JP2009071683A - Node and radio communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノード及び無線通信システムに関し、例えば、ZigBee等のクラスタツリー型トポロジの無線パケットネットワークにおけるパケット転送に適用し得るものである。 The present invention relates to a node and a wireless communication system, and can be applied to packet transfer in a wireless packet network having a cluster tree topology such as ZigBee.
ZigBeeでは、スター型、クラスタツリー型(以下、単にツリー型と呼ぶ)及びメッシュ型トポロジが定義されている(非特許文献1参照)。この3方式の中でもツリー型トポロジは、ルーティング計算を簡易化することができ、しかも、大規模なネットワークを構成し易い。 In ZigBee, a star type, a cluster tree type (hereinafter simply referred to as a tree type), and a mesh type topology are defined (see Non-Patent Document 1). Among these three methods, the tree type topology can simplify the routing calculation and can easily form a large-scale network.
ZigBeeでは、コーディネータからの最大階層数Lm、子ノードの最大数Cm、子ルータの最大数Rmをネットワークで定義しておく。この3パラメータから、ツリー型トポロジネットワークに追加されたノードのネットワークアドレスを計算することができる。ネットワークアドレスは、ツリーのどの位置にあるかという形で割り当てられる。このようにすることにより、各ノードは、宛先ネットワークアドレスと、自ノードのネットワークアドレスを比較するだけで、パケットをツリーの親(親ノード)又は子(子ノード)のどちらの方向に転送すれば良いかを決定できる。 In ZigBee, the maximum number of hierarchies Lm from the coordinator, the maximum number of child nodes Cm, and the maximum number of child routers Rm are defined in the network. From these three parameters, the network address of the node added to the tree topology network can be calculated. Network addresses are assigned in the form of where they are in the tree. By doing so, each node can compare the destination network address with the network address of its own node and forward the packet in either the parent (parent node) or child (child node) direction of the tree. You can decide whether it ’s good.
(1)式に示すCskip(d)は、階層d+1におけるノードへのアドレス割り当てのスキップ間隔の計算式である(非特許文献2参照)。
図2は、ツリー型トポロジにおける各ノードへのネットワークアドレスの割当て例を示している。図2は、コーディネータ(ツリーのルートノード)RTから2階層のツリー構成の例を示している。コーディネータRTにはネットワークアドレス「000」が割り当てられ、コーディネータRT直下の3つのノードN1〜N3にはそれぞれ、スキップ間隔「100」で、ネットワークアドレスとして「100」、「200」、「300」が割り当てられている。ネットワークアドレス「100」のノードN1の直下の2つのノードN11、N12にはそれぞれ、スキップ間隔「10」で、ネットワークアドレスとして「110」、「120」が割り当てられている。この第2階層以下の階層に位置しているノードもあり得る。ネットワークアドレス「100」のノードN1は、宛先ネットワークアドレスが「101」から「199」までの受信パケットについては、ツリーの子側(自己に係る下位階層側)に転送する。それ以外の宛先ネットワークアドレスのパケットを受信したときには、親側(上位階層側)のノードRTに受信パケットを転送する。以上のように、ツリー型トポロジにおいては、各ノードが簡単にパケットの転送先を決定することができる。 FIG. 2 shows an example of network address assignment to each node in a tree topology. FIG. 2 shows an example of a two-level tree structure from the coordinator (tree root node) RT. The network address “000” is assigned to the coordinator RT, and “100”, “200”, and “300” are assigned to the three nodes N1 to N3 immediately below the coordinator RT with a skip interval “100”, respectively. It has been. Two nodes N11 and N12 immediately below the node N1 with the network address “100” are assigned “110” and “120” as network addresses with a skip interval “10”, respectively. There may be a node located in a hierarchy below this second hierarchy. The node N1 with the network address “100” transfers the received packets whose destination network addresses are “101” to “199” to the child side of the tree (the lower layer side related to itself). When a packet with a destination network address other than that is received, the received packet is transferred to the parent RT (upper layer side) node RT. As described above, in the tree topology, each node can easily determine the packet transfer destination.
例えば、図3に示すように、ノードN11からノードN21へのパケットは、ノードN1は、宛先ネットワークアドレス「210」の先頭の数字「2」に基づいて上位ノード(コーディネータ)RTに転送し、上位ノードRTは、宛先ネットワークアドレス「210」の先頭の数字「2」に基づいてノードN2に転送し、ノードN2は、宛先アドレス「210」の先頭側の2桁数字「21」に基づいてノードN21に転送する。
しかしながら、ツリー型トポロジでは、自ノードの上位側に位置するノードから分岐している複数の支流のうち、自ノードと異なる支流に位置するノードへのパケットは、親側のノードを経由して、他の支流の宛先ノードに転送されるため、ツリーの根に近いノードほど、多くのパケットの転送処理を実行しなければならず、負荷が大きいという課題がある。コーディネータの転送負荷が最も大きくなると考えられる。 However, in the tree type topology, packets to nodes located in a branch different from the self node among a plurality of branches branched from the node located on the upper side of the own node pass through the parent side node, Since it is transferred to the destination node of another branch, there is a problem that a node closer to the root of the tree has to execute transfer processing of more packets, and the load is larger. It is considered that the transfer load of the coordinator is the largest.
メッシュ型トポロジにすることで負荷を分散することが可能であるが、各ノードにルーティングテーブルを持たせる必要があり、ツリー型トポロジに比べ、実装コストがかかるという課題がある。 Although it is possible to distribute the load by using a mesh topology, each node needs to have a routing table, and there is a problem that the implementation cost is higher than that of a tree topology.
