JPWO2015068286A1 - 通信装置、及び通信チャネルとスロットの割当方法 - Google Patents

Abstract

ネットワークに新たにシステム又は端末を追加する際に発生する干渉を防止し、且つ既存のシステムに属する端末に対するスケジュールの変更を避けて、通信チャネルとスロットを割当てる。自通信装置及び干渉範囲に存在する他の通信装置が使用する通信チャネルとスロットを管理するチャネル・スロット管理テーブルと、パケットの転送に際して他の通信装置から通信チャネル及びスロットの割当の要求があったときに、自通信装置のチャネル・スロット管理テーブルならびに転送経路上にある隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する手段と、パケットの許容遅延時間とトラフィック特性に応じて空きチャネル・空きスロットの中から選択される通信チャネルとスロットを割り当てる手段を有する。

Description

本発明は、通信ネットワークシステムにおける通信装置、及び通信チャネルとスロット割当制御に関する。

ネットワーク利用の普及や多様化が進む中、AMI(Advanced Metering Infrastructure)やセンサネットワーク等の分野で、ゲートウェイの配下に複数の端末を収容し、これらの端末からデータを収集する形態を持つシステムが構築されている。また、無線資源の有効活用やネットワーク構築におけるコスト削減の観点から、新規システムを導入する際に、既存システムのネットワークを共有する形でシステムを構築する例が現れている。

複数の異種システムがネットワークを共有する場合、あるシステムの通信が他システムの通信と干渉して、両システムの通信成功率やスループットの低下を招く恐れがある。そのため、既存システムのネットワークを共有して新規システムを導入する場合、既存システムの通信と干渉を起こさないように考慮することが重要である。

通信干渉を回避するための技術として、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)が知られている。この技術は、有限長の通信フレームを単位時間のスロットに時分割し、各端末に専用スロットを割り当てて通信をスケジューリングすることで、通信干渉を回避できる。さらに、ネットワーク上で複数の通信チャネルを利用可能な場合は、チャネル分割を組み合わせることで、より細かいスケジューリングが可能となる。

端末間の干渉の課題に着目した技術として、ネットワーク局が複数パターンのスケジュールを予め保持しておき、干渉を検知した端末に対して何れかのスケジュールを割り当てる技術が知られている（特許文献１）。とりわけ、この技術は、スケジュール割り当てた後も端末が干渉を検知した場合は、ネットワーク局が端末に対して別のスケジュールを割り当てるものである。この一連の処理を繰り返すことで、各端末に対する通信干渉を回避するためのスケジュール割当を実現することが出来る。これは、互いに周波数帯が近い無線方式を利用する端末間の干渉を想定した技術であるが、同一の無線方式を用いる端末間の干渉であっても、複数パターンのスケジュールを保持するネットワーク局、もしくは管理装置を用意することで応用することが可能である。

ＷＯ１０/０７３３２５

特許文献１に記載のように、干渉を検知した各端末に対して、新規スケジュールの割当を行う場合、既に特定のスケジュールに基づいて動作している端末もスケジュールの変更を強いられる可能性がある。例えば、ネットワークを共有する新規システムが参入した場合、新規システムに属する端末だけでなく、既存システムに属する端末のスケジュール変更が必要となる可能性がある。また、既存システム内の一部の端末が新規システムの参入に合わせてスケジュール変更を行った場合、新規システムの通信と直接干渉することの無い既存システムの端末であっても、スケジュールを変更した端末と干渉する可能性があり、結果的にシステム全体で各端末のスケジュール変更が必要となる場合も考えられる。特に、AMIのような端末の台数が多い大規模システムの場合は、スケジュールの見直しや各端末に対するスケジュール再割当のオーバーヘッドが大きくなってしまう。そのため、ネットワークに新規参入するシステムのスケジュールを決定する際は、出来るだけ既存システムに属する端末のスケジュールを変更しなくて済むように、設計することが望ましい。

そこで、本発明は、ネットワークに新たなシステム又は端末を追加する際に発生する干渉を防止し、且つ既存のシステムに属する端末に対するスケジュールの変更を避けて、通信チャネルとスロットの割当てを実現することにある。

本発明に係る通信装置は、好ましくは、転送経路上にある他の通信装置からのパケットを転送するために通信チャネル及びスロットを割り当てる通信装置であって、
自通信装置及び干渉範囲に存在する他の通信装置が使用する通信チャネルとスロットを管理するチャネル・スロット管理テーブルと、
該パケットの転送に際して他の通信装置から通信チャネル及びスロットの割当の要求があったときに、自通信装置のチャネル・スロット管理テーブル、及び転送経路上にある隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する手段と、
該パケットの許容遅延時間とトラフィック特性に応じて空きチャネル・空きスロットの中から選択される通信チャネルとスロットを割り当てる手段と、を有することを特徴とする通信装置として構成される。

また、本発明に係る通信チャネルとスロットの割当方法は、好ましくは、ネットワークを介してアプリケーションサーバに接続することができる第１の通信装置を少なくとも含む該第１のシステムと、該第１のシステムに含まれる通信装置に接続することができる第２の通信装置を少なくとも含む第２のシステムとを有する通信ネットワークシステムにおいて、第２のシステムの該第２の通信装置から転送されるパケットを、該第１のシステムの該第１の通信装置へ転送する際の、通信装置の通信チャネルとスロットを割り当てる方法であって、
該第１及び第２の通信装置及び干渉範囲に存在する他の通信装置が使用する通信チャネルとスロットを、チャネル・スロット管理テーブルを用いて管理するステップと、
該第２のシステムの該第２の通信装置は、該第１のシステムの該第１の通信装置及び該第１の通信装置に至る経路上にある通信装置の空きチャネル・空きスロットの中から、該第１の通信装置へ許容遅延時間内にパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを割り当てるように要求するステップと、
該割当要求を受信した該通信装置は、自通信装置のチャネル・スロット管理テーブル及び経路上にある隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出するステップと、
該パケットの許容遅延時間とトラフィック特性に応じて空きチャネル・空きスロットの中から選択される通信チャネルとスロットを割り当てるステップと、を有する通信チャネルとスロットの割当方法として構成される。

本発明によれば、既存システムと新規システムの通信干渉を防止し、且つ既存のシステムに属する端末に対するスケジュールの変更を避けて、通信チャネルとスロットの割当てを実現することが可能となる。

通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 端末のハードウェアブロック図である。 ゲートウェイのハードウェアブロック図である。 チャネル・スロット管理テーブルの構成例を示す図である。 通信チャネル及びスロット割当に使用するパケットのフォーマットを示す図である。 実施例１における通信チャネル及びスロット割当制御動作を示すフローチャートである。 パケット転送元及び転送先のチャネル・スロット管理テーブルから空きチャネル・空きスロットを抽出する動作を示すフローチャートである。 チャネル・スロット管理テーブルと、空きチャネル・空きスロットの抽出結果を示す図である。 実施例１における通信チャネル及びスロット割当の動作を示すシーケンス図である。 実施例２における通信チャネル及びスロット割当制御動作を示すフローチャートである。 実施例２における通信チャネル及びスロット割当の動作を示すシーケンス図である。 実施例３による通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 実施例３における通信チャネル及びスロット割当制御動作を示すフローチャートである。 実施例３における通信チャネル及びスロット割当の動作を示すシーケンス図である。 実施例４におけるチャネル・スロット管理テーブル及び使用時間管理テーブルの構成例を示す図である。 実施例４におけるパケット転送元及び転送先のチャネル・スロット管理テーブルから空きチャネル・空きスロットを抽出する動作を示すフローチャートである。

まず、本発明の好ましい実施形態による通信ネットワークシステムの概要を説明する。
既存システムと新規システムがネットワークを共有する通信ネットワークシステムにおいて、新規システムで発生するパケットを、既存システムのゲートウェイを介して上位のアプリケーションサーバに転送する場合、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイまでパケットを転送するための、通信チャネル及びスロットを割り当てる。更に、パケットには許容遅延時間Dtが存在するため、既存システムのゲートウェイから上位アプリケーションサーバに至るまでの最大遅延時間Tmaxに対して、X=Dt-Tmaxで定義される時間Ｘ以内に新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイまでパケットを転送する。

そこで、新規システムのゲートウェイは、既存システムのゲートウェイと、そこに至るまでの経路上の端末に対して、空きチャネル・空きスロットの中から、既存システムのゲートウェイへX以内にパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを割り当てるように要求する。端末及びゲートウェイは、自身ならびに自身と干渉する範囲内に存在する近隣の端末が使用する通信チャネル及びスロットを、チャネル・スロット管理テーブルで管理する。そして、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の各リンクにおいて、リンク上の転送元と転送先のチャネル・スロット管理テーブルを参照して空きチャネル・空きスロットを抽出し、時間Ｘに収まる範囲内で、各リンク上でパケット転送を行うための通信チャネル及びスロットを割り当てる。この時、既存システムと新規システムのトラフィック特性に応じて、スロットの割当順序を規定する。

このトラフィック特性に関して、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合は、新規システムのゲートウェイでパケットを蓄積せずに出来るだけ早くパケットを送信することが望ましい。そこで、この場合は新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上のリンクのうち、新規システムのゲートウェイに近いリンクから順に、時間Ｘに収まる範囲内で転送用の通信チャネル及びスロットを確保する。また、この時、空きチャネル・空きスロットのうち、最も早いスロット番号のものから順に確保する。

一方、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも高い場合は、新規システムの通信による帯域消費量削減の観点から、新規システムのゲートウェイで出来るだけ長い時間パケットを蓄積し、より多くのパケットを１つに結合（アグリゲーション）して纏めて送信することが望ましい。そこで、この場合は新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上のリンクのうち、既存システムのゲートウェイに近いリンクから順に、時間Ｘに収まる範囲内で転送用の通信チャネル及びスロットを確保する。また、この時、空きチャネル・空きスロットのうち、最も遅いスロット番号のものから順に確保する。

本発明の好ましい例においては、通信チャネル及びスロット割当処理をゲートウェイ及び端末間の自律分散制御、または管理装置による集中制御で実施する。新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の各リンクにおいて、転送用の通信チャネル及びスロットの割当が完了すると、新規システムに関するパケットを既存システムの通信と干渉することなく、且つパケットの許容遅延時間以内に上位のアプリケーションサーバまで届けることが可能となる。

以下、図面を参照して、好ましい実施形態（実施例１〜実施例４）による、通信ネットワークシステム構成、端末及びゲートウェイ、テーブル構成ならびにパケット構成、通信チャネル及びスロット割当制御について説明する。尚、端末及びゲートウェイを総じて通信装置と言ってもよい。

