JP2019016839A - 通信システム、通信装置、通信制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う通信システムにおいて、映像データや音声データ等を、容易にストリーム転送する。【解決手段】通信システムは、第１の無線通信を行う第１の通信部及び第２の通信部と、第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信を行う第３の通信部とを備え、第１の通信部を用いて互いに異なるネットワークセルを形成する複数の第１の通信装置と、第１の無線通信を行う第４の通信部を備えた第２の通信装置と、第２の無線通信を行う第５の通信部を備え、第２の無線通信を利用してマルチホップ通信の通信経路を管理する第３の通信装置と、を有し、第１の通信装置は、第２の無線通信で第３の通信装置から通知される、通信経路に関する指示に基づいて、第１の無線通信で受信したデータを第１の無線通信で他の通信装置に転送するデータ転送部を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、通信システム、通信装置、通信制御方法、及びプログラムに関する。

電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を用いたミリ波無線通信により、高速にデータ伝送を行う通信規格としてＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｄが知られている。

また、このようなミリ波無線通信を用いて、送信元の通信装置から送信先の通信装置へ、中継装置を介して、データをマルチホップ通信する通信システムが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された通信システムでは、中継装置が、送信側の通信装置からデータを受信した後、送信側の通信装置とのミリ波無線通信を切断し、受信側の通信装置とミリ波無線通信を接続して、受信側の通信装置にデータを転送している。そのため、例えば、映像データや音声データ等を、連続的にストリーム転送することには困難を伴っていた。

なお、このような課題は、ミリ波無線通信に限られず、指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う様々な通信システムに共通に存在する。

本発明の実施の形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う通信システムにおいて、映像データや音声データ等を、容易にストリーム転送することができるようにする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る通信システムは、複数の通信装置を用いてデータをマルチホップ通信する通信システムであって、指向性を有する電波を用いて第１の無線通信を行う第１の通信部及び第２の通信部と、前記第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信を行う第３の通信部とを備え、前記第１の通信部を用いて互いに異なるネットワークセルを形成する複数の第１の通信装置と、前記第１の無線通信を行う第４の通信部を備え、前記ネットワークセルのうち、一のネットワークセルに接続する第２の通信装置と、前記第２の無線通信を行う第５の通信部を備え、前記第２の無線通信を利用して前記マルチホップ通信の通信経路を管理する第３の通信装置と、を有し、前記第１の通信装置は、前記第１の無線通信で周辺の通信装置の情報を収集する情報収集部と、前記情報収集部が収集した前記周辺の通信装置の情報を、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置に送信する情報送信部と、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置から通知される、前記通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の無線通信で受信した前記データを前記第１の無線通信で他の通信装置に転送するデータ転送部と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う通信システムにおいて、映像データや音声データ等を、容易にストリーム転送することができるようになる。

一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図（１）である。 一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図（２）である。 一実施形態に係るビームフォーミングの例について説明するための図である。 一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態に係るホッピングノード、及びエッジノードのハードウェア構成の例を示す図である。 一実施形態に係る通信管理装置のハードウェア構成の例を示す図である。 一実施形態に係るホッピングノードの機能構成の例を示す図である。 一実施形態に係るエッジノードの機能構成の例を示す図である。 一実施形態に係る通信管理装置の機能構成の例を示す図である。 第１の実施形態に係るホッピングノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係る接続関係の特定処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係る管理テーブルのイメージを示す図である。 第１の実施形態に係るホッピングノードの削除処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態にエッジノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。 第１のデータ送信処理の一例について説明するための図である。 第１の実施形態に係るデータ送信処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係る接続関係と通信経路との関係について説明するための図である。 第１の実施形態に係る経路切替え処理について説明するための図である。 第１の実施形態に係る経路切替え処理の例を示すシーケンス図（１）である。 第１の実施形態に係る経路切替え処理の例を示すシーケンス図（２）である。 第２の実施形態に係るホッピングノードの機能構成の例を示す図である。 第２の実施形態に係るホッピングノードの処理の例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る通信管理装置の処理の例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る代理機能の指定処理の例を示すシーケンス図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

＜ミリ波無線通信システムの概要＞
本発明の実施形態について説明する前に、本発明の各実施形態に関連するミリ波無線通信システムの概要について説明する。

ミリ波無線通信システムは、電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を用いて高速にデータ伝送を行う無線通信システムである。ここでは、ミリ波無線通信システムが、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｄに準拠する無線通信システムであるものとして以下の説明を行う。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄは、本実施形態に係るミリ波無線通信システムの一例である。

（ネットワーク構成）
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに準拠するミリ波無線通信システムは、電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を使用して通信を行い、チャネル当たり２．１６ＧＨｚの広帯域を利用することにより、高速なデータ通信を実現する。

また、ミリ波帯では、電波の伝搬損失が大きくなるので、ミリ波無線通信システムでは、アンテナ利得を大きくするため、電波のビーム方向を絞って電波の送受信を行うビームフォーミング技術が用いられる。そのため、ミリ波無線通信システムの通信部は、基本的に、複数の通信装置と同時に通信することは困難である。

そのため、ミリ波無線通信システムでは、無線多重方式として、従来の無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムで用いられているＣＳＭＡ／ＣＡ方式に代えて、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の通信プロトコルが用いられる。

ミリ波無線通信システムでは、ＡＰ（Access Point）と呼ばれるコーディネータ装置が、ＢＳＳ（Basic Service Set）と呼ばれるネットワークセルを形成し、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行う。

図１、２は、一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図である。図１（ａ）は、ミリ波無線通信システムのネットワークセルであるＢＳＳ１００を形成するＡＰ１１０と、ＳＴＡ（Station）１２０とが、ミリ波無線通信１３０で通信を行う１対１のネットワーク構成の例を示している。図１（ａ）の例では、ＡＰ１１０が、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行い、例えば、所定の時間間隔でビーコンフレームを送信する。

図１（ｂ）は、ＢＳＳ１００を形成するＡＰ１１０と、複数のＳＴＡ１２０−１〜１２０−３とが、ミリ波無線通信１３０で通信を行うスター型のネットワーク構成の例を示している。図１（ｂ）の例においても、ＡＰ１１０が、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行い、例えば、所定の時間間隔でビーコンフレームを送信する。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄでは、図１（ａ）、（ｂ）に示すネットワーク構成に加えて、図２（ａ）に示すように、ＰＣＰと呼ばれるコーディネータ装置によって形成されるＰＢＳＳ（Personal Basic Service Set）２００と呼ばれるネットワーク構成が定義されている。ＰＢＳＳ２００では、ＳＴＡ１２０−１〜１２０−３は、ＰＣＰ２０１を介して、他のＳＴＡと通信することもできるし、ＰＣＰ２０１を介さずに、他のＳＴＡと通信することもできる。

本実施形態では、ミリ波無線通信システムが、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、１対１、又はスター型のネットワーク構成で通信を行う無線通信装置を組合せて構成されているものとして以下の説明を行う。なお、本発明は、図２（ａ）に示すネットワーク構成（ＰＢＳＳ）についても適用可能である。

（タイムスロットの構成）
図２（ｂ）は、一実施形態に係るタイムスロットの例を示す図である。図２（ｂ）は、ＡＰ１１０が管理するＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの割り当てを示している。ＡＰ１１０が管理するＴＤＭＡプロトコルのタイムスロットは、図２（ｂ）に示すように、ＢＨＩ（Beacon Header Interval）と、ＤＴＩ（Data Transfer Interval）とを含む。

ＢＨＩは、ＢＴＩ（Beacon Transmission Interval）、Ａ−ＢＦＴ（Association Beamforming Training）、及びＡＴＩ（Announcement Transmission Interval）を含む。

ＢＴＩは、ＡＰ１１０がビーコンフレームを送信する期間である。Ａ−ＢＦＴは、ビームフォーミングのトレーニング期間である。ＡＴＩは、ＡＰ１１０と、ＳＴＡ１２０−１〜１２０−３との間で、管理情報、制御情報等を送受信するための期間である。

ＤＴＩは、ＣＢＡＰ（Contention Based Access Period）、及びＳＰ（Service Period）を含む。

ＣＢＡＰは、ＡＰ１１０と複数のＳＴＡ１２０とが競合して通信を行うために割り当てられる競合期間である。ＳＰは、ＡＰ１１０と１つのＳＴＡ１２０との間で通信するために割り当てられる専用期間である。

ＡＰ１１０は、ＢＴＩにおいて、ＡＰ１１０が形成する複数のビームパターンであるアンテナセクタの数だけ、ビーコンフレームを送信する。一方、ＳＴＡ１２０−１〜１２０−３は、無指向アンテナもしくは準無指向アンテナに設定してＡＰから送信される全てのビーコンフレームを受信し、最も受信品質の良いアンテナセクタを示す情報を、ＡＰ１１０にフィードバックする。これにより、ＡＰ１１０は、各ＳＴＡ１２０−１〜１２０−３に対して、アンテナセクタを利用して、通信すれば良いかを把握することができる。

（ビームフォーミング）
ここでは、ビームフォーミング技術の一例として、ＳＬＳ（Sector Level Sweep）について、概要のみ説明する。

ＳＬＳにはＴＸＳＳ（Tx Sector Sweep）とＲＸＳＳ（Rx Sector Sweep）との２種類がある。ＴＸＳＳは、送信時に利用するアンテナセクタを決定するためのビームフォーミングトレーニングであり、ＲＸＳＳは受信時に利用するアンテナセクタを決定するためのビームフォーミングトレーニングである。

図３は、一実施形態に係るビームフォーミングの例について説明するための図である。図３の例では、説明を容易にするため、ＡＰ１１０が形成する複数のビームパターンであるアンテナセクタのうち、セクタ１〜４の４つのアンテナセクタのみを示している。

ＴＸＳＳにおいて、ＡＰ１１０は、アンテナ３０１から複数のビームパターン３０３の各セクタ（セクタ１〜４）を切り替えて、順次に所定のパケットを送信することにより、ＢＳＳ３００を形成している。一方、ＳＴＡ１２０は、アンテナ３０２を、無指向アンテナもしくは準無指向アンテナに設定して、ＡＰ１１０から送信されるパケットを受信し、最も受信品質の良いアンテナセクタを示す情報を、ＡＰ１１０にフィードバックする。

ＲＸＳＳでは、上記ＴＸＳＳと逆方向のビームフォーミングトレーニングシーケンスが実行され、ＴＸＳＳ、及びＲＸＳＳが完了すると、ＡＰ１１０とＳＴＡ１２０との間で、ミリ波無線通信による電波の送受信ができるようになる。

