JP2010050904A - 通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性とリアルタイム性の両方を実現することができる通信システムを得ること。
【解決手段】制御装置１およびゲートウェイ装置２とノード３〜６とで構成される無線ネットワークとを含む通信システムであって、ノード４は、第１の周波数で複数の転送経路の最初の転送先のノードであるノード３，５に、同一の送信データを送信し、ノード３，５は、その送信データを第１の周波数と異なる第２の周波数で転送し、ゲートウェイ装置２は、転送されたデータに基づいて転送フレームを求め、転送フレームを宛先に向けて転送する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＦＡ（Factory Automation）における機器制御，プラント制御などのように、高い信頼性を要求され、かつ、遅延時間を保障する無線ネットワークを構築する通信システムおよび通信方法に関する。

従来の無線ネットワークを含む通信システムにおいて効率的な通信を行う技術の例として、下記特許文献１に記載の技術がある。この技術は、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効活用することによりシステムのスループットの向上を目的とするものであり、基地局と直接通信する第一経路とアドホックネットワーク内の他の無線装置を経由して基地局と通信を行う第２経路とを有し、最適な経路を選択して基地局との通信を行うものである。

特開２００５−１０１７１７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、複数の通信経路候補をもち、その中で最適な経路を選択して通信を行う。そのため、選択した経路が通信不能となった場合、いったん別経路に切り替えて通信を再開することになり、ＦＡやプラントなどのように信頼性とリアルタイム性の両方が必要な通信には適応できない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い信頼性とリアルタイム性の両方を実現することができる通信システムおよび通信方法得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御装置および前記制御装置に接続するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置に接続され複数のノードで構成される無線ネットワークとを含む通信システムであって、前記ノードは、第１の周波数で、あらかじめ定められた複数の転送経路の最初の転送先のノードであるホップノードに、フレームを識別するためのフレーム識別子を含む同一の送信データを送信し、前記ホップノードは、自ノードをホップノードとするノードから送信された前記送信データを受信すると、その送信データを前記第１の周波数と異なる第２の周波数で転送送信データとして転送し、前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データに基づいて転送フレームを求め、前記転送フレームを宛先に向けて転送することを特徴とする。

この発明によれば、同一フレームを複数の経路を用いて送信し、各経路上のホップノードは受信したチャネルと異なり、かつ、それぞれ装置ごとに異なるチャネルを用いて送信元から受信したフレームを宛先に向けて転送し、ゲートウェイ装置が、各経路を経由して受信した同一フレームのうち、最も早く受信したフレームを宛先に向けて転送するようにしたので、信頼性とリアルタイム性の両方を実現することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信システムおよび通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の通信システムは、制御装置１と、制御装置１に接続されるゲートウェイ装置２と、フィールドに散在し無線通信機能を有する被制御装置であるノード３，４，５，６と、で構成される。ノード３，４，５，６は、直接または転送を行うノードを経由してゲートウェイ装置と無線通信を行う。

また、経路１１はノード４とゲートウェイ装置２との間の経路を示しており、経路１１は、直接通信経路を示し、経路１２はノード３を経由する転送経路を示し、ノード５を経由する転送経路を示している。なお、ノード３およびノード５は、あらかじめノード４のホップノード（ＨｏｐＮｏｄｅ）として所定の転送手法により設定されていることとする。

通信路１４，１５，１６は、ノード４を送信元とする通信路であり、通信路１４はノード３への通信路，通信路１５はゲーウェイ装置２への通信路，通信路１６はノード５への通信路をそれぞれ示している。ノード４は、制御装置１に宛てて送信するべきフレームに、送信元識別子と送信先識別子とパケットの識別を可能にするユニークな識別子と共に制御情報を付加してチャネルＡで通信路１４，１５，１６を用いて送信する。通信路１７は、ノード３からゲートウェイ装置２への通信路と示し、通信路１８は、ノード５からゲートウェイ装置２への通信路を示している。

