JP6066292B2 - Multifunction information terminal and communication method of mobile ad hoc network architecture - Google Patents

Multifunction information terminal and communication method of mobile ad hoc network architecture Download PDF

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Description

本発明は、モバイルアドホックネットワークアーキテクチャー及びモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法に関する。 The present invention relates to a mobile ad hoc network architecture and a communication method of the mobile ad hoc network architecture.

近年、無線通信機能を備えた携帯端末が急速に普及している。その中でも、多機能形態電話(スマートフォン)、タブレットPC等携帯情報端末をターゲットとしたプラットフォームであるアンドロイド(Android:登録商標)を搭載した携帯端末(以下、単に端末という)が顕著であり、様々なサービスが開発されている。このような背景から、本発明者らは、 Android端末に搭載された無線通信機能を活用し、モバイルアドホックネットワーク(以下、MANETという)で構成された児童見守りシステムを開発した(特許文献1)。   In recent years, mobile terminals having a wireless communication function have been rapidly spread. Among them, mobile terminals equipped with Android (Android: registered trademark), which is a platform targeting mobile information terminals such as multi-function phones (smartphones) and tablet PCs, are prominent. Services are being developed. Against this background, the present inventors have developed a child watching system configured by a mobile ad hoc network (hereinafter referred to as MANET) using a wireless communication function installed in an Android terminal (Patent Document 1).

Androidにおけるブルートゥース(Bluetooth:登録商標)の検出では、以下のような衝突が発生する可能性がある。すなわち検出を行っている端末を検出できない、検出を行っている端末に接続を行うと失敗するという問題がある。Bluetooth MANETを効率的に構成するためには、これらの衝突を回避する必要がある。またMANETでは端末が移動するため、定期的に検出と接続を行い通信する必要がある。本発明者らは、このような衝突問題を解決するために、各端末が隣接端末の状況を自律的に推測する衝突回避手法を前記特許文献1で提案したのである。 In the detection of Bluetooth (registered trademark) in Android, the following collision may occur. That is, there is a problem that the terminal that is performing the detection cannot be detected, and the connection to the terminal that is performing the detection fails. In order to efficiently configure Bluetooth MANET, it is necessary to avoid these collisions. Also, since the terminal moves in MANET, it is necessary to periodically detect and connect to communicate. In order to solve such a collision problem, the present inventors have proposed in Patent Document 1 a collision avoidance method in which each terminal autonomously estimates the status of an adjacent terminal.

一方、MANETは各端末が移動し、自律的にネットワークを構成する性質をもつ。したがって、MANET に Bluetoothを適用したBluetooth MANETではこの性質を担保するために、これらの処理を定期的に行い、隣接端末の在を確認する技術が必要となる(非特許文献1)。 On the other hand, MANET has the property that each terminal moves and autonomously forms a network. Therefore, in order to ensure this property, Bluetooth MANET, which applies Bluetooth to MANET, requires a technique for performing these processes periodically and confirming the presence of adjacent terminals (Non-patent Document 1).

特願2012−47444号Japanese Patent Application No. 2012-47444

森井幸希、森雄一郎、武田航史、小島英春、角田良明、“AndroidAPIで実装するBluetooth MANETに適した衝突回 避手法の検討、”電子情報通信学会 第14 回ネットワークソフウェア研究会,pp.7-11,2011.Yuki Morii, Yuichiro Mori, Koji Takeda, Hideharu Kojima, Yoshiaki Kakuda, “Examination of collision avoidance method suitable for Bluetooth MANET implemented with AndroidAPI,” IEICE 14th Network Software Research Group, pp.7 -11, 2011.

本発明は、MANETにおいて、共通の無線通信機能としてBluetooth MANETを用い、また機能を階層化して管理することで、共通機能であるBluetooth MANETをサービスの基盤として提供する。基盤となる機能を構築しておけば、その上位のサービスを選択するだけでよいため、効率的な開発を行うことができる。さらに本発明では、階層構造を提供する。すなわち一つのアプリケーションに対して複数の階層を用意することで、それぞれの層毎に多様な機能を入れ替えることができる。かつ、それらは MANETを構築するのに特化した設計とされる。例えば、MANETルーティングプロトコルを交換可能とするのである。 In the MANET, Bluetooth MANET is used as a common wireless communication function in MANET, and the function is hierarchized and managed, thereby providing the Bluetooth MANET that is a common function as a service base. If a basic function is constructed, it is only necessary to select a higher-level service, so that efficient development can be performed. Furthermore, the present invention provides a hierarchical structure. That is, by preparing a plurality of hierarchies for one application, various functions can be exchanged for each layer. And they are designed specifically for building MANETs. For example, the MANET routing protocol can be exchanged.

本発明は、これらの共通点を考慮して 効率的に複数のシステムを開発することを目的とし、これを 満たすBluetooth MANETに基づくネットワークアーキテクチャーを提供するものである。 The present invention is intended to efficiently develop a plurality of systems in consideration of these common points, and provides a network architecture based on Bluetooth MANET that satisfies this.

本発明の第1の観点に係る多機能情報端末は、
下位層で構成されるモバイルアドホックネットワーク機能群を利用したサービス内容実装され、他端末との通信に用いるデータパケットに成型し、下位層に送信るアプリケーション層と、
前記アプリケーション層の下位層であって、上位、下位層から受け取ったパケットを、モバイルアドホックネットワーク上のどの端末に転送するかを決定するルーティング層と、
前記ルーティング層の下位層であって、前記端末の検出・接続処理を含み、コネクション指向であるブルートゥース通信を、前記端末の移動が伴うモバイルアドホックネットワークに適用するための機能実装されるとともに、ブルートゥースの検出で発生する可能性がある回避すべき衝突に対し、衝突回避手段実装され、接続対象となる端末の情報をパケットに成型し、上位層に送信するデバイス層と、を有し、
階層間で送受信されるパケットは、共通のデータフォーマットで生成される、
モバイルアドホックネットワークアーキテクチャーを備える。
The multifunction information terminal according to the first aspect of the present invention provides:
Are services implementation utilizing configured mobile ad-hoc network function group in the lower layer, molding the data to be used for communication with the other terminal to the packet, and an application layer that sends to the lower layer,
A routing layer that is a lower layer of the application layer, and determines which terminal on the mobile ad hoc network the packet received from the upper layer and the lower layer is transferred to;
A lower layer of the routing layer, the include detection and connection process of the terminal, the Bluetooth communication is connection-oriented, is function implementation to apply to the mobile ad-hoc network the movement of the terminal is accompanied Rutotomoni, Bluetooth respect of the collision to be avoided that may occur in the detection, implements the collision avoidance means, and molding the information of the connection target terminal to the packet, comprising: a device layer that sends to the upper layer, and
Packets sent and received between layers are generated in a common data format.
It has a mobile ad hoc network architecture.

また本発明は、前記ルーティング層が、移動を伴う前記端末のグループ化を行う自律分散クラスタリング手段を含むものである。 In the present invention, the routing layer includes autonomous distributed clustering means for grouping the terminals accompanying movement.

また、本発明は、前記ルーティング層が、ネットワーク環境が疎密な環境通信の信頼性を維持するための遅延・切断耐性ネットワーク手段を含むものである。 According to the present invention, the routing layer includes delay / disconnection-tolerant network means for maintaining reliability of environmental communication in which the network environment is sparse.

