WO2008016072A1

WO2008016072A1 - Audio and video communication system

Info

Publication number: WO2008016072A1
Application number: PCT/JP2007/065051
Authority: WO
Inventors: Takashi Yamanoue
Original assignee: Kagoshima University NUC; Nara Information System Co Ltd
Current assignee: Kagoshima University NUC; Nara Information System Co Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2009-02-04
Also published as: JP5186624B2; US8477659B2; JPWO2008016072A1; CN101496358A; US20090133082A1

Description

明細書

音声'画像通信システム

技術分野

[0001] 本発明は、音声 ·画像通信システム、特に、インターネットでの P2P技術を発展させた音声 ·画像通信システムに関する。

背景技術

[0002] 近年、インターネットの普及には目覚しいものがあり、安価な装置で世界中の利用者間で情報交換が可能となっている。特に、 P2P技術は高価なサーバを使用せずに、大量の「ノード」間で直接情報交換が可能であり、機器の障害による影響の範囲が小さ!/、などの点で注目されて!/、る。

[0003] P2P技術を用いたシステムとして、従来、 SKYPE、電子黒板システム（非特許文献

1参照）、 BATON (非特許文献 2参照）などが知られて!/、る。

[0004] SKYPEは、 P2P技術を使った IP電話システムであり、サーバを使用することなく、通話料金は無料であり、フアイヤーウォールがあっても使用できる。しかし、通話可能な範囲は 5人までであり、大量のノードとの通信はできないという問題点を有している

[0005] 電子黒板システムは、 P2P技術を使った教育支援システムであり、多数のノードを完全 2分木構造で結合することにより、大量のノードへ大量のデータを送信すること力できる。しかし、ノード管理にグノレープマネージャを使っており、ノード数が多くなると管理が行き届かなくなる可能性があり、単一のデータの 1対多のデータ転送に限定され、かつ、グループ内で一つのデータ共有しかできないという問題点を有している

[0006] BATONは、平衡 2分木構造を用いた P2P検索システムであり、 O (logN)の時間でノードの追加、削除、検索が行え、根のノードに負担力 Sかからない。しかし、ノードに含まれるテーブルの維持管理が必要となり、ノードの追加、削除で木を移動するノードが複数必要になる場合があり、短時間の間にこれらが多発すると、木の維持が困難になるとレ、う問題点を有して!/、る。非特許文献 1 : TCPを利用した分散ネットワーク環境のための電子黒板システム、情報処理学会論文誌、第 43巻、第 1号、 176〜； 184頁

^特許文献 2： BATON, A Balanced Tree Structure for Peer_to_Peer Networks, Pro ceedings of the 31st VLDB Conference, pp6ol-672

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] そこで、本発明の目的は、 Ρ2Ρ技術とインターネットを用いて世界中でリアルタイムで音声'画像を安価に、かつ、フアイヤーウォールを超えて通信できることは勿論、大量のノード間で同時に送受信でき、新規ノードの参加や離脱に柔軟に対処できる音声 ·画像通信システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 前記目的を達成するため、第 1の発明は、

音声 ·画像通信システムにおいて、

一つの通話グループに参加するノードが、第 1及び第 2の下位ノード接続部を備え、かつ、第 1及び第 2の下位ノードに接続されたノードの合計数を保持しており、第 1 及び第 2の下位ノード接続部に接続されたノードの数が同じになるようにノードの追カロを行うことにより、ノード間の結合が完全 2分木構造になるように自律的に接続の調整を行い、

前記通話グループ内の一つのノードが送信したデータ力通話グループ内の全てのノードに、ノードの数の対数に比例した時間内で届くこと、

を特徴とする。

[0009] また、第 2の発明は、

多数のノードを完全 2分木構造で結合した音声 ·画像通信システムにおいて、前記各ノードは、少なくとも、上位ノードへの TCP (Transmission Control Protocol) 接続部と、第 1及び第 2の下位ノードへの接続部と、制御プログラムとを有し、少なくとも、第 1の下位ノードの重さ情報及び第 2の下位ノードの重さ情報を備え、

完全 2分木構造でグループを構成する際に、根ノードは、その第 1の下位ノード接続部が空であれば新規ノードを第 1の下位ノード接続部にリンクして第 1の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、第 1の下位ノード接続部が空ではなくかつ第 2の下位ノード接続部が空であれば新規ノードを第 2の下位ノード接続部にリンクして第 2の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、それ以外で第 1の下位ノードの重さ情報が第 2の下位ノードの重さ情報以下であるなら、第 1の下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせて第 1の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、第 1の下位ノードの重さ情報が第 2の下位ノードの重さ情報を超えていれば、第 2の下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせて第 2の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加えること、

