JP2006157666A - 移動通信端末、ネットワーク制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスタとなる通信端末とスレーブとなる複数の通信端末により構成される無線通信ネットワークにおいて、マスタを複数設定してネットワークを維持する。
【解決手段】通信端末３０の回線状況測定部３２において、他の通信端末との間の回線状況を測定し、各通信端末で測定した回線状況の情報をマスタにおいて集計し、マスタ・スレーブ決定部３３がマスタとスレーブとの役割を決定する。回線状況に応じて１つのマスタでネットワークを構成することが困難であり、また複数のマスタを設けマスタとスレーブで構成されるネットワークを複数設けることによりネットワークを構成可能と判断した場合、マスタとスレーブで構成されるネットワークを新たに設け、マスタとスレーブの役割をもつ端末を介して新たに設けた複数のネットワーク同士を相互に接続させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は移動通信端末、ネットワーク制御方法に関し、特にマスタとスレーブにより構成される無線通信のアドホックネットワークを構成する移動通信端末、ネットワーク制御方法に関する。

近年、ローカル通信機能を有する携帯無線端末を利用し、近距離でのインスタントメッセージサービスやオンラインゲームなどが実現されている。またネットワーク対応の家電が無線ローカル通信にてホームネットワークを構築するものもある。このような通信は近距離で複数の端末間で相互に無線通信を行ってアドホックネットワークを構成するものであり、アドホックネットワークを構成する通信手段としてＩＥＥＥ８０２．１１やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等が用いられている。

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）は２．４ＧＨｚ周波数帯域を用いた通信規格であり、複数の通信端末でアドホックネットワークを構築する際にピコネットと呼ばれる最小単位のネットワークを構築する。この場合、図１２に示されているように、ピコネットを構築する複数の通信端末の内、最初に通信を開始した１台の通信端末がマスタ端末として動作し、残りの通信端末がスレーブ端末として動作することで、この複数の通信制御装置間で相互に通信が行われる。図１２は、本発明の各実施形態に共適するネットワーク構成を示す図である。同図には、ピコネット１が、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の仕様に準拠する無線通信端末３０Ａ〜３０Ｇにより構成されている様子が示されている。このピコネット１では通信端末３０Ｇが通信のハブとなるマスタであり、無線通信端末３０Ａ〜３０Ｆがスレーブである。ピコネット１のマスタである通信端末３０Ｇは、スレーブである通信端末３０Ａ〜３０Ｆからの信号を中継しネットワーク内の各通信端末間での通信を実現している。

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のピコネットはマスタ端末とスレーブ端末間の通信によって構成されるため、マスタ端末を中心としてスレーブと通信可能な距離の範囲がピコネットのエリアとなる。１つのピコネットに同時に参加できる従局の数は現在の規格では７台までと制限されている。ただし、共通ノードを介して複数のピコネットを接続することが可能であり、これにより無数のデバイスによるネットワーク構成を実現できる。このように複数のピコネットを接続した形態をスキャタネットと呼ぶ。

従来マスタとスレーブとで構成されるアドホックネットワークでのマスタとスレーブの割り当て方法としては、最初に通信を開始した端末をマスタ端末として選定する方法や、各通信端末の蓄電池残量、通信量などをもとに選定する方法が提案されている(例えば、特許文献１、特許文献２参照)。
しかしながら、マスタ端末とスレーブ端末の構成によっては、ピコネットでカバーできる領域が狭くなることがある。例えば図１３に示されているように、アドホックネットワークに参加する通信端末が、他のスレーブの通信端末と通信可能な範囲にいても、マスタ端末と離れた場所に位置し、マスタの通信端末と通信できない場合には、アドホックネットワークに参加できないといった問題が生じる。この場合、図１２に示されているピコネットでカバーできる領域と同様の範囲をカバーすることができない。

これを解決するには、マスタとスレーブとの役割を交代する方法が考えられる。例えば、特許文献３においては、スレーブが能力値をパフォーマンスパラメータとして算出してマスタに送信し、マスタが、各スレーブからのパフォーマンスパラメータに基づいて、次期マスタ候補として選定し、マスタが離脱した場合には、バックアップマスタ情報に基づいて次期マスタを決定している。

