JP2014072731A - 通信システムおよび通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減できる通信システムおよび通信端末を提供する。
【解決手段】複数のノード１が電力線２に接続され、ノード１間の通信は電力線２を伝送路に用いた電力線搬送通信により実現される。フラッディングモードにおいて、ノード１００はパケットをブロードキャストで送信することで、ノード１０１，１０２，１０３に対してパケットを送信する。パケットを受信したノード１０１，１０２，１０３は、それぞれ待ち時間の計時を開始し、待ち時間が経過すれば転送部にてパケットを転送する。ここでは、ノード１０３は待ち時間が最も短く、最初にパケットを転送する。ノード１０１，１０２は、待ち時間の経過前にノード１０３からのパケットの転送を検知するので、キャンセル部にて転送部によるパケットの転送をキャンセルする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のノードの各々が他のノードを中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う通信システム、および通信システムにノードとして用いられる通信端末に関する。

従来から、たとえば集合住宅の各住戸に電力を配電する電力配電システムに用いられ、集中配電盤であるノードと、各住戸にそれぞれ設けられた配電盤である複数のノードとの間で電力線搬送通信を行う通信システムが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の（電力線搬送）通信システムは、ネットワークに含まれる複数のノードが中継ノードを経由して２ホップ先のノードと通信を行うマルチホップ通信を行う。

この通信システムでは、中継ノードに設定されたノードは、自ノードが直接通信可能な範囲に存在するノードである隣接ノードを示す隣接ノード情報を含むトポロジ情報をネットワークへフラッディングする。さらに、各ノードにおいては、フラッディングされたトポロジ情報に基づいて通信ルートが構築される。

ここで、特許文献１においては、各ノードは、自ノードがまだトポロジ情報を受信していない場合、１ホップでは通信できず２ホップで通信可能となるノード（２ホップノード）の全てと通信可能となるように、自ノードにおける中継ノードを選択する。一方、各ノードは、自ノードが既にトポロジ情報を受信している場合、全ての２ホップノードから、受信されたトポロジ情報に含まれる隣接ノード情報で示されるノードを除いた残余のノードと通信可能となるように、中継ノードを選択する。この場合、各ノードは、既に他のノードによって中継ノードとして選択されているノードを介して通信可能な２ホップノードについては、新たな中継ノードを選択しない。したがって、この通信システムによれば、中継ノードとして選択されるノードの数を減少させることができ、フラッディング時にフラッディング（パケットの転送）を行うノード数を低減できる。

特許第４７６５９９７号公報

しかし、特許文献１に記載の通信システムは、一対一のマルチホップ通信時とフラッディング時とで通信ルート（ホップ数）が異なる場合、フラッディング時に必要以上に多くのノードがパケットの転送を行う可能性がある。

つまり、特許文献１に記載の通信システムでは、予め中継ノードとして選択されたノードは、フラッディング時において実際に必要か否かにかかわらずパケットの転送を行うので、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を十分に低減させることができない。その結果、通信トラフィックが増加して輻輳を生じる可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減できる通信システムおよび通信端末を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、複数のノードを備え、前記複数のノードの各々が他のノードを中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う通信システムであって、前記複数のノードの各々は、前記複数のノードのうち一のノードからのパケットを残り全てのノードに伝送するフラッディングモードにおいて、前記パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してから当該パケットを他のノードに転送する転送部と、前記フラッディングモードにおいて、前記パケットを受信してから前記待ち時間が経過するまでの間に他のノードが当該パケットを転送した場合、前記転送部による転送をキャンセルするキャンセル部とを有することを特徴とする。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、前記パケット受信時の受信強度が低いほど前記待ち時間が短くなるように前記待ち時間を変化させる第１調整部を有することが望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、中継段数が多くなるほど前記待ち時間が短くなるように前記待ち時間を変化させる第２調整部を有することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、通信速度を切り替える切替部を有し、前記転送部は、第１の通信速度で前記パケットを転送してから一定時間以内に他のノードが当該パケットを中継しなければ、前記第１の通信速度よりも低速である第２の通信速度で前記パケットを再度転送するように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、通信速度を切り替える切替部を有し、前記転送部は、自身までの前記パケットのホップ数を所定の上限値と比較し、前記上限値と前記ホップ数との差分が規定値以下のときに、前記通信速度を低速に切り替えるように構成されていることがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、通信ルートを決めるためのルーティングパケットを交換することにより前記フラッディングモードで中継器として機能するか否かが予め決定されており、自身が前記中継器として選択されていないときに、前記転送部による転送をキャンセルする第１無効部をさらに有することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、自身が送信したパケットを直接受信可能なノードである隣接ノードとの間の通信品質が低いほど前記待ち時間が短くなるように、前記待ち時間を変化させる第３調整部を有することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、自身の下位に接続されているノード数が多いほど前記待ち時間が短くなるように、前記待ち時間を変化させる第４調整部を有することがより望ましい。

この通信システムにおいて、前記複数のノードの各々は、前記パケットを受信する前に、自身の下位に接続されているノードが当該パケットを転送したときに、前記転送部による転送をキャンセルする第２無効部をさらに有することがより望ましい。

