JP2016076903A - ゲートウェイ、通信機器及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化するゲートウェイを得ること。【解決手段】複数の通信機器とツリー構造の無線メッシュネットワークを構成するゲートウェイであって、複数の通信機器が直接または複数の通信機器のうちの他の通信機器を経由して通信する経路の情報を複数の通信機器から取得する経路制御部と、経路制御部より入力される経路の情報から、第１の通信機器を経由する第１以外の通信機器の経路の数を算出し、第１の通信機器の経路において他の通信機器を経由する数であるホップ数と経路の数とに基づいて第１の通信機器に経路の再選択を指示するか否かを判定する経路再選択判定部と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、無線メッシュネットワークにおいて通信機器に経路を再選択させるゲートウェイに関する。

近年の無線通信技術の進展と電子機器の小型化及び高機能化に伴い、従来のインフラストラクチャ型の通信形態に対して、既存のネットワークインフラを利用することなく通信機器間での通信を可能とするアドホックネットワーク或いはメッシュネットワークと呼ばれるネットワークが注目されている。このアドホックネットワーク或いはメッシュネットワークは、複数の通信機器が無線リンクによって相互に接続され、各通信機器が通信の終端ノードであると同時に中継ノードとしての機能を持つという特徴を有するネットワークである。アドホックネットワーク或いはメッシュネットワークにおいて、多くの通信プロトコルが提案されている（例えば、非特許文献１）。

非特許文献１で規定される通信プロトコルは、単位時間毎に無線特性が変動するような不安定な無線環境の中で、少量のメモリリソースと低速のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）からなる通信機器でも動作可能なプロトコルである。各通信機器はゲートウェイを根とするツリー構造のネットワークを構築し、各通信機器がゲートウェイにデータを送信する通信モデルが主となる。

各通信機器は、ゲートウェイから広告メッセージを受信することにより、ゲートウェイへの上り方向の経路を学習する。各通信機器は、ゲートウェイまでのホップ数や無線電波受信強度などから算出されるランク値に基づいて、経路を決定している。ゲートウェイまでのホップ数とは、送信元の通信機器からゲートウェイまでの通信経路上で経由する通信機器の数である。

また、無線メッシュネットワークにおいて無線通信装置が宛先の無線通信装置までの経路を選択する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、無線メッシュネットワーク上に複数のゲートウェイが存在し、各ゲートウェイが配下の無線通信装置でのホップ数を求めるとともに、有線網を介した別のゲートウェイ経由でのホップ数を求め、無線通信装置に通知する。ゲートウェイから複数の経路を通知された場合、無線通信装置は、ホップ数が少ないほうの経路を選択する。

ＲＦＣ６５５０， "ＲＰＬ： ＩＰｖ６ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，" ｈｔｔｐ：／／ｔｏｏｌｓ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｒｆｃ／ｒｆｃ６５５０．ｔｘｔ， Ｍａｒｃｈ ２０１２．

特開２００９−１８８６４７号公報

しかしながら、非特許文献１及び特許文献１では、通信機器がそれぞれ経路を決定するため、各通信機器を経由する経路の数に偏りが生じることがある。無線通信においては、時空間的に無線特性が変動し、一時的に無線リンクの特性が悪化する場合がある。多くの経路が集中している通信機器において無線リンクの特性が悪化すると、再送等の制御が多発し、ネットワークの安定性に大きな影響を与えるという問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化するゲートウェイを得ることを目的としている。

複数の通信機器とツリー構造の無線メッシュネットワークを構成するゲートウェイであって、複数の通信機器が直接または複数の通信機器のうちの他の通信機器を経由して通信する経路の情報を複数の通信機器から取得する経路制御部と、経路制御部より入力される経路の情報から、第１の通信機器を経由する第１以外の通信機器の経路の数を算出し、第１の通信機器の経路において他の通信機器を経由する数であるホップ数と経路の数とに基づいて第１の通信機器に経路の再選択を指示するか否かを判定する経路再選択判定部と、を備えた。