＜システム構成＞
続いて、本実施形態に係る通信システムの構成について説明する。

図４は、一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。通信システム４００は、例えば、複数のホッピングノード４０１−１〜４０１−５、１つ以上のエッジノード４０２−１〜４０２−７、及び通信管理装置４０３を有する。なお、以下の説明の中で複数のホッピングノード４０１−１〜４０１−５のうち、任意のホッピングノードを示す場合、「ホッピングノード４０１」を用いる。また、１つ以上のエッジノード４０２−１〜４０２−７のうち、任意のエッジノードを示す場合、「エッジノード４０２」を用いる。

ホッピングノード（第１の通信装置）４０１は、ミリ波無線通信のＡＰとして機能する第１の通信部、ミリ波無線通信のＳＴＡとして機能する第２の通信部、及び無線ＬＡＮ通信を行う第３の通信部とを備える通信装置である。なお、ミリ波無線通信は、指向性を有する電波を用いて通信を行う第１の無線通信の一例である。また、無線ＬＡＮ通信は、第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信の一例である。

複数のホッピングノード４０１−１〜４０１−５は、第１の通信部を用いて、ミリ波無線通信で互いに異なるネットワークセル（ＢＳＳ）を形成する。例えば、図４において、ホッピングノード４０１−１は、ネットワークセル４０６−１を形成し、ホッピングノード４０１−２は、ネットワークセル４０６−２を形成している。また、ホッピングノード４０１−３は、ネットワークセル４０６−３を形成しており、他のホッピングノードも、同様にネットワークセルを形成しているものとする。

また、ホッピングノード４０１は、第２の通信部を用いて、他のホッピングノードが形成するネットワークセルに接続することができる。図４の例では、ホッピングノード４０１−２は、第２の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ホッピングノード４０１−１の第１の通信部（ＡＰ）が形成するネットワークセル４０６−１に、ミリ波無線通信で接続することができる。また、ホッピングノード４０１−１は、第２の通信部（ＳＴＡ）により、ホッピングノード４０１−３の第１の通信部（ＡＰ）が形成するネットワークセル４０６−３に、ミリ波無線通信で接続することができる。同様にして、ホッピングノード４０１−３は、第２の通信部（ＳＴＡ）により、ホッピングノード４０１−４の第１の通信部（ＡＰ）が形成するネットワークセルに、ミリ波無線通信で接続することができるものとする。

さらに、複数のホッピングノード４０１−１〜４０１−５は、通信管理装置４０３と同じ無線ＬＡＮネットワーク４０７に含まれ、第３の通信部を用いて、通信管理装置４０３と無線ＬＡＮ通信を行うことができる。なお、無線ＬＡＮ通信のアクセスポイントは、通信管理装置４０３であっても良いし、別にアクセスポイントがあっても良い。

エッジノード（第２の通信装置）４０２は、ミリ波無線通信のＳＴＡとして機能する第４の通信部を備え、エッジノード４０２が形成する複数のネットワークセルのうち、１つのネットワークセルに接続する通信装置である。図４の例では、エッジノード４０２−１〜４０２−３は、第４の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ホッピングノード４０１−１の第１の通信部（ＡＰ）が形成するネットワークセル４０６−１に接続している。

また、必須ではないが、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信を行う通信部をさらに有していても良い。例えば、図４の破線４０４は、無線ＬＡＮ通信による装置間の接続関係を示しており、エッジノード４０２−６は、無線ＬＡＮ通信により、通信管理装置４０３と通信可能であることが示されている。同様に、複数のホッピングノード４０１−１〜４０１−５は、無線ＬＡＮ通信により、通信管理装置４０３と通信可能であることが示されている。

上記の構成において、各ホッピングノード４０１は、第２の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ミリ波無線通信で周辺の通信装置の情報を収集し、収集した情報を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

通信管理装置（第３の通信装置）４０３は、各ホッピングノード４０１から、無線ＬＡＮ通信で受信した情報を用いて、例えば、図４に実線４０５で示すような、ミリ波無線通信による装置間の接続関係を特定する。また、通信管理装置４０３は、ミリ波無線通信によるマルチホップ通信が行われるとき、特定した接続関係に基づいてデータの通信経路を決定し、通信経路にあるホッピングノード４０１に、通信経路に関する指示を無線ＬＡＮ通信で送信する。

ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３から無線ＬＡＮ通信で通知された通信経路に関する指示に基づいて、第１の通信部、及び第２の通信部のうち、一方の通信部で受信したデータを、他方の通信部で他の通信装置に転送する。

このように、本実施形態では、ホッピングノード４０１が２つのミリ波通信部を有し、一方の通信部で受信したデータを、他方の通信部で他の通信装置に転送することができるので、映像データや音声データ等を容易にストリーム転送することができるようになる。

＜ハードウェア構成＞
（ホッピングノードのハードウェア構成）
図５（ａ）は、ホッピングノード４０１のハードウェア構成の例を示している。ホッピングノード４０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１１、ＲＡＭ（Read Only Memory）５１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５１３、ストレージ部５１４、無線ＬＡＮ通信装置５１５、ミリ波無線通信装置５１６−１、５１６−２、ランプ５１７、及びバス５１８等を有する。

ＣＰＵ５１１は、ＲＯＭ５１３やストレージ部５１４等に格納されたプログラムやデータをＲＡＭ５１２上に読み出し、処理を実行することで、ホッピングノード４０１の各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ５１２は、ＣＰＵ５１１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。ＲＯＭ５１３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性のメモリである。

ストレージ部５１４は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はフラッシュＲＯＭ等のストレージデバイスであり、ＯＳ（Operation System）、アプリケーションプログラム、及び各種データ等を記憶する。

無線ＬＡＮ通信装置５１５は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ等の規格に準拠した無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信デバイスであり、例えば、アンテナ、無線部、ＭＡＣ（Media Access Control）部、及び通信制御部等を含む。

ミリ波無線通信装置５１６−１、５１６−２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ等規格に準拠したミリ波無線通信を行うための無線通信デバイスであり、例えば、アンテナ、無線部、ＭＡＣ部、及び通信制御部等を含む。

ランプ５１７は、例えば、ホッピングノード４０１の動作状態等を、色の変化や、点灯／点滅等により表示するための発光素子である。バス５１８は、上記各構成要素に接続され、アドレス信号、データ信号、及び各種制御信号等を伝送する。

（エッジノードのハードウェア構成）
図５（ｂ）は、エッジノード４０２のハードウェア構成の例を示している。エッジノード４０２は、例えば、ＣＰＵ５２１、ＲＡＭ５２２、ＲＯＭ５２３、ストレージ部５２４、無線ＬＡＮ通信装置５２５、ミリ波無線通信装置５２６、表示装置５２７、入力装置５２８、及びバス５２９等を有する。このうち、ＣＰＵ５２１、ＲＡＭ５２２、ＲＯＭ５２３、ストレージ部５２４、無線ＬＡＮ通信装置５２５、ミリ波無線通信装置５２６、バス５２９等の構成は、ホッピングノード４０１で説明した各部の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。

表示装置５２７は、表示画面を表示する、例えば、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである。入力装置５２８は、ユーザの入力操作を受付する、例えば、タッチパネルやキーボード等の入力デバイスである。

なお、図５に示すエッジノード４０２の構成は一例であり、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信装置５２５を有していなくても良い。

（通信管理装置のハードウェア構成）
図６は、一実施形態に係る通信管理装置のハードウェア構成の例を示す図である。通信管理装置４０３は、例えば、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、フラッシュＲＯＭ６０３、無線ＬＡＮ通信装置６０４、及びバス６０５等を有する。

ＣＰＵ６０１は、フラッシュＲＯＭ６０３等に格納されたプログラムを実行することにより、通信管理装置４０３が有する各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ６０２は、ＣＰＵ５１１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。フラッシュＲＯＭ６０３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる、書き換え可能な不揮発性のメモリである。

無線ＬＡＮ通信装置６０４は、無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信デバイスである。バス６０５は、上記各構成要素に接続され、アドレス信号、データ信号、及び各種制御信号等を伝送する。

＜機能構成＞
続いて、各装置の機能構成について説明する。

（ホッピングノードの機能構成）
図７は、一実施形態に係るホッピングノードの機能構成の例を示す図である。ホッピングノード（第１の通信装置）４０１は、無線ＬＡＮ通信部７０１、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、記憶部７０４等を有する。また、ホッピングノード４０１は、通信リンク状態測定部７１１、情報収集部７１２、データ転送部７１３、切替え判定部７１４、エッジノード管理部７１５、情報転送部７１６等を有する。さらに、ホッピングノード４０１は、情報送信部７２１、情報受信部７２２、登録要求部７２３等を有する。

無線ＬＡＮ通信部（第３の通信部）７０１は、例えば、図５（ａ）の無線ＬＡＮ通信装置５１５、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。無線ＬＡＮ通信部７０１は、無線ＬＡＮネットワーク４０７に接続し、通信管理装置４０３と無線ＬＡＮ通信を行う。

ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、例えば、図５（ａ）のミリ波無線通信装置５１６−１、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、ミリ波無線通信のＡＰ（アクセスポイント）として機能し、ミリ波無線通信のネットワークセルを形成する。また、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、形成したネットワークセルに接続するミリ波無線通信のＳＴＡと、ミリ波無線通信でデータの送受信を行う。なお、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は第１の通信部の一例である。

ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、例えば、図５（ａ）のミリ波無線通信装置５１６−２、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、ミリ波無線通信のＳＴＡ（ステーション）として機能し、他のホッピングノードが形成するミリ波無線通信のネットワークセルに接続する。また、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、ネットワークセルを形成する他のホッピングノードと、ミリ波無線通信でデータの送受信を行う。なお、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は第２の通信部の一例である。

記憶部７０４は、例えば、図５（ａ）のＲＡＭ５１２、ストレージ部５１４、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現され、例えば、ミリ波無線通信で受信したデータを一時的に記憶するバッファとして機能する。また、記憶部７０４は、通信管理装置４０３から通知されるアクセスポイント情報や、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するネットワークセルに接続するエッジノード４０２の情報等、様々な情報を記憶する。

通信リンク状態測定部７１１は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現される。通信リンク状態測定部７１１は、例えば、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２、及びミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３と通信可能な他の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）の通信リンク状態を測定する。なお、通信リンク状態には、例えば、信号強度、スループット値、パケットロス率等の情報が含まれる。

情報収集部７１２は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信で周辺の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）の情報を収集する。

例えば、情報収集部７１２は、通信リンク状態測定部７１１を用いて、ホッピングノード４０１の周辺にある他のホッピングノードの識別情報（ホッピングノード番号等）、及び通信リンク状態等の情報を取得する。また、情報収集部７１２は、通信リンク状態測定部７１１を用いて、ホッピングノード４０１の周辺にあるエッジノードの識別情報（エッジノード番号等）、及び通信リンク状態等の情報を取得する。

