JPH1132072A - 無線ネットワークにおける無線パケットの経路決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線基地局間において、双方向通信を行う無
線ネットワークに関し、無線基地局が無線伝送路の品質
やトラヒックの変動に対して効率的に経路を設定するこ
との可能な方法の実現を目的とする。 【解決手段】 中央基地局は測定結果情報探索パケット
を中央基地局が決定した経路で送信し，各無線基地局は
自己の持つ最適経路を決定するのに必要な測定結果情報
を測定結果情報探索パケットに記録して次の無線基地局
に送り，測定結果情報探索パケットを受信した中央基地
局はその測定結果情報から各無線基地局への最適経路を
決定し，測定結果情報を測定結果情報パケットとして再
び各無線基地局へ送信し，各無線基地局は測定結果情報
パケットの測定結果情報から中央基地局への最適経路を
決定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれの無線基
地局間において双方向通信を行う無線ネットワークにお
いて、無線基地局が無線伝送路の品質、トラヒックの変
動に対して通信目的の無線基地局に対してダイナミッ
ク、自律分散的、かつ、効率的に経路を設定することを
可能にする方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数の無線基地局が存在するネットワー
クにおいて、その無線基地局間で無線パケットの経路を
決定する方法として二つの方法がある。一つは各無線基
地局が各々無線パケットを送信する目的の無線基地局へ
の経路を独立に決定する方法であり、他の一つは経路を
管理する無線基地局が経路を決定、または経路を決定す
るための情報を提供し、その情報に基づいて各無線基地
局が経路を決定する方法である。

【０００３】前者の方法において経路を決定するための
方法は、更に二つに分けられる。一つは各無線基地局が
送信基地局への経路を経路情報表として記録し、その経
路情報表に従って無線パケットを送信する方法(文献：J
OHN JUBIN,et al,"The DARPAPacket Radio Nerwork Pro
tocols," Proc. of The IEEE, vol 75, No 1, Jan.198
7 参照）である。

【０００４】経路の変更を要するような無線空間の変動
等に対しては、個々の無線基地局が持つ経路情報表を独
立に同報的に送信することによって常に最適の経路を決
定している。経路情報には目的の無線基地局へ無線パケ
ットを送信するために次に送信すべき無線基地局と中継
数（ホップ数）が記されており、ホップ数が出来るだけ
少なくなるように経路が決定される。

【０００５】最適経路を決定するためのもう一つの方法
として、それぞれの無線基地局に地理的な情報を記録
し、その地理的情報によって経路を決定する方法（米国
特許４９３９７２６号）がある。この方法では、目的の
無線基地局の緯度、経度といった地理的情報によって経
路を決定する。無線パケットを受信した無線基地局は目
的の無線基地局へ更に近くなるように無線パケットを中
継する。

【０００６】経路を管理する無線基地局の情報で各無線
基地局が経路を決定する方法では、経路を管理する無線
基地局（中央基地局）がまず最適経路を決定するための
信号を周辺の無線基地局に向けて一斉同報的に送信す
る。この信号を受信した各無線基地局は中央基地局に向
けて信号を返信する。各無線基地局は中央基地局から一
番始めに到着した信号が通過した経路を最適経路とし、
中央基地局は返信された信号の経路から各無線基地局へ
の最適経路を求める。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法による経路
決定方法のうち、前者の、直接最適経路で無線パケット
を送信する方法の場合、経路情報表に基づいて経路を決
定する方法では、無線基地局の数が多くなるにしたがっ
て経路情報表の大きさも大きくなってしまい、更に経路
の変更が生じると、経路情報の変更のために経路情報表
が各無線基地局から同報的に送信されてしまう。これは
無線区間の利用効率の低下を招く。

【０００８】また無線基地局に地理的情報を記録させる
方法においては、無線基地局の位置が変更されるごとに
地理的情報の更新が必要であり、更に目的の基地局の地
理的情報を何らかの方法で知る必要がある。

【０００９】後者の中央制御によって経路を決定する方
法は、中央基地局から各無線基地局に同報的に経路を決
定するための無線パケットが送信され、更に各無線基地
局が独立に決定した経路を中央基地局に送信するので、
経路を決定するために送信される無線パケットの数が多
くなってしまう。

