JP7289614B2 - 通信管理方法、通信システム及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに関する。

通信ネットワークサービスの提供に関する契約では、サービス提供者とサービス受給者間で共有されるポリシーである回線の帯域、ＱｏＳ及び時間帯によって価格を決定し、サービス提供者は、定めれた条件に基づいて共有された回線やネットワーク機器を提供している。また、ＩｏＴシステムにおいては、センサなどのモノが情報の発信源となり、機械から機械への通信（Ｍ２Ｍ）が増加すると予測される。センサなどからの分散情報の収集において、大量のセンサが分散して配置され、これらのセンサから定期的に情報が報告され、別途設けられた中央処理装置に報告データが集約され、集約された情報を二次情報として利用される。情報の収集周期が十分に遅いセンサデータについては、通信トラヒックの閑散時に通信を行うように時間帯を指示する技術が、特許文献１に開示されている。

図１５を参照し、特許文献１による従来例について簡単に説明する。図１５の下部は、汎用的な通信システムにおいて１日のトラヒックの１時間単位の変動の例を示す。横軸１０００は１日（２４時間）を示す。また、１時間単位の時間帯が帯１０２０により表され、２４本の帯によって２４時間が示され、帯の下方の黒色部によって、該当する時間帯の１時間の平均トラヒック１０１０が示されている。また、帯の上方の白色部は、ネットワークの容量であり、矢印１０３０がネットワークのマージン（すなわち、容量と利用中のトラヒックとの差）を示している。

図１５を参照して、特許文献１が開示する技術の要点を説明する。１日の内、通信トラヒックが低い時間帯である閑散期は、「ａ」及び「ｂ」であり、この時間帯においては追加のトラヒックを転送する余裕が十分にある。ここで、このネットワークで追加的にＩｏＴのトラヒックを転送することを考える。特許文献１には、ネットワーク上のトラヒックを分析して、閑散時間帯（図１５の「ａ」「ｂ」）を把握して、その時間帯にＩｏＴトラヒックが送信されるようにＩｏＴ機器の送信時間を設定することが開示されている。

この閑散時間帯に通信するということを図１６の上部を使って表す。図１６は、上部と下部の二つに分けて示されており、上部には黒色で示されたタイミング（例えば、１１０１）と白塗りで示されたタイミング（例えば、１１１１）が示されている。白色のタイミング１１１１は端末Ａがデータを送信するタイミングを示し、黒色のタイミング１１０１は端末Ａによって送信された情報が中央処理部において参照されるタイミング、すなわち利用されるタイミングを示す。特許文献１に従えば、図１５に示すように、全ての白色のタイミングは、閑散期である「ａ」及び「ｂ」の時間帯に配置される。すなわち、スケジューラは、トラヒックの閑散期を調査して予め知っており、その知識に基づいて白色のデータ送信タイミングを生成する。

特許文献１は、ＩｏＴ向けのセンサとして、植物の成長データや、橋の亀裂等のデータなどの日、週、月単位のデータ収集などのリアルタイム性が求められないデータ収集に関して、ネットワーク機器の閑散時間帯を利用することを開示しているが、１日単位より十分に短い周期の情報収集は考慮されておらず、このような周期の通信には対応できない。この点について図１６を参照して課題を説明する。図１６では、図１５と同じく横軸１０００を１日として、データが１日４回収集されるタイミングを示す。図１５と同様に、白色のタイミング（１１１１、１１１２、１１１３、１１１４）は各端末がデータを送信するタイミングであり、黒色のタイミング（１１０１、１１０２、１１０３、１１０４）は各端末が送信したデータが集約されて処理されるタイミングを示す。図１６に示す例では、時間帯「ａ」と「ｂ」がそれぞれデータの処理タイミング（１１０１、１１０４）の直前にあるため、送信タイミング（１１１１、１１１４）は、閑散期にセンサ情報を送信しているが、データの処理タイミング（１１０２、１１０３）は直前に閑散時間帯がないため、閑散時間帯を狙って送信タイミングを決めることができない。

一方、従来例が問題提起するように、ユーザが自由に通信路の使い方を規定すると、ネットワークのバーストトラヒックなどの問題が発生する。例えば１時間毎の報告では、アプリケーション開発者がネットワークの状態を考慮した設計は難しく、毎時０分０秒に通信が集中すると予想される。その結果、０分０秒辺りにトラヒックが集中し、トラヒックの分散化が図れない。よって何等かのタイミング制御手段が必要である。

特開２０１７－２１２４９４号公報

環境データなどを収集するセンサデータは、１時間や数分単位などの短い送信周期におけるデータ収集が必要である。特許文献１が開示する方法では、このような用途に対応できない。

また、標準化団体である３ＧＰＰで議論されているＮＢ－ＩｏＴなどの技術は、他の一般用途に利用されている帯域の一部をＩｏＴ専用に割り当てるなど、一般用途のチャネルと明確に分けてＩｏＴトラヒックを収容しようとしている。このような場合、一般用途のトラヒック分析では、ＩｏＴ専用のチャネルの利用効率を向上できず、前述した特許文献１が開示する方法では対応できない。

