WO2017145391A1 - 通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法 - Google Patents

通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法 Download PDF

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    • H04W92/20—Interfaces between hierarchically similar devices between access points

Definitions

  • a plurality of routes from the own node to the destination node include a first route and a second route.
  • the first route is a route used preferentially for data transmission from the own node to the destination node over the second route.
  • the calculation unit 130 calculates the cost information based on the probability of successful data transmission through the first route and the posterior probability of successful data transmission through the second route on the condition of failure in data transmission through the first route. Is calculated.
  • the CPU 201 Central Processing Unit controls the entire communication device 200.
  • the memory 202 includes, for example, a main memory and an auxiliary memory.
  • the main memory is, for example, a RAM (Random Access Memory).
  • the main memory is used as a work area for the CPU 201.
  • the auxiliary memory is a non-volatile memory such as a magnetic disk or a flash memory.
  • Various programs for operating the communication device 200 are stored in the auxiliary memory. The program stored in the auxiliary memory is loaded into the main memory and executed by the CPU 201.
  • the communication interface 203 is a communication interface that performs communication with the outside of the communication apparatus 200 (for example, another node), for example, wirelessly.
  • the communication interface 203 is controlled by the CPU 201.
  • the communication interface 203 is not limited to wireless communication, and may be a communication interface that performs communication with the outside of the communication apparatus 200 using a wired electric signal, an optical signal, or the like.
  • the node A reflects the communication cost to the node E for notifying other nodes (for example, the nodes X and Y) out of the routes root # E1, root # E3, root # E4, root # E2,. Is preferentially selected for a route having a high priority.
  • the node A selects the route root # E1, root # E3, root # E4 (three routes in descending order of priority) as the route to be reflected in the communication cost to the node E for notifying other nodes.

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Abstract

受信部（１１０）は、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信する。生成部（１２０）は、受信部（１１０）によって受信された品質情報に基づき、複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成する算出部（１３０）は、生成部（１２０）によって生成された相関情報に基づき、自ノードから宛先ノードまでの、時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する。

Description

通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法
　本発明は、通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法に関する。
　従来、無線で接続できる端末同士で構成され、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ：構内通信網）のアクセスポイントなどがなくても通信を行うことができるアドホックネットワークが知られている。また、アドホックネットワークにおいて、経路ごとに過去の通信コストを蓄積しておき、経路同士の通信コストの時間相関により各経路の優先順位を決定する技術が知られている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
特開２０１１－６６５６８号公報
