JP5660201B2 - アドホックネットワーク、ユーザノード、管理サーバ、通信方法およびプログラム - Google Patents

Description

（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１１−０８４５１０号（２０１１年４月６日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、アドホックネットワーク、ユーザノード、管理サーバ、通信方法およびプログラムに関し、特に、ゲートウェイと複数の通信ノードとによって構成されたアドホックネットワーク、ユーザノード、管理サーバ、通信方法およびプログラムに関する。

特許文献１に、他端末から送信された無線信号パケットを中継する機能を備える無線送受信機を有する１つ以上の端末と、前記端末との通信機能を有し、かつ公衆網との接続機能を有する２つ以上のゲートウェイから構成されるアドホックネットワークが開示されている。

また、特許文献２には、上記のようなアドホックネットワークを構成するノードに距離センサを付加して、電柱に張られている架空線と地面との距離情報を収集する情報収集システムが開示されている。

上記特許文献１、２のアドホックネットワークの適用分野としてスマートメータが挙げられている。スマートメータとは、電気、ガス、水道等の検針メータに検針データの送信機能を追加したものであり、スマートグリッドと呼ばれる次世代電力網を支える技術としても注目されている。

特開２００５−７９８２７号公報 特開２００６−３２３４４０号公報

上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。特許文献１にも記載されているように、アドホックネットワークでは、１台のゲートウェイが多数の通信ノードを収容することになるため、ゲートウェイ付近の帯域が狭くなってしまうという問題点がある。また、ネットワークトポロジによってはホップ数を重ねる中で複数の経路が確保できない可能性があるため、障害時の冗長経路を確保できないという問題点もある。とりわけ、スマートメータ等の大規模アドホックネットワークにおいては、１台のゲートウェイあたりの収容数が多いことと、各家屋の位置関係等によりネットワークトポロジに制約が生じ、上記の傾向は顕著になるものと考えられる。

特許文献１では、ゲートウェイを複数用意し、端末にゲートウェイを選択させることによって上記の問題を解決しようとしているが、ゲートウェイの増設は、設置コスト、維持コストを増大させてしまうという問題点がある。

本発明の目的は、コストをかけずに、上記した帯域や冗長経路の確保ができるようにしたアドホックネットワーク、通信ノード、通信方法およびプログラムを提供することにある。

本発明の第１の視点によれば、外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含み、前記ユーザノードのうち、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードが、第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加可能であり、前記複数のユーザノードのうち前記ゲートウェイに代わって前記第２のゲートウェイを選択したユーザノードが、前記所定のサーバに前記第２のゲートウェイ経由で前記データを送信するアドホックネットワークが提供される。

本発明の第２の視点によれば、外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとによって構成されたアドホックネットワークに接続され、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段と、第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加したことを広告する手段と、を備え、前記ゲートウェイに代わって自装置を選択したユーザノードから受信したデータを前記所定のサーバに送信するユーザノードが提供される。

本発明の第３の視点によれば、外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含むアドホックネットワークの前記ユーザノードのうち、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードが、第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加するステップと、前記複数のユーザノードのうちの他のユーザノードが、所定の規則に基づいて、前記ゲートウェイと前記第２のゲートウェイとのいずれかを選択し、前記所定のサーバに前記データを送信するステップと、を含むデータ送信方法が提供される。本方法は、アドホックネットワークを構成するユーザノード（通信ノード）という、特定の機械に結びつけられている。

本発明の第４の視点によれば、外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含むアドホックネットワークの前記ユーザノードに搭載されたコンピュータに、ユーザからの要求に応じて、外部ネットワークへの接続環境を確認する処理と、前記確認結果に基づいて、前記ゲートウェイに代わって、前記ユーザノードから受信したデータを前記所定のサーバに送信する第２のゲートウェイとして参加可能か否かを判定する処理と、前記第２のゲートウェイとして参加可能と判定した場合、前記アドホックネットワークにゲートウェイ広告を行う処理と、を実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な（非トランジエントな）記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。

