JP4760039B2 - マルチホップ無線ネットワーク、基地局、無線端末、モニタ端末、およびネットワーク監視・制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチホップ無線ネットワークシステムに関し、特に、マルチホップ無線通信ネットワークシステムに対する監視・制御技術に関する。

マルチホップ無線ネットワークでは、通信しようとする端末同士が直接通信するだけでなく、他の端末でデータを中継することにより、広範囲に配置された端末同士の通信が可能である。マルチホップ無線ネットワークの利用例としてセンサーネットワークが挙げられる。センサーネットワークとは、センサー同士を結んだネットワークであり、様々な分野での応用が可能である。

センサーネットワークの要求条件として、特定の端末（以下、「基地局」という）が他の端末（以下、「無線端末」という）からデータを収集すること、および各無線端末の低消費電力化が挙げられる。基地局が全無線端末のデータを収集し、各無線端末の通信回数を可能な限り減らして消費電力を抑える方法として、基地局からの集中制御により全無線端末に対してマルチホップ経路を生成し、ポーリングでデータを収集する方式が挙げられる。一方、各無線端末の通信回数は増加するが、無線端末の状態を早急に基地局に通知するために、無線端末が自律的に端末発呼で基地局に対してデータを送信することも考えられる。

また、マルチホップ無線ネットワークにおける経路の構築には様々な方法が考えられるが、例えば非特許文献１に記載された方法がある。非特許文献１には、基地局をルートとするツリー状のマルチホップ経路を構築することが記載されている。

マルチホップ無線ネットワークにおいてはモニタ端末や制御端末を基地局あるいは無線端末に接続し、システムの監視および制御を可能とすることが好ましい。例えば、無線端末を増設、減設、または交換する際には、基地局と無線端末の間、または無線端末と無線端末の間で通信試験を行うことが要求される。また、ネットワーク上に生じた問題を解析するためにも通信試験は有効である。通信試験は、基地局や無線端末に一時的にモニタ端末や制御端末を接続して行えることが好ましい。

また、上述した、基地局をルートとするツリー状のマルチホップ経路を構築するようなマルチホップ無線ネットワークにおいては、基地局にモニタ端末を接続し、そこからネットワークの監視や制御を行えることが作業効率上好ましい。

一方、従来のシングルホップ無線ネットワークでは、モニタ端末や制御端末を接続した監視および制御が実現されている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、従来のシングルホップ無線ネットワークにおいて、モニタ端末による監視・制御を行うときの構成例を示す図である。図１３を参照すると、従来のシングルホップ無線ネットワークでは、基地局９０または無線端末９１にモニタ端末９４、９５を有線または無線で接続し、モニタ端末９４、９５を接続した基地局９０または無線端末９１〜９３による通信経路の試験を行うことができる。

図１３において、点線は無線による接続を示し、実線は有線による接続を示している。モニタ端末９４と基地局９０の間と、モニタ端末９５と無線端末９１の間は、点線と実線の両方で接続されているが、これは有線または無線のいずれで接続してもよいことを示している。
大熊孝裕、川崎大輔、保木本武宏、新井正伸，「呼出しＩＤによる省電力マルチホップルーティング機能の実現」，信学技報 Ｖｏｌ．１０３ Ｎｏ．６２４，平成１６年１月２２日，３９〜４２頁 特開２００３−２７２０７５号公報

上述したようにマルチホップ無線ネットワークでも監視および制御は重要である。

マルチホップ無線ネットワークでは、基地局と無線端末の間の通信は、データを中継する他の無線端末が正常に動作することを前提としており、基地局と無線端末の間の通信には多くの無線端末が関与することがある。

そのため、マルチホップ無線ネットワークに、シングルホップ無線ネットワークで用いられていた従来の監視・制御方法を適用することとすると、無線端末の増設、減設、または交換や問題解析を行うときに複数の無線端末について通信試験が必要になり、作業者がモニタ端末を持ち歩いて何度も移動することとなるなどの不都合が生じる。無線で接続するタイプのモニタ端末でも、作業者が電波の届く範囲までモニタ端末を持って行く必要がある。その結果、作業工数が増大し、また作業時間も長くなってしまう。