　しかしながら、上述した従来技術では、ハローパケットなどによって自ノードから他ノードへ通知する通信コストに、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路におけるルートダイバーシティ効果の大きさを反映させることができない。このため、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能なコスト情報を生成することができないという問題がある。
　１つの側面では、本発明は、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能なコスト情報を生成することができる通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信し、受信した前記品質情報に基づき、前記複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成し、生成した前記相関情報に基づき、前記自ノードから前記宛先ノードまでの、前記時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法が提案される。
　本発明の一側面によれば、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能なコスト情報を生成することができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置の一例を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる通信システムの一例を示す図である。 図４は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が保持する通信コストリスト群の一例を示す図である。 図５は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が有する通信コストリスト群の具体例を示す図である。 図６は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が生成する経路順位リストの一例を示す図である。 図７は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブルの一例を示す図である。 図８は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブルの更新の一例を示す図である。 図９は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象のマルチホップの一例を示す図である。 図１０は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象の冗長経路を有するマルチホップの一例を示す図である。 図１１は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置によるルート選択の一例を示す図である。
　以下に図面を参照して、本発明にかかる通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態）
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置）
　図１は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態にかかる通信コスト算出装置１００は、受信部１１０と、生成部１２０と、算出部１３０と、を備える。通信コスト算出装置１００は、他ノードから受信したデータを宛先ノードへ向けて転送する通信ノードに適用される。
　受信部１１０は、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信し、受信した品質情報を生成部１２０へ出力する。品質情報は、ノード間の受信電力、再送回数、エラー率（到達率）などの通信品質を示す情報であってもよいし、これらの通信品質が高い（良好な）ほど低くなるコストを示す情報であってもよい。たとえば、受信部１１０は、他ノードから定期的または不定期に送信されるハローパケットに含まれる情報を品質情報として受信する。
　生成部１２０は、受信部１１０から出力された品質情報に基づき、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成する。相関情報は、一例としては、－１から１の間の実数値をとる相関値（相関係数）である。この場合に、相関情報の絶対値が大きいほど、経路間で通信品質の相関が強いことを示す。生成部１２０は、生成した相関情報を算出部１３０へ出力する。
　算出部１３０は、生成部１２０から出力された相関情報に基づき、自ノードから宛先ノードまでの通信コストであって、相関情報が示す時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する。相関情報が示す時間相関が低いとは、たとえば相関値が低く類似性の度合が低いことである。算出部１３０は、算出したコスト情報を出力する。算出部１３０から出力されるコスト情報は、自ノードから宛先ノードまでのデータ送信のコストを示す情報である。
　たとえば、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路には、第１経路および第２経路が含まれているとする。第１経路は、第２経路よりも、自ノードから宛先ノードまでのデータ送信に優先的に使用される経路である。この場合に、算出部１３０は、第１経路によるデータ送信の成功の確率と、第１経路によるデータ送信の失敗を条件とする、第２経路によるデータ送信の成功の事後確率に基づいてコスト情報を算出する。
　第１経路によるデータ送信の失敗を条件とする、第２経路によるデータ送信の成功の事後確率は、品質情報が示す第１経路と第２経路との間の時間相関に基づいて算出することができる。たとえば、第１経路によるデータ送信の失敗を条件とする、第２経路によるデータ送信の成功の事後確率は、第２経路によるデータ送信の成功の確率を、第１経路と第２経路との間の時間相関に基づいて補正することにより算出することができる。
　このように、実施の形態にかかる通信コスト算出装置１００によれば、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関が低いほど低くなる通信コストを算出することができる。これにより、自ノードから宛先ノードまでの冗長経路におけるルートダイバーシティ効果が高いほど低くなる通信コストを算出することができる。このため、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能な通信コストを算出することができる。
　したがって、通信コスト算出装置１００によって算出された通信コストを他ノードに通知し、他ノードがこの通信コストに基づいて送信先ノードの選択を行うことで、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制することができる。
