータ構造を示す図である。図４は、送信元ノード１００Ｓの２ホップネイバー管理部１０１が管理するデータ構造である。

図１に示すように、通信ノード１００Ｓは、通信ノード１００Ｘを経由して通信ノード１００Ｂと通信が可能である。よって、通信ノード１００Ｓの２ホップネイバー管理部１０１は、１ホップネイバーである通信ノード１００Ｘと、２ホップネイバーである通信ノード１００Ｂとを関連付けて、２ホップネイバーセットの一要素として格納する。

同様に、通信ノード１００Ｓは、通信ノード１００Ａを経由して通信ノード１００Ｂと通信が可能である。よって、通信ノード１００Ｓの２ホップネイバー管理部１０１は、１ホップネイバーである通信ノード１００Ａと、２ホップネイバーである通信ノード１００Ｂとを関連付けて、２ホップネイバーセットの一要素として格納する。また、通信ノード１００Ｓは、通信ノード１００Ｚを経由して通信ノード１００Ｂと通信が可能である。よって、通信ノード１００Ｓの２ホップネイバー管理部１０１は、１ホップネイバーである通信ノード１００Ｚと、２ホップネイバーである通信ノード１００Ｂとを関連付けて、２ホップネイバーセットの一要素として格納する。

ルーティングテーブル管理部１０２は、ネットワークＮＷ内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保有する。ルーティングテーブルは、送信先ノード１００Ｄと、通信ノード（自機ノード）１００から送信先ノード１００Ｄまでの標準ルート上において自機ノードから特定のホップ数（本実施形態では２ホップ）で到達する特定ノードまでのルートと、を関連付ける。すなわち、ルーティングテーブル管理部１０２は、送信先ノード１００Ｄと、自機ノードから送信先ノード１００Ｄまでの標準ルート上において１ホップで到達するnext hop通信ノードと、を関連付けてＯＬＳＲのルーティングテーブルに登録する。

図５は、本実施形態に係る通信ノードが備えるルーティングテーブル管理部が管理するルーティングテーブルを示す図である。ルーティングテーブル管理部１０２は、図５に示すＯＬＳＲにおける標準のルーティングテーブルを保持する。ルーティングテーブル管理部１０２は、ルーティングテーブルを用いて、ネットワークＮＷ内に自機ノードから到達可能な各通信ノードまでの標準ルート情報を管理することとなる。

より具体的に図１及び図５を参照して説明する。図１に示すように、送信元ノード１００Ｓは、標準ルートにおいて、next hopの通信ノード１００Ａを経由して４ホップで送信先ノード１００Ｄに到達する。その場合、図５に示すように、送信元ノード１００Ｓのルーティングテーブル管理部１０２は、送信先ノード１００Ｄを識別するＩＤ「Ｄ」と、next hop通信ノードとして通信ノード１００ＡのＩＤ「Ａ」と、ホップ数「４」とを関連付けて格納する。

すなわち、ルーティングテーブル管理部１０２は、送信先ノード１００Ｄへデータを送信する際に、標準ルート上でデータを送信すべき次の通信ノードとしてnext hopノード情報を一つ持つ。各通信ノード１００が、順次、送信先ノード１００Ｄに対する標準ルートのnext hopノードへデータを送信することにより、標準ルートに従って、送信先ノード１００Ｄへデータが送信される。

また、ルーティングテーブル管理部１０２は、後述するようにマルチパス構築部１０３が構築した予備ルート上のnext hopノード情報を送信先の通信ノードＩＤと関連づけて格納する。よって、ルーティングテーブル管理部１０２は、ルーティングテーブルを用いて、ネットワークＮＷ内に自機ノードから到達可能な各通信ノードまでの予備ルート情報を管理することとなる。

送信元ノード１００Ｓのアプリケーションデータ通信部１０４は、ユーザからデータ送信の要求を受け付け、送信するデータのアプリケーションの種類に基づいて、マルチパス（予備ルート）を構築するか否か判断する。すなわち、アプリケーションデータ通信部１０４は、送信するデータのアプリケーションの種類によってマルチパスが必要なのか、シングルパスで十分なのかを判断する。