本発明の第2の観点に係るモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法は、
多機能情報端末に搭載されたブルートゥース通信機能を用いるモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法であって、
前記モバイルアドホックネットワークアーキテクチャーは、
下位層で構成されるモバイルアドホックネットワーク機能群を利用したサービス内容実装され、他端末との通信に用いるデータパケットに成型、下位層に送信るアプリケーション層と、
前記アプリケーション層の下位層であって、上位、下位層から受け取ったパケットを、モバイルアドホックネットワーク上のどの端末に転送するかを決定するルーティング層と、
前記ルーティング層の下位層であって、端末の検出・接続処理を含み、コネクション指向であるブルートゥース通信を、端末の移動が伴うモバイルアドホックネットワークに適用するための機能実装されるとともに、ブルートゥースの検出で発生する可能性がある回避すべき衝突に対し、衝突回避手段実装され、接続対象となる端末の情報をパケットに成型し、上位層に送信するデバイス層とを備えるとともに、
階層間で送受信されるパケットを、共通のデータフォーマットで生成し
前記多機能情報端末間で、一の多機能情報端末が、通信範囲内の他の多機能情報端末を検出するステップ、
前記一の多機能情報端末が、検出した他の多機能情報端末に対して接続を行うステップ、
及び前記他の多機能情報端末が、前記一の多機能情報端末の接続を受け付けるステップ
を含むものである。
The communication method of the mobile ad hoc network architecture according to the second aspect of the present invention is:
A communication method of a mobile ad hoc network architecture using a Bluetooth communication function installed in a multi-function information terminal,
The mobile ad hoc network architecture is
Are services implementation utilizing configured mobile ad-hoc network function group in the lower layer, molding the data to be used for communication with the other terminal to the packet, and an application layer that sends to the lower layer,
A routing layer that is a lower layer of the application layer, and determines which terminal on the mobile ad hoc network the packet received from the upper layer and the lower layer is transferred to;
A lower layer of the routing layer includes a detection and connection process of the terminal, the Bluetooth communication is connection-oriented, functions to apply is mounted on a mobile ad-hoc network with the mobile terminal Rutotomoni, Bluetooth detection in contrast collision to be avoided that may occur, it is mounted collision avoidance means, and molding the information of the connection target terminal to the packet, and a device layer that sends to the upper layer Rutotomoni,
Generate packets sent and received between layers in a common data format ,
A step in which one multifunction information terminal detects another multifunction information terminal within a communication range between the multifunction information terminals;
The one multi-function information terminal makes a connection to the detected other multi-function information terminal;
And the other multi-function information terminal includes a step of accepting connection of the one multi-function information terminal.

また本発明は、前記通信方法において、前記ルーティング層が、移動を伴う前記端末のグループ化を行う自律分散クラスタリング手段を含むものである。 In the communication method according to the present invention, the routing layer includes autonomous distributed clustering means for grouping the terminals accompanying movement.

さらに、本発明は、前記通信方法において、前記ルーティング層が、ネットワーク環境が疎密な環境通信の信頼性を維持するための遅延・切断耐性ネットワーク手段を含むものである。 Furthermore, the present invention is the communication method, wherein the routing layer includes a delay / disconnection-tolerant network means for maintaining the reliability of environmental communication in which the network environment is sparse.

本発明によれば、Android のBluetooth APIによって実現されるツリー構造のMANET構築方法により、近接距離通信によるシステムに応用でき、各端末が周期的に接続の処理を行うことで動的にn分木のツリー構造を構築することができる。 According to the present invention, the tree-structured MANET construction method realized by Android's Bluetooth API can be applied to a system using short-distance communication, and each terminal periodically performs connection processing, thereby dynamically dividing the n-ary tree. A tree structure can be constructed.

また本発明によれば、階層構造では各層において要素の交換を容易に行うことができるため、再利用性が向上する。したがって、仮にルーティング層で扱うプロトコルが変更になったとしても、上下層を変更することなく実装することができる。また、機能毎のテストやエラー検出に対応しやすく、保守性に優れる。すなわち処理時間計測などのデバッグ処理を、階層毎に独立して行うことができる。 Further, according to the present invention, in the hierarchical structure, elements can be easily exchanged in each layer, so that reusability is improved. Therefore, even if the protocol handled in the routing layer is changed, it can be implemented without changing the upper and lower layers. In addition, it is easy to cope with tests and error detection for each function, and is excellent in maintainability. That is, debug processing such as processing time measurement can be performed independently for each layer.

イベント会場において参加者が少ない場合やBluetooth MANETの衝突特性による接続低下が起こった場合、疎なネットワーク環境となる。ルーティング層にDTN手段を内蔵させた場合は、このように周囲に評価情報を転送できるAndroid端末がしないときでも、各Android端末は、移動した後に、転送可能な周囲のAndroid端末へ転送し、評価情報をネットワーク内に伝播させることができる。 If there are few participants at the event venue or if the connection declines due to the collision characteristics of Bluetooth MANET, the network environment will be sparse. When the DTN means is built in the routing layer, each Android device moves to the surrounding Android device that can transfer it and evaluates it even if there is no Android device that can transfer the evaluation information to the surroundings. Information can be propagated in the network.

Bluetoothの接続手順を示す図である。It is a figure which shows the connection procedure of Bluetooth. 端末同士が接続するまでの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow until a terminal connects. ツリー構造のトポロジ図である。It is a topology diagram of a tree structure. 各端末のホップ数−RTT関係を示すグラフである。It is a graph which shows the hop number-RTT relationship of each terminal. 階層構造のアーキテクチャーを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the architecture of a hierarchical structure. アーキテクチャーの実装構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the mounting structure of an architecture. 児童見守りシステムを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating a child watching system. 博覧会等イベント会場での情報通信サービスを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the information communication service in event venues, such as an exposition. Epidemic Routingを説明するための図である。It is a figure for demonstrating Epidemic Routing. Summary Vectorを利用したデータ転送を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the data transfer using Summary Vector. 検出にかかる時間と検出端末数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time concerning detection, and the number of detection terminals. Bluetooth通信のスループット-同時送信数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the throughput of Bluetooth communication-the number of simultaneous transmissions. 受信時の階層ごとの処理時間を示すグラフである。It is a graph which shows the processing time for every hierarchy at the time of reception.

本発明実施の形態においては、Bluetooth通信を利用したBluetooth MANETについて述べる。Class2のBluetoothは、IEEE802.11b/g 等一般的な無線LANに比べ、電波出力が 小さく、想定される携帯端末を用いたMANETのモデルに適している。また、Bluetoothは採用されているスペクトラム拡散方式の特徴から、電波干渉にも比較的強い。 In the embodiment of the present invention, Bluetooth MANET using Bluetooth communication will be described. Class 2 Bluetooth has a lower radio wave output than general wireless LAN such as IEEE802.11b / g, and is suitable for MANET models using portable terminals. Bluetooth is also relatively resistant to radio wave interference due to the characteristics of the spread spectrum method used.

Bluetoothはコネクション指向の通信であることから、隣接端末と通信するために図1に示す手順(ステップS1〜S3)が必要である。図中、A、Bはそれぞれ端末を示す。端末Aの検出と接続はユーザの任意のタイミングで行うことができる。
S1 検出: 端末Aが、通信範囲内の端末Bを検出する。
S2 接続: 端末Aが、検出した端末Bに対して接続を行う。
S3 受付: 端末Bが、隣接端末Aの接続を受け付ける。
MANETは各端末が移動し、自律的にネットワークを構成する性質をもつから、Bluetooth MANETではこれを担保するために、これらの処理を定期的に行い、隣接端末の存在を確認する必要がある。
Since Bluetooth is connection-oriented communication, the procedure (steps S1 to S3) shown in FIG. 1 is necessary to communicate with an adjacent terminal. In the figure, A and B indicate terminals. Detection and connection of terminal A can be performed at any timing of the user.
S1 detection: Terminal A detects terminal B within the communication range.
S2 connection: Terminal A connects to detected terminal B.
S3 Acceptance: Terminal B accepts connection of adjacent terminal A.
Since MANET has the property that each terminal moves and autonomously configures the network, Bluetooth MANET needs to perform these processes periodically to confirm the existence of neighboring terminals in order to ensure this.

