JP2018201116A - 通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノード - Google Patents
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Abstract
【課題】 通信ネットワークの設備コストを抑制しつつ、情報フレームの廃棄を有効に防止する。【解決手段】 本発明の一態様に係るネットワークは、複数の通信ノードを備える通信ネットワークであって、前記複数の通信ノードには、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定する1又は複数の第1情報ノードと、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定する1又は複数の第2情報ノードと、が含まれる。【選択図】 図1
Description
本発明は、通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノードに関する。
非特許文献1には、広い観測領域に多数のセンサノードを設置して構成されるセンサネットワークにおいて、センサノードの位置情報が得られていれば各センサノード間の距離が分かるため、データ干渉が起こらない送信スケジュールを構成することができ、TDMAによる通信が可能となることが記載されている。
また、非特許文献1には、位置情報が不要なCSMA/CAを適用すると、データ収集に要する時間が3.7倍となり、消費電力は12%増となることが示されている。
また、非特許文献1には、位置情報が不要なCSMA/CAを適用すると、データ収集に要する時間が3.7倍となり、消費電力は12%増となることが示されている。
木利友一,菅野正嗣,村田正幸 "大規模センサネットワークにおけるクラスタ間マルチホップ通信の性能評価" 信学技報, Vol.106, No.42, IN2006-6, pp.31-36, 2006.
センサネットワークにおいて、センサ情報を含む情報フレームが集約装置などで廃棄されるのをできるだけ低減するためには、センサ情報を含む情報フレームの送信タイミングが干渉しないように時分割多重すればよい。
しかし、センサネットワークにおいてTDMA通信を行うには、すべての通信ノードに時刻同期の機能が必要になるため、通信ノードの製作コストが高くなる。このため、センサネットワークの設備コストが高騰するという問題がある。
しかし、センサネットワークにおいてTDMA通信を行うには、すべての通信ノードに時刻同期の機能が必要になるため、通信ノードの製作コストが高くなる。このため、センサネットワークの設備コストが高騰するという問題がある。
また、時刻同期に非対応のセンサノードを後付けすると、情報フレームの送信タイミングが干渉して情報フレームが廃棄される可能性が高まる。このため、既存のセンサネットワークに安価なセンサノードを追加することが困難であり、センサネットワークのノード構成を容易に変更し難いという問題もある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、通信ネットワークの設備コストを抑制しつつ、情報フレームの廃棄を有効に防止することを目的とする。
(1) 本発明の一態様に係るネットワークは、複数の通信ノードを備える通信ネットワークであって、前記複数の通信ノードには、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定する1又は複数の第1情報ノードと、自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定する1又は複数の第2情報ノードと、が含まれる。
(6) 本発明の一態様に係る方法は、通信ネットワークに含まれる第1及び第2情報ノードにおける送信タイミングの決定方法であって、前記第1情報ノードが、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定するステップと、前記第2情報ノードが、自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定するステップと、を含む。
(8) 本発明の一態様に係る装置は、通信ネットワークを構成する子局ノードであって、時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、自局のノード種別が時刻同期を確立可能な同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える。
(9) 本発明の別態様に係る装置は、通信ネットワークを構成する子局ノードであって、自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、自局のノード種別が時刻同期を確立不能な非同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える。
(10) 本発明の別態様に係る装置は、通信ネットワークを構成する親局ノードであって、時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、子局ノードを自局に登録するための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、前記子局ノードから受信する前記制御フレームに含まれる識別情報に基づいて、前記子局ノードのノード種別が、時刻同期が確立可能な同期ノード又は時刻同期が確立不能な非同期ノードのいずれであるかを判定する制御部と、を備える。
本発明は、上記のような特徴的な構成を備えるシステム及び装置として実現できるだけでなく、かかる特徴的な構成をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。
また、本発明は、システム及び装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
また、本発明は、システム及び装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
本発明によれば、通信ネットワークの設備コストを抑制しつつ、情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
<本発明の実施形態の概要>
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
(1) 本実施形態の通信ネットワークは、複数の通信ノードを備える通信ネットワークであって、前記複数の通信ノードには、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定する1又は複数の第1情報ノードと、自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定する1又は複数の第2情報ノードと、が含まれる。
本実施形態の通信ネットワークよれば、第2情報ノードが、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定するので、第2情報ノードが時刻同期機能を有しない場合でも、第1情報ノードによる情報フレームの送信タイミングとの重複を回避できる。
このため、第2情報ノード採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストを抑制できるとともに、集約装置などによる情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
このため、第2情報ノード採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストを抑制できるとともに、集約装置などによる情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
(2) 本実施形態の通信ネットワークにおいて前記第1情報ノードは、前記ローカル時刻が所定の送信開始時刻になると前記情報フレームの送信を開始し、所定の送信時間長だけ前記情報フレームの送信を継続することが好ましい。
この場合、所定の送信時間長を適切な値(固定値又は親局ノードから指示される設定値)に設定すれば、適切なデータ量の情報フレームを第1情報ノードに送信させることができる。
この場合、所定の送信時間長を適切な値(固定値又は親局ノードから指示される設定値)に設定すれば、適切なデータ量の情報フレームを第1情報ノードに送信させることができる。
(3) 本実施形態の通信ネットワークにおいて、具体的には、前記第2情報ノードは、前記送信要求の受信時点から所定時間以内に前記情報フレームの送信を開始し、所定の送信時間長だけ前記情報フレームの送信を継続する。
この場合、所定の送信時間長を適切な値(固定値又は親局ノードから指示される設定値)に設定すれば、適切なデータ量で情報フレームを第2情報ノードに送信させることができる。
