JP4335945B2 - アドホック・ネットワーク・システムおよびそのノード装置 - Google Patents

Description

本発明は、アドホック・ネットワーク・システムおよびアドホック・ネットワーク・システムを構成するノード装置に関するものである。

近年における無線通信技術の進展ならびに電子機器の小型化および高度化に伴い、従来のインフラストラクチャ型の通信形態に対して、既存のネットワーク・インフラを利用することなく通信機器間での通信を可能とするアドホック・ネットワーク・システムへの関心が高まっている。このアドホック・ネットワーク・システムは、従来の固定的なインフラストラクチャ型のネットワーク（例えば、アクセスポイントを介して通信を行うように構成されたネットワーク・システム）とは異なり、以下に示すような特徴を有している。

（１）物やデバイス間の通信である。
（２）膨大な数の物やデバイスによる自律的なネットワークの構築が可能である。
（３）既存の通信インフラに依存しないネットワークの構築が可能である。
（４）手軽な、および一時的に利用するネットワークの構築が可能である。
（５）トポロジーの変化に対応するための自律性が要求される。

現在、上記の特徴を満たすため、アドホック・ネットワーク・システムに適用するための種々のルーティング・プロトコル（アドホック・ルーティング・プロトコル）が提案されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。

ここで、非特許文献１（ＤＳＲ）および非特許文献２（ＡＯＤＶ）は、オン・デマンド（Ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型のルーティング・プロトコルを示した文献である。これらのプロトコルによれば、通信の要求が生じた際に送信元から送信先までの経路が設定され、所定の通信を行うための環境が提供される。

また、非特許文献３（ＯＬＳＲ）は、プロ・アクティブ（Ｐｒｏａｃｔｉｖｅ）型のルーティング・プロトコルを示した文献である。このプロトコルによれば、経路情報を常時交換することにより、通信の要求が生じた際に保持する経路情報に基づいて通信の開始を可能とする環境が提供される。

なお、これらのＤＳＲ，ＡＯＤＶ，ＯＬＳＲの各ルーティング・プロトコルは、ネットワークを単一のアドホック・ルーティング・プロトコルにより形成することから、フラット・ルーティング（Ｆｌａｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ）プロトコルとして分類されているが、これらのフラット・ルーティング・プロトコルとは異なり、大規模ネットワークへの対応を目指し、各ノード装置をクラスタ(あるいは、ゾーン)でまとめることにより、階層的に経路探索・制御を行う階層型ルーティング・プロトコルと呼ばれている種々のルーティング・プロトコルも提案されている（例えば、非特許文献４〜７参照）。

ＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｏｕｒｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）−ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍａｎｅｔ−ｄｓｒ−１０．ｔｘｔ） ＡＯＤＶ（Ａｄ Ｈｏｃ Ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ−ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ）：ＲＦＣ３５６１ ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）：ＲＦＣ３６２６ ＣＧＳＲ（Ｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄ−Ｇａｔｅｗａｙ Ｓｗｉｔｃｈ Ｒｏｕｔｉｎｇ）："Ｒｏｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｈｏｐ，Ｍｏｂｉｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，"Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＩＣＵＰＣ '９７，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９９７ ＨＳＲ（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）："Ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｕｐ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，"Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＷＣＮＣ '９９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９９ ＺＲＰ（Ｚｏｎｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）"Ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｑｕｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｚｏｎｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，"ＡＣＭ／ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，Ａｕｇｕｓｔ，２００１ ＬＡＮＭＡＲ（Ｌａｎｄｍａｒｋ Ａｄ Ｈｏｃ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）："Ｌａｎｄｍａｒｋ Ｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｕｐ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，"Ｐｒｏｃ． ＡＣＭ／ＩＥＥＥ ＭＯＢＨＯＣ ２０００，Ａｕｇｕｓｔ，２０００

