JP2007221564A - 通信装置、通信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有線と無線が混在するヘテロなネットワーク環境下においてもプラグアンドプレイを実現しつつ音声や動画などのリアルタイム通信に対応できる通信システムおよび方法を提供する。
【解決手段】有線通信方式または無線通信方式の少なくとも一方によりマルチホップ通信が可能な複数の機器で構築されたネットワークにおける機器間の通信方法であって、各機器は、通信相手の機器との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、通信状況が変化したとき、通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の機器との間に確立可能な他の通信経路へ切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の機器による有線リンクまたは無線リンク等の様々な通信方式で構成されるホームネットワークやＰＡＮ(Personal Area Network)、アドホックネットワークに好適な通信装置、通信システムおよび方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、情報家電、ＡＶ（Audio and Visual）機器等の機能をより効果的にユーザへ提供するため、これらの機器とネットワーク関連機器とを組み合わせてネットワークを構成することが検討されている。

一方、これらの機器で利用可能な通信方式は多様化し、例えば有線による通信方式としては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＩＥＥＥ１３９４、電力線通信等がある。また、無線による通信方式としては、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢ(Ultra Wide Band)等がある。
このように様々な通信方式を備えた複数の機器を用いてネットワーク環境を構築するためには、ユーザによる通信経路の設定や管理等の煩雑な処理を排除して利便性を向上させることが重要となる。そのための技術として、従来からプラグアンドプレイが知られている。

例えば、現在、主にＡＶ機器で利用されているインタフェース規格であるＩＥＥＥ１３９４によれば、機器間をプラグアンドプレイで接続できる（非特許文献１参照）。ＩＥＥＥ１３９４では、データの転送方式として同期転送モードと非同期転送モードの２種類が規定され、同期転送モードでＱｏＳ(Quality of Service)をサポートすることで音声や動画等のリアルタイム通信を実現できる。しかしながら、ＩＥＥＥ１３９４は、下位レイヤについてのみ規定され、基本的にＩＥＥＥ１３９４以外のリンクレイヤを持つ機器と相互接続できないという問題がある。

そこで、様々な通信方式を備えた機器をプラグアンドプレイで接続可能にする方法としてＵＰｎＰ(Universal Plug and Play)が提案されている（非特許文献２参照）。ＵＰｎＰにしたがえば、各機器は互いに自動的に接続してネットワークを構成し、それぞれの機能を提供し合うことができる。しかしながら、ＵＰｎＰは、上位レイヤについてのみ規定し、リンクレイヤには何を使用してもよく、機器間の接続を実現するだけの仕様である。そのため、ＵＰｎＰでは、各機器が必要とする通信帯域や遅延等を満たすためのＱｏＳ（Quality of Service）等を考慮することができない。したがって、ＵＰｎＰは、無線環境下や有線と無線が混在するネットワーク環境下における音声や動画等のリアルタイム通信には向いていない。
IEEE Std 1394-1995, IEEE Standard for a High Performance Serial Bus UPnP Forum、［平成１７年１１月３０日検索］、インターネット<URL:http://www.upnp.org/resources/documents.asp>

上述したように、従来の通信システムのうち、ＩＥＥＥ１３９４のように下位レイヤのみ規定された通信方式では、プラグアンドプレイを実現しつつ機器間の通信におけるＱｏＳをサポートできるものの、同一の通信方式しか適用できないという問題がある。

一方、ＵＰｎＰのように上位レイヤのみ規定された通信方式では、ネットワークをプラグアンドプレイにより構築できても、機器間の通信におけるＱｏＳをサポートできない。そのため、有線と無線が混在するヘテロなネットワーク環境下で音声や動画などのリアルタイム通信に対応できないという問題がある。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、有線と無線が混在するヘテロなネットワーク環境下においてもプラグアンドプレイを実現しつつ音声や動画などのリアルタイム通信に対応できる通信装置、通信システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の通信装置は、有線通信方式または無線通信方式の少なくとも一方によりマルチホップ通信が可能な複数の機器でネットワークが構築された通信システムで用いる通信装置であって、
通信相手の通信装置との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、前記通信状況が変化したとき、前記通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の通信装置との間に確立可能な他の通信経路へ切り替える制御処理部を有する。

また、本発明の通信システムは、上記の通信装置を複数用いてネットワークが構築されたものである。

一方、本発明の通信方法は、有線通信方式または無線通信方式の少なくとも一方によりマルチホップ通信が可能な複数の機器で構築されたネットワークにおける前記機器間の通信方法であって、
前記機器が、通信相手の機器との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、
前記通信状況が変化したとき、前記通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の機器との間に確立可能な他の通信経路へ切り替える。

上記のような通信装置、通信システム及び方法では、ネットワークを構成する各機器が、通信相手の機器との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、通信状況が変化したとき、通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の機器との間に確立可能な他の通信経路へ切り替えるため、有線通信方式と無線通信方式とが混在するヘテロなネットワーク環境下においてもプラグアンドプレイを実現できる。また、機器間の通信状況を考慮して最適な通信経路を選択できる。

本発明によれば、有線通信方式と無線通信方式とが混在するヘテロなネットワーク環境下においてもプラグアンドプレイを実現し、機器間の通信状況が変化してもＱｏＳを考慮して最適な通信経路を選択できるため、音声や動画等のリアルタイム通信に対応できる。

