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WO2012164674A1 - 無線局、ルーティング方法、無線通信システムおよびルーティング用プログラム - Google Patents

無線局、ルーティング方法、無線通信システムおよびルーティング用プログラム Download PDF

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Publication number
WO2012164674A1
WO2012164674A1 PCT/JP2011/062423 JP2011062423W WO2012164674A1 WO 2012164674 A1 WO2012164674 A1 WO 2012164674A1 JP 2011062423 W JP2011062423 W JP 2011062423W WO 2012164674 A1 WO2012164674 A1 WO 2012164674A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
station
cost
route
wireless station
wireless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2011/062423
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
允 温
藤田　裕志
吉田　誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Priority to JP2013517734A priority patent/JP5725173B2/ja
Priority to EP11866989.4A priority patent/EP2717628A4/en
Publication of WO2012164674A1 publication Critical patent/WO2012164674A1/ja
Priority to US14/071,221 priority patent/US9226190B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/021—Traffic management, e.g. flow control or congestion control in wireless networks with changing topologies, e.g. ad-hoc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/12—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/12—Avoiding congestion; Recovering from congestion
    • H04L47/122—Avoiding congestion; Recovering from congestion by diverting traffic away from congested entities
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/123—Evaluation of link metrics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/12—Shortest path evaluation
    • H04L45/125—Shortest path evaluation based on throughput or bandwidth

Definitions

  • the present invention relates to a radio station in a radio ad hoc network and a routing method by the radio station.
  • each wireless station exchanges a route information packet including route information to a destination wireless station with an adjacent wireless station existing in the communicable range of the local station, thereby transmitting the destination wireless from the local station.
  • Build a route to the station For example, when a certain wireless station constructs a plurality of routes to the destination wireless station, the wireless station selects a route having the lowest route cost as the optimum route, and performs data transmission using the selected route.
  • the above route cost is a total of link costs, which are costs corresponding to the radio quality of each link on the route.
  • a wireless station checks the availability of a channel by carrier sense before performing data transmission. When the power exceeding the predetermined threshold is detected, the wireless station determines that the channel is busy and does not perform data transmission. On the other hand, when power exceeding a predetermined threshold is not detected, the wireless station determines that the channel is in an idle state and starts data transmission.
  • a wireless ad hoc network when a transmitting wireless station transmits data to a destination receiving wireless station, if a wireless station that is a hidden terminal for the transmitting wireless station transmits data at the same time, data collision ( Hidden terminal problem) occurs. Thereby, in the transmitting radio station, the transmission success rate decreases, and the communication capacity also decreases accordingly.
  • each wireless station calculates a link cost using a node cost corresponding to its own traffic situation and a cost corresponding to the link wireless quality. Then, each wireless station generates a route cost to its own station by accumulating the calculated link cost in the route packet in the received route information packet, and transmits the route information packet including this route cost to the neighboring wireless Send to the station. That is, each wireless station in the wireless ad hoc network exchanges a route information packet including a route cost reflecting the traffic status of the own station with an adjacent wireless station. Thereby, since the route cost of the route including the bottleneck radio station increases, each radio station can construct a route that avoids the bottleneck radio station in the route construction method described above.
  • the bottleneck radio station is a destination radio station or a radio station that cannot be avoided on the route (such as a radio station near the top of the tree-like network)
  • the above hidden terminal problem is solved.
  • the bottleneck radio station frequently receives reception failures due to hidden terminal problems, and the number of retransmissions due to reception failures increases, resulting in increased traffic. Will do. Therefore, the communication capacity in the entire network is reduced.
  • the disclosed technology has been made in view of the above, and a routing method that can reduce reception failure in a bottleneck radio station due to a hidden terminal problem when a path construction that avoids the bottleneck radio station is impossible.
  • the purpose is to provide.
  • the wireless station disclosed in the present application is a wireless station that selects a route having the lowest route cost to a destination, which is a cumulative link cost, as an optimum route in an ad hoc network, and is a wireless station located in a communicable range of the own station.
  • a weighting factor determination unit that outputs a numerical value larger than 1 as a weighting factor when the traffic amount of an adjacent wireless station that is a station exceeds a predetermined threshold, and for each link between the own station and each adjacent wireless station
  • a wireless quality cost which is a cost based on wireless quality, is obtained, and when a weighting factor is input from the weighting factor determining unit, a multiplication result of the obtained wireless quality cost and the weighting factor is used as a link cost, and the weighting factor is determined.
  • a cost calculation unit that uses the obtained wireless quality cost as a link cost is provided.
  • the wireless station disclosed in the present application it is possible to reduce reception failures due to a hidden terminal problem when it is impossible to construct a route that avoids a bottleneck wireless station.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a routing method in a wireless ad hoc network.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a conventional routing method.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the wireless station.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional block configuration of a wireless station.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the weighting factor determination unit.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the route cost calculation unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a format of a route information packet.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the weighting factor determination unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of the routing method of the present embodiment in a wireless ad hoc network.
  • the wireless ad hoc network shown in FIG. 1 includes a gateway (GW) wireless station 1 and other wireless stations 2 to 8, and each wireless station is arranged in a tree shape around the GW wireless station 1.
  • the communicable ranges (101, 102, 103) of the GW wireless station 1, the wireless station 3, and the wireless station 4 are shown as an example.
  • each wireless station exchanges a route information packet including a route cost to the own station with an adjacent wireless station existing within the communicable range of the own station.
  • each wireless station establishes a route from the destination wireless station to itself. For example, when the wireless station 2 constructs a plurality of routes to the GW wireless station 1, the wireless station 2 selects the route with the lowest route cost as the optimum route, and performs data transmission using the selected route.
  • the GW radio station 1 operates as a bottleneck radio station and as a destination radio station or a radio station that cannot be avoided on the route.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a conventional routing method.
  • the arrangement of the GW radio station 1 and the other radio stations 2 to 8 and the communicable ranges (101, 102, 103) of the GW radio station 1, the radio station 3, and the radio station 4 are as shown in FIG. It is the same. 1 indicates the hidden terminal area of the wireless station 4, and the hatched portion of FIG. 2 indicates the hidden terminal area of the wireless station 3.
  • the GW wireless station 1 broadcasts a route information packet.
  • This route information packet is received by the wireless stations 3 to 8 within the communicable range 101 of the GW wireless station 1.
  • the wireless stations 3 to 8 that have received the route information packet calculate the route cost to the GW wireless station 1, and broadcast the route cost including the route cost.
  • the wireless station 2 that has received the route information packet from each wireless station (corresponding to the wireless stations 3 and 4 in FIG. 1) located in its own communication range is based on the wireless quality of the link with each wireless station. Calculate the link cost of. Then, the wireless station 2 adds the link cost to the route cost in the route information packet used for calculating the link cost, and sets the route with the smallest cumulative route cost as the optimum route. Specifically, the first route cost obtained by adding the link cost cost (2-3) to the route cost cost (3-1) in the route information packet transmitted by the wireless station 3, and the route information transmitted by the wireless station 4 The second path cost obtained by adding the link cost cost (2-4) to the path cost cost (4-1) in the packet is compared.
  • the wireless station 2 sets the route with the smaller route cost as the optimum route.
