JP2018067792A - 通信制御方法,通信装置,通信システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】機器の接続先の変更に係る負荷を軽減する。【解決手段】機器と複数のチャネルを用いて通信する複数の通信装置を含む通信システムの通信制御方法において、複数の通信装置中の第1の通信装置に収容された第1の機器を第1の通信装置の代わりに収容する第2の通信装置となる通信装置が、機器との接続状態を示す接続情報と選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを第1の通信装置から取得し、チャネル情報に基づいて第1及び第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを選択し、第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する要求を送信し、接続情報と所定数の特定チャネルを用いて機器との通信を開始する。【選択図】図2
Description
本発明は、通信制御方法,通信装置,通信システム及びプログラムに関する。
近年、IoT(Internet of Things)が普及してきている。IoTでは、インターネット等のネットワークに接続された機器やセンサ(IoT機器と称する)を用いてサービスで利用されるデータが収集される。サービスに係るデータの処理結果は必要に応じて機器にフィードバックされる。
電力供給線の配線が困難な場所には、バッテリで駆動するIoT機器が設置される。この場合、IoT機器の通信方法として、低消費電力の近距離無線通信(例えばBluetooth
(登録商標) Low Energy(BLE))が適用される場合が少なくない。
(登録商標) Low Energy(BLE))が適用される場合が少なくない。
BLEを利用するIoT機器からの電波の到達距離は狭小であり、Internet Protocol
(IP)を用いた通信(IP通信)を行うこともできない。このため、“ゲートウェイ(GW)”と呼ばれる装置がIoT機器を収容(NW的に接続)し、IoT機器とネットワーク(インターネット等)との間のデータ中継を行う。
(IP)を用いた通信(IP通信)を行うこともできない。このため、“ゲートウェイ(GW)”と呼ばれる装置がIoT機器を収容(NW的に接続)し、IoT機器とネットワーク(インターネット等)との間のデータ中継を行う。
GWの運用開始後における保守作業のためにGWの動作が停止される場合がある。GWに係る保守作業は、例えば。GW自体の置き換え、GWに実装されたソフトウェア(オペレーティングシステム(OS),ミドルウェア,アプリケーションなど)の置き換え又は更新、新規デバイスの追加に伴うドライバのインストールなどである。
GWが停止されると、GWに接続されているIoT機器との通信(データ収集)が停止する結果、IoTサービスの品質が低下するおそれがある。品質低下回避のため、保守対象のGWを代替する代替GWを用意したり、保守対象のGWの周囲にある他のGWがIoT機器を収容したりすることが考えられる。
BLE通信を行うIoT機器をGWに接続する場合、IoT機器とGWとのペアリングのため、例えば、“Passkey Entry”,“Numeric Comparison”及び“Out-of-band”とそれぞれ呼ばれる作業が行われる。“Passkey Entry”はIoT機器に表示された番号をG
Wに入力する作業である。“Numeric Comparison”はIoT機器に表示された番号とGWに表示された番号が一致することをチェックする作業である。“Out-of-band”はIoT
機器に貼付された接続に必要な情報を読み取る作業である。
Wに入力する作業である。“Numeric Comparison”はIoT機器に表示された番号とGWに表示された番号が一致することをチェックする作業である。“Out-of-band”はIoT
機器に貼付された接続に必要な情報を読み取る作業である。
しかし、保守対象のGWに収容されているIoT機器の数が多い場合には、上記した作業の手間が大きくなり、作業員が作業を誤る可能性が高くなるおそれがある。誤作業回避のために作業が慎重に行われる結果、所用時間が増大するおそれがあった。
本発明は、機器の接続先の変更に係る負荷を軽減可能な通信制御方法,通信装置,通信
システム及びプログラムを提供することを目的とする。
システム及びプログラムを提供することを目的とする。
一つの態様は、機器と複数のチャネルを用いて通信する複数の通信装置を含む通信システムの通信制御方法である。この通信制御方法は、複数の通信装置中の第1の通信装置に収容された第1の機器を第1の通信装置の代わりに収容する第2の通信装置となる通信装置が、機器との接続状態を示す接続情報と選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを第1の通信装置から取得し、チャネル情報に基づいて第1及び第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを選択し、第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する要求を送信し、接続情報と所定数の特定チャネルを用いて機器との通信を開始することを含む。
一側面では、機器の接続先の変更の負荷を軽減することができる。
以下、図面を参照して、通信制御方法,通信装置,通信システム及びプログラムの実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
〔実施形態1〕
実施形態1として、作業用端末を利用して、BLE通信を行うIoT機器の収容先を変更する通信システムについて説明する。作業員は、作業用端末を利用して、IoT機器の収容先のGWを変更する。BLE通信は以下の特徴がある。
実施形態1として、作業用端末を利用して、BLE通信を行うIoT機器の収容先を変更する通信システムについて説明する。作業員は、作業用端末を利用して、IoT機器の収容先のGWを変更する。BLE通信は以下の特徴がある。
第1に周波数ホッピング方式(FHSS:Frequency Hopping Spread Spectrum)で通信が
行われる。FHSSは広い帯域内をいくつかのチャンネルに分割し、搬送波の周波数を短時間で切り替えることで信号を広い帯域に拡散させる通信方式である。なお、BLEでは、2.4GHzの広帯域(2402〜2480MHz)の中に2MHzごとに40個のチャネルが設定され
