(57)【要約】【課題】  可視光通信を含む様々な通信方式によって接続された通信ノードから構成される限定ネットワークにおいて、多数対多数の通信を可能とする中継通信装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る通信中継装置は、相違する送受信それぞれの通信プロトコル間をシステム共通の通信プロトコルに変換して処理するので、異なるネットワーク間を相互接続することを可能とする。また、リレー巡回・中継手段によるデータ交信が、障害ノードの発見とバックアップを可能にし、ネットワークの信頼性を確保する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なるネットワーク間を相互接続する通信中継装置であって、少なくとも２つの回線インターフェイスを有する通信制御機構と、前記通信制御機構の通信プロセスを制御する通信プロセス制御機構と、前記通信プロセス制御機構が前記通信プロセスを実行するときに制御状態を参照・記録し、通信データを格納する通信管理記憶機構と、からなり、前記通信制御機構は、前記少なくとも２つの回線インターフェイスの第１の回線インターフェイスが制御する第１のプロトコルによって受信した第１の情報パケットを前記通信プロセス制御機構が取り扱う第２のプロトコルに準拠した第２情報パケットに変換して、前記通信プロセス制御機構に属するパケット処理部に引渡すパケット受信手段と、前記パケット処理部から渡された前記第２の情報パケットを、前記少なくとも２つの回線インターフェイスの第２の回線インターフェイスが制御する第３のプロトコルに準拠した第３の情報パケットに変換して送信するパケット送信手段と、からなり、前記パケット処理部は前記第２の情報パケットをヘッダ部とデータ部に分解し、該ヘッダ部の情報に基づいて該データ部を処理し、前記通信プロセス制御機構に属するプロトコル制御部が前記第２のプロトコルに基づき前記通信プロセスを制御することを特徴とする通信中継装置。
【請求項２】
前記パケット受信手段は、前記第１の通信プロトコルが、前記第２のプロトコルと一致しない場合に、該第１のプロトコルに準拠した第１の情報パケットに内包された第２の情報パケットを取り出す手段を含むことを特徴とする請求項１記載の通信中継装置。
【請求項３】
前記パケット送信手段は、前記第３の通信プロトコルが、前記第２のプロトコルと一致しない場合に、前記パケット処理部から引き渡された前記第２の情報パケットを前記第３の情報パケットに内包する手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信中継装置。
【請求項４】
複数の端末機との接続インターフェイスを更に備え、前記接続インターフェイスは、前記通信管理記憶機構に属するパケット蓄積領域を介して、前記通信プロセス制御機構の制御により前記通信制御機構と送受信データを授受することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信中継装置。
【請求項５】
前記回線インターフェイスの一つに、可視光通信を行う発光制御部と受光制御部を備えた可視光通信制御部を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信中継装置。
【請求項６】
前記可視光通信制御部は、ローカルネットワーク通信手段とリモート通信手段の両方を、又はいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の通信中継装置。
【請求項７】
前記第２の情報パケットは、前記端末機の処理対象となるデータを送受信するデータパケットと通信プロセスの制御情報を内包した制御パケットの２種類からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信中継装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信中継装置を含む通信ノードであって、自己ノードと他の少なくとも１つの構成ノードからなる限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、受信時は、前記プロトコル制御部が前記第２の情報パケットを解析し、自己の宛先の情報パケットについては該情報パケットの前記データ部分を取り込み、他の宛先の情報パケットについては、前記通信管理記憶機構に属する経路表に基づき、自己の次の通信ノードである中継ノードに前記第２の情報パケットを中継することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信中継装置を含む限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項９】
前記中継ノードと前記自己ノードとが送受信可能な交信状態にあることを特徴とする請求項８に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１０】
前記経路表には前記限定ネットワークを構成する前記自己ノード及び前記構成ノードに対する前記第２の情報パケットが中継される中継の順番が記録されており、前記自己ノード及び前記構成ノードが該経路表をそれぞれ所有することを特徴とする請求項８又は９に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１１】
前記限定ネットワークに新規の通信ノードが参加する場合は、該新規の通信ノードの前記通信プロセス制御機構に属するルーティング処理部は、前記限定ネットワークを構成していた前記通信ノードに対して、該新規の通信ノードの新規参加による他の通信ノード間の交信試行を行う依頼の前記制御パケットを送信し、収集した該通信ノード間の交信状態の記録に基づいて、新たな中継ノードを結ぶ前記経路表を作成し、配布することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１２】
前記新規の通信ノードの交信試行を行う前記制御パケットは、該新規の通信ノードを前記第２の情報パケットの送信元に書き換えられて中継されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１３】
前記限定ネットワークに構成する前記通信ノードが離脱する場合は、該離脱する通信ノードの前記ルーティング処理部は、前記限定ネットワークを構成する他の通信ノードに対して、前記通信ノードの離脱による前記他の通信ノードの交信試行を依頼する前記制御パケットを送信し、収集した該通信ノード間の交信状態の記録に基づいて、新たな中継ノードを結ぶ前記経路表を作成し、配布することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１４】
前記中継ノードが障害により不通の場合は、該中継ノードに中継した前記自己ノードの前記ルーティング処理部は、前記経路表に基づき、迂回経路を探索し、第１の迂回ノードを設定して前記第２の情報パケットを再送することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１５】
前記迂回ノードが中継方向の経路に無い場合は、前記自己ノードの前記ルーティング処理部は、前記経路表に基づき、迂回経路を逆方向に折り返して探索し、探索した第２の迂回ノードを仮想の中継ノードとして迂回を依頼する制御パケットを送り、次いで障害のあった前記第２の情報パケットを再送することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１６】
障害のあった前記中継ノードに新たな第２の情報パケットを送信できた場合は、前記自己ノードの前記ルーティング処理部は、前記迂回経路を元の経路に戻すことを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１７】
前記ルーティング処理部は、前記経路表作成時及び更新時に、前記限定ネットワークを構成する少なくとも１つの通信ノードを選択し、自己ノードのバックアップノードに指定をすることを特徴とする請求項８乃至１６のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１８】
前記プロトコル制御部は、前記バックアップされたデータパケットを通信ノード別、シーケンス番号順に前記通信管理記憶機構に属するバックアップノードパケット蓄積領域に格納し、前記経路表に記録されている通信ノードに対して、前記バックアップされたデータパケットをシーケンス番号順に再送することを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノード。
【請求項１９】
請求項８乃至１８のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノードから構成される、可視光通信と移動体通信を含む有線及び無線の少なくとも１種類の通信プロトコルを制御する通信システムであって、それぞれの通信ノードが前記通信プロトコルに基づいて接続され、前記通信プロトコルに従った第１の情報パケットに内包された前記第２の情報パケットを前記限定ネットワークの共通の情報パケットとして中継し、前記第２のプロトコルを限定ネットワーク共通のプロトコルとして、通信制御を行い、前記第２の情報パケットを前記通信プロトコルに従った第３の情報パケットに内包し、前記限定ネットワーク内をループ又は折り返して巡回することを特徴とする請求項８乃至１８のいずれか１項に記載の限定ネットワーク上の通信ノードから構成された通信システム。
