专利名称：通信系统、从节点、路由构建方法及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统、从节点、路由构建方法及程序，尤其涉及包含连接于基干网络的核心节点和直接或经由其它的节点通过无线通信连接于核心节点的多个从节点的通信系统等。
背景技术：
作为实现新一代宽带移动(broadband mobile)的一种方式，以无线将半径为数十米的狭小小区基站组进行多跳中继连接的蜂窝系统得到研究。在该系统中，基站组之中称为核心节点的几个基站以有线连接于基干网络，其它节点通过经由核心节点的无线多跳中继进行与基干网络的通信。这种无线中继网络通称为无线回转网络(wireless backhaul)。其稳定运用和大 容量化达成优质的无线多跳中继协议的实现。无线回转网络的路由协议通过度量和算法而被赋予特征，依照度量的定义，对应的算法也不同。迄今所提出的度量例如有跳数和/或节点间的无线链接的质量等。是ETX(Expected Transmission Count:期望传输数)度量、RTT(Per-hop Round Trip Time:每跳往返时间)度量、WCETT(Weighted CumulativeExpected Transmission:加权累积期望传输时间)度量等。而且，现有经常使用的算法有Bellman-Ford 算法和 / 或 Dijkstra 算法等。而且，发明人们提出了以传输损耗为度量的路由方法(以下称为“现有的最小传输损耗路由”)(参照专利文献f 3、非专利文献I)。现有的最小传输损耗路由通过节点间的接收功率(RSSI,Received Signal Strength Indicator:接收信号强度指示)求取传输损耗，以其作为度量，根据Bellman-Ford算法构建从各节点到核心节点的传输损耗成为最小的中继路径。参照图8，关于现有的最小传播损耗路由具体地进行说明。图8是表示现有的最小传播损耗路由中的从节点的工作的流程图。核心节点广播I次度量O的路由封包(routing packet),从节点若接收到路由封包(步骤STSP1),则根据接收时的RSSI计算传输损耗，将该传输损耗与包含于接收封包中的累积度量(表示从发送了该接收封包的节点到核心节点的传输损耗之和)相加而计算新的度量(步骤STSP2)。若该新的度量比本节点所保存的累积度量小(步骤STSP3)，则更新路由，将包含新度量的路由封包广播到周围(步骤STSP4)。在步骤STSP3中若该新的度量不比本节点所保存的累积度量小，则不进行路由的更新处理。通过反复以上过程而形成路由。此外，在未接收路由封包而经过预定的时间后(步骤STSP5)，发送节点登记封包(步骤STSP6)，并结束处理。最终构建以核心节点为中心的树型的路径。由于最小传输损耗路由以节点间的传输损耗作为度量，所以中继路径全体对干扰的耐性高，能够期待高质量、高效率的传送特性。此外，关于无线多跳中继中的路由协议，已经提出有多种方法，在自组织型的无线回转网络中，通过IETF(Internet Engineering Task Force:因特网工程任务推动小组)的MANET (Mobile Ad-Hoc Networks:移动自组织网络)WG也进行了标准化。
发明内容
但是，在以跳数作为度量的情况下，距离远的节点间的链路会被使用于路由，与路由的稳定性获得相违背。此外，在现有的最小传播损耗路由中，有因传输路径的变动而使得路由变得不稳定的问题。即，在非专利文献I中关于最小传输损耗路由，不考虑传输路径的变动的影响而通过计算机模拟评价了其有效性。但是，在实际环境中，尽管各节点被固定地设置，但会因人的往来等而使RSSI变动(参照图2的线a)。在现有的最小传输损耗路由中，由于度量仅根据所接收的路由封包的RSSI进行计算，所以若RS SI变动，则在路径构建中所使用的度量也变动，所构建的路由也依执行时刻而变动，亦即变得不稳定。已经提出的无线多跳中继中的路由协议，也没有获得相对于传输路径的变动稳定的路径的机制。因此，据此构建的路由不过是在特定时刻最佳的路由，为了应付传输路径的变动，需要频繁的路径再构建，会提高网络的负荷。若具体地研究,贝U这些路由协议能够分类为需求(on-demand)型和静态型。在需求型的路由协议中，每次产生通信请求就进行路由处理，所构建的路由持续存在一定的生存期间(TTL)。若通信结束，则该路由被删除。需求型的路由协议虽然路由处理的负荷大，但由于能够迅速应对网络拓朴的变化，所以适合移动性大的移动自组织网络。
