JPWO2012157187A1 - ネットワーク制御方法、経路制御装置、ネットワーク制御システムおよび経路制御プログラム - Google Patents

Abstract

総電力量算出手段８１は、所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する。使用可能電力算出手段８２は、期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する。使用可能電力量判断手段８３は、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する。

Description

本発明は、フローの通信経路を設定してネットワークを制御するネットワーク制御方法、経路制御装置、ネットワーク制御システムおよび経路制御プログラムに関する。

近年の情報化の進展に伴い、携帯電話機などを用いた通信インフラの需要が増加している。携帯電話機の需要は世界中で高まっており、電力インフラがまだ整っておらず電気が届いていない地域においても携帯電話網の普及が期待されている。そのような環境下では、有線網を用いた通信インフラの構築が困難なため、無線通信を用いたネットワークを構築する必要がある。また電力網が整備されていないため、通信ネットワークを構成する各通信装置は、外部からの電力に頼ることができない。そのため、各通信装置は、太陽光発電などの自家発電によって必要な電力を得る必要がある。

太陽光発電は、文字通り、太陽の光を用いて発電する方法である。そのため、発電量は、その日の天候や時間帯に依存してしまう。通信ネットワークを常時維持するためには、バッテリーに電力を予め貯めておき、発電量が低下したときにその電力を使えるようにしておく必要がある。

特許文献１には、電源部が太陽電池と二次電池とによって構成されるワイヤレスメッシュルータが記載されている。特許文献１に記載されたワイヤレスメッシュルータは、二次電池や太陽電池の使用状態等に基づいて、電源部の制御やルーティング制御を行う。

また、特許文献２には、周波数帯域及び電力を考慮して無線回線を割り当てる無線回線割当方法が記載されている。特許文献２に記載された方法では、トラフィック量の情報、使用可能電力量などをもとに、カテゴリ毎に無線回線を最適に割り当てる。

なお、特許文献３には、未来の時点における雲の分布を予測し、その予測に基づいて太陽光パネルの発電電力を予測する太陽光発電システムが記載されている。また、特許文献４には、主電源バッテリーの電力残量を気象情報に応じて算出する制御装置が記載されている。また、非特許文献１には、オンデマンドで経路を探索するＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector）ルーティングについて記載されている。

特開２０１０−２５２２２５号公報 特開２００３−１０２０６１号公報 特開２００７−１８４３５４号公報 特開２００８−１６７０４７号公報

C. Perkins et al "Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing", IETF RFC 3561, july, 2003

太陽光発電などの自家発電によって必要な電力を得る通信装置では、コストなどの理由から、各通信装置に備え付けられる太陽光パネルのサイズやバッテリー容量が制限される。そのため、電力の使用を制限せずに使えるだけ使えるようにしてしまうと、電力が不足し、トラヒックを収容できなくなってしまうという問題がある。

例えば、トラヒックを大量に収容することを目的として、バッテリーに貯めた電力を含め、ほとんどの電力を晴天の日の間に使ってしまったとする。仮に、次の日に雨が降ってしまうと、太陽光発電による発電量が低下することになる。このような場合、バッテリーに電力が残っておらず、発電量も不足するため、トラヒックを収容できなくなってしまうという問題が生じる。

また、太陽光発電では、同様に、夜間においても発電することが困難である。そのため、夜間でもトラヒックを収容するために、夜間で使用する電力を予め見越して昼間の電力使用を制限する必要がある。

特許文献１に記載されたワイヤレスメッシュルータは、太陽電池および二次電池の残量に応じて無線出力を制御している。しかし、例えば、通信が集中するなどして電池の残量が急激に減った場合、そのルータを経由する経路はしばらく使用できなくなってしまう。そのため、特許文献１に記載されたワイヤレスメッシュルータでは、ネットワークの稼働率や、安定したトラフィック収容率を考慮した経路設定を行うことができないという問題がある。

また、特許文献２に記載された無線回線割当方法では、収容率が最大になるように無線回線を割り当てている。しかし、特許文献２には、トラフィック需要に対するアドミッションレート（収容率）を安定した状態で一定に保つ方法には言及されていない。自家発電を必要とする通信装置には、トラヒックを収容するために必要な電力を確保しつつ、安定したトラフィックの収容を継続して行うことが望まれる。

そこで、本発明は、使用可能な電力量が変動する通信装置が通信ネットワーク上に存在する場合であっても、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができるネットワーク制御方法、経路制御装置、ネットワーク制御システムおよび経路制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明によるネットワーク制御方法は、所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出し、期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出し、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断することを特徴とする。

本発明による経路制御装置は、所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出手段と、期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出手段と、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によるネットワーク制御システムは、通信装置と、通信装置の通信経路制御を行う少なくとも１つ以上の経路制御装置とを備え、経路制御装置が、所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出手段と、期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出手段と、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による経路制御プログラムは、コンピュータに、所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出処理、期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出処理、および、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断処理を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、使用可能な電力量が変動する通信装置が通信ネットワーク上に存在する場合であっても、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができる。

本発明によるネットワーク制御システムが適用されるネットワークの一例示す説明図である。 経路制御装置の一実施形態の構成例を示すブロック図である。 通信装置の一実施形態の構成例を示すブロック図である。 経路制御部３０２の動作例を示すフローチャートである。 通信装置と通信装置間のリンクの一例を示す説明図である。 通信装置のトポロジーの例を示す説明図である。 図１に例示するネットワークにおける各無線リンクの帯域と使用帯域との関係の例を示す説明図である。 図１に例示するネットワークにおける各通信装置の仕様の例を示す説明図である。 本発明による経路制御装置の最小構成の例を示すブロック図である。 本発明によるネットワーク制御システムの最小構成の例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明によるネットワーク制御システムが適用されるネットワークの一例を示す説明図である。本発明によるネットワーク制御システムは、経路制御装置２０１と、通信装置２０２〜２０５とを備えている。なお、図１には、ネットワーク制御システムが４台の通信装置を備える場合を例示しているが、通信装置の台数は４台に限定されない。通信装置の台数は、２〜３台であってもよく、５台以上であってもよい。

通信装置２０２〜２０５は、自立した電源とバッテリーを備えた、使用可能な電力量が変動する装置である。通信装置２０２〜２０５の動力源は、主に、太陽光発電とバッテリーに貯められた電力に依存する。また、通信装置２０２〜２０５は、適応変調機能を有する無線リンクに接続される。

経路制御装置２０１と通信装置２０５とは、有線２９１で接続される。また、通信装置２０５は、無線リンク２９２で通信装置２０３に接続され、無線リンク２９３で通信装置２０４に接続される。また、通信装置２０４は、無線リンク２９５で通信装置２０３に接続され、無線リンク２９４で通信装置２０２に接続される。また、通信装置２０３は、無線リンク２９６で通信装置２０２に接続される。すなわち、通信装置２０２〜２０５は、無線メッシュネットワークに接続されていると言うこともできる。