アプリケーションデータ通信部１０４は、送信するデータのアプリケーションが、実時間アプリケーションのようなルート切り替え遅延によって大きな影響をうけるアプリケーションの場合にのみ、マルチパスを構築すると判断する。すなわち、アプリケーションデータ通信部１０４は、アプリケーションの種類によってシングルパスルーティング方式を用いるか、マルチパスルーティング方式を用いるかどうか選択を行なう。アプリケーションデータ通信部１０４は、マルチパスを構築すると判断すると、マルチパスの構築を要求する旨の要求信号をマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６へ出力する。

送信元ノード１００Ｓのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、要求信号を入力すると、マルチパス構築要請メッセージ（マルチパスメッセージ）を生成する。マルチパス構築要請メッセージは、データの送信元であると共にマルチパス構築要請メッセージの送信元である送信元ノード１００Ｓと、データの送信先であると共にマルチパス構築要請メッセージの送信元である送信先ノード１００Ｄと、next hop通信ノードと、メッセージがマルチパス構築要請メッセージである旨と、構築する予備ルートの本数と、送信元ノード１００ＳのＩＤ「Ｓ」と、を示す情報を含む。

マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、ルーティングテーブルを参照して、送信先ノード１００Ｄと関連付けられたnext hop通信ノードへ、生成したマルチパス構築要請メッセージをユニキャストする。マルチパス構築要請メッセージにおけるnext hop通信ノードは、標準ルート上において隣接する送信先ノード１００Ｄ側の隣接ノードに対応する。

通信ノード１００Ａ〜１００Ｃのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、標準ルート上において送信元ノード１００Ｓ側の隣接ノードからマルチパス構築要請メッセージを受信する。通信ノード１００Ａ〜１００Ｃのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、マルチパス構築要請メッセージを受信すると、自機の通信ノード１００のＩＤを受信したマルチパス構築要請メッセージの後ろに付加する。そして、通信ノード１００Ａ〜１００Ｃのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、ルーティングテーブルを参照して、データの送信先ノード１００Ｄと関連付けられたnext hop通信ノードへ、マルチパス構築要請メッセージをユニキャストする。

マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６が受信するマルチパス構築要請メッセージは、標準ルート上に存在する通信ノードＩＤを含むこととなる。本実施形態では、マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、マルチパス構築要請メッセージの送信元ノード１００Ｓから標準ルート上の送信元ノード１００Ｓ側の隣接ノードまでの通信ノード１００のＩＤが順に付加されたマルチパス構築要請メッセージを受信する。

図１に示すように、通信ノード１００Ｂが通信ノード１００Ａからマルチパス構築要請メッセージを受信した場合について説明する。図６（ａ）は、マルチパス構築要請メッセージの構成を示す図である。

通信ノード１００Ｂのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６が送信するマルチパス構築要請メッセージは、マルチパス構築要請メッセージの送信元ノード１００Ｓ、マルチパス構築要請メッセージの送信先ノード１００Ｄ、next hop通信ノードとして通信ノード１００Ｃ、メッセージがマルチパス構築要請メッセージである旨、構築する予備ルートの本数と、送信元ノード１００Ｓから通信ノード１００Ｂ（自機ノード）までの標準ルートと、を示す情報を含むこととなる。

送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、マルチパス構築要請メッセージを受信すると、自機の通信ノード１００のＩＤを受信したマルチパス構築要請メッセージの後ろに付加する。このようにすることにより、マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００ＤのＩＤが含まれた標準ルート情報を完成させる。そして、送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６は、受信したマルチパス構築要請メッセージをマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５へ出力する。

送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、マルチパス構築要請メッセージを入力すると、入力したマルチパス構築要請メッセージに基づいてマルチパス構築返信メッセージを生成する。すなわち、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、入力したマルチパス構築要請メッセージの送信元の通信ノードを示す情報と送信先の通信ノードを示す情報とを入れ替えると共に、メッセージがマルチパス構築返信メッセージである旨に変更し、マルチパス構築返信メッセージを生成する。

