JP2010193416A

JP2010193416A - ネットワークシステムおよび通信方法

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Publication number: JP2010193416A
Application number: JP2009038593A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishibashi; 孝一石橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP4767329B2

Abstract

【課題】他マルチホップ・ネットワークに参入する際のオーバヘッドを低減可能なネットワークシステムを得ること。
【解決手段】集線ノード１を頂点とするマルチホップ・ネットワークにおいて、ノード１０−Ｍは、集線ノード１の異常を検出した検出ノードとなった場合、自ノードの周辺情報を収集し、その収集結果に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノードを決定し、自ノード配下のノードに対して、移動先集線ノードである集線ノード３を指定した通知を送信し、通知を受信したノードからの再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を集線ノード３に対して送信する。
【選択図】図４

Description

本発明は、階層化されたマルチホップ・ネットワークを備えるネットワークシステムに関する。

近年、無線通信技術の進展と電子機器の小型化及び高度化にともない、従来のインフラストラクチャ型の通信形態に対して、既存ネットワーク・インフラを利用することなく通信機器間での通信を可能とするアドホックネットワークへの関心が高まっている。このアドホックネットワークは、従来のインフラストラクチャ型のネットワークとは異なり、（１）物やデバイス間の通信，（２）膨大な物やデバイスによる自律的なネットワークの構築，（３）既存の通信インフラに依存しないネットワーク構築，（４）手軽かつ一時的に利用されるネットワークの構築、といった特徴を備え、トポロジの変化に対しても自律的に対応が可能である。このようなアドホックネットワークを効率よく構築し維持するために、様々な技術が存在する。

現在、上記の特徴を満たすアドホックネットワークを形成するための様々なルーティング・プロトコル（アドホック・ルーティング・プロトコル）が提案されている。たとえば、ＤＳＲ（Dynamic Source Routing）（下記、非特許文献１参照），ＡＯＤＶ（Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing）（下記、非特許文献２参照），ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）（下記、非特許文献３参照）などがある。これらのルーティング・プロトコルのうち、ＤＳＲやＡＯＤＶはOn-Demand型のルーティング・プロトコルであって、通信の要求が生じた際に経路探索を行い、つづいて通信を行う。一方、ＯＬＳＲはProactive型のルーティング・プロトコルであって、常時経路情報を交換することによりトポロジ情報を管理し、通信の要求が生じた際には既に保持する経路情報をもとに通信の開始が可能である。

また、下記特許文献１では、多数のノードより構成される大規模なアドホックネットワークの構築において、同一方向に向かう複数の経路を単一の経路として管理し、経路の集約を図ることにより、中継ノードが保持する経路情報を大幅に抑え、中継ノードのメモリ量を削減可能とする経路制御手法が開示されている。

さらに、近年、いつでも／どこでもユーザの生活を支援する新たな通信サービスとして、温度，照度および物体の動き、といった物理的な事象に関するデータを活用した通信サービスへの期待が高まっている。たとえば、広域に分散したノードからデータを収集するシステムとして、シンクノードと呼ばれる特定ノードを頂点とした木構造のネットワークを構築し、各ノードがシンクノードに向かってデータを通知するデータ収集システムなどが提案されている。その一例として、下記非特許文献４では、中継ノードが集約したデータを順次転送する方式が開示されている。

ところで、複数のマルチホップ・ネットワークが集まって形成されるシステムにおいては、該当マルチホップ・ネットワークを代表する特定ノード（シンクノード）が、故障などの不具合により利用できなくなる際には、個々のノードへのサービスを継続するため、特定ノード配下のノードは近隣に存在する別マルチホップ・ネットワークへの再接続（Re−join）を行うこととなる。この場合、従来のアドホック・ネットワーク・ルーティング・プロトコルでは、各ノードが個々に別のシンクノードを代表とするネットワークを検索して再接続する必要がある。したがって、特に大規模なネットワークにおいては、多数のノードが同時に切り替え処理を行うことにより、ネットワーク内での輻輳が発生しトラヒック量が増大する、という問題があった。また、再接続にあたっては他シンクノード配下のネットワーク・エリアの近傍に位置するノードから順に参入することとなるため、全ノード参入までの遅延が増大する、という問題があった。

下記特許文献２では、アドホックグループ間のリンクが切断された場合または再接続された場合に、長距離無線端末が、切断および再接続を迅速に検知して下位ノードである短距離無線端末に通知し、各ノードが適正な処理を行うことで、データの損失を低減する技術が開示されている。

国際公開第２００７−０８０７７３号特開２００８−２１１４４４号公報

ＲＦＣ４７２８ "The Dynamic Source Routing Protocol （DSR）for Mobile Ad Hoc Networks for IPv4" February 2007 ＲＦＣ３５６１ "Ad hoc On-Demand Distance Vector（AODV）Routing" July 2003 ＲＦＣ３６２６ "Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)" October 2003 センサネットワークのモニタのためのネットワーク内集約方式電子情報通信学会論文誌ＢＶｏｌ．Ｊ８８−ＢＮｏ．１１