【請求項２０】
デジタルテキストデータメディア、デジタル放送メディア、可視光通信メディア、デジタル音声メディアを通信キャリアとして選択することを特徴とする請求項１９に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光通信、移動体通信を含む有線通信及び無線通信から構成されたネットワーク内において、多数対多数の通信を可能にする接続モデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光通信は、光の点滅や、光の周波数の変調を利用して、光に情報を乗せる通信方法である。送信装置として身近な照明器具に変調装置を追加するだけで通信機器に使えるという利便性に着目し、関連機器の研究や利用方法が模索されてきた。
【０００３】
変調方式として、サブキャリア反転パルス位相変調を利用すると光の点滅に人は気付かなくなる。また、発光素子及び受光素子として、近年、急速に普及しつつあるＬＥＤを使用すると、光対電気間で高速に信号を変換できるようになり、超高速の通信が可能になった。
【０００４】
可視光域は人間に安全であり、至る所に設置されている照明器具を利用してワイアレス通信環境が実現でき、また、電波法の規制を受けないため、広帯域の周波数を自由に使用できるというメリットが享受できる。
【０００５】
しかし、可視光通信は光が届く範囲が限られ、距離が離れたり、遮断物の存在があれば中断が発生したり、高速化が困難になる欠点がある。その為、中断の無い通信を行うための中継技術が必須であった
【０００６】
中継技術については、特許文献１が他の接続モデルと協働して可視光通信の中継を行う発明を提案している。
【特許文献１】特開２００６−１１５２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、無線による順次中継を主体に置き、可視光については照明によって視認できることに主眼を置き、可視光通信は無線の補助として利用するに過ぎない。特に、送信失敗時は通信路の回復を待って、回復後、データの再送を行うことで中断を回避する方法を採用しており、中断が頻発すれば、通信は大幅に遅延し、利便性が損なわれる。更に、中継ノードの故障が長時間になれば、もはや無線又は光が到達する範囲でしか通信はできなくなる。
【０００８】
また、特許文献１が提案する通信システムは、特定の処理に対して、特定の装置と機能に限定した通信ノードから成り立っているため、汎用的なネットワークや様々なプロトコルで通信する通信装置や移動体通信と接続できるものではなく、新規参入や離脱が自由にできる多数対多数のネットワークを提供するものではない。
【０００９】
可視光通信は視覚でわかる範囲の通信ノードとしか交信できない制約があるため、遠距離通信を行うためには中継が必須技術であり、かつ、光が物理的に遮断される場合が多いため、中断のない中継通信方式でないと実用とならない問題がある。
【００１０】
また、可視光通信のみで成立したネットワークでは利用範囲が限られ、既存のネットワークとの相互接続は利便性を高めるためには欠かせない要件となる。このためには、移動体通信や無線などの異質な通信プロトコル間の中継や異なる通信キャリア間の中継に応えられねばならない。
【００１１】
更に近年では、デジタル技術の進展によって、映像、音声などのコンテンツが流通するようになり、これらの情報も多角的にネットワークでは取り扱えねばならない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、可視光通信の利点を既存のネットワークに活用し、通信の中断なく確実にデータを送受でき、かつ、新規参入や離脱が自由にできる多数対多数の接続モデルを提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、一定のルールに従う限定的なネットワークにおいて、既存のＴＣＰ／ＩＰやＵＤＰ、その他通信に付随する一切のプロトコル間でもコミュニケーションができる技術と、限定的ではあっても異質な通信装置からなるネットワークを容易に構築できる仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた本発明は以下の特徴を有する。
【００１５】
本発明に係る通信中継装置は、複数の異なるネットワーク間を相互接続する通信中継装置であって、少なくとも２つの回線インターフェイスを有する通信制御機構と、通信制御機構の通信プロセスを制御する通信プロセス制御機構と、通信プロセス制御機構が通信プロセスを実行するときに制御状態を参照・記録し、通信データを格納する通信管理記憶機構とからなり、この通信制御機構は、少なくとも２つの回線インターフェイスの第１の回線インターフェイスが制御する第１のプロトコルによって受信した第１の情報パケットを通信プロセス制御機構が取り扱う第２のプロトコルに準拠した第２情報パケットに変換して、通信プロセス制御機構に属するパケット処理部に引渡すパケット受信手段と、パケット処理部から渡された第２の情報パケットを、少なくとも２つの回線インターフェイスの第２の回線インターフェイスが制御する第３のプロトコルに準拠した第３の情報パケットに変換して送信するパケット送信手段とからなり、パケット処理部は第２の情報パケットをヘッダ部とデータ部に分解し、このヘッダ部の情報に基づいてデータ部を処理し、通信プロセス制御機構に属するプロトコル制御部が第２のプロトコルに基づき通信プロセスを制御することを特徴とするものである。
【００１６】
なお、第１の回線インターフェイスは、通信中継装置にとって受信側にあたり、その通信プロトコルを第１の通信プロトコル、情報パケットを第１の情報パケットと称する。第２の回線インターフェイスは、通信中継装置にとって送信側にあたり、その通信プロトコルを第３の通信プロトコル、情報パケットを第３の情報パケットと称する。そして、第１の情報パケットと第３の情報パケットは、第２の情報パケットをカプセル化し、その中に内包している。通信制御装置を抜け出た情報パケットは第２の情報パケットであり、この情報パケットが通信中継装置の処理単位となる。このように、各々のネットワーク上はローカルなプロトコル等で通信しあっても、個々の通信プロセスの上位層では、相互のネットワーク間に共通のプロトコル、即ち第２のプロトコルが適用され、共通のデータフォームである第２の情報パケットを共通の情報パケットとして取り扱うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る通信中継装置において、パケット受信手段は、第１の通信プロトコルが第２のプロトコルと一致しない場合に、第１のプロトコルに準拠した第１の情報パケットに内包された第２の情報パケットを取り出す手段を含むことを特徴とするものである。
【００１８】
同様に、本発明に係る通信中継装置において、パケット送信手段は、第３の通信プロトコルが第２のプロトコルと一致しない場合に、パケット処理部から引き渡された第２の情報パケットを第３の情報パケットに内包する手段を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
即ち、当ネットワークにおいて共通プロトコルである第２のプロトコルに制御されて第２の情報パケットがそのまま通信回線上を流れても差し支えないことを意味する。本発明に係る通信中継装置は、共通プロトコルと共通の情報パケットと不一致の場合に、実際の通信回線に適用されているプロトコルと情報パケットフォームに変換する機能を有するのである。
【００２０】
また、本発明に係る通信中継装置は、複数の端末機との接続インターフェイスを更に備え、接続インターフェイスは、通信管理記憶機構に属するパケット蓄積領域を介して、通信プロセス制御機構の制御により通信制御機構と送受信データを授受することを特徴とするものである。
【００２１】
この端末接続インターフェイスは、モデムインターフェイスやシリアルインターフェイスであるが、通信中継装置は必ずしも当インターフェイスを具備するわけではない。ネットワーク間の中継のみを行う構成であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る通信中継装置は、回線インターフェイスの一つに、可視光通信を行う発光制御部と受光制御部を備えた可視光通信制御部を含むことを特徴とするものである。一方、本発明に係る通信中継装置は、可視光通信制御部を含まない構成も含んでいる。
【００２３】
ただし、可視光通信を行わなくても、共通のプロトコルと共通の情報パケットを介して、当限定ネットワーク内の可視光通信を持つ通信中継装置を含めて、他の通信中継装置と接続することができる。
【００２４】
この可視光通信制御部は、ローカルネットワーク通信手段とリモート通信手段の両方を又はいずれか一方を備えることができ、当該通信中継装置の周辺に可視光通信が可能な端末装置を配し、遠隔の通信中継装置と可視光通信で中継する構成もとることができる。
【００２５】
