JP2007019574A - Radio ad hoc communication method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce waste of energy of an entire network by improving efficiency of power, finding of flooding in an ad hoc network, and preventing useless data relay transmission and data discard. <P>SOLUTION: A radio node grasps positions of radio nodes near its own station, and continuously relays transmission data with directivity in the direction of a transmission destination node. The radio node also transmits ACK for the transmission data, for example, in non directivity, and gives priority of relay to a radio node having transmitted the ACK at first priority. If receiving the same transmission data, the radio node prevents an endless loop of relay by not relaying the received data. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の無線送受信装置(以下、無線ノードという)を含む無線通信ネットワークシステムに関する。さらに詳しくは、電池駆動の無線ノードを含むアドホックネットワークにおける、データ中継方法に関する。   The present invention relates to a wireless communication network system including a plurality of wireless transmission / reception devices (hereinafter referred to as wireless nodes). More particularly, the present invention relates to a data relay method in an ad hoc network including a battery-powered wireless node.

無線通信ネットワークシステムでは、通信可能範囲内の複数の無線ノードが、互いにデータを送信及び受信する。各無線ノードは、ある時は、他の無線ノードからのデータをさらに他の無線ノードに中継する。また、各無線ノードは、ある時には、送信元ノードとなって、他の無線ノードを中継ノードとして活用しながら、送信先ノードにデータを送信する。   In a wireless communication network system, a plurality of wireless nodes within a communicable range transmit and receive data to and from each other. Each wireless node relays data from another wireless node to another wireless node at a certain time. In addition, each wireless node becomes a transmission source node at a certain time, and transmits data to the transmission destination node while utilizing other wireless nodes as relay nodes.

このように、無線ノードは、その時々の通信環境に適応して柔軟なトポロジーを持つネットワークを自立的に構築し、いわゆるアドホックネットワークを随時形成している。このようなアドホックネットでは、無線ノードがデータを送信したい時には、自局の電波の届く範囲に存在する近隣の無線ノードを探し出してデータを送信する。この繰り返しによって中継動作を連続させることにより、目的の無線ノードまでデータが伝送される。その際、中継毎にデータの伝送遅延が生じるとともに中継を担当する無線ノードの電力も消費する。そのため、目的の無線ノードまでの経路を最小の中継回数になるように選べば、伝送遅延及び消費電力の観点から有利となる。そのため、アドホックネットワークにおける中継の最適経路を求める方法が各種考案されている。   As described above, the wireless node autonomously constructs a network having a flexible topology in accordance with the communication environment at each time, and forms a so-called ad hoc network as needed. In such an ad hoc net, when a wireless node wishes to transmit data, it searches for a nearby wireless node that is within the reach of its own radio wave and transmits the data. By repeating this relay operation, data is transmitted to the target wireless node. At this time, a data transmission delay occurs for each relay, and the power of the wireless node in charge of the relay is also consumed. For this reason, it is advantageous from the viewpoint of transmission delay and power consumption if the route to the target wireless node is selected so as to have the minimum number of relays. For this reason, various methods have been devised for obtaining the optimum relay route in an ad hoc network.

例えば、経路制御情報を無線ノード間で広域に送受信し、取得した複数の経路情報から最適な経路を選択するという方法が挙げられる。経路制御情報とは、経路を探索するための問い合わせ情報や、その問い合わせに対する経路情報などである。この方法は、経路制御情報をアドホックネットワーク全体に洪水のように流通させて経路探索するため、フラッディング(flooding)方式と呼ばれている。   For example, there is a method in which route control information is transmitted and received between wireless nodes over a wide area and an optimum route is selected from a plurality of acquired route information. The route control information includes inquiry information for searching for a route, route information for the inquiry, and the like. This method is called a flooding method because routing information is distributed throughout the ad hoc network like a flood to search for a route.

従来のフラッディング方式としては、特許文献1や特許文献2に記載の方式が挙げられる。特許文献1では、各無線ノードのサービスエリアが重なりあるように無線ノードを配置し、ブロードキャスト伝送によって次々と中継伝送していく方法が開示されている。   Examples of conventional flooding methods include the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2. Patent Document 1 discloses a method in which wireless nodes are arranged so that service areas of the wireless nodes overlap, and relay transmission is performed one after another by broadcast transmission.

図11は特許文献2に記載された従来の無線アドホック通信方法の通信状態を示す。   FIG. 11 shows a communication state of the conventional wireless ad hoc communication method described in Patent Document 2.

図11に記載の無線ネットワークシステムでは、送信元ノードN1から送信先ノードN2にアドホック通信によってデータ伝送する。データは、中継ノードNa,Nbなどを経由して中継伝送される。各無線ノードを中心にして描かれた同心円は、各無線ノードのサービスエリアを示す電界強度分布であり、このサービスエリア内の他の無線ノードに対して通信が可能であることを示している。   In the wireless network system shown in FIG. 11, data is transmitted from the transmission source node N1 to the transmission destination node N2 by ad hoc communication. Data is relayed and transmitted via relay nodes Na, Nb and the like. A concentric circle drawn around each wireless node is an electric field intensity distribution indicating a service area of each wireless node, and indicates that communication with other wireless nodes in the service area is possible.

送信元ノードN1は、データ伝送に先立って経路制御情報の一種である接続要求メッセージを宛先不詳の状態のままブロードキャスト伝送する。ただし、最終宛先である送信先ノードのアドレスは、接続要求メッセージに記述されている。中継ノードNaと中継ノードNbとは、送信元ノードN1のサービスエリア内に存在するため、接続要求メッセージを受信し、同様に宛先不詳の状態のまま接続要求メッセージをブロードキャスト伝送して自局サービスエリア内の次の無線ノードに向かって中継伝送する。これら一連の手順の繰り返しによって最終的に目的の送信先ノードN2に接続要求メッセージが到達する。復路に関しても同様にして、経路制御情報の一種である接続応答メッセージを送信先ノードN2から送信元ノードN1に伝送し、アドホック通信路を確立する。その際、どのパスを最終的に通信経路とするかは、往路の接続要求メッセージの伝送時に同時に収集した各無線ノードの能力情報などを手がかりに決定される。
特開平8−97821号公報 特開2004−48478号公報
The transmission source node N1 broadcasts a connection request message, which is a type of routing control information, in a state of unknown destination prior to data transmission. However, the address of the destination node as the final destination is described in the connection request message. Since the relay node Na and the relay node Nb exist in the service area of the transmission source node N1, the connection node receives the connection request message, and similarly broadcasts the connection request message while the destination is unknown, Relay transmission toward the next wireless node. By repeating these series of procedures, the connection request message finally reaches the target transmission destination node N2. Similarly for the return path, an ad hoc communication path is established by transmitting a connection response message, which is a kind of path control information, from the transmission destination node N2 to the transmission source node N1. At this time, which path is finally set as the communication path is determined based on the capability information of each wireless node collected at the time of transmission of the forward connection request message.
JP-A-8-97821 JP 2004-48478 A

前述したような従来の構成では、アドホックネットワークにおける経路決定が、経路制御情報のフラッディングによる経路発見で行われる。そのため、全方位に対して経路制御情報をブロードキャスト伝送する必要があり、電力効率及び発見効率が悪いという問題がある。   In the conventional configuration as described above, route determination in an ad hoc network is performed by route discovery by flooding route control information. For this reason, it is necessary to broadcast the route control information in all directions, and there is a problem that power efficiency and discovery efficiency are poor.

また、最適なパスを決定するために、経路制御情報を伝送する過程において、各無線ノードの能力状態を検出して同時にその能力状態の情報も伝送する必要がある。そのため、各無線ノードにおける処理手順が複雑になるという問題がある。   Further, in order to determine the optimum path, it is necessary to detect the capability state of each wireless node and transmit the capability state information at the same time in the process of transmitting the route control information. Therefore, there is a problem that the processing procedure in each wireless node becomes complicated.

さらに、全方位に対してブロードキャスト伝送するため、送信先ノードと全く逆方向へブロードキャストによる中継伝送が伝搬して行く。伝搬した経路制御情報は、最終的には時間切れやデータ寿命切れ等により廃棄される可能性がある。すなわち、これら多くの経路制御情報の伝送に要した電力エネルギーが、無駄になるという問題がある。   Furthermore, since broadcast transmission is performed in all directions, relay transmission by broadcast propagates in the opposite direction to the destination node. The propagated route control information may be eventually discarded due to time out or data life expiration. That is, there is a problem that the electric power energy required for transmitting a lot of the routing information is wasted.

本発明は、前述したような従来の問題点を解決するもので、無線ノード間でのデータの中継において、各無線ノードの電力効率及び経路発見の効率を向上させることを目的とする。また、最適な中継パスを発見するための手順を簡略化することを目的とする。さらに、無駄なデータの中継伝送やデータ廃棄を抑制し、ネットワークシステム全体のエネルギー浪費を減少させることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and to improve the power efficiency and path discovery efficiency of each wireless node in relaying data between wireless nodes. Another object of the present invention is to simplify the procedure for finding the optimum relay path. It is another object of the present invention to suppress wasteful data relay transmission and data discard and reduce energy waste of the entire network system.

前記課題を解決するために、本発明1は、無線通信により、送信元ノードから送信先ノードに他のノード(以下、中継ノードという)を介して送信データを送信する無線通信システムが行う無線通信方法を提供する。この方法は、下記のステップを含む。
・各ノードが、自局を中心としたときの他のノードの全部または一部の向きと、他のノードの識別子と、を対応付けて記憶する位置記憶ステップ、
・送信元ノードが、送信先ノードの識別子を含む送信データを、前記位置記憶ステップで記憶している送信先ノードに向かって送信する送信ステップ、
・前記送信データを受信した中継ノードが、受信した送信データに含まれる前記送信先ノードの識別子に基づいて、前記位置記憶ステップで記憶している送信先ノードの向きを特定し、その向きに前記送信データを送信する中継ステップ。
In order to solve the above problems, the present invention 1 provides wireless communication performed by a wireless communication system that transmits transmission data from a transmission source node to a transmission destination node via another node (hereinafter referred to as a relay node) by wireless communication. Provide a method. The method includes the following steps.
A position storing step in which each node stores the direction of all or part of other nodes centered on its own station and the identifiers of the other nodes in association with each other;
A transmission step in which the transmission source node transmits transmission data including the identifier of the transmission destination node toward the transmission destination node stored in the position storage step;
The relay node that has received the transmission data specifies the direction of the transmission destination node stored in the location storing step based on the identifier of the transmission destination node included in the transmission data received, and A relay step for transmitting transmission data.

送信元ノードや中継ノードを含むすべての無線ノードは、自局から見た送信先ノードの向きを前もって認識しているので、その向きに送信データをブロードキャスト送信する。伝送する送信データには、例えば送信先アドレスなどの送信先ノード識別子が含まれているので、途中の中継ノードは、送信先識別子に基づいて送信先ノードの向きを特定し、送信先ノードの向きに送信データをブロードキャスト送信する。この繰り返しにより、小電力で目的の送信先ノードに送信データを伝搬することができる。   Since all the wireless nodes including the transmission source node and the relay node recognize the direction of the transmission destination node viewed from the own station in advance, the transmission data is broadcasted in that direction. Since the transmission data to be transmitted includes a destination node identifier such as a destination address, the intermediate relay node specifies the direction of the destination node based on the destination identifier, and the direction of the destination node Send transmission data to broadcast. By repeating this, transmission data can be propagated to a target transmission destination node with low power.