本発明によれば、コストをかけずに、アドホックネットワークの帯域や冗長経路を確保することが可能となる。

本発明の一実施形態の概要を説明するための図である。 図１の続図である。 本発明の第１の実施形態のアドホックネットワークの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のユーザノードの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のユーザノードの動作を表した流れ図である。 図３のユーザノードＵＮ２４からＧＷまでの最短経路を示す図である。 図３のユーザノードＵＮ１３、ＵＮ２３がＧＷ化した後のネットワーク構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のアドホックネットワークの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の管理サーバにて管理されるテーブルの例である。

はじめに、本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明は、その一実施形態において、図１に示すように、外部ネットワーク（図１のインターネット）を介して所定のサーバ（図１の収集サーバ７）に接続可能なゲートウェイ（図１のＧＷ６）と、前記ゲートウェイと、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノード（図１のユーザノード１〜５）とによって構成されるアドホックネットワークにて実現できる。

前記ユーザノードのうちユーザノード（図１のユーザノード１）は、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段（図１のネットワーク接続端末８やブロードバンドルータ経由でのインターネット接続機能等）を有している。

このユーザノード（図１のユーザノード１）は、ユーザに意思に基づいて、前記アドホックネットワークの他のユーザノードに対し、第２のゲートウェイとしての存在を知らせるゲートウェイ広告を行うと、前記アドホックネットワークに属する他のユーザノードは、それぞれ所定のゲートウェイ選択規則に従って、ゲートウェイを再選択する。

この結果、図２に示すように、前記ゲートウェイに代わって前記第２のゲートウェイ（図１のユーザノード１）を選択したユーザノード（図２のユーザノード２、３）は、前記第２のゲートウェイ（図１のユーザノード１）経由で前記データを送信する。

以上のように、本発明によれば、新規にゲートウェイを増設することなく、ユーザによって用意されたユーザノード（図１のユーザノード１）とネットワーク接続手段（ネットワーク接続端末８やブロードバンドルータ）を用いて、第２のゲートウェイが構成される。この結果、ゲートウェイ（図１のＧＷ６）の収容ノード数が低減される。また、図２の例をとってみても、都合２台のゲートウェイが設置されたことになるため、帯域や冗長経路の確保が実現される。

［第１の実施形態］
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態のアドホックネットワークの構成を示す図である。図３を参照すると、ユーザノードＵＮ１〜ＵＮ２４と、ゲートウェイＧＷから構成されるアドホックネットワークが示されている。図中の実線は、ユーザノード乃至ゲートウェイ間に設定された経路を示し、破線は、迂回経路（冗長経路）を示している。

各ユーザノードＵＮ１〜ＵＮ２４は、一般の顧客（以下、「ユーザ」という。）が、事業者等から購入しまたは貸与された通信ノードである。各ユーザノードＵＮ１〜ＵＮ２４は、無線通信機能を備えており、ユーザノードからユーザノードへ、マルチホップ転送を行うことにより、ゲートウェイＧＷにデータを送信する。このようなユーザノードは、スマートメータと呼ばれる計器が内蔵された専用品であってもよいし、あるいは、既存のメータにデータを授受可能なモバイル無線ルータのようなものであってもよい。

図４は、ユーザノードＵＮ１〜ＵＮ２４のうち、ゲートウェイとして参加可能なユーザノード（ここでは、ユーザノードＵＮ１３、ＵＮ２３であるものとする。）の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、ネットワーク接続確認部１１と、操作部１２と、判定部１３と、アドホックルーティング部１４と、データ計測部１５とを備えた構成が示されている。

ネットワーク接続確認部１１は、判定部１３からの要求に応じて、自装置のインターネット接続環境を確認し、応答する。インターネット接続環境としては、インターネット接続状態（接続形態／回線種別）や、インターネット接続の信頼性に関する情報が挙げられる。ネットワーク接続確認部１１による応答は、試験パケット等の送出等による確認結果を返すものでも良いが、ごく簡単には、宅内のブロードバンドルータやこれに接続されたパーソナルコンピュータのインターネット接続に関する設定ファイル等を読み出して応答するものでもよい。

操作部１２は、ユーザから、第２のゲートウェイ（以下、本実施形態では、ユーザが自ら進んでインターネット接続環境を提供することにちなんで「ボランティアＧＷ」と称する。）として参加するとの意思表示を受け取るためのボタン等によって構成される。

