(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多重通信方式によるメッシュネットワークの一部であるサブネットワークを構成し、タイムスロットを予約して形成された他の通信装置への複数の通信経路の中から、適切な通信経路を選択して通信する通信装置であって、
前記予約された通信経路上の無線通信中継装置から通信経路選択に用いる情報を取得する情報取得手段と、
前記通信経路選択に用いる情報を用いて、前記予約された通信経路から適切な通信経路を選択する経路選択手段とを有し、
前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線通信中継装置に割り当てられたタイムスロット情報が含まれ、
前記経路選択手段は、前記タイムスロット情報に基づき、遅延の少ない通信経路を選択する
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記通信経路選択に用いる情報には、前記サブネットワークの転送レートが含まれ、
前記経路選択手段は、前記タイムスロット情報及び前記転送レートに基づいて遅延の少ない通信経路を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線中継装置のパケット送信処理時間及びパケット受信処理時間が含まれ、
前記経路選択手段は、前記タイムスロット情報、前記パケット送信処理時間及びパケット受信処理時間に基づいて遅延の少ない通信経路を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信装置はビーコン信号を送出する無線装置であって、
前記情報取得手段が取得した前記通信経路選択に用いる情報に対し、当該通信装置に保存されている通信経路選択に用いる情報を追加し、追加された前記情報を、ビーコン信号に設定して他の通信装置へ伝達する情報伝達手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信経路選択に用いる情報には、メッシュネットワーク内の無線通信装置のＭＡＣアドレス又はデバイスＩＤが含まれる
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線中継装置のＭＡＣケイパビリティ情報又はＰＨＹケイパビリティ情報が含まれる
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の通信装置。
【請求項７】
時分割多重通信方式によるメッシュネットワークの一部であるサブネットワークを構成し、タイムスロットを予約して形成された他の通信装置への複数の通信経路の中から、適切な通信経路を選択して通信する通信方法であって、
前記予約された通信経路上の無線通信中継装置から通信経路選択に用いる情報を取得する情報取得ステップと、
前記通信経路選択に用いる情報を用いて、前記予約された通信経路から適切な通信経路を選択する経路選択ステップとを有し、
前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線通信中継装置に割り当てられたタイムスロット情報が含まれ、
前記経路選択ステップは、前記タイムスロット情報に基づき、遅延の少ない通信経路を選択する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項８】
前記通信経路選択に用いる情報には、前記サブネットワークの転送レートが含まれ、
前記経路選択ステップは、前記タイムスロット情報及び前記転送レートに基づいて遅延の少ない通信経路を選択する
ことを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
【請求項９】
前記通信方法はビーコン信号を送出する無線装置に係る方法であって、
前記情報取得ステップが取得した前記通信経路選択に用いる情報に対し、通信装置に保存されている通信経路選択に用いる情報を追加し、追加された前記情報を、ビーコン信号に設定して他の通信装置へ伝達する情報伝達ステップを有する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の通信方法。
【請求項１０】
コンピュータに請求項７乃至９何れか一項に記載の通信方法を実行させるための通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信方法及び通信プログラムに関する。特に、時分割多重通信方式によるメッシュネットワークにおいて、使用可能なタイムスロットの情報を含む、通信経路選択に用いる情報、すなわちメトリック情報を取得し、通信の特性に合わせて適切な経路を選択する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線通信端末同士が直接通信を行い、ネットワークを形成するアドホック通信が盛んに研究されている。特に、無線通信端末同士においては、自身の無線信号が届く通信範囲内に存在する他の無線通信端末を中継ノードして経由することで、自身が所属する無線通信エリアより外の無線通信端末と通信できる無線アドホックメッシュネットワークがある。
【０００３】
無線アドホックメッシュネットワークにおいて、各無線通信端末は、通信の宛先となる無線通信端末までのルーティングを行う必要がある。このルーティング機能により、直接無線通信の届かない通信端末に対して、他の無線通信端末を経由して目的の無線通信端末と通信することが可能になる。
【０００４】
この通信経路を自立分散的に制御するルーティングプロトコルとしては、通信開始時にブロードキャスト方式により経路を探索するリアクティブ型プロトコルであるＤＳＲ（Dynamic Source Routing）及びＡＯＤＶ（Ad-hoc On-Demand Distance Vector）や、ビーコン信号を使用して定期的に他の無線通信端末と経路情報を含むメッセージを交換し、動的に最適経路を更新するプロアクティブ型プロトコルＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing Protocol）及びＴＯＲＡ（Temporally-Ordered Routing Algorithm）がある。