  • the radio station 2 since the first route cost is smaller than the second route cost, the radio station 2 has selected the route (2-3-1) as the optimum route (see the bold arrow in FIG. 2). Thereafter, the wireless station 2 broadcasts the route information packet including the route cost of the route (2-3-1) to the GW wireless station 1.
  • each wireless station establishes a route from the destination wireless station to its own station.
  • the route construction considering the traffic situation is not performed. Therefore, there is a possibility that traffic concentrates on a specific radio station, and that radio station becomes a network bottleneck.
  • the GW radio station 1 in FIG. 2 is a destination radio station or a radio station that cannot be avoided on the route, and therefore traffic is concentrated.
  • reception failures due to the hidden terminal problem frequently occur, and the number of retransmissions due to reception failures increases. For this reason, traffic increases as a whole network, and a reduction in communication capacity occurs.
  • the wireless station 2 constructs a route based on the link cost that does not reflect the traffic situation, that is, the cumulative value of the link cost obtained from the link wireless quality. . Therefore, when the route cost of the route (2-3-1) is smaller than the route cost of the route (2-4-1), the wireless station 2 uses the wireless station 3 as described above regardless of the traffic situation. Select as relay radio station. However, the link between the radio station 3 and the GW radio station 1 is far from the link between the radio station 4 and the GW radio station 1, and therefore the radio quality is poor.
  • the hidden terminals for the wireless station 4 are two wireless stations 7 and 8, whereas the hidden terminals for the wireless station 3 are three wireless stations 6, 7, and 8.
  • the route using the wireless station 3 as the relay wireless station is more susceptible to the influence of the hidden terminal. That is, in the link between the wireless station 3 and the GW wireless station 1, reception failures due to the hidden terminal problem frequently occur, and therefore the data communication speed decreases due to an increase in retransmission. Furthermore, the increase in retransmission due to the hidden terminal problem increases the amount of interference with transmission from other wireless stations to the GW wireless station 1, thereby reducing the network communication capacity.
  • each wireless station in the wireless ad hoc network performs route construction in consideration of traffic conditions. Specifically, each wireless station determines the traffic status of the adjacent wireless station based on the cost (hereinafter referred to as wireless quality cost) obtained based on the wireless quality of the link with the adjacent wireless station that transmitted the route information packet. The corresponding weighting is performed, and the result is set as the link cost. For example, in the present embodiment, each radio quality cost is multiplied by a weighting factor so that the difference in radio quality cost between each radio station and each bottleneck radio station is increased.
  • the weighting coefficient is a numerical value that is the same between wireless stations and is larger than 1.
  • each wireless station accumulates the link cost obtained by multiplying the weighting factor with the route cost in the route information packet used for calculating the link cost, and obtains the route cost to itself. Then, the above processing is executed for all adjacent wireless stations, and each wireless station selects a route having the lowest route cost from the destination wireless station to its own station as the optimum route.
  • each wireless station has a good wireless quality of the link with the bottleneck wireless station. Will be selected as the optimum route.
  • selecting a route including a radio station with good radio quality of the link with the bottleneck radio station is selecting a radio station close to the bottleneck radio station as a relay radio station.
  • the number of hidden terminals for the radio station can be reduced.
  • the probability of reception failure in the bottleneck radio station due to the hidden terminal problem can be reduced, and the number of retransmissions can be reduced accordingly, so even if the selected route includes the bottleneck radio station It is possible to suppress a decrease in communication speed.
  • since the amount of interference with transmission from other radio stations to the bottleneck radio station can be reduced by reducing the number of retransmissions, even if the bottleneck radio station is included in the selected route, network communication A decrease in capacity can be suppressed.
  • the GW wireless station 1 in order to establish a route to the GW wireless station 1, first, the GW wireless station 1 broadcasts a route information packet. This route information packet is received by the wireless stations 3 to 8 within the communicable range 101 of the GW wireless station 1. The radio stations 3 to 8 that have received this path information packet calculate the path cost to the GW radio station 1 by the calculation method of this embodiment. Specifically, since traffic is concentrated on the GW radio station 1, the radio stations 3 to 8 multiply the radio quality cost of the link with the GW radio station 1 by a weighting factor ⁇ ( ⁇ > 1), and The result is the link cost of the link with the GW radio station 1.
  • ⁇ weighting factor
  • the link cost of the link with the GW radio station 1 obtained by the radio station 3 is cost (3-1) ⁇ ⁇ .
  • the link cost of the link with the GW radio station 1 obtained by the radio station 4 is cost (4-1) ⁇ ⁇ .
  • the wireless stations 3 to 8 broadcast route information packets each including the link cost obtained by calculation as the route cost.
  • the wireless station 2 that has received the route information packet from each wireless station (corresponding to the wireless stations 3 and 4 in FIG. 1) located in its own communication range has the link cost of the link with the wireless stations 3 and 4 respectively. calculate. Specifically, since the traffic is not concentrated in the radio stations 3 and 4, the radio station 2 calculates and obtains the respective radio quality costs based on the radio quality of the links with the radio stations 3 and 4.
  • the wireless quality cost is the link cost.
  • cost (2-3) is obtained as the link cost of the link with the radio station 3
  • cost (2-4) is obtained as the link cost of the link with the radio station 4.
  • the wireless station 2 obtains the route cost from the destination wireless station to its own station by accumulating each link cost to the route cost in the route information packet used for calculating the link cost, and the accumulated route cost is the highest.
  • the small route is the optimum route.
  • the first route cost obtained by adding the link cost cost (2-3) to the route cost cost (3-1) ⁇ ⁇ obtained from the wireless station 3 and the route cost cost (4 ⁇ 1) Compare with the second route cost obtained by adding the link cost cost (2-4) to x ⁇ .
  • the wireless station 2 selects the route with the smaller route cost as the optimum route.
  • the wireless station 4 is closer to the GW wireless station 1 than the wireless station 3, so the wireless quality between the wireless station 4 and the GW wireless station 1 is the wireless station. 3 and better than the radio quality between the GW radio station 1. Therefore, in this embodiment, the weighting factor ⁇ ( ⁇ > 1) is set in advance so that the wireless station 2 can select the wireless station 4 with good link wireless quality with the GW wireless station 1 as the relay wireless station. deep.
  • the route cost of the route (2-4-1) is made smaller than the route cost of the route (2-3-1) by utilizing the fact that the difference in the link cost is increased by the multiplication of the weighting factor ⁇ .
  • An appropriate weighting coefficient ⁇ is set.
  • the wireless station 2 can select the route (2-4-1) including the wireless station 4 as the optimum route from the GW wireless station 1 to the own station. That is, in this embodiment, the wireless station 2 sets the weighting factor ⁇ so that the second route cost is smaller than the first route cost, so that the wireless station 2 can transmit the wireless quality of the link with the GW wireless station 1.
  • the route (2-4-1) including the wireless station 4 having the best is selected as the optimum route.
  • the radio station 2 broadcasts the route information packet including the route cost of the route (2-4-1) to the GW radio station 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the radio station according to the present embodiment.
  • the radio station of the present embodiment includes a processor unit 11 realized by a CPU (Central Processing Unit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like, and a storage unit 12 including a memory such as a ROM and a RAM.