次に本発明について図面を参照して説明する。

図１は有線リンク及び無線リンクが混合するネットワークの一構成例を示す模式図である。

図１に示すように、ネットワークを構成する機器（通信装置）は、エンド機器とリンク機器とに大別できる。エンド機器は、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、情報家電、ＡＶ機器等のようにユーザが所望の機能を実現する機器であり、リンク機器は、ルータ、ＨＵＢ等のように機器間の通信を中継するネットワーク関連機器である。図中の実線はそれぞれ有線リンクを示し、点線はそれぞれ無線リンクを示している。エンド機器及びリンク機器は、有線リンクまたは無線リンクを介して他の機器と通信するための通信インタフェース部をそれぞれ備えている。ここでは、リンク機器だけでなくエンド機器が備える通信インタフェース部も通信の中継、すなわちマルチホップ通信を実現するための機能を備えていてもよい。エンド機器及びリンク機器は、それぞれが有する通信インタフェース部によりネットワーク上の複数のリンクを介して各機器とユーザデータを送受信する。なお、本発明では、各機器のアドレッシングは解決されているものとし、各機器を識別するための情報（例えば、ＩＰアドレス）は既に付与されているものとする。

図２は図１に示したエンド機器及びリンク機器の一構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、エンド機器及びリンク機器は、通信機能を除く、機器の基本機能を実現する機器基本機能部１０と、他の機器と通信するための装置である複数の通信インタフェース部１９−１〜１９−ｎ（ｎは正の整数）と、他の機器とのリンクの確立に必要な情報であるリンク情報を取得するリンク発見部１６と、ネットワーク上の各機器の情報（機器情報）やリンク情報等を交換する情報交換部１７と、機器間の通信経路の確立及び管理を行う経路確立部１８と、リンク発見部１６で取得したリンク情報が格納されるリンクデータベース（リンクＤＢ）１２と、情報交換部１７で取得した機器情報が格納される機器データベース（機器ＤＢ）１３と、リンクデータベース１２及び機器データベース１３に基づいて作成される、機器間の通信経路の情報が格納される経路テーブル１４と、リンク発見部１６、情報交換部１７、経路確立部１８、リンクデータベース１２、機器データベース１３及び経路テーブル１４の動作を制御する制御処理部１１と、通信インタフェース部１９−１〜１９−ｎと機器基本機能部１０間のデータの送受信を制御するデータ処理部１５とを有する。リンク発見部１６、情報交換部１７、経路確立部１８、制御処理部１１及びデータ処理部１５は、例えば論理回路やメモリ等を用いてそれぞれ構成してもよく、ＣＰＵ（またはＤＳＰ）と記録媒体とを備え、該記録媒体に格納されたプログラムにしたがってＣＰＵ（またはＤＳＰ）により以下に記載する各構成要素の処理を実現する構成であってもよい。

図３は図１に示したエンド機器及びリンク機器の動作状態を示す状態遷移図である。

図３に示すように、エンド機器及びリンク機器には、アイドル状態、リンク確立状態、及び接続確立状態の３つの動作状態がある。アイドル状態は、有線リンクまたは無線リンクを発見できずに他の機器とのリンクが確立していない状態であり、かつ通信経路が確立していない状態を指す。リンク確立状態は、有線リンクまたは無線リンクを１つ以上発見して監視中であり、隣接する機器とのリンクが確立しているが、各機器との通信経路が確立していない状態を指す。接続確立状態は、有線リンクまたは無線リンクを一つ以上発見して監視中であり、隣接する機器とのリンクが確立し、かつ任意のリンクを介して各機器との通信経路がそれぞれ確立している状態を指す。

エンド機器及びリンク機器は、接続確立状態において通信経路が一つも存在しなくなった場合はリンク確立状態へ遷移し、他の機器とのリンクが一つも存在しなくなった場合はアイドル状態へ遷移する。また、接続確立状態において他の機器とのリンクが一つも存在しなくなった場合はアイドル状態へ遷移する。

図４は図１に示した各機器のリンク確立後の様子を示す模式図である。図４は、各機器間で確立したリンクの種別（１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、８０２．１１ａ／ｂ／ｎ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＷＢ等）と、各機器が備えるインタフェース識別ＩＤとを示している。インタフェース識別ＩＤは、各機器が備える少なくとも一つの通信インタフェース部をそれぞれ一意に識別するための情報であり、例えばＩＰアドレスやＭＡＣアドレス等が使用される。

図５は図２に示したリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。図５は図４に示したエンド機器４が備えるリンクデータベース１２の一例を示している。

図５に示すように、リンクデータベース１２は、自機の通信インタフェース部１９−ｎで用いる通信方式の種類（リンク種別）、インタフェース識別ＩＤ、リンク相手の機器識別ＩＤ、リンクで送受信可能な物理帯域を示すリンク帯域、ヘッダ等のオーバーヘッド、パケット再送、無線干渉などを考慮してリンクの使用帯域を示すリンク使用率等の情報を備えている。機器識別ＩＤは、機器を一意に識別するための情報であり、例えばＩＰアドレスやＭＡＣアドレス等が使用される。リンク使用率は、あるリンクにおけるリンク帯域と使用帯域の割合で表される。例えば、有線リンクにおける使用帯域は、ヘッダ等のオーバーヘッドを含めた合計のトラフィック量である。また、無線リンクにおける使用帯域は、実効レートを考慮してヘッダ等のオーバーヘッドを含めたトラフィック量や無線干渉による帯域消費量の和である。

図６は図２に示した機器データベースの一例を示すテーブル図である。図６は図４に示した各機器が備える機器データベース１３の一例を示している。

図６に示すように、機器データベース１３は、機器識別ＩＤ、リンク種別、インタフェース識別ＩＤ、通信相手の機器識別ＩＤ、送信側及び受信側のリンク帯域、実際の通信レートである実効レート(無線リンクでは電波環境に応じて実効レートが変化する)、無線リンクにおける電波受信時に測定された受信強度、有線リンクまたは無線リンクで占有する使用平均レート及び使用最大レート（ここではヘッダ等のオーバーヘッドを含む）、リンク及び機器内部の遅延時間、機器のエネルギー残量（例えば、電池の残量）等の各情報を備えている。