この場合、所定の送信時間長を適切な値(固定値又は親局ノードから指示される設定値)に設定すれば、適切なデータ量で情報フレームを第2情報ノードに送信させることができる。
(4) 本実施形態の通信ネットワークにおいて、前記複数の通信ノードには、更に、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って、前記情報フレームの帯域割り当て処理を実行する親局ノードが含まれ、前記帯域割り当て処理には、前記第1情報ノードに前記情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、前記第2情報ノードに前記送信要求を送信する処理とが含まれることが好ましい。
この場合、親局ノードが実行する帯域割り当て処理に、第1情報ノードに情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、第2情報ノードに送信要求を送信する処理とが含まれるので、第1及び第2情報ノードの双方に対して、適切な帯域割り当て処理を実行することができる。
(5) 本実施形態の通信ネットワークにおいて、前記第1及び第2情報ノードは、次回の割り当て周期に送信する予定の前記情報フレームのデータ量を、今回の割り当て周期に前記親局ノードに通知し、前記親局ノードは、前記第1及び第2情報ノードから通知された前記データ量に基づいて、前記第1及び第2情報ノードに許可する前記情報フレームの送信時間長を調整することが好ましい。
この場合、親局ノードが、第1及び第2情報ノードから通知されたデータ量に基づいて、第1及び第2情報ノードに許可する情報フレームの送信時間長を調整するので、第1及び第2情報ノードの双方に対して、動的な帯域割り当て処理を実行することができる。
(6) 本実施形態の決定方法は、通信ネットワークに含まれる第1及び第2情報ノードにおける送信タイミングの決定方法であって、前記第1情報ノードが、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定するステップと、前記第2情報ノードが、自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定するステップと、を含む。
本実施形態の決定方法によれば、第2情報ノードが、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定するので、第2情報ノードが時刻同期機能を有しない場合でも、第1情報ノードによる情報フレームの送信タイミングとの重複を回避できる。
このため、第2情報ノード採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストを抑制できるとともに、集約装置などによる情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
このため、第2情報ノード採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストを抑制できるとともに、集約装置などによる情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
(7) 本実施形態の決定方法において、前記第1及び第2情報ノードが、次回の割り当て周期に送信する予定の前記情報フレームのデータ量を、今回の割り当て周期に親局ノードに通知するステップと、前記親局ノードが、前記第1及び第2情報ノードから通知された前記データ量に基づいて、前記第1及び第2情報ノードに許可する前記情報フレームの送信時間長を調整するステップと、を更に含むことが好ましい。
本実施形態の決定方法によれば、親局ノードが、第1及び第2情報ノードから通知されたデータ量に基づいて、第1及び第2情報ノードに許可する情報フレームの送信時間長を調整するので、第1及び第2情報ノードの双方に対して、動的な帯域割り当て処理を実行することができる。
(8) 本実施形態の子局ノードは、通信ネットワークを構成する子局ノードであって、時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、自局のノード種別が時刻同期を確立可能な同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える。
本実施形態の子局ノードによれば、制御部が、自局のノード種別が時刻同期を確立可能な同期ノードであることを表す識別情報を制御フレームに含めるので、自局を親局ノードに登録させる登録シーケンスにおいて、自局が同期ノードであることを親局ノードに通知することができる。
(9) 本実施形態の子局ノードは、通信ネットワークを構成する子局ノードであって、自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、自局のノード種別が時刻同期を確立不能な非同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える。
本実施形態の子局ノードによれば、制御部が、自局のノード種別が時刻同期を確立不能な非同期ノードであることを表す識別情報を制御フレームに含めるので、自局を親局ノードに登録させる登録シーケンスにおいて、自局が非同期ノードであることを親局ノードに通知することができる。
(10) 本実施形態の親局ノードは、通信ネットワークを構成する親局ノードであって、時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、子局ノードを自局に登録するための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、前記子局ノードから受信する前記制御フレームに含まれる識別情報に基づいて、前記子局ノードのノード種別が、時刻同期が確立可能な同期ノード又は時刻同期が確立不能な非同期ノードのいずれであるかを判定する制御部と、を備える。
本実施形態の親局ノードによれば、制御部が、子局ノードから受信する制御フレームに含まれる識別情報に基づいて、子局ノードのノード種別が、時刻同期が確立可能な同期ノード又は時刻同期が確立不能な非同期ノードのいずれであるかを判定するので、登録シーケンスの後に実行する子局ノードとの通信において、ノード種別に応じた適切な送信タイミングを各子局ノードに指示することができる。
(11) 例えば、本実施形態の親局ノードにおいて、前記制御部が、前記子局ノードが生成した集約装置宛ての情報フレームの帯域割り当て処理を実行可能である場合には、前記帯域割り当て処理には、前記ノード種別が同期ノードである前記子局ノードに前記情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、前記ノード種別が非同期ノードである前記子局ノードに前記情報フレームの送信要求を送信する処理とが含まれることが好ましい。
このように、情報フレームの帯域割り当て処理に、ノード種別が同期ノードである子局ノードに情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、ノード種別が非同期ノードである子局ノードに情報フレームの送信要求を送信する処理を含めるようにすれば、同期ノードである子局ノード及び非同期ノードである子局ノードの双方に対して、適切な帯域割り当て処理を実行することができる。
<本発明の実施形態の詳細>
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔通信ネットワークの全体構成〕
図1は、本発明の実施形態に係る通信ネットワークの全体構成図である。
本実施形態に係る通信ネットワークは、複数の通信ノード1〜3が所定の接続形態(トポロジー)にて接続されたセンサネットワークSNよりなる。隣接する通信ノード1〜3間の伝送路は、例えばLAN(Local Area Network)ケーブルなどの通信ケーブルにより構成されている。
図1は、本発明の実施形態に係る通信ネットワークの全体構成図である。
本実施形態に係る通信ネットワークは、複数の通信ノード1〜3が所定の接続形態(トポロジー)にて接続されたセンサネットワークSNよりなる。隣接する通信ノード1〜3間の伝送路は、例えばLAN(Local Area Network)ケーブルなどの通信ケーブルにより構成されている。
図1に示すように、センサネットワークSNの通信ノード1〜3には、複数のセンサノード1と、複数の中継装置2と、1つの集約装置3が含まれる。図1に示す接続形態は一例であり、中継装置2は1つであってもよい。
各センサノード1は、1又は複数の中継装置2を介して集約装置3と接続されている。従って、センサノード1は、1又は複数の中継装置2が中継する通信フレームにより、他のセンサノード1、中継装置2又は集約装置3と通信することができる。
各センサノード1は、1又は複数の中継装置2を介して集約装置3と接続されている。従って、センサノード1は、1又は複数の中継装置2が中継する通信フレームにより、他のセンサノード1、中継装置2又は集約装置3と通信することができる。
