JP2015012312A - 無線通信装置、データ配信方法および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチホップ無線メッシュネットワークにおいて信頼性の高いマルチキャスト配信を実現する無線通信装置を得ること。【解決手段】本発明は、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置であって、マルチキャストフレームを送信するマルチキャストフレーム送信制御部１１４と、マルチキャストフレーム送信制御部１１４が送信したマルチキャストフレームに対する応答フレームを他の無線通信装置から収集する送達状況管理部１１５と、を備え、マルチキャストフレーム送信制御部１１４は、送達状況管理部１１５がマルチホップ無線メッシュネットワークを構成している他の全ての無線通信装置から応答フレームを受信するまで、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信する。【選択図】図２

Description

本発明は、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置、データ配信方法および無線通信システムに関する。

メータリングシステムや遠隔管理システムへのニーズ拡大に伴い、ワイヤレスＭ２Ｍ（Machine to Machine）システムの普及が見込まれている。ワイヤレスＭ２Ｍシステムの中には、数百台規模の無線機（無線通信装置や無線端末という場合もある）を、マルチホップ無線メッシュネットワークで接続するシステムも検討されている。携帯電話システムも膨大な数の無線機が存在するシステムであるが、端末を管理するのはユーザであるため、ユーザが任意のタイミングでソフトウェア更新や設定変更などの保守を実施する。しかしながら、ワイヤレスＭ２Ｍシステムでは、ネットワーク管理者が数百台規模の無線機を保守しなければならない。無線機ソフトウェアの更新やパラメータ更新が必要になった場合、携帯電話システムのように端末ごとに実施すると台数分の手間と時間がかかってしまう。そこで、無線ネットワーク経由で各無線機に配信する方法が考えられる。特に無線機ソフトウェアの更新やパラメータの更新は、各無線機に必要なデータは同じであるため、マルチキャストもしくはブロードキャストで配信することで効率的である。しかしながら、一般的なマルチキャスト／ブロードキャスト通信は、送信機から受信機に対して一方的に送信するのみであるため信頼度が低いという課題がある。この問題を解決する方法として、マルチキャスト通信に再送制御を適用することで信頼性を向上させる手法が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００９−９４８６３号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている方式では受信機からのフィードバック情報を元に再送制御を実行する機構を送信側に実装する必要がある。マルチキャスト送信の宛先無線機が多くなればなるほど、複雑性が増し、必要リソースも増加してしまう。また、提案されている方式は、スター型のネットワークが前提となっており、ワイヤレスＭ２Ｍで検討されているマルチホップ無線メッシュネットワークへの適用は考慮されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチホップ無線メッシュネットワークにおいて、信頼性の高いマルチキャスト／ブロードキャスト配信を実現する無線通信装置、データ配信方法および無線通信システムを得ることを目的とする。また、効率的なデータ配信を実現する無線通信装置、データ配信方法および無線通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置であって、マルチキャストフレームを送信するマルチキャストフレーム送信手段と、前記マルチキャストフレーム送信手段が送信したマルチキャストフレームに対する応答フレームを他の無線通信装置から収集する応答フレーム収集手段と、を備え、前記マルチキャストフレーム送信手段は、前記応答フレーム収集手段がマルチホップ無線メッシュネットワークを構成している他の全ての無線通信装置から前記応答フレームを受信するまで、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする。

本発明によれば、高効率で、信頼性の高いマルチキャスト配信を実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる無線通信装置により構成されたマルチホップ無線メッシュネットワークの構成例を示す図である。 図２は、親ノードである無線通信装置および子ノードである無線通信装置の機能構成例を示す図である。 図３は、親ノードがデータをマルチキャスト送信する場合の動作例を示すフローチャートである。 図４は、親ノードがマルチキャストフレームを生成する動作を示す図である。 図５は、子ノードがマルチキャスト送信されたデータを受信する場合の動作例を示すフローチャートである。 図６は、子ノードが受信したマルチキャストフレームから元の送信データを復元する動作を示す図である。

以下に、本発明にかかる無線通信装置、データ配信方法および無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、各実施の形態で想定するマルチホップ無線メッシュネットワークについて簡単に説明する。図１は、本発明にかかる無線通信装置により構成されたマルチホップ無線メッシュネットワークの構成例を示す図である。マルチホップ無線メッシュネットワーク（以下、無線通信システムと記載する）は、親ノードとして動作する無線通信装置１と、子ノードとして動作する複数の無線通信装置２と、を含み、無線通信装置１（親ノード）は一部または全ての無線通信装置２（子ノード）との間で各種データ等を送受信する。図１では、親ノードと各子ノードが通信する場合における第一候補の経路を実線で示している。ネットワークはメッシュネットワーク、つまり、各ノードは第二、第三候補の経路を持ち、第一候補である経路の通信品質が劣化した場合は第二、第三候補の経路に切替可能なネットワークでも良い。親ノードは、距離が離れており直接通信が不可能な子ノードと通信する場合には、直接通信が可能な子ノード（中継ノード）を介して通信する。図１では、全ての子ノードが親ノードから２ホップ以内となっているが、３ホップ以上の子ノードが存在していても構わない。

