(57)【要約】遅延耐性ネットワークを構築する際に、通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と収集した通知情報を記憶保持する記憶部とを備えて、収集保持した通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換することにより遅延耐性通信を行なう複数の情報転送装置を用い、複数の情報転送装置個々が、他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御部を有して、個々の情報転送装置が自律分散動作しながら通知情報の収集および展開を行なう。
2014142344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と、前記通信部を介して受け付けた中継する通知情報を記憶保持する記憶部と、を備え、
さらに、前記記憶部に記憶された通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換する遅延耐性通信部を有し、
さらに、他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御部を備える
ことを特徴とする情報転送装置。
【請求項２】
自装置が受け持つ担当範囲を決定する処理は、前記自他の情報転送装置が担当する担当範囲を遅延耐性通信で接続する際に必要となるコストを変数として、自他の情報転送装置にそれぞれ設定された評価関数を用いて相互のコストの平坦化探索により各々の制御部で導出処理されることを特徴とする請求項１に記載の情報転送装置。
【請求項３】
前記コストを表す変数として、総移動距離若しくは総移動時間を用いることを特徴とする請求項２に記載の情報転送装置。
【請求項４】
前記制御部は、自己の評価関数のみを管理保持して該評価関数から相互の平坦化探索処理に用いる比較する値を算定して、該値を他の情報転送装置に通知すると共に、他の情報転送装置からその情報転送装置が管理する評価関数から算定された値を受け付けて、各々の値が平坦化するように自己で受け持つ担当範囲を定めて、互いの担当範囲を調整することを特徴とする請求項２又は３に記載の情報転送装置。
【請求項５】
前記制御部は、隣接する情報転送装置から評価関数を受け付けて、自己の評価関数と受け付けた評価関数とを用いてそれぞれ算定される値を平坦化するように自己で受け持つ担当範囲を定めて、互いの担当範囲を調整することを特徴とする請求項２又は３に記載の情報転送装置。
【請求項６】
前記制御部は、自他の情報転送装置の評価関数から導かれる値を互いに得られるように動作しあい、自他の評価関数から導かれる値が等しくなるように互いが担当する移動範囲を調整することを特徴とする請求項２又は３に記載の情報転送装置。
【請求項７】
前記制御部は、移動戦略として、前記他の情報転送装置の担当範囲内で収集された通知情報を情報交換により保持した後に、該通知情報を自装置が受け持つ担当範囲の所定の機器に集積する経路を策定処理することを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の情報転送装置。
【請求項８】
前記制御部は、移動戦略として、所定間隔で、他の情報転送装置が通知情報及び環境情報を集積する所定の機器との通信可能圏に移動すると共に、前記他の情報転送装置が収集した通知情報を取得する経路を策定処理することを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の情報転送装置。
【請求項９】
前記他の情報転送装置の担当範囲に関する環境情報を受け付けて任意の機器の位置を識別すると共に、前記所定の機器と該任意の機器との位置関係に基づく移動距離または移動時間が前記任意の機器を前記他の情報転送装置が担当した際の移動距離または移動時間より小さい場合に、前記任意の機器を自己の担当範囲に加える処理を実行することを特徴とする請求項７又は８に記載の情報転送装置。
【請求項１０】
前記制御部は、自己が保持した環境情報に基づいて、受け持つ担当範囲を、凸関数に基づく評価関数により相互のコストを平坦化した結果に基づいて導出処理することを特徴とする請求項１ないし９の何れか一項に記載の情報転送装置。
【請求項１１】
前記制御部は、自他の凸関数の微分値を等しくするアルゴリズムを含み、該アルゴリズムを用いてコストの平坦化を実行することを特徴とする請求項１０に記載の情報転送装置。
【請求項１２】
前記制御部は、自己および他の情報転送装置の性能差を凸関数の最大値差で設定値に反映させて動作することを特徴とする請求項１１に記載の情報転送装置。
【請求項１３】
通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と収集した通知情報を記憶保持する記憶部とを用いて、収集保持した通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換することにより遅延耐性通信を行なう複数の情報転送装置を含み、
前記複数の情報転送装置個々が、他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御部を有して、
前記個々の情報転送装置が自律分散動作しながら通知情報の収集および展開を行なう
ことを特徴とする遅延耐性ネットワーク。
【請求項１４】
遅延耐性通信を行なう前記複数の情報転送装置に対して、
環境情報を集中的に収集すると共に、該集中的に収集した環境情報により、前記複数の情報転送装置の担当範囲を求める相互の平坦化探索処理により求められる結果を演算処理する中央ノードを有して、
前記演算処理より求められた結果の担当範囲を各情報転送装置に通知する
ことを特徴とする請求項１３に記載の遅延耐性ネットワーク。
【請求項１５】
通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と収集した通知情報を記憶保持する記憶部とを有する情報転送装置間で、収集保持した通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換することにより遅延耐性通信ネットワークを構築して、前記個々の情報転送装置が通知情報の収集および展開を行なう際に、
前記複数の情報転送装置個々は、
他の情報転送装置との間で環境情報を交換する動作と、
自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する処理動作と、
を含む遅延耐性通信処理を自律分散的に繰り返しながら動作することを特徴とする遅延耐性ネットワークでの情報伝達方法。
【請求項１６】
前記個々の情報転送装置は、自装置が受け持つ担当範囲を決定する処理として、
前記自他の情報転送装置が担当する担当範囲を遅延耐性通信で接続する際に必要となるコストを変数として、自他の情報転送装置にそれぞれ設定された評価関数を用いて相互のコストの平坦化探索により導出処理する
ことを特徴とする請求項１５に記載の情報伝達方法。
【請求項１７】
前記個々の情報転送装置は、
自己の評価関数のみを管理保持して該評価関数から相互の平坦化探索処理に用いる比較する値を算定して、該値を他の情報転送装置に通知する処理と、
前記他の情報転送装置からその情報転送装置が管理する評価関数から算定された値を受け付ける処理とを、
自律分散的に逐次繰り返しながら、各々の評価関数から算定された値が平坦化するように自己で受け持つ担当範囲を定めて、互いの担当範囲を調整する
ことを特徴とする請求項１６に記載の情報伝達方法。
【請求項１８】
前記個々の情報転送装置は、自他の情報転送装置の評価関数から導かれる値を互いに得られるように動作しあい、自他の評価関数から導かれる値が等しくなるように互いが担当する移動範囲を調整することを特徴とする請求項１６に記載の情報伝達方法。
【請求項１９】
前記個々の情報転送装置は、移動戦略として、前記他の情報転送装置の担当範囲内で収集された通知情報を情報交換により保持した後に、該通知情報を自装置が受け持つ担当範囲の所定の機器に集積する経路を策定処理することを特徴とする請求項１５ないし１８の何れか一項に記載の情報伝達方法。
【請求項２０】
前記個々の情報転送装置は、移動戦略として、所定間隔で、他の情報転送装置が通知情報及び環境情報を集積する所定の機器との通信可能圏に移動すると共に、前記他の情報転送装置が収集した通知情報を取得する経路を策定処理することを特徴とする請求項１５ないし１９の何れか一項に記載の情報伝達方法。
【請求項２１】
