JP2019176361A

JP2019176361A - メッシュネットワーク

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Publication number: JP2019176361A
Application number: JP2018063511A
Authority: JP
Inventors: 大江　英城; Hideki Oe; 英城大江; 滋男小畑; Shigeo Obata; 畠内　孝明; Takaaki Hatakeuchi; 孝明畠内; 充紀星野; Mitsunori Hoshino; 松本　孝司; Koji Matsumoto; 孝司松本
Original assignee: Yazaki Energy System Corp; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Yazaki Energy System Corp; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP7094751B2

Abstract

【課題】通信量を低減しつつメッシュネットワークのトポロジーを把握できるメッシュネットワークを提供する。【解決手段】メッシュネットワーク１は、ＧＷ無線機３ａと、ＧＷ無線機３ａと直接又は間接的に無線通信する複数の無線機３ｂ〜３ｇと、から構成される。無線機３ａ〜３ｇは各々、無線機３ａ〜３ｇ毎に自身と直接無線通信できるか否かを示す情報を関連付けた隣接情報テーブルを記憶する隣接情報記憶部３３４ａを有している。無線機３ｂ〜３ｇは各々、隣接情報テーブルをＧＷ無線機３ａ宛に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、メッシュネットワークに関する。

近年、ＧＷ（ゲートウェイ）無線機と、メータに接続された複数の無線機と、から構成され、無線機が、メータの検針値などを直接又は他の無線機を中継してＧＷ無線機に送信する無線通信システムが知られている（特許文献１、２）。これら無線機は各々、図４〜図１０の左欄に示すように、無線機毎に当該無線機までの中継段数を関連付けた中継段数テーブルを記憶し、中継段数テーブルに従って最小の中継段数になるように通信を行っている。

上記無線通信システムにおいて、無線機の移設、撤去をしようとしたときの影響度を把握するためにネットワークのトポロジー（接続形状）を把握する必要がある。そこで、従来では、各無線機から自身の中継段数テーブルをＧＷ無線機に送信して、ＧＷ無線機から全ての無線機の中継段数テーブルを取得することにより、トポロジーを把握していた。

しかしながら、中継段数テーブルは、データサイズが大きいため、全てをＧＷ無線機に送信すると通信量の増大を招く、という問題があった。

特開２０１６−２２０１００号公報特開２０１７−９２６４３号公報

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、通信量を低減しつつメッシュネットワークのトポロジーを把握できるメッシュネットワークを提供することを目的としている。

本発明の一態様であるメッシュネットワークは、ゲートウェイとなる第１無線機と、前記第１無線機と直接又は間接的に無線通信する複数の第２無線機と、から構成されるメッシュネットワークであって、前記第１無線機及び前記第２無線機は各々、前記第１無線機及び前記第２無線機毎に自身と直接無線通信できるか否かを示す情報を関連付けた隣接情報テーブルを記憶する第１記憶部を有し、前記第２無線機は各々、前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信する送信部を有することを特徴とする。

また、前記第１無線機及び前記第２無線機は各々、前記第１無線機及び前記第２無線機毎に自身までの中継段数を関連付けた中継段数テーブルを記憶する第２記憶部と、前記中継段数テーブルから前記隣接情報テーブルを作成して、前記第１記憶部に記憶させるテーブル作成部と、を有していてもよい。

また、前記第１無線機は、前記第２無線機宛に順次、前記隣接情報テーブルの送信要求を送信し、前記第２無線機の送信部は、前記隣接情報テーブルの送信要求を受信する毎に前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信するようにしてもよい。

また、前記第２無線機の送信部は、前記隣接情報テーブルの変化を検出する毎に前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信してもよい。

また、前記第２無線機には各々、機器が接続され、前記第１無線機は、前記第２無線機宛に順次、前記機器の監視値の送信を要求する送信要求を送信し、前記第２無線機の送信部は、前記送信要求を受信する毎に、接続された前記機器の監視値に前記隣接情報テーブルを付加して前記第１無線機宛に送信するようにしてもよい。

以上説明したように態様によれば、全ての無線機からの隣接情報テーブルからメッシュネットワークのトポロジーを把握することができる。また、隣接情報テーブルの直接無線通信できるか否かを示す情報は１ビットで表すことができる。このため、通信量を低減しつつメッシュネットワークのトポロジーを把握できる。

