JP2015053581A - 送信装置、受信装置、管理装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線マルチホップネットワークにおいて、メッセージを伝送する場合に、メッセージの輻輳を回避しつつ、始点の通信端末から終点の通信端末までのメッセージの到達時間を短縮する。
【解決手段】送信装置は、無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する複数の第１通信装置に対して、無線同報通信によりメッセージを送信する第１の通信部と、無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置の中から、前記第１の通信部が無線通信可能な範囲外に位置し、かつ第１の通信路を確立可能な第２通信装置を指定する指定部と、前記第１の通信部より広い範囲に通信可能な通信部であって、前記指定部により指定された第２通信装置との間で前記第１の通信路を確立し、確立した前記第１通信路を用いて前記メッセージを送信する第２の通信部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、送信装置、受信装置、管理装置及びプログラムに関する。

無線を使用したネットワークの形態として、無線通信端末同士が直接接続してネットワークを構築するアドホックネットワークというものがある。アドホックネットワークの１方式には、無線マルチホップネットワークがある。無線マルチホップネットワークでは、始点の無線通信端末が送信したメッセージを近接する無線通信端末が順次転送することで、無線マルチホップネットワーク上の各無線通信端末にメッセージを配信できる。つまり、無線マルチホップネットワークでは、無線通信端末は中継装置の役割も兼ねる。

無線マルチホップネットワークにおいて、各無線通信端末は、メッセージを無線同報通信（無線通信によるマルチキャスト又は無線通信によるブロードキャスト）で配信することができる。一つの無線通信端末からメッセージを受信した複数の無線通信端末が、同時にメッセージの無線同報通信による配信を行うと、メッセージが混雑し輻輳することがある。輻輳する結果、メッセージ同士が衝突してメッセージが無線通信端末で受信できなくなることがある。

メッセージの輻輳を回避するため、無線マルチホップネットワーク内のそれぞれの無線通信端末はメッセージを無線同報通信により配信するタイミングが異なるようにタイミングスケジュールする方法がある。この方法では、各無線通信端末が、メッセージを受信後、一定期間待機し、メッセージを送信しているため、特にネットワーク規模が大きい場合に、始点の通信端末から終点の通信端末までにメッセージが到達するまでの到達時間が遅くなってしまう。

特開２０１０−２２６３２６号公報

本発明の一側面は、無線マルチホップネットワークにおいて、メッセージを伝送する場合に、メッセージの輻輳を回避しつつ、始点の通信端末から終点の通信端末までのメッセージの到達時間を短縮することを目的とする。

本発明の一観点にかかる送信装置は、第１の通信部と、指定部と、第２の通信部とを備える。第１の通信部は、無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する複数の第１通信装置に対して、無線同報通信によりメッセージを送信する。指定部は、無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置の中から、前記第１の通信部が無線通信可能な範囲外に位置し、かつ第１の通信路を確立可能な第２通信装置を指定する。第２の通信部は、前記第１の通信部より広い範囲に通信可能な通信部であって、前記指定部により指定された第２通信装置との間で前記第１の通信路を確立し、確立した前記第１通信路を用いて前記メッセージを送信する。

本発明の第1の実施形態にかかる通信システムを示すブロック図。 本発明の第１の実施形態にかかる無線マルチホップネットワークの概略図。 図１の第２の通信部１３で通信路を確立した場合の、無線マルチホップネットワークの構成を示す概略図。 本発明の第１の実施形態にかかるメッセージのパケットの例を示す図。 図１の送信装置１０の動作を示すフローチャート。 図１の第１の通信装置２０の動作を示すフローチャート。 図１の第２の通信装置３０の動作を示すフローチャート。 図３の通信システムの動作を示すシーケンス図。 輻輳制御を説明するための図。 図９を説明するためのネットワークトポロジの概略図。 第１の実施形態の変形例に係る通信システムを示すブロック図。 第２の実施形態に係る通信システムを示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図1 は、本発明の第１の実施形態にかかる通信システムを示すブロック図である。図１の通信システムは、図２のマルチホップネットワークで示すノードの一部のノードである。図２のノードN０は、図１の送信装置１０に対応する。図２のノードN１は、図１の第２の通信装置３０に対応する。それ以外のノードは、第２の通信装置３０又は第１の通信装置２０に対応する（以下では、第１の通信装置２０又は第２の通信装置３０のいずれかを指す場合は、通信装置と称する。）。

図１に示すように、通信システムは、送信装置１０と第１通信装置２０と第２通信装置３０とを備える。図１においては、第１通信装置２０と第２通信装置３０とを１つずつしか示していないが、実際は図２にノードで示すように、多数の第１通信装置２０と第２通信装置３０で無線マルチホップネットワークを構成している。

図２に示す無線マルチホップネットワークでは、送信装置１０が送信したメッセージを、各ノード（通信装置）が順次転送することで、無線マルチホップネットワーク上の各ノードにメッセージを配信できる。メッセージは、図２でラベルを付した番号順に、順次メッセージが転送される。例えば、ノード０からノード１に転送され、ノード１からノード２に転送される。メッセージは無線同報通信（無線によるマルチキャスト又はブロードキャスト）で転送されるため、一つのノードから複数のノードにメッセージが転送される。無線マルチホップネットワーク上のノード（通信装置）は、各自無線同報通信機能を有する。無線同報通信機能とは、受け取ったメッセージを無線同報通信により送信可能な機能である。

