(57)【要約】  家の中や事業所内などの屋内などに形成される無線ネットワークを用いたアドホックネットワークやこれを有線で行うネットワークを含むアドホック系ネットワークにおいて、送信元から送信先にデータを送る場合、各ノードが持つ複数のチャネルに渡って形成されるパスを使ってデータを送信する。また、信頼性の高いデータ送信を行う場合には、２以上のパスに同じデータを送出し、１つのパスがノイズ源によってデータを正常に送れない状態になっても、他のチャネルのデータを使用することで、ノイズの影響を受けずに、データを送信先に送り届けることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のネットワーク装置を無線あるいは有線の回線で接続して形成するネットワークにおけるネットワーク装置であって、
複数チャネルを用いてデータを送受信する送受信手段と、
複数のチャネルを跨いで、送信元から送信先へのデータの送信パスを形成するパス形成手段と、
該形成されたパスを用いた該送受信手段からのデータ送出を制御する制御手段とを備え、
該ネットワーク装置からなるネットワークは、室内等に形成されるアドホックネットワークあるいは、アドホックネットワークを有線で形成するネットワークであることを特徴とするネットワーク装置。
【請求項２】
前記制御手段は、信頼性の高いデータ転送を行う場合には、複数のパスに同じデータを送出するよう、前記送受信手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
【請求項３】
前記送受信手段は、複数の周波数帯域を用いてデータを送受信可能な無線装置であることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
【請求項４】
前記ネットワーク装置から形成されるネットワークは、ビデオストリーミングデータを転送することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
【請求項５】
前記パス形成手段は、送信元から送信先へのパスの探索のためのメッセージをネットワークに送出し、該メッセージに各ネットワーク装置によって書き込まれるパスの情報を受け取ることによって、形成可能なパスの発見を行うことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
【請求項６】
前記メッセージには、メッセージの内容を識別する識別子が付加され、１つのネットワーク装置において、同じ識別子を有するメッセージがある場合には、１つのメッセージのみが残され、他の同じ識別子を有するメッセージは破棄されることを特徴とする請求項５に記載のネットワーク装置。
【請求項７】
前記パス形成手段は、前記形成されたパスが存在し続けているか否かを定期的に調べることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク装置。
【請求項８】
前記パス形成手段は、パスの存在を調べる場合に、他のネットワーク装置へ送るパス発見用メッセージを所定時間続けて送出することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク装置。
【請求項９】
前記パス形成手段は、パスの存在を調べる場合に、他のネットワーク装置からパス発見用メッセージに対する応答メッセージが所定時間後までに到着しない場合には、パスは消失したと破断することを特徴とする請求項７に記載のネットワーク装置。
【請求項１０】
複数のネットワーク装置を無線あるいは有線の回線で接続して形成するネットワークにおけるデータ転送方法であって、
複数チャネルを用いてデータを送受信する送受信手段を設け、
複数のチャネルを跨いで、送信元から送信先へのデータの送信パスを形成し、
該形成されたパスを用いた該送受信手段からのデータ送出を制御し、
該ネットワークは、室内等に形成されるアドホックネットワークあるいは、アドホックネットワークを有線で形成するネットワークであることを特徴とするデータ転送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家の中や事業所内などに構成されるアドホック系ネットワーク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、有線や無線回線による装置間の接続により、家の中や事業所内などにネットワークを構築し、無線ＬＡＮ等を構成して、電子装置の利便性を向上する技術が開発されている。本明細書では、室内などに構築される無線のネットワークによるアドホックネットワークのほかに、同等の機能を持つ有線のネットワークも含めてアドホック系ネットワークとよぶ。【０００３】
従来、多くの無線ネットワーク装置はスペクトラム拡散方式により広い帯域にデジタル信号を拡散することで、通信中にノイズが発生しても、復元時にノイズが拡散されることにより、通信への影響は少ないとされている。しかしながら、実際においては様々なノイズ源が継続的に存在し、データ損失が発生する為、有線ネットワークと比較し高くなる傾向にある。【０００４】
たとえば、無線のアドホック系ネットワークでは、室内にある電子レンジ等の発する電磁波が大きなノイズ減となる。また、有線のアドホック系ネットワークでも、電気雑音などが生じて、通信を阻害することも起こる。【０００５】