なお、情報収集部７１２が収集した情報は、例えば、情報送信部７２１により、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信される。

データ転送部７１３は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。データ転送部７１３は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される通信経路に関する指示に基づいて、２つのミリ波無線通信部のうち、一方のミリ波無線通信部で受信したデータを、他方のミリ波無線通信部で他の通信装置に転送する。例えば、データ転送部７１３は、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２で受信したデータを、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３を用いて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される通信経路に関する指示に含まれる転送先の通信装置に送信する。

切替え判定部７１４は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、通信リンク状態測定部７１１が測定する通信リンク状態に基づいて、通信経路の切替えを行うか否かを判定する。

エッジノード管理部（装置管理部）７１５は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するネットワークセルに接続するエッジノード４０２の管理を行う。例えば、エッジノード管理部７１５は、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するネットワークセルに接続したエッジノード４０２を、ホッピングノード４０１に登録し、登録したエッジノード４０２にＩＰアドレス等を通知する。

情報転送部７１６は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、エッジノード４０２と、通信管理装置４０３との間で送受信される情報の中継を行う。例えば、情報転送部７１６は、エッジノード４０２からの要求に応じて、ミリ波無線通信でエッジノード４０２から受信した情報を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。また、情報転送部７１６は、通信管理装置４０３からの要求に応じて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から受信した情報を、ミリ波無線通信でエッジノード４０２に転送する。

情報送信部７２１は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて、情報を通信管理装置４０３に送信する。例えば、情報送信部７２１は、情報収集部７１２が収集した周辺の通信装置の情報等を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

情報受信部７２２は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて、通信管理装置４０３から送信される情報を受信する。例えば、情報受信部７２２は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される、通信経路に関する指示等の制御情報を受信する。

登録要求部７２３は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現される。登録要求部７２３は、例えば、起動時等に、情報収集部７１２が収集した周辺の通信装置の情報を含む通信システム４００への登録要求を、無線ＬＡＮ通信で送信する。

（エッジノードの機能構成）
図８は、一実施形態に係るエッジノードの機能構成の例を示す図である。エッジノード４０２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１、データ送信部８０２、データ受信部８０３、表示制御部８０４、操作受付部８０５、及び記憶部８０６等を有する。

好ましくは、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信部８１１、情報送信部８１２、及び情報受信部８１３等を有する。

ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、例えば、図５（ｂ）のミリ波無線通信装置５２６、及び図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラム等によって実現され、ミリ波無線通信のＳＴＡとして、ミリ波無線通信のネットワークセルに接続する。なお、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、ミリ波無線通信（第１の無線通信）を行う第４の通信部の一例である。

データ送信部８０２は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、映像データ、音声データ、ファイル等のデータを、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ミリ波無線通信で送信する。

データ受信部８０３は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ミリ波無線通信で、映像データ、音声データ、ファイル等のデータを受信する。

表示制御部８０４は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、図５（ｂ）の表示装置５２７に、操作画面や、データ受信部８０３
が受信した映像データ等を表示させる。

操作受付部８０５は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、図５（ｂ）の入力装置５２８等に対するユーザの入力操作等を受付する。

記憶部８０６は、例えば、データ受信部８０３が受信した、映像データ、音声データ、ファイル等のデータを記憶する。

無線ＬＡＮ通信部８１１は、例えば、図５（ｂ）の無線ＬＡＮ通信装置５２５、及び図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラム等によって実現され、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３等と通信を行う。

情報送信部８１２は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部８１１を用いて、無線ＬＡＮ通信で情報を通信管理装置４０３等に送信する。エッジノード４０２は、例えば、マルチホップ通信によるデータの送信を要求する要求情報等を、情報送信部８１２を用いて、通信管理装置４０３に送信することができる。

情報受信部８１３は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部８１１を用いて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される制御情報等を受信する。

（通信管理装置の機能構成）
通信管理装置４０３は、無線ＬＡＮ通信部９０１、情報取得部９０２、通信経路決定部９０３、制御情報送信部９０４、ホッピングノード管理部９０５、エッジノード管理部９０６、及び記憶部９０７等を有する。

無線ＬＡＮ通信部（第５の通信部）９０１は、例えば、図６の無線ＬＡＮ通信装置６０４、及び図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラム等によって実現され、無線ＬＡＮ通信で、ホッピングノード４０１、エッジノード４０２等と通信を行う。

情報取得部（取得部）９０２は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信で、複数のホッピングノード４０１から、周辺の通信装置の情報を取得する。

例えば、情報取得部９０２は、所定の時間間隔等で（定期的に）、無線ＬＡＮ通信で、情報の取得を要求するスキャン要求を複数のホッピングノード４０１に送信し、複数のホッピングノード４０１から送信される周辺の通信装置の情報を取得する。

通信経路決定部９０３は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、マルチホップ通信でデータを転送する経路である通信経路を決定する。

例えば、通信経路決定部９０３は、情報取得部９０２が取得した情報を用いて、図４に実線４０５で示すような、ミリ波無線通信による装置間の接続関係を特定し、特定した接続関係に基づいて、マルチホップ通信の通信経路を決定する。

制御情報送信部９０４は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信で、ホッピングノード４０１等に制御情報を送信する。例えば、制御情報送信部９０４は、通信経路決定部９０３が決定した通信経路にあるホッピングノード４０１に、データの転送先の情報を含む通信経路に関する指示を送信する。

ホッピングノード管理部９０５は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、通信システム４００に登録されているホッピングノード４０１の情報を管理する。

エッジノード管理部９０６は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、通信システム４００に含まれるエッジノード４０２の情報を管理する。

＜処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係る通信制御方法の処理の流れについて説明する。

［第１の実施形態］
（ホッピングノードの登録処理）
図１０は、第１の実施形態に係るホッピングノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、ホッピングノード４０１が起動し、通信管理装置４０３にホッピングノードとして登録される際の処理の例を示している。なお、以下のシーケンス図において、破線の矢印は無線ＬＡＮ通信による通信を表すものとする。

ステップＳ１００１において、ホッピングノード４０１が、例えば、電源の投入や、利用者による起動操作等により起動すると、ステップＳ１００２以降の処理が実行される。

ステップＳ１００２において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に接続する。例えば、ホッピングノード４０１の無線ＬＡＮ通信部７０１は、ネットワークブロードキャスト（マルチキャスト）で通信管理装置４０３を検索し、検索された通信管理装置４０３に無線ＬＡＮ通信で接続を要求する。

ステップＳ１００３において、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３からの応答を受付すると、ステップＳ１００４において、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。例えば、ホッピングノード４０１の情報収集部７１２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、及び通信リンク状態測定部７１１を用いて、周辺にある他のホッピングノードの情報を収集する。

ステップＳ１００５において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信で、通信管理装置４０３に通信システム４００への登録を要求する登録要求を送信する。例えば、ホッピングノード４０１の情報送信部７２１は、情報収集部７１２が収集した他のホッピングノードの情報（例えば、識別情報、電波強度等）を含む登録要求を、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて通信管理装置４０３に送信する。

ステップＳ１００６において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１から登録要求を受付すると、ホッピングノード４０１を通信システム４００に登録する。例えば、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノード４０１から受信した登録要求に含まれる他のホッピングノードの情報を記憶部９０７に記憶する。また、ホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノード４０１に通知するアクセスポイント情報を決定する。このアクセスポイント情報には、例えば、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が使用する、ＳＳＩＤ（Service Set Identifier）、暗号鍵、通信チャネル、ＩＰアドレス等の情報が含まれる。なお、ＳＳＩＤ、ＩＰアドレス等は、ミリ波無線通信のネットワークセルを識別する識別情報の一例である。

ステップＳ１００７において、通信管理装置４０３は、無線ＬＡＮ通信で、登録番号、及びアクセスポイント情報を含む登録完了通知をホッピングノード４０１に送信する。例えば、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、ホッピングノード管理部９０５が決定したアクセスポイント情報と、登録時に生成された登録番号とを含む登録完了通知を、無線ＬＡＮ通信部９０１を用いて、要求元のホッピングノード４０１に送信する。

ステップＳ１００８において、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３から通知されたアクセスポイント情報を用いて、ミリ波無線通信のＡＰ（アクセスポイント）とＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）サーバとを起動する。例えば、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、通知されたアクセスポイント情報に含まれるＳＳＩＤ、暗号鍵、通信チャネル、ＩＰアドレス等を用いて、ミリ波無線通信のネットワークセル（ＢＳＳ）を形成する。

なお、ミリ波無線通信のアクセスポイント情報は、予め通信管理装置４０３に設定可能であり、例えば、通信システム４００に登録される全てのホッピングノード４０１に通知されるＳＳＩＤは、同じＳＳＩＤであっても良い。

また、ホッピングノード４０１が通信管理装置４０３に通知する情報には、他のホッピングノードとの距離情報が含まれていても良い。この距離情報を用いて、通信管理装置４０３は、ホッピングノード間の距離、又は相対的な位置関係等を把握し、例えば、隣接するホッピングノード４０１に異なる通信チャネルを割り当てることにより、ミリ波無線通信の電波干渉を低減させることができる。

（接続関係の特定処理）
図１１は、第１の実施形態に係る接続関係の特定処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、例えば、図４に実線４０５で示すような、ミリ波無線通信による通信装置間の接続関係を特定する処理の一例を示している。ここでは、説明を容易にするために、通信システム４００に、ホッピングノードＡ４０１ａ、ホッピングノードＢ４０１ｂ、及びホッピングノードＣ４０１ｃが含まれるものとして、以下の説明を行う。

通信管理装置４０３は、例えば、所定の時間間隔で図１１に示す処理を実行し、通信システム４００に含まれる通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）間の接続関係を特定する。

ステップＳ１１０１〜Ｓ１１０３において、通信管理装置４０３は、無線ＬＡＮ通信で、通信システム４００に登録されたホッピングノードＡ４０１ａ、ホッピングノードＢ４０１ｂ、及びホッピングノードＣ４０１ｃにスキャン要求を送信する。例えば、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、登録済のホッピングノード４０１に対して、無線ＬＡＮ通信部９０１を用いて、ミリ波無線通信による他の通信装置のスキャンを要求するスキャン要求を送信する。

ステップＳ１１０４〜Ｓ１１０６において、スキャン要求を受信したホッピングノードＡ４０１ａ、ホッピングノードＢ４０１ｂ、及びホッピングノードＣ４０１ｃは、ミリ波無線通信で周辺にある他の通信装置をスキャンする。