前記個々の情報転送装置は、隣接した情報転送装置の担当範囲に関する環境情報を受け付けて任意の機器の位置を識別すると共に、前記所定の機器と該任意の機器との位置関係に基づく移動距離または移動時間が前記任意の機器を前記隣接した情報転送装置が担当した際の移動距離または移動時間より小さい場合に、前記任意の機器を自己の担当範囲に加える処理を実行することを特徴とする請求項１５ないし２０の何れか一項に記載の情報伝達方法。
【請求項２２】
前記個々の情報転送装置は、自己が保持した環境情報に基づいて、受け持つ担当範囲を、凸関数に基づく評価関数により相互のコストを平坦化した結果に基づいて導出処理することを特徴とする請求項１５ないし２０の何れか一項に記載の情報伝達方法。
【請求項２３】
前記個々の情報転送装置を、自己および他の情報転送装置の性能差を凸関数の最大値差で設定値に反映させて動作させることを特徴とする請求項２２に記載の情報伝達方法。
【請求項２４】
遅延耐性通信を行なう情報転送装置の制御部を、
他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御手段として動作させることを特徴とするプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２５】
前記制御部に、
自装置が受け持つ担当範囲を決定する処理として、前記自他の情報転送装置が担当する担当範囲を遅延耐性通信で接続する際に必要となるコストを変数として、自他の情報転送装置にそれぞれ設定された評価関数を用いて相互のコストの平坦化探索により導出処理させることを特徴とする請求項２４に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２６】
前記コストを表す変数として、総移動距離若しくは総移動時間を用いることを特徴とする請求項２５に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２７】
前記制御部に、
自己の評価関数から相互の平坦化探索処理に用いる比較する値を算定して、該値を他の情報転送装置に通知する処理と、
前記他の情報転送装置からその情報転送装置が管理する評価関数から算定された値を受け付ける処理とを、
逐次繰り返しながら、各々の評価関数から算定された値が平坦化するように自己で受け持つ担当範囲を定めて、互いの担当範囲を調整する
ように動作させることを特徴とする請求項２６に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２８】
前記制御部に、隣接した情報転送装置の担当範囲に関する環境情報を受け付けて任意の機器の位置を識別すると共に、前記所定の機器と該任意の機器との位置関係に基づく移動距離または移動時間が前記任意の機器を前記隣接した情報転送装置が担当した際の移動距離または移動時間より小さい場合に、前記任意の機器を自己の担当範囲に加える処理を実行するように動作させることを特徴とする請求項２４ないし２７の何れか一項に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項２９】
前記制御部に、自己が保持した環境情報に基づいて、受け持つ担当範囲を、凸関数に基づく評価関数により相互のコストを平坦化した結果に基づいて導出処理させることを特徴とする請求項２４ないし２７の何れか一項に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３０】
自他の凸関数の微分値を等しくするアルゴリズムを含み、
前記制御部を、前記アルゴリズムを用いて、自他の情報転送装置の性能差を凸関数の最大値差で設定値に反映させて、コストの平坦化を実行させる
ことを特徴とする請求項２４ないし２９の何れか一項に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遅延耐性通信技術に関し、情報発信源同士がネットワーク接続を構築できないときに、情報発信源からの通知情報を移動可能な情報転送装置を介して効率的に共有可能とする遅延耐性ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報端末間でネットワーク接続を構築できないときに、通信し合う情報を一時的に情報端末内に格納しておいて、他の情報端末と無線通信が可能になった際に該当情報の送出を行うことで通信する情報伝達方法がある。一般的には、ＤＴＮ（Ｄｅｌａｙ  Ｔｏｌｅｒａｎｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる手法であり、以下の通知情報はバンドルやメッセージ等と呼ばれている。また、ＤＴＮは、Ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ  Ｔｏｌｅｒａｎｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋと呼ばれることもある。
情報伝達の具体的な流れは概ね以下の通りである。所定の情報端末は、ある任意の情報端末を通知情報の伝達先に定める。しかし、現時点で通信可能な他の端末が通信圏内にいないことを識別する。この場合、情報端末は一時的に通知情報を送信せずに内部に保留する。次に、端末自身が移動されることによって或いは他の端末の移動に伴い通信圏内に通信可能端末が入った際に、情報端末は、通信可能な端末との接続を確立して、一時的に溜めておいた通知情報を通知する。
通知情報を受け取った情報端末は、通信可能な他の端末との接続を確立すれば通知情報を伝達し、他の通信端末が通信圏内に居なければ、一時的に通知情報を送信せずに内部に保留する。このような動作を多くの端末が繰り返し行うことで、最終的に宛先とした任意の情報端末に通知情報が到達する。偶然に頼る情報の伝達方法であるので効率が良いわけではないものの、ネットワークの密な繋がりが無い状況では有効な通信方法である。
遅延耐性通信に似た技術としてアドホック・ネットワークと呼ばれる通信技術が存在する。情報端末間をホップ・バイ・ホップで通知情報を伝え行く点で、両者は似ている。他方で、アドホック・ネットワークでは、あくまで発信先から宛先までのネットワーク経路が（端末自体若しくはシステム全体として）確立している場合に使用する技術である。遅延耐性通信のように情報発信時に伝達経路が不確定なまま偶発的に情報を伝達していくわけではない。換言すれば、情報発信時に無線通信システムとして伝達経路は特定できている。
動的に無線ネットワークが構築されるのでアドホックと呼ばれるものの、あくまで発信元から宛先までのネットワークが構築されることを通信の前提としている。したがって、広範囲な地域に情報端末が分散した状態など、接続経路が不定となる状態では、アドホック・ネットワークは成立しない。このため、この条件下では、遅延耐性通信のような情報伝達手法が重要となってくる。
伝達すべき通知情報を一時的に保存して通信可能なときに伝達していくという形態は遅延耐性通信の基本的な形態である。伝達すべき通知情報を一時的に保存して他の情報端末に通信していくという特性を応用すれば、以下のような情報伝達方法も可能である。この情報伝達方法は、蓄積運搬形転送やフェリー型転送と呼ばれることもある。
それぞれの情報発信源の間で通信が成立していない固定的な情報発信源（若しくは情報発信源群）がいくつか存在するとする。このような場合、遅延耐性通信機能を持つ情報端末（ＤＴＮ端末）を用意して、複数の情報発信源の周辺を経路を定めて巡らせる。情報端末は、各情報発信源近辺で情報発信源からの通知情報の取得・保持を行い、また他の情報発信源近辺で得た通知情報をこの情報発信源に伝達する。なお、移動を行う遅延耐性通信機能を持つ情報端末をメッセージフェリー（或いは単にフェリー）と呼ぶこともある。
特許文献１には、ＤＴＮ技術やフェリーについて記載されている。この文献では、ＤＴＮ端末に、現在接続中の他のＤＴＮ端末と過去に接続した他のＤＴＮ端末とを通信経路情報（通信可能もしくは通信可能性ありの通信接続履歴情報）として記憶保持する仕組みと、他のＤＴＮ端末との間で通信経路情報を交換する仕組みを設けて、不必要であろう通知情報の交換を抑制するメカニズムが開示されている。
