JP2019118082A

JP2019118082A - 通信制御装置、無線通信システム、通信制御方法、及びプログラム

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Publication number: JP2019118082A
Application number: JP2017252639A
Authority: JP
Inventors: 僚太川又; Riyouta Kawamata
Original assignee: Ricoh Co Ltd
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Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
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Abstract

【課題】複数の通信装置を用いてマルチホップ通信を行う無線通信システムにおいて、通信装置のコストを抑制しつつ、複数の通信装置をグループ分けし、通信経路を決定することができるようにする。【解決手段】通信制御装置は、マルチホップ通信を行う複数の通信装置と通信可能な通信制御装置であって、前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記類似度に基づいて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けするグループ生成部と、前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定する決定部と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、通信制御装置、無線通信システム、通信制御方法、及びプログラムに関する。

複数の通信装置を用いてマルチホップ通信を行う無線通信システムが知られている。

例えば、マルチホップ通信を行う無線通信システムにおいて、複数のノード局がＲＳＳＩ試験と方向検知試験とを実施し、試験結果をノード局の一つである制御局へ送信する。また、制御局は、複数のノード局から受信した試験結果に基づいてノード局を複数のグループに分割し、グループ毎にルーティングテーブルを作成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された技術では、通信装置（ノード局）の位置や方向を検知するための回路や、切り替え可能なアンテナ群等を用いるため、通信装置のコストが高くなるという問題がある。

本発明の実施の形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の通信装置を用いてマルチホップ通信を行う無線通信システムにおいて、通信装置のコストを抑制しつつ、複数の通信装置をグループ分けし、通信経路を決定することができるようにする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る通信制御装置は、マルチホップ通信を行う複数の通信装置と通信可能な通信制御装置であって、前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記類似度に基づいて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けするグループ生成部と、前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定する決定部と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、複数の通信装置を用いてマルチホップ通信を行う無線通信システムにおいて、通信装置のコストを抑制しつつ、複数の通信装置をグループ分けし、通信経路を決定することができるようになる。

一実施形態に係る無線通信システムのシステム構成の例を示す図である。一実施形態に係る通信制御装置、及び通信装置のハードウェア構成の例を示す図である。一実施形態に係る通信制御装置の機能構成の例を示す図である。一実施形態に係る通信装置の機能構成の例を示す図である。一実施形態に係る受信レベル情報の一例のイメージを示す図である。一実施形態に係る通信環境の類似度の概念について説明するための図である。一実施形態に係る通信装置間の類似度によるグループ分けの例を示す図である。一実施形態に係るグループ間の類似度について説明するための図である。一実施形態に係るグループ間の距離の計算結果の例を示す図である。第１の実施形態に係る通信制御装置の処理の例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る通信制御装置の測定処理の例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る通信装置の測定処理の例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係るグループの生成処理の例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る通信経路の決定処理の例を示すフローチャートである。第２の実施形態に係るグループの生成処理の例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

＜システム構成＞
図１は、一実施形態に係る無線通信システムのシステム構成の例を示す図である。無線通信システム１は、マルチホップ通信の通信経路を管理する通信制御装置１０と、マルチホップ通信を行う複数の通信装置１０１〜１２０とを含む。なお、以下の説明の中で、複数の通信装置１０１〜１２０のうち、任意の通信装置を示す場合、「通信装置１００」を用いる。また、図１に示す通信装置１００の数は一例であり、他の数であって良い。

通信制御装置１０は、例えば、複数の通信装置１０１〜１２０と共にマルチホップ通信を行う通信装置の１つであり、マルチホップ通信の通信経路を示す経路情報（ルーティング情報）を管理する制御局として機能する。

複数の通信装置１０１〜１２０は、互いに異なる場所に位置しており、通信制御装置１０から通知される経路情報に従って、他の通信装置と直接、又は１つ以上の通信装置１００を介して通信するマルチホップ通信を行う。なお、複数の通信装置１０１〜１２０、及び通信制御装置１０のうち、少なくとも一部は可搬型の通信装置であって、例えば、時間と共に位置が変化するものであっても良い。

上記の構成により、無線通信システム１は、自律分散型のアドホックネットワークを形成している。

なお、上記のシステム構成は一例である。例えば、通信制御装置１０は、マルチホップ通信以外の通信方法で、複数の通信装置１０１〜１２０と通信を行うものであっても良い。この場合、通信制御装置１０は、マルチホップ通信を行わずに、経路情報の管理のみを行うものであっても良い。

例えば、通信装置１００、及び通信制御装置１０が、高速なミリ波無線通信等でマルチホップ通信を行う情報端末である場合、通信制御装置１０は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等を用いて、通信装置１００と通信を行うものであっても良い。

ここでは、通信制御装置１０が、複数の通信装置１０１〜１２０と共にマルチホップ通信を行う通信装置１００であるものとして、以下の説明を行う。

＜ハードウェア構成＞
図２は、一実施形態に係る通信制御装置、及び通信装置のハードウェア構成の例を示す図である。なお、通信制御装置１０は、通信装置１００と同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは、通信装置１００を例として説明を行う。

通信装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＡＭ（Read Only Memory）２０２、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、無線通信Ｉ／Ｆ（Interface）２０４、アンテナ２０５、及びバス２０６等を有する。

