JP6122597B2 - アプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する方法及びその装置 - Google Patents
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Description
このように様々なアプリケーションプログラムは、サービス分野に応じて互いに異なるサービス品質(Quality of Service;以下、QoS)が要求される。
従って、個人用デジタル機器が自身と接続されたセンサ、その他のデジタル機器及びアプリケーションプログラムが要求するサービス品質を提供することができるようリアルタイムで最適のプロトコルを支援する方法が求められているという問題がある。
また、本発明の他の目的は、少なくとも1つのコンポーネントモジュールを再使用してセンサプラットフォームのメモリ使用を減少させることにある。
また、本発明の他の目的は、コンポーネントモジュールを結合して再構成されたプロトコルを実施することによって、複数のアプリケーションプログラムそれぞれのためのプロトコル開発時間を短縮させることにある。
前記プロトコル構成情報を決定するステップは、複数のプロトコルそれぞれに対するQoS(Quality of Service)指標を、前記プロトコルレイヤから取得可能な少なくとも1つのパラメータと前記プロトコルの運用パラメータの関数として定義するステップと、前記関数を前記アプリケーションプログラムの要求情報に適するよう数式化するステップとをさらに含むことが好ましい。
前記プロトコル構成情報を決定するステップは、前記アプリケーションプログラムの要求情報によって表示される前記アプリケーションプログラムの要求事項を満足するために、前記再構成されたプロトコルのQoS指標を最適化させる運用パラメータを決定するステップを含むことが好ましい。
前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記プロトコル構成情報に基づいて前記接続関係に関連する情報を生成するステップと、前記接続関係に関連する情報を用いて前記再構成されたプロトコルを実施するステップとをさらに含むことが好ましい。
前記複数のコンポーネントモジュールに関連する情報を格納するコンポーネントライブラリーを保持するステップをさらに有することが好ましい。
前記プロトコルを再構成する装置で前記再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報を符号化するステップをさらに有することが好ましい。
前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールそれぞれのアドレスを含むテーブルを用いて前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールを接続するステップをさらに有することが好ましい。
前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記アプリケーションプログラムのための前記再構成されたプロトコルによりアプリケーションプログラムレイヤの下位レイヤを通過するメッセージをフックする(hooking)ステップと、前記フックしたメッセージから取得したプロトコルのIDに基づいて、前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールをスイッチングするステップとを含むことが好ましい。
前記アプリケーションプログラムの前記現在のプロトコルが前記最適プロトコルであり、前記最適プロトコルの運用パラメータの現在の値が前記最適プロトコルの運用パラメータの最適値ではない場合、前記最適プロトコルの運用パラメータの値を前記運用パラメータの最適値に設定するステップをさらに有することが好ましい。
前記アプリケーションプログラムは、第1装置に接続された第2装置から前記現在のプロトコルを用いて前記第1装置に送信されたデータを処理するために前記第1装置で駆動され、前記最適プロトコルを決定するステップは、前記アプリケーションプログラムの要求情報が変更された時、又は前記第1装置に第3装置が接続された時に、実行されることが好ましい。
また、少なくとも1つのコンポーネントモジュールを再使用することによって、センサプラットフォームのメモリ使用を減少させることができるという効果がある。
また、複数の(プロトコル)コンポーネントモジュールのうち、少なくとも1つのコンポーネントモジュールを結合して再構成されたプロトコルを実施することによって、複数のアプリケーションプログラムそれぞれのためのプロトコル開発時間を短縮させることができるという効果がある。
アプリケーションプログラムに特化されたプロトコルでは、B−MAC、X−MACなどのようにセンサネットワークのために提案されたプロトコルが一例として挙げられる。
多重目的のためのプロトコルは、プロトコル自体のオーバーヘッドによって性能面において最適のプロトコルではない場合もある。
図1に示すアプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する装置(以下、「プロトコル再構成装置」)100は、能動的にアプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する装置である。
(1)アプリケーションプログラム又は周辺センサノードのための最適のプロトコルを決定し、アプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する機能と、
(2)他のプロトコル再構成装置からの要求を受け入れて自身のプロトコルを変形させる機能の全てを行う。
プロトコル再構成装置100で、(1)の機能はプロトコル再構成装置100が能動モードで動作するときに行われ、(2)の機能はプロトコル再構成装置100が受動モードで動作するときに行われる。