図７は図１に示したエンド機器及びリンク機器の処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、エンド機器及びリンク機器は、自機とリンクできる機器を探索するリンク探索処理（ステップＳ１）と、リンクした機器とリンク情報や機器情報等を交換する情報交換処理（ステップＳ２）と、各機器間の通信経路の構築、切り替え、管理等を行う経路管理処理（ステップＳ３）とを備え、これら３つの処理を繰り返し実行する。エンド機器及びリンク機器は、リンク探索処理の結果、リンクできる機器が無い場合はリンク探索処理を再び実行する。また、情報交換処理の結果、各機器と通信するための通信経路が無い場合はリンク探索処理及び情報交換処理を再び実行する。

図８は図７に示したリンク探索処理の手順を示すフローチャートである。

図８に示すように、リンク探索処理では、まず近傍にリンクできる機器が存在するか否かを調査するために、各機器が有する全ての通信インタフェース部１９からそれぞれリンク探索パケットをブロードキャストする（ステップＳ１１）。リンク探索パケットは、リンクの形成が可能な機器を発見した後は、その機器とのリンクを監視するためにも利用できる。

そして、各機器は、近傍の機器から、リンク種別、リンク帯域、機器識別ＩＤ、リンク使用率等から成るリンク情報を含むリンク応答パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ１２）、リンク応答パケットを受信した場合、該リンク応答パケットからリンク情報を抽出してリンクデータベース（リンクＤＢ）１２へ格納する（ステップＳ１３）。

次に、リンク探索パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ１４）、リンク探索パケットを受信した場合、リンク情報を含むリンク応答パケットをリンク探索パケットの送信元の機器へ返送する（ステップＳ１５）。

図９は図７に示した情報交換処理の手順を示すフローチャートである。

図９に示すように、情報交換処理では、まずリンク探索処理で新たなリンクが発見されたか否かを判定し（ステップＳ２１）、新たなリンクが発見されない場合は既存のリンクの変化が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２２）。

新たなリンクが発見された場合、あるいは既存のリンクの変化が検知された場合は、各リンクに対して機器情報要求パケットを送信する。このとき、機器情報要求パケットには自機の最新の機器情報を載せておく。これは、各リンクの先に存在する機器の機器情報、及び該機器のさらに先に接続される各機器の機器情報を取得するとともに、自機の機器情報を他の機器へ通知するために送信する（ステップＳ２３）。

次に、機器情報要求パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ２４）、機器情報要求パケットを受信した場合は、該機器情報要求パケットから機器情報を抽出し、該機器情報を基に機器データベース（機器ＤＢ）１３を更新する。そして、自機が持つ各機器の機器情報を含む機器情報応答パケットを送信元の機器に返送し、他のリンクに対して機器情報要求パケットを送信する。このとき、機器情報要求パケットには自機の最新の機器情報を載せておく（ステップＳ２５）。

また、各機器は、機器情報を含む機器情報応答パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ２６）、機器情報応答パケットを受信した場合は、最初に機器情報要求パケットを送信した機器に対して該機器情報応答パケットを転送し、該機器情報応答パケットから機器情報を抽出し、該機器情報を基に機器データベース（機器ＤＢ）１３を更新する（ステップＳ２７）。

但し、各機器間で同一の機器情報要求パケットと機器情報応答パケットの送受信動作が永遠に継続することのないように、例えば各パケットに予め決めたシーケンス番号やタイプスタンプ等をそれぞれ付与しておき、同じ内容のパケットを受信した場合は、該パケットまたは対応する古い機器情報を廃棄する。

図１０は図７に示した経路管理処理のうち通信経路の構築処理及び構築した通信経路の保全処理の手順を示すフローチャートであり、図１１は図７に示した経路管理処理のうち通信経路の切り替え処理の手順を示すフローチャートである。

経路管理処理は、通信経路の構築処理、構築した通信経路の保全処理、及び通信経路の切り替え処理に分類される。

まず、通信経路の構築処理及び構築した通信経路の保全処理について図１０を用いて説明する。

各機器の制御処理部１１は、機器基本機能部１０から所定の機器に対する通信要求があるか否かを判定する（ステップＳ３１）。機器基本機能部１０から制御処理部１１に対して他の機器との通信が要求されると、制御処理部１１は機器基本機能部１０が実行中のアプリケーションで必要とする通信品質を確保するために、通信相手の機器（以下、送信先機器と称す）に対して帯域要求パケットを送信する（ステップＳ３２）。送信先機器との通信経路を決定する方法としては、リンク情報、機器情報及び要求帯域に基づき送信元機器が通信経路を決定するソースルーティングと、リンク情報、機器情報及び要求帯域に基づき送信元機器と送信先機器との間に位置する中継機器が通信経路を決定する分散ルーティングの２つの方法が考えられる。本発明ではルーティング方法についてはどちらを採用しても構わない。

各機器は、帯域要求パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ３３）、帯域要求パケットを受信した場合は、自機が該帯域要求パケットの送信先機器であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。自機が該帯域要求パケットの送信先機器である場合、必要な帯域が確保できるか否かを確認し、可能であれば帯域を確保し、帯域の確保が完了したことを示す情報を含む帯域応答パケットを送信元の機器へ返信する（ステップＳ３５）。自機が帯域要求パケットの送信先機器でない場合は、リンクで接続される次段の機器へ該帯域要求パケットを転送する（ステップＳ３６）。

一方、各機器は、帯域応答パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ３７）、帯域応答パケットを受信した場合は、必要な帯域が確保できるか否かを確認し、可能であれば帯域を確保する（ステップＳ３８）。そして、自機が該帯域応答パケットの送信先機器であるか否かを判定する（ステップＳ３９）。自機が帯域応答パケットの送信先機器でない場合は、リンクで接続される次段の機器へ該帯域応答パケットを転送する（ステップＳ４０）。自機が該帯域応答パケットの送信先機器である場合、該機器は通信相手の機器との間に通信経路を確立して接続確立状態となる。