を特徴とする。

[0010] 本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいては、多数のノードを完全 2分木構造で結合しているため、高価なサーバを必要とすることなぐ P2P技術を発展させたかたちでフアイヤーウォールを超えて世界中でリアルタイムで音声 ·画像を大量のノード間で同時に送受信でき、通話グループ内の全てのノードに、ノードの数の対数に比例した時間内で届く。

[0011] しかも、各ノードは上位ノードへの TCP接続部と、第 1及び第 2の下位ノードへの接続部とを有し、第 1の下位ノードの重さ情報及び第 2の下位ノードの重さ情報を備えているため、第 1及び第 2の下位ノードの重さ情報に基づいて、新規ノードの参加や離脱に柔軟に対処でき、ノードの追加、削除の時間が極めて短時間で済む。また、ノードの離脱時やノードに障害が発生したときに、全体にその影響が及ぶこともない。

[0012] ここで、本発明に係る音声 ·画像通信システムと従来知られている SKYPE、電子黒板システム及び BATONとの比較を簡単に行う。

[0013] SKYPEは P2P技術を使った IP電話システムである。一つの通話グループに参加できるノード数は図 1 (A)に示すように 5までである。これに対して、本発明に係る通信システムは、図 1 (B)に示すように、複数のノードを完全 2分木構造で結合したものであり、多数のノードが参加することが可能であり、参加ノード数の対数の時間の遅延で会話することができ、ノードの追加、検索が短時間で処理可能である。

[0014] 電子黒板システムは、図 2 (A)に示すように、ノード管理にグループマネージャを使用しており、ノードは完全 2分木構造で結合されている。グループマネージャを使用する点で管理が煩雑になる。これに対して、本発明に係る通信システムは、図 2 (B) に示すように、各ノードが完全 2分木構造で結合されている点は同様である力ダループマネージャを持つことはなぐ全てのノードが自律的に動いており、大量のノードをノード自身が自己管理する形態をとつている。それゆえ、ノードの参加、離脱が多発しても、特定のノードに対する負荷の集中が少ない。

[0015] BATONは、図 3 (A)に示すように、平衡 2分木構造を用いた P2Pシステムであり、各ノードが図 3 (B)に示す可変長のルーティングテーブルを持つ。それゆえ、該テーブルの維持管理が必要となる。ノードの追加、削除により、木のバランスが崩れたとき、複数のノードの移動が必要になり、このとき、ルーティングテーブルの変更も必要となる。これに対して、本発明に係る通信システムは、図 3 (C)に示すデータ構造を持ち、上位ノードへの TCP接続部と、左側下位ノードへの接続部（ソケット)及び右側下位ノードへの接続部（ソケット）と、制御プログラムとを有し、左側下位ノードの重さ情報及び右側下位ノードの重さ情報を備えて!/、る。木を構成するノードを維持するための可変長のデータ構造を持たないので、ノード追加時、離脱時の処理が単純で高速である。処理時間は両者とも O (logN)ではある力 S、 BATONは複雑である。また、本発明に係る通信システムの場合、ノードの追加、削除で移動するノードは 1個で済む

〇

図面の簡単な説明

[0016] [図 1] (A)は SKYPEの基本構造を示す説明図、（B)は本発明に係る音声 ·画像通信システムの基本構造を示す説明図である。

[図 2] (A)は電子黒板システムの基本構造を示す説明図、（B)は本発明に係る音声- 画像通信システムの基本構造を示す説明図である。

[図 3] (A)は BATONの基本構造を示す説明図、（B)は BATONの各ノードが保持するルーティングテーブルのチャート図、（C)は本発明に係る音声'画像通信システムの各ノードのデータ構造を示す説明図である。

[図 4]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、各ノードのデータ構造を示す説明図である。

[図 5]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、代理オブジェクトのデータ構造を示す説明図である。 [図 6]本発明に係る音声 ·画像通信システムにお!/、て、完全 2分木構造を示す説明図である。

[図 7]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、待機グループノードのデータ構造を示す説明図である。

[図 8]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、通話グループノードのデータ構造を示す説明図である。

園 9]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、 9個の端末が待機グループと二つの通話グループを構成している例を示す説明図である。

園 10]完全 2分木構造とするために定期的に行う処理を示すフローチャート図である

[図 11]左右の重さの合計を上位ノードに伝達する処理を示すフローチャート図である

[図 12]上位ノードから反応がない場合の処理を示すフローチャート図である。

[図 13]新規ノード追加の処理を示すフローチャート図である。

[図 14]新規ローカルノード追加が問い合わされたときの処理を示すフローチャート図である。

[図 15]相手方の呼出し処理を示すフローチャート図である。

[図 16]ノード検索処理を示すフローチャート図である。

[図 17]ノード並列検索処理を示すフローチャート図である。

[図 18]ノード並列検索処理を示すフローチャート図である。

[図 19]上位ノード交換処理を示すフローチャート図である。

[図 20]障害発生時に新規ノード候補の入手処理を示すフローチャート図である。

[図 21]本発明に係る音声 ·画像通信システムにおいて、ノードの接続変更処理を示す説明図である。

園 22]接続変更処理を示すフローチャート図である。

発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明に係る音声 ·画像通信システムの実施例について添付図面を参照して説明する。 [0018] (基本的な利用方法）

