JP2011101225A - 無線ネットワークシステム及び端末 - Google Patents

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Abstract

【課題】通信リンク切断後の接続確立に伴って、画像データなどのストリーミングデータの送信のリアルタイム性を確保する。
【解決手段】本発明の無線ネットワークシステムは、ストリーミングデータを構成する一連のデータを送信する送信元端末、一連のデータを送信する宛先である宛先端末、及び、送信元端末からデータを受信し、受信したデータを宛先端末へ中継送信する中継端末を有し、ストリーミングデータをマルチホップで送信する無線ネットワークシステムである。その送信元端末と中継端末との各々の端末は、送信元端末から宛先端末へのマルチホップ通信経路を探索し、確立する経路制御部、通信経路上のデータを送信する次の端末との間のリンクを確認するリンク制御部、および、受信したデータを保存し、リンクの切断後の接続に応答して、保存したデータの中で最も最近受信したデータを次の端末へ送信するように制御するデータ順序制御部を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、リアルタイムデータを送信する無線ネットワークシステム及び端末に関する。
近年、無線技術の発達により、様々な端末に無線デバイスが搭載されるようになっている。これに伴い、基地局などの固定されたインフラストラクチャを利用することなく、無線端末同士が自律分散的にネットワークを構築するアドホックネットワークが注目されている。アドホックネットワークでは、二つの端末が互いの無線通信範囲内に存在しない場合でも、中間に位置する端末が通信を中継することで、端末間通信が可能となる。
アドホックネットワークでは、多くの端末が移動端末であり、端末の位置が時間経過と共に変化するため、通信を中継する中継端末がなく(中継端末不在)、端末間で通信できないことがある。また、無線通信であるため、通信環境の悪化や障害物による電波の反射や回折などにより、通信品質が安定しないという問題もある。これらの通信経路を確立できない、または通信経路の切断の問題から、リアルタイム性の高いデータを連続的に伝送するストリーミング通信をアドホックネットワークで実現することは困難である。監視などを目的として画像や音声データを送信するストリーミング通信システムでは、データの不達が致命的な問題となる。
データ送信先の無線端末への通信経路を確立するまで、または通信経路が再開するまで、中継端末でデータを一時的に保存し、通信経路の再開の検知に応じて、データ送信元からデータ送信先へ通信しないように制御し、保存したデータを送信先の無線端末に送信する技術が特許文献1に開示されている。
特開2008−67192号公報
特許文献1の中継端末がデータを一時的に記憶装置に保存し、データ受信端末の通信範囲内に移動する時間が伝送遅延時間となり、動画の伝送をし続けるようなストリーミングサービスにおいては、リアルタイム性を確保することが困難となる。
以上の課題を解決するために、次のような無線ネットワークシステム及びその端末が開示される。ストリーミングデータを構成する一連のデータを送信する送信元端末、一連のデータを送信する宛先である宛先端末、及び、送信元端末からデータを受信し、受信したデータを宛先端末へ中継送信する中継端末を有し、ストリーミングデータをマルチホップで送信する無線ネットワークシステムである。その送信元端末と中継端末との各々の端末は、送信元端末から宛先端末へのマルチホップ通信経路を探索し、確立する経路制御部、通信経路上のデータを送信する次の端末との間のリンクを確認するリンク制御部、および、受信したデータを保存し、リンクの切断後の接続に応答して、保存したデータの中で最も最近受信したデータを次の端末へ送信するように制御するデータ順序制御部を有する。
本発明の望ましい他の態様は、データ順序制御部は、最も最近受信したデータの次の端末への送信に伴って、保存してある最も最近受信したデータを削除する。
本発明の望ましいさらに他の態様は、受信したデータを保存する第1のテーブルと、リンクの切断に応答して受信したデータを保存する第2のテーブルとを設ける。
本発明の望ましいさらに他の態様は、データ順序制御部は、第2のテーブルに保存されている受信したデータの中で、所定の時間以上前に受信したデータを、最も最近受信したデータに優先させて次の端末への送信するように制御する。
本発明の望ましいさらに他の態様は、データ順序制御部は、最も最近受信したデータの次の端末への送信と最も最近受信したデータの削除とを繰り返す。
