JP2017157988A

JP2017157988A - 情報処理装置および情報処理方法

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Publication number: JP2017157988A
Application number: JP2016038570A
Authority: JP
Inventors: 南雄也; Yuya Minami; 梶川伸廣; Nobuhiro Kajikawa; 河野英太郎; Eitaro Kono; 角田良明; Yoshiaki Kakuda
Original assignee: Hiroshima City University
Current assignee: Hiroshima City University
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-01
Also published as: JP6655247B2

Abstract

【課題】低速通信と高速通信を組み合わせた情報処理装置及び方法を提供する。【解決手段】高速通信部と低速通信部と、ここで取得した機器とのコネクション確立に関する情報とデータ通信に関する情報を振り分ける通信方式制御部と、低速通信部から取得した機器の情報に基づきコネクションを確立する低速通信コネクション制御部と、高速通信部から取得した機器の情報に基づきコネクションを確立する高速通信コネクション制御部と、機器とのコネクション確立に必要な機器に関する情報を記録する機器情報記録部と、機器との送受信データを記憶するコンテンツ記憶部と、高速通信部から取得したデータ及び低速通信部から取得した高速通信に必要な情報の送受信処理を行っているデータ通信部と、低速通信コネクション制御部からの高速通信に必要な情報の送信要求やコンテンツ記憶部からのデータの送信要求を処理し、データ通信部に転送する送信データ処理部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、情報処理装置および情報処理方法に関する。

コネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置の例として Bluetooth （登録商標）がある。この情報処理装置の高速通信の例として Bluetooth Classic がある。また情報処理装置の低速通信の例として Bluetooth Low Energy (LE) がある。Bluetooth LE とBluetooth Classic では周辺に存在する端末の検出方法が異なる。Bluetooth Classic における周辺端末の検出方式を説明する。この方式では、Discovery（探索）である機器である端末A が周辺端末を検出するためのパケットを定期的に送信している。パケットを受信したDiscoverable(被探索) である端末B が応答パケットを送信することで、端末A は端末B の検出を完了する。Classic では一つの端末がDiscovery とDiscoverable のどちらか一方の状態しか持てないため、周辺装置を発見できない端末Aの状態と端末Bの状態の組み合わせが発生する。１つの端末によるDiscoveryが近接する他の端末により受信されてコネクションが確立しないとき、探索・被探索の周期を変更して、いち早く両者のコネクションを確立する技術が知られている(例えば特許文献１)。

Bluetooth LEにおける周辺端末の検出方式では、サーバに相当するPeripheralである端末B がAdvertising パケットをブロードキャストする。このとき、クライアントに相当するCentral である端末A が周辺端末のスキャンを行うことでAdvertising パケットを検出し、端末A は端末B の検出を完了する。Bluetooth 4.1 以降のBluetooth LE では、一つの端末がCentral とPeripheral の両方の役割を同時に持つことができるため、Bluetooth Classic と比べて周辺端末の検出に成功する確率が高くなるという特徴がある。また、Bluetooth LE とBluetooth Classic では通信速度も大きく異なっている。Bluetooth Classic のデータレートは最大3Mbps であり、Bluetooth LE のデータレートは最大1Mbps である。Bluetooth Classic の実効通信速度は2.1Mbps であり、Bluetooth LE では270kbps である。Bluetooth LE はBluetooth Classic に比べて通信速度が大幅に遅いため、大きなデータの転送には適さず、センサ値などの小さなデータ転送向きの通信規格である。