本実施形態では、ネットワークアーキテクチャーの無線通信にClass2
のBluetoothを用いる。これはIEEE802.11b/g
という一般的な無線 LAN に比べ、電波出力が小さく、想定される携帯端末を用いた MANETのモデルに適しているためである。加えて、上記の仕様や Bluetoothで採用されているスペクトラム拡散方式の特徴から、電波干渉にも比較的強い。
In this embodiment, Class 2 is used for wireless communication of the network architecture.
Bluetooth is used. This is IEEE802.11b / g
This is because the radio wave output is small compared to a general wireless LAN, and it is suitable for the MANET model using the assumed portable terminal. In addition, due to the above specifications and the features of the spread spectrum method used in Bluetooth, it is relatively resistant to radio interference.

構築方法
以下、Bluetooth APIを用いたツリー構造MANETの構築方法について、具体的に使用している API及びアルゴリズムを述べる。また、類似のネットワーク構造の構築方法とも対比させて考察し、ツリー構造が有効な実際の適用例を述べる。
Construction method The following describes the API and algorithm used specifically for the construction method of the tree structure MANET using the Bluetooth API. We will also consider how to construct a similar network structure and describe an actual application example where the tree structure is effective.

Bluetooth API
Android Developersにより配布されているAndroid SDK のうち、前述した接続手順の処理を行うための基本APIとして、表 1(基本的なBluetooth API)に示すメソッドが存在する。本方法はこれらのメソッドを用いて実現される。

Figure 0006066292
Bluetooth API
Among the Android SDK distributed by Android Developers, there are the methods shown in Table 1 (Basic Bluetooth API) as the basic API for performing the connection procedure described above. The method is implemented using these methods.
Figure 0006066292

アルゴリズム
ツリー構造を構築するためアルゴリズムについて述べる。図2に端末同士が接続するまでのフローチャートを示し、以下、その手順についてステップ(S11〜S16)順に述べる。
S11.各端末は、まず起動時に検出時間、検出周期を決定する。Android Bluetoothでは、検出の衝突に関する課題が存在する。検出時間と検出周期を動的に変化させて、効率的に相互接続を行う方法が採用され、この方法による値がこの処理で決定される。
S12. 検出を開始する。
S13. 端末を検出する。
S14.端末を検出した場合、検出済みリストに追加していく。
S15.端末が検出されない場合、検出を終了する。
S16. 検出が終了した時点で、検出済みリストを参照して接続要求を出す。
An algorithm for constructing an algorithm tree structure is described. FIG. 2 shows a flowchart until the terminals are connected to each other, and the procedure will be described in the order of steps (S11 to S16).
S11. Each terminal first determines a detection time and a detection cycle at the time of activation. With Android Bluetooth, there are challenges related to detection collisions. A method of efficiently interconnecting by dynamically changing the detection time and the detection cycle is adopted, and the value by this method is determined by this processing.
S12. Start detection.
S13. Detect the terminal.
S14. When a terminal is detected, it is added to the detected list.
S15. If no terminal is detected, the detection ends.
S16. When the detection is completed, a connection request is issued with reference to the detected list.

本方法では、その時点で未接続の端末に対して要求を出す。よって、リンク構造はあるn分木となり、ツリー構造を構築することができる。ここでは、検出しまだ接続していない端末全てに対して接続要求を行う。したがって、検出できる端末数の範囲内で、上限なく接続を試みてn分木を構築しようとする。Bluetoothには同時接続数に上限が存在するため、周囲のツリー構造を意識してn分木を構築することで、無駄な接続を削減することができる。具体的な方法として、自身の接続端末リストや近隣端末が管理している接続のリスト、検出済みリストを参照することで、数を限定した接続要求もしくは意図的な接続切断を行うことができる。 In this method, a request is issued to an unconnected terminal at that time. Therefore, the link structure becomes an n-ary tree, and a tree structure can be constructed. Here, a connection request is made to all the terminals that have been detected and not yet connected. Therefore, an attempt is made to establish an n-ary tree by trying to connect without any upper limit within the range of the number of terminals that can be detected. Since there is an upper limit on the number of simultaneous connections in Bluetooth, it is possible to reduce useless connections by constructing an n-ary tree in consideration of the surrounding tree structure. As a specific method, a limited number of connection requests or intentional connection disconnection can be performed by referring to its own connected terminal list, a list of connections managed by neighboring terminals, and a detected list.

構築方法の特徴
ネットワーク構造のうち、ツリー構造でのネットワーク構築方法について述べる。なお、このほかに 具体例としてリング構造でのMANET構築も考えられる。リング構造では、リングを周回するようにデータ転送が行われる。前述の通りBluetoothには同時接続可能数に上限が存在するため、その対策が必要となるが、反面、転送のホップ数が増え、転送遅延も大きくなる。また、純粋なリング構造しかとらないネットワーク構造は、MANETとは言い難い。これを考慮した上で、MANETで最も典型的なツリー構造を構築する。
Features of the construction method Among the network structures, a network construction method with a tree structure will be described. In addition, MANET construction with a ring structure can be considered as a specific example. In the ring structure, data transfer is performed so as to go around the ring. As described above, there is an upper limit on the number of simultaneous connections that can be made in Bluetooth, and countermeasures are necessary. Also, a network structure that takes only a pure ring structure is hard to say as MANET. Considering this, the most typical tree structure in MANET is constructed.

適用例
前述の方法によりツリー構造MANETを構築することによって、移動を伴う不特定複数の端末によるネットワークを構成することができる。これを応用して、各種博覧会等のイベント会場における情報伝搬システムや、安否情報に役立つ児童見守りシステムを実現することができる。前者のシステムでは、イベント参加者による展示品の評価情報を周囲に伝搬し、また後者システムでは、見守り対象者の情報を保護者に転送することができる。
Application Example By constructing the tree structure MANET by the above-described method, it is possible to configure a network with a plurality of unspecified terminals accompanying movement. By applying this, it is possible to realize an information propagation system in event venues such as various expositions and a child watching system useful for safety information. In the former system, the evaluation information of the exhibit by the event participant is propagated to the surroundings, and in the latter system, the information on the person to be watched can be transferred to the guardian.

動作実験
前述の方法よって構築されたツリー構造MANETにおいてAndroid端末実機を用いて動作実験を行った結果を、その挙動及び特性について述べる。
Operational Experiments We will describe the behavioral and characteristics of the results of the operational experiments using the Android terminal real machine in the tree structure MANET constructed by the method described above.

実験内容及び環境
ツリー構造をもつトポロジを図3に示す。端末Sを送信元端末とし、フラッディングにより全ての端末A、B、C、D、Eにデータを転送する。データを受信した端末A〜Eは送信元に対して確認応答を返信する。実験例では、各端末A〜Eの遅延確認応答時間(RTT:Round Trip Time)を測定した。測定のためのデータサイズを約50byteとし、7回実行しその平均値を結果とした。また、メー カ、Android OSのバージョンが異なる複数の実機端末を混在させて実行した。
FIG. 3 shows the topology of the experiment contents and the environment tree structure. The terminal S is a transmission source terminal, and data is transferred to all terminals A, B, C, D, and E by flooding. The terminals A to E that have received the data return an acknowledgment to the transmission source. In the experimental example, the delay confirmation response time (RTT: Round Trip Time) of each terminal A to E was measured. The data size for measurement was set to about 50 bytes, and execution was performed 7 times, and the average value was obtained as a result. In addition, multiple actual devices with different manufacturers and Android OS versions were mixed and executed.