本発明によれば、通信リンク切断後の接続確立に伴って、画像データなどのストリーミングデータの送信のリアルタイム性を確保できる。
無線ネットワークシステムの概略図である。 一時保存テーブルの例である。 データ順序制御テーブルの例である。 経路テーブルの例である。 端末のハードウェア構成例である。 データ受信時に動作するデータ順序制御のフローチャートである。 タイマ起動により動作するデータ順序制御のフローチャートである。 実施例2のデータ順序制御部のフローチャートである。
本実施形態は、次のような無線ネットワークシステム及びその端末である。ストリーミングデータを構成する一連のデータを送信する送信元端末、一連のデータを送信する宛先である宛先端末、及び、送信元端末からデータを受信し、受信したデータを宛先端末へ中継送信する中継端末を有し、ストリーミングデータをマルチホップで送信する無線ネットワークシステムである。その送信元端末と中継端末との各々の端末は、送信元端末から宛先端末へのマルチホップ通信経路を探索し、確立する経路制御部、通信経路上のデータを送信する次の端末との間のリンクを確認するリンク制御部、および、受信したデータを保存し、リンクの切断後の接続に応答して、保存したデータの中で最も最近受信したデータを次の端末へ送信するように制御するデータ順序制御部を有する。以下、実施例として詳細に説明する。
図1は、本実施例の無線ネットワークシステム100の概略図である。図示するように、無線ネットワークシステム100は、リアルタイムデータを配信する送信元端末110、データを中継する中継転送端末120(中継転送端末120は複数存在することもあるが、説明を簡単にするために1台とする。)、リアルタイムデータの配信先である宛先端末130(宛先端末130は複数存在することもあるが、説明を簡単にするために1台とする。)で構成される。無線ネットワークシステム100は、いわゆるマルチホップ無線通信システムである。なお、宛先端末130が複数存在する場合、その中の少なくとも1台は中継転送端末120にもなり得る。図1の無線ネットワークシステム100は、撮影動画リアルタイムデータ配信システムの実施例であり、送信元端末110は、動画撮影用のカメラ250を備えている。送信元端末110、中継転送端末120、および宛先端末130は、撮影動画リアルタイムデータ配信システムの動作を分かり易く説明するための呼称であり、これらの端末は同様の構成を有する。
各端末(図1では、送信元端末110を代表させている。)は、カメラ250からの動画データの取込みや、取込んだ動画データを再生するアプリケーション実行部200、動画データの送信順序を制御するデータ順序制御部210と受信した動画データを一時的にキャッシュする一時保存テーブル260、動画データをキャッシュするためのデータ順序制御テーブル270、他の端末(送信元端末110であれば中継転送端末120、中継転送端末120であれば宛先端末130)との通信接続(リンク)の確立を制御するためのリンク制御部220、送信元端末110から宛先端末120までの伝送路を確立するための経路制御部230と確立された伝送経路情報を保存する経路テーブル280、動画データを送受信するデータ送受信部240を備えている。
送信元端末110が、記憶装置に保存している動画データをストリーミングする場合は、送信元端末110はカメラ250を備えていなくてもよい。中継転送端末120の動作が、データを中継転送するのみであれば、アプリケーション実行部200を備えていなくてもよい。
アプリケーション実行部200は、カメラ250から、撮影した動画データなどを取込み、その動画データを宛先端末130に向け、データ送受信部240を介して配信する。アプリケーション実行部200として、ストリーミングプロトコルを有する既存の動画配信用のアプリケーションを利用することで、リアルタイムにデータ配信が可能である。また、宛先端末130のアプリケーション実行部200は、受信したデータを再生する。動画データの1画面(フレーム)分のデータ、又は所定の連続した画面分のデータを1パケットとして連続的に送信することにより、一連の動画データを配信する。以下、送信の単位である1パケットのデータを、単にデータと呼ぶ。すなわち、動画データのようなストリーミングデータを構成する一連のデータをパケット化して、連続的に送信することにより、リアルタイム性を確保する。
データ順序制御部210は、一時保存テーブル260とデータ順序制御テーブル270を用いて、データを送信する順序を制御する。