上述したような2種類の機能を全て含むプロトコル再構成装置100を「Full Functional Protocol System Device」(以下、「FFD」)と称する。
分析部110は、アプリケーションプログラムの要求情報及びプロトコルレイヤから取得されたシステム情報を分析する。ここで、アプリケーションプログラムの要求情報は、アプリケーションプログラムのQoS(Quality of Service)リクエスト情報だけではなく、周辺センサノードの要求情報も含んでもよく、各アプリケーションプログラムが要求するLatency、PER(Packet Error Rate)、lifetimeなどが一例として含みうる。
また、分析部110は、取得した情報(アプリケーションプログラムの要求情報及びシステム情報)を予め設定されたフォーマットのメッセージ形式でプロトコルエンジン130に周期的に供給する。
すなわち、プロトコルエンジン130は、アプリケーションプログラムのための最適のプロトコル(ここでは、再構成されたプロトコル)及び該当プロトコルのための運用パラメータを決定する。
運用パラメータは、プロトコル再構成装置100が調節権限を有するパラメータである。
プロトコルエンジン130は、エージェント(Agent)とソルバー(solver)から構成され、具体的な構成及び動作については、図7及び図8を参照して詳細に後述する。
プロトコル実施部150の具体的な動作及び構成については、図9及び図10を参照して詳細に後述する。
再構成プロトコルスタック170は、プロトコル実施部150で決定された少なくとも1つの接続関係に関する情報を受信して少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続を行う。
(プロトコル)コンポーネントモジュールのスタックは、プロトコルのための機能はコンポーネント化させて、これを接続して必要な機能を実行できるようにする。ここで、コンポーネントモジュールは、粒度(granularity)に応じて伴うオーバーヘッド(overhead)によるトレード−オフ(trade−off)があるため、設計者の意図により様々な形態で構成され得る。
したがって、アプリケーションプログラムごとの最適のプロトコルを構成するために全ての作業を初めから再び始めることは時間と費用面において浪費になりかねない。
したがって、本実施形態ではプロトコルの基本機能をコンポーネント化して複数のコンポーネントモジュールのうち、プロトコルを再構成するために必要なコンポーネントモジュールを最大に再使用できるようにする。
一方、FFDのプロトコル再構成装置100が、受動モードで動作するときには、図2に示すように、プロトコル実施部150及び再構成プロトコルスタック170だけが活性化され、このときには後述するRFDと同一の動作を行う。
図2に示すアプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する装置(以下、「プロトコル再構成装置」)200は、受動的にアプリケーションプログラムのプロトコルを再構成する装置である。
すなわち、プロトコル再構成装置200は、他のプロトコル再構成装置からの要求を受け入れて、自身のプロトコルを変形させる機能のみを行い、このような機能を行うプロトコル再構成装置200を「Reduced Functional Protocol System Device」(以下、「RFD」)と称する。
プロトコル実施部210は、自身と接続した対象装置から受信した、アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報に基づいて、複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係を決定する。ここで、アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報は、再構成プロトコルスタック230に格納された複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報を含んでもよい。
アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報は、アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコル、再構成されたプロトコルのための運用パラメータを含むプロトコル構成情報、及び少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報の内の少なくとも1つを含んでもよい。
再構成プロトコルスタック230の動作は、図1に示す再構成プロトコルスタック170と同一であるため、該当部分に対する説明を参照する。
プロトコル再構成装置100は、複数のコンポーネントモジュールのスタックが格納されたメモリを保持する(ステップS301)。
プロトコル再構成装置100は、アプリケーションプログラムの要求情報及びプロトコルレイヤから取得したシステム情報を分析する(ステップS303)。
プロトコル構成情報は、アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコル及び再構成されたプロトコルのための運用パラメータを含む。
プロトコル再構成装置100は、例えば、ランタイムソルバー(Run−time solver)又はプロトコルデータベース(Protocol Database)を用いてプロトコル構成情報を決定してもよい。
プロトコル再構成装置100は、複数のプロトコルそれぞれに対するQoS指標をプロトコルレイヤから取得可能なパラメータと運用パラメータの関数で定義する。
その後、プロトコル再構成装置は、定義された関数をアプリケーションプログラムの要求情報に対応するように数式化する。
プロトコル再構成装置100は、アプリケーションプログラムの要求情報を満足するために再構成されたプロトコルのQoS指標を最適化させる運用パラメータを決定する。
