JP3693164B2

JP3693164B2 - Route selection method in mesh type wireless communication network

Info

Publication number: JP3693164B2
Application number: JP2001251618A
Authority: JP
Inventors: 治前島; 浩一中間; 真一野本; 洋司岸
Original assignee: KDDI R&D Laboratories Inc
Current assignee: KDDI R&D Laboratories Inc
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP2003069620A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線ノードと、上記無線ノード間を接続するＰ−Ｐ（Point-to-Point）型無線リンクとから構成され、任意の無線ノード間において直接もしくは１以上の無線ノードを介して通信を行うメッシュ型無線通信網における経路選択方式に関し、特に、降雨減衰や電波干渉などの無線通信環境の変化に起因する品質劣化が同時には発生しにくい、空間相関が低い複数の経路を通信経路として選択することにより無線通信環境の品質劣化に起因する無線ノード間通信途絶の発生頻度が低減され、ダイバーシチ効果が高められたメッシュ型無線通信網における経路選択方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メッシュ型無線通信網は、無線通信を行う複数の無線ノードを含み、各無線ノードを複数の無線ノードに対してＰ−Ｐ（Point-to-Point）型無線リンクで接続することにより任意の無線ノード間において直接もしくは１以上の無線ノードを介して通信を可能とするネットワークである。
【０００３】
図９は、メッシュ型無線通信網の構成を示す構成図であり、この通信網は、複数の無線ノードＡ〜Ｊと、それら無線ノード間をＰ−Ｐ（Point-to-Point）型接続する無線リンクとから構成されている。ノードには端末やサブネットワークを収容することができ、図９ではノードＡ、Ｊそれぞれに端末Ａ、Ｊ、サブネットワークＡ、Ｊが収容されている例を示す。任意のノード、収容端末あるいはサブネットワークから他のノード、収容端末あるいはサブネットワークへの通信は当該ノード間の無線リンクもしくは複数のノードを介して行われる。
【０００４】
任意のノード間で通信が行われる通常のインターネットでは、無線や有線といった伝送媒体に関わらず、通信経路の変更は、一般的にルータの故障や回線の切断などの障害によるリンクの消滅および障害からの復旧に応じて行われる。例えば、ルーチングプロトコルの１つであるＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）では、障害が発生するとリンクの属性に関する情報であるリンクステータス情報を更新・広報し、障害により消滅したリンクを取り除いた経路情報を再計算して最適な通信経路を選択する。また、リンクが障害から復旧すると、復旧したリンクを含む経路情報を再計算して最適な通信経路を選択する。このためにインターネットにおけるルーチングプロトコルは、リンクの消滅および復旧に応じてその情報を相互に送受信する機能を有している。リンクステータス情報は、ルータに接続されたリンクの帯域や遅延などの物理的なリンク属性値を含み、経路選択アルゴリズムはこれら属性値も考慮して通信経路の選択を行う。また、ＱｏＳ（Quality of Service）ルーチングでは上記属性値のほかリンクの余剰帯域などの属性値をも考慮して通信経路の選択を行う。
【０００５】
自ノードから任意の宛先ノードへの通信経路あるいはリンクが複数存在する通信網においては、複数の通信経路あるいはリンクにトラヒックを分散させ、特定の通信経路あるいはリンクにトラヒックが集中しないようにすることも行われている。これには、ソースルーチング、ＭＰＬＳ（Multi Protocol Label Switching）などの技術を用いて送信ノードから宛先ノードへ至るまでの複数の通信経路を予め設定し、それら複数の通信経路間にトラヒックを分散させる手法がある。この場合にも、複数の通信経路の選択、トラフィックの分散にあたっては上記リンク属性値が考慮される。
【０００６】
図１０は、メッシュ型無線通信網における従来の経路選択方式を示す機能ブロック図であり、各無線ノードは、網情報管理手段１、経路選択手段２、経路設定手段３、経路間重み決定手段４および網情報送受信手段５を備える。
【０００７】
網情報管理手段１は、自ノードに関するリンクステータス情報として自ノードに接続されている無線リンクの属性に関する属性情報や収容端末、サブネットワークなどの属性に関する種々の属性情報を取得し、これら属性情報をリンクステータス情報データベース６に格納する。
【０００８】
網情報送受信手段５は、網情報管理手段１が取得したリンクステータス情報を自ノードを識別させるアドレスとともに網情報として隣接ノードへ送信する。また、隣接ノードから他ノードの網情報を受信する。受信した他ノードの網情報は、自ノードに関するリンクステータス情報とともにリンクステータス情報データベース６に格納される。これにより、各ノードにおけるリンクステータス情報データベース６には最終的に通信網全体のリンクステータス情報が格納される。
【０００９】
経路選択手段２内の候補経路算出手段７は、リンクステータス情報データベース６に格納されたリンクステータス情報を基にネットワーク管理者の経路選択方針に即した手法により自ノードから任意の宛先ノードへ至る１つあるいは複数個の候補経路を算出する。経路選択方針は、例えば、経路評価対象項目としてホップ数やリンクコスト総和を採用し、その評価値がより小さい経路を選択するというものである。
【００１０】
図１１は、候補経路と経路評価値との対応関係の例を示す説明図である。この例は各候補経路におけるリンクコスト総和を経路評価値としたものであり、候補経路算出手段７は、経路評価値がより小さい候補経路を優先して選択する。
【００１１】
経路間重み決定手段４は、複数の経路により通信を行う場合に各候補経路を構成する無線リンクの属性値を基にトラヒック分配に関わる無線経路間の比重を算出する。
【００１２】
経路設定手段３は、ユーザデータが候補経路算出手段７により算出された通信経路を経由するよう明示的に経路を設定、確立するための処理を行う。この処理は、例えば、算出された経路上のノードに対して経路識別子を含む経路情報を通知し、各ノードはこの経路識別子に関する入力インターフェースと出力インターフェースの組合せを自ノード内に経路テーブルとして格納することにより、あるいは各ノードに付与された一意に識別可能なアドレスを用い、宛先アドレスと次ホップノードのアドレスとを対応づけた経路テーブルを各ノードに作成することにより達成される。
【００１３】
このようにして通信網内の任意のノード間の通信に先立つネットワーク構築時や新たなノードの追加時あるいは運用中の一定期間経過時などにノード間の通信経路が経路テーブルとして予め明示的に設定、確立される。通信時のノード間での通信経路は、この経路テーブルを参照することにより選択される。
【００１４】
図１２は、従来の経路選択方式により選択される通信経路の例を示す説明図であり、無線ノードＡより無線ノードＪへの通信に先立ち、A-D-G-H-J、A-D-E-I-J、A-B-E-F-J の三経路 Path-1、Path-2 およびPath-3 が通信経路として選択された例である。ここでノードＤ、Ｅ近隣の領域にリンク断を生じさせるような降雨が発生した場合、無線リンク D-G、D-E および B-E が断となることにより三経路 Path-1、Path-2、Path-3 が共に利用不可能となり、無線ノードＡ、Ｊ間の通信が途絶する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の経路選択方式ではリンクの帯域や遅延などの物理的なリンク属性値、リンクの余剰帯域などの属性値、リンクの消滅および復旧などといったリンクステータス情報を考慮して複数の通信経路の選択が行われるが、このような従来の経路選択方式により選択された通信経路は、通信経路が無線リンクである場合には必ずしも最適なものであるとは言えない。すなわち、地理的に近い複数の通信経路が選択された場合、それら通信経路間での通信品質劣化の空間相関が高くなるため、例えば降雨時においてそれら全ての通信経路の品質が同時に劣化する確率が高くなり、ネットワークシステム全体の性能が著しく低下する可能性がある。