また、多様なサービスが開発されており、成功するサービスを作り上げるには、リーンスタートアップなどの運用をしながら仕様を変更していく開発手法が注目されている。リーンスタートアップは、サービスを運用しながら、その使い方や仕様を変化させていくアプリケーションソフトウェアの開発手法である。このような流れによって、アプリケーションソフトウェア開発において、ネットワークについての豊富な知識を前提とするネットワークの効率化は難しくなっており、コストを低減しながら開発速度を向上させ、ネットワークの使い方などの変更をしながら効果的なシステムを作り上げることが課題となっている。しかしながら、複雑化するネットワークの管理にもコストを掛けられない状況にあり、ネットワークの管理を簡便化するための仕組みも必要とされている。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、通信システムにおける通信管理方法であって、前記通信システムは、情報の送信元である複数の端末から通信路を介して情報を受信する複数の集約部と、前記端末が信号を送信するタイミングを決定する予約部と、過去に定められたスケジューリング情報を記録する記憶部とを有し、前記方法は、前記予約部が、前記端末が情報を送信する時間としてユーザがポータルを通じて指定した相対時間を受信する手順と、前記予約部が、前記端末が通信した場合に他の通信と干渉しないように、前記ユーザが前記相対時間として指定した周期と、前記記憶部から取得した過去のスケジューリング情報とに基づいて、前記集約部ごとに通信の干渉が発生しないオフセットを探し、前記通信システム内で一意に定まる絶対時間をスケジューリング情報として定める手順と、前記予約部が、前記オフセット及び前記周期を前記端末に通知する手順と、前記予約部が、通信の干渉が発生しないオフセットが見つからなければ、オフセットの探索が失敗したことを前記ポータルに通知する手順とを含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、短い周期のデータ収集において回線利用効率を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

第一の実施例のネットワークシステムの構成を示す図である。 第一の実施例の送信周期の種類を示す図である。 第一の実施例の送信周期が同じでオフセットの違いを説明する図である。 第一の実施例の予約部のインターフェースを示す図である。 第一の実施例のスケジュールが割り当てられるまでの手順を示すシーケンス図である。 第一の実施例のスロットの割り当て例を説明する図でる。 第一の実施例の割り当てが互いに衝突が発生しない周期とオフセットからなるペアを簡易に作る方法を示す図である。 第一の実施例の一つのスロットに収まらない長さの信号を送信する例を示す図である。 第一の実施例の予約部の動作例フローチャートである。 第二の実施例のネットワークシステムの構成を示す図である。 第三の実施例のネットワークシステムの構成を示す図である。 第四の実施例のネットワークシステムの構成を示す図である。 第四の実施例で、予約されたスロットを示す図である。 第四の実施例で、予約されたスロットがある場合のスロットの配置を示す図である。 従来技術で閑散時間帯のスロットの利用方法を示す図である。 従来技術で送信頻度が上がった場合のスロットの利用方法を示す図である。

＜実施例１＞
本発明の第一の実施例について説明する。図１は、第一の実施例のネットワークシステムの構成を示す図である。図１において、端末１００には、センサが実装されており、通常、１日よりも短い周期において定期的に測定している。端末１００には、通信手段が実装されており、センサが測定したデータを定期的に中央処理部３００に送信する。データ収集する際の回線（図１で、端末１００と集約部２００の間の矢印）には、例えば無線が使用される。無線を使用すれば、遠距離でも有線による物理回線を敷設するための開設コストを低減できる。

無線回線を介した端末１００の対向には、無線回線の上り側の終端装置となる集約部２００が設けられる。集約部２００は、無線回線を終端し、電波で受信した信号をデジタルデータに変換する。集約部２００が収集したデータは、バックホール回線を通じて中央処理部３００に送られる。通常、バックホール回線は有線回線であり、例えばインターネットなどの回線や通信事業者が設けた専用線などが利用される。中央処理部３００は、収集した一次データが集計、集約、加工し、第三者が利活用可能な二次データに変換する。

図１においては、端末１００は一台しか記載していないが、ＩｏＴシステムにおいては、多数の端末１００が集約部２００と接続し、様々な情報を収集する。端末１００は分散した場所に設置されており、端末１００の設置範囲をサポートするため、複数の集約部２００が配置される場合もある。多数のデータが同時又は同時期に送信されると、送信された信号が重なり、干渉が発生する。このため、受信側である集約部２００においてデータの復号に失敗し、正しい情報を受信できない問題が発生する。

この問題を解決するために、システム全体としてデータ送信タイミングを調整し、調整されたタイミングに従って、各端末１００がデータを送信する仕組み（スケジューリング機能）が重要である。センサに様々な種類がある場合、データの種類や場所によって収集する頻度が異なる。このような多数の端末１００について、システム全体としてのデータ送信タイミングの調整を、ユーザ６００やアプリケーションの開発者が考えることは難しい。従って、本実施例では、端末１００に実装される通信手段が送信可能な絶対時間を通知し、ユーザ６００は送信周期を指定するだけで、絶対時間を決定するために必要なパラメータであるオフセットをユーザ６００が指定することなく、予約部４００がオフセットを決定する構成とした。

