JP3896125B2 - 無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法 - Google Patents
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Description
本発明は無線アドホックネットワーク(Wire1ess Ad hoc net work)で出発地ノードからブロードキャストされたパケットを目的地ノードに伝達するためのパケットフラッディングの遂行方法に関し、特に無線アドホックネットワークで出発地ノードからのパケットを出発地から所定の距離にあるノードが優先的にフラッディングするようにして、ネットワーク資源を節約し、円滑な通信を可能とするパケットフラッディングの遂行方法に関する。
移動通信機器や通信技術が発達するにつれ、従来のインフラ構造のネットワーク以外にも小規模の無線通信ネットワークヘの必要性が求められている。特に、建物内や山岳地帯といった、有線設備の設置が困難な環境下で小規模の無線ネットワークの必要性が高まっている。その例として、無線アドホックネットワークが挙げられる。
インフラ構造のネットワークとは違って、無線アドホックネットワークにはパケットの送受信を中継するルータが別途に存在せず、各移動ノードがホストとルータの機能を同時に行う。また、無線アドホックネットワーク上のノードは無線通信装置を備えているため、ノードの移動が可能で、したがって無線アドホックネットワークの位相は固定されていない。
無線アドホックネットワーク上では各ノードの無線電波の伝送範囲が限られているため、パケットがその出発地ノードから目的地ノードまで直接伝送できないことも生じる。この場合、パケットはルータの役割をする複数のノードを経由して伝達される。このような方式をマルチホップ(mu1tihop)とし、無線アドホックネットワークではマルチホップ方式を実現するためのルーチングプロトコルが必要となる。
また、無線アドホックネットワークではすべてのノードが1つのデータチャネルを共有しているため、チャネルの衝突を避けるための様々な方法が示されている。搬送波検知多重アクセス／衝突回避（Carrier Sense Mu1tip1e Access／Co11ision Avoidance；以下、「CSMA／CA」と称す）方式はMAC（Media Access Contro1）階層プロトコルの1つとして現在広く用いられており、無線1AN標準であるIEEE802．11はCSMA／CA方式を採用している。
CSMA／CAは無線上の搬送波を検知して衝突を防止する方式であって、各ノードは確認信号を予め伝送して衝突がないことを確認してからパケットを伝送する。そのため、ネットワーク上で複数のノードがパケットを伝送する場合、複数のノードから複数の確認信号が伝送されて衝突が発生したか否かを確認しなければならない。その結果、伝送速度が遅くなり、パケットの伝送も遅延される。
CSMA／CA方式によれば、ネットワーク上で衝突が発生すれば、すなわち1つ以上のノードが同時にデータチャネルを使用してパケットを伝送する場合、これを検知したノードはランダムな時間だけパケットの伝送を遅延してから再伝送を行う。その後、ノードが再び衝突を検知すれば、今度は以前の伝送遅延時間の倍の時間だけパケット伝送を遅延してから再伝送を行う。
前記したように、ネットワークが複雑になればなるほど衝突の発生頻度が高くなり、衝突が発生すれば、ノードは所定の時間だけパケットの伝送を遅延するため、これにより伝送遅延時間が長くなり、ネットワーク全体のパワー消費が増加する。また、MAC階層における衝突は、例えば上位階層のルーチングプロトコルで最適なルートを検索できないという問題も発生し得る。
主に、ポイントツーポイント(Point To Point)方式の通信を行う従来の有線ネットワークとは異なり、無線アドホックネットワークではブロードキャスティング／フラッディング(broadcasting／f1ooding)方式で通信を行う。無線ノードの大半は周辺の一定の無線ノードに方向を特定せずにパケットを伝送し、パケットを受信した周辺の無線ノードがいずれもパケットを再びフラッディングする。以下、このようなフラッディング方式を従来のフラッディング方式という。
図1は従来技術に係るアドホックネットワークにおける衝突の発生と重複フラッディングの問題を説明するための図である。図1は無線アドホックネットワークの単純な例であって、複数のノード100、110、120、130から構成されたネットワークを示しており、ノード100は出発地ノードに該当し、ノード110、120、130はその周辺ノードに該当する。
