JP7120456B2 - 通信システム、通信方法およびサーバ - Google Patents
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Description
本発明は、通信システム、通信方法およびサーバに関し、ホッピング通信技術に関する。
気温・湿度等を計測するセンサーデバイスを用いたIoT(Internet of things:モノのインターネット)ネットワークは、低消費電力かつ長距離伝送可能であることが要求される。センシングIoTは、3G/LTEとは異なる通信技術を必要とする。
例えば、LoraWAN(Long Range Wide Area Network)は、IoT向けのネットワークの1つで、ライセンス不要なアンライセンスバンドである。
LoraWANは、比較的新しいネットワークであり、仕様として定まっていない部分が存在する。
LoraWANは、比較的新しいネットワークであり、仕様として定まっていない部分が存在する。
図1は、LoRaWANのネットワークアーキテクチャを示す構成図である。LoRaWANネットワークは、LoRaデバイス、LoRa対応ゲートウェイ、LoRaネットワークサーバ、アプリケーションサーバで構成されている。
LoRaデバイスは、LoRa無線変調方式を用いて、Lora対応ゲートウェイにデータを送信する。LoRa対応ゲートウェイは、Lora無線変調方式からTCP/IPにプロトコル変換し、LoRaネットワークサーバにデータを送信する。Loraネットワークサーバは、データを適切なアプリケーションサーバに送信する。
LoRaデバイスは、LoRa無線変調方式を用いて、Lora対応ゲートウェイにデータを送信する。LoRa対応ゲートウェイは、Lora無線変調方式からTCP/IPにプロトコル変換し、LoRaネットワークサーバにデータを送信する。Loraネットワークサーバは、データを適切なアプリケーションサーバに送信する。
LoRaWANにおいて、LoRaゲートウェイより上位の通信は、3G、LTE等のバックホール回線を用いる。したがって、基地局において輻輳や障害が発生すると、LoRaデバイスとアプリケーションサーバは通信ができなくなるという問題がある。そのため、3G/LTEのようなキャリア網を利用したバックホール回線が利用できなくなった場合でも、継続してLoRaデバイスからのデータを収集できる仕組みを用意する必要がある。
また、特許文献1は、基地局圏外の無線通信端末が、他の無線通信端末を介して、所定の通報先に救難情報を送信する技術を開示している。対応済みリストを配布することにより、無線通信端末は、通報を終了することができる。
上述のように、バックホール回線に障害が発生すると、デバイスとアプリケーションサーバが通信できなくなるという問題があった。
解決方法として、無線通信によるマルチホップ通信を行うことが考えられる。ここで、例えば、LoRaWANにおいては、Wi-Fiの様にピアツーピア通信が規定されていないため、ユニキャスト通信ではなくブロードキャスト通信が行われることになる。かかる場合、ゲートウェイは、電波が届く範囲の全てのゲートウェイに対してデータの送信を行うため、通信の輻輳につながるおそれがある。
解決方法として、無線通信によるマルチホップ通信を行うことが考えられる。ここで、例えば、LoRaWANにおいては、Wi-Fiの様にピアツーピア通信が規定されていないため、ユニキャスト通信ではなくブロードキャスト通信が行われることになる。かかる場合、ゲートウェイは、電波が届く範囲の全てのゲートウェイに対してデータの送信を行うため、通信の輻輳につながるおそれがある。
LoRaWANは、長距離伝送可能なネットワークであるため、通信の輻輳が生じる可能性は格段に高い。
LPWA(LoW Power Wide Area)のLoRa通信は、見通しのいい環境であれば10km以上無線電波が届くとされている。そのため、短距離にしか電波が届かないものに比べて、あるゲートウェイからLoRa通信の無線電波が届く範囲にあるゲートウェイの数は、既存のネットワークに比べて非常に多い。したがって、マルチホップで通信させたときに通信の輻輳が起きるリスクが格段に上がる。既存の無線通信でマルチホップ通信した際は、ほとんど意識する必要がなかった輻輳は、長距離に電波が届くLoRaにおいては非常に重要な課題になる。
LPWA(LoW Power Wide Area)のLoRa通信は、見通しのいい環境であれば10km以上無線電波が届くとされている。そのため、短距離にしか電波が届かないものに比べて、あるゲートウェイからLoRa通信の無線電波が届く範囲にあるゲートウェイの数は、既存のネットワークに比べて非常に多い。したがって、マルチホップで通信させたときに通信の輻輳が起きるリスクが格段に上がる。既存の無線通信でマルチホップ通信した際は、ほとんど意識する必要がなかった輻輳は、長距離に電波が届くLoRaにおいては非常に重要な課題になる。
特許文献1で示された方法は、対応済みリストの作成と配布に一定の時間を要するため、その間の輻輳を防ぐことができない。また、特許文献1に記載された方法では、センサーデバイスの様にデータを送信し続ける場合には対応できない。
本開示は上記課題を解決するためにされたものであって、輻輳を起こさずに、ホッピング通信が可能な通信システム、通信方法およびサーバを提供することを目的とする。