まず、プロトコル再構成装置100は、プロトコルデータベースを保持する。
プロトコルデータベースは、ステップS303における分析結果を含む情報を複数のプロトコルそれぞれに適用して決定した再構成されたプロトコル及び再構成されたプロトコルのための運用パラメータを格納する。
上述したランタイムソルバー又はプロトコルデータベースを用いてプロトコル構成情報を決定する方法については、図7〜図8を参照して詳細に後述する。
プロトコル再構成装置100は、自身のプロトコルを再構成するか、そうでなければ、自身と接続した対象装置のプロトコルを再構成するかに応じて動作が変わり得る。
プロトコル再構成装置100がいずれかのプロトコルを再構成するかによって変化する動作については図9〜図11を参照して詳細に後述する。
プロトコル再構成装置200は、複数のコンポーネントモジュールのスタックが格納されたメモリを保持する(ステップS401)。
プロトコル再構成装置200は、自身と接続した対象装置からアプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報を受信する(S403)。
ここで、アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報が符号化された形態で受信されれば、プロトコル再構成装置200は、該当情報を解釈した後に利用してもよい。
プロトコル再構成システムは、能動モードで動作するプロトコル再構成装置(例えば、FFD)530と対象装置(例えば、RFD)550を含む。
装置間の動作は次の通りである。
分析部531は、アプリケーションプログラム520から、アプリケーションプログラム又は自身と接続したセンサノードの要求情報及びプロトコルレイヤからシステム情報を取得する(1)。また、分析部531は、再構成プロトコルスタック537からネットワーク情報も取得してもよい(1)。
プロトコルエンジン533は、分析部531における分析結果に基づいてプロトコル構成情報を決定する。
プロトコル構成情報は、アプリケーションプログラム520のための再構成されたプロトコル及び再構成されたプロトコルのための運用パラメータを含む。
プロトコル実施部535は、プロトコル構成情報により再構成されたプロトコルを実施するために再構成プロトコルスタック537に格納された複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係を決定する。
ここで、再構成プロトコルスタック537は、複数のコンポーネントモジュールのスタックが格納されたメモリを保持する。
それにより、再構成プロトコルスタック537は、該当情報を用いて少なくとも1つのコンポーネントモジュールを接続し、これによって再構成されたプロトコルが実施される。
プロトコル実施部555は、接続関係に関連する情報を再構成プロトコルスタック557に通知する(7)。
図6に示すプロトコル再構成システムは、能動モードで動作するプロトコル再構成装置(例えば、FFD)630と対象装置(ここでは、受動モードで動作するプロトコル再構成装置(例えば、FFD))650を含む。
また、受動モードで動作するプロトコル再構成装置(FFD)650は、プロトコルを決定するために関与する分析部651とプロトコルエンジン653の機能が非活性化されるだけであって、残りのプロトコル実施部655及び再構成プロトコルエンジン657の動作は図5に示すプロトコル再構成装置(RFD)550と同一である。
すなわち、受動モードで動作するプロトコル再構成装置(FFD)650は、機能上、図5に示す対象装置550のRFDと同一に動作する。
したがって、図6で各構成要素の動作は、図5に示す説明を参照する。
図7においてプロトコルエンジン730は、エージェント731とランタイムソルバー735を含む。
ランタイムソルバー735は、アプリケーションプログラムのための最適のプロトコル(ここでは、再構成されたプロトコル)が何であるかをリアルタイムに確認し、該当プロトコルのための運用パラメータを決定する。
ランタイムソルバー735を用いて実現したプロトコルエンジン730は、モデリング部7353とアルゴリズム部7356を含む。
そして、該当関数をアプリケーションプログラムの要求情報又はアプリケーションプログラムの目的に適するように数式化してモデリングする。
例えば、アプリケーションプログラムの要求情報で「reliability」と「delay」に対する要求事項があって、ユーザがアプリケーションプログラムのエネルギーを最小化することを所望すると仮定する。ここで、プロトコルエンジン730(より詳しくは、モデリング部7353)はアプリケーションプログラムの要求情報に基づいて、数式化されたQoS指標を用いてエネルギーを最小化するための最適化の問題を数式化する。
ここで、QoS指標としては、Energy(Ei)、Reliability(Ri)、Delay(Di)などが一例として挙げられる。
プロトコルエンジン730は、アプリケーションプログラムの要求情報、システム情報、ネットワーク情報に対する値を分析部710から取得した後、モデリング部7353によって定義された数式に入力する。
プロトコルエンジン730は、アプリケーションプログラムの要求情報を満足する範囲内で再構成されたプロトコルのQoS指標を最適化させる運用パラメータを決定する。
アルゴリズム部7356は、モデリング部7353によって数式化された最適化の問題により適切なアルゴリズムを選択、又は開発(develop)して、アプリケーションプログラムのプロトコル再構成装置にてこのアルゴリズムを実施する。
図7に示すように、アルゴリズム部7356では整数プログラミング(integer programming)に対する解決方法のうち1つの分枝限定法(branch and bound)アルゴリズムを用いることができる。
プロトコルデータベースを用いてプロトコルエンジンを実施するときにもエージェント831は、図7と同様に動作してもよい。
