JP6176394B2 - ノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、マルチホップ通信に用いられるノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラムに関する。

一般的なマルチホップ通信の主目的は、例えばＡＭＩ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）サービス等の単一のサービスである場合が多い。しかし、マルチホップ通信を用いた通信制御システムは、例えばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の通信方式が用いられて帯域が拡張された場合に、付加サービス（動画配信、インターネット閲覧等）の利用に用いられることが予想される。その際、主目的であるＡＭＩサービスの帯域を確実に確保しつつ余剰帯域を有効かつ公平に利用できる技術が必要とされる。

例えば、特許文献１には、マスタ通信端末およびスレーブ通信端末を含む通信制御システムが記載されている。特許文献１において、マスタ通信端末は、通信端末の送信順序を登録する競合管理テーブルを備え、スレーブ通信端末からの参加要求を受信して当該スレーブ通信端末をネットワークに参加させる。

また、特許文献２には、無線アドホックネットワークを構成する無線通信装置が、新規のノードがアドホックネットワークに参加したことを認識することが記載されている。また、ノードが、通信範囲内の無線帯域の使用状況を計測し、無線帯域使用率がある一定値以上になったときに、ビーコン送信間隔を変更して、ビーコンによる無線消費帯域の増大やパケット衝突確率の増大を抑制することが記載されている。

また、特許文献３には、宅内通信アダプタと宅内通信アダプタに接続された広域通信アダプタを備えたシステムが記載されている。また、広域通信アダプタが、無線ＬＡＮ通信機能を用いてガス会社のデータセンタなどに設けたガス管理サーバとの間で信号を送受信することが記載されている。また、宅内通信アダプタ間の通信は、マルチホップ伝送として知られた多段中継伝送を行うことが記載されている。

特開２００４−３６３７０２号公報（段落００１２） 特開２００６−２８７４６３号公報（段落００３２，００３６） 国際公開第２０１３／０６２１０１号（段落０２２２，０２２７，０２３５）

しかし、特許文献１〜３に記載されている通信制御システムは、多数のノードがマスタ端末に参加要求した場合に、通信帯域が十分に確保されない場合がある。例えば特許文献２では、ビーコンによる無線消費帯域やパケット衝突確率の増大の抑制に関して記載されているが、サービスに用いられるパケット通信の通信帯域の確保に関しては記載されていない。にスレーブ通信端末に提供されるサービスが複数ある場合に、サービスに応じた帯域の割り当てを行っていない。そのため、例えば、スレーブ端末が優先度の低い付加サービスを使用することにより、ＡＭＩサービスにおける電力検針値など、優先度が高いデータを送信するための通信帯域が不十分となる可能性がある。

そこで、本発明は、マルチホップ通信を用いたネットワークに参加するノードから送られる優先度の高いデータを通信するための帯域を優先的に確保することができるノード、マスタ装置、ならびに通信制御システム、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明によるノードは、複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムに含まれるノードであって、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として、マスタ装置に含まれる割り当て手段により割り当てられ、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求する場合の参加可否が、マスタ装置に含まれる決定手段により決定され、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いて、マスタ装置に含まれる制御手段のフロー制御により動作し、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルから当該ノードが削除され、当該削除後の管理テーブルに基づいて制御手段のフロー制御により動作することを特徴とする。

本発明によるマスタ装置は、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置であって、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段と、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段と、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段とを含むことを特徴とする。

本発明による通信制御システムは、複数のノードと、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムであって、マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段と、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段と、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段とを含むことを特徴とする。

本発明による通信制御方法は、複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とに用いられる通信制御方法であって、マスタ装置が、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当て、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定し、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行うことを特徴とする。

本発明による通信制御プログラムは、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うコンピュータに搭載される通信制御プログラムであって、コンピュータに、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる処理、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する処理、およびネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う処理を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、マルチホップ通信を用いたネットワークに参加するノードから送られる優先度の高いデータを通信するための帯域を優先的に確保することができる。

