無線端末
【課題】ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイの負荷分散を考慮した接続経路を選択することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、無線アドホックネットワークを構成する無線端末は、該無線アドホックネットワークを構成する複数のゲートウェイのうち、接続可能なゲートウェイを特定する接続候補特定部と、該接続可能なゲートウェイのうち、ランダムに１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部とを有する。
【解決手段】上記課題を解決するため、無線アドホックネットワークを構成する無線端末は、該無線アドホックネットワークを構成する複数のゲートウェイのうち、接続可能なゲートウェイを特定する接続候補特定部と、該接続可能なゲートウェイのうち、ランダムに１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アドホックネットワークを構築する無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークを構築する各無線端末は、ゲートウェイへの経路情報を周辺端末から受信することにより、接続するゲートウェイを選択する。ここで無線アドホックネットワークとは、無線端末同士が自動的にネットワーク網を構築し、バケツリレー式にデータを目標まで伝達する無線ネットワークである。またゲートウェイとは、有線網と無線網とのインターフェースとなる装置である。
【０００３】
有線網と直接接続するゲートウェイは、有線網の設置された場所に設置範囲が限定されるため、設置の自由度が低い。一方無線端末は設置の自由度が高いため、地理的に偏って配置される可能性がある。ゲートウェイの設置場所に対し、無線端末が偏って配置されている場合、特定のゲートウェイに接続が偏ることにより、ネットワーク負荷が集中する可能性がある。そこで特定のゲートウェイへのネットワーク負荷の偏りをなくすため、負荷分散が必要となる。特許文献１および２には、無線端末からゲートウェイへの接続経路の選択に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２０２８６５号公報
【特許文献２】特開２００９−８１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線端末からゲートウェイへの接続経路選択のために、無線端末とゲートウェイとの間でメッセージをやり取りすることは、無線リソースの増大の原因となる。また、ゲートウェイが通知する経路情報パケットである、ＨＥＬＬＯパケットの到達範囲（ホップ数）をゲートウェイへの負荷に応じて変えると、無線端末とゲートウェイとの接続が不安定となる。
【０００６】
本技術では、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイの負荷分散を考慮した接続経路を選択することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、受信したパケットから、複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出する制御パケット検出部と、制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定する接続候補特定部と、接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態によれば、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイの負荷分散を考慮した接続経路を選択することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線アドホックネットワークシステム１のブロック図である。
【図２】無線端末１２のハードウェアブロック図である。
【図３】無線端末１２の機能ブロック図である。
【図４】ＨＥＬＬＯパケット５のデータ構造図である。
【図５】無線端末１２の接続先ゲートウェイ１１の選択処理フローである。
【図６】経路コストに対するゲートウェイ１１の数の分布図である。
【図７】無線端末１２ａの機能ブロック図である。
【図８】制御部２５による統計情報計算処理の詳細フローである。
【図９】ゲートウェイ１１への接続経路の絞り込みを説明するイメージ図である。
【図１０】ゲートウェイ１１への接続経路の絞り込み処理フローである。
【図１１】本実施例の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施の形態について説明する。なお、各実施形態における構成の組み合わせも本発明の実施形態に含まれる。
【００１１】
図１は無線アドホックネットワークシステム１のブロック図である。無線アドホックネットワークシステム１は、有線網１０、複数のゲートウェイ（ＧＷ）１１、複数の無線端末１２を有する。有線網１０とゲートウェイ１１を接続する実線は有線接続を示し、無線端末１２間および無線端末１２とゲートウェイ１１を接続する点線は無線接続を示す。
【００１２】
有線網１０は有線接続により構成されるネットワーク通信網である。複数の無線端末１２は、無線アドホックネットワークを構築する機能を有する。ゲートウェイ１１は有線網１０と無線アドホックネットワークとの接続を中継するインターフェースとして機能する。
【００１３】
無線アドホックネットワークを構築する複数の無線端末１２は、それぞれ自律的にネットワークを構築する。各無線端末１２は、ゲートウェイ１１との接続経路における経路コストに基づいて、接続可能な複数のゲートウェイ１１のうち、１つのゲートウェイ１１をランダムに選択する。本実施例において経路コストとは、無線端末１２からゲートウェイ１１までの経路の長さ、または無線端末１２からゲートウェイ１１までのホップ数などにより決定する値である。また経路コストは、受信電力の累積値、データの誤り率、ＨＥＬＬＯパケットの受信タイミングのずれなどをパラメータとして算出する値としてもよい。
【００１４】
各無線端末１２はゲートウェイ１１までの経路構築のためのメッセージとして、経路情報パケットであるＨＥＬＬＯパケットを報知する。ＨＥＬＬＯパケットを受信した他の無線端末１２は、無線端末１２からゲートウェイ１１までの経路コストを計算する。無線端末１２は計算した経路コストをＨＥＬＬＯパケットとして報知する。各無線端末１２は、ＨＥＬＬＯパケットの受信および報知を繰り返しながら自律的に無線アドホックネットワークを構築する。無線端末１２および無線アドホックネットワークの構築についての詳細は後述する。
【００１５】
以上の通り無線アドホックネットワークを構築する無線端末１２は、複数のゲートウェイ１１のうちいずれかを介して有線網１０に接続することが出来る。
【００１６】
図２は無線端末１２のハードウェアブロック図である。無線端末１２はアンテナ２０、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部２１、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２２、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部２３、ベースバンド処理部２４、制御部２５、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。
【００１７】
アンテナ２０は無線端末１２と他の装置との無線通信に用いられる。ＲＦ処理部２１は、Ｄ／Ａ変換部２３から出力されたアナログ信号を通信方式に応じて選択された周波数で変調処理する。Ｄ／Ａ変換部２３はベースバンド処理部２４から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ処理部２１へ出力する。Ａ／Ｄ変換部２２はＲＦ処理部２１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、ベースバンド処理部２４へ出力する。
【００１８】
ベースバンド処理部２４は送信データを通信方式に応じてデジタル処理し、Ｄ／Ａ変換部２３へ出力する。制御部２５は記憶部２６に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、様々な機能を実現する。制御部２５は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶部２６はデータおよびプログラムを記憶する。記憶部２６は例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。記憶部２６に記憶されたデータおよびプログラムについての詳細は後述する。ユーザデータ処理部２７は無線端末１２のユーザに対する種々の機能を提供する。
【００１９】
記憶部２６は経路コストデータ２８、接続ＧＷ（ゲートウェイ）データ２９、ＨＥＬＬＯ検出プログラム３０、経路コスト計算プログラム３１、統計情報計算プログラム３２、経路コスト順位付与プログラム３３、ゲートウェイ選択プログラム３４、パケット生成プログラム３５、乱数発生プログラム３６を有する。
