JP6083605B2 - 制御サーバ装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

制御サーバ装置、制御方法、及び制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、無線ＬＡＮのアクセスポイント（Access Point：ＡＰ）が遍在する環境下でＡＰを用いて構成されるメッシュ／アドホックネットワークにおいて、いずれかのＡＰを介して他のネットワークと接続する際のメッシュ／アドホックネットワークのスループットを向上させる制御サーバ装置、制御方法、及び制御プログラムに関する。
複数の無線ＬＡＮのＡＰが遍在する環境下でＡＰを用いてメッシュ／アドホックネットワークを構成する場合において、送信待機によりコリジョン回避可能なＡＰリンクの集合をコリジョン領域（Collision Domain：ＣＤ）とする。ＣＤのうち最も多くのトラヒックを転送しなければならないＣＤをボトルネック・コリジョン領域（Bottleneck Collision Domain：ＢＣＤ）という。メッシュ／アドホックネットワークにおいて、スループットを最大化するために、すべてのＡＰごとにＢＣＤのトラヒック量からスループット上限値を評価し、それが最大となるＡＰをゲートウェイとして他のネットワーク（例えば、インターネットなど）に選択する方法がある（非特許文献１など）。
J. Jun and M. Sichitiu, "The nominal capacity of wireless mesh networks," IEEE Wireless Communications., vol. 10, no. 5, pp. 814, October 2003.
しかしながら、前述の方法では、メッシュ／アドホックネットワーク内のすべてのＡＰごとにスループット上限値を算出するため、メッシュ／アドホックネットワークの規模が大きくなりＡＰの数が増加する場合やルーティング等でＢＣＤが頻繁に変化する場合などでは、ゲートウェイを選択する際に要する処理量が増加してメッシュ／アドホックネットワークの構築に時間を要してしまうという問題がある。このような問題があるため、災害時などにおいて迅速なネットワークの構築が求められている状況では前述の方法を適用することが困難になっている。
上記事情に鑑み、本発明は、複数の無線通信装置（例えばＡＰ）を用いて通信ネットワークを構築する際に要する時間を短縮することができる制御サーバ装置、制御方法、及び制御プログラムを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置であって、前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択手段を備え、前記ゲートウェイ選択手段は、前記コリジョン領域内の無線通信装置のうち前記コリジョン領域の境界に位置する第３の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第３のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第３の無線通信装置、前記第３の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域外の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域外の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外することを特徴とする制御サーバ装置である。
また、本発明の一態様は、通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置であって、前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択手段を備え、前記ゲートウェイ選択手段は、前記コリジョン領域内の無線通信装置のいずれかから選択した第４の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第４のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第４の無線通信装置、前記第４の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域内の他の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域内の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外することを特徴する制御サーバ装置である。
また、本発明の一態様は、上記の制御サーバ装置において、前記ゲートウェイ選択手段は、前記複数の無線通信装置それぞれに接続している無線端末数に基づいてトラヒック量を算出することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置が行う制御方法であって、前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択ステップを有し、前記ゲートウェイ選択ステップでは、前記コリジョン領域内の無線通信装置のうち前記コリジョン領域の境界に位置する第３の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第３のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第３の無線通信装置、前記第３の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域外の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域外の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外することを特徴とする制御方法である。