  • the wireless station of the present embodiment includes a reception unit 13 and a transmission unit 14 that are realized by an FPGA or the like and perform transmission and reception of wireless signals.
  • the processor unit 11 executes the routing program of this embodiment.
  • the storage unit 12 stores various programs such as the routing program of this embodiment, data obtained in the course of processing, and the like.
  • the processor unit 11 reads these programs from the storage unit 12 and executes them.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional block configuration of the radio station according to the present embodiment.
  • the radio station of this embodiment includes a weighting factor determination unit 21, a route cost calculation unit 22, a traffic observation unit 23, a route information packet generation unit 24, and a route table 25.
  • the weighting factor determination unit 21, the route cost calculation unit 22, the traffic observation unit 23, and the route information packet generation unit 24 correspond to the processor unit 11 in FIG.
  • the route table 25 corresponds to the storage unit 12 in FIG.
  • the weighting factor determination unit 21 determines the weighting factor based on the traffic information included in the route information packet received via the receiving unit 13.
  • the route cost calculation unit 22 calculates a route cost using a weighting factor.
  • the traffic observation unit 23 observes the traffic of its own station.
  • the route information packet generation unit 24 generates a route information packet including the traffic information of the own station and the route information from the own station registered in the route table 25 to the destination wireless station, and broadcasts it via the transmission unit 14. .
  • the radio station according to the present embodiment determines that the traffic is concentrated in the adjacent radio station when the traffic amount of the adjacent radio station located in the communicable range of the own station exceeds a predetermined threshold. Then, the radio station multiplies the radio quality cost obtained based on the radio quality of the link with the adjacent radio station by a weighting factor ⁇ ( ⁇ > 1), and the result is the link cost. On the other hand, the radio station of the present embodiment determines that traffic is not concentrated in the adjacent radio station when the traffic volume of the adjacent radio station located in the communicable range of the local station is equal to or less than a predetermined threshold. To do.
  • the radio station calculates the radio quality cost based on the radio quality of the link with the adjacent radio station, and uses the result as the link cost.
  • the predetermined threshold value is set as appropriate according to experience values in network operation, characteristics of the wireless system, and the like. Further, the weighting factor ⁇ is set to the same value between the radio stations constituting the radio ad hoc network.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the weighting factor determination unit 21.
  • the weighting factor determination unit 21 receives the route information packet transmitted by the adjacent wireless station via the reception unit 13 (S1), and acquires the traffic information of the adjacent wireless station from this route information packet.
  • the weighting factor determination unit 21 compares the traffic amount obtained from the traffic information with a predetermined threshold value (S2). For example, when the traffic volume exceeds the threshold (S2, Yes), the weighting factor determination unit 21 sets a fixed weighting factor ⁇ (S3) and outputs the weighting factor ⁇ to the route cost calculation unit 22. (S4).
  • the weighting factor determination unit 21 ends the process without setting the weighting factor.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the route cost calculation unit 22.
  • the route cost calculation unit 22 receives the route information packet transmitted by the adjacent wireless station via the reception unit 13 (S11), and calculates the wireless quality cost based on the wireless quality of the link with the transmission source wireless station of the route information packet. (S12).
  • the radio quality cost may be calculated based on, for example, the radio quality of the received route information packet, or may be calculated based on the average value of the radio quality of the route information packet received within a certain period. Further, as the radio quality, for example, a received power value, a signal-to-noise ratio (SNR), and the like can be considered.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the route cost calculation unit 22 checks whether or not the weighting factor ⁇ is input from the weighting factor determination unit 21 (S13). When there is an input of the weighting factor ⁇ (S13, Yes), the route cost calculation unit 22 multiplies the weighting factor ⁇ by the radio quality cost and sets the result as the link cost (S14). On the other hand, when there is no input of the weighting factor ⁇ (S13, No), the route cost calculation unit 22 sets the radio quality cost as the link cost (S15). Then, the route cost calculation unit 22 adds the link cost and the route cost from the received route information packet to the destination wireless station, and uses the addition result as the route cost from the local station to the destination wireless station ( S16).
  • the route cost calculation unit 22 compares the route cost obtained in S16 with the route cost from the local station registered in the route table 25 to the destination wireless station (S17). For example, when the route cost obtained in S16 is smaller (S18, Yes), the route cost calculation unit 22 registers the route corresponding to the route cost obtained in S16 as the optimum route in the route table 25 (S19). Further, the route cost calculation unit 22 registers the route cost obtained in S16 in the route table 25 as the route cost of the optimum route (S19). On the other hand, when the route cost obtained in S16 is larger (No in S18), the route cost calculation unit 22 registers the route corresponding to the route cost obtained in S16 in the route table 25 as an optimum route candidate (S20). .
  • the route cost calculation unit 22 registers the route cost obtained in S16 in the route table 25 as a route cost candidate of the optimum route (S20).
  • the route cost calculation unit 22 registers the route corresponding to the route cost obtained in S16 as the optimum route.
  • the route cost is registered as the route cost of the optimum route.
  • the traffic observation unit 23 observes the traffic of the local station and notifies the route information packet generation unit 24 of the traffic information that is the observation result.
  • traffic information As traffic information, the number of transmissions / receptions within a unit time, the channel usage time rate, the amount of data stored in the buffer, and the like can be considered.
  • the route information packet generation unit 24 generates a route information packet including the traffic information received from the traffic observation unit 23 and the route information (route, route cost) read from the route table 25.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a format of a route information packet.
  • the route information packet generator 24 includes route information from the own station registered in the route table 25 to each destination wireless station (destination stations # 1 to #N: N is a natural number) in addition to the traffic information of the own station. Generated route information packet.
  • the route information includes an identifier (ID) of the destination station, a route cost, a next hop transfer destination ID, and the like.
  • the route information packet includes header information and the like.
  • each wireless station determines that traffic is concentrated in the adjacent wireless station when the traffic of the adjacent wireless station exceeds a specific threshold. Then, the wireless quality cost obtained based on the wireless quality of the link with the adjacent wireless station is multiplied by the weighting factor ⁇ , and the result is used as the link cost. On the other hand, each wireless station determines that the traffic is not concentrated in the adjacent wireless station when the traffic of the adjacent wireless station is not more than a specific threshold value. Then, the wireless quality cost is calculated based on the wireless quality of the link with the adjacent wireless station, and the result is used as the link cost.
  • each wireless station adds the link cost obtained as described above and the route cost from the adjacent wireless station to the destination wireless station to obtain the route cost from the local station to the destination wireless station.
  • the above processing is executed for all adjacent wireless stations, and each wireless station selects a route having the lowest route cost from the own station to the destination wireless station as the optimum route.
  • each wireless station includes a route including a wireless station with good wireless quality of the link with the bottleneck wireless station. Is selected as the optimum route. That is, in this embodiment, the radio station close to the bottleneck radio station is selected as the relay radio station, and the number of hidden terminals for the relay radio station can be reduced. The probability of reception failure at the station can be reduced. Accordingly, since the number of retransmissions can be reduced, even when a bottleneck radio station is included in the selected route, it is possible to suppress a decrease in communication speed. In addition, since the amount of interference with transmission from other radio stations to the bottleneck radio station can be reduced by reducing the number of retransmissions, even if the bottleneck radio station is included in the selected route, network communication A decrease in capacity can be suppressed.