各センサノード1には、図示しないセンサが接続されている。センサノード1は、自局に繋がるセンサからアナログ信号よりなるセンシング信号を受信すると、受信したセンシング信号から、集約装置3に提供するデジタル信号よりなるセンサ情報を生成する。
センサノード1が生成するセンサ情報は、センサの種類によって様々であり、例えば、温度、湿度、電圧、電流、及び映像などの各種の情報よりなる。
センサノード1が生成するセンサ情報は、センサの種類によって様々であり、例えば、温度、湿度、電圧、電流、及び映像などの各種の情報よりなる。
センサネットワークSNにおいて送受信される通信フレームは、イーサネット(「イーサネット」は登録商標である。)規格に準拠する通信フレームよりなる。通信フレームには、次の2種類のフレームが含まれる。
情報フレーム:センサ情報などのデータがペイロードに格納された通信フレーム
制御フレーム:時刻同期用のタイムスタンプやOAM(Operations Administration and Maintenance)情報などの、通信ノード間で制御情報を交換するための通信フレーム
情報フレーム:センサ情報などのデータがペイロードに格納された通信フレーム
制御フレーム:時刻同期用のタイムスタンプやOAM(Operations Administration and Maintenance)情報などの、通信ノード間で制御情報を交換するための通信フレーム
センサノード1は、センサ情報がペイロードに格納されかつ宛先アドレスが集約装置3である情報フレームを生成する。センサノード1は、生成した情報フレームを隣接する中継装置2に送信する。
具体的には、センサノード1は、所定の時間長(例えば100ms)の割り当て周期Cごとに、自局で生成した情報フレームを隣接する中継装置2に送信する。
具体的には、センサノード1は、所定の時間長(例えば100ms)の割り当て周期Cごとに、自局で生成した情報フレームを隣接する中継装置2に送信する。
中継装置2は、隣接するセンサノード1又は他の中継装置2から集約装置3宛ての情報フレームを受信すると、受信した情報フレームを、集約装置3に向かう所定の通信ポートから隣接する通信ノード2,3に送信する。
具体的には、集約装置3と直結されていない中継装置2は、受信した情報フレームを、集約装置3側の他の中継装置2に送信する。集約装置3と直結された中継装置2は、受信した情報フレームを集約装置3に送信する。
具体的には、集約装置3と直結されていない中継装置2は、受信した情報フレームを、集約装置3側の他の中継装置2に送信する。集約装置3と直結された中継装置2は、受信した情報フレームを集約装置3に送信する。
〔センサネットワークの問題点〕
図1の通信ネットワークにおいて、センサノード1が送信する情報量が比較的少ない場合(100msごとに繰り返す割り当て周期Cに1.5kバイトの情報フレームを送信する場合など。:平均レート=120kbps)を想定する。
この場合でも、例えば数千個などの多数のセンサノード1が存在し、集約装置3への情報フレームの送信タイミングが集中すると、中継装置2の送信バッファ23や集約装置3の受信バッファ33が溢れて情報フレームが廃棄される可能性がある。
図1の通信ネットワークにおいて、センサノード1が送信する情報量が比較的少ない場合(100msごとに繰り返す割り当て周期Cに1.5kバイトの情報フレームを送信する場合など。:平均レート=120kbps)を想定する。
この場合でも、例えば数千個などの多数のセンサノード1が存在し、集約装置3への情報フレームの送信タイミングが集中すると、中継装置2の送信バッファ23や集約装置3の受信バッファ33が溢れて情報フレームが廃棄される可能性がある。
情報フレームの廃棄を低減するには、各センサノード1がそれぞれ送信タイミングをずらして情報フレームを送信することが有効である。
具体的には、すべての通信ノード1〜3が時刻同期を確立しており、例えば親局ノードに設定された集約装置3が、情報フレームの送信タイミングをTDMA(Time Division Multiple Access)にて割り当てるようにすれば、中継装置2や集約装置3における情報フレームの廃棄を低減することができる。
具体的には、すべての通信ノード1〜3が時刻同期を確立しており、例えば親局ノードに設定された集約装置3が、情報フレームの送信タイミングをTDMA(Time Division Multiple Access)にて割り当てるようにすれば、中継装置2や集約装置3における情報フレームの廃棄を低減することができる。
しかし、すべてのセンサノード1に時刻同期機能を実装するには、時刻同期のためのハードウェア回路を各センサノード1に搭載する必要がある。このため、通信ネットワークの設備コストが高くなるという問題がある。
特に、センサネットワークSNでは多数のセンサノード1を含むことが通常である。このため、センサノード1の1台当たりの製作コストが増加すると、システム全体の設備コストが高騰することになる。
特に、センサネットワークSNでは多数のセンサノード1を含むことが通常である。このため、センサノード1の1台当たりの製作コストが増加すると、システム全体の設備コストが高騰することになる。
また、時刻同期機能を有するセンサノード1は、時刻同期のためのハードウェア回路を動作させる分だけ消費電力が嵩む。従って、例えば電池で駆動するセンサノード1の場合には、駆動時間が短くなるという問題もある。
特に、センサネットワークSNでは多数のセンサノード1を含むことが通常である。このため、同期処理の分だけ消費電力が増えると、センサノード1に対する電池交換の頻度が高くなり、システム全体のメンテナンスコストが増加することになる。
特に、センサネットワークSNでは多数のセンサノード1を含むことが通常である。このため、同期処理の分だけ消費電力が増えると、センサノード1に対する電池交換の頻度が高くなり、システム全体のメンテナンスコストが増加することになる。
〔本実施形態における問題点の解決策〕
図1に示すように、本実施形態のセンサネットワークSNには、時刻同期を確立可能な通信ノード(以下、「同期ノード」という。)と、時刻同期を確立不能な通信ノード(以下、「非同期ノード」という。)が含まれる。
図1において、左上隅に「三角マーク」を付した通信ノードが同期ノードであり、「三角マーク」を付していない通信ノードが非同期ノードである。
図1に示すように、本実施形態のセンサネットワークSNには、時刻同期を確立可能な通信ノード(以下、「同期ノード」という。)と、時刻同期を確立不能な通信ノード(以下、「非同期ノード」という。)が含まれる。
図1において、左上隅に「三角マーク」を付した通信ノードが同期ノードであり、「三角マーク」を付していない通信ノードが非同期ノードである。
図1のセンサネットワークSNでは、センサノード1には、同期ノードと非同期ノードの2種類が混在し、中継装置2及び集約装置3はいずれも同期ノードよりなる。
同期ノードよりなるセンサノード1(以下、「第1センサノード1A」という。)は、情報フレームの送信タイミングを自局で計時するローカル時刻に従って決定する。
非同期ノードよりなるセンサノード(以下、「第2センサノード1B」という。)は、情報フレームの送信タイミングを同期ノード(例えば中継装置2)から受信した送信要求に従って決定する。
同期ノードよりなるセンサノード1(以下、「第1センサノード1A」という。)は、情報フレームの送信タイミングを自局で計時するローカル時刻に従って決定する。
非同期ノードよりなるセンサノード(以下、「第2センサノード1B」という。)は、情報フレームの送信タイミングを同期ノード(例えば中継装置2)から受信した送信要求に従って決定する。
第2センサノード1Bは、時刻同期のためのハードウェア回路を有しないので、第1センサノード1Aよりも安価でかつ消費電力も少ない。
従って、本実施形態のように、第1センサノード1Aと第2センサノード1Bが混在するシステム構成を採用すれば、第2センサノード1Bを設置する分だけ、通信ネットワークの設備コストとメンテナンスコストを抑制することができる。
従って、本実施形態のように、第1センサノード1Aと第2センサノード1Bが混在するシステム構成を採用すれば、第2センサノード1Bを設置する分だけ、通信ネットワークの設備コストとメンテナンスコストを抑制することができる。
第2センサノード1Bは、時刻同期機能を有する他の通信ノードからの送信要求フレームの受信に応じて情報フレームを送信する。このため、同期ノードが適切なタイミングで送信要求フレームを第2センサノード1Bに送信することにより、第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングとの重複が回避される。
従って、中継装置2や集約装置3での情報フレームの廃棄をできるだけ低減することができる。
従って、中継装置2や集約装置3での情報フレームの廃棄をできるだけ低減することができる。
このように、本実施形態のセンサネットワークSNによれば、時刻同期を確立可能な第1センサノード1Aと、送信要求の受信に応じて情報フレームを送信する、時刻同期機能を有しない第2センサノード1Bが混在する。