従来のフラッディング方式によれば、パケットの受信範囲を最大化するために、受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合は、すべてのノードが受信されたパケットを再びフラッディングする。そのため、パケットをブロードキャスティングした出発地ノードの周辺にあるノードは、フラッディングするために同時にチャネルを使用するようになり、複数の衝突が発生する。
図1を参照すれば、周辺ノード110、120、130は出発地ノード100の電波到達範囲100´内に位置し、そのため、出発地ノード100がブロードキャスティングしたパケットを受信する。受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、パケットを受信した周辺ノード110、120、130はいずれもほぼ同時にチャネルを使用し、受信されたパケットのフラッディングを行う。しかし、この場合、衝突が発生すれば、実際にはすべての周辺ノードはフラッディングを行うことができなくなる。
こうした問題は特にネットワークのノード密度が高いほど多く発生する。すなわち、出発地ノードの周辺にノードが多いほど、複数の衝突が発生するようになる。
こうした問題は特にネットワークのノード密度が高いほど多く発生する。すなわち、出発地ノードの周辺にノードが多いほど、複数の衝突が発生するようになる。
また、各ノードからの電波到達範囲は、図1に示すように、互いにかなり重なっている。したがって、重複する電波到達範囲内では同じパケットが出発地ノード周辺のノードから不要に複数回重複してフラッディングされ、ネットワーク資源が浪費される。すなわち、周辺ノード110、120、130の電波到達範囲が重なる領域では周辺ノード110、120、130によりそれぞれ同じパケットが複数回伝送されて、不要なフラッディングが繰り返して行われ、結局全体ネットワーク資源が浪費される。
また、フラッディングを複数回行うことによって、複数の衝突が発生した時、各周辺ノードは所定のランダムな時間だけパケットの伝送を遅延して、その後に再伝送しなければならないので、結局パケットの伝送速度が遅くなり、各ノードのパワーが不要に多く消耗される等、ネットワーク全体のパワーが浪費される。
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、無線アドホックネットワークで出発地ノードからのパケットを出発地から所定の距離にあるノードが優先的にフラッディングするようにして、ネットワーク資源を節約し、円滑な通信を可能とするパケットフラッディングの遂行方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記パワーレベルの分類基準を設定するステップは、前記出発地ノードの送信パワー及び前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーを測定するステップと、前記出発地ノードの送信パワーの常用対数値と前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーの常用対数値との差値を算出するステップと、前記算出された差値を、前記パワーレベル数で割り算してパワーレベル基準幅を算出し、前記パワーレベルの分類基準を前記算出されたパワーレベル基準幅に応じて設定するステップとを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記パワーレベルを分類するステップは、前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーを獲得するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで獲得された前記受信パワーの常用対数値から前記獲得された受信可能な最小パワーの常用対数値を差し引き、前記パワーレベル数の対数値で割り算した値に基づき、前記設定されたパワーレベルの分類基準に応じて前記各ノードを前記パワーレベルに分類するステップとを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記フラッディング前の待機時間を算出するステップは、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケットの大きさ及び前記各ノードの最大伝送量を獲得するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記獲得されたパケットの大きさを前記獲得された最大伝送量で割り算してパケット送信時間を算出するステップと、前記分類されたパワーレベルから「1」を差し引いた値に前記算出されたパケット送信時間及び「1」よりも大きい所定の数を掛けて前記フラッディング前の待機時間を算出するステップとを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、前記分類されたパワーレベルが最も高いノードを除外した前記各ノードでは、前記待機時間が経過