WO2009130906A1

WO2009130906A1 - 通信装置及び通信方法

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Publication number: WO2009130906A1
Application number: PCT/JP2009/001862
Authority: WO
Inventors: 陽介松下; ゆうき藤原; 秀樹本間; 直樹森田; 黒田　剛
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-10-29
Also published as: EP2271029B1; US20100195656A1; EP2271029A4; ATE557569T1; EP2271029A1; CN101690018A; JPWO2009130906A1; CN101690018B; JP5298123B2; US9008090B2

Abstract

　アドホックなネットワークにおいて、制御パケットを複数の端末から受信する場合に、制御パケットの衝突を判断し、当該判断に基づいて、複数の端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる通信装置を提供する。通信端末において、通信部は、通信路に周期的に出現する制御パケットを受信する。制御部は、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれている判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断する。

Description

通信装置及び通信方法

　本発明は、通信路として電力線を用いる通信装置及び通信方法に関する。

　無線ネットワークの分野では、基地局が、制御パケットとしてビーコンを定期的に発信する。移動端末は、このビーコンの到達範囲に移動した場合にビーコンを受信して、基地局と通信できる範囲に入ったことを検知する。基地局を用いた通信では、ビーコンを受信した全ての移動端末は、基地局を中継して通信を行う。

　また、無線ネットワークにおいて、各端末が中継を行うことにより、基地局を用いずに中継端末の特定範囲に存在する端末と、中継端末との間でデータの通信を可能とするアドホックな無線ネットワークも存在する。アドホックな無線ネットワークにおいては基地局を用いる通信とは異なり、中継を行う端末が特定されない。そのため、ある２つの端末間でデータ通信をしようとした場合には、２つの端末間の通信を中継するのに適した端末を中継端末として特定する必要がある。中継端末を特定するための制御情報の交換方式は、制御情報を周期的に交換するプロアクティブ方式（例えば、非特許文献１及び２を参照）と、制御情報の交換をデータ通信開始時に行うリアクティブ方式（例えば、非特許文献３及び４を参照）とに分類される。一般に、端末の移動速度が遅い場合にはプロアクティブ方式が有効であり、端末の移動速度が速い場合にはリアクティブ方式が有効であると言われている。

リクエスト・フォー・コメント３６２６：オプティマイズド・リンク・ステート・ルーティング・プロトコル（ＯＬＳＲ）「ＲＥＱＵＥＳＴ　ＦＯＲ　ＣＯＭＭＥＮＴ　３６２６：Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｌｉｎｋ　Ｓｔａｔｅ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＯＬＳＲ）」リクエスト・フォー・コメント３６８４：トポロジー・ディセミネーション・ベースド・オン・リバース－パス・フォワーディング（ＴＢＲＰＦ）「ＲＥＱＵＥＳＴ　ＦＯＲ　ＣＯＭＭＥＮＴ　３６８４：Ｔｏｐｏｌｏｇｙ　Ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｒｅｖｅｒｓｅ－Ｐａｔｈ　Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ（ＴＢＲＰＦ）」リクエスト・フォー・コメント３５６１：アド・ホック・オン－デマンド・ディスタンス・ヴェクター（ＡＯＤＶ）・ルーティング「ＲＥＱＵＥＳＴ　ＦＯＲ　ＣＯＭＭＥＮＴ　３５６１：Ａｄ　ｈｏｃ　Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｖｅｃｔｏｒ　（ＡＯＤＶ）　Ｒｏｕｔｉｎｇ」リクエスト・フォー・コメント４７２８：ザ・ダイナミック・ソース・ルーティング・プロトコル（ＤＳＲ）・フォー・モバイル・アド・ホック・ネットワーク・フォー・アイピーヴイ４「ＲＥＱＵＥＳＴ　ＦＯＲ　ＣＯＭＭＥＮＴ　４７２８：Ｔｈｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｒｏｕｔｉｎｇ（ＤＳＲ）　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ａｄ　Ｈｏｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｆｏｒ　ＩＰｖ４」

　上記の従来技術を、通信路として電力線を用いる電力線通信に適用すると、以下のような問題があった。

　すなわち、電力線通信では、端末の移動ということはほとんどない。そのため、プロアクティブ方式を用いるのが有効である。

　しかし、アドホックな電力線通信では、周期的に交換される経路情報等に関する制御パケットを用いてネットワーク内に存在するＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末相互の接続を可能としている。さらに、電力線通信の場合は、ネットワークとして電力線を用いるため、電気機器の使用状況に応じて、例えば掃除機のスイッチが入った等の状況に変化に応じて、通信路の状態が絶えず変化し、この通信路の状態の変化に応じて中継端末と通信できる範囲も変化する。そのため、ある１つのＰＬＣ端末が受信する制御パケットの送信元である中継端末も、通信路の状態の変化に応じて変化し、中継端末の数が増加する場合もある。

　このように、ある１つのＰＬＣ端末の通信範囲内に、制御パケットを送信する中継端末が複数出現した場合、この複数の中継端末の各々から制御パケットが送信されることになる。中継端末からの制御パケットは周期的に送信されるものであるため、周期的なタイミングが重なると、各中継端末から送信される制御パケットがネットワーク上で相互に衝突する可能性がある。この場合、ＰＬＣ端末では制御パケットを受信できない。その結果、ＰＬＣ端末はネットワークから外れた状態が継続するという問題が生ずる。

