JP6015530B2 - アドホックネットワークに係るネットワークシステム、ネットワーク制御方法、およびネットワーク制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、アドホックネットワークに係るネットワークシステム、ネットワーク制御方法、およびネットワーク制御プログラムに関する。

アドホックネットワークは、独立した複数のノードで構成される無線のデータ通信網である。アドホックネットワークにおいては、ネットワーク全体を制御する機器がなくても、各ノードが相互に働き合うことにより独立したネットワークを形成する。送信機と受信機の２点間でパケットを伝達する際、送信機と受信機との間にある各ノードが中継装置となる。各ノードは隣接するノードへ無線によりパケットを転送していき、リレー形式でデータ転送を繰り返すことにより送信機から受け取ったパケットを受信機へ送信する。

アドホックネットワークに使用するノードには、電化製品、モバイル端末、自動車等、幅広い機器を使用できる。このため、基地局の少ない場所であっても独自のネットワークを構築でき、また、災害時であっても周辺の機器が無線で通信することにより、ネットワークを構築できる点で注目されている。

各ノードは、周囲にある隣接ノードとアドホックネットワークを構築するために、ルーティングテーブルを作成する。当該ルーティングテーブルには、周囲にある隣接ノードのアドレスが列挙されている。具体的には、ルーティングテーブルでは、ある送信機から受信機へパケットを送信するためのグローバルデスティネーションＧＤおよびローカルデスティネーションＬＤを組にして対応付けている。ＧＤは、受信機のアドレスを示し、ＬＤは、受信機へパケットを送信するために転送する中継装置のアドレスを示す。

各ノードは、ルーティングテーブルにおいて、受信機へ送信する際に転送する中継装置のアドレスを複数設定しており、各中継装置のアドレスにはそれぞれ優先順位を設定している。ノードは、通常時は、ルーティングテーブルを参照し、最も優先順位の高い中継装置に係る転送先のノードにパケットを送信する。ところが、当該転送先のノードに障害が生じて通信できなくなる場合がある。この場合、転送元のノードは、再度ルーティングテーブルを参照して、次に優先順位の高い転送先のノードにパケットを送信する。また、当該転送先のノードにも障害が生じると、その次に優先順位の高い転送先のノードへパケットを送信する。すなわち、各ノードはデータ送信を中継する際、最も優先度の高い転送先のノードに障害が生じても、ルーティングテーブルを参照して次に優先度の高いノードを探して迂回経路を設定し、代替となる転送先のノードへパケットを転送する。これにより、アドホックネットワークを使えば容易に障害に強いネットワークを構築できる。

ただし、アドホックネットワークにおいて各ノードを中継装置として使用するには、各ノードに電源を入れなくてはならない。受信機から送信機へパケットを送信する際の主な通信経路や、迂回経路に属するノードだけでなく、いずれの経路にも属さないノードも起動しているのが通常である。

特開２０１２−１１４９５５号公報 特開２００７−３３７１９９号公報 特開２００３−３９０００９号公報

しかしながら、アドホックネットワークを構成するノードに無駄な消費電力がかかるという問題がある。

アドホックネットワークを用いて、送信機と受信機の２点間でパケットを送信する際、パケットを中継するノードは経路に属する一部のノードにすぎず、経路に属さないノードはパケット送信に使用されない。ところが、通常は経路に属するノードだけでなく、経路に属さないノードも常に起動状態となっている。このため、使用しない多くのノードが起動状態を維持することにより、アドホックネットワーク全体で無駄な電力を消費することになる。

また、アドホックネットワークにおける経路構築を目的として定期的にHelloパケットを送信し、各通信ユニット間の通信品質等を確認するが、経路に属するノードだけでなく、全てのノードがHelloパケットを送信しあう。このため、アドホックネットワークにおいてデータ送受信量が大きくなり、アドホックネットワーク内で輻輳が発生することがある。したがって、アドホックネットワーク内において使用しないノードを特定し、無駄な消費電力がかからないようにし、データ通信量を抑え輻輳の発生を防止することが重要な課題である。

１つの側面では、本発明は、無駄な消費電力を抑えるアドホックネットワークに係るネットワークシステム、ネットワーク制御方法、およびネットワーク制御プログラムを提供することを目的とする。

第１の案では、ノードは、アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定する第１判定部を有する。さらに、ノードは、自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信する送信部を有する。さらに、ノードは、転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定する第２判定部を有する。さらに、ノードは、送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する移行部を有する。

本発明の一実施態様によれば、アドホックネットワークにおける無駄な消費電力を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係るアドホックネットワークシステムの全体構成の一例を示す図である。 図２は、アドホックネットワークにメインルートを設定することを説明するための図である。 図３は、アドホックネットワークにサブルートを設定することを説明するための図である。 図４は、アドホックネットワークに設定されたメインルート及びサブルートの一例を示す図である。 図５は、アドホックネットワークを構成する各ノードに指示信号が送信された場合について説明するための図である。 図６は、実施例１に係るノードの構成を示す機能ブロック図である。 図７は、ノードが有するルーティングテーブルの一例を示す図である。 図８は、通常のHelloパケットに係るフレーム構成の一例を示す図である。 図９は、本実施態様におけるHelloパケットに係るフレーム構成の一例を示す図である。 図１０は、ノードの状態遷移について説明するための図である。 図１１は、Helloパケットを受信したノードにおける全体の処理の流れを説明するための図である。 図１２は、第２判定部の処理の流れを説明するための図である。 図１３は、ノードに係るハードウェア構成の一例を示す図である。 図１４は、ゲートウェイに係るハードウェア構成の一例を示す図である。

