JP6120411B2

JP6120411B2 - ネットワーク制御方法及び装置

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Publication number: JP6120411B2
Application number: JP2014128989A
Authority: JP
Inventors: 芳孝清水; 智明熊谷; 寧加藤; 大樹西山
Original assignee: Tohoku University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016009977A

Description

本発明は、ネットワーク制御方法及び装置に関し、特にマルチホップネットワークをクラスタに分割する方法及び装置に関する。

クライアント同士がアクセスポイントを介さずに通信を行うマルチホップネットワークにおいて、近隣に存在する端末でクラスタを構成しデータ送信を行うことで消費電力を低減するＬＥＡＣＨ（Ｌｏｗ−ＥｎｅｒｇｙＡｄａｐｔｉｖｅＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇＨｉｅｒａｒｃｈｙ）などの手法が提案されている。

ＬＥＡＣＨでは、クラスタヘッドがランダムに選ばれる。その場合、端末密度が低いとクラスタヘッドが偏って配置される可能性がある。そのため、ＬＥＡＣＨを用いると、クラスタサイズを均一化できない問題があった。

この問題を解決するため、Ｋ−ｍｅａｎｓ法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。Ｋ−ｍｅａｎｓ法では、端末の位置情報を利用することで、端末密度によらずクラスタサイズを均一化する。しかしながら、ＧＰＳを未搭載であるなどの理由によって位置が特定できない端末が存在すると、位置情報に基づいたクラスタリングができない。そのため、位置が特定できない端末が存在すると、クラスタサイズを均一化できない問題という課題がある。

Ｐ．Ｓａｓｉｋｕｍａｒ，Ｓ．Ｋｈａｒａ，"ｋ−ＭＥＡＮＳＣＬＵＳＴＥＲＩＮＧＩＮＷＩＲＥＬＥＳＳＳＥＮＳＯＲＮＥＴＷＯＲＫＳ"，２０１２ＦｏｕｒｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｓ（２０１２）

前記課題を解決するために、本発明は、位置の特定できない端末が存在する場合であっても、クラスタサイズの均一化を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明は、ネットワークを構成する通信端末間の接続状況をトポロジ情報とし、その情報をもとに全ての通信端末への距離をクラスタリング時の距離として利用する。

具体的には、本発明に係るネットワーク制御方法は、
マルチホップネットワークを複数のクラスタに分割したときの各クラスタのクラスタヘッドの候補を、マルチホップネットワークを構成する通信端末のなかから選択するクラスタヘッド候補選択手順と、
クラスタヘッドの候補を用いて構成したクラスタ同士でクラスタサイズを比較し、クラスタサイズの差が少なくなるように、クラスタのクラスタヘッドの候補を、クラスタのクラスタヘッドの候補間の距離に基づいて変更するクラスタヘッド候補変更手順と、
を有する。

本発明に係るネットワーク制御方法では、前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補を、当該クラスタヘッドに隣接する通信端末であり、かつ、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補からのホップ数が、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補とクラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補とのホップ数に等しいか又は１少ない通信端末に変更してもよい。

本発明に係るネットワーク制御方法では、前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補を、当該クラスタヘッドに隣接する通信端末であり、かつ、クラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補からのホップ数が、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補とクラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補とのホップ数に等しいか又は１多い通信端末に変更してもよい。

本発明に係るネットワーク制御方法では、前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタに属する通信端末数を前記クラスタサイズに用いてもよい。

本発明に係るネットワーク制御方法では、前記通信端末は、無線通信端末と無線通信を行う無線基地局であり、前記クラスタヘッド候補変更手順において、前記無線基地局が通信を行う前記無線通信端末の数又はトラフィック量を、前記クラスタサイズに用いてもよい。

具体的には、本発明に係るネットワーク制御プログラムは、コンピュータに、本発明に係るネットワーク制御方法を実行させるためのネットワーク制御プログラムである。

具体的には、本発明に係るネットワーク制御装置は、
マルチホップネットワークを構成する通信端末のトポロジ情報を格納するトポロジ情報格納部と、
マルチホップネットワークを複数のクラスタに分割したときの各クラスタのクラスタヘッドの候補を選択し、クラスタヘッドの候補を用いて構成したクラスタ同士でクラスタサイズを比較し、クラスタサイズの差が少なくなるように、クラスタのクラスタヘッドの候補を、クラスタのクラスタヘッドの候補間の距離に基づいて変更するクラスタヘッド候補生成部と、
を備える。