ところが、上記ＯＬＳＲ等に代表される従来のプロ・アクティブ型のルーティング・プロトコルでは、各ノード装置の持つトポロジ情報がネットワーク内のノード装置数に依存して増大するため、センサ・ネットワークのように数多くのノード装置より構成されるマルチホップ・ネットワークにおいては、各ノード装置で管理するテーブル・サイズが増大し、莫大なメモリ・リソースを必要とするといった問題点があった。

一方、上記ＡＯＤＶやＤＳＲ等に代表される従来のオン・デマンド型のルーティング・プロトコルでは、通信を行うときにのみ経路が確立されるので、各ノード装置で必要となるメモリ・リソースは同時に行う通信の数に依存することになる。したがって、各ノード装置のメモリ・リソースに与える影響は、プロ・アクティブ型のルーティング・プロトコルに比べて小さい。

しかしながら、今後のアドホック・ネットワーク・システムにおいては、あるセンサ・ノード装置から特定ノード装置への情報通知を想定した場合に、特定ノード装置近辺のノード装置への通信の集中や、様々なセンサ・ノード装置間での通信の存在によるメモリ・リソースに大きな制約を持つノード装置を介した通信の発生など、を考慮する必要があり、たとえオン・デマンド型のルーティング・プロトコルであっても、各ノード装置で確保されるメモリ・リソースを超えた経路探索が行われるといった問題点の存在が顕在化している。

また、複数のノード装置をクラスタ化し、階層的に経路探索・制御を行う従来の階層型ルーティング・プロトコルにおいては、複数のノード装置の集合体であるクラスタを維持する際に、当該ノード装置間においてメッセージの交換が頻繁に行われるため、これらのメッセージ交換に伴うオーバヘッドが増大するとともに、クラスタの代表ノード装置となるノード装置（クラスタヘッド）に対して処理が集中するといった問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のノード装置が自律的にネットワークを構成するアドホック・ネットワーク・システムにおいて、アドホック・ネットワーク・システムを構成する各中継ノード装置が、同一方向に向けた複数の経路を保持する際に、該当経路中に位置する中継ノード装置の経路情報を効果的に削減するアドホック・ネットワーク・システムおよびそのノード装置を提供することを目的とする。

また、複数のノード装置が自律的にネットワークを構成するアドホック・ネットワーク・システムにおいて、アドホック・ネットワークを構成する各中継ノード装置自身が、自身の持つメモリ・リソースに応じて、自ノード装置において保持する経路情報を効果的に削減するアドホック・ネットワーク・システムおよびそのノード装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、オン・デマンド型のルーティング・プロトコルに基づいて複数のノード装置が自律的にネットワークを形成するアドホック・ネットワーク・システムにおいて、所定の通信先ノード装置に対して複数のノード装置からの経路探索要求があり、かつ、該探索要求のあった経路が継続して使用されるときに、前記所定の通信先ノード装置へのメッセージを中継する中継ノード装置は、自身と該所定の通信先ノード装置との間に位置する中継ノード装置における該所定の通信先ノード装置に向けた経路探索要求への応答動作を不要とするための仮想トンネルを自身と該所定の通信先ノード装置との間に設定することを特徴とする。

この発明によれば、同一の通信先ノード装置に対して複数のノード装置からの経路探索要求があり、かつ、経路探索要求のあった経路が継続して使用されるときに、同一の通信先ノード装置へのメッセージを中継する中継ノード装置と同一の通信先ノード装置との間に仮想トンネルが自律的に形成されるので、仮想トンネル内に位置する他のノード装置の中継処理が不要となり、これらの他のノード装置において、経路情報の削減と経路の維持・管理のための処理の削減とが可能となり、効率的なシステム構築が図れるという効果が得られる。

