JP4757770B2 - 通信ルート選択制御装置、無線装置及び通信ルート選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信ルート選択制御装置、無線装置及び通信ルート選択方法に関する。

近年、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用して通信を行うコグニティブ無線通信と呼ばれる技術が検討されている。非特許文献１には、別々の場所に設置された複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）システム）に接続して通信を行う場合に、モバイルＩＰ（Internet Protocol）を用いることによりシームレスなメディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献２には、複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと無線ＬＡＮシステム）に接続して通信を行うＩＴＳ（Intelligent Transport System）車両にモバイルルータを搭載した場合のＩＰ層での無線通信メディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献３には、複数の物理回線を集約して一つの論理回線として提供するリンクアグリゲーションについて記載されている。
齊藤，他，"異種無線通信メディア間切替ソフトの開発"，Ｂ−５−２８９，電子情報通信学会総合大会，２００３ 磯村，他，"通信メディアの切替え可能な車載用モバイルルータの実装"，Ｂ−７−１０３，電子情報通信学会総合大会，２００３ IEEE802.3ad Standard(IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee).Aggregation of Multiple Link Segments,2000.

しかしながら、コグニティブ無線通信機能を備えた無線局（ノード）によってマルチホップネットワークを構成する場合において、End-to-Endの通信ルート全体での通信効率の向上を図ることのできる通信ルートを選択する技術が一つの課題となっている。さらには、時々刻々と変化する無線環境の影響を軽減し、より安定した通信ルートを提供することが望まれる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、コグニティブ無線通信機能を備えた無線局（ノード）によってマルチホップネットワークを構成する場合において、End-to-Endの通信ルート全体での通信効率の向上を図るとともに、無線環境の影響を軽減し、より安定した通信ルートを提供することのできる通信ルート選択制御装置、無線装置及び通信ルート選択方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る通信ルート選択制御装置は、複数の無線通信メディアを利用するノードによってマルチホップネットワークを構成するときの通信ルート選択制御装置において、自ノードと無線リンクを確立している相手ノードである隣接ノードの無線リンク情報を取得する無線リンク情報取得手段と、前記隣接ノードのアクティブフロー情報を取得するアクティブフロー情報取得手段と、前記取得された各隣接ノードの無線リンク情報およびアクティブフロー情報に基づいて、各隣接ノードの無線リンク負荷を算出する無線リンク負荷算出手段と、各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷を格納するルーティングテーブルと、他ノードとの間でルーティングテーブルを交換する交換手段と、各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づいて自ノードからデスティネーションノードに至る各経路を評価し、通信ルートを選択するルート選択手段と、を備え、ある隣接ノードの無線リンク情報は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数、又は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、ある隣接ノードのアクティブフロー情報は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの個数、又は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値である、ことを特徴とする。

本発明に係る通信ルート選択制御装置においては、前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの個数であり、前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数であり、ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの個数の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」で除した値であることを特徴とする。

本発明に係る通信ルート選択制御装置においては、前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの個数であり、前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの個数の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」で除した値であることを特徴とする。

本発明に係る通信ルート選択制御装置においては、前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値であり、前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数であり、ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」で除した値であることを特徴とする。

本発明に係る通信ルート選択制御装置においては、前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値であり、前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」で除した値であることを特徴とする。

本発明に係る無線装置は、複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、前述の通信ルート選択制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信ルート選択方法は、複数の無線通信メディアを利用するノードによってマルチホップネットワークを構成するときの通信ルート選択方法であって、自ノードと無線リンクを確立している相手ノードである隣接ノードの無線リンク情報を取得する過程と、前記隣接ノードのアクティブフロー情報を取得する過程と、前記取得された各隣接ノードの無線リンク情報およびアクティブフロー情報に基づいて、各隣接ノードの無線リンク負荷を算出する過程と、各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷を格納するルーティングテーブルを、他ノードとの間で交換する過程と、各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づいて自ノードからデスティネーションノードに至る各経路を評価し、通信ルートを選択する過程と、を含み、ある隣接ノードの無線リンク情報は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数、又は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、ある隣接ノードのアクティブフロー情報は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの個数、又は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値である、ことを特徴とする。

本発明によれば、コグニティブ無線通信機能を備えた無線局（ノード）によってマルチホップネットワークを構成する場合において、End-to-Endの通信ルート全体での通信効率の向上を図ることが可能になる。さらには、時々刻々と変化する無線環境の影響を軽減し、より安定した通信ルートを提供することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。図１において、無線局１は、複数の無線通信メディアの無線モジュール１１と、パケットスイッチ１２と、ＩＰ（Internet Protocol）層部１３と、制御部１４とを備える。

