JP2011103615A - 無線通信状態取得方法および無線局 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチホップ無線ネットワークにおいて、データ通信のリアルタイム性を確保しつつ、通信経路の通信環境の情報を収集可能にする。
【解決手段】中継局１２０や他の無線局は、データを格納した通信フレーム１０を受信部３２１によって受信したとき、自局診断情報生成部３１２によって、自局の通信環境の状態を診断した自局診断情報３３２を生成する。また、他局診断情報抽出部３１３は、受信した通信フレーム１０から、他局診断情報３３３を抽出する。そして、診断情報統合部３１１は、格納形式情報３３１に基づいて、自局診断情報３３２と他局診断情報３３３とを統合し、その統合した診断情報を通信フレーム１０に格納する。このようにして、通信経路に存在する無線局の通信環境の状態を収集し、通信経路の状態を診断可能にする。
【選択図】図４

Description

本発明は、マルチホップ無線ネットワークにおいて、無線局間の通信状態を取得する技術に関する。

マルチホップ無線ネットワークは、複数の無線局によって構成され、端局となる無線局から発信された情報を、その端局の電波を受信可能な範囲にある無線局を中継局として経由して、基地局となる無線局にまでステップバイステップで順送りに伝達する。さらに、一般的に、基地局は、有線等のネットワークに接続されていて、受信した情報を最終的な宛先となる制御装置に転送する。

マルチホップ無線ネットワークでは、端局、中継局、および基地局の間では有線ケーブルが不要となるため、ケーブルの敷設コストの低減や定期点検等のメンテナンスコストの低減を図ることができる。また、有線ケーブルが不要となるため、無線局の更改が容易に行え、機能の追加や変更といった運用の面でも柔軟な対応が可能となる。さらに、無線技術の進展にともなって、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信機器の低コスト化や、Bluetooth（登録商標）やZigBee（登録商標）等を用いたセンサネットワーク技術の標準化が進められ、産業分野における適用事例が増加してきている。例えば、産業分野における適用事例として、電力・交通等の社会インフラ事業や、ＦＡ（Factory Automation）やＰＡ（Process Automation）等の製造業の監視・制御ネットワークへ適用されてきている。

また、産業分野向けの無線ネットワークでは、情報伝達の信頼性を満足することが求められており、特許文献１には、無線ネットワークの通信経路の状態を診断するために、診断用のパケットを用いる方法が開示されている。そして、特許文献１の方法では、診断用のパケットを送信して、その診断用のパケットを正常に受信したことを示す応答を取得したときに、通信経路の状態は正常であると判定する。

特開２００５−１７６１６１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている発明では、診断用のパケットを用いるために、その診断用のパケットの送受信の間は、本来伝達すべきデータを送信することができない。すなわち、データ通信のリアルタイム性が損なわれるという問題がある。また、特許文献１に開示されている発明では、診断用のパケットの送受信期間とデータ通信のパケットの送受信期間とが離れてしまうため、無線局間が通信不可になる前に、その兆候を事前に検出（診断）して対処できないという問題がある。そこで、本発明は、マルチホップ無線ネットワークにおいて、データ通信のリアルタイム性を確保しつつ、通信経路の通信環境の情報を取得することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、マルチホップ無線ネットワークを構成する無線局が、データ通信に用いる通信フレームを端局、中継局、基地局の順に順送りで送受信し、通信フレームを受信したときに、その通信フレームの受信状態に基づいて自局の通信環境に係る診断情報を生成し、その生成した診断情報を該通信フレームに格納する。また、通信フレームを受信したときに診断情報を生成することによって、通信フレームの出発点となる端局および基地局での診断情報の生成回数が、中継局での診断情報の生成回数の半分となってしまう。そこで、端局および基地局において、診断情報の生成回数を増加するために、リアルタイム性を損なわないタイミングで、ダミーの通信フレームを隣の無線局から受信して、自局の診断情報を生成する。