また、本発明の一態様は、通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置が行う制御方法であって、前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択ステップを有し、前記ゲートウェイ選択ステップでは、前記コリジョン領域内の無線通信装置のいずれかから選択した第４の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第４のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第４の無線通信装置、前記第４の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域内の他の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域内の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外することを特徴とする制御方法である。
また、本発明の一態様は、上記発明における制御サーバ装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムである。
本発明によれば、各無線通信装置をゲートウェイに仮定した際にボトルネックになるコリジョン領域におけるトラヒック量の比較によるゲートウェイ候補の絞り込み（除外）に加えて、通信ネットワークのトポロジと、ボトルネックになるコリジョン領域におけるトラヒック量とに基づいて更なるゲートウェイ候補の絞り込みを行うことにより、複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する際における処理量を減らすことができ、スループットの改善を図りつつスループットを改善した通信ネットワークを構築する際に要する時間を短縮することが可能となる。
複数の無線通信装置（例えば、ＡＰ）により構成されたネットワークトポロジの一例を示す図である。 時間Ｔｄｅｌａｙを説明するための図である。 ＡＰにより構成されるネットワークトポロジの一例（ストリングトポロジー）を示す図である。 本実施形態における制御サーバ装置を適用する通信ネットワークの構成例を示す図である。 同実施形態における通信ネットワークの構成例を示すブロック図である。 同実施形態における制御サーバ装置１１０が行うネットワーク構築処理を示すフローチャートである。 ネットワークトポロジの決定例を示す図である。 同実施形態における制御サーバ装置１１０が行うネットワーク最適化処理を示すフローチャートである。 通信ネットワークの一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における制御サーバ装置、制御方法、及び制御プログラムを説明する。まず、複数の無線ＬＡＮのＡＰが遍在する環境下でＡＰを用いたメッシュ／アドホックネットワークを他のネットワーク（例えば、インターネットなど）に接続するゲートウェイにするＡＰを選択する方法について説明する。図１は、複数の無線通信装置（例えば、ＡＰ）により構成されたネットワークトポロジの一例を示す図である。
以下、図１を参照して、ゲートウェイにするＡＰを選択するゲートウェイ選択処理について説明する。なお、同図に示す各ＡＰの通信範囲は隣接するＡＰであり、干渉範囲は次隣接ＡＰまでとする。
（手順１）
すべてのＡＰをゲートウェイ候補（集合Ｓｖ｛ｖａ，ｖｂ，…｝）とする。この集合Ｓｖにから任意のＡＰ（ｖａ）を抽出し、抽出したＡＰをゲートウェイと仮定し、ＢＣＤを検出し、当該ＢＣＤのトラフィック量を算出する。ここで、図１に示すネットワークトポロジにおいて、ＡＰ（ｖａ）を抽出したとき、ＢＣＤがＡＰ（ｖｉ）とＡＰ（ｖｊ）とで構成するリンクｌｉ，ｊのＣＤ（ｌｉ，ｊ）であり、ＣＤ（ｌｉ，ｊ）のトラヒック量がＴｌｉ，ｊ（ｖａ）であるとする。
（手順２)
ＡＰ（ｖａ）を除く任意のＡＰ（ｖｘ∈Ｓｖ）それぞれに対して、ｖｘをゲートウェイと仮定してＣＤ（ｌｉ，ｊ）のトラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）を算出する。トラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）とトラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）とを比較し、Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）≧Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）である場合にはＡＰ（ｖｘ）を集合Ｓｖから除外する。Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）＜Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）である場合にはＡＰ（ｖａ）を集合Ｓｖから除外する（なお、ＡＰ（ｖｘ）は集合Ｓｖに残す）。