第１の実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。 一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を示すフローチャートである。 一部のノードがネットワークから離脱した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 再計算された帯域幅によるフロー制御が行われた場合のネットワークの状態を示す説明図である。 離脱したノードが再度ネットワークに参加要求した場合の動作を示すフローチャートである。 第２のサービス帯域を戻した後のネットワークの状態を示す説明図である。 第２の実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。 第２の実施形態の通信制御システムの動作を示すフローチャートである。 一部のノードが他のネットワークに参加した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 離脱したノードが復帰した場合のネットワークの状態を示す説明図である。 本発明による通信制御システムの主要部の構成を示すブロック図である。 本発明による通信制御システムの主要部の具体的な構成を示すブロック図である。

実施形態１．
以下、本発明の第１の実施形態（実施形態１）を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の通信制御システムの構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態の通信制御システムは、ＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）１０と、ＧＷ１０が制御するノード１１〜１４とを備える。なお、ＧＷ１０は、本発明におけるマスタ装置に相当する。図１に示す通信制御システムにおいて、ＧＷ１０は、ノード１１のみ通信可能であるが、ＧＷ１０は２以上のノードと通信可能であってもよい。また、図１に示す通信制御システムのネットワーク構成は、ツリー型であるが、例えばメッシュ型であってもよい。また、図１に示す例ではノードは４つであるが、ノードの数は、特に限定されない。ノード１１〜１４の間の通信として、マルチホップ通信が用いられる。

ＧＷ１０、およびノード１１〜１４の機能は、例えば、特定の演算処理等を行うよう設計されたハードウェア、またはプログラムに従って動作するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の情報処理装置によって実現される。また、そのプログラムは、非一時的でコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶される。

ＧＷ１０は、ノード１１〜１４を含むネットワークのマルチホップ通信の制御を行う。ＧＷ１０は、例えば、あるネットワークをプロトコルの異なるネットワークと接続させるための一般的なＧａｔｅｗａｙ装置である。ＧＷ１０は、ネットワークに参加しているノードが記録された管理テーブルを保持する。ＧＷ１０は、図１に示すネットワーク構成に対応した管理テーブルとして表１に示す管理テーブルを保持する。

また、ＧＷ１０は、以下の表２に示すようにネットワークに参加している各ノードの上位ノードを含む管理テーブルを保持していてもよい。ＧＷ１０は、各ノードの上位ノードとして、例えば各ノードが受信する電波のうち電界強度が最も強い電波を発信するノードを選択する。ＧＷ１０は、管理テーブルを用いて、各ノードのフローを動的に制御する。例えば、ノードが移動することにより、電界強度が変化した場合は、ＧＷ１０は、その変化に応じて管理テーブルの上位ノードを変更し、移動したノードに上位ノードを変更する指示を送る。

また、ＧＷ１０は、ネットワークに参加している各ノードに割り当てられた、第１のサービスに利用される帯域幅（第１のサービス帯域幅）および第２のサービスに利用される帯域幅（第２のサービス帯域幅）を記憶する。また、ＧＷ１０は、当該ネットワークにおいて利用可能な帯域幅（物理帯域幅）を記憶する。図１に示す例では、全てのノードから送られたパケットはノード１１を通過するため、ノード１１の最大帯域幅が、ネットワークにおける利用可能な物理帯域幅となる。なお、本実施形態における通信制御ネットワークにおいて時分割多重による通信が行われる場合、本実施形態の説明における「帯域幅」または「帯域」を「送信時間」に置き換えることができる。

第１のサービスは、優先度が高いサービスであり、例えばＡＭＩサービスである。ＡＭＩサービスでは、例えば電力、ガスまたは水道の検針値の通信が行われる。または、第１のサービスは、例えば、自動車に搭載される情報端末が利用するサービスであってもよい。その場合、第１のサービスにおける下り情報は、渋滞情報であり、上り情報は位置情報である。また、第１のサービス帯域幅は、予め定められた固定帯域幅であり、マルチホップ構築用帯域およびＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御用帯域を含む。つまり、第１のサービス帯域は、以下の式（１）のように表される。
固定帯域（第１のサービス帯域）＝検針値送付用帯域＋マルチホップ構築用帯域＋ＱｏＳ制御用帯域・・・（１）

