CN102202371A

CN102202371A - 无线通信系统以及节点

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Publication number: CN102202371A
Application number: CN2011100260471A
Authority: CN
Inventors: 野崎正典; 柳原健太郎; 西村弘志; 久保祐树
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: CN102202371B; US8493841B2; JP5668307B2; JP2011205556A; US20110235504A1

Abstract

本发明提供无线通信系统以及节点，涉及具备第1节点、多个第2节点、和属于多跳无线通信网络的第3节点的无线通信系统。第1节点的特征是，将进行了初始化后的路径代价值的信息插入控制信息并向第3节点发送。第2节点的特征是，与第1及第3节点进行控制信息的发送接收，并发送插入了根据从第1节点接收到的控制信息求出的路径代价值的信息后的控制信息。第3节点的特征是，根据与相邻节点进行的控制信息的发送接收的状况计算与相邻节点的链路代价，并根据被插入到接收的控制信息中的路径代价值以及计算出的链路代价，选择为了与第1节点进行通信而连接的第2节点以及母节点。在进行多跳无线通信的无线通信系统中，减少了因路径控制而产生的通信量。

Description

无线通信系统以及节点

技术领域

本发明涉及无线通信系统以及节点，例如，能够应用于进行多跳无线通信的无线通信系统。

背景技术

在节点间进行多跳通信的无线通信系统中，由具有中继包的功能的多个无线节点构成网络，通过在相邻的无线节点间相互中继包，能够将包转送到电波无法直接到达的无线节点。为了向所希望的无线节点中继包，需要有用于根据目的地地址决定下一个要转送的无线节点的路由协议。

例如，在ZigBee(注册商标)联盟中，对能够从多个节点有效地收集数据的Many to One(多对一)方式的路由协议进行了标准化(参照非专利文献1)。由于Many to One方式是考虑了汇聚节点和多个节点之间的1对n的通信的方式，所以被期待用于环境信息的传感和遥测等应用。

图17是表示了上述的Many to One路由方式的动作的说明图。

在图17中，表示了汇聚节点S将在节点N-b～N-j中产生的传感器数据收集到汇聚节点S的方式。

首先，各节点N通过广播向周围节点发送被称为链路状态命令的包。该命令例如每隔15秒等、定期地在周围节点之间交换，通过测定该包的到达率和LqI(Link quality indicator：链路质量指示)来计算表示各节点间的链路质量的链路代价。

接着，如图17的(a)所示那样，汇聚节点S发送被称为RREQ(Route Request：路由请求)命令的、用于搜索路径的包。通常，在AODV(Adhoc On-Demand Distance Vector：自组网按需距离矢量)等中，该RREQ命令被用于搜索从希望发送的对方到发送源的路径，但是在Many to One方式中，通过将发送目的地地址设为广播地址来将该RREQ命令用于搜索从节点N到汇聚节点S的路径。

从汇聚节点S接收到了RREQ的各节点N进行用于向其他节点N传送RREQ的中继处理。此时，在RREQ中记载有被称为路径代价的代价(metric)，该值越小则意味着直到到达汇聚节点的到达代价越低。在中继RREQ的时候，将通过链路状态命令测定的链路代价与接收到的RREQ的路径代价相加并进行发送。通过这样反复中继RREQ，各节点N能够了解用于向汇聚节点S转送包的下一个转送节点的信息，例如，通过选择路径代价最低的节点来作为下一个转送节点，能够生成到达汇聚节点S的最佳路径。通过以上的动作，建立从各节点N到汇聚节点S的上行路径。

接着，如图17的(b)所示那样，各节点N为了生成从汇聚节点S开始的下行路径，向汇聚节点发送RREC(Route Record：路由记录)命令。接收到RREC命令的节点将自身的地址和中继次数添加到RREC命令中，并向下一个转送节点中继。通过反复进行该中继，当在汇聚节点S中接收到RREC命令时，能够取得从发送源节点开始经由过的节点的地址列表和中继次数。在图17的(b)中，可知包从节点N h开始经由Nd→Nc→Nb→NS被中继。

接着，如图17的(c)所示那样，全部节点发送以汇聚节点为目的地的RREC命令，由此能够在汇聚节点中得到针对全部节点的路径信息的列表。在进行从汇聚节点向各节点的下行通信时，将使该地址列表的顺序相反后的地址列表记载于包的头部并进行转送。接收到记载有地址列表的包的节点按照地址列表的记载中继包。通过以上的动作建立从汇聚节点向各节点的下行路径。

另外，当网络规模变大时，很难在一个汇聚节点中容纳全部节点的通信量。因此，考虑在网络内设置多个汇聚节点，减少每1台汇聚节点的连接节点数。作为这样的配置了多个汇聚节点的例子，有非专利文献2所记载的技术。

[非专利文献1]：ZigBee Standards Organizatio编、「ZigBeeSepcification Revision17(ZigBee Document O53474r17)」、[Online]，INTERNET，[2010年3月11日检索]，<http://www.zbsigj.org/download/085224r00ZB_MG-ZigBee-Specification-053474r17_Japanese_081209.pdf>。

[非专利文献2]：E.I.Oyman、C.Ersoy著、「Multiple sink network design problem in large scale wireless Sensor networks」，Proc.International Conference on Communications(2004)。