（手順３）
集合Ｓｖに含まれるＡＰが１つだけであれば、そのＡＰをゲートウェイに選択し、ゲートウェイ選択処理を終了する。集合Ｓｖに含まれるＡＰが複数あれば、集合Ｓｖに含まれるＡＰからいずれか一つのＡＰを抽出し、前述の手順１から繰り返して行う。
なお、（手順２）において、ネットワークトポロジに起因するＣＤのトラヒック量の大小関係を用いると、トラヒック量の計算が必要なゲートウェイの候補となるＡＰの数を削減することができる。
（大小関係１）
ＣＤ（ｌｉ，ｊ）外のＡＰに対して、ＣＤ（ｌｉ，ｊ）内のＡＰがＣＤ（ｌｉ，ｊ）外にリンクを有する境界ＡＰ（ｖｃ）とする。この境界ＡＰ（ｖｃ）をゲートウェイと仮定した場合のトラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖｃ）と、トラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）との大小関係が、Ｔｌｉ，ｊ（ｖｃ）≧Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）であるとき、境界ＡＰ（ｖｃ）と、ＡＰ（ｖｃ）をゲートウェイにした場合に境界リンクを共有しＣＤ（ｌｉ，ｊ）外のＡＰとを集合Ｓｖから除外する。図１に示すネットワークトポロジにおいて、Ｔｌｉ，ｊ（ｖｃ）≧Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）であれば、境界ＡＰ（ｖｃ）、境界ＡＰ（ｖｃ）とのリンクｌｂ，ｃ（境界リンク）を有するＣＤ（ｌｉ，ｊ）外のＡＰ（ｖｂ）、及び、境界リンクｌｂ，ｃを共有するＡＰ（ｖａ）とそれに接続するすべてのＡＰを集合Ｓｖから除外することになる。
（大小関係２）
ＣＤ（ｌｉ，ｊ）内のＡＰに対して、例えばＡＰ（ｖｉ）、Ｔｌｉ，ｊ（ｖｉ）≧Ｔｌｉ，ｊ（ｖａ）であるとき、ＡＰ（ｖｈ）及びＡＰ（ｖｉ）を集合Ｓｖから除外する（ＡＰ（ｖｈ）、ＡＰ（ｖｇ）も同様）。換言すると、ＣＤ（ｌｉ，ｊ）内のＡＰからいずれか一つのＡＰ（ｖｘ）を選択し、選択したＡＰ（ｖｘ）をゲートウェイと仮定した場合のＣＤ（ｌｉ，ｊ）におけるトラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）がＴｌｉ，ｊ（ｖａ）以上であるとき、ＡＰ（ｖｘ）、ＡＰ（ｖｘ）とリンクを有するＣＤ（ｌｉ，ｊ）内のＡＰ（ｖｙ）、ＡＰ（ｖｘ）をゲートウェイにした場合にＡＰ（ｖｘ）とＡＰ（ｖｙ）とのリンクｌｘ，ｙを共有するＣＤ（ｌｉ，ｊ）内のＡＰを集合Ｓｖから除外することになる。
手順２、すなわちＡＰ（ｖａ）をゲートウェイにすると仮定した際のボトルネックになるコリジョン領域（ＢＣＤ）におけるトラフィック量を算出した際に（大小関係１）における処理と（大小関係２）における処理とを行うことにより、トラヒック量Ｔｌｉ，ｊ（ｖｘ）（ただし、（ｖｘ∈Ｓｖ））を算出する対象のＡＰの数を削減することができ、複数のＡＰで構成されるメッシュ／アドホックネットワークにおいてゲートウェイにするＡＰを選択する際における処理量を減らすことができる。その結果、メッシュ／アドホックネットワークを構成する際に要する時間を短縮することが可能となる。
次に、スループット上限値を満たすためのＡＰの最大トラヒック尺度（Ｄｍａｘ）を次式（１）に示す。
Ｄｍａｘ＝ＴＭＴ／（（Ｔｒａｆｆｉｃ ｉｎ ＢＣＤ）／Ｄ） …（１）
式（１）において、Ｄはトラヒック尺度を表す。トラヒック尺度Ｄとは、トラヒックの正規化に用いる基準の値である。Ｄ＝１［ｋｐｂｓ］とした場合には、１［Ｍｂｐｓ］は１０００Ｄとして表される。また、Ｄ＝１００［ｋｂｐｓ］とした場合には、１［Ｍｂｐｓ］は１０Ｄとして表される。
ここで、最大トラヒック尺度を算出するのに必要なＴＭＴと（Ｔｒａｆｆｉｃ ｉｎ ＢＣＤ）とについて説明する。
ＴＭＴ（Theoretical Maximum Throughput）は、ＭＡＣレイヤでのスループット理論値であり、次式（２）により算出される。なお、ＭＳＤＵは、ＭＡＣ・サービス・データ・ユニット（MAC Service Data Unit）である。
ＴＭＴ＝（ＭＳＤＵサイズ）／Ｔｄｅｌａｙ …（２）
図２は時間Ｔｄｅｌａｙを説明するための図である。時間Ｔｄｅｌａｙは図２に示すＲＴＳ／ＣＴＳ繰り返し周期である。すなわち、時間Ｔｄｅｌａｙは次式（３）で与えられる。
Ｔｄｅｌａｙ＝ＴＲＴＳ＋３ＴＳＩＦＳ＋ＴＣＴＳ＋ＴＤＡＴＡ＋
ＴＡＣＫ＋ＴＤＩＦＳ＋ＴＢＯ …（３）
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格で規定されている伝送レート５４［Ｍｂｐｓ］において、ＭＳＤＵサイズが１５００［Ｂｙｔｅ］の場合にはＴＭＴは２６．８［Ｍｐｂｓ］となる。
「Ｔｒａｆｆｉｃ ｉｎ ＢＣＤ」は、ネットワーク内のすべてのリンクのＣＤのうちで、最も多いトラヒックをもつＣＤをＢＣＤとし、そのＣＤ内でのトラヒック量である。
図３は、ＡＰにより構成されるネットワークトポロジの一例（ストリングトポロジー）を示す図である。同図に示すネットワークトポロジでは、ＡＰ（ｖ１）からＡＰ（ｖ８）が順に一列に接続されている。ＡＰ（ｖ１）〜ＡＰ（ｖ７）において発生するトラフィック量ＴＤをトラフィック尺度Ｄを用いて表している。また、各ＡＰの通信範囲は隣接するＡＰであり、干渉範囲は次隣接ＡＰまでとする。このネットワークにおいてＡＰ（ｖ８）をゲートウェイ（ＧＷ）にすると、トラヒックの流れが定まる。同図には、ＡＰ（ｖ８）をゲートウェイにした場合における各リンクにおけるトラヒック量Ｌ１，２（ｖ８）〜Ｌ７，８（ｖ８）が示されている。
