JP2015170971A - 無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】以前に通信に失敗したノードとの通信を行えるようにした無線通信システムを提供する。【解決手段】無線通信ネットワークを構成するノードとして、子機1と、親機2と、子機1と親機2との間で無線通信を中継する複数台の中継機3a,3b,3c,3dを備える。子機1から親機2までデータを送信する通信経路が確定した状態で、中継機3bが下位ノード(親機2)との通信に失敗した場合、中継機3bは通信に失敗したことを報知する報知信号をブロードキャストで送信する。中継機3b、および、報知信号を受信した中継機3a,3c,3dは、通信に失敗したデータと送り元および送り先がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信したデータをブロードキャストで送信する。【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信システムに関し、より詳細には、マルチホップでデータを送信する無線通信システムに関する。
従来、複数の末端ノード装置と、末端ノード装置が収集した情報を要求するホストと、末端ノード装置とホストの間で通信を中継する中継ノード装置とを備えた無線センサネットワークがあった(例えば特許文献1参照)。
この無線センサネットワークでは、ある中継ノード装置が、ホストからの情報の要求を下流側に送信した場合に通信に失敗すると、同じパケットの送信を所定回数だけリトライし、それでも通信に失敗すれば、上流側のホストに対して不通信を通知する信号を送信する。上流側のホストは、ある末端ノード装置に関して不通信の情報を中継装置から受信すると、この末端ノード装置に対して情報の要求を停止し、他の末端ノード装置に情報の要求を送信する。
特許文献1の無線センサネットワークでは、上流側のホストは、ある末端ノード装置に関して不通信の情報を中継装置から受信すると、この末端ノード装置に対して情報の要求を停止する。ある末端ノード装置が不通信と判断された後は、不通信の末端ノード装置に要求が送信されないから、不通信の末端ノード装置に要求が繰り返し送信される場合に比べて通信トラフィックは抑制されるが、不通信の末端ノード装置への通信が行われなくなる。
一方、上流側のホストが、末端ノード装置との通信に失敗した場合に、信号を所定回数再送信する場合は、以前に通信に失敗しているので、同じ通信経路で信号を再送信しても、通信に失敗する可能性が高く、末端ノード装置との通信が成立する可能性は低かった。
本発明は上記課題に鑑みて為され、以前に通信に失敗したノードとの通信を行えるようにした無線通信システムを提供することを目的とする。
本発明の無線通信システムは、ネットワークを構成するノードとして、無線通信機能を有する発信元の第1ノードと、無線通信機能を有する最終宛先の第2ノードと、無線通信を中継する機能をそれぞれ備えた複数台の第3ノードとを備える。前記第1ノードから前記第3ノードを経由して前記第2ノードにデータを送信する通信経路が確定した状態で、前記通信経路を構成する何れかの前記ノードで下位ノードとの通信が不通になった場合、各ノードは以下の動作を行うように構成される。前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノードは、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信するように構成される。前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノード、および、前記報知信号を受信した前記ノードは、通信に失敗したデータと発送元および最終宛先がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信した前記データをブロードキャストで送信するように構成される。
この無線通信システムにおいて、前記第3ノードは、以前に送信したデータと同じ前記データを受信した場合、受信した前記データの送信を行わないように構成されてもよい。
この無線通信システムにおいて、前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノード、および、前記報知信号を受信した前記ノードは、データを受信した場合、返信のタイミングを互いにずらすようにして送信元の前記ノードにACKを返信し、且つ、受信したデータを前記ブロードキャストで送信するように構成されてもよい。
この無線通信システムにおいて、前記第3ノードは、データを受信した場合に同一の前記データに対するACKが他の前記ノードから送信された場合、ACKを返信せず、受信した前記データのブロードキャスト送信も行わないように構成されてもよい。
この無線通信システムにおいて、以下の構成をさらに備えることも好ましい。前記通信経路が確定していない状態では、前記第1ノードおよび前記第3ノードはブロードキャストでデータを送信するように構成される。前記通信経路のうち少なくとも一部で送信先が確定すると、前記第1ノードおよび前記第3ノードのうち送信先が確定した前記ノードはユニキャストでデータを送信するように構成される。
この無線通信システムにおいて、以下の構成をさらに備えることも好ましい。最終宛先の前記第2ノードは、データを受信すると、最終宛先情報をACKに付加して送信元の前記ノードに返信する。前記第3ノードは、前記通信経路における上位ノードから前記最終宛先情報が付加されたACKを受信した場合、前記最終宛先情報を返信してきた前記上位ノードを送信先として確定する。そして、前記第3ノードは、前記通信経路の下位ノードから新たなデータを受信した場合、前記最終宛先情報をACKに付加して前記下位ノードに返信するように構成される。
本発明によれば、通信経路が確定した状態で、下位ノードとの通信が不通になったノードは、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信するから、通信圏内にある別のノードに通信の不通を報知することができる。そして、下位ノードとの通信が不通になったノード、および、報知信号を受信したノードは、通信に失敗したデータと発送元および最終宛先がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信したデータをブロードキャストで送信する。よって、通信が不通になった通信経路以外で通信を行えるようになり、通信が成立する可能性が向上する。
本発明に係る無線通信システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