した場合にも前記受信されたパケットをフラッディングしないことを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、前記出発地ノードを除外した前記各ノードにおいて、前記受信パワーが所定の閾値以下であれば、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップとを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、前記出発地ノードを除外した前記各ノードのうちの少なくとも1つのノードがフラッディングしたパケットを受信したノードは、前記受信されたパケットを伝達する信号の受信パワーが所定の閾値以下であれば、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップとを含む。
上記目的を達成するために、本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法は、出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、前記出発地ノードを除外した前記各ノードのうちの2つ以上のノードがフラッディングしたパケットを受信したノードは、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップとを含む。
本発明によれば、無線アドホックネットワークで出発地ノードからパケットを伝送した後、その周辺ノードのうちの一部のみが受信したパケットをフラッディングする。そのため、すべてのノードがフラッディングを行う従来の発明に比べて、衝突発生の可能性が著しく低くなり、結果的にネットワーク全体のパワー消費が低減される。
また、受信されたパケットの受信パワーに応じて受信パワーを所定数にレベル化し、各レベルに応じてフラッディング前の待機時間を計算して出発地ノードから遠く離れたノードから優先的にフラッディングを行うため、衝突発生の可能性をより一層防止し、さらにパケットの送信速度を増加させ、ネットワーク資源が節約される。
また、本発明はネットワークの変化に適応できる方法であるため、ネットワークの位相に対する情報が不要であるほか、周辺ノードと情報を交換するために周期的にフラッディングを行わなくて済む。
以下、添付する図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図２は本発明に係るパケットフラッディングの遂行方法を説明するために、アドホックネットワークの一例を示す図である。図２には出発地ノード210を中心にその電波到達範囲に該当する半径Rである円200の内部にあるノード（白丸または黒丸で表示）が示されている。
図２は本発明に係るパケットフラッディングの遂行方法を説明するために、アドホックネットワークの一例を示す図である。図２には出発地ノード210を中心にその電波到達範囲に該当する半径Rである円200の内部にあるノード（白丸または黒丸で表示）が示されている。
半径Rである円200内のすべてのノードが、受信されたパケットをフラッディングすれば、重複フラッディングと衝突による遅延などの問題点が生じる。従来技術によれば、受信したパケットが最初に受信されたパケットであれば、パケットをブロードキャスティングする出発地ノードのすべての周辺ノードがパケットフラッディングを行う。そのため、複数の周辺ノードの電波到達範囲が重なる領域では同じパケットが重複的に伝送される。また、その際に発生する衝突と、伝送遅延などによりネットワーク資源が浪費される。したがって、ネットワーク資源の浪費を防止するためには、可能な限り周辺ノードの電波到達範囲が空間的または時間的に重ならないようにする必要がある。
したがって、本発明によれば、すべてのノードが同時に受信されたパケットのフラッディングを行う代わりに、円200内部の円周付近に位置するノード（黒丸で表示；以下、「エッジノード」と称す）が優先的にパケットフラッディングを行うようにする。前記したように、パケットフラッディングを行ったノードの電波到達範囲内に位置するノードの場合、すべてのノードがパケットフラッディングを行う必要はない。
図２において、円200の内部領域は出発地ノード210の電波到達範囲に含まれており、円200の外部領域はエッジノードの電波到達範囲に含まれる。円200の外部領域を円200の内部にある他のノードの電波到達範囲に含ませることもできるが、その場合であっても、エッジノードの電波到達範囲は一層広くなる。
以下、円200内部の各ノードの中でエッジノードを決定する方法について説明する。
実際に、出発地ノードからの距離が離れるほど到達する信号のパワーは弱くなるため、エッジノードでの受信パワーは円200内部に位置するノードでの受信パワーよりも弱くなる。これは障害物がない環境下でさらに顕著になる。したがって、各ノードで受信される信号の受信パワーを測定することによって、エッジノードを決定できる。
