JP2018164154A - Radio relay device, radio communication device, and radio communications system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムに関し、例えば、マルチホップ無線ネットワークに適用し得る。 The present invention relates to a wireless relay device, a wireless communication device, and a wireless communication system, and can be applied to, for example, a multi-hop wireless network.
センシングパケットを収集するシンクノード、センシングパケットを取得しシンクノードに送信するセンシングノード(子ノード)及びシンクノードまでセンシングパケットを転送する中継ノード(親ノード)から構成されるマルチホップセンサネットワークでは、多くの場合、ノードを配置して電源を投入すると、自動的に適切なネットワークトポロジーが構築される。このネットワークトポロジーは、各ノードが、近隣のノードから受信するHelloパケット等のリンク情報を含むパケットを基に、リンク品質を算出し、リンク品質の良いノードを親ノードと決定することで自律的に構築される。 In a multi-hop sensor network composed of a sink node that collects sensing packets, a sensing node (child node) that acquires and transmits sensing packets to the sink node, and a relay node (parent node) that transfers the sensing packets to the sink node, there are many In this case, when a node is arranged and the power is turned on, an appropriate network topology is automatically constructed. In this network topology, each node autonomously calculates link quality based on packets including link information such as Hello packets received from neighboring nodes, and determines a node with good link quality as a parent node. Built.
ところで、上記のようなネットワークトポロジー構築方法では、各ノードがリンク品質だけを基に自律的に親ノードを決定するため、特定の親ノードに多数の子ノードが偏るという事態が発生する。これにより、パケットを中継する親(中継)ノードにおける消費電力の偏りが発生してしまう。近年、インフラ監視システムにマルチホップセンサネットワークが利用されることが増加しているが、このようなシステムでは、電池駆動で数年〜十年レベルのネットワーク寿命が要求される。そのため、中継ノードでの消費電力の偏りは、実際の寿命が設計された寿命より短くなってしまうという深刻な問題を引き起こす可能性がある。 By the way, in the network topology construction method as described above, since each node autonomously determines a parent node based only on link quality, a situation occurs in which many child nodes are biased toward a specific parent node. As a result, a bias in power consumption occurs at the parent (relay) node that relays the packet. In recent years, the use of multi-hop sensor networks in infrastructure monitoring systems has increased, but such systems require a battery life of several years to a decade level. Therefore, the bias in power consumption at the relay node may cause a serious problem that the actual lifetime becomes shorter than the designed lifetime.
上記のような特定の親ノードに対する子ノードの偏りを解消するための経路制御方法の一例として、例えば、特許文献1に記載の技術が挙げられる。特許文献1に記載の技術では、特定の経路制御装置が、受信したパケットを基に、あるホップ数における各ノードの総子孫数を把握する。その総子孫数の中で、特に偏りが大きい総子孫数を持つノードに、ネイバに送信するリンク情報を含むパケットを、意図的にリンク品質が悪くなるように変えて送るように指示することで、総子孫数の偏りを解消するというものである。
As an example of the path control method for eliminating the bias of the child node with respect to the specific parent node as described above, for example, a technique described in
しかしながら、特許文献1に記載の技術のように子ノード数をベースにして偏りを解消したとしても、必ずしも各ノードの消費電力の偏りが抑制されるわけではない。なぜなら、実際に問題となるのは、子ノードのパケット送信頻度やデータ量だからである。パケットの送信頻度とデータ量が一定であれば特許文献1に記載の技術でも一定の効果は奏するが、例えば、ノードAの子ノード数が5、ノードBの子ノード数が10とした場合、1分間でノードAが中継するデータ量が50、ノードBが20となる場合もある。この場合は、ノードAの方がビジー状態であり、ノードBの子ノードがノードAに親を変更すると、ノード200Aのビジー状態がさらに悪化してしまい、消費電力の偏りを助長してしまうおそれがある。
However, even if the bias is eliminated based on the number of child nodes as in the technique described in
そのため、各ノードの通信量を考慮して、特定のノードに通信量が偏らないように自律的に通信経路を制御できる無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムが望まれている。 Therefore, a wireless relay device, a wireless communication device, and a wireless communication system that can autonomously control a communication path so that the communication amount is not biased to a specific node in consideration of the communication amount of each node is desired.
第1の本発明は、第1の無線通信装置から受信したパケットを第2の無線通信装置に中継する無線中継装置において、(1)自身と、前記第1の無線通信装置又は第2の無線通信装置との間でパケットを送受信する第1の無線通信部と、(2)所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第1の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第1の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、(3)前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えていると判定された場合に、前記第1の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えたことを示す情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第1の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部とを有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the wireless relay device that relays a packet received from the first wireless communication device to the second wireless communication device, (1) itself and the first wireless communication device or the second wireless communication device. A first wireless communication unit that transmits and receives packets to and from a communication device; and (2) a packet cumulative value that is a cumulative value of packets received from all wireless communication devices that are relayed to itself within a predetermined period. A cumulative packet amount management unit that holds and determines whether the packet cumulative value obtained by adding the packet newly received from the first wireless communication device exceeds a first threshold; (3) the cumulative When the packet amount management unit determines that the packet accumulated value exceeds the first threshold, the packet accumulated value exceeds the first threshold using the first wireless communication unit. Information indicating that A notification packet including the Packet cumulative abnormal information, and having a first packet transceiver which performs control to transmit to the radio communication device.