非特許文献2は、ツリー型トポロジにおける本来の経路をショートカットする方法に言及しているが、ショートカットするか否かを決定するための評価値の演算が複雑となっている。
そのため、あるノードの転送負荷を簡易な処理により低減可能なノード及び無線通信システムが望まれている。 Therefore, a node and a wireless communication system that can reduce the transfer load of a certain node by simple processing are desired.
第1の本発明は、他ノードから受信したパケット、又は、自己を送信元とする送信パケットを無線送信するノードにおいて、(1)近傍ノードのパケットを傍受し、自ノードがリンクを張ることが可能な近傍ノードの情報を格納する近傍ノード情報格納手段と、(2)送信パケットの最終的な宛先ノードとネットワークのトポロジとから定まる転送経路に対するショートカットパスを設定可能か否かを、上記近傍ノード情報格納手段の格納情報に基づき判定し、設定可能なときに、ショートカットパスに係る他ノードを無線リンク先に定め、設定不可能なときに、定められた転送経路上で次の他ノードを無線リンク先に定めるリンク先決定手段とを有することを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, in a node that wirelessly transmits a packet received from another node or a transmission packet having itself as a transmission source, (1) a packet of a neighboring node is intercepted and the node can establish a link. Neighboring node information storage means for storing information on possible neighboring nodes, and (2) whether or not a shortcut path for a forwarding path determined from the final destination node of the transmission packet and the network topology can be set. Judgment based on the information stored in the information storage means, when it can be set, the other node related to the shortcut path is determined as a wireless link destination, and when it cannot be set, the next other node on the determined transfer route is wireless And a link destination determining means for determining the link destination.
第2の本発明の無線通信システムは、第1の本発明のノードを複数有することを特徴とする。 A radio communication system according to a second aspect of the present invention includes a plurality of nodes according to the first aspect of the present invention.
本発明によれば、あるノードの転送負荷を簡易な処理により低減できるノード及び無線通信システムを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the node and radio | wireless communications system which can reduce the transfer load of a certain node by simple processing are realizable.
(A)第1の実施形態
以下、本発明によるノード及び無線通信システムの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a node and a wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(A−1)第1の実施形態の構成
第1の実施形態に係る無線通信システムも、ツリー型トポロジを適用しているZigBeeネットワークとする。背景技術の項で利用した図2を参照しながら、第1の実施形態が前提としているZigBeeネットワークの概要を簡単に説明する。
(A-1) Configuration of the First Embodiment The wireless communication system according to the first embodiment is also a ZigBee network to which a tree type topology is applied. An outline of the ZigBee network assumed in the first embodiment will be briefly described with reference to FIG. 2 used in the background art section.
ノードRTはコーディネータである。コーディネータRT(ネットワークアドレス「000」)の近傍に位置するノードN1、N2、N3、…がネットワークに加入すると、「100」、「200」、「300」、…というようにネットワークアドレスをコーディネータRTが割り当てる。また、ノードN1(ネットワークアドレス「100」)の近傍に位置するノードN11、N12、…がネットワークに加入すると、「110」、「120」、…というようにネットワークアドレスが割り当てられる。このようにして、図2に示すようなネットワークトポロジが形成される。図2において、ノード間を結ぶ線は無線リンクを表しており、各ノードは、線で結ばれたノードのいずれかに対してパケットを転送する。 Node RT is a coordinator. When nodes N1, N2, N3,... Located in the vicinity of the coordinator RT (network address “000”) join the network, the coordinator RT sets the network address such as “100”, “200”, “300”,. assign. When nodes N11, N12,... Located in the vicinity of the node N1 (network address “100”) join the network, network addresses such as “110”, “120”,. In this way, a network topology as shown in FIG. 2 is formed. In FIG. 2, a line connecting the nodes represents a wireless link, and each node transfers a packet to any one of the nodes connected by the line.
この第1の実施形態は、宛先ノード(のネットワークアドレス)によっては、一部のノードが、線で結ばれたノード以外にもパケットを転送し得るようにしたものである。 In the first embodiment, depending on a destination node (its network address), a part of the nodes can transfer a packet other than nodes connected by a line.
図1は、第1の実施形態に係る一部ノードの機能的な詳細構成を示すブロック図である。図1に示す詳細構成を有するノードは、エンドノードでもコーディネータでもないノードである。言い換えると、パケットの中継(転送)を行うノードのうち、コーディネータを除いたノードの詳細構成を、図1は示している。なお、エンドノードも、将来的に中継可能なノードとなる場合であれば図1に示す詳細構成を有していても良い。例えば、図2がネットワークの全体構成であるとすると、ノードN1〜N3は、図1の詳細構成を有する。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a detailed functional configuration of some nodes according to the first embodiment. A node having the detailed configuration shown in FIG. 1 is a node that is neither an end node nor a coordinator. In other words, FIG. 1 shows a detailed configuration of a node excluding a coordinator among nodes that perform packet relay (transfer). Note that the end node may have the detailed configuration shown in FIG. 1 as long as it becomes a node that can be relayed in the future. For example, if FIG. 2 shows the overall configuration of the network, the nodes N1 to N3 have the detailed configuration of FIG.