また、受信されるパケットを伝達する信号（パケット伝達信号）の受信パワーを測定して、その測定値に応じて、出発地ノードがパケットをブロードキャスティングしてからパケットフラッディングを行う前までに各ノードが遅延すべき時間、すなわちパケットフラッディング前の待機時間(Back-off De1ay)を設定できる。
すなわち、受信パワーが高いほどパケットフラッディング前の待機時間を長く設定すれば、エッジノードは円200内部に位置するノードに比べて、短い待機時間の経過後に、受信されたパケットを先にフラッディングする。
実際に、出発地ノードからの距離が離れるほど到達する信号のパワーは弱くなるため、エッジノードでの受信パワーは円200内部に位置するノードでの受信パワーよりも弱くなる。これは障害物がない環境下でさらに顕著になる。したがって、各ノードで受信される信号の受信パワーを測定することによって、エッジノードを決定できる。
また、受信されるパケットを伝達する信号（パケット伝達信号）の受信パワーを測定して、その測定値に応じて、出発地ノードがパケットをブロードキャスティングしてからパケットフラッディングを行う前までに各ノードが遅延すべき時間、すなわちパケットフラッディング前の待機時間(Back-off De1ay)を設定できる。
すなわち、受信パワーが高いほどパケットフラッディング前の待機時間を長く設定すれば、エッジノードは円200内部に位置するノードに比べて、短い待機時間の経過後に、受信されたパケットを先にフラッディングする。
そのため、円200内部に位置するノードが同じパケットを2回またはそれ以上受信すれば、これ以上フラッディングを行わなくなる。すなわち、各ノードが出発地ノードから受信したパケットとあるエッジノードがフラッディングしたパケットを受信すれば、受信されたパケットは最初に受信されたパケットではないため、パケットフラッディングを行わない。したがって、エッジノードを除いては複数のノードがフラッディングを行わなくなり、衝突の発生が少なく、パワー消費が低減される。
以下、各ノードで受信された信号の受信パワーを測定し、測定された受信パワーに応じてパワーレベルを分類してエッジノードを決定し、各ノードでのフラッディング前の待機時間を設定する方法について詳細に説明する。
パケットを受信すると、各ノードはパケットを伝達する信号（パケット伝達信号）の受信パワーを測定し、測定された受信パワーに応じて各ノードを複数のパワーレベル、例えば8ビットの256レベルに分ける。受信パワーに対する対数関数値を使い、受信パワーが低い場合に多くのビットを用いて換算することによって、高い受信パワーの信号と同様に、低い受信パワーの信号に対するパワーレベルの算出を正確に行うことができる。
出発地ノードから遠くなるほど受信パワーは小さくなる。しかし、受信パワーによるパワーレベルは出発地ノードから遠くなるほど大きくなるように設定できる。したがって、エッジノードは最も大きいパワーレベルを有するノードに決定することができる。前記の例ではエッジノードが1レベルに該当するノードに決定される。
ノードのパワーレベルが計算されると、ノードのフラッディング前の待機時間を計算する。待機時間はパワーレベルに所定の時間を掛けて計算できる。例えば、パワーレベルが256レベルのうち、10レベルに該当すれば、待機時間は「10*(5*10-5）＝5*10-4」に計算できる。ここで、所定の時間値である「5*10-5」は任意に設定できる。
前記の例によれば、パワーレベルが高いほど待機時間が短縮されることが分かる。したがって、信号の強度が低いエッジノードの待機時間が円200内部のノードよりも短く、エッジノードが先にフラッディングを行う。
前記の例によれば、パワーレベルが高いほど待機時間が短縮されることが分かる。したがって、信号の強度が低いエッジノードの待機時間が円200内部のノードよりも短く、エッジノードが先にフラッディングを行う。
また、連続する２つのパワーレベルの間では、1つ上のパワーレベルを有するノードでパケットフラッディングが終了するまで、1つ下のパワーレベルを有するノードがパケットフラッディングを開始しないように、十分な待機時間を確保する設定を行う。
これは、高いパワーレベルのノードがパケットフラッディングを行う間に低いパワーレベルのノードがフラッディングを開始して、衝突が発生する可能性があるためである。そのために、フラッディング前の待機時間を算出する際にはパケットの大きさ及びノードの最大伝送量等を考慮しなければならない。
これは、高いパワーレベルのノードがパケットフラッディングを行う間に低いパワーレベルのノードがフラッディングを開始して、衝突が発生する可能性があるためである。そのために、フラッディング前の待機時間を算出する際にはパケットの大きさ及びノードの最大伝送量等を考慮しなければならない。
