JP7114952B2 - 通信システム、及び通信システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、及び通信システムの制御方法に関する。

電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を用いて高速にデータ伝送を行う無線通信の規格としてＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｄが知られている。

また、複数のクラスタに分割されたマルチホップネットワークにおいて、各クラスタのクラスタヘッドの候補を、クラスタヘッドの候補間の距離に基づいて変更することにより、クラスタサイズの差を少なくする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ミリ波無線通信でサブネットワークを形成する複数の中継端末と、ミリ波無線通信でサブネットワークに接続する接続端末とを用いて、データをマルチホップ通信する通信システムが考えられる。このような通信システムでは、指向性の強い電波を用いて端末間の通信を行うため、各サブネットワークに接続可能な端末の数が制限され、各サブネットワークに接続されている端末の数に偏りがあると、通信システムの接続性や利便性が低下してしまう場合がある。

また、このような通信システムでは、中継端末と接続端末とで端末の構成が異なるため、例えば、特許文献１に開示された技術をそのまま適用することはできない。

本発明の実施の形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、指向性を有する電波でサブネットワークを形成する中継装置と、サブネットワークに接続する接続端末とを用いてデータをマルチホップ通信する通信システムの接続性や利便性を向上させる。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る通信システムは、複数の中継端末と、複数の接続端末と、通信管理装置とを含む通信システムであって、前記中継端末は、
第１の無線通信のアクセスポイントとして機能し、前記第１の無線通信のサブネットワークを形成する第１の通信部と、前記第１の無線通信のステーションとして機能し、他の中継端末が形成する前記サブネットワークに接続する第２の通信部と、前記通信管理装置と第２の無線通信を行う第３の通信部と、前記第２の無線通信で前記通信管理装置から通知される、前記第１の無線通信の通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の通信部、及び前記第２の通信部のうち、一方の通信部で受信したデータを、他方の通信部で他の中継端末、又は前記エッジノードに転送するデータ転送部と、前記第１の通信部が形成する前記サブネットワークに接続する前記接続端末を管理する接続端末管理部と、を有し、前記接続端末は、前記第１の無線通信のステーションとして機能し、前記サブネットワークに接続する第４の通信部を有し、前記通信管理装置は、前記中継端末と前記第２の無線通信を行う第５の通信部と、前記第２の無線通信を用いて、前記複数の中継端末から、各中継端末に接続している前記接続端末の数を取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した前記接続端末の数の最大値と最小値との差が閾値以上である場合、前記第２の無線通信を用いて、前記接続端末の数が最大の前記中継端末に対して、当該中継端末に接続する前記接続端末の数を減少させる処理の実行を指示する制御情報を送信する中継端末管理部と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、指向性を有する電波でサブネットワークを形成する中継装置と、サブネットワークに接続する接続端末とを用いてデータをマルチホップ通信する通信システムの接続性や利便性を向上させることができる。

一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図（１）である。 一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図（２）である。 一実施形態に係るビームフォーミングの例について説明するための図である。 一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態に係るホッピングノード、及びエッジノードのハードウェア構成の例を示す図である。 一実施形態に係る通信管理装置のハードウェア構成の例を示す図である。 一実施形態に係るホッピングノードの機能構成の例を示す図である。 一実施形態に係るエッジノードの機能構成の例を示す図である。 一実施形態に係る通信管理装置の機能構成の例を示す図である。 一実施形態に係るホッピングノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。 一実施形態に係るエッジノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。 一実施形態に係るホッピングノードの起動時の処理の例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るエッジノードの数の取得処理の例を示すシーケンス図である。 一実施形態に係る通信システムが管理する情報の例を示す図である。 第１の実施形態に係るエッジノードの選択処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係るエッジノードの接続処理の例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係る接続先の変更後のネットワーク構成の例を示す図である。 第２の実施形態に係る接続先の変更処理の例を示すシーケンス図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

＜ミリ波無線通信システムの概要＞
本発明の実施形態について説明する前に、本発明の各実施形態に関連するミリ波無線通信システムの概要について説明する。

ミリ波無線通信システムは、電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を用いて高速にデータ伝送を行う無線通信システムである。ここでは、ミリ波無線通信システムが、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａｄに準拠する無線通信システムであるものとして以下の説明を行う。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄは、本実施形態に係るミリ波無線通信システムの一例である。

（ネットワーク構成）
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに準拠するミリ波無線通信システムは、電波の直進性が高く、通信範囲が比較的狭いミリ波（６０ＧＨｚ）帯を使用して通信を行い、チャネル当たり２．１６ＧＨｚの広帯域を利用することにより、高速なデータ通信を実現する。

また、ミリ波帯では、電波の伝搬損失が大きくなるので、ミリ波無線通信システムでは、アンテナ利得を大きくするため、電波のビーム方向を絞って電波の送受信を行うビームフォーミング技術が用いられる。そのため、ミリ波無線通信システムの通信部は、基本的に、複数の通信装置と同時に通信することは困難である。

そのため、ミリ波無線通信システムでは、無線多重方式として、従来の無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムで用いられているＣＳＭＡ／ＣＡ方式に代えて、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の通信プロトコルが用いられる。

ミリ波無線通信システムでは、ＡＰ（Access Point）と呼ばれるコーディネータ装置が、ＢＳＳ（Basic Service Set）と呼ばれるネットワークセルを形成し、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行う。

図１、２は、一実施形態に係るミリ波無線通信システムについて説明するための図である。図１（ａ）は、ミリ波無線通信システムのネットワークセルであるＢＳＳ１００を形成するＡＰ１１０と、ＳＴＡ（Station）１２０とが、ミリ波無線通信１３０で通信を行う１対１のネットワーク構成の例を示している。図１（ａ）の例では、ＡＰ１１０が、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行い、例えば、所定の時間間隔でビーコンフレームを送信する。

図１（ｂ）は、ＢＳＳ１００を形成するＡＰ１１０と、複数のＳＴＡ１２０－１～１２０－３とが、ミリ波無線通信１３０で通信を行うスター型のネットワーク構成の例を示している。図１（ｂ）の例においても、ＡＰ１１０が、ＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの管理を行い、例えば、所定の時間間隔でビーコンフレームを送信する。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄでは、図１（ａ）、（ｂ）に示すネットワーク構成に加えて、図２（ａ）に示すように、ＰＣＰと呼ばれるコーディネータ装置によって形成されるＰＢＳＳ（Personal Basic Service Set）２００と呼ばれるネットワーク構成が定義されている。ＰＢＳＳ２００では、ＳＴＡ１２０－１～１２０－３は、ＰＣＰ２０１を介して、他のＳＴＡと通信することもできるし、ＰＣＰ２０１を介さずに、他のＳＴＡと通信することもできる。

（タイムスロットの構成）
図２（ｂ）は、一実施形態に係るタイムスロットの例を示す図である。図２（ｂ）は、ＡＰ１１０が管理するＴＤＭＡプロトコルにおけるタイムスロットの割り当てを示している。ＡＰ１１０が管理するＴＤＭＡプロトコルのタイムスロットは、図２（ｂ）に示すように、ＢＨＩ（Beacon Header Interval）と、ＤＴＩ（Data Transfer Interval）とを含む。

ＢＨＩは、ＢＴＩ（Beacon Transmission Interval）、Ａ－ＢＦＴ（Association Beamforming Training）、及びＡＴＩ（Announcement Transmission Interval）を含む。

ＢＴＩは、ＡＰ１１０がビーコンフレームを送信する期間である。Ａ－ＢＦＴは、ビームフォーミングのトレーニング期間である。ＡＴＩは、ＡＰ１１０と、ＳＴＡ１２０－１～１２０－３との間で、管理情報、制御情報等を送受信するための期間である。

ＤＴＩは、ＣＢＡＰ（Contention Based Access Period）、及びＳＰ（Service Period）を含む。

ＣＢＡＰは、ＡＰ１１０と複数のＳＴＡ１２０とが競合して通信を行うために割り当てられる競合期間である。ＳＰは、ＡＰ１１０と１つのＳＴＡ１２０との間で通信するために割り当てられる専用期間である。