図1(a)に本実施形態の無線通信システムの概略構成を示す。本実施形態の無線通信システムは、データの発信元である子機1(第1ノード)と、データの最終宛先である親機2(第2ノード)と、複数台(図1では例えば4台)の中継機3a,3b,3c,3d(第3ノード)とを備える。なお、本実施形態の無線通信システムは4台の中継機3a,3b,3c,3dを備えているが、中継機の台数は適宜変更が可能である。以下の説明において、個々の中継機を特定して説明する場合は中継機3a,3b,3c,3dと表記し、全ての中継機を総称して説明する場合は中継機3と表記する。また、データの発信元である子機1が複数台存在し、親機2が中継機3を介して複数台の子機1からデータを収集してもよい。
子機1と親機2と中継機3とは、それぞれ、無線免許が不要の無線通信部を備える。ここで、子機1および親機2が互いの通信圏内にあれば、子機1と親機2との間で無線通信が直接行われるが、子機1と親機2とが直接通信できない場合、子機1と親機2との間では中継機3を介して無線通信が行われる。そのため、複数台の中継機3は、子機1と親機2の間の無線通信を中継できるように、隣接する他の中継機3が通信圏内に存在するように配置されて、中継網が構築されている。なお、無線免許が不要の無線通信部には、例えば特定小電力無線モジュール、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.15.1の規格に準拠した無線通信部、IEEE802.15.4の規格に準拠した無線通信部などがある。
次に、子機1と親機2と中継機3の構成を図2〜図4に基づいて説明する。
子機1は、図2に示すように、MCU(Micro Control Unit)10と、測定部11と、記憶部12と、無線通信部13と、アンテナ14と、操作部15と、表示部16と、電源部17とを備える。子機1は、所定の計測タイミングで測定部11が測定したデータを、親機2に無線送信する。
MCU10は、子機1の全体的な制御を行う。
測定部11は、例えば周囲温度に応じて電気抵抗が変化するサーミスタを備え、サーミスタの抵抗値を測定することによって周囲温度を測定する。なお、測定部11の測定対象は温度に限定されず、周囲の湿度や照度など使用目的や用途に応じた物理量を測定すればよい。
記憶部12は、例えばEEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)やフラッシュメモリのような電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成されている。記憶部12は、MCU10によってデータの書き込み及び読み出しが行われる。記憶部12は、MCU10が実行するプログラムや、子機1に割り当てられたアドレス(子機ID)や、測定データの最終宛先である親機2のアドレスなどを予め保存する。また記憶部12には、測定部11による測定データや、通信経路の情報などが保存される。
無線通信部13は例えば特定小電力無線の通信規格に適合した無線モジュールからなり、アンテナ14を介して無線信号の送信又は受信を行う。
操作部15は、例えば測定部11による測定範囲の下限値及び上限値や、測定間隔や、測定データの送信間隔などを設定するために使用される。
表示部16は例えば1乃至複数個の発光ダイオードからなり、MCU10によって点灯/消灯が制御される。
電源部17は例えば電池を電源として、子機1の内部回路に対して、動作に必要な電力を供給する。
親機2は、図3に示すように、MCU20と、記憶部21と、無線通信部22と、アンテナ23と、有線通信部24と、操作部25と、表示部26と、電源部27とを備える。
MCU20は、親機2の全体的な制御を行う。
記憶部21は、例えばEEPROMやフラッシュメモリのような電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成されている。記憶部21は、MCU20によってデータの書き込み及び読み出しが行われる。記憶部21は、MCU20が実行するプログラムや、親機2に割り当てられたアドレス(親機ID)や、子機1から収集した測定データや、通信経路の情報などを保存する。
無線通信部22は例えば特定小電力無線の通信規格に適合した無線モジュールからなり、アンテナ23を介して無線信号の送信又は受信を行う。
有線通信部24は、例えばサーバ(図示せず)に通信線を介して接続されており、子機1から収集したデータを有線の通信方式でサーバに送信する。
操作部25は、例えば親機2の動作設定を行うために使用される。
表示部26は例えば1乃至複数個の発光ダイオードからなり、MCU20によって点灯/消灯が制御される。
電源部27は、例えば商用電源から電力の供給を受け、親機2の内部回路に対して動作に必要な電力を供給する。
中継機3は、図4に示すように、MCU30と、記憶部31と、無線通信部32と、アンテナ33と、操作部34と、表示部35と、電源部36とを備えている。
MCU30は、中継機3の全体的な制御を行う。
記憶部31は、例えばEEPROMやフラッシュメモリのような電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成されている。記憶部31は、MCU30によってデータの書き込み及び読み出しが行われる。記憶部31は、MCU30が実行するプログラムや、自機に割り当てられたアドレスや、無線通信部32が受信したデータや、無線通信部32が過去に送信したデータや、通信経路の情報などを保存する。
無線通信部32は例えば特定小電力無線の通信規格に適合した無線モジュールからなり、アンテナ33を介して無線信号の送信又は受信を行う。
操作部34は、例えば中継機3の動作設定を行うために使用される。
表示部35は例えば1乃至複数個の発光ダイオードからなり、MCU30によって点灯/消灯が制御される。
電源部36は例えば電池を電源として、中継機3の内部回路に対して動作に必要な電力を供給する。中継機3は電池を電源としているので、中継機3を自由な場所に設置して使用することができる。なお、電源部36は商用電源から電力の供給を受けて、中継機3の内部回路に動作に必要な電力を供給してもよい。
次に、図5〜図7に示す無線通信システムにおいて、発信元である子機1と最終宛先の親機2との間の通信経路が確定されていない状態で、子機1から親機2へ測定データを送信する処理について説明する。なお、親機2から子機1へデータを送信する場合もあり、その場合は、発信元の第1ノードが親機2となり、最終宛先の第2ノードが子機1となる。
まず、子機1と親機2との間の通信経路が確定されていない状態で、子機1が親機2に測定データを初めて送信する場合の通信手順について図5を参照して説明する。なお、図5〜図7において、実線の矢印線は送信データを示し、点線の矢印線はACK応答を示す。
