JP2008283675A - 順方向および逆方向のマルチポイントリレー（ｍｐｒ）スパニングツリー経路を用いるアドホックネットワーク経路制御プロトコル - Google Patents

Abstract

【課題】複数の無線ノードを有するアドホックネットワークを動作させる方法であり、トポロジ変化情報配信の状態の相互関係と、宛先ノードの逆方向ＭＰＲスパニングツリーのみを介して経路制御を行うこととに起因した不必要な経路脱落を回避する。
【解決手段】ＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させ、無線ノードは順方向マルチポイントリレー（ＭＰＲ）スパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを記憶する。第１の無線ノードが逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて第２の無線ノードと通信する。この方法は、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が第１および第２の無線ノード間で利用不可能になったかどうかと、利用可能になった他の逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路がまだないこととを決定し、その場合には、順方向ＭＰＲスパニングツリー経路の少なくとも一部を第１および第２の無線ノード間の通信に用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信の分野に関し、特に、アドホックネットワークにおける無線通信及び関連する方法に関する。

最適化リンク状態経路制御プロトコル（optimized link state routing、ＯＬＳＲ）は、移動アドホックネットワークのために開発されたものである。ＯＬＳＲは、テーブル駆動型かつプロアクティブ型のプロトコルとして動作し、従って、ネットワークの他のノードと定期的にトポロジ情報を交換する。ノードは、近隣ノードによってマルチポイントリレー（ＭＰＲ）として選ばれると、この選ばれたという事実を自身のトポロジ制御（topology control、ＴＣ）メッセージで定期的にアナウンスする。それによって、ノードは、自身をＭＰＲとして選択したノードへの到達可能性を自身が有するということを、ネットワークに対してアナウンスする。経路計算において、ＭＰＲは、ネットワークにおける所与のノードからいずれかの宛先への経路を形成するために用いられる。このプロトコルは、ＭＰＲを用いて、ネットワークにおけるＴＣメッセージの効率的なフラッディングを容易にするのである。

より具体的には、ＯＬＳＲは、各ノードの内部データ構造として局所的な１ホップおよび２ホップの近隣ノードと、ネットワーク全体の接続性と、経路制御テーブルとを維持することによって動作する。ＯＬＳＲによる内部データ構造の生成及び維持は、ＨＥＬＬＯメッセージ、ＴＣメッセージ、ＭＩＤ（多重インターフェース宣言、multiple interface declaration）メッセージ、およびＨＮＡ（ホストとネットワークの関連付け、host and network association）メッセージを含むＯＬＳＲの３種類の無線経由（over the air、ＯＴＡ）メッセージを交換することによって行われる。

上記の内部データ構造は、ネットワークにおいて、最終宛先ノードＩＤで索引付けされた次ホップノードＩＤを中継キャッシュに入れるのに用いられる。また、ネットワークＭＡＣアドレスとＩＰアドレスとを組み合わせるテーブルも維持される。ＨＥＬＬＯメッセージは、もっぱら１ホップ近隣ノード間のみで交換される。例えば、各ノードは２秒ごとにＨＥＬＬＯメッセージを生成してよい。ＨＥＬＬＯメッセージは、ノードの内部ＯＬＳＲデータ構造の、１および２ホップ近隣の接続性状態部分を設定して維持する働きをする。１ホップ近隣情報が１ホップ近隣ノード間で交換され、この交換が、各ノードにそれぞれの２ホップ近隣を通知する働きをする。これにより、各ノードが、効率的なメッセージフラッディング（すなわちネットワークブロードキャスト）に用いられるＭＰＲノードを選択できる。ノードごとに、ネットワーク全体にわたるスパニングツリー(spanning tree)がＭＰＲにより実現される。

また、各ノードはＴＣメッセージも生成してよい。ＴＣメッセージは、典型的には５秒ごとに、自身のＭＰＲスパニングツリーを介してネットワークにフラッディングされる。ＴＣメッセージは、各ノードに関連する１ホップ近隣情報として、自身のＭＰＲセレクタ（自身をＭＰＲとして選択した１ホップ近隣ノード）をネットワーク内の他のすべてのノードへ配信する。そして、この情報は、各ノードが自身の経路制御テーブルを構築するために用いられる。このＯＬＳＲ経路制御テーブルは、各ノードの中継キャッシュを埋めるのに用いられる。また、各ノードはＨＮＡメッセージを生成する。ＨＮＡメッセージは、例えば５秒ごとに、自身のＭＰＲスパニングツリーを介してネットワークにフラッディングされる。ＨＮＡメッセージは、各ノードのネットワークマスクとＭＡＣアドレスを配信する。ＨＮＡメッセージ情報は、各ノードの、ＭＡＣアドレスからＩＰアドレスへの変換テーブルを埋めるのに用いられる。