上記のように通知情報の中継伝達を遅延耐性通信の概念に則ってサポートすることで、ネットワーク接続が成立していない情報発信源間の情報伝達を成立させ得る。この手法は、遅延耐性通信機能における伝達すべき通知情報を一時的に保持するという機能を応用したものである。この通信方式で重要視される一つの指標として情報の伝達遅延があり、非特許文献１に示すように伝達遅延をできるだけ少なくする研究が行われている。また、非特許文献２にも同様な課題に対する解決アプローチが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１９９２６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋ．Ｈａｂｉｂｕｌ  Ｋａｂｉｒ  ｅｔ  ａｌ，“ＯＰＴＩＭＡＬ  ＶＩＳＩＴＩＮＧ  ＯＲＤＥＲ  ＯＦ  ＩＳＯＬＡＴＥＤ  ＣＬＵＳＴＥＲＳ  ＩＮ  ＤＴＮＳ  ＴＯ  ＭＩＮＩＭＩＺＥ  ＴＨＥ  ＴＯＴＡＬ  ＭＥＡＮ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＤＥＬＡＹ  ＯＦ  ＢＵＮＤＬＥＳ”，ＮＵＭＥＲＩＣＡＬ  ＡＬＧＥＢＲＡ，ＣＯＮＴＲＯＬ  ＡＮＤ  ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ  Ｖｏｌｕｍｅ  １，Ｎｕｍｂｅｒ  ４，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２０１１  ｐｐ．５６３−５７６
【非特許文献２】Ｋ．Ｈａｂｉｂｕｌ  Ｋａｂｉｒ他”フェリー支援型ＤＴＮにおける平均配送遅延を最小化するクラスタ群グループ化手法”電子情報通信学会技術研究報告  巻１１１号、４０８（ＮＳ２０１１  １４５−１７８）ページ８７−９２、２０１２年０１月１９日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、大災害の直後のように通信ネットワークが破壊され通信ができないような状況で、破壊された通信ネットワークに代えて遅延耐性通信の仕組みを持った情報端末を、地域の情報伝達に使用する試みが検討され始めている。このような事例の場合、情報発信源（通知情報の発生源／消費源）となる避難所が広範囲の地域に孤立的に分散して存在する。また、このような事例では既存インフラの消失に伴い、避難所の通信ネットワークが途絶えてしまうことが多いことが判っている。ここでの既存インフラとは、有線通信ライン、移動体通信設備、電力網などである。これらが複合的に消失することで通信ネットワークが破壊される。また、避難所の位置や規模も事前には不確定であり、加えて時間経過と共に変動することも判っている。
上記条件下で避難所間等の情報伝達を可能にしようとする試みとして、フェリー型ＤＴＮ方式を利用して情報伝達を実行するにあたり、１台のフェリー型ＤＴＮ端末が避難所をすべて巡ることは効率的でない。一般的な考えに沿えば、その時点で使用可能な全てのフェリー型ＤＴＮ端末を使用して、各避難所からの通知情報を相互に伝達するのが望ましい。
このような状況下では、効率的な情報伝達手法として、複数のフェリー型ＤＴＮ端末に対して担当する避難所を最も伝達遅延が少なくなるように割り当て、割り当てられた避難所からの通知情報をまず各フェリーが収集し、その後、収集された通知情報を複数のフェリー間で共有することにより避難所間を結ぶ情報伝達手法が考えられる。
また、避難所の数や位置、フェリー型ＤＴＮ端末の台数、地図情報などの多くの環境情報がひとつの場所に集めることが可能であれば、非特許文献１や２に記載されたようなアプローチを採用して、集められた環境情報を用いた最適化計算を行うことを実行できると考える。この最適化計算によれば、各フェリーの効率的な担当避難所の割り当て、フェリー間の情報共有のタイミングなどを最適に設定できる可能性がある。
しかしながら、大震災のようなケースでは、情報伝達をしなければならない範囲が広大で、また、ネットワークインフラが破断し、ひとつの場所に環境情報を短時間で集め且つ膨大な演算処理を要する最適化計算を行うような体制が取れるとは限らない。また、最適化計算を行った後でも、時々刻々と変化する現場の状況を反映して、各フェリーへの担当場所（担当範囲）の割り当てや、フェリー間の情報共有のタイミングを設定し直す必要が生じる。このような想定を踏まえた場合には、環境情報を集めて一括で最適化計算を行い、その結果を災害時のネットワーク構築に反映させることは難しいと考えられる。
例えば、ＤＴＮ端末を有する救援隊などが新たに被災地域に出入りすることで、情報発信源自体が増加したり、使用可能なフェリー型ＤＴＮ端末が増えたり減ったりすることも考えられる。また、救援隊本部などの敷設などに対応した通信機器の増加にも対応させることも考えられる。
このような条件下で、現場の状況に合わせて、リアルタイムに各フェリーの担当エリアを俯瞰的に変えてより良い通信環境を構築できる技術の誕生が期待される。
換言すれば、広範な領域において、ネットワーク接続が確立できず、また、ひとつの場所に収集した情報を集めることも難しい状況において、有効に通知情報を伝達する技術が望まれている。
そこで、発明者らは、伝達遅延をリアルタイムに最適化していく有効な手法を検討した。
本発明は、遅延耐性通信方式に関して、リアルタイムに現場の状況に合わせて各情報転送装置の担当範囲を最適化して、全範囲的に伝達遅延をリアルタイムに最適化を図る遅延耐性ネットワークおよび情報伝達手法を提供する。また、この遅延耐性ネットワークを構築する情報転送装置、及び記録媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る情報転送装置は、通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と、前記通信部を介して受け付けた中継する通知情報を記憶保持する記憶部とを備え、さらに前記記憶部に記憶された通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換する遅延耐性通信部を有し、さらに、他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御部を備えることを特徴とする。
本発明に係る情報伝達方法は、通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と、前記通信部を介して受け付けた中継する通知情報を記憶保持する記憶部とを備え、さらに、前記記憶部に記憶された通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換する遅延耐性通信部と、を備える複数の情報転送装置は、他の情報転送装置と環境情報を適宜交換し、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理し、個々に導出処理した担当範囲をそれぞれが受け持って遅延耐性通信ネットワークを構築することを特徴とする。
本発明に係るプログラムを記録した記録媒体は、通信可能範囲で接続した他の機器と通信する通信部と、前記通信部を介して受け付けた中継する通知情報を記憶保持する記憶部を備え、さらに、前記記憶部に記憶された通知情報を自他の機器間で交換可能な際に交換する遅延耐性通信部を有して遅延耐性通信ネットワークを構築する情報転送装置の制御部を、他の情報転送装置と環境情報を交換すると共に、自己が保持した環境情報に基づいて、個々の担当範囲として自他の情報転送装置との間で分担して自律的に受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により導出処理する制御手段として動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、遅延耐性通信方式に関して、リアルタイムに現場の状況に合わせて各情報転送装置の担当範囲を最適化して、全範囲的に伝達遅延をリアルタイムに最適化を図る遅延耐性ネットワークおよび情報伝達手法を提供できる。また、この遅延耐性ネットワークを構築する情報転送装置および記録媒体を提供できる。
例えば、本発明を使用すれば、大震災直後においても避難所間で様々な情報を迅速に共有することができるようになり、「情報の空白」を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態での説明で使用する状況を示した説明図である。
図２は、実施形態でのフェリー型ＤＴＮ端末の概略的移動方法を示した説明図である。
図３は、実施形態での初期クラスタおよび初期シンクのサーチ方法例を示した説明図である。
図４は、クラスタの消費コストの偏りが生じるセグメント分け事例を示した説明図である。
図５は、実施形態に係る網全体の制御シーケンスを示したフローチャートである。
図６は、実施形態で用いられる評価関数の概略図である。
図７は、評価関数比較による負荷分散の処理動作の説明に使用する説明図である。
図８は、実施例で動作検証に用いたクラスタ及びシンクの配置図である。
図９は、実施例で動作検証に用いたセグメント間のネットワーク構造を表した概念図である。
図１０は、実施例に係る制御部のブロック図である。
図１１は、実施例に係る制御部に設定した評価関数を示したグラフである。
図１２は、実施例におけるセグメント割り当て動作検証を表した説明図である。