特開２０１３−１８３３８７号公報

コネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置を用いてモバイルアドホックネットワーク(MANET)を構築する場合、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現によるコネクションの一時的な切断が起こり、データ送受信が安定しないという問題がある。例えば、先行技術文献（特許文献１）に示されているBluetooth Classic のみを用いたコネクション確立方法があるが、Bluetooth Classic は一つの端末がDiscovery とDiscoverableのどちらか一方の状態しか持てないため、周期的に各状態を切り替えてコネクションを確立する方法（以降、従来方法と呼ぶ）を用いてきた。しかし、従来方法では周辺端末を発見できない端末Aの状態と端末Bの状態の組み合わせを避けるために時間を要し、MANET の構築やデータ転送に時間を要してしまう可能性があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現によるコネクションの一時的な切断が起っても、低速通信と高速通信を組み合わせて安定したデータ送受信を提供できる情報処理装置および情報処理方法を提供するものである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、端末等機器間のコネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置であって、前記機器と高速通信を行う高速通信部と、前期機器と低速通信を行う低速通信部と、前記低速通信部や前記高速通信部で取得した前記機器とのコネクション確立に関する情報とデータ通信に関する情報を振り分ける通信方式制御部と、前記低速通信部から取得した前記機器の情報に基づき前記機器とのコネクションを確立する低速通信コネクション制御部と、前記高速通信部から取得した前記機器の情報に基づき前記機器とのコネクションを確立する高速通信コネクション制御部と、前記機器とのコネクション確立に必要な前記機器に関する情報を記録する機器情報記録部と、前記機器との送受信データを記憶するコンテンツ記憶部と、前記高速通信部から取得したデータ及び前記低速通信部から取得した高速通信に必要な情報の送受信処理を行っているデータ通信部と、前記低速通信コネクション制御部からの高速通信に必要な情報の送信要求や前記コンテンツ記憶部からのデータの送信要求を処理し、前記データ通信部に転送する送信データ処理部と、前記データ通信部から受信されたデータ及び高速通信に必要な情報の処理を行い、データは前記コンテンツ記憶部に転送し、高速通信に必要な情報は前記高速通信コネクション制御部に転送する受信データ処理部と、を備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、端末等機器間のコネクションを確立された後にデータを送受信される前記情報処理装置において、前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立を要求するクライアントの情報処理方法であって、前記低速通信部において広告情報を検出する過程と、前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立を要求した後に前記機器の情報を送信する過程と、前記低速通信コネクションで確立したコネクションを利用して、前記高速通信コネクション制御部においてコネクションを確立する過程と、前記低速通信コネクション制御部において広告通信が検出しなければすべてのコネクションを解除する過程と、を有することを特徴とするものである。

さらに、本発明は、端末等機器間のコネクションを確立された後にデータを送受信される前記情報処理装置において、前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾するサーバの情報処理方法であって、前記低速通信部において広告情報を送信する過程と、前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾し、コネクションを確立し、前記機器の情報を受信する過程と、前記低速通信コネクションで確立したコネクションを利用して、前記高速通信コネクション制御部においてコネクションを確立する過程と、を有することを特徴とするものである。

本発明にあっては、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現によるコネクションの一時的な切断が起っても、低速通信と高速通信を組み合わせて安定したデータ送受信が可能となる。先行技術文献で示した従来方法と本発明方法を端末に実装し、比較実験を行なった。2 台の端末を用い、互いの端末が通信範囲内に存在するよう配置した。端末間のコネクションが確立されるまでの時間を測定するために、端末間のコネクションをランダム時間後に自動的に切断する機能を実装した。コネクションを切断する時間は、事前に設定する切断時間間隔に含まれる時間内からランダムに決定される。例えば、切断時間間隔を10秒から20 秒に設定した場合、10 秒から20 秒までの時間からランダムで秒数を決定し、コネクションの確立から決定した時間後にコネクションを切断する。この機能により、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現によるコネクションの一時的な切断などから、Bluetooth MANETの端末間の無線通信の接続性が頻繁に変化する環境を、実際に端末を移動させずに模擬している。また、Bluetooth MANET の端末間の接続性が頻繁に変化する環境で、一定時間内における端末間のデータ送受信が可能な稼働時間を測定してBluetooth MANETの稼働率を測定している。

各手法においてコネクションに要する時間の測定は200 回行い、平均値を算出した。従来方法の平均時間は約24秒、本発明方法の平均時間は約6秒であった。実験結果から本発明方法が従来方法よりも約75% ほどコネクションに要する時間を短縮していることが確認できた。各方法において15 分間でデータ送受信のための稼働時間を測定した。従来方法におけるデータ送受信のための稼働率は約54%であり、本発明方法におけるデータ送受信のための稼働率は約85%であった。実験結果から本発明方法が従来方法よりも、実験時間の約32% ほどデータ送受信のための稼働時間が長くなっていることを確認できた。