本発明によれば、ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化することができる。

実施の形態１に係る無線メッシュネットワークの構成を示す図。 実施の形態１に係るゲートウェイの機能構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る通信機器の機能構成を示すブロック図。 実施の形態１に係る通信機器が上り経路を学習する流れを示す図。 実施の形態１に係る無線メッシュネットワークに通信機器を追加した場合のメッセージの流れを示す図。 実施の形態１に係る無線メッシュネットワークにおけるＤＡＯメッセージの流れを示す図。 実施の形態１に係る無線メッシュネットワークにおける経路の偏りを示す図。 実施の形態１に係る無線メッシュネットワークにおける経路の偏りを示す図。 実施の形態１に係るゲートウェイが経路の再選択を指示する動作の流れを示す図。 実施の形態１に係る通信機器が経路を再選択する動作の流れを示すフローチャート。

実施の形態１．
はじめに、本実施の形態に係る無線メッシュネットワークの構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る無線メッシュネットワーク１００の構成を示す図である。無線メッシュネットワーク１００は、ゲートウェイ１０１及び通信機器２０１〜２１０から構成されている。点線の両方向の矢印はゲートウェイ１０１と通信機器、または、通信機器間の無線リンクを示す。無線メッシュネットワーク１００は、ゲートウェイ１０１を根とするツリー構造のネットワークである。ゲートウェイ１０１は、無線メッシュネットワーク１００を構築するとともに管理し、通信機器から通知されるデータを他のネットワークに転送する機能を有する装置である。通信機器２０１〜２１０は、無線メッシュネットワーク１０１に参入し、ゲートウェイ１０１とデータを送受信する装置である。

通信機器２０１〜２１０は、直接または他の通信機器を経由する経路でゲートウェイ１０１と通信する。通信機器２０１、２０３、２０６は、他の通信機器を経由せず、ゲートウェイ１０１と直接データの送受信を行う。通信機器２０２、２０４〜２０５、２０７〜２１０は、他の通信機器を経由する経路でゲートウェイ１０１とデータを送受信する。

本実施の形態において、ゲートウェイ１０１及び通信機器２０１〜２１０をノードとも呼ぶ。

次に、ゲートウェイ１０１の構成について説明する。
図２は、実施の形態１に係るゲートウェイ１０１の機能構成を示すブロック図である。ゲートウェイ１０１は、送受信部３０１、制御部３０２、及び記憶部３０３を備える。送受信部３０１は、通信機器２０１〜２１０と無線で通信するとともに、図示しない上位装置と通信する。送受信部３０１は、広域ネットワークを介して上位装置と通信してもよい。送受信部３０１は、通信機器２０１〜２１０からデータを受信すると制御部３０２に通知し、制御部３０２からの指示に応じてサーバである上位装置にデータを送信する。また、送受信部３０１は、上位装置から通信機器２０１〜２１０宛のデータを受信すると制御部３０２に通知し、制御部３０２からの指示に応じて通信機器２０１〜２１０にデータを送信する。

制御部３０２は、ＣＰＵや制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。ＲＯＭ及びＲＡＭは図示していない。制御部３０２は、経路制御部３０４及び経路再選択判定部３０５を備える。制御部３０２は、制御プログラムを実行することによりゲートウェイ１０１の各部の動作を制御する。

経路制御部３０４は、通信機器２０１〜２１０から通知される経路情報を記憶部３０３に記憶するとともに、ゲートウェイ１０１までの経路を決定する。経路再選択判定部３０５は、記憶部３０３に記憶された情報を基に、経路の再選択を指示するか否かを判定する。経路の再選択を指示する場合、経路再選択判定部３０５は送受信部３０１を介して経路再選択要求メッセージを対象の通信機器に通知する。記憶部３０３は、通信機器２０１〜２１０のゲートウェイ１０１の経路に関する情報を記憶する。