ここで、第１通信装置２０は、単一の通信手段（第１の通信部２２３）を有し、第２通信装置３０は、複数の通信手段（第１の通信部３２及び第２の通信部３３）を有している。図１の第１ネットワーク４０は、無線マルチホップネットワークである。第２ネットワーク５０は、特定の端末間で構築される通信路（例えば、TCPセッション、PPP（Point-to-Point Protocol）セッション、又はL2TP（Layer2 Tunneling Protocol）トンネル）を含むネットワークである。第１ネットワーク４０は、第１の通信部１２や第１の通信部２２が構築する。図１の第２のネットワーク５０は、送信装置１０の第２の通信部１３と第２の通信装置３０の第２の通信部３３が通信路を確立して構築されるネットワークである。

図１に示すように、送信装置１０は、メッセージ発送部１１と、第１の通信部１２と、第２の発送部１３と、指定部１４とを備える。図１に示される送信装置１０の各部は、それぞれの機能が予めプログラミングされた専用チップで実現されてもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの情報処理装置がＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭなどの記憶装置に記憶されているプログラムを読み出して実行することで実現された機能であってもよい。

メッセージ発送部１１は、メッセージを発送する。メッセージ発送部１１は、例えば、管理インターフェイスを介した指示、タイマによる定期的な送信指示、または、他のサービス等からのRPC(遠隔手続き呼び出し) による送信指示等があった場合にメッセージを発送する。メッセージは、第１の通信部１２を介して第１ネットワーク１４０に送信される。また、メッセージは第２の通信部１３を介して第２ネットワーク５０に送信される。

第１の通信部１２は、メッセージ発送部１１から受け取ったメッセージを、無線マルチホップネットワークを構成する複数の通信装置のうち第１の通信部１２による無線通信が可能な範囲に位置する複数または単数の通信装置に対して、無線同報通信（ブロードキャスト又はマルチキャスト）により送信する。ここで、ブロードキャストによりメッセージの送信は、例えば、すべての通信装置を宛先としたヘッダを含むパケットの送信により実現することができる。また、マルチキャストによるメッセージの送信は、例えば、特定の条件を満たすすべての通信端末を指定したヘッダを含むパケットの送信により実現することができる。４（a）,(ｂ)それぞれに、ブロードキャストとマルチキャストのパケットの例を示す。

図4においては、ペイロードは、メッセージ本体と、トランスポート層ヘッダ (一般にはUDPヘッダ) とを含む。メッセージ本体は、例えば管理者によって発行される緊急性の高いメッセージ (緊急節電要請等) である。尚、ペイロードの内容はアプリケーション固有である。図4(a)のパケットは、ペイロードに加えて、802.15.4等のリンク層ヘッダとIP層(たとえば、IPv6、6lowpan: RFC 4944等) のヘッダを含む。リンク層ヘッダとＩＰ層ヘッダは、それぞれ全ノードを宛先とするブロードキャストアドレスを宛先に設定している。ここで、リンク層のヘッダは、個々のホップ（隣接ノード）における宛先(DST（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）)と送信元(SRC（Ｓｏｒｃｅ ａｄｒｅｓｓ）)を記載する。IP層のヘッダは、マルチホップネットワーク全体における宛先(DST)と送信元(SRC)を記載する。なお、図4(b)のパケットは、マルチキャストアドレスをIP層の宛先に利用する例を示した。ここで、IPv6の宛先はブロードキャストの場合は、ff01::1 と表すことができる。一方、IPv6の宛先として、マルチキャストの例として全ルータを宛先とする場合(末端ノードを宛先から除外する場合)は ff01::2 と定められている。なお、IPv6においては、ルーティング上の扱いを除いて実質的にマルチキャストとブロードキャストの扱いに差がない。

本実施形態では、第１の通信部１２は、図２で示したノード１に対してメッセージを送信することができる。ここで、第１の通信部１２が無線通信可能な範囲に位置するノードを隣接ノードと表現する。第１の通信部１２が無線により送信可能な範囲は、第１の通信部１２が送信する無線信号の電波により直接届く範囲となる。例えば、第１の通信部１２の電波は、半径１００ｍ程度の範囲まで直接届く。無線により送信可能な範囲は、電波が距離的に届く距離であっても、遮蔽物等の影響で電波が届かない場合は、送信可能な範囲外になる。図２の例では、例えば、ノード０に隣接ノードをノード１と表記している。ノード１に対する隣接ノードを、ノード０又はノード２と表記している。ノード２に対する隣接ノードは、ノード１又はノード３と表記している。図２の無線マルチホップネットワークでは、ノード０からノード１にメッセージを転送し、ノード１からノード２にメッセージを転送し、隣接ノード間でメッセージを転送することで、ネットワーク上のノード隅々までメッセージを転送できる。なお、各ノードは、隣接ノード間で逆向きにもメッセージを転送できる。つまり、ノード４からノード３に向けてメッセージを転送し、ノード３からノード２にメッセージを転送し、ノード２からノード１にメッセージを転送するといったこともできる。