本通信システムの端末のソフトウェアをパソコンにインストールする。または、端末のソフトウェアがインストールされた端末 (携帯端末やブロードバンドルータなど）を用意する。そして、ユーザ登録などの初期設定を行う。ローカルアドレス/グローバルアドレスの区別は、ユーザ側で必要ない。次に、端末を起動する。これにより、端末が「待機状態」になる。ソフトを終了したり、端末の電源を切ったりすると、待機状態を終了する。

[0019] (基本的な通話）

待機状態の端末で相手のユーザ ID (メールアドレスを用いる）を指定して「呼出し」ボタンをクリックする。相手方が待機状態であれば、相手側端末の呼出し音が出る。または、呼出し状態の表示がでる。もし、話中であれば、呼出し側には話中の表示、受け側には呼出しがあった旨の表示が出る。このとき、呼出し側アドレス通知設定をしていれば、そのアドレスが表示される。

[0020] 相手側で「通話」ボタンをクリックすると、通話状態になり、テレビ電話通話になる。

画像を送信しないボタンを設けてもよい。そして、「切断」ボタンをクリックすると、通話を終了し、端末が待機状態になる。

[0021] (グループ通話）

相手を呼び出したとき、話中であれば、呼出し側には話中の表示、受け側には呼出しがあった旨の表示がでる。このとき、呼出し側がユーザ ID通知設定をしていれば、その IDが表示される。ここで、受け側で「通話」ボタンをクリックすると、呼び出した側が会話に加わる。

[0022] 1グループに参加できる端末（人数）の上限は 100人以上を想定しており、端末の処理速度と端末間通信速度が一定の場合、 Nを端末数とするとき、 O (logN)の遅延時間で会話が可能である。参加端末数が 10から 100に増加したとしても、遅延は 2倍で済む。

[0023] 3人以上の通話状態で、根ノードの端末以外の 1人が「切断」ボタンをクリックすると、その利用者だけが通話グループから離脱し、通話を終了する。 1対 1の通話状態で V、ずれかが「切断」ボタンをクリックすると、 Vヽずれもが通話を終了する。 [0024] (転送）

呼び出す側を A、転送する側を B、転送される側を Cとすると、 Aが Bを呼び出し、 B 力通話」ボタンをクリックして Aと Bが通話する。 Bは Aに依頼されて、 Cのユーザ IDを指定して「呼出し」ボタンをクリックし、 Cを呼び出す。このとき、 Bは Aに音声 '画像が届かない状態にしておく。

[0025] C力 S「通話」ボタンをクリックして Bと通話し、 Aと通話する了解が得られれば、 Bは A に音声 ·画像が届く状態にする。 Bが「切断」ボタンをクリックし、 A— B— Cの会話ダループから離脱することにより、 A— Cのみの会話となり、転送が成立する。

[0026] (本通信システムの要素）

本通信システムにおいて、端末（通話端末ソフト）は図 4に示す以下のデータ構造を備えている。

•利用者のユーザ ID：電話番号に対応するもので、メールアドレスの使用を想定している。

'通話先キャッシュ：通話先のノードへのポインタ（ユーザ ID IPアドレス、ポート番号の組）の集合で、初期値は空である。

•待機グループノード： IPアドレス、ポート番号で識別する。

•通話グループノード： IPアドレス、ポート番号で識別する。

•代理オブジェクトの集合：初期値は空である。

'左側（第 1)下位ノードの代理オブジェクトの集合のバックアップ：初期値は空である

'右側（第 2)下位ノードの代理オブジェクトの集合のバックアップ：初期値は空である

•代理オブジェクトへ接続するソケット：初期値は空であり、この端末がローカルネットワークにあるとき使用する。

•代理オブジェクトのバックアップへ接続するソケット：初期値は空であり、この端末がローカルネットワークにあるとき使用する。

'制御プログラム：

[0027] (代理オブジェクト）代理オブジェクトは、ローカルネットワークにある端末（ローカル端末）が本通信システムに参加するとき、グローバルネットワークのいずれかのノード力ローカルネットヮークの端末の代理として、その端末のコンピュータで起動するオブジェクト（プロダラム）である。代理オブジェクトによって、ローカルネットワークの端末力 NAT/フアイヤーウォールを超えて通話が可能になる。

