JP2011193341A

JP2011193341A - 無線通信装置、ネットワーク構成方法及びコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP2011193341A
Application number: JP2010059225A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yamauchi; 雅喜山内
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】環境変化に応じてツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することで、安定したツリー型無線マルチホップネットワークの維持が可能な無線通信装置を提供する。
【解決手段】ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に通知パケットを受信する受信部と、ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報を他の装置ごとに保持する通信情報保持部と、受信部が受信した通知パケットに含まれる情報からツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を、受信部の通知パケットの受信に応じて通信情報保持部へ登録する通信情報登録部と、通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築部と、を備えることを特徴とする、無線通信装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置、ネットワーク構成方法及びコンピュータプログラムに関し、より詳細には、ツリー型の無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置、当該ツリー型の無線マルチホップネットワークの構成方法及びコンピュータプログラムに関する。

無線ネットワークにおいては、離れた２端末間の通信を、他の端末を中継することで実現するマルチホップネットワークが存在する。図１は、ツリー型の無線マルチホップネットワークの構成例を示す説明図である。

図１に示したツリー型無線マルチホップネットワーク１は、シンクノード１００Ａによって起動される。ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加を希望する無線ノード１００Ｂ〜１００Ｈは、ビーコン・リクエスト（ＢＥＡＣＯＮＲＥＱＵＥＳＴ）を送信し、周辺の受け入れ可能な無線ノードからのビーコンを待つ。ビーコンを受信出来た無線ノードは、ビーコンを受信出来たノードの中から自己の親ノード（上位ノード）を決定し、その親ノードへ接続を要求するＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔを送信する。親ノードは、ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔを送信したノードにＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅを返信することでネットワークアドレスを付与してネットワークに参加させることで、ツリーネットワークを構成している。

図１０は、ツリー型無線マルチホップネットワーク１の起動及びツリー型無線マルチホップネットワーク１への参加シーケンスを示す説明図である。

「ＩＥＥＥ８０２．１５．４」，ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）

しかし、従来のツリー型無線マルチホップネットワークにおいては、ノード起動時のマルチホップネットワークへの参加シーケンスのみで親ノードを決定するために、ノード起動後の無線環境の変化、例えば物体の移動（ドアの開閉、部屋のレイアウト変更等）に伴うフェージングや干渉等を考慮していないという問題があった。従って、長期的な観点では、ツリー型無線マルチホップネットワークに参加するノードは適切な親ノードを選定出来ているとは言い難く、ネットワークが不安定になったり、停止したりしてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、環境変化に応じてツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することで、安定したツリー型無線マルチホップネットワークの維持が可能な、新規かつ改良された無線通信装置、ネットワーク構成方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に通知パケットを受信する受信部と、前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報を前記他の装置ごとに保持する通信情報保持部と、前記受信部が受信した前記通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を、前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて前記通信情報保持部へ登録する通信情報登録部と、前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築部と、を備えることを特徴とする、無線通信装置が提供される。

前記通信情報登録部は、所定の不通許容時間を超えて前記通知パケットを受信出来ない前記他の装置の情報を前記通信情報保持部から削除するようにしてもよい。

前記通信情報登録部は、前記通知パケットに含まれるシーケンス番号から前記通知パケットの受信エラー率を算出するとともに前記受信エラー率の低い順に候補順位を決定して該受信エラー率及び該候補順位を前記通信情報登録部に登録するようにしてもよい。

前記ネットワーク構築部は、前記通信情報保持部に保持されている現在の親ノードの前記受信エラー率が所定の許容エラー率より高くなると、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するようにしてもよい。

前記ネットワーク構築部は、現在の親ノードの前記受信エラー率が所定の許容エラー率より高くなり、かつ現在の親ノードの前記受信エラー率より低い受信エラー率を有する前記他の装置の情報が前記通信情報保持部に保持されていると、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するようにしてもよい。

前記ネットワーク構築部は、前記通信情報登録部により親ノードの情報が削除された場合に、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に通知パケットを受信する受信ステップと、前記受信ステップが受信した前記通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を、前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて、前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報が前記他の装置ごとに保持される通信情報保持部へ登録する通信情報登録ステップと、前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築ステップと、を備えることを特徴とする、ネットワーク構成方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに、ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に受信される通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて、前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報が前記他の装置ごとに保持される通信情報保持部へ登録する通信情報登録ステップと、前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築ステップと、を実行させることを特徴とする、コンピュータプログラムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、環境変化に応じてツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することで、安定したツリー型無線マルチホップネットワークの維持が可能な、新規かつ改良された無線通信装置、ネットワーク構成方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。