具体的には、本発明に係る通信ネットワークは、複数の前記マルチホップネットワークが接続された通信ネットワークと、前記通信ネットワークに接続された本発明に係るネットワーク制御装置と、を備える。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、位置の特定できない端末が存在する場合であっても、クラスタサイズの均一化を行うことができる。

実施形態１に係るネットワーク制御装置の一例を示す構成図である。実施形態１に係るネットワーク制御方法の一例を示すフロー図である。マルチホップネットワークにおけるＧＷ端末の選択例を示す。クラスタリングにおける保留端末の一例を示す。クラスタリングの一例を示す。クラスタサイズの小さいクラスタにおけるＧＷ端末候補の選択例を示す。クラスタサイズの大きいクラスタにおけるＧＷ端末候補の選択例を示す。実施形態２に係る通信ネットワークの一例を示す。実施形態３に係る通信ネットワークの一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係るネットワーク制御装置は、少なくとも１つのマルチホップネットワークを含む通信ネットワークを制御する。マルチホップネットワークは、アドホックネットワークのような通信端末同士で直接通信を行うネットワークを含む。通信端末は、例えば、無線通信端末である。通信端末は、無線通信端末と無線通信を行う無線基地局であってもよい。

本実施形態に係るネットワーク制御装置は、マルチホップネットワークを複数のクラスタに分割する。このとき、端末装置の接続状態を示すトポロジ情報に基づき、クラスタヘッド（ゲートウェイ端末）の候補を選定し、該クラスタヘッドの候補までのホップ数が最小である端末装置群からなるクラスタの候補を生成し、クラスタ間のサイズの均一さを評価する評価関数により、生成したクラスタの候補に対する評価値を算出し、該評価値を最大化するクラスタヘッドおよびクラスタを決定する。

図１に、本実施形態に係るネットワーク制御装置の一例を示す構成図である。本実施形態に係るネットワーク制御装置は、クラスタ分割情報格納部１１と、候補クラスタ群格納部１２と、トポロジ情報格納部１３と、制御部１４と、クラスタヘッド候補生成部として機能するＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）端末候補生成部１５と、トポロジ管理部１６と、クラスタ生成部１７を備える。

クラスタ分割情報格納部１１、候補クラスタ群格納部１２及びトポロジ情報格納部１３は、ＣＰＵなどのプロセッサーが直接アクセスすることのできる記憶装置に記憶される。本実施形態に係るネットワーク制御装置は、コンピュータを、制御部１４、ＧＷ端末候補生成部１５、トポロジ管理部１６及びクラスタ生成部１７として機能させることで実現してもよい。この場合、ネットワーク制御装内のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が、記憶部（不図示）に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、各構成を実現する。このように、本発明の装置はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

トポロジ情報格納部１３は、少なくとも１つのマルチホップネットワークを含む通信ネットワークのトポロジ情報を格納する。トポロジ情報は、トポロジ情報格納部１３に予め格納されていてもよいが、制御部１４が更新してもよい。トポロジ情報は、通信端末の識別情報、通信端末同士のリンク情報を含む。トポロジ情報は、各通信端末がＧＷ端末となりうるか否かの情報を含んでいてもよい。

図２は、本実施形態に係るネットワーク制御方法の一例を示すフロー図である。本実施形態に係るネットワーク制御方法は、ゲートウェイ端末候補作成手順（Ｓ１０１）と、クラスタ生成手順（Ｓ１０２）と、候補クラスタ生成手順（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）と、を順に有する。その後、候補クラスタが存在するか否かを判定し（Ｓ１０６）、存在する場合はステップＳ１０１〜Ｓ１０５を繰り返し、候補クラスタが存在しなくなった時点でクラスタリングを終了する。