【０００５】
また、多くのメッシュネットワークでは、ＭＡＣ（Media Access Control）レイヤープロトコルとして、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）プロトコルが使用されている。ＴＤＭＡを使用してメッシュネットワークを構築する場合、送信元無線通信端末から宛先無線通信端末までのパケット配信に要する待機時間が問題になる。
【０００６】
ＴＤＭＡプロトコルは、時間軸上に分割されたタイムスロットを各無線通信端末に割り当て、その割り当てられたタイムスロットの時間内で通信を行う方式である。パケットを中継する無線通信端末は、送信権を持つタイムスロットを予め割り当てられ、パケットの中継に必要なタイムスロットを選択して通信を行うために、待機時間が発生する。この問題を解決するために、動的に中継に必要なタイムスロットを変更して待機時間を短くする方法などが考案されている。
【０００７】
しかし、パケットの中継を行う無線通信端末が使用するタイムスロットを動的に変更する方法では、制御が複雑になる。
【０００８】
また、ＴＤＭＡプロトコルを使用する場合、従来のマルチホップ無線ネットワークでは、各無線通信端末は予め割り当てられたタイムスロットの中から中継に必要なタイムスロットを選択する。すなわち、最終の宛先の通信端末までに中継する、複数のネットワークで使用するタイムスロット情報を考慮しないで経路を決定する。よって、パケットの中継による待機時間が最短となる経路を選択していない可能性がある。
【０００９】
以上より、中継を行う無線通信端末はタイムスロットを動的に変更することなく、パケットの中継による待機時間が最短な経路を選択できることが望ましい。  
これに対し、特許文献１には、パケットの中継を行う無線通信端末での待機時間を短くする目的で、ＴＤＭＡ通信方式とは異なる競合チャネルアクセス方式を使用する方法が開示されている。そのアクセス方式においては、パケットの通信に使用するタイムスロットが、ホップ先のネットワークで使用されていないかを確認し、使用されていない場合は、そのタイムスロットを使用して通信を行う。
【００１０】
一方、特許文献２には、中継無線通信端末での待機時間を短くする目的で、パケットの中継に使用するタイムスロットを動的に変更する方法が開示されている。
【００１１】
さらに、特許文献３には、ノード間のリンク成功確率、ネットワークの平均媒体アクセス時間及び対応する再伝送時間に基づいて、それぞれのリンクについてのリンク・メトリック値を計算し、リンクコストを生成して、効率的なルーティングを行う方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１においては、ＴＤＭＡプロトコル以外に競合チャネルアクセス方式のプロトコルを実装する必要があり、制御が複雑になる。また、そのプロトコルを処理するための実行コストが大きくなる。さらに、中継無線通信端末が故障などでネットワークに参加しなくなった場合、再度、タイムスロットの新規予約が必要になる。
【００１３】
特許文献２においては、パケットの中継を行う通信端末が、動的にタイムスロットを変更することは、制御が複雑になる。
【００１４】
特許文献３においては、ノード間において最初の通信を開始する際に効率の良い経路を選択することができない。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、時分割多重通信方式によるメッシュネットワークにおいて、使用可能なタイムスロットの情報を含むメトリック情報を取得し、通信コストを計算して適切な経路を選択する通信装置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】
【００１６】
上述した課題を解決し目的を達成するため、本発明にかかる通信装置は、  時分割多重通信方式によるメッシュネットワークの一部であるサブネットワークを構成し、タイムスロットを予約して形成された他の通信装置への複数の通信経路の中から、適切な通信経路を選択して通信する通信装置であって、前記予約された通信経路上の無線通信中継装置から通信経路選択に用いる情報を取得する情報取得手段と、前記通信経路選択に用いる情報を用いて、前記予約された通信経路から適切な通信経路を選択する経路選択手段とを有し、前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線通信中継装置に割り当てられたタイムスロット情報が含まれ、前記経路選択手段は、前記タイムスロット情報に基づき、遅延の少ない通信経路を選択することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる通信方法は、時分割多重通信方式によるメッシュネットワークの一部であるサブネットワークを構成し、タイムスロットを予約して形成された他の通信装置への複数の通信経路の中から、適切な通信経路を選択して通信する通信方法であって、