このため、非同期である第2センサノード1Bを採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストとメンテナンスコストを抑制できるとともに、中継装置2や集約装置3による情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
このため、非同期である第2センサノード1Bを採用する分だけ、通信ネットワークの設備コストとメンテナンスコストを抑制できるとともに、中継装置2や集約装置3による情報フレームの廃棄を有効に防止することができる。
センサネットワークSNの場合、中継装置2の設置数はそれほど多くなく、低廉化の要求がそれほど高くない。また、中継装置2は外部から電源供給できる場合が多いので、電池交換などのメンテナンス作業が発生する可能性が低い。
そこで、本実施形態のセンサネットワークSNでは、すべての中継装置2が時刻同期機能を有する場合を想定している。集約装置3についても同様である。
そこで、本実施形態のセンサネットワークSNでは、すべての中継装置2が時刻同期機能を有する場合を想定している。集約装置3についても同様である。
図1のセンサネットワークSNにおいて、第1センサノード1A、中継装置2及び集約装置3の時刻同期の方式は、NTP(Network Time Protocol)及びPTP(Precision Time Protocol)などの方式のうちのいずれでもよい。
もっとも、設備コストを低減する趣旨からすると、主局が従局に時刻を配分する従属同期方式を採用することが好ましい。時刻同期の主局は、第1センサノード1A、中継装置2及び集約装置3の中から選択された1つの同期ノードであればよいが、本実施形態では、集約装置3が主局である場合を想定する。
もっとも、設備コストを低減する趣旨からすると、主局が従局に時刻を配分する従属同期方式を採用することが好ましい。時刻同期の主局は、第1センサノード1A、中継装置2及び集約装置3の中から選択された1つの同期ノードであればよいが、本実施形態では、集約装置3が主局である場合を想定する。
また、センサノード1による情報フレームの送信タイミングを管理する通信ノードを「親局ノード」とし、親局ノードが指示する送信タイミングで情報フレームを送信する通信ノード(センサノード1)を「子局ノード」とすると、親局ノードは、第1センサノード1A、中継装置2及び集約装置3のいずれであってもよい。
親局ノードは、第1センサノード1Aよりなる子局ノードについては、割り当て周期C内の情報フレームの送信開始時刻を含む制御フレームを事前に送信することにより、情報フレームの送信タイミングを指示する。
また、親局ノードは、第2センサノード1Bよりなる子局ノードについては、割り当て周期Cごとに送信要求フレームを送信することにより、情報フレームの送信タイミングを指示する。
また、親局ノードは、第2センサノード1Bよりなる子局ノードについては、割り当て周期Cごとに送信要求フレームを送信することにより、情報フレームの送信タイミングを指示する。
上記の親局ノードの機能は、複数の通信ノード1〜3が分担してもよい。例えば、2つの中継装置2が、100個のセンサノード1による情報フレームの送信タイミングを分担して管理する場合には、一方の中継装置2が、割り当て周期Cの前半部分に50個のセンサノード1の送信タイミングを割り当て、他方の中継装置2が、割り当て周期Cの後半部分に残りの50個のセンサノード1の送信タイミングを割り当てればよい。
〔中継装置の内部構成〕
図2は、中継装置2の内部構成の一例を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施形態の中継装置2は、複数の通信ポート(図例では4ポート)を有するL2スイッチよりなる。中継装置2は、MAC(Media Access Control)/PHY(PHYsical layer)受信部21と、MAC/PHY送信部22と、送信バッファ23と、中継処理部24と、同期処理部25とを備える。
図2は、中継装置2の内部構成の一例を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施形態の中継装置2は、複数の通信ポート(図例では4ポート)を有するL2スイッチよりなる。中継装置2は、MAC(Media Access Control)/PHY(PHYsical layer)受信部21と、MAC/PHY送信部22と、送信バッファ23と、中継処理部24と、同期処理部25とを備える。
MAC/PHYの送受信部21,22は、イーサネット規格に準拠するMACチップ及びPHYチップを有する。
中継処理部24及び同期処理部25は、CPU(Central Processing Unit)などを含む情報処理装置よりなる。処理部24,25を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。処理部24,25は、FPGAやASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの集積回路を含んでいてもよい。
中継処理部24及び同期処理部25は、CPU(Central Processing Unit)などを含む情報処理装置よりなる。処理部24,25を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。処理部24,25は、FPGAやASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの集積回路を含んでいてもよい。
MAC/PHY受信部21は、センサノード1、他の中継装置2又は集約装置3から通信フレームを受信すると、受信した通信フレームを中継処理部24に出力する。
送信バッファ23は、優先度が設定された複数のキューを備える。送信バッファ23は、優先度順にキューから通信フレームを取り出し、取り出した通信フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。MAC/PHY送信部22は、送信バッファ23から入力された通信フレームを、センサノード1、他の中継装置2又は集約装置3に送信する。
送信バッファ23は、優先度が設定された複数のキューを備える。送信バッファ23は、優先度順にキューから通信フレームを取り出し、取り出した通信フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。MAC/PHY送信部22は、送信バッファ23から入力された通信フレームを、センサノード1、他の中継装置2又は集約装置3に送信する。
MAC/PHY受信部21からの通信フレームが、時刻同期用のタイムスタンプを含む制御フレームである場合には、中継処理部24は、制御フレームから抽出したタイムスタンプを同期処理部25に出力する。
同期処理部25は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)26を内蔵している。同期処理部25は、中継処理部24からタイプスタンプが入力されると、入力されたタイムスタンプに合わせて計時回路26のローカル時刻を更新する。
同期処理部25は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)26を内蔵している。同期処理部25は、中継処理部24からタイプスタンプが入力されると、入力されたタイムスタンプに合わせて計時回路26のローカル時刻を更新する。
MAC/PHY受信部21からの通信フレームが、集約装置3宛ての情報フレームである場合には、中継処理部24は、宛先アドレスから決定した送信ポートに対応する送信バッファ23に、情報フレームを出力する。
中継装置2が親局ノードとして動作する場合には、中継処理部24は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミングを、複数のセンサノード1に指示する帯域割り当て処理を実行する。
中継装置2が親局ノードとして動作する場合には、中継処理部24は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミングを、複数のセンサノード1に指示する帯域割り当て処理を実行する。
具体的には、中継処理部24は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信開始時刻を含む第1センサノード1A宛ての制御フレームを生成し、生成した制御フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
中継処理部24は、割り当て周期Cごとに、情報フレームの送信を要求する第2センサノード1B宛ての制御フレーム(送信要求フレーム)を生成し、生成した送信要求フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
〔第1センサノードの内部構成〕
図3は、第1センサノード1Aの内部構成の一例を示すブロック図である。