実験結果
上記の結果を図4に示す。図中、横軸をホップ数、縦軸をRTTの測定値とする。各要素の上部に添えられたID A、B、C、Dは図3における端末 ID A、B、C、Dを示す。端末Eの結果はトポロジの状況からみて端末Aと同様の扱いのため、省略した。
Experimental Results The above results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the number of hops, and the vertical axis represents the measured RTT value. IDs A, B, C, and D attached to the top of each element indicate terminal IDs A, B, C, and D in FIG. The result of terminal E is omitted because it is handled in the same manner as terminal A in view of the topology.

図4に示すように、RTTはホップ数に比例して増加している。その値は概ねミリ秒のオーダであり、極めて短いことが分かる。このように問題なくデータが転送されていることから、ツリー構造のトポロジで正常にMANET機能が動作していることが分かる。また、同ホップ数同士の値に若干の差異がみられる。これは送信する端末のアプリケーション上ではパケットを複数端末に同時に送信しているが、Bluetooth通信において競合があり、若干の時間差が生まれたためと考えられる。 As shown in FIG. 4, the RTT increases in proportion to the number of hops. Its value is on the order of milliseconds, and it can be seen that it is extremely short. Since the data is transferred without any problem in this way, it can be seen that the MANET function is operating normally in the tree structure topology. There is also a slight difference in the values between the same hop numbers. This is probably because a packet is transmitted to a plurality of terminals at the same time on the application of the transmitting terminal, but there is a competition in Bluetooth communication and a slight time difference is created.

本実験例では、AndroidのBluetooth APIによって実現されるツリー構造のMANET構築方法について述べた。MANETの特徴的なネットワーク形態であるツリー構造をとることで、近接距離通信によるシステムに応用でき、各端末が周期的に接続の処理を行うことで動的にn分木のツリー構造を構築することができる。 In this experimental example, the MANET construction method of the tree structure realized by Android's Bluetooth API was described. By adopting a tree structure that is a characteristic network form of MANET, it can be applied to a system using proximity communication, and each terminal periodically performs connection processing to dynamically construct an n-ary tree tree structure. be able to.

ネットワークアーキテクチャー
次に、Bluetooth MANETに基づくネット ワークアーキテクチャーについて述べる。
Network architecture Next, the network architecture based on Bluetooth MANET is described.

各階層の機能
本発明に係るネットワークアーキテクチャーは、アプリケーション層、ルーティング層、デバイス層の 3 層にて構成され、各層は以下の機能をもつ。
Functions of each layer The network architecture according to the present invention is composed of an application layer, a routing layer, and a device layer, and each layer has the following functions.

アプリケーション層:サービスの提供
下位層で構成されるMANET機能群を利用したサービス内容を実装する。本実施形態では Android端末を利用しているため、そのユーザインタフェースが実装される。他端末との通信に用いるデータは、まずこの層で最初にパケットに成型され、下位層に送信される。
Application layer: Service provision Implement service contents using MANET function group composed of lower layers. Since this embodiment uses an Android terminal, the user interface is implemented. Data used for communication with other terminals is first formed into packets in this layer and transmitted to the lower layer.

ルーティング層:MANETルーティング
上位、下位層から受け取ったパケットをどのようにどの端末に転送するかを決定する。具体的には、移動を伴う端末のグループ化を効率的に行う自律分散クラスタリング 、ネットワーク環境が疎密な環境で通信の信頼性を発揮する遅延・切断耐性ネットワーク(DTN: Delay and Disruption Tolerant Network)、その他の MANETルーティングプロトコルを実装することができる。
Routing layer: MANET routing Determines how the packet received from the upper and lower layers is forwarded to which terminal. Specifically, autonomous distributed clustering that efficiently groups terminals with movement, delay and disconnection tolerance network (DTN: Delay and Disruption Tolerant Network) that demonstrates communication reliability in a sparse network environment, Other MANET routing protocols can be implemented.

デバイス層:Bluetooth MANET
端末の検出・接続処理を含み、コネクション指向であるBluetooth通信を、端末の移動が伴うMANETに適用するための機能を実装する。AndroidにおけるBluetoothの検出で発生する可能性がある回避すべき衝突に対し、衝突回避手段を実装することができる。このように階層化して設計し、機能毎の実装を独立に行う。特に、ルーティング層では MANETルーティングプロトコルを実装できるよう特化されており、またデバイス層ではBluetooth MANETを実装でき、MANETを基盤とするシステムを効率的に設計できる。
Device layer: Bluetooth MANET
Implements a function to apply connection-oriented Bluetooth communication to MANET with terminal movement, including terminal detection and connection processing. It is possible to implement collision avoidance means for collisions that should be avoided that may occur in Bluetooth detection on Android. In this way, hierarchies are designed and functions are implemented independently. In particular, the routing layer is specialized to implement the MANET routing protocol, and the device layer can implement Bluetooth MANET, enabling efficient design of MANET-based systems.

階層構造
以下、図5を参照してアーキテクチャーの具体的な階層構造について述べる。3層からなる各層、すなわちアプリケーション層(Application Layer)1、ルーティング層(Routing Layer)2、デバイス層(Device Layer)3は、共通の通信機能を持つ抽象層をそれぞれ継承している。抽象層には、受信用バッファ(Receive Buffer)4、送信用バッファ(Send Buffer)5が用意されており、送受信する場合はこれらにパケット(packet)が挿入される。また、パケットの処理機能として、受信プロセス(receive Process)6、送信プロセス(send Process)7が抽象メソッドとして用意され、送受信時のあらゆる処理を受け持つ。例えばルーティング層2であれば、受信したパケットが自分宛でない場合、自身のルーティングテーブルを参照して、次の転送先に送信する、などの処理が受信プロセスに記述される。各層におけるパケットヘッダの付加および除去処理もこのプロセス内で行われる。
Hierarchical Structure Hereinafter, a specific hierarchical structure of the architecture will be described with reference to FIG. Each of the three layers, that is, an application layer (Application Layer) 1, a routing layer (Routing Layer) 2, and a device layer (Device Layer) 3, each inherits an abstract layer having a common communication function. In the abstract layer, a receive buffer 4 and a send buffer 5 are prepared, and packets are inserted into these when transmitting and receiving. In addition, as a packet processing function, a reception process 6 and a transmission process 7 are prepared as abstract methods, and are responsible for all processes during transmission and reception. For example, in the case of the routing layer 2, when the received packet is not addressed to itself, processing such as referring to its own routing table and transmitting to the next transfer destination is described in the reception process. Packet header addition and removal processing at each layer is also performed within this process.

各層は下位層のインスタンスを保持し、これを元に別層のパケット送受信の処理を呼び出す。さらに、送受信用のバッファは各層それぞれのスレッドで監視されており、バッファにパケットが挿入されるまでスレッドは待つ。最も下位の層であるデバイス層3では、送信および受信は Androidで提供されているBluetooth8のAPIを通じて行われる。 Each layer holds an instance of a lower layer, and calls a packet transmission / reception process of another layer based on this. Further, the transmission / reception buffer is monitored by the thread of each layer, and the thread waits until a packet is inserted into the buffer. In the device layer 3, which is the lowest layer, transmission and reception are performed through the Bluetooth 8 API provided by Android.