各無線モジュール１１は、それぞれの無線通信メディアに対応したＰＨＹ層及びデータリンク層の機能を有する。データリンク層の機能としては、例えば、ＭＡＣ（Medium Access Control）やＬＬＣ（Logical Link Control）などが挙げられる。無線モジュール１１は、パケットスイッチ１２との間で、データリンク層パケットを送受する。また、無線モジュール１１は、データリンク層パケットの無線送信及び無線受信を行う。

パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットのスイッチング機能を有する。パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１の各々に対応して設けられるバッファを有し、無線モジュール１１との間で送受されるデータリンク層パケットのバッファリングを行う。また、パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットとＩＰパケットの相互変換を行う変換機能を有する。パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３との間で、ＩＰパケットを送受する。

制御部１４は、パケットスイッチ１２を制御する。具体的には、ＩＰパケット単位で、どの無線モジュール１１の無線リンクを利用するのかを決定し、パケットスイッチ１２に指示する。

パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３から受け取ったＩＰパケットを変換機能によりデータリンク層パケットに変換し、該データリンク層パケットを制御部１４から指定された無線モジュール１１に出力する。また、パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１から受け取ったデータリンク層パケットを変換機能によりＩＰパケットに変換し、該ＩＰパケットを上位層部１６に出力する。

無線モジュール１１は、送信時には、パケットスイッチ１２から受け取ったデータリンク層パケットを自己の無線通信メディアの固有フォーマットに変換し、無線送信する。また、受信時には、無線受信した固有フォーマットのデータリンク層パケットを共通フォーマットのデータリンク層パケットに変換し、パケットスイッチ１２に出力する。

ＩＰ層部１３は、入出力するＩＰパケットの情報を制御部１４に通知する。その通知するＩＰパケット情報としては、例えば、アドレス情報（宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）ポートアドレス等）、コネクション種別（単一コネクション、複数コネクション）、ＩＰフローに対する通信品質の要求（伝送速度、ＱｏＳ等）などが挙げられる。

制御部１４は、ＩＰ層部１３から通知されるアドレス情報に基づき、ＩＰフローを識別し、通信相手の無線局を判断する。そして、通信相手の無線局との間で利用可能な無線通信メディアの無線モジュール１１の中から、どの無線通信メディアの無線モジュール１１を使用するのかを、ＩＰパケット単位で、選択する。

図２は、コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。図２において、各無線局１（Ｓ１，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）は、３種類の無線通信メディアの無線モジュール１１を備え、各無線通信メディアに対応している。その３種類の無線通信メディアの例として、本実施形態では、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の無線アクセス方式の標準規格「IEEE802.16e」と、無線ＬＡＮの標準規格「IEEE802.11g」，「IEEE802.11j」を挙げて説明する。図２中の無線リンク１０１はIEEE802.16eの無線リンクであり、無線リンク１０２はIEEE802.11gの無線リンクであり、無線リンク１０３はIEEE802.11jの無線リンクである。

図２の無線局１（Ｓ１，Ｄ１）間は、３つの無線リンク１０１，１０２，１０３で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ２）間は、２つの無線リンク１０１，１０２で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ３）間は、１つの無線リンク１０１で接続されている。

本実施形態では、無線局１は、マルチホップネットワークを構成するノードとして機能する。図３は、マルチホップネットワークの構成例である。図３の例では、End-to-Endの通信ルートとして、ソースノード１＿Ｓｏｕからデスティネーションノード１＿Ｄｅｓに至る２つの通信ルート１，２が示されている。

通信ルート１は、ソースノード１＿Ｓｏｕからノード１＿Ａ，１＿Ｂ，１＿Ｃの３つの中継ノードを経由してデスティネーションノード１＿Ｄｅｓに到達する。つまり、通信ルート１は、ソースノード１＿Ｓｏｕとノード１＿Ａ間のパスＰｓｏｕａ、ノード１＿Ａ，１＿Ｂ間のパスＰａｂ、ノード１＿Ｂ，１＿Ｃ間のパスＰｂｃ、及びノード１＿Ｃとデスティネーションノード１＿Ｄｅｓ間のパスＰｃｄｅｓから構成される。