ツリー型の無線マルチホップネットワークの構成例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るノード１００の構成例を示す説明図である。無線ノード１００が他の無線ノード１００から定期通知パケットを受信した際の動作について説明する流れ図である。定期通知パケットの到達範囲の例を示す説明図である。本発明の一実施形態において無線ノード１００が送信する伝送フレーム及びパケットの構造例を示す説明図である。周辺ノードテーブル１３２のデータ構造を示す説明図である。本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作を示す流れ図である。本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作を示す流れ図である。本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作を示す流れ図である。ツリー型無線マルチホップネットワーク１の起動及びツリー型無線マルチホップネットワーク１への参加シーケンスを示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明の一実施形態＞
［ツリー型無線マルチホップネットワークの構成例］
まず、本発明の一実施形態に係るツリー型無線マルチホップネットワークの構成例を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るツリー型無線マルチホップネットワーク１の構成例を示す説明図である。

上述したように、図１に示したツリー型無線マルチホップネットワーク１は、シンクノード１００Ａによって起動される。ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加を希望する無線ノード１００Ｂ〜１００Ｈは、ビーコン・リクエストを送信し、周辺の受け入れ可能な無線ノードからのビーコンを待つ。ビーコンを受信出来た無線ノードは、ビーコンを受信出来たノードの中から自己の親ノード（上位ノード）を決定し、その親ノードへ接続を要求するＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔを送信する。親ノードは、ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔを送信したノードにＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅを返信することでネットワークアドレスを付与してネットワークに参加させることで、ツリーネットワークを構成している。

図１に示した例では、無線ノード１００Ｂ、１００Ｃは、シンクノード１００Ａを親ノードとしている。そして無線ノード１００Ｄは、無線ノード１００Ｂを親ノードとしており、無線ノード１００Ｅは、無線ノード１００Ｃを親ノードとしている。さらに、無線ノード１００Ｆ、１００Ｇは、無線ノード１００Ｄを親ノードとしており、無線ノード１００Ｈは、無線ノード１００Ｇを親ノードとしている。

各無線ノードは、例えば特開２００９−２９６４３５号公報等で開示された技術を用いてツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加することができる。本発明では、ツリー型無線マルチホップネットワークへの参加方法についての詳細な説明は割愛する。

そして、このようにツリー型無線マルチホップネットワーク１を構成するシンクノード１００Ａ及び無線ノード１００Ｂ〜１００Ｈは、定期的にパケット（定期通知パケット）を送信する。この定期通知パケットは、各ノードからブロードキャストのパケットとして送信される。なお、ここで言う「ブロードキャスト」は、無線が到達した全てのノードが受信し、ブロードキャスト半径が１、すなわち受信はするが中継は行わない通信を言う。

以上、本発明の一実施形態に係るツリー型無線マルチホップネットワーク１の構成例について説明した。次に、本発明の一実施形態に係るノードの構成例について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００（シンクノード１００Ａ及び無線ノード１００Ｂ〜１００Ｈを総称して無線ノード１００とする）の構成例を示す説明図である。以下、図２を用いて本発明の一実施形態に係る無線ノード１００の構成例について説明する。

図２に示したように、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００は、制御部１１０と、通信部１２０と、無線アンテナ１２２と、記憶部１３０と、を含んで構成される。

制御部１１０は、無線ノード１００の動作の制御を実行するものであり、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等で構成される。図２に示したように、制御部１１０は、周辺ノードテーブル更新部１１２と、ネットワーク構成部１１４と、を含んで構成される。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、通信部１２０が周囲の無線ノード１００から定期通知パケットを受信する度に、後述の、記憶部１３０に含まれる周辺ノードテーブル１３２を更新するものである。周辺ノードテーブル１３２のデータ構造については後述する。

ネットワーク構成部１１４は、ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加するための、ツリー型ネットワーク参加シーケンスを実行するものである。ネットワーク構成部１１４は、ツリー型無線マルチホップネットワーク１に最初に参加する際はもちろん、周辺ノードテーブル１３２の状態が変化した際も必要に応じてツリー型ネットワーク参加シーケンスを実行する。ネットワーク構成部１１４が実行する処理については後に詳述する。