階層間通信
階層間の通信は、独自に作成した共通のデータフォーマットを用いて行われる。これを抽象パケットとして用意し、全ての階層の全てのパケットが同じ抽象パケットを具象化している。したがって、パケットの追加が容易である。また、パケットの要素の格納方法はデータの型や数に依存しない設計とされており、どのような型でも、どれだけの数でも柔軟に格納でき、要素の追加変更にも強い。
Communication between layers Communication between layers is performed using a common data format created uniquely. This is prepared as an abstract packet, and all packets in all layers are made the same abstract packet. Therefore, it is easy to add a packet. In addition, the packet element storage method is designed not to depend on the type or number of data, and any type and any number can be flexibly stored, and it is resistant to additional changes of elements.

実装方法
実装方法のイメージを図6に示す。図示のように、3つの階層、アプリケーション層(Application Layer)1、ルーティング層(Routing Layer)2及びデバイス層(Device Layer)3は共通の抽象層(Abstract Layer)9を継承している。実際にシステムに実装する場合は、これらの層をさらに継承することで最終的に利用される具象層が生成できる。さらに、各層をセットにしてこれをプロトコルスタック(Protocol Stack)10として扱えば、システム全体を起動することができる。また、ネットワークアーキテクチャーは端末への実装が前提であるため、実装言語はJava(登録商標)である。
Mounting Method An image of the mounting method is shown in FIG. As shown in the figure, the three layers, Application Layer 1, Routing Layer 2 and Device Layer 3 inherit a common abstract layer 9. When actually implementing in a system, the concrete layer finally utilized can be produced | generated by inheriting these layers further. Furthermore, if each layer is set and handled as a protocol stack 10, the entire system can be activated. Further, since the network architecture is premised on mounting on a terminal, the mounting language is Java (registered trademark).

実装例
実施形態に係るネットワークアーキテクチャーを用いて開発した見守りシステム及び博覧会等イベント会場における情報伝播システム(ひろしま菓子博 2013 サービスシステムの例)の二つについて述べる。
Implementation Example Two of the watching system developed using the network architecture according to the embodiment and the information transmission system at the event venue such as an exposition (Hiroshima Confectionary Expo 2013 service system) will be described.

児童見守りシステム
児童見守りシステムは、広島市児童見守りシステムモデル事業で得られた知見と経験に基づいて改良された MANETベースの見守りシステムである 。システムの目的は、登下校路における児童の見守り情報を効率的かつ安全に収集することであり、そのイメージを図7に示す。
Child watch system The child watch system is a MANET-based watch system that has been improved based on the knowledge and experience gained in the Hiroshima City Child Watch System Model Project. The purpose of the system is to efficiently and safely collect information for watching children on the school road, and the image is shown in FIG.

システムは、Android端末11で構成される
MANETと、電柱に取り付けられたタグ12や、サーバ13で構成されるメッシュネットワークからなる。多様な移動形態をとる端末11を効率的に管理するために、自律的にグループを構成する自律分散クラスタリングを適用している。端末11間で収集されたクラスタ情報は、見守り情報としてタグ12に向けて送信され、メッシュネットワークを通じてサーバ13に転送される。サーバ13はインターネットに接続されており、保護者がインターネットを介して見守り情報を確認することができる。このネットワークアーキテクチャーはシステム内の端末11に搭載するアプリケーションに適用する。児童見守りシステムに適用したネットワークアーキテクチャーにおける各層の機能を以下に示す。
The system consists of an Android terminal 11
It consists of a mesh network composed of MANET, a tag 12 attached to a utility pole, and a server 13. In order to efficiently manage the terminals 11 that take various forms of movement, autonomous distributed clustering that autonomously forms groups is applied. The cluster information collected between the terminals 11 is transmitted to the tag 12 as watching information and transferred to the server 13 through the mesh network. The server 13 is connected to the Internet, and a guardian can check watching information via the Internet. This network architecture is applied to an application mounted on the terminal 11 in the system. The functions of each layer in the network architecture applied to the child watching system are shown below.

アプリケーション層:タグ・端末間通信、各種 UI
タグ12とAndroid端末11間の通信管理機能や、各種設定や情報閲覧のためのユーザインタフェースが実装される。下位層で収集されたクラスタ情報をデータとし、タグ12に対して定期的に送信する。
Application layer: Tag-terminal communication, various UI
A communication management function between the tag 12 and the Android terminal 11 and a user interface for various settings and information browsing are implemented. Cluster information collected in the lower layer is used as data, and is periodically transmitted to the tag 12.

ルーティング層: 自律分散クラスタリング
各Android端末11は多様な移動形態をとると想定される。したがって、これに効率的に対応するために、自律的にグループを構成できる自律分散クラスタリングを実装する。
Routing layer: Autonomous distributed clustering Each Android terminal 11 is assumed to take various forms of movement. Therefore, in order to cope with this efficiently, autonomous distributed clustering capable of autonomously forming a group is implemented.

デバイス層:Bluetooth MANET
デバイス層は、共通の無線通信機能として、Bluetooth MANETを実装する。また前述した衝突回避手段が適用される。
Device layer: Bluetooth MANET
The device layer implements Bluetooth MANET as a common wireless communication function. Further, the collision avoidance means described above is applied.

自律分散クラスタリング
クラスタリングとはネットワークをサブネットワークに分割することで階層化して管理する手法であり、サブネットワークをクラスタと呼ぶ。複数のクラスタが互いに重複することはなく、各端末は一つのクラスタにしか所属できない。
自律分散クラスタリングにおいて、各クラスタは一つのクラスタヘッドと複数のクラスタメンバによって構成される。クラスタヘッドは情報を交換して自身を根とする木構造を構成する。また、クラスタヘッドはクラスタメンバ数の下限値と上限値を用いて、クラスタの大きさを管理している。
Autonomous distributed clustering clustering is a technique of managing a hierarchy by dividing a network into sub-networks, and the sub-networks are called clusters. Multiple clusters do not overlap each other, and each terminal can belong to only one cluster.
In autonomous distributed clustering, each cluster is composed of one cluster head and a plurality of cluster members. The cluster head exchanges information to construct a tree structure rooted in itself. The cluster head manages the size of the cluster using the lower limit value and the upper limit value of the number of cluster members.

ひろしま菓子博 2013 サービスシステム
発明者らは、博覧会「ひろしま菓子博 2013」を対象としたAndroid端末及び Bluetooth MANETを用いた菓子評価情報の伝搬・収集システムを開発した。「ひろしま菓子博 2013 サービスシステム」のイメージを図8に示す。
Hiroshima Confectionary Expo 2013 Service System Inventors have developed a propagation and collection system for confectionery evaluation information using the Android terminal and Bluetooth MANET for the “Hiroshima Confectionery Expo 2013” exhibition. The image of “Hiroshima Confectionery Expo 2013 Service System” is shown in FIG.

イベント会場において、参加者(来場者)14は、多種多様な菓子を各店舗15で試食し、移動する。その際、「美味しい」「綺麗」等の評価をすることが予想される。本システムは、これを評価情報として端末11を利用した MANETにより、自動的に伝搬・収集する。端末11には、参加者13が評価情報を書き込む機能、MANETを介して評価情報を伝搬する機能、評価情報を収集する機能、評価情報を表示する機能を実装している。これにより、端末11を持つ参加者にリアルタイムに評価情報を与えることができ、会場内で、ゲーム感覚でサービスを楽しむことができる。 At the event venue, a participant (visitor) 14 tastes a variety of sweets at each store 15 and moves. At that time, it is expected to evaluate “delicious” and “beautiful”. This system automatically propagates and collects this as evaluation information by MANET using the terminal 11. The terminal 11 has a function for the participant 13 to write evaluation information, a function for propagating evaluation information via MANET, a function for collecting evaluation information, and a function for displaying evaluation information. Thereby, evaluation information can be given in real time to a participant who has the terminal 11, and the service can be enjoyed in a sense of a game in the venue.