ＣＰＵ２０１は、フラッシュＲＯＭ２０３等に格納されたプログラムやデータをＲＡＭ２０２上に読み出し、処理を実行することで、通信装置１００の各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。フラッシュＲＯＭ２０３は、通信装置１００の電源を切ってもプログラムやデータ等を保持することができる不揮発性のメモリである。

無線通信Ｉ／Ｆ２０４は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１や、ＩＥＥＥ８０２．１５．４等の無線通信規格に準拠した無線通信を行う無線通信モジュールである。アンテナ２０５は、無線通信Ｉ／Ｆ２０４が電波の送受信を行うためのアンテナである。

バス２０６は、上記の各構成要素に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号、及び各種制御信号等を伝送する。

＜機能構成＞
続いて、通信制御装置１０、及び通信装置１００の機能構成について説明する。

（通信制御装置の機能構成）
図３は、一実施形態に係る通信制御装置の機能構成の例を示す図である。通信制御装置１０は、例えば、通信制御部３０１、測定制御部３０２、情報取得部３０３、類似度算出部３０４、グループ生成部３０５、通信経路決定部３０６、経路情報通知部３０７、中継ノード設定部３０８、及び記憶部３０９等を有する。

通信制御装置１０は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で所定のプログラムを実行することにより、上記の各機能構成を実現している。また、上記の各機能構成のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。

通信制御部３０１は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラム、及び無線通信Ｉ／Ｆ２０４等によって実現され、複数の通信装置１０１〜１２０と共に情報を伝送するマルチホップ通信を行う。例えば、通信制御部３０１は、マルチホップ通信のフレームの送受信や、フレーム受信時の電波の受信レベルを示すＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）情報の出力等を行う。

測定制御部３０２は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、複数の通信装置１０１〜１２０に、他の通信装置から受信した電波の受信レベルを測定する測定処理を実行させる。

例えば、測定制御部３０２は、複数の通信装置１０１〜１２０のうち、１つの通信装置に受信レベル測定用の電波（所定の電波）の送信を指示する受信レベルの測定要求を、複数の通信装置１０１〜１２０にブロードキャスト送信する。

これに応じて、受信レベル測定用の電波の送信を指示された１つの通信装置は、例えば、所定の時間、受信レベル測定用の電波を送信し、他の通信装置は、受信レベル測定用の電波の受信レベルを測定する。

さらに、測定制御部３０２は、通信装置１０１〜１２０の各々に受信レベル測定用の電波の送信を指示する受信レベルの測定要求を順次に送信することにより、情報取得部３０３を用いて、例えば、図５に示すような受信レベル情報３１１を取得することができる。

情報取得部（取得部）３０３は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、複数の通信装置１０１〜１２０の各々から、各通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する。例えば、情報取得部３０３は、測定制御部３０２が送信する受信レベルの測定要求に応じて、複数の通信装置１０１〜１２０から送信される受信レベルの測定結果を受信して、記憶部３０９の受信レベル情報３１１に記憶する。

図５は、一実施形態に係る受信レベル情報の一例のイメージを示す図である。図５において、「送信ノード」は、所定の電波を送信した通信装置１００を示し、「受信ノード」は、所定の電波を受信した通信装置１００を示している。また、「ノードＮｏ．」は、通信装置１００を識別する情報の一例であり、ここでは、説明を容易にするため、通信装置１００の参照番号をノードＮｏ．として用いている。例えば、ノードＮｏ．「１０１」の送信ノードに対応する行５０１は、通信装置１０１が送信した所定の電波を、他の通信装置１０２、１０３、１０４、・・・の各々が受信した所定の電波の受信レベルが記憶されている。

ここで、図3に戻り、通信制御装置１０の機能構成の説明を続ける。

類似度算出部（算出部）３０４は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、情報取得部３０３が取得した受信レベルの情報を用いて通信装置１００間の通信環境の類似度を算出する。

好ましくは、類似度算出部３０４は、算出した類似度、情報取得部３０３が取得した受信レベルの情報等を用いて、グループ生成部３０５が生成したグループ間の類似度をさらに算出する。

グループ生成部３０５は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、類似度算出部３０４が算出した類似度を用いて、複数の通信装置１０１〜１２０を１つ以上のグループにグループ分けする。

好ましくは、グループ生成部３０５は、必要に応じて、類似度算出部３０４が算出した通信装置１００間の類似度、グループ間の類似度等を用いて、グループ分けしたグループをさらにグループ分けする。

例えば、グループ生成部３０５は、グループ間の類似度が最小となる２つのグループを１つのグループに結合して、新たなグループを生成する。また、グループ生成部３０５は、所定の条件（例えば、グループの数が所定の数になる、又は類似度の最小値が閾値を超える等）を満たすまで、同様の処理を繰り返し、複数の通信装置１００を、所定の条件を満たす1つ以上のグループにグループ分けする。

ここで、類似度算出部３０４が算出する類似度と、グループ生成部３０５が生成するグループについて説明する。

図６は、一実施形態に係る通信環境の類似度の概念について説明するための図である。通信装置１００が受信する電波の受信レベル（ＲＳＳＩ）は、通信装置１００同士の空間的な距離や、見通しを阻害する障害物の有無等の設置場所に起因する様々な要因で増減する。