しかしながら、上記特許文献２では、故障や切断にともなうネットワーク内の輻輳の発生およびトラヒック量の増大を回避することについては記載されていない。また、木構造の頂点である長距離無線端末が異常となった場合は想定されていない。したがって、アドホックネットワークにおけるノードの故障やリンクの切断に対する汎用的な解決方法とはいえない、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、集線ノードが異常となった場合に下位ノードが他マルチホップ・ネットワークに参入する際のオーバヘッドを低減可能なネットワークシステムを得ることを目的とする。

また、マルチホップ・ネットワークを構成する一部のノードを近傍のマルチホップ・ネットワークへ移動させる際の、参入にともなうオーバヘッドを低減可能なネットワークシステムを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、上位ネットワークに接続される複数の集線ノードと、前記集線ノードとの間でデータおよび制御情報を送受信するサーバとを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、前記ノードは、集線ノードの異常を検出した検出ノードとなった場合、自ノードの周辺情報を収集し、その収集結果に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノードを決定し、自ノード配下のノードに対して、前記移動先集線ノードを指定した通知を送信し、前記通知を受信したノードからの再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対して送信する、ことを特徴とする。

本発明によれば、参入にともなうオーバヘッドの低減を実現することが可能となる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかるネットワークシステムの実施の形態１の構成例を示す図である。図２は、本実施の形態のマルチホップ・ネットワークにおける経路探索手順を説明するシーケンス図である。図３は、経路テーブルの構成例を示す図である。図４は、図１のネットワークシステムにおいて集線ノードが異常となった場合の動作を説明するシーケンス図である。図５は、ＩＮＦＯＲＥＱのフレーム構成例を示す図である。図６は、ＩＮＦＯＲＰＴのフレーム構成例を示す図である。図７は、サブグループの移動後のネットワークシステムの構成を示す図である。図８は、集線ノード配下のノードが代理ノードとなる場合の移動後のネットワークシステムの構成例を示す図である。図９は、本発明にかかるネットワークシステムの実施の形態２の構成例を示す図である。図１０は、図９のマルチホップ・ネットワークから一部ノードが別マルチホップ・ネットワークへ移動する場合の動作を説明するシーケンス図である。

以下に、本発明にかかるネットワークシステム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、本発明にかかるネットワークシステムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１のネットワークシステムは、一例として、無線通信機能を備える集線ノード１，集線ノード２，集線ノード３と、サーバ４と、これらのノードおよびサーバ４を接続する固定網であるネットワーク１０を備える。各集線ノードには、無線通信端末である複数のノードが接続可能であり、集線ノードの近傍に位置する複数のノードが自律的に動作することで、集線ノードを頂点とするマルチホップ・ネットワークが構成される。集線ノードは点在して配置され、サーバ４は、集線ノードを介してその配下のノードからデータを収集することで、広域にわたるデータを得る。

図１のネットワークシステムにおけるノードは、On−Demand型のアドホック・ルーティング・プロトコルを実行することにより、上記マルチホップ・ネットワークを構築する。図１では、一例として、集線ノード１を木構造の頂点とし、ノード１０−１およびノード１０−２を端点とするマルチホップ・ネットワーク１００を示す。また、ここでは、集線ノード１は、自ノードの直下にノード１０−Ｍおよびノード１０−Ｎを接続する（Ｍ，Ｎは自然数）。ノード１０−１およびノード１０−３と、ノード１０−Ｍとの間には、１以上のノードにより構成されるマルチホップ・ネットワーク１０１があるとする。

また、図１のネットワークシステムは、各ノードがデータを収集するセンサネットワークとして機能する。ここでは、集線ノード１，集線ノード２，集線ノード３がネットワーク５に接続され、シンクノードとして動作する。このように、マルチホップ・ネットワーク毎に、１つずつのシンクノードが存在する。集線ノードは、収集したデータをサーバ４に送信する。サーバ４は、各ノードが収集する物理情報（たとえば、当該ノードの電力残量など），活性であるノード数，各ノードが取得したマルチホップ・ネットワークの情報、などを管理する。

まず、本実施の形態における動作を説明する前に、図１に示すマルチホップ・ネットワーク１００について、ノード間で通信を行う際の経路探索手順を説明する。図２は、本実施の形態のマルチホップ・ネットワークにおける経路探索手順を説明するシーケンス図である。

ノード１０−１が集線ノード１との間で通信を行いたい場合、ノード１０−１は、経路探索要求メッセージ（Route Request）をフラッディングすることにより経路探索手順を開始する（ステップＳ１）。ここでは、ノード１０−１から送信されたRoute Requestは、マルチホップ・ネットワーク１０１に到達する。各ノードまたは集線ノード（ここでは、ノード１０−１と集線ノード１との間に接続するノード）は、Route Requestを受信すると、Route Requestに含まれる送信先ノードが自ノードであるかどうかを判断する。また、各ノードは、自ノードが送信先ノードであると判断した場合、Route Requestに含まれるシーケンス番号とその他の情報の組によって重複チェックを行い、当該Route Requestが処理済であるかどうかを判断する。そして、各ノードは、送信先ノードが自ノードではない場合であって、かつ、当該Route Requestが未処理である場合には、受信したRoute Requestを、再度ネットワーク内にフラッディングする。また、各ノードは、受信したRoute Requestに含まれる送信元ノードに対する経路（Reverse Path）を、自身が保持する経路テーブル（後述）に登録する。以上のようにして、Route Requestはノード１０−Ｍに到達し（ステップＳ２）、さらにノード１０−Ｍによってフラッディングされ、集線ノード１に到達する（ステップＳ３）。