図3に示すように、本実施形態の第1センサノード1Aは、MAC/PHY受信部11と、MAC/PHY送信部12と、受信バッファ13と、送信バッファ14と、センサインタフェース15と、制御部16と、同期処理部17とを備える。
図3は、第1センサノード1Aの内部構成の一例を示すブロック図である。
図3に示すように、本実施形態の第1センサノード1Aは、MAC/PHY受信部11と、MAC/PHY送信部12と、受信バッファ13と、送信バッファ14と、センサインタフェース15と、制御部16と、同期処理部17とを備える。
MAC/PHYの送受信部11,12は、イーサネット規格に準拠するMACチップ及びPHYチップよりなる。センサインタフェース15は、センシング信号をデジタル信号に変換して制御部16に出力する通信インタフェースよりなる。
制御部16及び同期処理部17は、CPUなどを含む情報処理装置よりなる。制御部16及び同期処理部17を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。制御部16及び同期処理部17は、FPGAやASICなどの集積回路が含んでいてもよい。
制御部16及び同期処理部17は、CPUなどを含む情報処理装置よりなる。制御部16及び同期処理部17を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。制御部16及び同期処理部17は、FPGAやASICなどの集積回路が含んでいてもよい。
MAC/PHY受信部11は、中継装置2から通信フレームを受信すると、受信した通信フレームを受信バッファ13に出力する。受信バッファ13は、蓄積した通信フレームを制御部16に出力する。
受信バッファ13からの通信フレームが、時刻同期用のタイムスタンプを含む制御フレームである場合には、制御部16は、制御フレームから抽出したタイムスタンプを同期処理部17に出力する。
同期処理部17は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)18を内蔵している。同期処理部17は、制御部16からタイプスタンプが入力されるごとに、入力されたタイムスタンプに合わせて計時回路18のローカル時刻を更新する。
同期処理部17は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)18を内蔵している。同期処理部17は、制御部16からタイプスタンプが入力されるごとに、入力されたタイムスタンプに合わせて計時回路18のローカル時刻を更新する。
制御部16は、センサインタフェース15から入力されたセンサ情報をペイロードに格納して情報フレームを生成し、生成した情報フレームを送信バッファ14に出力する。
送信バッファ14は、優先度が設定された複数のキューを備える。送信バッファ14は、優先度順にキューから情報フレームを取り出し、取り出した情報フレームをMAC/PHY送信部12に出力する。MAC/PHY送信部12は、送信バッファ14から入力された情報フレームを中継装置2に送信する。
送信バッファ14は、優先度が設定された複数のキューを備える。送信バッファ14は、優先度順にキューから情報フレームを取り出し、取り出した情報フレームをMAC/PHY送信部12に出力する。MAC/PHY送信部12は、送信バッファ14から入力された情報フレームを中継装置2に送信する。
受信バッファ13から入力された通信フレームが、送信元が親局ノードである帯域割り当てのための制御フレームの場合には、制御部16は、当該制御フレームに記された送信開始時刻に情報フレームを出力するように送信バッファ14を制御する。
具体的には、制御部16は、自局のローカル時刻が親局ノードから指示された送信開始時刻になった時点で、情報フレームの出力を送信バッファ14に指示する。
具体的には、制御部16は、自局のローカル時刻が親局ノードから指示された送信開始時刻になった時点で、情報フレームの出力を送信バッファ14に指示する。
第1センサノード1Aが親局ノードとして動作する場合には、制御部16は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミングを、自局以外の複数のセンサノード1に指示する帯域割り当て処理を実行する。
具体的には、制御部16は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信開始時刻を含む、他の第1センサノード1A宛ての制御フレームを生成し、生成した制御フレームをMAC/PHY送信部12に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
制御部16は、割り当て周期Cごとに、情報フレームの送信を要求する第2センサノード1B宛ての制御フレーム(送信要求フレーム)を生成し、生成した送信要求フレームをMAC/PHY送信部12に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
〔第2センサノードの内部構成〕
図4は、第2センサノード1Bの内部構成の一例を示すブロック図である。
図4に示すように、本実施形態の第2センサノード1Bは、MAC/PHY受信部11と、MAC/PHY送信部12と、受信バッファ13と、送信バッファ14と、センサインタフェース15と、制御部16とを備える。
図4は、第2センサノード1Bの内部構成の一例を示すブロック図である。
図4に示すように、本実施形態の第2センサノード1Bは、MAC/PHY受信部11と、MAC/PHY送信部12と、受信バッファ13と、送信バッファ14と、センサインタフェース15と、制御部16とを備える。
第2センサノード1Bは、同期処理部17を有しない点で第1センサノード1Aと相違するが、その他のハードウェア構成及び機能は、第1センサノード1Aと同様である。そこで、以下においては、第1センサノード1Aとの相違点を説明する。
前述の通り、親局ノード(中継装置2など)は、第2センサノード1Bについては、割り当て周期Cごとに送信要求フレームを送信することにより、情報フレームの送信タイミングを割り当て周期Cごとに第2センサノード1Bに指示する。
前述の通り、親局ノード(中継装置2など)は、第2センサノード1Bについては、割り当て周期Cごとに送信要求フレームを送信することにより、情報フレームの送信タイミングを割り当て周期Cごとに第2センサノード1Bに指示する。
従って、受信バッファ13から入力された通信フレームが、親局ノードからの送信要求フレームの場合には、制御部16は、割り当て周期Cに比べて非常に短い所定時間(例えば2ms)以内に情報フレームを出力するように送信バッファ14を制御する。
具体的には、制御部16は、送信要求フレームの受信時点から所定時間以内に、情報フレームの出力を送信バッファ14に指示する。所定時間は、制御部16の内部クロックによって計測可能であるが、計測不能な誤差時間が含まれていてもよい。
具体的には、制御部16は、送信要求フレームの受信時点から所定時間以内に、情報フレームの出力を送信バッファ14に指示する。所定時間は、制御部16の内部クロックによって計測可能であるが、計測不能な誤差時間が含まれていてもよい。
〔集約装置の内部構成〕
図5は、集約装置3の内部構成の一例を示すブロック図である。
図5に示すように、本実施形態の集約装置3は、MAC/PHY受信部31と、MAC/PHY送信部32と、受信バッファ33と、送信バッファ34と、センサ情報のデータベース35と、制御部36と、同期処理部37とを備える。
図5は、集約装置3の内部構成の一例を示すブロック図である。
図5に示すように、本実施形態の集約装置3は、MAC/PHY受信部31と、MAC/PHY送信部32と、受信バッファ33と、送信バッファ34と、センサ情報のデータベース35と、制御部36と、同期処理部37とを備える。
MAC/PHYの送受信部31,32は、イーサネット規格に準拠するMACチップ及びPHYチップよりなる。データベース35は、センサノード1から受信したセンサ情報を記憶する記憶装置よりなる。
制御部36及び同期処理部37は、CPUなどを含む情報処理装置よりなる。制御部36及び同期処理部37を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。制御部36及び同期処理部37は、FPGAやASICなどの集積回路が含んでいてもよい。
制御部36及び同期処理部37は、CPUなどを含む情報処理装置よりなる。制御部36及び同期処理部37を構成するCPUの数は、1つ又は複数のいずれでもよい。制御部36及び同期処理部37は、FPGAやASICなどの集積回路が含んでいてもよい。
MAC/PHY受信部31は、中継装置2から通信フレームを受信すると、受信した通信フレームを受信バッファ33に出力する。受信バッファ33は、蓄積した通信フレームを制御部36に出力する。
受信バッファ33からの通信フレームが、送信元がセンサノード1である情報フレームの場合には、制御部36は、情報フレームのペイロードからセンサ情報を取り出し、取り出したセンサ情報をデータベース35に記録する。