次に、通信経路の保全処理について説明する。

エンド機器またはリンク機器は、既に確立した通信経路が存在するか否かを判定し（ステップＳ４１）、既に確立した通信経路が存在する場合、各送信先機器との通信環境を監視するために、各送信先機器に対して使用中の経路を使って定期的に導通確認パケットを送信する（ステップＳ４２）。

各機器は、新たなリンクが発見、あるいは既存のリンクの変化を検知し、より最適な通信経路があるか否かを判定する（ステップＳ４３）。そして、より最適な通信経路を発見した場合は、通信相手の機器とすでに別の通信経路で通信していても最適な通信経路を構築するために帯域要求パケットを送信する（ステップＳ４４）。

各機器は、通信が終了する通信経路があるか否かを判定し（ステップＳ４５）、通信が終了して帯域開放要求パケットを受信した場合、あるいは所定の時間内に導通確認パケットを受信できない場合は、その通信経路を不要と判断して帯域を解放する（ステップＳ４６）。

また、各機器は、導通確認パケットを受信したか否かを判定し（ステップＳ４７）、導通確認パケットを受信した場合は、現在使用中の経路が正常に使用できることを送信元機器へ通知するための導通応答パケットを送信する（ステップＳ４８）。

次に、通信経路の切り替え処理について図１１を用いて説明する。

通信相手の機器との間に確立された通信経路の通信状況が悪化する要因としては、無線環境の変化によるＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）や受信強度の低下、適応変調に対応した無線ＬＡＮなどの伝送レート（実効レートに相当）の低下による帯域圧迫、輻輳による遅延時間の増大等が挙げられる。各機器は、これらの通信状況の変化を検出するためにリンク使用率の変化をモニタするとともに、通信相手の機器がモニタするリンク使用率の情報をリンク探索パケットの送信により取得する。リンク使用率がある閾値を越える場合は、遅延、ジッタ、パケットロスの発生を抑制するために、より最適な通信経路への切り替え処理を行う。切り替えを行う経路は、通信状況の変化を検出したときに新たに機器情報を収集して決定してもよいし、事前に予備の経路として用意しておいてもよい。

図１１に示すように、各機器は、実効レートを基に各リンクの使用帯域を計算し、既に確立された既存の通信経路における各リンクの使用帯域が要求された帯域に対して十分であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。リンクの使用帯域が十分な場合は、各リンクの受信強度が予め設定したしきい値を越えているか否かを確認することで、既存の各通信経路における各リンクの受信強度（受信状況）が十分であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。各リンクの受信強度が十分な場合、各機器は、各リンクおよびｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄの遅延時間が予め設定されたしきい値以内であるかを確認することで、既存の各通信経路における各リンクの遅延時間が十分であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。ステップＳ５１〜ステップＳ５３の条件を全て満たす場合、各機器は通信経路の切り替えを行わずに処理を終了する。

ステップＳ５１〜ステップＳ５３の条件のいずれかを満たさない場合、各機器は、既存の通信経路以外でＱｏＳを満たす他の経路が存在するか否かを判定し（ステップＳ５４）、既存の通信経路以外でＱｏＳを満たす候補経路が存在しない場合は通信経路の切り替えを行わずに処理を終了する。

一方、既存の通信経路以外でＱｏＳを満たす候補経路が存在する場合は、使用帯域を満たす候補リンクが存在するか否かを判定し（ステップＳ５５）、該候補リンクが存在する場合は、受信強度（受信状況）が十分であるか否かを判定する（ステップＳ５６）。また、該候補リンクの受信強度が十分な場合は、該候補リンクの遅延時間が十分であるか否かを判定し（ステップＳ５７）、該候補リンクの遅延時間が十分な場合は、新たに探索した通信経路を最適な通信経路として選択し、該通信経路におけるリンクへ切り替える（ステップＳ５８）。使用帯域を満たす候補リンクが存在しない、該候補リンクの受信強度が十分でない、または、該候補リンクの遅延時間が十分でない場合は通信経路の切り替えを行わずに処理を終了する。

なお、最適な通信経路が複数存在する場合は、いずれか一つを選択すればよいが、他の最適な通信経路を予備として備えていてもよい。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の通信システムは、帯域要求パケットにより任意の時刻におけるトラフィックを予約できる点とトラフィック単位で優先度を付与できる点が第１の実施の形態の通信システムと異なっている。その他の構成及び処理手順は第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

図１２は第２の実施の形態のリンク機器及びエンド機器が有する機器データベースの一例を示すテーブル図である。

図１２に示すように、第２の実施の形態で用いる機器データベース１３は、図６に示した第１の実施の形態で用いる機器データベースに加えて、トラフィック単位の優先順位を示す優先度(数値が高いほど高優先)、通信経路を使用する開始時刻及び通信経路の使用時間を示す継続時間の各情報を備えている。このような機器データベース１３を各機器（通信装置）が有している。

予約されたトラフィックが流れる通信経路上の各機器は、帯域要求パケットを用いて任意の時刻における通信経路の利用予約を通知し、帯域応答パケットを用いて通信経路の予約が完了したことを要求元の機器へ通知する。また、予約完了後に、より高い優先度のトラフィックが発生したため、通信経路の予約を変更する場合は、帯域開放要求パケットを用いて通信経路の予約解除を通知し、帯域開放応答パケットを用いて通信経路の予約解除を要求元の機器へ通知する。なお、優先度が高いトラフィックの発生に備えるため、各機器間のリンク帯域はそれぞれ所定量だけ空けておくことが望ましい。その場合、予備として確保しておく帯域は、各機器間のリンク毎にそれぞれ決めておけばよい。