上述するように、以下の説明では、本発明によるネットワーク制御システムがモバイルバックホールネットワークに適用される場合について説明する。

経路制御装置２０１は、通信ネットワーク全体を管理する。例えば、新規フローの受付処理や終了処理などは、経路制御装置２０１が全て行う。また、経路制御装置２０１は、各通信装置２０２〜２０５から、使用している変調方式など、無線リンクのリンク品質や、バッテリー容量などの情報を取得する。

図２は、経路制御装置の一実施形態の構成例を示すブロック図である。本実施形態における経路制御装置２０１は、通信部３０１と、経路制御部３０２と、トポロジー情報管理部３０３と、トラヒック情報管理部３０４と、通信装置情報管理部３０５とを含む。

通信部３０１は、有線２９１を介して、通信装置２０５との通信を行う。

トポロジー情報管理部３０３は、経路制御装置２０１や通信装置２０２〜２０５が接続されたネットワークのトポロジー情報を記憶する。トポロジー情報には、例えば、ノードの隣接関係や、リンクを示すネットワーク情報が含まれる。

トラヒック情報管理部３０４は、ネットワークを流れるフローの情報を記憶する。また、トラヒック情報管理部３０４は、ネットワークを流れるトラヒック全体の統計情報などを含むトラヒックプロファイル情報も記憶する。また、トラヒック情報管理部３０４は、フローの使用帯域や経路などを表すトラヒック情報を記憶していてもよい。

通信装置情報管理部３０５は、各通信装置２０２〜２０５の情報を記憶する。具体的には、通信装置情報管理部３０５は、各通信装置２０２〜２０５が備えるバッテリーの容量や予測発電量を表す通信装置情報、各通信装置２０２〜２０５が管理するリンクの情報（以下、リンク情報と記す。）を記憶する。リンク情報には、例えば、リンクの空き帯域や、リンクを使用しているフローのリストなどが挙げられる。通信装置情報管理部３０５は、他にも、通信装置の発電能力、リンク品質情報、ＢＥＲ（Bit error rate）、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio ）、および、現在の変調方式を記憶していてもよい。

トポロジー情報管理部３０３、トラヒック情報管理部３０４および通信装置情報管理部３０５は、例えば、磁気ディスク等により実現される。

経路制御部３０２は、経路制御装置２０１に送信される新規フローのリクエストや終了通知を受け取ると、トポロジー情報管理部３０３、トラヒック情報管理部３０４および通信装置情報管理部３０５から必要な情報を抽出し、経路の設定や帯域の割り当てなどを行う。なお、経路制御部３０２の動作については後述する。

なお、経路制御部３０２は、プログラム（ネットワーク制御プログラム）に従って動作するコンピュータのＣＰＵによって実現される。例えば、プログラムは、経路制御装置２０１の記憶部（図示せず）に記憶され、ＣＰＵは、そのプログラムを読み込み、プログラムに従って、経路制御部３０２として動作してもよい。

図３は、通信装置の一実施形態の構成例を示すブロック図である。本実施形態における通信装置２０２〜２０５は、それぞれ、通信部４０１と、トラヒック制御部４０２と、フロー管理部４０３と、電源管理部４０４とを含む。

通信部４０１は、有線または無線リンクを介して他の通信装置や経路制御装置２０１との通信を行う。また、通信部４０１は、後述するトラヒック制御部４０２の指示に応じ、無線リンクで使用する変調方式を変更する。

フロー管理部４０３は、リンクを使用するフローの割り当て帯域や転送先など、フローに関する情報（以下、リソース割り当て情報と記す。）を記憶する。具体的には、フロー管理部４０３は、経路制御装置２０１から受信したリソース割り当て情報を記憶する。また、フロー管理部４０３は、リンクを流れるトラヒック情報を記憶していてもよい。

電源管理部４０４は、太陽光パネルおよびバッテリー（図示せず）を有する。電源管理部４０４は、バッテリー容量や予測発電量、現在の使用電力など、通信装置の電力に関する情報（以下、通信装置電力情報と記す。）を管理する。具体的には、電源管理部４０４は、太陽光パネルによる発電量や、現在のバッテリー容量を測定し、測定結果を記憶する。また、電源管理部４０４は、これらの通信装置電力情報を経路制御装置２０１に通知する。電源管理部４０４は、予め定められたタイミングで通信装置電力情報を経路制御装置２０１に通知してもよく、経路制御装置２０１からの問い合わせに応じて通信装置電力情報を経路制御装置２０１に通知してもよい。

トラヒック制御部４０２は、リンクを使用するフローの帯域制御および経路制御を行う。トラヒック制御部４０２は、各フローに対する割り当て帯域や、各フローの転送先を示す情報（すなわち、リソース割り当て情報）を経路制御装置２０１から受信すると、受信した情報をフロー管理部４０３に記憶させる。また、トラヒック制御部４０２は、フロー管理部４０３に記憶された情報（リソース割り当て情報）をもとにトラヒック制御を行う。

また、トラヒック制御部４０２は、フロー管理部４０３が管理するリソース割り当て情報に基づき、通信部４０１に対して無線リンクで使用する変調方式の変更などを指示する。

次に、経路制御部３０２の動作概要を説明する。図４は、経路制御部３０２の動作例を示すフローチャートである。

以下の説明では、太陽光発電の発電サイクルがちょうど日単位であることから、各通信装置が使用できる電力量を日単位で制限するものとする。すなわち、以下の説明では、経路制御部３０２は、各通信装置が一日に使用できる総電力量を算出するものとする。ここで、総電力量を算出する期間を［Ｎｓ，Ｎｆ］とすると、例えば、一日の期間は、Ｎｓ＝０時０分０秒、Ｎｆ＝２３時５９分５９秒になる。なお、以下の説明では、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］のことを、制御区間と記すこともある。

まず、経路制御部３０２は、各通信装置が期間［Ｎｓ，Ｎｆ］の間に使用できる総電力量を算出する。総電力量Ａは、Ｎｓ時点におけるバッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）、および、Ｎｆから所定の期間（例えば、２日間または３日間）の天候予測に基づく予測発電量Ｗに基づき、以下に示す式１で算出される（ステップＳ１０１）。

Ａ ＝ ｈ（Ｂ（Ｎｓ），Ｗ） （式１）

ここで、ｈ（＊）は、Ｂ（Ｎｓ）およびＷの値を基にＡの値を求める任意の関数である。この関数に基づいて、経路制御部３０２は、使用できる総電力量をある一定量に制限する。また、バッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）は、バッテリー残量と言うこともできる。

次に、経路制御部３０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］の間で、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する。まず、経路制御部３０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］の間に使用できる総電力量Ａのうち、期間内の任意の時間帯「時刻ｔからｔ’」までの間に使用可能な電力量の割合を定義した関数である分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）｜ｔ’≧ｔを設定する（ステップＳ１０２）。分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）は、以下に示す式２で定義される。