ノード４のホップノードであるノード３は、ノード４からチャネルＡで通信路１４によりゲートウェイ装置２へ向けたフレームを受信すると、フレームの完全性チェック（ＣＲＣチェックなど）を行い、その結果が正常であった場合には、受信したフレームをコピーする。そして、ノード４からのフレーム受信完了後から所定の規定時間経過後に、チャネルＡとは異なる所定のチャネルＢを用いて、受信したフレームを通信路１７によりゲートウェイ装置２へ転送する。同様に、ノード５は、ノード４からチャネルＡで通信路１４によりゲートウェイ装置２へ向けたフレームを受信すると、フレームの完全性チェックを行い、その結果が正常であった場合には、受信したフレームをコピーする。そして、ノード４からのフレーム受信完了後から所定の規定時間経過後に、チャネルＡとは異なり、かつ、チャネルＢとも異なる所定のチャネルＣを用いて、受信したフレームを通信路１８によりゲートウェイ装置２に転送する。

ゲートウェイ装置２は、同時に複数のチャネルの受信が可能な無線通信装置を備えていることとする。ゲートウェイ装置２は、経路１１によりフレームを受信し、また、経路１２および経路１３からも異なるチャネルで同じフレームを受信する。フレームに含まれるフレーム識別子に基づいて経路の異なる３つの同一フレームを識別し、識別したフレームの完全性チェックの結果が正常であるフレームを抽出し、抽出したフレームのうち最も早く到着したフレームを制御装置１に転送する。また、転送後に、同一のフレーム識別子を含むフレームを受信した場合には、そのフレームを破棄する。

同様に、ノード４以外のノードについても、ホップノードとして設定された全てのノードに所定のチャネルで制御装置１宛てのフレームを送信し、フレームを受信したホップノードは、受信したフレームに用いられたチャネルと異なるチャネル、かつ、ホップノードごとに異なるチャネルでゲートウェイ装置２に受信したフレームを転送するようにしてもよい。

なお、制御装置１から被制御装置である各ノードへの逆方向伝送についても、同様にフレーム送信を行う。この場合、ゲートウェイ装置２が制御装置１から受信したフレームを、ノード４への全ての経路（図１の場合は、経路１１，１２，１３）に所定のチャネルを用いて転送する。そして、経路上のホップノードは、受信したフレームに用いられたチャネルと異なるチャネル、かつ、ホップノードごとに異なるチャネルでノード４に向けてフレームを転送する。この方向の通信の場合には、複数の経路を経由したフレームが到着するノード４が宛先であり、ノード４は、各経路で転送された同一フレームのうち、完全性のチェック結果が正常で、かつ、最初に到着したフレームを用いて所定のデータ処理を行う。

また、本実施の形態では、ホップ数が１段の場合で、かつ、冗長経路が３経路の場合について説明したが、ホップ数は１段以上であれば何段でもよく、冗長経路数は２経路以上であれば何経路でもよい。ホップ数が２段以上の場合は、フレームの送信元が用いたチャネルと異なり、かつ、経路ごとに異なるチャネルを用いて転送を行うようにすればよい。

このように、本実施の形態では、ノード４が、同一フレームを複数の経路を用いて送信し、各経路上のホップノードは受信したチャネルと異なり、かつ、それぞれ装置ごとに異なるチャネルを用いてノード４から受信したフレームを宛先に向けて転送するようにした。そして、ゲートウェイ装置２は、各経路を経由して受信した同一の正常フレームのうち、最も早く受信したフレームを宛先に向けて転送し、それ以外の同一フレームは廃棄するようにした。このため、同一データの通信経路が冗長化されるとともに、異なる周波数を使用することにより周波数選択性フェージングに対する耐性が向上する。したがって、パケットの到達率が向上し、かつ、通信の遅延時間も保障され、高信頼とリアルタイム性の両方を満足する無線通信が可能となる。

実施の形態２．
以下、本発明にかかる実施の形態２の通信システムについて説明する。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１の図１を用いて本実施の形態の動作を説明する。

