JP2010233072A - 無線ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】基幹装置と各無線装置との間の中継経路が動的に変化する場合であっても、前記各無線装置に対する省電力制御を可能とする。
【解決手段】無線ネットワークシステムにおいて、基幹装置１２との間の中継経路が切り替わった無線装置１６は、接続要求パケットを発行して上り通信時間領域中のタイムスロットで送信し、前記接続要求パケットを受信した無線装置１６は、前記接続要求パケットの発行元の無線装置１６と基幹装置１２との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識し、発行元の無線装置１６に割り当てられたデータフレーム中のタイムスロットで通信可能状態となることを決定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムに関する。

従来より、複数の無線端末（基幹装置及び複数の無線装置）によりツリー状の無線ネットワークを構築し、該無線ネットワーク内の隣接する無線端末間でパケットを中継することにより、電波が直接届かない無線端末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の無線ネットワークシステムが提案されている。

このような無線ネットワークシステムでは、無線ネットワークに参加する無線装置の数が多くなることに起因してパケットの衝突が発生するおそれがある。また、各無線装置は電池で駆動するタイプが多いので、消費電力の増大を回避できることが望ましい。

そこで、特許文献１には、送信元の無線端末からの中継回数に応じて、パケットを送信すべきタイミングを決定することにより、パケットの衝突の発生を抑制することが提案されている。また、特許文献２には、周囲の無線端末間で次回のパケットの送信開始タイミングと該パケットの送信量とを事前に通知し合う間欠受信処理を行うことが提案されている。

特開２００６−１５７６３７号公報 特開２００７−１７４１４５号公報

上述した技術では、事前に通知し合う送信信号中に次回の送信開始タイミング等を含める必要があるので、送信可能なデータ量が抑制されるという問題がある。これに対しては、予め特定された受信タイミングで無線装置が通信可能状態（起床状態）になってパケットを受信し、一方で、それ以外のタイミングで該無線装置が通信待機状態（スリープ状態）になれば、上記の問題を解決できるものと考えられる。

ところで、上述した無線ネットワークシステムにおいて、各無線装置には、基幹装置と前記各無線装置との間で、あるいは、前記各無線装置間でパケットを送受信するための通信スロットがそれぞれ割り当てられる。この場合、前記各無線装置は、複数の通信スロットのうち、自己に割り当てられた通信スロットでパケットを送信するとき、及び、他の無線装置に割り当てられた通信スロットで該他の無線装置からのパケットを中継するときにのみ通信可能状態となる。そのため、前記各無線装置は、パケットを送信又は中継するときの通信スロット以外の通信スロットでは通信待機状態となるので、前記各無線装置に対する省電力制御が可能となる。

しかしながら、前記無線ネットワークシステムは、前記基幹装置をツリーの頂点とするアドホックネットワークを構成するため、前記アドホックネットワーク内での無線装置の移動や無線装置間の電波状況に起因して、前記基幹装置と前記各無線装置との間の中継経路が動的に変化した場合には、前記各無線装置に対する省電力制御を適切に行えないことが懸念されている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、基幹装置と各無線装置との間の中継経路が動的に変化する場合であっても、前記各無線装置に対する省電力制御を可能とする無線ネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る無線ネットワークシステムは、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線装置は、該各無線装置から前記基幹装置への上り方向にパケットを送信するための上り方向制御スロットでは、常時、通信可能状態になり、一方で、パケットを送受信するために前記各無線装置にそれぞれ割り当てられた通信スロットのうち、自己に割り当てられた通信スロットでパケットを送信するとき、及び、他の無線装置に割り当てられた通信スロットで該他の無線装置からのパケットを中継するときにのみ通信可能状態になり、
前記基幹装置との間の中継経路の切替が発生した場合に、前記中継経路の切り替わった無線装置は、前記基幹装置との接続を要求するための接続要求パケットを発行して前記上り方向制御スロットで送信し、
前記接続要求パケットを受信した無線装置は、前記接続要求パケットの発行元の無線装置と前記基幹装置との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識し、前記発行元の無線装置に割り当てられた通信スロットで通信可能状態になることを決定することを特徴としている。

