JP2010068191A - ネットワークコーディングを利用したｄｔｎデータ転送方法、該方法を実行する固定局、及び該固定局と移動端末を含むシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＴＮのような送達確認が困難でノード間の転送が不確かなネットワークにおいて、コピー配布の重複による中継移動端末及び中継固定局の記憶媒体の占有を低減する。
【解決手段】固定局と、固定局間を往来する移動端末とで構成され、固定局及び移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うネットワークにおける固定局において、固定局は、Ｎ個のデータを符号化関数によりｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化する手段と、符号化されたデータを前記移動端末に転送する手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークコーディング（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｉｎｇ）とＤｅｌａｙ Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ（以下、ＤＴＮ）を利用したメッセージ転送効率化技術に関する。

携帯電話ネットワークや、無線ＬＡＮ等の既存の広域無線網が利用できない環境下において、ＤＴＮ技術を使った通信手段がある。

二つの端末が通信可能な状況時に、互いの記憶媒体に保持されたデータを交換し、記憶媒体に保存する（Ｓｔｏｒｅ）。データを受け取った端末は新たに他の端末と接続した際に同様の手順でデータ転送を行う（Ｆｏｒｗａｒｄ）。ＤＴＮでは、このＳｔｏｒｅ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄの繰り返しによりデータを宛先まで送信する。このとき、送信元端末−宛先端末間でのデータ転送においてデータを一時的に保持する端末を中継端末と呼ぶ。

ＤＴＮではＩＰネットワークと異なり送信元から宛先までの経路が確立されないため、データが中継端末によって宛先又は他の中継端末へ転送されたか確認することや、宛先までの転送時間を把握、制御することが困難となる。このような不確かな通信環境において、ＤＴＮではデータ到達率の向上や、転送時間の短縮のために、１つのデータ（或いはデータパケット）について複数の端末にコピーを配布する手法がとられる。

しかし、本手法の課題として、無差別なコピー配布では、中継端末の記憶媒体が不必要に占有されるため、その記憶容量に制限がある場合、他のデータの転送（コピー）の妨げになり、結果的にデータ到達率の低下や転送時間の増加に繋がる。

特許文献１では、近距離無線、及びストレージを備えた複数の固定局（以下、ＳＴ）と、１つ以上の固定局間を往来する複数の移動端末（以下、ＭＴ）で構成されるＤＴＮにおいて、固定局は移動端末との接続時に、当該移動端末の接続履歴を見てコピーするメッセージを選択することにより、不要なコピーによる移動端末及び固定局の記憶媒体の占有を抑えることで、ＤＴＮでのデータ転送の効率化を実現している。

さらに非特許文献１では、特許文献１の拡張として、データの宛先が移動端末の場合でも効率的なデータ転送を実現するために、移動端末の位置管理方式を提案している。本方式では固定局は移動端末との接続履歴を基に位置管理テーブルを作成し、これを移動端末によって周辺の固定局へ配信することで、固定局間で同テーブルを共有する。固定局はこの位置管理テーブルを利用することで、データの宛先移動端末が接続する可能性の高い固定局を転送先とすることでデータ転送を実現している。

一方、特許文献２では、Ｐ２Ｐオーバレイネットワーク上でのデジタルコンテンツ配信において、ネットワークコーディング技術を利用して、転送途中でのデータロスや中継ノード消失に対する堅牢性を高めている。

特開２００８−１６９９０号公報 特開２００６−３１６９３号公報 "端末の物理移動を利用したメッセージ交換方式の検証"南川，森川，太田，西山，ＩＰＳＪ全国大会（第６９回）予稿集（２００７）

特許文献１及び非特許文献１によるデータ転送手法においても、送信元固定局にとっては、中継移動端末及び中継固定局への転送状況を把握、制御することができない不確かな通信環境であるため、各データの宛先或いは転送先固定局と接続履歴を持つ移動端末が接続する度に、該当データを何度もコピーすることになり、宛先、又は中継固定局へ重複して同じデータを配布する状況となる。

特許文献２はＰ２Ｐネットワーク上でのコンテンツシェアリングを対象としており、コンテンツを全ノードに配布することが主目的となっているため、中継端末の記憶容量に制限のあるＤＴＮ環境でのデータ配信にはそのまま適応できない。