本発明によれば、マルチホップ無線ネットワークにおいて、データ通信のリアルタイム性を確保しつつ、通信経路の通信環境の情報を収集することが可能となる。

本実施形態におけるマルチホップ無線システムの構成の一例を示す図である。 通信フレームの構成の一例を示す図である。 （ａ）は中継局のルーティングテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は基地局のルーティングテーブルの一例を示す図である。 中継局の診断情報に係る機能の一例を示す図である。 通信フレームの診断情報と通信区間との関係を示す図である。 マルチホップ無線システムの下り方向の処理の流れを示す図である。 マルチホップ無線システムの上り方向の処理の流れを示す図である。 ログ情報の例を示す図である。 通信フレームの診断情報の格納方法の例を示す図である。 基地局が自局の診断情報を生成する方法を示す図である。 端局が自局の診断情報を生成する方法を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態におけるマルチホップ無線システム１の構成について、図１を用いて説明する。マルチホップ無線システム１は、センサやアクチュエータ等のフィールド機器１４０のデータ（センサ値等）を、端局１３０が取得して通信フレーム１０（図２参照）に格納し、その通信フレーム１０を基地局１１０に向けて送信する。端局１３０とフィールド機器１４０との間は、有線ネットワークによって通信可能に接続されている。端局１３０と基地局１１０との間には、通信フレーム１０をステップバイステップで中継する中継局１２０（１２０ａ，１２０ｂ，・，１２０ｎ），１２１（１２１ａ，１２１ｂ，・，１２１ｎ），１２２（１２２ａ，１２２ｂ，・，１２２ｎ）が複数存在する。そして、例えば、端局１３０から送信された通信フレーム１０は、中継局１２０および中継局１２１の通信経路を併用して、基地局１１０に伝達される。すなわち、中継局１２０の通信経路および中継局１２１の通信経路は、同一のデータを含む通信フレーム１０を伝達する。なお、通信経路を併用する理由は、情報伝達の信頼性を確保するためであり、どちらか一方の通信経路に障害が発生しても、他方の通信経路によってデータを送達することができる。

そして、基地局１１０は、有線ネットワークによって接続されている制御装置１００に、受信した通信フレーム１０に格納されているデータ（センサ値等）を送信する。このように、端局１３０から基地局１１０へデータを伝達する方向を、「上り」と呼ぶことにする。なお、端局１３０、中継局１２０，１２１，１２２、および基地局１１０の間は、無線によって通信フレーム１０を順送りで送受信する。

また、基地局１１０は、フィールド機器１４０に向けて、センサ値の取得の指示等を通信フレーム１０の通信データ１３（図２参照）に格納して送信する。このときにも、通信フレーム１０は、例えば、中継局１２０および中継局１２１の通信経路を併用して，伝達される。このように、基地局１１０から端局１３０へデータを伝達する方向を、「下り」と呼ぶことにする。ただし、「上り」と「下り」は、同じ通信経路が用いられるものとする。

なお、図１では、端局１３０および基地局１１０は、１つしか記載していないが、それぞれ２以上であっても構わない。また、中継局１２０，１２１，１２２の通信経路は３つ記載されているが、基地局１１０と端局１３０との組に対して、中継局の通信経路が２以上あればよい。また、１つの通信経路上に存在する中継局の数は、通信経路ごとに異なっていても構わない。また、基地局１１０と端局１３０との間で情報伝達の信頼性を確保するために、２以上の通信経路が併用されるものとする。また、各局１１０，１２０，１２１，１２２，１３０は、アンテナを２本備えており、それぞれのアンテナでは異なる無線周波数で通信を行う。また、どの無線周波数をどの局間で用いるかについては、制御装置１００が管理し、各局に通知する。

次に、通信フレーム１０の構成について、図２を用いて説明する（適宜図１参照）。通信フレーム１０は、基地局１１０または端局１３０によって生成され、図２に示すように、フレームヘッダ１１、診断情報１２、通信データ１３、およびフレームエンド１４によって構成される。フレームヘッダ１１には、下り方向の場合、制御装置１００によって選択された宛先の端局１３０のアドレスおよび送信元の基地局１１０のアドレスを示す情報が格納される。診断情報１２には、基地局１１０、中継局１２０（または、中継局１２１，１２２でもよい）、および端局１３０を取り巻く通信環境の状態を示す診断情報が格納される。通信環境の状態を示す診断情報の項目は、例えば、通信フレーム１０を受信したときの電波強度、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、誤り訂正符号による誤り訂正回数、通信フレーム欠損回数、および再送回数であり、それらが通信フレーム１０を受信したタイムスタンプと関連付けられている。通信データ１３には、前記したセンサ値や指示等のデータが格納される。フレームエンド１４には、通信フレーム１０の終わりを示す情報が格納される。