実施例１は、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合、ゲートウェイ及び端末間の自律分散制御によって通信チャネル及びスロット割当を実現する例である。狭帯域の環境でマルチホップネットワークが構築される場合や、端末台数が多い場合など、端末が頻繁にチャネル・スロット管理テーブルの情報を管理装置に通知することが困難な場合は、管理装置による集中制御ではなく、本実施例のような自律分散制御が有効である。また、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合は、遅延時間低減の観点から、新規システムのゲートウェイでパケットを蓄積せずに出来るだけ早くパケットを送信することが望ましい。

まず、図１〜図４を用いて通信ネットワークシステムの構成、端末及びゲートウェイについて説明する。次に、図５を用いてチャネル・スロット管理テーブル、図６を用いてパケットフォーマットについて説明する。その後、図７〜１０を用いて通信チャネル及びスロットの割当制御と、その動作例について説明する。

図１は、１つのシステムによって構成される通信ネットワークシステムの構成例である。図１において、通信ネットワークシステム１は、アプリケーションサーバ１００にネットワークを介して接続される、ゲートウェイ４００と、ゲートウェイ４００に階層的に接続される複数の端末３００−ａ〜３００−f（以下３００と総称することがある）を有して構成される。ゲートウェイ４００は、アプリケーションサーバ１００と、一部の端末３００−ａ,３００−ｂに無線または有線で通信可能に接続されている。端末３００から収集されるデータは、ゲートウェイ４００を介してアプリケーションサーバ１００に送信される。ここで、ゲートウェイ４００と端末３００で構成されるネットワークをField Area Network（以下、ＦＡＮ）という。図示の例では、根となるゲートウェイ４００から枝分かれする形で端末３００が接続されるツリー構造のトポロジとなっているが、トポロジの形状はメッシュ構造などであってもよい。

図２は、複数のシステムで構成される通信ネットワークシステムの構成例である。図２において、通信ネットワークシステム２は、それぞれ稼動するアプリケーションサーバ２０１及び２０２にネットワークを介してシステム３１のＦＡＮ１が接続され、更にＦＡＮ１にシステム３２のＦＡＮ２が接続して構成される。各システム３１、３２は、ゲートウェイ４００−１とゲートウェイ４００−２、各ゲートウェイの配下に階層構成された端末３００−１a〜１f、端末３００−２a〜２dを有する。端末３００−１a〜１fから収集されるデータは、ゲートウェイ４００−１を介してアプリケーションサーバ２０１に送信される。

一方、システム３２に属する端末３００−２a〜２dから収集されるデータは、ゲートウェイ４００−２に送信され、更にゲートウェイ４００−２からシステム３１に属する複数の端末３００−１ｄ、３００−１ａを通ってゲートウェイ４００−１に転送されて、アプリケーションサーバ２０２に送信される。即ち、システム３１のＦＡＮ１を共有する形で、システム３２の端末３００−２a〜２dから送信されるデータがアプリケーションサーバ２０２へ送信される。

本実施例では、アプリケーションサーバ２０１、ゲートウェイ４００−１、端末３００−１a〜１fで構成されるシステム３１が既存システムとして存在しており、それぞれ端末３００−１a〜１fが、各自割り当てられた通信チャネル及びスロットに従って、干渉を起こさないように通信しているとする。そして、システム３１に新規のシステム３２、即ちアプリケーションサーバ２０２、ゲートウェイ４００−２、端末３００−２a〜dで構成されるシステムが新たに追加されることを想定する。

本実施例は、システム３２に属する端末３００−２a〜２dの送信データを、ゲートウェイ４００−２からシステム３１にあるゲートウェイ４００−１に転送する際に必要となる、通信チャネル及びスロットを割り当ての技術を説明するものである。（以下の説明では、既存システム３１、新規システム３２ということがある。）
なお、図示の例では、２つのＦＡＮのシステムによって通信ネットワークシステムが構成されるが、３つ以上のシステムで構成してもよい。また、ＦＡＮ１とＦＡＮ２は異なる通信チャネルを利用することで、分離して構成してもよい。ただし、この場合は、ゲートウェイ４００−２はＦＡＮ1とＦＡＮ２の両方に属しているため、２つのＦＡＮで使用されている通信チャネルを用いて、それぞれＦＡＮ１及びＦＡＮ２での通信を行う。

図３は、端末３００のハードウェア構成を示す。
端末３００は、ゲートウェイ４００または他の端末３００との通信機能を有する組込み機器である。端末３００は、マイコン３０１と、クロック生成回路３０８と、電源回路３０９と、送受信回路３１０を有して構成される。マイコン３０１は、ＲＯＭ３０２と、ＲＡＭ３０７を有し、クロック生成回路３０８と、電源回路３０９と、送受信回路３１０に接続されている。

ＲＯＭ３０２は、読み出し専用の半導体メモリなどから構成される記憶装置である。ＲＯＭ３０２は、中央制御部３０３と、通信処理部３０４と、経路管理部３０５と、通信チャネル・スロット管理部３０６を備え、ＲＡＭ３０７に接続されている。中央制御部３０３は、ＲＯＭ３０２の内のプログラムの実行を制御する。中央制御部３０３は、通信処理部３０４と、経路管理部３０５と、通信チャネル・スロット管理部３０６に接続されている。

通信処理部３０４は、通信における送受信処理を行う。具体的には、通信処理部３０４は、送信する際の送信宛先指定等のパケット組立て処理、及び受信する際の自端末宛のパケットか否かの判断等を始めとしたパケット解析処理を行なう。経路管理部３０５は、ネットワーク内の通信における経路を管理する。通信チャネル・スロット管理部３０６は、チャネル・スロット管理テーブル５００（図５参照）を有し、自身の通信チャネル及びスロット使用状況、ならびに自身と干渉する範囲に存在する近隣端末によって使用されている通信チャネル及びスロットを管理する。ＲＡＭ３０７は、書き換え可能な半導体メモリ素子などの記憶装置であり、通信における送受信バッファなどに利用される。

クロック生成回路３０８は、電源回路３０９と、マイコン３０１と、送受信回路３１０と接続され、マイコン３０１および送受信回路３１０で利用するクロックを生成する。電源回路３０９は、クロック生成回路３０８と、マイコン３０１と、送受信回路３１０とに接続され、各部に電源を供給する。送受信回路３１０は、クロック生成回路３０８と、電源回路３０９と、マイコン３０１に接続され、信号の送信および受信を行なう。無線通信を行なう場合、ＲＦ周辺回路が送受信回路３１０に該当する。なお、端末３００は、組み込み機器でなく独立した装置であってもよい。

図４は、ゲートウェイのハードウェア構成を示す。
ゲートウェイ４００は、端末３００やアプリケーションサーバと通信を行ない、端末３００からのデータ収集等を行なう。ゲートウェイ４００のハードウェア構成は、外部ネットワーク接続回路４１１を搭載する点を除いて、端末３００と同様である。外部ネットワーク接続回路４１１は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、光回線、電話網等の外部ネットワークを利用するための機能である。ただし、図２のゲートウェイ４００−２のように外部ネットワークとの接続が発生しないものについては、必ずしも外部ネットワーク接続回路４１１を搭載する必要は無い。

図５は、端末及びゲートウェイが保持するチャネル・スロット管理テーブルを示す。
チャネル・スロット管理テーブル５００は、端末３００及びゲートウェイ４００の通信チャネル・スロット管理部３０６に保持されて、自身の通信チャネル及びスロット使用状況、ならびに自身と干渉する範囲に存在する近隣端末によって使用されている通信チャネル及びスロットを管理する。

チャネル・スロット管理テーブル５００において、通信チャネル５０１は自身が属するＦＡＮ内で使用可能な通信チャネルを示し、スロット５０２は有限長の通信フレームを単位時間のスロットに時分割した際のスロット番号を示している。自身または自身と干渉する範囲に存在する近隣端末が使用していない空きチャネル・空きスロットについては、チャネル・スロット管理テーブル５００に“０”が登録される。例えば、通信チャネルYのスロット番号Zを(Y, Z)と表すとすると、図５の例では(C1,S1)が“０”となっており、自身も近隣端末も使用していない状態であることを示す。

チャネル・スロット管理テーブル５００において、自身が送信もしくは受信用に使用するチャネル・スロットには“１”が登録される。図示の例で(C2,S1)が“１”となっており、自身が送信もしくは受信するために割り当てられている。尚、図３や図４の送受信回路３１０が送信用と受信用に分離されており、パケットを送信しながら、同時に別パケットを受信するための特殊な機構が設けられていない限り、あるスロットに“１”が割り当てられている場合は、同じスロットの別チャネルに“０”の枠が存在したとしても、自身が使用することは出来ない。以降、本実施例では端末やゲートウェイに、同時に送受信するための機構が設けられていないことを想定して説明する。

チャネル・スロット管理テーブル５００において、自身と干渉する範囲に存在する近隣端末が送信用に使用するチャネル・スロットには“２”が登録される。図示の例で(C3,S1)が“２”となっており、近隣端末が使用するチャネル・スロットであるため、自身が送受信用に使用することは出来ない。尚、これまで“０”が登録されていた空きチャネル・スロットを、自身が新規に使用することが決定した場合は、自身と干渉する範囲に存在する近隣端末が当該チャネル・スロットを使用しないように、ブロードキャストまたはマルチキャストによって新規確保の旨を近隣端末へ通知する。この通知を受信した近隣端末は、自身の保持する管理テーブル５００のうち、該当するチャネル・スロットの部分に“２”を登録する。本実施例では、“０”、“１”、“２”の表記でチャネル・スロット使用状況を識別しているが、その他の識別子を使用してもよい。

図６は、通信チャネル及びスロットの割当に使用するパケットのフォーマットを示す。
パケット６００は、ヘッダ６０１と、ペイロード６０２とから構成される。ヘッダ６０１は、宛先アドレス６０３、最終宛先アドレス６０４、送信元アドレス６０５、発信元アドレス６０６、パケットＩＤ６０７、スロット割当順序フラグ６０８、割当範囲の始点スロット番号６０９、割当範囲の終点スロット番号６１０、トラフィックＩＤ６１１から構成される。ただし、この他にもパケット長や、ＴＴＬ（Time To Live）などのフィールドが必要であれば、適宜ヘッダに追加してもよい。つまり、宛先アドレス６０３〜トラフィックＩＤ６１１と同等のフィールドを含むものであれば、ヘッダの構成は、特に限定されるものではない。ヘッダの構成は、ＭＡＣヘッダとＩＰヘッダとから構成されるヘッダであってもよい。

宛先アドレス６０３は、リンク間通信における宛先のアドレスまたはＩＤを登録するフィールドである。このフィールドに登録するアドレスまたはＩＤ等の識別子は、通信システムで採用している方式に準拠させる。ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスまたは独自のＩＤで識別しているのであれば、そのＩＤを登録してもよい。