図１３は、別の実施例におけるセグメント割り当て動作検証結果を示した配置図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本説明では、ＤＴＮ技術で用いられている文言を幾つか用いている。通知情報は、バンドルやメッセージ等と呼ばれている。環境情報は、遅延耐性ネットワークを構築する範囲内に存在する個々の情報機器やクラスタの位置、フェリー台数、地図や通行制限を情報、シンク位置、など、構築された遅延耐性ネットワークのコンディションに関する情報群である。環境情報は、時々刻々と変化する特性があり、様々な方法で現状に沿うように追加される。
個々の情報転送装置は、通知情報を転送する際に、通知情報を届ける宛先までの経路が確定していない場合にも一次記憶保持すると共に、記憶している通知情報を自他の情報転送装置間で交換可能になった際に交換（転送）する仕組みを有する。
また、情報転送装置は、他のノードと情報交換をするための移動戦略と自装置が担当する移動範囲とを逐次導出して、自装置で導出したルールに則り運用されるように動作する。
一部ないし全てのノードが本発明に係る動作を行なうことで、遅延耐性ネットワーク全体として伝達遅延をリアルタイムに最適化を図れる。
また、個々の情報転送装置は、自装置が担当する移動範囲を、総移動距離や総移動時間などを変数として、情報転送装置間で負荷を平坦化することにより決定する。
すなわち、遅延耐性通信でセグメント間を接続する際に必要となるコストを変数として、相互の全体コストの平坦化探索を行えばよい。例えば、２台の情報転送装置の何れかが担当するノードがあった場合、そのノードの通信範囲を踏まえ、担当した際の自他の移動距離や移動時間で小さい方が、該ノードを担当する範囲に加える処理を実行すればよい。
なお、個々の情報転送装置間は、平坦化に使用する情報を環境情報として都度最新情報を通知し合うことが望ましい。
換言すれば、自他の情報転送装置についてコスト値を互いに得られるように動作しあい、その値が等しくなるように互いが担当する範囲を調整すればよい。その上で、個々の情報転送装置は、受け持つ担当範囲を周回する経路を移動戦略として導出する。
例えば、個々のコストの算定はそれぞれの情報転送装置が行なって環境情報と共に算定結果の値を交換してもよいし、算定に用いる評価関数や関連情報を隣接情報転送装置との間で通知しあってもよい。また、他の機器を介して、評価関数や評価関数を用いて算定した値を情報転送装置間で交換してもよい。個々の情報転送装置は、任意のタイミングや任意の位置で、担当範囲と移動戦略に策定を行えばよい。
また、個々の情報転送装置は、所定の情報機器に通知情報を収集することと、他の情報転送装置によって通知情報が収集されている情報機器に通知情報を取得及び転送することを行うように動作させてもよい。また、他の情報転送装置と待ち合わせて通知情報を交換してもよい。
移動戦略には、個々の情報転送装置が他の情報転送装置の担当範囲内で収集された通知情報を情報交換により保持した後に、該通知情報を自装置が受け持つ担当範囲の所定の機器に集積する経路を含めてもよい。
また、移動戦略として、他の情報転送装置が通知情報及び環境情報を集積する所定の機器との通信可能圏に移動して収集されている情報を取得する経路を含めてもよい。また、所定間隔や所定時間に所定の機器との通信可能圏に移動する移動戦略としてもよい。
まず、本発明を説明するために、まず本発明が有効に機能する状況を図１及び図２を参照して説明する。
図１に示されたクラスタと記載された丸印は、情報発信源がひとつまたは複数ある場所を意味する。換言すれば、クラスタとして扱う機器の集合である。情報発信源は、携帯電話、パソコン、防災機器などいろいろ考えられる。フェリー型ＤＴＮ端末と示された三角印は、記憶部を有して移動しながら各クラスタからの通知情報を収取・伝達する情報転送端末である。
個々のクラスタの通知情報は、フェリー型ＤＴＮ端末自身がクラスタ内を移動して個々の情報発信源から収集／分配してもよいが、本説明では、個々のクラスタ内に通知情報を集約／分配する端末Ｋｉ（ｉはクラスタ番号）を有することを前提に記載する。
フェリー型ＤＴＮ端末は、端末Ｋｉから各クラスタの通知情報を取得すると共に、他のクラスタで集めた通知情報を端末Ｋｉに転送する。
クラスタ内の様々な情報機器は他のクラスタから発信された通知情報を端末Ｋｉから分配されることで適切に取得する。このクラスタ内での通信方法は任意であり、一般的な通信方式を用いて通信してもよいし、ＤＴＮ方式を用いて通信してもよい。
このような仕組みで、災害時などの常時接続が不可能となった環境において、情報伝達を可能にするためにＤＴＮノードを運用させる状況を考える。
上記状況において、Ｎ台のフェリー型ＤＴＮ端末が存在した場合にどのようにフェリー型ＤＴＮ端末が移動すれば伝達遅延の側面から効率的かを考える。
上記のような常時接続が不可能な状況で重視される一つの事柄は通知情報の伝達遅延である。伝達遅延とは、通知情報が発生してから、宛先に届くまでの時間である。すべての通知情報の平均伝達遅延が減るほど不自由のない情報伝達に近づく。したがって、効率的なフェリー型ＤＴＮ端末の運用手法は、全体の平均伝達遅延を少なくしたフェリー型ＤＴＮ端末の情報伝達手法と換言できる。
最も単純なフェリー型ＤＴＮ端末の運用方法は、ランダムな運用である。しかし、ランダムな運用は偶然任せであり、すべての情報がかならず伝達されるという保証もない。また、特許文献１に記載されているように、転送する通知情報の量が多くなりすぎる問題もネットワーク規模により生じる。
そこで、発明者は、上記したように、一部ないし全てのノードが本発明に係る動作を行なうことで、ネットワーク全体としても伝達遅延をリアルタイムに最適化できる情報転送装置の運用方法を考案した。
この情報転送装置の運用方法をフェリー型ＤＴＮ端末に適用して、優れた蓄積運搬形転送手法を提供する。
図２は、実施形態にかかるフェリー型ＤＴＮ端末の概略的移動方法例を示している。
各フェリー型ＤＴＮ端末は、自律分散的に自端末が担当するエリア（以後、セグメントと呼ぶ）を有し、各セグメント内の全クラスタの通知情報を収集するように移動計画を導出する。
図２に示した説明図では、簡略化して４セグメントで全体の遅延耐性ネットワークを構築している。当然、各セグメントを合わせると、全フェリー型ＤＴＮ端末で担当する全エリアとなる。
以下では、個々のフェリー型ＤＴＮ端末が導出する自セグメントに属させるクラスタ群の割り振り方法（担当するクラスタ群の決定方法）を説明する。なお、セグメント内でフェリー型ＤＴＮ端末の移動経路上に１ないし複数のクラスタが連続的に分布する経路を導出する前提を踏まえれば、担当範囲の割り当てと各クラスタの割り当てとを関連付けられる。
個々のセグメント間の情報交換は各フェリー型ＤＴＮ端末の蓄積運搬転送によって実行されるが、それだけではセグメント間の情報交換が効率化されない。そこで、セグメント内のクラスタのどれかを、セグメント内の情報の集約点として設定する。この情報の集約点となるクラスタを、シンク（ノード）と呼ぶ。
まず、フェリー型ＤＴＮ端末は、自装置が担当するセグメント内のクラスタから発生する情報をシンクに集める。そのときの集め方はいろいろ考えられる。シンクを起点にし、他のクラスタを最短経路で巡ってシンクに戻るようなトラベリング・セールスマン問題の解を使って求めた経路に則して移動を行っても良いし、非特許文献１に示されるように、クラスタとシンクを行き来する方法でもよい。
また、図２の矢印で結ばれたシンク間は、フェリー型ＤＴＮ端末が情報交換に訪れることを意味している。換言すれば、各フェリー型ＤＴＮ端末は矢印で結ばれたシンク間を移動経路上に含むことを示している。
このようなセグメント内の情報収集の方法をとれば、シンクには、所定時間間隔でセグメント内の通知情報が全て集まることになり、セグメント間の情報交換は、自他セグメントのシンクを通して実施することができる。
換言すれば、ある時間間隔で、フェリー型ＤＴＮ端末は他のセグメントのシンクに移動して、他のセグメントで収集された通知情報を取得すると共に、自装置が運搬してきた通知情報を転送することにより、セグメント間の情報伝達が達せられる。なお、この際に、フェリー型ＤＴＮ端末は、遅延耐性通信によって先方セグメントの環境情報（必要に応じて、先方セグメントを介した他のセグメントの環境情報）も取得すればよい。
また、セグメント間がネットワークで連結されていれば、徐々に各セグメント内外の情報伝達が促進され、各々が情報伝達を繰り返すことにより、全体として通知情報が行き渡る。ただし、自セグメントから遠いセグメントの情報はリアルタイム性が低下しており、情報取得時点で状況が変化している可能性がある。従って、近接セグメントとの間で交換した環境情報のみを使って、担当範囲の割り当てを適切に行う自立分散処理が有益ともいえる。本発明の一つの特長である。
