JP2015089080A - 無線マルチホップ通信ポーリングシステムおよびスロット数の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信帯域を効率よく利用した優先制御通信が可能なシステムを提供する。
【解決手段】ゲートウェイまたはデータ収集サーバが、ポーリングパケットとポーリング応答パケットにそれぞれ優先度の高低をつけ、ゲートウェイが無線通信端末に対してポーリングを行う際に、前回ポーリングを行った無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う無線通信端末のホップ数から、優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数と、次回ポーリングを開始するまでの時間とを決定し、優先度の低い通信を行う無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先度の高い通信の発生を検知するための待機時間を設け、優先度の高い通信を行う無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先リクエストパケットを周囲に送信することで、優先度の高い通信と優先度の低い通信を短い通信時間で同時に扱う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線通信端末が計測したデータを、サーバがポーリングにより収集する無線マルチホップ通信ポーリングシステムおよびスロット数の決定方法に関する。

近年、多数の無線センサーノードを利用して、ポーリング通信によりセンサーデータの収集および機器の制御を行うことが注目を集めている。このとき、上位機器からのポーリング通信と、センサ機器からのポーリング応答との２つの通信が発生する。しかし、無線による通信は、干渉が発生する。このため、両者の干渉を回避することが必要である。

特許文献１に記載の技術は、優先的に通信すべきパケットとそれ以外の通信時間をあらかじめ分けることで、２つの通信を両立させている。

特開２０００−２５３０１７号公報

しかし、特許文献１に記載された技術では、優先度の高い通信が発生していない状態でも、常に優先的に通信すべきパケットの通信時間を確保する。このため、通信帯域の利用効率が悪い。

そこで、本発明は、優先度の異なる２つのパケットを取り扱う場合において、優先的に通信を行う必要がある場合にのみ、優先度の高い通信のための時間を確保し、通信対象端末のホップ数に応じて通信スロット数を可変とする。これによって、通信帯域の効率的な利用を可能とする。

上述した課題は、通信を行うタイミングがポーリングにより制御される複数の無線通信端末と、無線通信端末に対して定期的にポーリングを行いデータ収集を行うゲートウェイと、ゲートウェイから収集したデータを蓄積保管するデータ収集サーバと、を含む無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおいて、ゲートウェイまたはデータ収集サーバは、ポーリングパケットとポーリング応答パケットとにそれぞれ優先度の高低をつけ、ゲートウェイは、無線通信端末に対してポーリングを行う際に、前回ポーリングを行った無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う無線通信端末のホップ数から、優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数と、次回ポーリングを開始するまでの時間とを決定し、優先度の低い通信を行う無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先度の高い通信の発生を検知するための待機時間を設け、優先度の高い通信を行う無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先リクエストパケットを送信し、優先度の高い通信と優先度の低い通信とを短い通信時間で同時に扱う無線マルチホップ通信ポーリングシステムにより、達成できる。

また、通信を行うタイミングがポーリングにより制御される複数の無線通信端末と、無線通信端末に対して定期的にポーリングを行いデータ収集を行うゲートウェイと、ゲートウェイから収集したデータを蓄積保管するデータ収集サーバとからなる無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおけるスロット数の決定方法において、ゲートウェイにおいて、無線通信端末に対してポーリングを行う際に、前回ポーリングを行った無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う無線通信端末のホップ数とを比較するステップと、ホップ数が大きい方に合わせたスロット数を決定するステップと、前回ポーリングを行った無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う無線通信端末のホップ数とから、優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数を決定するステップとホップ数が大きい方に合わせたスロット数と優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数とを足し合わせて今回のポーリングに使用するスロット数に設定するステップと、を含むスロット数の決定方法により、達成できる。

本発明によれば、無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおいて、通信帯域を効率よく利用した優先制御通信が実現できる。

データ収集向け無線マルチホップ通信ポーリングシステムの構成を説明するブロック図である。 データ収集サーバ、ゲートウェイおよび無線通信端末の機能ブロック図である。 収集値データベースを説明する図である。 機器情報データベースを説明する図である。 ルーティングデータベースを説明する図である。 ノード情報データベースを説明する図である。 計測値データベースを説明する図である。 パケットキューデータベースを説明する図である。 パケットのフォーマットを説明する図である。 通信フレームのスロット数決定を説明する図である。 定期収集プログラムのフローチャートである。 ポーリング処理のフローチャートである。 通信フレームのスロット数決定フローチャートである。 パケット通信プログラムのフローチャートである。 ポーリングパケット受信のフローチャートである。 ポーリング応答パケット受信のフローチャートである。 優先リクエストパケット受信のフローチャートである。 中継パケット受信のフローチャートである。 タイミング制御プログラムのフローチャートである。 無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおけるデータ収集を説明するシーケンス図である。