一方、参加者13が少ない場合やBluetooth MANETの衝突特性による接続性の低下も予想される。このような状況では疎なネットワーク環境となるため、遅延・切断耐性ネットワークDTNを適用して対応する。具体的には蓄積運搬型のデータ転送(Epidemic Routing)を行う。すなわち、図 8に示すように、中央の Android携帯端末11のように、周囲に評価情報を転送できるAndroid端末が存在しない場合でも、各 Android端末は移動した後に転送可能な周囲のAndroid端末へ転送し、評価情報をネットワーク内に伝搬させることができる。受信した評価情報はAndroid端末の画面に出力され、参加者はリアルタイムに評価情報を閲覧することができる。ネットワークアーキテクチャーはこのAndroidアプリケーションに対して適用する。 On the other hand, if the number of participants 13 is small or the connectivity of Bluetooth MANET is expected to deteriorate. In such a situation, the network environment is sparse, so the delay / disconnection tolerance network DTN is applied. Specifically, storage and transport data transfer (Epidemic Routing) is performed. That is, as shown in FIG. 8, even if there is no Android terminal that can transfer the evaluation information in the surrounding area like the central Android mobile terminal 11, each Android terminal is transferred to the surrounding Android terminal that can be transferred after moving. Thus, the evaluation information can be propagated in the network. The received evaluation information is output to the screen of the Android terminal, and the participant can view the evaluation information in real time. Network architecture applies to this Android application.

ネットワークアーキテクチャーにおける各層の機能を以下に示す。
アプリケーション層:デザイン、各種 UI
アプリケーションの画面遷移、ユーザインタフェース、データ入出力機能を実装する。参加者は様々な評価項目を入力することで、評価情報を作成する。作成された評価情報はデータとしてパケットに成型され、下位層に送信される。また、評価情報を受信した場合は、参加者が見やすいように画面に出力される。
The functions of each layer in the network architecture are shown below.
Application layer: design, various UI
Implement application screen transition, user interface, and data input / output functions. Participants create evaluation information by inputting various evaluation items. The created evaluation information is formed into a packet as data and transmitted to the lower layer. When the evaluation information is received, it is output on the screen so that the participant can easily see it.

ルーティング層:DTN(Epidemic Routing)
蓄積運搬型のデータ転送方式を実装する。ルーティング層では上位、下位層から受け取ったデータを蓄積する。移動やBluetooth MANETによる接続状況に変化があった時に、通信可能、かつ自身が保持するデータを持っていない Android端末が存在した場合はデータを転送する。Epidemic Routingの動作例を図9に示す。図中○印にて端末を示す。端末Sから情報を受信した移動端末A は、そのデータを自身に蓄積している。時間経過とともに、端末Aと通信可能な端末が変動する。この時、隣接端末と保持しているデータ情報の差分をとることで、互いに保持していないデータを転送する。同様の動作を繰り返すことで端末Sのデータをネットワークに伝搬させることができる。
Routing layer: DTN (Epidemic Routing)
Implement a storage and transport data transfer method. The routing layer stores data received from the upper and lower layers. When there is a change in the connection status due to movement or Bluetooth MANET, if there is an Android device that can communicate and does not have the data held by itself, the data is transferred. FIG. 9 shows an operation example of Epidemic Routing. A terminal is indicated by a circle in the figure. The mobile terminal A that has received the information from the terminal S stores the data in itself. The terminals that can communicate with the terminal A vary with time. At this time, by taking the difference between the data information held by the adjacent terminal, the data not held by each other is transferred. By repeating the same operation, the data of the terminal S can be propagated to the network.

デバイス層:Bluetooth MANET
デバイス層は、共通の無線通信機能として、Bluetooth MANETを実装する。このサービスは、共通の Bluetooth MANET機能を用いるため、前述した児童見守りシステムのものと同様である。このように、基盤が同じであるにも関わらず、上位層を選択できる特徴を持つ。
Device layer: Bluetooth MANET
The device layer implements Bluetooth MANET as a common wireless communication function. Since this service uses a common Bluetooth MANET function, it is the same as that of the child monitoring system described above. Thus, it has the feature that the upper layer can be selected even though the base is the same.

DTN:遅延・切断耐性ネットワーグ
本システムでは、DTN技術の一つである Epidemic Routingを実装している。Epidemic Routingでは、端末内にデータを蓄積する。本システムでは、以下の場合にデータを蓄積する。
・ユーザによって情報が生成された。
・新しいデータを受信した。
データを受信した場合では、既に他の端末から同じデータを蓄積している場合が考えられる。この場合、データ生成端末のIDとタイムスタンプを用いて識別し、重複を回避している。また、現状の実装ではデータの蓄積時間は生成時間から30分間である。しかしながら、端末に蓄積されるデータ量は有限であることから、実際の運用ではこのパラメータは重要となる。したがって時間、数、容量などの観点で検討する必要がある。
DTN: Delay / cut-tolerant network In this system, Epidemic Routing, one of the DTN technologies, is implemented. Epidemic Routing stores data in the terminal. In this system, data is accumulated in the following cases.
• Information was generated by the user.
・ New data has been received.
When data is received, a case where the same data is already accumulated from another terminal can be considered. In this case, identification is performed using the ID and time stamp of the data generation terminal to avoid duplication. In the current implementation, the data storage time is 30 minutes from the generation time. However, since the amount of data stored in the terminal is finite, this parameter is important in actual operation. Therefore, it is necessary to consider from the viewpoint of time, number, capacity, and the like.

蓄積データ情報の交換とデータ転送蓄積されたデータを隣接端末に転送するために、各端末で保持する SV(Summary Vector)と呼ばれる蓄積データリストが用いられる。各端末はSVを定期的に交換することで、自分が蓄積していないデータを取得することができる。また、SVはデータの識別子のみからなるリストであり、データそのものは含まれていない。そのため、単に蓄積しているデータを全て送信するのに比べてオーバヘッドを削減することができる。 Exchange of stored data information and data transfer In order to transfer stored data to adjacent terminals, a stored data list called SV (Summary Vector) held in each terminal is used. Each terminal can acquire data that it does not accumulate by periodically exchanging SVs. SV is a list composed only of data identifiers, and does not include the data itself. For this reason, overhead can be reduced compared to transmission of all stored data.

本システムにおける SVを利用したデータ転送を、図10を参照して説明する。同図において、各端末A,S,Bは互いに通信できる状況であるとする。まず端末Sが自身の保持するSVであるSVSをブロードキャストする。それを受信した端末Aは、自身の保持するSVAとの差分のSVである (~SVS・SVA)を生成する。これを元に差分のデータリストであるData(~SVS・SVA) を端末Sにユニキャストする。同様の処理を、端末Bでも行う。このような処理を各端末が定期的に行うことで、即時に受信できなかったデータを受信することができる。現状の実装では送信間隔30秒でSVを送信している。情報の普及速度とオーバヘッドにトレードオフ関係があるため、最適な送信間隔を検討する必要がある。 Data transfer using SV in this system will be described with reference to FIG. In the figure, it is assumed that each terminal A, S, B can communicate with each other. First, the terminal S broadcasts an SVS that is an SV held by the terminal S. The terminal A receiving it generates a difference SV (˜SVS · SVA) from the SVA held by itself. Based on this, Data (~ SVS · SVA), which is a difference data list, is unicast to the terminal S. A similar process is performed on terminal B. By performing such processing periodically at each terminal, data that could not be received immediately can be received. In the current implementation, SV is transmitted at a transmission interval of 30 seconds. Since there is a trade-off relationship between information dissemination speed and overhead, it is necessary to consider the optimal transmission interval.