なお、セグメント内のシンクは、必ずしも１ノードに限定する必要はない。
フェリー型ＤＴＮ端末は、他のすべてのセグメントのシンクに移動する必要性は必ずしもなく、最低限、近隣する１セグメントのシンクと情報伝達を図れば、ある時間間隔では、通知情報の伝達確率（宛先の情報端末に届く確率）が１にできる。
すなわち、すべての通知情報が宛先の情報端末に必ず伝達されることとなり、ランダムにフェリー型ＤＴＮ端末を移動させる手法などに比べて信頼性が担保できる。
本発明は図２に示した移動ルーチンを基本として用いる。この移動ルーチンでは、伝達遅延をより良く減らせるセグメント分け（フェリー間の担当エリア分け）を導出処理する。
環境情報として全てのクラスタの情報が得られており、使用できるフェリー型ＤＴＮ端末の数が明らかで変化しなければ、組み合わせ最適化問題として、この問題を解くことを行なっても良い。他方で、クラスタ数、フェリー型ＤＴＮ端末台数が増えると指数関数的に計算時間が増えるという問題もある。
また、運用する際に、大災害下などですべての環境情報を一元化することが収集や管埋の点で難しいことも考えられる。
時々刻々と変化する現場の状況を反映する形で、クラスタとして扱われる担当避難所の正しい割り振り（救援隊本部などの新規の割り振りを含む）、フェリー間の情報共有のタイミングを設定する情報処理は、組み合わせ最適化問題では難しい側面が大きい。
そこで、本発明では、遅延耐性ネットワークを構築するにあたり、その運用シチュエーションにより合致する形態に見詰め直し、環境情報を一元化して問題を解く中央集権的なアプローチを見直す。
例え、各フェリー型ＤＴＮ端末が近隣のフェリー型ＤＴＮ端末とのみ情報交換ができるという過酷な状況でも、セグメントの割り当てを好適に行う方策として、自律分散型のアプローチを用いると共に、局所的に収集できた環境情報で周囲の機器と協調動作を個々のフェリー型ＤＴＮ端末が実施する。その結果として、ネットワークを構築する範囲内に存在する分散したリソースを良好に運用できる遅延耐性ネットワークを提供する。
以下では、震災下を想定して実施形態を説明する。考案した手法の処理の流れは以下のように説明できる。
まず、手法を詳説する前に、前提条件を説明する。
大災害下での動作を考えると、端末を一元管理している部署がフェリー型ＤＴＮ端末の被災後の配備計画を即座に立案実行することは難しいので、避難所などに予め配備されたフェリー型ＤＴＮ端末を用いて通知情報の収集交換を進めることが適切だと考える。
車が避難所にあれば、車にフェリー型ＤＴＮ端末を搭載して車で巡回することも可能であるし、自律運行する移動手段をフェリー型ＤＴＮ端末が有しても良い。また、何もなければ人力でフェリー型ＤＴＮ端末を運びながら通知情報を集めることになる。
フェリー型ＤＴＮ端末が存在した場所からフェリー型ＤＴＮ端末が通知情報を集めに回るというシナリオが最も現実的であるので、そのような状況を想定して本実施形態を説明する。また、シンクを設けると共に、フェリー型ＤＴＮ端末が存在した場所にシンクを設けることとする。
このようなシナリオでは、フェリー型ＤＴＮ端末は自装置が存在した場所にあるシンクに通知情報を収集蓄積ように動作する。シンクは、フェリー型ＤＴＮ端末との間で通知情報や環境情報の交換を行なうと共に、周囲に存在する情報端末と情報の交換を行なってもよい。
当然、複数の情報端末ではなく単一の情報端末も以下の説明でのクラスタに成りうる。しかし、クラスタは避難所や集落レベルの大きさで複数の情報端末の集合であるとしてしまった方が現実的であるので、今回はその想定で説明する。
考案するセグメント（担当範囲）分けの第１ステップは初期範囲の設定である。上述したような状況では、他のクラスタの存在位置がどこにあるか、他のセグメントのシンクの存在位置がどこかがわからない。最もシンプルにセグメント割り当ての初期値を設定する方法としては、フェリー型ＤＴＮ端末が、シンクを中心に自装置の無線伝搬半径を勘案しながら、抜けがないように周囲をサーチしつつ任意の周期でシンクに収集した通知情報等を蓄積する行動計画を立案して、クラスタの存在位置、隣接セグメントのシンク位置などを順次特定して環境情報を収集する、という方法が考えられる。
上記サーチを行いながら、任意の周期で自身のシンクに戻り、自装置が識別したクラスタの存在位置等の環境情報と収集した通知情報をシンクに送信して蓄積する。シンクに通知情報等を転送後、再度サーチおよび情報収集に出発する。この行動計画に加え、隣接セグメントのシンクを発見した段階で、隣接セグメントの環境状況（隣接セグメントのクラスタ位置、担当範囲）を得たり、隣接セグメント内で収集された通知情報の受付、蓄積している自セグメント内で収集した通知情報の転送を実施する。また、クラスタのように固定的でない動的に移動するノードについて、通信可能となった際に適宜、環境情報や通知情報の交換を行うこととすればよい。
このような行動計画に則った移動と通信を繰り返した結果として、周囲の領域が自装置と隣接セグメントにカバーされていることを確認した後に、初期値の設定が完了したとする。この際、自装置がサーチにより新たに発見した何れのセグメントに属していないクラスタを初期値とする。
このようなサーチの行動計画例の概略図を図３に示す。図３に示すように、フェリー型ＤＴＮ端末は、通信エリアを考慮して漏れがないように巡回しながらサーチ済み範囲を拡張して行けばよい。この手法は一例であり、いくつものサーチの手法が考えられるので、そのどのやり方をとっても構わない。
移動を伴うこととなるサーチは、一般的に時間を要するので、予めクラスタに成りうる候補の位置情報等を登録しておき、その情報をフェリー型ＤＴＮ端末が使用することとすれば、短時間で初期値を決定することができる。また、その情報をベースに探索する移動を行なえば比較的短時間でサーチを完了する。
この前提は、被災地での使用という場合には、妥当な前提で、避難所候補の場所のいくつかにフェリー型ＤＴＮ端末を予め配備しておき、自治体全域の避難所候補の場所をインプットしておけばよいからである。また、予めフェリー型ＤＴＮ端末の担当クラスタなどの初期値を設定しておくことも可能である。このような設定を予め登録することにより、サーチ時間を大幅に省くことができる。
ただし、フェリー型ＤＴＮ端末は、配備された避難所自体が被災することもある。また、避難所候補が避難所として運用されない場合なども想定される。このような状況も踏まえれば、サーチを行なう必要性は高い。あるセグメントを担当するフェリー型ＤＴＮ端末が消失や故障することをも想定して、隣接セグメントのシンクや自装置が担当するクラスタの有無をサーチにより識別して、隣接セグメント、クラスタの状況を識別し、次の処理に入るのが望ましい。
隣接セグメントを担当するフェリー型ＤＴＮ端末やシンクがない場合（動作不良を含む）は、それを識別したフェリー型ＤＴＮ端末がとりあえず隣接セグメントも含めて担当するという操作が必要である。予め設定された初期値を実行に移す時に、隣接セグメントを含めるように補正して、その分布などを初期値として用いる。
上述のようなサーチ方法で、初期値とする現在の周囲のクラスタ位置、隣接セグメントのシンク位置がわかれば、次のステップに進む。
非特許文献１にも記載されているように、単一セグメントにおいてクラスタの情報を集約しようとした場合、フェリー型ＤＴＮ端末の総移動距離をできるだけ少なくすることが様々な観点から望まれる。
その際、待ち行列理論を勘案して移動戦略を練るか否かなどで移動の仕方は変わるが、どの移動方法を採用しても、使用する移動方法において総移動距離が最小になるような移動戦略を立案することが望ましい。総移動距離には、地図情報などを利用して通行可能な移動ルートを用いることが望ましい。
本発明では、フェリー型ＤＴＮ端末が隣接セグメントのクラスタ情報を得た場合、各々のフェリー型ＤＴＮ端末は、各クラスタが自セグメントのシンクと隣接セグメントのシンクの何れに近いかを計算し、各クラスタにとってよりコスト的に近いシンクがあるセグメントに所属するように、セグメント間でクラスタの交換を行う。これが第２のステップである。このセグメントの交換により、フェリー型ＤＴＮ端末間で受け持ちコストを移動できる。
これにより、初期値として暫定的に設定されたクラスタとセグメントの帰属関係を、フェリー型ＤＴＮ端末群の全消費コスト（移動距離や移動時間など）ができるだけ少なくなる方向にネットワークを再構築できる。
第２ステップまで実施すれば、一見、系全体の総移動距離や総移動時間ができるだけ少なく済ませられ網構造に成るように考えられるので、全体的な伝達遅延が小さくなる。しかし、幾つか問題が残る。
