(57)【要約】【課題】  アドホックネットワークを構成する無線端末は様々であり、ユーザが望むサービス品質の統一的な確保が困難であった。【解決手段】  コンテンツの送信を要求する第１端末において、ユーザが要求品質を入力する（Ｓ２０）。この要求品質に基づき、サービス品質に関するポリシーが生成される（Ｓ２２）。このポリシーがパケット化され（Ｓ２４）、このパケットがアドホックネットワークに向けてマルチキャストされる（Ｓ２６）。他の無線端末は、このポリシーを受信し、自らが有する複数の通信制御方式のうち、最適の制御方式を選択し、第１端末に向けてコンテンツをホップ転送する。【選択図】  図４
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【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する通信端末間でコンテンツの転送を開始する前に、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを前記アドホックネットワーク内で通知するステップと、
通知されたサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定するステップと、
特定した制御方式に則って前記コンテンツの送受信を実行するステップと、
を含むことを特徴とするネットワーク制御方法。
【請求項２】
アドホックネットワークにおいてコンテンツの転送を希望する第１端末と、当該コンテンツを第１端末へ転送する第２以下の端末とを含み、
前記第１端末は、コンテンツの転送開始に先立ち、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを前記第２以下の端末に通知し、
前記第２以下の端末は、通知されたサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定してその制御方式に則って前記コンテンツの転送を実行することを特徴とするネットワークシステム。
【請求項３】
アドホックネットワークにおいてコンテンツの転送を希望するとき、当該コンテンツの転送開始に先立ち、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを生成するポリシー生成部と、
生成したサービス品質ポリシーをパケットに組み入れるパケット生成部と、
生成したパケットを前記アドホックネットワークに送信するパケット送信部と、
を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項４】
アドホックネットワークからパケットを受信するパケット受信部と、
受信したパケットを解析する解析部と、
解析の結果、受信したパケットにサービス品質ポリシーを検出したとき、そのサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定するマッピング部と、
特定した制御方式に基づいてコンテンツの転送を実行する制御方式管理部と、
を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項５】
アドホックネットワークにおいてコンテンツの転送を希望するとき、当該コンテンツの転送開始に先立ち、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを生成するポリシー生成部と、
生成したサービス品質ポリシーをパケットに組み入れるパケット生成部と、
生成したパケットを前記アドホックネットワークに送信するパケット送信部と、
前記アドホックネットワークからパケットを受信するパケット受信部と、
受信したパケットを解析する解析部と、
解析の結果、受信したパケットにサービス品質ポリシーを検出したとき、そのサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定するマッピング部と、
特定した制御方式に基づいてコンテンツの転送を実行する制御方式管理部と、
を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項６】
請求項４に記載の無線端末において、前記サービス品質ポリシーを保証する制御方式が特定できないとき、その旨を記述したパケットを生成および送信することを特徴とする無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ネットワークを制御する技術に関する。この発明は特にアドホックネットワークを制御する方法、アドホックネットワークを利用したシステムおよびそのネットワークにて利用可能な無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
アドホックネットワークは、広くコンピュータ等の無線接続に用いられているＩＥＥＥ802.11xなどの技術を用いながら多数の無線端末を相互に接続する。アドホックネットワークでは、基地局やアクセスポイントが不要であり、このようなインフラをもたない場所で安価にネットワークを構築することができ、限られた域内での簡易的なネットワークの構築手法として注目されている。