以下に、本願の開示するアドホックネットワークに係るネットワークシステム、ネットワーク制御方法、およびネットワーク制御プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［アドホックネットワークシステムの全体構成］
実施例１に係るアドホックネットワークシステムの全体構成について説明する。アドホックネットワークシステム１０は、複数のノード１００を有するネットワークシステムである。図１は、実施例１に係るアドホックネットワークシステム１０の全体構成の一例を示す図である。図１に示すように、アドホックネットワークシステム１０は、パケットを送信する送信機１１と、送信機１１から送信されたパケットを受信する受信機１２と、複数のノード１００と、受信機１２に接続されたゲートウェイ１０１とで構成される。なお、以下、アドホックネットワークシステム１０が有する複数のノードのうちの一つのノードを指すとき、ノード１００と表記する。

送信機１１と受信機１２との間にある各ノード１００は、送信機１１から受信したパケットを、隣接するノード１００へと無線によりパケットを転送していき、リレー形式でデータ転送を繰り返すことにより、受信機へパケットを送信する。例えば、図１において、送信機１１からパケットを受信したノード１００Ａは、隣接するノード１００ｂ１、ノード１００Ｂ、およびノード１００ｂ２へパケットを転送することができる。さらに、ノード１００Ｂは、隣接するノード１００ｂ１、ノード１００Ｃ、ノード１００ｂ２へパケットを転送することができる。なお、パケットを受信した他のノード１００も、同様に隣接するノード１００へパケットを転送することができる。また、以下、図中にある一つのノードを指す際は、「ノード１００」の語尾に図中の符号を付して表記するものとする。例えば、図１において「ｅ１」のノードを指す際は「ノード１００ｅ１」と表記するものとする。

［アドホックネットワークにおける通信経路の設定］
アドホックネットワークシステム１０は、送信機１１から受信機１２へパケットを送付するためのメインルートとサブルートを設定する。アドホックネットワークシステム１０は、メインルートを、送信機１１から受信機１２へパケット送信する際の主な通信経路に使用する。

図２は、アドホックネットワークにメインルートを設定することを説明するための図である。アドホックネットワークを構成する各ノード１００は、データトラフィック量を監視し、データトラフィック量が閾値以上である場合、自ノードがメインルートに属すると判定することにより、メインルートを設定する。例えば、図２のように、アドホックネットワークシステム１０は、アドホックネットワークの通信経路のうち、最もデータ通信量が大きい、ノード１００Ａ−ノード１００Ｂ−ノード１００Ｃ−ノード１００Ｄ−ノード１００Ｅ−ノード１００Ｆ−ゲートウェイ１０１の経路をメインルートに設定する。

また、アドホックネットワークシステム１０は、メインルートの予備の経路となるサブルートを設定する。アドホックネットワークシステム１０は、メインルート上にあるノード１００が故障した、またはあるノード間に通信が集中し輻輳が生じている等の理由により、メインルート上のいずれかのノード１００に通信できない場合にサブルートを使用し、当該使用不能なノード１００を迂回してパケットを転送する。

図３は、アドホックネットワークにサブルートを設定することを説明するための図である。図３に示すように、メインルートに属するノード１００Ａは、転送先のノード１００ｂ１に所定の情報を含ませたHelloパケットを送信する。このとき、ノード１００ｂ１は、受信したHelloパケットの情報に基づき自ノードがサブルートに属する旨を判定する。なお、ノード１００Ａは、他の転送先のノード１００Ｂおよびノード１００ｂ２にも同様にHelloパケットを送信する。

さらに、ノード１００ｂ１は、ノード１００ｃ１、ノード１００Ｈ、およびノード１００Ｉに、判定結果に基づいて所定の情報を含ませたHelloパケットを送信する。このとき、ノード１００ｃ１は、受信したHelloパケットの情報に基づき自ノードがサブルートに属する旨を判定する。一方、ノード１００Ｈおよびノード１００Ｉは、受信したHelloパケットの情報に基づき自ノードがメインルートにもサブルートにも属さない旨を判定する。

同様に、メインルートに属するノード１００Ｂ〜Ｆも転送先のノード１００にHelloパケットを送信し、Helloパケットを受信したノード１００は、さらに転送先のノード１００にHelloパケットを送信する。そして、Helloパケットを受信した各ノード１００は、Helloパケットの情報に基づき自ノードがサブルートに属するかを判定する。これにより、アドホックネットワークシステム１０は、アドホックネットワークにサブルートを設定する。

