CN103999500B - 通信系统及自动抄表系统 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的通信系统包括多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络，并包括对各个自组织通信网络进行监视的监视服务器(1)，监视服务器基于各网关的负荷状态的监视结果和无线通信量的拥堵状态的监视结果，判断是否需要实施使第一网关(GW2A)下级的通信单元转移至设置于第一网关周边的第二网关(GW2B)下级的负荷分散控制，在判断为需要实施负荷分散控制的情况下，对第一网关和第二网关中的至少一台网关发出广播传送一信号的指令，该信号包含表示作为转移对象的通信单元的条件的控制信息，且该信号指示重新选择作为接入目的地的网关。

Description

通信系统及自动抄表系统
技术领域
本发明涉及构建自动进行抄表而获知电、自来水、煤气等使用量的系统时所使用的通信系统、以及自动抄表系统。
背景技术
近年来，对于将多个通信单元相互进行无线通信并通过多跳(multi-hop)形成广域网络的自组织(ad hoc)通信用作为电、自来水、煤气这样的各种自动抄表的网络基础设施的方式进行了探讨。通过使用该自组织通信，能够抑制设备成本，并能够实现覆盖大范围区域的自动抄表系统(参照非专利文献1)。
自组织通信中的路径的确立是通过在无线通信终端(通信单元)之间交换路径信息来构建网络的。这种路径信息的交换方法、路径确立(路由协议)的方式在IETF(InternetEngineering Task Force：互联网工程任务组)中进行了多次探讨，并被标准化(参照非专利文献2、3)。
自动抄表系统中，经由自组织通信网络基础设施使担负着采集抄表数据和网络监视/控制任务的业务应用进行动作，然而，从多跳数和采集通信量的角度来看，由同一无线介质的自组织通信来提供从各通信单元到数据中心内的业务服务器(采集抄表数据的服务器)的网络基础设施是不现实的。为此，设想以下系统模型：通过由分散配置的用于对自组织通信网络和现有IP网络进行中继的网关来进行通信介质转换/协议转换，从而能够在业务服务器和各通信单元之间进行通信。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：“PHS自动抄表系统的开发”、OMRON TECHNICS Vol.41No.1(总第137号)2001
非专利文献2：“Ad hoc On-Demand Distance Vector(AODV)Routing：自组网按需平面距离矢量路由”IETF RFC3561
非专利文献3：“RPL：IPv6Routing Protocol for Low power and LossyNetworks：低功耗有损网络的IPv6路由协议”、IETF draft-ietf-roll-rpl-19.txt
发明内容
发明所要解决的技术问题
在将自组织通信用作为各种自动抄表的网络基础设施的情况下，网关成为基点，以网关下级的所有通信单元作为对象来进行抄表数据的采集、网络监视/控制。因此，随着网关内接入的通信单元的数量增加，网关的处理负荷会增加，网关周边会发生无线干扰(无线通信量拥堵)等，受其影响，通信性能有可能下降。因此，在自组织通信网络中，若产生因网关中的处理负荷增加或无线通信量拥堵而导致通信性能下降的状态，则需要实施以下所述的处理来解决通信性能下降的问题。例如，在设置有高负荷状态的网关的区域的周边新设置网关，并将高负荷状态的网关下级的一部分通信单元转移至新设置的其他网关的下级。此外，若在高负荷状态的网关的周边存在有低负荷状态的其他网关，则将高负荷状态的网关下级的一部分通信单元转移至其他网关的下级。
这里，作为用于将高负荷状态的网关下级的通信单元转移至其他网关下级的方法，可以考虑利用网关或监视网络的服务器(监视服务器)对高负荷状态的网关下级的通信单元个别地发出指令或同时发出指令，以促使其进行网关的切换(重新选择作为接入目的地的网关)。然而，存在以下问题：由于高负荷状态的网关与周围其他网关之间的位置关系，难以对各通信单元发出网关切换的指令来分散负荷。此外，控制所需的信息采集通信量有可能会对业务通信(用于采集抄表数据的通信)带来不好的影响，从而导致通信性能进一步下降。
例如，在现有的网关与新设置的网关彼此接近的情况下，即使设置新的网关并通过同时发出指令来指令进行网关的切换，也有可能无法分散负荷(无法使分别接入多个网关的通信单元数平均化)。另一方面，在进行个别指令的情况下，网关或监视服务器虽然能够掌握各通信单元的状态，确定要切换接入目的地的通信单元，从而可靠地分散负荷，但是用于采集通信单元的状态信息的通信量会增大，从而给业务通信带来不好的影响。除此以外，由于需要对切换接入目的地的通信单元单独发出指令，因此也使得通信量增大，从而给业务通信带来不好的影响。
本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于得到一种通信系统，在该通信系统中，即使在多个网关相接近的状态下，也能够抑制对业务通信的影响，且能对接入各网关的通信单元的接入数进行平均化。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，实现目的，本发明的特征在于，包括多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络，并包括对各个自组织通信网络进行监视的监视服务器，所述监视服务器基于各网关的负荷状态的监视结果和无线通信量的拥堵状态的监视结果，判断是否需要实施使规定的第一网关下级的通信单元转移至设置于该第一网关周边的第二网关下级的负荷分散控制，在判断为需要实施负荷分散控制的情况下，对该第一网关和该第二网关中的至少一台网关发出广播传送一信号的指令，该信号包含表示作为转移对象的通信单元的条件的控制信息，且该信号指示重新选择作为接入目的地的网关。
发明效果
根据本发明，能获得以下效果：即使在多个网关相接近等、利用现有方法选择接入目的地时有可能无法对接入各网关的通信单元的接入数进行平均化的特殊环境下，也能可靠地对接入数进行平均化，从而使网关的负荷得以分散。此外，还能够在抑制对业务通信的影响的同时使负荷分散。
附图说明
图1是表示应用本发明所涉及的通信系统后的自动抄表系统的实施方式1的结构例的图。
图2是表示使接入各网关的通信单元的接入数平均化的动作的概要的图。
图3是表示本发明所涉及的通信系统中作为前提的基本控制动作的图。
图4是表示通信单元的功能模块结构的一个示例的图。
图5是表示网关信息保持部管理的信息的一个示例的图。
图6是表示网关通告的消息格式的一个示例的图。
图7是表示接收到网关通告的通信单元的动作例的流程图。
图8是表示对接入网关的接入数进行平均化的动作的一个示例的图。
图9是表示对接入网关的接入数进行平均化的动作的一个示例的图。
图10是表示使用设定有强制接入标记的GW通告来对负荷进行分散的动作的一个示例的图。
图11是表示消除无线干扰的动作的一个示例的图。
图12是表示实施方式2的通信系统的动作例的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明所涉及的通信系统和自动抄表系统的实施方式进行详细说明。另外，本发明并非由该实施方式所限定。
实施方式1.