本実施例では、予約部４００がデータ送信タイミングを決定し、端末１００に指示する。無線の通信路としては、例えばＬｏＲａＷＡＮなどのＩｏＴ専用の通信方式や、ＮＢ－ＩｏＴなどのモバイルの方式でも構わない。一般に、モバイル通信方式では、集約部２００がスケジューラ機能を備えており、端末１００が送信するスケジュール割り当て要求に応じて動的に回線を割り当てている。このモバイル通信方式と本実施例との違いを明確にするために、モバイル通信方式の仕組みを説明する。

端末１００は、集約部２００が作成し指示するスケジューリング情報に従ってデータを送信する。しかし、集約部２００が作成するスケジューリング情報は、その時点で端末１００から受信したスケジューリング割り当て要求をバッファにキャッシュして、特定のアルゴリズムに従って優先順位を決めているにすぎず、高々１秒以下の範囲の短期的なスケジューリング制御しか行っていない。それゆえ、１秒以下の短期的なメッセージの衝突を緩和して回避する効果しか期待できない。大量の端末１００が同時にスケジューリングを要求する環境においては、要求そのものを分散させて回線を有効利用することは困難である。

モバイルのスケジューラでは、特定のトラヒックが集中する時刻には回線の利用率が限界にまで上昇し、回線がパンク状態になってしまう。例えば、０時０分などの特定時刻に多くの端末１００からのトラヒックが集中する場合、端末１００から大量のスケジュール要求がほぼ同時に送信され、割り当て可能な回線の帯域幅で回線処理が飽和し、長期に渡って通信が滞る状態が続く。このような事態を回避するため、本実施例では、ＩｏＴのトラヒックの性質を考慮し、予約部４００が特定時刻へのトラヒック集中を回避するように予め送信タイミングを分散させる。これにより特定時刻へのトラヒックの集中を回避できる。

次に、予約部４００の動作を説明する。予約部４００は、例えば５ミリ秒や３０ミリ秒などの固定の時間分解能で、１日を時間のスロットに分割しており、各スロットに付された識別子によって端末１００がデータを送信するタイミングを指示する。本実施例では、ポータル５００がネットワークのサービスメニューを提供する。ユーザは、提供されたメニューからＡＰＩを使って利用したいサービスを選択する仕組みを提供する。特にＩｏＴにおいて重要なのは、報告周期であることから、ポータル５００上では、複数の報告周期（例えば１分周期や１時間周期などの相対時間）が選択可能な通信サービスのメニューがユーザに提供される。

本実施例の中央処理部３００、予約部４００及びポータル５００は、プロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置及び通信インターフェースを有する計算機システムによって構成される。

プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを実行する。メモリは、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ及び揮発性の記憶素子であるＲＡＭを含む。ＲＯＭは、不変のプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）などを格納する。ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、プロセッサが実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。

記憶装置は、例えば、磁気記憶装置（ＨＤＤ）、フラッシュメモリ（ＳＳＤ）等の大容量かつ不揮発性の記憶装置である。記憶装置は、プログラムの実行時にアクセスされるデータを格納する。また、記憶装置は、プロセッサが実行するプログラムを格納してもよい。この場合、プログラムは、記憶装置から読み出されて、メモリにロードされて、プロセッサによって実行される。

ＣＰＵが実行するプログラムは、リムーバブルメディア（ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）又はネットワークを介して計算機システムに提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性の記憶装置に格納される。このため、計算機システムは、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。

中央処理部３００、予約部４００、ポータル５００の各々は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであり、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。

図２を用いて送信周期の種類を説明する。図２において、横軸１３０１は、例えば、１日（２４時間）を表している。１４０Ｘで示す縦棒は、そのタイミング（スロット）で信号を送信することを表す。１４０１は、１日に１回しか送信しないサービスを示す。１３０２は半日（１２時間）を表しており、送信タイミング（１４０２－１、１４０２－２）は１日の内、１２時間離隔した２回である。１３０３及び１３０４も同様であり、１３０４は、１／４日（６時間）を表しており、送信タイミング（１４０４－１、１４０４－２、１４０４－３、１４０４－４）は、１日の内、６時間離隔した４回である。ユーザは、このような送信周期のメニューを選択することによって、例えば１分周期で報告が上がる通信回線を契約できる。

ここで、ユーザがメニューから選択するのは「周期」だけで、絶対時間を確定するために必要なもう一つのパラメータである「オフセット」は選択されず、ユーザに隠ぺいされている点がポイントとなる。予約部４００は、複数の端末１００が互いに送信タイミングが重なって通信エラーが発生しないように、ユーザから指示された「周期」を維持しつつ、複数の回線のオフセットを調整して絶対時間である送信タイミングを決定する。そして、決定した絶対時間（周期とオフセット）を端末１００に伝え、干渉を回避する。本実施例によると、ユーザとの契約事項は周期のみで、オフセットは隠ぺいするので、ユーザは干渉などの問題を特に認識せずに通信回線を調達できる。また、予約部４００は、オフセットも含めて送信周期を端末１００に指示することによって、システム全体としての送信タイミングの集中を回避できる。