【００２０】
経路コストデータ２８は、無線端末１２と接続可能な各ゲートウェイ１１との間で通信する場合の、通信経路の経路コストを記録したデータである。接続ＧＷデータ２９は無線端末１２と接続するゲートウェイ１１の情報を記録したデータである。
【００２１】
ＨＥＬＬＯ検出プログラム３０は、制御部２５に対し、ベースバンド処理部２４から出力された受信データからＨＥＬＬＯパケットを検出する処理を実行させるプログラムである。経路コスト計算プログラム３１は、制御部２５に対し、受信したＨＥＬＬＯパケットから抽出した経路コスト情報に基づいて、接続可能なゲートウェイ１１へのそれぞれのトータルの経路コストを計算させるプログラムである。
【００２２】
統計情報計算プログラム３２は、制御部２５に対し、接続可能な各ゲートウェイ１１に接続する場合の経路コストの分布を統計処理させるプログラムである。経路コスト順位付与プログラム３３は、制御部２５に対し、経路コストの統計処理結果に基づいて、選択可能なゲートウェイ１１までの経路コスト順に順位を付与させるプログラムである。ゲートウェイ選択プログラム３４は、制御部２５に対し、後述する乱数発生プログラムにより生成される乱数に基づいて、順位付与したゲートウェイ１１から、１つのゲートウェイ１１をランダムに選択させるプログラムである。
【００２３】
パケット生成プログラム３５は、制御部２５に対し、選択したゲートウェイ１１へ接続通知をするためのパケットを生成させるプログラムである。乱数発生プログラム３６は前述の通り、制御部２５に対し、乱数を発生させるプログラムである。
【００２４】
以上の通り無線端末１２は、記憶部２６に記憶されたプログラムを制御部２５に対して実行させることにより、特定のゲートウェイ１１に接続負荷が偏ることを防止することが出来る。
【００２５】
図３は無線端末１２の機能ブロック図である。各機能ブロックは、制御部２５が記憶部２６から読み出したプログラムを実行することにより実現する。無線端末１２はアンテナ２０、ＲＦ処理部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、ベースバンド処理部２４、ＨＥＬＬＯ検出部４０、経路コスト計算部４１、接続候補特定部９０、ゲートウェイ選択部４４、パケット生成部４５、乱数発生部４６、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。接続候補特定部９０は計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを絞り込む。接続候補特定部９０は統計情報計算部４２、経路コスト順位付与部４３を有する。記憶部２６は経路コストデータ２８、接続ＧＷデータ２９を記憶する。
【００２６】
図３の無線端末１２について、図２の無線端末１２と同一部材には同一番号を付し、その説明を省略する。図３において、ＨＥＬＬＯ検出部４０は、記憶部２６に記憶されたＨＥＬＬＯ検出プログラム３０を制御部２５で実行することにより実現される。経路コスト計算部４１は、記憶部２６に記憶された経路コスト計算プログラム３１を制御部２５で実行することにより実現される。統計情報計算部４２は、記憶部２６に記憶された統計情報計算プログラム３２を制御部２５で実行することにより実現される。経路コスト順位付与部４３は、記憶部２６に記憶された経路コスト順位付与プログラム３３を制御部２５で実行することにより実現される。ゲートウェイ選択部４４は、記憶部２６に記憶されたゲートウェイ選択プログラム３４を制御部２５で実行することにより実現される。パケット生成部４５は、記憶部２６に記憶されたパケット生成プログラム３５を制御部２５で実行することにより実現される。乱数発生部４６は、記憶部２６に記憶された乱数発生プログラム３６を制御部２５で実行することにより実現される。
【００２７】
以上の通り図２の無線端末１２は、図３の通り機能ブロックで表現することが出来る。なお本実施例において各機能ブロックは、記憶部２６に記憶されたプログラムを制御部２５が実行することにより実現しているが、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを用いて、デジタル回路で実現しても良い。
【００２８】
図４はＨＥＬＬＯパケット５のデータ構造図である。ＨＥＬＬＯパケット５はパケット送信元の無線端末１２から各ゲートウェイ１１への経路情報を含むパケットデータである。ＨＥＬＬＯパケット５は各無線端末１２から発信される。１つの無線端末１２は、他の無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケット５を解析することにより、接続先のゲートウェイ１１を決定することが出来る。
【００２９】
ＨＥＬＬＯパケット５はヘッダ５５、複数の宛先経路情報５６を有する。ヘッダ５５はＨＥＬＬＯパケット５の送信元無線端末１２を示すデータである。ヘッダ５５は、ブロードキャストアドレス５０、送信元アドレス５１を有する。ブロードキャストアドレス５０は、そのＨＥＬＬＯパケットがブロードキャストである事を示すアドレスである。ブロードキャストであるとは、そのＨＥＬＬＯパケットが受信先を特定せずに送信されたことを示す。送信元アドレス５１は送信元である無線端末１２に割り当てられた固有アドレスである。固有アドレスは、例えばＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスである。
【００３０】
宛先経路情報５６は、ＨＥＬＬＯパケット５の送信元である無線端末１２と無線接続可能なゲートウェイ１１までの、接続経路に関する情報である。宛先経路情報５６は、パケット送信元の無線端末１２と接続可能なゲートウェイ１１ごとに存在する。宛先経路情報５６は、接続可能ノードＩＤ５２、経路コスト５３、ホップ数５４を有する。接続可能ノードＩＤ５２は、ＨＥＬＬＯパケット５の送信元である無線端末１２と接続可能なゲートウェイ１１の識別番号である。各ゲートウェイ１１にはそれぞれ固有の識別番号が割り当てられている。経路コスト５３はＨＥＬＬＯパケット５の発信元無線端末１２から接続可能ノードＩＤに示すゲートウェイ１１までの接続経路により決定する経路コストの情報である。ホップ数５４は、ＨＥＬＬＯパケット５の発信元無線端末１２から接続可能ノードＩＤに示すゲートウェイ１１までに経由する無線端末１２の数である。
【００３１】
以上の通り無線端末１２は、他の無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケット５を解析することにより、接続可能なゲートウェイ１１および接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストの情報をそれぞれ取得することが出来る。
【００３２】
図５は無線端末１２の接続先ゲートウェイ１１の選択処理フローである。図５の処理は無線端末１２の制御部２５により実行される。
【００３３】
制御部２５はＨＥＬＬＯ検出プログラム３０を実行することにより、受信したパケットデータに対してＨＥＬＬＯパケット５の検出処理を実行する（Ｓ１０）。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５を検出した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１へ処理を進める。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５を検出できなかった場合（Ｓ１０：ＮＯ）、接続先ゲートウェイ１１の選択処理を終了する。
【００３４】
制御部２５は検出したＨＥＬＬＯパケット５を送信した他の無線端末１２を特定する。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５から宛先経路情報５６を読み出す。制御部２５は経路コスト計算プログラム３１を実行することにより、他の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストに対し、自身の無線端末１２から他の無線端末１２までの経路コストを加算する（Ｓ１１）。これにより制御部２５は、自身の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストを計算する。制御部２５は計算した経路コストを経路コストデータ２８として記憶部２６へ書き込む（Ｓ１２）。
【００３５】
制御部２５は記憶部２６へ書き込んだ経路コストデータ２８に対応するゲートウェイ１１の数が、あらかじめ設定したトリガの数を超えた場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４の処理に移行する。制御部２５はゲートウェイ１１の数がトリガの数以下の場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理を繰り返す。
【００３６】
