説明

アドホックネットワークシステム、端末装置、制御方法、及びプログラム

【課題】アドホックネットワークを構成している所望の端末装置に対してデータを送信すること。
【解決手段】アドホックネットワークを構成する複数の端末装置1を備え、各端末装置1は、自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部11と、各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部10とを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アドホックネットワークシステム、端末装置、制御方法、及びプログラムに関する。特に、本発明は、アドホックネットワークを構成している所望の端末装置に対してデータを送信するアドホックネットワークシステム、アドホックネットワークを構成する端末装置、当該端末装置を制御する制御方法、並びに当該端末装置用のプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、アドホックネットワークでは、各端末装置が中継機能を持ち、基地局装置から直接にデータを受信できない場所にある端末装置であっても、他の端末装置を経由してデータを受信することが可能となる。例えば、コンサート会場、イベント会場、会社構内等の限られた狭い場所において多数の端末装置が相互にデータを送受信する場合にアドホックネットワークは有用である。また、送受信されるデータの量は、近年の端末装置の多機能化に伴って増加傾向にあり、単一経路よりも複数経路での情報伝達が今後重要となると考えられる。
【0003】
しかし、狭い空間において多数の端末装置がアドホックネットワークを経由してデータを送受信する場合、各端末装置が複数経路の中継局となるため、端末装置上での輻輳が大きな問題となる。このような問題は、アドホックネットワークに限られず、複数の端末装置が中継局として動作するネットワークでは共通して生じ得る問題である。このような輻輳の緩和に対して、例えば、非特許文献1に記載の技術のように、ニューラルネットワークを用いることで効果を上げている例もある。
【0004】
しかしながら、非特許文献1に記載の技術では、中継局となる各端末装置において、事前にネットワーク上の全中継局に関する情報を取得する必要があり、実用的ではないという問題がある。なぜならば、アドホックネットワーク等のように中継局となる端末装置が移動通信端末装置として構成されるネットワークでは、各中継局の位置等は時間によって変化してしまい、全中継局に関する正確な情報を予め取得しておくことが困難なためである。
【0005】
上記事情に鑑み、特許文献1には、中継局における輻輳を回避しつつネットワーク上の通信経路を選択する通信経路選択装置及び通信経路選択方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2011−055265号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Physica A、vol.1297、pp521−531(2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
複数の経路が選択されても、その経路同士が近距離であれば、ある領域での局所的な端末消失が発生した場合、複数経路全てが断線する虞がある。特許文献1に記載の技術は、同様の問題が発生した場合、全ての経路が断線してしまうことはないものの、多くの経路が断線してしまうこともあり、十分な対策が採られているとは言い難い。
【0009】
更に、コンサート会場でのイベント終了時や、年始の集合施設での挨拶メール等により、急激に輻輳が発生する場合、事前に輻輳に対応した複数経路が選択されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態によると、アドホックネットワークを構成している所望の端末装置に対してデータを送信するアドホックネットワークシステムであって、アドホックネットワークを構成する複数の端末装置を備え、各端末装置は、自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部と、各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部とを有する。
【0011】
本発明の第2の形態によると、アドホックネットワークを構成する端末装置であって、自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部と、各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部とを備える。
【0012】