次に、通信機器２０１〜２１０の機能構成について説明する。
図３は、実施の形態１に係る通信機器２０１の機能構成を示すブロック図である。一例として通信機器２０１について説明するが、他の通信機器２０２〜２１０についても同様の構成を備える。通信機器２０１は、送受信部４０１、制御部４０２、及び記憶部４０３を備える。送受信部４０１は、ゲートウェイ１０１や他の通信機器２０２〜２１０と無線で通信する。

制御部４０２は、ＣＰＵや制御プログラムを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ等から構成される。ＲＯＭ及びＲＡＭは図示していない。制御部４０２は、経路制御部４０４及び経路再選択制御部４０５を備える。制御部４０２は、制御プログラムを実行することにより通信機器２０１の各部の動作を制御する。

送受信部４０１は、ゲートウェイ１０１または他の通信機器からデータを受信すると制御部４０２に通知し、制御部４０２からの指示に応じてゲートウェイ１０１または他の通信機器にデータを送信する。また、送受信部４０１は、ゲートウェイ１０１または他の通信機器からデータを受信すると制御部４０２に通知し、制御部４０２からの指示に応じてゲートウェイ１０１または他の通信機器にデータを送信する。

経路制御部４０４は、自装置と他の通信機器との間の接続情報を管理するとともに、他の通信機器から送信された経路情報を受信し、各通信機器の識別情報と関連付けて記憶部４０３に記憶する。また、経路制御部４０４は、上り経路を決定する。経路再選択制御部４０５は、ゲートウェイ１０１からの経路再選択の指示を受信すると下位ノードに転送するとともに、上位ノードからの指示に対して経路の再選択を実行するか判断する。記憶部４０３は、自装置と他の通信機器との間の接続情報や経路情報を記憶する。

次に、非特許文献１に規定された通信プロトコルを用いて、動作の説明をする。
まず、通信機器２０１〜２１０が非特許文献１に規定される通信プロトコルを用いて、ゲートウェイ１０１に向けた上り方向の経路を学習する動作について説明する。
図４は、実施の形態１に係る通信機器２０１〜２０５が上り経路を学習する流れを示す図である。図４では、無線メッシュネットワーク１００の一部の通信機器２０１〜２０５を記載している。ゲートウェイ１０１は、周期的にＤＩＯ（ＤＯＤＡＧ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ａｃｙｃｌｉｃ Ｇｒａｐｈ） Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｏｂｊｅｃｔ）メッセージを無線メッシュネットワーク１００内にフラッディングしている。フラッディングとは、ブロードキャストされた信号を受信した通信機器が、ブロードキャストで転送することにより、ネットワーク全体に転送する通信方式である。図４において、矢印がＤＩＯメッセージの送信を示す。

ＤＩＯメッセージは、周辺の通信機器に自装置の存在や自装置が有する情報を広告するための制御メッセージである。ゲートウェイ１０１からＤＩＯメッセージを受信した通信機器２０１、２０３は、ゲートウェイ１０１に向けた上り経路を学習するとともに、自装置の情報に基づきＤＩＯメッセージを更新して他の通信機器にＤＩＯメッセージを転送する。転送されたＤＩＯメッセージを受信した通信機器２０２、２０４、２０５は、ゲートウェイ１０１に向けた上り経路を学習するとともに、自装置の情報に基づきＤＩＯメッセージを更新してさらに他の通信機器にＤＩＯメッセージを転送する。

ＤＩＯメッセージには、ゲートウェイ１０１の識別子やバージョン番号、ランク値などが含まれる。ランク値は、ゲートウェイ１０１までのホップ数や無線電波受信強度などから算出される値である。通信機器が複数の装置からＤＩＯメッセージを受信した場合、ランク値の低いほうを親ノードとする経路を選択するのが一般的である。ＤＩＯメッセージを受信した通信機器は、送信元の装置を親ノードの候補として親ノード候補リストに加える。また、ＤＩＯメッセージを受信した通信機器は、新たなランク値として自装置における値を算出してＤＩＯメッセージに付与し、ＤＩＯメッセージを他の通信機器に転送する。