前記予約された通信経路上の無線通信中継装置から通信経路選択に用いる情報を取得する情報取得ステップと、前記通信経路選択に用いる情報を用いて、前記予約された通信経路から適切な通信経路を選択する経路選択ステップとを有し、前記通信経路選択に用いる情報には、前記無線通信中継装置に割り当てられたタイムスロット情報が含まれ、前記経路選択ステップは、前記タイムスロット情報に基づき、遅延の少ない通信経路を選択することを特徴とする。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明は、本発明の通信方法をコンピュータに実行させるための通信プログラムとして構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、時分割多重通信方式によるメッシュネットワークにおいて、使用可能なタイムスロットの情報を含むメトリック情報を取得し、通信の特性に合わせて適切な経路を選択して通信できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】無線メッシュネットワークの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る通信装置の機能構成のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る通信装置のハードウェア構成のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＴＤＭＡ通信方式でのタイムスロット予約を表す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る通信装置のメトリック情報の伝達のための動作の例を表すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るコストテーブルの例を表す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るメッシュネットワークにおけるメトリック情報の伝達の様子を表す図である。
【図８】通信の特性を示すために用いられるＴＳＰＥＣ（Traffic Specification）値のリストである。
【図９】本発明の一実施形態に係るデュアルトークンバケットモデルを表す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るデュアルトークンバケットモデルの転送レートの特性を表すグラフである。
【図１１】ＴＳＰＥＣ値に従った最小サービスレートの特性を表すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る通信装置のフレーム送信処理の例を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る無線メッシュネットワーク１の構成図である。無線メッシュネットワーク１は、複数のサブネットワーク２及び複数の通信装置３を有する。
【００２３】
本発明の実施形態における無線メッシュネットワーク１は、無線ＬＡＮ等によって形成された複数のサブネットワーク２から構成される。そして、複数のサブネットワーク２に所属する通信装置１０がパケットの中継を行うことで、隣接する異なるサブネットワーク２間における通信が可能となる。なお、サブネットワーク２は、個々の端末同士が直接通信を行うアドホック・モードによって形成される。
【００２４】
本実施形態においては、まず端末が各サブネットワーク内のタイムスロットを使用するために予約を行い、予約によって形成された複数の経路の中から、最適なものを選択し、通信を行う。ここで、本実施形態の説明においては、特に、メッシュネットワーク内において最適な経路を選択し、通信を開始する処理について重点的に説明する。一方、タイムスロット予約の方式については特に限定しない。
【００２５】
図２は本発明の一実施形態に係る通信装置の機能構成のブロック図である。本実施形態に係る通信装置１０は、受信部２０、通信処理部３０及び送信部４０を有する。
【００２６】
本実施形態に係る通信装置１０の機能は、中継装置としてメトリック情報と通信情報を中継する機能と、通信装置として他の通信装置との間で、通信情報を送受信する機能との二つに大別される。以下では、図２について、それぞれの機能ごとに説明する。
【００２７】
まず、通信装置１０が中継装置としてメトリック情報を中継する機能について説明する。
【００２８】
受信部２０は、他の通信装置から発せられたメトリック情報を含むビーコン信号を受信し、復調する。復調されたデータは通信処理部３０へと渡される。
【００２９】
また、受信部２０は、他の通信装置から送信されたメトリック情報を受信する。受信部２０が受信したメトリック情報は、復調され通信処理部３０へと渡される。
【００３０】
通信処理部３０は、情報取得手段３１、コストテーブル３２、情報伝達手段３３及び経路選択手段３４を有する。
【００３１】
情報取得手段３１は、受信部２０から渡された信号に含まれるメトリック情報を抽出する。そして、メトリック情報をコストテーブル３２に格納する。また、メトリック情報から通信コストを算出し、その情報についてもコストテーブル３２に格納する。本実施形態においてコストテーブルは２種類設けており、詳細については後述する。
【００３２】
コストテーブル３２は、無線メッシュネットワーク１内の他のサブネットワーク２又は通信装置に関するメトリック情報と、その情報に基づき算出した経路ごとの通信コストを格納する。コストテーブル３２の内容の詳細については後述する。
【００３３】
情報伝達手段３３は、当該通信装置が保有するメトリック情報を他の通信装置へ伝達するため、コストテーブル３２に格納されている情報に基づき、メトリック情報を含むデータを生成し、送信部４０に渡す。
【００３４】
また、通信処理部３０は、メトリック情報の中継と併せて、他の通信装置から受信した通信情報を通信装置へと送信するため、送信部４０に渡す。
【００３５】
送信部４０は、情報伝達手段３３から渡されたメトリック情報及び通信情報を変調し、ビーコン信号として他の通信装置へと送信する。当該ビーコン信号を受け取った他の通信装置は、さらに同様の処理を繰り返し、さらに他の通信端末へと送信する。
【００３６】
また、送信部４０は、通信処理部３０から渡されたメトリック情報と中継用通信情報を変調する。そして、当該通信装置１０に割り当てられたタイムスロットを使用してデータを送信する。
【００３７】
