JP2009290333A - 無線ネットワーク評価方法、無線ネットワーク評価システム、無線ネットワーク監視装置、及び無線ネットワーク評価プログラム、プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス経路が主要な伝送路となる環境での電波環境が変動しても、安全かつ確実に通信ができるようにする。
【解決手段】電波を反射もしくは透過もしくは回折などの物理現象を発生させうる周囲の構造物の形状及び位置情報に基づいて、一の無線ノードから他の無線ノードまで到達する電波経路と受信電力を算出する。そして算出した電波経路上にある反射、透過もしくは回折の影響を与える構造物を求め、その存在確率を用いて、受信電力を調整し、調整後の受信電力により電波経路の利用可能性を評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントなどの環境において、無線伝送ネットワークを構築し、無線ノード間の通信を確実に行うための伝送経路の設計、及び伝送経路環境の維持管理に必要な技術に関する。

従来、プラントなどの設備における機器の監視や制御において必要とされるセンサ情報や制御情報は、ケーブル接続によって伝送されていたが、この伝送には膨大なケーブルの設置コストやメンテナンスコストが必要であった。このため、近年は、ケーブルを設置することなく無線ネットワークを利用して、プラントの監視や制御に必要な情報を伝送することが要請されている。

しかし、無線ネットワークを利用するためには、無線ネットワークのリアルタイム性や安定性が要求される。プラント設備のような環境では、周辺に金属性の構造物が多く、その構造物による反射、回折等の物理現象によって、電波の送受を行う無線ノード間の電波経路として多数のマルチパスが存在しうる。また、無線ノードの配置にも制限があるため、かならずしも無線ノード間が見通しになるとは限らない。このため、主要な無線伝送路がマルチパス経路となる可能性が高く、通信状態が不安定になることが多い。

このような環境では、無線ノードの設置時に、電波状態を測定したり実際に通信を行ったりして、無線ノード間の通信が可能であることを確認しながら無線ノードを設置する必要がある。また、複数のアンテナや周波数帯を用いたダイバーシティによる送受信や、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）によるマルチパスの積極的利用などによるＲＦ（Radio Frequency）での改善や、無線ネットワークの中継経路を多重化することで通信が不安定になることを解消しようとすることになる。

特許文献１には、一定の電波の到達距離に基づく通信可能距離を元に、空間を分割し、無線ノードの配置、経路を求める経路設計装置が開示されているが、無線ノードの周囲の伝搬環境の特性や、変動があった場合には対応できない。

特開２００６−１０１４９７号公報

しかしながら、マルチパス経路が主要な伝送路となる環境では、無線ノードの設置時と運用時とで、環境の変化、例えばクレーン等の移動、金属体の扉・窓等の開閉、作業者の移動などにより周囲の電波環境が大きく変動してしまう。
特に、送受信する無線ノード間を直接見通しで結んだ直線以外の経路が主要通信路である場合には、このような影響を受けやすい。

このため、無線ノードの設置時には十分受信可能であった場所でも、その運用時には、時間によって通信不能となったり、全く通信できなくなったりということが発生してしまう。

本発明は、上記問題に鑑み、無線ノード間の電波経路に影響を与える構造物の存在確率を考慮して最適な電波経路を設定できる、無線ネットワーク評価方法、無線ネットワーク評価システム、無線ネットワーク監視装置、及び無線ネットワーク評価プログラム、プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、シミュレーションにより無線ノード間の電波の電波経路を求める処理において、電波経路に影響を与える物理現象を発生する構造物に対し、少なくとも該構造物の形状及び位置情報、及び構造物が当該位置に存在する確率を予め入力する。そして、構造物の形状及び位置情報から、送信する一の無線ノードから受信する他の無線ノードまで到達する複数の電波経路を算出し、当該電波経路ごとにその受信電力を算出する。
さらに、複数の電波経路のそれぞれにおいて、反射、透過、または回折の影響を与える構造物を求め、その構造物の存在確率を用いて、受信電力を調整し、調整後の受信電力に基づいて、それぞれの電波経路の利用可能性を評価するようにしている。

また、本発明では、複数の無線ノードに対し、各無線ノードと、その他の無線ノード間の電波経路を算出し、該電波経路の利用可能性を評価し、前記複数の無線ノードに対し、複数の端末ノード、複数の中継ノード、複数のＧＷノードの種別を定義している。そして、各端末ノードから、複数のＧＷノードのうちのいずれかのＧＷノードに対して、中継ノードを経由して無線信号を伝送する無線中継経路を探索し、各無線ノード間の電波経路の利用可能性を評価するようにしている。

本発明によれば、構造物が電波経路内に存在する確率（存在確率）を用いることにより、無線ネットワークにおける電波伝搬状態を確率的に評価し、無線ノード間の伝搬状態に反映することが可能となる。また、伝搬に影響を及ぼす構造物の存在確率を補正することにより、設定した無線ノードの中継経路を再評価することができるので、電波の伝搬状態のより良い中継経路を構築することができるようになる。

＜本発明の実施形態の全体像の説明＞
図１は、本発明の実施の形態例としての無線通信ネットワーク評価システムを示すブロック構成図であり、図２は、その動作を示すフローチャートである。
先ず、図１のブロック構成図を用いて、本例の無線ネットワーク評価システムの構成の概略を説明し、その後で、図２のフローチャートに基づいて本例の評価システムの動作について説明する。

本発明の実施の形態例としての無線ネットワーク評価システムは、プラント内の一の無線ノード１１０と他の無線ノード１２０間に存在する構造物の形状データや、構造物の電気的特性を入力する無線パラメータ設定手段１０１が設けられる。ここで、電気的特性を示すパラメータとしては、構造物の比誘電率、比透磁率、導電率などが考えられる。この無線パラメータ設定手段１０１において、上述の一の無線ノード１１０における送信出力及びアンテナ特性、及び他の無線ノード１２０における受信出力及びアンテナ特性などの無線パラメータが入力され、設定される。

無線パラメータ設定手段１０１により設定された構造物の形状及び位置情報は、電波経路算出手段１０２に送られ、この電波経路算出手段１０２において、一の無線ノード１１０から他の無線ノード１２０まで、電波を到達させることができる複数の電波経路が算出される。なお、電波経路算出手段１０２では、無線ノードのすべての組み合わせについて、入力された構造物形状と無線ノードの位置から、無線ノード間の電波の電波経路が算出される。この電波経路の算出のための解析手法としては、従来から知られているレイトレーシング法と呼ばれる幾何学光学的手法が利用可能である。

電波強度算出手段１０３は、電波経路算出手段１０２で算出された電波経路とその電波経路内に存在する構造物等の形状データに基づいて、電波強度を算出する。そして、電波経路算出手段１０２で算出された電波経路と、電波強度算出手段１０３で算出された電波強度に基づいて、後述するような所定の演算がなされ、計算結果出力手段１０４から計算結果が出力される。

また、無線パラメータ設定手段１０１で入力された構造物の形状データ等は、存在確率入力手段１０５に送られる。ここで、送信する一の無線ノード１１０と受信する他の無線ノード１２０との間に存在する、電波の伝搬に物理的影響を与える構造物の存在確率、つまり、電波の反射もしくは透過もしくは回折等をもたらす構造物の存在確率が求められる。ここで、構造物の存在確率が考慮されるのは、例えば、クレーンの移動など、ある時間帯では、そこに存在していた構造物が別の時間帯には存在していないというケースが考えられるからである。

計算結果出力手段１０４で計算された結果と、存在確率入力手段１０５で算出された、電波の伝搬に影響を与える構造物の存在確率とから、伝搬特性算出手段１０６において、送受信される電波強度が調整される。そして、利用可能性評価手段１０７によって、この調整後の電波強度から、一の無線ノード１１０及び他の無線ノード１２０間の前記算出した電波経路の利用可能性が評価される。