Ｆ（ｔ，ｔ’） ＝ Ｇ（ｔ’）−Ｇ（ｔ） （式２）

ここで、Ｇ（ｔ）は、Ｇ（Ｎｆ）＝１、Ｇ（Ｎｓ）≧０を満たす任意の単調非減少関数である。すなわち、Ｇ（ｔ）は、時刻ＮｓからＮｆまでの期間に使用可能な電力量の累積割合を表す関数（以下、累積使用可能電力関数と記す。）ということができる。なお、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］ごとに、予め定めたスパンで定期的に実行される。

次に、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］間の時刻ｔに、終了時刻がｔ’のフローについてアドミッション要求を他の装置から受け取ると（すなわち、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われると）、経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２で算出した総電力量Ａ及び分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を用いて、フローが発生する間（すなわち、時刻ｔからｔ’まで）に各通信装置が使用可能な電力を算出する。時刻ｔからｔ’までに各通信装置が使用可能な電力量は、以下に示す式３で算出される。

Ａ ＊ Ｆ（ｔ，ｔ’） （式３）

そして、経路制御部３０２は、各通信装置の消費電力が使用可能電力を超えないように経路を探索する（ステップＳ１０３）。具体的には、経路制御部３０２は、アドミッション要求が行われた時間帯において、トラフィックの収容に必要な電力量が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する。そして、経路制御部３０２は、消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索する。経路制御部３０２は、例えば、フローの要求帯域や継続時間から、各通信装置の消費電力が使用可能な電力量の範囲内に収まる経路を探索する。なお、経路が見つからない場合、他の装置からのフロー要求（アドミッション要求）はリジェクトされる。以上の手順に従って、経路制御装置は、各通信装置の使用電力量を制御する。

次に、本実施形態の経路制御装置２０１の動作を詳しく説明する。まず、ステップＳ１０１の処理を説明する。経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、制御区間［Ｎｓ，Ｎｆ］を決定し、各通信装置が制御区間［Ｎｓ，Ｎｆ］で使用できる総電力量Ａを算出する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、制御区間の範囲を一日とする。

具体的には、ステップＳ１０１において、まず、経路制御部３０２は、通信装置情報管理部３０５から各通信装置の発電能力やバッテリー容量を取得する。各通信装置の発電能力やバッテリー容量を示す情報が古い場合、経路制御部３０２は、各通信装置に対して直接これらの情報を問い合わせてもよい。

次に、経路制御部３０２は、現在のバッテリー容量の割合や、天候予測にもとづく今後の予測発電量から、ある一定の期間［Ｎｓ，Ｎｆ］で使用可能な電力を算出する。各通信装置ｎが期間［Ｎｓ，Ｎｆ］で使用可能な総電力量Ａ_ｎは、以下に示す式４で算出できる。

Ａ_ｎ ＝ ｈ（Ｂ_ｎ（Ｎｓ），Ｗ_ｎ） （式４）

ここで、Ｂ_ｎ（Ｎｓ）は、Ｎｓ時点における通信装置ｎのバッテリー容量（残量）を表す。Ｗ_ｎは、Ｎｆからｘ日間の天候予測に基づく通信装置ｎの予測発電量を表す。また、ｈ（＊）は、Ｂ_ｎ（Ｎｓ）及びＷ_ｎの値を基にＡ_ｎの値を算出する任意の関数を表す。

なお、予測発電量を算出する際に利用する天候予測は、例えば、外部の他のシステム（天候予測システム）から受け取った情報であってもよく、経路制御装置２０１自身が導出した情報であってもよい。

経路制御部３０２は、例えば、天候予測の精度が所定の基準値を満たす期間（日数）を、通信装置ｎの予測発電量を算出する期間ｘと決定してもよい。経路制御部３０２は、例えば、過去の統計情報から、天候予測の精度が所定の基準値を超える期間を予測発電量を算出する期間ｘと決定する。例えば、精度の基準値が７０％であり、３日先までの天候予測の精度が７０％以上、４日先までの天候予測が６０％の場合、経路制御部３０２は、期間ｘを３日と決定する。

また、経路制御部３０２は、例えば、各天候における一日の平均的な発電量に基づいて、ｘ日間の予測発電量を算出する。太陽光発電による発電量は基本的に天候に大きく左右されるため、例えば、各天候における一日の平均的な発電量を、晴天の場合に６００Ｗｈ、曇りの場合に３００Ｗｈ、雨の場合に１００Ｗｈと定めておく。次に、経路制御部３０２は、期間ｘ日間の天候予測に基づいて、予測発電量Ｗ_ｎを算出する。例えば、予測発電量を算出する期間ｘが３日間であり、３日間の天候予測が「晴天、晴天、曇り」であったとする。このとき、経路制御部３０２は、Ｗ_ｎ＝６００＋６００＋３００＝１５００Ｗｈと算出する。

例えば、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］における予測発電量がＥ^ｅｘｐであり、Ｎｓの時点におけるバッテリー容量がＢ_ｎ（Ｎｓ）であり、バッテリー容量の下限がＢ_ｌｉｍであるとする。ここで、Ｂ_ｎ（Ｎｓ）＋Ｅ^ｅｘｐ−Ａ_ｎ＜Ｂ_ｌｉｍが成り立つ場合、総電力量Ａ_ｎは、以下に示す式５のように設定される。

Ａ_ｎ ＝ Ｂ_ｎ（Ｎｓ）＋Ｅ^ｅｘｐ−Ｂ_ｌｉｍ （式５）

次に、ステップＳ１０２の処理を説明する。経路制御部３０２は、制御区間［Ｎｓ，Ｎｆ］内の時間［ｔ，ｔ’］で使用可能な電力量の分配を定義する分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を決定する（ステップＳ１０２）。ここでは、上述した式２を使用するものとする。なお、上述するように、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理は、制御区間［Ｎｓ，Ｎｆ］のサイクルで定期的に行われる。

具体的には、ステップＳ１０２において、経路制御部３０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］の間の時間［ｔ，ｔ’］で使用可能な電力量の分配を定義する分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）｜ｔ’≧ｔを決定する。ここでは、分配関数を上記の式２と定義し、Ｇ（ｔ）には、トラヒックプロファイルに準じた分配関数Ｇ（ｔ）を用いることとする。

経路制御部３０２は、トラヒック情報管理部３０４から、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］間のトラヒックプロファイル情報ｔｒ（ｔ）を取得する。このとき、経路制御部３０２は、Ｇ（ｔ）を以下の式６のように設定する。

Ｇ（ｔ） ＝ ∫_Ｎｓ ^ｔｔｒ（ｔ）／∫_Ｎｓ ^Ｎｆｔｒ（ｔ） （式６）

ここで、ｔｒ（ｔ）は、時刻ｔのときのトラヒック量を表す。すなわち、上記の式６において、分子は、Ｎｓからｔまでのｔｒ（ｔ）の定積分であり、分母は、ＮｓからＮｆのｔｒ（ｔ）の定積分である。このとき、分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）は、以下に示す式７で定義できる。