本開示にかかる通信システムは、デバイスから送信されたデバイスデータを受信し、ネットワークを介してネットワークサーバに送信する複数のゲートウェイと、前記ゲートウェイから送信されたデバイスデータをネットワークを介して受信するネットワークサーバとを備える通信システムであって、前記ゲートウェイは、他の前記ゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果を前記ネットワークサーバに送信する疎通確認手段と、在圏する基地局との間の通信に障害が発生した場合に、前記デバイスデータを、転送データとして他の不特定のゲートウェイに転送するデータ転送手段と、ホッピング規則に基づいて、他のゲートウェイから転送された転送データに対する処理を実行するホッピング通信手段と、を備え、前記ネットワークサーバは、前記ゲートウェイから前記疎通確認結果を受信する疎通確認結果受信手段と、異なる前記基地局に在圏する前記ゲートウェイからの転送を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果からホッピング規則を生成して前記ゲートウェイに配布するホッピング規則配布手段と、を備えるものである。
本開示にかかる通信方法は、ゲートウェイとネットワークサーバとのネットワークを介した通信方法であって、ゲートウェイが他のゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果をネットワークサーバに送信し、ネットワークサーバは、異なる基地局に在圏する前記ゲートウェイからの通信を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果から前記ゲートウェイにおける転送データの処理を定めるホッピング規則を生成して、前記ゲートウェイに配布し、前記ゲートウェイは、在圏する基地局との間の通信に障害が発生した場合に、デバイスから受信したデバイスデータを他の不特定のゲートウェイに転送データとして転送し、前記ゲートウェイは、前記ホッピング規則に従って、他のゲートウェイから送信された前記転送データについて処理を行う、ものである。
本開示にかかるサーバは、デバイスから送信されたデバイスデータを受信し、ネットワークを介してネットワークサーバに送信する複数のゲートウェイにおけるホッピング規則を生成するサーバであって、前記ゲートウェイから他のゲートウェイとの間の疎通確認結果を受信する疎通確認結果受信手段と、異なる前記基地局に在圏する前記ゲートウェイからの転送を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果からホッピング規則を生成して前記ゲートウェイに配布するホッピング規則配布手段と、を備えるものである。
本開示によれば、輻輳を起こさずに、ホッピング通信が可能な通信システム、通信方法およびサーバを提供することが可能となる。
<第1実施形態>
図2は、本実施の形態1にかかる、通信システム100を示す構成図である。
通信システム100は、ゲートウェイ10及びネットワークサーバ20を備えている。ゲートウェイ10とネットワークサーバ20は、ネットワーク40を介して接続されている。
図2は、本実施の形態1にかかる、通信システム100を示す構成図である。
通信システム100は、ゲートウェイ10及びネットワークサーバ20を備えている。ゲートウェイ10とネットワークサーバ20は、ネットワーク40を介して接続されている。
ゲートウェイ10は、データ送受信部11、疎通確認部12、データ転送部13、ホッピング通信部14を備えている。
データ送受信部11は、デバイスが送信したデータを受信し、ネットワーク40を介して、ネットワークサーバ20に送信する。かかる場合、データ送受信部11は、データをプロトコル変換し、基地局30に送信する。
疎通確認部12は、他のゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果をネットワークサーバ20に送信する。疎通確認結果は、送信元ゲートウェイ及び送信先ゲートウェイの情報を含む。
データ転送部13は、デバイスから受信したデータを、他のゲートウェイ10に転送データとして転送する。データ転送部13は、基地局30との間の通信に障害が発生した場合にデータの転送を行う。
ホッピング通信部14は、ホッピング規則に基づいて、他のゲートウェイ10から受信した転送データを他のゲートウェイ10に転送し、あるいは破棄し、あるいは基地局30を介してネットワークサーバ20に送信する。
データ送受信部11は、デバイスが送信したデータを受信し、ネットワーク40を介して、ネットワークサーバ20に送信する。かかる場合、データ送受信部11は、データをプロトコル変換し、基地局30に送信する。
疎通確認部12は、他のゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果をネットワークサーバ20に送信する。疎通確認結果は、送信元ゲートウェイ及び送信先ゲートウェイの情報を含む。
データ転送部13は、デバイスから受信したデータを、他のゲートウェイ10に転送データとして転送する。データ転送部13は、基地局30との間の通信に障害が発生した場合にデータの転送を行う。
ホッピング通信部14は、ホッピング規則に基づいて、他のゲートウェイ10から受信した転送データを他のゲートウェイ10に転送し、あるいは破棄し、あるいは基地局30を介してネットワークサーバ20に送信する。
ネットワークサーバ20は、データ受信部21、疎通確認結果受信部22、およびホッピング規則配布部23を備える。
データ受信部21は、ゲートウェイ10が送信したデータを受信する。
疎通確認結果受信部22は、疎通確認結果を受信する。
ホッピング規則配布部23は、疎通確認結果に基づいてホッピング規則を作成する。ホッピング規則配布部23は、異なる基地局の圏内に存在しているゲートウェイからの通信を優先するという基準に基づいて、ホッピング規則を生成する。ホッピング規則配布部23は、ホッピング規則をゲートウェイ10に配布する。
