JP5809727B2

JP5809727B2 - 無線ネットワーク構築装置、無線ネットワークシステム、および、無線ネットワーク構築方法

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Publication number: JP5809727B2
Application number: JP2014061426A
Authority: JP
Inventors: 芳孝清水; 智明熊谷; 和人後藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-11-11
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Also published as: JP2015186074A

Description

本発明は、無線ネットワーク構築装置、無線ネットワークシステム、および、無線ネットワーク構築方法の技術に関する。

移動端末間の無線ＬＡＮ（Local Area Network）通信は、「IEEE802.11s」などの国際標準規格に基づいて、行われている。無線メッシュネットワークは、端末間を無線で直接接続することで、基地局を介さずに通信を可能にする。多数の端末を収容可能な基地局と異なり、個々の端末の処理能力は低いことも多いため、端末間のトラヒック量が端末間のリンク容量を超過してしまうと、輻輳が発生してしまう。

そこで、非特許文献１には、トラヒックを流す下流側の端末が、自身の処理可能なトラヒック量を上流側の端末へと通知することにより、上流の端末が過剰なトラヒックを流すことを抑制し、輻輳を予防する旨が記載されている。

青木秀憲他、「IEEE802.11s無線LANメッシュネットワーク技術」、vol.14、no.2、NTT DoCoMoテクニカル・ジャーナル、Jul,2006

しかし、ユーザ数の増加や災害の発生などにより、大量のトラヒックが一斉に特定経路に集中することもある。このような連続的かつ長期的に増加するトラヒックを処理するには、非特許文献１のような無線メッシュネットワーク内の個々の端末間で融通するような小規模の輻輳制御では、不充分である。

また、無線メッシュネットワークに対して、単純に端末の台数を増やすだけでは、ネットワークトポロジが複雑化してしまい、パケットが特定の経路内をループするなどの転送への影響が懸念される。
さらに、輻輳箇所とは関係ない場所に端末を増強しても、輻輳は解消しないこともあるため、増強されるネットワークリソースを、輻輳を解消するために有効な適切な場所に配置するようなネットワーク管理が求められる。

そこで、本発明は、無線メッシュネットワークに発生する長期的な輻輳を適切に解消することを、主な課題とする。

本発明の無線ネットワーク構築装置は、無線装置間でメッシュ接続されている無線ネットワークのトポロジ構成を示すネットワーク構成情報、および、前記無線ネットワーク内に流れるトラヒック量を示すトラヒック情報が格納されている記憶手段と、前記無線装置間の各リンクから、リンク上に流すトラヒック量がリンク容量を超過している輻輳リンクを抽出する輻輳リンク抽出部と、抽出された前記輻輳リンクに対して、その輻輳リンクのリンク容量よりも大きい接続装置間のリンクに置き換える箇所の候補である前記無線装置のペアを、候補ペアとして抽出する候補ペア抽出部と、前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアに対して、前記接続装置間のリンクに置き換えた後、各前記接続装置から各前記無線装置までの経路が一意になるように、前記無線ネットワーク内の前記無線装置間のリンク集合のうちの一部を除去することで、前記無線ネットワークを修正した仮構成ネットワークを構築するネットワーク構成部と、前記ネットワーク構成部が構築した前記仮構成ネットワークの構成要素のリンクである仮構成リンクごとに、その仮構成リンクがトラヒックを収容可能か否かを評価する仮構成リンク評価部と、前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアの前記仮構成ネットワークについて、その仮構成リンクが前記仮構成リンク評価部により収容可能と判定されたときに、前記仮構成ネットワークを採用して前記無線ネットワークを修正する候補ペア評価部とを有することを特徴とする。

これにより、無線メッシュネットワークに発生する長期的な輻輳を適切に解消することができる。さらに、現時点で発生している輻輳だけでなく、その輻輳に派生して今後輻輳が発生すると予想される周辺の領域に対しても、増強された接続装置間のリンクを使用させるので、手当てする接続装置の台数を減らすことができ、接続装置の投資対効果を向上させることができる。

本発明の無線ネットワーク構築装置は、前記仮構成リンク評価部が、前記仮構成リンクごとの通信影響エリアに対するエリア使用率を計算し、前記候補ペア評価部が、収容可能として採用する前記仮構成ネットワークの候補が複数存在するときに、前記仮構成ネットワークの候補ごとに、その構成要素である前記仮構成リンクごとの前記エリア使用率のうちの最大のエリア使用率を、前記仮構成ネットワークの候補ごとのシステム使用率とし、当該システム使用率が最小となる前記仮構成ネットワークの候補を採用することを特徴とする。