第２ステップまでの処理では例えば図４のような状況が発生する。図４の左側のセグメントのように、シンクとの距離が近いクラスタが周囲にたくさんあるシンクを持つフェリー型ＤＴＮ端末は担当クラスタが多くなる。他方で、図４の右側のセグメントのように、近隣にクラスタが少ないシンクを持つフェリー型ＤＴＮ端末は担当クラスタが少なくなる。
これでは、担当クラスタをすべて回ることに必要なコストについて、フェリー型ＤＴＮ端末間でアンバランスが発生する。このアンバランスが、結果的に、遅延耐性ネットワーク全体での平均伝達遅延をより効率化させることへの障害と成っている。例えば、総移動距離が長いセグメントに存在する通知情報の伝達遅延が増えてしまうからである。
したがって、第３のステップは、セグメント間の総移動距離や総移動時間などの消費コストをバランスさせる処理を行う。換言すれば、受け持ちリソースによるコストの平坦化を図る。合わせて移動経路を定める。これは自律分散的にセグメント間の負荷分散を行う問題と考えることができる。
この処理を第２ステップと共に動的に繰り返し行う。
セグメント間の負荷分散は、発明者がすでに考案済みの自律分散的負荷分散の方法を応用できる。第３ステップで用いることができる凸関数を用いた自律分散型負荷分散制御手法は後に説明する。
凸関数を用いた自律分散型負荷分散制御手法では、要素がフェリー型ＤＴＮ端末となり、フェリー型ＤＴＮ端末の負荷は、担当するセグメントの総移動距離または総移動時間などである。従って、評価関数の横軸は総移動距離または総移動時間とする。
以下の説明では、便宜上、横軸は総移動距離として設定したとする。縦軸はフェリー型ＤＴＮ端末の性能で設定できる。換言すれば、ネットワークを構築するフェリー型ＤＴＮ端末の性能差を評価関数（凸関数）の最大値差として設定値することにより、性能差をネットワーク構築に利用できる。そのいくつかの設定例は実施例で説明する。
設定された評価関数の微分値を等しくするように時々刻々と制御を実施することにより、いずれ評価関数の縦軸が系全体として最大となるように導出された各フェリー型ＤＴＮ端末の消費コストが求められる。
このようにして求められた各フェリー型ＤＴＮ端末の消費コストは、個々の端末が担当すべき受け持ちリソースによるコストとなる。例えば、シンクやクラスタ間を移動する総移動距離となる。この総移動距離から、割り当てられるべきクラスタ、即ちコストからセグメント範囲が定まる。
上記事例で説明したように、離散的に存在する多くのクラスタの帰属関係そのものがセグメント範囲であるので、負荷分散の計算を行って算出された総移動距離等のコストのバランス値を達成するように、隣接セグメント同士がクラスタのやり取りを実施する。
具体例では、総移動距離を減らすべきセグメント（フェリー型ＤＴＮ端末）が、総移動距離を増やすべき隣接セグメントに、自身に所属するクラスタのうち好適なものを渡せばよい。渡すという意味はクラスタの帰属関係を変えること、つまり、担当を変えるということである。
このように、凸関数による負荷分散制御を用い、各フェリー型ＤＴＮ端末が隣接フェリー型ＤＴＮ端末とあるタイミングでクラスタの帰属関係を変えていき、評価関数から導かれる好適な総移動距離に全体としてバランスしていくことで、系全体として自律分散的に好適なセグメント割り当てを達成する。帰属関係を変えるタイミングは、隣接フェリー型ＤＴＮ端末と環境情報のやり取りで決定することとしてもよいし、予め定まった間隔で揃えて実行してもよい。また、受け渡しを行なう２端末間で、相互に了承を得て変更を実行することとしてもよい。
ここまでが第３ステップである。
このように第１ステップから第３ステップまでの網全体の制御を移行して行くことで、第２ステップまででは偏った状況になってしまう状況（図４参照）でも、全体として好適なクラスタの割り当てが実現される。
上記の説明では、理解を促すため、フェリー型ＤＴＮ端末が隣接シンクへ移動する距離を、総移動距離に含めていない態様の説明を行った。クラスタが非常に多い時は、隣接シンクへ移動する距離を無視しても影響は少ない。より正確な負荷分散を網として行なう場合には、隣接シンクに移動するような細かな距離なども算定の基準とするコストに含めることが望ましい。
以上の動作をまとめた概略的な処理シーケンスを図５に示す。
図５では、遅延耐性ネットワーク全体の処理フェーズの移行の様子を示している。以下処理が自立分散で行われる。
各々のフェリーは、初期範囲を設定処理すると共に、少なくとも隣接セグメントの環境情報を取得する（Ｓｔｅｐ１）。この際に、個々のフェリーは、隣接セグメントに従属しているクラスタの位置などを得る。
各々のフェリーは、隣接フェリーとの間で配置済みのクラスタ（初期配置若しくはＳｔｅｐ３で分け合った配置）の受け渡しをコストに基づき図る（Ｓｔｅｐ２）。なお、この処理フェーズを設けることで、網全体としての最適化が早く達成できる。
各々のフェリーは、隣接フェリーとの間で負荷平坦化処理に基づいたセグメント受け渡しにより担当範囲を定め、且つ定まった担当範囲を効率よく周回するルートを導出する（Ｓｔｅｐ３）。
その後、通知情報の交換を行いつつ、Ｓｔｅｐ２とＳｔｅｐ３の処理を時間経過や新たな環境情報の取得に伴い順次繰り返す。
本情報伝達手法を使用することにより、時々刻々と変化する現場の状況に見合った動的なセグメントの割り当てが可能となり、また割り当った範囲を個々で効率的に巡ることで、全体として伝達遅延の最小化が図れる。
換言すれば、リアルタイムに現場の状況に合わせて各情報転送装置の担当範囲を最適化して、全範囲的に伝達遅延をリアルタイムに最適化を図る遅延耐性ネットワークを提供できる。
ここで、第３ステップで使用できる発明者がすでに考案済みの自律分散的負荷分散手法を簡単に説明する。
［自律分散型負荷分散制御］
発明者は過去に、複数の要素を自律分散的に制御して、全体最適な負荷分散を実施する手法を考案している。要素は、サーバ、発電機など様々な負荷分散を図りたい対象である。本発明では、フェリー型ＤＴＮ端末が要素にあたる。
考案した自律分散的負荷分散の手法では、まず要素それぞれに要素の性能見合いの評価関数を設定する。評価関数の概略を図６に示す。横軸は、各要素の状態に関するパラメータであり、縦軸は、何らかの効率、利潤、要素の性能、要素の優先度などに関わる指標である。サーバの負荷分散の例であれば、横軸はサーバの処理負荷量などに相当し、縦軸は、効率や、性能などの指標を割り当てる。この評価関数を凸関数で表す。
凸関数を使用することも本制御手法のポイントである。なぜなら、効率をはじめとする多くのシステムの指標は図６に示すような凸関数で表されるからである。図６のような上に凸な関数を凹関数と呼び、下に凸な関数を凸関数と呼ぶこともあるが、ここでは、関数の性質上で区別する表現を採用し、凹関数も凸関数と表現することにする。
評価関数が凸関数である複数の要素を連携させて、全体で最適化（各要素の評価関数の値の総和が最大となる状態）する問題は、「凸計画問題」として知られている。この問題は、各要素の動作レベルにおける評価関数の微分値が等しい状況で最適化が達成されることが数学的に明らかにされている。発明者が考案した負荷分散手法は、この原理を応用している。評価関数として凸関数を使用した理由は、数学的に証明されていることにもある。
この原理を勘案し、各要素の状態変化（サーバのケースでは負荷）を例えば以下の方程式（１）に従い制御する。
2014142344.tif 000003
ここで、Ｋ１は状態変更のゲインに相当する係数である。ｋは要素ｉに隣接する要素の番号を意味する。
この制御を自律分散的に個々の要素が行なうことで、各要素は評価関数の微分値を等しくするように状態を変更するように動作する。これは、全体利潤を最大化するポイントに各要素の状態（負荷量）を制御するのと等価である。つまり、式（１）の制御により、評価関数の縦軸で設定された効率が系全体として最大化される。
隣接要素が複数個有る場合は、順次式（１）の制御を繰り返せばよい。この数式は一例であって、ポイントは、各要素に設定された評価関数の微分値を等しい状態にするように、各要素の状態を決めて変更させることである。
上記負荷分散手法は、動作していることにメリットがない要素を停止する判断にも使用できる。
まず、要素自身と、その要素に隣接するノードの評価関数間にある指標を定義する。図６は両指標を説明するため説明図である。
負荷が０のときに、評価関数が負の値を取っている例を示しているが、これは起動によりコストが発生することを意味している。ノードの運用開始時に発生するコスト例えば人的リソースを割り当ててもよいし、初期サーチに係るコストをこの値に組み込んでも良い。サーバのレスポンスを最適化するようなときは、縦軸がレスポンス関連量となり、負荷０のところでも評価関数は正の値を採用する。処理フェーズが進み、付加的コストが最小になったぐらいから個々のノードの評価関数を初期値０に近い若しくは０とした評価関数に交換してもよい。