第２のサービスは、第１のサービスよりも優先度が低いサービスであり、例えば動画もしくは音楽配信、またはインターネット閲覧等の付加サービスである。第２のサービス帯域幅は、契約によって定められた最低保証サービス帯域幅以上の帯域幅となる。最低保証サービス帯域幅は、本実施形態では全てのノードで同一であるが、契約に応じてノード毎に異なっていてもよい。

ノード１１〜１４は、マルチホップによる無線通信を行うことができる通信機器である。ノード１１〜１４は、例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ルータ、またはＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）用の情報収集装置である。図１に示す例では、ノード１１は、ＧＷ１０、ノード１２およびノード１３と無線通信が可能な位置に配置されている。ノード１３はノード１４と無線通信が可能な位置に配置されている。

また、第１のサービスがＡＭＩサービスである場合、ノード１１〜１４は、例えば、スマートメーターであり、ＧＷ１０は、例えば、コンセントレーターである。その場合、ノード１１〜１４は、所定時間毎にデータ（例えば、電力検針値）をＧＷ１０に送信する。ＧＷ１０は、ノード１１〜１４からデータを収集し、ＭＤＭＳ（Ｍｅｔｅｒ Ｄａｔａ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に送信する。

次に、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられることを前提に、各サービスへの送信時間の割り当てについて説明する。ＧＷ１０は、フレームの周期から、各ノードに割り当てられた第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間（以下、第１のサービス送信時間と記載する）の合計を減算する。そして、ＧＷ１０は、減算した時間を、第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間（以下、第２のサービス送信時間と記載する）として各ノードに割り当てる。第２のサービスに割り当てられる時間は、少なくとも予め定められた最低保証送信時間以上であって、各ノードに公平に割り当てられる。また、ＧＷ１０は、第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定し、ノード毎に異なる時間としてもよい。

また、ＧＷ１０は、ネットワークにおけるフレームの周期、第１のサービス送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間（以下、第２のサービス最低保証送信時間と記載する）に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する。

ＧＷ１０は、具体的には、コールアドミッション制御（ＣＡＣ：Ｃａｌｌ Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれる制御によりネットワークに参加するノードの参加可否を決定する。第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間が全てのノードにおいて同じである場合、ネットワークに参加することができる最大参加ノード数は、以下の式（２）により求められる。
最大参加ノード数＝フレームの周期÷（１ノードあたりの第１のサービス送信時間＋１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）・・・（２）

また、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間がノード毎に異なる場合、ＧＷ１０は、新たなノードがネットワークに参加する際に以下の式（３）を満足するかを確認する。ＧＷ１０は、新たなノードが参加した場合に式（３）を満足する場合は参加を許可し、満足しない場合は参加を拒否する。
フレームの周期＞Σ（１ノードあたりの第１のサービス送信時間）＋Σ（１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）・・・（３）

本実施形態の通信制御システムは、マルチホップ通信が行われるネットワークにおいて、重要度が高いサービスには優先的に帯域を割り当てるため、優先度が高いデータを送信するための通信帯域（送信時間）が不十分となることを防止することができる。特に、マルチホップ通信を用いたネットワークでは、ノードが移動することが多いが、本実施形態の通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。また、本実施形態の通信制御システムは、優先度が低いサービスにも予め定められた最低保証帯域を確保するので、サービス停止を回避することができる。

次に、本実施形態の通信制御システムにおいて、一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を説明する。図２は、一部のノードがネットワークから離脱した場合の動作を示すフローチャートである。図３は、一部のノードがネットワークから離脱した場合のネットワークの状態を示す説明図である。