ここで、説明を容易にするため、一例として、図６に示すように、通信装置１０９、１１１、１１２が、送信ノードとして所定の電波６０１、６０２、６０３を送信するものとする。また、通信装置１０１、１０２、１０３が、受信ノードとして所定の電波６０１、６０２、６０３を受信し、表１に示すような受信レベルの測定結果が得られたものとする。

表１の測定結果を見ると、通信装置１０３（ノードＮｏ．「１０３」の受信ノード）が、通信装置１０９、１１１、１１２（ノードＮｏ．「１０９」、「１１１」、「１１２」の送信ノード）から受信した電波の受信レベルは、ほぼ同様の受信レベルとなっている。

一方、通信装置１０２、１０３（ノードＮｏ．「１０１」、「１０２」の受信ノード）では、通信装置１０９から受信した電波の受信レベルが、通信装置１１１、１１２から受信した電波の受信レベルより低くなっている。また、通信装置１０２、１０３が、通信装置１１１、１１２から受信した電波の受信レベルは、比較的近い値となっている。

これらの比較結果から、例えば、通信装置１１１の位置は、通信装置１０９より通信装置１１２に近い位置であると推定することができる。

ここで、通信装置ｉから送信した所定の電波を、他の通信装置ｊで受信したときの電波の受信レベルをＸ_ｉｊとして（ｉ、ｊは互いに異なる１以上の整数）、受信レベルのベクトルＸ_ｉ＝（Ｘ_ｉ１，Ｘ_ｉ２，・・・，Ｘ_ｉＮ）を定義する（Ｎは受信ノードの数）。

具体例として、表１に示す通信装置１０９の受信レベルのベクトルをＸ_１０９、通信装置１１１の受信レベルのベクトルをＸ_１１１、通信装置１１２の受信レベルのベクトルをＸ_１１２とすると、
Ｘ_１０９＝（−７１，−７１，−５６）
Ｘ_１１１＝（−６４，−６０，−５５）
Ｘ_１１２＝（−６６，−５８，−５６）
となる。

このベクトル間の距離が短いほど通信環境の類似度が高く、距離が長いほど通信環境の類似度が低いと考えられる。なお、ベクトル間の距離は、例えば、ユークリッド距離により算出することができる。

例えば、ｎ次元のユークリッド空間において、点ｐ＝（ｐ_１，ｐ_２、・・・、ｐ_ｎ）と、点ｑ（ｑ_１，ｑ_２，・・・，ｑ_ｎ）との間の距離ｄ（ｐ，ｑ）は、次の式（１）で表される。

これにより、受信レベルのベクトルＸ_１０９とＸ_１１１との間の距離ｄ（Ｘ_１１９，Ｘ_１１１）は、次の式（２）のように算出される。

同様にして、受信レベルのベクトルＸ_１０９とＸ_１１２との間の距離ｄ（Ｘ_１０９，Ｘ_１１２）は「１２．０８」、Ｘ_１１１とＸ_１１２との間の距離ｄ（Ｘ_１１１，Ｘ_１１２）は「３」と算出される。

この場合、Ｘ_１１１とＸ_１１２との間の距離ｄ（Ｘ_１１１，Ｘ_１１２）「３」が最小となり、受信レベルのベクトルＸ_１１１、Ｘ_１１２に対応する通信装置１１１、１１２の通信環境の類似度が最も高いと考えられる。

本実施形態では、類似度算出部３０４が、通信装置１００毎に、受信レベルのベクトルを生成し、生成したベクトル間の距離により、通信装置１００間の類似度を算出する。また、グループ生成部３０５は、類似度算出部３０４が算出した類似度が高い（ベクトル間の距離が短い）通信装置１００の組合せを選びグループ化することで、１つ以上のグループにグループ分けする。

図７は、一実施形態に係る通信装置間の類似度によるグループ分けの例を示す図である。この図は、図５に示す受信レベル情報３１１を用いて、受信レベルのベクトルを生成し、類似度が高い（ベクトル間の距離が短い）通信装置１００同士をグループ化した例を示している。

例えば、通信装置１０３は、１つの通信装置１０３のみでグループ７０１を形成している。また、通信装置１０４、通信装置１０６は、グループ７０２を形成している。このようにして、図７の例では、通信装置１０３、１１０、１１７、１２０は、それぞれ、単独でグループ７０１、７０４、７０９、７１２を形成している。また、他の通信装置は、２つの通信装置を組み合わせた、グループ７０２、７０３、７０５、７０６、７０７、７０８、７１０、７１１を形成している。

このように、通信装置１００毎に、受信レベルのベクトルを生成し、ベクトル間の距離により、通信装置１００間の通信環境の類似度を算出して、類似度が高い（ベクトル間の距離が短い）通信装置１００の組合せをグループ化することができる。

ここからさらに、図５に示すような受信レベル情報３１１を用いて、例えば、図７に示す各グループ間の距離を求めることにより、３つ以上の通信装置１００を含むグループを生成することができる。

図８は、一実施形態に係るグループ間の類似度について説明するための図である。複数の要素を１つ以上のグループに分類する手法として、階層的クラスタリング（クラスタ分析の一例）が知られている。階層的クラスタリングでは、例えば、図８に示すような、グループ（クラスタ）Ａ８０２とグループＢ８０３とを結合して作成されたグループＣ８０１と、他のグループＤ８０４との間の距離は、次のように表される。