[0028] 代理オブジェクトは図 5に示す以下のデータ構造を備えている。

•対応するローカルネットワークの端末の利用者のユーザ ID :メールアドレスの使用を想定している。

•対応するローカルネットワークの端末が接続されているソケット：

'制御プログラム：

[0029] (待機グループ）

待機グループは、図 6に示すように、待機状態のグループノードを TCP接続で完全 2分木構造で結合したものである。完全 2分木構造とは、どの葉についても、根までの距離が一定に近い構造をいう。

[0030] ノードが待機状態になると、そのノードは待機グループを構成する木のノードになる。ノード間を完全 2分木構造に結合する機構については後述する。前記電子黒板システムのようにグループマネージャを使用することはなぐこのグループに含まれるノードの数の制限を緩和することができる。節のノードに障害が発生したとき、それを他のノードと置き換えて補修する機能を持つ。この機能についても後述する。

[0031] なお、図 6において、矢印付きの一点鎖線はノードが矢印の先（二つ上）のノードの情報を保持して!/、ることを表す。他の線は TCP接続を示して!/、る。

[0032] ここで、待機グループノードは図 7に示す以下のデータ構造を備えている。

•自分を含むノードへのポインタ：ユーザ IDを含む。

•上位ノードへの TCP接続ソケット：根ノードの場合は空である。

•左側下位ノードが接続されたソケット：初期値は空で、葉ノードの場合は空である。 •右側下位ノードが接続されたソケット：初期値は空で、葉ノードの場合は空である。 •二つ上位のノードの IPアドレス、ポート番号:根ノードと根ノードに直接接続したノードの場合は空である。

'左側下位ノードの重さ：左のノードからたどれる全てのノードの数であり、初期値は 0 である。

•右側下位ノードの重さ：右のノードからたどれる全てのノードの数であり、初期値は 0 である。

•左側下位ノードが持つ代理オブジェクトの数:初期値は 0である。

•右側下位ノードが持つ代理オブジェクトの数：初期値は 0である。

'制御プログラム：

[0033] (通話グループ）

通話グループは、待機グループのノードのなかで、通話しているノードの通話ダループノードを、完全 2分木構造に結合したものであり、図 6と同様の形態で結合している。一つの通話グループ内のノードが送信したデータは、そのグループ内の全てのノードに届く。待機グループ内で、複数の通話グループを構成することが可能である。通話グループの構成方法及び管理方法は前記待機グループと同様に行う。

[0034] 通話グループノードは図 8に示す以下のデータ構造を備えている。

•自分を含むノードへのポインタ：ユーザ IDを含む。

•上位ノードへの TCP接続ソケット：初期値は空で、根ノードの場合は空である。 •左側下位ノードが接続されたソケット：初期値は空で、葉ノードの場合は空である。 •右側下位ノードが接続されたソケット：初期値は空で、葉ノードの場合は空である。 •二つ上位のノードの IPアドレス：初期値は空である。

'制御プログラム：

[0035] 本通信システムが待機グループと二つの通話グループを構成して!/、る場合の例を図 9に示す。ここで、端末 A〜Gがグローバルネットワークの端末で、端末 H, Iがローカルネットワークの端末である。グローバルネットワークの端末 A〜Gの待機グループノードが待機グループを構成して!/、る。ローカルネットワークの端末 Hの代理オブジェタトは端末 Dにあり、そのバックアップが端末 Bにある。ローカルネットワークの端末 Iの代理オブジェクトは端末 Fにあり、そのバックアップが端末 Cにある。端末 Bの通話ノードとローカルネットワークの端末 H, Iの通話ノードは代理オブジェクトを経由して通話グループ 1を構成し、端末 B, H, Iの間で通話が可能となっている。端末 C, F, G の通話ノードは通話グループ 2を構成し、端末 C, F, Gの間で通話が可能となってい

[0036] (待機グループの構成方法）

本通信システムを管理する組織であり、三つの端末をグローバルアドレスで起動し、その待機グループを 2分木構造に結合して (初期）待機グループとする。根のノードの IPアドレスをインターネットで公開すること、あるいは、間接的に公開することにより、利用者管理を行う。

[0037] 待機グループに参加している全ての待機グループノードは、図 10〜図 12に示すように、一定期間ごとに以下の処理を実行する。

•自分に接続する二つの下位ノードの「重さ」を合計した値に〃 1"を加えて、自分の重さとし、その重さを自分が接続する上位ノードに伝える (ステップ Sl)。もし、自分が根である場合 (ステップ S 11で yes)、上位ノードに重さを伝えない。下位ノードを持たない場合（ステップ S12, S14で yes)、下位ノードの重さを 0とする（ステップ S13, S15

)。

•自分より二つ上位のノードの IPアドレスとポート番号を検索し、記憶する (ステップ S 2)。一つ上位のノードに障害が発生した場合、二つ上位のノードと情報交換を行つてグループの状態を修正する。この修正については後述する。根ノードとそれに直接接続されるノードの場合は、「空」を記憶する。