各ノードは、下位に接続されているノードに対して定期的な接続確認を行っている。接続確認には、例えば、一般的な無線通信機器に用いられるビーコンが用いられる。また、接続確認に用いる帯域には、第１のサービス帯域のマルチホップ構築用帯域が用いられる。図２に示す例では、ノード１１は、ノード１２からの電波を受信できなくなりノード１２がネットワークから離脱したと判断（検知）する（ステップＳ１−１）。ノード１３は、ノード１４からの電波を受信できなくなりノード１４がネットワークから離脱したと判断（検知）する（ステップＳ１−２）。ノードが他のノードからの電波を受信できなくなる原因は、例えば、停電、機器故障、またはノードの移動により無線通信が不可能となる場合等である。なお、ステップＳ１−１とステップＳ１−２の順序は逆であってもよい。

次に、ノード１１は、ノード１２がネットワークから離脱したことをＧＷ１０に通知する（ステップＳ２−１）。ノード１３は、ノード１４がネットワークから離脱したことを、ノード１１を介してＧＷ１０に通知する（ステップＳ２−２）。なお、ステップＳ２−１とステップＳ２−２の順序は逆であってもよい。

ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４がネットワークから離脱したという通知を受信し、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除した場合の帯域を再計算する（ステップＳ３）。次に、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除し、再計算したフローに基づいて各ノードのフロー制御を行う（ステップＳ４）。なお、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルから削除した後に、その管理テーブルを元に帯域の再計算を行ってもよい。ＧＷ１０は、具体的には表１に示す管理テーブルからノード１２およびノード１４を削除し、表３に示す管理テーブルに更新する。

ステップＳ４におけるフロー制御を、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられることを前提に、具体的に説明する。第１のサービス帯域は、優先度が高い固定帯域であるため、ＧＷ１０は、ノード１１およびノード１３に、ノード１２およびノード１４が離脱する前の送信時間と同じ送信時間を第１のサービス送信時間として割り当てる。

また、ＧＷ１０は、第２のサービス送信時間として、ノード１１およびノード１３に以下の式（４）により求められる送信時間を割り当てる。参加ノード数は、更新後の管理テーブルに含まれるノード数である。
第２のサービス送信時間＝（フレーム周期−第１のサービス送信時間×参加ノード数）÷参加ノード数・・・（４）

図４は、再計算された帯域幅によるフロー制御が行われた場合のネットワークの状態を示す説明図である。ＧＷ１０は、再計算後、各ノードに、割り当てた１フレームあたりの送信時間およびフレーム内における送信タイミングを通知する。各ノードは、通知された送信時間および送信タイミングに基づいて、通信を行う。図４に示す例のように、ノード１１およびノード１３が使用できる第２のサービス帯域幅（送信時間）は、ノード１２およびノード１４が離脱する前と比べて増加する。

次に、停電の復旧等によりノード１２およびノード１４が再び通信可能となり、ネットワークへの参加要求を行う場合の動作を説明する。図５は、離脱したノードが再度ネットワークに参加要求した場合の動作を示すフローチャートである。図６は、第２のサービス帯域を戻した後のネットワークの状態を示す説明図である。

ノード１２は、ノード１１と通信可能な状態になった場合、ノード１１にネットワークへの参加要求を送る（ステップＳ１１−１）。ノード１４は、ノード１３と通信可能な状態になった場合、ノード１３にネットワークへの参加要求を送る（ステップＳ１１−２）。ノードが新たに他のノードと通信可能な状態になる原因は、例えば、停電の復旧、機器故障の復旧、またはノードの移動により無線通信が可能となる場合等である。なお、ステップＳ１１−１とステップＳ１１−２の順序は逆でもよい。

ノード１１は、ノード１２から参加要求を受信すると、ＧＷ１０へ受信内容を通知する（ステップＳ１２−１）。ノード１３は、ノード１４から参加要求を受信すると、ノード１１を介してＧＷ１０へ受信内容を通知する（ステップＳ１２−２）。