Ｆ（ｔ，ｔ’）
＝ Ｇ（ｔ’）−Ｇ（ｔ）
＝ ∫_Ｎｓ ^ｔ’ｔｒ（ｔ）／∫_Ｎｓ ^Ｎｆｔｒ（ｔ）−∫_Ｎｓ ^ｔｔｒ（ｔ）／∫_Ｎｓ ^Ｎｆｔｒ（ｔ）
＝ ∫_ｔ ^ｔ’ｔｒ（ｔ）／∫_Ｎｓ ^Ｎｆｔｒ（ｔ） （式７）

すなわち、経路制御部３０２は、トラフィックプロファイルに基づいて分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を定義する。具体的には、経路制御部３０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］のトラフィック量に対する期間［ｔ，ｔ’］のトラフィック量の割合を算出し、その割合を分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）と定義する。

次に、ステップＳ１０３の処理について説明する。制御区間［Ｎｓ，Ｎｆ］の間にフローのアドミッション要求を受け取ると、経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、各通信装置がフローを収容するために使用可能な電力を、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の結果（すなわち、総電力量Ａおよび分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’））を元に計算する。そして、経路制御部３０２は、使用可能な電力の範囲内でトラフィックを収容可能な経路を探索する（ステップＳ１０３）。

具体的には、ステップＳ１０３において、まず、経路制御部３０２は、期間［Ｎｓ，Ｎｆ］中の時刻ｔにおいて終了時間がｔ’のフローのアドミッション要求をうけると、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２で求めた総電力量Ａ及び分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を用いて、各通信装置がフロー収容中に使用可能な電力量を算出する。そして、経路制御部３０２は、フローを収容した場合に、各通信装置の消費電力が使用可能な電力量に収まる経路を探索する。

通信装置の消費電力が使用可能な電力以上になる場合は、経路制御部３０２は、その通信装置を候補から除外する。また、経路が見つかった場合、経路制御部３０２は、各通信装置にその情報を通知し、フローを受け付ける。経路制御部３０２は、経路上の通信装置にフローを受け付けた経路を示す情報を送信してもよく、経路制御装置２０１が管理する全ての通信装置にフローを受け付けた経路を示す情報を送信してもよい。

通信装置の消費電力が使用可能な電力を上回るか否かを判断する手順を説明する。図５は、通信装置と通信装置間のリンクの一例を示す説明図である。図５に示す例では、３台の通信装置（通信装置ｎ−１，ｎ，ｎ＋１）が存在し、通信装置ｎ−１と通信装置ｎとがリンクｌ１で接続され、通信装置ｎと通信装置ｎ＋１とがリンクｌ２で接続されている。また、図５に示す例では、通信装置ｎ−１から通信装置ｎを経由して通信装置ｎ＋１にフローが流れることを示す。

図５に例示するように、フローが片方向の場合、経路制御部３０２は、通信装置ｎからリンクｌ２を経由する経路の探索時に、以下に示す式８の不等式が成り立つか調べる。

Ｐ_ｎ＋Ｄ_ｌ２ ＜＝ Ａ_ｎ＊Ｆ（ｔ，ｔ’）
Ｐ_ｎ＋１＋Ｄ_ｌ２ ＜＝ Ａ_ｎ＋１＊Ｆ（ｔ，ｔ’） （式８）

ここで、Ｐ_ｎを通信装置ｎの現在の消費電力、Ｄ_ｌ２をリンクｌ２にフローを追加したときの増加消費電力とする。

一方、フローが双方向（ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）の場合、例えば、図５に示す例では、通信装置ｎ＋１から通信装置ｎを経由して通信装置ｎ−１にも（すなわち、逆方向にも）フローが流れる。そのため、経路探索中に各通信装置の消費電力を計算するときは、経路の一方向のリンクの消費電力だけでなく、直前の通信装置との間のリンクにおける消費電力の変化を考慮する必要がある。よって、経路制御部３０２は、経路の途中に存在する通信装置ｎについて、以下に示す式９の不等式が成り立つか調べる必要がある。なお、Ｄ_ｌ１は、リンクｌ１にフローを追加したときの増加消費電力である。

Ｐ_ｎ＋Ｄ_ｌ１＋Ｄ_ｌ２ ＜＝ Ａ_ｎ＊Ｆ（ｔ，ｔ’）
Ｐ_ｎ＋１＋Ｄ_ｌ２ ＜＝ Ａ_ｎ＋１＊Ｆ（ｔ，ｔ’） （式９）

なお、上記の式８及び式９が示す不等式は、発電量が時間的に一定である場合を前提としている。ただし、実際の発電量は、時間的に変動する。そのため、上記の式８及び式９が示す不等式を満たしていても、フローを収容することで、フロー収容中に各通信装置のバッテリー容量が予め設定されたＢ_ｌｉｍを一時的に下回ってしまうことがある。このことが予想される場合、経路制御部３０２は、その通信装置を候補からはずしてもよい。

次に、経路を探索する方法を説明する。図６は、通信装置のトポロジーの例を示す説明図である。図６に例示するａ，ｂ，ｃおよびｄは、それぞれ通信装置を示す。また、通信装置間を結ぶ実線は、各通信装置を接続するリンクを示す。ここでは、ａからｄまでの経路を探索するものとする。

経路制御部３０２は、各通信装置に接続されたリンクから目的の通信装置までの経路を順に探索する。図６に示す例では、経路制御部３０２は、ａ−ｃ，ａ−ｂ，ａ−ｂ−ｄ，ａ−ｃ−ｄの順に経路を探索する。そして、経路制御部３０２は、リンクを辿るごとに通信装置の使用可能電力量と消費電力とを比較する。図６に示す例では、ａ−ｃの経路を探索した場合、経路制御部３０２は、ａおよびｃの消費電力量を算出し、使用可能電力量と比較する。同様に、ａ−ｃ−ｄの経路を探索した場合、経路制御部３０２は、ａ−ｃおよびｃ−ｄのリンクを使用した場合のａ，ｃおよびｄの消費電力量を算出し、使用可能電力量と比較する。

目的地までの経路が複数存在する場合、経路制御部３０２は、消費電力の合計が少ない経路を選択してもよい。図６に示す例では、ａからｄまでの経路はａ−ｂ−ｄとａ−ｃ−ｄの２つ存在する。ａ−ｂ−ｄとａ−ｃ−ｄのいずれも経路として使用可能な場合（すなわち、消費電力量が使用可能電力量を下回る場合）、経路制御部３０２は、それぞれの経路で使用されるリンクコストの合計を比較し、合計値が少ない経路を選択してもよい。なお、この場合のリンクコストには、リンクの増加消費電力量を使用すればよい。

以上のように、本実施形態によれば、経路制御部３０２が通信装置２０２〜２０５で期間［Ｎｓ，Ｎｆ］に使用できる総電力量Ａを算出する。また、経路制御部３０２が期間［Ｎｓ，Ｎｆ］内の時間帯（ｔ，ｔ’）において使用可能な電力の割合を定義した分配関数Ｆと総電力量Ａとに基づいて、指定された時間帯に各通信装置２０２〜２０５が使用可能な電力量を算出する。そして、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、経路制御部３０２が、その時間帯における消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する。よって、使用可能な電力量が変動する通信装置が通信ネットワーク上に存在する場合であっても、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができる。

