JP2008211443A - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線アドホックネットワークにおいて、所要のＱoＳを満足する通信経路を効率良く見つけ出すことができる通信システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る通信システムは、無線アドホックネットワークを構成する通信システムにおいて、送信端末と、送信端末から送信されるデータを受信する受信端末と、送信端末と受信端末との間に設けられ、１以上の通信経路の中継を夫々行う複数の無線ノードと、複数の無線ノードの夫々の通信状況をモニタし、所定の通信品質を満たす送信端末から受信端末までの通信経路を決定する通信経路制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信システム及び通信方法に係り、特に、無線アドホックネットワークを構成する通信システム及び通信方法に関する。

アドホックネットワークとは、「特別に」、「その場に限って」といった意味をもつラテン語からきたアドホック（ad hoc）と、ネットワークとを組み合わせた用語である。無線アドホックネットワークは、無線で接続できる端末で構成されたネットワークであり、必要に応じて動的なネットワークの構築が可能である。従来の無線通信システムやインターネット、或いは社内ＬＡＮのように予め中継局やルータが静的に固定されているネットワークが常設的なネットワークであるのに対して、無線アドホックネットワークは非常設的なネットワークであるともいうことができる。無線アドホックネットワークによって柔軟性の高いネットワークが構築できる。

一方、複数の無線端末によってネットワークを構築する場合、特に無線端末が移動中継局の場合には建物や地形の影響によって一部の移動中継局が使用不可能となる場合がある。特許文献１には、このような場合であっても、使用可能な複数の移動中継局の範囲のなかで最適な通信経路や使用周波数を選択する技術が開示されている。
特開２００２−２９０３０４号公報

ところで、無線ネットワークをＩＰネットワークで構築しようとした場合、１つの中継局としての無線端末（この、無線端末を以下、ノード或いはルータと呼ぶ場合がある）には複数のＩＰアドレスの送信元から複数のＩＰアドレスの送信先に対する複数の通信経路が中継されうる。このため、各通信経路の輻輳を回避すべく、各ノードではＱoＳ制御と呼ばれる制御が行われている。

ＱoＳ（Quality of Service）とは、通信サービスの品質を定量的に表現する指標であり、具体的には、通信の帯域、パケットの遅延時間やジッタの量、パケットの損失率等の総称である。また、ＱoＳ制御とは、所望のＱoＳを実現するためにノードで行われる処理であり、従来から種々のＱoＳ制御方法が提案されている。

動画や音声のような連続的でリアルタイム性が要求されるデータを送信する場合には、ＱoＳのうち特に通信帯域の確保が重要になる。送信すべきデータの帯域よりも狭い帯域のノードが通信経路上に存在すると通信データの一部が途切れてしまい、連続的なデータ通信がリアルタイムで送信できなくなってしまう。このような事態を回避するため、必要な帯域を通信系路上の各ノード（ルータ）に対して予約する方法が考えられている。

例えば、ＲＳＶＰ（ReSerVation Protocol）と呼ばれる、受信者主導型で帯域予約を行うプロトコルがある。受信者（送信先）の下流から送信元の上流に向かって、必要な帯域予約を各ノードに対して順次行っていくプロトコルである。

しかしながら、帯域予約を行おうとしても、そもそも必要な帯域が通信経路状の各ノードで実現可能であるか否かが定かではない。特に、無線アドホックネットワークでは、通信経路は流動的であり、また不安定でもある。即ち、ＱoＳの低いノードとＱoＳの高いノードが混在し、かつこれらのノードのＱoＳの状態が変化するネットワークである。

このため、無線アドホックネットワークでは、所要の帯域等のＱoＳを満たす通信経路を、送信元から送信先までの間に複数存在しうる通信経路の中から見つけ出すことが重要となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、無線アドホックネットワークにおいて、所要のＱoＳを満足する通信経路を効率良く見つけ出すことができる通信システム、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、本発明に係る通信システムは、請求項１に記載したように、無線アドホックネットワークを構成する通信システムにおいて、送信端末と、前記送信端末から送信されるデータを受信する受信端末と、前記送信端末と前記受信端末との間に設けられ、１以上の通信経路の中継を夫々行う複数の無線ノードと、前記複数の無線ノードの夫々の通信状況をモニタし、所定の通信品質を満たす前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定する通信経路制御装置と、を備えたことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る通信方法は、請求項９に記載したように、送信端末、受信端末、及び前記送信端末と前記受信端末との間に設けられ、１以上の通信経路の中継を夫々行う複数の無線ノードを有する無線アドホックネットワークの通信方法おいて、（ａ）前記複数の無線ノードの夫々の通信状況をモニタし、所定の通信品質を満たす前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定し、（ｂ）決定された前記通信経路上の無線ノードを介して前記送信端末と前記受信端末との間の通信を行う、ステップを備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信システム、及び通信方法によれば、無線アドホックネットワークにおいて、所要のＱoＳを満足する通信経路を効率良く見つけ出すことができる。