無線ネットワークのデータ損失を低減する技術として、送受信に使われるアンテナを送信側と受信側ともに多重化することで、ノイズによるデータ損失の低減を図る技術は存在するが、通信周波数帯域と同一周波数帯域で継続するノイズに対して効果は期待されない。【０００６】
したがって、無線ネットワークにおいては、実空間に存在するノイズ源が継続的に存在した場合、データ損失を低減する技術はこれまで存在しなかった。
また、有線ネットワークの場合、無線ネットワークよりもノイズに対する耐性は大きいものの、電気雑音に対する対策は特にない。また、有線ネットワークでは、１つのパスにトラフィックが集中するために、データ損失が生じるが、これに対する対策もなされていない。【０００７】
上記のようなデータ損失が頻繁に生じると、ビデオストリームなどのデータを送受信している場合、受信側では、データ損失のため、画像にブロックノイズが発生したり、音声が途切れたりしてしまい、使用に耐えない場合が発生する。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の課題は、実空間に存在する様々なノイズ源が継続的に存在したり、トラフィックが手中しすぎることによるデータ損失の影響を補償でき、安定した高品質なデータの送受信が可能なアドホック系ネットワークを形成可能なネットワーク装置を提供することである。
【０００９】
本発明のネットワーク装置は、複数のネットワーク装置を無線あるいは有線の回線で接続して形成するネットワークにおけるネットワーク装置であって、複数チャネルを用いてデータを送受信する送受信手段と、複数のチャネルを跨いで、送信元から送信先へのデータの送信パスを形成するパス形成手段と、該形成されたパスを用いた該送受信手段からのデータ送出を制御する制御手段とを備え、該ネットワーク装置からなるネットワークは、室内等に形成されるアドホックネットワーク、あるいは、アドホックネットワークを有線で形成するネットワークであることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】無線ネットワークによる本発明の実施形態におけるアドホック系ネットワークの概要を説明する図である。
【図２】有線ネットワークによる本発明の実施形態におけるアドホック系ネットワークの概要を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に従った複数通信リンク確立時のルーティングモデルを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に従ったパス検索・データ転送・リンク確認の機能相関図を示す図である。
【図５】ノード間で受け渡しされるメッセージフレームフォーマットを説明する図である。
【図６】データ転送について説明する図である。
【図７】図４のパス検索及びデータ転送に際して行われる経路発見要求処理の流れを説明するフローチャートである。
【図８】図４のパス検索及びデータ転送に際して行われる経路発見応答処理の流れを説明するフローチャートである。
【図９】リンク確認処理の動作を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、データ損失を低減する信頼性重視のデータ転送方式を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、無線ネットワークによる本発明の実施形態におけるアドホック系ネットワークの概要を説明する図である。
各無線ネットワーク装置は、図１（ａ）に示されるように、異なる周波数をそれぞれ有する複数の無線回路１０−１〜１０−４、ネットワーク制御部１１、メッセージバッファ１２、ルーティングテーブル１３、端末インターフェース部１４で構成される。図１（ａ）では、各無線ネットワーク装置は、４つ周波数帯域で通信が可能となっている。また、無線回線を通じて受信したデータは、メッセージバッファ１２にいったん格納される。そして、ルーティングテーブル１３を参照して、データを他の無線ネットワーク装置に創出する。端末インターフェース部１４は、イーサネット（登録商標）用のインターフェースなどで、パーソナルコンピュータなどの端末ノードと接続するのに使用する。【００１２】
図１（ｂ）に示すように、隣接する無線ネットワーク装置間の接続は、異なる周波数帯域の通信セルで複数の通信リンクを自律ルーティング制御により確立する。図１（ｂ）において、隣接する無線ネットワーク装置は、それらの間に記載されている通信セルを介して、通信する。たとえば、無線ネットワーク装置９−１と９−２は、周波数帯域Ｄの通信セルを使って通信する。無線ネットワーク装置９−１と９−３は、周波数帯域Ａの通信セルを使って通信する。【００１３】
図２は、有線ネットワークによる本発明の実施形態におけるアドホック系ネットワークの概要を説明する図である。
図２では、センサのためにメッシュ状に有線の通信ネットワークを儲け、給電と通信を行う構成である。ネットワークのノードには、ゲートや、アクチュエータ、給電ボックスなどが設けられる。各ノードには、通信ノードが設けられており、通信ノードには、有線ネットワークのワイヤを接続するジョイントとセンサを取り付けるセンサインターフェースが設けられる。【００１４】
このようなネットワークにおいても、電気雑音やトラフィックの集中などによりデータ損失が生じる。