図４は、アドホックネットワークに設定されたメインルート及びサブルートの一例を示す図である。図４に示すように、アドホックネットワークシステム１０は、ノード１００Ａ−ノード１００Ｂ−ノード１００Ｃ−ノード１００Ｄ−ノード１００Ｅ−ノード１００Ｆ−ゲートウェイ１０１の経路をメインルートに設定する。また、アドホックネットワークシステム１０は、ノード１００ｂ１−ノード１００ｃ１−ノード１００ｄ１−ノード１００ｅ１−ノード１００ｆ１−ゲートウェイ１０１の経路をサブルートに設定する。また、アドホックネットワークシステム１０は、ノード１００ｂ２−ノード１００ｃ２−ノード１００ｄ２−ノード１００ｅ２−ノード１００ｆ２−ゲートウェイ１０１の経路をサブルートに設定する。

アドホックネットワークシステム１０は、各ノード１００に対して定期的に省電力状態に移行する旨の命令を含む指示信号を送信する。メインルートにもサブルートにも属さないノード１００Ｈ、ノード１００Ｉ等のノードは、指示信号を受信した際に省電力状態に移行する。なお、メインルートとサブルートの設定方法の詳細に関しては後述する。

図５は、アドホックネットワークを構成する各ノード１００に指示信号が送信された場合について説明するための図である。図５の各ノード１００を結ぶ矢印は各ノード１００を省電力状態へ移行する指示信号の経路を示す。図５に示すように、アドホックネットワークシステム１０において、ノード１００Ａは、転送先のノード１００ｂ１、ノード１００Ｂ、およびノード１００ｂ２へ指示信号を送信する。ノード１００Ａから指示信号を受信したノード１００ｂ１は、さらに、転送先のノード１００ｃ１、ノード１００Ｉ、およびノード１００Ｈへ指示信号を転送する。また、指示信号を受信した他のノード１００も同様に転送先のノード１００に指示信号を転送する。これにより、アドホックネットワークシステム１０は、各ノード１００に指示信号をブロードキャスト送信する。なお、アドホックネットワークシステムは、ゲートウェイ１０１がメインルートに属するノード１００からHelloパケットを受信したのを契機に、指示信号をブロードキャスト送信してもよい。

図５において、ノード１００Ａ、ノード１００Ｂ、ノード１００ｂ１、ノード１００ｂ２、およびノード１００ｃ１は、メインルートまたはサブルートに属するので、指示信号を受信した際、通常の稼動状態を維持する。一方、ノード１００Ｈおよびノード１００Ｉは、メインルートまたはサブルートのいずれにも属さないので、指示信号を受信した際、省電力状態に移行する。これにより、アドホックネットワークシステム１０は、メインルートにもサブルートにも属さないノード１００の使用電力を抑え、アドホックネットワークにおける無駄な消費電力を抑えることができる。

［各ノードの構成］
ノード１００は、アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノード１００に属すると判定する。また、ノード１００は、自ノードと転送先ノード１００との通信品質を基にして第２ルートのノード１００に属する転送先ノード１００を判定し、判定結果を含めたパケットを送信する。また、ノード１００は、転送元ノード１００から受信したパケットに自ノードが第２ルートに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノード１００に属すると判定する。また、ノード１００は、送信元ノード１００から省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノード１００に属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する。なお、先述のメインルートは第１のルートの一例であり、サブルートは第２ルートの一例である。以下、ノード１００の構成について詳細に説明する。

次に、図６を用いて、実施例１に係るノード１００の機能構成の一例について説明する。図６は、実施例１に係るノード１００の構成を示す機能ブロック図である。図６に示すように、ノード１００は、通信Ｉ／Ｆ１１０と、制御部１２０と、記憶部１３０とを有する。

記憶部１３０は、フラグ情報１３１と、ルーティングテーブル１３２とを有する。フラグ情報１３１は、自ノードがメインルートまたはサブルートに属する旨を記憶するフラグに関する情報である。また、ルーティングテーブル１３２は、転送先のノード１００ごとにアドレスと、通信品質の順位とを対応付けた情報である。記憶部１３０は、例えば、ＲＡＭ（Random access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置に対応する。

図７を用いてルーティングテーブル１３２の具体例について説明する。図７は、ノード１００Ａが有するルーティングテーブル１３２の一例を示す図である。図７に示すように、図１に示されているノード１００Ａに係るルーティングテーブル１３２は、転送先のＬＤに係るノード名にノード１００Ｂ、１００ｂ１、および１００ｂ２を有する。なお、送信先のＧＤには、受信機１２に接続されているゲートウェイが指定されている。ルーティングテーブル１３２は、各ＬＤに係るノード名にそれぞれアドレスと通信品質の順位を対応付ける。例えば、ノード１００Ａからノード１００Ｂにパケットを送信する際の通信品質の順位は、１位である。ノード１００Ａからノード１００ｂ１にパケットを送信する際の通信品質の順位は、２位である。ノード１００Ａからノード１００ｂ２にパケットを送信する際の通信品質の順位は、３位である。

図６に示すように、制御部１２０は、受信部１２１と、第１判定部１２２と、第２判定部１２３と、作成部１２４と、送信部１２５、移行部１２６とを有する。制御部１２０の機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路により実現することができる。また、制御部１２０の機能は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のプログラムを実行することで実現することができる。

受信部１２１は、転送元のノード１００から送信されたHelloパケット、およびアドホックネットワーク内においてブロードキャスト送信された指示信号を受信する。Helloパケットは、アドホックネットワークにサブルートを設定するために、メインルートに属するノード１００が定期的にブロードキャストするパケットである。また、指示信号は、アドホックネットワークにおいて、メインルートにもサブルートにも属さないノード１００を省電力状態に移行させるため、各ノード１００にブロードキャスト送信される信号である。