、毎秒400回のチャネル切替が行われる。
行われる。FHSSは広い帯域内をいくつかのチャンネルに分割し、搬送波の周波数を短時間で切り替えることで信号を広い帯域に拡散させる通信方式である。なお、BLEでは、2.4GHzの広帯域(2402〜2480MHz)の中に2MHzごとに40個のチャネルが設定され
、毎秒400回のチャネル切替が行われる。
第2に適応周波数ホッピング(AFH(Adaptive Frequency Hopping)機能)を有する
。AFHはパケット消失(エラー)が頻発するチャネルを使用しないようにマスタ(GW)とスレーブ(機器)が使用チャネルをネゴシエートする。AFHにより、他の機器に使用されているチャネルの使用(干渉)を回避する。
。AFHはパケット消失(エラー)が頻発するチャネルを使用しないようにマスタ(GW)とスレーブ(機器)が使用チャネルをネゴシエートする。AFHにより、他の機器に使用されているチャネルの使用(干渉)を回避する。
図1は、実施形態1に係る通信システムの構成例を示す。図1には、IoT機器1(以下「機器1」と表記)とネットワーク(BLE網)N1を介してBLE通信するGW2と、作業用端末4(以下「端末4」と表記)とが図示されている。複数のGW2として、機器1と通信中のGW2A(現行GW)と、GW2Aを代替するGW2Bとが図示されている。IoT機器1は「機器」、「デバイス」、「子機」、「スレーブ」の一例である。GW2は「通信装置」、「中継装置」、「親機」、「マスタ」の一例である。端末4は「端末」の一例である。GW2Aは「第1の通信装置」の一例であり、GW2Bは「第2の通信装置」の一例であり、GW2Aに収容された機器1は「第1の機器」の一例である。端末4は「管理装置」の一例である。
端末4は、ネットワークN2を介してGW2と接続される。ネットワークN2には、例えば、無線LAN,第3世代無線通信ネットワーク(3G),有線LAN(Local Area Network),シリアル通信などを適用することができる。GW2AとGW2Bとは、ネットワークN3を介して接続される。ネットワークN3はネットワークN2と同じであってもよい。また、ネットワークN3に有線LANやWi−Fiを適用してもよい。
GW2AとGW2Bとは同じ構成を有している。GW2Bを例に説明すると、GW2Bはハンドオーバ制御部31と、GW間通信部32と、接続情報管理部33と、BLE通信部34と、チャネルホッピング制御部(CH制御部)35とを含む。なお、図1に示すGW2AはGW間通信部32およびBLE通信部34以外の構成の図示を省略している。ハンドオーバ制御部31(CPU201)は「取得部」、「選択部」、「送信部」、「通信部」、「制御部」の一例である。
端末4は、ハンドオーバ要求部41とGW情報管理部42とを含む。ハンドオーバ要求部41は、GW2B(代替GW)に対し、GW2A(現行GW)に収容中の所定の機器1を収容する指示を出す。GW情報管理部42は、管理対象のGW(GW2A)に関するアドレスなどの情報を管理する。
ハンドオーバ制御部31はハンドオーバの指示を受け、GW2B内のGW間通信部32,接続情報管理部33,CH制御部35等に指示を出し、ハンドオーバ処理を実行する。GW間通信部32は、他のGW(GW2A)とセキュアな通信を行う。接続情報管理部33は機器1とGW2の接続を識別するアドレスおよび暗号鍵を管理する。BLE通信部34は機器1とBLE接続を確立し、BLE通信を行う。CH制御部35はチャネルホッピングに使用するチャネルを管理し、チャネルホッピングのホッピングパターンとホッピングタイミングとを制御する。
実施形態1におけるハンドオーバ時の動作は以下の通りである。図2は実施形態1の動作例を示すフローチャートである。作業員は、端末4を利用するにあたって、端末4の認証を予め行い、GW2のハンドオーバを行う権限を持つか否かを確認するのが好ましい。
ハンドオーバ作業が開始されると、ハンドオーバ対象の機器1を収容させたい代替GW(GW2B)と、現状の収容先である現行GW(GW2A)のアドレスとを端末4のGW情報管理部42が取得する(図2の001)。GW情報管理部42はGW管理テーブルT1を管理する。
図3はGW管理テーブルT1のデータ構造例を示す。GW管理テーブルT1はIoT機
器を収容するGW2のアドレス(例えばIP(Internet Protocol)アドレス)を管理し
ている。GW管理テーブルT1は、GWの識別子と、GWのアドレスと、GWに収容されるIoT機器のリストとをGWごとに記憶する。IoT機器のリストは、各IoT機器のBDアドレス(Bluetooth(登録商標) Device Address)や暗号鍵の情報を含む。GW管理テーブルT1は、GWのベンダ名や型番などの情報も管理してもよい。GW管理テーブルT1は、端末4の外部(例えばネットワーク(クラウド))に置かれても良い。
器を収容するGW2のアドレス(例えばIP(Internet Protocol)アドレス)を管理し
ている。GW管理テーブルT1は、GWの識別子と、GWのアドレスと、GWに収容されるIoT機器のリストとをGWごとに記憶する。IoT機器のリストは、各IoT機器のBDアドレス(Bluetooth(登録商標) Device Address)や暗号鍵の情報を含む。GW管理テーブルT1は、GWのベンダ名や型番などの情報も管理してもよい。GW管理テーブルT1は、端末4の外部(例えばネットワーク(クラウド))に置かれても良い。
ハンドオーバ要求部31は、GW2B(代替GW)に対して、所定の機器1をGW2A(現行GW)の代わりに収容する指示(ハンドオーバ指示)を送信する(図2の002)。端末4とGW2Bとの通信は暗号化通信によって行い、証明書やIDおよびパスワードを用いて、正規の端末4がGW2Bにアクセス可能とされる。
GW2Bはハンドオーバ指示を受信する(図2の003)。GW2Bのハンドオーバ制御部31は、GW間通信部32を介して、GW2A(現行GW)の接続情報管理部33(図示せず)向けに、接続情報の要求をGW2Aに送る(図2の004)。要求を受信したGW2Aの接続情報管理部33(図示せず)は、GW間通信部32を介して要求された接続情報(収容対象の機器1の暗号鍵およびアドレス(BDアドレスとアクセスアドレスの少なくとも一方))をGW2Bへ送る(図2の005)。なお、GW2BとGW2Aとの間の通信も暗号化通信にて行い、証明書やIDおよびパスワードにより、正規のGW2であることを確認する。