判定部１３は、操作部１２から、ボランティアＧＷとして参加するとのユーザの意思表示がなされたとの通知を受け取ると、ネットワーク接続確認部１１に、ユーザノードのインターネット接続環境を照会する。前記照会結果を受け取ると、判定部１３は、前記照会結果に基づいて、ボランティアＧＷとしての参加を許可するか否かを判定し、アドホックルーティング部１４に通知する。例えば、ネットワーク接続確認部１１から応答されたインターネット接続環境が、ボランティアＧＷとして動作するのに不十分な回線能力であったり、セキュリティ上の問題がある場合、ボランティアＧＷとしての参加は拒否される。

アドホックルーティング部１４は、前記判定部１３により、ボランティアＧＷとしての参加を許可された場合、アドホックネットワークに対し、自装置（ボランティアＧＷ）の存在を知らしめるためのゲートウェイ広告を行う。なお、このゲートウェイ広告には、無線リンクのコスト情報等が含まれる。また、ボランティアＧＷとしての参加が不可との判定結果が得られた場合や、ユーザよりボランティアＧＷとして参加するとのユーザの意思表示がなされていない場合、アドホックルーティング部１４は、アドホックネットワーク上の通信ノードとして、データ計測部１５にて測定されたデータの転送を行う。

また、アドホックルーティング部１４は、アドホックネットワーク上のボランティアＧＷからゲートウェイ広告を受け取った場合、当該ボランティアＧＷを含む複数のゲートウェイＧＷから、コストの低いゲートウェイを選択するものとする。このゲートウェイの選択方法としては、前記コストに基づく方法のほか、特許文献１に記載の帯域情報通知メッセージを用いたゲートウェイ選択方法等を用いることもできる。

データ計測部１５は、計器データを測定し、アドホックルーティング部１４に出力する手段である。なお、計器データは、データ計測部１５が自ら測定する必要は無く、他の計器にて測定された電気、水道、ガス等の使用量等のデータを含めることができる。

なお、本実施形態では、ユーザノードＵＮ１３とユーザノードＵＮ２３が上記構成を備え、その他のユーザノードは、アドホックルーティング部１４とデータ計測部１５とを備える構成であるものとする。もちろん、すべてのノードが上記構成を備えているものとしてもよい。これにより、すべてのユーザに、ボランティアＧＷへ変更する機会を付与することが可能となる。

なお、図４に示したユーザノードのネットワーク接続確認部１１や判定部１３は、ユーザノードに搭載されたコンピュータに、そのハードウェアを用いて、上記したネットワーク接続確認部１１および判定部１３に相当する処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。

続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。図５は、本実施形態のユーザノードの動作を表した流れ図である。

図５を参照すると、まず、ユーザにより、ボランティアＧＷとして参加するとの意思表示（ＧＷ化操作）がなされると（ステップＳ００１のＹｅｓ）、判定部１３は、ネットワーク接続確認部１１に対し、当該ユーザノードがインターネット接続環境を備えているか否かを照会する（ステップＳ００２）。

前記照会の結果、当該ユーザノードがインターネット接続環境を備えているとの応答が得られた場合（ステップＳ００２のＹｅｓ）、判定部１３は、当該インターネット接続環境が所定の基準を満たしているか否かを確認する（ステップＳ００３）。

前記確認の結果、当該ユーザノードのインターネット接続環境が所定の基準を満たしていることが確認された場合（ステップＳ００３のＹｅｓ）、判定部１３は、アドホックルーティング部１４にその旨を通知する。前記通知を受けたアドホックルーティング部１４には、アドホックネットワークにゲートウェイ広告を実施する（ステップＳ００４）。

一方、上記ステップＳ００１〜Ｓ００３においてＮｏと判定された場合、ゲートウェイ広告は実施されない。

図６は、ユーザノードＵＮ１３／ＵＮ２３が、ボランティアＧＷとなる前のアドホックネットワークの構成を示した図である。図６の例では、ゲートウェイＧＷは、ユーザノードＵＮ１〜ユーザノードＵＮ２４の２４台のユーザノードを収容している。ユーザノードＵＮ２４からゲートウェイＧＷまでの最短経路のホップ数は１１に及んでいる。さらに、ユーザノードＵＮ７−ユーザノードＵＮ９間、ユーザノードＵＮ１７−ユーザノードＵＮ１９間は、経路が一つしかなく、迂回経路（冗長経路）が無い状態となっている。