さらに、特許文献２は１つのコンテンツデータをＮ個のブロックに分割し、更に符号化冗長化させて（Ｎ＋ｎ）個のブロックとして、それぞれ別々のノードに配信するため、受信側ではＮ個のデータを受信しなければ、コンテンツを復号化することができないようになり、データ転送時間を短縮することができない。

したがって、本発明は、固定局にネットワークコーディング技術を応用した機能を追加することで、コピー配布の重複による中継移動端末及び中継固定局の記憶媒体の占有を低減するＤＴＮデータ転送方法、該方法を実行する固定局、及び該固定局と移動端末を含むシステムを提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による方法は、固定局と、該固定局間を往来する移動端末とで構成され、該固定局及び該移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うネットワークにおけるデータ転送方法において、前記固定局は、Ｎ個のデータを符号化関数により、ｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化するステップと、前記固定局は、前記符号化されたデータを前記移動端末に転送するステップとを含む。

また、前記固定局は、前記移動端末に転送したデータの履歴を保持する転送履歴データベースを備えており、前記固定局は、前記転送履歴データベースを参照することにより、符号化するＮ個のデータを選択する符号化候補データ選択ステップをさらに含むことも好ましい。

また、前記符号化候補データ選択ステップは、符号化するＮ個のデータを選択する際に、固定局に接続した移動端末の接続履歴も参照することも好ましい。

また、前記符号化関数は、符号化前のＮ個のデータおよび符号化されたｎ個のデータから抽出された任意のＮ個のデータから、符号化前のＮ個のデータを復号できるように符号化する関数であることも好ましい。

また、前記符号化関数は、Ｎ＝２およびｎ＝１としたとき、ＸＯＲ演算により２個のデータを１個のデータに符号化する関数であることも好ましい。

また、前記符号化されたデータを受信した際、復号に必要なデータを保持している場合、データを復号するデータ復号ステップをさらに備えていることも好ましい。

上記目的を実現するため本発明による固定局は、固定局と、該固定局間を往来する移動端末とで構成され、該固定局及び該移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うネットワークにおける固定局において、Ｎ個のデータを符号化関数によりｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化する手段と、前記符号化されたデータを前記移動端末に転送する手段とを備えている。

また、固定局は、前記移動端末に転送したデータの履歴を保持する転送履歴データベースと、前記転送履歴データベースを参照することにより、符号化するＮ個のデータを選択する符号化候補データ選択手段とをさらに備えていることも好ましい。

また、前記符号化候補データ選択手段は、符号化するＮ個のデータを選択する際に、固定局に接続した移動端末の接続履歴も参照することも好ましい。

上記目的を実現するため本発明によるデータ転送を行うシステムは、固定局および移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うシステムにおいて、Ｎ個のデータを符号化関数によりｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化する手段と前記符号化されたデータを前記移動端末に転送する手段とを備えている前記固定局と、該固定局間を往来する移動端末とで構成されている

本発明により、ＤＴＮのような送達確認が困難でノード間の転送が不確かなネットワークにおいて、既に固定局から送信済みのデータを、改めて別の端末に転送依頼する際には、サイズがＮ×Ｄのデータ群をｎ×Ｄに圧縮できることにより、容量に制限のある移動端末の記憶媒体の占有を抑えることができる。この結果、他のデータを中継端末によって転送することが可能となり、ネットワーク全体でのデータ到達率を向上させることが可能となるほか、転送遅延時間を低減することが期待される。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明における固定局及び移動端末の機能構成図である。固定局１は、転送履歴ＤＢ１１と、ネットワークコーディング部１２と、転送用データ蓄積部１３と、転送データ選択部１４と、テータ送受信部１５と、ネットワークコーディング復号部１６とを有する。これら機能構成部は、固定局に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムによっても実現できる。