また、ＡＰ（ｖ５）とＡＰ（ｖ６）とのリンクｌ５，６のコリジョン領域ＣＤ（ｌ５，６）は、リンクｌ５，６における通信の干渉を受けて通信が許可されないリンクの集合となる。すなわち、同図において、コリジョン領域ＣＤ（ｌ５，６）は、リンクｌ３，４、ｌ４，５、ｌ５，６、ｌ６，７、ｌ７，８である。ＣＤ（ｌ５，６）は、含まれるリンクすべてのトラヒック量Ｔｌ５，６（ｖ８）＝（４１Ｄ＝４Ｄ＋７Ｄ＋９Ｄ＋１０Ｄ＋１１Ｄ）を処理できなければならないことから、例えば、リンクｌ５，６のコリジョン領域ＣＤ（ｌ５，６）のトラヒック量Ｔｌ５，６（ｖ８）やリンクｌ２，３のコリジョン領域ＣＤ（ｌ２，３）のトラヒック量Ｔｌ２，３（ｖ８）は以下の容易なる。
ＣＤ（ｌ５，６）：Ｔｌ５，６（ｖ８）＝４１Ｄ
ＣＤ（ｌ２，３）：Ｔｌ２，３（ｖ８）＝１５Ｄ
図３に示したネットワークトポロジでは、（Ｔｒａｆｆｉｃ ｉｎ ＢＣＤ）はＴｌ５，６（ｖ８）＝４１Ｄとなる。ここでは、リンクｌ５，６のコリジョン領域ＣＤ（ｌ５，６）と、リンクｌ２，３のコリジョン領域ＣＤ（ｌ２，３）とにおけるトラヒック量を示した。しかし、実際には、他のコリジョン領域ＣＤ（ｌ１，２）、ＣＤ（ｌ３，４）、ＣＤ（ｌ４，５）、…、ＣＤ（ｌ７，８）それぞれにおけるトラヒック量を算出し、最も多いトラヒック量をもつＣＤを決定する。
複数のＡＰにより構成されるメッシュ／アドホックネットワーク対するゲートウェイ選択処理（（大小関係１）及び（大小関係２）の処理を含む）を行うことにより、ゲートウェイにするＡＰの選択に要する時間を短縮することができる。このとき、式（１）から導出した最大トラヒック尺度で算出されるトラヒック量までに各ＡＰにおける入力トラヒックを制限することにより、メッシュ／アドホックネットワークにおける最大スループットを達成することができる。
なお、式（１）はシングルチャネル時の最大トラヒック尺度を算出する式である。複数周波数−複数チャネル（Multi-radio Multi-channel）における最大トラヒック尺度は、参考文献１などの公知文献に記載の次式（４）に示すスループット上限値Ｇｍａｘをトラヒック尺度で除算して得られる値（Ｇｍａｘ／Ｄ）を用いる。
（参考文献１：N. Akhtar and K. Moessner, “On the nominal capacity of multi-radio multi-channel wireless mesh networks,” Computer Communications, vol. 31, no. 8, May 2008.）
Figure 0006083605
図４は、本実施形態における制御サーバ装置を適用する通信ネットワークの構成例を示す図である。同図に示す通信ネットワークでは、複数の無線通信装置（例えば、ＡＰ：アクセスポイント装置）を含むメッシュ／アドホックネットワークと、リソースユニットとが相互接続されている。なお、同図に示す通信ネットワークでは、４つのメッシュ／アドホックネットワークにおけるゲートウェイと、リソースユニットとが接続されている。また、４つのメッシュ／アドホックネットワークは、複数のＡＰを含み構成されている。また、４つのメッシュ／アドホックネットワークのうち１つのメッシュ／アドホックネットワークは、セルラーネットワークに接続されている。
通信処理、情報処理、及び情報蓄積を担うリソースを収容した可搬型のユニット（以下、リソースユニットという。）は、情報通信ノードとして被災地等に配置することができる。これにより、災害発生時において、被災地においてリソースユニットを用いて、リソースユニット間の相互接続、又は広域ネットワークの通信ノードとの接続を行うことにより、通信ネットワークの構築を短期間に行うことができる。
リソースユニットは、２種類（ＷＡＮ（Wide Area Network）側、及び、ＬＡＮ（Local Area Network）側）のインタフェースを有する。リソースユニットは、ＷＡＮ側のインタフェースとして、有線、無線ＷＡＮ、及び無線ＭＡＮ（Metropolitan Area Network）のインタフェースなどを有し、インターネットなどの他のネットワークへの接続を実現する。また、リソースユニットは、ＬＡＮ側のインタフェースとして、無線ＬＡＮ、及びＦＷＡ（Fixed Wireless Access）のインタフェースなどを有し、メッシュ／アドホックネットワークへの接続を実現する。
例えば、図４に示されている通信ネットワークでは、２．４［ＧＨｚ］や５［ＧＨｚ］を利用した無線ＬＡＮにより、ゲートウェイのＡＰとリソースユニットとが接続されている。また、２５［ＧＨｚ］のＦＷＡ装置がゲートウェイに備えられることにより、ＦＷＡシステムによりリソースユニットとゲートウェイとが接続されてもよい。
リソースユニットは、メッシュ／アドホックネットワークの構築に関する制御（例えば、メッシュネットワークの構築や、ネットワーク通信ノードである複数のＡＰから、ゲートウェイを選択する処理）を、自ユニットに備えられた制御サーバ装置により実行する。
図５は、本実施形態における通信ネットワークの構成例を示すブロック図である。通信ネットワークは、リソースユニット１００、広域センサネットワーク端末２００、制御装置３００、及びアクセスポイント装置（ＡＰ）４００を備えている。リソースユニット１００は、広域センサネットワークを介して制御装置３００と連携して、アクセスポイント装置４００が収集した情報を取得したり、アクセスポイント装置４００の設定を変更したりする。