以下に示す各実施の形態では、あるノードから見て親ノード側に位置し、親ノードに送信する際に送信先となるノードを上位ノード、親ノードの反対側（親ノードからのホップ数が大きくなる方向）に位置し、通信相手となる(転送先となる)ノードを下位ノードとする。また、下位ノード含めその先（親ノードからのホップ数が大きくなる方向）に存在するノードを配下のノードと呼ぶ。ある子ノードから見た場合、親ノードとの通信経路上に位置し、直接通信相手となるノード（他の子ノードまたは親ノード）が上位ノード、自身を介して親ノードと通信する子ノードが配下ノードに該当する。また、配下ノードの内、直接通信相手となるノードが下位ノードに該当する。例えば、図１に示した中継ノード（親ノードから１ホップの子ノード）を基準とした場合、親ノードが上位ノードとなり、自身を介して親ノードと通信を行う、親ノードから２ホップ以上の子ノードが下位ノードとなる。親ノードから見た場合、中継ノードは下位ノードであり、全ての子ノードが配下ノードとなる。

各実施の形態では、親ノードが各子ノードに配信するデータを配信アプリケーションデータと呼ぶこととする。また、親ノードは、配下の全ノードの識別子情報を、各子ノードは、各上位ノードの識別子および配下ノードの識別子を知っていることを前提とする。すなわち、親ノードは、マルチホップ無線メッシュネットワークに参入済みの全ての子ノードの識別情報（識別子）を保持しており、子ノードは、親機と通信するための上位ノード（親ノード、親ノードとの通信経路上に位置している他の子ノード）の識別情報、および全ての下位ノード（自身を介して親ノードと通信する他の子ノード）の識別情報を保持しているものとする。子ノードが上位ノードおよび下位ノードの識別情報を収集する方法については特に規定しない。例えば、マルチホップ無線メッシュネットワークに参入する際に収集して保持しておく。

実施の形態１．
図２は、親ノードである無線通信装置１および子ノードである無線通信装置２の機能構成例を示す図である。なお、説明を簡単化するため、図２では、無線通信装置１（親ノード）が無線通信装置２（子ノード）に対してデータを送信する動作に関連する構成要素を記載し、この動作に関連しない構成要素は省略している。

無線通信装置１は、アプリケーションデータ処理部１１、ネットワーク制御部１２、無線アクセス制御部１３、無線信号処理部１４およびアンテナ１５を備える。アプリケーションデータ処理部１１は、ブロック分割部１１１、ブロック誤り訂正符号化部１１２、マルチキャストフレーム生成部１１３、マルチキャストフレーム送信制御部１１４および送達状況管理部１１５を含んでいる。ネットワーク制御部１２は、マルチキャスト伝送制御部１２１を含んでいる。無線アクセス制御部１３は、マルチキャスト伝送制御部１３１を含んでいる。

データのマルチキャスト配信元である親ノードとして動作する無線通信装置１のアプリケーションデータ処理部１１において、ブロック分割部１１１は、マルチキャスト送信の対象データである配信アプリケーションデータを受け取り、規定の情報ブロック数、ブロック誤り訂正符号化の単位サイズとなるように、配信アプリケーションデータを分割し、複数の情報ブロックを生成する。ブロック誤り訂正符号化部１１２は、ブロック分割部１１１で生成された情報ブロックに対してブロック誤り訂正符号化処理を行う。マルチキャストフレーム生成部１１３は、ブロック誤り訂正符号化部１１２で誤り訂正符号化が実施された後のデータブロックを受け取り、受け取ったデータブロックを含んだマルチキャストフレームを生成する。マルチキャストフレーム送信手段としてのマルチキャストフレーム送信制御部１１４は、マルチキャストフレーム生成部１１３で生成されたマルチキャストフレームを送信する（ネットワーク制御部１２へ出力する）。なお、マルチキャストフレーム送信制御部１１４は、一定条件を満たすまで、同じマルチキャストフレームの送信を繰り返す。応答フレーム収集手段としての送達状況管理部１１５は、マルチキャストフレーム送信制御部１１４が送信した各マルチキャストフレームより復元される配信アプリケーションデータに対する応答フレーム（送達確認信号）を子ノード（無線通信装置２）から受信する。このとき、送達状況管理部１１５は、受信した送達確認信号の送信元の子ノードを記憶し、マルチホップ無線メッシュネットワークに参入している全ての子ノードから送達確認信号を受信したと判断すると、その旨をマルチキャストフレーム送信制御部１１４に通知する。なお、送達確認信号は各マルチキャストフレームに対して送信されるのではなく、複数のマルチキャストフレームを用いて送信された配信アプリケーションデータに対して送信される。すなわち、送達確認信号は、配信アプリケーションデータが子ノードにより正しく受信された（復元された）場合に送信される。

ネットワーク制御部１２のマルチキャスト伝送制御部１２１は、アプリケーションデータ処理部１１のマルチキャストフレーム送信制御部１１４からマルチキャストフレームを受信すると、受信したマルチキャストフレームに対し、ネットワークレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を実施して送信する（無線アクセス制御部１３へ出力する）。