転送履歴ＤＢ１１は、移動端末２へコピーしたデータの転送履歴である転送履歴テーブルを保持するデータベースである。

ネットワークコーディング部１２は、転送履歴管理機能と、符号化候補データ選択機能と、ネットワークコーディング機能を有する。各機能の詳細は以下のようになる。
（１）転送履歴管理機能
固定局１が接続した移動端末２へデータをコピーした際に、そのデータＩＤ、データサイズとそのコピーが配布される可能性のある固定局（転送先固定局ＩＤ）を含む転送履歴を自身の保持する転送履歴ＤＢ１１に追記記録する。
（２）符号化候補データ選択機能
固定局１が接続した移動端末２へコピーするデータを選択する際に、その移動端末２の接続履歴に含まれる固定局をキーとして、自身の転送履歴ＤＢ１１を検索し、配布可能性のある固定局（ＩＤ）が検索キーと同一の転送済データを抽出する。抽出されたデータから、予め設定された選択ポリシーに従って、Ｎ個（Ｎ≧２）のデータを１つの符号化候補データ群とし選択する。
（３）ネットワークコーディング機能
符号化候補データ選択機能で抽出された符号化候補データ群（Ｎ個のデータ）に対して、何らかの符号化関数に基づき、ｎ個（１≦ｎ＜Ｎ）のデータを生成し、データヘッダにコーディング情報（符号化元データ、及び符号化関数等に関する情報）を記載する。

この符号化関数は、符号化候補データ群と符号化されたデータの中から抽出された任意のＮ個のデータから、符号化候補データ群を復号できるような符号化を行う関数である。Ｎ＝３、ｎ＝２の場合、符号化関数は、符号化候補データ群｛Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３｝からデータ｛Ｂ_１、Ｂ_２｝を生成する。また、適切な復号方法により、データの集合｛Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ｂ_１、Ｂ_２｝から抽出した任意の３個のデータ、例えば、｛Ａ_１、Ｂ_１、Ｂ_２｝、｛Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_２｝等から符号化候補データ群｛Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３｝を復号できる。

なお、ＤＴＮ環境において、符号化関数が同一と事前に決められている場合は、符号化関数等に関する情報をヘッダに記載する必要はない。

このようにして生成されたデータは、固定局１が保持する他の未転送データと共に接続移動端末２へのコピー候補データとなる。最終的には移動端末２の記憶媒体の空き容量、および各コピー候補データの転送優先度に応じてコピーするか否かを判定する。

転送データ選択部１４は、移動端末２が接続した際、移動端末２にコピーするデータを選択する。例えば、移動端末２が接続履歴を有する場合はこの情報を用いて、コピーするデータを選択する。

データ送受信部１５は、転送データ選択部１４によって選択されたデータ及びネットワークコーディング機能により符号化されたデータを接続移動端末２に送信する。また、接続移動端末２からデータを受信する。受信されたデータは、転送用データ蓄積部１３に蓄積される。

ネットワークコーディング復号部１６は、ネットワークコーディングデータ復号化機能を有し、該機能の詳細は以下のようになる。
（４）ネットワークコーディングデータ復号化機能
データ送受信部１５からネットワークコーディングされたデータを受信した際に、そのデータヘッダを見て、復号化に必要なデータを持っている場合には復号化を行う。

移動端末２は、接続履歴蓄積部２１と、データ送受信部２２と、転送データ選択部２３と、転送用データ蓄積部２４を有する。これら機能構成部は、端末に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムによっても実現できる。

接続履歴蓄積部２１は、移動端末２が固定局１に接続する毎に、その固定局１のＩＤを記述した接続履歴情報を蓄積する。接続履歴情報は、データ送受信部２２によって、固定局１へ送信される。

データ送受信部２２は、接続した固定局１へデータを送信する。また、固定局１からデータを受信する。受信されたデータは、転送用データ蓄積部２４に蓄積される。

転送データ選択部２３は、固定局１と接続した際に転送するデータを選択する。例えば、その固定局１が、宛先固定局であるか、データの宛先端末と接続可能性の高い宛先固定局であるか、又はその宛先固定局に近いか否かにより選択する。