本発明によれば、基幹装置との間の中継経路が切り替わった無線装置は、前記基幹装置との接続を要求するための接続要求パケットを上り方向制御スロットで送信するので、前記接続要求パケットを受信した無線装置は、該接続要求パケットの受信により、自己が前記接続要求パケットの発行元の無線装置と前記基幹装置との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識すると共に、前記発行元の無線装置に割り当てられた通信スロットで通信可能状態になることを決定する。

これにより、前記基幹装置と各無線装置との間の中継経路が動的に変化する場合であっても、前記各無線装置は、パケットを送信又は中継する時間帯にのみ通信可能状態となるので、前記各無線装置に対する省電力制御を確実に行うことが可能となる。

本実施形態に係る無線ネットワークシステムの概略構成図である。 本実施形態に係る無線ネットワークシステムを構成するクラスタの概略構成図である。 図１及び図２の無線装置のブロック図である。 スーパーフレームの基本構成を示す説明図である。 制御フレームの構成を示す説明図である。 データフレームの構成を示す説明図である。 図７Ａは、中継経路の切替を示す説明図であり、図７Ｂは、中継経路の切替の前後で第１無線装置から見て通信可能状態にある無線装置を説明するための一覧表であり、図７Ｃは、中継経路の切替の前後で第３無線装置から見て通信可能状態にある無線装置を説明するための一覧表である。 接続要求パケットの構成を示す説明図である。 中継経路の切替に係る動作を説明するためのシーケンス図である。 図１０Ａは、中継経路の切替を示す説明図であり、図１０Ｂは、中継経路の切替の前後で第１無線装置から見て通信可能状態にある無線装置を説明するための一覧表であり、図１０Ｃは、中継経路の切替の前後で第３無線装置から見て通信可能状態にある無線装置を説明するための一覧表である。

本発明に係る無線ネットワークシステムの好適な実施形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。

本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０は、図１に示すように、基本的には、基幹装置１２を根元として、複数の無線装置（図１では、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのみ図示）によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムである。この場合、基幹装置１２は、無線１４を介して第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃと接続され、第１無線装置１６ａは、無線１８を介して第２無線装置１６ｂと接続されている。なお、参照符号の１３は、基幹装置１２のアンテナであり、参照符号の１５ａ〜１５ｃは、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのアンテナである。さらに、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃは、センサ４２ａ〜４２ｃをそれぞれ有する。

また、図２に示すように、無線ネットワークシステム１０は、実際には、１つの基幹装置１２及び複数の無線装置１６を備え、これらが所定の間隔ｄで配置されたクラスタ２４を複数備えており、１つのクラスタ２４では、基幹装置１２を根元に、無線１４、１８を介して、各無線装置１６がツリー状に形成されている。これにより、基幹装置１２から無線１４、１８を介して各無線装置１６の方向（下り方向）にパケットを送信し、一方で、各無線装置１６から無線１８、１４を介して基幹装置１２の方向（上り方向）にパケットを送信することで、電波が直接届かない無線端末間での通信が可能となる。

なお、図２において、１つのクラスタ２４は、１６個の無線端末（１つの基幹装置１２及び１５個の無線装置１６）から構成されているが、１つのクラスタ２４に収容される無線端末の個数は、図２に示す個数に限定されないことは勿論である。また、各無線装置１６（第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃ）は、図３に示すように、受信部２８、解析部３０、タイミング割当部３２、記憶部３４、タイミング設定部３６、送信制御部３８、送信部４０、及び、センサ４２（４２ａ〜４２ｃ）をそれぞれ有する。この場合、各無線装置１６は、センサ４２が検出したセンサ情報を、該センサ情報を検出した時刻（絶対時刻）と共に基幹装置１２に向けて送信するセンサノードとして機能し、基幹装置１２は、各センサノードからのセンサ情報及び絶対時刻を収集するゲートノードとして機能する。従って、無線ネットワークシステム１０は、各センサノードから収集したセンサ情報及び絶対時刻に基づき、各センサノードの設置場所の状況（例えば、地滑り、地震）を観測するセンサネットワークシステムに適用される。

上述した無線ネットワークシステム１０の基本構成及び機能や、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間での無線によるパケットの送受信に関わる基本的な動作については、例えば、特開２００８−２２８１７６号公報に開示されているので、これらの詳細については、説明を省略する。

本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、基幹装置１２及び各無線装置１６間でのパケットの送受信、及び、各無線装置１６間でのパケットの送受信は、該パケットをフレーム中の所定のスロットで送信（中継）することにより行われる。

