JP4202865B2

JP4202865B2 - アドホックネットワークにおける公衆網接続用ゲートウェイの選択方法、および端末

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Publication number: JP4202865B2
Application number: JP2003306904A
Authority: JP
Inventors: 高明森谷; 浩行大西; 淳一古賀; 昌彦野口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005079827A

Description

本発明は、他端末から送信された無線信号パケットを中継する機能を備えた無線送受信機を有する１つ以上の端末と、端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイから構成されるアドホックネットワークに属する端末が公衆網に属する端末と接続し通信を行うにあたって、公衆網に接続する機能を有する複数のゲートウェイの中から最適なゲートウェイを選択する方法に関する。

アドホックネットワークは、無線通信機能を有する移動端末が集合し構成されるネットワークであり、電波が届かず直接情報を交換できない移動端末同士の間で、途中の移動端末が中継する機能、すなわちマルチホップ機能により互いに情報交換が可能であるという特徴を持つ(非特許文献１)。また、一般に、アドホックネットワークに属する移動端末が公衆網に属する端末に接続し通信を行うためには、アドホックネットワーク内に、公衆網に接続する機能を有するゲートウェイが設置される。ここで、公衆網とは一般にインターネット固定網を指す。

アドホックネットワークについて図面を用いて説明する。図７は、アドホックネットワークに属する２つの端末が互いに隣接関係にある状態を図示したもので、１１および１２は隣り合う端末、１３および１４はそれぞれ端末１１および端末１２が発信する無線電波の到達範囲を表す。端末１１が１３の円内に存在し、かつ端末１２が１４の円内に存在するとき、端末１１と端末１２は互いに無線電波による通信データもしくはパケットを送受信可能な状態にあり、このアドホックネットワークにおいて隣接関係にある。この状態を結線１５によって示す。

隣接関係にある端末組が集合することによって、アドホックネットワークが形成される。図８はアドホックネットワークにおいてゲートウェイが唯一つ存在する場合を図示したもので、A〜GおよびXはアドホックネットワーク１１０に属する端末であり、このうちXのみが、公衆網１１１に接続する機能を有するゲートウェイである。Nは公衆網１１１に属する端末であって、Xは公衆網内の経路１７を利用して端末Nに接続し通信を行うことが可能である。図８のアドホックネットワーク１１０における結線群１６は、図７における結線１５の集合であり、これによってアドホックネットワーク１１０が形成される。互いに結線１６が結ばれていない端末同士は、隣接関係になく直接電波を送り通信することはできないが、他の端末に送信パケットを中継してもらうこと、すなわちマルチホップ中継機能を有するアドホックネットワーク用ルーティングプロトコルを用いることによって、直接の無線到達範囲にない端末同士であっても通信を行うことが可能である。すなわち図８において、アドホックネットワーク１１０に属する全ての端末A〜GおよびXは、マルチホップ中継機能を用いて互いに通信可能である。例えば、図８のアドホックネットワーク１１０において、端末Dは端末Eおよび端末Aと隣接関係にあり、端末Dは端末EおよびAと電波を用いてデータないしパケットを直接送受信することが可能である。端末Dは端末Bとは隣接関係になく直接電波を送受信しあうことはできないが、端末Dまたは端末Bが電波発信するデータないしパケットを端末Aが中継することによって、端末Dおよび端末Bは互いに通信を行うことが可能である。

さらに、端末Aが公衆網１１１に属する端末Nに接続し通信を行うためには、端末Aは、公衆網１１１との接続機能を有し、かつアドホックネットワーク１１０に属するゲートウェイであるXを利用しなければならない。端末Aがゲートウェイを利用し公衆網に属する端末Nと通信を行う際に必要な経路を確立する技術に関しては、特許文献１などに記されているが、端末Aは端末Nに対する通信を試みる際にまず、公衆網１１１との接続機能を有し、かつアドホックネットワーク１１０に属するゲートウェイであるXの存在、および端末AからXに至る経路を知らなければならない点に留意しなければならない。

