JP2014175894A - Multi-hop network system and radio station - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、マルチホップネットワークを利用した通信システムにおいて、送信元のメッセージを送信先へ届けるようにしたマルチホップネットワークシステム及び無線局に関する。 The present invention relates to, for example, a multihop network system and a radio station configured to deliver a source message to a destination in a communication system using a multihop network.
従来、スマートグリッドを実現するため、ＡＭＩ（Advanced Metering Infrastructure）通信システムが検討されつつあった。ＡＭＩ通信システムは、通信機能を付加した電子式電力メーターを低圧需要家の各戸に設置し、取得した電力量等のデータを、ネットワークを介して上位系通信システムへ収集し、監視制御を行う自動検針通信システムである。このようなＡＭＩ通信システムは、集約サーバ、コンセントレータ無線局、無線局によって構成されており、全体としてマルチホップネットワークを構成している。 Conventionally, in order to realize a smart grid, an AMI (Advanced Metering Infrastructure) communication system has been studied. The AMI communication system automatically installs an electronic power meter with a communication function at each low-voltage consumer's house, collects data such as the amount of power acquired over the network, and performs monitoring and control. This is a meter reading communication system. Such an AMI communication system includes an aggregation server, a concentrator radio station, and a radio station, and constitutes a multi-hop network as a whole.
マルチホップネットワークとは、アクセスポイントを用いずに、複数の無線局が多段で接続して互いに通信を行えるようにした通信システムである。マルチホップネットワークでは、複数の無線局が自律してネットワークを構成するため、運用コストの負荷を抑えることが期待されている。マルチホップネットワークを用いた従来の技術として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
A multi-hop network is a communication system in which a plurality of wireless stations are connected in multiple stages and can communicate with each other without using an access point. In a multi-hop network, since a plurality of wireless stations autonomously configure a network, it is expected to reduce the operation cost load. As a conventional technique using a multi-hop network, for example, one disclosed in
特許文献１には、各無線局からの優先制御発生通知が可能な最小限の時間を確保した通信フレームを通常時に利用し、優先制御が必要となると、優先的に通信すべきパケットを転送する時間を確保した通信フレーム構成を一時的に利用する技術が開示されている。この技術では、優先度が高くないメッセージに関しては自由通信部においてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式で送信することが可能となっている。
In
しかし、マルチホップネットワークを構成した各無線局が任意のタイミングでメッセージを送信すると、複数の無線局から同時に送信されたメッセージが衝突しやすかった。また、メッセージの輻輳が発生したり、メッセージが消失したりして、ネットワークの通信品質が落ちることがあった。 However, when each wireless station configuring the multi-hop network transmits a message at an arbitrary timing, the messages transmitted simultaneously from a plurality of wireless stations are likely to collide. In addition, message congestion may occur or messages may disappear, resulting in poor network communication quality.
また、特許文献１に開示された技術では、優先制御通知部において優先制御の要求が多数の無線局から発生した場合、多くの無線局のメッセージが保留となってしまい、通常運転時に送信すべきメッセージに影響が出てしまう。また優先制御発生通知を受けられない無線局が存在した場合、メッセージの消失が多発することがあった。
Further, in the technique disclosed in
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、送信元となる複数の無線局が送信するメッセージを確実に送信先に送り届けることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reliably send a message transmitted from a plurality of wireless stations as transmission sources to a transmission destination.
本発明は、マルチホップネットワークの経路構成を管理する集約サーバと、コンセントレータ無線局と、無線局と、を備えるマルチホップネットワークシステムに関する。
コンセントレータ無線局は、集約サーバの配下にあって、マルチホップネットワークを構成し、マルチホップネットワークで用いられるメッセージの送信又は転送を行うための通信フレームを管理して、集約サーバと互いに通信するものである。
無線局は、コンセントレータ無線局が構成するマルチホップネットワークに所属し、コンセントレータ無線局との間で、通信フレームに規定される時間内でメッセージの送信又は転送を行うものである。
そして、コンセントレータ無線局又は集約サーバは、マルチホップネットワークに所属する各無線局が通信フレーム内の異なる時間でメッセージを送信するための時間の情報を無線局に通知する。
無線局は、異なる時間の情報に基づいて決定したメッセージの送信を開始する時間にメッセージを送信し、メッセージを送信した後、送信したメッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失したメッセージの再送可否を判断する。判断した結果、消失したメッセージを再送することが可能である場合には、再び決定した前記メッセージの送信を開始する時間で前記メッセージを再送する。
The present invention relates to a multi-hop network system including an aggregation server that manages a path configuration of a multi-hop network, a concentrator radio station, and a radio station.
The concentrator radio station is under the control of the aggregation server, forms a multi-hop network, manages communication frames for transmitting or transferring messages used in the multi-hop network, and communicates with the aggregation server. is there.
The radio station belongs to a multi-hop network configured by the concentrator radio station, and transmits or forwards a message to / from the concentrator radio station within the time specified in the communication frame.
Then, the concentrator radio station or the aggregation server notifies the radio station of time information for each radio station belonging to the multi-hop network to transmit a message at a different time in the communication frame.
The wireless station transmits a message at a time when transmission of a message determined based on information at different times is started, and after transmitting the message, detects that the transmitted message has been lost along the route. Determine whether retransmission is possible. As a result of the determination, if the lost message can be retransmitted, the message is retransmitted at the time when transmission of the determined message is started again.
本発明によれば、各無線局が異なる時間でメッセージの送信を開始し、経路途中でメッセージが消失したことを検知したときにメッセージを再送することで、メッセージを確実に送信先に送り届けることができる。 According to the present invention, each wireless station starts sending a message at a different time, and when it is detected that the message has disappeared along the route, the message is retransmitted, thereby reliably delivering the message to the destination. it can.
以下、本発明の一実施の形態例について、添付図面を参照して説明する。
本発明が適用されるマルチホップネットワークシステム１は、コンピュータがプログラムを実行することにより、後述する機能ブロックが連携して行う通信帯域の制御方法を実現する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は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する説明を省略する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The
始めに、マルチホップネットワークシステム１の構成例について説明する。
図１は、マルチホップネットワークシステム１の構成例を示すシステム構成図である。
First, a configuration example of the
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a configuration example of a
マルチホップネットワークシステム１は、集約サーバ１０、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂを利用した通信システムによって構成されている。集約サーバ１０は、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂの経路構成を管理しており、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂ内の各コンセントレータ無線局と互いに通信可能である。集約サーバ１０とコンセントレータ無線局２０Ａを結ぶ通信経路Ｒ１、及び集約サーバ１０とコンセントレータを結ぶ経路Ｒ２は、集約サーバ１０に接続する通信経路であり、無線通信である必要はない。例えば、通信帯域の広い有線の光ファイバケーブル等によって通信経路Ｒ１，Ｒ２を構成してもよい。
The
コンセントレータ無線局２０Ａは、集約サーバ１０の配下にあって、マルチホップネットワーク２Ａを構成する。コンセントレータ無線局２０Ａは、マルチホップネットワーク２Ａで用いられるメッセージの送信又は転送を行うための所定の通信時間が規定される通信フレームの一例としての基本通信フレームＦ１（後述する図８を参照）を管理して、集約サーバ１０と互いに通信する。そして、マルチホップネットワーク２Ａには、コンセントレータ無線局２０Ａ、無線局３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅが所属しており、コンセントレータ無線局２０Ａを上位階層とするツリー構造を形成している。無線局３０Ａ〜３０Ｅは、コンセントレータ無線局２０Ａとの間で、基本通信フレームＦ１に規定される時間内でメッセージの送信又は転送を行う。
The
コンセントレータ無線局２０Ｂは、集約サーバ１０の配下にあって、マルチホップネットワーク２Ｂを構成する。コンセントレータ無線局２０Ｂは、マルチホップネットワーク２Ｂで用いられるメッセージの送信又は転送を行うための所定の通信時間が規定される基本通信フレームＦ１を管理して、集約サーバ１０と互いに通信する。そして、マルチホップネットワーク２Ｂには、コンセントレータ無線局２０Ｂ、無線局３０Ｆが所属しており、コンセントレータ無線局２０Ｂを上位階層とするツリー構造を形成している。無線局３０Ｆは、コンセントレータ無線局２０Ｂとの間で、基本通信フレームＦ１に規定される時間内でメッセージの送信又は転送を行う。
The concentrator radio station 20B is under the control of the
マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂにおいて、各無線局とコンセントレータ無線局を結ぶ通信経路ｒ１〜ｒ６は、各経路の両端に位置するコンセントレータ無線局又は無線局が互いに無線通信が可能であることを表す。
In the
次に、マルチホップネットワークシステム１を構成する、集約サーバ１０、コンセントレータ無線局２０Ａ、無線局３０Ａの機能ブロックの例について、図２〜図４を参照して順に説明する。
Next, examples of functional blocks of the
［集約サーバの構成例］
図２は、集約サーバ１０の構成例を示すブロック図である。
[Configuration example of aggregation server]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
集約サーバ１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、外部ネットワーク接続回路１３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４によって構成されている。ＨＤＤ１４内には、プログラム１５とネットワーク管理データ１６が格納されている。
集約サーバ１０は、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂに所属する各無線局が異なる時間でメッセージを送信するための時間の情報を無線局にマルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂに所属する各無線局に通知することができる。
The
ＲＡＭ１１は、ＣＰＵ１２がプログラム１５を実行する際に使用する変数、ワーク領域等を一時記憶する。
ＣＰＵ１２は、ＨＤＤ１４から読み出したプログラム１５を実行し、プログラム１５の処理によって、適宜ネットワーク管理データ１６にアクセスして、所望のデータ等を読み出す。
外部ネットワーク接続回路１３は、通信経路Ｒ１，Ｒ２の端子が接続される通信インターフェースであり、コンセントレータ無線局２０Ａ，２０Ｂと通信経路Ｒ１，Ｒ２を介して接続することができる。
プログラム１５は、個別割当通信フレームＦ２（後述する図８を参照）を決定する個別割当通信フレーム決定部１５ａを内部に保存している。
The
The
The external
The
ネットワーク管理データ１６は、個別割当通信フレーム管理データ１６ａ、通信可能範囲データ１６ｂ、無線通信経路データ１６ｃを内部に保存している。
個別割当通信フレーム管理データ１６ａは、個別割当通信フレーム決定部１５ａが決定した個別割当通信フレームＦ２を管理する。
通信可能範囲データ１６ｂは、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂにおいて定まるＨＯＰ数から、各コンセントレータ無線局と各無線局が通信可能な範囲を管理している。
無線通信経路データ１６ｃは、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂに所属する各コンセントレータ無線局と各無線局の通信経路を管理している。
The
The individual allocation communication frame management data 16a manages the individual allocation communication frame F2 determined by the individual allocation communication
The
The radio
［コンセントレータ無線局の構成例］
図３は、コンセントレータ無線局２０Ａの構成例を示すブロック図である。
なお、コンセントレータ無線局２０Ａと同様の構成としてあるコンセントレータ無線局２０Ｂについては、詳細な説明を省略する。
[Configuration example of concentrator radio station]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
A detailed description of the concentrator radio station 20B having the same configuration as that of the
コンセントレータ無線局２０Ａは、大きくＭＰＵ（Micro Processing Unit）２１と制御回路２２からなる２つの機能ブロックによって構成されている。
The
ＭＰＵ２１は、送信メッセージ保存部２１ａと、中央制御部２１ｂと、送信タイミング決定部２１ｃと、再送判断部２１ｄと、経路管理部２１ｅと、個別送信時間管理部２１ｆとを有する。ＭＰＵ２１は、制御回路２２と繋がっている。
The
送信メッセージ保存部２１ａは、コンセントレータ無線局２０Ａが集約サーバ１０、各線局に送信するメッセージを、メッセージの送信が完了するまで保存する。
中央制御部２１ｂは、ＭＰＵ２１内の各機能ブロックの動作を制御する。そして、中央制御部２１ｂは、送信タイミング決定部２１ｃによって決定されたメッセージの送信を開始する時間でメッセージを送信する。メッセージを送信した後、メッセージが経路途中で消失し、再送判断部２１ｄが再送の可否を判断する。この判断の結果、消失したメッセージを再送することが可能である場合には、送信タイミング決定部２１ｃに再びメッセージの送信を開始する時間を決定させ、メッセージを再送する制御を行う。
The transmission
The central control unit 21b controls the operation of each functional block in the
送信タイミング決定部２１ｃは、個別送信時間管理部２１ｆによって管理されるＴＳ番号とメッセージの種別に基づいて、基本通信フレームＦ１内で集約サーバ１０、無線局３０Ａ，３０Ｂのいずれかにメッセージを送信する送信タイミングとして送信開始時間を決定する。メッセージの送信開始時間は、後述するように、基本通信フレームＦ１内で割り当てられたタイムスロットによって変わりうる。
The transmission
再送判断部２１ｄは、中央制御部２１ｂがメッセージを送信した後、送信したメッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失したメッセージの再送可否を判断する。
経路管理部２１ｅは、コンセントレータ無線局２０Ａが構成するマルチホップネットワーク２Ａ内に配置された無線局３０Ａ〜３０Ｅの通信経路ｒ１，ｒ２，ｒ４〜ｒ６のネットワーク構成、ホップ数等を管理する。
個別送信時間管理部２１ｆは、マルチホップネットワーク２Ａに所属する各無線局がメッセージを送信する時間の情報とは異なる時間の情報（例えば、タイムスロットのＴＳ番号）を管理する。送信開始時間が一致したことによりメッセージの消失が発生しないように、
When the central control unit 21b detects that the transmitted message has been lost during the route after the central control unit 21b has transmitted the message, the retransmission determination unit 21d determines whether the lost message can be retransmitted.