図６（ｂ）は、マルチパス構築返信メッセージの構成を示す図である。マルチパス構築返信メッセージは、マルチパス構築返信メッセージの送信元である通信ノードが送信先ノード１００Ｄ、マルチパス構築返信メッセージの送信先の通信ノードが送信元ノード１００Ｓ、該当するnext hop通信ノード、メッセージがマルチパス構築返信メッセージである旨、構築する予備ルートの本数と、標準ルートと、を示す情報を含む。マルチパス構築返信メッセージにおけるnext hop通信ノードは、標準ルート上において隣接する送信元ノード１００Ｓ側の隣接ノードに対応する。

送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、マルチパス構築返信メッセージを生成すると、標準ルート上において隣接する送信元ノード１００Ｓ側の隣接ノードへ生成したマルチパス構築返信メッセージをユニキャストする。

通信ノード１００Ａ〜１００Ｃのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、マルチパス構築返信メッセージを受信すると、next hop通信ノードに関する情報を変更して、標準ルート上において隣接する送信元ノード１００Ｓ側の隣接ノードへマルチパス構築返信メッセージをユニキャストする。

また、通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｓのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、受信したマルチパス構築返信メッセージに含まれる標準ルート情報に基づいて、自機ノードがパス構築ノードか否か判断する。すなわち、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、マルチパス構築要請メッセージに付加された標準ルート情報の複数のＩＤに基づいて自機ノードがパス構築ノードか否か判断する。パス構築ノードとは、標準ルート上において送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数（本実施形態においては２ホップ）の倍数である通信ノードである。

図７を参照して、マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６とマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５とによる情報処理をより具体的に説明する。図７は、マルチパス構築要請メッセージ送受信部及びマルチパス構築返信メッセージ処理部による情報処理を説明するための図である。図７において、破線の矢印はマルチパス構築要請メッセージの送信ルートを示し、実線の矢印はマルチパス構築返信メッセージの送信ルートを示す。

まず、送信元ノード１００Ｓのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６が、ＩＤ「Ｓ」を付加したマルチパス構築要請メッセージを生成し、通信ノード１００Ａへ送信する。通信ノード１００Ａは、通信ノード１００Ｓからマルチパス構築要請メッセージを受信すると、next hop通信ノードを示す情報を変更すると共にＩＤ「Ａ」を付加したマルチパス構築要請メッセージを生成し、通信ノード１００Ｂへ送信する。

同様に、通信ノード１００Ｂから通信ノード１００Ｃを介して通信ノード１００Ｄへマルチパス構築要請メッセージが送信される。このようにして、マルチパス構築要請メッセージにＩＤ「Ｓ」「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」が順に付加されることにより、標準ルート情報が完成する。すなわち、マルチパス構築要請メッセージに含まれる標準ルートを示す情報は、各通信ノード１００のマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６がＩＤを付加したマルチパス構築要請メッセージを次々にユニキャストすることにより生成されることとなる。

そして、通信ノード１００Ｄのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、標準ルート情報を含むマルチパス構築返信メッセージを標準ルートの逆ルートで返信することにより、通信ノード１００Ａ〜１００Ｃ、及び送信元ノード１００Ｓに標準ルート情報が送信されることとなる。

各通信ノード１００Ａ〜Ｃ、送信元ノード１００Ｓ、及び送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、標準ルート情報において自機ノードを識別するＩＤが送信先ノード１００ＤのＩＤ「Ｄ」から何番目か識別して、自機ノードの標準ルート上の位置を検出する。そして、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、自機ノードがパス構築ノードか否か判断する。本実施形態におけるパス構築ノードは、通信ノード１００Ｂと送信元ノード１００Ｓである。

マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、自機ノードがパス構築ノードであると判断すると、標準ルート情報に基づいて標準ルート上の２ホップネイバー先の通信ノードを識別するＩＤを検出する。具体的には、送信元の通信ノード１００Ｓは、標準ルート情報に基づいて、２ホップネイバー先の通信ノードが通信ノード１００Ｂであると認識する。

