WO2015170469A1 - ノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラム - Google Patents

ノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラム Download PDF

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WO2015170469A1
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WO
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node
network
service
transmission time
communication control
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PCT/JP2015/002306
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石田　知則
浩志 中石
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日本電気株式会社
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    • H04Q2213/00—Indexing scheme relating to selecting arrangements in general and for multiplex systems
    • H04Q2213/1325—Priority service

Definitions

  • the present invention relates to a node, a master device, and a communication control system, method, and program used for multi-hop communication.
  • the main purpose of general multi-hop communication is often a single service such as an AMI (Advanced Metering Infrastructure) service, for example.
  • AMI Advanced Metering Infrastructure
  • a communication control system using multi-hop communication is used to use additional services (video distribution, Internet browsing, etc.) when the bandwidth is expanded using a communication method such as LTE (Long Term Evolution), for example. It is expected that At that time, a technique is required that can effectively and fairly use the surplus bandwidth while ensuring the bandwidth of the AMI service that is the main purpose.
  • Patent Document 1 describes a communication control system including a master communication terminal and a slave communication terminal.
  • a master communication terminal includes a contention management table that registers the transmission order of communication terminals, receives a participation request from a slave communication terminal, and causes the slave communication terminal to participate in the network.
  • Patent Document 2 describes that a wireless communication device configuring a wireless ad hoc network recognizes that a new node has joined the ad hoc network.
  • the node measures the usage status of the radio band within the communication range, and when the radio band usage rate exceeds a certain value, the beacon transmission interval is changed to increase the radio consumption band or packet by the beacon. It is described that the increase in the collision probability is suppressed.
  • Patent Document 3 describes a system including a home communication adapter and a wide area communication adapter connected to the home communication adapter.
  • a wide area communication adapter transmits and receives signals to and from a gas management server provided in a data center of a gas company using a wireless LAN communication function.
  • communication between home communication adapters performs multistage relay transmission known as multi-hop transmission.
  • JP 2004-363702 A (paragraph 0012) JP 2006-287463 A (paragraphs 0032 and 0036) International Publication No. 2013/062101 (paragraphs 0222, 0227, 0235)
  • Patent Document 2 describes the suppression of the increase in the wireless consumption band and packet collision probability due to beacons, but does not describe the securing of the communication band for packet communication used for services.
  • bandwidth allocation according to the service is not performed. Therefore, for example, when the slave terminal uses an additional service with a low priority, there is a possibility that a communication band for transmitting data with a high priority such as a power meter reading value in the AMI service may be insufficient.
  • the present invention provides a node, a master device, and a communication control system capable of preferentially securing a band for communicating high priority data sent from a node participating in a network using multi-hop communication.
  • An object is to provide a method and a program.
  • a node according to the present invention is a node included in a communication control system that includes a plurality of nodes and a master device that performs flow control of multihop communication in a network including the plurality of nodes.
  • Transmission per frame used for the second service in which the time obtained by subtracting the total transmission time of each node per frame used for the first service is set with a lower priority than the first service It is allocated as time.
  • the master device is a master device that performs flow control of multi-hop communication in a network including a plurality of nodes, and determines the transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period. The time obtained by subtracting the total is assigned to each node as a transmission time per frame used for the second service set with a lower priority than the first service.
  • a communication control system is a communication control system that includes a plurality of nodes and a master device that performs flow control of multihop communication in a network including the plurality of nodes.
  • Transmission per frame used for the second service set with a lower priority than the first service is obtained by subtracting the total transmission time of each node per frame used for one service. It is characterized by assigning each node as time.
  • a communication control method is a communication control method used for a plurality of nodes and a master device that performs flow control of multi-hop communication of a network including the plurality of nodes.
  • Transmission per frame used for the second service set with a lower priority than the first service is obtained by subtracting the total transmission time of each node per frame used for one service. It is characterized by assigning each node as time.
  • a communication control program is a communication control program installed in a computer that performs flow control of multi-hop communication in a network including a plurality of nodes, and is used by the computer for a first service from a frame period. Processing for assigning to each node the time obtained by subtracting the total transmission time of each node per frame as the transmission time per frame used for the second service set with a lower priority than the first service Is executed.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the communication control system of the present embodiment.
  • the communication control system of this embodiment includes a GW (Gateway) 10 and nodes 11 to 14 controlled by the GW 10.
  • the GW 10 corresponds to the master device in the present invention.
  • the GW 10 can communicate with only the node 11, but the GW 10 may communicate with two or more nodes.
  • the network configuration of the communication control system shown in FIG. 1 is a tree type, but may be a mesh type, for example. In the example shown in FIG. 1, there are four nodes, but the number of nodes is not particularly limited. Multi-hop communication is used as communication between the nodes 11-14.
  • the functions of the GW 10 and the nodes 11 to 14 are realized by, for example, hardware designed to perform specific arithmetic processing or the like, or an information processing device such as a CPU (Central Processing Unit) that operates according to a program.
  • the program is stored in a non-transitory computer-readable storage medium.
  • the GW 10 controls multi-hop communication of the network including the nodes 11 to 14.
  • the GW 10 is, for example, a general Gateway device for connecting a certain network to networks with different protocols.
  • the GW 10 holds a management table in which nodes participating in the network are recorded.
  • the GW 10 holds the management table shown in Table 1 as a management table corresponding to the network configuration shown in FIG.
  • the GW 10 may hold a management table including upper nodes of each node participating in the network. For example, the GW 10 selects, as an upper node of each node, a node that transmits a radio wave having the strongest electric field strength among radio waves received by each node. The GW 10 dynamically controls the flow of each node using the management table. For example, when the electric field strength changes due to the movement of the node, the GW 10 changes the upper node of the management table according to the change, and sends an instruction to change the upper node to the moved node.
  • the GW 10 assigns to each node participating in the network a bandwidth used for the first service (first service bandwidth) and a bandwidth used for the second service (second Service bandwidth).
  • the GW 10 stores a bandwidth (physical bandwidth) that can be used in the network.
  • bandwidth physical bandwidth
  • the first service is a service with high priority, for example, an AMI service.
  • AMI service for example, meter reading values of power, gas, or water are communicated.
  • the first service may be a service used by an information terminal mounted on an automobile, for example.
  • the downlink information in the first service is traffic jam information
  • the uplink information is position information.
  • the second service is a service having a lower priority than the first service, and is an additional service such as video or music distribution or Internet browsing.
  • the second service bandwidth is equal to or greater than the minimum guaranteed service bandwidth defined by the contract.
  • the minimum guaranteed service bandwidth is the same for all nodes in this embodiment, but may differ for each node depending on the contract.
  • Nodes 11 to 14 are communication devices capable of performing multi-hop wireless communication.