図４は、パケットを送受信するスーパーフレーム５０の基本構成を示す説明図であり、図５は、スーパーフレーム５０中の制御フレーム５４の構成を示す説明図であり、図６は、スーパーフレーム５０中のデータフレーム５６の構成を示す説明図である。

スーパーフレーム５０は、図４に示すように、所定時間間隔で繰り返されるフレームであり、１つのスーパーフレーム５０は、Ｌ個のフレーム５２から構成される。この場合、１つのスーパーフレーム５０中の最初のフレーム５２は、基幹装置１２と無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間で、各無線装置１６を制御するパケットを送受信するための制御フレーム５４として割り当てられる。一方、制御フレーム５４以降の２番目からＬ番目までの（Ｌ−１）個のフレーム５２は、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間でデータ（例えば、センサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻）を送受信するためのデータフレーム５６として割り当てられる。

制御フレーム５４は、図５に示すように、基幹装置１２から各無線装置１６の方向（下り方向）へのパケットの通信に用いられる下り通信時間領域５８と、各無線装置１６から基幹装置１２の方向（上り方向）へのパケットの通信に用いられる上り通信時間領域６０とに時分割される。

下り通信時間領域５８は、複数のタイムスロット６２、６４に時分割される。この場合、１番目のタイムスロット６２は、基幹装置１２がパケットを下り方向に送信（例えば、基幹装置１２から無線１４を介して第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃに送信）するためのタイムスロットとして割り当てられている。また、各タイムスロット６４は、ホップ数（基幹装置１２からの中継回数）に対応する無線端末がパケットを下り方向に送信するためのスロットとして割り当てられている。

具体的に、２番目のタイムスロット６４（スロット２）は、ホップ数が０（０ホップ）の無線装置１６から下り方向にパケットを送信するためのタイムスロット（例えば、第１無線装置１６ａから無線１８を介して第２無線装置１６ｂに送信するためのタイムスロット）として割り当てられている。また、３番目からｎ番目のタイムスロット６４（スロット３〜ｎ）は、１ホップ〜（ｎ−２）ホップの無線装置１６から下り方向にパケットを送信するためのタイムスロットとして割り当てられている。

さらに、各タイムスロット６４は、複数のサブスロット６６（図５では１〜ｍのサブスロット）にそれぞれ時分割されている。この場合、クラスタ２４内の無線装置１６毎に１つのサブスロット６６が割り当てられている。これにより、各無線装置１６は、自己のホップ数に応じたタイムスロット６４中、パケットの送信先の無線装置１６に割り当てられたサブスロット６６にて前記パケットを中継する。

一方、上り通信時間領域６０は、複数のタイムスロット（上り方向制御スロット）６８、７０に時分割されている。この場合、サブスロット６６と同様に、クラスタ２４内の無線装置１６毎に１つのタイムスロット６８（ＳＮ１〜ＳＮｍのうちの１つ）が割り当てられている。従って、無線装置１６は、自己に割り当てられたタイムスロット６８にてパケットを上り方向に中継する。また、タイムスロット７０（ＳＮｍ＋１〜ＳＮｍ＋ｘ）は、これからクラスタ２４に参加する無線装置１６、あるいは、タイムスロット６８がまだ割り当てられていない無線装置１６における上り方向へのパケット送信のためのタイムスロットである。

従って、各無線装置１６は、制御フレーム５４中、下り通信時間領域５８については、自己に割り当てられたタイムスロット６４及びその前後のスロットにて、常時、通信可能状態となり、一方で、上り通信時間領域６０では、全てのタイムスロット６８、７０にて、常時、通信可能状態となる。

データフレーム５６は、図６に示すように、基幹装置１２から各無線装置１６の方向（下り方向）へのパケットの通信、あるいは、各無線装置１６から基幹装置１２の方向（上り方向）へのパケットの通信に用いられる複数のタイムスロット（通信スロット）７１から構成されている。

この場合、各タイムスロット７１は、各無線装置１６にそれぞれ割り当てられ、各無線装置１６は、各タイムスロット７１のうち、自己に割り当てられたタイムスロット７１でパケットを送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で該他の無線装置１６からのパケットを中継するときにのみ通信可能状態となり、一方で、それ以外のタイムスロット７１では通信待機状態（スリープ状態）となる。