另一方面,在静态型路由协议中，在构建网络时与系统的启动冋时构建路由，然后保持该路由而开始服务。在无线回转网络中，由于各基站被固定设置，所以静态型的路由协议适合。在无线回转网络中虽然各基站被固定设置，但传输路径会受到由人的移动等引起的衰落(fading)的影响而变动。但是，在现有的静态型路由协议中，与现有的最小传播损耗路由同样，未进行考虑了传输路径的变动的算法设计。由于完全忽视传输路径的随时间变动，所以即使是相同的节点配置，也会构建依路由的执行时刻而不同的中继路径。此外，使用独自的测试台检查因无线回转网络中的传输路径的变动使得所构建的路由随时间变动的现象，据此还报告出系统的吞吐量发生变动。在静态型路由中，若仅看系统启动时的传输路径状况而进行路由，则此后若传输路径变动，则将无法保证由该路由提供的系统的性能，在最坏的情况下，也有时中继路径被断绝。因此，本发明的目的在于提出即使因RSSI的变动而使得传输路径变动，也能构建稳定的中继路径的通信系统等。本发明的第一方面为一种通信系统，包含连接于基干网络的核心节点和直接或经由其它的从节点通过无线通信连接于所述核心节点的多个从节点，所述核心节点对所述从节点发送指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化的复位路由封包，其后发送多个指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建的通常路由封包，所述各从节点包含自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值；上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地节点；以及路由构建处理单元，其在从接收到所述复位路由封包起从相同的发送源节点接收到η个(η为自然数)所述通常路由封包的情况下，判断是否将所述发送源节点设为新的所述上行中继目的地节点而确定从所述核心节点至该从节点的通信路径；所述路由构建处理单元具有接收功率评价值计算单元，其基于第η个接收的所述通常路由封包的接收功率，计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值；新累积路径评价值计算单元，其基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算第η个接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值；以及路径更新单元，其在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理；其中，所述接收功率评价单元，在η为2以上的情况下，不仅基于第η个接收的所述通常路由封包的接收功率，还基于所述复位路由封包的接收功率或/及此外接收的所述通常路由封包的一部分或全部的接收功率，计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值。本发明的第二方面为第一方面的通信系统，其中所述接收功率评价值计算单元·以常数或所述复位路由封包的接收功率为初始值，对于%及βη，根据式(eql)，来计算第η个接收的所述通常路由封包的接收功率Rn的评价值即接收功率评价值Αη，αη & 为η的函数，为不恒等于零的函数。本发明的第三方面为第二方面的通信系统，其中在式(eql)中，A1=R1，在η为2以上的情况下，αη=(η-1)/η且βη=1/η。本发明的第四方面为第二方面的通信系统，其中在式(eql)中，％或/及1为常数。本发明的第五方面为一种从节点，其直接或经由其它的节点通过无线通信连接于核心节点，所述核心节点连接于基干网络，所述从节点包含自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值；上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地节点；以及路由构建处理单元，其在从所述核心节点接收到复位路由封包后从相同的发送源节点接收到η个(η为自然数)通常路由封包的情况下，判断是否将所述发送源节点设为新的所述上行中继目的地节点而确定从所述核心节点至该从节点的通信路径，所述复位路由封包指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化，所述通常路由封包指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建；所述路由构建处理单元具有接收功率评价值计算单元，其通过所述复位路由封包的接收功率及所接收的η个所述通常路由封包的逐次平均、或所接收的η个所述通常路由封包的逐次平均计算接收功率评价值Αη，所述接收功率评价值An评价第η个接收的所述通常路由封包的接收功率Rn ;新累积路径评价值计算单元，其基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算第η个接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值；以及路径更新单元，其在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理。本发明的第六方面为一种路由构建方法，其是包含连接于基干网络的核心节点和直接或经由其它的从节点通过无线通信连接于所述核心节点的多个从节点的通信系统中的路由构建方法，所述各从节点包含自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值；上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地节点；以及周边节点存储单元，其存储能够发送接收封包的节点及与该节点的封包发送接收时的接收功率的评价值即接收功率评价值的组合；所述路由构建方法包括初始化步骤，所述核心节点对所述从节点发送指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化的复位路由封包，接收到所述复位路由封包的从节点的初始化单元判断是否初次接收到该复位路由封包，在初次接收到的情况下，将相同的所述复位路由封包发送至存储于所述周边节点存储单元的节点，并删除存储于所述周边节点存储单元的信息，将所述自身路径评价值设定为最大值；以及路由构建步骤，所述核心节点对所述从节点确定发送的顺序并发送多个指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建的通常路由封包，在接收到所述通常路由封包的所述从节点中，接收功率评价 值计算单元，在所接收的通常路由封包的发送源节点未存储于所述周边节点存储单元的情况下，基于所述通常路由封包的接收功率计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值，对所述周边节点存储单元，使其存储所述发送源节点与所述接收功率评价值的组合，在所接收的通常路由封包的发送源节点存储于所述周边节点存储单元的情况下，不仅基于所述通常路由封包的接收功率，还基于存储于所述周边节点存储单元的所述接收功率评价值计算新的接收功率评价值，对所述周边节点存储单元，使其存储所述发送源节点与新的所述接收功率评价值的组合，新循环处理单元基于所述发送的顺序判断所接收的所述通常路由封包是否是以前未接收到的所述通常路由封包，如果是未接收到的所述通常路由封包，则将所述新自身路径评价值设为最大值，新累积路径评价值计算单元基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算所接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值，路径更新单元在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理，对存储于所述周边节点存储单元的节点发送新的所述自身路径评价值，由此确定从所述核心节点至该从节点的通信路径。本发明的第七方面为一种程序，其用于使计算机作为第五方面的从节点发挥作用。此外，接收功率评价值计算单元也可以在式(eql)中，将Atl作为复位路由封包的接收功率Rtl,对自然数n，设为cin=n/(n+1)且Pn=l/(n+l)而计算接收功率评价值。特别是，在本发明的第六方面中，接收到复位路由封包的从节点的初始化单元也可以在删除存储于所述周边节点存储单元的信息后，对所述周边节点存储单元，将复位路由封包的接收功率设为接收功率评价值的初始值，使其组合存储复位路由封包的发送源节点与接收功率评价值的初始值。此外，也可以作为(稳定地)记录有本发明的第七方面的程序的计算机可读取记录介质而掌握。[数式I]An= CtnXAn-J^nXRn.(eql)此外，函数％及也可以例如为an+0n彡1(特别是an+3n=l)的函数。