図1において、ノード100(N1〜N3)は、パケット受信部101、リンク情報解析部102、ネットワーク情報解析部103、アプリケーション(アプリケーションプログラム)104、隣接テーブル105、経路判定部106、経路変更部107、パケット生成部108及びパケット送信部109を有する。なお、リンク情報解析部102、ネットワーク情報解析部103、隣接テーブル105、経路判定部106、経路変更部107及びパケット生成部108を、ソフトウェアによって実現するものであっても良い。
In FIG. 1, a node 100 (N1 to N3) includes a
パケット受信部101は、隣接ノードが送信した無線パケットを受信し、リンク情報解析部102に与えるものである。
The
リンク情報解析部102は、受信パケットのデータリンク層での宛先アドレス(宛先データリンクアドレス)を確認し、当該ノード100宛であればネットワーク情報解析部103に与え、当該ノード100宛でなければ受信パケットを廃棄するものである。また、リンク情報解析部102は、受信パケットのデータリンク層における送信元アドレスを有するノード(当初の送信元に限らず、中継元であることもある)の情報が隣接テーブル105に存在するか否かを確認し(受信パケットが上述のように廃棄される場合を含む)、隣接テーブル105に、受信パケットの送信元ノードの情報が格納されていなければ隣接テーブル105にそのノードの情報を追加するものである。
The link
ネットワーク情報解析部103は、受信パケットの最終的な宛先ノードが当該ノード100であるか否かを判別し、当該ノード100が最終的な宛先ノードであれば、受信データをアプリケーション104に与え、受信パケットの最終的な宛先ノードが他ノードであって当該ノード100が中継するパケットであれば、そのデータを経路判定部106に与えるものである。
The network
アプリケーション104は、データ処理を行うソフトウェアであり(データ処理構成はDSPなどを用いたハードウェアによって構成されたものであっても良い)、ネットワーク情報解析部103から与えられた受信データを処理したり、また、データ処理の結果、他のノードへの送信が必要となったデータを経路判定部106に与えたりするものである。
The
隣接テーブル105は、当該ノード100の近傍ノードの情報を格納したテーブルである。この隣接テーブル105には、ツリー型トポロジによってリンクを張ることになっている隣接ノードだけでなく、当該ノード100がパケットを受信可能な(当該ノードに電波が届く)近傍ノードの情報が格納される。隣接テーブル105は、MAC(Media Access Control)アドレス、PANID(Private Area Network Identifier)、ネットワークアドレス、ノードタイプ(コーディネータ、エンドノード、ルータ)、位置関係(親、子、同層)等の情報を近傍ノード単位に格納するものである(後述する図6参照)。
The adjacency table 105 is a table that stores information on neighboring nodes of the
経路判定部106は、当該ノード100が当初の送信元となる送信データ、及び、ネットワーク情報解析部103から与えられた中継送信するデータに対し、図2に示すようなツリー型トポロジ上で定まる、当該ノード100からの無線リンクでの宛先ノード(経路)を決定するものである(なお、最終的な宛先の情報はデータに付随している)。この決定方法は、背景技術の項で説明した方法による。すなわち、経路判定部106は、宛先ネットワークアドレスと、当該ノード100のネットワークアドレスとを比較し、親ノード又は子ノードに転送するかを定める。
The
経路変更部107は、隣接テーブル105の格納内容を参照しながら、経路判定部106が決定した無線リンクでの宛先ノード(経路)を維持するか、経路をショートカットできる無線リンクでの宛先ノードが存在するかを判断するものである。この判断方法については、動作説明で明らかにする。
The
パケット生成部108は、経路変更部107の判断結果に応じた無線リンクでの宛先ノードに宛てたパケットを生成するものである。パケット生成部108は、その際に必要となるMACアドレス、PANID等については、隣接テーブル105から取り込む。
The
パケット送信部109は、パケット生成部108が生成したパケットを無線空間に放射するものである。
The
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明する。特に、エンドノードでもコーディネータでもないノードの転送動作を説明し、第1の実施形態の特徴を明らかにする。
(A-2) Operation of First Embodiment Next, the operation of the wireless communication system according to the first embodiment will be described. In particular, the transfer operation of a node that is neither an end node nor a coordinator will be described to clarify the features of the first embodiment.
以下では、図2のノードN11からノードN21に宛てたパケットをノードN1が中継する場合を例に、具体的にも説明する。因みに、従来であれば、図3を用いて説明したように、このような場合、ノードN11からノードN21に宛てたパケットは、N11−N1−RT−N2−N21の経路によってノードN21に到達する。 Hereinafter, the case where the node N1 relays a packet addressed from the node N11 to the node N21 in FIG. 2 will be described in detail. Incidentally, in the conventional case, as described with reference to FIG. 3, in this case, a packet addressed from the node N11 to the node N21 reaches the node N21 through the route N11-N1-RT-N2-N21. .