これにより、システムが処理可能な通信容量の余裕を増やすことができる。

本発明の無線ネットワーク構築装置は、前記仮構成リンク評価部が、前記仮構成リンクごとの通信影響エリアに含まれるエリアリンクごとのトラヒックの超過量を計算し、前記候補ペア評価部が、収容可能として採用する前記仮構成ネットワークの候補が存在しないときに、前記超過量が最高の前記通信影響エリアとなる前記仮構成ネットワークの候補を採用した後、前記超過量が最高の前記エリアリンクを、前記輻輳リンク抽出部により抽出された前記輻輳リンクとみなして、再度前記候補ペア抽出部に前記候補ペアを抽出させることを特徴とする。

これにより、接続装置間のリンクの適用箇所が複数箇所に対応するので、それぞれ離れた場所で輻輳が同時に発生するような災害の発生にも、適切に対処することができる。

本発明によれば、無線メッシュネットワークに発生する長期的な輻輳を適切に解消することができる。

本発明の一実施形態に関する無線ネットワーク構築装置を示す構成図である。本発明の一実施形態に関する無線ネットワークを示す説明図である。図２（ａ）は、無線ネットワークのメッシュ接続を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）の無線ネットワークにおける輻輳リンクを示す。本発明の一実施形態に関する無線ネットワークを示す説明図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）の輻輳リンクを接続装置で手当てした状態を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からループを除去するように再構成した無線ネットワークを示す。本発明の一実施形態に関する無線ネットワークを示す説明図である。図４（ａ）は、図２（ｂ）の輻輳リンクを解決するための接続装置の適用箇所の候補ペアを示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態からＲ１，Ｒ４間の候補ペアを採用した無線ネットワークを示す。本発明の一実施形態に関する無線ネットワークを示す説明図である。図５（ａ）は、図４（ｂ）の状態からループを除去するように再構成した無線ネットワークを示す。図５（ｂ）は、通信影響エリアの一例を示す。図５（ｃ）は、図５（ａ）の仮構成リンクｊの評価処理を示す。本発明の一実施形態に関する無線ネットワークの構築処理を示すフロー説明図である。本発明の一実施形態に関する仮構成リンクの評価処理を示すフロー説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、無線ネットワーク構築装置１を示す構成図である。無線ネットワーク構築装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとハードディスク（記憶手段）とネットワークインタフェースを有するコンピュータとして構成され、このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各処理部を動作させる。
無線ネットワーク構築装置１の記憶手段には、各処理部（輻輳リンク抽出部２１と、候補ペア抽出部２２と、ネットワーク構成部２３と、仮構成リンク評価部２４と、候補ペア評価部２５）を動作させるためのプログラムと、各処理部の処理対象となるデータ（トラヒック情報１１と、ネットワーク構成情報１２）がそれぞれ格納されている。

ネットワーク構成情報１２は、後記する図２〜図５に例示されるような無線ネットワークのトポロジ構成を示すデータである。なお、管理制御側の無線ネットワーク構築装置１と、被制御側の無線ネットワークとで、無線ネットワークシステムが形成されている。
トラヒック情報１１は、ネットワーク構成情報１２が示す無線ネットワーク内に流れるトラヒック量を記録したデータである。

輻輳リンク抽出部２１は、トラヒック情報１１をもとに、無線ネットワーク内で輻輳が発生しているリンク（輻輳リンク）を抽出する。
候補ペア抽出部２２は、輻輳リンク抽出部２１が抽出した輻輳リンクを解消するために、２台の接続装置（図３で後記する「P1-P2」）の適用箇所の候補（候補ペア）をネットワーク構成情報１２から抽出する。

ネットワーク構成部２３は、無線ネットワーク内に新たな２台の接続装置を設けることで、ネットワーク構成情報１２を再構成（修正）する。ここで、ネットワーク構成部２３が参照する接続装置の適用箇所は、以下の（方法１）または（方法２）のいずれかの方法により決定される。

（方法１）は、輻輳リンクをそのまま２台の接続装置間のリンクに置き換えて接続する方法である。この（方法１）における無線ネットワーク構築装置１内のデータの流れは、図１の破線矢印で示される。よって、（方法１）を採用する場合、破線矢印が通過しない各構成要素（候補ペア抽出部２２、仮構成リンク評価部２４、候補ペア評価部２５）は、無線ネットワーク構築装置１から省略してもよい。

（方法２）は、輻輳リンクを通過する無線ネットワーク内の経路間（候補ペア抽出部２２が抽出した候補ペア）を２台の接続装置のリンクに置き換えて接続する方法である。この（方法２）における無線ネットワーク構築装置１内のデータの流れは、図１の実線矢印で示される。