従来のＯＬＳＲは、ネットワークトポロジが遷移する間に経路を落とす場合がある。その原因は、ＴＣメッセージの転送にまつわる要因を含む場合があり、要因としては、例えば、各ノードが選択されるＭＰＲを最小限にしようとすること、ＭＰＲスパニングツリーを介して配信されるＴＣメッセージ、ＴＣ／ＨＮＡメッセージの転送順位付け、各ノードのＯＬＳＲタイマの対応がとれていないこと、ＴＣメッセージ配信の競合状態、および／または逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御などがある。上述の理由によりＴＣメッセージが到達し損ねるときは、ネットワークトポロジセグメントがタイムアウトになって落とされる場合がある。

上記のように、ＯＬＳＲは、ＭＰＲスパニングツリーを用いて、ノードのメッセージをネットワーク全体へ効率的にフラッディングする。フラッディングされるべきメッセージをノードが生成すると、ノードはそのメッセージを自身の１ホップ近隣ノードへブロードキャストする。ノードがＭＰＲとして選択した各１ホップ近隣ノードは、今度はそのメッセージを再送信する。ＭＰＲの選択方法は、１ホップＭＰＲ近隣ノードによる転送がすべての２ホップ近隣ノードへメッセージを到達させるようになっている。メッセージを受信した各ノードは、そのメッセージがすでに受信したものであるかどうか、つまり、そのメッセージが複製であったかどうかを確認する。複製を受信した場合、そのメッセージは破棄される。非複製を受信し、かつ送信ノードが受信ノードを自身のＭＰＲの１つとして選択していた場合には、受信ノードはそのメッセージを再送信（つまり転送）する。再送信は、新たな再送信（転送）が発生しなくなるまで続く。また、複製を破棄することによって、ループが回避される。フラッディング処理は、フラッディングされたメッセージが起点ノードのＭＰＲスパニングツリーのすべての末端ノード（または葉）に送達された時点で終了する。

ＯＬＳＲは、逆方向ＭＰＲスパニングツリーを介した経路制御を含む。従来のＯＬＳＲでは、経路は宛先のＭＰＲスパニングツリーにおける逆方向の経路に沿って存在するように計算されるという制約がある。各ノードのＭＰＲスパニングツリーはネットワーク全体をカバーしなければならず、それこそがスパニングツリーがスパニングツリーたるゆえんである。従って、ネットワークの任意のノードは、宛先ノードのＭＰＲスパニングツリーの枝を後ろ向きにたどって自身から宛先まで経路を組むことによって、つまり宛先ノードからフラッディングされるメッセージが送信元ノードへ到着するのに用いる経路を逆にすることによって、宛先ノードへ経路制御することができる。

ＯＬＳＲの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御は、ネットワークが安定している時、つまり、ＯＬＳＲのトポロジ配信の仕組みが収束してネットワークの各ノードがネットワークトポロジの同じネットワークレベルビューを有する時に、良好に機能する。しかし、ノードの局所的な接続性の変化やＭＰＲ選択の変化がネットワーク中で配信されている間は、問題が起きることがある。
米国特許出願公開第２００２／０１４５９８７（Ａ１）号明細書 米国特許第６，５８４，０８０号明細書

本発明の目的は、上記背景に鑑みて、順方向および逆方向のＭＰＲスパニングツリー経路の使用を含む、アドホックネットワークにおける経路制御プロトコルを提供することにある。

本発明によるこの、または他の目的、特徴、および効果は、複数の無線ノードを含むアドホックネットワークを動作させる方法によって提供される。この方法は、ＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させ、無線ノードは順方向マルチポイントリレー（ＭＰＲ）スパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納し、第１の無線ノードが逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて第２の無線ノードと通信することを含む。この方法は、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が第１および第２の無線ノード間で利用不可能になったかどうかと、利用可能になった他の逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路がまだないこととを決定してよく、その場合には、順方向ＭＰＲスパニングツリーの少なくとも一部を第１および第２の無線ノード間の通信用の経路に含めるといったことをさらに含んでよい。