図4は、図1の詳細構成を有するノード100の動作(パケットの受信、転送先の決定、パケット送信)を示すフローチャートであり、ノードN1も、図4のフローチャートに従った処理を実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation (packet reception, transfer destination determination, packet transmission) of the
ノード100は、そのパケット受信部10でパケットを受信すると、図4に示す一連の処理を開始する(S1)。
When the
リンク情報解析部102は、受信パケットの送信元アドレスを解析した後、当該ノード100宛か否かに拘わらず、リンク送信元アドレスに基づいて、隣接テーブル105内の情報い対する更新動作を行う(S2)。更新動作では、更新するか否かの判定動作も含まれ、更新されない場合もあり得る。すなわち、隣接テーブル105に、受信パケットのリンク送信元アドレスのノードの情報が格納されていなければ隣接テーブル105にそのノードの情報を追加するものである。隣接テーブル105には、情報を追加する場合には、MACアドレス、PANID、ネットワークアドレス、ノードタイプ(コーディネータ、エンドノード、ルータ)、位置関係(親、子、同層)等でなるレコードを追加する。
After analyzing the transmission source address of the received packet, the link
ノードタイプ(コーディネータ、エンドノード、ルータ)は、受信パケットの無線リンクから見た送信元のネットワークアドレスに基づいて判定する。例えば、ネットワークアドレスがオール「0」ならばコーディネータRTと判定する。ネットワークアドレスがオール「0」ではなくて1桁(最下位の桁)目の値が「0」ならばルータと判定し、ネットワークアドレスがオール「0」ではなくて1桁(最下位の桁)目の値が「0」以外ならばエンドノードと判定する。位置関係(親、子、同層)は、当該ノード100のネットワークアドレスと、受信パケットの無線リンクから見た送信元のネットワークアドレスとの比較から決定する。「親」とは、コーディネータRT側の、直接パケットを転送できるノードをいい、「子」とは、コーディネータRTと反対方向の直接パケットを転送できるノードをいい、「同層」とは、コーディネータRTからのホップ数が同一のノードをいう。上述したネットワークアドレスの割当て方法を採用しているため、このような位置関係の情報を、当該ノード100のネットワークアドレスと、受信パケットの無線リンクから見た送信元のネットワークアドレスとに基づいて、得ることができる。
The node type (coordinator, end node, router) is determined based on the network address of the transmission source seen from the radio link of the received packet. For example, if the network address is all “0”, the coordinator RT is determined. If the network address is not all “0” and the value of the first digit (lowest digit) is “0”, it is determined as a router, and the network address is not all “0” but one digit (lowest digit). If the value of the eye is other than “0”, it is determined as an end node. The positional relationship (parent, child, same layer) is determined by comparing the network address of the
図5は、ノードN1について、無線リンクを張れるノード以外の電波到達範囲の一例を示しており、図6は、図5の電波到達範囲例の場合におけるノードN1の隣接テーブル105の格納内容を示している。なお、図6は、1レコード中の情報(フィールド)のうち、MACアドレス及びPANIDについては記載を省略している。 FIG. 5 shows an example of a radio wave reachable range of the node N1 other than the node that can establish a radio link, and FIG. 6 shows the contents stored in the adjacency table 105 of the node N1 in the case of the radio wave reachable range example of FIG. ing. Note that FIG. 6 omits description of the MAC address and PANID in the information (field) in one record.
ノードN1は、コーディネータRT直下のノードであるので、ノードN1のネットワーク接続時に、コーディネータRTの情報が隣接テーブル105に記述される。ノードN1の子ノードとなるノードN11、N12も、ネットワークアドレスが割り当てられるネットワークに接続するときに隣接テーブル105に記述される。また、ノードN1は、当該ノードN1が受信するパケットや中継するパケット以外のパケットも監視し、例えば、ノードN2やノードN21からのパケットを受信したときには、これらのノードN2、N21についても隣接テーブル10に記述する(なお、1個のパケットの受信によっては、隣接テーブル105に1レコードだけが追加される)。ノードN2については、コーディネータRTへのパケットを受信することにより、位置関係は「同層」と記述することになる。なお、コーディネータRTからノードN2への転送時に、同層のノードN2の存在を認識しておき(隣接テーブルの他に記憶しておく)、ノードN2からのパケットの受信時に認識しておいた情報に基づいて「同層」と隣接テーブル105に記述するようにしても良い。 Since the node N1 is a node immediately below the coordinator RT, information on the coordinator RT is described in the adjacency table 105 when the node N1 is connected to the network. Nodes N11 and N12 that are child nodes of the node N1 are also described in the adjacency table 105 when connected to a network to which a network address is assigned. The node N1 also monitors packets other than the packet received by the node N1 and the packet to be relayed. For example, when receiving a packet from the node N2 or the node N21, the adjacent table 10 (Note that depending on the reception of one packet, only one record is added to the adjacency table 105). As for the node N2, the positional relationship is described as “same layer” by receiving the packet to the coordinator RT. It should be noted that at the time of transfer from the coordinator RT to the node N2, the presence of the node N2 in the same layer is recognized (stored in addition to the adjacent table), and the information recognized when the packet is received from the node N2. May be described in the adjacent table 105 as “same layer”.
以上のように、コーディネータRTが送信したパケットの宛先データリンクアドレスであることによって同層を判定するようにしても良く、また、ネットワークアドレスから、コーディネータRTからの階層数を計算することができることに基づき、計算により同層を判定するようにしても良い。ネットワークアドレスに基づいた計算によって位置関係を把握する場合であれば、ノードN21について、「同層の子」と捉えることも可能であり、「同層の子」の隣接テーブル105に書き込むようにしても良い。 As described above, the same layer may be determined based on the destination data link address of the packet transmitted by the coordinator RT, and the number of layers from the coordinator RT can be calculated from the network address. Based on the calculation, the same layer may be determined. If the positional relationship is grasped by calculation based on the network address, the node N21 can be regarded as “a child of the same layer”, and is written in the adjacent table 105 of “the child of the same layer”. Also good.