複数のノードが自律的にネットワークを構成する本発明の実施の形態１にかかるアドホック・ネットワーク・システムの構成を示す図である。 アドホック・ネットワーク・システム内のノード間の通信を行う際の経路探索手順を説明するための図である。 アドホック・ネットワーク・システム内のノード１０１−Ｘにおける経路テーブルの一例を示す図表である。 仮想トンネルが確立された状態における転送シーケンスの一例を示す図である。 ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｘにおける経路テーブルの一例を示す図表である。 ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の中継ノードにおける経路テーブルの一例を示す図表である。 ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｙにおける経路テーブルの一例を示す図表である。 仮想トンネル確立後の経路テーブルの維持・管理における転送シーケンスを示す図である。 仮想トンネル確立後に新規ノードが追加された場合の転送シーケンスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホック・ネットワーク・システムの特徴を説明するための図であり、図１に示したアドホック・ネットワーク・システムを構成するネットワーク上の任意の３ノードを抽出した図である。 図１０に示すような位置関係にある各ノード間において、隣接ノードに対する仮想トンネルの確立要請および隣接ノード間で仮想トンネルを確立する際の転送シーケンスを示す図である。

以下に、本発明にかかるアドホック・ネットワーク・システムおよびそのノード装置を説明するための各種の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるアドホック・ネットワーク・システムについて説明する。

（システム構成）
図１は、複数のノード装置（以下、単に「ノード」と略す）が自律的にネットワークを構成する本発明の実施の形態１にかかるアドホック・ネットワーク・システムの構成を示す図である。同図に示すアドホック・ネットワーク・システム１００は、当該システムを構成するノード１０１同士や、ノード１０１と複数のノードで構成されるノード群１１０とが、１以上の無線リンク１０２で結ばれている。

また、これらの無線リンク１０２の間を、例えば上述したオン・デマンド型のＤＳＲやＡＯＤＶといったアドホック・ルーティング・プロトコルに基づく所定の通信が実行されることにより、その機能が発揮される。なお、ノード群１１０には、複数の中間ノード（中継ノード）が存在しており、例えばノード１０１−Ｂとノード１０１−Ｘとの間の通信が、ノード群１１０を構成する複数のノード（中継ノード）を経由して行われることを意味している。

（経路探索手順）
つぎに、実施の形態１のアドホック・ネットワーク・システムにおける経路探索手順について説明する。図２は、アドホック・ネットワーク・システム内のノード間の通信を行う際の経路探索手順を説明するための図である。なお、同図の破線部で示した部分は、図１で示したノード群１１０と同様な複数の中継ノードの存在を示しており、例えば、ノード１０１−Ｆとノード１０１−Ｙ、およびノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとは、複数の中継ノードを介して接続されている。

図２において、アドホック・ネットワーク・システム内のノード１０１−Ａが、ノード１０１−Ｙと通信を行う際には、まず、ノード１０１−Ｙに向けた経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をアドホック・ネットワーク内にフラッディング（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）することにより、送信先となるノード１０１−Ｙまでの経路探索手順が開始される（シーケンスＳＱ１０１）。

一方、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信するノードは、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔに含まれる送信先ノードが自ノードでなく、かつＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔに含まれるシーケンス番号とその他の情報の組に基づく判定（この判定処理を「受信Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの重複チェック」と呼称）の結果、該当Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔが未処理と判定された場合には、受信したＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔを、ネットワーク内に再度フラッディングする（シーケンスＳＱ１０２）。このとき、該当Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの送信元に戻る経路情報（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｐａｔｈ：以下「リバース経路情報」という）が自身の経路テーブルに登録される（シーケンスＳＱ１０３）。

一方、経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に含まれる送信先ノードに指定されているノードは、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの受信に対して、受信したＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの送信先に対する経路が最適となる際には、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの送信元であるノード１０１−Ａ対して経路探索応答メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）を通知する（シーケンスＳＱ１０４）。

ここで、送信先ノードより通知されるＲｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙは、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔのフラッディングにより各ノードにて登録された送信先ノードから送信元ノードに戻る経路情報（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｐａｔｈ）に沿って転送される。すなわち、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙを受信するノードは、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙの送信元ノードに対する経路情報（Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｐａｔｈ：以下「転送経路情報」という）を自身の経路テーブルに登録するとともに、経路テーブルに登録済であるリバース経路情報に従って、受信するＲｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙを転送する（シーケンスＳＱ１０５）。