本実施の形態では、ゲートウェイ装置２がノード４から送信されたフレームを、各経路から受信する動作までは、実施の形態１と同様である。実施の形態１では、同一フレームと識別した正常フレームのうち、最も早く到着したフレームを転送したが、本実施の形態では、経路１１，１２，１４経由で受信した同一フレームの最大比合成を行う。そして、最大比合成後のフレームを制御装置１に転送する。これによって、フレームの到達率を向上させることができる。

最大比合成の際、経路ごとの受信状態（受信電力、ＳＮ比など）に基づいて最大比合成の重み付けを行うようにすると、さらにフレームの到達率を向上させることができる。以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、複数の経路から受信した同一フレームを最大比合成し、合成した結果を転送するようにした。このため、実施の形態１と同様の効果に加え、さらに、フレームの到達率を向上させることができる。

実施の形態３．
以下、本発明にかかる実施の形態３の通信システムについて説明する。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１の図１を用いて本実施の形態の動作を説明する。

本実施の形態では、ゲートウェイ装置２が所定の周期のBeaconにより自分自身および各ノードの通信時間割付情報を全ノードに通知し、ゲートウェイ装置および各ノードはその割付情報をもとに通信を行うＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式を採用することとする。本実施の形態では、割付順をゲートウェイ装置２、ノード４、ノード３、ノード５の順番とする。

また、ノード４の通信開始時間は、ノード４のホップノードとして設定されているノード３および５もBeaconに基づいて認識することができることとする。ノード４は、実施の形態１と同様に、各経路に対して同一ノードを所定のチャネル（チャネルＡ）を用いてそれぞれ送信することとする。ノード３および５は、ノード４の通信開始時間に受信した電波に対して復調せず周波数変換のみを行い、ＲＦ（Radio Frequency）転送を実施する。このときの変換後の周波数は、実施の形態１と同様に受信したフレームのチャネルと異なり、かつ、ホップノードごと（経路ごとに）に異なるチャネルの周波数とする。

そして、ゲートウェイ装置２は、各経路から受信した同一フレームを最大比合成した後に、制御装置１に転送する。なお、ここではゲートウェイ装置が最大比合成を行うようにしたが、実施の形態１と同様に正常なフレームのうち最も早く受信したフレームを転送するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、ホップノードが、受信した電波を経路ごとに異なる周波数に変換してＲＦ転送するようにした。このため、復調および完全性チェックを行う実施の形態１に比べ、ホップノードでの処理時間を短縮することができる。また、ホップノードで完成性チェックにより破棄されることがないため、最大比合成を行うための各経路のフレームが全てゲートウェイ装置２に必ず到達する。

実施の形態４．
以下、本発明にかかる実施の形態４の通信システムについて説明する。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１の図１を用いて本実施の形態の動作を説明する。

本実施の形態の通常時の動作は実施の形態１、２または３と同様とする。以下、実施の形態１、２または３と異なる部分について説明する。本実施の形態では、ホップノード（ノード３および５）は、ホップノードの通信状況であるホップ通信状況（ホップノードの正常到達率、受信電力など）を所定の周期または必要に応じてゲートウェイ装置２に送信または報知していることとする。ゲートウェイ装置２は、ホップノードからホップ通信状況（正常到達率、受信電力など）を常に監視する。たとえば、ゲートウェイ装置２は、ノード３からのホップ通信状況が所定の閾値以下になったと判断した場合、ノード３に対し、転送の際に用いるチャネルを他のチャネル（他のノードと干渉しないチャネル）に変更するように通知する。

ノード３は、通知を受信すると、転送の際に用いるチャネルをチャネルＢから通知されたチャネルに切り替える。これにより伝搬環境の悪化したチャネルを避け、伝搬状況の良好なチャネルを利用して冗長系の通信継続することができるようになる。

このように、本実施の形態では、ゲートウェイ装置２が、ホップノードの通信状況を監視し、通信状況が所定の閾値以下になった場合には、そのホップノードに対してチャネルの変更を指示し、ホップノードは通知に基づいてチャネルを変更するようにした。このため、ホップノードは伝搬環境の悪化したチャネルを避けることができ、通信システム全体として伝搬状況の良好なチャネルを利用して冗長系の通信継続することができるようになる。