第２の通信部１３は、第１の通信部１２より広い範囲に通信可能であって、無線マルチホップネットワークを構成する複数の通信装置のうち、指定部１４により指定された通信装置との間で通信路を確立する。第２の通信部１３は、確立した通信路を用いてメッセージを送信する。通信路は、例えば、TCPセッション、PPP（Point-to-Point Protocol）セッション、又はL2TP（Layer2 Tunneling Protocol）トンネル）である。図２及び図３の例で示すように、本実施形態では、ノードN０からノードN１に対して、通信路を確立する。ここで、第２の通信部１３が通信路を確立できる通信装置は、第２の通信部１３との間で通信路を確立することが可能な通信部を有する装置である。図１の例では、第２通信装置３０のように第２の通信部３３を備える装置である。第２の通信部１３は、第１の通信部１２と性質が異なる。具体的には、第１の通信部１２と比べて、広域に通信が可能である。また、第１の通信部１２は無線同報通信であるのに対して、第２の通信部１３は、通信路を構築可能な相手と、動的に通信路を構成可能であって、一対一に通信を行う。第２の通信部１３は、例えば3G網、４Ｇ網、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）により構成される。また、第２の通信部１３は、第１の通信部１２上の仮想リンクにより実現することもできる。

第２の通信部１３が、第１の通信部１２と比べて、広域に通信可能な理由を説明する。第２の通信部１３が、例えば、３G網である場合、第２の通信部１３は、基地局（図示しない）を介してメッセージを宛先の通信装置に送る。第２の通信部１３は、基地局がカバーする範囲の通信装置と通信することができるため広域に通信可能である。一方、第２の通信部１３が、第１の通信部１２の仮想リンク上に実現される場合は、第２の通信部１３は、宛先として指定する通信装置をヘッダとしたカプセル化したパケット（４（c）参照）を送信する。当該カプセル化したパケットは、当該パケットにより宛先として指定されたアドレスに、複数の隣接する通信装置を介して伝達可能である。また、カプセル化されたパケットは、指定された宛先に到達するまで、マルチホップネットワークで通常行われる輻輳制御が行われない（詳細は後述する。）したがって、第１の通信部１２の仮想リンクで構築する場合は、メッセージを遠くの宛先に速く到達させることができる。

図4(c)に、カプセル化したパケットの一例を示す。一例としてL2TP (RFC2661) を利用したトンネリングの際の例を示す。図1の送信装置１０において、メッセージ発送部１１がペイロードを生成し、これを第1の通信部１２及び第２の通信部１３の各々に入力する。第1の通信部１２は、メッセージの受信対象を全ノードであるとして、図4(a)のようなメッセージを送信する。一方、第2の通信部１３は、図4(c)に示すように、第２の通信部１３の入口において、ペイロードに対してブロードキャストアドレスを対象としたIP層ヘッダ1を付加し、更に、PPPヘッダ、及びL2TPヘッダを付加し、これを第1の通信部１２を利用して第2通信装置３０に届けるために、別途リンク層ヘッダ、IP層ヘッダ2、UDPヘッダを付加する。送信装置１０と第2通信装置３０との間の通信装置における第1の通信部は、通常のIPの処理に従い、図4(c)のパケットを第2通信装置３０まで転送する (これは、IP層ヘッダ2の宛先により指定される)。なお、この転送処理は通常のIPスタックの処理による転送であり、RFC6206: Trickle Algorithmにもとづく遅延は発生しない。第2通信装置３０に到着した図4(c)のパケットは、L2TPにより定められた手順でヘッダが除去され、IP層ヘッダ1とペイロードが取り出される。IP層ヘッダ1がブロードキャストアドレス宛 (もしくはマルチキャストアドレス宛) であることから、通常のIPスタック処理に従いリンク層ヘッダを追加し、第1の通信部３２より図4(a)と同等の形で第2通信装置３０の第1の通信部３２から、無線マルチキャストにより再送信される。この際、片方向リレー処理部３４は、第1の通信部３２からのメッセージ入力であっても、第2の通信部３３からのメッセージの入力であっても、所与の条件を満たした場合、必ず第1の通信部３２からのメッセージのリレー再送信を行う。このため、たまたま第2の通信部３３を経由しないメッセージが先に第2通信装置３０に到着したとしても、第2の通信部３３による通信路を逆流することはない。片方向リレー処理部３４の詳細は後述する。尚、図4(c)ではL2TPを用いたトンネリングを例として示したが、第2の通信部１３を第1の通信部１２上で仮想的な通信路として構築する手段はTCPによるセッションや、アプリケーション層における転送処理などを利用しても良い。

指定部１４は、第２の通信部１３が通信路を確立する通信装置を指定し、第２の通信部１３に対して通信路確立指示を出す。ここで、指定部１４は、通信路を確立する通信装置として、第２の通信部１３との間で通信路を確立することが可能な通信部を有する通信装置の集合から、実際に通信路を確立する通信装置を選択する。指定部１４は、第１の通信部１２が無線通信可能な範囲外に位置する通信装置を第２の通信装置として指定する。第２の通信部１３が通信路を確立する通信装置を指定する方法は複数の方法がある。ここで、第１の通信部１２が無線通信可能な範囲外とは、例えば、第１の通信部１２が送信する無線信号の電波により直接届く範囲外の領域である。例えば、第１の通信部１２の電波が半径１００ｍ程度の範囲まで直接届く場合、半径１００mより遠くの範囲が、無線通信可能な範囲外である。尚、電波が距離的に届く距離であっても、遮蔽物等の影響で電波が届かない領域がある場合は、当該電波が届かない領域も無線通信可能な範囲外となる。