图1是表示应用本发明所涉及的通信系统后的自动抄表系统的实施方式1的结构例的图。如图1所示，本实施方式的通信系统包括网关(GW)2、多个通信单元3、以及由通过各通信单元3采集抄表数据的业务服务器或监视网络的监视服务器等构成的服务器组100，网关2和服务器组100经由接入网、互联网、内部网络等网络进行连接。另外，网关2与网络(接入网)通过PHS(Personal Handyphone System：个人手持电话系统)、移动电话、有线、无线LAN(Local Area Network：局域网)、无线MAN(Metropolitan Area Network：城域网)等通信介质进行连接。各通信单元3形成自组织通信网络。此外，各通信单元3与省略图示的测量仪表相连接。测量仪表对业务服务器所需的电、煤气、自来水等的使用量进行测量。另外，各通信单元3也可以具备测量仪表功能。各通信单元3在规定的定时获取测量仪表的测量结果，并将所获取的测量结果作为抄表数据发送给业务服务器。图1中，为了简便，将网关2设为1台，但实际上会有多个网关2与服务器组100相连接，且各网关中接入有通信单元3。
图2表示在适用于自动抄表系统的通信系统中，使分别接入多个网关的通信单元的接入数平均化的动作(负荷分散动作)的概要。图2示出在存在有已接入有6台通信单元的网关(GW#A)和已接入有7台通信单元的网关(GW#C)的状态下，在这些网关GW#A和GW#C之间新设置GW#B(或者GW#B从故障中修复)时的动作。
如图2所示，新设置的(或从故障中修复的)GW#B开始动作后，传送自身(GW#B)的信息，并对周边的通信单元进行指令，以重新选择接入目的地的网关。接收到该指令的通信单元基于传送来的GW#B的信息和过去从GW#B以外的网关传送来的信息(GW#A或GW#C的信息)，判断是否需要切换接入目的地的网关。接着，在判断为需要切换的情况下，将接入目的地的网关切换为GW#B(重新接入GW#B)。其结果是，GW#A下级的一部分通信单元与GW#C下级的一部分通信单元的接入目的地切换至GW#B，从而各网关的处理负荷被分散。此时，从监视服务器侧发送给各通信单元的控制信息(GW#B的信息、接入目的地的重新选择指令)进行广播传送。监视服务器基于各个自组织通信网络的状态监视结果来判断是否需要执行分散网关负荷的动作。
<本发明所涉及的通信系统中作为前提的基本控制动作>
在对本实施方式的特征控制动作进行说明之前，使用图3对本发明所涉及的通信系统中实施的基本控制动作进行说明。图3是表示本发明所涉及的通信系统中作为前提的基本控制动作的图，示出在已接入某网关的通信单元从其他网关(与已接入的网关不同的网关)接收到广播传送的控制信息的情况下，判断是否切换接入目的地的网关的动作、以及在判断为切换接入目的地的情况下所实施的动作的一个示例。
首先，对图3所示的基本控制动作下所设想的通信系统的结构进行说明。该通信系统中，作为初始状态，包括监视服务器1、经由IP网等与监视服务器1相连接的网关(GW)2A、以及通信单元3A、3B、3C和3D。通信单元3A～3D形成以网关2A为基点的自组织通信网络。具体而言，通信单元3A～3D纳入(接入登录)网关2A内，能够经由网关2A与包含监视服务器1的服务器组进行通信。网关2A与通信单元3A直接进行通信，通信单元3A与下游的通信单元3B和3C直接进行通信。通信单元3B与下游的通信单元3D直接进行通信。另外，在初始状态下，仅设置了网关2A，而没有设置网关2B，通信单元3A～3D所能接入的网关只有网关2A。另外，通信系统的结构并不限于图3所示的结构。网关和通信单元的台数、网关与通信单元的连接关系也可以与图3所示的不同。
对图3所示的基本控制动作进行说明。监视服务器1对各网关和各通信单元的装置状态和通信状态进行监视。具体而言，对纳入所连接的各网关2A内的通信单元的个数(处理负荷状态)、由网关2A下级的通信单元形成的自组织通信网络中的无线通信量拥堵(无线干扰)状态等进行监视。监视服务器1定期从网关2A采集这些信息(纳入网关中的单元数等信息，以下称为监视信息)。监视服务器1在获取监视信息后，判断是否需要改变通信单元的接入目的地网关。例如，在网关2A所纳入的通信单元数达到规定数量的情况、网关2A的处理负荷处于较高状态的情况、网关2A下级的通信单元所形成的自组织通信网络中产生无线通信量拥堵的情况下，判断为业务通信有障碍，从而决定对通信单元的接入目的地网关进行变更(使网关2A下级的一部分通信单元转移至其他网关的下级)。
这里，设监视服务器1判断为业务通信有障碍而继续进行说明。在判断为业务通信有障碍的情况下，监视服务器1将这一情况通知给系统的管理者等，管理者采取在同一区域(网关2A的附近)新设置网关2B的对策。另外，在网关2B发生故障，已接入网关2B的通信单元的接入目的地改变至网关2A，之后网关2B又得以修复的情况下，其动作与新设置网关2B的情况下的动作相同。此外，在网关2A和2B正常工作中的状态下，因某种原因导致已接入各网关的通信单元的个数处于不均衡的状态(一个网关下级的通信单元数要比其他网关大得多的状态)，从而监视服务器判断为需要分散负荷的情况下，其动作也与新设置网关2B的情况下的动作相同。网关2A和2B设为使用相同的频带与通信单元进行通信。