また、本発明に係る通信中継装置において、第２の情報パケットは、端末機の処理対象となるデータを送受信するデータパケットと通信プロセスの制御情報を内包した制御パケットの２種類からなることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明では、通信中継装置間の連携が課題目的の達成に欠かせない要件となっている。この連携は制御パケットによる通信中継装置間のコミュニケーションにより成り立つ。
【００２７】
本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードは、今まで説明した通信中継装置のいずれか一つを含む通信ノードであり、自己ノードと他の少なくとも１つの構成ノードから限定ネットワークを形成している。この通信ノードにおいて、受信時は、プロトコル制御部が第２の情報パケットを解析し、自己の宛先の情報パケットであった場合は、当該情報パケットのデータ部分を取り込み、自己以外の他の宛先の情報パケットであった場合は、通信管理記憶機構に属する経路表に基づき、自己の次の通信ノードである中継ノードに当該第２の情報パケットを中継することを特徴とするものである。
【００２８】
本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードは、中継ノードと自己ノードとが送受信可能な交信状態にあることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明は、この中継ノードが中継可能な状態にあるものとして、情報パケットが限定ネットワーク内を中継、巡回することで成り立っている。
【００３０】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、経路表には限定ネットワークを構成する自己ノード及び構成ノードに対する第２の情報パケットが中継される中継の順番が記録されており、自己ノード及び構成ノードがこの経路表をそれぞれ所有することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、限定ネットワークに新規の通信ノードが参加する場合は、この新規の通信ノードの通信プロセス制御機構に属するルーティング処理部は、限定ネットワークを構成していた通信ノードに対して、新規の通信ノードが新規参加により、他の通信ノード間と交信試行を行う旨の依頼についての制御パケットを送信し、収集した通信ノード間の交信状態の記録に基づいて、新たな中継ノードを結ぶ経路表を作成し、配布することを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、新規の通信ノードの交信試行を行う制御パケットは、新規の通信ノードを第２の情報パケットの送信元に書き換えられて中継されることを特徴とするものである。
【００３３】
本発明では、経路表はすべて中継可能なノードでルーティングされているが、すべての通信ノード間で交信可能な訳ではない。経路表が作成されるときに、交信可否の試行が行われ、その結果、交信可能な通信ノードの順が作られた。従って、新規参加の通信ノードは、現限定ネットワークのどの通信ノードとも交信できるとは限られないので、交信可否の依頼の制御パケットは、構成ノード間で順に中継されるか又は構成ノードの中継ノードにこの依頼を中継する手段が取られる。この場合、情報パケットには新規参入の通信ノードが送信元に置き換わるので、結果的に、新規参入の通信ノードは、全構成ノードと連携して経路表を作成したことになる。
【００３４】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、限定ネットワークを構成する前記通信ノードが離脱する場合は、該離脱する通信ノードの前記ルーティング処理部は、限定ネットワークを構成する他の通信ノードに対して、通信ノードの離脱に対する他の通信ノードの交信試行を依頼する制御パケットを送信し、収集した通信ノード間の交信状態の記録に基づいて、新たな中継ノードを結ぶ経路表を作成し、配布することを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、中継ノードが障害により不通の場合は、この中継ノードに中継した自己ノードのルーティング処理部は、経路表に基づき、迂回経路を探索し、第１の迂回ノードを設定して第２の情報パケットを再送することを特徴とするものである。
【００３６】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、迂回ノードが中継方向の経路に無い場合は、自己ノードのルーティング処理部は、経路表に基づき、迂回経路を逆方向に折り返して探索し、探索した第２の迂回ノードを仮想の中継ノードとして迂回を依頼する制御パケットを送り、次いで障害のあった第２の情報パケットを再送することを特徴とするものである。
【００３７】
中継ノードが障害を起こすと当該中継ノードより後にリンクされた通信ノードを経路表から選択する。しかし、必ずしも迂回候補があるとは限らない。そのため、経路表を遡って、仮の中継ノードを探すことになる。この仮の中継ノードを経て、次に中継できる通信ノードがあった場合は中継のリンクが成立する。この仮の中継ノードを仮想中継ノードと言い、制御パケットを送付して、依頼することになる。
【００３８】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、障害のあった中継ノードに新たな第２の情報パケットを送信できた場合は、自己ノードのルーティング処理部は、迂回経路を元の経路に戻すことを特徴とするものである。
【００３９】
本発明においては、障害があった通信ノードはその場で切り離されず、次回の中継時に再度送信が為される。この送信が失敗すると、その場で再度迂回ノードを選択するプロセスが実施される。なお、迂回については関連する通信ノード間にのみ迂回ルートを設定してもよいし、経路表はそのままにしてその都度迂回ノードを選択してもよい。ただし、不通が長時間にわたる場合、障害の状態から、強制的に離脱させる選択肢がある。
【００４０】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、ルーティング処理部は、経路表作成時及び更新時に、限定ネットワークを構成する少なくとも１つの通信ノードを選択し、自己ノードのバックアップノードに指定をすることを特徴とするものである。
【００４１】
バックアップノードは、自己を含めてどの通信ノードでもかまわない。データ発信元である自己においてバックアップを蓄積する手段は、バックアップという控えのデータを自己が所有するので、最も管理がシンプルになるが、一方、再送時に中継回数が増加し、回線効率が悪くなる欠点がある。そのため、効率面から、宛先の通信ノードの直前の通信ノードを選択する。
【００４２】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードにおいて、プロトコル制御部は、バックアップされたデータパケットを通信ノード別、シーケンス番号順に通信管理記憶機構に属するバックアップノードパケット蓄積領域に格納し、経路表に記録されている通信ノードに対して、バックアップされたデータパケットをシーケンス番号順に再送することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードから構成された通信システムは、今まで説明した限定ネットワーク上の通信ノードのいずれか一つ又はそれらの通信ノードの混成により構成された、可視光通信と移動体通信を含む有線及び無線の少なくとも１種類の通信プロトコルを制御する通信システムであって、
それぞれの通信ノードが通信プロトコルに基づいて接続され、通信プロトコルに従った第１の情報パケットに内包された第２の情報パケットを限定ネットワークの共通の情報パケットとして中継し、第２のプロトコルを限定ネットワーク共通のプロトコルとして、通信制御を行い、第２の情報パケットを通信プロトコルに従った第３の情報パケットに内包し、限定ネットワーク内をループ又は折り返して巡回することを特徴とするものである。
【００４４】
また、本発明に係る限定ネットワーク上の通信ノードから構成された通信システムは、デジタルテキストデータメディア、デジタル放送メディア、可視光通信メディア、デジタル音声メディアを通信キャリアとして選択することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、本発明の中継通信装置が無線その他の通信接続機能を制御する通信ノードの間を中継することにより、可視光通信の既存ネットワークへの接続が可能になる効果を奏する。この既存の通信プロトコルとの接続ができることから可視光通信であっても多数対多数の交信を可能にする効果をもたらす。
【００４６】
また、接続する通信ノードを限定した限定ネットワークにおいて、本発明の中継通信装置が最適な中継ルートを選択する効果を奏する。この経路設定により、障害が発生した通信ノードを迂回して、通信経路を遮断することなく、中断なき通信を維持する効果を奏する。
【００４７】
各通信ノードは、それぞれ他の通信ノードの送信中途のデータをバックアップして保持しているので、中断した通信ノードがネットワークへの接続を再開したとき、ネットワーク内に蓄積されていた送信中途のデータは再送され、データロスを発生させない効果を奏する。
【００４８】