実装と動作実験
本発明に係るモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの特性及びシステム動作の確認を行う。
Implementation and operation experiment The characteristics and system operation of the mobile ad hoc network architecture according to the present invention are confirmed.

実験環境
全てAndroid端末の実機を用いた。端末は2種類用意し、適宜混在させて実験した。その仕様を表2に示す。また、実験は、Bluetoothと同周波数帯の電波(2.4GHz帯のIEEE802.11g/nなど)が混在する環境で行なった。

Figure 0006066292
All of the experimental environments were Android devices. Two types of terminals were prepared and experimented by mixing them appropriately. The specifications are shown in Table 2. The experiment was conducted in an environment where radio waves in the same frequency band as Bluetooth (IEEE802.11g / n in the 2.4 GHz band, etc.) coexist.
Figure 0006066292

Bluetooth 通信に関する実験
本発明に係るネットワークアーキテクチャーの通信手段には Bluetooth通信を用いた。Bluetooth MANETを構築するにあたり、隣接端末との接続にどのような関係性があるかを実機実験により示す。以下、複数の隣接端末の検出に関する実験、データ転送におけるスループット測定の二つの実験について述べる。
Experiment on Bluetooth Communication Bluetooth communication was used as the communication means of the network architecture according to the present invention. In constructing Bluetooth MANET, we will show how the connection with the neighboring terminal is related by the actual machine experiment. The following describes two experiments for detecting a plurality of adjacent terminals and measuring throughput in data transfer.

検出に関する実験
端末を6台使用し、1台を、検出を行う端末とする。その他の5台を検出される端末とする。検出される端末は検出処理を行わず、常に検出されうる状態とした。一回の検出処理において、時間推移と検出端末数の関係を調べた。実験結果を図11に示す。図中、横軸は時間、縦軸は 1 回の検出で発見した端末の合計数を示す。実験は100 回行い、平均値を実験結果とした。図に示すように検出開始直後から検出され始め、時間に比例して検出端末数が増加する。そして約6秒間検出を行えば、ほぼすべての端末が検出できることが分かった。この実験により得られた結果は、検出を行なう周期や検出時間を決定するのに利用される。また前述した衝突回避手段を応用することもできる。
Six test terminals for detection are used, and one is used as a detection terminal. The other 5 devices are detected terminals. The detected terminal does not perform detection processing and is in a state where it can always be detected. In one detection process, the relationship between the time transition and the number of detected terminals was examined. The experimental results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the total number of terminals discovered by one detection. The experiment was performed 100 times, and the average value was used as the experimental result. As shown in the figure, detection starts immediately after the start of detection, and the number of detected terminals increases in proportion to time. It was found that almost all terminals can be detected by detecting for about 6 seconds. The result obtained by this experiment is used to determine the detection period and detection time. Also, the above-described collision avoidance means can be applied.

Bluetooth通信のスループット計測
MANETを構築するという前提を考慮し、複数同時通信の際のスループットについて計測した。測定のためのデータサイズを約30KBとし、10回試行し平均値を結果とした。実験結果を図12に示す。図中、横軸は同時送信数(concurrency)、縦軸はスループットを示す。同時送信数が1のとき、約1Mbpsのスループットがあり、Bluetooth2.0+EDRの規格理論値3Mbpsから見ても、比較的高速に通信できることが分かる。加えて、正負で200Kbps程度の誤差が認められる。これは実験環境で述べたような他の混在する電波の影響により、転送のタイミングによって数値の誤差が生まれたと考えられる。対照的に、同時送信数2、3では、急激にスループットが下がっている。これは、自端末が同時に同周波数帯で送信することで帯域の競合が起こっていると考えられる。このことから、同時に複数の端末にデータを転送する場合は、データサイズが大きいと不利といえる。
Throughput measurement of Bluetooth communication
Considering the premise of building a MANET, we measured the throughput for multiple simultaneous communications. The data size for measurement was about 30 KB, 10 trials were performed, and the average value was the result. The experimental results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the number of simultaneous transmissions (concurrency), and the vertical axis represents the throughput. When the number of simultaneous transmissions is 1, there is a throughput of about 1 Mbps, and it can be seen that communication can be performed relatively fast even when viewed from the standard theoretical value of 3 Mbps of Bluetooth 2.0 + EDR. In addition, positive and negative errors of about 200 Kbps are recognized. This is considered to be due to the influence of other mixed radio waves as described in the experimental environment, resulting in numerical errors due to the transfer timing. In contrast, when the number of simultaneous transmissions is 2 or 3, the throughput is drastically decreased. This is considered that the contention of the band has occurred because the terminal transmits at the same frequency band at the same time. For this reason, when data is simultaneously transferred to a plurality of terminals, it can be said that it is disadvantageous if the data size is large.

階層間通信の実験
ネットワークアーキテクチャーで提供される階層間通信に関する実験について述べる。各階層に実装されるプロトコルは、他の階層とは完全に独立している。したがって、このアーキテクチャーでは純粋な各プロトコルの処理時間を容易に計測することができる。具体的に、「ひろしま菓子博サービスシステム」を例にとり、各階層の受信処理に要する時間を計測しその効果を確認した。実験は、ある端末から任意の口コミ情報を送信し、それを受信する形式とした。なお、口コミ情報は受信処理時間の差異を示すために写真データ有り無し(データサイズ大小)の場合で計測した。以上の実験を10回行い、平均値をとった。実験結果を図13に示す。図中、横軸は各階層、すなわち本実験の場合ではそれぞれ GUIの操作を行う層、DTNを適用したルーティング層、Bluetooth MANETを実装した層を表し、縦軸は処理時間を示す。
Experiments on communication between layers The experiments on communication between layers provided by the network architecture are described. The protocol implemented in each layer is completely independent of the other layers. Therefore, with this architecture, the processing time of each pure protocol can be easily measured. Specifically, taking the “Hiroshima Confectionary Expo Service System” as an example, we measured the time required for reception processing at each level and confirmed the effect. In the experiment, arbitrary word-of-mouth information was transmitted from a certain terminal and received. Note that word-of-mouth information was measured when there was no photo data (data size is large or small) to show the difference in reception processing time. The above experiment was performed 10 times and the average value was taken. The experimental results are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents each layer, that is, the layer that performs GUI operation in the case of this experiment, the routing layer to which DTN is applied, and the layer that implements Bluetooth MANET, and the vertical axis represents the processing time.

図13から、デバイス層の処理時間は非常に短いことが分かる。現状の実装では、デバイス層ではデータ全体を受信した後、特別な処理を行うことなく単に上位層に転送しているためこのような結果となる。転送遅延は数値に含まれていない。他の層では、データサイズが大きな写真付きの口コミ情報の方がそうでない場合に比べて処理に時間がかかっていることが分かる。また、ルーティング層ではアプリケーション層に比べて時間がかかっていることが分かる。これは、受信時にパケット重複や現存の蓄積されたデータとの比較などの処理があるためと考えられる。このように、ネットワークアーキテクチャーを適用すること各層を切り分けて考察することができるため、保守性に優れているのである。 From FIG. 13, it can be seen that the processing time of the device layer is very short. In the current implementation, the device layer receives the entire data and then simply transfers it to the upper layer without performing any special processing. Transfer delay is not included in the figures. In other layers, it can be seen that word-of-mouth information with a photo with a large data size takes longer to process than when it is not. It can also be seen that the routing layer takes longer than the application layer. This is considered to be due to processing such as packet duplication and comparison with existing accumulated data at the time of reception. In this way, the application of the network architecture makes it possible to consider each layer separately, which is excellent in maintainability.