本発明に係る通信システム、及び通信方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。

（１）構成
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システム１のシステム構成例を示す図である。通信システム１は、送信端末Ｓ１、受信端末Ｌ１、Ｌ２，及び送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１、Ｌ２の間の通信を中継する複数の無線ノードＮ１〜Ｎ１６、及び通信経路制御装置としてのデスパッチャＤを有している。

図１では、１６個の無線ノードＮ１〜Ｎ１６を例示しているが、無線ノードＮ（以下、無線ノードの総称として単に無線ノードＮと表記するものとする）の数は特に限定するものではない。各無線ノードＮは無線アドホックネットワークを構成するノードであり、ルータの機能を有している。

送信端末Ｓ１は無線通信可能な端末であり、例えばストリームデータ等をマルチキャスト送信するサーバである。また、受信端末Ｌ１、Ｌ２も無線通信可能な端末であり、例えばマルチキャストグループのメンバーとして送信端末Ｓ１からのデータを受信する受信者である。なお、マルチキャストグループのメンバーの数も図１に例示した２に限定するものではない。また、以下の説明では、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１に向けてマルチキャスト通信を行う場合を例として説明するが、本発明の要旨はマルチキャスト通信に限定するものではなく、より広く行われているユニキャスト通信にも適用できるものである。

デスパッチャＤは、データ送信サーバである送信端末Ｓ１を制御する他、各無線ノードＮから通信状況に関する情報を吸い上げ、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１へ至る通信経路Ｐ１を形成するために重要な役割を果たす。

通常、ユニキャスト通信やマルチキャスト通信では、各ノード(ルータ)は通信可能な隣接するノード(ルータ)とお互いの通信状況をやり取りし、経路を徐々に形成してネットワークを構築している。このようにして形成された通信経路は、通信可能性（通信ができること）は保証されるものの、必ずしもその通信経路のＱoＳ（通信品質）までを保証するものではない。

通信するデータの内容によってはＱoＳの確保が重要になる場合がある。特に動画や音声のようなリアルタイム性が要求されるデータを通信、或いは配信する場合にはＱoＳの確保は非常に重要である。また、マルチキャスト通信では動画データや音声データの配信が行われる場合が多い。

デスパッチャＤは、通信経路の形成にあたって、単に通信可能性を保証するだけでなく、所望のＱoＳを確保できる通信経路を形成するように動作する。デスパッチャＤの詳細動作については後述する。

なお、図１では１つのデスパッチャＤを例示しているが、複数のデスパッチャＤを無線ノードＮの間に配置する構成としても良い。この場合、複数のデスパッチャＤに階層的な上下関係を構築し、最終的に１つの主デスパッチャＤに情報を集約させると共にこの主デスパッチャＤから下部の複数のデスパッチャＤに対して指示する構成としても良い。

他方、無線アドホックネットワークにおいては、各ノードは無線によって通信を行うため容易に移動することができる。このため、有線通信のように配線の物理的な制約を受けることがなく、各ノードは配置上の制約を受けることが比較的少ない。その反面、移動が自由に行われるがゆえに各ノード間の接続が不安定となりがちである。例えば、あるノードが移動によって電波障害物の陰に入ったような場合にはそのノードとの接続が急に不安定になり、場合によっては接続ができなくなる。

このように通信中に一部のノードが接続不可となった場合、通信可能なノードを探し出し新たな通信経路を形成する必要がある。また、受信端末Ｌ１が通信を一旦中断しその後通信を再開しようとした場合に、中断期間中に通信経路上のいずれかのノードが接続不可となったときは過去の通信経路は使用できないため、同様に新たな通信経路を形成する必要がある。

このような場合にも、デスパッチャＤは所望のＱoＳを確保できる通信経路を形成するように動作する。

（２）通信経路形成方法（新たに通信経路を形成する場合）
次に、本実施形態に係る通信方法について、特にデスパッチャＤが主体として行う通信経路形成方法について説明する。