各ノードまたは集線ノードは、自ノードが送信先ノードであると判断した場合であって、受信したRoute Requestの内容からみて、自ノードに対するそのRoute Requestの経路が最適であると判断した場合には、受信したRoute Requestに対する応答として、Route Requestの送信元ノードに対し、経路探索応答メッセージ（Route Reply）を返信する。ここでは、集線ノード１がノード１０−１から送信されたRoute Requestの送信先ノードであるので、集線ノード１は、Route Requestの送信元であるノード１０−１に対してRoute Replyを返信する（ステップＳ４）。送信先ノード（集線ノード１）より返信されるRoute Replyは、Route Requestのフラッディング時に各ノードにおいて登録されたReverse Pathに沿って転送される。すなわち、各ノードは、Route Replyを受信すると、Route Replyの送信元ノード（集線ノード１）に対する経路（Forwarding Path）を自身の経路テーブルに登録し、また、自ノードの経路テーブルに登録済である経路情報をReverse Pathとして、これにしたがってRoute Replyを転送する。このようにして、集線ノード１から送信されたRoute Replyは、ノード１０−Ｍに到達し、マルチホップ・ネットワーク１０１を経由して（ステップＳ５）、ノード１０−１に到達する（ステップＳ６）。

同様に、ノード１０−２やノード１０−３といった、マルチホップ・ネットワーク１００内の他のノードが、集線ノード１と通信を行う際にも、送信先集線ノード１に向けた経路探索手順を行い、自ノードと集線ノード１との間の経路を求める。また、この経路探索処理にともない、経路上の各ノードも、ノード１０−２またはノード１０−３への経路情報を自ノード内の経路テーブルに登録する。

図３は、経路テーブルの構成例を示す図である。図３では、一例として、ノード１０−１，１０−２，および１０−３と、集線ノード１との間に接続するノード１０−Ｍが保持する経路テーブルを示す。この経路テーブルは、送信先ノードの識別子２１と、次ホップノードの識別子２２と、状態フラグ２３と、寿命２４と、距離（ホップ数）２５と、その他２６とを備える。送信先ノードの識別子２１および次ホップノードの識別子２２の組み合わせは、各ノードがフラッディングされたメッセージを受信すると、そのメッセージに基づいて登録する。状態フラグ２３は、各エントリ（経路）が使用されているかどうかの状態を示す。寿命２４は、各エントリの有効期間を示す。距離（ホップ数）２５は、送信先ノードの識別子２１が示すノードと、次ホップノードの識別子２２が示すノードの間のホップ数である。

つづいて、本実施の形態のネットワークシステムにおいて集線ノードが異常となった場合の動作について説明する。図４は、図１のネットワークシステムにおいて集線ノードが異常となった場合の動作を説明するシーケンス図である。ここでは、マルチホップ・ネットワーク１００において、集線ノード１が故障したとする。

集線ノード１を頂点とするマルチホップ・ネットワーク１００において、集線ノード１で故障が発生する（ステップＳ１１）。これにより、集線ノードにダイレクトに接続するノード１０−Ｍおよび１０−Ｎは、たとえば、集線ノード１との通信が一定時間以上にわたって行われないことなどから、集線ノード１に対する異常を検出する（ステップＳ１２）。異常の原因には、たとえば、集線ノードの故障，下位ノードと集線ノードとの間の無線リンク上でのエラー発生，同無線リンクの通信品質の低下、などが考えられる。これらのノードは、自ノードが保持する経路テーブルを参照し、自ノードの配下のノードに対して、周辺情報収集要求（Information Gathering request：ＩＮＦＯＲＥＱ）を送信（フラッディング）する（ステップＳ１３）。以下、集線ノードの異常を検出したノードとして、ノード１０−Ｍを例に挙げて説明する。

図５は、ＩＮＦＯＲＥＱのフレーム構成例を示す図である。図５のＩＮＦＯＲＥＱ３０は、一例として、送信元ノードの識別子３１と、ライフタイム３２と、シーケンス番号３３と、応答のための復帰時間３４と、その他３５とを備える。送信元ノードの識別子３１は、ＩＮＦＯＲＥＱを送信するノードがセットする自ノードの識別子である。ライフタイム３２は、ＩＮＦＯＲＥＱ３０のライフタイムである。シーケンス番号３３は、ＩＮＦＯＲＥＱの固有のシーケンス番号である。応答のための復帰時間３４は、各ノードが他のマルチホップ・ネットワークを検索する（後述）にあたり、応答のため元のチャネルに復帰するまでの制限時間である。