若在网关2A的附近新设置网关2B等，且需要将现有网关2A下级的通信单元转移至附近的网关2B的下级，则监视服务器1向成为转移目的地(重新接入目的地)的网关2B发出传送网关通告消息(以下记载为网关通告或GW通告)的指令(步骤S1)。另外，图3中监视服务器1对网关2B进行明确的指令，但也可以通过向网关2B进行事前指令(事前设定)，使得装置启动后网关2B自发地传送网关通告。网关通告是用于通知发送源的网关自身的装置状态的消息，通过广播传送本消息，来向周边的通信单元通知网关信息。网关信息中包含发送源网关的识别信息、以及选择接入目的地网关时所需的信息(例如，到发送源网关为止的跳数、发送源网关所纳入的通信单元数、到发送源网关为止的路径中的通信质量等)。
由监视服务器1指令进行网关通告的传送的网关2B对包含有网关信息的网关通告进行广播传送(步骤S2)。接收到该网关通告的通信单元(图3的示例中为通信单元3B)获取网关通告中包含的网关信息(网关2B的网关信息)(步骤S3)，判断是否需要切换网关(步骤S4)。在该步骤S4中，基于步骤S3中所获取的网关2B的网关信息与目前为止所保持的网关信息(网关2A的网关信息)，判断是否需要将接入目的地切换为网关2B。例如，在到网关2B为止的跳数少于到接入中的网关2A为止的跳数的情况下，判断为需要进行切换。在需要切换的情况下(步骤S4：是)，则从GW2A断开，进行接入GW2B的接入登录处理(步骤S5)。在接入登录处理结束后，向下游的通信单元广播传送GW通告(步骤S6)。在无需切换接入目的地的情况下(步骤S4：否)，处理结束。另外，由于从GW2A断开的处理和接入GW2B的接入登录处理是以往所实施的一般的处理，因此省略详细说明。步骤S6中，不直接传送步骤S2中接收到的GW通告，而对GW通告中所包含的网关信息进行更新后再进行传送。具体而言，增加到发送源网关为止的跳数，并基于步骤S2中的网关通告接收质量(接收电波强度)对到发送源网关为止的通信质量进行更新。
但是，若在步骤S2中接收到与过去已接收过的网关通告相同的网关通告，则不实施步骤S3之后的处理。通过确认由传送网关通告的网关所提供的序列编号(传送时不会被通信单元改变的固定值)来判断是否是过去已接收过的网关通告。
另外，在上述非专利文献3中记载有：网关(树状拓扑的路由装置)通过广播传送DIO(Destination Information Object：目的地信息对象)消息，来在下级的各通信单元中构建树状路径，以及维持树状路径。上述网关通告相当于该非专利文献3的DIO消息。但本实施方式的通信系统中所使用的网关通告并不限定于DIO消息。此外，DIO消息中存储有作为路径选择指标的计量信息，规定各通信单元基于该计量信息和目标函数(ObjectiveFunction)进行路径选择。如上述已说明的那样，在本发明中，网关通告内的网关信息中包含有到发送源网关为止的跳数、以及发送源网关所纳入的通信单元数(纳入通信单元数)。这些跳数和纳入通信单元数的信息是用于使通信单元能够自发地判断所应接入的网关的网关选择指标。
接收到步骤S6中传送的网关通告的通信单元3D执行与通信单元3B所执行的上述步骤S3～S6相同的处理，即执行步骤S7～S10。
另外，接收到网关通告的通信单元在完成接入目的地网关的切换(相当于上述的步骤S5，S9)之前不会将网关通告传送至下游，这是为了避免多个通信单元同时执行接入目的地网关的切换从而导致无线通信量拥堵。在即使立即传送网关通告、也不用担心会造成通信量拥堵的情况下，切换接入目的地网关和传送网关通告的执行顺序也可以相反。此外，在各通信单元中，也可以通过先进行网关通告的传送，并在开始进行接入目的地网关切换处理的时间上追加随机延迟，来避免通信量的拥堵。
以上是本发明所涉及的通信系统中作为前提的基本控制动作。在该基本控制动作中，接收到网关信息的各通信单元基于网关信息中所包含的信息(到发送源网关为止的跳数、发送源网关所纳入的通信单元数、到发送源网关为止的通信质量等信息等)单独进行是否切换接入目的地网关的判断，在相邻的网关彼此之间的距离较短等情况下，根据网关彼此之间的位置关系，有可能无法对接入各网关的接入数进行平均化。为此，本实施方式所涉及的通信系统中，通过采用后述的控制步骤，来对狭窄区域中所设置的多个网关中分别纳入的通信单元的数量进行调整(主要是平均化)。
<通信单元的结构>
图4是表示实施方式1的通信单元的功能模块结构的一个示例的图。通信单元3包括无线接口(I/F)31、收发部32、路径控制部33、网关选择处理部34、网关信息保持部35、路径/传送信息保持部36、单元控制部37以及其他单元接口(I/F)38。
通信单元3中，无线I/F31对与其他装置之间的通信数据进行帧化(或相反)。另外，设想无线介质为特定小功率无线、无线LAN、PHS等。
收发部32对经由无线I/F31与其他装置(通信单元、网关、监视服务器等)之间收发的通信数据进行格式分析或帧生成，进行与省略图示的上位控制部的数据中继。此外，还对帧化后的数据进行详查、进行帧错误检查(使用校验和、循环冗余校验等附加数据，以帧为单位进行重发控制等)。在正常接收到帧的情况下，将接收帧输出至路径控制部33。
