JP2008228177A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な中継処理を実現すること。
【解決手段】本発明は、複数の無線装置２０のうちの基幹装置１０を根元として、複数の無線装置によってツリー状に形成されたセンサネットワークシステムに関する。ネットワークを構成する無線装置２０ごとに、互いに精度良く同期しながら、固有の送信タイミングを規定する。無線装置２０は、他の無線装置２０のデータを中継する場合、他の無線装置２０に割り当てられたタイミングを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線技術に関し、特に、複数の無線装置によって形成されたマルチホップ無線ネットワークにおける無線装置に関する。

現在、複数の無線端末によってネットワークを構成し、隣接した無線端末間でパケットを中継することによって、直接電波の届かない無線端末同士間での通信を実現するマルチホップ無線ネットワーク方式が提案されている。しかしながら、ネットワークに参加する無線端末の数が多くなるにつれて、ネットワーク内における無線資源の利用領域が重なり合い、通信の衝突が多発するといった問題がある。従来、送信元の無線端末からの中継回数に応じて、送信すべきタイミングを決定することによって、衝突の発生を抑制していた（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００６−１５７６３７号公報

一般的に、マルチホップ無線ネットワークの応用例であるセンサネットワークの場合、消費電力の増大を回避できるような効率の良い中継処理が望まれる。本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、衝突を防止し、効率的な中継処理を実現できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、複数の無線装置のうちの基幹装置を根元として、複数の無線装置によって形成されたマルチホップ無線ネットワークへの参加を要求する無線装置であって、マルチホップ無線ネットワークにすでに参加している複数の他の無線装置からそれぞれ報知された精度情報であって、時刻に関する精度が示された精度情報を取得する精度情報取得部と、精度情報取得部で取得した精度情報のうち、高い精度が示された精度情報を選択する選択部と、選択部によって選択された精度情報を報知した他の無線装置を特定する特定部と、特定部によって特定された他の無線装置に対して接続を要求することによって、基幹装置に至るまでの経路を確立する経路制御部と、経路制御部において接続を要求した他の無線装置から、本無線装置が同期すべき時刻が示された同期情報を取得する同期情報取得部と、同期情報取得部によって取得した同期情報に示された時刻に、本無線装置の時刻を同期させる同期管理部と、を備える。

この態様によると、高い精度が示された精度情報を報知した無線装置との間で経路を確立することによって、本無線装置の時刻の精度を向上でき、それにより、衝突を低減し、効率的な中継処理を実現できる。

精度情報取得部によって取得される精度情報は、その精度情報を送信した他の無線装置がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から時刻に関する情報を取得できる場合、高い精度が示される。時刻に関する情報は、航法メッセージを含む。「ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から時刻に関する情報を取得できる」は、「高精度に管理された時刻情報を取得できる」と表現されてもよい。「高精度に管理された時刻情報を取得できる」機能は、精確に時刻を管理する測位システムからの情報を取得する機能を含み、たとえば、ガリレオ測位システムや電波時計のサーバからの時刻情報を取得する機能を含む。この場合、高精度に管理された時刻情報にもとづいた同期処理が可能となるため、本無線装置の時刻の精度を向上できる。

同期管理部において同期した時刻にしたがって、基幹装置から本無線装置への経路の延長上における下層の無線装置に同期させるための時刻が示された同期情報を生成する生成部と、生成部によって生成された同期情報を報知する報知部をさらに備えてもよい。同期情報取得部は、下層の無線装置から報知された同期情報をさらに取得し、生成部は、同期情報取得部によって取得した下層の無線装置からの同期情報を帰還することによって、同期情報を補正してもよい。この場合、下層の無線装置から報知された同期情報を帰還することによって、下層の無線装置の同期を回復できる。これにより、ネットワーク内の無線装置は、お互いに、より安定的に同期できる。

経路制御部において経路を確立する際に、基幹装置に至るまでのホップ数を取得する第１取得部と、第１取得部によって取得されたホップ数に応じて、複数のタイムスロットのうちのいずれかを特定する第１特定部と、基幹装置との通信を要求する無線装置に対して固有に規定されたサブスロットであって、タイムスロットを形成する複数のサブスロットのうちのいずれかを取得する第２取得部と、同期管理部によって同期された時刻にしたがって、第２取得部において取得したサブスロットと、第１特定部において特定したタイムスロットとの組み合わせによって、送信タイミングを特定する第２特定部と、第２特定部において特定した送信タイミングにて、基幹装置との通信を要求する無線装置についての信号を送信する送信部と、をさらに備えてもよい。この場合、同期された時間にしたがって、ホップ数に応じて割り当てられたタイムスロットと、基幹装置との通信を要求する無線装置に対して固有に規定されたサブスロットとの組み合わせにより送信タイミングを決定することによって、衝突を回避できる。

本発明の別の態様もまた、無線装置である。この無線装置は、複数の無線装置のうちの基幹装置を根元として、複数の無線装置によってツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワークにおいて、基幹装置との通信を要求する無線装置と、基幹装置との間の経路に含まれた無線装置であって、基幹装置に至るまでのホップ数を取得する第１取得部と、第１取得部によって取得されたホップ数に応じて、複数のタイムスロットのうちのいずれかを特定する第１特定部と、基幹装置との通信を要求する無線装置に対して固有に規定されたサブスロットであって、タイムスロットを形成する複数のサブスロットのうちのいずれかを取得する第２取得部と、第２取得部において取得したサブスロットと、第１特定部において特定したタイムスロットとの組み合わせによって、送信タイミングを特定する第２特定部と、第２特定部において特定した送信タイミングにて、基幹装置との通信を要求する無線装置についての信号を送信する送信部と、を備える。

ここで、「ツリー状」とは、木構造を含み、たとえば、親と子の関係が１対多の関係を有する階層構造を含む。また、「ホップ数」とは、基幹装置に至るまでの中継回数を示し、たとえば、基幹装置と無線装置との間に存在する中継装置の台数に１を加えた値を示す。この態様によると、ホップ数に応じて割り当てられたタイムスロットと、基幹装置との通信を要求する無線装置に対して固有に規定されたサブスロットとの組み合わせによって、送信タイミングを決定することによって、衝突を回避できる。

第１特定部において特定したタイムスロットとは異なるタイムスロットと、第２取得部において取得したサブスロットとの組み合わせによって、受信タイミングを特定する第３特定部と、第３特定部において特定した受信タイミングにて、基幹装置との通信を要求する無線装置についての信号を受信する受信部とをさらに備えてもよい。送信部は、受信部によって受信した信号を中継してもよい。ここで、「異なるタイムスロット」は、第１特定部において特定したタイムスロットに従属して決定されてもよく、たとえば、第１特定部において特定したタイムスロットから１を減じたタイムスロットであってもよい。この場合、送信タイミングに関連して受信するタイミングが規定されるため、効率的に中継できる。

本発明の別の態様もまた、無線装置である。この装置は、複数の無線装置のうちの基幹装置を根元として、複数の無線装置によってツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワークにおいて、基幹装置との間で通信を実行する無線装置であって、基幹装置に至るまでのホップ数を取得する第１取得部と、第１取得部によって取得されたホップ数に応じて、複数のタイムスロットのうちのいずれかを特定する第１特定部と、本無線装置に対して固有に規定されたサブスロットであって、タイムスロットを形成する複数のサブスロットのうちのいずれかを取得する第２取得部と、第２取得部において取得したサブスロットと、第１特定部において取得したタイムスロットとの組み合わせによって、送信タイミングを特定する第２特定部と、第２特定部において特定した送信タイミングにて、本無線装置についての信号を送信する送信部と、を備える。この態様によると、本無線装置において予め規定された固有のタイミングをもとに送信処理を実行することによって、衝突を回避できる。

