JP2008228046A - 無線ネットワークの故障診断システムおよび故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ簡素な構成で、要求される通信を継続しながら、通信異常の発生原因を判定することができる無線ネットワークの故障診断システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】無線ネットワーク１を構成する複数の無線ノードを備え、複数の無線ノードは、アウェイク状態とドーズ状態とを互いに同期して繰り返し、所定エリア３内に通信異常が発生した場合、所定エリア３内に存在する対象ノード４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを通信チャンネルから、対象ノード４の正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替え、所定エリア３外に存在し、対象ノード４と通信できなくなった周辺ノード５は、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノード４に対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定するものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線ネットワークを構成する複数の無線ノードを備えた無線ネットワークの故障診断システムおよび故障診断方法に関する。

無線通信技術の発展と低価格化とに伴い、中心となる制御局を介して複数の無線ノードが相互に接続されるスター型の無線ネットワークだけでなく、複数の無線ノードが直接通信し、自律分散的にネットワークを形成するアドホック型の無線ネットワークを構成することが検討されている。

アドホック型の無線ネットワークを構成する複数の無線ノードは、それぞれ分散して配置され、自己のデータを送信するとともに、他の無線ノードに宛てて送信されたデータを受信して転送（中継）する。
このように、複数の無線ノードをそれぞれ分散して配置することにより、広範囲なエリアをカバーする無線ネットワークが構成される。

しかしながら、アドホック型の無線ネットワークにおいて、あるエリア内に通信異常が発生すると、このエリア内に存在する無線ノードがデータを送信することおよび中継することができなくなるので、通信異常による影響が他の無線ノードの通信にまで及ぶこととなる。
そこで、アドホック型の無線ネットワークを構成するそれぞれの無線ノードは、通信異常の発生を検出した場合に、通信異常が発生したエリアを迂回する通信経路を構築して通信を実行している。

このとき、通信異常の発生原因としては、無線ノードの故障によるものと、外乱による一時的なものとが考えられる。
一般的に、無線環境においては、外乱によって一時的に通信することができなくなるという事象が発生する。
例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１５．４規格による近距離無線通信に使用される２．４ＧＨｚ付近のＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドは、電磁波を発生する電子レンジ等の電子機器にも使用されるので、多くの電磁波が混在して外乱が発生しやすい周波数帯域である。

そのため、通信異常が発生して通信が継続できなくなったとき、その発生原因として無線ノードの故障による場合と、外乱の影響を受けた電磁障害による場合とがある。このことを区別することは、無線ノードを交換する必要性の有無や、通信に使用する無線チャンネルの選定等に関係する事柄であり、無線ネットワークを管理する上で重要なことである。

ここで、通信異常が外乱による電磁障害の場合、対象としている無線ノードと、この無線ノードと通信ができなくなった無線ノードとが、それぞれ無線チャンネルを切り替えることにより、外乱が影響しない無線チャンネルを選択することができれば、通信を行えるようになる。

従来の二重化通信制御方法では、機器Ａ（対象ノードと通信できなくなった無線ノード）と機器Ｂ（対象ノード）とが、それぞれ一方をプライマリ側、他方をセカンダリ側として動作する二重化された無線通信システムにおいて、セカンダリ側の診断通信によってセカンダリ側の通信異常が検出された場合に、機器Ａが、自己のセカンダリ側のチャンネルＸを他のチャンネルＹに変更するとともに、プライマリ側の通信系統を使用して機器Ｂに対してセカンダリ側のチャンネルをＸからＹに変更するチャンネル変更指令を出力し、機器Ｂが、機器Ａのプライマリ側からチャンネル変更指令を受信すると、プライマリ側で機器Ａに対して応答を返した後、速やかにセカンダリ側のチャンネルをＹに変更してセカンダリ側からも機器Ａに応答を返している（例えば、特許文献１参照）。

以下、図６を参照しながら、上記従来の二重化通信制御方法について説明する。
図６は、従来の二重化通信制御方法における機器Ａと機器Ｂとの通信手順を示すプロトコル図であり、（Ａ）はプライマリ側の通信、（Ｂ）はセカンダリ側の通信、（Ｃ）は機器Ａのセカンダリ側に設定されている無線チャンネル、（Ｄ）は、機器Ｂのセカンダリ側に設定されている無線チャンネルを示す。

