JP2015015679A - 無線端末、収集装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線方式のセンサネットワークにおいて、各無線端末に大容量の記憶装置を設けることなく、下り方向のデータ通信の成功率を従来よりも向上させることを可能にする。
【解決手段】各無線端末には、上流側へパケットを転送する際に転送元および転送先を示す情報を経路情報に追記して転送させる。収集装置は何れかの無線端末へパケットを送信する際に、その宛先に至る複数の経路を示す経路情報を当該パケットに付加して送信する。そして、各無線端末は下流側へパケットを転送する際にその転送先との無線通信が不能であった場合には、パケットに含まれている経路情報に基づいて転送経路を他の経路に切り替える。
【選択図】図１４

Description

この発明は、複数の機器が無線により通信を行う無線通信ネットワークシステムに関する。

工場や各種プラント等の産業施設においては、製品生産や各種操業の状態を把握できるようにするために、施設内の各所に各種センサを設置し、さらに、それらセンサによる計測データを収集するコンピュータ装置（以下、収集装置）を設置してセンサネットワークシステムと呼ばれる通信ネットワークシステムが構築されることが多い。この種のセンサネットワークシステムには、各センサと収集装置とを有線接続する有線方式のものと、各センサと収集装置との間のデータ通信を無線で行う無線方式のものがある。無線方式のセンサネットワークシステムの一例としては、特許文献１〜３に開示のシステムが挙げられる。

無線方式のセンサネットワークの一例としては、センサの測定データを一定の時間間隔で送信する無線端末を各センサに接続し、さらに各無線端末に他の無線端末から受信したデータを経路情報にしたがって収集装置側へ転送させるシステムが挙げられる。ここで、経路情報とは、データの送信元からその宛先に至る通信経路に存在する１または複数の他の無線端末およびその転送順を示す情報のことをいう。また、以下では、各無線端末から収集装置へデータを送信する方向の通信を「上りのデータ通信」と呼び、収集装置から各無線端末へデータを送信する方向の通信を「下りのデータ通信」と呼ぶ。

上記無線端末としては無線タグが用いられることが多いが、無線タグの記憶装置は小型化および低価格化などの要求に応えるために必要最低限の記憶容量に抑えられていることが多く、自装置についての上記上りおよび下りのデータ通信の経路情報を記憶させておくことさえできない場合がある。このような場合には、各無線端末の記憶装置には、自装置から送信されたデータが収集装置に到達するまでに中継回数の想定値（以下、想定中継回数）を表すデータのみを記憶させておき、以下の要領で上りおよび下りの各データ通信を実現させることが考えられる。まず、各無線端末から計測データを収集するための上りのデータ通信の中継の際に、自装置よりも想定中継回数の小さい無線端末を転送先として自装置と当該転送先とを示す経路情報を転送対象のデータに付加して転送する処理を各無線端末に実行させる。一方、下りのデータ通信については、先のデータ収集における上りの経路情報の示す経路を逆順に辿った経路を示す経路情報を送信対象のデータに付加して送信する処理を収集装置に実行させるとともに、各無線端末には当該経路情報にしたがって下りのデータ通信を中継する処理を実行させる。これにより、各無線端末に、自装置および他の装置についての経路情報を記憶させておかなくても、上りおよび下りの各データ通信を実現することができる。

特開２０００−１１５１７１号公報 特開２００１− ３６５４３号公報 特開２００７−２５１５４５号公報

しかしながら、下りのデータ通信の際に上りのデータ通信の経路をそのまま逆順に辿った経路を指定する態様では、データをその宛先へ送り届けられないといった事態（すなわち、データ通信に失敗するという事態）が発生し得る。上りのデータ通信の際には存在しなかった通信障害物が下りのデータ通信の際に一時的に無線端末間に移動してくる場合などがあるからである。このような不具合は無線方式のセンサネットワーク特有のものではなく、各機器が無線によりデータ通信を行う無線通信ネットワークシステムであれば同様に発生し得る。

本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、無線通信ネットワークシステムにおいて、各無線端末に大容量の記憶装置を設けることなく、下りのデータ通信の成功率を従来よりも向上させることを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、収集装置とともに無線通信ネットワークシステムを構成する無線端末として、以下の下りデータブロック転送手段、および迂回データブロック転送手段を有する無線端末を提供する。下りデータブロック転送手段は、収集装置から何れかの無線端末へと送信された下りのデータブロックであって、当該収集装置から当該データブロックの宛先へ至る複数の経路を示す経路情報と、当該データブロックの転送に用いられている経路を示す経路番号と、が書き込まれたデータブロックを受信し、受信したデータブロックに含まれている経路番号の示す経路における転送先との通信が可能である場合には、当該データブロックを当該転送先へ転送する一方、当該転送先との通信が不能である場合には当該データブロックを迂回データブロックに変更する。一方、迂回データブロック転送手段は、下りデータブロック転送手段により変更された迂回データブロックまたは他の無線端末から受信した迂回データブロックを転送する手段である。迂回データブロック転送手段は、迂回データブロックの経路番号の示す経路以外に自装置を含む他の経路があるか否かを当該迂回データブロックの経路情報を参照して判定し、他の経路がある場合には、当該迂回データブロックの経路番号を当該他の経路を示す値に書き換え、下りのデータパケットとして当該他の経路における転送先へ転送する一方、他の経路が無い場合には当該迂回データブロックの経路番号の示す経路における上流側の隣接装置へ当該迂回データブロックを転送する。なお、ネットワーク層の通信プロトコルにしたがってデータの送受信が行われる場合には上記データブロックはネットワーク層における送受信単位であるパケットである。

このように本発明においては、下りデータブロックの転送の際にその転送先との通信が不能であった場合（例えば、下りデータブロックの受信から所定時間以内に規定値以上の電界強度で当該転送先からビーコンを受信しなかった場合など）には、そのデータブロックに含まれている経路情報に基づいて転送経路の切り替えが行われる。このため、本発明によれば、下り方向のデータ通信の成功率を従来よりも向上させることができる。また、転送経路の切り替えは下りのデータブロックに含まれている経路情報に基づいて行われるため、各無線端末に自装置および他の無線端末についての経路情報を記憶するための大容量の記憶装置を設けておく必要はない。