アクセスポイント装置４００が収集する情報としては、例えば、自ＡＰ情報、ＡＰ周辺情報、及び、接続端末情報がある。自ＡＰ情報には、例えば、ＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤ（Service Set Identifier）、利用チャネル、送信電力、送信速度、送受信パケット数、エラーパケット数、トラヒック量、無線方式、受信信号強度（Received Signal Strength Indicator：ＲＳＳＩ）が含まれる。トラヒック量としては、アクセスポイント装置４００が処理するトラヒック量、又は、アクセスポイント装置４００に接続する各端末のトラヒック量が用いられる。ＡＰ周辺情報には、近傍に配置されている他のアクセスポイント装置４００から受信する信号に基づく、ＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤ、利用チャネル、無線方式、ＲＳＳＩなどが含まれる。接続端末情報には、端末のＭＡＣアドレス、ＲＳＳＩなどが含まれる。
リソースユニット１００は、制御サーバ装置１１０、及び、広域センサネットワークアクセスポイント１２０を備えている。制御サーバ装置１１０は、記憶部１１１、制御部１１２、ファイル記憶部１１３、データベース部１１４、コマンド発行部１１５、及び通信部１１６を備えている。
記憶部１１１には、制御部１１２が実行する制御ソフトウエア（アルゴリズム群）が予め記憶されている。ここで、制御ソフトウエアとは、例えば、アクセスポイント装置４００を制御する際に必要な処理を関数又は手続化したライブラリである。制御部１１２は、記憶部１１１に記憶されている制御ソフトウエアを利用してアクセスポイント装置４００に対する制御、例えば、メッシュ／アドホックネットワークの構築する際の設定や、ゲートウェイとしての動作の設定などを遠隔制御する。ファイル記憶部１１３には、アクセスポイント装置４００の設定に関するファイルデータが記憶されている。
データベース部１１４は、各アクセスポイント装置４００が収集した情報、及び、アクセスポイント装置４００の設定結果を示す情報を記憶する。コマンド発行部１１５は、制御部１１２による制御に基づいてアクセスポイント装置４００に対するコマンドを生成する。また、コマンド発行部１１５は、生成したコマンドを通信部１１６及び広域センサネットワーク（広域センサネットワークアクセスポイント１２０及び広域センサネットワーク端末２００）を介して制御装置３００に送信する。設定結果及びコマンドに含まれるＡＰ設定情報には、ＩＰアドレス、ネットマスク、暗号化及び認証化情報の設定、リピータ機能（Wireless Distribution System：ＷＤＳ）のオン又はオフの設定、ＷＤＳでの通信ＡＰのＭＡＣアドレス、送信出力などが含まれる。
広域センサネットワークアクセスポイント１２０は、通信部１１６から入力されるコマンドを制御装置３００宛てに送信し、広域センサネットワーク端末２００から受信する情報等を通信部１１６に出力する。
広域センサネットワーク端末２００は、リソースユニット１００と制御装置３００との間において送受信されるコマンドや情報などを中継する。
制御装置３００は、通信部３１０、及び、アクセスポイント制御部３２０を備えている。通信部３１０は、広域センサネットワーク端末２００から入力されるコマンドなどをアクセスポイント制御部３２０に出力する。また、通信部３１０は、アクセスポイント制御部３２０から入力される情報などを広域センサネットワーク端末２００に出力する。アクセスポイント制御部３２０は、リソースユニット１００から通信部３１０を介して入力されるコマンドなどに基づいて、アクセスポイント装置４００の設定変更を実行する。
ファイル記憶部１１３、データベース部１１４、コマンド発行部１１５、広域センサネットワークアクセスポイント１２０、広域センサネットワーク端末２００、及び、アクセスポイント制御部３２０をまとめて、「制御プラットフォーム」という。
制御部１１２は、記憶部１１１に記憶されている制御ソフトウエアの関数群を介して、制御プラットフォームに、アクセスポイント装置４００が収集した情報の取得や、アクセスポイント装置４００の設定変更の指示を出す。制御プラットフォームでは、コマンド発行部１１５が、制御部１１２から出力される指示を、広域センサネットワークにおける信号フォーマットに変換し、通信部１１６を介して制御装置３００に送信する。制御装置３００は、受信した指示に基づいて、アクセスポイント装置４００の設定を変更する。
アクセスポイント制御部３２０は、アクセスポイント装置４００から受信する情報を広域センサネットワークにおける信号フォーマットに変換し、通信部３１０を介して制御サーバ装置１１０に送信する。なお、アクセスポイント装置４００から受信する情報には、アクセスポイント装置４００が収集した情報や、設定変更の完了等を示す応答情報など画含まれる。制御サーバ装置１１０において、通信部１１６は、制御装置３００から受信した情報及び設定結果をデータベース部１１４に記憶させる。
図５に示されている通信システムの構成例では、リソースユニット１００と制御装置３００とを接続するネットワークとして、広域センサネットワークを用いる構成を示している。この場合、同図に示すように、リソースユニット１００に広域センサネットワークの基地局である広域センサネットワークアクセスポイント１２０を備え、アクセスポイント装置４００に接続されている制御装置３００に広域センサネットワーク端末２００を接続することになる。
制御サーバ装置１１０が行う処理には、通信ネットワークを構築する際におけるネットワーク構築処理と、構築された通信ネットワークを定期的にメンテナンスするためのネットワーク最適化処理とがある。