The path management unit 21e manages the network configuration, the number of hops, and the like of the communication paths r1, r2, r4 to r6 of the
The individual transmission
制御回路２２は、アンテナ２２ａが接続された無線アンテナ制御回路２２ｂと、電源制御回路２２ｃと、外部ネットワーク接続回路２２ｄとを備える。
The
アンテナ２２ａは、ＭＰＵ２１から受け取ったデータ等を無線電波によって送信したり、無線局からデータ等を無線電波によって受信したりする。
無線アンテナ制御回路２２ｂは、接続されたアンテナ２２ａを介して、所定の通信規格に準拠した手順に基づいて、コンセントレータ無線局２０Ａの周囲にある無線局と無線通信を行う。
電源制御回路２２ｃは、外部又は内部の電源から供給される電力を、コンセントレータ無線局２０Ａ内のＭＰＵ２１、制御回路２２に振り分ける。
The
The radio
The power
外部ネットワーク接続回路２２ｄは、通信経路Ｒ１の端子が接続される通信インターフェースであり、集約サーバ１０と通信経路Ｒ１を介して接続することができる。コンセントレータ無線局２０Ａは無線局３０Ａと違って、外部ネットワーク接続回路２２ｄを有している。これは各無線局から収集したデータを、集約サーバ１０の外部ネットワーク接続回路１３を介して、集約サーバ１０に送信するためである。
The external
［無線局の構成例］
図４は、無線局３０Ａの構成例を示すブロック図である。
なお、無線局３０Ａと同様の構成としてある無線局３０Ｂ〜３０Ｆについては、詳細な説明を省略する。
[Configuration example of radio station]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the
Detailed descriptions of the
無線局３０Ａについても、コンセントレータ無線局２０Ａと同様に、大きくＭＰＵ３１と、制御回路３２の二つの機能ブロックによって構成されている。この無線局３０Ａは、コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０から通知された異なる時間の情報に基づいて決定したメッセージの送信を開始する時間にメッセージを送信する。そして、送信したメッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失したメッセージの再送可否を判断する。この判断した結果、消失したメッセージを再送することが可能である場合には、再び決定したメッセージの送信を開始する時間でメッセージを再送することができる。
Similarly to the
ＭＰＵ３１は、送信メッセージ保存部３１ａと、中央制御部３１ｂと、送信タイミング決定部３１ｃと、再送判断部３１ｄと、個別送信時間保存部３１ｅを有する。ＭＰＵ３１も制御回路３２と接続されている。
The
送信メッセージ保存部３１ａは、無線局３０Ａが集約サーバ１０又はコンセントレータ無線局２０Ａのいずれかに送信するメッセージを、メッセージの送信が完了するまで保存する。
中央制御部３１ｂは、ＭＰＵ３１内の各機能ブロックの動作を制御する。そして、中央制御部３１ｂは、送信タイミング決定部３１ｃによって決定されたメッセージの送信を開始する時間でメッセージを送信する。そして、メッセージを送信した後、メッセージが経路途中で消失し、再送判断部３１ｄが判断した結果、消失したメッセージを再送することが可能である場合には、送信タイミング決定部３１ｃに再びメッセージの送信を開始する時間を決定させ、メッセージを再送する。
The transmission
The central control unit 31b controls the operation of each functional block in the
送信タイミング決定部３１ｃは、個別送信時間保存部３１ｅに保存されたＴＳ番号に基づいて、メッセージの送信を開始する時間を決定する。
また、再送判断部３１ｄは、送信したメッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失したメッセージの再送可否を判断する。
個別送信時間保存部３１ｅは、マルチホップネットワーク２Ａに所属する無線局３０Ａ以外の他の無線局がメッセージを送信する時間の情報とは異なる時間の情報（例えば、ＴＳ番号）を保存する。このＴＳ番号は、基本通信フレームＦ１内でメッセージを送信するためにコンセントレータ無線局２０Ａによって割り当てられたタイムスロットを特定するための情報となる。
The transmission timing determination unit 31c determines a time to start message transmission based on the TS number stored in the individual transmission time storage unit 31e.
In addition, when the retransmission determination unit 31d detects that the transmitted message has been lost along the route, the retransmission determination unit 31d determines whether the lost message can be retransmitted.
The individual transmission time storage unit 31e stores time information (for example, a TS number) that is different from the time information when a wireless station other than the
制御回路３２は、アンテナ３２ａと、無線アンテナ制御回路３２ｂと、電源制御回路３２ｃを有する。
アンテナ３２ａと、無線アンテナ制御回路３２ｂと、電源制御回路３２ｃは、それぞれ上述したアンテナ２２ａと、無線アンテナ制御回路２２ｂと、電源制御回路２２ｃと同様の動作を行う。
The
The
［通信レイヤとタイムスライスの定義］
次に、本実施の形態例に係る通信レイヤとタイムスライスの定義について、図５を参照して説明する。
図５は、コンセントレータ無線局２０Ａと無線局３０Ａの通信レイヤの階層図と、タイムスライスの例を示す概念図である。
[Definition of communication layer and time slice]
Next, the definition of the communication layer and the time slice according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a hierarchy diagram of communication layers of the
通信レイヤは、アプリケーション層Ｌ１と、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）層Ｌ２と、帯域制御層Ｌ３と、無線制御ドライバ層Ｌ４によって構成される。帯域制御層Ｌ３は、タイムスロットを用いて通信帯域を制御するために用いられる。無線制御ドライバ層Ｌ４は、ＣＳＭＡ／ＣＡ層Ｌ５を含み、無線電波の衝突回避も行っている。 The communication layer includes an application layer L1, a TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) layer L2, a bandwidth control layer L3, and a radio control driver layer L4. The bandwidth control layer L3 is used to control the communication bandwidth using time slots. The radio control driver layer L4 includes a CSMA / CA layer L5 and also performs collision avoidance of radio waves.
ここでは、無線局３０Ａから無線局３０Ｃにメッセージを送信する例と、無線局３０Ｅが送信したメッセージを無線局３０Ｂがコンセントレータ無線局２０Ａに転送する例を示した後に、タイムスライスの概念を説明する。
Here, the concept of time slice will be described after an example in which a message is transmitted from the
（メッセージの送信に必要な時間の定義）
まず、メッセージの送信に必要な時間ｔ１を定義する。
無線局３０Ａから無線局３０Ｃに対してメッセージを送信する時に、中央制御部３１ｂがアプリケーション層Ｌ１を通じて送信要求したメッセージを、帯域制御層Ｌ３の送信メッセージ保存部３１ａが一時的に保存する。その後、中央制御部３１ｂは、所定のタイミングで、送信メッセージ保存部３１ａから読み出したメッセージの送信を開始する（ステップＳ１）。
(Defining the time required to send a message)
First, a time t1 required for message transmission is defined.
When transmitting a message from the
無線局３０Ａの無線アンテナ制御回路３２ｂは、無線制御ドライバ層Ｌ４を通るメッセージを無線電波に変換して、アンテナ３２ａから送信する。そして、無線局３０Ｃのアンテナ３２ａが、無線局３０Ａから送信された無線電波を受信する。
The radio
無線局３０Ｃの無線アンテナ制御回路３２ｂは、受信した無線電波を電気信号に変換して、この電気信号からメッセージを読み出す。そして、このメッセージを帯域制御層Ｌ３に受け渡し、メッセージの受信を完了する（ステップＳ２）。このように、無線局３０Ａの帯域制御層Ｌ３から送信が開始されたメッセージを、無線局３０Ｃの帯域制御層Ｌ３で受信完了するまでの時間を、「メッセージの送信に必要な時間ｔ１」と定義する。
The radio
（メッセージの転送に必要な時間の定義）
次に、メッセージの転送に必要な時間ｔ２を定義する。
無線局３０Ｅからコンセントレータ無線局２０Ａに対してメッセージを送信する時に、中央制御部３１ｂがアプリケーション層Ｌ１を通じて送信要求したメッセージを、帯域制御層Ｌ３の送信メッセージ保存部３１ａが一時的に保存する。その後、中央制御部３１ｂは、所定のタイミングで、送信メッセージ保存部３１ａから読み出したメッセージの送信を開始する（ステップＳ３）。
(Defining the time required for message transfer)
Next, a time t2 required for message transfer is defined.
When the message is transmitted from the
無線アンテナ制御回路３２ｂは、無線制御ドライバ層Ｌ４を通るメッセージを無線電波に変換して、アンテナ３２ａからメッセージを送信する。そして、無線局３０Ｂのアンテナ３２ａが、無線局３０Ｅから送信された無線電波を受信し、受信した無線電波を電気信号に変換して、この電気信号からメッセージを読み出す。
The radio
メッセージを受信した無線局３０Ｂの中央制御部３１ｂは、帯域制御層Ｌ３からＴＣＰ／ＩＰ層Ｌ２にメッセージを渡した際に、このメッセージをコンセントレータ無線局２０Ａに転送することが必要かどうかを判断する。
The central control unit 31b of the
無線局３０Ｂの中央制御部３１ｂは、ＴＣＰ／ＩＰ層Ｌ２に渡したメッセージをコンセントレータ無線局２０Ａに転送することが必要であると判断した場合は、ＴＣＰ／ＩＰ層Ｌ２から帯域制御層Ｌ３に転送要求を行う（ステップＳ４）。
When the central control unit 31b of the
ここで、無線局３０Ｅの帯域制御層Ｌ３が送信を開始してから、無線局３０Ｂの帯域制御層Ｌ３が転送開始を行うまでの時間を、「メッセージの転送に必要な時間ｔ２」と定義する。上述したメッセージの送信に必要な時間ｔ１と、メッセージの転送に必要な時間ｔ２の内、長い方の時間を「タイムスライス」と定義する。メッセージの送信に必要な時間ｔ１と、メッセージの転送に必要な時間ｔ２は、実測値及び理論値より定める。
Here, the time from when the bandwidth control layer L3 of the
通常、メッセージの送信に必要な時間ｔ１より、メッセージの転送に必要な時間ｔ２が長くなる。ただし、送信したメッセージが通信経路の途中で消失して再送が必要となった場合には、再送時間も含めたメッセージの送信に必要な時間ｔ１が、メッセージの転送に必要な時間ｔ２より長くなることがある。 Usually, the time t2 required for message transfer is longer than the time t1 required for message transmission. However, when the transmitted message disappears in the middle of the communication path and retransmission is required, the time t1 required for message transmission including the retransmission time is longer than the time t2 required for message transfer. Sometimes.
