JP5804504B2 - マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法 - Google Patents
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Description
複数の無線ノードから構成され、それぞれの無線ノードが、周囲の無線ノードから受信するノード情報に関する周辺ノード情報に基づいて、特定の無線ノードとマルチホップ無線通信を行う際の上位接続先ノードの候補毎に、上位接続先ノードを選定するための指針を与える量を示すメトリック値を算出し、算出したメトリック値に基づいて上位接続先ノードを決定する、マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法であって、
前記マルチホップ無線ネットワークにおける特定の無線ノードを根、その他の無線ノードを節および葉とするツリートポロジにおける何れかの無線ノードを目的の無線ノードとして選択し、目的の無線ノードから周囲の無線ノードに送信するノード情報の値を故意に変更する、
といった構成を採る。
[第1の実施形態]
図14を参照すると、本発明の第1の実施形態にかかるマルチホップ無線ネットワークシステムは、9個の無線ノード1〜9から構成される。無線ノードの数を9個としているのは説明の便宜上であり、本発明において無線ノードの数は任意である。
M=Meh(e、h) …(1)
ここで、Meh(e、h)は、ホップ数hと受信強度eとを引数として、ホップ数hがより大きくなるほど、また受信強度eがより小さくなるほど、より大きな値のメトリック値Mを返す関数である。また、メトリック値は、リンクの通信コストが小さくなるほど小さくなる値であるとする。
M=Mek(e、k) …(2)
M=Mehk(e、h、k) …(3)
ここで、Mek(e、k)は、受信強度eと子ノード数kとを引数として、子ノード数kがより多くなるほど、また受信強度eがより小さくなるほど、より大きな値のメトリック値Mを返す関数である。またMehk(e、h、k)は、受信強度eとホップ数hと子ノード数kとを引数として、ホップ数hおよび子ノード数kがより多くなるほど、また受信強度eがより小さくなるほど、より大きな値のメトリック値Mを返す関数である。そして、その場合には、実際の値と異なる値に故意に変更する対象をホップ数と子ノード数、あるいは子ノード数だけにしてもよい。
M=Mem(e、m) …(4)
M=Mehm(e、h、m) …(5)
ここで、Mem(e、m)は、受信強度eとメトリック値mとを引数として、メトリック値mがより大きくなるほど、また受信強度eがより小さくなるほど、より大きな値のメトリック値Mを返す関数である。またMehm(e、h、m)は、受信強度eとホップ数hとメトリック値mとを引数として、ホップ数hがより多くなるほど、メトリック値mがより大きくなるほど、受信強度eがより小さくなるほど、より大きな値のメトリック値Mを返す関数である。そして、その場合には、実際の値と異なる値に故意に変更する対象をホップ数hとメトリック値m、或いはメトリック値mだけにしてもよい。
また、メトリック値の計算に、重み付けパラメータの値であるハンディキャップ値を使用し、上記の計算式(1)〜(5)を以下の計算式のように変形してもよい。
M=Meh(e、h)+α …(1’)
M=Mek(e、k)+α …(2’)
M=Mehk(e、h、k)+α …(3’)
M=Mem(e、m)+α …(4’)
M=Mehm(e、h、m)+α …(5’)
上記の計算式(1’)〜(5’)において、αはハンディキャップ値を示す。ハンディキャップ値αの初期値は0である。そしてこの場合、ツリートポロジの偏りを解消するために、ハンディキャップ値αの値を設定あるいは変更するようにしてもよい。すなわち、制御ノードである無線ノード1は、ツリートポロジの偏りを解消するために、目的の無線ノード2のハンディキャップ値を設定あるいは変更し、変更後のハンディキャップ値を変更要求メッセージで無線ノード2へ送信する。無線ノード2の周辺ノード情報取得部11は、この変更要求メッセージを受信すると、その応答を無線ノード1に返した後、ノード情報中の一つの情報としてハンディキャップ値を周囲に送信する。このノード情報を受信した周囲の無線ノードは、受信したノード情報に含まれる変更後の最新のハンディキャップ値を用いて無線ノード2を上位接続先ノード候補としてメトリック値を計算する。
次に本発明の第2の実施形態について詳細に説明する。
温度や湿度などの環境情報を収集する環境計測システムに適用される無線センサネットワークでは、各ノード(センサノード)がセンシングしたデータを一つのノード(シンクノード)に集める必要がある。そのため、ネットワークトポロジとしては、シンクノードを頂点としたツリートポロジを構築するのが一般的である。このツリートポロジは一般的に無線マルチホップネットワークに適したルーティングプロトコルにより構築される。
本実施形態は、センサデータを収集する無線センサネットワークシステムにおいて、ツリートポロジを構築する際に、ツリートポロジの各枝の構成ノード数に偏りが生じた場合に、少ない通信量と計算量でノード数を平準化し、負荷分散する。
図1を参照すると、本実施形態としてのシンクノードとセンサノードを使用した物理的な構成が示されている。図1において、シンクノード201は、センサノード202〜211がセンシングした情報をこれらセンサノード202〜211から収集する装置である。センサノード202〜211は、屋内、もしくは、屋外に設置され、外界の情報をセンシングし、センシングした情報をシンクノード201に対して送信を行う。なお、図1において、各ノード間を結ぶ折れ線は無線にて通信を行う関係を表したものである。
次にシンクノードとセンサノードの基本動作を図5に示すタイムチャートを使用して説明する。
このように本実施形態は、以下に記載するような効果を奏する。
第1の効果は、ツリートポロジにおけるノード数の偏りを平準化するのに、接続先を切り替える下位のノードでなく、その上位のノードに対して、周囲に送信するホップ数を変更する要求メッセージを与えることで実施するため、ツリートポロジの平準化による負荷分散を実施する際の通信量を抑えられることである。
第2の効果は、ツリートポロジにおけるノード数の偏りを平準化する際に、どのセンサノードをどのセンサノードに接続換えすべきかを算出する必要がないため、計算量を少なくできることである。