例えば、ホッピングノード４０１の情報収集部７１２は、ミリ波無線通信で通信可能な他のホッピングノードの情報（識別情報、通信リンク状態等）、及びミリ波無線通信で通信可能なエッジノード４０２の情報（識別情報、通信リンク状態等）を収集する。

ステップＳ１１０７〜Ｓ１１０９において、ホッピングノードＡ４０１ａ、ホッピングノードＢ４０１ｂ、及びホッピングノードＣ４０１ｃは、無線ＬＡＮ通信で、スキャン結果を通信管理装置４０３に送信する。このスキャン結果には、ステップＳ１１０４〜Ｓ１１０６で収集された他の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）の情報が含まれる。

ここでは、ホッピングノードＡ４０１ａのスキャン結果には、ホッピングノードＢ４０１ｂ、及びホッピングノードＣ４０１ｃの情報が含まれるものとする、また、ホッピングノードＢ４０１ｂのスキャン結果には、ホッピングノードＡ４０１ａ、及びホッピングノードＣ４０１ｃの情報が含まれるものとする。さらに、ホッピングノードＣ４０１ｃのスキャン結果には、ホッピングノードＡ４０１ａ、及びホッピングノードＢ４０１ｂの情報が含まれるものとする。

ステップＳ１１１０において、通信管理装置４０３は、各ホッピングノード４０１から受信したスキャン結果を用いて、例えば、図１２（ａ）に示すような管理テーブル１２１０を作成（更新）する。

図１２（ａ）は、管理テーブルの一例のイメージを示している。図１２（ａ）の例では、管理テーブル１２１０には、「ホッピングノードの識別情報」、「検索されたホッピングノードの識別情報」、「電波強度」等の情報が含まれる。

「ホッピングノードの識別情報」は、スキャン結果を送信したホッピングノード４０１の識別情報である。ここでは、簡易的に、ホッピングノードＡ４０１ａの識別情報を「Ａ」、ホッピングノードＢ４０１ｂの識別情報を「Ｂ」、ホッピングノードＣ４０１ｃの識別情報を「Ｃ」で表している。

「検索されたホッピングノードの識別情報」は、スキャン結果を送信したホッピングノード４０１のスキャンによって検索された他のホッピングノードの識別情報である。

「電波強度」は、スキャン結果を送信したホッピングノード４０１が、他のホッピングノードから受信した電波の強度を示す情報であり、値が大きいほど電波の強度が強いことを示している。

図１１のステップＳ１１１１において、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、例えば、図１２（ａ）に示すような管理テーブル１２１０を用いて、通信システム４００に登録されている通信装置間の接続関係を特定する。

一例として、通信経路決定部９０３は、管理テーブル１２１０を参照して、各ホッピングノード４０１によって検索された他のホッピングノードのうち、最も電波強度が強いホッピングノードを選択して、ミリ波無線通信の接続ペアを作成する。

例えば、通信経路決定部９０３は、管理テーブル１２１０において、ホッピングノード識別情報「Ａ」のホッピングノードＡ４０１ａと、電波強度が最も強いホッピングノード識別情報「Ｂ」のホッピングノードＢ４０１ｂとのペア１２１１を選択する。同様にして、通信経路決定部９０３は、ホッピングノードＢ４０１ｂと、ホッピングノードＣ４０１ｃとのペア１２１２を選択し、ホッピングノードＣ４０１ｃと、ホッピングノードＢ４０１ｂとのペア１２１３を選択する。

ただし、このままでは通信ループ（閉路）が形成されてしまうため、通信経路決定部９０３は、作成したペア１２１１〜１２１３のうち、最も電波強度が弱いペア１２１２を除外することにより、通信ループを解消する。これにより、ミリ波無線通信のペア１２１１、１２１３により、ミリ波無線通信の接続関係が特定される。つまり、ホッピングノードＡ４０１ａは、ホッピングノードＢ４０１ｂにミリ波無線通信で接続可能であり、ホッピングノードＣ４０１ｃは、ホッピングノードＢ４０１ｂにミリ波無線通信で接続可能であることが特定される。

なお、電波強度は、接続関係の特定に用いられる情報の一例であり、通信経路決定部９０３は、例えば、距離、エラーレート、スループット値等の通信リンク状態を用いて、ミリ波無線の接続関係を特定するものであっても良い。

図１２（ｂ）は、一例として、通信経路決定部９０３が、電波強度、及び距離を用いてミリ波無線通信の接続関係を特定する場合の管理テーブル１２２０のイメージを示している。

ミリ波無線通信では、使用する周波数帯域が広いため、ノード間の距離を高い精度で測定できることが知られている。通信経路決定部９０３は、このノード間の距離の情報を管理テーブル１２２０で管理することにより、例えば、電波強度が等しい複数のホッピングノード４０１がある場合、より距離の近いホッピングノード４０１を選択することができる。図１２（ｂ）の例では、ホッピングノードＣ４０１ｃによって検索された、２つホッピングノードの電波強度が「８０」なので、通信経路決定部９０３は、より距離の近いホッピングノードＢ４０１ｂを選択することができる。

好ましくは、通信経路決定部９０３は、ミリ波無線通信の接続関係を特定する際に、各ホッピングノード４０１が形成するネットワークセルに、所定の数（例えば、２つ）を超えて他のホッピングノードが接続しないように制限する。これは、例えば、１つのネットワークセルに接続可能なノードの数が決まっている場合、１つのネットワークセルに多くのホッピングノード４０１が接続してしまうと、接続可能のエッジノード４０２の数が制限されてしまうためである。

なお、ここでは、ホッピングノード４０１について説明を行ったが、通信経路決定部９０３は、各ホッピングノード４０１から受信したスキャン結果にエッジノード４０２の情報が含まれる場合、エッジノード４０２の接続関係も特定する。なお、本実施形態では、エッジノード４０２は、１つのネットワークセルに接続するため、ホッピングノード４０１とエッジノード４０２との接続関係は、スキャン結果を用いて一意に特定することができる。

上記の処理により、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、通信システム４００に登録されている、複数の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）の接続関係を特定する。また、通信経路決定部９０３は、後述するように、ここで特定した接続関係を用いて、マルチホップ通信の通信経路を決定する。

なお、図１１のステップＳ１１１１において、ミリ波無線通信で他のホッピングノード４０１と接続できないホッピングノード４０１がある場合、通信経路決定部９０３は、該当するホッピングノード４０１に、無線ＬＡＮ通信でその旨を通知する。例えば、ステップＳ１１１１において、ホッピングノードＣ４０１ｃが、ミリ波無線通信で接続できないと判断された場合、ステップＳ１１１２以降の処理が実行される。

ステップＳ１１１２において、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、ミリ波無線通信できないことを示す情報を、無線ＬＡＮ通信でホッピングノードＣ４０１ｃに通知する。

ステップＳ１１１３において、ホッピングノードＣ４０１ｃは、通信管理装置４０３からの通知に応じて、例えば、５１７を点滅させる。これにより、利用者は、例えば、ホッピングノードＣ４０１ｃの位置を変える等の対応を行うことができるようになる。

（ホッピングノードの削除処理）
図１３は、第１の実施形態に係るホッピングノードの削除処理の例を示すフローチャートである。この処理は、通信管理装置４０３からのスキャン要求に対して、ホッピングノード４０１からの応答がない場合の処理の例を示している。

ステップＳ１３０１、Ｓ１３０２において、通信管理装置４０３は、前述したように、例えば、所定の時間間隔等で（定期的に）、通信システム４００に登録されたホッピングノード４０１に、無線ＬＡＮ通信でスキャン要求を送信する。

ステップＳ１３０３において、無線ＬＡＮ通信で、スキャン要求を受信したホッピングノードＡ４０１ａは、ミリ波無線通信で周辺にある他の通信装置をスキャンし、ステップＳ１３０４において、スキャン結果を通信管理装置４０３に送信する。

一方、ここでは、何らかの理由により、ホッピングノードＢ４０１ｂからのスキャン結果が、通信管理装置４０３で受信できないものとする。

ステップＳ１３０５において、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、スキャン結果を受信できないホッピングノードがある場合、タイムアウト判定を行う。

例えば、ホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノードＢ４０１ｂからのスキャン結果を受信できない時間（又は回数）が閾値以上である場合、タイムアウトと判定する。

タイムアウトと判定されるまで、通信管理装置４０３は、ステップＳ１３１１、Ｓ１３１２に示すように、所定の時間間隔でスキャン要求を、無線ＬＡＮ通信で各ホッピングノード４０１に送信する処理を継続する。

一方、タイムアウトと判定されると、ステップＳ１３２１において、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、タイムアウトと判定されたホッピングノードＢ４０１ｂの登録を削除（又は無効）にする。

これにより、ステップＳ１３２２以降、ホッピングノードＢ４０１ｂに対する、スキャン要求の送信が中止される。

このように、通信管理装置４０３は、所定の時間（又は回数）を超えてスキャン結果を受信できないホッピングノード４０１の通信システム４００への登録を削除する（又は無効にする）。

（エッジノードの登録処理）
図１４は、第１の実施形態に係るエッジノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、通信管理装置４０３が、エッジノード４０２を通信システム４００に登録する処理の例を示している。

ステップＳ１４０１において、無線ＬＡＮ通信部８１１を有するエッジノードＡ４０２ａが、例えば、利用者の操作等により起動するものとする。

ステップＳ１４０２において、エッジノードＡ４０２ａは、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ホッピングノード４０１に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１４０３において、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノードＡ４０２ａの接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノードＡ４０２ａに通知する。

ステップＳ１４０４において、エッジノードＡ４０２ａは、ホッピングノード４０１から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

ステップＳ１４０５において、通信管理装置４０３は、エッジノードＡ４０２ａから登録要求を受信すると、エッジノードＡ４０２ａを通信システム４００に登録する。例えば、
通信管理装置４０３のエッジノード管理部９０６は、エッジノードＡ４０２ａ受信した登録要求に含まれるＩＰアドレスを、エッジノードＡ４０２ａの識別情報と対応づけて記憶部９０７に記憶する。

上記の処理により、エッジノードＡ４０２ａが、通信システム４００に登録される。なお、エッジノード４０２が、無線ＬＡＮ通信部８１１を有していない場合、例えば、ステップＳ１４１１以降の処理により、エッジノードの登録処理が行われる。

ステップＳ１４１１において、無線ＬＡＮ通信部８１１を有していないエッジノードＢ４０２ｂが、例えば、利用者の操作等により起動するものとする。

ステップＳ１４１２において、エッジノードＢ４０２ｂは、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ホッピングノード４０１に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１４１３において、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノードＢ４０２ｂの接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノードＢ４０２ｂに通知する。

ステップＳ１４１４において、エッジノードＢ４０２ｂは、ホッピングノード４０１から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、ミリ波無線通信でホッピングノード４０１に送信する。