また、特許文献４においては、不適格なクラスタヘッド（マスタに相当）の状態を検出し、より良いクラスタヘッドを再選出することを目的とし、順番に、仮クラスタヘッドとして機能させてみて、それぞれがクラスタヘッドとなったときに構成する仮クラスタメンバとの受信レベル（接続電波状況）を取得し、電波状況が改善される場合はクラスタヘッドを交代している。
特開２００２−１６４９０１ 特許第２９２４８２８号公報 特開２００４−１２９０４２号公報 特開２００２−４４００３号公報

しかし、上述した従来技術においては、端末の移動距離が長い場合には、マスタとスレーブとの役割を交代してもネットワークを維持できない場合があるという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的はマスタを複数設定することにより、端末の移動距離が長い場合や回線の通信状況が劣化した場合においてもネットワークを維持することのできる移動通信端末、ネットワーク制御方法を提供することである。

本発明の請求項１による移動通信端末は、他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定手段と、前記回線状況測定手段による測定結果に基づいてネットワークにおけるマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定手段とを含み、他の通信端末と共にネットワークを構成する移動通信端末であって、端末の移動及び通信状況の劣化の少なくとも一方によって１つのネットワークとして構成することができなくなった場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する判定手段を更に含み、前記マスタ・スレーブ決定手段は、前記判定手段の判定結果により複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できる場合には、複数のマスタを決定することを特徴とする。この構成によれば、マスタとスレーブとの通信状況に応じてネットワークの構成を適宜変更し、端末の移動距離が長い場合においてもマスタを複数設定することにより、ネットワークを維持することができる。

本発明の請求項２によるネットワーク制御方法は、他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定ステップと、端末の移動及び通信状況の劣化の少なくとも一方によって１つのネットワークとして構成することができるか判定する第１の判定ステップと、前記第１の判定ステップにおいて１つのネットワークとして構成することができないと判定された場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する第２の判定ステップと、前記第２の判定ステップにおいて複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できると判定された場合に、前記回線状況測定ステップにおける測定結果に基づいてネットワークにおける複数のマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定ステップとを含むことを特徴とする。このようにすれば、マスタとスレーブとの通信状況に応じてネットワークの構成を適宜変更し、端末の移動距離が長い場合においてもマスタを複数設定することにより、ネットワークを維持することができる。

以上説明したように本発明は、マスタとスレーブとで構成されるアドホックネットワークにおいて、マスタとスレーブとの通信状況に応じてネットワークの構成を適宜変更し、端末の移動距離が長い場合においてもマスタを複数設定することにより、ネットワークを維持することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（移動通信端末の構成）
図１は、本発明の実施形態による移動通信端末の機能構成を示すブロック図である。同図において、本発明の実施形態による移動通信端末３０は、他の通信端末と共にネットワークを構成する移動通信端末であり、他の通信端末と接続して通信を行う機能を有する通信部３１と、他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定部３２と、回線状況測定部３２による測定結果に基づいてネットワークにおけるマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定部３３と、端末の移動や通信状況の劣化によって１つのネットワークとして構成することができなくなった場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する判定部３４とを含んで構成されている。マスタ・スレーブ決定部３３は、判定部３４の判定結果により複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できる場合には、複数のマスタを決定する。

上記の移動通信端末が複数接続されたネットワークにおいて、端末の移動によってマスタからの通信圏外となるスレーブが発生した場合や通信回線が劣化した場合にマスタを交代し、さらに１つのネットワークとして構成することができなくなった場合に、複数マスタを設定することで複数のネットワークを接続したネットワークを構成する制御について説明する。

（通信圏外となるスレーブ発生によるマスタの交代）
図１３に示されているように各通信端末の位置が移動し、マスタである通信端末３０Ｇから通信端末３０Ｂへの通信ができなくなった場合について説明する。この場合、図２の処理フローに従って処理される。
すなわち、同図に示されているように、マスタにおいて通信端末３０Ｂが通信圏外となったことを検知すると（ステップＳ５０１）、マスタは現在通信可能なスレーブの通信端末３０Ａおよび３０Ｃ〜３０Ｆに対して通信状況通知要求を送信する（ステップＳ５０２）。この通信状況通知要求を受信した各通信端末は他の端末に対して測定用信号を送信し、通信状況が測定される（ステップＳ５０３）。各通信端末は他の端末からの測定用信号を受信し、一定時間経過後にマスタの通信端末に対して測定結果を送信する（ステップＳ５０４）。