本発明2は、前記発明1において、前記送信ステップにおいて、前記送信元ノードは、前記送信先ノード識別子と、前段ノード識別子としての自局の識別子と、送信元ノード識別子と、前記送信元ノードが前記送信データに付与するデータ識別子と、を有する識別コードを含む送信データを送信する無線通信方法を提供する。この方法の前記中継ステップにおいて、前記中継ノードは、受信した前記送信データに含まれる識別コード中の前段ノード識別子を自局の識別子に書き換えて送信する。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in the transmission step, the transmission source node includes the transmission destination node identifier, an identifier of the own station as a preceding node identifier, a transmission source node identifier, and the transmission source node There is provided a wireless communication method for transmitting transmission data including an identification code having a data identifier assigned to the transmission data. In the relay step of this method, the relay node rewrites the previous-stage node identifier in the identification code included in the received transmission data with the identifier of the own station and transmits it.

本発明の構成では、送信データに送信先ノード識別子が含まれるため、送信先ノードが送信データを受信した場合は、その送信データが自局宛であることを検出できる。   In the configuration of the present invention, since the transmission destination node identifier is included in the transmission data, when the transmission destination node receives the transmission data, it can be detected that the transmission data is addressed to the own station.

送信データには常に前段ノード識別子が含まれるため、中継毎に識別コードがユニークな値になる。そのため、中継ノードが異なるだけの他の送信データとの重複を回避できる。ここで、前段ノードとは、送信データを受信したノードから見て、1つ上流側のノードである。送信元ノードから送信される送信データには、前段ノードの識別子として送信元ノード自身の識別子が記述される。   Since the transmission data always includes the preceding node identifier, the identification code has a unique value for each relay. Therefore, it is possible to avoid duplication with other transmission data having different relay nodes. Here, the upstream node is a node on the upstream side when viewed from the node that has received the transmission data. In the transmission data transmitted from the transmission source node, the identifier of the transmission source node itself is described as the identifier of the preceding node.

また、送信データに送信元ノードの識別子が含まれていれば、送信先ノードは、最終の受信通知を送信元ノードに向けて送信することができる。   In addition, if the transmission data includes the identifier of the transmission source node, the transmission destination node can transmit the final reception notification to the transmission source node.

さらに、送信元ノードによって付与されるデータ識別子により、同一送信元から同一送信先への複数の送信データが個々にユニークな識別コードを有する。従って、送信データが1つのノードで重複することを回避できる。   Furthermore, a plurality of transmission data from the same transmission source to the same transmission destination individually have a unique identification code by the data identifier given by the transmission source node. Therefore, it is possible to avoid duplication of transmission data in one node.

本発明3は、前記発明2において、下記ステップをさらに含む無線通信方法を提供する。
・前記送信データを受信した中継ノードのうち第1中継ノードが、前記送信データの受信通知を、前記送信データの送信範囲よりも広い範囲に向かって送信する受信通知ステップ、
・前記第1中継ノード以外の第2中継ノードが、前記第1中継ノードからの前記受信通知の受信に応じ、前記中継ステップの実行を停止する第1中継停止ステップ。
Invention 3 provides the wireless communication method according to Invention 2, further comprising the following steps.
A reception notification step in which the first relay node among the relay nodes that has received the transmission data transmits the reception notification of the transmission data toward a range wider than the transmission range of the transmission data;
A first relay stop step in which a second relay node other than the first relay node stops the execution of the relay step in response to receiving the reception notification from the first relay node.

中継ノードは、データの正常受信通知や異常受信通知を、例えば360度の向きに送信する。このように、送信データに比して受信通知の送信の指向性を緩和することにより、同じ送信データを受信した他の中継ノードに対し、優先権を主張することができる。なぜなら、中継ノードNaからの受信通知を受信した他の中継ノードNb,Nc・・・は、送信データの中継を停止するからである。   The relay node transmits data normal reception notification and abnormal reception notification in a direction of 360 degrees, for example. Thus, by relaxing the directivity of the transmission of the reception notification as compared with the transmission data, priority can be claimed to other relay nodes that have received the same transmission data. This is because the other relay nodes Nb, Nc... That have received the reception notification from the relay node Na stop relaying transmission data.

本発明4は、前記発明3において、前記受信通知ステップにおいて、前記第1中継ノードは、自局が受信した前記送信データ中の識別コードを含む受信通知を送信する無線通信方法を提供する。この方法の前記第1中継停止ステップにおいて、前記第2中継ノードは、自局が受信した送信データ中の識別コードと、自局が過去に受信した受信通知中の識別コードと、を比較し、比較結果に基づいて前記中継ステップの実行を停止する。   A fourth aspect of the present invention provides the wireless communication method according to the third aspect, wherein, in the reception notification step, the first relay node transmits a reception notification including an identification code in the transmission data received by the local station. In the first relay stop step of this method, the second relay node compares the identification code in the transmission data received by the local station with the identification code in the reception notification received by the local station in the past, The execution of the relay step is stopped based on the comparison result.

前段ノード識別子Na,送信先ノード識別子N2を含む送信データ(Na,N2)を受信した中継ノードは、その後同一の識別子(Na,N2)を含む受信通知を受信すると、送信データ(Na,N2)の中継を停止する。他の中継ノードが送信データを中継するからである。したがって、複数の中継ノードによる同一送信データの輻輳を防止することができる。また、過去に中継した送信データを再び違う経路から受信しても、再度中継することを防止できる。したがって、中継ノードが受信応答を受け損なうなどのアクシデントにより、中継途中で経路が分岐して再度同一の送信データが中継されてきても、重複中継を防止できる。その結果、無駄なデータ中継を抑制することができる。   When the relay node that has received the transmission data (Na, N2) including the preceding node identifier Na and the transmission destination node identifier N2 receives a reception notification including the same identifier (Na, N2), the transmission data (Na, N2) Stop relaying. This is because other relay nodes relay transmission data. Therefore, congestion of the same transmission data by a plurality of relay nodes can be prevented. Even if transmission data relayed in the past is received again from a different route, it is possible to prevent relaying again. Therefore, even if the relay node fails to receive a reception response and the route branches in the middle of the relay and the same transmission data is relayed again, duplicate relay can be prevented. As a result, useless data relay can be suppressed.

本発明5は、前記発明2において、下記ステップをさらに含む無線通信方法を提供する。
・前記送信データを受信した任意のノードが、受信した送信データ中の識別コードに含まれる送信先ノード識別子と、自局の識別子と、に基づいて、自局宛の送信データであるか否かを判断する判断ステップ、
・前記判断ステップで自局宛の送信データであると判断した場合、前記ノードは前記中継ステップの実行を停止する第2中継停止ステップ。
A fifth aspect of the present invention provides the wireless communication method according to the second aspect, further including the following steps.
Whether any node that has received the transmission data is transmission data addressed to the own station based on the destination node identifier included in the identification code in the received transmission data and the identifier of the own station Judgment step to judge,
A second relay stop step in which the node stops executing the relay step when it is determined in the determination step that the transmission data is addressed to the own station;

送信データを受信した送信先ノードが自局宛の送信データであることを検出した場合、それ以上の中継を中断することにより、無駄な送信データの伝搬を減少させることができる。   When it is detected that the transmission destination node that has received the transmission data is transmission data addressed to the own station, it is possible to reduce propagation of useless transmission data by interrupting further relaying.

本発明6は、前記発明2において、下記ステップをさらに含む無線通信方法を提供する。
・前記送信データを受信した任意のノードが、受信した送信データ中の識別コードに含まれる送信先ノード識別子と、自局の識別子と、に基づいて、自局宛の送信データであるか否かを判断する判断ステップ、
・前記判断ステップで自局宛送信データと判断した場合、受信した送信データ中の識別コードに含まれる前段ノード識別子を自局の識別子に書き換え、書き換え後の識別コードを含む受信通知を送信する送信先応答ステップ、
・前記受信通知を受信した任意のノードが、識別コード中の前段ノード識別子と送信先ノード識別子とを比較し、両者が一致する場合、受信した識別コードを含む受信通知を送信する応答中継ステップ。
A sixth aspect of the present invention provides the wireless communication method according to the second aspect, further including the following steps.
Whether any node that has received the transmission data is transmission data addressed to the own station based on the destination node identifier included in the identification code in the received transmission data and the identifier of the own station Judgment step to judge,
-If it is determined that the transmission data is addressed to the local station in the determination step, transmission is performed by rewriting the previous node identifier included in the identification code in the received transmission data with the identifier of the local station and transmitting a reception notification including the rewritten identification code. First response step,
A response relaying step in which an arbitrary node that has received the reception notification compares the preceding node identifier and the transmission destination node identifier in the identification code and, if they match, transmits a reception notification including the received identification code.

送信先ノードが送信した受信通知の識別コードにおいて、送信先ノード識別子と前段ノード識別子とが一致すると、中継ノードは、送信先ノードからの受信通知であると認識する。この受信通知は、識別コードを書き換えることなく送信元ノードまで到達する。従って、送信元ノードでは、データ識別子毎に送信の成功/失敗を管理することができる。   When the transmission destination node identifier matches the preceding node identifier in the reception notification identification code transmitted by the transmission destination node, the relay node recognizes that the reception notification is from the transmission destination node. This reception notification reaches the transmission source node without rewriting the identification code. Therefore, the transmission source node can manage the success / failure of transmission for each data identifier.

本発明7は、前記発明6において、前記送信先応答ステップ及び前記応答中継ステップにおいて、受信通知は前記送信元ノードに向けて指向性を持って送信される無線通信方法を提供する。   A seventh aspect of the present invention provides the wireless communication method according to the sixth aspect, wherein in the transmission destination response step and the response relay step, the reception notification is transmitted with directivity toward the transmission source node.

送信先ノードから送信元ノードに中継される受信通知を、送信元ノードの向きに指向性を持たせて送信することにより、送信先ノードからの受信通知の伝送において、無駄な伝送を抑制し、システム全体の電力を省略することができる。   By transmitting the reception notification relayed from the transmission destination node to the transmission source node with directivity in the direction of the transmission source node, the transmission of the reception notification from the transmission destination node is suppressed, The power of the entire system can be omitted.

本発明8は、前記発明1において、前記送信ステップにおいて、前記送信元ノードは、中継上限回数を含む送信データを送信する無線通信方法を提供する。この方法では、前記中継ステップにおいて、前記中継ノードは、受信した送信データ中の中継上限回数よりも1回分少ない中継上限回数を含む送信データを送信する。また、この方法は、前記送信データを受信した任意のノードが、受信した送信データ中の中継上限回数に基づいて、受信した送信データをさらに中継するか否かを判断し、判断結果に応じて前記中継ステップの実行を停止する第3中継停止ステップをさらに含む。   The present invention 8 provides the wireless communication method according to the first invention, wherein, in the transmission step, the transmission source node transmits transmission data including a relay upper limit number of times. In this method, in the relay step, the relay node transmits transmission data including a relay upper limit count that is one less than the relay upper limit count in the received transmission data. Further, in this method, an arbitrary node that has received the transmission data determines whether to further relay the received transmission data based on the relay upper limit number of times in the received transmission data, and according to the determination result It further includes a third relay stop step for stopping execution of the relay step.

送信元ノードは中継回数の制限を設定することができる。例えば、中継の度に減算されていく中継履歴番号を各無線ノードが監視し、受信した送信データの中継履歴番号が“0”であれば、それ以上の中継を停止する。これにより、中継過程で受信応答を万一見逃して中継伝送が複数路に分岐しても、中継回数制限によって無限に無駄な中継を繰り返すことを阻止できる。また、電波状況によって指向性伝送が十分に性能を発揮できないような場合でも、送信先ノードの存在しない方向に中継が伸びて行き、無限に中継を繰り返すことを阻止できる。その場合は、送信元ノードのタイムアウトによって再送処理が行われる。   The source node can set a limit on the number of relays. For example, each wireless node monitors a relay history number that is subtracted every time it is relayed. If the relay history number of the received transmission data is “0”, further relaying is stopped. As a result, even if the reception response is missed in the relay process and the relay transmission is branched into a plurality of paths, it is possible to prevent the endless repeating of the relay by the limit of the number of relays. Further, even when the directional transmission cannot sufficiently perform depending on the radio wave condition, it is possible to prevent the relay from extending in the direction where the destination node does not exist and repeating the relay indefinitely. In that case, retransmission processing is performed due to timeout of the transmission source node.