図６は、メッセージの送信方向によって、メッセージを分類する例を示す説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of classifying messages according to the message transmission direction.
コンセントレータ無線局２０Ａが無線局３０Ａ，無線局３０Ｃ等の各無線局に対して送信するメッセージを「下りメッセージＭ１」と定義する。そして、コンセントレータ無線局２０Ａから無線局３０Ａに下りメッセージＭ１を送信する際は（ステップＳ１１）、「下りメッセージを送信する」と呼ぶ。また、無線局３０Ａが無線局３０Ｃに下りメッセージＭ１を転送する場合は（ステップＳ１２）、「下りメッセージを転送する」と呼ぶ。
A message transmitted from the
一方、無線局３０Ａ，無線局３０Ｃ等の各無線が、コンセントレータ無線局２０Ａに対して送信するメッセージを「上りメッセージＭ２」と定義する。そして、送信元である無線局３０Ｃから無線局３０Ａへ上りメッセージＭ２を送信する場合は（ステップＳ１３）、「上りメッセージを送信する」と呼ぶ。また、無線局３０Ａがコンセントレータ無線局２０Ａへ上りメッセージＭ２を転送する場合は（ステップＳ１４）、「上りメッセージを転送する」と呼ぶ。
On the other hand, a message transmitted by each radio such as the
このようにメッセージの送信方向により分類を行うことで、基本通信フレームＦ１を管理しているコンセントレータ無線局と各無線局の送信元を区別することができる。なお、マルチホップネットワークシステム１で用いる「基本通信フレーム」には、後述する図７を参照して説明する複数のタイムスロットの集合が含まれている。
Thus, by classifying according to the transmission direction of the message, it is possible to distinguish the concentrator radio station that manages the basic communication frame F1 and the transmission source of each radio station. The “basic communication frame” used in the
図７は、メッセージの送信方向によって分類した、メッセージの送受信に必要な時間とタイムスロットの例を示す説明図である。図７Ａは、マルチホップネットワーク２Ｃのシステム構成図を示し、図７Ｂは、各メッセージに必要な時間を定義した例を示す。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of time and time slot required for message transmission / reception classified according to the message transmission direction. FIG. 7A shows a system configuration diagram of the multi-hop network 2C, and FIG. 7B shows an example in which the time required for each message is defined.
図７Ａに示すマルチホップネットワーク２Ｃは、コンセントレータ無線局２０Ａの下位に無線局３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｇ，３０Ｈと、無線局３０Ｂ，３０Ｅを備えて構成されている。
The multi-hop network 2C shown in FIG. 7A includes
コンセントレータ無線局２０Ａと無線局３０Ａは、通信経路ｒ１を介して接続される。そして、無線局３０Ａ，３０Ｃは、通信経路ｒ４を介して接続され、無線局３０Ｃ，３０Ｇは、通信経路ｒ７を介して接続され、無線局３０Ｇ，３０Ｈは、通信経路ｒ８を介して接続される。
同様に、コンセントレータ無線局２０Ａと無線局３０Ｂは、通信経路ｒ２を介して接続され、無線局３０Ｂ，３０Ｅは、通信経路ｒ６を介して接続される。
Similarly,
マルチホップネットワーク２Ｃにおいて、各無線局が通信可能な範囲を求めるために、ホップ（ＨＯＰ）数の概念を用いる。このとき、コンセントレータ無線局２０Ａを０ＨＯＰとし、メッセージの転送を行う無線局が増える毎にＨＯＰ数を増やしていく。このため、コンセントレータ無線局２０Ａと直接通信可能な無線局３０Ａと無線局３０Ｂは、１ＨＯＰとなる。また、コンセントレータ無線局２０Ａが送信したメッセージを１ＨＯＰにある無線局が転送する場合に、１ＨＯＰの無線局３０Ａと直接通信可能な無線局３０Ｃ、１ＨＯＰの無線局３０Ｂと直接通信可能な無線局３０Ｅは、２ＨＯＰとなる。
In the multi-hop network 2C, the concept of the number of hops (HOP) is used in order to obtain a range in which each wireless station can communicate. At this time, the
同様に、無線局３０Ｃと直接通信可能な無線局３０Ｇは、３ＨＯＰとなり、無線局３０Ｇと直接通信可能な無線局３０Ｈは、４ＨＯＰとなる。マルチホップネットワーク２Ｃにおける最大のＨＯＰ数は４ＨＯＰであるため、マルチホップネットワーク２Ｃの最大ＨＯＰ数は“４”であると表現する。
Similarly, the
そして、マルチホップネットワーク２Ｃにおいて、各無線局とコンセントレータ無線局２０Ａが互いに通信を行うメッセージには、片道メッセージ種別と往復メッセージ種別の２種類の種別がある。
片道メッセージ種別は、例えば、コンセントレータ無線局２０Ａから無線局３０Ｈへ下りメッセージＭ１を送信するだけで、無線局３０Ｈからコンセントレータ無線局２０Ａへの上りメッセージＭ２の送信を行う必要がないメッセージを表す。
In the multi-hop network 2C, there are two types of messages that each wireless station and the
The one-way message type represents, for example, a message that only transmits the downlink message M1 from the
往復メッセージ種別は、例えば、コンセントレータ無線局２０Ａからメッセージを受け取った無線局Ｈが、コンセントレータ無線局２０Ａに応答メッセージを送信する必要があるメッセージを表す。この場合、コンセントレータ無線局２０Ａから無線局３０Ｈへの下りメッセージＭ１の送信と、無線局３０Ｈからコンセントレータ無線局２０Ａへの上りメッセージＭ２の送信とが行われる。
The round-trip message type represents, for example, a message that the wireless station H that has received a message from the
コンセントレータ無線局２０Ａから無線局３０Ｈに送信する下りメッセージＭ１に必要な時間４２は、タイムスライス４３ａ〜４３ｄを足し合わせたものとなる。
タイムスライス４３ａは、０ＨＯＰから１ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４３ｂは、１ＨＯＰから２ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４３ｃは、２ＨＯＰから３ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４３ｄは、３ＨＯＰから４ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。
The
The
無線局３０Ｈからコンセントレータ無線局２０Ａに送信する上りメッセージＭ２に必要な時間４４は、タイムスライス４５ａ〜４５ｄを足し合わせたものとなる。
タイムスライス４５ａは、４ＨＯＰから３ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４５ｂは、３ＨＯＰから２ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４５ｃは、２ＨＯＰから１ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。タイムスライス４５ｄは、１ＨＯＰから０ＨＯＰに送信するのに必要なタイムスライスである。
The
The
以下の説明では、下りメッセージＭ１に必要な時間４２又は上りメッセージＭ２に必要な時間４４は、「片道メッセージ種別に必要な時間」と総称する。そして、下りメッセージＭ１に必要な時間４２は、ＯＷＴＳ（One Way Time Slot）４３と表し、上りメッセージＭ２に必要な時間４４は、ＯＷＴＳ４５と表す。
In the following description, the
往復のメッセージに必要な時間は、「下りメッセージＭ１に必要な時間４２」と「上りメッセージに必要な時間４４」によって構成される。この時、「下りメッセージに必要な時間４２」と「上りメッセージに必要な時間４４」に必要なタイムスライスの個数は同一となる。
The time required for the round-trip message is composed of “
そして、コンセントレータ無線局２０Ａから無線局３０Ｈの間でメッセージを往復するために必要な時間であるＯＷＴＳ４３，４５を足し合わせて、「往復メッセージ種別に必要な時間４１」と呼ぶ。これら２つ分のＯＷＴＳを、ＲＴＴＳ（Round Trip Time Slot）４１と表す。ＯＷＴＳ４３やＲＴＴＳ４１は、下りメッセージＭ１又は上りメッセージＭ２毎に使い分ければよいので、以降の説明において、ＯＷＴＳ４３やＲＴＴＳ４１を区別する必要が無い場合は「タイムスロット」と呼ぶ。タイムスロットは、送信元の無線局がメッセージの送信を開始してから送信先の無線局又はコンセントレータ無線局がメッセージを受信するまでに必要な時間として定義される。
Then, the
これらＲＴＴＳ４１、ＯＷＴＳ４３，４５のように、コンセントレータ無線局２０Ａ及び無線局３０Ａ〜無線局３０Ｈにおける、メッセージの送信、受信、転送等のメッセージに応じた処理を含めた時間を「タイムスライス」と定義した固定の時間の集合とする。そして、メッセージ種別毎に、タイムスライスの集合であるタイムスロットを用意する。そして、無線局から送信するメッセージを、マルチホップネットワークシステム１で必要とされる要件や優先度で区分けを行う。
As in these
さらに、タイムスロット内で必要となるタイムスライスの個数を、メッセージの種別毎に最大ＨＯＰ数で固定する。これにより、コンセントレータ無線局２０Ａが最大数の無線局３０Ａ〜３０Ｈを用いて構成したマルチホップネットワーク２Ｃの帯域使用率の試算を容易に行うことができる。
Further, the number of time slices required in the time slot is fixed at the maximum number of HOPs for each message type. Accordingly, it is possible to easily estimate the band usage rate of the multi-hop network 2C configured by the
［基本通信フレームの構成例］
図８は、基本通信フレームＦ１の構成例を示す説明図である。図８Ａは、基本通信フレームＦ１の例を示し、図８Ｂは、基本通信フレームＦ１を個別割当通信フレームＦ２と共有割当通信フレームＦ３と自由通信フレームＦ４に割り当てた例を示す。そして、図８Ｃは、個別割当通信フレームＦ２を複数のタイムスロットに割り当てた例を示す。
[Example of basic communication frame configuration]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of the basic communication frame F1. 8A shows an example of the basic communication frame F1, and FIG. 8B shows an example in which the basic communication frame F1 is assigned to the individual assignment communication frame F2, the shared assignment communication frame F3, and the free communication frame F4. FIG. 8C shows an example in which the individually assigned communication frame F2 is assigned to a plurality of time slots.
図８Ａに示す「基本通信フレームＦ１」は、後述する個別割当通信フレームＦ２と共有割当通信フレームＦ３と自由通信フレームＦ４の集合である。基本通信フレームＦ１は、通信フレームの一例として用いられる。そして、基本通信フレームＦ１には、メッセージの送信元から送信先までに必要とする時間、及びメッセージの送信元から送信先までの経路にある無線局がメッセージを転送する最大転送回数によって定まる時間の情報として、タイムスロットが割り当てられている。 A “basic communication frame F1” illustrated in FIG. 8A is a set of an individually allocated communication frame F2, a shared allocated communication frame F3, and a free communication frame F4, which will be described later. The basic communication frame F1 is used as an example of a communication frame. The basic communication frame F1 includes a time required from the message transmission source to the transmission destination and a time determined by the maximum number of times the wireless station on the path from the message transmission source to the transmission destination transfers the message. As information, a time slot is assigned.