データ受信部21は、ゲートウェイ10が送信したデータを受信する。
疎通確認結果受信部22は、疎通確認結果を受信する。
ホッピング規則配布部23は、疎通確認結果に基づいてホッピング規則を作成する。ホッピング規則配布部23は、異なる基地局の圏内に存在しているゲートウェイからの通信を優先するという基準に基づいて、ホッピング規則を生成する。ホッピング規則配布部23は、ホッピング規則をゲートウェイ10に配布する。
かかる場合、同じ基地局圏内のゲートウェイから転送されたデータは、ホッピング規則に基づいて破棄され、再転送されることはない。したがって、データの輻輳は生じさせずにデータの転送を行うことが可能となる。
<第2実施形態>
本実施の形態に係る通信システムは、ゲートウェイ10及びネットワークサーバ20を備える。通信システムの構成を示す構成図は、図2と同じである。
LoRaデバイスは、ゲートウェイ10を介して、デバイスデータをネットワークサーバ20に送信する。LoRaデバイスは、ゲートウェイ10とLoRa無線によって通信する。
LoRaデバイスは、デバイスデータのヘッダの未使用領域にホッピング数を記載する。ホッピング数は、ネットワークサーバ20が設定した所定の値とする。
本実施の形態に係る通信システムは、ゲートウェイ10及びネットワークサーバ20を備える。通信システムの構成を示す構成図は、図2と同じである。
LoRaデバイスは、ゲートウェイ10を介して、デバイスデータをネットワークサーバ20に送信する。LoRaデバイスは、ゲートウェイ10とLoRa無線によって通信する。
LoRaデバイスは、デバイスデータのヘッダの未使用領域にホッピング数を記載する。ホッピング数は、ネットワークサーバ20が設定した所定の値とする。
ゲートウェイ10は、データ送受信部11、疎通確認部12、データ転送部13、およびホッピング通信部14を備える。
データ送受信部11は、LoRaデバイスからデバイスデータを受信する。データ送受信部11は、デバイスデータをゲートウェイ10が在圏する基地局を介してネットワークサーバ20に送信する。
データ送受信部11は、LoRaデバイスからデバイスデータを受信する。データ送受信部11は、デバイスデータをゲートウェイ10が在圏する基地局を介してネットワークサーバ20に送信する。
疎通確認部12は、定期的に他のゲートウェイ10に対してLoRa無線により疎通確認データを送信する。疎通確認部12は、他のゲートウェイ10が送信した疎通確認データを受信し、ネットワークサーバ20に送信する。
データ転送部13は、障害などによってバックホール回線が使えなくなった際、他のゲートウェイ10にデバイスデータを転送する。
データ転送部13は、障害などによってバックホール回線が使えなくなった際、他のゲートウェイ10にデバイスデータを転送する。
ホッピング通信部14は、ホッピング規則をホッピングデータベースとして管理する。ホッピング規則は、他のゲートウェイ10から受信したデータに対する処理を定めたものである。
図3は、ホッピングデータベースの例を示す。各レコードは、送信元ゲートウェイを識別するためのGWIDと、GWIDに対応するゲートウェイ10から送信されたデバイスデータに対する処理とから構成される。
図3は、ホッピングデータベースの例を示す。各レコードは、送信元ゲートウェイを識別するためのGWIDと、GWIDに対応するゲートウェイ10から送信されたデバイスデータに対する処理とから構成される。
ホッピング通信部14は、他のゲートウェイ10から転送されたデバイスデータについて、ホッピングデータベース、及びヘッダに含まれるホッピング数を参照して、転送、破棄又はバックホール回線を通してネットワークサーバ20ヘの送信処理を行う。
図4はホッピングによる通信の例を示す図である。基地局Aに障害が発生した場合に、ゲートウェイ10Bは、LoRaデバイス50Bからのデータを、ゲートウェイ10Cに転送している。
ゲートウェイ10Cは、ホッピング規則に従って、基地局30Bを介してデータをネットワークサーバ20に送信している。他のゲートウェイは、ホッピング規則に従ってデータを破棄している。
ゲートウェイ10Cは、ホッピング規則に従って、基地局30Bを介してデータをネットワークサーバ20に送信している。他のゲートウェイは、ホッピング規則に従ってデータを破棄している。
ホッピング通信部14は、ホッピング数が0以外の場合に限って、受信したデバイスデータを転送する。ホッピング通信部14は、デバイスデータを転送する際、ヘッダに含まれるホッピング数を1減らす処理を行う。ホッピング通信部14は、ホッピング数が0の場合、デバイスデータを破棄する。
ホッピング数を設定し、上記動作を行うことにより、デバイスデータの転送を所定の値に制限し、再転送の反復を防ぐことができる。例えば、ホッピング数に1を設定することで、デバイスデータの転送は最大1段に制限できる。
ホッピング数を設定し、上記動作を行うことにより、デバイスデータの転送を所定の値に制限し、再転送の反復を防ぐことができる。例えば、ホッピング数に1を設定することで、デバイスデータの転送は最大1段に制限できる。
ネットワークサーバ20は、データ受信部21、疎通確認結果受信部22、およびホッピング規則配布部23を備える。
データ受信部21は、各LoRaデバイス50が送信したデバイスデータを受信する。データ受信部21は、得られたデバイスデータに応じて、受信したデータを上位のアプリケーションサーバに送信する。
疎通確認結果受信部22は、各ゲートウェイ10から疎通確認結果を受信し、疎通確認データベースとして管理する。
ホッピング規則配布部23は、疎通確認結果受信部22が備える疎通確認データベースを参照し、ホッピング規則を生成する。ホッピング規則配布部23は、生成したホッピング規則を各ゲートウェイ10に配布する。