実施の形態５．
図２は、本発明にかかる通信システムの実施の形態５の構成例を示す図である。図２に示すように本実施の形態の通信システムは、実施の形態１と同様に、制御装置１と、制御装置１に接続されるゲートウェイ装置２と、フィールドに散在し無線通信機能を有する被制御装置であるノード３，４，５，６と、で構成される。

本実施の形態では、ノード６は、ノード５の代替ホップノードとしてあらかじめ設定されていることとする。代替ホップノードは、通信状況の悪化したホップノードの替わりに動作するホップノードである。

本実施の形態の通常時の動作は実施の形態１、２または３と同様とする。以下、実施の形態１、２または３と異なる部分について説明する。本実施の形態では、実施の形態４と同様に、ホップノードはホップ通信状況をゲートウェイ装置２に送信または報知し、ゲートウェイノードはホップ通信状況（正常到達率、受信電力など）を常に監視していることとする。そして、ゲートウェイ装置２は、ノード３のホップ通信状況が所定の閾値以下になったと判断した場合、ノード３に対してはノード４のホップノードとしての割付を解消するメッセージを送信し、ノードに対してはノード４のホップノードとなるよう指示するメッセージを送信する。これによって、伝搬状況の悪い経路１３は、ノード６をホップノードとする経路１９に切り替わる。以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１、２または３と同様である。

このように、本実施の形態では、代替ノードを設けておき、ゲートウェイ装置は、ホップノードのホップ通信状況が閾値以下となった場合には、そのホップノードを用いた転送経路を、代替ノードを用いた経路に切り替えるようにした。このため、伝搬状況が悪化した経路があった場合にも、通信中のデータの送信に影響なく（ほかの経路での通信がなされているため）安定した冗長経路を再構築でき、さらに、通信の信頼性を向上させることができる。

実施の形態６．
図３は、本発明にかかる通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。図３に示すように本実施の形態の通信システムは、実施の形態１の通信システムからノード６を削除する以外は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、ゲートウェイ装置２が所定の周期のBeaconにより自分自身および各ノードの通信時間割付情報を全ノードに通知し、ゲートウェイ装置および各ノードはその割付情報をもとに通信を行うＴＤＭＡ方式を採用することとする。本実施の形態では、１つのノードにつきホップノードを１つとし、ノード４のホップノードはノード３、ノード３のホップノードはノード５、ノード５のホップノードはノード４と設定されていることとする。また、各ノードは、同一時間内に送受いずれかのみを実施可能な装置とする。

本実施の形態では、ホップノードは、受信したチャネルと異なるチャネルで転送を行うこととする。また、ホップノードでの転送（ホップ送信）は、Beaconによって割り付けられたSlot単位で実施され、たとえばSlot＃１でホップノードがホップすべきパケットをチャネルＡで受信した場合、チャネルＢによるホップ送信は次のSlotであるSlot＃２で行うこととする。また、このときのホップ送信の送信時間は１Slot内とし、１Slot内で送信が完了するパケット長のデータを送信する。

たとえば、Beaconによる送信時間割付スケジューリングが、ノード４，３，５の順に割り当てられている場合、ノード４，３，５がパケットを送信するスロットはSlot＃1，Slot＃2，Slot＃3の順となる。このとき、各ノードのホップノードとしての送信順（ホップ送信を行う順）は、ノード３，ノード５，ノード４の順になり、ホップ送信を行うSlotはSlot＃２，Slot＃３，Slot＃４となる。

図４は、送信タイミングの一例を示す図である。図４では、上述の送信時間割付スケジューリングを仮定した場合の例であり、横方向には送信Slot時間（Slot番号）、縦方向にノード番号を示している。また、図中の○は「チャネルＡによる送信」，□が「チャネルＡによる受信」，△が「チャネルＢによるホップ送信」を表している。図中のSlot＃２／ノード３の欄およびSlot＃３／ノード５の欄からわかるように、上述の送信時間割付スケジューリングではSlot＃２およびSlot＃３の時間にノード３および５で、送信と受信が同時に発生してしまうことになる。このため、スケジューリング通りのフレームの転送が不可能となる。