第１判定部１２２は、データトラフィック量を監視し、自ノードがメインルートに属するかを判定する。具体的には、第１判定部１２２は、アドホックネットワークにおける自ノードへのデータトラフィックを常時監視している。第１判定部１２２は、自ノードにおいてデータトラフィック量が閾値以上発生しているのを検知すると、自ノードがメインルートに属すると判定し、メインルートフラグを記憶部１３０に記憶する。

第２判定部１２３は、転送元のノード１００から受信したHelloパケットに含まれる情報に基づき自ノードがサブルートに属するかを判定する。第２判定部１２３は、第１判定部１２２において、自ノードがメインルートに属さないと判定した場合、転送元のノード１００から送信された当該Helloパケットに含まれる情報に基づき自ノードがサブルートに属するかを判定する。第２判定部１２３は、サブルートに属すると判定した場合、サブルートフラグを記憶部１３０に記憶する。

第２判定部１２３は、Helloパケットに含まれるルート状態フラグにより転送元のノード１００がメインルートまたはサブルートに属するかを確認することができる。また、第２判定部１２３は、Helloパケットに含まれるＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報を確認することにより、転送元からみたパケットの通信品質の順位が上位３位以内であるかを確認できる。そして、第２判定部１２３は、当該ルート状態フラグおよび通信品質の順位に基づき自ノードがサブルートに属するか判定する。なお、Helloパケットは、通信品質の順位に上位４位以降の情報を含んでもよい。また、自ノードがサブルートに属するかについての判定方法の詳細に関しては後述する。

作成部１２４は、転送先のノード１００へ送信するHelloパケットを作成する。作成部１２４は、送信するHelloパケットに、Helloメッセージヘッダ、Helloヘッダ、ルート状態フラグ、ＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報を含ませてもよい。以下、Helloパケットに係るフレーム構成について具体的に説明する。

ここで、図８および図９を用いて、従来技術におけるHelloパケットと、本実施態様におけるHelloパケットとを比較する。図８は、通常のHelloパケットに係るフレーム構成の一例を示す図である。図８に示すように、Helloパケット２００は、HelloメッセージヘッダとHelloヘッダで構成される。Helloメッセージヘッダは、Helloパケット転送元のノード１００の情報を示しており、Helloヘッダは、Helloパケット転送元のノード１００からみたゲートウェイ１０１への経路における通信品質に関する情報が含まれている。当該パケットを受信したノード１００は、当該パケットに転送元のノード１００がメインルートまたはサブルートに属する旨の情報等が含まれていないため、転送先のノード１００がサブルートに属するかの判定をおこなうことができない。

一方、図９は、本実施態様におけるHelloパケットに係るフレーム構成の一例を示す図である。図９に示すように、本実施態様におけるHelloパケット２０１は、Helloメッセージヘッダと、Helloヘッダと、自ノードがメインルートまたはサブルートに属するかを示すルート状態フラグとを含む。さらにHelloパケット２０１は、Helloパケットの転送元のノード１００からみて通信品質が１位のノードに係るアドレスを示すＬＤ１情報と、通信品質が２位のノードに係るアドレスを示すＬＤ２情報と、通信品質が３位のノードに係るアドレスを示すＬＤ３情報とを含む。

HelloパケットにＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報を設定する手順について説明する。まず、作成部１２４は、ノード名、各ノードのアドレス、および通信品質の順位を対応付けたルーティングテーブル１３２を参照する。作成部１２４は、通信品質が１位から３位のノードに係るアドレスを、それぞれＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報に設定する。例えば、図１のノード１００Ａに係る作成部１２４は、図７のルーティングテーブルを参照し、通信品質の順位が１位のノード１００Ｂに係るアドレスをＬＤ１情報に設定する。同様に、作成部１２４は、通信品質の順位が２位のノード１００ｂ１に係るアドレスをＬＤ２情報に設定し、通信品質の順位が３位のノード１００ｂ２に係るアドレスをＬＤ３情報に設定する。

送信部１２５は、アドホックネットワークにおいてサブルートを設定するため、定期的にルート状態フラグ、通信品質の順位等の情報を含むHelloパケットを、通信Ｉ／Ｆ１１０を介して各転送先のノード１００へ送信する。なお、送信部１２５は、ランダム関数を用いて、Helloパケットを送信するタイミングを設定してもよい。

移行部１２６は、ノード１００がメインルートおよびサブルートに属さない場合、指示信号を受けた際にノード１００を省電力モードに移行させる。まず、アドホックネットワークにおける各ノード１００は、各ノード間で送受信されるHelloパケット２０１以外に、ノード１００を省電力状態に移行させる命令を含む指示信号を、定期的にブロードキャスト送信する。移行部１２６は、受信部１２１が当該指示信号を受信すると、記憶部１３０を参照し、メインルートフラグまたはサブルートフラグの有無を確認することにより自ノードがメインルートまたはサブルートに属するかを確認する。移行部１２６は、自ノードがメインルートまたはサブルートのいずれかに属する場合、通常の稼動状態を維持させる。一方、移行部１２６は、自ノードがメインルートまたはサブルートのいずれにも属さない場合、自ノードを省電力状態に移行させる。