図２は、フローチャートは、上述した図１のブロック構成図の動作を順を追って記述したフローチャートである。内容は上述の説明と重複する部分もあるが、この図２に示すフローチャートと図３〜図９の各種テーブルに基づいて、本発明の実施の形態例の動作を詳細に説明する。

＜無線ノードパラメータ入力の説明＞
図２に示すように、まず、送信する一の無線ノード１１０と受信する他の無線ノード１２０間に存在する構造物の形状、送信側無線ノード１１０の送信出力、アンテナ指向特性、利得、配置場所、姿勢等の無線パラメータが、無線パラメータ設定手段１０１によって入力される（ステップＳ２０１）。また、無線パラメータ設定手段１０１により、無線ノード間の経路上にある構造物による最大の反射回数Ｎ、回折回数Ｎｄが入力される。

図３は、各無線ノードに関して記憶保持されるパラメータを示す無線ノードテーブル３０１の一例を示したものである。図３に示されるように、無線ノードテーブル３０１は、無線ノードＩＤ３１１（番号１〜３）、ＧＷ（Gate Way）ノード、中継ノード、端末ノード等のノードタイプ３１２、出力情報フィールド３１３、アンテナ情報フィールド３１４、周波数フィールド３１５、配置情報フィールド３１６を含んでいる。

ここで、出力情報フィールド３１３は、当該無線ノードＩＤ３１１で指定された無線ノードからの電波の送信出力を示すフィールドである。また、アンテナ情報フィールド３１４には、それぞれの無線ノードで使用するアンテナの特性を示すアンテナ情報テーブル４０１（図４参照）を検索するためのＩＤ情報が記録されている。更に、周波数フィールド３１５には、送受信を行う無線ノード間で使用する周波数が示されている。また、配置情報フィールド３１６には、当該無線ノードの配置位置と姿勢を表す情報が、配置行列として示されている。この配置行列は、無線ノードの回転と平行移動を表す行列である。

図４は、アンテナ情報テーブル４０１の一例を示す図である。このアンテナ情報テーブル４０１は、アンテナ情報ＩＤフィールド４１１、アンテナタイプフィールド４１２、指向特性情報フィールド４１３の３つのフィールドを持っている。アンテナ情報ＩＤ４１１はそれぞれの無線ノードが持っているアンテナのＩＤを示している。

また、アンテナタイプフィールド４１２は、ダイポールアンテナや八木アンテナ等のアンテナの種類を表すが、アンテナ情報ＩＤ３で示すように、ユーザが独自に定義したタイプのアンテナを用いた場合には、そのアンテナをタイプ４１２の欄に記載するようにしても良い。

そして、指向特性情報フィールド４１３には、それぞれのアンテナが持つ指向特性が記述される。例えば、ダイポールや八木アンテナの場合には、理論的な数式を用いて求められた指向特性が記述される。一方、アンテナ情報ＩＤ３のように、ユーザ定義により指定されたアンテナを用いる場合には、数値計算により求めた指向特性又は実物のアンテナ指向特性を測定することによって求めた指向特性が記述される。

この指向特性情報フィールド４１３の詳細は、図５に、指向特性情報テーブル５０１として示されている。図５は、特に指向特性テーブルＩＤが「１」である特性テーブルの例を示している。このようなテーブルがそれぞれの指向特性テーブルＩＤ毎に作成されることになる。
この指向特性テーブル５０１は、角度θフィールド５１２、角度φフィールド５１３、当該角度θ及びφにおける利得G(θ、φ)フィールド５１４の３つのフィールドを持っている。ここで、角度θ、φは、アンテナの基準座標系においてアンテナから放射される方位角度、もしくはアンテナにて受信される方位角度を示すものである。角度θは、アンテナの基準座標系のｚ軸と、放射方向とのなす角度を示し、角度φは、アンテナの基準座標系のｘｙ平面に放射方向を投影した場合のｘ軸とのなす角度を示している。

図６は、無線パラメータ入力手段１０１により入力される構造物データの管理テーブルの一例を示す図である。
構造物管理テーブル６０１に記述される各構造物には、それぞれの構造物毎には物体ＩＤ６１１が定められている。この物体ＩＤ６１１は、各構造物を管理するための個別の番号である。

それぞれの構造物の物体ＩＤ６１１に対して、形状情報フィールド６１２、属性情報フィールド６１３、確率情報フィールド６１４の３つのフィールドが設けられている。形状情報フィールド６１２には、それぞれの構造物に対する形状ＩＤ（＝１、２、３・・）が記載される。そして、この形状ＩＤ毎に、図７で後述するような形状テーブル７０１が用意される。この形状テーブル７０１は、図６に登録した形状ＩＤにより検索可能とされる。

また、属性情報フィールド６１３には、それぞれの物体ＩＤ６１１に対して属性ＩＤ（＝１、１、２・・）が記載される。そして、それぞれの属性ＩＤ毎に、図８に後述するような属性テーブル８０１が用意される。この属性テーブル８０１は、属性情報フィールド６１３に記憶される属性ＩＤによって検索できるものである。

さらに、確率情報フィールド６１４は、それぞれの物体ＩＤ６１１に対して、その構造物が電波経路内に存在する時間帯と確率を示すフィールドであり、各物体ＩＤ６１１毎に確率ＩＤ（＝１、１、２・・）が記述される。この確率ＩＤごとに、図９に後述するような確率情報テーブル９０１が用意される。この確率情報テーブル９０１により、電波を反射もしくは回折または透過する構造物が電波経路内に存在する確率情報が検索できる。なお、確率情報テーブル９０１は、確率情報フィールド６１４に記憶される確率ＩＤによって検索可能となっている。

図７は、形状テーブル７０１の一例を示したものである。この形状テーブル７０１は構造物の形状及び寸法を管理するテーブルである。上述したように図６の形状ＩＤ毎にこの形状テーブル７０１が用意される。この形状テーブル７０１には、形状ＩＤフィールド７１１（図６の形状情報フィールド６１２と同じ）と、構造物のタイプを示すタイプフィールド７１２と、構造物の幅、高さ等のパラメータを記録するパラメータフィールド７１３が設けられる。この図７では、構造物のタイプとして直方体と回折エッジを示しているが、それぞれのパラメータは異なるので、予めタイプとパラメータの種別を決定しておくようにする。

図８は、属性テーブル８０１の一例を示すものである。上述したように属性テーブル８０１は、図６に示した属性情報フィールド６１３に記録された属性ＩＤ（属性ＩＤフィールド８１１と同じ）ごとに、その構造物の属性が記憶される。例えば、構造物の属性として、比誘電率８１２、比透磁率８１３、導電率８１４の各フィールドが設けられる。これらのフィールド８１２，８１３，８１４には、それぞれの構造物の電気的特性を表す具体的な数値が記憶されている。

図９は、確率情報テーブル９０１の一例を示す図である。この確率情報テーブルは、図６の確率情報フィールド６１４に示した確率ＩＤごとに設けられる。
図９は、図６の確率ＩＤが「１」のテーブルの例である。確率情報テーブル９０１には、確率情報テーブルＩＤ９１１、配置情報フィールド９１２、確率値フィールド９１３、開始時刻フィールド９１４、終了時刻フィールド９１４が設けられている。

確率情報テーブルＩＤ９１１は、当該確率情報テーブルのＩＤを示すものであり、ここでは図６の確率ＩＤ＝１となる例を示している。図示していないが、同様に、図６の物体ＩＤ３に対応する確率ＩＤ＝２のテーブルも用意されることは勿論である。
すなわち、各確率情報テーブル９０１は互いに異なる確率ＩＤ値を持つ。そして、それぞれの構造物（物体ＩＤ）は、それぞれの持つ確率ＩＤ（図６参照）によってこの確率情報テーブル９０１にリンクされている。