第2の本発明は、複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、(1)自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第2の無線通信部と、(2)自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、(3)前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から1の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、(4)所定のタイミングで、少なくとも、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき、前記優先情報を更新する優先情報管理部とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in a wireless communication device that can be wirelessly connected to a plurality of wireless relay devices, (1) a second wireless communication unit that transmits and receives packets between itself and each of the wireless relay devices; ) A priority information storage unit that stores priority information that defines the priority order of each wireless relay device that is wirelessly connected to itself; and (3) one wireless relay device from among the wireless relay devices based on the priority information. (4) at a predetermined timing, at least, link quality information indicating the link quality between itself and each of the wireless relay devices, and a predetermined period of each of the wireless relay devices And a priority information management unit that updates the priority information based on the traffic amount information related to the traffic amount.
第3の本発明は、複数の無線中継装置と、複数の無線通信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記無線中継装置として第1の本発明の無線中継装置が、前記無線通信装置として第2の本発明の無線通信装置が適用されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the wireless communication system having a plurality of wireless relay devices and a plurality of wireless communication devices, the wireless relay device of the first aspect of the present invention is the second wireless communication device. The wireless communication apparatus of the present invention is applied.
本発明によれば、各ノードの通信量を考慮して、特定のノードに通信量が偏らないように自律的に通信経路を制御できる。 According to the present invention, it is possible to autonomously control a communication path so that the communication amount is not biased toward a specific node in consideration of the communication amount of each node.
(A)第1の実施形態
以下では、本発明に係る無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a wireless relay device, a wireless communication device, and a wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(A−1)第1の実施形態の構成
(A−1−1)全体構成
図2は、第1の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。図2において、無線通信システム1は、無線通信装置10、無線通信装置200(200−1、200−2)、無線通信装置100(100−1〜100−4)を有する。なお、図2では、説明を容易にするために、無線通信システム1が、2台の無線通信装置200−1、200−2、及び4台の無線通信装置100−1〜100−4を有する場合を例示しているが、勿論、各装置の数は特に限定されるものではない。
(A-1) Configuration of the First Embodiment (A-1-1) Overall Configuration FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the wireless communication system according to the first embodiment. 2, the
また、無線通信システム1では、無線通信装置10、無線通信装置200−1、200−2、及び無線通信装置100−1〜100−4により無線マルチホップネットワークが構成されているものとする(ネットワークの構造も特に限定されるものではない)。以下では、無線通信装置10、無線通信装置200−1、200−2、及び無線通信装置100−1〜100−4のことを、総称して「ノード」とも呼ぶものとする。また、ノードに符号を付して、各装置を指して呼ぶこともある(例えば、ノード200−2等)。
In the
各ノードの通信方式は、特に限定されるものではなく、例えば、種々の無線LANインタフェースを適用することができる。例えば、各ノードは、IEEE 802.15.4/ZigBeeの無線通信方式を採用することができる。 The communication system of each node is not particularly limited, and for example, various wireless LAN interfaces can be applied. For example, each node can adopt a wireless communication scheme of IEEE 802.15.4 / ZigBee.
無線通信装置100は、無線通信システム1(マルチホップネットワーク)では末端に属するノードである。無線通信装置100は、所定のセンサが搭載(又は接続)され、センシングデータ(センシングパケット)を、無線通信装置200を介して無線通信装置10に送信する。なお、センサの種類は、提供するサービスに応じて、様々なセンサを適用することができる。例えば、センサの種類として、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、人感センサ、電力センサ等のセンサ類がある。以下では、無線通信装置100のことを「センシングノード(子ノード)」とも呼ぶものとする。
The
無線通信装置200は、無線通信システム1(マルチホップネットワーク)ではセンシングノードからのパケットを無線通信装置10に中継するノードである。以下では、無線通信装置200のことを「中継ノード(親ノード)」とも呼ぶものとする。なお、中継ノードは、センシングノードとしての機能を有していても良い。
The
無線通信装置10は、無線通信システム1(マルチホップネットワーク)では最上位に位置するノードである。無線通信装置10は、各センシングノードから送信されたパケットを収集する。以下では、無線通信装置10のことを「シンクノード」とも呼ぶものとする。
The
(A−1−2)無線通信装置200(親ノード)の詳細な構成
図3は、第1の実施形態に係る無線通信装置(親ノード)の構成を示すブロック図である。第1の実施形態に係る無線通信装置は、図3に示す各構成部を搭載した専用のICチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、CPUと、CPUが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図1で表すことができる。図3では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御(累積転送量の管理)について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。
(A-1-2) Detailed Configuration of Radio Communication Device 200 (Parent Node) FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the radio communication device (parent node) according to the first embodiment. The wireless communication apparatus according to the first embodiment may be configured as hardware such as a dedicated IC chip on which the components illustrated in FIG. 3 are mounted, or the CPU and a program executed by the CPU are mainly described. May be configured as software, but can be functionally represented in FIG. In FIG. 3, only a portion related to communication path control (management of cumulative transfer amount), which is a characteristic portion of the present embodiment, is illustrated, and other configurations are omitted.