本発明の通信端末は、複数のノードを備え、前記複数のノードの各々が他のノードを中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う通信システムに前記ノードとして用いられる通信端末であって、前記複数のノードのうち一のノードからのパケットを残り全てのノードに伝送するフラッディングモードにおいて、前記パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してから当該パケットを他のノードに転送する転送部と、前記フラッディングモードにおいて、前記パケットを受信してから前記待ち時間が経過するまでの間に他のノードが当該パケットを転送した場合、前記転送部による転送をキャンセルするキャンセル部とを有することを特徴とする。

本発明は、キャンセル部が、フラッディングモードにおいて、パケットを受信してから待ち時間が経過するまでの間に他のノードが当該パケットを転送した場合、転送部による転送をキャンセルする。したがって、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減できるという利点がある。

実施形態１に係る通信システムを示すシステム構成図である。 実施形態１に係る通信システムの動作説明図である。 実施形態１に係る通信システムに用いる通信端末を示すブロック図である。 実施形態１に係る通信システムの動作を示すシーケンス図である。 実施形態１に係る通信システムの動作説明図である。 実施形態２に係る通信システムに用いる通信端末を示すブロック図である。

（実施形態１）
本実施形態の通信システムは、図１に示すように、互いに通信を行う複数のノード１００，１０１，１０２・・・（以下、個々に区別しない場合には「ノード１」という）を備え、各ノード１が他ノード１を中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う。

本実施形態においては、複数のノード１は、ノード１００を親機とし、残りのノード１０１，１０２・・・を子機とするように、親機と子機とに分類されている。この通信システムは、親機（ノード１００）が通信によって複数の子機（ノード１０１，１０２・・・）からデータを収集する管理システムを構成する。ここでは一例として、通信システムが、通信によって複数の需要家の各電力使用量を検針する遠隔検針システムに用いられる場合について説明する。なお、以下では、需要家が集合住宅の各住戸である場合について例示するが、この例に限らず、需要家はたとえば戸建て住宅、事務所、工場などであってもよい。

親機としてのノード１（１００）は、需要家ごとの需要家情報を複数の需要家から収集する機能を有している。子機としてのノード１（１０１，１０２・・・）は、需要家ごとに設置され、各需要家の電力メータ（図示せず）にそれぞれ付設されている。子機としてのノード１は、需要家で使用された電力量（電力使用量）を含む検針データを、需要家情報として親機としてのノード１００に伝送する機能を有している。ここで、電力メータは、電力会社（電気事業者）からの商用電力が供給される電力線に接続されており、単位時間に需要家で実際に使用された電力量を計測する。

図１の例では、集合住宅の１階の需要家にはノード１０１が、２階の需要家にはノード１０２が、３階の需要家にはノード１０３が、４階の需要家にはノード１０４が、５階の需要家にはノード１０５がそれぞれ子機として設置されている。同様に、６階の需要家にはノード１０６が、７階の需要家にはノード１０７が、８階の需要家にはノード０８が、９階の需要家にはノード１０９が、１０階の需要家にはノード１１０がそれぞれ子機として設置されている。

また、親機としてのノード１００は、需要家に商用電力を供給する降圧トランス（図示せず）の近傍（たとえば集合住宅内の電気室）に設置されている。ノード１００は、その管理下となる複数のノード（子機）１から各需要家の需要家情報を取得し、取得した需要家情報を、光ファイバ等を用いた専用回線（図示せず）を通して上位装置（図示せず）へ送信する。上位装置は、電力会社あるいは需要家情報の集計サービスを行う事業者に管理されている。これにより、上位装置は、親機がそれぞれ管理下の子機から取得した複数の需要家の需要家情報を、複数台の親機から取得することができ、結果的に、多数の需要家の需要家情報を収集可能な遠隔検針システムを構成できる。

子機としてのノード１は、電力メータと共にいわゆるスマートメータを構成し、親機としてのノード１００と通信を行うことにより検針データを電力会社に送信して遠隔検針を可能にする。子機としてのノード１は、たとえば電力メータの拡張端子（図示せず）に有線接続される構成により、電力メータとの間でデータの授受を可能とする。ただしノード１は、電力メータと有線接続される構成に限らず、電力メータと無線通信を行う構成でもよく、また電力メータの表示部分をカメラ（図示せず）で撮像した画像から画像処理によって測定結果を読み出す構成であってもよい。

なお、本実施形態では一例として、需要家の電力使用量を含む検針データを需要家情報とする場合を例に説明するが、需要家情報は、電力使用量に限らずたとえばガス、水などの使用量であってもよく、検針データ以外の情報であってもよい。また、子機としてのノード１は、取得した検針データをメモリ（図示せず）に一旦記憶してもよい。

この通信システムは、複数台の子機のうち一の子機が他の子機を中継器として、マルチホップ通信により、需要家情報を親機に伝送するように構成されている。つまり、たとえばノード１０６は、需要家情報を親機たるノード１００に伝送する際、他のノード１０５，１０４，１０３，１０２，１０１を介して間接的に需要家情報を送信する。要するに、親機と直接通信できない子機は、通信可能な距離にある他の子機がパケットを中継することにより、親機との間で通信可能となる。