第3の効果は、ホップ数を強制的に変更しても、各センサノードは上位接続先ノード候補の中からメトリック値が最も小さな上位接続先ノードを自律的に決定するため、通信可能な状態を維持したまま平準化が実施可能なことである。
本実施形態は、電力、ガス、水道の使用量を無線により検針する自動検針システムなどへ適用するのに好適な実施形態を示す。自動検針システムにおいては、シンクノードが複数ある大規模ネットワークとなる。そのため、シンクノード間での帰属ノード数の平準化が必要になる。
全ノード数 ÷ 全シンクノード数 = 平均帰属ノード数・・・・・(式6)
平均帰属ノード数 × 0.2 = 差分許容数・・・・(式7)
平均帰属ノード数 ± 差分許容数 = 平準化実行判定閾値ノード数・・・・(式8)
11…周辺ノード情報取得部
12…メトリック計算部
13…上位接続先ノード決定部
14…ネットワーク管理部
Claims (9)
- 複数の無線ノードと制御ノードとから構成され、それぞれの無線ノードが、周囲の無線ノードから受信するノード情報に関する周辺ノード情報に基づいて、特定の無線ノードとマルチホップ無線通信を行うマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法であって、
前記制御ノードは、前記マルチホップ無線ネットワークにおける何れかの無線ノードを目的の無線ノードとして選択し、該目的の無線ノードから周囲の無線ノードに送信する前記ノード情報の値の変更を変更するメッセージを前記目的の無線ノードに送信し、
前記目的の無線ノードは、前記制御ノードから前記メッセージを受信すると、周囲の無線ノードに対して送信する自無線ノードに関するノード情報を変更する
ことを特徴とするマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 前記目的の無線ノードは、前記木構造のネットワークトポロジにおける同階層の他の無線ノードに比較して、下位の無線ノード数が多い無線ノードであり、
前記ノード情報の変更では、前記ノード情報の値を、前記目的の無線ノードを前記上位接続先ノードの候補として計算される前記メトリック値がリンクの通信コスト的に大きくなるように変更する
ことを特徴とする請求項1に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 前記目的の無線ノードは、前記木構造のネットワークトポロジにおける同階層の他の無線ノードに比較して、下位の無線ノード数が少ない無線ノードであり、
前記ノード情報の変更では、前記ノード情報の値を、前記目的の無線ノードを前記上位接続先ノードの候補として計算される前記メトリック値がリンクの通信コスト的に小さくなるように変更する
ことを特徴とする請求項1に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 前記ノード情報の変更では、前記ノード情報に含まれる実際の値を異なる値に変更する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 前記実際の値が、前記目的の無線ノードから前記特定の無線ノードまでのホップ数、前記目的の無線ノードを前記上位接続先ノードに決定している前記無線ノードの数である子ノード数、前記目的の無線ノードが前記上位接続先ノードを決定する際に計算した当該上位接続先ノードの前記メトリック値のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする請求項4に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 前記ノード情報の変更では、前記メトリック値を計算する際に使用する重み付けパラメータの値であるハンディキャップ値を設定・変更する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のマルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。 - 複数の無線ノードと制御ノードとから構成されるマルチホップ無線ネットワークであって、
それぞれの前記無線ノードは、
周囲の無線ノードに対して自無線ノードに関するノード情報を送信すると共に、周囲の無線ノードから受信する前記ノード情報に関する周辺ノード情報を取得する周辺ノード情報取得手段を備え、
前記制御ノードは、
前記マルチホップ無線ネットワークにおける何れかの無線ノードを目的の無線ノードとして選択し、該目的の無線ノードから周囲の無線ノードに送信する前記ノード情報の値の変更を要求するメッセージを前記目的の無線ノードに送信するネットワーク管理手段を備え、
前記無線ノードの前記周辺ノード情報取得手段は、前記制御ノードから前記メッセージを受信すると、周囲の無線ノードに対して送信する自無線ノードに関するノード情報を変更する
ことを特徴とするマルチホップ無線ネットワーク。 - マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、
周囲の無線ノードに対して自無線ノードに関するノード情報を送信すると共に、周囲の無線ノードから受信する前記ノード情報に関する周辺ノード情報を取得する周辺ノード情報取得手段と、
前記マルチホップ無線ネットワークにおける何れかの無線ノードを目的の無線ノードとして選択し、該目的の無線ノードから周囲の無線ノードに送信する前記ノード情報の値の変更を要求するメッセージを前記目的の無線ノードに送信するネットワーク管理手段とを備えることを特徴とする無線ノード。 - マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードを構成するコンピュータを、
周囲の無線ノードに対して自無線ノードに関するノード情報を送信すると共に、周囲の無線ノードから受信する前記ノード情報に関する周辺ノード情報を取得する周辺ノード情報取得手段と、
前記マルチホップ無線ネットワークにおける何れかの無線ノードを目的の無線ノードとして選択し、該目的の無線ノードから周囲の無線ノードに送信する前記ノード情報の値の変更を要求するメッセージを前記目的の無線ノードに送信するネットワーク管理手段として機能させるためのプログラム。
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