同様に、ノード１０１−Ｂやノード１０１−Ｃなどが、ノード１０１−Ｙと通信を行う際にも、送信先ノード１０１−Ｙに向けた経路探索手順が行われ、ノード１０１−Ｂおよびノード１０１−Ｃとの各ノードと、ノード１０１−Ｙとの間の経路が決定される。

なお、このシーケンスに伴い、ノード１０１−Ｂとノード１０１−Ｙとの間の経路上の各ノードにおいて、ノード１０１−Ｂに向けた転送経路情報が自身の経路テーブルに登録されるとともに、ノード１０１−Ｙを送信元として逆向きに辿るリバース経路情報が自身の経路テーブルに登録される。同様に、ノード１０１−Ｃとノード１０１−Ｙとの間の経路上の各ノードにおいても、ノード１０１−Ｃに向けた転送経路情報や、ノード１０１−Ｃに戻るリバース経路情報が自身の経路テーブルに登録される。

（経路テーブル）
図３は、アドホック・ネットワーク・システム内のノード１０１−Ｘにおける経路テーブルの一例を示す図表である。この経路テーブルには、送信元ノードの識別子２１、送信先ノードの識別子２２、次ホップ（転送先）ノードの識別子２３、状態フラグ２４、寿命２５、その他２６の各要素が保持され、同一の送信先ノード宛のＮ個（Ｎは所定の自然数）の経路情報と、この同一の送信先ノードを送信元ノードとして逆向きに辿るＭ個（Ｍは所定の自然数）のリバース経路情報が登録される。

例えば、図３に示すように、ノード１０１−Ｅとノード１０１−Ｙの経路上に位置するノード１０１−Ｘでは、ノード１０１−Ｙに向けたＮ個の転送経路情報と、ノード１０１−Ｙを送信元とするＭ個のリバース経路情報とが、自身の経路テーブルに登録される。

（仮想トンネルの概念）
つぎに、本発明の各実施の形態に共通な仮想トンネルの概念について図４を参照して説明する。なお、図４は、仮想トンネルが確立された状態における転送シーケンスの一例を示す図である。なお、同図に示す例は、ノード１０１−Ａ，Ｂ，Ｃの各ノードがノード１０１−Ｙと通信を行っているときに、ノード１０１−Ｅがノード１０１−Ｙと通信を開始するケースを想定したものである。

図４において、ノード１０１−Ｅは、ノード１０１−Ｙとの通信に先立ち、経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をフラッディングする（シーケンスＳＱ２０１）。ノード１０１−ＥがフラッディングするＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔは、アドホック・ネットワーク内の複数の中継ノードを介してノード１０１−Ｘが受信する。ノード１０１−Ｘは、後述するトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をノード１０１−Ｙに送信するためにノード１０１−Ｙに向けた経路探索を行う（シーケンスＳＱ２０２）。

このとき、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｘとの間の中継ノードにおいて、上述した経路探索手順に基づくＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔのフラッディングや、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙの受信／返信等の処理が行われ、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の経路が確立される。なお、この経路探索は、ノード１０１−Ｙに対する経路が既知の場合には省略可能である。

ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の経路が確立された後、ノード１０１−Ｘは、ノード１０１−Ｙに向けてトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をユニキャストにて通知する（シーケンスＳＱ２０３）。ここで、仮想トンネルＴｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔには、仮想トンネルの要求先に対するリバース経路情報（ノード１０１−Ａ，１０１−Ｂおよび１０１−Ｃ）が含まれる。仮想トンネルＴｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信するノード１０１−Ｘおよびノード１０１−Ｙ間の経路上の各ノードは、各ノードの経路テーブルに保持された経路情報に従って、仮想トンネルＴｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔを転送する（シーケンスＳＱ２０４）。