これにより、親機は子機と通信を行う際、伝送距離やノイズ等の影響により、全ての子機と直接通信できる環境になくても、全ての子機からデータを収集することが可能になる。具体的には、親機は子機との間で、マルチホッププロトコルに従い通信ルートを構築するための伝送状況の情報のやりとりを行い、その情報を元に通信ルートを決定している。このとき、子機は需要家情報をデータ部分に含む通信パケットを送信し、通信パケットのヘッダ部分に含まれる転送先情報により、通信ルートすなわち中継器となるノード（子機）１を特定する。

本実施形態では、ノード１間の通信は、電力線２を伝送路に用いた電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communications）により実現される。ただし、ノード１間の通信は、電力線搬送通信に限らず、たとえば電波を伝送媒体とする無線通信や、専用の通信線を用いた有線通信などにより実現されてもよい。また、ノード１間の通信は、電力線搬送通信と無線通信とが混在していてもよい。

マルチホップ通信は、通信要求発生時に宛先ノードまでの通信ルートを探索するリアクティブ型と、ノード１間で定期的にリンク情報を交換し、予め他ノード１への通信ルートを生成するプロアクティブ型とに分類される。ここでいうリンク情報は隣接リンク（自ノードと直接通信可能な隣接ノードとの間のリンク）に関する情報であって、各ノード１は、リンク情報に基づいて各ノードに至る通信ルートを計算する機能を有している。本実施形態の通信システムでは、フェージングや電力線２上の電気機器の動作状態などの影響でノード１間の伝送特性は多少変化するが、その変化は、ノード１が移動端末である場合に比べて小さい。また、本実施形態では、リンク品質や安定性を重視して通信ルートを選択することも考慮し、プロアクティブ型を採用している。

なお、各需要家には、子機たるノード１との間で通信（たとえば無線通信）可能な管理装置（図示せず）が設けられていてもよい。ここでいう管理装置は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）機器であって、各種の電気機器（図示せず）に付設あるいは一体化された端末（図示せず）との間で双方向に通信を行う。管理装置は、子機から取得した需要家情報に基づいて、需要家の単位時間当たりの電力使用量等の情報を、需要家の住宅情報盤やテレビ、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等の電気機器に表示させる機能を備えている。また、管理装置は、エネルギー需要のピークを抑制（ピークカット）するために電力会社から送信される信号を子機経由で受信し、この信号に基づいて端末（電気機器）の動作を制御する機能を備えている。

ところで、本実施形態の通信システムは、一対のノード１同士が他のノード１を中継器として一対一のマルチホップ通信を行う通常モードの他、複数のノード１のうち一のノード１からのパケットを残り全てのノード１に伝送するフラッディングモードを有している。つまり、フラッディングモードにおいては、発信源となるノード１がパケットをブロードキャストで送信し、その後、パケットを受信した各ノード１がそれぞれ受信したパケットをブロードキャストで転送することにより、全てのノード１にパケットが送信される。

ここにおいて、本実施形態の通信システムは、一対一のマルチホップ通信時（通常モード）とフラッディング時（フラッディングモード）とで、通信ルート（ホップ数）が異なっている。これは、一対一のマルチホップ通信時とフラッディング時とでは、通信ルートの設定条件が異なることに起因する。つまり、たとえばノード１間の通信速度が可変であれば、一対一のマルチホップ通信時には通信速度を優先して通信ルートを決定し、フラッディング時にはホップ数を優先して通信ルートを決定することがある。

具体例を挙げると、ノード１は、ある通信速度では２ホップあるいは３ホップでパケットが送信されるノード１に対しても、通信速度を遅くすることにより、１ホップでパケットを送信可能となることがある。図２の例では、ノード１００，１０１間のリンクＬ１と、ノード１０１，１０２間のリンクＬ２と、ノード１０２，１０３間のリンクＬ３とはいずれも通信速度１００ｋｂｐｓで通信可能である。これに対して、ノード１００，１０２間のリンクＬ４は通信速度２５ｋｂｐｓで通信可能であり、ノード１００，１０３間のリンクＬ５およびノード１０１，１０４間のリンクＬ６は通信速度５ｋｂｐｓで通信可能である。

この例において、ノード１００からノード１０３にパケットを送信する場合、通信速度を優先し１００ｋｂｐｓを選択すると、通常モードでは基本的にノード１００→ノード１０１→ノード１０２→ノード１０３の３ホップの通信ルートが選択される。一方、フラッディングモードにおいては、通信速度を５ｋｂｐｓにすると、ノード１００から１ホップでパケットがノード１０１〜１０３の全てに直接届き、さらにノード１０１が中継ノードとして機能することでノード１０４にもパケットが届く。この場合、ノード１０１，１０２が通常モードと同じく中継ノードとして機能すると、ノード１０３は、ノード１００から直接受信するパケットに加えて、ノード１０１，１０２で中継されたパケットを重複して受信することになる。

言い換えれば、一対一のマルチホップ通信時に中継ノードとして機能するノード１が、フラッディング時にもパケットの転送を行うとすれば、フラッディング時においては必要以上に多くのノード１がパケットの転送を行うことになる。その結果、通信トラフィックが増加して輻輳を生じる可能性がある。