ハンドオーバ制御部31は、機器1からの電波強度が十分か否か(所定の閾値以上か否か)を判定する(図2の006)。電波強度が閾値未満と判定される場合には図2の処理が終了する。GW2Bが接続先としてふさわしくないからである。これに対し、電波強度が閾値以上と判定される場合には、ハンドオーバ制御部31は取得した接続情報を接続情報管理部33に渡す。接続情報管理部33は接続情報を記憶する(図2の007)。
GW2Bのハンドオーバ制御部31は、GW間通信部32を介して、GW2AのCH制御部35(図示せず)に現在の使用可能チャネルリストの要求を送る(図2の008)。要求を受信したGW2Aは、GW間通信部32を介して、要求に応じた使用可能チャネルリストを送信する(図2の009)。
GW2Bのハンドオーバ制御部31は、GW2BのCH制御部35から使用可能チャネルリストを取得し、GW2Aから取得したものと照合し、双方が利用可能な所定数のチャネル(例えば3個)を選択する(図2の010)。ハンドオーバ制御部31はチャネルが選択可能か否かを判定し(図2の011)、選択不可能と判定する場合には処理を終了する。
3個のチャネルが選択された場合、ハンドオーバ制御部31は、GW間通信部32を介して、GW2Aにホッピングパターンを選択した3個のチャネルに使用可能チャネルを変更する指示を送る(図2の012)。
GW2Aのハンドオーバ制御部31は、要求を受信すると、CH制御部35にホッピングチャネルの変更(選択された3個への変更)を指示する。CH制御部35は指示に従いホッピングチャネルを3個に制限する(図2の013)。すると、GW2AのBLE通信部34を介した機器1との通信により機器1におけるホッピングパターンも同期的に変化する。実際には、BLE通信の仕様に従い、ホッピングパターンの変更指示が機器1に送信される。
GW2Bのハンドオーバ制御部31はGW2Bの接続情報管理部33に機器1に対する
ポーリングを開始する指示を与える。これにより、GW2BのBLE通信部34が、接続情報管理部33の接続情報を使用し、CH制御部35が制御するチャネルホッピングに従って機器1へのポーリングを開始する(図2の014)。
ポーリングを開始する指示を与える。これにより、GW2BのBLE通信部34が、接続情報管理部33の接続情報を使用し、CH制御部35が制御するチャネルホッピングに従って機器1へのポーリングを開始する(図2の014)。
GW2Bのハンドオーバ制御部31はGW2Aに機器1へのポーリングを停止する指示を送る(図2の015)。GW2Aでは、ハンドオーバ制御部31は、接続情報管理部33における機器1の接続情報(暗号鍵及びアドレス)を削除するように指示するとともに、CH制御部35にホッピングパターンを元に戻すように指示する。すると、GW2AのBLE通信部34は、所定の機器1へのポーリングを停止し、元のホッピングパターンによるBLE通信に戻る。
一方、GW2Bにおいて、ポーリング開始時のGW2Bのホッピングパターンは機器1のホッピングパターンとずれている可能性がある。しかし、短時間でトランスミットウィンドウが修正され、同期が取れるようになる。同期がとれたところで、GW2Bのハンドオーバ制御部31はCH制御部35にホッピングパターンを戻すように指示する。すると、機器1に対しても同期的にホッピングパターンが変更され、元のホッピングパターンで通信可能となる(図2の017)。最後に、端末4のGW情報管理部42のGW管理テーブルT1を更新する(図2の018)。
図4は、現行GW(GW2A)が機器1と通信中である場合を示し、図5は、現行GW(GW2A)および代替GW(GW2B)の双方の使用チャネルを制限した場合を示す。
図4では、GW2Aと機器1とが1CH,3CH,5CH,...というホッピングパターンを用いて通信している例が示されている。このとき、GW2Bは2CH,4CH,6CH,8CH,...というホッピングパターンを用いている。GW2Bは,ホッピングパターンが機器1とはズレが大きいため,機器1とは通信できない。
実施形態1では、図2に示した動作によって、図5に示すようにGW2AおよびGW2Bの使用チャネルが所定数(例:3個)の特定チャネル(1CH,2CH,3CH)に制限される。使用チャネルの制限は,適応型周波数ホッピング(Adaptive Frequency Hopping(AFH))によって行われる。1CH,2CH,及び3CHは所定数(3個)の特定チャネルの一例である。但し、所定数は3より多くても少なくても良い。所定数は、例えば5以下の数(5,4,3,2,1のいずれか)でも、10以下の数(10,9,8,7,6のいずれか)でもよい。
すると、GW2AとGW2Bとのチャネルホッピングパターンのズレが減少する。使用可能なチャネル数が少なければ,チャネルホッピングパターンが(タイミングを含め)ほぼ同じになるためである。
また、機器1のホッピングパターンはAFHによってGW2Aと同期して変更される。このため、機器1のホッピングパターンをGW2B(代替GW)のホッピングパターンに近づけることが可能である.BLEの仕様上,チャネルホッピングのタイミングのズレが少なければ、自動的にトランスミットウィンドウが修正され、通信可能になる。これによって、機器1は切断されることなくGW2Bと通信可能になる。
<実施形態1の効果>
実施形態1によれば,機器1とGW2との接続関係を識別する情報(接続情報:暗号鍵,BDアドレス及びアクセスアドレスの少なくとも一方)を代替GW(GW2B)が現行GW(GW2A)から取得する。さらに、GW2Bは使用チャネル数を所定数にすることで、機器1とGW2Bとのホッピングパターンをほぼ同じ状態にする。これにより、GW
2Bと機器1との同期(ホッピングパターンのズレの減少)が可能である。
実施形態1によれば,機器1とGW2との接続関係を識別する情報(接続情報:暗号鍵,BDアドレス及びアクセスアドレスの少なくとも一方)を代替GW(GW2B)が現行GW(GW2A)から取得する。さらに、GW2Bは使用チャネル数を所定数にすることで、機器1とGW2Bとのホッピングパターンをほぼ同じ状態にする。これにより、GW
2Bと機器1との同期(ホッピングパターンのズレの減少)が可能である。
GW2BはGW2Aと同じ接続情報を用いるため、機器1はGW2Bを親機(GW2A)として通信を継続し得る。この結果、機器1が親機(GW2)の切り替え(GW2AからGW2B)を認識することなく、親機の切替が実施される。よって、機器1とGW2との間の切断は発生せず、“Passkey Entry”,“Numeric Comparison”及び“Out-of-band”などのペアリング作業は発生しない。代替GW(GW2B)は機器1と現行のGW2Aとの間で使用されていた暗号鍵を引き継ぐので、セキュリティが低下することもない。