　一方、制御パケットを受信するＰＬＣ端末では、ネットワーク上に雑音があるため制御パケットを受信できないのか、又は制御パケットの衝突により制御パケットを受信できないのかを、判断できないという問題がある。

　それ故に、本発明は、上記課題に鑑みて、電力線を用いたアドホックなネットワークにおいて、一定期間制御パケットを受信できない場合にネットワーク上の雑音のために受信できないのか、又は制御パケットの衝突により受信できないのかを判断でき、また、複数の中継端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる通信装置及び通信方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の一態様の通信装置は、通信路に周期的に出現する制御パケットを受信する通信部と、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれていると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断する制御部とを備えたものである。

　第１の態様の通信装置は、通信路に周期的に出現する制御パケットを受信する通信部と、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれていると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断する制御部とを備えたものである。

　複数の中継端末が制御パケットを送信する場合、複数の中継端末の各々が制御パケットをネットワーク上に送り出すタイミングは、制御パケットを送信する際のバックオフ時間を複数の中継端末の間でずらすため、制御パケットが衝突しても、他よりも先に送信された制御パケットのヘッダ部は通信相手のＰＬＣ端末に届く可能性が高い。

　そこで、本態様では、制御パケットのヘッダ部に着目して、複数の端末から送信される制御パケットの衝突の有無を判断することにした。

　すなわち、この態様の通信装置によれば、通信路に周期的に出現する制御パケットについて所定期間内にペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断する。通信装置は、送信元アドレスに同一でないものが含まれている場合、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断する。このように、通信装置は、制御パケットのペイロード部と比較して、通信相手に届く可能性が高いヘッダ部に含まれる送信元アドレスの異同に基づいて、制御パケットの衝突の有無を判断するので、雑音により制御パケットを受信できないのか、又は衝突の発生により制御パケットを受信できないのかを容易に判断できる。その結果、通信装置は、複数の中継端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる。

　第２の態様の通信装置は、上記態様において、制御部が、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれており、かつ不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスと、制御パケットを送信した親送信元アドレスとが同一であると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断するものである。

　第３の態様の通信装置は、上記態様において、制御部が、一定期間制御パケットを受信しない場合に、所定期間内に受信されたペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断するものである。

　この態様の通信装置によれば、一定期間制御パケットを受信しない場合に、所定期間内受信されたペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断する。これにより、通信路に周期的に出現する制御パケットを一定期間受信しない段階において、ネットワーク上で制御パケットが衝突しているために制御パケットを受信できない可能性があるとして、制御パケットの衝突の有無を判断するので、制御パケット衝突の有無についての判断を効率的に行うことができる。

　第４の態様の通信装置は、上記態様において、制御部が、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断した場合、複数の端末の中の１つの端末に対して、制御パケットの送信タイミングを遅らせる指示をするものである。

　この態様の通信装置によれば、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断した場合、複数の端末の中の１つの端末に対して、制御パケットの送信タイミングを遅らせる指示をする。これにより、指示を受けた１つの端末から送信される制御パケットは、複数の端末の中の他の端末から送信される制御パケットより後に送信されるので、複数の端末の中の１つの端末から制御パケットを受信できる。その結果、通信装置は、制御パケットの衝突のため制御パケットを継続して受信できず、実質上ネットワークから外れた状態が継続するのを防止できる。

　第５の態様の通信装置は、上記態様において、制御部が、制御パケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせる指示をするものである。

　この態様の通信装置によれば、制御部は、制御パケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせるものとすることにより、複数の端末の中の１つの端末から送信される制御パケットは他の端末から送信される制御パケットより少なくとも１パケット分後に送信されるので、制御パケットの受信の確実性を保障できる。

　第６の態様の通信装置は、上記態様において、制御部が、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信し、かつ制御パケットのヘッダ部も不完全である場合、通信範囲に存在する端末に対して、制御パケットの送信確率を変更するよう指示するものである

　所定期間内に制御パケットのヘッダ部も受信できない場合には、ネットワーク上に存在する制御パケットを送信する端末の数が増大したために、制御パケットの送信タイミングの重複が増大し、制御パケットが衝突する確率も増大していると考えられる。

　よって、この態様の通信装置によれば、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信し、かつ制御パケットのヘッダ部も不完全である場合、通信範囲に存在する端末に対して制御データの送信確率を変更するよう指示する。これにより、制御パケットを継続して受信できない状況を制御パケットの受信側からの指示で変えるので、制御パケットを受信する可能性を増大できる。

　第７の態様の通信装置は、上記態様において、制御パケットは、ブロードキャストで送信されるものである。

　この態様の通信装置は、制御パケットがブロードキャストで送信されるものにも適用できる。

　第８の態様の通信装置は、上記態様において、制御パケットは、ビーコン信号を含むことを特徴としたものである。

　この態様の通信装置は、制御パケットがビーコン信号である場合にも適用できる。

　第９の態様の通信装置は、上記態様において、通信路が、電力線である。

　この態様の通信装置は、通信路が電力線であるものに適用できる。

　第１０の態様の通信方法は、通信路に周期的に出現する制御パケットを受信し、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれていると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断するものである。