すなわち、ステップＳ１０１において、経路制御部３０２は、例えば、晴天時の発電量や平均的な発電量を基準に、使用できる電力量をある一定量に制限する。そのため、過剰な電力使用を抑制できる。さらに、経路制御部３０２が、バッテリーに残っている電力および発電予測に基づいて、使用可能な電力を決定する。そのため、バッテリーの電力が低下した場合や、今後の予測発電量が低下することが予期される場合、使用可能電力を抑制できる。よって、その後の発電量低下に備えることが可能になる。

また、ステップＳ１０１で算出された使用可能電力に対して、経路制御部３０２は、ステップＳ１０２でその配分を決定する。そのため、収容トラヒック量を時間ごとにコントロールできる。よって、例えば、昼のトラヒック量を抑え、その分、夜間のトラヒック量を増やすといったトラヒック量の制御が可能になる。

また、経路制御部３０２が、フローのアドミッション要求を受けて経路探索を行う際、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理で算出した使用可能電力の範囲内で収容できる経路を探索する。例えば、経路制御部３０２は、経路が見つからなかった場合、アドミッション制御として、フローをリジェクトする。よって、各通信装置の消費電力を、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２で決定した電力使用量の範囲内に収めることができる。

本実施形態では、経路制御装置２０１が各通信装置の総電力量および使用可能電力を算出して経路制御を行う場合について説明したが、各通信装置２０２〜２０５が、経路制御を行うようにしてもよい。すなわち、各通信装置２０２〜２０５のトラヒック制御部４０２が、経路制御装置２０１の経路制御部３０２の機能を備えていてもよい。この場合、経路制御の処理負荷を各通信装置に分散できる。

また、本実施形態では、通信装置２０２〜２０５が太陽光発電を行う場合を例に説明したが、通信装置２０２〜２０５が発電を行う方法は太陽光発電に限定されない。通信装置２０２〜２０５は、他の自然エネルギーを動力源として発電を行ってもよい。

すなわち、本実施形態では、各通信装置が太陽光発電及びバッテリーからの電力を動力に動作する無線メッシュネットワークにおいて、各時間において使用できる電力量を制限している。よって、時間帯やその日の天候による発電量の変動に影響されずに安定したトラヒック収容を実現できる。

以下、具体的な実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲は以下に説明する内容に限定されない。本実施例では、図１に示す通信ネットワークを制御する場合を例に説明する。

また、本実施例では、トラヒックプロファイルを基に分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を設定するものとし、時間に関わらずトラヒック量が一定なトラヒックプロファイル（ｔｒ（ｔ）＝Ｋ、Ｋは定数）が与えられているとする。

経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、各通信装置２０２〜２０５がそれぞれ期間［Ｎｓ，Ｎｆ］で使用できる総電力量Ａを、以下の式１０に示すように、Ｎｓ時点でのバッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）およびＮｆから３日間の予測発電量Ｗを用いて算出する。

Ａ＝ｈ（Ｂ（Ｎｓ），Ｗ）
＝Ｅ^ｓｕｎ＊（１−（（１−Ｂ（Ｎｓ）／Ｂ^ＭＡＸ）＊（１−Ｗ／（３＊Ｅ^ｓ _ｎ））））
（式１０）

ここで、Ｅ^ｓｕｎは、晴天である場合における期間［Ｎｓ，Ｎｆ］に見込める発電量、または、過去の統計情報に基づく平均的な期間［Ｎｓ，Ｎｆ］での発電量を示す。また、Ｂ^ＭＡＸは、バッテリーの最大容量を示し、Ｅ^ｓは、晴天時の一日分の発電量を示す。すなわち、３＊Ｅ^ｓ _ｎは、Ｎｓからの３日間がすべて晴天だったときの発電量ということができる。なお、Ｅ^ｓ _ｎは、各通信装置の発電量を識別していることを示す。また、Ｅ^ｓは、晴天時の一日分の発電量に限定されない。Ｅ^ｓとして、統計情報に基づく平均的な発電量を用いてもよい。このように、経路制御部３０２は、式１０に示すように、晴天時に見込める発電量または統計情報に基づく平均的な発電量（例えば、Ｅ^ｓｕｎ）を基準とし、バッテリーの最大容量（例えば、Ｂ^ＭＡＸ）に対するバッテリー残量（例えば、バッテリー容量Ｂ（Ｎｓ））の割合、および、所定の期間（例えば、３日間）の晴天時における発電量に対する、所定の期間の天候予測に基づく予測発電量（例えば、Ｗ）の割合に基づいて総電力量を算出する。

上記の式１０に示す関数は、バッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）が低下するほど、総電力量Ａの値が低下することを示す。また、上記の式１０に示す関数は、バッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）が高くなると、総電力量Ａが、Ｅ^ｓｕｎに近づくことを示す。さらに、上記の式１０に示す関数は、Ｎｆからの天候が悪く、発電量が見込めない場合、総電力量Ａが抑えられる方向に働くこと示す。このように、Ｅ^ｓｕｎを基準に総電力量Ａを決めているため、過剰な電力使用を抑えることができる。

上述の通り、本実施例における通信ネットワークには、図１に示すように、経路制御装置２０１と、通信装置２０２〜２０５が含まれるものとする。経路制御装置２０１と通信装置２０５とは、有線２９１で接続される。また、通信装置２０５は、無線リンク２９２で通信装置２０３に接続され、無線リンク２９３で通信装置２０４に接続される。また、通信装置２０４は、無線リンク２９５で通信装置２０３に接続され、無線リンク２９４で通信装置２０２に接続される。また、通信装置２０３は、無線リンク２９６で通信装置２０２に接続される。

各無線リンクは双方向リンクであり、片方向の帯域は、変調方式ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，３２ＱＡＭに応じて、それぞれ４０Ｍｂｐｓ，８０Ｍｂｐｓ，１０８Ｍｂｐｓと変化する。また、送信側の通信装置にかかる消費電力は、変調方式ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，３２ＱＡＭに応じて、それぞれ１０Ｗ，１２Ｗ，１６Ｗと変化する。

図７は、図１に例示するネットワークにおける各無線リンクの帯域と使用帯域との関係の例を示す説明図である。図７に示す例では、例えば、無線リンク２９２の変調方式がＱＰＳＫ、帯域が４０Ｍｂｐｓ、使用帯域が４０Ｍｂｐｓであることを示す。

図８は、図１に例示するネットワークにおける各通信装置の仕様の例を示す説明図である。図８に示す例では、各通信装置の晴天時における期間［Ｎｓ，Ｎｆ］での平均発電量Ｅ^ｓｕｎ、バッテリーの最大容量Ｂ^ＭＡＸ、および、Ｎｓ時でのバッテリー容量Ｂ（Ｎｓ）の関係を例示している。