無線アクセス制御部１３のマルチキャスト伝送制御部１３１は、ネットワーク制御部１２のマルチキャスト伝送制御部１２１からマルチキャストフレームを受信すると、受信したマルチキャストフレームに対し、リンクレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を実施して送信する（無線信号処理部１４へ出力する）。

無線信号処理部１４は、無線アクセス制御部１３からベースバンド信号（マルチキャストフレーム）を受信すると高周波信号（無線信号）に変換し、アンテナ１５を介して送信する。また、アンテナ１５を介して無線信号を受信するとベースバンド信号に変換して無線アクセス制御部１３へ出力する。

無線通信装置２は、アプリケーションデータ処理部２１、ネットワーク制御部２２、無線アクセス制御部２３、無線信号処理部２４およびアンテナ２５を備える。アプリケーションデータ処理部２１は、ブロック誤り訂正復号部２１１、ブロック誤り訂正復号可否判定部２１２、マルチキャストフレーム要否判定部２１３、フレーム種別判定部２１４および送達確認信号送信部２１５を含んでいる。ネットワーク制御部２２は、マルチキャスト伝送制御部２２１を含んでいる。無線アクセス制御部２３は、マルチキャスト伝送制御部２３１を含んでいる。

親ノードからデータのマルチキャスト配信を受ける子ノードとして動作する無線通信装置２において、無線信号処理部２４は、アンテナ２５で受信した無線帯域のデータ信号をベースバンド信号に変換して無線アクセス制御部２３へ出力する。また、無線信号処理部２４は、受信したデータ信号に対する応答フレーム（親ノード宛の送達確認信号）を無線アクセス制御部２３から受け取った場合、無線帯域の信号に変換し、アンテナ２５を介して送信する。転送するマルチキャストフレームを無線アクセス制御部２３から受け取った場合も同様に、無線帯域の信号に変換してアンテナ２５を介して送信する。

無線アクセス制御部２３のマルチキャスト伝送制御部２３１は、無線信号処理部２４からマルチキャストフレームを受信し、受信したマルチキャストフレームに対してリンクレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を行ってネットワーク制御部２２へ出力する。また、マルチキャスト伝送制御部２３１は、ネットワーク制御部２２からマルチキャストフレームを受信した場合、受信したマルチキャストフレームに対してリンクレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を実施して無線信号処理部２４へ出力する。

ネットワーク制御部２２のマルチキャスト伝送制御部２２１は、無線アクセス制御部２３からマルチキャストフレームを受信し、受信したマルチキャストフレームに対してネットワークレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を行ってアプリケーションデータ処理部２１へ出力する。また、マルチキャスト伝送制御部２２１は、下位ノードが存在する場合、フレーム転送手段としての動作を実行する。すなわち、無線アクセス制御部２３から受信したマルチキャストフレームを下位ノードへ転送するために、このマルチキャストフレームに対してネットワークレベルでのマルチキャスト伝送制御処理を実施して無線アクセス制御部２３へ出力する。

アプリケーションデータ処理部２１において、フレーム種別判定部２１４は、ネットワーク制御部２２から受け取ったフレームの種別を判定する。すなわち、フレームがマルチキャストフレームか否かを判定する。マルチキャストフレームであればマルチキャストフレーム要否判定部２１３へフレームを出力し、マルチキャストフレーム以外の場合、図示を省略した非マルチキャストフレーム処理部へフレームを出力する。非マルチキャストフレーム処理部では、例えば、自身宛のユニキャストフレームか否かを判別し、自身宛であれば所定の受信処理を行う。自身宛ではない場合、破棄する。マルチキャストフレーム要否判定部２１３は、フレーム種別判定部２１４から受け取ったマルチキャストフレームが受信すべきものか否かを判定する。例えば、受信済みのものが再送されてきた場合（過去に正常に受信したマルチキャストフレームが再送されてきた場合）には、受信不要と判断し、受け取ったマルチキャストフレームを破棄する。受信済みではないマルチキャストフレームと判断した場合にはブロック誤り訂正復号可否判定部２１２へ出力する。なお、判定処置においては、ブロック誤り訂正復号可否判定部２１２での過去の判定結果（過去に受信したマルチキャストフレームに対する判定結果）を参照する。ブロック誤り訂正復号可否判定部２１２は、受け取ったマルチキャストフレームに対する誤り訂正が可能かどうかを判定し、可能と判定した場合には、マルチキャストフレームをブロック誤り訂正復号部２１１へ出力するとともに、送達確認信号の送信を送達確認信号送信部２１５に指示する。ブロック誤り訂正復号部２１１は、受け取ったマルチキャストフレームに対して誤り訂正復号を行い、送信されてきたデータブロックを復元する。応答フレーム送信手段としての送達確認信号送信部２１５は、ブロック誤り訂正復号可否判定部２１２からの指示に応じて、送達確認信号（マルチキャストフレームを正常に受信したことを示す信号）をユニキャストフレームとして、親ノードである無線通信装置１宛に送信する。なお、マルチキャストフレームの誤り訂正が不可能とブロック誤り訂正復号可否判定部２１２において判定されたとしても、再送要求は行わない。