  • the route cost of the route including the bottleneck radio station is increased by multiplying the link cost by the weighting factor ⁇ , for example, when there is a detour route that avoids the bottleneck radio station,
  • the detour route can be selected as the optimum route. Thereby, distribution of traffic is realizable.
  • the configuration of the wireless ad hoc network of the second embodiment is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment described above. Further, the hardware configuration and functional block configuration of the radio station of the second embodiment are the same as those in FIGS. 3 and 4 of the first embodiment. In the present embodiment, operations different from those in the first embodiment will be described.
  • the radio station of this embodiment has a plurality of threshold values for leveling the traffic volume in stages, and an appropriate weight each time the threshold is exceeded as the traffic volume of the adjacent radio station increases.
  • Coefficients ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ,... (1 ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ...) are set. Then, the radio quality cost obtained based on the radio quality of the link with the adjacent radio station is multiplied by weighting factors ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ,... According to the traffic volume, and the result is used as the link cost. .
  • the radio station of the present embodiment determines that the traffic is not concentrated on the adjacent radio station when the traffic volume of the adjacent radio station is equal to or lower than the lowest threshold value.
  • the wireless quality cost is calculated based on the wireless quality of the link with the adjacent wireless station, and the result is set as the link cost.
  • the weighting factors ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ,... are set to the same value between radio stations constituting the radio ad hoc network.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the weighting factor determination unit 21.
  • the weighting factor determination unit 21 receives the route information packet transmitted by the adjacent wireless station via the reception unit 13 (S21), and acquires the traffic information of the adjacent wireless station from this route information packet.
  • the weighting factor determination unit 21 compares the traffic amount obtained from the traffic information with the plurality of threshold values, and the weighting factor (1, ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ,. ) Is selected (S22).
  • a weighting factor of 1 is selected when it is determined that traffic is not concentrated.
  • the weighting factor determination unit 21 outputs the selected weighting factor to the route cost calculation unit 22 (S23).
  • Other operations are the same as those in the first embodiment.
  • the radio station of the present embodiment has a plurality of threshold values for classifying the traffic amount in stages in place of the predetermined threshold value of the first embodiment.
  • the radio station of the present embodiment based on a result of comparison between traffic volume and a plurality of threshold values of adjacent radio stations, appropriate weighting coefficients ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 , ... (1 ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 3 ...) is set. Then, the wireless quality cost obtained based on the wireless quality of the link with the adjacent wireless station is multiplied by weighting factors ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ,... According to the traffic volume, and the result is used as the link cost.

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

　アドホックネットワークにおいて、隠れ端末問題による受信失敗を低減可能なルーティング方法を提供することを目的とする。アドホックネットワークにおいてリンクコストの累計である宛先までの経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択する無線局が、隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えた場合に重み係数α（１＜α）を出力する重み係数決定部（２１）と、自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、重み係数決定部（２１）から重み係数αの入力がある場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数αの乗算結果をリンクコストとし、重み係数決定部（２１）から重み係数αの入力がない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとする経路コスト計算部（２２）と、を有する。