ここで、Ｎｓからの３日間で予測される発電量がすべて晴天だったときの発電量（すなわち、３＊Ｅ^ｓ _ｎ）を１とし、この発電量に対する３日間の予測発電量Ｗの割合をδ＝０．５とする。ここで、δ＝Ｗ／（３＊Ｅ^ｓ _ｎ）である。この場合、各通信装置が期間［Ｎｓ，Ｎｆ］で使用可能な電力Ａは、以下に示す式１２のように算出される。

Ａ_２０２＝ ９６０＊（１ − １／２ ＊ （１−０．５））＝ ７２０Ｗｈ
Ａ_２０３＝２０００＊（１ − １／４ ＊ （１−０．５））＝１７５０Ｗｈ
Ａ_２０４＝１２００＊（１ − ３／４ ＊ （１−０．５））＝ ７５０Ｗｈ
Ａ_２０５＝ ９００＊（１ − １／３ ＊ （１−０．５））＝ ７５０Ｗｈ
（式１１）

次に、経路制御部３０２は、時刻ｔからｔ’までの間に使用可能な電力量の割合を定義した分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を設定する。本実施例では、経路制御部３０２は、トラヒック量が一定なトラフィックプロファイル（ｔｒ（ｔ） ＝Ｋ）に基づいて、分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’）を、以下に示す式１２のように設定する。なお、ここでは、時間の単位を時（ｈｏｕｒ）とする。

Ｇ（ｔ）＝∫_Ｎｓ ^ｔｔｒ（ｔ）／∫_Ｎｓ ^Ｎｆｔｒ（ｔ）
＝（ｔ−Ｎｓ）／（Ｎｆ−Ｎｓ）＝ｔ／２４
Ｆ（ｔ，ｔ’）＝ Ｇ（ｔ’）− Ｇ（ｔ）＝（ｔ’−ｔ）／２４ （式１２）

ここで、経路制御装置２０１が、時刻ｔにおいて、通信装置２０２と通信装置２０５との間で時刻ｔからｔ’＝ｔ＋２までの期間に１０Ｍｂｐｓを使用する双方向（ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）フローのアドミッション要求（通信帯域確保要求）を受け付けたとする。このとき、経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、各通信装置がフローの継続時間中に使用可能な電力を計算する。この場合、経路制御部３０２は、式１１を用いてＦ（ｔ，ｔ’）＝１／１２と算出する。この場合、各通信装置が使用可能な電力は、以下に示す式１３のように算出される。

Ａ_２０２＊Ｆ（ｔ，ｔ’）＝ ７２０／１２＝ ６０Ｗｈ
Ａ_２０３＊Ｆ（ｔ，ｔ’）＝１７５０／１２≒１４５Ｗｈ
Ａ_２０４＊Ｆ（ｔ，ｔ’）＝ ７５０／１２≒ ６２Ｗｈ
Ａ_２０５＊Ｆ（ｔ，ｔ’）＝ ７５０／１２≒ ６２Ｗｈ （式１３）

次に、経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、フローを収容するための経路を探索する。ここでは、経路制御部３０２は、通信装置２０２から通信装置２０５への経路として、経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０５」が利用可能か否かを調べる。まず、経路制御部３０２は、通信装置２０２から通信装置２０３への経路を調べる。

図１に示す例では、通信装置２０２から通信装置２０３への経路では、無線リンク２９６を経由する。そこで、経路制御部３０２は、無線リンク２９６にフローを追加した場合における通信装置２０２および通信装置２０３の消費電力を調べる。具体的には、現在の通信装置２０２の消費電力をＰ_２０２、通信装置２０３の消費電力をＰ_２０３とし、フローを追加したときの無線リンク２９６の消費電力の増加をＤ_２９６とした場合、経路制御部３０２は、以下の式１４に示す不等式が成立するか否かを調べる。

（Ｐ_２０２＋Ｄ_２９６）＊（ｔ’−ｔ）＜＝Ａ_２０２＊Ｆ（ｔ，ｔ’）
（Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６）＊（ｔ’−ｔ）＜＝Ａ_２０３＊Ｆ（ｔ，ｔ’） （式１４）

通信装置２０２および通信装置２０３の消費電力は、それぞれのリンクの消費電力の合計である。そのため、Ｐ_２０２＝２０，Ｐ_２０３＝３０と算出される。また、無線リンク２９６は、変調方式を変えなくともフローを収容できるだけの帯域が余っている。そのため、Ｄ_２９６＝０と算出される。よって、式１４に示す不等式が成立する

Ｐ_２０２＋Ｄ_２９６＝（２０＋０）＊２ ＜ ６０
Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６＝（３０＋０）＊２ ＜ １４５

次に、経路制御部３０２は、通信装置２０３から通信装置２０５への経路を調べる。経路制御部３０２は、上述する方法と同様に、通信装置２０３と通信装置２０５とを結ぶ無線リンク２９２にフローを追加した場合における通信装置２０３および通信装置２０５の消費電力を調べる。

ここで、直前の経路「通信装置２０２−通信装置２０３」の間で、無線リンク２９６が使用されている。このため、この経路を選択する場合における通信装置２０３の消費電力の合計は、Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６＋Ｄ_２９２になる。経路制御部３０２は、通信装置２０３および通信装置２０５について、消費電力と使用可能電力とを比較する。具体的には、通信装置２０５の消費電力をＰ_２０５とし、フローを追加したときの無線リンク２９６の消費電力の増加をＤ_２９６とした場合、経路制御部３０２は、以下の式１５に示す不等式が成立するか否かを調べる。

（Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６＋Ｄ_２９２）＊（ｔ’−ｔ）＜＝Ａ_２０３＊Ｆ（ｔ，ｔ’）
（Ｐ_２０５ ＋Ｄ_２９２）＊（ｔ’−ｔ）＜＝Ａ_２０５＊Ｆ（ｔ，ｔ’） （式１５）

図１に示す例では、フローを収容するための帯域を確保するために、無線リンク２９２が変調方式をＱＰＳＫから１６ＱＡＭに変える必要がある。そのため、消費電力が２Ｗ増加する。すなわち、Ｄ_２９２＝２になる。したがって、Ｐ_２０３＝３０、Ｐ_２０５＝２０より、以下に示す不等式が成立する。

Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６＋Ｄ_２９２＝（３０＋０＋２）＊２ ＜ １４５
Ｐ_２０５ ＋Ｄ_２９２＝（２０ ＋２）＊２ ＜ ６２

したがって、フローを収容するにあたり、経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０５」を用いても、各通信装置の使用電力が割り当て以上にならないことが分かる。そこで、経路制御装置２０１は、フローのアドミッション要求を受け付け、経路を設定する。

なお、上述する経路設定は、非特許文献１に記載されたＡＯＤＶのように、分散で経路を計算する経路制御方式でも実施可能である。この場合、各通信装置は、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔの転送や、Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｐｌｙの転送をする際、フローの消費電力が自身の使用可能電力を超えないか調べる。そして、大丈夫な場合（すなわち、フローの消費電力が自身の使用可能電力を超えない場合）のみ、各通信装置は、Ｒｏｕｔｅ ＲｅｑｕｅｓｔおよびＲｅｐｌｙを転送する。