確率情報テーブル９０１において、配置情報フィールド９１２は、確率情報テーブルＩＤ９１１によってリンク付けられた構造物の配置情報を示している。この配置情報は、例えば、回転と平行移動を表す行列により表すことができる。
また、確率値フィールド９１３は、配置情報フィールド９１２によって示された各配置情報に対し、構造物が存在する確率を表すフィールドである。

また、確率情報テーブル９０１には、開始時刻フィールド９１４と終了時刻フィールド９１５が設けられている。ここで指定された開始時刻と終了時刻との間に、それぞれの構造物が確率値フィールド９１３に記述される確率で、電波経路内に存在することを示している。

図９に示す確率情報テーブル９０１では、確率情報テーブルＩＤ＝１（９１１）にリンクする構造物が、８時〜１９時の間は、配置行列１で表される場所に、５０％の確率で存在し、配置行列２で表される場所には２０％の確率、さらに配置行列３で表される場所には１０％の確率で存在することを示している。残りの２０％は、配置行列として単位行列を与えた位置（移動なし）の場所に存在することを意味する。 また、１９時から翌朝の８時までの間は、配置行列４で示される位置に８０％の確率で存在し、配置行列５に示される位置に２０％の確率で存在することを意味している。

以上、図２のステップＳ２０１における、無線ノードパラメータの入力の方法と、入力された各テーブルの内容について図３〜図９のテーブルを用いて説明した。

再び図２に戻って説明を続ける。上述したとおり、ステップＳ２０１で入力された構造物の形状と位置情報から複数の電波経路が電波経路算出手段１０２によって算出される（ステップＳ２０２）。そして、それぞれの電波経路における電波強度、つまり受信電力が、電波強度算出手段１０３によって算出される（ステップＳ２０３）。この、電波強度算出手段１０３では、電波経路毎に、相対する無線ノードの出力、アンテナ特性による利得、反射・透過・回折現象に寄与する構造物による減衰量が算出されることになる。

続いて、計算結果出力手段１０４により、電波経路と電波強度の関連を示す計算結果が出力され（ステップＳ２０４）、さらに、存在確率入力手段１０５によって、それぞれの構造物の形状、構造物が存在する場所（位置情報）及び構造物が存在する時間帯と確率が入力される（図９、ステップＳ２０５）。そして、ステップＳ２０５で入力された存在確率に基づいて、図１の無線ノード１２０で受信する受信電力が調整される（ステップＳ２０６）。

そして、調整後の受信電力を用いて送信側無線ノード１１０と受信側無線ノード１２０間における電波経路の利用可能性について、利用可能性評価手段１０７によって評価される（ステップＳ２０７）。この利用可能性評価ステップＳ２０７では、利用可能性評価手段１０７により、電波強度算出手段１０３で算出された反射・透過・回折現象に寄与する構造物の存在確率を考慮して各構造物による電波の減衰量を補正している。そして、その減衰量の補正結果で、電波経路の利用可能性が評価されるのである。

＜従来法による電波経路の算出処理＞
図１０は、本発明の実施の形態例を説明する上で必要な、従来手法による電波経路算出手段１０３における処理を示すフローチャートである。
まず、電波経路算出手段１０３の処理が開始されると（ステップＳ１００１）、対象となる２つの無線ノード間における直接到達する電波経路が生成される（ステップＳ１００２）。ここで、直接到達する電波経路とは、３次元空間内の２つの点（無線ノード）を直線で結ぶ線分を生成することと等価である。

次に、ステップＳ１００２において生成した線分に対し、登録された構造物により遮蔽が発生するか否かをチェックする（ステップＳ１００３）。ここでは、構造物による遮蔽が発生した場合には、当該構造物による透過現象が発生することになる。ここで、遮蔽とは、算出された電波経路が構造物と交差することを意味し、当該構造物を透過することによる損失係数（透過係数）を算出する。たとえば構造物が金属体であれば、透過係数はほぼ０であり、電波経路が存在しても、ほとんどの電力は到達できない。一方、構造物がコンクリートなどの誘電体とみなせる物質の場合、その厚みや、誘電率によって数％から数十％程度の損失で透過する。
続いて、構造物による反射回数ｎを１から最大反射回数Ｎまでセットし、各反射回数ｎに対し、後述するステップＳ１００５〜ステップＳ１０１０までの処理を繰り返す（ステップＳ１００４）。

すなわち、ステップＳ１００４で反射回数ｎがセットされると、まず、入力されたすべての構造物から、ｎ個の構造物を選ぶ順列を生成する（ステップＳ１００５）。このステップＳ１００５で得られた順列の順番で、電波経路内に存在する構造物による反射あるいは回折が行われるのである。そして、これら反射もしくは反射を経て、送信無線ノード１１０から受信無線ノード１２０までの電波経路の候補が生成される。例えば、反射回数n=3のとき、当該順列として、Ａ，Ｂ，Ｃが選択された場合、送信無線ノード１１０から放射された電波が、Ａ、Ｂ、Ｃの順で反射（もしくは回折）する電波経路を算出する。（ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは物体ＩＤを示す）
すなわち、電波経路を算出するということは、Ａ，Ｂ，Ｃ、それぞれの物体上での反射点（もしくは回折点）を求める計算を行うことを意味する。
ただし、算出された反射点（もしくは回折点）が、実際に定義された有限の範囲に限定される物体上に存在するとは限らないため、定義された構造物の範囲内に存在するか否かのチェックを行い、全ての反射点（もしくは回折点）が定義された構造物上に存在していれば、当該電波経路を採用し、ひとつでも構造物上に存在しなければ、当該電波経路を存在し得ないものとして破棄する。

次に、ステップＳ１００５で生成した電波経路の候補に対して、鏡像計算がなされる。ここで、鏡像計算とは、構造物を鏡面とみなし、送信点から受信点までの反射経路を算出する方法の一種であり、一種の座標変換を行うことを意味する。すなわち、ある構造物による反射経路は、受信点を当該構造物の鏡面による鏡像位置に移動させた場合、送信点と受信点を結ぶ直線と、前記構造物との交点とが、求める電波経路の反射点となる。
鏡像変換は、平行移動を表す行列と、回転変換を表す行列の積により表すことができる。たとえば、前述の電波経路の候補を現す順列Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、Ａ、Ｂ、Ｃがいずれも反射体である場合、Ａ、Ｂ、Ｃにおける鏡像変換を表す行列をそれぞれＴａ、Ｔｂ、Ｔｃとした場合、物体Ｂに対しては、Ｔａによる鏡像変換、物体Ｃに対しては、Ｔａ、Ｔｂによる鏡像変換、受信点に対しては、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃによる鏡像変換を行う。
この各変換後の座標において、送信点と受信点間を直線で結び、当該直線と各物体との交点を求める計算を施すものである。
なお、上記Ａ，Ｂ，Ｃに回折エッジが含まれる場合は、当該物体による鏡像変換行列は単位行列であるものとする。すなわち、物体Ｂが回折エッジである場合は、物体ＡおよびＣによる鏡像変換を施した座標において、送信点から物体Ｂによる回折を経て受信点に到達する線分を求め、この線分と物体ＡおよびＢとの交点を算出することで、送信点から物体Ａで反射、物体Ｂで回折、物体Ｃで反射し、受信点に到達する電波経路を求めることができる。

例えば、送信側無線ノードから送信される電波は、ステップＳ１００５で得られた電波経路上にある構造物の順番に反射もしくは回折がなされる。そして、最初の構造物の反射面で反射した電波は、その電波経路を経て上記鏡像変換後の位置にある次の構造物に到達する。

このように、電波経路上にある構造物が順番に反射または回折を繰り返し、受信側の無線ノードに到達するのである。なお、当該物体ＩＤ（構造物）が回折エッジを意味する場合は、鏡像変換は行わず、次の物体ＩＤ（構造物）による変換に進む。