無線通信部201は、アンテナ250からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタルデータ(パケット)に変換してパケット送受信部202に与えるものである。また、無線通信部201は、パケット送受信部202から与えられた送信データ(パケット)を無線信号に変換して(変調処理を行って)アンテナ250に与えるものである。
The
パケット送受信部202は、パケットの送受信に関する処理を行うものである。また、パケット送受信部202は、無線通信部101が受信したパケットを解析する機能(自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能)を有する。パケット送受信部202は、パケットを解析して得たパケットのデータ量を累積転送量管理部203に通知する。さらに、パケット送受信部202は、累積転送量管理部203から通知される累積転送量Sを含むパケットを作成する。
The packet transmission /
累積転送量管理部203は、所定期間(後述するタイマT1の設定時間)内に、他ノードに転送(中継)したパケットの累積転送量Sを管理するものである。累積転送量管理部203は、新たに転送するパケットを受信した際に、パケットの累積転送量S(新たに転送するパケットのデータ分を足した値)が、所定の閾値である転送許容量Lを超えた場合、パケットの累積転送量SをACK(受信完了通知)と共に送信元のノード(子ノード)に返信する。なお、累積転送量管理部203は、パケットの累積転送量Sが転送許容量Lを超えなかった場合には、単にACK(受信完了通知)を返信する。また、累積転送量管理部203は、タイマ管理部204からタイマアウトの通知を受けると、パケットの累積転送量Sを初期化する。そして、累積転送量管理部203は、パケットの累積転送量S(又は単にACK)を送信した後に、受信したパケットを転送する制御を行う。
The accumulated transfer
タイマ管理部204は、累積転送量管理部203において、パケットの累積転送量Sを累積させる時間(一定時間)を設定するタイマT1を管理する。また、タイマ管理部204は、所定のタイミング(例えば、電源投入時、ネットワーク参加時)でタイマT1のカウントを開始する。タイマ管理部204は、タイマT1がタイムアウト(設定時間が経過)すると、累積転送量管理部203にその旨を通知する。タイマ管理部204は、タイマT1がタイムアウト後、タイマT1をリセットし再度カウントを開始する。
The
(A−1−3)無線通信装置100(子ノード)の詳細な構成
図1は、第1の実施形態に係る無線通信装置(子ノード)の構成を示すブロック図である。第1の実施形態に係る無線通信装置は、図1に示す各構成部を搭載した専用のICチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、CPUと、CPUが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図1で表すことができる。
(A-1-3) Detailed Configuration of Radio Communication Device 100 (Child Node) FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the radio communication device (child node) according to the first embodiment. The wireless communication apparatus according to the first embodiment may be configured as hardware such as a dedicated IC chip on which each component shown in FIG. 1 is mounted, or the CPU and a program executed by the CPU are mainly used. May be configured as software, but can be functionally represented in FIG.
図1において、無線通信装置100は、無線通信部101、パケット送受信部、親ノード管理部103、親候補テーブル管理部104、記憶部105、及びアンテナ150を有する。図1では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御(親ノードの選択)について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。
In FIG. 1, the
無線通信部101は、アンテナ150からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタルデータ(パケット)に変換してパケット送受信部102に与えるものである。また、無線通信部101は、パケット送受信部102から与えられた送信データ(パケット)を無線信号に変換して(変調処理を行って)アンテナ150に与えるものである。
The
パケット送受信部102は、パケットの送受信に関する処理(制御)を行うものである。また、パケット送受信部102は、無線通信部101が受信したパケットを解析する機能(自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能)を有する。パケット送受信部102は、解析したパケットに含まれるリンク品質に関わる情報(RSSI(Received Signal Strength Indication)値など)や、親ノードのパケットの累積転送量Sを親候補テーブル管理部104に通知する。
The packet transmitting / receiving
親候補テーブル管理部104は、パケット送受信部102で得られたリンク品質に関する情報や、親ノードのパケットの累積転送量Sを基に、親候補テーブルD2を更新するものである。また、親候補テーブル管理部104は、取得したリンク品質及び親ノードのパケットの累積転送量Sの情報から、各親候補(親ノードと成り得るノード)の優先度を算出し、算出した優先度を親候補テーブルD2に保存(更新)する。
The parent candidate
例えば、親候補テーブル管理部104は、以下の(1)式に従って、各親候補の優先度を算出する。
For example, the parent candidate
優先度=累積転送量×α …(1)
上記(1)式において、「係数α」は、リンクコスト(リンク品質)に応じて、定まる係数である。なお、リンクコストは、RSSI値等の情報によって、自身と他ノード間のリンクの質を評価する評価値であって、既存の種々の算出方法によって定まる。図4は、第1の実施形態に係る係数決定テーブルの一例を示す説明図である。図4において、係数決定テーブルD1は、「リンクコスト」と「係数α」の項目を有する。図4では、「リンクコスト」は、1(リンク品質最良)〜MAX(リンク品質最悪)の値が設定されている。また、「係数α」はリンクコストの値(リンクコストの値の範囲内)に応じて、1.0〜100の値が設定されている。例えば、リンクコストが「1」だった場合には、係数αは「1.0」と定まる。
Priority = Cumulative transfer amount × α (1)
In the above equation (1), “coefficient α” is a coefficient determined according to the link cost (link quality). The link cost is an evaluation value for evaluating the link quality between itself and another node based on information such as the RSSI value, and is determined by various existing calculation methods. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a coefficient determination table according to the first embodiment. In FIG. 4, the coefficient determination table D1 has items of “link cost” and “coefficient α”. In FIG. 4, “link cost” is set to a value from 1 (best link quality) to MAX (worst link quality). Further, the “coefficient α” is set to a value of 1.0 to 100 in accordance with the link cost value (within the link cost value range). For example, when the link cost is “1”, the coefficient α is determined as “1.0”.
また、上記(1)式において、「累積転送量」は、親ノードから受信したパケットの累積転送量Sが設定される。なお、親ノードから累積転送量Sを受信していない段階では、累積転送量には予め「0」以外の値である初期値k(例えば、k=1)が設定される。 In the above equation (1), the “cumulative transfer amount” is set to the cumulative transfer amount S of the packet received from the parent node. Note that when the cumulative transfer amount S is not received from the parent node, an initial value k (for example, k = 1) that is a value other than “0” is set in advance as the cumulative transfer amount.