図４に戻り、ノード１０−ＭからのＩＮＦＯＲＥＱを受信する各ノードは、図２で説明したRoute Request受信時の重複チェックと同様、ＩＮＦＯＲＥＱが保持する「シーケンス番号３３」およびその他の情報の組み合わせにより、当該ＩＮＦＯＲＥＱを処理済であるかどうかを判断する。未処理であると判断した場合には、各ノードは、受信したＩＮＦＯＲＥＱをフラッディングして転送する（ステップＳ１４）。また、各ノードは、近傍に位置する他のマルチホップ・ネットワークを検索する。たとえば、複数の無線チャネルが利用可能なシステムを採用する場合には、Channel scanningという方法により、利用可能無線チャネル毎に、近傍にマルチホップ・ネットワークが存在するかどうかを確認する処理を行う。各ノードは、他のマルチホップ・ネットワークを検索できた場合には、そのマルチホップ・ネットワークに接続するノードが送受信するメッセージより、周辺の情報を収集する（ステップＳ１５）。そして、各ノードは、ステップＳ１４で受信したＩＮＦＯＲＥＱにより指定される「応答のための復帰時間３４」の経過後に、元の無線チャネルに遷移し、ランダム遅延を付加したうえで、当該ＩＮＦＯＲＥＱの送信元ノードであるノード１０−Ｍに対し、収集した情報を通知するメッセージである収集情報通知（Information Gathering report：ＩＮＦＯＲＰＴ）を送信する。図４では、ノード１０−１は、マルチホップ・ネットワーク１０１経由でＩＮＦＯＲＰＴを送信し（ステップＳ１６）。また、ノード１０−２は、ノード１０−３およびマルチホップ・ネットワーク１０１経由でＩＮＦＯＲＰＴを送信する（ステップＳ１７）。なお、ノード１０−３は、中継にあたってはトラフィック量削減のため、ノード１０−２からのＩＮＦＯＲＰＴを待ち、自ノードの収集データを相乗りさせてからマルチホップ・ネットワーク１０１に送信する。

図６は、ＩＮＦＯＲＰＴのフレーム構成例を示す図である。図６のＩＮＦＯＲＰＴ４０は、一例として、送信元ノードの識別子４１と、ライフタイム４２と、シーケンス番号４３と、再接続先候補の無線チャネル番号４４と、再接続先候補の集線ノードの識別子４５と、再接続先候補のマルチホップ・ネットワークに接続するノード数４６と、再接続先候補の集線ノードまでのホップ数４７と、その他４８とを備える。送信元ノードの識別子４１は、ＩＮＦＯＲＰＴを送信するノードがセットする自ノードの識別子である。ライフタイム４２は、ＩＮＦＯＲＰＴ４０のライフタイムである。シーケンス番号４３は、ＩＮＦＯＲＰＴの固有のシーケンス番号である。再接続先候補の無線チャネル番号４４は、ノードが検索した近傍のマルチホップ・ネットワークが使用する無線チャネルの番号である。再接続先候補の集線ノードの識別子４５は、同近傍のマルチホップ・ネットワークにおける集線ノードの識別子である。再接続先候補のマルチホップ・ネットワークに接続するノード数４６は、同近傍のマルチホップ・ネットワークに接続するノード数である。再接続先候補の集線ノードまでのホップ数４７は、同近傍のマルチホップ・ネットワークにおいて、自マルチホップ・ネットワークのノードが無線通信可能なノードから、当該ノードの集線ノードまでのホップ数である。

図４に戻り、ＩＮＦＯＲＥＱの送信元ノードであるノード１０−Ｍは、上記のようにして配下のノードからＩＮＦＯＲＰＴを受信する。そして、ノード１０−Ｍは、ＩＮＦＯＲＰＴにより得たデータに基づいて、自ノードおよび配下のノードが移動先とする集線ノードおよび、その集線ノードへの移動処理を代行するノードである代理ノードを決定する。ノード１０−Ｍは、たとえば、ＩＮＦＯＲＰＴ４０に含まれる再接続先候補のマルチホップ・ネットワークに接続するノード数４６，再接続先候補の集線ノードまでのホップ数４７などに基づいて、移動先マルチホップ・ネットワークにかかる負荷や移動時に発生する遅延などを評価し、移動先集線ノードを決定する。

ノード１０−Ｍは、決定した移動先集線ノードおよび代理ノードを含めたメッセージ（以下、「移動先通知」）を、配下のノードに送信する（ステップＳ１８）。移動先通知は、Route RequestやＩＮＦＯＲＥＱなどと同様にマルチホップ・ネットワーク１００内で転送され、指定された代理ノード（ここでは、ノード１０−３）に到達する。ノード１０−３は、移動先通知を受信すると、代理ノードとしての動作を開始する（ステップＳ１９）。一方、その他のノードは、移動先通知を受信すると、指定された代理ノードに対して再参入を実施する（ステップＳ２０）。ここでは、代理ノードがノード１０−３であるので、ノード１０−１，１０−２，１０−Ｍは、ノード１０−３に向けて再参入を要求するメッセージ（以下、「再参入要求」）を送信する。再参入要求は、少なくともシーケンス番号および代理ノードとなるノードの識別子を含む。