　この態様の通信方法によれば、制御パケットのペイロード部と比較して、通信相手に届く可能性が高いヘッダ部に含まれる送信元アドレスの異同に基づいて、制御パケットの衝突の有無を判断するので、雑音により制御パケットを受信できないのか、又は衝突の発生により制御パケットを受信できないのかを容易に判断できる。その結果、複数の中継端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる。

　上記態様の通信端末装置によって、電力線を用いたアドホックなネットワークにおいて、一定期間制御パケットを受信できない場合にネットワーク上の雑音のために受信できないのか、又は制御パケットの衝突により受信できないのかを判断でき、また、複数の中継端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止することができる。

本発明の一実施の態様を示したネットワーク構成図である。本発明の一実施の態様に用いる端末の詳細な構成を示した図である。ＣＰＵ２０２の機能ブロック図である。一実施の態様においてパケットの衝突が発生していない時の状態図である。一実施の態様においてパケットの衝突が発生していない時のツリー構造図である。一実施の態様においてパケットの衝突が発生している時の状態図である。一実施の態様においてパケットの衝突が発生している時のツリー構造図である。一実施の態様においてフラッディングパケットの送受信を示したシーケンス図である。一実施の態様においてフラッディングパケットの送受信を示した他のシーケンス図である。パケットの衝突を発生させている中継端末の検出方法を示した図である。送信タイミング制御の動作を示した図である。端末の受信処理を示すフローチャートである。端末の送信処理を示すフローチャートである。

　（実施の態様１）
　図１は、本発明の一実施の態様に係る通信装置及び通信方法が用いられるネットワークを表した図である。図１において、通信装置は、送信、受信、及び中継の各端末に対応している。ネットワークのサービスエリア１０１は、各端末のカバーエリアよりも大きいため、中継端末１０３～１０７を介して相互の通信を行うアドホックネットワークを構成している。サービスエリア１０１内の全ての端末（受信端末１０８～１１０を含む）は、送信端末１０２から周期的に送信される経路情報等に関する制御パケットを受信することによって、各端末間でどの端末を中継端末１０３～１０７として選択し、通信を行えばよいかがわかる。制御パケットを全ての端末に送信するための中継端末を選択する方法は、例えばプロアクティブ方式を用いるものとする。

　図２は、各端末の詳細な構成を示した図である。図２において、各端末は、各種の制御プログラムやワークエリアを含むメモリ２０１、端末全体を制御するＣＰＵ２０２、及び電力線と接続され、かつ電力線を介して各種データを通信するネットワークインタフェース２０３から構成されている。各端末は、メモリ２０１に格納されているプログラムをＣＰＵ２０２で実行し、ネットワークインタフェース２０３を介してデータの送信を行い、ネットワークインタフェース２０３を介して受信したデータをＣＰＵ２０２で解読する。なお、ＣＰＵ２０２は端末全体を制御するため制御部と、ネットワークインタフェース２０３は端末全体の通信を担当するため通信部と記すことができる。

　図３は、ＣＰＵ２０２が実行する各機能を説明する機能ブロック図である。図３において、受信処理部３０１は、制御パケットを含む全てのパケットを受信する。本通信装置が受信端末として機能する場合、受信処理部３０１は、受信したパケットが全ての端末に対して送信されたパケット（以下、「フラッディングパケット」という）であるか否かを、パケットヘッダから識別する。受信処理部３０１では、フラッディングパケットの到着間隔や送信元アドレス等の情報を、衝突判定部３０３に出力する。

　衝突判定部３０３は、本通信装置が受信端末として機能する場合、受信処理部３０１から出力された情報に基づいて、フラッディングパケットのロスが衝突によるものなのか、又は雑音によるものなのかを判定する。具体的には、衝突判定部３０３は、不完全なフラッディングパケットを一定期間連続して受信し、かつ不完全なフラッディングパケットのヘッダ部から複数の送信元アドレスが検出された場合を、衝突によるロスが発生していると判断する。すなわち、複数の中継端末が制御パケットを送信する場合、複数の中継端末の各々が制御パケットをネットワーク上に送り出すタイミングは、制御パケットを送信する際のバックオフ時間を複数の中継端末の間でずらすため、制御パケットが衝突しても他よりも先に送信された制御パケットのヘッダ部を受信できる可能性が高い。

　このように、雑音によってフラッディングパケットのロスが発生した場合には、完全にフラッディングパケットを受信できないか、あるいは一定期間連続して受信した不完全なフラッディングパケットのヘッダ部から複数の送信元アドレスが検出されることはないので、通信端末は、フラッディングパケットのロスが衝突によるものなのか、又は雑音によるものなのかを判定することが可能である。

　そこで、本実施の態様では、制御パケットのヘッダ部に着目して、複数の端末から送信される制御パケットの衝突の有無を判断している。衝突によるロスが発生していると判断された場合には、衝突判定部３０３は、フラッディングパケットを送信する端末に対して、フラッディングパケットの送信タイミングを変える指示を出すための制御パケット（以下、「送信タイミング制御パケット」という）の送信を、制御パケット送信部３０４に要求する。

　また、衝突判定部３０３は、本通信装置が受信端末として機能する場合、不完全なフラッディングパケットを一定期間連続して受信し、かつ不完全なフラッディングパケットからヘッダ部自体が検出されない場合も、衝突によるロスが発生していると判断することができる。すなわち、一定期間不完全なフラッディングパケットからヘッダ部が検出できない場合には、ネットワーク上に存在するフラッディングパケットを送信する端末の数が増大したために、フラッディングパケットの送信タイミングの重複が増大し、フラッディングパケットが衝突する確率も増大していると考えられる。