図６は、本実施形態における制御サーバ装置１１０が行うネットワーク構築処理を示すフローチャートである。制御サーバ装置１１０において、ネットワーク構築処理が開始されると、制御部１１２は、通信ネットワークを構築する際に利用する各アクセスポイント装置４００から自ＡＰ情報、ＡＰ周辺情報、及び、接続端末情報を制御プラットフォームに取得させ、データベース部１１４に記憶させる（ステップＳ１０１）。
制御部１１２は、複数のアクセスポイント装置４００から所定の手順で暫定のゲートウェイを選択し、データベース部１１４に記憶されている情報であって各アクセスポイント装置４００から取得した情報に基づいて、アクセスポイント装置４００で構成するネットワークのネットワークトポロジを決定する（ステップＳ１０２）。
ステップＳ１０２における処理では、各アクセスポイント装置４００の情報を基に、最小全域木（Minimum Spanning Tree：ＭＳＴ）アルゴリズムを適用して、選択したゲートウェイごとにネットワークトポロジを決定する。このとき、制御部１１２は、暫定のゲートウェイに選択したアクセスポイント装置４００へのホップ数をメトリックに、ホップ数が最小となるように各アクセスポイント装置４００が利用するゲートウェイ及び各アクセスポイント装置４００が利用するリンクを決定する。
制御部１１２は、決定されたネットワークトポロジごとに、以下のステップＳ１０３、ステップＳ１０４の各処理を行う。
制御部１１２は、ステップＳ１０２において決定したネットワークトポロジごとに、各アクセスポイント装置４００が利用する利用チャネルを所定のアルゴリズムを用いて決定する（ステップＳ１０３）。
制御部１１２は、決定したネットワークトポロジのメッシュ／アドホックネットワークを形成するための各種設定を制御プラットフォームを介して各アクセスポイント装置４００に対して実行し（ステップＳ１０４）、通信ネットワークが構築され運用が開始される。メッシュ／アドホックネットワークを形成するための各種設定には、例えば、ＷＤＳの設定、アクセスポイント装置４００間リンクの利用チャネル設定、ＡＰモード設定などが含まれる。
なお、ステップＳ１０３で用いる所定のアルゴリズムは、例えば、アクセスポイント装置４００間のリンク用で利用できるチャネルのうち、暫定のゲートウェイにおけるＲＳＳＩが最も値の小さいチャネルを利用チャネルとして選択するものである。
ここで、ネットワーク構築処理によりネットワークトポロジを決定する一例を示す。図７は、ネットワークトポロジの決定例を示す図である。同図には、選択されたゲートウェイごとにネットワークトポロジを定める手順が示されている。ここでは、内側に数字（１〜４）が記載された丸印は、アクセスポイント装置４００としてのノードを示している。また、同図における破線は通信可能なリンクを示し、実線は選択されたリンクを示している。また、括弧内に記された数字はトラヒック量を示している。同図の上段において、制御部１１２は、ノード１をゲートウェイに選択すると、ゲートウェイと直接通信可能なノード２及びノード４に対するリンクを選択する（同図の中段）。
制御部１１２は、ゲートウェイ（ノード１）へのホップ数をメトリックとして、ホップ数が最小になるように最小全域木（ＭＳＴ）アルゴリズムにより、ノード３のリンク先を決定する。ここでは、ノード３はノード２とノード４とのいずれと接続してもゲートウェイへのホップ数が同一であることから、ノード２とノード４とのいずれかを選択する（同図の下段）。
このようにして、制御部１１２はネットワークトポロジを決定する。
図８は、本実施形態における制御サーバ装置１１０が行うネットワーク最適化処理を示すフローチャートである。制御サーバ装置１１０において、ネットワーク最適化処理が開始されると、制御部１１２は、通信ネットワークを構築する際に利用する各アクセスポイント装置４００から自ＡＰ情報、ＡＰ周辺情報、及び、接続端末情報を制御プラットフォームに取得させ、データベース部１１４に記憶させる（ステップＳ２０１）。
制御部１１２は、データベース部１１４に記憶されている情報であって各アクセスポイント装置４００から取得した情報に基づいて、アクセスポイント装置４００で構成するネットワークのネットワークトポロジを決定する（ステップＳ２０２）。
ステップＳ２０２におけるネットワークトポロジの決定では、ステップＳ１０２におけるネットワークトポロジの決定と異なり、ゲートウェイへのホップ数に加えてトラヒック量もメトリックに用いる。制御部１１２は、ホップ数及びトラヒック量が最小となるようにネットワークトポロジを決定する。
例えば、図７に示した例では、制御部１１２は、ノード３のリンク先を選択する際において、トラヒック量が最小となるように、例えば、リンクのトラヒック量の最大値を最小にするようにリンク先を決定する。ここでは、ノード３がノード４を介してノード１と接続する場合より、ノード３がノード２を介してノード１と接続する場合の方がトラヒック量の最大値を小さくできるので、ノード３のリンク先にノード２を決定する（同図の下段）。
制御部１１２は、決定したネットワークトポロジごとに、以下のステップＳ２０３、ステップＳ２０４、ステップＳ２０５の各処理を行う。
制御部１１２は、ステップＳ２０２において決定したネットワークトポロジに対して、前述のゲートウェイ選択処理を適用することによりゲートウェイにするアクセスポイント装置４００を選択する（ステップＳ２０３）。
制御部１１２は、選択したゲートウェイが接続されているネットワークトポロジにおけるアクセスポイント装置４００間のリンクの利用チャネルを所定のアルゴリズムを用いて決定する（ステップＳ２０４）。
利用チャネルの選択は、ステップＳ１０３と同様に所定のアルゴリズムを用いる。