　また、通信コスト算出装置１００は、算出部１３０から出力されたコスト情報を、自ノードから宛先ノードまでの通信コストを示す情報（たとえばハローパケット）として他ノードへ送信する送信部を備えていてもよい。これにより、他ノードにおいて、通信コスト算出装置１００のノードから宛先ノードまでの冗長経路におけるルートダイバーシティ効果が反映された通信コストを用いて、通信コスト算出装置１００のノードを送信先として評価することが可能になる。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置のハードウェア構成）
　図２は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図１に示した通信コスト算出装置１００は、たとえば図２に示す通信装置２００によって実現することができる。通信装置２００は、ＣＰＵ２０１と、メモリ２０２と、通信インタフェース２０３と、を備えるコンピュータである。ＣＰＵ２０１、メモリ２０２および通信インタフェース２０３は、バス２０９によって接続される。また、ＣＰＵ２０１およびメモリ２０２は、マイコンなどにより実現されてもよい。
　ＣＰＵ２０１（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）は、通信装置２００の全体の制御を司る。メモリ２０２には、たとえばメインメモリおよび補助メモリが含まれる。メインメモリは、たとえばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。メインメモリは、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される。補助メモリは、たとえば磁気ディスクやフラッシュメモリなどの不揮発メモリである。補助メモリには、通信装置２００を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリに記憶されたプログラムは、メインメモリにロードされてＣＰＵ２０１によって実行される。
　通信インタフェース２０３は、たとえば無線によって通信装置２００の外部（たとえば他ノード）との間で通信を行う通信インタフェースである。通信インタフェース２０３は、ＣＰＵ２０１によって制御される。ただし、通信インタフェース２０３は、無線に限らず、有線の電気信号や光信号などによって通信装置２００の外部との間で通信を行う通信インタフェースであってもよい。
　図１に示した受信部１１０は、たとえば通信インタフェース２０３により実現することができる。図１に示した生成部１２０および算出部１３０は、たとえば、ＣＰＵ２０１およびメモリ２０２により実現することができる。また、算出部１３０から出力されたコスト情報を他ノードへ送信する送信部は、たとえば通信インタフェース２０３により実現することができる。
（実施の形態にかかる通信システム）
　図３は、実施の形態にかかる通信システムの一例を示す図である。図３に示す通信システム３００は、ノードＡ～Ｉ，Ｘ，Ｙ（ノード３０１～３１１）によって構成されるモバイルアドホックネットワークである。ノードＡ～Ｉ，Ｘ，Ｙのそれぞれは、移動通信が可能なモバイル端末である。
　一例として、図１に示した通信コスト算出装置１００をノードＡに適用する場合について説明する。この場合に、通信コスト算出装置１００は、たとえば、ノードＡからノードＥまでの通信コストを算出し、算出した通信コストを他ノード（たとえばノードＸ，Ｙ）へ通知する。
　ノードＡからノードＥへの経路ｒｏｏｔ＃Ｅｉ（ｉ＝１，２，…）には、ノードＨ，Ｉを経由する経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１と、ノードＦ，Ｇを経由する経路ｒｏｏｔ＃Ｅ２と、ノードＢ，Ｃ，Ｄを経由する経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３と、が存在する。
　ｃｏｓｔR H（ｔn）は、時間ｔnに取得された、経路Ｒ（Ｒ＝ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ２，ｒｏｏｔ＃Ｅ３）のホップ数Ｈ（Ｈ＝ｈ１，ｈ２，…）における通信コストを示している。なお、本説明において、上付き文字Ｂおよび下付き文字Ｃを有する記号ＡをＡB Cのように表記している。時間ｔn（ｎ＝１，２，３，…）は、離散時間に対応するインデックスであり、たとえば受信部１１０によって経路ごとの通信コスト（品質情報）が受信された各時刻を示す。
　たとえば、ｃｏｓｔroot#E1 hop#1（ｔn）は、時間ｔnに取得された経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１のホップ数ｈ１（ノードＡからノードＨ）における通信コストを示している。また、ｃｏｓｔroot#E1 hop#2（ｔn）は、時間ｔnに取得された経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１のホップ数ｈ２（ノードＨからノードＩ）における通信コストを示している。また、ｃｏｓｔroot#E1 hop#3（ｔn）は、時間ｔnに取得された経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１のホップ数ｈ３（ノードＩからノードＥ）における通信コストを示している。
　したがって、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の全体の通信コストＣＯＳＴroot#E1は、ｃｏｓｔroot#E1 hop#1（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E1 hop#2（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E1 hop#3（ｔn）となる。同様に、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ２の全体の通信コストＣＯＳＴroot#E2は、ｃｏｓｔroot#E2 hop#1（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E2 hop#2（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E2 hop#3（ｔn）となる。また、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の全体の通信コストＣＯＳＴroot#E3は、ｃｏｓｔroot#E3 hop#1（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E3 h#2（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E3 hop#3（ｔn）＋ｃｏｓｔroot#E3 hop#4（ｔn）となる。
　図３に示す例ではノードＡからノードＥへの経路として経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１～ｒｏｏｔ＃Ｅ３が存在する場合について説明したが、ノードＡからノードＥへの経路としてさらに経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４，ｒｏｏｔ＃Ｅ５，…が存在していてもよい。