　この場合には、衝突判定部３０３は、本端末の通信範囲に存在する端末に対してフラッディングパケットの送信確率を変更するよう指示するための制御パケット（以下、「送信確率制御パケット」という）の送信を、制御パケット送信部３０４に要求する。ここで、フラッディングパケットの送信確率とは、所定期間内に、フラッディングパケットを送信する回数を定義するものである。例えば、送信確率制御パケットを受信した中継端末は、所定期間内に５回フラッディングパケットを送信していたのを、５回の送信タイミングの中の３回を選択してフラッディングパケットを送信するように、フラッディングパケットの送信確率を変更する。この場合、フラッディングパケットを継続して受信できない状況を受信端末側からの指示で変えるので、フラッディングパケットを受信する可能性が増大する。

　さらに、衝突判定部３０３は、本通信装置が受信端末として機能する場合、パケットロスが一定期間連続しているが、フラッディングパケットのヘッダ部から複数の送信元アドレスが検出されないと判断した場合には、フラッディングパケットのロスが雑音による一時的なものであると判断する。

　制御パケット送信部３０４は、本通信装置が受信端末として機能する場合、衝突判定部３０３からの要請に従って送信処理部３０２へ制御パケットを出力する。制御パケット送信部３０４は、衝突判定部３０３から送信タイミング制御パケットを要請された場合には、複数のフラッディングパケットのヘッダ部から複数検出された送信元アドレスのいずれか１つを選択し、選択した１つの送信元アドレスに対してユニキャストによって送信する送信タイミング制御パケットを生成する。例えば、制御パケット送信部３０４は、フラッディングパケットの送信タイミングを１パケット分ずらすように要求する送信タイミング制御パケットを生成する。この場合、複数の端末の中の１つの端末から送信されるフラディングパケットは、他の端末から送信されるフラディングパケットより少なくとも１パケット後に送信されるので、フラディングパケットの受信の確実性を保障できる。

　また、制御パケット送信部３０４は、衝突判定部３０３から送信確率制御パケットを要請された場合には、近隣の端末数やユニキャストパケットのロス率等に応じて送信確率を設定し、ブロードキャストによって送信する送信確率制御パケットを生成する。例えば、制御パケット送信部３０４は、本端末の通信範囲に存在する中継端末に対して、所定期間内に５回フラッディングパケットを送信していたのを、５回の送信タイミングの中の３回を選択してフラッディングパケットを送信することを要求する送信確率制御パケットを生成する。この場合、フラッディングパケットを継続して受信できない状況を受信端末側からの指示で変えるので、フラッディングパケットを受信する可能性が増大する。

　送信制御部３０５は、本通信装置が中継端末として機能する場合、受信処理部３０１から渡された制御パケットを解釈する。送信制御部３０５は、受信した制御パケットが送信タイミング制御パケットである場合、フラッディングパケットの送信タイミングを変更する。具体的には、送信制御部３０５は、当該受信した送信タイミング制御パケットに従って、送信処理部３０２におけるフラッディングパケットの送信タイミングを制御する。また、送信制御部３０５は、受信した制御パケットが送信確率制御パケットである場合、フラッディングパケットの送信確率を変更する。具体的には、送信制御部３０５は、当該受信した送信確率制御パケットに従って、送信処理部３０２におけるフラッディングパケットの送信確率を制御する。

　送信処理部３０２は、制御パケット送信部３０４から送信依頼を受けたパケットを含む全てのパケットの送信処理を行う。送信制御部３０５から指示があった場合には、送信処理部３０２は、フラッディングパケットの送信タイミング又は送信確率等の送信処理を変更する。

　以下、上記のように構成された本発明の通信装置について、図４～図１２を用いてその動作を説明する。

　図４は、フラッディングパケットの衝突が発生していない時のネットワーク図である。図４を参照して、サービスエリア１０１には、送信端末Ａ４０１、受信端末Ｂ４０２、中継端末Ｃ４０３、及び受信端末Ｄ４０４の４つの端末が存在している。送信端末Ａ４０１のカバーエリア４０５は、受信端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とを含んでいるが、受信端末Ｄ４０４を含んでいない。受信端末Ｄ４０４は、受信端末Ｂ４０２のカバーエリア４０６及び中継端末Ｃ４０３のカバーエリア４０７に存在しているが、中継端末Ｃ４０３に中継を行ってもらうことによって、送信端末Ａ４０１からのフラッディングパケットを受信することが可能となる。

　図５は、図４の状態におけるフラッディングツリーを表した図である。図５を参照して、送信端末Ａ４０１は、受信端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とに接続されており、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｃ４０３と接続されている。

　図６は、図４の状態に新規の受信端末Ｅ６０１が参入してきた時のネットワーク図である。図６を参照して、受信端末Ｅ６０１は、送信端末Ａ４０１のカバーエリア４０５にも、中継端末Ｃ４０３のカバーエリア４０７にも含まれていない。一方、受信端末Ｅ６０１は、受信端末Ｂ４０２のカバーエリア４０６には含まれている。このため、受信端末Ｂ４０２が中継端末として機能する。受信端末Ｅ６０１は、中継端末Ｂ４０２にフラッディングパケットを中継してもらうことになる。