更に、本発明の中継通信装置は既存のプロトコルを遵守する内包されたプロトコルを有することにより、様々な接続形態、通信キャリアの相違を包括できる機能を有し、移動体通信、無線及び有線を問わず、接続することができる通信システムを提供できる効果を奏する。また、本発明の中継通信装置を適用した通信システムは、会話モード等の電話利用や、放送キャリア、映像情報についてもデータフレームを処理可能にしており、多様な用途に応じることができるネットワークを提供する効果を奏する。
【００４９】
このことは、本発明による通信システムが、多数対多数の接続モデルを可能にし、通信ノードの新規参入や限定ネットワークの改変及び構築にも容易に応じられる効果を有することに繋がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の最良の形態として、既存のネットワークにおいて、可視光通信機能を具備する中継通信装置を利用する通信ノードからなる限定ネットワークを取り上げた。また、可視光通信は行わないが、限定ネットワーク内で共通の本発明に含まれるプロトコルを適用した通常のルータとの共存も事例に上げた。本実施形態では、可視光ルータと言う本発明である可視光通信機能を具備する中継通信装置が使用され、可視光プロトコルと言う限定ネットワーク内共通のプロトコルにより通信が確立される。
【００５１】
図１は本実施形態における可視光通信ネットワークの適用例を示す外観図である。図１を使用し、本発明の一実施形態全体を説明することで、本発明を概説する。
【００５２】
１０１は端末１０２に接続された可視光通信付き通信装置である可視光ルータ１０１である。後述する本発明の共通通信プロトコル機能となる可視光通信プロトコルの通信プロセスを実行するためのハードウェア及びソフトウェアを備えている。
可視光ルータ１０１は、情報を内包した可視光を照射する発光装置１０３と可視光を受けとる受光装置１０４を具備する。また、可視光ルータ１０１は無線通信の回線インターフェイスである無線通信装置１０５もオプションで備えている。可視光ノード１００は、可視光ルータ１０１、端末機１０２、発光装置１０３、受光装置１０４、オプションの無線通信装置１０５から構成される。
【００５３】
可視光ノード１００ｓは可視光ノード１００ａ、可視光ノード１００ｂ及び可視光ノード１００ｃと共に、可視光通信限定ネットワーク１２０を形成している。可視光ルータ１０１は無線や有線の一般の通信機能を併設してもよい。図１では可視光ルータ１０１ａと１０１ｂが可視光通信機能に無線機能を加えた無線機能併設可視光ルータである。可視光通信限定ネットワーク１２０は、可視光通信プロトコルに基づいた通信を行う各通信ノードによって、同一データリンクを形成しており、各通信ノードは当限定ネットワークにおいて特定されたものである。
【００５４】
可視光通信は可視光通信限定ネットワーク１２０内の可視光ルータ１０１間を次々にリレー式に中継していく。例えば、発光装置１０３ｓが可視光に情報を乗せて可視光ルータ１０１ａに照射し、可視光ルータ１０１ａの受光装置１０４ａがこの照射を受ける。
【００５５】
可視光情報は、可視光通信プロトコルが定める情報単位長である情報パケットに区切られて通信される。その情報を当実施形態では、可視光情報パケット１１０と呼ぶ。可視光ルータ１０１が発信した可視光情報パケット１１０に対して、相手の可視光ルータ１０１から応答を待つジョブの場合に、可視光ルータ１０１の受光装置１０４は、同じく可視光通信プロトコルが定める情報単位長に区切られた可視光応答パケット１１１を受光し、可視光ルータ１０１に渡す。
【００５６】
このように可視光情報パケット１１０ｓは次に可視光ルータ１０１ａから可視光情報パケット１１０ａとして可視光ルータ１０１ｂへと中継され、順次、宛先となる可視光ノードに到達するまで中継される。可視光情報が受け取られない場合には、発信した可視光ルータ１０１ｓまで戻り、この可視光通信限定ネットワーク１２０内を巡回する。ただし、可視光応答パケット１１１は、中継側の可視光ルータ１０１までである。受取が一定回数までに完了しない場合や、可視光ノードに障害が発生して正常に終了した応答が無い場合は、迂回や一時中断処置が可視光ルータ間で取られる。
【００５７】
なお、当ネットワークでは、可視光ノードに親子の関係は無く、どの可視光ノードも平等である。以上は、すべての可視光ルータが可視光通信によってデータリンクを形成した例である。
【００５８】
本発明では、可視光通信に限らず、有線、無線、移動体通信も、可視光通信プロトコルでデータリンクを同じくすれば、限定ネットワークを形成できる。例えば、可視光通信限定ネットワーク１２０ａは、可視光通信を行う可視光ノード１００ｂと可視光ノード１００ｃをメンバーとする可視光通信ノードのグループと、無線通信インターフェイス１０５ｂを具備した可視光ノード１００ｂと無線通信で接続される移動体端末１０７、１０７ａをメンバーとする無線通信グループが混合した構成になっている。可視光通信限定ネットワーク１２０と同様に可視光通信プロトコルにより通信を行う。
【００５９】
可視光情報パケット内包パケット１１２は可視光情報パケット１１０又は可視光応答パケット１１１を内包した情報パケットであり、可視光又は無線メディア上で通信される。
【００６０】
可視光ルータ１０１ｂは無線通信インターフェイス１０５ｂを介して、無線通信１１３により移動体端末１０７の具備する無線ルータ１０６と送受信し、移動体端末１０７が無線通信により移動体端末１０７ａと結ぶ。１１２ａは無線メディアで送受信されていることを示す。
【００６１】
なお、１１２ｃは、図では、可視光ノード１００ｃと移動体端末１０７ａが交信できることを概念的に示している。図示していないが、可視光ルータ１０１ｂが通信メディアの異なる両者を中継している。このように、異なる通信メディアであっても、複合した限定ネットワークを形成できる。可視光情報パケット１１０はこのような通信メディアが異なっても、限定ネットワーク内を可視光ルータや無線ルータを介して中継、巡回している。
【００６２】
端末機１０８は、無線ネットワーク上の通信ノードであるが、直接、可視光ノード１００ａと無線により可視光通信プロトコルとは別のプロトコルで接続されている。従って、端末機１０８は可視光ノード１００ａとは交信可能であるが、他の可視光ノードとは交信できず、可視光通信限定ネットワークのメンバーではない。
【００６３】
また、可視光ルータ１０１は端末用に複数ポートのある接続インターフェイスがあり、複数の端末機を接続できる。
【００６４】
また、可視光ルータ１０１は、端末機を接続しなくてもよい。この場合は、可視光ノードは中継のみの装置となる。
【００６５】
図２は本実施形態における可視光ルータ１０１の機能ブロック図である。可視光ルータ１０１は本発明を実施する主体であり、本発明の主要な技術思想である可視光通信プロトコルを実現するハードウェアとソフトウェアからなる。以下、可視光ルータ１０１の機能を説明する。
【００６６】
可視光ルータ１０１は、ＣＰＵを組み込んだ処理機構であり、通信プロセス制御機構２００、通信管理記憶機構２１０、通信制御機構２２０、及び端末接続インターフェイス２３０の大きく４つのブロックから構成されている。
【００６７】
通信プロセス制御機構２００は、ＣＰＵ制御により、各ユニットを統制し、可視光ルータ１０１の機能を実行するプログラム群からなる。
通信管理記憶機構２１０は、図示していないが、プログラムや制御用情報を格納し、ＣＰＵがプログラムを実行する内部メモリを含んでいる。内部メモリ又は外部メモリに通信プロセスの実行状態に合わせた各種の状態テーブルを記録し、可視光通信プロトコルの実行の結果、処理が完結しない制御パケットやデークパケットを一時保管する。
【００６８】
通信制御機構２２０は、各種の接続モデルに応じて、インターフェイスを統制し、通信資源を管理する。本実施形態では、可視光通信装置のユニットの他、オプションで無線通信その他、各種通信種別に応じた回線インターフェイスユニットを組み込むことができる。
【００６９】
端末接続インターフェイスユニット２３０は、オプションの構成要素であり、モデムインターフェイスやシリアルインターフェイス等の端末機とのインターフェイスからなり、可視光ルータ１０１に接続される接続端末数分のポートが用意されている。
【００７０】
以下、各構成ブロックの機能を説明する。
【００７１】
通信プロセス制御機構２００の１機能であるルータコントロール部２０１は、可視光ルータ１０１のオペレーティングシステムに相当し、可視光ルータ１０１の各種プロセスを管理するプログラムである。
【００７２】
プロトコル制御部２０２は、本発明の技術思想である可視光通信プロトコルを制御するプログラムである。当プロトコルはデータパケット８２１や制御パケット８２２を中継し、巡回する方式を採用している。また、多数対多数の交信を行うため、複数のジョブや通信ノード間交信のパケット混合、錯綜して中継及び巡回する。
【００７３】
実際上の回線は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰなどの通信環境で稼動している。この場合には、実際の通信路には、当該通信方式で定められたセルやフレーム又はパケットのフォームで情報が飛び交うことになる。これらの情報パケット等を本実施形態では、通信パケット８２０と呼ぶ。可視光情報パケット１１０や可視光応答パケットはカプセル化されて通信パケットに内包される。可視光ルータ１０１内部の情報パケットは可視光情報パケット及び可視光応答パケットが取り扱われ、通信回線上の情報パケットは通信パケットが取り扱われる。