本発明9は、前記発明1において、各ノードは、送信ステップまたは中継ステップにおいて送信した送信データに対する受信通知が所定時間以内にない場合、前記送信データに対する受信通知が得られるまで、送信データの送信出力を段階的に強める出力調整ステップをさらに含む無線通信方法を提供する。   According to the ninth aspect of the present invention, in the first aspect, when the reception notification for the transmission data transmitted in the transmission step or the relay step is not within a predetermined time, each node transmits the transmission data until the reception notification for the transmission data is obtained. Provided is a wireless communication method further including an output adjustment step for gradually increasing an output.

自局のサービスエリア内に他の無線ノードが存在しない場合でも送信電力を上げてサービスエリアを拡大することによって、次の局へ送信データを中継伝送することができる。しかも、徐々に送信電力を上げてその都度受信通知の有無を確認するため、必要最小限の電力で送信することができ、送信電力の最適設定が可能になる。   Even when there is no other wireless node in the service area of the local station, transmission data can be relayed and transmitted to the next station by increasing the transmission power and expanding the service area. Moreover, since the transmission power is gradually increased and the presence / absence of the reception notification is confirmed each time, transmission can be performed with the minimum necessary power, and the transmission power can be optimally set.

また、受信通知があれば、増幅した送信出力を通常に戻すとよい。送信の都度、最適な送信電力を調整することができる。受信通知が異常受信を示している場合、タイムアウト処理を行わずに直ちに送信電力を増加し、送信データを再送してもよい。   If there is a reception notification, the amplified transmission output may be returned to normal. Optimal transmission power can be adjusted for each transmission. If the reception notification indicates abnormal reception, the transmission power may be increased immediately without performing timeout processing, and the transmission data may be retransmitted.

本発明10は、無線通信により、送信元ノードから送信先ノードに他のノード(以下、中継ノードという)を介して送信データを送信する無線通信システムに含まれる無線ノードを提供する。この無線ノードは、下記手段を有している。
・自局を中心としたときの他のノードの全部または一部の向きと、他のノードの識別子と、を対応付けて記憶する位置記憶手段、
・送信先ノードの識別子を含む送信データを、前記位置記憶手段が記憶している送信先ノードに向かって送信する送信手段、
・前記送信データを受信した場合、受信した送信データに含まれる前記送信先ノードの識別子に基づいて、前記位置記憶手段が記憶している送信先ノードの向きを特定し、その向きに前記送信データを送信する中継手段。
The present invention 10 provides a wireless node included in a wireless communication system that transmits transmission data from a transmission source node to a transmission destination node via another node (hereinafter referred to as a relay node) by wireless communication. This wireless node has the following means.
A position storage means for storing all or a part of other nodes when the local station is at the center and the identifiers of the other nodes in association with each other;
A transmission means for transmitting transmission data including an identifier of the transmission destination node toward the transmission destination node stored in the position storage means;
-When the transmission data is received, based on the identifier of the transmission destination node included in the transmission data received, the direction of the transmission destination node stored in the position storage means is specified, and the transmission data in that direction Relay means for transmitting.

この無線ノードを含む無線通信システムは、前記発明1の方法を実行し、前述の作用効果を奏する。   The wireless communication system including the wireless node executes the method of the first aspect and exhibits the above-described effects.

本発明を用いれば、送信元ノードや中継ノードを含むすべての無線ノードが自局から見た送信先ノードの向きに向かって指向性を高めてブロードキャスト伝送を行う。その結果、少ない電力及び短い通信経路で、送信データを目的の送信先ノードに伝送することができる。   According to the present invention, all wireless nodes including a transmission source node and a relay node perform broadcast transmission with increasing directivity toward a transmission destination node viewed from the own station. As a result, transmission data can be transmitted to a target transmission destination node with less power and a shorter communication path.

<第1実施形態>
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(1)発明の概要
(1−1)無線通信システム
図1は、本発明の第1実施形態における無線通信システムの構成図である。無線通信システム100は、複数の無線ノードNを含んで構成される。以下では、説明を容易にするために、データの送信元ノードN1から送信先ノードN2に、他の無線ノードNa、Nb・・・(以下、中継ノードという)を中継してデータを送信する場合を例に取る。データ中継のための通信経路は、アドホックネットワークにおいて随時的に形成される。
(1) Outline of the Invention (1-1) Radio Communication System FIG. 1 is a configuration diagram of a radio communication system according to the first embodiment of the present invention. The wireless communication system 100 includes a plurality of wireless nodes N. In the following, for ease of explanation, data is transmitted by relaying other wireless nodes Na, Nb (hereinafter referred to as relay nodes) from the data transmission source node N1 to the transmission destination node N2. Take as an example. A communication path for data relay is formed as needed in an ad hoc network.

このシステムでは、送信元ノードN1から送出された送信データは、中継ノードNaに受信・中継され、中継ノードNbに受信・中継され、これを繰り返して最終宛先の送信先ノードN2に到達する。これにより、送信データの往路の送信が完了する。復路においても同様に、送信先ノードN2からの正常応答信号あるいは異常応答信号(以下、まとめて受信通知と言うことがある)が、中継ノードを経て送信元ノードN1に中継される。これにより、一つの通信セッションが完結する。   In this system, transmission data transmitted from the transmission source node N1 is received / relayed by the relay node Na, received / relayed by the relay node Nb, and this is repeated to reach the final destination transmission destination node N2. This completes the transmission of the transmission data in the forward path. Similarly, on the return path, a normal response signal or an abnormal response signal (hereinafter sometimes collectively referred to as reception notification) from the transmission destination node N2 is relayed to the transmission source node N1 via the relay node. Thereby, one communication session is completed.

各無線ノードは、多方向に向かって設けられたアンテナを有し、多方向に電波を送信し、多方向から電波を受信する。本実施形態では、各無線ノードは、自局を中心として東西南北の4方向に向かって設けられたアンテナを有している。   Each wireless node has an antenna provided in multiple directions, transmits radio waves in multiple directions, and receives radio waves from multiple directions. In this embodiment, each wireless node has an antenna provided in the four directions of east, west, south, and north centering on its own station.

(1−2)動作
図2a〜図2fは、無線通信システム100の動作を示す説明図である。まず、図2aに示すように、送信元ノードN1は、送信先ノードN2の向きに、IDコードαを持つ送信データ(以下、単に送信データαという)を送信する。送信先ノードN2の向きは、後述する位置学習機能により学習済である。IDコードとは、送信データを無線システム全体で識別する識別子である。IDコードについては、詳細を後述する。送信データαは、複数の中継ノードNa,Npに受信される。
(1-2) Operation FIGS. 2 a to 2 f are explanatory diagrams illustrating the operation of the wireless communication system 100. First, as shown in FIG. 2a, the transmission source node N1 transmits transmission data having an ID code α (hereinafter simply referred to as transmission data α) in the direction of the transmission destination node N2. The direction of the destination node N2 has been learned by the position learning function described later. The ID code is an identifier that identifies transmission data in the entire wireless system. Details of the ID code will be described later. The transmission data α is received by a plurality of relay nodes Na and Np.

図2bは、送信データαを受信した中継ノードNa,Npのうち、中継ノードNaが、中継ノードNpよりも早く受信通知を、例えば全方向に送信する。図では、受信通知として、正常応答“ACK”を示している。この受信通知は、送信データαと同じIDコードαを含む(以下、受信通知αという)。受信通知を広範囲に送信することにより、中継ノードNaの周囲のより多くの中継ノードに受信通知を送信する。これにより、いち早く受信通知を送信した中継ノードNaは、同じ送信データαを受信した他の中継ノードNpに対し、送信データαを中継する優先権を得る。他の中継ノードNpは、中継ノードNaからの受信通知を受信すると、送信データαの中継を停止する。この手順により、送信データαの中継処理の輻輳が防止される。   In FIG. 2b, of the relay nodes Na and Np that have received the transmission data α, the relay node Na transmits a reception notification earlier than the relay node Np, for example, in all directions. In the figure, the normal response “ACK” is shown as the reception notification. This reception notification includes the same ID code α as the transmission data α (hereinafter referred to as reception notification α). By transmitting the reception notification over a wide range, the reception notification is transmitted to more relay nodes around the relay node Na. As a result, the relay node Na that has transmitted the reception notification promptly obtains the priority to relay the transmission data α to the other relay node Np that has received the same transmission data α. When the other relay node Np receives the reception notification from the relay node Na, the other relay node Np stops relaying the transmission data α. By this procedure, congestion of relay processing of transmission data α is prevented.

図2cに示すように、中継ノードNaが送信データを送信先ノードN2の向きに送信する。このとき、送信データのIDコードは、αからβに書き換えられる。送信データβは、中継ノードNb、Nh,Njに同時に受信される。   As shown in FIG. 2c, the relay node Na transmits the transmission data in the direction of the transmission destination node N2. At this time, the ID code of the transmission data is rewritten from α to β. The transmission data β is simultaneously received by the relay nodes Nb, Nh, Nj.

図2dに示すように、送信データβを受信した中継ノードのうち、中継ノードNbが最初に受信通知βを送信したとする。そうすると、送信データは、中継ノードNbによってさらに中継され、他の中継ノードNh,Njは中継を停止する。   As shown in FIG. 2d, it is assumed that the relay node Nb first transmits the reception notification β among the relay nodes that have received the transmission data β. Then, the transmission data is further relayed by the relay node Nb, and the other relay nodes Nh and Nj stop relaying.

図2eは、前述の中継を繰り返すことにより、送信データが中継ノードNgから送信先ノードN2に到達することを示す。   FIG. 2e shows that the transmission data reaches the transmission destination node N2 from the relay node Ng by repeating the relay described above.

図2fは、自局宛の送信データを受信した送信先ノードN2は、正常応答信号(図中ACK)または異常応答信号(例えばNACK)を、送信元ノードN1の向きに送信する。この応答信号は、順次中継され、送信元ノードN1に到達する。   In FIG. 2f, the transmission destination node N2 that has received the transmission data addressed to itself transmits a normal response signal (ACK in the figure) or an abnormal response signal (eg, NACK) in the direction of the transmission source node N1. The response signals are sequentially relayed and reach the transmission source node N1.