代理ノードとなるノード１０−３は、ノード１０−１，ノード１０−２，ノード１０−Ｍからの再参入要求を受信すると、これらのノードを代行し、自ノードおよび再参入要求の送信元ノードについて、再参入の要求（再接続の要求）を、移動先のマルチホップ・ネットワークに属する集線ノードに対し送信する（ステップＳ２１）。ここでは、集線ノード３を移動先集線ノードとする。再参入の要求は、たとえば、自ノードおよび代行対象であるノードの情報をＪＯＩＮメッセージなどに相乗りさせて送信することにより行う。

以上のような動作により、ノード１０−Ｍ配下のノードからなるサブグループが、集線ノード３を頂点とするマルチホップ・ネットワークへの再接続を実現する。図７は、ノード１０−Ｍ配下のノードからなるサブグループの移動後のネットワークシステムの構成を示す図である。図７では、上記サブグループは、集線ノード３を頂点とするマルチホップ・ネットワーク３００に対して、端点ノードであるノード１−Ｌを介し、ノード１０−３を代理ノードとして再参入する。

以上説明したように、本実施の形態では、マルチホップ・ネットワーク毎に存在する集線ノードが異常状態になった場合には、当該状態を検出した検出ノードからの要求により、マルチホップ・ネットワーク内の各ノードが近傍のマルチホップ・ネットワークを検索し、さらに、マルチホップ・ネットワークの情報（周辺情報）を収集して上記検出ノードに通知し、これを受けた検出ノードが、周辺情報に基づいて移動先の集線ノードを決定することとした。また、検出ノードが、検出ノード以下のサブグループを当該近傍のマルチホップ・ネットワークに参入させる処理を行うとした。これにより、参入にともなうオーバヘッドの低減を実現することが可能となる。

また、本実施の形態では、検出ノードが指定した代理ノードが、近傍のマルチホップ・ネットワークへの参入に関するメッセージを代理応答することとした。これにより、多数のノードが同時に新たなマルチホップ・ネットワークへ参入する場合と比較して、全ノード参入までの遅延を抑制することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、故障を検出したノードは、ＩＮＦＯＲＥＱを送信し、配下のノードからの応答であるＩＮＦＯＲＰＴを受信して、このＩＮＦＯＲＰＴの内容に基づいて移動先集線ノードおよび代理ノードを決定することとしたが、集線ノードに直接接続するノードが、集線ノードの異常状態を検出した場合には、当該ノードが自ら近傍に位置する他のマルチホップ・ネットワークを検索し、自身が代理ノードとなって当該他のマルチホップ・ネットワークに再接続する、としてもよい。

図８は、集線ノード１配下のノードが代理ノードとなる場合の移動後のネットワークシステムの構成例を示す図である。図８の例では、集線ノード１が故障した場合を示す。この場合、直下のノードであるノード１０−Ｍおよび１０−Ｎのいずれも、集線ノード１の異常状態を検出する。ノード１０−Ｍは、代理ノードとなり、検索した近傍のマルチホップ・ネットワークであるマルチホップ・ネットワーク２００に再接続する。ノード１０−Ｎは、同様に代理ノードとして動作する。この場合には、図４で示すステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７の動作が不要となり、ステップＳ１５の動作は、直下のノード（たとえばノード１０−Ｍ）のみが実行する。

このような場合には、集線ノード直下のノードが、集線ノードの異常状態を検出すると、配下のノードからの情報収集を行うことなく自ら代理ノードとして動作するので、処理の効率化およびトラフィック量の削減が可能となる。

また、上記実施の形態では、On−demand型のアドホック・ネットワーク・ルーティング・プロトコルによりマルチホップ・ネットワークを形成することとしたが、他の方法を用いてもよい。たとえば、上記特許文献１で示される経路制御手法，Pro−active型のアドホック・ネットワーク・ルーティング・プロトコル，その他のルーティング・プロトコルを用いることが可能である。

また、上記実施の形態では、異常を検出したノードは経路テーブルを参照し、自ノードの配下のノードに対してＩＮＦＯＲＥＱをフラッディングするとしたが、経路テーブルを参照することなく同ＩＮＦＯＲＥＱをブロードキャストするとしてもよい。この場合、当該ブロードキャストに応答したノードを対象として、別マルチホップ・ネットワークに移動する処理を行う。

また、上記実施の形態では、複数の無線チャネルを利用可能なシステムを採用することとして、Channel scanningによって近傍に位置するマルチホップ・ネットワークを検索する場合を示したが、検索の方法はこれに限るものではない。

実施の形態２．
実施の形態１では、集線ノードに接続するノードが、集線ノードが異常になったことを検出した場合には、自ノード以下のサブグループ単位で、他のマルチホップ・ネットワークへ移動する場合を説明した。本実施の形態では、移動前のマルチホップ・ネットワークで得られる経路情報を元に、一部のノードを抽出し、抽出したノードをサブグループとして、他のマルチホップ・ネットワークへ参入する場合を説明する。

図９は、本発明にかかるネットワークシステムの実施の形態２の構成例を示す図である。図９のネットワークシステムは、一例として、集線ノード１Ｂ，集線ノード２，集線ノード３と、サーバ４と、これらの集線ノードおよびサーバ４を接続する固定網であるネットワーク５とを備える。図９のネットワークシステムは、図１のネットワークシステムと同様、各ノードがデータを収集し、集線ノードに送信するセンサネットワークとして機能する。