アドホックネットワークに属する端末がアドホックネットワーク内に存在する一つのゲートウェイを発見する方法は、非特許文献２によって説明されており、２つの方法がある。

１つ目は、ゲートウェイがゲートウェイの存在を知らせることを目的として広告メッセージをアドホックネットワーク内の全端末に対して定期的にブロードキャスト送信するプロトコルである。２つ目は、アドホックネットワーク内の端末１が公衆網への接続を要する際、端末１がゲートウェイを発見することを目的としてアドホックネットワーク内に存在する全てのゲートウェイを宛先とした要請メッセージをマルチキャスト送信し、要請メッセージを受信したゲートウェイが該ゲートウェイ自身の存在を知らせるための広告メッセージを端末１に対して送信するプロトコルである。これら２つのゲートウェイ発見プロトコルいずれかを用いることにより、アドホックネットワーク内の端末は、公衆網接続機能を有するゲートウェイを発見することができる。これらゲートウェイ発見プロトコルは、マルチホップ中継機能を有するアドホックネットワーク用ルーティングプロトコル上で動作するため、端末１はゲートウェイを発見した段階で、該ゲートウェイに至る経路、あるいは該ゲートウェイにパケットを送信する際に無線電波を送信すべき隣接の中継端末（ネクストホップ端末）のいずれかを知り、そのことを端末１の経路表（ルーティングテーブル）に記載する。端末１が知りうる内容が、該ゲートウェイに至る経路全体に関する情報であるか、あるいは該ゲートウェイにパケットを送信する際に無線電波を送信すべき隣接のネクストホップ中継端末のいずれであるかは、アドホックネットワークにおいて動作しているルーティングプロトコルの種類および端末１の仕様に依存することであって、本発明の対象および本発明の効果とは無関係であるので、簡単のため本発明の対象においては、端末１は該ゲートウェイに至る経路全体を知り、それを端末１の経路表に記載することが可能であると仮定する。

例えば図８において、アドホックネットワーク１１０内の端末Aは、上記２つのいずれかのゲートウェイ発見プロトコルに基づいてゲートウェイXを発見し、Xに至る経路すなわち端末BおよびCを経てXに至る経路を端末Aの経路表に記載する。端末Aは、端末Nのアドレスを宛先とするパケットを送信するとき、前記経路表に基づきこのパケットをゲートウェイXに対して送信する。このパケットはアドホックネットワーク１１０内の端末BおよびCによって中継されゲートウェイXに達し、ゲートウェイXおよび経路１７を経由し、端末Nに至る。

以上述べたように、従来技術を用いることにより、アドホックネットワーク内の端末はアドホックネットワーク内に存在する一つのゲートウェイを発見し該ゲートウェイを利用して公衆網に接続することが可能である。ただし、上述のゲートウェイ発見に関する２つの方法は、上記文献においてアドホックネットワークにゲートウェイが唯一つ存在する場合に限ると明記されている。

また、本発明の対象であるアドホックネットワークは、一つの無線チャネル共有した複数の端末によって構成される網であるため、端末の無線電波到達範囲に他の端末群が存在する場合、１つあたりの端末が無線通信に利用できる帯域は、本来の無線チャネル自体が有している帯域と比べて非常に狭くなる。この事実は、アドホックネットワークにおいて伝送されるパケットが途中の端末によって中継されるマルチホップ動作が繰り返され宛先まで伝達されるという特性により、パケットが通過するアドホックネットワーク内のマルチホップ経路の帯域が、本来無線チャネル自体が持つ帯域に比べ狭くなることを意味する。それに加えて、アドホックネットワーク内の端末は移動することが可能であるため、アドホックネットワーク内の端末の周辺の無線帯域およびマルチホップ経路の帯域は時々刻々動的に変化する。アドホックネットワーク内のマルチホップ経路の実効的な帯域を算出するには、各端末がその周辺の無線チャネルの利用状況を監視し、それを基にマルチホップ経路の帯域を算出するという手順が必要となる。なお、各端末がその周辺の無線チャネルの利用状況を監視する技術は、非特許文献３にて「ビジー割合の定義」などとして紹介されている。マルチホップ経路の帯域を算出する方法は必ずしも一通りでなく、例えば次のような方法が考えられる。例えば、図８において端末Aの監視する近傍無線帯域実効値が４Mbps、端末Bの監視する近傍無線帯域実効値が５Mbps、端末Cの監視する近傍無線帯域実効値が２Mbps、ゲートウェイXが監視する近傍無線帯域実効値が３Mbps、およびゲートウェイXが監視する公衆網接続のための有線経路の帯域が１００Mbpsであったとして、端末Aが端末Bおよび端末CおよびゲートウェイXに至る経路５１を経由して公衆網１１１に属する端末Nに接続するとき、この経路５１上の各端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｘが監視する無線帯域値の最小値、すなわち端末Cが監視した２Mbpsを以て、この経路５１の帯域値と定義することが可能である。
特開２００２―３５４０１６号公報 Charles Perkins著「Ad Hoc Networking」Addison-Wesley Pub Co出版2000年12月 R. Wakikawa, J.T. Malinen, C.E. Perkins, A. Nilsson, A.J. Tuominen 著「Global connectivity for IPv6 Mobile Ad Hoc Networks.」（２００２年、IETF (Internet Engineering Task Force) Internet-Draft, draft-wakikawa-manet-globalv6-02.txt）箱田純一、上原秀幸、横山光雄著「リンクの寿命とノード負荷を考慮したアドホックルーチングプロトコルの特性評価」（電子情報通信学会論文誌B, vol. J85―B. No. 12, pp. 2108―2118,２００２年１２月）の２１１０頁第３節