次に、通信機器２０１〜２１０が新たな無線メッシュネットワークを構築する場合の動作について説明する。

無線メッシュネットワーク１００を新たに構築する場合、ゲートウェイ１０１の近傍の通信機器より順次に無線メッシュネットワーク１０１に参入する。無線メッシュネットワーク１００では、通信機器２０１、２０３、２０６から無線メッシュネットワーク１００に参入する。通信機器２０１〜２１０は自装置がゲートウェイ１０１の近傍にあるかどうかは、ゲートウェイ１０１への上り方向の経路を学習することにより認識する。

無線メッシュネットワーク１００において、ゲートウェイ１０１に近い通信機器より、周辺に存在する装置を探索するための制御メッセージであるＤＩＳ （ＤＯＤＡＧ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ）メッセージを送信する。無線メッシュネットワーク１００に参入済で周辺に存在する通信機器がＤＩＳメッセージを受信した場合、この通信機器はＤＩＯメッセージを応答として送信する。ＤＩＳメッセージを送信した通信機器は、受信するＤＩＯメッセージを基に、ゲートウェイ１０１への上り方向の経路を選択し、無線メッシュネットワークネットワーク１００に参入する。

例えば、通信機器２０２がＤＩＳメッセージを送信し、通信機器２０１からＤＩＯメッセージを受信した場合、通信機器２０２は通信機器２０１を介した経路をゲートウェイ１０１への上り方向の経路として選択する。

次に、無線メッシュネットワーク１００に新規に通信機器２１１を追加する場合の動作について説明する。
図５は、実施の形態１に係る無線メッシュネットワーク１００に通信機器２１１を追加した場合の通信機器２１１の動作の流れを示す図である。

通信機器２１１は、ゲートウェイ１０１への上り方向の経路を保持する通信機器が周辺に存在するかを探索するため、ＤＩＳメッセージを送信する。通信機器２０７及び通信機器２１０が通信機器２１１からのＤＩＳメッセージを受信し、応答メッセージとしてＤＩＯメッセージを送信する。通信機器２１１は、ＤＩＯメッセージで通知されたランク値から通信機器２１０より通信機器２０７のほうがゲートウェイ１０１により近傍にあると判断する。よって、通信機器２１１は、通信機器２０７を上り方向の経路として選択し、無線メッシュネットワーク１００に参入する。

無線メッシュネットワーク１００を構築した後、ゲートウェイ１０１及び通信機器２０１〜２１１は、経路のメンテナンスのため、定期的にＤＩＯメッセージを送信する。ただし、無線帯域の浪費を回避するため、定期的に送信するＤＩＯメッセージは、データなどの通信トラヒックの発生頻度に比べて非常に大きい間隔で送信される。なお、経路のメンテナンスでは、ゲートウェイ１０１及び通信機器２０１〜２１１が既に選択した経路でデータの送受信が可能か否かを確認し、通信機器の追加もしくは削除、または無線特性の変化等があれば必要に応じて経路を変更する。

次に、通信機器が下り方向の経路を選択する動作について説明する。

図６は、実施の形態１に係る無線メッシュネットワーク１００におけるＤＡＯ（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ Ｏｂｊｅｃｔ）メッセージの流れを示す図である。
通信機器２０１〜２１０は、ゲートウェイ１０１から通信機器２０１〜２１０に向けた下り方向の経路を解決するため、ＤＡＯメッセージをゲートウェイ１０１宛に送信する。ＤＡＯメッセージは、自装置が選択したゲートウェイ１０１への上り経路において経由する通信機器を親ノードとしてゲートウェイ１０１に通知する制御メッセージである。ＤＡＯメッセージには、上り経路上にある親ノードの情報及びゲートウェイ１０１までのホップ数が含まれる。ゲートウェイ１０１は、親ノードの情報及びゲートウェイまでのホップ数を基に、下り方向の経路を確立し、ゲートウェイ１０１を根とするツリー構造を形成する。