以上の構成により、ビーコン信号を利用して、無線メッシュネットワーク１内のサブネットワーク２のメトリック情報を、無線メッシュネットワーク１内の全ての通信端末に行き渡らせることができる。
【００３８】
なお、中継用通信情報は、中継装置となる当該通信装置の通信処理部３０で処理されることなく、単にバイパスされてもよい。
【００３９】
次に、通信装置１０が通信端末として通信する機能について説明する。
【００４０】
図示しない通信装置１０上の通信アプリケーションにより、メッシュネットワーク内の他の通信装置に対する通信開始要求が発生したとき、通信処理部３０によって、送信されるデータが準備される。
【００４１】
経路選択手段３４は、コストテーブル３２に格納されている通信コストを参照し、宛先となる他の通信装置に対する適切な経路を選択する。このとき、通信アプリケーションの特性に応じて経路を選択する。通信アプリケーションの特性とは、例えば、一定の転送レートを必要とする（ビデオ会議）又はサービスインターバル（遅延時間）が短い（リアルタイム通信向け）がある。
【００４２】
経路が選択されると、通信処理部３０は、経路上の最初の通信装置（隣接するサブネットワークの中継装置）のアドレス宛の送信フレームを生成し、送信部４０へと渡す。
【００４３】
送信部４０は、通信処理部３０から渡されたデータを変調する。そして、当該通信装置１０に割り当てられたタイムスロットを使用してデータを送信する。これによって、通信が行われる。
【００４４】
以上の構成により、無線メッシュネットワーク１内で伝播したメトリック情報を用いて算出した通信コストに基づき、通信アプリケーションの特性に応じた適切な経路を選択することができる。
【００４５】
なお、通信を開始した通信装置１０が選択した通信経路に沿って通信を行うため、経路情報がＭＡＣフレームの予め定義された領域に格納されても良い。あるいは、より上位のレイヤのフレーム内で定義された領域を使用しても良い。
【００４６】
図３は、本実施形態に係る通信装置のハードウェア構成のブロック図である。通信装置１０は、ＰＨＹ（信号処理部）１０１、ＭＡＣ受信部１０２、ＭＡＣ送信部１０３、メトリック演算部１０４、コストテーブル１０５、ＣＰＵ１０６、ＲＡＭ１０７、ＤＭＡＣ１０８及びバス１０９を有する。
【００４７】
ＰＨＹ（信号処理部）１０１は、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層の機能を実現する。ＰＨＹ１１で受信された信号は、復調処理がなされ、ＭＡＣ受信部１０２に渡される。本実施形態における、無線メッシュネットワーク１内で使用可能なタイムスロットの情報を含むメトリック情報は、サブネットワーク２内の他の通信装置が発するビーコン信号に含まれる。メトリック情報とは、宛先までの最適な経路を決定するための指標となる情報のことをいい、一般的には経由するネットワーク機器の数を示すホップ数や遅延時間等が用いられる。本実施形態において用いるメトリック情報と、それを格納するためのビーコン信号の詳細については後述する。
【００４８】
ＭＡＣ受信部１０２及びＭＡＣ送信部１０３は、ＭＡＣ副層の機能を実現する。
【００４９】
ＭＡＣ受信部１０２は、ＰＨＹ１１から渡されたデータにメトリック情報が含まれる場合、メトリック演算部１０４にデータを渡す。メトリック演算部１０４は、取得したデータから各ネットワークへの通信コストを算出し、コストテーブル１０５に格納する。本実施形態においては、通信コストとして、タイムスロット情報に基づく遅延時間、最低転送レート、パケット送信成功率を使用する例を示す。コストテーブルの内容の詳細については後述する。
【００５０】
ＭＡＣ送信部１０３は、メトリック演算部１０４がコストテーブル１０５を参照して選択した経路に基づき、指定されたアドレスへパケットを送信する。
【００５１】
ＣＰＵ１０６は、ＲＡＭ１０７にロードされたプログラムを実行する演算装置である。またＲＡＭ１０７は、演算の際のワークエリアとしても用いられる。ＤＭＡＣ１０８は、ＭＡＣとＲＡＭとの間のＤＭＡ（Direct Memory Access）転送を制御する。バス１０９は、各部を接続する。
【００５２】
（ビーコン信号の詳細）
図４は、ＴＤＭＡ通信方式でのタイムスロットを表す図である。無線チャネルは、時間軸上にタイムスロット（MAS:Media Access Slot）と呼ばれる周期で分割されている。１つのタイムスロットは２５６μ（マイクロ）秒である。タイムスロットは、制御用タイムスロットと通信用タイムスロットに分割されている。通信用タイムスロットを用いて、サブネットワーク２に所属する通信装置がそれぞれ予約し、予約成立したタイムスロット内でデータ通信を行う。
【００５３】
２５６個のＭＡＳは１つのスーパーフレームを構成している。スーパーフレームの先頭から数個のタイムスロットはビーコンスロット（制御用タイムスロット）と呼ばれる。ビーコンスロットの時間帯においては、ビーコンのみを送受信し、ネットワークの同期処理等が行われる。具体的な通信方式及びビーコンスロットに格納されるデータの形式は、ＷｉＭｅｄｉａ（登録商標）Ａｌｌｉａｎｃｅが定めるＷｉＭｅｄｉａ−ＭＡＣや、ＥＣＭＡ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌで提唱されているＥＣＭＡにおいて規定されている。
【００５４】
本実施形態に係る通信装置は、ビーコン信号中に、使用可能な通信用タイムスロット情報を含むメトリック情報を設定して送信する。具体的には、後述するコストテーブル３２に記載される項目の一部又は全部を、ビーコン信号を構成するＭＡＣフレームの一部に格納して送信する。
【００５５】
そして、そのメトリック情報が設定されたビーコン信号を受信した他の通信装置は、抽出したメトリック情報をコストテーブルに格納する。そして、自ら保持するメトリック情報と合わせてメトリック情報とし、ビーコン信号に含めてさらに他の通信装置へと送信する。これをメッシュネットワーク内の通信端末で繰り返すことにより、メッシュネットワーク内の各サブネットワークのメトリック情報が伝播する。具体的なメトリック情報の伝播の例は後述する。