在使用现有技术的Many to One方式来构成多个汇聚节点的情况下，通过从多个汇聚节点分别发送RREQ，在无线节点中能够获得多个针对汇聚节点的上行路径。无线节点通过从多个针对汇聚节点的上行路径候补中选择路径代价最低的路径，分散了针对汇聚节点的负荷，能够使与每个汇聚节点连接的无线节点数平均化。此时，为了向网络全体中继RREQ，需要将RREQ的最大中继次数、即TTL(Time to Live：生存时间)的值设定为例如像255那样大的值。因此，随着网络规模变大，存在有如下课题，即用于中继RREQ的通信量增大，通常的数据通信的吞吐量降低。

另外，作为设置多个汇聚节点的优点，可以举出如下方面，即在汇聚节点发生故障时能够将连接目的地变更为其他的汇聚节点。在这种情况下，在通过多跳方式与发生了故障的汇聚节点连接的无线节点中，需要知道自身连接的汇聚节点是否发生了故障。在现有技术中的Many to One方式中，若在无线节点中接收了路径代价较低的RREQ，则只要不再接收新的RREQ，就会持续选择该路径。因此，存在如下课题，即无法检测出自身连接的汇聚节点是否发生了故障。

并且，在无线节点因汇聚节点的故障而切换了连接的汇聚节点的情况下，在切换目的地的汇聚节点中需要知道是哪个无线节点变更了连接目的地。作为通知变更了连接目的地的情况的方法，考虑变更了汇聚节点的全部无线节点都发送RREC。此时，若全部的无线节点一起发送RREC，则针对切换目的地的汇聚节点的通信量集中，从而可能会导致因包的冲突等而无法准确地收集变更信息。

发明内容

鉴于上述那样的课题，在进行多跳无线通信的无线通信系统中，希望有一种能够降低因路径控制而产生的通信量的无线通信系统以及节点。

本发明之1的无线通信系统，具备第1节点、与上述第1节点连接的多个第2节点、属于多跳无线通信网络并且经由任意一个上述第2节点与上述第1节点连接的多个第3节点，其特征在于，(1)上述第1节点具有：(1-1)第1控制信息收发单元，其与上述第2节点进行控制信息的发送接收；和(1-2)第1控制信息生成单元，其生成上述第1控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入进行了初始化后的路径代价值的信息，(2)上述第2节点的每个具有：(2-1)第2控制信息收发单元，其与上述第1节点以及上述第3节点进行控制信息的发送接收；和(2-2)第2控制信息生成单元，其生成上述第2控制信息收发单元向上述第3节点发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入根据从上述第1节点接收到的控制信息求出的路径代价值的信息，(3)上述第3节点的每个具有：(3-1)第3控制信息收发单元，其与能够直接进行无线通信的相邻节点进行控制信息的发送接收；(3-2)链路代价计算单元，其根据利用上述第3控制信息收发单元进行的与各相邻节点之间的控制信息的发送接收的状况，计算与各个相邻节点之间的链路的链路代价值；(3-3)路径选择单元，其根据从各个相邻节点接收到的控制信息的路径代价值以及上述链路代价计算单元的计算结果，选择该第3节点为了与上述第1节点进行通信而连接的上述第2节点和向上述第2节点发送数据时成为最初的转送目的地的母节点，由此进行为了与上述第1节点进行通信的路径选择；和(3-4)第3控制信息生成单元，其生成上述第3控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入将从母节点接收到的控制信息的路径代价值和与母节点之间的链路代价值相加而得到的路径代价值的信息、以及该第3节点连接的上述第2节点的信息。

本发明之2的节点，经由多个第二节点中的任意一个与属于多跳无线通信网络的多个第3节点进行通信，其特征在于，具有：(1)控制信息收发单元，其与上述第2节点进行控制信息的发送接收；和(2)控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入进行了初始化后的路径代价值的信息。

本发明之3的节点，与第1节点连接，属于多跳无线通信网络的多个第3节点的一部分或者全部经由该节点与上述第1节点连接，其特征在于，具有：(1)控制信息收发单元，其与上述第1节点以及上述第3节点进行控制信息的发送接收；和(2)控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元向上述第3节点发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入根据从上述第1节点接收到的控制信息求出的路径代价值的信息。

本发明之4的节点，经由多个第2节点中的任意一个与第1节点连接，构成由多个节点构成的多跳无线通信网络，其特征在于，具有：(1)控制信息收发单元，其与能够直接进行无线通信的相邻节点进行控制信息的发送接收；(2)链路代价计算单元，其根据利用上述控制信息收发单元进行的与各相邻节点之间的控制信息的发送接收的状况，计算与各个相邻节点之间的链路的链路代价值；(3)路径选择单元，其根据从各个相邻节点接收到的控制信息的路径代价值以及上述链路代价计算单元的计算结果，选择该节点为了与上述第1节点进行通信而连接的上述第2节点和向上述第2节点发送数据时成为最初的转送目的地的母节点，由此进行为了与上述第1节点进行通信的路径选择；和(4)控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入将从母节点接收到的控制信息的路径代价值和与母节点之间的链路代价值相加而得到的路径代价值的信息、以及该节点连接的上述第2节点的信息。

根据本发明，在进行多跳无线通信的无线通信系统中，能够减少因路径控制而产生的通信量。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的无线节点的功能构成的框图。