本発明のメッシュネットワークの一実施形態を示すブロック図である。図１に示す無線機の詳細を示すブロック図である。第１実施形態における図１に示すメッシュネットワークの動作を説明するための説明図である。図１に示すＧＷ無線機３ａの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｂの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｃの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｄの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｅの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｆの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。図１に示すメータ無線機３ｇの中継段数テーブル及び隣接情報テーブルを示す図である。第２実施形態における図１に示すメッシュネットワークの動作を説明するための説明図である。第３実施形態における図１に示すメッシュネットワークの動作を説明するための説明図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態における本発明のメッシュネットワークについて図１を参照して説明する。メッシュネットワーク１は、ＮＣＵ２に接続され、電話回線網とのゲートウェイとなるＧＷ無線機３ａ（＝第１無線機）と、メータなどの機器４ｂ〜４ｇ（図３）に接続された無線機３ｂ〜３ｇ（＝第２無線機）と、から構成されている。

メッシュネットワーク１においては、無線機３ｂ〜３ｇが、各機器４ｂ〜４ｇの監視値を直接又は他の無線機を中継してＧＷ無線機３ａに送信する。なお、図１に示す丸の中のアルファベットは、ＧＷ無線機３ａ、無線機３ｂ〜３ｇの識別子を示す。

また、図１の無線機３ａ〜３ｇ間を結ぶ実線は、直接無線通信できることを示す。即ち、図１において、実線で接続されている無線機３ａ〜３ｇ間は、直接無線通信することができるが、実線で接続されていない無線機３ａ〜３ｇ間は、直接通信することができない。

上記機器４ｂ〜４ｇは、顧客宅に設置され、水道、ガス、電気などを計量するメータなどから構成されている。なお、本実施形態では、ＧＷ無線機３ａに機器が接続されていないものとして説明するが、ＧＷ無線機３ａに機器が接続されていてもよい。

ＮＣＵ２は、電話回線に接続するための装置である。ＧＷ無線機３ａは、ＮＣＵ２を用いて、電話回線経由で管理会社と通信することができる。ＧＷ無線機３ａは、管理会社のコンピュータ端末から遠隔監視要求を受信すると、無線機３ｂ〜３ｇから送信された機器４ｂ〜４ｃの監視値を送信する。監視値としては、例えば、機器４ｂ〜４ｃがメータであった場合、メータの検針値が考えられる。これにより、ガス管理会社は、電話回線を介してＧＷ無線機３ａと通信するだけで、無線機３ｂ〜３ｇに接続された機器４ａ〜４ｇの一括監視を行うことができる。

次に、上記メッシュネットワーク１を構成するＧＷ無線機３ａ、無線機３ｂ〜３ｇの詳細について図２を参照して説明する。同図に示すように、無線機３ａ〜３ｇは、アンテナ３１と、無線部３２と、制御部３３と、バッテリ３４と、を備えている。

無線部３２は、アンテナ３１を介して、他の無線機３ａ〜３ｇと無線通信によるデータの送受信を行う。無線部３２は、無線送信回路３２１と、無線受信回路３２２と、切替部３２３と、を有している。

無線送信回路３２１は、制御部３３から出力されたデータを変調して無線により他の無線機３ａ〜３ｇに送信する。無線受信回路３２２は、他の無線機３ａ〜３ｇより送信された信号を受信して復調しデータとして制御部３３に出力する。切替部３２３は、制御部３３からの制御信号（不図示）により送受信の切り替え制御を行う。

制御部３３は、無線機３ａ〜３ｇの全体制御を司る。制御部３３は、同時転送送受信装置３３１と、中継パケット送受信装置３３２と、中継段数テーブル記憶部３３３と、パケット送受信制御装置３３４と、を有している。

同時転送送受信装置３３１は、パケット送受信制御装置３３４の制御に基づいて自身宛のデータ（パケット）を受信したり、自身から他の無線機３ａ〜３ｇ宛に送信するデータを無線部３２へ出力したりする。

中継パケット送受信装置３３２は、自身において中継されるパケットを一端受信するとともにパケット送受信制御装置３３４の制御に基づいて宛先の無線機３ａ〜３ｇあるいは更なる中継先へ送信する。