図2に、一時保存テーブルの例を示す。一時保存テーブル260は、データを受信した時刻であるデータ受信時刻261、データの実体が保存されている記憶装置のアドレスであるメモリアドレス262およびデータサイズ263、データ配信している送信元端末110のアドレスである送信元アドレス264、データを配信先である宛先端末130の宛先アドレス265、次にデータを送信する端末のアドレスである次ホップアドレス266で構成されている。
次ホップアドレスについて、簡単に説明する。図1に示す構成においては、データは、送信元端末110から中継転送端末120へ、中継転送端末120で中継されて(複数の中継転送端末120で複数回中継されることもある)、中継転送端末120から宛先端末130へ送信される。すなわち、無線ネットワークシステム100はマルチホップ無線ネットワークシステムである。したがって、端末が、送信元端末110であれば中継転送端末120、中継転送端末120であれば宛先端末130が、それぞれ次にデータを送信する端末であり、その端末のアドレスが次ホップアドレス266である。
図2に示す一時保存テーブル260は、図1における中継端末120に設けられた一時保存テーブルである。したがって、送信元アドレス264には送信元端末110のアドレス、宛先アドレス265及び次ホップアドレス266には宛先端末130のアドレスが各々格納されている。図2は1つの一連の動画データについて示しているが、複数の動画データ(複数台のカメラからの動画データ)の場合は、一連の動画データ毎にIDを付し(無線ネットワークシステム100全体としては、複数の動画データの送信を同時に実現することもあるので、各々を識別するIDが必要となる)、一時保存テーブル260にID欄を設ける。他の方法として、一連の動画データ毎に一時保存テーブル260を設けてもよい。
図3に、データ順序制御テーブル270の例を示す。データ順序制御テーブル270は、データを受信した時刻であるデータ受信時刻271、データの実体が保存されている記憶装置のアドレスであるメモリアドレス272およびデータサイズ273、データ配信している端末のアドレスである送信元アドレス274、データ配信先である宛先端末の宛先アドレス275、自身の端末が次にデータを送信する端末のアドレスである次ホップアドレス276で構成されている。データ順序制御テーブル270の各項目の詳細や複数の動画データへの対応は、一時保存テーブル260と同様である。
後述するデータ順序制御部210の処理説明において明らかにするが、一時保存テーブル260に保存されるデータとデータ順序制御テーブル270に保存されるデータとを、全体としてみると、一時保存テーブル260に保存されるデータが一連の動画データの中で最も新しく(最近に)受信したデータであるので、受信の新しさはデータ受信時刻271(又は261)から判別できるので、1つのテーブルとして設けてもよい。
リンク制御部230は、データを送信する際、次ホップアドレスの端末との接続(リンク)を確認する。送信すべきデータを保持している端末は、次ホップアドレス端末との接続を確認するために、リンク確認メッセージ(ハローメッセージなど)を送信し、それに対する応答メッセージを受信することにより接続確立を確認する。一定時間、応答メッセージが返信されない場合は、次ホップアドレス端末との間で通信できないことを示している。
経路制御部230は、送信元端末110から中継転送端末120を含む宛先端末130までの通信経路を探索、確立する。この通信経路の探索、確立制御は、既存の経路制御プロトコルを利用することが可能である。
図4に、経路テーブル280の例を示す。経路テーブル280は、経路制御部230によって確立された伝送経路の情報を格納する。経路テーブル280は、送信元端末のアドレスである送信元アドレス281、宛先端末のアドレスである宛先アドレス282、自身の端末が次にデータを送る先の端末アドレスである、次ホップアドレス283で構成される。これらの項目は、経路制御部230の経路制御プロトコルによって得ることができる。無線ネットワークシステム100の中には、複数の送信元の端末から複数の宛先端末への複数の経路が構成されるが、図4には、その中の1つの経路を示している。複数ある場合は、前述のIDを付して識別すればよい。
一般的な経路制御の経路探索方式は、データを送信する場合、送信元端末110は、経路探索パケットを同報配信する。宛先端末130以外の端末が経路探索パケットを受信した場合、受信した端末は自らの経路テーブル280に、送信元アドレス281、宛先アドレス282、経路探索パケットを送信した端末のアドレスを次ホップアドレスに格納する。次に、端末は、経路探索パケットの中継転送を行う。このことを、宛先端末に経路探索パケットが到達するまで、各端末は繰返す。宛先端末130が経路探索パケットを受信した場合、宛先端末130は、自身の経路テーブル280に情報を格納する。次に、宛先端末130は、経路テーブルの情報を元に送信元端末110に向けて経路応答パケットを伝送する。経路応答パケットが送信元端末110に到達することで、伝送経路が確立する。経路テーブルに格納された情報により、データが伝送されることになる。