そこで、本実施形態の通信システムは、以下に説明する構成を採用することにより、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減している。

まず、各ノード１として用いられる通信端末１０の構成について図３を参照して説明する。通信端末１０は、制御部１１と、通信回路１２と、メモリ１３と、電源部１４とを有している。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主構成とし、メモリ１３に記憶されている所定のプログラムを実行することにより通信回路１２を制御する。さらに制御部１１は、プログラムを実行することで、後述する転送部１１１、タイマ１１２、キャンセル部１１３、検知部１１４、調整部１１５、切替部１１６、計数部１１７として機能する。

通信回路１２は、他のノード１との間で、電力線搬送通信にて双方向に通信可能に構成されている。メモリ２２は、制御部１１が実行するプログラムの他、各ノード１に予め割り当てられている識別子（ＩＤ）を記憶する。電源部１４は、通信端末１０の各部に電源供給する。

転送部１１１は、フラッディングモードにおいて、パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してからこのパケットを他のノード１にブロードキャストで転送するように機能する。タイマ１１２は、通信回路１２が他のノード１から送信されたパケットを受信すると、待ち時間の計時を開始する。ここでいう待ち時間は、基本的にはノード１ごとに異なる長さに設定される。つまり、転送部１１１は、通信回路１２が他のノード１から受信したパケットをすぐに転送するのではなく、タイマ１１２での待ち時間の計時が終了するのを待って転送する。

キャンセル部１１３は、フラッディングモードにおいて、パケットを受信してから待ち時間が経過するまでの間に他のノード１がこのパケットを転送した場合、転送部１１１による転送をキャンセルするように機能する。具体的には、キャンセル部１１３は、タイマ１１２での待ち時間の計時中に、他のノード１がパケットを転送すると、タイマ１１２での待ち時間の計時をキャンセルする。

検知部１１４は、通信回路１２が受信するパケットを監視することにより、自ノード１が既に受信したパケットと同一のパケットを他のノード１が転送したことを検知するように機能する。ここで、検知部１１４は、通信回路１２が受信したパケットに含まれている発信源のノード１並びにシーケンス番号に基づいて、自ノード１が既に受信したパケットと同一のパケットか否かを判断する。つまり、転送部１１１は、待ち時間の計時中に検知部１１４にて他のノード１からの同一パケットの転送を検知すると、待ち時間が経過する前にタイマ１１２での計時動作がキャンセル部１１３にてキャンセルされるため、パケットの転送を行わない。

調整部（第１調整部）１１５は、パケット受信時の受信強度が低いほど待ち時間が短くなるように待ち時間を変化させる。つまり、調整部１１５は、通信回路１２がパケットを受信したときに、このパケットの受信強度に応じて、タイマ１１２に計時させる待ち時間の長さを変化させる。調整部１１５は、パケット受信時の受信強度を測定する強度測定部（図示せず）を有しており、この強度測定部で測定された受信強度に応じて待ち時間の長さを決定する。ここで、受信強度と待ち時間との対応関係は、テーブルとして予めメモリ１３に記憶されていてもよいし、受信強度の関数で待ち時間が表されてもよい。

切替部１１６は、通信回路１２での通信速度を切り替えるように機能する。ここでは、切替部１１６は、少なくとも第１の通信速度と、第１の通信速度よりも低速である第２の通信速度との２段階で通信速度を段階的に切り替えるように構成されている。

また、本実施形態においては、転送部１１１は、第１の通信速度でパケットを転送してから一定時間以内に他のノード１がこのパケットを中継しなければ、第２の通信速度でパケットを再度転送するように構成されている。つまり、転送部１１１は、まず第１の通信速度でパケットを転送し、その後、検知部１１４にていずれのノード１からもパケットの転送を検知できなければ、切替部１１６にて通信速度を低速の第２の通信速度に切り替えてパケットを再送する。

計数部１１７は、通信回路１２がパケットを受信したときに、このパケットに含まれているホップ数の項目に基づいて、自ノード１までのパケットのホップ数（パケットの発信源たるノード１と自ノード１との間の中継ノード数＋１）を計数する。つまり、パケットは、ノード１にて転送される度にインクリメントされるホップ数という項目を含んでおり、計数部１１７は、パケット内のホップ数の項目を確認することで、自ノード１までのパケットのホップ数を取得する。

また、本実施形態においては、転送部１１１は、自身までのパケットのホップ数を所定の上限値と比較し、上限値とホップ数との差分が規定値以下のときに、通信速度を低速に切り替えるように構成されている。ここで、上限値は、通信システムにおいて許容されるホップ数の上限値であって、予め定められてメモリ１３に記憶されている。つまり、転送部１１１は、計数部１１７で取得したホップ数をメモリ１３内の上限値と比較し、その差分である残ホップ数に余裕があれば通信速度を第１の通信速度のまま、余裕がなくなれば切替部１１６にて第２の通信速度に切り替えてパケットを転送する。

なお、図３に示す通信端末１０の構成は、基本的には全ノード１に共通するが、フラッディングモードにおいてパケットの発信源となるノード１が固定されている場合、発信源としてのノード１には制御部１１にて実現される機能は省略されていてもよい。つまり、たとえば親機であるノード１００が常にパケットの発信源であるならば、ノード１００は、転送部１１１、タイマ１１２、キャンセル部１１３、検知部１１４、調整部１１５、切替部１１６、計数部１１７が省略されていてもよい。