【００７４】
また、実際の通信路を規定するプロトコルを原通信プロトコルと呼ぶ。可視光ルータ１０１内部では可視光通信プロトコルにより通信プロセスが処理される。勿論、実際上のプロトコルとして、本可視光通信プロトコルを採用することもできる。
【００７５】
データ授受の基本的な手順については図３に事例を載せた。通信電文は情報パケットに分割されるので、これらの情報パケットを蓄積しなければならない。パケット蓄積記憶管理部２０７はパケット一時蓄積リスト２１３に基づき、情報パケットの蓄積や取出しについてパケット一時蓄積領域２１４を介して行うプログラムである。
【００７６】
パケット蓄積記録管理部２０７は、送信や中継中のデータパケット８２１を送信完了まで、ノード蓄積した場合に保管情報とともに管理する機能と保管リストを更新する機能を担う。これらのパケットはファイル単位又は制御プロセス単位に一括したデータがすべて揃って交信が完結する性格があるので、格納中途の段階では可視光ルータ１０１に一時蓄積しておく必要がある。
【００７７】
これらの管理をパケット一時蓄積リスト２１３に基づいてパケットの入出力管理を行う。これらのパケットは、ネットワーク別に区分されたパケット一時蓄積領域２１４内において、バックアップノードパケット蓄積領域２１６と、データパケット蓄積領域２１５に分離される。もっとも、この区分は論理であり、混在させて蓄積しても―向に構わない。
【００７８】
信頼性維持管理部２０８は、中継方式でデータ交換がなされる可視光通信において、中間のノードが不通になっても、通信システム全体が中断しないように迂回させたり、可視光情報パケット１１０の抜けを防止したりする機能である。
【００７９】
可視光通信プロトコルはリレー式電文中継による通信方式を適用しているため、伝送中断や不達等を排除して信頼性を維持しなくてはならない。そのための仕組みを図９及び図１０に掲載した。ここで、送受信できなかった情報パケットを回復後再送するために一時的に退避して蓄積しておく機能をプロトコル制御部２０２は実行する。このときのバックアップされた情報パケットはバックアップノードパケット蓄積領域２１６に蓄積される。
【００８０】
可視光通信によるネットワーク制御は、経路の確定を環境に応じて動的に定める柔軟性と信頼性の確保を併せ持つことが求められている。それは、環境が悪化したときに、１ノードの障害によって、全体が停止することが許されないからである。障害ノードを切り離して、迂回経路を提供し、回復後は、ネットワーク内に蓄積したデータを中途再開するためには、経路を動的に変更できなくてはならない。また、多数対多数の通信が適時可能な簡便な利用形態を提供するという目的を達成するためには、ノードの新規参入や脱退に対処できなくてはならない。このためには、ダイナミックルーティング機能は不可欠であり、。ルーティング処理部２０３がそれを担っている。
【００８１】
更に、データパケット８２１や制御パケット８２２が通信ノードを中継し、又は巡回する方式で行うため、情報パケットの連続性を保証する必要がある。ダイナミックルーティングによる経路の連続性につながる。図４〜７は、経路表２１２の生成、更新に関する経路確定の仕組みを解説している。
【００８２】
図４は初動時の経路選定のフローである。可視光の照射到達距離をカバーするためと、安全の保証のために最適な経路を維持する必要がある。このため、ノード全体で経路をみていく方式がとられている。
【００８３】
図５は初動時や経路変更時にループ型の中継、巡回を行うときの処理方法を解説してある。
【００８４】
また、図６は、ループが形成できない場合に折り返して中継と巡回を維持する処理方法を示している。
【００８５】
可視光を使用しない通信ノードも可視光ルータ１０１と混在して稼動できるのが、本実施形態の特徴である。また、照明が直接到達できない通信ノードがあった場合には、中継できる通信ノードを探索することになる。経由する可視光ルータが存在すると、その可視光ルータ１０１は仮想の中継ノードとなる。この仕組みについては、図７で解説してある。
【００８６】
ノード状態管理部２０４は、各ノードの正否状態、通信メディア、原通信プロトコル、識別ＩＤ、指定バックアップノードＩＤ等の通信に関わる情報を記録した、図示していないノード状態テーブル２１２を管理、更新するプログラムである。迂回する事態があったときや可視光情報パケット１１０のニ重化格納のバックアップノードを選定するときの根拠情報になる。
【００８７】
パケット処理部２０５は、送受信されるデータを管理する。受信した通信パケット８２０を解読し、可視光情報パケット１１０に変換するパケット受信処理と、可視光情報パケット１１０を通信パケット８２０に組み立てるパケット送信処理がある。
【００８８】
制御パケット処理部２０６は、不足したデータパケット８２１の再送要求や、経路迂回の発生や、新たな通信ノードの参加による経路再構成の要求など、ネットワークの制御、監視、問い合わせ等の制御パケット８２２に対する解読、組み立て等を行う。制御パケット８２２とデータパケット８２１の内容は図８に図示し、説明する。
【００８９】
通信制御機構２２０は、可視光通信制御と無線、有線等の回線サービス方式に応じた通信制御を実行する各種回線インターフェイスユニット２２１を網羅する機構である。可視光通信については可視光通信制御部２２３が通信メディア変換や可視光に内包された情報の取り出しや埋め込み等を行う。 ＬＥＤ等の発光素子からの照明を制御するのが発光制御部２２２であり、発光装置１０３と接続する。発光状態をよくするための強弱制御や、光の帯域別に情報を格納したりする機能もここで行う。照明を受光する制御を行うのが受光制御部２２４である。光の帯域別に分離する制御はここで行う。受光装置１０４と接続する。
【００９０】
可視光通信制御も各種回線インターフェイスユニット２２１も、ローカルエリアネットワーク及び広域ネットワークとの接続が可能である。
【００９１】
図３は、本実施形態における可視光情報パケット１１０の授受について、可視光通信プロトコルの基本手順を示したフロー図である。可視光ルータ１０１ｓが可視光ルータ１０１ｃへ３分割されたデータを送付する事例である。
【００９２】
データは３分割されたデータパケット８２１の形で順次送信される。本実施形態の可視光通信プロトコルが定めた方式は、一括ファイルを分割して複数になった分割データは、すべてを送信するまでは、事故に備えて、ネットワーク内に分割データのバックアップを蓄積しておかねばならない点である。一括ファイルの分割データは最終的に完全に揃えばよいので、受信順番を問われない。
【００９３】
一方、ストリーミングデータのように、受信するそばから、処理されていくデータは、受信単位のパケットで１回分が完全データということになる。従って、パケットごと、バックアップはされるが、正常に受信された後、当該パケットのバックアップは解除される。音楽、映画等がコンテンツとなるストリーミングデータは、順序性が重んじられる。これは、会話等の音声データの場合も同様である。
【００９４】
本実施形態では、一括ファイルの分割データを事例に取り上げ、バックアップに指定された可視光ルータ１０１ａが１分割データ毎にデータ蓄積を行う。当事例では、可視光ルータの１０１ｓから順次、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとルーティングされ、１０１ｓへリンクされるループを形成している。
【００９５】
まず、３０１では、可視光ルータ１０１ｓは３分割データの第１データを可視光ルータ１０１ｃへ送信するが、実際上は可視光ルータ１０１ａへ中継を依頼する。可視光ルータ１０１ａは可視光１０１ｃのバックアップノードなので、第１の分割データを蓄積する（３１１）。次いで、第１分割データを可視光ルータ１０１ｂに中継する。なお、中継されたデータパケット８２１毎に受信の正否を返信する。正常に受信されなければ、再送するが、このプロトコルはベースである実際上の通信方式により異なる。
【００９６】
可視光ルータ１０１ｂは、単に中継するだけで、第１分割データを目標ノードである可視光ルータ１０１ｃへデータを転送する（３２１）。１０１ｃは正常に第１分割データを受信し、これを格納し、次のデータを待つ（３３１）。
【００９７】
可視光ルータ１０１ｓは第１分割データを送り出すとすぐに第２分割データを１０１ａへ送り、１０１ａは中継と同時にバックアップ蓄積する（３１１）。この中継データは、可視光ルータ１０１ｂ受信時、失敗に終わる（３２２）。
【００９８】
可視光ルータ１０１ｓは引き続き、第３の分割データを転送する（３０２）。可視光ルータ１０１ａでは、未だ、第２の分割データを再送していないが、第３分割データを受け取り、バックアップ蓄積する（３１３）。この後、第２分割データをバックアップから取り出し、１０１ｂへ再送する（３１４）。今度は、１０１ｂも正常に受信できたので、これを中継して、１０１ｃへ転送する（３２３）。１０１ｃは受けた第２の分割データを格納する。
【００９９】