【００５６】
（メトリック情報の伝達フロー）
図５は、本発明の一実施形態に係る通信装置のメトリック情報の伝達のための動作の例を表すフローチャートである。
【００５７】
受信部２０は、ステップＳ１１において、他の通信装置から発せられたメトリック情報を含むビーコン信号を受信し、復調する。この復調されたビーコン信号に含まれるフレームは、通信処理部３０の情報取得手段３１に渡される。
【００５８】
次に、情報取得手段３１は、ステップＳ１２において、復調された信号に含まれるフレームからメトリック情報を抽出する。他の通信装置から受け取るメトリック情報とは、例えば図６（Ａ）に示されるコストテーブル３２の項目のような情報がある。各項目については後述する。
【００５９】
次に、情報取得手段３１は、ステップＳ１３において、抽出されたメトリック情報に基づいて、当該通信装置から各ネットワークの経路ごとの通信コストを算出する。通信コストとは、例えば図６（Ｂ）に示されるコストテーブル３２の項目のような情報がある。通信コストの算出方法については後述する。
【００６０】
次に、情報取得手段３２は、ステップＳ１４において、他の通信装置から受け取ったメトリック情報を図６（Ａ）に示される第一のコストテーブル３２に格納する。また、ステップＳ１３において算出された通信コストを、図６（Ｂ）に示される第二のコストテーブル３２に格納する。
【００６１】
次に、情報伝達手段３３は、ステップＳ１５において、当該通信装置が保持する第一のコストテーブル３２に基づいて、メトリック情報を含むデータを生成する。生成されたデータは、例えば、図６に記載の第一のコストテーブルに含まれる項目を、予め決められた構造体に格納してもよい。そして、データをビーコン信号に載せて送信するため、フレームに格納して送信部４０へと渡す。送信部４０は、そのフレームを変調し、ビーコン信号を使って他の通信装置へと送信する。
【００６２】
以上を繰り返すことにより、メッシュネットワーク内においてビーコン信号を介してメトリック情報が伝播する。メトリック情報の伝播の様子を、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す。
【００６３】
なお、本実施形態においては、ビーコン信号に設定して送信するメトリック情報として、図６（Ａ）における第一のコストテーブルの項目としている。しかしながら、図６（Ｂ）における第二のコストテーブルの項目を含んでも良いし、さらに他のメトリック情報を含んでも良い。
【００６４】
ビーコン信号に格納すべきメトリック情報は、メッシュネットワークの規模によって項目数が増加する。よって、ＭＡＣフレームに格納するためのメトリック情報は、可変長のものとして扱えるよう定義してもよい。また、タイムスロットのサイズは有限であるため、一つのビーコンスロットに収まりきらない場合、複数のビーコンスロットを使用するよう定義しても良い。
【００６５】
（メトリック情報が伝播する例）
図７（Ａ）は、本実施形態における無線メッシュネットワーク１において、各通信装置が保持するコストテーブルの初期状態を示している。
【００６６】
図７（Ａ）に示された装置１〜７のうち、装置２〜６はそれぞれが２つのサブネットワークに属する中継装置であり、それぞれのサブネットワークのメトリック情報をコストテーブルに保持している。例えば、装置２は、サブネットワークＡとＢに属することから、その二つのネットワークに関するメトリック情報をコストテーブルに格納している。
【００６７】
図７（Ｂ）は、本実施形態の例にしたがって、メトリック情報を伝播させた結果の途中経過を表している。図５に示した手順により、他の通信装置から受け取ったメトリック情報が新たにコストテーブルに加えられている。例えば、装置２は、当初有していたネットワークＡ及びＢのメトリック情報に加えて、隣接する装置３及び４が送信したネットワークＣ及びＤのメトリック情報を受信し、その情報をコストテーブルに格納している。一方で、装置２は、自ら有していたネットワークＡ及びＢのメトリック情報を装置３及び４に送信している。これにより、装置３は、隣接しないネットワークＢのメトリック情報を、装置４は、隣接しないネットワークＡのメトリック情報を取得できる。
【００６８】
このように、受け取ったメトリック情報を自らのコストテーブルに格納し、自ら保持するメトリック情報と合わせて、他の通信装置へ送信する処理を繰り返すことにより、最終的にメッシュネットワーク内でメトリック情報が伝播する。例えば図６は、最終的に装置１が保有するコストテーブルの例である。ネットワークＡ〜Ｄのメトリック情報のほか、装置７の属するネットワークＥに到達するための二つの経路に関するメトリック情報Ｅ１及びＥ２が格納されている。このように、メトリック情報は、同一サブネットワーク内の異なるパスについても格納されてもよい。
【００６９】
以上より、各通信装置は、メッシュネットワーク内のサブネットワークに対する複数の通信経路について、通信コストを予め算出しておくことができる。そして、各通信装置は、この情報を用いて適切な経路選択を行うことができる。
【００７０】
（コストテーブルの詳細）
図６は、本発明の一実施形態に係る２つのコストテーブルの例を表す図である。このコストテーブルは、図７で示した無線メッシュネットワーク１の例に基づいて作成されている。
【００７１】
図６（Ａ）に示された第一のコストテーブル３２には、他の通信装置から受信したメトリック情報に基づくネットワークに関するコストの情報を格納している。このコストテーブル３２は、ネットワーク名、使用可能なタイムスロット、処理遅延時間、ホップ先ネットワーク、転送レート、送信成功確率及びＢｌｏｃｋ  ＡＣＫのサポートの項目を有する。
【００７２】
ネットワーク名とは、無線メッシュネットワーク１を構成するサブネットワークの名前を示す。ここでは、理解を容易にするため、ネットワークに「ネットワークＡ」、「ネットワークＢ」のような文字列で名前を付することとする。