ＡＰ１１０は、ＢＴＩにおいて、ＡＰ１１０が形成する複数のビームパターンであるアンテナセクタの数だけ、ビーコンフレームを送信する。一方、ＳＴＡ１２０－１～１２０－３は、無指向アンテナもしくは準無指向アンテナに設定してＡＰから送信される全てのビーコンフレームを受信し、最も受信品質の良いアンテナセクタを示す情報を、ＡＰ１１０にフィードバックする。これにより、ＡＰ１１０は、各ＳＴＡ１２０－１～１２０－３に対して、アンテナセクタを利用して、通信すれば良いかを把握することができる。

（ビームフォーミング）
ここでは、ビームフォーミング技術の一例として、ＳＬＳ（Sector Level Sweep）について、概要のみ説明する。

ＳＬＳにはＴＸＳＳ（Tx Sector Sweep）とＲＸＳＳ（Rx Sector Sweep）との２種類がある。ＴＸＳＳは、送信時に利用するアンテナセクタを決定するためのビームフォーミングトレーニングであり、ＲＸＳＳは受信時に利用するアンテナセクタを決定するためのビームフォーミングトレーニングである。

図３は、一実施形態に係るビームフォーミングの例について説明するための図である。図３の例では、説明を容易にするため、ＡＰ１１０が形成する複数のビームパターンであるアンテナセクタのうち、セクタ１～４の４つのアンテナセクタのみを示している。

ＴＸＳＳにおいて、ＡＰ１１０は、アンテナ３０１から複数のビームパターン３０３の各セクタ（セクタ１～４）を切り替えて、順次に所定のパケットを送信することにより、ＢＳＳ３００を形成している。一方、ＳＴＡ１２０は、アンテナ３０２を、無指向アンテナもしくは準無指向アンテナに設定して、ＡＰ１１０から送信されるパケットを受信し、最も受信品質の良いアンテナセクタを示す情報を、ＡＰ１１０にフィードバックする。

ＲＸＳＳでは、上記ＴＸＳＳと逆方向のビームフォーミングトレーニングシーケンスが実行され、ＴＸＳＳ、及びＲＸＳＳが完了すると、ＡＰ１１０とＳＴＡ１２０との間で、ミリ波無線通信による電波の送受信ができるようになる。

＜システム構成＞
続いて、本実施形態に係る通信システムの構成について説明する。

図４は、一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。通信システム４００は、例えば、複数のホッピングノード４０１－１～４０１－５、１つ以上のエッジノード４０２－１～４０２－７、及び通信管理装置４０３を含む。なお、以下の説明の中で複数のホッピングノード４０１－１～４０１－５のうち、任意のホッピングノードを示す場合、「ホッピングノード４０１」を用いる。また、１つ以上のエッジノード４０２－１～４０２－７のうち、任意のエッジノードを示す場合、「エッジノード４０２」を用いる。

ホッピングノード（中継端末）４０１は、ミリ波無線通信のＡＰとして機能する第１の通信部、ミリ波無線通信のＳＴＡとして機能する第２の通信部、及び無線ＬＡＮ通信を行う第３の通信部とを備える通信装置である。なお、ミリ波無線通信は、指向性を有する電波を用いてマルチホップ通信を行う第１の無線通信の一例である。また、無線ＬＡＮ通信は、第１の無線通信より通信範囲が広い第２の無線通信の一例である。

複数のホッピングノード４０１－１～４０１－５は、第１の通信部を用いて、ミリ波無線通信で互いに異なるサブネットワーク（ＢＳＳ）を形成する。例えば、図４において、ホッピングノード４０１－１は、サブネットワーク４０６－１を形成し、ホッピングノード４０１－２は、サブネットワーク４０６－２を形成している。また、ホッピングノード４０１－３は、サブネットワーク４０６－３を形成しており、他のホッピングノードも、同様にサブネットワークを形成しているものとする。

また、ホッピングノード４０１は、第２の通信部を用いて、他のホッピングノードが形成するサブネットワークに接続することができる。図４の例では、ホッピングノード４０１－２は、第２の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ホッピングノード４０１－１の第１の通信部（ＡＰ）が形成するサブネットワーク４０６－１に、ミリ波無線通信で接続することができる。また、ホッピングノード４０１－１は、第２の通信部（ＳＴＡ）により、ホッピングノード４０１－３の第１の通信部（ＡＰ）が形成するサブネットワーク４０６－３に、ミリ波無線通信で接続することができる。同様にして、ホッピングノード４０１－３は、第２の通信部（ＳＴＡ）により、ホッピングノード４０１－４の第１の通信部（ＡＰ）が形成するサブネットワークに、ミリ波無線通信で接続することができる。

さらに、複数のホッピングノード４０１－１～４０１－５は、通信管理装置４０３と同じ無線ＬＡＮネットワーク４０７に含まれ、第３の通信部を用いて、通信管理装置４０３と無線ＬＡＮ通信を行うことができる。なお、無線ＬＡＮ通信のアクセスポイントは、通信管理装置４０３であっても良いし、別のアクセスポイントを利用するものであっても良い。ここでは、無線ＬＡＮ通信のアクセスポイントが、通信管理装置４０３であるものとして、以下の説明を行う。

エッジノード（接続端末）４０２は、ミリ波無線通信のＳＴＡとして機能する第４の通信部を備え、エッジノード４０２が形成する複数のサブネットワークのうち、１つのサブネットワークに接続する通信装置である。図４の例では、エッジノード４０２－１～４０２－３は、第４の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ホッピングノード４０１－１の第１の通信部（ＡＰ）が形成するサブネットワーク４０６－１に接続している。

また、必須ではないが、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信を行う通信部をさらに有していても良い。例えば、図４の破線４０４は、無線ＬＡＮ通信による装置間の接続関係を示しており、エッジノード４０２－６は、無線ＬＡＮ通信により、通信管理装置４０３と通信可能であることが示されている。同様に、複数のホッピングノード４０１－１～４０１－５は、無線ＬＡＮ通信により、通信管理装置４０３と通信可能であることが示されている。

上記の構成において、各ホッピングノード４０１は、第２の通信部（ＳＴＡ）を用いて、ミリ波無線通信で周辺の通信装置の情報を収集し、収集した情報を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

通信管理装置（通信管理端末）４０３は、各ホッピングノード４０１から、無線ＬＡＮ通信で受信した情報を用いて、例えば、図４に実線４０５で示すような、ミリ波無線通信による装置間の接続関係を管理する。また、通信管理装置４０３は、ミリ波無線通信によるマルチホップ通信が行われるとき、装置間の接続関係に基づいてデータの通信経路を決定し、通信経路にあるホッピングノード４０１に、通信経路に関する指示を無線ＬＡＮ通信で送信する。

ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３から無線ＬＡＮ通信で通知された通信経路に関する指示に基づいて、ミリ波無線通信で受信したコンテンツデータを、ミリ波無線通信を用いて他の通信装置に転送する。

このように、本実施形態では、ホッピングノード４０１が２つのミリ波通信部を有し、２つのミリ波通信部を用いてコンテンツデータを転送するので、データ転送の遅延時間を低減させることができる。

＜ハードウェア構成＞
（ホッピングノードのハードウェア構成）
図５（ａ）は、ホッピングノード４０１のハードウェア構成の例を示している。ホッピングノード４０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１１、ＲＡＭ（Read Only Memory）５１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５１３、ストレージ部５１４、無線ＬＡＮ通信装置５１５、ミリ波無線通信装置５１６－１、５１６－２、ランプ５１７、及びバス５１８等を有する。

ＣＰＵ５１１は、ＲＯＭ５１３やストレージ部５１４等に格納されたプログラムやデータをＲＡＭ５１２上に読み出し、処理を実行することで、ホッピングノード４０１の各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ５１２は、ＣＰＵ５１１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。ＲＯＭ５１３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性のメモリである。

ストレージ部５１４は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はフラッシュＲＯＭ等のストレージデバイスであり、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、及び各種データ等を記憶する。

無線ＬＡＮ通信装置５１５は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ等の規格に準拠した無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信デバイスであり、例えば、アンテナ、無線部、ＭＡＣ（Media Access Control）部、及び通信制御部等を含む。