ノード１０１−Ｙは、受信した仮想トンネルＴｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔに含まれる情報に従って、トンネル確立応答メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｐｌｙ）をノード１０１−Ｘに向けて通知する（シーケンスＳＱ２０５）。なお、Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔは、仮想トンネルにて収容するノードとしてノード１０１−Ａ，１０１−Ｂ及び１０１−Ｃを含んでおり、ノード１０１−Ａ，１０１−Ｂ及び１０１−Ｃの経路情報を仮想トンネル向けに更新する。

このような処理が行われた後、ノード１０１−Ｘが仮想トンネルＴｕｎｎｅｌ Ｒｅｐｌｙを受信することにより、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間において、仮想トンネルが確立され、ノード１０１−Ｘは、ノード１０１−ＥからのＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔへの応答であるＲｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙを転送する（シーケンスＳＱ２０６）。

ここで、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙの経路上のノードにおいては、トンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に含まれるノード１０１−Ａ，１０１−Ｂおよび１０１−Ｃに対する経路情報は、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙ間においては仮想トンネル上で転送されるため、該当経路情報に基づくメッセージの転送は行われない。したがって、ノード１０１−Ａ，１０１−Ｂおよび１０１−Ｃなどの中継ノードにおける該当経路情報は、一定時間の経過後に経路テーブルから削除するようにする。なお、このような状況を、図５〜図７の図表に示している。

（仮想トンネル確立後の経路テーブル）
例えば、図５は、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｘにおける経路テーブルの一例を示す図表であり、図６は、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の中継ノードにおける経路テーブルの一例を示す図表であり、図７は、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に仮想トンネルが確立された後のノード１０１−Ｙにおける経路テーブルの一例を示す図表である。

図５および図７に示す図表と、図６に示す図表とを比較すれば明らかなように、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の中継ノードにおける経路テーブルのサイズを大幅に削減することができる。したがって、中継ノードにおけるメモリ・リソースの所要を大幅に低減することが可能となる。

なお、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの経路上に位置するノードは、トンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）あるいはトンネル確立応答メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｐｌｙ）を盗み見することにより、トンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に含まれるノード１０１−Ａ，１０１−Ｂおよび１０１−Ｃに対する転送経路情報およびリバース経路情報を自ノードの経路テーブルより削除することも可能である。

（仮想トンネル確立後の転送シーケンス）
図８は、仮想トンネル確立後の経路テーブルの維持・管理における転送シーケンスを示す図である。一般に、経路が確立されたノード間においては、確立した経路における（転送経路情報／リバース経路情報）を維持・管理するために、一定の間隔にて経路探索手順を行っている。例えば、図８に示すように、ノード１０１−Ａは、自身が保持する経路テーブルの維持・管理のため、経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をフラッディングする（シーケンスＳＱ３０１）。

一方、自身の経路テーブルに仮想トンネルを確立しているノード１０１−Ｘは、仮想トンネルの終端であるノード１０１−Ｙ宛のＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔに対し、ノード１０１−Ｙに代わり、経路探索応答メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）を代理にて応答する（シーケンスＳＱ３０２）。この代理応答処理は、図８に示すように、ノード１０１−Ｂ，１０１−Ｃおよび１０１−Ｅに対しても行われる。

さらに、ノード１０１−Ｘは、ノード１０１−Ａ，１０１−Ｂ，１０１−Ｃおよび１０１−Ｅからの経路の維持・管理のための周期的な経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）の受信処理とは独立に、仮想トンネルの終端であるノード１０１−Ｙに対して経路の維持・管理のためのＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔを周期的にフラッディングするとともに（シーケンスＳＱ３０３）、仮想トンネルの要求先であるノード１０１−Ｙに対して、経路（リバース経路情報）の維持・管理のためのトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を周期的に通知する（シーケンスＳＱ３０４）。

これらの処理により、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の仮想トンネルが維持されるとともに、図６の経路テーブルの一例で示したように、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の中継ノードにおける経路テーブルのサイズを削減することができる。

（新規ノード追加時の転送シーケンス）
図９は、仮想トンネル確立後に新規ノードが追加された場合の転送シーケンスを示す図である。この場合、まず、ノード１０１−Ｆは、新たにノード１０１−Ｙと通信を行うためにノード１０１−Ｙ向けの経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）をフラッディングする（シーケンスＳＱ４０１）。