ここで、電波強度は、通信フレーム１０を受信したときの電波の強度である。ＳＮＲは、通信フレーム１０の信号の電波強度に対する雑音の電波強度の比である。ＢＥＲは、受信した通信フレーム１０の無線信号を復調したときに正しい位置にビットが立たない割合である。誤り訂正回数は、誤り訂正符号を用いて、誤り訂正を行った回数である。通信フレーム欠損回数は、通信フレーム１０を受信できなかった回数である。この通信フレーム欠損回数を測定するためには、通信フレーム１０の通信データ１３に、通信フレーム１０の通番を表す情報を格納しておき、その通番が飛ぶことを検出して測定することができる。また、通信フレーム欠損回数は、通信フレーム１０を受信してから次の通信フレーム１０が到着するまでの所定の時間間隔を経過した場合または次の通信フレーム１０の到着が予定時刻を過ぎた場合に、通信フレーム１０の欠損があったと判定してもよい。再送回数は、同じ通信フレーム１０を再送した回数である。

なお、通信フレーム１０の診断情報１２には、通信フレーム１０が、基地局１１０、中継局１２０，１２１，１２２、および端局１３０を通過するたびに、それぞれの診断情報が格納される。この格納方法については、後記する。

ここで、中継局の通信経路の確立方法と、基地局１１０が端局１３０に通信フレーム１０を伝達するときにどの中継局の通信経路を選択するかを決める選択方法とについて、説明する（図１，３参照）。まず、基地局１１０および中継局１２０，１２１，１２２は、それぞれ、マルチホップ無線システム１の構築時に設定された、または、マルチホップ無線システム１の始動時に制御装置１００によって配布された、ルーティングテーブル（図３参照）を保持している。

図３（ａ）に示すように、各中継局１２０，１２１，１２２が保持するルーティングテーブルには、上りのときに通信フレーム１０を送信する宛先、および下りのときに通信フレーム１０を送信する宛先およびそれぞれの通信に用いられる無線周波数が格納される。そして、各中継局１２０，１２１，１２２は、通信フレーム１０を受信したときに、図３（ａ）に示すルーティングテーブルを参照して、宛先を通信フレーム１０の通信データ１３に格納して送信する。その通信フレーム１０を受信した中継局１２０，１２１，１２２は、通信データ１３に格納された宛先に自身が該当する場合には、その通信フレーム１０を順送りで送信するために、通信フレーム１０内の情報を取得する。また、中継局１２０，１２１，１２２は、通信データ１３に格納された宛先に自身が該当しない場合には、その通信フレーム１０を廃棄する。

また、図３（ｂ）に示すように、基地局１１０が保持するルーティングテーブルには、通信フレーム１０の宛先となる端局１３０のアドレスと、その端局１３０に通信フレーム１０を伝達することが可能な中継局１２０，１２１，１２２のアドレスと、無線周波数とが関連付けられている。そして、基地局１１０が送出する通信フレーム１０のフレームヘッダ１１には、宛先となる端局１３０のアドレスおよび送信元である基地局１１０のアドレスが格納される。また、通信フレーム１０の通信データ１３には、どの中継局１２０，１２１，１２２を経由させるかを示す宛先として、中継局１２０ａ，１２１ａ，１２２ａのいずれかのアドレスが格納される。そして、当該通信フレーム１０を受信した中継局１２０ａ，１２１ａ，１２２ａは、通信データ１３に格納された宛先のアドレスに該当する場合には、その通信フレーム１０の情報を取得し、通信データ１３に格納された宛先のアドレスに該当しない場合には、その通信フレーム１０の情報を廃棄する。

次に、中継局１２０の診断情報１２に係る機能について、図４を用いて説明する（適宜図１，２参照）。なお、中継局１２１，１２２の診断情報１２に係る機能は、中継局１２０と同様であるので説明を省略する。中継局１２０は、図４に示すように、処理部３１０、通信部３２０、および記憶部３３０を備える。