  • the nodes 11 to 14 are, for example, wireless LAN (Local Area Network) routers or information collection devices for HEMS (Home Energy Management System).
  • the node 11 is disposed at a position where wireless communication with the GW 10, the node 12, and the node 13 is possible.
  • the node 13 is arranged at a position where wireless communication with the node 14 is possible.
  • the nodes 11 to 14 are, for example, smart meters, and the GW 10 is, for example, a concentrator.
  • the nodes 11 to 14 transmit data (for example, a power meter reading value) to the GW 10 every predetermined time.
  • the GW 10 collects data from the nodes 11 to 14 and transmits it to MDMS (Meter Data Management System).
  • the GW 10 subtracts the total transmission time per frame (hereinafter referred to as first service transmission time) used for the first service assigned to each node from the frame period. Then, the GW 10 assigns the subtracted time to each node as a transmission time per frame used for the second service (hereinafter referred to as a second service transmission time).
  • the time allocated to the second service is at least a predetermined minimum guaranteed transmission time and is allocated fairly to each node.
  • the GW 10 may determine the time allocated to the second service according to a contract predetermined for each node, and may be a time different for each node.
  • the GW 10 uses a frame period in the network, a first service transmission time, and a minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service (hereinafter referred to as a second service minimum guaranteed transmission time). Based on the above, it is determined whether or not a node that newly requests to participate in the network can participate.
  • the GW 10 determines whether or not a node participating in the network can participate by control called call admission control (CAC: Call Admission Control).
  • CAC Call Admission Control
  • the maximum number of participating nodes that can participate in the network is obtained by the following equation (2).
  • Maximum number of participating nodes frame period / (first service transmission time per node + 1 second service minimum guaranteed transmission time per node) (2)
  • the GW 10 confirms whether the following expression (3) is satisfied when a new node joins the network. .
  • the GW 10 permits the participation if the expression (3) is satisfied, and rejects the participation if the expression is not satisfied.
  • a bandwidth is preferentially allocated to a service with high importance, and therefore a communication bandwidth (transmission time) for transmitting data with high priority is set. It can be prevented from becoming insufficient.
  • a node often moves.
  • communication of a node that has already participated due to a new node joining the network is possible. Not disturbed.
  • the communication control system according to the present embodiment secures a predetermined minimum guaranteed bandwidth even for a service with a low priority, so that a service stop can be avoided.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation when some of the nodes leave the network.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the state of the network when some of the nodes leave the network.
  • Each node periodically confirms connection with the nodes connected to the lower level.
  • connection confirmation for example, a beacon used for a general wireless communication device is used.
  • the band used for connection confirmation is the multi-hop construction band of the first service band.
  • the node 11 determines (detects) that the node 12 cannot receive the radio wave from the node 12 and has left the network (step S1-1).
  • the node 13 determines (detects) that the node 14 cannot receive radio waves from the node 14 and has left the network (step S1-2).
  • the reason why the node cannot receive radio waves from other nodes is, for example, a case where wireless communication becomes impossible due to a power failure, equipment failure, or movement of the node. Note that the order of step S1-1 and step S1-2 may be reversed.
  • step S2-1 the node 11 notifies the GW 10 that the node 12 has left the network.
  • step S2-2 the node 13 notifies the GW 10 via the node 11 that the node 14 has left the network. Note that the order of step S2-1 and step S2-2 may be reversed.
  • the GW 10 receives the notification that the nodes 12 and 14 have left the network, and recalculates the bandwidth when the nodes 12 and 14 are deleted from the management table (step S3).
  • the GW 10 deletes the node 12 and the node 14 from the management table, and performs flow control of each node based on the recalculated flow (step S4).
  • the GW 10 may recalculate the bandwidth based on the management table after deleting the nodes 12 and 14 from the management table. Specifically, the GW 10 deletes the node 12 and the node 14 from the management table shown in Table 1 and updates them to the management table shown in Table 3.
  • step S4 will be specifically described on the premise that communication by time division multiplexing is used in the network. Since the first service band is a fixed band with high priority, the GW 10 gives the node 11 and the node 13 the same transmission time as the transmission time before the nodes 12 and 14 leave the first service transmission time. Assign as.
  • the GW 10 assigns a transmission time obtained by the following equation (4) to the node 11 and the node 13 as the second service transmission time.
  • the number of participating nodes is the number of nodes included in the updated management table.
  • Second service transmission time (frame period ⁇ first service transmission time ⁇ number of participating nodes) ⁇ number of participating nodes (4)
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of the network when flow control is performed with the recalculated bandwidth.
  • the GW 10 After recalculation, the GW 10 notifies each node of the allocated transmission time per frame and the transmission timing within the frame. Each node performs communication based on the notified transmission time and transmission timing.
  • the second service bandwidth (transmission time) that can be used by the node 11 and the node 13 increases as compared to before the node 12 and the node 14 leave.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation when the detached node requests to join the network again.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the state of the network after returning the second service band.
  • step S11-1 When the node 12 becomes communicable with the node 11, it sends a request to join the network to the node 11 (step S11-1).
  • the node 14 When the node 14 becomes communicable with the node 13, the node 14 sends a request to join the network to the node 13 (step S11-2).
  • the reason why the node newly becomes communicable with another node is, for example, the case where wireless communication is possible due to restoration of a power failure, restoration of equipment failure, or movement of the node. Note that the order of step S11-1 and step S11-2 may be reversed.
  • the node 11 When the node 11 receives the participation request from the node 12, the node 11 notifies the GW 10 of the received content (step S12-1). When receiving the participation request from the node 14, the node 13 notifies the GW 10 of the received content via the node 11 (step S12-2).
  • the GW 10 when receiving the participation request of the node 12 and the node 14 from the node 11 and the node 13, the GW 10 recalculates the bandwidth when the node 12 and the node 14 are added to the management table (step S13). Specifically, the GW 10 calculates the expression (2) or the expression (3) including the node 12 and the node 14, and determines whether the node 12 and the node 14 can participate. In addition, if the node 12 and the node 14 can participate, the GW 10 updates the number of participating nodes to a number including the node 12 and the node 14 and calculates Equation (4) again.
  • the GW 10 adds the node 12 and the node 14 to the management table (Step S14).
  • the GW 10 may recalculate the bandwidth based on the management table after adding the nodes 12 and 14 to the management table.
  • the GW 10 performs flow control of the nodes 11 to 14 based on the recalculated flow (step S15). Specifically, the GW 10 returns the second service bandwidth of the nodes 11 and 13 to the bandwidth before the nodes 12 and 14 leave the network according to the calculation result, and then the nodes 12 and 12 14 is assigned a bandwidth.
  • the bandwidth shown in FIG. 6 shows a state after the GW 10 returns the second service bandwidth of the node 11 and the node 13. For example, when nodes other than the nodes 11 to 14 newly join the network, the bandwidth of each node may not return to the bandwidth before the nodes 12 and 14 leave.