最終宛先アドレス６０４は、当該パケットの最終的な宛先のアドレスまたはＩＤを登録するフィールドである。例えば、図２のゲートウェイ４００−２がゲートウェイ４００−１までパケットを転送する上で必要となる通信チャネル及びスロットの割当を要求する場合は、最終宛先アドレス６０４にゲートウェイ４００−１のアドレスまたはＩＤを登録する。

送信元アドレス６０５は、パケットを中継した送信元のアドレスまたはＩＤを登録するフィールドである。発信元となる端末やゲートウェイが送信する際は、送信元アドレス６０５に発信元のアドレスまたはＩＤを登録する。
発信元アドレス６０６は、パケットの発信元のアドレスまたはＩＤを登録するフィールドである。

パケットＩＤ６０７は、パケットの識別に用いるためのＩＤを登録するフィールドである。パケットＩＤ６０７は、発信元によって登録され、ＩＰヘッダに用いられるシーケンス番号などがパケットＩＤに該当する。発信元アドレス６０６、及びパケットＩＤ６０７が同じパケットを重複して受信した場合は、当該パケットを破棄するものとする。

スロット割当順序フラグ６０８は、空きスロットのうち早いものから順に確保するのか、遅いものから順に確保するのかを規定するフラグである。早いものから順に確保する場合は“０”、遅いものから順に確保する場合は“１”を登録する。登録するフラグ値の判定は、例えば既存システムと新規システムのトラフィック負荷の大小比較を基に行い、本実施例のように既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合は、新規システムのゲートウェイでパケットを蓄積せずに出来るだけ早くパケットを送信することが望ましいため、スロット割当順序フラグ６０８に“０”を登録して、空きスロットのうち早いものから順に確保するように規定する。一方、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも高い場合は、スロット割当順序フラグ６０８に“１”を登録して、空きスロットのうち遅いものから順に確保するように規定する。後者については実施例２にて詳述する。

割当範囲の始点スロット番号６０９は、通信チャネル及びスロットの割当要求を行うにあたって、割当を希望するスロット範囲の始点となるスロット番号を登録するフィールドである。例えば、図５のチャネル・スロット管理テーブルのうち、スロット番号S3以降のスロットで割当を希望する場合は、割当範囲の始点スロット番号６０９に“３”を登録する。

割当範囲の終点スロット番号６１０は、通信チャネル及びスロットの割当要求を行うにあたって、割当を希望するスロット範囲の終点となるスロット番号を登録するフィールドである。例えば、図５のチャネル・スロット管理テーブルのうち、スロット番号S10以前のスロットで割当を希望する場合は、割当範囲の終点スロット番号６１０に“１０”を登録する。

トラフィックＩＤ６１１は、パケットのトラフィック種別の識別に用いるためのＩＤを登録するフィールドである。トラフィックＩＤ６１１は、発信元によって登録される。例えば、図２の端末３００−２aが送信するシステム３２に関するトラフィックパケットの場合は、トラフィックＩＤ６１１に“２”を登録する。ただし、同一システムに関するパケットの中でも、許容遅延などが異なり、複数のトラフィック種別が存在する場合は、さらに細かい粒度でトラフィックＩＤを規定してもよい。このトラフィックＩＤ６１１を設けることで、各トラフィックパケットをどの通信チャネル・スロットで転送すべきかを、端末やゲートウェイが管理することが可能となる。

ペイロード６０２は、スロット・チャネル管理テーブル６１２を格納する。本フィールドには、送信元端末のスロット・チャネル管理テーブルに関する情報を登録する。ただし、必ずしも全スロットに関する情報を登録する必要はなく、パケット長削減のために、割当範囲の始点スロット番号６０９と、割当範囲の終点スロット番号６１０で指定された範囲のスロット・チャネル管理テーブルの情報のみを登録してもよい。尚、ペイロード６０２には、スロット・チャネル管理テーブル６１２だけでなく、必要に応じてアプリケーションデータを格納してもよい。

次に、図７を参照して、通信チャネル及びスロット割当制御動作について説明する。
新規システム３２のパケットを、既存システム３１のＦＡＮ１を介してアプリケーションサーバに送信するため、図７の制御動作に従って、予め通信チャネル及びスロットの割当を実施する。第１の実施例における通信チャネル及びスロット割当制御では、出来るだけ早いスロットから順に確保するため、新規システム３２のゲートウェイ４００−２から既存システム３１のゲートウェイ４００−１に至る経路上のリンクのうち、新規システムのゲートウェイに近いリンクから順に転送用の通信チャネル及びスロットを確保する。この制御動作は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末３００またはゲートウェイ４００の通信チャネル・スロット管理部３０６によって行われる。

図７において、ステップ７０１は、新規システム３２のゲートウェイ４００−２が、配下に接続する端末から受信したパケットを許容遅延時間内にアプリケーションサーバへ届ける上で、割当が必要となるスロットの範囲を算出する処理である。パケットには、上位アプリケーションサーバへ届けられるまでの許容遅延時間Dtが存在するため、既存システム３１のゲートウェイ４００−１から上位アプリケーションサーバに至るまでの最大遅延時間をTmaxとした時、X=Dt-Tmaxで定義される時間Ｘ以内に新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイにパケットを転送する必要がある。そこで、新規システム３２のゲートウェイ４００−２の通信チャネル・スロット管理部３０６が、許容遅延時間Dtと最大遅延時間Tmaxを基に時間Ｘを計算し、自身の配下に接続する端末からパケットを受信する時間を起点に、何スロット目に収まる範囲内でスロットの割当を要求する必要があるかを算出する。このスロットの範囲は、既存システム３１に属する端末が通信に用いるスロット幅をStとした時、Floor(X/St)で計算することが出来(Floorは小数点以下を切り捨てる関数)、新規システム３２のゲートウェイは割当範囲の始点スロット番号にFloor(X/St)の値を足した番号を、割当範囲の終点スロット番号に指定する。尚、割当範囲の始点スロット番号は、新規システムのゲートウェイが配下に接続する端末からパケットを受信するスロット番号に対して、１を足した番号である。新規システムのゲートウェイは、割当を要求するスロットの範囲を算出すると、ステップ７０２へ進む。

ステップ７０２は、新規システム３２のゲートウェイ４００−２が、図６のパケットフォーマットに従ってチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、経路管理部３０５に記憶された転送先（トポロジがツリー構造の場合、親端末）に対して、作成したチャネル・スロット割当要求パケットを送信する処理である。

チャネル・スロット割当要求パケットの作成について言えば、まず宛先アドレス６０３にパケット転送先のアドレスまたはＩＤを登録する。例えば、端末３００−１dのアドレスまたはＩＤを登録する。次に、最終宛先アドレス６０４には、既存システム３１のゲートウェイ４００−１のアドレスまたはＩＤを登録する。送信元アドレス６０５と発信元アドレス６０６には、新規システム３２のゲートウェイ４００−２のアドレスまたはＩＤを登録する。パケットＩＤ６０７には固有のパケットＩＤを登録する。スロット割当順序フラグ６０８には、“０”を登録する。割当範囲の始点スロット番号６０９と、割当範囲の終点スロット番号６１０には、ステップ７０１で算出した始点及び終点のスロット番号をそれぞれ登録する。トラフィックＩＤ６１１には、通信チャネル及びスロットの割当後に送信することとなるパケットのトラフィック種別を示すＩＤを登録する。そして、スロット・チャネル管理テーブル６１２には、新規システム３２のゲートウェイ４００−２のスロット・チャネル管理テーブルを登録する。この時、上述の通り、割当範囲の始点スロット番号６０９と、割当範囲の終点スロット番号６１０で指定された範囲のスロット・チャネル管理テーブルのみを登録してもよい。本チャネル・スロット割当要求パケットを作成すると、当該パケットを送信して、ステップ７０３に進む。

ステップ７０３は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末またはゲートウェイの通信チャネル・スロット管理部３０６が、当該パケットの送信元と自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットを抽出する処理である。この処理は、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元から、当該パケットの受信端末またはゲートウェイに対してパケットを転送する上で、確保可能な通信チャネル及びスロットを抽出するものである。具体的な抽出方法は図８を参照して後述する。本処理が終了すると、ステップ７０４に進む。

ステップ７０４は、ステップ７０３の処理の結果、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットが存在するかどうかを判定する処理である。判定の結果、空きチャネル・空きスロットが存在する場合（ＹＥＳ）はステップ７０５に進み、存在しない場合（ＮＯ）はステップ７０７に進む。

ステップ７０５は、要求されたスロット範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も早いスロット番号のものを確保する処理である。具体的には、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末またはゲートウェイの通信チャネル・スロット管理部３０６は、当該パケットのスロット割当順序フラグ６０８に“０”が登録されていることを確認して、要求されたスロット範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も早いスロット番号のものを確保する必要があることを判定する。複数チャネルにおいて、この番号のスロットを確保可能な場合は、何れか１つの通信チャネルを選択する。ここで確保したものが、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元から、当該パケットの受信端末またはゲートウェイへパケットを転送するための、通信チャネル及びスロットである。本処理が終了すると、ステップ７０６に進む。

ステップ７０６は、ステップ７０５で確保した通信チャネル及びスロットをチャネル・スロット割当要求パケットの送信元に通知し、送信元と自身の両方がチャネル・スロット管理テーブルを更新する処理である。具体的には、チャネル・スロット管理テーブルのうち、ステップ７０５で確保した通信チャネル及びスロット部分に“１”を登録する。本処理が終了すると、ステップ７０８に進む。

ステップ７０７は、ステップ７０３の処理の結果、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットが存在しなかった場合、割当不可の旨を新規システム４２のゲートウェイ４００−２に通知する処理である。この通知は、新規システムのゲートウェイから既存システム３１のゲートウェイ４００−１に至る経路上の一部端末を中継して新規システムのゲートウェイ宛てに送信されるが、この通知を中継した端末のうち、ステップ７０６でチャネル・スロット管理テーブルを更新した端末については、ステップ７０６で“１”を登録した部分を“０”に戻して、確保していた通信チャネル及びスロットを開放する。また、本通知を受信した新規システムのゲートウェイも同様であり、本処理の後に図７のフローチャートを終了する。この時、新規システムのゲートウェイは、必要に応じてパケットの転送先を変更し、別経路に対して通信チャネル及びスロットの割当要求を試みてもよい。