ゲートウェイ端末候補作成手順（Ｓ１０１）では、ＧＷ端末候補生成部１５が、トポロジ管理部１６からトポロジ情報を取得し、ゲートウェイ端末候補を決定する。１周目のＳ１０１においてクラスタヘッド候補選択手順を実行し、２周目以降のＳ１０１においてクラスタヘッド候補変更手順を実行する。
クラスタ生成手順（Ｓ１０２）では、クラスタ生成部１７が、クラスタを作成する（Ｓ１０２）。
候補クラスタ生成手順では、クラスタ間の公平性を比較し（Ｓ１０３）、より公平になるようにクラスタ分割を更新し（Ｓ１０４）、候補クラスタ群を作成する（Ｓ１０５）。

ゲートウェイ端末候補作成手順（Ｓ１０１）の詳細について説明する。例えば、クラスタ数が３の場合、図３に示すように、ネットワークを構成する通信端末Ｎ_１〜Ｎ_４８のなかから３つのＧＷ端末Ｎ_７、Ｎ_１８、Ｎ_３０を選択する。トポロジ管理部１６は、制御部１４の決定したＧＷ端末をトポロジ情報として保持する。

１周目のＳ１０１では、候補クラスタ群がまだ存在しないため、通信端末Ｎ_１〜Ｎ_４８のなかからランダムに選択する。２周目以降については後述する。

クラスタ生成手順（Ｓ１０２）の詳細について説明する。
クラスタ生成部１７は、制御部１４からの指示を受け、トポロジ管理部１６からトポロジ情報を取得し、通信端末を最近傍のＧＷ端末へクラスタリングする。これにより、図４に示すように、通信端末Ｎ_７をＧＷ端末とするクラスタＣｃ、通信端末Ｎ_１８をＧＷ端末とするクラスタＣａ、通信端末Ｎ_３０をＧＷ端末とするクラスタＣｂを作成する。

このとき、最近傍のＧＷ端末が複数ある通信端末に対しては、クラスタリングを一旦保留し、保留端末とする。例えば、通信端末Ｎ_１３は、ＧＷ端末Ｎ_７及びＧＷ端末Ｎ_３０へのホップ数が共に３である。このような場合、通信端末Ｎ_１３は保留端末となる。このように、ホップ数が等しい複数のＧＷ端末を有する通信端末Ｎ_１３、Ｎ_１４、Ｎ_２３、Ｎ_２４は保留端末となる。

保留端末が存在する場合、クラスタ生成部１７は、属する可能性のあるクラスタのクラスタサイズを比較し、クラスタサイズが均一になるように保留端末を配置する。クラスタサイズは、例えば、クラスタに属する通信端末の数（以下、所属端末数と記載する。）、クラスタのトラヒック量である。本実施形態では、一例として、クラスタサイズが所属端末数である場合について説明する。

図４の例では、クラスタＣｃの所属端末数は７であり、クラスタＣｂの所属端末数は１７であるため、クラスタサイズはクラスタＣｃが最小である。またクラスタサイズの差は、クラスタＣｃ及びＣｂの保留端末数よりも多い。この場合、通信端末Ｎ_１３、Ｎ_１４、Ｎ_２３、Ｎ_２４をクラスタＣｃに配置する。クラスタＣａ及びＣｃの保留端末、クラスタＣａ及びＣｂの保留端末についても同様に処理を行い、各クラスタのクラスタサイズの均一化を図る。これにより、図５に示すように、クラスタＣａの所属端末数は２０、クラスタＣｂの所属端末数は１７、クラスタＣｃの所属端末数は１１となる。

ネットワークを構成するすべての通信端末をクラスタに所属させると、クラスタ生成部１７は、クラスタ生成の完了を制御部１４に通知する。制御部１４は、クラスタ生成部１７の生成したクラスタ分割情報をクラスタ分割情報格納部１１に格納する。クラスタ分割情報は、各クラスタＣａ，Ｃｂ，ＣｃのＧＷ端末と所属端末の情報を含む。

次に、候補クラスタ生成手順におけるクラスタ間の公平性の評価（Ｓ１０３）の詳細について説明する。
制御部１４は、今回生成したクラスタ分割情報を用いてＦＩ（ＦａｉｒｎｅｓｓＩｎｄｅｘ）を算出する（Ｓ１０３）。ＦＩは、０＜ＦＩ≦１の値をとり、１に近いほど公平である指標であり、例えば次式で表される。