したがって、実施形態1によれば、GW2に収容された機器1を、簡単な手段で、セキュリティを低下させず、かつアクセス不可能になることなく、他のGW2に収容させることができる。すなわち、実施形態1によれば機器1の接続先の変更の負荷を軽減することができる。
<ハードウェア構成>
以下、端末4,GW2,及び機器1のハードウェア構成について説明する。図6は作業用端末のハードウェア構成例を示す。作業用端末4は、バスを介して相互に接続された、Central Processing Unit(CPU)401,一次記憶402,二次記憶403,表示装
置404,入力装置405,及び通信インタフェース(通信IF)406を含む。
以下、端末4,GW2,及び機器1のハードウェア構成について説明する。図6は作業用端末のハードウェア構成例を示す。作業用端末4は、バスを介して相互に接続された、Central Processing Unit(CPU)401,一次記憶402,二次記憶403,表示装
置404,入力装置405,及び通信インタフェース(通信IF)406を含む。
一次記憶402は、プログラムの展開領域,CPU401の作業領域,データやプログラムの記憶領域又はバッファ領域として使用される記憶装置である。一次記憶402は、例えばRandom Access Memory(RAM),或いはRAMとRead Only Memory(ROM)との組み合わせで形成される。
二次記憶403は、データやプログラムの記憶領域として使用される記憶装置である。二次記憶403は、ハンドオーバ管理プログラムとGW管理テーブルT1などを記憶している。ハンドオーバ管理プログラムはCPU401により実行され、端末4が図2に示した動作を行う。
二次記憶403は、例えば、ハードディスクドライブ(HDD),Solid State Drive
(SSD),フラッシュメモリ,Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory(EEPROM)などの不揮発性記憶媒体で形成される。二次記憶403には、ディス
ク型記憶媒体や、USBメモリなど、可搬性を有する記録媒体を含むことができる。
(SSD),フラッシュメモリ,Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory(EEPROM)などの不揮発性記憶媒体で形成される。二次記憶403には、ディス
ク型記憶媒体や、USBメモリなど、可搬性を有する記録媒体を含むことができる。
表示装置404は、情報やデータを表示する。入力装置405は、情報の入力に使用される。入力装置16は、例えば、キー,ボタン,ポインティングデバイス(マウスなど),タッチパネルなどである。入力装置405及び表示装置404によって、ユーザインタフェース(UI)が提供される。通信IF406は通信処理を行う回路である。例えばネットインタフェースカード(NIC)を適用できる。
CPU401は、メモリ(一次記憶および二次記憶の少なくとも一方)に記憶されたプログラム(オペレーティングシステム,ハンドオーバ管理プログラムなど)をロードして実行する。CPU401がプログラムを実行することによって、端末4のCPU401はGW情報管理部42とハンドオーバ要求部41として動作し、図2に示した動作を行う。
図7はIoT機器およびGWのハードウェア構成例を示す。GW2は、バスを介して相互に接続された、CPU201,一次記憶202,二次記憶203,表示装置204,入力装置205,BLEインタフェース(BLE IF)206,通信インタフェース(通信IF)207を含む。
CPU201,一次記憶202,二次記憶203,表示装置204,入力装置205,通信IF207として、CPU401,一次記憶402,二次記憶403,表示装置404,入力装置405,通信IF406と同様の機能を有する。BLE IF206は、BLE通信用の回路である。
二次記憶203は、ハンドオーバ制御プログラムとBLE通信ドライバなどを記憶している。ハンドオーバ制御プログラムとBLE通信ドライバはCPU201により実行される。これによって、CPU201は、ハンドオーバ制御部31と、GW間通信部32と、接続情報管理部33と、BLE通信部34と、チャネルホッピング制御部(CH制御部)35として動作し、図2に示した動作を行う。
IoT機器1は、バスを介して相互に接続された、CPU101,一次記憶102,二次記憶103,表示装置104,入力装置105,BLE IF106を含む。CPU101,一次記憶102,二次記憶103,表示装置104,入力装置105として、CPU401,一次記憶402,二次記憶403,表示装置404,入力装置405,通信IF406と同様の機能を有する。BLE IF106は、BLE通信用の通信回路である。
二次記憶103は、IoT機器として動作するプログラムとBLE通信ドライバなどを記憶している。プログラムとBLE通信ドライバはCPU101により実行される。これによって、機器1は所望のデータ(例えば図示しないセンサにより検出されたデータ)を取得してGW2(親機)へ送る。機器1はAFHを行い、使用チャネルをGW2に同期させることができる。
一次記憶401,一次記憶201,一次記憶101,二次記憶402,二次記憶202,二次記憶201のそれぞれは、「記憶装置」,「記憶媒体」,「メモリ」,「記憶部」の一例である。一次記憶と二次記憶とをまとめて「メモリ」と称することもある。
CPU401,CPU201,CPU101のそれぞれは、「制御装置」,「制御部」,「コントローラ」,「プロセッサ」の一例である。CPUは、MPU(Microprocessor)、プロセッサとも呼ばれる。CPUは、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のソケットで接続される単一のCPUがマルチコア構成を有していても良い。CPUで行われる処理の少なくとも一部は、CPU以外のプロセッサ、例えば、Digital Signal Processor(DSP)、Graphics Processing Unit(GPU)、数値演算プロセッサ、ベクトルプロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用プロセッサで行われても良い。