例えば、グループＡ８０２とグループＢ８０３との間の距離８０８をｄ_ＡＢとし、グループＡ８０２とグループＤ８０４との間の距離８０６をｄ_ＡＤとする。また、グループＢ８０３とグループＤ８０４との間の距離をｄ_ＢＤとし、グループＣ８０１とグループＤ８０４との間の距離８０５をｄ_ＣＤとする。

この場合、グループＣ８０１とグループＤ８０４との間の距離ｄ_ＣＤは、
ｄ_ＣＤ＝α_１×ｄ_ＡＤ＋α_２×ｄ_ＢＤ＋β×ｄ_ＡＢ＋γ｜ｄ_ＡＤ−ｄ_ＢＤ｜
で表される。

ここで、α_１、α_２、β、γは、距離関数と呼ばれる評価関数毎に異なる値を持つ。距離関数には、例えば、群平均法、ウォード法、最短距離法等があり、グループ分けの対象となる入力データや、生成するグループ等の特性に応じて使い分ける。

図９は、一実施形態に係るグループ間の距離の計算結果の例を示す図である。ここでは、一例として、距離関数としてウォード法を用いて計算した、図７に示すグループ７０１〜７１２の間における距離の計算結果の例を示している。

例えば、図９には、通信装置１０３を含むグループ７０１と、通信装置１０４、１０６を含むグループ７０２との間の距離が、「８３．８」であることが示されている。また、通信装置１０４、１０６を含むグループ７０２と、通信装置１０２、１０７を含むグループ７０３との間の距離が、「１６０．４」であることが示されている。同様にして、図９には、各グループ間の距離の計算結果の例が示されている。

類似度算出部３０４は、例えば、このようなグループ間の距離により、グループ間の通信環境の類似度を算出する。また、グループ生成部３０５は、このグループ間の類似度を示すグループ間の距離が最も短い２つのグループを結合して、新たなグループを生成する。

例えば、図９において、グループ間の距離の最小値は、グループ７０４とグループ７１１との間の距離「６８．１」である。この場合、グループ生成部３０５は、グループ７０４とグループ７１１とを結合して、通信装置１０１、１１０、１１９を含む新たなグループを生成する。

また、グループ生成部３０５は、例えば、グループの数が所定の数になるまで、同様の処理（グループ間の距離の計算、及びグループ間の距離が最小となる２つのグループの結合）を繰り返すことにより、所定の数のグループを生成することができる。或いは、グループ生成部３０５は、同様の処理を繰り返し実行し、グループ間の距離の最小値が、予め定められた閾値を超えたとき、グループ分けを終了するものであっても良い。

ここで、図３に戻り、通信制御装置１０の機能構成の説明を続ける。

通信経路決定部（決定部）３０６は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、グループ生成部３０５が生成したグループ毎に、マルチホップ通信の通信経路を決定する。

例えば、通信経路決定部３０６は、グループ毎に、通信制御装置１０と直接通信可能な第１の通信装置と、通信制御装置１０と直接通信できないが、第１の通信装置を介して通信可能な第２の通信装置とを特定する。また、通信経路決定部３０６は、グループ毎に、通信制御装置１０と、第１の通信装置及び第２の通信装置とが通信する通信経路を決定する。

経路情報通知部３０７は、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、通信経路決定部３０６が決定した通信経路の情報である経路情報（ルーティングテーブル）を、無線通信システム１に含まれる複数の通信装置１００に通知する。

中継ノード設定部（設定部）３０８は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、グループ毎に、通信制御装置１０と直接通信可能な第１の通信装置の中から、予め定められた評価指標に基づいて、中継ノードとする第１の通信装置を選定する。また、中継ノード設定部３０８は、選定した第１の通信装置を中継ノードに設定する。

中継ノードに設定された通信装置１００は、例えば、通信制御装置１０、及び他の通信装置１００から送信された経路情報を含むブロードキャストフレームを受信すると、受信したブロードキャストフレームを再送（転送）する。また、他の通信装置１００は、中継ノード、又は他の通信装置１００から、既に受信済のブロードキャストフレームを受信すると、受信した受信済のブロードキャストフレームを破棄する。

記憶部３０９は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラム、及びフラッシュＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０２等によって実現され、例えば、図５に示すような受信レベル情報３１１や、通信経路決定部３０６が決定した経路情報３１２等を記憶する。

（通信装置の機能構成）
図４は、一実施形態に係る通信装置の機能構成の例を示す図である。通信装置１００は、例えば、通信制御部４０１、受信レベル測定部４０２、情報送信部４０３、経路情報管理部４０４、及び記憶部４０５等を有する。

通信装置１００は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で所定のプログラムを実行することにより、上記の各機能構成を実現している。また、上記の各機能構成のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。

通信制御部４０１は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラム、及び無線通信Ｉ／Ｆ２０４等によって実現され、通信制御装置１０から通信された経路情報に基づいて、通信制御装置１０、他の通信装置１００等と共にマルチホップ通信を行う。例えば、通信制御部４０１は、マルチホップ通信のフレームの送受信や、フレーム受信時の電波の受信レベルを示すＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）情報の出力等を行う。