なお、上記(1)式に従い、算出した各親候補の優先度の値は、そのままの値を用いても良いし、算出した各親候補の優先度の値が低い値から順に1、2、3…と正の整数を設定し直しても良い。 In addition, according to the above formula (1), the calculated priority values of the parent candidates may be used as they are, or the calculated priority values of the respective parent candidates are 1, 2, A positive integer such as 3 ... may be reset.
記憶部105は、親候補テーブルD2を記憶するものである。親候補テーブルD2は、各親候補に対するリンクコスト、親ノードのパケットの累積転送量S及び優先度の情報等を保持するテーブルである。図5は、第1の実施形態に係る親候補テーブルの一例を示す説明図である。図5において、親候補テーブルD2は、「優先度」と「アドレス」、「リンクコスト」、及び「累積転送量」の項目を有する。「優先度」は、先述の(1)式で算出した値が保存(更新)される項目である。「アドレス」は、親候補(無線通信装置200)のノードアドレスが格納される項目である。例えば、アドレス「0x0001」は、無線通信装置200−1の宛先を示すものであり、「0x0002」は、無線通信装置200−2の宛先を示すものであり、「0x0003」は、図示しないノードの宛先を示すものである。「リンクコスト」は自身と各親候補間のリンクの品質を示す値が格納される項目である。「累積転送量」は、先述の累積転送量S(又は初期値k)が格納される項目である。なお、「累積転送量」は、親ノードから累積転送量を受信する度に受信した累積転送量Sの値に更新され、また、親ノードからACKを受信する度に初期値kに更新される。
The
図5の親候補テーブルD2では、優先度の項目を昇順としてソーティングされたデータが示されている。つまり、図5では、親候補のデータ中でトップのデータ(1番目のデータ)が、自身の親ノードとなるデータである。 The parent candidate table D2 in FIG. 5 shows data sorted in the ascending order of priority items. That is, in FIG. 5, the top data (first data) among the parent candidate data is data that becomes its parent node.
親ノード管理部103は、親候補テーブル管理部104から、親候補テーブルD2を更新した旨の通知を受けると、更新された親候補テーブルD2を参照し、自身の親ノードを変化する必要が生ずれば、親ノードの変更を行うものである。つまり、現在の親ノードの優先度が、親候補テーブルD2中で最良(最も低い値)で無くなれば、最良の優先度の親候補を新たな親ノードと決定する。
When the parent
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第1の実施形態の無線通信システム1の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態では、無線通信システム1を構成する無線通信装置200(親ノード)の処理と、無線通信装置100(子ノード)のそれぞれについて特徴が存在するので、以下では、親ノードの処理と子ノードの処理を分けて説明を行う。また、以下で説明する親ノードは、子ノードの親候補テーブルD2において、優先度が最高の親候補であるものする。
(A-2) Operation of the First Embodiment Next, the operation of the
(A−2−1)親ノードの動作
図6は、第1の実施形態に係る無線通信装置(親ノード)の特徴動作を示すフローチャートである。
(A-2-1) Operation of Parent Node FIG. 6 is a flowchart showing the characteristic operation of the wireless communication apparatus (parent node) according to the first embodiment.
親ノード(タイマ管理部204)は、所定のタイミングでタイマT1を起動(カウントを開始)する(ST101)。 The parent node (timer management unit 204) starts (starts counting) the timer T1 at a predetermined timing (ST101).
タイマT1の起動後、親ノード(無線通信部201)は、待機状態となる(ST102)。親ノードは、子ノードからパケットを受信するとパケット送受信部202でパケットを解析した後、次のステップST103の処理を実行する。一方、親ノードは、受信待機中にタイマT1がタイムアウトすると、後述するステップST108の処理を実行する。
After the timer T1 is started, the parent node (wireless communication unit 201) enters a standby state (ST102). When the parent node receives the packet from the child node, the packet transmitting / receiving
累積転送量管理部203は、解析して得たパケットのデータ量を、パケットの累積転送量Sに加算する(ステップST103)。
The accumulated transfer
累積転送量管理部203は、ステップST103の処理により、加算されたパケットの累積転送量Sと、転送許容量Lとを比較し、加算されたパケットの累積転送量Sが転送許容量Lを超過しているか否か判定する(ステップST104)。累積転送量管理部203は、加算されたパケットの累積転送量Sが転送許容量Lを超えていると判定した場合には、次のステップST105の処理を行い、転送許容量L以下の場合には、後述するステップST106の処理を行う。
The cumulative transfer
累積転送量管理部203は、ステップST104の処理により、加算された累積転送量Sが転送許容量Lを超えていると判定された場合には、送信元の子ノードに、累積転送量S(加算された現在のパケットの累積転送量S)を示す情報を含んだACKを送信する制御を行う(ST105)。なお、送信するパケットは、これに限定されるものでは無く、例えば、ACKとは別のコマンドパケット等でも良い。また、送信するデータ量を抑えたい場合などには、パケットの累積転送量Sが転送許容量Lを超えたことを示す情報(最小で1ビットの情報)を、上記累積転送量と置換しても良い。
If the cumulative transfer
また、累積転送量管理部203は、先述のステップST104の処理により、加算されたパケットの累積転送量Sが転送許容量L以下であれば、トラフィックの負荷が小さいと判断し、送信元の子ノードに通常のACKを送信する(ST106)。
Further, if the cumulative transfer amount S of the added packet is equal to or smaller than the transfer allowable amount L by the process of step ST104 described above, the cumulative transfer
累積転送量管理部203は、先述のステップST105(又はステップST106)の処理の後、子ノードから受信したパケットをシンクノードに(シンクノードに直接又は他の中継ノードを介して)転送する処理を行う(ST107)。
The accumulated transfer
一方、タイマ管理部204は、先述のステップST101の処理において、設定したタイマT1がタイムアウトすると、タイムアウトした旨を累積転送量管理部203に通知する。通知を受けた累積転送量管理部203は、パケットの累積転送量Sを初期状態に戻す(ST108)。
On the other hand, when the set timer T1 times out in the processing of step ST101 described above, the
タイマ管理部204は、タイマT1を初期状態に戻し、先述のステップST101の処理により再度タイマT1のカウントを開始(リスタート)させる(ST109)。
The
(A−2−2)子ノードの動作
図7は、第1の実施形態に係る無線通信装置(子ノード)の特徴動作を示すフローチャートである。
(A-2-2) Operation of Child Node FIG. 7 is a flowchart showing the characteristic operation of the wireless communication apparatus (child node) according to the first embodiment.