本発明に係る情報処理装置の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明に係る情報処理方法において、低速通信コネクション制御部におけるコネクションの確立を要求するクライアントの情報処理方法の一例を示すフローチャートである。実施形態に係る低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾するサーバの情報処理方法の一例を示すフローチャートである。実施形態におけるクライアントとサーバの間の情報交換を表すシーケンスチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、情報処理装置の構成を示すブロック図である。情報処理装置10はスマートフォンやタブレットなどの端末である。機器2は、情報処理装置10の周辺に存在する同様のスマートフォンやタブレットなどの端末である。情報処理装置10は、機器2と当該機器2のBluetoothアドレス、認証キー、暗号化キーなどを交換して通信接続を確立する。情報処理装置10と機器2はBluetooth通信により情報の転送を行う。また、情報処理装置10と周辺に存在する機器2などはすべて電池駆動である。

低速通信部105はBluetooth LE (Low Energy)による通信を行う。高速通信部106はBluetooth Classicによる通信を行う。低速通信部105では、低速通信コネクション制御部101の要求に応じて広告情報 (Advertising)の送信や検出などを行う。低速通信部105は、高速通信部106と比べて、通信速度が低速であるが、通信の消費電力は小さい。また、高速通信部106は、低速通信部105と比べて通信速度は高速であるが、通信の消費電力は大きい。

本実施形態では、情報処理装置10の各部が機器2との間で行う通信は、低速通信部105または高速通信部106を介して行われる。また、情報処理装置10の各部が機器2との間で行う通信にはコネクション確立に関する通信とデータ通信がある。低速通信部105と高速通信部106のコネクション確立には各通信部を使用し、データ通信には高速通信部106のみを用いて通信を行う。

通信方式制御部104では、低速通信や高速通信とのコネクション確立に関する情報とデータ送受信に関する情報の振り分けを行っている。低速通信のコネクション確立に関する情報は、低速通信コネクション制御部101に転送される。高速通信のコネクション確立に関する情報は、高速通信コネクション制御部102に転送される。また、データ送受信に関する情報はデータ通信部103に転送される。

低速通信コネクション制御部101は、Bluetooth LE (Low Energy)の通信に用いるコネクションの確立などを制御する。また、低速通信コネクション制御部101は機器2とのコネクションに関する状態(接続済み/切断済み)を管理しており、端末間の通信に必要な通信情報を交換して情報処理装置101と機器2との間で通信接続を確立する (ペアリング)。情報処理装置101では、機器2などとの低速通信のコネクション確立に関する情報の処理を全て行っている。低速通信コネクション制御部101は機器2との間で低速通信のコネクションを確立する際に、すでに高速通信コネクションが確立しているかを高速通信コネクション制御部102に確認する。高速通信コネクションが確立していない場合には、低速通信コネクション制御部101は機器2との間で低速通信のコネクションを確立する。機器2などとBluetooth LEのコネクションが確立した時には、機器情報記録部107に対して当該部管理する、当該情報処理装置10のBluetoothアドレスを機器2に対してBluetooth LE通信を用いて送信するように要求する。

機器情報記録部107では、情報処理装置の低速通信や高速通信に関する情報の管理を行っている。管理している情報の一例として、Bluetoothアドレスなどがある。本実施形態では、低速通信を用いて、機器間の高速通信に必要な情報を交換して情報処理装置101と機器2との間で高速通信接続を確立する。機器情報記録部107では端末間の高速通信に必要な情報を管理し、機器2に対する低速通信コネクション制御部101からの当該情報の送信要求を処理する。

高速通信コネクション制御部102は、Bluetooth Classicの通信に用いるコネクションの確立などを制御する。また、高速通信コネクション制御部102は機器2とのコネクションに関する状態(接続済み/切断済み)を管理しており、端末間の通信に必要な通信情報 (Bluetoothアドレス)を交換して情報処理装置102と機器2との間で通信接続を確立する (ペアリング)。情報処理装置102では、機器2などとの高速通信のコネクション確立に関する情報の処理を全て行っている。高速通信コネクション制御部102が機器2から高速通信のコネクション確立要求を受信した時には、受信した情報をもとに情報処理装置10と機器2との間で高速通信のコネクション確立を行う。

データ通信部103では、低速通信と高速通信を用いた機器２とのデータ通信に関する情報の処理を行っている。機器2から受信したデータは、受信データ処理部109に転送する。また、送信データ処理部108から転送された情報を機器2への送信データとして通信方式制御部104に転送する。