また、上記課題を解決するために本発明は、複数の無線端末とともに無線通信ネットワークを構築する収集装置として、以下の受信手段、データ記憶手段および下りデータブロック送信手段を有する収集装置を提供する。受信手段は、複数の無線端末の各々から送信されてくる上りのデータブロックであって、その送信元から自装置に至る経路上の各無線端末を示す経路情報を含んだデータブロックを受信する。データ記憶手段は、受信手段により受信されたデータブロックに含まれている経路情報を記憶装置に記憶させる。そして、下りデータブロック送信手段は、複数の無線端末の何れかを宛先としてデータを送信する手段であって、自装置から当該宛先へ至る経路として前記記憶装置の記憶内容に基づいて特定される複数の経路のうちから当該データの送信に用いる経路を選択し、当該選択した経路を示す経路番号と前記複数の経路を示す経路情報とを当該データとともに書き込んだ下りのデータブロックを当該経路番号の示す経路における転送先へ送信する。このような収集装置を上記無線端末と組み合わせて無線通信ネットワークシステムを構築すれば、各無線端末に大容量の記憶装置を設けることなく、下りのデータ通信の成功率を従来よりも向上させることが可能になる。

なお、本発明の別の態様としては、コンピュータを上記受信手段、データ記憶手段、および下りデータブロック送信手段として機能させるプログラムを提供する態様も考えられる。このようにして提供されるプログラムにしたがって一般的なコンピュータを作動させることで、当該コンピュータを本発明の収集装置として機能させることが可能になるからである。同様に、コンピュータを上記下りデータブロック転送手段および迂回データブロック転送手段として機能させるプログラムを提供しても良い。

本発明の一実施形態の無線通信ネットワークシステム１の構成例を示す図である。 同無線通信ネットワークシステム１に含まれる無線端末１０の構成例を示すブロック図である。 同無線通信ネットワークシステム１におけるビーコンパケットのデータフォーマットを示す図である。 無線端末１０に設定されるランクを説明するための図である。 同無線通信ネットワークシステム１における上り通信パケットのデータフォーマットを示す図である。 同無線通信ネットワークシステム１における上り通信パケットの流れを説明するための図である。 同無線通信ネットワークシステム１における下り通信パケットのデータフォーマットを示す図である。 無線端末１０の制御部１１０が実行する下り通信パケット転送処理１４４２ｄの流れを示すフローチャートである。 同無線通信ネットワークシステム１における迂回パケットのデータフォーマットの一例を示す図である。 無線端末１０の制御部１１０が実行する迂回パケット転送処理１４４２ｅの流れを示すフローチャートである。 同無線通信ネットワークシステム１に含まれる収集装置２０の構成例を示すブロック図である。 同収集装置２０の記憶部２４０に記憶される階層テーブルを説明するための図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。 本実施形態の動作を説明するための図である。

以下図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
（Ａ：構成）
図１は、本発明の一実施形態の無線通信ネットワークシステム１の構成例を示す図である。無線通信ネットワークシステム１は、例えば工場や各種プラント等の産業施設内に設置されるセンサネットワークである。図１に示すように、無線通信ネットワークシステム１は、所定のネットワーク層の通信プロトコルにしたがってパケットの送受信を行う無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）と収集装置２０とを含んでいる。無線端末１０−ｎは各種センサとともに上記工場内の各所に設置される無線タグであり、センサの計測データを書き込んだパケットを収集装置２０へ送信するためのものである。

無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々は全て同一の構成を有している。このため、これら９台の無線端末の各々を区別する必要がない場合には「無線端末１０」と表記する。また、以下では、９台の無線端末１０が無線通信ネットワークシステム１に含まれている場合について説明するが、無線通信ネットワークシステム１に含まれる無線端末１０の台数は９台に限定される訳ではない。要は、複数の無線端末１０が無線通信ネットワークシステム１に含まれていれば良い。本実施形態では無線端末１０および収集装置２０に本実施形態の特徴を顕著に示す処理を実行させることで、各無線端末１０に大容量の記憶装置を設けることなく、下り方向のデータ通信の成功率を向上させている。以下、本実施形態の特徴を顕著に示す無線端末１０および収集装置２０を中心に説明する。

（Ａ−１：無線端末１０の構成）
図２は、無線端末１０の構成例を示すブロック図である。図２に示すように無線端末１０は、制御部１１０、無線通信部１２０、外部機器Ｉ／Ｆ部１３０、記憶部１４０、およびこれら構成要素間のデータ授受を仲介するバス１５０を有している。制御部１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１１０は記憶部１４０（より正確には不揮発性記憶部１４４）に記憶されている通信制御プログラム１４４２を実行し、無線端末１０の制御中枢として機能する。制御部１１０が通信制御プログラム１４４２にしたがって実行する処理については後に明らかにする。

無線通信部１２０は、他の無線端末１０や収集装置２０と無線通信するためのアンテナや変調回路、復調回路を含んでいる（図２では図示省略）。無線通信部１２０は、制御部１１０から引き渡されるデータに応じた変調を搬送波信号に施して無線区間へ送出するとともに、無線区間から受信した搬送波信号に重畳されているデータを復調し制御部１１０に引き渡す。外部機器Ｉ／Ｆ部１３０は、例えばＵＳＢインタフェースなど各種外部機器を接続するためのインタフェースである。上記センサは外部機器Ｉ／Ｆ部１３０に接続され、外部機器Ｉ／Ｆ部１３０を介して当該センサの測定データが無線端末１０に与えられる。