  • the communication control system updates the management table by recalculating the surplus bandwidth when some nodes leave the network due to a power failure or the like in a network in which multi-hop communication is performed. Therefore, the communication control system can dynamically use the bandwidth dynamically, and can improve the convenience for the user. In addition, when some nodes rejoin the network, the communication control system can secure a dynamic bandwidth that achieves fairness with the existing nodes by recalculating the surplus bandwidth. .
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the communication control system of the second embodiment (Embodiment 2).
  • the functions of the GW and the node in the communication control system in FIG. 7 are the same as the functions of the GW and the node shown in the first embodiment unless otherwise described.
  • the communication control system of this embodiment includes a GW 10, a node 11 and a node 12 controlled by the GW 10, a GW 20, and a node 21 and a node 22 controlled by the GW 20.
  • the GW 10 can communicate only with the node 11.
  • the GW 20 can communicate only with the node 21.
  • Multi-hop communication is used for communication between the node 11 and the node 12, and communication between the node 21 and the node 22.
  • the node 12 is in a position where it can communicate with the node 21.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the communication control system of the second embodiment.
  • Step S21 Since the node 12 is at a distance communicable with the node 21, it transmits a network participation request to the GW 20 via the node 21 (step S22), and starts communication with the node 21 if the participation is possible (step S22). S23).
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the state of a network when some nodes join another network.
  • the GW 20 determines whether or not a node can participate by using Expression (2) or Expression (3). Further, the GW 20 calculates the second service bandwidth by using the formula (4) as shown in the first embodiment. As shown in FIG. 9, when the node 12 participates in the network controlled by the GW 20, the second service bandwidths of the node 12, the node 21, and the node 22 become smaller than the state shown in FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the state of the network when the detached node returns. Since there are two or more networks that can communicate with each other, the node 12 inquires of the GW 10 and the GW 20 about the free bandwidth of the network (step S25).
  • Free transmission time frame period ⁇ ( ⁇ (first service transmission time per node) + ⁇ (second service minimum guaranteed transmission time per node)) (6)
  • the node 12 determines a network to make a participation request based on the idle transmission time notified from the GW 10 and the GW 20. Since Expression (5) and Expression (6) include the transmission time used by the node 12 itself, the node 12 is, for example, a time obtained by subtracting the empty transmission time of the GW 20 from the empty transmission time of the GW 10. When it is above, a participation request is sent to GW10. This predetermined time is, for example, the first service transmission time of the node 12 + the second service minimum guaranteed transmission time.
  • the node 12 since the idle transmission time is longer in the network controlled by the GW 10, the node 12 notifies the GW 10 of a participation request and starts communication with the node 11 again (step S27). Then, when the GW 10 and the GW 20 recalculate the flow and update the management table, the network state returns to the state illustrated in FIG. That is, the second service bandwidth of the node 12, the node 21, and the node 22 is increased. The GW 10 and the GW 20 may recalculate the flow based on the management table after updating the management table.
  • the communication control system in the present embodiment can continue the service because it can communicate with a node belonging to another network when a certain node becomes unable to communicate with an upper node.
  • the communication control system according to the present embodiment participates in a network having a long idle transmission time when there are a plurality of networks in which a certain node can participate. Therefore, it is possible to effectively use bandwidth and maintain fairness for each node. it can.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the main part of the communication control system according to the present invention.
  • the communication control system according to the present invention includes, as main components, a plurality of nodes 31 and a master device 30 that performs flow control of multihop communication in a network including the plurality of nodes 31.
  • the master device 30 sets a second priority in which the priority lower than that of the first service is set by subtracting the total transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period. The transmission time per frame used for the service is assigned to each node.
  • the nodes described in the following (1) to (10) and the communication control system described in (11) to (13) are also disclosed.
  • a communication control system including a plurality of nodes (for example, nodes 11 to 14) and a master device (for example, GW 10 or GW 20) that performs flow control of multi-hop communication in a network including the plurality of nodes.
  • the node subtracts the total transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period to the second service with a lower priority than the first service. It is assigned as a transmission time per frame to be used.
  • the node newly joins the network based on the frame period, the transmission time per frame used for the first service, and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service. It may be configured to determine whether to participate in the request. According to such a node, when a new node joins the network, communication of a node that has already joined is not hindered.
  • a node operates by flow control using a management table in which nodes participating in the network are recorded. When a participating node leaves the network, the node is deleted from the management table, and management after deletion is performed. You may be comprised so that it may operate
  • the node may be configured to notify the master device that the node has left the network when detecting that the node connected to the lower level has left the network.
  • a node may be configured to determine that the node has left the network when radio waves from a node connected at a lower level cannot be received. According to such a node, it can be automatically determined that the node has left the network.
  • the node may be configured to make a participation request to another communicable network when there is no node or master device communicable in the network to which the node belongs. According to such a node, the service can be continued even when there is no node or master device that can communicate with the network to which it belongs.
  • the node inquires of a master device that controls the network about an available frame transmission time, and determines a network to which a participation request is made based on the available transmission time. It may be configured. According to such a node, it is possible to effectively use the bandwidth and maintain fairness for each node.
  • the node may be configured to send a participation request to a network whose idle transmission time is a predetermined time or more. According to such a node, it is possible to prevent the free transmission time of the network that originally participated due to the node participating in another network from increasing, and to immediately return to the original network.
  • the node is configured such that the predetermined time is the sum of the transmission time per frame used for the first service of the node and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service. May be.
  • the node may be configured such that the time allocated to the second service is determined according to a contract predetermined for each node. According to such a node, it is possible for the user of the node to change the band used for the additional service as necessary, so that convenience for the user is improved.
  • the communication control system includes a plurality of nodes (for example, nodes 11 to 14) and a master device (for example, GW 10 or GW 20) that performs flow control of multi-hop communication in a network including the plurality of nodes.
  • the master device sets a second service in which a lower priority than the first service is set by subtracting the total transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period. Is assigned to each node as the transmission time per frame used in
  • the master device is based on the frame period, the transmission time per frame used for the first service, and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service. Alternatively, it may be configured to determine whether or not a node that newly requests to participate in the network can participate. According to such a communication control system, when a new node joins the network, communication of a node that has already joined is not hindered.
  • the master device performs flow control using the management table in which nodes participating in the network are recorded, and when the participating node leaves the network, the node is deleted from the management table.
  • the flow control to each node may be performed based on the management table after deletion. According to such a communication control system, it is possible to effectively use the bandwidth dynamically, and the convenience for the user can be improved.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a specific configuration of the main part of the communication control system according to the present invention.
  • Each means of the following nodes and communication control system is realized by hardware designed to perform specific arithmetic processing or the like, or a computer that operates according to a program.