すなわち、エージェント831は、分析部810が取得した情報を受信し、該当情報に基づいて周期的にプロトコルデータベース835の動作をトリガー(trigger)する。さらに、エージェント831は、プロトコルデータベース835によって決定された結果をプロトコル実施部850に伝達する。
ただし、プロトコルデータベース835を用いるときには、アルゴリズム部7356に代って外部パラメータに対する最適のプロトコルと該当プロトコルのための運用パラメータを(アルゴリズムによって)予め算出し、その結果をデータベース8356化することが異なる。
ここで、外部パラメータでは、オフライン上で取得可能なアプリケーションプログラムの要求情報、システム情報及びネットワーク情報などが例として挙げられる。
プロトコルエンジン830は、確認した結果を再構成されたプロトコルと該当運用パラメータでプロトコル実施部850に送信する。
また、プロトコルデータベースを用いてプロトコルエンジン830を実現する方法は、比較的に静的であり単純な環境により運用パラメータや再構成されたプロトコルの運用範囲が広い必要がない場合にも効果的である。
プロトコル実施部950は、プロトコルエンジン930から受信したプロトコル構成情報を解釈し、プロトコル構成情報により再構成されたプロトコルをプロトコルレイヤで実施できるようにする。ここで、プロトコル構成情報は、プロトコルエンジン930が分析部910から受信した情報に基づいて決定したものである。
プロトコル実施部950は、プロトコル再構成装置の役割により異なる動作を行う。すなわち、プロトコル再構成装置がFFDの役割を行うときと、RFDの役割を行うときにプロトコル実施部950の構成要素及びその動作が異なる。
また、プロトコル実施部950は、自分のプロトコルを再構成するために必要な情報を生成するときと、自身と接続した対象装置で再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報を生成するときの動作が異なる。
ここで、プロトコル再構成装置990は、プロトコル再構成装置900に接続された対象装置の役割を行う。
少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報は、プロトコルID、コンポーネント情報、及びパラメータ値を含む。もし、プロトコル再構成装置900が必要なコンポーネントモジュールを含んでいない場合には、少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報は「ELF format」のコンポーネントモジュールのコードをさらに含んでもよい。
プロトコルパーサー955は、プロトコル再構成装置900がFFDで動作するときには利用されない。
プロトコルエンコーダ956は、プロトコル実施部950が再構成プロトコルスタック970に送信する情報(例えば、少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報)を符号化するときのみ用いられる。
図10は、実施部エージェント951が行う動作を説明するためのフローチャートを示す。
実施部エージェント951が自分のプロトコルを再構成するために必要な情報を生成するときの動作はステップS1001〜S1003の工程である。
ステップS1001の判断結果、自身のプロトコルを再構成しなければならない必要があれば、実施部エージェント951はプロトコルアップデータ952に関連情報(ここでは、少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報)を送信する(ステップS1003)。
少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報はプロトコルID(Protocol ID)、少なくとも1つのコンポーネントモジュールに関する情報(Components Info)及びパラメータ値(Parameter Value)であってもよい。
プロトコルアップデータ952は、少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係に関連する情報を用いて再構成されたプロトコルを実施することができる。
図9に示す実線は、プロトコル実施部950が自身のプロトコルを再構成するときのメッセージの流れを示す。
その前に、実施部エージェント951は、自身と接続した対象装置(ここでは、プロトコル再構成装置990)が使用しているプロトコルと運用パラメータに関する情報を格納するノードステートデータベース(Node state Database)954を保持する。
ステップS1007において、対象装置990が再構成されたプロトコルを実施するために必要な少なくとも1つのコンポーネントモジュールを含んでいないと判断されれば、実施部エージェント951はコンポーネントライブラリー953を参照する(ステップS1009)。
実施部エージェント951は、コンポーネントライブラリー953を参照して必要な少なくとも1つのコンポーネントモジュールに関する情報を取得してメモリなどに記録する。ここで、少なくとも1つのコンポーネントモジュールに関する情報はELFフォーマットであってもよい。
この状態で対象装置990に送信する情報(すなわち、再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報)の内容が確定される。
実施部エージェント951は、該当情報に対する符号化が必要であると判断されれば、プロトコルエンコーダ956によって該当情報に対する符号化を行う(ステップS1013)。
ステップS1013において、符号化された該当情報も同様に再構成プロトコルスタック970によって無線で該当情報を送信する(ステップS1015)。
RFDで動作するプロトコル再構成装置990は、プロトコル実施部991及び再構成プロトコルスタック995を含む。
プロトコル実施部991は、情報解釈を行うプロトコルパーサー9911と解釈された結果を行うプロトコルアップデータ9913を含む。