処理部３１０は、診断情報統合部３１１、自局診断情報生成部３１２、および他局診断情報抽出部３１３を備える。自局診断情報生成部３１２は、通信部３２０の受信部３２１が通信フレーム１０を受信したとき、自局を取り巻く通信環境の状態に係る測定結果に基づいて、自局の診断情報を示す自局診断情報３３２を生成する。そして、自局診断情報生成部３１２は、自局診断情報３３２を記憶部３３０に記憶する。他局診断情報抽出部３１３は、受信部３２１が通信フレーム１０を受信したとき、その受信した通信フレーム１０から、他局の診断情報を示す他局診断情報３３３を抽出する。そして、他局診断情報抽出部３１３は、他局診断情報３３３を記憶部３３０に記憶する。

診断情報統合部３１１は、記憶部３３０の自局診断情報３３２および他局診断情報３３３を読み出し、さらに、記憶部３３０に記憶されている、通信フレーム１０の診断情報１３の格納形式を示す格納形式情報３３１を参照して、読み出した自局および他局の診断情報を統合して、通信フレーム１０の診断情報１２に格納する。通信部３２０の送信部３２２は、当該通信フレーム１０を次の局に送信する。

通信部３２０は、通信フレーム１０を受信する受信部３２１と、自局の診断情報を格納した通信フレーム１０を送信する送信部３２２とを備える。また、記憶部３３０は、格納形式情報３３１、自局診断情報３３２、他局診断情報３３３を格納する。

次に、基地局１１０、端局１３０、および制御装置１００の診断情報１２に係る機能について説明する（図示なし）。端局１３０および基地局１１０は、図４に示した中継局１２０と同様の機能を備えている。さらに、制御装置１００は、基地局１１０から通信フレーム１０の診断情報１２を受信し、各局の診断情報に基づいて通信経路の状態を診断し、その診断結果に基づいて通信経路を切り替える指示を出力する。

次に、本実施形態における診断情報の伝達方法の概要について、図５を用いて説明する。下り方向の通信では、通信フレーム１０の診断情報１２には、基地局１１０から、中継局Ａ（１２０Ａ）、中継局Ｂ（１２０Ｂ）、端局１３０へと順送りで伝達されるたびに、経由した局の診断情報が追加されていく。なお、図５の中継局Ａ（１２０Ａ）および中継局Ｂ（１２０Ｂ）は、図１の中継局１２０ａおよび中継局１２０ｂに相当する。具体的には、基地局１１０は、制御装置１００から通信データを受信しても、無線によって通信フレーム１０を受信していないので、自局の診断情報を生成しない。したがって、基地局１１０から送信される通信フレーム１０の診断情報１２には、４０１に示すように何も格納されていない。中継局Ａ（１２０Ａ）から送信される通信フレーム１０の診断情報１２には、４０２に示すように、中継局Ａの診断情報が格納される。また、中継局Ｂ（１２０Ｂ）から送信される通信フレーム１０の診断情報１２には、４０３に示すように、中継局Ａおよび中継局Ｂの診断情報が格納される。そして、端局１３０は、通信フレーム１０を受信したとき、自局の診断情報を生成する。

次に、上り方向の通信では、下り方向の通信と同様に、通信フレーム１０の診断情報１２には、端局１３０から、中継局Ｂ（１２０Ｂ）、中継局Ａ（１２０Ａ），基地局１１０へと順送りで伝達されるたびに、経由した局の診断情報が追加されていく。具体的には、端局１３０から送信される通信フレーム１０の診断情報１２は、４０３の診断情報に、通信フレーム１０を受信したときに生成済みの診断情報が追加されて、４０４に示す診断情報となる。同様に、中継局Ｂ（１２０Ｂ）、中継局Ａ（１２０Ａ），基地局１１０と順送りで伝達されるたびに、それぞれ４０５，４０６，４０７に示す診断情報となる。ただし、下り方向の通信がなく、上り方向の通信のみが行われる場合には、その上り方向の通信において経由した局の診断情報（図５で（上り）と表示）が、通信フレーム１０の診断情報１２に格納される。

ここで、マルチホップ無線システム１における、診断情報に係る処理の流れを、図６，７を用いて説明する。図６は、マルチホップ無線システム１の下り方向の診断情報に係る処理の流れを示す。図７は、マルチホップ無線システム１の上り方向の診断情報に係る処理の流れを示す。