データ送受信部240は、無線によるデータの送受信を行うためのデバイスである。
各端末は、図5に示すようにCPU(CENTRAL PROCESSING UNIT)401、主記憶メモリ402、ハードディスクのような外部記憶装置403、無線デバイスやネットワークに接続するためのLAN(LOCAL AREA NETWORK)や無線デバイスなどの通信装置404、キーボードやカメラなどを接続するための入力装置405、モニタやプリンタなどを接続するための出力装置406をハードウェアとして備えた一般的なパーソナルコンピュータで構成される。このような構成の端末であれば、パーソナルコンピュータだけでなく、ラップトップ、携帯電話や小型ゲーム機などでも問わず、任意の端末間で通信を行うことができる。
本実施例は、中継端末120において、次ホップアドレスの端末へのリンクが切断され、切断中に送信元110の端末から受信したデータを保存している場合、次ホップアドレスの端末へのリンクの確立に伴って、送信元110の端末から最も新しく(最近に)受信したデータを次ホップアドレスの端末へ送信する。
図6は、各端末のデータ順序制御部210の処理を示すフローチャートである。アプリケーション部200からのデータの受け取りに応答して(データの受け取りをトリガーとして)、データ順序制御部210は、データを一時保存テーブル260にデータを保存する(ステップ301)。次に、経路テーブル280の情報から次ホップアドレスを取得し、リンク制御部220により次ホップアドレスの端末との接続(リンク)を確認する(ステップ302)。接続が確認できた場合、一時保存テーブル260に保存されているデータを次ホップアドレスの端末に送信する(ステップ303)し、送信したデータを一時保存テーブル260から削除する。。一方、次ホップアドレスの端末と接続が確認できなかった場合(リンクが切断している場合やリンクを確立する前にデータの受信が開始された場合)、一時保存テーブルのデータをデータ順序制御テーブル270に保存する(ステップ301)。
次に、データ順序制御テーブル270にデータが保存された場合のデータ順序制御部210の処理フローチャートを図7に示す。図7の処理は、タイマによる周期的な起動、又は図6の処理の終了に応答して、実行を開始する。データ順序制御テーブル270にデータが保存されているかをチェックし(ステップ351)、保存されていなければ、処理を終了する。データ順序制御テーブル270にデータが保存されている場合、データ受信時刻271で最も新しい(最近)のデータを取得する(ステップ352)。更に、そのデータの次ホップアドレス276を取得する(ステップ353)。取得した次ホップアドレス276をリンク制御部220により、次ホップアドレスの端末との接続を確認する(ステップ354)。接続が確立できた場合(切断していたリンクが接続した場合)、データ順序制御テーブル270のステップ352で取得したデータを次ホップアドレスの端末に送信し、データ順序制御テーブル270に保存されているデータを削除し(ステップ355)、ステップ351へ戻る。ステップ354で、次ホップアドレスの端末との接続が確認できなかった場合、処理を終了する。
図7の処理の繰返し実行によって、データ順序制御テーブル270に保存されているデータを順次送信する。ただし、図7の処理の実行中に、新たなデータの受信が有り得るので、新たなデータの受信処理を実行する図6の処理を優先させる。例えば、マルチタスクで構成し、図6の処理に対応するタスクの優先度を高くしておく。
動画データなどのリアルタイムデータを送信する場合、動画データの単位時間当たりのデータ量(MBPS)を余裕をもって送信できる回線容量(MBPS)の回線(リンク)を用いる。逆に言えば、余裕をもって送信できるように回線容量を設計する。余裕は数倍〜数十倍である。場合によっては、数百倍である。したがって、図6の処理を実行中であっても回線(次ホップアドレスの端末へのリンク)の容量に余裕があるので、図7の処理を実行することができる。