以降、本発明を実施の形態について、実施例を用い、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１を参照して、データ収集向け無線マルチホップ通信ポーリングシステムの構成を説明する。図１において、無線マルチホップ通信ポーリングシステム１００は、データ収集サーバ３０と、ネットワーク４０と、ゲートウェイ２０と、無線通信端末１０と、を含んで構成されている。

無線マルチホップ通信ポーリングシステム１００は、無線通信端末１０が後述するセンサ部１５により定期的に計測した定期収集情報について、データ収集サーバ３０がネットワーク４０と、ゲートウェイ２０とを介して、無線通信により各無線通信端末１０から情報取得を行うシステムである。

無線通信端末１０は、ゲートウェイ２０からの情報取得要求（ポーリングパケット）を受信すると、無線通信により定期的に計測した定期収集情報を送信する。無線通信端末１０は、他の無線通信端末１０およびゲートウェイ２０が送信した無線通信をさらに他の無線通信端末１０に中継する。ゲートウェイ２０は、各無線通信端末１０から定期収集情報を取得するために、周期的に各無線通信端末１０にポーリングパケットを送信する。ゲートウェイ２０は、無線通信端末１０がポーリングパケットの応答として送信した定期収集情報を受信して、蓄積管理する。ネットワーク４０は、ゲートウェイ２０とデータ収集サーバ３０との通信を無線または有線で接続する。ネットワーク４０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）またはＩｎｔｅｒｎｅｔである。データ収集サーバ３０は、ネットワーク４０を介して、ゲートウェイ２０が管理している無線端末１０の定期収集情報を受信して、蓄積管理する。

図１において、無線通信端末１０間の実線での接続は、無線により直接通信が可能な通信経路として利用されていることを示す。一方、破線での接続は、無線により直接通信可能であるが、通信経路として利用されていないことを示す。

ここでは、無線通信端末１０同士、無線通信端末１０とゲートウェイ２０における無線通信として、特定小電力無線などに代表される低速な無線通信としている。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎなどに代表される無線ＬＡＮ規格またはＩＥＥＥ８０２．１５．４、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢなどの無線方式であっても構わない。

図２を参照して、データ収集サーバ、ゲートウェイおよび無線通信端末の構成を説明する。図２において、データ収集サーバ３０は、主記憶３１と、ＣＰＵ３２と、入出力装置３３と、補助記憶３４と、通信Ｉ／Ｆ３５と、を有している。主記憶３１は、機器設定３１１と、パケット通信３１２と、収集値３１３と、機器情報３２４と、を格納する。

機器設定３１１は、無線通信端末１０やゲートウェイ２０に対してノード情報を設定する。機器設定３１１は、ゲートウェイ２０に対しては定期収集の開始または中止、頻度などのパラメータを設定する。機器設定３１１は、プログラムである。

パケット通信３１２は、無線通信端末１０、ゲートウェイ２０、データ収集サーバ３０が、ネットワーク４０または無線通信用アンテナ２７、１７から得られたパケットをそれぞれ通信Ｉ／Ｆ３５、２５、無線処理２６を介して受信して、次の宛先にパケットを中継する。パケット通信３１２は、パケットのデータの種類に応じて、収集値３１３、ルーティング２１５を更新する。パケット通信３１２は、プログラムであり、その動作フローを図１１〜図１３で後述する。

収集値３１３は、ゲートウェイ２０が収集した無線通信端末１０の情報を時系列ごとに管理するデータベースである。収集値３１３は、その構成を図３Ａで後述する。機器情報３１４は、無線通信端末１０やゲートウェイ２０の機器情報を管理するデータベースである。機器情報３１４は、その構成を図３Ｂで後述する。

ゲートウェイ２０は、主記憶２１と、ＣＰＵ２２と、表示部２３と、補助記憶２４と、通信Ｉ／Ｆ２５と、無線処理２６と、無線通信用アンテナ２７と、を有している。主記憶装置２１は、パケット通信２１１と、定期収集２１２と、タイミング制御２１３と、収集値２１４と、ルーティング２１５と、ノード情報２１６と、パケットキュー２１７と、を格納する。

パケット通信２１１は、データ収集サーバ３０のパケット通信３１２と同じである。定期収集２１２は、無線通信端末１０が計測しているセンサ情報などを定期的に収集する。定期収集２１２は、プログラムであり、その動作フローを図８〜図１０で後述する。

タイミング制御２１３は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０がパケット通信を実行する際に、パケットの送信タイミングをスロットと呼ばれる通信単位で制御する。タイミング制御２１３は、その動作フローを図１４で後述する。収集値２１４は、データ収集サーバ３０の収集値３１３と同じである。ルーティング２１５は、無線通信端末１０と通信を行うための通信経路の情報を管理するデータベースであり、その構成を図４Ａで後述する。

ノード情報２１６は、無線通信端末１０またはゲートウェイ２０の固有のノードＩＤなどの情報を管理するデータベースである。ノード情報２１６は、その構成を図４Ｂで後述する。パケットキュー２１７は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０が送信するパケットを一時保管するデータベースである。パケットキュー２１７は、その構成を図５Ｂで後述する。