図６に示すように、まず、ステップＳ６０１では、制御装置１００は、フィールド機器１４０への指令値等の通信データを基地局１１０に送信する。通信データには、指令値以外に、端局１３０のアドレス、中継局の通信経路の最初の中継局Ａ（１２０Ａ）のアドレスを含む。なお、中継局の通信経路の最初の中継局Ａ（１２０Ａ）は、制御装置１００が収集した診断情報に基づいて決定される。

ステップＳ６０２では、基地局１１０は、通信データを通信フレーム１０の通信データ１３に格納する。なお、通信フレーム１０の通信データ１３には、送信元である基地局１１０のアドレスおよび宛先である中継局Ａ（１２０Ａ）のアドレスが含まれる。ステップＳ６０３では、基地局１１０は、その通信フレーム１０を送信する。

中継局Ａ（１２０Ａ）は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ６０４では、自局の診断情報を生成し、通信フレーム１０に格納する。また、通信フレーム１０の通信データ１３には、送信元としての自身のアドレスと、図３（ａ）のルーティングテーブルによって決まる宛先の中継局Ｂ（１２０Ｂ）のアドレスとが含まれる。ステップＳ６０５では、中継局Ａ（１２０Ａ）は、その通信フレーム１０を送信する。中継局Ｂ（１２０Ｂ）は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ６０６では、自局の診断情報を生成し、通信フレーム１０に格納する。また、通信フレーム１０の通信データ１３には、送信元としての自身のアドレスと、図３（ａ）のルーティングテーブルによって決まる宛先の端局１３０のアドレスとが含まれる。ステップＳ６０７では、中継局Ｂ（１２０Ｂ）は、その通信フレーム１０を送信する。

端局１３０は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ６０８では、自局の診断情報を生成する。ステップＳ６０９では、フィールド機器１４０からデータを受信する。なお、このステップＳ６０９は、ステップＳ６０８以前であっても構わない。ステップＳ６１０では、端局１３０は、上りのデータが存在するか否かを判定する。上りのデータが存在する場合には、図７に示すステップＳ７０１において、自局の診断情報と上りのデータとを通信フレーム１０に格納する。また、ステップＳ６１０で、上りのデータが存在しない場合には、通信フレーム１０を受信したことを示す応答を上りのデータとして、ステップＳ７０１において、自局の診断情報と上りのデータとを通信フレーム１０に格納する。なお、通信フレーム１０の通信データ１３には、ステップＳ６０７の通信フレーム１０の通信データ１３に格納されていた中継局Ｂ（１２０Ｂ）のアドレスを宛先とし、自身のアドレスを送信元とする情報が含まれる。そして、ステップＳ７０２では、端局１３０は、その通信フレーム１０を送信する。また、端局１３０が送信する通信フレーム１０のフレームヘッダ１１は、送信元が端局１３０のアドレスで、宛先が基地局１１０のアドレスである。

中継局Ｂ（１２０Ｂ）は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ７０３では、自局の診断情報を生成し、通信フレーム１０に格納する。また、通信フレーム１０の通信データ１３には、送信元として自身のアドレスと、図３（ａ）のルーティングテーブルによって決まる宛先の中継局Ａ（１２０Ａ）のアドレスとが含まれる。ステップＳ７０４では、中継局Ｂ（１２０Ｂ）は、その通信フレーム１０を送信する。中継局Ａ（１２０Ａ）は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ７０５では、自局の診断情報を生成し、通信フレーム１０に格納する。また、通信フレーム１０の通信データ１３には、送信元として自身のアドレスと、図３（ａ）のルーティングテーブルによって決まる宛先の基地局１１０のアドレスとが含まれる。ステップＳ７０６では、中継局Ａ（１２０Ａ）は、その通信フレーム１０を送信する。

基地局１１０は、通信フレーム１０を受信し、ステップＳ７０７では、自局の診断情報を生成し、通信フレーム１０に格納する。ステップＳ７０８では、基地局１１０は、通信フレーム１０または通信フレーム１０の診断情報１２および通信データ１３を制御装置１００に送信する。ステップＳ７０９では、制御装置１００は、受信した通信フレーム１０の通信データ１３に格納されている通信データを取得する。また、ステップＳ７１０では、制御装置１００は、診断情報１２に格納されている各局の診断情報を取得する。ステップＳ７１１では、制御装置１００は、ステップＳ７１０で取得した各局の診断情報に基づいて、経路状態の診断を行う。