また、ホッピング規則配布部23は、各LoRaデバイス50に対して任意のホッピング数を設定する。
データ受信部21は、各LoRaデバイス50が送信したデバイスデータを受信する。データ受信部21は、得られたデバイスデータに応じて、受信したデータを上位のアプリケーションサーバに送信する。
疎通確認結果受信部22は、各ゲートウェイ10から疎通確認結果を受信し、疎通確認データベースとして管理する。
ホッピング規則配布部23は、疎通確認結果受信部22が備える疎通確認データベースを参照し、ホッピング規則を生成する。ホッピング規則配布部23は、生成したホッピング規則を各ゲートウェイ10に配布する。
また、ホッピング規則配布部23は、各LoRaデバイス50に対して任意のホッピング数を設定する。
図5を用いて、本実施の形態の概要を説明する。図5は、各コンポーネントの配置の例を示す概略図である。
LoRaデバイス50は、山間部に設置されている。LoRaデバイス50は、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信する。
ゲートウェイ10Aは山の麓に設置されており、ゲートウェイ10Bは都市部に設置されている。基地局30Aは山の麓に設置されており、基地局30Bは、都市部に設置されている。基地局30A、基地局30Bは、例えば、3G/LTE基地局である。
ゲートウェイ10Aと基地局30Aとの距離は0.5kmであり、ゲートウェイ10Aは基地局30Aに在圏している。ゲートウェイ10Bと基地局30Bとの距離は0.5kmであり、ゲートウェイ10Bは基地局30Bに在圏している。
ゲートウェイ10AとLoRaデバイス50との距離は5kmであり、ゲートウェイ10AはLoRaデバイス50から送信されたデバイスデータを受信可能である。ゲートウェイ10BとLoRaデバイス50との距離は10kmであり、ゲートウェイ10BはLoRaデバイス50から送信されたデバイスデータを受信することができない。
また、ゲートウェイ10Aとゲートウェイ10Bとの距離は5kmであり、ゲートウェイ10Aとゲートウェイ10BはLoRa無線方式によって通信可能である。
LoRaデバイス50は、山間部に設置されている。LoRaデバイス50は、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信する。
ゲートウェイ10Aは山の麓に設置されており、ゲートウェイ10Bは都市部に設置されている。基地局30Aは山の麓に設置されており、基地局30Bは、都市部に設置されている。基地局30A、基地局30Bは、例えば、3G/LTE基地局である。
ゲートウェイ10Aと基地局30Aとの距離は0.5kmであり、ゲートウェイ10Aは基地局30Aに在圏している。ゲートウェイ10Bと基地局30Bとの距離は0.5kmであり、ゲートウェイ10Bは基地局30Bに在圏している。
ゲートウェイ10AとLoRaデバイス50との距離は5kmであり、ゲートウェイ10AはLoRaデバイス50から送信されたデバイスデータを受信可能である。ゲートウェイ10BとLoRaデバイス50との距離は10kmであり、ゲートウェイ10BはLoRaデバイス50から送信されたデバイスデータを受信することができない。
また、ゲートウェイ10Aとゲートウェイ10Bとの距離は5kmであり、ゲートウェイ10Aとゲートウェイ10BはLoRa無線方式によって通信可能である。
山の麓に設置された基地局30Aにおいて、バックホール回線に障害が発生した場合、ゲートウェイ10Aは、デバイスデータをネットワークサーバ20に送信することができなくなる。
かかる場合、本発明の実施形態では、ゲートウェイ10Aはゲートウェイ10Bにデバイスデータを転送し、ゲートウェイ10Bがデバイスデータをネットワークサーバ20に送信する。
かかる場合、本発明の実施形態では、ゲートウェイ10Aはゲートウェイ10Bにデバイスデータを転送し、ゲートウェイ10Bがデバイスデータをネットワークサーバ20に送信する。
図5は、LoRaデバイス50とゲートウェイ10との位置関係の問題で、デバイスデータが、山の麓に設置されたゲートウェイ10一つにしか届かず、都市部に設置されたゲートウェイ10には届かない場合である。この様な場合に、本発明は特に効果を発揮することが想定される。具体的な実施例としては、山間部の土砂崩れの検知を行うため、山間部においてデバイスデータを収集する場合が考えられる。
アンテナ高さ、アンテナ長さ及び電波出力などの条件が同じ場合、LoRa無線方式の電波到達距離は、3G/LTE無線方式と比べて長いとされている。都市部において、電波強度は20dBmの差があり、電波の到達距離は数百メートル以上の違うとされている。
一方、3G/LTEなどのキャリア網のセルの大きさは数百m~数kmが一般的で、数kmのセルは大ゾーン、数百mのセルは小ゾーンと呼ばれている。大ゾーンは人口密度が低い平野部に、小ゾーンは人口密度が高い都市部に適用される。一方、日本に多い山間部のセルは、地形の制約から、小ゾーンとなることが多い。山間部において、基地局は中腹に設置されるケースも多い。かかる場合、山頂、尾根または山の谷間に不感地帯が発生する。
一方、3G/LTEなどのキャリア網のセルの大きさは数百m~数kmが一般的で、数kmのセルは大ゾーン、数百mのセルは小ゾーンと呼ばれている。大ゾーンは人口密度が低い平野部に、小ゾーンは人口密度が高い都市部に適用される。一方、日本に多い山間部のセルは、地形の制約から、小ゾーンとなることが多い。山間部において、基地局は中腹に設置されるケースも多い。かかる場合、山頂、尾根または山の谷間に不感地帯が発生する。