【００１６】
本発明の目的は、降雨減衰や電波干渉など無線通信環境の品質劣化に起因する無線ノード間通信途絶の発生頻度が低減され、ダイバーシチ効果が高められたメッシュ型無線通信網における経路選択方式を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達するため、請求項１の発明は、複数の無線ノードと、上記無線ノード間を接続するＰ−Ｐ（Point-to-Point）型無線リンクとから構成され、任意の無線ノード間において直接もしくは１以上の無線ノードを介して通信を行うメッシュ型無線通信網における経路選択方式において、各無線ノードは、自ノードに接続されている無線リンクの属性に関する属性情報を取得する手段と、自ノードの地理的な位置情報を取得する手段と、上記属性情報および上記位置情報を無線通信網を構成する他ノードに送信するとともに他ノードから送信される属性情報および位置情報を受信する送受信手段と、自ノードが取得した上記属性情報および他ノードから送信された上記属性情報に基づいて無線通信網のリンクステータス情報データベースを作成し、自ノードが取得した上記位置情報および他ノードから送信された上記位置情報に基づいて無線通信網を構成する全ノードについての位置情報データベースを作成し、それらリンクステータス情報データベースおよび位置情報データベースを管理する手段と、上記リンクステータス情報データベースを用いて無線通信網を構成する任意の２つのノード間のＭ個（Ｍは、３≦Ｍの整数）の経路を算出する候補経路算出手段と、上記Ｍ個の経路間での空間相関値を上記位置情報データベースを用いて算出し、上記Ｍ個の経路の内の空間相関の低いＮ個（Ｎは、２≦Ｎ≦Ｍの整数）の経路を通信経路として選択する低空間相関経路選択手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項２の発明は、上記自ノードに接続されている無線リンクの属性に関する属性情報に、各ノードに接続された収容端末やサブネットワークの属性に関する属性情報をも加えてリンクステータス情報データベースを作成することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、上記自ノードの地理的な位置情報を取得する手段は、ＧＰＳ（Global Positioning System）あるいは数値地図を利用して位置情報を取得するものであることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、上記低空間相関経路選択手段は、経路評価値をも考慮して通信経路を選択することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、上記低空間相関経路選択手段が最小コストの経路が含まれるように通信経路を選択することを特徴とするものである。
さらに、請求項６の発明は、上記低空間相関経路選択手段による経路の選択処理を、既に選択された経路を全く含まない経路について繰り返して行うことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１の発明によれば、降雨減衰や電波干渉など無線通信環境の品質劣化の空間相関が低い複数の経路を通信経路として選択するので、無線通信環境の品質劣化に起因する無線ノード間通信途絶の発生頻度を低減し、ダイバーシチ効果を高めることができる。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、リンクステータス情報データベースが各ノードに接続された収容端末やサブネットワークの属性に関する属性情報をも含むので、収容端末やサブネットワークをも含んだ通信網における最適な通信経路を選択することができるようになる。
また、請求項３の発明によれば、最適な通信経路を選択するに際し、各無線ノードの位置情報を容易にしかも正確に取得することができる。
また、請求項４の発明によれば、最小値をとる経路組み合わせが複数存在する場合にも最適な通信経路を選択することができる。
また、請求項５の発明によれば、選択される通信経路に必ず最小コストの経路を含ませることができるので、コストを重視した運用が可能になる。
さらに、請求項６の発明によれば、選択されて運用されている全ての経路が断になる場合に備えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す機能ブロック図であり、図１０と同符号は同等または同一物を示す。図１は、各無線ノードが自ノード位置情報取得手段８を備える点、網情報管理手段１が位置情報データベース９を備える点、経路選択手段２が低空間相関経路選択手段１０を備える点において図１０と異なっているので、以下では主としてこれらの異なる点について説明する。
【００２２】
自ノード位置情報取得手段８は、自ノードの空間的な位置情報を取得するものであり、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して位置情報を取得するものや数値地図、例えば国土地理院（国土交通省の特別機関）作成の数値地図を利用した、運用者によるコマンド入力により位置情報を取得するものである。
【００２３】
網情報管理手段１は、従来の経路選択方式と同様に自ノードに関するリンクステータス情報をリンクステータス情報データベース６に格納するほか、自ノード位置情報取得手段８からの自ノードの位置情報を位置情報データベース９に格納する。
【００２４】
網情報送受信手段５は、位置情報取得手段８により取得された位置情報をリンクステータス情報とともに網情報として隣接ノードへ送信する。また、隣接ノードから他ノードの位置情報を含む網情報を受信する。受信した他ノードの網情報のうちのリンクステータス情報は自ノードに関するリンクステータス情報とともにリンクステータス情報データベース６に格納され、位置情報は自ノードの位置情報とともに位置情報データベース９に格納される。最終的に通信網全体のリンクステータス情報がリンクステータス情報データベース６に格納され、通信網全体のノードの位置情報が位置情報データベース９に格納される。
図２は、位置情報データベース９の構成例を示す構成図であり、各ノードのアドレスに対応してノード位置を東経および北緯で格納している。
【００２５】
候補経路算出手段７は、従来の経路選択方式と同様にリンクステータス情報データベース６に格納されたリンクステータス情報を基にネットワーク管理者の経路選択方針に即した手法により自ノードから任意の宛先ノードへ至るＭ個の候補経路を算出する。本発明では候補経路算出手段７により算出されたＭ個の候補経路から空間相関の低いＮ個の経路が最終的に選択されるから、Ｍは３以上の整数で意味があり、Ｎは２以上でＭ以下の整数で意味がある。また、ここでは候補経路算出手段７が候補経路算出に際し求めた各経路の経路評価値、例えばホップ数や経路のコストなどを保持しておく。
【００２６】
図３は、本発明により算出される候補経路の例を示す。この例はＭ＝４の場合であり、無線ノードＡより無線ノードＪへの候補経路として４つの候補経路 Path-1、Path-2、Path-3 および Path-4 が算出される。また、それら候補経路と経路評価値との対応関係の例を図４示す。
【００２７】
低空間相関経路選択手段１０は、Ｍ個の候補経路からなる候補経路集合より取り得る全ての２経路の組み合わせについての２経路間での空間相関値を計算し、これに基づいて空間相関値の小さいＮ個の経路を選択する。
２経路間での空間相関値は、以下に述べるように、例えば各経路を構成する無線リンク群から各々一つずつのリンクを抽出し、これら二つのリンク間の空間相関値を求め、これを二つの無線リンク群より取り得る全ての２リンクの組み合わせについて求め、これら空間相関値の算術平均値を求めることにより計算される。
【００２８】
リンク間の空間相関については、例えば、研究実用化報告（第２５巻２号）１９７６年に「準ミリ波帯隣接区間の降雨減衰差の推定」と題して降雨減衰に着目した報告がなされており、これによれば地点降雨減衰の相関係数ρ（ｄ）が２地点間の距離ｄ［km］の関数として次の（１）式で与えられる場合、