本発明によれば、すべてのノードが受信されたパケットをフラッディングする従来の発明とは異なり、結果的に円200内部の複数のノードがフラッディングを行わないので、円200外部にあるノードのパケット受信を保障するには、前記した方法に対するオプションとして全体フラッディングによる電波到達範囲を可能な限り最大に拡張する次の３つの方法のうちのいずれかを行うことができる。
第一に、受信パワーが所定の閾値以下であるノードもパケットフラッディングを行うように設定する方法である。これによれば、エッジノードのみならず、円200内部のノードの中でもノミケットフラッディングを行うノードがあり得る。
したがって、全体フラッディングによる電波到達範囲をさらに拡張することができる。
したがって、全体フラッディングによる電波到達範囲をさらに拡張することができる。
第二に、周辺ノードによりフラッディングされて受信されたパケットを伝達する信号の受信パワーが弱い場合、パケットを受信したノードもパケットフラッディングを行う方法である。フラッディングによる信号の受信パワーが弱くなると、フラッディングを行ったノードとパケットを受信したノードとの距離が遠くなることが分かる。したがって、フラッディングされたパケットを受信したノードもパケットフラッディングを行うことによって、全体フラッディングによる電波到達範囲を拡張することができる。
最後に、フラッディング前の待機時間の終了前にノードが、2以上のフラッディングされた信号を受信した場合、信号を受信したノードは出発地ノードから受信された信号の受信パワーが大きい場合でもパケットフラッディングを行う方法がある。図３はこの方法により、全体フラッディングによる電波到達範囲を拡張する方法の一例を説明するための図である。
２つ以上のフラッディングされた信号が受信されると、受信された各信号は同じ方向のノードから送信された信号ではないことが分かる。また、本発明によってエッジノードがフラッディングを行うと、その周辺のノードのフラッディングは抑えられるため、受信された信号をフラッディングしたノードは受信ノードから他の方向にかなり離れていることが分かる。したがって、この方法により、受信ノードがフラッディングを再度行うと、その周辺に全体フラッディングによる電波到達範囲を拡張することができる。
図３を参照すれば、ノード360は出発地ノード300から近くにあるため、受信パワーが大きい。しかし、２つのエッジノード310、330からフラッディングされた信号を受信するので、ノード360はパケットフラッディングを行うようになる。図を参照すれば、実際にノード360は２つのノード310、330からいずれも遠く離れており、ノード360のパケットフラッディングを行うことによって、全体フラッディングによる電波到達範囲がその周辺にあるノード340、350に広がることが分かる。
図４Ａは本発明に係る無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法を示すフローチャートである。
図を参照すれば、受信パワーが小さくなればパワーレベルが高くなる方式でパワーレベルの分類基準を設定する(S400)。パワーレベルの分類基準は出発地ノードから受信された信号の受信パワーに応じて各ノードを該当するパワーレベルに分類するために、複数のレベルに設定される。パワーレベルの数は、例えば64レベルに予め設定することができる。
図を参照すれば、受信パワーが小さくなればパワーレベルが高くなる方式でパワーレベルの分類基準を設定する(S400)。パワーレベルの分類基準は出発地ノードから受信された信号の受信パワーに応じて各ノードを該当するパワーレベルに分類するために、複数のレベルに設定される。パワーレベルの数は、例えば64レベルに予め設定することができる。
図４Ｂはパワーレベルを分類するステップをより詳細に示すフローチャートである。パワーレベルを分類するためには、まず各ノードは出発地ノードの送信パワーTxPowerと自己が受信可能な最小パワーMinPowerを獲得する(S400−10)。無線ノードの送信パワーと受信ノードの受信可能な最小パワーは獲得可能な情報である。送信パワーTxPowerと受信可能な最小パワーMinPowerに常用対数関数を使って、「1ogTxPower」値と「1ogMinPower」値を求め(S400−20)、その差値「1ogTxPower−1ogMinPower＝1ogMaxMinDistance」を求める(S400−30)。
次いで、前記差値1ogMaxMinDistanceをパワーレベルの数Number・f1eve1で割り算して、1つのレベルのパワーレベル基準幅、すなわちレベル間の差1eve1Distanceに対する常用対数関数値1og1eve1Distanceを計算する(S400−40)。パワーレベルの数は前記例で64である。
これを数式で表すと、次のようになる。