  • the program is stored in a non-transitory computer-readable storage medium.
  • a node is a master device (for example, master device 30, GW 10 or the like) that performs flow control of multi-hop communication of a network including a plurality of nodes (for example, nodes 31, 32 or nodes 11 to 14). GW 20).
  • the node subtracts the total transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period to the second service with a lower priority than the first service.
  • the transmission time per frame used is allocated by an allocation unit (for example, the allocation unit 32).
  • the node newly joins the network based on the frame period, the transmission time per frame used for the first service, and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service. Whether or not to participate in the request may be determined by a determination unit (for example, the determination unit 33). According to such a node, when a new node joins the network, communication of a node that has already joined is not hindered.
  • the node operates according to the flow control of the control means (for example, the control means 34) using the management table in which the nodes participating in the network are recorded, and when the participating node leaves the network, the management table
  • the node may be deleted from the node, and the operation may be performed by the flow control of the control unit to each node based on the management table after the deletion. According to such a node, it is possible to dynamically use the bandwidth dynamically, and the convenience for the user can be improved.
  • the node includes notifying means (for example, notifying means 35) for notifying the master device that the node has left the network when detecting that the node connected to the lower level has left the network. It may be configured as follows.
  • the node is configured to include a leaving determination unit (for example, a leaving determination unit 36) that determines that the node has left the network when radio waves from a node connected at a lower level cannot be received. May be. According to such a node, it can be automatically determined that the node has left the network.
  • a leaving determination unit for example, a leaving determination unit 36
  • the node includes participation request means (for example, participation request means 37) for requesting participation in another network that can communicate when there is no node or master device that can communicate with the network to which the node belongs. It may be configured. According to such a node, the service can be continued even when there is no node or master device that can communicate with the network to which it belongs.
  • participation request means for example, participation request means 37
  • the node inquires a master apparatus that controls the network about an available frame transmission time, and determines a network for which a participation request is made based on the available transmission time.
  • Network determination means for example, participation network determination means 38
  • the node it is possible to effectively use the bandwidth and maintain fairness for each node.
  • the node may be configured such that the participation request means (for example, the participation request means 37) sends a participation request to a network whose idle transmission time is a predetermined time or more. According to such a node, it is possible to prevent the free transmission time of the network that originally participated due to the node participating in another network from increasing, and to immediately return to the original network.
  • the participation request means for example, the participation request means 37
  • the node is configured such that the predetermined time is the sum of the transmission time per frame used for the first service of the node and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service. May be.
  • the node may be configured such that the time allocated to the second service by the allocation unit (for example, the allocation unit 32) is determined according to a contract predetermined for each node. According to such a node, it is possible for the user of the node to change the band used for the additional service as necessary, so that convenience for the user is improved.
  • the allocation unit for example, the allocation unit 32
  • the communication control system includes a plurality of nodes (for example, nodes 11 to 14) and a master device (for example, GW 10 or GW 20) that performs flow control of multi-hop communication in a network including the plurality of nodes.
  • the master device sets a second service in which a lower priority than the first service is set by subtracting the total transmission time of each node per frame used for the first service from the frame period.
  • Allocating means for example, allocating means 32 for allocating to each node as the transmission time per frame used in the above.
  • the master device is based on the frame period, the transmission time per frame used for the first service, and the minimum guaranteed transmission time per frame used for the second service.
  • a determination unit (for example, determination unit 33) that determines whether or not a node that newly requests to participate in the network may participate may be included. According to such a communication control system, when a new node joins the network, communication of a node that has already joined is not hindered.