ステップ７０８は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信したのが、既存システム３１のゲートウェイ４００−１であるかを判定する処理である。既存システムのゲートウェイである場合（ＹＥＳ）、新規システム３２のゲートウェイ４００−２から既存システムのゲートウェイへパケットを転送する上での、通信チャネル及びスロットの割当が完了したことになり、次にステップ７１０に進む。一方、既存システムのゲートウェイでない場合（ＮＯ）は、通信チャネル及びスロットの割当が完了していないため、ステップ７０９に進む。

ステップ７０９は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末が当該パケットを更新して、次の転送先に送信する処理である。具体的には、チャネル・スロット割当要求パケットのうち宛先アドレス６０３を、経路管理部３０５に記憶された転送先のアドレスまたはＩＤに更新する。送信元アドレス６０５は、自身のアドレスまたはＩＤに更新する。また、割当範囲の始点スロット番号６０９は、ステップ７０５で確保したスロット番号に１を加算した値に更新する。パケットのスロット・チャネル管理テーブル６１２は、自身のスロット・チャネル管理テーブルに更新する。その他のフィールドについては特に更新を行わない。ただし、チャネル・スロット割当要求パケットに登録のフィールド以外に別途追加したフィールドがあれば、これらを適宜更新してもよい。その後、更新したチャネル・スロット割当要求パケットを次の転送先に送信して、ステップ７０３に戻る。

ステップ７１０は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイへパケットを転送するための通信チャネル及びスロットの割当が完了した旨を、既存システムのゲートウェイから新規システムのゲートウェイへ通知する処理である。この処理で一連の通信チャネル及びスロット割当制御動作を終了する。

尚、ステップ７０６でチャネル・スロット管理テーブルの更新を行った際に、新たに通信チャネル及びスロットを確保したことを近隣端末にも通知する必要があるが、この通知を行うのはステップ７０６のタイミングでも、ステップ７１０で送信される割当完了通知を受信した後でもよい。

次に、図８を参照して、図７のステップ７０３の処理、即ち空きチャネル・空きスロットの抽出の処理について説明する。
ステップ８０１は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末またはゲートウェイが、変数iを割当範囲の始点スロット番号とする処理である。本処理の後に、ステップ８０２に進む。

ステップ８０２は、受信したチャネル・スロット割当要求パケットで得た送信元のチャネル・スロット管理テーブルと、自身（当該割当要求を受信した端末またはゲートウェイ）が有するチャネル・スロット管理テーブルを比較し、少なくとも一方にて何れかのチャネルのi番目のスロットに“１”が登録されていないかを判定する処理である。判定の結果、“１”が登録されている場合（ＹＥＳ）はステップ８０３に進み、登録されていない場合（ＮＯ）はステップ８０４に進む。

ステップ８０３は、i番目のスロットが全チャネルにおいて使用不可、即ちi番目のスロットには空きが無いことを判定する処理である。上述の通り、端末及びゲートウェイにて同時に送受信を行うための特殊な機構が設けられていない限り、あるスロットに“１”が割り当たっている場合は、当該スロットを利用することが出来ないため、本判定を下すこととなる。ただし、同時送受信を可能にする機構が備わっている場合は、この限りではない。本処理の後に、ステップ８０６に進む。

ステップ８０４は、受信したチャネル・スロット割当要求パケットで得た送信元のチャネル・スロット管理テーブルと、自身が有するチャネル・スロット管理テーブルを比較し、少なくとも一方にて何れかのチャネルのi番目のスロットに“２”が登録されていないかを判定する処理である。判定の結果、“２”が登録されている場合（ＹＥＳ）はステップ８０５に進み、登録されていない場合（ＮＯ）はステップ８０６に進む。

ステップ８０５は、ステップ８０４で“２”が登録されていることを確認した通信チャネルにおいて、i番目のスロットが使用不可であることを判定する処理である。判定の結果、“２”が登録されている場合、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元または自身と干渉を起こす範囲内に存在する近隣端末が、当該チャネル及びスロットを用いて通信を行うことを示しているため、使用することが出来ない。本処理の後に、ステップ８０６に進む。

ステップ８０６は、i番目のスロットが割当範囲の終点スロット番号と一致しているかどうかを判定する処理である。判定の結果、一致している場合（ＹＥＳ）は図８のフローチャートを終了し、一致していない場合（ＮＯ）はステップ８０７に進む。ステップ８０７は、iに１を加算する処理であり、本処理の後にステップ８０２に戻る。

図８に示す処理により、使用不可と判定されなかった通信チャネル及びスロットが、空きチャネル・空きスロットとして抽出される。即ち、自端末または自ゲートウェイに対して、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元がパケットを転送する上で、これらの空きチャネル・空きスロットの何れかを使用可能であると判断することが出来る。

図９は、チャネル・スロット管理テーブルと、空きチャネル・空きスロットの抽出結果に関する例を示す。ここでは、新規システム３２のゲートウェイ４００−２から既存システム３１のゲートウェイ４００−１へパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを、スロットＳ１〜Ｓ１０の範囲で割り当てることを想定する。ここで、ゲートウェイ４００−１、端末３００−１a、端末３００−１d、ゲートウェイ４００−２が保持する、スロットＳ１〜Ｓ１０の範囲のチャネル・スロット管理テーブルの例を５００Ａ〜５００Ｄに示す。

５００Ａと５００Ｂのチャネル・スロット管理テーブルを基に、図８の処理に従って、端末３００−１aからゲートウェイ４００−１へのパケット転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出した結果を９００Ａに示す。９００Ａの中で、×印が登録されている通信チャネル及びスロットが、使用不可と判定された箇所であり、何も登録されていない箇所が空きチャネル・空きスロットである。

同様に、５００Ｂと５００Ｃのチャネル・スロット管理テーブル、５００Ｃと５００Ｄのチャネル・スロット管理テーブルを基に抽出した空きチャネル・空きスロットの結果を、それぞれ９００Ｂ、９００Ｃに示す。

図１０のシーケンス図を参照して、実施例１による通信チャネル及びスロット割当の動作例を説明する。本動作例においては、図２の通信ネットワークシステムにおける新規システム３２のゲートウェイ４００−２から既存システム３１のゲートウェイ４００−１へパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを、スロットＳ１〜Ｓ１０の範囲で割り当てることを想定する。

まず、ゲートウェイ４００−２は、ステップ１００１で割当を要求するスロット範囲を算出する。その後、ステップ１００２でチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、次の転送先である端末３００−１dへ送信する。

次に、端末３００−１dは、ステップ１００３でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、ステップ１００４で空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ１〜Ｓ１０の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ｃが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットである(C2,S1)を確保する。その後、ステップ１００５で、ゲートウェイ４００−２から端末３００−１d へのパケット転送用に(C2,S1)を確保した旨をゲートウェイ４００−２へ通知し、ステップ１００６で端末３００−１dのチャネル・スロット管理テーブルを更新する。また、ゲートウェイ４００−２もステップ１００７で通知を受信すると、ステップ１００８にて自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。そして、端末３００−１dはステップ１００９でチャネル・スロット割当要求パケットを更新し、端末３００−１aに送信する。この時、端末３００−１dは(C2,S1)を確保したため、割当範囲となるスロットはS2〜S10に更新される。

続いて、端末３００−１aは、ステップ１０１０でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、ステップ１０１１で空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からS2〜S10の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ｂが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットであるS3を確保する。ここで、(C1,S3)または(C2,S3)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S3)を確保する。その後、ステップ１０１２にて、端末３００−１dから端末３００−１a へのパケット転送用に(C1,S3)を確保した旨を端末３００−１dへ通知し、ステップ１０１３にて端末３００−１aのチャネル・スロット管理テーブルを更新する。また、端末３００−１dもステップ１０１４で通知を受信すると、ステップ１０１５にて自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。そして、端末３００−１aは、ステップ１０１６でチャネル・スロット割当要求パケットを更新し、ゲートウェイ４００−１に送信する。この時、端末３００−１aは(C1,S3)を確保したため、割当範囲となるスロットはS4〜S10に更新される。

ゲートウェイ４００−１は、ステップ１０１７でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、ステップ１０１８で空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ４〜Ｓ１０の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ａが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットであるＳ５を確保する。（スロットＳ２も空いているが、スロット割当の対象範囲がＳ４〜Ｓ１０であるため除外される。）ここで、(C1,S5)または(C2,S5)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S5)を確保する。その後、ステップ１０１９にて、端末３００−１aからゲートウェイ４００−１へのパケット転送用に(C1,S5)を確保した旨を端末３００−１aへ通知し、ステップ１０２０にてゲートウェイ４００−１のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。また、端末３００−１aもステップ１０２１で通知を受信すると、ステップ１０２２にて自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。

そして、ゲートウェイ４００−１は、ステップ１０２３で、要求された範囲内での通信チャネル及びスロット割当が完了した旨の通知パケットを作成し、ゲートウェイ４００−２を最終宛先として、端末３００−１aに送信する。端末３００−１aは、ステップ１０２４でチャネル・スロット割当完了通知を受信すると、端末３００−１dへ転送する。同じく、端末３００−１dは、ステップ１０２５でチャネル・スロット割当完了通知を受信すると、ゲートウェイ４００−２へ転送する。ゲートウェイ４００−２がステップ１０２６でチャネル・スロット割当完了通知を受信すると、通信チャネル及びスロット割当に関する制御が完了する。

以後、ゲートウェイ４００−２が受信した新規システム３２に関するパケットは、図１０の一連のシーケンスを通じて確保された通信チャネル及びスロットを用いてゲートウェイ４００−１まで転送され、最終的にシステム３２のアプリケーションサーバ２０２へ送信される。尚、図１０のシーケンスにおいて、通信チャネル及びスロット確保の旨を近隣端末に対して通知する処理の登録を省いているが、本処理については自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新したタイミング、もしくはチャネル・スロット割当完了通知を受信したタイミングの何れでも行うことができる。

以上、実施例１によれば、新規システム３２のゲートウェイから既存システム３１のゲートウェイに至る経路上に存在する端末と、ゲートウェイの自律分散制御によって、通信チャネル及びスロットの割当制御を行うことができる。このような構成乃至制御動作により、既存システムに属する端末のスケジュール変更の必要性が解消する。また、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の端末及びゲートウェイが、空きチャネル・空きスロットの中から新規チャネル及びスロットの確保を行うことで、既存システムの通信と干渉することなく、新規システムに関するパケットを上位アプリケーションサーバに送信することが可能となる。

また、既存システムと新規システムのトラフィック負荷の大小関係に応じて、スロットの割当順序を規定することで、トラフィック特性に応じて帯域を有効活用することができる。即ち、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合に、空きチャネル・空きスロットの中から、時間Ｘに収まる範囲内でスロット番号の早い順に確保を行うことで、パケットの許容遅延を満たし、かつ出来るだけ短い遅延時間で上位アプリケーションサーバにパケットを届けることが可能である。