【００７３】
使用可能なタイムスロットとは、当該ネットワークにおいてパケットを中継する通信装置において、使用可能なタイムスロットの番号を表している。タイムスロットの番号は、スーパーフレームを構成するタイムスロットのうち、データ転送に使うことのできるものについて、先頭から順に自然数を割り振ったものである。すなわち、タイムスロット番号が若いほど、同一のスーパーフレーム内において早く処理がなされる。
【００７４】
処理遅延時間とは、当該ネットワークにおいてパケットを中継する通信装置がパケットを受信してから送信するまでの処理遅延時間を表す。処理遅延時間は、細かくは、中継端末がパケットの受信処理にかかる時間、パケットに対して処理を行う時間、パケットの送信処理にかかる時間に分けられる。本実施形態においては、これらを処理遅延時間としてまとめて扱う。
【００７５】
ホップ先ネットワークとは、当該ネットワークにおいてパケットを中継する通信装置からホップすることのできる他のサブネットワークを表す。
【００７６】
転送レートとは、当該ネットワークにおいてパケットを中継する通信装置におけるデータの転送レートを表す。通信装置の有するネットワークデバイスの特性に依存する値であり、参照モデルにおける物理層におけるケイパビリティ情報（ＰＨＹケイパビリティ）として提供され得る。
【００７７】
パケット送信成功率とは、当該ネットワークにおいてパケットを正常に送信することのできる確率を表す。
【００７８】
Ｂｌｏｃｋ  ＡＣＫのサポートとは、そのネットワークにおいてＢｌｏｃｋ  ＡＣＫがサポートされているかどうかを表す。Ｂｌｏｃｋ  ＡＣＫとは、フレーム単位の転送が完了するこどに送信されるＡＣＫによって通信の帯域が逼迫されることを防止するため、ＡＣＫをブロック単位で送信する仕組みである。Ｂｌｏｃｋ  ＡＣＫを使用することで、帯域を有効に使って通信することができる。
【００７９】
図６（Ｂ）に示された第二のコストテーブル３２は、図６（Ａ）に格納された情報から算出された、各サブネットワークまでの経路ごとの通信コストを格納する。このコストテーブル３２は、経路名、経路、遅延時間、転送レート及び送信成功率の項目を有する。
【００８０】
経路名とは、経路に付された名前である。ここでは、宛先となる通信装置が属するサブネットワーク名に基づいて定めている。なお、一つのサブネットワークに対して複数経路が存在しうるため、「Ｅ１」及び「Ｅ２」のように表現している。
【００８１】
経路とは、上記宛先となるサブネットワークに到達するまでに経由することになるサブネットワークの名前を、順に記したものである。この経路情報は、メッシュネットワーク内で伝達されるメトリック情報内に含まれる、ホップ先ネットワークを辿る事で求めることができる。
【００８２】
遅延時間とは、通信装置がフレーム送信処理を開始してから、そのフレームが相手に届くまでの遅延時間を表す。この遅延時間には、使用可能なタイムスロットの状況及び中継端末の処理時間が含まれる。具体的な算出方法については後述する。
【００８３】
転送レートとは、経由するサブネットワークの転送レートのうち、ボトルネックとなり得る最低の転送レートを表す。例えば、経路名Ｅ１について、ネットワークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｅ１のうち最低の転送レートは、図６（Ａ）よりネットワークＥ１の８０である。よって、ここには８０が記載されている。一定の転送レート以上で通信を行う必要があるトラフィックについて、このデータをもとに経路を選択する。
【００８４】
送信成功率とは、目的のネットワークまでパケットを正しく送信できる確率を示す。例えば、経路名Ｅ１について、ネットワークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｅ１のパケット送信成功率は図６（Ａ）に示されている。これらの送信成功率を乗じた値がここに記載されている。パケット送信成功率が低いと、その分、無駄に送出されるパケットにより帯域を消費することになる。
【００８５】
ここで、メッシュネットワークの規模が大きくなるにつれ経路の数が増加する。そのため、一定の条件を満たさない経路は選択対象から除外する処理が必要となる。例えば、宛先の通信装置までのホップ数に対し、予め設定された割合以上のホップ数となる経路は除外してもよい。また、遅延時間が予め設定された時間以上となる経路を除外してもよい。また、パケット送信成功率が予め設定された値より低い経路について除外してもよい。さらには、Ｂｌｏｃｋ  ＡＣＫをサポートしない経路については除外してもよい。
【００８６】
なお、図６で示した項目以外にも、コストテーブルに保管する項目があってもよい。例えば、無線メッシュネットワーク１の規模が巨大でないとき、無線メッシュネットワーク１内の全ての通信装置のＭＡＣアドレス又はデバイスＩＤについてのメトリック情報を保持しても良い。また、あわせて、処理遅延時間について、パケット送信処理時間とパケット受信処理時間とに分けて保持しても良い。さらに、ＭＡＣケイパビリティ情報として、フレームの多重化が可能であるか否かを記載しても良い。さらに、ＰＨＹケイパビリティ情報として、通信装置の帯域幅の情報を記載しても良い。さらに、通信装置におけるパケットをバッファするためのＦＩＦＯのサイズを記載しても良い。
【００８７】
メトリック情報が多くなればなるほど経路選択の制御は複雑になるが、より詳細で適切な経路制御を行うことが可能になる。例えば、通信装置のＭＡＣアドレス又はデバイスＩＤの情報があれば、ネットワーク内に存在する全デバイスのリストを作成することができ、個々の端末までの詳細な遅延時間を計算できる。また、例えば、パケット送信処理時間及びパケット受信処理時間を保持しておくことで、パケットの送信元又は宛先となる受信先でのこれらの時間を加味し、遅延時間を計算できる。また、例えば、ＭＡＣケイパビリティ情報としてフレームの多重化の可否が示されていれば、より効率的なデータ転送が可能になる。また、例えば、ＰＨＹケイパビリティ情報として帯域幅の情報が記載されていれば、大きな帯域幅をもつ経路を選択することが可能になる。また、例えばＦＩＦＯのサイズが記載されていれば、バッファが溢れてパケットが破棄される可能性の低い経路を選択することができる。
