JP2020014236A - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】親ノードとの通信状況に応じて、新しい親ノードを効率的に切り替える。【解決手段】無線通信装置１は、集約装置と無線通信で接続される複数の他の無線通信装置との間でデータを送受信する。複数の他の無線通信装置に含まれる他の第１無線通信装置へデータを送信する送受信処理部１０１と、他の第１無線通信装置との通信状態に基づき、他の第１無線通信装置との通信を継続するか否かを判断する判断部１０２を備える。判断部１０２が他の第１無線通信装置への送信を継続しないと判断したとき、送受信処理部１０１は、複数の他の無線通信装置に含まれる所定の他の第２無線通信装置からデータを受信する。判断部１０２は、他の第２無線通信装置との通信状態が所定の条件を満たす場合には、他の第１無線通信装置に代えて他の第２無線通信装置にデータを送信する。【選択図】図２

Description

この発明の実施形態は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法およびプログラムに関する。

ネットワーク上に存在する通信装置を無線にて相互に接続させた無線メッシュネットワークにおける各無線通信装置は、他の無線通信装置からデータを受信すると、受信したデータと自身が生成したデータをあわせて送信先である親ノードに送信する。これにより、データがバケツリレー方式にて中継されて、宛先に到達する。しかし、無線通信では伝送波の干渉などにより、データを親ノードに届けられない場合も生ずる。無線通信装置は、親ノードとの通信接続が継続できないと判断したときは、新たな親ノードを探索する。

しかし、親ノードの候補となる無線通信装置が多いほど新しい親ノードを決めるのに時間がかかり、非効率である。

特許第４５１７８８５号公報 特開２００９−１３５７０８号公報

本発明の実施形態は、親ノードとの通信状況に応じて、新しい親ノードを効率的に切り替えることを課題とする。

本発明の一態様としての無線通信装置は、集約装置と無線通信で接続される複数の他の無線通信装置との間でデータを送受信する送受信処理部であって、前記複数の他の無線通信装置に含まれる他の第１無線通信装置へデータを送信する送受信処理部と、前記他の第１無線通信装置との通信状態に基づき、前記他の第１無線通信装置との通信を継続するか否かを判断する判断部と、を備え、前記判断部が前記他の第１無線通信装置への送信を継続しないと判断したとき、前記送受信処理部は前記複数の他の無線通信装置に含まれる所定の他の第２無線通信装置からデータを受信し、前記判断部は前記他の第２無線通信装置との通信状態が所定の条件を満たす場合には、前記他の第１無線通信装置に代えて前記他の第２無線通信装置にデータを送信する。

無線メッシュネットワークについて説明する図。 第１の実施形態に係る無線通信装置の概略構成の一例を示すブロック図。 第１の実施形態に係る無線通信装置の新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローチャート。 第２の実施形態に係る無線通信装置の概略構成の一例を示すブロック図。 度数分布生成処理のフローチャート。 第３の実施形態に係る無線通信装置の概略構成の一例を示すブロック図。 度数分布初期化処理のフローチャート。 第４の実施形態に係る無線通信装置の概略構成の一例を示すブロック図。 第４の実施形態に係る無線通信装置の新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローチャート。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置を実現したハードウェア構成例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、無線メッシュネットワークについて説明する図である。無線メッシュネットワークは、複数の無線通信装置１（１Ａ〜１Ｐ）と、１台の集約装置２から構成されることを想定する。図１では、各無線通信装置１は添え字のアルファベット（Ａ〜Ｐ）にて区別されて示されている。なお、無線通信装置１の数は、特に限られるものではない。また、無線通信装置１と無線通信を行う無線通信端末など、無線通信装置１と集約装置２とは異なる無線通信装置が無線メッシュネットワークに存在してもよい。また、集約装置２が明示的に存在せず、複数の無線通信装置１のみが無線メッシュネットワークを構成してもよい。この場合、複数の無線通信装置１のうちの一つを集約装置として機能させることができる。また、集約装置２を複数とし、無線メッシュネットワークを複数のネットワークに分割してもよい。

無線通信装置１は、他の無線通信装置１および集約装置２と、無線通信を行うことができる。例えば、無線通信装置１はアクセスポイントである。

集約装置２は、例えば他のネットワークと接続された通信装置である。例えば、集約装置２はＧａｔｅｗａｙである。当該無線メッシュネットワーク上に存在する複数の無線通信装置１が送信するデータは、集約装置２に集約される。なお、集約装置２は無線通信装置１と同じ構成の装置でもよい。

図１の矢印は情報（データ）の伝送経路を示し、矢印の元はデータの送信元、矢印の先はデータの送信先を示す。ここでは、図１の矢印にて示すように、各無線通信装置１によりデータがバケツリレー方式にて中継転送され集約装置２に到達するという、マルチホップ通信を想定する。

各無線通信装置１は、集約装置２と自身との間のホップ数の情報を保持しているものとする。さらに、各無線通信装置１は、集約装置２と他の無線通信装置１との間のホップ数の情報を保持しているものとする。なお、以降の説明において、特に断りがないときは、ホップ数は、集約装置２とのホップ数を意味することとする。無線通信装置１で構成されるネットワークにおいては、最終的にデータを伝送したい無線通信装置１とのホップ数を意味する。例えば、各無線通信装置１が伝送するデータに自身のホップ数も含めることにより、他の無線通信装置１のホップ数を保持することができる。また、集約装置２が、定期的またはネットワーク構成に変化があったときに、ホップ数の情報を各無線通信装置１に送信するようにしてもよい。