記憶部１４０は、揮発性記憶部１４２と不揮発性記憶部１４４とを含んでいる。揮発性記憶部１４２は例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。揮発性記憶部１４２は、通信制御プログラム１４４２を実行する際のワークエリアとして制御部１１０によって利用される。不揮発性記憶部１４４は例えばフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）である。制御部１１０は、無線端末１０の電源（図示略）の投入を契機として通信制御プログラム１４４２を不揮発性記憶部１４４から揮発性記憶部１４２に読み出し、その実行を開始する。通信制御プログラム１４４２にしたがって作動している制御部１１０は、図２に示すビーコン処理１４４２ａ、上り通信パケット送信処理１４４２ｂ、上り通信パケット転送処理１４４２ｃ、下り通信パケット転送処理１４４２ｄ、および迂回パケット転送処理１４４２ｅを実行する。これら各処理の内容は以下の通りである。

ビーコン処理１４４２ａは、図３に示すデータフォーマットのビーコンパケットを一定の時間間隔で周期的に送信する処理である。詳細については後述するが、本実施形態では収集装置２０も、図３に示すデータフォーマットのビーコンパケットを一定の時間間隔で周期的に送信する。図３に示すように、ビーコンパケットはヘッダ部とデータ部（ペイロード部とも呼ばれる）とにより構成されている。ビーコンパケットのヘッダ部には、当該パケットがビーコンパケットであることを示す種別情報とその送信元に関する情報（以下、送信元情報）とが書き込まれる。また、同データ部（ペイロード部とも言う）にはビーコンデータが書き込まれている。ビーコンデータとは、上記ビーコンパケットの送信元との無線通信を行う際にサポートしているべき通信速度など、当該無線通信の詳細仕様等を表すデータのことをいう。

図３に示すように、送信元情報には、ビーコンパケットの送信元を一意に示す識別子であるＩＤとランクとが含まれている。本実施形態では、無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々には上記ＩＤとしてｎが設定されており、収集装置２０には上記ＩＤとして０が設定されている。ランクは、各無線端末１０−ｎの想定中継回数を示す値である。本実施形態では、収集装置２０にもランクが設定されており、その値は０である。各無線端末１０には無線通信ネットワークシステム１に含まれる無線端末１０の数に応じた値（本実施形態では、９）がランクの初期値として設定され、ビーコン処理１４４２ａには他の無線機器（他の無線端末１０や収集装置２０）からのビーコンパケットの受信に応じて自装置のランクを更新する処理が含まれている。

より詳細に説明すると、ビーコン処理１４４２ａでは、制御部１１０は、予め定められた規定値以上の電界強度でビーコンパケットを受信したことを契機として、そのビーコンパケットに含まれているランクが自装置のランクよりも小さいか否かを判定する。そして、制御部１１０は、受信したビーコンパケットに含まれている送信元情報の示すランクが自装置のランクよりも小さい場合には、自装置のランクを、当該送信元情報の示すランクに１を加算した値に更新する。このようなランク更新が各無線端末１０において実行されるため、各無線端末１０および収集装置２０の設置位置が変化しない場合には、各無線端末１０のランクは上記想定中継回数に応じた値に収束する。

例えば、収集装置２０および各無線端末１０が上記産業施設内に図４に示すように設置されており、各機器間の間隔は最寄りの機器からのビーコンパケットを上記規定値以上の電界強度で受信可能な距離の限界値に等しいとする。なお、図４において無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々に対応する丸印内の数値は各無線端末１０−ｎのＩＤを表し、収集装置２０に対応する四角印内の数値は収取装置２０のＩＤを表す。この場合、無線端末１０−１（ランク＝９）は、無線端末１０−２（ランク＝９）、１０−３（ランク＝９）、１０−４（ランク＝９）、および収集装置２０（ランク＝０）の各々から送信されたビーコンパケットを上記規定値以上の電界強度で受信することとなるため、無線端末１０−１のランクは１に収束する。無線端末１０−２についても同様にランクは１に収束する。無線端末１０−３は、無線端末１０−１（ランク＝９または１）、１０−４（ランク＝９）、１０−６（ランク＝９）、および無線端末１０−７（ランク＝９）の各々から送信されたビーコンパケットを上記規定値以上の電界強度で受信することとなるため、無線端末１０−３のランクは２に収束する。無線端末１０−４および１０−５の各々についても同様にランクは２に収束する。無線端末１０−６は無線端末１０−３（ランク＝９または２）および１０−７（ランク＝９）の各々から送信されたビーコンパケットを上記規定値以上の電界強度で受信することとなるため、無線端末１０−６のランクは３に収束する。無線端末１０−７、１０−８および１０−９の各々についても同様にランクは３に収束する。

上り通信パケット送信処理１４４２ｂは、外部機器Ｉ／Ｆ部１３０に接続されたセンサの計測データを書き込んだパケットを収集装置２０宛てに送信する処理である。以下では、各無線端末１０−ｎから収集装置２０宛てに送信されるパケットのことを「上り通信パケット」と呼ぶ。上り通信パケット送信処理１４４２ｂは、外部機器Ｉ／Ｆ部１３０を介して計測データを取得した後、自装置よりも小さいランクを示す送信元情報を含んだビーコンパケットを受信したことを契機として実行される。図５は上り通信パケットのデータフォーマットの一例を示す図である。図５に示すように、上り通信パケットもヘッダ部とデータ部により構成されている。上り通信パケットのデータ部には、上りデータとして上記計測データが書き込まれる。上り通信パケットのヘッダ部には、当該パケットが上り通信パケットであることを示す種別情報、送信元情報、および経路情報が格納される。経路情報には、経路データと当該経路データのデータサイズ（例えば、ビット数など）を表す経路データ長とが含まれる。例えば、図４に示すように各機器が配置されている状況下で、無線端末１０−３から送信されたビーコンパケットの受信を契機として無線端末１０−７の制御部１１０が上り通信パケット送信処理１４４２ｂの実行を開始したとする。無線端末１０−７の制御部１１０は、図６に示すように、送信元が無線端末１０−７であり、転送先が無線端末１０−３であることを示す経路データ（例えば、文字列“７→３”）を経路情報にセットした上り通信パケット６０１を無線端末１０−３へ送信する。