次に、ＧＷ１０は、ノード１１およびノード１３から、ノード１２およびノード１４の参加要求を受信すると、ノード１２およびノード１４を管理テーブルに追加した場合の帯域を再計算する（ステップＳ１３）。ＧＷ１０は、具体的には、ノード１２およびノード１４を含めて式（２）または式（３）を計算し、ノード１２およびノード１４の参加が可能であるか判断する。また、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４の参加が可能であれば、参加ノード数をノード１２およびノード１４を含む数に更新して再び式（４）を計算する。次に、ＧＷ１０は、式（２）または式（３）の計算において参加が可能である場合は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルに追加する（ステップＳ１４）。なお、ＧＷ１０は、ノード１２およびノード１４を管理テーブルへ追加した後に、その管理テーブルを元に帯域の再計算を行ってもよい。

ＧＷ１０は、再計算したフローに基づいてノード１１〜１４のフロー制御を行う（ステップＳ１５）。ＧＷ１０は、具体的には、ノード１１およびノード１３の第２のサービス帯域幅を、計算結果に応じてノード１２およびノード１４がネットワークから離脱する前の帯域幅に戻した後、ノード１２およびノード１４に帯域を割り当てる。図６に示す帯域幅は、ＧＷ１０がノード１１およびノード１３の第２のサービス帯域幅を戻した後の状態を示している。なお、例えばノード１１〜１４以外のノードが新たにネットワークに参加することにより、各ノードの帯域幅はノード１２およびノード１４が離脱する前の帯域幅に戻らない場合もある。

本実施形態の通信制御システムは、マルチホップ通信が行われるネットワークにおいて、停電等により、一部のノードがネットワークからの離脱した場合に、余剰帯域の再計算を実施して管理テーブルを更新する。そのため、通信制御システムは、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。また、通信制御システムは、一部のノードがネットワークへ再度参加する際に、余剰帯域の再計算を実施することにより、既参加ノードとの公平性を実現したダイナミックな帯域確保をすることができる。

実施形態２．
次に、あるノードが停電等により上位のノードと通信できなくなった場合に他のネットワークに属するノードと通信する例を説明する。図７は、第２の実施形態（実施形態２）の通信制御システムの構成を示す説明図である。図７における通信制御システムにおけるＧＷおよびノードの機能は、特に説明しない場合は第１の実施形態に示すＧＷおよびノードの機能と同様である。

図７に示すように、本実施形態の通信制御システムは、ＧＷ１０と、ＧＷ１０が制御するノード１１およびノード１２と、ＧＷ２０と、ＧＷ２０が制御するノード２１およびノード２２とを備える。ＧＷ１０は、ノード１１のみ通信することが可能である。ＧＷ２０は、ノード２１のみ通信することが可能である。ノード１１とノード１２の間の通信、ノード２１とノード２２の間の通信はマルチホップ通信が用いられる。また、ノード１２は、ノード２１と通信可能な位置にいる。

次に、あるノードが上位のノードと通信できなくなった場合の動作を説明する。図８は、第２の実施形態の通信制御システムの動作を示すフローチャートである。

ノード１２がノード１１と通信を行っている際に、ノード１１の設置場所での停電、ノード１１の機器故障、またはノード１１もしくはノード１２の移動等により、ノード１２がノード１１と通信できなくなったとする（ステップＳ２１）。ノード１２は、ノード２１と通信可能な距離にいるため、ノード２１を介してＧＷ２０にネットワークへの参加要求を送信し（ステップＳ２２）、参加可能であれば、ノード２１と通信を開始する（ステップＳ２３）。

図９は、一部のノードが他のネットワークに参加した場合のネットワークの状態を示す説明図である。ＧＷ２０は、第１の実施形態に示したように式（２）または式（３）を用いてノードの参加可否を決定する。また、ＧＷ２０は、第２のサービス帯域幅を、第１の実施形態に示したように式（４）を用いて計算する。図９に示すように、ノード１２が、ＧＷ２０が制御するネットワークに参加したことにより、ノード１２、ノード２１およびノード２２の第２のサービス帯域幅は、図７に示した状態よりも小さくなる。