【０００３】
しかし、アドホックネットワークの構築にあたり、いくつかの技術的課題がある。アドホックネットワーク内では無線端末は常時移動し、無線端末間のリンクも確実ではない。また、アドホックネットワークに参加する無線端末は多岐にわたり、そのハードウェア仕様も様々である。したがって、アドホックネットワークを利用してユーザが望む通信を実現するには、いろいろな考慮点がある。例えば、ルーティング方式やパケットスケジューリング方式として種々の方式が提案されており、いずれの方式を採用するかによってアドホックネットワークの性質が異なってくる。特許文献１には、無線パケット通信においてパケットに要求される品質を満足するとともに、要求されたサービス品質を識別するための基地局の負荷を軽減する無線パケットアクセス方法が提案されている。
【特許文献１】特開平８−１５４０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案される技術は、基地局を用いる無線通信であり、アドホックネットワークのような自律分散型の無線ネットワークを対象とするものではない。前述のごとく、アドホックネットワークに参加する無線端末の多様性も手伝い、アドホックネットワークでユーザが望む通信を実現することは容易ではない。
本発明はこうした現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、アドホックネットワークにおいてユーザが望むサービス品質を実現するためのネットワーク制御技術、ネットワークシステムおよび無線端末を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、ネットワーク制御方法に関し、アドホックネットワークを構成する通信端末間でコンテンツの転送を開始する前に、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを前記アドホックネットワーク内で通知するステップと、通知されたサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定するステップと、特定した制御方式に則って前記コンテンツの送受信を実行するステップとを含む。
【０００６】
「コンテンツ」はユーザが利用する何らかのデータの単位であればよく、その内容や形式は問わない。「サービス品質ポリシー」とは、要求するサービス品質を特定する情報や属性をいう。サービス品質ポリシーは、セッションごと、その他、任意の通信単位ごとに通知すればよい。このネットワーク制御方法によれば、サービス品質ポリシーに応じたコンテンツの転送がなされるため、ユーザの要望を実現しやすい。前述のごとく、アドホックネットワークに参加する通信端末の仕様はまちまちであるから、その中で必要な品質を統一的手法で確保することにはメリットがある。
【０００７】
本発明の別の態様は、ネットワークシステムに関し、アドホックネットワークにおいてコンテンツの転送を希望する第１端末と、当該コンテンツを第１端末へ転送する第２以下の端末とを含み、前記第１端末は、コンテンツの転送開始に先立ち、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを前記第２以下の端末に通知し、前記第２以下の端末は、通知されたサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定してその制御方式に則って前記コンテンツの転送を実行する。
【０００８】
本発明のさらに別の態様は、無線端末に関する。無線端末は携帯型、据え置き型その他形態を問わない。この無線端末は、アドホックネットワークにおいてコンテンツの転送を希望するとき、当該コンテンツの転送開始に先立ち、当該コンテンツの転送に際して実現されるべきサービス品質ポリシーを生成するポリシー生成部と、生成したサービス品質ポリシーをパケットに組み入れるパケット生成部と、生成したパケットを前記アドホックネットワークに送信するパケット送信部とを備える。ポリシー生成部は、ユーザの要求品質に基づいてサービス品質ポリシーを生成してもよい。
【０００９】
本発明のさらに別の態様も無線端末に関し、アドホックネットワークからパケットを受信するパケット受信部と、受信したパケットを解析する解析部と、解析の結果、受信したパケットにサービス品質ポリシーを検出したとき、そのサービス品質ポリシーに沿った制御方式を特定するマッピング部と、特定した制御方式に基づいてコンテンツの転送を実行する制御方式管理部とを備える。以上のふたつの態様の無線端末の特徴を備えた無線端末も本発明の別の態様である。
【００１０】