無線ノードは、１ホップ近隣ノードへの経路を経路テーブルに追加してよく、また、２ホップ近隣ノードへメッセージを再送信するＭＰＲとして１ホップ近隣ノードを選択してよい。順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納することは、ＭＰＲから新しい宛先ノードへのリンクの対称的な（すなわち、順方向または逆方向の）使用に基づいて新しい経路を経路テーブルへ追加することをさらに含んでよい。

別の態様は、複数の無線ノードを含むアドホックネットワークを指向したものである。各無線ノードは、制御部および無線通信装置を備えてよく、制御部および無線通信装置は、共に協働して、例えばＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させるもので、順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とこれらの組み合わせとを格納することを含み、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて他の複数の無線ノードと通信する。そしてノードは、複数の無線ノードのうちの他の一つの無線ノードへのそれぞれの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が利用不可能になったことを決定してよく、その場合には、順方向ＭＰＲスパニングツリー経路の一部をそのような他の一つの無線ノードへの通信用の経路の一部として含めてよい。

別の態様は、アドホックネットワーク内で複数の移動ノードとともに動作する無線ノードを指向したものである。この無線ノードは、制御部および無線通信装置を含んでよく、制御部および無線通信装置は、共に協働して、例えばＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させるもので、順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納することを含み、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて他の複数の無線ノードと通信し、複数の無線ノードのうちの他の１つの無線ノードへのそれぞれの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が利用不可能になったかどうかを決定し、その場合には順方向ＭＰＲスパニングツリー経路の一部をそのような他の一つの無線ノードへの通信用の経路の一部として含める。

以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに十分に説明する。添付の図面には、本発明の好ましい実施の形態が示されている。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてよく、ここに示された実施の形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、この開示が徹底的かつ完全となるように、そして、この開示によって本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、提供されている。なお、全体を通して、同一の番号は、同一の要素を指すものとする。

以下に記載される本実施の形態が、特定の通信規格（無線または他のもの）での利用に限定されないこと、そして、多くの無線（または有線）通信規格での利用に適合させられ得ることは、当業者の認めるところである。これらの無線（または有線）通信規格には、例えば、ＧＳＭ進化型高速データレート（Enhanced Data rates for GSM Evolution、ＥＤＧＥ）、汎用パケット無線サービス（General Packet Radio Service、ＧＰＲＳ）または拡張ＧＰＲＳ（Enhanced GPRS、ＥＧＰＲＳ）、拡張データレートブルートゥース（extended data rate Bluetooth）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）、同軸ケーブル、レーダー、光学式などがある。さらに、本実施の形態は、特定のＰＨＹまたは無線の種類での利用に限定されず、他の互換性のある技術にも同様に適用できる。

この説明の全体を通して、通信装置という用語は、媒体を介してデータを送信、受信、または送受信するよう構成されたあらゆる装置または仕組み、と定義されることに留意されたい。通信装置は、ＲＦ、無線、赤外線、光学式、有線、マイクロ波等といった、あらゆる好適な媒体を介して通信するよう構成されてよい。無線通信の場合、通信装置は、ＲＦ送信機、ＲＦ受信機、ＲＦ送受信機、またはこれらのあらゆる組み合わせを備えてよい。無線通信は、高周波通信、高指向性アンテナを介した長距離見通し内通信もしくは短距離通信などを例とするマイクロ波通信、および／または赤外線（ＩＲ）短距離通信を含む。また、応用例としては、１対１通信、１対多通信、一斉同報通信、セルラーネットワーク等の無線ネットワークを含んでよい。

上述したように、移動アドホックネットワークのための最適化リンク状態経路制御プロトコル（ＯＬＳＲ）は、テーブル駆動型かつプロアクティブ型のプロトコルとして動作し、従って、ノードは、ネットワークの他のノードと定期的にトポロジ情報を交換する。経路計算において、ＭＰＲは、ネットワークにおける所与のノードからいずれかの宛先への経路を形成するために用いられる。ＯＬＳＲは、各ノード内における内部データ構造として、局所的な１ホップおよび２ホップの近隣ノードと、ネットワーク全体の接続性と、経路制御テーブルとで構成される内部データ構造を維持することによって動作する。１ホップ近隣ノード間において１ホップ近隣情報が交換され、この交換が、各ノードにそれぞれの２ホップ近隣を通知する働きをする。これにより、各ノードが、効率的なメッセージフラッディング（すなわちネットワークブロードキャスト）に用いられるＭＰＲノードを選択できる。ノードごとに、ネットワーク全体にわたるスパニングツリーがＭＰＲにより実現される。