次に、本実施の形態の無線通信システムにおける通信装置の特徴的な動作、具体的には、親ノードである無線通信装置１が子ノードである無線通信装置２に対して配信アプリケーションデータをマルチキャスト送信する動作について、送信側と受信側に分けて説明する。

（親ノードによるデータのマルチキャスト送信動作）
図３は、親ノードがデータをマルチキャスト送信する場合の動作例を示すフローチャートである。

親ノードである無線通信装置１は、配信アプリケーションデータの入力があると（ステップＳ１１）、まず、アプリケーションデータ処理部１１において、システム内の全ての子ノードへ配信する配信アプリケーションデータをブロック分割部１１１が規定のサイズに分割し（ステップＳ１２）、分割後の各データブロックに対してブロック誤り訂正符号化部１１２がブロック誤り訂正符号化を行い、情報ブロックおよび冗長ブロックを生成する（ステップＳ１３）。ここで、ブロックサイズ、ブロック誤り訂正符号の方式や符号化率、生成される情報ブロック数や冗長ブロック数は特に限定されるものではない。

次に、受信側でのブロック誤り訂正復号時に必要となる識別子のヘッダ、例えばデータ種別やフレーム識別番号、アプリケーションデータ処理部レベルの送信元識別子をマルチキャストフレーム生成部１１３が付与してマルチキャストフレームを生成する（ステップＳ１４）。このようにして生成された複数のマルチキャストフレームをマルチキャストフレーム送信制御部１１４が受け取り、受け取った各マルチキャストフレームをネットワーク制御部１２へ、全ての子ノード（無線通信装置２）から送達確認信号が届くまで転送を続ける（ステップＳ１５〜Ｓ１７）。すなわち、マルチキャストフレーム送信制御部１１４は、生成した全マルチキャストフレームの転送処理が完了しても、システム内の全ての子ノードから、配信アプリケーションデータに対する送達確認信号を受信できたことを送達状況管理部１１５から通知されるまで（ステップＳ１６で“Ｙｅｓ”と判定するまで）、送信済みのマルチキャストフレームを再度送信する。なお、再度送信するマルチキャストフレームの選択方法に制約はない。マルチキャストフレーム送信制御部１１４は、配信アプリケーションデータに対する送達確認信号を全ての子ノードから受信した旨を送達状況管理部１１５から通知されると（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、マルチキャストフレームの送信を終了する（ステップＳ１７）。

送達状況管理部１１５は、子ノードから送達確認信号を受信すると、全ての子ノードから送達確認信号を受信したかどうかを確認し、全ての子ノードから受信したことを検出するとその旨をマルチキャストフレーム送信制御部１１４に通知する。

ネットワーク制御部１２は、アプリケーションデータ処理部１１から受け取った各マルチキャストフレームに対し、宛先としてネットワークレベルのマルチキャスト識別子を、送信元として自身の識別子をそれぞれ格納したヘッダを付与し、ＮＥＴフレームとして無線アクセス制御部１３へ出力する。

無線アクセス制御部１３は、ネットワーク制御部１２から受け取ったＮＥＴフレームに対し、宛先としてリンクレベルのマルチキャスト識別子を、送信元として自身の識別子を格納したヘッダを付与し、ＭＡＣフレームとして無線信号処理部１４経由で無線送信する。

図４は、親ノードがマルチキャストフレームを生成する動作（基本動作）を示す図である。図示したように、親ノードにおいては、配信アプリケーションデータを複数のデータブロック（情報ブロック＃１，＃２，…，＃ｎ）に分割し、過り訂正符号化処理を実行して冗長データ（冗長ブロック＃１，＃２，…）を生成する。さらにアプリケーションレベルのヘッダを付与してマルチキャストフレーム（マルチキャストフレーム＃１，＃２，…）を生成し、マルチキャストフレームにネットワークレベルのヘッダを付与してネットワークレベルのマルチキャストフレーム（ＮＥＴフレーム＃１，＃２，…）を生成する。最後に、ＮＥＴフレームに対して無線アクセス制御レベルのヘッダを付与してＭＡＣフレーム＃１，＃２，…を生成する。

（子ノードによるマルチキャストデータの受信動作）
図５は、子ノードがマルチキャスト送信されたデータを受信する場合の動作例を示すフローチャートである。

子ノードである無線通信装置２は、フレームの受信を監視し、フレームを受信すると（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、マルチキャストフレームか否かを判定する（ステップＳ２２）。具体的には、まず、無線アクセス制御部２３が受信フレームであるＭＡＣフレームのヘッダを解析し、宛先識別子がマルチキャストか否かを確認し、マルチキャストであればヘッダを削除してネットワーク制御部２２へ転送する。このとき、送信元識別子を確認し直接接続しているノードであるか否かもネットワーク制御部２２へ転送する。ネットワーク制御部２２は、転送されてきたフレームであるＮＥＴフレームのヘッダを解析し宛先識別子がマルチキャストか否かを確認する。宛先識別子がマルチキャストであれば、ヘッダを削除した上でアプリケーションデータ処理部２１へ転送する。