なお、図６では、通信機器２０２、２０５、２０７からゲートウェイ１０１宛にＤＡＯメッセージを送信する例を示しているが、通信機器２０１〜２１０がゲートウェイ１０１宛にＤＡＯメッセージを送信する。

ここまで、通信機器２０１〜２１０が上り方向の経路を選択する動作とゲートウェイ１０１が下り方向の経路を選択する動作について説明した。しかしながら、通信機器２０１〜２１０はそれぞれが経路を選択するため、各通信機器を経由する経路の数に偏りが生じることがある。

図７は、実施の形態１に係る無線メッシュネットワーク１００における経路の偏りを示す図である。図１と同様の図であるが、通信機器の横に括弧付きの数字を記載している。この数字は当該通信機器を経由する経路の数である。また、矢印なしの半円状の点線はゲートウェイ１０１からのホップ数が同じ通信機器を示している。

例えば、通信機器２０１を経由する経路の数は１である。これは、通信機器２０１を経由するゲートウェイ１０１との経路は、通信機器２０２のみのためである。また、通信機器２０３を経由する経路の数は５である。これは、通信機器２０３を経由するゲートウェイ１０１との経路は、通信機器２０４、２０５、２０８、２０９、２１０の５個であるためである。通信機器２０１、２０３、２０６はゲートウェイ１０１からのホップ数が同じ１にも関わらず、経由する経路の数は１、５、１と偏りが生じている。

各通信機器を経由する経路の数に偏りが生じる他の例を示す。
図８は、実施の形態１に係る無線メッシュネットワーク８００における経路の偏りを示す図である。通信機器の横に括弧付きの数字を記載している。この数字は当該通信機器を経由する経路の数である。また、矢印なしの半円状の点線はゲートウェイ１０１からのホップ数が同じ通信機器を示している。通信機器２０１、２０６、２０９はゲートウェイ１０１からのホップ数が同じ１にも関わらず、経由する経路の数は４、３、０と偏りが生じている。

図７の通信機器２０３とゲートウェイ１０１との間で一時的に無線特性が悪化した場合、５台の通信機器２０４、２０５、２０８、２０９、２１０がゲートウェイ１０１と通信できず、データが廃棄される場合がある。データが廃棄されると再送等の制御が発生するため、ネットワークの安定性に大きな影響を与えてしまう。同様に図８の通信機器２０１や通信機器２０６とゲートウェイ１０１との間で一時的に無線特性が悪化した場合はそれぞれ４台と３台の通信機器が影響を受けることになる。また、データ廃棄の影響は、悪化した無線リンクの位置に大きく依存していることがわかる。

従来の通信プロトコルでは、通信機器２０１〜２１０は、ランク値が最小となるような経路を選択している。したがって、ゲートウェイを根として構築されるツリー型のネットワークにおいて、各通信機器を経由する経路に偏りが生じることがある。そこで、通信機器に経路を再選択させることにより、ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化する。

次に、本発明に係るゲートウェイ１０１が通信機器２０１〜２１０に経路を再選択させる動作について説明する。

図９は、実施の形態１に係るゲートウェイ１０１が経路の再選択を指示する動作の流れを示す図である。図９では、無線メッシュネットワーク１００の一部である、ゲートウェイ１０１と通信機器２０１〜２０４、２０８を示している。点線の両矢印はゲートウェイ１０１と通信機器、または、通信機器間の無線リンクを示す。通信機器２０１、２０２、２０３、２０４、２０８を経由する経路数は、１、０、５、１、２である。

ゲートウェイ１０１の経路制御部３０４は通信機器２０１〜２１０よりＤＡＯメッセージを受信すると、通信機器２０１〜２１０の経路を記憶部３０３に保存する。なお、ＤＡＯメッセージには上り経路上にある親ノードの情報及びゲートウェイ１０１までのホップ数が含まれている。