Description

無線局、ルーティング方法、無線通信システムおよびルーティング用プログラム
　本発明は、無線アドホックネットワークにおける無線局、および当該無線局によるルーティング方法に関する。
　無線アドホックネットワークにおいて、各無線局は、自局の通信可能範囲に存在する隣接無線局との間で、宛先無線局までの経路情報を含む経路情報パケットを交換することにより、自局から宛先無線局までの経路を構築する。たとえば、ある無線局が宛先無線局までの経路を複数構築した場合、その無線局は、経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択し、選択した経路を使用してデータ伝送を行う。上記の経路コストは、経路上の各リンクの無線品質に応じたコストであるリンクコストを累計したものである。しかしながら、このような経路構築方式では、トラフィック状況を考慮した経路選択が行われていないため、特定の無線局にトラフィックが集中して、その無線局がネットワークのボトルネックになる可能性がある。また、たとえば、ツリー状ネットワークの場合には、特定の無線局（頂上付近の無線局）にトラフィックが集中する。
　また、無線アドホックネットワークでは、無線局は、データ送信を行う前にキャリアセンスによりチャネルの空き状況を確認する。そして、所定のしきい値以上の電力を検出した場合、無線局は、チャネルがビジー状態であると判断し、データ送信を行わない。一方、所定のしきい値以上の電力が検出されない場合、無線局は、チャネルがアイドル状態であると判断し、データ送信を開始する。しかしながら、無線アドホックネットワークでは、送信無線局が宛先の受信無線局にデータ送信を行う場合に、送信無線局にとって隠れ端末となる無線局が同時にデータ送信を行うと、受信無線局においてデータの衝突（隠れ端末問題）が発生する。これにより、送信無線局では、送信成功率が低下し、伴って通信容量も低下する。特に、上記のような経路構築方式により構築された経路上のボトルネック無線局においては、隠れ端末問題による受信失敗が頻繁に発生し、受信失敗による再送回数が増加するため、トラフィックがさらに増加することになる。これにより、ネットワーク全体における通信容量の低下が発生する。
　一方で、上記のような経路構築方式において、トラフィックが集中する無線局（ボトルネック無線局）を回避して経路構築を行うことが可能な技術が開示されている。具体的には、各無線局が、自局のトラフィック状況に応じたノードコストと、リンクの無線品質に応じたコストとを用いて、リンクコストを計算する。そして、各無線局は、計算により得られたリンクコストを、受信した経路情報パケット中の経路パケットに累計した、自局までの経路コストを生成し、この経路コストを含む経路情報パケットを近隣無線局に送信する。すなわち、無線アドホックネットワーク内の各無線局は、自局のトラフィック状況を反映した経路コストを含む経路情報パケットを、隣接無線局との間で交換する。これにより、ボトルネック無線局を含む経路の経路コストが大きくなるため、各無線局は、上記のような経路構築方式においてボトルネック無線局を回避した経路構築が可能となる。
特開２００５－３０３８２７号公報
　しかしながら、上記従来の技術においては、ボトルネック無線局が宛先無線局または経路上において回避できない無線局（ツリー状ネットワークの頂上付近の無線局等）である場合に、上記の隠れ端末問題を解決することができない、という問題があった。すなわち、ボトルネック無線局を回避する経路構築が不可能な場合には、ボトルネック無線局において、隠れ端末問題による受信失敗が頻繁に発生し、受信失敗による再送回数が増加するため、トラフィックが増加することになる。そのため、ネットワーク全体における通信容量の低下が発生する。
　開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ボトルネック無線局を回避する経路構築が不可能な場合において、隠れ端末問題によるボトルネック無線局における受信失敗を低減可能なルーティング方法を提供することを目的とする。
　本願の開示する無線局は、アドホックネットワークにおいて、リンクコストの累計である宛先までの経路コストが最も小さい経路を、最適経路として選択する無線局であって、自局の通信可能範囲に位置する無線局である隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えた場合に、１よりも大きい数値を重み係数として出力する重み係数決定部と、自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、前記重み係数決定部から重み係数の入力がある場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数の乗算結果をリンクコストとし、前記重み係数決定部から重み係数の入力がない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとするコスト計算部と、を有する。
　本願の開示する無線局の一つの態様によれば、ボトルネック無線局を回避する経路構築が不可能な場合において、隠れ端末問題による受信失敗を低減することができる、という効果を奏する。
図１は、無線アドホックネットワークにおけるルーティング方法の概要を示す図である。 図２は、従来のルーティング方法の概要を示す図である。 図３は、無線局のハードウェア構成の一例を示す図である。 図４は、無線局の機能ブロック構成の一例を示す図である。 図５は、重み係数決定部の動作を示すフローチャートである。 図６は、経路コスト計算部の動作を示すフローチャートである。 図７は、経路情報パケットのフォーマットの一例を示す図である。 図８は、重み係数決定部の動作を示すフローチャートである。
　以下に、本願の開示する無線局、ルーティング方法、無線通信システムおよびルーティング用プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　図１は、無線アドホックネットワークにおける本実施例のルーティング方法の概要を示す図である。図１に示す無線アドホックネットワークは、ゲートウェイ（ＧＷ）無線局１とその他の無線局２～８を含み、各無線局がＧＷ無線局１を中心にツリー状に配置されたネットワークを想定する。図１では、一例として、ＧＷ無線局１と無線局３と無線局４の通信可能範囲（１０１，１０２，１０３）が示されている。無線アドホックネットワークにおいて、各無線局は、自局の通信可能範囲に存在する隣接無線局との間で、自局までの経路コストを含む経路情報パケットを交換する。これにより、各無線局は、宛先無線局から自局までの経路を構築する。たとえば、無線局２がＧＷ無線局１までの経路を複数構築した場合、無線局２は、経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択し、選択した経路を使用してデータ伝送を行う。
　なお、本実施例では、一例として、ＧＷ無線局１が、ボトルネック無線局であって、かつ宛先無線局または経路上において回避することができない無線局として、動作する場合について説明する。
　ここで、本実施例のルーティング方法を説明する前に、従来のルーティング方法について説明する。図２は、従来のルーティング方法の概要を示す図である。なお、図２において、ＧＷ無線局１とその他の無線局２～８の配置、およびＧＷ無線局１と無線局３と無線局４の通信可能範囲（１０１，１０２，１０３）は、図１と同様である。また、図１の斜線部分は、無線局４の隠れ端末エリアを示し、図２の斜線部分は、無線局３の隠れ端末エリアを示す。
　たとえば、図２に示すようなネットワークにおいてＧＷ無線局１までの経路を構築するために、まず、ＧＷ無線局１は、経路情報パケットをブロードキャストする。この経路情報パケットは、ＧＷ無線局１の通信可能範囲１０１内の無線局３～８が受信する。この経路情報パケットを受信した無線局３～８は、それぞれＧＷ無線局１までの経路コストを計算し、その経路コストを経路情報パケットに含めてブロードキャストする。
　また、自身の通信可能範囲に位置する各無線局（図１では無線局３，４に対応）から経路情報パケットを受信した無線局２は、各無線局とのリンクの無線品質に基づいてそれぞれのリンクコストを計算する。そして、無線局２は、それぞれのリンクコストを、そのリンクコストの計算に使用した経路情報パケット中の経路コストに加えて、累計経路コストが最も小さい経路を最適経路とする。具体的には、無線局３が送信した経路情報パケット中の経路コストcost(3－1)にリンクコストcost(2－3)を加えた第１経路コストと、無線局４が送信した経路情報パケット中の経路コストcost(4－1)にリンクコストcost(2－4)を加えた第２経路コストとを比較する。比較の結果、無線局２は、経路コストの小さい方の経路を最適経路とする。図２の例では、第１経路コストが第２経路コストより小さいので、無線局２は、経路(2－3－1)を最適経路として選択している（図２の太線の矢印参照）。その後、無線局２は、ＧＷ無線局１までの経路(2－3－1)の経路コストを経路情報パケットに含めてブロードキャストする。以上のように隣接無線局間で経路情報パケットを交換することにより、各無線局は、宛先無線局から自局までの経路を構築する。
　しかしながら、上記図２に示すような従来のルーティング方法では、トラフィック状況を考慮した経路構築が行われていない。そのため、特定の無線局にトラフィックが集中して、その無線局がネットワークのボトルネックになる可能性がある。また、図２のＧＷ無線局１は、宛先無線局または経路上において回避することができない無線局になっているため、トラフィックが集中している。さらに、トラフィックが集中するボトルネック無線局においては、隠れ端末問題による受信失敗が頻繁に発生し、受信失敗による再送回数が増加する。そのため、ネットワーク全体として、トラフィックが増加することになり、通信容量の低下が発生する。