図6及び図7の処理を、簡単に説明すると、次ホップアドレスの端末へのリンクが確立している場合は、受信したデータを次々と中継転送し、次ホップアドレスの端末へのリンクが切断中は、受信したデータをデータ順序制御テーブル270に保存し、次ホップアドレスの端末へのリンクの確立(再開)に伴い、最も新しく(最近)受信したデータを中継転送する。次ホップアドレスの端末へのリンクの確立(再開)は、リンク切断前に接続していた端末へのリンクの確立(再開)とは限らない。リンク切断に伴って、経路制御部230は宛先端末130に向けた経路を探索し直すので、新たな端末を次ホップアドレスの端末として設定することがあるからである。
ここで、最も新しく(最近)受信したデータは、受信したデータが一時保存テーブル260にあれば、そのデータが最も新しいデータであるので、図7の処理に優先させて図6の処理を実行する。ステップ352では、データ順序制御テーブル270にデータが保存されている場合、最も新しい(最近)のデータを取得するとして説明したが、データ順序制御テーブル270に保存されているデータの場合は、送信順序は逆順でも良い。すなわち、監視システムなどとして用いられる無線ネットワークシステム100は、動画データがリアルタイムに送信されることが重要であり、データ順序制御テーブル270に保存されたデータは古い(過去の)データであるので、もはや監視用のモニターにはリアルタイムで表示する必要はなく、後刻に監視データはどうであったかを見直すためなどの、監視システムの記録用データとして用いられる。
以上は、分かり易くするために、中継端末120におけるデータ順序制御部210の説明としたが、送信元端末110においても同様である。送信元端末110においては、カメラ250から入力される動画データをパケット化した後に一時保存テーブル260に保存し、中継端末120とのリンクが切断されたならば、一時保存テーブル260に保存し手あるデータを順次データ順序制御テーブル270に保存すればよい。
本実施例によれば、通信リンク切断後の接続確立に伴って、画像データなどのストリーミングデータの送信のリアルタイム性を確保できる。
実施例2について説明する。実施例1では、データを受信しても隣接端末(次ホップアドレスの端末)との接続が確認できない場合、中継転送端末120がデータを保存した。更に、中継転送端末120にデータが保存されていても、新しくデータを受信し隣接端末との接続確立が行えた場合、新しく受信したデータを優先的に送信するシステムを説明した。実施例1は、説明したように、動画データなどのリアルタイムデータを送信する場合、動画データの単位時間当たりのデータ量(MBPS)を余裕をもって送信できる回線容量(MBPS)の回線(リンク)を用いることを前提としている。かつ、古い(過去の)データは記録用として用いることを前提としている。しかし、動画データの単位時間当たりのデータ量に対して回線容量に余裕が少ない(2倍程度の余裕)回線しか用意できない場合がある。このような場合、中継転送端末120がデータを保存している状態で、隣接端末(次ホップアドレスの端末)との接続が確立されると、新しく受信したデータを優先的に伝送するため、保存データを長時間に渡って伝送できない可能性がある。この場合、送信元端末110からのデータの送信が終わらない限り、中継転送端末120がデータ順序制御テーブル270に保存しているデータを送信できない。
そこで本実施例では、新しいデータを優先送信しながら、中継転送端末120が保存しているデータを適宜送信する技術について説明する。
図8は、本実施例におけるデータ順序制御部の処理フローチャートである。
データを端末が受信すると、一時保存テーブル260に、データ受信時刻261、データを格納した記憶装置のメモリアドレス262、データサイズ263、送信元端末のアドレスである送信元アドレス264、データ配信先である宛先アドレス265、次にデータを送信する端末のアドレスである次ホップアドレス266を格納する(ステップ601)。リンク制御部220により次ホップアドレス266の端末との接続を確認する(ステップ602)。接続が確立できなかった場合は、一時保存テーブル260のデータをデータ順序制御テーブル270に保存して(ステップ608)、終了する。一方、次ホップアドレス端末との接続が確立できた場合は、データ順序制御テーブル270に保存されているデータがあるか確認する(ステップ603)。データ順序制御テーブル270にデータが保存されていなければ、一時保存テーブル260のデータを次ホップアドレスの端末に送信して終了する(ステップ607)。データ順序制御テーブル270にデータが保存されている場合、その中の最も古い(過去の)データは、設定値をX秒として、X秒以上前に保存されたデータであるかどうかを、データ順序制御テーブル270のデータ受信時刻271を参照して判定する(ステップ604)。X秒以内に保存されたのであれば、一時保存テーブル260のデータを次ホップアドレス266の端末に送信607する。データ順序制御テーブル270に保存された最も古い(過去の)データが、設定値Xより過去に保存されたものであれば、一時保存テーブル260のデータをデータ順序制御テーブルに格納し(ステップ605)、データ順序制御テーブル270の最も古い(過去の)データを送信する(ステップ606)。