本実施例では、単一の経路ではフローを収容できない場合の動作例を説明する。具体的には、本実施例では、探索した経路において消費電力が使用可能な電力量を超える場合、経路制御部３０２が他の経路も使用してフローを収容する場合の動作を説明する。本実施例でも、図１に示す通信ネットワークを制御する場合を例に説明する。

経路制御装置２０１が、時刻ｔにおいて、通信装置２０２と通信装置２０４との間で時刻ｔからｔ’＝ｔ＋２までの期間に３０Ｍｂｐｓを使用するフローの経路設定要求を受け付けたとする。このとき、経路制御装置２０１の経路制御部３０２は、各通信装置がフローの継続時間中に使用可能な電力を計算する。各通信装置が使用可能な電力は、上述する式１３によって算出される電力と同様である。

次に、経路制御部３０２は、通信装置２０２から通信装置２０４への経路を調べる。現在の通信装置２０４の消費電力をＰ_２０４とし、フローを追加したときの無線リンク２９４の消費電力の増加をＤ_２９４とした場合、経路制御部３０２は、以下の式１６に示す不等式が成立するか否かを調べる。

（Ｐ_２０４＋Ｄ_２９４）＊（ｔ’−ｔ）＜＝Ａ_２０４＊Ｆ（ｔ，ｔ’） （式１６）

この場合、フローを収容するにあたり、無線リンク２９４は、変調方式をＱＰＳＫから１６ＱＡＭへの変更にする。そのため、消費電力は２Ｗ増加する。すなわち、Ｄ_２９４＝２になる。したがって、Ｐ_２０４＝３０より、不等式は、以下の関係を示す。

Ｐ_２０４＋Ｄ_２９４＝（３０＋２）＊２ ＞ ６２

したがって、経路「通信装置２０２−通信装置２０４」を用いた場合、消費電力が使用可能電力を超えてしまう。そのため、この経路だけでは、使用できない。

同様に、経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０５」を用いる場合、経路「通信装置２０３−通信装置２０４」の間の無線リンク２９５において、変調方式をＱＰＳＫから１６ＱＡＭに変更する。そのため、消費電力は２Ｗ増加する。すなわち、Ｄ_２９５＝２になる。よって、Ｐ_２０４＝３０より、不等式は、以下の関係を示す。

Ｐ_２０４＋Ｄ_２９５＝（３０＋２）＊２ ＞ ６２

したがって、経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０５」を用いた場合も、消費電力が使用可能電力を超えてしまう。そのため、この経路だけでは、使用できない。

このような場合、経路制御部３０２は、フローを分割し、マルチパスにすることでフローを収容できるかどうかを調べる。具体的には、経路制御部３０２は、各リンクの消費電力増が一番少なくフローを収容できる経路を探索する。すなわち、経路制御部３０２は、経路上のリンクの消費電力増加が最小になる空き帯域を算出する。

経路制御部３０２は、例えば、経路設定の要求がなされたフローを収容したときに、各リンクで生じる消費電力の増加をリンクのコストとし、そのコストの合計が一番少ない経路を採用してもよい。この場合、フローを収容できるだけの空き帯域が無いリンクや、フローを収容することに伴う消費電力の増加により中継局に割り当てられた使用可能電力量を超えてしまうようなリンクは、予め除外しておいてもよい。

経路制御部３０２は、例えば、Dijkstra法を用いて、リンクコストが最小になる経路を探索してもよい。ただし、経路を探索する方法は、上記方法に限定されない。経路制御部３０２は、他にも、候補になる経路をすべてリストアップし、その経路の中でリンクコストの合計値が一番少ない経路を採用するようにしてもよい。

図１に示す例では、経路「通信装置２０２−通信装置２０４」で、１０Ｍｂｐｓ分のフローをリンクの消費電力を増加させずに収容できる余裕があることがわかる。そこで、経路制御部３０２は、３０Ｍｂｐｓのうち、１０Ｍｂｐｓ分を経路「通信装置２０２−通信装置２０４」に設定する。すなわち、経路制御部３０２は、算出した空き帯域に基づいてフローの帯域を分割する。１０Ｍｂｐｓ分のフローを経路「通信装置２０２−通信装置２０４」に設定した場合、通信装置２０２および通信装置２０４の消費電力と使用可能電力との関係は、以下の関係を満たす。

Ｐ_２０２＋Ｄ_２９４＝（２０＋０）＊２ ＜ ６０
Ｐ_２０４＋Ｄ_２９４＝（３０＋０）＊２ ＜ ６２

したがって、使用可能電力の範囲内でフローを収容できる。残りの２０Ｍｂｐｓ分のフローには、経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０４」を用いる。経路制御部３０２は、各通信装置の消費電力について調べる。このとき、経路制御部３０２は、通信装置２０２および通信装置２０４の消費電力を、既に求めた経路「通信装置２０２−通信装置２０４」に１０Ｍｂｐｓ分のフローを流しているとして調べる。この場合、消費電力と使用可能電力との関係は、以下の関係を満たす。

Ｐ_２０２＋Ｄ_２９４＋Ｄ_２９６＝（２０＋０＋０）＊２ ＜ ６０
Ｐ_２０３＋Ｄ_２９６＋Ｄ_２９５＝（３０＋０＋０）＊２ ＜ １４５
Ｐ_２０４＋Ｄ_２９４＋Ｄ_２９５＝（３０＋０＋０）＊２ ＜ ６２

したがって、通信装置２０２、通信装置２０３および通信装置２０４のいずれも消費電力が使用可能電力を下回る。よって、使用可能電力の範囲内でフローを収容できるため、経路として用いることができる。

以上のように、経路「通信装置２０２−通信装置２０４」と経路「通信装置２０２−通信装置２０３−通信装置２０４」のマルチパスを設定することでフローを収容できる。そのため、経路制御部３０２は、これらのマルチパスを経路に設定する。

このように、探索した少なくとも２つ以上の経路において消費電力が使用可能な電力量を超える場合、経路制御部３０２が、経路上のリンクの消費電力増加が最小になる空き帯域を算出する。そして、経路制御部３０２は、算出した空き帯域に基づいてフローの帯域を分割し、分割後のフローに基づいて経路を探索する。よって。第１の実施例の効果に加え、経路設定要求をより満たすことが可能になる。

次に、本発明の最小構成例を説明する。図９は、本発明による経路制御装置の最小構成の例を示すブロック図である。本発明による経路制御装置（例えば、経路制御装置２０１）は、所定の期間内（例えば、日単位）に各通信装置（例えば、通信装置２０２〜２０５）で使用できる総電力量（例えば、総電力量Ａ）を算出する総電力量算出手段８１（例えば、経路制御部３０２）と、期間内の任意の時間帯（例えば、時刻ｔからｔ’）において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数（例えば、分配関数Ｆ（ｔ，ｔ’））と総電力量とに基づいて、指定された時間帯に各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出手段８２（例えば、経路制御部３０２）と、トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求（例えば、アドミッション要求）が行われたときに、その時間帯においてそのトラフィックの収容に必要な電力量である消費電力（例えば、通信装置の消費電力およびリンクの増加消費電力）が使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断手段８３（例えば、経路制御部３０２）とを備えている。