进而，通过设定为对于n—⑴，an —:及0n—O的函数，能够将接收功率评价值AnS为更稳定的值而进行计算。发明的效果根据本发明，与现有的最小传输损耗路由不同，通过不仅考虑成为各路由构建处理的开始的契机的通常路由封包的RSSI，还考虑在最近的复位路由封包的接收以后接收到的其它通常路由封包的RSSI而进行路由构建处理，即使在复位路由封包的接收以后，各节 点被固定设置，在无设置位置的变动的状态下RSSI变动的情况下，也能构建稳定的中继路径。进而，通过如本发明的第二及第五方面，对从复位路由封包的接收起第n个(n为2以上的自然数)接收的通常路由封包的接收功率评价值An，除了该通常路由封包的接收功率&外还利用接收功率评价值Alri来进行求取，能够限制存储于各从节点的变量，进而计算处理也减轻，能够使从节点的实现变得容易。特别是，在无线回转网络的传输路径中，已知RSSI —般遵照对数正态分布，通过如本发明的第三方面，利用逐次平均求取An，能够获得渐近地稳定的中继路径。此外，通过如本发明的第四方面，将函数％或/及0 设为常数，可以缓和RSSI的变动。
图I是表示作为本发明的实施例的通信系统I的概要的图。图2是表示RSSI的变动(线a)及逐次平均的变化(线b)的曲线图。 图3是表示图I的核心节点5的结构的一例的框图。图4是表示图3的核心节点5的工作的一例的流程图。图5是表示图I的从节点7i的结构的一例的框图。图6是表示图5的从节点7i的工作的一例的流程图。图7是表示通过本实施例的实验构建的稳定路由的图。图8是表示现有的最小传播损耗路由中的从节点的工作的流程图。符号说明I:通信系统，3:基干网络，5:核心节点，7i:从节点，51i:自身路径评价值存储部，53i:节点存储部，75i:初始化部，81i:节点登记处理部，83i:接收功率评价值计算部，87i:累积路径评价值计算部，91i:路径更新部。
具体实施例方式以下，参照附图关于本发明的实施例进行说明。此外，本发明不限定于该实施例。实施例图I是表示作为本发明的实施例的通信系统I的概要的图。通信系统I为无线回转系统，各基站被固定设置。通信系统I的基站有两种，为有线连接于基干网络3的核心节点5(本申请权利要求的“核心节点”的一例)和多个从节点…、71(|(本申请权利要求的“从节点”的一例)。基站间可以进行无线通信(以下称基站间的无线通信线路为“中继线路”)，中继线路如图I所示，构建以核心节点5为中心的树型的路径。此外，在各基站有可以进行无线通信的区域(cluster cell:群集小区)。例如如便携电话那样可以移动且可以与基站进行无线通信的便携终端9若存在于某基站的群集小区内，则在与该基站之间进行无线通信(以下，称基站与便携终端等之间的无线通信线路为“接入线路”)。便携终端9能够通过接入线路及中继线路连接于基干网络3。接着，关于本实施例中的路由协议，对通过RSSI的逐次平均计算RSSI的评价值的情况进行说明(以下称为“本协议”)。本协议通过多次循环(round)构成，在各循环中各中继节点与周边的节点反复进行路由封包的发送接收，计算RSSI的逐次平均而构建一条完整的路由。在无线回转网络的传输路径中，已知RSSI —般遵从对数正态分布(参照非专利文献2)。S卩，以分贝表示的RSSI为振幅的分布遵照正态分布的概率过程。
通过式(I)定义以一定时间间隔对节点间的RSSI进行均匀采样而得到的值的序列{Rn，n=l、2、 }的逐次平均值{An，n=l、2、…}。逐次平均的序列{AJ随着n变大而收敛于该概率过程的平均值(参照非专利文献3)。因此，由于若增加循环的次数，则各节点间的RSSI的逐次平均收敛于一定的值，所以由各循环构建的路由渐近向稳定的路由收敛。[数式2]
*Ii — I
為I = I ^iI-I X (w -1) + i B ，1(I)
、n..在图I的中继线路中，传输路径会受到由人的移动等引起的衰落的影响而变动。在图2的曲线图中，以三角形的符号描绘的线a，表示在将IEEE802. Ila设为无线接口的情况下实际观测的RSSI的随时间变动的状况。RSSI随着时间剧烈地变动。因此，如果要使用现有的最小传播损耗路由等始终追随于该RSSI的变动，则中继线路的路径会变得不稳定。相对于此，在图2的曲线图中，以瓦图(vatu)符号描绘的线b，表示根据式(I)得到的逐次平均的变化。图2的线b在从-52dBm变化到-55dBm后稳定于该值。这样，可知通过以一定间隔对节点间的RSSI进行采样并取逐次平均，一定时间后能够抑制RSSI的变动。