仮構成リンク評価部２４は、ネットワーク構成部２３が（方法２）で修正した無線ネットワーク内の各リンク（仮構成リンク）を評価することで、無線ネットワークの修正内容が妥当なものか否かを判断する材料を提供する。
候補ペア評価部２５は、仮構成リンク評価部２４の評価結果をもとに、候補ペア抽出部２２が抽出した候補ペアごとの評価を行い、その結果として、ネットワーク構成部２３の修正内容を確定する。
無線ネットワーク構築装置１は、無線ネットワークが、修正されたネットワーク構成情報１２のトポロジ構成になるように、無線ネットワーク内の各装置に指示する。

図２〜図５は、無線ネットワーク構築装置１によって構築される無線ネットワークを示す説明図である。
図２（ａ）は、無線ネットワークのメッシュ接続を示す。
無線装置Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれ無線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信機能を有し、他の無線装置との間でメッシュ接続されている中継装置（ＭＰ：Mesh Point）である。さらに、無線装置Ｒ１〜Ｒ５は、外部接続機能も有するＭＰＰ（Mesh Point collocated with a mesh Portal）であり、外部接続されるＬ２ＳＷ（Layer 2 SWitch）を介して、通信端末Ｔ１〜Ｔ５を収容する。
通信端末Ｔ１〜Ｔ５は、無線通信サービスのユーザが操作するＩＣＴ（Information and Communication Technology）の端末である。
以下で説明する図２〜図５のネットワーク説明図では、１つの無線装置Ｒの先に１つの通信端末Ｔが収容される例を示す。一方、この図２〜図５の例に限定されず、無線装置Ｒの先には端末ばかりでなく、有線/無線のネットワークが繋がっていて複数の端末が存在していてもよい。

なお、２台の無線装置間の論理的な通信接続を「リンク」と呼び、１つ以上のリンクを経由する２台の無線装置間のパケットの通り道を「経路」と呼ぶ。例えば、通信端末Ｔ１−Ｔ４間の経路は、Ｒ１−Ｒ２のリンクとＲ２−Ｒ４のリンクとを経由する。
これらの無線ネットワークのトポロジ構成（各リンクおよび各経路）は、ネットワーク構成情報１２として無線ネットワーク構築装置１内に記憶されるとともに、ネットワーク構成部２３により修正（再構成）される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の無線ネットワークにおける輻輳リンクを示す。図２（ｂ）では、リンクを示す双方向矢印が太いほど、そのリンクのトラヒック流量が大きいものとする。
輻輳リンクとは、無線ネットワークのメッシュを構成するリンクのうち、リンクの通信性能（スループット）を超過するトラヒックがそのリンクに流れることにより、送信側から受信側に流れるトラヒックの一部にパケットロスが発生した（換言すると、オーバーフローが発生した）リンクである。

例えば、輻輳リンク抽出部２１は、トラヒック情報１１から読み込んだ無線装置Ｒ２→Ｒ１に流れるパケット量について、無線装置Ｒ２（送信側）の測定結果（送信量）と、無線装置Ｒ１（受信側）の測定結果（受信量）との差分を計算する。
そして、輻輳リンク抽出部２１は、送信量から受信側を減算した結果（差分）が正の値（０ではない）となる無線装置Ｒ２−Ｒ１間のリンクを輻輳リンクとして抽出する。なお、輻輳リンク抽出部２１は、輻輳リンクが複数本抽出されたときには、そのうちの差分（パケットロス）が最大値のリンクを輻輳リンクの代表としても選出してもよい。

図３（ａ）は、（方法１）に従い、図２（ｂ）の輻輳リンクを接続装置Ｐ１，Ｐ２で手当てした状態を示す。
ネットワーク構成部２３は、無線装置Ｒ１−Ｒ２の輻輳リンクを、接続装置Ｐ１−Ｐ２で置き換える（オーバーレイする）ことにより、無線ネットワークを再構成する。置き換えられた無線装置Ｒ１−Ｒ２間のリンクは、切断されるか、使用停止になる。これにより、無線装置Ｒ１−Ｒ２の輻輳リンクを流れていたトラヒックは、接続装置Ｐ１−Ｐ２のリンクを流れる。

ここで、接続装置Ｐは、P-P（Point-to-Point）接続を行う無線装置であり、例えば、25G FWA（25GHz帯 Fixed Wireless Access）などの無線装置Ｒ１〜Ｒ５よりも高性能な無線通信能力を有する。
このように、無線装置Ｒ１〜Ｒ５によるメッシュ型の無線ネットワークを基本にしつつ、一部の通信能力の不足分を接続装置Ｐ１−Ｐ２で補うことにより、輻輳リンクに発生した輻輳状態を解消することができる。