次に、ノード１１が、停電の復旧等の理由により通信可能な状態になった場合、ノード１２は、例えばノード１１からビーコンを受信することによりノード１１と通信可能になったことを知る（ステップＳ２４）。図１０は、離脱したノードが復帰した場合のネットワークの状態を示す説明図である。ノード１２は、通信可能なネットワークが２以上あるため、ＧＷ１０およびＧＷ２０にネットワークの空き帯域幅を問い合わせる（ステップＳ２５）。

ＧＷ１０およびＧＷ２０は、ノード１２から問い合わせを受けると、ノード１２に空き帯域幅を通知する（ステップＳ２６）。具体的には、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、ネットワークにおいて時分割多重による通信が用いられる場合、以下の式（５）に基づいて空き送信時間を計算し、ノード１２に通知する。なお、式（５）における、空き送信時間、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間は、１フレームあたりの送信時間である。
空き送信時間＝フレーム周期−（１ノードあたりの第１のサービス送信時間＋１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間）×参加ノード数・・・（５）

また、第１のサービス送信時間および第２のサービス最低保証送信時間がノード毎に異なる場合、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、以下の式（６）を用いて空き送信時間を計算する。
空き送信時間＝フレーム周期−（Σ（１ノードあたりの第１のサービス送信時間）＋Σ（１ノードあたりの第２のサービス最低保証送信時間））・・・（６）

ノード１２は、ＧＷ１０およびＧＷ２０から通知された空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する。式（５）および式（６）ではノード１２自身が使用している送信時間を含んでいるため、ノード１２は、例えば、ＧＷ１０の空き送信時間からＧＷ２０の空き送信時間を減算した時間が所定時間以上である場合に、ＧＷ１０に参加要求を送る。この所定時間は、例えば、ノード１２の第１のサービス送信時間＋第２のサービス最低保証送信時間である。

図１０に示す例では、ＧＷ１０が制御するネットワークの方が空き送信時間が大きいため、ノード１２は、ＧＷ１０に参加要求を通知し、再度ノード１１と通信を開始する（ステップＳ２７）。そして、ＧＷ１０およびＧＷ２０がフローを再計算し、管理テーブルを更新することにより、ネットワークの状態は図７に示す状態に戻る。つまり、ノード１２、ノード２１およびノード２２の第２のサービス帯域幅が大きくなる。なお、ＧＷ１０およびＧＷ２０は、管理テーブルを更新した後に、その管理テーブルを元にフローの再計算を行ってもよい。

なお、本実施形態では、あるノードが上位のノードと通信できない場合に他のネットワークに参加する例を説明したが、上位のノードと通信可能であっても空き送信時間が大きい他のネットワークがあればそのネットワークに参加要求をしてもよい。

本実施形態における通信制御システムは、あるノードが上位のノードと通信できなくなった場合に他のネットワークに属するノードと通信できるため、サービスを継続することができる。また、本実施形態における通信制御システムは、あるノードが参加可能なネットワークが複数ある場合に、空き送信時間が大きいネットワークに参加するため、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。

次に、本発明の概要を説明する。図１１は、本発明による通信制御システムの主要部の構成を示すブロック図である。本発明による通信制御システムは、主要な構成として、複数のノード３１と、複数のノード３１を含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置３０とを備える。マスタ装置３０は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる。

また、上記の各実施形態には、以下の（１）〜（１０）に記載されたノード、および（１１）〜（１３）に記載された通信制御システムも開示されている。

（１）ノードは、複数のノード（例えば、ノード１１〜１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備えた通信制御システムに含まれる。ノードは、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当てられる。

（２）ノードは、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求する場合の参加可否が決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。

（３）ノードは、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いたフロー制御により動作し、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除され、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御により動作するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。

（４）ノードは、下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知するように構成されていてもよい。

（５）ノードは、下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードがネットワークから離脱したことを自動で判断することができる。