例えば、データフレーム５６が上り方向にパケットを通信するためのフレームとして割り当てられた場合に、各無線装置１６は、自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を自己に割り当てられたタイムスロット７１で上り方向にそれぞれ送信すると共に、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を上り方向に中継する。また、データフレーム５６が下り方向にパケットを通信するためのフレームとして割り当てられた場合に、基幹装置１２は、各無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１でパケット（例えば、無線装置１６が備えるセンサ４２の観測条件を変更するための要求）を下り方向に送信し、各無線装置１６は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で前記パケットを下り方向に中継する。

次に、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０の動作及び効果について、図７Ａ〜図９を参照しながら説明する。

ここでは、図７Ａに示すように、基幹装置１２（ＧＢ）と第２無線装置１６ｂ（ＳＮ２）との間の中継経路が、無線１４ｃ、第３無線装置１６ｃ（ＳＮ３）及び無線１８ｃの経路から、無線１４ａ、第１無線装置１６ａ（ＳＮ１）及び無線１８ａの経路に切り替わったときの無線ネットワークシステム１０の動作について説明する。この場合、基幹装置１２に対する第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのホップ数等に変更はないので、中継経路の切替に伴うタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６の変更は発生しないものとして説明を行う。

なお、前記中継経路の切替は、例えば、第２無線装置１６ｂから見て、無線１８ｃの電波状況よりも無線１８ａの電波状況が良好である場合や、各無線装置１６ａ〜１６ｃの移動や遮蔽物の存在等によって無線１８ｃを介した通信が切断され、無線１８ａを介した通信が可能になった場合に発生する。この場合、第２無線装置１６ｂにおける中継経路の切替の判断は、例えば、特開２００８−２２８１７６号公報に開示されているハローパケットの送受信を各無線装置１６ａ〜１６ｃ間で行い、前記ハローパケット中の経路情報に基づいて中継経路の切断や接続を判定することにより行われる。

図７Ｂは、前記中継経路の切替の前後で第１無線装置１６ａから見て通信可能状態（起床状態）にある無線装置を説明するための一覧表であり、図７Ｃは、前記中継経路の切替の前後で第３無線装置１６ｃから見て通信可能状態にある無線装置を説明するための一覧表である。

なお、図７Ｂ及び図７Ｃにおいて、○印は、自装置又は通信可能状態にある無線装置を示し、×印は、通信待機状態（スリープ状態）にある無線装置を示す。また、図７Ｂ及び図７Ｃ中、接続要求とは、中継経路の切替後に第２無線装置１６ｂから上り方向に送信される接続要求パケット７２（図８参照）を示している。従って、接続要求前とは、接続要求パケット７２の送信前（中継経路の切替前）をいい、接続要求後とは、接続要求パケット７２の送信後（中継経路の切替後）をいう。

図７Ｂに示すように、第１無線装置１６ａから見た場合、前記中継経路の切替によって、第２無線装置１６ｂとの間では、通信待機状態（×印）から通信可能状態（○印）に切り替わる。また、第１無線装置１６ａから見た場合、前記中継経路の切替に関わりなく、第３無線装置１６ｃとの間では、通信待機状態（×印）にある。一方、図７Ｃに示すように、第３無線装置１６ｃから見た場合、前記中継経路の切替によって、第２無線装置１６ｂとの間では、通信可能状態（○印）から通信待機状態（×印）に切り替わる。また、第３無線装置１６ｃから見た場合、前記中継経路の切替に関わりなく、第１無線装置１６ａとの間では、通信待機状態（×印）にある。

前記中継経路の切替により、第１無線装置１６ａから見て、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット７１は、切替前までは通信待機状態のスロットであったが、切替後は通信可能状態のスロット（中継対象のスロット）になる。また、第３無線装置１６ｃから見て、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット７１は、切替前までは通信可能状態のスロット（中継対象のスロット）であったが、切替後は通信待機状態のスロットになる。従って、中継経路の切替に伴って、通信可能状態から通信待機状態に移行するタイムスロット７１や、通信待機状態から通信可能状態に移行するタイムスロット７１を、第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃに認識させることにより、中継経路が動的に変化する場合でも、各無線装置１６ａ〜１６ｃに対する省電力制御を確実に行うことが可能になる。