したがって、以下では図11を参照してRFDで動作するプロトコル再構成装置990のプロトコル実施部991の動作について説明する。
RFDで動作するプロトコル再構成装置1100は、プロトコルパーサー1113とプロトコルアップデータ1116を含む。プロトコルパーサー1113は、FFDで動作するプロトコル再構成装置がプロトコルエンコーダを用いて情報を符号化した場合にのみ活性化する。
プロトコルパーサー1113は、該当情報を解釈してプロトコルアップデータ1116に送信する。
プロトコルアップデータ1116は、解釈された該当情報により再構成されたプロトコルをプロトコル再構成装置1100で実施されるように複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールの接続関係を決定する。
符号1210は一般的なコンポーネントモジュール構造を示し、符号1230は構成テーブルを用いて再構成されたプロトコルを実施することを示す。
ここで、構成テーブル1233は、再構成されたプロトコルを実施するために必要な少なくとも1つのコンポーネントモジュールそれぞれのアドレスを含む。また、構成テーブル1233は、再構成されたプロトコルを実施するために必要な少なくとも1つのコンポーネントモジュールにアクセスできるようにルーティングする機能も含んでもよい。
ここで、プロトコルアップデータは、再構成プロトコルスタックに少なくとも1つのコンポーネントモジュールのIDを通知する。
図13に示すように、アプリケーションプログラムレイヤ1310の下位に構成レイヤ1320を備える。
ここで、プロトコル実施部は、構成レイヤ1320によって下位のMACレイヤ1330に送信されるメッセージをフッキングしてプロトコルのIDを取得する。
ここで、プロトコルアップデータは、再構成プロトコルスタックに再構成プロトコルに該当するプロトコルIDを通知する。
まず、RFDが1台である場合を<実施形態1>、RFDが3台である場合を<実施形態2>に分類して、各実施形態の動作を詳しく説明する。
<実施形態1>において、1台のFFDではTDMAプロトコルを使用していると仮定する。
RFD1は、実行中である体温測定のためのアプリケーションプログラムを実行するためにFFDとの接続を試みる。
ここで、RFD1が実行しようとするアプリケーションプログラムの要求情報は下記に示す表1の通りである。
表1で考慮されるアプリケーションプログラムの要求情報は、Reliabilityとlatencyである。
分析部は、プロトコルエンジンでのモデリングに用いられる全てのパラメータ値に関する情報を保持及び/又は更新する。分析部はアプリケーションプログラムの要求情報に関連するイベント(例えば、association)の発生時にアプリケーションプログラムの要求情報を取得する。
その他にも、分析部は、必要な場合にのみPHYレイヤ又はMACレイヤからパケットエラー率(packet error rate)及び接続ノードの数などのような情報を取得する。
本実施形態では、アプリケーションプログラムの要求情報及びプロトコル再構成装置に接続したノード(装置またはセンサなど)の数に対するアップデートされた情報が発生する場合のみ分析部がプロトコルエンジンに該当値を伝達するものとする。
したがって、<実施形態1>において分析部は、RFD1に対する要求情報をプロトコルエンジンに送信する。ここで、RFD1に対する要求情報は、例えば、Device ID:1、Reliability request:5、Latency request:n/a、number of node:1であってもよい。
分析部から情報を受信したプロトコルエンジンのエージェントは、情報を受信するときごとに実行されるイベントベースの方法、あるいは一定周期ごとにトリガーさせる周期ベースの方法などを用いてソルバーをトリガーする。
上述したように、ソルバーは複数のプロトコルごとに対するモデリングを行うモデリング部と、複数のプロトコルごとに対するモデルに対する解を取得するアルゴリズム部で構成される。
ここで、Base Protocolは、RFD1とFFDとのassociationのためのコントロール情報の送受信を支援するプロトコルである。
したがって、モデリング部は、実際的なデータ送信の過程を支援するプロトコルのX−MACとPure−TDMAに対するモデリングを行う。
X−MACは、データを送信しようとする送信装置(sender)がストローブ(strobe)と呼ばれる小さいパケットに受信装置(receiver)のアドレスを記載して送信する。
受信装置は、スリップモード(sleep mode)から一定周期ごとに起動して自身のアドレスが記載されたストローブパケットがあるか否かをチェックする。
もし、自身のアドレスが記載されたストローブパケットがあれば、受信装置はACKパケットを送信装置に送信する。
受信装置は、データを全て受信した後、直ちにスリップモードに入ることなく、一定時間起動して他のノードからのデータを待機する。
受信装置のこのような動作は、送信装置のストローブパケット送信を減らしてエネルギーを節減することができる。
送信装置は、一定期間が完了すれば、直ちに受信装置にデータを送信する。
ここで、受信装置が起動している時間は最大バックオフ時間よりも大きくなければならない。
Pure−TDMAで受信装置と送信装置との間の送信順序が決定されて、送信するデータはタイムスロット(time slot)に基づいて送信される。
そのために受信装置は、周期的にビーコン信号を送信して自身と送信装置の間の同期を合わせて割り当てられたタイムスロットを通知する。
このように送信のために割り当てられたタイムスロットを活性期間(active period)という。
活性期間の後に、ノードはスリップ期間の間にスリップモードに入る。このスリップモードは、送信装置のビーコン送信時点の直前に終了する。
モデリング部は、運用パラメータ及びアプリケーションプログラムの要求情報などを用いるが、このときにプロトコルの動作を理解してこれに基づいて各指標を数式化してもよい。