マスタは各通信端末より受信した測定結果を集計し、集計結果のテーブルを作成する（ステップＳ５０５）。
図３には、この集計結果のテーブルの例が示されている。同図においては、通信状態の測定値として各端末で他の端末との受信電力を「０」〜「１０」までの評価値にて表現した場合の例が示されている。

判断基準としては、マスタ変更後に受信電力の最低値が最も高いマスタを選択する場合や平均値が高くなる場合、またはそれらを複合的に適用することが考えられる。同図の例において受信電力が最低となる場合を選択すると、マスタとして通信端末３０Ｃを選択した場合には「５」以上の通信電力を確保することが可能であり、なおかつピコネットの通信圏外であった通信端末３０Ｂとの通信も可能となる。現在のマスタ端末である通信端末３０Ｇでは上記の判定手法によって通信端末３０Ｃへのマスタ変更の判断を行い、各通信端末３０Ａ、３０Ｃ〜３０Ｆに対して通信端末３０Ｇから通信端末３０Ｃヘマスタを変更することを変更要求として各スレーブの通信端末に送信する（ステップＳ５０６）。その後、各通信端末でマスタの変更が実施される（ステップＳ５０７）。

この場合、スレーブの役割となる通信端末３０Ａ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆは通信端末３０Ｇとマスタ・スレーブの関係をリセットし待機状態となり、新たにマスタとなる通信端末３０Ｃは順次通信端末３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ〜３０Ｇに対して接続を行う。これにより、図４に示されているように、マスタとなる通信端末が通信端末３０Ｇから３０Ｃへ変更され、ピコネット１からピコネット２へとネットワーク構成が変更される。

（通信回線劣化によるマスタの交代）
図１３に示されているように各通信端末の位置が移動し、マスタの通信エリアであるピコネット１の範囲から遠ざかり、通信端末３０Ｂがマスタと通信状況が著しく劣化した場合について説明する。この場合、図５の処理フローに従って処理される。
すなわち、同図に示されているように、マスタとの通信状況が劣化したことを検知した通信端末３０Ｂは（ステップＳ６０１）、マスタに対してマスタ・スレーブの割当を変更するために、再構築要求を送信する（ステップＳ６０２）。

その後、図２の場合と同様に、マスタはスレーブの通信端末３０Ａおよび３０Ｂ〜３０Ｆに対して通信状況通知要求を送信する（ステップＳ５０２）。さらに、各通信端末は他の端末に対して測定用信号を送信し、通信状況が測定される（ステップＳ５０３）。各通信端末は他の端末からの電力測定用信号を受信し、一定時間経過後にマスタの通信端末に対して測定結果を送信する（ステップＳ５０４）。
マスタは各通信端末より受信した測定結果を集計し、集計結果のテーブルを作成する（ステップＳ５０５）。

図６には、この集計結果のテーブルの例が示されている。同図においては、通信状態の測定値として各端末で他の端末との受信電力を「０」〜「１０」までの評価値にて表現した場合の例が示されている。
図６の例においてマスタとして通信端末３０Ｃを選択した場合には「７」以上の通信電力を確保することが可能である。通信端末３０Ｃを選択した場合、現在のマスタ端末である３０Ｇから各通信端末３０Ａ〜３０Ｆに対して通信端末３０Ｇから通信端末３０Ｃヘマスタを変更することを変更要求として各スレーブの通信端末に送信する（ステップＳ５０６）。その後、各通信端末でマスタの変更が実施される（ステップＳ５０７）。

この場合、スレーブの役割となる通信端末３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆは３０Ｇとマスタ・スレーブの関係をリセットし待機状態となり、新たにマスタとなる通信端末３０Ｃは順次通信端末３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ〜３０Ｇに対して接続を行い図４に示されているようにマスタとなる通信端末が３０Ｇから３０Ｃへ変更され、ピコネット１からピコネット２へとネットワーク構成が変更される。
なお、上記においては、マスタ・スレーブ割り当ての再要求は通信状況の悪化を検知した通信端末３０Ｂにより開始されたが、各通信端末が定期的に他の通信端末との状況を定期的に測定し、マスタの通信端末３０Ｇにおいて状況を判断し再割り当てを行うことも考えられる。