３１５で、１０１ａは、送信を待機させていた第３の分割データを送信する（３１５）。事例では、可視光ルータ１０１ａは、第２分割データの送信失敗後でも、第３分割データをまずバックアップ蓄積してから、第２分割データの再送を行っている。ここは、処理の優先度判定がなされた結果である。この場合、１０１ａは、第３分割データのバックアップ後、送信しても構わない。
【０１００】
可視光ルータ１０１ｃは第３分割データを正常に受信し終わり、データを格納（３３２）すれば、すべてのデータの受け取りが完結する。そこで、データの受け取りが完了した通知を、発信元の１０１ｓへ通知する（３３３）。この通知電文は制御パケット８２２なので、巡回する（３０３）。１０１ｓから当該受取完通知が１０１ａに向けて中継される（３０４）。１０１ａはこれを受領し、終了する（３１６）。
【０１０１】
なお、１０１ａはこの電文を巡回して、１０１ｂ、１０１ｃへと巡回させ、発信元の１０１ｃが終結処置をしてもよい。
また、受け取り電文が中途で消滅した場合は、当事例の可視光通信プロトコルは１０１ｓ又は１０１ａが１０１ｃへ問い合わせを行い、通知の再送が行われることになる。
【０１０２】
図４は、本実施形態における初期稼動時に、経路構成を確定する処理フローである。限定ネットワークを構成するのは、幹事ノード４０１、ノード４０２、ノード４０３、いくつかのノードが繋がり、ノード４０４を終端とする。ノード４０４は幹事ノード４０１にループしてもよいし、折り返して幹事ノード４０１までリンクを返えしてもよい。
【０１０３】
幹事ノード４０１は、特定の機能を有するのではなく、ノードＩＤが最も若いという理由でなる場合もある。すべてのノードは平等であり、たまたま、まとめ役となったに過ぎない。通信の開始をするため、幹事ノード４０１がノード群に中継順である経路を確定し、共通に利用するルーティングテーブル（経路表）の作成を宣言する（４１０）。
【０１０４】
幹事ノード４０１は、当該ネットワーク内で一斉呼びかけ（同報通信）に相当する制御パケット８２２を送信する。可視光通信の場合は、照明が当たる所までとなるので、受信できたノードは、これを中継して、他のノードにも同様の一斉呼びかけを、伝搬させる。これが、４１１である。この経路表作成宣言のジョブは、各ノードに当ネットワーク内の全ノードに対して、交信の可否を確認する動作を促す。
【０１０５】
４１２で全ノードは、他のノードに対して、交信可能か（送信／受信とも可能）を試行する。可視光ならば、照明が両者間で光が到達しているか、無線ならば、両者間でデータ授受ができるかを試すことである。また、このとき、自ノードに記録されているノード状態情報も添付する。データ授受が可能な場合は、その旨の応答を自ノードに記録されているノード状態情報も添付して、幹事ノード４０１に行う（４１３）。
【０１０６】
幹事ノード４０１は各ノードから収集したノード状態情報と各ノードの対ノード交信可否情報により、経路構成を処理し、ノード状態情報を添付した基本経路表を作成する（４１４）。次いで、この情報を各ノードに配付する。この配付は、基本経路表に基づき、中継方式を利用して、送信される（４１５）。
【０１０７】
４１６において、各ノードは原則として自己の次の経路になるノードをバックアップノードとして、その確保を相手側と交信して確定する。ただし、ノード状態及びバックアップ負荷に応じて、のーどの変更があってもよい。これらは両者の確認次第である。
【０１０８】
各ノードは自己の次の経路になるノードが障害等により中継を中断、停止した場合に備え、迂回経路を予め確保する。この場合も、候補となった迂回ノードと交信して確保する。
場合により、障害や環境に対応して、迂回候補をいくつか準備するノードがあってもよい（４１７）。
【０１０９】
なお、本実施形態では、バックアップノード及び迂回ノードとも、当該ノードＩＤを相手側から取得しているが、これらの情報はノード状態情報から周知の情報として扱ってもよい。
【０１１０】
すべてのノードが通信を中継する状態になるまで、その応答を各ノードは待つ（４１８）。準備が整ったならば、通信が始まるまで待機となる。
【０１１１】
図５から図７までは、経路表２１２の作成方法を記載したものである。本実施形態では、可視光通信の中継の中断の発生を考慮し、中断を起こす問題が発生したら、迂回ルートを選ぶことができるように通信開始時に予め確保する方式を採用している。
【０１１２】
また、本発明は、既存のネットワークにおける経路選択を否定するものではなく、記載及び表示がされていないが、当該規則や機能に従っている。ただし、ローカルに可視光通信を行うネットワークは、中継の信頼性を確保するため、本発明は、様々な経路確定処理を行うものである。
【０１１３】
図５は本実施形態における初期稼動時に、ループ形態の経路構成を確定する関連図である。関連表の見方をわかりやすくするため、可視光ルータ５０１をＡと名付け、それぞれ、可視光ルータ５０２をＢ、可視光ルータ５０３をＣ、可視光ルータ５０４をＤとしている。
【０１１４】
図５（ａ）はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれが、他のノードと交信し合い、交信の可否を確かめた概念図である。‘○’は交信可能を示し、‘×’は両者が交信不可又は一方の通信が不可を示す。なお、本実施形態では受信確認を行うので送受信とも可能でなくてはならない。ただし、データパケット８２１は受信確認を行う例えばＴＣＰ型の信頼性は必須であるが、例えば、制御パケット８２２は受信確認を省く例えばＵＤＰ型の信頼性程度でよいという方法も採用できる。
【０１１５】
図５（ｂ）は、交信の可否の結果について、横方向５１０に送信状態、縦方向５１１に受信状態をおき。関連表にしたものであるが、前述したように、送受信可能な場合のみ‘○’にした表になっている。５１２はＡとＢ間の中継は可能、５１３はＢ／Ｃ間の交信不可、５１４はＡ／Ｄ間の交信不可を表す。なお、Ａから発信し、Ａに返るループが可能かを調べるため、Ａへの返りノードとして、Ａ行Ａ列を追加してある
【０１１６】
図５（ｃ）は５２０に示すようにＤとＣを入れ替えた関連表である。この結果、５２１に示すように、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ａの経路であれば、中継が成り立つことが判明する。
【０１１７】
図５（ｄ）はそのループ型経路の概念図である。なお、図５（ｅ）はＡ、Ｃ、Ｄ、Ｂの経路もループが成立することを示す。後述するが、２つの経路を同時にループする方式もあり、一方のルートに障害が出ても他方のルートで全体の中継を成立させることができる方式もある。
【０１１８】
図６は本実施形態における初期稼動時に、折り返し形態の経路構成を確定する関連図である。同様に可視光ルータ６０１をＡ、可視光ルータ６０２をＢ、可視光ルータ６０３をＣ、可視光ルータ６０４をＤとしている。
【０１１９】
図６（ａ）は同様にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれが、他のルータと交信し合い、交信の可否を確かめた概念図である。
【０１２０】
図６（ｂ）はその交信状態の関連図である。６０５と６０６は図５と同じであるが、６０７でわかるように、Ａ／Ｃ間でも交信不可である点が厳しくなっている。
【０１２１】
図６（ｃ）で、入れ替えを行っても、最後に、Ａ／Ｃ間でも交信不可が解消されないためループが組めない。
【０１２２】
図６（ｄ）では、ループではなく、折り返し方式を採用している。６０９でＤからＣに中継し、ＣからＤに折り返す。折り返し電文は６１１でＡに到達する。性能はループ方式より落ちるが、ネットワークは成立する。
【０１２３】
図７は本実施形態における初期稼動時に、中継ノードを設定できない形態の場合に、仮想中継ノードに迂回する方法を説明する図である。可視光ルータ７０１をＡ、可視光ルータ７０２をＢとしているが、無線ルータ７０３をＣ、無線ルータ７０４をＤとしており、可視光ルータ７０２は無線機能も兼ね備えているネットワークであり、図１の１２０ａと同じ構成である。
【０１２４】
図７（ａ）において、ＡとＢの間は７０５に示すように可視光で通信し、７０６はＢ／Ｃ間が無線通信、７０７はＣ／Ｄ間が無線通信になっていることを示す。ところが、ＤとＡは通信方式が一致しないため、交信ができない（７０８）。そこで、仮想中継ノードを採用する。
【０１２５】
図７（ｂ）は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、仮想Ｂ、Ａへ返りという経路を示す。Ｄの無線ルータ７０４は無線で、無線が利用できるＢの可視光ルータ７０２と結び、Ｂは無線を中継して、今度は可視光でＡと通信する（７１０）。Ｂは仮想の中継ルータとして、Ｄを代行する。
【０１２６】
なお、この方法以外に、次に記載するプロトコル又は経路選択の方法があり、これらの中継方式は本発明に含まれる。
（１）２重ループ
図５で述べた別の経路から同時に中継する方式である。中継情報が２倍になり、無駄が生じるが性能アップと中断の防止が向上する。
（２）折り返し両方向中継
図６の折り返し中継の場合に発信ノードが同時に逆経路に中継する方式である。長所と短所は２重ループと同様である。
（３）階層間中継