  • the master device performs flow control using the management table in which nodes participating in the network are recorded, and deletes the nodes from the management table when the participating nodes leave the network.
  • the control unit (for example, the control unit 34) that performs flow control to each node based on the management table after deletion may be included. According to such a communication control system, it is possible to effectively use the bandwidth dynamically, and the convenience for the user can be improved.

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Abstract

　複数のノード３１と、複数のノード３１を含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置３０とを備える。マスタ装置３０は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる。

Description

ノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラム
　本発明は、マルチホップ通信に用いられるノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラムに関する。
　一般的なマルチホップ通信の主目的は、例えばＡＭＩ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｅｔｅｒｉｎｇ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）サービス等の単一のサービスである場合が多い。しかし、マルチホップ通信を用いた通信制御システムは、例えばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の通信方式が用いられて帯域が拡張された場合に、付加サービス（動画配信、インターネット閲覧等）の利用に用いられることが予想される。その際、主目的であるＡＭＩサービスの帯域を確実に確保しつつ余剰帯域を有効かつ公平に利用できる技術が必要とされる。
　例えば、特許文献１には、マスタ通信端末およびスレーブ通信端末を含む通信制御システムが記載されている。特許文献１において、マスタ通信端末は、通信端末の送信順序を登録する競合管理テーブルを備え、スレーブ通信端末からの参加要求を受信して当該スレーブ通信端末をネットワークに参加させる。
　また、特許文献２には、無線アドホックネットワークを構成する無線通信装置が、新規のノードがアドホックネットワークに参加したことを認識することが記載されている。また、ノードが、通信範囲内の無線帯域の使用状況を計測し、無線帯域使用率がある一定値以上になったときに、ビーコン送信間隔を変更して、ビーコンによる無線消費帯域の増大やパケット衝突確率の増大を抑制することが記載されている。
　また、特許文献３には、宅内通信アダプタと宅内通信アダプタに接続された広域通信アダプタを備えたシステムが記載されている。また、広域通信アダプタが、無線ＬＡＮ通信機能を用いてガス会社のデータセンタなどに設けたガス管理サーバとの間で信号を送受信することが記載されている。また、宅内通信アダプタ間の通信は、マルチホップ伝送として知られた多段中継伝送を行うことが記載されている。
特開２００４－３６３７０２号公報（段落００１２） 特開２００６－２８７４６３号公報（段落００３２，００３６） 国際公開第２０１３／０６２１０１号（段落０２２２，０２２７，０２３５）
　しかし、特許文献１～３に記載されている通信制御システムは、多数のノードがマスタ端末に参加要求した場合に、通信帯域が十分に確保されない場合がある。例えば特許文献２では、ビーコンによる無線消費帯域やパケット衝突確率の増大の抑制に関して記載されているが、サービスに用いられるパケット通信の通信帯域の確保に関しては記載されていない。にスレーブ通信端末に提供されるサービスが複数ある場合に、サービスに応じた帯域の割り当てを行っていない。そのため、例えば、スレーブ端末が優先度の低い付加サービスを使用することにより、ＡＭＩサービスにおける電力検針値など、優先度が高いデータを送信するための通信帯域が不十分となる可能性がある。
　そこで、本発明は、マルチホップ通信を用いたネットワークに参加するノードから送られる優先度の高いデータを通信するための帯域を優先的に確保することができるノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
　本発明によるノードは、複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムに含まれるノードであって、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当てられることを特徴とする。
　本発明によるマスタ装置は、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置であって、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てることを特徴とする。
　本発明による通信制御システムは、複数のノードと、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムであって、マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てることを特徴とする。
　本発明による通信制御方法は、複数のノードと、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とに用いられる通信制御方法であって、マスタ装置が、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てることを特徴とする。
　本発明による通信制御プログラムは、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うコンピュータに搭載される通信制御プログラムであって、コンピュータに、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる処理を実行させることを特徴とする。
　本発明によれば、マルチホップ通信を用いたネットワークに参加するノードから送られる優先度の高いデータを通信するための帯域を優先的に確保することができる。
第１の実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。 一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を示すフローチャートである。 一部のノードがネットワークから離脱した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 再計算された帯域幅によるフロー制御が行われた場合のネットワークの状態を示す説明図である。 離脱したノードが再度ネットワークに参加要求した場合の動作を示すフローチャートである。 第２のサービス帯域を戻した後のネットワークの状態を示す説明図である。 第２の実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。 第２の実施形態の通信制御システムの動作を示すフローチャートである。 一部のノードが他のネットワークに参加した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 離脱したノードが復帰した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 本発明による通信制御システムの主要部の構成を示すブロック図である。 本発明による通信制御システムの主要部の具体的な構成を示すブロック図である。
実施形態１．
　以下、本発明の第１の実施形態（実施形態１）を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態の通信制御システムは、ＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）１０と、ＧＷ１０が制御するノード１１～１４とを備える。なお、ＧＷ１０は、本発明におけるマスタ装置に相当する。図１に示す通信制御システムにおいて、ＧＷ１０は、ノード１１のみ通信可能であるが、ＧＷ１０は２以上のノードと通信可能であってもよい。また、図１に示す通信制御システムのネットワーク構成は、ツリー型であるが、例えばメッシュ型であってもよい。また、図１に示す例ではノードは４つであるが、ノードの数は、特に限定されない。ノード１１～１４の間の通信として、マルチホップ通信が用いられる。
　ＧＷ１０、およびノード１１～１４の機能は、例えば、特定の演算処理等を行うよう設計されたハードウェア、またはプログラムに従って動作するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の情報処理装置によって実現される。また、そのプログラムは、非一時的でコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶される。
　ＧＷ１０は、ノード１１～１４を含むネットワークのマルチホップ通信の制御を行う。ＧＷ１０は、例えば、あるネットワークをプロトコルの異なるネットワークと接続させるための一般的なＧａｔｅｗａｙ装置である。ＧＷ１０は、ネットワークに参加しているノードが記録された管理テーブルを保持する。ＧＷ１０は、図１に示すネットワーク構成に対応した管理テーブルとして表１に示す管理テーブルを保持する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　
　また、ＧＷ１０は、以下の表２に示すようにネットワークに参加している各ノードの上位ノードを含む管理テーブルを保持していてもよい。ＧＷ１０は、各ノードの上位ノードとして、例えば各ノードが受信する電波のうち電界強度が最も強い電波を発信するノードを選択する。ＧＷ１０は、管理テーブルを用いて、各ノードのフローを動的に制御する。例えば、ノードが移動することにより、電界強度が変化した場合は、ＧＷ１０は、その変化に応じて管理テーブルの上位ノードを変更し、移動したノードに上位ノードを変更する指示を送る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　
　また、ＧＷ１０は、ネットワークに参加している各ノードに割り当てられた、第１のサービスに利用される帯域幅（第１のサービス帯域幅）および第２のサービスに利用される帯域幅（第２のサービス帯域幅）を記憶する。また、ＧＷ１０は、当該ネットワークにおいて利用可能な帯域幅（物理帯域幅）を記憶する。図１に示す例では、全てのノードから送られたパケットはノード１１を通過するため、ノード１１の最大帯域幅が、ネットワークにおける利用可能な物理帯域幅となる。なお、本実施形態における通信制御ネットワークにおいて時分割多重による通信が行われる場合、本実施形態の説明における「帯域幅」または「帯域」を「送信時間」に置き換えることができる。
　第１のサービスは、優先度が高いサービスであり、例えばＡＭＩサービスである。ＡＭＩサービスでは、例えば電力、ガスまたは水道の検針値の通信が行われる。または、第１のサービスは、例えば、自動車に搭載される情報端末が利用するサービスであってもよい。その場合、第１のサービスにおける下り情報は、渋滞情報であり、上り情報は位置情報である。また、第１のサービス帯域幅は、予め定められた固定帯域幅であり、マルチホップ構築用帯域およびＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御用帯域を含む。つまり、第１のサービス帯域は、以下の式（１）のように表される。
　固定帯域（第１のサービス帯域）＝検針値送付用帯域＋マルチホップ構築用帯域＋ＱｏＳ制御用帯域・・・（１）