図３を用いて、オフセットの考え方を説明する。図３は、送信周期が同じでオフセットが違う送信タイミングを示し、横軸１３０１は１日（２４時間）を表している。図３に示す例では、１日を３等分した１３０３（８時間）だけ離散した３つの送信タイミング（１４０３－１、１４０３－２、１４０３－３）があり、データの送信時刻は０時０分、８時０分、１６時０分である。また、図３は、時刻を２０分オフセットした三つの送信タイミング（１４０３－４、１４０３－５、１４０３－６）も示しており、データの送信時刻は０時２０分、８時２０分、１６時２０分である。送信時刻をオフセットしていないペア（１４０３－１、１４０３－２、１４０３－３）と、送信時刻を２０分オフセットしたペア（１４０３－４、１４０３－５、１４０３－６）とでは、互いに２０分ずれて同じ「周期」でデータが送信される。「周期」は同じであるが、「オフセット」が２０分ずれている。そのため、送信タイミング（データが送信される絶対時間）は同じならない。このように、同一の送信周期であっても、オフセットの調整によってトラヒック集中を回避した割り当てが可能である。

予約部４００は、ユーザから要求があった周期で、過去に割り当てた送信タイミングと互いに重ならないオフセットを探して、該当する端末１００の送信タイミングの絶対時間（周期とオフセットのペアー）を決定する。

図４は、予約部４００のユーザ側とのインターフェースと、端末１００とのインターフェースの違いを示す。予約部４００が端末１００に対して割り当てる送信タイミングは、既に説明した通り、「周期」と「オフセット」からなる絶対時間の群を示す情報である。一方で、ユーザ６００とやり取りするスケジューリングに関わる情報は、「周期」からなる相対時間の情報だけで、オフセットに関わる情報はやり取りされない。予約部４００が端末１００に指示する周期は、ユーザが要求した周期と一致しており、ユーザが選択した相対的な送信周期は守られる。この仕組みにより、ユーザは、ネットワーク側で重要となる干渉回避の処理が実施される恩恵を受けながらもその詳細の動作を意識する必要はなく、絶対送信時間などの詳細な情報は隠ぺいされた状態で通信を利用することが可能となる。また、周期が１日よりも十分に短い場合でも効果的に互いの送信時期を分散させる割り当てが可能である。よって課題は解決される。

例えば、１分周期で信号を送信する端末１００へは、１日１４４０回分の送信スロットの情報を伝える必要があるが、各スロットの識別子を伝えるのではなく、周期及びオフセットという二つの情報によって絶対時間を特定して端末１００に伝える。例えば、１日を１０ミリ秒の分解能でスロットを区切っている場合、１日のスロット数は８，６４０，０００個になる。このうち、周期が１分であれば、６，０００スロット毎に送信することになる。１日の始まりを深夜の０時だとすると、深夜０時からの最初の１分以内に存在する１日の最初のスロットの識別子（オフセット）と、６，０００スロット毎にデータを送信するという周期の情報によって、端末１００が送信を行う１４４０回のタイミングを特定できる。

予約部４００は、中央処理部３００及び集約部２００を経由して、端末１００にスケジューリングの情報を送信する。端末１００は、送信タイミングの情報を受信すると、その指示に従って、新たな送信タイミングにおいて、データを送信する。

本実施例のサービスでは、通信は特定の周期で行われ、干渉も回避される様に制御しやすいため、管理を自動化しやすい。よって、課題として記載した管理コストの上昇を抑制でき、課題を解決できる。例えば、ある時刻に発生した不具合に関わる通信は特定が容易である。そのため、問題発生時の関連ノードを特定することはたやすい。

図５を用いて、スケジュールが割り当てられるまでの手順を説明する。図５の上部には端末１００、集約部２００、中央処理部３００、予約部４００、ポータル５００、ユーザ６００が記載されている。まず、ポータル５００は、ユーザに周期を選択させるために、いくつかの周期のオプションを示す（１０）。周期のオプションは、提供される通信サービスのテンプレートの形式でユーザに提示されてもよい。ユーザ６００は、ポータル５００が示したオプションから選択したものをポータル５００に伝える（２０）。ポータル５００は、選択結果を受信すると、選択された周期を予約部４００に伝える（３０）。予約部４００は、現在割り当てられているタイミングと、ポータル５００から受信した周期から、データ送信タイミングが衝突しない（すなわち、他の通信と干渉しない）オフセットを探索し、探索されたオフセット及び周期を端末１００に指示する（４０）。端末１００は、指示されたオフセット及び周期に基づいて定められるタイミングで測定結果を報告する（５０－１、５０－２、５０－３）。