通信ルート２は、ソースノード１＿Ｓｏｕからノード１＿Ｄ，１＿Ｅの２つの中継ノードを経由してデスティネーションノード１＿Ｄｅｓに到達する。つまり、通信ルート２は、ソースノード１＿Ｓｏｕとノード１＿Ｄ間のパスＰｓｏｕｄ、ノード１＿Ｄ，１＿Ｅ間のパスＰｄｅ、及びノード１＿Ｅとデスティネーションノード１＿Ｄｅｓ間のパスＰｅｄｅｓから構成される。

ＩＰ層部１３は、ＩＰフロー毎に、デスティネーションノードに至る通信ルートの選択を行う。ＩＰ層部１３は、通信ルートの選択結果を制御部１４に指示する。制御部１４は、ＩＰ層部１３から指示された通信ルートに従って、通信相手のノードを決定する。

次に、図１の制御部１４について説明する。
図４は、図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。図４には、制御部１４の構成のうち、本発明に係る特徴的な部分を示している。
図４において、隣接ノード情報取得部２１は、隣接ノードの情報を取得する。隣接ノードとは、自ノードと無線リンクを確立している相手ノードのことを言う。隣接ノード情報取得部２１は、無線リンク情報取得部２２とアクティブフロー情報取得部２３を有する。

無線リンク情報取得部２２は、各隣接ノードの無線リンク情報を取得する。無線リンク情報とは、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数、若しくは、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値である。無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数」を用いる場合、無線リンク情報取得部２２は、隣接ノードの各々に関し、自ノードとの間で確立中の無線リンクの個数を調べる。これは、各無線モジュール１１から知ることができる。無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」を用いる場合、無線リンク情報取得部２２は、隣接ノードの各々から、自ノードとの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値を受信する。

また、無線リンク情報取得部２２は、隣接ノードの各々に関し、自ノードとの間で確立中の無線リンクの無線通信メディアの種類を調べる。これは、各無線モジュール１１から知ることができる。そして、各隣接ノードで確立中の無線リンクの無線通信メディアの種類を、それぞれの隣接ノードの無線リンク情報に含める。

アクティブフロー情報取得部２３は、各隣接ノードのアクティブフロー情報を取得する。アクティブフロー情報とは、アクティブ状態のＩＰフローの個数、若しくは、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値である。アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの個数」を用いる場合、アクティブフロー情報取得部２３は、隣接ノードの各々から、アクティブ状態のＩＰフローの個数を受信する。アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値」を用いる場合、アクティブフロー情報取得部２３は、隣接ノードの各々から、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値を受信する。

無線リンク情報送信部２４は、無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」を用いる場合、隣接ノードの各々に関し、自ノードとの間で確立中の無線リンクの個数とその無線通信メディアの種類を調べ、その確立中の無線リンクの各々の提供可能な最大データ通信速度の合計値を算出する。そして、その算出結果をそれぞれの隣接ノードに送信する。

なお、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数とその無線通信メディアの種類は、各無線モジュール１１から知ることができる。
また、無線リンクの提供可能な最大データ通信速度は、無線通信メディアの種類ごとに、予め記憶しておく。この最大データ通信速度は、劣化要因となるノード間の干渉がない状態で得られる値にする。通常、利用可能なデータ通信速度は、周辺ノードのパケット送信により発生する干渉波の影響を受けて変化するが、ここでは、無線リンクの使用状況を生み出す情報の一つとして、ノード間の干渉がない状態での最大データ通信速度を用いる。

アクティブフロー情報送信部２５は、自ノードのアクティブフロー情報を隣接ノードに送信する。アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの個数」を用いる場合、アクティブフロー情報送信部２５は、自ノードでアクティブ状態にあるＩＰフローの個数を調べ、その結果を送信する。アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値」を用いる場合、アクティブフロー情報送信部２５は、自ノードでアクティブ状態にあるＩＰフローの各々について、ＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量を調べ、その合計値を算出し、その算出結果を送信する。なお、アクティブ状態にあるＩＰフローの個数、又は、アクティブ状態にあるＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量は、ＩＰ層部１３で測定し、制御部１４に通知される。

なお、アクティブ状態のＩＰフローとは、確立中の無線リンクを使用しているＩＰフローのことを言う。従って、アクティブ状態のＩＰフローの個数は、確立中の無線リンクの各々において、無線リンクを使用中のＩＰフローの総合計数である。

無線リンク情報およびアクティブフロー情報の隣接ノードへの報知には、確立中の無線リンクのうち、いずれか一つを指定して使用する。また、その報知タイミングは、定期的であってもよく、或いは、情報の変化があった時であってもよい。