山の土砂崩れを検知する場合、温度または振動などをセンシングするためのLoRaデバイスは、山間部に設置される。この場合、3G/LTE基地局の設置位置は制限されるため、LoRaデバイスからのデータを収集するゲートウェイ10を、山の麓に設置しなければならないケースが少なくない。
図6は、山の麓にゲートウェイ10と基地局30が設置されている場合を示す概略図である。
図6は、山の麓にゲートウェイ10と基地局30が設置されている場合を示す概略図である。
LoRa通信方式を活用して山間部で環境情報等を収集する際、基地局においてバックホール回線に障害が発生し通信が困難になると、LoRaデバイス50は、デバイスデータをネットワークサーバ20に送信できなくなる。
本発明の実施形態では、山の麓や中腹に設置された基地局30でバックホール回線に障害等が発生したとしても、障害が発生した基地局に在圏するゲートウェイ10が他のゲートウェイ10にデータ転送を行い、転送先のゲートウェイ10が在圏する基地局のバックホール回線を使ってデバイスデータをネットワークサーバ20に送信することが可能となる。
本発明の実施形態では、山の麓や中腹に設置された基地局30でバックホール回線に障害等が発生したとしても、障害が発生した基地局に在圏するゲートウェイ10が他のゲートウェイ10にデータ転送を行い、転送先のゲートウェイ10が在圏する基地局のバックホール回線を使ってデバイスデータをネットワークサーバ20に送信することが可能となる。
図7を用いて、バックホール回線障害時にホッピングによってデバイスデータをネットワークサーバ20に送信する手順を説明する。
図8は、各コンポーネントの配置例を模式的に表した図である。
図8は、各コンポーネントの配置例を模式的に表した図である。
ゲートウェイ10A、ゲートウェイ10B及びゲートウェイ10Cは、基地局30Aに在圏している。ゲートウェイ10Dは、基地局30Bに在圏している。ゲートウェイ10Eは、基地局30Cに在圏している。
基地局30Aは山麓部に存在し、基地局30B及び基地局30Cは都市部に存在することを想定してもよい。
基地局30Aは山麓部に存在し、基地局30B及び基地局30Cは都市部に存在することを想定してもよい。
LoRaデバイス50~ゲートウェイ10A間は、5km程度であり、LoRa通信可能である。LoRaデバイス~ゲートウェイ10D、10E間は、10km以上離れており、LoRa通信を行うことは不可能である。
ゲートウェイ10A~ゲートウェイ10D間は、5kmであり、LoRa通信可能である。ゲートウェイ10A~ゲートウェイ10E間は、7km程度であり、LoRa通信可能である。ゲートウェイ10AがLoRa通信方式によってデータを送信する場合、ゲートウェイ10Dが受信する電波強度は、ゲートウェイ10Eが受信する電波強度よりも大きい。
ゲートウェイ10A~ゲートウェイ10D間は、5kmであり、LoRa通信可能である。ゲートウェイ10A~ゲートウェイ10E間は、7km程度であり、LoRa通信可能である。ゲートウェイ10AがLoRa通信方式によってデータを送信する場合、ゲートウェイ10Dが受信する電波強度は、ゲートウェイ10Eが受信する電波強度よりも大きい。
通常時において、LoRaデバイス50は、デバイスデータをゲートウェイ10Aに送信する。ゲートウェイ10Aは、基地局30Aを介して、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信する。
基地局30Aのバックホール回線障害が発生した場合、デバイスデータを受信したゲートウェイ10Aは、ホッピング通信を行わなければネットワークサーバ20までデータを送信することができない。
ゲートウェイ10Bとゲートウェイ10Cは、基地局30Aにのみ在圏している。したがって、ゲートウェイ10Aから、ゲートウェイ10B、10Cにデータを転送しても、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信することはできない。
基地局30Aのバックホール回線障害が発生した場合、デバイスデータを受信したゲートウェイ10Aは、ホッピング通信を行わなければネットワークサーバ20までデータを送信することができない。
ゲートウェイ10Bとゲートウェイ10Cは、基地局30Aにのみ在圏している。したがって、ゲートウェイ10Aから、ゲートウェイ10B、10Cにデータを転送しても、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信することはできない。
ゲートウェイ10Dとゲートウェイ10Eは、稼動中の基地局30B、30Cに在圏している。また、ゲートウェイ10Dとゲートウェイ10Eは、ゲートウェイ10Aと通信可能である。したがって、ゲートウェイ10Aから、ゲートウェイ10Dまたはゲートウェイ10Eにデータを転送することによって、ネットワークサーバ20にデバイスデータを送信することができる。
電波強度の違いから、ゲートウェイ10Aは、ゲートウェイ10Dと基地局30Bを経由してデータを転送することが最適である。
電波強度の違いから、ゲートウェイ10Aは、ゲートウェイ10Dと基地局30Bを経由してデータを転送することが最適である。
図9を用いて、バックホール回線に障害が発生する前の動作を説明する。
各ゲートウェイ10は、疎通確認機能により、一定時間ごとに送信元ゲートウェイの識別子を含む疎通確認データを発信する。疎通確認データを受信したゲートウェイ10は、送信元ゲートウェイ・転送先ゲートウェイ・電波強度の組を疎通確認結果としてネットワークサーバ20に送信する(S1)。ここで、転送先ゲートウェイは、疎通確認データを受信したゲートウェイ10自身の識別子である。