接着，参照图3至图6，关于本协议中的图I的核心节点5及从节点7i (i为从节点的个数以下的自然数)的结构及工作的一例进行说明。首先，关于以本协议处理的路由封包、各节点所保存的路由变量及参数等进行定义。“自身节点度量”(本申请权利要求的“自身路径评价值”的一例)在各节点中，为从该节点到核心节点的中继路径上的传输损耗之和。各节点保存该自身节点度量，在电源接入时以最大值进行初始化。“路由封包”是核心节点5对各从节点7i发送的封包。路由封包有两种，为在核心节点5对各从节点7i发出已存路由信息的清除请求时使用的复位路由封包(本申请权利要求的“复位路由封包”的一例)、和在构建路由时使用的通常路由封包(本申请权利要求的“通常路由封包”的一例)。路由封包包含累积度量(本申请权利要求的“累积路径评价值”的一例)和封包ID的信息。此处，包含于路由封包的累积度量是发送了该路由封包的节点在发送时所保存的自身节点度量。
“周边节点表”是记录有周边节点的地址、RSSI的逐次平均以及路由封包的发送次数的表。此处，周边节点是处于与自身节点能够进行封包的发送接收的范围内的节点。“上行中继目的地”是在各从节点7i中作为路由信息保存的上行中继目的地节点的地址(本申请权利要求的“上行中继目的地节点信息”的一例)。在本协议中采用Bellman-Ford算法。因此，所构建的中继路径为图I那样的树结构，各从节点7土仅具有唯一的上行中继目的地。因此，各从节点7i保存上行中继目的地节点的地址作为路由信息。由于在中继工作时能够检查并确认向上行方向中继的封包的发送源地址，所以下行中继目的地在路由时不确定，而在路径确定后进行检查。“自身节点TimelD”是为了标识各路由封包的发送时刻而具有的时戳。此外，本协议中必要的参数为各从节点的路由历史清除的等待时间Tw、循环的执行次数Nr、循环之间的间隔Tc、各循环中核心节点的等待时间Tr以及从节点的等待时间
Ts0首先，参照图3，关于图I的核心节点5说明结构的一例。核心节点5包含存储周边节点表的节点存储部13 ;存储各种参数的参数存储部15 ;设置有电源开关19及复位按钮21的输入部17 ;与从节点7i进行无线通信的无线通信部23 ;控制核心节点5的工作的控制部25 ;更新节点存储部13的周边节点表的节点登记处理部27。无线通信部23包含天线29 ;控制利用天线29进行的通信的通信控制部31。电源开关19在核心节点5的电源接入时被操作。复位按钮21，例如在如变更了核心节点5及从节点7i的一部分或全部的配置的情况和/或从通信系统I删除了从节点7i的一部分、新增加了从节点的情况那样所配置的节点有变更时，为了从外部进行指示以便重新构建中继路径而被操作。其次，参照图4说明图I的核心节点5的工作的一例。图4的该处理，在需要初始化时，从初始化开始以Tc时间间隔进行Nr次。在图4中，作为需要初始化的情况，以电源开关19或复位按钮21被操作的情况为例来进行说明。控制部25判断是否通电或复位按钮21被按下(步骤STC1)。在被操作的情况下，在核心节点5中，控制部25将复位路由封包的封包ID和核心节点5的自身节点TimeID设定为发送路由封包的时刻，控制无线通信部23的通信控制部31而通过天线部29对各从节点Ii发送复位路由封包(步骤STC2)，等待Tw时间(例如7秒)(步骤STC3)，以Tc间隔对各从节点发送通常路由封包(步骤STC4)。此时，路由封包的累积度量为0，封包ID设定为核心节点发送广播封包的时刻。另一方面，在步骤STCl中，在既未通电且复位按钮21也未被按下的情况下，进行步骤STC4的处理。此为一次循环，核心节点5若从循环开始起经过了 Tr时间则结束循环，从而通信系统I完成一次路由。此外，若接收节点登记封包，则节点登记处理部27将该封包的封包发送源节点作为周边节点，登记于节点存储部13的周边节点表(步骤STC5)。此外，时间间隔Tc由于不仅是一定间隔，而且在本协议中渐进地稳定，所以也可以根据次数变更时间间隔。此外，控制部25也可以在步骤STCl中以预定的时刻进行复位路由封包的广播，以便例如周末和/或在一天中也根据夜间和白天等时间段变更中继路径。接着，参照图5及图6，关于图I的从节点7i进行说明。参照图5说明图I的从节点7i的结构的一例。