ミリ波無線通信装置５１６－１、５１６－２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ等規格に準拠したミリ波無線通信を行うための無線通信デバイスであり、例えば、アンテナ、無線部、ＭＡＣ部、及び通信制御部等を含む。

ランプ５１７は、例えば、ホッピングノード４０１の動作状態等を、色の変化や、点灯／点滅等により表示するための発光素子である。バス５１８は、上記各構成要素に接続され、アドレス信号、データ信号、及び各種制御信号等を伝送する。

（エッジノードのハードウェア構成）
図５（ｂ）は、エッジノード４０２のハードウェア構成の例を示している。エッジノード４０２は、例えば、ＣＰＵ５２１、ＲＡＭ５２２、ＲＯＭ５２３、ストレージ部５２４、無線ＬＡＮ通信装置５２５、ミリ波無線通信装置５２６、表示装置５２７、入力装置５２８、及びバス５２９等を有する。このうち、ＣＰＵ５２１、ＲＡＭ５２２、ＲＯＭ５２３、ストレージ部５２４、無線ＬＡＮ通信装置５２５、ミリ波無線通信装置５２６、バス５２９等の構成は、ホッピングノード４０１で説明した各部の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。

表示装置５２７は、表示画面を表示する、例えば、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである。入力装置５２８は、ユーザの入力操作を受付する、例えば、タッチパネルやキーボード等の入力デバイスである。

なお、図５に示すエッジノード４０２の構成は一例であり、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信装置５２５を有していなくても良い。

（通信管理装置のハードウェア構成）
図６は、一実施形態に係る通信管理装置のハードウェア構成の例を示す図である。通信管理装置４０３は、例えば、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、フラッシュＲＯＭ６０３、無線ＬＡＮ通信装置６０４、及びバス６０５等を有する。

ＣＰＵ６０１は、フラッシュＲＯＭ６０３等に格納されたプログラムを実行することにより、通信管理装置４０３が有する各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ６０２は、ＣＰＵ５１１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。フラッシュＲＯＭ６０３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる、書き換え可能な不揮発性のメモリである。

無線ＬＡＮ通信装置６０４は、無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信デバイスである。バス６０５は、上記各構成要素に接続され、アドレス信号、データ信号、及び各種制御信号等を伝送する。

＜機能構成＞
続いて、各装置の機能構成について説明する。

（ホッピングノードの機能構成）
図７は、一実施形態に係るホッピングノードの機能構成の例を示す図である。ホッピングノード（中継端末）４０１は、無線ＬＡＮ通信部７０１、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、記憶部７０４等を有する。また、ホッピングノード４０１は、通信リンク状態測定部７１１、情報収集部７１２、データ転送部７１３、切断判定部７１４、エッジノード管理部７１５、情報転送部７１６、及び通信管理部７１７等を有する。さらに、ホッピングノード４０１は、情報送信部７２１、情報受信部７２２、登録要求部７２３等を有する。

無線ＬＡＮ通信部（第３の通信部）７０１は、例えば、図５（ａ）の無線ＬＡＮ通信装置５１５、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。無線ＬＡＮ通信部７０１は、ホッピングノード４０１を無線ＬＡＮネットワーク４０７に接続し、通信管理装置４０３と無線ＬＡＮ通信を行う。

ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、例えば、図５（ａ）のミリ波無線通信装置５１６－１、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、ミリ波無線通信のＡＰ（アクセスポイント）として機能し、ミリ波無線通信のサブネットワーク（ＢＳＳ）を形成する。また、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、形成したサブネットワークに接続するミリ波無線通信のＳＴＡと、ミリ波無線通信でデータの送受信を行う。なお、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は第１の通信部の一例である。

ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、例えば、図５（ａ）のミリ波無線通信装置５１６－２、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、ミリ波無線通信のＳＴＡ（ステーション）として機能し、他のホッピングノードが形成するミリ波無線通信のサブネットワークに接続する。また、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は、サブネットワークを形成する他のホッピングノードと、ミリ波無線通信でデータの送受信を行う。なお、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３は第２の通信部の一例である。

記憶部７０４は、例えば、図５（ａ）のＲＡＭ５１２、ストレージ部５１４、及び図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現され、例えば、ミリ波無線通信で受信したデータを一時的に記憶するバッファとして機能する。また、記憶部７０４は、通信管理装置４０３から通知されるアクセスポイント情報や、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するサブネットワークに接続するエッジノード４０２の情報等、様々な情報を記憶する。

通信リンク状態測定部７１１は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現される。通信リンク状態測定部７１１は、ミリ波無線通信の通信リンク状態を測定する。通信リンク状態には、例えば、受信信号強度、通信スループット、パケットロス率、ＳＱ（Signal Quality）値等の情報が含まれる。なお、以下の説明の中で、通信リンク状態を「通信品質」と呼ぶ場合がある。

情報収集部７１２は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信で周辺の他の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）をスキャン（検索）して情報を収集する。

例えば、情報収集部７１２は、通信リンク状態測定部７１１を用いて、ホッピングノード４０１の周辺にある他のホッピングノードの識別情報（ホッピングノード番号等）、及び通信リンク状態等の情報を取得する。また、情報収集部７１２は、通信リンク状態測定部７１１を用いて、ホッピングノード４０１の周辺にあるエッジノードの識別情報（エッジノード番号等）、及び通信リンク状態等の情報を取得する。

なお、情報収集部７１２が収集した情報は、例えば、情報送信部７２１により、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信される。

データ転送部７１３は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラム等によって実現される。データ転送部７１３は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される通信経路に関する指示に基づいて、ミリ波無線通信（第１の無線通信）で受信したコンテンツデータを、ミリ波無線通信で他の通信装置に転送する。

好ましくは、データ転送部７１３は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３でコンテンツデータを受信した場合、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２を用いて、受信したコンテンツデータを他の通信装置（ホッピングノード４０１、エッジノード４０２）に転送する。

また、データ転送部７１３は、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２でコンテンツデータを受信した場合、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３又はミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２を用いて、受信したコンテンツデータを他の通信装置に転送する。

切断判定部７１４は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、通信リンク状態測定部７１１が測定する通信リンク状態に基づいて、ミリ波無線通信の切断を判定する。

エッジノード管理部（接続端末管理部）７１５は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するサブネットワークに接続するエッジノード４０２の管理を行う。例えば、エッジノード管理部７１５は、ミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するサブネットワークに接続したエッジノード４０２を、ホッピングノード４０１に登録し、登録したエッジノード４０２にＩＰアドレス等を通知する。

また、エッジノード管理部７１５は、通信管理装置４０３から送信される制御情報の受信に応じて、ホッピングノード４０１に接続する１つ以上のエッジノードに対して、他のホッピングノード４０１への接続先の変更を指示する指示情報を送信する。

なお、通信管理装置４０３から送信される制御情報には、ホッピングノード４０１に接続するエッジノードの数を減少させる処理（調整）の実行の指示、減少させるホッピングノード４０１の数、再接続するホッピングノード４０１の優先度、等の情報が含まれる。

また、エッジノード管理部７１５が、エッジノード４０２に送信する指示情報には、例えば、再接続先するホッピングノード４０１の優先度の情報等が含まれる。

情報転送部７１６は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、エッジノード４０２と、通信管理装置４０３との間で送受信される情報の中継を行う。例えば、情報転送部７１６は、エッジノード４０２からの要求に応じて、ミリ波無線通信でエッジノード４０２から受信した情報を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。また、情報転送部７１６は、通信管理装置４０３からの要求に応じて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から受信した情報を、ミリ波無線通信でエッジノード４０２に転送する。

通信管理部７１７は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、図９で後述する通信管理装置４０３の機能を、ホッピングノード４０１で実現する。ホッピングノード４０１は、例えば、起動時等に周辺に利用可能な通信管理装置４０３の有無を確認し、利用可能な通信管理装置４０３がない場合、通信管理部７１７により、通信管理装置４０３の機能を実行することができる。