子ノードは、待機状態からパケットを送信する事由(例えば、センシングパケットをシンクノードに送信するタイミング)が発生すると、親候補テーブルD2中の最高の優先度を有する親ノードにパケットを送信する(ST201〜ST203)。 When a reason for transmitting the packet from the standby state (for example, timing for transmitting the sensing packet to the sink node) occurs, the child node transmits the packet to the parent node having the highest priority in the parent candidate table D2 (ST201). -ST203).
ステップST203の処理の後、子ノード(無線通信部101)は、待機状態となる(ST204)。子ノードは、親ノードからパケットを受信するとパケット送受信部102でパケットを解析した後、ACKであれば、後述するステップST209の処理を実行する。一方、子ノードは、解析したパケットにパケットの累積転送量Sを示す情報(又はパケットの累積転送量Sが転送許容量Lを超過したことを示す情報)が含まれていれば、次のステップST205の処理を実行する。
After the process of step ST203, the child node (wireless communication unit 101) enters a standby state (ST204). When the child node receives the packet from the parent node, the packet transmitting / receiving
親候補テーブル管理部104は、パケット送受信部102からパケットの累積転送量Sの通知を受けると、累積転送量Sの値とリンクコストを基に親候補の優先度を再計算(例えば、先述の(1)式に従って再計算)し、親候補テーブルD2を更新する(ST206)。
When receiving the notification of the cumulative transfer amount S of the packet from the packet transmitting / receiving
親候補テーブル管理部104は、親候補テーブルD2の更新により、優先度が最高の親候補が変化したか否か確認する(ST207)。親候補テーブル管理部104は、優先度が最高の親候補に変更が無い場合、特に何もせず、先述のステップST201(待機状態)に移行する。一方、親候補テーブル管理部104は、優先度が最高の親候補に変更があれば、親ノード管理部103に通知する。
The parent candidate
親ノード管理部103は、優先度が最高となった親候補に親ノードを変更する(ST208)。
The parent
一方、親候補テーブル管理部104は、先述のステップST204の処理の後、パケット送受信部102からACKを受信した旨の通知を受けると、親候補テーブルD2に保存されている送信元(親ノード)のパケットの累積転送量を初期状態に戻す(ST209、ST210)。また、親候補テーブル管理部104は、親候補テーブルD2がパケットの累積転送量では無く、転送許容量超過状態(1が超過、0が非超過)で管理していた場合も初期化(転送許容量超過状態を0に設定)する。
On the other hand, when the parent candidate
(A−2−3)具体例の説明
次に、上述した親ノード及び子ノードの処理(図6、図7)の内、通信経路を変更(親ノードを変更)する処理について、具体例を挙げて説明する。図8〜図12は、第1の実施形態に係る通信経路を変更(親ノードを変更)する手順をイメージ化した説明図である。
(A-2-3) Description of Specific Example Next, a specific example of the process of changing the communication path (changing the parent node) among the processes of the parent node and the child node (FIGS. 6 and 7) described above. I will give you a description. 8 to 12 are explanatory diagrams illustrating the procedure for changing the communication path (changing the parent node) according to the first embodiment.
まず、無線通信システム1(既に構築されたマルチホップネットワーク)に、新たにノード100−1が、ノード200−1を親として参加したものとする。この時点のノード100−1の親候補テーブルD2では、累積転送量は全て初期値k(0以外の値)である。そのため、優先度の順番は、リンク品質が良い順番に等しい。なお、説明の便宜上、図8〜12の親候補テーブルD2は、ノード200−1、ノード200−2のみ記載している(アドレスの項目では、ノードの符号で宛先を示している)。また、図8〜12の無線通信システム1では、シンクノード10を省略している。
First, it is assumed that the node 100-1 newly participates in the wireless communication system 1 (already constructed multi-hop network) with the node 200-1 as a parent. In the parent candidate table D2 of the node 100-1 at this time, all the accumulated transfer amounts are initial values k (values other than 0). Therefore, the priority order is equal to the order in which the link quality is good. For convenience of explanation, only the node 200-1 and the node 200-2 are described in the parent candidate table D2 in FIGS. 8 to 12 (in the address item, the destination is indicated by the node code). Also, the
図8に示すように、ノード100−1は、パケットデータ量が「5」の送信パケットを親であるノード200−1に送信する。送信後、ノード100−1は、ノード200−1からの応答を待つ。この時点のノード200−1のパケットの累積転送量Sは「97」で、設定されている転送許容量Lは「100」である。 As illustrated in FIG. 8, the node 100-1 transmits the transmission packet having the packet data amount “5” to the parent node 200-1. After the transmission, the node 100-1 waits for a response from the node 200-1. At this time, the cumulative transfer amount S of the packet of the node 200-1 is “97”, and the set transfer allowable amount L is “100”.