制御部２５は統計情報計算プログラム３２を実行することにより、自身の無線端末１２から各ゲートウェイ１１までの経路コストの平均値および分散値を経路コストの統計情報として計算する（Ｓ１４）。制御部２５は平均値を超える経路コストを有するゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として抽出する（Ｓ１５）。経路情報の計算および接続候補ゲートウェイ１１の抽出についての詳細は後述する。
【００３７】
制御部２５は経路コスト順位付与プログラム３３を実行することにより、抽出した接続候補ゲートウェイ１１に対し、経路コストの低い順に番号を付ける（Ｓ１６）。制御部２５は乱数発生プログラム３６を実行することにより、抽出した接続ゲートウェイ１１の数の範囲で乱数を生成する（Ｓ１７）。制御部２５はゲートウェイ選択プログラム３４を実行することにより、接続候補ゲートウェイ１１に付与した番号のうち、生成した乱数に一致する番号を付与したゲートウェイ１１を選択する（Ｓ１８）。制御部２５は選択したゲートウェイ１１の情報を接続ＧＷデータ２９として記憶部２６に書き込む。
【００３８】
制御部２５はパケット生成プログラム３５を実行することにより、記憶部２６に書き込んだ接続ＧＷデータ２９に基づいて、選択したゲートウェイ１１に接続通知をするためのパケットデータを生成する。制御部２５は生成したパケットデータをゲートウェイ１１に送信することにより、接続通知を行う（Ｓ１９）。
【００３９】
以上の通り無線端末１２は、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイ１１の負荷分散を考慮した接続経路を選択することが出来る。
【００４０】
図６は経路コストに対するゲートウェイ１１の数の分布図である。経路コストに対するゲートウェイ１１の数は、一般的に図６の通り分布する。制御部２５は統計情報計算プログラム３２を実行することにより、自身の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの全経路コストの平均値、およびそれぞれのゲートウェイ１１への経路コストの分散値を計算する。
【００４１】
制御部２５は経路コストの平均値よりも大きい経路コストとなるゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１とする。接続候補ゲートウェイ１１は、図６のグラフにおける斜線部分に該当する。
【００４２】
以上の通り制御部２５は、選択可能なゲートウェイ１１を経路コストに基づいて複数設定することにより、特定のゲートウェイ１１への接続負荷の集中を防止することが出来る。
【００４３】
図７は無線端末１２ａの機能ブロック図である。無線端末１２に対し無線端末１２ａは、統計情報に基づく接続候補ゲートウェイ１１の絞込み機能を有する。
【００４４】
無線端末１２ａにおいて各機能ブロックは、制御部２５が記憶部２６から読み出したプログラムを実行することにより実現する。無線端末１２ａはアンテナ２０、ＲＦ処理部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、ベースバンド処理部２４、ＨＥＬＬＯ検出部４０、経路コスト計算部４１、接続候補特定部９０ａ、ゲートウェイ選択部４４、パケット生成部４５、乱数発生部４６、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。接続候補特定部９０ａは計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを絞り込む。接続候補特定部９０aは経路情報計算部４２、候補ＧＷ絞込み部８０、経路コスト順位付与部４３を有する。記憶部２６は経路コストデータ２８、所定値データ８１、接続ＧＷデータ２９を記憶する。
【００４５】
図７の無線端末１２ａについて、図３の無線端末１２と同一部材には同一番号を付し、その説明を省略する。図３の無線端末１２に対し、図７の無線端末１２ａは候補ＧＷ絞込み部８０、所定値データ８１をさらに有する。
【００４６】
無線端末１２ａにおいて制御部２５は、記憶部２６に記憶された候補ＧＷ絞込みプログラムを実行することにより、候補ＧＷ絞込み部８０として機能する。候補ＧＷ絞込み部８０は、統計情報計算部４２により計算された統計情報と記憶部２６に記憶された所定値データ８１との比較結果に基づいて、無線端末１２ａからの接続候補となるゲートウェイ１１の絞り込み処理を実行する。所定値データ８１は接続候補となるゲートウェイ１１の絞り込みを行うか否かの判定基準となる閾値を記憶する。候補ＧＷ絞込み部８０の動作についての詳細は後述する。
【００４７】
以上の通り無線端末１２ａは、候補ＧＷ絞込み部８０および所定値データ８１を有することにより、選択候補となるゲートウェイ１１の絞り込みを実行することが出来る。
【００４８】
図８は制御部２５による統計情報計算処理の詳細フローである。接続可能なゲートウェイ１１の数が十分多い場合、経路コストの平均値より低い経路を有するゲートウェイ１１の数も十分多くなる。この結果、平均値より低い経路コストで接続可能なゲートウェイ１１に絞り込んだ中からランダムに接続先を選択することにより、ゲートウェイ１１の選択処理負荷を軽減することが出来る。
【００４９】
一方、接続可能なゲートウェイ１１の数が少ない場合、経路コストの平均値より低いゲートウェイ１１の数は数個となる場合がある。選択可能なゲートウェイ１１の数が数個の場合、その中からランダムに１つのゲートウェイ１１を選択しても、接続負荷の集中が生じる可能性が高い。そこで、経路コストの平均値による絞り込みを行わず、接続可能なゲートウェイ１１から１つのゲートウェイ１１を選択する。以上の通り選択可能なゲートウェイ１１の数に応じて絞込み処理を省略することにより、接続負荷の集中を防止することが出来る。
【００５０】
制御部２５は統計情報計算プログラム３１の実行により計算したコスト分散値と所定値データ８１として記憶部２６に記憶した所定分散値とを比較する（Ｓ３０）。コスト分散値が所定分散値よりも大きい場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、制御部２５は経路コストの平均値よりも経路コストの低いゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として選択する（Ｓ３１）。一方、コスト分散値が所定分散値以下の場合（Ｓ３０：ＮＯ）、制御部２５は全てのゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として選択する（Ｓ３２）。
【００５１】
制御部２５は絞込み後の選択候補ゲートウェイ１１の数と所定値データ８１として記憶部２６に記憶した所定候補数とを比較する（Ｓ３３）。絞込み後の選択ゲートウェイの数が所定候補数よりも小さい場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、制御部２５は全てのゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１に再設定する（Ｓ３４）。一方、絞込み後の選択ゲートウェイの数が所定候補数以上の場合（Ｓ３３：ＮＯ）、制御部２５は接続候補の絞込み処理を終了する。
【００５２】
以上の通り制御部２５は、経路コストの統計値とあらかじめ設定した所定値とを比較することにより、統計値に応じて最適なゲートウェイ１１の接続候補選択処理を実行することが出来る。
【００５３】
図９はゲートウェイ１１への接続経路の絞り込みを説明する接続経路図である。図９の接続経路図において、符号１２１、１２２、１２３、１２４、１２５はそれぞれ別個の無線端末１２を示す。符号１１１、１１２はそれぞれ別個のゲートウェイ１１を示す。符号１２６はゲートウェイ１１１のセル範囲、符号１２７はゲートウェイ１１２のセル範囲を示す。
【００５４】
図９の接続経路図の通り、無線端末１２１からゲートウェイ１１２に接続する場合に、無線端末１２２を経由する経路と、無線端末１２４を経由する経路が選択可能であるとする。一般に経由する無線端末１２の数すなわちホップ数が大きいほど、経路コストは大きくなる。よって図９の接続経路の場合、無線端末１２４を経由する経路よりも、無線端末１２２を経由する経路の方が経路コストは小さくなる。
【００５５】
一方、無線端末１２２はゲートウェイ１１１のセル範囲１２６の中にある。よって無線端末１２２から無線送信される信号とゲートウェイ１１１から無線送信される信号とは干渉する。無線信号の干渉により、信号品質が下がり、結果として無線端末１２２を経由する経路の経路コストは高くなる。
【００５６】
よって無線端末１２１からゲートウェイ１１２への接続経路における無線端末１２が、無線端末１２２のように接続先のゲートウェイ１１以外のゲートウェイ１１のエリア内にある場合、無線端末１２１は無線端末１２４の経路を優先的に選択する。以上の通り他のゲートウェイ１１と干渉する無線端末１２を避けて経路選択することにより、無線端末１２１は無駄な無線信号間の干渉発生を回避することが出来る。
【００５７】
図１０はゲートウェイ１１２への接続経路の絞り込み処理フローである。図１０の絞込み処理フローでは、図９における無線端末１２１の動作を例に説明する。なお無線端末１２１の処理は、無線端末１２１の制御部２５により実行される。
【００５８】