上り通信パケット転送処理１４４２ｃは、自装置よりも大きいランクを示す送信元情報を含んだ上り通信パケットの受信を契機として実行される処理である。ここで、受信したパケットが上り通信パケットであるか否かの判別については当該受信したパケットの種別情報を参照して行えば良い（他の種類のパケットについても同様）。上り通信パケット転送処理１４４２ｃでは、制御部１１０は、自装置よりも小さいランクを示す送信元情報を含んだビーコンパケットを受信したことを契機として以下の処理を実行する。すなわち、制御部１１０は、まず、上記ビーコンパケットの送信元を上記上り通信パケットの転送先とし、当該転送先を示すデータを上記上り通信パケットの経路データに追記し、さらにその追記結果に応じて上記上り通信パケットの経路データ長を更新して上記転送先へ転送する。

例えば、図４に示すように各機器が配置されている状況下において、無線端末１０−３が無線端末１０−７から送信された上り通信パケット６０１（図６参照）を受信し、かつ同無線端末１０−３が無線端末１０−１から送信されたビーコンパケットを受信した場合には、無線端末１０−３の制御部１１０は、経路データ“７→３”を“７→３→１”に更新し、さらに、その更新結果に応じて経路データ長を更新した上り通信パケット６０２を無線端末１０−１に転送する（図６参照）。このようにして無線端末１０−３から転送された上り通信パケット６０２を受信した無線端末１０−１の制御部１１０は、収集装置２０からのビーコンパケットの受信を契機として、経路データ“７→３→１”を“７→３→１→０”に更新し、さらに、その更新結果に応じて経路データ長を更新した上り通信パケット６０３を収集装置２０に転送する（図６参照）。本実施形態では、このようにして、各センサの測定データが収集装置２０に送り届けられる。また、詳細については後述するが、収集装置２０は、自装置に転送されてくる上り通信パケットのヘッダ部に書き込まれている経路データを参照することで当該上り通信パケットの送信元から自装置へ至る経路を特定する。

下り通信パケット転送処理１４４２ｄは、収集装置２０から何れかの無線端末１０−ｎへ宛てて送信されたパケット（以下、下り通信パケット）を転送する処理であり、例えば下り通信パケットの受信を契機として実行される。図７は下り通信パケットのデータフォーマットの一例を示す図である。図７に示すように、下り通信パケットはヘッダ部とデータ部により構成されており、データ部には収集装置２０がその宛先へ送信する下りデータが書き込まれている。また、下り通信パケットのヘッダ部には、当該パケットが下り通信パケットであることを示す種別情報、当該パケットの送信元を示す送信元情報、当該パケットの宛先を示す宛先情報、および当該送信元から当該宛先へ至る経路を示す下り経路情報が含まれている。

下り通信パケットの宛先情報には、当該下り通信パケットの宛先となる無線端末１０−ｎを示すＩＤがセットされる。制御部１１０は、受信した下り通信パケットの宛先情報が自装置を示すものである場合には、当該パケットのデータ部に書き込まれているデータを読み出して記憶し、下り通信パケット転送処理１４４２ｄを終了する。これに対して、受信した下り通信パケットの宛先情報が自装置を示すものではない場合には、制御部１１０は、図８に示す処理を実行する。

制御部１１０は、まず、受信した下り通信パケットのヘッダ部に書き込まれている下り経路情報を読み出し、当該パケットの転送先を特定する（図８：ステップＳＡ１００）。図７に示すように下り経路情報はＮ（１以上の整数）個の経路データ（図７に示す例では、経路データ１〜Ｎ）と経路番号（本実施形態では、１〜Ｎの範囲の整数値）と経路データの個数を示す経路数とを含んでいる。経路データとは、下り通信パケットの送信元から宛先に至る経路を示す情報である。例えば、収集装置２０（送信元）→無線端末１０−１→無線端末１０−３→無線端末１０−７（宛先）という経路であれば、文字列“０→１→３→７”が上記経路データとして用いられる。経路番号は、上記Ｎ個の経路データの各々が表す経路のうちの何番目の経路が現時点で採用されているのかを表す。例えば経路番号＝ｎであれば、経路データｎにより示される経路が採用されている、といった具合である。このため、制御部１１０は、まず、下り経路情報に含まれている経路番号を参照し、何番目の経路データの示す経路が指定されているのかを特定する。

例えば、Ｎ番目の経路が指定されている場合（経路番号＝Ｎの場合）、制御部１１０はＮ番目の経路データ（図７に示す例では経路データＮ）を読み出し、当該経路データの先頭（上記文字列データであれば左端）から順にＩＤを辿って自装置のＩＤを見つけ出し、矢印を挟んださらに１つ先のＩＤの示す無線端末１０−ｎを当該下り通信パケットの転送先として特定する。このようにして下り通信パケットの転送先が特定されると、制御部１１０は、当該転送先と無線通信可能であるか否かを判定する（図８：ステップＳＡ１１０）。本実施形態では、このステップＳＡ１１０では、制御部１１０は、計時を開始し、当該転送先からのビーコンパケットの受信を待ち受ける。そして、制御部１１０は、所定時間以内に規定値以上の電界強度でビーコンパケットを受信した場合に上記転送先と無線通信可能であると判定する。

ステップＳＡ１１０の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合（すなわち、通信可能と判定した場合）には、制御部１１０は、上記下り通信パケットを当該ビーコンパケットの送信元（すなわち、ステップＳＡ１００にて特定した転送先）へ転送し（ステップＳＡ１２０）、下り通信パケット転送処理１４４２ｄを終了する。逆に、ステップＳＡ１１０の判定結果が“Ｎｏ”である場合には、制御部１１０は、上記下り通信パケットを迂回パケット（図９参照）に変更し（ステップＳＡ１３０）、迂回パケット転送処理１４４２ｅを実行する（ステップＳＡ１４０）。ここで、下り通信パケットを迂回パケットに変更するとは、下り通信パケットのヘッダ部の種別情報を迂回パケットを示す値に書き換えることを言う。