無線通信端末１０は、主記憶１１と、ＣＰＵ１２と、表示部１３と、補助記憶１４と、センサ部１５と、無線処理１６と、無線通信用アンテナ１７と、を有している。主記憶１１は、定期計測１１１と、パケット通信１１２と、タイミング制御１１３と、計測値１１４と、ノード情報１１５と、パケットキュー１１６と、を格納する。

定期計測１１１は、一定時間ごとにセンサ部１５から得られたデータを計測値１１４に保存する。定期計測１１１は、プログラムである。パケット通信１１２は、データ収集サーバ３０のパケット通信３１２と同じである。タイミング制御１１３は、ゲートウェイ２０のタイミング制御２１３と同じである。

計測値１１４は、センサ部１５から得られたデータと、その時の時刻を管理するデータベースである。計測値１１４は、その構成例を図５Ａで後述する。ノード情報１１５は、ゲートウェイ２０のノード情報２１６と同じである。パケットキュー１１６は、ゲートウェイ２０のパケットキュー２１７と同じである。

なお、表示部２３、１３は、定期収集情報、ノード情報、故障情報を表示する部位である。表示部２３、１３は、液晶ディスプレイまたはＬＥＤである。しかし、表示部２３、１３がなくても動作には影響はない。

図３Ａを参照して、収集値データベースを説明する。図３Ａにおいて、収集値データベース３１３、２１４は、無線通信端末１０からのデータの収集、管理を行う。収集値データベース３１３、２１４は、ネットワークＩＤ、定期収集番号、ノードＩＤ３１３１、ポーリング通信３１３２、収集値[ｋｗ]３１３３、収集時刻３１３４が記憶されている。収集値データベース３１４、２１４は、ネットワークＩＤ、定期収集番号の値により一意に決まるテーブルにより、各情報を管理している。

ノードＩＤ欄３１３１のノードＩＤは、無線通信端末１０を各ネットワークＩＤにおいて一意に特定する識別子である。ポーリング通信欄３１３２のポーリング通信は、無線通信端末１０に対して行ったポーリング通信が成功、失敗、未実施のいずれであるかを表す識別子である。収集値欄３１３３の定期収集値は、無線通信端末１０がセンサ部１５により取得した情報である。ここでは、各家庭における電力使用量を表す数値である。収集時刻欄３１３４の定期収集時刻は、無線通信端末１０がセンサ部１５により情報を取得した時刻を表す数値である。

ここで、収集値欄３１３３で記憶する値は、温度や湿度情報、水やガスの使用量などである場合や、それらを複数記憶しても構わない。ネットワークＩＤとは、データ収集サーバ３０が１つのゲートウェイ２０と複数の無線通信端末１０から構成されるネットワークを複数管理しているため、それぞれのネットワークを識別する識別子である。定期収集番号は、データ収集サーバではネットワークＩＤが示す各ネットワークに対して、すべての無線通信端末１０から順番に定期収集値を取得するため、それが何回目の定期収集であるかを示す識別子である。

図３Ｂを参照して、機器情報データベースの構成を説明する図３Ｂにおいて、機器情報データベース３１４は、無線通信端末１０、ゲートウェイ２０の機器情報を管理する。機器情報データベース３１４は、ノードＩＤ３１４１と、無線ＭＡＣアドレス３１４２と、ＩＰアドレス３１４３と、サブネットマスク３１４４と、を記憶する。機器情報データベース３１４は、ネットワークＩＤの値により一意に決まるテーブルにより、各情報を管理している。

ノードＩＤ欄３１４１のノードＩＤは、収集値データベース３１３のノードＩＤと同じである。無線ＭＡＣアドレス欄３１４２の無線ＭＡＣアドレスは、通信機器に一意に割り振られる識別子である。無線ＭＡＣアドレスは、ＩＥＥＥなどが定める識別子である。ＩＰアドレス欄３１４３のＩＰアドレスは、ネットワーク通信において、通信機器に対して付与されるＩＰアドレスである。サブネットマスク欄３１４４のサブネットマスクは、ＩＰネットワーク通信に必要なサブネットマスクである。

図４Ａを参照して、ルーティングデータベースの構成を説明する。図４Ａにおいて、ルーティングデータベース２１５は、ゲートウェイが無線端末１０と通信を行う際の通信経路を記憶する。ルーティングデータベース２１５は、ネットワークＩＤの値により一意に決まるテーブルにより、各情報を管理している。ルーティングデータベース２１５は、送信ノードＩＤ２１５１と、宛先ノードＩＤ２１５２と、次の中継先ノードＩＤ２１５３と、を含む。

送信ノードＩＰ欄２１５１の送信ノードＩＰは、パケットを送信するノードのＩＰアドレスを表す。宛先ノードＩＰ欄２１５２の宛先ノードＩＰは、パケットの最終的な受信を行うノードのＩＰアドレスを表す。次の中継先ノードＩＰ欄２１５３の次の中継先ノードＩＰは、送信ノードＩＰアドレスが示すノードから宛先ノードＩＰが示すノードへの通信が直接行えない場合に、送信ノードＩＰが示すノードが通信の中継先として選択するノードのＩＰアドレスを表す。