本発明の第3の形態によると、アドホックネットワークを構成する端末装置を制御する制御方法であって、自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する段階と、各端末装置において疑似的なパケットが送信されたことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、所望の端末装置への通信経路として選択する段階とを備える。
【0013】
本発明の第4の形態によると、アドホックネットワークを構成する端末装置用のプログラムであって、端末装置を、自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部、各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部として機能させる。
【0014】
なおまた、上記のように発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【発明の効果】
【0015】
以上の説明から明らかなように、この発明は、局所経路消失に対して有効に回避することができる。また、この発明は、急激な輻輳状態に対しても準最適な経路を早急に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】通信システムのシステム構成を表すシステム構成図である。
【図2】端末装置1の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図3】次端末装置選択部108の動作の流れを表すフローチャートである。
【図4】シミュレーションの結果を表す図である。
【図5】シミュレーションの結果を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0018】
図1は、通信システムのシステム構成を表すシステム構成図である。本通信システムは、通信可能な複数の端末装置1と、通信装置2により構成される。各端末装置1は互いに通信可能であり、データの送信元の端末装置(送信元端末装置1S)からデータの送信先の端末装置(送信先端末装置1E)までの通信が直接できない場合には、他の端末装置1が中継局として動作することによって送信元端末装置1Sから送信先端末装置1Eまでの通信経路を形成する。図1に示すように、送信元端末装置1Sから送信先端末装置1Eまでの通信経路として様々な通信経路が考えられる。実際の通信に用いられる通信経路は各端末装置1によって1つ以上選択される。例えば、各端末装置1は、IEEE802.11無線LAN(Local Area Network)の動作モードのひとつであるアドホックモードで動作することによって、他の端末装置1と通信する。このような端末装置1は、例えば、携帯電話やモバイル端末(ノートパソコン、PDA(Personal Digital Assistants)、スマートフォン等)を用いて構成される。
【0019】
通信装置2は、例えば、無線LAN等の無線通信用の基地局(アクセスポイント)等の通信装置を用いて構成される。通信装置2は、少なくとも送信元端末装置1S及び送信先通信端末装置1Eと通信可能であり、送信元端末装置1Sに対し送信先端末装置1Eの位置情報を通知する。
【0020】
図2は、端末装置1の機能構成を表す概略ブロック図である。端末装置1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置等を備え、通信プログラムを実行することによって、通信経路選択部10及び通信管理部11を備える装置として機能する。なお、端末装置1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
【0021】
通信経路選択部10は、隣接装置情報取得部101、隣接装置情報記憶部102、自装置位置情報取得部103、自装置位置情報記憶部104、送信先位置情報取得部105、残バッファ量管理部106、通信可能距離記憶部107、次端末装置選択部108を備える。通信経路選択部10は、通信監理部11からの要求に応じて、自装置から送信先端末装置1Eまでの通信経路となる次の端末装置1(次端末装置)を選択する。
【0022】
通信監理部11は、自装置と他の端末装置1との無線通信を制御する。通信監理部11は、例えばアドホックモードでの動作を行うことによって他の端末装置1との間の無線通信を制御する。通信監理部11は、他の端末装置1から通信経路形成要求を受信すると、通信経路を形成するために次端末装置の選択要求を次端末装置選択部108へ送る。また、通信監理部11は、通信履歴記憶部12に記憶されている情報を参照して、過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、所定時間置き(周期T)に疑似的にパケットを送信する。
【0023】