通信部１２０は、無線アンテナ１２２を介して他の無線ノード１００からパケットを受信し、または無線アンテナ１２２を用いて他の無線ノード１００に対してパケットを送信するものである。通信部１２０は、無線アンテナ１２２を用いて定期的に定期通知パケットを制御部１１０の制御の下に送出する。また、通信部１２０が無線アンテナ１２２を介して他の無線ノード１００から受信したパケットは制御部１１０に送られる。制御部１１０は通信部１２０から送られたパケットの中身を解析して適切な処理を実行する。

本実施形態にかかる無線ノード１００は、他の無線ノード１００から定期通知パケットを受信すると、その定期通知パケットの内容を周辺ノードテーブル更新部１１２で解析する。周辺ノードテーブル更新部１１２は、受信したその定期通知パケットの内容に基づいて周辺ノードテーブル１３２の更新処理を実行する。周辺ノードテーブル更新部１１２の周辺ノードテーブル１３２の更新処理により、ネットワーク構成部１１４はツリー型無線マルチホップネットワークの再構成が可能となる。

記憶部１３０は、無線ノード１００の動作に必要となる各種情報が格納されるものであり、それらの情報は、制御部１１０から適宜読み出されたり、制御部１１０により適宜更新されたりする。

図２に示したように、記憶部１３０は、周辺ノードテーブル１３２を含んで構成される。周辺ノードテーブル１３２は、周囲の無線ノード１００から送信される定期通知パケットの内容が受信時の情報と共に格納されるテーブルである。

周辺ノードテーブル１３２のデータ構造については後に詳述するが、本実施形態においては、周辺ノードテーブル１３２は、無線ノードを識別するノードＩＤ、定期通知パケットに含まれるシーケンス番号の初期値、定期通知パケットの前回受信時のシーケンス番号、定期通知パケットの前回受信時間、パケットの総欠落数、エラー率、付帯情報、親ノード、子ノードまたは周辺ノードのいずれかを示すノード属性、エラー率の昇順で決定する候補順位の情報が含まれる。

なお、パケットの総欠落数は、受信した定期通知パケットに含まれるシーケンス番号から、周辺ノードテーブル１３２に保存されている前回受信時のシーケンス番号を引いた値が１以外の場合に、その値を累積加算することで求められる。そして、エラー率は、総欠落数を、受信した定期通知パケットに含まれるシーケンス番号からシーケンス番号の初期値を引いた値で除して求められる。このような周辺ノードテーブル１３２の更新処理は、通信部１２０が周囲の無線ノード１００から定期通知パケットを受信する度に、周辺ノードテーブル更新部１１２が実行する。

周辺ノードテーブル１３２に保存される情報は、無線ノード１００が動作を終了した時点で全て消去される。従って、周辺ノードテーブル１３２には、無線ノード１００が起動されてから動作を終了する前の間に、他の無線ノード１００から送信される定期通知パケットに基づく情報が格納されることになる。

以上、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００の構成例について説明した。次に、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００の動作について説明する。

図３は、無線ノード１００が他の無線ノード１００から定期通知パケットを受信した際の動作について説明する流れ図である。以下、図３を用いて、無線ノード１００が他の無線ノード１００から定期通知パケットを受信した際の動作について説明する。

ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加する無線ノード１００は、定期的に定期通知パケットを送信する。上述したように、定期通知パケットは、各ノードからブロードキャストのパケットとして無線ノード１００から送信される。

図４は、定期通知パケットの到達範囲の例を示す説明図である。図４に示した例では、無線ノード１００Ｇから送信される定期通知パケットは、無線ノード１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、及び１００Ｈに到達し、無線ノード１００Ｇからの定期通知パケットを受信した各無線ノードは、他の無線ノードへの当該定期通知パケットの転送は行わない。

図５は、本実施形態において無線ノード１００が送信する伝送フレーム及びパケットの構造例を示す説明図である。図５を用いて、本実施形態において無線ノード１００が送信する伝送フレーム及びパケットの構造について説明する。