無線端末１２１はステップＳ２０からステップＳ２８までの処理をゲートウェイ１１の数だけ繰り返す。無線端末１２１は１つのゲートウェイ１１を選択する（Ｓ２１）。図９の場合、選択するゲートウェイ１１はゲートウェイ１１２となる。
【００５９】
無線端末１２１はステップＳ２２からステップＳ２７までの処理を隣接する無線端末１２の数だけ繰り返す。無線端末１２１は隣接する無線端末１２のうち、ステップＳ２１において選択したゲートウェイ１１に接続可能な無線端末１２のいずれか１つを選択する（Ｓ２３）。図９の場合、無線端末１２１に隣接する無線端末１２のうち、ゲートウェイ１１２への接続経路となる無線端末１２は、無線端末１２２、１２４となる。
【００６０】
無線端末１２１は、隣接する無線端末１２が、選択したゲートウェイ１１以外の他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲か否かを判定する（Ｓ２４）。ゲートウェイ１１から１ホップ範囲に無線端末１２があるとは、ゲートウェイ１１のセル範囲内に無線端末１２がある、ということである。
【００６１】
隣接する無線端末１２が、他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲にある場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、無線端末１２１は隣接する無線端末１２を経由する経路の経路コストを最悪値に設定する。経路コストを最悪値に設定することにより、無線端末１２１は、ゲートウェイ１１２までの接続経路から、隣接する無線端末１２を経由する経路を除外することができる。図９の場合、隣接する無線端末１２２を経由する経路の経路コストは最大値となる。
【００６２】
一方、隣接する無線端末１２が他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲にない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、無線端末１２１は隣接する無線端末１２を経由する経路の経路コストを通常通りコスト関数から計算する。図９の場合、隣接する１２４を経由する経路の経路コストはコスト関数に基づいて算出される。
【００６３】
ここでコスト関数とは、経路コストを算出するための関数である。コスト関数は無線端末１２からゲートウェイ１１までの各ノード間の距離、または無線端末１２からゲートウェイ１１までのホップ数をパラメータに有する。コスト関数の値は、無線端末１２からゲートウェイ１１までの各ノード間の距離が長い程、またはホップ数が多いほど大きくなる。
【００６４】
以上の通り無線端末１２１から接続可能なゲートウェイ１１について、全ての選択可能な経路について隣接ゲートウェイ１１の有無を検証することにより、無線端末１２１はゲートウェイ１１の不要な干渉を避けて接続経路を確立することが出来る。
【００６５】
図１１は本実施例の効果を示すグラフである。図１１における従来技術とは、無線端末からブロードキャストされたアドホック接続要求メッセージを受信したゲートウェイが帯域関連メッセージを送信し、ゲートウェイから無線端末までの中継端末が周辺帯域情報を帯域関連メッセージに追記して無線端末に中継するというものである。
【００６６】
図１１において、グラフ１３０は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が１の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３１は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が２の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３２は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が３の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３３は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が４の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３４は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が５の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。
【００６７】
本実施例における無線端末１２は、隣接する無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケットに基づいて自律的にゲートウェイ１１を選択するため、従来技術のように無線端末１２とゲートウェイ１１との間で応答メッセージが往復することが無い。図１１のグラフ１３０の通り、平均ホップ数が１の場合は従来技術と本実施例との効果の差は見られないが、グラフ１３１〜１３４の通り、平均ホップ数が多くなるほど、本実施例の効果が大きくなる。例えば平均ホップ数が２の場合、グラフ１３１より、従来技術に対する本実施例の効果は、隣接ノード数１０において約２．５倍となる。
【００６８】
以上の通り無線端末１２は、ゲートウェイ１１との無線アドホック接続を自律的に実行することにより、無線アドホック接続確率までの無線リソース消費を減らすことが出来る。
【符号の説明】
【００６９】
１ 無線アドホックネットワークシステム
５ ＨＥＬＬＯパケット
１０ 有線網
１１ ゲートウェイ
１２、１２ａ 無線端末
２０ アンテナ
２１ ＲＦ処理部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ Ｄ／Ａ変換部
２４ ベースバンド処理部
２５ 制御部
２６ 記憶部
２７ ユーザデータ処理部
２８ 経路コストデータ
２９ 接続ＧＷデータ
３０ ＨＥＬＬＯ検出プログラム
３１ 経路コスト計算プログラム
３２ 統計情報計算プログラム
３３ 経路コスト順位付与プログラム
３４ ゲートウェイ選択プログラム
３５ パケット生成プログラム
３６ 乱数発生プログラム
４０ ＨＥＬＬＯ検出部
４１ 経路コスト計算部
４２ 統計情報計算部
４３ 経路コスト順位付与部
４４ ゲートウェイ選択部
４５ パケット生成部
４６ 乱数発生部
５０ ブロードキャストアドレス
５１ 送信元アドレス
５２ 接続可能ノードＩＤ
５３ 経路コスト
５４ ホップ数
５５ ヘッダ
５６ 宛先経路情報
８０ 候補ＧＷ絞込み部
８１ 所定値データ
１１１、１１２ ゲートウェイ
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ 無線端末
１２６、１２７ セル範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アドホックネットワークを構築する無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークを構築する各無線端末は、ゲートウェイへの経路情報を周辺端末から受信することにより、接続するゲートウェイを選択する。ここで無線アドホックネットワークとは、無線端末同士が自動的にネットワーク網を構築し、バケツリレー式にデータを目標まで伝達する無線ネットワークである。またゲートウェイとは、有線網と無線網とのインターフェースとなる装置である。
【０００３】
有線網と直接接続するゲートウェイは、有線網の設置された場所に設置範囲が限定されるため、設置の自由度が低い。一方無線端末は設置の自由度が高いため、地理的に偏って配置される可能性がある。ゲートウェイの設置場所に対し、無線端末が偏って配置されている場合、特定のゲートウェイに接続が偏ることにより、ネットワーク負荷が集中する可能性がある。そこで特定のゲートウェイへのネットワーク負荷の偏りをなくすため、負荷分散が必要となる。特許文献１および２には、無線端末からゲートウェイへの接続経路の選択に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２０２８６５号公報
【特許文献２】特開２００９−８１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線端末からゲートウェイへの接続経路選択のために、無線端末とゲートウェイとの間でメッセージをやり取りすることは、無線リソースの増大の原因となる。また、ゲートウェイが通知する経路情報パケットである、ＨＥＬＬＯパケットの到達範囲（ホップ数）をゲートウェイへの負荷に応じて変えると、無線端末とゲートウェイとの接続が不安定となる。
【０００６】