通信履歴記憶部12は、半導体記憶装置や磁気記憶装置等の記憶装置を用いて構成され、自装置から送信されたデータの宛先の端末装置の履歴情報を記憶する。
【0024】
次に、通信経路選択部10が備える各機能部について説明する。隣接装置情報取得部101は、隣接装置情報を取得する。隣接装置情報とは、隣接装置の疑似バッファ量、最大バッファ量、隣接装置の位置情報、隣接装置の識別情報を含む。隣接装置とは、自装置と直接通信可能な他の端末装置1であり、理論的には自装置から自装置の通信可能距離以内に位置する他の端末装置1である。隣接装置情報取得部101は、例えば、端末装置1の無線通信機能を用いて周囲の隣接装置と定期的に通信を行い、隣接装置から隣接装置情報を受信する。また、隣接装置情報取得部101は、隣接装置に対して自装置の疑似バッファ量、最大バッファ量、位置情報、識別情報を通知する。また、隣接装置情報取得部101は、他の端末装置宛の疑似的なパケットを隣接装置から受信すると、その疑似的なパケットを、宛先の端末装置へ送られるように転送する。
【0025】
隣接装置情報記憶部102は、半導体記憶装置や磁気記憶装置等の記憶装置を用いて構成され、隣接装置情報取得部101によって取得された各隣接装置情報を記憶する。
【0026】
自装置位置情報取得部103は、自装置の位置情報を取得する。自装置位置情報取得部103は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いることによって自装置が位置する経度及び緯度を自装置位置情報として取得する。また、自装置位置情報取得部103は、自装置位置情報を通信装置2へ通知する。
【0027】
自装置位置情報記憶部104は、半導体記憶装置や磁気記憶装置等の記憶装置を用いて構成され、自装置位置情報記憶部103によって取得された自装置位置情報を記憶する。
【0028】
送信先位置情報取得部105は、端末装置1が送信又は転送しようとしているデータの到着先となる送信先端末装置1Eの位置情報を取得する。送信先位置情報取得部105は、例えば、通信装置2から送信先位置情報を取得してもよい。この場合、通信装置2は、送信元端末装置1S及び送信先端末装置1Eのみならず、中継局となり得る全ての端末装置1と通信可能に構成される。通信装置2は、通信可能な各端末装置1と定期的に通信を行うことによって各端末装置1それぞれの位置情報を取得して記憶しておく。送信先位置情報取得部105は、このように構成された通信装置2と通信することによって、送信先端末装置1Eの位置情報(送信先位置情報)を取得する。
【0029】
残バッファ量管理部106は、自装置の疑似バッファ量及び残バッファ量を管理する。残バッファ量とは、各端末装置1が中継局として動作する際に使用するバッファの残容量を表す値であり、各端末装置1が中継局として収容可能な通信経路の残数を表す。残バッファ量は、端末装置1の最大バッファ容量(MAXB)から、疑似的なパケットを送信又は転送するために確保されているバッファ量(疑似バッファ量:B)を引くことによって得られる値である。上記のバッファが溢れた場合に、その端末装置1において輻輳が発生する。各端末装置1の最大バッファ容量MAXBの大きさは共通であってもよいし、端末装置1毎に異なるように設定されてもよい。なおまた、疑似バッファ量:Bは、周期T毎にリセットされる。
【0030】
通信可能距離記憶部107は、半導体記憶装置や磁気記憶装置等の記憶装置を用いて構成され、自装置が直接通信可能な距離(通信可能距離R)を記憶する。各端末装置1の通信可能距離は共通であってもよいし、端末装置1毎に異なるように設定されてもよい。
【0031】
次端末装置選択部108は、輻輳係数C及び距離係数Dを算出し、輻輳係数Cに対して所定の重み係数αを掛けた値と居地係数Dとを用いて選択係数Zを算出し、選択係数Zに基づいて複数の隣接装置の中から次端末装置を選択する。距離係数Dとは、各隣接装置から送信先端末装置1Eまでの距離に関する値であり、式(1)に基づいて算出される。次端末装置選択部108は、隣接装置毎に式(1)に基づいて距離係数Dを算出する。
【0032】
【数1】

【0033】
r_REは、各端末装置から送信先端末装置1Eまでの距離を示す。r_SEは、自装置から送信先端末装置1Eまでの距離を示す。Rは、自装置の通信可能距離を示す。
【0034】
輻輳係数Cとは、各隣接装置が輻輳を生じさせずに中継局として動作できる通信経路の数に関する値であり、式(2)に基づいて算出される。次端末装置選択部108は、隣接装置毎に式(2)に基づいて輻輳係数Cを算出する。
【0035】
【数2】

【0036】
AVは、全ての隣接装置の疑似バッファ量の合計値を隣接装置数で除算することによって得られる値であり、隣接装置の疑似バッファ量の平均値を示す。MAXBは、隣接装置の最大バッファ容量を示す。Bは、隣接装置の疑似バッファ量を示す。
【0037】
選択係数Zは、式(3)に基づいて算出される。次端末装置選択部108は、隣接装置毎に式(3)に基づいて選択係数Zを算出する。