但し、αは相関係数パラメータを表す。
図５に示す二つの無線リンクにおける降雨減衰相関の計算のためのモデルにおける区間降雨減衰の相関係数ρ（ａ，ｂ）は、二つの無線リンクａ、ｂ上の動点間距離（無線リンクａ上の動点と無線リンクｂ上の動点間の距離）における相関係数に対する線積分の値を分子とし、それぞれの無線リンク上における二つの動点間距離（無線リンクａ上の動点ｓａとｔａ間の距離、あるいは無線リンクｂ上の動点ｓｂとｔｂ間の距離）における相関係数に対する線積分の値同士の積の平方根を分母とする関数である次の（２）式で表すことができるとされている。

但し、“‖ ‖”と“｜｜”はベクトルの長さ［km］、ＤａとＤｂは無線リンクａおよびｂの長さ［km］、Ｘ０とＹ０は始点を表す原点０から無線リンクａおよびｂへのベクトル、ｕとｖは無線リンクａおよびｂの方向を表す単位ベクトル、ｓ、ｔは無線リンクａおよびｂ上の動点を表す。
【００２９】
本発明の低空間相関経路選択手段１０では、例えば上記報告の降雨減衰の相関係数は近似的に区間降雨強度の相関係数と見なすことができることを利用して、経路Ａを構成するＩ個の無線リンクａｉと経路Ｂを構成するＪ個の無線リンクｂｊから各々１つずつを抽出してこれら二つのリンク間での相関係数ρ（ａｉ，ｂｊ）を求めるという計算を全ての組み合わせについて行い、これによって求められた相関係数ρ（ａｉ，ｂｊ）を次の（３）式に従って算術平均することにより経路Ａ、Ｂ間での空間相関値ρ（Ａ，Ｂ）を計算することができる。