隣接ノード情報テーブル生成部２６は、隣接ノード情報取得部２１により取得された無線リンク情報およびアクティブフロー情報から、隣接ノード情報テーブル２７を生成する。図５は、本実施形態に係る隣接ノード情報テーブル２７の構成例である。隣接ノード情報テーブル２７は、隣接ノードごとに、無線リンク情報およびアクティブフロー情報を格納する。図５においては、隣接ノードの識別情報（隣接ノードＩＤ）に対応付けて、無線リンク情報およびアクティブフロー情報が記憶される。隣接ノード情報テーブル生成部２６は、情報の変化があった場合には、隣接ノード情報テーブル２７を更新する。

無線リンク負荷算出部２８は、隣接ノード情報テーブル２７に基づいて、各隣接ノードの無線リンク負荷を算出する。無線リンク負荷は、無線リンク情報およびアクティブフロー情報から算出される。ある隣接ノードＡの無線リンク負荷を算出する実施例１〜４を以下に示す。

［実施例１］
実施例１では、アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの個数」を用い、無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数」を用いる。
まず、隣接ノードＡに関し、自ノードとの間で確立中の無線リンクの無線通信メディアの種類を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、その無線通信メディアの種類と一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを、自ノードとの間で確立中の隣接ノードを全て抽出する。これは、隣接ノード情報テーブル２７中の各隣接ノードの無線リンク情報に含まれる無線通信メディアの種類を調べることにより行う。次いで、その抽出された隣接ノードの各々に関し、隣接ノード情報テーブル２７中のアクティブフロー情報から、アクティブ状態のＩＰフローの個数を読み出す。次いで、その読み出したアクティブ状態のＩＰフローの個数を合計する。この合計値は、隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの個数の総合計値（以下、「アクティブフロー総合計値」と称する）である。また、自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、隣接ノードＡの無線リンク負荷を次式により計算する。
隣接ノードＡの無線リンク負荷＝「アクティブフロー総合計値」÷「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」

［実施例２］
実施例２では、アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの個数」を用い、無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」を用いる。
まず、実施例１と同様に、「アクティブフロー総合計値」を求める。また、自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、隣接ノードＡの無線リンク負荷を次式により計算する。
隣接ノードＡの無線リンク負荷＝「アクティブフロー総合計値」÷「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」

［実施例３］
実施例３では、アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値」を用い、無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数」を用いる。
まず、隣接ノードＡに関し、自ノードとの間で確立中の無線リンクの無線通信メディアの種類を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、その無線通信メディアの種類と一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを、自ノードとの間で確立中の隣接ノードを全て抽出する。これは、隣接ノード情報テーブル２７中の各隣接ノードの無線リンク情報に含まれる無線通信メディアの種類を調べることにより行う。次いで、その抽出された隣接ノードの各々に関し、隣接ノード情報テーブル２７中のアクティブフロー情報から、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値を読み出す。次いで、その読み出したアクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値を合計する。この合計値は、隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の総合計値（以下、「アクティブフローパケット流入量総合計値」と称する）である。また、自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、隣接ノードＡの無線リンク負荷を次式により計算する。
隣接ノードＡの無線リンク負荷＝「アクティブフローパケット流入量総合計値」÷「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」

［実施例４］
実施例４では、アクティブフロー情報として「アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値」を用い、無線リンク情報として「自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」を用いる。
まず、実施例３と同様に、「アクティブフローパケット流入量総合計値」を求める。また、自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値を、隣接ノード情報テーブル２７中の隣接ノードＡの無線リンク情報から読み出す。次いで、隣接ノードＡの無線リンク負荷を次式により計算する。
隣接ノードＡの無線リンク負荷＝「アクティブフローパケット流入量総合計値」÷「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」

無線リンク負荷算出部２８は、算出した各隣接ノードの無線リンク負荷をＩＰ層部１３に送る。

次に、図１のＩＰ層部１３について説明する。
図６は、図１に示すＩＰ層部１３の構成を示すブロック図である。図６には、ＩＰ層部１３の構成のうち、本発明に係る特徴的な部分を示している。
図６において、ルーティングテーブル送信部３１は、定期的に、ルーティングテーブル３２をブロードキャスト形式で送信する。このとき、ルーティングテーブル送信部３１は、ブロードキャスト形式のＩＰパケットにルーティングテーブル３２を格納し、該ＩＰパケットをパケットスイッチ１２に出力する。これにより、自ノードが有するルーティングテーブル３２は、ブロードキャスト形式で送信され、隣接ノードで受信される。