ステップＳ１００６における鏡像計算がなされると、続いて、鏡像空間において回折エッジによる回折点計算が行われる（ステップＳ１００７）。この回折点計算では、回折点が回折エッジ上になければ当該電波経路は存在しえないことになる。続いて、鏡像空間における各物体面上における反射点の計算がなされる（ステップＳ１００８）。この場合も、当該反射点が、当該物体面上になければ、当該電波経路は存在し得ないことになる。

次に、ステップＳ１００６で求められた鏡像空間から、実空間へ逆変換がなされ（ステップＳ１００９）、最後に、ステップＳ１００９で実空間へ戻した電波経路上に他の構造物（物体）による遮蔽があるか否かがチェックされて処理が終了する（ステップＳ１０１０）。

上述したように、図１０に示した従来方法のフローチャートでも、指定された無線ノード間における、回折、反射、透過を含む電波経路を算出することが可能である。電波が電波経路を進行していく中では、反射・透過・回折といった電波と構造物との作用による減衰が発生するとともに、電波が空間を進むこと自体で減衰が発生する。これらの電波経路の計算方法については、従来から種々の計算方法が提案されており、例えばS. Ramo, J. R. Whinner及びT. Van Duzerらの「Fields and Waves in Communications Electronics」(John Wiley & Sons社，１９６７年出版）にその計算方法が詳細に説明されている。

以下、電波強度算出手段１０３における電波強度の計算方法について、詳細に説明する。上述したように、電波強度算出手段１０３では、電波経路算出手段１０２で算出された電波経路毎に、相対する無線ノードの出力、アンテナ特性による利得、反射・透過・回折現象に寄与する構造物による減衰量が算出される。今、Ｅを無線ノード間の受信電界とすると、特定の無線ノード間には複数の電波経路が存在するので、ｉ番目の電波経路による受信電界をＥ_ｉとする。無線ノードが受信する受信電界Ｅは、各経路の受信電界Ｅ_ｉを合成したものとなるので、（１）式のように表わされる。

更に、送受信アンテナの受信特性Ｇ_Ｔ(i)、Ｇ_Ｒ(i)とすると、送信無線ノードの送信電界Ｅ_ｉは、反射係数Ｒ、透過係数Ｔ、回折係数Ｄを用いて、（２）式のように表される。

ここで、Ｋは無線電波の波長によって決まる定数であり、kは波数である。S_i,lは、l-1番目の回折点からｌ番目の回折点までの延べ距離（電波経路上をたどった距離）である。またＰ_Ｔは送信無線ノードの送信電力を示す。
また、反射係数、透過係数、回折係数は、当該現象を発生する構造物の電気的特性である、比誘電率ε、比透磁率μ、導電率σ、厚さΔｗ、によって求められる値である。この求め方については、例えば、「リアライズ社 電波伝搬ハンドブック（ISBM4-89808-012）」に詳細な計算方法が記載されている。なお、比誘電率ε、比透磁率μ、導電率σ、厚みΔｗの具体的な値は、図７及び図８に示したように、それぞれ物体ＩＤに対する形状テーブル７０１と属性テーブル８０１により検索することができる。

図１１は、送信側の無線ノード１１０１と、受信側の無線ノード１１０２との間で、二つの電波経路が形成される例を示したものである。
ここでは、説明のために２次元空間で示しているが、実際には３次元空間で計算される。この例では、電波経路内に存在する構造物である、壁１１１１、柱１１１２、窓１１１３、隔壁１１１４、扉１１１５が入力データとされる。
この図１１は、電波経路算出手段１０２において、幾何光学的手法を用いて電波経路１１２１及び１１２２が算出できたことを示している。

一つの電波経路１１２１は、壁１１１１を透過して無線ノード１１０１から無線ノード１１０２へ到達する電波経路である。電波経路１１２１の方向における無線ノード１１０１の送信アンテナ特性をＧＴ(1)、無線ノード１１０２の受信アンテナ特性をＧＲ(1)とし、壁１１１１を透過するときの透過係数をT1,1とする。この透過係数T1,1は、壁１１１１の比誘電率ε、比透磁率μ、導電率σ、厚さΔｗを与えることにより計算可能である。

また、もう一つの電波経路１１２２は、無線ノード１１０１から柱１１１２によって回折を受け、窓１１１３を透過し、隔壁１１１４及び扉１１１５によって反射された後に、無線ノード１１０２に到達する経路である。電波経路１１２２の方向における無線ノード１１０１のアンテナ特性をＧＴ(2)、無線ノード１１０２のアンテナ特性をＧＲ(2)としている。また、柱１１１２、窓１１１３、隔壁１１１４及び扉１１１５の係数は、それぞれ回折係数Ｄ_2,1、透過係数Ｔ_2,1、反射係数Ｒ_2,1、Ｒ_2,2によって表わされる。

（２）式から、電波経路１１２１を経由した無線ノード１１０２の受信電界Ｅ_１は、（３）式のように計算され、電波経路１１２１を経由した無線ノード１１０２の受信電界Ｅ_２は、（４）式のように求められる。

この従来の計算方法では、この合計値であるＥ_１＋Ｅ_２がトータルの受信電界として集計され、二つの無線ノード間の電波の伝搬状態が推定される。
本発明の実施の形態例では、上述した従来の計算方法に加えて、更に、各構造物に対して、図６の構造物管理テーブル６０１に示す確率情報６１４を追加して計算する点に特徴がある。

＜構造物の確率情報を加えた電波経路の算出＞
図１２は、本発明の実施の形態例である、図６の構造物管理テーブル６０１の確率情報６１４を、反映して算出された電波経路における構造物の配置例を示したものである。

図１１と異なる部分は、窓１２０１が追加されているところである。それ以外の無線ノードと構造物には図１１と同じ符号を付している。ここで、追加された窓１２０１は、窓１１１３が図の矢印（Ａ）方向に移動し、窓１１１３が電波の完全透過状態になったことを示している。つまり、窓１１１３と窓１２０１は同じ窓であり、この同じ窓が、窓１１１３の位置にある確率と、窓１２０１の位置にある確率が与えられた状態を示している。

＜利用可能性評価手段１０５の処理＞
本発明の実施の形態例では、図１に示した利用可能性評価手段１０７の働きが重要である。図２のステップＳ２０７でも説明したように、利用可能性評価手段１０７は、以下のような処理を行う。例えば、利用可能性評価手段１０７は（５）式に示されるような計算を行っている。

この（５）式は、例えば電波が窓を透過する際の透過係数に対して、当該場所に構造物が存在する確率に応じて、この透過係数を平均化するための式である。すなわち、透過物体である窓１１１３が、当該場所へ存在する場合の透過率と存在確率をＴ_2,1、ｆ₂₁₃とし、窓１１１３が当該場所に存在しない場合の透過率とその確率をそれぞれ１、（１−ｆ₂₁₃）としたときの電波強度の期待値を示している。

一方、反射係数に関連して電波強度を補正する場合は、（６）式で示す計算式となる。

この（６）式は、反射物体である扉１１１５が当該場所へ存在する場合の反射率と存在確率を、それぞれR_2,2と、ｆ₂₁₅とし、扉１１１５が当該場所に存在しない場合の反射率とその確率を、それぞれ０、（１−ｆ₂₁₅）とした場合の電波強度の期待値を示している。

上述した電波経路の評価を、図１１に示した従来の幾何光学的手法を用いて単純に実施した場合には、一つの構造物（例えば窓１１１３）に対し、図１２に示すように存在確率を定義すると、その分だけ構造物が増えることになり、順列数が大きく増加してしまう。