図８Ａ中に括弧書きで「１０分」と書いているのは、１０分おきに各無線局が基本通信フレームＦ１にメッセージを乗せて、メッセージを送信又は転送することを表している。各無線局は、基本通信フレームＦ１の送信を一定時間（例えば、１０分間隔）毎に繰り返し、マルチホップネットワーク内の各種メッセージを送受信している。 In FIG. 8A, “10 minutes” written in parentheses indicates that each wireless station transmits or forwards a message by placing a message on the basic communication frame F1 every 10 minutes. Each wireless station repeats transmission of the basic communication frame F1 every predetermined time (for example, every 10 minutes), and transmits and receives various messages in the multihop network.
図８Ｂには、基本通信フレームＦ１にＣＳＭＡ／ＣＡを用いて、個別割当通信フレームＦ２の時間を３分、共有割当通信フレームＦ３の時間を６分、自由通信フレームの時間を１分とした、各無線局が通信する時間を割り当てることができる。なお、自由通信フレームＦ４には、例えば、全体配信を必要とするメッセージを無線局が送信するためのタイムスロットが割り当てられる。 In FIG. 8B, using CSMA / CA for the basic communication frame F1, the time of the individually allocated communication frame F2 is 3 minutes, the time of the shared allocated communication frame F3 is 6 minutes, and the time of the free communication frame is 1 minute. The time for each wireless station to communicate can be assigned. The free communication frame F4 is assigned, for example, a time slot for the wireless station to transmit a message that requires overall distribution.
コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０は、基本通信フレームＦ１の一部を、マルチホップネットワーク２Ａに所属する無線局にそれぞれ割り当てるタイムスロットを含む個別割当通信フレームＦ２として管理している。コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０は、無線局からタイムスロットの割当要求を受け取ると、他の無線局に割り当てているタイムスロットとは異なるタイムスロットを、割当要求を行った無線局に割り当てる。そして、割り当てたタイムスロットを特定する情報（例えば、ＴＳ番号）を無線局に通知する。この無線局は、ＴＳ番号に基づいて、メッセージの送信を開始する時間を決定し、メッセージの送信を開始する。
The
基本通信フレームＦ１を１０分とした場合、各無線局は１０分毎にメッセージの送信を繰り返して、各無線局とコンセントレータ無線局との間でメッセージの送受信を可能としている。なお、マルチホップネットワークシステム１から要求がある場合には、自由通信フレームＦ４だけではなく、全ての無線局に対して全体配信を行うメッセージの通信フレーム（不図示）にタイムスロットを割り当てることもできる。
When the basic communication frame F1 is set to 10 minutes, each wireless station repeats message transmission every 10 minutes to enable message transmission / reception between each wireless station and the concentrator wireless station. When there is a request from the
ただし、重要度が高く、かつ、定期的に送受信を行うべきメッセージに関しては、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂを管理するコンセントレータ無線局２０Ａ，２０Ｂが、各無線局に個別に割り当てたタイムスロットを用いる。このタイムスロットの割り当ては、個別割当通信フレームＦ２に対して行われ、各無線局は割り当てられた個別の送信タイムスロットでメッセージを送信するための送信開始時間を決定する。このように基本通信フレームＦ１に個別の送信タイムスロットを割り当てた集合であって、個々のタイムスロットに各無線局を割り当てた通信フレームを「個別割当通信フレーム」と呼ぶ。
However, for messages that are highly important and should be transmitted and received periodically, the
また、マルチホップネットワークシステム１では、個別割当通信フレームＦ２に割り当てられた個別の送信タイムスロットで送るメッセージとは別のメッセージを送信する必要が発生する場合がある。ここで、個別割当通信フレームＦ２に割り当てる必要が無いメッセージに関しては、個別割当通信フレームＦ２に割り当てたタイムスロットで送信するメッセージに影響が及ばないようにしなければならない。
In the
しかし、マルチホップネットワークシステム１の運用に際して不可欠であるものの、定期的に発生しないメッセージに対して各無線局に通信フレームを割り当てると、通信フレームに無駄が生じてしまう。そこで、個別割当通信フレームＦ２を用いて送信するメッセージ以外で、定期的には発生しないがメッセージ損失によるシステム影響が大きい優先制御すべきメッセージには、他の無線局と共有可能なタイムスロットを含む共有割当通信フレームＦ３を割り当てる。このように基本通信フレームＦ１に他の無線局と共有するタイムスロットを割り当てた集合を「共有割当通信フレーム」と呼ぶ。
However, although it is indispensable for the operation of the
無線局は、コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０が随時通信用のタイムスロットを用いて無線局に送信する随時通信用メッセージに対して、無線局が応答したメッセージの消失を検出する場合がある。このとき、無線局は、共有割当通信フレームＦ３により消失したメッセージの再送を行うようにしている。
The radio station may detect the disappearance of the message responded by the radio station in response to the occasional communication message transmitted to the radio station by the
共有割当通信フレームＦ３は、後述する図１５に示すように、初回送信用通信フレームと、複数個の再送用通信フレームで構成されている。初回送信用通信フレームは、メッセージを初めて送信する際に用いられるフレームである。再送用通信フレームは、メッセージの送信に失敗した際に、このメッセージを再送するために用いられるフレームであり、再送回数に応じて、複数個の再送用通信フレームが用意されている。 As shown in FIG. 15 to be described later, the shared allocation communication frame F3 includes an initial transmission communication frame and a plurality of retransmission communication frames. The initial transmission communication frame is a frame used when a message is transmitted for the first time. The retransmission communication frame is a frame used to retransmit the message when the message transmission fails, and a plurality of retransmission communication frames are prepared according to the number of retransmissions.
初回送信用通信フレームと再送用通信フレームに割り当ててられるタイムスロットの個数は異なっている。共有割当通信フレームＦ３内に割り当てられているメッセージの送信要求が発生した各無線局は、初回送信用通信フレーム内のタイムスロットから自律して選択した送信タイムスロットでメッセージを送信する。各無線局は、この送信したメッセージが消失した場合に、再送用通信フレームを用いてメッセージを再送し、確実にメッセージを送信先に届けるようにしている。 The number of time slots allocated to the initial transmission communication frame and the retransmission communication frame is different. Each radio station that has issued a transmission request for a message allocated in the shared allocation communication frame F3 transmits a message in a transmission time slot autonomously selected from the time slot in the initial transmission communication frame. Each wireless station resends the message using the retransmission communication frame when the transmitted message disappears, and reliably delivers the message to the transmission destination.
図８Ｃに示す個別割当通信フレームＦ２には、通常、各無線局が送信するメッセージに対してタイムスロットが割り当てられている。コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０は、定期的に無線局に対して、第１の通信情報の通知又は問合せを行うために必要とするタイムスロットを「通常通信用のタイムスロット」と呼んで、図中には通常５１〜５３と表す。この通信情報には、例えば、無線局のステータスを示すステータス情報等が含まれる。そして、通常通信には、例えば、定期的に送信するセンサ情報等の各フレームに割り当てている通信情報を通信する場合が含まれる。
In the individually assigned communication frame F2 shown in FIG. 8C, a time slot is normally assigned to a message transmitted from each wireless station. The
通常、発生するメッセージの他にも、コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０には、随時、メッセージが発生する場合がある。随時に発生するメッセージとしては、例えば、無線局等に行われるユーザ操作等によって発生するメッセージがある。随時に発生するメッセージには、送信先の無線局等が応答するまでの時間に制限がある場合が多い。
Usually, in addition to the generated message, a message may be generated at any time in the
このため、個別割当通信フレームＦ２には、コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０から随時に発生したメッセージを送信するためのタイムスロットが割り当てられている。コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０が、随時、無線局に対して、第２の通信情報の通知又は問合せを行うために必要とするタイムスロットを「随時通信用のタイムスロット」と呼び、図中には随時５４と表す。このように個別割当通信フレームＦ２には、通常通信用のタイムスロット５１〜５３とは別に、随時通信用のタイムスロット５４を用意しておく。これにより、個別割当通信フレームＦ２の中に、制限時間内に応答を必要とされる随時に発生するメッセージのタイムスロットを割り当てることが可能になる。そして、随時通信には、例えば、ユーザからの要求等の発生タイミングが一定ではない通信情報を通信する場合が含まれる。
For this reason, a time slot for transmitting a message generated at any time from the
なお、図８Ｃに示す個別割当通信フレームＦ２のタイムスロットの割り当て例では、通常通信用のタイムスロットとして、３個の通常通信用のタイムスロット５１〜５３を用意し、１個の随時通信用のタイムスロット５４を用意している。つまり、通常通信用のタイムスロットが３個であるのに対して、随時通信用のタイムスロットが１個であるため、タイムスロットの数は３：１の比率になっている。しかし、個別割当通信フレームＦ２と共有割当通信フレームＦ３に必要なタイムスロットの個数は、マルチホップネットワークの規模とメッセージの種別により、システムパラメータとして変更することができる。このため、随時に発生するメッセージへの要求に応じて、タイムスロットの数の比率を変えることも可能である。
In the example of time slot allocation of the individually allocated communication frame F2 shown in FIG. 8C, three
そして、随時通信用のタイムスロットと、通常通信用のタイムスロットとのタイムスロットの数の比率を手動又は自動で変更できるようにする。この比率の変更には、コンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０が随時通信用のタイムスロットを用いて無線局に送信する随時通信用メッセージの発生頻度が用いられる。また、随時通信用メッセージを受け取った無線局がコンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０に対して、メッセージを応答するまでの許容時間も考慮される。これにより、マルチホップネットワークに要求される性能と信頼性に基づいて、マルチホップネットワークの帯域に無駄の少ないタイムスロットを割り当てることが可能となる。
The ratio of the number of time slots between the time slot for communication and the time slot for normal communication can be changed manually or automatically. For the change of the ratio, the frequency of occurrence of an occasional communication message transmitted from the
［個別割当通信フレームの使用例］
次に、個別割当通信フレームＦ２に各無線局のタイムスロットを割り当ててメッセージを送信する処理について、図９〜図１１を参照して説明する。
図９は、各無線局が個別割当通信フレームＦ２において個別に割り当てられたタイムスロットでメッセージを送信する例を示す説明図である。
[Example of using individually allocated communication frames]
Next, processing for allocating a time slot of each radio station to the individually allocated communication frame F2 and transmitting a message will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which each wireless station transmits a message in a time slot assigned individually in the individually assigned communication frame F2.