図７は、図５に示したフローを経て、ユーザノードＵＮ１３／ＵＮ２３が、ボランティアＧＷとなった後のアドホックネットワークの構成を示した図である。図７の例では、ボランティアＧＷを含む各ゲートウェイが収容するユーザノードの数はそれぞれ８に平準化されている。また、ユーザノードＵＮ２４から最寄のボランティアＧＷであるユーザノードＵＮ２３までの最短経路のホップ数は１である。さらに、ユーザノードＵＮ７−ユーザノードＵＮ９間、ユーザノードＵＮ１７−ユーザノードＵＮ１９間に迂回経路（冗長経路）が無いという状態も解消されている。

以上のように、本実施形態によれば、追加インフラ投資をすることなく、ゲートウェイあたりのユーザノードの収容数を抑えることができ、ひいてはアドホックネットワークの利用効率を向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、あるユーザノードから、ゲートウェイへ到達するまでのホップ数を少なくすることができるため、データ送受信に失敗する可能性を低くすることができる。

また、本実施形態によれば、あるユーザノードからインターネットへの経路選択肢が増加するため、障害が発生した場合にも、インターネットへの接続を確保することが可能となる。例えば、図７のゲートウェイＧＷに障害に生じた場合であっても、ユーザノードＵＮ７とユーザノードＵＮ９間の迂回経路を利用することで、ユーザノードＵＮ１〜７は、ユーザノードＵＮ１３を経由してデータを送信することが可能となる。

［第２の実施形態］
続いて、上記ボランティアＧＷとして参加することに対し、インセンティブを付与できるようにした本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態のアドホックネットワークの構成を示す図である。図１に示した構成との相違点は、インターネット上に管理サーバ９が設置されている点である。その他基本構成は、上記した図１および第１の実施形態と同様であるので、以下、相違点を中心に説明する。

図８の管理サーバ９は、各ユーザノードのボランティアＧＷ参加状態を監視するサーバである。さらに、管理サーバ９は、各ユーザノードがボランティアＧＷとして提供した帯域や時間に応じて、ユーザにポイント（インセンティブポイント）を付与し、これを管理する動作を行う。

図９は、本実施形態の管理サーバ９にて管理されるテーブルの例である。図９の例では、ユーザノードＵＮ１３と、ユーザノードＵＮ２３は、ボランティアＧＷとして参加した時間があったため、その時間に応じたポイントが付与されている。他方、その他のユーザノードは、ボランティアＧＷとして参加していないため、ポイントは付与されていない。

各ユーザノードにて収集された電気、ガス、水道などの計測データに基づいて決定される利用料金から、前記ポイント相当の割引を受けるようにすることで、ボランティアＧＷとして参加することに対するインセンティブを与えることできる。もちろん、電気、ガス、水道の利用料金だけでなく、商品や他のポイントシステムにおけるポイントとの引き換えができるようにしてもよい。

なお、図９の例では、ボランティアＧＷとして参加した時間に応じてポイントを付与しているが、例えば、各ボランティアＧＷが、ボランティアＧＷとして転送したトラヒック量や収容するノードの数等、あるいは、これらを組み合わせて、ポイントを付与、管理するようにしてもよい。

以上のような本発明の第２の実施形態によれば、ボランティアＧＷとなるユーザノードの数が増大することを期待できるため、上記した第１の実施形態よりも、効率よく帯域を利用することが可能となる。また、ユーザとしても、遊休状態にあるリソース（ネットワーク接続環境）を用いて対価を得ることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、上記した実施形態で用いたユーザノードの数やトポロジ構成は、本発明の理解を助けるための例示であり、種々の変更を加えることができる。特に各視点、各実施形態、各実施例、及び各図面に記載した構成要素ないし部分は、本発明の基本的技術的思考を逸脱しない範囲で、選択、組合せ、変更することができる。

また、上記した各実施形態では、ユーザノードは、ネットワーク接続端末８やブロードバンドルータなどを介して、インターネットに接続するものとして説明したが、その他の機器を経由してネットワークに接続するものであってもよいし、ユーザノード自体に、ネットワーク接続機能を持たせてもよい。