（６）ノードは、ノードが、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行うように構成されていてもよい。このようなノードによれば、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合でもサービスを継続することができる。

（７）ノードは、通信可能なネットワークが複数ある場合に、ネットワークの制御を行うマスタ装置にネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。

（８）ノードは、空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送るように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードが他のネットワークに参加したことにより元々参加してたネットワークの空き送信時間が増え、すぐに元のネットワークに戻ることを防ぐことができる。

（９）ノードは、所定時間が、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計であるように構成されていてもよい。

（１０）ノードは、第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードの利用者が必要に応じて付加サービスに使用する帯域を変更することが可能となるため利用者の利便性が向上する。

（１１）通信制御システムは、複数のノード（例えば、ノード１１〜１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備える。マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる。

（１２）通信制御システムは、マスタ装置が、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定するように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。

（１３）通信制御システムは、マスタ装置が、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除し、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行うように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。

また、以上の（１）〜（１０）に記載されたノード、および（１１）〜（１３）に記載された通信制御システムは、以下（１Ａ）〜（１０Ａ）におけるノード、および（１１Ａ）〜（１３Ａ）における通信制御システムのように記載することもできる。図１２は、本発明による通信制御システムの主要部の具体的な構成を示すブロック図である。以下のノードおよび通信制御システムの各手段は、特定の演算処理等を行うよう設計されたハードウェア、またはプログラムに従って動作するコンピュータによって実現される。また、そのプログラムは、非一時的でコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶される。

（１Ａ）ノードは、複数のノード（例えば、ノード３１、３２またはノード１１〜１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、マスタ装置３０、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備えた通信制御システムに含まれる。ノードは、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）により割り当てられる。

（２Ａ）ノードは、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求する場合の参加可否が決定手段（例えば、決定手段３３）により決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。

（３Ａ）ノードは、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いた制御手段（例えば、制御手段３４）のフロー制御により動作し、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除され、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへの制御手段のフロー制御により動作するように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。

（４Ａ）ノードは、下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知する通知手段（例えば、通知手段３５）を含むように構成されていてもよい。

（５Ａ）ノードは、下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断する離脱判定手段（例えば、離脱判定手段３６）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードがネットワークから離脱したことを自動で判断することができる。

（６Ａ）ノードは、ノードが、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行う参加要求手段（例えば、参加要求手段３７）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合でもサービスを継続することができる。

（７Ａ）ノードは、通信可能なネットワークが複数ある場合に、ネットワークの制御を行うマスタ装置にネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する参加ネットワーク決定手段（例えば、参加ネットワーク決定手段３８）を含むように構成されていてもよい。このようなノードによれば、帯域を有効活用し、ノード毎の公平性を保つことができる。

（８Ａ）ノードは、参加要求手段（例えば、参加要求手段３７）が、空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送るように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードが他のネットワークに参加したことにより元々参加してたネットワークの空き送信時間が増え、すぐに元のネットワークに戻ることを防ぐことができる。

（９Ａ）ノードは、所定時間が、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計であるように構成されていてもよい。

（１０Ａ）ノードは、割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）により、第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定されるように構成されていてもよい。このようなノードによれば、ノードの利用者が必要に応じて付加サービスに使用する帯域を変更することが可能となるため利用者の利便性が向上する。

（１１Ａ）通信制御システムは、複数のノード（例えば、ノード１１〜１４）と、複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置（例えば、ＧＷ１０またはＧＷ２０）とを備える。マスタ装置は、フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段（例えば、割り当て手段３２）を含む。

（１２Ａ）通信制御システムは、マスタ装置が、フレーム周期、第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たにネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段（例えば、決定手段３３）を含むように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、新たなノードがネットワークに参加することにより既に参加しているノードの通信が妨害されない。

（１３Ａ）通信制御システムは、マスタ装置が、ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中のノードがネットワークから離脱した場合に、管理テーブルからノードを削除し、削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段（例えば、制御手段３４）を含むように構成されていてもよい。このような通信制御システムによれば、ダイナミックに帯域の有効利用をすることが可能であり、利用者の利便性を向上させることができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年５月７日に出願された日本出願特願２０１４−９５９６０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。