送信タイミングを特定した後に、第１取得部によって新たにホップ数が取得された場合、第２取得部において新たにサブスロットを取得させることなく、第２特定部は、新たに取得されたホップ数と、第２取得部においてすでに取得されているサブスロットとにもとづいて、送信タイミングを再特定してもよい。この場合、ホップ数の変化により特定されるスロットが変化した場合であっても、サブスロットを割り当て直すことなく、送信タイミングを特定できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、効率的な中継処理を実現できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施形態は、センサネットワークシステムに関する。センサネットワークシステムは、さまざまなセンサが無線で自律的に情報を伝達しあい、収集したデータからその場に適したサービスを提供するためのシステムである。このシステムは、災害時の被災状況の把握、建築物の劣化診断、住宅内の防犯・防火装置などの多種多様な分野への応用が考えられている。

一般的に、センサネットワークシステムにおいては、マルチホップ無線ネットワークが形成される。通常、マルチホップ無線ネットワークにおいては、ネットワーク内の無線装置の数が増えるほど、同一の無線リソースが同時に使用される可能性が増え、無線パケットの衝突が多発することとなる。

また、各々の無線装置は、センサとしての機能と、取得したセンサ情報を送信したり、他の無線装置から通知されたセンサ情報を基幹装置に中継するための通信機能とを有する。このように、マルチホップ無線ネットワークにおける無線装置においては、自己の通信だけでなく、他の無線装置から送信されたデータを中継する必要があるため、消費電力が増大する。また、マルチホップ無線ネットワークにおける個々の無線装置においては、相互に、高い精度で同期がとれていることが好ましい。同期がとれていない場合、無線パケットが衝突する可能性が高まるからである。

一般的に、センサネットワークシステムに使用される無線装置には、電池で駆動されるタイプが多い。したがって、上述したような衝突の発生の防止や、消費電力の増大を回避できるような、効率の良い中継処理の実現が望まれる。

したがって、本発明の実施形態においては、ネットワーク内の同期の精度を向上させつつ、ネットワークを構成する無線装置ごとに、固有の送信タイミングを規定することによって、衝突を回避することとした。このような態様をとることによって、効率の良い中継処理を実現できる。詳細は後述する。

図１は、本発明の実施形態にかかるセンサネットワークシステム１００の構成例を示す。センサネットワークシステム１００は、基幹装置１０と、無線装置２０で代表される第１無線装置２０ａ〜第５無線装置２０ｅとを含む。基幹装置１０はゲートノード（Ｇａｔｅ Ｎｏｄｅ）、それぞれの無線装置２０はセンサノード（Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｏｄｅ）である。図１においては、５台の無線装置２０を示したが、それ以外の台数の無線装置２０がネットワークシステムに参加していてもよい。また、基幹装置１０は、図示しない他のネットワークと接続されてもよい。

基幹装置１０は、高精度に管理された時刻情報を取得できる機能を有し、たとえば、ＧＰＳ通信衛星と通信を実行し、現在地に関する情報を取得する構成、機能を含んでもよい。現在地に関する情報には、複数のＧＰＳ通信衛星から受信したいわゆる航法メッセージを含む。複数の航法メッセージにより、基幹装置１０は、時刻情報を精確に管理できる。以下、このように管理された時刻情報を「基準時刻情報」と表記する。また、いくつかの無線装置２０は、基幹装置１０と同様に、基準時刻情報を取得できる機能を有する。

基幹装置１０は、たとえば、無線通信機能を有するコンピュータであってもよい。センサネットワークシステム１００の経路の確立、制御や、各々の無線装置２０から報告されるセンサ情報を管理する。基幹装置１０は、複数の無線装置２０との間における通信に先立って、無線装置２０の無線ネットワークへの参加処理を実行し、経路を形成する。図１に示すセンサネットワークシステム１００において、基幹装置１０は、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃとの間で経路を形成した状態となっている。

一方、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃ以外の第２無線装置２０ｂ、第４無線装置２０ｄ、第５無線装置２０ｅは、基幹装置１０との距離が遠く、基幹装置１０と直接通信することができない。したがって、第２無線装置２０ｂは、第１無線装置２０ａとの間の経路を形成し、第１無線装置２０ａを経由することによって、基幹装置１０との間で通信を実行できるようになる。同様に、第４無線装置２０ｄと第５無線装置２０ｅは、第３無線装置２０ｃをそれぞれ経由するように、経路が形成される。経路は、基幹装置１０を根元として、ツリー状に階層関係が構成される。

以下においては、２つの無線装置２０の間の直接的な経路において、基幹装置１０に近いほうの無線装置２０を親、上位、もしくは、上層と呼び、また、基幹装置１０から遠いほうの無線装置２０を子、下位、もしくは、下層と呼ぶ。たとえば、第１無線装置２０ａと第２無線装置２０ｂにおいては、第１無線装置２０ａが上位となり、第２無線装置２０ｂが下位となる。

また、ツリー状とは、親と子の関係が１対多の関係にあることを示す。いいかえると、基幹装置１０から任意の無線装置２０への経路は１以上存在し、逆に、任意の無線装置２０から基幹装置１０へ向かう上りの経路は１つのみ存在することとなる。このような態様により、上り通信においては、中継局数の増大による通信の爆発を回避できる。一方、上りの経路が１つのみとなるため、衝突などによる通信の失敗を極力回避しなければならないことになる。詳細は後述するが、本実施形態においては、個々の無線装置２０に固有の送信タイミングを設定することによって、衝突による通信の失敗を防止している。

それぞれの無線装置２０は、それぞれが有するセンサ機能によって、さまざまなセンサ情報を取得し、基幹装置１０に報告する。このような報告処理に先立って、無線装置２０は、まず、センサネットワークシステム１００に参加するために、参加処理を実行する。参加処理において、無線装置２０は、親子関係を形成すべき他の無線装置２０を選択する。他の無線装置２０ではなく、基幹装置１０を選択してもよい。また、この選択は、基幹装置１０との間に存在する他の無線装置２０の数が最小になるように実施される。なお、以下においては、「基幹装置１０との間に存在する他の無線装置２０の数」に１を加えた値を「ホップ数」という。

ここで、センサネットワークシステム１００におけるフレーム構成、および、スロットとサブスロットの関係について説明する。図２（ａ）は、図１のセンサネットワークシステム１００におけるフレームフォーマット２００の構成例を示す図である。図示するごとく、フレームフォーマット２００においては、１スーパフレームはFsec（Fは整数）として規定されてもよい。また、スーパフレームは、時分割（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）され、１フレーム中の前半のｍスロット（ｍは整数）が下り通信用として割り当てられ、後半のｍスロットが上り通信用として割り当てられる。なお、下り通信用、上り通信用としてそれぞれ割り当てられるスロット数は、システムで許容する最大ホップ数によって決定されればよい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のスロットのスロットフォーマット２１０の例を示す図である。また、スロットは、１からｎまでのｎ個のサブスロット区間２１２と、予備区間２１４とを含む。サブスロット区間においては、データやハローパケットなどが送信される。なお、サブスロット区間２１２に存在するサブスロットの個数は、システムで許容するセンサノードの最大数によって決定されてもよい。データとは、それぞれのセンサノードに備えられたセンサによって測定されたセンサ情報が含まれる。ハローパケットは、経路を確立するための報知情報であって、報知元の無線装置２０を示す識別情報や、基幹装置１０から報知元の無線装置２０までのホップ数などが含められる。