送信データ処理部108では、低速通信コネクション制御部101からの機器間の高速通信に必要な情報の送信要求やコンテンツ記憶部110からのコンテンツデータの送信要求を処理し、データ通信部103に転送することにより、機器2に低速通信部105や高速通信部106を介して情報を送信する。

受信データ処理部109では、データ通信部103から転送されたデータの処理を行う。データ通信部103から転送される情報は、コンテンツデータと機器間の高速通信に必要な情報がある。コンテンツデータはコンテンツ記憶部110に転送し、機器間の高速通信に必要な情報は高速通信コネクション制御部102に転送する。機器間の高速通信に必要な情報を受信した高速通信コネクション制御部102は、受信した情報をもとに高速通信のコネクション確立要求を機器2へ送信する。

コンテンツ記憶部110では、情報処理装置10や機器2などにおいて作成されたコンテンツ情報を記憶する。情報処理装置10から機器2へのコンテンツ送信要求が発生した場合には、送信するコンテンツ情報を送信データ処理部108に転送する。また、機器２からのコンテンツ情報を受信データ処理部109から受信した時には、コンテンツ情報を当該記憶部に記憶する。

図２は、低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立を要求するクライアントの情報処理方法を示すフローチャートである。以下、図を参照して説明する。
ステップS101：低速通信部105と高速通信部106を起動する。
ステップS102：低速通信部105は広告情報（Advertising パケット）を送信している機器2の検出を開始する。
ステップS103：低速通信部105が当該広告情報を検出した場合にはステップS106に進む。一方、一定時間内に当該広告情報を検出できない場合にはステップS104に進む。
ステップS104：低速通信部105は広告情報を送信している機器2の検出を終了する。
ステップS105：低速通信コネクション制御部101で制御している、低速通信部105のコネクションを全て解放する。
ステップS106：ステップS103で検出した機器2が、すでにコネクションが確立している機器か否かを、低速通信コネクション制御部101において判定する。コネクションが確立していない機器である場合にはステップS107に進む。一方、すでにコネクションが確立している機器である場合にはステップS103に進む。
ステップS107：低速通信コネクション制御部101でステップS106においてコネクションが確立していないと判定された機器と通信情報を交換し、低速通信のコネクションを確立する。
ステップS108：自身との高速通信の確立に必要な情報を当該機器2に送信するために、機器情報記録部107から自身の機器情報を取得する。取得した機器情報は、ステップS107においてコネクションを確立した低速通信において当該機器2に送信する。
ステップS109：当該機器2からの高速通信のコネクション確立要求の受信待ちを行う。当該機器２からのコネクション確立要求を受信した場合にはステップS110に進む。一方、一定時間内に高速通信のコネクション確立要求を受信しなかった場合には、受信待ちを中断してステップS103に進む。
ステップS110：ステップS109で受信したコネクション確立要求の情報もとに、当該機器２と通信情報を交換し、高速通信コネクション制御部102において当該機器2との高速通信のコネクションを確立する。

図３は、低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾するサーバの情報処理方法を示すフローチャートである。以下図を参照して説明する。
ステップS21：低速通信部105と高速通信部106を起動する。
ステップ S22：低速通信部105は広告情報（Advertising パケット）の送信を開始する。
ステップS23：機器２からの低速通信のコネクション確立要求を低速通信コネクション制御部101が受信した場合にはステップS24に進む。一方、低速通信のコネクション確立要求を受信できない場合には、ステップS23を繰り返し実行することでコネクション確立要求の受信待ちを行う。
ステップS24：低速通信コネクション制御部で受信した低速通信のコネクション確立要求をもとに、当該機器２との間で通信情報を交換し、低速通信のコネクション確立を行う。
ステップS25：データ通信部103と受信データ処理部109で当該機器2の機器情報の受信待ちを行う。当該機器２の機器情報を受信した場合にはステップS26に進む。当該機器2の機器情報を受信できない場合には、ステップS25を繰り返し実行することで機器情報の受信待ちを行う。
ステップS26：受信した当該機器2の機器情報をもとに、高速通信のコネクション確立要求を当該機器2に送信し、当該機器２との間で高速通信のコネクションを確立する。