'自分のノードの代理オブジェクトの数を上位ノードに伝える（ステップ S3)。

'自分のノードの代理オブジェクトの集合を上位ノードに伝え、バックアップする（ステップ S4)。このとき、対応するローカルノードはバックアップに対する TCP接続も持つ

〇

•自分の上位ノードから反応がない場合（S5, S21)、上位ノードに障害が発生したものとし、上位ノードを交換する（ステップ S22)。このノード交換処理については後述する。

[0038] 新たなグローバルアドレスの新規ノードが待機グループに加わるとき、図 13に示す以下の処理を行う。このとき、新規ノードの左右の下位ノードソケットは空となっている

〇

'待機グループの根の待機グループノードに新規ノード追加を問い合わせる。

•任意の待機グループノードに新規ノード追加の問い合わせがあつたとき、左側下位ノードソケットが空であるなら（S31で yes)、新規ノードをそのノードの下位ノードとして左側下位ノードソケットにリンクし（ステップ S32)、左の下位ノードの重さに" 1"を加える（ステップ S33)。それ以外で、右側下位ノードソケットが空であるなら (ステップ S 34で yes)、新規ノードをそのノードの下位ノードとして右側下位ノードソケットにリンクし (ステップ S35)、右側下位ノードの重さに' T'を加える（ステップ S36)。それ以外で、左側下位ノードの重さが右側下位ノードの重さ以下であるなら (ステップ S37で yes) 、左側下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせ (ステップ S38)、左側下位ノードの重さに" 1"を加える（ステップ S39)。それ以外であれば（ステップ S37で no)、右側下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせ (ステップ S40)、右側下位ノードの重さに" 1"を加える（ステップ S41)。

[0039] 以上のアルゴリズムによって、新規ノードが加わるとき、完全 2分木構造にて結合される。しかも、 O (logN)の時間で、新規ノードが待機グループに加わることができる。

[0040] 待機グループに新たにローカルネットワークの新規端末が加わるとき、以下の処理を行う。即ち、待機グループの根のノードに新規ローカル端末の追加を問い合わせ、返事が返ったら、その IPアドレスとポート番号に対して TCP接続を行う。

[0041] 任意の待機グループのノードに新規ローカル端末の追加の問い合わせがあつたとき、図 14に示す以下の処理を行い、その結果を問い合わせたローカル端末に返す。 •左右の下位ノードソケットが空であるなら（ステップ S51で yes)、新規ローカル端末の代理オブジェクトを、自分の代理オブジェクトの集合に加え、代理オブジェクトの IP アドレスとポート番号を結果とする（ステップ S52)。

•それ以外で、左側下位ノードの代理オブジェクトの数が右側下位ノードの代理ォブジェタトの数以下で、かつ、自分の代理オブジェクトの数以下であれば (ステップ S53 で yes)、左側下位ノードに、新規ローカル端末の追加の問い合わせを行い、返事を結果とする (ステップ S 54)。

'それ以外で、右側下位ノードの代理オブジェクトの数が自分の代理オブジェクトの数以下であれば (ステップ S55で yes)、右側下位ノードに、新規ローカル端末の追加の問レ、合わせを行い、返事を結果とする (ステップ S 56)。

•それ以外であれば (ステップ S55で no)、新規ローカル端末の代理オブジェクトを、自分の代理オブジェクトの集合に加え、この代理オブジェクトの IPアドレスとポート番号を結果とする（ステップ S 57)。

[0042] 以上のアルゴリズムによって、待機グループのノードの代理オブジェクトの数力どのノードにおいても同じ数に近くなるように追加される。

[0043] (相手方の呼出し）

相手方の呼出しは図 15に示す以下の処理を行う。即ち、通話相手方の「ノード検索」を行い (ステップ S61)、結果が空であるなら (ステップ S62で yes)、相手方が見つからない旨を表示し、終了する。そうでなければ、以下の処理を行う。

•自分がグローバルネットワークの端末であれば (ステップ S63で yes)、相手方の通話ノードを通話グループの根ノードとし、根ノードに対して、自分の通話ノードの接続を試みる（ステップ S 64)。

•自分がローカルネットワークの端末であれば（ステップ S63で no)、相手方の通話ノードを通話グループの根ノードとし、根ノードに対して、自分の代理オブジェクトの通話ノードの接続を試みる（ステップ S65)。

[0044] (ノード検索）

ノード検索とは、通話相手方を呼び出すとき、最初に相手方のユーザ IDを持ったノードがどこに存在するかを検索する処理である。ノード検索は図 16に示すようにして実行される。