ステップＳ１４１５において、ホッピングノード４０１の情報転送部７１６は、エッジノードＢ４０２ｂから通信管理装置４０３宛てに送信された登録要求を受信すると、受信した登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。

ステップＳ１４１６において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１を介して、エッジノードＢ４０２ｂから登録要求を受信すると、エッジノードＢ４０２ｂを通信システム４００に登録する。

このように、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１を介して、通信管理装置４０３と通信を行うものであっても良い。

＜小括＞
本実施形態では、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２をアクセスポイント用に、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３をステーション用として使用する。
また、通信管理装置４０３から登録完了通知を受信したホッピングノード４０１は、通知に含まれるミリ波無線通信のＳＳＩＤと通信チャネル、暗号鍵を使用してアクセスポイントを起動して、ミリ波無線通信のネットワークセル（サブネットワーク）を形成する。
さらに、ホッピングノード４０１は、登録完了通知に含まれるＩＰアドレスを自身に割り当てると同時にミリ波無線通信用のＤＨＣＰサーバも起動してエッジノード４０２が自身のミリ波無線通信のネットワークセルに参加した場合にＩＰアドレスを動的に付与する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、収集したミリ波無線通信のスキャン結果を元に通信品質（電波強度）が良いホッピングノード４０１のアクセスポイントと別のホッピングノードとのステーションの組み合わせをそれぞれ作る。
また、通信管理装置４０３は、全ホッピングノードのステーションがいずれかのアクセスポイントに接続するようにホッピングノード４０１から構成されるミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）を特定（計算）する。
さらに、通信管理装置４０３は、トポロジー形成に当たり、各ホッピングノード４０１のアクセスポイントが閾値以上のホッピングノードのステーションと接続しないように調整・計算して、データ通信前にこの計算結果を全ホッピングノードに無線ＬＡＮ通信を使用して通知する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）を特定（計算）する場合にＴＣＰ、もしくはＵＤＰスループット値を使用する。
この場合、各ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信のアクセスポイントを起動した後にＴＣＰ、もしくはＵＤＰサーバを起動する。
さらに、各ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信のスキャン結果から把握できるホッピングノード４０１のアクセスポイントにそれぞれ接続して一定期間ＴＣＰ、もしくはＵＤＰ通信を行い、スループット値を計測して、その結果を通信管理装置４０３に通知する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）を特定（計算）する場合に各ホッピングノード４０１の距離を使用して、アクセスポイントとステーションの通信品質値が同じ場合には距離が近い方を選択して組み合わせを作る。
また、各ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３からスキャン命令メッセージを受信するとミリ波無線通信のスキャンを実施すると同時に他のホッピングノード４０１との距離を測定して、結果を通信管理装置４０３に通知する。

（データ送信処理）
続いて、ミリ波無線通信を用いて、データをマルチホップ通信するデータ通信処理について説明する。

図１５は、第１の実施形態に係るデータ送信処理の一例について説明するための図である。ここでは、一例として、通信システム４００に、図１５に示すように、ホッピングノードＡ４０１ａ、ホッピングノードＢ４０１ｂ、ホッピングノードＣ４０１ｃ、及びエッジノードＡ４０２ａ、エッジノードＢ４０２ｂが含まれるものとする。また、例えば、図１１に示すような接続関係の特定処理により、図１５の実線１５０１で示されるような、ミリ波無線通信の接続関係が特定されているものとする。

この場合、例えば、エッジノードＡ４０２ａは、図１５に矢印で示すように、他の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）に対して、例えば、映像データや音声データ等のデータを、マルチホップ通信で配信することができる。

図１６は、第１の実施形態に係るデータ送信処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、図１５に示す通信システム４００において、エッジノードＡ４０２ａが、他の通信装置に対して、データを送信する場合の処理の例を示している。

ステップＳ１６０１において、エッジノードＡ４０２ａは、例えば、無線ＬＡＮ通信で、通信管理装置４０３に、データの送信を要求するデータ送信要求を送信する。なお、エッジノード４０２が無線ＬＡＮ通信部８１１を有していない場合には、例えば、図１４のステップＳ１４１４、Ｓ１４１５に示すように、ホッピングノード４０１を介して、ミリ波無線通信でデータ送信要求を送信するものであっても良い。

ステップＳ１６０２において、通信管理装置４０３は、データ送信要求を受付すると、例えば、所定の時間間隔で各ホッピングノードスキャン要求を送信する、スキャン処理を中断する。

ステップＳ１６０３において、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、例えば、図１１に示すような接続関係の特定処理で特定された、ミリ波無線通信の接続関係を用いて、マルチホップ通信の通信経路を決定する。例えば、通信経路決定部９０３は、図１５に示す通信システム４００に含まれる各ホッピングノード４０１について、送信元のＩＰアドレス、及び送信先のＩＰアドレスを決定する。

図１５の例では、ホッピングノードＡ４０１ａの送信元のＩＰアドレスは、エッジノードＡ４０２ａのＩＰアドレスとなり、送信先のＩＰアドレスは、ホッピングノードＢ４０１ｂのＩＰアドレスとなる。また、ホッピングノードＢ４０１ｂの送信元のＩＰアドレスは、ホッピングノードＡ４０１ａのＩＰアドレスとなり、送信先のＩＰアドレスは、ホッピングノードＣ４０１ｃのＩＰアドレス、及びエッジノードＢ４０２ｂのＩＰアドレスとなる。さらに、ホッピングノードＣ４０１ｃの送信元のＩＰアドレスは、ホッピングノードＢ４０１ｂのＩＰアドレスとなり、送信先のＩＰアドレスはなしとなる。

なお、ホッピングノード４０１のＩＰアドレスは、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５が、記憶部９０７に記憶して管理しているものを利用することができる。また、エッジノード４０２のＩＰアドレスは、通信管理装置４０３のエッジノード管理部９０６が、記憶部９０７に記憶して管理しているものを利用することができる。

ステップＳ１６０４〜Ｓ１６０６において、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、無線ＬＡＮ通信で、通信経路決定部９０３が決定した通信経路にある各ホッピングノード４０１に、通信経路に関する情報を指示する。

例えば、制御情報送信部９０４は、通信経路にある各ホッピングノード４０１に、送信元のＩＰアドレス、送信先のＩＰアドレス、接続するミリ波無線通信のＡＰの識別情報及び暗号鍵、転送するデータ等の情報を通知する。

なお、マルチホップ通信によりストリーミング転送を行う場合、転送するデータの情報には、使用するポート番号、マルチキャストアドレス等が含まれる。また、マルチホップ通信によりファイル転送を行う場合、転送するデータの情報には、ファイル名、ファイルサイズ等のファイルリスト情報が含まれる。

ステップＳ１６０７〜Ｓ１６０９において、通信経路に関する情報を受信した各ホッピングノード４０１のデータ転送部７１３は、マルチホップ通信の準備を行う。

例えば、マルチホップ通信によりストリーミング転送を行う場合、各ホッピングノード４０１は、送受信ソケットを開き、データ転送のルールを設定する。また、マルチホップ通信によりファイル転送を行う場合、各ホッピングノード４０１は、受信ソケットを開く。

ステップＳ１６１０〜Ｓ１６１２において、各ホッピングノード４０１は、マルチホップ通信の準備が完了すると、準備が完了したことを、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に通知する。

ステップＳ１６１３において、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、マルチホップ通信の通信経路にある全てのホッピングノード４０１の準備が完了すると、エッジノードＡ４０２ａに、準備が完了したことを示す準備完了通知を送信する。この準備完了通知には、例えば、データの送信先（ここでは、ホッピングノードＡ４０１ａ）を指示する情報が含まれる。

ステップＳ１６１４において、エッジノードＡ４０２ａは、指示された送信先に対して、ミリ波無線通信でデータを送信する。

ステップＳ１６１５において、ホッピングノードＡ４０１ａは、ミリ波無線通信で受信したデータを、ステップＳ１６０４で指示された送信先（例えば、ホッピングノードＢ４０１ｂ）に、ミリ波無線通信で転送する。

このとき、ホッピングノードＡ４０１ａは、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２と、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３とを有しているので、一方の通信部でデータを受信しながら、他方の通信部でデータを他の通信装置に転送することができる。

ステップＳ１６１６において、ホッピングノードＢ４０１ｂは、ミリ波無線通信で受信したデータを、ステップＳ１６０５で指定された送信先の１つ（例えば、ホッピングノードＣ４０１ｃ）に、ミリ波無線通信で転送する。

ステップＳ１６１７において、ホッピングノードＢ４０１ｂは、ミリ波無線通信で受信したデータを、ステップＳ１６０５で指定された送信先の１つ（例えば、エッジノードＢ４０２ｂ）に、ミリ波無線通信で転送する。

上記の処理により、本実施形態によれば、指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う通信システム４００において、映像データや音声データ等を、容易にストリーム転送することができるようになる。

図１７は、第１の実施形態に係る接続関係と通信経路との関係について説明するための図である。

図１７（ａ）は、例えば、図１１に示すような接続関係の特定処理によって特定された、ミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）の一例を示している。この例では送信元のエッジノード１７０１から他の全エッジノードに同じコンテンツを共有する一斉配信の場合を想定している。

通信経路決定部９０３は、通信経路を決定するとき、先ずミリ波無線通信のトポロジーを参照して、データ送信元のエッジノード１７０１をルートとして、そのノードから順に次にデータ転送するノードを決定して、データ送信元とデータ送信先を決定していく。これにより、例えば、図１７（ｂ）に示すような、ツリー構造のマルチホップ通信の通信経路（ＩＰ通信経路）が作成される。（ＩＰ通信閉路は必然的に作成されない。）
このように、通信経路決定部９０３は、ミリ波無線通信の接続関係を用いて、マルチホップ通信の通信経路を決定することにより、通信経路の決定に要する負荷を軽くし、比較的容易に決定することができるようになる。なお、図１７に示すミリ波無線通信の接続関係、及びマルチホップ通信の通信経路は一例である。

＜小括＞
本実施形態では、エッジノード４０２は、データ送信を開始する場合に無線ＬＡＮ通信を使用して通信管理装置４０３に送信開始通知を行う。
通信管理装置４０３は、そのタイミングで作成しているミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）で、通知を受信したエッジノード４０２を送信元に設定する。また、通信管理装置４０３は、各ホッピングノード４０１にミリ波無線通信用の送信元ホッピングノードのＩＰアドレスと１つ以上の送信先ホッピングノードのＩＰアドレスを決定する。さらに、通信管理装置４０３は、各ホッピングノード４０１に接続するミリ波無線通信のアクセスポイントのＳＳＩＤと暗号鍵を含むデータ転送準備パラメータと共にＩＰアドレス情報を送信する。