そして、自機ノードがパス構築ノードであると判断すると、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５は、マルチパス構築部１０３へマルチパスの構築を要請する旨の構築要請情報を出力する。構築要請情報は、２ホップネイバー先の通信ノードのＩＤと、マルチパス構築返信メッセージに含まれるマルチパスの構築本数を示すパス本数情報とを含む。

マルチパス構築部１０３は、マルチパス構築の要請を入力すると、２ホップネイバー管理部１０１によって管理されているネイバールートのうち特定ノードまでのネイバールートを送信先ノード１００Ｄと関連づけて予備ルートを構築する。マルチパス構築部１０３は、パス本数情報が示す構築本数以内の予備ルートを構築する。

すなわち、マルチパス構築部１０３は、２ホップネイバーが管理している２ホップネイバーセットを参照して、特定ノードまでの標準ルート以外のルートを全て探索する。マルチパス構築部１０３は、探索の結果、探知したルートをルーティングテーブルに出力する。

具体的には、送信元の通信ノード１００Ｓのマルチパス構築部１０３は、図２に示すように管理されている２ホップネイバーセットのうち、構築要請情報に含まれる２ホップネイバーのＩＤと関連付けられた１ホップネイバーを全て抽出する。マルチパス構築部１０３は、ＩＤ「Ｘ」とＩＤ「Ｚ」を抽出する。マルチパス構築部１０３は、パス本数情報が示すパスの本数が抽出した１ホップネイバーの通信ノード数より小さい場合、ランダムに１ホップネイバーのＩＤを抽出する。マルチパス構築部１０３は、抽出した１ホップネイバーのＩＤ「Ｘ」及び「Ｚ」をルーティングテーブル管理部１０２へ出力する。

ところで、２ホップネイバー管理部１０１では、所望の２ホップネイバーへ到達可能な１ホップネイバーが管理されている。よって。マルチパス構築部１０３は、自機ノードから特定の２ホップネイバーまでの複数のルートが構築できる。本実施形態では、通信ノード１００Ｓは通信ノード１００Ｂへ到達するためのnext hopとして、標準ルート上の通信ノード１００C以外にも、通信ノード１００Ｘ及び通信ノード１００Ｚを予備ルートとして選ぶことができる。

図８に、予備ルートが登録されたルーティングテーブルの例を示す。ルーティングテーブルには、予め標準ルートとして優先度が「主」のルート登録されている。すなわち、ルーティングテーブルには、送信先の通信ノード１００Ｄ、next hop通信ノード１００Ａ、hop数４、優先度「主」と登録されている。

ルーティングテーブル管理部１０２は、ルーティングテーブルに、予備ルートとして、優先度が「副」のルートを追加登録する。すなわち、ルーティングテーブル管理部１０２は、ルーティングテーブルに、送信先の通信ノード１００Ｄ、next hop通信ノード１００Ｘ、hop数４、優先度「副」の予備ルートと、送信先の通信ノード１００Ｄ、next hop通信ノード１００Ｙ、hop数４、優先度「副」の予備ルートとを登録する。

このように、マルチパス構築部１０３は、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５からの要請があった場合、２ホップネイバー管理部１０１の情報を基に、予備ルートを構築して、ルーティングテーブル管理部１０２が予備ルートを登録する。

ところで、本実施形態の標準ルートでは、通信ノード１００Ｂが送信先ノード１００Ｄから２ホップ下流のノードであり、通信ノード１００Ｂの２ホップ上流の通信ノードは通信ノード１００Ｄである。そして、送信元ノード１００Ｓは送信先ノード１００Ｄからみて、２番目の２ホップノードであり、その２ホップ上流のノードは、通信ノード１００Ｂである。