コンセントレータ無線局２０Ａ（以下、図中では、ＣＲと略記する）は、事前に個別割当通信フレームＦ２に対して、各無線局３０Ａ〜３０Ｅが用いる送信タイムスロットを個別に割り当てておく。このようにコンセントレータ無線局２０Ａによって各無線局に割り当てられた送信タイムスロットを、「個別割当タイムスロット（「個別割当ＴＳ」とも略称する）」と呼ぶ。
The
各無線局３０Ａ〜３０Ｅは、個別割当タイムスロットから算出した送信開始時間になると、メッセージの送信を開始する（ステップＳ２１〜Ｓ２５）。このように個別割当タイムスロットで送信するメッセージを「個別割当種別メッセージ」と呼ぶ。以下の説明では、個々の個別割当通信フレームＦ２に対して割り当ててあるタイムスロットに、“１”から順に数値を割り当てたものを「ＴＳ番号」として説明を行う。
Each of the
ここで、コンセントレータ無線局２０Ａは、無線局３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅに、それぞれＴＳ番号“１”，“２”，“３”，“４”，“５”を割り当てたものとする。なお、メッセージを送信する必要がないコンセントレータ無線局２０Ａには、ＴＳ番号の割り当てを行わない。
Here, it is assumed that the
各無線局は、ＴＳ番号が“１”である無線局３０Ａから順に、無線局３０Ｅまで、割り当てられたＴＳ番号でメッセージを送信する。各無線局に一意のタイムスロットを割り当てることによって、１つのマルチホップネットワーク内で各無線局がメッセージを送信又は転送する時間が一致することはなく、メッセージの消失を避けることができる。このため、各無線局はコンセントレータ無線局２０Ａに対して、メッセージを確実に送信することが可能になる。
Each radio station transmits a message with the assigned TS number in order from the
［コンセントレータ無線局が無線局にＴＳ番号を割り当てる例］
図１０は、無線局がコンセントレータ無線局に対して、個別割当通信フレームＦ２でメッセージを送信する例を示すシーケンス図である。
ここでは、無線局３０Ｃがメッセージを送信し、無線局３０Ａが無線局３０Ｃから受け取ったメッセージをコンセントレータ無線局２０Ａに転送するための処理例について説明する。
[Example of concentrator radio station assigning TS number to radio station]
FIG. 10 is a sequence diagram illustrating an example in which a radio station transmits a message to the concentrator radio station using the individually assigned communication frame F2.
Here, an example of processing for transmitting a message from the
始めに、ステップＳ３１〜Ｓ３７を含む個別割当ＴＳ番号通知処理Ｓ３０について説明する。
無線局３０Ｃは、個別割当通信フレームＦ２でメッセージの送信を行うために、事前にコンセントレータ無線局２０Ａから個別に割り当てられた個別割当ＴＳが必要である。そこで無線局３０Ｃは、コンセントレータ無線局２０Ａに対して、「個別割当ＴＳ要求」を送信し（ステップＳ３１）、コンセントレータ無線局２０Ａに個別割当ＴＳの割り当てを求める。
First, the individually assigned TS number notification process S30 including steps S31 to S37 will be described.
The
ただし、２ＨＯＰである無線局３０Ｃは、コンセントレータ無線局２０Ａに対して直接メッセージを送信できないため、無線局３０Ａがコンセントレータ無線局２０Ａに「個別割当ＴＳ要求」を転送する（ステップＳ３２）。
However, since the
「個別割当ＴＳ要求」を受け取ったコンセントレータ無線局２０Ａの中央制御部２１ｂは、無線局３０Ｃに個別割当ＴＳを割り当てることができる空きのタイムスロットのＴＳ番号（以下、「空きＴＳ」と呼ぶ）を検索する（ステップＳ３３）。中央制御部２１ｂは、空きＴＳを検索した結果、空いているＴＳ番号“３”を発見すると（ステップＳ３４）、無線局３０ＡにＴＳ番号“３”を通知するために、「個別割当ＴＳ応答」を送信する（ステップＳ３５）。そして、無線局３０Ａは、無線局３０Ｃに「個別割当ＴＳ応答」を転送する（ステップＳ３６）。
The central control unit 21b of the
「個別割当ＴＳ応答」を受け取った無線局３０Ｃは、ＴＳ番号“３”を個別送信時間保存部３１ｅに保存する（ステップＳ３７）。この「個別割当ＴＳ要求」及び「個別割当ＴＳ応答」を含む個別割当ＴＳ番号の通知処理Ｓ３０は、後述する共有割当通信フレームＦ３のＴＳ番号を求める処理において、無線局３０Ｃがコンセントレータ無線局２０Ａ又は集約サーバ１０に行うことも可能である。
The
その後、無線局Ｃにおいて個別割当種別メッセージ（以下、「メッセージ」と略記する）が発生する（ステップＳ３８）。このメッセージが発生したことにより、ステップＳ３０において割り当てたＴＳ番号“３”に基づき、送信タイミング決定部３１ｃが送信タイムスロットからメッセージの送信開始時間を算出する（ステップＳ３９）。算出された送信タイムスロットまで時間に空きがある場合は、送信メッセージ保存部３１ａにメッセージを保存しておく（ステップＳ４０）。
Thereafter, an individual allocation type message (hereinafter abbreviated as “message”) is generated in the wireless station C (step S38). When this message is generated, based on the TS number “3” assigned in step S30, the transmission timing determination unit 31c calculates the message transmission start time from the transmission time slot (step S39). If there is a vacancy in the calculated transmission time slot, the message is stored in the transmission
その後、中央制御部３１ｂは、送信タイムスロットの指定時間になるまで待つ（ステップＳ４１）。なお、メッセージが発生したステップＳ３８〜送信ＴＳを待つステップＳ４１までの間は、無線局３０Ｃによる内部処理であるため、個別割当通信フレームＦ２を用いる必要はない。このため、柔軟性のあるアプリケーション層Ｌ１の設計が可能になる。 Thereafter, the central control unit 31b waits until the designated time of the transmission time slot is reached (step S41). In addition, since it is an internal process by 30 C of radio | wireless stations from step S38 which generate | occur | produced the message to step S41 which waits for transmission TS, it is not necessary to use the separately allocated communication frame F2. For this reason, a flexible application layer L1 can be designed.
次に、中央制御部３１ｂは、個別割当通信フレームＦ２の送信処理Ｓ４２において、送信タイムスロットである、ＴＳ番号“３”になったことを検知すると、コンセントレータ無線局２０Ａにメッセージを送信する（ステップＳ４３）。上述したように２ＨＯＰである無線局３０Ｃは、コンセントレータ無線局２０Ａに直接、メッセージを送信できない。このため、無線局３０Ａがコンセントレータ無線局２０Ａにメッセージを転送する（ステップＳ４４）。これにより、コンセントレータ無線局２０Ａがメッセージを受信することができる。
Next, when the central control unit 31b detects that the TS number “3”, which is a transmission time slot, is detected in the transmission process S42 of the individually allocated communication frame F2, the central control unit 31b transmits a message to the
このように、マルチホップネットワークシステム１では、上位階層にあるコンセントレータ無線局２０Ａが、下位階層にある各無線局に対して個別割当通信フレームＦ２内のＴＳ番号を一意に割り当てる。これにより、各無線局が送信するメッセージのタイミングが重ならず、メッセージの消失が発生しないマルチホップネットワークを構築することが可能となる。
As described above, in the
［集約サーバが無線局にＴＳ番号を割り当てる例］
図１１は、集約サーバ１０が行う無線通信可能範囲を考慮した個別割当通信フレームＦ２のタイムスロット割当例を示すフローチャートである。
[Example of aggregation server assigning TS numbers to radio stations]
FIG. 11 is a flowchart showing an example of time slot allocation of the individually allocated communication frame F2 in consideration of the wireless communication possible range performed by the
上述したコンセントレータ無線局２０Ａは、マルチホップネットワーク２Ａの通信経路等を管理するものであり、マルチホップネットワーク２Ｂ等の他のネットワークの通信経路を管理していない。この場合、マルチホップネットワーク２Ａ内では各無線局が送信したメッセージの送信タイミングに、マルチホップネットワーク２Ｂ内の無線局が送信したメッセージの送信タイミングが重なって、メッセージが消失する可能性がある。
The above-described
しかし、コンセントレータ無線局２０Ａがマルチホップネットワーク２Ａ内の各無線局に個別割当通信フレームＦ２のタイムスロットをＴＳ番号として割り当てた処理と同様の処理を集約サーバ１０で行うことも可能である。この場合、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂの経路を把握している集約サーバ１０が各無線局にＴＳ番号を割り当て、メッセージの消失が発生しない送信タイムスロットを各無線局に通知する。これにより、隣り合うマルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂに所属し、同じＨＯＰ数であるノードが、同じタイミングで送信したメッセージの消失を避けることが可能となる。以下、集約サーバ１０の処理例を説明する。
However, it is also possible for the
無線局３０Ｃから「個別割当ＴＳ要求」を受け取った集約サーバ１０は、プログラム１５から個別割当通信フレーム決定部１５ａを呼び出し、以下の処理を実行する。
Receiving the “individual allocation TS request” from the
始めに、集約サーバ１０のＣＰＵ１２は、ネットワーク管理データ１６の無線通信経路データ１６ｃを読み出し（ステップＳ５１）、集約サーバ１０から無線局３０Ｃまでの通信経路を確認する。その後、ＣＰＵ１２は、個別割当通信フレーム管理データ１６ａを読み出し、無線局３０Ｃ以外の無線局に割り当てていない空きＴＳを検索する（ステップＳ５２）。
First, the
ＣＰＵ１２は、空きＴＳを発見すると、通信可能範囲データ１６ｂに保存してある通信可能な各無線局がメッセージを送信するために必要な時間と、タイムスライスが一致しないことを確認する（ステップＳ５３）。この確認は、ステップＳ５１において読み出した通信経路から判明した無線局３０ＣまでのＨＯＰ数に一致する他の無線局３０Ｄ，３０Ｅが送信するメッセージが同じ送信タイミングとならないようにするために行われる。
When the
このようにＣＰＵ１２がタイムスライスの一致又は不一致を判断するのは以下の理由による。すなわち、図１に示したマルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂのように、異なるコンセントレータ無線局２０Ａ，２０Ｂに繋がる無線局の場合を考慮している。例えば無線局３０Ｂと無線局３０Ｆが距離的に近く、互いに通信可能である場合、個別割当通信フレームにおいて同一のタイムスライスでメッセージの送信を開始すると、メッセージの消失が発生してしまう。このため、マルチホップネットワーク２Ａ，２Ｂの経路を把握している集約サーバ１０は、無線局３０Ｃがメッセージを送信したタイミングが、他の無線局によるメッセージの送信タイミングと一致しないことを判定している。これにより、メッセージの送信に要するタイムスライスが一致しないことが判定される。
The
ステップＳ５３の判断処理において、タイムスライスが一致する無線局があった場合、ＣＰＵ１２は、ステップＳ５２に戻って、再度空きＴＳを実行する。タイムスライスが一致する無線局がない場合、ＣＰＵ１２は、各無線局の経路上にメッセージを転送可能な他の無線局（以下、「転送無線局」と呼ぶ）が存在するかを判定する（ステップＳ５４）。他の転送無線局が存在している場合には、ＣＰＵ１２は、ステップＳ５３に戻って、この転送無線局がメッセージの転送に要するタイムスライスが、無線局３０Ｃがメッセージの送信に要するタイムスライスと一致するか否かを判定する。この処理で、転送無線局と無線局３０Ｃのタイムスライスが一致する場合には、さらにステップＳ５２にて空きＴＳを検査する処理が行われる。
In the determination process of step S53, when there is a wireless station with a matching time slice, the
ステップＳ５４の処理において、ＣＰＵ１２は、転送無線局がない事を検知した場合は、ステップＳ５２で発見した個別割当ＴＳを無線局３０Ｃに送信する（ステップＳ５５）。この応答が、図１０のステップＳ３５に示した個別割当ＴＳ応答と同様の処理となる。
In the process of step S54, when the
また、コンセントレータ無線局２０Ａだけでなく、集約サーバ１０も無線局に対して個別割当通信フレームＦ２を割り当てることが可能であるため、マルチホップネットワークシステム１において、メッセージの消失を確実に防ぐことが可能になる。そして、集約サーバ１０は、タイムスライス単位で各無線局が行うメッセージの送信を制御し、ネットワークの帯域を効率的に使用することができる。
Further, since not only the
［共有割当通信フレームの使用例］
図１２は、共有割当通信フレームＦ３を用いて、各無線局がメッセージを送信する例を示す説明図である。
[Example of using shared allocation communication frames]
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example in which each wireless station transmits a message using the shared allocation communication frame F3.