【００１０】また、無線基地局と中央基地局との最適経
路は中央基地局から無線基地局への無線パケットの伝達
時間で決定されるので、経路の双方向における遅延時間
に違いがある場合には、無線基地局から中央基地局への
無線パケットの経路として最適ではない。

【００１１】本発明は以上の問題に鑑み、無線ネットワ
ークにおける無線パケットの送受信において、経路を決
定するための無線パケットがトラヒックに与える影響が
少なく、無線パケットの最適な経路の決定を行うことの
できる手段を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題は、前記特許請求の範囲に記載した手段により解決
される。

【００１３】すなわち、請求項１の発明は、中央基地局
が、測定結果情報探索パケットを中央基地局が決定した
経路で送信し、各無線基地局は自己の持つ最適経路を決
定するのに必要な測定結果情報を測定結果情報探索パケ
ットに記録して次の無線基地局に送り、測定結果情報探
索パケットを受信した中央基地局はその測定結果情報か
ら各無線基地局への最適経路を決定し、中央基地局は、
測定結果情報を測定結果情報パケットとして再び各無線
基地局へ送信し、各無線基地局は測定結果情報パケット
の測定結果情報から中央基地局への最適経路を決定する
経路決定方法である。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、測定結果情報として各無線基地局および中央基
地局間の遅延時間を用い、各無線基地局が最適経路を中
央基地局からの遅延時間の最も少ない経路として決定す
る経路決定方法である。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、測定結果情報として各無線基地局において無線
パケットを中継するために一時的に伝達情報を記録する
ための記録装置の空容量を用い、最適経路を中継基地局
の空容量の最小値が最も大きくなる経路として決定する
経路決定方法である。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、測定結果情報として無線基地局間の平均パケッ
ト誤り率を用い、最適経路として各無線基地局が最適経
路を中継基地局間の平均パケット誤り率の最大値が最も
小さい経路を決定する経路決定方法である。

【００１７】請求項５の発明は、請求項２記載の発明に
おいて、平均遅延時間を計算するために無線パケットに
受信または送信時刻を記録し、その無線パケットを受信
した中央基地局あるいは各無線基地局が自己の持つ時刻
と比較を行うことによって遅延時間を計算し、その遅延
時間を予め定めた回数または一定時間記録し、その平均
を計算する経路決定方法である。

【００１８】請求項６の発明は、請求項４記載の発明に
おいて、平均パケット誤り率を計算するために各無線基
地局および中央基地局が受信した無線パケットの数と再
送を行った無線パケットの数を記録し、一定時間前まで
の記録について全到着無線パケットの内、再送を行った
無線パケットの割合を平均パケット誤り率として計算す
ることを特徴とする経路決定方法である。

【００１９】請求項７の発明は、請求項１記載の発明に
おいて、無線ネットワーク内に複数の中央基地局が存在
する場合、各無線基地局が、それぞれ独立的に、受信し
た測定結果情報パケットから複数の中央基地局のうちで
最適な経路が得られる中央基地局に無線パケットを送信
するよう経路を決定する経路決定方法である。

【００２０】上記各発明は、中央基地局が送信する測定
結果情報探索パケットと測定結果情報パケットを用い
て、各無線基地局が経路および無線パケットを送信する
中央基地局を独立に決定することが従央の方式とは異な
る。この差異により各無線基地局は経路の状況に応じて
経路を変更することができ、ネットワーク全体の無線パ
ケット伝送を効率的に行うことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用する系の構成
の例を示す図である。同図において、数字符号１−１，
１−２はそれぞれ中央基地局、２−１〜２−５は無線基
地局、３は直接無線パケットの送受信が可能である無線
経路、４は有線網ネットワーク、５は有線網ネットワー
クに接続されているパーソナルコンピュータを表わして
いる。

【００２２】図２は本発明の実施の形態を説明するため
の系構成を模式的に示す図であって、数字符号１０は直
接無線パケットの送受信が可能である無線経路、１１，
１２は中央基地局、１３〜１８は無線基地局である。図
３は中央基地局での経路決定方法の手順を示す流れ図で
ある。図４は中央基地局での測定結果情報探索パケット
を受信した場合の経路決定方法の手順を示す流れ図であ
る。