第１の方法は、指定部１４が、無線マルチホップネットワークを構成する複数の無線同報通信機能を有する通信装置のうち所定数以上（例えば全体の９８％以上）の通信装置に対してメッセージが到達するまでにかかる上限時間である第１の上限時間と、指定部１４が管理する無線マルチホップネットワークのネットワークトポロジとに基づき、指定する方法である。なお、第１の上限値数は、例えば、外部の管理者等によりあらかじめ定められた値であっても良い。例えば、マルチホップネットワーク上の通信装置のメッセージ受信時刻から片方向遅延を計測し、片方向遅延の最大値(あるいは98% 順位における片方向遅延等) が閾値以下となるよう、第２の通信部１３による通信路の確立先の通信装置を指定する。ここで、指定部１４は、図２に示すような無線マルチホップネットワークのネットワークトポロジを管理する。ネットワークトポロジは、ノードとノード間を結ぶリンク（通信路）から構成される。指定部１４は、例えば、無線マルチホップネットワークを構成する際に、各ノードから、ノード間の接続関係や隣接ノードなどの情報を含む通知を受けとることで、無線マルチホップネットワーク全体のネットワークトポロジの状況を管理することができる。

第２の方法は、指定部１４が、無線マルチホップネットワークを構成する複数の通信装置のうち所定数以上の通信装置に対して前記メッセージが到達するまでに経由することが可能な通信装置の数（ホップ数）の上限値である第１の上限装置数と、指定部１４が管理する無線マルチホップネットワークのネットワークトポロジとに基づき、指定する方法である。なお、第１の上限装置数は、例えば、外部の管理者等によりあらかじめ定められた値であっても良い。例えば、無線マルチホップ通信により構成されるネットワークトポロジにおいて、送信装置１０を中心とした時の最大ホップ数（あるいは９８パーセント順位におけるホップ数等）が閾値以下となるように、第２の通信部１３が通信路を確立する通信装置を指定する方法がある。より具体的には、指定部１４は、ネットワークトポロジをグラフとして整理し、ホップ数が閾値よりも高い領域により近い第２の通信装置３０に第２の通信部１３による通信路を構成する。図２及び図３の例では、ホップ数の閾値が４であり、N2及びN3の、ホップ数が閾値より多い。そこで、図３のように、ノードN０からノードN1に通信路を確立することで、N2及びN3のホップ数を閾値以下とすることができる。

第３の方法として、指定部１４が、無線マルチホップネットワークを構成する複数の通信装置のうち所定数以上の通信装置に対して、メッセージが到達するまでに経由する通信装置の数の最大値の２／３の位置にある通信装置を指定する方法がある。指定部１４は、最大ホップ数から２/３ の位置にある第２の通信装置３０ に通信路を構成すると、もっともホップ数が小さくなる（該当領域に関してはホップ数が1/3 となる) ので、これを指標として通信路を構成すると良い。

第４の方法として、 ランダムに構成し、山のぼり法等により最適構成に近づけていく方法もある。

第５の方法として、管理者などによる静的設定により第２の通信部１３による通信路を構成する方法もある。

次に、第１通信装置２０を説明する。

第１通信装置２０は、第１の通信部２２と、メッセージ受信部２１と、リレー処理部２３とを有する。
第１の通信部２２は、無線同報通信により送信されたメッセージを受信し、受信したメッセージをメッセージ受信部２１に送る。第１の通信部２２は、また、受信したメッセージを、リレー処理部２３より制御されたタイミングにより、メッセージを送信する。

メッセージ受信部２１は、第１の通信部２２を介してメッセージを受信する。

リレー処理部２３は、RFC6206 等の無線輻輳防止の手段を取った上で(つまり、既定値未満のランダムなウェイト（時間間隔）を入れる等して)、第１の通信部２２にメッセージを送信させる。リレー処理部２３は、例えば、第１の通信部２２によりメッセージを受け取って一定の期間以内のランダムな期間待機させてから、メッセージを送信させる。図３の各々のノードが、第１通信装置２０の第１の通信部２２のように、メッセージを繰り返し転送することにより、広域にわたる無線マルチホップ通信網のすみずみにメッセージを配送できる。尚、リレー処理部２３は、一定期間待機させてから、所定の条件を満たす場合には、第１の通信部３２に、無線同報通信によりメッセージを送信させ、所定の条件を満たさない場合に、メッセージを送信しないように制御することもできる。尚、ここで、所定の条件とは、例えば、他のノードから同一内容メッセージを所与の回数 (具体的にはRFC6206で定義されるパラメータ k など) を下回る回数しか受信していない、という条件である。メッセージを所与の回数以上受信した場合は、そのエリア（たとえば隣接ノード）に十分にメッセージが送信され、メッセージを未受信のノードがいる可能性が少ないと判断することができるためである。一方、同一内容メッセージを所与の回数未満しか受信していない場合は、そのエリアにメッセージを受信していないノードが存在する可能性が十分に高いと判断でき、メッセージを送信する。このような制御をすることで、より効果的に輻輳制御できる。詳細は、実施例２で説明する。

次に、第２通信装置３０を説明する。

第２通信装置３０は、メッセージ受信部３１と、第１の通信部３２と、第２の通信部３３と、片方向リレー処理部３４とを備える。

第１の通信部３２は、無線同報通信により送信されたメッセージを受信し、受信したメッセージをメッセージ受信部３１に送る。第１の通信部３２は、また、受信したメッセージを、片方向リレー処理部３４より制御されたタイミングにより、メッセージを、無線同報通信により送信する。

第２の通信部３３は、第２の通信部１３との間で通信路を確立した場合に、当該通信路を介して送信装置１０から直接メッセージを受信する。第２の通信部３３は、受信したメッセージをメッセージ受信部３１に送る。