本技術では、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイの負荷分散を考慮した接続経路を選択することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、受信したパケットから、複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出する制御パケット検出部と、制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定する接続候補特定部と、接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態によれば、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイの負荷分散を考慮した接続経路を選択することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線アドホックネットワークシステム１のブロック図である。
【図２】無線端末１２のハードウェアブロック図である。
【図３】無線端末１２の機能ブロック図である。
【図４】ＨＥＬＬＯパケット５のデータ構造図である。
【図５】無線端末１２の接続先ゲートウェイ１１の選択処理フローである。
【図６】経路コストに対するゲートウェイ１１の数の分布図である。
【図７】無線端末１２ａの機能ブロック図である。
【図８】制御部２５による統計情報計算処理の詳細フローである。
【図９】ゲートウェイ１１への接続経路の絞り込みを説明するイメージ図である。
【図１０】ゲートウェイ１１への接続経路の絞り込み処理フローである。
【図１１】本実施例の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施の形態について説明する。なお、各実施形態における構成の組み合わせも本発明の実施形態に含まれる。
【００１１】
図１は無線アドホックネットワークシステム１のブロック図である。無線アドホックネットワークシステム１は、有線網１０、複数のゲートウェイ（ＧＷ）１１、複数の無線端末１２を有する。有線網１０とゲートウェイ１１を接続する実線は有線接続を示し、無線端末１２間および無線端末１２とゲートウェイ１１を接続する点線は無線接続を示す。
【００１２】
有線網１０は有線接続により構成されるネットワーク通信網である。複数の無線端末１２は、無線アドホックネットワークを構築する機能を有する。ゲートウェイ１１は有線網１０と無線アドホックネットワークとの接続を中継するインターフェースとして機能する。
【００１３】
無線アドホックネットワークを構築する複数の無線端末１２は、それぞれ自律的にネットワークを構築する。各無線端末１２は、ゲートウェイ１１との接続経路における経路コストに基づいて、接続可能な複数のゲートウェイ１１のうち、１つのゲートウェイ１１をランダムに選択する。本実施例において経路コストとは、無線端末１２からゲートウェイ１１までの経路の長さ、または無線端末１２からゲートウェイ１１までのホップ数などにより決定する値である。また経路コストは、受信電力の累積値、データの誤り率、ＨＥＬＬＯパケットの受信タイミングのずれなどをパラメータとして算出する値としてもよい。
【００１４】
各無線端末１２はゲートウェイ１１までの経路構築のためのメッセージとして、経路情報パケットであるＨＥＬＬＯパケットを報知する。ＨＥＬＬＯパケットを受信した他の無線端末１２は、無線端末１２からゲートウェイ１１までの経路コストを計算する。無線端末１２は計算した経路コストをＨＥＬＬＯパケットとして報知する。各無線端末１２は、ＨＥＬＬＯパケットの受信および報知を繰り返しながら自律的に無線アドホックネットワークを構築する。無線端末１２および無線アドホックネットワークの構築についての詳細は後述する。
【００１５】
以上の通り無線アドホックネットワークを構築する無線端末１２は、複数のゲートウェイ１１のうちいずれかを介して有線網１０に接続することが出来る。
【００１６】
図２は無線端末１２のハードウェアブロック図である。無線端末１２はアンテナ２０、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部２１、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２２、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部２３、ベースバンド処理部２４、制御部２５、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。
【００１７】
アンテナ２０は無線端末１２と他の装置との無線通信に用いられる。ＲＦ処理部２１は、Ｄ／Ａ変換部２３から出力されたアナログ信号を通信方式に応じて選択された周波数で変調処理する。Ｄ／Ａ変換部２３はベースバンド処理部２４から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ処理部２１へ出力する。Ａ／Ｄ変換部２２はＲＦ処理部２１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、ベースバンド処理部２４へ出力する。
【００１８】
ベースバンド処理部２４は送信データを通信方式に応じてデジタル処理し、Ｄ／Ａ変換部２３へ出力する。制御部２５は記憶部２６に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、様々な機能を実現する。制御部２５は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶部２６はデータおよびプログラムを記憶する。記憶部２６は例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。記憶部２６に記憶されたデータおよびプログラムについての詳細は後述する。ユーザデータ処理部２７は無線端末１２のユーザに対する種々の機能を提供する。
【００１９】
記憶部２６は経路コストデータ２８、接続ＧＷ（ゲートウェイ）データ２９、ＨＥＬＬＯ検出プログラム３０、経路コスト計算プログラム３１、統計情報計算プログラム３２、経路コスト順位付与プログラム３３、ゲートウェイ選択プログラム３４、パケット生成プログラム３５、乱数発生プログラム３６を有する。
【００２０】
経路コストデータ２８は、無線端末１２と接続可能な各ゲートウェイ１１との間で通信する場合の、通信経路の経路コストを記録したデータである。接続ＧＷデータ２９は無線端末１２と接続するゲートウェイ１１の情報を記録したデータである。
【００２１】
ＨＥＬＬＯ検出プログラム３０は、制御部２５に対し、ベースバンド処理部２４から出力された受信データからＨＥＬＬＯパケットを検出する処理を実行させるプログラムである。経路コスト計算プログラム３１は、制御部２５に対し、受信したＨＥＬＬＯパケットから抽出した経路コスト情報に基づいて、接続可能なゲートウェイ１１へのそれぞれのトータルの経路コストを計算させるプログラムである。
【００２２】
統計情報計算プログラム３２は、制御部２５に対し、接続可能な各ゲートウェイ１１に接続する場合の経路コストの分布を統計処理させるプログラムである。経路コスト順位付与プログラム３３は、制御部２５に対し、経路コストの統計処理結果に基づいて、選択可能なゲートウェイ１１までの経路コスト順に順位を付与させるプログラムである。ゲートウェイ選択プログラム３４は、制御部２５に対し、後述する乱数発生プログラムにより生成される乱数に基づいて、順位付与したゲートウェイ１１から、１つのゲートウェイ１１をランダムに選択させるプログラムである。
【００２３】
パケット生成プログラム３５は、制御部２５に対し、選択したゲートウェイ１１へ接続通知をするためのパケットを生成させるプログラムである。乱数発生プログラム３６は前述の通り、制御部２５に対し、乱数を発生させるプログラムである。
【００２４】
以上の通り無線端末１２は、記憶部２６に記憶されたプログラムを制御部２５に対して実行させることにより、特定のゲートウェイ１１に接続負荷が偏ることを防止することが出来る。
【００２５】
図３は無線端末１２の機能ブロック図である。各機能ブロックは、制御部２５が記憶部２６から読み出したプログラムを実行することにより実現する。無線端末１２はアンテナ２０、ＲＦ処理部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、ベースバンド処理部２４、ＨＥＬＬＯ検出部４０、経路コスト計算部４１、接続候補特定部９０、ゲートウェイ選択部４４、パケット生成部４５、乱数発生部４６、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。接続候補特定部９０は計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを絞り込む。接続候補特定部９０は統計情報計算部４２、経路コスト順位付与部４３を有する。記憶部２６は経路コストデータ２８、接続ＧＷデータ２９を記憶する。
【００２６】