図６において、通常時には、プライマリ側はデータ通信を実行しており、セカンダリ側は診断通信を実行している。
機器Ａは、時刻ｔ１でセカンダリ側の通信異常を検出した場合に、時刻ｔ２で機器Ａのセカンダリ側の無線チャンネルをＸからＹに変更するとともに、プライマリ側の通信系統を介して、機器Ｂに対してセカンダリ側の無線チャンネルをＸからＹに変更するチャンネル変更指令を出力する。

機器Ｂは、機器Ａからのチャンネル変更指令を受信した場合に、プライマリ側の通信系統を介して、機器Ａに対して応答を返した後、時刻ｔ３で機器Ｂのセカンダリ側の無線チャンネルをＸからＹに変更するとともに、セカンダリ側の通信系統を介して、機器Ａに対して応答を返す。
また、無線チャンネルをＹに切り替えても通信することができなければ、別の無線チャンネルに切り替えて再度通信を試みる。

このようにして、外乱による電磁障害により通信異常が発生した場合、外乱の影響が及ばない無線チャンネルに切り替えて通信を行うことができる。

特開２００３−２７３７８１号公報

従来の二重化通信制御方法では、要求されるプライマリ側の通信を継続しながら、通信異常が起きない無線チャンネルを選択するために、各無線ノードに２つの無線インタフェースを設けて無線通信システムを二重化する必要がある。
しかしながら、コスト面から各無線ノードに２つの無線インタフェースを設けることが困難なネットワークもある。
例えば多数の温度センサや湿度センサにそれぞれ無線インタフェースを設け、温度情報や湿度情報を収集するセンサネットワークにおいては、廉価な無線ノードが要求されるので、各無線ノードに２つの無線インタフェースを設けることは、コストアップにつながり現実的でない。
そのため、このようなネットワークに、従来技術の方法を適用することができないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、安価かつ簡素な構成で、要求される通信を継続しながら、通信異常の発生原因を、無線ノードの故障によるものか、外乱の影響によるものかを判定することができる無線ネットワークの故障診断システムおよび故障診断方法を提供することにある。

この発明に係る無線ネットワークの故障診断システムおよび故障診断方法は、無線ネットワークを構成する複数の無線ノードを備えた無線ネットワークの故障診断システムであって、複数の無線ノードは、送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを互いに同期して繰り返し、所定エリア内に通信異常が発生した場合、所定エリア内に存在する無線ノードである対象ノードは、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替え、所定エリア外に存在し、対象ノードと通信できなくなった無線ノードは、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノードに対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定するものである。

この発明の無線ネットワークの故障診断システムおよび故障診断方法によれば、無線ネットワークの所定エリア内に通信異常が発生した場合、所定エリア内に存在する対象ノードは、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替え、所定エリア外に存在し、対象ノードと通信できなくなった無線ノードは、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノードに対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する。
そのため、安価かつ簡素な構成で、要求される通信を継続しながら、通信異常の発生原因を判定することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る無線ネットワークの故障診断システムにおける無線ノードのトポロジを示す説明図である。なお、この無線ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠して構成されている。
図１において、無線ネットワーク１は、複数の無線ノードから構成されている。

無線ネットワーク１に参入する無線ノードは、無線ネットワーク１に参入済の無線ノードである親ノードにアソシエーションしてネットワークアドレスを獲得し（参入許可を受け）、獲得したネットワークアドレスを用いて他の無線ノードと通信する。
無線ネットワーク１に参入する無線ノードと、この無線ノードに参入許可を与える親ノードとの間には親子関係が生じ、ネットワークアドレスから親ノードを判断することができる。

図１において、アソシエーションの関係にある無線ノードどうしは、実線で結ばれており、隣接関係にある無線ノードどうしは、破線で結ばれている。アソシエーションの関係は、無線ネットワーク１内でツリー状に形成される。アソシエーションの関係、または隣接関係にある無線ノードどうしは、直接通信することができる。
無線ネットワーク１を構成するそれぞれの無線ノードは、互いに時間的に同期がとられており、周期的にビーコンを送受信するとともに、送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを周期的に繰り返すパワーセーブモードで動作している。

ここで、外乱によって外乱要因２を囲む所定エリア３内に通信異常が発生したとする。
このとき、所定エリア３内に存在する無線ノードである対象ノード４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、対象ノード４の正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替える。