ゆえに、マルチパス構築部１０３は、通信ノード１００Ｂが通信ノード１００Ｄまでの予備ルートを構築し、通信ノード１００Ｓが通信ノード１００Ｂまでの予備ルートを構築することになる。マルチパス構築部１０３が予備ルートを構築することにより、送信元ノード１００Ｓから送信先ノード１００Ｄまでマルチパスが構築されることとなる。すなわち、マルチパス構築部１０３は、自機ノードと２ホップネイバーとの間に独立したマルチパスを構築することとなる。

なお、本実施形態にかかる通信ノード１００のハードウェア構成を示す図２において、２ホップネイバー管理部１０１、ルーティングテーブル管理部１０２、アプリケーションデータ通信部はＲＡＭ２内に記憶されている。マルチパス構築部１０３部はＣＰＵ１の制御の元に動作する。マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５とマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６はＣＰＵ１と無線通信モジュール５の制御の元に動作する。

続いて、本実施形態に係る通信ノード１００のルーティング動作について説明すると共に本実施形態に係るルーティング方法を説明する。本実施形態のルーティング方法は、ネイバー管理ステップと、ルーティングテーブル管理ステップと、マルチパス構築ステップとを含む。

ネイバー管理ステップにおいては、２ホップネイバー管理部１０１が、２ホップ数で到達する通信ノードまでのネイバールートを管理する。ルーティングテーブル管理ステップにおいては、ルーティングテーブル管理部１０２が、データの送信先ノード１００Ｄと、自機ノードからデータの送信先ノード１００Ｄまでの標準ルート上において自機ノードから２ホップ数で到達する特定ノードまでのルートと、を関連付けて管理する。

マルチパス構築ステップにおいては、マルチパス構築部１０３が、標準ルート上においてデータの送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が２ホップ数の倍数である場合に、ネイバー管理ステップにおいて管理されているネイバールートのうち特定ノードまでのネイバールートを送信先ノード１００Ｄと関連づけて予備ルートを構築する。

引き続いて、マルチパス構築ステップについてより詳細に説明する。図９は、本実施形態に係る通信ノードのルーティング動作を示すフローチャートである。

データ送信の要求が受け付けられると、送信するデータのアプリケーションの種類に基づいて、マルチパス（予備ルート）を構築するか否か、送信元ノード１００Ｓのアプリケーションデータ通信部１０４によって判断される（Ｓ０１）。マルチパスを構築しないと判断された場合（Ｓ０１でＮＯ）、ＯＬＳＲの標準ルートを採用して（Ｓ０２）ルーティングの動作を終了する。

マルチパスを構築すると判断された場合（Ｓ０１でＹＥＳ）、送信元ノード１００Ｓのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６によって、マルチパス構築要請メッセージが発信される（Ｓ０３）。マルチパス構築要請メッセージが発信されると、マルチパス構築要請メッセージを発信した通信ノード１００のnext hop通信ノードのマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６によってマルチパス構築要請メッセージが受信される（Ｓ０４）。

マルチパス構築要請メッセージを受信した通信ノード１００が送信先ノード１００Ｄでない場合（Ｓ０５でＮＯ）、マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６によって、マルチパス構築要請メッセージに自機のＩＤが付加され、next hop通信ノードへ転送される（Ｓ０６）。

マルチパス構築要請メッセージを受信した通信ノードが送信先ノード１００Ｄである場合（Ｓ０５でＹＥＳ）、送信先ノード１００Ｄのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５によって、マルチパス構築返信メッセージが、生成されて標準ルートの逆ルート上のnext hop通信ノードへ送信される（Ｓ０７）。マルチパス構築返信メッセージが送信されると、マルチパス構築返信メッセージを発信した通信ノードのnext hop通信ノードのマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５によってマルチパス構築返信メッセージが受信される（Ｓ０８）。

マルチパス構築返信メッセージを受信した通信ノードが送信元ノード１００Ｓでない場合（Ｓ０９でＮＯ）、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５によって、自機ノードがパス構築ノードであるか否か判断する（Ｓ１０）。