そこで、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０では、中継経路の切替後に、第２無線装置１６ｂは、切替後の新たな中継経路での基幹装置１２との接続を要求するための接続要求パケット７２を発行し、発行した接続要求パケット７２を第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット６８で上り方向に送信する。

図８は、接続要求パケット７２の構成を示す説明図である。

接続要求パケット７２は、ヘッダ部７４と、接続要求パケット７２の発行元の無線端末から送信先の無線端末（基幹装置１２）に実際に送信したい情報が設定されるネットワーク情報部７６と、パケット全体に対する巡回冗長符号の計算結果が設定されたチェックサム７８とから構成される。

ヘッダ部７４には、接続要求パケット７２を送信する無線端末の識別情報が格納される送信側ノード識別子格納部８２と、接続要求パケット７２を受信する無線端末の識別情報が格納される受信側ノード識別子格納部８４とが順に配置されている。

また、ネットワーク情報部７６には、基幹装置１２の識別情報が格納される基幹装置格納部８６と、接続要求パケット７２の発行元の無線端末の識別情報が格納される接続要求発行元格納部８８と、接続要求パケット７２の発行元の無線端末が従属する無線端末の識別情報が格納される従属先格納部９０とが順に配置されている。

図９は、中継経路の切替に係る動作を説明するためのシーケンス図である。

先ず、ステップＳ１において、第２無線装置１６ｂでは、第１無線装置１６ａからのハローパケットと第３無線装置１６ｃからのハローパケットとを受信部２８（図３参照）がアンテナ１５ｂを介して受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記各ハローパケットを記憶すると共に、前記各ハローパケット中の経路情報に基づいて中継経路の切断や接続を判定する。この場合、前記各経路情報に基づいて無線１８ｃの電波状況よりも無線１８ａの電波状況が良好であると判定したときに、解析部３０は、基幹装置１２から無線１４ｃ、第３無線装置１６ｃ及び無線１８ｃを介した経路を切断して、基幹装置１２から無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａを介した経路に中継経路を切り替えることを決定する。

次に、ステップＳ２において、解析部３０は、基幹装置１２に対する接続要求パケット７２を発行して、タイミング割当部３２に通知する。この場合、解析部３０は、図８に示すように、送信側ノード識別子格納部８２及び接続要求発行元格納部８８に第２無線装置１６ｂを示すＳＮ２を格納し、受信側ノード識別子格納部８４及び従属先格納部９０に第１無線装置１６ａを示すＳＮ１を格納し、基幹装置格納部８６に基幹装置１２を示すＧＢを格納することにより接続要求パケット７２を発行する。タイミング割当部３２は、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット６８を接続要求パケット７２の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６８にてアンテナ１５ｂから無線１８ａを介して第１無線装置１６ａに接続要求パケット７２を送信する（ステップＳ３）。

第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して接続要求パケット７２を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に接続要求パケット７２を記憶し、該接続要求パケット７２中の基幹装置格納部８６、接続要求発行元格納部８８及び従属先格納部９０にそれぞれ格納された情報から、自装置（第１無線装置１６ａ）が第２無線装置１６ｂと基幹装置１２との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識すると共に、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット７１で通信可能状態となることを決定する。

次に、ステップＳ４において、第１無線装置１６ａの解析部３０は、図８に示すように、送信側ノード識別子格納部８２に格納されている情報をＳＮ２からＳＮ１に変更すると共に、受信側ノード識別子格納部８４に格納されている情報をＳＮ１からＧＢに変更し、変更後の新たな接続要求パケット７２をタイミング割当部３２に通知する。タイミング割当部３２は、第１無線装置１６ａに割り当てられたタイムスロット６８を新たな接続要求パケット７２の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６８にてアンテナ１５ａから無線１４ａを介して基幹装置１２に接続要求パケット７２を中継する（ステップＳ５）。

一方、第３無線装置１６ｃにおいても、第１無線装置１６ａからのハローパケットと第２無線装置１６ｂからのハローパケットとを受信部２８がアンテナ１５ｃを介して受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記各ハローパケットを記憶すると共に、前記各ハローパケット中の経路情報に基づいて中継経路の切断や接続を判定する。