受信端末Ｌ１は、マルチキャストデータを受信しようとするとき、デスパッチャＤに対してマルチキャストグループへの参加を通知する。デスパッチャＤはこの通知を受けて、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１に向けて、ＱoＳの確保が可能な通信経路を形成する。

図２は、ＱoＳを確保できる通信経路を新たに形成する手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１にて、通常用いられているユニキャストルーティングプロトコルを利用して初期経路Ｐ０を形成する。図３は、この初期経路Ｐ０を例示する図であり、例えば、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１へ最短経路で初期経路Ｐ０が形成される。ユニキャストルーティングプロトコルとしては、例えば、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）やＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）等の既存技術を利用することができる。ここで形成される初期経路Ｐ０は、現在の接続可能性のみが考慮された経路であり、ＱoＳの確保可能性までが保証されたものではない。初期経路Ｐ０の形成は、既存のユニキャストルーティングプロトコルを利用して各無線ノードＮが自律的に形成することができる。

ステップＳＴ２以降の手順は、デスパッチャＤがＱoＳの確保可能性を考慮して経路形成を行っていく手順である。また、図４乃至図６は、デスパッチャＤがＱoＳが確保可能な経路（以下、単にＱoＳ経路という）を形成していく様子を例示する図である。

まず、ステップＳＴ２で、現在の経路上の確定ノードから通信可能なノードを初期経路上のノードを優先して選択する。この段階での現在の経路は初期経路Ｐ０である。また、ＱoＳの確保可能な無線ノードＮの確定は上流（送信端末Ｓ１側）から下流（受信端末Ｌ１側)に向けて順次行うため、この段階での確定ノードは、送信端末Ｓ１に最も近接した無線ノードＮ１となる。デスパッチャＤは、現在の確定ノードである無線ノードＮ１から通信可能なノードを初期経路上のノードを優先して選択する。

デスパッチャＤは各無線ノードＮの夫々が通信可能な無線ノードＮに関する情報を、各無線ノードＮから常時、或いは定期的にモニタしている。例えば、図４の例では、無線ノードＮ１と通信可能なノードは、無線ノードＮ２、Ｎ５、及びＮ６であることをデスパッチャＤは認識している。このうち、初期経路Ｐ０上の無線ノードＮ６が優先的に候補として最初に選択される。

次のステップＳＴ３〜ステップＳＴ５は、選択した無線ノードＮ、この場合無線ノードＮ６が所定のＱoＳを満たしているか否かをデスパッチャＤで判定する手順である。

デスパッチャＤは、各無線ノードＮの現在の通信状況もモニタしており、この通信状況から各無線ノードＮが所定のＱoＳを満たしているか否かを判定することができる。

ＱoＳの種類や数は特に限定するものではないが、動画や音声等のリアルタイムデータを無線で通信するという観点からは、少なくともＭＴＵ（Maximum Transfer Unit）、余裕帯域、及び接続経過時間をＱoＳとすることが好適である。

ＭＴＵは、一度に送信できるデータの最大パケットサイズである。

余裕帯域は、無線ノードＮの最大帯域から現在既に使用している帯域を除いた帯域である。動画等のリアルタイムデータの通信を行う場合、通信経路上のノードに対して必要な帯域の予約を行う（これを帯域予約という）が、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１に向けてこれから送信しようとするデータの帯域（必要帯域）より余裕帯域が小さいと、そもそも帯域予約ができなくなり安定な通信ができない。その意味で各無線ノードＮの余裕帯域はＱoＳとして重要である。

また、各ノードの接続経過時間をＱoＳとすることは、本実施形態のように各ノードが無線による通信を行う場合に特に意味がある。無線ノードＮは容易に移動ができるため、電波環境等の変化によって接続が停止する可能性が十分ある。接続経過時間が長い無線ノードＮは、一定の場所に長時間固定されているノードであり安定した通信が可能であると推定できる一方、接続経過時間が短い無線ノードＮは、頻繁に移動している可能性が高く安定な通信が得られにくいと推定できる。つまり、接続経過時間を無線ノードＮの安定性の指標とすることができる。このため、接続経過時間をＱoＳの１つとしている。

ステップＳＴ３からステップＳＴ５にて３つのＱoＳ（ＭＴＵ、余裕帯域、接続経過時間）が要求値を満たすか否かを順次判定し、１つでも要求値を満たさない場合にはステップＳＴ６へ進む。