图2是表示第一实施方式涉及的无线通信系统的整体构成的框图。

图3是表示第一实施方式涉及的汇聚节点的功能构成的框图。

图4是表示第一实施方式涉及的网关的功能构成的框图。

图5是表示第一实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(1)。

图6是表示第一实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(2)。

图7是表示第一实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(3)。

图8是表示第一实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(4)。

图9是表示第二实施方式涉及的无线通信系统的整体构成的框图。

图10是表示第二实施方式涉及的网关的功能构成的框图。

图11是表示第二实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(1)。

图12是表示第二实施方式涉及的各无线节点的动作的流程图。

图13是表示第二实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(2)。

图14是表示第二实施方式涉及的无线通信系统的动作的说明图(3)。

图15是表示第三实施方式涉及的无线节点的功能构成的框图。

图16是表示第三实施方式涉及的无线节点的动作的流程图。

图17是表示以往的无线通信系统的动作的说明图。

图中符号说明

1...无线通信系统、10、10-a～10-m...无线节点、101...天线、102...放大器、103...无线收发部、104...包接收部、105...中继处理部、106...相邻节点表、107...传感器数据生成部、108...控制信息生成部、109...包发送部、20、20-S1、20-S2...汇聚节点、201...天线、202...放大器、203...无线收发部、204...包接收部、205...中继处理部、206...相邻节点表、207...传感器数据生成部、208...控制信息生成部、209...包发送部、210...有线收发部、30...网关、301...有线收发部、302...包接收部、303...下行路径表、304...包发送部。

具体实施方式

(A)第一实施方式

下面，参照附图对本发明的无线通信系统以及节点的第一实施方式进行详细说明。另外，在下面的说明中，以将本发明的第1～第3节点分别应用于网关、汇聚节点和无线节点为例进行说明。

(A-1)第一实施方式的构成

图2是表示第一实施方式的无线通信系统1的整体构成的框图。

无线通信系统1中配置有网关30、2个汇聚节点20(20-S1、20-S2)和13个无线节点10(10-a～10-m)。

网关30是通过有线网络与汇聚节点20连接的节点。

汇聚节点20通过有线网络与网关30连接，作为无线节点10向网关30连接的中继节点发挥作用。

在该实施方式中，无线节点10-a～10-m构成进行多跳通信的传感器网络，各无线节点10经由任意一个汇聚节点20以及网关30，向未图示的信息收集装置发送利用未图示的传感器生成的传感器数据。另外，网关30自身也可以是作为上述的信息收集装置发挥作用的节点。

另外，无线节点10在无法直接与汇聚节点20通信的情况下，经由其他的无线节点10，通过多跳通信与任意一个汇聚节点20连接。

在图2以及后面的无线通信系统1的说明图中，用虚线或者箭头等连接的节点间表示能够直接进行无线通信。例如，在图2中，由于汇聚节点20-S1和无线节点10-b之间由虚线连接，所以表示能够直接通信。另外，无线节点10-a和无线节点10-b之间也由虚线连接，所以表示能够直接通信。

另外，在下面的说明中，将与各节点间的链路的通信质量相关的评价值称为“链路代价”，将与从任意一个无线节点10或者汇聚节点20到网关30的路径的通信质量相关的评价值称为“路径代价”。路径代价是从该节点到达网关30的各节点间的链路代价的合计值。另外，下面设链路代价以及路径代价的值越小则其通信质量越高而进行说明。

接着，说明无线节点10的内部构成。

图1是表示各个无线节点10的功能构成的框图。

无线节点10具有天线101、放大器102、无线收发部103、包接收部104、中继处理部105、相邻节点表106、传感器数据生成部107、控制信息生成部108、以及包发送部109。

无线节点10例如可以通过在具有进行无线通信的接口和进行通信处理与数据处理的处理器的节点(无线通信装置)上安装用于实现图1所示的功能构成的无线通信程序来构成。

天线101进行无线信号的发送接收。

放大器102用于提高天线101接收到的电波的信号强度。

无线收发部103通过进行电气信号与无线信号的相互转换、和调制解调或频率转换处理等来进行无线信号的发送接收。

包接收部104对接收到的包进行分析，进行数据包和控制包(例如，包含后述的Hello包等)等的识别，并在是控制包的情况下进行内部数据的分析。另外，包接收部104根据需要进行相邻节点表106的更新。

在接收包是数据包的情况下，中继处理部105根据相邻节点表106判断是否向其他节点中继包。

在相邻节点表106中记录有如下信息，即为了根据该无线节点10从能够直接进行通信的节点(后面称为“相邻节点”)接收到的控制包的内容进行该无线节点10的通信中的路径控制所需要的信息。在相邻节点表106中，例如为了向任意一个汇聚节点20发送包而存储有如下信息，即针对相邻节点的链路代价、和从相邻节点到汇聚节点20的路径代价等信息。

传感器数据生成部107从未图示的传感器的外部输入输出接口读取传感器数据，并经由包发送部109向未图示的收集装置发送。对于未图示的传感器以及传感器数据生成部107，可以使用与现有的传感器网络的节点所使用的构成相同的构成。

控制信息生成部108生成控制信息，该控制信息被插入到测定与相邻节点的连接状况的Hello(问候)包等中。

包发送部109向无线网络发送自身生成的传感器数据、控制信息、和从其他无线节点接收到的包。

接着，说明汇聚节点20的内部构成。

图3是表示各个汇聚节点20的功能构成的框图。

各个汇聚节点20具有天线201、放大器202、无线收发部203、包接收部204、中继处理部205、相邻节点表206、传感器数据生成部207、控制信息生成部208、包发送部209以及有线收发部210。