実施例１が、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合の例であるのに対して、実施例２は、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも高い場合の例である。この場合、新規システムの通信による帯域消費量削減の観点から、新規システムのゲートウェイで出来るだけ長い時間パケットを蓄積し、より多くのパケットを１つに結合して纏めて送信することが望ましい。即ち、実施例２では、時間Ｘに収まる範囲内のスロットにおいて、遅いものから順に確保する。尚、実施例２においても、ゲートウェイ及び端末間の自律分散制御によって、通信チャネル及びスロット割当を実現する。図１１及び図１２を用いて、実施例２に係る通信チャネル及びスロットの割当方法とその動作例について説明する。

尚、実施例２に係る通信ネットワークシステムの構成（図２）、ならびに端末及びゲートウェイのハードウェア構成（図３及び図４）、チャネル・スロット管理テーブルの構成（図５）、通信チャネル及びスロット割当に使用するパケットのフォーマット（図６）、空きチャネル・空きスロットの抽出方法（図８）は第１の実施例と同様である。

図１１を参照して、実施例２による通信チャネル及びスロット割当制御を説明する。
新規システム３２のパケットを、既存システム３１のＦＡＮを介してアプリケーションサーバに送信するため、図１１の処理に従って、予め通信チャネル及びスロットの割当を実施する。実施例２に係る通信チャネル及びスロット割当制御では、時間Ｘに収まる範囲内で出来るだけ遅いスロットから順に確保するため、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上のリンクのうち、既存システムのゲートウェイに近いリンクから順に転送用の通信チャネル及びスロットを確保する。

図１１において、ステップ１１０１は、新規システムのゲートウェイが、配下に接続する端末から受信したパケットを許容遅延時間内にアプリケーションサーバ２０２へ送信する上で、割当が必要となるスロットの範囲を算出する処理である。算出方法は、図７のステップ７０１と同様である。本処理の後に、ステップ１１０２に進む。

ステップ１１０２は、新規システムのゲートウェイが図６のパケットフォーマットに従ってチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、ゲートウェイ４００の経路管理部３０５に記憶された転送先（トポロジがツリー構造の場合、親端末）に対して、作成したチャネル・スロット割当要求パケットを送信する処理である。本処理は、チャネル・スロット割当要求パケットの作成において、スロット割当順序フラグ６０８のフィールドに“１”を登録する点を除いて、図７のステップ７０２と同様である。本処理の後に、ステップ１１０３に進む。

ステップ１１０３は、ステップ１１０２または後述のステップ１１０４で送信されたチャネル・スロット割当要求パケットを受信したのが、既存システムのゲートウェイであるかどうかを判定する処理である。判定の結果、既存システムのゲートウェイである場合（ＹＥＳ）はステップ１１０５に進み、既存システムのゲートウェイでない場合（ＮＯ）はステップ１１０４に進む。

ステップ１１０４は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末が当該パケットを更新して、次の転送先に送信する処理である。具体的には、チャネル・スロット割当要求パケットのうち、宛先アドレス６０３を、端末３００の経路管理部３０５に記憶された転送先のアドレスまたはＩＤに更新する。送信元アドレス６０５は、自身のアドレスまたはＩＤに更新する。スロット・チャネル管理テーブル６１２は、自身のスロット・チャネル管理テーブルに更新する。その他のフィールドについては、特に更新は行わない。ただし、図６に登録のフィールド以外に別途追加したフィールドがあれば、これらを適宜更新してもよい。その後、更新したチャネル・スロット割当要求パケットを次の転送先に送信して、ステップ１１０３に戻る。

ステップ１１０５は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信したゲートウェイが、当該パケットの送信元と自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットを抽出する処理である。空きチャネル・空きスロットの抽出は、図８のフローチャートに従って実施する。本処理が終了すると、ステップ１１０６に進む。

ステップ１１０６は、ステップ１１０５の処理の結果、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットが存在したかどうかを判定する処理である。判定の結果、空きチャネル・空きスロットが存在する場合（ＹＥＳ）はステップ１１０７に進み、一方それが存在しない場合（ＮＯ）はステップ１１０９に進む。

ステップ１１０７は、要求されたスロット範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も遅いスロット番号のものを確保する処理である。具体的には、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末またはゲートウェイは、当該パケットのスロット割当順序フラグ６０８を参照し、“１”が登録されていることを確認することで、要求されたスロット範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も遅いスロット番号のものを確保する必要があることを判定する。複数チャネルにおいて、この番号のスロットを確保可能な場合は、何れか１つの通信チャネルを選択する。ここで確保したものが、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元から、当該パケットの受信端末またはゲートウェイへパケットを転送するための、通信チャネル及びスロットである。本処理が終了すると、ステップ１１０８に進む。

ステップ１１０８は、ステップ１１０７で確保した通信チャネル及びスロットをチャネル・スロット割当要求パケットの送信元に通知し、送信元と自身の両方がチャネル・スロット管理テーブルを更新する処理である。具体的には、チャネル・スロット管理テーブルのうち、ステップ１１０７で確保した通信チャネル及びスロット部分に“１”を登録する。本処理が終了すると、ステップ１１１０に進む。

ステップ１１０９は、ステップ１１０５の処理の結果、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットが存在しなかった際に、割当不可の旨を新規システムのゲートウェイ、及び既存システムのゲートウェイ宛てに通知する処理である。この通知は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の一部端末を中継して送信されるが、この通知を中継した端末のうち、ステップ１１０８でチャネル・スロット管理テーブルを更新した端末については、ステップ１１０８で“１”を登録した部分を“０”に戻して、確保していた通信チャネル及びスロットを開放する。また、本通知を受信した既存システムのゲートウェイも同様であり、本処理の後に図１１の一連の処理を終了する。この時、新規システムのゲートウェイは、必要に応じてパケットの転送先を変更し、別経路に対して通信チャネル及びスロットの割当要求を試みてもよい。

ステップ１１１０は、ステップ１１０８で送信された通知を受信したのが新規システムのゲートウェイであるかどうかを判定する処理である。判定の結果、新規システムのゲートウェイである場合（ＹＥＳ）は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイにパケットを転送する上での、通信チャネル及びスロットの割当が完了したことになるため、一連の処理を終了する。第１の実施例と異なり、新規システムのゲートウェイがステップ１１０８で送信された通知を受信することで、一連の通信チャネル及びスロット割当が完了したことを判断出来るため、図７のステップ７１０のような割当完了通知を送信する必要は無い。ただし、既存システムのゲートウェイや転送経路上の端末に対して、別途割当完了の旨を通知してもよい。

一方、ステップ１１１１の判定において、ステップ１１０８で送信された通知を受信したのが新規システムのゲートウェイでない場合（ＮＯ）は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイへパケットを転送する上で必要な、通信チャネル及びスロットの割当が未完了の状態であるため、ステップ１１１１へ進む。

ステップ１１１１は、ステップ１１０８の通知を受信した端末が、チャネル・スロット割当要求パケットの送信元と、自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して、空きチャネル・空きスロットを抽出する処理である。この場合、図８に示す処理に従って、空きチャネル・空きスロットを抽出するが、割当範囲の終点スロット番号はステップ１１０８で通知されたスロット番号の一つ前とする。例えば、ステップ１１０８でスロット番号S8の確保を通知された場合は、空きチャネル・空きスロットを抽出する際の終点スロット番号はＳ７となる。即ち、ステップ１１１１で空きチャネル・空きスロットの抽出を行う際は、図８のステップ８０６にて、ステップ１１０８で通知されたスロット番号の一つ前がi番目のスロットであるかを判定する。ステップ１１１１の処理を終えると、ステップ１１０６に戻る。

尚、ステップ１１０８でチャネル・スロット管理テーブルの更新を行った際に、新たに通信チャネル及びスロットを確保したことを近隣端末にも通知する必要があるが、ステップ１１０８のタイミングで通知してもよい。一方、新規システムのゲートウェイから通信チャネル及びスロット割当完了の旨が通知される場合は、当該割当完了通知を受信した後に近隣端末へ通知してもよい。

次に、図１２を参照して実施例２による通信チャネル及びスロット割当の動作を説明する。以下の説明では、新規システム３２のゲートウェイ４００−２から既存システム３１のゲートウェイ４００−１へパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを、スロットＳ１〜Ｓ１０の範囲で割り当てることを想定する。

まず、ゲートウェイ４００−２は、ステップ１２０１で割当を要求するスロット範囲を算出する。その後、ステップ１２０２でチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、次の転送先である端末３００−１dへ送信する。
次に、端末３００−１dはステップ１２０３でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、当該パケットを更新して端末３００−１aへ転送する。同じく、端末３００−１aはステップ１２０４でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、当該パケットを更新してゲートウェイ４００−１へ転送する。

続いて、ゲートウェイ４００−１はステップ１２０５でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、ステップ１２０６で当該割当要求パケットの送信元（端末３００−１a）と自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ１〜Ｓ１０の範囲で最も遅いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ａが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も遅いスロットである(C2,S10)を確保する。その後、ステップ１２０７にて、端末３００−１aからゲートウェイ４００−１へのパケット転送用に(C2,S10)を確保した旨を端末３００−１aへ通知し、ステップ１２０８でゲートウェイ４００−１のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。

端末３００−１aは、ステップ１２０９で通信チャネル及びスロット確保の通知を受信すると、ステップ１２１０で自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。その後、ステップ１２１１で、ステップ１２０４で受信したチャネル・スロット割当要求パケットの送信元（端末３００−１d）と自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して空きチャネル・空きスロットを抽出し、ステップ１２０９で確保の旨を通知されたスロット番号よりも前、即ちＳ１〜Ｓ９の範囲で最も遅いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ｂが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も遅いスロットであるＳ９を確保する。ここで、(C1,S9)または(C3,S9)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S9)を確保する。その後、ステップ１２１２で、端末３００−１dから端末３００−１a へのパケット転送用に(C1,S9)を確保した旨を端末３００−１dへ通知し、ステップ１２１３で端末３００−１aのチャネル・スロット管理テーブルを更新する。

次に、端末３００−１dは、ステップ１２１４で通信チャネル及びスロット確保の通知を受信すると、ステップ１２１５で自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。その後、ステップ１２１６で、ステップ１２０３で受信したチャネル・スロット割当要求パケットの送信元（ゲートウェイ４００−２）と自身のチャネル・スロット管理テーブルを参照して空きチャネル・空きスロットを抽出し、ステップ１２１４で確保の旨を通知されたスロット番号よりも前、即ちS1〜S8の範囲で最も遅いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の900Cが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も遅いスロットであるS7を確保する。（スロットS9も空いているが、スロット割当の対象範囲がS1〜S8であるため除外される。）ここで、(C1,S7)または(C3,S7)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S7)を確保する。その後、ステップ１２１７で、ゲートウェイ４００−２から端末３００−１dへのパケット転送用に(C1,S7)を確保した旨をゲートウェイ４００−２へ通知し、ステップ１２１８で端末３００−１dのチャネル・スロット管理テーブルを更新する。