また、所定エリア３外に存在し、対象ノード４と通信できなくなった無線ノードである周辺ノード５は、対象ノード４の親ノードである第１親ノード６に対して通信異常を通知する。
第１親ノード６は、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノード４に対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する。
また、第１親ノード６は、通信異常が外乱に起因するものであった場合に、無線ネットワーク１の管理装置７に対して外乱の発生を通知する。

以下、図２を参照しながら、通信チャンネルおよび正常性確認チャンネルについて詳細に説明する。
図２は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠して構成された無線ネットワーク１の無線チャンネルを示す説明図である。
図２において、無線ネットワーク１には、２．４ＧＨｚ帯に５ＭＨｚ間隔で１６チャンネルの無線チャンネルが規定されている。

ここで、周辺の無線ノードとの通信に使用される通信チャンネルと、対象ノード４の正常性を確認するための正常性確認チャンネルとは、周波数的に離れているほうが外乱による影響を受けにくいと考えられる。
そのため、通信チャンネルとして例えば１２チャンネル（１２ｃｈ）が設定されている場合には、正常性確認チャンネルとして例えば２６チャンネル（２６ｃｈ）が設定される。

続いて、図３のシーケンス図を参照しながら、上記構成の無線ネットワークの故障診断システムによる外乱発生時の処理について詳細に説明する。各無線ノードは、本処理の開始時にパワーセーブモードにおけるアウェイク状態であるとする。
まず、周辺ノード５は、対象ノード４とのリンクが切れて通信できなくなったことを検出し、通信異常の発生を検出する（ステップＳ１１）。このとき、周辺ノード５は、対象ノード４に宛てて送信したデータが不達になること、または対象ノード４からのビーコンを受信できなくなることにより、対象ノード４と通信できなくなったことを検出する。

続いて、周辺ノード５は、第１親ノード６に対して通信異常を通知する（ステップＳ１２）。
次に、第１親ノード６は、現在の無線チャンネル（通信チャンネル）で対象ノード４に対する正常性確認を実行する（ステップＳ１３）。このとき、この正常性確認は、外乱による通信異常によって失敗し、第１親ノード６は、通信異常の発生を確認する。
なお、対象ノード４とアソシエーションの関係にある第１親ノード６が、直接対象ノード４とのリンク切れを検出し、通信異常の発生を検出してもよい。

続いて、第１親ノード６は、通信異常の発生を確認すると、パワーセーブモードにおけるドーズ状態時に、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えて起動する（ステップＳ１４）。
ここで、正常性確認チャンネルは、無線ネットワーク１を構成する各無線ノードに共通に設定されており、アソシエーション時に親ノードにより設定されてもよいし、管理装置７により直接設定されてもよい。

一方、対象ノード４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出し、パワーセーブモードにおけるドーズ状態時に、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えて起動する（ステップＳ１５）。このとき、対象ノード４は、周辺の無線ノードからのビーコンを受信できなくなることにより、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出する。

続いて、第１親ノード６は、正常性確認チャンネルで対象ノード４に対する正常性確認を実行し、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ここで、外乱による通信異常の影響が正常性確認チャンネルにまで及んでいなければ、この正常性確認は成功する。このとき、第１親ノード６は、対象ノード４が正常に動作していることを確認し、通信異常の発生原因が、対象ノード４の故障によるものではなく、通信チャンネルに発生した外乱による一時的なものであると判定する。
なお、第１親ノード６は、無線チャンネルを正常性確認チャンネルに切り替えても対象ノード４と通信できない場合に、無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルに切り替えて正常性確認を再度実行してもよい。

次に、第１親ノード６および対象ノード４は、ドーズ状態が終了する前に、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替える（ステップＳ１７）。
続いて、第１親ノード６は、パワーセーブモードにおけるアウェイク状態時に、管理装置７に対して外乱の発生を通知（外乱発生通知）する（ステップＳ１８）。