受信パワーのパワーレベルは、送信パワーTxPowerを最初に算出された1つのレベルのパワーレベル基準幅の常用対数値1og1evelDistanceだけの間隔をおいて、1レベルから受信パワーレベル数だけのレベルまで分類されることができる。
例えば、パワーレベルの数が「64」で、送信パワーの常用対数値1ogRxPowerが「7．1」であり、計算された1つのパワーレベル基準幅の常用対数値1og1eve1Distanceが「0．1」である場合、受信パワーの64レベルは「7．0」から「7．1」の間で、63レベルは「6．9」から「7．0」の間であり、最後に1レベルは「0．7」から「0．8」の間である。
パワーレベルの分類基準が設定された後は、各ノードでの受信パワーRxPowerを獲得する(S410)。受信パワーRxPowerは受信されたパケットを伝達する信号の受信パワーであって、各ノードが移動する度に変化することができる値である。
次いで、獲得された受信パワーRxPowerに応じてノードのパワーレベルを分類する(S420)。そのために、ノードの受信可能な最小パワーMinPowerを獲得し、受信パワーRxPowerに常用対数関数を使った値1ogRxPowerから獲得された受信可能な最小パワーの常用対数値1ogMinPowerを差し引いた後、これをパワーレベル数の常用対数値で割り算した値RtCa1を求める。
これを数式で表すと、次のようになる。
前記で設定されたパワーレベルの分類基準に基づき、受信パワーに応じてノードのパワーレベルを分類すると、パワーレベルの分類基準による各レベルのうち、計算された値RtCa1の属するレベルがノードのパワーレベルPowerLevelである。前記例で、計算値RtCa1が「1．23」であれば、この値は「1．2」と「1．3」の間にあるため、パワーレベルPowerLevelは6レベルに該当する。
次いで、各ノードでフラッディング前の待機時間Back-off De1ayを算出する(S430)。
図４Ｃはフラッディング前の待機時間を算出するステップをより詳細に示すフローチャートである。ここで、フラッディング前の待機時間を算出する方法は一例に過ぎず、受信パワーの大きいノードにおけるフラッディング前の待機時間が、受信パワーの小さいエッジノードよりも長くなるように設定できれば良い。従って、様々な計算方法を用いることができる。
図４Ｃはフラッディング前の待機時間を算出するステップをより詳細に示すフローチャートである。ここで、フラッディング前の待機時間を算出する方法は一例に過ぎず、受信パワーの大きいノードにおけるフラッディング前の待機時間が、受信パワーの小さいエッジノードよりも長くなるように設定できれば良い。従って、様々な計算方法を用いることができる。
まず、受信されたパケットのヘッダからパケットの大きさPkSizeを獲得する(S430−10)。次いで、パケット送信時間PkTxTimeを計算する(S430−20)。パケット送信時間PkTxTimeはパケットの大きさPkSizeをノードの最大伝送量LinkCapacityで割り算した値で算出することができる。
次に、パワーレベルPowerLevelから「1」を差し引いた値に、パケット送信時間PkTxTimeを掛け、それに所定の数αをさらに掛けてパケットフラッディング前の待機時間BackoffDe1ayを算出する(S430−30)。所定の数αは、レベルの高いノードのパケット送信時間に間隔をもたせ、レベルの低いノードの待機時間が終了する前にレベルの高いノードによるパケットフラッディングの遂行を完了させる目的で加えられる数字であり、「1」より大きい任意の数を選択できる。
各ノードは算出されたフラッディング前の待機時間BackoffDe1ayが終了する前に、出発地ノードを除外した他のノードからフラッディングされたパケットを受信しなければ、待機時間の終了後に原則的にパケットをフラッディングする(S440)。また、パケットをフラッディングするステップは前記した全体フラッディングによる電波到達範囲を最大限に拡張するための３つの方法のうちのいずれかを付随的に使用することができる。
尚、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
ネットワーク資源を節約し、円滑な通信を行うために無線アドホックネットワークでのパケットフラッディングの遂行方法で適用できる。
100 出発地ノード
110、120、130 周辺ノード
100´、110´、120´、130´ 各ノードの電波到達範囲
200 電波到達範囲
210 出発地ノード
300、310、320、330、340、350、360 ノード
110、120、130 周辺ノード
100´、110´、120´、130´ 各ノードの電波到達範囲
200 電波到達範囲
210 出発地ノード
300、310、320、330、340、350、360 ノード
Claims (7)