なお、無線ネットワークの各装置（無線装置Ｒ１〜Ｒ５、通信端末Ｔ１〜Ｔ５、接続装置Ｐ１〜Ｐ５）について、その末尾の数値（無線装置Ｒ１なら「１」）は、それぞれ他種別の装置と対応し、同じ末尾数値が割り当てられている装置同士が収容関係にある。例えば、図３（ａ）の通信端末Ｔ１は、無線装置Ｒ１と接続装置Ｐ１とにそれぞれ収容され、その収容される装置を中継して、通信端末Ｔ２などの他の通信端末と通信する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からループを除去するように再構成した無線ネットワークを示す。
無線ネットワーク内のリンクは、無線装置同士で接続されるリンクか、接続装置同士で接続されるリンクかのいずれかである。
よって、無線ネットワークは、接続装置間のリンクと、無線装置間のリンクとが混在する異種接続ネットワークであるので、各無線装置で動作させるルーティングプロトコル（IEEE802.11s規格のＨＷＭＰ（Hybrid Wireless Mesh Protocol）など）が、接続装置間のリンクを扱わない（見えない）こととなる。そのため、無線装置間のリンクだけでループ防止を保証していたルーティングプロトコルを動作させていても、接続装置間のリンクを含めた手当後の無線ネットワーク全体では、ループが発生してしまうこともある。

そのような異種接続ネットワークでのループを防止するため、ネットワーク構成部２３は、接続装置Ｐ１−Ｐ２と収容関係にある無線装置Ｒ１，Ｒ２を起点として、他の各無線装置Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５に到達する経路を一意にするように（換言すると、各無線装置に到達する迂回経路が無くなるように）、適宜無線装置間のリンクの一部を除去する。
例えば、ネットワーク構成部２３は、無線装置Ｒ１，Ｒ２にとって、他の各無線装置Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５から最小ホップ数の経路で接続するためのリンクだけを残し、それ以外の迂回経路（最小ホップ数ではない経路）のリンクを除去する。
ここで、同一ホップ数の経路が複数ある場合、ネットワーク構成部２３は、例えば、無線装置Ｒ１，Ｒ２と接続するリンクのうち、高性能であるリンク（例えば受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）が大きいリンク）を通過する経路を選択する。

以上、図１〜図３を参照して、（方法１）の輻輳リンクを直接的に接続装置で置き換える方法について説明した。この（方法１）では、輻輳リンクの場所がそのまま接続装置の適用箇所となるため、接続装置の適用箇所を計算する手間が省略されることで、高速に輻輳リンクの輻輳を解決することができる。
以下では、図４以降を参照して、（方法２）の輻輳リンクを通過する経路間を接続装置で置き換える方法について説明する。

図４（ａ）は、図２（ｂ）の輻輳リンク「R1-R2」を解決するための接続装置の適用箇所の候補ペアｉを示す。候補ペアｉとは、新たに追加される接続装置の適用箇所を示す２台の無線装置の組み合わせである。
候補ペア抽出部２２は、輻輳リンク「R1-R2」を示す候補ペアｉ＝１に加え、輻輳リンク「R1-R2」を経路上に持つ（輻輳リンク「R1-R2」を通過する）トラヒック集合の中から選択した大きなトラヒックを持つ候補ペアｉ＝２を、それぞれ候補ペアｉとして抽出する。以下、大きなトラヒックを持つ候補ペアｉ＝２の抽出処理を説明する。

例えば、ネットワーク構成情報１２には、以下のようなトラヒックの情報が格納されているとする。
・トラヒックT1-T2：5[Mbps] （経路「R1-R2」）
・トラヒックT1-T3：3[Mbps] （経路「R1-R3」）
・トラヒックT1-T4：10[Mbps] （経路「R1-R2-R4」）
・トラヒックT1-T5：2[Mbps] （経路「R1-R2-R5」）

まず、候補ペア抽出部２２は、ネットワーク構成情報１２を参照して、送受信相手となる２台の通信端末の組み合わせを単位として、輻輳リンク「R1-R2」を通過するトラヒック（「T1-T2」、「T1-T4」、「T1-T5」）を取得する。
次に、候補ペア抽出部２２は、取得した各トラヒックのうち、トラヒックが大きい上位Ｘ個（Ｘ＝２，３，４，…）の経路の組み合わせ（_xC_i, i=1,2,…,X）に共通するリンクのペアを、それぞれ候補ペアｉとしてもよい。例えば、トラヒックが大きい上位２個（「T1-T2」、「T1-T4」）の経路はそれぞれ「R1-R2」、「R1-R2-R4」なので、リンクのペアは「R1-R2」、「R1-R4」である。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から「R1-R4」の候補ペアｉ＝２を採用した無線ネットワークを示す。ネットワーク構成部２３は、図３（ａ）で説明した処理と同様に、輻輳リンク「R1-R2」の代わりに、候補ペアｉ「R1-R4」のリンクを接続装置「P1-P4」で置き換えることで、無線ネットワークを仮構成する。ここで、「仮構成」としたのは、後記する候補ペアｉごとの評価により、候補ペアｉ＝１が採用されるかもしれないし、候補ペアｉ＝２が採用されるかもしれないからである。