迂回パケット転送処理１４４２ｅは、下り通信パケット転送処理１４４２ｄにて迂回パケットに変更されたパケット、または他の無線端末１０から受信した迂回パケットを転送する処理である。図１０は、迂回パケット転送処理１４４２ｅの流れを示すフローチャートである。図１０に示すように、制御部１１０は、まず、処理対象の迂回パケットのヘッダ部に書き込まれている経路番号の示す経路の次の経路（経路番号が現在経路番号＋１の経路）に自装置が含まれている否かを判定する（ステップＳＢ１００）。ステップＳＢ１００の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合には、制御部１１０は、受信した迂回パケットの種別情報を「下り通信パケット」を示す値に更新するとともに、当該パケットの経路番号を上記次の経路を示す値に更新し（ステップＳＢ１１０）、前述した下り通信パケット転送処理１４４２ｄを実行する（ステップＳＢ１２０）。これに対して、ステップＳＢ１００の判定結果がＮｏである場合には、迂回パケットの経路情報の示す上流側の隣接装置（すなわち、自装置よりもランクの値が１つ小さい隣接装置）に当該迂回パケットを転送する（ステップＳＢ１３０）。
以上が無線端末１０−ｎの構成である。

（Ａ−２：収集装置２０の構成）
次いで、図１１を参照しつつ収集装置２０の構成を説明する。図１１は、収集装置２０の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように収集装置２０は、制御部２１０、無線通信部２２０、記憶部２４０およびこれら構成要素間のデータ授受を仲介するバス２５０を含んでいる。なお、制御部２１０は無線端末１０−ｎの制御部１１０に、無線通信部２２０は無線端末１０−ｎの無線通信部１２０に、記憶部２４０は無線端末１０−ｎの記憶部１４０に、バス２５０は無線端末１０−ｎのバス１５０に夫々対応する。

記憶部２４０は、揮発性記憶部２４２と不揮発性記憶部２４４を含んでいる。揮発性記憶部２４２は無線端末１０−ｎの揮発性記憶部１４２と同様にＲＡＭであり、プログラムを実行する際のワークエリアとして制御部２１０によって利用される。不揮発性記憶部２４４は例えばハードディスクであり、通信制御プログラム２４４２が予め記憶されている。制御部１１０は、この通信制御プログラム２４４２を実行することにより、ビーコン処理２４４２ａ、データ収集・記憶処理２４４２ｂ、下り通信パケット送信処理２４４２ｃおよび迂回パケット転送処理２４４２ｄの４つの処理を実行する。

ビーコン処理２４４２ａは、無線端末１０−ｎにおけるビーコン処理１４４２ａと同様にビーコンパケットを周期的に送信する処理である。ただし、ビーコン処理２４４２ａは、他の機器からのビーコンパケットの受信を契機とするランクの更新を含んでいない点がビーコン処理１４４２ａと異なる。これは、収集装置２０には各無線端末１０よりも小さいランク（本実施形態では、０）が設定されているため、収集装置２０が、自装置よりも小さいランクを示すビーコンパケットを受信することはないからである。

データ収集・記憶処理２４４２ｂは、上り通信パケットの受信を契機として実行される処理である。データ収集・記憶処理２４４２ｂでは、制御部２１０は、受信した上り通信パケットのデータ部に書き込まれている測定データを読み出して不揮発性記憶部２４４内の所定の記憶領域（以下、第１の記憶領域）に書き込むとともに、同パケットのヘッダ部に書き込まれている送信元情報および経路データを読み出し、両者を対応付けて揮発性記憶部２４２内の所定の記憶領域（以下、第２の記憶領域）に書き込む。そして、制御部２１０は、第２の記憶領域に書き込まれた経路データの数が予め定められた数Ｍ（Ｍは、２以上の任意の整数）に達したことを契機として、無線通信ネットワークシステム１における収集装置２０および各無線端末１０−ｎの階層関係を表す階層テーブルを以下の要領で生成する。

制御部１１０は、まず、第２の記憶領域に記憶されている送信元情報を同じランクのもの同士にグループ分けする。次いで、制御部２１０は、階層テーブル（図１２（ａ）参照）を揮発性記憶部２４２内に割り当て、ランクの小さいグループから順にそのグループに属する無線端末１０−ｎのＩＤを当該階層テーブルの領域Ａ０１およびＡ０２に書き込む。次いで、制御部１１０は、第２の記憶領域に記憶されている経路データを、隣接する２つの機器のＩＤの組を表す隣接セル情報（ＩＤ_A ＩＤ_B）に分割し、図１２（ａ）に示す階層テーブルの領域Ａ０３の対応する位置に○印を書き込む。なお、図１２（ａ）の領域Ａ０１に書き込まれた各ＩＤは隣接する２つの機器のうちの下流側（すなわち、上り通信パケットの送信元に近い方）を示すＩＤ_Aに対応し、領域Ａ０２に書き込まれた各ＩＤは隣接する２つの機器のうちの上流側を示すＩＤ_Bに対応する。

処理対象の経路データが“７→３→１→０”であった場合には、制御部２１０は、隣接セル情報として（７ ３）、（３ １）および（１ ０）の３種類を生成する。そして、これら３つ隣接セル情報の各々対応する領域Ａ０３内の位置に○印をプロットすることで、図１２（ａ）に示す階層テーブルが得られる。ここで、階層テーブルの生成をどのようなタイミングで行うか（換言すれば、上記Ｍの値を幾つにするのか）については、種々の態様が考えられるが適宜実験を行って定めるようにすれば良い。例えば、無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々および収集装置２０が図４に示すように配置されている状況下においては、Ｍ＝９としておけば、無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々から収集装置２０へ宛てて送信された上り通信パケットを全て受信したことを契機として階層テーブルの生成が行われ、図１２（ｂ）に示すように、無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）と収集装置２０の階層関係を完全に表す階層テーブルが生成される。