为了构建自组织通信网络，路径控制部33与周边的通信单元进行通信，并进行与路径确立相关的信息的交换，例如周边的其他通信单元(以下，称为相邻通信单元)的设备识别符、使用频带(信道)、到网关为止的跳数、接收信号强度(从相邻通信单元接收到的接收信号的强度)等。此外，在从收发部32输入接收帧的情况下，对帧头进行分析，由此来判断该接收帧是否是发送给本装置的，若是发送给本装置的，则将其中继至单元控制部37。在不是发送给本装置而是发送给其他装置的情况下，对路径/传送信息保持部36所保持的路径管理表进行确认，由此确定下一个中继装置(通信单元或网关)，经由收发部32和无线I/F31进行传送。
网关选择处理部34是用于实现本实施方式的通信系统的关键结构要素。关于详细内容将在后文中阐述，网关选择处理部34进行以下动作：基于所接收到的网关通告中所包含的网关信息，判断网关切换的必要性、选择作为接入目的地的网关、控制接入网关的接入动作等。
网关信息保持部35存储从网关接收到的网关信息。图5是表示网关信息保持部35所管理的信息(设为网关信息数据库)的一个示例的图。网关信息数据库是将从网关接收到的网关通告中所包含的网关信息建立成数据库而得到的。如图所示，网关信息中包含有网关识别符(GWID)、使用无线信道编号(无线CH)、到网关为止的跳数(跳数)、网关所纳入的通信单元数(纳入数)、到网关为止的路径质量、以及后述的选项信息，网关信息保持部35在获取网关信息后，将有无接入登录(接入状态)及最终更新时刻与网关信息相对应地登录到数据库中。另外，在从相同的网关获取到多次网关信息的情况下，存储最新的网关信息，而废弃旧的网关信息。另外，接入状态为“○”的网关是接入中的网关。网关选择处理部34在图5所示的网关信息数据库被更新后，对更新后的网关信息数据库进行确认，对作为接入目的地的网关进行重新选择(判断网关切换的必要性)。
路径/传送信息保持部36存储路径控制部33与相邻通信单元进行交换的信息、以及路径管理表。
单元控制部37根据从业务服务器或监视服务器向本通信单元发送来的控制报文(控制消息)，进行本通信单元内的各部分的控制。并且，进行应答报文的生成。此外，根据需要还对经由其他单元I/F38连接的各种单元39进行控制。
其他单元I/F38是用于连接外部各种单元39的物理接口，指的是通信介质(无论有线还是无线)。也可以采用能够同时连接多个外部单元的结构。
各种单元39是记录煤气、自来水、电等抄表值的计量单元或控制开始/停止提供服务的开闭单元这样的、用于利用自组织通信网络系统来获取传感器信息(抄表数据)的控制对象装置。
另外，在图4中，示出具备用于连接获取煤气、自来水、电等抄表数据的装置的接口(其他单元I/F38)且利用外部的控制对象装置来获取抄表数据的通信单元，但通信单元也可以采用能够直接获取抄表数据的结构。
<网关通告的消息格式>
图6是表示网关通告的消息格式的一个示例的图。如图所示，网关通告由头文件和网关通告有效载荷构成，网关通告有效载荷中存储有跳数、纳入数、路径质量和选项信息。
跳数、纳入数、路径质量和选项信息构成上述网关信息(参照图5)。
跳数在每次传送网关通告时增加。另外，在头文件部中存在有跳数区域的消息格式的情况下，网关通告有效载荷中不包含跳数。
纳入数表示在发送网关通告的时刻、发送源网关所纳入的通信单元数。
路径质量表示到网关通告的发送源网关为止的路径中的通信质量信息。该信息由接收到网关通告的通信单元来进行更新。通信单元将更新后的路径质量包含在网关通告中进行传送。
选项信息是在本实施方式的通信系统中、为了实现各网关所纳入的通信单元数的平均化而使用的。图6中举例示出的选项信息具有8位(bit)结构，包含有强制断开标记(1位)、强制接入标记(1位)、接入条件(1位)、接入率(2位)以及断开条件(3位)。强制断开标记是用于对接收到网关通告的通信单元中已接入本网关(网关通告的发送源网关)且满足断开条件的通信单元，发出从本网关断开的指令的信息。强制接入标记是用于对接收到网关通告的通信单元中未接入本网关且满足接入条件的通信单元，促使其重新选择作为接入目的地的网关并接入本网关的信息。接入条件和接入率是在设定了强制接入标记的情况下所参照的信息，在接收到设定了强制接入标记的网关通告的通信单元对是否接入网关通告的发送源网关进行判断时使用。断开条件是在设定了强制断开标记的情况下所参照的信息，在接收到设定了强制断开标记的网关通告的通信单元对是否从网关通告的发送源网关断开进行判断时使用。另外，强制断开标记和强制接入标记设为不会同时设定。
<在接收到包含有选项信息的网关通告的情况下通信单元的动作>
接着，使用图7对本实施方式的特征动作，即在接收到包含有选项信息的网关通告(GW通告)的情况下通信单元的动作进行说明。其中，图7是表示接收到GW通告的通信单元的动作例的流程图。以下所示的动作相当于图3所示的步骤S4或S8的详细动作。
通信单元对是否接收到GW通告进行监视，在接收到正常且有效的GW通告的情况下(步骤S31：是)，首先，对强制断开标记是否有效进行确认(步骤S33)。此时，一并对所接收到的GW通告是否是从接入中的网关发送来的通告进行确认。这是因为，若是从非接入中的网关发送来的通告，则无需对用于指示断开的信息即断开条件进行确认。另外，在接收到异常或无效的GW通告的情况下(步骤S31：否)，废弃所接收到的消息并结束处理(步骤S32)。在接收到由自身下游的通信单元发送来的GW通告的情况下，或再次接收到与过去已接收到的通告相同的GW通告的情况下，视为无效的GW通告。根据GW通告中所提供的序列编号来判断是否是与过去已接收到的通告相同的GW通告。