自機ノード１００がパス構築ノードであり（Ｓ１０でＹＥＳ）、２ホップネイバー管理部１０１によって２ホップネイバーセットの要素が複数エントリされている場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、ルーティングテーブルに予備ルートがマルチパス構築部１０３によって追加される（Ｓ１２）。また、マルチパス構築返信メッセージがマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５によって転送される（Ｓ１３）。

自機ノード１００がパス構築ノードでない場合（Ｓ１０でＮＯ）、ステップ１３へ進む。また、２ホップネイバー管理部１０１によって２ホップネイバーセットの要素が複数エントリされていない場合（Ｓ１１でＮＯ）ステップ１３へ進む。マルチパス構築返信メッセージを受信した通信ノード１００がデータの送信元ノード１００Ｓである場合（Ｓ０９でＹＥＳ）、ルーティング動作を終了する。そして、データ通信が開始される。

このようにして、送信元の通信ノードから送信先の通信ノードまでのホップ数が偶数の場合、図１に示すようなリンク・ディスジョイント型マルチパスが構築される。リンク・ディスジョイント型マルチパスとは、各ルートが共通の通信ノードは持つが、共通のリンクを持たないマルチパス方式である。送信元の通信ノードから送信先の通信ノードまでのホップ数が奇数の場合、部分リンク・ディスジョイント型マルチパスが構築される。本実施形態の部分リンク・ディスジョイント型マルチパスは、共有リンクを１つ有している。

続いて，本実施形態に係る通信ノード１００の作用及び効果を説明する。本実施形態によれば、マルチパス構築部１０３が、標準ルート上の送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が２の倍数である場合に、２ホップネイバー管理部１０１によって管理されている複数のネイバールートのうち標準ルート上において自機ノードから特定ノードまでのネイバールートを特定し、特定したネイバールートをルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築する。よって、標準ルートとは独立した自機ノードから特定ノードまでの予備ルートを構築することにより、複数の通信経路を構築することができる。また、２ホップネイバー管理部１０１及びルーティングテーブル管理部１０２が管理している情報を利用して予備ルートを構築するので、ネットワークにおける処理負荷の増大を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記特定のホップ数を２ホップとする。このようにすることにより、既に確立されたＭＡＮＥＴのＯＬＳＲを利用することができる。ＯＬＳＲは、既にシングルパスルーティングプロトコルとして標準化が進んでいる。よって、今の段階でＯＬＳＲの基本ルーティングメカニズムを改良するのは非常に困難である。そこで、本実施形態では、ＯＬＳＲのシングルパスルーティングの基本アルゴリズムとデータ構造の改良を行なわずに現在のデータ構造をそのまま利用して、ＯＬＳＲにてマルチパスの構築を行うことができる。

また、マルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６がマルチパス構築要請メッセージを受信して、受信したマルチパス構築要請メッセージに自機のＩＤを付加する。よって標準ルート上の各通信ノード１００が標準ルートを把握することができる。そして、マルチパス構築返信メッセージ処理部１０５がマルチパス構築返信メッセージに付加された複数のＩＤに基づいて自機ノードが送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が特定のホップ数の倍数であるか否か判断することができる。よって、ネットワークにおける処理負荷の増大を抑制して効率的に予備ルートを構築することができる。

また、本実施形態の通信ノード１００は、データのアプリケーションの種類に基づいて予備ルートを構築するか否か判断するアプリケーションデータ通信部１０４を備える。そして、マルチパス構築部１０３は、アプリケーションデータ通信部１０４が予備ルートを構築すると判断した場合に予備ルートを構築する。このようにすることにより、より的確に予備ルートを構築することができ、ネットワークにおける処理負荷の増大をさらに抑制することができる。

このようにして予備ルートを予め構築することにより、ＯＬＳＲに基づいたリンク・ディスジョイント型マルチパス方式が実現できる。よって、標準ルートが利用不可能となった場合、瞬時に予備ルートに切り替えることができる。その結果、ルートを再構築するにあたって発生する遅延が大幅に短縮できる。よって、送信中のデータの損失を抑制することができる。すなわち、ＭＥＮＥＴにおいて、不安定なネットワークＮＷの接続状況に対応することができる。そして、ＩＰ電話等のように遅延を抑制したアプリケーションをＭＡＮＥＴ内に実現できる。