したがって、この2つのパラメータがX−MACの運用パラメータであってもよい。アプリケーションプログラムの要求情報に該当するLatency及びReliabilityも受信装置のスリップ周期(Rs)及びバックオフ期間(Sbo)の関数に示してもよい。
プロトコルエンジンは、各プロトコルごとのモデルに対して運用パラメータの最適値とそれによるエネルギー消耗を比較して最適のプロトコルを選択する。
アルゴリズム部は、プロトコル問題が有している変数特性などに基づいて設計されるべきであるが、本実施形態ではプロトコルが有する運用パラメータが整数値を有すると仮定し、これに対する一般的な解を求める分枝限定法(branch and bound)アルゴリズムを選択してもよい。
プロトコルエンジンのエージェントは、例えば、最適のプロトコルがX−MACであり、最適の(システム)パラメータがRs:9、Sbo:10msであることをプロトコル実施部の実施部エージェントに伝達する。
実施部エージェントは、FFD自身のプロトコルを再構成するために取得した情報をプロトコルアップデータに伝達する。
プロトコルアップデータは、再構成されたプロトコルを実施するためにプロトコルスタックに関連情報を伝達する。
プロトコル実施部のプロトコルアップデータは、まず、関数呼出(function call)によってX−MACプロトコル上の最適のパラメータのRsとSboを調節する該当関数に最適値を設定することを要求する。
そして、応用レイヤ(Application Layer)で作られたデータは、プロトコルフィールドにX−MACに該当するIDが設定された形態のメッセージでプロトコルスタックに伝達される。プロトコル実施部のアップデータは、下位のプロトコルスタックに伝達される直前に該当メッセージをフッキングして最適のプロトコルがX−MACであることを確認し、X−MACのためのコンポーネントモジュールにスイッチングする。
実施部エージェントは、まず、現在RFD1のプロトコルの使用状況を把握するためにノードステートデータベースを参照する。RFD1に該当するノードステートデータベース情報は下記に示す表2の通りである。
ここで、RFD1がX−MACを保有しているため、X−MACのためのコンポーネントモジュールをもってくる動作は必要としない。したがって、実施部エージェントは再構成プロトコルスタックに、例えば、(最適のプロトコル、パラメータ値)=(X−MAC、(9,10))(Rs、Sboの順)のような情報を送信する。この情報は必要に応じて符号化が可能であり、実施部エージェントは再構成プロトコルスタックによって該当情報がRFD1に無線に送信される。
RFD1の再構成プロトコルスタックは、関連情報(例えば、X−MAC、(9、10))を受信してRFD1のプロトコル実施部に伝達する。
ここで、関連情報が符号化されていれば、プロトコル実施部は、プロトコルパーサーによってこれを復元してプロトコルアップデータに伝達する。
関連情報が伝達されたプロトコルアップデータの動作は、上述したFFDのプロトコルアップデータの動作と同一である。
以下は、RFD1と通信していたFFDにRFD2とRFD3が新しく接続要求をした動的な状況におけるシステム動作を説明する。
<実施形態1>と相当の部分が類似するため、相異する点のみを説明する。
プロトコルエンジンは、3つの装置RFD1、RFD2、RFD3のプロトコルを用いるときに消費されるエネルギーを送信装置の3つの装置のバックオフパラメータSbo1、Sbo2、Sbo3と受信装置であるFFDのスリップ期間Rsの関数に表わす。
また、プロトコルエンジンは、各装置のQoS指標も上述したパラメータに表わしてアプリケーションプログラムで要求される要求情報を満足するように数式化する。
TDMAの場合、<実施形態1>と同様に、受信装置であるFFDのパラメータであるNframeの関数に表わす。
プロトコルエンジンのエージェントは、最適のプロトコルがTDMAであり、最適のパラメータがNFrame:20であることをプロトコル実施部の実施部エージェントに伝達する。
実施部エージェントは、FFD自身のプロトコルを再構成するために取得した情報をプロトコルアップデータに伝達する。プロトコルアップデータは、再構成されたプロトコルを実施するためにプロトコルスタックに関連情報を伝達し、再構成されたプロトコルを行うように命令する。具体的な方法は<実施形態1>と同一である。
まず、実施部エージェントは、現在の3つの装置それぞれが用いるプロトコルを把握するためにノードステートデータベースを参照する。
RFD3は、TDMAを保有していないため、実施部エージェントは、TDMAを実施するために必要なコンポーネントモジュールが何であるかをコンポーネントライブラリーを参照して確認する。
RFD3のプロトコルスタックは、関連情報(ここでは(最適プロトコル、パラメータ値)=(TDMA、30)の情報及び3番のコンポーネントモジュール)を受信してRFD3のプロトコル実施部に伝達する。ここで、関連情報が符号化されていれば、RFD3のプロトコル実施部はプロトコルパーサーを介して少なくとも1つのコンポーネントモジュール(ここでは、3番のモジュール)に関する情報とプロトコル構成情報を復元する。
そして、リンカーは新しいELF objectをリンクし、バイナリ(binary)をコードメモリからロードしてTDMAスタックを設定する。
その後、RFD3のプロトコルアップデータは<実施形態1>のような方法によって(最適プロトコル、パラメータ値)=(TDMA、30)の情報を用いてTDMAプロトコルを設定する。
コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などの単独又はその組み合わせたものを含んでもよい。
媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。
110、531 分析部
130、533 プロトコルエンジン
150、210、535、555 プロトコル実施部