汇聚节点20例如可以通过在具有进行无线通信以及有线通信的接口和进行通信处理与数据处理的处理器的节点(通信装置)上安装用于实现图3所示的功能构成的无线通信程序来构成。

在图3所示的汇聚节点20的构成中，天线201、放大器202、无线收发部203、包接收部204、中继处理部205、相邻节点表206、传感器数据生成部207、控制信息生成部208和包发送部209分别与无线节点10的天线101、放大器102、无线收发部103、包接收部104、中继处理部105、相邻节点表106、传感器数据生成部107、控制信息生成部108和包发送部109基本相同，因此省略详细说明。下面，针对汇聚节点20，主要说明与无线节点10的差异。

汇聚节点20具备用于通过有线网络与网关30连接的有线收发部210。

另外，汇聚节点20构成为，虽然在与无线节点10之间的通信中进行多跳通信，但是对于与网关30之间的通信，通过静态或者动态的规定的路由处理来进行路径控制。

在该实施方式中，如图3所示那样，汇聚节点20具备传感器数据生成部207，但是在即使作为传感器节点也不需要发挥作用的情况下也可以省略。

接着，说明网关30的内部构成。

图4是表示网关30的功能构成的框图。

网关30具有有线收发部301、包接收部302、下行路径表303、以及包发送部304。

网关30例如可以通过在具有进行有线通信的接口和进行通信处理与数据处理的处理器的节点(通信装置)上安装用于实现图4所示的功能构成的通信程序来构成。

有线收发部301是用于连接有线网络的网络接口。

包接收部302对接收到的包进行分析，进行数据包和控制包等的识别，在是控制包的情况下进行内部数据的分析，并根据需要更新下行路径表303。

下行路径表303保持直到各无线节点10的下行的路径信息。

包发送部304向其他节点发送控制包和数据包。

(A-2)第一实施方式的动作

首先，参照图5～图7说明在无线通信系统1中各无线节点10决定与网关30进行通信用的路径的动作。

首先，各无线节点10在Hello包(控制包)中记载自身的管理信息，并在相邻节点间进行交换。

此时，作为无线节点10发送的Hello包中包含的管理信息，至少包含当前该无线节点10连接的汇聚节点20的信息、向该汇聚节点20发送包时的最初的中继节点(后面称为“母节点”)的信息、和到网关30的路径代价的信息。另外，在该无线节点10能够与连接的汇聚节点20直接进行无线通信的情况下，上述母节点成为该无线节点10所连接的汇聚节点20。

另外，在Hello包所包含的管理信息中，也可以包含Hello包的发送周期、序列编号等信息。并且，各个无线节点10将从相邻节点接收到的Hello包的管理信息的内容记录到相邻节点表106中。

另外，虽然汇聚节点20也同样向相邻节点、即无线节点10发送Hello包，但是作为该Hello包的管理信息，至少包含直到网关30的路径代价的信息。另外，关于汇聚节点20保持与网关30之间的路径代价的单元，会在后面进行说明。

接着，在各无线节点10中，使用接收到的Hello包计算与相邻节点之间的链路代价。例如也可以根据Hello包的接收率(错误率等)或接收电场强度等来计算该链路代价。

在图5中，表示了无线节点10-g与相邻节点(无线节点10-e、10-f、10-h、10-i、10-j、10-l、10-m)交换Hello包并计算出与相邻节点之间的链路代价的结果，同时表示了表示各节点间的链路的箭头。

在图6中，同样表示了在各无线节点10之间交换Hello包，并计算出各个无线链路的链路代价的结果。另外，在该时间点上，只是计算出了各无线节点10之间的链路代价，还无法由此建立针对汇聚节点20的路径。

接着，在网关30中，与无线节点10同样地发送Hello包。在连接汇聚节点20和网关30的有线网络上交换该Hello包。

此时，从网关30向多个汇聚节点20-S1、20-S2发送相同序列编号的Hello包。也就是意味着Hello包在有线网络上被复制。另外，此时的Hello包所包含的管理信息中记载的路径代价被设定成“1”作为初始值。在汇聚节点20-S1、20-S2中，在通过有线收发部210接收到来自网关30的Hello包之后，在无线收发部203中将其转换为无线信号，并向成为该汇聚节点20的相邻节点的无线节点10发送。

上面说明了从网关30发送的Hello包中设定的路径代价是“1”的情况，但是，这表示网关30与各汇聚节点20之间的链路代价是“1”。对于网关30与各汇聚节点20之间的链路代价，可以设为固定值，也可以根据与网关30之间的通信状况(例如，Hello包的接收状况)和跳数(经由其他通信装置时)，在汇聚节点20一侧进行设定。另外，这里，如上述那样，虽然在网关30一侧设定汇聚节点20的路径代价并发送Hello包，但是也可以是，汇聚节点20，和无线节点10一样，生成将从网关30接收到的Hello包的路径代价值(例如“0”)和与网关30之间的链路代价进行相加后的Hello包并向无线节点10发送。

并且，在汇聚节点20的相邻节点(无线节点10)中，根据从汇聚节点20接收到的Hello包的路径代价的值决定自身的路径代价。例如，在汇聚节点20-S1的相邻节点(无线节点10-b、10-c、10-d)中，将接收到的路径代价值和链路代价的值相加，各自的路径代价的值成为(3、2、2)。此时，在无线节点10-d中，通过接收无线节点10-c的Hello包，能够得知无线节点10-c的路径代价＝2。在这种情况下，若计算经由无线节点10-c的路径代价，则由于将无线节点10-c与无线节点10-d之间的链路代价＝1相加，所以路径代价＝3。对于无线节点10-d，由于在经由汇聚节点20-S1的情况下路径代价＝2，所以在无线节点10-d中，将上行路径的母节点设为汇聚节点20-S1，将自身的路径代价设为路径代价＝2，并记载在Hello包中。