ここで、ｎはクラスタ数であり、ｘｉはクラスタサイズである。

制御部１４は、前回生成した算出したＦＩと比較し、ＦＩの最大値が更新された場合はＳ１０４へ移行し、ＦＩの最大値が維持される場合はＳ１０６へ移行し、ＦＩが１の場合は該当するクラスタ分割を出力して終了する。図５に示すクラスタ分割構成の場合、ＦＩは０．９４８である。１周目のＳ１０３では前回生成した算出したＦＩが存在しないため、Ｓ１０４へ移行する。

制御部１４は、現ＦＩ値よりも大きい分割構成があれば、ＦＩ値を最大にする構成で、クラスタ分割情報格納部１１に格納されているクラスタ分割情報を更新する（Ｓ１０４）。そして、制御部１４は、最新のクラスタ分割情報における隣接クラスタのクラスタサイズの差を計算し、差の大きい順にソートした候補クラスタ群を生成し、最も差の大きい候補クラスタをＧＷ端末候補生成部１５へ通知する（Ｓ１０５）。このとき、制御部１４は、生成した候補クラスタ群を候補クラスタ群格納部１２に格納する。

例えば、図５に示すクラスタ分割構成の場合、クラスタＣａとクラスタＣｃのクラスタサイズの差は９であり、クラスタＣｂとクラスタＣｃのクラスタサイズの差は６であり、クラスタＣａとクラスタＣｂのクラスタサイズの差は３である。この場合、最も差の大きい候補クラスタは、クラスタＣａ及びクラスタＣｃとなる。

制御部１４は、候補クラスタ群格納部１２を参照し、候補クラスタが存在するか否かを判定する（Ｓ１０６）。候補クラスタ群のうちのＧＷ端末候補生成部１５に通知していない候補クラスタが存在する場合、制御部１４は、候補クラスタ群の次の候補をＧＷ端末候補生成部１５へ通知する。次の候補がない場合、制御部１４は、現クラスタ分割を出力し、終了する。

ここで、候補クラスタが存在するか否かは、例えば、隣接するクラスタにクラスタサイズの差があるか否かで判断する。例えば、２番目に差の大きい候補クラスタのクラスタサイズの差が６であり、まだＧＷ端末候補生成部１５へ通知されていない場合、制御部１４は、候補クラスタが存在すると判定する。

ステップＳ１０６において候補クラスタ群が存在する場合、ステップＳ１０１を実行する。２周目以降のＳ１０１では、ＧＷ端末候補生成部１５は、制御部１４から通知された候補クラスタと制御部１４から取得したクラスタ分割情報を用いてＧＷ端末候補を決定する。

２周目以降のＳ１０１について説明する。２周目以降のＳ１０１では、クラスタヘッド候補変更手順を実行する。
最初に、候補クラスタのＧＷ端末同士の距離を計算する。例えば、図５に示すクラスタ分割構成の場合、通信端末Ｎ_１８と通信端末Ｎ_７の距離を算出する。距離は、例えばホップ数であり、図５に示すクラスタ分割構成であればホップ数７となる。

次に、ＧＷ端末候補生成部１５は、クラスタサイズの小さいクラスタでＧＷ端末候補を選択する。現ＧＷ端末と距離が１で隣接し、かつ、ＧＷ端末同士の距離が等しい、または−１の通信端末を候補とする。例えば、図５に示すクラスタ分割構成の場合、図６に示すように、クラスタＣｃのＧＷ端末は通信端末Ｎ_７であるため、ＧＷ端末候補は通信端末Ｎ_６及びＮ_１５となる。このように、クラスタサイズの小さいクラスタのＧＷ端末がクラスタサイズの大きいクラスタに近づくような通信端末にＧＷ端末候補を制限するため、ＧＷ端末候補の数が減り、計算量を低減することができる。

次に、ＧＷ端末候補生成部１５は、クラスタサイズの大きいクラスタでＧＷ端末候補を選択する。ＧＷ端末候補は、現ＧＷ端末と距離が１で隣接し、ＧＷ端末同士の距離が等しい、または＋１の通信端末を候補とする。例えば、図５に示すクラスタ分割構成の場合、図７に示すように、クラスタＣａのＧＷ端末は通信端末Ｎ_１８であるため、ＧＷ端末候補は通信端末Ｎ_１７及びＮ_２６となる。このように、クラスタサイズの大きいクラスタのＧＷ端末がクラスタサイズの小さいクラスタから遠ざかるような通信端末にＧＷ端末候補を制限するため、ＧＷ端末候補の数が減り、計算量を低減することができる。