次に、第１親ノード６は、通信チャンネルで対象ノード４に対する復帰確認を周期的に実行して、通信異常から復帰したか否かを判定する（ステップＳ１９）。
ここで、外乱要因２が収束して通信異常から復帰すると、対象ノード４は、第１親ノード６からの復帰確認に対して応答を返す（ステップＳ２０）。
続いて、第１親ノード６は、対象ノード４からの応答を受けて、管理装置７に対して外乱の収束を通知（外乱収束通知）する（ステップＳ２１）。このとき、管理装置７は、第１親ノード６からの外乱発生通知および外乱収束通知に基づいて、例えば外乱の継続時間を計測する。

次に、対象ノード４の故障によって、対象ノード４を含む所定エリア内に通信異常が発生した場合について説明する。
対象ノード４の故障によって通信異常が発生した場合には、第１親ノード６が無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えて、対象ノード４に対する正常性確認を実行しても、対象ノード４と通信できず、正常性確認は失敗する。
このとき、第１親ノード６は、通信異常の発生原因が、対象ノード４の故障によるものであると判定し、管理装置７に対して対象ノード４の故障を通知する。

この発明の実施の形態１に係る無線ネットワークの故障診断システムによれば、無線ネットワーク１の所定エリア３内に通信異常が発生した場合、所定エリア３内に存在する対象ノード４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える。
また、所定エリア３外に存在し、対象ノード４と通信できなくなった周辺ノード５は、第１親ノード６に通信異常を通知する。
また、第１親ノード６は、ドーズ状態時に無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノード４に対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する。
そのため、安価かつ簡素な構成で、第１親ノード６と通信していた他の無線ノードとの通信を継続しながら、通信異常の発生原因を判定することができる。
すなわち、外乱による通信異常の影響が正常性確認チャンネルにまで及んでいなければ、正常性確認によって対象ノード４の正常性が確認され、単一の無線チャンネルでは判定することができなかった通信異常の発生原因を判定することができる。

さらに、対象ノード４の正常性が確認された場合、対象ノード４は、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替える。
また、第１親ノード６は、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替えるとともに、通信チャンネルで対象ノード４に対する復帰確認を周期的に実行して、通信異常から復帰したか否かを判定する。
そのため、外乱要因２が収束して通信異常から復帰したことを判定し、外乱の発生状況（外乱発生通知および外乱収束通知）を管理装置７に集約して統計的に処理（例えば、個々の外乱の継続時間の計測）することにより、外乱の発生頻度が高い無線チャンネルを検出するとともに、処理結果を無線ネットワーク１の各種設定に利用することができる。

さらに、通信チャンネルと正常性確認チャンネルとが周波数的に離れているので、外乱による影響を低減して、対象ノード４に対する正常性確認の精度を向上させることができる。
すなわち、対象ノード４が故障していないにもかかわらず、対象ノード４が故障していると誤判定することを防止することができる。

なお、上記実施の形態１の無線ネットワーク１は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠して構成されているとしたが、これに限定されず、無線ネットワークは、例えば無線ＬＡＮの規格に準拠して構成されてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１では、第１親ノード６が周辺ノード５から通信異常を受けて対象ノード４に対する正常性確認を実行したが、これに限定されない。
対象ノード４と通信できなくなった周辺ノード５が、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えて、対象ノード４に対する正常性確認を実行した場合であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
ここで、対象ノード４に対する正常性確認を実行する無線ノードとして、対象ノード４の親ノードである第１親ノード６を設定した場合には、正常性確認を実行する無線ノードが限定されるので、正常性確認の効率を向上させることができる。

また、上記実施の形態１では、通信チャンネルと正常性確認チャンネルとを周波数的に離して設定したが、これに限定されず、正常性確認チャンネルは、外乱の発生頻度に応じて設定されてもよい。
このとき、まず、管理装置７は、第１親ノード６からの外乱発生通知および外乱収束通知に基づいて、外乱の発生頻度が高い無線チャンネルを検出する。
続いて、管理装置７は、現在の正常性確認チャンネルが、外乱の発生頻度が高い無線チャンネルである場合に、外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルとして選定する。例えば、１６ｃｈから１９ｃｈと、２３ｃｈから２６ｃｈとにおいて外乱の発生頻度が高いことを検出した場合、別の正常性確認チャンネルとして例えば２１ｃｈを選定する。
次に、管理装置７は、選定された別の正常性確認チャンネルを無線ネットワーク１の各無線ノードに設定する。
この場合、対象ノード４に対する正常性確認の精度をさらに向上させることができ、対象ノード４が故障していないにもかかわらず、対象ノード４が故障していると誤判定することをさらに防止することができる。