アプリケーションデータ処理部２１においては、ヘッダ情報（ヘッダに格納されている各種情報）に基づいて、転送されてきたフレームがマルチキャストフレームか否かをフレーム種別判定部２１４が判定する。マルチキャストフレームの場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、さらに、マルチキャストフレーム要否判定部２１３が、受信の必要なデータか否かを判定する（ステップＳ２３）。例えば、保存データとの重複等を判断する。すなわち、過去に受信しているものと同じフレームの場合には受信不要と判断する。受信不要であれば（ステップＳ２３：Ｎｏ）、転送されてきたマルチキャストフレームを廃棄する（ステップＳ２８）。一方、受信が必要の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、保存する（ステップＳ２４）。保存した場合には、ブロック誤り訂正復号可否判定部２１２が、ブロック誤り訂正復号により配信アプリケーションデータを復元可能か確認する（ステップＳ２５）。データの復元が不可能であれば（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻って次のマルチキャストフレームを待つ。データの復元が可能であれば（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、送達確認信号送信部２１５がデータ送信元である親ノード（無線通信装置１）宛に送達確認信号をユニキャストで送信するとともに、ブロック誤り訂正復号部２１１が復号処理を行う（ステップＳ２６、Ｓ２７）。なお、上記のステップＳ２２おいて、転送されてきたフレームがマルチキャストフレームではないと判定した場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ユニキャストで送信されてきたデータである通常データの受信処理を行う（ステップＳ２９）。

図６は、子ノードが受信したマルチキャストフレームから元の送信データ（配信アプリケーションデータ）を復元する動作（基本動作）を示す図である。図示したように、子ノードは、親ノードが配信アプリケーションデータに基づいて生成した複数のマルチキャストフレーム（ＭＡＣフレーム＃１，＃２，…）を受信すると、まず、ＭＡＣフレームのヘッダを取り外してＮＥＴフレーム（ＮＥＴフレーム＃１，＃２，…）を抽出し、次に、ＮＥＴフレームのヘッダを取り外してマルチキャストフレーム（マルチキャストフレーム＃１，＃２，…）を抽出する。さらに、マルチキャストフレームのヘッダを取り外して情報ブロック（冗長ブロック＃１，＃２，…）と冗長ブロック（冗長ブロック＃１，＃２，…）を抽出し、冗長ブロックを用いて情報ブロックの誤り訂正復号を行う。最後に、分割された状態のデータ（情報ブロック＃１，＃２，…，＃ｎ）を結合して配信アプリケーションデータを復元する。

以上が子ノードによるデータ受信動作であるが、子ノードは、この動作に加え、受信したフレーム（マルチキャストフレーム、ユニキャストフレーム）の転送処理を必要に応じて実施する。

子ノードは、ユニキャストフレームを受信した場合には、その宛先を確認し、予め保持している経路情報に従って転送する。例えば、親ノード宛のフレーム（送達確認信号など）を受信した場合、親ノードに向けて転送する。

また、マルチキャストフレームを受信した場合には、以下の手順に従い、フレームの転送必要性判断と転送を実施する。すなわち、子ノードのネットワーク制御部２２は、親ノードなどの上位ノードからマルチキャストフレームを受信した場合、下位ノードが存在しているかどうかを確認し、下位ノードが存在していなければ受信したマルチキャストフレームを転送しない。これに対して、下位ノードが存在する場合には、マルチキャスト転送を行う。具体的には、ネットワーク制御部２２のマルチキャスト伝送制御部２２１が、無線アクセス制御部２３から受け取ったフレームのヘッダ内の送信元アドレスを自身の識別子に書き換え、ＮＥＴフレームとして無線アクセス制御部２３へ出力する。なお、ヘッダ内の送信元アドレスを書き換えずに無線アクセス制御部２３へ転送（出力）しても構わない。無線アクセス制御部２３は、ネットワーク制御部２２から受け取ったＮＥＴフレームに対し、宛先としてリンクレベルのマルチキャスト識別子を、送信元として自身の識別子を格納したヘッダを付与し、ＭＡＣフレームとして無線信号処理部２４経由で無線送信する。なお、ネットワーク制御部２２において、上位ノードから受信したマルチキャストフレームに限定して転送を行うのは、マルチホップネットワークにおいてマルチキャストフレームの上位ノードへの逆流が発生し、輻輳することを避けるためである。無線環境によっては上位ノードではないノード（親ノードの方向に２ホップ以上先のノードや配下のノード）から送信されたマルチキャストフレームを受信する場合も考えられるが、その場合にはアプリケーション処理部への転送し重複データでなければ保持するが、下位ノードへの転送処理を行わないようにしてトラフィックの増加を抑える。または、上位ノードよりも先の親ノード方向のノードから受信したマルチキャストフレームを転送し、その後に上位ノードから受信した同一のマルチキャストフレームは転送しないようにしてもよい。