図５に示したように、伝送フレームはフレームヘッダとパケットとから構成される。そして、パケットはパケットヘッダと、送信データが記述されるパケットペイロードとから構成される。

フレームヘッダは、送信元の無線ノード１００が有する通信アドレスが記述される「ＳｏｕｒｃｅＡｄｄｒｅｓｓ」の項目と、宛先の無線ノード１００が有する通信アドレスが記述される「ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＡｄｄｒｅｓｓ」の項目を含んで構成される。

パケットヘッダは、「ＰａｃｋｅｔＴｙｐｅ」、「ＳｏｕｒｃｅＮａｍｅ」、「ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＮａｍｅ」、「Ｒａｄｉｕｓ」の項目を含んで構成される。「ＰａｃｋｅｔＴｙｐｅ」の項目には、送信するパケットの種別が記述される。例えば、パケットには、ユニキャストパケット、地理的ユニキャストパケット、地理的ブロードキャストパケット、完了通知パケット等の種別がある。

ユニキャストパケットは、１つの無線通信端末に向けたパケットである。地理的ユニキャストパケットは、指定の位置を中心とした送信範囲内に存在する１つの無線通信端末に向けたパケットである。地理的ブロードキャストパケットは、指定の位置を中心とした送信範囲内に存在する全ての無線通信端末に向けたパケットである。

本実施形態にかかる無線ノード１００は、定期通知パケットを地理的ブロードキャストパケットとして送信する。

「ＳｏｕｒｃｅＮａｍｅ」の項目には、送信元の無線ノード１００を表す識別子が記述される。各無線ノードを一意に識別できるものであれば識別子はどのようなものでも構わないが、例えば識別子としてＩＰアドレスが用いられる場合は、「ＳｏｕｒｃｅＮａｍｅ」の項目には、３２ビットのビット数が必要となる。

「ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＮａｍｅ」の項目には、宛先の無線ノード１００を表す識別子が記述される。各無線ノードを一意に識別できるものであれば識別子はどのようなものでも構わないが、例えば識別子として、ＩＰアドレスが用いられる場合は、「ＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎＮａｍｅ」の項目には、３２ビットのビット数が必要となる。

「Ｒａｄｉｕｓ」の項目には、送信範囲を表す半径が記述される。本実施形態では、送信範囲は、「Ｒａｄｉｕｓ」の項目に記述された半径を持つ円であるとする。

パケットペイロードにはコマンド（「Ｃｏｍｍａｎｄ」）が記述される。本実施形態にかかる無線ノード１００は、定期通知パケットを送信する際には、このコマンドには自己のノードＩＤ及びシーケンス番号を記述して送信する。

無線ノード１００は、定期通知パケットを送信する度にシーケンス番号を１つ増加する。従って、ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加している、ある一つの無線ノード１００からは同一のシーケンス番号を有する定期通知パケットは送信されることはない。なお、無線ノード１００はツリー型無線マルチホップネットワーク１からの離脱の際にシーケンス番号をリセットするようにしてもよい。

他の無線ノード１００からの定期通知パケットを通信部１２０で受信すると、周辺ノードテーブル更新部１１２は、受信した定期通知パケットに含まれているノードＩＤが周辺ノードテーブル１３２に存在しない新規ノードＩＤかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。

図６は、本発明の一実施形態にかかる無線ノード１００の記憶部１３０に保存される周辺ノードテーブル１３２のデータ構造を示す説明図である。図６に示したように、周辺ノードテーブル１３２は、無線ノードを識別するノードＩＤ、定期通知パケットに含まれるシーケンス番号の初期値、定期通知パケットの前回受信時のシーケンス番号、定期通知パケットの前回受信時間、パケットの総欠落数、エラー率、付帯情報、親ノードまたは子ノードを示すノード属性、エラー率の昇順で決定する候補順位の情報が含まれる。

図６には、４つの無線ノードからの定期通知パケットに基づくデータが周辺ノードテーブル１３２に格納されている状態が示されている。ノードＩＤが「ノード１」のレコードは、シーケンス番号の初期値が１００、前回受信時のシーケンス番号が３００、前回受信時間が「１１：２１：００」、総欠落数が１０、エラー率が０．０５、属性は親ノード、候補順位は第２位であることを示している。