(2)無線ノードの構成
図3は、本発明の第1実施形態における無線ノードのブロック図である。無線ノードは、以下の構成要件を含む。
(a)CPU101:無線ノード各部の制御と送受信データ処理を行う。CPU101の機能については、詳細を後述する。
(b)ROM102:データ処理プログラムや送受信処理プログラムを格納する
(c)RAM103:CPU101のワークメモリとして機能する。
(d)タイマ104:計時する。
(e)電池105:無線ノードのCPUをはじめとする各部に電源P1を供給する。電源P1は電池105の出力であって、常時電源を供給するラインである。電源P1は、受信部110、切替制御部108、切替部113、着信検出部114及びダイバーシティアンテナ109に供給されており、電波受信に最低限必要なこれらの部位に常時電源を供給する。無線ノードNは、これら部位を用いて必要最低限の受信状態を維持し、他の無線ノードからの信号を受信する。この状態をスリープモードと呼ぶ。
(f)変調部106:送信データを変調する。
(g)送信部107:IF信号を高周波変換する。
(h)切替制御部108:ダイバーシティアンテナ109の接続を、送信部107と受信部110との間で切り替える。
(i)ダイバーシティアンテナ109:電波の送受信を行う。この例では、ダイバーシティアンテナ109は、4方向に向かって設けられている。この構成により、無線ノードNを中心とした東西南北の関係にある4方位にそれぞれアンテナの指向性を持たせることができる。この構成を用いることで、送信先ノードの方向をねらった電波送出が可能になる。
(j)受信部110:高周波受信信号からIF信号を抽出する。
(k)復調部111:IF信号を復調して受信データを再生する。
(l)切替部113:ダイバーシティアンテナの指向性を切り替える
(m)着信検出部114:受信部110から出力されたIF信号S5のレベルを監視し、同一周波数帯を使用する他の無線ノードNからの信号の着信を検出して着信信号S10を出力する。
(n)電源分配部115:電池105の出力を切替制御する電力スイッチ。電源P2を出力する。電源P2は、電源P1によって電源が供給されている部位以外の部位に供給される。着信があった場合、着信検出部114からの着信信号S10によって電源分配部115のゲートが開けられ、電源P2のラインにも電力が供給される。この作用により無線ノード全体がすべて駆動する。この状態をフル動作モードと呼ぶ。
(2) Configuration of Radio Node FIG. 3 is a block diagram of the radio node in the first embodiment of the present invention. The wireless node includes the following configuration requirements.
(A) CPU 101: Controls each part of the wireless node and performs transmission / reception data processing. Details of the function of the CPU 101 will be described later.
(B) ROM 102: Stores a data processing program and a transmission / reception processing program. (C) RAM 103: Functions as a work memory of the CPU 101.
(D) Timer 104: Counts time.
(E) Battery 105: The power supply P1 is supplied to each unit including the CPU of the wireless node. The power supply P1 is an output of the battery 105, and is a line that constantly supplies power. The power source P1 is supplied to the receiving unit 110, the switching control unit 108, the switching unit 113, the incoming call detection unit 114, and the diversity antenna 109, and always supplies power to these parts that are necessary for radio wave reception. The wireless node N uses these parts to maintain a minimum reception state and receives signals from other wireless nodes. This state is called a sleep mode.
(F) Modulating unit 106: Modulates transmission data.
(G) Transmitter 107: High-frequency converts the IF signal.
(H) Switching control unit 108: Switches the connection of the diversity antenna 109 between the transmitting unit 107 and the receiving unit 110.
(I) Diversity antenna 109: Transmits and receives radio waves. In this example, the diversity antenna 109 is provided in four directions. With this configuration, the antenna directivity can be given to each of the four directions in the east, west, south, and north relationship with the wireless node N as the center. By using this configuration, it is possible to transmit radio waves aiming at the direction of the destination node.
(J) Receiving unit 110: Extracts the IF signal from the high frequency received signal.
(K) Demodulator 111: Regenerates received data by demodulating the IF signal.
(L) Switching unit 113: Switches the directivity of the diversity antenna. (M) Incoming call detection unit 114: Monitors the level of the IF signal S5 output from the receiving unit 110, and from other wireless nodes N using the same frequency band. Is detected and an incoming signal S10 is output.
(N) Power distribution unit 115: a power switch that switches and controls the output of the battery 105. The power supply P2 is output. The power source P2 is supplied to a portion other than the portion to which power is supplied by the power source P1. When there is an incoming call, the gate of the power distribution unit 115 is opened by the incoming signal S10 from the incoming call detection unit 114, and power is also supplied to the line of the power supply P2. This action drives all the wireless nodes. This state is called a full operation mode.

上記の構成を有する無線ノードNは、送信モード及び受信モードにおいて、次のように動作する。また、送信モード及び受信モードにおいて、CPU101は、後述する機能を実現する。   The wireless node N having the above configuration operates as follows in the transmission mode and the reception mode. Further, in the transmission mode and the reception mode, the CPU 101 realizes functions to be described later.

(送信モード)
送信モードでは、CPU101は、ワークメモリとしてRAM103を用いながらROM102に格納されているプログラム群の中から必要なプログラムを実行し、送信データS1を作成する。送信データS1は変調部106によってIF信号S2に変調処理され、IF信号S2は送信部107によって高周波送信信号S3に高周波変換および電力増幅される。このとき、CPU101が制御するチャンネル選択信号S7によって送信部107にチャンネル番号が指定され、指定されたチャンネルの周波数で高周波変換が行われる。チャンネル番号が異なれば使用する送信周波数も異なるので、他の無線ネットワークシステムとの混信は回避される。高周波送信信号S3は、切替制御部108によってダイバーシティアンテナ109に送り出され、電波として送信される。切替制御部108は、送受信切替信号S8によって送信モードに設定されている。また、CPU101が指定するアンテナ切替信号S9によって送信電波の指向性が指定され、指定された指向性で切替部113がダイバーシティアンテナ109を制御する。
(Transmission mode)
In the transmission mode, the CPU 101 executes a necessary program from a group of programs stored in the ROM 102 while using the RAM 103 as a work memory, and creates transmission data S1. The transmission data S1 is modulated into an IF signal S2 by the modulation unit 106, and the IF signal S2 is subjected to high-frequency conversion and power amplification by the transmission unit 107 into a high-frequency transmission signal S3. At this time, a channel number is designated to the transmission unit 107 by the channel selection signal S7 controlled by the CPU 101, and high-frequency conversion is performed at the frequency of the designated channel. Since different transmission numbers are used for different channel numbers, interference with other wireless network systems is avoided. The high-frequency transmission signal S3 is sent to the diversity antenna 109 by the switching control unit 108 and transmitted as a radio wave. The switching control unit 108 is set to the transmission mode by the transmission / reception switching signal S8. Further, the directivity of the transmission radio wave is designated by the antenna switching signal S9 designated by the CPU 101, and the switching unit 113 controls the diversity antenna 109 with the designated directivity.

(受信モード)
一方、受信モードでは、他の無線ノードなどを含む他局の電波は、ダイバーシティアンテナ109によって受信されて高周波受信信号S4となる。RF切替信号S8によって受信モードに設定された切替制御部108によって、高周波受信信号S4は受信部110に入力される。受信部110は、CPU101が制御するチャンネル選択信号S7によって指定されたチャンネルの周波数で同調を行い、IF信号S5を抽出する。IF信号S5は、復調部111にて復調処理されて受信データS6が再生され、これがCPU101に入力される。
(Reception mode)
On the other hand, in the reception mode, radio waves of other stations including other wireless nodes are received by the diversity antenna 109 and become a high frequency reception signal S4. The high frequency reception signal S4 is input to the reception unit 110 by the switching control unit 108 set to the reception mode by the RF switching signal S8. The receiving unit 110 tunes at the frequency of the channel specified by the channel selection signal S7 controlled by the CPU 101, and extracts the IF signal S5. The IF signal S5 is demodulated by the demodulator 111 to reproduce the received data S6, which is input to the CPU 101.

(CPUの機能)
前記送信モード及び受信モードにおいて、CPU101は次のように動作する。CPU101は、ROM102に格納されているプログラムを必要に応じて選択する。たとえば、送信データのフォーマット処理や受信データの解析処理などを行うプログラムや、無線ノードのシステム動作アプリケーションプログラムは、データ処理プログラムとしてROM102に格納されている。また、データの送受信に必要な通信手順、処理プログラム、変調部106から復調部111に至る高周波ブロックの制御等を含む送受信処理プログラムは、ROM102に格納されている。通信処理タイミングやその他のCPU処理のために必要なタイミングは、タイマ104で常時計時処理が行われた計時結果からCPU101が必要に応じて算出することにより、それら必要なタイミングを取得する。
(CPU function)
In the transmission mode and the reception mode, the CPU 101 operates as follows. The CPU 101 selects a program stored in the ROM 102 as necessary. For example, a program for performing transmission data format processing, reception data analysis processing, and the like, and a wireless node system operation application program are stored in the ROM 102 as data processing programs. A transmission / reception processing program including communication procedures necessary for data transmission / reception, a processing program, and control of a high-frequency block from the modulation unit 106 to the demodulation unit 111 is stored in the ROM 102. The communication processing timing and other timings necessary for the CPU processing are calculated by the CPU 101 as necessary from the time measurement result obtained by performing the constant time processing by the timer 104, and the necessary timing is acquired.

なお、通信においては、CPU101では、ソフトウエア処理によって送信データS1に誤り訂正符号を付加し、一方で受信データS6に誤り訂正処理を施す。この処理により、伝送路が訂正能力内の符号誤り率である電波状態にある場合には、エラーフリーの送受信を行う。これにより、通信の信頼性を高めることができる。   In communication, the CPU 101 adds an error correction code to the transmission data S1 by software processing, while performing error correction processing on the reception data S6. By this process, when the transmission line is in a radio wave state having a code error rate within the correction capability, error-free transmission / reception is performed. Thereby, the reliability of communication can be improved.

さらに、あらかじめ定めた規定の時間以上に無通信の状態が続いた場合、CPU101から電源分配部115に対してスリープモード移行信号S11が出力される。電源分配部115は、スリープモード移行信号S11の入力によって電源P2を遮断し、無線ノードNをスリープモードに移行させる。スリープモード時は、切替制御部108を受信状態に設定し、切替部113により受信アンテナを無指向性状態に設定しておけば、全方位からの着信を待ち受けすることができる。無線ノードNは、他ノードからの送信データや受信通知を中継する中継動作時のみ無線ノード各部の電源を投入し、それら中継動作が終了して規定時間経過すれば低消費電力状態のスリープモードに入る。これにより、無線ノードの消費電力を抑え、電池105の寿命を延ばすことができる。   Further, when no communication continues for a predetermined time or more, a sleep mode transition signal S11 is output from the CPU 101 to the power distribution unit 115. The power distribution unit 115 shuts off the power source P2 by the input of the sleep mode transition signal S11 and causes the wireless node N to transition to the sleep mode. In the sleep mode, if the switching control unit 108 is set to the reception state and the reception antenna is set to the omnidirectional state by the switching unit 113, incoming calls from all directions can be awaited. The wireless node N turns on the power of each part of the wireless node only during the relay operation for relaying transmission data and reception notifications from other nodes, and enters the sleep mode in the low power consumption state when the relay operation ends and a specified time elapses. enter. Thereby, the power consumption of the wireless node can be suppressed and the life of the battery 105 can be extended.

(3)データフォーマット
次に、無線ノードNが送信する送信データ及び受信通知のデータフォーマットについて説明する。
(3) Data Format Next, the data format of transmission data and reception notification transmitted by the wireless node N will be described.

(3−1)送信データフォーマット
図4(a)は、無線ノードが送信データを送信するための送信データフォーマットの一例である。送信データフォーマットでは、1パケットは、(i)ヘッダコード、(ii)IDコード、(iii)中継履歴番号、(iv)誤り訂正符号及び(v)データペイロード、の各フィールドを有している。以下に各フィールドについて説明する。
(3-1) Transmission Data Format FIG. 4A is an example of a transmission data format for the wireless node to transmit transmission data. In the transmission data format, one packet has fields of (i) header code, (ii) ID code, (iii) relay history number, (iv) error correction code, and (v) data payload. Each field will be described below.

(i)ヘッダコード
ヘッダコードは、さらに以下のフィールドを含む。
(I) Header code The header code further includes the following fields.

(1)プリアンブル:受信側無線ノードの復調部111内のPLLが再生クロックを引き込むための情報である。     (1) Preamble: Information for the PLL in the demodulator 111 of the receiving radio node to pull in the recovered clock.

(2)同期パターン:動機パターンは、プリアンブルに続いて伝送される直列ビットデータにおいて、バイトアラインの先頭を示す。同期パターンは、受信ストリーム中の他のデータワードによってエミュレーションされて誤検出される確率を抑えるために、バイオレーションコード(違反符号)などの通常では受信ストリーム中には出現しないようなユニークワードを用いて検出精度を高めることが好ましい。     (2) Synchronization pattern: The motivation pattern indicates the head of byte alignment in serial bit data transmitted following the preamble. The synchronization pattern uses a unique word that does not normally appear in the received stream, such as a violation code, to reduce the probability of being misdetected by being emulated by other data words in the received stream. It is preferable to improve the detection accuracy.

(3)コマンドフィールド:送信データの種類および送信データの内容が通信プロトコル上の制御信号である場合、その制御コマンド種別などが格納される。     (3) Command field: When the type of transmission data and the content of the transmission data are control signals on the communication protocol, the control command type and the like are stored.