共有割当通信フレームＦ３では、送信する無線局を事前に知ることができないため、各無線局に時間を割り当てることはできない。このため、送信するタイムスロットを事前に決めてはおかず、各無線局で判断する。ここで、各無線局が独自に判断して自身に割り当てたタイムスロットを、「共有割当タイムスロット」と呼び、共有割当タイムスロットで送信するメッセージを「共有割当種別メッセージ」と呼ぶ。 In the shared allocation communication frame F3, since it is not possible to know in advance the radio station to transmit, time cannot be allocated to each radio station. For this reason, a time slot to be transmitted is not determined in advance, and each wireless station makes a determination. Here, the time slot that each wireless station has independently determined and assigned to itself is called a “shared assignment time slot”, and a message transmitted in the shared assignment time slot is called a “shared assignment type message”.
ここで、無線局３０Ａは、共有割当通信フレームＦ３のＴＳ番号“２”でメッセージを送信する（ステップＳ６１）。同様に、無線局３０Ｃは、共有割当通信フレームＦ３のＴＳ番号“４”でメッセージを送信する（ステップＳ６２）。無線局３０Ｅは、共有割当通信フレームＦ３のＴＳ番号“６”のタイムスロットでメッセージを送信する（ステップＳ６３）。
Here, the
図１３は、各無線局が共有割当種別メッセージを送信するタイムスロットを算出する例を示す。 FIG. 13 shows an example in which each wireless station calculates a time slot for transmitting a shared allocation type message.
各無線局は、事前に共有割当用番号を格納しておくものとする。この共有割当用番号としては、例えば製造番号Ｎ１を用いることもできる。各無線局は、製造番号Ｎ１として、無線局３０Ａは“８”、無線局３０Ｂは“５”、無線局３０Ｃは“１０”、無線局３０Ｄは“４”、無線局３０Ｅは“１２”を個別送信時間保存部３１ｅに保存する。なお、コンセントレータ無線局２０Ａは、共有割当用番号を、マルチホップネットワーク２Ａに所属する無線局の通信経路に基づいて算出し、マルチホップネットワーク２Ａに所属する無線局に通知することもできる。
Each wireless station stores a shared allocation number in advance. As the shared allocation number, for example, the production number N1 can be used. Each radio station has a serial number N1, “8” for
ここで、共有割当通信フレームＦ３に割り当てているタイムスロットの個数で割った余りである剰余を算出する。割り当てているタイムスロットの個数は６個であるので、これを除数Ｎ２とし、各無線局の独自番号である製造番号Ｎ１を、除数Ｎ２である“６”のタイムスロットで割った余りの数を剰余結果Ｎ３として算出する。剰余結果Ｎ３を、共有割当時間に割り当てている送信タイムスロットを送信するＴＳ番号Ｎ４とする。
この計算は「送信タイミングの決定」と呼び、各無線局が備える送信タイミング決定部３１ｃ、又は各コンセントレータ無線局が備える送信タイミング決定部２１ｃが算出する。
Here, a remainder that is a remainder obtained by dividing the number of time slots assigned to the shared assignment communication frame F3 is calculated. Since the number of assigned time slots is 6, this is taken as a divisor N2, and the remainder obtained by dividing the serial number N1 which is the unique number of each radio station by the time slot of “6” which is the divisor N2. Calculated as the remainder result N3. The remainder result N3 is set as the TS number N4 for transmitting the transmission time slot allocated to the shared allocation time.
This calculation is called “determination of transmission timing”, and is calculated by the transmission timing determination unit 31c included in each radio station or the transmission
このようにして算出した除算結果は以下のようになる。
無線局３０Ａは、剰余結果Ｎ３が“２”なのでＴＳ番号Ｎ４は“２”となる。
無線局３０Ｂは、剰余結果Ｎ３が“５”なのでＴＳ番号Ｎ４も“５”となる。
無線局３０Ｃ，３０Ｄは、剰余結果Ｎ３が“４”なのでＴＳ番号Ｎ４も“４”となる。
無線局３０Ｅは、剰余結果Ｎ３が“０”なので、ＴＳ番号Ｎ４は“６”となる。
The division result calculated in this way is as follows.
In the
In the
In the
Since the remainder result N3 is “0”, the
そして、各無線局は、送信メッセージ保存部３１ａに送信したメッセージを保存しておき、送信タイミング決定部３１ｃが算出した送信タイムスロットになると、送信メッセージ保存部３１ａから読み出した送信したメッセージをアンテナ３２ａから送信する。
Each wireless station stores the message transmitted to the transmission
なお、図１２に例示した、送信タイミング決定部３１ｃが算出したＴＳ番号は各無線局で一致していない。このため、ステップＳ６１〜Ｓ６３において、無線局３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｅがそれぞれ、ＴＳ番号“２”，“４”，“６”のタイムスロットでメッセージを送信しても、メッセージは消失しない。
Note that the TS numbers calculated by the transmission timing determination unit 31c illustrated in FIG. 12 do not match in each radio station. For this reason, even if the
図１４は、共有割当通信フレームＦ３を用いてメッセージを送信する例を示すシーケンス図である。
無線局３０Ｃの中央制御部３１ｂは、共有割当種別メッセージ（以下、「メッセージ」と略記する）が発生すると（ステップＳ７１）、送信タイミング決定部３１ｃがＴＳ番号と送信タイムスロットを算出する（ステップＳ７２）。
FIG. 14 is a sequence diagram illustrating an example in which a message is transmitted using the shared allocation communication frame F3.
When a shared allocation type message (hereinafter abbreviated as “message”) occurs (step S71), the transmission timing determination unit 31c calculates a TS number and a transmission time slot (step S72). ).
そして、中央制御部３１ｂは、送信タイムスロットまで時間がある場合、送信メッセージ保存部３１ａにメッセージを保存する（ステップＳ７３）。その後、中央制御部３１ｂは、送信タイムスロットになるまで待つ（ステップＳ７４）。
When there is time until the transmission time slot, the central control unit 31b stores the message in the transmission
共有割当通信フレームＦ３の送信タイムスロットになると、無線局３０Ｃは、ステップＳ７５に示す共通割当種別メッセージ送信処理を行う。ここでは、無線局３０Ｃの中央制御部３１ｂがメッセージの送信を行う（ステップＳ７６）。２ＨＯＰである無線局３０Ｃは、コンセントレータ無線局２０Ａに直接メッセージを送信できないため、無線局３０Ａがメッセージの転送を行う（ステップＳ７７）。
When the transmission time slot of the shared allocation communication frame F3 is reached, the
図１４に示すように、無線局３０Ｃは、事前にコンセントレータ無線局２０Ａから送信タイムスロットを割り当てられなくても、無線局３０Ｃが自らＴＳ番号を決定し、メッセージを送信することが可能になる。このため、優先制御すべきメッセージが発生した場合であっても、既にコンセントレータ無線局２０Ａによってタイムスロットが割り当てられた個別割当通信フレームに影響を与えることなく送信を行うことが可能になる。
As shown in FIG. 14, the
また、各無線局は、共有割当通信フレームＦ３において各無線局が送信したメッセージが消失したことを検知すれば、共有割当通信フレームＦ３においてメッセージを再送することが可能になる。 Also, if each wireless station detects that the message transmitted by each wireless station has disappeared in the shared allocation communication frame F3, it can retransmit the message in the shared allocation communication frame F3.
次に、複数の無線局が個別に算出したＴＳ番号が一致した場合に、ＴＳ番号を算出し直して、メッセージを再送する処理例について説明する。ここでは、メッセージの再送時は、他の無線局とは異なる送信開始時間のＴＳ番号を設定する例を示す。なお、メッセージの送信が失敗したことは、メッセージの送信ができなかった無線局の再送判断部３１ｄが判断する。 Next, an example of processing for recalculating the TS number and retransmitting the message when the TS numbers individually calculated by a plurality of radio stations match will be described. Here, an example is shown in which a TS number with a transmission start time different from that of other wireless stations is set when a message is retransmitted. Note that the retransmission determination unit 31d of the wireless station that has failed to transmit the message determines that the message transmission has failed.
図１５は、各無線局が共有割当通信フレームＦ３を用いてメッセージを送信する際に、他の無線局と同じＴＳ番号の送信タイムスロットを使ったために送信したメッセージが消失してしまう場合の対処例を示す説明図である。 FIG. 15 shows a countermeasure when a message transmitted by each wireless station is lost because a transmission time slot having the same TS number as that of another wireless station is used when the message is transmitted using the shared allocation communication frame F3. It is explanatory drawing which shows an example.
無線局は、基本通信フレームＦ１の一部を、無線局が自ら割り当てるタイムスロットを含む共有割当通信フレームＦ３として管理する。個別割当通信フレームＦ２により送信されたメッセージの送信元である無線局、又はメッセージを転送した無線局のうち、メッセージが消失したことを検出した無線局が、共有割当通信フレームＦ３を用いて消失したメッセージを再送している。 The radio station manages a part of the basic communication frame F1 as a shared allocation communication frame F3 including a time slot allocated by the radio station. The wireless station that has detected that the message has been lost among the wireless stations that are the transmission source of the message transmitted by the individual allocation communication frame F2 or the wireless station that transferred the message has been lost using the shared allocation communication frame F3 The message is resent.
各無線局は、共有割当通信フレームＦ３を、初回のメッセージの送信に用いる初回送信フレームＦ５と、初回送信フレームＦ５とは異なるタイムスロットの個数としてメッセージの再送信に用いる再送信通信フレームとに分けている。初回送信フレームＦ５と再送信通信フレームに割り当てるタイムスロットの個数は、可変としている。図１５の例では、再送信通信フレームの一例として、再送一回目フレームＦ６、再送二回目フレームＦ７を割り当てている。 Each wireless station divides the shared allocation communication frame F3 into an initial transmission frame F5 used for initial message transmission and a retransmission communication frame used for message retransmission as the number of time slots different from the initial transmission frame F5. ing. The number of time slots assigned to the initial transmission frame F5 and the retransmission communication frame is variable. In the example of FIG. 15, a retransmission first frame F6 and a retransmission second frame F7 are allocated as an example of a retransmission communication frame.
各無線局は、無線局に割り当てられた共有割当用番号を、初回送信フレーム又は再送信通信フレームに割り当てられたタイムスロットの個数で剰余した結果に基づいて、メッセージの送信を開始する時間を算出する。そして、各無線局は、共有割当通信フレームＦ３によりメッセージの送信を行うようにしている。 Each wireless station calculates the time to start message transmission based on the result of the remainder of the shared allocation number assigned to the wireless station by the number of time slots assigned to the initial transmission frame or retransmission communication frame. To do. Each wireless station transmits a message using the shared allocation communication frame F3.