ＧＷ端末候補生成部１５は、クラスタＣｃ及びＣａのＧＷ端末候補群を作成し、制御部１４へ通知する。図６及び図７の例では、通信端末Ｎ_６，Ｎ_１５，Ｎ_１７，Ｎ_２６がＧＷ端末候補群を構成する。制御部１４は、クラスタ生成部１７に対し、各ＧＷ端末候補をＧＷ端末とするクラスタ生成を指示する。

クラスタ生成部１７は、制御部１４からの指示を受け、トポロジ管理部１６からトポロジ情報を取得し、ＧＷ端末候補群に含まれる各通信端末Ｎ_６，Ｎ_１５，Ｎ_１７，Ｎ_２６をＧＷ端末に用いた場合について、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５を実行する。

この場合、ステップＳ１０２では、ＧＷ候補１つと現ＧＷ端末２つで３つのＧＷ端末を選択し、合計４パターンのＧＷ候補に対してクラスタ生成を行う。例えば、通信端末Ｎ_６，Ｎ_１８，Ｎ_３０をＧＷ端末にしたときのクラスタ、通信端末Ｎ_１５，Ｎ_１８，Ｎ_３０をＧＷ端末にしたときのクラスタ、通信端末Ｎ_７，Ｎ_１７，Ｎ_３０をＧＷ端末にしたときのクラスタ、通信端末Ｎ_７，Ｎ_２６，Ｎ_３０をＧＷ端末にしたときのクラスタを作成する。そして、各クラスタについて、Ｓ１０３〜Ｓ１０５を実行する。

以上説明したように、本実施形態に係るネットワーク制御装置及びネットワーク制御方法は、位置情報に代わりアドホック／マルチホップＮＷのトポロジ情報を用いてクラスタサイズの均一化を行うことができる。そのため、本発明は、ＧＰＳを搭載する必要がなく、通信端末の低コスト化及び低消費電力化が可能である。また、本実施形態に係る発明は、ＧＰＳを搭載していない通信端末に対してもクラスタリングが可能であるため、適用範囲を拡大することができる。

（実施形態２）
図８は、本実施形態に係る通信ネットワークの一例を示す。本実施形態に係る通信ネットワークは、実施形態１のネットワーク制御装置をアドホック・衛星統合ネットワークへ適用している。アドホック・衛星統合ネットワークは、複数のマルチホップネットワークが衛星２１を介してインターネットと接続されている。アドホックネットワークの１つの通信端末がＧＷ端末として機能し、ＧＷ端末が衛星２１を介してインターネットに接続された制御サーバ１０と通信を行う。制御サーバ１０は、実施形態１で説明したネットワーク制御装置を備える。

アドホック・衛星統合ネットワークは、衛星２１と通信する通信端末をＧＷ端末として用いる。ＧＷ端末まではアドホック通信を行い、ＧＷ端末は衛星２１と衛星通信を行う。これにより、衛星通信する機能のない通信端末も間接的に衛星通信が可能になる。

制御サーバ１０は、アドホックネットワークのトポロジ情報を衛星２１経由で取得し、トポロジ情報格納部１３に格納する。本実施形態では、トポロジ情報には、どの通信端末が衛星通信可能であるかの情報を含む。

制御サーバ１０のネットワーク制御装置は、ＧＷ端末とそれに属する通信端末をクラスタ分割情報として生成する。ネットワーク制御装置のクラスタリングが終了すると、制御サーバ１０は、クラスタ分割情報を衛星２１経由でアドホックＮＷの通信端末へ送信する。本情報に基づいたＮＷの再構成は、アドホックＮＷを構成するシステムに従う。

アドホック・衛星統合ネットワークは、地上通信インフラを必要としないため、耐災害性を有する。アドホック・衛星統合ネットワークは、通信制御は通信端末依存し、必要に応じてネットワークに参加可能であるため、通信への参加離脱が容易である。