　たとえば、図２に示すようなネットワークにおいては、無線局２が、トラフィック状況を反映していないリンクコスト、すなわち、リンクの無線品質により求めたリンクコストの累計値に基づいて経路を構築している。そのため、無線局２は、経路(2－3－1)の経路コストが経路(2－4－1)の経路コストよりも小さい場合には、トラフィック状況にかかわらず上記のように無線局３を中継無線局として選択する。しかしながら、無線局３とＧＷ無線局１のリンクは、無線局４とＧＷ無線局１のリンクと比較して、距離が遠いため無線品質が悪い。また、図２においては、無線局４にとっての隠れ端末が無線局７，８の２つであるのに対し、無線局３にとっての隠れ端末は無線局６，７，８の３つであるため、無線局３を中継無線局とした経路の方が、隠れ端末の影響を受けやすくなる。すなわち、無線局３とＧＷ無線局１のリンクは、隠れ端末問題による受信失敗が頻繁に発生することになるため、再送の増加によりデータの通信速度が低下する。さらに、隠れ端末問題に起因する再送の増加により、他の無線局からＧＷ無線局１への送信に対する干渉量が増大するため、ネットワークの通信容量が低下する。
　そこで、本実施例では、無線アドホックネットワークにおける各無線局が、トラフィック状況を考慮した経路構築を行うこととした。具体的には、各無線局は、経路情報パケットを送信した隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて求めたコスト（以降、無線品質コストと呼ぶ）に、その隣接無線局のトラフィック状況に応じた重み付けを行い、その結果をリンクコストとする。たとえば、本実施例では、各無線局とボトルネック無線局との各リンクにおけるそれぞれの無線品質コストの差が大きくなるように、各無線品質コストに重み係数を乗算する。重み係数は、無線局間で同一かつ１よりも大きい数値とする。つぎに、各無線局は、重み係数の乗算により得られたリンクコストを、そのリンクコストの計算に使用した経路情報パケット中の経路コストに累計して、自局までの経路コストを求める。そして、以上の処理をすべての隣接無線局を対象として実行し、各無線局は、宛先無線局から自局までの経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択する。
　このような動作により、宛先無線局または経路上において回避することができない無線局がボトルネック無線局である場合において、各無線局は、ボトルネック無線局とのリンクの無線品質が良好な無線局を含む経路を最適経路として選択することになる。そして、ボトルネック無線局とのリンクの無線品質が良好な無線局を含む経路を選択することは、ボトルネック無線局に近い無線局を中継無線局として選択することであるため、結果として、中継無線局にとっての隠れ端末の数を少なくすることができる。これにより、隠れ端末問題によるボトルネック無線局における受信失敗の確率を低減させることができ、伴って再送回数を低減させることができるため、選択経路にボトルネック無線局が含まれる場合であっても、通信速度の低下を抑えることが可能となる。また、再送回数の低減により、他の無線局からボトルネック無線局への送信に対する干渉量も低減させることができるため、選択経路にボトルネック無線局が含まれる場合であっても、ネットワークの通信容量の低下を抑えることができる。
　たとえば、図１に示すようなネットワークにおいては、ＧＷ無線局１までの経路を構築するために、まず、ＧＷ無線局１が、経路情報パケットをブロードキャストする。この経路情報パケットは、ＧＷ無線局１の通信可能範囲１０１内の無線局３～８が受信する。この経路情報パケットを受信した無線局３～８は、それぞれ本実施例の計算方法でＧＷ無線局１までの経路コストを計算する。具体的には、ＧＷ無線局１にトラフィックが集中しているため、無線局３～８は、ＧＷ無線局１とのリンクの無線品質コストに重み係数α（α＞1）を乗算し、その結果をＧＷ無線局１とのリンクのリンクコストとする。たとえば、無線局３により得られるＧＷ無線局１とのリンクのリンクコストは、cost(3－1)×αとなる。また、無線局４により得られるＧＷ無線局１とのリンクのリンクコストは、cost(4－1)×αとなる。そして、無線局３～８は、それぞれ計算により得られたリンクコストを経路コストとして含めた経路情報パケットをブロードキャストする。
　また、自身の通信可能範囲に位置する各無線局（図１では無線局３，４に対応）から経路情報パケットを受信した無線局２は、それぞれ無線局３，４とのリンクのリンクコストを計算する。具体的には、無線局３，４にはトラフィックが集中していないため、無線局２は、無線局３，４とのリンクの無線品質に基づいてそれぞれの無線品質コストを計算し、得られた無線品質コストをリンクコストとする。ここでは、無線局３とのリンクのリンクコストとしてcost(2－3)が得られ、無線局４とのリンクのリンクコストとしてcost(2－4)が得られる。
　そして、無線局２は、それぞれのリンクコストを、そのリンクコストの計算に使用した経路情報パケット中の経路コストに累計して宛先無線局から自局までの経路コストを求め、累計経路コストが最も小さい経路を最適経路とする。たとえば、無線局３から得られた経路コストcost(3－1)×αにリンクコストcost(2－3)を加えた第１経路コストと、無線局４から得られた経路コストcost(4－1)×αにリンクコストcost(2－4)を加えた第２経路コストとを比較する。比較の結果、無線局２は、経路コストの小さい方の経路を最適経路として選択する。
　たとえば、図１に示すようなネットワークにおいては、無線局４の方が無線局３よりもＧＷ無線局１に近いため、無線局４とＧＷ無線局１との間の無線品質の方が無線局３とＧＷ無線局１との間の無線品質よりも良好である。そのため、本実施例では、無線局２がＧＷ無線局１とのリンクの無線品質が良好な無線局４を中継無線局として選択できるように、重み係数α（α＞１）を予め設定しておく。本実施例では、重み係数αの乗算によりリンクコストの差が大きくなることを利用して、経路(2－4－1)の経路コストを経路(2－3－1)の経路コストよりも小さくするような、適切な重み係数αを設定する。これにより、無線局２は、ＧＷ無線局１から自局までの最適経路として、無線局４が含まれた経路(2－4－1)を選択することができる。すなわち、本実施例では、上記第２経路コストが上記第１経路コストより小さくなるような重み係数αを予め設定しておくことによって、無線局２が、ＧＷ無線局１とのリンクの無線品質が良好な無線局４が含まれた経路(2－4－1）を、最適経路として選択する。
　そして、無線局２は、ＧＷ無線局１までの経路(2－4－1)の経路コストを経路情報パケットに含めてブロードキャストする。
　つづいて、本実施例の無線局（ＧＷ無線局１および無線局２～８）の構成を、図面にしたがって詳細に説明する。図３は、本実施例の無線局のハードウェア構成例を示す図である。図３において、本実施例の無線局は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）等で実現されたプロセッサ部１１と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリを含む記憶部１２とを有する。また、本実施例の無線局は、ＦＰＧＡ等で実現され無線信号の送受信を行う受信部１３および送信部１４を有する。
　プロセッサ部１１は、本実施例のルーティング用プログラム等を実行する。記憶部１２は、本実施例のルーティング用プログラム等の各種プログラム，処理の過程で得られたデータ等を記憶する。プロセッサ部１１は、これらのプログラムを記憶部１２から読み出して実行する。
　また、図４は、本実施例の無線局の機能ブロック構成の一例を示す図である。図４において、本実施例の無線局は、重み係数決定部２１と経路コスト計算部２２とトラフィック観測部２３と経路情報パケット生成部２４と経路テーブル２５を有する。なお、重み係数決定部２１，経路コスト計算部２２，トラフィック観測部２３，経路情報パケット生成部２４が、上記図３のプロセッサ部１１に対応する。また、経路テーブル２５が、上記図３の記憶部１２に対応する。
　重み係数決定部２１は、受信部１３を介して受信した経路情報パケットに含まれたトラフィック情報に基づいて重み係数を決定する。経路コスト計算部２２は、重み係数を用いて経路コストを計算する。トラフィック観測部２３は、自局のトラフィックを観測する。経路情報パケット生成部２４は、自局のトラフィック情報や、経路テーブル２５に登録されている自局から宛先無線局までの経路情報を含む経路情報パケットを生成し、送信部１４を介してブロードキャストする。
　なお、上記本実施例の無線局のハードウェア構成および機能ブロック構成は、説明の便宜上、本実施例の処理にかかわる構成を列挙したものであり、無線局のすべての機能を表現したものではない。
　つづいて、本実施例の無線局の動作を説明する。本実施例の無線局は、自局の通信可能範囲に位置する隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えた場合に、その隣接無線局にトラフィックが集中していると判断する。そして、無線局は、その隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて求めた無線品質コストに重み係数α（α＞１）を乗算し、その結果をリンクコストとする。一方、本実施例の無線局は、自局の通信可能範囲に位置する隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値以下の場合に、その隣接無線局にはトラフィックが集中していないと判断する。そして、無線局は、その隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて無線品質コストを計算し、その結果をリンクコストとする。なお、上記所定のしきい値は、ネットワーク運用上の経験値や無線方式の特性等により適宜設定される。また、上記重み係数αは、無線アドホックネットワークを構成する無線局間で同一の値とする。