経路メンテナンスのタイミング等になると、ゲートウェイ１０１の経路制御部３０４は、経路再選択判定部３０５に経路の再選択の判定を指示する。経路再選択判定部３０５は、記憶部３０３から通信機器２０１〜２１０の経路の情報を読み出し、通信機器２０１〜２１０それぞれについて経由する経路数を算出する。経路再選択判定部３０５は、ゲートウェイ１０１からのホップ数毎に経路数の平均及び分散を計算する（ステップＳ９１）。

ホップ数毎に計算した平均及び分散をもとに、経路再選択判定部３０５は、分散が閾値を超える通信機器に対して、経路の再選択を要求する経路再選択要求メッセージを通知する。このとき、ゲートウェイ１０１から最も遠い通信機器より順に再選択要求メッセージを送信する。ゲートウェイ１０１から最も遠い通信機器とは、ホップ数の最も大きい通信機器である。ホップ数の大きい通信機器の経路を変更することにより、ホップ数の小さい通信機器を経由する経路数が変化するためである。なお、閾値はホップ数に応じて複数設けるようにする。

無線メッシュネットワーク１００において、最大のホップ数は３である。ホップ数が３である通信機器２０５、２０９、２１０を経由する経路数は、いずれも分散が閾値を超えていないため、経路再選択判定部３０５は、次にホップ数が２の通信機器について判定する。ホップ数が２である通信機器２０２、２０４、２０７、２０８は、いずれも分散が閾値を超えていないため、経路再選択判定部３０５は、次にホップ数が１の通信機器について判定する。ホップ数が１である通信機器２０１、２０３、２０６のうち、通信機器２０３の分散が閾値を超えているため、経路再選択判定部３０５は、通信機器２０３に経路再選択要求メッセージを通知する。経路再選択要求メッセージには、ホップ数が含まれている（ステップＳ９２）。

通信機器２０３の経路再選択制御部４０５は、経路再選択要求メッセージを受信すると、経路の再選択を指示する経路再選択指示メッセージをブロードキャストで送信する。経路再選択指示メッセージには、ホップ数が含まれている（ステップＳ９３）。

通信機器２０１、２０２、２０４、２０８の経路再選択制御部４０５が経路再選択指示メッセージを受信する。通信機器２０１の経路再選択制御部４０５は、経路再選択指示メッセージの送信元である通信機器２０３とホップ数が同じため、経路再選択指示メッセージを廃棄する（ステップＳ９４）。

通信機器２０２、２０４の経路再選択制御部４０５は、記憶部４０３に記憶されている自装置のゲートウェイまでの経路を参照する。経路再選択制御部４０５は、経路再選択指示メッセージの送信元である通信機器２０３が親ノードであり、経路再選択指示メッセージで通知されたホップ数より自装置のホップ数のほうが大きいため、経路制御部４０４に経路を再選択するように通知する。経路制御部４０４は、経路の再選択を実行する。経路の再選択のアルゴリズムは一例を後述する（ステップＳ９５、Ｓ９６）。

通信機器２０８の経路再選択制御部４０５は、記憶部４０３に記憶されている自装置のゲートウェイまでの経路を参照し、経路再選択指示メッセージの送信元である通信機器２０３が親ノードではないため、経路再選択指示メッセージを廃棄する（ステップＳ９７）。

通信機器２０２の経路制御部４０４は経路の再選択を実行したが、同じ経路を選択したものと仮定する。通信機器２０４の経路制御部４０４は経路の再選択を実行し、新たな経路を記憶部４０３に記憶する。通信機器２０１を親ノードとする経路を選択した場合、経路制御部４０４は、親ノードの変更を通知するＤＡＯメッセージを通信機器２０１に送信する。（ステップＳ９８）。