次に本発明の通信システムの実施例について図面を用いて説明する。

（第１実施例）
第１実施例はネットワークに新しく機器を追加する例である。

以下では、図４に示したエンド機器３がネットワークに新しく追加された機器であり、追加されたエンド機器３がエンド機器４と通信する場合で説明する。

図１３は本発明の通信システムの第１実施例のネットワーク構成を示す模式図である。

第１実施例では、エンド機器３が無線通信方式である８０２．１１ｂ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈに対応する通信インタフェース部を備えているものとする。また、エンド機器３は、ネットワークに追加された後、ルーティングによってリンク機器１を介してエンド機器４と通信する。

図１４は図１３に示すネットワークに追加されたエンド機器が構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。

図１４に示すように、エンド機器３は、無線通信方式である８０２．１１ｂを介してリンク機器１と通信可能であり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを介してエンド機器２と通信可能であることが判る。

図１５は図１３に示すネットワークに追加されたエンド機器が通信を開始した直後の機器データベースの一例を示すテーブル図である。

図１５に示すように、機器データベース１３には接続先の無い通信インタフェース部も含めて全ての機器の機器情報が各々の通信インタフェース部毎に格納される。ここでは、エンド機器３からエンド機器４に対するパケット送信時の使用平均レートを５０ｋｂｐｓとし、エンド機器４からエンド機器３に対するパケット送信時の使用平均レートを２Ｍｂｐｓとしている。第１実施例では、このような機器データベース１３を全ての機器でそれぞれ備えているものとするが、機器データベース１３には自機から１ポップで到達可能な機器の機器情報のみが格納されていてもよい。

図１６は図１３に示した各機器の動作を示すシーケンス図である。

エンド機器３は、ネットワークに新規に追加されるとアイドル状態となり、８０２．１１ｂ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信インタフェース部によりリンク探索パケットをそれぞれブロードキャストする。リンク探索パケットを受信した機器（ここでは、リンク機器１及びエンド機器２）は、自機のリンク情報を含むリンク応答パケットをそれぞれエンド機器３へ返信する。

エンド機器３は、リンク機器１及びエンド機器２からリンク応答パケットを受信すると、それらに含まれるリンク情報をそれぞれリンクデータベース１２に格納し、リンク機器１及びエンド機器２とリンクを確立する。また、以降、それらの機器とのリンクをそれぞれ監視する。さらに、ネットワークトポロジーを発見するために、リンク機器１及びエンド機器２に対して機器情報要求パケットを送信する。

エンド機器３から機器情報要求パケットを受信したリンク機器１及びエンド機器２は、隣接する機器に対して、各機器の機器情報を取得するために機器情報要求パケットを送信する。リンク機器１及びエンド機器２は、隣接する機器から機器情報を含む機器情報応答パケットを受信すると、それらの情報を基に機器データベース１３を更新する。また、自機が所有する機器データベース１３から機器毎の機器情報を読み出し、機器情報応答パケットに格納してエンド機器３へ返信する。リンク機器１またはエンド機器２がネットワーク上にある全ての機器に関する最新の機器データベース１３を所有している場合、リンク機器１またはエンド機器２は、それらの情報から全ての機器の機器情報を生成してエンド機器３へ返信してもよい。

エンド機器３は、機器基本機能部１０から、例えばエンド機器４に対する通信要求があった場合、経路テーブル１４に格納されている経路情報を基にエンド機器４に対して帯域要求パケットを送信する。このとき、エンド機器４との通信経路を決定するためのルーティング方法は、上述したソースルーティング方法または分散ルーティング方法でもよいが、ここでは、リンク機器１を経由してエンド機器３からエンド機器４へ帯域要求パケットを送信する。

エンド機器４は、エンド機器３から帯域要求パケットを受信すると、必要な帯域を確保し、通信経路の確保が完了したことを示す情報を含む帯域応答パケットをエンド機器３へ返信する。エンド機器３は、エンド機器４から帯域応答パケットを受信すると、エンド機器４との間にリンク機器１を経由する通信経路を確立して接続確立状態となる。また、エンド機器３、リンク機器１及びエンド機器４は、それぞれ近傍の機器とのリンクを監視することで通信経路を監視する。

（第２実施例）
第２実施例は機器間に確立した通信経路の通信状況の悪化により切り替える例である。

上述したように、通信経路の通信状況が悪化する要因としては、無線環境の変化によるＣＮＲや受信強度の低下、適応変調に対応した無線ＬＡＮなどの伝送レート（実効レートに相当）の低下による帯域圧迫、輻輳による遅延時間の増大等がある。

第２実施例は機器間に確立した通信経路を通信環境（スループット、電波の受信強度、ＳＩＲ（Signal to Interference Signal Power Ratio）、遅延等）の悪化により切り替える例である。

図１７は本発明の通信システムの第２実施例のネットワーク構成を示す模式図である。

第２実施例では、エンド機器４とエンド機器８間に、無線通信方式である８０２．１１ａによって直接接続された第１の通信経路と、リンク機器６及びリンク機器７を経由する第２の通信経路とが確立可能とする。リンク機器６及びリンク機器７は、無線通信方式である８０２．１１ｎ及びＵＷＢの通信インタフェース部をそれぞれ有し、エンド機器４とリンク機器６、及びエンド機器８とリンク機器７とはそれぞれＵＷＢで接続され、リンク機器６とリンク機器７とは８０２．１１ｎで接続される。ここでは、エンド機器４とエンド機器８との間で確立している第１の通信経路の通信環境が悪化したため、第２の通信経路へ切り替える場合で説明する。

図１８は図１７に示す第２の通信経路に切り替えた後のエンド機器及びリンク機器が構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。

図１８に示すように、リンク機器６は、無線通信方式である８０２．１１ｎを介してリンク機器７と通信可能であり、ＵＷＢを介してエンド機器４と通信可能であることが判る。また、リンク機器７は、無線通信方式である８０２．１１ｎを介してリンク機器６と通信可能であり、ＵＷＢを介してエンド機器８と通信可能であることが判る。さらに、エンド機器８は、無線通信方式である８０２．１１ａを介してエンド機器４と通信可能であり、ＵＷＢを介してリンク機器７と通信可能であることが判る。