受信レベル測定部（測定部）４０２は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、他の通信装置１００から受信した電波の受信レベルを測定する測定処理を実行する。

例えば、受信レベル測定部４０２は、通信制御装置１０から受信した受信レベルの測定要求に、自装置である通信装置１００への電波の送信指示が含まれる場合、所定の時間、受信レベル測定用の電波を送信する。一方、受信レベル測定部４０２は、通信制御装置１０から受信した受信レベルの測定要求に、自装置である通信装置１００への電波の送信指示が含まれていない場合、他の通信装置が送信する受信レベル測定用の電波の受信レベルを測定する。

情報送信部（送信部）４０３は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、受信レベル測定部４０２が測定した受信レベルの測定結果を、通信制御部４０１を介して、通信制御装置１０に送信する。

経路情報管理部４０４は、例えば、図２のＣＰＵ２０１で実行されるプログラムによって実現され、通信制御装置１０から通知された経路情報を、記憶部４０５の経路情報４１１に記憶して管理する。

＜処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係る無線通信システム１の通信制御方法について説明する。

［第１の実施形態］
（通信制御装置の処理）
図１０は、第１の実施形態に係る通信制御装置の処理の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、通信制御装置１０が、経路情報（ルーティング情報）を更新するときに実行する処理の概要を示している。

ステップＳ１００１において、通信制御装置１０の情報取得部３０３は、通信装置１０１〜１２０の各々から、各通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの測定結果を含む受信レベルの情報を取得する。

例えば、通信制御装置１０は、測定制御部３０２を用いて、図１１で後述する受信レベルの測定処理を実行し、情報取得部３０３は、各通信装置から送信される受信レベルの測定結果を、図５に示すような受信レベル情報３１１に記憶する。

ステップＳ１００２において、通信制御装置１０の類似度算出部３０４は、情報取得部３０３が取得した、例えば、図５に示すような受信レベル情報３１１を用いて、通信装置１００間の通信環境の類似度を算出する。

例えば、類似度算出部３０４は、前述したように、通信装置１００毎に、当該通信装置が送信する所定の電波を受信した他の通信装置が測定したＮ個の受信レベルを含む受信レベルのベクトルＸ_ｉ＝（Ｘ_ｉ１，Ｘ_ｉ２，・・・，Ｘ_ｉＮ）を生成する。また、類似度算出部３０４は、例えば、前述した式（１）を用いて受信レベルのベクトル間の距離を算出し、通信装置１００間の類似度を求める。

ステップＳ１００３において、グループ生成部３０５は、類似度算出部３０４が算出した類似度に基づいて、通信装置１０１〜１２０をグループ分けする。例えば、グループ生成部３０５は、通信装置１００間の類似度により、図７に示すように、類似度が高い（ベクトル間の距離が短い）通信装置１００の組合せをグループ化する。

好ましくは、グループ生成部３０５は、図８、９を用いて説明したように、類似度算出部３０４を用いてグループ間の類似度（距離）をさらに算出し、算出したグループ間の類似度を用いて、さらにグループ分けを行う。なお、グループ生成部３０５によるグループの生成処理の例については、図１３、１５等を用いて後述する。

ステップＳ１００４において、通信経路決定部３０６は、グループ生成部３０５が生成したグループ毎に、マルチホップ通信の通信経路を決定する。なお、通信経路決定部３０６による通信経路の決定処理については、図１４を用いて後述する。

（通信制御装置の測定処理）
図１１は、第１の実施形態に係る通信制御装置の測定処理の例を示すフローチャートである。この処理は、図１０のステップＳ１００１において、通信制御装置１０が実行する受信レベルの測定処理の一例を示している。なお、このとき、通信装置１００が実行する受信レベルの測定処理については、図１１を用いて後述する。

ステップＳ１１０１において、通信制御装置１０の測定制御部３０２は、変数ｉを１に初期化し、ステップＳ１１０２以降の処理を、通信装置１０１〜１２０の各々に対して実行する。

ステップＳ１１０２において、測定制御部３０２は、通信装置１０１〜１２０のうち、ｉ番目の通信装置に受信レベル測定用の電波の送信を指示する受信レベルの測定要求を、通信制御部３０１を用いてブロードキャスト送信する。

これにより、受信レベル測定用の電波の送信を指示されたｉ番目の通信装置は、所定の時間（又は所定のフレーム数）、受信レベル測定用の電波を送信する。一方、受信レベル測定用の電波の送信を指示されていない他の通信装置は、ｉ番目の通信装置が送信する受信レベル測定用の電波の受信レベルを測定する。

ステップＳ１１０３において、通信制御装置１０の情報取得部３０３は、他の通信装置から送信される受信レベルの測定結果を受信し、例えば、図５に示すような受信レベル情報３１１に記憶する。例えば、１番目の通信装置が通信装置１０１である場合、上記の処理により、図５のノードＮｏ．「１０１」の送信ノードに対応する行５０１に、他の通信装置１０２〜１２０から受信した受信レベルの測定結果が記憶される。