【００８８】
なお、本実施形態におけるコストテーブル３２においては、メトリック情報そのものを格納する図６（Ａ）のテーブルと、メトリック情報から算出された通信コストを格納する図６（Ｂ）に示されるテーブルの二種類を設けている。しかしながら、本発明において、これらの格納方式を限定するものではない。例えば、全ての情報を１つのテーブルにおいて管理することも、任意の項目についてさらに別のテーブルに分離して管理することもできる。
【００８９】
以上のように、メッシュネットワーク内の通信装置間でメトリック情報を共有し、コストテーブル３２を用いて通信コストを算出し格納しておくことで、目的の通信装置との通信を行うとき、通信アプリケーションの特性に応じた適切な経路選択を行うことができる。
【００９０】
（経路ごとの遅延時間の計算方法）
本実施形態における通信装置は、サブネットワーク間で通信を中継する通信装置がフレームを送信できるようになるまでのタイムスロットに起因する遅延時間と、中継する通信装置の処理遅延時間を考慮し、経路を決定する。以下に、その手順を説明する。
【００９１】
ここで、パケットの送信元通信装置で、図８に示されるＴＳＰＥＣ（Traffic Specification）値を使用する。このＴＳＰＥＣ値は通信の特性を示す値であり、Ｍｅａｎ  Ｄａｔａ  Ｒａｔｅ（ｒ）、Ｐｅａｋ  Ｄａｔａ  Ｒａｔｅ（ｐ），Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｂｕｒｓｔ  Ｓｉｚｅ（ｂ）、Ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｒａｔｅ（Ｒ）、Ｓｌａｃｋ  Ｔｅｒｍ（Ｓ）の項目を有する。これらの値は、通信の特性によって定められ、通信先と通信を行うためのネゴシエーションに用いられるものである。
【００９２】
Ｍｅａｎ  Ｄａｔａ  Ｒａｔｅとは、通信トラフィックの平均データレートを表す。
【００９３】
Ｐｅａｋ  Ｄａｔａ  Ｒａｔｅとは、通信トラフィックの最大データレートを表す。
【００９４】
Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｂｕｒｓｔ  Ｓｉｚｅとは、通信トラフィックの最大バーストサイズを表す。
【００９５】
Ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｒａｔｅとは、要求サービスレートを表す。
【００９６】
Ｓｌａｃｋ  Ｔｅｒｍとは、最大許容遅延時間と、要求サービスレートから求められるバッファから取り出す処理遅延時間の時間差を表す。
【００９７】
このＴＳＰＥＣ値と図９に示すデュアルトークンバケットモデルを使用することで、無線通信チャネルの転送レートとサービスインターバルを求めることができる。これにより、通信するトラフィックに応じて、宛先の通信装置までの転送レートが一番大きい経路を選択することできる。また、宛先の通信装置までのサービスインターバルが最小の経路を選択することが可能である。
【００９８】
図９に示すデュアルトークンバケットモデルについて説明する。転送されるパケットの量を処理する２つのバケットに溜まっているトークンサイズが入力データサイズ以上の場合、そのバケットを通過してパケットが出力される。トークンバケットモデルは、パケットの流入を監視し、転送レートの計測や制御を行うために用いられる。
【００９９】
１つめのバケットには最大転送レートｐでバケットにトークンが入るが、そのバケットにトークンが溜まることはない。すなわち、出力レート（転送レート）は最大転送レートを超えることはない。
【０１００】
２つめのバケットでは初期状態で最大バーストサイズｂのトークンが入っており、その後、平均レートｒでトークンが溜められる。以上により、出力レートが平均レートにシェービングされる。このデータ特性を図１０に示す。
【０１０１】
最大転送レートｐで入力されたパケットがオーバーフローせず出力されるためには、式（１）で求められる最小バッファサイズｂｕｆが必要となる。
【０１０２】
【数１】
0005817233.tif 000002
また、式（１）で求めたバッファに、データが満杯になるまで溜まっている状態の場合、出力レートｇでそのバッファから全てのトラフィックを出力するための時間ｄは、式（２）で求められる。
【０１０３】
【数２】
0005817233.tif 000003
式（２）で示される遅延時間は、バッファからデータを取り出す最大遅延時間となるので、式（２）の出力レートｇは最小出力レートとなり、その値は式（３）で示される。
【０１０４】
【数３】
0005817233.tif 000004
ここで、要求サービスレートＲから求められる、バッファ処理による処理遅延時間ｄＲは式（４）で求められる。
【０１０５】
【数４】
0005817233.tif 000005
よって、ＴＳＰＥＣ値から求められる最大許容遅延時間ｄＳは式（５）で示される。
【０１０６】
【数５】
0005817233.tif 000006
ここで、式（５）のＳは、ＷｉＭｅｄｉａ−ＭＡＣにおいては予約タイムスロットの終了時間から次のタイムスロットが開始するまでの時間とみなせる。また、バッファ処理による遅延時間を、パケットの中継を行う通信装置の送受信処理遅延時間とみなすと、最終の宛先端末までホップした場合の最大値円時間は、式（６）で求められる。
【０１０７】
【数６】
0005817233.tif 000007