［ノードの状態遷移］
次に、ノード１００の状態遷移に関して説明する。図１０は、ノード１００の状態遷移について説明するための図である。移行部１２６は、起動状態３００を起点として、メインルート状態３０１と、サブルート状態３０２と、省電力状態３０３の３つの状態に遷移させる。ノード１００は、送信機１１と受信機１２との間でデータトラフィックが発生する前の時点において起動状態３００となっている。

移行部１２６は、第１判定部１２２が閾値以上のデータトラフィックがあることを検知し、自ノードがメインルートに属すると判定した場合、自ノードをメインルート状態３０１に遷移させる。また、移行部１２６は、自ノードがメインルートに属さず、第２判定部１２３が転送元のノード１００からのHelloパケット２０１に含まれる情報により、自ノードがサブルートに属すると判定した場合、自ノードをサブルート状態３０２に遷移させる。そして、移行部１２６は、ノード１００がメインルート状態３０１またはサブルート状態３０２に遷移している場合、指示信号を受信しても自ノードを省電力状態３０３に移行させない。

一方、移行部１２６は、自ノードがメインルートおよびサブルートのいずれにも属さず、起動状態３００のままである場合、指示信号を受信した際に自ノードを省電力状態３０３に遷移させる。なお、省電力状態３０３とは、いわゆるコールドスタンバイを意味し、起動状態に比べて消費電力を節約でき、シャットダウンする場合と比べて早く起動できる。

［メインルートおよびサブルートの判定方法］
次に、メインルートおよびサブルートの判定方法の詳細に付いて説明する。先述したように、アドホックネットワークシステム１０は、各ノード１００がデータトラフィック量を監視し、データトラフィック量が閾値以上である経路をメインルートに設定する。ノード１００が有する第１判定部１２２は、メインルートに属する場合、記憶部１３０のフラグ情報１３１にメインルートフラグを設定する。

第２判定部１２３は、自ノードがメインルートに属さない場合、転送元のノード１００が、Helloパケット２０１に含まれるルート状態フラグおよび通信品質の順位に関する情報を基に、自ノードがサブルートに属するかを判定する。ここで、第２判定部１２３は、転送元のノード１００がメインルートに属するか、サブルートに属するかによって、異なる基準により、自ノードがサブルートに属するか判定する。以下、サブルートに属するかを判定する基準について具体的に説明する。

例えば、転送元のノード１００は、自ノードがメインルートに属する場合、Helloパケット２０１のルート状態フラグにメインルートフラグに係る情報を含ませる。さらに、転送元のノード１００は、ルーティングテーブル１３２を参照し、通信品質が３位以内の各ノード１００のアドレスを、それぞれＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報に含ませて転送先のノード１００に送信する。このとき、転送先のノード１００に係る第２判定部１２３は、当該パケットに含まれる情報により転送元のノード１００がメインルートに属することを確認し、自ノードが所定順位以内のノード１００に含まれるかを確認する。第２判定部１２３は、自ノードが所定順位以内のノード１００に含まれていた場合、自ノードがサブルートに属すると判定する。

一方、転送元のノード１００は、自ノードがサブルートに属する場合、Helloパケット２０１のルート状態フラグにサブルートフラグに係る情報を含ませる。さらに、転送元のノード１００は、ルーティングテーブル１３２を参照し、通信品質が３位以内の各ノード１００のアドレスを、それぞれＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報に含ませて転送先のノード１００に送信する。このとき、転送先のノード１００に係る第２判定部１２３は、当該パケットに含まれる情報により転送元のノード１００がサブルートに属することを確認した後、自ノードへの通信品質の順位が一位であるかを確認する。第２判定部１２３は、自ノードへの通信品質の順位が一位であった場合、自ノードがサブルートに属すると判定する。

なお、メインルートにもサブルートにも属さないノード１００は、Helloパケット２０１を送信する際、ルート状態フラグ、ＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報を未設定の状態で転送先のノード１００に送信する。

［ノードにおける全体の処理の流れ］
次に、ノード１００おける全体の処理の流れについて説明する。図１１は、Helloパケット２０１を受信したノード１００における全体の処理の流れを説明するための図である。図１１に示すように、まず、第１判定部１２２は、転送元のノード１００から受信したHelloパケット２０１に含まれる情報に基づき、自ノードがメインルートに属するかを判定する（ステップＳ１０）。第１判定部１２２は、自ノードがメインルートに属すると判定した場合（ステップＳ１０Yes）、フラグ情報１３１にメインルートフラグを設定し（ステップＳ１１）、ステップＳ１４に進む。一方、第１判定部１２２は、自ノードがメインルートに属さないと判定した場合（ステップＳ１０No）、フラグを設定せずにステップＳ１２に進む。

次に、第２判定部１２３は、ステップＳ１２において、自ノードがサブルートに属すると判定した場合（ステップＳ１２Yes）、フラグ情報１３１にサブルートフラグを設定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進む。一方、第２判定部１２３は、自ノードがサブルートに属さないと判定した場合（ステップＳ１２No）、フラグを設定せずにステップＳ１４に進む。