このとき、ノード１０１−Ｙとの間で仮想トンネルを確立済のノード１０１−Ｘは、このＲｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信すると、ノード１０１−Ｙに代わり、経路探索応答メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙ）を代理にて応答するとともに（シーケンスＳＱ４０２）、ノード１０１−Ｙに対して仮想トンネルの要求先に対するリバース経路情報として新たにノード１０１−Ｆを追加したトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を通知（シーケンスＳＱ４０３）。

その後、ノード１０１−Ｙからのトンネル確立応答メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｐｌｙ）をノード１０１−Ｘが受信することで（シーケンスＳＱ４０４）、新たなノード１０１−Ｆが追加された場合にも、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間の仮想トンネルが維持される。

なお、仮想トンネルが一旦形成された後は、仮想トンネルに向けた経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に対して、仮想トンネルの両端に位置するノード装置のそれぞれが、代理応答することができる。例えば、上記の例では、ノード１０１−Ｙ向けの経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を受信したノード１０１−Ｘが、送信元のノードに対して、ノード１０１−Ｙに代わって代理応答する場合を示したが、これとは逆に、ノード１０１−Ｘ向けの経路探索要求メッセージ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を受信したノード１０１−Ｙが、送信元のノードに対して、ノード１０１−Ｘに代わって代理応答するようになる。

また、上記の例では、ノード１０１−Ｘとノード１０１−Ｙとの間に形成される仮想トンネルについて示したが、ノード１０１−Ｘを一端とする仮想トンネルは一つに限定されるものではなく、他の任意のノード装置との間においても、仮想トンネルを形成することができる。

以上説明したように、この実施の形態では、アドホック・ネットワーク・システムを構成する中継ノードが、同一の送信先に対して複数のノードより経路探索要求があり、継続して経路を使用中である場合に、該当中継ノードと該当送信先ノード間で仮想トンネルを自律的に形成することにより、複数経路を仮想トンネルに集約するようにしているので、該当中継ノードと該当送信先ノード間に位置する中継ノードにて保持される経路情報の削減が可能となる。

また、この実施の形態では、自律的に形成される仮想トンネルの終端点となるノードが経路の維持・管理のための経路探索要求メッセージに対して代理で経路探索応答メッセージを応答し、かつ、仮想トンネルを介して通信を行うノードによる経路の維持・管理とは独立に、仮想トンネルの終端ノード間で経路の維持・管理、および仮想トンネルを介して通信を行うノード情報の維持・管理を行うとともに、新たに仮想トンネルを介して通信を行うノードに対して、仮想トンネルの片方の終端ノードにおいて代理で経路探索応答メッセージを応答するようにしているので、仮想トンネルの終端点ノード間の経路上の中継ノードにおいて、経路の維持・管理のための経路探索要求メッセージおよび経路探索応答メッセージのメッセージ量を削減可能であり、経路情報の維持・管理に要するオーバヘッドを削減することが可能となる。

また、この実施の形態にかる経路情報削減手法を用いることにより、アドホック・ネットワーク・システムの設計・構築をより効率的に行うことができる。

実施の形態２．
つぎに、本発明の実施の形態２にかかるアドホック・ネットワーク・システムについて説明する。実施の形態１では、経路探索要求メッセージを処理する中継ノードにおいて、送信先までの経路を集約する手法について説明したが、この実施の形態では、アドホック・ネットワーク・システムを構成する各ノードにおいて、自ノードにおける経路情報の増大に伴い、隣接ノード間で仮想トンネルの確立を要求し、自ノードにおける経路情報の削減をはかる手法について示すものである。