ステップＳ１１０４において、測定制御部３０２は、ｉの値が、通信装置１０１〜１２０の数ｎに達したか否かを判断する。ｉの値が通信装置１０１〜１２０の数ｎ以上でない場合、測定制御部３０２は、処理をステップＳ１１０５に移行させる。一方、ｉの値が通信装置１０１〜１２０の数ｎ以上である場合、測定制御部３０２は、処理を終了させる。

ステップＳ１００５に移行すると、測定制御部３０２は、ｉに１を加算して、ステップＳ１１０２以降の処理を再び実行する。

上記の処理により、通信制御装置１０の情報取得部３０３は、例えば、図５に示すような受信レベル情報３１１を取得し、記憶部３０９に記憶することができる。

（通信装置の測定処理）
図１２は、第１の実施形態に係る通信装置の測定処理の例を示すフローチャートである。この処理は、図１１に示す通信制御装置の測定処理に応じて、通信装置１００が実行する受信レベルの測定処理の一例を示している。

ステップＳ１２０１において、通信装置１０１の受信レベル測定部４０２は、通信制御装置１０から送信される受信レベルの測定要求を、通信制御部４０１を介して受信すると、ステップＳ１２０１以降の処理を実行する。

ステップＳ１２０２において、受信レベル測定部４０２は、受信した受信レベルの測定要求に、自装置に対する受信レベル測定用の電波の送信指示が含まれているか否かを判断する。例えば、受信レベル測定部４０２は、送信指示に自装置のノードＮｏ．が指定されている場合、自装置に対する受信レベル測定用の電波の送信指示が含まれていると判断する。

受信レベルの測定要求に、自装置に対する受信レベル測定用の電波の送信指示が含まれている場合、受信レベル測定部４０２は、処理をステップＳ１２０３に移行させる。一方、受信レベルの測定要求に、自装置に対する受信レベル測定用の電波の送信指示が含まれていない場合、受信レベル測定部４０２は、処理をステップＳ１２０４に移行させる。

ステップＳ１２０３に移行すると、受信レベル測定部４０２は、通信制御部４０１を用いて、受信レベル測定用の電波を送信する。

好ましくは、受信レベル測定用の電波は、送信元の通信装置１００を識別する情報（例えば、ノードＮｏ．）を含み、所定の送信レベル（例えば、最大レベル）で、所定の時間（又は所定のフレーム数）送信される。

一方ステップＳ１２０２からステップＳ１２０４に移行すると、受信レベル測定部４０２は、通信制御部４０１を用いて、受信レベル測定用の電波の受信レベルを測定する。

好ましくは、受信レベル測定部４０２は、受信レベル測定用の電波の送信が指示に含まれるノードＮｏ．を含む電波の受信レベルを測定する。

ステップＳ１２０５において、情報送信部４０３は、受信レベル測定部４０２が測定した受信レベルの測定結果を、通信制御部４０１を介して、通信制御装置１０に送信する。

好ましくは、情報送信部４０３が送信する受信レベルの測定結果には、送信元の通信装置１００を識別するノードＮｏ．等の情報が含まれる。

（グループの生成処理）
図１３は、第１の実施形態に係るグループの生成処理の例を示すフローチャートである。この処理は、図１０のステップＳ１００３において、グループ生成部３０５が実行するグループの生成処理に対応している。また、ここでは、通信装置１０１〜１２０を所定の数のグループにグループ分けする場合の処理の例について説明する。

ステップＳ１３０１において、通信制御装置１０のグループ生成部３０５は、通信装置１０１〜１２０の各通信装置を、１つのグループ（クラスタ）として初期化する。

ステップＳ１３０２において、グループ生成部３０５は、グループの数が、予め設定された所定の数になったかを判断する。グループの数が所定の数になった場合、グループ生成部３０５は、処理を終了させる。一方、グループの数が所定の数になっていない場合、グループ生成部３０５は、処理をステップＳ１３０３に移行させる。

ステップＳ１３０３に移行すると、グループ生成部３０５は、２つのグループの組合せパターンを抽出する。なお、グループの数がｎの場合、２つのグループの組合せの数は、_ｎＣ_２個となる。

ステップＳ１３０４において、グループ生成部３０５は、例えば、類似度算出部３０４を用いて、各組合せにおけるグループ間の類似度を算出する。なお、１つの通信装置１００で構成されるグループ間の類似度は、図１０のステップＳ１００２で算出した通信装置１００間の類似度を用いることができる。また、複数の通信装置１００を含むグループ間の類似度は、例えば、図８で説明したように、グループ間の距離を算出し、グループ間の類似度を求めることができる。

ステップＳ１３０５において、グループ生成部３０５は、例えば、図９で説明したように、グループ間の類似度（グループ間の距離）が最小となるグループの組合せを、１つのグループに結合し、処理をステップＳ１３０２に戻す。

グループ生成部３０５は、ステップＳ１３０３〜１３０５の処理を、グループの数が所定の数になるまで、繰り返し実行することにより、通信装置１０１〜１２０を所定の数のグループにグループ分けすることができる。

（通信経路の決定処理）
図１４は、第１の実施形態に係る通信経路の決定処理の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図１０のステップＳ１００４において、通信経路決定部３０６が実行する通信経路の決定処理の一例を示している。