本実施の形態では、ホップ送信を行うSlotの時間にあるノードに対しては、他の送受が発生するスケジューリングを禁止するようスケジューリングを行う。したがって、本実施の形態では、ノード４のホップノードであるノード３は、ノード４が送信を行うSlot（ノード４の送信に割り当てられたSlot）の次のSlotがホップ送信を行うSlotとなることから、ノード３への割り当てはノード４の次に割り当てられない。したがって、ノード４の次には、ノード５が割り当てられることになり、ゲートウェイ装置２がBeaconで通知するスケジューリングは、ノード４，５，３の順となる。このときのホップノードの送信順はノード３，４，５となる。

図５は、本実施の形態の送信タイミングの一例を示す図である。図５では、上述のように、ホップ送信を行うSlotの時間にあるノードに対しては、他の送受が発生するスケジューリングを禁止するようにスケジューリングすることにより、ノード４，５，３に割り当てられた例である。図５に示すように、本実施の形態のスケジューリングにより、全てのSlot時間で送受が輻輳するノードが存在せず、スケジューリング通りのフレームの送受が可能となる。

このように、本実施の形態では、ゲートウェイ装置２は、ホップ送信を行うSlotの時間にあるノードに対しては、他の送受が発生するスケジューリングを禁止するよう送信時間割付スケジューリングを行うようにした。このため、各ノードで送受が輻輳せず、スケジューリング通りのフレームの送受が可能となる。

実施の形態７．
図６は、本発明にかかる通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。図６に示すように本実施の形態の通信システムは、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様に、ノード４が同一フレームを３つの経路１１，１２，１３により送信することとする。まず、ノード４は、実施の形態１と同様に、それぞれの経路に対応するホップノードにチャネルＡを用いて同一フレームを送信する。ホップノード（ノード３および５）は、受信したフレームの完全性のチェックの後、正常と判定されたフレームをチャネルＡと異なるチャネルＢでそれぞれ転送する。

ゲートウェイ装置２は、実施の形態１と同様に、各経路を経由して受信したフレームの完全性チェックを行い、正常と判定した同一フレームのうち、最も早く到着したフレームを制御装置１へ転送する。転送後、別経路で同一のフレーム識別子を持つフレームが到着した場合はこれを破棄する。以上、説明した以外の動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、ノード３およびノード５から同時に同じチャネルで同一フレームを受信するため、受信電力向上、シャドーイング回避などによりフレームの到達率が改善する。

なお、制御装置１から被制御装置である各ノードへの伝送についても、同様にフレーム送信を同様に行う。また、本実施の形態ではホップ数を１段とし、冗長経路は３経路としたが、ホップ数は１段以上であれば何段としてもよく、また冗長経路数は２以上であれば何経路としてもよい。

このように、本実施の形態では、ノード４が、同一フレームを複数の経路を用いて送信し、各経路上のホップノードは受信したチャネルと異なる所定の同一チャネルを用いてノード４から受信したフレームを宛先に向けて転送するようにした。そして、ゲートウェイ装置２は、各経路を経由して受信した同一の正常フレームのうち、最も早く受信したフレームを宛先に向けて転送し、それ以外の同一フレームは廃棄するようにした。このため、実施の形態１の効果を実現するとともに、さらに、ホップパスが時間同期を行った複局送信となることによる受信電力向上、シャドーイング回避効果を得ることができる。その結果、パケットの到達率が向上し、かつ、通信の遅延時間も保障される、高信頼、リアルタイム性の両方を満足する無線通信が可能となる。

実施の形態８．
図７は、本発明にかかる通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態１と同様であるが、図７では本実施の形態の説明に必要な部分のみを示している。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のノード４から制御装置１へのフレームの送信の動作は実施の形態５と同様とする。本実施の形態では、ノード３がノード４のホップノードとして設定されており、ノード４は、実施の形態５と同様に、各経路に同一フレームを送信することとする。また、本実施の形態では、実施の形態５と同様、ノード６がノード５の代替ホップノードとしてあらかじめ設定されていることとする。