また、マルチホップ無線ネットワークを構築する場所によっては、モニタ端末を直接基地局や無線端末に接続するのが困難なために、携帯電話網など他の通信インフラを利用してモニタ端末を基地局や無線端末に接続するような場合も生じる。しかし、基地局や無線端末の設置された場所に他の通信インフラが存在するとは限らない。

監視・制御の作業効率を上げるために、モニタ端末を基地局に接続して、そこからネットワークを監視・制御する構成を採用した場合、基地局をモニタ端末の接続に適した場所に設置できなければ、逆に監視・制御の作業性が著しく低下してしまう。

また、作業者が移動して基地局および各無線端末にモニタ端末を接続し、通信試験などを繰り返す方法では、各リンク間でコマンドを投入する必要があるため通信回数が多くなり、消費電力も増大してしまう。

本発明の目的は、容易かつ低消費電力で監視・制御を行うことのできるマルチホップ無線ネットワークを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のマルチホップ無線ネットワークは、
マルチホップ経路を形成してデータを転送するマルチホップ無線ネットワークであって、
基地局もしくは無線端末に無線で接続し、マルチホップ無線ネットワークの監視あるいは制御を行うためのモニタ情報を基地局と送受信するモニタ端末と、
前記モニタ端末より受信するモニタ情報による要求に応じて処理を行い、処理結果に応じて前記モニタ端末にモニタ情報にて応答する基地局と、
自身に前記モニタ端末が無線で接続されている場合、該モニタ端末からの前記モニタ情報を前記基地局に送信し、該基地局より受信した前記モニタ情報を該モニタ端末に送信する無線端末とを有し、
前記基地局は、所定の周期で前記マルチホップ経路上の各無線端末をポーリングし、該ポーリングにて前記モニタ端末と接続された無線端末に送るポーリング要求信号にモニタ情報を付与し、
前記無線端末は、
前記ポーリング要求信号に対するポーリング応答信号にてモニタ情報を送信、もしくは、前記ポーリング応答信号によらず、端末発呼でモニタ情報を送信する機能を有し、
過去の前記ポーリング要求信号の受信時刻から次回のポーリング要求信号の受信時刻を予測しており、前記基地局へ送信すべきモニタ情報が生じたとき、予測された前記受信時刻まで所定時間以上あれば、前記端末発呼で前記モニタ情報を送信し、前記所定時間未満であれば、次回のポーリング要求信号を待って前記モニタ情報を送信する。

本発明によれば、モニタ端末を接続した無線端末と基地局とが、必要に応じて他の無線端末を経由して、モニタ情報を送受信することができるので、いずれかの無線端末の通信可能範囲内であれば、基地局の設置環境によらず、また他の通信インフラに依存することなく、モニタ端末を基地局に接続しているようにネットワーク全体の監視および制御を作業効率良く行うことができ、また通信回数を低減して消費電力を低減することができる。

本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの構成を示すブロック図である。本実施形態ではマルチホップ無線ネットワークを利用してセンサーネットワークが構成されているものとする。図１を参照すると、マルチホップ無線ネットワークは、基地局１および無線端末２〜５を有している。無線端末２にはセンサ６および制御装置１０が、無線端末３にはセンサ７および制御装置１１が、無線端末４にはセンサ８および制御装置１２が、無線端末５にはセンサ９および制御装置１３がそれぞれ接続されている。

各センサ６〜９および制御装置１０〜１３は無線端末２〜５を経由して基地局１とデータ通信が可能である。

センサ６〜９は、センサーネットワークにおいて各種情報を検出するセンサである。制御装置１０〜１３は、センサーネットワークにおいて各制御を行う制御装置である。センサーネットワークは様々な用途があり、センサ６〜９が検出する情報、制御装置１０〜１３が制御する対象は用途毎に様々である。

本実施形態において無線端末の数および接続はこの構成に限定されるものではない。また、基地局１および無線端末２〜５は移動可能であっても固定設置されていても良い。図１において、点線は無線による接続を示し、実線は有線による接続を示している。

基地局１および無線端末２〜５の相互間ではデータがマルチホップ転送される。例えば、無線端末３が基地局１にデータを送信する場合、無線端末２がデータを中継する。また、無線端末４は、センサ８または制御装置１２の送受信データを無線端末２との間で送受信する。無線端末５は、センサ９または制御装置１３の送受信データを無線端末５との間で送受信する。したがって、中間に位置する無線端末２は、センサ６または制御装置１０のデータを送受信することに加え、基地局１と無線端末３、４、５との間のデータの中継も行う。また、同じく中間に位置する無線端末３は、センサ７または制御装置１１のデータを送受信することに加え、基地局１または無線端末２と無線端末５との間のデータの中継も行う。