　また、通信システム３００がノード間の無線通信によってデータを転送するモバイルアドホックネットワークである場合について説明したが、通信システム３００は、このような構成に限らない。たとえば、通信システム３００は、ノード間の電気信号通信や光信号通信などの有線通信によってデータを転送するネットワークであってもよい。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置が保持する通信コストリスト群）
　図４は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が保持する通信コストリスト群の一例を示す図である。ノードＡに適用された通信コスト算出装置１００は、時間ｔ1～ｔnにおける経路ごとの通信コストを受信して蓄積することにより、たとえば図４に示す通信コストリスト４１１～４１ｎを保持する。
　通信コストリスト４１１～４１ｎは、それぞれ時間ｔ1～ｔnにおける、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信コストを示す。たとえば、通信コスト算出装置１００は、それぞれ時間ｔ1～ｔnにおいて受信部１１０によって受信された、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信品質を示す品質情報に基づいて通信コストリスト４１１～４１ｎを取得する。
　たとえば、通信コストリスト４１ｎのＮｏ．１～Ｎｏ．３のそれぞれは、ノードＥを宛先とする各経路の通信コストを示している。すなわち、通信コストリスト４１ｎのＮｏ．１は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の通信コストＣＯＳＴroot#E1（ｔn）を示している。通信コストリスト４１ｎのＮｏ．２は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ２の通信コストＣＯＳＴroot#E2（ｔn）を示している。通信コストリスト４１ｎのＮｏ．３は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の通信コストＣＯＳＴroot#E3（ｔn）を示している。なお、Ｎroot#E1～Ｎroot#E3は、それぞれ経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１～ｒｏｏｔ＃Ｅ３の合計ホップ数を示している。
　また、通信コストリスト４１ｎのＮｏ．４以降に示すように、通信コストリスト４１ｎには、ノードＤを宛先とする各経路など、ノードＥ以外のノードを宛先とする各経路の通信コストが含まれていてもよい。また、通信コストリスト４１１～４１３，…も通信コストリスト４１ｎと同様に、ノードＡから各ノードへの各経路の通信コストを示している。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置が有する通信コストリスト群の具体例）
　図５は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が有する通信コストリスト群の具体例を示す図である。ノードＥを宛先とする各経路の優先順位の決定について説明する。たとえば、ノードＡに適用された通信コスト算出装置１００が、図５に示す通信コストリスト５１１～５１６を有しているとする。通信コストリスト５１１～５１６は、それぞれ時間ｔ1～ｔ6において受信部１１０によって受信された品質情報に基づく通信コストリストである。
　通信コスト算出装置１００は、通信コストリスト５１１～５１６に基づいて、ノードＥを宛先とするデータをノードＡが転送する際に使用する経路を、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ２，…の中から選択する。たとえば、通信コスト算出装置１００は、通信コストの時間平均が小さい経路ほど優先的に、使用する経路として選択する。また、通信コスト算出装置１００は、経路同士の通信コストの時間相関により、使用する複数の経路の優先順位を決定してもよい。そして、通信コスト算出装置１００は、選択した経路と、選択した経路の優先順位と、を示す経路順位リストを生成する。
（経路順位リスト）
　図６は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置が生成する経路順位リストの一例を示す図である。図６に示す経路順位リスト６００は、図５に示した例において生成される経路順位リストの一例を示している。経路順位リスト６００においては、宛先ごとに、各経路が優先順位の順に並べられている。たとえば、経路順位リスト６００は、ノードＥを宛先とする各経路について、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４，ｒｏｏｔ＃Ｅ２，…の順に優先順位が高いことを示している。
　ノードＡは、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４，ｒｏｏｔ＃Ｅ２，…の中から、他ノード（たとえばノードＸ，Ｙ）へ通知するためのノードＥへの通信コストに反映させる経路を、優先順位が高い経路を優先的に選択する。ここでは、ノードＡは、他ノードへ通知するためのノードＥへの通信コストに反映させる経路として経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４（優先順位が高い順に３個の経路）を選択したとする。
　この場合に、ノードＡは、他ノードへ通知するためのノードＥへの通信コストとして、たとえば、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の全体を合わせた通信コストを算出する。たとえば、ノードＡは、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の全体を合わせた通信コストＥ［ＣＯＳＴroot#E1,root#E3,root#E4（ｔn）］を、下記（１）式によって計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記（１）式に示した通信コストＥ［ＣＯＳＴroot#E1,root#E3,root#E4（ｔn）］は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の全てにおいてデータ転送に失敗する確率の１０倍を示す通信コストとしている。Ｅ［Ｘ］は、Ｘの期待値を示している。