(複数のマスタ設定)
図１２に示されている構成から図７に示されているような構成へと各通信端末が移動し、通信端末３０Ｅおよび３０Ｆが上述した（通信圏外となるスレーブ発生によるマスタの交代）や（通信回線劣化によるマスタの交代）の場合のようにピコネット２の通信領域でネットワークに参加できないケースについて述べる。この場合、新たにマスタとスレーブの関係で構成される別のピコネット３を新たに設ける。
図７において通信端末３０Ｄはピコネット２ではスレーブ、ピコネット３ではマスタの役割をもち、相互のピコネット間の信号を中継する。このように複数のピコネットを相互に接続して１つのネットワークを構成する手法をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の規格ではスキャタネットと呼ぶ。

この場合、図８の処理フローに従って処理される。すなわち、同図に示されているように、ピコネット１においてマスタの役割をしていた通信端末３０Ｇは、図２の場合と同様に、回線状況を集計する（ステップＳ５０１〜Ｓ５０５）。その後、通信端末３０Ｇは、新たなマスタの選定を行う際に、マスタの変更により１つのピコネットにてネットワークが構成可能かどうかを判断する（ステップＳ７０１）。この判断の結果、１つのピコネットにてネットワークが構成可能であると判断した場合は、図２の場合と同様に、新たなマスタを選定し、マスタを変更する処理が行われる（ステップＳ５０６、Ｓ５０７）。

一方、１つのピコネットでの構成が困難であると判断した場合には、複数のピコネットに分割すれば通信可能かどうかを判断する（ステップＳ７０２）。
ここで、通信端末３０Ｇで集計した結果の例が図９に示されている。図９のテーブルにおいて全ての通信端末においてマスタとして選択した場合の最低値が「０」つまり通信不能な状況が存在するということになる。

そこで、ここでは最低値が「０」のものを省いてピコネットを１つ構成した場合で判定すると通信端末３０Ａおよび３０Ｃが選択される。通信端末３０Ａを選択した場合について通信端末３０Ａと通信が不可能であった通信端末３０Ｄ、３０Ｅおよび３０Ｆを含むピコネットを新たに生成する場合を判定すると、通信端末３０Ａのスレーブとなる通信端末３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄとのどれをとっても通信端末３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆの最低値が「０」となってこれらの通信端末と通信不可能である。

一方で通信端末３０Ｃをピコネットのマスタとして選択した場合について判定すると、通信端末３０Ｃのスレーブとなる通信端末３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ、３０Ｇのうち通信端末３０Ｅおよび３０Ｆと通信可能な通信端末３０Ｄが存在することが分かる。そこで、通信端末３０Ｄを通信端末３０Ｃのスレーブかつ新たなピコネット３のマスタとしてスキャタネットが構成可能であると判断できる。
このように通信端末３０Ｄをマスタ、通信端末３０Ｅをスレーブとしたピコネットを設ければ複数のピコネットを用いたスキャタネットとして相互に接続が可能であると判断した場合には、その指示を示したメッセージを各端末に対して送信する。

図８に戻り、複数のピコネットを生成することでネットワークを構成することが可能であれば、上述したスキャタネットの構成を決定する（ステップＳ７０２→Ｓ７０３）。その後、図２の場合と同様に、マスタを変更する処理が行われる（ステップＳ５０６、Ｓ５０７）。すなわち、各端末では元のマスタである通信端末（上記の例では通信端末３０Ｇ）より送信されたメッセージを受信して、それぞれマスタ、スレーブの役割を変更し新たな構成のネットワークを構築する。すなわち、複数のマスタを設定し、それぞれについてスレーブが存在するネットワークを構成し、それらを相互に接続することになる。

なお、複数のピコネットを生成してもネットワークを構成することが可能でなければ、そのまま処理は終了となる。
以上のように複数のピコネットを生成するとともに、マスタとスレーブの役割を交換することにより、交換前の構成では通信できなかったスレーブ端末が新たな構成のネットワークでは通信を行うことができるようになる。