但し、１≦ｉ≦Ｉ、１≦ｊ≦Ｊである。
【００３０】
図６は、候補経路のうちの２経路間での空間相関値を示す説明図である。無線ノードＡより無線ノードＪへの候補経路として算出された４つの候補経路 Path-1、Path-2、Path-3 およびPath-4 において経路 Path-1、Path-4 間での空間相関値が最小であり、経路 Path-3、Path-4 間での空間相関値が最大である例を示す。
【００３１】
また、２経路間での空間相関値に基づいて空間相関値の小さいＮ個の経路を選択することは、例えば、以下のようにしてなされる。
まず、Ｍ個の候補経路からなる候補経路集合の中から採用する経路数Ｎ個の経路を抽出した組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（ｋ）（但し、１≦ｋ≦_ＭＣ_Ｎ、ここで_ＭＣ_ＮはＭ個の集合におけるＮ個の組み合わせの数を表す。)を求める。
次に、各組み合わせに対して、Ｎ個中の任意の２経路について先に求めた空間相関値を取り出し、_ＭＣ_２個の空間相関値全体について評価し、最小値を取る経路組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（min_1）を採用する。この際の空間相関値全体についての評価には、例えば、２経路について求められた空間相関値全ての積を用いることができる。
【００３２】
図７は、図４〜図６に対応して選択される経路の説明図であり、Ｍ＝４、Ｎ＝３の場合を想定している。上記説明から明らかなように、ここでは４個の候補経路Path-1、Path-2、Path-3およびPath-4 の中から３個の経路の組み合わせを求め、各組み合わせに対して２経路の空間相関値を取り出し、それら空間相関値の積をその経路組み合わせの空間相関値としており、それが最小値0.012 を示す経路Path-1、Path-2およびPath-4 が選択される。
なお、最小値をとる経路組み合わせが複数存在する場合には、例えば、２経路の空間相関値が小さいものを多く含む組み合わせを選択するようにすればよい。これでも複数の経路組み合わせが存在する場合には、先に保持した、リンクステータス情報を基にした各経路の経路評価値より組み合わせ全体の評価値、例えば経路評価値の総和を求め、最良の組み合わせを選択するようにすればよい。
【００３３】
また、上記の場合、選択される経路組み合わせに最小コストの経路が必ずしも含まれるとは限らない。コストを重視し、最小コストの経路を含める運用方針の場合には、最小コストの経路を含む組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（ｋ）のみを選択の対象として上記計算を行えばよい。
さらに、上記計算によって選択された全ての経路が断になる場合に備えて、経路組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（min_1）に含まれる経路を全く含まない組み合わせの中から空間相関値について同様に評価を行い、最小値を取る経路組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（min_2）を求め、この手順をさらに繰り返して経路組み合わせＰ_Ｍ，Ｎ（min_i）間で重複した経路を含まないようＰ_Ｍ，Ｎ（min_3）、...Ｐ_Ｍ，Ｎ（min_L）を求め、これら経路組み合わせを同時あるいは補完的に選択するようにすることもできる。
【００３４】
経路間重み決定手段４が各経路を構成するリンクの属性値を基にトラヒック分配に関わる経路間の比重を算出し、経路設定手段３がユーザデータの経由する経路を明示的に設定、確立するための処理を行うことは、従来の選択方式と同様である。
【００３５】
図８は、図４〜図７に対応して本発明の経路選択方式により選択される経路の例を示している。
なお、本発明は、選択されるＮ個の経路が全て同時に使用されるものに限られない。例えば、通常はＮ個のうちの１個だけを使用し、他はバックアップ用とする態様をも含む。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、降雨減衰や電波干渉など無線通信環境の変化に起因する品質劣化が同時には発生しにくい、空間相関が低い複数の経路が通信経路として選択されるので、無線通信環境の品質劣化に起因する無線ノード間通信途絶の発生頻度が低減され、ダイバーシチ効果を高めることができ、高品質、高信頼性の通信サービスの提供、あるいはサービスの差別化が可能となる。
【００３７】
また、請求項２の発明によれば、リンクステータス情報データベースが各ノードに接続された収容端末やサブネットワークの属性に関する属性情報をも含むので、収容端末やサブネットワークをも含んだ通信網における最適な通信経路を選択することができるようになる。
また、請求項３の発明によれば、最適な通信経路を選択するに際し、各無線ノードの位置情報を容易にしかも正確に取得することができるようになる。
また、請求項４の発明によれば、最小値をとる経路組み合わせが複数存在する場合にも最適な通信経路を選択することができるようになる。
また、請求項５の発明によれば、選択される通信経路に必ず最小コストの経路を含ませることができるので、コストを重視した運用が可能になる。
さらに、請求項６の発明によれば、選択された全ての経路が断になる場合に備えることができ、通信の確実性を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】位置情報データベースの構成例を示す構成図である。
【図３】本発明により算出される候補経路の例を示す説明図である。
【図４】候補経路と経路評価値との対応関係の例を示す説明図である。
【図５】二つの無線リンクにおける降雨減衰相関の計算のためのモデル図である。
【図６】候補経路のうちの２経路間での空間相関値の例を示す説明図である。
【図７】本発明により選択される経路の説明図である。
【図８】本発明により選択される経路の例を示す説明図である。
【図９】メッシュ型無線通信網の構成を示す構成図である。
【図１０】従来の経路選択方式を示す機能ブロック図である。
【図１１】候補経路と経路評価値との対応関係の例を示す説明図である。
【図１２】従来の経路選択方式により選択される通信経路の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・網情報管理手段、２・・・経路選択手段、３・・・経路設定手段、４・・・経路間重み決定手段、５・・・網情報送受信手段、６・・・リンクステータス情報データベース、７・・・候補経路算出手段、８・・・自ノード位置情報取得手段、９・・・位置情報データベース、１０・・・低空間相関経路選択手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises a plurality of radio nodes and a point-to-point (P-P) type radio link connecting the radio nodes, and is directly between arbitrary radio nodes or via one or more radio nodes. In particular, a route selection method in a mesh-type wireless communication network that communicates with each other through multiple routes with low spatial correlation, especially where quality degradation due to changes in the wireless communication environment such as rain attenuation and radio wave interference is unlikely to occur at the same time. The present invention relates to a route selection method in a mesh-type wireless communication network in which the frequency of occurrence of communication interruption between wireless nodes due to quality degradation of the wireless communication environment is reduced by selecting as a route, and the diversity effect is enhanced.
[0002]
[Prior art]
The mesh-type wireless communication network includes a plurality of wireless nodes that perform wireless communication, and each wireless node is connected to a plurality of wireless nodes by using a point-to-point (P-P) type wireless link. It is a network that enables communication between nodes directly or via one or more wireless nodes.
[0003]
FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a mesh-type wireless communication network. This communication network connects a plurality of wireless nodes A to J and a point-to-point (P-P) connection between these wireless nodes. It consists of a radio link. A node and a subnetwork can be accommodated in the node, and FIG. 9 shows an example in which the terminals A and J and the subnetworks A and J are accommodated in the nodes A and J, respectively. Communication from an arbitrary node, accommodating terminal or subnetwork to another node, accommodating terminal or subnetwork is performed via a wireless link between the nodes or a plurality of nodes.
[0004]
In the normal Internet where communication is performed between arbitrary nodes, regardless of the transmission medium such as wireless or wired, the change of the communication path is generally due to the disappearance and failure of the link due to failure such as router failure or line disconnection. It is done according to the restoration of For example, OSPF (Open Shortest Path First), which is one of the routing protocols, updates and publicizes link status information, which is information related to link attributes, when a failure occurs, and re-creates route information that has removed links that have disappeared due to the failure. Calculate and select the optimal communication path. When the link recovers from the failure, route information including the recovered link is recalculated to select an optimal communication route. For this reason, the routing protocol in the Internet has a function of transmitting and receiving information to and from each other according to the disappearance and restoration of the link. The link status information includes physical link attribute values such as the bandwidth and delay of the link connected to the router, and the path selection algorithm selects a communication path in consideration of these attribute values. In QoS (Quality of Service) routing, a communication path is selected in consideration of attribute values such as a surplus bandwidth of a link in addition to the above attribute values.
[0005]
In a communication network that has multiple communication paths or links from its own node to any destination node, it is possible to distribute traffic to multiple communication paths or links so that traffic does not concentrate on specific communication paths or links. Has been done. In this method, a plurality of communication paths from a transmission node to a destination node are set in advance using techniques such as source routing and MPLS (Multi Protocol Label Switching), and traffic is distributed among the plurality of communication paths. There is. Also in this case, the link attribute value is considered in selecting a plurality of communication paths and distributing traffic.
[0006]
FIG. 10 is a functional block diagram showing a conventional route selection method in a mesh-type wireless communication network. Each wireless node has network information management means 1, route selection means 2, route setting means 3, and inter-path weight determination means 4. And network information transmitting / receiving means 5.
[0007]
The network information management means 1 acquires attribute information related to the attributes of the radio link connected to the own node as link status information related to the own node and various attribute information related to the attributes of the accommodation terminal, the subnetwork, and the like. It is stored in the link status information database 6.
[0008]
The network information transmitting / receiving unit 5 transmits the link status information acquired by the network information managing unit 1 to the adjacent node as network information together with an address for identifying the own node. In addition, network information of other nodes is received from adjacent nodes. The received network information of the other nodes is stored in the link status information database 6 together with the link status information regarding the own node. Thereby, the link status information database 6 in each node finally stores the link status information of the entire communication network.
[0009]
The candidate route calculation means 7 in the route selection means 2 is a 1 to reach any destination node from its own node by a method based on the route selection policy of the network administrator based on the link status information stored in the link status information database 6. One or a plurality of candidate routes are calculated. The route selection policy is to adopt, for example, the number of hops and the total link cost as a route evaluation target item and select a route having a smaller evaluation value.
[0010]
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a candidate route and a route evaluation value. In this example, the sum of link costs in each candidate route is used as a route evaluation value, and the candidate route calculation means 7 preferentially selects a candidate route having a smaller route evaluation value.
[0011]
The inter-path weight determining unit 4 calculates the specific gravity between the radio paths involved in traffic distribution based on the attribute values of the radio links constituting each candidate path when communication is performed using a plurality of paths.
[0012]
The route setting means 3 performs processing for explicitly setting and establishing a route so that the user data passes through the communication route calculated by the candidate route calculation means 7. In this process, for example, route information including a route identifier is notified to a node on the calculated route, and each node stores a combination of an input interface and an output interface related to the route identifier as a route table in its own node. Or by using a uniquely identifiable address assigned to each node and creating a routing table in each node that associates the destination address with the address of the next hop node.
[0013]
In this way, the communication route between nodes is explicitly set in advance as a route table when a network is constructed prior to communication between any nodes in the communication network, when a new node is added, or when a certain period of operation has elapsed. Established. A communication path between nodes at the time of communication is selected by referring to this path table.
[0014]