代替ホップノードであるノード６は、自ノードの被代替ノードであるノード４から送信されるゲートウェイ装置２への通信を傍受し、傍受した電波に基づいて受信電力、ＳＮ比などのノード４と自ノードとのリンク状態を求め、保持する。そして、ノード６は、自データをゲートウェイ装置２に送信する際に、保持しているリンク状態を自データに多重化して送信する。図７では、左側の図は、送信データの転送を示す図であり、右側の図は、リンク状態の送信を示している。

ゲートウェイ装置２は、代替ホップノードから受信したリンク状態を抽出して保持しておく。ゲートウェイ装置２は、実施の形態５と同様にノード５を含む経路の伝搬状況が悪化して代替ホップノードを含む経路に切り替える際に、保持している送信元ノード（ノード４）と代替ホップノードのリンク状態を考慮し、リンク状態の良い代替ホップノードを含む経路に切り替える。

ここでは、説明の簡略化のため、代替ホップノードの例としてノード６について説明したが、実際には、代替ホップノードを複数設定しておき、上述のリンク状態を考慮する際に、リンク状態が最も良い経路を選択するようにする。

このように、本実施の形態では、代替ホップノードとして設定されているノード６が、自ノードの被代替ノードであるノード４からゲートウェイ装置２へ送信される通信を傍受して、傍受した電波に基づいてリンク状態を求め、リンク状態をゲートウェイ装置２に送信するようにした。このため、経路の切り替え時に、リンク状態が良好な経路に切り替えることができる。

実施の形態９．
図８は、本発明にかかる通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態１の通信システムに、ゲートウェイ装置２に有線接続された無線中継装置（アンテナでもよい）であるＡＰ（Access Point）３１，３２，３３，３４を追加する以外は、実施の形態１の通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の各ノードから制御装置１への通信は、実施の形態１と同様である。制御装置１から各ノードへの通信では、制御装置１から各ノード宛てに送信されたフレームは、ゲートウェイ装置２からあるＡＰに送信されると、ＡＰ間の時間同期用の信号の送受信の際に、同時にすべてのＡＰ（ＡＰ３１，３２，３３，３４）に送信されることとする。したがって、各ＡＰから同一フレームがそれぞれ送信され、受信側のノードでは、受信電力の増加、シャドーイング回避効果が期待できる。

このように、本実施の形態では、制御装置１から各ノードへの通信では、すべてのＡＰが同一フレームを送信するようにした。このため、各ノードでは、受信電力の増加、シャドーイング回避効果により下りフレームの到達率が向上する。

実施の形態１０．
図９は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１０の構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態９の通信システムと同様であるが、本実施の形態では、ノード３およびノード４はライン＃１に参加するライン装置群４１を構成し、ノード５およびノード６は、別のライン＃２に参加するライン装置群４２を構成することとする。ここで、ラインは、ノードが形成するグループを表す単位であり、たとえば、ノードの位置に基づいて位置的に近い複数のノードで１つのラインを生成することとする。実施の形態９と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の各ノードから制御装置１への通信は、実施の形態１と同様である。制御装置１はライン＃１に参加するＡＰとしてＡＰ３３，３４を割り付け、ライン＃２に参加するＡＰとしてＡＰ３１，３２を割り付けることとする。制御装置１は、下りパケット（フレーム）送信の際に、パケット内にパケットの送信先となるノードが属するラインの識別子を付加してＡＰ３１，３２，３３，３４に送信する。各ＡＰは、パケットを受信するとそのパケットに含まれているラインの識別子が、自分が属しているラインの識別子であった場合、同じラインに属しているＡＰと同期して、実施の形態９と同様に同一フレームの送信を行う。

また、ラインの構成や所属するノードが変更になった場合も、ＡＰの位置は移動させずにラインを構成する機器をカバーするようにＡＰのグルーピングを変更するようにすると、ラインの構成などの変更に伴う、ＡＰの再配置コストを低減することが可能となる。