ここで、（１）参加処理、（２）報知処理、（３）中継処理について具体的に説明する。図３は、図１のセンサネットワークシステム１００の第２の構成例を示す図である。第２の構成例においては、基幹装置１０は、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃとの間で、それぞれ経路を形成している。また、第１無線装置２０ａは第２無線装置２０ｂとの間で、また、第３無線装置２０ｃは第５無線装置２０ｅとの間でそれぞれ経路を形成している。以上の状況の下、第４無線装置２０ｄがセンサネットワークシステム１００に新たに参加する場合について説明する。

（１）参加処理
（１−１）経路の確定
第４無線装置２０ｄは、まず、基幹装置１０、もしくは、すでにネットワークに参加している無線装置２０から報知されたハローパケットを受信する。図示するごとく、第４無線装置２０ｄは、第１無線装置２０ａから報知されたハローパケットＡと、第２無線装置２０ｂから報知されたハローパケットＢと、第３無線装置２０ｃから報知されたハローパケットＣと、第５無線装置２０ｅから報知されたハローパケットＥとをそれぞれ受信する。受信したそれぞれのハローパケットには、そのハローパケットの報知元の無線装置２０を示す識別情報や、報知元の無線装置２０と基幹装置１０との間のホップ数が含まれる他、さらに、下層の無線装置２０が同期すべき時刻が示された同期情報や、その同期情報の精度を示す精度情報が含まれる。

精度情報は、ＧＰＳ衛星から航法メッセージを取得する機能（以下、「ＧＰＳ機能」と表記する。）を有するか否かが示される。たとえば、ＧＰＳ機能を有しない場合、精度情報には、０が設定され、ＧＰＳ機能を有する場合、１が設定される。また、精度情報に、ＧＰＳ機能により受信した情報の信頼度を含めてもよい。この場合、その信頼度を０から１の間の数値で設定してもよい。これにより、下層の無線装置２０において、上層からの同期情報を信頼すべきかどうかを判定でき、誤った時刻に同期することを回避できる。下層の無線装置２０は、上層からの精度情報が所定のしきい値よりも不良であると判定した場合、その精度情報とともにハローパケットに含まれていた同期情報を破棄し、その回の同期処理をスキップしてもよい。同期情報については後述する。

基幹装置１０までの経路を確立する際、新たに参加する第４無線装置２０ｄが接続すべき無線装置２０は、基本的には、基幹装置１０に至るまでのホップ数などによって決定される。具体的には、基幹装置１０との間に存在する他の無線装置２０の数が少なくなるように、経路が形成される。ここで、ハローパケットＡには、ホップ数として「１」が含まれ、ハローパケットＢには、ホップ数として「２」が含まれ、ハローパケットＣには、ホップ数として「１」が含まれ、ハローパケットＥには、ホップ数として「２」が含まれている。したがって、第４無線装置２０ｄは、取得したホップ数のうち、最小のホップ数「１」にかかるハローパケットを送信した第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃを選択する。このように選択することによって、第４無線装置２０ｄは、基幹装置１０との間の中継回数を低減でき、通信の確実性を向上できる。

前述したように、第４無線装置２０ｄの上層として接続できる無線装置２０は１台のみであるため、ここでは、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃのうちの一方に絞る必要がある。このような場合、参加処理を実行中の第４無線装置２０ｄ自身がＧＰＳ機能を有するか否かにかかわらず、精度情報にしたがって、接続すべき無線装置２０を決定する。精度情報にしたがって、接続すべき無線装置２０を決定することによって、同期の精度を向上できるからである。また、第４無線装置２０ｄ自身がＧＰＳ衛星からの情報を取得する機能を有している場合であっても、ＧＰＳ衛星から情報を取得できないような場合もありうるため、より精確な情報を得られる無線装置２０と接続したほうが、より安定的に同期できるからである。まとめると、経路の確定処理において、ネットワークへの参加を要求する無線装置２０は、まず、１段階目として、ホップ数にしたがって、接続先を特定する。接続先を１つに特定できない場合、２段階目として、精度情報にしたがって、接続先を１つに特定する。

ここで、第４無線装置２０ｄは、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃがそれぞれ報知したハローパケットＡ、Ｃから、精度情報を取得する。さらに、第４無線装置２０ｄは、取得した精度情報のうち、より高い精度が示された精度情報を選択し、選択した精度情報の報知元の他の無線装置２０を特定する。ここでは、第３無線装置２０ｃはＧＰＳ機能を備えている一方、第１無線装置２０ａ、第２無線装置２０ｂ、第５無線装置２０ｅは、ＧＰＳ機能を備えていないものと仮定する。このような場合、ハローパケットＣには、他のハローパケットよりも、より高い精度が示された精度情報が含まれることとなる。そうすると、第４無線装置２０ｄは、ハローパケットＣの報知元の第３無線装置２０ｃを特定することとなる。

つぎに、第４無線装置２０ｄは、特定した第３無線装置２０ｃに対して接続を要求する。要求を受けた第３無線装置２０ｃは、接続を許可する場合、第４無線装置２０ｄに対して、許可する旨を通知する。以上により、第４無線装置２０ｄは、基幹装置１０に至るまでの経路を確立することができる。このため、第４無線装置２０ｄは、より精確な同期情報を取得でき、同期の精度を向上できることとなる。

（１−２）同期処理
経路を確立した後、第４無線装置２０ｄは、接続した第３無線装置２０ｃが報知したハローパケットＣから、本第４無線装置２０ｄが同期すべき時刻が示された同期情報を取得する。さらに、第４無線装置２０ｄは、取得した同期情報に示された時刻に、本第４無線装置２０ｄで管理すべき時刻を同期させる。このように、時刻に関し精度の高い無線装置２０に接続することによって、信頼性の高い同期情報にしたがって同期できるため、同期の精度を向上できる。ここで取得されるハローパケットＣは、経路確立時に取得したハローパケットＣと時間的に遅れて受信されたものであってもよい。その場合、精度情報を確認し、精度情報が良好であることを条件として、同期処理を実行する。以下においては、上述の同期処理を「従属同期」と表記する。

一方、第４無線装置２０ｄがＧＰＳ衛星からの情報を取得する機能を有する場合であって、その機能が有効である場合、上層の第３無線装置２０ｃからの精度情報、同期情報にかかわらず、ＧＰＳ衛星から取得した航法メッセージに基づいて導出された基準時刻情報を用いて、同期処理を実行する。「機能が有効である」とは、ＧＰＳ衛星から受信した航法メッセージにもとづいて正常に基準時刻情報を取得できた場合を含む。第３無線装置２０ｃからの同期情報は、第４無線装置２０ｄに至るまでの伝搬遅延等による誤差を含む場合があるため、ＧＰＳ衛星から受信した航法メッセージに基づいて得られた基準時刻情報のほうが、時刻に関する精度が高いといえるからである。以下においては、上述の同期処理を「ＧＰＳ同期」と表記する。