図６を用いて、スロットの割り当てにおいて、異なる周期でオフセットがずれたスロットが互いに重ならない様に設定する例を説明する。図６の横軸１００１は、３６×１０ミリ秒の時間を示し、この時間内に３６個のスロット２０００が配置されている。また、図
６は、スケジューリング結果３０００を示し、４０ミリ秒毎に割り当てられた「０／４」でマークされた送信タイミングを例示する。この「Ｘ／Ｙ」のＸはオフセットを、Ｙは周期を示す。図６で示す６種類のスケジューリング（「０／４」、「１／１６」、「２／４」、「５／１６」、「９／１６」、「１３／１６」）は、いずれも時間的に衝突しない割り当てを可能としている。ユーザからは、２種類の４０ミリ秒周期のスロットと、４種類の１６０ミリ秒周期のスロットが割り当てられているように見えるが、予約部４００がオフセットを調整することによって、これらが互いに衝突せずに同時に利用できる様にユーザに見せることができる。ユーザはオフセットを意識せずに、衝突しない割り当てを生成して、課題が解決される。

図６に示す例では、４分割されたスロットを更に４分割して１／１６のスロットを作り、四つの１／１６のスロットを異なるオフセットとして利用する。同様の操作を行うと、図７に示すように、１／６４のスロットも作れる。

図７を用いて、割り当てが互いに衝突が発生しない周期とオフセットからなるペアを簡易に作る方法を説明する。図７において、「０／１」が左端に書かれているが、このスロットを分解して、４スロット周期で、オフセットがそれぞれ０、１、２、３の４つのスロットを作ることができる。この４つのスロットは互いに衝突しない。また、その内の「３／４」だけを分解し、更に４分割された（すなわち最初の「０／１」から１６分割された）４つのスロットを作ることができる。そのオフセットを３、７、１１、１５とすることで、「０／４」、「１／４」、「２／４」、「３／１６」、「７／１６」、「１１／１６」、「１５／１６」は互いに衝突しない。このようにして、間隔があいたスロットをつくれば、無駄がないスロットを利用できる。さらに、「１５／１６」を４分割して６４スロット周期のタイミングも作成すると、「０／４」、「１／４」、「２／４」、「３／１６」、「７／１６」、「１１／１６」、「１５／６４」、「３１／６４」、「４７／６４」、「６３／６４」を作成し、これらは互いに衝突を起こさない。よって、衝突しない割り当てを生成して、課題が解決される。

なお、予約部４００が、図７に示すように、様々なサイズに分割したスロットを作成しておき、各分割スロットの割当状態を記憶しておく。そして、ユーザがポータル５００からデータ送信周期を指定する、ユーザが所望するデータサイズに応じた空きスロットを検索し、検索された空きスロットに対応するオフセットと周期を決定してもよい。

また、通信方式によっては、固定長のスロットでは、様々な通信データの種類に対応できない場合がある。例えば１回に送る信号のシンボル長が長い場合などで問題が生じる。一つのスロットに収まらない長さの信号を送信する場合、図８の３００２で示すように、連続するスロット（０／４と１／４）を割り当てて、シンボル長が長い信号や可変長の通信方式にも対応できる。

図９を用いて、予約部４００の動作例を説明する。予約部４００は、ユーザ６００からの指示である「周期」を受信すると、図９に示す処理を実行する。

まず、ステップ６０００において、ポータル５００から周期を取得する。また、ステップ６００１において、既に割り当てられた周期及びオフセットの情報を取得する。予約部４００は、既に割り当てられた周期及びオフセットの情報を保持しており、ステップ６００１ではこれを取得する。なお、後述する第二の実施例において、予約部４００と別に記憶部７００が設けられるが、第二の実施例の記憶部７００は大容量の記憶装置で構成され、長期間にわたる過去の割り当て情報を記憶する。一方、第一の実施例の予約部４００は、直近の割り当て情報を記憶する。

ステップ６００２において、新たなオフセットを取得する。例えば、オフセットを０から開始すればよい。ステップ６００３において、取得した新たなオフセットを用いた仮の割り当てに従って、既に割り当てられた情報と照合し、割り当てが衝突するかを判定する。衝突が発生しなければ（ステップ６００３でＮｏ）、ステップ６００５において、端末１００に割り当てを通知して、割り当て処理を終了する。

一方、ステップ６００３において、衝突を検出した場合（ステップ６００３でＹｅｓ）、ステップ６００４において、全てのオフセットについて調査を終えたかを判定する。一部のオフセットの調査を残っている場合、ステップ６００２に戻り、新たなオフセットについての調査を継続する。一方、全てのオフセットの調査を終えていれば、ステップ６００６において、割り当てを行わず、割り当てが失敗したことをポータル５００に通知する。

本実施例では、図１において、センサを含む端末１００を例にして説明したが、センサ以外でもデータを生成する装置や機能を有せば、本発明を適用できる。また、測定対象も限定されない。また、報告周期が１日以下の例を示したが、１日よりも長い周期にも本実施例は適用可能である。その場合、本実施例ではスロットの周期の最大値を１日として説明している部分を１週間又は１年などの期間に読み替えて実施方法を拡張することで、本発明を容易に実施できる。