　以下、上記の動作を図面に従い詳細に説明する。図５は、重み係数決定部２１の動作を示すフローチャートである。まず、重み係数決定部２１は、隣接無線局が送信した経路情報パケットを受信部１３経由で受信し（Ｓ１）、この経路情報パケットから隣接無線局のトラフィック情報を取得する。つぎに、重み係数決定部２１は、トラフィック情報から得られるトラフィック量と、所定のしきい値とを比較する（Ｓ２）。たとえば、トラフィック量がしきい値を超えている場合（Ｓ２，Ｙｅｓ）、重み係数決定部２１は、固定の重み係数αを設定し（Ｓ３）、その重み係数αを経路コスト計算部２２に出力する（Ｓ４）。一方、トラフィック量がしきい値以下の場合（Ｓ２，Ｎｏ）、重み係数決定部２１は、重み係数を設定せずに処理を終了する。
　図６は、経路コスト計算部２２の動作を示すフローチャートである。経路コスト計算部２２は、隣接無線局が送信した経路情報パケットを受信部１３経由で受信し（Ｓ１１）、経路情報パケットの送信元無線局とのリンクの無線品質に基づいて無線品質コストを計算する（Ｓ１２）。無線品質コストは、たとえば、受信した経路情報パケットの無線品質により計算してもよいし、一定期間内に受信した経路情報パケットの無線品質の平均値により計算してもよい。また、無線品質としては、たとえば、受信電力値、および信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal　to　Noise　Ratio）等が考えられる。
　つぎに、経路コスト計算部２２は、重み係数決定部２１から重み係数αの入力があるかどうかをチェックする（Ｓ１３）。重み係数αの入力がある場合（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、経路コスト計算部２２は、重み係数αと無線品質コストを乗算し、その結果をリンクコストとする（Ｓ１４）。一方、重み係数αの入力がない場合（Ｓ１３，Ｎｏ）、経路コスト計算部２２は、無線品質コストをリンクコストとする（Ｓ１５）。そして、経路コスト計算部２２は、リンクコストと、受信した経路情報パケットから取得した宛先無線局までの経路コストとを加算し、その加算結果を自局から宛先無線局までの経路コストとする（Ｓ１６）。
　つぎに、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストと、経路テーブル２５内に登録された自局から宛先無線局までの経路コストとを比較する（Ｓ１７）。たとえば、Ｓ１６で求めた経路コストの方が小さい場合（Ｓ１８，Ｙｅｓ）、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストに対応する経路を最適経路として経路テーブル２５に登録する（Ｓ１９）。また、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストを最適経路の経路コストとして経路テーブル２５に登録する（Ｓ１９）。一方、Ｓ１６で求めた経路コストのほうが大きい場合（Ｓ１８，Ｎｏ）、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストに対応する経路を最適経路の候補として経路テーブル２５に登録する（Ｓ２０）。また、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストを最適経路の経路コストの候補として経路テーブル２５に登録する（Ｓ２０）。なお、Ｓ１７において、経路テーブル２５に自局から宛先無線局までの経路が登録されていない場合、経路コスト計算部２２は、Ｓ１６で求めた経路コストに対応する経路を最適経路として登録し、この経路コストを最適経路の経路コストとして登録する。
　つづいて、トラフィック観測部２３および経路情報パケット生成部２４の動作について説明する。トラフィック観測部２３は、自局のトラフィックを観測し、その観測結果であるトラフィック情報を経路情報パケット生成部２４に通知する。なお、トラフィック情報としては、単位時間内の送受信回数，チャネルの使用時間率，バッファの蓄積データ量などが考えられる。経路情報パケット生成部２４は、トラフィック観測部２３から受け取ったトラフィック情報および経路テーブル２５から読み出した経路情報（経路，経路コスト）を含めた経路情報パケットを生成する。図７は、経路情報パケットのフォーマットの一例を示す図である。経路情報パケット生成部２４は、自局のトラフィック情報のほか、経路テーブル２５に登録されている自局から各宛先無線局（宛先局＃１～＃Ｎ：Ｎは自然数）までの経路情報を含めた経路情報パケットを生成する。なお、経路情報には、宛先局の識別子（ＩＤ），経路コスト，次ホップ転送先ＩＤなどが含まれる。また、経路情報パケットには、ヘッダ情報等も含まれる。
　上述したように、無線アドホックネットワークにおいて、各無線局は、隣接無線局のトラフィックが特定のしきい値を超えた場合に、その隣接無線局にトラフィックが集中していると判断する。そして、隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて求めた無線品質コストに重み係数αを乗算し、その結果をリンクコストとする。一方、各無線局は、隣接無線局のトラフィックが特定のしきい値以下の場合に、その隣接無線局にはトラフィックが集中していないと判断する。そして、隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて無線品質コストを計算し、その結果をリンクコストとする。つぎに、各無線局は、上記のように求めたリンクコストと、隣接無線局から宛先無線局までの経路コストとを加算し、自局から宛先無線局までの経路コストを求める。以上の処理をすべての隣接無線局を対象に実行し、各無線局は、自局から宛先無線局までの経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択する。
　これにより、宛先無線局または経路上において回避することができない無線局がボトルネック無線局である場合において、各無線局は、ボトルネック無線局とのリンクの無線品質が良好な無線局を含む経路を最適経路として選択することになる。すなわち、本実施例では、ボトルネック無線局に近い無線局を中継無線局として選択することになり、中継無線局にとっての隠れ端末の数を少なくすることができるので、隠れ端末問題によるボトルネック無線局における受信失敗の確率を低減させることができる。また、これに伴って、再送回数を低減させることができるため、選択経路にボトルネック無線局が含まれる場合であっても、通信速度の低下を抑えることが可能となる。また、再送回数の低減により、他の無線局からボトルネック無線局への送信に対する干渉量も低減させることができるため、選択経路にボトルネック無線局が含まれる場合であっても、ネットワークの通信容量の低下を抑えることができる。
　なお、本実施例では、リンクコストに対する重み係数αの乗算によりボトルネック無線局が含まれる経路の経路コストが大きくなるため、たとえば、ボトルネック無線局を回避した迂回経路が存在する場合には、迂回経路を最適経路として選択することができる。これにより、トラフィックの分散を実現することができる。
　以下、実施例２の無線局およびルーティング方法について説明する。なお、実施例２の無線アドホックネットワークの構成は、前述した実施例１の図１と同様である。また、実施例２の無線局のハードウェア構成および機能ブロック構成は、前述した実施例１の図３および図４と同一である。本実施例においては、実施例１と異なる動作について説明する。
　本実施例の無線局は、トラフィック量を段階的にレベル分けするための複数のしきい値を有し、隣接無線局のトラフィック量の増加に伴ってしきい値を超える度に、適切な重み係数α1，α2，α3，…（１＜α1＜α2＜α3…）を設定する。そして、その隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて求めた無線品質コストに、トラフィック量に応じた重み係数α1，α2，α3，…を乗算し、その結果をリンクコストとする。一方、本実施例の無線局は、隣接無線局のトラフィック量が最も低いしきい値以下の場合に、隣接無線局にはトラフィックが集中していないと判断する。そして、その隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて無線品質コストを計算し、その結果をリンクコストとする。また、上記重み係数α1，α2，α3，…は、無線アドホックネットワークを構成する無線局間で同一の値とする。
　つづいて、上記の動作を図面に従い詳細に説明する。図８は、重み係数決定部２１の動作を示すフローチャートである。まず、重み係数決定部２１は、隣接無線局が送信した経路情報パケットを受信部１３経由で受信し（Ｓ２１）、この経路情報パケットから隣接無線局のトラフィック情報を取得する。つぎに、重み係数決定部２１は、トラフィック情報から得られるトラフィック量と、上記複数のしきい値とを比較し、トラフィック量に応じた重み係数（１，α1，α2，α3，…）を選択する（Ｓ２２）。なお、重み係数の１は、トラフィックが集中していないと判断した場合に選択される。つぎに、重み係数決定部２１は、選択した重み係数を経路コスト計算部２２に出力する（Ｓ２３）。なお、この他の動作は、前述した実施例１と同一である。