在GW通告的发送源是接入中的网关且强制断开标记有效的情况下(步骤S33：是)，确认是否满足断开条件(步骤S34)。若确认的结果是满足断开条件(步骤S34：是)，则执行用于从接入中的网关断开的处理(接入登录的解除处理)(步骤S35)。例如，在断开条件中设定有“无条件”的情况下，必须执行步骤S35。在断开条件中设定有“终端”的情况下，若下游没有其他的通信单元存在，则执行步骤S35。在断开条件中设定有“N跳以上”的情况下，若到接入中的网关为止的跳数为N(设为2以上的整数)，则执行步骤S35。在断开条件中设定有“有其他GW”的情况下，若存在有可接入的其他网关，则执行步骤S35。在步骤S35的处理结束后，向下游的通信单元广播传送GW通告(步骤S36)。另外，如上述已说明的那样，在传送GW通告时，对跳数和路径质量进行更新。在下游不存在其他的通信单元的情况下，省略步骤S36。在从网关断开之后，进行选择重新接入的网关的选择处理以及接入所选择的网关的接入处理。此外，在不满足断开条件的情况下(步骤S34：否)，则执行后述的GW自发切换判定处理及其后的处理(步骤S38～S41)。
上述步骤S33中，在接收到的GW通告不是从接入中的网关发送来的通告的情况下，或者判断为强制断开标记无效的情况下(步骤S33：否)，进一步确认强制接入标记是否有效(步骤S37)。此时，一并对所接收到的GW通告是否是从接入中的网关以外的网关发送来的通告进行确认。这是因为，若是从接入中的网关发送来的通告，则无需对用于指示接入的信息即接入条件进行确认。在接收到的GW通告是从接入中的网关发送来的通告、或强制接入标记无效的情况下(步骤S37：否)，则执行后述的GW自发切换判定处理及其后的处理(步骤S38～S41)。
在接收到的GW通告是从接入中的网关以外的网关发送来的通告，且强制接入标记有效的情况下(步骤S37：是)，对接入条件进行确认(步骤S42)，在没有设定“无条件”作为接入条件的情况下(步骤S42：否)，进一步对到接入中的网关(设为当前GW)为止的路径质量、与到接收到的GW通告的发送源网关(设为新GW)为止的路径质量进行比较(步骤S43)。若到当前GW为止的路径质量好于到新GW为止的路径质量(步骤S43：否)，则执行后述的GW自发切换判定处理及其后的处理(步骤S38～S41)。
在设定了“无条件”作为上述接入条件的情况下(步骤S42：是)，以及在步骤S43中判定为到新GW为止的路径质量比到当前GW为止的路径质量要好的情况下(步骤S43：是)，按规定的方法产生随机数，并对所产生的随机数和选项信息(参照图6)中所设定的接入率进行比较(步骤S44)。其中，将所产生的随机数的范围设为“0～99”。若比较的结果是“接入率≥随机数”成立(步骤S44：是)，则执行网关切换处理，即执行从接入中的网关断开的断开处理(与上述步骤S35相同的处理)、以及接入GW通告的发送源网关的接入处理(步骤S45)。并且，向下游的通信单元广播传送GW通告(步骤S46)。步骤S46是与上述步骤S36相同的处理。在下游不存在其他的通信单元的情况下，省略该步骤S46。若上述步骤S44中的比较结果是“接入率≥随机数”不成立(步骤S44：否)，则执行后述的GW自发切换判定处理及其后的处理(步骤S38～S41)。
这里，对步骤S38的GW自发切换判定处理及其后的处理进行说明。GW自发切换判定处理是与一般的通信单元接收到GW通告时判断网关切换的必要性的动作相同的动作。具体而言，获取GW通告中所包含的跳数、纳入数和路径质量的信息，并基于这些信息，判断是否需要进行网关切换(步骤S38，S39)。即，进行接入目的地网关的重新选择。此时，使用优先选择接入中的网关的算法。若重新选择的结果是判断为需要进行接入目的地的切换(步骤S39：是)，则执行网关切换处理和向下游传送GW通告的处理(步骤S40，S41)。若判断为不需要进行接入目的地的切换(步骤S39：否)，则直接执行步骤S41。另外，步骤S40的处理是与上述步骤S45相同的处理，步骤S41的处理是与上述步骤S36，S46相同的处理。
<现有通信系统存在的问题点和本实施方式的通信系统可得到的效果>
下面对现有通信系统存在的问题点、以及本实施方式的通信系统可得到的效果进行说明。
在将跳数(到网关为止的跳数)或纳入数(网关所纳入的通信单元数)用作为网关选择指标的现有控制动作中，存在负荷分散较为困难的网络环境。例如，在根据到网关为止的跳数来选择接入目的地的网络中，若多个网关靠近地设置，则基于跳数的优先选择算法(优选选择接入中的网关的算法)无法选择最合适的网关(处理负荷较低的网关)，通信单元有可能会集中在一个网关的下级。此外，在根据网关所纳入的通信单元数来选择接入目的地的网络中，为了避免频繁改变接入目的地，需要设定网关比较阈值(接入数之差的阈值)。即，在接入数之差超过阈值的情况下进行接入目的地的变更，从而接入数的平均化变得困难。此外，有可能造成分别在多个网关的下级所形成的自组织通信网络无法在周边区域中均匀化。