【００２３】図５は中央基地局での測定結果情報探索パ
ケットを送信するための手順を示す流れ図である。図６
は無線基地局での経路決定方法の手順を示す流れ図であ
る。以下上記図１〜図６を参照して本発明の実施の形態
の例について説明する。説明中の括弧内のＳ１−Ａ，Ｓ
３−Ｂなどの符号は図３〜図６中の同じ符号と対応す
る。

【００２４】図２において、中央基地局１１，１２は１
３〜１８までの無線基地局の存在を認識しているものと
する。まず、中央基地局は無線基地局へ測定結果情報探
索パケットを送信する（Ｓ１−Ａ、Ｓ３−Ｂ）。測定結
果情報探索パケットは中央基地局がその存在を認識し、
この中央基地局に無線パケットを送信する可能性がある
無線基地局を通過するように経路が設定される（Ｓ３−
Ａ）。

【００２５】測定結果情報探索パケットの最終目的基地
局としては、もし無線ネットワーク内に中央基地局が１
つであるならば、自己である中央基地局、また、無線ネ
ットワーク内に複数の中央基地局があり、さらに、その
中央基地局との間に、他の中央基地局が存在しないなら
ば、その中央基地局を設定し、該当する中央基地局にむ
けて無線パケットを送信する。

【００２６】図２においては中央基地局１１から測定結
果情報探索パケットが送信されたとするとこの無線パケ
ットの経路としては例えば、１１，１３，１４，１６，
１５，１６，１７，１８，１２の順に選ばれるとする。

【００２７】測定結果情報探索パケットは、中央基地局
で送受信を行う無線パケット量が少ない場合、つまり、
測定結果情報探索パケットが無線ネットワーク全体の負
荷にならないときや、中央基地局と直接通信可能な無線
基地局のトラヒックが片寄っている場合、あるいは、長
時間測定結果情報探索パケットを送信していない場合
や、無線基地局からの経路更新要求パケットを受信した
場合に送られる。

【００２８】測定結果情報探索パケットを受信した無線
基地局は隣接基地局との無線パケットの送受信における
平均遅延時間を測定結果情報探索パケットに記す（Ｓ４
−Ａ）。中央基地局および無線基地局は時計等によって
正確な時刻を知ることができるので、無線パケットの受
信時に時刻のデータを無線パケットに付加し、無線パケ
ットを受信した次の中央基地局および無線基地局は受信
時刻のデータから無線パケットの送受信による遅延時間
を計算することができる。

【００２９】各無線基地局および中央基地局は過去の遅
延時間を記録している。従って、一定時間内の遅延時間
の時間平均を計算することにより平均遅延時間を求める
ことができる。測定結果情報探索パケットを受信した中
央基地局は、受信した情報から新しい無線基地局が存在
するかどうかを調べ、もし新規無線基地局が存在するな
らば、測定結果情報パケットおよび測定結果情報探索パ
ケットの経路の変更を行う。

【００３０】また、この測定結果情報より各無線基地局
への最適経路を決定する（Ｓ２−Ａ）。決定条件として
は各無線基地局までにかかる全遅延時間を計算し、この
全遅延時間が最も小さい経路を選択する。もし遅延時間
が同じであるような複数の経路が考えられるときには個
々の無線基地局間の遅延時間の中で遅延時間の小さな経
路を避けるように経路が選ばれる。

【００３１】中央基地局は、再び遅延時間の情報を、測
定結果情報パケットとして送信する（Ｓ２−Ｂ）。測定
結果情報パケットの内容は、測定結果情報探索パケット
と同じである。測定結果情報パケットの経路としては、
新設された基地局や消滅した経路がなければ測定結果情
報探索パケットの経路と逆の経路が選ばれる（Ｓ２−
Ｃ）。図２の場合においては１２，１８，１７，１６，
１５，１６，１４，１３，１１となる。

