JP6913938B2

JP6913938B2 - 情報処理装置および情報処理方法

Info

Publication number: JP6913938B2
Application number: JP2017109614A
Authority: JP
Inventors: 英太郎河野; 良明角田; 伸廣梶川; 優真中尾
Original assignee: Hiroshima City University
Current assignee: Hiroshima City University
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: JP2018207264A

Description

本発明は、移動無線通信機器（端末）のみで構成されるモバイルアドホックネットワーク（MANET、Mobile Ad Hoc Network）に使用される情報処理装置および情報処理方法に関し、より詳細には、ネットワーク構築手段として用いられる高速通信が可能なBluetooth Classic（登録商標、BC）と超低消費電力型として開発されたBluetooth Low Energy（登録商標、BLE）とを搭載した情報処理装置において、BC方式とBLE方式を併用して端末間コネクション確立の高速化と端末間の高速データ通信を実現するための情報処理装置および情報処理方法に関する。

携帯電話やスマートフォンのような移動する無線通信機器（端末）のみで構成されるMANETは、基地局などの通信インフラを必要としないで構築されるネットワークであるという特徴から、災害時のネットワーク構築手段、地域情報の共有化手段等への応用が試みられている。

MANETでは端末間のコネクション確立を基にネットワークが構築・管理されるため、効率的な端末間コネクションの確立が重要となるが、端末間のコネクションが確立された後にデータを送受信する情報処理装置を用いてMANETを構築する場合、端末の移動や障害物の出現等による端末間コネクションの一時的な切断が発生し、コネクションの確立に時間を要することからも、安定した高速データ通信の実現が困難という課題がある。

MANETでの端末間通信は、高速通信が可能なBluetooth Classic（登録商標、BC）や超低消費電力型として開発されたBluetooth Low Energy（登録商標、BLE）が用いられているが、いずれも一長一短がある。

BC方式は2.1Mbpsの実効通信速度が可能であるが、 Discovery である端末A が周辺端末を検出するためのパケットを定期的に送信し、パケットを受信したDiscoverable である端末B が応答パケットを送信することで端末A と端末B 間のコネクションが確立する。この時、BC方式では一つの端末がDiscovery とDiscoverable のどちらか一方の状態しかとることができず、Discovery状態とDiscoverable状態は各端末でランダムに変更設定されるため、端末AB間で、相手端末が発見できない状態の組み合わせが発生し、コネクションが確立できる可能性が低下してしまうことが非特許文献１に記載されている。

BLE方式では、サーバに相当するPeripheralである端末B がAdvertising パケットをブロードキャストする。この時、クライアントに相当するCentral である端末A が周辺端末のスキャンを行うことでAdvertising パケットを検出し、端末A は端末B の検出を完了する。BLE方式では一つの端末がCentral とPeripheral の両方の状態を同時にとることが出来るため、BC方式に比べて周辺端末の検出に成功する確率が高くなり、効率的なコネクションの確立が可能となる。しかしながら、BLE方式での実効通信速度は270kbps程度であり、BC方式に比べて大幅に遅く、大きなデータの高速通信には適さないことが
非特許文献２に記載されている。

上記の問題点を解消し、高効率での端末間コネクションの確立と高速データ通信を同時に実現するための手法として、BLE方式で端末間のコネクションを確立し、その後、端末間でBC方式での通信に必要な情報の交換をする方式が非特許文献３に記載されている。端末間コネクションの確立に要する時間をBC方式での20sec程度から5sec程度に短縮しているが、BC方式での通信可能距離が数10mから100m程度であることを考慮すると、自動車等で移動する端末間のコネクション確立に適用するには、十分とは言えない。