子機1のMCU10は、所定のサンプリング間隔(例えば数秒から数分の間隔)でスリープモードから起動し、測定部11に温度を測定させる。子機1のMCU10は、測定部11の測定データと、送信データに割り付けたシーケンス番号とを含め、送信元アドレスおよび発信元アドレスを子機IDとし、宛先アドレスをブロードキャストアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、子機1のMCU10は、この送信データを無線通信部13からブロードキャストで送信させる(図5の処理T1)。ここで、発信元アドレスは、データを生成して、発信したノードのアドレスであり、上記の例では子機1のアドレスとなる。最終宛先アドレスは、データの最終的な送信先を示すアドレスであり、上記の例では親機2のアドレスとなる。送信元アドレスは、この送信データを直接送信した送信元のアドレスであり、宛先アドレスは、この送信データが直接送信される宛先のアドレスである。例えば、中継機3aが、子機1から受信したデータを中継機3bに中継送信する場合、送信元アドレスは中継機3aのアドレス、宛先アドレスは中継機3bのアドレス、発信元アドレスは子機1のアドレス、最終宛先アドレスは親機2のアドレスとなる。
図5の例では子機1の通信圏内に中継機3aしか存在せず、子機1から送信されたデータは中継機3aに受信される。中継機3aでは、無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、MCU30が無線通信部32を制御し、無線通信部32から送信元の子機1宛てにACK(acknowledgement:肯定応答)を返信させる(図5の処理T2)。子機1のMCU10は、データ送信後に無線通信部13がACKを受信すると、所定時間の経過後にスリープモードに切り替わり、消費電力の低減を図る。
次に、中継機3aが子機1から受信したデータを中継送信する処理について説明する。中継機3aのMCU30は、子機1から受信したデータより、測定データとシーケンス番号とアドレス情報(送信元アドレス、発信元アドレス、宛先アドレス、及び最終宛先アドレスを含む)を取り出す。中継機3aのMCU30は、この測定データとシーケンス番号とをデータに含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレスをブロードキャストアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。中継機3aのMCU30は、この送信データを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図5の処理T3)。
図5の例では中継機3aの通信圏内に3台の中継機3b,3c,3dと子機1とが存在し、中継機3aからブロードキャストで送信されたデータは、中継機3b,3c,3dによって受信される。子機1は、データ送信後にACKを受信するとスリープモードに切り替わっているので、中継機3aからの送信データは子機1では受信されない。
中継機3bの無線通信部32が中継機3aからの送信データを受信すると、中継機3bのMCU30は、無線通信部32から送信元の中継機3a宛てにACKを返信させる(図5の処理T4)。同様に、中継機3c,3dもそれぞれ中継機3a宛てにACKを返信する(図5の処理T5,T6)。なお、中継機3c,3dは、中継機3aからのデータを受信した場合に、このデータに対するACKが中継機3bから返信されているのを受信すると、中継機3aにACKを返信する処理を止めてもよい。すなわち、中継機3は、下位ノードからデータを受信した場合に、同一のデータに対するACKが他の中継機3から下位ノードへと返信されていれば、下位ノードへの返信を行わないようにしてもよく、通信トラフィックを低減できる。
また、中継機3bのMCU30は、中継機3aから受信したデータより測定データとシーケンス番号とアドレス情報を取り出す。中継機3bのMCU30は、測定データとシーケンス番号とを含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレスをブロードキャストアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、中継機3bのMCU30は、この送信データを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図5の処理T7)。
図5の例では中継機3bの通信圏内に親機2と中継機3a,3c,3dが存在し、中継機3bからブロードキャストで送信されたデータは、親機2と中継機3a,3c,3dとで受信される。なお、中継機3c,3dも、中継機3bと同様に、中継機3aから受信したデータをブロードキャストで送信するが、その説明は省略する。
親機2および中継機3a,3c,3dは、中継機3bからのデータを受信するとACKを返信するのであるが、親機2がACKを返信するまでの待機時間は、他の中継機3a〜3dがACKを返信するまでの待機時間よりも短い時間に設定されている。そのため、中継機3bには親機2からのACKが最初に返信される。
親機2の無線通信部22が中継機3bからの送信データを受信すると、親機2のMCU20は、送信データに含まれる測定データとシーケンス番号とアドレス情報を取り込み、新規の子機1からデータを受信したと判断する。親機2のMCU20は、受信確認のためのACKに、最終宛先である親機2がデータを受信したことを示す最終宛先情報(例えば1ビットのフラグ)を付加し、無線通信部22から送信元の中継機3bに送信させる(図5の処理T8)。なお、親機2のMCU30は、中継機3に返送するACKに、最終宛先情報のフラグと、中継段数(ホップ数)を示す情報とを付加させてもよい。
親機2から返信されたACKが中継機3bの無線通信部32に受信されると、中継機3bのMCU30は、ACKに付加された最終宛先情報をもとに、自機が送信したデータが親機2によって受信されたと判断でき、中継機3bでは親機2までの通信経路が確定する。すなわち、中継機3は、ACKに付加された最終宛先情報のフラグが立っていれば、自機が直接又は他の中継機3を経由して親機2と通信可能であると判断でき、このACKを返信してきた上位ノード(親機2又は他の中継機3)を以後の通信で送信先に設定する。