また、端末１００と集約部２００との間は無線通信によって接続される例を説明したが、有線通信であっても帯域に上限がある点は同じであり、同時に通信を行う多くの端末１００からのデータが集中すると、ネットワークだけでなく、データを加工する中央処理部３００にも負荷がかかるため、時間的に分散してデータが送信されることが望ましい。よって、本実施例の効果は有線通信においても適用し、その効果が認められることは自明である。なお、有線通信に適用した場合、集約部２００は、スイッチやルータである。

また、本実施例は、集約部２００と中央処理部３００が分離して設けられ、バックホール回線で接続されている例を説明するが、集約部２００と中央処理部３００が物理的に一つの装置で構成される場合でも、端末１００と集約部２００間の回線に本発明を適用可能である。更に、複数の集約部２００が設けられ、各集約部２００が個別の識別子を持って独立して動作する場合でも、複数の集約部２００で構成されるグループ内での同時刻の送信を回避することによって、複数の集約部２００に関する問題解決にも本実施例が適用できる。十分に距離が離れ、電波が微弱にしか届かず、その影響を及ぼさない範囲については、同じ時刻のデータ送信を割り当てても問題はない。つまり、本実施例の説明における、システム全体としてのデータ送信タイミングの調整を、システム内で互いに影響するデータ送信タイミングの調整と読み替えることによって、本実施例が適用可能である。

＜実施例２＞
本発明の第二の実施例について、図１０を用いて説明する。

本発明では、予約部４００は、過去に割り当てた情報と照合し、同一時間の割り当てが発生しないかを判定しながらオフセットを調整する処理を実行する。その際、端末１００の数が膨大になると、過去に割り当てた大量の周期やオフセットを参照する必要がある。このため、本実施例のネットワークシステムは、予約部４００に接続される記憶部７００を有し、過去の割り当て状態を蓄積し、管理するように構成した。記憶部７００は、予約部４００と別に設けられた記憶装置に格納されるデータベースによって構成される。なお、記憶部７００は、予約部４００に内蔵された記憶装置に格納されるデータベースによって構成されてもよい。

無線通信では、電波伝搬によってエネルギーが低下し、その影響は小さくなる。そのため、新たな割り当てをする際には、接続する集約部２００の範囲を限定し、限定した範囲の割り当て情報を記憶部７００から取り出し、送信時刻に衝突が発生しないようにオフセットを調整する。新たに割り当てた情報は、記憶部７００に記録され、以降のスケジューリングのために利用される。

また、通信を終了した場合には、記憶部７００から割り当て情報を消去し、以降は、該当するスロットが再利用できるように情報が共有される。よって、ユーザはオフセットを意識せずに、衝突しない割り当てを生成して、課題が解決される。

第二の実施例は、予約部４００と別に記憶部７００が設けられるが、第二の実施例の記憶部７００は大容量の記憶装置で構成され、長期間にわたる過去の割り当て情報を記憶する。一方、第一の実施例の予約部４００は、直近の割り当て情報を記憶する。この点で第二の実施例は第一の実施例と相違する。

＜実施例３＞
本発明の第三の実施例について、図１１を用いて説明する。第二の実施例では、予約部４００が過去に割り当てた情報に基づいて新たにオフセットを決めているが、過去の割り当て情報ではなく、実際の回線の状況に基づいて新たにオフセットを決める方法でも、本発明を実施可能である。

このため、本実施例のネットワークシステムは、端末１００と集約部２００との間の回線、及び集約部２００と中央処理部３００間の回線の少なくとも一つの状況を調査するため、集約部２００又は中央処理部３００に接続される回線監視部８００を有する。回線監視部８００は、回線の状態（トラヒック）を監視する機能を有し、回線の監視結果を予約部４００に送信する。なお、回線監視部８００は、回線の監視結果から空きスロットの情報を作成して。空きスロットの情報を予約部４００に送信してもよい。予約部４００は、空きスロットの情報でデータベースを構築してもよい。既に第二の実施例で説明しているように、データベースは予約部４００とは物理的に別に構成されてもよい。予約部４００は、ユーザ６００からポータル５００経由でチャネルの割り当て要求を受けると、予め調査しておいた空き情報（前述のデータベース）から払い出すことができる。

前述した第二の実施例との違いは、第二の実施例では過去に割り当てた情報に基づいて割り当てを行うか、第三の実施例では実際の測定結果から割り当てを行うかである。第二の実施例の方法と第三の実施例の方法とを組み合わせた方法も本発明の範疇である。

＜実施例４＞
本発明の第四の実施例について、図１２を用いて説明する。本発明では、端末１００を含め、システム全体が時刻同期している必要がある。例えば、ある１台の端末１００の時計に遅れがあると、時計が遅れている１台の端末１００は、指示された送信時刻にデータを送信するが、その送信時刻は独自のものであり、他の端末１００の依拠する時刻とずれている。すると、時計が遅れている端末１００からのデータ送信は、他の端末１００に割り当てられたスロットと衝突し、信号が干渉する可能性がある。このため、予め決められた時刻にデータを送信しても、他の端末１００との干渉を回避できない。