ＯＬＳＲは、ＭＰＲスパニングツリーを用いて、ノードのメッセージをネットワーク全体へ効率的にフラッディングする。フラッディングされるべきメッセージをノードが生成すると、ノードはそのメッセージを自身の１ホップ近隣ノードへブロードキャストする。ノードがＭＰＲとして選択した各１ホップ近隣ノードは、今度はそのメッセージを再送信する。ＭＰＲの選択方法は、この１ホップＭＰＲ近隣ノードによる転送がすべての２ホップ近隣ノードにめーセージを到達させるようになっている。再送信は、新たな再送信（転送）が発生しなくなるまで続く。また、複製を破棄することによって、ループが回避される。フラッディング処理は、フラッディングされたメッセージが起点ノードのＭＰＲスパニングツリーのすべての末端ノード（または葉）に送達された時点で終了する。

ＯＬＳＲは、逆方向ＭＰＲスパニングツリーを介した経路制御を含む。従来のＯＬＳＲでは、経路は宛先のＭＰＲスパニングツリーにおける逆方向の経路に沿って存在するように計算されるという制約がある。各ノードのＭＰＲスパニングツリーはネットワーク全体を対象としなければならず、それこそがスパニングツリーがスパニングツリーたるゆえんである。従って、ネットワークの任意のノードは、宛先ノードのＭＰＲスパニングツリーの枝を後ろ向きにたどって自身から宛先まで経路を組むことによって、つまり宛先ノードからフラッディングされるメッセージが送信元ノードへ到着するのに用いる経路を逆にすることによって、宛先ノードへ経路制御することができる。

図１および図２は、連携して動作している移動ノード１２の例示的ネットワーク１０の簡略図であり、異なる瞬間においてＭＰＲスパニングツリーを規定するＭＰＲ選択１４を示している。ネットワーク１０は、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタル式音声およびデータ無線機、または携帯電話といった複数の移動ノード１２を含み、複数の移動ノード１２は、無線通信リンクで接続されており、これは当業者であれば理解されるところであろう。リンクは、ネットワークにおける基本接続であり、単に、あらゆる２つのノード１２の間の物理リンクである。ノードについて記述する情報としては、ノードＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス、ＭＡＣアドレス等）や、入手可能であれば位置情報などが含まれる。このようなネットワークは、移動アドホック無線通信システムとなり得る。このようなネットワークの例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，７６３，０１３号および米国特許第６，７５４，１９２号、ならびに米国特許出願公開第２００５／００５３００３号および米国特許出願公開第２００４／０２０３８２０号に示されており、これらの開示は、引用することにより全体として組み込まれているものとする。

図３を参照しさらに具体的に説明すると、ノード１２は、ＭＡＮＥＴ（移動アドホックネットワーク）内で通信することのできる、任意の好適な種類の移動装置であってよく、例えば無線通信装置２０と、当業者に理解される他の装置を含む。もちろん、必要であれば、いくつかの応用例において、いくつかのノード１２が固定通信インフラに任意に接続されてよいこともまた理解されるであろう。

さらに、移動ノード１２は、制御部２２を例示的に含む。以下、制御部２２の動作について説明する。制御部２２は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ、ソフトウェア等を用いて実装されてよく、これは当業者に理解されるであろう。また、関連付けられたメモリ２４も含まれてよい。さらに、無線通信装置２０は、例示的に示されている１つまたは複数の関連付けられたアンテナ２６だけでなく、無線モデム、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）装置、携帯電話装置等も含んでよい。例えば、１つ以上のフェーズドアレーアンテナが（他の好適なアンテナと同様に）用いられてもよく、これは当業者に理解されるであろう。

再び図１および図２を参照すると、ノードＹが、ネットワーク１０内でノードＣ、ノードＪ、ノードＫ、ノードＬ、ノードＶ、ノードＷ、およびノードＸの間を矢印１６の向きに移動している様子が示されている。図１に示す瞬間において、ノードＸのＭＰＲスパニングツリーは、ノードＣへと通じる枝Ｘ−Ｙ−Ｋを含む。従って、ノードＣから見たネットワークトポロジのビューが図１に示すようなものである時、ノードＣは、枝Ｋ−Ｙ−Ｘを介して、つまり矢印１８で示されたようにノードＸのＭＰＲスパニングツリーの上記の枝を後ろ向きにたどって、ノードＸへと経路制御することになる。