図５（ａ）は、図４（ｂ）の状態からループを除去するように再構成した無線ネットワークを示す。ネットワーク構成部２３は、図３（ｂ）で説明した処理と同様に、接続装置「P1-P4」を起点として、ループを防止するためのリンクの一部除去処理を実行する。
仮構成リンク評価部２４は、図５（ａ）で除去されなかった無線ネットワークの各リンク（「R2-R4」、「R4-R5」、「R1-R3」）をそれぞれ仮構成リンクｊとして抽出する。例えば、仮構成リンクｊ＝１は、リンク「R2-R4」である。

図５（ｃ）は、図５（ａ）の仮構成リンクｊの評価処理を示す。仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊごとの評価を行うが、図５（ｃ）ではそのうちの仮構成リンクｊ＝１に着目して説明する。

まず、仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊの通信影響エリアを抽出する。通信影響エリアとは、仮構成リンクｊの通信に影響を与えるエリアであり、仮構成リンクｊごとに同じエリアが抽出されることも、異なるエリアが抽出されることもある。通信影響エリアは、仮構成リンクｊを中心に、隠れ端末が発生しないエリアであり、例えば、RTS（Request To Send：送信要求）／CTS（Clear To Send：受信準備完了）が機能するエリアである。

ここでは、仮構成リンク評価部２４は、図５（ａ）の再構成した無線ネットワークから、仮構成リンクｊ「R2-R4」の通信影響エリアとして、各エリアリンクｋ（「R2-R4」、「R4-R5」、「R1-R3」）から構成されるエリアを抽出する。エリアリンクｋは、通信影響エリアの構成要素となるリンク集合に属するｋ番目のリンクである。
なお、図５（ａ）の無線ネットワークでは、仮構成リンクｊ「R2-R4」とエリアリンクｋ「R1-R3」とは直接接続されていないが、R4は隣接するR3からのRTS／CTSの受信に成功したため、エリアリンクｋ「R1-R3」が抽出される。
図５（ｂ）は、通信影響エリアの一例を示す。横に並んだ無線装置Ｒの集合のうち、中央付近に仮構成リンクｊが存在する場合を考える。各無線装置Ｒは、自身から直接通信可能な無線装置Ｒ（換言すると、隣接する無線装置Ｒ）との間に、双方向の矢印で接続されている。双方向の矢印のうち、実線太線の矢印は「仮構成リンクｊ」を示し、仮構成リンクｊから近い実線細線の矢印は「エリアリンクｋ」を示し、仮構成リンクｊから遠い破線細線の矢印は通信影響エリアの範囲外のリンクを示す。

次に、仮構成リンク評価部２４は、各エリアリンクｋについて、そのスループットTh[k]と、トラヒックTr[k]とを求める。
エリアリンクｋのスループットTh[k]は、測定されたエリアリンクｋのRSSI値から、あらかじめ用意された信号強度とスループットとの換算表（RSSI値に対するスループット特性）を参照して求めることができる。
エリアリンクｋのトラヒックTr[k]を求めるために、まず、仮構成リンク評価部２４は、図５（ａ）の仮構成した無線ネットワーク上で各無線装置にルーティングプロトコルを動作させ、各通信端末間の経路を以下のように求める。
・トラヒックT1-T2：経路「R1-R4-R2」
・トラヒックT1-T3：経路「R1-R3」
・トラヒックT1-T4：経路「R1-R4」
・トラヒックT1-T5：経路「R1-R4-R5」
仮構成リンク評価部２４は、エリアリンクｋごとに（例えばエリアリンクｋ＝１「R2-R4」）、そのエリアリンクｋを通過するトラヒック（例えば「T1-T2」）量の総和を、エリアリンクｋのトラヒックTr[k]として集計する。

さらに、仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊごとの評価値として、仮構成リンクｊの通信影響エリアに対するエリア使用率Ｃを計算する。
エリア使用率Ｃ＝Σ（Tr[k]／Th[k]）＝（Tr[1]／Th[1]）＋（Tr[2]／Th[2]）＋…＋（Tr[K]／Th[K]）
ここで、エリアリンクｋ＝1〜Kとする。図５（ｃ）の例では、K=3で、エリア使用率Ｃ＝（18/54）＋（12/54）＋（22/54）＝52/54である。