図３の無線端末１２について、図２の無線端末１２と同一部材には同一番号を付し、その説明を省略する。図３において、ＨＥＬＬＯ検出部４０は、記憶部２６に記憶されたＨＥＬＬＯ検出プログラム３０を制御部２５で実行することにより実現される。経路コスト計算部４１は、記憶部２６に記憶された経路コスト計算プログラム３１を制御部２５で実行することにより実現される。統計情報計算部４２は、記憶部２６に記憶された統計情報計算プログラム３２を制御部２５で実行することにより実現される。経路コスト順位付与部４３は、記憶部２６に記憶された経路コスト順位付与プログラム３３を制御部２５で実行することにより実現される。ゲートウェイ選択部４４は、記憶部２６に記憶されたゲートウェイ選択プログラム３４を制御部２５で実行することにより実現される。パケット生成部４５は、記憶部２６に記憶されたパケット生成プログラム３５を制御部２５で実行することにより実現される。乱数発生部４６は、記憶部２６に記憶された乱数発生プログラム３６を制御部２５で実行することにより実現される。
【００２７】
以上の通り図２の無線端末１２は、図３の通り機能ブロックで表現することが出来る。なお本実施例において各機能ブロックは、記憶部２６に記憶されたプログラムを制御部２５が実行することにより実現しているが、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを用いて、デジタル回路で実現しても良い。
【００２８】
図４はＨＥＬＬＯパケット５のデータ構造図である。ＨＥＬＬＯパケット５はパケット送信元の無線端末１２から各ゲートウェイ１１への経路情報を含むパケットデータである。ＨＥＬＬＯパケット５は各無線端末１２から発信される。１つの無線端末１２は、他の無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケット５を解析することにより、接続先のゲートウェイ１１を決定することが出来る。
【００２９】
ＨＥＬＬＯパケット５はヘッダ５５、複数の宛先経路情報５６を有する。ヘッダ５５はＨＥＬＬＯパケット５の送信元無線端末１２を示すデータである。ヘッダ５５は、ブロードキャストアドレス５０、送信元アドレス５１を有する。ブロードキャストアドレス５０は、そのＨＥＬＬＯパケットがブロードキャストである事を示すアドレスである。ブロードキャストであるとは、そのＨＥＬＬＯパケットが受信先を特定せずに送信されたことを示す。送信元アドレス５１は送信元である無線端末１２に割り当てられた固有アドレスである。固有アドレスは、例えばＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスである。
【００３０】
宛先経路情報５６は、ＨＥＬＬＯパケット５の送信元である無線端末１２と無線接続可能なゲートウェイ１１までの、接続経路に関する情報である。宛先経路情報５６は、パケット送信元の無線端末１２と接続可能なゲートウェイ１１ごとに存在する。宛先経路情報５６は、接続可能ノードＩＤ５２、経路コスト５３、ホップ数５４を有する。接続可能ノードＩＤ５２は、ＨＥＬＬＯパケット５の送信元である無線端末１２と接続可能なゲートウェイ１１の識別番号である。各ゲートウェイ１１にはそれぞれ固有の識別番号が割り当てられている。経路コスト５３はＨＥＬＬＯパケット５の発信元無線端末１２から接続可能ノードＩＤに示すゲートウェイ１１までの接続経路により決定する経路コストの情報である。ホップ数５４は、ＨＥＬＬＯパケット５の発信元無線端末１２から接続可能ノードＩＤに示すゲートウェイ１１までに経由する無線端末１２の数である。
【００３１】
以上の通り無線端末１２は、他の無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケット５を解析することにより、接続可能なゲートウェイ１１および接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストの情報をそれぞれ取得することが出来る。
【００３２】
図５は無線端末１２の接続先ゲートウェイ１１の選択処理フローである。図５の処理は無線端末１２の制御部２５により実行される。
【００３３】
制御部２５はＨＥＬＬＯ検出プログラム３０を実行することにより、受信したパケットデータに対してＨＥＬＬＯパケット５の検出処理を実行する（Ｓ１０）。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５を検出した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１へ処理を進める。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５を検出できなかった場合（Ｓ１０：ＮＯ）、接続先ゲートウェイ１１の選択処理を終了する。
【００３４】
制御部２５は検出したＨＥＬＬＯパケット５を送信した他の無線端末１２を特定する。制御部２５はＨＥＬＬＯパケット５から宛先経路情報５６を読み出す。制御部２５は経路コスト計算プログラム３１を実行することにより、他の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストに対し、自身の無線端末１２から他の無線端末１２までの経路コストを加算する（Ｓ１１）。これにより制御部２５は、自身の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの経路コストを計算する。制御部２５は計算した経路コストを経路コストデータ２８として記憶部２６へ書き込む（Ｓ１２）。
【００３５】
制御部２５は記憶部２６へ書き込んだ経路コストデータ２８に対応するゲートウェイ１１の数が、あらかじめ設定したトリガの数を超えた場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４の処理に移行する。制御部２５はゲートウェイ１１の数がトリガの数以下の場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１０からステップＳ１２までの処理を繰り返す。
【００３６】
制御部２５は統計情報計算プログラム３２を実行することにより、自身の無線端末１２から各ゲートウェイ１１までの経路コストの平均値および分散値を経路コストの統計情報として計算する（Ｓ１４）。制御部２５は平均値を超える経路コストを有するゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として抽出する（Ｓ１５）。経路情報の計算および接続候補ゲートウェイ１１の抽出についての詳細は後述する。
【００３７】
制御部２５は経路コスト順位付与プログラム３３を実行することにより、抽出した接続候補ゲートウェイ１１に対し、経路コストの低い順に番号を付ける（Ｓ１６）。制御部２５は乱数発生プログラム３６を実行することにより、抽出した接続ゲートウェイ１１の数の範囲で乱数を生成する（Ｓ１７）。制御部２５はゲートウェイ選択プログラム３４を実行することにより、接続候補ゲートウェイ１１に付与した番号のうち、生成した乱数に一致する番号を付与したゲートウェイ１１を選択する（Ｓ１８）。制御部２５は選択したゲートウェイ１１の情報を接続ＧＷデータ２９として記憶部２６に書き込む。
【００３８】
制御部２５はパケット生成プログラム３５を実行することにより、記憶部２６に書き込んだ接続ＧＷデータ２９に基づいて、選択したゲートウェイ１１に接続通知をするためのパケットデータを生成する。制御部２５は生成したパケットデータをゲートウェイ１１に送信することにより、接続通知を行う（Ｓ１９）。
【００３９】
以上の通り無線端末１２は、ネットワーク負荷を増大させること無く、ゲートウェイ１１の負荷分散を考慮した接続経路を選択することが出来る。
【００４０】
図６は経路コストに対するゲートウェイ１１の数の分布図である。経路コストに対するゲートウェイ１１の数は、一般的に図６の通り分布する。制御部２５は統計情報計算プログラム３２を実行することにより、自身の無線端末１２から接続可能なゲートウェイ１１までの全経路コストの平均値、およびそれぞれのゲートウェイ１１への経路コストの分散値を計算する。
【００４１】
制御部２５は経路コストの平均値よりも大きい経路コストとなるゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１とする。接続候補ゲートウェイ１１は、図６のグラフにおける斜線部分に該当する。
【００４２】
以上の通り制御部２５は、選択可能なゲートウェイ１１を経路コストに基づいて複数設定することにより、特定のゲートウェイ１１への接続負荷の集中を防止することが出来る。
【００４３】
図７は無線端末１２ａの機能ブロック図である。無線端末１２に対し無線端末１２ａは、統計情報に基づく接続候補ゲートウェイ１１の絞込み機能を有する。
【００４４】
無線端末１２ａにおいて各機能ブロックは、制御部２５が記憶部２６から読み出したプログラムを実行することにより実現する。無線端末１２ａはアンテナ２０、ＲＦ処理部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、ベースバンド処理部２４、ＨＥＬＬＯ検出部４０、経路コスト計算部４１、接続候補特定部９０ａ、ゲートウェイ選択部４４、パケット生成部４５、乱数発生部４６、記憶部２６、ユーザデータ処理部２７を有する。接続候補特定部９０ａは計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを絞り込む。接続候補特定部９０aは経路情報計算部４２、候補ＧＷ絞込み部８０、経路コスト順位付与部４３を有する。記憶部２６は経路コストデータ２８、所定値データ８１、接続ＧＷデータ２９を記憶する。