在图7中，表示了同样也利用Hello包从汇聚节点20-S2传送路径代价，并在各无线节点10中决定了自身的路径代价和母节点的方式。图7中所记载的、赋予各个无线节点10的值是在各个无线节点10中决定的路径的路径代价，箭头的指向表示自身的母节点的方向。从图中可知，各无线节点10通过选择路径代价较小的汇聚节点20来分散对汇聚节点20的连接。

并且，结束了路径选择(决定了连接的汇聚节点20以及母节点)的无线节点10分别向网关30发送用于通知针对自身的下行路径的包(例如，RREC包等)，在网关30中，根据接收到的RREC包的内容更新下行路径表303的内容。另外，无线节点10在切换了路径(连接的汇聚节点20以及/或者母节点发生了变化)的情况下也进行同样的发送包的处理。另外，汇聚节点20也具备与网关30的下行路径表303同样的表，在向网关30传递了该表的信息的情况下，各无线节点10也可以向连接的汇聚节点20发送上述的RREC包。

接着，参照图8说明如下动作，即在任意一个无线通信系统1中，任意一个汇聚节点20发生了故障从而导致无法通信的情况下的动作。

在图8中，将如下动作作为例子进行说明，即从图7的状态开始，汇聚节点20-S2发生了故障，从而导致在汇聚节点20-S2的相邻无线节点10中无法接收来自汇聚节点20-S2的Hello包的情况下的动作。

这里，作为例子，当在一定时间内一直无法接收Hello包时，各无线节点10以通过增大链路代价来使得该链路不被使用的方式进行控制。

因此，汇聚节点20-S2与无线节点10-i、10-j、10-k的各个链路代价从图7的状态(2、1、1)开始逐渐变大。由于无线节点10-i、10-j、10-k的链路代价增大，导致无线节点10-i、10-j、10-k的Hello包内记载的路径代价也增加。由此，在无线节点10-g中，与将无线节点10-j设为母节点的路径代价相比，将无线节点10-e设为母节点的路径代价＝5变小。由此，在此之后无线节点10-g选择无线节点10-e作为母节点。同样地，在此之前以经由汇聚节点20-S2的方式设定了上行路径的无线节点10-f、10-i、10-j、10-k、10-m也分别重新选择路径代价较低的无线节点10作为母节点。

在图8中表示了在各无线节点10中重新选择了路径以后的状态。在图8中可以看出全部的无线节点10都经由汇聚节点20-S1与网关连接。

通过以上的动作，即使在汇聚节点发生了故障的情况下，也能够在各无线节点10中自主地切换路径。

(A-3)第一实施方式的效果

根据第一实施方式能够实现如下的效果。

在无线通信系统1中，在相邻节点间交换包含路径代价的信息的Hello包，由此在各无线节点10中选择连接到网关30的路径。由此，在无线通信系统1中，不必使用如现有技术那样通过广播发送RREQ等的泛洪控制包而能够进行各无线节点10的路径控制并且分散各汇聚节点20的负荷。

另外，在各无线节点10中，根据没有从相邻节点发送来Hello包的期间来调节链路代价，由此即使在汇聚节点20和母节点发生了故障的时候，也不必使用特别的控制包(例如，如以往那样广播发送的控制包)而能够在各无线节点10中自主地切换路径。

(B)第二实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的无线通信系统以及节点的第二实施方式。另外，在下面的说明中，对将本发明的第1～第3节点分别应用于网关、汇聚节点、无线节点的例子进行了说明。

(B-1)第二实施方式的构成

图9是表示第二实施方式的无线通信系统1A的整体构成的框图。

在无线通信系统1A中，网关30A与5个汇聚节点20-S1～20-S5连接，在各个汇聚节点20的周围配置有多个无线节点10A。

接着，说明网关30A的内部构成。

图10是表示网关30A的功能构成的框图。

网关30A具有有线收发部301、包接收部302、下行路径表303、包发送部304、故障检测部305和故障通知部306。

对于有线收发部301、包接收部302、下行路径表303和包发送部304，由于和第一实施方式基本相同，所以省略详细说明。

故障检测部305用于检测各汇聚节点20的故障。对于故障检测部305的故障检测处理，在后述的动作说明中会详细说明。

故障通知部306生成用于向无线节点10A通知汇聚节点发生了故障的情况的控制包(后面称为“故障通知包”)，并经由包发送部304发送。

(B-2)第二实施方式的动作

在说明无线通信系统1A的动作例时，首先假定无线通信系统1A的状态是图9所示的状态。

并且，在图9的状态下，网关30A利用故障检测部305定期地判定各汇聚节点20是否在正常地动作。作为该判定的方法，例如可以使用汇聚节点20向网关30A定期地发送生存信号的方法、或者网关30A定期地对汇聚节点20进行轮询(polling)的方法。另外，在汇聚节点20与网关30A之间也同样地进行Hello包的授受的情况下，也可以在在规定以上的期间内没有从汇聚节点20发送来Hello包的情况下检测为故障。