上述した従来のゲートウェイ発見プロトコルは、アドホックネットワークにゲートウェイが唯一つ存在する場合を想定した方法であって、アドホックネットワークにゲートウェイが複数存在することを前提としていない。ゲートウェイが複数存在する場合、各ゲートウェイは各々の通信品質をもって公衆網に接続しており、その品質は全てのゲートウェイにおいて同等であるとは限らない。それだけではなく、[背景技術]で述べたように、各ゲートウェイに至るアドホックネットワーク内の各経路の品質は、各経路ごとに大きく異なり、かつ動的に変化する。したがって、たとえ仮に上述した従来のプロトコルを基にしてアドホックネットワーク内の端末が複数のゲートウェイを発見することが可能であったとしても、発見した複数のゲートウェイの中のいずれが最適であるか判断する基準が明確に存在しない。

したがって、本発明の第１の目的は、この問題を解決し、公衆網に接続する端末が複数のゲートウェイの中から最適なゲートウェイを選択する方法を提供することにある。

また、上述のようにアドホックネットワークにおける通信品質上の最大の問題点は、アドホックネットワークにおけるマルチホップ経路の帯域の狭さとその動的な変化である。

したがって、本発明の第２の目的は、公衆網に接続する端末がゲートウェイを選択するにあたり、前述のようにアドホックネットワーク内の経路の帯域状況を考慮することを可能にする方法を提供することにある。

また、アドホックネットワークにおける端末が、ゲートウェイを発見する段階において、同一のゲートウェイに対して複数の経路が存在することを知る場合があるが、そのような場合においていずれの経路を選択するべきであるかという基準としては、一般に旧来からホップ数が用いられてきた。しかし[背景技術]の項にて述べたように、アドホックネットワークにおいてはマルチホップ経路の帯域の狭さとその動的な変化が大きな通信品質上の障害となっていることから、ホップ数の代わりにマルチホップ経路の帯域に関する情報を利用して、端末からゲートウェイに至る経路を適切に選択する機構を提供することが、本発明の第３の目的である。

さらに、本発明の第４の目的は、上記方法を実施するための端末およびゲートウェイを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のゲートウェイ選択方法では、無線信号パケットを中継する機能を備える複数の端末と、前記端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイから構成されるアドホックネットワークで行われるゲートウェイ選択方法であって、
公衆網に接続することを試みる第１の端末が、ゲートウェイを探索するためのゲートウェイ要請メッセージを送信する段階と、
前記第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末が前記ゲートウェイ要請メッセージを転送する段階と、
各ゲートウェイが該ゲートウェイ自身によって監視されている帯域に関する情報を記述した帯域情報通知メッセージを作成し、前記第１の端末に対して送信する段階と、
前記第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末が、該端末によって監視されている無線帯域に関する情報を、前記帯域情報通知メッセージに追記して中継する段階と、
選択された前記経路上の端末が、該端末が監視する無線帯域に関する情報を記載したメッセージである帯域情報通知メッセージを作成し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする段階と、
前記隣接端末が、該隣接端末周辺の無線帯域に関する情報を、受信した前記帯域情報通知メッセージに追記し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする段階と、
前記隣接端末が、該隣接端末によって監視されている無線帯域に関する情報を作成し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする段階と、
前記第１の端末が、各端末が監視している無線帯域に関する情報をもとに最適なゲートウェイおよび経路を再度選択する段階と、を有する。

この場合、第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末および隣接端末が作成、追記する帯域情報通知メッセージが、これらの端末が監視する無線帯域実効値の中の最小値であるとしてもよい。

また、帯域情報通知メッセージは、ゲートウェイ方向にはブロードキャストしないこととしてもよい。

本発明による端末は、端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成する無線信号パケットを中継する機能を備える端末であって、
ゲートウェイを探索するためのゲートウェイ要請メッセージを作成し、送信する手段と、
他端末からの前記ゲートウェイ要請メッセージを転送する手段と、
前記帯域情報通知メッセージを受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信していない場合には、自身が監視している無線帯域に関する情報を、前記帯域情報通知メッセージに追記して中継する手段と、
前記帯域情報通知メッセージを受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信している場合には、前記帯域情報通知メッセージをもとに最適なゲートウェイおよび経路を選択する手段と、
自身が選択された前記経路上の端末である場合には、自身が監視する無線帯域に関する情報を記載したメッセージである帯域情報通知メッセージを作成し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする手段と、
他端末よりあらたな無線帯域に関する情報を受信した場合には自身が監視する周辺の無線帯域に関する情報を、受信した前記帯域情報通知メッセージに追記し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする手段と、
各端末が監視している無線帯域に関する情報を受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信している場合には、各端末が監視している無線帯域に関する情報をもとに最適なゲートウェイおよび経路を再度選択する手段と、を有する。

この場合、帯域情報通知メッセージが、自身が監視する無線帯域実効値の中の最小値であるとしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、公衆網に接続することを試みるアドホックネットワーク内の端末は、複数のゲートウェイを発見し、かつそれらゲートウェイに至るアドホックネットワーク内の経路の帯域に関する情報を得ることができ、該端末は最も帯域の条件が優れている経路上にあるゲートウェイを選択し、公衆網に接続することができるという効果が得られる。また、公衆網に接続することを試みるアドホックネットワーク内の端末が、ゲートウェイまでの経路の帯域に関する情報を随時もしくは定期的に受信することによって、該端末はアドホックネットワーク内の帯域状況の変化に応じて、ゲートウェイおよび該ゲートウェイに至る経路を選択することが可能になるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態のアドホックネットワークの構成図である。