Bluetooth SIG, "Specification of the bluetooth system-v2. 1+ EDR," 2007. Bluetooth SIG, "Specification of the bluetooth system v4. 0," 2014. 南雄也, 梶川伸廣，河野英太郎，角田良明，"Bluetooth Classic とBluetooth Low Energyの組み合わせによる高可用性をもつコネクション確立手法," 電子情報通信学会技術研究報告, vol.115, no.507, pp.67—71, March 2016.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、端末の移動や障害物の出現による端末間コネクションの一時的な切断が発生しても、BLE方式での低速通信とBC方式での高速通信を組み合わせて、安定したデータ送受信を可能とする情報処理装置および情報処理方法を提供することを目的としている。

係る目的を達成するため、本発明の情報処理装置は、移動無線通信機器（端末）間のコネクションが確立された後にデータを送受信する情報処理装置であって、移動無線通信機器と低速通信を行う低速通信部と、前記低速通信よりも高速な高速通信を前記移動無線通信機器と行う高速通信部と、前記移動無線通信機器との間で送受信されるデータを記憶するコンテンツ記憶部と、前記高速通信部の高速通信によりデータの送受信処理を行い、前記低速通信部により低速通信で高速通信に必要な情報の送受信処理を行うデータ通信部と、前記移動無線通信機器との高速通信コネクションの確立に必要な情報を記録する機器情報記録部と、前記高速通信部から取得した前記移動無線通信機器の情報に基づき前記移動無線通信機器との前記高速通信コネクションを確立する高速通信コネクション制御部と、前記低速通信部又は前記高速通信部で受信した情報のうち、前記移動無線通信機器との高速通信コネクションの確立に必要な情報を前記高速通信コネクション制御部に転送し、データ通信に関する情報を前記データ通信部に転送する通信方式制御部と、前記機器情報記録部からの高速通信に必要な情報の送信要求及び前記コンテンツ記憶部からのデータの送信要求を処理し、前記データ通信部に転送する送信データ処理部と、前記データ通信部から受信されたデータ及び高速通信に必要な情報の処理を行い、前記データ通信部から受信されたデータを前記コンテンツ記憶部に転送し、高速通信に必要な情報を前記高速通信コネクション制御部に転送する受信データ処理部と、を備え、
クライアントとして動作する場合、前記低速通信部による前記移動無線通信機器からの広告情報の受信が継続する限り、前記高速通信コネクション制御部は、前記高速通信コネクションが未確立である場合に、前記高速通信部を介して、前記移動無線通信機器に対し、前記機器情報記録部における前記高速通信コネクションの確立に必要な情報を含むコネクション確立要求を送信し、コネクション確立要求を受諾する旨の情報を受信すると、前記高速通信コネクションを確立し、
サーバとして動作する場合、前記低速通信部が前記移動無線通信機器へ広告情報の送信を継続して行うとともに、前記高速通信部を介して前記コネクション確立要求を受信した場合には、前記高速通信コネクション制御部が、前記機器情報記録部における前記高速通信コネクションの確立に必要な情報を含む前記コネクション確立要求を受諾する旨の情報を、前記高速通信部を介して前記移動無線通信機器に送信して、前記高速通信コネクションを確立する。

さらに、前記サーバとして動作する場合、前記低速通信部は、前記機器情報記録部に記録された自機の機器情報を含む前記広告情報を送信する、
こととしてもよい。

本発明の情報処理装置および情報処理方法によれば、端末間のコネクションが確立された後にデータを送受信する情報処理装置において、短時間での端末間コネクションの確立が容易なBLE方式と高速でのデータ送受信が可能なBC方式を併用することで、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現等によって一時的に切断しても、簡単な手続きによって短時間でコネクションを再確立し、安定した高速データ通信を実現することができる。