从节点7i包含存储自身节点度量的自身路径评价值存储部51i (本申请权利要求的“自身路径评价值存储单元”的一例)；存储上行中继目的地节点的地址的上行中继目的地存储单元53i (本申请权利要求的“上行中继目的地存储单元”的一例)；存储自身节点TimeID的TimeID存储部55i ;存储周边节点表的节点存储部57i (本申请权利要求的“节点存储单元”的一例) ；存储各种参数的参数存储部5% ;与其它的节点进行无线通信的无线通信部65i ;控制从节点7i的工作的控制部71it)无线通信部65i包含用于与其它的节点进行无线通信的天线Gli ;控制利用天线Gli进行的通信的通信控制部63it)控制部71i包含判断所接收的封包的种类的判断部73i ;在接收到复位路由封包的情况下对周边节点表等进行初始化的初始化部75i (本申请权利要求的“初始化单元”的一例)；在接收到通常路由封包的情况下进行从核心节点5到该从节点7i的中继路径的构建处理的路由构建处理部77i (本申请权利要求的“路由构建处理单元”的一例)。路由构建处理部77i具有在所接收的通常路由封包的封包发送源未登记于周边节点表的情况下登记封包发送源的节点登记处理部Sli (本申请权利要求的“节点登记处理单元”的一例)；根据式(I)计算从复位路由封包的接收起第n个(n为自然数)接收的通常路由封包的接收功率Rn的逐次平均An(本申请权利要求的“接收功率评价值”的一例)的接收功率评价值计算部83i (本申请权利要求的“接收功率评价值计算单元”的一例)；比较接收封包的封包ID与自身节点TimeID,判断是否开始新的循环的新循环处理部85i ;使用逐次平均An计算从发送源节点到自身节点的传输损耗，与包含于接收封包的累积度量相加而计算新的度量(以下称为“新度量”)的累积路径评价值计算部87i (本申请权利要求的“累积路径评价值计算单元”的一例)；比较新度量与自身节点度量的比较部8% ;在新度量比自身节点度量小的情况下，将封包发送源作为新的上行中继目的地，将新度量作为新的自身节点度量进行更新处理，对存储于周边节点表的各节点发送更新后的自身节点度量的路径更新部91i (本申请权利要求的“路径更新单元”的一例)。此处，累积路径评价值计算部87i根据式(2)计算传输损耗。TX_P0WER表示发送功率，单位为dBm。[数式3]
TX... POIim--RSSl
PmsIa)ss = 10 10(2)其次，参照图6，关于图5的从节点7i的工作进行说明。从节点7i等待路由封包的接收(步骤STS1)，若接收路由封包，则判断部73i判断所接收的路由封包的种类(步骤STS2)。在复位路由封包的情况下，初始化部检查接收封包的封包ID，如果比自身的TimeID新，则将相同的复位路由封包广播到周边节点，清除周边节点表，将自身节点度量设定为最大值，将自身节点TimeID设定为接收封包的封包ID (步骤 STS3)。
在接收到通常路由封包的情况下，节点登记处理部Sli确认发送源节点，检查周边节点表中是否没有该发送源节点的登记(步骤STS4)。在未被登记的情况下，登记于周边节点表。此时，将接收时的RSSI设为逐次平均的初始值，接收次数设定为I (步骤STS5)。在为来自已经登记于表的节点的路由封包的情况下，接收功率评价值计算部83i根据对该发送源节点的当前逐次平均Alri和接收功率Rn利用式(I)求取新的逐次平均An，以所计算的值更新表的该节点的逐次平均，将接收次数增加I次(步骤STS6)。接着，新循环处理部85i检查接收封包的封包ID,在比自身节点TimeID新的情况下，判断为新的循环开始(步骤STS7)，将自身节点度量设定为最大值，且将自身节点TimeID设定为接收封包的封包ID (步骤STS8)。如果为以前的循环，则前进到步骤STS9的处理。接着，累积路径评价值计算部87i使用被逐次平均的RSSI计算从发送源节点到自 身节点的传输损耗，并与包含于接收封包的累积度量相加而得到新度量(步骤STS9)。接着，比较部87i比较新度量与自身节点度量(步骤STS10)。在新度量比自身节点度量小的情况下，以该值更新自身节点度量，将上行中继目的地更新为接收封包的发送源节点的地址。然后，广播以新度量作为累积度量的新的路由封包(步骤STS11)。在新度量不比自身节点度量小的情况下，返回到步骤STSl的处理。从节点7i若从新的循环开始起经过了 Ts时间则结束循环。接着，将使用节点间RSSI的逐次平均的路由方法安装于测试台上，在实际领域(field)进行特性评价。对测试台使用本发明人们所推进的日本文化教育部科学省知识群集创成事业II期(文部科学省知的々7 7夕創成事業II期)“MM0-MESH点”的开发项目的成果物即Picomesh LunchBox (以下称为“LB”)。LB搭载有3系统的802. Ilb/g/a的通用无线LAN模块，分配2系统给中继线路用，分配I系统给接入线路用。