【００３２】各無線基地局は測定結果情報パケットを受
信すると、その情報から最適経路を決定する（Ｓ４−
Ｂ）。決定方法としては、中央基地局が各無線基地局へ
の経路を決定した方法と同じ方法で行う。自己の無線基
地局から中央基地局までの経路を比較し、合計の遅延時
間が最も少ない経路を選択する。もし遅延時間が同じで
あるような複数の経路が考えられるときには個々の無線
基地局間の遅延時間の中で大きな遅延時間を生ずるよう
な経路を避けるように経路が選ばれる。

【００３３】この場合に中央基地局が複数存在する場合
にはどちらの中央基地局へ送るかは、最適な経路となる
方が選ばれる。本発明は、測定結果情報として平均遅延
時間ではなく、平均パケット誤り率や中継する無線基地
局の無線パケットを中継するために一時的に伝達情報を
記録するための記録装置の空容量を用いることも可能で
ある。

【００３４】ここで平均パケット誤り率とは、ある一定
時間のあいだの全受信無線パケットのうち再送を行った
無線パケットとする。平均パケット誤り率が大きい経路
は無線パケットの再送が多いのでその経路を無線パケッ
トの経路として決定することは無線空間の利用効率を下
げることになる。そこで平均パケット誤り率が大きい経
路を通らないような経路を決定することによって無線空
間の利用効率の低下を避けることができる。

【００３５】平均パケット誤り率を求めるために各無線
基地局および中央基地局は各無線パケットの誤り率を測
定し、記録しておく。その方法として各無線基地局およ
び中央基地局は各周辺基地局から受信した無線パケット
の内、再送を行った無線パケットの数を数えてそれを全
無線パケット数で割った値を平均パケット誤り率とす
る。

【００３６】測定結果情報探索パケットを受信すると、
平均パケット誤り率を測定結果情報探索パケットに記録
する。次に測定結果情報パケットを受信した場合には、
測定結果情報パケットに記録されている各無線基地局お
よび中央基地局間の平均パケット誤り率の情報より、可
能な経路の中で各経路の平均パケット誤り率の最大値が
最も小さい経路を最適経路として決定する。

【００３７】また無線基地局の中継する無線パケットを
一時的に記録するための記録装置の空容量が小さくなる
と無線パケットのフロー制御が行われることが多くな
り、そのための制御信号も送信されるために無線空間の
利用効率を下げることになる。そこで無線基地局の記録
装置の空容量が小さい経路を通らない経路を決定するこ
とによって無線空間の利用効率の低下を避けることがで
きる。

【００３８】各無線基地局および中央基地局は自己の無
線パケットの一時記録のための記録装置の空容量を一定
時間ごとに計算して記録しておく。測定結果情報探索パ
ケットを受信すると各無線基地局は過去の記録装置の空
容量から平均空容量を計算し、測定結果情報探索パケッ
トに記録して次の無線基地局に送信する。

【００３９】また測定結果情報パケットを受信した場合
にはその測定結果情報パケットから各無線基地局および
中央基地局間の平均空容量から、可能な経路の中で各経
路の平均空容量の最大値が最も小さい経路を最適経路と
して決定する。

【００４０】更に、経路更新要求パケットは各無線基地
局の隣接基地局の応答が消滅した、または新しい無線基
地局を認識した等、経路の変更があった場合にその無線
基地局から中央基地局に送られる。その経路更新要求パ
ケットには経路の消滅であるならばその消滅した無線基
地局、そして新規の無線基地局を認識したならばその無
線基地局が記されるので、中央基地局は測定結果情報探
索パケットの経路の更新を行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、中央基
地局が測定結果情報パケットを管理し、更に、各無線基
地局がその情報から独立に最適な経路を決定するように
しているので、経路を設定するための信号がトラヒック
に影響を与えることがなく、無線区間の無線パケットの
片寄りを減らすこともできるので、従来の方法に比して
系全体の通信量の増加を計ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する系の構成の例を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態を説明するための系構成を
模式的に示す図である。