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a communication path selected by the conventional path selection method. Prior to communication from the wireless node A to the wireless node J, three paths ADGHJ, ADEIJ, and ABEFJ Path-1, Path1 -2 and Path-3 are examples of communication routes selected. If there is a rain that causes a link break in the areas near Nodes D and E, the three links Path-1, Path-2, and Path-3 are generated by disconnecting the radio links DG, DE, and BE. Both cannot be used, and communication between the wireless nodes A and J is interrupted.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional route selection method, a plurality of physical link attribute values such as link bandwidth and delay, attribute values such as excess link bandwidth, and link status information such as link disappearance and restoration are considered. Although a communication route is selected, the communication route selected by such a conventional route selection method is not necessarily optimal when the communication route is a wireless link. In other words, when a plurality of geographically close communication paths are selected, the spatial correlation of communication quality deterioration between the communication paths becomes high, so there is a probability that the quality of all the communication paths deteriorates at the same time, for example, when it rains. The performance of the entire network system may be significantly degraded.
[0016]
An object of the present invention is to provide a route selection method in a mesh type wireless communication network in which the frequency of occurrence of communication interruption between wireless nodes caused by quality deterioration of the wireless communication environment such as rain attenuation and radio wave interference is reduced and the diversity effect is enhanced. There is to do.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is composed of a plurality of radio nodes and a point-to-point (P-P) type radio link for connecting the radio nodes. In the route selection method in the mesh type wireless communication network in which communication is performed directly or via one or more wireless nodes, each wireless node obtains attribute information regarding the attribute of the wireless link connected to the own node; Means for acquiring geographical position information of the own node; and transmitting / receiving means for transmitting the attribute information and the position information to other nodes constituting the wireless communication network and receiving attribute information and position information transmitted from the other nodes And a link status information database of the wireless communication network based on the attribute information acquired by the own node and the attribute information transmitted from another node. The location information database for all nodes constituting the wireless communication network is created based on the location information acquired by the own node and the location information transmitted from other nodes, and the link status information database and the location information database are created. Management means, and candidate path calculation means for calculating M (M is an integer of 3 ≦ M) paths between any two nodes constituting the wireless communication network using the link status information database, A spatial correlation value between the M paths is calculated using the position information database, and N paths (N is an integer of 2 ≦ N ≦ M) having a low spatial correlation among the M paths. And a low spatial correlation route selection means for selecting a communication route as a communication route.
[0018]
The invention of claim 2 is a link status information database in which attribute information related to attributes of radio links connected to the own node is added to attribute information related to attributes of accommodation terminals and sub-networks connected to each node. It is characterized by creating.
The invention according to claim 3 is characterized in that the means for acquiring the geographical position information of the own node acquires position information using a GPS (Global Positioning System) or a numerical map. Is.
The fourth aspect of the invention is characterized in that the low spatial correlation route selection means selects a communication route in consideration of a route evaluation value.
The invention according to claim 5 is characterized in that the low spatial correlation route selection means selects a communication route so that a route with the lowest cost is included.
Further, the invention of claim 6 is characterized in that the route selection processing by the low spatial correlation route selection means is repeated for a route that does not include a route that has already been selected.
[0019]
According to the first aspect of the present invention, a plurality of paths having a low spatial correlation of quality deterioration of the wireless communication environment such as rain attenuation and radio wave interference are selected as communication paths. The frequency of disruption can be reduced and the diversity effect can be enhanced.
[0020]
According to the invention of claim 2, since the link status information database also includes attribute information relating to the attributes of the accommodated terminals and sub-networks connected to each node, it is optimal for a communication network including the accommodated terminals and sub-networks. It becomes possible to select a proper communication path.
According to the invention of claim 3, when selecting the optimum communication path, the position information of each wireless node can be acquired easily and accurately.
According to the invention of claim 4, the optimum communication path can be selected even when there are a plurality of path combinations having the minimum value.
Further, according to the invention of claim 5, since the communication path to be selected can always include the path with the minimum cost, it is possible to operate with an emphasis on cost.
Furthermore, according to the invention of claim 6, it is possible to prepare for the case where all the selected and operated routes are disconnected.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. FIG. 1 illustrates that each wireless node includes its own node location information acquisition unit 8, that the network information management unit 1 includes a location information database 9, and that the route selection unit 2 includes a low spatial correlation route selection unit 10. Therefore, in the following, these different points will be mainly described.
[0022]
The own node position information acquisition means 8 acquires spatial position information of the own node. For example, the own node position information acquisition means 8 acquires position information using a GPS (Global Positioning System) or a numerical map such as the Geographical Survey Institute. The location information is obtained by command input by the operator using a numerical map created by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism.
[0023]
The network information management means 1 stores the link status information related to its own node in the link status information database 6 as well as the conventional route selection method, and also stores the position information of its own node from its own node position information acquisition means 8 in the position information database. 9 is stored.
[0024]
The network information transmitting / receiving unit 5 transmits the position information acquired by the position information acquiring unit 8 to the adjacent node as network information together with the link status information. In addition, network information including position information of other nodes is received from the adjacent node. The link status information in the received network information of the other nodes is stored in the link status information database 6 together with the link status information related to the own node, and the position information is stored in the position information database 9 together with the position information of the own node. Finally, link status information of the entire communication network is stored in the link status information database 6, and node position information of the entire communication network is stored in the position information database 9.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the position information database 9, and the node positions are stored in east longitude and north latitude corresponding to the address of each node.
[0025]
Candidate route calculation means 7 changes from its own node to any destination node by a method based on the route selection policy of the network administrator based on the link status information stored in the link status information database 6 as in the conventional route selection method. M candidate routes are calculated. In the present invention, since N routes having low spatial correlation are finally selected from the M candidate routes calculated by the candidate route calculation means 7, M is an integer of 3 or more, and N is 2 or more. And an integer less than or equal to M is meaningful. Here, the route evaluation value of each route obtained by the candidate route calculation means 7 when calculating the candidate route, for example, the number of hops, the cost of the route, and the like are held.
[0026]
FIG. 3 shows an example of candidate routes calculated according to the present invention. In this example, M = 4, and four candidate routes Path-1, Path-2, Path-3, and Path-4 are calculated as candidate routes from the wireless node A to the wireless node J. FIG. 4 shows an example of the correspondence between these candidate routes and route evaluation values.
[0027]
The low spatial correlation route selection means 10 calculates the spatial correlation value between the two routes for all combinations of two routes that can be taken from the candidate route set consisting of M candidate routes, and based on this, the spatial correlation value is calculated. Select a small number of N paths.
As described below, the spatial correlation value between the two paths is obtained, for example, by extracting one link from each of the radio link groups constituting each path, and obtaining the spatial correlation value between these two links. It is calculated by finding all combinations of two links that can be taken from two wireless link groups, and calculating the arithmetic average value of these spatial correlation values.
[0028]
Regarding spatial correlation between links, for example, a report on research practical application (Vol. 25, No. 2) entitled “Estimation of Rain Attenuation Differences in Adjacent Sections of Quasi-Millimeter Wave Bands” was published in 1976. According to this, when the correlation coefficient ρ (d) of point rain attenuation is given by the following equation (1) as a function of the distance d [km] between two points,