図１において、A〜GおよびX〜Zはアドホックネットワーク１１０に属する端末であり、このうちの端末X〜Zのみが、公衆網１１１に接続する機能を有するゲートウェイである。Nは公衆網１１１に属する端末であって、Xは経路１７を利用してNに接続し通信を行うことが可能であり、Yは経路１８を利用してNに接続し通信を行うことが可能であり、Zは経路１９を利用してNに接続し通信を行うことが可能であるとする。図１のアドホックネットワーク１１０における結線群１６は、図７における結線１５の集合であり、これによってアドホックネットワーク１１０が形成される。互いに結線１６が結ばれていない端末同士は、隣接関係になく直接電波を送り通信することはできないが、他の端末に送信パケットを中継してもらうこと、すなわちマルチホップによって、直接の無線到達範囲にない端末同士であっても通信を行うことが可能である。

図２は第１の実施形態における公衆網接続の経路を示した図であり、図３は第１の実施形態の動作の流れを示すシーケンスである。

図１において、アドホックネットワーク１１０に属する端末Aが、公衆網１１１に属する端末Nに接続することを初めて試みるとき、端末Aはアドホックネットワーク１１０に属するゲートウェイを探索するため、ゲートウェイ要請メッセージ作成し、このメッセージを端末Aに隣接する端末群に対してブロードキャスト送信する（ステップ１０１）。ステップ１０１において端末Aによってブロードキャストされたゲートウェイ要請メッセージは、ステップ１０２において端末Aの隣接端末Bによって受信されたとすると、端末Bは受信したゲートウェイ要請メッセージを中継するため、端末Bに隣接する端末群に対してブロードキャスト送信する。ステップ１０２において端末Bによって中継ブロードキャストされたゲートウェイ要請メッセージは、ステップ１０３において端末Bの隣接端末Cによって受信されたとすると、端末Cは受信したゲートウェイ要請メッセージを中継するため、端末Cに隣接する端末群に対してブロードキャスト送信する。ステップ１０３において端末Cによって中継ブロードキャストされたゲートウェイ要請メッセージは、ステップ１０４において端末Cに隣接するゲートウェイXによって受信され、ゲートウェイXはゲートウェイX自身の存在を端末Aに知らせることを目的に、端末Aを宛先とするゲートウェイ広告メッセージを作成する。ゲートウェイXによって作成されたこのゲートウェイ広告メッセージには、ゲートウェイXが監視する帯域に関する情報が記載される。その上でゲートウェイXは、このゲートウェイ広告メッセージを端末Aを宛先にしてユニキャスト送信する目的で、ゲートウェイXから端末Aに至る最短経路（すなわちゲートウェイXから端末C、端末Bを経て端末Aに至る経路５１）上に存在し、かつゲートウェイXに隣接する端末Cに対して、このゲートウェイ広告メッセージをユニキャスト送信する。ゲートウェイ広告メッセージを受信した端末Cは、ステップ１０５において、端末Cが監視している端末C周辺の無線帯域に関する情報を、受信したこのゲートウェイ広告メッセージに追記し、追記されたこのゲートウェイ広告メッセージを端末Aに対してユニキャスト中継送信する目的で、端末Cから端末Aに至る最短経路上にあり、かつ端末Cに隣接する端末Bに対して、追記されたこのゲートウェイ広告メッセージをユニキャスト送信する。ステップ１０５において端末Cが中継送信したゲートウェイ広告メッセージは、ステップ１０６において、端末Cに隣接する端末Bによって受信され、ステップ１０５と同様に、端末Bは、端末Bが監視している端末B周辺の無線帯域に関する情報を、受信したこのゲートウェイ広告メッセージに追記し、追記されたこのゲートウェイ広告メッセージを端末Aに対してユニキャスト中継送信する目的で、端末Bに隣接する端末Aに対してユニキャスト中継送信する。ステップ１０６において端末Bによって中継されたゲートウェイ広告メッセージは、ステップ１０７において端末Aによって受信される。ここで、端末Aが受信したゲートウェイ広告メッセージには、ステップ１０４、１０５、１０６において端末AからゲートウェイXに至る経路５１上の全ての中継端末が関わる帯域についての情報が記載されており、端末Aはこの情報を用いて、端末Aから端末Bおよび端末Cを経てゲートウェイXに至る経路５１の帯域値を帯域情報６１として算出することができる。なお、経路５１の帯域値である帯域情報６１を算出する方法としては、従来の技術に述べたように、この経路５１上の各端末が監視する無線帯域値の中の最小値を以て帯域情報６１とする方法等がある。