メッセージ受信部３１は、第１の通信部３２または第２の通信部３３を介して、メッセージを受信する。

片方向リレー処理部３４は、RFC6206 等の無線輻輳防止の手段を取った上で(つまり、既定値未満のランダムなウェイト（時間間隔）を入れる等して)、第１の通信部２２にメッセージを送信させる。片方向リレー処理部２３は、第１の通信部３２及び第２の通信部３３いずれによりメッセージを受信し場合にも、メッセージを受け取って一定期間以内のランダム期間待機させてから、第１の通信部３２に、無線同報通信によりメッセージを送信させる。また、片方向リレー処理部３４は、一定期間以内のランダム期間待機させてから、所定の条件を満たすは、第１の通信部３２に無線同報通信によりメッセージを送信させ、所定の条件を満たさない場合は、メッセージを送信させないこともできる。ここで、所定の条件とは、例えば、他のノードから同一内容メッセージを所与の回数 (具体的にはRFC6206で定義されるパラメータ k など) を下回る回数しか受信していない、という条件である。なお、片方向リレー処理部３４は、第２の通信部３３には、メッセージを送信させない。第２の通信部３３によりメッセージを送信させない理由は、確立した通信路における通信相手は、送信装置１０であり、メッセージを送信装置１０に対して送る必要がないためである。また、例えば3G ネットワークを用いて第２の通信部３３を構成する場合、通信量により課金される場合があるため、第２の通信部３３によりメッセージを送信させないことで課金を防ぐことができるという効果を有する。

次に、図５〜図８を用いて第１の実施形態に係る通信システムの動作を説明する。

図５、図６、及び図７は、それぞれ、送信装置１０、第１の通信装置２０、第２の通信装置３０の動作を示すフローチャートである。図８は、第１の実施形態に係る通信システムの動作を示すシーケンス図である。

図５に示すように、送信装置１０は、指定部１４の指示により、第２の通信部１３により第２通信装置３０との間で通信路を確立する（S１０１、S１０２）。次に、管理者等の指示によりメッセージの送信が必要となったタイミングで、メッセージ発送部１１によりメッセージを発送する（S１０３）。次に、第２の通信部１３は、メッセージ発送部１１から受け取ったメッセージを第２通信装置３０に送信する（S１０４）。次に、第１の通信部１２は、メッセージ発送部１１から受け取ったメッセージを同報送信により隣接ノードに送信する（S１０５）。図２の例では、送信装置１０はノード０に該当し、隣接ノードはノード１である。２の例では、第２通信装置１０はノードN1に該当する。その後、再度メッセージの送信が必要となったタイミングで、S１０３〜S１０５の動作を行う。図尚、図５の例において、S１０２とS１０４とS１０５との動作の順序が入れ替わっても良い。

図６に示すように、第１の通信装置２０は、第１の通信部２２によりメッセージを受信すると、メッセージ受信部２１にメッセージを通知する（S２０１、S２０２）。その後、リレー処理部２３は一定期間以内のランダム期間、第１の通信部２２によるメッセージを待機させる（S２０３）。そして、一定期間以内のランダム期間待機後、所定の条件を満たす場合、第１の通信部２２によりメッセージを無線同報通信し、所定の条件を満たさない場合、第１の通信部２２によりメッセージを送信しない（S２０４、S２０５、S２０6）。図２の例では、第１通信装置２０がノード１である場合、ノード1に隣接するノード２に対してメッセージを送信する。第１の通信装置２０は、ノード２である場合は、ノード２に隣接するノード３に対してメッセージを送信する。このように、隣接ノード間で順次メッセージを転送することで、マルチホップネットワーク全体にメッセージを送信できる。なお、ノード３からノード２にメッセージを送信し、ノード２からノード１にもメッセージを送信していても良い。

図７に示すように、第２の通信装置３０は、第１の通信部３２又は第２の通信部３３によりメッセージを受信すると、メッセージ受信部３１にメッセージを通知する（S３０１、S３０２）。その後、片方向リレー処理部３４は一定期間以内のランダムな期間、第１の通信部３２によるメッセージを待機させる（S３０３）。そして、一定期間以内のランダムな期間待機後、所定の条件を満たす場合、第１の通信部３２によりメッセージを無線同報通信し、所定の条件を満たさない場合、第１の通信部３２によりメッセージを送信しない（S３０４、S３０５,Ｓ３０６）。図３の例では、第２通信装置３０がノードN1に該当し、ノードN１に隣接するノード４に対してメッセージを送信する。

図８に示すように、送信装置１０から送信されたメッセージは２つの方法で転送される。１つ目は、リレー処理部２３により一定期間以内のランダム期間待機時間をおきながら、第１の通信装置２０を伝って、メッセージが隣接ノード間でマルチホップに転送される。第２の方法では、送信装置１０から３ホップ先の第２の通信装置３０に直接通信路を形成し、メッセージが送信される。第１の方法と第２の方法を組み合わせることにより、輻輳を回避しつつ、始点から終点までのメッセージの到達時間を短縮できる。尚、７の例では、第１通信装置２０は１ホップ目の第１通信装置２０と、３ホップ目の第２通信装置３０から同一のメッセージを受信している。この場合、第１通信装置２０は、すでに隣接ノード（３ホップ目）に十分にメッセージが送信されていると判断し、メッセージを送信しない。これにより効率的に輻輳制御を実現できる。