上記ステップＳ１０１の判断の結果、受信した定期通知パケットに含まれているノードＩＤが周辺ノードテーブル１３２に存在しない新規ノードＩＤであれば、周辺ノードテーブル更新部１１２はそのノードＩＤの情報を周辺ノードテーブル１３２に追加する（ステップＳ１０２）。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、無線ノードを識別するノードＩＤ、定期通知パケットに含まれるシーケンス番号の初期値、定期通知パケットの前回受信時のシーケンス番号、定期通知パケットの前回受信時間、パケットの総欠落数、エラー率、付帯情報、親ノードまたは子ノードを示すノード属性、エラー率の昇順で決定する候補順位の情報を周辺ノードテーブル１３２に追加する。この際、周辺ノードテーブル更新部１１２は、シーケンス番号の初期値と前回受信時のシーケンス番号には同じものを記録し、パケットの総欠落数及びエラー率には０を記録する。また、パケットの総欠落数及びエラー率が０なので、周辺ノードテーブル更新部１１２は、候補順位には０を記録する。

一方、上記ステップＳ１０１の判断の結果、受信した定期通知パケットに含まれているノードＩＤが周辺ノードテーブル１３２に存在するノードであれば、周辺ノードテーブル更新部１１２は、次にそのノードＩＤからの定期通知パケットに受信抜けがあるかどうかを調査する（ステップＳ１０３）。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、定期通知パケットの抜けを、周辺ノードテーブル１３２に記録されている前回受信時のシーケンス番号と、今回受信した定期通知パケットに記述されているシーケンス番号とを比較することで調査する。

例えば、前回受信時のシーケンス番号が１００で、今回受信した定期通知パケットに記述されているシーケンス番号が１０１であれば、定期通知パケットを連続して受信出来ていることになるので、周辺ノードテーブル更新部１１２は定期通知パケットの受信に抜けは無いと判断する。一方、前回受信時のシーケンス番号が１００で、今回受信した定期通知パケットに記述されているシーケンス番号が１０２であれば、定期通知パケットが１つ抜けていることになるので、周辺ノードテーブル更新部１１２は定期通知パケットの受信に１つ抜けがあると判断する。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、上記ステップＳ１０３での調査結果を周辺ノードテーブル１３２に反映させる。すなわち、定期通知パケットの受信に抜けが無ければ総欠落数は変化させず、定期通知パケットの受信に抜けがあれば、抜けている数を総欠落数に加算する。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、上記ステップＳ１０３で定期通知パケットに受信抜けがあるかどうかを調査すると、続いてエラー率を算出し、候補順位を更新するとともに、現在時刻を前回受信時間に保存する（ステップＳ１０４）。

周辺ノードテーブル更新部１１２は、上記ステップＳ１０２または上記ステップＳ１０４において、周辺ノードテーブル１３２を更新すると、続いて、予め定めた不通許容時間を超えて受信が無いノードＩＤが存在するか、すなわち前回受信時間と現在時刻の差が不通許容時間より長くなっているノードＩＤのレコードが周辺ノードテーブル１３２にあるかどうかを調査する。そのようなノードＩＤが存在していれば、周辺ノードテーブル更新部１１２は該当するレコードを周辺ノードテーブル１３２から削除するとともに、周辺ノードテーブル１３２の候補順位の情報を更新する（ステップＳ１０５）。

例えば、図６に示した周辺ノードテーブル１３２において、ノード１の前回受信時間と現在時刻の差が不通許容時間より長くなっていた場合には、周辺ノードテーブル更新部１１２はそのノード１のレコードを周辺ノードテーブル１３２から削除し、その他の無線ノードの候補順位の情報を、エラー率の低い順に更新する。

このように、定期通知パケットの受信の度に周辺ノードテーブル更新部１１２が周辺ノードテーブル１３２を更新することで、無線ノード１００は、自ノードの周囲の無線ノード１００の状態を定期通知パケットの受信に応じてリアルタイムで把握することができる。

以上、図３を用いて、無線ノード１００が他の無線ノード１００から定期通知パケットを受信した際の動作について説明した。次に、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作について説明する。

図７は、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作を示す流れ図である。図７に示した流れ図は、周辺ノードテーブル更新部１１２により親ノードのレコードが削除された場合の動作を示したものである。例えばこれは、図６に示した周辺ノードテーブル１３２において、周辺ノードテーブル更新部１１２がノード１のレコードを周辺ノードテーブル１３２から削除した場合である。以下、図７を用いて本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作について説明する。