また、通信異常が発生していない場合であっても、正常性確認チャンネルにおける外乱の発生頻度を検出して、正常性確認チャンネルを外乱の発生頻度の低い無線チャンネルに設定してもよい。
このとき、まず、無線ネットワーク１を構成する複数の無線ノードのうち少なくとも２つの無線ノードは、パワーセーブモードにおけるドーズ状態時に、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える。
続いて、無線チャンネルを切り替えたこれらの無線ノードは、正常性確認チャンネルの通信状態を確認して、管理装置７に通信状態を通知する。
次に、管理装置７は、通知された通信状態に基づいて、外乱の発生頻度が高い無線チャンネルを検出する。
続いて、管理装置７は、現在の正常性確認チャンネルが、外乱の発生頻度が高い無線チャンネルである場合に、外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルとして選定し、選定された別の正常性確認チャンネルを無線ネットワーク１の各無線ノードに設定する。
この場合も、対象ノード４に対する正常性確認の精度をさらに向上させることができ、対象ノード４が故障していないにもかかわらず、対象ノード４が故障していると誤判定することをさらに防止することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る無線ネットワークの故障診断システムにおける無線ノードのトポロジを示す説明図である。
図４において、無線ネットワーク３１は、複数の無線ノードから構成されている。
また、無線ネットワーク３１を構成するそれぞれの無線ノードは、常に送受信可能なアクティブモードで動作している。

ここで、外乱によって外乱要因３２を囲む所定エリア３３内に通信異常が発生したとする。
このとき、所定エリア３３内に存在する無線ノードである対象ノード３４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、対象ノード３４の正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替える。

また、所定エリア３３外に存在し、対象ノード３４と通信できなくなった無線ノードである周辺ノード３５は、対象ノード３４の親ノードである第１親ノード３６に対して通信異常を通知する。
第１親ノード３６は、自身の親ノードである第２親ノード３７に対して無線チャンネルの切り替えを通知して、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える。

また、第１親ノード３６は、対象ノード３４に対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する。
第２親ノード３７は、例えば無線ノード３８から第１親ノード３６を経由する通信が発生した際に、送信元の無線ノード３８に対して、第１親ノード３６が無線チャンネルを切り替えている旨を通知する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、図５のシーケンス図を参照しながら、上記構成の無線ネットワークの故障診断システムによる外乱発生時の処理について詳細に説明する。
まず、周辺ノード３５は、対象ノード３４とのリンクが切れて通信できなくなったことを検出し、通信異常の発生を検出する（ステップＳ４１）。このとき、周辺ノード３５は、対象ノード３４に宛てて送信したデータが不達になること、または対象ノード３４からのビーコンを受信できなくなることにより、対象ノード３４と通信できなくなったことを検出する。

続いて、周辺ノード３５は、第１親ノード３６に対して通信異常を通知する（ステップＳ４２）。
次に、第１親ノード３６は、現在の無線チャンネル（通信チャンネル）で対象ノード３４に対する正常性確認を実行する（ステップＳ４３）。このとき、この正常性確認は、外乱による通信異常によって失敗し、第１親ノード３６は、通信異常の発生を確認する。
なお、対象ノード３４とアソシエーションの関係にある第１親ノード３６が、直接対象ノード３４とのリンク切れを検出し、通信異常の発生を検出してもよい。

続いて、第１親ノード３６は、通信異常の発生を確認すると、第２親ノード３７に対して無線チャンネルの切り替えを通知（チャンネル切り替え通知）して（ステップＳ４４）、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える（ステップＳ４５）。
ここで、正常性確認チャンネルは、無線ネットワーク３１を構成する各無線ノードに共通に設定されている。

一方、対象ノード３４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出し、通信できない状態が所定時間経過した場合に、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える（ステップＳ４６）。このとき、対象ノード３４は、周辺の無線ノードからのビーコンを受信できなくなることにより、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出する。