また、CPUで行われる処理の少なくとも一部は、集積回路(IC)、その他のディジタル回路で行われても良い。また、集積回路やディジタル回路はアナログ回路を含んでいても良い。集積回路は、LSI,Application Specific Integrated Circuit(ASIC),
プログラマブルロジックデバイス(PLD)を含む。PLDは、例えば、Field-Programmable Gate Array(FPGA)を含む。CPUで行われる処理の少なくとも一部は、プロセッサ
と集積回路との組み合わせにより実行されても良い。組み合わせは、例えば、マイクロコントローラ(MCU),SoC(System-on-a-chip),システムLSI,チップセットなどと呼ばれる。
プログラマブルロジックデバイス(PLD)を含む。PLDは、例えば、Field-Programmable Gate Array(FPGA)を含む。CPUで行われる処理の少なくとも一部は、プロセッサ
と集積回路との組み合わせにより実行されても良い。組み合わせは、例えば、マイクロコントローラ(MCU),SoC(System-on-a-chip),システムLSI,チップセットなどと呼ばれる。
なお、実施形態1では、端末4からGW3(代替GW)へハンドオーバの指示が送信される例について説明したが、ハンドオーバの指示は現行GW(GW2A)へ送信されてもよい。この場合、GW2AがGW2Bと通信を行い、接続情報をGW2Bへ送る。その後
の処理は図2と同じにできる。
の処理は図2と同じにできる。
〔実施形態2〕
以下、実施形態2について説明する。実施形態2は実施形態1と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。実施形態1では、端末4を使用し、ハンドオーバ対象の機器1や移行先のGW2Bの指定情報を含むハンドオーバの指示をGW2Bに送信する。
以下、実施形態2について説明する。実施形態2は実施形態1と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。実施形態1では、端末4を使用し、ハンドオーバ対象の機器1や移行先のGW2Bの指定情報を含むハンドオーバの指示をGW2Bに送信する。
実施形態2では、各GW2の処理負荷をGW管理サーバが収集する。GW管理サーバは、各GW2の処理負荷が均一になるように、機器1の収容先を決定し、自動的にハンドオーバさせる。これによって、各IoT機器の処理(データ収集及び送信)の滞留を回避できる。
図8は実施形態2に係る通信システムの構成例を示す。図8では、現行GWの構成と代替GWの構成とが同じであるので、1つのGW2を例示している。実施形態2の実施形態1との相違点は以下の通りである。作業用端末4の代わりにGW管理サーバ5(以下単に「サーバ5」と表記)が使用される。
サーバ5は、図6に示した構成要素を有する汎用又は専用のコンピュータ(情報処理装置)を適用することができる。サーバ5として使用されるコンピュータのCPU401は、メモリに記憶されたプログラムを実行することによって、ハンドオーバ要求部51及びGW情報管理部52として動作する。また、サーバ5のメモリ(一次記憶402及び二次記憶403の少なくとも一方)にはGW管理テーブルT2(図10)が記憶される。サーバ5は「管理装置」の一例である。ハンドオーバ要求部51(CPU401)はハンドオーバの指示を出力する出力部の一例である。
また、GW2はGW状態通知部36を含む。GW2のCPU201は、プログラムの実行によってGW状態通知部36として動作することができる。GW状態通知部36は、例えば定期的にGWの処理負荷を計測し、処理負荷の情報をサーバ5へ送信する。また、GW状態通知部36は、他のGWと接続されている機器1からの電波強度をサーバ5へ送信するなどの処理を行う。
図9は実施形態2の動作例(ハンドオーバ処理)を示すフローチャートである。各GW2では、一定時間の待機が行われ(図9の101)、一定時間が経過すると以下の処理が行われる。
すなわち、一定時間が経過すると、GW状態通知部36(CPU201)がGW2自身の処理負荷を計測する。また、GW状態通知部36は、BLEの電波(他のGWに接続されている機器1の電波強度)の計測結果を得る(図9の102)。GW状態通知部36(CPU201)は処理負荷及び電波強度をサーバ5に送信する(図9の103)。
サーバ5はGWから受信された処理負荷及び電波強度の情報をGW情報管理部52に送る。サーバ5は処理負荷及び電波強度の情報を受信し(図9の104)、処理負荷及び電波強度の情報はGW情報管理部52へ送られる。
GW情報管理部52はGW情報管理テーブルT2を管理する。図10はGW情報管理テーブルT2(テーブルT2)のデータ構造例を示す。テーブルT2は、GW毎に以下のようなレコード(エントリ)を記憶する。レコードはGWの識別子と、アドレスと、処理負荷と、収容IoT機器のリストと、観測した(他のGW2と接続されている)IoT機器の電波強度とを記憶する。電波強度は、対象のIoT機器のBDアドレスと対応づけて記
憶される。
憶される。
IoT機器から送信されるBLEのパケットはBDアドレスではなくアクセスアドレスを含む。ハンドオーバ対象となるIoT機器は、いずれかのGWに収容されており、そのGWはIoT機器のBDアドレスとアクセスアドレスとの対応関係を管理する。このため、アクセスアドレスからBDアドレスを特定することができる。換言すれば、サーバ5はGWのメモリに記憶されたBDアドレスとアクセスアドレスとの対応関係を示す情報を元に導出されたBDアドレスをテーブルT2に記憶する。
GW情報管理部52(CPU401、以下「管理部52」とも表記)は処理負荷及び電波強度の情報を用いてテーブルT2を更新する(図9の105)。
管理部52は処理負荷が閾値(予めメモリに記憶)より大きいか否かを判定する(図9の106)。処理負荷が閾値より大きくないと判定される場合には処理が112に進む。これに対し、処理負荷が閾値を超えると判定される場合には処理が107に進む。
107の処理では、管理部52はハンドオーバ対象の機器1と、代替となるGW2(GW2Bに相当するGW2)を選出する。例えば、識別子“gw#1”のGW2の処理負荷が閾値より大きい場合、識別子“gw#1”のGW2が収容している各機器1に関して、或る値以上の電波強度を観測したGW2を抽出する。
管理部52は、107で抽出したGW2のうち処理負荷の値が低いGW2(例えば一番低いGW2)を代替GWとして抽出する(図9の108)。管理部52は108で抽出したGW2(代替GW2)に対応する機器を接続先の変更対象の機器1として選択する(図9の109)。