ゲートウェイXは経路１７を経由して端末Nに接続することが可能であるので、この段階で、端末Aは経路５１を用いてゲートウェイXを利用すれば端末Nに接続可能であることを知る。同時に前記のように端末Aは経路５１に関する帯域情報６１を得る（図２）。

ステップ１０１において端末Aによってブロードキャストされたゲートウェイ要請メッセージは、上記端末Bおよび端末Cにおけると同様に端末DおよびE、FおよびGによっても中継され、ゲートウェイYおよびゲートウェイZにおいて受信される。ゲートウェイYおよびゲートウェイZでは、ゲートウェイXにおけるステップ１０４と同様の手続きを経て各々のゲートウェイ広告メッセージが作成され、端末Aに向かってユニキャスト送信される。ゲートウェイYが送信したゲートウェイ広告メッセージは、端末Cにおけるステップ１０５と同様の手続きを行った中継端末E、および端末Bにおけるステップ１０６と同様に手続きを行った中継端末Dを経由して端末Aによって受信される。ステップ１０７と同様に、端末Aは端末Dおよび端末Eを経てゲートウェイYに至る経路５２を用いてゲートウェイYを利用すれば端末Nに接続可能であることを知り、同時に経路５２の帯域情報６２を得る。同様に、ゲートウェイZが送信したゲートウェイ広告メッセージは、端末Cにおけるステップ１０５と同様の手続きを行った中継端末G、および端末Bにおけるステップ１０６と同様の手続きを行った中継端末Fを経由して端末Aによって受信され、ステップ１０７と同様に、端末Aは端末Fおよび端末Gを経てゲートウェイZに至る経路５３を用いてゲートウェイZを利用すれば端末Nに接続可能であることを知り、同時に経路５３の帯域情報６３を得る。

以上のステップにより、端末Aは公衆網１１１に属する端末Nに接続する目的で利用することが可能であるゲートウェイX、Y、Zを発見し、各ゲートウェイX、Y、Zに至る経路５１、５２、５３を知る。それと同時に、一連のステップ１０４、１０５、１０６によりゲートウェイ広告メッセージは[課題を解決するための手段]にて述べた帯域情報通知メッセージとして作用するため、端末Aは各経路５１、５２、５３の帯域情報、すなわち６１、６２、６３を得る。端末Aは、帯域情報６１と帯域情報６２と帯域情報６３を比較し、これら帯域情報の中で最も大きい帯域値を持つ経路およびこれに属するゲートウェイを、端末Nへの接続に際し利用する。図３のステップ１０９〜１１０は帯域情報６２および６３と比較して帯域情報６１における帯域値が最も大きい値であった場合の例を示しており、ステップ１０９において経路５１〜５３の中から最適な帯域情報を持つ経路５１を選択した端末Aは、ステップ１１０を通じて、最も帯域値が大きい経路５１を経て利用可能であるゲートウェイXを介して公衆網１１１に属する端末Nへの接続に接続することが可能である。

以上の一連の動作により、公衆網１１１に接続することを試みる端末は、アドホックネットワーク１１０内に存在する複数のゲートウェイを発見し、その中から帯域の条件が最も優れている経路上にあるゲートウェイを選択することが可能になる。

［第２の実施形態］
図１は第２の実施形態によるアドホックネットワークの構成図を示したもので、図２は第２実施形態における公衆網接続の経路を示した図である。

図１において、ゲートウェイXおよびYおよびZは、各々定期的にゲートウェイ広告メッセージを作成する。ただし、各ゲートウェイ広告メッセージに当たっては、第１の実施形態におけるステップ１０４のように、各ゲートウェイが監視する帯域に関する情報が記載される。その上で、ゲートウェイXおよびYおよびZは、アドホックネットワーク１１０に属する全ての端末に対して自身の存在を知らせることを目的として、各ゲートウェイX、Y、Zが作成したゲートウェイ広告メッセージを、アドホックネットワーク１１０内に存在する全ての端末に対してブロードキャストする。ブロードキャストにあたって直接無線電波が届かない端末に対しては、[背景技術]の項で述べたようにマルチホップ機能を用いて中継送信される。中継の際、第１の実施形態におけるステップ１０５または１０６のように、中継端末が、該中継端末が監視している、該中継端末周辺の無線帯域に関する情報を、受信したゲートウェイ広告メッセージに追記し中継することによって、ゲートウェイ広告メッセージにはこのゲートウェイ広告メッセージが経由した経路に関する帯域情報が記載される。すなわちゲートウェイ広告メッセージは[課題を解決するための手段]の項にて述べた帯域情報通知メッセージとして作用する。

以上の動作により、アドホックネットワーク１１０に属する全ての端末は、第１の実施形態におけるステップ１０７と同様に、該端末からマルチホップ機能を用いて到達可能な全てのゲートウェイの存在を知り、かつそのゲートウェイに至るアドホック内経路を知り、かつその経路の帯域情報を得る。