【００４５】
図７の無線端末１２ａについて、図３の無線端末１２と同一部材には同一番号を付し、その説明を省略する。図３の無線端末１２に対し、図７の無線端末１２ａは候補ＧＷ絞込み部８０、所定値データ８１をさらに有する。
【００４６】
無線端末１２ａにおいて制御部２５は、記憶部２６に記憶された候補ＧＷ絞込みプログラムを実行することにより、候補ＧＷ絞込み部８０として機能する。候補ＧＷ絞込み部８０は、統計情報計算部４２により計算された統計情報と記憶部２６に記憶された所定値データ８１との比較結果に基づいて、無線端末１２ａからの接続候補となるゲートウェイ１１の絞り込み処理を実行する。所定値データ８１は接続候補となるゲートウェイ１１の絞り込みを行うか否かの判定基準となる閾値を記憶する。候補ＧＷ絞込み部８０の動作についての詳細は後述する。
【００４７】
以上の通り無線端末１２ａは、候補ＧＷ絞込み部８０および所定値データ８１を有することにより、選択候補となるゲートウェイ１１の絞り込みを実行することが出来る。
【００４８】
図８は制御部２５による統計情報計算処理の詳細フローである。接続可能なゲートウェイ１１の数が十分多い場合、経路コストの平均値より低い経路を有するゲートウェイ１１の数も十分多くなる。この結果、平均値より低い経路コストで接続可能なゲートウェイ１１に絞り込んだ中からランダムに接続先を選択することにより、ゲートウェイ１１の選択処理負荷を軽減することが出来る。
【００４９】
一方、接続可能なゲートウェイ１１の数が少ない場合、経路コストの平均値より低いゲートウェイ１１の数は数個となる場合がある。選択可能なゲートウェイ１１の数が数個の場合、その中からランダムに１つのゲートウェイ１１を選択しても、接続負荷の集中が生じる可能性が高い。そこで、経路コストの平均値による絞り込みを行わず、接続可能なゲートウェイ１１から１つのゲートウェイ１１を選択する。以上の通り選択可能なゲートウェイ１１の数に応じて絞込み処理を省略することにより、接続負荷の集中を防止することが出来る。
【００５０】
制御部２５は統計情報計算プログラム３１の実行により計算したコスト分散値と所定値データ８１として記憶部２６に記憶した所定分散値とを比較する（Ｓ３０）。コスト分散値が所定分散値よりも大きい場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、制御部２５は経路コストの平均値よりも経路コストの低いゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として選択する（Ｓ３１）。一方、コスト分散値が所定分散値以下の場合（Ｓ３０：ＮＯ）、制御部２５は全てのゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１として選択する（Ｓ３２）。
【００５１】
制御部２５は絞込み後の選択候補ゲートウェイ１１の数と所定値データ８１として記憶部２６に記憶した所定候補数とを比較する（Ｓ３３）。絞込み後の選択ゲートウェイの数が所定候補数よりも小さい場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、制御部２５は全てのゲートウェイ１１を接続候補ゲートウェイ１１に再設定する（Ｓ３４）。一方、絞込み後の選択ゲートウェイの数が所定候補数以上の場合（Ｓ３３：ＮＯ）、制御部２５は接続候補の絞込み処理を終了する。
【００５２】
以上の通り制御部２５は、経路コストの統計値とあらかじめ設定した所定値とを比較することにより、統計値に応じて最適なゲートウェイ１１の接続候補選択処理を実行することが出来る。
【００５３】
図９はゲートウェイ１１への接続経路の絞り込みを説明する接続経路図である。図９の接続経路図において、符号１２１、１２２、１２３、１２４、１２５はそれぞれ別個の無線端末１２を示す。符号１１１、１１２はそれぞれ別個のゲートウェイ１１を示す。符号１２６はゲートウェイ１１１のセル範囲、符号１２７はゲートウェイ１１２のセル範囲を示す。
【００５４】
図９の接続経路図の通り、無線端末１２１からゲートウェイ１１２に接続する場合に、無線端末１２２を経由する経路と、無線端末１２４を経由する経路が選択可能であるとする。一般に経由する無線端末１２の数すなわちホップ数が大きいほど、経路コストは大きくなる。よって図９の接続経路の場合、無線端末１２４を経由する経路よりも、無線端末１２２を経由する経路の方が経路コストは小さくなる。
【００５５】
一方、無線端末１２２はゲートウェイ１１１のセル範囲１２６の中にある。よって無線端末１２２から無線送信される信号とゲートウェイ１１１から無線送信される信号とは干渉する。無線信号の干渉により、信号品質が下がり、結果として無線端末１２２を経由する経路の経路コストは高くなる。
【００５６】
よって無線端末１２１からゲートウェイ１１２への接続経路における無線端末１２が、無線端末１２２のように接続先のゲートウェイ１１以外のゲートウェイ１１のエリア内にある場合、無線端末１２１は無線端末１２４の経路を優先的に選択する。以上の通り他のゲートウェイ１１と干渉する無線端末１２を避けて経路選択することにより、無線端末１２１は無駄な無線信号間の干渉発生を回避することが出来る。
【００５７】
図１０はゲートウェイ１１２への接続経路の絞り込み処理フローである。図１０の絞込み処理フローでは、図９における無線端末１２１の動作を例に説明する。なお無線端末１２１の処理は、無線端末１２１の制御部２５により実行される。
【００５８】
無線端末１２１はステップＳ２０からステップＳ２８までの処理をゲートウェイ１１の数だけ繰り返す。無線端末１２１は１つのゲートウェイ１１を選択する（Ｓ２１）。図９の場合、選択するゲートウェイ１１はゲートウェイ１１２となる。
【００５９】
無線端末１２１はステップＳ２２からステップＳ２７までの処理を隣接する無線端末１２の数だけ繰り返す。無線端末１２１は隣接する無線端末１２のうち、ステップＳ２１において選択したゲートウェイ１１に接続可能な無線端末１２のいずれか１つを選択する（Ｓ２３）。図９の場合、無線端末１２１に隣接する無線端末１２のうち、ゲートウェイ１１２への接続経路となる無線端末１２は、無線端末１２２、１２４となる。
【００６０】
無線端末１２１は、隣接する無線端末１２が、選択したゲートウェイ１１以外の他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲か否かを判定する（Ｓ２４）。ゲートウェイ１１から１ホップ範囲に無線端末１２があるとは、ゲートウェイ１１のセル範囲内に無線端末１２がある、ということである。
【００６１】
隣接する無線端末１２が、他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲にある場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、無線端末１２１は隣接する無線端末１２を経由する経路の経路コストを最悪値に設定する。経路コストを最悪値に設定することにより、無線端末１２１は、ゲートウェイ１１２までの接続経路から、隣接する無線端末１２を経由する経路を除外することができる。図９の場合、隣接する無線端末１２２を経由する経路の経路コストは最大値となる。
【００６２】
一方、隣接する無線端末１２が他のゲートウェイ１１から１ホップ範囲にない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、無線端末１２１は隣接する無線端末１２を経由する経路の経路コストを通常通りコスト関数から計算する。図９の場合、隣接する１２４を経由する経路の経路コストはコスト関数に基づいて算出される。
【００６３】
ここでコスト関数とは、経路コストを算出するための関数である。コスト関数は無線端末１２からゲートウェイ１１までの各ノード間の距離、または無線端末１２からゲートウェイ１１までのホップ数をパラメータに有する。コスト関数の値は、無線端末１２からゲートウェイ１１までの各ノード間の距離が長い程、またはホップ数が多いほど大きくなる。
【００６４】
以上の通り無線端末１２１から接続可能なゲートウェイ１１について、全ての選択可能な経路について隣接ゲートウェイ１１の有無を検証することにより、無線端末１２１はゲートウェイ１１の不要な干渉を避けて接続経路を確立することが出来る。
【００６５】
図１１は本実施例の効果を示すグラフである。図１１における従来技術とは、無線端末からブロードキャストされたアドホック接続要求メッセージを受信したゲートウェイが帯域関連メッセージを送信し、ゲートウェイから無線端末までの中継端末が周辺帯域情報を帯域関連メッセージに追記して無線端末に中継するというものである。
【００６６】