移行部１２６は、自ノードの状態遷移をおこなう（ステップＳ１４）。移行部１２６は、フラグ情報１３１にメインルートフラグが設定されている場合、自ノードをメインルート状態３０１に移行させ、フラグ情報１３１にサブルートフラグが設定されている場合、自ノードをサブルート状態３０２に移行させる。これにより、受信部１２１が指示信号を受信してもノード１００は、省電力状態に移行させない。一方、移行部１２６は、フラグ情報１３１にメインルートフラグおよびサブルートフラグが設定されていない場合、自ノードを起動状態３００で維持させる。移行部１２６は、受信部１２１が指示信号を受信した際、ノード１００を省電力状態に移行させる。これにより、アドホックネットワークシステム１０は、消費電力を抑えることができる。

なお、図示していないが、作成部１２４は、受信部１２１がHelloパケット２０１を受信した際に、転送先のノード１００に送信するHelloパケット２０１を作成する。作成部１２４は、自ノードがメインルートである場合、Helloパケット２０１のルート状態フラグにメインルートフラグを設定し、自ノードがサブルートである場合、Helloパケット２０１のルート状態フラグにサブルートフラグを設定する。さらに、作成部１２４は、ルーティングテーブル１３２を参照し、通信品質が３位以内の各ノード１００のアドレスを、ＬＤ１情報、ＬＤ２情報、ＬＤ３情報にそれぞれ設定する。送信部１２５は、作成したHelloパケット２０１を各転送先のノード１００に送信する。

［サブルートに属するか判定するまでの流れ］
次に、第２判定部１２３が送信されたHelloパケット２０１に基づき、サブルートに属するかを判定するまでの流れについて説明する。第２判定部１２３は、自ノードがメインルートに属さない場合、自ノードがサブルートに属するかを判定する。図１２は、第２判定部１２３の処理の流れを説明するための図である。図１２に示すように、第２判定部１２３は、転送元のノード１００からのHelloパケット２０１のルート状態フラグに基づき、転送元のノード１００がメインルートまたはサブルートに属するかを判定する（ステップＳ２０）。次に、第２判定部１２３は、Helloパケット２０１のＬＤ１情報、ＬＤ２情報、およびＬＤ３情報に基づき自ノードへの通信品質の順位が所定順位以内であるかを判定する（ステップＳ２１）。

第２判定部１２３は、ステップＳ２０のルート判定において転送元のノード１００がメインルートに属すると判定した場合（ステップＳ２２Yes）、ステップＳ２３に進む。第２判定部１２３は、ステップＳ２１の通信品質判定において、自ノードへの通信品質の順位が所定順位以内の場合（ステップＳ２３Yes）、自ノードがサブルートに属すると判定し、フラグ情報１３１にサブルートフラグを設定する（ステップＳ２４）。一方、第２判定部１２３は、自ノードへの通信品質の順位が所定順位より順位が低い場合（ステップＳ２３No）、フラグを設定しない。

第２判定部１２３は、ステップＳ２０のルート判定において転送元のノード１００がメインルートに属さないと判定した場合（ステップＳ２２No）、ステップＳ２５に進む。第２判定部１２３は、ステップＳ２０のルート判定において、転送元のノード１００がサブルートに属すると判定した場合（ステップＳ２５Yes）、ステップＳ２６に進む。第２判定部１２３は、自ノードへの通信品質の順位が１位の場合（ステップＳ２６Yes）、自ノードがサブルートに属すると判定し、フラグ情報１３１にサブルートフラグを設定する（ステップＳ２７）。

一方、第２判定部１２３は、ステップＳ２５において、転送元のノード１００がサブルートに属さないと判定した場合（ステップＳ２５No）、フラグを設定しない。また、第２判定部１２３は、ステップＳ２６において、自ノードへの通信品質の順位が１位より順位が低い場合（ステップＳ２６No）、フラグを設定しない。

［ノードが省電力状態に移行する契機］
次に、アドホックネットワークを構成する各ノード１００が省電力状態３０３に移行する契機について説明する。受信機１２に接続されたゲートウェイ１０１が転送元のノード１００から、メインルートフラグが設定されたHelloパケット２０１を最初に受信したのを契機に、各ノード１００は、省電力状態３０３に移行する指示信号をブロードキャスト送信する。指示信号を受信した各ノード１００に係る移行部１２６は、フラグ情報１３１にメインルートフラグまたはサブルートフラグが設定されていない場合、省電力状態３０３に移行させる。

［ノードが省電力状態から復帰する契機］
次に、アドホックネットワークを構成する各ノード１００が省電力状態３０３から復帰する契機について説明する。移行部１２６は、ゲートウェイ１０１が転送元のノード１００からメインルートフラグが設定されたHelloパケット２０１を一定時間受信しない場合、一旦、省電力状態３０３を解除する。さらに、第２判定部１２３は、転送元のノード１００から送信されるHelloパケット２０１により、自ノードがサブルートに属するかを判定する。

なお、送信部１２５は、各ノード間でHelloパケット２０１の送信が一斉に転送されることにより通信が集中するのを防止するため、ランダム関数を用いて、Helloパケット２０１の送信を開始する時間に幅を持たせることがある。そこで、移行部１２６は、Helloパケット２０１の送信を開始する時間の幅に合わせて省電力状態３０３を解除してもよい。これにより、省電力状態３０３を解除する時間を最小限にでき、アドホックネットワークにおける無駄な消費電力を抑えることができる。