Where α represents a correlation coefficient parameter.
The correlation coefficient ρ (a, b) of the section rain attenuation in the model for calculating the rain attenuation correlation in the two radio links shown in FIG. 5 is the distance between the moving points on the two radio links a and b (the radio link). The value of the line integral for the correlation coefficient at the moving point on a and the moving point on radio link b) is a numerator, and the distance between two moving points on each radio link (the moving point on radio link a) sa And ta Distance between them, or moving point sb on the radio link b And tb (Distance between) can be expressed by the following equation (2), which is a function having the denominator as the square root of the product of line integral values with respect to the correlation coefficient.

However, “‖ ‖” and “||” are vector lengths [km], Da and Db are the lengths [km] of radio links a and b, and X0 and Y0 are radio links a and 0 from the origin 0 representing the start point. A vector to b, u and v are unit vectors representing the directions of the radio links a and b, and s and t represent moving points on the radio links a and b.
[0029]
In the low spatial correlation route selection means 10 of the present invention, for example, the above-mentioned reported correlation coefficient of rain attenuation can be approximately regarded as the correlation coefficient of the section rainfall intensity. Wireless link ai J radio links bj constituting path B with The calculation of obtaining one correlation coefficient ρ (ai, bj) between these two links is performed for all the combinations, and the correlation coefficient ρ (ai, bj) obtained thereby is obtained. Can be calculated according to the following equation (3) to calculate the spatial correlation value ρ (A, B) between the paths A and B.