（マスタの階層化）
図７に示されている構成からさらに図１０に示されているような構成へと各通信端末が移動し、上述で新たに設定した通信端末３０Ｄをマスタとするピコネット３の通信領域でネットワークに参加できないケースについて述べる。この場合、さらにマスタとスレーブの関係で構成される別のピコネット４を新たに設ける。この場合、ピコネット３のマスタである通信端末３０Ｄにおいて通信端末３０Ｆとの通信回線状況を測定し、通信不能であることを検知すると通信状況の通知要求をピコネット３のスレーブ端末３０Ｅに通信状況の通知要求を行い、３０Ｅから取得した通信情報をピコネット１のマスタである通信端末３０Ｃにて再度集計する。通信端末３０Ｃにて集計した結果の例を図１１に示す。上述の例と同様に各端末の接続状況を調べ、通信端末３０Ｅを新たにマスタとして設定してピコネット４を構成することにより通信端末３０Ｆとの通信が可能となることを判断し、構成の変更を指示する。

（ネットワーク制御方法）
以上の説明においては、以下のようなネットワーク制御方法が実現されている。すなわち、他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定ステップと、端末の移動及び通信状況の劣化の少なくとも一方によって１つのネットワークとして構成することができるか判定する第１の判定ステップと、上記第１の判定ステップにおいて１つのネットワークとして構成することができないと判定された場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する第２の判定ステップと、上記第２の判定ステップにおいて複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できると判定された場合に、上記回線状況測定ステップにおける測定結果に基づいてネットワークにおける複数のマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定ステップとを含むネットワーク制御方法が実現されている。このようにすれば、マスタとスレーブとの通信状況に応じてネットワークの構成を適宜変更し、端末の移動距離が長い場合においてもマスタを複数設定することにより、ネットワークを維持することができる。

本発明は、マスタとスレーブとにより構成される無線通信のアドホックネットワークに利用することができる。

本発明の実施形態による移動通信端末の構成を示す機能ブロック図である。 図１３の場合に行われる処理の内容を示すフローチャートである。 図２の処理における集計テーブルの例を示す図である。 図２の処理によってマスタが変更された後のネットワークの状態を示す図である。 マスタと通信状況が著しく劣化した場合における処理の内容を示すフローチャートである。 図５の処理における集計テーブルの例を示す図である。 図１２の状態から端末が移動し、複数のマスタを設定したネットワークの状態を示す図である。 図７の場合に行われる処理の内容を示すフローチャートである。 図８の処理における集計テーブルの例を示す図である。 図７の状態から端末が移動した後のネットワークの状態を示す図である。 図１０の処理における集計テーブルの例を示す図である。 マスタ・スレーブにより構成されるアドホックネットワークの例を示す図である。 図１２の状態から端末が移動した後のネットワークの状態を示す図である。

符号の説明

１〜３ ピコネット
３０、３０Ａ 〜３０Ｇ 通信端末
３１ 通信部
３２ 回線状況測定部
３３ マスタ・スレーブ決定部
３４ 判定部

Claims (2)

1. 他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定手段と、前記回線状況測定手段による測定結果に基づいてネットワークにおけるマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定手段とを含み、他の通信端末と共にネットワークを構成する移動通信端末であって、端末の移動及び通信状況の劣化の少なくとも一方によって１つのネットワークとして構成することができなくなった場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する判定手段を更に含み、前記マスタ・スレーブ決定手段は、前記判定手段の判定結果により複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できる場合には、複数のマスタを決定することを特徴とする移動通信端末。
2. 他の通信端末との間の回線状況を測定する回線状況測定ステップと、端末の移動及び通信状況の劣化の少なくとも一方によって１つのネットワークとして構成することができるか判定する第１の判定ステップと、前記第１の判定ステップにおいて１つのネットワークとして構成することができないと判定された場合に、複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できるか判定する第２の判定ステップと、前記第２の判定ステップにおいて複数のネットワークを接続したネットワークとして構成できると判定された場合に、前記回線状況測定ステップにおける測定結果に基づいてネットワークにおける複数のマスタとスレーブとを決定するマスタ・スレーブ決定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。

Images