【0038】
【数3】

【0039】
次端末装置選択部108は、隣接装置のうち選択係数Zが最も小さい隣接装置を次端末装置として選択する。即ち、次ぎ端末装置選択部108は、輻輳係数に対して所定の重み係数αを掛けた値と距離係数とに基づいて、次端末装置を選択する。αの値は、負の値であってもよいし正の値であってもよい。好ましくは、αの値は0.3〜2.0の値であり、1以外の値である。更に好ましくは、αの値は通信システムの状況に応じて適宜設定される値である。例えば、通信システムに用いられる各端末装置1の最大バッファ容量が、通信システムで形成される通信経路の数に対して相対的に大きい場合には、αの値はより小さい値に設定されてもよい。また、通信システムに用いられる各端末装置1の最大バッファ容量が、通信システムで形成される通信経路の数に対して相対的に小さい場合には、αの値はより大きい値に設定されてもよい。
【0040】
次端末装置選択部108は以下の条件(除外条件)のいずれかに適合する隣接装置を選択装置から除外し、残った隣接装置の中で最も選択係数Zが小さい隣接装置を次端末装置として選択してもよい。
条件1:新たな通信経路を確保するだけの残バッファ容量がない隣接装置
条件2:選択対象となっている通信経路として既に選択されている隣接装置
条件3:他の通信経路として既に選択したことのある隣接装置
【0041】
図3は、次端末装置選択部108の動作の流れを表すフローチャートである。以下、図3を用いて次端末装置選択部108の動作の流れについて説明する。まず、次端末装置選択部108は、通信監理部11から次端末装置の選択要求を受け取る(S101)。次端末装置の選択要求は、通信監理部11が他の端末装置1から通信経路形成要求を受信すると通信経路選択部10に対して出力する信号であり、通信経路を形成するために次端末装置を選択することを通信経路選択部10に対して要求するための信号である。次端末装置の選択要求は、形成しようとする通信経路に含まれている各端末装置1の識別情報と、送信先端末装置1Eの識別情報とを含む。通信経路形成要求は、端末装置1が自装置を送信元端末装置1S又は中継局として動作させる場合に、次端末装置に対して通信経路を形成することを要求するために送信する信号である。通信経路形成要求は、形成される通信経路の到達先となる送信先端末装置1Eの識別情報を含む。なお、通信経路形成要求は、更に送信先端末装置1Eの位置情報を含むように構成されてもよい。
【0042】
次に、次端末装置選択部108は、自装置が送信先端末装置IEであるか否かを判定する(S102)。自装置が送信先端末装置1Eである場合(S012:YES)、次端末装置選択部108は自装置が送信先端末装置1Eであることを通信監理部11に通知する。この場合、通信監理部11は、これまでに形成された通信経路を用いて送信元端末装置1Sとの通信を開始する。なお、ステップS102の判定処理は通信監理部11によって行われてもよい。
【0043】
自装置が送信先端末1Eではない場合(S102:NO)、次端末装置選択部108は、隣接装置情報記憶部102に記憶される隣接装置情報を参照し、隣接装置の中に送信先端末装置1Eが含まれているか否か判定する(S103)。隣接装置の中に送信先端末装置1Eが含まれている場合(S103:YES)、次端末装置選択部108は、次端末装置として送信先端末装置1Eを選択し、選択結果を通信監理部11に通知する。この場合、通信監理部11は、選択された次端末装置に対し通信経路形成要求を送信する。
【0044】
一方、隣接装置の中に送信先端末装置1Eが含まれていない場合(S103:NO)、次端末装置選択部108は、隣接装置情報記憶部102に記憶される隣接装置情報を参照し、除外条件のいずれにも該当しない隣接装置がない場合(S105:NO)、次端末装置選択部108は、通信監理部11を介して、上流側に位置する隣接装置(上流側端末)に対して、自装置の識別情報を含む再選択要求を送信する(S106)。再選択要求を受信した端末装置1の次端末装置選択部108は、再選択要求に含まれる識別情報に対応する隣接装置を除外した他の隣接装置の中から選択係数Zが最も小さい隣接装置を選択する。
【0045】
除外条件に該当しない隣接装置がある場合(S105:YES)、次端末装置選択部108は、除外条件に該当しない隣接装置それぞれについて選択係数Zを算出する(S107)。そして、次端末装置選択部108は、選択係数Zが最も小さい隣接装置を次端末装置として選択する(S108)。この場合、通信監理部11は、選択された次端末装置に対し通信経路形成要求を送信する。
【0046】
図4、5はシミュレーションの結果を表す図である。図4、5に表されるシミュレーションでは、重み付け係数αの値は0.5に設定された。以下、シミュレーションの内容と結果について説明する。
【0047】