図３は、本発明の実施形態に従った複数通信リンク確立時のルーティングモデルを示す図である。【００１５】
以下では、主に、無線ネットワークを前提に説明するが、すべての説明が有線ネットワークにも適用可能である。
各無線ネットワーク装置間で確立する複数リンクは、１又は２以上のチャネルにわたったルーティングパスとして、各無線ネットワーク装置のルーティングテーブルに格納される。ネットワーク制御部は端末インターフェース部から入力されるデータ種別によりパフォーマンスを重視するデータ転送か信頼性を重視するデータ転送かを判定し、ルーティングテーブルに基づき適切なチャネルでデータを転送する。たとえば、信頼性を重視するデータ転送の場合には、複数のチャネルに同じデータを送出し、１つのチャネルがノイズ源などによって、正常にデータを送れないようになった場合にも、他のチャネルのデータを使用することで、受信側で正常にデータを受信できるようになる。また、各チャネルの通信速度・品質が異なる場合は、定期的にAck応答時間を確認することで、目的のデータ到達点までの最適ルートをルーティングテーブルに反映することができる。【００１６】
ルーティングテーブルは、たとえば、｛Target  node←（node：channel：address・・・）←・・・｝のようになる。
図４は、本発明の実施形態に従ったパス検索・データ転送・リンク確認の機能相関図を示す図である。【００１７】
パス検索は、検索メッセージの発行、転送、応答、ルーティングテーブルへの登録により処理される。パス検索によって目的のノードまでのパスが発見されると、このパスにリンクを張って、データ転送を行う。データ転送を行っている間、ノイズ等によってリンクが消失していないか否かを定期的リンク確認によって確認する。リンク確認が完了すると、データ転送を継続する。リンク確認において、リンクの存在が確認できなかった場合には、パス検索を行って、他のリンクを張ることができるパスを検索する。【００１８】
図５は、ノード間で受け渡しされるメッセージフレームフォーマットを説明する図である。
各ノードは、それぞれ固有の番号（ＩＤ）を持つ。各ノード間は、このＩＤを用いて通信を行う。プレアンブルは、無線通信を確立するための信号である。ローカルプロトコルヘッダは、２つの無線ネットワーク装置間の通信用ヘッダである。グローバルプロトコルヘッダは、送信元と送信先の間の通信用ヘッダである。ボディは、データが格納される。ＣＲＣは、誤り訂正用符号である。ローカル宛先は、隣り合う無線ネットワーク装置間のパスにおける送信先であり、ローカル送り元は、その送信元であり、ＦＩＤは、フレームに与えられる識別番号である。ＦＩＤが同じフレームは、同じデータを保持している。ＴＴＬは、１つのホップを通過するごとに減算されるカウンタ値である。最終宛先は、データの送信先であり、開始元は、データの送信元であり、ボディ長は、ボディのデータの長さである。Typeの中のエラーは、リンクが存在しない場合に設定されるビットである。検索応答、検索要求、Ａｃｋ応答、Ａｃｋ要求、転送方式３、転送方式２、転送方式１は、それぞれメッセージフレームの種類を示し、該当する場合に、ビットが設定される。【００１９】
検索メッセージの発行処理は、メッセージを送信する最終宛て先がルーティングテーブルに存在しない場合に発行される。但し、前回ブロードキャストから経過時間ｔ（ｔは、適切に設定されるべき所定値）以内である場合は、送出されない。【００２０】
検索メッセージの転送処理は、自分以外宛の検索メッセージは全て転送する。但し、同一宛先からのメッセージは破棄、転送時は自ノードのタグを付加し自身のもつ全チャネルから送信する。【００２１】
検索メッセージの応答処理は、自分宛の検索メッセージのみ応答する。但し、規定数以上の検索メッセージを受信した場合は検索メッセージを破棄する。
ルーティングテーブルの登録処理は、検索応答メッセージを受信時にメッセージ中の自信のタグの前後のノードを自身のもつチャネルインタフェースだけを登録する。【００２２】
図６は、データ転送について説明する図である。
データ転送処理は、自ノード宛の場合のみデータを取り込み、自ノード宛でない場合は転送方式により異なる。転送方式がパフォーマンス優先の場合、図６（ａ）に示すように、ルーティングテーブルから転送相手を検索し、受信したチャネル以外のチャネルインタフェースから送出する（ラウンドロビン方式）。転送方式が信頼性優先の場合は、図６（ｂ）に示すように、ルーティングテーブルから転送相手を検索し、受信したチャネル以外の2つ以上のチャネルインタフェースから送出する。ルーティングテーブルに該当するノードタグが無い場合、送信元に不到達エラーを返す。【００２３】
図７は、図４のパス検索及びデータ転送に際して行われる経路発見要求処理の流れを説明するフローチャートである。
まず、図７（ａ）に示されるように、ステップＳ１０において、経路発見要求メッセージを受信する。ステップＳ１１において、このメッセージの、図５で説明したＦＩＤと同じＦＩＤがＦＩＤ  ＦＩＦＯにあるか否かを判断する。ステップＳ１１の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１２において、ＦＩＤ  ＦＩＦＯに、そのＦＩＤを登録する。ステップＳ１３において、当該メッセージが自ノード宛か否かを判断する。ステップＳ１３の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１６において、自ノードＩＤとインターフェースをメッセージの経路リストに登録し、全インターフェースからブロードキャストして、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ１３の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ１４において、自ノードＩＤとインターフェースをメッセージに登録し、発見応答メッセージを作成する。そして、ステップＳ１５において、図８の発見応答メッセージ処理へ進む。【００２４】