　図７は、図６の状態におけるフラッディングツリーを表した図である。図５と同様に、送信端末Ａ４０１は、中継端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とに接続されており、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｃ４０３と接続されている。ただし、受信端末Ｄ４０４は、受信端末Ｂ４０２のカバーエリア４０６に含まれるため、受信端末Ｂ４０２が中継端末となって中継を開始すると、中継端末Ｂ４０２からもフラッディングパケットを受信することになる。ここで、中継端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とは、送信端末Ａ４０１から同時にフラッディングパケットを受信する。

　この場合、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｂ４０２のカバーエリア４０６及び中継端末Ｃ４０３のカバーエリア４０７の両方に含まれるため、フラッディングパケットを複数の端末から同時に受信することになる。そのため、パケットの衝突が発生し、受信端末Ｄ４０４は、どちらからのパケットも正確には受信することができない。そこで、中継端末Ｂ４０２又は中継端末Ｃ４０３の送信タイミングを変更する必要がある。本実施の態様では、受信端末Ｄ４０４は、パケットロスの原因が衝突であることを検知し、フラッディングパケットの送信タイミング等を変更するための制御パケットをネットワークに送信する。

　図８Ａは、本実施の態様におけるフラッディングパケットの送受信を示したシーケンス図である。まず、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｃ４０３からフラッディングパケット８０１を受信している（図４を参照）。次に、受信端末Ｅ６０１の新規参入により、端末Ｂ４０２は中継端末として機能し、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とから同時にフラッディングパケット８０２を受信する（図６を参照）。そのため、衝突が発生して、受信端末Ｄ４０４は完全な形でフラッディングパケット８０２を受信することが不可能となる。ＰＬＣ端末のような移動しない端末でアドホックなネットワークを構成した場合、この状態になると、衝突が繰り返し発生することになり、その後のフラッディングパケット８０３及び８０４も受信することができない。すなわち、受信端末Ｄ４０４がネットワークから実質的に外れた状態が継続し、受信端末Ｄ４０４はネットワークに復帰できなくなる。

　しかし、ＰＬＣ端末は、カバーエリアから移動により離脱するということがないので、連続してパケットロスが発生した場合には、衝突が原因であると推定することが可能である。また、複数の中継端末がフラッディングパケットを送信する場合、複数の中継端末の各々がフラッディングパケットをネットワーク上に送り出すタイミングは、フラッディングパケットを送信する際のバックオフ時間を複数の中継端末の間でずらすため、フラッディングパケットが衝突しても、他よりも先に送信されたフラッディグパケットのヘッダ部は受信端末に届く可能性が高い。

　そこで、本実施の態様では、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケットのヘッダ部に着目して、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突の有無を判断する。すなわち、受信端末Ｄ４０４は、ネットワークに周期的に出現するフラッディングパケットについて、所定期間内にペイロード部が不完全なフラッディングパケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全なフラッディングパケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断する。受信端末Ｄ４０４は、送信元アドレスに同一でないものが含まれている場合、複数の中継端末から送信されたフラッディングパケットが衝突していると判断する。

　このように、フラッディングパケットのペイロード部と比較して、受信端末に届く可能性が高いヘッダ部に含まれる送信元アドレスの異同に基づいて、フラッディングパケットの衝突の有無を判断するので、雑音によってフラッディングパケットを受信できないのか、又は衝突の発生によってフラッディングパケットを受信できないのかを容易に判断できる。その結果、受信端末Ｄ４０４は、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突により、ネットワークから外れた状態が継続することを防止できる。

　また、受信端末Ｄ４０４は、衝突が原因であると判断された場合には、実際に複数の中継端末から送信されているフラッディングパケットを受信しているかどうかを調査し、複数の中継端末のいずれか１つに対してフラッディングパケットの送信タイミングを遅らせる送信タイミング制御パケット８０６を送信する。ここでは、送信タイミング制御パケット８０６を中継端末Ｃ４０３に送信したものとする。これにより、送信タイミング制御パケット８０６を受信した中継端末Ｃ４０３から送信されるフラッディングパケットは、中継端末Ｂ４０２から送信されるフラッディングパケット８０５より後に送信される。このため、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｂ４０２及び中継端末Ｃ４０３のいずれか１つからフラッディングパケットを受信できる。

　その結果、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケットの衝突のためフラッディングパケットを継続して受信できず、実質上ネットワークから外れた状態が継続するのを防止できる。送信タイミング制御パケット８０６は、例えば、フラッディングパケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせるものであってもよい。この場合、中継端末Ｃ４０３から送信されるフラッディングパケットは、中継端末Ｂ４０２から送信されるフラッディングパケット８０５より少なくとも１パケット分だけ後に送信されるので、フラッディングパケットの受信の確実性を保障できる。

　なお、受信端末Ｄ４０４は、中継端末のアドレスが判明しなかった場合には、すでにフラッディングパケットを受信したことのある端末に対して送信タイミング制御パケット８０６を送信してもよい。その場合には、特に調査の必要もなく衝突を回避できる可能性がある。送信タイミング制御パケット８０６を受信した端末Ｃ４０３は、フラッディングパケット８０５の送信タイミングを端末Ｂ４０２のフラッディングパケットの送信後とする。これにより、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケット８０５を完全に受信できるようになる。