＜本実施の形態にかかる電波経路算出処理＞
図１３は、本発明の実施の形態例において、幾何光学的手法によって電波経路を算出する処理手順を示すフローチャートである。図１０と異なるところは、図１０のステップＳ１００５の処理が、図１３ではステップＳ１３０２に変更されていることである。更に、図１０のステップＳ１００４の処理の前に図１３ではステップＳ１３０１の処理が加えられたことである。このステップＳ１３０１の処理は、入力された構造物のリストから、反射または回折を行う構造物リストを生成する処理を示している。すなわち、図１３のステップＳ１３０２の処理によって、図１４に示される反射もしくは回折構造物リスト１４０１のテーブルが生成される。なお、図１３において、ステップＳ１３０１とステップＳ１３０２以外の処理は、図１０と同じであるので、各ステップには図１０と同一符号を付している。

図１４は、上述したように、電波経路内に存在する、反射または回折する構造物リストを管理するテーブル１４０１を示したものである。図１４において、物体ＩＤフィールド１４０２には、入力された各構造物の物体ＩＤが記載される。この物体ＩＤフィールド１４０２では、一つの構造物に対して一つのＩＤが付与されることになる。

また、構造物リストフィールド１４０３には、各物体ＩＤに対して、当該物体ＩＤによって反射もしくは回折された後に、反射又は回折現象を起こす構造物の物体ＩＤが記録される。言い換えると、当該物体ＩＤによって反射もしくは回折現象が発生した後に、次の反射もしくは回折現象が発生し得ない構造物の物体ＩＤは、構造物リストフィールド１４０３に記録されない。

ここで、次の反射もしくは回折現象が発生し得ない構造物とは、当該構造物で反射した場合、その反射面に対して裏側に存在する構造物が該当する。つまり、反射面に対して裏側に存在する構造物であれば、当該構造物での反射の直後に、反射もしくは回折が発生することはありえない。同様に、回折エッジに関しても、回折エッジを構成する面の開き角度以内の領域に存在する構造物については、次の反射又は回折現象は発生し得ないので、リストから取り除くようにする。

また、図９の確率情報テーブル９０１の配置情報フィールド９１２にある配置行列は、構造物が存在する位置あるいは場所が示されているのであるが、同一の物体が複数の配置行列によって特定の時間において排他的位置に存在する構造物であるため、反射又は回折現象を起こさない構造物として定義される。この定義によれば、これらの構造物は、互いに干渉しえないため、これらの構造物に対応する物体ＩＤについても、構造物リスト１４０２から取り除くようにする。

また、図１３のステップＳ１３０１では、各構造物と、その他の構造物の幾何的配置関係を調べることにより、反射又は回折を起こさない構造物を特定し、これらの構造物は除いて、構造物リスト１４０１を生成している。

図１に示す送信側の無線ノード１１０から受信側の無線ノード１２０に至る経路を算出する際に、以上説明したような補正を行うことにより、プラント内の物体の移動による電波環境の変動を考慮したシミュレーションを実施することができる。このシミュレーションによれば、従来法と比べて大幅に計算量を増やすことがないという利点がある。

＜本発明を適用した無線ネットワークの例：実施例１＞
図１５は、本発明の実施の形態例を用いた無線ネットワークの例であり、いわゆる、論理的な無線接続状態を表す無線ノードグラフである。各無線ノードは、端末ノード、中継ノード、ＧＷノードのいずれかである。図１５に示す無線ネットワークでは、端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０との間で通信データの送受信を行う例を示している。端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０の間にある中継ノードＲＴ_１１〜ＲＴ_３３は、端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０間が直接無線接続できない場合にその中継接続を行う無線ノードである。

図１５に示す無線ネットワークでは、端末ノード１５０１から、ＧＷノード１５１０への中継経路を複数確保し、各中継経路は、同一の中継ノードを含まないことを前提としている。すなわち、同じ中継ノードを含まない中継経路を複数確保し、各中継経路に対して同じ通信データを送信することにより、例え、どれか一つの中継経路が中継ノードの故障等により切断されても、他の中継経路により確実に伝送されることが保証可能となる。

図１５に示されるように、端末ノード１５０１、中継ノードＲＴ_１１〜ＲＴ_３３及びＧＷノード１５１０をそれぞれ接続するエッジは、電波の伝搬状態をシミュレートすることにより算出した値（各ノードの１〜５の数値で示す）を重みとして持っている。この重み１〜５は、構造物等の存在確率を考慮した値を用いて計算したものであり、値が大きいほど、電波経路としての信頼性が高いとされる。

＜複数の中継経路を探索するための処理＞
図１６は、図１５に示した無線ノードグラフを用いて、端末ノード１５０１からＧＷノード１５１０までの複数の中継経路を探索するための処理を説明するためのフローチャートである。
中継経路を探索する処理（ステップＳ１６０１）が開始されると、最初に無線ノードグラフの入力処理が行われる（ステップＳ１６０２）。このステップＳ１６０２の処理は、無線ネットワークを構成する無線ノード群をグラフのノードとし、各無線ノード間の経路評価値をグラフのエッジの重みとして無線ノードグラフを作成する処理である。いわば、図１５に示す無線ノードグラフを作成する処理といってよい。

ここで、経路評価値１〜５は、利用可能性評価手段１０７によって評価された利用可能性評価値である。この評価値１〜５は、図１に示す電波経路算出手段１０２により算出した電波経路と、電波強度算出手段１０３により当該電波経路から算出した伝搬損失と、当該伝搬損失に対し、存在確率入力手段１０５で入力された構造物の存在確率を基にして、評価された値である。

ステップＳ１６０２の入力処理が終わると、続いて、端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０の組み合わせを指定して、それぞれの組み合わせに対して中継経路を求める（ステップＳ１６０３）。

次に、端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０を結ぶ中継経路を、いくつ探索するか、つまり探索する中継経路の数Ｎを指定する（ステップＳ１６０４）。
そして、指定された端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０の組み合わせに対して、以下に説明するステップＳ１６１１〜ステップＳ１６３３の経路探索処理を繰り返し実施する（ステップＳ１６０５）。

ステップＳ１６１１は、端末ノード１５０１とＧＷノード１５１０間に、指定された中継経路数Ｎが確保できるまで、ステップＳ１６２１以下の処理を繰り返すことを示している。
最初に、図１５に示される与えられた無線ノードグラフを用いて、端末ノード１５０１からＧＷノード１５１０までの中継経路を求める（ステップＳ１６２１）。このステップＳ１６２１の処理には、公知の経路検索アルゴリズムであるＡスターアルゴリズムやダイクストラ法などのアルゴリズムが適用可能である。

これを図１５で説明すると、端末ノード１５０１からＧＷノード１５１０までの経路として、中継ノードＲＴ_１３、ＲＴ_２３、ＲＴ_３２の３つのノードが選択される。そして、これらの中継ノードを介したエッジ１５２３，１５３１，１５４１、１５５２が選択され、端末ノードとＧＷノード間の中継ノードが確保できたとされる。

次に、経路探索アルゴリズムの結果、中継経路が確保できたか否かを確認する（ステップＳ１６２２）。そして、このステップＳ１６２２で、中継経路が見つかったと判定されたならば、当該経路に含まれるノード該ノードに付属するエッジを図１５に示す無線ノードグラフから削除する（ステップＳ１６２３）。すなわち、図１５の例から上記の３ノードＲＴ_１３、ＲＴ_２３、ＲＴ_３２と及び選択されたエッジ１５２３，１５３１，１５４１、１５５２を削除する。このようにして中継経路が削除された後の無線ノードグラフ（ネットワーク）の例を図１７に示す。

そして、次の中継経路の探索は、図１７に示される無線ノードグラフを用いて行われる。つまり、既に中継経路として使用した中継ノードとエッジを使用せずに行うことになる。ただし、ステップＳ１６０５において、別の端末ノードとＧＷノードの組み合わせについて探索する場合は、無線ノードグラフは初期の状態として探索を行う。つまり、一度使用した経路については、負荷が大きくなるため、重み付けを小さい値に変更するのである。このようにすることにより、電波経路の評価値の良い経路にのみ負荷が集中することを低減することができる。