既存のツリーネットワーク参加シーケンスでは、受信したビーコンに含まれるツリーの段数やリンク品質から親ノードを決定するのが一般的である。これに対して本実施形態では、周辺ノードテーブル１３２に記録されている情報に基づいて、ネットワーク構成部１１４がツリー型無線マルチホップネットワーク１に適切に参加することで、無線ノード１００は、ノード起動後の無線環境の変化に応じて適切な親ノードを選択してツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加することができる。

無線ノード１００は、初回起動時には周辺ノードテーブル１３２には周辺の無線ノードのデータが何も入っていないので、既存の選定基準によって親ノードを決定して、ツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加する。ここではその親ノードの選定基準の詳細な説明は割愛する。

ノード起動後、無線ノード１００は周囲の無線ノード１００から定期通知パケットを受信する。定期通知パケットの受信に基づいて、周辺ノードテーブル更新部１１２は周辺ノードテーブル１３２を随時更新する。

ここで、周辺ノードテーブル更新部１１２により自ノードの親ノードのレコードが周辺ノードテーブル１３２から削除された場合には、ネットワーク構成部１１４は、自ノードに子ノードが存在しているかどうかを判断する（ステップＳ１１１）。

上記ステップＳ１１１の判断の結果、自ノードに子ノードが存在していない場合には、後述のステップＳ１１４に移る。一方、上記ステップＳ１１１の判断の結果、自ノードに子ノードが存在している場合には、ネットワーク構成部１１４は通信部１２０を通じて、全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信する（ステップＳ１１２）。

上記ステップＳ１１２で、ネットワーク構成部１１４が全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信すると、続いて、周辺ノードテーブル更新部１１２は周辺ノードテーブル１３２に保存されている属性の情報の内、「子ノード」になっているものを全て「周辺ノード」に変更する（ステップＳ１１３）。

続いて、ネットワーク構成部１１４はツリーネットワーク参加シーケンスを開始する（ステップＳ１１４）。ツリーネットワーク参加シーケンスは、例えば図１０に示したシーケンスで実行される。そしてネットワーク構成部１１４は、ビーコンを受信した無線ノードの中で候補順位が最上位のノードを親ノードに選択して、ツリーネットワーク参加シーケンスを終了する（ステップＳ１１５）。

なお、ツリー再構成通知パケットを受信した他の無線ノード１００（子ノード）は、同様にネットワーク構成部１１４でツリーネットワーク参加シーケンスを開始する。そしてネットワーク構成部１１４は、ビーコンを受信した無線ノードの中で候補順位が最上位のノードを親ノードに選択して、ツリーネットワーク参加シーケンスを終了する。

このように、無線リンクの安定性を過去の通信実績から簡易に推定する処理を実行することで、無線ノード１００によって簡易にネットワーク再構成動作を行うことができる。以上、図７を用いて本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作について説明した。次に、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作の別の例について説明する。

図８は、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作の別の例を示す流れ図である。図８に示した流れ図は、周辺ノードテーブル１３２に保存されている親ノードのエラー率が所定の許容エラー率より悪くなった場合の動作を示したものである。例えばこれは、図６に示したように、周辺ノードテーブル１３２において、ノード１のレコードのエラー率がノード２のエラー率より悪くなっている場合である。以下、図８を用いて本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作の別の例について説明する。

ネットワーク構成部１１４は、周辺ノードテーブル更新部１１２により更新された周辺ノードテーブル１３２を調査し（ステップＳ１２１）、周辺ノードテーブル１３２における親ノードのエラー率が所定の許容エラー率より悪くなった場合に、周辺ノードテーブル１３２に保存されている各ノードの候補順位を調査する（ステップＳ１２２）。

上記ステップＳ１２１の調査の結果、親ノードの候補順位が１位である場合には何もせずに処理を終了する。一方、親ノードの候補順位が１位以外である場合には、ネットワーク構成部１１４は、自ノードに子ノードが存在しているかどうかを判断する（ステップＳ１２３）。

上記ステップＳ１２３の判断の結果、自ノードに子ノードが存在していない場合には、後述のステップＳ１２６に移る。一方、上記ステップＳ１２３の判断の結果、自ノードに子ノードが存在している場合には、ネットワーク構成部１１４は通信部１２０を通じて、全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信する（ステップＳ１２４）。