次に、本実施形態の実施例１を用いて、本実施形態の通信システムの動作の具体例を説明する。

（実施例１）
第１の実施形態の実施例１として、例えば、中央管理システム等に3G で接続されたデータ集約装置(DAP：Data Aggregation Point ) を持つ無線マルチホップネットワークにおいて、データ集約装置の故障等に備えて無線マルチホップネットワーク上の他のノードにも3G のインターフェイスを持たせる構成を想定する(図2)。データ集約装置は、図１では送信装置１０に対応する。その他のノードは、第１の通信装置２０又は第２の通信装置３０に該当する。図２の例では、少なくとも、ノードN1が第２の通信装置３０に該当する。

図２において、例えば4 ホップが要求仕様の限界ホップ数（経由できる通信装置の数）だったとすると、5 ホップ以遠のノード(N2, N3) に対する無線同報通信によるメッセージ伝達の即時性は要求仕様を満たさない。

ここで、例えば、ノードN1 とラベルされたノードが3G（第２の通信部３３に該当） と無線マルチホップ（第１の通信部３２に該当）の両方のインターフェイスを持つとする（つまり、図１の第２の通信装置３０に該当するとする）。この場合、データ集約装置 からノードN1 に対して、第２の通信部１３による通信路を構築することでノードＮ３までのホップ数を2つ減じることができる（図３）。従って、ノードN2 とノードN3 に対するホップ数が要求を充足し、ネットワーク全体として要求を充足することが確認できる。

なお、第２の通信部１３が、3G インターフェイスの場合、常時接続であっても常時接続でなくても良い。常時接続でない場合は、アプリケーションや環境の監視によりメッセージが発行されそうなタイミング(例えば、電力逼迫時) のみ通信路を確立してもよい。

次に、実施例２を用いて、第１の実施形態のシステムにおける第２の通信部１３の例として、第１の通信部１２の仮想リンクを用いた例を説明するとともに、リレー処理部２３及び片方向リレー処理部３４のRFC6206 等の無線輻輳防止の手段にしたがった動作例を説明する。

（実施例２）
実施例１では第２の通信部１３に3G を利用する例を説明したが、第２の通信部１３の通信路は第１の通信部１２上に構築する仮想リンクである例を説明する。

第１の通信部１２は無線マルチホップであることから、無線区間の輻輳やコンテンションなどにより、有線ネットワークよりはRTT（Round Trip Time）が長いことが予測される。一方、標準的な無線輻輳回避手段による無線同報通信における最大の遅延は、図９に示すようなタイマによる遅延である。例えば図９では、図１０に示すようなトポロジにおいてノードn0 からメッセージが送信されている。メッセージはメッセージ到達可能範囲にあるノードに直接届く。ここでは、ノードn1とn2に届くとする。ノードn1とn2は、無線区間の輻輳を避けるために適切なインターバル(interval)の間のランダムな秒数待った上でメッセージの送信を行う（この処理は、第１の通信装置２０はリレー処理部２３が制御し、第２の通信装置３０は片方向リレー処理部３４が制御する。）。図９の例では、ノードn1 がt2 まで待機し、ノードn2 がt1 まで待機している。そして、ノードn１にはノードn2からメッセージの送信をすでに通知した旨が通知される。その通知を受け取ると、ノードn1は、メッセージの送信を行わない。その結果、ノードn2 がメッセージをノードn3に転送している。従って、ノードn0からノードn3 まではt1(+伝送遅延) の遅延が発生することになる。尚、ノードn1がメッセージを送信しない理由は、同一の宛先に同一のメッセージを送ることを防ぎ、輻輳を防ぐためである。

ここで、例えば、ノードn3 までトンネル等による仮想的なリンクを構築したとする。このとき、ノードn0 からノードn3までは、無線区間の伝送遅延が発生するが、無線マルチキャストの無線輻輳回避手段による遅延は発生しない。この仮想的なリンクを第２の通信部１３とすることで、3G 網のようなコストのかかるネットワークを利用しなくとも、始点の通信端末から終点の通信端末までのメッセージの到達時間を短縮することを実現できる。なお、この場合、仮想リンクを構築できる全ての通信装置が、第２の通信部１３のリンク確立先の候補となる。

（変形例１）
図１１に、変形例１にかかる通信システムのブロック図を示す。

送信装置１０´が送信装置１０と異なり、指定部１４を備えていない点、指定部６４を備える管理装置６０を備える点が、第１の実施形態の通信システムと異なる。

管理装置６０が備える指定部６４は、送信装置１０´の外部にある点を除き、図１の指定部１４の機能と同様である。

つまり、指定部６４は、送信装置１０´に対して、前記第２の通信部１３との間で通信路を確立可能であって、かつ送信装置１０´の第１の通信部１２が無線通信可能な範囲より遠い距離に位置する通信装置を通信路の確立先に通信装置と指定して、送信装置１０´に対して通信路を確立するように指示する。指定部６４が、どのような方法で通信装置を指定するかは指定部１４と同様である。

（変形例２）
第１の実施形態では、実際に動作している無線マルチホップネットワークを対象としたが、実際には計画段階においてシミュレータ等に実装しても良い。シュミレータは、仮に全ての通信装置を第２の通信部３３を備える第２の通信装置３３ の候補とし、最大ホップ数を最小とする通信路構成を実現する機器に、第２の通信部３３を具備した機器を設置する（図２の例では、ノードN1の位置に、予め第２の通信部３３を具備したノードを設置しておく。）。このようにすることで、例えば通常は障害対策のために一定数の第２の通信部３３具備の第２の通信装置３０を設置することが決まっていたとして、その設置位置を無線同報通信の最適化のためにも活用できる、という利点がある。