続いて、ステップＳ１６２２において、経路探索の結果、経路が探索できなかった場合には、次の経路探索処理、つまり時間分割処理が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１６３１）。このステップＳ１６３１の、時間分割処理とは、構造物の存在確率が時刻によって規定される場合、当該確率の変更がある時刻によって分割し、該時刻の前後に分割して評価値を算出する処理である。つまり、分割された時刻の前後それぞれについて、中継経路の探索処理を行うのである。

ステップＳ１６３１において、時間分割が不可能であると判定されれば、警告を発生して、経路が発見できなかったことをユーザに知らせる（ステップＳ１６３３）。ステップＳ１６３１で時間分割処理が可能であると判定された場合は、上述の時間分割処理を行った上で、ステップＳ１６２１に戻る。

図１６のフローチャートで示す処理を行うことにより、与えられた無線ネットワークにおいて、指定した端末ノード１５０１からＧＷノード１５１０まで到達する、指定した数Ｎの中継経路を、同一中継ノードを使用しない独立した経路として求めることが可能である。

＜本発明の無線ネットワークを提供した他の実施形態：実施例２＞
図１８は、本発明の他の実施の形態の例を説明するための図である。
この実施形態例は、図１５で説明した実施形態例（実施例１）の無線ネットワークに、更に、無線ネットワーク監視装置１８０１を付加した構成となっている。

無線ネットワーク監視装置１８０１は、有線接続もしくは無線接続によりＧＷノード１８４１、１８４２とデータの送受信を行うことが可能である。図１８では、有線ネットワーク１８５１を経由して接続される例を示している。

図１８では、ＧＷノードが２台接続された構成を示しているが、このＧＷノードは、必ずしも２台に限られるものではなく、１台以上複数の接続が可能である。また、図１８に示すＧＷノード１８４１、１８４２は、中継ノード１８２１〜１８２４及び中継ノード１８３１〜１８３４を経由して、端末ノード１８１１〜１８１６と接続されるようになっている。

端末ノードと中継ノード間、及び中継ノードとＧＷノード間は、無線チャンネルを用いてネットワークが構築されており、各端末ノードから指定されたＧＷノードに対して、図１５〜１７で示した方法により決定された中継経路により無線接続されている。

図１８では、端末ノード１８１１〜１８１３は、全て中継ノード１８２１に接続され、中継ノード１８２１は、中継ノード１８３１を介してＧＷノード１８４１に接続されている。

更に、端末ノード１８１１〜１８１３は、中継ノード１８２２にも接続されており、中継ノード１８２２は、中継ノード１８３２を経由してＧＷノード１８４２に接続される。
一方、端末ノード１８１４〜１８１６は、中継ノード１８２３に接続され、中継ノード１８２３は中継ノード１８３３を経由してＧＷノード１８４１に接続されている。

また、端末ノード１８１４〜１８１６は、中継ノード１８２４にも接続され、この中継ノード１８２４が中継ノード１８３４経由でＧＷノード１８４２に接続されるようになっている。

以上のように、各端末ノード１８１１〜１８１６は、２系統の中継経路に接続されているが、この２系統の中継経路は、同一の中継ノードを含まない独立経路とされている。
また、各端末ノード１８１１〜１８１６は、図示しないセンサや制御装置等に接続されている。そして、各端末ノード１８１１〜１８１６は、接続したセンサや制御装置から出力される情報を収集し、上述した無線ネットワークの中継経路を介して、収集した情報を定期的にＧＷノード１８４１または１８４２に送信するようにしている。

例えば、端末ノード１８１１は、収集した同一内容の情報（データ）を中継ノード１８２１及び１８２２に送信する。そして、中継ノード１８２１は受け取ったデータを中継ノード１８３１に送信し、中継ノード１８２２は受け取ったデータを中継ノード１８３２に送信する。同様に、中継ノード１８３１は受け取ったデータをＧＷノード１８４１に送信し、中継ノード１８３２は、受け取ったデータをそれぞれＧＷノード１８４２に送信する。
最後に、ＧＷノード１８４１及び１８４２はそれぞれが受け取ったデータを制御装置１８６１に送信する。

つまり、制御装置１８６１は、端末ノード１８１１が発した同一のデータを、別の中継経路をたどり、ＧＷノード１８４１及び１８４２を介して別々に受信する。
このように、制御装置１８６１は、同一データを２つ以上の独立した中継経路を経由して受け取ることにより、仮に無線ネットワークのどこかに無線通信の不具合が発生しても、中継経路の冗長度以下の不具合であれば、確実にデータを得ることができる。
一般的には、２つのデータが届く時間にはずれが生じる可能性があるため、制御装置１８６１は、両方とも受信した上で、２つのデータを比較チェックして、データが整っている方を採用することが望ましいが、先に届いたデータもしくは後から届いたデータを採用するとしてもよい。

＜無線ネットワーク監視装置１８０１の説明＞
図１９は、無線ネットワーク監視装置１８０１の構成例を示した図である。無線ネットワーク監視装置１８０１は、電波経路評価部１９０１、伝搬パラメータ修正部１９０２、通信部１９０３、記憶部１９０４、伝搬情報集計部１９０５、中継経路再構築部１９０６から構成される。

記憶部１９０４は、現在の無線ネットワークにおける中継経路情報を保持する記憶装置である。ここでは、図１５、図１６に示す方法により算出した、送信側無線ノード１５０１と受信側無線ノード１５１０間の電波経路情報が記憶部１９０４に保持されている。
通信部１９０３は、ネットワークへ接続する機能を持つ。図１８に示すように有線ネットワーク１８５１に接続され、ＧＷノード１８４１、１８４２と通信することが可能となっている。

伝搬情報監視部１９０５は、無線ネットワークに接続する無線ノードを監視する装置であり、各無線ノードが、他の無線ノードから送信される無線信号の強度情報や、遅延分布情報を測定した値を、ネットワークに接続された無線ノードから受け取る。

電波経路評価部１９０１は、伝搬情報監視部１９０５、記憶部１９０４に保持する無線ノード間の電波経路情報（シミュレーションにより算出されたもの）と、伝搬情報監視部１９０５により収集した、当該無線ノード間の無線信号の現実の強度情報、あるいは遅延分布情報を比較する。そして、電波経路情報における反射係数、透過係数、回折係数に対する補正値を算出している。

図２０は、無線信号の強度情報を表すテーブル２００１を示した図である。この信号強度情報テーブル２００１は、無線信号を受信した無線ノード（受信ノードＩＤ）毎に作成されるテーブルである。すなわち、この信号強度情報テーブル２００１は、送信した無線ノード（送信ノードＩＤ＝３、５、８、・・）を示す送信ノードＩＤフィールド２０１１と、受信した時刻を示す受信時刻フィールド２０１３と、受信した信号の強度を示す受信強度フィールド２０１４から構成されている。

各無線ノードは、当該無線ノードが他の無線ノードからのデータを受信したとき、もしくは、当該無線ノードが送受信をしない状態の時に、他の無線信号を監視している。そして、他の無線ノードからの無線信号があった場合に、その無線信号の送信ノードＩＤ及び受信信号の受信強度、受信時刻を、信号強度情報テーブル２００１として保持するようにする。
また、各無線ノードは、伝搬情報監視部１９０５から監視要求（プローブ要求）を受信すると、伝搬情報監視部１９０５に対して、無線ネットワークの中継経路を用いて信号強度情報テーブル２００１を送信する。

すなわち、この補正値の算出には、（２）式が用いられる。この（２）は、各無線ノード間の電波経路における伝搬損失の合計値と、測定した強度情報とが一つの方程式の左辺、右辺として表したものである。この（２）式に基づいて、各反射係数、透過係数、回折係数を未知数として連立方程式を解くことにより、各反射係数、透過係数、回折係数を求めることができる。この連立方程式を解くにあたって、サンプル数を増やすことによりそれぞれの係数を求めることができ、これにより、各係数を補正することができる。