各ゲートウェイ10は、疎通確認機能により、一定時間ごとに送信元ゲートウェイの識別子を含む疎通確認データを発信する。疎通確認データを受信したゲートウェイ10は、送信元ゲートウェイ・転送先ゲートウェイ・電波強度の組を疎通確認結果としてネットワークサーバ20に送信する(S1)。ここで、転送先ゲートウェイは、疎通確認データを受信したゲートウェイ10自身の識別子である。
ネットワークサーバ20は、(S1)で受信した疎通確認結果に基づき送信元ゲートウェイ・転送先ゲートウェイ・転送可否(受理または破棄)の組を生成して疎通確認データベースに記録する。
ネットワークサーバ20は、あるゲートウェイ10(ゲートウェイ10x)を送信元とするすべての疎通確認結果に基づいて、以下の規則(1)及び(2)に従って転送可否を決定する(S2)。
(1)ゲートウェイ10xと同一の基地局に在圏するゲートウェイ10を転送先とする疎通確認結果から、ネットワークサーバ20は、当該ゲートウェイ10への転送を「破棄」に分類する。すなわち、ゲートウェイ10xから、当該ゲートウェイ10には転送を行わない。
(2)ネットワークサーバ20は、(1)で「破棄」に分類されたゲートウェイ10以外のゲートウェイ10を転送先とする疎通確認結果のうち、疎通確認結果に含まれる電波強度が最大となるゲートウェイ10への転送を「受理」に分類する。すなわち、ゲートウェイ10xから当該ゲートウェイ10に転送を行う。上述の「受理」に分類されたゲートウェイ10以外のゲートウェイ10への転送は、「破棄」に分類される。
(1)ゲートウェイ10xと同一の基地局に在圏するゲートウェイ10を転送先とする疎通確認結果から、ネットワークサーバ20は、当該ゲートウェイ10への転送を「破棄」に分類する。すなわち、ゲートウェイ10xから、当該ゲートウェイ10には転送を行わない。
(2)ネットワークサーバ20は、(1)で「破棄」に分類されたゲートウェイ10以外のゲートウェイ10を転送先とする疎通確認結果のうち、疎通確認結果に含まれる電波強度が最大となるゲートウェイ10への転送を「受理」に分類する。すなわち、ゲートウェイ10xから当該ゲートウェイ10に転送を行う。上述の「受理」に分類されたゲートウェイ10以外のゲートウェイ10への転送は、「破棄」に分類される。
図7の場合について、転送可否判断の具体例を説明する。
ゲートウェイ10Aは、疎通確認データを送信する。ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10D及びゲートウェイ10Eは、疎通確認データを受信する。
まず、ゲートウェイ10Bとゲートウェイ10Cは、ゲートウェイ10Aと同じ基地局に在圏するので、[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10B、転送:破棄]および[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10C、転送:破棄]が疎通確認データベースに記録される。
次に、残ったゲートウェイ10D、ゲートウェイ10Eが送信した疎通確認結果に含まれる電波強度を比較して、より電波強度の強いゲートウェイ10Dをゲートウェイ10Aからの転送先として選択する。この結果、[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10D、転送:受理]および[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10E、転送:破棄]の組が、疎通確認データベースに記録される。
結果として、図10に示す疎通確認データベースが生成される。
ゲートウェイ10Aは、疎通確認データを送信する。ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10D及びゲートウェイ10Eは、疎通確認データを受信する。
まず、ゲートウェイ10Bとゲートウェイ10Cは、ゲートウェイ10Aと同じ基地局に在圏するので、[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10B、転送:破棄]および[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10C、転送:破棄]が疎通確認データベースに記録される。
次に、残ったゲートウェイ10D、ゲートウェイ10Eが送信した疎通確認結果に含まれる電波強度を比較して、より電波強度の強いゲートウェイ10Dをゲートウェイ10Aからの転送先として選択する。この結果、[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10D、転送:受理]および[送信元:ゲートウェイ10A、転送先:ゲートウェイ10E、転送:破棄]の組が、疎通確認データベースに記録される。
結果として、図10に示す疎通確認データベースが生成される。
ネットワークサーバは、ホッピング規則配布部により、各ゲートウェイにホッピング規則を配布する(S3)。ここで、疎通確認データベースの各レコードについて、転送先ゲートウェイ10yを参照して、当該レコードをゲートウェイ10yに送信する。
ゲートウェイ10は、ネットワークサーバ20から受信したホッピング規則を自身のホッピングデータベースに書き込む(S4)。
図7および図10のケースでは、ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10Eが保持するホッピングデータベースに対しては「ゲートウェイ10Aから転送されたデータを破棄する」という規則を書き込み、ゲートウェイ10Dのホッピングデータベースに対しては「ゲートウェイ10Aから転送されたデータを受理する」という規則を書き込む。