そして、各無線通信装置１は、ホップ数が自身よりも１つ大きい無線通信装置１から受信したデータを、ホップ数が自身よりも１つ小さい無線通信装置１に送信する。

無線通信装置１が、データを他の無線通信装置１に送信するとき、送信先の無線通信装置１を送信元の無線通信装置１の親ノードと称することとする。例えば、図１のネットワークにおいて、無線通信装置１Ｇの親ノードは、無線通信装置１Ｅである。また、送信元の無線通信装置１を送信先の無線通信装置１の子ノードと称することとする。図１のネットワークにおいて無線通信装置１Ｇの子ノードは、無線通信装置１Ｉおよび１Ｌである。
また、集約装置２を根ノードと称し、各無線通信装置１のうちの一つを自ノードと称することとする。

また、ホップ数が小さい方を上位ノード、ホップ数が大きい方を下位ノードとする。ゆえに、データは、子ノードから自ノードを経由して親ノードへ中継されることにより、下位ノードから上位ノードの方向に流れる。

無線通信装置１は、子ノードから親ノードへデータを中継するのみならず、自ノードが生成したデータも送信してもよい。このとき、自ノードが生成したデータは、子ノードからの受信データと合わせて親ノードへ送信される。

無線通信装置１から送信されたデータは、伝送波の干渉などにより、親ノードに受信されないことがあり得る。そこで各無線通信装置１は、親ノードとの通信状態に関する情報（通信状態情報）をもとに、親ノードとの無線通信を継続するか否かを判断する。親ノードとの通信状態に関する情報は、例えば、過去の一定期間において自ノード（自ノードの送受信処理部）と親ノードとの無線通信が切断されたかどうか、自ノードと親ノードとの無線通信が切断された回数、自ノードと親ノードとの無線通信が連続して切断された回数、親ノードが受信する子ノードの総数、親ノードが子ノード受信するデータ数、親ノードのホップ数、親ノードとの通信品質を表す親ノードから自ノードが受信する信号強度、自ノードが親ノードから受信するデータの誤り率のうちの少なくとも一つである。親ノードとの無線通信を継続できないと判断したときは、無線通信装置１は、新しい親ノードに切り替える。

無線通信装置１の無線通信を行うタイミングについて説明する。

各無線通信装置１は、時分割通信方式にて、データを送信する。時分割通信方式において、予め定められた一定期間をフレーム（送信周期）と称する。また、フレームを複数の区間に分割し、分割された１区間をスロット（単位期間）と称する。なお、ここでは、フレームは、データ通信におけるデータ単位であるフレームを意味しないものとする。

各無線通信装置１は、１つのスロットが割り当てられている。１つのスロットに割り当てられる無線通信装置１は１つのみである。そして、無線通信装置１は、割り当てられたスロットにおいて、データを送信することができる。割り当てられていないスロットにおいては、データを送信することができない。ゆえに、各無線通信装置１は、１フレームにつき１スロットにおいてデータを送信することができる。

無線通信装置１は、各無線通信装置１と各スロットの対応関係を保持しているものとする。そして、無線通信装置１は、各スロットに基づき、自身の動作を決定する。

例えば、子ノードが割り当てられたスロットにおいては、子ノードからデータが送られてくる可能性があるため、無線通信装置１は受信待機状態となる。受信待機状態とは、データが送られてきた場合に無線通信装置１が給電され受信処理を行う状態を意味する。具体的には、受信待機状態は、例えば送受信処理部１０１が給電されている状態である。また親ノードが割り当てられたスロットにおいては、親ノードとの通信状態を確認するため、無線通信装置１は受信待機状態となる。

例えば、図１の無線通信装置１Ｇは、無線通信装置１Ｇのスロットにおいては送信を行う。また、無線通信装置１Ｉのスロットと、無線通信装置１Ｌのスロットと、無線通信装置１Ｅのスロットにおいて受信待機状態となる。

例えば、自ノード、親ノード、または子ノードのいずれも割り当てられていないスロットにおいては、無線通信装置１は送信も受信も行わない。ゆえに、自ノード、親ノード、または子ノードのいずれも割り当てられていないスロットにおいては、スリープ状態になることができる。無線通信装置１のスリープ状態においては、例えば、送受信処理部１０１がスリープ状態にある。送受信処理部１０１のスリープ状態とは、送信と受信の少なくとも一方を行わない状態であり、例えば送受信処理部１０１への給電が中止している状態や、送受信処理部１０１が受信したデータを親ノードへ送信せずに破棄し親ノードへの送信を行わない状態である。スリープ状態においては、無線通信装置１の電力消費量が抑えられる。

次に、無線通信装置１の構成について説明する。図２は、第１の実施形態に係る無線通信装置１の概略構成の一例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１は、送受信処理部１０１と、判断部１０２とを備える。無線通信装置１は、さらに親ノード受信範囲決定部１０３を備えても良い。