情報送信部７２１は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて、情報を通信管理装置４０３に送信する。例えば、情報送信部７２１は、情報収集部７１２が収集した周辺の通信装置の情報や、ミリ波無線通信が切断したことを示す切断通知等を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

情報受信部７２２は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて、通信管理装置４０３から送信される情報を受信する。例えば、情報受信部７２２は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される、通信経路に関する指示等の制御情報を受信する。

登録要求部７２３は、例えば、図５（ａ）のＣＰＵ５１１で実行されるプログラムによって実現される。登録要求部７２３は、例えば、起動時等に、情報収集部７１２が収集した周辺の通信装置の情報を含む通信システム４００への登録要求を、無線ＬＡＮ通信で送信する。

（エッジノードの機能構成）
図８は、一実施形態に係るエッジノードの機能構成の例を示す図である。エッジノード（接続端末）４０２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１、データ送信部８０２、データ受信部８０３、表示制御部８０４、操作受付部８０５、記憶部８０６、及び通信リンク状態測定部８０７等を有する。

好ましくは、エッジノード４０２は、無線ＬＡＮ通信部８１１、情報送信部８１２、及び情報受信部８１３等を有する。

ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、例えば、図５（ｂ）のミリ波無線通信装置５２６、及び図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラム等によって実現され、ミリ波無線通信のＳＴＡとして、ミリ波無線通信のサブネットワークに接続する。なお、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、ミリ波無線通信（第１の無線通信）を行う第４の通信部の一例である。

データ送信部８０２は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、映像データ、音声データ、ファイル等のコンテンツデータを、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ミリ波無線通信で送信する。

データ受信部８０３は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ミリ波無線通信でコンテンツデータを受信する。

表示制御部８０４は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、図５（ｂ）の表示装置５２７に、操作画面や、データ受信部８０３
が受信した映像データ等を表示させる。

操作受付部８０５は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、図５（ｂ）の入力装置５２８等に対するユーザの入力操作等を受付する。

記憶部８０６は、例えば、データ受信部８０３が受信した、映像データ、音声データ、ファイル等のコンテンツデータを記憶する。

通信リンク状態測定部８０７は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラム、又はミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１等によって実現される。通信リンク状態測定部８０７は、ミリ波無線通信の受信信号強度、通信スループット、パケットロス率、ＳＱ（Signal Quality）値等の通信リンク状態（通信品質）を測定する。

無線ＬＡＮ通信部８１１は、例えば、図５（ｂ）の無線ＬＡＮ通信装置５２５、及び図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラム等によって実現され、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３等と通信を行う。

情報送信部８１２は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部８１１を用いて、無線ＬＡＮ通信で情報を通信管理装置４０３等に送信する。例えば、エッジノード４０２は、マルチホップ通信によるデータの送信を要求する要求情報等を、情報送信部８１２を用いて、通信管理装置４０３に送信する。

情報受信部８１３は、例えば、図５（ｂ）のＣＰＵ５２１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信部８１１を用いて、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３から通知される制御情報等を受信する。

（通信管理装置の機能構成）
通信管理装置４０３は、無線ＬＡＮ通信部９０１、情報取得部９０２、通信経路決定部９０３、制御情報送信部９０４、ホッピングノード管理部９０５、エッジノード管理部９０６、記憶部９０７、及び優先度決定部９０８等を有する。

通信管理装置４０３のＣＰＵ６０１は、所定のプログラムを実行することにより、上記の各機能構成を実現する制御部として機能する。また、通信管理装置４０３は、端末管理装置の一例である。

無線ＬＡＮ通信部（第５の通信部）９０１は、例えば、図６の無線ＬＡＮ通信装置６０４、及び図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラム等によって実現され、無線ＬＡＮ通信で、ホッピングノード４０１、エッジノード４０２等と通信を行う。

情報取得部９０２は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信で、複数のホッピングノード４０１から、情報を取得する。例えば、情報取得部９０２は、無線ＬＡＮ通信で、情報の取得を要求するスキャン要求を各ホッピングノード４０１に送信し、各ホッピングノード４０１から送信される周辺の通信装置の情報を取得する。なお、周辺の通信装置の情報には、例えば、各ホッピングノード４０１に接続しているエッジノード４０２の数等の情報が含まれる。

通信経路決定部９０３は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信で情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、マルチホップ通信でコンテンツデータを転送する通信経路を管理する。

例えば、通信経路決定部９０３は、情報取得部９０２が取得した情報を用いて、図４に実線４０５で示すような、ミリ波無線通信による装置間の接続関係を特定（又は決定）し、特定した接続関係に基づいて、マルチホップ通信の通信経路を決定する。

制御情報送信部９０４は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、無線ＬＡＮ通信で、ホッピングノード４０１等に制御情報を送信する。

ホッピングノード管理部（中継端末管理部）９０５は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、通信システム４００に登録されているホッピングノード４０１、及びその情報を管理する。

エッジノード管理部９０６は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部９０２が取得した情報に基づいて、通信システム４００に含まれるエッジノード４０２、及びその情報を管理する。

記憶部９０７は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラム、及びフラッシュＲＯＭ６０３、ＲＡＭ６０２等によって実現される。記憶部９０７は、例えば、通信経路決定部９０３が管理する通信経路や、情報取得部９０２が取得した情報等の様々な情報を記憶する。

優先度決定部９０８は、例えば、図６（ｂ）のＣＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現され、各ホッピングノード４０１に接続しているエッジノード４０２の数に基づいて、各ホッピングノード４０１の接続先としての優先度を決定する。例えば、エッジノード４０２は、通信管理装置４０３、又はホッピングノード４０１から、ホッピングノード４０１の優先度が通知された場合、より優先度が高いホッピングノード４０１に優先的に接続する。

＜処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係る通信システム４００の制御方法の流れについて説明する。

（ホッピングノードの登録処理）
図１０は、一実施形態に係るホッピングノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、ホッピングノード４０１が起動したときに、通信管理装置４０３にホッピングノード４０１を登録する処理の一例を示している。なお、以下のシーケンス図において、破線の矢印は無線ＬＡＮ通信による通信を表すものとする。

ステップＳ１００１において、ホッピングノード４０１が、例えば、電源の投入や、利用者による起動操作等により起動すると、ステップＳ１００２以降の処理が実行される。

ステップＳ１００２において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に接続する。例えば、ホッピングノード４０１の無線ＬＡＮ通信部７０１は、ブロードキャスト（又はマルチキャスト）で通信管理装置４０３を検索し、検索された通信管理装置４０３に無線ＬＡＮ通信で接続を要求する。

ステップＳ１００３、Ｓ１００４において、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３からの応答を受付すると、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャン（検索）する。例えば、ホッピングノード４０１の情報収集部７１２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、及び通信リンク状態測定部７１１を用いて、接続可能な他のホッピングノード４０１の情報を収集する。

ステップＳ１００５において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信で、通信管理装置４０３に通信システム４００への登録を要求する登録要求を送信する。例えば、ホッピングノード４０１の情報送信部７２１は、情報収集部７１２が収集した他のホッピングノード４０１の情報（例えば、識別情報、受信信号強度等）を含む登録要求を、無線ＬＡＮ通信部７０１を用いて通信管理装置４０３に送信する。

ステップＳ１００６において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１から登録要求を受付すると、ホッピングノード４０１を通信システム４００に登録する。例えば、通信管理装置４０３のホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノード４０１から受信した登録要求に含まれる他のホッピングノードの情報を記憶部９０７に記憶する。また、ホッピングノード管理部９０５は、ホッピングノード４０１に通知するアクセスポイント情報を決定する。このアクセスポイント情報には、例えば、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が使用する、ＳＳＩＤ（Service Set Identifier）、暗号鍵、通信チャネル、ＩＰアドレス等の情報が含まれる。なお、ＳＳＩＤ、ＩＰアドレス等は、ミリ波無線通信のサブネットワークを識別する識別情報の一例である。