経路状態の診断は、通信環境の状態を示す情報に基づいて行われる。なお、通信環境の状態を示す診断情報の項目は、前記したように、例えば、通信フレーム１０を受信したときの電波強度、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、再送回数、誤り訂正符号による誤り訂正回数、通信フレーム欠損回数等である。これらの項目のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせを用いて、予め設定した閾値と比較をする。そして、項目のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせの値が閾値を超えた場合には経路状態が悪化していると判定し、通信切断の回避を実行する。

ステップＳ７１２では、制御装置１００は、ステップＳ７１１の経路状態の診断結果に基づいて、経路の切り替え（通信切断の回避）を実行する。経路の切り替えは、例えば、（１）同じ通信経路の無線周波数を切り替える、（２）通信経路全体を切り替える、ように、ルーティングテーブル（図３参照）を書き換えて行われる。また、ルーティングテーブルの書き換えは、図６のステップＳ６０１の通信データに、該当の局を宛先として前記（１）または前記（２）の情報を格納し、通知することによって行われる。

なお、前記（２）の通信経路全体の切り替えは、切り換え前までに用いていた通信経路の組ごとすべてを切り替えてもよいし、通信経路の組のうち、経路状態が悪化していると判定した通信経路のみを切り替えて、新たな通信経路の組を設定してもよい。また、経路状態が悪化していると判定した局のみを、他の通信経路の局と切り替えてもよい。

図８は、通信切断の回避を実行したときのログ情報の例を表している。例えば、ログ番号１では、時刻（タイムスタンプ）が16時25分16秒のときに、判定情報１の再送回数が３回となったことに基づいて、中継局Ａから中継局Ｂに至る区間の無線周波数を変更していることがわかる。また、例えば、ログ番号３では、時刻（タイムスタンプ）が16時25分17秒のときに、判定情報１のログ番号がログ番号１および判定情報２のログ番号がログ番号２となったことに基づいて、通信経路２を変更していることがわかる。このようなログを収集することによって、例えば、中継局Ａから中継局Ｂに至る区間では、特定の周波数の妨害電波が存在する等の通信環境を学習し、対処方法を確立することに用いることができる。また、時刻（タイムスタンプ）を考慮することによって、時間帯ごとに、通信妨害となる妨害電波の存在を把握し、前もって、無線周波数を変更するようにしてもよい。

次に、図９を用いて、通信フレーム１０の診断情報１２への診断情報の格納形式について説明する。図９（ａ）は、局ごとに、診断情報の格納場所（メモリアドレス等）が予め決められているケースを表している。なお、局ごとに、下り方向と上り方向とでそれぞれ格納場所が異なる。図９（ｂ）は、診断情報の項目ごとに、局の診断情報の格納場所が予め決められているケースを表している。

図９（ｃ）は、局を識別する識別番号を先頭として、各診断情報１〜ｎを前詰めで格納するケースを表している。識別番号としては、例えば、機器固有の番号であるＭＡＣ（Media Access Control）アドレスや、ＩＰ（Internet Protocol）アドレス、その他各種通信規格に則った番号、またはマルチホップ無線システム１の管理者が割り振った番号である。そして、識別番号と局とは、関連付けられて、制御装置１００に記憶されている。

図９（ｄ）、図９（ｅ）は、診断情報の項目数ｎが既知の場合には、格納位置の範囲内であれば、診断情報および識別番号はどこに配置されても構わないケースを表している。図９（ｆ）は、診断情報の項目数ｎが既知の場合で、識別情報を省略するケースを表している。この図９（ｆ）のケースでは、制御装置１００は、前記したように、予め、図３に示すルーティングテーブルに係る情報を保持しており、どの中継局の通信経路によって通信フレーム１０を送受信しているかを把握しており、また、基地局１１０から受信した通信データ１３には、送信元の中継局のアドレスが含まれているため、受信した通信フレーム１０の通信経路を特定することができる。したがって、図９（ｆ）に示すように、前詰めで診断情報が書き込まれさえすれば、それらの診断情報がどの局のものかを特定することができる。なお、図９（ａ）〜（ｆ）に示した各格納形式は、各局の電源立ち上げ前に既に静的に記憶されているか、または、電源立ち上げ後のデータ通信開始前に制御装置１００から配信されるか、のいずれかによって、各局に記憶される。