(4)データ長:可変長データとその可変長データに付随するコードとを総合したデータの長さを示す。     (4) Data length: This indicates the length of the data combining the variable length data and the code accompanying the variable length data.

(5)エラーチェックコード:ヘッダコードにおける符号誤りを検査するための情報である。フレームヘッダには、無線ノードのデータ受信処理において、コマンドやデータ長などプロトコル上重要なデータが格納されている。そのため、伝送路符号誤りによる誤動作を防止するために、単独でエラーチェックコードを設け、信頼性を高めることが好ましい。     (5) Error check code: Information for checking a code error in the header code. The frame header stores important data in terms of protocol such as commands and data length in the data reception processing of the wireless node. For this reason, in order to prevent malfunction due to transmission path code error, it is preferable to provide an error check code independently to improve reliability.

(ii)IDコード
IDコードは、さらに以下のフィールドを含む。この例では、無線ノードの識別子として、ネットワークアドレスを用いている。
(Ii) ID code The ID code further includes the following fields. In this example, a network address is used as the identifier of the wireless node.

(1)中継アドレス(前段ノード識別子に相当):送信データを受信して転送する無線ノード、すなわち送信データを中継した無線ノード自身のアドレス。送信データの中継アドレスは、中継毎に無線ノードによって自局アドレスに書き換えられる。従って、中継毎にIDコードが変化するので、各IDコードは、アドホックネットワーク上に時間的な遅延を持って存在しうる他のIDコードとは重複しない。     (1) Relay address (corresponding to the preceding node identifier): The address of the wireless node that receives and transfers the transmission data, that is, the address of the wireless node that relays the transmission data. The relay address of the transmission data is rewritten to the own station address by the wireless node for each relay. Accordingly, since the ID code changes every relay, each ID code does not overlap with other ID codes that may exist with a time delay on the ad hoc network.

(2)送信先アドレス:送信先無線ノードN2のアドレス。すなわち、送信データの宛先アドレス。     (2) Destination address: Address of the destination wireless node N2. That is, the destination address of the transmission data.

(3)送信元アドレス:送信元無線ノードN1のアドレス。すなわち、送信データの送信元アドレス。     (3) Source address: Address of the source wireless node N1. That is, the transmission source address of transmission data.

(4)データ番号(データ識別子に相当):送信元ノードが送信データを識別する情報。データ番号と送信元アドレスとを組み合わせることにより、送信データが特定される。すなわち、アドホックネットワーク上のすべての送信データは、それぞれ送信元アドレス及びデータ番号の組み合わせで識別可能である。     (4) Data number (corresponding to a data identifier): Information for identifying transmission data by a transmission source node. The transmission data is specified by combining the data number and the transmission source address. That is, all transmission data on the ad hoc network can be identified by a combination of a transmission source address and a data number.

(iii)中継履歴番号
本実施形態では、中継履歴番号は、送信データの中継の度にディクリメントされる。その初期値は送信元無線ノードN1によって設定される。各無線ノードNが中継履歴番号を監視し、中継履歴番号が“0”以下になると、それ以上の送信データの中継を停止する。これにより、送信元無線ノードは中継回数の制限を設定することができ、送信データの中継により無線ネットワークシステム全体の通信量が増加しすぎるのを防止することができる。
(Iii) Relay history number In this embodiment, the relay history number is decremented each time transmission data is relayed. The initial value is set by the transmission source wireless node N1. Each wireless node N monitors the relay history number, and when the relay history number becomes “0” or less, it stops relaying more transmission data. As a result, the transmission source wireless node can set a limit on the number of relays, and it is possible to prevent the communication amount of the entire wireless network system from excessively increasing due to the relay of transmission data.

(iv)誤り訂正符号
誤り訂正符号は、IDコードと中継履歴番号とに対して演算される。エラーチェックとともに消失訂正まで行うことにより、アドホック通信手順上重要なIDコードと中継履歴番号の伝送の信頼性を高めることができる。誤り訂正符号は、符号のランダム誤りに良好な誤り検出訂正性能を示すもの、例えばリードソロモン符号などを使用することができる。
(Iv) Error correction code The error correction code is calculated for the ID code and the relay history number. By performing error correction and erasure correction, it is possible to improve the reliability of transmission of ID codes and relay history numbers that are important in ad hoc communication procedures. As the error correction code, a code exhibiting good error detection and correction performance for a random error of the code, such as a Reed-Solomon code, can be used.

(v)データペイロード
データペイロードは、ユーザに開放されたデータ格納領域である。ユーザデータには、インターリーブ処理が施されていることが好ましい。そうすれば、伝送時にデータ符号にバースト誤りが生じても、受信側でインターリーブを解除すればバースト誤りがランダム誤りに分散するからである。なお、ユーザデータに対応する誤り訂正符号は、ユーザーデータと共にデータペイロード中に格納しておけばよい。
(V) Data Payload The data payload is a data storage area that is open to the user. The user data is preferably subjected to an interleaving process. By doing so, even if a burst error occurs in the data code during transmission, if the interleaving is canceled on the receiving side, the burst error is dispersed into random errors. Note that the error correction code corresponding to the user data may be stored in the data payload together with the user data.

(3−2)制御信号フォーマット
図4(b)は、受信通知を送信するための制御信号フォーマットの一例である。制御信号フォーマットは、ヘッダコードと、IDコードと、中継履歴番号と、誤り訂正符号とを含む。すなわち、制御信号フォーマットは、送信データフォーマットからデータペイロード及び誤り訂正符号を除いた構成を有している。通信プロトコル上の制御コマンド種別、例えばACK、NACK、ENQなどは、コマンドフィールドに格納される。制御信号フォーマットを有するパケットを受信した無線ノードNは、ヘッダコード内のコマンドフィールドを参照することにより、制御コマンド種別を判定することができる。
(3-2) Control Signal Format FIG. 4B is an example of a control signal format for transmitting a reception notification. The control signal format includes a header code, an ID code, a relay history number, and an error correction code. That is, the control signal format has a configuration in which the data payload and the error correction code are removed from the transmission data format. Control command types on the communication protocol, such as ACK, NACK, ENQ, etc., are stored in the command field. The wireless node N that has received the packet having the control signal format can determine the control command type by referring to the command field in the header code.

(4)IDコードの変遷
図5は、送信データ及び受信通知における、IDコードの変遷を示す説明図である。図4に示したように、送信データ及び受信通知は、IDコードを含む。今、送信元ノードN1から中継ノードNa・・・を介し、送信先ノードN2に送信データが中継される場合のIDコードの変遷について説明する。
(4) Transition of ID Code FIG. 5 is an explanatory diagram showing the transition of the ID code in transmission data and reception notification. As shown in FIG. 4, the transmission data and the reception notification include an ID code. Now, the transition of the ID code when transmission data is relayed from the transmission source node N1 to the transmission destination node N2 via the relay node Na.

無線ノードN1から送信されるIDコードαの送信データ、すなわち送信データαに対し、無線ノードNaからはIDコードαの受信通知、すなわち受信通知αが返される。次いで、無線ノードNaは、IDコードαをβに書き換え、送信データβを送信する。このようにして、送信データは、IDコードを書き換えられながら中継ノードを伝搬し、最後に送信データγとなって送信先ノードN2に到達する。   In response to transmission data of the ID code α transmitted from the wireless node N1, that is, transmission data α, a reception notification of the ID code α, that is, a reception notification α is returned from the wireless node Na. Next, the wireless node Na rewrites the ID code α to β and transmits transmission data β. In this way, the transmission data propagates through the relay node while rewriting the ID code, and finally reaches transmission destination node N2 as transmission data γ.

送信先ノードN2は、受信した送信データのIDコードγをIDコードεに書き換え、受信通知εを送信元ノードN1に向けて送信する。IDコードεにおいて、中継アドレスと送信先アドレスとは一致している。そのため、受信通知εを受信した中継ノードNは、IDコードεを書き換えることなく、そのまま受信通知εを中継する。その結果、送信先ノードN2からの受信通知εは、そのまま送信元ノードN1に到達する。従って、送信元ノードN1は、送信先ノードN2が正常に受信したか否かを判別することができる。受信通知が正常応答信号、例えば“ACK”であれば、通信元ノードN1は通信セッションを完了させる。逆に、送信先ノードN1が異常応答信号、例えば“NACK”を受信したら、データ番号を更新して送信データを再送する。   The transmission destination node N2 rewrites the ID code γ of the received transmission data with the ID code ε, and transmits a reception notification ε to the transmission source node N1. In the ID code ε, the relay address matches the transmission destination address. Therefore, the relay node N that has received the reception notification ε relays the reception notification ε as it is without rewriting the ID code ε. As a result, the reception notification ε from the transmission destination node N2 reaches the transmission source node N1 as it is. Therefore, the transmission source node N1 can determine whether or not the transmission destination node N2 has received normally. If the reception notification is a normal response signal, for example, “ACK”, the communication source node N1 completes the communication session. Conversely, when the destination node N1 receives an abnormal response signal, for example, “NACK”, the data number is updated and the transmission data is retransmitted.

このように、IDコードには送信先ノードN2のアドレスが含まれるため、送信先ノードN2は自局宛の送信データを判別してそれ以上の中継を中断できる。また、送信先ノードN2は、IDコード中の送信元アドレスを用い、送信元ノードN1に対する受信通知を、送信元ノードに向けて送信できる。さらに、送信データのIDコードには中継アドレスが含まれるため、中継毎にIDコードがユニークな値になり、同時に無線通信システム上に存在する他のIDコードとの重複を回避できる。また、IDコードには送信元ノードN1が一意的に付与するデータ番号が含まれるため、同一送信元からの複数の送信データが中継処理で重複することを回避できる。   As described above, since the ID code includes the address of the transmission destination node N2, the transmission destination node N2 can discriminate transmission data addressed to itself and interrupt further relaying. Further, the transmission destination node N2 can transmit a reception notification to the transmission source node N1 toward the transmission source node using the transmission source address in the ID code. Further, since the relay code is included in the ID code of the transmission data, the ID code has a unique value for each relay, and at the same time, duplication with other ID codes existing on the wireless communication system can be avoided. Further, since the ID code includes a data number uniquely assigned by the transmission source node N1, it is possible to avoid duplication of a plurality of transmission data from the same transmission source in the relay process.

(5)位置学習機能
図6は、無線ノードNのCPU101が実行する位置学習機能を示す説明図である。図7は、無線ノードの位置学習処理を示す説明図である。位置学習機能では、各無線ノードNは、自局から見てどの位置に回りの無線ノードが存在するかを認識する。説明を容易にするために、送信元ノードN1が回りの無線ノードの位置を学習する場合を例に取る。
(5) Location Learning Function FIG. 6 is an explanatory diagram showing a location learning function executed by the CPU 101 of the wireless node N. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the wireless node location learning process. In the position learning function, each wireless node N recognizes at which position the wireless node is located when viewed from its own station. For ease of explanation, a case where the transmission source node N1 learns the positions of surrounding wireless nodes is taken as an example.

図6(a)では、自局N1の周囲にノードが存在している。ノードN1は、自局を中心として、アンテナが設けられている4方向、つまり“N方向”,“S方向”,“W方向”,“E方向”のそれぞれに向かい、問い合わせ信号を送信する。   In FIG. 6A, there are nodes around the local station N1. The node N1 transmits inquiry signals in the four directions where the antenna is provided, that is, the “N direction”, the “S direction”, the “W direction”, and the “E direction”, centering on the own station.

図6(b)は、問い合わせ信号を受信した無線ノードが応答信号を送信している説明図である。   FIG. 6B is an explanatory diagram in which the wireless node that has received the inquiry signal transmits a response signal.