隣接テーブル105に対する更新動作が終了すると、リンク情報解析部102は宛先データリンクアドレスが当該ノード100を指示しているか否かを確認する(S3)。当該ノード宛でなければ、受信パケットを廃棄し、図4に示す一連の処理を終了する。
When the update operation for the adjacency table 105 is completed, the link
宛先データリンクアドレスが当該ノード100を指示している場合には、ネットワーク情報解析部103は、さらに、宛先ネットワークアドレスを確認する(S4)。宛先ネットワークアドレスが当該ノード100を指示している場合には、ネットワーク情報解析部103は、受信パケット中のデータを抽出し、アプリケーション104に引き渡して、図4に示す一連の処理を終了する。
If the destination data link address indicates the
宛先ネットワークアドレスが当該ノード100を指示していない場合には、経路判定部106は、宛先ネットワークアドレスが当該ノード100からみて子ノード側にあるか否かを判定する(S5)なお、アプリケーション104からの送信データに対しては、経路判定部106が実行する当該ステップS5から処理が実行されることになる。このステップS5の判定は、カットスルーを実行しない方向への転送であるか否かの判定である。
If the destination network address does not indicate the
経路判定部106がパケットの送信方向をツリーの子側に決定すれば、経路変更部107によって経路が変更することなく、送信しようとするパケット(中継パケット又は当該ノードが当初の送信元のパケット)がパケット生成部108に入力される(S6)。パケット生成部108においては、子ノードのデータリンクアドレスを宛先データリンクアドレスとする(中継する場合であれば宛先データリンクアドレスを書換え、送信元の場合には、その宛先データリンクアドレスに設定する。例えば、宛先ネットワークアドレスが「110」であれば、パケットの宛先データリンクアドレスのフィールドに「110」を設定する。
If the
経路判定部106がパケットの送信方向をツリーの親側に決定すれば、経路変更部107は、宛先ネットワークアドレスのノードが、隣接テーブル10に同層と記述されているノード若しくは同層と記述されているノード配下にあるノードかを調べる(S7)。同層と記述されている配下にあるノードか否かは、ネットワークアドレスからの計算によって把握することができる。
If the
宛先ネットワークアドレスのノードが、隣接テーブル10に同層と記述されているノード若しくは同層と記述されているノード配下にあるノードであれば、経路変更部107は、そのノードのデータリンクアドレスを、宛先データリンクアドレスに決定する(S8)。例えば、図6の隣接テーブル10では、同層のノードとしてノードN2(ネットワークアドレス「200」)が記述されている。ネットワークアドレスが「201」から「299」までのノードは、ノードN2の配下にあるので、宛先ネットワークアドレスがこの範囲「201」〜「299」内であれば宛先データリンクアドレスをノードN2のデータリンクアドレスに設定する。
If the node of the destination network address is a node described as the same layer in the adjacent table 10 or a node under the node described as the same layer, the
これに対して、宛先ネットワークアドレスが、ツリーの子側、同層配下(同層を含む)のノードのネットワークアドレスでなければ、経路変更部107は、親側のノードの宛先データリンクアドレスを設定する(S9)。例えば、宛先ネットワークアドレスが「300」の場合には、宛先データリンクアドレスを「000」に設定する。また例えば、宛先ネットワークアドレスが「000」の場合には、宛先データリンクアドレスを「000」に設定する。
On the other hand, if the destination network address is not the network address of a node on the child side of the tree and under the same layer (including the same layer), the
パケット生成部108が、ステップS6、S8、S9のいずれかで指定した宛先データリンクアドレスを有し、当該ノード100のデータリンクアドレスを送信元データリンクアドレスとする送信パケットを生成した後、パケット送信部109は、ネットワークにそのパケットを送信する(S10)。
After the
以上のようにして、ノード100は、トポロジ上、リンクを張る関係にある近傍ノードだけでなく、トポロジ上はリンクを張る関係にはないが、互いに電波到達範囲内にある同層のノードに対してもリンクを張ることができる。例えば、ノードN1は、ノードRT、N11、N12だけでなく、ノードN2に対しても、リンクを張ることができる。図7に示すように、ノードN1は、ノードN2配下のノードへのパケットを、従来は、コーディネータRT経由でノードN2に転送していたが、第1の実施形態においては、直接、ノードN2に転送できるようになる。
As described above, the
(A−3)第1の実施形態の効果
第1の実施形態によれば、近傍ノードからの受信状況やルーティング情報に基づき、親ノードや子ノードに限定することなく近傍ノードを隣接テーブルに登録し、宛先ノードへの経路上に隣接テーブルに登録されている同層ノードがあれば、転送先を親ノードではなく、同層ノードを設定するようにしたので、親側のノードを経由することなく、同層ノードに直接転送できる。
(A-3) Effects of the first embodiment According to the first embodiment, neighboring nodes are registered in the adjacency table based on the reception status from the neighboring nodes and the routing information without being limited to the parent nodes and child nodes. If there is a same layer node registered in the adjacent table on the route to the destination node, the transfer destination is set not to the parent node but to the same layer node. And can be transferred directly to the same layer node.
これにより、ショートカットされるノードの負荷を低減できる。また、転送に必要なポップ数も低減でき、転送時間の短縮かを期待でき、また、ネットワークの負荷の低減も期待できる。 Thereby, it is possible to reduce the load of the shortcut node. In addition, the number of pops required for transfer can be reduced, and it can be expected that the transfer time will be shortened. Also, a reduction in network load can be expected.
(A−4)第1の実施形態の変形実施形態
上記では、ツリーの最も根に位置するコーディネータRTをショートカットさせる場合について説明したが、ルータノードをショートカットさせる場合にも、上記と同様な技術を適用することができる。
(A-4) Modified Embodiment of First Embodiment In the above description, the case where the coordinator RT located at the root of the tree is short-cut has been described. However, the same technique as described above can be used when a router node is short-cut. Can be applied.
例えば、自己のネットワークアドレス及び宛先ネットワークアドレスから、経路上の全ての中継ノードを知ることができることを利用し、ステップS7で、隣接テーブル10に記述されているノードのうち、最も宛先側に近いノード(宛先ノードそのものであっても良い)に転送することにより、ルータノードのショートカット等を実現させるようにしても良い。 For example, using the fact that all the relay nodes on the route can be known from the own network address and the destination network address, the node closest to the destination side among the nodes described in the adjacency table 10 in step S7 A router node shortcut or the like may be realized by transferring to (which may be the destination node itself).