なお、親機2には中継機3c,3dからも送信データが送信されてくるが、親機2のMCU20は、送信データに含まれるシーケンス番号や発信元アドレスや最終宛先アドレスをもとに、以前に受信したデータと同じデータが送信されてきたと判断する。この場合、親機2のMCU20は、無線通信部22から送信元の中継機3c,3dに、最終宛先情報のフラグを立てずにACKを返信させる。また、中継機3c,3dから送信されたデータは中継機3bによっても受信されるが、中継機3bのMCU30は、送信データに含まれるシーケンス番号や発信元アドレスや最終宛先アドレスをもとに、以前に送信したデータを受信したと判断する。この場合、中継機3bのMCU30は、中継機3c,3dから受信したデータを破棄し、無線通信部32から送信元の中継機3c,3dにACKのみを返信させる。
このように、子機1から1回目の測定データが送信されると、この測定データは子機1から中継機3aと中継機3bを経由して親機2に送信される。また、中継機3bは、親機2から返信されるACKに付加された最終宛先情報をもとに、自機が親機2と通信していると判断して、送信先のノードを親機2に設定する。これにより、子機1から親機2までの通信経路のうち中継機3bと親機2とをつなぐ経路が確定する。
次に、子機1が親機2へ測定データを2回目に送信する場合の通信手順について図6を参照して説明する。なお、図5を参照して説明した通信手順と共通の処理については簡単に説明する。
前回の測定時より所定のサンプリング間隔が経過すると、子機1のMCU10はスリープモードから起動し、測定部11に温度を測定させる。子機1のMCU10は、測定データとシーケンス番号を格納した送信データを、無線通信部13からブロードキャストで送信させる(図6の処理T11)。
子機1からブロードキャストで送信されたデータは中継機3aに受信される。中継機3aは、子機1からの送信データを受信すると、送信元の子機1宛てにACKを返信する(図6の処理T12)。子機1は、データ送信後に返信されたACKを受信すると、所定時間の経過後にスリープモードに切り替わる。
次に、中継機3aのMCU30は、子機1からの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号とを含めた送信データを作成し、この送信データを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図6の処理T13)。中継機3aからブロードキャストで送信されたデータは、中継機3aの通信圏内にある中継機3b,3c,3dによって受信される。
中継機3bの無線通信部32が中継機3aからの送信データを受信すると、中継機3bのMCU30は、前回の通信時に親機2から返信された最終宛先情報をACKに付加して、無線通信部32から送信元の中継機3aに返信させる(図6の処理T14)。中継機3bから返信されたACKが中継機3aの無線通信部32に受信されると、中継機3aのMCU30は、ACKに付加された最終宛先情報をもとに、中継機3bが親機2と通信している中継機であると判断する。中継機3aのMCU30は、以後の親機2への通信において送信先のノードを中継機3bに設定し、中継機3aにおいても親機2までの通信経路が確定する。なお、中継機3c,3dも、中継機3aからの送信データを受信すると、それぞれ中継機3a宛てにACKを返信する(図6の処理T15,T16)。なお、中継機3c,3dは、中継機3aからのデータを受信した場合に、このデータに対するACKが中継機3bから返信されているのを受信すると、中継機3aにACKを返信する処理を止めてもよい。
次に中継機3bのMCU30は、中継機3aからの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレス及び最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。中継機3bのMCU30は、この送信データを無線通信部32から親機2へユニキャストで送信させる(図6の処理T17)。親機2の無線通信部22が、中継機3bからの送信データを受信すると、親機2のMCU20は、送信データに含まれる測定データとシーケンス番号とアドレス情報を取り込む。また、親機2のMCU20は、無線通信部22から送信元の中継機3bにACKを送信させており(図6の処理T18)、子機1から親機2にデータを送信する一連の処理が終了する。
このように、子機1から中継機3aと中継機3bとを経由して親機2に2回目の測定データが送信される。また、中継機3aは、中継機3bからのACKに付加された最終宛先情報をもとに送信先のノードを中継機3bに設定し、子機1から親機2までの通信経路のうち中継機3aから親機2までの経路が確定する。
次に、子機1が測定データを3回目に送信する場合の通信手順について図7を参照して説明する。なお、図5及び図6を参照して説明した通信手順と共通の処理については簡単に説明する。
前回の測定時より所定のサンプリング間隔が経過すると、子機1のMCU10はスリープモードから起動し、測定部11に温度を測定させる。子機1のMCU10は、測定部11の測定データとシーケンス番号を格納した送信データを作成し、この送信データを無線通信部13からブロードキャストで送信させる(図7の処理T21)。
子機1からブロードキャストで送信されたデータは、中継機3aに受信される。中継機3aでは、無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、MCU30が、前回の通信時に中継機3bから返信された最終宛先情報をACKに付加して、無線通信部32から送信元の子機1宛てに返信させる(図7の処理T22)。中継機3bから返信されたACKが子機1の無線通信部13に受信されると、子機1のMCU10は、ACKに付加された最終宛先情報をもとに、中継機3bが親機2と通信している中継機であると判断し、送信先のノードを中継機3bに設定する。これにより、子機1から親機2までの通信経路が確定される。子機1は、データの送信後に返信されてきたACKを受信すると、所定時間の経過後にスリープモードに切り替わる。
中継機3aのMCU30は、子機1からの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレスを中継機3bのアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、中継機3aのMCU30は、作成した送信データを無線通信部32から中継機3bにユニキャストで送信させる(図7の処理T23)。
中継機3bの無線通信部32が中継機3aからの送信データを受信すると、中継機3bのMCU30は、送信元の中継機3a宛てにACKを返信する(図7の処理T24)。