（１−３）送信スロットの特定
同期がとれた後、第４無線装置２０ｄは、送信スロットを特定する。ここで、スロットは、図２（ｂ）に図示するごとく複数のサブスロットより構成される。したがって、各々の無線装置２０は、送信タイミングとして、スロットとサブスロットの双方を決定する必要がある。ここでは、送信スロットの特定について説明する。

以上の場合、第３無線装置２０ｃを上位として経路が形成されるため、第４無線装置２０ｄにおけるホップ数は、第３無線装置２０ｃのホップ数に「１」を加えた「２」となる。

つぎに、第４無線装置２０ｄは、選択したホップ数を用いて、自己の送信スロットを特定する。ここで、第４無線装置２０ｄは、自己のホップ数「２」に応じて、たとえば、「２」に「１」を加えて、図２（ａ）の３スロット目を送信スロットとして特定する。このように、ホップ数に応じて送信スロットのタイミングを決定することによって、スムーズな通信が可能となる。

別の図を用いて、スロット割り当ての作用効果を示す。図４は、本発明の実施形態にかかるスロット割当ての例を示す図である。ここでは、基幹装置１０を根元として、最大ホップ数がｍホップからなるマルチホップ無線ネットワークが形成されているものと仮定している。図４において、縦軸は、任意のフレームにおけるスロット番号を示す。横軸は、それぞれの無線装置２０におけるホップ数を示す。なお、１ホップ目は、図３の基幹装置１０から無線装置２０へのホップに対応し、２ホップ目以上においては、図３の無線装置２０同士のホップに対応する。なお、図４においては、基幹装置１０や無線装置２０の図示を省略している。

タイムスロット１からｍにおいては、１ホップ目の基幹装置１０を起点として、２ホップ目の無線装置２０に下り信号を送信し、３ホップ目の無線装置２０、４ホップ目の無線装置２０の順で中継され、ｍホップ目の無線装置２０までデータが伝わる様子を示している。ここで、下り信号は、ハローパケットなどを含む。ハローパケットには、たとえば、経路を確立するための情報や、個々の無線装置２０に割り当てられるべきサブスロット番号などが含まれる。

タイムスロット（ｍ＋１）から２ｍにおいては、ｍホップ目の無線装置２０を起点として、上り信号が（ｍ−１）ホップ目の無線装置２０に送信され、順に中継されて、基幹装置１０まで伝わる様子を示している。上り信号には、モニタデータ、経路情報などや、サブスロット割当要求などの信号が含まれる。

図示するごとく、それぞれの無線装置２０の下り送信スロットのタイミングは、下層にいくにつれて、１スロットずつずれていく。そのため、下り信号が滞ることなく、ｍホップ目の無線装置２０まで到達している。上り送信についても同様である。このような態様により、いずれの無線装置２０においても、中継データを余分に長く保持する必要がないため、消費電力を低減できる。また、保有バッファ量を低減できるため、小型化を促進できる。

なお、図４のように、上り送信と下り送信とでスロットを異ならせる場合、一方を他方に従属させて特定してもよい。たとえば、前述した例の場合、第４無線装置２０ｄは、送信スロットとして３スロット目を特定している。この場合、上りスロットとして、（２ｍ−２）スロット目を特定してもよい。「（２ｍ−２）」という値は、図２（ａ）に示す１フレームあたりのスロット数の「２ｍ」から、ホップ数「２」を引くことによって得られる値である。

（１−４）サブスロットの割り当て
図３に戻る。サブスロットの割り当てにおいて、基幹装置１０は、無線装置２０ごとに、固有の値を設定する。サブスロット番号を無線装置２０に固有の値とすることで、同一ネットワーク内における衝突を完全に防止できる。また、無線装置２０が移動し同一ネットワーク上の他の経路に切り替わる場合においても、そのサブスロット番号を継続して使用できる。

具体的に説明する。スロットの割り当ての後、第４無線装置２０ｄは、第３無線装置２０ｃを介して、基幹装置１０との間で通信を実行できることとなる。ここで、第４無線装置２０ｄは、固有のサブスロット番号を基幹装置１０に要求する。基幹装置１０は、要求に応じて、第４無線装置２０ｄに対して固有のサブスロット番号、たとえば、Ｘを割り当てる。第４無線装置２０ｄは、割り当てられたサブスロット番号Ｘを記憶する。以後、第４無線装置２０ｄは、３スロット目のＸのサブスロットにおいて、送信処理を実行することとなる。参加処理が完了した後、第４無線装置２０ｄは、定期的に、ハローパケットを報知する。このハローパケットには、自己の識別情報や、自己のホップ数である２が含められる。また、第４無線装置２０ｄは、自己の送信処理や、他の無線装置２０から送信された信号の中継処理を実行する。

（２）報知処理
次に、報知処理について説明する。ここでは、第４無線装置２０ｄの下層に、図示しない第６無線装置２０ｆが接続されたと仮定する。第４無線装置２０ｄは、すでにネットワークに参加している他の無線装置２０と同様に、ハローパケットを報知する。ここで、第４無線装置２０ｄが報知するハローパケットを「ハローパケットＤ」と表記する。ハローパケットＤには、下層の第６無線装置２０ｆが同期すべき時刻が示された同期情報やその同期情報の精度を示す精度情報、あるいは、その第４無線装置２０ｄを示す識別情報や第４無線装置２０ｄにおけるホップ数「２」が含められる。

第４無線装置２０ｄは、同期済みの時刻にしたがって、下層の第６無線装置２０ｆが同期すべき時刻が示された同期情報を生成する。ここで、生成される同期情報は、ハローパケットＤが下層の第６無線装置２０ｆに到達するまでの伝搬遅延や、ハローパケットＤに関して生じるさまざまな処理遅延などが考慮された上で作成される。これらの遅延は、たとえば、固定値として設定される。なお、伝搬遅延や処理遅延、あるいは、第４無線装置２０ｄにおける時刻は、それぞれ別々のパラメータとして同期情報に含まれてもよい。別々のパラメータとすることによって、設計の柔軟性を向上できるからである。

その後、第４無線装置２０ｄは、作成したハローパケットＤを報知する。第６無線装置２０ｆは、報知されたハローパケットＤを取得する。これにより、下層の第６無線装置２０ｆは、第４無線装置２０ｄから報知された同期情報に含まれる時刻に、自己の時刻を同期することができる。

同様に、第６無線装置２０ｆは、ハローパケットを報知する。ここで、ハローパケットは、無線信号であり、通信先を特定しない報知信号であるため、たとえば、第６無線装置２０ｆの上層の第４無線装置２０ｄで受信される場合がある。第４無線装置２０ｄにおいて、下層の第６無線装置２０ｆから報知されたハローパケットＦを受信した場合、第４無線装置２０ｄは、受信したハローパケットＦに含まれた同期情報を検査する。

検査の結果、第４無線装置２０ｄが管理する時刻と比べて、同期情報に示される時刻が大きくずれている場合、ハローパケットＤに含める同期情報を操作して、第６無線装置２０ｆの時刻ずれを回復させる。同期情報の操作は、第６無線装置２０ｆにおける時刻が正常に戻るように、その同期情報に含まれる時刻を進め、あるいは、時刻を戻すことを含む。このように、下層の無線装置２０から報知されたハローパケットを監視し、フィードバック処理によって、下層の無線装置２０の同期を回復させることによって、ネットワーク内の無線装置２０は、お互いに、より安定的に同期できることとなる。