図8は、経路上の全ての中継ノードを知る方法例の説明図である。ネットワークアドレスが「100」のノードN1から宛先ネットワークアドレスが「210」のノードN21に送信する場合、ノードN1の親は、アドレスが「000」のノードであり、アドレスが「000」のノードRTが最も親に位置する。同様にして調べ、アドレス「210」のノードN21の親ノードはアドレスが「200」のノードN2であり、さらに、アドレスが「200」のノードN2の親は、アドレスが「000」のノードであり、アドレスが「000」のノードRTが最も親に位置する。これらのことから、ノードN1からノードN21への転送では、従来(通常)であれば、N1(100)−RT(000)−N2(200)−N21(210)という経路が得られる。 FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of a method for knowing all relay nodes on a route. When transmitting from the node N1 with the network address “100” to the node N21 with the destination network address “210”, the parent of the node N1 is the node with the address “000” and the node RT with the address “000” Located in the most parent. In the same manner, the parent node of the node N21 having the address “210” is the node N2 having the address “200”, and the parent of the node N2 having the address “200” is the node having the address “000”. , The node RT having the address “000” is located at the most parent. For these reasons, in the transfer from the node N1 to the node N21, a route of N1 (100) -RT (000) -N2 (200) -N21 (210) is obtained in the conventional (normal) manner.
次に、この経路の最後から、順に、隣接テーブル105にあるかを調べる。まず、アドレス「210」のノード情報があるかを調べる。図6の隣接テーブル105の例では、ネットワークアドレス「210」のノードが記載されているので、ノードN1から送信するパケットの宛先リンクアドレスをノードN21のリンクアドレスにし、ノードN1からそのパケットを送信する。仮に、隣接テーブル105に、アドレス「210」のノード情報がない場合には、「200」のノード、「000」のノードと順に隣接テーブル105中に該当ノードがあるかを調べ、あれば、そのノードのリンクアドレスを宛先リンクアドレスにしてパケットを転送する。 Next, from the end of this route, it is checked whether it is in the adjacency table 105 in order. First, it is checked whether there is node information of the address “210”. In the example of the adjacency table 105 in FIG. 6, since the node having the network address “210” is described, the destination link address of the packet transmitted from the node N1 is set to the link address of the node N21, and the packet is transmitted from the node N1. . If there is no node information of address “210” in the adjacency table 105, it is checked whether there is a corresponding node in the adjacency table 105 in order of the node “200” and the node “000”. The packet is transferred with the link address of the node as the destination link address.
(B)第2の実施形態
次に、本発明によるノード及び無線通信システムの第2の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the node and the wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図9は、第2の実施形態に係る一部ノードの機能的な詳細構成を示すブロック図であり、第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。 FIG. 9 is a block diagram showing a functional detailed configuration of some nodes according to the second embodiment. The same reference numerals are given to the same and corresponding parts as those in FIG. 1 according to the first embodiment. Show.
図9において、第2の実施形態のノード100Aは、パケット受信部101、リンク情報解析部102、ネットワーク情報解析部103、アプリケーション(アプリケーションプログラム)104、隣接テーブル105、経路判定部106、経路変更部107、パケット生成部108及びパケット送信部109に加え、パケット送受信カウンタ110を有する。
In FIG. 9, the
パケット送受信カウンタ110は、ノード間のリンク単位のパケット送受信数をカウントするものであり、隣接テーブル105に、リンク単位の送受信数の情報も書き込むものである。隣接テーブル105に格納するリンク単位の送受信数の情報は、単位時間当たりの送受信数である。但し、これに限定されたものではなく、直近の所定時間における送受信数であっても良く、ネットワーク接続時からの総数等にしても良い。パケット送受信カウンタ110は、データパケットだけでなく、ACK(Acknowledgement)パケットもカウントする。そのため、リンクの通信環境が良好なときには、同一リンクの送信数と受信数とは一致する。
The packet transmission /
パケット送受信カウンタ110は、当該ノード100Aを送信元又は宛先とするリンクのリンク単位の送受信数をカウントする。また、パケット送受信カウンタ110は、当該ノード100Aの親ノードから、当該ノード100Aと同層のノードへのリンクのリンク単位の送受信数をカウントする。
The packet transmission /
図10は、隣接テーブル105中の、第2の実施形態において特有な情報だけを取り出して示している。リンク(A−B)の欄は、リンクの両端ノードをネットワークアドレスの組み合わせで規定している。Aが当該ノード100A(アドレス「100」)の場合には、図6の近傍ノード(B)のレコードに、図10に示すような情報を盛り込むようにしても良い。
FIG. 10 shows only information unique to the second embodiment extracted from the adjacency table 105. In the link (AB) column, both end nodes of the link are defined by a combination of network addresses. When A is the
例えば、「100−000」の行(レコード)は、アドレスが「100」の当該ノード100Aとアドレスが「000」のノード(コーディネータ)とのパケット送受信数を記述しており、当該ノード100Aから100パケットを送信し、当該ノード100Aが80パケットを受信したことを表している。また例えば、「000−200」の行は、アドレスが「000」のコーディネータとアドレスが「200」のノードとのパケット送受信数を記述しており、コーディネータRTから50パケットを送信し、コーディネータRTが50パケットを受信したことを表している。「000−200」の行の情報は、パケット傍受により得られた情報である。
For example, the row (record) of “100-000” describes the number of packets transmitted and received between the
第1の実施形態では、同層のノードと通信可能であれば、同層へのノードを転送先とし、ショートカットするものであったが、第2の実施形態では、ノード間のリンク品質も考慮することとした。例えば、経路変更部107がノード間のリンク品質も考慮する。なお、図10に示すような情報から、リンク品質の段階(良、悪など)を経て隣接テーブル105に書き込んでおくようにしても良い。