170、230、537、557 再構成プロトコルスタック
520 アプリケーションプログラム
530 プロトコル再構成装置(FFD)
550 対象装置(RFD)
Claims (18)
- アプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する装置による再構成方法であって、
複数のコンポーネントモジュールのスタックが格納されたメモリを保持するステップと、
前記プロトコルを再構成する装置又はそれと接続された対象装置によって使用されるプロトコルとプロトコルの運用パラメータに関する情報を格納するノードステートデータベースを保持するステップと、
前記アプリケーションプログラムの要求情報及びプロトコルレイヤから取得したシステム情報を分析するステップと、
前記分析結果に基づいて、前記アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコルと前記再構成されたプロトコルのための運用パラメータとを含むプロトコル構成情報を決定するステップと、
前記プロトコル構成情報に基づいて、前記再構成されたプロトコルを実施するのに必要である前記複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップとを有し、
前記プロトコル構成情報を決定するステップは、
ユーザが前記アプリケーションプログラムのエネルギーを最小化することを希望する場合、前記アプリケーションプログラムの要求情報に基づいて第1アプリケーションプログラム及び第2アプリケーションプログラムのそれぞれに対応するQoS指標を前記プロトコルの運用パラメータの関数に数式化するステップと、
前記アプリケーションプログラムの要求情報を満たす範囲内で前記運用パラメータの関数がエネルギー最小化を満たすように前記再構成されたプロトコルのための運用パラメータを決定するステップと、を含み、
前記アプリケーションプログラムの要求情報は、第1アプリケーションプログラムによって要求される待機時間(latency)、前記第1アプリケーションプログラムによって要求される信頼度(reliability)、第2アプリケーションプログラムによって要求される待機時間及び前記第2アプリケーションプログラムによって要求される信頼度を含むことを特徴とするアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記システム情報を分析するステップは、前記アプリケーションプログラムで、前記アプリケーションプログラムの要求情報に関連するイベントが発生したか否かに基づいて、前記アプリケーションプログラムの要求情報を取得することを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- 前記プロトコル構成情報を決定するステップは、複数のプロトコルそれぞれに対するQoS(Quality of Service)指標を、前記プロトコルレイヤから取得可能な少なくとも1つのパラメータと前記プロトコルの運用パラメータの関数として定義するステップと、
前記関数を前記アプリケーションプログラムの要求情報に適するよう数式化するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記プロトコル構成情報を決定するステップは、前記アプリケーションプログラムの要求情報によって表示される前記アプリケーションプログラムの要求事項を満足するために、前記再構成されたプロトコルのQoS指標を最適化させる運用パラメータを決定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- 前記複数のプロトコルそれぞれを分析した結果を含む情報を適用することによって、複数のプロトコルと、要求情報がマッピングされた複数のプロトコルそれぞれの運用パラメータとを格納するプロトコルデータベースを保持するステップをさらに有し、
前記プロトコル構成情報を決定するステップは、前記プロトコルデータベースを参照して、前記アプリケーションプログラムの要求情報に対応してマッピングされている複数のプロトコルのいずれか1つのプロトコルと、該いずれか1つのプロトコルの運用パラメータとを前記再構成されたプロトコル及び前記再構成されたプロトコルの運用パラメータとして決定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記プロトコル構成情報に基づいて前記接続関係に関連する情報を生成するステップと、
前記接続関係に関連する情報を用いて前記再構成されたプロトコルを実施するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記複数のコンポーネントモジュールに関連する情報を格納するコンポーネントライブラリーを保持するステップをさらに有することを特徴とする請求項6に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- アプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する装置に接続され前記再構成されたプロトコルを実施する対象装置が前記再構成されたプロトコルを実施するために必要なコンポーネントモジュールが失われているか(missing)否かを判断するステップと、
前記判断結果に応じて、前記対象装置から失われていると判断されるコンポーネントモジュールに関する情報を前記コンポーネントライブラリーから取得するステップとをさらに有することを特徴とする請求項7に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記プロトコルを再構成する装置で前記再構成されたプロトコルを実施するために必要な情報を符号化するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- 前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記プロトコル構成情報を受信するステップと、