（３）中継処理
次に、中継処理について説明する。中継処理は、参加処理時において特定したスロットにおいて実行される。しかし、サブスロット番号は、自己に割り当てられてサブスロット番号ではなく、基幹装置１０との通信を要求する無線装置２０に割り当てられたサブスロット番号を用いる。基幹装置１０との通信を要求する無線装置２０とは、送信するデータを生成し、そのデータを基幹装置１０に向けて送信をした無線装置２０を示す。以後、説明の便宜上、このような無線装置２０を起点無線装置と呼ぶ。

中継処理の例について、図を用いて説明する。図５は、図１のセンサネットワークシステム１００における送信タイミングの例を模式的に示す図である。図５においては、図１に示したセンサネットワークシステム１００において、個々の無線装置２０における送信タイミングの関係を示している。また、図５においては、第２無線装置２０ｂと第４無線装置２０ｄとが、それぞれ起点無線装置となる。ここで、第２無線装置２０ｂには、固有のサブスロット番号として、Ｘが割り当てられていると仮定する。また、第４無線装置２０ｄには、固有のサブスロット番号として、Ｙが割り当てられていると仮定する。また、第２無線装置２０ｂと第４無線装置２０ｄにおいては、（２ｍ−２）スロット目が上りスロットとして特定され、第１無線装置２０ａと第３無線装置２０ｃにおいては、（２ｍ−１）スロット目が上りスロットとして特定されているものとする。なお、それぞれの無線装置２０における受信タイミングは、図示を省略している。

この場合、第２無線装置２０ｂが基幹装置１０に対して上りデータを送信する場合、第２無線装置２０ｂは、（２ｍ−２）スロット目のＸのタイミングで第１無線装置２０ａに送信する。第２無線装置２０ｂからの上り信号を受信した第１無線装置２０ａは、自己の送信スロットタイミングである（２ｍ−１）スロット目において、起点無線装置である第２無線装置２０ｂのサブスロット番号であるＸのタイミングで基幹装置１０に中継する。

同様に、第４無線装置２０ｄは、（２ｍ−２）スロット目のＹのタイミングで第３無線装置２０ｃに送信する。第３無線装置２０ｃは、（２ｍ−１）スロット目のＹのタイミングで基幹装置１０に送信する。

このように、第１無線装置２０ａ〜第４無線装置２０ｄにおいて、同一のフレームにおいて複数の送信処理が実行されているが、それぞれの送信タイミングがずれているために、互いに衝突することはない。なお、第１無線装置２０ａは、起点無線装置である第２無線装置２０ｂのサブスロットを知っているものとする。第１無線装置２０ａは、第２無線装置２０ｂがセンサネットワークシステム１００に参加した後、第１無線装置２０ａに対して最初にデータを送信した際に、サブスロットを通知されてもよい。また、第１無線装置２０ａは、第２無線装置２０ｂに割り当てるべきサブスロット番号を中継する際に、そのサブスロット番号を読み取ってもよい。

図６は、図１のセンサネットワークシステム１００の無線装置２０の構成例を示す図である。無線装置２０は、受信部２２と、解析部２４と、タイミング割当部２６と、記憶部２８と、タイミング設定部３０と、送信制御部３２と、送信部３４と、センサ３６と、経路制御部４０と、同期制御部４２とを含む。以下においては、参加処理時、および、自己のセンサ３６による測定結果についての送信処理、他の無線装置２０による送信データの中継処理のそれぞれの場合に分けて説明する。

まず、参加処理時の場合について説明する。参加処理時において、受信部２２は、基幹装置１０または他の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信する。解析部２４は、ハローパケットを受信部２２から受け取った場合、ハローパケットから、ホップ数と報知元の無線装置２０を示す識別情報と精度情報を読み取って、経路制御部４０に通知する。また、解析部２４は、ホップ数と報知元の無線装置２０を示す識別情報と同期情報と精度情報を読み取って同期制御部４２に通知する。

経路制御部４０は、通知されたホップ数と、精度情報をもとに、接続すべき無線装置２０を決定する。まず、経路制御部４０は、通知された複数のホップ数のなかから最小のホップ数となる無線装置２０を選択する。このとき、最小のホップ数となる無線装置２０が１つである場合、その無線装置２０を特定する。一方、最小のホップ数となる無線装置２０が複数ある場合、経路制御部４０は、最小のホップ数となった複数の無線装置２０のうちから、それぞれの精度情報を考慮して、１つを特定する。

さらに、経路制御部４０は、送信制御部３２に対して、特定した無線装置２０に対する接続を要求させる。送信制御部３２は、経路制御部４０からの要求にしたがって、送信部３４を介して、特定した無線装置２０に接続を要求する旨の信号を送信する。その後、接続を要求した無線装置２０から、接続を許可する旨の信号を受信し、接続処理が完了する。これにより、無線装置２０は、基幹装置１０との間で経路を確立でき、通信を実行することが可能となる。なお、「接続を要求する旨の信号」は、送信すべきハローパケットに重畳されてもよい。また、「接続を許可する旨の信号」は、受信したハローパケットに重畳されていてもよい。

経路が確立された後、同期制御部４２は、同期処理を実行する。本無線装置２０がＧＰＳ機能を有する場合であって、かつ、そのＧＰＳ機能が有効である場合、無線装置２０は、基準同期情報をもとに、ＧＰＳ同期を実行する。一方、ＧＰＳ機能が有効でない場合や本無線装置２０がＧＰＳ機能を有さない場合、同期制御部４２は、ＧＰＳ同期にかわって、従属同期を実行する。従属同期においては、精度情報を考慮する。同期制御部４２は、精度情報が所定のしきい値よりも良好である場合、通知された同期情報を用いて同期処理を実行する。精度情報が所定のしきい値よりも良好でない場合、その回の同期処理を中止する。この場合、次のタイミングで受信したハローパケットに含まれる精度情報、同期情報にしたがって、同様の同期処理を実行すればよい。これらの同期処理が完了した後、同期制御部４２は、同期した時刻を解析部２４に通知することによって、本無線装置２０におけるすべての動作タイミングを同期した時刻に従わせる。

経路確立処理、および、同期処理が完了した後、解析部２４は、受信部２２で受信したハローパケットから、ホップ数と報知元の無線装置２０を示す識別情報を読み取ってタイミング割当部２６に通知する。その後、一定期間の間に受信されるハローパケットについても、同様にホップ数を通知する。

タイミング割当部２６は、解析部２４から通知されたホップ数のうち、最小のホップ数を検索する。つぎに、タイミング割当部２６は、「検索したホップ数を含むハローパケットを報知した無線装置２０の識別情報」を記憶部２８に記憶する。さらに、タイミング割当部２６は、検索したホップ数に１を加えた値を自己の下り送信スロットの番号として特定し、記憶部２８に記録してもよい。また、タイミング割当部２６は、１フレーム中のスロット数から、下り送信スロットの番号を引いた値を上り送信スロットの番号として、記憶部２８に記録してもよい。

つぎに、タイミング割当部２６は、送信制御部３２に対して、自己のサブスロット番号の割り当てを要求させる。また、タイミング割当部２６は、サブスロット番号の割当要求の送信タイミングとして、タイミング設定部３０に対して、設定した上り送信スロット番号と、所定のサブスロット番号とを通知する。この段階においては、まだ、固有のサブスロット番号を割り当てられていないため、所定のサブスロット番号は、他の無線装置２０に割り当てられていないサブスロット番号が設定される。通信妨害を防止するためである。