　第２のサービスは、第１のサービスよりも優先度が低いサービスであり、例えば動画もしくは音楽配信、またはインターネット閲覧等の付加サービスである。第２のサービス帯域幅は、契約によって定められた最低保証サービス帯域幅以上の帯域幅となる。最低保証サービス帯域幅は、本実施形態では全てのノードで同一であるが、契約に応じてノード毎に異なっていてもよい。
　ノード１１～１４は、マルチホップによる無線通信を行うことができる通信機器である。ノード１１～１４は、例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）ルータ、またはＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）用の情報収集装置である。図１に示す例では、ノード１１は、ＧＷ１０、ノード１２およびノード１３と無線通信が可能な位置に配置されている。ノード１３はノード１４と無線通信が可能な位置に配置されている。
　また、第１のサービスがＡＭＩサービスである場合、ノード１１～１４は、例えば、スマートメーターであり、ＧＷ１０は、例えば、コンセントレーターである。その場合、ノード１１～１４は、所定時間毎にデータ（例えば、電力検針値）をＧＷ１０に送信する。ＧＷ１０は、ノード１１～１４からデータを収集し、ＭＤＭＳ（Ｍｅｔｅｒ　Ｄａｔａ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）に送信する。
　次に、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられることを前提に、各サービスへの送信時間の割り当てについて説明する。ＧＷ１０は、フレームの周期から、各ノードに割り当てられた第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間（以下、第１のサービス送信時間と記載する）の合計を減算する。そして、ＧＷ１０は、減算した時間を、第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間（以下、第２のサービス送信時間と記載する）として各ノードに割り当てる。第２のサービスに割り当てられる時間は、少なくとも予め定められた最低保証送信時間以上であって、各ノードに公平に割り当てられる。また、ＧＷ１０は、第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定し、ノード毎に異なる時間としてもよい。
　また、ＧＷ１０は、ネットワークにおけるフレームの周期、第１のサービス送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間（以下、第２のサービス最低保証送信時間と記載する）に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する。
　ＧＷ１０は、具体的には、コールアドミッション制御（ＣＡＣ：Ｃａｌｌ　Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれる制御によりネットワークに参加するノードの参加可否を決定する。第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間が全てのノードにおいて同じである場合、ネットワークに参加することができる最大参加ノード数は、以下の式（２）により求められる。
　最大参加ノード数＝フレームの周期÷（１ノードあたりの第１のサービス送信時間＋１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）・・・（２）
　また、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間がノード毎に異なる場合、ＧＷ１０は、新たなノードがネットワークに参加する際に以下の式（３）を満足するかを確認する。ＧＷ１０は、新たなノードが参加した場合に式（３）を満足する場合は参加を許可し、満足しない場合は参加を拒否する。
　フレームの周期＞Σ（１ノードあたりの第１のサービス送信時間）＋Σ（１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）・・・（３）
　本実施形態の通信制御システムは、マルチホップ通信が行われるネットワークにおいて、重要度が高いサービスには優先的に帯域を割り当てるため、優先度が高いデータを送信するための通信帯域（送信時間）が不十分となることを防止することができる。特に、マルチホップ通信を用いたネットワークでは、ノードが移動することが多いが、本実施形態の通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。また、本実施形態の通信制御システムは、優先度が低いサービスにも予め定められた最低保証帯域を確保するので、サービス停止を回避することができる。
　次に、本実施形態の通信制御システムにおいて、一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を説明する。図２は、一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を示すフローチャートである。図３は、一部のノードがネットワークから離脱した場合のネットワークの状態を示す説明図である。
　各ノードは、下位に接続されているノードに対して定期的な接続確認を行っている。接続確認には、例えば、一般的な無線通信機器に用いられるビーコンが用いられる。また、接続確認に用いる帯域には、第１のサービス帯域のマルチホップ構築用帯域が用いられる。図２に示す例では、ノード１１は、ノード１２からの電波を受信できなくなりノード１２がネットワークから離脱したと判断（検知）する（ステップＳ１－１）。ノード１３は、ノード１４からの電波を受信できなくなりノード１４がネットワークから離脱したと判断（検知）する（ステップＳ１－２）。ノードが他のノードからの電波を受信できなくなる原因は、例えば、停電、機器故障、またはノードの移動により無線通信が不可能となる場合等である。なお、ステップＳ１－１とステップＳ１－２の順序は逆であってもよい。
　次に、ノード１１は、ノード１２がネットワークから離脱したことをＧＷ１０に通知する（ステップＳ２－１）。ノード１３は、ノード１４がネットワークから離脱したことを、ノード１１を介してＧＷ１０に通知する（ステップＳ２－２）。なお、ステップＳ２－１とステップＳ２－２の順序は逆であってもよい。
　ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４がネットワークから離脱したという通知を受信し、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除した場合の帯域を再計算する（ステップＳ３）。次に、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除し、再計算したフローに基づいて各ノードのフロー制御を行う（ステップＳ４）。なお、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除した後に、その管理テーブルを元に帯域の再計算を行ってもよい。ＧＷ１０は、具体的には表１に示す管理テーブルからノード１２およびノード１４を削除し、表３に示す管理テーブルに更新する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　
　ステップＳ４におけるフロー制御を、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられることを前提に、具体的に説明する。第１のサービス帯域は、優先度が高い固定帯域であるため、ＧＷ１０は、ノード１１およびノード１３に、ノード１２およびノード１４が離脱する前の送信時間と同じ送信時間を第１のサービス送信時間として割り当てる。
　また、ＧＷ１０は、第２のサービス送信時間として、ノード１１およびノード１３に以下の式（４）により求められる送信時間を割り当てる。参加ノード数は、更新後の管理テーブルに含まれるノード数である。
　第２のサービス送信時間＝（フレーム周期－第１のサービス送信時間×参加ノード数）÷参加ノード数・・・（４）
　図４は、再計算された帯域幅によるフロー制御が行われた場合のネットワークの状態を示す説明図である。ＧＷ１０は、再計算後、各ノードに、割り当てた１フレームあたりの送信時間およびフレーム内における送信タイミングを通知する。各ノードは、通知された送信時間および送信タイミングに基づいて、通信を行う。図４に示す例のように、ノード１１およびノード１３が使用できる第２のサービス帯域幅（送信時間）は、ノード１２およびノード１４が離脱する前と比べて増加する。
　次に、停電の復旧等によりノード１２およびノード１４が再び通信可能となり、ネットワークへの参加要求を行う場合の動作を説明する。図５は、離脱したノードが再度ネットワークに参加要求した場合の動作を示すフローチャートである。図６は、第２のサービス帯域を戻した後のネットワークの状態を示す説明図である。
　ノード１２は、ノード１１と通信可能な状態になった場合、ノード１１にネットワークへの参加要求を送る（ステップＳ１１－１）。ノード１４は、ノード１３と通信可能な状態になった場合、ノード１３にネットワークへの参加要求を送る（ステップＳ１１－２）。ノードが新たに他のノードと通信可能な状態になる原因は、例えば、停電の復旧、機器故障の復旧、またはノードの移動により無線通信が可能となる場合等である。なお、ステップＳ１１－１とステップＳ１１－２の順序は逆でもよい。
　ノード１１は、ノード１２から参加要求を受信すると、ＧＷ１０へ受信内容を通知する（ステップＳ１２－１）。ノード１３は、ノード１４から参加要求を受信すると、ノード１１を介してＧＷ１０へ受信内容を通知する（ステップＳ１２－２）。
　次に、ＧＷ１０は、ノード１１およびノード１３から、ノード１２およびノード１４の参加要求を受信すると、ノード１２およびノード１４を管理テーブルに追加した場合の帯域を再計算する（ステップＳ１３）。ＧＷ１０は、具体的には、ノード１２およびノード１４を含めて式（２）または式（３）を計算し、ノード１２およびノード１４の参加が可能であるか判断する。また、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４の参加が可能であれば、参加ノード数をノード１２およびノード１４を含む数に更新して再び式（４）を計算する。次に、ＧＷ１０は、式（２）または式（３）の計算において参加が可能である場合は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルに追加する（ステップＳ１４）。なお、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルへ追加した後に、その管理テーブルを元に帯域の再計算を行ってもよい。
　ＧＷ１０は、再計算したフローに基づいてノード１１～１４のフロー制御を行う（ステップＳ１５）。ＧＷ１０は、具体的には、ノード１１およびノード１３の第２のサービス帯域幅を、計算結果に応じてノード１２およびノード１４がネットワークから離脱する前の帯域幅に戻した後、ノード１２およびノード１４に帯域を割り当てる。図６に示す帯域幅は、ＧＷ１０がノード１１およびノード１３の第２のサービス帯域幅を戻した後の状態を示している。なお、例えばノード１１～１４以外のノードが新たにネットワークに参加することにより、各ノードの帯域幅はノード１２およびノード１４が離脱する前の帯域幅に戻らない場合もある。
　本実施形態の通信制御システムは、マルチホップ通信が行われるネットワークにおいて、停電等により、一部のノードがネットワークからの離脱した場合に、余剰帯域の再計算を実施して管理テーブルを更新する。そのため、通信制御システムは、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。また、通信制御システムは、一部のノードがネットワークへ再度参加する際に、余剰帯域の再計算を実施することにより、既参加ノードとの公平性を実現したダイナミックな帯域確保をすることができる。
実施形態２．
　次に、あるノードが停電等により上位のノードと通信できなくなった場合に他のネットワークに属するノードと通信する例を説明する。図７は、第２の実施形態（実施形態２）の通信制御システムの構成を示す説明図である。図７における通信制御システムにおけるＧＷおよびノードの機能は、特に説明しない場合は第１の実施形態に示すＧＷおよびノードの機能と同様である。