管理部52は、109で選択した機器1をハンドオーバ対象にし、108で抽出したGW2を代替GWに決定する。ハンドオーバ要求部51は、決定された機器1と現行GW(処理負荷が閾値を超えたGW2)を指定し、代替GWにハンドオーバを実施するように指示する(図9の110)。代替GWでは、実施形態1で説明した003以降と同様の処理を行う(詳細な説明は繰り返しになるので省略する)。なお、各GWでは、ハンドオーバ処理を中断する事象が発生したか否かを判定する(図9の112)。処理を中断すると判定された場合には処理が終了し、そうでない場合には処理が101へ戻る。
実施形態2は実施形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施形態2によれば、GW2の状態が所定条件を満たす(例えば処理負荷が閾値以上である)場合に、GW2が現行GWとされ、現行GWの収容機器の代替GWが選出され、ハンドオーバの指示が代替GWへ送信される。これにより、ハンドオーバの指示が自動的に代替GWへ送信される。すなわち、端末4の操作が不要となる。
実施形態2の動作例の説明では、GW2の処理負荷に基づきハンドオーバの要否を判定した。106の処理(処理負荷が閾値より大か否か)は、「所定条件を満たすか否か」の判定の一例である。但し、収容されている機器1の電波強度が閾値を下回り、パケットエラー率が上昇した場合にハンドオーバ要と判定されても良い。具体的には、図9の107の処理が「収容する機器の電波強度が閾値未満(閾値より低い)か否か」或いは「パケットエラー率が閾値を超過するか否か」の判定処理となる。或いは、「電波強度が閾値未満で且つパケットエラー率が閾値を超過するか」の判定でも良い。
また、107の処理が「(GW2を経由する)トラフィック量が閾値を超えたか否か」の判定処理が行われても良い。この場合、GW2のGW状態通知部36がサーバ5に送信
する情報と、サーバ5で管理されるテーブルT2のデータ構造が判定用の情報の内容に応じて変更される。
する情報と、サーバ5で管理されるテーブルT2のデータ構造が判定用の情報の内容に応じて変更される。
また、実施形態2では、GW2から独立したGW管理サーバ5が設けられた構成を例示した。但し、GW管理サーバ5の機能をGW2が備える(通信装置が管理装置を含む)ようにしても良い。そして、GW2同士が協調しながら、ハンドオーバの対象の機器1及び代替GWが決定されても良い。
〔実施形態3〕
以下、実施形態3について説明する。実施形態3は実施形態1,実施形態2と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。機器1のCPU101はアプリケーションを実行し、所定のデータ(例えばセンサデータ、或いはセンサデータ以外のデータ)を定期的又は周期的に収集する。
以下、実施形態3について説明する。実施形態3は実施形態1,実施形態2と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。機器1のCPU101はアプリケーションを実行し、所定のデータ(例えばセンサデータ、或いはセンサデータ以外のデータ)を定期的又は周期的に収集する。
実施形態1及び実施形態2に係る通信システムでは、例えば、アプリケーションサーバ(アプリサーバ)がネットワークN2を介してGW2に接続される。アプリサーバは、定期的にGW2を介して機器1にアクセスし、機器1からデータを収集する。実施形態1及び実施形態2は、アプリサーバによるデータ収集の考慮無くハンドオーバを実施する。
このため、アプリサーバが機器1にアクセスするタイミングとハンドオーバとが重なり、データ収集が好適に実施されない可能性がある。実施形態3では、アプリサーバの動作も考慮し、データ収集に影響を及ぼさないタイミングでハンドオーバを行うための制御をGW2が行う。
図11は実施形態3に係る通信システムの構成例を示す。図11において、GW2はネットワークN2を介してアプリケーションサーバ6(アプリサーバ6、以下サーバ6と表記)と接続される。サーバ6には、端末4のハードウェア構成(図6)と同じ構成を有するコンピュータ(情報処理装置)が適用される。
サーバ6のメモリ(一次記憶401及び二次記憶402の少なくとも一方)にはアプリケーション61を含むプログラムが記憶されており、サーバ6のCPU401がアプリケーション61を実行する。アプリケーション61は機器1で取得されたデータの収集などを行うためのプログラムである。アプリケーション61の実行によって、周期的,定期的,或いはイベント発生に応じて、サーバ6はGW2を介して機器1にアクセスし、機器1が取得したデータを収集する。CPU401がアプリケーション61として動作する。
GW2は実施形態2の構成(図8)に加え、データ取得部37(取得部37)とアプリアクセス監視部38(監視部38)とを含む。CPU201はプログラム実行によって取得部37及び監視部38として動作する。
取得部37は、サーバ6から受信される、データ取得要求を受け付ける。GW2はBLE通信部34を介して機器1からデータを取得し、サーバ6(アプリケーション61)へ送信する。
監視部38は、アプリケーション61からデータ取得部37へアプリケーション61からの要求が届く間隔(アクセス周期)を収集し、次のアクセスタイミング(要求が届くタイミング)までの時間を予測する。複数のアプリケーション61が同一の機器1を利用する場合は、各アプリケーション61のアクセス周期に基づいて次のアクセスタイミングを推定する。
図12は実施形態3に係る動作例を示すフローチャートである。201では、サーバ5の管理部52は、移行対象の機器1,現行GW,代替GWを決定する。これらの決定手法は、実施形態1で説明した手法であっても実施形態2で説明した手法であっても良い。
202の処理では、サーバ5のハンドオーバ要求部51(CPU401)が、現行GWの監視部38に機器1のハンドオーバのタイミングを問い合わせる。問い合わせを受信した現行GWでは、例えばハンドオーバ制御部31が機器1へのアクセスログをメモリから読み出す(203)。
204の処理では、監視部38はアクセス元(例えばアプリケーション61)のアクセス間隔に基づき、以後の一定期間内(例えば3分間)におけるアクセスパターン(1以上のアクセスタイミング)を推定する。
205の処理では、監視部38はアクセスパターンをなすアクセスタイミングの間隔の全てが閾値より小さいか否かを判定する。間隔の全てが閾値より小さいと判定される場合には処理が207に進み、そうでない場合には処理が206に進む。