図４Ｂを参照して、ノード情報データベースの構成を説明する。図４Ｂにおいて、ノード情報データベース２１６、１１５は、無線通信端末１０、ゲートウェイ２０が自身の機器情報を管理する。ノード情報データベース２１６、１１５は、ノードＩＤ、ネットワークＩＤ、無線ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイ、サーバＩＰアドレスを記憶している。
項目欄２１６１は、ノード情報に関わる各項目を識別する。値欄２１６２は、項目欄２１６１に対応するＩＤ、アドレスなどの数値を表す
図５Ａを参照して、計測値データベースの構成を説明する。図５Ａにおいて、計測値データベース１１４は、無線通信端末１０がセンサ部２５により定期的に取得したデータを保存する。計測値データベース１１４は、計測値１１４１、計測時刻１１４２を記憶している。
計測値欄１１４１の計測値は、収集値データベース３１３の収集値３１３３と同じである。計測時刻欄１１４２の計測時刻は、収集値データベース３１３の収集時刻３１３４と同じである。

図５Ｂを参照して、パケットキューデータベースの構成を説明する。図５Ｂにおいて、パケットキューデータベース２１７、１１６は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０が送信するパケットを送信タイミングになるまで保存する。パケットキューデータベース２１７、１１６は、パケット種類２１７１と、優先コード２１７２と、を含んで構成されている。パケットキューデータベース２１７、１１６において、パケット種類欄２１７１のパケット種類は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０が送信するパケットの種類を表す。優先コード欄２１７２の優先コードは、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０が送信するパケットの優先度を表す。ゲートウェイ２０、無線通信端末１０がパケットを送信するタイミングになった際に、優先度の高いコードを持つパケットがパケットキュー２１７、１１６から取り出される。

ここで、優先コードでポーリングパケット５２を優先度の高いパケット、ポーリング応答パケット５３を優先度の低いパケットとする。これによって、ポーリングパケット５２に無線通信端末１０への端末動作に関わる制御情報を入れる場合にも、制御情報の通信遅延を抑えながら、ポーリングパケット５２とポーリング応答パケット５３が同一の通信フレーム内で通信が可能となる。以下、優先コードは、優先度が高い場合に１、低い場合に０を指定する。

図６を参照して、通信で利用されるパケットのフォーマットを説明する。なお、これらのフォーマットのパケットを利用した通信の詳細は、図８〜図１４のフローチャートで後述する。

図６（ａ）は、共通ヘッダのフォーマットである。図６（ａ）において、共通ヘッダ５１は、無線通信端末１０、ゲートウェイ２０、データ収集サーバ３０がやり取りするパケットにおいて、共通して利用されるＩＰのヘッダ情報である。共通ヘッダ５１は、ネットワークＩＤ５１１と、送信ノードＩＰ５１２と、宛先ノードＩＰ５１３と、ルーティング情報長５１４と、中継先ノードＩＰ５１５と、優先コード５１６と、パケット識別コード５１７と、から構成される。

ネットワークＩＤ５１１は、データ収集サーバ４０が１つのゲートウェイ２０と複数の無線通信端末１０から構成されるネットワークを複数管理しているため、それぞれのネットワークを識別する識別子である。送信ノードＩＰ５１２は、パケットを最初に送信したノードのＩＰアドレスを表す。宛先ノードＩＰ５１３は、パケットを最終的に受信するノードのＩＰアドレスを表す。ルーティング情報長５１４は、パケットが送信ノードＩＰから宛先ノードＩＰ６０４まで転送される際の、通信経路の長さを表す。中継先ノードＩＰ５１５は、送信ノードＩＰ５１２が示すノードから宛先ノードＩＰ５１３が示すノードへの通信が直接行えない場合に、通信の中継先として選択するノードのＩＰアドレスを表す。中継先ノードＩＰ５１５は、中継先のノードからさらに中継を行う場合には、次の中継先ノードＩＰ５１５を通信経路の順に従って必要な数だけ入れる。

宛先ノードＩＰ５１３は、パケットを最終的に受信するノードのＩＰアドレスを表す。優先コード５１８は、２つ以上の無線通信が競合するような場合において、優先度が高い通信を先に通信させるための、優先度の高低を表す識別子である。パケット識別コード５１９とは、パケットの種類を表す。

図６（ｂ）は、ポーリングパケットのフォーマットである。図６（ｂ）において、ポーリングパケット５２は、データ収集サーバ３０が、無線通信端末１０の定期収集値を取得するために、無線通信端末１０に対してポーリングを行うパケットである。ポーリングパケット５２は、共通ヘッダ５１と、ポーリングコード５２２と、待機スロット数５２３と、から構成される。