本実施例によれば、回線容量に余裕がない場合であり、監視システムのように新しい動画データを必要としながらも、送信できなかった古いデータの早期送信が必要とされるシステムにおいて、優先的に新しいデータの中継転送を行いながら、中継転送端末120に保存されているデータを送信することができる。
100:無線ネットワークシステム、110、120、130:端末、200:アプリケーション実行部、210:データ順序制御部、220:リンク制御部、230:経路制御部、240:データ送受信部、401:CPU、402:主記憶メモリ、403:外部記憶装置、404:通信装置、405:入力装置、406:出力装置。

Claims (10)

  1. ストリーミングデータをマルチホップで送信する無線ネットワークシステムの端末であって、
    前記ストリーミングデータを構成する一連のデータを送信する送信元端末から宛先端末への通信経路を探索し、確立する経路制御部、
    前記通信経路上の前記データを送信する次の端末との間のリンクを確認するリンク制御部、および、
    受信したデータを保存し、前記リンクの切断後の前記リンクの接続に応答して、保存した前記データの中で最も最近受信したデータを前記次の端末へ送信するように制御するデータ順序制御部を有することを特徴とする端末。
  2. 前記データ順序制御部は、前記最も最近受信したデータの前記次の端末への送信に伴って、保存してある前記最も最近受信したデータを削除することを特徴とする請求項1記載の端末。
  3. 前記受信したデータを保存する第1のテーブルと、前記リンクの切断に応答して前記受信したデータを保存する第2のテーブルとを設けることを特徴とする請求項2記載の端末。
  4. 前記データ順序制御部は、前記第2のテーブルに保存されている前記受信したデータの中で、所定の時間以上前に受信したデータを、前記最も最近受信したデータに優先させて前記次の端末へ送信するように制御することを特徴とする請求項3記載の端末。
  5. 前記データ順序制御部は、前記最も最近受信したデータの前記次の端末への送信と前記最も最近受信したデータの削除とを繰り返すことを特徴とする請求項2記載の端末。
  6. ストリーミングデータを構成する一連のデータを送信する送信元端末、前記一連のデータを送信する宛先である宛先端末、及び、前記送信元端末から前記データを受信し、受信した前記データを前記宛先端末へ中継送信する中継端末を有し、前記ストリーミングデータをマルチホップで送信する無線ネットワークシステムであって、
    前記送信元端末と前記中継端末との各々の端末は、
    前記送信元端末から前記宛先端末へのマルチホップ通信経路を探索し、確立する経路制御部、
    前記通信経路上の前記データを送信する次の端末との間のリンクを確認するリンク制御部、および、
    受信したデータを保存し、前記リンクの切断後の前記リンクの接続に応答して、保存した前記データの中で最も最近受信したデータを前記次の端末へ送信するように制御するデータ順序制御部を有することを特徴とする無線ネットワークシステム。
  7. 前記データ順序制御部は、前記最も最近受信したデータの前記次の端末への送信に伴って、保存してある前記最も最近受信したデータを削除することを特徴とする請求項6記載の無線ネットワークシステム。
  8. 前記受信したデータを保存する第1のテーブルと、前記リンクの切断に応答して前記受信したデータを保存する第2のテーブルとを設けることを特徴とする請求項7記載の無線ネットワークシステム。
  9. 前記データ順序制御部は、前記第2のテーブルに保存されている前記受信したデータの中で、所定の時間以上前に受信したデータを、前記最も最近受信したデータに優先させて前記次の端末へ送信するように制御することを特徴とする請求項8記載の無線ネットワークシステム。
  10. 前記データ順序制御部は、前記最も最近受信したデータの前記次の端末への送信と前記最も最近受信したデータの削除とを繰り返すことを特徴とする請求項7記載の無線ネットワークシステム。
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