図２もノードＸのＭＰＲスパニングツリーの一部を示しているが、図１に示すより遅い時刻であり、ノードＹが矢印１６の向きへ移動したところである。この瞬間において、ノードＹ用の新しいＭＰＲとしてのノードＪの追加についてのノードＪを介した配信と、ノード追加と同時に起こるノードＹ用ＭＰＲとしてのノードＫの脱落についてのノードＫを介した配信といった２つの配信の間の状態により、従来のＯＬＳＲの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御の仕組みが破綻する可能性がある。例えば、ＪからＣまでに中途半端な数のホップがあるため、あるいは各ノードのＯＬＳＲタイマの相対位相合わせのため、ノードＣは、ノードＪの追加通知を処理する前にノードＫの脱落通知を処理してしまうかもしれない。

換言すれば、図４に例示するように、従来のＯＬＳＲプロトコルの下で動作するネットワーク１０においては、ノードＣの観点から見てノードＸへの逆方向ＭＰＲスパニングツリーがないということになる。

この対象にしている期間を通して、ＫとＹがＯＬＳＲの近隣としての接続性を維持することに留意されたい。従って、Ｋ−Ｙ接続は、Ｙへの（さらにＹを通って、ノードＶ、ノードＷ、およびノードＸを含んだネットワークの下半分への）経路を提供するために必要な潜在的接続性を、対象期間を通して常に有する。しかし、従来のＯＬＳＲの標準的な経路計算アルゴリズムでは経路が逆方向ＭＰＲスパニングツリーをたどるようにされるという制約があるため、ＭＰＲスパニングツリーの葉（およびその他のＭＰＲスパニングツリー順方向接続リンク）を通って流れる経路は除外されてしまう。

ノードＹへの経路Ｃ−…−Ｊ−Ｋ−Ｙおよび経路Ｃ−…−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ｙは、それらの潜在的な接続性が得られており、しかも宛先へ経路制御するための唯一の方法であるのに、これらのいずれの経路も用いないということは問題である。さらに、もしもこれらの経路のいずれかが生成されて用いられたとしたら、特にこの経路脱落は起こらないであろう。そこで、本明細書に記載された対称型ＯＬＳＲプロトコルは、どちらの向き（宛先のＭＰＲスパニングツリーリンクに沿った順方向または逆方向）にも用いられるＭＰＲスパニングツリーリンクを提供するものである。

図２には、対称型ＯＬＳＲプロトコルに従い、従来のＯＬＳＲの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御の制約が緩和されて、利用可能な１ホップ隣接リンクのすべてが用いられる様子が示されている。ノードＣは、経路計算に対称型ＯＬＳＲ手法を用いることによって、ノードＹおよびノードＸ、そしてノードＶおよびノードＷへ到達できるのである。図２に示す瞬間またはその頃に、ノードＣは、ノードＹを自身の経路テーブルへ追加し、ノードＫを用いた経路Ｃ−…−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｙを反映し、順方向ＭＰＲスパニングツリーの根のセレクタノードをＭＰＲリンクに追加し、経路の内部ノードとする。

このように、複数の無線ノード１２を含むアドホックネットワーク１０を動作させるこの方法は、ＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノード１２を動作させることを含み、そこでは、無線ノードは、順方向マルチポイントリレー（ＭＰＲ）スパニングツリー経路を分散型の様式で暗黙的に、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を明示的な様式で格納し、また、例えばノードＣのような第１の無線ノードが、例えばノードＸのような第２の無線ノードと、例えば図１の経路１８のような逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて通信する。この方法は、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が第１および第２の無線ノード間で利用不可能になったかどうかと、利用可能になった他の逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路がまだないこととを決定し、その場合には、例えば図２のノードＫからノードＹへのホップのような順方向ＭＰＲスパニングツリーセグメントの少なくとも一部を含んだ例えば図２の経路１９のようなＭＰＲスパニングツリー経路を、第１および第２の無線ノード間の通信に用いることをさらに含む。

無線ノード１２は、１ホップ近隣ノードへの経路を経路テーブル２８に追加してよく、また、２ホップ近隣ノードへメッセージを再送信するＭＰＲとして１ホップ近隣ノードを選択してよい。順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納することは、ＭＰＲから新しい宛先ノードへと、非ＭＰＲから新しい宛先ノードへとの両方について、リンクが対称的に使用されることに基づいて新しい経路を経路テーブル２８へ追加することをさらに含んでよい。