図7および図10のケースでは、ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10Eが保持するホッピングデータベースに対しては「ゲートウェイ10Aから転送されたデータを破棄する」という規則を書き込み、ゲートウェイ10Dのホッピングデータベースに対しては「ゲートウェイ10Aから転送されたデータを受理する」という規則を書き込む。
図9を用いて、バックホール回線に障害が発生した場合の動作を説明する。
バックホール回線の障害発生時、以下の手順によりLoRaデバイスから複数のゲートウェイ10を経由してネットワークサーバ20にデータを転送する。
バックホール回線の障害発生時、以下の手順によりLoRaデバイスから複数のゲートウェイ10を経由してネットワークサーバ20にデータを転送する。
各ゲートウェイ10は、自身が在圏する基地局との間で定期的に疎通確認を行っており、障害を検知した場合に、自身のホッピングモードをONにする(S5)。ホッピングモードとは、ホッピング通信を行うかどうかを示すモードである。ホッピングモードONの場合はホッピング通信を行い、ホッピングモードOFFの場合はホッピング通信を行わない。
ホッピングモードONのゲートウェイが、LoRaデバイス50からデバイスデータを受信すると、データ転送機能により他のゲートウェイ10にデバイスデータを転送する(S6)。
ホッピングモードONのゲートウェイが、LoRaデバイス50からデバイスデータを受信すると、データ転送機能により他のゲートウェイ10にデバイスデータを転送する(S6)。
他のゲートウェイ10から転送されたデバイスデータを受け取ったゲートウェイ10は、送信元ゲートウェイに該当するホッピング規則と、デバイスデータのホッピング数を参照して、デバイスデータの受理もしくは破棄を決定する。ホッピング規則は、自身が保持するホッピングデータベースに記録されている。
受理の場合、自身が在圏する基地局が使用可能であれば、受け取ったデバイスデータを基地局経由でネットワークサーバ20に送信する。受理の場合、自身が在圏する基地局30が使用不可能であれば、他のゲートウェイ10にデバイスデータを再転送する(S7)。
受理の場合、自身が在圏する基地局が使用可能であれば、受け取ったデバイスデータを基地局経由でネットワークサーバ20に送信する。受理の場合、自身が在圏する基地局30が使用不可能であれば、他のゲートウェイ10にデバイスデータを再転送する(S7)。
具体例として、図7の基地局30Aにおいて、バックホール回線に障害が発生した場合の動作を説明する。
ゲートウェイ10Aは、LoRaデバイス50が送信したデバイスデータを受信する。ただし、LoRaデバイスとの位置関係によって、ゲートウェイ10B、10C、10D、10Eにはデバイスデータは届かなったものとする。
ゲートウェイ10AがホッピングモードONの場合、ゲートウェイ10AがLoRaデバイスから受信したデータを他のゲートウェイ10に転送する(S6)。ゲートウェイ10B、10C、10Dおよび10Eは、転送されたデバイスデータを受信する。
ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10Eが備えるホッピング規則では、ゲートウェイ10Aからの転送は「破棄」と設定されている。したがって、ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10Cおよびゲートウェイ10Eは、受信したデバイスデータを破棄する(S7)。
ゲートウェイ10Dが備えるホッピング規則では、ゲートウェイ10Aからの転送は受理と設定されている。基地局30Bに障害が発生していない場合、ゲートウェイ10Dは、デバイスデータをバックホール回線を通してネットワークサーバ20に送信する(S7)。
ゲートウェイ10Aは、LoRaデバイス50が送信したデバイスデータを受信する。ただし、LoRaデバイスとの位置関係によって、ゲートウェイ10B、10C、10D、10Eにはデバイスデータは届かなったものとする。
ゲートウェイ10AがホッピングモードONの場合、ゲートウェイ10AがLoRaデバイスから受信したデータを他のゲートウェイ10に転送する(S6)。ゲートウェイ10B、10C、10Dおよび10Eは、転送されたデバイスデータを受信する。
ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10C、ゲートウェイ10Eが備えるホッピング規則では、ゲートウェイ10Aからの転送は「破棄」と設定されている。したがって、ゲートウェイ10B、ゲートウェイ10Cおよびゲートウェイ10Eは、受信したデバイスデータを破棄する(S7)。
ゲートウェイ10Dが備えるホッピング規則では、ゲートウェイ10Aからの転送は受理と設定されている。基地局30Bに障害が発生していない場合、ゲートウェイ10Dは、デバイスデータをバックホール回線を通してネットワークサーバ20に送信する(S7)。
本発明の実施形態では、平常時にゲートウェイ10の間で疎通確認を行い、疎通確認結果に基づいて、ホッピング規則を生成する。各ゲートウェイ10間でのデータ転送を受理もしくは破棄する条件は、ホッピング規則により定められる。そして、バックホール回線障害時に、各ゲートウェイ10がホッピング規則に従ってデータ転送を行う。
したがって、ブロードキャストの繰り返しに起因する通信の輻輳を起こすことなく、バックホール回線障害時において継続してLoRaデバイスからのデータを収集することが可能となる。
したがって、ブロードキャストの繰り返しに起因する通信の輻輳を起こすことなく、バックホール回線障害時において継続してLoRaデバイスからのデータを収集することが可能となる。
バックホール回線の障害発生以外にも、本発明は、ゲートウェイに関連付けられるSIMの通信量が上限に達して、通信ができなくなった場合にも適用することができる。