図７（ｂ）に示されているように、経路発見要求メッセージは、要求元のＩＤと要求先のＩＤ、及び、ステップＳ１６で随時追加される経路リストからなる。
図８は、図４のパス検索及びデータ転送に際して行われる経路発見応答処理の流れを説明するフローチャートである。【００２５】
まず、図８（ａ）に示されるように、ステップＳ２０において、経路発見応答メッセージを受信する。ステップＳ２１において、受信したメッセージのＦＩＤと同じＦＩＤがＦＩＤ  ＦＩＦＯにあるか否かを判断する。ステップＳ２１の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ２０に戻る。ステップＳ２１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２においては、当該メッセージのＦＩＤをＦＩＤ  ＦＩＦＯに登録し、ステップＳ２３において、メッセージの経路リストから自ノードに隣接するノードのインターフェースから同一インターフェースを取り出し、経路テーブルに登録する。そして、ステップＳ２４において、経路リストを参照し、宛先に向けて隣接ノードへメッセージの転送を行い、ステップＳ２０に戻る。【００２６】
図８（ｂ）の経路発見応答メッセージは、送り元のＩＤ、送り先のＩＤ、経路リストからなる。図８（ｃ）の経路テーブルは、図８（ｂ）の経路発見応答メッセージの経路リストを抽出して、生成される。【００２７】
図９は、リンク確認処理の動作を説明する図である。
ノード起動直後はリンクなし状態でパス検索処理によりリンクが確立され、Ａｃｋ無転送モード状態に遷移する。Ａｃｋ無転送モード状態でｔｏ時間内にメッセージを受信しない場合、Ａｃｋ付転送モード状態へ遷移する。この間、Ａｃｋ応答フラグが無いメッセージを受信してもＡｃｋと見なし、Ａｃｋ無転送モード状態とする。【００２８】
Ａｃｋ付転送モード状態中は、ｔａ時間毎にＡｃｋ付メッセージを転送する。この間、Ａｃｋ応答付メッセージを受信した場合、Ａｃｋ無転送モード状態へ遷移する。ｔｂ時間内にＡｃｋ応答がない場合、リンク無状態へ遷移しルーティングテーブル内の該当するノードタグ(nodeid,channel,address)に無効フラグを立てる。目的ノードに対する全てのノードタグに無効フラグがついた場合、リンク切断とする。【００２９】
図１０は、本発明の実施形態に従った、データ損失を低減する信頼性重視のデータ転送方式を説明する図である。
無線ネットワーク装置Ａに接続された端末ノードＡから無線ネットワーク装置Ｃに接続された端末ノードＣにデータＡを転送する場合、端末ノードＡから入力されたデータＡには、目的の端末ノードＣへのあて先が書かれており、複数の無線ネットワーク装置を経由して目標の無線ネットワーク装置の端末インターフェースへ出力される。【００３０】
無線ネットワーク装置Ａの端末インターフェース部から入力されたデータＡは信頼性モードのルーティングテーブルに基づき複数の無線回路へ同一のデータA’、データA’’を多重出力する。無線ネットワーク装置Ｂは、データA’、データA’’をメッセージバッファへ格納時に合成することで、一方のノイズによるデータの損失であれば復元することが出来る。同様にマルチホップ中継を行う無線ネットワーク装置間で多重出力・合成・復元を繰り返す事によりデータ損失を低減した信頼性の高いデータ転送方式で目的の無線ネットワーク装置Ｃの端末ノードＣへデータを出力することが可能となる。【００３１】
このような信頼性の高いデータ転送は、アドホック系ネットワークにおいて、ビデオストリーミングなどを行う場合に有効である。ビデオストリーミングにおいては、データが欠落すると、リアルタイムに受信側でデータを再生している最中に、画像にブロックノイズが発生したり、音声が途切れたりするからである。本発明の実施形態を用いることで、このようなデータを高品質で受信側に送り届けることができる。【００３２】
以上の説明では、無線ネットワークを前提に説明してきたが、有線ネットワークでも同様であり、ネットワーク装置が、無線の場合には、複数の周波数帯域でデータを送信することが可能な送受信装置を備えるのに対し、有線の場合には、ネットワーク装置が、複数の結線を有しているか、あるいは、単一の結線でも、複数の論理チャネルを有していればよい。
【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】
2007029337.tif 000008
【図８】
2007029337.tif 000009
【図９】
2007029337.tif 000010
【図１０】
2007029337.tif 000011
【国際調査報告】
2007029337.tif 000012
2007029337.tif 000013
2007029337.tif 000014
2007029337.tif 000015