ポーリングコード５２２は、ポーリングパケット５２を受けた無線通信端末１０の動作を指定するための情報を表す。ポーリングコード５２２は、（１）無線通信端末１０が収集した最新の計測値をポーリング応答に入れること、（２）過去に渡り複数の計測値を応答させること、（３）センサ部による計測の停止および再開などの制御指示を可能とするデータを表す情報を入れてもよい。待機スロット数５２３は、ポーリングパケット５２を受けた無線通信端末１０が、ポーリング応答パケット５３を送信するまでに待機するスロット数を表す。

図６（ｃ）は、ポーリング応答パケットのフォーマットである。図６（ｃ）において、ポーリング応答パケット５３は、ポーリングパケット５２を受信した無線通信端末１０が、ゲートウェイ２０に対して計測値などの情報を送信する際のパケットである。ポーリング応答パケット５３は、共通ヘッダ５１と、ポーリング応答データコード５３２と、ポーリング応答データ長５３３と、ポーリング応答データ５３４と、から構成される。

ポーリング応答データコード５３２は、ポーリング応答データ５３４の種類を表す情報である。ポーリング応答データ長５３３は、ポーリング応答データ５３４の長さを表す情報である。ポーリング応答データ５３４は、無線通信端末１０の計測値１２４１、計測時刻１２４２などのデータを表す情報である。

図６（ｄ）は、優先リクエストパケットのフォーマットである。図６（ｄ）において、優先リクエストパケット５４は、無線通信端末１０が優先度の高いパケットを送信する前に送信する。優先リクエストパケット５４を受信した無線通信端末１０は、自身が送信するパケットがある場合には送信待機させる。優先リクエストパケット５４は、共通ヘッダ５１から構成される。

優先リクエストパケット５４では、自身のパケットが優先度の高い通信であることを周辺の無線通信端末１０に対して通知する。このため、共通ヘッダ５１内の宛先ノードＩＰ５１３は、ブロードキャストアドレスを指定する。

図７を参照して、通信フレームのスロット数決定を説明する。通信フレームのスロット数決定において、ゲートウェイ２００は、無線通信端末１０をポーリングする順序によって、通信フレームのスロット数を変化させる。
図７において、通信フレームのスロット数決定は、ポーリング順序６１と、ホップ数６２と、待機スロット数６３と、合計スロット数６４と、を含んで構成されている。

ポーリング順序欄のポーリング順序６１は、無線通信端末１０をポーリングする順番を表す。ホップ数欄のホップ数６２は、同列のポーリング順序６１でポーリング対象となった無線通信端末１０と通信を行うために必要なホップ数を表す。待機スロット数欄の待機スロット数６３は、同列のポーリング順序６１でポーリング対象となった無線通信端末１０にゲートウェイ２０が送信するポーリングパケット５２と、前列のポーリング順序６１でポーリング対象となった無線通信端末１０が送信するポーリング応答パケット５３が、互いの通信が無線の干渉範囲内にある場合、優先度が低い方の通信が待機するのに必要なスロット数を表す。

合計スロット数欄の合計スロット数６４は、同列のホップ数６２と一つ前のポーリング順序のホップ数６２とを比較して、大きい方のホップ数と待機スロット数６３を足し合わせた数字である。合計スロット数６４は、同列のポーリング順序６１でのポーリング処理における通信フレームのスロット数を表す。

図８を参照して、定期収集の処理を説明する。図８において、定期収集２１２は、ゲートウェイ２０が、無線通信端末１０がセンサ部２５から取得している計測値を、ある一定間隔で各端末にポーリング処理を行うことで定期的に計測値を収集するプログラムである。

定期収集２１２は、定期収集番号をリセットする（Ｓ１０）。定期収集２１２は、定期収集番号をインクリメントする（Ｓ１１）。定期収集２１２は、無線通信端末１０から計測値を取得するため、無線通信端末１０から１つの端末を選択して、ポーリングパケット５２を送信するポーリング処理を行う（Ｓ１２）。ポーリング処理については図９で後述する。現在の定期収集番号において、すべての無線通信端末１０にポーリング処理を行うまで、定期収集２１２は、ポーリング処理を繰り返す（Ｓ１３）。最後に、定期収集２１２は、一定時間待機して（Ｓ１４）、次の定期収集番号による定期収集を行うためにステップ１１に遷移する。

図９を参照して、ポーリング処理を説明する。図９において、ポーリング処理Ｓ１２は、ポーリング対象となる端末を決定し、フレームに必要なスロット数を計算してポーリングパケット５２を送信する定期収集プログラム２１２のサブルーチンである。