ステップＳ１４０１において、通信制御装置１０の通信経路決定部３０６は、グループ生成部３０５が生成したグループ毎に、通信制御装置１０と直接通信できる第１の通信装置を抽出する。

一例として、通信制御装置１０の情報取得部３０３は、図１１に示す受信レベルの測定処理において、各通信装置１００が送信する受信レベル測定用の電波の受信レベルを、通信制御部３０１から取得し、記憶部３０９の受信レベル情報３１１に記憶しておく。この場合、通信経路決定部３０６は、受信レベル情報３１１に記憶した受信レベルの値が、予め定められた基準値以上である通信装置１００を、通信制御装置１０と直接通信できる第１の通信装置として抽出する。

別の一例として、通信制御装置１０の測定制御部３０２は、通信装置１０１〜１２０に受信レベルの測定要求を送信すると共に、通信制御部３０１を用いて受信レベル測定用の電波を送信するものであっても良い。この場合、情報取得部３０３が、各通信装置から送信される受信レベルの測定値が、予め定められた基準値以上である通信装置１００を、通信制御装置１０と直接通信できる第１の通信装置として抽出しても良い。

ステップＳ１４０２において、通信経路決定部３０６は、グループ毎に、抽出された第１の通信装置の中から、所定の評価指標に基づいて中継ノードを選定する。

評価指標の一例として、中継ノードとの通信において、フレームロストを最小にして、中継に要する時間的なロスを減らしたい場合、受信レベルが最も高い通信装置１００を用いることができる。また、別の一例として、通信可能な範囲を広げたい場合、受信レベルが最も低い通信装置１００を用いることができる。さらに、別の一例として、通信装置１００同士の通信を、全てブロードキャストフレームで行う場合、グループの中心点（各ベクトルの平均）に最も近い通信装置１００を用いることができる。

ステップＳ１４０３において、通信経路決定部３０６は、グループ毎に、通信制御装置１０と直接通信することはできないが、第１の通信装置を介して通信制御装置１０と通信することができる第２の通信装置を特定する。例えば、通信経路決定部３０６は、図５に示すような受信レベル情報３１１を用いて、第１の通信装置から受信した電波の受信レベルが、予め定められた基準値以上の通信装置１００を、第２の通信装置として特定する。

ステップＳ１４０４において、通信経路決定部３０６は、通信制御装置１０が、第１の通信装置、及び第２の通信装置と通信する通信経路を決定する。

ステップＳ１４０５において、通信制御装置１０の経路情報通知部３０７は、通信経路決定部３０６が決定した通信経路を含むマルチホップ通信の経路情報（ルーティング情報）を、通信装置１０１〜１２０に通知する。

なお、各通信装置１００は、例えば、通信制御装置１０から通知された経路情報を、記憶部４０５に記憶し、記憶した経路情報を用いてマルチホップ通信を行う。

別の一例として、各通信装置１００は、記憶部４０５に記憶した経路情報に変えて、ブロードキャストフレームに含まれる経路情報に従ってマルチホップ通信を行うものであっても良い。この場合、中継ノードに設定された通信装置１００は、経路情報を含むブロードキャストフレームを受信すると、受信したブロードキャストフレームを再送（転送）する。また、中継ノード以外の通信装置１００は、既に受信済のブロードキャストフレームを受信すると、受信した受信済のブロードキャストフレームを破棄する。これにより、データを送受信する度に動的なルーティングが可能となる。

以上、本実施形態によれば、複数の通信装置１００を用いてマルチホップ通信を行う無線通信システム１において、通信装置１００のコストを抑制しつつ、複数の通信装置１００をグループ分けし、通信経路を決定することができるようになる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、例えば、図１３に示すグループの生成処理により、グループの数が所定の数になるまでグループ分けを繰り返し実行していた。この場合、適切なグループの数が予め設定されていることが望ましい。

第２の実施形態では、グループ間の類似度（グループ間の距離）の最小値が閾値を超えたときに、グループ分けを終了させる場合の処理の例について説明する。

なお、第２の実施形態におけるシステム構成、ハードウェア構成、及び機能構成は、第１の実施形態と同様で良い。

＜処理の流れ＞
図１５は、第２の実施形態に係るグループの生成処理の例を示すフローチャートである。この処理は、図１０のステップＳ１００３において、通信制御装置１０のグループ生成部３０５が実行するグループ生成処理の別の一例である。

ステップＳ１５０１において、通信制御装置１０のグループ生成部３０５は、通信装置１０１〜１２０の各通信装置を、１つのグループ（クラスタ）として初期化する。

ステップＳ１５０２において、グループ生成部３０５は、２つのグループの組合せパターンを抽出する。

ステップＳ１５０３において、グループ生成部３０５は、例えば、類似度算出部３０４を用いて、各組合せにおけるグループ間の類似度を算出する。なお、１つの通信装置１００で構成されるグループ間の類似度は、図１０のステップＳ１００２で算出した通信装置１００間の類似度を用いることができる。また、複数の通信装置１００を含むグループ間の類似度は、例えば、図８で説明したように、グループ間の距離を算出することにより、グループ間の類似度を求めることができる。

ステップＳ１５０４において、グループ生成部３０５は、グループ間の類似度（グループ間の距離）が閾値以下となる組合せがあるか否かを判断する。なお、この閾値は、例えば、通信が良好に行えるグループ間の距離等に基づいて、１つのグループに結合することが望ましいグループ間の距離が、予め設定されているものとする。