并且，在图9的状态下，假定在网关30A中已经无法确认汇聚节点20-S3正常动作。此时，网关30A为了向各无线节点10A通知汇聚节点20-S3因故障而停止的情况，利用故障通知部306向其他的汇聚节点20(20-S1、20-S2、20-S4、20-S5)通过广播发送故障通知包。该故障通知包中包含发生了故障的汇聚节点20-3的信息(例如，地址信息和域名等)。

该故障通知包从汇聚节点20(20-S1、20-S2、20-S4、20-S5)通过各无线节点10A的泛洪被中继，并且也被中继到与汇聚节点20-S3连接的无线节点10A。

在图11中表示了从除了发生故障的汇聚节点20-S3以外的其他汇聚节点20(20-S1、20-S2、20-S4、20-S5)向各无线节点10A中继发送故障通知包的方式。在图11中，各节点之间的箭头的指向表示通过泛洪被中继的故障通知包的流动方向。

接着，说明接收到故障通知包的各无线节点10A的动作。

图12是表示各无线节点10A的动作的流程图。

无线节点10A若接收到了故障通知包(S101)，则参照接收到的故障通知包中记载的汇聚节点20的信息，判定是否是自身连接的汇聚节点20(S102)。

对于上述步骤S102的判定，在该无线节点10A与发生了故障的汇聚节点20连接的情况下，从后述的步骤S103开始动作，当不是上述情况时，结束该故障通知包的处理。

对于上述步骤S102的判定，在该无线节点10A经由发生故障的汇聚节点20的情况下，重设母节点的设定信息(S103)。由此，在该无线节点10A中，能够避免如下情况，即尽管登记的汇聚节点20处于故障状态却还是中继数据的情况。

接着，在该无线节点10A中，参照自身的相邻节点表106，判定相邻节点中是否存在与不同于发生了故障的汇聚节点20的汇聚节点20连接的无线节点10A(S104)。

对于上述步骤S104的判定，在检测出与发生了故障的汇聚节点20不同的汇聚节点20的信息的情况下，无线节点10A从后述的步骤S105的处理开始动作，当不是上述情况时，无线节点10A从后述的步骤S107的处理开始动作。

对于上述步骤S104的判定，在检测出与发生了故障的汇聚节点20不同的汇聚节点20的信息的情况下，从其中选择路径代价最低的无线节点10A(或者汇聚节点20)作为新的母节点(S105)，并记载新经由的汇聚节点20的信息后发送Hello包(S106)，从而成为步骤S107的状态(等待接收来自其他无线节点10A的Hello包的状态)。

另一方面，对于上述步骤S104的判定，在没有检测出与发生了故障的汇聚节点20不同的汇聚节点20的信息的情况下，成为步骤S107的状态(等待接收来自其他无线节点10A的Hello包的状态)。

在成为了上述步骤S107的状态(等待接收Hello包的状态)的无线节点10A中，接收来自进行了上述步骤S106的处理的无线节点10A的Hello包，获得新的汇聚节点20的路径代价信息，并选择路径代价最低的无线节点10A(或者汇聚节点20)作为新的母节点(S108)。

并且，通过上述步骤S108的处理，选择了新的母节点以及连接的汇聚节点20的无线节点10A，发送记载有该信息的Hello包(S109)，并返回上述步骤S107的处理(等待接收Hello包的状态)。

接着，参照图13说明如下动作，即各无线节点10A进行了图12的流程图所示的处理的情况下的无线通信系统1A整体的动作。

在图13中，区域A1的范围内的无线节点10A将汇聚节点20-S3登记为连接的汇聚节点20，在上述步骤S102中，判定为“该无线节点10A与发生了故障的汇聚节点20连接”。

并且，在区域A1内的除了区域A2以外的区域的无线节点10A中，能够直接和与发生了故障的汇聚节点20-S3以外的汇聚节点20连接的无线节点10A(即，区域A1外侧的无线节点10A)进行无线通信。因此，在区域A1内的除了区域A2以外的区域的无线节点10A中，在上述步骤S104中判定为“检测出了与发生了故障的汇聚节点20不同的汇聚节点20的信息”，选择在步骤S105中新检测出的汇聚节点20中的任意一个作为连接目的地，并通过步骤S106向相邻节点发送记载了该信息的Hello包。

另一方面，在区域A2内的无线节点10A中，由于无法与区域A1外侧的无线节点10A直接通信，所以在上述步骤S104中判定为“无法检测出与发生了故障的汇聚节点20不同的汇聚节点20的信息”，成为等待接收来自其他无线节点10A的Hello包的状态(步骤S107的状态)。但是，在区域A2内的无线节点10A中，能够接收来自上述区域A1内的除了区域A2以外的区域的无线节点10A的通过上述步骤S106发送的Hello包，并通过上述步骤S108的处理获得新的汇聚节点20的路径代价信息，从而能够选择新的路径。

在图13中，在区域A1内，通过2个阶段的Hello包的发送，全部的无线节点10A都能够选择新的路径。并且，假设即使在区域A1进一步变大，配置有更多的无线节点10A的情况下，在上述步骤S108中新选择了路径的无线节点10A通过上述步骤S109的处理，进一步向相邻节点发送Hello包，由此在区域A1内的无线节点10A中也能够进行新路径的选择。

并且，最终，区域A1内的全部的无线节点10A都选择了新的路径，收敛到等待接收来自其他无线节点10A的Hello包的状态(步骤S107的状态)。

图14表示了如下状态，即从图13的状态开始，在全部的无线节点10A中进行上述图12所示的流程图的处理，区域A1内的全部的无线节点10A选择了新的路径，并收敛到上述步骤S107的状态。