•自分の通話先ノードの集合（キャッシュ）のなかに相手方ユーザ IDを持ったノード情報が格納されているか調べる。格納されていれば (ステップ S71で yes)、そのノードに接続を試みて (ステップ S72)、成功すれば (ステップ S73で yes)、これを呼出しノードとする（ステップ S78)。通信先ノードを保持することにより、待機グループにおけるノード検索の負荷が削減される。

•それ以外の場合 (ステップ S71で no)、待機ノードグループの根ノードに対して、ノード並列検索を要求する（ステップ S 74)。結果が空でな!/、場合 (ステップ S 75で no) 、結果を通話先ノード集合に加え (ステップ S77)、これを呼出しノードとする (ステップ S78)。結果が空である場合 (ステップ S75で yes)、相手方がネットワークに接続して Vヽなレ、旨をユーザに伝える（ステップ S76)。

[0045] 任意の待機グループノードに対してノード並列検索が要求されたとき、図 17及び図

18に示す以下の処理 (ノード並列検索）を行い、結果を要求したノードに返す。

•検索アドレス力自分（待機グノレープのノード）を含むノードのユーザ IDであれば (ステツプ S81で yes)、自分の通話グループノードの IPアドレスとポート番号を結果とする（ステップ S82, S92)。

'検索アドレス力自分の代理オブジェクト集合のノードのなかにあれば (ステップ S8 3で yes)、該ノードの IPアドレスとポート番号を結果とする（ステップ S84, S92)。 •それ以外で、左右いずれの下位ノードソケットも空であるなら（ステップ S85で yes)、空であることを返す（ステップ S86, S92)。

•それ以外の場合 (ステップ S85で no)、もし、左側下位ノードソケットが空でないなら（ステップ S87で yes)、左側下位ノードに対してノード並列検索を要求する（ステップ S 88)。これと並行して右側下位ノードソケットが空でないなら（ステップ S89で yes)、右側下位ノードに対してノード並列検索を要求する（ステップ S90)。

•前記二つの結果が返るのを待つ。左右の下位ノードソケットのいずれかから空でない結果が返った場合、すぐにこれを結果とする。いずれの下位ノードソケットも空であるなら、空を結果とする（ステップ S91 , S92)。

[0046] (通話処理）

通話ノードが他のノードから接続要求を受けたとき、以下の処理を行う。

•ユーザに着信音発生/着信表示を行う。

•ユーザが「通話」ボタンをクリックした後、以下に説明する通話グループ構成方法に従って、このノードを根ノードとして、接続要求元ノードをメンバーに持つ通話グループを構成する。

[0047] (通話グループ構成方法）

通話グループに参加している全ての通話グループノードは、一定期間ごとに以下の処理を行う。

•自分に接続する二つの下位ノードの「重さ」を合計した値に" 1"を加えて自分の重さとし、その重さを自分が接続する上位ノードに伝える。自分が根である場合、上位ノードに重さを伝えない。下位ノードを持たない場合は、下位ノードの重さを 0とする。 '自分より二つ上位のノードの IPアドレスとポート番号を検索し、記憶する。一つ上位のノードに障害が発生した場合、二つ上位のノードと情報交換を行ってグループの状態を修正する。この修正については後述する。根とそれに直接接続されたノードの場合は、「空」を記憶する。

•自分の上位ノードから反応がない場合、上位ノードに障害が発生したものとし、上位ノードを交換する。このノード交換処理につ!/、ても後述する。

[0048] 新規ノードが通話グループに加わるとき、以下の処理を行う。この場合、新規ノードの左右の下位ノードソケットは空である。

'通話グループの根の通話グループノードに新規ノードの追加を問い合わせる。 '任意の通話グループノードに新規ノードの追加の問い合わせがあつたとき、左側下位ノードソケットが空であれば、新規ノードをそのノードの下位ノードとして左側下位ノードソケットにリンクする。

•それ以外で、右側下位ノードソケットが空であれば、新規ノードをそのノードの下位ノードとして右側下位ノードソケットにリンクする。

•それ以外で、左側下位ノードの重さが右側下位ノードの重さ以下であるなら、左側下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせ、左側下位ノードの重さに" 1"を加える

•それ以外であれば、右側下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせ、右側下位ノードの重さに" 1"を加える。

[0049] 以上のアルゴリズムによって、新規ノードが加わるとき、完全 2分木構造にて結合される。しかも、 O (logN)の時間内で、新規ノードが通話グループに加わることができ [0050] (代理オブジェクトの通信処理）

代理オブジェクトはローカル端末と一対一で対応して!/、る。代理オブジェクトに届いた情報は、そのままローカル端末に伝わり、ローカル端末が発信する情報はそのまま代理オブジェクトに伝わる。このことにより、ローカル端末はグローバルネットワークの端末と同様に通信が行われる。