図２は、固定局に移動端末が接続したときの固定局内部での処理フローを示したものである。
（Ｓ１）固定局１に移動端末２が接続したとき、固定局１は移動端末２から接続履歴を受信する。
（Ｓ２）転送データ選択部１４は、移動端末２が接続した際、移動端末２にコピーするデータを選択する。
（Ｓ３）ネットワークコーディング部１２は、符号化候補データ選択機能により、Ｎ個（Ｎ≧２）のデータを１つの符号化候補データ群とし選択する。
（Ｓ４）ネットワークコーディング部１２は、ネットワークコーディング機能により、符号化候補データ群からｎ個（１≦ｎ＜Ｎ）のデータを生成する。
（Ｓ５）データ送受信部１５は、Ｓ２で選択したデータ及びＳ４で生成したデータを、移動端末２に転送（コピー）する。
（Ｓ６）ネットワークコーディング部１２は、転送履歴管理機能により転送履歴ＤＢ１１を更新する。

以上の処理の後、固定局は移動端末との接続を解除する。

次に、本実施形態でのＤＴＮによる転送を具体的に説明する。図３は、固定局と移動端末で構成されるＤＴＮ環境においてネットワークコーディングを利用した際のデータの転送状況を示したものである。また、図４は本実施形態における固定局Ｓ０の転送履歴、及び移動端末ＭＴ０３の接続履歴の例を示したものである。

固定局Ｓ０は、固定局ＳＡ１を宛先とするデータＡと、固定局ＳＢ１を宛先とするデータＢを保持している場合、特許文献１及び非特許文献１の方法に従えば、固定局Ｓ０は接続してきた移動端末ＭＴ０１がエリアＣ＿ａ内の何れかの固定局との接続履歴を持っている場合に、データＡを含む適切なデータ群をＭＴ０１にコピーする。このとき、固定局Ｓ０は、転送履歴管理機能によって、自身の保持する転送履歴ＤＢにデータＡ、転送先固定局ＩＤ（エリアＣ＿ａ内の全部或いは一部の固定局ＩＤ）、転送回数を記載する。

同様に固定局Ｓ０に接続してきた移動端末ＭＴ０２がエリアＣ＿ｂ内の何れかの固定局との接続履歴を持っている場合に、データＢを含む適切なデータ群をＭＴ０２へコピーし、同様に転送履歴ＤＢに記載する。

上記の状態において、新たに固定局Ｓ０に移動端末ＭＴ０３が接続したとする。この時、固定局Ｓ０は、図２のフローに従ってＭＴ０３へコピーするデータを選択する。具体的には、ＭＴ０３の接続履歴に固定局Ｓ１、Ｓ２、又はＳＢ１の何れかが含まれていた時、固定局Ｓ０の転送データ選択部は、
１）固定局Ｓ０からの転送回数が０回
２）宛先（固定局）がＳ０よりも、Ｓ１、Ｓ２又はＳＢ１に近い
の条件を満たすデータをＭＴ０３にコピーするデータとして選択する。ここで選択されたデータをＭＴ０３に渡しても、ＭＴ０３の記憶媒体にまだ空き容量がある時、固定局Ｓ０のネットワークコーディング部は、符号化候補データ選択機能によって、自身の転送履歴ＤＢから、過去転送回数が１回以上のデータをＭＴ０３へコピーするデータとして選択する。

Ｎ＝２であり、選択ポリシーが「データサイズが近い、転送回数が少ないデータを優先的に選択」となっている場合、固定局Ｓ０の転送履歴ＤＢでは図４に示す履歴が記述されているとすると、データＡ及びデータＢを含むデータ群がコーディング候補データ群の一つとして選択される。

固定局Ｓ０のネットワークコーディング部は、ネットワークコーディング機能においてデータＡとＢのＸＯＲ演算によって生成されるデータサイズ１００ｂｙｔｅのデータＡＢを生成する。また、このデータＡＢのヘッダには、元となったデータに関する情報（データＡ及びＢのＩＤ）とこれらをＸＯＲ演算してデータＡＢが生成された旨が記載される。

このデータＡＢを含む、同様にネットワークコーディングされた複数のデータを、固定局Ｓ０はＭＴ０３へコピーする。

ＭＴ０３との接続が終了した後、ＭＴ０３へコピーしたデータに関して、固定局Ｓ０は自身が保持する転送履歴ＤＢを更新する。例えば、上記のデータＡＢをコピーした場合、データＡ及びＢの転送回数を増加させる。