　上記（１）式におけるＥ［ＣＯＳＴroot#E1（ｔn）］は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の通信コストＣＯＳＴroot#E1の時間平均を示す。図５に示した例では、Ｅ［ＣＯＳＴroot#E1（ｔn）］は下記（２）式に示すように０．５になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記（１）式におけるＥ［ＣＯＳＴroot#E3（ｔn）］は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の通信コストＣＯＳＴroot#E3の時間平均を示す。図５に示した例では、Ｅ［ＣＯＳＴroot#E3（ｔn）］は下記（３）式に示すように１．５になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記（１）式におけるＥ［ＣＯＳＴroot#E4（ｔn）］は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４の通信コストＣＯＳＴroot#E4の時間平均を示す。図５に示した例では、Ｅ［ＣＯＳＴroot#E4（ｔn）］は下記（４）式に示すように２になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記（１）式におけるρ（ＣＯＳＴroot#E1（ｔn），ＣＯＳＴroot#E3（ｔn））は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の通信コストＣＯＳＴroot#E1と、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の通信コストＣＯＳＴroot#E3と、の間の相関値である。図５に示した例では、ρ（ＣＯＳＴroot#E1（ｔn），ＣＯＳＴroot#E3（ｔn））は、下記（５）式に示すように０．３３３になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上記（１）式におけるρ（ＣＯＳＴroot#E1（ｔn），ＣＯＳＴroot#E4（ｔn））は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の通信コストＣＯＳＴroot#E1と、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４の通信コストＣＯＳＴroot#E4と、の間の相関値である。図５に示した例では、ρ（ＣＯＳＴroot#E1（ｔn），ＣＯＳＴroot#E4（ｔn））は、下記（６）式に示すように０．６６６になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記（１）式におけるρ（ＣＯＳＴroot#E3（ｔn），ＣＯＳＴroot#E4（ｔn））は、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の通信コストＣＯＳＴroot#E3と、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４の通信コストＣＯＳＴroot#E4と、の間の相関値である。図５に示した例では、ρ（ＣＯＳＴroot#E3（ｔn），ＣＯＳＴroot#E4（ｔn））は０．６６６になる。
　したがって、上記（１）式に示す通信コストＥ［ＣＯＳＴroot#E1,root#E3,root#E4（ｔn）］は、下記（７）式に示すように０．１２０１になる。この場合は、ノードＡは、ノードＡからノードＥへの通信コストとして０．１２０１を他ノード（たとえばノードＸ，Ｙ）へ通知する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記（７）式の通信コスト（０．１２０１）は、たとえば優先順位が最も高い経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１においてデータ転送に失敗する確率の１０倍（０．５）よりも小さい、すなわち有利なコストになる。これは、上記（７）式の通信コスト（０．１２０１）に、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１においてデータ転送に失敗しても、冗長経路である経路ｒｏｏｔ＃Ｅ２または経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４によりデータ転送に成功する可能性が加味されているためである。このように、実施の形態にかかる通信コスト算出装置１００によれば、経路間の相関値を用いて、冗長経路の効果の大きさを加味した通信コストを算出することができる。
　たとえば、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の中に、物理的に遠く、それにより通信品質の時間相関も互いに小さい各経路が含まれている場合は、ノードＡからノードＥへの転送におけるルートダイバーシティ効果が大きい状況である。このような状況においては、上述した上記（１）式の相関値が小さくなり、より低い通信コストを算出することができる。このため、ノードＥを宛先とするデータを転送先としてノードが選択されやすくすることができる。仮に、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の相関値を０とすると、上記（７）式の通信コストは、０．０１５０となる。
　また、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の全てが物理的に近く、それにより通信品質の時間相関も互いに大きい場合は、ノードＡからノードＥへの転送におけるルートダイバーシティ効果が小さい状況である。このような状況においては、上述した上記（１）式の相関値が大きくなり、より高い通信コストを算出することができる。このため、ノードＥを宛先とするデータを転送先としてノードを選択することを抑制することができる。仮に、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４の各組み合わせの相関値を１とすると、上記（７）式の通信コストは、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１においてデータ転送に失敗する確率の１０倍と同じ０．５になる。
　図５の通信コストリスト５１１～５１６を例に説明したが、上述した通信コストの時間平均は、忘却平均を用いて算出してもよい。また、上記（１）式に基づく通信コストの算出は一例であり、通信コスト算出装置１００が算出する通信コストは、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関が低いほど低くなる通信コストであればよい。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブル）
　図７は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブルの一例を示す図である。ノードＡに適用された通信コスト算出装置１００は、たとえば、図７に示すテーブル７００のように、ノードＡのＬＤ（Ｌｏｃａｌ　Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）の組み合わせごとに相関値を算出する。ＬＤは、アドホック転送においてノードＡがデータを直接送信する送信先ノードである。
　図７に示す例では、ノードＡにはＬＤとして４個のＬＤ１～ＬＤ４が設定されている。ＬＤ１～ＬＤ４は、たとえば図６に示した経路順位リスト６００のＮｏ．１～Ｎｏ．４である。ＬＤ１が最も優先順位が高いＬＤであり、次いでＬＤ２、ＬＤ３の順に優先順位が高いＬＤであり、ＬＤ４が最も優先順位が低いＬＤである。
　図７に示す例では、ＬＤ１～ＬＤ４はそれぞれノードａ～ｄである。品質ｄ１～ｄ４は、それぞれＬＤ１～ＬＤ４に対応するノードの通信品質であり、たとえば上述した通信コストの時間平均である。