206の処理では、サーバ5が現行GWの監視部38から適正なハンドオーバのタイミングを発見できない旨のメッセージを受信し、ハンドオーバ失敗として処理を終了する。
207の処理では、監視部38は、所定の閾値より大きい直近のアクセスタイミング(「所定時間内に発生する第1の通信装置2Aを介した機器1へのアクセスのタイミング」の一例)の時刻をサーバ5に送信する。
208の処理では、サーバ5は所定の時刻(直近のアクセスタイミングの時刻)が過ぎたか否かを判定する。所定の時刻を過ぎていないと判定される場合には一定時間の待機が行われ(209)、処理208に戻る。所定の時刻を過ぎていると判定される場合には、サーバ5のハンドオーバ要求部51は代替GWにハンドオーバ処理の開始(ハンドオーバ指示)を送信する。
ハンドオーバ指示を受けた代替GWでは、実施形態1で説明した003以降と同様の処理を行う(詳細な説明は繰り返しになるので省略する)。このように、実施形態3ではサーバ5は、前記第1の通信装置(2A)を介する前記第1の機器へのアクセスのタイミングが過ぎた後に前記第2の通信装置へ前記指示を送信する。
実施形態3では管理装置としてのサーバ5は、現行GW(GW2A:第1の通信装置の一例)を介する機器1(第1の機器1)へのアクセスのタイミングが過ぎた後に代替GW(GW2B:第2の通信装置の一例)にハンドオーバの指示を送信する。
実施形態3によれば、サーバ5のハンドオーバ要求部31がハンドオーバを開始する前に、現行GWの監視部38にアプリケーション61のアクセスタイミングを問い合わせ、アクセスタイミングが過ぎた後にハンドオーバの指示を代替GWへ送る。すなわち、ハンドオーバ指示を遅延させて、アプリケーション61のアクセス妨害を回避する。これによってデータ収集が好適に実施される。
〔実施形態4〕
以下、実施形態4について説明する。実施形態4は実施形態1〜3と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。実施形態1〜3では、1台の機器1のハンドオーバを想定している。
以下、実施形態4について説明する。実施形態4は実施形態1〜3と共通する構成を有するので、共通点については説明を省略し、主として相違点について説明する。実施形態1〜3では、1台の機器1のハンドオーバを想定している。
しかし、GW2を交換する場合には、交換対象のGW2に収容されている複数の機器1のすべてをハンドオーバさせる。この場合、複数の機器1のそれぞれに対するハンドオーバが実施される。もっとも、複数の機器1に対するハンドオーバの順序がGW2の交換の作業効率やデータ収集に影響を及ぼす可能性がある。実施形態4では、機器1の通信状況やアプリケーション61の利用状況から、複数の機器1のハンドオーバの順序を判定する。
図13は実施形態4に係る通信システムの構成例を示す。実施形態3(図11)との相違点は、サーバ5がハンドオーバスケジューラ53(以下「スケジューラ53」)を含む点である。スケジューラ53以外は、実施形態3と同じであるので説明を省略する。サーバ5のCPU401はプログラムの実行によってスケジューラ53として動作する。
スケジューラ53は、現行GWから代替GWへの移行指示(ハンドオーバの指示)を受けると、現行GWに収容されている機器1の全てを代替GWに収容させる。その際に、機器1の通信状況やアプリケーション61の利用状況を参照する。
このとき、通信状況が悪く、アプリケーション61のアクセスタイミングまでに時間的な余裕を有する機器1を優先的に選び、ハンドオーバを実施する。通信状況が悪い場合、再送が多く発生し、応答性能が低下する上に、他の機器1の通信を阻害する恐れがあるためである。
図14は実施形態4の動作例を示すフローチャートである。301の処理において、サーバ5のスケジューラ53は現行GWに収容されている機器1がないか否かを判定する。機器1がないと判定される場合には処理が306に進み、そうでない場合には処理が302に進む。
302の処理では、スケジューラ53は現行GWに収容されている各機器1の通信状況とアプリケーション61の利用状況と取得する。通信状況は、例えば、電波強度やパケットエラー率などを基準に求めることができる。利用状況としては、例えば、現在から次のアクセスタイミングまでの時間長を適用できる。通信状況や利用状況のデータは現行GWにて収集されメモリに記憶される。
303の処理において、スケジューラ53は、各機器1の通信状況とアプリケーション61の利用状況とを用いて、複数の機器1から、通信状況が悪く且つ次のアクセスタイミングまでの待ち時間が長い機器1をハンドオーバの対象として選択する。
例えば、通信状況の悪い機器1として、複数の機器1のなかから通信状況が一番悪い機器1が選択される。但し、通信状況の悪い機器1として一番悪い機器1以外の機器1が選択される場合もあり得る。また、例えば、時間に余裕のある機器1として、待ち時間が最長の機器1が複数の機器1の中から選択される。但し、待ち時間が最長の機器1以外の機器が選択される場合もあり得る。
304の処理ではハンドオーバ要求部51は303で選択された機器1のハンドオーバの指示を代替GWへ送信する。これによって、図2の003以降の処理が実行される(図14の305。詳細な説明は重複回避のため省略)。
なお、306の処理において、サーバ5はハンドオーバに成功したか否かを判定し、ハンドオーバに成功した場合には処理を301に戻し、そうでない場合には処理を終了する。
実施形態4によれば、スケジューラ53(CPU201)は、GW2Aに収容され且つ接続先の変更対象とされる2以上の機器1のうち通信状況が悪く且つGW2Bを介したアクセスのタイミングが遅い(時間長が長い)機器を対象(第1の機器1)に決定する。
実施形態4によれば、スケジューラ53によって、複数の機器1の中から通信状況が悪く(ハンドオーバの緊急性が高く)、次のアクセスタイミングが長い(次のアプリケーション61のアクセスまでに時間の余裕のある)機器1が選択される。これにより、通信環境の変更の必要性が高いと考えられる機器1から順にハンドオーバを実施し、各機器1による好適なデータ収集が図られるようにすることができる。
なお、機器1(デバイス、子機)とGW2(中継装置、親機)との通信がBLEである場合について説明したが、FHSS及びAFHを適用する無線通信規格であれば、BLE以外の通信規格で通信を行う通信システムに適用可能である。実施形態1〜4の構成は適宜組み合わせることができる。