続いて、第１親ノード３６は、正常性確認チャンネルで対象ノード３４に対する正常性確認を実行し、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する（ステップＳ４７）。
ここで、外乱による通信異常の影響が正常性確認チャンネルにまで及んでいなければ、この正常性確認は成功する。このとき、第１親ノード３６は、対象ノード３４が正常に動作していることを確認し、通信異常の発生原因が、対象ノード３４の故障によるものではなく、通信チャンネルに発生した外乱による一時的なものであると判定する。
なお、第１親ノード３６は、無線チャンネルを正常性確認チャンネルに切り替えても対象ノード３４と通信できない場合に、無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルに切り替えて正常性確認を再度実行してもよい。

次に、第１親ノード３６および対象ノード３４は、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替える（ステップＳ４８）。
続いて、第１親ノード３６は、第２親ノード３７に対して無線チャンネルの復帰を通知（チャンネル復帰通知）する（ステップＳ４９）。

ここで、第１親ノード３６が無線チャンネルを切り替えて正常性確認を実行している間に、無線ノード３８から第１親ノード３６を経由する通信が発生した場合について説明する。
まず、無線ノード３８は、例えば無線ノード３９に宛てて、第１親ノード３６を経由するデータを送信する（ステップＳ５０）。このとき、第１親ノード３６が無線チャンネルを切り替えているので、このデータ送信は失敗し、無線ノード３８は、第１親ノード３６と通信できないことを確認する。

続いて、無線ノード３８は、通信経路をアドホックルーティングからツリールーティングに切り替えて、第２親ノード３７にデータを送信する（ステップＳ５１）。
第２親ノード３７は、第１親ノード３６が無線チャンネルを切り替えていることを把握しているので、無線ノード３８からのデータ送信に対して、第１親ノード３６への通信経路が無効になっていることを示すルートエラーメッセージ（ＲＥＲＲ）を返信する（ステップＳ５２）。

次に、無線ノード３８は、無線ノード３９までの通信経路を再構築してデータを送信する（ステップＳ５３）。
ここで、第１親ノード３６の周辺の無線ノードが、第１親ノード３６と通信できなくなったことを検出し、第２親ノード３７に対して通信異常を通知した場合であっても、第２親ノード３７は、第１親ノード３６が無線チャンネルを切り替えていることを把握しているので、第１親ノード３６に対する正常性確認を実行しない。
その他の動作については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

この発明の実施の形態２に係る無線ネットワークの故障診断システムによれば、無線ネットワーク３１の所定エリア３３内に通信異常が発生した場合、所定エリア３３内に存在する対象ノード３４は、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替える。
また、所定エリア３３外に存在し、対象ノード３４と通信できなくなった周辺ノード３５は、第１親ノード３６に通信異常を通知する。
また、第１親ノード３６は、第２親ノード３７に対して無線チャンネルの切り替えを通知して、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、対象ノード３４に対する正常性確認を実行して、通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定する。
また、第２親ノード３７は、第１親ノード３６を経由する通信が発生した際に、送信元の無線ノード３８に対してＲＥＲＲを返信するとともに、第１親ノード３６の周辺の無線ノードから通信異常が通知された場合であっても、第１親ノード３６に対する正常性確認を実行しない。
そのため、安価かつ簡素な構成で、要求される通信を継続しながら、通信異常の発生原因を判定することができる。
すなわち、外乱による通信異常の影響が正常性確認チャンネルにまで及んでいなければ、正常性確認によって対象ノード３４の正常性が確認され、単一の無線チャンネルでは判定することができなかった通信異常の発生原因を判定することができる。

なお、上記実施の形態２の対象ノード３４は、第１親ノード３６による正常性確認によって、正常に動作していることが確認された際に、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替えたが、これに限定されない。
対象ノード３４は、無線チャンネルを通信チャンネルから正常性確認チャンネルに切り替えた後、所定時間を経過しても第１親ノード３６による正常性確認が実行されない場合に、無線チャンネルを正常性確認チャンネルから通信チャンネルに切り替えて、周辺の無線ノードとの通信を試みてもよい。
これにより、外乱による通信異常の影響が第１親ノード３６にまで及んでいた場合に、通信異常からの復帰が遅延することを防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る無線ネットワークの故障診断システムにおける無線ノードのトポロジを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る無線ネットワークの無線チャンネルを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る無線ネットワークの故障診断システムによる処理を示すシーケンス図である。 この発明の実施の形態２に係る無線ネットワークの故障診断システムにおける無線ノードのトポロジを示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る無線ネットワークの故障診断システムによる処理を示すシーケンス図である。 従来の二重化通信制御方法における機器Ａと機器Ｂとの通信手順を示すプロトコル図である。