对各无线模块分配不同的频道，避免接入线路与中继线路之间的干扰。如图7所示，构建核心节点C与5个从节点S^S5的通信系统。实验时协议的参数为，各循环中核心节点的等待时间Tr为2秒，各循环中从节点的等待时间Ts为2秒，从节点的复位等待时间Tw为5秒，各循环的间隔Tc为3分钟，循环次数Nr为100次。表I表不在应用现有的最小传输损耗路由、每隔3分钟执行合计100次的路由的情况下所出现的中继路径的模式和应用本实施例中的路由协议、同样执行合计100次的路由所出现的中继路径的模式的实验结果。在应用现有的路由方法的情况下，根据时间段构建8个不同的模式的中继路径。依赖于路由时的传输路径的状况，系统不稳定。相对于此，在应用本申请所提出的协议的情况下，确认了从第2、3次的循环起固定于图7所示的路由I。因此，可知根据本实施例，在传输路径随时间变动的实际环境中也能构建稳定的中继路径。[表 I]
权利要求
1.一种通信系统，包含连接于基干网络的核心节点和直接或经由其它的从节点通过无线通信连接于所述核心节点的多个从节点， 所述核心节点对所述从节点发送指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化的复位路由封包，其后发送多个指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建的通常路由封包， 所述各从节点包含 自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值； 上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地 节点；以及 路由构建处理单元，其在从接收到所述复位路由封包起从相同的发送源节点接收到η个(η为自然数)所述通常路由封包的情况下，判断是否将所述发送源节点设为新的所述上行中继目的地节点而确定从所述核心节点至该从节点的通信路径； 所述路由构建处理单元具有 接收功率评价值计算单元，其基于第η个接收的所述通常路由封包的接收功率，计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值； 新累积路径评价值计算单元，其基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算第η个接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值；以及 路径更新单元，其在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理； 其中，所述接收功率评价单元，在η为2以上的情况下，不仅基于第η个接收的所述通常路由封包的接收功率，还基于所述复位路由封包的接收功率或/及此外接收的所述通常路由封包的一部分或全部的接收功率，计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值。
2.如权利要求I所述的通信系统，其中 所述接收功率评价值计算单元以常数或所述复位路由封包的接收功率为初始值，对于%及βη，根据式(eql)，来计算第η个接收的所述通常路由封包的接收功率Rn的评价值即接收功率评价值An, %及为η的函数，αη为不恒等于零的函数 An= anXAn_!+^nXRn.(eql)。
3.如权利要求2所述的通信系统，其中 在式(eql)中，A1=R1,在η为2以上的情况下，αη=(η_1)/η且βη=1/η。
4.如权利要求2所述的通信系统，其中 在式(eql)中，％或/及β 为常数。
5.一种从节点，其直接或经由其它的节点通过无线通信连接于核心节点，所述核心节点连接于基干网络，所述从节点包含自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值； 上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地节点；以及 路由构建处理单元，其在从所述核心节点接收到复位路由封包后从相同的发送源节点接收到η个(η为自然数)通常路由封包的情况下，判断是否将所述发送源节点设为新的所述上行中继目的地节点而确定从所述核心节点至该从节点的通信路径，所述复位路由封包指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化，所述通常路由封包指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建； 