また、メッシュネットワークの場合、上位ノードが複数存在し、伝送するマルチキャストフレームが増大してしまう可能性がある。そのため、マルチキャスト中継する場合は転送対象の上位ノードを絞っても良い。

ここで、ネットワーク制御部２２が上位ノードから送信されたマルチキャストフレームか否かを判定する方法については特に規定しない。無線アクセス制御部２３との連携で実現しても良いし、子ノードが転送する際にネットワーク制御部２２において送信元アドレスを自身の識別子に書き換えることとし、ＮＥＴフレームの送信元アドレスから判定しても良い。この際送信元アドレスは上位ノードになっていても送達確認信号の送信先は親ノードとなるように設定しておく。ホップ数等の指標をヘッダに格納するように構成し、ホップ数(転送回数)から判定するようにしても良い。

このように、本実施の形態の無線通信システムにおいて、データの配信元となる親ノードは、配信データをマルチキャストで送信する場合、配信先となるシステム内の全ての子ノードがデータを正常に受信できたことを検出するまで、すなわち、全ての子ノードから送達確認信号を受信するまで、同一データのマルチキャスト送信を繰り返し行う。一方、子ノードは、マルチキャスト送信されたデータ（マルチキャストフレーム）から配信アプリケーションデータを正常に復元できた場合、送達確認を親ノード宛に送信することとした。これにより、効率的かつ信頼性の高いマルチキャスト送信を実現できる。

また、子ノードは、上位ノードからマルチキャストされたデータを受信し、かつ下位ノードが存在する場合にデータをマルチキャスト転送することとしたのでマルチキャストフレームが必要以上に転送されるのを回避してトラフィックの増加を抑えることができる。トラフィックの増加を抑えることによりフレームの衝突発生率も抑えることができ、信頼性を向上させることができる。

また、ブロック誤り訂正符号の適用により通信路上での誤りに対する耐性が向上し、効率的なデータ伝送を実現できる。また、マルチキャストの適用により、一度に複数の通信を実現することにより伝送が効率化される。さらに、送信元に関わらずアプリケーションデータ処理部までフレームを転送するため、通常の通信経路ではないノードからの情報も受信することで経路ダイバーシチ効果を得ることができる。これらの総合的な効果により、マルチホップ無線メッシュネットワークにおける親ノードから各子ノードへの同一データの配信を効率的かつ高信頼に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、親ノードが送信するマルチキャストフレームと子ノードが中継（転送）するマルチキャストフレームが衝突することを考慮していない。そこで、本実施の形態では、実施の形態１で説明した無線通信システムにおいて、親ノードの送信頻度の制御を実施する。具体的には、中継する子ノード数や以前のマルチキャスト配信実施時に全ての子ノードから送達確認信号を受信するまでに送信したマルチキャストフレームの送信数（≒誤り発生数）の統計値を指標とし、マルチキャストフレームの送信間隔を制御する。例えば、中継する子ノードの数が多い場合、全ての子ノードから送達確認信号を受信するまでに送信したマルチキャストフレームの送信数が大きい場合、親ノードは、マルチキャストフレームの送信周期を大きくして送信頻度を下げる。中継する子ノード数および全ての子ノードから送達確認信号を受信するまでに送信したマルチキャストフレームの送信数の双方を考慮して送信周期を決定しても良い。なお、親ノードの構成は実施の形態１と同様である（図２参照）。

上記のような機能を親ノードのマルチキャストフレーム送信制御部１１４が具備することで、実施の形態１に比べて無線ネットワーク上で発生するシステム内干渉による誤りが抑制され、親ノードが送信するマルチキャストフレーム数が低減するという効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態１および２では、親ノードは、全ての子ノードから送達確認信号を受信するまでマルチキャストフレームを送信し続けることから、親ノードおよび中継ノードとなる子ノードの送信機会が多くなってしまう。そこで、本実施の形態では、実施の形態１または２で説明した無線通信システムにおいて、親ノードが具備しているアプリケーションデータ処理部１１の機能（図２参照）と、上位のノードへの送達確認信号の送信機能を具備し、配信アプリケーションデータを復元できた中継を行う子ノードがマルチキャストフレームの送信を親ノードに代わって実施する。

すなわち、本実施の形態の無線通信システムにおいて、下位ノードが存在している子ノードは、上位ノードから受信したマルチキャストフレームにより配信アプリケーションデータの復元が完了すると、親ノードと上位ノードに送達確認信号を送信し、親ノードや上位ノードに代わってマルチキャストフレームの生成、送信処理を行う。親ノードやその処理を引き継いだ子ノードは、送達確認信号を全ての下位ノードから受信すると、マルチキャストフレームの繰り返し送信を終了する。このようにして下位ノードがマルチキャストフレームの配信を引き継ぐ。

このように、本実施の形態の子ノードは、親ノードによるマルチキャスト配信処理を引き継ぎ、さらにその処理を下位ノードへと引き継ぐことで親ノードに近いノードの送信負荷を下げることができる。この結果、マルチキャストフレームの送信回数を抑制することができ、実施の形態１や２に比べて親ノードや中継を行う子ノードが送信するマルチキャストフレーム数を削減できる。