送信準備パラメータを受信した各ホッピングノード４０１は、受信メッセージ内に含まれるＳＳＩＤと暗号鍵を使用して該当するアクセスポイントに接続して、その後に、受信メッセージ内に含まれる送信元ＩＰアドレスからのデータ受信準備を行う。
また、送信準備パラメータを受信した各ホッピングノード４０１は、受信準備が完了すると通信管理装置４０３に準備完了応答メッセージを、無線ＬＡＮ通信を使用して送信する。

好ましくは、全てのホッピングノード４０１のミリ波無線通信のアクセスポイントで同じＳＳＩＤを使用する場合、
通信管理装置４０３は、エッジノード４０２から送信開始要求メッセージを受信した後に各ホッピングノード４０１に接続するミリ波無線通信のアクセスポイントのＳＳＩＤと暗号鍵を含むデータ転送準備パラメータと共にＩＰアドレス情報を送信する。
また、各ホッピングノード４０１は、受信メッセージ内に含まれるＳＳＩＤに該当するアクセスポイントに接続する。

好ましくは、通信管理装置４０３が送信するデータ転送準備パラメータには、接続先となるミリ波無線通信のアクセスポイントのＳＳＩＤと暗号鍵以外に、ファイル転送（ＴＣＰ）の場合は１つ以上の送信ファイル名やサイズなどのファイル属性情報が含まれる。一方、ストリーム転送（ＵＤＰ）の場合は、通信管理装置４０３が送信するデータ転送準備パラメータには、ストリーム転送に使用するマルチキャストアドレスとポート番号が含まれる。

好ましくは、通信管理装置４０３がミリ波無線通信の通信経路（ＩＰ層の通信経路）を作成する場合、ＩＰ通信閉路ができないように通信経路を作成する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、全ホッピングノードでデータ受信準備が完了すると、データ送信元のエッジノード４０２に、無線ＬＡＮ通信で送信開始通知を送信する。
各ホッピングノード４０１は、片方のミリ波無線通信装置（インタフェース）で、通信管理装置４０３から通知を受けた送信元ＩＰアドレスを持つホッピングノード４０１からデータ受信する。また、各ホッピングノード４０１は、もう片方のミリ波無線通信装置（インタフェース）を使用して、通信管理装置４０３から通知を受けた１つ以上の送信先ＩＰアドレスを持つホッピングノード４０１にデータ送信を行う。さらに、各ホッピングノード４０１は、全てのホッピングノードにデータ送信完了すると、自身のミリ波無線通信のネットワークセル（サブネットワーク）に所属する全エッジノードに順次にデータ転送を行う。

好ましくは、各エッジノードは、いずれかのホッピングノード４０１のミリ波無線通信のアクセスポイント（ネットワークセル）に接続してＩＰアドレスが付与されると、無線ＬＡＮ通信を使用して、通信管理装置４０３に登録要求メッセージを送信する。
通信管理装置４０３は、エッジノード４０２から受信した登録要求メッセージに基づいて、各ホッピングノード４０１に割り当てたＩＰアドレスと、登録要求メッセージの送信元ＩＰアドレスから、エッジノード４０２が接続したネットワークセルを把握できる。

（通信経路の切替え処理１）
図１８は、第１の実施形態に係る経路切替え処理について説明するための図である。

例えば、図１８（ａ）に示すように、ホッピングノードＡとミリ波無線通信を行っているホッピングノードＢは、図１８（ｂ）に示すように、ホッピングノードＡのミリ波無線通信の通信リンク状態を、継続的に監視してミリ波無線通信の経路切替えを判断する。

このとき、ホッピングノード４０１がミリ波無線通信の経路切替えを実施する判定条件は複数ある。例えば、
１）ミリ波無線が切断した、もしくは切断して再接続要求を行ったが接続できなかった場合
２）ミリ波無線の信号強度、スループット値が閾値以下、又はパケットエラー率が閾値以上
３）映像・音声ストリーム転送の場合は、トランスポート・アプリケーション層での映像データパケットのロス率が閾値以上
４）映像・音声ストリーム転送の場合は、トランスポート・アプリケーション層でのパケットヘッダに含まれるシーケンス番号で次のシーケンス番号を一定期間受信できない場合
等である。

１）の条件の場合は、ホッピングノードＢは、再接続要求を１回以上行うことも想定される。このような処理は、例えば、ホッピングノードＡとホッピングノードＢとの間に短期間だけ障害物が存在した場合などに有効である。

２）の条件に関しては、図１９（ｂ）で示されるように各種パラメータ（信号強度、スループット値、エラーレート等）を組合せて閾値判定を行う。このとき、移動平均値を使用しても良い。

３）の条件に関しては、例えば映像ストリームを転送する場合、アプリケーションが求める映像クオリティと品質によってパケットロス率の閾値は上下する。

４）の条件に関しても同様で、例えば映像データのフレームレートや解像度などに依存する。

特に映像ストリーム転送の場合、１）の条件（ミリ波無線通信パラメータ）だけでは切替判定が困難であり、１）の条件を満足した場合、３）、４）の条件で２次判定を行い、この条件も満足した場合に経路切替え処理を実施することが望ましい。

例えば、図１５に示すような通信経路でマルチホップ通信が行われているときに、ホッピングノードＣにおいて、通信経路の切替えを行うと判定された場合、図１８（ｃ）に示すように、ホッピングノードＣへのデータの通信経路が変更される。

図１９は、第１の実施形態に係る経路切替え処理の例を示すシーケンス図（１）である。なお、図１９に示す処理の開始時点において、通信システム４００では、図１５に示すような通信経路でマルチホップ通信が行われているものとする。

例えば、ホッピングノードＢ４０１ｂは、ステップＳ１９０１でホッピングノードＡ４０１ａからミリ波無線通信で受信したデータを、ステップＳ１９０２において、ホッピングノードＣ４０１ｃにミリ波無線通信で転送しているものとする。

ステップＳ１９０３において、ホッピングノードＣ４０１ｃの切替え判定部７１４が、ホッピングノードＢ４０１ｂとのミリ波無線通信の切断を検知するものとする。この場合、ホッピングノードＣ４０１ｃ切替え判定部７１４は、ミリ波無線通信の通信経路の切替えを行うと判定し、ステップＳ１９０４以降の処理を実行する。

ステップＳ１９０４において、ホッピングノードＣ４０１ｃの切替え判定部７１４は、情報収集部７１２を用いて、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。

ステップＳ１９０５において、ホッピングノードＣ４０１ｃの切替え判定部７１４は、通信経路の切替えを要求する経路切替要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。この経路切替要求には、例えば、ミリ波無線通信のスキャン結果が含まれる。

ステップＳ１９０６において、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、ホッピングノードＣ４０１ｃから受信したスキャン結果を用いて、ミリ波無線通信の接続関係、及びマルチホップ通信の通信経路を更新する。ここでは、一例として、図１８（ｃ）に示すような、マルチホップ通信の通信経路が決定されるものとする。

ステップＳ１９０７において、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、無線ＬＡＮ通信で、ホッピングノードＣ４０１ｃに対して、切替え先（ホッピングノードＡ４０１ａ）を通知する。

ステップＳ１９０８において、ホッピングノードＣ４０１ｃは、通知された切替え先であるホッピングノードＡ４０１ａに、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１９０９、Ｓ１９１０において、ホッピングノードＡ４０１ａは、ホッピングノードＢ４０１ｂに加えて、ホッピングノードＣ４０１ｃに対して、データを転送する。

（通信経路の切替え処理２）
図２０は、第１の実施形態に係る経路切替え処理の例を示すシーケンス図（２）である。なお、図２０に示す処理の開始時点において、通信システム４００では、図１５に示すような通信経路でマルチホップ通信が行われているものとする。

例えば、ホッピングノードＡ４０１ａは、ステップＳ２００１において、ホッピングノードＢ４０１ｂに対して、ミリ波無線通信でデータを転送しているものとする。

ステップＳ２００２において、ホッピングノードＢ４０１ｂの切替え判定部７１４が、ホッピングノードＡ４０１ａとのミリ波無線通信の切断を検知するものとする。この場合、ホッピングノードＢ４０１ｂの切替え判定部７１４は、ミリ波無線通信の通信経路の切替えを行うと判定し、ステップＳ２００３以降の処理を実行する。

ステップＳ２００３において、ホッピングノードＢ４０１ｂの切替え判定部７１４は、情報収集部７１２を用いて、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。

ステップＳ２００４において、ホッピングノードＢ４０１ｂの切替え判定部７１４は、通信経路の切替えを要求する経路切替要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。この経路切替要求には、例えば、ミリ波無線通信のスキャン結果が含まれる。

ステップＳ２００５において、通信管理装置４０３の通信経路決定部９０３は、ホッピングノードＢ４０１ｂから受信したスキャン結果を用いて、ミリ波無線通信の接続関係、及びマルチホップ通信の通信経路を更新する。

ここでは、一例として、図１８（ｄ）に示すような、マルチホップ通信の通信経路が決定されるものとする。この場合、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、データの送信元、又は送信先が変更される全てのホッピングノード４０１に対して、無線ＬＡＮ通信で通信経路の変更を通知する必要がある。

ステップＳ２００６〜Ｓ２００８において、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、無線ＬＡＮ通信で、各ホッピングノード４０１に対して、通信経路の変更を通知する。

ステップＳ２００９において、ホッピングノードＡ４０１ａは、通知された転送先であるホッピングノードＣ４０１ｃに、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ２０１０において、ホッピングノードＡ４０１ａは、通知された転送先であるホッピングノードＣ４０１ｃに、ミリ波無線通信でデータを転送する。

ステップＳ２０１１において、ホッピングノードＣ４０１ｃは、通知された転送先であるホッピングノードＢ４０１ｂに、ミリ波無線通信でデータを転送する。

このように、実施形態に係る通信システム４００では、マルチホップ通信の通信中であっても、ミリ波無線通信の通信リンク状態に応じて、マルチホップ通信の通信経路を変更することができる。

＜小括＞
本実施形態では、データ転送中にホッピングノード４０１間のミリ波無線通信が切断した場合、
切断したホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信のスキャンを実施後に、無線ＬＡＮ通信を使用して通信管理装置４０３に、切断したこととスキャン結果を経路切替メッセージとして通知する。
通信管理装置４０３は、受信したスキャン結果を元に新たにミリ波無線通信の接続関係（トポロジー）を特定して、マルチホップ通信の通信系経路を決定する。また、通信管理装置４０３は、切断したホッピングノード４０１に、新たな接続先となるミリ波無線通信のアクセスポイントのＳＳＩＤ、暗号鍵と、接続先のホッピングノードのＩＰアドレスを通知する。