なお、無線通信装置１は、上記以外の部を有していてもよい。

送受信処理部１０１は、集約装置と無線通信で接続される複数の他の無線通信装置との間でデータを送受信する。送受信処理部１０１は、複数の他の無線通信装置に含まれる親ノード（他の第１無線通信装置）にデータを送信する。送受信処理部１０１は、例えば子ノードが割り当てられたスロットにおいてデータを受信し、自ノードが割り当てられたスロットにおいて、子ノードから受信したデータを親ノードに送信する。また親ノードが割り当てられたスロットにおいてもデータを受信する。なお、接続とは、集約装置と送受信を行うことだけでなく、他の無線通信装置を介して集約装置と送受信を行うことも含む。

判断部１０２は、親ノードが割り当てられたスロットにおける、親ノードとの通信状態情報に基づき、親ノードとの通信を継続するか否かを判断する。継続するか否かを判断する基準は、任意に定めてよい。例えば、過去の一定期間親ノードからの受信データを受信できなかった場合、受信データを受信できなかった回数が所定値よりも多い場合、受信データを連続して受信できなかった回数が所定値よりも多い場合、受信データのエラー率が所定値よりも高い場合、受信電波の強度が所定値よりも小さい場合、親ノードのホップ数が所定値よりも大きいか小さい場合、親ノードが受信する子ノードの総数が所定値よりも大きい場合、または親ノードが受信するデータの総数が所定値よりも大きい場合に、継続しないと判断してもよい。

判断部１０２が親ノードへの送信を継続しないと判断したとき、送受信処理部１０１は、所定の無線通信装置１（他の第２無線通信装置）からデータを受信する。所定の無線通信装置１以外の無線通信装置１からはデータを受信しない。判断部１０２は当該他の無線通信装置１との通信状態情報に基づいて、親ノードとしていた他の無線通信装置１（他の第１無線通信装置）に代えて、当該無線通信装置１（他の第２無線通信装置）にデータを送信する。すなわち、判断部１０２は、当該他の無線通信装置１との通信状態情報に基づいて、親ノードを変更する。具体的には、以下のとおりである。親ノード受信範囲決定部１０３は、判断部１０２が継続しないと判断した場合、新たな親ノードを探索するためのる際の受信範囲を決定する。

受信範囲とは、無線通信装置１が受信待機状態となる期間を意味する。なお、受信範囲は、受信する無線電波の周波数の範囲であってもよい。本実施形態においては、前述の通り、無線通信装置１は、自ノード、親ノード、または子ノードのいずれも割り当てられていないスロットにおいては、スリープ状態となる。新たな親ノードを探す際は、決定された受信範囲において、受信待機状態になる。この受信範囲を限定することにより、特定の期間において受信待機状態になるため、無線通信装置１の消費電力を抑えることができる。

親ノード受信範囲決定部１０３は、例えば、所定の基準ホップ数に基づいて受信範囲を決定する。例えば、親ノード受信範囲決定部１０３は、所定の基準ホップ数の前後ｊホップ（ｊは１以上の整数）のホップ数を有する無線通信装置１に対応するスロットを受信範囲とする。基準ホップ数は、例えば、通信状態が良い可能性が高い無線通信装置１のホップ数とすることができる。このように受信範囲を特定することにより消費電力を抑えつつ、通信状態の良い新しい親ノードを探索する確率を高めることができる。探索時間をあまりに短くすると、他に適切な無線通信装置があるにも関わらず通信品質の劣る無線通信装置を新たな親ノードとしてしまい、再度通信が継続しない判断がされる可能性が高まる。
特に、探索を行う際は電力消費量が大きいため、頻繁に親ノードの探索を行うと、無線通信装置の連続稼働日数が低下してしまう場合がある。本実施形態によると、稼働時間の低下を防止することができる。なお、便宜上、このｊを差分ホップ数と称することとする。

なお、ここでは、受信範囲を基準ホップ数の前後ｊホップとしたが、基準ホップ数の前ｍ（ｍは１以上の整数）ホップから基準ホップ数の後ろｎ（ｎは１以上の整数）ホップまでとしてもよい。例えば、基準ホップ数が３、前から２ホップ、後ろは１ホップとすると、ホップ数が１から４までが受信範囲となる。ｍとｎは同じでも異なってもよい。親ノード受信範囲決定部１０３が受信範囲を決定する代わりに、他の無線通信装置から受信範囲に関する情報を受け取ってもよい。

本実施形態においては、通信を継続しないと判断された親ノードのホップ数に基づき、受信範囲を定める。具体的には、通信を継続しないと判断された親ノードのホップ数を基準ホップ数とする。なお、以降は、継続不能と判断された親ノードを、旧親ノードと称することとする。

例えば、旧親ノードのホップ数が３である場合に、前後１ホップを受信範囲と定めたときは、ホップ数が２、３、および４の無線通信装置１に対応するスロットが受信範囲となる。定められた受信範囲に対応する無線通信装置１は、１以上であればよい。

ホップ数は無線通信装置同士１間の実際の距離を意味しないが、ホップ数の差が大きいほど、遠距離になりやすく、通信品質が劣化する可能性が高くなると考えられる。ゆえに、例えば、旧親ノードとの通信品質は良好であったが、旧親ノードの障害などにより通信できなくなった場合などでは、本実施形態のように、旧親ノードのホップ数を基準ホップ数とすることができる。