以上、図４，図５を参照して、（方法２）の概要を説明した。以下では、図６を参照して、（方法２）の処理全体を説明する。

図６は、無線ネットワークの構築処理を示すフロー説明図である。
Ｓ１０１として、輻輳リンク抽出部２１は、図２（ｂ）で説明したように、収集されたトラヒック情報１１から輻輳リンクを検出する。
また、トラヒック情報１１は、通信端末間のトラヒック量の測定値も有し、例えば、「通信端末Ｔ１−Ｔ２間は5[Mbps]」のように記憶される。通信端末とその収容先である無線装置（または接続装置）との間には、中継装置（Ｌ２ＳＷ）が配置されており、そのＬ２ＳＷのポートをミラーリングし（ポート間を流れるパケットを監視し）、そのパケットのヘッダから読み込まれる送受信アドレスの組み合わせおよびパケットのデータ量をもとに、トラヒック情報１１は所定期間ごとに集計される。

Ｓ１０２として、候補ペア抽出部２２は、図４（ａ）で説明したように、Ｓ１０１の輻輳リンクを解消するための候補ペアｉを抽出する。
Ｓ１１１として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１０２の候補ペアｉごとのループを開始する。ここで、変数ｉは、現在着目している候補ペアの番号を示し、ループを実行するごとに、ｉ＝１からＩ（候補ペアの総数）まで、１つずつｉの数値が増加される。なお、前記した図４（ｂ）は、候補ペアｉ＝２に着目している状態を示す。

Ｓ１１２として、ネットワーク構成部２３は、図５（ａ）で説明したように、Ｓ１１１の候補ペアｉを接続した無線ネットワークを仮構成し、その仮構成リンクｊを抽出する。
Ｓ１１３として、仮構成リンク評価部２４は、図５（ｃ）で説明したように、Ｓ１１２で抽出された仮構成リンクｊごとの評価を行う。この評価処理の詳細は、後記する図７のサブルーチンの説明で明らかにする。このサブルーチンにより、仮構成リンクｊがトラヒックを「収容OK」か、「収容NG」かのいずれかの評価結果が、仮構成リンクｊごとに出力される。

Ｓ１１４として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１１３の評価結果として、全仮構成リンクｊが収容OKか否かを判定する。Ｓ１１４でＹｅｓなら（収容NGの仮構成リンクｊが１つも存在しないなら）Ｓ１１５に進み、Ｎｏなら（１つでも収容NGの仮構成リンクｊが存在するなら）Ｓ１１６に進む。
Ｓ１１５として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１１１の候補ペアｉを「接続OK」とし、その候補ペアｉについてＳ１１２で抽出された仮構成リンクｊのうちの、エリア使用率Ｃが最大となる（つまり、ボトルネックの）仮構成リンクｊのエリア使用率Ｃをシステム使用率Ｓとして保存する。

Ｓ１１６として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１１１の候補ペアｉを「接続NG」とし、Ｓ１１３で評価された各エリアリンクｋのうちの超過量Ｏが最大の（つまり、ボトルネックの）エリアリンクｋ（＝輻輳リンク候補ｚ）と、その超過量Ｏとを次回計算用データとして保存する。なお、エリアリンクｋ、超過量Ｏ、輻輳リンク候補ｚの詳細は、後記する図７のサブルーチンの説明で明らかにする。
Ｓ１１７として、候補ペア評価部２５は、候補ペアｉごとのループを終了する。

Ｓ１２１として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１１５で「接続OK」と評価された候補ペアｉが存在するか否かを判定する。Ｓ１２１でＹｅｓならＳ１２２に進み、ＮｏならＳ１２３に進む。
Ｓ１２２として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１１５で「接続OK」と評価された候補ペアｉについて、Ｓ１１２で接続した仮構成を、今後のネットワーク構成情報１２として採用する。
ここで、「接続OK」と評価された候補ペアｉが複数存在するときには、Ｓ１１５のシステム使用率Ｓが最小となる候補ペアｉを採用することにより、システムが処理可能な通信容量の余裕を増やすことができる。

Ｓ１２３として、候補ペア評価部２５は、Ｓ１０２で抽出した各候補ペアｉから、Ｓ１１６の超過量Ｏが最小となる候補ペアｉについて、Ｓ１１２で接続した仮構成を、今後のネットワーク構成情報１２として採用する。そして、候補ペア評価部２５は、採用した候補ペアｉについて、Ｓ１１６の輻輳リンク候補ｚを次回の輻輳リンクとして（Ｓ１０１で検出した輻輳リンクの代わりとして）、Ｓ１０２に処理を戻す。