However, 1 ≦ i ≦ I and 1 ≦ j ≦ J.
[0030]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a spatial correlation value between two of the candidate routes. Spatial correlation values between the paths Path-1 and Path-4 in the four candidate paths Path-1, Path-2, Path-3 and Path-4 calculated as candidate paths from the wireless node A to the wireless node J The example is the minimum and the spatial correlation value between the paths Path-3 and Path-4 is the maximum.
[0031]
Further, the selection of N routes having a small spatial correlation value based on the spatial correlation value between the two routes is performed as follows, for example.
First, a combination P _{M, N} (k) obtained by extracting N routes from the candidate route set including M candidate routes, where 1 ≦ k ≦ _M C _N , where _M C _N Represents the number of N combinations in the M sets. )
Next, for each combination, the previously obtained spatial correlation values for any two paths in N are taken out, _M C all the _two spatial correlation values are evaluated, and the path combination P _{M, N} (min_1) is adopted. For the evaluation of the entire spatial correlation value at this time, for example, the product of all the spatial correlation values obtained for the two paths can be used.
[0032]
FIG. 7 is an explanatory diagram of paths selected corresponding to FIGS. 4 to 6 and assumes a case where M = 4 and N = 3. As is clear from the above description, here, a combination of three routes is obtained from the four candidate routes Path-1, Path-2, Path-3, and Path-4, and two routes are obtained for each combination. Spatial correlation values are taken out, and the product of these spatial correlation values is used as the spatial correlation value of the path combination, and paths Path-1, Path-2, and Path-4 having the minimum value 0.012 are selected.
When there are a plurality of path combinations that take the minimum value, for example, a combination that includes a large number of two paths having a small spatial correlation value may be selected. If there are still multiple route combinations, the best combination is obtained by calculating the evaluation value of the entire combination, for example, the sum of the route evaluation values, from the route evaluation values of each route based on the link status information previously held. Should be selected.
[0033]
In the above case, the route with the lowest cost is not necessarily included in the selected route combination. In the case of an operation policy that places importance on cost and includes a route with the lowest cost, the above-described calculation may be performed by selecting only the combination P _{M, N} (k) including the route with the lowest cost.
Further, in the case where all the routes selected by the above calculation are broken, the spatial correlation value is similarly evaluated from combinations that do not include any routes included in the route combination P _{M, N} (min_1). , path combination P _M takes the smallest _value, determined the _{N (min_2),} path combination P _M further repeating this _procedure, so that does not include a path overlapping between _{_{N (min_i) P M, N}} (min_3) ,. ..P _{M, N} (min_L) can be obtained and these path combinations can be selected simultaneously or complementarily.
[0034]
The route weight determination unit 4 calculates the specific gravity between routes related to traffic distribution based on the attribute values of the links constituting each route, and the route setting unit 3 explicitly sets and establishes the route through which user data passes. The processing for this is the same as the conventional selection method.
[0035]
FIG. 8 shows an example of a route selected by the route selection method of the present invention corresponding to FIGS.
Note that the present invention is not limited to the case where all of the selected N routes are used simultaneously. For example, it includes a mode in which usually only one of N is used and the other is used for backup.
[0036]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, a plurality of paths having low spatial correlation that are unlikely to cause quality degradation due to changes in the wireless communication environment such as rain attenuation and radio wave interference simultaneously. Since it is selected as a route, the frequency of communication interruptions between wireless nodes due to degradation in the quality of the wireless communication environment can be reduced, the diversity effect can be enhanced, and high-quality and highly reliable communication services can be provided or services. Can be differentiated.
[0037]
According to the invention of claim 2, since the link status information database also includes attribute information relating to the attributes of the accommodated terminals and sub-networks connected to each node, it is optimal for a communication network including the accommodated terminals and sub-networks. It becomes possible to select a proper communication path.
According to the invention of claim 3, when selecting the optimum communication path, the position information of each wireless node can be easily and accurately acquired.
According to the invention of claim 4, the optimum communication path can be selected even when there are a plurality of path combinations having the minimum value.
Further, according to the invention of claim 5, since the communication path to be selected can always include the path with the minimum cost, it is possible to operate with an emphasis on cost.
Furthermore, according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to prepare for the case where all the selected routes are cut off, and the reliability of communication can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration example of a position information database.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of candidate routes calculated according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a candidate route and a route evaluation value.
FIG. 5 is a model diagram for calculating a rain attenuation correlation in two radio links.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a spatial correlation value between two of candidate paths.
FIG. 7 is an explanatory diagram of routes selected according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a route selected by the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a mesh type wireless communication network.
FIG. 10 is a functional block diagram showing a conventional route selection method.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of a correspondence relationship between a candidate route and a route evaluation value.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a communication path selected by a conventional path selection method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Network information management means, 2 ... Route selection means, 3 ... Path setting means, 4 ... Inter-path weight determination means, 5 ... Network information transmission / reception means, 6 ... Link status Information database, 7 ... candidate route calculation means, 8 ... local node position information acquisition means, 9 ... position information database, 10 ... low spatial correlation route selection means