図７には、ルーティングテーブル３２の構成例が示されている。図７において、ルーティングテーブル３２は、ノード毎に、隣接ノード毎の無線リンク負荷を格納する。図７においては、ノードの識別情報（ノードＩＤ）に対応付けて、当該ノードの隣接ノードのＩＤ（隣接ノードＩＤ）ごとに無線リンク負荷が記憶される。ルーティングテーブル３２は、自ノードのルーティングテーブル情報と、他ノードのルーティングテーブル情報を有する。ルーティングテーブル情報は、ノードＩＤと、隣接ノードＩＤおよび無線リンク負荷の組とから成る。

更新部３３は、ルーティングテーブル３２を更新する。更新部３３は、制御部１４から、自ノードに関する隣接ノード毎の無線リンク負荷を受け取る。更新部３３は、制御部１４から受け取った隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づき、ルーティングテーブル３２中の自ノードの隣接ノード毎の無線リンク負荷を書き換える。

ルーティングテーブル受信部３４は、隣接ノードからブロードキャスト形式で送信された、隣接ノードのルーティングテーブルを受信する。このとき、ルーティングテーブル受信部３４は、パケットスイッチ１２からブロードキャスト形式のＩＰパケットを受け取り、該ＩＰパケットに格納された隣接ノードのルーティングテーブルを得る。ルーティングテーブル受信部３４は、隣接ノードのルーティングテーブルを更新部３３に出力する。

更新部３３は、ルーティングテーブル受信部３４から隣接ノードのルーティングテーブルを受け取る。隣接ノードのルーティングテーブルには、自ノードと無線リンクで接続されていない他ノードのルーティングテーブル情報も含まれる。これにより、マルチホップネットワーク全体の各ノードのルーティングテーブル情報が収集可能となる。

更新部３３は、ルーティングテーブル受信部３４から受け取った隣接ノードのルーティングテーブルと、自ノードのルーティングテーブル３２とを参照し、各ノードに係るルーティングテーブル情報を比較する。この比較の結果から、ルーティングテーブル情報の変化が見つかった場合には、自ノードのルーティングテーブル３２を更新する。

ルート選択部３５は、ルーティングテーブル３２に基づいて、ＩＰフロー毎に、通信ルートを選択する。ルート選択部３５は、その選択結果のＩＰフロー毎の通信ルートを制御部１４に指示する。

ここで、通信ルートの選択方法について、いくつかの実施例を挙げて説明する。

［無線リンク負荷のみを使用する通信ルート選択方法］
まず、自ノードからデスティネーションノードに至る経路毎に、全パスの無線リンク負荷の合計値を計算する。各パスの無線リンク負荷は、ルーティングテーブル３２から読み取る。あるパスの無線リンク負荷は、当該パスの始端のノードにおける隣接ノードの無線リンク負荷のうち、当該パスの終端である隣接ノードの無線リンク負荷である。そして、全パスの無線リンク負荷の合計値が最小である経路を、当該ＩＰフローの通信ルートとして選択する。

［無線リンク負荷とホップ数を使用する通信ルート選択方法］
まず、自ノードからデスティネーションノードに至る経路毎に、各パスのリンクコストを計算し、そのリンクコストの合計値を求める。リンクコストは次式により計算する。
パスＢのリンクコスト＝α＋η＋γ×Ｈ
但し、αは定数、ηはパスＢの無線リンク負荷、Ｈは自ノードからパスＢまでのホップ数、γは重み値である。ホップ数は、経由するノードの個数に相当する。
そして、全パスのリンクコストの合計値が最小である経路を、当該ＩＰフローの通信ルートとして選択する。

上述したように本実施形態によれば、各ノードは、隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づいて自ノードからデスティネーションノードに至る各経路を評価することにより、最も通信効率のよい通信ルートを選択することができる。これにより、コグニティブ無線通信機能を備えた無線局（ノード）によってマルチホップネットワークを構成する場合において、End-to-Endの通信ルート全体での通信効率の向上を図ることが可能になる。

さらに、本実施形態によれば、アクティブフロー情報および無線リンク情報から算出される無線リンク負荷を利用する。ここで、アクティブフロー情報は無線環境の影響を受けることのないものである。従来、一般的に無線リンクの負荷の算出に用いられる、単位時間当たりの無線リンク利用率は、無線環境の変化に応じて変動するものである。したがって、従来の無線リンク利用率を利用して算出される負荷に比べて、本実施形態に係る無線リンク負荷は、無線環境の影響を受ける度合いが軽減される。これにより、瞬時的な無線環境の悪化により通信ルートの変更が発生することを防止することができ、安定した通信ルートを提供することが可能になる。