符号の説明

１、３１ 無線ネットワーク、３、３３ 所定エリア、５、３５ 周辺ノード、６、３６親ノード、７ 管理装置、３７、第２親ノード。

Claims (16)

1. 無線ネットワークを構成する複数の無線ノードを備えた無線ネットワークの故障診断システムであって、
   前記複数の無線ノードは、送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを互いに同期して繰り返し、
   所定エリア内に通信異常が発生した場合、
   前記所定エリア内に存在する無線ノードである対象ノードは、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替え、
   前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードは、前記ドーズ状態時に無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定することを特徴とする無線ネットワークの故障診断システム。
2. 複数の無線ノードを備え、無線ネットワークに参入する無線ノードが、前記無線ネットワークに参入済の無線ノードである親ノードから参入許可を受けて、ツリー状にネットワークを形成する無線ネットワークの故障診断システムであって、
   前記複数の無線ノードは、送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを互いに同期して繰り返し、
   所定エリア内に通信異常が発生した場合、
   前記所定エリア内に存在する無線ノードである対象ノードは、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替え、
   前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードは、前記対象ノードの親ノードである第１親ノードに対して前記通信異常を通知し、
   前記第１親ノードは、前記ドーズ状態時に無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定することを特徴とする無線ネットワークの故障診断システム。
3. 複数の無線ノードを備え、無線ネットワークに参入する無線ノードが、前記無線ネットワークに参入済の無線ノードである親ノードから参入許可を受けて、ツリー状にネットワークを形成する無線ネットワークの故障診断システムであって、
   所定エリア内に通信異常が発生した場合、
   前記所定エリア内に存在する無線ノードである対象ノードは、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出して、無線チャンネルを前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替え、
   前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードは、前記対象ノードの親ノードである第１親ノードに対して前記通信異常を通知し、
   前記第１親ノードは、自身の親ノードである第２親ノードに対して無線チャンネルの切り替えを通知して、無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定し、
   前記第２親ノードは、前記第１親ノードを経由する通信が発生した際に、送信元の無線ノードに対して、前記第１親ノードが無線チャンネルを切り替えている旨を通知することを特徴とする無線ネットワークの故障診断システム。
4. 前記正常性確認チャンネルは、前記通信チャンネルから周波数的に離れていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断システム。
5. 前記対象ノードに対する正常性確認を実行する無線ノードは、前記無線ネットワークの管理装置に対して前記外乱の発生を通知し、
   前記管理装置は、前記外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルとして選定し、前記別の正常性確認チャンネルを前記複数の無線ノードのそれぞれに設定することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断システム。
6. 前記複数の無線ノードのうち少なくとも２つの無線ノードは、前記ドーズ状態時に無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるとともに、前記正常性確認チャンネルの通信状態を確認して前記無線ネットワークの管理装置に通知し、
   前記管理装置は、前記通信状態に基づいて前記外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを別の正常性確認チャンネルとして選定し、前記別の正常性確認チャンネルを前記複数の無線ノードのそれぞれに設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線ネットワークの故障診断システム。
7. 前記正常性確認チャンネルにおける通信によって前記対象ノードの正常性が確認された場合、
   前記対象ノードは、無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替え、
   前記対象ノードに対する正常性確認を実行した無線ノードは、無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替えるとともに、前記対象ノードに対する復帰確認を周期的に実行して、前記通信異常から復帰したか否かを判定することを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断システム。
8. 前記対象ノードは、無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えた後、前記対象ノードに対する正常性確認を実行する無線ノードからのリクエストがない場合、無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替えるとともに、前記周辺の無線ノードとの通信を試みることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断システム。
9. 無線ネットワークを構成し、送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを互いに同期して繰り返す複数の無線ノードを備えた無線ネットワークの故障診断方法であって、
   所定エリア内に通信異常が発生した場合に、
   前記所定エリア内に存在し、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出した無線ノードである対象ノードの無線チャンネルを、前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