図９のネットワークシステムにおけるノードは、On−Demand型のアドホック・ルーティング・プロトコルを実行することにより、マルチホップ・ネットワークを構築する。図９では、一例として、集線ノード１Ｂを経路の頂点とするマルチホップ・ネットワーク１１０を示す。ノード１Ｂは、たとえば、自ノードの直下にノード１１−Ｍおよびノード１１−Ｎを接続する（Ｍ，Ｎは自然数）。ノード１１−Ｍは、配下に、ノード１１−１，１１−２，１１−３，１１−４，１１−５を接続し、これらのノードのうち、ノード１１−３の配下にノード１１−２，１１−４，１１−５が接続される。ノード１１−１およびノード１１−３と、ノード１１−Ｍとの間には、１以上のノードにより構成されるマルチホップ・ネットワーク１１１があるとする。

つづいて、本実施の形態のネットワークにおいて一部ノードが別ネットワークへ移動する場合の動作について説明する。図１０は、図９のマルチホップ・ネットワークから一部ノードが別マルチホップ・ネットワークへ移動する場合の動作を説明するシーケンス図である。

集線ノード１Ｂは、たとえば、自ノードに登録されるノード数の増大などにより自ノードの負荷が高まったことを検出すると、一部のノードを他の集線ノードが管理するマルチホップ・ネットワークへ移動させる負荷分散の実施を決定する（ステップＳ３０）。この場合、集線ノード１Ｂは、移動させるノード郡を抽出してサブグループ化し、そのノード群の木構造の頂点であるノード（頂点ノード）に対して、移動指示通知を送信する（ステップＳ３１）。ここでは、移動指示通知は、ノード１１−３に対して行われるとする。

ノード１１−３は、移動指示通知を受信すると、配下のノードに対してＩＮＦＯＲＥＱを通知する。以降、ノード１１−３配下の各ノードは、実施の形態１と同様に動作する。すなわち、ＩＮＦＯＲＥＱを受信するノードは、上述同様、当該ＩＮＦＯＲＥＱを転送する（ステップＳ３２）。また、ＩＮＦＯＲＥＱを受信したノードは、上述同様、Channel scanningなどの方法により、近傍に位置する他のマルチホップ・ネットワークを検索する（ステップＳ３３）。そして、各ノードは、上述同様、ステップＳ３２で受信したＩＮＦＯＲＥＱの送信元ノードであるノード１１−３に対し、ＩＮＦＯＲＥＰＴを送信する（ステップＳ３４）。ノード１１−４は、上述同様、ノード１１−５からのＩＮＦＯＲＰＴを待ち、自ノードの収集データを相乗りさせてからノード１１−３に送信する（ステップＳ３５）。

ＩＮＦＯＲＥＱの送信元ノードであるノード１１−３は、ＩＮＦＯＲＰＴにより得たデータに基づいて、自ノードおよび配下のノードが新たに移動先とする集線ノードおよび、代理ノードを決定する。ここでは、代理ノードをノード１１−５と決定する。ノード１１−３は、決定した移動先集線ノードおよび代理ノードを含めた移動先通知を、配下のノードに送信する（ステップＳ３６）。移動先通知は、ＩＮＦＯＲＥＱと同様にノード１１−３配下で転送され、指定された代理ノードであるノード１１−５に到達すると、ノード１１−５は、代理ノードとしての動作を開始する（ステップＳ３７）。一方、その他のノードは、移動先通知を受信すると、指定された代理ノードに対して再参入を実施する（ステップＳ３８）。ここでは、代理ノードがノード１１−５であるので、ノード１１−２，１１−３，１１−４は、ノード１１−５に向けて再参入要求を送信する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８において、再参入要求は、ノード１１−２からの再参入要求がノード１１−３〜ノード１１−４〜ノード１１−５の順で転送されるように、木構造に沿って転送される。以後の動作は、図４と同様である。

以上説明したように、本実施の形態では、集線ノードを頂点とするマルチホップ・ネットワークを含む階層化されたネットワークシステムにおいて、マルチホップ・ネットワークを構成する一部のノードを近傍の他のマルチホップ・ネットワークへ移動させる際に、移動前のマルチホップ・ネットワーク内で得られる経路情報に基づいて、移動対象とする一部のノードを抽出し、サブグループとして他のマルチホップ・ネットワークへ参入させることとした。これにより、参入に伴うオーバヘッドの低減をはかることが可能となる。

なお、本実施の形態では、移動対象とされたノードのそれぞれが、移動先マルチホップ・ネットワークを検索する処理を行ったが、集線ノードが移動指示通知に移動先のマルチホップ・ネットワークの情報を含めて送信することにより、当該検索処理を省略可能である。その場合、集線ノード１Ｂは、サーバ４に近傍のマルチホップ・ネットワークに関する情報を問合せ、サーバ４から返信される情報を用いて、移動先マルチホップ・ネットワーク（すなわち移動先集線ノード）と、代理ノードとを決定し、上記移動先通知において当該移動先集線ノードおよび代理ノードを指定する。したがって、この場合には、図１０のステップＳ３２，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３５が不要となり、代わりに集線ノード１Ｂによるサーバ４への問合せ処理が必要となる。