差分ホップ数ｊの数値は、例えば、無線ネットワークの構成、自ノードのホップ数、親ノードのホップ数、自ノードが受信できる無線ノードのホップ数の平均値、自ノードが受信できる無線ノードのホップ数の平均値と標準偏差、無線ネットワークが形成されてからの経過時間、無線ネットワークに自ノードが参加してからの経過時間、親ノードからの受信信号強度、親ノードから受信されるデータの誤り率のうちの少なくとも１つを考慮して定める。また、差分ホップ数ｊの数値は親ノード受信範囲決定部１０３に予め定められていてもよい。また、他の無線通信装置１などからの制御信号を受信して更新されるようにしてもよい。

受信範囲を決めた後は、送受信処理部１０１が受信範囲に基づき、データを受信する。
そして、データの受信に関わる通信状態が所定の条件を満たす場合に親ノードを変更し新親ノードへデータを送信する。例えば、定められた受信範囲に対応する無線通信装置１と自ノードとの通信状態が、通信を継続しないと判断された無線通信装置１と自ノードとの通信状態よりも良い場合には、定められた受信範囲に対応する無線通信装置１を新しい親ノードとする。通信状態は、例えば、当該無線通信装置と自ノードが無線通信を行えたかどうか、当該無線通信装置と自ノードの無線通信の途中で切断があったかどうか、当該無線通信装置と自ノードの無線通信の途中の切断の回数、当該無線通信装置１に接続された子ノードの数、当該無線通信装置１が子ノードから受信するデータ数、当該無線通信装置１のホップ数、当該無線通信装置から自ノードが受信する信号の強度、当該無線通信装置から自ノードが受信するデータの誤り率、のうちの少なくとも一つである。具体的には、過去の一定期間当該無線通信装置からの受信データを受信できた場合、当該無線通信装置からデータを受信できなかった回数が所定値よりも少ない場合、当該無線通信装置からデータを連続して受信できなかった回数が所定値よりも少ない場合、当該無線通信装置からのデータのエラー率が所定値よりも低い場合、当該無線通信装置からの受信電波の強度が所定値よりも大きい場合、当該無線通信装置のホップ数が所定値よりも大きいか小さい場合、当該無線通信装置が受信する子ノードの総数が所定値よりも小さい場合、または当該無線通信装置が受信するデータの総数が所定値よりも小さい場合において、当該無線通信装置１を新しい親ノードとする。定められた受信範囲に対応する複数の無線通信装置１がある場合には、その複数の無線通信装置１と通信を継続しないと判断された無線通信装置１のうち、自ノードとの通信状態が最も良いものを新しい親ノードとする。新たな親ノードを決定するに当たっては、その他公知な手法を用いることができる。

次に、第１の実施形態に係る無線通信装置１の処理の流れについて説明する。図３は、第１の実施形態に係る無線通信装置１の新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローチャートである。この処理は、親ノードからの情報を取得するために、親ノードに割り当てられたスロットにおいて、無線通信装置１が受信待機するときに行われる。

送受信処理部１０１が、親ノードが割り当てられた送信可能期間において受信待機状態となる（Ｓ１０１）。この受信待機状態における受信データ、受信結果などの通信状態情報は判断部１０２に送られ、判断部１０２は通信状態情報に基づき、親ノードとの通信接続を継続するか否かを判断する（Ｓ１０２）。通信状態情報は、例えば、送受信処理部１０１において、親ノードからデータを受信して判断される、親ノードからの受信信号強度、親ノードから受信されるデータの誤り率、親ノードのホップ数、過去の一定期間において親ノードと無線通信が切断されたか、無線通信が切断された回数、連続して無線通信が切断された回数、親ノードが受信する子ノードの数、親ノードが受信するデータ数のうちの少なくとも１を含む。親ノードとの通信接続が継続可能と判断した場合は（Ｓ１０３のＴｒｕｅ、処理を終了する。親ノードとの通信接続が継続不可の場合（Ｓ１０３のＦａｌｓｅ）は、親ノード受信範囲決定部１０３が、親ノード候補を調査するための受信範囲を決定する（Ｓ１０４）。決定された受信範囲は、送受信処理部１０１に渡され、送受信処理部１０１が受信範囲にて、受信待機を行う（Ｓ１０５）。送受信処理部１０１は、受信待機中に、他の無線通信装置からデータを受信する（Ｓ１０６）。判断部は、他の無線通信装置との通信状態が所定の条件を満たすと判断した場合に、他の無線通信装置を新たしい親ノードと決定する（Ｓ１０７）。そして、送受信処理部１０１は、決定した新しい親ノードにデータを送信する（Ｓ１０８）。以上が、受信範囲決定処理のフローである。

以上のように、通信状態の良い無線通信装置１が多く存在する可能性が高い、特定の受信範囲において親ノードを探索することにより、少ない消費電力で親ノードを探索することができる。したがって、無線通信装置１に搭載される電池の連続稼働日数が延伸される。また、新たな親ノードが通信品質の良い無線通信装置１になる可能性も高まるため、根ノードにおけるデータ収集率が向上する可能性が高まる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る無線通信装置１の概略構成の一例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１は、親ノード候補選択部１０４と、と、分布構築部１０６とをさらに備える点が第１の実施形態と異なる。無線通信装置１は、さらに親ノード候補情報蓄積部１０５を備えることができる。また、第２の実施形態は、親ノード受信範囲決定部１０３が受信範囲を決定する方法が第１の実施形態と異なる。第１の実施形態と同様な点は、説明を省略する。