このように、本実施の形態では、ノードが各ラインにグループ化されている場合に、制御装置１が各ラインに属するＡＰを割り当て、制御装置１から送信されたフレームを、送信先のノードと同一ラインに属する全てのＡＰが同一フレームを送信することとした。このため、実施の形態９と同様の効果を実現するとともに、実施の形態９に比べ同一フレームを送信するＡＰの数を減らすことができる。

以上のように、本発明にかかる通信システムおよび通信方法は、高い信頼性を要求され、かつ、遅延時間を保障する無線ネットワークを構築する通信システムに有用であり、特に、ＦＡにおける機器制御，プラント制御などで用いられる通信システムに適している。

本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態５の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。 送信タイミングの一例を示す図である。 送信タイミングの一例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態１０の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ ゲートウェイ装置
３，４，５，６ ノード
１１，１２，１３ 経路
１４，１５，１６，１７，１８ 通信路
３１，３２，３３，３４ ＡＰ

Claims (22)

1. 制御装置および前記制御装置に接続するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置に接続され複数のノードで構成される無線ネットワークとを含む通信システムであって、
   前記ノードは、第１の周波数で、あらかじめ定められた複数の転送経路の最初の転送先のノードであるホップノードに、フレームを識別するためのフレーム識別子を含む同一の送信データを送信し、
   前記ホップノードは、自ノードをホップノードとするノードから送信された前記送信データを受信すると、その送信データを前記第１の周波数と異なる第２の周波数で転送送信データとして転送し、
   前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データに基づいて転送フレームを求め、前記転送フレームを宛先に向けて転送することを特徴とする通信システム。
2. 前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データからフレーム識別子を抽出し、抽出したフレーム識別子が転送済みフレームのフレーム識別子でないと判断した場合、そのフレームを前記転送フレームとすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記ホップノードは、前記送信データの完全性のチェックを行い、そのチェック結果が正常でなかった場合には、その送信データを破棄し、チェック結果が正常であった場合には、そのデータを転送送信データとして宛先に向けて転送し、
   前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データの完全性のチェックを行い、そのチェック結果が正常であった場合には、前記転送フレームを求める処理を行い、また、この処理において、抽出したフレーム識別子が転送済みフレームのフレーム識別子であると判断した場合には、そのフレームを破棄することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データに基づいて最大比合成を行った結果を前記転送フレームとすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記ゲートウェイ装置は、受信信号に基づいて転送経路ごとの伝搬状況を求め、前記伝搬状況に基づいて前記最大比合成を行うことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記ゲートウェイ装置は、受信信号に基づいて転送経路ごとの伝搬状況を求め、前記伝搬状況が所定のしきい値以下となった場合には、その転送経路に属するホップノードに対して、前記第２の周波数を他の周波数に変更するよう指示することを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信システム。
7. ホップノードごとにあらかじめ代替ホップノードを設定しておき、
   前記ゲートウェイ装置は、受信信号に基づいて転送経路ごとの伝搬状況を求め、前記伝搬状況が所定のしきい値以下となった場合には、その転送経路に含まれるホップノードの替わりに、そのホップノードに対応する代替ホップノードを用いるよう転送経路を変更することを特徴とする１、２または３に記載の通信システム。
8. 前記代替ホップノードは、受信信号に基づいて自ノードと信号送信元のノードとの間の伝搬状況である代替伝搬状況を求め、前記代替伝搬状況を前記ゲートウェイ装置に送信し、
   前記ゲートウェイ装置は、前記代替伝搬状況に基づいて代替ホップノードを選択し、選択した代替ホップノードを変更後の転送経路で用いることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記ゲートウェイ装置は、受信信号に基づいて転送経路ごとの伝搬状況を求め、前記伝搬状況が所定のしきい値以下となった場合には、その転送経路に属するホップノードに対して、前記第２の周波数を他の周波数に変更するよう指示することを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