図９において、定期収集２１２は、ポーリングの対象となる無線通信端末１０を決定する（Ｓ１２０）。定期収集２１２は、通信フレームのスロット数を決定する（Ｓ１２１）。定期収集２１２は、決定したスロット数をタイムアウトの時間としてセットする（Ｓ１２２）。定期収集２１２は、ステップ１２０で決定した無線通信端末１０に対してポーリングパケットを送信する（Ｓ１２３）。定期収集２１２は、ステップ１２２でセットしたタイムアウトまでポーリング応答パケットを受信待機して（Ｓ１２４）、リターンする。なお、定期収集２１２は、受信待機期間中に、ポーリング応答パケットを受信する場合と、受信しない場合がある。

ここで、ステップ１２０のポーリング対象端末決定は、（１）ポーリング未実施の端末からランダムに選択する、（２）前回の定期収集番号においてポーリングが失敗した端末から先に選択する、（３）ステップ１２１を全ての組み合わせにおいて計算し、通信フレームのスロット数を最小にする、などがある。

図１０を参照して、通信フレームのスロット数決定処理を説明する。図１０において、通信フレームのスロット数決定Ｓ１２１は、前回のポーリング対象となった無線通信端末１０のホップ数と、今回のポーリング対象となる無線通信端末１０のホップ数の情報から、通信フレームのスロット数を決定するプログラムである。通信フレームのスロット数決定Ｓ１２１は、ポーリング処理Ｓ１２のサブルーチンである。

図１０において、定期収集２１２は、前回の処理でポーリングパケット５２を送信しているか確認を行う（Ｓ１２１０）。ポーリングをしていた場合（ＹＥＳ）、定期収集２１２は、前回のポーリング対象となった無線通信端末１０のホップ数と、今回のポーリング対象となる無線通信端末１０のホップ数を比較する（Ｓ１２１１）。前回のホップ数が大きい場合（ＹＥＳ）、定期収集２１２は、前回のポーリング対象となった無線通信端末１０のホップ数分のスロットを設定する（Ｓ１２１２）。定期収集２１２は、優先度が高いパケットが通過するまでの待機スロット数を計算する（Ｓ１２１３）。定期収集２１２は、ステップ１２１２とステップ１２１３のスロット数を足し合わせたスロット数を今回の通信フレームのスロット数に設定して（Ｓ１２１４）、リターンする。

ステップ１２１１において今回のポーリングに必要なホップ数が等しいか大きい場合（ＮＯ）、定期収集２１２は、今回のポーリングのホップ数分のスロット数を設定して（Ｓ１２１５）、ステップ１２１３に遷移する。また、ステップ１２１０において、前回ポーリングをしていない場合（ＮＯ）、今回のポーリングのホップ数分のスロットのみを設定して（Ｓ１２１６）、リターンする。

図１１を参照して、パケット通信処理を説明する。パケット通信処理は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０における、パケットを受信した際に、パケットの宛先と種類に対応した処理である。

パケットを受信したゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、パケットのネットワークＩＤと自端末のネットワークが同じであるか確認を行う（Ｓ２０）。ＹＥＳのとき、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、宛先が自端末であるかの確認を行う（Ｓ２１）。ＹＥＳのとき、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、自端末が最終宛先であるかを確認する（Ｓ２２）。最終宛先が自端末である場合（ＹＥＳ）、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、パケット内のパケット識別コードを確認する（Ｓ２３）。

パケット内の識別コードが００の場合、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、ポーリングパケット５２の受信を行い（Ｓ２４）、終了する。ステップ２３でパケット内の識別コードが０１の場合、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、ポーリング応答パケット５３の受信を行い（Ｓ２５）、終了する。ステップ２３でパケット内の識別コードが１０の場合、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、優先リクエストパケットの受信を行い（Ｓ２６）、終了する。

ステップ２０でネットワークＩＤが違う場合、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、終了する。ステップ２１で宛先が自端末でないとき、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、終了する。ステップ２２にて最終宛先が自端末でない場合、ゲートウェイ２０または無線通信端末１０は、パケット内のルーティング情報を確認し、次の中継端末に対してパケット中継処理を行って（Ｓ２７）、終了する。

図１２Ａを参照して、ポーリングパケット受信処理を説明する。図１２Ａにおいて、ポーリングパケット受信Ｓ２４は、無線通信端末１０が受信したポーリングパケット５２内のポーリングコード５２２の指示を実行し、実行結果をポーリング応答パケット５３に記載してパケットキュー１１６に入れ、無線通信端末１０が受信したポーリングパケット５２内の待機スロット数５２３分の時間待機を行う、パケット通信処理のサブルーチンである。

図１２Ａにおいて、無線通信端末１０は、受信したポーリングパケット５２内のポーリングコード５２３の指示を実行する（Ｓ２４０）。無線通信端末１０は、実行結果をポーリング応答パケット５３に記載してパケットキュー１１６に入れる（Ｓ２４１）。無線通信端末１０は、受信したポーリングパケット５２内の待機スロット数５２３分の時間待機して（Ｓ２４２）、リターンする。

図１２Ｂを参照して、ポーリング応答パケット受信処理を説明する。図１２Ｂにおいて、ポーリング応答パケット受信Ｓ２５は、ゲートウェイ２０がポーリング応答パケット５３を受信した場合に、ポーリング応答パケット５３内の情報をもとに収集値データベース２２４を更新するパケット通信処理のサブルーチンである。