アドホック・衛星統合ネットワークは、衛星リンク数に制限がある。本実施形態に係るネットワーク制御装置は、公平性保証のクラスタリングを行うことが可能であるため、ＧＷ端末に接続する通信端末の数を均一にすることができる。

アドホック・衛星統合ネットワークは、通信端末の移動、参加及び離脱によって、ネットワーク構成が常に変化する。本実施形態に係るネットワーク制御装置が定期的にクラスタリングを行えば、ネットワーク構成の変化に対応することができる。

ＧＰＳによる位置情報取得は消費電力が大きいため、位置情報を用いてクラスタリングを行うと、ＧＷ端末の消費電力が大きい問題があった。これに対し、本実施形態に係るネットワーク制御装置は、位置情報を用いずにクラスタリングを行うため、消費電力を抑えることができる。

（実施形態３）
図９は、本実施形態に係る通信ネットワークの一例を示す。本実施形態に係る通信ネットワークは、実施形態１のネットワーク制御装置をＷｉ−Ｆｉメッシュ・ＦＷＡ統合ネットワークに適用している。Ｗｉ−Ｆｉメッシュ・ＦＷＡ統合ネットワークは、無線ＬＡＮアクセスポイント（ＡＰ）ＮＡ_１〜ＮＡ_７を中継接続したＷｉ−Ｆｉメッシュに、ＦＷＡ（ＦｉｘｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓ）装置２２を接続したネットワークである。無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７は、無線通信端末と無線通信を行う無線基地局として機能する。

本実施形態では、無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７が通信端末として機能する。図９では、一例として、無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_４がクラスタＣＡ_１を構成し、無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_５〜ＮＡ_７がクラスタＣＡ_２を構成する例を示す。そして、無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７のうちのＦＷＡ装置２２と接続する無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_４，ＮＡ_５がＧＷ端末として機能する。無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_４，ＮＡ_５が、ＧＷ端末として、ＦＷＡ装置２２を介してネットワーク制御装置を備える制御サーバ１０と通信を行う。

制御サーバ１０はＭ２Ｍ無線アクセスを利用した制御網経由で無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７からトポロジ情報を収集し、トポロジ情報格納部１３に格納する。本実施形態では、トポロジ情報には、クラスタ数、ＷｉＦｉメッシュ構成、無線ＬＡＮアクセスポイント数、無線ＬＡＮアクセスポイント情報などのクラスタの属性を含む。無線ＬＡＮアクセスポイント情報は、配下のトラヒック量、無線通信端末の数を含む。

制御サーバ１０のネットワーク制御装置は、ＧＷ端末とそれに属する無線ＬＡＮアクセスポイントをクラスタ分割情報として生成する。ネットワーク制御装置のクラスタリングが終了すると、制御サーバ１０は、制御網経由で各無線ＬＡＮアクセスポイントに対し、Ｗｉ−ＦｉメッシュＮＷの構築指示を出す。このとき、クラスタ分割情報には、各クラスタでのＷｉ−Ｆｉメッシュトポロジを含む。このとき、クラスタヘッド（ＧＷ−ＡＰ）が変更になる場合は、該当するＧＷ−ＡＰにＦＷＡ装置を手動接続する。

ここで、クラスタヘッド候補変更手順において、ＧＷ端末候補生成部１５は、クラスタに属する無線ＬＡＮアクセスポイントの数をクラスタサイズに用いてもよいし、無線ＬＡＮアクセスポイントが通信を行う無線通信端末の数をクラスタサイズに用いてもよいし、無線ＬＡＮアクセスポイントが無線通信端末と通信を行うトラフィック量をクラスタサイズに用いてもよいし、これらの組み合わせを用いてもよい。

無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７の収容端末数が、それぞれ、８、３、２、３、２、１、２とする。この場合、クラスタＣＡ_１における無線ＬＡＮアクセスポイントが通信を行う無線通信端末の総数は１６であり、クラスタＣＡ_２における無線ＬＡＮアクセスポイントが通信を行う無線通信端末の総数は５である。そのため、式１において、クラスタ数ｎは２、クラスタＣＡ_１のクラスタサイズｘ_１は１６、クラスタＣＡ_２のクラスタサイズｘ_１は５となる。