　図８Ｂは、本実施の態様におけるフラッディングパケットの送受信を示した他のシーケンス図である。まず、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｃ４０３からフラッディングパケット８０１を受信している（図４を参照）。次に、受信端末Ｅ６０１の新規参入により、端末Ｂ４０２は、中継端末として機能し、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｂ４０２と中継端末Ｃ４０３とから同時にフラッディングパケット８０２を受信する（図６を参照）。そのため、フラッディングパケット８０２の衝突が発生して、受信端末Ｄ４０４は、完全な形でフラッディングパケット８０２を受信することが不可能となる。ＰＬＣ端末のような移動しない端末でアドホックなネットワークを構成した場合、この状態になると衝突が繰り返し発生することになり、その後のフラッディングパケット８０３及び８０４も受信することができない。すなわち、受信端末Ｄ４０４は、ネットワークから実質的に外れた状態が継続し、ネットワークに復帰できなくなる。

　さらに、不完全なフラッディングパケットを一定期間連続して受信し、かつ不完全なフラッディングパケットからヘッダ部も検出できなかった場合でも、衝突によるロスが発生していると判断できる。すなわち、一定期間不完全なフラッディングパケットからヘッダ部が検出できない場合には、ネットワーク上に存在するフラッディングパケットを送信する端末の数が増大したために、フラッディングパケットの送信タイミングの重複が増大し、フラッディングパケットが衝突する確率も増大していると考えられる。

　そこで、本実施の態様では、本受信端末の通信範囲に存在する端末に対してブロードキャストにて、フラッディングパケットの送信確率を変更するよう指示するための送信確率制御パケット８１１を送信する。例えば、送信確率制御パケット８１１を受信した中継端末Ｃ４０３は、所定期間内に５回フラッディングパケットを送信していたのを、５回の送信タイミングの中の３回を選択してフラッディングパケットを送信するように、フラッディングパケットの送信確率を変更する。この場合、フラッディングパケットを継続して受信できない状況を受信端末Ｄ４０４からの指示で変えるので、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケット８１２、８１３、又は８１４を受信できる可能性が増大する。

　なお、この送信確率は、近隣端末数やロス率等により受信端末が決めてもよいし、また送信端末が設定してもよい。その後、端末がネットワークより外れた状態となることがなければ、送信確率を変更したまま継続してもよいし、また送信確率を元に戻して送信タイミング制御を行ってもよい。

　図９を用いて、衝突を発生させている中継端末の検出方法について述べる。一般に、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）を用いたネットワークにおいては、互いにカバーエリアに入っていない端末から同時に送信が発生した場合にパケットの衝突が発生する可能性がある。そのため、ＣＳＭＡを用いた各端末は、通信路が一定時間以上継続して空いていることを確認してからデータを送信する。この待ち時間は、最小限の時間（以下、ＤＩＦＳ９０１）にランダムな長さの待ち時間（以下、バックオフ時間９０２）を加えたものである。これにより、直前の通信があってから一定時間後に複数の端末が一斉にパケットを送信する事態を防止している。

　ただし、互いにカバーエリアに入っていない端末間では、一方の端末がデータ送信を開始したということを他方の端末が検知できない。例えば、本実施の態様では、中継端末Ｃ４０３は、中継端末Ｂ４０２がデータ送信を開始したことを検知できない（図６を参照）。また、バックオフ時間は、データ受信が終了するまでの時間に比べてはるかに短い。そのため、一方の端末からのデータ受信が終了するまでに、他方の端末からデータ送信が開始されてしまい、衝突が発生する可能性がある。

　フラッディングパケットの中継端末の送信元アドレス等の情報は、一般にヘッダ部と呼ばれるパケットの先頭部分に入っている。ヘッダ部を受信するまでの時間は短いため、バックオフ時間の中に入っている可能性がある。例えば、中継端末Ｂ４０２から送信されたフラッディングパケットのヘッダ部は、中継端末Ｃ４０３がフラッディングパケットを送信するための待ち時間であるバックオフ時間の中に入っている。この場合、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケットの衝突が発生しても、中継端末Ｂ４０２から送信されたフラッディングパケットのヘッダ部を受信できる。

　そのため、本実施の態様では、受信端末Ｄ４０４は、この時間を利用してフラッディングパケットを複数の中継端末から受信していることを検知する。すなわち、本実施の態様では、受信端末Ｄ４０４は、フラッディングパケットのヘッダ部に着目して、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突の有無を判断する。具体的には、受信端末Ｄ４０４は、ネットワークに周期的に出現するフラッディングパケットについて所定期間内にペイロード部が不完全なフラッディングパケットを複数受信した場合、ペイロード部が不完全なフラッディングパケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断する。受信端末Ｄ４０４は、送信元アドレスに同一でないものが含まれている場合、複数の中継端末から送信されたフラッディングパケットが衝突していると判断する。

　このように、フラッディングパケットのペイロード部と比較して、受信端末に届く可能性が高いヘッダ部に含まれる送信元アドレスの異同に基づいて、フラッディングパケットの衝突の有無を判断するので、雑音によってフラッディングパケットを受信できないのか、又は衝突の発生によってフラッディングパケットを受信できないのかを容易に判断できる。その結果、受信端末Ｄ４０４は、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる。