并且，在图14的状态下，在汇聚节点20-S3恢复原状后，由于从汇聚节点20-S3传送路径代价更低的Hello包，所以周围的无线节点10A(区域A1内的无线节点10A)自主地进行路径的变更，再次与汇聚节点20-S3连接，返回图9的状态。

另外，对于各无线节点10A，并不对结束上述步骤S107的待机状态的时机进行限定，例如，可以设置上限的时间来结束，也可以在选择了新的路径后不进行下一次接收待机。另外，对于各无线节点10A，也可以不特别地进行步骤S107的待机状态的结束处理。

(B-3)第二实施方式的效果

在第二实施方式中，除了第一实施方式的效果以外，还能够实现如下的效果。

在无线通信系统1A中，网关30A检测汇聚节点20的故障，并向各无线节点10A通知故障通知包，由此在无线节点10A中能够立即检测出自身连接的汇聚节点20发生了故障的情况，并且，无线节点10A能够通过自主地切换连接的母节点来更迅速地切换路径。

(C)第三实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的无线通信系统以及节点的第三实施方式。另外，在下面的说明中，对将本发明的第1～第3节点分别应用于网关、汇聚节点、无线节点的例子进行说明。

(C-1)第三实施方式的构成

第三实施方式的无线通信系统1B，只是将第二实施方式的无线通信系统1A的无线节点10A置换为无线节点10B。

下面说明第三实施方式的无线通信系统1B与第二实施方式的差异。

图15是表示第三实施方式的无线节点10B的功能构成的框图。

第三实施方式的无线节点10B是在第二实施方式的无线节点10A中添加了控制信息保持部111的无线节点。

控制信息保持部111配置在控制信息生成部108与包发送部109之间，将在选择了新的路径时由控制信息生成部108生成的、用于向网关30A(或者切换后的汇聚节点20)通知下行路径的包(例如，RREC包)在缓存中保持规定时间，并在经过规定的时间后提供给包发送部109。保持的规定时间的长度不被限定，例如也可以是固定时间。

另外，这里，对于第三实施方式的无线通信系统1B，虽然将其设为将第二实施方式的无线通信系统1A的无线节点10A置换为无线节点10B的无线通信系统进行说明，但是其也可以通过将第一实施方式的无线通信系统1的无线节点10置换为无线节点10B来构成。

(C-2)第三实施方式的动作

接着，对具有以上那样的构成的第三实施方式的无线通信系统1B的动作进行说明。

图16是表示生成并发送基于无线节点10B的Hello包的动作的说明图。

首先，假定根据图12的第二实施例的无线节点10B的动作流程等，某个无线节点10B选择了新的路径后切换了路径，并发送了插入有切换后的管理信息的Hello包(S201)。

接着，无线节点10B为了向网关30A(或者汇聚节点20)通知自身选择了新的路径的情况，利用控制信息生成部108生成RREC包，并由控制信息保持部111进行保持(S202)。

此时，在该无线节点10B中，通过参照从相邻节点发送来的Hello包的信息来判定自身是否已经被选择为母节点(S203)。

并且，对于上述步骤S203，在该无线节点10B判定为没有被任何相邻节点选择为母节点的情况下，控制信息保持部111立即将保持的RREC包提供给包发送部109进行发送(S204)。

另一方面，对于上述步骤S203，在该无线节点10B判定为被任意一个相邻节点选择为母节点的情况下，由于设想从某个成为子节点的相邻节点会发送RREC，所以在控制信息保持部111中不立即发送保持的RREC包而是在规定时间内保持原状进行待机(S205)。该待机时间，例如可以设为固定的时间，也可以根据直到切换前的汇聚节点为止的跳数来决定该时间。例如，从切换前的汇聚节点开始的跳数越多的无线节点10B，则该规定时间越长。由此，从切换后的汇聚节点20开始的跳数越多的无线节点10B，则发送RREC包的时间点越早。

并且，该无线节点10B在上述步骤S205的待机结束之后，判定自身是否中继了来自子节点的RREC(S206)。

对于上述步骤S206，在该无线节点10B判定为中继了来自子节点的RREC包的情况下，由于已经向网关30A(或者切换后的汇聚节点20)通知了自身的连接状态，所以中止从自身发送RREC包，并废弃控制信息保持部111保持的RREC包(S207)。

另一方面，对于上述步骤S206，在该无线节点10B判定为没有中继来自子节点的RREC的情况下，为了向网关30A(或者切换后的汇聚节点20)通知自身的连接状态而向包发送部109提供控制信息保持部111保持的RREC包进行发送(S204)。

通过以上的动作，在切换了连接的汇聚节点20的无线节点10B中，只从自身没有被选择为母节点的无线节点10B(换言之，在汇聚节点20看来是逻辑上的终端的无线节点10B)发送RREC包，与从切换了连接的汇聚节点20的全部的无线节点10B发送RREC包的情况相比，减少了RREC包的发送数量。

(C-3)第三实施方式的效果

根据第三实施方式，除了第一、第二实施方式的效果以外，还能够实现如下的效果。

在各无线节点10B中，在判定为自身不是母节点的情况下立即发送RREC包，当不是上述情况时，在规定时间内保持生成的RREC包，由此来减少从各无线节点10B向汇聚节点20发送的、用于通知连接状态的RREC包的数量，从而能够避免系统整体的通信量的总量以及在汇聚节点20上的通信量集中的情况。