[0051] 代理オブジェクトは、これと対応するローカル端末との間で定期的に、生き死に確認などの情報交換を行う。バックアップの代理オブジェクトも、同様にローカル端末と情報交換を行う。代理オブジェクトが反応しなくなったとき、これに対応するローカル端末は、バックアップの代理オブジェクトを新たな代理オブジェクトとする。

[0052] ノックアップノードも含めて全ての代理オブジェクトから反応がなくなると、待機ダループに対してこのローカル端末を新規ローカル端末として追加処理を行う。代理ォブジ工タトに対応するローカル端末の反応がなくなると、この代理オブジェクトは消滅す

[0053] (ノードの障害対策）

以下に説明するノードの障害対策は、実質的にノード交換処理であり、待機グループ及び通話グループに共通である。

[0054] 定期的なノード間情報交換時に、上位ノードからの反応がない場合、上位ノードに障害が発生したとして、図 19及び図 20に示す以下のノード交換処理を行う。なお、この交換処理の間に、その二つ上の上位ノードに各種問い合わせがあった場合、これを保留しておき、交換処理が終了した後に問い合わせに対応する。

[0055] 以下の手順で、二つ上の上位ノードが、上位ノード（二つ上の上位ノードから見ると、障害が発生したノード）の IPアドレス及びポート番号と新規ノード候補を入手する（ステップ S 101)。

•以下に説明する葉ノード取出し処理を行レ、（ステップ S111)、自分の IPアドレス及びポート番号、上位ノードの IPアドレス及びポート番号とともに、結果を新規ノード候補として二つ上の上位ノードに伝える（ステップ S 112)。

[0056] 二つ上の上位ノードは、先に受け取った新規ノード候補を新規ノードとする。これに加えて、結果とともに送られてくる左右の下位ノードの情報を入手して、以下に説明する接続変更処理を行う（ステップ S 102)。

[0057] ノード交換処理により、処理を行った部分木の重さは一つ減少し、木のバランスが崩れる場合がある。しかしながら、重さの変化が全ノードに反映される O (logN)時間後より新たなノードが追加されるとき、重さが軽い部分木に追加されるため、常に、ノードが完全 2分木構造になるように自律的に調整される。

[0058] (葉ノード取出し処理）

葉ノード取出し処理は、待機グループ及び通話グループに共通であり、障害発生時でノード置換えのために行われる。即ち、ノードは自ら重い方の枝を繰り返し迪っていき、葉に到達すればその葉を取り出すことで実現できる。

[0059] 以上のアルゴリズムによって、 O (logN)の時間内で葉ノードを取り出すことができる

〇

[0060] (接続変更処理）

図 21及び図 22に示すように、補われるノードを A、ノード Aの新規上位ノードを B、ノード Aの新規な左側下位ノードを C、ノード Aの新規な右側下位ノードを Dとする (ステツプ S 131)。この場合、ノード Bはノード A, C, Dの IPアドレス及びポート番号を入手する（ステップ S132)。ノード C, Dはノード欠落時にそれぞれ自身からノード Bに通知されている。ノード Aはノード C, Dそれぞれが葉ノード取出し処理により候補を探し、どちらか早くノード Bに通知されたものである。

[0061] ノード Bの左側下位ノードが障害発生ノードの場合、ノード Bの左側下位ノードソケットにノード Aを接続する。ノード Bの右側下位ノードが障害発生ノードの場合、ノード B の右側下位ノードソケットにノード Aを接続する（ステップ S 133)。そして、ノード Bはノード Aにノード C, Dを引き渡す (ステップ S 134)。

[0062] 次に、ノード Aは左側下位ノードソケットにノード Cを接続し、右側下位ノードソケットにノード Dを接続する（ステップ S 135)。ノード C, Dは空である場合もある。ノード A, Cが同じ場合は、ノード Aの左側下位ノードを空とする。同様に、ノード A, Dが同じ場合は、右側下位ノードを空とする（ステップ S 136)。

[0063] (ノード交換処理）定期的なノード間情報交換時に、左右!/、ずれかの下位ノードからの反応がな!/、場合、下位ノードに障害が発生したとして、以下のノード交換処理を行う。

'左右の下位ノードのうち、反応のない下位ノードの重さが 2以上であるなら、二つ下のノードからノード交換処理の要求が来るのを待ち、その要求が来れば対応する処理を行う。

•そうでない場合、反応のないノードは葉ノードであるので、反応のなくなった側の代理オブジェクトの集合のバックアップを、代理オブジェクトの集合に加える。

•上下!/、ずれのノードからも反応がな!/、場合、自分を新規モードとして待機グループに加える。

[0064] (その他）

家庭用ブロードバンドルータに、本通信システムをインストールすることにより、より安定した通信システムを構成できる。家庭用ブロードバンドルータは、グローバルアドレスを持っており、通常 24時間連続して電源が入っている。