本発明の第１の実施形態の通信システムによれば、無線マルチホップネットワークにおいて、メッセージを伝送する場合に、メッセージの輻輳を回避しつつ、始点の通信端末から終点の通信端末までのメッセージの到達時間を短縮することができる。また、本実施形態では、無線同報通信については、RFC6206 等の無線輻輳防止の手段を取って(つまり、既定値未満のランダムなウェイトを入れる等して)いるので、無線区間の輻輳も発生しづらい。また、本実施形態では、指定部１４が、指定部１４が管理するネットワークトポロジの実態に応じて、通信路の確立先の通信装置を指定しているため、高い確率で無線同報通信の最大到達時間に対する要求を満たすことができる。そして、ある終点におけるホップ数について要求仕様を充足することを保証することができる。また、本実施形態では、第１の通信部３２及びリレー処理部２３または片方向リレー処理部３４が、無線マルチホップの標準（ＲＦＣ６２０６等）にしたがって動作するため、標準技術と干渉しない。

尚、第１の実施形態では、無線マルチホップネットワークで、第１の通信部１２が通信可能な通信装置（隣接ノード）として、第１の通信部１２が無線通信可能な範囲にある装置として説明したが、これに限られない。第１の通信部１２が無線通信可能な範囲に位置する通信装置のうち、所定の通信装置とだけ無線通信可能とするようにあらかじめ定められている場合は、当該無線通信可能な通信装置が隣接ノードとなる。このような場合、第１の通信部１２は、無線通信可能な通信装置に対してのみ無線同報通信によりメッセージを送信する。このような場合、第１の通信部１３が通信路を確立する通信装置は、第１の通信部１２が、無線通信が無線通信可能な範囲外にある装置だけでなく、無線通信不可能な通信装置や無線通信困難な通信装置も含まれる。ここで、第１の通信部１２が無線通信可能な所定の通信装置は、例えば、送信装置１０との間で同じ識別子を共有している装置に制限する方法がある。このような制限は、例えば、セキュリティ上所定の通信装置のみにしかメッセージを送りたくない場合に行われる。このように、隣接ノードは、あらかじめ送信装置と無線通信可能な通信装置との間であらかじめ定められていてもよい。２ホップ目以降のノードもあらかじめ定められていてもよい。

＜第２の実施形態＞
図１２に、第２の実施形態にかかる通信システムのブロック図を示す。

第２の実施形態に係る通信システムでは、送信装置２１０が第２の通信部１３を有していない点が、図１の実施形態に係る通信システムと異なる。また、第２の実施形態に係る通信システムでは、第３通信装置２４０を備えている点が図１の実施形態にかかる通信システムと異なる。

送信装置２１０の指定部２１４は、第３の通信装置２４０の第２の通信部２４３に対して、第２通信装置３０の第２通信部３３との間で通信路を確立するように指示を出す。尚、第２の通信部２４３の機能は、図１の第２の通信部１３の機能と同様の機能である。）。また、指定部２１４の機能は、外部の第２の通信部２４３に対して指示を出す点を除いては、図１の指定部１４の機能とほぼ同様の機能を有する。なお、指定部２１４は、第２の通信部２４３の通信路の確立先の第２通信装置３０として、少なくとも、第１の通信部２４２が無線通信可能な範囲より遠い位置にある通信装置であって、かつ第２の通信部２４３と通信路を確立可能な通信部を有する装置を指定する。

また、送信装置２１０の第１の通信部２１２は、第３通信装置２４０の第１の通信部２４２に対して無線同報通信によりメッセージを送信する（。

第３通信装置２４０の第１の通信部２４２はメッセージを受信すると、代理メッセージ発送部２４１に対してメッセージを通知する。また、第１通信部２４２は受信したメッセージをメッセージ受信部２４５に対しても送信する（メッセージ受信部２４５の処理は、図１のメッセージ受信部２１と同様の処理である。）。また、第１の通信部２４２は、リレー処理部２４４の制御によりメッセージを無線同報通信により送信する（リレー処理部２４４による制御は、図１のリレー処理部２３と同様の処理である。

代理メッセージ発送部２４１は、第２の通信部２４３が確立した通信路を介して、メッセージを第２の転送装３０の置第２の通信部３３に対して送信する。

第２の実施形態の通信システムによれば、メッセージの送信の始点である送信装置が第２の通信部を有しない場合に、送信装置の近傍（たとえば第１ホップ）にあってかつ第２の通信部を有する第３通信装置２４０に、送信装置の代理として、遠方にある（第２ホップ以上にある）第２通信装置３０との間で、第２の通信部による通信路を確立させ、メッセージの伝送を実現させることができる。

また、本実施形態は、第１の実施形態の通信システムと同様の効果を達成できる。

送信装置１０は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、メッセージ発送部１１、第１の通信部１２、第２の通信部１３、指定部１４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、送信装置１０は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

また、第２通信装置３０は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、メッセージ受信部３１、第１の通信部３２、第２の通信部３３、片方向リレー処理部３４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、第２通信装置３０は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