図6(c)は、位置学習により生成される位置テーブル103aの概念説明図である。位置テーブル103aは、RAM103に一時的に記憶される。位置テーブル103aには、無線ノードのアドレスとその向きとが対応付けて記憶されている。   FIG. 6C is a conceptual explanatory diagram of the position table 103a generated by position learning. The position table 103a is temporarily stored in the RAM 103. In the position table 103a, the address of the wireless node and its direction are stored in association with each other.

図7は、位置学習処理の流れの一例を示す説明図である。例えば、ノードN1は、問い合わせ信号“ENQ”を、“E”向きに送信する(#1)。ノードN1から見て“E”側に存在する無線ノードのうち“ENQ”を受信したノードNa,Nbから、ノードN1は応答信号ACKを受信する(#2,#3)。このとき、“ENQ”に対応する“ACK”には、“ACK”を送信した無線ノードNa,Nbそれぞれのアドレスが埋め込まれる。ノードN1は、“ACK”に埋め込まれたアドレスを抽出し、“E方向”と対応付けて位置テーブルに登録する(#4)。同様にして、無線ノードN1は、W方向、N方向、S方向についても他の無線ノードの存在を学習し、位置テーブルに登録する(#5)。なお、“ENQ”は、無線ノード間で中継されるが、中継回数の上限を1〜2回など少なめに設定して近隣の無線ノードの検出を行うほうが、より正確な位置学習が可能となる。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the flow of the position learning process. For example, the node N1 transmits an inquiry signal “ENQ” in the direction “E” (# 1). The node N1 receives the response signal ACK from the nodes Na and Nb that have received “ENQ” among the wireless nodes existing on the “E” side as viewed from the node N1 (# 2, # 3). At this time, the addresses of the wireless nodes Na and Nb that transmitted “ACK” are embedded in “ACK” corresponding to “ENQ”. The node N1 extracts the address embedded in “ACK” and registers it in the position table in association with “E direction” (# 4). Similarly, the wireless node N1 learns the presence of other wireless nodes in the W direction, N direction, and S direction, and registers them in the position table (# 5). Note that “ENQ” is relayed between wireless nodes. However, if the upper limit of the number of relays is set to a small number such as 1 to 2 to detect neighboring wireless nodes, more accurate location learning is possible. .

このように、無線ノード同士が自局の周辺の無線ノードの位置を学習した後、各無線ノード同士が位置テーブルを交換し合うことにより、無線通信システム100全体を網羅した位置テーブルを構築することができる。この位置テーブルを用いれば、無線ノードNは、送信先ノードのアドレスに基づいて、どの向きに電波を送出すべきかを決定可能になる。   As described above, after the wireless nodes learn the positions of the wireless nodes in the vicinity of the own station, each wireless node exchanges the position tables to construct a position table that covers the entire wireless communication system 100. Can do. Using this position table, the wireless node N can determine in which direction the radio wave should be transmitted based on the address of the destination node.

(6)処理の流れ
次に、無線ノードNが行う処理の流れについて、図面を参照して説明する。無線ノードは、大別して送信処理と受信処理とを行う。無線ノードは、基本的に受信処理をメインルーチンとして実行し、受信処理で呼び出されたときに送信処理を行う。
(6) Process Flow Next, the process flow performed by the wireless node N will be described with reference to the drawings. The wireless node roughly performs transmission processing and reception processing. The wireless node basically executes reception processing as a main routine, and performs transmission processing when called by the reception processing.

(6−1)受信処理
図8は、無線ノードが行う受信処理の流れの一例を示すフローチャートである。この処理は、無線ノードの起動と共に開始される。
(6-1) Reception Processing FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the flow of reception processing performed by the wireless node. This process is started when the wireless node is activated.

ステップS1〜S2:無線ノードNは、他の無線ノードから送信データの受信を待機し、送信データを受信するとステップS3に移行する。なお、受信通知を受信した場合は、ステップS2に移行し、後述する応答中継処理サブルーチンを実行する。   Steps S1 and S2: The wireless node N waits for reception of transmission data from other wireless nodes, and when receiving transmission data, proceeds to step S3. If a reception notification is received, the process proceeds to step S2, and a response relay processing subroutine described later is executed.

ステップS3〜S6:無線ノードNは、受信した送信データのエラー検出を行う(S3)。エラーが検出されたならば、無線ノードNは、切替部113によりダイバーシティアンテナ109の指向方向を無指向性に切り替る(S4)。さらに、ノードNは、無線通信路におけるキャリアの有無を検査する(S5)。すなわち、通信帯域の空きをチェックする。キャリアが検出されたならば検出されなくなるまで待機し(S5)、再送要求、例えば“NACK”を送信する(S6)。その後、ステップS1に戻り、送信データの着信を待機する。   Steps S3 to S6: The wireless node N detects an error in the received transmission data (S3). If an error is detected, the wireless node N switches the directivity direction of the diversity antenna 109 to non-directional by the switching unit 113 (S4). Further, the node N checks the presence / absence of a carrier in the wireless communication path (S5). That is, the communication bandwidth is checked. If a carrier is detected, it waits until it is not detected (S5), and transmits a retransmission request, for example, “NACK” (S6). Then, it returns to step S1 and waits for the arrival of transmission data.

ステップS7:送信データにエラーが検出されなければ、無線ノードNは、受信した送信データのIDコードと、過去に受信した正常応答のIDコードと、が一致するか否かを判断する。一致したならば既に他の中継ノードによって中継が行われていることを示すので、送信データを廃棄して中継を打ち切り、ステップS1に戻って送信データを待機する。すなわち、無駄な送信データの中継を抑制することができる。受信した送信データのIDコードと過去の正常応答のIDコードとが一致しなければ、ステップS8に移行する。   Step S7: If no error is detected in the transmission data, the wireless node N determines whether or not the ID code of the received transmission data matches the ID code of the normal response received in the past. If they match, it indicates that relaying has already been performed by another relay node. Therefore, the transmission data is discarded, the relay is terminated, and the process returns to step S1 to wait for transmission data. That is, useless transmission data relay can be suppressed. If the ID code of the received transmission data does not match the past normal response ID code, the process proceeds to step S8.

ステップS8:ノードNは、受信した送信データの中継履歴番号を参照する。中継履歴番号がゼロ以下であれば、無線ノードNは、その送信データは中継の限界に達していると判断し、送信データを廃棄して中継を打ち切る。その後、ステップS1に戻って送信データを待機する。   Step S8: The node N refers to the relay history number of the received transmission data. If the relay history number is less than or equal to zero, the wireless node N determines that the transmission data has reached the relay limit, discards the transmission data, and aborts the relay. Then, it returns to step S1 and waits for transmission data.

中継履歴番号がゼロより大であれば、無線ノードNは、送信データは引き続き中継可能と判断し、ステップS9に移行する。   If the relay history number is greater than zero, the wireless node N determines that the transmission data can still be relayed, and proceeds to step S9.

ステップS9:無線ノードNは、無線通信路におけるキャリアの有無を検査する。すなわち、通信帯域の空きをチェックする。キャリアが検出されたならば検出されなくなるまで待機し、ステップS10に移行する。   Step S9: The wireless node N checks for the presence of a carrier in the wireless communication path. That is, the communication bandwidth is checked. If a carrier is detected, it waits until it is not detected, and proceeds to step S10.

ステップS10:無線ノードNは、送信データのIDコードに含まれる送信先アドレスを参照し、自局宛の送信データか否かを判断する。IDコード中の送信先アドレスが自局アドレスと一致する場合、ステップS11に移行する。一致しない場合、後述するステップS14に移行する。   Step S10: The wireless node N refers to the transmission destination address included in the ID code of the transmission data, and determines whether the transmission data is addressed to the own station. When the transmission destination address in the ID code matches the own station address, the process proceeds to step S11. If not, the process proceeds to step S14 described later.

ステップS11〜S13:無線ノードNは、送信データは自局宛のデータであるので、送信データをデータ処理する(S11)。その後、切替部113によりダイバーシティアンテナ109の指向方向を送信元ノードN1の向きに切り替え(S12)、IDコードの中継アドレスを自局アドレスに書き換えて正常応答信号を送信する(S13)。   Steps S11 to S13: Since the transmission data is data addressed to the own station, the wireless node N processes the transmission data (S11). Thereafter, the switching unit 113 switches the directivity direction of the diversity antenna 109 to the direction of the transmission source node N1 (S12), rewrites the relay address of the ID code with the local address, and transmits a normal response signal (S13).

ステップS14〜S16:送信データ中の中継アドレスと自局アドレスとが一致しなければ、送信データは他のノード宛である。そこで、無線ノードNは、ダイバーシティアンテナ109を無指向性に切り替え(S14)、送信データと同一のIDコードを持つ正常応答“ACK”を送信する(S15)。その後、送信処理を呼び出す(S16)。送信データを中継するためである。   Steps S14 to S16: If the relay address in the transmission data does not match the own station address, the transmission data is addressed to another node. Therefore, the wireless node N switches the diversity antenna 109 to non-directional (S14), and transmits a normal response “ACK” having the same ID code as the transmission data (S15). Thereafter, the transmission process is called (S16). This is to relay transmission data.

以上の処理により、送信データを受信した無線ノードNのいずれかが、送信データのIDコードと同一のIDコードを持つ受信通知を、指向性を緩和して送信する。これにより同じ送信データを受信した他の無線ノードに対し、その無線ノードは送信データ中継のための優先権を主張できる。その結果、その受信通知を受信した他の無線ノードは、その送信データの中継を停止する。したがって、複数の中継ノードによる同一送信データの輻輳を防止することができる。また、例えば、中継ノードが受信応答を受け損ない、中継途中で経路が分岐して再度同一IDコードの送信データが中継されてきても、同じ送信データが再度中継されることを防止できる。   Through the above processing, any of the wireless nodes N that have received the transmission data transmits a reception notification having the same ID code as the transmission data with a reduced directivity. As a result, the wireless node can claim priority for relaying the transmission data to other wireless nodes that have received the same transmission data. As a result, other wireless nodes that have received the reception notification stop relaying the transmission data. Therefore, congestion of the same transmission data by a plurality of relay nodes can be prevented. Further, for example, even if the relay node fails to receive a reception response and the route is branched in the middle of the relay and the transmission data with the same ID code is relayed again, the same transmission data can be prevented from being relayed again.

(6−2)応答中継処理サブルーチン
図9は、応答中継処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下の処理は、前記受信処理において、ステップS2に移行すると、開始される。
(6-2) Response Relay Processing Subroutine FIG. 9 is a flowchart showing an example of the processing flow of the response relay processing subroutine. The following process is started when the process proceeds to step S2 in the reception process.

ステップS21:無線ノードNは、受信通知、すなわち正常応答または異常応答を受信したか否かを判断する。いずれも受信していない場合、前記受信処理のステップS1に戻り、次の送信データまたは受信通知を待機する。何れかを受信した場合、ステップS22に移行する。   Step S21: The wireless node N determines whether or not a reception notification, that is, a normal response or an abnormal response has been received. If none has been received, the process returns to step S1 of the reception process and waits for the next transmission data or reception notification. If any one is received, the process proceeds to step S22.

ステップS22:無線ノードNは、受信通知中のIDコードを参照し、中継アドレスと送信先アドレスとが一致しているか否かを判断する。すなわち、無線ノードNは、送信先ノードN2からの受信通知なのか、他の中継ノードからの受信通知なのかを、判別する。送信先ノードN2からの受信通知であれば、他の中継ノードに中継する必要があるからである。   Step S22: The wireless node N refers to the ID code in the reception notification and determines whether or not the relay address matches the transmission destination address. That is, the wireless node N determines whether it is a reception notification from the transmission destination node N2 or a reception notification from another relay node. This is because the reception notification from the transmission destination node N2 needs to be relayed to another relay node.