　図１０を用いて、フラッディングパケットの送信タイミング制御の動作について述べる。図１０を参照して、中継端末Ｃ４０３は、受信端末Ｄ４０４から送信タイミング制御パケットを受信した場合、通常パケットのＤＩＦＳに、例えばフラッディングパケットを１つ送信に必要な時間を足し合わせたものを、最小限の待ち時間であるフラッディングパケット用のＤＩＦＳ１００１とする。これにより、送信タイミング制御パケットを受信した中継端末Ｃ４０３から送信されるフラッディングパケットは、中継端末Ｂ４０２から送信されるフラッディングパケットより後に送信される。このため、受信端末Ｄ４０４は、中継端末Ｂ４０２及び中継端末Ｃ４０３の少なくともいずれか１つからフラッディングパケットを受信できる。

　その結果、フラッディングパケットを大きく遅延させることなく衝突回避が可能となる。また、フラッディングパケットの衝突のためフラッディングパケットを継続して受信できず、実質上ネットワークから外れた状態が継続するのを防止できる。例えば、フラッディングパケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせると、中継端末Ｃ４０３から送信されるフラッディングパケットは、中継端末Ｂ４０２から送信されるフラッディングパケット８０５より少なくとも１パケット分だけ後に送信されるので、フラッディングパケットの受信の確実性を保障できる。

　図１１は、各端末がフラッディングパケットを受信する場合のフローチャートである。図１１を参照して、まず、フラッディングパケットを受信する受信端末は、一定期間フラッディングパケットを受信していないか否かを判断する（ステップＳ１１０１）。ここでは、周期的に送信されるフラッディングパケットを対象としているが、これに限られるものではない。周期的に送信されるフラッディングパケットの場合、受信端末は、ＰＬＣ端末であり、カバーエリアから移動により離脱するということがないので、連続してパケットロスが発生すると衝突が原因であると推定できる。なお、周期的ではないフラッディングパケットを送受信するネットワークにおいては、フラッディングパケットにシーケンス番号を付け、シーケンス番号の抜けから繰り返しパケットロスが発生していることを確認してもよい。

　この段階では、パケットロスの原因が、衝突によるものか又は雑音によるものかは判断できない。

　次に、受信端末は、一定期間内にフラッディングパケットを受信した場合は、パケットロスがないので通常の処理に戻る。一方、受信端末は、一定期間フラッディングパケットを受信できなかった場合は、フラッディングパケットのヘッダ部だけでも受信できたか否かを判断する（ステップＳ１１０２）。ここで、フラッディングパケットのヘッダ部だけでも受信できた場合は、フラッディングパケットのヘッダ部に存在する送信元アドレスが受信できていることを確認する。そして、受信端末は、その送信元アドレスが１つのフラッディングパケットに対して複数存在するか否かを判断する（ステップＳ１１０３）。受信端末は、１つのフラッディングパケットに対して複数の送信元アドレスが存在する場合には、衝突が原因でフラッディングパケットのロスが発生していると判断する（ステップＳ１１０４）。

　すなわち、複数の中継端末がフラッディングパケットを送信する場合、複数の中継端末の各々がフラッディングパケットをネットワーク上に送り出すタイミングは、フラッディングパケットを送信する際のバックオフ時間を複数の中継端末の間でずらすため、フラッディングパケットが衝突しても、他よりも先に送信されたフラッディグパケットのヘッダ部は受信端末に届く可能性が高い。

　そこで、本実施の態様では、フラッディングパケットのヘッダ部に着目して、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突の有無を判断している。これにより、フラッディングパケットのペイロード部と比較して、受信端末に届く可能性が高いヘッダ部に含まれる送信元アドレスの異同に基づいて、フラッディングパケットの衝突の有無を判断するので、雑音によってフラッディングパケットを受信できないのか、又は衝突の発生によってフラッディングパケットを受信できないのかを容易に判断できる。その結果、受信端末は、複数の中継端末から送信されるフラッディングパケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる。

　衝突が原因でフラッディングパケットのロスが発生していると判断した場合、受信端末は、複数の送信元アドレスのいずれか１つに対して送信タイミング制御パケットを送信する（ステップＳ１１０５）。これにより、送信タイミング制御パケットを受信した中継端末から送信されるフラッディングパケットは、他の中継端末から送信されるフラッディングパケットより後に送信される。このため、受信端末は、複数の中継端末のいずれかから衝突なくフラッディングパケットを受信できる。その結果、受信端末は、フラッディングパケットの衝突のためフラッディングパケットを継続して受信できず、実質上ネットワークから外れた状態が継続するのを防止できる。

　送信タイミング制御パケットは、例えば、フラッディングパケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせるものであってもよい。この場合、送信タイミング制御パケットを受信した中継端末から送信されるフラッディングは、他の中継端末から送信されるフラッディングパケットより少なくとも１パケット分だけ後に送信されるので、フラッディングパケットの受信の確実性を保障できる。

　ステップＳ１１０２において、受信端末は、一定期間フラッディングパケットを受信できなかった場合であって、フラッディングパケットのヘッダ部も受信できなかった場合は、衝突によるロスが発生していると判断する（ステップＳ１１０６）。すなわち、一定期間フラッディングパケットのヘッダ部も受信できない場合には、ネットワーク上に存在するフラッディングパケットを送信する端末の数が増大したために、フラッディングパケットの送信タイミングの重複が増大し、フラッディングパケットが衝突する確率も増大していると考えられる。