上記ステップＳ１２４で、ネットワーク構成部１１４が全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信すると、続いて、周辺ノードテーブル更新部１１２は周辺ノードテーブル１３２に保存されている属性の情報の内、「子ノード」になっているものを全て「周辺ノード」に変更する（ステップＳ１２５）。

続いて、ネットワーク構成部１１４はツリーネットワーク参加シーケンスを開始する（ステップＳ１２６）。そしてネットワーク構成部１１４は、ビーコンを受信した無線ノードの中で候補順位が最上位のノードを親ノードに選択して、ツリーネットワーク参加シーケンスを終了する（ステップＳ１２７）。

このように、無線ノード１００は、周辺ノードテーブル１３２に保存されている親ノードのエラー率が所定の許容エラー率より悪くなった場合に、候補順位が上である無線ノードを親ノードに選択することで、ノード起動後の無線環境の変化に応じて適切な親ノードを選択してツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加することができる。

以上、図８を用いて本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作の別の例について説明した。次に、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作のさらに別の例について説明する。

図９は、本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作のさらに別の例を示す流れ図である。図９に示した流れ図は、周辺ノードテーブル１３２に保存されている親ノードのエラー率が所定の許容エラー率より悪くなった場合の動作を示したものである。以下、図９を用いて本実施形態にかかる無線ノード１００によるネットワーク再構成動作のさらに別の例について説明する。

ネットワーク構成部１１４は、親ノードのエラー率が許容エラー率より悪くなり、かつ周辺ノードテーブル１３２に親ノードよりエラー率が良い無線ノード１００があるかどうかを周辺ノードテーブル１３２から調査する（ステップＳ１３１）。

上記ステップＳ１３１での調査の結果、そのような無線ノード１００が他に無ければ、ネットワーク構成部１１４はそのまま処理を終了する。一方、親ノードのエラー率が許容エラー率より悪くなり、かつ周辺ノードテーブル１３２に親ノードよりエラー率が良い無線ノードがある場合には、ネットワーク構成部１１４は、自ノードに子ノードが存在しているかどうかを判断する（ステップＳ１３２）。

上記ステップＳ１３２の判断の結果、自ノードに子ノードが存在していない場合には、後述のステップＳ１３５に移る。一方、上記ステップＳ１３２の判断の結果、自ノードに子ノードが存在している場合には、ネットワーク構成部１１４は通信部１２０を通じて、全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信する（ステップＳ１３３）。

上記ステップＳ１３３で、ネットワーク構成部１１４が全ての子ノードにツリー再構成通知パケットを送信すると、続いて、周辺ノードテーブル更新部１１２は周辺ノードテーブル１３２に保存されている属性の情報の内、「子ノード」になっているものを全て「周辺ノード」に変更する（ステップＳ１３４）。

続いて、ネットワーク構成部１１４はツリーネットワーク参加シーケンスを開始する（ステップＳ１３５）。そしてネットワーク構成部１１４は、ビーコンを受信した無線ノードの中で候補順位が最上位のノードを親ノードに選択して、ツリーネットワーク参加シーケンスを終了する（ステップＳ１３６）。

このように、無線ノード１００は、周辺ノードテーブル１３２に保存されている親ノードのエラー率が所定の許容エラー率より悪くなり、かつ周辺ノードテーブル１３２に親ノードよりエラー率が良い無線ノードがある場合に、その無線ノードを親ノードに選択することで、ノード起動後の無線環境の変化に応じて適切な親ノードを選択してツリー型無線マルチホップネットワーク１に参加することができる。

以上説明したように本発明の一実施形態に係る無線ノード１００によれば、起動後のツリー型無線マルチホップネットワーク１の環境の変化に応じて、適切な親ノードを選択することができ、これにより安定したツリー型ネットワークを構築し、かつ維持することができる。無線ノード１００は、ツリー型ネットワークの構築に際し、無線リンクの安定性を過去の通信実績から簡易に推定し、実際の通信結果に基づいて親ノードを選択するので、間接波が多く、無線の変動が多い環境でも、安定した親ノードを選択し続けることができる。