以上の処理により、仮にＭＴ０１、ＭＴ０２の一方が何らかの原因でデータ転送できない場合や、転送に大きな遅延が発生したとしても、データＡ、データＢ、データＡＢの何れか２つさえ受信できた固定局（例えばＳ１、Ｓ２、ＳＢ１の何れか）はデータＡ、データＢを復号化できる。

例えば、固定局Ｓ２がデータＡＢを移動端末ＭＴ０３から受信し、既にデータＢを移動端末ＭＴ０２から受信済みの場合は、固定局Ｓ２のネットワークコーディング復号部は、データＢとデータＡＢのＸＯＲ演算により、データＡを復号することができる。

以上のように、固定局から送信済みのデータを再度転送する場合、２×１００ｂｙｔｅのデータ群を１×１００ｂｙｔｅに圧縮して転送できることより、移動端末の記憶容量を抑えることができる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明における固定局及び移動端末の機能構成図である。 固定局に移動端末が接続したときの固定局内部での処理フローを示したものである。 固定局と移動端末で構成されるＤＴＮ環境においてネットワークコーディングを利用した際のデータの転送状況を示したものである。 本実施形態における固定局Ｓ０の転送履歴、及び移動端末ＭＴ０３の接続履歴の例を示したものである。

符号の説明

１ 固定局
１１ 転送履歴ＤＢ
１２ ネットワークコーディング部
１３ 転送用データ蓄積部
１４ 転送データ選択部
１５ テータ送受信部
１６ ネットワークコーディング復号部
２ 移動端末
２１ 接続履歴蓄積部
２２ データ送受信部
２３ 転送データ選択部
２４ 転送用データ蓄積部
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、ＳＡ１、ＳＢ１ 固定局
ＭＴ０１、ＭＴ０２、ＭＴ０３ 移動端末

Claims (10)

1. 固定局と、該固定局間を往来する移動端末とで構成され、該固定局及び該移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うネットワークにおけるデータ転送方法において、
   前記固定局は、Ｎ個のデータを符号化関数により、ｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化するステップと、
   前記固定局は、前記符号化されたデータを前記移動端末に転送するステップと、
   を含むことを特徴とするデータ転送方法。
2. 前記固定局は、前記移動端末に転送したデータの履歴を保持する転送履歴データベースを備えており、
   前記固定局は、前記転送履歴データベースを参照することにより、符号化するＮ個のデータを選択する符号化候補データ選択ステップを、
   さらに含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ転送方法。
3. 前記符号化候補データ選択ステップは、符号化するＮ個のデータを選択する際に、固定局に接続した移動端末の接続履歴も参照することを特徴とする請求項２に記載のデータ転送方法。
4. 前記符号化関数は、符号化前のＮ個のデータおよび符号化されたｎ個のデータから抽出された任意のＮ個のデータから、符号化前のＮ個のデータを復号できるように符号化する関数であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のデータ転送方法。
5. 前記符号化関数は、Ｎ＝２およびｎ＝１としたとき、ＸＯＲ演算により２個のデータを１個のデータに符号化する関数であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のデータ転送方法。
6. 前記符号化されたデータを受信した際、復号に必要なデータを保持している場合、データを復号するデータ復号ステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のデータ転送方法。
7. 固定局と、該固定局間を往来する移動端末とで構成され、該固定局及び該移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うネットワークにおける固定局において、
   Ｎ個のデータを符号化関数によりｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化する手段と、
   前記符号化されたデータを前記移動端末に転送する手段と、
   を備えていることを特徴とする固定局。
8. 前記移動端末に転送したデータの履歴を保持する転送履歴データベースと、
   前記転送履歴データベースを参照することにより、符号化するＮ個のデータを選択する符号化候補データ選択手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の固定局。
9. 前記符号化候補データ選択手段は、符号化するＮ個のデータを選択する際に、固定局に接続した移動端末の接続履歴も参照することを特徴とする請求項８に記載の固定局。
10. 固定局および移動端末が送信元、宛先、或いは中継端末となってデータ転送を行うシステムにおいて、
    Ｎ個のデータを符号化関数によりｎ個（ｎ＜Ｎ）のデータに符号化する手段と前記符号化されたデータを前記移動端末に転送する手段とを備えている前記固定局と、
    該固定局間を往来する移動端末と、
    で構成されていることを特徴とするシステム。

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