この動作により、アドホックネットワーク１１０に属する端末Aが、公衆網１１１に属する端末Nに接続することを試みるときには、端末Aは既に受動的にゲートウェイXおよびYおよびZの存在を認知しており、かつゲートウェイXに至る経路５１とその帯域情報６１、およびゲートウェイYに至る経路５２とその帯域情報６２、およびゲートウェイZに至る経路５３とその帯域情報６３を獲得している（図２）。したがって、第１の実施形態におけるステップ１０９と同様の動作により、経路５１〜５３の中から最適な経路５１を選択した端末Aは、ステップ１１０と同様の動作を通じて、最も帯域値が大きい経路５１によって利用できるゲートウェイXを介して、公衆網１１１に属する端末Nに接続する。

以上の一連の動作により、アドホックネットワーク１１０に属する全ての端末は、ゲートウェイX、Y、Zから発せられるゲートウェイ広告メッセージを定期的に受信することによって、ゲートウェイＸ,Ｙ,Ｚまでの経路とその帯域に関する情報を定期的に把握することが可能になる。したがって、公衆網１１１に接続することを試みる端末は、新たなゲートウェイ発見および選択にかかる動作を行うことなく即座に、帯域の条件が最も優れている経路上にあるゲートウェイを選択することが可能になる。また、第１の実施形態とは異なり、ゲートウェイがゲートウェイ広告メッセージを定期的に発信することにより、たとえアドホックネットワーク１１０内端末の移動や通信状況、無線伝播環境の変化等によりゲートウェイに至る経路が失われたりあるいはその経路の帯域が変化したとしても、その変化を反映して、ゲートウェイに至る新しい経路あるいはその経路の最新の帯域情報を、アドホックネットワーク１１０内の全端末に定期的に知らせることができる。

［第３の実施形態］
図４は第３の実施形態によるアドホックネットワークの構成図、図５は第３の実施形態における公衆網接続の経路を示した図であり、図６は第３の実施形態の動作の流れを示すシーケンスである。図４では図１に端末Hが追加されている。

図４において、アドホックネットワーク１１０に属する端末Aが、公衆網１１１に属する端末Nに接続することを初めて試みるとき、端末Aは第１の実施形態に基づき最適なゲートウェイXを選択するとする。ただし、端末AからゲートウェイXに至る経路５１上に存在する中継端末Bおよび中継端末CおよびゲートウェイXは、該中継端末B、C自身が端末Aによる公衆網端末Nへの接続のための経路５１上に存在しており、それにおけるパケット中継の役割を担っているということを一定期間記憶する。この期間中に、前記を記憶している端末、例えば端末Cが監視する無線帯域に変化が生じた場合、端末Cは該帯域変化に関する情報を端末Aに対して通知することを目的として、端末Cは端末Cが監視する無線帯域に関する情報を記載したメッセージである帯域情報通知メッセージを作成し、端末Cに隣接する端末に対してブロードキャストする（ステップ２０１）。ただし、このブロードキャストにおいて端末Cは、経路５１上で端末Aと逆方向に存在するゲートウェイXに対しては送信を行わない。ステップ２０１において端末Cによってブロードキャストされた帯域情報通知メッセージは、端末Cに隣接する端末Bおよび端末Hによって受信される。ステップ２０２において端末Bは、端末Bが監視している端末B周辺の無線帯域に関する情報を、受信したこの帯域情報通知メッセージに追記し、端末Bの隣接端末（ただし、端末Cを除く）に対してブロードキャストする。端末Bにおけるステップ２０２と同様に、ステップ２０３において端末Hは、端末Hが監視している端末H周辺の無線帯域に関する情報を、受信したこの帯域情報通知メッセージに追記し、端末Hの隣接端末（ただし、端末Cを除く）に対してブロードキャスト送信する。ステップ２０２において端末Bによってブロードキャスト送信された帯域情報通知メッセージは、端末Bに隣接する端末Aによって受信され、端末Aは受信したこの帯域情報通知メッセージをもとに、第１の実施形態におけるステップ１０７と同様に、経路５１に関する帯域情報６１を更新して新たに帯域情報３６１を算出する（ステップ２０４）。他方、ステップ２０３において端末Hによってブロードキャスト送信された帯域情報通知メッセージは、ステップ２０４と同様に、端末Hに隣接する端末Aによって受信され、端末Aは受信したこの帯域情報通知メッセージをもとに、端末Hおよび端末Cを経由してゲートウェイXに至る経路３５４を新たに認知し、かつ受信したこの帯域情報通知メッセージをもとに、経路３５４に関する帯域情報３６４を算出する（ステップ２０５）。