また、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００は、ツリー型無線マルチホップネットワーク１の構築後に新たに無線ノード１００がツリー型無線マルチホップネットワーク１に追加されたような場合であっても、各無線ノード１００が自律的に追加された無線ノード１００を発見することが出来る。従って、無線ノード１００は、実際の無線環境に応じて、新たに追加された無線ノード１００を親ノードとして選択することもできる。反対に、本発明の一実施形態に係る無線ノード１００は、近隣の無線ノード１００が遠くへ移動したり、またツリー型無線マルチホップネットワーク１から削除されたりした場合であっても、実際の通信環境の変化を検出することが可能となり、適切な無線ノード１００を親ノードとして選択し続けることができる。

すなわち、本発明の一実施形態によれば、ツリー型無線マルチホップネットワークが運用されている場合で、無線ノードを追加したり、移動したり、撤去したりした場合であっても、適切な親ノードの選択が可能になり、無線ノードの設置に際して柔軟性を向上させることが出来る。

なお、上記実施形態における各種動作は、ハードウェア的な処理によって実行されるようにしてもよく、ソフトウェア的な処理によって実行されるようにしてもよい。ソフトウェア的な処理によって上記各実施形態における各種動作を実行する場合には、コンピュータプログラムが格納された記録媒体及びコンピュータプログラムを実行するプロセッサその他の制御手段を無線ノード１００に設け、係る記録媒体からコンピュータプログラムを読み出し、係る制御手段において順次実行するようにしてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、無線通信装置、ネットワーク構成方法及びコンピュータプログラムに適用可能であり、特に、ツリー型の無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置、当該ツリー型の無線マルチホップネットワークの構成方法及びコンピュータプログラムに適用可能である。

１００無線ノード
１００Ａシンクノード
１００Ｂ〜１００Ｈ無線ノード
１１０制御部
１１２周辺ノードテーブル更新部
１１４ネットワーク構成部
１２０通信部
１２２無線アンテナ
１３０記憶部
１３２周辺ノードテーブル

Claims

ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に通知パケットを受信する受信部と、
前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報を前記他の装置ごとに保持する通信情報保持部と、
前記受信部が受信した前記通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を、前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて前記通信情報保持部へ登録する通信情報登録部と、
前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築部と、
を備えることを特徴とする、無線通信装置。
前記通信情報登録部は、所定の不通許容時間を超えて前記通知パケットを受信出来ない前記他の装置の情報を前記通信情報保持部から削除する、請求項１に記載の無線通信装置。
前記通信情報登録部は、前記通知パケットに含まれるシーケンス番号から前記通知パケットの受信エラー率を算出するとともに前記受信エラー率の低い順に候補順位を決定して該受信エラー率及び該候補順位を前記通信情報登録部に登録することを特徴とする、請求項１または２に記載の無線通信装置。
前記ネットワーク構築部は、前記通信情報保持部に保持されている現在の親ノードの前記受信エラー率が所定の許容エラー率より高くなると、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信装置。
前記ネットワーク構築部は、現在の親ノードの前記受信エラー率が所定の許容エラー率より高くなり、かつ現在の親ノードの前記受信エラー率より低い受信エラー率を有する前記他の装置の情報が前記通信情報保持部に保持されていると、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信装置。
前記ネットワーク構築部は、前記通信情報登録部により親ノードの情報が削除された場合に、候補順位が最上位である前記他の装置を親ノードに選択してツリー型無線マルチホップネットワークを再構築することを特徴とする、請求項３に記載の無線通信装置。
ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に通知パケットを受信する受信ステップと、
前記受信ステップが受信した前記通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を、前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて、前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報が前記他の装置ごとに保持される通信情報保持部へ登録する通信情報登録ステップと、
前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築ステップと、
を備えることを特徴とする、ネットワーク構成方法。
コンピュータに、
ツリー型無線マルチホップネットワークを構成している他の装置から定期的に受信される通知パケットに含まれる情報から前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態を前記受信部の前記通知パケットの受信に応じて、前記ツリー型無線マルチホップネットワークの実際の通信状態の情報が前記他の装置ごとに保持される通信情報保持部へ登録する通信情報登録ステップと、
前記通信情報登録部に保持されている情報からツリー型無線マルチホップネットワークを再構築するネットワーク構築ステップと、
を実行させることを特徴とする、コンピュータプログラム。