図１１において、グラフ１３０は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が１の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３１は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が２の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３２は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が３の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３３は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が４の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。グラフ１３４は無線端末１２からゲートウェイ１１までの平均ホップ数が５の場合の、従来技術に対する本実施例の効果を示すグラフである。
【００６７】
本実施例における無線端末１２は、隣接する無線端末１２から受信したＨＥＬＬＯパケットに基づいて自律的にゲートウェイ１１を選択するため、従来技術のように無線端末１２とゲートウェイ１１との間で応答メッセージが往復することが無い。図１１のグラフ１３０の通り、平均ホップ数が１の場合は従来技術と本実施例との効果の差は見られないが、グラフ１３１〜１３４の通り、平均ホップ数が多くなるほど、本実施例の効果が大きくなる。例えば平均ホップ数が２の場合、グラフ１３１より、従来技術に対する本実施例の効果は、隣接ノード数１０において約２．５倍となる。
【００６８】
以上の通り無線端末１２は、ゲートウェイ１１との無線アドホック接続を自律的に実行することにより、無線アドホック接続確率までの無線リソース消費を減らすことが出来る。
【符号の説明】
【００６９】
１ 無線アドホックネットワークシステム
５ ＨＥＬＬＯパケット
１０ 有線網
１１ ゲートウェイ
１２、１２ａ 無線端末
２０ アンテナ
２１ ＲＦ処理部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ Ｄ／Ａ変換部
２４ ベースバンド処理部
２５ 制御部
２６ 記憶部
２７ ユーザデータ処理部
２８ 経路コストデータ
２９ 接続ＧＷデータ
３０ ＨＥＬＬＯ検出プログラム
３１ 経路コスト計算プログラム
３２ 統計情報計算プログラム
３３ 経路コスト順位付与プログラム
３４ ゲートウェイ選択プログラム
３５ パケット生成プログラム
３６ 乱数発生プログラム
４０ ＨＥＬＬＯ検出部
４１ 経路コスト計算部
４２ 統計情報計算部
４３ 経路コスト順位付与部
４４ ゲートウェイ選択部
４５ パケット生成部
４６ 乱数発生部
５０ ブロードキャストアドレス
５１ 送信元アドレス
５２ 接続可能ノードＩＤ
５３ 経路コスト
５４ ホップ数
５５ ヘッダ
５６ 宛先経路情報
８０ 候補ＧＷ絞込み部
８１ 所定値データ
１１１、１１２ ゲートウェイ
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ 無線端末
１２６、１２７ セル範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末であって、
前記複数のゲートウェイからのパケットを受信する受信部と、
前記受信部が受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出する制御パケット検出部と、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定する接続候補特定部と、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部と
を有する無線端末。
【請求項２】
該接続候補特定部は、該接続可能なゲートウェイとの接続経路の無線信号の品質に基づいて経路コストを計算し、計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを特定する、請求項１に記載の無線端末。
【請求項３】
該接続候補特定部は、該ゲートウェイごとの該経路コストの統計情報とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて、該接続候補のゲートウェイを特定する、請求項２に記載の無線端末。
【請求項４】
該接続候補特定部は、該接続経路を形成する他の無線端末が、接続先として選択したゲートウェイ以外のゲートウェイの通信エリアにある場合に、該接続経路の経路コストの値を最大値に設定する、請求項２または３に記載の無線端末。
【請求項５】
該ゲートウェイ選定部は、ランダムに１つのゲートウェイを選択する、請求項１から請求項４に記載の無線端末
【請求項６】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末が行うゲートウェイ選択方法であって、
前記無線端末が、
前記複数のゲートウェイから受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出し、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定し、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択する
ゲートウェイ選択方法。
【請求項７】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末に、
前記複数のゲートウェイから受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出させ、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定させ、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択させる
ゲートウェイ選択プログラム。
【請求項１】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末であって、
前記複数のゲートウェイからのパケットを受信する受信部と、
前記受信部が受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出する制御パケット検出部と、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定する接続候補特定部と、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択するゲートウェイ選択部と
を有する無線端末。
【請求項２】
該接続候補特定部は、該接続可能なゲートウェイとの接続経路の無線信号の品質に基づいて経路コストを計算し、計算した該経路コストに基づいて接続候補のゲートウェイを特定する、請求項１に記載の無線端末。
【請求項３】
該接続候補特定部は、該ゲートウェイごとの該経路コストの統計情報とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて、該接続候補のゲートウェイを特定する、請求項２に記載の無線端末。
【請求項４】
該接続候補特定部は、該接続経路を形成する他の無線端末が、接続先として選択したゲートウェイ以外のゲートウェイの通信エリアにある場合に、該接続経路の経路コストの値を最大値に設定する、請求項２または３に記載の無線端末。
【請求項５】
該ゲートウェイ選定部は、ランダムに１つのゲートウェイを選択する、請求項１から請求項４に記載の無線端末
【請求項６】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末が行うゲートウェイ選択方法であって、
前記無線端末が、
前記複数のゲートウェイから受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出し、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定し、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択する
ゲートウェイ選択方法。
【請求項７】
複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを基に接続を行うゲートウェイを選択する無線端末に、
前記複数のゲートウェイから受信したパケットから、前記複数のゲートウェイからブロードキャスト送信された制御パケットを検出させ、
前記制御パケット検出部により検出された制御パケットの送信元ゲートウェイから接続候補となるゲートウェイを複数特定させ、
前記接続候補選定部により選定されたゲートウェイのうち、任意に１つのゲートウェイを選択させる
ゲートウェイ選択プログラム。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７０３１０（Ｐ２０１３−７０３１０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８６２７（Ｐ２０１１−２０８６２７）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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