図１０は、本発明の実施の形態２にかかるアドホック・ネットワーク・システムの特徴を説明するための図であり、図１に示したアドホック・ネットワーク・システム１００を構成するネットワーク上の任意の３ノード１０１−Ｌ、１０１−Ｍ、１０１−Ｎを抽出した図である。図１０において、ノード１０１−Ｌの隣接ノードとしてノード１０１−Ｍおよびノード１０１−Ｎが位置しており、これらのノード１０１−Ｍとノード１０１−Ｌ、ノード１０１−Ｎとが無線リンク１０２を介して接続されている。１０３は、１０１−Ｍ、ノード１０１−Ｌ、１０１−Ｎを介する経路を示す。

（仮想トンネル確立要請に基づく転送シーケンス）
つぎに、実施の形態２のアドホック・ネットワーク・システムにおける転送シーケンスについて図１１を用いて説明する。なお、図１１は、図１０に示すような位置関係にある各ノード間において、隣接ノードに対する仮想トンネルの確立要請および隣接ノード間で仮想トンネルを確立する際の転送シーケンスを示す図である。

まず、図１１に示すように、ノード１０１−Ｌにそれぞれ隣接するノード１０１−Ｍとノード１０１−Ｎとの間の経路が確立されているものとする。このような状態から、例えば、ノード１０１−Ｌが、転送経路情報やリバース経路情報の増大により、自身の持つ経路テーブルにおいてオーバフローが発生する可能性を検出した際には、仮想トンネルの確立要請を決定し（シーケンスＳＱ５０１）、隣接するノードであるノード１０１−Ｍおよびノード１０１−Ｎに対してトンネル確立要請メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｏｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ）を送信する（シーケンスＳＱ５０２）。

一方、このトンネル確立要請メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｏｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ）を受信したノード１０１−Ｍ，１０１−Ｎは、任意のランダム時間の経過後にトンネル確立要求メッセージを、それぞれノード１０１−Ｎ，１０１−Ｍに宛てて送信する。なお、既にトンネル確立要求メッセージを受信している際には、トンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）の送信はキャンセルする。

図１１に示す例では、ノード１０１−Ｍからのトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）が先に送信されているので（シーケンスＳＱ５０３）、このトンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を受信したノード１０１−Ｎは、トンネル確立要求メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｑｕｅｓｔ）の送信元であるノード１０１−Ｎに宛てて（つまり双方のノード装置間同士で）トンネル確立応答メッセージ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｒｅｐｌｙ）にて応答する（シーケンスＳＱ５０４）。このようにして、ノード１０１−Ｍとノード１０１−Ｎとの間の仮想トンネルが確立される（シーケンスＳＱ５０５）。

以上説明したように、この実施の形態では、アドホック・ネットワーク・システムを構成する各ノードが、増大する経路情報に応じて、自律的に、隣接するノードに対して仮想トンネルを利用した転送を要求することにより、自ノードにて保持される経路情報の削減が可能となる。

また、この実施の形態にかる経路情報削減手法を用いることにより、アドホック・ネットワーク・システムの設計・構築をより効率的に行うことができる。

以上のように、本発明は、複数のノード装置が自律的にネットワークを形成するアドホック・ネットワーク・システムに有用である。

Claims (12)