また、管理装置６０は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち指定部６４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、管理装置６０は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の効果は、無線マルチホップネットワークにおいて、メッセージを伝送する場合に、メッセージの輻輳を回避しつつ、始点の通信端末から終点の通信端末までのメッセージの到達時間を短縮することである。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０´、２１０・・・送信装置、１１・・・メッセージ発送部、１２・・・第１の通信部、１３・・・第２の通信部、１４、６４・・・指定部、２０・・・第１通信装置、２１・・・メッセージ受信部、２２・・・第１の通信部、２３、２２３・・・リレー処理部、３０、２３０・・・第２通信装置、３１、２３１・・・メッセージ受信部、３２・・・第１の通信部、３３・・・第２の通信部、３４・・・片方向リレー処理部、４０・・・第１ネットワーク、５０・・・第２ネットワーク、６０・・・管理装置

Claims (13)

1. 無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する複数の第１通信装置に対して、無線同報通信によりメッセージを送信する第１の通信部と、
   無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置の中から、前記第１の通信部が無線通信可能な範囲外に位置し、かつ第１の通信路を確立可能な第２通信装置を指定する指定部と、
   前記第１の通信部より広い範囲に通信可能な通信部であって、前記指定部により指定された第２通信装置との間で前記第１の通信路を確立し、確立した前記第１通信路を用いて前記メッセージを送信する第２の通信部と、を備える
   送信装置。
2. 前記第１通信装置及び前記第２通信装置は、前記メッセージを受け取ってから待機をした後、所定の条件を満たす場合は、前記メッセージを無線同報通信により送信し、所定の条件を満たさない場合は、前記メッセージを送信しない
   請求項１記載の送信装置。
3. 前記指定部は、無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置のうち所定数以上の通信装置に対して前記メッセージが到達するまでかかる上限時間である第１の上限時間、又は、前記メッセージが到達するまでに経由することが可能な通信装置の数である第１の上限装置数と、前記無線マルチホップネットワークのネットワークトポロジとに基づき、前記第２通信装置を指定する請求項２記載の送信装置。
4. 前記第１の上限時間、又は、前記第１の上限装置数は、外部から予め定められた値である請求項３記載の送信装置。
5. 前記指定部は、無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置のうち所定数以上の通信装置に対して、前記メッセージが到達するまでに経由する通信装置の数の最大値の２／３の位置にある通信装置を、前記第２通信装置として指定する請求項２記載の送信装置。
6. 前記第２の通信部は、第１の通信部上の仮想リンクにより実現する請求項１記載の送信装置。
7. 前記第２通信装置は、確立した前記通信路を用いた前記メッセージの送信を行わない請求項２記載の送信装置。
8. 無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する複数の第１通信装置に対して無線同報通信によりメッセージを送信する第１の通信部と、
   第１通信路を確立可能であって、かつ前記第１の通信部より広い範囲に通信可能な第２の通信部を有する第３の通信装置に対して、前記複数の無線同報通信機能を有する通信装置のうち、前記第１通信路を確立可能なであって、かつ前記第１通信部が無線通信可能な範囲外に位置する第２通信装置との間で前記第１通信路を確立するように指示する指定部と、
   を備える送信装置。
9. 無線マルチホップネットワークを構成する複数の無線同報通信機能を有する通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する複数の第１通信装置に対して無線同報通信によりメッセージを送信する第１の通信部と、第１通信路を確立可能であって、前記第１の通信部より広い範囲に通信可能であって、前記第１通信路により前記メッセージを送信する第２の通信部とを備える送信装置に対して、複数の前記通信装置の中から、前記第１の通信部が無線通信可能な範囲外に位置し、かつ前記第１の通信路を確立可能な第２通信装置との間に前記第１通信路を確立するように指示する指定する指定部を備える
   管理装置。
10. 前記第１通信装置及び前記第２通信装置は、前記メッセージを受け取ってから待機をした後、所定の条件を満たす場合は、前記メッセージを無線同報通信により送信し、所定の条件を満たさない場合は、前記メッセージを送信しない
    請求項９記載の管理装置。
11. 前記指定部は、無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置のうち所定数以上の通信装置に対して前記メッセージが到達するまでかかる上限時間である第１の上限時間、又は、前記メッセージが到達するまでに経由することが可能な通信装置の数である第１の上限装置数と、前記無線マルチホップネットワークのネットワークトポロジとに基づき、前記第２の通信装置を指定する請求項１０記載の管理装置。
12. 無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する第１通信装置から無線同報通信によりメッセージを受信する第１の通信部と、
    前記第１の通信部より広い範囲に通信可能であって、無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置のうち、通信路を確立可能な第２通信装置との間で確立した前記通信路を介して前記第２通信装置から前記メッセージを受信する第２の通信部と、
    前記第１の通信部、又は、前記第２の通信部により前記メッセージを受信後、待機させた後、前記第１の通信部に前記メッセージを送信させるとともに、前記第２の通信部に前記メッセージを送信させないリレー処理部を有する受信装置。
13. 無線マルチホップネットワークを構成する無線同報通信機能を有する複数の通信装置のうち無線通信が可能な範囲に位置する第１通信装置に対して、無線同報通信によりメッセージを第１の通信部により送信する第１の通信ステップと、
    無線同報通信機能を有する複数の前記通信装置の中から、前記第１の通信部が無線通信可能な範囲外に位置し、かつ第１の通信路を確立可能な第２通信装置を指定する指定ステップと、
    前記第１の通信部より広い範囲に通信可能な第２の通信部が、前記指定ステップにより指定された第２通信装置との間で前記第１の通信路を確立し、確立した前記第１通信路を用いて前記メッセージを送信する第２の通信ステップと、を備える
    プログラム。
    
    
    
    

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