なお、サンプル数が未知数に対して少ない場合は、予め不確定な係数と、固定して扱う係数に分けて入力することにより、サンプル数が少ない場合でも補正を行うことができる。
この際、不確定な未知数として、前記の確率情報を選択し、反射計数、透過係数、回折係数といった物理量を固定することにより、未知数を少なく取ることができる。
また、サンプル数が不確定な未知数である係数に比べて多い場合でも、最小二乗誤差となるように未知数を決定することにより、補正精度を高めることが可能である。

また、遅延分布情報が存在すれば、電波経路の経路長と対応付けることにより、全電波経路の総計だけでなく、各電波経路毎に方程式を作成することが可能となり、方程式の数を増やすことができる。

以上の計算の結果、得られた伝搬パラメータを用いて、全ての無線ノード間の電波経路を再計算することにより、無線ノードグラフのエッジの重みを再評価する。そしてこの再評価した結果を用いて、中継経路の再探索を行う。その結果、現在の中継経路よりも評価値の合計が高い中継経路が発見されれば、新しい中継経路への切り替えを示唆する。

以上のような構成とすることにより、シミュレーションから得られた中継経路に対し、実際の無線通信を行った結果を反映し、最適な中継経路を再探索することが可能となる。

図２１は、図１に示した存在確率入力手段１０５の概略構成を示す図である。存在確率入力手段１０５は、表示部２１０２、構造物指定部２１１０、構造物拡張部２１１１、存在確率設定部２１１２から構成される。

図２２は、表示部２１０２に関して、存在確率を設定するための入力画面２２０１の一例である。この入力画面２２０１には、既に入力済みである三次元の構造物データが表示されるようになっており、図示のように、入力画面２２０１には、これらの構造物が表示されている。この入力画面２２０１を用いて、当該構造物データに対してその存在確率を設定することができる。

図２２に示すように、構造物拡張部２１１１は、指定された構造物２２１１と、移動ベクトル２２３１、移動範囲２２３２を用いて、構造物２２１１が移動ベクトル２２３１に沿って移動した場合の掃引図形の表面をなす面を生成する。この面は、図２３に掃引面２３０１として示されている。

ユーザは、これから存在確率を設定しようとする構造物２２１１を選択し、この構造物に対する移動ベクトル２２３１と、移動範囲２２３２及び分割数を設定する。ここで、図２１に示す構造物拡張部２１１１は、上記分割数の設定に基づき、移動ベクトル２２３１に沿った移動範囲２２３２内を分割数によって分割する。そして、その位置に対して、新たに構造物２２１１と同じ図形配置した面である分割面２３０２（図２３）を生成する。さらに、構造物拡張部２１１１は、分割面２３０２に接する部分を掃引面２３０１から取り除くようにしている。

以上のような処理を行うことにより、図２３に示すように、当初の構造物２２１１と、分割面２３０２と、分割面を含まない掃引面である分割掃引面２３０３を生成する。
図２１に示す存在確率入力手段１０５の存在確率設定部２１１２は、構造物２２１１の分割面２３０２と、分割掃引面２３０３を順番に表示し、ユーザから各面に対する存在確率の指定を受け付ける。以上のように、ユーザは各構造物に対する存在確率を容易に入力することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態例について説明したが、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変型例、応用例を含むことは言うまでもない。

本発明の実施の形態例である無線ネットワーク評価システムのブロック構成図である。 本発明の実施の形態例である無線ネットワーク評価システムの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態例に用いられる無線ノードの管理テーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられるアンテナ情報を管理するテーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられるアンテナ指向特性情報を管理する管理テーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられる構造物データを管理する管理テーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられる構造物の形状寸法を管理するテーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられる構造物の材質特性等の属性情報を管理するテーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられる構造物の存在確率を管理するテーブル例である。 従来手法による電波経路を算出するための処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態例に用いられる、無線ノード間の電波経路評価を反映した無線ノードグラフである。 本発明の実施の形態例に用いられる、無線ノード間の電波経路の構造物が移動する確率を考慮した無線ノードグラフである。 本発明の実施の形態例に用いられる、構造物の存在確率を考慮して電波経路を算出するための処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態例に用いられる、特定の構造物（物体ＩＤ）に対する、電波経路上に存在する構造物リストを管理するテーブル例である。 本発明の実施の形態例（実施例１）に用いられる、端末ノードからＧＷノードまでの複数の中継経路を示す無線ノードグラフである。 本発明の実施の形態例（実施例１）に用いられる、端末ノードとＧＷノード間における中継経路を探索する処理手順を示すフローチャートである。 図１５の中継経路から特定の中継経路を削除した場合の無線ノードグラフである。 本発明の実施の形態例（実施例２）に用いられる、複数の端末ノードから複数のＧＷノードまでの複数の中継経路を探索するための無線ノードグラフである。 本発明の実施の形態例（実施例２）に用いられる、無線ネットワーク監視装置のブロック構成図である。 本発明の実施の形態例に用いられる、受信ノードにおける信号強度情報を管理するテーブル例である。 本発明の実施の形態例に用いられる、存在確率入力手段を構成する機能ブロックを示す図である。 本発明の実施の形態例に用いられる、存在確率設定画面の例である。 本発明の実施の形態例に用いられる、構造物が移動したときの拡張操作を説明するための図である。

符号の説明

１０１・・・無線パラメータ設定手段、１０２・・・電波経路算出手段、１０３・・・電波強度算出手段、１０４・・・計算結果出力手段、１０５・・・存在確率入力手段、１０６・・・伝搬特性算出手段、１０７・・・利用可能性評価手段、３０１・・・無線ノードの管理テーブル、４０１・・・アンテナ情報の管理テーブル、５０１・・・アンテナ指向特性情報の管理テーブル、６０１・・・構造物管理テーブル、７０１・・・構造物の形状寸法の管理テーブル、８０１・・・構造物の材質特性の管理テーブル、９０１・・・構造物の存在確率の管理テーブル、１４０１・・・反射又は回折する構造物リストの管理テーブル、１８０１・・・無線ネットワーク監視装置、１８６１・・・制御装置

Claims (17)