別の態様は、複数の無線ノード１２を含むアドホックネットワーク１０を指向したものである。ネットワーク１０において、各無線ノードは、制御部２２および無線通信装置２０を例示的に備え、制御部２２および無線通信装置２０は、共に協働して、例えばＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させるもので、同プロトコルは順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納することを含み、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて他の無線ノード１２と通信し、例えばノードＸのような複数の無線ノードのうちの他の１つへの例えば経路１８のような逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が利用不可能になったかどうかを決定し、その場合には、例えば図２のノードＫからノードＹへのホップのような１つ以上の順方向ＭＰＲスパニングツリーリンクを含んだ例えば経路１９のようなＭＰＲスパニングツリー経路を、そのような無線ノードへの通信に用いる。

別の態様は、アドホックネットワーク１０内で複数の移動ノード１２とともに動作する無線ノードを指向したものである。この無線ノードは、制御部２２および無線通信装置２０を含んでよく、制御部２２および無線通信装置２０は、共に協働して、例えばＯＬＳＲのような経路制御プロトコルを用いて無線ノードを動作させるもので、同プロトコルは、順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを格納することを含み、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて他の無線ノード１２と通信し、複数の無線ノードのうちの他の１つへのそれぞれの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が利用不可能になったかどうかを決定し、その場合には、１つ以上の順方向ＭＰＲスパニングツリーリンクを含むＭＰＲスパニングツリー経路を、そのような無線ノードへの通信に用いる。

ＯＬＳＲの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御は、ネットワークが安定している時、つまり、ＯＬＳＲのトポロジ配信の仕組みが収束してネットワークの各ノードがネットワークトポロジの完全なネットワークレベルビューを有する時に、良好に機能する。しかし、ノードの局所的な接続性の変化やＭＰＲ選択の変化がネットワーク中で配信されている間は、問題が起きることがある。

つまり、新しいＭＰＲとしてのノードの追加についての配信と、それと同時に起こるＭＰＲとしてのノードの脱落についての配信といった２つの配信の相互の関係によって、従来のＯＬＳＲの逆方向スパニングツリー経路制御の仕組みが破綻する可能性がある。換言すると、さまざまな理由によって、ノードが偶然に追加通知を処理する前に脱落通知を処理する場合がある。そして宛先ノードへの特定の経路を用いないというのは、それらの潜在的接続性が得られている場合、特にその経路が宛先ノードへ経路制御するための唯一の方法である場合は、問題である。そしてこれらの経路が生成されて用いられたとしたら、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路制御のみが用いられた場合のような図４に示す特定の経路脱落は、起こらないであろう。そこで、ＭＰＲスパニングツリーリンクが経路のいずれの向き（宛先のＭＰＲスパニングツリーリンクに沿って前方または後方）にも用いられ得るようなＯＬＳＲ経路制御計算を提供することによって、この特定の経路脱落問題に対処することとする。

変化しないネットワーク（ノードが移動せず、あるいは移動が限定されていてＯＬＳＲのトポロジの変化が起こらないようなネットワーク）においては、すでにＯＬＳＲのネットワークトポロジ情報がすべてネットワーク中に十分に配信されているので、経路が落とされたり追加させられたりすることがない。しかし、トポロジ変化が進行中の時は、ネットワーク中の局所的なトポロジ変化の配信の段階的な実行によって、標準的なＯＬＳＲプロトコルでは経路が一時的に落とされてしまう可能性がある。さらに、移動しているノードがまったくない場合であっても、損失が大きいというＲＦ通信の特性のせいでネットワークトポロジが変化することがある。これらの脱落経路は、ネットワークが再び安定を取り戻せばおそらく再発見されるであろうが、その遷移の間に、例えば５秒または１０秒にわたって欠落してしまい得る。経路がＭＰＲスパニングツリーリンクをいずれの向きにも（図２のＫ−Ｙリンクを通る経路のように）用い得るようにすること、あるいは経路がＭＰＲスパニングツリーの葉を経路の内部ノードとして（図２のＬを通る経路のように）含め得るようにすることによって、この経路計算の制約に起因する経路脱落という挙動が回避されるのである。

本明細書に記載された手法は、逆方向ＭＰＲスパニングツリー（reverse MPR spanning tree、ＲＭＳＴ）が役に立たない時に標準的なＯＬＳＲのＲＭＳＴ経路制御とは異なるものになると考えてよい。換言すると、本手法は、標準的なＯＬＳＲ経路制御が役に立たない時に好適に作動してよい。