10. ホップノードごとにあらかじめ代替ホップノードを設定しておき、
    前記ゲートウェイ装置は、受信信号に基づいて転送経路ごとの伝搬状況を求め、前記伝搬状況が所定のしきい値以下となった場合には、その転送経路に含まれるホップノードの替わりに、そのホップノードに対応する代替ホップノードを用いるよう転送経路を変更することを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
11. 前記代替ホップノードは、受信信号に基づいて、自ノードと信号送信元のノードとの間の伝搬状況である代替伝搬状況を求め、前記代替伝搬状況を前記ゲートウェイ装置に送信し、
    前記ゲートウェイ装置は、前記代替伝搬状況に基づいて代替ホップノードを選択し、選択した代替ホップノードを変更後の転送経路で用いることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記ゲートウェイ装置は、前記伝搬状況に基づいて前記最大比合成を行うことを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の通信システム。
13. 前記第２の周波数を転送経路ごとに異なる値とすることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
14. 前記第２の周波数を全ての転送経路で同一の値とすることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
15. 前記ゲートウェイ装置は、前記制御装置から前記ノード宛ての下り送信データを受信した場合に、第３の周波数で、あらかじめ定められた複数の転送経路の最初の転送先のノードであるホップノードに、フレーム識別子を含む同一の送信データを送信し、
    前記ホップノードは、前記下り送信データを受信すると、その下り送信データを前記第１の周波数と異なる第４の周波数で転送下り送信データとして宛先に向けて転送することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の通信システム。
16. 前記第４の周波数を転送経路ごとに異なる値とすることを特徴とする請求項１５に記載の通信システム。
17. 前記第４の周波数を全ての転送経路で同一の値とすることを特徴とする請求項１５に記載の通信システム。
18. ＴＤＭＡ方式を採用する場合に、
    前記ゲートウェイ装置は、前記ノードの送信時刻の割り当てスケジュールを通知し、
    前記ホップノードは、前記送信時刻に基づいて、自装置をホップノードとするノードから送信されたデータを選択し、前記選択したデータを復調せずに周波数変換して転送することを特徴とする請求項１、２、４〜１７のいずれか１つに記載の通信システム。
19. ＴＤＭＡ方式を採用する場合に、前記ホップノードとして転送を行う時間帯にそのホップノードへの送信時間帯の割り当てを禁止し、また、そのホップノードが転送すべき送信データの送信元ノードへの送信時間帯の割り当てを禁止することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１つに記載の通信システム。
20. 前記ゲートウェイ装置に接続する複数の無線中継装置をさらに備え、
    前記ゲートウェイ装置は、前記制御装置から前記ノードへの送信データを前記各無線中継装置へ送信し、
    前記各無線中継装置は、それぞれ、無線中継装置間の通信により前記送信データを取得し、取得した前記送信データを送信することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の通信システム。
21. 前記ゲートウェイ装置に接続する複数の無線中継装置をさらに備え、
    さらに、前記ノードをグループ分けすることとし、
    前記制御装置は、前記グループごとにそのグループに属する無線中継装置を割り当て、割り当て結果を各無線中継装置に通知し、
    前記割り当て結果を通知された無線中継装置は、前記割り当て結果を保持し、前記保持した割り当て結果に基づき、受信したデータが自装置の属するグループ内のノードに宛てたデータであった場合には、自装置と同一のグループに属する無線中継装置に向けて受信したデータを送信し、そのデータを受信した無線中継装置がさらにそのデータを送信することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の通信システム。
22. 制御装置および前記制御装置に接続するゲートウェイ装置と、前記ゲートウェイ装置に接続され複数のノードで構成される無線ネットワークとを含む通信システムにおける通信方法であって、
    前記ノードは、第１の周波数で、あらかじめ定められた複数の転送経路の最初の転送先のノードであるホップノードに、フレームを識別するためのフレーム識別子を含む同一の送信データを送信するデータ送信ステップと、
    前記ホップノードは、自装置をホップノードとするノードから送信された前記送信データを受信すると、その送信データを前記第１の周波数と異なる第２の周波数で転送送信データとして転送するホップノード転送ステップと、
    前記ゲートウェイ装置は、前記転送送信データに基づいて転送フレームを求め、前記転送フレームを宛先に向けて転送するゲートウェイ装置転送ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。

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