In the first embodiment, if communication with a node in the same layer is possible, the node to the same layer is used as a transfer destination and a shortcut is performed. However, in the second embodiment, the link quality between nodes is also considered. It was decided to. For example, the
例えば、アドレスが「100」の当該ノード100A(N1)とアドレスが「200」のノードN2との間は、20パケット送信して20パケット受信している。また、アドレスが「100」の当該ノード100A(N1)とアドレスが「000」のコーディネータRTとの間は、100パケット送信し、80パケット受信している。従って、前者のリンク品質は、後者のリンク品質より良いと言える。
For example, 20 packets are transmitted and 20 packets are received between the
経路変更部107は、第1の実施形態と同様にしてショートカットするか否かや、ショートカットする場合の経路を決定する。その後、ショートカット経路でのリンク品質を確認する。当該ノード100A(N1)からアドレスが「200」のノードN2へのショートカットでは、リンク品質が良好であり、そのリンクに最終的に決定する。
The
アドレスが「100」の当該ノード100A(N1)と、アドレスが「300」のノードN3とは、当該ノード100A(N1)から10パケットを送信して、3パケットしか受信できていない。送信数及び受信数の大きい方を分母、小さい方を分子とした値が、所定値(例えば0.7)より小さい場合には、リンク品質は悪いと判断する。従って、当該ノード100A(N1)とノードN3とのリンク品質は悪いと判断される。この場合には、ショートカットしない経路でのリンクの品質も確認する。ショートカットしない経路では、当該ノード100A(N1)とアドレスが「000」のコーディネータRTとの間のリンクと、アドレスが「000」のコーディネータRTとアドレスが「300」のノードN3との間のリンクとが問題となる。2つのリンクの悪い方が、ショートカットした場合のリンク品質と比較される。アドレスが「000」のコーディネータRTと、アドレスが「300」のノードN3とは、コーディネータRTから70パケットを送信して、20パケットしか受信できておらず、リンク品質は悪い。ショートカットした場合と、しない場合とが共に悪い品質のときには、負荷の面を考慮し、ショートカットを実行する。
The
以上整理すると、経路変更部107は、ショートカットを実行する場合には、ショートカットでのリンク品質を確認する。その品質が良好であれば、ショートカットすることに最終的に決定する。
In summary, when executing a shortcut, the
ショートカットでのリンク品質が悪い場合には、ショートカットしない場合のリンク品質を捉え、ショートカットでのリンク品質と比較する。ショートカットしない場合のリンク品質が良好であれば、ショートカットのリンクが存在しても、ショートカットしないことに最終的に決定する。一方、ショートカットした場合と、しない場合とが共に悪い品質のときには、負荷の面を考慮し、ショートカットを実行するように決定する。 If the link quality with the shortcut is poor, the link quality without the shortcut is captured and compared with the link quality with the shortcut. If the link quality when the shortcut is not used is good, even if the shortcut link exists, it is finally decided not to perform the shortcut. On the other hand, when both the case where the shortcut is performed and the case where the shortcut is not performed are of poor quality, the shortcut is executed in consideration of the load.
以上では、品質を2段階として比較するものを示したが、3段階以上として比較するようにしても良い。この場合でも、ショートカットした場合と、しない場合との比較による見直し方法は、上述の通りである。 In the above description, the quality is compared as two levels. However, the quality may be compared as three levels or more. Even in this case, the review method based on the comparison between the case where the shortcut is performed and the case where the shortcut is not performed is as described above.
ショートカットするか否かの決定に供し、利用するものと決定されたリンクは、その詳細の比較を行うことなく、同様な宛先の場合に直ちに適用することとしても良い。 The link determined to be used for determining whether or not to perform a shortcut may be immediately applied to a similar destination without comparing the details thereof.
但し、リンク品質は、時間と共に変化することが多いので、一度転送経路を設定した後、所定時間の経過後に、再度、経路判定を行い、転送経路を変更するようにしても良い。 However, since the link quality often changes with time, once the transfer route is set, it may be determined again after a predetermined time and the transfer route is changed.
(B−3)第2の実施形態の効果
第2の実施形態によれば、リンク品質を反映させて、ショートカットパスを利用するか否かを決定するようにしたので、ショートカットパスが却ってネットワークの負荷を増大させるように働く場合に、これを未然に防止することができる。
(B-3) Effects of the second embodiment According to the second embodiment, since the link quality is reflected and it is determined whether or not to use the shortcut path, the shortcut path is rejected. This can be prevented beforehand when it works to increase the load.
ZigBeeネットワークでは、追加ノードは、通信が良好にできる近傍ノードの配下になるように親ノードが決定される。そのような決定方法が採用されているため、ショートカットパスでの通信品質(リンク品質)が低下することもあり得る。このようなショートカットパスを選択した場合には、再送が頻繁に生じてネットワークの負荷が増大することもあるが、第2の実施形態では、リンク品質を考慮し、ショートカットパスを利用するか否かを決定するようにしたので、このような課題を未然に防止することができる。 In the ZigBee network, the parent node is determined so that the additional node is subordinate to a neighboring node that can perform good communication. Since such a determination method is adopted, the communication quality (link quality) in the shortcut path may be deteriorated. When such a shortcut path is selected, retransmission may occur frequently and the load on the network may increase. In the second embodiment, whether or not the shortcut path is used in consideration of link quality. Therefore, it is possible to prevent such a problem.
(C)他の実施形態
上記各実施形態の説明でも種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示したような変形実施形態を挙げることができる。
(C) Other Embodiments Although various modified embodiments have been mentioned in the description of each of the above embodiments, further modified embodiments as exemplified below can be given.