本実施例では、図１２に示すように、集約部２００がＧＰＳ受信機を有し、集約部２００はＧＰＳ時刻に同期した同期信号（例えば、ビーコン信号）を端末１００に送信し、端末１００の時刻を合わせる。端末１００は、集約部２００が送信した同期信号を受信することによって、時計の遅れを伝搬遅延程度に抑えることができ、システムと同期できる。この方法によれば、離隔して配置される端末１００がＧＰＳ受信機を持たなくても、システムに同期することができ、予約部４００が指示するタイミングを守ることができる。

この場合、端末１００からのデータを収集するためのスロットだけでなく、集約部２００が回線を利用して同期信号を送信するためのスロットが必要になる。図１３は、このような予約されたスロットを示す。例えば、８時０分に同期信号を送信する場合、枠１３１０で囲んだスロットが予約されている。ここでは、タイミング１４３３－２で端末１００からのデータが送信される。同期信号の送信とデータの送信の二つのタイミングが重なる場合、図１４に示すように、同期信号が黒塗りのスロット（図１４の１６番スロット）に割り当てられている場合、ある単位時間（１００１）では、物理的には３７個のスロットで構成されているが、同期信号が割り当てられているスロットを除いた３６個の論理スロットで構成されると考えることによって、これまで説明した方法をそのまま利用できる。よって、ユーザはオフセットを意識せずに、衝突しない割り当てを生成して、課題が解決される。

以上に説明したように、本発明の実施例では、予約部４００が、端末１００が情報を送信する時間としてユーザが指定した相対時間を受信し、前記相対時間に従って端末１００が通信した場合に他の通信と干渉しないように、ＩｏＴシステム内で一意に定まる絶対時間をスケジューリング情報として定めるので、短い周期（例えば、数分程度）のデータ収集において回線利用効率を向上できる。回線としてＬＰＷＡなどのアンライセンスの無線方式に適用すると、本発明は有効である。また、３ＧＰＰなどの標準団体で議論されているＮＢ－ＩｏＴなどのＩｏＴ専用に設けられたモバイル通信においても有効である。また、サービスを提供するためのアプリケーションソフトウェアを開発する上で、ネットワークの詳細な設定を隠蔽し、上位概念である送信周期と帯域を指定するだけでネットワークが利用できるため、アプリケーションソフトウェアの開発速度を向上できる。

また、前記絶対時間は、基準時刻からのオフセット及びユーザが前記相対時間として指定した周期から定められるので、従来の回線提供に比べて、各ユーザによる回線の使い方を明確にできるため、ネットワークの管理が容易となり、管理のコストを低減できる。

また、予約部４００は、ユーザが指定した周期に従って、通信の干渉が発生しないオフセットを探し、前記オフセット及び周期を端末１００に通知するので、短い周期のデータ収集において回線利用効率を向上できる。

また、予約部４００は、記憶部７００から取得した過去のスケジューリング情報に基づいて、通信の干渉が発生しないオフセットを探すので、電波を出して干渉の有無を試行することなくスケジュールを決定できる。

また、予約部４００は、回線監視部８００から取得した通信路の状態及び回線の状態の少なくとも一方に基づいて、通信の干渉が発生しないオフセットを探すので、集約部２００からの伝搬距離を考慮して、実際の伝搬状況から乖離しないスケジュールを決定できる。

また、集約部２００は、時刻同期のための信号を端末１００に送信し、端末１００は、受信した時刻同期のための信号に基づいてＩｏＴシステムと同期するので、端末１００は正確な時刻を利用可能であり、さらに、端末１００に送信すべき情報のスロットを除外してスケジュールを決定できる。

また、予約部４００は、端末１００に割り当てるスロットを異なるオフセットで準備し、当該各スロットの割当状況を保持しており、ユーザが指定した周期に従って、通信の干渉が発生しないスロットを探し、当該スロットのオフセット及び周期を端末１００に通知するので、スケジュールを早く決定できる。また、異なるサイズのスロットを準備することによって、効率的にスロットを割り当てできる。また、ユーザは、作成されたスロットから選択すればよいので、通信メニューから容易に選択できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１００．．．端末
２００．．．集約部
３００．．．中央処理部
４００．．．予約部
５００．．．ポータル
６００．．．ユーザ
７００．．．記憶部（データベース）
８００．．．回線監視部
９００．．．ＧＰＳ受信機

Claims (9)