　たとえば、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ１であるノードａの経路と、ＬＤ２であるノードｂの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ａ，ｂ）を算出する。また、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ２であるノードｂの経路と、ＬＤ３であるノードｃの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ｂ，ｃ）を算出する。また、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ１であるノードａの経路と、ＬＤ３であるノードｃの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ａ，ｃ）を算出する。
　また、通信コスト算出装置１００は、全てのＬＤの組み合わせについて相関値を算出しなくてもよい。たとえば、優先順位が最も低いＬＤ４は、入れ替えが頻発すると考えられる。このため、図７に示すように、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ４を含む組み合わせついては相関値を算出しないようにしてもよい。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブルの更新）
　図８は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による相関値の算出テーブルの更新の一例を示す図である。ノードＡにおけるＬＤ１～ＬＤ４は、ノードＡと、ノードＡの周辺のノードと、の間の通信品質に応じて変更される。図８に示す例では、ノードＡのＬＤ２がノードｃになり、ノードＡのＬＤ３がノードｂになっている。これに対して、通信コスト算出装置１００はテーブル７００の相関値を追従させる。
　たとえば、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ１であるノードａの経路と、ＬＤ２であるノードｃの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ａ，ｃ）を算出する。また、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ２であるノードｃの経路と、ＬＤ３であるノードｂの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ｂ，ｃ）を算出する。また、通信コスト算出装置１００は、ＬＤ１であるノードａの経路と、ＬＤ３であるノードｂの経路と、の間の通信コストの時間相関としてρ（ａ，ｂ）を算出する。
　たとえば、通信コスト算出装置１００は、ある時刻における品質情報を受信するごとに、テーブル７００を更新する。そして、通信コスト算出装置１００は、他ノード（たとえばＸ，Ｙ）へのハローパケットの送信契機ごとに、テーブル７００に基づいて、上記（１）式に基づく通信コストを算出し、算出した通信コストを格納したハローパケットを他ノードへ送信する。
（スケール性能の評価）
　パケットを最終宛先（たとえばノードＥ）まで到達させるために要する送信回数を求めて、その大小をスケール性能の評価基準とする場合について説明する。まず、１ホップリンクの平均送信回数について説明する。再送のある１ホップリンクにおいてｔ回目に送信が成功する確率は、下記（８）式により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上記（８）式におけるＰe（Ｎi，Ｎj）はノードＮiからノードＮjへのパケットエラー率である。すなわち、ノードＮiからノードＮjへの送信がｔ回目に成功する確率は、ノードＮiからノードＮjへのｔ－１回目の送信に失敗する確率と、ノードＮiからノードＮjへのｔ回目の送信に成功する確率と、の乗算により得られる。
　たとえばノードＮiからノードＮjへの送信における最大再送回数を３とすると、１ホップの送信成功に要する平均送信回数は、期待値の公式より下記（９）式により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　つぎに、マルチホップの平均総送信回数について説明する。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象のマルチホップ）
　図９は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象のマルチホップの一例を示す図である。図９に示すノード９００～９０Ｒ（Ｎ0～ＮR）は、マルチホップ経路上の各ノードである。ノード９００は、マルチホップ経路の最後のノード（ＧＤ：Ｇｌｏｂａｌ　Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）である。ノード９０１，９０２，…は、マルチホップ経路の最後から２番目、３番目…のノードである。ノード９０Ｒは、マルチホップ経路の最初のノード（ＧＳ：Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｏｕｒｃｅ）である。
　Ｅ［Ｎtx N(1)］は、ノード９０１からノード９００への送信における平均送信回数である。Ｅ［Ｎtx N2］は、ノード９０２からノード９０１への送信における平均送信回数である。Ｅ［Ｎtx N(R)］は、ノード９０Ｒからノード９０Ｒのつぎのノードへの送信における平均送信回数である。
　パケットを送信元（たとえばノードＡ）から最終宛先（たとえばノードＥ）へ到達させるために要する平均総送信回数は、たとえば下記（１０）式に示すように、各ホップの転送に要する平均送信回数を積算することによって算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　上記（１０）式に示す平均総送信回数を最小にするよう経路構築することでスケール性能を向上させることができる。
（リカバリ経路の評価）
　マルチホップ転送において、転送失敗時にはリカバリ経路による再送が実施される。一例としては、ノードＡは、上述した経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１，ｒｏｏｔ＃Ｅ３，ｒｏｏｔ＃Ｅ４を有し、まず経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１によりパケットを転送する。そして、ノードＡは、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ１の経路障害が発生した場合は迂回経路として経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３を用いてパケットを転送する。また、経路ｒｏｏｔ＃Ｅ３の経路障害が発生した場合は迂回経路として経路ｒｏｏｔ＃Ｅ４を用いてパケットを転送する。このようなリカバリ経路によるルートダイバーシティ効果を考慮して経路を評価し、評価結果を経路構築に反映させる。