次に、上記構成の通信端末１０をノード１として用いることによって実現される本実施形態の通信システムの具体的な動作例について、図４を参照して説明する。

以下では、親機であるノード１００が発信源となり、他の全てのノード（子機）１０１〜１１０に対してフラッディングによりファームウェアを配布する場合を例として、フラッディングモードの動作について説明する。なお、以下では図１の例と同様に、集合住宅の１階の需要家にノード１０１、２階の需要家にノード１０２、・・・というように各階ごとに子機たるノード１が設置され、親機としてのノード１００が地下１階の電気室に設置されている場合を想定する。

また、ここでは各ノード１は、フラッディング時の通信速度を低速とすることにより、一対一のマルチホップ通信時に比べて広範囲にパケットが届くように構成されていると仮定する。具体的には、各ノード１は、フラッディングモードにおいては、３フロア分離れたノード１までパケットを直接送信可能であり、たとえば地下１階のノード１００から送信されたパケットは３階のノード１０３まで届くが４階のノード１０４には届かない。

まず、発信源たるノード１００は、シーケンス番号（ｓｅｑ）＝１のパケットをブロードキャストで送信し、このパケットは、ノード１００から３フロア以内に存在するノード１０１，１０２，１０３にて受信される（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）。パケットを受信したノード１０１，１０２，１０３は、それぞれタイマ１１２にて待ち時間の計時（Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）を開始する。

このとき、各ノード１は、調整部１１５にてパケット受信時の受信強度が低いほど待ち時間が短くなるように待ち時間を変化させる。ここでは、ノード１００からの距離（空間距離ではなく、伝送路となる電力線２上の距離）は、ノード１０１〜１０３の中でノード１０１が最も短く、ノード１０３が最も長い。そのため、ノード１０３はノード１０１〜１０３の中では、パケットの受信強度が最も低くなり、待ち時間が最も短くなるため、最初に待ち時間の計時を終了する。つまり、待ち時間はノード１０１、ノード１０２、ノード１０３の順に短くなる。

ノード１０３は、待ち時間の計時（Ｓ６）を終了すると、転送部１１１にて発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケットをブロードキャストで送信（転送）する。このとき、ノード１０３にて転送されたパケットは、ノード１０３から上流側（親機側）３フロア以内に存在するノード１０２，１０１，１００にて受信される（Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９）。これにより、ノード１０１，１０２は、待ち時間の計時（Ｓ４，Ｓ５）中に、既に受信したパケットと同一パケット（発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケット）のノード１０３からの転送を検知部１１４にて検知することになる。したがって、ノード１０１，１０２は、タイマ１１２の計時動作をキャンセルして転送部１１１によるパケットの転送をキャンセルする。

一方で、ノード１０３にて転送されたパケットは、ノード１０３から下流側３フロア以内に存在するノード１０４，１０５，１０６でも受信される（Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２）。パケットを受信したノード１０４，１０５，１０６は、それぞれタイマ１１２にて待ち時間の計時（Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５）を開始する。ノード１０３からの距離（空間距離ではなく、伝送路となる電力線２上の距離）は、ノード１０４〜１０６の中でノード１０４が最も短く、ノード１０６が最も長い。そのため、ノード１０６はノード１０４〜１０６の中では、パケットの受信強度が最も低くなり、待ち時間が最も短くなるため、最初に待ち時間の計時を終了する。つまり、待ち時間はノード１０４、ノード１０５、ノード１０６の順に短くなる。

ノード１０６は、待ち時間の計時（Ｓ１５）を終了すると、転送部１１１にて発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケットをブロードキャストで送信（転送）する。このとき、ノード１０６にて転送されたパケットは、ノード１０６から上流側（親機側）３フロア以内に存在するノード１０５，１０４，１０３にて受信される（Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８）。これにより、ノード１０４，１０５は、待ち時間の計時（Ｓ１３，Ｓ１４）中に、既に受信したパケットと同一パケット（発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケット）のノード１０６からの転送を検知部１１４にて検知することになる。したがって、ノード１０４，１０５は、タイマ１１２の計時動作をキャンセルして転送部１１１によるパケットの転送をキャンセルする。さらに、ノード１０３は、自身がパケットを転送した後、一定時間以内に、他のノード１０６での同パケットの転送を検知することになるので、通信速度を切り替えてのパケットの再送は行わない。

一方で、ノード１０６にて転送されたパケットは、ノード１０６から下流側３フロア以内に存在するノード１０７，１０８，１０９でも受信される（Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２１）。パケットを受信したノード１０７，１０８，１０９は、それぞれタイマ１１２にて待ち時間の計時（Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４）を開始する。ノード１０６からの距離（空間距離ではなく、伝送路となる電力線２上の距離）は、ノード１０７〜１０９の中でノード１０７が最も短く、ノード１０９が最も長い。そのため、ノード１０９はノード１０７〜１０９の中では、パケットの受信強度が最も低くなり、待ち時間が最も短くなるため、最初に待ち時間の計時を終了する。つまり、待ち時間はノード１０７、ノード１０８、ノード１０９の順に短くなる。