ステップＳ１００７において、通信管理装置４０３は、無線ＬＡＮ通信で、登録番号、及びアクセスポイント情報を含む登録完了通知をホッピングノード４０１に送信する。例えば、通信管理装置４０３の制御情報送信部９０４は、ホッピングノード管理部９０５が決定したアクセスポイント情報と、登録時に生成された登録番号とを含む登録完了通知を、無線ＬＡＮ通信部９０１を用いて、要求元のホッピングノード４０１に送信する。

ステップＳ１００８において、ホッピングノード４０１は、通信管理装置４０３から通知されたアクセスポイント情報を用いて、ミリ波無線通信のＡＰ（アクセスポイント）とＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）サーバとを起動する。例えば、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、通知されたアクセスポイント情報に含まれるＳＳＩＤ、暗号鍵、通信チャネル、ＩＰアドレス等を用いて、ミリ波無線通信のサブネットワーク（ＢＳＳ）を形成する。

上記の処理により、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信のサブネットワークを形成し、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１の情報を記憶部９０７に記憶する。

このように、通信管理装置４０３が、ホッピングノード４０１が形成するサブネットワークのＳＳＩＤを指定することにより、ホッピングノード４０１のＳＳＩＤを用いて、通信システム４００に登録済であるか否かを判断することができるようになる。

（エッジノードの登録処理）
図１１は、一実施形態に係るエッジノードの登録処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、通信管理装置４０３が、エッジノード４０２を通信システム４００に登録する処理の一例を示している。

ステップＳ１１０１において、無線ＬＡＮ通信部８１１を有するエッジノードＡ４０２ａが、例えば、利用者の操作等により起動するものとする。

ステップＳ１１０２において、エッジノードＡ４０２ａは、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ホッピングノード４０１に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１１０３において、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノードＡ４０２ａの接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノードＡ４０２ａに通知する。

ステップＳ１１０４において、エッジノードＡ４０２ａは、ホッピングノード４０１から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

ステップＳ１１０５において、通信管理装置４０３は、エッジノードＡ４０２ａから登録要求を受信すると、エッジノードＡ４０２ａを通信システム４００に登録する。例えば、通信管理装置４０３のエッジノード管理部９０６は、エッジノードＡ４０２ａ受信した登録要求に含まれるＩＰアドレスを、エッジノードＡ４０２ａの識別情報と対応づけて記憶部９０７に記憶する。

上記の処理により、エッジノードＡ４０２ａが、通信システム４００に登録される。なお、エッジノード４０２が、無線ＬＡＮ通信部８１１を有していない場合、例えば、ステップＳ１１１１以降の処理により、エッジノードの登録処理が行われる。

ステップＳ１１１１において、無線ＬＡＮ通信部８１１を有していないエッジノードＢ４０２ｂが、例えば、利用者の操作等により起動するものとする。

ステップＳ１１１２において、エッジノードＢ４０２ｂは、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１を用いて、ホッピングノード４０１に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１１１３において、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノードＢ４０２ｂの接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノードＢ４０２ｂに通知する。

ステップＳ１１１４において、エッジノードＢ４０２ｂは、ホッピングノード４０１から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、ミリ波無線通信でホッピングノード４０１に送信する。

ステップＳ１１１５において、ホッピングノード４０１の情報転送部７１６は、エッジノードＢ４０２ｂから通信管理装置４０３宛てに送信された登録要求を受信すると、受信した登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。

ステップＳ１１１６において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１を介して、エッジノードＢ４０２ｂから登録要求を受信すると、エッジノードＢ４０２ｂを通信システム４００に登録する。

このように、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１を介して、通信管理装置４０３と通信を行うものであっても良い。

（ホッピングノードの起動時の処理）
ホッピングノード４０１は、起動時に周辺に通信管理装置４０３がない場合、通信管理装置４０３の機能を実行することができる。

図１２は、一実施形態に係るホッピングノードの起動時の処理の例を示すフローチャートである。ホッピングノード４０１は、例えば、起動時等に、図１２に示す処理を実行する。

ステップＳ１２０１において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３をスキャンする。

ステップＳ１２０２において、ホッピングノード４０１は、無線ＬＡＮ通信によるスキャンで、通信管理装置４０３が見つかったか否か（通信管理装置４０３があるか否か）に応じて処理を分岐させる。

通信管理装置４０３がある場合、ホッピングノード４０１は、処理をステップＳ１２０７に移行させる。一方、通信管理装置４０３がない場合、ホッピングノード４０１は、処理をステップＳ１２０３に移行させる。

ステップＳ１２０３に移行すると、ホッピングノード４０１は、通信管理部７１７を起動させて、ホッピングノード４０１に通信管理装置４０３の機能を実行させる。これにより、通信管理部７１７は、例えば、図９に示す通信管理装置４０３に含まれる情報取得部９０２、通信経路決定部９０３、制御情報送信部９０４、ホッピングノード管理部９０５、エッジノード管理部９０６、優先度決定部９０８等の機能を実行する。

ステップＳ１２０４において、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。例えば、ホッピングノード４０１の情報収集部７１２は、ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）７０３、及び通信リンク状態測定部７１１を用いて、周辺にある接続可能な他のホッピングノード４０１の情報を収集する。

ステップＳ１２０５において、ホッピングノード４０１の登録要求部７２３は、通信管理装置として機能している通信管理部７１７に、ホッピングノード４０１の登録を要求する。

ステップＳ１２０６において、登録要求部７２３は、通信管理部７１７から登録完了通知を受付すると、処理をステップＳ１２１０に移行させる。

一方、ステップＳ１２０２からステップＳ１２０７に移行すると、ホッピングノード４０１は、ミリ波無線通信で他の通信装置をスキャンする。

ステップＳ１２０８において、登録要求部７２３は、無線ＬＡＮ通信で、通信管理装置４０３に、ホッピングノード４０１の登録を要求する。

ステップＳ１２０９において、登録要求部７２３は、所定の時間内に通信管理装置４０３から登録完了通知を受信したか否かを判断する。

所定の時間内に通信管理装置４０３から登録完了通知を受信できなかった場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ２２０１に戻して、同様の処理を再び実行する。一方、所定の時間内に通信管理装置４０３から登録完了通知を受信した場合、登録要求部７２３は、処理をステップＳ１２１０に移行させる。

ステップＳ１２１０において、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、通信管理装置４０３から受信した登録完了通知に含まれるアクセスポイント情報を用いて、ミリ波無線通信のアクセスポイントを起動させる。

このように、ホッピングノード４０１は、周辺に通信管理装置４０３がない場合、通信管理装置４０３の機能、及びホッピングノード４０１の機能を実行することができる。

＜エッジノードの接続先の変更処理＞
続いて、各ホッピングノード４０１に接続するエッジノード４０２の数に偏りがある場合に、エッジノード４０２の接続先のホッピングノード４０１を変更する処理の例について説明する。

［第１の実施形態］
ホッピングノード４０１が形成するミリ波無線通信のアクセスポイント（サブネットワーク）は、一般的な無線ＬＡＮ等のアクセスポイントよりも、接続可能な端末の数が少ない。従って、ホッピングノード４０１が形成するアクセスポイントに接続するエッジノード４０２の数が増えると、アクセスポイントに接続可能な他のホッピングノード４０１の数が減り、通信経路の自由度が低下する場合がある。

また、ホッピングノード４０１が形成するアクセスポイントに接続するエッジノード４０２の数が増えると、新たに起動したエッジノード４０２が、ホッピングノード４０１が形成するアクセスポイントに接続できなくなる場合もある。

このように、各ホッピングノード４０１が形成するサブネットワークに接続されているエッジノード４０２の数に偏りがあると、通信システムの接続性や利便性が低下してしまう場合がある。

本実施形態では、各ホッピングノード４０１が形成するサブネットワークに接続されているエッジノード４０２の数に偏りを解消させて、通信システム４００の接続性や利便性を向上させる通信システム４００の制御方法について説明する。

（エッジノードの数の取得処理）
図１３は、第１の実施形態に係るエッジノードの数の取得処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、通信管理装置４０３によって、例えば、或る時刻、もしくは所定の時間間隔、所定のイベント等に応じて実行される。