1. オン・デマンド型のルーティング・プロトコルに基づいて複数のノード装置が自律的にネットワークを形成するアドホック・ネットワーク・システムにおいて、
   所定の通信先ノード装置に対して複数のノード装置からの経路探索要求があり、かつ、該経路探索要求のあった経路が継続して使用されるときに、
   前記所定の通信先ノード装置へのメッセージを中継する中継ノード装置は、自身と該所定の通信先ノード装置との間に位置する中継ノード装置における該所定の通信先ノード装置に向けた経路探索要求への応答動作を不要とするための仮想トンネルを自身と該所定の通信先ノード装置との間に設定することを特徴とするアドホック・ネットワーク・システム。
2. 前記仮想トンネルの両端に位置するノード装置のうちの一端のノード装置は、自身と該所定の通信先ノード装置である他端のノード装置との間に位置する中継ノード装置に代わって、該他端のノード装置に向けた経路探索要求に対して代理応答することを特徴とする請求項１に記載のアドホック・ネットワーク・システム。
3. 前記ノード装置は、前記所定の通信先ノード装置に向けたメッセージを中継伝送するための複数の次転送先ノード情報を含む経路情報を保持する経路テーブルを備え、
   前記仮想トンネル内の中継ノード装置は、自身の前記経路テーブルに保持されている前記所定の通信先ノード装置を含む経路情報のうち、前記仮想トンネルの両端に位置するノード装置以外のエントリを削除することを特徴とする請求項２に記載のアドホック・ネットワーク・システム。
4. 前記仮想トンネル内の中継ノード装置は、前記仮想トンネルの両端に位置するノード装置以外のエントリを所定時間の経過後に削除することを特徴とする請求項３に記載のアドホック・ネットワーク・システム。
5. 前記仮想トンネルを形成する際に、前記所定の通信先ノード装置へのメッセージを中継する中継ノード装置から該所定の通信先ノード装置に向けてトンネル確立要求メッセージが送信されるとともに、該所定の通信先ノード装置から該所定の通信先ノード装置へのメッセージを中継する中継ノード装置に対してトンネル確立応答メッセージが送信され、
   前記仮想トンネル内の中継ノード装置は、前記仮想トンネルの両端に位置するノード装置以外のエントリを前記トンネル確立要求メッセージまたは前記トンネル確立応答メッセージに含まれる情報を参照して削除することを特徴とする請求項３に記載のアドホック・ネットワーク・システム。
6. 前記ノード装置は、自身に隣接するノード装置に対して仮想トンネルの形成を要請するトンネル確立要請メッセージを送信することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のアドホック・ネットワーク・システム。
7. 前記仮想トンネルの要請を受けた一方および他方のノード装置のうち、システムによって決定された一方ノード装置から他方のノード装置に向けて前記トンネル確立要求メッセージが送信されるとともに、該他方のノード装置から該一方のノード装置に向けて前記トンネル確立応答メッセージが送信されることを特徴とする請求項６に記載のアドホック・ネットワーク・システム。
8. オン・デマンド型のルーティング・プロトコルに基づいて自律的なネットワークを形成しているアドホック・ネットワーク・システムのノード装置において、
   自身とは異なる所定の通信先ノード装置に対して複数のノード装置からの経路探索要求があり、かつ、該探索要求のあった経路が継続して使用されるときに、
   前記所定の通信先ノード装置へのメッセージを中継する際に、自身と該所定の通信先ノード装置との間に位置する中継ノード装置における該所定の通信先ノード装置に向けた経路探索要求への応答動作を不要とするための仮想トンネルを自身と該所定の通信先ノード装置との間に設定することを特徴とするノード装置。
9. 前記仮想トンネルの両端に位置するノード装置のうちの一端のノード装置は、自身と該所定の通信先ノード装置である他端のノード装置との間に位置する中継ノード装置に代わって、該他端のノード装置に向けた経路探索要求に対して代理応答することを特徴とする請求項８に記載のノード装置。
10. 前記所定の通信先ノード装置に向けたメッセージを中継伝送するための複数の次転送先ノード情報を含む経路情報を保持する経路テーブルが具備され、
    前記仮想トンネルの形成後に、該仮想トンネル内の中継ノード装置の経路テーブルに保持されている前記所定の通信先ノード装置を含む経路情報のうち、該仮想トンネルの両端に位置するノード装置以外のエントリが削除されることを特徴とする請求項９に記載のノード装置。
11. 前記ノード装置は、自身に隣接するノード装置に対して仮想トンネルの形成を要請するトンネル確立要請メッセージを送信することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載のノード装置。
12. 前記仮想トンネルの要請を受けた一方および他方のノード装置のうち、システムによって決定された一方ノード装置から他方のノード装置に向けて前記トンネル確立要求メッセージが送信されるとともに、該他方のノード装置から該一方のノード装置に向けて前記トンネル確立応答メッセージが送信されることを特徴とする請求項１１に記載のノード装置。

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