ゲートウェイ４００−２は、ステップ１２１９で通信チャネル及びスロット確保の通知を受信すると、ステップ１２２０で自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新する。ステップ１２２０が終了した時点で、通信チャネル及びスロット割当に関する制御が完了し、以後ゲートウェイ４００−２が受信したシステム３２に関するパケットは、図１２の一連のシーケンスを通じて確保された通信チャネル及びスロットを用いてゲートウェイ４００−１まで転送され、最終的にシステム３２のアプリケーションサーバ２０２へ送信される。尚、ステップ１２２０が終了したタイミングでゲートウェイ４００−２から、端末３００−１dや端末３００−１a、ゲートウェイ４００−１に対して、別途チャネル・スロット割当完了の旨を通知してもよい。また、図１２のシーケンスにおいて、通信チャネル及びスロット確保の旨を近隣端末に対して通知する処理の説明を省いているが、本処理については自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新したタイミング、もしくはチャネル・スロット割当完了通知を受信したタイミングのどちらで行ってもよい。

以上のように、第１の実施例と同様に、既存システムに属する端末のスケジュール変更の必要性を解消でき、更に既存システムの通信と干渉することなく、新規システムに関するパケットを上位のアプリケーションサーバに届けることが可能となる。また、実施例２では、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも高い場合に、空きチャネル・空きスロットの中から、時間Ｘに収まる範囲内でスロット番号の遅い順に確保を行うことで、パケットの許容遅延を満たしつつ、かつ新規システムのゲートウェイで出来るだけ長い時間でパケットを蓄積し、複数のパケットを１つに結合することで、新規システムの通信による帯域消費量を削減することが可能となる。

尚、上記実施例１及び２では、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る１つの経路で構成されるとした。しかし、新規システムのゲートウェイが既存システムのゲートウェイに対して複数の経路を保持している場合は、各経路に対して通信チャネル及びスロットの割当要求を行い、例えばその中で最も短い遅延時間で既存システムのゲートウェイに対するパケット転送が実現できる経路を選択するようにしてもよい。

また、上記実施例１及び２では、新規システムのための通信チャネル及びスロットの割当を前提に説明したが、既存システムに属する端末を新たに追加する際に、当該端末が通信を行うための通信チャネル及びスロットを割り当てる場合、上記実施例を適用することができる。具体的には、図７のステップ７０１やステップ７０２、図１１のステップ１１０１やステップ１１０２で新規システムのゲートウェイが行う処理を当該端末が実施し、図７のステップ７０７やステップ７１０、図１１のステップ１１０９で送信される通知の最終宛先を当該端末に置き換えて、図１１のステップ１１１０の宛先に関する判定基準を新規システムのゲートウェイから当該端末に置き換えることによって実現可能である。

実施例１及び２がゲートウェイの自律分散制御によって、通信チャネル及びスロットの割当制御を行う例であるのに対して、実施例３は、通信ネットワークシステム上の端末、及びゲートウェイのチャネル・スロット管理テーブルを管理する管理装置の集中制御によって通信チャネル及びスロット割当を実現する例である。広帯域な環境や、端末台数が少ない場合など、ゲートウェイや端末が更新の度にチャネル・スロット管理テーブルの情報を管理装置に通知することが可能な場合は、管理装置による集中制御が実現出来る。管理装置による集中制御を行う場合、通信チャネル及びスロットの割当可否を管理装置で一括判定することが可能となり、新規システムのゲートウェイが既存システムのゲートウェイに対して複数の経路を保持している場合は、各経路で割当可能な通信チャネル及びスロットを管理装置が算出することで、最も良好な経路を新規システムのゲートウェイに通知するなどの処理が可能となる。

実施例３に係る端末及びゲートウェイのハードウェア構成（図３及び図４）、チャネル・スロット管理テーブルの構成（図５）、通信チャネル及びスロット割当に使用するパケットのフォーマット（図６）、空きチャネル・空きスロットの抽出方法（図８）は実施例１、実施例２と同様である。

図１３に示す通信ネットワークシステムにおいて、ネットワークに管理装置１３００が接続される以外は、図２の通信ネットワークシステムの構成と同様である。管理装置１３００は、有線または無線通信を用いて、通信ネットワークシステム上の端末及びゲートウェイのチャネル・スロット管理テーブル情報を収集し、これらの情報を一元管理する。そのため、管理装置１３００がこれらの情報を随時管理出来るように、各端末ならびに各ゲートウェイは、定期的もしくは更新が生じた時に、管理装置１３００へ自身のチャネル・スロット管理テーブルを通知する。また、管理装置１３００はチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、各端末ならびに各ゲートウェイのチャネル・スロット管理テーブルを参照して空きチャネル・空きスロットを抽出し、通信チャネル及びスロットの割当を行う機能を搭載する。

次に、図１４を参照して実施例３に係る通信チャネル及びスロット割当制御を説明する。ここで、新規システム３２のパケットを、既存システム３１のＦＡＮを介してアプリケーションサーバ２０２に送信するに当たり、図１４の処理によって通信チャネル及びスロットの割当が実施される。

図１４においてステップ１４０１は、新規システム３２のゲートウェイ４００−２がその配下に接続される端末から受信したパケットを許容遅延時間内にアプリケーションサーバ２０２へ送信する上で、割当が必要となるスロットの範囲を算出する処理である。算出方法は、図７のステップ７０１と同様である。本処理の後に、ステップ１４０２に進む。

ステップ１４０２は、新規システムのゲートウェイが図６のパケットフォーマットに従ってチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、ゲートウェイ４００−２の経路管理部３０５に記憶された転送先（トポロジがツリー構造の場合、親端末）に対して、作成したチャネル・スロット割当要求パケットを送信する処理である。
チャネル・スロット割当要求パケットの作成については、まず宛先アドレス６０３にパケットの転送先のアドレスまたはＩＤを登録する。図１３の例では、端末３００−１dのアドレスまたはＩＤを登録する。次に、最終宛先アドレス６０４には、管理装置１３００のアドレスまたはＩＤを登録する。送信元アドレス６０５と発信元アドレス６０６には、新規システム３２のゲートウェイ４００−２のアドレスまたはＩＤを登録する。パケットＩＤ６０７には固有のパケットＩＤを登録する。スロット割当順序フラグ６０８には、既存システム３１のトラフィック負荷が新規システム３２のトラフィック負荷よりも低い場合は“０”、高い場合は“１”を登録する。割当範囲の始点スロット番号６０９と、割当範囲の終点スロット番号６１０には、ステップ１４０１で算出した始点及び終点のスロット番号をそれぞれ登録する。トラフィックＩＤ６１１には、通信チャネル及びスロットの割当後に送信することとなるパケットのトラフィック種別を示すＩＤを登録する。スロット・チャネル管理テーブル６１２については、管理装置１３００で情報が把握・管理されているため、特に情報を登録する必要は無い。本チャネル・スロット割当要求パケットを作成すると、当該パケットを送信して、ステップ１４０３に進む。

ステップ１４０３は、ステップ１４０２または後述のステップ１４０４で送信されたチャネル・スロット割当要求パケットを受信したのが、既存システムのゲートウェイであるかどうかを判定する処理である。判定の結果、既存システムのゲートウェイである場合（ＹＥＳ）はステップ１４０５に進み、既存システムのゲートウェイでない場合（ＮＯ）はステップ１４０４に進む。

ステップ１４０４は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した端末またはゲートウェイが当該パケットを更新して、次の転送先に送信する処理である。具体的には、チャネル・スロット割当要求パケットのうち、宛先アドレス６０３を、端末３００の経路管理部３０５に記憶された転送先のアドレスまたはＩＤに更新する。送信元アドレス６０５は、自身のアドレスまたはＩＤに更新する。その他のフィールドについては、特に更新は行わない。その後、更新したチャネル・スロット割当要求パケットを次の転送先に送信して、ステップ１４０３に戻る。

ステップ１４０５は、チャネル・スロット割当要求パケットを受信した管理装置１３００が、当該割当要求パケットのスロット割当順序フラグ６０８に登録された値が“０”であるかを判定する処理である。判定の結果、“０”である場合（ＹＥＳ）はステップ１４０６へ進み、“０”でない場合即ち“１”の場合（ＮＯ）はステップ１４１０へ進む。

ステップ１４０６は、管理装置で、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路のうち、新規システムのゲートウェイに近いリンクから順に空きチャネル・空きスロットを抽出する処理である。図１３の例では、ゲートウェイ４００−２〜端末３００−１d、端末３００−１d〜端末３００−１a、端末３００−１a〜ゲートウェイ４００−１の順で、各リンクでのパケット転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する。１つのリンクにおける抽出が完了すると、ステップ１４０７に進む。空きチャネル・空きスロットの抽出は図８のフローチャートに従って実施するが、ステップ８０２・ステップ８０４では、リンク上の転送元と転送先の２つのチャネル・スロット管理テーブルを参照して判定を行う。

ステップ１４０７は、ステップ１４０６の処理の結果、割当範囲内に空きチャネル・空きスロットが存在するかを判定する処理である。判定の結果、空きチャネル・空きスロットが存在する場合（ＹＥＳ）はステップ１４０８に進み、一方存在しない場合（ＮＯ）はステップ１４１４に進む。

ステップ１４０８は、割当範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も早いスロット番号のものを確保する処理である。複数チャネルにおいて、同じ番号のスロットを確保可能な場合は、何れか１つの通信チャネルを選択する。確保するスロット番号が決定すると、割当範囲の始点スロット番号を、確保したスロット番号に１を足した値に更新する。本処理が終了すると、ステップ１４０９に進む。

ステップ１４０９は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の全リンクにおいて、通信チャネル及びスロットの割当が完了したかどうかを判定する処理である。完了した場合（ＹＥＳ）はステップ１４１５に進み、未完了の場合（ＮＯ）はステップ１４０６に戻る。

ステップ１４１０は、管理装置で、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路のうち、既存システムのゲートウェイに近いリンクから順に空きチャネル・空きスロットを抽出する処理である。図１３の例では、端末３００−１a〜ゲートウェイ４００−１、端末３００−１d〜端末３００−１a、ゲートウェイ４００−２〜端末３００−１dの順で、各リンクでのパケット転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する。１つのリンクにおける抽出が完了すると、ステップ１４１１に進む。空きチャネル・空きスロットの抽出は図８のフローチャートに従って実施するが、ステップ１４０６と同様、ステップ８０２・ステップ８０４では、リンク上の転送元と転送先の２つのチャネル・スロット管理テーブルを参照して判定を行う。