ＯＬＳＲでは、ＭＰＲは、２つのノードが隣接リンクによって接続されている時だけノードによって選択される。隣接リンクは、ＯＬＳＲでは対称である。隣接リンクが対称であるとは、選択側ノードが被選択側ＭＰＲに到達でき、さらに被選択側ＭＰＲがセレクタに到達できる、ということを意味する。ＯＬＳＲの経路制御計算アルゴリズムは、この対称なリンクの一方の向きであってＭＰＲからセレクタノードへの向き、つまり逆方向ＭＰＲスパニングツリーの向きしか用いず、セレクタノードからＭＰＲへの向き、つまり順方向ＭＰＲスパニングツリーの向きを無視する。経路制御にＭＰＲからセレクタノードへの向きしか用いないので、その結果として、経路構築段階において宛先候補ノードのＭＰＲスパニングツリーを後ろ向きにたどる経路制御だけが行われてしまう。

一般化された、より強固な経路制御プロトコルが、本明細書に記載された実施の形態によって提供される。ＯＬＳＲの経路帰納段階において、ＭＰＲから中間の宛先への向きだけというのではなく、ＭＰＲから中間の宛先への対称リンクのいずれの向きも使えるようにすることによって、新しい経路が追加される。これが機能するのは、リンクが対称的だからである。これにより、ＭＰＲスパニングツリーの葉ノードが経路の内部ノードになる。この手法は、対称型ＯＬＳＲ経路制御アルゴリズム（symmetric OLSR routing algorithm、ＳＯＲＡ）プロトコルと呼ばれてよい。

好適なプロトコルの例は、例えば以下のステップを含んでよい。
１．現在の（送信元の）ノード、経路制御テーブルが空の状態で、経路構築を開始する。
２．長さｈ＝１の経路を経路構築の１ホップ対称近隣に追加する。
３．長さｈ＝２の経路を経路構築の２ホップ近隣（経路構築の１ホップ対称近隣に対してさらに１ホップ対称近隣であって、しかも経路構築ノードの１ホップ対称近隣ではないもの）に追加する。
４．連続する２つのステップによって、現存する長さｈの宛先から新しい宛先ノードへの長さｈ＝ｈ＋１の経路を追加する。
４．１．現存する長さｈの宛先ノードをＭＰＲとして選択した新しい長さｈ＋１の宛先を追加する。これは、現存する長さｈの宛先から新しい長さｈ＋１の宛先への追加ホップを追加することによって行われる。
４．２．長さｈの宛先ノードによってＭＰＲとして選択された新しい長さｈ＋１の宛先を追加する。これは、前の長さｈの宛先から新しい長さｈ＋１の宛先への最後のホップを追加することによって行われる。
５．新しい経路が追加されなくなるまでステップ４を繰り返す。

上記の帰納ステップ（ステップ４）では、自身のＭＰＲから到達可能なセレクタノードが追加された後に（逆方向スパニングツリー経路制御ステップ）、自身のセレクタから到達可能なＭＰＲ（順方向スパニングツリー経路制御ステップ）も追加され、これによって、ＭＰＲスパニングツリーの葉だけのノード、および他の順方向ＭＰＲスパニングツリーの根のリンクが、内部経路ノードとして参加できるようになる。これは、ネットワークトポロジが遷移している時、すなわち宛先のＭＰＲスパニングツリーが一時的に壊れている時に有用である。

従来のＯＬＳＲと同様に、ネットワークトポロジについての経路構築ノードの現在の認識に基づいて、宛先ノードへ到達できるより短い経路がない場合だけ、より長い経路が用いられることになる。しかし、従来のＯＬＳＲとは異なり、ここでは、特定の数のホップ（ｈ）について、逆方向スパニングツリーの次ステップのリンクのすべてが追加された後に、順方向スパニングツリーリンクが経路構築に用いられ得る。ネットワークトポロジが流動的な時には、ネットワークトポロジについての経路構築ノードの現在の認識がある程度損なわれる恐れはある（すなわち、ネットワークトポロジの現在の瞬間的なネットワークレベルビューと認識が異なる場合がある）。しかしながら、このことは、最終的な宛先への潜在的接続性が存在し続けるのであれば問題とはならず、例えば、ネットワークが２つに分かれてしまったり、あるいは宛先ノードがネットワークから脱落したりということがなければ問題にならない。