一方、各ノード１００は、省電力状態３０３を解除する指示信号を定期的にブロードキャスト送信している。当該指示信号を受信した移行部１２６は、自ノードがサブルートに属すると判定した場合、省電力状態３０３を解除し、サブルート状態３０２に移行させる。さらに、移行部１２６は、サブルート状態３０２に移行させてもよい。

上述したように、ノード１００は、第１判定部１２２と、送信部１２５と、第２判定部１２３と、移行部１２６とを有する。これにより、アドホックネットワークにおける無駄な消費電力を抑えることができるという効果を奏する。

送信部１２５は、自ノードが第１ルートに属し、転送先のノード１００への通信品質の順位が所定順位以内である場合、転送先のノード１００が第２ルートのノード１００に属する旨の判定結果を含めてもよい。また、送信部１２５は、自ノードが第２ルートに属し、転送先のノード１００への通信品質の順位が１位である場合に、転送先のノード１００が第２ルートのノード１００に属する旨の判定結果を含めてもよい。これにより、アドホックネットワークを構成する各ノード１００は、自ノードがサブルートに属するかを判定することができる。

［他の実施例について］
さて、これまで実施例１について説明したが、これ以外にも種々の異なる形態にて実施されてもよい。そこで、以下では他の実施例をそれぞれ説明する。先述では、Helloパケット２０１の転送先のノード１００に係る第２判定部１２３は、転送元のノード１００から送信されたHelloパケット２０１に含まれる情報に基づき、自ノードがサブルートに属するかを判定する旨を説明した。これ以外に、転送元のノード１００は、転送元のノード１００に係るフラグ情報１３１と、ルーティングテーブル１３２とに基づき、各転送先のノード１００がサブルートに属する候補に該当するかを判定することも可能である。

そこで、転送元のノード１００が有する作成部１２４は、当該候補に該当する転送先のノード１００に、当該候補に該当する旨の情報を含めたHelloパケット２０１を送信してもよい。これにより、転送先のノード１００に係る第２判定部１２３は、Helloパケット２０１に候補に該当する旨の情報が含まれるかを判定することにより、自ノードがサブルートに属するかを判定することができる。

［他の状態遷移に関して］
図６には図示していないが、移行部１２６は、メインルート状態３０１およびサブルート状態３０２への相互の遷移、サブルート状態３０２から起動状態３００への遷移、省電力状態３０３から起動状態３００への遷移、および省電力状態３０３からサブルート状態３０２への遷移も可能である。以下、具体例を挙げて説明する。

移行部１２６は、当初メインルート状態３０１であったノード１００を、サブルート状態３０２へ遷移させる場合がある。例えば、移行部１２６は、転送先のノード１００への経路に障害物が置かれ、パケットがノード１００を迂回して送信することにより、データトラフィック量が閾値未満になった場合、自ノードをサブルート状態３０２へ移行させる。また、移行部１２６は、あるノード１００が当初サブルート状態３０２であったノード１００を、メインルート状態へ遷移させる場合もある。例えば、移行部１２６は、メインルートに属するノード１００に障害が生じたため、パケットが自ノードの属するサブルートへ転送されるようになり、自ノードでのトラフィック量が閾値以上となった場合、自ノードをメインルート状態３０１に移行させる。

また、移行部１２６は、当初サブルート状態３０２であったノード１００を、起動状態３００へ遷移させる場合がある。例えば、移行部１２６は、送信元ノード１００に隣接する位置に新しいノード１００が設置されたことにより、メインルートに属する送信元のノード１００との通信品質の順位が所定順位よりも低くなった場合、自ノードを起動状態３００に移行させる。

また、移行部１２６は、当初省電力状態３０３であったノード１００を、起動状態３００に遷移させることも可能である。例えば、移行部１２６は、ノード１００に係る受信部１２１が省電力状態３０３を解除する指示信号を受信した場合、ノード１００を起動状態３００に移行させる。また、移行部１２６は、当初省電力状態３０３であったノード１００を、サブルート状態３０２に遷移させることも可能である。例えば、移行部１２６は、ゲートウェイ１０１が一定時間、メインルートフラグが設定されたHelloパケット２０１を受信しなかった場合、省電力状態３０３を一旦解除させる。このとき、第２判定部１２３は、転送元のノード１００から受信したHelloパケット２０１に基づき、自ノードがサブルートに属するかを判定する。移行部１２６は、自ノードがサブルートに属すると判定した場合、自ノードをサブルート状態３０２に移行させる。

また、実施例１に示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図１に示したノード１００の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、ノード１００の受信部１２１、第１判定部１２２、第２判定部１２３、作成部１２４、送信部１２５、および移行部１２６の具体的態様は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

［ノードのハードウェア構成］
図１３は、ノード１００に係るハードウェア構成の一例を示す図である。図１３が示すように、ノード１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ４０１と、各種情報を記憶するハードディスク装置４０２と、パケットを受信する際と送信する際とでノード内部の回路を変更するＦＰＧＡ４０３と、パケットを送受信する際の通信インターフェースとなる通信モジュール４０４とを有する。