また、上記実施の形態では、集線ノードが負荷分散をすべきと判断し、サブグループを移動させる場合を説明したが、木構造の頂点と端点との間にある中継ノードが、通信品質の低下などによって、負荷分散をすべきと判断してもよい。この場合、中継ノードは、自ノードを含む配下のノード、またはその一部をサブグループとし、移動処理を開始する。

以上のように、本発明にかかるネットワークシステムは、複数のマルチホップ・ネットワークを備えるシステムにおいて有用であり、特に、一部のノードを別のマルチホップ・ネットワークへ移動させる場合のオーバヘッドを削減したい場合に適している。

１，１Ｂ，２，３集線ノード
４サーバ
５ネットワーク
１０−１，１０−２，…，１０−Ｎ，１１−１，１１−２，…，１１−Ｎノード
２１送信先ノードの識別子
２２次ホップ（転送先）ノードの識別子
２３状態フラグ
２４寿命
２５距離（ホップ数）
２６その他
３０ＩＮＦＯＲＥＱ
３１送信元ノードの識別子
３２ライフタイム
３３シーケンス番号
３４応答のための復帰時間
３５その他
４０ＩＮＦＯＲＰＴ
４１送信元ノードの識別子
４２ライフタイム
４３シーケンス番号
４４再接続先候補の無線チャネル番号
４５再接続先候補の集線ノードの識別子
４６再接続先候補のマルチホップ・ネットワークに接続するノード数
４７再接続先候補の集線ノードまでのホップ数
４８その他
１００，１０１，１１０，１１１，２００，３００マルチホップ・ネットワーク