この場合、ステップＳ６において、前記各経路情報に基づいて第２無線装置１６ｂとの通信が切断された（中継経路が切り替わった）と判定したときに、解析部３０は、基幹装置１２から無線１４ｃ、第３無線装置１６ｃ及び無線１８ｃを介して第２無線装置１６ｂに至る中継経路が切断されたので、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット７１では通信待機状態になることを決定し、さらに、中継経路の切断を検出したことを示すパケットを生成して、タイミング割当部３２に通知する。

タイミング割当部３２は、第３無線装置１６ｃに割り当てられたタイムスロット６８を前記パケットの送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６８にてアンテナ１５ｃから無線１４ｃを介して基幹装置１２に前記パケットを送信する（ステップＳ７）。

基幹装置１２では、第１無線装置１６ａから接続要求パケット７２を受信し、一方で、第３無線装置１６ｃから前記パケットを受信した後に、接続要求パケット７２と前記パケットとを照合して、基幹装置１２と第２無線装置１６ｂとの間の中継経路の切替を確認する。次に、基幹装置１２は、中継経路の切替の確認結果をパケットに設定する（ステップＳ８）。

ところで、図５に示すように、制御フレーム５４は、下り通信時間領域５８及び上り通信時間領域６０の順に時分割され、接続要求パケット７２は、上り通信時間領域６０中のタイムスロット６８を利用して基幹装置１２に送信される。そのため、基幹装置１２は、接続要求パケット７２を受信したタイムスロット６８を有するスーパーフレーム５０の次のスーパーフレーム５０におけるタイムスロット６２で、該基幹装置１２が設定した前記パケットをアンテナ１３から無線１４ａ、１４ｃを介して第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃにそれぞれ報知する（ステップＳ９）。

第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記パケットを受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記パケットを記憶すると共に、前記パケットの内容を確認することにより前記中継経路の切替が完了したことを認識することができる。タイミング割当部３２は、スロット２（タイムスロット６４）中の第２無線装置１６ｂに割り当てられたサブスロット６６を、タイミング設定部３６及び送信制御部３８に通知する。タイミング設定部３６は、サブスロット６６を前記パケットの送信タイミングに設定する（ステップＳ１０）。これにより、送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したサブスロット６６で、アンテナ１５ａから無線１８ａを介して前記パケットを第２無線装置１６ｂに中継する（ステップＳ１１）。

第２無線装置１６ｂでは、受信部２８がアンテナ１５ｂを介して前記パケットを受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記パケットを記憶すると共に、前記パケットの内容を確認することにより前記中継経路の切替が完了したことを認識することができる（ステップＳ１２）。

この結果、基幹装置１２から無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａを介した第２無線装置１６ｂに至る中継経路が確立されて、データフレーム５６中のタイムスロット７１において、基幹装置１２と第２無線装置１６ｂとの間のパケットの送受信を行うことが可能となる。

一方、第３無線装置１６ｃでは、受信部２８がアンテナ１５ｃを介して前記パケットを受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記パケットを記憶すると共に、前記パケットの内容を確認することにより、前記中継経路の切替が完了して、基幹装置１２から無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａを介した第２無線装置１６ｂに至る中継経路が確立されたことを把握することができる。

なお、上述した説明では、基幹装置１２と第２無線装置１６ｂとの間の中継経路が、無線１４ｃ、第３無線装置１６ｃ及び無線１８ｃの経路から、無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａの経路に切り替わったときの動作について説明した。

本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０は、上記の例に限定されることはなく、（１）第２無線装置１６ｂが起動して、基幹装置１２から無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａを介して第２無線装置１６ｂに至る中継経路が新たに確立される場合、（２）クラスタ２４に第２無線装置１６ｂが新たに参加することにより、基幹装置１２から無線１４ａ、第１無線装置１６ａ及び無線１８ａを介して第２無線装置１６ｂに至る中継経路が新たに確立された場合、（３）クラスタ２４内での第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃの移動や、各無線装置１６ａ〜１６ｃ間での電波状況によって図７Ａ以外の中継経路が新たに確立される場合にも適用することが可能である。

（１）及び（２）の場合には、第２無線装置１６ｂに対してタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６が割り当てられていない可能性がある。一方、（３）の場合には、ホップ数の変更等によってタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６を再度割り当てる必要がある。