　図７に示すように、本実施形態の通信制御システムは、ＧＷ１０と、ＧＷ１０が制御するノード１１およびノード１２と、ＧＷ２０と、ＧＷ２０が制御するノード２１およびノード２２とを備える。ＧＷ１０は、ノード１１のみ通信することが可能である。ＧＷ２０は、ノード２１のみ通信することが可能である。ノード１１とノード１２の間の通信、ノード２１とノード２２の間の通信はマルチホップ通信が用いられる。また、ノード１２は、ノード２１と通信可能な位置にいる。
　次に、あるノードが上位のノードと通信できなくなった場合の動作を説明する。図８は、第２の実施形態の通信制御システムの動作を示すフローチャートである。
　ノード１２がノード１１と通信を行っている際に、ノード１１の設置場所での停電、ノード１１の機器故障、またはノード１１もしくはノード１２の移動等により、ノード１２がノード１１と通信できなくなったとする（ステップＳ２１）。ノード１２は、ノード２１と通信可能な距離にいるため、ノード２１を介してＧＷ２０にネットワークへの参加要求を送信し（ステップＳ２２）、参加可能であれば、ノード２１と通信を開始する（ステップＳ２３）。
　図９は、一部のノードが他のネットワークに参加した場合のネットワークの状態を示す説明図である。ＧＷ２０は、第１の実施形態に示したように式（２）または式（３）を用いてノードの参加可否を決定する。また、ＧＷ２０は、第２のサービス帯域幅を、第１の実施形態に示したように式（４）を用いて計算する。図９に示すように、ノード１２が、ＧＷ２０が制御するネットワークに参加したことにより、ノード１２、ノード２１およびノード２２の第２のサービス帯域幅は、図７に示した状態よりも小さくなる。
　次に、ノード１１が、停電の復旧等の理由により通信可能な状態になった場合、ノード１２は、例えばノード１１からビーコンを受信することによりノード１１と通信可能になったことを知る（ステップＳ２４）。図１０は、離脱したノードが復帰した場合のネットワークの状態を示す説明図である。ノード１２は、通信可能なネットワークが２以上あるため、ＧＷ１０およびＧＷ２０にネットワークの空き帯域幅を問い合わせる（ステップＳ２５）。
　ＧＷ１０およびＧＷ２０は、ノード１２から問い合わせを受けると、ノード１２に空き帯域幅を通知する（ステップＳ２６）。具体的には、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられる場合、以下の式（５）に基づいて空き送信時間を計算し、ノード１２に通知する。なお、式（５）における、空き送信時間、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間は、１フレームあたりの送信時間である。
　空き送信時間＝フレーム周期－（１ノードあたりの第１のサービス送信時間＋１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）×参加ノード数・・・（５）
　また、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間がノード毎に異なる場合、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、以下の式（６）を用いて空き送信時間を計算する。
　空き送信時間＝フレーム周期－（Σ（１ノードあたりの第１のサービス送信時間）＋Σ（１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間））・・・（６）
　ノード１２は、ＧＷ１０およびＧＷ２０から通知された空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する。式（５）および式（６）ではノード１２自身が使用している送信時間を含んでいるため、ノード１２は、例えば、ＧＷ１０の空き送信時間からＧＷ２０の空き送信時間を減算した時間が所定時間以上である場合に、ＧＷ１０に参加要求を送る。この所定時間は、例えば、ノード１２の第１のサービス送信時間＋第２のサービス最低保証送信時間である。
　図１０に示す例では、ＧＷ１０が制御するネットワークの方が空き送信時間が大きいため、ノード１２は、ＧＷ１０に参加要求を通知し、再度ノード１１と通信を開始する（ステップＳ２７）。そして、ＧＷ１０およびＧＷ２０がフローを再計算し、管理テーブルを更新することにより、ネットワークの状態は図７に示す状態に戻る。つまり、ノード１２、ノード２１およびノード２２の第２のサービス帯域幅が大きくなる。なお、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、管理テーブルを更新した後に、その管理テーブルを元にフローの再計算を行ってもよい。
　なお、本実施形態では、あるノードが上位のノードと通信できない場合に他のネットワークに参加する例を説明したが、上位のノードと通信可能であっても空き送信時間が大きい他のネットワークがあればそのネットワークに参加要求をしてもよい。
　本実施形態における通信制御システムは、あるノードが上位のノードと通信できなくなった場合に他のネットワークに属するノードと通信できるため、サービスを継続することができる。また、本実施形態における通信制御システムは、あるノードが参加可能なネットワークが複数ある場合に、空き送信時間が大きいネットワークに参加するため、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。
　次に、本発明の概要を説明する。図１１は、本発明による通信制御システムの主要部の構成を示すブロック図である。本発明による通信制御システムは、主要な構成として、複数のノード３１と、複数のノード３１を含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置３０とを備える。マスタ装置３０は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる。
　また、上記の各実施形態には、以下の（１）～（１０）に記載されたノード、および（１１）～（１３）に記載された通信制御システムも開示されている。
（１）ノードは、複数のノード（例えば、ノード１１～１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備えた通信制御システムに含まれる。ノードは、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当てられる。
（２）ノードは、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求する場合の参加可否が決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。
（３）ノードは、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いたフロー制御により動作し、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除され、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御により動作するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。
（４）ノードは、下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知するように構成されていてもよい。
（５）ノードは、下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードがネットワークから離脱したことを自動で判断することができる。
（６）ノードは、ノードが、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行うように構成されていてもよい。このようなノードによれば、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合でもサービスを継続することができる。
（７）ノードは、通信可能なネットワークが複数ある場合に、ネットワークの制御を行うマスタ装置にネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。
（８）ノードは、空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送るように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードが他のネットワークに参加したことにより元々参加してたネットワークの空き送信時間が増え、すぐに元のネットワークに戻ることを防ぐことができる。
（９）ノードは、所定時間が、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計であるように構成されていてもよい。
（１０）ノードは、第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードの利用者が必要に応じて付加サービスに使用する帯域を変更することが可能となるため利用者の利便性が向上する。
（１１）通信制御システムは、複数のノード（例えば、ノード１１～１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備える。マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる。
（１２）通信制御システムは、マスタ装置が、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定するように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。
（１３）通信制御システムは、マスタ装置が、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除し、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行うように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。
　また、以上の（１）～（１０）に記載されたノード、および（１１）～（１３）に記載された通信制御システムは、以下（１Ａ）～（１０Ａ）におけるノード、および（１１Ａ）～（１３Ａ）における通信制御システムのように記載することもできる。図１２は、本発明による通信制御システムの主要部の具体的な構成を示すブロック図である。以下のノードおよび通信制御システムの各手段は、特定の演算処理等を行うよう設計されたハードウェア、またはプログラムに従って動作するコンピュータによって実現される。また、そのプログラムは、非一時的でコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶される。
（１Ａ）ノードは、複数のノード（例えば、ノード３１、３２またはノード１１～１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、マスタ装置３０、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備えた通信制御システムに含まれる。ノードは、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）により割り当てられる。
（２Ａ）ノードは、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求する場合の参加可否が決定手段（例えば、決定手段３３）により決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。
（３Ａ）ノードは、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いた制御手段（例えば、制御手段３４）のフロー制御により動作し、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除され、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへの制御手段のフロー制御により動作するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。
（４Ａ）ノードは、下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知する通知手段（例えば、通知手段３５）を含むように構成されていてもよい。