下り通信パケット送信処理２４４２ｃは、何れかの無線端末１０−ｎへのデータ送信の指示を操作部（図１１では図示略）に対する操作によって与えられたことを契機として実行される処理である。この下り通信パケット送信処理２４４２ｃでは、制御部１１０は、まず、階層テーブルの格納内容を参照し、データの送信先として指定された無線端末１０−ｎに至る複数の経路を特定する。ここで、複数の経路については種々のものが考えられる。例えば、通信効率を考慮し想定中継回数が最小になる経路を特定する態様や敢えて迂回路を含むように経路を特定する態様が考えられる。詳細な特定手順については動作例において明らかにするが、本実施形態では前者の態様が採用されている。データの送信先に至る複数の経路を特定すると、制御部２１０は、それら複数の経路の各々を表す経路データとその経路数とをヘッダ部の下り経路情報にセットした下り通信パケットを生成する。次いで、制御部２１０は、当該下り通信パケットの宛先となった無線端末１０−ｎから送信された上り通信パケットの辿った経路を第２の記憶領域の格納内容を参照して特定し、当該経路を逆順にした経路を表す経路データを示す値を上記下り通信パケットのヘッダ部の経路番号にセットする。そして、制御部２１０は、上記経路番号の示す経路における下流側の隣接装置（すなわち、上記上りの通信パケットを自装置へ転送した装置）からのビーコンパケットの受信を契機として当該隣接装置へ上記下り通信パケットを送信する。

迂回パケット転送処理２４４２ｄは、下流側の隣接装置から迂回パケットを受信したことを契機として実行される処理である。迂回パケット転送処理２４４２ｄでは、制御部２１０は、受信した迂回パケットのヘッダ部に書き込まれている経路番号の示す経路以外の経路があるか否かを判定する。具体的には、制御部１１０は、上記経路番号が上記迂回パケットのヘッダ部の経路数よりも小さい場合には、他の経路があると判定し、上記経路番号を１だけインクリメントした値の示す経路を上記他の経路とする。他の経路がある場合には、制御部２１０は、当該他の経路における転送先を特定し、上記迂回パケットの種別情報を「下り通信パケット」を示す値に書き換えるとともに種別情報を更新済の迂回パケット（すなわち、下り通信パケット）の経路番号を当該他の経路を示す値に更新して当該転送先へ転送する。逆に、他の経路がない場合には、制御部２１０は、データの送信先として指示された無線端末１０との通信が不能である旨の報知を行って迂回パケット転送処理２４４２ｄを終了する。
以上が収集装置２０の構成である。

（Ｂ：動作）
次いで、本実施形態の動作を図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する動作例では、無線端末１０−ｎ（ｎ＝１〜９）の各々および収集装置２０は図４に示すように配置されているとともに、収集装置２０の揮発性記憶部２４２には図１２（ｂ）に示す階層テーブルが格納されているもとする。この状況下で無線端末１０−７へのデータ送信を指示された場合を例にとって収集装置２０および無線端末１０−ｎの各々が実行する動作を説明する。なお、以下に説明する動作例では、上記上り通信パケットは無線端末１０−７→無線端末１０−４→無線端末１０−２→収集装置２０という経路を辿って収集装置２０に到達したものとし、収集装置２０が上記下り通信パケットを送信する時点では通信障害物等の移動によって無線端末１０−４は他の無線端末との通信が不能になっているものとする。

制御部２１０は階層テーブルを参照し、データ送信指示にて指示された宛先へ至る経路を特定する。図１３は、この特定手順を説明するための図である。本動作例では宛先として無線端末１０−７が指定されているため、制御部２１０は、まず、無線端末１０−７の上流側の隣接装置（宛先として指定された装置よりもランクが１つ小さい装置）を階層テーブルを検索して特定する。本動作例では、無線端末１０−３および１０−４が無線端末１０−７の上流側の隣接装置として特定される（図１３（ａ）：Ｓ１およびＳ２）。

次いで、制御部２１０は、上記の要領で特定した上流側の隣接装置のうちＩＤの小さい方を処理対象とし、当該処理対象についての上流側の隣接装置を特定する。そして、制御部２１０は、処理対象が自装置（収集装置２０）に一致するまで当該処理を繰り返し実行し、さらに、当該処理の過程で特定された各上流側の隣接装置を処理対象として当該処理を繰り返し実行する。本動作例では、まず、無線端末１０−３が処理対象とされ、無線端末１０−３の上流側の隣接装置として無線端末１０−１が特定される（図１３：Ｓ３）。次いで、制御部２１０は、無線端末１０−１を処理対象とし、当該無線端末１０−１の上流側の隣接装置として自装置を特定する（図１３：Ｓ４）。これにより、データブロックの送信先から自装置へ至る１つ目の経路（“７→３→１→０”）が特定される（図１３（ｂ）参照）。以降、制御部１１０は、無線端末１０−７の他方の上流側の隣接装置として特定した無線端末１０−４を処理対象として同様の処理を行い（図１３：Ｓ５〜Ｓ８）、データブロックの送信先から自装置へ至る他の２つの経路（“７→４→１→０”および“７→４→２→０”）が特定される。次いで、制御部２１０は、上記の要領で特定した経路を自装置を出発点としてランクの小さい順に辿ることで、自装置からデータの送信先（本動作例では、無線端末１０−７）に至る３つの経路が特定される。具体的には、本動作例では、図１３（ｂ）に示す経路１、経路２および経路３の３つの経路が特定される。