以上の動作により、端末Aは、端末Nに接続するためにゲートウェイを利用する経路として経路５１、５２、５３、３５４を認識するに至り、かつそれぞれの経路に対応する最新の帯域情報３６１、６２、６３、３６４を得る。そして端末Aは、第１の実施形態におけるステップ１１０と同様に最も帯域が大きい経路を選択し（ステップ２０６）、この経路を利用してゲートウェイを介し端末Nに接続することが可能である。例えば、帯域情報３６１、６２、６３、３６４を比較したときにこの中で帯域情報６３が最大の帯域値であった場合、ステップ２０６において端末Aは、それまでに利用していた経路５１およびゲートウェイXの利用を止め、経路５３を経由したゲートウェイZの利用に切り替える。あるいは例えば、帯域情報３６１、６２、６３、３６４を比較したときこの中で帯域情報３６４が最大の帯域値であった場合、ステップ２０６において端末Aは、ゲートウェイXを利用することは変更しないが、ゲートウェイXに至るまでの経路を経路５１から経路３５４に切り替える。

以上にて説明したように、第１の実施形態の特徴に加え、ステップ２０１〜２０５の作用により、公衆網１１１に接続する端末Aは、ゲートウェイに至る経路の帯域が変化した場合にこの変化を即座に認知することができ、その変化した新しい帯域に状況に応じてゲートウェイを再度選択しなおすことが可能となる。それに加え、帯域情報通知メッセージは帯域の変化が生じた端末の周辺にブロードキャストされ、複数の経路を通じて公衆網接続端末Aに到達することから、端末Aは同じゲートウェイに対して複数の経路とその帯域情報を得ることができるため、既に選択したゲートウェイを変えることなく、帯域劣化変化が生じた端末を回避して新たな経路を経由して公衆網に接続することが可能となる。

なお、本実施形態の変形例としては、ステップ２０１において、端末Cは端末Cが監視する無線帯域の変化を契機として帯域情報通知メッセージを作成し送信するのではなく、端末Cは端末Cが監視する無線帯域に関する情報を隣接端末に定期的にブロードキャストする場合もある。また、本実施形態の変形例としては、ステップ２０１において、端末Cは帯域情報通知メッセージを周辺端末にブロードキャスト送信するのではなく、端末Aに対してユニキャスト送信する場合もある。

［第４の実施形態］
図１は第４の実施形態によるアドホックネットワークの構成図を示したもので、図２は第４の実施形態における公衆網接続の様子を示した図である。

図１において、アドホックネットワーク１１０に属する端末Aが、公衆網１１１に属する端末Nに接続することを初めて試みるとき、端末Aは第１の実施形態に基づき最適なゲートウェイXを選択するとする。端末Aが端末Nに接続する目的で利用している経路５１上にあるゲートウェイXは、端末Nと端末Aの間での通信を行うための中継を行っている期間中、定期的に帯域情報通知メッセージを作成し、端末Aに対してこのメッセージを定期的にユニキャスト送信する。ゲートウェイXによって送信された帯域情報通知メッセージは、第１の実施形態におけるステップ１０４〜ステップ１０７と同様の動作を経ることにより、端末Aによって受信される。端末Aはこの帯域情報通知メッセージを定期的に受信することにより、経路５１に関する帯域情報６１を更新し、新たに帯域情報６１を得る。そして端末Aは、帯域情報６１、帯域情報６２、帯域情報６３を比較し、この３つの帯域情報のうち最も大きい値を持つ帯域を有している経路を選択し、その経路上にあるゲートウェイを介し端末Nに接続する。例えば、帯域情報６１、６２、６３を比較したときこの中で帯域情報６３が最大の帯域値であった場合、端末Aは、それまでに利用していた経路５１およびゲートウェイXの利用を止め、経路５３を経由したゲートウェイZの利用に切り替える。

以上の一連の動作により、第１の実施形態の特徴に加え、端末Aが公衆網１１１に属する端末Nと通信を行っているとき、ゲートウェイに至る経路の帯域についての最新の状態を即座に認識することができ、新しい帯域状況に応じてゲートウェイを再度選択しなおすことが可能となる。

なお、以上の第１から第４の実施形態において、端末Ａは、ゲートウェイ要請メッセージをアドホックネットワーク内１１０にブロードキャスト送信する手段と、ゲートウェイ広告メッセージを受信する手段と、ゲートウェイ広告メッセージまたは中継同報された帯域情報通知メッセージをもとに最適なゲートウェイを選択する手段を有している。端末B〜Hは、該端末が監視している、該端末の周辺の無線帯域に関する情報をゲートウェイ広告メッセージに追記して送信する手段、該端末が監視する、該端末の周辺の無線領域に関する情報を通知する帯域情報通知メッセージを端末Aに送信する手段、該メッセージを同報送信し、中継する手段を有している。また、ゲートウェイＸ,Ｙ,Ｚはゲートウェイ広告メッセージを作成する手段と、端末Ａに対してゲートウェイ広告メッセージを送信する手段を有している。

本発明の第１、第２の実施形態におけるアドホックネットワークの構成図である。第１の実施形態において、アドホックネットワークから公衆網に接続する様子を表した図である。第１の実施形態の動作を示すシーケンス図である。本発明の第３の実施形態におけるアドホックネットワークの構成図である。第３の実施形態において、アドホックネットワークから公衆網に接続する様子を表した図である。第３の実施形態の動作を示すシーケンス図である。アドホックネットワークに属し、隣接する２つの端末の関係を表す図である。従来技術において前提とされているアドホックネットワークの構成図である。