図４は、クライアント（端末A）とサーバ（端末B）の間のコネクション確立に関する情報交換を表すシーケンスチャートである。以下図を参照して説明する。
ステップS31：端末Aが広告情報（Advertisingパケット）の検出を行い、端末Bが広告情報ブロードキャストしている広告情報を検出する。
ステップS32：端末Aは検出した広告情報をもとに、端末Bに対してBluetooth LEのコネクション確立要求を送信する。
ステップS33：端末Bは端末AからBluetooth LEのコネクション確立要求を受信すると、そのコネクション確立要求を受け付けることで端末AとB間でBluetooth LEのコネクションが確立する。
ステップS34：端末Aは確立したBluetooth LEのコネクションを用いて、Bluetooth Classicのコネクション確立に必要な自端末の機器情報を端末Bに対して送信する。
ステップS35：端末Bは受信した機器情報をもとに、端末Aに対してBluetooth Classicのコネクション確立要求を送信する。
ステップS36：端末Aが端末Bから受信したBluetooth Classicのコネクション確立要求を受け付けると、ステップS37で端末AとB間でBluetooth Classicのコネクションが確立する。

本発明は、災害時、例えば、地震、津波、台風等により、固定基地局や有線網が使用不可能となったとき、緊急通報、避難誘導、被災者の捜索、救出、被害情報の収集手段として有効である。またセンサネットワークと組み合わせて地震や津波への早期警告として使用することができる。また、交通事故や渋滞情報の交換を行うことができる。また沿道の店舗情報やサービスエリアのサービス情報の取得に使用できる。さらに限られた範囲の簡易ネットワークに有効であり、アミューズメントパーク、スタジアム等における売店、レストラン等のサービス情報の取得、アトラクションの待ち時間や待っている人の数の情報取得等に使用できる。さらに、共同作業の支援、例えば遺跡発掘、洞窟探検等、固定基地局の設置や利用が困難な場合の通信手段としても有効である。

10 情報処理装置
101 低速通信コネクション部
102 高速通信コネクション制御部
103 データ通信部
104 通信方式制御部
105 低速通信部
106 高速通信部
107 機器情報記録部
108 送信データ処理部
110 コンテンツ記憶部
2 機器

Claims

コネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置であって、
前記機器と高速通信を行う高速通信部と、
前期機器と低速通信を行う低速通信部と、
前記低速通信部や前記高速通信部で取得した前記機器とのコネクション確立に関する情報とデータ通信に関する情報を振り分ける通信方式制御部と、
前記低速通信部から取得した前記機器の情報に基づき前記機器とのコネクションを確立する低速通信コネクション制御部と、
前記高速通信部から取得した前記機器の情報に基づき前記機器とのコネクションを確立する高速通信コネクション制御部と、
前記機器とのコネクション確立に必要な前記機器に関する情報を記録する機器情報記録部と、
前記機器との送受信データを記憶するコンテンツ記憶部と、
前記高速通信部から取得したデータ及び前記低速通信部から取得した高速通信に必要な情報の送受信処理を行っているデータ通信部と、
前記低速通信コネクション制御部からの高速通信に必要な情報の送信要求や前記コンテンツ記憶部からのデータの送信要求を処理し、前記データ通信部に転送する送信データ処理部と、
前記データ通信部から受信されたデータ及び高速通信に必要な情報の処理を行い、データは前記コンテンツ記憶部に転送し、高速通信に必要な情報は前記高速通信コネクション制御部に転送する受信データ処理部と、
を備えることを特徴とする情報処理装置。
コネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置において前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立を要求するクライアントの情報処理方法であって、
前記低速通信部において広告情報を検出する過程と、
前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立を要求した後に前記機器の情報を送信する過程と、
前記低速通信コネクションで確立したコネクションを利用して、前記高速通信コネクション制御部においてコネクションを確立する過程と、
前記低速通信コネクション制御部において広告通信が検出しなければすべてのコネクションを解除する過程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置の情報処理方法
コネクションを確立された後にデータを送受信される情報処理装置において前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾するサーバの情報処理方法であって、
前記低速通信部において広告情報を送信する過程と、
前記低速通信コネクション制御部においてコネクションの確立要求を受諾し、コネクションを確立し、前記機器の情報を受信する過程と、
前記低速通信コネクションで確立したコネクションを利用して、前記高速通信コネクション制御部においてコネクションを確立する過程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置の情報処理方法。