図１２Ｂにおいて、ゲートウェイ２０は、ポーリング応答パケット５３内の情報をもとに収集値データベース２２４を更新して（Ｓ２５０）、リターンする。

図１３Ａを参照して、優先リクエストパケット受信処理を説明する。図１３Ａにおいて、優先リクエストパケット受信Ｓ２６は、無線通信端末１０が優先リクエストパケット５４を受信した際に、優先リクエストパケットの受信待機中である場合、次のスロットまで待機を行う処理である。

図１３Ａにおいて、優先リクエストパケット５４を受信した無線通信端末１０は、優先リクエストパケットの受信待機中か判定する（Ｓ２６０）。ＹＥＳのとき、無線通信端末１０は、次のスロットまで待機して（Ｓ２６１）、リターンする。ステップ２６０でＮＯのとき、無線通信端末１０は、そのままリターンする。

図１３Ｂを参照して、中継パケット受信処理を説明する。図１３Ｂにおいて、中継パケット受信Ｓ２７は、無線通信端末１０が受信したパケットのルーティング情報から、次の宛先に対して受信したパケットを送信する処理である。

図１３Ｂにおいて、無線通信端末１０は、受信したパケットのルーティング情報から次の宛先のＩＰを確認し、次の宛先のＩＰを受信したパケットの宛先ノードＩＰ５１３に設定する（Ｓ２７０）。無線通信端末１０は、ステップ２７０で新しく宛先を設定したパケットをパケットキューに入れ（Ｓ２７１）、リターンする。

図１４を参照して、タイミング制御処理を説明する。図１４において、タイミング制御２１３（１１３）は、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０がパケットを送信するタイミングを制御する。

図１４において、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、スロットの先頭であるか確認する（Ｓ３０）。スロットの先頭である場合（ＹＥＳ）、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、パケットキューにパケットがあるか確認する（Ｓ３１）。パケットキューにパケットがある場合（ＹＥＳ）、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、パケットキューの中で優先度が一番高いパケットをパケットキューから取り出す（Ｓ３２）。ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、取り出したパケットの優先コードを確認する（Ｓ３３）。

ステップ３３で確認した優先コードが０の場合、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、優先リクエストパケットの受信待機を行う（Ｓ３４）。ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、優先リクエストパケットの受信を判定する（Ｓ３５）。優先リクエストパケットを受信しなかった場合、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、パケットキューから取り出したパケットを送信して（Ｓ３６）、終了する。

ステップ３３で確認した優先コードが１の場合、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、優先リクエストパケットの送信を行い（Ｓ３７）、ステップ３６に遷移する。ステップ３０またはステップ３１でＮＯのとき、ならびにステップ３５でＹＥＳのとき、ゲートウェイ２０、無線通信端末１０は、終了する。

図１５を参照して、無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおけるデータ収集を説明する。図１５において、ゲートウェイ２０−１は、定期収集２１２によりポーリング対象をノードＩＤ １３の無線通信端末１０に決定する（Ｓ４００）。ゲートウェイ２０−１は、優先コードを１にセットする（Ｓ４０１）。ゲートウェイ２０−１は、端末１０−１へ、優先リクエストパケット５４の送信を行う（Ｓ４０２）。

ゲートウェイ２０−１は、端末１０−１へ、ポーリングパケット５３の送信を行う（Ｓ４０３）。ポーリングパケット５２を受信したノードＩＤ１１の無線通信端末１０−１は、パケット中継をするため、端末１０−４へ、優先リクエストパケット５４の送信を行い（Ｓ４０４）。無線通信端末１０−１は、次の宛先であるノードＩＤ１２の無線通信端末１０−４にポーリングパケット５２の送信を行う（Ｓ４０５）。同様に、ポーリングパケット５３を受信したノードＩＤ１２の無線通信端末１０−４は、端末１０−８へ、優先リクエストパケット５４の送信を行う（Ｓ４０６）。無線通信端末１０−４は、最終宛先であるノードＩＤ１３の無線通信端末１０−８に、ポーリングパケット５２の送信を行う（Ｓ４０７）。