なお、センサネットワークシステム１００において、いずれの無線装置２０に対しても割り当てられることのないサブスロット番号（以下、「臨時サブスロット番号」と表記する。）を予め複数用意し、任意の無線装置２０における割当要求、もしくは、その中継の際に、用意した臨時サブスロット番号のいずれかを使用させるようにしてもよい。このような態様は、基幹装置１０において、いずれの無線装置２０に対しても、臨時サブスロット番号を割り当てることが禁止され、センサネットワークシステム１００に参加している無線装置２０において、臨時サブスロット番号が認識されることによって実現される。このような態様をとることによって、システム内の既存の無線装置２０に対する通信妨害を防止できる。

送信制御部３２は、タイミング割当部２６からの指示にしたがって、送信部３４を介して、サブスロット番号の割当要求を基幹装置１０に向けて送信する。ここで、タイミング割当部２６において検索されたホップ数が２以上の場合、本無線装置２０と基幹装置１０との間に他の無線装置２０が存在するため、宛先は、他の無線装置２０となる。なお、他の無線装置２０は、記憶部２８に記憶された「検索したホップ数を含むハローパケットを報知した無線装置２０の識別情報」によって識別される。

割当要求後、受信部２２は、自己の無線装置２０に割り当てられたサブスロット番号を受信する。なお、一定期間を経過しても受信できなかった場合、割当要求を再送してもよい。解析部２４は、自己の無線装置２０に固有に割り当てられたサブスロット番号を受信部２２から通知された場合、タイミング割当部２６に転送し、記憶部２８に記憶させる。

タイミング設定部３０は、通知されたタイミングに従って、送信部３４、または、受信部２２を制御する。通知されるタイミングは、上り送信スロット番号と、サブスロット番号である。タイミング設定部３０は、通知された上り送信スロット番号から、下り送信スロット番号を導出する。また、タイミング設定部３０は、上り送信スロット番号、下り送信スロット番号から、１を引くことによって、上り受信スロット番号、下り受信スロット番号をそれぞれ導出する。なお、タイミング設定部３０は、上り／下り送信スロット番号、上り／下り受信スロット番号の全てを通知されてもよい。なお、このタイミング設定部３０の処理は、参加処理、送信処理、中継処理にかかわらず、共通の処理となる。

つぎに、送信処理時の場合について説明する。ここでの送信処理とは、自己の無線装置２０が主体的に送信する場合の送信処理を指す。上り送信処理においては、センサ３６からの送信要求を契機として、開始される。センサ３６は、温度や湿度などのセンサデータを観測し、定期的に、送信制御部３２に対して、観測したセンサデータの送信を要求する。タイミング割当部２６は、タイミング設定部３０に対し、特定した送信スロット番号と、本無線装置２０に固有に割り当てられたサブスロット番号とを通知して、タイミングを設定させる。送信制御部３２は、送信すべきデータを送信部３４を介して、基幹装置１０に向けて送信する。

下り送信処理においては、送信に先立って、同期制御部４２は、すでに同期した時刻にしたがって、基幹装置１０から本無線装置への経路の延長上における下層の無線装置２０に同期させるための時刻が示された同期情報を生成する。前述したように、同期情報には、下層の無線装置２０に到達するまでの伝搬遅延やハローパケットに関して生じるさまざまな処理遅延など（以下、「遅延時間」と表記する。）が考慮された上で、調整された時刻（以下、「調整時刻」と表記する。）が含められる。ここで、調整時刻は、本無線装置２０における時刻に遅延時間を加えた時刻となる。また、同期情報には、調整時刻ではなく、本無線装置２０における時刻と遅延時間とが、それぞれ別々のパラメータとして含まれていてもよい。

また、同期制御部４２は、下層の無線装置２０から報知された同期情報を受信した場合、その同期情報を検査する。検査の結果、本無線装置２０が管理する時刻と比べて、受信した同期情報に示される時刻が大きくずれている場合、下層の無線装置２０からの同期情報を帰還させることによって、生成済みの同期情報を補正する。同期情報の補正は、下層の無線装置２０における時刻が正常に戻るように、その同期情報に含まれる時刻を進め、あるいは、時刻を戻すことを含む。

つぎに、同期制御部４２は、生成した同期情報をハローパケットに含める。このハローパケットには、自己の識別番号やホップ数も含まれる。また、同期制御部４２は、生成したハローパケットを送信制御部３２に通知し、送信部３４を介して報知させる。この際、タイミング割当部２６は、タイミング設定部３０に対し、特定した下り送信スロット番号と、自己のサブスロット番号とを通知する。送信制御部３２は、通知されたハローパケットを送信部３４に報知させる。

つぎに、中継処理時の場合について説明する。まず、上り中継処理について説明する。まず、受信部２２は、１つ下の層の無線装置２０から中継すべきデータを受信して、解析部２４に通知する。ここでの中継すべきデータは、たとえば、起点無線装置において観測されたセンサ情報やサブスロット割当要求信号などである。解析部２４は、中継すべきデータから、起点無線装置を割り出して、データと共にタイミング割当部２６に通知する。

中継すべき上りデータがサブスロット割当要求である場合、起点無線装置においてサブスロットは未割当のため、タイミング割当部２６は、臨時サブスロット番号をタイミング設定部３０に通知する。他の無線装置２０への干渉を低減するためである。また、図２（ｂ）のサブスロット区間２１２に示す複数のサブスロットにおいて、サブスロット割当要求のための専用のサブスロットを予め規定しておき、そのサブスロットを用いてもよい。

一方、中継すべき上りデータがサブスロット割当要求以外の情報、たとえば、センサ情報である場合、タイミング割当部２６は、記憶部２８から、起点無線装置に対応付けて記憶されているサブスロット番号を読み出して、タイミング設定部３０に通知する。ここで、タイミング割当部２６は、解析部２４から通知された中継すべきデータを送信制御部３２に転送する。送信制御部３２は、転送されたデータを送信部３４に送信させる。

つぎに、下り中継処理について説明する。まず、受信部２２は、１つ上の層の無線装置２０から中継すべきデータを受信して、解析部２４に通知する。ここでの中継すべきデータは、たとえば、起点無線装置に割り当てられるべきサブスロット番号である。

タイミング割当部２６は、中継すべきサブスロット番号と、そのサブスロット番号が割り当てられる起点無線装置を示す識別番号とを対応づけて、記憶部２８に記憶する。すなわち、上位の無線装置２０は、下位における１以上の無線装置２０のサブスロット番号を管理することとなる。

また、タイミング割当部２６は、タイミング設定部３０に、下り送信スロット番号と、中継すべきサブスロット番号そのものを中継時のサブスロット番号として通知する。衝突を防止するためである。送信制御部３２は、送信部３４を介して、サブスロット番号を要求した起点無線装置に向けて、起点無線装置に割り当てられるべきサブスロット番号を中継する。

また、上り送信／下り送信において、任意の無線装置２０における受信タイミングは、自己の送信タイミングの１スロット前となる。いいかえると、自己の送信タイミングを基準に、受信タイミングが規定されるため、タイミング管理が容易となる。