好ましくは、通信システム４００は、データ転送中にホッピングノード４０１間のミリ波無線通信の通信品質パラメータ（信号強度、スループット値、エラーレート、距離など）が閾値を下回った場合、アプリケーションデータ・要件ごとの２次切替判定を実施する。
例えば、通信システム４００は、映像ストリーム転送の場合は、ＵＤＰ・ＲＴＰパケットロス率の閾値判定やフレームレートから算出される一定期間だけ受信シーケンス番号が更新されない場合に経路切替処理を実行する。また、通信システム４００は、音声ストリーム転送の場合は、ＵＤＰ・ＲＴＰパケットロス率の閾値判定や要求ビットレートから算出される一定期間だけ受信シーケンス番号が更新されない場合に、経路切替処理を実行する。

好ましくは、ホッピングノード４０１間のミリ波無線通信の経路切替が発生した場合、通信管理装置４０３は、経路切替メッセージの送信元ホッピングノードを元に、データ受信が完了しているホッピングノードと、完了していないホッピングノードに分類する。また、通信管理装置４０３は、受信完了しているホッピングノードと完了していないホッピングノードで電波強度が強いミリ波無線通信のアクセスポイントとステーションのペアを作り経路を再計算する。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、専用の通信管理装置４０３があるものとして説明を行ったが、通信管理装置４０３の機能は、ホッピングノード４０１によって実現されるものであっても良い。第２の実施形態では、ホッピングノード４０１が通信管理装置４０３の機能を有する場合の処理の例について説明する。

＜機能構成＞
図２１は、第２の実施形態に係るホッピングノード４０１の機能構成を示す図である。第２の実施形態に係るホッピングノード４０１は、例えば、図７に示す一実施形態に係るホッピングノード４０１の機能構成に加えて、機能制御部２１０１、及び通信管理部２１０２を有する。なお、他の機能構成は、図７に示すホッピングノード４０１の機能構成と同様なので、ここでは、図７に示すホッピングノード４０１との相違点を中心に説明する。

機能制御部２１０１は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、予め定められた条件に従って、ホッピングノード４０１を、通信管理装置４０３として機能させる。

通信管理部２１０２は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、機能制御部２１０１からの指示に応じて、通信管理装置４０３の機能を実行する。例えば、通信管理部２１０２は、図９の情報取得部９０２、通信経路決定部９０３、制御情報送信部９０４、ホッピングノード管理部９０５、及びエッジノード管理部９０６等の機能を実行する。

＜処理の流れ＞
（ホッピングノードの処理）
図２２は、第２の実施形態に係るホッピングノードの処理の例を示すフローチャートである。ホッピングノード４０１は、例えば、起動時等に、図２２に示す処理を実行する。

ステップＳ２２０１において、ホッピングノード４０１の登録要求部７２３は、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３をスキャンする。

ステップＳ２２０２において、登録要求部７２３は、通信管理装置４０３があるか否かに応じて処理を分岐させる。

通信管理装置４０３がない場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ２２０３に移行させる。一方、通信管理装置４０３がある場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ２２０７に移行させる。

ステップＳ２２０３に移行すると、ホッピングノード４０１の機能制御部２１０１は、通信管理部２１０２起動させて、ホッピングノード４０１を通信管理装置として機能させる。

ステップＳ２２０４において、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。例えば、ホッピングノード４０１の情報収集部７１２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、及び通信リンク状態測定部７１１を用いて、周辺にある他のホッピングノードの情報を収集する。

ステップＳ２２０５において、ホッピングノード４０１の登録要求部７２３は、通信管理装置として機能している通信管理部２１０２に、ホッピングノード４０１の登録を要求する。

ステップＳ２２０６において、登録要求部７２３は、通信管理部２１０２から登録完了通知を受付すると、処理をステップＳ２２１０に移行させる。

一方、ステップＳ２２０２からステップＳ２２０７に移行すると、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。

ステップＳ２２０８において、登録要求部７２３は、無線ＬＡＮ通信で、通信管理装置４０３に、ホッピングノード４０１の登録を要求する。

ステップＳ２２０９において、登録要求部７２３は、所定の時間内に、通信管理装置４０３から登録完了通知を受信したか否かに応じて処理を分岐させる。

所定の時間内に、通信管理装置４０３から登録完了通知を受信できなかった場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ２２０１に戻す。一方、所定の時間内に、通信管理装置４０３から登録完了通知を受信した場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ２２１０に移行させる。

ステップＳ２２１０〜Ｓ２２１３において、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３（又は通信管理部２１０２）からのスキャン要求の受付に応じて、所定の時間間隔で他の通信装置をスキャンし、スキャン結果を要求元に通知する。

（通信管理装置の処理）
一実施形態に係る通信管理装置の処理の例を示すフローチャートである。この処理は、第１、２の実施形態において、通信管理装置４０３が実行する一連の処理の例を示している。通信管理装置４０３は、図２３に示す通信管理装置の処理を繰り返し実行する。

また、第２の実施形態に係る通信管理部２１０２は、図２３に示す通信管理装置の処理を実行可能であるものとする。

ステップＳ２２０１において、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、通信システム４００へのホッピングノード４０１の登録を要求する登録要求を受付したか否かを判断する。

登録要求を受付した場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理をステップＳ２２０２に移行させる。一方、登録要求を受付していない場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理をステップＳ２２０５に移行させる。

ステップＳ２２０２に移行すると、ホッピングノード管理部９０５は、登録要求の要求元のホッピングノード４０１を、通信システム４００に登録する。

ステップＳ２２０３において、ホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノード４０１のアクセスポイント情報（ＳＳＩＤ、暗号鍵、通信チャネル、ＩＰアドレス等）を決定する。

ステップＳ２２０４において、ホッピングノード管理部９０５は、決定したアクセスポイント情報を含む登録完了通知を、要求元のホッピングノード４０１に通知して、処理をステップＳ２２０６に移行させる。

一方、ステップＳ２２０１からステップＳ２２０５に移行すると、ホッピングノード管理部９０５は、通信システム４００に登録済のホッピングノード４０１があるか否かを判断する。

登録済のホッピングノード４０１がない場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理を終了させる。一方、登録済のホッピングノード４０１がある場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理をステップＳ２２０６に移行させる。

ステップＳ２２０６に移行すると、通信管理装置４０３は所定の時間待機し、ステップＳ２２０７において、情報取得部９０２により、登録済のホッピングノード４０１にスキャン要求を通知する。

ステップＳ２２０８において、情報取得部９０２は、スキャン要求を通知したホッピングノード４０１から通知されるスキャン結果を受付する。

ステップＳ２２０９において、ホッピングノード管理部９０５は、スキャン要求を通知したホッピングノード４０１のうち、スキャン結果を未受信のホッピングノード４０１があるか否かを判断する。

未受信のホッピングノード４０１がある場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理をステップＳ２２１０に移行させる。一方、未受信のホッピングノード４０１がない場合、ホッピングノード管理部９０５は、処理をステップＳ２２１１に移行させる。

ステップＳ２２１０に移行すると、ホッピングノード管理部９０５は、未受信のホッピングノード４０１の通信システム４００への登録を削除する（又は無効にする）。

ステップＳ２２１１において、通信経路決定部９０３は、ステップＳ２２０８で受付したスキャン結果を用いて、ミリ波無線通信の接続関係を特定する。

（代理機能の指定処理）
本実施形態では、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１を通信システム４００に登録するとき等に、ホッピングノード４０１に通信管理装置４０３の機能を実行させる代理機能の指定を行うことができる。

図２４は、第２の実施形態に係る代理機能の指定処理の例を示すシーケンス図である。なお、図２４のステップＳ１００１〜Ｓ１００８の処理は、図１９に示す第１の実施形態に係るホッピングノードの登録処理と同様なので、ここでは、第１の実施形態との相違点を中心に説明を行う。

ステップＳ２４０１において、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、登録完了通知を送信したホッピングノード４０１に、通信管理装置４０３の機能の実行を指定する代理機能の指定通知を送信する。

ステップＳ２４０２において、通信管理装置４０３は、代理機能を指定したホッピングノード４０１に対して、定期的にキープアライブメッセージを通知する。また、通信管理装置４０３は、代理機能を指定したホッピングノード４０１に、ホッピングノード４０１、エッジノード４０２の追加登録や、削除等の情報も通知する。

好ましくは、代理機能を指定されたホッピングノード４０１の機能制御部２１０１は、通信管理装置４０３からのキープアライブメッセージが届かなくなったとき、通信管理部２１０２の機能を有効にして、通信管理装置の機能を実行させる。このとき、通信管理部２１０２は、他のホッピングノードの中から、１つのホッピングノード４０１を選択して、代理機能の指定通知を送信することが望ましい。これにより、通信管理装置４０３に何らかのトラブルが発生した場合でも、通信システム４００の機能を維持することができるようになる。

＜小括＞
本実施形態では、ホッピングノード４０１は、電源投入により起動したときに通信管理装置４０３を一定期間発見できない場合に、自身が通信管理装置４０３になり、他ホッピングノードからの新規登録要求メッセージの受信を待機する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、最初に登録したホッピングノード４０１に経路制御代理権限を付与するメッセージを無線ＬＡＮ通信で送信する。
また、通信管理装置４０３と指定されたホッピングノード４０１は、定期的にメッセージ交換（キープアライブ）を行い、通信管理装置４０３の不在を検出した場合は、上記ホッピングノード４０１が通信管理装置４０３として動作を開始する。

＜総括＞
以上、本発明の実施形態に係る通信システム（１００）は、
ミリ波無線通信インタフェース（７０２、７０３）を２つと、無線ＬＡＮ通信インタフェース（７０１）を１つ以上持ち、ミリ波無線通信を使用してマルチホップ通信が可能である無線通信端末（以下、ホッピングノード４０１）と、
ミリ波無線通信インタフェース（８０１）を１つ持つ無線通信端末（以下、エッジノード４０２）と、
がそれぞれ複数存在して、それらの端末で構成される無線通信ネットワーク（以下、通信システム４００）である。

ホッピングノード４０１は、１つのミリ波無線通信インタフェース（５１６−１）をアクセスポイント用に、もう１つのミリ波無線通信インタフェース（５１６−２）をステーション用として使用する。
全ての無線通信端末（ホッピングノードとエッジノード）は、無線ＬＡＮ通信の同じサブネットワーク（無線ＬＡＮネットワーク４０７）に所属している。
また、ホッピングノード４０１の中の１個の無線通信端末（以下、通信管理装置４０３）が、アプリケーションデータ通信に使用するホッピングノード４０１間のミリ波無線通信の通信経路を計算する。
通信管理装置４０３は、この経路計算に使用する各ホッピングノード４０１の情報を収集、又は各ホッピングノード４０１に経路計算結果を通知するために無線ＬＡＮ通信を使用する。
さらに各ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信によりエッジノード４０２と接続して、それぞれ、ミリ波無線通信のネットワークセル（サブネットワーク）を形成する階層構造型のネットワークであることを特徴としている。