ステップ１４１２は、ステップ１４１１の処理の結果、割当範囲内に空きチャネル・空きスロットが存在するかを判定する処理である。その結果、存在する場合（ＹＥＳ）はステップ１４１２に進み、存在しない場合（ＮＯ）はステップ１４１４に進む。

ステップ１４１２は、割当範囲内の空きチャネル・空きスロットの中から、最も遅いスロット番号のものを確保する処理である。複数チャネルにおいて、同じ番号のスロットを確保可能な場合は、何れか１つの通信チャネルを選択する。確保するスロット番号が決定すると、割当範囲の終点スロット番号を、確保したスロット番号から１引いた値に更新する。本処理が終了すると、ステップ１４１３に進む。

ステップ１４１３は、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上の全リンクにおいて、通信チャネル及びスロットの割当が完了したかどうかを判定する処理である。判定の結果完了した場合（ＹＥＳ）はステップ１４１５に進み、未完了の場合（ＮＯ）はステップ１４１０に戻る。

ステップ１４１４は、ステップ１４０６またはステップ１４１０の処理の結果、割当範囲内に空きチャネル・空きスロットが存在しなかった際に、割当不可の旨を新規システムのゲートウェイ宛てに通知する処理である。本処理の後に、図１４のフローチャートを終了する。

ステップ１４１５は、ステップ１４０８やステップ１４１２で確保した通信チャネル及びスロットを、新規システムのゲートウェイと既存システムのゲートウェイ、ならびに両ゲートウェイの経路上に存在する端末へ通知する処理である。また、本通知を受信した端末及びゲートウェイは、確保の旨が通知された通信チャネル及びスロットにつき、自身のチャネル・スロット管理テーブルを更新し、更新の旨を近隣端末へ通知する。本処理の後に、一連の処理を終了する。

次に図１５を用いて、実施例３に係る通信チャネル及びスロット割当の動作例を説明する。本動作例においては、図１３において、新規システムのゲートウェイ４００−２から既存システムのゲートウェイ４００−１へパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを、スロットＳ１〜Ｓ１０の範囲で割り当てることを想定する。また、既存システムのトラフィック負荷が新規システムのトラフィック負荷よりも低い場合を想定して説明する。

まず、ゲートウェイ４００−２は、ステップ１５０１で割当を要求するスロット範囲を算出する。その後、ステップ１５０２でチャネル・スロット割当要求パケットを作成し、次の転送先である端末３００−１dへ送信する。

次に、端末３００−１dはステップ１５０３でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、当該パケットを更新して端末３００−１aへ転送する。同じく、端末３００−１aはステップ１５０４でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、当該パケットを更新してゲートウェイ４００−１へ転送する。ゲートウェイ４００−１についても、ステップ１５０５でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、当該パケットを更新して管理装置１３００へ転送する。

管理装置１３００は、ステップ１５０６でチャネル・スロット割当要求パケットを受信すると、ステップ１５０７でゲートウェイ４００−２から端末３００−１dへパケットを転送する上での空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ１〜Ｓ１０の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ｃが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットである(C2,S1)を確保する。

続いて、ステップ１５０８で、端末３００−１dから端末３００−１aへパケットを転送する上での空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ２〜Ｓ１０の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ｂが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットであるＳ３を確保する。ここで、(C1,S3)または(C2,S3)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S3)を確保する。

そして、ステップ１５０９で、端末３００−１aからゲートウェイ４００−１へパケットを転送するための空きチャネル・空きスロットを抽出し、その中からＳ４〜Ｓ１０の範囲で最も早いスロット番号のものを確保する。具体的には、図９の９００Ａが抽出した空きチャネル・空きスロットの結果であり、その中で最も早いスロットであるS5を確保する。ここで、(C1,S5)または(C2,S5)の何れかを選択可能であるが、今回は(C1,S5)を確保する。（スロットＳ２も空いているが、スロット割当の対象範囲がＳ４〜Ｓ１０であるため除外される。）その後、管理装置１３００はステップ１５１０で、ゲートウェイ４００−２、端末３００−１d、端末３００−１a、ゲートウェイ４００−１に対して、確保した通信チャネル及びスロットを通知する。

ゲートウェイ４００−１は、確保された通信チャネル及びスロットの通知をステップ１５１１で受信すると、当該通知を端末３００−１aへ転送し、ステップ１５１２でチャネル・スロット管理テーブルの更新、ならびに近隣端末への更新通知を行う。

端末３００−１aは、確保された通信チャネル及びスロットの通知をステップ１５１３で受信すると、当該通知を端末３００−１dへ転送し、ステップ１５１４でチャネル・スロット管理テーブルの更新、ならびに近隣端末への更新通知を行う。同様に、端末３００−１dは、確保された通信チャネル及びスロットの通知をステップ１５１５で受信すると、当該通知をゲートウェイ４００−２へ転送し、ステップ１５１６でチャネル・スロット管理テーブルの更新、ならびに近隣端末への更新通知を行う。

最後に、ゲートウェイ４００−２は、確保された通信チャネル及びスロットの通知をステップ１５１７で受信すると、ステップ１５１８でチャネル・スロット管理テーブルの更新、ならびに近隣端末への更新通知を行う。ステップ１５１８が終了した時点で、通信チャネル及びスロット割当に関する制御が完了し、以後ゲートウェイ４００−２が受信したシステム３２に関するパケットは、図１５の一連のシーケンスを通じて確保された通信チャネル及びスロットを用いてゲートウェイ４００−１まで転送され、最終的にシステム３２のアプリケーションサーバ２０２へ送信される。

以上のように、実施例３は管理装置の集中制御によって通信チャネル及びスロットの割当制御を行うにあたり、管理装置が保持するチャネル・スロット管理テーブルのうち、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路上のリンクにて、空きチャネル・空きスロットの抽出を行い、その中から通信チャネル及びスロットの確保を行う。このように制御することで、実施例１及び２と同様、既存システムに属する端末のスケジュール変更の必要性を解消し、かつ既存システムの通信と干渉することなく、新規システムに関するパケットを上位のアプリケーションサーバに届けることが可能となる。さらに、既存システムと新規システムのトラフィック特性に応じてスロット割当順序を規定することにより、管理装置での集中制御の場合においても、トラフィック特性に応じた帯域を有効活用できる。

尚、実施例３では管理装置による集中制御の例を説明したが、ゲートウェイが十分な記憶容量を保持しており、通信ネットワークシステム上の端末や他ゲートウェイのチャネル・スロット管理テーブルを管理出来る場合、ゲートウェイによる集中制御を行ってもよい。この場合、管理装置による集中制御と比較して、通信チャネル及びスロットの割当に要する時間を短縮することが可能となる。

また、実施例３においても、新規システムのゲートウェイから既存システムのゲートウェイに至る経路が１つしか構築されていないことを想定して説明した。しかし、実施例１及び２と同様、新規システムのゲートウェイが既存システムのゲートウェイに対して複数の経路を保持している場合は、管理装置で各経路における通信チャネル及びスロットの割当処理を行い、その中で最も良好な通信チャネル及びスロットを確保出来た経路を選択し、当該経路を使用するように新規システムのゲートウェイへ通知することができる。
また、実施例１及び２と同様、既存システムに属する端末を新たに追加する際の通信チャネル及びスロットの割当として実施例３を適応することができる。

実施例１〜３は、空きチャネル・空きスロットを抽出する際に、自身もしくは自身と干渉する範囲に存在する近隣端末が、ある通信チャネル及びスロットを送信または受信用に使用済みである場合、これを使用不可と判定する例である。この場合、これらのスロットがスロット幅に対して一部の時間しか使用されていないことがある。例えば、各スロット幅が５０ミリ秒で設計されている場合、あるパケットを送信または受信するのに最初の３０ミリ秒しか使用されていないスロットが存在することがある。このとき、２０ミリ秒以内に送信または受信可能なパケットを転送するために必要な、通信チャネル及びスロットを割り当てようとする場合、現実的には３０ミリ秒しか使用されていない当該スロットも空きスロットとして使用することが出来る。そこで、このように各スロットにおいて、送信または受信用に使用されている時間を参照して、より細かい粒度で空きチャネル・空きスロットを抽出する例を説明するものである。実施例４では、実施例１〜３において説明した、通信ネットワークシステム上の端末やゲートウェイ、管理装置が保持するそれぞれのチャネル・スロット管理テーブルによって各スロットで送信または受信用に使用されている時間長を管理する。

実施例４に係る通信ネットワークシステムの構成（図２、図１３）、端末及びゲートウェイのハードウェア構成（図３及び図４）、通信チャネル及びスロット割当に使用するパケットのフォーマット（図６）、通信チャネル及びスロット割当制御（図７、図１１、図１４）は、の実施例１〜３と同様である。

図１６を参照して、実施例４によるチャネル・スロット管理テーブル、及び使用時間管理テーブルについて説明する。
チャネル・スロット管理テーブル１６００Ａは、図５と同様に、各チャネル・スロットにおいて、自身、または自身と干渉する範囲に存在する近隣端末やゲートウェイが使用していない空きチャネル・空きスロットには“０”、自身が送信もしくは受信用に使用するチャネル・スロットには“１”、自身と干渉する範囲に存在する近隣端末やゲートウェイが送信用に使用するチャネル・スロットには“２”を登録する。ただし、実施例４では、１つのスロット内で自身が複数のパケットを送受信する場合が発生する。そのため、自身が送信もしくは受信用に使用するチャネル・スロットについては、各スロットで送受信するパケットのトラフィック種別を合わせて管理する。例えば、図示の管理テーブル１６００Ａでは、括弧内にパケットの種別情報を格納している。これにより、図示の例では、(C2,S1)が種別１のパケット用に使用され、(C1,S3)が種別１と種別２の２つのパケット用に使用されることが把握出来る。尚、ここでトラフィック種別とは、図６のトラフィックＩＤ６１１に格納される種別情報に等しいものである。

次に、使用時間管理テーブル１６００Ｂも同様に端末及びゲートウェイ、または管理装置が保持する。使用時間管理テーブルは、チャネル・スロット管理テーブル１６００Ａにおいて、“１”または“２”が登録された各チャネル・スロットについて、送受信用に使用される時間を管理するテーブルであり、各使用時間の情報を格納する。即ち、図示の例では、(C2,S1)では３０ミリ秒、(C1,S3)では４５ミリ秒が送受信用に使用済みであることがわかる。ここでは、記載する時間の単位をミリ秒と仮定したが、ネットワークのスループットやパケットサイズに応じて、単位をマイクロ秒や秒にしてもよい。尚、使用時間管理テーブル１６００Ｂは上述の通り、自身と干渉する範囲に存在する近隣端末やゲートウェイがそれぞれのスロットで、どの程度の時間を送受信に使用するのかも管理する。そこで、これを実現するため、実施例１〜３では新規にチャネル・スロットを確保すると、近隣端末やゲートウェイへチャネル・スロット情報を通知していたが、実施例４では使用時間も合わせて通知するものとする。