ステップS23:無線ノードNは、切替部113によりダイバーシティアンテナ109の指向方向を送信元ノードN1の向きに切り替える(S23)。送信先ノードN2からの受信信号の無駄な伝搬を防ぎ、できるだけ短い通信経路で送信元ノードN1に到達させるためである。   Step S23: The wireless node N switches the directivity direction of the diversity antenna 109 to the direction of the transmission source node N1 by the switching unit 113 (S23). This is to prevent useless propagation of the received signal from the transmission destination node N2 and to reach the transmission source node N1 through the shortest possible communication path.

ステップS24:無線ノードNは、無線通信路におけるキャリアの有無を検査する。すなわち、通信帯域の空きをチェックする。キャリアが検出されたならば検出されなくなるまで待機し、ステップS25に移行する。   Step S24: The wireless node N checks for the presence of a carrier in the wireless communication path. That is, the communication bandwidth is checked. If a carrier is detected, it waits until it is not detected, and proceeds to step S25.

ステップS25:無線ノードNは、受信した受信通知中のIDコードと同じIDコードを持つ受信通知を送信する。これにより、送信先ノードN2が送信した正常応答または異常応答は、送信元ノードN1までIDコードを保存したまま到達する。   Step S25: The wireless node N transmits a reception notification having the same ID code as the received ID code in the reception notification. As a result, the normal response or the abnormal response transmitted by the transmission destination node N2 reaches the transmission source node N1 while storing the ID code.

この受信通知を受信した送信元ノードN1では、IDコードを参照することにより、送信先ノードN2からの受信通知であることを認識する。したがって、送信元ノードN1は、データ番号毎に送信の成功と失敗を管理し、送信データの再送を必要に応じて行うことができる。   The transmission source node N1 that has received the reception notification recognizes the reception notification from the transmission destination node N2 by referring to the ID code. Accordingly, the transmission source node N1 manages the success and failure of transmission for each data number, and can retransmit transmission data as necessary.

(6−3)送信処理
図10は、無線ノードNが行う送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下の処理は、受信処理のステップS16において本処理が呼び出されることにより開始される。
(6-3) Transmission Processing FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the flow of transmission processing performed by the wireless node N. The following process is started when this process is called in step S16 of the reception process.

ステップS31:無線ノードNは、前記受信処理で受信した送信データのIDコードを更新する。具体的には、無線ノードNは、中継アドレスを自局アドレスに書き換え、中継履歴番号を“1”減算する。   Step S31: The wireless node N updates the ID code of the transmission data received in the reception process. Specifically, the wireless node N rewrites the relay address with its own address, and subtracts “1” from the relay history number.

ステップS32〜S33:無線ノードNは、受信した送信データのIDコードから、送信先アドレスを読み出す(S32)。さらに、無線ノードNは、送信先アドレスに基づいて位置テーブル103aを参照し、送信先ノードN2の自局から見た向きを特定する(S33)。すなわち、無線ノードNは、送信先ノードN2の自局から見た向きが、N方向、E方向、S方向、W方向のいずれなのかを判断する。   Steps S32 to S33: The wireless node N reads the transmission destination address from the ID code of the received transmission data (S32). Further, the wireless node N refers to the position table 103a based on the transmission destination address, and specifies the direction of the transmission destination node N2 as viewed from its own station (S33). That is, the wireless node N determines which of the N direction, the E direction, the S direction, and the W direction is the direction of the transmission destination node N2 viewed from its own station.

ステップS34:無線ノードNは、特定した向きに従い、切替部113によりダイバーシティアンテナ109の送信アンテナを切り替える。   Step S34: The wireless node N switches the transmission antenna of the diversity antenna 109 by the switching unit 113 according to the specified direction.

ステップS35〜S36:無線ノードNは、無線通信路におけるキャリアの有無を検査し、キャリアが検出されたならば検出されなくなるまで待機する。キャリアが検出されなければ、受信した送信データに含まれるデータペイロードに対し、新しいヘッダコード、更新したIDコード、その他必要なフィールドを付加した新しい送信データを生成し、前記特定した向きに送信する。   Steps S35 to S36: The wireless node N checks the presence or absence of a carrier in the wireless communication path, and waits until it is not detected if a carrier is detected. If no carrier is detected, new transmission data with a new header code, an updated ID code, and other necessary fields added to the data payload included in the received transmission data is generated and transmitted in the specified direction.

ステップS37〜S39:無線ノードNは、送信データの送信後、他の中継ノードNからの受信通知を待機する(S37)。正常応答、例えば“ACK”を受信した場合、送信データの中継が成功したとみなし、“ACK”のIDコードをRAM103に保存する(S38)。さらに、送信出力が通常値よりも上昇していれば、通常の値に戻す(S39)。その後、本処理を終了し、次の中継シーケンスのために受信処理に戻る。正常応答を受信できれば上がっていた送信出力を通常に戻すことにより、送信の都度、最適な電力を調整することになる。そのため、無駄な電力消費を抑制することができる。   Steps S37 to S39: After transmitting the transmission data, the wireless node N waits for a reception notification from another relay node N (S37). When a normal response, for example, “ACK” is received, it is considered that the transmission data has been successfully relayed, and the ID code of “ACK” is stored in the RAM 103 (S38). Furthermore, if the transmission output is higher than the normal value, it is returned to the normal value (S39). Thereafter, this process is terminated, and the process returns to the reception process for the next relay sequence. If a normal response can be received, the transmission power that has been raised is returned to normal, and the optimum power is adjusted for each transmission. Therefore, useless power consumption can be suppressed.

ステップS310〜S311:無線ノードNは、正常応答を所定時間待機し、タイムアウトしたならば(S310)、送信出力を強める(S311)。その後、ステップS35に戻り、強めた送信出力で送信データの再送を行う(S36)。正常応答が得られるまで送信出力を徐々に上げるので、自局のサービスエリア内に他の無線ノードが存在しない場合でもサービスエリアを徐々に拡大し、次のノードへ送信データを中継伝送することができる。徐々に送信電力を上げてその都度受信通知を確認するため、必要最小限の電力で送信することができ、送信電力の最適設定が可能になる。   Steps S310 to S311: The wireless node N waits for a normal response for a predetermined time and, if timed out (S310), strengthens the transmission output (S311). Thereafter, the process returns to step S35, and the transmission data is retransmitted with the increased transmission output (S36). Since the transmission output is gradually increased until a normal response is obtained, even if there is no other wireless node in the service area of the local station, the service area can be gradually expanded and the transmission data can be relayed to the next node. it can. Since the transmission power is gradually increased and the reception notification is confirmed each time, transmission can be performed with the minimum necessary power, and the transmission power can be optimally set.

上記の処理において、異常応答、例えば“NACK”を受信した場合、タイムアウト処理を行わずに直ちに送信電力を増加し、送信データの再送処理を行うようにしても良い。   In the above processing, when an abnormal response, for example, “NACK” is received, the transmission power may be immediately increased without performing the timeout processing, and the retransmission processing of the transmission data may be performed.

以上の処理を用いれば、無線ノードNは、自局から見た送信先ノードに向かって指向性を高めて送信データをブロードキャスト伝送する。伝送する送信データには、送信先アドレスを含むIDコードが付与されているので、途中の中継ノードは送信先アドレスを解析できる。そのため、各中継ノードNは、送信先ノードN2に向けて送信データを中継していく。その結果、無線通信システム全体の使用電力を減少させながら、短い通信経路で目的の送信先ノードN2に送信データを到達させることができる。   Using the above processing, the wireless node N broadcasts transmission data with increased directivity toward the transmission destination node viewed from the local station. Since the transmission data to be transmitted is given an ID code including the transmission destination address, the intermediate relay node can analyze the transmission destination address. Therefore, each relay node N relays transmission data toward the transmission destination node N2. As a result, the transmission data can reach the target transmission destination node N2 through a short communication path while reducing the power consumption of the entire wireless communication system.

また、過去に中継したIDコードを持つ送信データを再び違う経路から受信しても、再度中継することを防止できる。中継回数の制限によって、無限に無駄な中継を繰り返すことを阻止できる。また、電波状況によって指向性伝送が十分に性能を発揮できないような場合でも、送信先ノードの存在しない方向に中継が伸び行き、無限に中継を繰り返すことを阻止できる。   Further, even if transmission data having an ID code relayed in the past is received again from a different route, it is possible to prevent relaying again. By limiting the number of times of relaying, it is possible to prevent infinite number of repeated relays. Further, even when the directional transmission cannot sufficiently perform depending on the radio wave condition, it is possible to prevent the relay from extending in the direction where the destination node does not exist and repeating the relay indefinitely.

<その他の実施形態>
(A)前記第1実施形態の図3において、変調部106と復調部111とを個別のハードウエアブロックとして例示しているが、これらをCPU101でのソフトウエア処理で実現することも可能である。
<Other embodiments>
(A) In FIG. 3 of the first embodiment, the modulation unit 106 and the demodulation unit 111 are illustrated as individual hardware blocks. However, these can also be realized by software processing in the CPU 101. .

(B)また、チャンネル選択信号S7を用いて送受信周波数を切り替える構成に代えて、固定周波数で運用する構成としても良い。単一的な小規模無線ネットワークシステム用途には、チャンネル選択信号S7と送信部107と受信部110とに内蔵される周波数シンセサイザや同調機構を簡略化することができる。   (B) Moreover, it is good also as a structure which replaces with the structure which switches transmission / reception frequency using channel selection signal S7, and operates by a fixed frequency. For a single small-scale wireless network system application, the frequency synthesizer and the tuning mechanism built in the channel selection signal S7, the transmission unit 107, and the reception unit 110 can be simplified.

(C)さらに、ダイバーシティアンテナの向きは、必ずしも空間を等分割した4方向に限られない。無線ノードのコストとシステム上求められる検出精度の兼ね合いから、ダイバーシティアンテナ109の指向方位数や指向特性を決定することができる。   (C) Furthermore, the direction of the diversity antenna is not necessarily limited to four directions in which the space is equally divided. The number of directivity directions and directivity characteristics of the diversity antenna 109 can be determined from the balance between the cost of the wireless node and the detection accuracy required in the system.

(D)電源P1の供給部位を復調部111にまで拡張し、着信検出部114が復調部111の出力である受信データS6を監視して電源制御すれば、さらに正確な着信判定が可能になる。しかし、一般的に復調部111は多くの動作電力を必要とするため、システムからの電池寿命要求との兼ね合いから着信検出精度を決定すればよい。   (D) If the supply part of the power supply P1 is extended to the demodulator 111 and the incoming call detector 114 monitors the received data S6, which is the output of the demodulator 111, and controls the power supply, a more accurate incoming call determination becomes possible . However, since the demodulator 111 generally requires a large amount of operating power, it is only necessary to determine the incoming call detection accuracy based on the balance with the battery life requirement from the system.

(E)IDコードには、各無線ノードのアドレスに代えて、MACアドレスなど各無線ノードに固有の機械的番号であってもよいし、各無線ノードに割り振られた自由名称であってもよい。自由名称を用いる場合は、無線通信システム中に、無線ノードの自由名称と無線ノードの機械的固有番号とを結びつける無線ノードやサーバを設けておけばよい。   (E) The ID code may be a mechanical number unique to each wireless node, such as a MAC address, instead of the address of each wireless node, or may be a free name assigned to each wireless node. . When a free name is used, a wireless node or server that links the free name of the wireless node and the mechanical unique number of the wireless node may be provided in the wireless communication system.

(F)空中線伝送路でのデータ伝送においては、さらに外符号処理としてインターリーブ処理と誤り訂正符号化処理を施してからデータ伝送すれば通信の信頼性が向上する。そのとき、外符号処理は、エンコード処理が変調部106の入力段に備えられ、デコード処理が復調部111の出力段に備えられることが望ましい。また、誤り訂正符号には、畳み込み符号やターボ符号などの連続的な符号誤りに対して有効な性能を示すものを用いれば、通信の信頼性がさらに向上する。   (F) In data transmission on an antenna transmission path, if data transmission is performed after further interleaving processing and error correction coding processing are performed as outer code processing, communication reliability is improved. At this time, in the outer code processing, it is desirable that the encoding process is provided in the input stage of the modulation unit 106 and the decoding process is provided in the output stage of the demodulation unit 111. Further, if an error correction code having a performance effective against continuous code errors such as a convolutional code or a turbo code is used, the reliability of communication is further improved.