図７は、仮構成リンクｊの評価処理を示すフロー説明図である。
Ｓ２０１として、仮構成リンク評価部２４は、Ｓ１１２で抽出された仮構成リンクｊごとのループを開始する。ここで、変数ｊは、現在着目している仮構成リンクの番号を示し、ループを実行するごとに、ｊ＝１からＪ（仮構成リンクの総数）まで、１つずつjの数値が増加される。なお、前記した図５（ａ）は、仮構成リンクｊ＝１に着目している状態を示す。

以下、Ｓ２０２〜Ｓ２０４の各処理は、図５（ｂ）および図５（ｃ）で説明したとおりである。
Ｓ２０２として、仮構成リンク評価部２４は、Ｓ２０１の仮構成リンクｊについて、その通信影響エリアとそのエリアリンクｋを抽出する。ここで、変数ｋは、現在着目しているエリアリンクの番号を示し、ｋ＝１からＫ（エリアリンクの総数）までのいずれかの値をとる。
Ｓ２０３として、仮構成リンク評価部２４は、Ｓ２０２のエリアリンクｋごとにそのトラヒックTr[k]と、スループットTh[k]とを取得する。
Ｓ２０４として、仮構成リンク評価部２４は、Ｓ２０３の計算結果（Tr[k]、Th[k]）から、Ｓ２０２の通信影響エリアについてのエリア使用率Ｃを計算する。

Ｓ２０５として、仮構成リンク評価部２４は、Ｓ２０４のエリア使用率Ｃが収容可か否かを判定する。例えば、仮構成リンク評価部２４は、エリア使用率Ｃ≦１なら収容可とし、エリア使用率Ｃ＞１なら収容不可とする。Ｓ２０５でＹｅｓならＳ２０６に進み、ＮｏならＳ２０７に進む。
例えば、各トラヒック（Tr[1]=18,Tr[2]=12,Tr[3]=22）の総和が52[Mbps]とする。
まず、各スループットが54[Mbps]（Tr[1]=54,Tr[2]=54,Tr[3]=54）なら、エリア使用率Ｃ＝(18/54)+(12/54)+(22/54) = 52/54 < 1なので、収容可である。
一方、各スループットが48[Mbps]（Tr[1]=48,Tr[2]=48,Tr[3]=48）なら、エリア使用率Ｃ＝(18/48)+(12/48)+(22/48) = 52/48 > 1なので、収容不可である。

Ｓ２０６として、仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊを「収容OK」とし、Ｓ２０４のエリア使用率Ｃを、今後のＳ１１５の処理のために保存する。
Ｓ２０７として、仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊを「収容NG」とし、ボトルネックのエリアリンクｋと、その超過量Ｏとを、今後のＳ１１６の処理のために保存する。
なお、輻輳リンク候補ｚは、エリアリンクｋから選択される次回の輻輳リンクの候補であり、空き容量（＝Th[k]−Tr[k]）が最小となるリンク（つまり、接続装置に置き換えることで、システム全体の容量拡大効果が高いリンク）が選択される。
また、超過量Ｏ＝Th[k]×（エリア使用率Ｃ−１）であり、輻輳リンク候補ｚの評価値である。例えば、図５（ｃ）では、輻輳リンク候補ｚ＝「R1-R3」、超過量Ｏ＝48[Mbps]×(52/48-1)=4[Mbps]である。
Ｓ２０８として、仮構成リンク評価部２４は、仮構成リンクｊのループ終了する。

以上説明した本実施形態では、図２〜図５の無線ネットワークの構築を支援する無線ネットワーク構築装置１のネットワーク構成部２３が、検出した輻輳リンクの輻輳を解消するための接続装置を無線ネットワークに導入することで、無線ネットワークを再構成する。
これにより、輻輳リンクのトラヒックが増強された接続装置間のリンクへと流れるので、長期的なトラヒックの増加に対応できる。

なお、接続装置の導入箇所を輻輳リンクと同じ箇所としてもよいし（方法１）、輻輳リンクを通過しつつ、輻輳リンクよりも広範囲の箇所としてもよい（方法２）。ここで、（方法２）では、現時点で発生している輻輳だけでなく、その輻輳に派生して今後輻輳が発生すると予想される周辺の領域に対しても、増強された接続装置間のリンクを使用させるので、手当てする接続装置の台数を減らすことができ、接続装置の投資対効果を向上させることができる。