ステップＳＴ６では、判定する無線ノードＮを無線ノードＮ６から他の通信可能な無線ノードＮ、今の例では無線ノードＮ２又はＮ５に変更し、変更した無線ノードＮに対してステップＳＴ３からステップＳＴ５の判定を再度行う。

図４の例では、無線ノードＮ２が所定のＱoＳ要求値を満たす無線ノードＮであると判定されたため、無線ノードＮ２を確定ノードとする。なお、確定したノード間の経路は太い実線（ＱoＳ経路）で示している。

ステップＳＴ７では、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１までのノードが総て確定されたか否かの判定を行う。今の場合、無線ノードＮ２までしか確定されていないため、ステップＳＴ２に戻る。ステップＳＴ２では、確定された無線ノードＮ２と通信可能ノードを初期経路上のノードを優先して選択する。この場合無線ノードＮ６がまず選択される。

無線ノードＮ６がＱoＳの要求値を満たしている場合は、無線ノードＮ６が確定ノードとなる。以下、同様にして確定ノードを順次下流方向にむけて決定していく。

図５は、無線ノードＮ１４までの経路が確定した状態を示しており、ノードの確定手順はさらに継続する。

図６は、最終的に決定された送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１までの無線ノードＮ（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ６、Ｎ１０、Ｎ１４、Ｎ１５、Ｎ１６）とその間を結ぶＱoＳ経路を示している。

確定されたＱoＳ経路上の各無線ノードＮの情報はデスパッチャＤが保有している。デスパッチャＤは、ノード確定後、ＱoＳ経路上の各無線ノードＮに対して、宛先（受信端末Ｌ１）と直接送信対象となる無線ノードＮを通信方向として通知する。例えば、無線ノードＮ１に対しては、宛先は受信端末Ｌ１であり、通信方向は無線ノードＮ２であることを通知する。また、無線ノードＮ２に対しては、宛先は受信端末Ｌ１であり、通信方向は無線ノードＮ６であることを通知する。ＱoＳ経路上の各無線ノードＮは、デスパッチャＤから通知されたこの情報に基づいて、宛先（受信端末Ｌ１）に向けたデータについては通知された通信方向の無線ノードＮに送信する。

ＱoＳ経路上の各無線ノードＮは、必要な帯域が確保可能であることが保証されたノードである。従って、既存の帯域予約プロトコルを用いて各無線ノードＮに対して帯域予約を行なえば、確実に必要な帯域を確保することができる。

図７は、ＲＳＶＰ（ReSource reserVation Protocol）と呼ばれる帯域予約プロトコルの動作概念を示す図である。ＲＳＶＰは、通信を行う端点の間で帯域の予約を事前に行うプロトコルである。帯域予約は送信アドレス／ポート番号と、受信アドレス／ポート番号の組合せで管理されている。

まず、送信元（送信端末Ｓ１）から、下流（受信端末Ｌ１の方向）に向けて経路上のルータ（無線ノードＮ）にPathメッセージを送信する。ルータは有効なPathメッセージを受け取ると、その送信元についての経路ステータスを更新する。ルータ（無線ノードＮ）はPathメッセージが受信者（受信端末Ｌ１）に届くまで経路表に従ってPathメッセージを転送する。

Pathメッセージを受信した受信者（受信端末Ｌ１）は、Pathメッセージが来た逆順の経路をたどって送信元（送信端末Ｓ１）に各ルータ（無線ノードＮ）を経由してRecvメッセージを送信する。このRecvメッセージには予約帯域の情報が含まれており、Recvメッセージを中継する各ルータ（無線ノードＮ）はRecvメッセージに含まれる予約帯域の情報に基づいて帯域予約を行う。

このようにして必要帯域の予約が完了とすると送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１に対してＱoＳが確保された安定な通信が可能となる。送信端末Ｓ１からマルチキャスト通信を行う場合には、送信端末Ｓ１からマルチキャストアドレス（例えば、ＩＰｖ４の場合には、224.0.0.1から239.255.255.255までのＩＰアドレス、ＩＰｖ６の場合には、FFで始まるＩＰアドレス）をもつ受信端末Ｌ１を宛先としてデータを送信する。