本発明にかかる無線通信方法は、無線通信システムを構成する電池駆動の無線ノードによるアドホック通信処理に利用可能である。また、無線アドホック通信によるセンサネットワークシステム等の用途にも応用可能である。   The wireless communication method according to the present invention can be used for ad hoc communication processing by a battery-powered wireless node constituting a wireless communication system. Also, it can be applied to uses such as a sensor network system by wireless ad hoc communication.

本発明の第1実施形態における無線通信システムの構成図The block diagram of the radio | wireless communications system in 1st Embodiment of this invention 無線通信システム100の動作を示す説明図(1)Explanatory drawing (1) which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 無線通信システム100の動作を示す説明図(2)Explanatory drawing which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 (2). 無線通信システム100の動作を示す説明図(3)Explanatory drawing (3) which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 無線通信システム100の動作を示す説明図(4)Explanatory drawing which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 (4). 無線通信システム100の動作を示す説明図(5)Explanatory drawing which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 (5) 無線通信システム100の動作を示す説明図(6)Explanatory drawing which shows operation | movement of the radio | wireless communications system 100 (6) 第1実施形態における無線ノードのブロック図The block diagram of the radio | wireless node in 1st Embodiment (a)無線ノードが送信データを送信するための送信データフォーマットの一例を示す説明図(b)受信通知を送信するための制御信号フォーマットの一例を示す説明図(A) An explanatory diagram showing an example of a transmission data format for a wireless node to transmit transmission data. (B) An explanatory diagram showing an example of a control signal format for transmitting a reception notification. 送信データ及び受信通知における、IDコードの変遷を示す説明図Explanatory drawing which shows transition of ID code in transmission data and reception notification (a)位置学習機能を示す説明図(1)(b)位置学習機能を示す説明図(2)(c)位置学習により生成される位置テーブルの概念説明図(A) Explanatory diagram showing position learning function (1) (b) Explanatory diagram showing position learning function (2) (c) Conceptual explanatory diagram of a position table generated by position learning 位置学習処理の流れの一例を示す説明図Explanatory drawing which shows an example of the flow of a position learning process 無線ノードが行う受信処理の流れの一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the flow of the reception process which a wireless node performs 応答中継処理サブルーチンの処理の流れの一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of the processing flow of the response relay processing subroutine 無線ノードが行う送信処理の流れの一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the flow of the transmission process which a wireless node performs 従来の無線アドホック通信方法の通信状態を示す説明図Explanatory drawing which shows the communication state of the conventional wireless ad hoc communication method

符号の説明Explanation of symbols

100 無線通信システム
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 タイマ
105 電池
106 変調部
107 送信部
108 切替制御部
109 ダイバーシティアンテナ
110 受信部
111 復調部
113 切替部
114 着信検出部
115 電源分配部
100 wireless communication system 101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 timer 105 battery 106 modulation unit 107 transmission unit 108 switching control unit 109 diversity antenna 110 reception unit 111 demodulation unit 113 switching unit 114 incoming detection unit 115 power distribution unit

Claims (10)

無線通信により、送信元ノードから送信先ノードに他のノード(以下、中継ノードという)を介して送信データを送信する無線通信システムが行う無線通信方法であって、
各ノードが、自局を中心としたときの他のノードの全部または一部の向きと、他のノードの識別子と、を対応付けて記憶する位置記憶ステップと、
送信元ノードが、送信先ノードの識別子を含む送信データを、前記位置記憶ステップで記憶している送信先ノードに向かって送信する送信ステップと、
前記送信データを受信した中継ノードが、受信した送信データに含まれる前記送信先ノードの識別子に基づいて、前記位置記憶ステップで記憶している送信先ノードの向きを特定し、その向きに前記送信データを送信する中継ステップと、
を含む無線通信方法。
A wireless communication method performed by a wireless communication system that transmits transmission data from a transmission source node to a transmission destination node via another node (hereinafter referred to as a relay node) by wireless communication,
A position storing step in which each node stores the direction of all or part of other nodes when the own station is at the center and the identifiers of the other nodes in association with each other;
A transmission step in which the transmission source node transmits transmission data including an identifier of the transmission destination node toward the transmission destination node stored in the position storage step;
The relay node that has received the transmission data identifies the direction of the transmission destination node stored in the location storage step based on the identifier of the transmission destination node included in the received transmission data, and the transmission is performed in that direction. A relay step for transmitting data;
A wireless communication method including:
前記送信ステップにおいて、前記送信元ノードは、前記送信先ノード識別子と、前段ノード識別子としての自局の識別子と、送信元ノード識別子と、前記送信元ノードが前記送信データに付与するデータ識別子と、を有する識別コードを含む送信データを送信し、
前記中継ステップにおいて、前記中継ノードは、受信した前記送信データに含まれる識別コード中の前段ノード識別子を自局の識別子に書き換えて送信することを特徴とする、請求項1に記載の無線通信方法。
In the transmission step, the transmission source node includes the transmission destination node identifier, an identifier of the local station as a preceding node identifier, a transmission source node identifier, and a data identifier that the transmission source node assigns to the transmission data; Transmitting transmission data including an identification code having
2. The wireless communication method according to claim 1, wherein, in the relay step, the relay node rewrites a previous-stage node identifier in an identification code included in the received transmission data with an identifier of the own station and transmits the same. .
前記送信データを受信した中継ノードのうち第1中継ノードが、前記送信データの受信通知を、前記送信データの送信範囲よりも広い範囲に向かって送信する受信通知ステップと、
前記第1中継ノード以外の第2中継ノードが、前記第1中継ノードからの前記受信通知の受信に応じ、前記中継ステップの実行を停止する第1中継停止ステップと、
をさらに含む、請求項2に記載の無線通信方法。
A reception notification step in which the first relay node among the relay nodes that has received the transmission data transmits the reception notification of the transmission data toward a range wider than the transmission range of the transmission data;
A first relay stop step in which a second relay node other than the first relay node stops the execution of the relay step in response to reception of the reception notification from the first relay node;
The wireless communication method according to claim 2, further comprising:
前記受信通知ステップにおいて、前記第1中継ノードは、自局が受信した前記送信データ中の識別コードを含む受信通知を送信し、
前記第1中継停止ステップにおいて、前記第2中継ノードは、自局が受信した送信データ中の識別コードと、自局が過去に受信した受信通知中の識別コードと、を比較し、比較結果に基づいて前記中継ステップの実行を停止する、
ことを特徴とする、請求項3に記載の無線通信方法。
In the reception notification step, the first relay node transmits a reception notification including an identification code in the transmission data received by the local station,
In the first relay stop step, the second relay node compares the identification code in the transmission data received by the local station with the identification code in the reception notification received by the local station in the past, Stop execution of the relay step based on:
The wireless communication method according to claim 3, wherein:
前記送信データを受信した任意のノードが、受信した送信データ中の識別コードに含まれる送信先ノード識別子と、自局の識別子と、に基づいて、自局宛の送信データであるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップで自局宛の送信データであると判断した場合、前記ノードは前記中継ステップの実行を停止する第2中継停止ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の無線通信方法。
Whether any node that has received the transmission data is transmission data addressed to the own station based on the destination node identifier included in the identification code in the received transmission data and the identifier of the own station A judgment step to judge;
If it is determined in the determination step that the transmission data is addressed to the own station, the node stops a second relay stop step for stopping the relay step;
The wireless communication method according to claim 2, further comprising:
前記送信データを受信した任意のノードが、受信した送信データ中の識別コードに含まれる送信先ノード識別子と、自局の識別子と、に基づいて、自局宛の送信データであるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップで自局宛送信データと判断した場合、受信した送信データ中の識別コードに含まれる前段ノード識別子を自局の識別子に書き換え、書き換え後の識別コードを含む受信通知を送信する送信先応答ステップと、
前記受信通知を受信した任意のノードが、識別コード中の前段ノード識別子と送信先ノード識別子とを比較し、両者が一致する場合、受信した識別コードを含む受信通知を送信する応答中継ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の無線通信方法。
Whether any node that has received the transmission data is transmission data addressed to the own station based on the destination node identifier included in the identification code in the received transmission data and the identifier of the own station A judgment step to judge;
When it is determined that the transmission data is addressed to the local station in the determination step, the transmission destination that transmits the reception notification including the rewritten identification code by rewriting the previous node identifier included in the identification code in the received transmission data with the identifier of the local station A response step;
Any node that has received the reception notification compares the preceding node identifier and the transmission destination node identifier in the identification code, and if both match, a response relay step of transmitting the reception notification including the received identification code;
The wireless communication method according to claim 2, further comprising:
前記送信先応答ステップ及び前記応答中継ステップにおいて、受信通知は前記送信元ノードに向けて指向性を持って送信されることを特徴とする、請求項6に記載の無線通信方法。   The wireless communication method according to claim 6, wherein in the transmission destination response step and the response relay step, the reception notification is transmitted with directivity toward the transmission source node. 前記送信ステップにおいて、前記送信元ノードは、中継上限回数を含む送信データを送信し、
前記中継ステップにおいて、前記中継ノードは、受信した送信データ中の中継上限回数よりも1回分少ない中継上限回数を含む送信データを送信し、
前記送信データを受信した任意のノードは、受信した送信データ中の中継上限回数に基づいて、受信した送信データをさらに中継するか否かを判断し、判断結果に応じて前記中継ステップの実行を停止する第3中継停止ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の無線通信方法。
In the transmission step, the transmission source node transmits transmission data including the relay upper limit number of times,
In the relay step, the relay node transmits transmission data including a relay upper limit number that is one less than a relay upper limit number in the received transmission data;
An arbitrary node that has received the transmission data determines whether to further relay the received transmission data based on the relay upper limit count in the received transmission data, and executes the relay step according to the determination result. The wireless communication method according to claim 1, further comprising a third relay stop step of stopping.
各ノードは、送信ステップまたは中継ステップにおいて送信した送信データに対する受信通知が所定時間以内にない場合、前記送信データに対する受信通知が得られるまで、送信データの送信出力を段階的に強める出力調整ステップをさらに含む、請求項1に記載の無線通信方法。   Each node performs an output adjustment step for gradually increasing the transmission output of the transmission data until the reception notification for the transmission data is obtained when the reception notification for the transmission data transmitted in the transmission step or the relay step is not within a predetermined time. The wireless communication method according to claim 1, further comprising: 無線通信により、送信元ノードから送信先ノードに他のノードを介して送信データを送信する無線通信システムに含まれる無線ノードであって、
自局を中心としたときの他のノードの全部または一部の向きと、他のノードの識別子と、を対応付けて記憶する位置記憶手段と、
送信先ノードの識別子を含む送信データを、前記位置記憶手段が記憶している送信先ノードに向かって送信する送信手段と、
前記送信データを受信した場合、受信した送信データに含まれる前記送信先ノードの識別子に基づいて、前記位置記憶手段が記憶している送信先ノードの向きを特定し、その向きに前記送信データを送信する中継手段と、
を含む無線通信手段。
A wireless node included in a wireless communication system that transmits transmission data from a transmission source node to a transmission destination node via another node by wireless communication,
A position storage means for storing all or a part of other nodes when the local station is at the center and an identifier of the other nodes in association with each other;
Transmission means for transmitting transmission data including an identifier of a transmission destination node toward the transmission destination node stored in the position storage means;
When the transmission data is received, based on the identifier of the transmission destination node included in the transmission data received, the direction of the transmission destination node stored in the position storage unit is specified, and the transmission data is set in that direction. A relay means for transmitting;
A wireless communication means including:
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