前記プロトコル構成情報を解釈するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールそれぞれのアドレスを含むテーブルを用いて前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールを接続するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- 前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するステップは、前記アプリケーションプログラムのための前記再構成されたプロトコルによりアプリケーションプログラムレイヤの下位レイヤを通過するメッセージをフックする(hooking)ステップと、
前記フックしたメッセージから取得したプロトコルのIDに基づいて、前記少なくとも1つのコンポーネントモジュールをスイッチングするステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法を実行させるためのプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータで読み出し可能な記録媒体。
- アプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する装置において、
前記アプリケーションプログラムの要求情報及びプロトコルレイヤから取得されたシステム情報を分析する分析部と、
前記分析結果に基づいて、前記アプリケーションプログラムのための再構成されたプロトコル及び前記再構成されたプロトコルのための運用パラメータを含むプロトコル構成情報を決定するプロトコルエンジンと、
前記プロトコル構成情報により、前記再構成されたプロトコルを実施するために複数のコンポーネントモジュールの内の少なくとも1つのコンポーネントモジュールとの接続関係を決定するプロトコル実施部と、
前記複数のコンポーネントモジュールのスタックが格納されたメモリを含む再構成プロトコルスタックとを有し、
前記プロトコルエンジンは、
ユーザが前記アプリケーションプログラムのエネルギーを最小化することを希望する場合、前記アプリケーションプログラムの要求情報に基づいて第1アプリケーションプログラム及び第2アプリケーションプログラムのそれぞれに対応するQoS指標を前記プロトコルの運用パラメータの関数に数式化し、
前記アプリケーションプログラムの要求情報を満たす範囲内で前記運用パラメータの関数がエネルギー最小化を満たすように前記再構成されたプロトコルのための運用パラメータを決定し、
前記アプリケーションプログラムの要求情報は、第1アプリケーションプログラムによって要求される待機時間、前記第1アプリケーションプログラムによって要求される信頼度、第2アプリケーションプログラムによって要求される待機時間及び前記第2アプリケーションプログラムによって要求される信頼度を含むことを特徴とするアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する装置。 - アプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する装置による再構成方法であって、
プロトコルレイヤから取得されたシステム情報と、遅延情報及び信頼度情報を含むアプリケーションプログラムの要求情報とに基づいて前記アプリケーションプログラムの最適プロトコルと該最適プロトコルの運用パラメータの最適値とを決定するステップと、
前記アプリケーションプログラムの現在のプロトコルが前記最適プロトコルではない場合、
前記最適プロトコルの前記運用パラメータの値を前記最適プロトコルの前記運用パラメータの最適値に設定して前記アプリケーションプログラムの現在のプロトコルを前記最適プロトコルに再構成するステップとを有し、
前記アプリケーションプログラムの最適プロトコルと該当の最適プロトコルの運用パラメータの最適値を決定するステップは、前記遅延情報及び前記信頼度情報の条件下で前記エネルギー関数が最小化されるように、前記運用パラメータのエネルギー関数に基づいて前記運用パラメータの最適値を決定するステップを含むことを特徴とするアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記アプリケーションプログラムの現在のプロトコルの少なくとも1つのコンポーネントモジュールと前記アプリケーションプログラムの前記現在のプロトコルから失われた(missing)少なくとも1つのコンポーネントモジュールは、再構成プロトコルスタックのメモリに格納された複数のコンポーネントモジュールに含まれることを特徴とする請求項15に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
- 前記アプリケーションプログラムの前記現在のプロトコルが前記最適プロトコルであり、前記最適プロトコルの運用パラメータの現在の値が前記最適プロトコルの運用パラメータの最適値ではない場合、
前記最適プロトコルの運用パラメータの値を前記運用パラメータの最適値に設定するステップをさらに有することを特徴とする請求項15に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。 - 前記アプリケーションプログラムは、第1装置に接続された第2装置から前記現在のプロトコルを用いて前記第1装置に送信されたデータを処理するために前記第1装置で駆動され、
前記最適プロトコルを決定するステップは、前記アプリケーションプログラムの要求情報が変更された時、又は前記第1装置に第3装置が接続された時に、実行されることを特徴とする請求項15に記載のアプリケーションプログラムのためのプロトコルを再構成する方法。
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