制御部１１２は、決定したネットワークトポロジのメッシュ／アドホックネットワークを形成するための各種設定を制御プラットフォームを介して各アクセスポイント装置４００に対して実行して通信ネットワークを構築する（ステップＳ２０５）。
メッシュ／アドホックネットワークを形成するための各種設定には、例えば、ＷＤＳの設定、アクセスポイント装置４００間リンクの利用チャネル設定、ＡＰモード設定などが含まれる。
以上のように、ネットワークトポロジごとに最適なゲートウェイを選択した後に、ゲートウェイに選択されたアクセスポイント装置４００に２５［ＧＨｚ］のＦＷＡ装置を接続して調整する。各アクセスポイント装置４００により構成される少なくとも１つのメッシュ／アドホックネットワークのゲートウェイと、他のネットワーク（例えば、インターネット）とを接続して通信ネットワークの運用を再開させる。
ネットワーク最適化処理を行うことにより、複数のアクセスポイント装置４００を用いて通信ネットワークを構築する際に、スループットを改善することができるゲートウェイの選択に要する時間を短縮するとともに、通信ネットワークのスループットの改善を図ることができる。また、各アクセスポイント装置４００における入力トラヒック量を式（１）又は式（４）により算出されるトラヒック量に制限することにより、メッシュ／アドホックネットワークにおけるスループットを最大化することができる。
本実施形態において制御サーバ装置１１０が行う処理は、アクセスポイント装置４００のいずれかを任意に選択して暫定のゲートウェイとしてメッシュ／アドホックネットワークを構築する。構築されたネットワークを運用して最適なゲートウェイを選択するために必要な情報を収集した後に、前述のゲートウェイ選択処理を行うことにより、各ネットワークにおけるゲートウェイを最適なアクセスポイント装置４００に変更するものである。暫定のゲートウェイを選択する方法としては、例えば、リソースユニット１００との通信品質が高い（ＲＳＳＩが所定値より高い）アクセスポイント装置４００を選択する。あるいは、ランダムにアクセスポイント装置４００を選択するようにしてもよい。
＜変形例＞
前述の実施形態では、暫定のゲートウェイを定めて情報を取得した後に、ネットワーク最適化処理を適用する構成について説明した。しかし、メッシュ／アドホックネットワークを構築する前における各アクセスポイント装置４００のトラヒック情報（例えば、トラヒック量や、接続する無線端末数）に基づいて、ゲートウェイ選択処理を適用することによりゲートウェイを選択するようにしてもよい。すなわち、過去のアクセスポイント装置４００におけるトラヒック情報により、ゲートウェイを選択して通信ネットワークを構成した後に、ネットワーク最適化処理を適用するようにしてもよい。
この場合、制御サーバ装置１１０は、過去のトラヒック情報を広域センサネットワークを介して取得してもよいし、ユーザや管理者の操作により入力するようにしてもよい。この変形例においては、ネットワーク構築処理（図６）を行わずに、ネットワーク最適化処理（図８）を定期的に実施することになる。
また、ゲートウェイ選択処理において、アクセスポイント装置４００に接続する無線端末数をトラヒック情報として用いる場合、接続する無線端末数とトラヒック量とが比例するとの仮定の下で、接続する無線端末数が最大になるものをＢＣＤとしてもよい。これにより、ゲートウェイ選択処理における演算を単純化して処理量を削減してゲートウェイにするＡＰの選択に要する時間を短縮することができ、通信ネットワークの構築に要する時間を短縮することができる。
また、メッシュ／アドホックネットワークにおけるトラヒック状況の変動に対応するため、ゲートウェイ選択処理を周期的に実行するようにしたり、メッシュ／アドホックネットワークの構成に変更がある都度ゲートウェイ選択処理を実行するようにしたりしてもよい。
ここで、実施形態における制御サーバ装置１１０が前述のゲートウェイ選択処理を行うことにより生じる効果について例を用いて示す。図９は、通信ネットワークの一例を示す図である。同図に示されている通信ネットワークには２０個のノード（アクセスポイント装置４００）が存在する。この通信ネットワークにおいて、スループットを最大化するゲートウェイを算出する場合、２０個のノードそれぞれをゲートウェイに選択したことを仮定して、他のノードごとに全リンク（１９リンク）のＣＤのトラヒック量を算出する必要がある。すなわち、ＣＤのトラヒック量の算出を２０×１９＝３８０回実施する必要がある。
一方、本実施形態におけるゲートウェイ選択処理では、最初に任意のノードをゲートウェイに仮定してすべてのリンクのＣＤのトラヒック量を算出（１９回実施）した後、ネットワークのトポロジに起因するＢＣＤにおけるトラヒック量の大小関係を用いると、ゲートウェイ候補のノード数を大幅に削減できることから、１９×Ｃとなる。本例では、最初にノード１をゲートウェイとして抽出した場合ではＣ＝２となり、ノード２（スループットを最大化するゲートウェイに相当）ではＣ＝１となり、処理量を低減させることができる。
上述した実施形態における制御サーバ装置１１０（図５）をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
１００…リソースユニット、１１０…制御サーバ装置、１１１…記憶部、１１２…制御部、１１３…ファイル記憶部、１１４…データベース部、１１５…コマンド発行部、１１６…通信部、１２０…広域センサネットワークアクセスポイント、２００…広域センサネットワーク端末、３００…制御装置、３１０…通信部、３２０…アクセスポイント制御部、４００…アクセスポイント装置

Claims (6)