また、本実施形態によれば、マルチパス構築要請メッセージ及びマルチパス構築返信メッセージ以外に新たな制御信号を必要としない。よって、制御信号量の増加を抑制することができる。また、予備ルートが独立に構築されているので、ルートの切り替えはリンク切断が発生した端末の一番近い位置のマルチパスをもっている通信ノード１００にてローカルで行なわれる。すなわち、送信元ノード１００Ｓには負荷をかけないで予備ルートに切り替えることができる。具体的には、通信ノード１００Cと通信ノード１００Dの間のリンクが切断した場合、マルチパスを保有する一番近い通信ノードは通信ノード１００Ｂであり、通信ノード１００Ｂが通信ノード１００Ｄへのルートを通信ノード１００Y経由へ切り替える。よって、標準ルート上の他の通信ノード１００に負荷をかけない。

また、本実施形態では、マルチパスが標準ルートの周りで構築されるので、オンデマンド型ルーティングプロトコルに基づいたブロードキャスト方式によりマルチパスが構築される場合と比べて構築過程が速い。更に、基礎が既に確立されているＯＬＳＲのデータ構造を利用して本実施形態を実施することができる。

ところで、標準ＯＬＳＲの場合は、HELLOパケット交換間隔が2秒であり、TCメッセージ生成間隔が６秒である。これらの間隔を短くすれば、経路切り替え遅延の短縮は可能である。しかし、制御信号の大量発生によりネットワーク負荷の増大という問題が発生する。従って、シングルパスルーティング方式の物理的な限界があり、経路切り替え遅延を小さくするには限界がある。

一方、現在ＭＡＮＥＴにおいてオンデマンド型ルーティング方式に基づいたマルチパス構築方式が提案されているが、経路構築遅延が大きいという問題点がある。それに対して、本実施形態では、プロアクティブ型ルーティング方式のＯＬＳＲの高速性を利用して、ネットワークＮＷの負荷の増大を抑制して予備ルートを構築するので、ルート切り替え時間を短縮できる。

続いて，本実施形態にかかる通信ノード１００の変形例について説明する。マルチパス構築要請メッセージ及びマルチパス構築返信メッセージは、データの送信先ノード１００Ｄからみて２ホップ間隔にある通信ノード１００に対して、標準ルート上それぞれの２ホップネイバーまでの独立した予備ルートの構築を依頼するものであれば、そのメッセージフォーマットは任意とする。

また、上記のマルチパス構築要請メッセージ送受信部１０６とマルチパス構築返信メッセージ処理部１０５がない場合でも本実施形態のルーティング方法が適応可能である。その場合、マルチパス構築部１０３が２ホップネイバー管理部１０１からの情報を基に、２ホップネイバーまでの全ての予備ルートを構築する。そして、ルーティングテーブル管理部１０２は、構築した予備ルートをルーティングテーブルに登録する。この場合は、全ての通信ノード１００が常時マルチパスを構築し、ルーティングテーブルに反映していくこととなる。

また、標準ルートから予備ルートへの切り替えの判断は任意とする。例えば、標準ルートの切断又は品質の劣化などが予備ルートへの切り替えのトリガーとして考えられる。標準ルートから予備ルートへ切り替え後、切り替えられた予備ルートを標準ルートとして認識し、認識した標準ルートに対する新たな予備ルートを構築してもよい。

また、本実施形態において用いられる情報には生存時間が存在する。本実施形態において用いられる情報とは、２ホップネイバーセット、ルーティングテーブル等である。生存時間経過後、更新作業が行なわれる。生存時間間隔としてＯＬＳＲ内に定義せれているものを推薦するが、その設定は一般的に任意である。

また、パス構築ノードとは、標準ルート上において送信先ノード１００Ｄから自機ノードまでのホップ数が２ホップの倍数である通信ノードであるとしたが、標準ルート上において送信元ノード１００Ｓから自機ノードまでのホップ数が２ホップの倍数である通信ノードとしてもよい。