なお、ここでは、一例として、通信システム４００は、図４に示すようなネットワーク構成であるものとして、以下の説明を行う。

ステップＳ１３０１において、通信管理装置４０３の情報取得部９０２は、無線ＬＡＮ通信でホッピングノード４０１－１に、接続しているエッジノード４０２の数の取得を要求する。

ステップＳ１３０２において、ホッピングノード４０１－１のエッジノード管理部７１５は、ホッピングノード４０１－１のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２が形成するサブネットワークに接続しているエッジノード４０２の数を取得する。

ステップＳ１３０３において、ホッピングノード４０１－１の情報送信部７２１は、取得したエッジノードの数を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に送信する。

上記の処理により、通信管理装置４０３の情報取得部９０２は、ホッピングノード４０１－１に接続しているエッジノードの数を取得することができる。

同様にして、通信管理装置４０３の情報取得部９０２は、ステップＳ１３０４～Ｓ１３１５において、通信システム４００に登録されている他のホッピングノード４０１－２～４０１－５の各々から、各ホッピングノード４０１に接続しているエッジノード４０２の数を取得する。また、情報取得部９０２は、ホッピングノード４０１－１～４０１－５から取得したエッジノード数の情報を記憶部９０７に記憶する。

図１４（ａ）は、上記の処理により、情報取得部９０２が取得し、記憶部９０７に記憶したエッジノード数の情報の一例のイメージを示している。図１４（ａ）の例では、エッジノード数の情報には、ホッピングノード４０１ごとに、「ＩＰアドレス」、「ＭＡＣアドレス」、及び「エッジノードの数」等の情報が記憶されている。

「ＩＰアドレス」は、ホッピングノード４０１のＩＰアドレスであり、「ＭＡＣアドレス」は、ホッピングノード４０１のＭＡＣアドレスである。なお、ＩＰアドレス及びＭＡＣアドレスは、ホッピングノード４０１を識別する識別情報の一例である。

「エッジノードの数」は、ホッピングノード４０１が形成するサブネットワークに接続しているエッジノードの数を示す情報である。

図１３のステップＳ１３１６において、通信管理装置４０３のエッジノード管理部９０６は、例えば、図１４（ａ）に示すようなエッジノード数の情報を用いて、エッジノードの数の最大値と最小値との差を、予め定められた第１の閾値と比較する。また、エッジノード管理部９０６は、エッジノードの数の最大値と最小値との差が第１の閾値を超えた場合、例えば、図１４に示すようなエッジノードの選択処理を開始させる。

例えば、図１４（ａ）において、エッジノードの数の最大値は「３」、最小値は「０」なので、エッジノードの数の最大値と最小値との差は「３」となる。また、エッジノード管理部９０６は、エッジノードの数の最大値と最小値との差「３」が、第１の閾値（例えば「２」）を超えた場合、図１４に示すエッジノードの選択処理を開始させる。

なお、エッジノードの数の最大値と最小値との差「３」が、第１の閾値（例えば「２」）を超えない場合、エッジノード管理部９０６は処理を終了させる。

（エッジノードの選択処理）
図１５は、第１の実施形態に係るエッジノードの選択処理の例を示すシーケンス図である。この処理は、例えば、図１３のステップＳ１３１６において、エッジノードの数の最大値と最小値との差が、第１の閾値を超えたと判断された場合等に実行される。

ステップＳ１５０１において、通信管理装置４０３の優先度決定部９０８は、例えば、図１４（ａ）に示すようなエッジノード数の情報に基づいて、各ホッピングノード４０１の接続優先度を決定する。

例えば、優先度決定部９０８は、図１４（ａ）に示すエッジノード数の情報において、「エッジノードの数」が最大のホッピングノード４０１－１とは異なるホッピングノード４０１－２～４０１－５の接続優先度を決定する。

ここでは、「エッジノードの数」が少ないホッピングノード４０１に、優先的にエッジノード４０２を接続させたいので、「エッジノードの数」が少ないホッピングノード４０１の優先度が高くなるように接続優先度を決定する。

例えば、図１４（ａ）において、優先度決定部９０８は、「エッジノードの数」が最も少ないホッピングノード４０１－３の接続優先度を、最も高く設定する（例えば「１」）。また、優先度決定部９０８は、ホッピングノード４０１－３の次に「エッジノードの数」が少ないホッピングノード４０１－２、４０１－５の接続優先度を、ホッピングノード４０１－３の接続優先度より低く設定する（例えば「２」）。さらに、優先度決定部９０８は、ホッピングノード４０１－２、４０１－５より「エッジノードの数」が少ないホッピングノード４０１－４の接続優先度を、ホッピングノード４０１－２、４０１－５の接続優先度より低く）設定する（例えば「３」）。

ステップＳ１５０２において、通信管理装置４０３のエッジノード管理部９０６は、制御情報送信部９０４を用いて、「エッジノードの数」が最大のホッピングノード４０１－１に、接続するエッジノード４０２の数の削減を要求する削減要求（制御情報）を送信する。この削減要求には、例えば、図１４（ｂ）に示すような優先度情報、及び削減するエッジノード４０２の端末数を指示する情報等が含まれる。

図１４（ｂ）は、通信管理装置４０３が送信する優先度情報の一例のイメージを示している。この優先度情報は、例えば、優先度決定部９０８又はエッジノード管理部９０６等によって作成され、ホッピングノード１４０１ごとに、「ＳＳＩＤ」、「接続優先度」等の情報が記憶されている。

「ＳＳＩＤ」は、ミリ波無線通信のサブネットワークを識別する識別情報の一例である。「接続優先度」は、優先度決定部９０８が決定した接続優先度であり、エッジノード４０２は、「接続優先度」の値がより小さい（優先度がより高い）ホッピングノード４０１に、優先的に接続する。

なお、「ＳＳＩＤ」は、例えば、図１４（ｂ）に示すように、共通の文字列（例えば、「Ｍｉｌｌｉ－Ｗａｖｅ－ＢＳＳ」）と、ホッピングノードごとに異なるインデックス番号（又は文字列）を含む。

ＯＳによっては、ＢＳＳＩＤを用いて、接続するホッピングノード４０１を選択することができないため、ホッピングノード４０１のＳＳＩＤを共通にしてしまうと、接続先のホッピングノード４０１を選択することができない場合がある。一方、各ホッピングノード４０１のＳＳＩＤが全く異なると外部のネットワークに接続してしまう可能性があるため、本実施形態では、ＳＳＩＤに共通の文字列を設けて、その文字列の一致により接続先のホッピングノード４０１を選択する。

ステップＳ１５０３において、ホッピングノード４０１－１の情報収集部７１２は、ホッピングノード４０１－１に接続しているエッジノード４０２－１に、ミリ波無線通信で、通信品質（例えば、ＳＱ値）の取得を要求する取得要求を送信する。なお、ＳＱ値は、ミリ波無線通信の通信品質を示す情報の一例であり、例えば、通信スループット、受信信号強度、ビットエラー率、パケットエラー率等、他の通信品質を示す情報を用いるものであっても良い。

ステップＳ１５０４において、エッジノード４０２－１の通信リンク状態測定部８０７は、ミリ波無線通信の通信品質を測定する。

ステップＳ１５０５において、エッジノード４０２－１のデータ送信部８０２は、測定されたミリ波無線通信の通信品質を示す情報を、ミリ波無線通信でホッピングノード４０１－１に送信する。

上記の処理により、ホッピングノード４０１－１の情報収集部７１２は、ホッピングノード４０１－１に接続しているエッジノード４０２－１との間におけるミリ波無線通信の通信品質を示す情報を取得することができる。

同様にして、ホッピングノード４０１－１の情報収集部７１２は、ステップＳ１５０６～Ｓ１５１１において、ホッピングノード４０１－１に接続している他のエッジノード４０２－２、４０２－３の各々から、ミリ波無線通信の通信品質を示す情報を収集する。

好ましくは、情報収集部７１２は、収集した情報を用いて、例えば、図１４（ｃ）に示すような通信品質情報を作成する。図１４（ｃ）の例では、通信品質情報には、ホッピングノード４０１－１に接続しているエッジノード４０２ごとに、「ＩＰアドレス」、「ＭＡＣアドレス」、及び「ＳＱ値」の情報が記憶されている。