- 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記パワーレベルの分類基準を設定するステップは、
前記出発地ノードの送信パワー及び前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーを測定するステップと、
前記出発地ノードの送信パワーの常用対数値と前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーの常用対数値との差値を算出するステップと、
前記算出された差値を、前記パワーレベル数で割り算してパワーレベル基準幅を算出し、前記パワーレベルの分類基準を前記算出されたパワーレベル基準幅に応じて設定するステップと、を含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記パワーレベルに分類するステップは、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードの受信可能な最小パワーを獲得するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで獲得された前記受信パワーの常用対数値から前記獲得された受信可能な最小パワーの常用対数値を差し引き、前記パワーレベル数の対数値で割り算した値に基づき、前記設定されたパワーレベルの分類基準に応じて前記各ノードを前記パワーレベルに分類するステップとを、含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記フラッディング前の待機時間を算出するステップは、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケットの大きさ及び前記各ノードの最大伝送量を獲得するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記獲得されたパケットの大きさを前記獲得された最大伝送量で割り算してパケット送信時間を算出するステップと、
前記分類されたパワーレベルから「1」を差し引いた値に前記算出されたパケット送信時間及び「1」よりも大きい所定の数を掛けて前記フラッディング前の待機時間を算出するステップと、を含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、
前記分類されたパワーレベルが最も高いノードを除外した前記各ノードでは、前記待機時間が経過した場合にも前記受信されたパケットをフラッディングしないことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードにおいて、前記受信パワーが所定の閾値以下であれば、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記受信されたパケットをフラッディングするステップは、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードのうちの少なくとも1つのノードがフラッディングしたパケットを受信したノードは、前記受信されたパケットを伝達する信号の受信パワーが所定の閾値以下であれば、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。 - 出発地ノードからブロードキャストされるパケットを伝達するパケット伝達信号を受信する各ノードを、前記パケット伝達信号の受信パワーに応じて所定数のパワーレベルに分類するため、前記受信パワーが小さくなるにつれ前記パワーレベルが高くなるようにパワーレベルの分類基準を設定するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードで前記受信されたパケット伝達信号の受信パワーを測定するステップと、
前記パワーレベルの分類基準に基づき、前記各ノードを、前記測定された受信パワーに応じて前記パワーレベルに分類するステップと、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードについて、分類された前記パワーレベルに応じてフラッディング前の待機時間を算出するステップと、
前記待機時間が経過した後に受信されたパケットが最初に受信されたパケットである場合、前記受信されたパケットをフラッディングするステップと、を含み、
前記出発地ノードを除外した前記各ノードのうちの2つ以上のノードがフラッディングしたパケットを受信したノードは、前記受信されたパケットが最初に受信されたパケットではない場合にも前記受信されたパケットをフラッディングするステップとを、含むことを特徴とする無線アドホックネットワークにおけるパケットフラッディングの遂行方法。
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