図9に示すように、ノード200−1は、パケットデータ量が5のパケットを受信すると、パケットの累積転送量S(97)にパケットデータ量(5)を加算し、転送許容量L(100)と比較する。すると、パケットの累積転送量S(102)>転送許容量L(100)となり、累積転送量Sが転送許容量Lを超過するので、ノード200−1は、ノード100−1に対して、例えば、累積転送量を付加したACKを送信する。 As illustrated in FIG. 9, when the node 200-1 receives a packet having a packet data amount of 5, the node 200-1 adds the packet data amount (5) to the cumulative transfer amount S (97) of the packet to obtain a transfer allowable amount L (100 ). Then, the cumulative transfer amount S (102) of the packet> the transfer allowable amount L (100), and the cumulative transfer amount S exceeds the transfer allowable amount L. Therefore, the node 200-1 ACK with the accumulated transfer amount added is transmitted.
図10に示すように、ノード200−1はノード100−1から受信したパケットをシンクノード10宛に転送する。
As illustrated in FIG. 10, the node 200-1 transfers the packet received from the node 100-1 to the
図11に示すように、ノード100−1は、パケットの累積転送量Sを示す情報が付加されたACKを受信すると、親候補テーブルD2を更新する。具体的には、親候補テーブルにおいてノード200−1の累積転送量がkから102に書き換えられる。ここで、ノード100−1は、親候補のノードの優先度を再計算すると、優先度が「1」であったノード200−1は、優先度が「2」となる。同時に、優先度が「2」であったノード200−2は、優先度が「1」となる。なお、ノード100−1において、ノード200−1からのACKが受信できずACKのタイムアウトが発生した場合には、例えば、親候補テーブルD2においてノード200−1の累積転送量を最大値にする等としても良い。 As illustrated in FIG. 11, when the node 100-1 receives the ACK to which the information indicating the cumulative transfer amount S of the packet is added, the node 100-1 updates the parent candidate table D2. Specifically, the cumulative transfer amount of the node 200-1 is rewritten from k to 102 in the parent candidate table. Here, when the node 100-1 recalculates the priority of the parent candidate node, the node 200-1 having the priority “1” has the priority “2”. At the same time, the priority of the node 200-2 whose priority is “2” is “1”. When the node 100-1 cannot receive the ACK from the node 200-1 and an ACK timeout occurs, for example, the cumulative transfer amount of the node 200-1 is maximized in the parent candidate table D2. It is also good.
図12に示すように、親候補テーブルD2の更新の結果、ノード100−1において優先度1の親候補がノード200−1からノード200−2に変化するので、ノード100−1は、新たに優先度1となったノード200−2へ親を変更する。
As shown in FIG. 12, as a result of the update of the parent candidate table D2, the parent candidate having the
(A−3)第1の実施形態の効果
第1の実施形態によれば、各ノードが自律的にトラフィックの負荷が高いノードを親とすることを避けるため、ネットワーク全体での負荷を分散させることができる。また、実際のトラフィック量を時間的に観察して負荷を分散するため、一時的にパケットを頻繁に送信するノードや、定期的に一定量のパケットを送信するノードがネットワーク内に混在していても、各ノードの負荷を分散できる。
(A-3) Effect of First Embodiment According to the first embodiment, each node distributes the load on the entire network in order to avoid each node autonomously having a node with a high traffic load as a parent. be able to. In addition, in order to distribute the load by observing the actual traffic volume over time, nodes that frequently transmit packets temporarily and nodes that regularly transmit a certain amount of packets are mixed in the network. Also, the load on each node can be distributed.
(B)第2の実施形態
以下では、本発明に係る無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムの第2の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(B) Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment of the wireless relay device, the wireless communication device, and the wireless communication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(B−1)第2の実施形態の構成
第2の実施形態の無線通信システム1は、基本的には図2で示す各構成と同一あるが、無線通信装置100の代わりに、無線通信装置100Aが適用される点が異なる。第2の実施形態の無線通信システム1の無線通信装置200は、第1の実施形態と同様である。以下では、第1の実施形態と異なる無線通信装置100Aについてのみ説明を行う。
(B-1) Configuration of Second Embodiment The
図13は、第2の実施形態に係る無線通信装置(子ノード)の構成を示すブロック図である。第2の実施形態に係る無線通信装置は、図13に示す各構成部を搭載した専用のICチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、CPUと、CPUが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図13で表すことができる。 FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless communication device (child node) according to the second embodiment. The wireless communication apparatus according to the second embodiment may be configured as hardware such as a dedicated IC chip on which the components illustrated in FIG. 13 are mounted, or the CPU and a program executed by the CPU are mainly used. May be configured as software, but can be functionally represented in FIG.