ここで、各無線局の再送判断部３１ｄがメッセージの送信失敗を検知した場合は、メッセージの送信に失敗した無線局の中央制御部３１ｂがメッセージの再送を指示し、所定のタイミングでメッセージの再送を行う。これにより、マルチホップネットワークシステム１全体としてのメッセージ送受信の成功率を高めるものとする。
Here, when the retransmission determination unit 31d of each wireless station detects a message transmission failure, the central control unit 31b of the wireless station that failed to transmit the message instructs the retransmission of the message, and retransmits the message at a predetermined timing. I do. Thereby, the success rate of the message transmission / reception as the whole
図１５に示すように、無線局３０Ａ、無線局３０Ｂ、無線局３０Ｃ、無線局３０Ｅがメッセージの送信を行うときに、各無線局には共有割当用番号が格納されているものとする。各無線局が格納する共有割当用番号は、集約サーバ１０やコンセントレータ無線局２０Ａ等がアルゴリズムを用いて求めた数値を、各無線局に対して指定することもできる。例えば、図１１で示したように、複数の無線局が送信するメッセージのタイムスライスが一致することを防止し、通信帯域を使用する共有割当用番号を効率よく算出することができる。
As shown in FIG. 15, when the
初回送信フレームＦ５には、３個のタイムスロットを割り当てているので、各無線局が個別に製造番号を剰余する数値は“３”となる。送信タイミング決定部３１ｃが送信タイミングの算出を行った結果、ＴＳ番号“２”とＴＳ番号“３”に割り当てられる無線局がそれぞれ複数ある。このため、無線局３０Ａと無線局３０Ｃ、無線局３０Ｂと無線局３０Ｅが送信したメッセージの消失が発生する可能性が想定される。ただし、送信タイムスロットが一致した場合でも、送信元無線局のＨＯＰ数が異なる場合や、送信可能範囲に無線局がない場合はメッセージの消失は発生しない。
Since three time slots are allocated to the initial transmission frame F5, the numerical value that each wireless station individually divides the serial number is “3”. As a result of the transmission timing calculation performed by the transmission timing determination unit 31c, a plurality of radio stations are assigned to the TS number “2” and the TS number “3”. For this reason, there is a possibility that a message transmitted by the
メッセージを送信した結果、再送判断部３１ｄがメッセージの消失を検知すると、この消失したメッセージを送信した無線局は、メッセージの再送を行うために、送信タイミング決定部３１ｃが送信タイミングの再算出を行う。しかし、送信タイミングの算出に際して、除数に用いるタイムスロットの個数が以前の除数と同一である場合、再度同じ剰余結果となる。このためメッセージの再送時における各無線局の送信タイムスロットが一致し、再びメッセージの消失が発生してしまう。 As a result of transmitting the message, when the retransmission determining unit 31d detects the disappearance of the message, the wireless station that has transmitted the lost message re-calculates the transmission timing in order to retransmit the message. . However, when calculating the transmission timing, if the number of time slots used for the divisor is the same as the previous divisor, the same remainder result is obtained again. For this reason, the transmission time slots of the respective radio stations coincide when the message is retransmitted, and the message disappears again.
そこで、メッセージを再送する際には、初回送信フレームＦ５とは異なるタイムスロットの個数を割り当てることで、剰余が一致することを防ぐ。上述したように初回送信フレームＦ５では３個のタイムスロットの個数を割り当てていたため、再送一回目フレームＦ６では４個のタイムスロットの個数を割り当てる。そして、共有割当用番号を“４”のタイムスロットで除した剰余からＴＳ番号を算出した結果を用い、ＴＳ番号“４”〜“７”に送信タイムスロットの割当を行う。 Therefore, when the message is retransmitted, the number of time slots different from that of the initial transmission frame F5 is assigned to prevent the remainders from matching. As described above, since the number of three time slots is allocated in the initial transmission frame F5, the number of four time slots is allocated in the first retransmission frame F6. Then, using the result of calculating the TS number from the remainder obtained by dividing the shared allocation number by the time slot “4”, transmission time slots are allocated to the TS numbers “4” to “7”.
再送一回目フレームＦ６を用いても、実際にメッセージを送信した結果、無線局３０Ｃと無線局３０ＥがＴＳ番号“５”のタイムスロットで一致しているため、再度、メッセージの消失が発生する可能性がある。このため、再送二回目フレームＦ７では、初回送信フレームＦ５と再送一回目フレームＦ６とは異なるタイムスロットの個数である５個を割り当てる。そして、共有割当用番号を“５”のタイムスロットで除した剰余からＴＳ番号を算出した結果を用い、ＴＳ番号“８”〜“１２”に送信タイムスロットの割当を行う。
このようにして、メッセージの消失が発生する場合には、メッセージを再送するだけでなく、異なるＴＳ番号を割り当てることにより、確実にメッセージを送信することが可能となる。
Even when the first retransmission frame F6 is used, as a result of actually transmitting the message, the
In this way, when a message disappears, it is possible not only to retransmit the message but also to reliably transmit the message by assigning a different TS number.
図１６は、各無線局が共有割当通信フレームＦ３を用いてメッセージを送信する処理の例を示すフローチャートである。
ここでは、図１５に示したように、メッセージの再送時に他の無線局と異なる送信開始時間を割り当てるアルゴリズムを用いて、再送回数を２回までとし、タイムスロットの個数を順に、“３”、“４”、“５”に設定した場合の例を示す。
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of processing in which each wireless station transmits a message using the shared allocation communication frame F3.
Here, as shown in FIG. 15, by using an algorithm that assigns a transmission start time different from that of other radio stations when a message is retransmitted, the number of retransmissions is set to 2 times, and the number of time slots is sequentially set to “3”, An example when “4” and “5” are set is shown.
始めに、無線局は、共有割当通信フレームＦ３を用いるメッセージの送信要求が発生した場合、初回送信フレームＦ５で用いるタイムスロットを算出する（ステップＳ１０１）。そして、無線局は、初回送信フレームＦ５で用いるタイムスロット（初回の送信タイムスロット）まで時間がある場合は、送信したメッセージを送信メッセージ保存部３１ａに保存する（ステップＳ１０２）。その後、中央制御部３１ｂが初回の送信タイムスロットになるまで待つ（ステップＳ１０３）。
First, when a transmission request for a message using the shared allocation communication frame F3 is generated, the wireless station calculates a time slot used in the initial transmission frame F5 (step S101). When there is time until the time slot (first transmission time slot) used in the first transmission frame F5, the wireless station stores the transmitted message in the transmission
初回の送信タイムスロットになるとメッセージを送信し（ステップＳ１０４）、再送判断部３１ｄが送信結果を判別する（ステップＳ１０５）。送信成功の場合は処理を終了する。一方、送信失敗の場合は、送信タイミング決定部３１ｃが再送一回目のタイムスロット（再送一回目の送信タイムスロット）を算出する（ステップＳ１０６）。 When the first transmission time slot is reached, a message is transmitted (step S104), and the retransmission determining unit 31d determines the transmission result (step S105). If the transmission is successful, the process ends. On the other hand, in the case of transmission failure, the transmission timing determination unit 31c calculates the first time slot for retransmission (the first transmission time slot for retransmission) (step S106).
そして、無線局は、再送一回目の送信タイムスロットまで時間がある場合は、送信したメッセージを送信メッセージ保存部３１ａに保存する（ステップＳ１０７）。その後、中央制御部３１ｂが再送一回目の送信タイムスロットになるまで待つ（ステップＳ１０８）。
If there is time until the first transmission time slot for retransmission, the wireless station stores the transmitted message in the transmission
再送一回目の送信タイムスロットになるとメッセージを送信し（ステップＳ１０９）、再送判断部３１ｄが送信結果を判別する（ステップＳ１１０）。送信成功の場合は処理を終了する。再送一回目でも送信失敗の場合は、送信タイミング決定部３１ｃが再送二回目のタイムスロット（再送二回目の送信タイムスロット）を算出する（ステップＳ１１１）。 When it becomes the first transmission time slot for retransmission, a message is transmitted (step S109), and the retransmission determination unit 31d determines the transmission result (step S110). If the transmission is successful, the process ends. If transmission fails even after the first retransmission, the transmission timing determination unit 31c calculates a second retransmission time slot (second retransmission transmission time slot) (step S111).
そして、無線局は、再送二回目の送信タイムスロットまで時間がある場合は、送信したメッセージを送信メッセージ保存部３１ａに保存する（ステップＳ１１２）。その後、中央制御部３１ｂが再送二回目の送信タイムスロットになるまで待ち（ステップＳ１１３）、再送二回目の送信タイムスロットになるとメッセージを送信する（ステップＳ１１４）。
When there is time until the second transmission time slot for retransmission, the wireless station stores the transmitted message in the transmission
このように共有割当通信フレームＦ３で規定される共有割当時間（図８Ｂでは６分と規定する）を複数個のタイムスロットで分割する。そして、各無線局は、メッセージの送信失敗を検知した場合は新たに算出したタイムスロットを用いてメッセージを再送する。このメッセージの再送時は失敗時とは割り当てるタイムスロットの個数を変更することで、各無線局が共有割当時間を共有しながらメッセージを送信することが可能になる。また再送回数及び再送時に割り当てるタイムスロットの数を変更することで、マルチホップネットワークのシステム要求に応じた、通信帯域の制御及び冗長性のある設計を行うことができる。 In this way, the shared allocation time defined by the shared allocation communication frame F3 (defined as 6 minutes in FIG. 8B) is divided into a plurality of time slots. When each wireless station detects a message transmission failure, it retransmits the message using the newly calculated time slot. When the message is retransmitted, the number of time slots to be allocated is changed from that at the time of failure, so that each wireless station can transmit the message while sharing the shared allocation time. Further, by changing the number of retransmissions and the number of time slots allocated at the time of retransmission, it is possible to control the communication band and design with redundancy according to the system requirements of the multihop network.
上述した実施の形態例に係るマルチホップネットワークシステム１は、各無線局が自律して送信するタイムスロットを選択するようにしている。このため、コンセントレータ無線局２０Ａからの割り当てを必要としないため、初回送信用通信フレームに用意するタイムスロットの個数を少なくすることが可能になる。
In the
さらに、各無線局がタイムスロットを共有しているため、複数の無線局から送信したメッセージの衝突が発生した場合は、再送用通信フレーム内で再度メッセージの送信を行うことができる。なお、再送用通信フレームのタイムスロット個数は、初回送信用通信フレームと個数が異ならせることで、算出した送信タイムスロットが各無線局でできるだけ一致しないようにすることができる。 Further, since each wireless station shares a time slot, when a collision of messages transmitted from a plurality of wireless stations occurs, the message can be transmitted again in the retransmission communication frame. Note that the number of time slots in the retransmission communication frame is different from the number of communication frames for initial transmission, so that the calculated transmission time slots can be made not to coincide with each other as much as possible.
また、初回送信用通信フレームでメッセージの送信に成功した無線局は再送しないため、再送用通信フレームにおいて再度衝突する無線局の台数を少なくすることが可能になる。重要度は高いが頻度の低いメッセージに対しても共有割当通信フレームＦ３を用意し、各無線局間での送信時間一致によるメッセージ消失を防ぐことで、マルチホップネットワークの通信帯域の無駄を抑えた制御を実現する。 In addition, since the wireless stations that have successfully transmitted the message in the initial transmission communication frame are not retransmitted, the number of wireless stations that collide again in the retransmission communication frame can be reduced. A shared allocation communication frame F3 is prepared for messages of high importance but low frequency, and the loss of communication bandwidth of the multi-hop network is suppressed by preventing message loss due to coincidence of transmission times between wireless stations. Realize control.
また、マルチホップネットワークシステム１では、基本通信フレームＦ１を細かく分割したタイムスロットを各無線局に割り当てて、メッセージを送信することで隠れ端末の問題を解決することができる。また、基本通信フレームＦ１内の送信開始時間帯を、他の無線局と共有することで、マルチホップネットワークシステム１内の通信帯域を圧迫せずにメッセージを送信することが可能となる。
In the
また、メッセージの消失が発生した場合は、再送の送信開始時間帯を時間差で変更することにより、再送時のメッセージ消失を防ぐ事で、再送したメッセージの送信成功率を向上することができる。このため、多大な無線局が存在する大規模マルチホップネットワークにおいても、高信頼な無線通信を可能とする。 Further, when message loss occurs, the transmission success rate of the retransmitted message can be improved by changing the retransmission transmission start time zone with a time difference to prevent message loss at the time of retransmission. Therefore, highly reliable wireless communication is possible even in a large-scale multi-hop network where a large number of wireless stations exist.