　つぎに、マルチホップ経路全体の到達率について説明する。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象の冗長経路を有するマルチホップ）
　図１０は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置による平均送信回数の算出対象の冗長経路を有するマルチホップの一例を示す図である。図１０に示すノード１０１０（Ｎx,0）は、マルチホップ経路の最後のノード（ＧＤ）である。ノード１０２１（Ｎ1,r）は、経路Ｒ１における、マルチホップ経路の最後からｒ＋１番目のノードである。ノード１０２２（Ｎ2,r）は、経路Ｒ２における、マルチホップ経路の最後からｒ＋１番目のノードである。ノード１０２３（Ｎ3,r）は、経路Ｒ３における、マルチホップ経路の最後からｒ＋１番目のノードである。ノード１０３０（Ｎ1,r+1）は、マルチホップ経路の最後からｒ＋２番目のノードである。ノード１０４０（Ｎx,R）は、マルチホップ経路の最初のノード（ＧＳ）である。
　まず、経路Ｒ１における経路全体の到達率について説明する。ノード１０３０（Ｎ1,r+1）において集まる平均総送信回数の情報より、１ホップあたりの平均送信回数は下記（１１）式のように算出することができる。ここで、ｒ＋１は、ノード１０３０（Ｎ1,r+1）からノード１０１０（Ｎx,0）までのホップ数である。下記（１１）式におけるＣRoute N(1,r)は、ノード１０３０（Ｎ1,r+1）において集まる平均総送信回数の情報が示す、上記（１０）式に示した平均総送信回数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　平均送信回数と平均パケット到達率は、下記（１２）式に示す関係にあり、平均パケット到達率は下記（１３）式によって表すことができる。下記（１２）式において、Ｐa（Ｎi，Ｎj）はノードＮiからノードＮjへのパケット到達率である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　上記（１３）式によって得られた平均パケット到達率とホップ数の指数関数として経路Ｒ１の全体の到達率が下記（１４）式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　経路Ｒ２，Ｒ３の全体の到達率も同様に、それぞれ下記（１５）式および下記（１６）式によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　つぎに、冗長経路を考慮した平均総送信回数の合成について説明する。経路ごとの平均総送信回数をその到達率を用いて合成し、冗長経路を持つノード１０３０（Ｎ1,r+1）からノード１０１０（Ｎx,0）までの平均総送信回数は下記（１７）式により表される。これにより、冗長経路の効果を評価し、その評価結果を経路構築に反映させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　上記（１７）式において、ＰRoute a（Ｎ2,r）（１－ＰRoute a（Ｎ1,r））は、経路Ｒ１の失敗後の経路Ｒ２の到達率である。ＰRoute a（Ｎ3,r）（１－ＰRoute a（Ｎ2,r））（１－ＰRoute a（Ｎ1,r））は、経路Ｒ１および経路Ｒ２の失敗後の経路Ｒ３の到達率である。
（経路の多様性評価）
　ＧＳからＧＤまでに複数の経路があり、これらの各経路が物理的に近接していると、エラーの発生に関して各経路の間で高い相関が予想され、冗長化によるルートダイバーシティ効果を十分に得られない場合がある。このため、経路間の多様性を評価してリカバリ経路の有用性を評価する。
　まず、事後確率によるパケットエラー率について説明する。リカバリ経路のパケットエラー率を、優先経路のエラー発生後の事後確率として定義し、経路の多様性を考慮に入れる。たとえば、通信コスト算出装置１００は、平均総送信回数を下記（１８）式により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　上記（１８）式は、上記（１７）式において、経路Ｒ２の到達率および経路Ｒ３の到達率を事後確率とした式である。すなわち、上記（１８）式におけるＰRoute a（Ｎ2,r｜￣Ｎ1,r）は、経路Ｒ１において転送に失敗したことを条件とする事後確率による経路Ｒ２の到達率である。なお、本説明において、オーバーラインが付いた記号Ａを￣Ａと表記している。ＰRoute a（Ｎ3,r｜￣Ｎ1,r∩￣Ｎ2,r）は、経路Ｒ１および経路Ｒ２において転送に失敗したことを条件とする事後確率による経路Ｒ３の到達率である。
　上記（１８）式における事後確率の部分を事前に観測可能な相関値によって表現することで、経路品質重みとして利用できる。まず、経路Ｒ２の事後確率による到達率について説明する。
　経路Ｒ１と経路Ｒ２とが互いに無相関で独立の場合は、経路Ｒ２の事後確率による到達率は、下記（１９）式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　経路Ｒ１と経路Ｒ２とが互いに相関が高く独立でない場合は、経路Ｒ２の事後確率による到達率は、下記（２０）式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　以上より、経路Ｒ２の事後確率による到達率は、下記（２１）式のように定義することができる。下記（２１）式において、ρ（Ｎ1,r，Ｎ2,r）は、経路Ｒ１と経路Ｒ２の間のエラー率の相関（時間相関）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　つぎに、経路Ｒ３の事後確率による到達率について説明する。
　経路Ｒ１と経路Ｒ２と経路Ｒ３とが互いに無相関で独立の場合は、経路Ｒ３の事後確率による到達率は、下記（２２）式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　経路Ｒ１と経路Ｒ２と経路Ｒ３とが互いに相関が高く独立でない場合は、経路Ｒ３の事後確率による到達率は、下記（２３）式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　以上より、経路Ｒ３の事後確率による到達率は、下記（２４）式のように定義することができる。下記（２４）式において、ρ（Ｎ1,r，Ｎ3,r）は、経路Ｒ１と経路Ｒ３の間のエラー率の相関（時間相関）である。ρ（Ｎ2,r，Ｎ3,r）は、経路Ｒ２と経路Ｒ３の間のエラー率の相関（時間相関）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　したがって、通信コスト算出装置１００は、たとえば上記（１８）式、上記（２１）式および上記（２４）式を用いることで、自ノードから宛先ノードまでの冗長経路におけるルートダイバーシティ効果が大きいほど低い通信コストを算出することができる。