1. 複数の無線ノードの中の一の無線ノードが有する電波の送信アンテナと他の無線ノードが有する電波の受信アンテナの間の電波の状態をシミュレーションする電波伝搬シミュレータを用いた無線ネットワーク評価方法であって、
   前記一の無線ノード及び前記他の無線ノードの間の電波経路上に存在し、該電波経路に影響を与える物理現象を発生させる構造物の形状、位置情報及び電気的特性、前記一の無線ノードにおける送信出力及びアンテナ特性、及び前記他の無線ノードにおける受信出力及びアンテナ特性などの無線パラメータを入力する無線パラメータ設定ステップと、
   前記構造物の形状及び位置情報に基づいて、前記一の無線ノードから前記他の無線ノードまで到達する、電波経路を算出する電波経路算出ステップと、
   前記一の無線ノードから送信され、前記電波経路を経由して前記他の無線ノードで受信される電波の電波強度を算出する電波強度算出ステップと、
   前記電波経路及び前記電波強度の算出結果を出力する計算結果出力ステップと、
   前記構造物が、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の電波経路内の当該位置に存在する確率を計算して入力する存在確率入力ステップと、
   前記電波経路における前記構造物の前記存在確率に基づいて、前記他の無線ノードで受信される電波強度を調整する伝搬特性算出ステップと、
   前記調整後の電波強度を用いて、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の前記電波経路の利用可能性を評価する利用可能性評価ステップと、
   を含む、無線ネットワーク評価方法。
2. 更に、
   前記複数の無線ノードに対し、該無線ノードが、端末ノード、中継ノードもしくはＧＷノードのいずれかであるかを定義するステップを、含み、
   前記一の無線ノードを前記端末ノードとし、前記他の無線ノードを前記ＧＷノードとして、前記利用可能性評価ステップで求めた前記複数の電波経路の利用可能性を評価する、請求項１に記載の無線ネットワーク評価方法。
3. 前記電波経路に影響を与える物理現象は、電波を反射もしくは透過もしくは回折させる物理現象である、請求項１に記載の無線ネットワーク評価方法。
4. 前記複数の端末ノードのうちのいずれかの端末ノードから、前記複数のＧＷノードのうちのいずれかのＧＷノードに対して、前記中継ノードを経由して無線信号を伝送する無線中継経路を探索するため、前記端末ノードと前記ＧＷノード間の複数の電波経路の利用可能性を、前記各電波経路の評価値とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワーク評価方法。
5. 前記端末ノードから前記ＧＷノードへの無線中継経路を複数探索する際に、前記複数の中継経路において、該中継経路を構成する中継ノードは、互いに重複しないように複数の中継経路を探索する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信ネットワーク評価方法。
6. 複数の無線ノードの中の一の無線ノードが有する電波の送信アンテナと他の無線ノードが有する電波の受信アンテナの間の電波の状態をシミュレーションする電波伝搬シミュレータを用いた無線ネットワーク評価システムであって、
   前記一の無線ノード及び前記他の無線ノードの間の電波経路上に存在し、該電波経路に影響を与える物理現象を発生させる構造物の形状、位置情報及び電気的特性、前記一の無線ノードにおける送信出力及びアンテナ特性、及び前記他の無線ノードにおける受信出力及びアンテナ特性などの無線パラメータを入力する無線パラメータ設定手段と、
   前記構造物の形状及び位置情報に基づいて、前記一の無線ノードから前記他の無線ノードまで到達する電波経路を算出する電波経路算出手段と、
   前記一の無線ノードから送信され、前記電波経路を経由して前記他の無線ノードで受信される電波の電波強度を算出する電波強度算出手段と、
   前記電波経路及び前記電波強度の算出結果を出力する計算結果出力手段と、
   前記構造物が、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の電波経路内の当該位置に存在する確率を計算して入力する存在確率入力手段と、
   前記電波経路における前記構造物の前記存在確率に基づいて、前記他の無線ノードで受信される電波強度を調整する伝搬特性算出手段と、
   前記調整後の電波強度を用いて、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の前記電波経路の利用可能性を評価する利用可能性評価手段と、
   を備えたことを特徴とする無線ネットワーク評価システム。
7. 前記複数の無線ノードは、端末ノード、中継ノード、ＧＷノードのいずれかに定義されており、
   前記一の無線ノードを前記端末ノードとし、前記他の無線ノードを前記ＧＷノードとして、前記利用可能性評価手段で求めた前記複数の電波経路の利用可能性を評価する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線ネットワーク評価システム。
8. 前記電波経路に影響を与える物理現象は、電波を反射もしくは透過もしくは回折させる物理現象である、請求項６に記載の無線ネットワーク評価システム。
9. 前記複数の端末ノードのうちのいずれかの端末ノードから、前記複数のＧＷノードのうちのいずれかのＧＷノードに対して、前記中継ノードを経由して無線信号を伝送する無線中継経路を探索するため、前記端末ノードと前記ＧＷノード間の複数の電波経路の利用可能性を、前記各電波経路の評価値とする、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線ネットワーク評価システム。
10. 前記端末ノードから前記ＧＷノードへの無線中継経路を複数探索する際に、前記複数の中継経路において、該中継経路を構成する中継ノードは、互いに重複しないように複数の中継経路を探索する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信ネットワーク評価システム。
11. 前記各無線ノード間で送受信される無線信号に基づいて、前記各無線ノードにおいて自ノード以外の他の各無線ノードからの無線信号の受信電力が測定され、
    前記各無線ノードからの受信電力測定値は、前記ネットワークに有線接続されたＧＷノードを介してネットワーク監視装置に送信される、
    ことを特徴とする、請求項７に記載の無線ネットワーク評価システム。
12. 前記シミュレーションにより求めた前記各無線ノード間の受信電力を、前記電波経路毎に分解し、前記電波経路に影響を与える前記構造物の物理的特性及び存在確率を未知変数として、測定された前記受信電力測定値と比較することにより、前記構造物の物理的特性及び存在確率の補正値を統計的に推定する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信ネットワーク評価システム。
13. 前記構造物の物理的特性及び存在確率の補正値を用いて、前記無線ネットワークにおける中継経路を再評価し、新たな中継経路を求める、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信ネットワーク評価システム。
14. 前記存在確率入力手段は、
    前記構造物データを表示する表示部と、
    存在確率を指定したい構造物を指定し、該構造物の移動ベクトルと移動範囲及び分割数の入力を受け付ける構造物指定部と、
    前記指定された構造物データに対し、前記移動ベクトルの方向に拡張した掃引面と、
    前記分割数により前記移動ベクトルの方向に算出した分割点位置に前記構造物データを複製した分割面と、
    前記掃引面と前記分割面の重複箇所を算出して、前記掃引面から分割面の重複部を削除した分割掃引面を生成する構造物拡張部と、
    前記構造物、分割面、分割掃引面が表示された前記表示部を用いて、前記分割面に対する存在確率を入力する存在確率設定部と、
    からなることを特徴とする請求項６に記載の無線通信ネットワーク評価システム。
15. ＧＷノードに有線ネットワークを介して接続する通信部と、
    シミュレーションにより求めた各無線ノード間の電波経路情報と、前記電波経路内にあって、電波伝搬に影響を与える構造物の物理的特性及び存在確率を保持する記憶部と、
    前記各無線ノードが、無線ネットワーク内の他の無線ノードから受信した受信電力情報を収集する伝搬情報監視部と、
    前記伝搬情報監視部で収集された前記受信電力情報によって、前記記憶部に保持された前記電波経路情報及び前記構造物の物理的特性及び存在確率の補正値を求める電波経路評価部と、
    前記電波経路評価部で求めた前記補正値を用いて、前記電波経路を再評価し、新たな無線ネットワークの中継経路情報を生成し、
    前記新たな中継経路情報を前記各無線ノードに送信し、前記各無線ノード間の中継経路を再構築する、
    ことを特徴とする無線ネットワーク監視装置。
16. 複数の無線ノードの中の一の無線ノードが有する電波の送信アンテナと他の無線ノードが有する電波の受信アンテナの間の電波の状態をミューレションする電波伝搬シミュレータとして、コンピュータを機能させる無線ネットワーク評価プログラムであって、
    前記一の無線ノード及び前記他の無線ノードの間の電波経路上に存在し、前記電波経路に影響を与える物理現象をもたらす構造物の形状、位置情報及び電気的特性、前記一の無線ノードにおける送信出力及びアンテナ特性、及び前記他の無線ノードにおける受信出力及びアンテナ特性などの無線パラメータを入力する無線パラメータ設定機能と、
    前記構造物の形状及び位置情報に基づいて、前記一の無線ノードから前記他の無線ノードまで到達する電波経路を算出する電波経路算出機能と、
    前記電波経路を経由して前記他の無線ノードで受信される電波の電波強度を算出する電波強度算出機能と、
    前記電波経路及び前記電波強度の算出結果を出力する計算結果出力機能と、
    前記構造物が、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の電波経路内の当該位置に存在する確率を計算して入力する存在確率入力機能と、
    前記電波経路における前記構造物の前記存在確率に基づいて、前記他の無線ノードで受信される電波強度を調整する伝搬特性算出機能と、
    前記調整後の電波強度を用いて、前記一の無線ノード及び前記他の無線ノード間の前記電波経路の利用可能性を評価する利用可能性評価機能と、
    をコンピュータで実現するための無線ネットワーク評価プログラム。
17. 請求項１６記載の無線ネットワーク評価プログラムを記録した記録媒体。

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