上述の説明においては、デバイスとゲートウェイがLoRa通信を行う例を示したが、これに限定されるものではなく、他の通信方式を用いてもよい。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、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、2019年5月21日に出願された日本出願特願2019-095048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、10A、10B、10C、10D、10E、10x、10y ゲートウェイ
11 データ送受信部
12 疎通確認部
13 データ転送部
14 ホッピング通信部
20 ネットワークサーバ
21 データ受信部
22 疎通確認結果受信部
23 ホッピング規則配布部
30、30A、30B、30C 基地局
40 ネットワーク
50、50A、50B LoRaデバイス
100 通信システム
11 データ送受信部
12 疎通確認部
13 データ転送部
14 ホッピング通信部
20 ネットワークサーバ
21 データ受信部
22 疎通確認結果受信部
23 ホッピング規則配布部
30、30A、30B、30C 基地局
40 ネットワーク
50、50A、50B LoRaデバイス
100 通信システム
Claims (10)
- デバイスから送信されたデバイスデータを受信し、ネットワークを介してネットワークサーバに送信する複数のゲートウェイと、前記ゲートウェイから送信されたデバイスデータをネットワークを介して受信するネットワークサーバとを備える通信システムであって、
前記ゲートウェイは、
他の前記ゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果を前記ネットワークサーバに送信する疎通確認手段と、
在圏する基地局との間の通信に障害が発生した場合に、前記デバイスデータを、転送データとして他の不特定のゲートウェイに転送するデータ転送手段と、
ホッピング規則に基づいて、他のゲートウェイから転送された転送データに対する処理を実行するホッピング通信手段と、
を備え、
前記ネットワークサーバは、
前記ゲートウェイから前記疎通確認結果を受信する疎通確認結果受信手段と、
異なる前記基地局に在圏する前記ゲートウェイからの転送を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果からホッピング規則を生成して前記ゲートウェイに配布するホッピング規則配布手段と、を備える、
通信システム。 - 前記ホッピング規則配布手段は、異なる前記基地局に在圏する前記ゲートウェイからの通信であって、最も受信する電波の強度が大きい通信を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果からホッピング規則を生成し、前記ゲートウェイに配布する
請求項1に記載の通信システム。 - 前記疎通確認結果は、送信元、送信先及び電波強度の情報を含む、
請求項1又は2のいずれか1項に記載の通信システム。 - 前記ホッピング通信手段は、前記ホッピング規則と、前記デバイスデータのヘッダに記載されたホッピング数とに基づいて、前記転送データの破棄、又は前記基地局に送信する処理を行う、
請求項1から3のいずれか1項に記載の通信システム。 - 前記ゲートウェイと前記デバイスは、LoRa方式により通信を行う、
請求項1から4のいずれか1項に記載の通信システム。 - 前記データ転送手段は、LoRa方式により前記デバイスデータを転送する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の通信システム。 - ゲートウェイとネットワークサーバとのネットワークを介した通信方法であって、
ゲートウェイが他のゲートウェイと疎通確認を行い、疎通確認結果をネットワークサーバに送信し、
ネットワークサーバは、異なる基地局に在圏する前記ゲートウェイからの通信を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果から前記ゲートウェイにおける転送データの処理を定めるホッピング規則を生成して、前記ゲートウェイに配布し、
前記ゲートウェイは、在圏する基地局との間の通信に障害が発生した場合に、デバイスから受信したデバイスデータを他の不特定のゲートウェイに転送データとして転送し、
前記ゲートウェイは、前記ホッピング規則に従って、他のゲートウェイから送信された前記転送データについて処理を行う、
通信方法。 - 前記ネットワークサーバは、異なる基地局に在圏する前記ゲートウェイからの通信であって、最も受信する電波の強度が大きい通信を優先する基準に基づいて前記ホッピング規則を生成する、
請求項7に記載の通信方法。 - デバイスから送信されたデバイスデータを受信し、ネットワークを介してネットワークサーバに送信する複数のゲートウェイにおけるホッピング規則を生成するサーバであって、
前記ゲートウェイから他のゲートウェイとの間の疎通確認結果を受信する疎通確認結果受信手段と、
異なる基地局に在圏する前記ゲートウェイからの転送を優先する基準に基づいて、前記疎通確認結果からホッピング規則を生成して前記ゲートウェイに配布するホッピング規則配布手段と、を備える、
サーバ。 - 前記ホッピング規則配布手段は、異なる基地局に在圏する前記ゲートウェイからの通信であって、最も受信する電波の強度が大きい通信を優先する基準に基づいて前記ホッピング規則を生成する、
請求項9に記載のサーバ。
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