また、中継機3bのMCU30は、中継機3aからの送信データより取り出した測定データとシーケンス番号を含めた送信データを作成し、この送信データを無線通信部32から親機2へユニキャストで送信させる(図7の処理T25)。親機2の無線通信部22が、中継機3bからの送信データを受信すると、親機2のMCU20は、送信データに含まれる測定データとシーケンス番号と子機IDとを取り込む。また、親機2のMCU20は、無線通信部22から送信元の中継機3bにACKを送信させ(図7の処理T26)、子機1から親機2にデータを送信する一連の処理が終了する。
このように、子機1から中継機3aと中継機3bを経由して親機2へ3回目の測定データが送信されると、子機1は、中継機3aからのACKに付加された最終宛先情報をもとに、中継機3bが親機2と通信していると判断する。そして、子機1は、送信先のノードを中継機3aに設定し、子機1から親機2までの通信経路が確定する。子機1から親機2までの通信経路が確定した後は、この通信経路を構成する子機1および中継機3a,3bがそれぞれユニキャストでデータを送信するから、ブロードキャストで通信する場合に比べて、返信されるACKが減少する。その結果、通信量が減少し、送信データが衝突する確率が低下する。なお、上記の説明では子機1から親機2へデータが送信される場合を例に説明したが、親機2から子機1へデータが送信される場合もあり、この場合は親機2が発信元の第1ノードとなって、子機1がデータの最終宛先の第2ノードとなる。
次に、本実施形態において、子機1から親機2までデータを送信する通信経路が確定した状態で、通信経路内の何れかのノードで下位ノードとの通信に失敗した場合の通信処理を図1(a)〜(c)および図8、図9を参照して説明する。なお、図1(a)〜(c)において、実線の矢印線は送信データを示し、点線の矢印線はACK応答を示す。
前回の測定時から所定のサンプリング間隔が経過すると、子機1のMCU10はスリープモードから起動し、測定部11に温度を測定させる。子機1のMCU10は、測定部11の測定データとシーケンス番号を格納し、送信元アドレスおよび発信元アドレスを子機ID、宛先アドレスを中継機3aのアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、子機1のMCU10は、この送信データを無線通信部13から中継機3a宛てにユニキャストで送信させる(図1(a)及び図8の処理d1)。
中継機3aの無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、中継機3aのMCU30は、送信元の子機1宛てに、ACKを返信する(図1(a)及び図8の処理d2)。
中継機3aのMCU30は、子機1の送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレスを中継機3bのアドレス、最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、中継機3aのMCU30は、作成した送信データを無線通信部32から中継機3bにユニキャストで送信させる(図1(a)及び図8の処理d3)。
中継機3bの無線通信部32が中継機3aからの送信データを受信すると、中継機3bのMCU30は、送信元の中継機3a宛てに、ACKを返信する(図1(a)及び図8の処理d4)。
また、中継機3bのMCU30は、中継機3aからの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含め、送信元アドレスを自機のアドレス、発信元アドレスを子機ID、宛先アドレス及び最終宛先アドレスを親機IDとした送信データを作成する。そして、中継機3bのMCU30は、作成した送信データを無線通信部32から親機2にユニキャストで送信させる(図1(a)及び図8の処理d5)。
ここで、電波環境の変化などによって中継機3bと親機2との間で通信エラーが発生すると、中継機3bの無線通信部32は、親機2にデータを送信しても、所定時間内に親機2からのACKを受信することができない。中継機3bのMCU30は、データ送信後にACKを受信できなければ、無線通信部32に所定の送信回数(例えば3回)までデータの再送を行わせる(図8の処理d6,d7)。中継機3bのMCU30は、無線通信部32から親機2へデータを送信する処理を所定の送信回数まで繰り返させても、親機2からのACKを受信できなければ、親機2との通信に失敗したと判断する。このとき、中継機3bのMCU30は、通信の不通を報知する報知信号を無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図1(b)及び図8の処理d8)。図1(b)の例では、中継機3bの通信圏内に中継機3a,3c,3dと親機2が存在するので、中継機3bから送信された報知信号は中継機3a,3c,3dと親機2に受信される。
その後、子機1から親機2宛てに再びデータが送信されると、子機1から中継機3aにユニキャストで送信されたデータは、中継機3aによって受信される(図1(c)及び図8の処理d9)。
中継機3aでは、無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、MCU30が無線通信部32から送信元の子機1宛てにACKを返信させる(図1(c)及び図8の処理d10)。
中継機3aのMCU30は、通信の不通を報知する報知信号を受信した後は、受信データに含まれるアドレス情報(発信元アドレスおよび最終宛先アドレス)をもとに、この受信データが通信に失敗したデータと発信元及び最終宛先が同じか否かを判断する。そして、中継機3aのMCU30は、子機1から受信したデータが通信に失敗したデータと発信元及び最終宛先がそれぞれ同じデータであると判断すると、このデータを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図1(c)及び図8の処理d11)。
このとき、中継機3aからブロードキャストで送信されたデータは、中継機3aの通信圏内にある中継機3b,3c,3dによって受信される。
中継機3b,3c,3dのそれぞれにおいて、データを受信してからACKを返信するまでの待機時間はランダムな時間に設定されているが、互いに異なる時間となるのであれば、固定値に設定されてもよい。本実施形態では、中継機3cの待機時間が、中継機3b,3dの待機時間よりも短い時間となっているので、中継機3cのMCU30が、無線通信部32から中継機3aにACKを返信させる(図1(c)及び図8の処理d12)。中継機3cから中継機3a宛てに返信されたACKは、中継機3cの通信圏内にある中継機3b,3dの無線通信部32によっても受信される。このとき、中継機3b,3dのMCU30は、それぞれ中継機3aから受信したデータと同一のデータに対するACKが他の中継機3cから送信されていると判断し、ACKの返信は行わず(図8の処理d13)、受信したデータの中継送信も行わない。