（３）通信の中断及び通信経路の再形成
受信端末Ｌ１が通信を中断、或いは停止する場合（マルチキャストグループから離脱する場合）には、終了報告を受信端末Ｌ１に最も近い無線ノードＮに送信する一方、デスパッチャＤに対しても同様の終了報告を送信する。デスパッチャＤは、受信端末Ｌ１からの終了報告を受信すると、通信経路上の各無線ノードＮに対して受信端末Ｌ１の通信終了を通知する。この通知により、各無線ノードＮは自分の経路表から受信端末Ｌ１を直ちに削除する。

デスパッチャＤが存在しない通常のケースでは、受信端末Ｌ１に近い無線ノードＮから上流に向けて徐々に受信端末Ｌ１の終了報告が伝播していくため、総ての無線ノードＮの経路表から受信端末Ｌ１が削除されるのに時間を要す。このため、受信端末Ｌ１に向けて無駄なパケットがしばらく配信されることになる。

これに対して、本実施形態では、デスパッチャＤが受信端末Ｌ１の終了報告を総ての無線ノードＮに対して同時に通知するため、総ての無線ノードＮの経路表から即座に受信端末Ｌ１が削除され、無駄なパケットが配信されることを防ぐことができる。

受信端末Ｌ１が、中断した通信を再開する場合（離脱したマルチキャストグループに再度参加する場合）、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１へのＱoＳ経路を再形成する必要がある。無線ノードＮは移動可能であり、中断期間中に過去のＱoＳ経路上のいずれかの無線ノードＮが移動して接続不可となっている可能性があるためである。

但し、この場合、全く新規に通信経路を形成するよりも過去に形成したＱoＳ経路を可能な限り有効活用した方が短時間でＱoＳ経路が構築される可能性が高い。本実施形態ではこの考えに基づいてＱoＳ経路の再形成を行っている。

図８は、デスパッチャＤがＱoＳ経路の再形成を行う場合の手順の一例を示すフローチャートである。受信端末Ｌ１から通信再開の要求を受けると、デスパッチャＤは送信端末Ｓ１と受信端末Ｌ１との間の過去のＱoＳ経路Ｐ０’を初期経路として形成する（ステップＳＴ１１）。デスパッチャＤは過去のＱoＳ経路を記憶しており、送信端末Ｓ１と受信端末Ｌ１との組み合わせからこれらの間に過去にＱoＳ経路が存在していたことを検出し、この過去のＱoＳ経路（図９に破線で示した経路）を初期経路とする。

新たなＱoＳ経路を形成する場合には、図２に示したようにユニキャストルーティングによって形成した経路を初期経路としたが、ＱoＳ経路の再形成手順では、初期経路として過去のＱoＳ経路を利用する点が異なっている。これ以外の手順（図８のステップＳＴ１２以降の手順）は、基本的には図２のステップＳＴ２以降の手順と同じものである。

即ち、図１０に示したように、まず無線ノードＮ１と通信可能なノードが所定のＱoＳの要求を満足しているか否かを判定し、満足している場合はその無線ノードＮを無線ノードＮ１の次のノードとして確定していく。この場合、過去のＱoＳ経路上のノードである無線ノードＮ２が優先的に最初に判定される。

中断前の無線ノードＮ２の通信状況（通信の輻輳状態や無線ノードＮ２の設置場所）と現在の通信状況とが大きく変化していない限り、無線ノードＮ２が所定のＱoＳを満足するはずである。従って、この無線ノードＮ２が確定される可能性は高く、無線ノードＮ２を最初に判定することによりＱoＳ経路検索に要する時間が短縮される。

もっとも、中断期間中に無線ノードＮが移動し、或いは無線ノードＮの他のトラフィックが大きく増大した場合には、過去のＱoＳ経路上の無線ノードＮであっても所定のＱoＳが確保できない場合も生じ得る。

図１１は、このような場合の経路形成の様子を例示する図である。無線ノードＮ６が確定された後、次の無線ノードＮを確定しようとする場合、まず、過去のＱoＳ経路上にある無線ノードＮ１０が判定される。しかしながら、中断期間中に無線ノードＮ１０の通信状況が変化し、現在では所定のＱoＳ要求値を満たさなくなったと判定された場合には、他の無線ノードＮを候補として判定していく。図１１の例では無線ノードＮ９がＱoＳ要求値を満たすと判定され、無線ノードＮ９が確定される。