1. 通信システムにおける通信管理方法であって、
   前記通信システムは、情報の送信元である複数の端末から通信路を介して情報を受信する複数の集約部と、前記端末が信号を送信するタイミングを決定する予約部と、過去に定められたスケジューリング情報を記録する記憶部とを有し、
   前記通信管理方法は、
   前記予約部が、前記端末が情報を送信する時間としてユーザがポータルを通じて指定した相対時間を受信する手順と、
   前記予約部が、前記端末が通信した場合に他の通信と干渉しないように、前記ユーザが前記相対時間として指定した周期と、前記記憶部から取得した過去のスケジューリング情報とに基づいて、前記集約部ごとに通信の干渉が発生しないオフセットを探し、前記通信システム内で一意に定まる絶対時間をスケジューリング情報として定める手順と、
   前記予約部が、前記オフセット及び前記周期を前記端末に通知する手順と、
   前記予約部が、通信の干渉が発生しないオフセットが見つからなければ、オフセットの探索が失敗したことを前記ポータルに通知する手順とを含むことを特徴とする通信管理方法。
2. 請求項１に記載の通信管理方法であって、
   前記通信システムは、前記集約部の各々が受信した情報を回線を介して受信する中央処理部と、前記集約部が受信する個々の端末の通信路の状態及び前記回線の状態の少なくとも一方を取得する回線監視部とを有し、
   前記予約部は、前記回線監視部から取得した通信路の状態及び回線の状態の少なくとも一方に基づいて、前記集約部の各々における回線の空き状態を個別に把握し、その情報に基づいて通信の干渉が発生しないオフセットを探すことを特徴とする通信管理方法。
3. 請求項１に記載の通信管理方法であって、
   前記予約部は、
   前記端末に割り当てるスロットを異なるオフセットで準備し、当該各スロットの割当状況を保持しており、
   前記ユーザが指定した周期に従って、通信の干渉が発生しないスロットを探し、当該スロットのオフセット及び前記周期を前記端末に通知することを特徴する通信管理方法。
4. 請求項１に記載の通信管理方法であって、
   前記通信システムは、正確な時刻を生成する時計を有し、
   前記集約部は、時刻同期のための信号を前記端末に送信し、
   前記端末は、受信した前記時刻同期のための信号に基づいて前記通信システムと同期することを特徴とする通信管理方法。
5. 複数の端末から通信路を介して情報を収集する通信システムであって、
   情報の送信元である複数の端末から通信路を介して情報を受信する複数の集約部と、前記端末が信号を送信するタイミングを決定する予約部と、過去に定められたスケジューリング情報を記録する記憶部とを備え、
   前記予約部は、
   前記端末が情報を送信する時間としてユーザがポータルを通じて指定した相対時間を受信し、
   前記端末が通信した場合に他の通信と干渉しないように、前記ユーザが前記相対時間として指定した周期と、前記記憶部から取得した過去のスケジューリング情報とに基づいて、前記集約部ごとに通信の干渉が発生しないオフセットを探し、前記通信システム内で一意に定まる絶対時間をスケジューリング情報として定め、
   前記オフセット及び前記周期を前記端末に通知し、
   通信の干渉が発生しないオフセットが見つからなければ、オフセットの探索が失敗したことを前記ポータルに通知することを特徴とする通信システム。
6. 請求項５に記載の通信システムであって、
   前記集約部の各々が受信した情報を回線を介して受信する中央処理部と、前記集約部が受信する個々の端末の通信路の状態及び前記回線の状態の少なくとも一方を取得する回線監視部とを備え、
   前記予約部は、前記回線監視部から取得した通信路の状態及び回線の状態の少なくとも一方に基づいて、前記集約部の各々における回線の空き状態を個別に把握し、その情報に基づいて通信の干渉が発生しないオフセットを探すことを特徴とする通信システム。
7. 請求項５に記載の通信システムであって、
   前記予約部は、
   前記端末に割り当てるスロットを異なるオフセットで準備し、当該各スロットの割当状況を保持しており、
   前記ユーザが指定した周期に従って、通信の干渉が発生しないスロットを探し、当該スロットのオフセット及び前記周期を前記端末に通知することを特徴する通信システム。
8. 請求項５に記載の通信システムであって、
   正確な時刻を生成する時計を備え、
   前記集約部は、時刻同期のための信号を前記端末に送信し、
   前記端末は、受信した前記時刻同期のための信号に基づいて前記通信システムと同期することを特徴とする通信システム。
9. 通信システムにおける通信を管理するためのプログラムであって、
   前記通信システムは、情報の送信元である複数の端末から通信路を介して情報を受信する集約部と、前記端末が信号を送信するタイミングを決定する予約部と、過去に定められたスケジューリング情報を記録する記憶部とを有し、
   前記プログラムは、
   前記端末が情報を送信する時間としてユーザがポータルを通じて指定した相対時間を受信する手順と、
   前記端末が通信した場合に他の通信と干渉しないように、前記ユーザが前記相対時間として指定した周期と、前記記憶部から取得した過去のスケジューリング情報とに基づいて、前記集約部ごとに通信の干渉が発生しないオフセットを探し、前記通信システム内で一意に定まる絶対時間をスケジューリング情報として定める手順と、
   前記オフセット及び前記周期を前記端末に通知する手順と、
   通信の干渉が発生しないオフセットが見つからなければ、オフセットの探索が失敗したことを前記ポータルに通知する手順とを前記予約部に実行させるためのプログラム。

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