グループ間の類似度が閾値以下となる組合せがある場合、グループ生成部３０５は、処理をステップＳ１５０５に移行させる。一方、グループ間の類似度が閾値以下となる組合せがない場合、すなわち、グループ間の類似度の最小値が閾値を超えた場合、グループ生成部３０５は、グループの生成処理（グループ分け）を終了させる。

ステップＳ１５０５に移行すると、グループ生成部３０５は、例えば、図９で説明したように、グループ間の類似度（グループ間の距離）が最小となる２つのグループの組合せを、１つのグループに結合し、処理をステップＳ１５０２に戻す。

グループ生成部３０５は、上記の処理を、グループ間の類似度の最小値が閾値を超えるまで、繰り返し実行することにより、通信装置１０１〜１２０を１つ以上のグループにグループ分けする。

以上、本実施形態によれば、例えば、第１の実施形態のように、グループの数を予め設定しておかなくても、自動的に適切なグループ分けが行えるようになる。

１無線通信システム
１０通信制御装置
１００、１０１〜１２０通信装置
３０２測定制御部
３０３情報取得部（取得部）
３０４類似度算出部（算出部）
３０５グループ生成部
３０６通信経路決定部（決定部）
３０７経路情報通知部（通知部）
３０８中継ノード設定部（設定部）

特開２００９−９４６２８号公報

Claims

マルチホップ通信を行う複数の通信装置と通信可能な通信制御装置であって、
前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記類似度に基づいて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けするグループ生成部と、
前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定する決定部と、
を有する、通信制御装置。
前記通信装置のうち、一の通信装置に所定の電波を送信させると共に、他の通信装置に前記一の通信装置が送信する前記所定の電波の前記受信レベルを測定させる測定制御部を有する、請求項１に記載の通信制御装置。
前記算出部は、
前記通信装置毎に、当該通信装置が送信する所定の電波を受信した他の通信装置が測定したＮ個（Ｎは他の端末の数）の前記受信レベルを含む受信レベルのベクトルを生成し、
前記ベクトル間の距離により、前記通信装置間の前記類似度を算出する、請求項１又は２に記載の通信制御装置。
前記算出部は、前記受信レベルのベクトルと前記ベクトル間の距離とを用いて、前記グループ間の類似度をさらに算出し、
前記グループ生成部は、前記算出部が算出した前記グループ間の類似度に基づいて、前記グループをさらにグループ分けする、請求項３に記載の通信制御装置。
前記グループ生成部は、前記グループのうち、前記グループ間の距離が最小となる２つのグループを１つのグループに結合する、請求項４に記載の通信制御装置。
前記グループ生成部は、前記グループ間の距離の最小値が閾値を超えたとき、前記グループ分けを終了する、請求項４又は５に記載の通信制御装置。
前記通信制御装置は、前記通信装置と共に前記マルチホップ通信を行い、
前記決定部は、
前記グループ毎に、前記通信制御装置と直接通信する第１の通信装置と、前記通信制御装置と前記第１の通信装置を介して通信する第２の通信装置とを特定し、
前記グループ毎に、前記通信制御装置が、前記第１の通信装置、及び前記第２の通信装置と通信する前記マルチホップ通信の通信経路を決定する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の通信制御装置。
前記決定部が決定した前記マルチホップ通信の通信経路の情報を前記通信装置に通知する通知部を有し、
前記通信装置は、前記通信経路の情報を用いて前記マルチホップ通信を行う、請求項７に記載の通信制御装置。
前記グループ毎に、１つ以上の前記第１の通信装置を中継ノードに設定する設定部を有し、
前記中継ノードは、前記通信制御装置、及び他の通信装置から送信された経路情報を含むブロードキャストフレームを再送し、
前記第２の通信装置は、受信済の前記ブロードキャストフレームを受信した場合、受信した前記ブロードキャストフレームを破棄する、請求項７に記載の通信制御装置。
マルチホップ通信を行う複数の通信装置と、前記通信装置と通信可能な通信制御装置とを含む無線通信システムであって、
前記通信装置は、
他の通信装置から受信した電波の受信レベルを測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記受信レベルの情報を前記通信制御装置に送信する送信部と、
を有し、
前記通信制御装置は、
前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記類似度を用いて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けするグループ生成部と、
前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定する決定部と、
を有する、無線通信システム。
マルチホップ通信を行う複数の通信装置と通信可能な通信制御装置が実行する通信制御方法であって、
前記通信制御装置が、
前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得するステップと、
前記取得するステップで取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記類似度を用いて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けするステップと、
前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定するステップと、
を実行する、通信制御方法。
マルチホップ通信を行う複数の通信装置と通信可能な通信制御装置に、
前記通信装置の各々から、当該通信装置が他の通信装置から受信した電波の受信レベルの情報を取得する処理と、
取得した前記受信レベルの情報を用いて前記通信装置間の通信環境の類似度を算出する処理と、
算出した前記類似度に基づいて、前記通信装置を１つ以上のグループにグループ分けする処理と、
前記グループ毎に前記マルチホップ通信の通信経路を決定する処理と、
を実行させるプログラム。