中継機3aにACKを返信した中継機3cのMCU30は、通信の不通を報知する報知信号を受信した後は、受信データに含まれるアドレス情報をもとに、この受信データが、通信に失敗したデータと発信元及び最終宛先が同じか否かを判断する。そして、中継機3cのMCU30は、中継機3aから受信したデータが通信に失敗したデータと発信元及び最終宛先がそれぞれ同じデータであると判断すると、このデータを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図1(c)及び図8の処理d14)。
このとき、中継機3cからブロードキャストで送信されたデータは、中継機3cの通信圏内にある中継機3a,3bと親機2とに受信される。本実施形態では、親機2がACKを返信するまでの待機時間は、中継機3がACKを返信するまでの待機時間よりも短い時間に設定されているので、親機2と中継機3とがデータを受信した場合、中継機3よりも前に親機2からACKが返信される。すなわち、親機2のMCU20が、無線通信部22から送信元の中継機3cにACKを返信させる(図1(c)及び図8の処理d15)。ここで、親機2から返信されるACKには最終宛先情報が付加されているので、中継機3cは、ACKに付加された最終宛先情報をもとに、自機が送信したデータが親機2によって受信されたと判断でき、中継機3cでは親機2までの通信経路が確定する。
なお、中継機3cからブロードキャストで送信されたデータは中継機3a,3bでも受信されるのであるが、中継機3bのMCU30は、中継機3cから受信したデータと同一のデータに対するACKが親機2から送信されていると判断する。そして、中継機3bのMCU30は、ACKの返信は行わず(図8の処理d16)、受信したデータの中継送信も行わない。また、中継機3aのMCU30は、中継機3bから受信したデータに含まれるシーケンス番号をもとに、以前に送信したデータと同じデータを受信したと判断し、ACKの返信を行わず、また受信したデータの中継送信も行わない。
その後、子機1から親機2宛てに再びデータが送信されると、子機1から中継機3aにユニキャストで送信されたデータは、中継機3aによって受信される(図9の処理d20)。
中継機3aでは、無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、MCU30が無線通信部32から送信元の子機1宛てにACKを返信させる(図9の処理d21)。
中継機3aのMCU30は、子機1から受信したデータが、通信に失敗したデータと発信元及び最終宛先がそれぞれ同じデータであると判断すると、このデータを無線通信部32からブロードキャストで送信させる(図9の処理d22)。
このとき、中継機3aからブロードキャストで送信されたデータは、中継機3aの通信圏内にある中継機3b,3c,3dによって受信される。図9に示す例では、データを受信してからACKを返信するまでの待機時間は、中継機3cの方が中継機3b,3dよりも短い時間となっているので、中継機3cのMCU30が、無線通信部32から中継機3aにACKを返信させる(図9の処理d23)。ここで、中継機3cは、無線通信部32から中継機3aに返信させるACKに最終宛先情報を付加している。中継機3aのMCU30は、ACKに付加された最終宛先情報をもとに、中継機3cが親機2と通信している中継機であると判断し、送信先のノードを中継機3cに設定する。これにより、中継機3aにおいても親機2までの通信経路が確定する。なお、中継機3cから中継機3a宛てに返信されたACKは、中継機3cの通信圏内にある中継機3b,3dの無線通信部32によっても受信される。このとき、中継機3b,3dのMCU30は、それぞれ中継機3aから受信したデータと同一のデータに対するACKが他の中継機3cから送信されていると判断し、ACKの返信は行わず(図9の処理d24)、受信したデータの中継送信も行わない。
次に、中継機3aにACKを返信した中継機3cのMCU30は、中継機3aからの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含めた送信データを、無線通信部32から親機2へユニキャストで送信させる(図9の処理d25)。
このとき、親機2は、中継機3cからユニキャストで送信されたデータを受信し、送信元の中継機3cにACKを返信させる(図9の処理d26)。このように、通信エラーが発生した後、子機1からの数回のデータ送信で子機1から親機2までの通信経路が再構築される。
その後、子機1から親機2宛てに再びデータが送信されると、子機1から中継機3aにユニキャストで送信されたデータは、中継機3aによって受信される(図9の処理d30)。
中継機3aでは、無線通信部32が子機1からの送信データを受信すると、MCU30は、子機1から受信したデータから測定データとシーケンス番号とを取り込み、無線通信部32から送信元の子機1宛てにACKを返信させる(図9の処理d31)。
また、中継機3aのMCU30は、子機1からの送信データから取り出した測定データとシーケンス番号を含めた送信データを、無線通信部32から中継機3c宛てにユニキャストで送信させる(図9の処理d32)。
中継機3aから中継機3cにデータがユニキャストで送信されると、中継機3cの無線通信部32が中継機3aからの送信データを受信し、中継機3cのMCU30は、中継機3cから受信したデータから測定データとシーケンス番号とを取り込む。
中継機3cのMCU30は、中継機3aからの送信データを受信すると、無線通信部32から送信元の中継機3c宛てにACKを返信させる(図9の処理d33)。
また、中継機3cのMCU30は、測定データとシーケンス番号とを含めた送信データを、無線通信部32から親機2宛てにユニキャストで送信させる(図9の処理d34)。
中継機3cから親機2にデータがユニキャストで送信されると、親機2の無線通信部22が中継機3cからの送信データを受信し、親機2のMCU20は、無線通信部22から送信元の中継機3c宛てにACKを返信させる(図9の処理d35)。このようにして、子機1から中継機3aと中継機3cを経由して親機2へユニキャストでデータが送信され、以後の通信においても子機1から親機2へユニキャストでデータが送信される。
本実施形態の無線通信システムでは、上述したような通信手順で通信が行われる。ここで、中継機3による上記の中継動作を纏めると、図10〜図12のフロー図に示されるような動作となる。
図10は、子機1から親機2までデータを送信する通信経路が確定した状態で、ある中継機3が、通信経路における下位ノードとの通信に失敗した場合の動作を示している。
ある中継機3が、受信待ちの状態で(ステップS1)、通信経路における上位ノードからデータを受信すると(ステップS2)、この中継機3は送信元の上位ノードへACKを返信する(ステップS3)。