第２の実施形態では、無線通信装置１自らが基準ホップ数を算出し、受信範囲を決定する。具体的な処理は、各部とともに説明する。

親ノード候補選択部１０４は、予め定められた適切な選択方法に基づき、選択対象のノードから適切な親ノード候補を選択する。

親ノード候補を選択する方法は、例えば第１の実施形態で述べた方法など、任意に定めてよい。

親ノード候補は、１つの送信周期（フレーム）において送受信処理部１０１が受信した受信データに基づく最適な親ノードを意味する。この親ノード候補を、複数のフレームにおいて繰り返し算出する。

ここでは、親ノード候補はネットワークの全てまたは少なくとも一部の無線通信装置１から選択される。

１つの送信周期において、１回、親ノード候補の選択が行われる。親ノード候補選択部１０４は、実施した選択の回数と、選択回数の閾値を保持する。親ノード候補選択部１０４は、例えば、選択回数が当該閾値を超えるまで、親ノード候補を選択することを想定する。調査回数の閾値は、親ノード候補選択部１０４に予め定めておいてもよいし、送受信処理部１０１を介して、他の無線通信装置から親ノード候補選択部１０４に入力されてもよい。

親ノード候補情報蓄積部１０５は、一または複数の親ノード候補のホップ数を格納する。また、旧親ノードのホップ数も格納する。なお、親ノード候補および旧親ノードのその他の情報も格納してもよい。

分布構築部１０６は、度数分布を作成する。この度数分布は、親ノード候補情報蓄積部１０５にて蓄積された、親ノード候補のホップ数と旧親ノードのホップ数との差分に関する分布である。

親ノード受信範囲決定部１０３は、分布構築部１０６により算出された度数分布に基づき、受信範囲を決定する。第２の実施形態では、度数分布において、最も度数が高いホップ数を基準とし、基準ホップ数の前後ｊホップの範囲に含まれるホップ数を有する無線通信装置１に対応するスロットを受信範囲とする。あるいは、一定値以上の度数に対応するホップ数を有する無線通信装置１に対応するスロットを受信範囲とする。この受信範囲に基づいて、親ノードの探索を行う。

このように、度数分布に基づき、受信範囲を決定することにより、さらに効率よく親ノードを探索することができる。

次に、第２の実施形態に係る無線通信装置１の処理のフローについて説明する。図５は、度数分布生成処理のフローチャートである。この度数分布生成処理は、例えば無線通信装置１の電源投入時など、無線通信が始まる前に行われる。例えば、度数分布生成処理は、定められた親ノードとの無線通信を行っている期間に行われてもよい。また、度数分布生成処理は、例えば、所定の期間の経過後または所定の時刻などに定期的に行われてもよい。

親ノード候補選択部１０４は、選択回数が予め定められた閾値以内かを確認する。選択回数が閾値以内であるとき（Ｓ２０１のＴｒｕｅ）は、送受信処理部１０１が他の無線通信装置１からデータを受信する（Ｓ２０２）。受信した受信データは親ノード候補選択部１０４に送られる。

親ノード候補選択部１０４が、親ノード候補を選択する（Ｓ２０３）。また、実施した選択回数を示す値が１つ増加される。

選択された親ノード候補のホップ数は、親ノード候補情報蓄積部１０５に蓄積される（Ｓ２０４）。そして、再度、選択回数が予め定められた閾値以内か確認される（Ｓ２０１）。

Ｓ２０２からＳ２０４の処理が繰り返され、選択回数が閾値を超えると（Ｓ２０１のＦａｌｓｅ）、分布構築部１０６が親ノード候補情報蓄積部１０５から、親ノード候補のホップ数と旧親ノード候補のホップ数を読み出し、両ホップ数の差分の度数分布を生成する（Ｓ２０５）。以上が、度数分布生成処理のフローである。

第２の実施形態に係る無線通信装置１の新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローは、親ノード受信範囲決定部１０３が親ノードを選択するための受信範囲を決定する処理（Ｓ１０４）が、分布構築部１０６が生成した度数分布に基づき行われる点だけが異なるため、説明は省略する。

以上のように、第２の実施形態によれば、送信周期ごとに親ノードとして最適な親ノード候補を収集し、さらに親ノード候補に関する度数分布を生成した上で、受信範囲を定める。これにより、受信範囲が、第１の実施形態よりもさらに通信状態の良い親ノードを効率よく探索することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る無線通信装置１の概略構成の一例を示すブロック図である。第３の実施形態に係る無線通信装置１は、測定部１０７をさらに備える点が第２の実施形態と異なる。また、分布構築部１０６が生成した度数分布を初期化する点も異なる。
第２の実施形態と同様な点は、説明を省略する。

測定部１０７は、無線通信装置１が属するネットワークの状態や、無線通信装置１が送受信したデータなどに関するパラメータを測定する。例えば、当該パラメータは、送受信処理部１０１が他の無線通信装置１へデータを送信した回数もしくは他の無線通信装置１からデータを受信した回数、親パラメータ候補の選択回数、ネットワークに接続している全ての無線通信装置１の平均ホップ数または平均ホップ数の変化量などがある。

測定は、無線通信装置１の電源が投入された時から開始してもよいし、所定の時刻または前回の測定から所定の期間の経過後に行われてもよい。

測定部１０７は、測定したパラメータに基づき、分布構築部１０６が生成した度数分布を初期化するか否かを決定する。例えば、算出したパラメータ値が閾値を超えたときに初期化してもよい。初期化を行う条件および閾値は予め、測定部１０７に定められていてもよいし、根ノードまたは他の無線通信装置１からの指示を受けてもよい。