これらの無線端末において、前記サービス品質ポリシーを保証する制御方式が特定できないとき、その旨を記述したパケットを生成および送信してもよいし、そのときに限り、ベストエフォートサービスに切り換えてもよい。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アドホックネットワークにおけるサービス品質を統一的手法で確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、実施の形態にかかるネットワークシステム１００の構成を示す。ネットワークシステム１００は多数の無線端末によって構築され、ここでは第１端末１０２、第２端末１０４、第３端末１０６、第４端末１０８、第５端末１１０が存在する。これらの無線端末は相互に接続し、１つのネットワークを構成している。今、第１端末１０２のユーザが、あるコンテンツ（図中Ｃと表記）の送信を第３端末１０６にリクエストする。第３端末１０６は、第２端末１０４を介してコンテンツＣを第１端末１０２へホップ転送する。このとき、コンテンツＣがリアルタイム処理を必要とするマルチメディアストリームであるとき、第１端末１０２のユーザは当然伝送遅延の少ないルートを通る経路でコンテンツＣの転送がなされることを望む。ネットワークシステム１００を構成する無線端末は様々であり、また、そのルーティングも各無線端末の移動によって画一的に決まらないため、ユーザが望むサービス品質（以下、ＱｏＳ、Quality of Serviceとも表記する）を実現できる保証はない。こうした問題がある以上、アドホックネットワークを利用する無線通信はその普及の大きな足かせがあると考えられる。
【００１４】
そこで本実施の形態では、コンテンツＣを要求する第１端末１０２がコンテンツＣの要求に先立ち、ネットワークシステム１００へ向けてサービス品質保証ポリシー（以下単に「ポリシー」という）をマルチキャストし、自らが求めるサービス品質を他の無線端末に宣言する。他の無線端末は、そのポリシーにしたがって自己の有する複数の制御方式の中から最適な制御方法を決定し、その制御方式を利用することによって、ポリシーに沿った転送を行う。例えばリアルタイム型のマルチメディアストリームを要求する場合、ポリシーには最低遅延や最低帯域などの要求品質を満たすため、パケット損出率よりも伝送遅延の小さなルートを確立し、更に無線端末においてはリアルタイム型パケットをベストエフォート型パケットに優先して転送するといったパケット転送制御を要求する。これによりリアルタイム性を可能な限り保証したマルチメディアストリーム伝送が可能となる。以下、コンテンツＣを要求する端末を第１端末１０２、一方、コンテンツＣを転送する端末を第２端末１０４によって代表させ説明する。
【００１５】
図２はネットワークシステム１００によってコンテンツが転送される全体の流れを説明するフローチャートである。まず、第１端末１０２がポリシーをネットワークシステム１００へ向けてマルチキャストする（Ｓ１０）。第２端末１０４はポリシーを受信し、自らが有する複数の制御方式のうち、ポリシーに沿った制御方式を決定する（Ｓ１２）。続いて、第２端末１０４は転送されてきたコンテンツＣを先に決定した制御方式を用いて第１端末１０２へ転送する（Ｓ１４）。
【００１６】
図３は、第１端末１０２の内部構成を示す。この構成は第２端末１０４その他の無線端末においても同様である。
第１端末１０２において、無線部２６はアンテナを含む無線関連機能部分である。パケットの送受信は、無線部２６およびメディアアクセス制御部２１を介してパケット受信部１１およびパケット送信部１２によって行われる。
【００１７】
要求品質入力部２４は、ユーザがコンテンツＣを要求する際、その要求品質をユーザの主観的な表現によって入力する。要求品質入力部２４は実際にはキーボードなどの入力装置およびユーザが主観的な要求品質を選択するためのユーティリティなどであってもよいし、コンテンツＣの内容、属性、形式などにしたがって自ら要求品質を決定および出力するミドルウェアのようなソフトウェアであってもよい。いずれにせよ、要求品質はＱｏＳ保証ポリシー生成部２５へ入力される。ＱｏＳ保証ポリシー生成部２５は、要求品質をより客観的な情報へ変換する。すなわち、ＱｏＳ保証ポリシー生成部２５は要求品質を満たすためにサービス品質の各属性が守るべき条件を生成する。生成したポリシーは送信パケット生成部１４へ出力される。送信パケット生成部１４は、ポリシーを送信パケットへ組み込み、このパケットをパケット送信部１２へ出力する。パケット送信部１２は、このパケットをメディアアクセス制御部２１を介して無線部２６からネットワークシステム１００へ送出する。以上がポリシーの生成および送信に関する構成である。
【００１８】
一方、ポリシーを受信したのちに制御方式を決定して転送サービスを実行する構成は以下のとおりである。すなわち、パケット受信部１１は無線部２６およびメディアアクセス制御部２１を介してパケットを受信する。受信したパケットは受信パケット解析部１３へ送られ、ここでその内容が解析される。解析の結果、パケットにポリシーが含まれていることが判明すれば、このポリシーがＱｏＳマッピング部１５へ送られる。
【００１９】