また、ホッピングノード４０１は、電源投入で起動すると、無線ＬＡＮ通信により通信管理装置４０３を探索する。
さらに、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３を発見した場合はミリ波無線通信のステーション用のインタフェースを使用してスキャンを実施し、その結果を格納した登録要求メッセージを通信管理装置４０３に通知する。
通信管理装置４０３は、このパケットを受信すると、ホッピングノード４０１を自身の管理ネットワーク内の端末として登録し登録完了メッセージを送信する。
また、通信管理装置４０３は、１つ以上の登録端末がある場合は登録端末であるホッピングノード４０１に対して定期的にスキャン命令メッセージを送信する。スキャン命令メッセージを受信したホッピングノード４０１は、スキャンを行いその結果を通信管理装置４０３に通知する。

通信管理装置４０３は、上記のネットワークで、途中でホッピングノード４０１から登録要求メッセージを受信した場合、次のスキャン命令メッセージ送信時に追加登録ホッピングノードにもスキャン命令メッセージを送信する。
また、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１から一定期間だけ応答がない場合、もしくはホッピングノード４０１が無線ＬＡＮネットワーク４０７から退出した場合、そのホッピングノード４０１を登録端末から削除する。これにより、通信システム４００は、管理ネットワーク内のホッピングノード４０１の増減にも柔軟に対応できることになる。

さらに、通信管理装置４０３は、登録端末からスキャン結果を受信する度にそのスキャン結果を使用してミリ波無線通信の通信トポロジー（接続関係）を計算（特定）する。

（補足）
好ましくは、通信管理装置４０３は、あるエッジノード４０２からデータ転送開始メッセージを受信した場合で、ミリ波無線通信ができないホッピングノード４０１がいる場合、特定のホッピングノード４０１の送信先ＩＰアドレスに上記ホッピングノードの無線ＬＡＮ通信のＩＰアドレスを設定する。
通信管理装置４０３は、ストリーム転送の場合は使用するマルチキャストアドレスとポート番号をミリ波無線通信できないホッピングノード４０１の無線ＬＡＮ通信インタフェース（７０１）に設定するように通知する。

好ましくは、通信管理装置４０３は、
無線ＬＡＮ通信を使用して、いずれかのホッピングノード４０１に切断対象のエッジノード４０２のＩＰアドレスと新規接続先のミリ波無線通信のアクセスポイントのＳＳＩＤと暗号鍵、ＩＰアドレスを含むトポロジー調整メッセージを送信する。
メッセージを受信したホッピングノード４０１は、メッセージに含まれるエッジノード４０２に切断命令と新規接続先アクセスポイントのＳＳＩＤ、暗号鍵、ＩＰアドレスを含むメッセージをミリ波無線通信で送信する。
このメッセージを受信したエッジノード４０２は、接続しているミリ波無線通信のアクセスポイントから指定された新規アクセスポイントに接続する。

好ましくは、エッジノード４０２は、エッジノード４０２がホッピングノード４０１のミリ波無線通信のアクセスポイントとの信号強度、もしくはスループット値が閾値以下、もしくはパケット損失率が閾値以上の場合、
そのアクセスポイントと切断してスキャンを実施して信号強度が最も強いホッピングノード４０１のミリ波無線通信のアクセスポイントに接続し、
新規にエッジノード４０２が追加されたホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３にそのエッジノード４０２の端末情報を新規端末追加メッセージで送信する。
このメッセージを受信した通信管理装置４０３は、当該ホッピングノード４０１に追加されたエッジノード４０２の端末情報から、接続エッジノード数が減少したホッピングノード４０１や、追加されたホッピングノード４０１の情報を把握することが可能となる。

４００ 通信システム
４０１ ホッピングノード（第１の通信装置）
４０２ エッジノード（第２の通信装置）
４０３ 通信管理装置（第３の通信装置）
７０１ 無線ＬＡＮ通信部（第３の通信部）
７０２ ミリ波無線通信部（ＡＰ）（第１の通信部）
７０３ ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）（第２の通信部）
７１２ 情報収集部
７１３ データ転送部
７１５ エッジノード管理部（装置管理部）
７２３ 登録要求部
７２１ 情報送信部
８０１ ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）（第４の通信部）
９０１ 無線ＬＡＮ通信部（第５の通信部）
９０２ 情報取得部（取得部）
９０３ 通信経路決定部（決定部）
９０４ 制御情報送信部

特開２０１６−１５４２９９号公報

Claims (12)

1. 複数の通信装置を用いてデータをマルチホップ通信する通信システムであって、
   指向性を有する電波を用いて第１の無線通信を行う第１の通信部及び第２の通信部と、前記第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信を行う第３の通信部とを備え、前記第１の通信部を用いて互いに異なるネットワークセルを形成する複数の第１の通信装置と、
   前記第１の無線通信を行う第４の通信部を備え、前記ネットワークセルのうち、一のネットワークセルに接続する第２の通信装置と、
   前記第２の無線通信を行う第５の通信部を備え、前記第２の無線通信を利用して前記マルチホップ通信の通信経路を管理する第３の通信装置と、
   を有し、
   前記第１の通信装置は、
   前記第１の無線通信で周辺の通信装置の情報を収集する情報収集部と、
   前記情報収集部が収集した前記周辺の通信装置の情報を、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置に送信する情報送信部と、
   前記第２の無線通信で前記第３の通信装置から通知される、前記通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の無線通信で受信した前記データを前記第１の無線通信で他の通信装置に転送するデータ転送部と、
   を有する、通信システム。
2. 前記データ転送部は、前記第１の通信部及び第２の通信部のうち、一方の通信部で受信した前記データを、他方の通信部で他の通信装置に転送する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第３の通信装置は、
   前記第２の無線通信で、前記複数の第１の通信装置から前記周辺の通信装置の情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した情報に基づいて、前記マルチホップ通信で前記データを転送する経路である前記通信経路を決定する決定部と、
   前記第２の無線通信で、前記通信経路にある前記第１の通信装置に、前記データの転送先の情報を含む前記通信経路に関する指示を送信する制御情報送信部と、
   を有する、請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記決定部は、
   前記取得部が取得した情報を用いて、前記第１の無線通信による前記第１の通信装置、及び前記第２の通信装置の接続関係を特定し、
   特定した前記接続関係に基づいて前記通信経路を決定する、請求項３に記載の通信システム。
5. 前記第１の通信部は、前記第１の無線通信で前記ネットワークセルを形成するアクセスポイントとして機能し、
   前記第２の通信部は、他の前記第１の通信装置が形成する前記ネットワークセルに、前記第１の無線通信で接続するステーションとして機能する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の通信システム。
6. 前記第１の通信装置は、
   起動時に、前記情報収集部が収集した前記周辺の通信装置の情報を含む前記通信システムへの登録要求を、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置に送信する登録要求部を有し、
   前記第３の通信装置は、
   前記第２の無線通信で前記第１の通信装置から前記登録要求を受付したとき、前記第１の通信装置を前記通信システムに登録し、前記ネットワークセルを識別する識別情報を含む登録完了通知を、前記第２の無線通信で前記第１の通信装置に送信する装置管理部を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の通信システム。
7. 前記装置管理部は、
   前記通信システムに登録されている前記第１の通信装置から、所定の時間を超えて前記周辺の通信装置の情報を取得できない場合、前記第１の通信装置の前記通信システムへの登録を無効にする、請求項６に記載の通信システム。
8. 前記第１の通信装置は、前記第３の通信装置から通知される前記登録完了通知に含まれる前記ネットワークセルを識別する識別情報を用いて、前記ネットワークセルを形成する、請求項６又は７に記載の通信システム。
9. 前記第２の通信装置は、前記第２の無線通信、又は前記第１の通信装置を介した前記第１の無線通信で、前記第３の通信装置に前記データの送信を要求する要求情報を送信し、
   前記決定部は、要求情報に応じて前記データの前記通信経路を決定し、
   前記制御情報送信部は、前記第２の無線通信で、前記通信経路にある前記第１の通信装置に、前記通信経路に関する指示を送信する、請求項３又は４に記載の通信システム。
10. 指向性を有する電波を用いて第１の無線通信を行う第１の通信部及び第２の通信部と、前記第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信を行う第３の通信部とを備え、前記第１の通信部を用いて互いに異なるネットワークセルを形成する複数の第１の通信装置と、
    前記第１の無線通信を行う第４の通信部を備え、前記ネットワークセルのうち、一のネットワークセルに接続する第２の通信装置と、
    前記第２の無線通信を行う第５の通信部を備え、前記第２の無線通信を利用して、マルチホップ通信の通信経路を管理する第３の通信装置と、
    を含み、データを前記第１の無線通信でマルチホップ通信する通信システムの前記第１の通信装置であって、
    前記第１の無線通信で周辺の通信装置の情報を収集する情報収集部と、
    前記情報収集部が収集した前記周辺の通信装置の情報を、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置に送信する情報送信部と、
    前記第２の無線通信で前記第３の通信装置から通知される、前記通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の無線通信で受信した前記データを前記第１の無線通信で他の通信装置に転送するデータ転送部と、
    を有する、通信装置。
11. 指向性を有する電波を用いて第１の無線通信を行う第１の通信部及び第２の通信部と、前記第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信を行う第３の通信部とを備え、前記第１の通信部を用いて互いに異なるネットワークセルを形成する複数の第１の通信装置と、
    前記第１の無線通信を行う第４の通信部を備え、前記ネットワークセルのうち、一のネットワークセルに接続する第２の通信装置と、
    前記第２の無線通信を行う第５の通信部を備え、前記第２の無線通信を利用して、マルチホップ通信の通信経路を管理する第３の通信装置と、
    を含み、データを前記第１の無線通信で前記マルチホップ通信する通信システムにおける通信制御方法であって、
    前記第１の通信装置が、
    前記第１の無線通信で周辺の通信装置の情報を収集するステップと、
    前記収集した前記周辺の通信装置の情報を、前記第２の無線通信で前記第３の通信装置に送信するステップと、
    前記第２の無線通信で前記第３の通信装置から通知される、前記通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の無線通信で受信した前記データを前記第１の無線通信で他の通信装置に転送するステップと、
    を実行する、通信制御方法。
12. 請求項１１に記載の通信制御方法を通信装置に実行させるためのプログラム。

Images