同期処理部37は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)38を内蔵している。同期処理部37は、計時回路38が計時する自局のローカル時刻を制御部36に出力する。
同期処理部37は、自局のローカル時刻を計時する計時回路(タイマー)38を内蔵している。同期処理部37は、計時回路38が計時する自局のローカル時刻を制御部36に出力する。
制御部36は、自局のローカル時刻(タイムスタンプ)を含む制御フレームを生成し、生成した制御フレームを、センサネットワークSNに含まれる時刻同期機能を有する通信ノード(図1では、中継装置2及び第1センサノード1A)に送信する。
集約装置3が親局ノードとして動作する場合には、制御部36は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミングを、複数のセンサノード1に指示する帯域割り当て処理を実行する。
集約装置3が親局ノードとして動作する場合には、制御部36は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミングを、複数のセンサノード1に指示する帯域割り当て処理を実行する。
具体的には、制御部36は、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信開始時刻を含む第1センサノード1A宛ての制御フレームを生成し、生成した制御フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第1センサノード1Aによる情報フレームの送信タイミングが、当該第1センサノード1Aに指示される。
制御部36は、割り当て周期Cごとに、情報フレームの送信を要求する第2センサノード1B宛ての制御フレーム(送信要求フレーム)を生成し、生成した送信要求フレームをMAC/PHY送信部22に出力する。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
これにより、割り当て周期Cにおける第2センサノード1Bによる情報フレームの送信タイミングが、当該第2センサノード1Bに指示される。
〔親局ノードによる帯域割り当て処理〕
図6は、情報フレームの帯域割り当て処理の一例を示すタイムチャートである。
図6において、上段の時間軸は、親局ノードが送信する送信要求フレームの送信タイミングを示す。親局ノードは、子局ノード以外の第1センサノード1A、中継装置2又は集約装置3よりなる。
下段の時間軸は、子局ノードが送信する情報フレームの送信タイミングを示す。子局ノードは、親局以外の第1センサノード1A又は第2センサノード1Bよりなる。
図6は、情報フレームの帯域割り当て処理の一例を示すタイムチャートである。
図6において、上段の時間軸は、親局ノードが送信する送信要求フレームの送信タイミングを示す。親局ノードは、子局ノード以外の第1センサノード1A、中継装置2又は集約装置3よりなる。
下段の時間軸は、子局ノードが送信する情報フレームの送信タイミングを示す。子局ノードは、親局以外の第1センサノード1A又は第2センサノード1Bよりなる。
図6では、親局ノードが4つの子局ノードX1〜X4の帯域割り当て処理を行う場合を例示している。ここでは、子局ノードX1〜X4の種別は下記の通りであるとする。
子局ノードX1=第1センサノード1A
子局ノードX2=第1センサノード1A
子局ノードX3=第2センサノード1B
子局ノードX4=第2センサノード1B
子局ノードX1=第1センサノード1A
子局ノードX2=第1センサノード1A
子局ノードX3=第2センサノード1B
子局ノードX4=第2センサノード1B
図6において、TS1〜TS4は、子局ノードX1〜X4が送信する情報フレームのタイムスロットであり、T1〜T4は、子局ノードX1〜X4に許可されるタイムスロットの送信時間長である。
子局ノードX1,X2は第1センサノード1Aである。このため、子局ノードX1,X2には、割り当て周期Cにおける情報フレームの送信タイミング(送信開始時刻と送信時間長)が、親局ノードから事前に通知されている。
この場合、子局ノードX1,X2(第1センサノード1A)は、自局のローカル時刻が親局ノードから指定された送信開始時刻になると情報フレームの送信を開始し、親局ノードから指定された送信時間長T1,T2だけ情報フレームの送信を継続する。
この場合、子局ノードX1,X2(第1センサノード1A)は、自局のローカル時刻が親局ノードから指定された送信開始時刻になると情報フレームの送信を開始し、親局ノードから指定された送信時間長T1,T2だけ情報フレームの送信を継続する。
子局ノードX3,X4は第2センサノード1Bである。このため、子局ノードX3,X3は、今回の割り当て周期Cにおいて送信要求フレームを親局ノードから受信する。
この場合、子局ノードX3,X4(第2センサノード1B)は、送信要求の受信時点から所定時間以内に情報フレームの送信を開始し、親局ノードから指定された送信時間長T3,T4だけ情報フレームの送信を継続する。
この場合、子局ノードX3,X4(第2センサノード1B)は、送信要求の受信時点から所定時間以内に情報フレームの送信を開始し、親局ノードから指定された送信時間長T3,T4だけ情報フレームの送信を継続する。
親局ノードは、送信要求フレームの送受信処理に要する遅延時間D3,D4を記憶しており、この遅延時間D3,D4に基づいて送信要求フレームの送信時点t3,t4を決定する。すなわち、子局ノードX3,X4に情報フレームの送信を開始させる時点をts3,ts4とすると、送信要求フレームの送信時点t3,t4は次式にて決定される。
t3=ts3−D3
t4=ts4−D4
t3=ts3−D3
t4=ts4−D4
なお、子局ノードX1〜X4が毎回送信するセンサ情報のデータ量が決まっている場合には、送信時間長T1〜T4はセンサノード1に設定された固定値であってもよい。
この場合、親局ノードは、子局ノードX1〜X4に対して送信時間長T1〜T4を通知する必要はない。すなわち、親局ノードは、子局ノードX1,X2に対して、送信開始時刻のみを含む制御フレームを送信すればよく、子局ノードX3,X4に対して、情報フレームの送信時間長を含まない送信要求フレームを送信すれば足りる。
この場合、親局ノードは、子局ノードX1〜X4に対して送信時間長T1〜T4を通知する必要はない。すなわち、親局ノードは、子局ノードX1,X2に対して、送信開始時刻のみを含む制御フレームを送信すればよく、子局ノードX3,X4に対して、情報フレームの送信時間長を含まない送信要求フレームを送信すれば足りる。
〔子局ノードの登録シーケンス〕
図7は、子局ノードA,Bの登録シーケンスの一例を示すタイムチャートである。
図7において、子局ノードAは、「同期ノード」である第1センサノード1Aよりなり、子局ノードBは、「非同期ノード」である第2センサノード1Bよりなる。
図7は、子局ノードA,Bの登録シーケンスの一例を示すタイムチャートである。
図7において、子局ノードAは、「同期ノード」である第1センサノード1Aよりなり、子局ノードBは、「非同期ノード」である第2センサノード1Bよりなる。
図7の登録シーケンスでは、親局ノードが集約装置3である場合を想定している。もっとも、親局ノードは、第1センサノード1A又は中継装置2であってもよい。
集約装置3以外の通信ノード(第1センサノード1A又は中継装置2)が親局ノードである場合は、子局ノードA,Bは、登録シーケンスのための制御フレームを親局ノードとやり取りするが、情報フレームについては集約装置3に宛てて送信する。
集約装置3以外の通信ノード(第1センサノード1A又は中継装置2)が親局ノードである場合は、子局ノードA,Bは、登録シーケンスのための制御フレームを親局ノードとやり取りするが、情報フレームについては集約装置3に宛てて送信する。
以下の説明では、実行主体が親局ノード及び子局ノードA,Bとなっているが、通信フレームの生成などの各種の情報処理は、各ノードの制御部(図3〜図5の制御部16,36)が実行する。
また、制御部が生成した通信フレームの送受信は、各ノードの通信部(図3〜図5の送受信部11,12,31,32)が実行する。
また、制御部が生成した通信フレームの送受信は、各ノードの通信部(図3〜図5の送受信部11,12,31,32)が実行する。
図7に示すように、親局ノードは、定期的に、ディスカバリゲートを生成して子局ノードA,Bにブロードキャスト送信する。ディスカバリゲートは、親局ノードが未登録の子局ノードA,Bを探索するための制御フレームである。
(子局ノードAの登録処理)
未登録の子局ノードAは、親局ノードからディスカバリゲートを受信すると、親局ノードにレジスタ要求を返す。
親局ノードは、子局ノードAからレジスタ要求を受信すると、当該子局ノードA宛てにレジスタとともにノーマルゲートを送信する。ノーマルゲートは、通信フレームの送信開始時刻と送信時間長を子局ノードA、Bに通知するための制御フレームである。
未登録の子局ノードAは、親局ノードからディスカバリゲートを受信すると、親局ノードにレジスタ要求を返す。