ＱｏＳマッピング部１５は、ルーティング制御方式管理部１６、パケット転送制御方式管理部１８、メディアアクセス制御方式管理部２０、およびアンテナ制御方式管理部２２を統括的に制御する。すなわち、ＱｏＳマッピング部１５は、受信したポリシーに従い、それぞれが個別に複数の制御方式を管理するルーティング制御方式管理部１６等に最適な制御方式の選択を指示する。その指示に従い、ルーティング制御方式管理部１６、パケット転送制御方式管理部１８、メディアアクセス制御方式管理部２０、アンテナ制御方式管理部２２はそれぞれ、選択した制御方式をルーティング制御部１７、パケット転送制御部１９、メディアアクセス制御部２１、アンテナ制御部２３へ通知する。ルーティング制御部１７、パケット転送制御部１９、メディアアクセス制御部２１、アンテナ制御部２３はそれぞれ、決定された制御方式にしたがってルーティング、パケット転送、メディアアクセス制御、アンテナ制御を行う。
【００２０】
ルーティング制御方式の例として、アドホックオンデマンド距離ベクトルアルゴリズム（ＡＯＤＶ）、ダイナミックソースルーティングプロトコル（ＤＳＲ）、最適化リンク状態ルーティングプロトコル（ＯＬＳＲ）、ゾーンルーティングプロトコル（ＺＲＰ）その他の方式がある。ポリシーに応じていずれのルーティング制御方式を選択するかはあらかじめルーティング制御方式管理部１６内部にテーブルとして記録しておいてもよい。そのテーブルはいろいろなコンテンツを種々のポリシーのもとで転送する実験により、定めることができる。同様に、パケット転送制御方式の例として、ＦＩＦＯ方式、優先度キューイング、クラスベースドキューイングなどがある。
【００２１】
メディアアクセス制御方式についてＩＥＥＥ802.11無線ＬＡＮの動作モードはアドホックネットワークにおける利用を考える場合において、ＤＣＦ（Distributed Coordination Function）となる。ＤＣＦのメディアアクセス方式は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を採用するが、この方式は基本的にベストエフォート通信であるため、サービス品質を保証することが難しい。そこで、ＣＳＭＡ／ＣＡによってもサービス品質保証を可能するために、送信パケットの優先度に基づいて、ＩＦＳ（Interframe Space）やBackoffアルゴリズムにおけるＣＷ（Contention Window）サイズを調整する方法がある。また、ＩＥＥＥ802.11eでは、サービス品質保証を目的として、ＤＣＦとＰＣＦ（Point Coordination Function）を組み合わせたＨＣＦ（Hybrid Coordination Function）やＥＤＣＦ（Enhanced DCF）が提案されている。メディアアクセス制御方式管理部２０は、これらのアクセス制御方式の中からテーブル等にしたがって最適な制御方式を選択する。
【００２２】
アンテナ制御方式については、以下の考察が必要である。現在一般的に利用されているアンテナは、電波を同一円心状に放射する無指向性アンテナが主流である。これに対して、電波を特定方向へ放射することによって空間を分割し、周波数利用効率を高めることが可能な指向性アンテナが普及し始めている。アドホックネットワークにおける無指向性アンテナの制御は、無線端末のバッテリー寿命を延ばすために送信出力を抑制することがメインとなる。これに対して、指向性アンテナを利用する場合は、送信出力制御を行うことに加えて、パケットごとに指向性／無指向性をどのように切り替えるかが問題となる。ＣＳＭＡ／ＣＡでは隠れ端末の問題を回避するためにＲＴＳ／ＣＴＳコントロールパケットが用いられているが、本コントロールパケットを常に指向性で送出すると、ＲＴＳ／ＣＴＳがうまく機能せず、無指向性の場合に比べてスループットが低下してしまう場合がある。そのため、指向性／無指向性を適切に切り替える必要があり、そのためのいくつかの方式が提案されている。アンテナ制御方式管理部２２は、これらの複数のアンテナ制御方式の中からテーブル等に従い最適の制御方式を選択する。
【００２３】
図４は、第１端末１０２がポリシーを配信するまでの処理の流れを示す。まず、要求品質を要求品質入力部２４を介してＱｏＳ保証ポリシー生成部２５へ入力する（Ｓ２０）。ＱｏＳ保証ポリシー生成部２５は、ポリシーを生成し、送信パケット生成部１４へ出力する（Ｓ２２）。送信パケット生成部１４は、受け取ったポリシーをパケット化し（Ｓ２４）、これをパケット送信部１２へ送る。パケット送信部１２はこのパケットをメディアアクセス制御部２１および無線部２６を介してマルチキャストする（Ｓ２６）。
【００２４】
図５は、ＱｏＳ保証ポリシー生成部２５で生成されるポリシーの一例を示す。ここではポリシーの生成原因となった要求品質が「ビデオ品質：できるだけクリアな品質の映像」であるとする。その結果、ポリシーとして、「コンテンツ」は「ビデオ」、「フレームレート」は最大値で３０フレーム／秒、最小値で１０フレーム／秒、「クオリティ」として画像圧縮率は「低圧縮」などのように定められている。入力された要求品質からポリシーを定めるために、例えばＱｏＳ保証ポリシー生成部２５は内部に図示しない対応テーブルを有しても良い。また、要求品質入力部２４において入力できる要求品質をあらかじめ多数用意し、その中からユーザに選択させれば要求品質とポリシーの対応付けは容易となる。