＜変形例１＞
前記した図５に示す、通信フレーム１０の診断情報１２に格納される情報では、制御装置１００は、下り方向のときの基地局１１０の診断情報を取得することができない。そこで、変形例１として、下り方向のときに、基地局１１０が自局の診断情報を生成する方法について、図１０を用いて説明する。なお、図６と同じステップには同じ符号を付す。ステップＳ１００１では、基地局１１０の隣の中継局Ａ（１２０Ａ）が、ダミーの通信フレームを基地局１１０に送信する。このダミーの通信フレームの送信タイミングは、例えば、中継局Ａ（１２０Ａ）自身が送受信を行っていないときで、かつ、基地局１１０への通信フレーム１０の前回の送信から所定の時間を経過したときであることとする。この理由は、リアルタイム性を損なうことがないからである。なお、ダミーの通信フレームの通信データ１３には、その通信フレームがダミーであることを識別する情報が記載されている。

ステップＳ１００２では、基地局１１０は、ダミーの通信フレームを受信し、自局の診断情報を生成する。なお、基地局１１０は、ダミーの通信フレームを受信した場合、制御装置１００にそのダミーの通信フレームを送信することはしない。そして、基地局１１０は、制御装置１００からステップＳ６０１の通信データを受信したとき、ステップＳ１００３では、その直前に生成した自局の診断情報と通信データとを通信フレーム１０に格納する。次に、ステップＳ６０３では、基地局１１０は、通信フレームを中継局Ａ（１２０Ａ）に送信する。ステップＳ６０３での送信後は、ステップＳ６０４〜Ｓ６１０と同じであるので、説明を省略する。

＜変形例２＞
次に、前記した図５に示す、通信フレーム１０の診断情報１２に格納される情報では、制御装置１００は、上り方向のときの端局１３０の診断情報を取得することができない。そこで、変形例２として、上り方向のときに、端局１３０が自局の診断情報を生成する方法について、図１１を用いて説明する。このケースは、例えば、制御装置１００から端局１３０に対して、センサ値を自動的に継続して取得すること、およびその取得したセンサ値を自動的に制御装置１００に送信することの指示があった後、端局１３０が能動的に継続してセンサ値を制御装置１００に送信するケースである。このケースでは、端局１３０が通信フレーム１０の出発点となるため、端局１３０は、下り方向の通信フレーム１０を受信しない。そのため、端局１３０は、自局の診断情報を通信フレーム１０の診断情報１２に格納することができない。

ここでは、上り方向のときの端局１３０の診断情報を取得する方法について、図１１を用いて説明する。なお、図６および図７と同じステップには同じ符号を付す。ステップＳ１１０１では、端局１３０の隣の中継局Ｂ（１２０Ｂ）が、ダミーの通信フレームを端局１３０に送信する。このダミーの通信フレームの送信タイミングは、例えば、中継局Ｂ（１２０Ｂ）自身が送受信を行っていないときで、かつ、端局１３０への通信フレーム１０の前回の送信から所定の時間を経過したときであることとする。この理由は、リアルタイム性を損なうことがないからである。なお、ダミーの通信フレームの通信データ１３には、その通信フレーム１０がダミーであることを識別する情報が記載されている。

ステップＳ１１０２では、端局１３０は、ダミーの通信フレームを受信し、自局の診断情報を生成する。なお、端局１３０は、ダミーの通信フレームを受信した場合、制御装置１００に向けて上り方向の通信フレーム１０を送信することはしない。そして、端局１３０は、ステップＳ６０９のようにフィールド機器１４０からデータを受信したとき、ステップＳ７０１では、その直前に生成した自局の診断情報と通信データとを通信フレーム１０に格納する。次に、ステップＳ７０２では、端局１３０は、通信フレームを中継局Ｂ（１２０Ｂ）に送信する。ステップＳ７０２での送信後は、ステップＳ７０３〜Ｓ７１２と同じであるので、説明を省略する。