ノード１０９は、待ち時間の計時（Ｓ２４）を終了すると、転送部１１１にて発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケットをブロードキャストで送信（転送）する。このとき、ノード１０９にて転送されたパケットは、ノード１０９から上流側（親機側）３フロア以内に存在するノード１０８，１０７，１０６にて受信される（Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７）。これにより、ノード１０７，１０８は、待ち時間の計時（Ｓ２２，Ｓ２３）中に、既に受信したパケットと同一パケット（発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケット）のノード１０９からの転送を検知部１１４にて検知することになる。したがって、ノード１０７，１０８は、タイマ１１２の計時動作をキャンセルして転送部１１１によるパケットの転送をキャンセルする。さらに、ノード１０６は、自身がパケットを転送した後、一定時間以内に、他のノード１０９での同パケットの転送を検知することになるので、通信速度を切り替えてのパケットの再送は行わない。

一方で、ノード１０９にて転送されたパケットは、ノード１０９から下流側３フロア以内に存在するノード１１０にも送信される（Ｓ２８）。

要するに、図５に示すように、ノード１００がノード１０１〜１０３に対してパケットをフラッディングすると（Ｓ１〜Ｓ３）、パケットを受信したノード１０１〜１０３のうちノード１０３のみが、受信したパケットをフラッディング（転送）する。ノード１０３からフラッディングされたパケットは１ホップでノード１０４〜１０６に転送され（Ｓ１０〜Ｓ１２）、パケットを受信したノード１０４〜１０６のうちノード１０６のみが、受信したパケットをフラッディング（転送）する。ノード１０６からフラッディングされたパケットは１ホップでノード１０７〜１０９に転送され（Ｓ１９〜Ｓ２１）、パケットを受信したノード１０７〜１０９のうちノード１０９のみが、受信したパケットをフラッディング（転送）する。ノード１０９からフラッディングされたパケットは１ホップでノード１１１０に転送される。

したがって、ノード１００からのパケットは最も遠いノード１１０に対しても、ノード１００→ノード１０３→ノード１０６→ノード１０９→ノード１１０の４ホップの通信ルートで到達し、必要以上に多くのノード１がパケットの転送を行うことはない。その結果、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減することができる。

なお、パケットを受信したノード１１０は、待ち時間の経過後、転送部１１１にてパケットをブロードキャストで送信（転送）する。他のノード１０１〜１０９はいずれもノード１１０から受信したパケットと同一のパケット（発信源がノード１００でｓｅｑ＝１のパケット）を受信済みであるから、ノード１１０に転送されたパケットは、他のノード１０１〜１０９で再度転送されることはない。

以上説明した本実施形態の通信システムによれば、各ノード１は、フラッディングモードにおいて、パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してから転送部１１１にてパケットを他のノード１に転送する。また、各ノード１は、フラッディングモードにおいて、パケットを受信してから待ち時間が経過するまでの間に他のノードが同一のパケットを転送した場合、転送部１１１による転送をキャンセル部１１３にてキャンセルする。これにより、各ノード１は、フラッディングされたパケットを転送するタイミングを他のノード１とずらすことができ、他のノード１が先にパケットを転送した場合には重複して転送することもない。その結果、通信システムは、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減し、通信トラフィックを低減することができる。

さらに、各ノード１は、パケット受信時の受信強度が低いほど待ち時間が短くなるように待ち時間を変化させる調整部１１５を有している。そのため、各ノード１は、パケットのフラッディング送信元のノード１からの距離（空間距離ではなく、伝送路となる電力線２上の距離）が長いほど、待ち時間が短くなり、他のノード１より優先的にパケットを転送することになる。したがって、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減することができる。

また、本実施形態では、転送部１１１は、第１の通信速度でパケットを転送してから一定時間以内に他のノード１がパケットを中継しなければ、切替部１１６にて第１の通信速度よりも低速である第２の通信速度に切り替えてパケットを再度転送する。そのため、転送部１１１は、１回目のフラッディングでは通信速度を優先しながらも、１回目のフラッディングで他のノード１に正しくパケットが転送されなかった場合には通信速度を落として、２回目のフラッディングでより確実にパケットを転送できる。

さらに、本実施形態では、転送部１１１は、自身までのパケットのホップ数を所定の上限値と比較し、上限値とホップ数との差分が規定値以下のときに、通信速度を低速に切り替えるように構成されている。そのため、転送部１１１は、残ホップ数（上限値−ホップ数）に余裕があれば通信速度を優先してパケットを転送し、残ホップ数に余裕がない場合には通信速度を落として、確実にパケットを転送できる。

なお、調整部１１５、切替部１１６、計数部１１７の機能は必要に応じて付加されればよく、省略されていてもよい。

また、本実施形態の変形例として、転送部１１１は、パケット受信時の受信強度が規定値以下であった場合にのみ、パケットのフラッディング（転送）を行うように構成されていてもよい。この場合、各ノード１は、パケットのフラッディング送信元のノード１からの距離（空間距離ではなく、伝送路となる電力線２上の距離）がある程度長い場合のみ、パケットを転送することになる。したがって、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減することができる。