図１９は図１７に示したエンド機器及びリンク機器が構築する機器データベースの一例を示すテーブル図である。なお、図１９は図１７に示すエンド機器８とエンド機器４が通信経路を切り替えた直後の機器データベースの一例を示している。

図１９に示すように、リンク機器７，６を経由してエンド機器８からエンド機器４へパケットを送信する場合の使用平均レートは１００Ｋｂｐｓであり、リンク機器７，６を経由してエンド機器４からエンド機器８へパケットを送信する場合の使用平均レートは１４Ｍｂｐｓである。第２実施例では、このような機器データベース１３を全ての機器でそれぞれ備えているものとするが、機器データベース１３には自機から１ポップで到達可能な機器の機器情報のみが格納されていてもよい。

図２０は本発明の通信システムの第２実施例の各機器の動作を示すシーケンス図である。

図２０に示すように、エンド機器４とエンド機器８間には第１の通信経路が確立している。エンド機器８及びエンド機器４は、図１１に示した通信経路の切り替え処理にしたがって、互いに第１の通信経路を利用したリンクの使用帯域（リンク使用率）を常に監視する。そして、該リンクの使用帯域、受信強度または遅延時間が十分でないこと（ここでは伝送レートの低下による無線帯域の圧迫が原因）を検出した機器は、隣接する他の機器へリンク探索パケットを送信する。例えば、エンド機器８がリンク使用率の変化を検出した場合、エンド機器８はリンク機器７にリンク探索パケットを送信し、リンク機器７はエンド機器８へリンク応答パケットを返送する。

エンド機器８は、リンク応答パケットを受信すると、リンク機器７に対して機器情報要求パケットを送信する。該機器情報要求パケットはリンク機器７からリンク機器６へ転送され、さらにエンド機器４、エンド機器５へ転送される。機器情報要求パケットを送信したエンド機器８へは、リンク機器７、リンク機器６及びエンド機器４から順次機器情報応答パケットが返送される。

各機器は、更新後の機器情報を基にルーティング処理を実行し、エンド機器８とエンド機器４間に要求されたＱｏＳを保証可能なリンク機器６及びリンク機器７を経由する新たな第２の通信経路の存在を確認する。なお、第１の通信経路以外にＱｏＳを保証できる通信経路が無い場合はユーザにその旨を通知する。

エンド機器８は、第１の通信系路を介してエンド機器４へ帯域開放要求パケットを送信し、エンド機器４が帯域開放応答パケットを返送することでエンド機器８とエンド機器４を直接接続する第１の通信経路のリンクを開放する。そして、エンド機器８はリンク機器７及びリンク機器６を経由してエンド機器４に対して帯域要求パケットを送信する。

エンド機器４は、帯域要求パケットを送信したエンド機器８に、要求された帯域の確保が完了したことを示す情報を含む帯域応答パケットを、リンク機器７及びリンク機器６を経由して返信する。その後、エンド機器８とエンド機器４間に第２の通信経路が確立し、通信が実行される。但し、通信経路の切り替え中に遅延やパケットロスが発生しないように、第１の通信経路は第２の通信経路が確立してから開放してもよく、予め第２の通信経路を予備経路として確立させておいてもよい。

（第３実施例）
第３実施例は、ネットワークに新たな機器を追加した結果、通信環境が好転するために通信経路が変更される例である。

以下では、図４に示したリンク機器６及びリンク機器７がネットワークに新しく追加された機器であり、エンド機器４とエンド機器８間の通信経路がリンク機器６及びリンク機器７の追加によって変更される場合で説明する。

図２１は本発明の通信システムの第３実施例のネットワーク構成を示す模式図である。

第３実施例では、エンド機器４とエンド機器８間に、無線通信方式である８０２．１１ａによって直接接続された第１の通信経路が確立されているものとする。その後、リンク機器６及びリンク機器７の追加により、エンド機器４とエンド機器８間にリンク機器６及びリンク機器７を経由する新たな第２の通信経路が確立される。

リンク機器６及びリンク機器７は、８０２．１１ｎ及びＵＷＢの通信インタフェース部をそれぞれ有し、エンド機器４とリンク機器６、及びエンド機器８とリンク機器７とはそれぞれＵＷＢで通信可能に接続され、リンク機器６とリンク機器７とは８０２．１１ｎで通信可能に接続される。

図２２は図２１に示すネットワークに追加されたリンク機器がリンク発見後に構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。

図２２に示すように、リンク機器６は、８０２．１１ｎを介してリンク機器７と通信可能であり、ＵＷＢを介してエンド機器４と通信可能であることが判る。また、リンク機器７は、８０２．１１ｎを介してリンク機器６と通信可能であり、ＵＷＢを介してエンド機器８と通信可能であることが判る。

図２３は図２１に示すネットワークにリンク機器が追加される前に構築された機器データベースの一例を示すテーブル図である。なお、ネットワークにリンク機器６及びリンク機器７が追加された後に構築される機器データベース１３は図１９と同様である。

図２３に示すように、機器データベース１３には接続先のない通信インタフェース部１９も含めてネットワーク上に存在する全ての機器の機器情報が、各機器が有する通信インタフェース部１９毎に格納される。ここでは、エンド機器４からエンド機器８への使用平均レートを１４Ｍｂｐｓ、エンド機器８からエンド機器４への使用平均レートを１００ｋｂｐｓとしている。また、エンド機器８とエンド機器４間の通信に第１の通信経路を利用する場合、エンド機器８のエンド機器４に対する送信時の実効レートは１２Ｍｂｐｓであり、エンド機器４からの受信時の実効レートは２４Ｍｂｐｓである。一方、図１９に示したように、リンク機器６，７を経由する第２の通信経路を利用する場合、エンド機器８のエンド機器４に対する送信時の実効レートは１００Ｍｂｐｓであり、エンド機器４からの受信時の実効レートは１００Ｍｂｐｓである。したがって、エンド機器８とエンド機器４を直接接続する第１の通信経路よりもリンク機器６及びリンク機器７を経由する第２の通信経路の方が、通信環境がより良好であることが分かる。第３実施例では、このような機器データベース１３を全ての機器がそれぞれ備える例を示しているが、機器データベース１３には、自機が１ポップで到達可能な機器の情報のみが格納されていてもよい。