図13において、無線通信装置100Aは、無線通信装置100Aの各構成(無線通信部101、パケット送受信部、親ノード管理部103、記憶部105、及びアンテナ150)にタイマ管理部106を追加したものである。ただし、無線通信装置100Aでは、第1の実施形態の親候補テーブル管理部104の代わりに、親候補テーブル管理部104Aが適用される点が異なる。以下では、追加したタイマ管理部106と代替した親候補テーブル管理部104Aについてのみ説明を行う。
In FIG. 13, a
タイマ管理部106は、親候補テーブルD2の累積転送量の値を初期化する時期を示すタイマT2を管理するものである。タイマ管理部106は、所定のタイミングでタイマT2を起動し、タイムアウトすると、親候補テーブル管理部104Aに通知する。
The
親候補テーブル管理部104Aは、タイマT2のタイムアウトによる通知を受けると、親候補テーブルD2の各親候補の累積転送量の値を初期化し、各親候補の優先度を再計算する。
When the parent candidate
(B−2)第2の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第2の実施形態の無線通信システム1の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態を構成する無線通信装置200(親ノード)と、無線通信装置100A(子ノード)の動作ついても、先に図6及び図7で説明した動作と同様の動作を行う。以下では、第2の実施形態の無線通信装置100Aに特有の動作のみについて説明を行う。
(B-2) Operation | movement of 2nd Embodiment Next, operation | movement of the radio |
子ノードのタイマ管理部106は、所定のタイミングでタイマT2を起動(カウントを開始)する。タイマ管理部106は、タイマT2がタイムアウトすると、親候補テーブル管理部104に、タイマT2がタイムアウトした旨を通知する。タイマ管理部106は、タイマT2をリセットし、再びカウントを開始する。タイマ管理部106から通知を受けた親候補テーブル管理部104は、親候補テーブルD2の累積転送量を初期値に戻し、各親候補の優先度を再計算する。
The child node
次に、上述した子ノードの処理により、通信経路を変更(親ノードを変更)する処理について、具体例を挙げて説明する。図14〜図16は、第2の実施形態に係る通信経路を変更する手順をイメージ化した説明図である。図14の状態は、先述の図12からの続きである(ノード100−1がノード200−1からノード200−2親を変更した状態である)。 Next, a process for changing the communication path (changing the parent node) by the process of the child node described above will be described with a specific example. FIG. 14 to FIG. 16 are explanatory diagrams illustrating the procedure for changing the communication path according to the second embodiment. The state of FIG. 14 is a continuation from FIG. 12 described above (the state in which the node 100-1 changes the parent of the node 200-2 from the node 200-1).
図14では、ノード100−1は、ノード200−2を親としている。このとき、ノード100−1の親候補テーブルD2の内、ノード200−1のデータの累積転送量の項目には、ノード200−1を親としているときに受信したパケットの累積転送量S(102)が記憶されている。 In FIG. 14, the node 100-1 has the node 200-2 as a parent. At this time, in the item of the cumulative transfer amount of the data of the node 200-1 in the parent candidate table D2 of the node 100-1, the cumulative transfer amount S (102) of the packet received when the node 200-1 is the parent. ) Is stored.
図15では、ノード100−1は、一定時間(タイマT2)の経過により、ノード100−1の親候補テーブルD2内の累積転送量を、初期値(k)にリセットする。 In FIG. 15, the node 100-1 resets the accumulated transfer amount in the parent candidate table D2 of the node 100-1 to the initial value (k) after a certain time (timer T2) has elapsed.
図16では、親候補テーブルD2内の累積転送量のリセットに伴い、優先度はリンク品質の良いノード200−1が最良となる。その結果、ノード100−1は、親をノード200−2からノード200−1に変更する。これにより、ノード100−1は、ノード200−1の現在の負荷状況を知り、負荷が低い状態であれば、負荷が高まるまでの間、リンク品質の良いノード200−1を親とする。 In FIG. 16, with the resetting of the accumulated transfer amount in the parent candidate table D2, the node 200-1 with the highest link quality is the best priority. As a result, the node 100-1 changes the parent from the node 200-2 to the node 200-1. Thereby, the node 100-1 knows the current load state of the node 200-1, and if the load is low, the node 200-1 having a good link quality is the parent until the load increases.
(B−3)第2の実施形態の効果
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加え、現在の親よりリンク品質が高い親候補において、以前より負荷が緩和されたような場合でも、その親候補に接続先を変更する機会を増やすことが出来る。
(B-3) Effects of the Second Embodiment According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the load on the parent candidate having a higher link quality than the current parent is reduced more than before. Even in such a case, it is possible to increase the opportunity to change the connection destination to the parent candidate.
1…無線通信システム、10、100、100A、200、200A…無線通信装置、100、100A…無線通信装置、101…無線通信部、102…パケット送受信部、103…親ノード管理部、104、104A…親候補テーブル管理部、105…記憶部、106…タイマ管理部、150…アンテナ、200、200A…無線通信装置、201…無線通信部、202…パケット送受信部、203…累積転送量管理部、204…タイマ管理部、250…アンテナD1…係数決定テーブル、D2…親候補テーブルL…転送許容量、S…累積転送量、T1、T2…タイマ。
DESCRIPTION OF
しかしながら、特許文献1に記載の技術のように子ノード数をベースにして偏りを解消したとしても、必ずしも各ノードの消費電力の偏りが抑制されるわけではない。なぜなら、実際に問題となるのは、子ノードのパケット送信頻度やデータ量だからである。パケットの送信頻度とデータ量が一定であれば特許文献1に記載の技術でも一定の効果は奏するが、例えば、ノードAの子ノード数が5、ノードBの子ノード数が10とした場合、1分間でノードAが中継するデータ量が50、ノードBが20となる場合もある。この場合は、ノードAの方がビジー状態であり、ノードBの子ノードがノードAに親を変更すると、ノードAのビジー状態がさらに悪化してしまい、消費電力の偏りを助長してしまうおそれがある。
However, even if the bias is eliminated based on the number of child nodes as in the technique described in
第1の本発明は、第1の無線通信装置から受信したパケットを第2の無線通信装置に中継する無線中継装置において、(1)自身と、前記第1の無線通信装置又は第2の無線通信装置との間でパケットを送受信する第1の無線通信部と、(2)所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第1の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第1の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、(3)前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えていると判定された場合に、前記第1の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えたことを示し前記第1の無線通信装置がパケットの送信先を当該無線中継装置から変更するための情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第1の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部とを有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the wireless relay device that relays a packet received from the first wireless communication device to the second wireless communication device, (1) itself and the first wireless communication device or the second wireless communication device. A first wireless communication unit that transmits and receives packets to and from a communication device; and (2) a packet cumulative value that is a cumulative value of packets received from all wireless communication devices that are relayed to itself within a predetermined period. A cumulative packet amount management unit that holds and determines whether the packet cumulative value obtained by adding the packet newly received from the first wireless communication device exceeds a first threshold; (3) the cumulative When the packet amount management unit determines that the packet accumulated value exceeds the first threshold, the packet accumulated value exceeds the first threshold using the first wireless communication unit. and indicates that the first The notification packet radio communication apparatus includes a packet accumulated excess information is information for changing the destination of the packet from the wireless relay apparatus, and a said packet transceiver which performs control to transmit to the first wireless communication device It is characterized by that.