この中継機3は、受信したデータを通信経路における下位ノードへと送信し(ステップS4)、下位ノードからACKが返信されるのを待機する状態となる。
中継機3は、下位ノードにデータを送信してから所定時間内にACKが返信されれば、処理を終了する。
中継機3は、下位ノードにデータを送信してから所定時間内にACKが返信されなければ(ステップS5)、送信回数をカウントアップし、送信回数が所定回数n以上でなければ(ステップS6のNo)、ステップS4に戻り、下位ノードにデータを再送信する。
そして、中継機3は、データを所定回数nだけ繰り返し送信しても、ACKの返信がなければ、下位ノードとの通信に失敗したと判断し、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信させる(ステップS7)。また中継機3は、報知信号をブロードキャストで送信した後、受信待ちの状態となる(ステップS8)
次に、報知信号を受信した中継機3の動作を図11に基づいて説明する。
次に、報知信号を受信した中継機3の動作を図11に基づいて説明する。
ある中継機3が受信待ちの状態で(ステップS11)、この中継機3の無線通信部32が報知信号を受信すると(ステップS12)、MCU30は通信経路の途中で通信エラーが発生したと判断し、受信待ちの状態となる(ステップS13)。この中継機3のMCU30は、受信待ちの状態となり、通信に失敗したデータと発信元(発信元アドレス)および最終宛先(最終宛先アドレス)がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信したデータをブロードキャストで送信するように動作する。
次に、中継機3が、通信の不通を報知する報知信号を受信した後に、上位ノードからデータを受信した場合の中継動作を図12に基づいて説明する。
以前に報知信号を受信した中継機3が受信待ちの状態で(ステップS21)、この中継機3の無線通信部32が、上位ノードからデータを受信すると(ステップS22)、MCU30はACKの送信待ちの状態となる。各々の中継機3は、ACKを返信するまでの待機時間が互いに異なる時間に設定されている。データの受信時から待機時間が経過していなければ(ステップS23のNo)、この中継機3のMCU30は、無線通信部32が他の中継機2からのACKを受信したか否かを判断する(ステップS28)。ここで、他の中継機3からのACKを受信していれば、中継機3のMCU30は受信待ちの状態となり(ステップS29)、他の中継機3からのACKを受信していなければ、中継機3のMCU30はステップS23に戻って処理を続ける。
そして、他の中継機3からのACKを受信していない状態で、データの受信時からの経過時間が待機時間以上になると(ステップS23のYes)、中継機3のMCU30は、無線通信部32から送信元のノードに対してACKを返送させる(ステップS24)。さらに、中継機3のMCU30は、受信したデータを無線通信部32からブロードキャストで送信させ(ステップS25)、下位ノードからACKが返信されると(ステップS26)、受信待ちの状態になる(ステップS27)。
以上説明したように、本実施形態の無線通信システムは、ネットワークを構成するノードとして、無線通信機能を有する発信元の子機1(第1ノード)と、無線通信機能を有する最終宛先の親機2(第2ノード)と、複数台の中継機3(第3ノード)とを備える。複数台の中継機3は無線通信を中継する機能をそれぞれ備える。子機1から中継機3を経由して親機2にデータを送信する通信経路が確定した状態で、通信経路内の何れかのノード(子機1又は中継機3)で下位ノードとの通信が不通になった場合、下位ノードとの通信が不通になったノードは、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信するように構成される。そして、下位ノードとの通信が不通になったノード、および、報知信号を受信したノードは、通信に失敗したデータと発信元(発信元アドレス)および最終宛先(最終宛先アドレス)がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信したデータをブロードキャストで送信するように構成される。
この無線通信システムでは、通信経路が確定した状態で、下位ノードとの通信が不通になったノードは、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信するから、通信圏内にある別のノードに通信に失敗したことを報知することができる。そして、下位ノードとの通信が不通になったノード、および、報知信号を受信したノードは、通信に失敗したデータと発信元および最終宛先がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信したデータをブロードキャストで送信する。よって、通信が不通になった通信経路以外で通信を行えるようになり、通信が成立する可能性が向上する。
この無線通信システムにおいて、中継機3(第3ノード)は、以前に送信したデータと同じデータを受信した場合、受信したデータの送信を行わないように構成されることも好ましい。中継機3が、以前に送信したデータと同じデータを何度も送信しないので、データの送信回数が少なくなり、通信トラフィックを低減できる。
また、この無線通信システムにおいて、下位ノードとの通信が不通になった中継機3(ノード)、および、報知信号を受信した中継機3(ノード)は、データを受信した場合、返信のタイミングを互いにずらすようにして送信元のノードにACKを返信し、且つ、受信したデータをブロードキャストで送信することも好ましい。データを受信した複数のノードがACKを返信する場合、複数のノードから返信されたACKが衝突する可能性があるが、ACKを返信するタイミングを互いにずらすことで、無線信号(ACK)の衝突が起こりにくくなる。
この無線通信システムにおいて、中継機3(第3ノード)は、データを受信した場合に同一のデータに対するACKが他のノードから送信された場合、受信したデータの送信元へACKを返信しないように構成されてもよい。また、中継機3(第3ノード)は、データを受信した場合に同一のデータに対するACKが他のノードから送信された場合、受信したデータのブロードキャスト送信も行わないように構成されてもよい。自機が受信したデータが他のノードによっても受信され、他のノードからACKが返信されていれば、ACKの返信や、受信したデータの送信を行わないので、ACKやデータの送信回数が減り、通信トラフィックを低減できる。