与此相对，根据本实施方式的通信系统，能够有效且可靠地进行网关间的负荷分散(接入数的平均化)。如图8和图9所示，网关通过在GW通告内的选项信息中设定强制接入标记，根据相邻网关彼此之间的位置关系设定接入率，并进行广播传送，从而能够使接入网关的接入数平均化。如图8所示，在相邻网关2A和2B充分分离的情况下，通过将接入率设为100％，能够使得接入数平均化。另一方面，如图9所示，在网关2C和2D相靠近的情况下，若接入率设定为100％，则通信单元有可能集中接入到一个网关。因此，从网关2C和2D广播传送接入率设定为50％的GW通告。由此，能够进行接入率的平均化。另外，在图8和图9中，以各网关为中心的虚线圆表示网关所发送的电波的到达范围，位于该范围内的通信单元能够与网关进行直接通信。
此外，除了接入率以外，通过一并将路径质量指定为接入条件，能够在实现网关间负荷分散的同时，还能够选择到网关为止的通信质量满足所需质量的路径。并且，监视服务器保持有各网关的位置信息(经纬度)，基于位置信息，可掌握各网关的物理距离或靠近设置的台数，通过根据距离或台数调整GW通告内的接入率，能够更为细致的进行负荷分散控制。例如，在两台网关靠近设置的情况下，监视服务器对这两台网关发出指令，以使得这两台网关广播传送接入率设定为50％的GW通告(相当于图9的情况)。此外，在四台网关靠近设置的情况下，对这四台网关发出指令，以使得这四台网关广播传送接入率设定为25％的GW通告。
图10是表示使用设定有强制接入标记的GW通告来对负荷进行分散的动作的一个示例的图。初始状态下，设为网关2A正常工作，周边的通信单元全部被纳入网关2A中。在该状态下，靠近网关2A新设置网关2B。此时，为了将周边通信单元的接入目的地分散为网关2A和2B，从网关2B广播传送强制接入标记设定为“有效”、接入条件设定为“路径质量”、接入率设定为“50％”的GW通告。其结果是，满足强制接入条件的通信单元依次接入登录到网关2B中，从而构成接入各网关的通信单元接入数得以分散的自组织通信网络。另外，根据已接入网关2B的通信单元数，可以多次发送GW通告。
通过以上动作，能够实现多个网关中的接入通信单元数的平均化。然而，在网关和通信单元设置得非常紧密的环境下，即使用多个网关对接入登录通信单元进行了负荷分散，但若使用相同的无线信道，也无法避免因无线干扰而导致的通信性能下降。利用图11对该问题的解决办法进行说明。初始状态下，设为已按图10所示的步骤实施了负荷分散，此外网关2A、2B和各通信单元所使用的无线信道为信道X。此外，设为因无线干扰而导致通信性能下降。这种情况下，监视服务器使一个网关(图11中设为网关2B)及其下级的所有通信单元所使用的无线信道变更为信道Y。即，监视服务器在检测出某网关处于过负荷状态且其下级中产生无线干扰的情况下，在实施负荷分散控制的同时，还实施改变无线信道的控制。由此，能够在维持与通信单元之间的通信路径的情况下，快速地消除无线干扰。
另外，无线信道的变更例如通过从网关2B向下级的各通信单元广播传送无线信道变更通知消息来进行。无线信道变更通知消息包含变更后的无线信道的信息。接收到无线信道变更通知消息的各通信单元根据需要广播传送无线信道变更通知消息，然后切换所使用的无线信道。网关2B也可以在无线信道变更通知消息中包含切换无线信道的定时(时刻)的信息，并控制自身和下级的各通信单元同时切换无线信道。
由此，在本实施方式的通信系统中，新设置的网关或从故障中修复的网关向已接入其他网关的通信单元传送GW通告，该GW通告中设定有用于促使这些通信单元向本网关的下级转移的选项信息(强制接入标记、接入条件、接入率)，接收到该GW通告的通信单元通过使用选项信息的算法来判断是否要改变接入目的地(重新选择接入目的地的网关)。因此，即使在多个网关相接近等、利用现有方法选择接入目的地时有可能在选择作为通信单元的接入目的地的网关中产生失衡的特殊环境下，也能可靠地对接入各网关的通信单元的接入数进行平均化。此外，由于利用广播方式传送控制信号，因此能够在不影响业务通信的情况下实施负荷分散控制。
本实施方式中，假设新设置网关的情况或网关从故障中修复的情况来进行说明，但在正常工作过程中的相邻网关之间，因某种原因而导致通信单元的接入数未被平均化的状态的情况下，也能够传送设定有上述选项信息的GW通告来对接入数进行平均化。例如，也可以在正常情况下从各网关传送未包含上述选项信息的GW通告，通信单元利用现有方法进行控制，以确定接入目的地，监视服务器在检测到过负荷状态的网关或无线通信量发生拥堵、产生无线干扰的情况下，向发生过负荷等问题的网关或其周围网关发出指令，以使这些网关传送设定有选项信息的GW通告。
此外，说明了分别对多个网关各自的接入数进行控制以使接入数平均化的情况，但通过监视服务器对接入率的设定进行调整，也能够灵活地调整接入各网关的接入数。例如，可分别对两台网关各自的接入数进行控制，以使得接入数为1：2。由此，在性能不同的网关混在一起等各网关所能纳入的通信单元数不同的情况下，能够进行灵活的控制，例如根据各网关的性能(可纳入的通信单元数)来设定接入率等。
此外，即使在能够根据选项信息进行动作的第1通信单元(能按图7所示的步骤进行动作的通信单元)和不能根据选项信息进行动作的第2通信单元(现有通信单元)混在一起的情况下，通过考虑第1通信单元和第2通信单元的比率而设定接入率，从而能够调整接入各网关的接入数，从而力图实现负荷分散。
实施方式2.