負荷０において、評価関数は数学的に正負どちらでもとることは可能であるが、負の値をとる手法を踏まえておけば、正の値をとる場合はその一部として解くことができる。したがって、以下では、負荷０において、評価関数が負の値をとる汎用的なケースを説明する。
ノードｉ（自装置）のゼロクロス点をλ０，ｉ、隣接ノードｊの評価関数における、ノードｉのゼロクロス点と同じ傾きの点をｚｉｊ、隣接ノードｊの現在の負荷をλｊとする。したがって、ｚｉｊは以下の式（２）で書くことができる。
2014142344.tif 000004
そして、ここで以下の指標を定義する。
2014142344.tif 000005
この指標は、現在の隣接ノードの負荷（総和）が、自身のゼロクロス点よりどれだけ大きいかを意味している。もしノードｉが停止しているとして、ノードｉを運用すべき条件は、運用することでノードｉがゼロクロス点以上の負荷を担当する状況にあるかどうかとなる。
この判別閾値を守れば、運用により網全体に対する利益があり、ノードｉを起動することに不利はない。指標Ｓｉはそれを数値化したものである。隣接ノードがノードｉのゼロクロス点における評価関数微分値と等価なｚｉｊよりどれだけ負荷を担当しているかを示すのが右辺第１項であり、それからゼロクロス点λ０，ｉを引くことで（右辺第２項）、自身のゼロクロス点以上の負荷が周りに存在しているかを示す指標となっている。
Ｓｉが０より大きければ、ノードｉを起動したときにいずれかの隣接ノードが担当していた負荷（クラスタ）はノードｉが担当することになり、かつノードｉの担当負荷はゼロクロス点以上となる。逆に、Ｓｉが０より小さければ、ノードｉが隣接ノードの担当負荷を新たに担っても、ゼロクロス点以下となり、ノードｉの運用により利益を損なう。
指標Ｓｉは、値の正負を判断することでノードｉを運用すべきか停止すべきかも判断できる。Ｓｉが負の際には、その時点でノードｉの負荷は評価関数が負の値をとる領域にあるということで、運用している各ノードは評価関数が０以下になった時点で停止させればよい。このように指標Ｓｉを使用して要素の運用・停止の判断をすることができる。
以上が、指標Ｓｉを用いたフェリーとなるノードの運用判別方法である。以下で示す実施例で説明するようにノードの性能が大きく異なる場合には、運用しないで他のフェリー端末に任せてしまっても大差ないこととなる。
次に、実施例を示して本発明を説明する。
実施例は、本発明の有効性を確認するために初期配置をランダムに割り当てて、凸関数による評価関数を用いて各セグメントを受け持つフェリーが自律分散制御により担当するクラスタを良好に組み替ええるか否かを検証した。
図８は、検証に用いたシンクとクラスタの配置におけるセグメント割り当てを示す。黒丸がシンクであり、白抜きの丸がクラスタである。シンクは９台であり、対応するフェリー型ＤＴＮ端末も９台である。図８に示した各ノードの配置は、結果が判り易いように、最適なセグメントに分散された状態で、個々のセグメントに４つのクラスタが所属する配置とした。
初期配置がランダムな状態からスタートして、適正なセグメント割り当て（クラスタ割り当て）になるならば、現実に生じる多くの多彩な初期状態でも上記本発明により自律分散的な適正セグメント割り当てが可能であると云えるものと考える。
また、実施例の各シンク（セグメント）の隣接関係は、図９に示したネットワーク構造を有することとした。図中で線が繋がっているシンク間は隣接関係を有する。換言すれば、図中で線が繋がっているシンク間のみフェリーが行き来するように動作する。なお、図中の数字は、シンク（セグメント）の通し番号である。
【実施例１】
【００１０】
各フェリー型ＤＴＮ端末には、通信手段、記憶手段、遅延耐性通信手段、などと共に、図１０に示す制御部１００が搭載されている。制御部１００は、遅延耐性通信手段を兼ねてもよい。この制御部１００は、セグメント内および隣接セグメントのシンクとの情報交換をするための移動方針（スケジュール）を決定する移動戦略策定部１１０と、情報転送装置が担当するセグメント範囲（担当するクラスタ）を自他のフェリー型ＤＴＮ端末間で分担して自装置が受け持つ担当範囲を相互の平坦化探索処理により決定する移動範囲決定部１２０を含む。自律移動させる構成とすれば、移動戦略策定部１１０が移動手段を制御する。
本実施例では、各フェリー型ＤＴＮ端末に搭載される移動戦略策定部１１０に、担当クラスタとシンクを順次行き来する移動戦略アルゴリズムを搭載した。つまり、ある担当クラスタを訪れるたびに、一度シンクに戻り、情報をシンクに溜めていく。担当クラスタすべての情報をシンクに集めたら、次に自装置の隣接セグメントのシンクすべてを訪れる。
本実施例では、周辺サーチと隣接セグメント間での通知情報と環境情報の交換に関する一連の動作を１ターンの動作とする。この一連の動作を行った後に、各ノードの移動範囲決定部１２０は個々に、隣接セグメントから環境情報として得た隣接セグメントのクラスタ配置情報や評価関数から算定された値などを用いて、クラスタの帰属関係の更新（セグメントの範囲の変更）を実施する。移動範囲決定部１１０のアルゴリズムは、上記実施形態で述べた方式を使用した。すなわち、図５に示したシーケンスを個々の制御部１００が逐次実行する。以後、ターンを周期的に繰り返していくことで、徐々に最適なセグメント割り当てを自律分散的に形成する。
移動範囲決定部１２０で使用できる評価関数を以下で説明する。
セグメント間の総移動距離または総移動距離がセグメントの割り当てにとって重要な指標とできることは上述したとおりである。したがって、検証では、評価関数の横軸として、各セグメント（フェリー型ＤＴＮ端末の担当範囲）内のクラスタ巡回１ターン分に必要な総移動距離を取ることとした。
今回のセグメント内の移動戦略は、クラスタとシンクを往復する行動モデルを採用する。このため、あるセグメントにおけるシンクｉとクラスタｊの移動距離をＤｉｊとすると、以下の式で表されるλｉが巡回１ターン分に必要な総移動距離となる。本実施例では、このλｉを制御部１００で使用する評価関数として設定する。
2014142344.tif 000006
縦軸に関しては、以下の考えを適用した。
各フェリー型ＤＴＮ端末のある単位時間当たりの移動距離は、通知情報を集配する処理能力といえる。例えば、１日で移動できる移動距離はフェリー型ＤＴＮ端末の１日の情報収集処理能力と換言できる。もちろん移動距離に関係する要素（道路環境など）を関数等で反映させることが望ましい。
情報収集処理能力が高いフェリー型ＤＴＮ端末は、クラスタとシンク間の距離がどれも似たようなものであれば、１日でより多くのクラスタの情報を集めることができるので、処理能力の高いフェリー型ＤＴＮ端末ほど担当クラスタを多くすることが可能である。当然、現実的にはクラスタとシンク間の距離にばらつきがあるので、実際にクラスタの割り当てを導出する際にはクラスタとシンク間のそれぞれの距離を反映して行なう。
以下に負荷分散において使用する評価関数の理論について説明する。
待ち行列理論から、単位時間当たり平均λｉのポアソン分布で負荷が到着し、単位時間当たり平均μｍａｘのポアソン分布で負荷を処理できるとすると（Ｍ／Ｍ／１の待ち行列）、系全体のレスポンスが最小となる条件は以下で示せる。
2014142344.tif 000007
式（５）の左辺は負荷量λｉの１次関数であり、λｉで積分すればλｉの２次関数が得られる。２次関数は凸関数であることが知られているから、式（５）の左辺を積分した関数を各ノードの評価関数と考えるならば、式（５）の意味は凸関数である評価関数の微分値が各ノードで等しくなるときレスポンスが最小になることを意味している。
すなわち、式（５）の左辺をλｉで積分した関数を各ノードの評価関数として設定し、上記凸関数を用いた自律分散制御を行なわせれば、定常状態で、系全体のレスポンスを最小にできる。μｍａｘは処理能力に関するパラメータであり、この値によりノードの処理能力を記述できる。従って、各ノードは全て同じ性能である必要はなく、様々な性能のノードが混在している系でも自律分散制御を行なわせられる。
式（５）の左辺をλｉで積分した場合、定数の自由度だけ解が不定になるので、今回は原点（０，０）を通る凸関数を各ノードの評価関数として設定する。評価関数は、μｍａｘで一意に決まり、ピーク値がμｍａｘ１．５／２でピーク位置が（μｍａｘ，０）の２次関数となる。
図１１に示した凸関数は、各フェリー型ＤＴＮ端末に設定した評価関数である。上記説明のように、μｍａｘは各フェリー型ＤＴＮ端末の一日で移動できる距離を設定した。本実施例では、基本的な動作を確認するために、μｍａｘはすべて同じとした。この場合、評価関数の微分値を等しくする制御は、評価関数の形が同じなので、すべてのセグメントの総移動距離を等しくする制御となる。