　上述したように、本実施例の無線局は、実施例１の所定のしきい値に代えて、トラフィック量を段階的にレベル分けするための複数のしきい値を有する。また、本実施例の無線局は、隣接無線局のトラフィック量と複数のしきい値との比較結果に基づいて、適切な重み係数α1，α2，α3，…（１＜α1＜α2＜α3…）を設定する。そして、隣接無線局とのリンクの無線品質に基づいて求めた無線品質コストに、トラフィック量に応じた重み係数α1，α2，α3，…を乗算し、その結果をリンクコストとする。これにより、実施例１の効果に加えて、さらに、トラフィック量に応じた最適経路の構築が可能となる。
　１　ゲートウェイ（ＧＷ）無線局
　２～８　無線局
　１１　プロセッサ部
　１２　記憶部
　１３　受信部
　１４　送信部
　２１　重み係数決定部
　２２　経路コスト計算部
　２３　トラフィック観測部
　２４　経路情報パケット生成部
　２５　経路テーブル
　１０１～１０３　通信可能範囲

Claims (12)

  1. 　アドホックネットワークにおいて、リンクコストの累計である宛先までの経路コストが最も小さい経路を、最適経路として選択する無線局であって、
    　自局の通信可能範囲に位置する無線局である隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えた場合に、１よりも大きい数値を重み係数として出力する重み係数決定部と、
    　自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、前記重み係数決定部から重み係数の入力がある場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数の乗算結果をリンクコストとし、前記重み係数決定部から重み係数の入力がない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとするコスト計算部と、
    　を有することを特徴とする無線局。
  2. 　前記コスト計算部は、隣接無線局とのリンクのリンクコストと、当該隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれる当該隣接無線局から宛先までの経路コストとを加算し、その加算結果を自局から宛先までの経路コストとする、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の無線局。
  3. 　自局のトラフィック量を観測する観測部と、
    　前記コスト計算部により得られる自局から宛先までの経路コストと、前記自局のトラフィック量とを含む経路情報パケットを生成して報知する生成部と、
    　を有し、
    　前記重み係数決定部は、隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれるトラフィック量に基づいて重み係数を決定する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の無線局。
  4. 　前記重み係数決定部は、前記所定のしきい値として、トラフィック量を段階的にレベル分けするための複数のしきい値を有し、隣接無線局のトラフィック量と前記複数のしきい値との比較結果に基づいて、段階的にレベル分けされたトラフィック量に応じた前記重み係数を出力する、
    　ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線局。
  5. 　アドホックネットワークにおけるルーティング方法であって、
    　各無線局が、
    　自局の通信可能範囲に位置する無線局である隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えていると判断した場合に、１よりも大きい数値を重み係数として決定し、
    　自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、前記重み係数が決定されている場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数の乗算結果をリンクコストとし、前記重み係数が決定されていない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとし、
    　隣接無線局とのリンクのリンクコストと、当該隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれる当該隣接無線局から宛先無線局までの経路コストとを加算し、その加算結果を自局から宛先無線局までの経路コストとし、
    　前記自局から宛先無線局までの経路コストが最も小さい経路を最適経路として選択する、
    　ことを特徴とするルーティング方法。
  6. 　前記各無線局は、
    　自局のトラフィック量を観測し、
    　前記自局から宛先無線局までの経路コストと、前記自局のトラフィック量とを含む経路情報パケットを報知し、
    　前記所定のしきい値を超えているかどうかを判断するための前記隣接無線局のトラフィック量を、当該隣接無線局から受信した経路情報パケットから取得する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のルーティング方法。
  7. 　前記各無線局は、
    　前記所定のしきい値として、トラフィック量を段階的にレベル分けするための複数のしきい値を有し、隣接無線局のトラフィック量と前記複数のしきい値との比較結果に基づいて、段階的にレベル分けされたトラフィック量に応じた前記重み係数を出力する、
    　ことを特徴とする請求項５または６に記載のルーティング方法。
  8. 　アドホックネットワークにおいて、各無線局が、リンクコストの累計である宛先無線局までの経路コストが最も小さい経路を、最適経路として選択する無線通信システムであって、
    　各無線局が、
    　自局の通信可能範囲に位置する無線局である隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えた場合に、１よりも大きい数値を重み係数として出力する重み係数決定部と、
    　自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、前記重み係数決定部から重み係数の入力がある場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数の乗算結果をリンクコストとし、前記重み係数決定部から重み係数の入力がない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとするコスト計算部と、
    　を有することを特徴とする無線通信システム。
  9. 　前記各無線局のコスト計算部は、隣接無線局とのリンクのリンクコストと、当該隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれる当該隣接無線局から宛先無線局までの経路コストとを加算し、その加算結果を自局から宛先無線局までの経路コストとする、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
  10. 　前記各無線局は、
    　自局のトラフィック量を観測する観測部と、
    　自局のコスト計算部により得られる自局から宛先無線局までの経路コストと、前記自局のトラフィック量とを含む経路情報パケットを生成して報知する生成部と、
    　を有し、
    　前記各無線局の重み係数決定部は、隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれるトラフィック量に基づいて重み係数を決定する、
    　ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
  11. 　前記各無線局の重み係数決定部は、前記所定のしきい値として、トラフィック量を段階的にレベル分けするための複数のしきい値を有し、隣接無線局のトラフィック量と前記複数のしきい値との比較結果に基づいて、段階的にレベル分けされたトラフィック量に応じた前記重み係数を出力する、
    　ことを特徴とする請求項８、９または１０に記載の無線通信システム。
  12. 　アドホックネットワークにおけるルーティング処理を無線局として動作するコンピュータに実行させるルーティング用プログラムであって、
    　自局の通信可能範囲に位置する無線局である隣接無線局のトラフィック量が所定のしきい値を超えていると判断した場合に、１よりも大きい数値を重み係数として決定し、
    　自局と各隣接無線局とのリンク毎に無線品質に基づくコストである無線品質コストを求め、前記重み係数が決定されている場合には、求めた無線品質コストと当該重み係数の乗算結果をリンクコストとし、前記重み係数が決定されていない場合には、求めた無線品質コストをリンクコストとし、
    　隣接無線局とのリンクのリンクコストと、当該隣接無線局から受信した経路情報パケットに含まれる当該隣接無線局から宛先無線局までの経路コストとを加算し、その加算結果を自局から宛先無線局までの経路コストとして記憶部に記憶し、
    　前記記憶部に記憶されている自局から宛先無線局までの経路コストが最も小さい経路を、最適経路として選択する、
    　処理をコンピュータに実行させることを特徴とするルーティング用プログラム。
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