無線ノードＮ９の確定後も同様にして下流側の無線ノードＮの確定が進められ、最終的には図１２に示すように所定のＱoＳを満足するＱoＳ経路が再形成される。

（４）同じ受信端末が新たな送信端末と通信する場合の通信経路形成方法
送信端末Ｓ１が、例えば動画等のマルチメディアデータをマルチキャスト通信によって受信端末Ｌ１に配信しており、他の送信端末Ｓ２が連続するマルチメディアデータを続いてマルチキャスト通信によって受信端末Ｌ１に配信する場合がある。

例えば次のような場合である。まず、受信端末Ｌ１がデスパッチャＤに対して送信端末Ｓ１からのデータ受信（例えば、マルチメディアデータの配信）を要求し、デスパッチャＤはこの要求に応じてＱoＳ経路を形成する。形成されたＱoＳ経路を用いて送信端末Ｓ１と受信端末Ｌ１との間で通信（マルチキャスト通信）が行われる。その後、受信端末Ｌ１は送信端末Ｓ１に換えて別の送信端末Ｓ２から同種のデータの受信（例えば、同種のマルチメディアデータの配信）を希望し、デスパッチャＤに対して送信端末Ｓ２からのデータ受信を要求する。要求を受けたデスパッチャＤは、送信端末Ｓ２と受信端末Ｌ１との間に新たなＱoＳ経路を形成しようとする。

このような場合、送信端末Ｓ２と受信端末Ｌ１との間で全く新規の経路を独立に形成するよりも、既に実績のある送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１へ至るＱoＳ経路を可能な限り活用した方が有利である。送信端末Ｓ１と送信端末Ｓ２とでは同種のデータを送信しており、各無線ノードＮに要求されるＱoＳも同程度であると考えられるからである。

図１３は、このような場合におけるデスパッチャＤのＱoＳ経路形成の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ２１において、デスパッチャＤは過去のＱoＳ経路及びその経路に最も少ないホップ数で達する経路を初期経路として形成する。この初期経路形成の過程を図１４及び図１５を用いて説明する。

図１４に示したように、ここでの過去のＱoＳ経路とは、送信端末Ｓ１から受信端末Ｌ１へ至るＱoＳ経路のことである。送信端末Ｓ２から、この過去のＱoＳ経路に達する経路としては、無線ノードＮ４から無線ノードＮ３を経由して無線ノードＮ２に達する経路と、無線ノードＮ４から無線ノードＮ８、Ｎ１２を経由して無線ノードＮ１６に達する経路がある。前者のホップ数は２であり、後者のホップ数は３であるため前者の経路が選択される。なお、最も少ないホップ数の経路が複数ある場合には、他の選択基準、例えば最短の距離等を用いて１つの経路に絞り込む。

結局、初期経路としては、図１５に示したように、送信端末Ｓ２から無線ノードＮ４、Ｎ３を経て無線ノードＮ２に達し、その後過去のＱoＳ経路としての無線ノードＮ２から無線ノードＮ１６へ向かう経路となる。

初期経路が決定されると、それ以降の手順は図２或いは図８の手順と同様の手順となる。即ち、送信端末Ｓ２に最も近接した無線ノードＮ４から順次各無線ノードＮが所定のＱoＳの要求値を満足しているか否かを判定し、満足している無線ノードＮを確定していく手順である。この場合にも最初に判定される無線ノードＮは、初期経路上の無線ノードＮとなる。

図１６、図１７、及び図１８は無線ノードＮが順次確定されていく様子を例示する図である。本例では、無線ノードＮ３の次に無線ノードＮ６が確定される。無線ノードＮ６は過去のＱoＳ経路上のノードであり、直前までＱoＳが確保されていた経路である。従って、短時間の間にトラフィックの輻輳が突然発生した等の特段の事情が無い限り、これ以降はあらためてＱoＳを判定する必要は無く、この時点で送信端末Ｓ２から受信端末Ｌ１へ至るＱoＳ経路が形成されたことになる。図１９は、送信端末Ｓ２から受信端末Ｌ１へ至る最終的なＱoＳ経路を示す図である。

図２０は、上述した経路形成方法の適用例を示す図である。図２０では、複数の送信サーバ（送信端末Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）がマルチキャスト通信を行っており、各送信サーバがインターネット放送をそれぞれタイムシフト送信している例を示している。

現在のインターネット放送を送信端末Ｓ１がマルチキャストアドレスFF0E::91で放送しており、送信端末Ｓ２はその内容よりも時間的に進んだ内容をマルチキャストアドレスFF0E::90で放送し、送信端末Ｓ３は、時間的に遅れた内容をマルチキャストアドレスFF0E::92で放送している例を示している。