中継段数テーブル記憶部（第２記憶部）３３３は、メッシュネットワーク１を構成する複数の無線機３ａ〜３ｇ毎に当該無線機３ａ〜３ｇまでの中継段数を関連付けた中継段数テーブルが記憶されている。図４〜図１０に図１に示す検針ネットワークを構成する各無線機３ａ〜３ｇの中継段数テーブル及び後述する隣接情報テーブルを示す。

図４〜図１０に示すように中継段数テーブルは、メッシュネットワーク１を構成する全ての無線機３ａ〜３ｇの識別子と、自身から当該無線機３ａ〜３ｇまでの中継段数と、が関連付けられている。

まず、ＧＷ無線機３ａの中継段数テーブルを例に挙げて、中継段数テーブルについて説明する。図４に示すように、自身の無線機３ａの識別子には、中継段数「０」が関連付けられている。また、直接通信できる無線機３ｂ、３ｃ（図１に示す実線で接続されている無線機）の識別子には中継段数「１」が関連付けられている。また、直接通信できない無線機３ｄ〜３ｇの識別子には、中継段数「中継する無線機の数＋１」が関連付けられている。例えば、ＧＷ無線機３ａから無線機３ｇまでは２つの無線機を中継してデータを送信する必要があるため、無線機３ｇの識別子には、中継段数「２＋１＝３」が関連付けられている。無線機３ｂ〜３ｇの中継段数テーブルも同様である。

パケット送受信制御装置３３４は、他の無線機３ａ〜３ｇを宛先として指定し、当該宛先にデータを伝送するように構成されている。また、パケット送受信制御装置３３４は、隣接情報記憶部（第１記憶部）３３４ａを有している。

隣接情報記憶部３３４ａは、メッシュネットワーク１を構成する複数の無線機３ａ〜３ｇ毎に自身と直接無線通信できるか否か、即ち隣接する無線機であるか否かを示す情報を関連付けた隣接情報テーブルが記憶されている。上述した図４〜図１０に図１に示すメッシュネットワーク１を構成する各無線機３ａ〜３ｇの隣接情報テーブルを示す。

まず、ＧＷ無線機３ａの隣接情報テーブルを例に挙げて、隣接情報テーブルについて説明する。図４に示すように、自身の無線機３ａ及び直接通信できない他の無線機３ｄ〜３ｇの識別子には隣接していないことを示す「０」が関連付けられている。また、直接通信できる無線機３ｂ、３ｃの識別子には、隣接していることを示す「１」が関連付けられている。無線機３ｂ〜３ｇの隣接情報テーブルも同様である。なお、本実施形態では、隣接していないことを示す情報を「０」、隣接していることを示す情報を「１」として説明するが、これに限ったものではない。隣接していないことを示す情報を「１」、隣接していることを示す情報を「０」としてもよい。

パケット送受信制御装置３３４は、テーブル作成部として働き、中継段数テーブルを変換して隣接情報テーブルを作成し、隣接情報記憶部３３４ａに記憶させる。具体的には、中継段数が「１」の無線機に対しては隣接していることを示す「１」を関連付ける。一方、中継段数が「０」又は「２」以上の無線機に対しては隣接していないことを示す「０」を関連づける。また、パケット送受信制御装置３３４は、ＧＷ無線機３ａの場合にはＮＣＵ２との通信を行う。

バッテリ３４は、無線機３ａ〜３ｇに各々内蔵され、無線機３ａ〜３ｇ内に電力を供給する電源として機能する。

次に、上述した構成のメッシュネットワーク１の動作について説明する。上述したメッシュネットワーク１は、設置後に通信状況の変化によって、ネットワークのトポロジーが変化する。このため、無線機３ａ〜３ｇの制御部３３（以下、単に無線機３ａ〜３ｇと略記することもある）は、周知の方法により定期的に中継段数テーブルを更新している。その一例について、以下説明する。まず、無線機３ａ〜３ｇは、定期的に隣接無線機同士で中継段数テーブルの交換を行うことにより、中継段数テーブルの更新を行っている。