本明細書に記載された手法を実装するさまざまな試験で、ノード移動を含む使用状況シナリオの標本について、例えば１１０７から２６１へというように７５パーセントを超える経路脱落数の減少が見られた。任意の送信元ノードから単一の宛先ノードへトラフィックを経路制御できなかった最大時間は、４５．７秒から４．９秒へ低下した。単一の経路脱落の最大持続時間は、１０．０秒から３．０秒へ減少した。経路脱落事象が集まって脱落群になり、その際に、特定の送信元ノードにて１つ以上の宛先ノードへの多数の脱落が同時に起こるが、この試験では、脱落群の数が１２０から２７へ減少した。このように、本発明の対称型ＯＬＳＲ手法は、トポロジ変化情報配信における順番競争状態の相互関係と、宛先の逆方向ＭＰＲスパニングツリーのみを介して経路制御を行うこととに起因する不必要な経路脱落を減少させるのに有効であった。

図１は、本発明による対称型リンク状態経路制御プロトコルの下で動作するアドホックネットワークの模式的な簡略図である。 図２は、本発明による対称型リンク状態経路制御プロトコルの下で動作するアドホックネットワークの模式的な簡略図である。 図３は、図１および図２のアドホックネットワークで用いられる無線ノードの例を説明する概略的なブロック図である。 図４は、図２と同じ時点であるが、従来のＯＬＳＲプロトコルの下で動作するアドホックネットワークの模式的な簡略図である。

符号の説明

１０ ネットワーク
１２ 移動ノード
２０ 無線通信装置
２２ 制御部
２４ メモリ
２６ アンテナ
２８ 経路テーブル

Claims (10)

1. 複数の無線ノードを含むアドホックネットワークを動作させる方法であって、
   経路制御プロトコルを用いて前記無線ノードを動作させ、前記無線ノードは順方向マルチポイントリレー（ＭＰＲ）スパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路とを記憶し、第１の無線ノードが逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて第２の無線ノードと通信し、
   前記逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が前記第１および第２の無線ノード間で利用不可能になったかどうかと、利用可能になった他の逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路がまだないこととを決定し、その場合には順方向ＭＰＲスパニングツリー経路の少なくとも一部を前記第１および第２の無線ノード間の通信に用いることを特徴とする方法。
2. 順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路との記憶は、１ホップ近隣ノードへの経路を経路テーブルに追加することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路との記憶は、２ホップ近隣ノードへメッセージを再送信するＭＰＲとして１ホップ近隣ノードを選択することをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 順方向ＭＰＲスパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路との記憶は、ＭＰＲから新しい宛先ノードへの対称的に使用されるリンクに基づいて新しい経路を前記経路テーブルへ追加することをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記無線経路制御プロトコルは、最適化リンク状態経路制御（ＯＬＳＲ）プロトコルを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. アドホックネットワークの複数の移動ノードのなかで動作する無線ノードであって、制御部および無線通信装置を備え、前記制御部および前記無線通信装置は共に協働し、
   順方向マルチポイントリレー（ＭＰＲ）スパニングツリー経路と逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を記憶することを含む経路制御プロトコルを用いて前記無線ノードを動作させ、逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路を用いて他の複数の無線ノードと通信し、
   前記複数の無線ノードのうちの他の一つの無線ノードへの逆方向ＭＰＲスパニングツリー経路が利用不可能になったかどうかを決定し、その場合には順方向ＭＰＲスパニングツリー経路の少なくとも一部を前記他の一つの無線ノードへの通信に用いることを特徴とする無線ノード。
7. 前記制御部および前記無線通信装置は協働して１ホップ近隣ノードへの経路を経路テーブルに追加することを特徴とする請求項６に記載の無線ノード。
8. 前記制御部および前記無線通信装置はさらに協働して２ホップ近隣ノードへメッセージを再送信するＭＰＲとして１ホップ近隣ノードを選択することを特徴とする請求項７に記載の無線ノード。
9. 前記制御部および前記無線通信装置はさらに協働してＭＰＲから新しい宛先ノードへの対称的に使用されるリンクに基づいて新しい経路を前記経路テーブルへ追加することを特徴とする請求項８に記載の無線ノード。
10. 前記無線経路制御プロトコルは最適化リンク状態経路制御（ＯＬＳＲ）プロトコルを含むことを特徴とする請求項６に記載の無線ノード。