そこで、（１）及び（２）の場合には、ステップＳ３において、第２無線装置１６ｂは、未割当のタイムスロット７０にて接続要求パケット７２を第１無線装置１６ａに送信する。この場合、接続要求パケット７２は、基幹装置１２との接続を要求するためのパケットであると共に、新たなタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６の割当を要求するためのパケットでもある。そのため、ステップＳ８において、基幹装置１２は、第２無線装置１６ｂに対して新たなタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６を割り当てる処理を行った後に、新たに割り当てたタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６の各番号と、中継経路の切替の確認結果とをパケットに設定する。従って、第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃは、ステップＳ９で前記パケットを受信することにより、第２無線装置１６ｂに新たなタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６が割り当てられたことを把握することも可能となる。また、第２無線装置１６ｂは、ステップＳ１１で前記パケットを受信することにより、第２無線装置１６ｂに新たなタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６が割り当てられたことを把握することも可能となる。

一方、（３）の場合には、ステップＳ３において、第２無線装置１６ｂは、自己に割り当てられたタイムスロット６８にて接続要求パケット７２を第１無線装置１６ａに送信する。この場合、接続要求パケット７２は、基幹装置１２との接続を要求するためのパケットであると共に、タイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６の再割当を要求するためのパケットでもある。そのため、ステップＳ８において、基幹装置１２は、第２無線装置１６ｂに対してタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６を再度割り当てる処理を行った後に、再度割り当てたタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６の各番号と、中継経路の切替の確認結果とをパケットに設定する。従って、第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃは、ステップＳ９で前記パケットを受信することにより、第２無線装置１６ｂにタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６が再度割り当てられたことを把握することも可能となる。また、第２無線装置１６ｂは、ステップＳ１１で前記パケットを受信することにより、第２無線装置１６ｂにタイムスロット６４、６８、７１及びサブスロット６６が再度割り当てられたことを把握することも可能となる。

また、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０は、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す場合（変形例）にも適用することが可能である。

この変形例は、図１０Ａに示すように、第２無線装置１６ｂに無線１８ｂを介して第４無線装置１６ｄ（ＳＮ４）が接続され、該第４無線装置１６ｄに対して下り方向に無線装置１６（図示せず）がさらに接続されている場合である。

ここで、図７Ａ〜図９で説明した、第２無線装置１６ｂにおける第３無線装置１６ｃから第１無線装置１６ａへの中継経路の切替が発生した場合に、第４無線装置１６ｄは、中継経路の切替を直接認識することができない。すなわち、第４無線装置１６ｄは、第２無線装置１６ｂに従属しているので、第２無線装置１６ｂでの中継経路の切替により、第４無線装置１６ｄから基幹装置１２までの中継経路も自動的に切り替わるが、第２無線装置１６ｂから中継経路が切り替わったことを示す情報を受信しなければ、第４無線装置１６ｄは、第４無線装置１６ｄから基幹装置１２までの中継経路も切り替わったことを認識することができない。

そこで、この変形例において、第２無線装置１６ｂは、図９のステップＳ１により中継経路の切断を認識すると、中継経路が切り替わった旨のハローパケットを無線１８ｂを介して第４無線装置１６ｄに送信する。第４無線装置１６ｄは、ハローパケットを受信すると、第２無線装置１６ｂとの接続を維持しながらも第４無線装置１６ｄから基幹装置１２までの中継経路が切り替わったと認識し、該中継経路が切り替わった旨のハローパケットを下り方向に送信する。

第２無線装置１６ｂは、ステップＳ１以降、図９のフローチャートに従って、接続要求パケットを第１無線装置１６ａを介して基幹装置１２に送信するが、一方で、第４無線装置１６ｄも、第２無線装置１６ｂと同様に、基幹装置１２に対して上り方向に接続要求パケットを送信する。この接続要求パケットは、第４無線装置１６ｄから無線１８ｂ、第２無線装置１６ｂ、無線１８ａ、第１無線装置１６ａ、無線１４ａを介して基幹装置１２に送信される。

これにより、第１無線装置１６ａは、第４無線装置１６ｄからの接続要求パケットの受信により、図１０Ｂに示すように、第４無線装置１６ｄに割り当てられたタイムスロット６８では、通信待機状態から通信可能状態に切り替わる。この場合、第４無線装置１６ｄの下り方向に接続されている各無線装置１６のタイムスロット６８についても、第１無線装置１６ａは、通信待機状態から通信可能状態に切り替わることが可能である。