本発明に係る情報処理装置の実施形態の構成の一例を示すブロック図である。本発明に係る情報処理方法において、コネクションの確立を受諾するクライアントの情報処理方法の一例を示すフローチャートである。本発明に係る情報処理方法において、コネクションの確立を要求するサーバの情報処理方法の一例を示すフローチャートである。実施形態におけるクライアントとサーバの間の情報交換を表すシーケンスチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、情報処理装置の構成を示すブロック図である。情報処理装置10はスマートフォンやタブレットなどの移動無線通信機器である。機器2は、情報処理装置10の周辺に存在する同様のスマートフォンやタブレットなどの移動無線通信機器である。情報処理装置10は、機器2と当該機器2のBluetoothアドレス、認証キー、暗号化キーなどを交換して通信接続（コネクション）を確立する。コネクション確立後、情報処理装置10と機器2はBluetooth通信により情報の通信を行う。

低速通信部105はBluetooth Low Energy（BLE）による通信を行う。高速通信部106はBluetooth Classic（BC）による通信を行う。低速通信部105では、通信方式制御部104の要求に応じて広告情報 (Advertising)の送信や検出などを行う。低速通信部105は、高速通信部106と比べて通信速度が低速であるが、通信の消費電力は小さい。また、高速通信部106は、低速通信部105と比べて通信速度は高速であるが、通信の消費電力は大きい。

本実施形態では、情報処理装置10の各部が機器2との間で行う通信は、低速通信部105または高速通信部106を介して行われる。また、情報処理装置10の各部が機器2との間で行う通信にはコネクション確立に関する通信とデータ通信がある。コネクション確立には低速通信部と高速通信コネクション制御部を使用し、データ通信には高速通信部106のみを用いる。

通信方式制御部104では、低速通信や高速通信コネクション確立に関する情報とデータ送受信に関する情報の振り分けを行っている。低速通信に関する情報は、低速通信部105に転送される。高速通信のコネクション確立に関する情報は、高速通信コネクション制御部102に転送される。また、データ送受信に関する情報はデータ通信部103に転送される。

機器情報記録部107では、情報処理装置10の低速通信や高速通信に関する情報の管理を行っている。管理している情報の一例として、Bluetoothアドレスがある。本実施形態では、低速通信を用いて、機器間の高速通信に必要な情報を送信して情報処理装置10と機器2との間で高速通信接続を確立する。

高速通信コネクション制御部102は、BC通信に用いるコネクションの確立などを制御する。また、高速通信コネクション制御部102は機器2とのコネクションに関する状態(接続済み/切断済み)を管理しており、端末間の通信に必要な通信情報 (Bluetoothアドレス)を交換して情報処理装置10と機器2との間で通信接続を確立する。高速通信コネクション制御部102では、機器2などとの高速通信のコネクション確立に関する情報の処理を全て行っている。高速通信コネクション制御部102が機器2からコネクション確立要求を受信した時には、受信した情報をもとに情報処理装置10と機器2との間で高速通信のコネクション確立を行う。

データ通信部103では、低速通信と高速通信を用いた機器２とのデータ通信に関する情報の処理を行っている。機器2から受信したデータは、受信データ処理部109に転送する。また、送信データ処理部108から転送された情報を機器2への送信データとして通信方式制御部104に転送する。

送信データ処理部108では、機器情報記録部107からの機器間の高速通信に必要な情報の送信要求や、コンテンツ記憶部110からのコンテンツデータの送信要求を処理し、データ通信部103に転送することにより、低速通信部105や高速通信部106を介して機器2に情報を送信する。

受信データ処理部109では、データ通信部103から転送されたデータの処理を行う。データ通信部103から転送される情報は、コンテンツデータと機器間の高速通信に必要な情報がある。コンテンツデータはコンテンツ記憶部110に転送し、機器間の高速通信に必要な情報は高速通信コネクション制御部102に転送する。機器間の高速通信に必要な情報を受信した高速通信コネクション制御部102は、受信した情報をもとに高速通信のコネクション確立要求を機器2へ送信する。

コンテンツ記憶部110では、情報処理装置10や機器2などにおいて作成されたコンテンツ情報を記憶する。情報処理装置10から機器2へのコンテンツ送信要求が発生した場合には、送信するコンテンツ情報を送信データ処理部108に転送する。また、機器２からのコンテンツ情報を受信データ処理部109から受信した時には、コンテンツ情報を当該記憶部に記憶する。