さらにまた、本実施形態の他の変形例として、待ち時間を調整する調整部１１５は、パケットの受信強度ではなく、中継段数（ホップ数）に応じて待ち時間を変化させるように構成されていてもよい。具体的には、各ノード１は、中継段数が多くなるほど待ち時間が短くなるように調整部（第２調整部）１１５にて待ち時間を変化させる。ここで、中継段数と待ち時間との対応関係は、テーブルとして予めメモリ１３に記憶されていてもよいし、中継段数の関数で待ち時間が表されてもよい。

この変形例によれば、パケットの発信源のノード１から遠いノード１ほど、短い待ち時間でパケットの転送を行うことができる。すなわち、たとえば集合住宅において親機であるノード１が発信源となり、他の全てのノード（子機）１に対してフラッディングによりパケットを送信する場合、親機付近は、ノード１が密集している（端末密度が高い）ため通信トラフィックが高くなる。一方で、親機から離れるとノード１の密集度が低く（端末密度が低く）なって通信トラフィックが低くなるので、中継段数の多いノードは、パケットを転送するまでの待ち時間を短縮することが可能である。

（実施形態２）
本実施形態の通信システムは、図６に示すように、各ノードとして用いられる通信端末１０が、キャンセル部１１３と別に、転送部１１１による転送をキャンセルする第１，２無効部１１８，１１９を制御部１１に有する点で実施形態１の通信システムと相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態では、各ノード１は、制御部１１に経路探索部１２０を有し、経路探索部１２０が通信ルートを決めるためのルーティングパケットを交換することにより、フラッディングモードで中継器として機能（パケットを転送）するか否かが予め決められている。ここでいうルーティングパケットは、送信元のノード（子機）１から親機への通信ルートを表すルート情報を含むパケットであって、各ノード１が定期的に送信するハローメッセージであってもよい。ルート情報には、送信元から親機までの間で中継器として機能するノードの識別子（ＩＤ）が含まれている。要するに、各ノード１は、経路探索部１２０にてルーティングパケットに含まれるルート情報を確認し、このルート情報に自ノード１の識別子が含まれていれば中継器として選択されている、含まれていなければ中継器として選択されていないと判断する。

さらに、経路探索部１２０は、自ノード１が送信したパケットを直接受信可能なノード１である隣接ノードとハローメッセージ（ルーティングパケット）を定期的に交換することにより、隣接ノードとの間の双方向の通信品質（リンクコスト）を取得できる。つまり、各ノード１は、隣接ノードからハローメッセージを受信したときの通信品質だけでなく、自身の送信したハローメッセージを隣接ノードが受信したときの通信品質についても隣接ノードからのハローメッセージに記述された形で取得できる。このようにして、各ノード１は、隣接ノードとの間の双方向の通信品質を取得すると、取得した通信品質をメモリ１３内の隣接ノードテーブルにて管理（記憶）する。

第１無効部１１８は、自ノード１が中継器として選択されていないときに、転送部１１１による転送をキャンセルするように機能する。つまり、各ノード１は、自身が中継器に選択されている場合にのみ転送部１１１によるパケットの転送を実行し、自身が中継器に選択されていなければパケットの転送を行わない。言い換えれば、各ノード１は、自身が中継器に選択されていることを、フラッディング（転送）を行うための必須条件とする。

第２無効部１１９は、パケットを受信する前に、自身の下位ノードが同パケットを転送したときに、転送部１１１による転送をキャンセルする。つまり、各ノード１は、自身の下位ノードが先にフラッディングを行った場合には、その後、同パケットを受信しても転送部１１１にてフラッディング（転送）を行わない。

ところで、本実施形態においては、各ノードとして用いられる通信端末１０は、調整部１１５が第３調整部、第４調整部としての機能をさらに有している。

第３調整部としての調整部１１５は、自ノード１が送信したパケットを直接受信可能なノード１である隣接ノードとの間の通信品質が低いほど待ち時間が短くなるように、待ち時間を変化させる機能を持つ。つまり、調整部１１５は、上述したようにメモリ１３内の隣接ノードテーブルにて管理されている隣接ノードとの通信品質に応じて、タイマ１１２に計時させる待ち時間の長さを変化させる。ここで、通信品質と待ち時間との対応関係は、テーブルとして予めメモリ１３に記憶されていてもよいし、通信品質の関数で待ち時間が表されてもよい。

また、第４調整部としての調整部１１５は、自ノード１の下位に接続されているノード１の数が多いほど待ち時間が短くなるように、待ち時間を変化させる機能を持つ。つまり、調整部１１５は、自身の下位（パケットの送信先）ノード数に応じて、タイマ１１２に計時させる待ち時間の長さを変化させる。ここで、下位ノード数と待ち時間との対応関係は、テーブルとして予めメモリ１３に記憶されていてもよいし、下位ノード数の関数で待ち時間が表されてもよい。各ノード１は、たとえば定期的にハローメッセージ（ルーティングパケット）を交換することで自身の下位ノードの識別子を取得し、メモリ１３内の隣接ノードテーブルにて管理しており、自身の下位ノード数についても隣接ノードテーブルで管理する。