符号の説明

A〜H アドホックネットワークに属する端末
X〜Z アドホックネットワークに属する端末であって、公衆網に接続する機能を有するゲートウェイ
N 公衆網に属する端末
１１、１２アドホックネットワークに属する隣接する端末
１３端末１１の無線電波到達範囲
１４端末１２の無線電波到達範囲
１５端末１１と端末１２が互いに隣接関係にあり直接電波を送受信し通信を行うことが可能である状態を示す結線
１６アドホックネットワーク内において、端末組が隣接関係にあり直接電波を送受信し通信を行うことが可能である状態を示す結線の群
１７公衆網１１１内においてゲートウェイXから端末Nに至る経路
１８公衆網１１１内においてゲートウェイYから端末Nに至る経路
１９公衆網１１１内においてゲートウェイZから端末Nに至る経路
１１０アドホックネットワーク
１１１公衆網
５１端末Aから、B、C、Xを経て公衆網に至る経路
５２端末Aから、D、E、Yを経て公衆網に至る経路
５３端末Aから、F、G、Zを経て公衆網に至る経路
６１経路５１の帯域に関する情報
６２経路５２の帯域に関する情報
６３経路５３の帯域に関する情報
３５４端末Aから、H、C、Xを経て公衆網に至る経路
３６１経路５１からの帯域に関する最新の情報
３６４経路３５４の帯域に関する情報
１０１〜１０９、２０１〜２０６ステップ

Claims

無線信号パケットを中継する機能を備える複数の端末と、前記端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイから構成されるアドホックネットワークで行われるゲートウェイ選択方法であって、
公衆網に接続することを試みる第１の端末が、ゲートウェイを探索するためのゲートウェイ要請メッセージを送信する段階と、
前記第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末が前記ゲートウェイ要請メッセージを転送する段階と、
各ゲートウェイが該ゲートウェイ自身によって監視されている帯域に関する情報を記述した帯域情報通知メッセージを作成し、前記第１の端末に対して送信する段階と、
前記第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末が、該端末によって監視されている無線帯域に関する情報を、前記帯域情報通知メッセージに追記して中継する段階と、
前記帯域情報通知メッセージを受信した前記第１の端末が該帯域情報通知メッセージをもとに最適なゲートウェイおよび経路を選択する段階と、
選択された前記経路上の端末が、該端末が監視する無線帯域に関する情報を記載したメッセージである帯域情報通知メッセージを作成し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする段階と、
前記隣接端末が、該隣接端末周辺の無線帯域に関する情報を、受信した前記帯域情報通知メッセージに追記し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする段階と、
前記第１の端末が、各端末が監視している無線帯域に関する情報をもとに最適なゲートウェイおよび経路を再度選択する段階と、を有するゲートウェイ選択方法。
請求項１記載のゲートウェイ選択方法において、
第１の端末と各ゲートウェイとの経路上に存在する端末および隣接端末が作成、追記する帯域情報通知メッセージが、これらの端末が監視する無線帯域実効値の中の最小値であるゲートウェイ選択方法。
請求項１または請求項２記載のゲートウェイ選択方法において、
帯域情報通知メッセージは、ゲートウェイ方向にはブロードキャストしないことを特徴とするゲートウェイ選択方法。
端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成する無線信号パケットを中継する機能を備える端末であって、
ゲートウェイを探索するためのゲートウェイ要請メッセージを作成し、送信する手段と、
他端末からの前記ゲートウェイ要請メッセージを転送する手段と、
前記帯域情報通知メッセージを受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信していない場合には、自身が監視している無線帯域に関する情報を、前記帯域情報通知メッセージに追記して中継する手段と、
前記帯域情報通知メッセージを受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信している場合には、前記帯域情報通知メッセージをもとに最適なゲートウェイおよび経路を選択する手段と、
自身が選択された前記経路上の端末である場合には、自身が監視する無線帯域に関する情報を記載したメッセージである帯域情報通知メッセージを作成し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする手段と、
他端末よりあらたな無線帯域に関する情報を受信した場合には自身が監視する周辺の無線帯域に関する情報を、受信した前記帯域情報通知メッセージに追記し、隣接する隣接端末に対してブロードキャストする手段と、
各端末が監視している無線帯域に関する情報を受信すると、前記ゲートウェイ要請メッセージを送信している場合には、各端末が監視している無線帯域に関する情報をもとに最適なゲートウェイおよび経路を再度選択する手段と、を有する端末。
請求項４記載の端末において、
帯域情報通知メッセージが、自身が監視する無線帯域実効値の中の最小値である端末。
請求項４または請求項５記載の端末において、
帯域情報通知メッセージは、ゲートウェイ方向にはブロードキャストしないことを特徴とする端末。