第2の本発明は、複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、(1)自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第2の無線通信部と、(2)自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、(3)前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から1の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、(4)接続先の無線中継装置から、当該接続先の無線中継装置の通信量が所定の閾値を超えたことを示す前記通信量情報を受信した場合、新たに受信した当該接続先の前記通信量情報を加味して、前記優先情報を更新する優先情報管理部とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in a wireless communication device that can be wirelessly connected to a plurality of wireless relay devices, (1) a second wireless communication unit that transmits and receives packets between itself and each of the wireless relay devices; ) A priority information storage unit that stores priority information that defines the priority order of each wireless relay device that is wirelessly connected to itself; and (3) one wireless relay device from among the wireless relay devices based on the priority information. And (4) the communication amount information indicating that the communication amount of the connection destination wireless relay device has exceeded a predetermined threshold from the connection destination wireless relay device. A priority information management unit that updates the priority information in consideration of the newly received traffic information of the connection destination .
パケット送受信部202は、パケットの送受信に関する処理を行うものである。また、パケット送受信部202は、無線通信部201が受信したパケットを解析する機能(自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能)を有する。パケット送受信部202は、パケットを解析して得たパケットのデータ量を累積転送量管理部203に通知する。さらに、パケット送受信部202は、累積転送量管理部203から通知される累積転送量Sを含むパケットを作成する。
The packet transmission /
図1において、無線通信装置100は、無線通信部101、パケット送受信部102、親ノード管理部103、親候補テーブル管理部104、記憶部105、及びアンテナ150を有する。図1では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御(親ノードの選択)について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。
In FIG. 1, the
Claims (8)
自身と、前記第1の無線通信装置又は第2の無線通信装置との間でパケットを送受信する第1の無線通信部と、
所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第1の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第1の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、
前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えていると判定された場合に、前記第1の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第1の閾値を超えたことを示す情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第1の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部と
を有することを特徴とする無線中継装置。 In the wireless relay device that relays the packet received from the first wireless communication device to the second wireless communication device,
A first wireless communication unit that transmits and receives packets between itself and the first wireless communication device or the second wireless communication device;
The packet accumulated value that is the accumulated value of the packets received from all the wireless communication devices having the relay destination as the relay destination within a predetermined period is held, and the packet newly received from the first wireless communication device is added. A cumulative packet amount management unit that determines whether the packet cumulative value exceeds a first threshold;
When the accumulated packet amount management unit determines that the accumulated packet value exceeds the first threshold value, the accumulated packet value is set to the first threshold value using the first wireless communication unit. And a packet transmission / reception unit for controlling transmission of a notification packet including packet accumulation excess information, which is information indicating that the packet exceeds the first wireless communication device, to the first wireless communication device.
自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第2の無線通信部と、
自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、
前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から1の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、
所定のタイミングで、少なくとも、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき、前記優先情報を更新する優先情報管理部と
を有することを特徴とする無線通信装置。 In a wireless communication device that can be wirelessly connected to a plurality of wireless relay devices,
A second wireless communication unit that transmits and receives packets between itself and each of the wireless relay devices;
A priority information storage unit that stores priority information that defines a priority order of each of the wireless relay devices wirelessly connected to itself;
A connection destination management unit that selects one wireless relay device from among the wireless relay devices as a connection destination based on the priority information;
Based on at least the link quality information indicating the link quality between itself and each of the wireless relay devices at a predetermined timing, and the traffic information regarding the traffic volume within a predetermined period of each of the wireless relay devices. And a priority information management unit for updating the wireless communication device.
前記優先情報管理部は、受信した前記通信量情報に基づき、前記優先情報を再更新することを特徴とする請求項4又は5に記載の無線通信装置。 The predetermined timing is a timing at which the communication amount information is received from the wireless relay device selected as a connection destination by the connection destination management unit,
The wireless communication apparatus according to claim 4 or 5, wherein the priority information management unit re-updates the priority information based on the received traffic information.
前記無線中継装置として請求項1〜3のいずれかに記載の無線中継装置が、前記無線通信装置として請求項4〜7のいずれかに記載の無線通信装置が適用されることを特徴とする無線通信システム。
In a wireless communication system having a plurality of wireless relay devices and a plurality of wireless communication devices,
A wireless relay device according to any one of claims 1 to 3 is applied as the wireless relay device, and a wireless communication device according to any one of claims 4 to 7 is applied as the wireless communication device. Communications system.
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