図２は、コネクションの確立を受諾するクライアントの情報処理方法を示すフローチャートである。以下、図を参照して説明する。
ステップS101：低速通信部105と高速通信部106を起動する。
ステップS102：低速通信部105は広告情報（Advertising パケット）を送信している機器2の捜索を開始する。
ステップS103：低速通信部105が当該広告情報を検出した場合にはステップS105に進む。一方、一定時間内に当該広告情報を検出できない場合にはステップS104に進む。
ステップS104：低速通信部105は広告情報を送信している機器2の捜索を終了する。
ステップS105：ステップS103で検出した機器2が、すでにコネクションが確立している機器か否かを、高速通信コネクション制御部102において判定する。コネクションが確立していない機器である場合にはステップS106に進む。一方、すでにコネクションが確立している機器である場合にはステップS103に戻る。
ステップS106：高速通信コネクション制御部102でステップS105においてコネクションが確立していないと判定された機器2に対して、機器情報記録部107に保存されている自分自身の機器情報を含んだコネクション確立要求を送信する。
ステップS107：自分自身の機器情報を含んだコネクション確立要求を送信後、一定時間、機器２からの要求受諾信号を待つ。機器２からの要求受諾信号を受信した時はステップS108に進み、受信できなかった場合はS103に戻る。
ステップS108：高速通信コネクション制御部102において機器2との高速通信のコネクションを確立する。

図３は、コネクションの確立を要求するサーバの情報処理方法を示すフローチャートである。以下、図を参照して説明する。
ステップS21：低速通信部105と高速通信部106を起動する。
ステップS22：低速通信部105は広告情報（Advertising パケット）の送信を開始する。
この時、広告情報中に自分自身の端末機器情報を含めて送信する。
ステップS23：機器2からの高速通信のコネクション確立要求を高速通信部106で受信した場合にはステップS24に進む。一方、高速通信のコネクション確立要求を受信できない場合には、ステップS23を繰り返し実行することでコネクション確立要求の受信待ちを行う。
ステップS24：受信した機器2の機器情報をもとに、高速通信のコネクション確立要求を受諾する旨を当該機器2に送信し、機器２との間で高速通信のコネクションを確立する。

図４は、クライアント（端末A）とサーバ（端末B）の間のコネクション確立に関する情報交換を表すシーケンスチャートである。以下、図を参照して説明する。
ステップS31：端末B（サーバ）がブロードキャストしている広告情報（Advertisingパケット）を端末A（クライアント）で検出する。
ステップS32：端末Aは検出した広告情報をもとに、端末Bに対してBCのコネクション確立要求を送信する。
ステップS33：端末Bは端末AからBCのコネクション確立要求を受信後、要求を受諾する旨を端末Aに送信する。
ステップS34：端末Aと端末B間でBCのコネクションが確立する。

本発明の情報処理装置および情報処理方法によれば、端末間のコネクションに端末の移動や障害物の出現による一時的な切断が発生しても、低速通信と高速通信を組み合わせて安定した高速データ通信が可能となる。
先行技術文献で示した従来手法と本発明で示した提案手法を端末に実装し、比較実験を行った。2 台の端末を用い、互いの端末が通信範囲内に存在するよう配置した。端末間のコネクションが確立されるまでの時間を測定するために、端末間のコネクションをランダム時間後に自動的に切断する機能を実装した。コネクションを切断する時間は、事前に設定する切断時間間隔に含まれる時間内からランダムで決定される。例えば、切断時間間隔を10 から20 秒に設定した場合は、10 秒から20 秒までの時間からランダムで秒数を決定し、コネクションの確立から決定した時間後にコネクションを切断する。この機能により、端末間のコネクションが端末の移動や障害物の出現によるコネクションの一時的な切断などから，MANETの端末間の無線通信の接続性が頻繁に変化する環境を、実際に端末を移動させずに模擬している。また、MANET の端末間の接続性が頻繁に変化する環境で、一定時間内における端末間のデータ送受信が可能な稼働時間を測定してMANETの稼働率を測定した。