实施方式1中，作为负荷分散控制，负荷较少(通信单元的接入数较少)的网关通过使过负荷状态的网关所纳入的通信单元接入本网关中，来实现负荷的平均化。与此相对，本实施方式中，过负荷状态的网关通过促使接入本网关中的通信单元将接入目的地改变为其他网关，来实现负荷的分散。另外，关于与实施方式1共同的部分，此处省略说明。
图12是表示实施方式2的通信系统的动作例的图。该图12示出在通信单元3A和3C已接入网关2A、且通信单元3B和3D已接入网关2B的状态下的动作例。网关2A和2B经由IP网等与监视服务器1相连接。另外，通信系统的结构并不限于此。网关和通信单元的台数、网关与通信单元的连接关系也可以与图12所示的不同。
下面，对上述结构的通信系统中网关2B处于过负荷状态而网关2A不处于过负荷状态的情况下的控制动作进行说明。
监视服务器1对所连接的各网关及其下级的通信单元的状态进行监视。接着，在例如检测到网关2B为过负荷状态的情况下，向网关2B发出指令，使网关2B传送设定有强制断开标记(参照图6)的GW通告(步骤S21)。接收到该指令的网关2B为了向已接入本网关的通信单元发出断开(重新选择接入目的地)的指令，广播传送设定有强制断开标记的GW通告(步骤S22)。接收到设定有强制断开标记的GW通告的通信单元(图12的示例中为通信单元3B)获取GW通告中所包含的网关信息(网关2B的网关信息)(步骤S23)，在更新网关信息数据库(参照图5)后，判断是否从已接入的网关2B断开(步骤S24)。参照GW通告中所设定的断开条件来决定是否要断开。
这里，对断开条件进行说明。如图6所示，“断开条件”中，例如“无条件”、“终端”、“N跳以上”、“有其他GW”等由GW通告的发送源网关来进行设定。设定哪一个由监视服务器1或发送源网关来决定。在接收到“断开条件＝无条件”的GW通告的情况下，通信单元必须执行接入目的地的重新选择。在接收到“断开条件＝终端”的GW通告的情况下，通信单元在自身为终端时(即，下游不存在其他通信单元的情况)执行接入目的地的重新选择。为了可判别通信单元是否是终端，例如，路径控制部33只要始终保持着下游通信单元的所有路径即可。此外，在保持所有路径较为困难的情况下，也可以在一定期间内没有信号从下游发送过来的情况下判断自身为终端，并将自身为终端的通信单元这一情况存储起来。在接收到“断开条件＝N跳以上”的GW通告的情况下，通信单元在到已接入的网关为止的跳数在N以上时执行接入目的地的重新选择。在接收到“断开条件＝有其他GW”的GW通告的情况下，通信单元在除已接入的网关以外存在可接入的其他网关时执行接入目的地的重新选择。
通过传送设定有这种断开条件的GW通告，能够仅对特定的通信单元促使其进行接入目的地的变更。另外，断开条件也可以是图6所示的条件以外的条件。
继续对本实施方式中通信单元3B不满足断开条件，即判断为不从网关2B断开的情况下的动作进行说明。通信单元3B在判断为不从网关2B断开的情况下(步骤S24：否)，向下游的通信单元广播传送GW通告(步骤S25)。在传送GW通告时，对GW信息内的跳数和路径质量进行更新。
通信单元3B传送的GW通告到达通信单元3D，通信单元3D与通信单元3B同样地获取GW通告中所包含的网关信息(步骤S26)，在网关信息数据库更新后，判断是否要从网关2B断开(步骤S27)。接着，在判断为从网关2B断开的情况下(步骤S27：是)，执行向下游的通信单元广播传送GW通告的处理和从已接入的网关2B断开的处理(步骤S28、S29)。另外，若在上述步骤S24中通信单元3B满足断开条件，则通信单元3B执行与步骤S28相同的处理(断开处理)，然后执行上述步骤S25。此外，若在上述步骤S27中判断为通信单元3B不从网关2B断开的情况下，不执行步骤S29。虽然省略了图示，但通信单元3D在执行步骤S29从而从网关2B断开后，执行接入网关的接入动作(可选择网关2B作为接入目的地，并重新接入)。
通过进行这种控制，能够使网关下级的特定的通信单元转移至其他网关的下级，从而使网关的负荷分散。
另外，使用强制断开标记和断开条件的断开指令也可以用于包含有不同无线信道的网关检索的执行定时指令。在与使用中的无线信道不同的其他无线信道中无条件定期地执行网关检索会造成无线通信量的增加，并且随着在其他无线信道中进行检索，还会导致通信错误发生率的增加。但是，监视服务器1通过对业务通信等通信量进行监视，在业务通信没有障碍的定时将特定的通信单元作为对象来用网关通告进行强制断开指令，使其执行将使用中的无线信道以外的无线信道也作为对象的网关检索，从而能够抑制通信错误发生率的增加。
由此，在本实施方式的通信系统中，过负荷状态的网关向已接入本网关的通信单元传送GW通告，该GW通告中设定有用于促使这些通信单元向其他网关的下级转移的选项信息(强制断开标记、断开条件)，接收到该GW通告的通信单元通过使用选项信息的算法来判断是否要改变接入目的地(重新选择接入目的地的网关)。由此，能够在过负荷状态的网关和与其相邻的网关之间对负荷进行分散。
另外，本实施方式中，对以下控制进行了说明，即：通过传送设定有强制断开标记、断开条件的GW通告，促使已接入网关的通信单元重新接入其他网关(接入目的地的变更)，但也可以将该控制与实施方式1中所说明的控制(传送设定有强制接入标记等的GW通告的控制)进行组合。例如，也可以在处于过负荷状态的第1网关与未处于过负荷状态的第2网关相接近的情况下，监视服务器1向第1网关发出指令，使第1网关传送设定有强制断开标记的GW通告，并向第2网关发出指令，使第2网关传送设定有强制接入标记的GW通告。这种情况下，与仅应用实施方式1的控制、或仅应用本实施方式的控制的情况相比，能够更为可靠且灵活地对网关的负荷进行分散。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的通信系统对应用自组织通信的自动抄表系统是有用的。
标号说明