例えば、ＧＷ無線機３ａと無線機３ｂとの直接通信が行えなくなった場合について考える。この場合、ＧＷ無線機３ａ及び無線機３ｂは、互いの中継段数テーブルを受け取ることができなくなる。受け取ることができないと、ＧＷ無線機３ａは、自身の中継段数テーブルのうち無線機３ｂの識別子に対する中継段数をブランクにする。無線機３ｂも、自身の中継段数テーブルのうちＧＷ無線機３ａの識別子に対する中継段数をブランクにする。

また、ＧＷ無線機３ａ及び無線機３ｂは、無線機３ｃとは中継段数テーブルの交換を行うことができる。ＧＷ無線機３ａは、無線機３ｃから受け取った中継段数テーブルに無線機３ａまでの中継段数が書き込まれていれば、その中継段数に１を加算した数を無線機３ｂまでの中継段数として書き込む。無線機３ｂも同様に、無線機３ｃから受け取った中継段数テーブルにＧＷ無線機３ａまでの中継段数が書き込まれていれば、その中継段数に１を加算した数をＧＷ無線機３ａまでの中継段数として書き込む。こうして無線機３ａ〜３ｄの制御部３３は、定期的に中継段数テーブルの更新を行っている。

また、無線機３ａ〜３ｄのパケット送受信制御装置３３４は、中継段数テーブルを変換して隣接情報テーブルを作成（更新）する。隣接情報テーブルの更新は、更新により中継段数テーブルが変更されたときのみ行ってもよいし、中継段数テーブルの更新が実行される毎（即ち、定期的）に行ってもよい。

次に、上述したメッシュネットワーク１において、隣接情報テーブルを管理会社に送信するタイミングについて、図３を参照して説明する。図３に示すように、管理会社は、定期的に、ＮＣＵ２に接続されたＧＷ無線機３ａを介して無線機３ｂ〜３ｇ宛に順次、監視要求を送信する。無線機３ｂ〜３ｇは、自身宛の監視要求を受信すると、接続されている機器４ｂ〜４ｇから監視値を読み出してＧＷ無線機３ａ宛に送信する。ＧＷ無線機３ａは、自身宛に送信された各機器４ｂ〜４ｇからの監視値を管理会社に送信する。

また、ＧＷ無線機３ａは、上述した監視値の通信が行われていないタイミングで、定期的に、各無線機３ｂ〜３ｇ宛に順次、隣接情報要求を送信する。無線機３ｂ〜３ｇのパケット送受信制御装置３３４は、送信部として働き、自身宛の隣接情報要求を受信すると、隣接情報テーブルをＧＷ無線機３ａ宛に送信する。これにより、ＧＷ無線機３ａには、自身の隣接情報テーブルに加えて無線機３ｂ〜３ｇの隣接情報テーブルが格納される。その後、ＧＷ無線機３ａは、ＮＣＵ２を介して管理会社からの隣接情報要求を受信したタイミングで、自身の隣接情報テーブルに加えて無線機３ｂ〜３ｇの隣接情報テーブルを管理会社に送信する。

上述した隣接情報テーブルの送信タイミングは、ＧＷ無線機が監視値の通信が行われていないタイミングで行うことができるため、通信の輻輳を抑制することができる。

ところで、従来のようにトポロジーを把握するために中継段数テーブルを送る場合、中継段数としては、中継段数の最大値に応じたビット数が必要である。従来では、中継段数を例えば４ビットで表現し、０〜２^４−１までの中継段数を表現できるようにしていた。このため、一枚の中継段数テーブルを送るのに、４ビット×無線機の総数の情報量が必要となり、通信量が増大していた。

これに対して、本実施形態では、トポロジーを把握するために隣接情報テーブルを送っている。この隣接情報テーブルからもメッシュネットワーク１のトポロジーを把握することができる。しかも、隣接情報テーブルの隣接する無線機であるか否かを示す情報は１ビットで表すことができる。このため、通信量を低減しつつメッシュネットワーク１のトポロジーを把握できる。

また、上述した実施形態では、制御部３３が、中継段数テーブルを変換して隣接情報テーブルを作成して、隣接情報テーブル記憶部３３４ａに記憶させる。これにより、中継段数テーブルが変わってもそれに応じた隣接情報テーブルを作成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態における本発明のメッシュネットワークについて図１１を参照して説明する。第１実施形態と第２実施形態とで異なる点は、隣接情報テーブルを管理会社に送信するタイミングである。図１１に示すように、管理会社は、第１実施形態と同様に、各機器４ｂ〜４ｇの監視値を取得する。