以上、本実施形態では、データ通信を格納する通信フレーム１０を順送りで基地局１１０、中継局１２０，１２１，１２２、および端局１３０の間を送受信するマルチホップ無線システム１において、通信フレーム１０を受信したときにその自局を取り巻く通信環境の状態を測定して、診断情報を生成し、通信フレーム１０にその診断情報を格納する。したがって、データ通信のリアルタイム性を損なうことがない。また、本実施形態では、中継局１２０，１２１，１２２の診断情報は、上り方向および下り方向の両方について取得できるが、基地局１１０および端局１３０については、片方向の場合だけしか診断情報を取得できない。そのため、変形例１，２によって、ダミーの通信フレーム１０を、データ通信のリアルタイム性を損なわないタイミングで用いることによって、両方向について診断情報を取得することができる。

１ マルチホップ無線システム
１０ 通信フレーム
１２ 診断情報
１３ 通信データ
１００ 制御装置
１１０ 基地局（無線局）
１２０，１２１，１２２ 中継局（無線局）
１３０ 端局（無線局）
１４０ フィールド機器
３１０ 処理部
３２０ 通信部
３２１ 受信部
３２２ 送信部
３３０ 記憶部

Claims (6)

1. 複数の無線局によって構成され、前記無線局間をステップバイステップでデータ通信を行うマルチホップ無線システムにおいて、そのデータ通信の通信経路上の各無線局の通信環境の状態を取得する無線通信状態取得方法であって、
   各無線局は、それぞれ処理部および通信部を備え、
   前記通信部が他の無線局からその無線局に到達するまでに既に経由してきた各無線局の通信環境の状態を示す他局の診断情報を含む前記データ通信用のデータを受信したとき、
   前記処理部は、前記受信したデータの受信状態に基づいて通信環境の状態を示す自局の診断情報を生成し、その自局の診断情報を前記受信したデータに格納されていた前記他局の診断情報に追加して、前記データに格納し、
   前記通信部が、当該データを次の無線局に送信する
   ことを特徴とする無線通信状態取得方法。
2. 各無線局は、さらに記憶部を備え、
   前記処理部は、前記受信したデータから前記他局の診断情報を抽出し、前記記憶部に前記自局の診断情報と前記他局の診断情報とを一時記憶し、前記記憶部から読み出した前記自局の診断情報と前記他局の診断情報とを統合して新たな診断情報を生成し、その新たな診断情報を前記受信したデータに格納されていた前記他局の診断情報に代えて、前記データに格納する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信状態取得方法。
3. 前記データ通信の通信経路の出発点となる無線局の隣の無線局の通信部が、
   ダミーのデータ通信用のデータを、自局が送受信を行っていないとき、かつ、前記出発点となる無線局への前回の送信から所定の時間を経過したときに、前記出発点となる無線局に送信すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信状態取得方法。
4. 前記診断情報の項目は、前記データを受信したときの電波強度、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、誤り訂正符号による誤り訂正回数、通信フレーム欠損回数、および再送回数のいずれかまたは組み合わせである
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信状態取得方法。
5. 複数の無線局によって構成され、前記無線局間をステップバイステップでデータ通信を行うマルチホップ無線システムにおいて用いられる無線局であって、
   自局または他の無線局の通信環境の状態を示す診断情報を含む前記データ通信用のデータを送受信する通信部と、
   前記通信部が自局に到達するまでに既に経由してきた各無線局の通信環境の状態を示す他局の診断情報を含む前記データ通信用のデータを受信したとき、前記受信したデータの受信状態に基づいて通信環境の状態を示す自局の診断情報を生成し、その自局の診断情報を前記受信したデータに格納されていた前記他局の診断情報に追加して、前記データに格納する処理部
   を備えることを特徴とする無線局。
6. 各無線局は、さらに記憶部を備え、
   前記処理部は、前記受信したデータから前記他局の診断情報を抽出し、前記記憶部に前記自局の診断情報と前記他局の診断情報とを一時記憶し、前記記憶部から読み出した前記自局の診断情報と前記他局の診断情報とを統合して新たな診断情報を生成し、その新たな診断情報を前記受信したデータに格納されていた前記他局の診断情報に代えて、前記データに格納する
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線局。

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