ここで、Ｓ（０）は、送信元通信装置でバッファに送信データが準備できてから、予約タイムスロットが開始するまでの時間を表す。また、ｄＨ（ｎ）は、送信元通信装置からｎ個ホップした先のサブネットワークで、パケットを中継する通信装置の処理遅延時間、ＳＩＨ（ｎ）は、送信元通信装置からｎ個ホップした先のサブネットワークでパケットを中継する通信装置と、ｎ−１個ホップした先のサブネットワークでパケットを中継する通信装置が使用しているタイムスロットの時間間隔を表す。
【０１０８】
更に、各通信装置で使用している転送レートも考慮すると、最終宛先無線端末までホッピングした場合の最大遅延時間は、以下の式（７）で求められる。
【０１０９】
【数７】
0005817233.tif 000008
式（７）において、Ｍは送信パケットサイズ、ＲＰＨＹは通信装置間で使用している転送レートになる。
【０１１０】
式（７）を使用し、図７におけるネットワークＡに属する通信装置１から端末７までの経路における通信コスト計算の例を示す。なお、通信装置１が有するコストテーブルは、図６に記載されている通りとする。
【０１１１】
経路Ｅ１については、式（７）で使用される変数は以下の通りとなる。
【０１１２】
【数８】
0005817233.tif 000009
経路Ｅ２については、式（７）で使用される変数は以下の通りとなる。
【０１１３】
【数９】
0005817233.tif 000010
以上の結果が、図６（Ｂ）に示されるコストテーブルの項目として格納されている。当該通信装置が端末７との通信を行うとき、音声や動画などのリアルタイム性を重視するトラフィックに対して、遅延が小さい経路Ｅ１（Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｅ）を選択することができる。
【０１１４】
（フレーム送信処理）
図１２は、本発明の一実施形態に係る通信装置のフレーム送信処理の例を表すフローチャートである。
【０１１５】
通信装置１０は、ステップＳ２１において、無線メッシュネットワーク１内の他の通信装置を宛先として選択する。
【０１１６】
次に、経路選択手段３４はステップＳ２２において、図６（Ｂ）に示されたコストテーブル３２を参照し、宛先である通信装置に到達するために必要な通信コストを参照する。既に説明したように、通信コストとは、遅延時間、転送レート及び送信成功率である。
【０１１７】
そして、経路選択手段３４はステップＳ２３において、通信アプリケーションの特性を元に、もっとも条件の良い通信経路を選択する。  例えば、ストリーミング放送のようなリアルタイム性を必要とするものに対しては、サービスインターバルの小さくなる（遅延時間の短い）経路を選択する。例えば、図７における端末１が端末７と通信を行うとき、遅延時間の小ささを重視して通信を行うとき、図６（Ｂ）の遅延時間の値を参照し、小さい遅延時間が示されている経路Ｅ１を選択する。
【０１１８】
また、ビデオ会議のように一定の転送レートにより通信を行う必要があるものに対しては、転送レートが一定値より高い経路を選択してもよい。例えば、図７における端末１が端末７と通信を行うとき、１００Ｍｂｐｓ以上で通信を行う必要があるとき、４８０Ｍｂｐｓで通信可能な経路Ｅ２を選択する。
【０１１９】
また、上の経路を選択するとき、送信成功率も考慮して経路を選択しても良い。送信成功率は、あらゆるトラフィックに影響を及ぼす可能性がある。よって、経路Ｅ２は送信成功率が５１％と低いため、経路の選択候補としないよう、経路を制御することができる。
【０１２０】
次に、送信部４０はステップＳ２４において、経路選択手段３４が示した経路上の通信装置のアドレスに基づき、フレーム送信処理を行う。
【０１２１】
以上により、コストテーブル３２に格納された通信コストに基づき、通信アプリケーションの特性に応じた適切な経路選択を行うことができる。特に、使用可能なタイムスロット情報に基づき、各経路における遅延時間を予め算出しておくことで、サービスインターバルが最小の経路を選択することができる。また、一定の転送レートより高い経路を選択することができる。また、送信成功率を参照することにより、経路の絞込みを行うことができる。
【０１２２】
以上により、時分割多重通信方式によるメッシュネットワークにおいて、使用可能なタイムスロットの情報を含むメトリック情報を伝播させ、通信アプリケーションの特性に合わせて適切な経路を選択して通信することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  無線メッシュネットワーク
２  サブネットワーク
１０  通信装置
２０  受信部
３０  通信処理部
３１  情報取得手段
３２  コストテーブル
３３  情報伝達手段
３４  経路選択手段
４０  送信部
１０１  信号処理部
１０２  ＭＡＣ受信部
１０３  ＭＡＣ送信部
１０４  メトリック演算部
１０５  コストテーブル
１０６  ＣＰＵ
１０７  ＲＡＭ
１０８  ＤＭＡＣ
１０９  バス
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２４】
【特許文献１】特開２００９−５２５７０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１７２７８４号公報
【特許文献３】特開２００９−２２５４４４号公報
【図１】
0005817233.tif 000011
【図２】
0005817233.tif 000012
【図３】
0005817233.tif 000013
【図４】
0005817233.tif 000014
【図５】
0005817233.tif 000015
【図６】
0005817233.tif 000016
【図７】
0005817233.tif 000017
【図８】
0005817233.tif 000018
【図９】
0005817233.tif 000019
【図１０】
0005817233.tif 000020
【図１１】
0005817233.tif 000021
【図１２】
0005817233.tif 000022