なお、本発明は、スマートグリッドシステムの技術分野の１つであるＡＭＩ通信システムに適用されうる。ＡＭＩ通信システムは、各家庭に設置された自動検針機に通信機能を持たせたＳＭ（Smart Meter）から電柱等に設置されたＧＷ（集約装置）に検針値を集め、電力会社等のＤＣ（Data Collector）に収集するものである。ＡＭＩにおいて、本実施の形態例に係る無線局をＳＭ、コンセントレータ無線局をＧＷ、集約サーバをＤＣとして適用すればよい。 The present invention can be applied to an AMI communication system, which is one of the technical fields of smart grid systems. The AMI communication system collects meter reading values from SM (Smart Meter), which has an automatic meter reading machine installed in each household, to a GW (aggregation device) installed on a utility pole, etc. Data Collector). In AMI, the radio station according to this embodiment may be applied as SM, the concentrator radio station as GW, and the aggregation server as DC.
また、上述した実施の形態例における一連の処理は、ソフトウェアの代わりにハードウェアにより実行することもできる。なお、一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータ等に所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。 Further, the series of processes in the above-described embodiment can be executed by hardware instead of software. When a series of processing is executed by software, it can be executed by a computer in which a program constituting the software is incorporated in dedicated hardware or a computer in which programs for executing various functions are installed. It is. For example, a program constituting desired software may be installed and executed on a general-purpose personal computer or the like.
また、上述した実施の形態例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。 Further, a recording medium that records a program code of software that realizes the functions of the above-described embodiments may be supplied to the system or apparatus. It goes without saying that the function is also realized by reading and executing the program code stored in the recording medium by a computer (or a control device such as a CPU) of the system or apparatus.
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。 As a recording medium for supplying the program code in this case, for example, a flexible disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, etc. are used. Can do.
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態例の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施の形態例の機能が実現される場合も含まれる。 Further, the functions of the above-described embodiment are realized by executing the program code read by the computer. In addition, an OS or the like running on the computer performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code. The case where the function of the above-described embodiment is realized by the processing is also included.
また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上記した実施形態例は本開示を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other application examples and modifications can be taken without departing from the gist of the present invention described in the claims.
For example, the above-described exemplary embodiments are detailed and specific descriptions of the configuration of the apparatus and the system in order to easily understand the present disclosure, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. . Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
In addition, the control lines and information lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
１…マルチホップネットワークシステム、２Ａ〜２Ｃ…マルチホップネットワーク、１０…集約サーバ、２０Ａ〜２０Ｃ…コンセントレータ無線局、３０Ａ〜３０Ｈ…無線局
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記集約サーバの配下にあって、前記マルチホップネットワークを構成し、前記マルチホップネットワークで用いられるメッセージの送信又は転送を行うための所定の通信時間が規定される通信フレームを管理して、前記集約サーバと互いに通信するコンセントレータ無線局と、
前記コンセントレータ無線局が構成する前記マルチホップネットワークに所属し、前記コンセントレータ無線局との間で、前記通信フレームに規定される時間内で前記メッセージの送信又は転送を行う無線局と、を備えるマルチホップネットワークシステムにおいて、
前記コンセントレータ無線局又は前記集約サーバは、前記マルチホップネットワークに所属する各無線局が前記通信フレーム内の異なる時間でメッセージを送信するための時間の情報を前記無線局に通知し、
前記無線局は、前記異なる時間の情報に基づいて決定した前記メッセージの送信を開始する時間に前記メッセージを送信し、前記メッセージを送信した後、送信した前記メッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失した前記メッセージの再送可否を判断し、判断した結果、消失した前記メッセージを再送することが可能である場合には、再び前記メッセージの送信を開始する時間を決定し、再び決定した前記時間で前記メッセージを再送する
マルチホップネットワークシステム。 An aggregation server that manages the path configuration of a multi-hop network;
Under the control of the aggregation server, configure the multi-hop network, manage communication frames in which a predetermined communication time for transmitting or transferring a message used in the multi-hop network is defined, and the aggregation A concentrator radio station that communicates with the server,
A multi-hop comprising: a radio station belonging to the multi-hop network configured by the concentrator radio station, and transmitting or transferring the message within a time specified in the communication frame with the concentrator radio station In the network system,
The concentrator radio station or the aggregation server notifies the radio station of time information for each radio station belonging to the multi-hop network to transmit a message at a different time in the communication frame,
The wireless station transmits the message at a time to start transmission of the message determined based on the information at the different time, and after transmitting the message, detects that the transmitted message has disappeared in the middle of the route Then, it is determined whether or not the lost message can be retransmitted. As a result of the determination, if the lost message can be retransmitted, the time for starting the message transmission is determined again, and the determined message is determined again. A multi-hop network system that resends the message in time.
前記コンセントレータ無線局又は前記集約サーバは、前記通信フレームの一部を、前記マルチホップネットワークに所属する前記無線局にそれぞれ割り当てるタイムスロットを含む個別割当通信フレームとして管理し、前記無線局から前記タイムスロットの割当要求を受け取ると、他の前記無線局に割り当てている前記タイムスロットとは異なるタイムスロットを、前記割当要求を行った前記無線局に割り当てて、割り当てた前記タイムスロットを特定する情報を前記無線局に通知し、
前記無線局は、前記タイムスロットを特定する情報に基づいて、前記メッセージの送信を開始する時間を決定し、前記メッセージの送信を開始する
請求項１記載のマルチホップネットワークシステム。 The communication frame is determined by the time required from the transmission source to the transmission destination of the message and the maximum number of times the wireless station on the path from the transmission source to the transmission destination of the message transfers the message. Time slot is assigned as time information,
The concentrator radio station or the aggregation server manages a part of the communication frame as an individually assigned communication frame including a time slot assigned to each of the radio stations belonging to the multi-hop network. When the allocation request is received, the time slot different from the time slot allocated to the other radio station is allocated to the radio station that has made the allocation request, and information specifying the allocated time slot is specified. Notify the radio station,
The multi-hop network system according to claim 1, wherein the wireless station determines a time for starting transmission of the message based on information specifying the time slot, and starts transmission of the message.
前記無線局は、前記無線局に割り当てられた共有割当用番号を、前記初回送信フレーム又は前記再送信通信フレームに割り当てられたタイムスロットの個数で剰余した結果に基づいて、前記メッセージの送信を開始する時間を算出して、前記共有割当通信フレームにより前記メッセージの送信を行う
請求項２に記載のマルチホップネットワークシステム。 The radio station manages a part of the communication frame as a shared allocation communication frame including a time slot allocated by the radio station, and uses the shared allocation communication frame as an initial transmission frame used for transmitting the first message. , Divided into retransmission communication frames used for retransmission of the message as the number of time slots different from the initial transmission frame,
The radio station starts transmission of the message based on a result obtained by dividing the shared allocation number assigned to the radio station by the number of time slots assigned to the initial transmission frame or the retransmission communication frame. The multi-hop network system according to claim 2, wherein a time to be calculated is calculated and the message is transmitted by the shared allocation communication frame.
請求項３に記載のマルチホップネットワークシステム。 The multi-hop network system according to claim 3, wherein the number of the time slots allocated to the initial transmission frame and the retransmission communication frame is variable.
請求項４に記載のマルチホップネットワークシステム。 Of the wireless station that is the transmission source of the message transmitted by the individual allocation communication frame, or the wireless station that has transferred the message, the wireless station that has detected that the message has been lost is the shared allocation communication frame. The multi-hop network system according to claim 4, wherein the message is retransmitted using.
請求項５に記載のマルチホップネットワークシステム。 6. The concentrator radio station calculates the shared allocation number based on a communication path of the radio station belonging to the multi-hop network and notifies the radio station belonging to the multi-hop network. Multi-hop network system.
請求項６に記載のマルチホップネットワークシステム。 The concentrator radio station or the aggregation server includes a time slot for normal communication required for periodically reporting or inquiring the first communication information to the radio station, and the concentrator radio station or the aggregation server. The multi-hop network system according to claim 6, wherein a time slot for occasional communication necessary for notifying or inquiring the second communication information to the wireless station is assigned to the communication frame at any time.
請求項７に記載のマルチホップネットワークシステム。 The frequency of the occasional communication message transmitted to the radio station by the concentrator radio station or the aggregation server using the time slot for the occasional communication, and the radio station that has received the occasional communication message is the concentrator radio station. The multi-hop network system according to claim 7, wherein the ratio of the time slot for communication and the time slot for normal communication is changed according to an allowable time until the message is responded to the aggregation server.
請求項８に記載のマルチホップネットワークシステム。 In response to the occasional communication message transmitted by the concentrator radio station or the aggregation server to the radio station using the occasional communication time slot, the radio station is configured to cancel the disappearance of the message responded by the radio station. The multi-hop network system according to claim 8, wherein when detected, the message lost by the shared allocation communication frame is retransmitted.
前記集約サーバの配下にあって、前記マルチホップネットワークを構成し、前記マルチホップネットワークで用いられるメッセージの送信又は転送を行うための所定の通信時間が規定される通信フレームを管理して、前記集約サーバと通信するコンセントレータ無線局と、を備えるマルチホップネットワークシステムに含まれる無線局であって、
前記メッセージの送信が完了するまで前記メッセージを保存する送信メッセージ保存部と、
前記マルチホップネットワークに所属する他の前記無線局が前記通信フレーム内の前記メッセージを送信する時間の情報とは異なる時間の情報を保存する個別送信時間保存部と、
前記個別送信時間保存部に保存された前記異なる時間の情報に基づいて、前記メッセージの送信を開始する時間を決定する送信タイミング決定部と、
前記メッセージを送信した後、送信した前記メッセージが経路途中で消失したことを検知すると、消失した前記メッセージの再送可否を判断する再送判断部と、
前記送信タイミング決定部によって決定された前記メッセージの送信を開始する時間で前記メッセージを送信し、前記メッセージが経路途中で消失し、前記再送判断部が判断した結果、消失した前記メッセージを再送することが可能である場合には、前記送信タイミング決定部に再び前記メッセージの送信を開始する時間を決定させ、決定した前記時間で前記メッセージを再送する中央制御部と、を備え、
前記コンセントレータ無線局が構成する前記マルチホップネットワークに所属し、前記コンセントレータ無線局との間で、前記通信フレームに規定される時間内で前記メッセージの送信又は転送を行う
無線局。 An aggregation server that manages the path configuration of a multi-hop network;
Under the control of the aggregation server, configure the multi-hop network, manage communication frames in which a predetermined communication time for transmitting or transferring a message used in the multi-hop network is defined, and the aggregation A radio station included in a multi-hop network system comprising a concentrator radio station communicating with a server,
A transmission message storage unit that stores the message until transmission of the message is completed;
An individual transmission time storage unit that stores information on a time different from the information on the time at which the other wireless stations belonging to the multi-hop network transmit the message in the communication frame;
A transmission timing determination unit for determining a time to start transmission of the message based on the information on the different times stored in the individual transmission time storage unit;
After transmitting the message, upon detecting that the transmitted message has disappeared in the middle of the route, a retransmission determination unit that determines whether the lost message can be retransmitted,
The message is transmitted at a time to start transmission of the message determined by the transmission timing determination unit, the message disappears in the middle of the route, and the message that has been lost as a result of the determination by the retransmission determination unit is retransmitted. If possible, the transmission timing determination unit again determines the time to start transmission of the message, and includes a central control unit that retransmits the message at the determined time,
A radio station that belongs to the multi-hop network configured by the concentrator radio station, and transmits or forwards the message within the time specified in the communication frame with the concentrator radio station.
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