以上説明した本実施形態の通信システムによれば、第１無効部１１８により、中継器として選択されてないノード１は転送部１１１による転送がキャンセルされる。したがって、フラッディング時にパケットの転送を行うノード１は、予め中継器に選択されたノード１の中から選択されることになり、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減することができる。

また、第２無効部１１９によれば、自身の下位ノードが同パケットを転送したノード１は転送部１１１による転送がキャンセルされるので、通信システムはフラッディング時にパケットの転送を行うノード数をより低減できる。

さらに、第３調整部によれば、隣接ノードとの間の通信品質が低いほど待ち時間が短くなるように待ち時間が変化するので、各ノード１は、隣接ノードとの通信品質が低いほど、待ち時間が短くなり、他のノード１より優先的にパケットを転送することになる。このように、隣接ノードとの通信品質が低いノード１が優先的にパケットを転送することにより、広範囲にパケットを転送することができ、フラッディング時にパケットの転送を行うノード数を低減できる。

第４調整部によれば、下位ノード数が多いほど待ち時間が短くなるように待ち時間が変化するので、各ノード１は、下位ノード数が多いほど、待ち時間が短くなり、他のノード１より優先的にパケットを転送することになる。このように、下位ノード数が多いノード１が優先的にパケットを転送することにより、たとえば下位ノード数が「１」であるノード１のフラッディングを回避することができる。したがって、通信システムはフラッディング時にパケットの転送を行うノード数をより低減できる。

なお、図６に示す通信端末１０の構成は、基本的には全ノード１に共通するが、フラッディングモードにおいてパケットの発信源となるノード１が固定されている場合、発信源としてのノード１には第１，２無効部１１８，１１９は省略されていてもよい。つまり、たとえば親機であるノード１００が常にパケットの発信源であるならば、ノード１００は、第１，２無効部１１８，１１９が省略されていてもよい。また、第１無効部１１８、第２無効部１１９の機能は必要に応じて付加されればよく、そのうち１つの機能が省略されていてもよい。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

１，１００〜１１０ ノード
２ 電力線
１０ 通信端末
１１１ 転送部
１１３ キャンセル部
１１５ 調整部（第１調整部、第２調整部、第３調整部、第４調整部）
１１６ 切替部
１１８ 第１無効部
１１９ 第２無効部

Claims (10)

1. 複数のノードを備え、前記複数のノードの各々が他のノードを中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う通信システムであって、
   前記複数のノードの各々は、
   前記複数のノードのうち一のノードからのパケットを残り全てのノードに伝送するフラッディングモードにおいて、前記パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してから当該パケットを他のノードに転送する転送部と、
   前記フラッディングモードにおいて、前記パケットを受信してから前記待ち時間が経過するまでの間に他のノードが当該パケットを転送した場合、前記転送部による転送をキャンセルするキャンセル部とを有する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記複数のノードの各々は、前記パケット受信時の受信強度が低いほど前記待ち時間が短くなるように前記待ち時間を変化させる第１調整部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記複数のノードの各々は、中継段数が多くなるほど前記待ち時間が短くなるように前記待ち時間を変化させる第２調整部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記複数のノードの各々は、通信速度を切り替える切替部を有し、
   前記転送部は、第１の通信速度で前記パケットを転送してから一定時間以内に他のノードが当該パケットを中継しなければ、前記第１の通信速度よりも低速である第２の通信速度で前記パケットを再度転送するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記複数のノードの各々は、通信速度を切り替える切替部を有し、
   前記転送部は、自身までの前記パケットのホップ数を所定の上限値と比較し、前記上限値と前記ホップ数との差分が規定値以下のときに、前記通信速度を低速に切り替えるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記複数のノードの各々は、通信ルートを決めるためのルーティングパケットを交換することにより前記フラッディングモードで中継器として機能するか否かが予め決定されており、自身が前記中継器として選択されていないときに、前記転送部による転送をキャンセルする第１無効部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記複数のノードの各々は、自身が送信したパケットを直接受信可能なノードである隣接ノードとの間の通信品質が低いほど前記待ち時間が短くなるように、前記待ち時間を変化させる第３調整部を有する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記複数のノードの各々は、自身の下位に接続されているノード数が多いほど前記待ち時間が短くなるように、前記待ち時間を変化させる第４調整部を有する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システム。
9. 前記複数のノードの各々は、前記パケットを受信する前に、自身の下位に接続されているノードが当該パケットを転送したときに、前記転送部による転送をキャンセルする第２無効部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の通信システム。
10. 複数のノードを備え、前記複数のノードの各々が他のノードを中継器としてパケットを伝送するマルチホップ通信を行う通信システムに前記ノードとして用いられる通信端末であって、
    前記複数のノードのうち一のノードからのパケットを残り全てのノードに伝送するフラッディングモードにおいて、前記パケットを受信すると、所定の待ち時間が経過してから当該パケットを他のノードに転送する転送部と、
    前記フラッディングモードにおいて、前記パケットを受信してから前記待ち時間が経過するまでの間に他のノードが当該パケットを転送した場合、前記転送部による転送をキャンセルするキャンセル部とを有する
    ことを特徴とする通信端末。
    

Images