今までの方式は限定ネットワーク内で統一された経路表に基づく中継であったがこの方式はノード間で中継ができる限定されたローカルな地域にあった場合に適用できる。広域ネットワーク内に分散したノード間で限定されたネットワークを形成する場合には通用しない。この場合は、地域別に階層化された親ノードを設け、最下層のノード及び最下層のローカルなネットワークを形成しているノード群を構成ノードとして、本発明を適用する。この場合、限定ネットワークのノードが存在しない親中継ノードは経路表の作成に関与しないが、本発明を実施する上では必要な要素になる。なお、広域ネットワーク上の限定ネットワークになるので、既存の通信サービス網を利用する。親ノードや地域の選別は図８のパケットフォームの地域コード又はサブ地域コードに基づく。また、中継プロセスが既存の通信サービスにすべて委ねられるケースであっても、本発明の適用に何ら支障はない。
【０１２７】
図８は本実施形態における可視光通信プロトコル手順の情報交換単位である可視光情報パケット１１０の構造図である。可視光応答パケット１１１の構造も同様である。
【０１２８】
本実施形態では、複数のネットワークに点在したノードがそれぞれの通信プロトコルに基づいて、パケット、フレーム又はセル単位に交信する通信システムを想定している。即ち、同一データリンク内では、一つの規約に従うが、他のネットワークに入ればその規約に従う方式であるため、プロトコルの変換やパケット等の構造の変換の他接続モデルに関わる多くの制約を乗り越えねばならない。本発明は、この制約を打破することも目的の一つである。
【０１２９】
図８に示すパケットは、本実施形態で採用する可視光通信プロトコルの可視光情報パケット１１０の構造であり、ネットワーク上の通信し合うノード間でこの規約に基づいて通信制御を行うことができる。
【０１３０】
このとき、例えば、ＴＣＰ／ＩＰをプロトコルとする既存のネットワーク上のノードが本通信システムを利用する場合には、ＴＣＰ／ＩＰに準拠した通信パケット８２０内に可視光情報パケット１１０等がカプセル化されて内包する。可視光ルータ１０１はＴＣＰ／ＩＰを遵守して通信パケット８２０を受け取り、内包されたデータを解析し、可視光通信プロトコルに基づく情報授受を行う。送信時は、可視光通信プロトコルに基づく可視光情報パケット１１０を生成し、これをＴＣＰ／ＩＰプロトコルに準拠した通信パケット８２０に仕上げ、ネットワークに送出する。異質なプロトコル同士のネットワークを相互に接続する場合でも、可視光ルータ１０１が可視光情報パケット１１０をそれぞれのプロトコルに準拠したパケットに変換し、カプセル化又はカプセルからの取り出しを行う機能を具備している。
【０１３１】
図８（ｄ）は、通信パケット８２０内に可視光情報パケット１１０がカプセル化された状態を示す。後述する可視光情報パケット１１０のヘッダ８０１の構成情報である制御３（８１６）は、データである‘００００’となっている。このデータを収めた可視光情報パケットをデータパケット８２１と呼ぶ。
【０１３２】
図８（ｅ）は、制御パケット８２２の構造である。同様に通信パケット８２０内に可視光情報パケット１１０がカプセル化されたものである。しかし、制御３（８１６）は、データを識別する‘００００’以外のコードとなっている。
【０１３３】
図８（ａ）は、可視光情報パケット１１０の構造である。ヘッダ８０１は可視光情報パケットのヘッダ領域である。データ８０２は可視光情報パケットのデータ領域である。ヘッダ８０１は３２ビット単位に制御情報を格納する。
制御コード８０３はパケットの種別や性質を示す情報であり、４つの情報領域に分割されている。第１の制御情報は、通信制御情報である。このビット系列が‘００１０’である場合は、可視光応答パケット１１１になる。
【０１３４】
第２の制御情報は、限定ネットワークに関する情報である。例えば、‘００１’はグループ切り替え発生であるが、本実施形態では、移動体通信などによる位置変化により中継経路が変化した場合のグループ切り替えや、ノードの設置場所の変更による通信グループの変更や階層の変更が発生した場合のグループ切り替えがある。これに伴い、経路表の変更も引き続き起こる。
【０１３５】
第３の制御情報はノードに関する情報である。経路指定のための情報交換や要求、経路表の送付、バックアップに関する要求や通知、ノードの参加／離脱、ジョブの完了／未完等の制御があり、制御パケット８２２に指定されて送受信される。制御パケット８２２のデータ８０２に報告や通知の情報が格納される。
【０１３６】
第４の制御情報はデータの種別に関する情報である。通常のデータ、モニターデータ、ストリーミングデータの他、図示していないが、映像、音声等の種別もここに区分される。
グループ情報８０４は、ノードの地域情報である。限定ネットワークは論理的なネットワークであり、その範囲はグローバルに設定できる。例えば、可視光ノード１００から構成されるローカルネットワークと遠隔地にある可視光ノードや無線通信グループが論理的に限定ネットワークを構成し、中継していく構図である。国コード８０５以下、サブ地域１（８０６）と地域を階層化することにより、効率よく実際の既存ネットワークへと橋渡しできる。
【０１３７】
ノード番号８０７はノードに与えられたユニークな番号である。分割数８０８は送信データが可視光情報パケットに分割されたパケット数である。カレント分割数８０９は分割数８０７のうち、何番目のパケットかを示す。送信元ＩＰアドレス８１０と送信元ポートＮＯ８１１は、送信側のユーザ端末のアドレスと接続ポートを示す。送信先ＩＰアドレス８１２と送信先元ポートＮＯ８１３は、宛先側のユーザ端末のアドレスと接続ポートを示す。要求元シーケンス番号８１４は送出した可視光情報パケットの連続番号であり、障害等によりネットワーク内に滞留したパケットを回復後送信先に到着させるためのパケット識別番号になる。分割番号によるバックアップより、長期間の滞留対策や、モニタリングに使用し、本通信システムの信頼性をより高めることができる。データレングス８１５はデータ８０２のデータ長である。
【０１３８】
図９は、本実施形態において、限定ネットワークに新規参入するノードがあった場合の中継変更とその信頼性を維持する方法を示したフロー図である。
９０１は、限定ネットワークを構成するＡからＦまでの可視光ノード１００がループ中継するネットワークである。
【０１３９】
図９（ａ）は未だ新規参入が発生していない場合のデータ送信状況である。９０２でノードＡはノードＤへデータを送信する。ノードＢはデータを中継し、同時にデータをバックアップする（９０３）。このバックアップデータはノードＤに対するものである。ノードＢを中継し、データはノードＤに到達する（９０４）。
【０１４０】
本実施形態では、バックアップは、対象ノードの中継リンクの直前のノードに指定されている。このルールは効率性のためには最も好ましいが、ノードの離脱や重複障害の場合には、バックアップの変更が多発し、却って効率を落とす。一方、送信ノードが自己にバックアップを蓄積する方法も本発明に含まれるが、この方式は、再送と同じで、多くのノードを中継することになり、回線効率が悪くなる、しかし、重複障害や新規／離脱が頻繁に起こるネットワークでは管理が楽になる長所がある。いずれにしても本発明においては、送信データが２重にネットワーク内に蓄積され、信頼性を高めることができる。
【０１４１】
図９（ｂ）は、ノードＣが新規参入する事例である。ノードＣは制御パケット８２２により新規参入を限定ネットワークのノードに宣言する（９１０）。この結果、そのパケットが到着したノードは受信の通知を返す（９１１）。通知パケットがノードＣに到着しない場合は交信不可となる（９１２）。ノードＣとの交信情報から経路表が更新され、この改正経路表は限定ネットワーク内の全ノードに配付される（９１３）。配布はノードＡから順次中継でもよいし、交信可能なノード同士で行ってもよい。その結果、９１４に示すように新たな経路が出来上がる。
【０１４２】
図９（ｃ）は、ノードＣが参入し後のデータ送信形態を示す。ノードＡはノードＥへデータ送信する（９２０）。ノードＢはデータを中継する（９２１）。ノードＤはデータを中継する（９２２）。
【０１４３】
なお、ノードＤは新たな中継リンクであるノードＣのバックアップノードとなるが、前の経路表ではノードＥのバックアップノードであったので、ノードＥのバックアップ対象ジョブが完了するまでバックアップデータを保持する（９２３）。ノードＣはノードＤからの送信データを中継する（９２４）。なお、ノードＣはノードＥのバックアップノードとなり、ノードＥのためのデータをバックアップする。
【０１４４】
図では、まだ、ノードＤが前のノードＥのバックアップデータを保持しているので、暫定的に第２のバックアップ蓄積を行う（９２５）。ノードＥにおいて、ノードＦの中継を行い、同時にノードＦの送信データをバックアップ蓄積する（９２６）。ノードＦはデータを受信する。なお、図示していないが、その後、ノードＦは受信完通知を行い、バックアップデータの解消がなされる。
【０１４５】
図１０は、本実施形態において、障害が発生したノードを迂回し、障害が回復した後に当該ノードを再接続する形態とその信頼性を維持する方法を示したフロー図である。
【０１４６】
１００１は、限定ネットワークを構成するＡからＩまでの可視光ノード１００がループ中継するネットワークである。
【０１４７】
図１０（ａ）は未だ障害が発生していない場合のデータ送信状況である。１００２でノードＡはノードＣへデータを送信する。ノードＢはデータを中継し、同時にデータをバックアップする（１００３）。このバックアップデータはノードＣに対するものである。ノードＢを中継し、データはノードＤに到達する（１００４）。
【０１４８】