1・・・IoT機器
2・・・ゲートウェイ(GW)
4・・・作業用端末
5・・・GW管理サーバ
6・・・アプリケーションサーバ
101,201,401・・・CPU
102,202,402・・・一次記憶
103,203,403・・・二次記憶
2・・・ゲートウェイ(GW)
4・・・作業用端末
5・・・GW管理サーバ
6・・・アプリケーションサーバ
101,201,401・・・CPU
102,202,402・・・一次記憶
103,203,403・・・二次記憶
Claims (11)
- 収容した機器と複数のチャネルを用いて通信する複数の通信装置を含む通信システムの通信制御方法において、
前記複数の通信装置中の第1の通信装置に収容された第1の機器を前記第1の通信装置の代わりに収容する第2の通信装置となる通信装置が、
前記機器との接続状態を示す接続情報と、選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを前記第1の通信装置から取得し、
前記チャネル情報に基づいて前記第1の通信装置及び前記第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを前記選択可能な複数のチャネルから選択し、
前記第1の通信装置に使用チャネルを前記所定数の特定チャネルに変更する要求を送信し、
前記接続情報と前記所定数の特定チャネルを用いて前記機器との通信を開始する
ことを含む通信制御方法。 - 前記通信システムに含まれる前記複数の通信装置の管理装置が、
前記複数の通信装置中の所定条件を満たす通信装置を前記第1の通信装置に決定し、
前記第1の通信装置に収容された前記第1の機器からの電波強度が閾値を超える通信装置を前記複数の通信装置から抽出し、
前記抽出した通信装置の中から処理負荷が低い通信装置を前記第2の通信装置に決定し、
前記第2の通信装置に決定した通信装置に前記指示を送信する
ことをさらに含む請求項1に記載の通信制御方法。 - 前記管理装置は処理負荷が閾値より高い通信装置を前記第1の通信装置に決定する
請求項2に記載の通信制御方法。 - 前記管理装置は収容する機器の電波強度が閾値より低い通信装置を前記第1の通信装置に決定する
請求項2に記載の通信制御方法。 - 前記管理装置はトラフィック量が閾値を超過する通信装置を前記第1の通信装置に決定する
請求項2に記載の通信制御方法。 - 前記管理装置は、前記第1の通信装置を介する前記第1の機器へのアクセスのタイミングが過ぎた後に前記第2の通信装置へ前記指示を送信する
請求項2から5のいずれか1項に記載の通信制御方法。 - 前記管理装置は、前記第1の通信装置に収容され且つ接続先の変更対象とされる2以上の機器のうち通信状況が悪く且つ前記第1の通信装置を介したアクセスのタイミングが遅い機器を前記第1の機器に決定する
請求項2から6のいずれか1項に記載の通信制御方法。 - 収容した機器と複数のチャネルを用いて通信する第1の通信装置の代わりに前記機器を収容する第2の通信装置が、
前記機器との接続状態を示す接続情報と、選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを前記第1の通信装置から取得し、
前記チャネル情報に基づいて前記第1の通信装置及び前記第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを前記選択可能な複数のチャネルから選択し、
前記第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する指示を送信するとともに、前記接続情報と前記所定数の特定チャネルを用いて前記機器との通信を開始する
ことを含む通信制御方法。 - 複数のチャネルを用いて収容した機器と通信する第1の通信装置の代わりに前記機器を収容する通信装置において、
前記機器との接続状態を示す接続情報と、選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを前記第1の通信装置から取得する処理と、前記チャネル情報に基づいて前記第1の通信装置及び前記通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを前記選択可能な複数のチャネルから選択する処理と、前記第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する指示を送信する処理と、前記接続情報と前記所定数の特定チャネルを用いて前記機器との通信を開始する処理とを行う制御部と
を含む通信装置。 - 複数のチャネルを用いて収容した機器と通信する複数の通信装置と、前記複数の通信装置の管理装置とを含む通信システムにおいて、
前記管理装置は、前記複数の通信装置中の第1の通信装置に収容された第1の機器を前記第1の通信装置の代わりに収容する第2の通信装置となる指示を出力する出力部を含み、
前記第2の通信装置となる通信装置は、前記指示に基づいて、前記機器との接続状態を示す接続情報と、選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを前記第1の通信装置から取得する処理と、前記チャネル情報に基づいて前記第1の通信装置及び前記第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを前記選択可能な複数のチャネルから選択する処理と、前記第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する要求を送信する処理と、前記接続情報と前記所定数の特定チャネルを用いて前記機器との通信を開始する処理とを実行する制御部を含む
通信システム。 - 複数のチャネルを用いて収容した機器と通信する第1の通信装置の代わりに前記機器を収容する第2の通信装置のコンピュータに、
前記機器との接続状態を示す接続情報と、選択可能な複数のチャネルのうち使用可能なチャネルを示すチャネル情報とを前記第1の通信装置から取得する処理と、
前記チャネル情報に基づいて前記第1の通信装置及び前記第2の通信装置が使用可能な所定数の特定チャネルを前記選択可能な複数のチャネルから選択する処理と、
前記第1の通信装置に使用チャネルを所定数の特定チャネルに変更する指示を送信する処理と、
前記接続情報と前記所定数の特定チャネルを用いて前記機器との通信を開始する処理とを実行させるプログラム。
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