Claims

複数の無線ノードと、上記無線ノード間を接続するＰ−Ｐ（Point-to-Point）型無線リンクとから構成され、任意の無線ノード間において直接もしくは１以上の無線ノードを介して通信を行うメッシュ型無線通信網における経路選択方式において、
各無線ノードは、
自ノードに接続されている無線リンクの属性に関する属性情報を取得する手段と、
自ノードの地理的な位置情報を取得する手段と、
上記属性情報および上記位置情報を無線通信網を構成する他ノードに送信するとともに他ノードから送信される属性情報および位置情報を受信する送受信手段と、
自ノードが取得した上記属性情報および他ノードから送信された上記属性情報に基づいて無線通信網のリンクステータス情報データベースを作成し、自ノードが取得した上記位置情報および他ノードから送信された上記位置情報に基づいて無線通信網を構成する全ノードについての位置情報データベースを作成し、それらリンクステータス情報データベースおよび位置情報データベースを管理する手段と、
上記リンクステータス情報データベースを用いて無線通信網を構成する任意の２つのノード間のＭ個（Ｍは、３以上の整数）の経路を算出する候補経路算出手段と、
上記Ｍ個の経路間での空間相関値を上記位置情報データベースを用いて算出し、上記Ｍ個の経路の内の空間相関の低いＮ個（Ｎは、２以上でＭ以下の整数）の経路を通信経路として選択する低空間相関経路選択手段とを備えることを特徴とするメッシュ型無線通信網における経路選択方式。It is composed of a plurality of wireless nodes and a PP (Point-to-Point) type wireless link that connects the wireless nodes, and performs communication between arbitrary wireless nodes directly or via one or more wireless nodes. In the route selection method in the mesh type wireless communication network,
Each wireless node
Means for obtaining attribute information relating to attributes of the radio link connected to the own node;
Means for obtaining geographical location information of the own node;
A transmission / reception means for transmitting the attribute information and the position information to another node constituting the wireless communication network and receiving the attribute information and the position information transmitted from the other node;
Based on the attribute information acquired by the own node and the attribute information transmitted from the other node, a link status information database of a wireless communication network is created, and the position information acquired by the own node and the position transmitted from the other node Means for creating a location information database for all nodes constituting the wireless communication network based on the information, and managing the link status information database and the location information database;
Candidate route calculation means for calculating M (M is an integer of 3 or more) routes between any two nodes constituting a wireless communication network using the link status information database;
A spatial correlation value between the M paths is calculated using the position information database, and N paths (N is an integer of 2 or more and M or less) having a low spatial correlation among the M paths. A path selection method in a mesh-type wireless communication network, comprising: a low spatial correlation path selection unit that selects a path as a communication path.

上記自ノードに接続されている無線リンクの属性に関する属性情報に、各ノードに接続された収容端末やサブネットワークの属性に関する属性情報をも加えてリンクステータス情報データベースを作成することを特徴とする請求項１に記載のメッシュ型無線通信網における経路選択方式。A link status information database is created by adding attribute information related to attributes of wireless terminals connected to each node to the attribute information related to the accommodated terminals and sub-networks connected to each node. Item 4. A route selection method in the mesh type wireless communication network according to item 1.

上記自ノードの地理的な位置情報を取得する手段は、ＧＰＳ（Global Positioning System）あるいは数値地図を利用して位置情報を取得するものであることを特徴とする請求項１または２に記載のメッシュ型無線通信網における経路選択方式。3. The mesh according to claim 1, wherein the means for acquiring geographical position information of the own node acquires position information using a GPS (Global Positioning System) or a numerical map. Route selection method in type wireless communication network.

上記低空間相関経路選択手段は、経路評価値をも考慮して通信経路を選択することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメッシュ型無線通信網における経路選択方式。The route selection method in the mesh type wireless communication network according to any one of claims 1 to 3, wherein the low spatial correlation route selection means selects a communication route in consideration of a route evaluation value.

上記低空間相関経路選択手段は、最小コストの経路が含まれるように通信経路を選択することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメッシュ型無線通信網における経路選択方式。5. The route selection method in a mesh type wireless communication network according to claim 1, wherein the low spatial correlation route selection means selects a communication route so that a route with a minimum cost is included.

上記低空間相関経路選択手段による経路の選択処理を、既に選択された経路を全く含まない経路について繰り返して行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のメッシュ型無線通信網における経路選択方式。6. The mesh type wireless communication network according to claim 1, wherein the route selection processing by the low spatial correlation route selection means is repeated for a route that does not include a route that has already been selected. Route selection method.