また、通信ノード１００は、無線通信を行う通信ノードだけでなく、有線によりデータ通信を行う通信ノードでもよい。

本実施形態に係る通信ノードが属するネットワークの形態を説明するための図である。 本実施形態に係る通信ノードの物理的構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る通信ノードの機能的構成を示すブロック図である。 ２ホップネイバー管理部が管理する２ホップネイバーセットのデータ構造を示す図である。 ルーティングテーブル管理部が管理するルーティングテーブルを示す図である。 マルチパス構築要請メッセージ及びマルチパス構築返信メッセージの構成を示す図である。 マルチパス構築返信メッセージ処理部による情報処理を説明するための図である。 予備ルートが登録されたルーティングテーブルを示す図である。 本実施形態に係る通信ノードのルーティング動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｘ〜１００Ｚ…信ノード、１００Ｓ…送信元ノード、１００Ｄ…送信先ノード、１０１…ホップネイバー管理部、１０２…ルーティングテーブル管理部、１０３…マルチパス構築部、１０４…アプリケーションデータ通信部、１０５…マルチパス構築返信メッセージ処理部、１０６…マルチパス構築要請メッセージ送受信部、１１０…ＯＬＳＲ部。

Claims (5)

1. １以上の特定のホップ数で到達する通信ノードまでの複数のネイバールートを管理するネイバー管理手段と、
   ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理手段と、
   標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が前記特定のホップ数の倍数である場合に、前記ネイバー管理手段によって管理されている前記複数のネイバールートのうち前記標準ルート上において自機ノードから前記特定のホップ数で到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートを前記ルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築手段と、
   を備えることを特徴とする通信ノード。
2. 前記標準ルート上における一方の隣接ノードから送信されるマルチパスを構築する旨のマルチパスメッセージであって、前記標準ルート上に存在する通信ノードを識別するＩＤを含むマルチパスメッセージを受信する受信手段と、
   前記マルチパスメッセージに自機の前記ＩＤを付加したマルチパスメッセージを前記標準ルート上における他方の隣接ノードへ送信する送信手段と、
   前記マルチパスメッセージに付加された複数の前記ＩＤに基づいて、前記標準ルート上において前記データの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が前記特定のホップ数の倍数であるか否か判断する処理手段と、
   を備え、
   前記マルチパス構築手段は、前記処理手段によって前記ホップ数が前記特定ホップ数の倍数であると判断された場合に前記予備ルートを構築することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
3. 前記データのアプリケーションの種類に基づいて前記予備ルートを構築するか否か判断するアプリケーションデータ通信手段を更に備え、
   前記マルチパス構築手段は、前記アプリケーション構築手段が前記予備ルートを構築すると判断した場合に前記予備ルートを構築することを特徴とする請求項１に記載の通信ノード。
4. ２ホップで到達する通信ノードまでのネイバールートを管理するネイバー管理手段と、
   ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理手段と、
   標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が２の倍数である場合に、前記ネイバー管理手段によって管理されている前記複数のネイバールートのうち前記標準ルート上において自機ノードから２ホップで到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートを前記ルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築手段と、
   を備えることを特徴とする通信ノード。
5. ネイバー管理手段が、１以上の特定のホップ数で到達する通信ノードまでの複数のネイバールートを管理するネイバー管理ステップと、
   ルーティングテーブル管理手段が、ネットワーク内にルーティングを行うためのルーティングテーブルを保持するルーティングテーブル管理ステップと、
   マルチパス構築手段が、標準ルート上においてデータの送信先ノード又は送信元ノードから自機ノードまでのホップ数が前記特定のホップ数の倍数である場合に、前記ネイバー管理手段によって管理されている前記複数のネイバールートのうち前記標準ルート上において自機ノードから前記特定のホップ数で到達する特定ノードまでのネイバールートを特定し、当該特定したネイバールートを前記ルーティングテーブルに追加することによって予備ルートを構築するマルチパス構築ステップと、
   を備えることを特徴とするルーティング方法。
   

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