1 监视服务器
2，2A，2B 网关
3，3A，3B，3C，3D 通信单元
31 无线I/F
32 收发部
33 路径控制部
34 网关选择处理部
35 网关信息保持部
36 路径/传送信息保持部
37 单元控制部
38 其他单元I/F
39 各种单元

Claims (9)

1.一种通信系统，其特征在于，
包括多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络，并且包括监视各个自组织通信网络的监视服务器，
所述监视服务器基于各网关的负荷状态的监视结果和无线通信量的拥堵状态的监视结果，判断是否需要实施使规定的第一网关下级的通信单元转移至设置于该第一网关周边的第二网关下级的负荷分散控制，在判断为需要实施负荷分散控制的情况下，对该第一网关和该第二网关中的至少该第二网关发出广播传送一信号的指令，该信号中包含表示作为转移对象的通信单元的条件的控制信息，且该信号指示重新选择作为接入目的地的网关，
由所述第二网关传送的所述控制信息包含接入所述第二网关的通信单元的条件以及表示选择所述第二网关作为重新接入目的地的概率的接入率，
已接入所述第一网关的通信单元在接收到由所述第二网关传送来的所述控制信息的情况下，判断自身是否满足所述条件，在满足条件的情况下，对按照规定方法产生的随机数和所述接入率进行比较，在“接入率≥随机数”成立的情况下，将接入目的地切换为所述第二网关。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
所述条件是接入了所述第二网关的通信单元与所述第二网关之间的通信路径中所需的通信质量，
已接入所述第一网关的通信单元在接入了所述第二网关的通信单元与所述第二网关之间的通信路径中的通信质量达到所述所需的通信质量的情况下，执行判断是否要将接入目的地切换为所述第二网关的处理。
3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
所述接入率取决于所述第二网关的台数。
4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
所述监视服务器在检测到所述第一网关处于过负荷状态且所述第一网关形成的自组织通信网络中无线通信量发生拥堵的情况下，对所述第一网关和所述第二网关中的至少所述第二网关发出广播传送所述信号的指令，在接收到该信号的通信单元完成接入目的地的重新选择后，进一步对所述第二网关和所述第二网关下级的通信单元发出改变所使用的无线信道的指令。
5.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
由所述第一网关传送的所述控制信息包含重新选择接入目的地的通信单元的条件，
已接入所述第一网关的通信单元在接收到由所述第一网关传送来的所述控制信息的情况下，判断自身是否满足所述条件，在满足条件的情况下，重新选择作为接入目的地的网关。
6.一种自动抄表系统，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的通信系统；以及
经由所述通信单元对用户的电、煤气或自来水的抄表数据进行采集的业务服务器。
7.一种监视服务器，在具备多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络的通信系统中，对各个自组织通信网络进行监视，其特征在于，
基于各网关的负荷状态的监视结果和无线通信量的拥堵状态的监视结果，判断是否需要实施使规定的第一网关下级的通信单元转移至设置于该第一网关周边的第二网关下级的负荷分散控制，在判断为需要实施负荷分散控制的情况下，对该第一网关和该第二网关中的至少该第二网关发出广播传送一信号的指令，该信号包含表示作为转移对象的通信单元的条件的控制信息，且该信号指示重新选择作为接入目的地的网关，由所述第二网关传送的所述控制信息包含接入所述第二网关的通信单元的条件以及表示选择所述第二网关作为重新接入目的地的概率的接入率，
已接入所述第一网关的通信单元在接收到由所述第二网关传送来的所述控制信息的情况下，判断自身是否满足所述条件，在满足条件的情况下，对按照规定方法产生的随机数和所述接入率进行比较，在“接入率≥随机数”成立的情况下，将接入目的地切换为所述第二网关。
8.一种网关，该网关是具备多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络、以及监视各个自组织通信网络的监视服务器的通信系统中的所述网关，其特征在于，
在判断为需要实施使与所述网关不同的规定网关下级的通信单元转移至设置于所述网关下级的负荷分散控制的情况下广播传送一信号，该信号包含表示接入自身的通信单元的条件以及表示选择自身作为重新接入目的地的概率的接入率的控制信息，且该信号指示重新选择作为接入目的地的网关，
已接入所述规定网关的通信单元在接收到由所述网关传送来的所述控制信息的情况下，判断自身是否满足所述条件，在满足条件的情况下，对按照规定方法产生的随机数和所述接入率进行比较，在“接入率≥随机数”成立的情况下，将接入目的地切换为所述网关。
9.一种通信单元，该通信单元是具备多个由一台以上的通信单元和一台网关形成的自组织通信网络、以及监视各个自组织通信网络的监视服务器的通信系统中的所述通信单元，其特征在于，
在从与接入目的地的第一网关不同的第二网关接收控制信息、且该控制信息包含接入该第二网关的通信单元的条件以及表示选择所述第二网关作为重新接入目的地的概率的接入率的情况下，判断自身是否满足所述条件，在满足条件的情况下，对按照规定方法产生的随机数和所述接入率进行比较，在“接入率≥随机数”成立的情况下，将接入目的地切换为所述第二网关。
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