各手法においてコネクションに要する時間の測定は200 回行い、平均値を算出した。従来手法の平均時間は約24秒、提案手法の平均時間は約2秒であった。実験結果から、提案手法が従来手法に対して約92％、コネクション確立に要する時間を短縮できることが確認された。各手法において15 分間でデータ送受信のための稼働時間を測定した。従来手法におけるデータ送受信のための稼働率は約54%であり、提案手法におけるデータ送受信のための稼働率は約91%であった。

本発明は、地震、津波、台風等の災害時に、固定基地局や有線通信網が使用不可能になったとき、緊急通報、避難誘導、被害情報等の収集手段として有効なMANET網構築の高速化手段として有効である。また、MANETを利用した地域情報の伝搬手段に適用することができる。

2 機器
10 情報処理装置
102 高速通信コネクション制御部
103 データ通信部
104 通信方式制御部
105 低速通信部
106 高速通信部
107 機器情報記録部
108 送信データ処理部
109 受信データ処理部
110 コンテンツ記憶部

Claims

コネクションが確立された後にデータを送受信する情報処理装置であって、
移動無線通信機器と低速通信を行う低速通信部と、
前記低速通信よりも高速な高速通信を前記移動無線通信機器と行う高速通信部と、
前記移動無線通信機器との間で送受信されるデータを記憶するコンテンツ記憶部と、
前記高速通信部の高速通信によりデータの送受信処理を行い、前記低速通信部により低速通信で高速通信に必要な情報の送受信処理を行うデータ通信部と、
前記移動無線通信機器との高速通信コネクションの確立に必要な情報を記録する機器情報記録部と、
前記高速通信部から取得した前記移動無線通信機器の情報に基づき前記移動無線通信機器との前記高速通信コネクションを確立する高速通信コネクション制御部と、
前記低速通信部又は前記高速通信部で受信した情報のうち、前記移動無線通信機器との高速通信コネクションの確立に必要な情報を前記高速通信コネクション制御部に転送し、データ通信に関する情報を前記データ通信部に転送する通信方式制御部と、
前記機器情報記録部からの高速通信に必要な情報の送信要求及び前記コンテンツ記憶部からのデータの送信要求を処理し、前記データ通信部に転送する送信データ処理部と、
前記データ通信部から受信されたデータ及び高速通信に必要な情報の処理を行い、前記データ通信部から受信されたデータを前記コンテンツ記憶部に転送し、高速通信に必要な情報を前記高速通信コネクション制御部に転送する受信データ処理部と、
を備え、
クライアントとして動作する場合、前記低速通信部による前記移動無線通信機器からの広告情報の受信が継続する限り、前記高速通信コネクション制御部は、前記高速通信コネクションが未確立である場合に、前記高速通信部を介して、前記移動無線通信機器に対し、前記機器情報記録部における前記高速通信コネクションの確立に必要な情報を含むコネクション確立要求を送信し、コネクション確立要求を受諾する旨の情報を受信すると、前記高速通信コネクションを確立し、
サーバとして動作する場合、前記低速通信部が前記移動無線通信機器へ広告情報の送信を継続して行うとともに、前記高速通信部を介して前記コネクション確立要求を受信した場合には、前記高速通信コネクション制御部が、前記機器情報記録部における前記高速通信コネクションの確立に必要な情報を含む前記コネクション確立要求を受諾する旨の情報を、前記高速通信部を介して前記移動無線通信機器に送信して、前記高速通信コネクションを確立する、
情報処理装置。
前記サーバとして動作する場合、前記低速通信部は、前記機器情報記録部に記録された自機の機器情報を含む前記広告情報を送信する、
請求項１に記載の情報処理装置。