１無線ネットワーク構築装置
１１トラヒック情報
１２ネットワーク構成情報
２１輻輳リンク抽出部
２２候補ペア抽出部
２３ネットワーク構成部
２４仮構成リンク評価部
２５候補ペア評価部

Claims

無線装置間でメッシュ接続されている無線ネットワークのトポロジ構成を示すネットワーク構成情報、および、前記無線ネットワーク内に流れるトラヒック量を示すトラヒック情報が格納されている記憶手段と、
前記無線装置間の各リンクから、リンク上に流すトラヒック量がリンク容量を超過している輻輳リンクを抽出する輻輳リンク抽出部と、
抽出された前記輻輳リンクに対して、その輻輳リンクのリンク容量よりも大きい接続装置間のリンクに置き換える箇所の候補である前記無線装置のペアを、候補ペアとして抽出する候補ペア抽出部と、
前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアに対して、前記接続装置間のリンクに置き換えた後、各前記接続装置から各前記無線装置までの経路が一意になるように、前記無線ネットワーク内の前記無線装置間のリンク集合のうちの一部を除去することで、前記無線ネットワークを修正した仮構成ネットワークを構築するネットワーク構成部と、
前記ネットワーク構成部が構築した前記仮構成ネットワークの構成要素のリンクである仮構成リンクごとに、その仮構成リンクがトラヒックを収容可能か否かを評価する仮構成リンク評価部と、
前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアの前記仮構成ネットワークについて、その仮構成リンクが前記仮構成リンク評価部により収容可能と判定されたときに、前記仮構成ネットワークを採用して前記無線ネットワークを修正する候補ペア評価部とを有する
ことを特徴とする無線ネットワーク構築装置。
前記仮構成リンク評価部は、前記仮構成リンクごとの通信影響エリアに対するエリア使用率を計算し、
前記候補ペア評価部は、収容可能として採用する前記仮構成ネットワークの候補が複数存在するときに、前記仮構成ネットワークの候補ごとに、その構成要素である前記仮構成リンクごとの前記エリア使用率のうちの最大のエリア使用率を、前記仮構成ネットワークの候補ごとのシステム使用率とし、当該システム使用率が最小となる前記仮構成ネットワークの候補を採用する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワーク構築装置。
前記仮構成リンク評価部は、前記仮構成リンクごとの通信影響エリアに含まれるエリアリンクごとのトラヒックの超過量を計算し、
前記候補ペア評価部は、収容可能として採用する前記仮構成ネットワークの候補が存在しないときに、前記超過量が最高の前記通信影響エリアとなる前記仮構成ネットワークの候補を採用した後、前記超過量が最高の前記エリアリンクを、前記輻輳リンク抽出部により抽出された前記輻輳リンクとみなして、再度前記候補ペア抽出部に前記候補ペアを抽出させる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワーク構築装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の無線ネットワーク構築装置と、前記ネットワーク構成情報で示される前記無線ネットワークの前記無線装置および前記接続装置とを含めて構成される
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。
無線ネットワーク構築装置は、記憶手段と、輻輳リンク抽出部と、候補ペア抽出部と、ネットワーク構成部と、仮構成リンク評価部と、候補ペア評価部とを備えており、
前記記憶手段には、無線装置間でメッシュ接続されている無線ネットワークのトポロジ構成を示すネットワーク構成情報、および、前記無線ネットワーク内に流れるトラヒック量を示すトラヒック情報が格納されており、
前記輻輳リンク抽出部は、前記無線装置間の各リンクから、リンク上に流すトラヒック量がリンク容量を超過している輻輳リンクを抽出し、
前記候補ペア抽出部は、抽出された前記輻輳リンクに対して、その輻輳リンクのリンク容量よりも大きい接続装置間のリンクに置き換える箇所の候補である前記無線装置のペアを、候補ペアとして抽出し、
前記ネットワーク構成部は、前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアに対して、前記接続装置間のリンクに置き換えた後、各前記接続装置から各前記無線装置までの経路が一意になるように、前記無線ネットワーク内の前記無線装置間のリンク集合のうちの一部を除去することで、前記無線ネットワークを修正した仮構成ネットワークを構築し、
前記仮構成リンク評価部は、前記ネットワーク構成部が構築した前記仮構成ネットワークの構成要素のリンクである仮構成リンクごとに、その仮構成リンクがトラヒックを収容可能か否かを評価し、
前記候補ペア評価部は、前記候補ペア抽出部が抽出した各前記候補ペアの前記仮構成ネットワークについて、その仮構成リンクが前記仮構成リンク評価部により収容可能と判定されたときに、前記仮構成ネットワークを採用して前記無線ネットワークを修正する
ことを特徴とする無線ネットワーク構築方法。