前述したように、本実施形態では、収集装置２０の制御部２１０は、データの送信先として指定された無線端末１０−ｎから収集装置２０へ宛てて送信された上り通信パケットの辿った経路を逆順に辿った経路を当該下り通信パケットの送信の際の経路として指定する。本動作例では、上記上り通信パケットは「無線端末１０−７→無線端末１０−４→無線端末１０−２→収集装置２０」という経路（図１４において点線で示す経路）を辿って収集装置２０に到達したのであるから、制御部２１０は上記下りの通信パケットの経路として「経路１」を選択する。このようにして経路の選択が完了すると、制御部２１０は、経路１を示す経路データ１、経路２を示す経路データ２および経路３を示す経路データ３とを下り経路情報に含み、経路番号に１をセットした下り通信パケットを生成し、当該経路番号の示す経路（すなわち、経路１）にて下流側の隣接装置（すなわち、無線端末１０−２）から送信されたビーコンパケットの受信を契機として当該下り通信パケットを当該下流側の隣接装置へ送信する（図１４：Ｓ１２０１）。

無線端末１０−２の制御部１１０（以下、制御部１１０−２と表記する）は、収集装置２０から送信された下り通信パケットの受信を契機として下り通信パケット転送処理１４４２ｄを実行する。この下り通信パケットの宛先は無線端末１０−７であるため、制御部１１０−２は図８に示す処理を実行する。制御部１１０−２は、上記下り通信パケットの下り経路情報を参照して転送先を特定し（図８：ステップＳＡ１００）、計時を開始するとともに当該転送先からのビーコンパケットの受信を待ち受ける。本動作例では、上記経路番号の示す経路１における無線端末１０−２の転送先は無線端末.１０−４であるが、上記下り通信パケットが収集装置２０から送信された時点では無線端末１０−４との通信は不能となっている。このため、制御部１１０−２が無線端末１０−４からのビーコンパケットを受信することはなく、ステップＳＡ１１０の判定結果は“Ｎｏ”になる。よって、制御部１１０−２は、受信した下り通信パケットを迂回パケットに変更し（ステップＳＡ１３０）、迂回パケット転送処理１４４２ｅを実行する（ステップＳＡ１４０）。上記迂回パケットの下り経路情報における次の経路（すなわち、経路２）には無線端末１０−２は含まれていないため、制御部１１０−２の実行する迂回パケット転送処理１４４２ｅ（図１０参照）では、ステップＳＢ１００の判定結果はＮｏになり、ステップＳＢ１３０の処理が実行される。すなわち、制御部１１０−２は、上流側の隣接装置（すなわち、収集装置２０）へ上記迂回パケットを送信する（図１４：Ｓ１２０２）。

収集装置２０の制御部２１０は、迂回パケットの受信を契機として迂回パケット転送処理２４４２ｄを実行する。制御部２１０は、無線端末１０−２から受信した迂回パケットの下り経路情報を参照して他の経路があるか否かを判定する。上記迂回パケットの経路番号は１であり、経路数は３である。このため、制御部２１０は、他の経路があると判定し、上記迂回パケットを下り通信パケットに変更するとともにそのヘッダ部の経路番号を経路２を示す値（すなわち、２）に更新し、当該新たな経路における転送先（すなわち、無線端末１０−１）へ当該下り通信パケットを転送する（図１４：Ｓ１２０３）。

無線端末１０−１の制御部１１０（以下、制御部１１０−１と表記する）も、収集装置２０から送信された下り通信パケットの受信を契機として下り通信パケット転送処理１４４２ｄを実行し、図８の処理を実行する。しかし、無線端末１０−１が受信した下り通信パケットの経路番号の示す経路２において無線端末１０−１の転送先は無線端末１０−４であるため、制御部１１０−１は当該転送先との通信は不能と判定し、ステップＳＡ１３０およびＳＡ１４０の処理を実行する。上記迂回パケットの下り経路情報の示す経路３には無線端末１０−１が含まれている。このため、制御部１１０−１の実行する迂回パケット転送処理１４４２ｅ（図１０参照）では、ステップＳＢ１００の判定結果はＹｅｓとなり、ステップＳＢ１１０およびステップＳＢ１２０の処理が実行される。すなわち、制御部１１０−１は、上記迂回パケットの経路番号を３に書き換えるとともに下り通信パケットに変更し、再度、下り通信パケット転送処理１４４２ｄを実行する。

このようにして無線端末１０−１において再度実行される下り通信パケット転送処理１４４２ｄでは、転送対象の下り通信パケットの経路番号は３であり、当該経路番号の示す経路における転送先（すなわち、無線端末１０−３）との通信は可能である。このため、ステップＳＡ１１０の判結果は“Ｙｅｓ”となり、当該転送先への下り通信パケットの転送が実行される（図１４：Ｓ１２０４）。以降、無線端末１０−３の制御部１１０（以下、制御部１１０−３と表記する）も制御部１１０−１と同様に、受信した下り通信パケットの経路番号の示す経路における転送先（すなわち、無線端末１０−７）からのビーコンパケットの受信を待ち受け、当該ビーコンパケットを受信すると、上記下り通信パケットを当該転送先へ転送する（図１４：Ｓ１２０５）。これにより、収集装置２０から無線端末１０−７へ宛てて送信された下り通信パケットがその宛先である無線端末１０−７に到達する。

このように本実施形態によれば、無線端末１０−７から収集装置２０へ送信された上り通信パケットの辿った経路を逆順に辿った経路を指定して下り通信新パケットを送信し、その経路が一時的に途絶しているような場合であっても、他の経路が選択され、下り通信パケットがその宛先に送り届けられる。このため、上り通信パケットの辿った上り経路を逆順に辿った経路のみを指定して下り通信パケットを送信する従来技術に比較して通信成功率を向上させることが可能になる。また、本実施形態では、上記転送経路の切り替えは下り通信パケットに含まれている下り経路情報に基づいて行われるため、各無線端末１０−ｎに当該下り経路情報を記憶させておく必要はなく、各無線端末１０−ｎに大容量の記憶装置を設ける必要もない。