図１２に本発明の制御手法によるセグメント割り当ての動作検証結果を示す。シンクとクラスタを結ぶ点線は帰属関係を表し、担当範囲を示している。
図示されたターン毎の変移から明らかなように、最適な状態のセグメント割り当てに順次バランスして変化している。結果、３ターンで初期状態から最適な状態のセグメント割り当てに変化したことが判る。
最適化されたセグメント割り当てにおける通知情報の伝達遅延を求めたところ、最適化された状態では、初期状態の数分の１程度の伝達遅延時間に収まっていた。
なお、最適化された状態からクラスタを任意の位置に追加すると、周囲の担当範囲に吸収された後、網全体に追加されたクラスタの存在が波及する。
以上より、本実施例では、自律分散的に各フェリー型ＤＴＮ端末の担当セグメントを最適化が行なえることをシミュレーション解析により明らかにした。これにより、大規模災害下で、一元的に被災地全体の情報を得ることができない環境下でも、自律分散的（自己組織化的）に遅延耐性ネットワークを構築する新たな手法として有益であることが確信できた。
【実施例２】
【００１１】
本実施例では、フェリー型ＤＴＮ端末が同じ移動能力ではなく、異なる移動能力を持っているときにどのような振る舞いをするかについて検証した。フェリー型ＤＴＮ端末の構成は、実施例１で示した構成と同一であり、使用する評価関数の設定が異なる。
本実施例でも図８に示した実施例１と同様のシンクとクラスタの配置を使用した。本実施例では、セグメント２のフェリー型ＤＴＮ端末の移動能力を他の端末より２倍に設定した。評価関数は、実施例１と同様な図１１に示した凸形状を使用したが、セグメント２を受け持つフェリー型ＤＴＮ端末に設定した評価関数のμｍａｘだけを、他の端末の２倍の値に設定した。これにより、セグメント２の担当クラスタが増えた状態で網がバランスすることと成る。
図１３に本実施例での最終動作結果を示す。初期値の状態は、実施例１と同様の配置を使用した。図１３では、制御が完了した最終状態のみ示してあるが、セグメント２で担当するクラスタが結果的に２クラスタ増えている。この最終状態での通知情報の伝達遅延を求めたところ、実施例１の最終状態と同じセグメント分けをした場合に比べ、１割程度改善が見られた。
この結果からもセグメント２を担当するフェリー型ＤＴＮ端末の処理能力が２倍に設定したことによる処理能力向上が全体に波及したことが判る。
すなわち、フェリー型ＤＴＮ端末の移動能力が異なる場合では、セグメントの移動距離や移動時間を同じにするようにバランスするよりも、フェリー型ＤＴＮ端末の移動能力を勘案したセグメント分けが、網全体に対して有効に伝達遅延の短縮に寄与させることができることを確認できた。
以上より、本実施例では、自律分散的に各フェリー型ＤＴＮ端末の担当セグメントを最適化する本手法が端末毎の能力に基づいて適切に網に影響を与え得ることをシミュレーション解析により明らかにした。換言すれば、本発明は、フェリー型ＤＴＮ端末の移動能力を考慮して好適なセグメント分けが可能となることを明らかにした。これにより、実際の被災地でフェリー型ＤＴＮ端末の移動能力が均一にならない環境下でも、自律分散的（自己組織化的）に遅延耐性ネットワークを構築する新たな手法として有益であることが確信できた。
［発明の他の実施の形態］
実施例１及び実施例２では、フェリー型ＤＴＮ端末の評価関数に、サーバの処理能力に基づく負荷分散用評価関数と同等の図１１に示したような凸関数を設定した。本発明で設定できる評価関数はこれだけにとどまらず、例えば、以下のような観点で作成された評価関数を用いて平坦化処理を行っても良い。
大規模災害下では、車に残っているガソリンの量に見合った移動距離を設定した方が良い可能性がある。そのような場合は、ガソリンの量と移動能力を関連づけて評価関数として設定してもよい。あるいは、近隣のクラスタと頻繁にコミュニケートしたい際に、任意若しくは所定の他のセグメントの受け持ちコスト（負荷）を分担したくないなどの特別な要望もあるかもしれない。そのような状況であれば、そのセグメントの評価関数の絶対値を意図的に他のセグメントの評価関数の絶対値より下げておく、または制御からマスクする（本発明の制御対象外とする）などの施策をとると、他のセグメントの受け持ちコスト（負荷）を分担しなくてもすむようになる。このように、本発明では、現場の状況に応じて、適宜評価関数を定量的、定性的に設定することが事後的にもできるので、個々の現場の状況に見合った全体ネットワークを逐次最適化しながら形成できる。
本発明の情報伝達方法は、遅延耐性ネットワークを構築する地域全体の環境情報が取得できないような場合でも、ローカルな個々の端末が保持する環境情報に従って自律分散動作することで全体をバランスさせ得る。他方、小規模な災害範囲などで全体の環境情報を取得できる場合に、各環境情報を収集した後に中央ノードで、本発明の分散処理の演算を実施することもできる。演算後に、各ノードに演算結果を配備すればよい。この配備は、遅延耐性ネットワークの環境情報として伝播させることで実現してもよいし、他の方法でも可能である。また、自律分散的に動作している各ノードに評価関数を新たに一括的に付与することにも使用できる。この際、伝播させる環境情報に切り替える時間を記入して、全体で一括して切り替わることが望ましい。
尚、情報転送装置の各部は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて実現すればよい。ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせた形態では、ＲＡＭに本遅延耐性通信方式用プログラムが展開され、プログラムに基づいて制御部（ＣＰＵ）等のハードウェアを動作させることによって、各部を各種手段として実現する。また、このプログラムは、記録媒体に固定的に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録されたプログラムは、有線、無線、又は記録媒体そのものを介して、メモリに読込まれ、制御部等を動作させる。尚、記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクなどが挙げられる。
上記実施の形態を別の表現で説明すれば、遅延耐性ネットワークを構築する情報転送装置を、ＲＡＭに展開された本遅延耐性通信方式用プログラムに基づき、担当範囲を導出処理する制御手段や、移動戦略策定手段など、として制御部を動作させることで実現することが可能である。また、このプログラムに通信手段等の他の構成を動作させるアルゴリズムが含まれていてもかまわない。
また、上記に実施形態や実施例の説明で示したブロック構成は例示であり、分離併合、手順の入れ替えなどの変更は本発明の趣旨および説明される機能を満たせば自由であり、下記説明が本発明を限定するものではない。
以上説明したように、本発明を適用した情報転送装置によれば、リアルタイムに現場の状況に合わせて各情報転送装置の担当範囲を最適化して、全範囲的に伝達遅延をリアルタイムに最適化を図る遅延耐性ネットワークを提供できる。
すなわち、本発明によれば、遅延耐性通信方式に関して、リアルタイムに現場の状況に合わせて各情報転送装置の担当範囲を最適化して、全範囲的に伝達遅延をリアルタイムに最適化を図る遅延耐性ネットワークおよび情報伝達手法を提供できる。また、この遅延耐性ネットワークを構築する情報転送装置およびプログラムを提供できる。
結果、本発明を使用すれば、大震災直後においても避難所間で様々な情報を迅速に共有することができるようになり、「情報の空白」を早急に改善できる可能性が高くなる。
本発明を用いれば、大規模災害下のような既存ネットワークが機能しない状況で、遅延耐性ネットワークを運用する際に、一時的に情報を記憶できる情報転送端末を有効利用して、地域の情報伝達をより迅速化できる。その際、遅延耐性ネットワークの構築を周辺の情報端末から取れる環境情報だけを利用しても行い得るように動作して、全体としての最適化を効率よく進められる。
既存ネットワークインフラの強化と共に、本発明にかかる遅延耐性ネットワーク構築に備えることで、情報通信ネットワークの耐災害性をより強化できる。
この出願は、２０１３年３月１３日に出願された日本出願特願２０１３−０５０７７０号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。
【符号の説明】
【００１２】
１００  制御部（制御手段：伝達遅延最小化処理手段）
１１０  移動戦略策定部（移動戦略策定手段）
１２０  移動範囲決定部（移動範囲決定手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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