(D)其他的实施方式

本发明并不限定于上述的各实施方式，也可以举出下面例示的变形实施方式。

(D-1)在上述的各实施方式中，说明了汇聚节点与网关之间通过有线通信网络连接的情况，但是也可以通过无线通信来连接。

(D-2)在上述的各实施方式中，设无线节点为生成并发送传感器数据的传感器节点进行了说明，但是无线节点并不限定于传感器节点，也可以是经由网关与服务器装置连接的客户终端等、其他的无线通信装置。

Claims

1.一种无线通信系统，具备第1节点、与上述第1节点连接的多个第2节点、和属于多跳无线通信网络并且经由任意一个上述第2节点与上述第1节点连接的多个第3节点，其特征在于，

上述第1节点具有：

第1控制信息收发单元，其与上述第2节点进行控制信息的发送接收；和

第1控制信息生成单元，其生成上述第1控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入进行了初始化后的路径代价值的信息；

上述第2节点的每个具有：

第2控制信息收发单元，其与上述第1节点以及上述第3节点进行控制信息的发送接收；和

第2控制信息生成单元，其生成上述第2控制信息收发单元向上述第3节点发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入根据从上述第1节点接收到的控制信息求出的路径代价值的信息；

上述第3节点的每个具有：

第3控制信息收发单元，其与能够直接进行无线通信的相邻节点进行控制信息的发送接收；

链路代价计算单元，其根据利用上述第3控制信息收发单元进行的与各相邻节点之间的控制信息的发送接收的状况，计算与各个相邻节点之间的链路的链路代价值；

路径选择单元，其根据从各个相邻节点接收到的控制信息的路径代价值以及上述链路代价计算单元的计算结果，选择该第3节点为了与上述第1节点进行通信而连接的上述第2节点和向上述第2节点发送数据时成为最初的转送目的地的母节点，由此进行为了与上述第1节点进行通信的路径选择；和

第3控制信息生成单元，其生成上述第3控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入将从母节点接收到的控制信息的路径代价值和与母节点之间的链路代价值相加而得到的路径代价值的信息、以及该第3节点连接的上述第2节点的信息。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，

上述链路代价计算单元在计算与各个相邻节点之间的链路代价值时，至少利用无法接收控制信息的期间。

3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统，其特征在于，

上述第1节点还具备：

故障检测单元，其检测各个上述第2节点的故障；和

故障通知信息发送单元，其在由上述故障检测单元检测到任意一个上述第2节点的故障的情况下，经由未检测到故障的上述第2节点，向上述第3节点发送故障通知信息，

在该第3节点接收到了故障通知信息，并且该故障通知信息涉及的上述第2节点是该第3节点连接的节点的情况下，上述路径选择单元进行将除了该故障通知涉及的上述第2节点以外的上述第2节点设为连接目的地的新路径的选择。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的无线通信系统，其特征在于，

上述第3节点的每个还具备路径信息发送单元，在上述路径选择单元进行了新路径的选择的情况下，该路径信息发送单元生成该路径涉及的路径信息，并向该第3节点连接的上述第2节点或者上述第1节点发送。

5.根据权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，

上述第3节点的每个还具有母节点判定单元，该母节点判定单元根据从相邻节点接收到的控制信息，判定该第3节点是否被其他的上述第3节点选择为母节点；

当上述路径选择单元进行了新路径的选择时，在通过上述母节点判定单元判定为该第3节点没有被其他的上述第3节点选择为母节点的情况下，上述路径信息发送单元立即发送所生成的路径信息，当不是上述情况时，上述路径信息发送单元在规定时间内保持所生成的路径信息。

6.一种节点，经由多个第二节点中的任意一个与属于多跳无线通信网络的多个第3节点进行通信，其特征在于，具有：

控制信息收发单元，其与上述第2节点进行控制信息的发送接收；和

控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入进行了初始化后的路径代价值的信息。

7.一种节点，其与第1节点连接，属于多跳无线通信网络的多个第3节点的一部分或者全部经由该节点与上述第1节点连接，该节点的特征在于，具有：

控制信息收发单元，其与上述第1节点以及上述第3节点进行控制信息的发送接收；和

控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元向上述第3节点发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入根据从上述第1节点接收到的控制信息求出的路径代价值的信息。

8.一种节点，其经由多个第2节点中的任意一个与第1节点连接，构成由多个节点构成的多跳无线通信网络，其特征在于，具有：

控制信息收发单元，其与能够直接进行无线通信的相邻节点进行控制信息的发送接收；

链路代价计算单元，其根据利用上述控制信息收发单元进行的与各相邻节点之间的控制信息的发送接收的状况，计算与各个相邻节点之间的链路的链路代价值；

路径选择单元，其根据从各个相邻节点接收到的控制信息的路径代价值、以及上述链路代价计算单元的计算结果，选择该节点为了与上述第1节点进行通信而连接的上述第2节点和向上述第2节点发送数据时成为最初的转送目的地的母节点，由此进行为了与上述第1节点进行通信的路径选择；和

控制信息生成单元，其生成上述控制信息收发单元发送的控制信息，并且向生成的控制信息插入将从母节点接收到的控制信息的路径代价值和与母节点之间的链路代价值相加而得到的路径代价值的信息、以及该节点连接的上述第2节点的信息。