上記各実施形態では、エンドノードでもコーディネータ(ルートノード)でもないノードにショートカット機能を搭載したものを示したが、エンドノードにショートカット機能を搭載するようにしても良い。 In each of the embodiments described above, a node that is neither an end node nor a coordinator (root node) is provided with a shortcut function. However, the end node may be provided with a shortcut function.
また、上記各実施形態においては、宛先又は当該ノードのネットワークアドレスを用いてショートカットパスを設定するものを示したが、他の方法で、本来の経路を決定し、隣接ノード情報と本来の経路との関係でショートカットパスを決定するようにしても良い。例えば、トポロジ情報(ネットワークのノード、リンク構成)を各ノードが記憶しておき、最小ホップ数や最小距離などによって本来の経路を決定した後、上記実施形態のいずれかの方法(例えば、第1の実施形態の変形実施形態の方法)によってショートカットパスを設定するようにしても良い。 In each of the above embodiments, the shortcut path is set using the destination or the network address of the node. However, the original route is determined by another method, and the adjacent node information and the original route are determined. The shortcut path may be determined based on the relationship. For example, each node stores topology information (network node, link configuration), determines the original route based on the minimum number of hops, the minimum distance, etc. The shortcut path may be set by the method of the modified embodiment of the embodiment.
このような変形例と同様な方法を適用すれば、本発明は、ツリー型トポロジのネットワークに限定されるものではなく、他のトポロジのネットワークにも適用することができる。 If a method similar to that of such a modification is applied, the present invention is not limited to a tree topology network, but can be applied to networks of other topologies.
上記では、ZigBeeネットワークを前提に説明したが、その他のネットワークにも適用できることは勿論である。 In the above description, the ZigBee network has been described. However, the present invention can be applied to other networks.
第1の実施形態では、その都度、ショートカットパスを適用するか否かを決定するものを示したが、一旦、決定したショートカットパスを、近傍テーブルの更新がなされない限り、又は、ネットワークのノード追加がコーディネータなどから通知されない限り、その後継続して有効とするようにしても良い。 In the first embodiment, the case of determining whether or not to apply a shortcut path each time has been shown. However, once the determined shortcut path is not updated in the neighborhood table, or a network node is added. As long as no notification is received from a coordinator or the like, it may be made valid thereafter.
RT…コーディネータ、100、100A、N1〜N3、N11、N12、N21、N22、N31、N32…ノード、101…パケット受信部、102…リンク情報解析部、103…ネットワーク情報解析部、104…アプリケーションプログラム、105…隣接テーブル、106…経路判定部、107…経路変更部、108…パケット生成部、109…パケット送信部、110…パケット送受信カウンタ。 RT ... Coordinator, 100, 100A, N1-N3, N11, N12, N21, N22, N31, N32 ... Node, 101 ... Packet receiver, 102 ... Link information analyzer, 103 ... Network information analyzer, 104 ... Application program , 105 ... adjacency table, 106 ... route determination unit, 107 ... route change unit, 108 ... packet generation unit, 109 ... packet transmission unit, 110 ... packet transmission / reception counter.
Claims (8)
近傍ノードのパケットを傍受し、自ノードがリンクを張ることが可能な近傍ノードの情報を格納する近傍ノード情報格納手段と、
送信パケットの最終的な宛先ノードとネットワークのトポロジとから定まる転送経路に対するショートカットパスを設定可能か否かを、上記近傍ノード情報格納手段の格納情報に基づき判定し、設定可能なときに、ショートカットパスに係る他ノードを無線リンク先に定め、設定不可能なときに、定められた転送経路上で次の他ノードを無線リンク先に定めるリンク先決定手段と
を有することを特徴とするノード。 In a node that wirelessly transmits a packet received from another node or a transmission packet having the transmission source as a source,
Neighboring node information storage means for intercepting packets of neighboring nodes and storing information of neighboring nodes that can be linked by the own node;
Whether or not a shortcut path for a transfer route determined from the final destination node of the transmission packet and the topology of the network can be set is determined based on the storage information of the neighboring node information storage means. And a link destination determining means for determining the next other node as the radio link destination on the determined transfer path when the other node is determined as a radio link destination and cannot be set.
上記リンク先決定手段は、ショートカットパスにより、親ノードへの転送を回避するように無線リンク先を定めることを特徴とする請求項1に記載のノード。 The network to which the node belongs applies a tree topology,
2. The node according to claim 1, wherein the link destination determination unit determines a wireless link destination so as to avoid transfer to a parent node by a shortcut path.
上記リンク先決定手段は、自ノードのネットワークアドレスと、最終宛先ノードの宛先ネットワークアドレスとを用いて、転送経路上の全ての他ノードの情報を得、転送経路上のいずれかの他ノードに、無線リンク先を決定することを特徴とする請求項1に記載のノード。 The network to which the node belongs applies a tree topology, and each node is assigned a network address that uniquely identifies the location on the network.
The link destination determination means uses the network address of the own node and the destination network address of the final destination node to obtain information of all other nodes on the transfer route, and to any other node on the transfer route, The node according to claim 1, wherein a wireless link destination is determined.
上記リンク先決定手段は、ショートカットパスが本来のパスよりリンク品質が低下しないことを条件に、ショートカットパスに係る他ノードを無線リンク先に定めることを特徴とする請求項1に記載のノード。 It further comprises link quality acquisition management that intercepts many packets of neighboring nodes and acquires and manages quality information for each link,
2. The node according to claim 1, wherein the link destination determination unit determines another node related to the shortcut path as a wireless link destination on condition that the link quality of the shortcut path does not deteriorate as compared with the original path.
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