通信機器２０１の経路制御部４０４は、通信機器２０４からＤＡＯメッセージを受信すると、ゲートウェイ１０１にＤＡＯメッセージを送信する。このＤＡＯメッセージにより、通信機器２０４はゲートウェイ１０１への上り経路において経由する通信機器を親ノードとしてゲートウェイ１０１に通知する。経路制御部３０４は、ＤＡＯメッセージを受信すると通信機器２０４が選択した上り経路を記憶部３０３に記憶し、処理を終了する（ステップＳ９９）。

なお、ステップＳ９２において、ゲートウェイ１０１の経路再選択判定部３０５は、経路再選択要求メッセージを通信機器２０３に対してユニキャストで通知しているが、ブロードキャスト通信で通知してもよい。経路再選択要求メッセージを通知する通信機器が多数ある場合には、ブロードキャストで通知すると制御が容易である。この場合、経路再選択要求メッセージの中に経路再選択を指示する対象の通信機器の識別子を含めるようにすればよい。

また、ゲートウェイ１０１から遠くなるほど通信機器のホップ数が大きくなる傾向にあるため、閾値はホップ数に応じて複数設けるとよいが、ホップ数と閾値を１対１に設けなくてもよい。複数のホップ数に対して、閾値を１つ設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態において、経路再選択判定部３０５は、分散が閾値を超えている場合に経路再選択要求メッセージを通知するようにしたが、他の指標を用いてもよい。

次に、経路の再選択のためのアルゴリズムの一例を説明する。
図１０は、実施の形態１に係る通信機器２０４が経路を再選択する動作の流れを示すフローチャートである。通信機器２０４を例に説明するが、他の通信機器でも同様の動作となる。

通信機器２０４の経路再選択制御部４０５は、通信機器２０３より再選択制御メッセージを受信すると、経路制御部４０４に経路の再選択を指示し、経路制御部４０４は処理を開始する。経路制御部４０４は、乱数値Ｘ［ｉ］を取得する。なお、乱数値Ｘ［ｉ］は０以上で１より小さい値である（ステップＳ１０１）。次に、経路制御部４０４は、乱数値Ｘ［ｉ］と閾値ＴＨ＿ＶＡＲを比較する（ステップＳ１０２）。

乱数値Ｘ［ｉ］が閾値ＴＨ＿ＶＡＲ以上の場合、経路制御部４０４は、親ノード候補リストから各親ノードを経由する経路数を取得する（ステップＳ１０３）。親ノード候補リストの親ノードから、経由する経路数の少ない通信機器を新たな親ノードとして選択し（ステップＳ１０４）、処理を終了する。なお、ステップＳ１０２において、乱数値Ｘ［ｉ］が閾値ＴＨ＿ＶＡＲより小さい場合は、何もせずに処理を終了する。

なお、ステップＳ１０３において、経路制御部４０４が親ノードの候補となる通信機器のリストである親ノード候補リストを保持している例を示したが、ＤＩＳメッセージを送信することにより、親ノードの候補となる通信機器を探索するようにしてもよい。

なお、本実施の形態において、通信機器２０１〜２１０は、例えば、スマートメータのように、ゲートウェイ１０１に向けて周期的にデータを送信する装置であってもよい。

したがって、複数の通信機器とツリー構造の無線メッシュネットワークを構成するゲートウェイであって、複数の通信機器が直接または複数の通信機器のうちの他の通信機器を経由して通信する経路の情報を複数の通信機器から取得する経路制御部と、経路制御部より入力される経路の情報から、第１の通信機器を経由する第１以外の通信機器の経路の数を算出し、第１の通信機器の経路において他の通信機器を経由する数であるホップ数と経路の数とに基づいて第１の通信機器に経路の再選択を指示するか否かを判定する経路再選択判定部と、を備えたので、ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化することができる。よって、一時的に無線リンクの無線特性が悪化しても、ネットワークの安定性に大きな影響を与えずに済む。

また、経路再選択判定部は、経路の数がホップ数に応じた第１の閾値より大きい場合、第１の通信機器に経路の再選択を指示するので、ゲートウェイからのホップ数が同じ通信機器群内で、各通信機器を経由する経路の数を平滑化することができる。