また、従来の無線リンク利用率の測定が不要となるので、ノードにかかる処理負荷を軽減することができる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、無線通信メディアにおけるデータリンク層（ＭＡＣ、ＬＬＣ等）の上位に、ＩＰパケットの単位で使用する無線通信メディアを選択するデータリンク層パケットスイッチを設けたが、データリンク層パケットの単位で使用する無線通信メディアを選択するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。 コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。 マルチホップネットワークの構成例である。 図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る隣接ノード情報テーブル２７の構成例である。 図１に示すＩＰ層部１３の構成を示すブロック図である。 図６に示すルーティングテーブル３２の構成例である。

符号の説明

１…無線局（無線装置）、１１…無線モジュール、１２…パケットスイッチ、１３…ＩＰ層部、１４…制御部、２１…隣接ノード情報取得部、２２…無線リンク情報取得部、２３…アクティブフロー情報取得部、２４…無線リンク情報送信部、２５…アクティブフロー情報送信部、２６…隣接ノード情報テーブル生成部、２７…隣接ノード情報テーブル、２８…無線リンク負荷算出部、３１…ルーティングテーブル送信部、３２…ルーティングテーブル、３３…更新部、３４…ルーティングテーブル受信部、３５…ルート選択部、１０１〜１０３…無線リンク

Claims (7)

1. 複数の無線通信メディアを利用するノードによってマルチホップネットワークを構成するときの通信ルート選択制御装置において、
   自ノードと無線リンクを確立している相手ノードである隣接ノードの無線リンク情報を取得する無線リンク情報取得手段と、
   前記隣接ノードのアクティブフロー情報を取得するアクティブフロー情報取得手段と、
   前記取得された各隣接ノードの無線リンク情報およびアクティブフロー情報に基づいて、各隣接ノードの無線リンク負荷を算出する無線リンク負荷算出手段と、
   各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷を格納するルーティングテーブルと、
   他ノードとの間でルーティングテーブルを交換する交換手段と、
   各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づいて自ノードからデスティネーションノードに至る各経路を評価し、通信ルートを選択するルート選択手段と、を備え、
   ある隣接ノードの無線リンク情報は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数、又は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、
   ある隣接ノードのアクティブフロー情報は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの個数、又は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値である、
   ことを特徴とする通信ルート選択制御装置。
2. 前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの個数であり、
   前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数であり、
   ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの個数の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」で除した値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信ルート選択制御装置。
3. 前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの個数であり、
   前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、
   ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの個数の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」で除した値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信ルート選択制御装置。
4. 前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値であり、
   前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数であり、
   ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクの個数」で除した値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信ルート選択制御装置。
5. 前記アクティブフロー情報は、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値であり、
   前記無線リンク情報は、自ノードと隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、
   ある隣接ノード（隣接ノードＡ）についての前記無線リンク負荷は、「隣接ノードＡと自ノードの間で確立中の無線リンクと一つでも同じ無線通信メディアの無線リンクを自ノードとの間で確立中の隣接ノードの全てについての、アクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の総合計値」を「自ノードと隣接ノードＡの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値」で除した値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信ルート選択制御装置。
6. 複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、
   請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の通信ルート選択制御装置を備えたことを特徴とする無線装置。
7. 複数の無線通信メディアを利用するノードによってマルチホップネットワークを構成するときの通信ルート選択方法であって、
   自ノードと無線リンクを確立している相手ノードである隣接ノードの無線リンク情報を取得する過程と、
   前記隣接ノードのアクティブフロー情報を取得する過程と、
   前記取得された各隣接ノードの無線リンク情報およびアクティブフロー情報に基づいて、各隣接ノードの無線リンク負荷を算出する過程と、
   各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷を格納するルーティングテーブルを、他ノードとの間で交換する過程と、
   各ノードに係る隣接ノード毎の無線リンク負荷に基づいて自ノードからデスティネーションノードに至る各経路を評価し、通信ルートを選択する過程と、を含み、
   ある隣接ノードの無線リンク情報は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクの個数、又は、自ノードと当該隣接ノードの間で確立中の無線リンクで提供可能な最大データ通信速度の合計値であり、
   ある隣接ノードのアクティブフロー情報は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの個数、又は、当該隣接ノードにおけるアクティブ状態のＩＰフローの単位時間当たりのパケット流入量の合計値である、
   ことを特徴とする通信ルート選択方法。

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