また、各無線機３ｂ〜３ｇは、上述した隣接情報テーブルの更新を行った結果、隣接情報テーブルの変化を検出すると、変化した隣接情報テーブルをＧＷ無線機３ａに送信する。ＧＷ無線機３ａは、隣接情報テーブルを受信すると応答を送ってきた無線機３ｂ〜３ｇに送信する。無線機３ｂ〜３ｇは、ＧＷ無線機３ａからの応答を受信するまで、隣接情報テーブルを送信する。

これにより、ＧＷ無線機３ａには、自身の隣接情報テーブルに加えて無線機３ｂ〜３ｇの最新の隣接情報テーブルが格納される。その後、ＧＷ無線機３ａは、ＮＣＵ２を介して管理会社からの隣接情報要求を受信したタイミングで、自身の隣接情報テーブルに加えて無線機３ｂ〜３ｇの隣接情報テーブルを管理会社に送信する。

以上の実施形態によれば、隣接情報テーブルに変化があったタイミングで、変化のあった無線機３ｂ〜３ｇからＧＷ無線機３ａに隣接情報テーブルが送信される。これにより、通信の輻輳が起こる可能性はあるが、監視値の通信頻度が少ないものや、トポロジー変化の少ないものにおいては有効である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態における本発明のメッシュネットワークについて図１２を参照して説明する。第１実施形態と第３実施形態とで異なる点は、隣接情報テーブルを管理会社に送信するタイミングである。図１２に示すように、無線機３ｂ〜３ｇは、管理会社から監視要求を受信すると、機器４ｂ〜４ｇからの監視値に加えて、隣接情報テーブルを付加してＧＷ無線機３ａに送信する。

これにより、監視値とは別に隣接情報テーブルを送信する必要がなく、通信回数を抑えることができる。

なお、上述した実施形態によれば、ＧＷ無線機３ａは、電話回線を通じて管理会社に監視情報を送信していたが、これに限ったものではない。例えば、ＧＷ無線機３ａとタブレット端末を無線接続して、タブレット端末に監視値を送信するようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、隣接情報テーブルは、中継段数テーブルを変換して作成していたが、これに限ったものではない。中継段数テーブルの交換とは別に、無線機３ａ〜３ｇ間で通信を行った結果から作成するようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１メッシュネットワーク
３ａＧＷ無線機（第１無線機）
３ｂ〜３ｇ無線機（第２無線機）
４ｂ〜４ｇ機器
３３３中継段数テーブル記憶部（第２記憶部）
３３４パケット送受信制御装置（テーブル作成部、送信部）
３３４ａ隣接情報記憶部（第１記憶部）

Claims

ゲートウェイとなる第１無線機と、前記第１無線機と直接又は間接的に無線通信する複数の第２無線機と、から構成されるメッシュネットワークであって、
前記第１無線機及び前記第２無線機は各々、前記第１無線機及び前記第２無線機毎に自身と直接無線通信できるか否かを示す情報を関連付けた隣接情報テーブルを記憶する第１記憶部を有し、
前記第２無線機は各々、前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信する送信部を有することを特徴とするメッシュネットワーク。
前記第１無線機及び前記第２無線機は各々、前記第１無線機及び前記第２無線機毎に自身までの中継段数を関連付けた中継段数テーブルを記憶する第２記憶部と、前記中継段数テーブルから前記隣接情報テーブルを作成して、前記第１記憶部に記憶させるテーブル作成部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のメッシュネットワーク。
前記第１無線機は、前記第２無線機宛に順次、前記隣接情報テーブルの送信要求を送信し、
前記第２無線機の送信部は、前記隣接情報テーブルの送信要求を受信する毎に前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のメッシュネットワーク。
前記第２無線機の送信部は、前記隣接情報テーブルの変化を検出する毎に前記隣接情報テーブルを前記第１無線機宛に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のメッシュネットワーク。
前記第２無線機には各々、機器が接続され、
前記第１無線機は、前記第２無線機宛に順次、前記機器の監視値の送信を要求する送信要求を送信し、
前記第２無線機の送信部は、前記送信要求を受信する毎に、接続された前記機器の監視値に前記隣接情報テーブルを付加して前記第１無線機宛に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のメッシュネットワーク。