また、ツリー構造の無線メッシュネットワークを構成する通信機器であって、無線メッシュネットワークの根となるゲートウェイと直接または他の通信機器を経由して通信する経路の情報をゲートウェイに通知する経路制御部と、ゲートウェイから経路の再選択を指示された場合、経路の再選択を配下の通信機器に指示する経路再選択指示メッセージを送信する経路再選択制御部と、を備えたので、配下の通信機器はそれぞれ経路を再選択し、各通信機器を経由する経路の数を平滑化することができる。

１００、８００ 無線メッシュネットワーク
１０１ ゲートウェイ
２０１〜２１１ 通信機器
３０１、４０１ 送受信部
３０２、４０２ 制御部
３０３、４０３ 記憶部
３０４、４０４ 経路制御部
３０５ 経路再選択判定部
４０５ 経路再選択制御部

Claims (7)

1. 複数の通信機器とツリー構造の無線メッシュネットワークを構成するゲートウェイであって、
   前記複数の通信機器が直接または前記複数の通信機器のうちの他の通信機器を経由して通信する経路の情報を前記複数の通信機器から取得する経路制御部と、
   前記経路制御部より入力される前記経路の情報から、第１の通信機器を経由する前記第１以外の通信機器の経路の数を算出し、前記第１の通信機器の経路において前記他の通信機器を経由する数であるホップ数と前記経路の数とに基づいて前記第１の通信機器に前記経路の再選択を指示するか否かを判定する経路再選択判定部と、
   を備えることを特徴とするゲートウェイ。
2. 前記経路再選択判定部は、前記経路の数が前記ホップ数に応じた第１の閾値より大きい場合、前記第１の通信機器に前記経路の再選択を指示することを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ。
3. 前記経路再選択判定部は、前記ホップ数が同じとなる通信機器について前記経路の数の分散を算出し、前記分散が前記ホップ数に応じた第２の閾値より大きい場合、前記第１の通信機器に前記経路の再選択を指示することを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ。
4. 前記経路再選択判定部は、前記第１の通信機器に前記経路の再選択を指示する場合、前記第１の通信機器の配下の通信機器に経路の再選択を指示させることを特徴とする請求項１または２に記載のゲートウェイ。
5. ツリー構造の無線メッシュネットワークを構成する通信機器であって、
   前記無線メッシュネットワークの根となるゲートウェイと直接または他の通信機器を経由して通信する経路の情報を前記ゲートウェイに通知する経路制御部と、
   前記ゲートウェイから前記経路の再選択を指示された場合、前記経路の再選択を配下の通信機器に指示する経路再選択指示メッセージを送信する経路再選択制御部と、
   を備えることを特徴とする無線通信機器。
6. 前記経路再選択制御部は、前記経路再選択指示メッセージを受信し、前記経路再選択指示メッセージの送信元が自通信機器の前記経路上の通信機器であるとともに、前記経路再選択指示メッセージで通知されたホップ数が自通信機器の前記経路のホップ数より大きい場合、経路の再選択を前記経路制御部に指示することを特徴とする請求項５に記載の無線通信機器。
7. ゲートウェイを根として複数の通信機器とツリー構造の無線メッシュネットワークを構成する無線通信システムであって、
   前記ゲートウェイは、前記複数の通信機器が直接または前記複数の通信機器のうちの他の通信機器を経由して通信する経路の情報を前記複数の通信機器から取得し、第１の通信機器を経由する前記第１以外の通信機器の経路の数を算出し、前記第１の通信機器の経路において前記他の通信機器を経由する数であるホップ数と前記経路の数とに基づいて前記第１の通信機器に前記経路の再選択を指示するか否かを判定し、
   前記第１の通信機器は、前記経路の情報を前記ゲートウェイに通知し、前記ゲートウェイから前記経路の再選択を指示された場合、前記経路の再選択を配下の通信機器に指示する経路再選択指示メッセージを送信することを特徴とする無線通信システム。

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