  1. 通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置であって、
    前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択手段
    を備え、
    前記ゲートウェイ選択手段は、
    前記コリジョン領域内の無線通信装置のうち前記コリジョン領域の境界に位置する第３の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第３のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第３の無線通信装置、前記第３の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域外の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域外の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外する
    ことを特徴とする制御サーバ装置。
  2. 通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置であって、
    前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択手段
    を備え、
    前記ゲートウェイ選択手段は、
    前記コリジョン領域内の無線通信装置のいずれかから選択した第４の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第４のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第４の無線通信装置、前記第４の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域内の他の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域内の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外する
    ことを特徴する制御サーバ装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の制御サーバ装置において、
    前記ゲートウェイ選択手段は、
    前記複数の無線通信装置それぞれに接続している無線端末数に基づいてトラヒック量を算出する
    ことを特徴とする制御サーバ装置。
  4. 通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置が行う制御方法であって、
    前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択ステップ
    を有し、
    前記ゲートウェイ選択ステップでは、
    前記コリジョン領域内の無線通信装置のうち前記コリジョン領域の境界に位置する第３の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第３のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第３の無線通信装置、前記第３の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域外の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域外の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外する
    ことを特徴とする制御方法。
  5. 通信ネットワークを構成する複数の無線通信装置からゲートウェイを選択する制御サーバ装置が行う制御方法であって、
    前記複数の無線通信装置から選択した第１の無線通信装置を前記通信ネットワークのゲートウェイにした際にボトルネックになるコリジョン領域における第１のトラヒック量を算出し、第２の無線通信装置をゲートウェイにした際に前記コリジョン領域における第２のトラヒック量を算出し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合に、前記第２の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外し、前記第２のトラヒック量が前記第１のトラヒック量未満である場合に、前記第１の無線通信装置をゲートウェイの候補から除外するゲートウェイ選択ステップ
    を有し、
    前記ゲートウェイ選択ステップでは、
    前記コリジョン領域内の無線通信装置のいずれかから選択した第４の無線通信装置をゲートウェイにした場合の前記コリジョン領域における第４のトラヒック量が前記第１のトラヒック量以上である場合、前記第４の無線通信装置、前記第４の無線通信装置とリンクを有する前記コリジョン領域内の他の無線通信装置、及び、該リンクを共有する前記コリジョン領域内の無線通信装置をゲートウェイ候補から更に除外する
    ことを特徴とする制御方法。
  6. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御サーバ装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
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