ハードディスク装置４０２は、図６に示した記憶部１３０に対応し、フラグ情報１３１およびルーティングテーブル１３２を記憶する。さらに、ハードディスク装置４０２は、制御部１２０の受信部１２１、第１判定部１２２、第２判定部１２３、作成部１２４、送信部１２５、および移行部１２６の各処理部と同様の機能を有する植物種識別プログラムを記憶する。

ＣＰＵ４０１は、ハードディスク装置４０２に記憶された各プログラムを読み出して、実行することで、各種の処理を行う。また、これらのプログラムは、ノード１００を図６に示した受信部１２１、第１判定部１２２、第２判定部１２３、作成部１２４、送信部１２５、および移行部１２６として機能させることができる。

なお、ノード１００が読み取り可能な記憶媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスク、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等が対応する。また、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等に接続された装置にこのプログラムを記憶させておき、ノード１００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

［ゲートウェイのハードウェア構成］
図１４は、ゲートウェイ１０１に係るハードウェア構成の一例を示す図である。図１４が示すように、ゲートウェイ１０１は、各種演算処理を実行するＣＰＵ５０１と、各種情報を記憶するハードディスク装置５０２と、ゲートウェイ１０１内部の回路を変更するＦＰＧＡ５０３と、パケットを受信する際の通信インターフェースとなる通信モジュール５０４とを有する。

ＣＰＵ５０１は、ハードディスク装置５０２に記憶された各プログラムを読み出して、実行することで、各種の処理を行う。例えば、ＣＰＵ５０１は、メインフラグが設定されたHelloパケット２０１を最初に受信した際に、各ノード１００に対し、省電力状態３０３に移行する指示信号をブロードキャスト送信する旨の命令をする。また、ＣＰＵ５０１は、ゲートウェイ１０１が他のノード１００からメインルートフラグが設定されたHelloパケット２０１を一定時間受信しない場合、省電力状態３０３に移行した各ノード１００に対し、自ノードがサブルートに属するかを判定する旨の命令をする。

なお、スイッチングハブ５０５は、送信機１１からアドホックネットワークを介して、送信されたパケットを受信機１２へ送信する際の通信インターフェースである。

以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定する第１判定部と、
自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信する送信部と、
転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定する第２判定部と、
送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する移行部と
を有することを特徴とするノード。

（付記２）アドホックネットワークを構成する複数のノードを有するネットワークシステムであって、
前記ノードは、
アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定する第１判定部と、
自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信する送信部と、
転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定する第２判定部と、
送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する移行部と
を有することを特徴とするネットワークシステム。

（付記３）前記送信部は、自ノードが第１ルートに属し、転送先ノードへの通信品質の順位が所定順位以内である場合、および、自ノードが第２ルートに属し、転送先ノードへの通信品質の順位が１位である場合に、転送先ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果を含めることを特徴とする付記２に記載のネットワークシステム。

（付記４）コンピュータが実行するネットワーク制御方法であって、
アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定し、
自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信し、
転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定し、
送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する
処理を実行することを特徴とするネットワーク制御方法。

（付記５）コンピュータに、
アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定し、
自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信し、
転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定し、
送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する
処理を実行させることを特徴とするネットワーク制御プログラム。

１００ ノード
１１０ 通信Ｉ／Ｆ
１２０ 制御部
１２１ 受信部
１２２ 第１判定部
１２３ 第２判定部
１２４ 作成部
１２５ 送信部
１２６ 移行部
１３０ 記憶部
１３１ フラグ情報
１３２ ルーティングテーブル

Claims (4)

1. アドホックネットワークを構成する複数のノードを有するネットワークシステムであって、
   前記ノードは、
   アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定する第１判定部と、
   自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信する送信部と、
   転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定する第２判定部と、
   送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する移行部と
   を有することを特徴とするネットワークシステム。
2. 前記送信部は、自ノードが第１ルートに属し、転送先ノードへの通信品質の順位が所定順位以内である場合、または、自ノードが第２ルートに属し、転送先ノードへの通信品質の順位が１位である場合に、転送先ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果を前記パケットに含めることを特徴とする請求項１に記載のネットワークシステム。
3. コンピュータが実行するネットワーク制御方法であって、
   アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定し、
   自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信し、
   転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定し、
   送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する
   処理を実行することを特徴とするネットワーク制御方法。
4. コンピュータに、
   アドホックネットワーク上で自ノードを経由するデータトラフィック量を監視し、前記トラフィック量が閾値以上である場合に、自ノードが第１ルートのノードに属すると判定し、
   自ノードと転送先ノードとの通信品質を基にして第２ルートのノードに属する転送先ノードを判定し、判定結果を含めたパケットを送信し、
   転送元ノードからパケットを受信し、該パケットに自ノードが第２ルートのノードに属する旨の判定結果が含まれ、かつ、自ノードが第１ルートのノードに属していない場合に、自ノードが第２ルートのノードに属すると判定し、
   送信元ノードから省電力状態に移行する指示信号を受信し、自ノードが前記第１ルートおよび第２ルートのノードに属していない場合に、自ノードを省電力状態に移行する
   処理を実行させることを特徴とするネットワーク制御プログラム。

Images