この無線通信システムにおいて以下のように構成されることも好ましい。子機1(第1ノード)から親機2(第2ノード)までデータを送信する通信経路が確定するまでは、子機1および中継機3(第3ノード)はブロードキャストでデータを送信する。子機1から親機2までの通信経路のうちの少なくとも一部で送信先が確定すると、子機1および中継機3のうち送信先が確定したノード(子機1又は中継機3)はユニキャストでデータを送信する。通信経路が確定していない状態では、子機1および中継機3はブロードキャストでデータを送信するから、子機1から送信されたデータは、直接或いは中継機3を経由して親機2に送信される。通信経路のうちの少なくとも一部で送信先が確定すると、子機1および中継機3のうち送信先が確定したノードはユニキャストでデータを送信するから、各ノードがブロードキャストで送信する場合に比べて返信されるACKの数が減少する。その結果、通信量が低減し、送信データが衝突する確率が低下する。
また、この無線通信システムにおいて以下のように構成されることも好ましい。子機1(第1ノード)が送信するデータの最終宛先である親機2(第2ノード)は、データを受信すると、最終宛先情報をACKに付加して返信する。中継機3(第3ノード)は、通信経路における上位ノードから最終宛先情報が付加されたACKを受信した場合、ACKを返信してきた上位ノードを送信先として確定する。中継機3は、通信経路の下位ノードから新たなデータを受信した場合、最終宛先情報をACKに付加して下位ノードに返信する。
このように、中継機3は、上位ノードから最終宛先情報が付加されたACKを受信すると、次のデータを受信した際に、最終宛先情報をACKに付加して下位ノードに返信しており、ACKを返信することで上位ノードから下位ノードへと送信先が順番に確定される。そして、データの受信時に返信されるACKに最終宛先情報を付加しているので、通信経路を確定させるために、ACK以外の信号を送信する場合に比べて、通信トラフィックを低減できる。
1 子機(第1ノード)
2 親機(第2ノード)
3,3a,3b,3c,3d 中継機(第3ノード)
2 親機(第2ノード)
3,3a,3b,3c,3d 中継機(第3ノード)
Claims (6)
- ネットワークを構成するノードとして、無線通信機能を有する発信元の第1ノードと、無線通信機能を有する最終宛先の第2ノードと、無線通信を中継する機能をそれぞれ備えた複数台の第3ノードとを備え、
前記第1ノードから前記第3ノードを経由して前記第2ノードにデータを送信する通信経路が確定した状態で、前記通信経路を構成する何れかの前記ノードで下位ノードとの通信が不通になった場合、
前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノードは、通信の不通を報知する報知信号をブロードキャストで送信するように構成され、
前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノード、および、前記報知信号を受信した前記ノードは、通信に失敗したデータと発送元および最終宛先がそれぞれ同一のデータを受信した場合、受信した前記データをブロードキャストで送信するように構成されたことを特徴とする無線通信システム。 - 前記第3ノードは、以前に送信したデータと同じ前記データを受信した場合、受信した前記データの送信を行わないように構成されたことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
- 前記下位ノードとの通信が不通になった前記ノード、および、前記報知信号を受信した前記ノードは、データを受信した場合、返信のタイミングを互いにずらすようにして送信元の前記ノードにACKを返信し、且つ、受信したデータを前記ブロードキャストで送信するように構成されたことを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の無線通信システム。
- 前記第3ノードは、データを受信した場合に同一の前記データに対するACKが他の前記ノードから送信された場合、ACKを返信せず、受信した前記データのブロードキャスト送信も行わないように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の無線通信システム。
- 前記通信経路が確定していない状態では、前記第1ノードおよび前記第3ノードはブロードキャストでデータを送信するように構成され、
前記通信経路のうち少なくとも一部で送信先が確定すると、前記第1ノードおよび前記第3ノードのうち送信先が確定した前記ノードはユニキャストでデータを送信するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の無線通信システム。 - 最終宛先の前記第2ノードは、データを受信すると、最終宛先情報をACKに付加して送信元の前記ノードに返信し、
前記第3ノードは、前記通信経路における上位ノードから前記最終宛先情報が付加されたACKを受信した場合、前記最終宛先情報を返信してきた前記上位ノードを送信先として確定し、且つ、前記通信経路の下位ノードから新たなデータを受信した場合、前記最終宛先情報をACKに付加して前記下位ノードに返信するように構成されたことを特徴とする請求項5記載の無線通信システム。
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JP (1) | JP2015170971A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112702056A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-23 | 海光信息技术股份有限公司 | 集成电路、集成电路的广播方法、中继模块及电子设备 |
WO2022186008A1 (ja) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | オムロン株式会社 | 親機、子機、中継器、及び無線通信システム |
-
2014
- 2014-03-06 JP JP2014044201A patent/JP2015170971A/ja active Pending
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WO2022186008A1 (ja) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | オムロン株式会社 | 親機、子機、中継器、及び無線通信システム |
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