マルチキャストアドレスをFF0E::91からFF0E::90やFF0E::92に切換えるだけで、あたかもＤＶＤのチャプタを切換えるように１つのマルチキャストデータをタイムシフトすることが可能となる。

また、従来のインターネット放送では、送信端末Ｓ１と受信端末Ｌ１との間の通信でパケット抜け等が発生し聞き逃しが生じた場合、聞き逃した内容を取り戻すことは通常できなかった。これに対して、図２０に示した構成とすれば、受信端末Ｌ１がマルチキャストアドレスをFF0E::91からFF0E::92に切換えるだけで聞き逃した過去の放送内容を受信することができる。

また、タイムシフトの実現や聞き逃し防止として、過去に受信したデータを一旦受信端末Ｌ１等のメモリの保存する形態がとられることがある。上記のタイムシフトマルチキャストの形態であればこれらのメモリは不要であり、大容量のメモリを保有できない携帯電話やＰＤＡにおいてもタイムシフト再生や聞き逃しの防止が可能となる。

このようなタイムシフト／マルチキャストシステムを実現する上において、複数の送信端末に対しても短時間で効率良くＱoＳ経路を形成することができる本実施形態の効果が大いに発揮される。

他の適用例として、トランシーバによる音声同報通信等も考えられる。トランシーバ等による音声データの通信において、複数の人間がマルチキャストデータを送信するような場合である。チームの作戦行動中に、ある操作者Ａの指示を受けてさらに別の操作者Ｂが追加の指示を出すような場合、それぞれ別の経路によって信頼性を実現しようとしても、不安定な無線アドホックネットワークにおいては通信が成功しない場合もありうる。こういった状況においては、なるべく同じ安定したＱoＳをもって通信することが望ましい。上述した実施形態では、送信端末が異なる場合であってもＱoＳ経路の共有化が可能であり、安定した通信の実現が容易となる。このため、全体としては不安定なアドホックネットワークであっても、その中からＱoＳが確保された経路を見つけ出し、かつ、この経路を複数の送信端末が共有することにより、安定な通信が可能となる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る通信システム１及び通信方法によれば、無線アドホックネットワークにおいて、所要のＱoＳを満足する通信経路を効率良く見つけ出すことができるとともに、中断後に再開される通信や新たな送信端末との通信の通信経路も、既に形成されたＱoＳ経路を有効活用することで効率良く見つけ出すことができる。

なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図。 新たなＱoＳ経路を形成する場合の経路形成手順の一例を示すフローチャート。 新たなＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第１の図。 新たなＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第２の図。 新たなＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第３の図。 新たなＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第４の図。 ＲＳＶＰを用いたＱoＳ予約の概念を示す図。 通信再開時にＱoＳ経路を再形成する場合の経路形成手順の一例を示すフローチャート。 通信再開時にＱoＳ経路を再形成する場合の経路形成過程を説明する第１の図。 通信再開時にＱoＳ経路を再形成する場合の経路形成過程を説明する第２の図。 通信再開時にＱoＳ経路を再形成する場合の経路形成過程を説明する第３の図。 通信再開時にＱoＳ経路を再形成する場合の経路形成過程を説明する第４の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成手順の一例を示すフローチャート。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第１の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第２の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第３の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第４の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第５の図。 他の送信端末との間に同種のＱoＳ経路を形成する場合の経路形成過程を説明する第６の図。 複数の送信端末を用いてタイムシフトマルチキャスト送信をする様子を示す図。

符号の説明

１ 通信システム
Ｄ デスパッチャ（通信経路制御装置）
Ｓ１、Ｓ２ 送信端末
Ｌ１、Ｌ２ 受信端末
Ｎ 無線ノード

Claims (16)