図２４は図２１に示した各機器の動作を示すシーケンス図である。

図２４に示すように、エンド機器４とエンド機器８間には第１の通信経路が確立している。この状態で、ネットワークにリンク機器６及びリンク機器７が追加されると、リンク機器６及びリンク機器７は、アイドル状態となり、それぞれが有する全ての通信インタフェース部１９からリンク探索パケットをブロードキャストする。

リンク探索パケットを受信した機器は、自機のリンク情報を含むリンク応答パケットをリンク機器６及びリンク機器７へ返信する。エンド機器４と既に通信を行っているエンド機器８は、新しいリンクを発見すると、最初に機器情報要求パケットをブロードキャストする。機器情報要求パケットを受信したリンク機器７は、機器情報を機器ＤＢへ格納し、機器情報応答パケットをエンド機器８に返送すると共に、他のリンクに対して各機器の機器情報を取得するために機器情報要求パケットを送信する。機器情報要求パケットは、リンク機器６及びエンド機器４に転送され、それぞれの機器が機器情報応答パケットをエンド機器８へ送信する。なお、機器情報要求パケットを受信した機器が全ての機器に関する最新の機器データベース１３を所有している場合、当該機器は、それらの情報から全ての機器の機器情報を生成してエンド機器４へ返送してもよい。

以降、各機器は、第２実施例と同様に、更新後の機器情報を基にルーティング処理を実行し、エンド機器８とエンド機器４間に要求されたＱｏＳを保証可能なリンク機器６及びリンク機器７を経由する新たな第２の通信経路の存在を確認する。

エンド機器８は、更新後の機器情報を基に第１の通信経路と第２の通信経路の使用帯域、受信状況、遅延時間を比較し、第２の通信経路の方がよいと判断すると、第２実施例と同様に、第１の通信経路を開放して、第２の通信経路を確立することにより、それまで通信に利用していた第１の通信経路から通信環境がより良好な第２の通信経路へ切り替える。

（第４実施例）
第４実施例はエンド機器間に優先度が異なる２つのトラフィックの予約が発生したために通信経路が変更される例である。

以下では、図４に示したエンド機器３とエンド機器４間に任意の時刻に流れる第１のトラフィックの予約が完了した後に、エンド機器３とエンド機器４間に同一時刻に流れる、より優先度の高い第２のトラフィックが発生した場合で説明する。但し、優先度の高いトラフィックは優先度の低いトラフィックよりも優先的に予約が行われるものとする。

図２５は本発明の通信システムの第４実施例のネットワーク構成を示す模式図である。

エンド機器３は、無線通信方式である８０２．１１ｂ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信インタフェース部をそれぞれ有し、エンド機器２は有線通信方式である１００ＢＡＳＥ−ＴＸ及び無線通信方式であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信インタフェース部をそれぞれ有している。また、リンク機器１は、有線通信方式である１００ＢＡＳＥ−ＴＸ及び無線通信方式である８０２．１１ｂの通信インタフェース部をそれぞれ有し、エンド機器４は有線通信方式である１００ＢＡＳＥ−ＴＸ及び無線通信方式である８０２．１１ａ及びＵＷＢの通信インタフェース部をそれぞれ有している。

エンド機器３とエンド機器４間には、リンク機器１を経由する第１の通信経路と、エンド機器２及びリンク機器１を経由する第２の通信経路とが確立できるものとする。

図２６に第１のトラフィックの予約前、第１のトラフィックの予約後、及び第２のトラフィックの予約後における機器データベース１３の一例をそれぞれ示す。

図２６に示すように、第１のトラフィックを予約する以前、リンク機器１からエンド機器３には使用平均レートが２Ｍｂｐｓのトラフィックが流れ、エンド機器３からリンク機器１には使用平均レートが５０ｋｂｐｓのトラフィックが流れている。

その状態で、エンド機器３からリンク機器１に対して、リンク機器１を経由する第１の通信経路に、使用平均レート５００ｋｂｐｓ、使用最大レート６００ｋｂｐｓ、開始時刻１２:００、継続時間３０分、優先度２の第１のトラフィックを予約する。

さらに、第１のトラフィックの予約完了後、エンド機器３からリンク機器１に対して、第１の通信経路に、使用平均レート４Ｍｂｐｓ、使用最大レート５Ｍｂｐｓ、開始時刻１２:００、継続時間６０分、優先度４の第２のトラフィックを予約する。この場合、エンド機器３とリンク機器１間のリンク使用率が１００％を超えてしまうため、エンド機器３とリンク機器１間のリンクには、第１のトラフィック及び第２のトラフィックをそれぞれ流すだけの使用最大レート分の帯域を確保することができない。また、同様に、エンド機器３とエンド機器２間のリンクには、第２のトラフィックを流すだけの使用最大レート分の帯域を確保することができない。

そこで、エンド機器３は第１の通信経路に対する優先度の低い第１のトラフィックの予約を取り消して第２のトラフィックを予約する。また、エンド機器２及びリンク機器１を経由する第２の通信経路に対して第１のトラフィックを予約し直す。

図２７は図２５に示した各機器の動作を示すシーケンス図である。

エンド機器３が第１のトラフィックの予約情報を含む帯域要求パケットをリンク機器１へ送信すると、リンク機器１は該帯域要求パケットをエンド機器４へ送信する。エンド機器４は、エンド機器３からの予約要求に対応する帯域応答パケットをリンク機器１に返信し、リンク機器１が該帯域応答パケットをエンド機器３に返信することで、第１の通信経路に第１のトラフィックが予約される。