【００２５】
図６は、要求品質に対するポリシーの別の例を示す。ここでは、要求品質は「ビデオ品質：できるだけスムーズな動きの映像」である。その結果、生成されたポリシーは、図５の場合に比べ、「フレームレート」の最小値として２０フレーム／秒が要求されている。また、「クオリティ」として画像圧縮率が「高圧縮」でよいと緩和されている。すなわち、図６の場合、いくぶん画質の低下を容認しても、画像コマ数を増やすことがより重要とされるのである。
【００２６】
図７は、要求品質に対して定められるポリシーの更に別の例である。ここでは、要求品質は「ファイル転送：できるだけ短時間に終了」である。このとき、ポリシーとして「データサイズ」が「１０ＭＢ」とされ、「ルーティング」が伝送帯域の大きなルートでかつ伝送遅延要求無しとされる。このように、データを大きな伝送帯域のルートで転送することによりファイルの転送時間の短縮を実現する。
【００２７】
図８は、コンテンツＣを転送する第２端末１０４における処理の流れを示す。同図において、ＭＡはメディアアクセス制御方式、Ａはアンテナ制御方式、Ｔはパケット転送制御方式、Ｒはルーティング制御方式をそれぞれ示す。第２端末１０４のパケット受信部１１は、無線部２６およびメディアアクセス制御部２１を介してパケットを受信する（Ｓ３０）。受信したパケットは受信パケット解析部１３へ送られ、ここで解析される（Ｓ３２）。パケットにポリシーが含まれる場合、このポリシーがＱｏＳマッピング部１５へ送られ、ルーティング制御方式管理部１６その他によって制御方式が決定される（Ｓ３４）。決定された制御方式はルーティング制御部１７等へ通知され、設定される（Ｓ３６）。
【００２８】
Ｓ３２において、パケットの解析の結果、パケットが転送すべきコンテンツを含む場合、パケット転送制御部１９が先に定められたパケット転送方式にしたがい、パケットをスケジューリングし、転送すべきパケットを決定する（Ｓ４０）。続いて、ルーティング制御部１７は、先に決定されたルーティング制御方式にしたがってパケットの転送先端末を決定し、転送先とともにパケットを送信パケット生成部１４へ渡す（Ｓ４２）。送信パケット生成部１４は、送信用のパケットを組み立て、パケット送信部１２へ渡す（Ｓ４４）。パケット送信部１２は、このパケットをメディアアクセス制御部２１および無線部２６を介して送信する（Ｓ４６）。
【００２９】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした変形例を挙げる。
【００３０】
実施の形態では、第２端末１０４は要求されたポリシーにしたがったコンテンツの転送が可能として説明した。しかしながら、要求されたポリシーに沿ったサービス品質が保証できない場合、第２端末１０４は第１端末１０２へ向けてサービス、すなわち転送が不可能な旨を通知してもよい。または、第２端末１０４は自らが可能なベストエフォートの範囲でコンテンツを転送してもよい。第２端末１０４が要求されたポリシーに見合うサービス品質を保証できない場合の例として、トラフィックの問題で、リアルタイム性が保証できない場合が考えられる。
【００３１】
実施の形態では、無線端末として、その種類を特定しなかった。実際、どのような無線端末であっても本発明は適用可能であり、それらの無線端末が共同してアドホックネットワークを構成できさえすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態に係るネットワークシステムの全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態においてコンテンツが転送される全体の流れを示すフローチャートである。
【図３】第１端末の内部構成を示す図である。
【図４】第１端末において要求品質の入力からポリシーを生成およびマルチキャストする流れを示すフローチャートである。
【図５】所定の要求品質から生成されたポリシーの例を示す図である。
【図６】所定の要求品質から生成されたポリシーの例を示す別の図である。
【図７】所定の要求品質から生成されたポリシーの例を示す別の図である。
【図８】実施の形態において、第２端末がパケットを受信した際、制御方式の決定またはパケットの転送を行う流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１１  パケット受信部、１２  パケット送信部、１３  受信パケット解析部、１４  送信パケット生成部、１６  ルーティング制御方式管理部、１８  パケット転送制御方式管理部、２０  メディアアクセス制御方式管理部、２２  アンテナ制御方式管理部、２４  要求品質入力部、２５  ＱｏＳ保証ポリシー生成部、１００  ネットワークシステム、１０２  第１端末、１０４  第２端末。
【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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