そのような構成により、使用可能な電力量が変動する通信装置が通信ネットワーク上に存在する場合であっても、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができる。

例えば、一般的な経路制御方式では主にリンク帯域が考慮されるため、通信装置の使用可能電力を考慮した経路制御を行うことができない。しかし、本実施形態によれば、使用可能電力算出手段８２が算出した使用可能電力量に基づいて、使用可能電力量判断手段８３が、通信装置の消費電力が使用可能な電力量を超えているか否かを判断する。よって、通信装置の使用可能電力を考慮した経路制御を行うことができる。言い換えると、各通信装置が使用できる電力量を制限することで、発電量の違いがトラヒックの収容量に与える影響を軽減する。そのため、安定したトラヒック収容を実現できる。

また、使用可能電力量判断手段８３は、使用可能な電力量の判断結果に基づいて、消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索してもよい。

すなわち、本実施形態では、各時間帯におけるトラヒック需要に対するアドミッションレート（収容率）を一定に保つために、各時間帯で使える電力量を、全体におけるその時間帯のトラヒック量の比率（すなわち、分配関数Ｆ）を用いて制限している。そして、使用可能電力量判断手段８３は、その制約を満たしつつ、トラヒックのＱｏＳ（Quality of Service）を維持できる経路を探索している。よって、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができる。

また、使用可能電力算出手段８２は、各通信装置が使用可能な電力量を、トラフィックプロファイル（例えば、トラヒックプロファイル情報ｔｒ（ｔ））に基づいて定義された分配関数（例えば、式７）に基づいて算出してもよい。

また、総電力量算出手段８１は、晴天時に見込める発電量または統計情報に基づく平均的な発電量（例えば、Ｅ^ｓｕｎ）を基準とし、バッテリーの最大容量に対するバッテリー残量の割合（例えば、Ｂ（Ｎｓ）／Ｂ^ＭＡＸ）、および、所定の期間の晴天時における発電量に対する、所定の期間の天候予測に基づく予測発電量の割合（例えば、Ｗ／（３＊Ｅ^ｓ _ｎ））に基づいて（例えば、式１０を用いて）総電力量を算出してもよい。

また、使用可能電力量判断手段８３は、探索した少なくとも２つ以上の経路のいずれも消費電力が使用可能な電力量を超える場合、経路上のリンクの消費電力増加が最小になる空き帯域を算出し、算出した空き帯域に基づいてフローの帯域を分割し、分割した帯域のフローによる消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索してもよい。

また、図１０は、本発明によるネットワーク制御システムの最小構成の例を示すブロック図である。図１０に例示するネットワーク制御システムは、通信装置９０（例えば、通信装置２０２〜２０５）と、通信装置の通信経路制御を行う少なくとも１つ以上の経路制御装置８０（例えば、経路制御装置２０１）とを備えている。なお、経路制御装置８０の内容は、図９に例示する経路制御装置の内容と同様であるため、説明を省略する。

このような構成であっても、使用可能な電力量が変動する通信装置が通信ネットワーク上に存在する場合であっても、安定したトラフィックの収容を継続して行うことができる。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１１年５月１３日に出願された日本特許出願２０１１−１０８０９０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、フローの通信経路を設定してネットワークを制御するネットワーク制御システムに好適に適用される。例えば、本発明を携帯電話網におけるモバイルバックホールに利用が可能である。

２０１ 経路制御装置
２０２〜２０５ 通信装置
２９１ 有線リンク
２９２〜２９６ 無線リンク
３０１ 通信部
３０２ 経路制御部
３０３ トポロジー情報管理部
３０４ トラヒック情報管理部
３０５ 通信装置情報管理部
４０１ 通信部
４０２ トラヒック制御部
４０３ フロー管理部
４０４ 電源管理部

Claims (10)

1. 所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出し、
   前記期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と前記総電力量とに基づいて、指定された時間帯に前記各通信装置が使用可能な電力量を算出し、
   トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、当該時間帯において当該トラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が前記使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する
   ことを特徴とするネットワーク制御方法。
2. 使用可能な電力量の判断結果に基づいて、消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索する
   請求項１記載のネットワーク制御方法。
3. 各通信装置が使用可能な電力量を、トラフィックプロファイルに基づいて定義された分配関数に基づいて算出する
   請求項１または請求項２記載のネットワーク制御方法。
4. 総電力量を算出する際、晴天時に見込める発電量または統計情報に基づく平均的な発電量を基準とし、バッテリーの最大容量に対するバッテリー残量の割合、および、所定の期間の晴天時における発電量に対する、所定の期間の天候予測に基づく予測発電量の割合に基づいて総電力量を算出する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のネットワーク制御方法。
5. 経路を探索する際、探索した少なくとも２つ以上の経路のいずれも消費電力が使用可能な電力量を超える場合、前記経路上のリンクの消費電力増加が最小になる空き帯域を算出し、算出した空き帯域に基づいてフローの帯域を分割し、分割した帯域のフローによる消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索する
   請求項２から請求項４のうちのいずれか１項に記載のネットワーク制御方法。
6. 所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出手段と、
   前記期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と前記総電力量とに基づいて、指定された時間帯に前記各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出手段と、
   トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、当該時間帯において当該トラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が前記使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断手段とを備えた
   ことを特徴とする経路制御装置。
7. 使用可能電力量判断手段は、使用可能な電力量の判断結果に基づいて、消費電力が使用可能な電力量を超えていない通信装置を経由する経路を探索する
   請求項６記載の経路制御装置。
8. 通信装置と、
   前記通信装置の通信経路制御を行う少なくとも１つ以上の経路制御装置とを備え、
   前記経路制御装置は、
   所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出手段と、
   前記期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と前記総電力量とに基づいて、指定された時間帯に前記各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出手段と、
   トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、当該時間帯において当該トラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が前記使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断手段とを備えた
   ことを特徴とするネットワーク制御システム。
9. 少なくとも１台以上の通信装置が、経路制御装置として動作する
   請求項８記載のネットワーク制御システム。
10. コンピュータに、
    所定の期間内に各通信装置で使用できる総電力量を算出する総電力量算出処理、
    前記期間内の任意の時間帯において使用可能な電力の割合を定義した関数である分配関数と前記総電力量とに基づいて、指定された時間帯に前記各通信装置が使用可能な電力量を算出する使用可能電力算出処理、および、
    トラフィックを収容する時間帯を指定して経路設定要求が行われたときに、当該時間帯において当該トラフィックの収容に必要な電力量である消費電力が前記使用可能な電力量を超えているか否かを通信経路上の通信装置ごとに判断する使用可能電力量判断処理
    を実行させるための経路制御プログラム。

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