図１０（ｂ）は、ノードＣが障害を起こす事例である。１０１２でノードＡはノードＣへデータを送信する。ノードＢはデータを中継し、同時にデータをバックアップする（１０１３）。このバックアップデータはノードＣに対するものである。しかし、ノードＣに障害が発生し、データ受信は失敗する（１０１４）。
【０１４９】
図１０（ｃ）は、ノードＣに障害が続いており、回復されていない事例である。なお、作業の終了や等の理由から、ノード自身が限定ネットワークからの離脱を宣言する場合には、図示していないが、図９で説明したように、経路表の変更処理がネットワーク内で行われる。１０２０でノードＡはノードＥへデータを送信する。１０２１でノードＢはデータを中継するため、ノードＣにデータ送信を試みるが、ノードＣは依然として障害中であり、送信できない。そこでノードＢはノードＣを迂回して、次にリンクされているノードを経路表から探す（１０２２）。その結果、ノードＤが次のリンクとなることがわかったが、ノードＢとＤ間は交信ができない。ノードＢは経路表から、Ｂに近隣し、ＢともＤとも交信可能なＡに仮想中継を依頼する（１０２３）。
【０１５０】
なお、次のリンクと仮想中継の両方の役割を担うことができるノードが無かった場合には、図示していないが、障害ノードより前のノード群でループ又は折り返し、障害ノードより先のノード群は別途ループ又は折り返しの経路を辿る方法が採用される。また、経路表を分ける作業も行われる。そして、両方のサブネットワークを交信可能なノード同士が交信し、両方のサブネットワークを接続する。このような高度な縮退処置は、可視光ルータ１０１間で交信し合い、迂回方法を見つけ出すインテリジェント機能が可視光ルータ１０１に備わっているからである。
【０１５１】
１０２４でノードＢはノードＡへ一度中継のみを依頼する制御パケット８２２を送信する。ノードＡはノードＤへ中継する作業を代行する（１０２５）。ノードＤは送信データをノードＥへ中継し、同時にデータをバックアップする（１０２６）。このバックアップデータはノードＥに対するものである。ノードＥはノードＡからデータを受信する（１０２７）。なお、ノードＢはノードＣのバックアップデータを蓄積したままであるが、次のリンクがノードＤなので、ノードＤのバックアップノードを担当することになる。ＣにはノードＤのバックアップデータが残ったままなので、ノードＢのノードＤのバックアップデータは第２のバックアップデータとなる（１０２８）。また、１０２１に述べたように、障害ノードは離脱宣言しないままの場合には、前のリンクのノード（ノードＢ）、中継及びデータ送信の度に障害ノードに送信を試行する。また、障害ノードへの送信データは、バックアップされ、蓄積が進む。このため、図示していないが、回数又は時間に制限を設け、強制的な離脱宣言を行うことになる。
【０１５２】
図１０（ｄ）は、障害が回復したときのネットワークの動きを示す事例である。ノードＥがノードＩへデータ送信する（１０３０）。しかし、ノードＧが障害を起こしているため、迂回してノードＩまでデータを送信しなければならない。そのときのノードＦの状態は図１０（ｃ）と同じである（１０３１）。ノードＦはノードＧへ送信を試みたところ、ノードＧが回復していたため、ノードＥからノードＩへのデータ送信は、ノードＧ、ノードＨと経由して受信できた（１０３３）。
【０１５３】
この回復により、図示していないが、ノードＩの受信完通知により、バックアップデータの回復処置がネットワークの関連ノードで行われる。まず、障害していたノードＧは、ノードＨのバックアップデータをノードＨに送信し、ノードＨは受信する（１０３４）。次にノードＦがノードＨの第２のバックアップデータを送信する（１０３５）。送信データはノードＧで中継され、ノードＨで受信される。引き続き、ノードＦは、ノードＧへ障害中のバックアップデータを送信し、ノードＧは受信する（１０３６）。なお、バックアップデータは、あれば送信するのであり、また、受信したノードが既に受け取っていた場合は、受信後廃棄される。
【０１５４】
以上、本実施形態では、可視光ルータ１０１をネットワークへの接続装置とした可視光ノード１００の限定ネットワークを事例として、可視光ルータ１０１とこれを利用した通信システムを説明した。しかし、本実施形態でも別途説明しているように、本発明は、移動体通信、無線通信、有線通信も混在して通信できる接続モデルを提供するものである。事例として、簡単なネットワークを図１のネットワーク１２０ａに示してある。
【０１５５】
このように、本発明は、ローカルな地域や建物にのみ適用されるものではない。例えば、販売会社において、東京の本社ビルに可視光ローカルネットワークを敷設し、地方の都市にある支社ビルにやはり可視光ローカルネットワークを敷設する。営業マンが移動体通信機器で社内との交信を図る。提携先の運送会社とは専用線で結ぶ。このような関係組織に対して、本発明である可視光ルータ１０１で結ばれた通信システムでネットワークを構築すると、当該販売会社のイントラネット版を実現できる。これが、本発明の限定ネットワークに相当する。
【０１５６】
なお、本実施形態では、限定ネットワーク内の全ノードをループ又は折り返しで中継・巡回させていたが、専らローカルなノード内を巡回する場合が圧倒的に多い場合や、接続ノードが大量にあるケースがある。この場合は、ローカルエリア毎にサブネットワークで括り、サブネットワークの遠隔通信ノードに指定された代表ノードが、上の階層の代表ノード間のループネットワークを形成するケースや、又は拠点間中継を行うなどして、ネットワークの階層化を図ることができる。サブネットワーク及び階層ネットワークも、本発明であることは言うまでもない。
【０１５７】
無線用ルータのポートに接続された端末機が可視光通信機器を備えていないが、本発明を適用した通信システムに参加する場合は、当該無線用ルータは既存のプロトコルで物理的な通信を行い、可視光通信プロトコルにより論理的なやり取りを行うことになる。このように本発明である可視光通信プロトコルを利用した接続モデルとなるルータを始めとするや通信機器は、本発明に含まれる。
【０１５８】
移動通信携帯端末や携帯電話が利用する今後の新たなデータ通信方式及び通信プロトコルに対しても、本発明の共通プロトコルとルータ機能を適用すれば、限定ネットワークにくみこむことが可能である。また、通信し合う者双方が、移動通信携帯端末又は携帯電話へ、本発明の共通プロトコルとルータ機能を適用することを条件に、一般に公開されたネットワークであっても通話が可能になる。
【０１５９】
本発明が適用する変調方式には、ＱＡＭ、ＯＦＤＭを含んでいる。また、今後出現する変調方式にも適用していくことは言うまでもない。  本発明は、割り当てが決められたバンド帯域を遵守した限定ネットワークを提供するが、本発明が採用する変調方式及びルータ機能を適用すれば、一般の公開ネットワークにおいてもバンド帯域の適切な利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本実施形態における可視光通信ネットワークの適用例を示す外観図である
【図２】本実施形態における可視光ルータの機能ブロック図である。
【図３】本実施形態における可視光情報パケットの授受について、可視光通信プロトコルの基本手順を示したフロー図である。
【図４】本実施形態における初期稼動時に、経路構成を確定する処理フローである。
【図５】本実施形態における初期稼動時に、ループ形態の経路構成を確定する関連図である。
【図６】本実施形態における初期稼動時に、折り返し形態の経路構成を確定する関連図である。
【図７】本実施形態における初期稼動時に、中継ノードを設定できない形態の場合に、仮想中継ノードに迂回する方法を説明する図である。
【図８】本実施形態における可視光通信プロトコル手順の情報交換単位である可視光情報パケットの構造図である。
【図９】本実施形態において、限定ネットワークに新規参入するノードがあった場合の中継変更とその信頼性を維持する方法を示したフロー図である。
【図１０】本実施形態において、障害が発生したノードを迂回し、障害が回復した後に当該ノードを再接続する形態とその信頼性を維持する方法を示したフロー図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１００    可視光ノード
１０１    可視光ルータ
１０２    端末機
１０３    発光装置
１０４    受光装置
１０５    無線通信インターフェイス
１０６    無線ルータ
１０７    移動体端末
１１０    可視光情報パケット
１１１    可視光応答パケット
１２０    可視光通信限定ネットワーク
１２１    広域ネットワーク
８２０    通信パケット
８２１    データパケット
８２２    制御パケット
【図１】
2010028323.tif 000003
【図２】
2010028323.tif 000004
【図３】
2010028323.tif 000005
【図４】
2010028323.tif 000006
【図５】
2010028323.tif 000007
【図６】
2010028323.tif 000008
【図７】
2010028323.tif 000009
【図８】
2010028323.tif 000010
【図９】
2010028323.tif 000011
【図１０】
2010028323.tif 000012