無線ＬＡＮアクセスポイントＮＡ_１〜ＮＡ_７のトラフィック量が、それぞれ、８２０、３８０、２４０、３５０、２５０、９０、２１０とする。この場合、クラスタＣＡ_１における無線ＬＡＮアクセスポイントが無線通信端末と通信を行うトラフィック量は１７９０であり、クラスタＣＡ_２における無線ＬＡＮアクセスポイントが無線通信端末と通信を行うトラフィック量は５５０である。そのため、式１において、クラスタ数ｎは２、クラスタＣＡ_１のクラスタサイズｘ_１は１７９０、クラスタＣＡ_２のクラスタサイズｘ_１は５５０となる。

本実施形態に係るネットワーク制御方法の適用により、取得した属性を均一化する最適なＧＷ端末、それに属する無線ＬＡＮアクセスポイントを決定する。クラスタ内の経路は制御サーバで決定する。例えば、最小全域木（ＭＳＴ：ＭｉｎｉｍｕｍＳｐａｎｎｉｎｇＴｒｅｅ）アルゴリズムに従う。これにより、Ｍ２Ｍ無線アクセスを制御網として無線ＬＡＮＡＰを遠隔から制御し、Ｗｉ−ＦｉメッシュＮＷを構築する。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１０：制御サーバ
１１：クラスタ分割情報格納部
１２：候補クラスタ群格納部
１３：トポロジ情報格納部
１４：クラスタリング制御部
１５：ＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）端末候補生成部
１６：トポロジ管理部
１７：クラスタ生成部
２１：衛星
２２：ＦＷＡ

Claims

マルチホップネットワークを複数のクラスタに分割したときの各クラスタのクラスタヘッドの候補を、マルチホップネットワークを構成する通信端末のなかから選択するクラスタヘッド候補選択手順と、
クラスタヘッドの候補を用いて構成したクラスタ同士でクラスタサイズを比較し、クラスタサイズの差が少なくなるように、クラスタのクラスタヘッドの候補を、クラスタのクラスタヘッドの候補間の距離に基づいて変更するクラスタヘッド候補変更手順と、
を有するネットワーク制御方法。
前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補を、当該クラスタヘッドに隣接する通信端末であり、かつ、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補からのホップ数が、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補とクラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補とのホップ数に等しいか又は１少ない通信端末に変更する、
請求項１に記載のネットワーク制御方法。
前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補を、当該クラスタヘッドに隣接する通信端末であり、かつ、クラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補からのホップ数が、クラスタサイズが最大のクラスタヘッドの候補とクラスタサイズが最小のクラスタヘッドの候補とのホップ数に等しいか又は１多い通信端末に変更する、
請求項１又は２に記載のネットワーク制御方法。
前記クラスタヘッド候補変更手順において、クラスタに属する通信端末の数を前記クラスタサイズに用いる、
請求項１から３のいずれかに記載のネットワーク制御方法。
前記通信端末は、無線通信端末と無線通信を行う無線基地局であり、
前記クラスタヘッド候補変更手順において、前記無線基地局が通信を行う前記無線通信端末の数又はトラフィック量を、前記クラスタサイズに用いる、
請求項１から３のいずれかに記載のネットワーク制御方法。
コンピュータに請求項１から５のいずれかに記載のネットワーク制御方法における前記クラスタヘッド候補選択手順及び前記クラスタヘッド候補変更手順を実行させるためのネットワーク制御プログラム。
マルチホップネットワークを構成する通信端末のトポロジ情報を格納するトポロジ情報格納部と、
マルチホップネットワークを複数のクラスタに分割したときの各クラスタのクラスタヘッドの候補を選択し、クラスタヘッドの候補を用いて構成したクラスタ同士でクラスタサイズを比較し、クラスタサイズの差が少なくなるように、クラスタのクラスタヘッドの候補を、クラスタのクラスタヘッドの候補間の距離に基づいて変更するクラスタヘッド候補生成部と、
を備えるネットワーク制御装置。
複数の前記マルチホップネットワークが接続された通信ネットワークと、
前記通信ネットワークに接続された請求項７に記載のネットワーク制御装置と、
を備える通信ネットワーク。