Claims

上位ネットワークに接続される複数の集線ノードと、前記集線ノードとの間でデータおよび制御情報を送受信するサーバとを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、
前記ノードは、
集線ノードの異常を検出した検出ノードとなった場合、
自ノードの周辺情報を収集し、その収集結果に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノードを決定し、
自ノード配下のノードに対して、前記移動先集線ノードを指定した通知を送信し、
前記通知を受信したノードからの再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対して送信する、
ことを特徴とするネットワークシステム。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、
前記ノードは、
集線ノードの異常を検出した検出ノードとなった場合、
自ノードが属するマルチホップ・ネットワーク内のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集し、
前記周辺情報収集要求に対する応答である収集情報通知を受信すると、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、
前記収集情報通知を送信したノードに対して、前記移動先集線ノードおよび前記代理ノードを指定したノード通知を送信し、
また、
前記検出ノードとなっていないノードは、
前記周辺情報収集要求を受信すると、周辺情報を収集し、収集した結果として収集情報通知を前記検出ノードに返信し、
その後、前記ノード通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信し、一方、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する、
ことを特徴とするネットワークシステム。
前記集線ノードおよび前記複数のノードは、それぞれ経路テーブルを保持し、
前記検出ノードは、前記経路テーブルに基づいて前記周辺情報収集要求を送信するノードを決定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のネットワークシステム。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードは、それぞれ経路テーブルを保持し、
前記集線ノードまたは前記ノードは、
自ノード以下のノードの一部または全部を他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて移動対象のノードを抽出してサブグループとし、当該サブグループのうち木構造の頂点となる頂点ノードに対して、移動指示通知を送信し、
前記頂点ノードは、
自ノード宛の移動指示通知を受信した場合、
自ノードが保持する経路テーブルに基づいて、自ノード配下のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集し、
自ノード配下のノードから周辺情報収集要求に対する応答である収集情報通知を受信すると、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、
自ノード配下のノードに対して、前記移動先集線ノードおよび前記代理ノードを指定した移動先通知を送信し、
前記頂点ノード以外のノードは、
前記周辺情報収集要求を受信した場合には、周辺情報を収集し、収集した結果として収集情報通知を前記頂点ノードに返信し、
前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信し、一方、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する、
ことを特徴とするネットワークシステム。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードと、前記集線ノードとの間でデータおよび制御情報を送受信するサーバとを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードは、それぞれ経路テーブルを保持し、
前記集線ノードは、
自ノード配下のノードの一部または全部を他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて移動対象のノードを抽出してサブグループとし、前記サーバから近傍マルチホップ・ネットワークの情報を取得して、当該情報に基づいて移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、当該サブグループのうち木構造の頂点となる頂点ノードに対して当該移動先集線ノードおよび当該代理ノードを指定した移動指示通知を送信し、
前記頂点ノードは、
自ノード宛の移動指示通知を受信した場合、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて、自ノード配下のノードに対して前記移動先集線ノードおよび前記代理ノードを指定した移動先通知を送信し、
前記頂点ノード以外のノードは、
前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信し、一方、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する、
ことを特徴とするネットワークシステム。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステムであって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードは、それぞれ経路テーブルを保持し、
前記ノードは、
自ノード以下のノードを他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて自ノード配下のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集し、
自ノード配下のノードから前記周辺情報収集要求に対する応答である収集情報通知を受信すると、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、
自ノード配下のノードに対して、前記移動先集線ノードおよび前記代理ノードを指定した移動先通知を送信し、
一方、
周辺情報収集要求を受信した場合には、周辺情報を収集し、収集した結果として収集情報通知を返信し、
移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信し、一方、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する、
ことを特徴とするネットワークシステム。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステム、における通信方法であって、
前記ノードが、集線ノードの異常を検出した検出ノードとなった場合に、自ノードの周辺情報を収集し、その収集結果に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノードを決定し、自ノード配下のノードに対して、前記移動先集線ノードを指定した通知を送信する移動先通知ステップと、
前記通知を受信したノードが、前記検出ノードに対して再参入の要求を送信する再参入要求第１ステップと、
前記検出ノードが、前記再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対して送信する再参入要求第２ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステム、における通信方法であって、
前記ノードが、集線ノードの異常を検出した検出ノードである場合、自ノードが属するマルチホップ・ネットワーク内のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集する周辺情報要求ステップと、
前記周辺情報収集要求を受信したノードが、周辺情報を収集し、その結果として収集情報通知を前記検出ノードに返信する周辺情報応答ステップと、
前記検出ノードが、前記収集情報通知を受信すると、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、当該収集情報通知を送信したノードに対して、当該移動先集線ノードおよび当該代理ノードを指定した移動先通知を送信する移動先通知ステップと、
前記移動先通知を受信したノードが、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信する再参入第１ステップと、
前記移動先通知を受信した前記ノードが、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する再参入第２ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
前記集線ノードおよび前記複数のノードは、それぞれ経路テーブルを保持し、
前記検出ノードは、前記経路テーブルに基づいて前記周辺情報収集要求を送信するノードを決定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信方法。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステム、における通信方法であって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードがそれぞれ経路テーブルを保持する場合において、
前記集線ノードまたは前記ノードが、自ノード以下のノードの一部を他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合に、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて移動対象のノードを抽出してサブグループとし、当該サブグループのうち木構造の頂点となる頂点ノードに対して移動指示通知を送信する移動指示通知ステップと、
前記移動指示通知を受信した頂点ノードが、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて、自ノード配下のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集する周辺情報収集ステップと、
前記周辺情報収集要求を受信したノードが、周辺情報を収集し、収集した結果として収集情報通知を返信する周辺情報応答ステップと、
前記収集情報通知を受信した頂点ノードが、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、当該収集情報通知を返信したノードに対して、当該移動先集線ノードおよび当該代理ノードを指定した移動先通知を送信する移動先通知ステップと、
前記頂点ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信する再参入第１ステップと、
前記頂点ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する再参入第２ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードと、前記集線ノードとの間でデータおよび制御情報を送受信するサーバとを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステム、における通信方法であって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードがそれぞれ経路テーブルを保持する場合、
前記集線ノードが、自ノードが属するマルチホップ・ネットワークを構成するノードの一部を他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合に、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて移動対象のノードを抽出してサブグループとし、前記サーバから近傍マルチホップ・ネットワークの情報を取得し、当該情報に基づいて移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、当該サブグループのうち木構造の頂点となる頂点ノードに対して、当該移動先集線ノードおよび当該代理ノードを指定した移動指示通知を送信する移動指示通知ステップと、
前記移動指示通知を受信した頂点ノードが、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて、自ノード配下のノードに対して前記移動先集線ノードおよび前記代理ノードを指定した移動先通知を送信する移動先通知ステップと、
前記頂点ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信する再参入第１ステップと、
前記頂点ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する再参入第２ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
上位ネットワークに接続される複数の集線ノードを備え、当該集線ノードのそれぞれを頂点として、当該集線ノードの近傍に位置する複数のノードがマルチホップ・ネットワークを構築する階層化されたネットワークシステム、における通信方法であって、
前記集線ノードおよび前記複数のノードがそれぞれ経路テーブルを保持する場合、
前記集線ノードまたは前記ノードが、自ノード以下のノードを他のマルチホップ・ネットワークへ移動させると判断した場合に、自ノードを移動指示ノードとし、自ノードが保持する経路テーブルに基づいて自ノード配下のノードに対して周辺情報収集要求を送信し、また、自ノードの周辺情報を収集する周辺情報要求ステップと、
前記周辺情報収集要求を受信したノードが、周辺情報を収集して収集情報通知を返信する周辺情報応答ステップと、
前記移動指示ノードが、前記収集情報通知を受信すると、自ノードの周辺情報および当該収集情報通知に基づいて、移動先とするマルチホップ・ネットワークの集線ノードである移動先集線ノード、および当該移動先集線ノードへの移動処理を代行する代理ノードを決定し、当該収集情報通知を返信したノードに対して、当該移動先集線ノードおよび当該代理ノードを指定した移動先通知を送信する移動先通知ステップと、
前記移動指示ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードでないと判断した場合は、代理ノードに対して再参入の要求を送信する再参入第１ステップと、
前記移動指示ノード以外のノードが、前記移動先通知を受信し、自ノードが代理ノードであると判断した場合は、他のノードから再参入の要求を受信した後、当該再参入の要求の送信元ノードに代わって再参入の要求を前記移動先集線ノードに対し送信する再参入第２ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。