シミュレーション空間は全体の大きさを1000×1000の正方形とし、電波到達距離Rは200とした。全体端末数1000個とし、内訳、対象始点端末1個、対象終点端末1個、擬似始点端末89個、擬似終点端末数89個、経路端末820個とした。特により広範囲に複数経路が形成される効果を調べるため、対象始点端末及び擬似始点端末を半径490の半円上に等間隔に配置させ、対象終点端末及び擬似終点端末をその円上の反対側になるように配置させた。また経路端末はランダムに配置させた。また、対象始点端末からは20本の複数経路を探索させた。
【0048】
従来(Greedy)方式の複数経路(図4)において説明する。右端が対象始点端末であり、左端が対象終点端末である。複数経路が作成されているが、より最短距離を形成されることが要求されるため複数経路が最近接しており、局所的端末消失が発生すれば全経路が断線となり得る。
【0049】
一方、提案方式の複数経路(図5)においては、広範囲に複数経路が作成されており、局所的端末消失が発生しても全経路が断線とはならない。また、元々、擬似バッファ数が多い経路端末を比較的避ける関数Zにより、より輻輳に対して有効と考えられる。また、図5の左下に見られるように、過度に経路端末が多い経路も提案されるが、それは、複数経路の選択の優先順位において、経路端末数が少ないほうが優先されるため、主要な経路とはなりえない。
【0050】
以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。第1の効果は複数の経路からなるアドホックネットワークにおいて、広域に複数経路を構築することにより局所経路消失に対して有効に回避するシステムとなっている。
【0051】
第2の効果は事前に輻輳状態を予期した経路で構成されているため、急激な輻輳状態に対しても準最適な経路を早急に構築できる効果が期待される。
【0052】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【0053】
1 端末装置
2 通信装置
10 通信経路選択部
11 通信監理部
12 通信履歴記憶部
101 隣接装置情報取得部
102 隣接装置情報記憶部
103 自装置位置情報取得部
104 自装置位置情報記憶部
105 送信先位置情報取得部
106 残バッファ量管理部
107 通信可能距離記憶部
108 次端末装置選択部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
アドホックネットワークを構成している所望の端末装置に対してデータを送信するアドホックネットワークシステムであって、
前記アドホックネットワークを構成する複数の端末装置
を備え、
前記各端末装置は、
自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部と、
前記各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、前記所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部と
を有するアドホックネットワークシステム。
【請求項2】
アドホックネットワークを構成する端末装置であって、
自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部と、
前記各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、前記所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部と
を備える端末装置。
【請求項3】
アドホックネットワークを構成する端末装置を制御する制御方法であって、
自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する段階と、
前記各端末装置において疑似的なパケットが送信されたことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、前記所望の端末装置への通信経路として選択する段階と
を備える制御方法。
【請求項4】
アドホックネットワークを構成する端末装置用のプログラムであって、前記端末装置を、
自装置が過去にデータを送信した回数の最も多い端末装置宛に、疑似的なパケットを、所定時間置きに送信する通信監理部、
前記各端末装置の通信監理部が疑似的なパケットを送信したことによって、自装置と隣接する隣接端末装置が疑似的なパケットを送信又は転送して決まるバッファ数を用いて算出される係数Zが最も小さい隣接端末装置を、前記所望の端末装置への通信経路として選択する通信経路選択部
として機能させるプログラム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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