（Ｃ：変形）
以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上記実施形態では、工場などの産業施設内に敷設される無線方式のセンサネットワークへの本発明の適用例を説明した。しかし、本発明の適用対象は無線方式のセンサネットワークに限定される訳ではない。要は、複数の無線端末と各無線端末からデータを収集し記憶する収集装置とを含む無線通信ネットワークであれば本発明を適用することで、各無線端末に大容量の記憶装置を設けることなく、下りのデータ通信の通信成功率を向上させることができる。また、上記実施形態における迂回パケット転送処理１４４２ｅのステップＳＢ１００では、迂回パケットの経路番号の示す経路の次の経路についてのみ、自装置を含んでいるか否かを判定したが、迂回パケットの下り経路情報の示す他の全ての経路について自装置を含んでいるか否かを判定し、自装置を含む経路が全くない場合にステップＳＢ１３０の処理を実行するようにしても良い。

（２）上記実施形態では、ＯＳＩ参照モデルにおける第３層（ネットワーク層）の送受信単位のデータブロック（パケット）の中継制御への適用例を説明したが、第２層（データリンク層）或いは第４層（トランスポート層）におけるデータブロックの中継制御に本発明を適用しても良い。要は、相手装置へ送信するデータの書き込まれるペイロード部と送信元情報等の書き込まれるヘッダ部とからなるデータブロックの中継制御であれば本発明を適用可能である。

（３）迂回パケットに関する処理は必須ではなく省略可能である。迂回パケットに関する処理を省略した態様であっても、上記実施形態に比較して送信タイムアウトにより経路を変えて再送信することにより通信効率は低下するものの、下り通信パケットをその宛先へ送り届けることができ、上り通信パケットの経路を逆順に辿った経路のみを指定して下り通信パケットを送信する従来技術に比較して下りのデータ通信の通信成功率を向上させることができるからである。

（４）何れかの無線端末１０−ｎのランクに変化が生じるなど、階層テーブルの格納内容に変化が生じた場合には、その後所定時間が経過するまで、下り通信パケットの送信を見合わせるようにしても良い。階層テーブルの格納内容の表す階層関係と実際の階層関係とに齟齬が生じている状況下での下り通信パケットの送信を避けるためである。

（５）上記実施形態では、本実施形態の特徴を顕著に示す下り通信パケットの転送制御および迂回パケットの転送制御を無線端末１０−ｎの制御部１１０に実行させる通信制御プログラム１４４２が同無線端末１０−ｎの不揮発性記憶部１４４に予め格納されていたが、当該プログラムをＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。このようにして配布される通信制御プログラムを一般的な無線端末の制御部に実行させることで、その無線端末を本実施形態の無線端末１０−ｎとして機能させることが可能になるからである。通信制御プログラム２４４２についても同様に、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。

１…無線通信ネットワークシステム、１０，１０−ｎ（ｎ＝１〜９）…無線端末、２０…収集装置、１１０，２１０…制御部、１２０，２２０…無線通信部、１３０…外部機器Ｉ／Ｆ部、１４０，２４０…記憶部、１４２，２４２…揮発性記憶部、１４４，２４４…不揮発性記憶部、１４４２，２４４２…通信制御プログラム。

Claims (3)

1. 複数の無線端末の各々から送信されたデータを受信し記憶する収集装置から何れかの無線端末へと送信された下りのデータブロックであって、当該収集装置から当該データブロックの宛先へ至る複数の経路を示す経路情報と、当該データブロックの転送に用いられている経路を示す経路番号と、が書き込まれたデータブロックを受信し、受信したデータブロックに含まれている経路番号の示す経路における転送先との通信が可能である場合には、当該データブロックを当該転送先へ転送する一方、当該転送先との通信が不能である場合には当該データブロックを迂回データブロックに変更する下りデータブロック転送手段と、
   前記下りデータブロック転送手段により変更された迂回データブロックまたは他の無線端末から受信した迂回データブロックを転送する手段であって、当該迂回データブロックの経路番号の示す経路以外に自装置を含む他の経路があるか否かを当該迂回データブロックの経路情報を参照して判定し、他の経路がある場合には、当該迂回データブロックの経路番号を当該他の経路を示す値に書き換え、下りのデータパケットとして当該他の経路における転送先へ転送し、他の経路が無い場合には当該迂回データブロックの経路番号の示す経路における上流側の隣接装置へ当該迂回データブロックを転送する迂回データブロック転送手段と、
   を有することを特徴とする無線端末。
2. 複数の無線端末の各々から送信されてくる上りのデータブロックであって、その送信元から自装置に至る経路上の各無線端末を示す経路情報を含んだデータブロックを受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信されたデータブロックに含まれている経路情報を記憶装置に記憶させるデータ記憶手段と、
   前記複数の無線端末の何れかを宛先としてデータを送信する手段であって、自装置から当該宛先へ至る経路として前記記憶装置の記憶内容に基づいて特定される複数の経路のうちから当該データの送信に用いる経路を選択し、当該選択した経路を示す経路番号と前記複数の経路を示す経路情報とを当該データとともに書き込んだ下りのデータブロックを当該経路番号の示す経路における転送先へ送信する下りデータブロック送信手段と、
   を有することを特徴とする収集装置。
3. コンピュータを、
   複数の無線端末の各々から送信されてくる上りのデータブロックであって、その送信元から当該コンピュータに至る経路上の各無線端末を示す経路情報を含んだデータブロックを受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信されたデータブロックに含まれている経路情報を記憶装置に記憶させるデータ記憶手段と、
   前記複数の無線端末の何れかを宛先としてデータを送信する手段であって、当該コンピュータから当該宛先へ至る経路として前記記憶装置の記憶内容に基づいて特定される複数の経路のうちから当該データの送信に用いる経路を選択し、当該選択した経路を示す経路番号と前記複数の経路を示す経路情報とを当該データとともに書き込んだ下りのデータブロックを当該経路番号の示す経路における転送先へ送信する下りデータブロック送信手段と
   して機能させることを特徴とするプログラム。
   

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