次に図１７を参照して、実施例４による空きチャネル・空きスロットの抽出動作について説明する。
まず、ステップ１７０１は、図８のステップ８０１と同様、変数iを割当範囲の始点スロット番号とする処理である。本処理の後に、ステップ１７０２に進む。
ステップ１７０２も、図８のステップ８０２と同様、２つのチャネル・スロット管理テーブルを比較し、少なくとも一方にて何れかのチャネルのi番目のスロットに“１”が登録されていないかを判定する処理である。判定の結果“１”が登録されている場合（ＹＥＳ）はステップ１７０３に進み、登録されていない場合（ＮＯ）はステップ１７０５に進む。

ステップ１７０３は、ステップ１７０２で“１”が登録されていたスロットにおいて、既に送信または受信用に使用されることが分かっている時間長に対し、所望のパケットを送信または受信するだけの空き時間が残っていないことを判定する処理である。具体的には、使用時間管理テーブルを参照して、該当するスロットの使用時間を確認する。この時、スロット幅から当該使用時間を差し引いた時間がスロットの空き時間である。例えば、スロット幅が５０ミリ秒で、使用時間管理テーブルに登録された値が30ミリ秒であった場合、当該スロットの空き時間は２０ミリ秒と判定される。判定の結果、空き時間が残っていない場合（ＹＥＳ）は、ステップ１７０４に進み、空き時間が残っている場合（ＮＯ）は、ステップ１７０５に進む。

ステップ１７０４は、図８のステップ８０３と同様、i番目のスロットが全チャネルにおいて使用不可、即ちi番目のスロットには空きが無いことを判定する処理である。上述の通り、端末及びゲートウェイで同時に送受信を行うための特殊な機構が設けられていない限り、あるスロットに“１”が割り当たっている場合は、当該スロットを利用することが出来ないため、この判定を行うことになる。本処理の後に、ステップ１７０８に進む。

ステップ１７０５も、図８のステップ８０４と同様、２つのチャネル・スロット管理テーブルを比較し、少なくとも一方で何れかのチャネルのi番目のスロットに“２”が登録されていないかを判定する処理である。判定の結果“２”が登録されている場合（ＹＥＳ）はステップ１７０６に進み、登録されていない場合（ＮＯ）はステップ１７０８に進む。

ステップ１７０６は、ステップ１７０５で“２”が登録されていたスロットにおいて、既に送信または受信用に使用されることが分かっている時間長に対し、所望のパケットを送信または受信するだけの空き時間が残っていないことを判定する処理である。こちらもステップ１７０３と同様、使用時間管理テーブルを参照することによって、該当するスロットの空き時間を算出する。判定の結果空き時間が残っていない場合（ＹＥＳ）は、ステップ１７０７に進み、空き時間が残っている（ＮＯ）は、ステップ１７０８に進む。

ステップ１７０４は、ステップ１７０５で“２”が登録されていることを確認し、かつステップ１７０６で所望のパケットを送信または受信するための空き時間が残されていないことを確認した通信チャネルのi番目のスロットが使用不可であることを判定する処理である。本処理の後に、ステップ１７０８に進む。

ステップ１７０８は、図８のステップ８０６と同様、i番目のスロットが割当範囲の終点スロット番号と一致しているかどうかを判定する処理である。判定の結果一致している場合（ＹＥＳ）は図１７のフローチャートを終了し、一致していない場合（ＮＯ）はステップ１７０９に進む。
ステップ１７０９は、図８のステップ８０７と同様、iに１を加算する処理であり、本処理の後にステップ１７０２に戻る。

上記の処理により、使用不可と判定されなかった通信チャネル及びスロットが、空きチャネル・空きスロットとして抽出される。このように、各スロットにおいて送信または受信用に使用されている時間を参照し、所望のパケットを送信または受信する上で必要となる空き時間が残されているかどうかを判定することで、帯域をより有効に活用することが可能となる。

３１，３２：システム ２０１，２０２：アプリケーションサーバ ３００：端末
３０４：通信処理部 ３０５：経路管理部 ３０６：通信チャネル・スロット管理部
４００：ゲートウェイ ５００：チャネル・スロット管理テーブル ５０１：通信チャネル
５０２：スロット ６００：チャネル・スロット割当要求パケット ６０１：ヘッダ ６０２：ペイロード
１３００：管理装置

Claims (11)

1. 転送経路上にある他の通信装置からのパケットを転送するために通信チャネル及びスロットを割り当てる通信装置であって、
   自通信装置及び干渉範囲に存在する他の通信装置が使用する通信チャネルとスロットを管理するチャネル・スロット管理テーブルと、
   該パケットの転送に際して他の通信装置から通信チャネル及びスロットの割当の要求があったときに、自通信装置のチャネル・スロット管理テーブル、及び転送経路上にある隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する手段と、
   該パケットの許容遅延時間とトラフィック特性に応じて空きチャネル・空きスロットの中から選択される通信チャネルとスロットを割り当てる手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. パケット転送のための通信チャネルとスロットが必要となった際に、
   パケットの許容遅延を満たす上で割当が必要なスロット範囲を算出する手段と、
   トラフィック特性を基に該スロット範囲内で早いスロットから割り当てるか又は遅いスロットから割り当てるかを判定する手段と、
   転送経路上に存在する他の通信装置へ該パケットを転送するための通信チャネルとスロットの割当を要求する手段と、
   を有する請求項１記載の通信装置。
3. 通信チャネルとスロットの割当要求を受けて、空きチャネル・空きスロットの中から新規に通信チャネルとスロットを割り当てた場合、自通信装置が有する該チャネル・スロット管理テーブルを更新し、新規に該通信チャネルとスロットを割り当てた旨を、干渉範囲に存在する他の通信装置へ通知する、
   請求項１記載の有する通信装置。
4. 干渉範囲に存在する他の通信装置から新規に通信チャネルとスロットを割り当てた旨の通知を受けた場合、自通信装置が有する該チャネル・スロット管理テーブルを更新する、
   請求項１記載の通信装置。
5. 前記チャネル・スロット管理テーブルは、各スロットで送信又は受信用に使用されている時間長を管理し、
   該チャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケット転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する際に、いずれかの通信装置によって使用済みのスロットであっても、他のパケットを通信するための空き時間が残されていれば該スロットを割り当てる、
   請求項１乃至４のいずれかの項記載の通信装置。
6. 前記パケットは、宛先アドレス、最終宛先アドレス、送信元アドレス、発信元アドレス、パケットＩＤを含むヘッダと、
   送信元となる通信装置の前記スロット・チャネル管理テーブルに関する情報を含むペイロードを有して構成され、
   前記抽出手段は、該パケットの送信元となる該通信装置の該スロット・チャネル管理テーブルに関する情報を参照して、要求されたスロットの範囲内で空きチャネル・空きスロットを抽出する、請求項１乃至５のいずれかの項記載の通信装置。
7. 前記パケットの前記ヘッダは、空きスロットのうち早いものから順に確保するのか、遅いものから順に確保するのかを規定するフラグと、
   通信チャネルとスロットの割当を希望するスロット範囲を示す始点と終点となるスロット番号と、を含む請求項６記載の通信装置。
8. ネットワークを介してアプリケーションサーバに接続することができる第１の通信装置を少なくとも含む該第１のシステムと、該第１のシステムに含まれる通信装置に接続することができる第２の通信装置を少なくとも含む第２のシステムとを有する通信ネットワークシステムにおいて、第２のシステムの該第２の通信装置から転送されるパケットを、該第１のシステムの該第１の通信装置へ転送する際の、通信装置の通信チャネルとスロットを割り当てる方法であって、
   該第１及び第２の通信装置及び干渉範囲に存在する他の通信装置が使用する通信チャネルとスロットを、チャネル・スロット管理テーブルを用いて管理するステップと、
   該第２のシステムの該第２の通信装置は、該第１のシステムの該第１の通信装置及び該第１の通信装置に至る経路上にある通信装置の空きチャネル・空きスロットの中から、該第１の通信装置へ許容遅延時間内にパケットを転送するための通信チャネル及びスロットを割り当てるように要求するステップと、
   該割当要求を受信した該通信装置は、自通信装置のチャネル・スロット管理テーブル及び経路上にある隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出するステップと、
   該パケットの許容遅延時間とトラフィック特性に応じて空きチャネル・空きスロットの中から選択される通信チャネルとスロットを割り当てるステップと、
   を有する通信チャネルとスロットの割当方法。
9. 前記第１のシステムのトラフィック負荷が前記第２のシステムのトラフィック負荷よりも低い場合（第１の場合）は、該第２のシステムの該第２の通信装置から該第１のシステムの該第１の通信装置に至る経路上のリンクのうち、該第２のシステムの該第２の通信装置に近いリンクから順に、許容遅延時間に収まる範囲内で転送用の通信チャネル及びスロットを確保し、
   前記第１のシステムのトラフィック負荷が前記第２のシステムのトラフィック負荷よりも高い場合（第２の場合）は、該第２のシステムの該第２の通信装置から該第１のシステムの該第１の通信装置に至る経路上のリンクのうち、該第１のシステムの該第１の通信装置に近いリンクから順に、許容遅延時間に収まる範囲内で転送用の通信チャネル及びスロットを確保する、
   請求項８記載の通信チャネルとスロットの割当方法。
10. 前記第１の場合は、前記チャネル・スロット管理テーブルが管理する空きチャネル・空きスロットのうち最も早いスロット番号のものから順に確保し、
    前記第２の場合は、前記チャネル・スロット管理テーブルが管理する空きチャネル・空きスロットのうち最も遅いスロット番号のものから順に確保する、
    請求項９記載の通信チャネルとスロットの割当方法。
11. 前記通信ネットワークシステムは、前記第１のシステム及び前記第２のシステムに含まれる前記通信装置の前記チャネル・スロット管理テーブルを一元的に管理する管理装置を有し、
    該割当要求を受信した該通信装置は、該割当要求を該管理装置へ転送し、
    該管理装置は、経路上にある通信装置と隣接する転送元の通信装置が有するチャネル・スロット管理テーブルを参照して、パケットの転送に使用可能な空きチャネル・空きスロットを抽出する、
    請求項８記載の通信チャネルとスロットの割当方法。

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