親局ノードは、子局ノードAからレジスタ要求を受信すると、当該子局ノードA宛てにレジスタとともにノーマルゲートを送信する。ノーマルゲートは、通信フレームの送信開始時刻と送信時間長を子局ノードA、Bに通知するための制御フレームである。
子局ノードAは、ノーマルゲートで通知された時刻にレジスタ確認を返す。子局ノードAは、自局のノード種別を表す識別情報(例えば、「同期ノード」を意味する識別番号)をレジスタ確認に含める。
親局ノードは、子局ノードAからレジスタ確認を受信すると、子局ノードAのノード情報を自局のメモリに登録する。この登録には、当該子局ノードAのノード種別(=同期ノード)をメモリに記録する処理が含まれる。
親局ノードは、子局ノードAからレジスタ確認を受信すると、子局ノードAのノード情報を自局のメモリに登録する。この登録には、当該子局ノードAのノード種別(=同期ノード)をメモリに記録する処理が含まれる。
子局ノードAの登録が完了すると、親局ノードは、子局ノードAにノーマルゲートを送信する。このノーマルゲートには、情報フレームの割り当て周期Cにおける送信開始時刻と送信時間長が含まれる。
子局ノードAは、自局のローカル時刻がノーマルゲートで通知された送信開始時刻になると、情報フレームの送信を開始し、ノーマルゲートで通知された送信時間長だけ情報フレームの送信を継続する。子局ノードAは、この情報フレームの送信処理を、割り当て周期Cごとに繰り返す。
子局ノードAは、自局のローカル時刻がノーマルゲートで通知された送信開始時刻になると、情報フレームの送信を開始し、ノーマルゲートで通知された送信時間長だけ情報フレームの送信を継続する。子局ノードAは、この情報フレームの送信処理を、割り当て周期Cごとに繰り返す。
(子局ノードBの登録処理)
未登録の子局ノードBは、親局ノードからディスカバリゲートを受信すると、親局ノードにレジスタ要求を返す。
親局ノードは、子局ノードBからレジスタ要求を受信すると、当該子局ノードB宛てにレジスタとともにノーマルゲートを送信する。
未登録の子局ノードBは、親局ノードからディスカバリゲートを受信すると、親局ノードにレジスタ要求を返す。
親局ノードは、子局ノードBからレジスタ要求を受信すると、当該子局ノードB宛てにレジスタとともにノーマルゲートを送信する。
子局ノードBは、非同期ノードであるから、ノーマルゲートを受信すると即座(ただし、不可避の遅延時間が含まれ得る。)にレジスタ確認を返す。子局ノードBは、自局のノード種別を表す識別情報(例えば、「非同期ノード」を意味する識別番号)をレジスタ確認に含める。
親局ノードは、子局ノードBからレジスタ確認を受信すると、子局ノードBのノード情報を自局のメモリに登録する。この登録には、当該子局ノードBのノード種別(=非同期ノード)をメモリに記録する処理が含まれる。
親局ノードは、子局ノードBからレジスタ確認を受信すると、子局ノードBのノード情報を自局のメモリに登録する。この登録には、当該子局ノードBのノード種別(=非同期ノード)をメモリに記録する処理が含まれる。
子局ノードBの登録が完了すると、親局ノードは、割り当て周期Cごとに子局ノードBに送信要求フレームを送信する。この送信要求フレームには、情報フレームの送信時間長が含まれる。
子局ノードBは、送信要求フレームを受信すると即座(ただし、不可避の遅延時間が含まれ得る。)に情報フレームの送信を開始し、送信要求フレームで通知された送信時間長だけ情報フレームの送信を継続する。
子局ノードBは、送信要求フレームを受信すると即座(ただし、不可避の遅延時間が含まれ得る。)に情報フレームの送信を開始し、送信要求フレームで通知された送信時間長だけ情報フレームの送信を継続する。
図7の登録シーケンスにおいて、子局ノードA,Bは、自局のノード種別を表す識別情報を「レジスタ確認」に含めるのではなく、「レジスタ要求」に含めることにしてもよいし、レジスタ要求及びレジスタ確認の双方に含めることにしてもよい。
〔第1の変形例〕
図8は、情報フレームの帯域割り当て処理の変形例を示すタイムチャートである。
図8において、「C1」は今回の割り当て周期を示しており、「C2」は次回の割り当て周期を示している。図8の変形例では、データ量のリクエスト値R1〜R4を情報フレームに含めるため、親局ノードは集約装置3よりなる。
図8は、情報フレームの帯域割り当て処理の変形例を示すタイムチャートである。
図8において、「C1」は今回の割り当て周期を示しており、「C2」は次回の割り当て周期を示している。図8の変形例では、データ量のリクエスト値R1〜R4を情報フレームに含めるため、親局ノードは集約装置3よりなる。
図8の変形例では、子局ノードX1〜X4(第1及び第2センサノード1A,1B)は、次回の割り当て周期C2に送信する予定の情報フレームのデータ量を表すリクエスト値R1〜R4を、今回の割り当て周期C1に送信する情報フレームに記すことにより、次回周期のデータ量を事前に親局ノードに通知する。
子局ノードX1〜X4は、自局の送信バッファ14に蓄積された現時点のセンサ情報のデータ量に基づいて、リクエスト値R1〜R4を決定すればよい。
子局ノードX1〜X4は、自局の送信バッファ14に蓄積された現時点のセンサ情報のデータ量に基づいて、リクエスト値R1〜R4を決定すればよい。
この場合、親局ノードは、各子局ノードX1〜X4(第1及び第2センサノード1A,1B)から通知されたリクエスト値R1〜R4に基づいて、各子局ノードX1〜X4(第1及び第2センサノード1A,1B)にそれぞれ許可する情報フレームの送信時間長T1〜T4を調整することが好ましい。
このようにすれば、子局ノードX1〜X4が申告するデータ量に基づいて、それらに許可する送信時間長T1〜T4を動的かつ適切に割り当てることができる。
このようにすれば、子局ノードX1〜X4が申告するデータ量に基づいて、それらに許可する送信時間長T1〜T4を動的かつ適切に割り当てることができる。
〔第2の変形例〕
図9及び図10は、通信ネットワークの接続形態の変形例を示す全体構成図である。
図9に示すセンサネットワークSNでは、集約装置3に繋がる中継装置2を含む4つの中継装置2がリング形状の接続形態となっており、リングを形成する3つの中継装置2にそれぞれセンサノード1A,1Bが接続されている。
図9及び図10は、通信ネットワークの接続形態の変形例を示す全体構成図である。
図9に示すセンサネットワークSNでは、集約装置3に繋がる中継装置2を含む4つの中継装置2がリング形状の接続形態となっており、リングを形成する3つの中継装置2にそれぞれセンサノード1A,1Bが接続されている。
図10に示すセンサネットワークSNでは、集約装置3に繋がる中継装置2を分岐点として、3つの中継装置2が分岐するツリー形状の接続形態となっており、3つの中継装置2にそれぞれセンサノード1A,1Bが接続されている。
このように、本実施形態のセンサネットワークSNは、種々の接続形態を採用することができる。
このように、本実施形態のセンサネットワークSNは、種々の接続形態を採用することができる。
〔その他の変形例〕
上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上述の実施形態では、センサノード1が2種類のセンサノード1A,1Bよりなるが、すべてのセンサノード1が非同期の第2センサノード1Bであってもよい。
この場合、親局ノードは中継装置2又は集約装置3よりなる。また、親局ノードによる帯域割り当て処理(図6及び図8)は、第2センサノード1Bのみからなる子局ノードX1〜X4による情報フレームの送信タイミングを決定し、決定した送信タイミングを送信要求フレームによって各子局ノードX1〜X4に通知する処理となる。
この場合、親局ノードは中継装置2又は集約装置3よりなる。また、親局ノードによる帯域割り当て処理(図6及び図8)は、第2センサノード1Bのみからなる子局ノードX1〜X4による情報フレームの送信タイミングを決定し、決定した送信タイミングを送信要求フレームによって各子局ノードX1〜X4に通知する処理となる。
上述の実施形態では、隣接する通信ノード1〜3が通信ケーブルで接続される場合を例示したが、通信ノード同士が無線通信する通信ネットワークであってもよい。
また、通信ネットワークは、有線通信の部分と無線通信の部分が混在するネットワークであってもよい。
また、通信ネットワークは、有線通信の部分と無線通信の部分が混在するネットワークであってもよい。
上述の実施形態では、通信ネットワークが複数のセンサノード1を含むセンサネットワークSNである場合を例示したが、本実施形態の通信ネットワークは、複数の情報ノードを含む、センサネットワークSN以外のネットワークにも広く適用することができる。
従って、各情報ノードが集約装置3宛てに送信して集約装置3に集約されるデジタル情報は、センサ情報に限定されるものではなく、映像及び音声データなどの各種のデータを採用することができる。
従って、各情報ノードが集約装置3宛てに送信して集約装置3に集約されるデジタル情報は、センサ情報に限定されるものではなく、映像及び音声データなどの各種のデータを採用することができる。