「ＩＰアドレス」、及び「ＭＡＣアドレス」は、エッジノード４０２を識別する識別情報の一例である。「ＳＱ値」は、ミリ波無線通信の通信品質を示す情報の一例であり、値が大きい程、通信品質が良いことを示している。

ステップＳ１５１２において、ホッピングノード４０１－１のエッジノード管理部７１５は、ホッピングノード４０１－１に接続しているエッジノード４０２－１～４０２－３のうち、他のエッジノードより通信品質が悪いエッジノード４０２を選択する。

このとき、選択するエッジノード４０２の数は、ステップＳ１５０２で受信した削減要求に含まれる「削減するエッジノード４０２の端末数」に従う。ここでは、選択するエッジノード４０２の数が「１」であるものとして、以下の説明を行う。

図１４（ｃ）の例では、ＳＱ値の値が最も小さいエッジノード４０２－３が、エッジノード管理部７１５によって選択される。

ステップＳ１５１３において、ホッピングノード４０１－１のエッジノード管理部７１５は、ステップＳ１５１２で選択されたエッジノード４０２－３に、他のホッピングノード４０１への接続先の変更を指示する指示情報を送信する。この指示情報には、例えば、図１４（ｂ）に示すような優先度情報が含まれる。

ステップＳ１５１４において、指示情報を受信したエッジノード４０２－３のミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、ホッピングノード４０１－１に接続していたミリ波無線通信を切断する。

好ましくは、エッジノード４０２－３は、ホッピングノード４０１－１とのミリ波無線通信を切断したとき、例えば、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）通信の接続を維持せずに切断する。すなわち、エッジノード４０２－３は、ＴＣＰのキープアライブ機能を利用しない。また、エッジノード４０２－４は、他のホッピングノード４０１にミリ波無線通信で接続したとき、ＴＣＰ通信にて接続する。

ステップＳ１５１５において、エッジノード４０２－３のミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、ミリ波無線通信で接続可能な他のホッピングノードをスキャンする。

図１４（ｄ）は、エッジノード４０２－３によるスキャン結果の一例のイメージを示している。図１４（ｄ）の例では、スキャン結果には、エッジノード４０２－３から接続可能な各サブネットワークを識別するＳＳＩＤと、各サブネットワークから受信した電波の受信信号強度の情報が含まれる。

ステップＳ１５１６において、エッジノード４０２－３は、例えば、図１４（ｂ）に示すような優先度情報と、図１４（ｄ）に示すようなスキャン結果とを用いて、接続先のホッピングノード４０１を選択する。

例えば、エッジノード４０２－３は、接続先の候補となるホッピングノード４０１－２～４０１－５のうち、接続優先度が高いホッピングノード４０１から順に、受信信号強度の値が第２の閾値以上であるか否かを判断する。また、エッジノード４０２－３は、ホッピングノード４０１の受信信号強度の値が第２の閾値以上である場合、そのホッピングノード４０１を、接続先のホッピングノードとして選択する。

例えば、第２の閾値が「－６０ｄＢｍ」であるものとする。この場合、エッジノード４０２－３は、図１４（ｂ）において、接続優先度が「１」のホッピングノード４０１－３の受信信号強度が、「－６０ｄＢｍ」以上であるか否かを判断する。

図１４（ｂ）、（ｄ）の例では、ホッピングノード４０１－３の受信信号強度は、「－５５ｄＢｍ」であり、第２の閾値より大きいので、エッジノード４０２－３は、ホッピングノード４０１－３を接続先のホッピングノード４０１として選択する。

ここで、例えば、ホッピングノード４０１－３の受信信号強度が第２の閾値未満である場合には、エッジノード４０２－３は、接続優先度が「２」のホッピングノード４０１－２、４０１－５の受信信号強度が、第２の閾値以上であるか否かを判断する。この場合、ホッピングノード４０１－２の受信信号強度が「－７０ｄＢｍ」、ホッピングノード４０１－５の受信信号強度が「－５８ｄＢｍ」なので、ホッピングノード４０１－５が接続先のホッピングノード４０１として選択される。

ここでは、エッジノード４０２－３が、接続先のホッピングノード４０１として、ホッピングノード４０１－３を選択したものとして、以下の説明を行う。

エッジノード４０２－３は、選択したホッピングノード４０１－３に対して、例えば、図１６に示すようなエッジノードの接続処理を実行する。

（エッジノードの接続処理）
図１６は、第１の実施形態に係るエッジノードの接続処理の例を示すシーケンス図である。

ステップＳ１６０１において、エッジノード４０２－３のミリ波無線通信部（ＳＴＡ）８０１は、図１５のステップＳ１５１６で選択されたホッピングノード４０１－３に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１６０２において、ホッピングノード４０１－３のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノード４０２－３の接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノード４０２－３に通知する。

ステップＳ１６０３において、エッジノード４０２－３は、ホッピングノード４０１－３から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、ミリ波無線通信でホッピングノード４０１－３に送信する。

ステップＳ１６０４において、ホッピングノード４０１－３の情報転送部７１６は、エッジノード４０２－３から受信した登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。

ステップＳ１６０５において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１－３を介して、エッジノード４０２－３から登録要求を受信すると、エッジノード４０２－３を通信システム４００に登録する。

上記の処理により、例えば、図４に示すようなネットワーク構成が、図１７に示すようなネットワーク構成に変更される。

図１７は、第１の実施形態に係る接続先の変更後のネットワーク構成の例を示す図である。図１７の例では、図４において、ホッピングノード４０１－１に接続していたエッジノード４０２－３の接続先が、ホッピングノード４０１－３に変更されている。これにより、各ホッピングノード４０１－１～４０１－５に接続しているエッジノード４０２の数が１又は２となり、各ホッピングノード４０１－１～４０１－５に接続するエッジノード４０２の数の偏りが改善されていることが判る。

以上、本実施形態によれば、指向性を有する電波でサブネットワークを形成するホッピングノード４０１と、サブネットワークに接続するエッジノード４０２とを用いてマルチホップ通信を行う通信システム４００の接続性や利便性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、通信管理装置４０３からの制御に基づいて、エッジノード４０２の接続先のホッピングノード４０１を変更する場合の処理の例について説明した。第２の実施形態では、エッジノード４０２が、例えば、ホッピングノード４０１のミリ波無線通信の通信品質が低下したときに、自律的に接続先のホッピングノード４０１を変更する場合の処理の例について説明する。

なお、ホッピングノード４０１、エッジノード４０２、及び通信管理装置４０３の機能構成は、図７～８に示す第１の実施形態に係る各装置の機能構成と同様で良い。

（接続先の変更処理）
図１８は、第２の実施形態に係る接続先の変更処理の例を示すシーケンス図である。

ステップＳ１８０１において、エッジノード４０２は、例えば、ホッピングノード４０１－１とミリ波無線通信で通信中であるものとする。なお、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１－１と通信中、ミリ波無線通信の通信品質（例えば、通信スループット）を継続的に測定し、例えば、図１４（ｅ）に示すような通信品質の測定結果を管理しているものとする。

ステップＳ１８０２において、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１－１とのミリ波無線通信中に、通信品質の劣化を検知すると、ステップＳ１８０３以降の処理を開始させる。

例えば、エッジノード４０２は、
１）受信信号強度が連続して所定の回数以上、受信信号強度の閾値未満となった場合
２）通信スループットが、通信スループットの閾値未満となった場合
３）ビットエラー率が、ビットエラー率の閾値を超えた場合
４）パケットエラー率が、パケットエラー率の閾値を超えた場合
のいずれかの条件を満たす場合、通信品質が劣化したと判断する。

ステップＳ１８０３において、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１－１とのミリ波無線通信を切断する。

ステップＳ１８０４において、エッジノード４０２は、ミリ波無線通信で接続可能な他のホッピングノード４０１をスキャンする。これにより、エッジノード４０２は、例えば、図１４（ｄ）に示すようなスキャン結果を取得する。