その後、エンド機器３で第１のトラフィックよりも優先度の高い第２のトラフィックの予約が発生すると、エンド機器３は該第２のトラフィックを第１の通信経路に対して予約する。しかしながら、エンド機器３とリンク機器１間のリンクには、第１のトラフィック及び第２のトラフィックを流すだけの帯域が無いため、エンド機器３は第１のトラフィックの予約解除の情報を含む帯域解放要求パケットをリンク機器１経由でエンド機器４へ送信する。第１の通信経路における第１のトラフィックの予約は、エンド機器４がエンド機器３からの予約解除要求に対応する帯域応答パケットをリンク機器１経由でエンド機器３へ返信することで解除される。

続いて、エンド機器３は、第１のトラフィックの予約時と同様の手順で第１の通信経路に対して第２のトラフィックを予約する。そして、空き帯域が十分にあるエンド機器２及びリンク機器１を経由する第２の通信経路に対して第１のトラフィックを予約する。

その結果、予約時刻になると、エンド機器３からエンド機器４に対して、エンド機器２及びリンク機器１を経由する第２の通信経路で第１のトラフィックが流れ、リンク機器１を経由する第１の通信経路で第２のトラフィックが流れる。

有線リンク及び無線リンクが混合するネットワークの一構成例を示す模式図である。 図１に示したエンド機器及びリンク機器の一構成例を示すブロック図である。 図１に示したエンド機器及びリンク機器の動作状態を示す状態遷移図である。 図１に示した各機器のリンク確立後の様子を示す模式図である。 図２に示したリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。 図２に示した機器データベースの一例を示すテーブル図である。 図１に示したエンド機器及びリンク機器の処理手順を示すフローチャートである。 図７に示したリンク探索処理の手順を示すフローチャートである。 図７に示した情報交換処理の手順を示すフローチャートである。 図７に示した経路管理処理のうち通信経路の構築処理及び構築した通信経路の保全処理の手順を示すフローチャートである。 図７に示した経路管理処理のうち通信経路の切り替え処理の手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態のリンク機器及びエンド機器が有する機器データベースの一例を示すテーブル図である。 本発明の通信システムの第１実施例のネットワーク構成を示す模式図である。 図１３に示すネットワークに追加されたエンド機器が構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。 図１３に示すネットワークに追加されたエンド機器が通信を開始した直後の機器データベースの一例を示すテーブル図である。 図１３に示した各機器の動作を示すシーケンス図である。 本発明の通信システムの第２実施例のネットワーク構成を示す模式図である。 図１７に示す第２の通信経路に切り替えた後のエンド機器及びリンク機器が構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。 図１７に示したエンド機器及びリンク機器が構築する機器データベースの一例を示すテーブル図である。 本発明の通信システムの第２実施例の各機器の動作を示すシーケンス図である。 本発明の通信システムの第３実施例のネットワーク構成を示す模式図である。 図２１に示すネットワークに追加されたリンク機器がリンク発見後に構築するリンクデータベースの一例を示すテーブル図である。 図２１に示すネットワークにリンク機器が追加される前に構築された機器データベースの一例を示すテーブル図である。 本発明の通信システムの第３実施例の各機器の動作を示すシーケンス図である。 本発明の通信システムの第４実施例のネットワーク構成を示す模式図である。 第１のトラフィックの予約前、第１のトラフィックの予約後、及び第２のトラフィックの予約後における機器データベースの一例を示すテーブル図である。 図２５に示した各機器の動作を示すシーケンス図である。

符号の説明

１、６、７ リンク機器
２、３、４、５、８ エンド機器
１０ 機器基本機能部
１１ 制御処理部
１２ リンクデータベース
１３ 機器データベース
１４ 経路テーブル
１５ データ処理部
１６ リンク発見部
１７ 情報交換部
１８ 経路確立部
１９−１〜１９−ｎ 通信インタフェース部

Claims (10)

1. 有線通信方式または無線通信方式の少なくとも一方によりマルチホップ通信が可能な複数の機器でネットワークが構築された通信システムで用いる通信装置であって、
   通信相手の通信装置との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、前記通信状況が変化したとき、前記通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の通信装置との間に確立可能な他の通信経路へ切り替える制御処理部を有する通信装置。
2. 前記通信状況の変化は、
   前記通信相手との間に発生する新たなトラフィックである請求項１記載の通信装置。
3. 前記通信状況の変化は、
   通信環境の悪化である請求項１記載の通信装置。
4. 前記通信状況の変化は、
   通信環境の好転である請求項１記載の通信装置。
5. 他の通信装置とのリンクの確立に必要な情報であるリンク情報が格納されるリンクデータベースと、
   前記ネットワーク上の各通信装置の情報である機器情報が利用可能な通信方式毎に格納される機器データベースと、
   をさらに有する請求項１から４のいずれか１項記載の通信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項記載の通信装置を複数用いてネットワークが構築された通信システム。
7. 有線通信方式または無線通信方式の少なくとも一方によりマルチホップ通信が可能な複数の機器で構築されたネットワークにおける前記機器間の通信方法であって、
   前記機器が、通信相手の機器との間に確立された通信経路の通信状況をそれぞれ監視し、
   前記通信状況が変化したとき、前記通信相手との通信に用いる通信経路を、該通信相手の機器との間に確立可能な他の通信経路へ切り替える通信方法。
8. 前記通信状況の変化は、
   前記通信相手との間に発生する新たなトラフィックである請求項７記載の通信方法。
9. 前記通信状況の変化は、
   通信環境の悪化である請求項７記載の通信方法。
10. 前記通信状況の変化は、
    通信環境の好転である請求項７記載の通信方法。

Images