所述路由构建处理单元具有 接收功率评价值计算单元，其通过所述复位路由封包的接收功率及所接收的η个所述通常路由封包的逐次平均、或所接收的η个所述通常路由封包的逐次平均计算接收功率评价值Αη，所述接收功率评价值An评价第η个接收的所述通常路由封包的接收功率Rn ； 新累积路径评价值计算单元，其基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算第η个接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值；以及 路径更新单元，其在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理。
6.一种路由构建方法，其是包含连接于基干网络的核心节点和直接或经由其它的从节点通过无线通信连接于所述核心节点的多个从节点的通信系统中的路由构建方法， 所述各从节点包含 自身路径评价值存储单元，其存储从所述核心节点至该从节点的通信路径的评价值即自身路径评价值； 上行中继目的地存储单元，其存储上行中继目的地信息，所述上行中继目的地信息表示从该从节点至所述核心节点的通信路径中的最初的中继目的地节点即上行中继目的地节点；以及 周边节点存储单元，其存储能够发送接收封包的节点及与该节点的封包发送接收时的接收功率的评价值即接收功率评价值的组合； 所述路由构建方法包括 初始化步骤，所述核心节点对所述从节点发送指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的初始化的复位路由封包，接收到所述复位路由封包的从节点的初始化单元判断是否初次接收到该复位路由封包，在初次接收到的情况下，将相同的所述复位路由封包发送至存储于所述周边节点存储单元的节点，并删除存储于所述周边节点存储单元的信息，将所述自身路径评价值设定为最大值；以及 路由构建步骤，所述核心节点对所述从节点确定发送的顺序并发送多个指示从所述核心节点至该从节点的通信路径的构建的通常路由封包，在接收到所述通常路由封包的所述从节点中， 接收功率评价值计算单元， 在所接收的通常路由封包的发送源节点未存储于所述周边节点存储单元的情况下，基于所述通常路由封包的接收功率计算该从节点与所述发送源节点之间的接收功率的评价值即接收功率评价值，使所述周边节点存储单元存储所述发送源节点与所述接收功率评价值的组合， 在所接收的通常路由封包的发送源节点存储于所述周边节点存储单元的情况下，不仅基于所述通常路由封包的接收功率，还基于存储于所述周边节点存储单元的所述接收功率评价值计算新的接收功率评价值，对所述周边节点存储单元，使其存储所述发送源节点与新的所述接收功率评价值的组合， 新循环处理单元基于所述发送的顺序判断所接收的所述通常路由封包是否是以前未接收到的所述通常路由封包，如果是未接收到的所述通常路由封包，则将所述新自身路径评价值设为最大值， 新累积路径评价值计算单元基于从所述核心节点至所述发送源节点的中继路径的评价值及所述接收功率评价值，计算所接收的所述通常路由封包所经由的通信路径的评价值即新累积路径评价值， 路径更新单元在所述新累积路径评价值比所述自身路径评价值小的情况下，使所述上行中继目的地存储部存储所接收的所述通常路由封包的封包发送源来作为新的所述上行中继目的地节点信息，使所述自身路径评价值存储单元存储所述累积路径评价值来作为新的所述自身路径评价值而进行更新处理，对存储于所述周边节点存储单元的节点发送新的所述自身路径评价值，由此确定从所述核心节点至该从节点的通信路径。
7.一种程序，其用于使计算机作为权利要求5所述的从节点发挥作用。
全文摘要
本发明提出一种通信系统等，其即使因接收功率(RSSI)的变动而使得传输路径变动，也能构建稳定的中继路径。在无线回转系统中，在构建以核心节点为根的树结构的通信路径时，在各从节点中使用从接收最近的复位路由封包起从相同的发送源节点接收到的n个路由封包的接收功率的逐次平均等，确定是否将该发送源节点作为树结构中的父节点。由于接收功率一般遵照对数正态分布，所以通过特别使用逐次平均，能够获得渐近地稳定的中继路径。
文档编号H04W40/12GK102792737SQ20118001050
公开日2012年11月21日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年2月23日
发明者古川浩, 金光日 申请人:国立大学法人九州大学