1. 無線アドホックネットワークを構成する通信システムにおいて、
   送信端末と、
   前記送信端末から送信されるデータを受信する受信端末と、
   前記送信端末と前記受信端末との間に設けられ、１以上の通信経路の中継を夫々行う複数の無線ノードと、
   前記複数の無線ノードの夫々の通信状況をモニタし、所定の通信品質を満たす前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定する通信経路制御装置と、
   を備えたことを特徴とする通信システム。
2. 前記通信経路制御装置は、
   ある無線ノードと通信可能な複数の無線ノードの中から、所定の通信品質を満たす無線ノードを選択し、これを前記送信端末に近接する無線ノードから前記受信端末に近接する無線ノードまで順次繰り返すことで前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
   通信経路制御装置と、
3. 前記通信品質は、各無線ノードの最大通信帯域から既に使用中の通信帯域を除いた余裕帯域及び各無線ノードにおける通信の継続時間を含む通信品質である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記送信端末から前記受信端末への通信は、マルチキャスト通信で行われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記受信端末は、
   マルチキャストグループから離脱するときには、前記受信端末と直接接続されている前記無線ノードに離脱を通知すると共に前記通信経路制御装置にも離脱を通知し、
   前記通信経路制御装置は、
   前記受信端末の離脱を前記送信端末から前記受信端末の間に形成されている前記通信経路の他の無線ノードにも通知する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記通信経路制御装置は、
   前記所定の通信品質を満たす通信経路にて前記送信端末と前記受信端末との間で通信が行われた後にその通信が中断され、その後前記送信端末と前記受信端末との間で通信を再開する場合には、
   中断前の通信系路を基準として通信経路を形成し、前記中断前の通信経路にある無線ノードが前記所定の通信品質を満たさない場合には、その周囲の無線ノードの中から、前記所定の通信品質を満たす無線ノードを選択して再開後の通信経路を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
7. 前記通信経路制御装置は、
   前記所定の通信品質を満たす通信経路にて前記送信端末と前記受信端末との間で第１の通信が行われ、その後前記受信端末から、第２の送信端末との間の通信であって前記第１の通信と実質的に同じ通信品質を満たす第２の通信の要求があった場合には、
   前記第２の送信端末から前記受信端末に至る第２の通信の通信経路を、前記第１の通信が行われた通信経路を利用して決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
8. 前記送信端末および前記第２の送信端末は、ストリームデータを所定のタイムシフトをもってそれぞれマルチキャスト通信で配信するサーバである、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 送信端末、受信端末、及び前記送信端末と前記受信端末との間に設けられ、１以上の通信経路の中継を夫々行う複数の無線ノードを有する無線アドホックネットワークの通信方法おいて、
   （ａ）前記複数の無線ノードの夫々の通信状況をモニタし、所定の通信品質を満たす前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定し、
   （ｂ）決定された前記通信経路上の無線ノードを介して前記送信端末と前記受信端末との間の通信を行う、
   ステップを備えたことを特徴とする通信方法。
10. ステップ（ａ）とステップ（ｂ）の間に、
    前記所定の通信品質に含まれる通信帯域の予約を、前記受信端末から前記通信経路上の各無線ノードに対して行うステップ、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。
11. ステップ（ａ）では、
    ある無線ノードと通信可能な複数の無線ノードの中から、所定の通信品質を満たす無線ノードを選択し、これを前記送信端末に近接する無線ノードから前記受信端末に近接する無線ノードまで順次繰り返すことで前記送信端末から前記受信端末までの通信経路を決定する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。
    通信経路制御装置と、
12. 前記通信品質は、各無線ノードの最大通信帯域から既に使用中の通信帯域を除いた余裕帯域及び各無線ノードにおける通信の継続時間を含む通信品質である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。
13. 前記送信端末から前記受信端末への通信は、マルチキャスト通信で行われる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。
14. マルチキャストグループから離脱するときには、前記受信端末と直接接続されている前記無線ノードに離脱を通知すると共に、前記送信端末から前記受信端末の間に形成されている前記通信経路の他の無線ノードにも通知する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の通信方法。
15. 前記所定の通信品質を満たす通信経路にて前記送信端末と前記受信端末との間で通信が行われた後にその通信が中断され、その後前記送信端末と前記受信端末との間で通信を再開する場合には、
    中断前の通信系路を基準として通信経路を形成し、前記中断前の通信経路にある無線ノードが前記所定の通信品質を満たさない場合には、その周囲の無線ノードの中から、前記所定の通信品質を満たす無線ノードを選択して通信再開時の通信経路を決定する、
    ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。
16. 前記所定の通信品質を満たす通信経路にて前記送信端末と前記受信端末との間で第１の通信が行われ、その後前記受信端末から、第２の送信端末との間の通信であって前記第１の通信と実質的に同じ通信品質を満たす第２の通信の要求があった場合には、
    前記第２の送信端末から前記受信端末に至る第２の通信の通信経路を、前記第１の通信が行われた通信経路を利用して決定する、
    ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の通信方法。

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