上述したこれらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図７は、図１のセンサネットワークシステム１００における動作シーケンスの例を示す図である。この動作シーケンスの例は、図３を用いて説明した例に基づいている。すなわち、第３無線装置２０ｃと第５無線装置２０ｅは、すでに、基幹装置１０を根元とするセンサネットワークシステム１００に参加しているものとする。なお、以下においては、第４無線装置２０ｄにおいて受信されるハローパケット以外のハローパケットについては、図示を省略している。

まず、第３無線装置２０ｃは、ハローパケットを報知する（Ｓ１０）。このハローパケットには、「ホップ数＝１」を示す情報が含まれているものとする。第５無線装置２０ｅは、ハローパケットを報知する（Ｓ１２）。このハローパケットには、「ホップ数＝２」を示す情報が含まれているものとする。第４無線装置２０ｄは、第３無線装置２０ｃと第５無線装置２０ｅから報知されたハローパケットをそれぞれ受信する。

第４無線装置２０ｄは、受信したそれぞれのハローパケットに含まれるホップ数のうち、最小のホップ数を検索する（Ｓ１４）。ここでは、「ホップ数＝１」が最小となる。つぎに、第４無線装置２０ｄは、検索した最小ホップ数に１を加えて、自己のホップ数を２と設定する。さらに、自己のホップ数にしたがって、上り送信スロットを特定する（Ｓ１８）。

ここで、第４無線装置２０ｄは、特定した送信スロットのタイミングで、基幹装置１０に対して、サブスロット番号の割り当てを要求する（Ｓ２０）。この要求は、第３無線装置２０ｃにおいて受信される。ここで、第３無線装置２０ｃは、自己の上り送信スロットを設定して（Ｓ２２）、基幹装置１０に割当要求に係る信号を中継する（Ｓ２４）。Ｓ２０の送信処理とＳ２４の中継処理とにおいて使用されるサブスロット番号は、基幹装置１０が割り当てることのない臨時サブスロット番号が用いられる。このため、これらの処理は、既存の無線装置２０における中継処理に干渉することはない。基幹装置１０は、第３無線装置２０ｃによって中継された割当要求を受信したことを契機として、第４無線装置２０ｄに対して、固有のサブスロット番号を割り当てる（Ｓ２６）。

基幹装置１０は、割り当てたサブスロット番号を送信するために、自己の下り送信スロットを設定して（Ｓ２８）、第３無線装置２０ｃに対して、サブスロット番号を通知する（Ｓ３０）。第３無線装置２０ｃは、受信したサブスロット番号を送信するために、自己の下り送信スロットを設定して（Ｓ３２）、第４無線装置２０ｄに対して、サブスロット番号を中継する（Ｓ３４）。第３無線装置２０ｃは、中継の際に、第４無線装置２０ｄのサブスロット番号と、第４無線装置２０ｄを示す情報とを対応づけて記憶してもよい。第４無線装置２０ｄは、第３無線装置２０ｃから受信したサブスロット番号を記憶する（Ｓ３６）。

図８は、図５の無線装置２０における参加処理時の動作例を示すフローチャートである。この処理は、無線装置２０の電源がオンされた場合や、経路が切断され、新たに経路を確立する場合に開始されてもよい。

まず、無線装置２０は、他の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信する（Ｓ５０）。ハローパケットの受信は、所定時間が経過するまで、繰り返される（Ｓ５２のＮ）。所定時間を経過した場合（Ｓ５２のＹ）、無線装置２０は、受信したハローパケットに含まれるホップ数のうち、最小のホップ数を検索する（Ｓ５４）。つぎに、無線装置２０は、検索したホップ数に１を加えて、自己の送信スロットを特定する（Ｓ５６）。

ここで、無線装置２０は、割り当てた送信スロットで、サブスロット番号の割り当てを基幹装置１０に要求する（Ｓ５８）。この送信処理において使用されるサブスロット番号は、基幹装置１０が割り当てることのない臨時サブスロット番号が用いられる。このため、既存の無線装置２０における中継処理に干渉することはない。ここで、所定時間経過してもサブスロット番号を受信できなかった場合（Ｓ６０のＮ）、受信できるまで、Ｓ５８の処理を繰り返す。サブスロット番号を受信した場合（Ｓ６０のＹ）、無線装置２０は、受信したサブスロット番号を記憶する（Ｓ６２）。

図９は、図５の無線装置２０における中継処理時の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートは、図８に示した参加処理が完了した後に実施される処理である。この処理は、送信すべきデータが発生した場合や、他の無線装置２０からの中継すべきデータを受信したことを契機として開始されてもよい。

まず、無線装置２０は、他の無線装置２０のための中継処理、あるいは、自己の無線装置２０のための送信処理のいずれであるかを判定する（Ｓ８０）。中継処理である場合（Ｓ８０のＹ）、無線装置２０は、起点無線装置のサブスロット番号を読み出して、タイミングの設定をする（Ｓ８２）。中継データがサブスロット番号の割り当て要求の場合、任意のサブスロット番号を設定する。一方、中継処理でない場合（Ｓ８０のＮ）、無線装置２０は、自己に割り当てられた固有のサブスロット番号を送信タイミングとして設定する（Ｓ８４）。

つぎに、無線装置２０は、上り送信か下り送信かを判定する（Ｓ８６）。上り送信である場合（Ｓ８６のＹ）、無線装置２０は、記憶されている上り送信スロット番号を読み出して、タイミングの設定をする（Ｓ８８）。下り送信である場合（Ｓ８６のＮ）、下り送信スロット番号を読み出して、タイミングの設定をする（Ｓ９０）。タイミングの設定後、無線装置２０は、送信処理を実行する。

図１０は、図５の無線装置２０における同期処理の動作例を示すフローチャートである。この処理は、上層の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信したことを契機として実行されてもよい。

まず、無線装置２０は、ＧＰＳ機能が有効か否かを確認する（Ｓ１００）。ＧＰＳ機能が有効である場合（Ｓ１００のＹ）、無線装置２０は、ＧＰＳ衛星から受信した航法メッセージにしたがって、ＧＰＳ同期処理を実行する（Ｓ１０２）。ＧＰＳ機能が有効でない場合（Ｓ１００のＮ）、無線装置２０は、基幹装置１０または上層の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信し、ハローパケットに含まれた精度情報と同期情報とを取得する（Ｓ１０４）。なお、ＧＰＳ機能が有効でない場合とは、無線装置２０がＧＰＳ機能を有さない場合を含むものとする。

取得した精度情報に示される精度が所定のしきい値よりも良好である場合（Ｓ１０６のＹ）、無線装置２０は、取得した同期情報にしたがって、従属同期処理を実行する（Ｓ１０８）。一方、所定のしきい値よりも良好でない場合（Ｓ１０６のＮ）、無線装置２０は、同期処理を実行せずに、処理を終了する。

図１１は、図５の無線装置２０における報知処理の動作例を示すフローチャートである。この処理は、基幹装置１０との間で経路が確立された後に、定期的に実行されてもよい。

無線装置２０は、同期した時刻にしたがって、基幹装置１０から本無線装置への経路の延長上における下層の無線装置２０に同期させるための時刻が示された同期情報を生成する（Ｓ１１０）。この同期情報には、遅延時間と調整時刻とが含められる。ここで、下層の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信した場合（Ｓ１１２のＹ）、無線装置２０は、受信したハローパケットに含まれた時刻情報を検査する（Ｓ１１４）。