　たとえば、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路のうちの優先順位が最も高い経路を主経路、残りの経路を迂回経路とすると、複数の経路全体の到達率は、たとえば下記（２５）式により算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　そして、上記（２５）式における経路間の相関は、たとえば下記（２６）式により算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　すなわち、主経路がエラーになった場合に迂回経路がエラーとなる確率を相関によって算出することで、迂回経路の到達率向上の効果を考慮した経路全体の到達率を求めることができる。
（実施の形態にかかる通信コスト算出装置によるルート選択）
　図１１は、実施の形態にかかる通信コスト算出装置によるルート選択の一例を示す図である。図１１に示す通信システム１１００は、ノード１１０１～１１１３，１１２０によって構成されるモバイルアドホックネットワークである。ノード１１０１～１１１３，１１２０のそれぞれは、移動通信が可能なモバイル端末である。
　たとえば、通信コスト算出装置１００をノード１１０２，１１１０のそれぞれに適用し、ノード１１０２，１１１０が、ノード１１２０を宛先（ＧＤ）とする通信コストをノード１１０１へ通知する場合について説明する。図１１に示す例では、ノード１１０２とノード１１２０との間には多くの冗長経路がある。一方、ノード１１１０とノード１１２０との間には冗長経路が少ない。
　このような場合に、たとえば、ノード１１０２に適用された通信コスト算出装置１００は、ノード１１０１へ通知する通信コストとして比較的低い通信コストを算出する。また、ノード１１１０に適用された通信コスト算出装置１００は、ノード１１０１へ通知する通信コストとして比較的高い通信コストを算出する。これにより、ノード１１０１において、ノード１１２０を宛先とするデータのノード１１０１からの送信先について、ノード１１１０よりもノード１１０２が選択されやすくなる。
　また、通信コスト算出装置１００は、複数の経路の間の通信品質の相関に応じたルートダイバーシティ効果を、ノード１１０１へ通知する通信コストに反映させることができる。たとえば、ノード１１０２とノード１１２０との間に多くの冗長経路があっても、ノード１１０２とノード１１２０との間の複数の経路の間の通信品質の相関が強い場合は、ノード１１０２とノード１１２０との間のルートダイバーシティ効果は小さくなる。この場合は、ノード１１０２に適用された通信コスト算出装置１００は、ノード１１０１へ通知する通信コストとして比較的高い通信コストを算出することができる。
　このように、実施の形態にかかる通信コスト算出装置１００によれば、自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関が低いほど低くなる通信コストを算出することができる。これにより、自ノードから宛先ノードまでの冗長経路におけるルートダイバーシティ効果が高いほど低くなる通信コストを算出することができる。このため、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能な通信コストを算出することができる。
　以上説明したように、通信コスト算出プログラム、通信コスト算出装置および通信コスト算出方法によれば、ネットワーク状況の時間変動に起因する送信異常を抑制可能なコスト情報を生成することができる。
　なお、本実施の形態で説明した通信コスト算出方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。ＣＤ－ＲＯＭはＣｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙの略である。ＭＯはＭａｇｎｅｔｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｉｓｋの略である。ＤＶＤはＤｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃの略である。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。
　１００　通信コスト算出装置
　１１０　受信部
　１２０　生成部
　１３０　算出部
　２００　通信装置
　２０１　ＣＰＵ
　２０２　メモリ
　２０３　通信インタフェース
　２０９　バス
　３００，１１００　通信システム
　３０１～３１１，９００～９０Ｒ，１０１０，１０２１～１０２３，１０３０，１０４０，１１０１～１１１３，１１２０　ノード
　４１１～４１ｎ，５１１～５１６　通信コストリスト
　６００　経路順位リスト
　７００　テーブル

Claims (6)

  1. 　自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信し、
    　受信した前記品質情報に基づき、前記複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成し、
    　生成した前記相関情報に基づき、前記自ノードから前記宛先ノードまでの、前記時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する、
    　処理をコンピュータに実行させることを特徴とする通信コスト算出プログラム。
  2. 　前記コスト情報を算出する処理は、前記複数の経路に含まれる第１経路によるデータ送信の成功の確率と、前記第１経路によるデータ送信の失敗を条件とする、前記複数の経路に含まれ前記第１経路と異なる第２経路によるデータ送信の成功の事後確率であって、前記第１経路と前記第２経路との間の前記時間相関に基づく事後確率と、に基づいて前記コスト情報を算出する処理であることを特徴とする請求項１に記載の通信コスト算出プログラム。
  3. 　前記事後確率は、前記第２経路によるデータ送信の成功の確率を、前記第１経路と前記第２経路との間の前記時間相関に基づき補正した確率であることを特徴とする請求項２に記載の通信コスト算出プログラム。
  4. 　算出した前記コスト情報を他ノードへ送信する処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の通信コスト算出プログラム。
  5. 　自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信する受信部と、
    　前記受信部によって受信された前記品質情報に基づき、前記複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成する生成部と、
    　前記生成部によって生成された前記相関情報に基づき、前記自ノードから前記宛先ノードまでの、前記時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する算出部と、
    　を備えることを特徴とする通信コスト算出装置。
  6. 　自ノードから宛先ノードまでの複数の経路それぞれの複数の異なる時間における通信品質を示す品質情報を受信し、
    　受信した前記品質情報に基づき、前記複数の経路それぞれの通信品質間の時間相関を示す相関情報を生成し、
    　生成した前記相関情報に基づき、前記自ノードから前記宛先ノードまでの、前記時間相関が低いほど低くなる通信コストを示すコスト情報を算出する、
    　ことを特徴とする通信コスト算出方法。
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