１０，２０ ＧＷ
１１〜１４，２１，２２，３１ ノード
３０ マスタ装置
３２ 割り当て手段
３３ 決定手段
３４ 制御手段
３５ 通知手段
３６ 離脱判定手段
３７ 参加要求手段
３８ 参加ネットワーク決定手段

Claims (13)

1. 複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムに含まれるノードであって、
   フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間が、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として、前記マスタ装置に含まれる割り当て手段により割り当てられ、
   前記フレーム周期、前記第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および前記第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求する場合の参加可否が、前記マスタ装置に含まれる決定手段により決定され、
   前記ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いて、前記マスタ装置に含まれる制御手段のフロー制御により動作し、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードが削除され、当該削除後の管理テーブルに基づいて前記制御手段のフロー制御により動作する
   ことを特徴とするノード。
2. 下位に接続されているノードがネットワークから離脱したことを検知した場合に、当該ノードがネットワークから離脱したことをマスタ装置に通知する通知手段を含む
   請求項１記載のノード。
3. 下位に接続されているノードからの電波が受信できなくなった場合に、当該ノードがネットワークから離脱したと判断する離脱判定手段を含む
   請求項２記載のノード。
4. 属するネットワークに通信可能なノードまたはマスタ装置がなくなった場合に、通信可能な他のネットワークに参加要求を行う参加要求手段を含む
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のノード。
5. 通信可能なネットワークが複数ある場合に、当該ネットワークの制御を行うマスタ装置に当該ネットワークにおけるフレームの空き送信時間を問い合わせ、当該空き送信時間に基づいて、参加要求を行うネットワークを決定する参加ネットワーク決定手段を含む
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のノード。
6. 空き送信時間が所定時間以上であるネットワークに、参加要求を送る参加要求手段を含む
   請求項５記載のノード。
7. 所定時間は、ノードの第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間と第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間の合計である
   請求項６記載のノード。
8. 割り当て手段により、第２のサービスに割り当てられる時間が、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定される
   請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載のノード。
9. 複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置であって、
   フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段と、
   前記フレーム周期、前記第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および前記第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段と、
   前記ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段とを含む
   ことを特徴とするマスタ装置。
10. 割り当て手段は、第２のサービスに割り当てる時間を、ノード毎に予め定められた契約に応じて決定する
    請求項９に記載のマスタ装置。
11. 複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とを備えた通信制御システムであって、
    前記マスタ装置は、
    フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる割り当て手段と、
    前記フレーム周期、前記第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および前記第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する決定手段と、
    前記ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う制御手段とを含む
    ことを特徴とする通信制御システム。
12. 複数のノードと、当該複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うマスタ装置とに用いられる通信制御方法であって、
    前記マスタ装置が、
    フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当て、
    前記フレーム周期、前記第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および前記第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定し、
    前記ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う
    ことを特徴とする通信制御方法。
13. 複数のノードを含むネットワークのマルチホップ通信のフロー制御を行うコンピュータに搭載される通信制御プログラムであって、
    前記コンピュータに、
    フレーム周期から、第１のサービスに利用される１フレームあたりの各ノードの送信時間の合計を減算した時間を、前記第１のサービスよりも低い優先度が設定された第２のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間として各ノードに割り当てる処理、
    前記フレーム周期、前記第１のサービスに利用される１フレームあたりの送信時間、および前記第２のサービスに利用される１フレームあたりの最低保証送信時間に基づいて、新たに当該ネットワークに参加要求するノードの参加可否を決定する処理、および
    前記ネットワークに参加するノードが記録された管理テーブルを用いてフロー制御を行い、参加中の前記ノードがネットワークから離脱した場合に、前記管理テーブルから当該ノードを削除し、当該削除後の管理テーブルに基づいて各ノードへのフロー制御を行う処理を
    実行させるための通信制御プログラム。

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