本発明は、前述した児童見守りシステムのように、複数の人間が一緒に移動するグループを見守るための情報を速やかに取得するシステム、また前述したひろしま菓子博2013サービスシステムのように、博覧会等イベント会場内で移動する互いに面識の無い人間にイベントのための情報を徐々に提供するシステムに使用できる。
The present invention is a system that promptly acquires information for watching a group in which a plurality of people move together, such as the child watching system described above, and an exhibition such as the Hiroshima Confectionary Expo 2013 service system described above. It can be used in a system that gradually provides information for an event to people who are not acquainted with each other moving in the event venue.

S、A、B、C、D、11 端末
1 アプリケーション層
2 ルーティング層
3 デバイス層
4 受信用バッファ
5 送信用バッファ
6 受信プロセス手段
7 送信プロセス手段
8 Bluetooth
9 抽象層
10 プロトコルスタック
12 タグ
13 サーバ
14 参加者
15 店舗
S, A, B, C, D, 11 Terminal 1 Application layer 2 Routing layer 3 Device layer 4 Receive buffer
5 Transmission buffer 6 Reception process means 7 Transmission process means 8 Bluetooth
9 Abstract layer 10 Protocol stack 12 Tag 13 Server 14 Participant 15 Store

Claims (6)

位層で構成されるモバイルアドホックネットワーク機能群を利用したサービス内容実装され、他端末との通信に用いるデータパケットに成型し、下位層に送信るアプリケーション層と、
前記アプリケーション層の下位層であって、上位、下位層から受け取ったパケットを、モバイルアドホックネットワーク上のどの端末に転送するかを決定するルーティング層と、
前記ルーティング層の下位層であって、前記端末の検出・接続処理を含み、コネクション指向であるブルートゥース(登録商標)通信を、前記端末の移動が伴うモバイルアドホックネットワークに適用するための機能実装されるとともに、ブルートゥースの検出で発生する可能性がある回避すべき衝突に対し、衝突回避手段実装され、接続対象となる端末の情報をパケットに成型し、上位層に送信するデバイス層と、を有し、
階層間で送受信されるパケットは、共通のデータフォーマットで生成される、
モバイルアドホックネットワークアーキテクチャーを備える、
ことを特徴とする多機能情報端末。
Been implemented services using configured mobile ad-hoc network function group in subordinate layer, molding the data to be used for communication with the other terminal to the packet, and an application layer that sends to the lower layer,
A routing layer that is a lower layer of the application layer, and determines which terminal on the mobile ad hoc network the packet received from the upper layer and the lower layer is transferred to;
A lower layer of the routing layer includes a detection and connection process of the terminal, the Bluetooth communication is connection-oriented, functions to be applied to mobile ad-hoc network the movement of the terminal involves is mounted Rutotomoni against collision should be avoided that may occur in the Bluetooth detection, it implements the collision avoidance means, and molding the information of the connection target terminal to the packet, and the device layer that sends to the upper layer, Have
Packets sent and received between layers are generated in a common data format.
With mobile ad hoc network architecture,
Multi-function information terminal characterized by that .
前記ルーティング層が、
移動を伴う前記端末のグループ化を行う自律分散クラスタリング手段を含む
ことを特徴とする請求項1記載の多機能情報端末。
The routing layer is
The multifunction information terminal according to claim 1, further comprising autonomous distributed clustering means for grouping the terminals with movement .
前記ルーティング層が、
ネットワーク環境が疎密な環境通信の信頼性を維持するための遅延・切断耐性ネットワーク手段を含む
ことを特徴とする請求項1又は2記載の多機能情報端末。
The routing layer is
The multi-function information terminal according to claim 1 or 2, further comprising delay / disconnection-tolerant network means for maintaining reliability of environmental communication in which the network environment is dense .
多機能情報端末に搭載されたブルートゥース通信機能を用いるモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法であって、
前記モバイルアドホックネットワークアーキテクチャーは、
下位層で構成されるモバイルアドホックネットワーク機能群を利用したサービス内容実装され、他端末との通信に用いるデータパケットに成型、下位層に送信るアプリケーション層と、
前記アプリケーション層の下位層であって、上位、下位層から受け取ったパケットを、モバイルアドホックネットワーク上のどの端末に転送するかを決定するルーティング層と、
前記ルーティング層の下位層であって、端末の検出・接続処理を含み、コネクション指向であるブルートゥース通信を、端末の移動が伴うモバイルアドホックネットワークに適用するための機能実装されるとともに、ブルートゥースの検出で発生する可能性がある回避すべき衝突に対し、衝突回避手段実装され、接続対象となる端末の情報をパケットに成型し、上位層に送信するデバイス層とを備えるとともに、
階層間で送受信されるパケットを、共通のデータフォーマットで生成し
前記多機能情報端末間で、一の多機能情報端末が、通信範囲内の他の多機能情報端末を検出するステップ、
前記一の多機能情報端末が、検出した他の多機能情報端末に対して接続を行うステップ、
及び前記他の多機能情報端末が、前記一の多機能情報端末の接続を受け付けるステップ
を含むことを特徴とするモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法
A communication method of a mobile ad hoc network architecture using a Bluetooth communication function installed in a multi-function information terminal,
The mobile ad hoc network architecture is
Are services implementation utilizing configured mobile ad-hoc network function group in the lower layer, molding the data to be used for communication with the other terminal to the packet, and an application layer that sends to the lower layer,
A routing layer that is a lower layer of the application layer, and determines which terminal on the mobile ad hoc network the packet received from the upper layer and the lower layer is transferred to;
A lower layer of the routing layer includes a detection and connection process of the terminal, the Bluetooth communication is connection-oriented, functions to apply is mounted on a mobile ad-hoc network with the mobile terminal Rutotomoni, Bluetooth detection in contrast collision to be avoided that may occur, it is mounted collision avoidance means, and molding the information of the connection target terminal to the packet, and a device layer that sends to the upper layer Rutotomoni,
Generate packets sent and received between layers in a common data format ,
A step in which one multifunction information terminal detects another multifunction information terminal within a communication range between the multifunction information terminals;
The one multi-function information terminal makes a connection to the detected other multi-function information terminal;
And a communication method of a mobile ad hoc network architecture, characterized in that the other multi-function information terminal includes a step of accepting connection of the one multi-function information terminal .
前記ルーティング層が、
移動を伴う前記端末のグループ化を行う自律分散クラスタリング手段を含む
ことを特徴とする請求項4記載のモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法
The routing layer is
The communication method of the mobile ad hoc network architecture according to claim 4, further comprising autonomous distributed clustering means for grouping the terminals with movement .
前記ルーティング層が、
ネットワーク環境が疎密な環境通信の信頼性を維持するための遅延・切断耐性ネットワーク手段を含む
ことを特徴とする請求項4又は5記載のモバイルアドホックネットワークアーキテクチャーの通信方法
The routing layer is
The communication method of the mobile ad hoc network architecture according to claim 4 or 5, further comprising delay / disconnection-tolerant network means for maintaining the reliability of environment communication in which the network environment is sparse .
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