ステップＳ１８０５において、エッジノード４０２は、スキャン結果を用いて、接続先のホッピングノード４０１を選択する。例えば、エッジノード４０２は、図１４（ｄ）に示すようなスキャン結果から、受信信号強度の値が最も大きいＳＳＩＤ「Ｍｉｌｌｉ－Ｗａｖｅ－ＢＳＳ３」（ホッピングノード４０１－３）を選択する。

ステップＳ１８０６において、エッジノード４０２は、選択されたＳＳＩＤ「Ｍｉｌｌｉ－Ｗａｖｅ－ＢＳＳ３」を用いてサブネットワークを形成しているホッピングノード４０１－３に、ミリ波無線通信で接続する。

ステップＳ１８０７において、ホッピングノード４０１－３のミリ波無線通信部（ＡＰ）７０２は、エッジノード４０２の接続を許可し、ＩＰアドレスをエッジノード４０２に通知する。

ステップＳ１８０８において、エッジノード４０２は、ホッピングノード４０１－３から通知されたＩＰアドレスを含む登録要求を、ミリ波無線通信でホッピングノード４０１－３に送信する。

ステップＳ１８０９において、ホッピングノード４０１－３の情報転送部７１６は、エッジノード４０２から受信した登録要求を、無線ＬＡＮ通信で通信管理装置４０３に転送する。

ステップＳ１８１０において、通信管理装置４０３は、ホッピングノード４０１－３を介して、エッジノード４０２から登録要求を受信すると、エッジノード４０２を通信システム４００に登録する。

このように、エッジノード４０２は、通信管理装置４０３、又はホッピングノード４０１－１からの接続先の変更指示がない場合であっても、自律的に接続先のホッピングノード４０１を変更することができる。

なお、図１８に示す処理により、例えば、図４に示すネットワーク構成のように、エッジノード４０２の数に偏りが生じた場合は、第１の実施形態で説明した接続先の変更処理が実行される。

そのため、エッジノード４０２は、例えば、図１５のステップＳ１５１３に示す接続先の変更指示をホッピングノード４０１から受信した場合、当該ホッピングノード４０１の接続優先度を下げるものであっても良い。これにより、例えば、図１８のステップ１８０５において、エッジノード４０２が接続先のホッピングノード４０１を選択するときに、接続先の変更指示を送信したホッピングノード４０１に再び接続することを低減させることができる。

４００ 通信システム
４０１ ホッピングノード（中継端末）
４０２ エッジノード（接続端末）
４０３ 通信管理装置（通信管理端末、端末管理装置）
６０１ ＣＰＵ（制御部）
７０１ 無線ＬＡＮ通信部（第３の通信部）
７０２ ミリ波無線通信部（ＡＰ）（第１の通信部）
７０３ ミリ波無線通信部（ＳＴＡ）（第２の通信部）
７１１ 通信リンク状態測定部（測定部）
７１５ エッジノード管理部（接続端末管理部）
９０２ 情報取得部
９０５ ホッピングノード管理部（中継端末管理部）
９０８ 優先度決定部

特開２０１６－００９９７７号公報

Claims (9)

1. 複数の中継端末と、複数の接続端末と、通信管理装置とを含む通信システムであって、
   前記中継端末は、
   第１の無線通信のアクセスポイントとして機能し、前記第１の無線通信のサブネットワークを形成する第１の通信部と、
   前記第１の無線通信のステーションとして機能し、他の中継端末が形成する前記サブネットワークに接続する第２の通信部と、
   前記通信管理装置と第２の無線通信を行う第３の通信部と、
   前記第２の無線通信で前記通信管理装置から通知される、前記第１の無線通信の通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の通信部、及び前記第２の通信部のうち、一方の通信部で受信したデータを、他方の通信部で他の中継端末、又は前記接続端末に転送するデータ転送部と、
   前記第１の通信部が形成する前記サブネットワークに接続する前記接続端末を管理する接続端末管理部と、
   を有し、
   前記接続端末は、
   前記第１の無線通信のステーションとして機能し、前記サブネットワークに接続する第４の通信部を有し、
   前記通信管理装置は、
   前記中継端末と前記第２の無線通信を行う第５の通信部と、
   前記第２の無線通信を用いて、前記複数の中継端末から、各中継端末に接続している前記接続端末の数を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部が取得した前記接続端末の数の最大値と最小値との差が閾値以上である場合、前記第２の無線通信を用いて、前記接続端末の数が最大の前記中継端末に対して、当該中継端末に接続する前記接続端末の数を減少させる処理の実行を指示する制御情報を送信する中継端末管理部と、
   を有する、通信システム。
2. 前記中継端末の前記接続端末管理部は、前記制御情報の受信に応じて、当該中継端末に接続する１つ以上の前記接続端末に対して、他の中継端末への接続先の変更を指示する指示情報を送信する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記中継端末は、当該中継端末に接続する前記接続端末との前記第１の無線通信の通信品質を測定する測定部を有し、
   前記中継端末の前記接続端末管理部は、前記制御情報の受信に応じて、当該中継端末に接続する前記接続端末のうち、前記測定部が測定した前記通信品質が他の接続端末より悪い接続端末に対して、他の中継端末への接続先の変更を指示する指示情報を送信する、請求項１に記載の通信システム。
4. 前記制御情報は、前記接続端末の数が最大の前記中継端末に、削減する前記接続端末の数を指示する情報を含む、請求項２又は３に記載の通信システム。
5. 前記通信管理装置は、前記複数の中継端末の各々に接続している前記接続端末の数に基づいて、前記複数の中継端末のうち、前記接続端末の数が最大の前記中継端末とは異なる他の中継端末の接続優先度を決定する優先度決定部を有し、
   前記制御情報及び前記指示情報は、前記優先度決定部が決定した前記接続優先度の情報を含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の通信システム。
6. 前記接続端末は、当該接続端末が接続する前記中継端末から前記指示情報を受信した場合、前記指示情報に含まれる前記接続優先度が高い前記中継端末に優先的に接続する、請求項５に記載の通信システム。
7. 前記複数の中継端末が形成する前記サブネットワークを識別するＳＳＩＤは、共通の文字列と、前記複数の中継端末ごとに異なる文字列又は番号とを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の通信システム。
8. 前記接続端末は、前記中継端末との前記第１の無線通信が切断したとき、ＴＣＰ通信の接続を維持せずに切断し、前記中継端末、又は前記中継端末とは異なる他の中継端末に前記第１の無線通信で接続したとき、前記ＴＣＰ通信にて接続する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の通信システム。
9. 複数の中継端末と、複数の接続端末と、通信管理装置とを含む通信システムの制御方法であって、
   前記中継端末が、
   第１の無線通信のアクセスポイントとして機能し、前記第１の無線通信のサブネットワークを形成する第１の通信処理と、
   前記第１の無線通信のステーションとして機能し、他の中継端末が形成する前記サブネットワークに接続する第２の通信処理と、
   前記通信管理装置と第２の無線通信を行う第３の通信処理と、
   前記第２の無線通信で前記通信管理装置から通知される、前記第１の無線通信の通信経路に関する指示に基づいて、前記第１の通信処理、及び前記第２の通信処理のうち、一方の通信処理で受信したデータを、他方の通信処理で他の中継端末、又は前記接続端末に転送するデータ転送処理と、
   前記第１の通信処理が形成する前記サブネットワークに接続する前記接続端末を管理する接続端末管理処理と、
   を実行し、
   前記接続端末が、
   前記第１の無線通信のステーションとして機能し、前記サブネットワークに接続する第４の通信処理を実行し、
   前記通信管理装置が、
   前記中継端末と前記第２の無線通信を行う第５の通信処理と、
   前記第２の無線通信を用いて、前記複数の中継端末から、各中継端末に接続している前記接続端末の数を取得する情報取得処理と、
   前記情報取得処理で取得した前記接続端末の数の最大値と最小値との差が閾値以上である場合、前記第２の無線通信を用いて、前記接続端末の数が最大の前記中継端末に対して、当該中継端末に接続する前記接続端末の数を減少させる処理の実行を指示する制御情報を送信する中継端末管理処理と、
   を実行する、通信システムの制御方法。

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