　この場合には、本受信端末は、自身の通信範囲に存在する端末に対して、フラッディングパケットの送信確率を変更するよう指示するための送信確率制御パケットを送信する（ステップＳ１１０７）。例えば、送信確率制御パケットを受信した中継端末は、所定期間内に５回フラッディングパケットを送信していたのを、５回の送信タイミングの中の３回を選択してフラッディングパケットを送信するように、フラッディングパケットの送信確率を変更する。この場合、フラッディングパケットを継続して受信できない状況を受信端末側からの指示で変えるので、フラッディングパケットを受信する可能性が増大する。

　ステップＳ１１０３において、受信端末は、パケットロスが一定期間連続しているが、フラッディングパケットのヘッダ部から複数の送信元アドレスが検出されないと判断した場合には、フラッディングパケットのロスが雑音による一時的なものであると判断し、通常の処理に戻る。

　図１２は、各端末がフラッディングパケットを送信する場合のフローチャートである。図１２を参照して、まず、フラッディングパケットを中継する中継端末は、フラッディングパケットを送信する（ステップＳ１２０１）。次に、中継端末は、受信端末から送信確率制御パケットを受信したか否かを判断する（ステップＳ１２０２）。送信確率制御パケットを受信しない場合は、ステップＳ１２０４に進む。一方、中継端末は、送信確率制御パケットを受信した場合は、当該受信した送信確率制御パケットに従って、フラッディングパケットの送信確率を変更する（ステップＳ１２０３）。例えば、中継端末は、所定期間内に５回フラッディングパケットを送信していたのを、５回の送信タイミングの中の３回を選択してフラッディングパケットを送信するように、フラッディングパケットの送信確率を変更する。これにより、フラッディングパケットを継続して受信できない状況を受信端末側からの指示で変えるので、受信端末は、フラッディングパケットを受信する可能性が増大する。

　次に、中継端末は、送信タイミング制御パケットを受信したか否かを判断する（ステップＳ１２０４）。送信タイミング制御パケットを受信しない場合は、フラッディングパケットの送信処理に戻る。一方、中継端末は、送信タイミング制御パケットを受信した場合は、当該受信した送信タイミング制御パケットに従って、フラッディングパケットの送信タイミングを変更する（ステップＳ１２０５）。これにより、送信タイミング制御パケットを受信した中継端末から送信されるフラッディングパケットは、他の中継端末から送信されるフラッディングパケットより後に送信されるので、受信端末では少なくともいずれか１つの中継端末からフラッディングパケットを受信できる。

　その結果、フラッディングパケットを大きく遅延させることなく衝突回避が可能となる。また、受信端末は、フラッディングパケットの衝突のためフラッディングパケットを継続して受信できず、実質上ネットワークから外れた状態が継続するのを防止できる。例えば、フラッディングパケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせると、送信タイミング制御パケットを受信した中継端末から送信されるフラッディングパケットは、他の中継端末から送信されるフラッディングパケットより少なくとも１パケット分だけ後に送信されるので、フラッディングパケットの受信の確実性を保障できる。

　本発明によれば、電力線を用いたアドホックなネットワークにおいて、一定期間制御パケットを受信できない場合に、衝突が原因で受信できないのか否かを判断して、複数の中継端末から送信される制御パケットの衝突によりネットワークから外れた状態が継続することを防止できる通信装置及び通信方法を提供できる。

１０１　サービスエリア
１０２～１１０、４０１～４０４、６０１　端末
２０１　メモリ
２０２　ＣＰＵ
２０３　ネットワークインタフェース
３０１　受信処理部
３０２　送信処理部
３０３　衝突判定部
３０４　制御パケット送信部
３０５　送信制御部
４０５～４０７　カバーエリア
８０１～８０６、８１１～８１４　パケット

Claims

　通信路に周期的に出現する制御パケットを受信する通信部と、
　所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、前記ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれていると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断する制御部とを備える、通信装置。
　前記制御部は、前記ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれており、かつ前記不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスと、前記制御パケットを送信した親送信元アドレスとが同一であると判断すると、前記複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断することを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　前記制御部は、一定期間制御パケットを受信しない場合に、前記所定期間内に受信された前記ペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断することを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　前記制御部は、前記複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断した場合、前記複数の端末の中の１つの端末に対して、前記制御パケットの送信タイミングを遅らせる指示をすることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　前記制御部は、前記制御パケットの送信タイミングを少なくとも１パケット分だけ遅らせる指示をするものであることを特徴とする、請求項４に記載の通信装置。
　前記制御部は、前記所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信し、かつ前記制御パケットのヘッダ部も不完全である場合、通信範囲に存在する端末に対して、前記制御パケットの送信確率を変更するよう指示することを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　前記制御パケットは、ブロードキャストで送信されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　前記制御パケットは、ビーコン信号を含むことを特徴とする、請求項６に記載の通信装置。
　前記通信路は、電力線であることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
　通信路に周期的に出現する制御パケットを受信し、所定期間内に少なくともペイロード部が不完全な制御パケットを複数受信した場合、前記ペイロード部が不完全な制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれていると判断すると、複数の端末から送信された制御パケットが衝突していると判断することを特徴とする、通信方法。