[0065] 待機グループ内のノード間通信により、自動的にソフトウェアの更新が可能である。

待機グループの根ノードの持つ端末と、この端末に障害が発生したときに使う予備の端末をシステム管理組織が管理することにより、ユーザ管理も可能である。また、待機グループをアドレスの種類などで分割することにより、ノード検索の負荷をより小さくすること力 Sでさる。

[0066] 通話グループが構成されるとき、呼び出される根のノードで認証などを行うことによつて、受信者を制限した通信 (放送)を行うこと力 Sできる。

Claims

請求の範囲

[1] 音声'画像通信システムにおいて、

を特徴とする音声 ·画像通信システム。

[2] 前記各ノードは、新規ノードの追加を上位のノードから指示されたとき、前記第 1又は第 2の下位ノード接続部の!/、ずれかにノードが接続されて!/、なければ接続されていない下位ノード接続部に新規ノードを接続し、いずれの下位ノード接続部にもノードが接続されていなければ第 1の下位ノード接続部に新規ノードを接続し、いずれの下位ノード接続部にもノードが接続されて!/、れば接続されて!/、るノードの数の少なレヽ下位ノード接続部に新規ノードを接続することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の音声 ·画像通信システム。

[3] 全てのノード間で、定期的に上位ノードに対して、当該ノードを含めた下位ノードの合計数を伝え、上位ノードはその合計数を自己の第 1及び第 2の下位ノード接続部に接続された下位ノードの合計数として保持することを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の音声'画像通信システム。

[4] システムの端末は、前記通話グループ以外に、待機時に参加する待機グループにも参加し、

この待機グループにお!/、ても各ノードは、第 1及び第 2の下位ノードに接続されたノードの合計数を保持しており、第 1及び第 2の下位ノード接続部に接続されたノードの数が同じになるようにノードの追加又は削除を行い、

さらに、各ノードは端末の利用者情報を保持しており、通話先を探すとき、待機ダループの上位ノードから前記完全 2分木構造の下位ノード方向に向かって通話先利用者情報を並列に検索することを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の音声 ·画像通信システム。

[5] 前記各ノードは、二つ上の上位ノードの情報を保持し、通話グループ及び待機グループのノード間で定期的にノード障害を確認する通信を行い、

いずれかのノードに障害が発生したとき、下位ノードがそれを認識し、障害発生ノードの代わりとして、障害を認識したノードが下位ノードを取り出して二つ上の上位ノードに代替ノード候補として伝え、

二つ上の上位ノードは、障害発生ノードと取り出された下位ノードを入れ替えることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれかに記載の音声'画像通信システム。

[6] 前記二つ上の上位ノードは、障害発生ノードに接続されている下位ノードから二つの代替ノード候補を受け取ったとき、早く受け取った候補を障害発生ノードと交換することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の音声'画像通信システム。

[7] グローバルネットワークに接続されている端末は、ローカルネットワークにある端末の通信を中継するため、ローカルネットワークにある端末の代理オブジェクトを持つことを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 6項のいずれかに記載の音声'画像通信システム。

[8] ローカルネットワークにある端末は、待機グループに参加するとき、グローバルネットワークの代理オブジェクトに接続され、この接続時に待機グループを構成するグロ一バルネットワークの端末が保持する代理オブジェクトの数力 S、各端末においてほぼ同数となることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の音声 ·画像通信システム。

[9] 待機グループの各ノードは、第 1及び第 2の下位ノードとして保持する代理オブジェタトの数を定期的に情報交換で保持し、

上位ノードは、保持する代理オブジェクトの数が最も少な!/、下位ノードに代理ォブジェタト追加の指示を行い、下位ノードが存在しないときは上位ノード自身に追加すること、

を特徴とする請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の音声'画像通信システム。多数のノードを完全 2分木構造で結合した音声 ·画像通信システムにおいて、前記各ノードは、少なくとも、上位ノードへの TCP接続部と、第 1及び第 2の下位ノードへの接続部と、制御プログラムとを有し、少なくとも、第 1の下位ノードの重さ情報及び第 2の下位ノードの重さ情報を備え、

完全 2分木構造でグループを構成する際に、根ノードは、その第 1の下位ノード接続部が空であれば新規ノードを第 1の下位ノード接続部に接続して第 1の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、第 1の下位ノード接続部が空ではなくかつ第 2の下位ノード接続部が空であれば新規ノードを第 2の下位ノード接続部に接続して第 2の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、それ以外で第 1の下位ノードの重さ情報が第 2の下位ノードの重さ情報以下であるなら、第 1の下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせて第 1の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加え、第 1の下位ノードの重さ情報が第 2の下位ノードの重さ情報を超えていれば、第 2の下位ノードに、新規ノードの追加を問い合わせて第 2の下位ノードの重さ情報に〃 1"を加えること、

を特徴とする音声 ·画像通信システム。