ポーリングパケット５２が最終宛先であるノードＩＤ１３の無線通信端末１０−８に届いた次のスロットで、ゲートウェイ２０−１は、次のポーリング対象をノードＩＤ１２の無線通信端末１０に決定する（Ｓ４０８）。ゲートウェイ２０−１は、優先コードを０にセットする（Ｓ４０９）。ゲートウェイ２０−１は、優先リクエストパケット５４の送信を行う（Ｓ４１０）。ゲートウェイ２０−１は、ポーリングパケット５２の送信を行う（Ｓ４１１）。このとき、ポーリングパケット５２を最終宛先として受信したノードＩＤ１３の無線通信端末１０−８は、ゲートウェイ２０を最終宛先にする（Ｓ４１２）。無線通信端末１０−８は、優先度コードを０にセットする（Ｓ４１３）。無線通信端末１０−８は、優先リクエストパケットの受信待ちを行う（Ｓ４１４）。無線通信端末１０−８は、ポーリング応答パケット５３を送信する（Ｓ４１５）。ポーリング応答パケット５３を受信したノードＩＤ１２の無線通信端末１０−４は、優先リクエストパケットの受信待ちを行う（Ｓ４１６）。無線通信端末１０−４は、ノードＩＤ１１の無線通信端末１０−１が送信する優先リクエストパケット５４を受信する（Ｓ４１７）。ノードＩＤ１１の無線通信端末１０−１は、続けてノードＩＤ１２の無線通信端末１０にポーリングパケット５２を送信する（Ｓ４１８）。ノードＩＤ１２の無線通信端末１０−４は、優先リクエストパケット５４を送信したノードＩＤ１１の無線通信端末１０の通信を優先させた後、自身の送信する予定であったポーリング応答パケット５３をノードＩＤ１１の無線通信端末１０−１に送信する（Ｓ４１９）。ポーリング応答パケット５３を受信したノードＩＤ１１の無線通信端末１０−１は、パケットを中継するため、優先リクエストパケットの受信待機を行う（Ｓ４２０）。無線通信端末１０−８は、最終宛先であるゲートウェイ２０−１にポーリング応答パケット５３を送信する（Ｓ４２１）。ポーリング応答パケット５３を受信したゲートウェイ２０−１は、ポーリング応答パケット５３内のポーリング応答データ５３４をもとに収集値データベース２１４を更新する（Ｓ４２２）。

本実施例によれば、無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおいて、通信帯域を効率よく利用した優先制御通信が実現できる。

１０…無線通信端末、１１…主記憶、１２…ＣＰＵ、１３…表示部、１４…補助記憶、１５…センサ部、１６…無線処理、１７…無線通信用アンテナ、２０…ゲートウェイ、２１…主記憶、２２…ＣＰＵ、２３…表示部、２４…補助記憶、２５…通信Ｉ／Ｆ、２６…無線処理、２７…無線通信用アンテナ、３０…データ収集サーバ、３１…主記憶、３２…ＣＰＵ、３３…入出力装置、３４…補助記憶、３５…通信Ｉ／Ｆ、４０…ネットワーク、５１…共通ヘッダ、５２…ポーリングパケット、５３…ポーリング応答パケット、５４…優先リクエストパケット、６１…ポーリング順序、６２…ホップ数、６３…待機スロット数、６４…合計スロット数。

Claims (3)

1. 通信を行うタイミングがポーリングにより制御される複数の無線通信端末と、前記無線通信端末に対して定期的にポーリングを行いデータ収集を行うゲートウェイと、前記ゲートウェイから収集したデータを蓄積保管するデータ収集サーバと、を含む無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおいて、
   前記ゲートウェイまたは前記データ収集サーバは、ポーリングパケットとポーリング応答パケットとにそれぞれ優先度の高低をつけ、
   前記ゲートウェイは、前記無線通信端末に対してポーリングを行う際に、前回ポーリングを行った前記無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う前記無線通信端末のホップ数から、優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数と、次回ポーリングを開始するまでの時間とを決定し、
   前記優先度の低い通信を行う前記無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先度の高い通信の発生を検知するための待機時間を設け、
   前記優先度の高い通信を行う前記無線通信端末は、自身の通信を行う前に優先リクエストパケットを送信し、
   優先度の高い通信と優先度の低い通信とを短い通信時間で同時に扱うことを特徴とする無線マルチホップ通信ポーリングシステム。
2. 請求項１に記載の無線マルチホップ通信ポーリングシステムであって、
   前記優先度の高い通信を行う前記無線通信端末は、前記優先リクエストパケットをブロードキャストすることを特徴とする無線マルチホップ通信ポーリングシステム。
3. 通信を行うタイミングがポーリングにより制御される複数の無線通信端末と、前記無線通信端末に対して定期的にポーリングを行いデータ収集を行うゲートウェイと、前記ゲートウェイから収集したデータを蓄積保管するデータ収集サーバとからなる無線マルチホップ通信ポーリングシステムにおけるスロット数の決定方法において、
   前記ゲートウェイにおいて、
   前記無線通信端末に対してポーリングを行う際に、前回ポーリングを行った前記無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う前記無線通信端末のホップ数とを比較するステップと、
   ホップ数が大きい方に合わせたスロット数を決定するステップと、
   前回ポーリングを行った前記無線通信端末のホップ数と、今回ポーリングを行う前記無線通信端末のホップ数とから、優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数を決定するステップと
   前記ホップ数が大きい方に合わせたスロット数と前記優先度の低い通信が優先度の高い通信を待機するスロット数とを足し合わせて今回のポーリングに使用するスロット数に設定するステップと、
   を含むスロット数の決定方法。

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