１〜５ ユーザノード
６ ゲートウェイ（ＧＷ）
７ 収集サーバ
８ ネットワーク接続端末
９ 管理サーバ
１１ ネットワーク接続確認部
１２ 操作部
１３ 判定部
１４ アドホックルーティング部
１５ データ計測部
ＵＮ１〜ＵＮ２４ ユーザノード
ＧＷ ゲートウェイ

Claims (10)

1. 外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、
   前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含み、
   前記ユーザノードのうち、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードが、第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加可能であり、
   前記複数のユーザノードが、所定の規則に基づいて、前記ゲートウェイと前記第２のゲートウェイとのいずれかを選択し、前記所定のサーバに前記データを送信するアドホックネットワーク。
2. 前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードは、自装置の前記外部ネットワークへの接続環境が所定の基準を満たしている場合に、前記第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加する請求項１のアドホックネットワーク。
3. 前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードは、
   前記ユーザノードの前記外部ネットワークへの接続環境を確認する接続確認部と、
   前記第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークへ参加するとの操作が行われた場合に、前記接続確認部から受信した結果に基づいて、前記第２のゲートウェイとして参加可能か否かを判定する判定部と、
   前記第２のゲートウェイとして参加可能と判定した場合に、前記アドホックネットワークにゲートウェイ広告を行うアドホックルーティング部と、を備える、請求項１または２のアドホックネットワーク。
4. 前記複数のユーザノードが前記所定のサーバに送信するデータは、所定の計器にて計測されたデータである請求項１から３いずれか一のアドホックネットワーク。
5. さらに、前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードが、前記第２のゲートウェイとして参加した時間、前記第２のゲートウェイとして転送したトラヒック量、収容したノード数のいずれか一つ以上に基づいて、インセンティブポイントを管理する管理サーバを含む請求項１から４いずれか一のアドホックネットワーク。
6. 外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとによって構成されたアドホックネットワークに接続され、
   前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段と、
   第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加したことを広告する手段と、を備え、
   前記ゲートウェイに代わって自装置を選択したユーザノードから受信したデータを前記所定のサーバに送信するユーザノード。
7. さらに、
   前記外部ネットワークへの接続環境を確認する接続確認部と、
   前記第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークへ参加するとの操作が行われた場合に、前記接続確認部から受信した結果に基づいて、前記第２のゲートウェイとして参加可能か否かを判定する判定部と、
   前記第２のゲートウェイとして参加可能と判定した場合に、前記アドホックネットワークにゲートウェイ広告を行うアドホックルーティング部と、を備える請求項６のユーザノード。
8. 請求項６または７記載のユーザノードが、前記第２のゲートウェイとして参加した時間、前記第２のゲートウェイとして転送したトラヒック量、収容したノード数のいずれか一つ以上に基づいて、インセンティブポイントを管理する管理サーバ。
9. 外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含むアドホックネットワークの前記ユーザノードのうち、前記外部ネットワークを介して前記所定のサーバに接続する手段を有するユーザノードが、第２のゲートウェイとして前記アドホックネットワークに参加するステップと、
   前記複数のユーザノードのうちの他のユーザノードが、所定の規則に基づいて、前記ゲートウェイと前記第２のゲートウェイとのいずれかを選択し、前記所定のサーバに前記データを送信するステップと、を含むデータ送信方法。
10. 外部ネットワークを介して所定のサーバに接続可能なゲートウェイと、前記ゲートウェイとともにアドホックネットワークを構成し、前記ゲートウェイ経由で前記所定のサーバにそれぞれデータを送信する複数のユーザノードとを含むアドホックネットワークの前記ユーザノードに登載されたコンピュータに、
    ユーザからの要求に応じて、外部ネットワークへの接続環境を確認する処理と、
    前記確認結果に基づいて、前記ゲートウェイに代わって、前記ユーザノードから受信したデータを前記所定のサーバに送信する第２のゲートウェイとして参加可能か否かを判定する処理と、
    前記第２のゲートウェイとして参加可能と判定した場合、前記アドホックネットワークにゲートウェイ広告を行う処理と、を実行させるプログラム。

Images