次に、第３の実施形態に係る無線通信装置１の処理のフローについて説明する。図７は、度数分布初期化処理のフローチャートである。ここでは、計測するパラメータを送受信処理部１０１のデータ送信回数として説明する。

送受信処理部１０１が、親ノードに対しデータの送信を行ったときは、送信回数履歴を１つ増加させる（Ｓ３０１）。測定部１０７は、送受信処理部１０１から送信回数履歴を取得し、閾値と比較する。送信回数が閾値以内であるときは（Ｓ３０２のＴｒｕｅ）、処理は終了する。送信回数が閾値を超えたときは（Ｓ３０２のＦａｌｓｅ）、分布構築部１０６に初期化を指示し、分布構築部１０６が度数分布を初期化する（Ｓ３０３）。度数分布が初期化されたため、新たな度数分布を生成するために、図５で示した度数分布生成処理が行われる（Ｓ３０４）。以上が、度数分布初期化処理のフローである。

度数分布生成処理と新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローは、第２の実施形態と同様であるため、省略する。

以上のように、第３の実施形態によれば、測定部１０７が測定したネットワーク状況または送受信した回数もしくはデータなどに基づいて、度数分布が初期化されることにより、現状を反映させた度数分布となる。これにより、第２の実施形態よりも、さらに通信状態の良い親ノードを効率よく探索可能することができる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る無線通信装置１の概略構成の一例を示すブロック図である。第４の実施形態に係る無線通信装置１は、測定部１０７をさらに備える点が第１の実施形態と異なる。また、親ノード受信範囲決定部１０３が、測定部１０７の測定結果に基づき、受信範囲を変化させる点も異なる。第１の実施形態と同様な点は、説明を省略する。

第３の実施形態の測定部１０７は、度数分布を初期化させるために、所定のパラメータ値を測定する。第４の実施形態の測定部１０７は、親ノード受信範囲決定部１０３が定める受信範囲を、測定したパラメータ値に基づき変化させる。

測定部１０７は、無線通信装置１が属するネットワークの状態や、無線通信装置１が送受信したデータなどに関するパラメータを測定する。例えば、親ノードに接続できなかった回数（通信切断回数）を測定する。なお、通信切断回数は、通信切断が連続したときの回数でもよいし、所定期間内の総回数としてもよい。

親ノード受信範囲決定部１０３は、パラメータ値に基づき、受信範囲を変更することが可能である。具体的には、親ノード受信範囲決定部１０３は、受信範囲を定めるための差分ホップ数ｊの値を変化させる。例えば、測定部１０７が通信切断回数をパラメータとして測定すると、通信切断回数が１回の場合は、差分ホップ数ｊを０とし、旧親ノードのホップ数と同数の無線通信装置１から電波を受信する。通信切断回数が２回の場合は、差分ホップ数ｊを１とし、旧親ノードのホップ数の前後１ホップの範囲に含まれるホップ数を有する無線通信装置１からの電波を受信する。通信切断回数が３回の場合、差分ホップ数ｊを２とし、旧親ノードのホップ数と前後２ホップの範囲に含まれるホップ数と同数の無線通信装置１からの電波を受信する。

このように、例えば、通信切断回数Ｎ−１を差分ホップ数ｊとし、通信切断回数が多いほど受信範囲を広くすることができる。通信切断回数が４回以上の場合は、差分ホップ数ｊによらずに、全ホップ数の範囲に含まれる他のノード、つまりネットワークの全ノードからの電波を受信する。この全ノードからの電波を受信する閾値は任意に定めてよい。

なお、通信切断回数だけでなく、ネットワークの状態などのパラメータでも、ホップ数の差分ホップ数ｊの値を変化させてよい。例えば、旧親ノードから受電した無線電波の強度が閾値よりも低いほど、差分ホップ数ｊを大きくすることが考えられる。

次に、第４の実施形態に係る無線通信装置１の処理のフローについて説明する。図９は、第４の実施形態に係る新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理の概略フローチャートである。

Ｓ１０１からＳ１０３までの処理、およびＳ１０３のＴｒｕｅにおいて処理が終了することは、図４にて示した第１の実施形態における処理と同様である。一方、親ノードと通信接続可能でなかったとき（Ｓ１０３のＦａｌｓｅ）からは、第１の実施形態と異なる。

親ノードとの通信接続を継続不可と判断したとき（Ｓ１０３のＦａｌｓｅ）は、測定部１０７が連続して接続できなかった回数を取得する（Ｓ４０１）。なお、測定部１０７が接続できなかった回数を数え保持していてもよい。その場合は、Ｓ１０３のＴｒｕｅの後に、測定部１０７が連続して接続できなかった回数を初期化すればよい。当該回数は、親ノード受信範囲決定部１０３に渡される。

親ノード受信範囲決定部１０３は、取得した回数に基づき、受信範囲を決定する。ここでは、回数が１回のときは（Ｓ４０２のＴｒｕｅ）、親ノード受信範囲決定部１０３は、旧親ノードのホップ数を基準に前後ｊホップまでを受信範囲とする（Ｓ４０３）。一方、回数が１回ではないときは（Ｓ４０２のＦａｌｓｅ）、親ノード受信範囲決定部１０３はネットワーク上に存在する全ノードを受信範囲とする（Ｓ４０４）。