これに対して、第３無線装置１６ｃは、第２無線装置１６ｂからのハローパケットの無受信、あるいは、第２無線装置１６ｂからの中継経路が切り替わった旨のハローパケットの受信によって、第２無線装置１６ｂとの間の経路が切断されたことを認識する。これにより、第３無線装置１６ｃは、第２無線装置１６ｂに割り当てられたタイムスロット６８と、第２無線装置１６ｂに対して下り方向に接続されている各無線装置（第４無線装置１６ｄ、該第４無線装置１６ｄに対して下り方向に接続された無線装置１６）にそれぞれ割り当てられたタイムスロット６８では、通信可能状態から通信待機状態となる（図１０Ｃ参照）。

このように、変形例では、第２無線装置１６ｂでの中継経路の切替に伴う、第２無線装置１６ｂの配下にある第４無線装置１６ｄのタイムスロット６８、及び、該第４無線装置１６ｄに対して下り方向に接続される無線装置１６のタイムスロット６８に関する情報の更新を、各無線装置で自動的に行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、各無線装置１６は、タイムスロット６８、７０では、常時、通信可能状態になり、一方で、各無線装置１６にそれぞれ割り当てられたタイムスロット７１のうち、自己に割り当てられたタイムスロット７１でパケットを送信するとき、及び、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で該他の無線装置１６からのパケットを中継するときにのみ通信可能状態になる。

この場合、基幹装置１２との間の中継経路の切替が発生した場合に、中継経路の切り替わった無線装置１６は、基幹装置１２との接続を要求するための接続要求パケット７２を発行してタイムスロット６８、７０で送信し、接続要求パケット７２を受信した無線装置１６は、接続要求パケット７２の発行元の無線装置１６と基幹装置１２との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識し、発行元の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で通信可能状態になることを決定する。

これにより、基幹装置１２と各無線装置１６との間の中継経路が動的に変化する場合であっても、各無線装置１６は、パケットを送信又は中継する時間帯にのみ通信可能状態となるので、各無線装置１６に対する省電力制御を確実に行うことが可能となる。

また、中継経路の切替前に当該中継経路を構成していた無線装置１６は、中継経路の切替後、接続要求パケット７２の発行元の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット７１で通信待機状態になることを決定するので、この無線装置１６に対する省電力制御を効率よく行うことが可能となる。

上記の説明では、基幹装置１２及び第１〜第４無線装置１６ａ〜１６ｄでの処理について説明したが、基幹装置１２と他の無線装置１６との間でも同様の処理を行うことが可能である。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…無線ネットワークシステム １２…基幹装置
１４、１４ａ、１４ｃ、１８、１８ａ〜１８ｃ…無線
１６、１６ａ〜１６ｄ…無線装置 ２４…クラスタ
５０…スーパーフレーム ５４…制御フレーム
５６…データフレーム
６２、６４、６８、７０、７１…タイムスロット
６６…サブスロット ７２…接続要求パケット

Claims (2)

1. 基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
   前記各無線装置は、該各無線装置から前記基幹装置への上り方向にパケットを送信するための上り方向制御スロットでは、常時、通信可能状態になり、一方で、パケットを送受信するために前記各無線装置にそれぞれ割り当てられた通信スロットのうち、自己に割り当てられた通信スロットでパケットを送信するとき、及び、他の無線装置に割り当てられた通信スロットで該他の無線装置からのパケットを中継するときにのみ通信可能状態になり、
   前記基幹装置との間の中継経路の切替が発生した場合に、前記中継経路の切り替わった無線装置は、前記基幹装置との接続を要求するための接続要求パケットを発行して前記上り方向制御スロットで送信し、
   前記接続要求パケットを受信した無線装置は、前記接続要求パケットの発行元の無線装置と前記基幹装置との間の新たな中継経路を構成する無線装置になったことを認識し、前記発行元の無線装置に割り当てられた通信スロットで通信可能状態になることを決定する
   ことを特徴とする無線ネットワークシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記中継経路の切替前に当該中継経路を構成していた無線装置は、前記中継経路の切替後、前記発行元の無線装置に割り当てられた通信スロットで通信待機状態になることを決定する
   ことを特徴とする無線ネットワークシステム。

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