（５Ａ）ノードは、下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断する離脱判定手段（例えば、離脱判定手段３６）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードがネットワークから離脱したことを自動で判断することができる。
（６Ａ）ノードは、ノードが、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行う参加要求手段（例えば、参加要求手段３７）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合でもサービスを継続することができる。
（７Ａ）ノードは、通信可能なネットワークが複数ある場合に、ネットワークの制御を行うマスタ装置にネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する参加ネットワーク決定手段（例えば、参加ネットワーク決定手段３８）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。
（８Ａ）ノードは、参加要求手段（例えば、参加要求手段３７）が、空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送るように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードが他のネットワークに参加したことにより元々参加してたネットワークの空き送信時間が増え、すぐに元のネットワークに戻ることを防ぐことができる。
（９Ａ）ノードは、所定時間が、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計であるように構成されていてもよい。
（１０Ａ）ノードは、割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）により、第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードの利用者が必要に応じて付加サービスに使用する帯域を変更することが可能となるため利用者の利便性が向上する。
（１１Ａ）通信制御システムは、複数のノード（例えば、ノード１１～１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備える。マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）を含む。
（１２Ａ）通信制御システムは、マスタ装置が、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段（例えば、決定手段３３）を含むように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。
（１３Ａ）通信制御システムは、マスタ装置が、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除し、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段（例えば、制御手段３４）を含むように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。
　以上、実施形態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、２０１４年５月７日に出願された日本出願特願２０１４－９５９６０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。
１０，２０　ＧＷ
１１～１４，２１，２２，３１　ノード
３０　マスタ装置
３２　割り当て手段
３３　決定手段
３４　制御手段
３５　通知手段
３６　離脱判定手段
３７　参加要求手段
３８　参加ネットワーク決定手段

Claims (31)

  1. 　複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムに含まれるノードであって、
    　フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当てられる
    　ことを特徴とするノード。
  2. 　フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求する場合の参加可否が決定される
    　請求項１記載のノード。
  3. 　ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いたフロー制御により動作し、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードが削除され、当該削除後の管理テーブルに基づいてフロー制御により動作する
    　請求項１または請求項２記載のノード。
  4. 　下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知する
    　請求項３記載のノード。
  5. 　下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断する
    　請求項４記載のノード。
  6. 　属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行う
    　請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のノード。
  7. 　通信可能なネットワークが複数ある場合に、当該ネットワークの制御を行うマスタ装置に当該ネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、当該空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する
    　請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載のノード。
  8. 　空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送る
    　請求項７記載のノード。
  9. 　所定時間は、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計である
    　請求項８記載のノード。
  10. 　第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定される
    　請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載のノード。
  11. 　複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置であって、
    　フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる
    　ことを特徴とするマスタ装置。
  12. 　フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する
    　請求項１１記載のマスタ装置。
  13. 　ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う
    　請求項１１または請求項１２記載のマスタ装置。
  14. 　第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定する
    　請求項１１から請求項１３のうちのいずれか１項に記載のマスタ装置。
  15. 　複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムであって、
    　前記マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる
    　ことを特徴とする通信制御システム。
  16. 　マスタ装置は、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する
    　請求項１５記載の通信制御システム。
  17. 　マスタ装置は、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う
    　請求項１５または請求項１６記載の通信制御システム。
  18. 　複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とに用いられる通信制御方法であって、
    　前記マスタ装置が、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる
    　ことを特徴とする通信制御方法。
  19. 　マスタ装置が、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する
    　請求項１８記載の通信制御方法。
  20. 　マスタ装置が、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う
    　請求項１８または請求項１９記載の通信制御方法。
  21. 　ノードが、下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知する
    　請求項２０記載の通信制御方法。
  22. 　ノードが、下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断する
    　請求項２１記載の通信制御方法。
  23. 　ノードが、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行う
    　請求項１８から請求項２２のうちのいずれか１項に記載の通信制御方法。
  24. 　ノードが、通信可能なネットワークが複数ある場合に、当該ネットワークの制御を行うマスタ装置に当該ネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、当該空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する
    　請求項１８から請求項２３のうちのいずれか１項に記載の通信制御方法。
  25. 　ノードが、空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送る
    　請求項２４記載の通信制御方法。
  26. 　所定時間が、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計である
    　請求項２５記載の通信制御方法。
  27. 　マスタ装置は、第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定する
    　請求項１８から請求項２６のうちのいずれか１項に記載の通信制御方法。
  28. 　複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うコンピュータに搭載される通信制御プログラムであって、
    　前記コンピュータに、
    　フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる処理を
    　実行させるための通信制御プログラム。
  29. 　コンピュータに、
    　フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する処理を実行させる
    　請求項２８記載の通信制御プログラム。
  30. 　コンピュータに、
    　ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う処理を実行させる
    　請求項２８または請求項２９記載の通信制御プログラム。
  31. 　コンピュータに、
    　第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定する処理を実行させる
    　請求項２８から請求項３０のうちのいずれか１項に記載の通信制御プログラム。
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