検査の結果、本無線装置２０が管理する時刻と比べて、受信した同期情報に示される時刻が大きくずれている場合（Ｓ１１４のＹ）、下層の無線装置２０からの同期情報を帰還させることによって、生成済みの同期情報を補正する（Ｓ１１６）。

さらに、無線装置２０は、補正した同期情報をハローパケットに含めて報知する（Ｓ１１８）。一方、下層の無線装置２０から報知されたハローパケットを受信しなかった場合（Ｓ１１２のＮ）や受信した同期情報に示される時刻のずれが小さかった場合（Ｓ１１４のＮ）、無線装置２０は、Ｓ１１０にて生成した同期情報をハローパケットに含めて報知する（Ｓ１１８）。

本実施形態によれば、ホップ数に応じて割り当てられたスロットを形成する複数のサブスロットのうち、基幹装置１０との通信を要求する無線装置２０に対して割り当てられたサブスロット番号示されたサブスロットにおいて、送信処理を実行することによって、衝突を回避できる。基幹装置１０との間に存在する他の無線装置２０の数が少なくなるように経路を選択することによって、中継回数を低減でき、通信の確実性を向上できる。自己の送信タイミングを基準に、受信タイミングを規定できるため、間欠受信等の制御を効果的に実行できる。

また、高い精度が示された精度情報を報知した無線装置２０との間で経路を確立することによって、本無線装置２０の時刻の同期の精度を向上でき、それにより、衝突を低減し、効率的な中継処理を実現できる。ＧＰＳ機能が有効な場合、それに基づいてＧＰＳ同期を実行することによって、本無線装置２０の時刻の同期の精度を向上できる。また、下層の無線装置２０から報知された同期情報を帰還することによって、下層の無線装置２０の同期を回復できる。これにより、ネットワーク内の無線装置２０は、お互いに、より安定的に同期できる。上層の無線装置２０から送信される精度情報に、信頼度を設定することによって、下層の無線装置２０において、上層からの同期情報を信頼すべきかどうかを判定でき、誤った時刻に同期することを回避できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

前述した本実施形態においては、ホップ数や精度情報を考慮して、経路を確定するとして説明したが、これにかぎらず、たとえば、ホップ数にかかわらず、精度情報のみを考慮して経路を確定してもよい。このように確定することによって、経路の選択処理を簡易にしつつ、ネットワーク内の同期の精度を向上できる。また、以上にかかわらず、上層の無線装置２０との間の伝搬環境を考慮して、経路を決定してもよい。この場合、新たに参加する無線装置２０は、受信したハローパケットの受信品質を測定し、最も良い受信品質となったハローパケットの報知元を接続先として決定すればよい。このように、伝搬環境を考慮して経路を決定することによって、再送処理などの回数が低減され、ネットワーク内の通信効率を向上できる。

また、精度情報には、ＧＰＳ機能を有する無線装置２０に至るまでのホップ数が含まれていてもよい。このホップ数が大きくなるにしたがって、同期情報には誤差が累積されてしまう。したがって、ホップ数の小さい無線装置２０に接続することによって、同期の精度を向上できる。ここで、「ＧＰＳ機能を有する無線装置２０に至るまでのホップ数」について、図３を用いて説明する。図３の基幹装置１０と第３無線装置２０ｃのみがＧＰＳ機能を有すると仮定する。この場合、第４無線装置２０ｄが受信するハローパケットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｅには、「ＧＰＳ機能を有する無線装置２０に至るまでのホップ数」として、それぞれ１、２、０、１が含まれる。ここで、第４無線装置２０ｄは、ホップ数の小さい第３無線装置２０ｃを選択することによって、より高精度の同期を実現することができることとなる。

本発明の実施形態にかかるセンサネットワークシステムの構成例を示す図である。 図２（ａ）は、図１のセンサネットワークシステムにおけるフレームフォーマットの構成例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のスロットのスロットフォーマットの例を示す図である。 図１のセンサネットワークシステムの第２の構成例を示す図である。 本発明の実施形態にかかるスロット割当ての例を示す図である。 図１のセンサネットワークシステムにおける送信タイミングの例を模式的に示す図である。 図１のセンサネットワークシステムの無線装置の構成例を示す図である。 図１のセンサネットワークシステムにおける動作シーケンスの例を示す図である。 図５の無線装置における参加処理時の動作例を示すフローチャートである。 図５の無線装置における中継処理時の動作例を示すフローチャートである。 図５の無線装置における同期処理の動作例を示すフローチャートである。 図５の無線装置における報知処理の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 基幹装置、 ２０ 無線装置、 ２２ 受信部、 ２４ 解析部、 ２６ タイミング割当部、 ２８ 記憶部、 ３０ タイミング設定部、 ３２ 送信制御部、 ３４ 送信部、 ３６ センサ、 ４０ 経路制御部、 ４２ 同期制御部、 １００ センサネットワークシステム、 ２００ フレームフォーマット、 ２１０ スロットフォーマット。

Claims (4)

1. 複数の無線装置のうちの基幹装置を根元として、前記複数の無線装置によって形成されたマルチホップ無線ネットワークへの参加を要求する無線装置であって、
   前記マルチホップ無線ネットワークにすでに参加している複数の他の無線装置からそれぞれ報知された精度情報であって、時刻に関する精度が示された精度情報を取得する精度情報取得部と、
   前記精度情報取得部で取得した精度情報のうち、高い精度が示された精度情報を選択する選択部と、
   前記選択部によって選択された精度情報を報知した他の無線装置を特定する特定部と、
   前記特定部によって特定された他の無線装置に対して接続を要求することによって、基幹装置に至るまでの経路を確立する経路制御部と、
   前記経路制御部において接続を要求した他の無線装置から、本無線装置が同期すべき時刻が示された同期情報を取得する同期情報取得部と、
   前記同期情報取得部によって取得した同期情報に示された時刻に、本無線装置の時刻を同期させる同期管理部と、
   を備えることを特徴とする無線装置。
2. 前記精度情報取得部によって取得される精度情報は、その精度情報を送信した他の無線装置がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から時刻に関する情報を取得できる場合、高い精度が示されることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記同期管理部において同期した時刻にしたがって、基幹装置から本無線装置への経路の延長上における下層の無線装置に同期させるための時刻が示された同期情報を生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された同期情報を報知する報知部をさらに備え、
   前記同期情報取得部は、下層の無線装置から報知された同期情報をさらに取得し、
   前記生成部は、前記同期情報取得部によって取得した下層の無線装置からの同期情報を帰還させることによって、同期情報を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
4. 前記経路制御部において経路を確立する際に、基幹装置に至るまでのホップ数を取得する第１取得部と、
   前記第１取得部によって取得されたホップ数に応じて、複数のタイムスロットのうちのいずれかを特定する第１特定部と、
   基幹装置との通信を要求する無線装置に対して固有に規定されたサブスロットであって、タイムスロットを形成する複数のサブスロットのうちのいずれかを取得する第２取得部と、
   前記同期管理部によって同期された時刻にしたがって、前記第２取得部において取得したサブスロットと、前記第１特定部において特定したタイムスロットとの組み合わせによって、送信タイミングを特定する第２特定部と、
   前記第２特定部において特定した送信タイミングにて、基幹装置との通信を要求する無線装置についての信号を送信する送信部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線装置。

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