   前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードの無線チャンネルを、前記ドーズ状態時に前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
   前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードにより、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする無線ネットワークの故障診断方法。
10. 送受信可能なアウェイク状態と送受信不可能なドーズ状態とを互いに同期して繰り返す複数の無線ノードを備え、無線ネットワークに参入する無線ノードが、前記無線ネットワークに参入済の無線ノードである親ノードから参入許可を受けて、ツリー状にネットワークを形成する無線ネットワークの故障診断方法であって、
    所定エリア内に通信異常が発生した場合に、
    前記所定エリア内に存在し、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出した無線ノードである対象ノードの無線チャンネルを、前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
    前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードから、前記対象ノードの親ノードである第１親ノードに対して前記通信異常を通知するステップと、
    前記第１親ノードの無線チャンネルを、前記ドーズ状態時に前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
    前記第１親ノードにより、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする無線ネットワークの故障診断方法。
11. 複数の無線ノードを備え、無線ネットワークに参入する無線ノードが、前記無線ネットワークに参入済の無線ノードである親ノードから参入許可を受けて、ツリー状にネットワークを形成する無線ネットワークの故障診断方法であって、
    所定エリア内に通信異常が発生した場合に、
    前記所定エリア内に存在し、周辺の無線ノードと通信できなくなったことを検出した無線ノードである対象ノードの無線チャンネルを、前記周辺の無線ノードとの通信に使用していた通信チャンネルから、前記対象ノードの正常性を確認するための正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
    前記所定エリア外に存在し、前記対象ノードと通信できなくなった無線ノードから、前記対象ノードの親ノードである第１親ノードに対して前記通信異常を通知するステップと、
    前記第１親ノードから、前記第１親ノードの親ノードである第２親ノードに対して無線チャンネルの切り替えを通知するステップと、
    前記第１親ノードの無線チャンネルを、前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
    前記第１親ノードにより、前記対象ノードに対する正常性確認を実行して、前記通信異常が外乱に起因するものであるか否かを判定するステップと、
    前記第１親ノードを経由する通信が発生した際に、前記第２親ノードから、送信元の無線ノードに対して、前記第１親ノードが無線チャンネルを切り替えている旨を通知するステップと、を含むことを特徴とする無線ネットワークの故障診断方法。
12. 前記正常性確認チャンネルは、前記通信チャンネルから周波数的に離れていることを特徴とする請求項９から請求項１１までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断方法。
13. 前記対象ノードに対する正常性確認を実行する無線ノードから、前記無線ネットワークの管理装置に対して前記外乱の発生を通知するステップと、
    前記管理装置により、前記外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを、別の正常性確認チャンネルとして選定するステップと、
    前記管理装置により、前記別の正常性確認チャンネルを前記複数の無線ノードのそれぞれに設定するステップと、を含むことを特徴とする請求項９から請求項１１までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断方法。
14. 前記複数の無線ノードのうち、少なくとも２つの無線ノードの無線チャンネルを、前記ドーズ状態時に前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えるステップと、
    無線チャンネルが切り替えられた前記少なくとも２つの無線ノードにより、前記正常性確認チャンネルの通信状態を確認して前記無線ネットワークの管理装置に通知するステップと、
    前記管理装置により、前記通信状態に基づいて前記外乱の発生頻度が低い無線チャンネルを、別の正常性確認チャンネルとして選定するステップと、
    前記管理装置により、前記別の正常性確認チャンネルを前記複数の無線ノードのそれぞれに設定するステップと、を含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の無線ネットワークの故障診断方法。
15. 前記正常性確認チャンネルにおける通信によって前記対象ノードの正常性が確認された場合に、
    前記対象ノードの無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替えるステップと、
    前記対象ノードに対する正常性確認を実行した無線ノードの無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替えるステップと、
    前記対象ノードに対する正常性確認を実行した無線ノードにより、前記対象ノードに対する復帰確認を周期的に実行して、前記通信異常から復帰したか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする請求項９から請求項１４までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断方法。
16. 前記対象ノードの無線チャンネルを前記通信チャンネルから前記正常性確認チャンネルに切り替えた後、前記対象ノードに対する正常性確認を実行する無線ノードからのリクエストがない場合に、
    前記対象ノードの無線チャンネルを前記正常性確認チャンネルから前記通信チャンネルに切り替えるステップと、
    前記対象ノードにより、前記周辺の無線ノードとの通信を試みるステップと、を含むことを特徴とする請求項９から請求項１５までの何れか１項に記載の無線ネットワークの故障診断方法。

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