1 センサノード(通信ノード)
1A 第1センサノード(第1情報ノード)
1B 第2センサノード(第2情報ノード)
2 中継装置(通信ノード)
3 集約装置(通信ノード)
11 MAC/PHY受信部
12 MAC/PHY送信部
13 受信バッファ
14 送信バッファ
15 センサインタフェース
16 制御部
17 同期処理部
18 計時回路
21 MAC/PHY受信部
22 MAC/PHY送信部
23 送信バッファ
24 中継処理部
25 同期処理部
26 計時回路
31 MAC/PHY受信部
32 MAC/PHY送信部
33 受信バッファ
34 送信バッファ
35 データベース
36 制御部
37 同期処理部
38 計時回路
SN センサネットワーク(通信ネットワーク)
X1〜X4 子局ノード
1A 第1センサノード(第1情報ノード)
1B 第2センサノード(第2情報ノード)
2 中継装置(通信ノード)
3 集約装置(通信ノード)
11 MAC/PHY受信部
12 MAC/PHY送信部
13 受信バッファ
14 送信バッファ
15 センサインタフェース
16 制御部
17 同期処理部
18 計時回路
21 MAC/PHY受信部
22 MAC/PHY送信部
23 送信バッファ
24 中継処理部
25 同期処理部
26 計時回路
31 MAC/PHY受信部
32 MAC/PHY送信部
33 受信バッファ
34 送信バッファ
35 データベース
36 制御部
37 同期処理部
38 計時回路
SN センサネットワーク(通信ネットワーク)
X1〜X4 子局ノード
Claims (11)
- 複数の通信ノードを備える通信ネットワークであって、
前記複数の通信ノードには、
自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定する1又は複数の第1情報ノードと、
自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定する1又は複数の第2情報ノードと、が含まれる通信ネットワーク。 - 前記第1情報ノードは、前記ローカル時刻が所定の送信開始時刻になると前記情報フレームの送信を開始し、所定の送信時間長だけ前記情報フレームの送信を継続する請求項1に記載の通信ネットワーク。
- 前記第2情報ノードは、前記送信要求の受信時点から所定時間以内に前記情報フレームの送信を開始し、所定の送信時間長だけ前記情報フレームの送信を継続する請求項1又は請求項2に記載の通信ネットワーク。
- 前記複数の通信ノードには、更に、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って、前記情報フレームの帯域割り当て処理を実行する親局ノードが含まれ、
前記帯域割り当て処理には、前記第1情報ノードに前記情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、前記第2情報ノードに前記送信要求を送信する処理とが含まれる請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の通信ネットワーク。 - 前記第1及び第2情報ノードは、次回の割り当て周期に送信する予定の前記情報フレームのデータ量を、今回の割り当て周期に前記親局ノードに通知し、
前記親局ノードは、前記第1及び第2情報ノードから通知された前記データ量に基づいて、前記第1及び第2情報ノードに許可する前記情報フレームの送信時間長を調整する請求項4に記載の通信ネットワーク。 - 通信ネットワークに含まれる第1及び第2情報ノードにおける送信タイミングの決定方法であって、
前記第1情報ノードが、自局が生成した集約装置宛ての情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された自局のローカル時刻に従って決定するステップと、
前記第2情報ノードが、自局が生成した前記情報フレームの送信タイミングを、時刻同期が確立された他局から受信した送信要求に従って決定するステップと、を含む送信タイミングの決定方法。 - 前記第1及び第2情報ノードが、次回の割り当て周期に送信する予定の前記情報フレームのデータ量を、今回の割り当て周期に親局ノードに通知するステップと、
前記親局ノードが、前記第1及び第2情報ノードから通知された前記データ量に基づいて、前記第1及び第2情報ノードに許可する前記情報フレームの送信時間長を調整するステップと、を更に含む請求項6に記載の送信タイミングの決定方法。 - 通信ネットワークを構成する子局ノードであって、
時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、
自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、
自局のノード種別が時刻同期を確立可能な同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える子局ノード。 - 通信ネットワークを構成する子局ノードであって、
自局を親局ノードに登録させるための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、
自局のノード種別が時刻同期を確立不能な非同期ノードであることを表す識別情報を前記制御フレームに含める制御部と、を備える子局ノード。 - 通信ネットワークを構成する親局ノードであって、
時刻同期が確立された自局のローカル時刻を計時する計時回路と、
子局ノードを自局に登録するための登録シーケンスに用いる制御フレームを送受信する通信部と、
前記子局ノードから受信する前記制御フレームに含まれる識別情報に基づいて、前記子局ノードのノード種別が、時刻同期が確立可能な同期ノード又は時刻同期が確立不能な非同期ノードのいずれであるかを判定する制御部と、を備える親局ノード。 - 前記制御部は、前記子局ノードが生成した集約装置宛ての情報フレームの帯域割り当て処理を実行可能であり、
前記帯域割り当て処理には、前記ノード種別が同期ノードである前記子局ノードに前記情報フレームの送信開始時刻を通知する処理と、前記ノード種別が非同期ノードである前記子局ノードに前記情報フレームの送信要求を送信する処理とが含まれる請求項10に記載の親局ノード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017104727A JP2018201116A (ja) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017104727A JP2018201116A (ja) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノード |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2018201116A true JP2018201116A (ja) | 2018-12-20 |
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JP2017104727A Pending JP2018201116A (ja) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 通信ネットワーク、送信タイミングの決定方法、子局ノード、及び親局ノード |
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JP (1) | JP2018201116A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7268786B1 (ja) | 2022-06-03 | 2023-05-08 | 横河電機株式会社 | 通信システム、マスタノード及び通信方法 |
WO2023175857A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 三菱電機株式会社 | 中継装置、通信システムおよび記憶媒体 |
-
2017
- 2017-05-26 JP JP2017104727A patent/JP2018201116A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023175857A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 三菱電機株式会社 | 中継装置、通信システムおよび記憶媒体 |
JP7268786B1 (ja) | 2022-06-03 | 2023-05-08 | 横河電機株式会社 | 通信システム、マスタノード及び通信方法 |
JP2023178024A (ja) * | 2022-06-03 | 2023-12-14 | 横河電機株式会社 | 通信システム、マスタノード及び通信方法 |
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