決定された受信範囲は、送受信処理部１０１に渡され、送受信処理部１０１が受信範囲にて、受信待機を行う（Ｓ１０５）。以降のＳ１０６からＳ１０８までの処理も第１の実施形態と同様である。以上が、第４の実施形態に係る新たな親ノードを選択するためのデータ収集処理のフローである。

上記フローでは、Ｓ４０２の判断の閾値を１回にし、ＹＥＳとＮＯの２つに分岐させたが、３つ以上の分岐にしてもよい。例えば、５回を第２閾値とし、２回から５回までは差分ホップ数ｊを１つずつ増加させ、５回を超えたときは、全ノードを受信範囲とすることが考えられる。

以上のように、第４の実施形態によれば、測定部１０７が測定したネットワーク状況または送受信した回数もしくはデータなどに基づいて、予め定められていた受信範囲を拡大または縮小させることができる。これにより、さらに通信状態の良い親ノードを効率よく探索することができる。

また、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）によって実現することが可能である。よって、上記に説明した実施形態における無線通信装置１は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することが可能である。

図１０は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置１を実現したハードウェア構成例を示すブロック図である。無線通信装置１は、プロセッサ１１１、主記憶装置１１２、補助記憶装置１１３、ネットワークインタフェース１１４、デバイスインタフェース１１５、アンテナ１１６、電源制御装置１１７を備え、これらがバス１１８などを介して接続された、コンピュータ装置として実現できる。

電源制御装置１１７は、無線通信装置１をスリープ状態にするものである。ここでは独立した装置として存在しているが、電源制御の機能は、プロセッサ１１１またはネットワークインタフェース１１４に搭載するようにしてもよい。

プロセッサ１１１が、補助記憶装置１１３からプログラムを読み出して、主記憶装置１１２に展開して、実行することで、送受信処理部１０１、判断部１０２、親ノード受信範囲決定部１０３、親ノード候補選択部１０４、親ノード候補情報蓄積部１０５、分布構築部１０６、測定部１０７の機能を実現することができる。

本実施形態の無線通信装置１は、当該無線通信装置１で実行されるプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

ネットワークインタフェース１１４は、ネットワークに接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース１１４は、アンテナ１１６を介して、無線信号の送受信を行う。ネットワークインタフェース１１４は、既存の無線規格に適合したものを用いればよい。送受信処理部１０１は、このネットワークインタフェース１１４にて実現してもよい。ここではネットワークインタフェースを１つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェースが搭載されていてもよい。

デバイスインタフェース１１５は、外部記憶媒体３などの機器に接続するインタフェースである。外部記憶媒体３は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。親ノード候補情報蓄積部１０５などデータを格納する各部は、外部記憶媒体３としてデバイスインタフェース１１５に接続されてもよい。

主記憶装置１１２は、プロセッサ１１１が実行する命令、および各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置１１３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、ＨＤＤまたはＳＳＤ等がある。親ノード候補情報蓄積部１０５などが保持するデータは、主記憶装置１１２、補助記憶装置１１３または外部記憶媒体３に保存される。

上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 無線通信装置
１０１ 送受信処理部
１０２ 判断部
１０３ 親ノード受信範囲決定部
１０４ 親ノード候補選択部
１０５ 親ノード候補情報蓄積部
１０６ 分布構築部
１０７ 測定部
１１１ プロセッサ
１１２ 主記憶装置
１１３ 補助記憶装置
１１４ ネットワークインタフェース
１１５ デバイスインタフェース
１１６ アンテナ
１１７ 電源制御装置
１１８ バス
２ 集約装置
３ 外部記憶媒体

Claims (12)