実施の形態４．
実施の形態３では、上位ノードへの送達確認信号の送信をトリガとして、送達確認信号を送信した子ノードがマルチキャストフレームの生成送信処理を開始する。そのため、上位ノードがマルチキャストフレームの送信を停止していなくても下位の子ノードが代行送信を始めてしまい、無駄なデータ送信が発生する。

そこで、本実施の形態の子ノードは、マルチキャストフレームの受信を完了し、上位ノードに送達確認信号を送信した後、タイマを活用し、一定時間上位ノードからのマルチキャストフレームの受信が確認できなかった場合に、代行処理（配信アプリケーションデータからマルチキャストフレーム生成して送信する処理）を開始する。もしくは、上位ノードが全ての下位ノードから送達確認信号を受信後、各下位ノードに対して代行開始の指示を行うようにしてもよい（子ノードは指示を受けてから代行処理を開始する）。また、単純に、子ノードは、送達確認信号を送信するとともに代行処理を開始し、その後は上位ノードから転送されたマルチキャストフレーム（代行処理で送信しているものと同じマルチキャストフレーム）の転送処理を行わないことにしても良い。これ以外の部分は実施の形態３と同様である。

なお、上記のタイマ値は、例えば、システムの規模（子ノードの数）に基づいて決定した値とする。また、ネットワーク構成、具体的には、上位ノードからマルチキャストフレームを直接受信する下位ノードの数に基づいて決定した値としても構わない。

本実施の形態によれば、実施の形態３と比較してシステム全体で通信されるデータ量を削減できる。

実施の形態５．
実施の形態４では、上位ノードへ送達確認信号を送信後、代行処理を始めるまでの最適なタイマ値はシステム構成や周囲の無線環境によって異なるため設定が困難である（システム構成や無線環境に応じてタイマ値の設定を変更する必要があった）。また、複数の上位ノードを持つネットワーク構成の場合、下位ノードに対する制御が困難となる可能性がある。そこで、本実施の形態の親ノードおよび子ノードは、ネットワーク構成の情報を予め収集して保持しておき、下位ノードを有する親ノードおよび子ノードは、マルチキャストフレームの送達状況を確認しながら、代行処理を実行する下位ノードを指定することとする。すなわち、子ノードは、送達確認信号を送信後、上位ノードから指示を受けた場合に代行処理を開始する。親ノードや上位ノードは、一定条件を満たしたタイミングで、配下のノードの一部または全てに対して代行処理の開始を指示する。例えば、全ての下位ノードから送達確認信号を受信した時点で、処理を代行させる下位ノードを選択し、選択した下位ノードに対して代行処理の開始を指示する。処理を代行させる下位ノードの選択は、例えば、配下ノードの有無に基づいて選択する。すなわち、配下ノードを有している下位ノードを選択し、代行処理を実行させる。これ以外の部分は実施の形態４と同様である。

本実施の形態によれば、システムの特性などに合わせた複雑な設定や制御が不要になる。

実施の形態６．
実施の形態１〜５では、配信アプリケーションデータが受信できていない子ノードが少なくなっても、上位ノード（親ノード、下位ノードを有する子ノード）がマルチキャストフレームの送信を続けるため、無駄なデータ送信が増えてしまう。また、受信側は配信アプリケーションデータの受信が完了していても、マルチキャストフレームを受信した場合、アプリケーションデータ処理部１１（図２参照）で不要データ（受信する必要が無いデータ）と分かるまで受信処理を実行してしまい、無駄な電力を消費してしまう。

そこで、本実施の形態では、実施の形態１〜５で説明した無線通信システムにおいては、マルチキャスト伝送による伝送効率化の効果がない台数や構成まで配信アプリケーションデータが受信できていない子ノードが少なくなったことを検出した場合（送達確認信号が送信されてきていない子ノードが一定数以下となった場合）、配信アプリケーションデータの送信元ノードは、ユニキャストによる伝送に切り替えることとする。

上記の機能を親ノードおよび子ノードが具備することで、実施の形態１〜５と比較して無駄なデータ送信を抑制することが可能となり、さらに、各ノードの電力消費量も抑えることができる。

なお、ユニキャストに切り替える条件は親ノードと中継ノード（下位ノードを有する子ノード）の全てで同じとしてもよいし、ノードごとに個別の条件を設定してもよい。親機ノードと中継ノードのうち一部のみがユニキャストに切り替えるように条件を設定しても構わない。中継ノードは、上位のノードに代わってデータフレームを送信する場合、配下ノードが少なければ最初からユニキャストで送信を行うようにしても構わない。

各実施の形態では、配信アプリケーションデータをマルチキャスト送信する場合について説明したが、ブロードキャスト送信する場合に対しても本発明は適用可能である。

以上のように、本発明にかかる無線通信装置は、マルチホップ無線メッシュネットワークに有用であり、特に、特定のノードが他の全てのノードに対して同一データを配信する必要があるマルチホップ無線メッシュネットワークに適している。