【図３】中央基地局での経路決定方法の手順を示す流れ
図である。

【図４】中央基地局での測定結果情報探索パケットを受
信した場合の経路決定方法の手順を示す流れ図である。

【図５】中央基地局での測定結果情報探索パケットを送
信するための手順を示す流れ図である。

【図６】無線基地局での経路決定方法の手順を示す流れ
図である。

【符号の説明】

１−１，１−２，１１，１２ 中央基地局 ２−１〜２−５，１３〜１８ 無線基地局 ３，１０ 無線経路 ４ 有線網ネットワーク ５ パーソナルコンピュータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の無線基地局および有線ネットワー
   クに接続された中央基地局から構成され、その無線基地
   局間および無線基地局と中央基地局間で無線パケットに
   よってデータの送受信が行われる無線ネットワークにお
   ける、無線基地局と中央基地局間で送受信される無線パ
   ケットを中継するための経路を決定する方法であって、 最適経路を決定するために必要な情報を測定し、測定結
   果情報を収集するために、中央基地局がその存在を認識
   し、この中央基地局に無線パケットを送信する可能性が
   ある無線基地局を通過し、その無線パケットに各経路の
   測定結果情報を記すことが可能である測定結果情報探索
   パケットを、中央基地局が送信する手順と、 各無線基地局が、中央基地局からの測定結果情報探索パ
   ケットを受信したとき、その測定結果情報を測定結果情
   報探索パケットに付加し、該測定結果情報探索パケット
   を次の無線基地局に中継する手順と、 中央基地局が、上記測定結果情報探索パケットを受信し
   たとき、該測定結果情報探索パケットに記録された測定
   結果情報から各無線基地局への最適経路を計算し、測定
   結果情報を測定結果情報パケットに付加して経路を管理
   している全ての無線基地局を中継するような経路で送信
   する手順と、 各無線基地局が、上記測定結果情報パケットを受信した
   とき、該測定結果情報パケットの測定結果情報から中央
   基地局への最適経路を計算し、次の無線基地局へ測定結
   果情報パケットを送信する手順とを含むことを特徴とす
   る無線ネットワークにおける無線パケットの経路決定方
   法。
2. 【請求項２】 測定結果情報が各無線基地局および中央
   基地局間の無線パケットの伝送における平均遅延時間で
   あり、最適経路が各無線基地局と中央基地局間の全平均
   遅延時間が最小となる経路であることを特徴とする請求
   項１に記載の無線ネットワークにおける無線パケットの
   経路決定方法。
3. 【請求項３】 前記測定結果情報が無線基地局の無線パ
   ケットを中継するために一時的に伝送情報を記録する記
   録装置の空容量あるいは使用量であり、前記最適経路が
   無線基地局と中央基地局の間の無線パケットの送受信の
   中継を行う無線基地局（中継基地局）のもつ記録装置の
   空容量の最小値が最大となる、あるいは使用量の最大値
   が最小となる経路であることを特徴とする請求項１に記
   載の無線ネットワークにおける無線パケットの経路決定
   方法。
4. 【請求項４】測定結果情報が各無線基地局および中央基
   地局間の無線パケットの伝送における平均パケット誤り
   率であり、最適経路が各中継基地局間の平均パケット誤
   り率の最大値が一番小さい経路であることを特徴とする
   請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線パケッ
   トの経路決定方法。
5. 【請求項５】 無線パケットに受信または送信時刻を記
   録し、その無線パケットを受信した中央基地局あるいは
   無線基地局が自己の持つ時刻と比較を行うことによって
   遅延時間を計算し、その遅延時間を予め定めた回数また
   は一定時間記録し、その平均を計算することを特徴とす
   る請求項２に記載の無線ネットワークにおける無線パケ
   ットの経路決定方法。
6. 【請求項６】 各無線基地局および中央基地局が受信し
   た無線パケットの数と再送を行った無線パケットの数を
   記録し、一定時間前までの記録について全到着無線パケ
   ットの内、再送を行った無線パケットの割合を平均パケ
   ット誤り率として計算することを特徴とする請求項４に
   記載の無線ネットワークにおける無線パケットの経路決
   定方法。
7. 【請求項７】 請求項１において各無線基地局が複数の
   中央基地局へ無線パケットを送信することが可能である
   場合、それぞれの無線基地局が測定結果情報により独立
   に複数の中央基地局の中から最適な中央基地局へ無線パ
   ケットを送信することを特徴とする無線ネットワークに
   おける無線パケットの経路決定方法。