1. 集約装置と、前記集約装置と無線通信で接続される複数の無線通信装置と、を含む通信システムに属する無線通信装置であって、
   前記集約装置と前記複数の無線通信装置のうちのいずれかである指定先へ、データを送信する送受信処理部と、
   前記指定先との通信状態に基づき、前記指定先を変更するか否かを判断する判断部と、
   前記集約装置からのホップ数が、元の前記指定先のホップ数と元の前記指定先のホップ数より大きい値を含む第一範囲内にある、前記集約装置と前記複数の無線通信装置との一部から、新しい前記指定先の候補を選択する候補選択部と、
   を備え、
   前記判断部が前記指定先を変更すると判断したとき、前記送受信処理部は前記新しい指定先の候補からデータを受信し、前記判断部は通信状態が所定の条件を満たす前記新しい指定先の候補を新しい前記指定先に変更する
   無線通信装置。
2. 前記第一範囲は、元の前記指定先のホップ数とこれより大きい値とからなる、
   請求項１に記載の無線通信装置
3. 前記第一範囲は、元の前記指定先のホップ数より小さい値を含む、
   請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記判断部が、前記新しい指定先の候補を前記新しい前記指定先に変更したあとに、前記新しい指定先との通信状態に基づき、前記新しい指定先を変更すると判断した場合に、
   前記候補選択部は、前記集約装置からのホップ数が前記第１範囲と異なる第２範囲内にある前記集約装置と前記複数の無線通信装置との一部から、更に新しい前記指定先の候補を選択し、
   前記送受信処理部は前記更に新しい指定先の候補からデータを受信し、
   前記判断部は通信状態が所定の条件を満たす前記更に新しい指定先の候補を更に新しい前記指定先に変更する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記第２範囲は前記第１範囲に含まれる、または前記第２範囲は前記第１範囲を含む、
   請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記所定の条件は、一定期間において前記送受信処理部と前記新しい指定先の候補との通信が切断されたかどうか、一定期間において前記送受信処理部と前記新しい指定先の候補との通信が切断された回数、前記送受信処理部と前記新しい指定先の候補との通信が連続して切断された時の切断回数、前記複数の他の無線通信装置に含まれ前記新しい指定先の候補へデータを送信する無線通信装置の数、前記新しい指定先の候補が他の無線通信装置から受信するデータ数、前記新しい指定先の候補のホップ数、前記新しい指定先の候補から前記送受信処理部へ送信される信号の強度、および、前記新しい指定先の候補から前記送受信処理部へ送信されるデータの誤り率のうちの少なくとも一つを用いた条件である 請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 前記判断部は、一定期間において前記送受信処理部と前記第１無線通信装置との通信が切断されたかどうか、一定期間において前記送受信処理部と前記第１無線通信装置との通信が切断された回数、前記送受信処理部と前記第１無線通信装置との通信が連続して切断された時の切断回数、前記複数の他の無線通信装置に含まれ前記第１無線通信装置へデータを送信する無線通信装置の数、前記第１無線通信装置が他の無線通信装置から受信するデータ数、前記第１無線通信装置のホップ数、前記第１無線通信装置から前記送受信処理部へ送信される信号の強度、および、前記第１無線通信装置から前記送受信処理部へ送信されるデータの誤り率のうちの少なくとも一つに基づいて、前記他の第１無線通信装置との通信を継続するか否かを判断する
   請求項１〜６のいずれかに記載の無線通信装置。
8. 前記指定先として適切と判断された無線通信装置それぞれのホップ数に関する度数分布を生成する分布構築部、
   をさらに備え、
   前記候補選択部は、
   複数の期間それぞれにおいて前記送受信処理部が前記通信システムに属する無線通信装置からデータを受信するときの通信状態に基づいて、前記複数の期間それぞれについて、前記複数の無線通信装置から前記指定先として適切な無線通信装置を判断し、
   前記度数分布に基づいて前記許容値または前記許容範囲を決定する
   請求項１〜７のいずれかに記載の無線通信装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の無線通信装置と、
   前記集約装置と、
   を含む無線通信システム。
10. 集約装置と、前記集約装置と無線通信で接続される複数の無線通信装置と、を含む通信システムにおいて実行される無線通信方法であって、
    前記集約装置と前記複数の無線通信装置のうちのいずれかである指定先へ、データを送信するステップと、
    前記指定先との通信状態に基づき、前記指定先を変更するか否かを判断するステップと、
    前記集約装置からのホップ数が、元の前記指定先のホップ数と元の前記指定先のホップ数より大きい値を含む第一範囲内にある、前記集約装置と前記複数の無線通信装置との一部から、新しい前記指定先の候補を選択するステップと、
    前記指定先を変更すると判断されたときに、前記新しい指定先の候補からデータを受信するステップと、
    通信状態が所定の条件を満たす前記新しい指定先の候補を新しい前記指定先に変更するステップと、
    を備える無線通信方法。
11. 集約装置と、前記集約装置と無線通信で接続される複数の無線通信装置と、を含む通信システムにおいて実行される無線通信プログラムであって、
    前記集約装置と前記複数の無線通信装置のうちのいずれかである指定先へ、データを送信するステップと、
    前記指定先との通信状態に基づき、前記指定先を変更するか否かを判断するステップと、
    前記集約装置からのホップ数が、元の前記指定先のホップ数と元の前記指定先のホップ数より大きい値を含む第一範囲内にある、前記集約装置と前記複数の無線通信装置との一部から、新しい前記指定先の候補を選択するステップと、
    前記指定先を変更すると判断されたときに、前記新しい指定先の候補からデータを受信するステップと、
    通信状態が所定の条件を満たす前記新しい指定先の候補を新しい前記指定先に変更するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 集約装置と、前記集約装置と無線通信で接続される複数の無線通信装置と、を含む通信ネットワークに属する無線通信装置であって、
    前記集約装置と前記複数の無線通信装置のうちのいずれかである指定先へ、前記集約装置宛てのデータを送信する送受信処理部と、
    前記指定先との通信状態に基づき、前記指定先を変更するか否かを判断する判断部と、
    複数の期間それぞれにおいて前記送受信処理部が前記通信ネットワークに属する無線通信装置からデータを受信するときの通信状態に基づいて、前記複数の期間それぞれについて、前記複数の無線通信装置から前記指定先として適切な無線通信装置を判断する候補選択部と、
    前記指定先として適切と判断された無線通信装置それぞれのホップ数に関する度数分布を生成する分布構築部と、
    を備え、
    前記候補選択部が、前記度数分布に基づいて許容値または許容範囲を決定し、前記集約装置までのホップ数が、前記許容値と同値、または、前記許容範囲内である無線通信装置を、前記指定先の候補に含め、
    前記判断部が前記指定先を変更すると判断したとき、前記送受信処理部は前記候補からデータを受信し、前記判断部は通信状態が所定の条件を満たす候補を前記指定先に変更する
    無線通信装置。