１，２ 無線通信装置、１１，２１ アプリケーションデータ処理部、１２，２２ ネットワーク制御部、１３，２３ 無線アクセス制御部、１４，２４ 無線信号処理部、１５，２５ アンテナ、１１１ ブロック分割部、１１２ ブロック誤り訂正符号化部、１１３ マルチキャストフレーム生成部、１１４ マルチキャストフレーム送信制御部、１１５ 送達状況管理部、１２１，１３１，２２１，２３１ マルチキャスト伝送制御部、２１１ ブロック誤り訂正復号部、２１２ ブロック誤り訂正復号可否判定部、２１３ マルチキャストフレーム要否判定部、２１４ フレーム種別判定部、２１５ 送達確認信号送信部。

Claims (12)

1. マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置であって、
   マルチキャストフレームを送信するマルチキャストフレーム送信手段と、
   前記マルチキャストフレーム送信手段が送信したマルチキャストフレームに対する応答フレームを他の無線通信装置から収集する応答フレーム収集手段と、
   を備え、
   前記マルチキャストフレーム送信手段は、前記応答フレーム収集手段がマルチホップ無線メッシュネットワークを構成している他の全ての無線通信装置から前記応答フレームを受信するまで、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記マルチキャストフレーム送信手段は、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成している他の無線通信装置の数、および過去のデータ配信で同一マルチキャストフレームを繰り返し送信した回数の少なくとも一方に基づいて決定した周期で、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置であって、
   マルチキャストフレームを送信するフレーム送信手段と、
   前記フレーム送信手段が送信したマルチキャストフレームに対する応答フレームを他の無線通信装置から収集する応答フレーム収集手段と、
   を備え、
   前記フレーム送信手段は、前記応答フレーム収集手段がマルチホップ無線メッシュネットワークを構成している一定数以上の他の無線通信装置から前記応答フレームを受信するまで、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする無線通信装置。
4. 前記フレーム送信手段は、同一マルチキャストフレームを繰り返し送信する動作を終了後、それまで繰り返し送信していたマルチキャストフレームに格納されていたものと同じデータを格納したユニキャストフレームを、その時点で応答フレームの受信が完了していない他の無線通信装置に対して送信することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. マルチキャストフレームに対する応答フレームをネットワーク内の一定数以上の無線通信装置から受信するまで同一マルチキャストフレームの送信を繰り返すマルチキャストフレーム配信元装置とともにマルチホップ無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置であって、
   前記マルチキャストフレーム配信元装置で生成されたマルチキャストフレームを正常に受信した場合に正常受信を示す応答フレームを送信する応答フレーム送信手段と、
   前記マルチキャストフレーム配信元装置で生成されたマルチキャストフレームを正常に受信し、かつ自身を介して前記マルチキャストフレーム配信元装置と通信する他の無線通信装置である配下ノードが存在する場合に、当該マルチキャストフレームを転送するフレーム転送手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 前記フレーム転送手段は、マルチキャストフレームに対する応答フレームを１ホップ下位の全ての配下ノードから受信するまで、前記正常に受信したマルチキャストフレームと同じマルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記フレーム転送手段は、マルチキャストフレームに対する応答フレームを一定数以上の配下ノードから受信するまで、前記受信したマルチキャストフレームと同じマルチキャストフレームを繰り返し送信することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
8. 前記フレーム転送手段は、同じマルチキャストフレームを繰り返し送信する動作を終了後、それまで繰り返し送信していたマルチキャストフレームに格納されていたものと同じデータを格納したユニキャストフレームを、その時点で応答フレームの受信が完了していない配下ノードに対して送信することを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記フレーム転送手段は、前記応答フレーム送信手段による応答フレームの送信が終了後、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成している無線通信装置の数、またはマルチホップ無線メッシュネットワークのネットワーク構成に基づいて決定した時間が経過してから送信処理を開始することを特徴とする請求項６、７または８に記載の無線通信装置。
10. 前記フレーム転送手段は、前記応答フレーム送信手段による応答フレームの送信が終了後、当該応答フレームに対応するマルチキャストフレームの転送指示を受けた場合に、前記受信したマルチキャストフレームと同じマルチキャストフレームの繰り返し送信を開始することを特徴とする請求項６、７または８に記載の無線通信装置。
11. マルチホップ無線メッシュネットワークにおけるデータ配信方法であって、
    配信データをマルチキャスト送信するマルチキャスト送信ステップと、
    前記マルチキャスト送信したデータに対する送達確認をマルチホップ無線メッシュネットワーク内の無線通信装置から収集する送達確認収集ステップと、
    を含み、
    前記送達確認収集ステップにおいてマルチホップ無線メッシュネットワーク内の全ての無線通信装置から前記送達確認を収集するまで、前記マルチキャスト送信ステップを繰り返し実行することを特徴とするデータ配信方法。
12. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の無線通信装置である親ノードと、
    請求項５〜１０のいずれか一つに記載の無線通信装置である子ノードと、
    を備えることを特徴とする無線通信システム。

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