基地局１と無線端末２〜５の間の通信方法としては、基地局１がポーリング周期情報を元に周期的に、各無線端末２〜５に対してポーリングを行ってデータを収集する方法がある。また、無線端末２〜５が端末発呼で自律的に基地局１に対してデータを送信する方法もある。

ここでは、図１に示したように、基地局１をルートとして無線端末２〜５がツリー状に接続されたマルチホップ経路が構成されているものとする。また、基地局１および無線端末２〜５には、それぞれユニークな端末識別ＩＤが付与されており、この端末識別ＩＤにより各装置を識別可能であるとする。また、基地局１および無線端末２〜５に接続可能なモニタ端末（不図示）にも端末識別ＩＤが付与されるものとする。そして、端末識別ＩＤの値により無線端末であるかモニタ端末であるかを識別することが可能であるとする。

図２は、第１の実施形態における、モニタ端末を含むマルチホップ無線ネットワークの構成例を示す図である。ここではセンサおよび制御装置が省略されている。また、モニタ端末２１は無線端末３の直下に位置するものとする。

基地局１とモニタ端末２１とはフレームを送受信することにより監視・制御のための通信を行う。基地局１とモニタ端末２１が送受信するフレームには、ポーリング要求、ポーリング応答、端末発呼があり、これらフレームには必要に応じてモニタ情報が付加される。

ポーリング要求は、基地局１から各無線端末２〜５をポーリングするための要求信号である。送信対象の無線端末に接続されたモニタ端末２１に送るべきモニタ情報があれば、基地局１はポーリング要求にモニタ情報を付加する。ポーリング要求を送るタイミングに、送るべきモニタ情報が無ければ、基地局１は、モニタ情報を付加していないポーリング要求を送る。

ポーリング応答は、ポーリング要求を受けた無線端末２〜５から基地局１への応答信号である。無線端末にモニタ端末２１からのモニタ情報があれば、無線端末はポーリング応答にモニタ情報を付加する。ポーリング要求を受けたときに、基地局１へ送るべきモニタ情報がなければ、無線端末はモニタ情報を付加していないポーリング応答を送る。

端末発呼は、無線端末２〜５から基地局１への自律的な通知信号である。モニタ端末２１から無線端末２〜５に、基地局１へ送るべきモニタ情報が到達したタイミングがポーリング周期との関係で所定の条件を満たす場合に、無線端末２〜５は、ポーリングを待たずに、端末発呼でモニタ情報を送る。

図２には、基地局１とモニタ端末２１の間で、必要に応じてモニタ情報が付加されたフレーム２０が転送される様子が示されている。フレーム２０はポーリング要求／応答、または、端末発呼の情報とモニタ情報で構成され、フレーム２０の点線の部分は、必要に応じて付加されるオプションのモニタ情報を示している。基地局１から無線端末３に向かうフレーム２０はポーリング要求であり、モニタ情報はオプションとなる。無線端末３から基地局１に向かうフレーム２０はポーリング応答、または、端末発呼であり、モニタ情報はオプションとなる。無線端末３とモニタ端末２１の間のフレーム２０は端末発呼であり、モニタ情報を含む。

無線端末３からモニタ端末２１へのフレームは、無線端末３に到達したときに、リアルタイムで送受信されるものとする。また、モニタ端末２１から無線端末３へのフレームは、モニタ端末２１で送信の要求が生じたとき、リアルタイムで送受信されるものとする。

モニタ端末２１より基地局１に送信されるモニタ情報としては、接続要求、ポーリング周期変更要求、コマンド実行要求がある。接続要求は、マルチホップ無線ネットワークへ接続することを要求するための情報である。ポーリング周期変更要求は、モニタ端末を接続した無線端末のポーリング周期を変更することを要求するための情報である。例えば、自身（モニタ端末２１）の通信頻度を上げて、監視・制御を優先させるために用いる。コマンド実行要求は、遠隔監視・制御に関するコマンドの実行を基地局１に要求するための情報である。

また、基地局１よりモニタ端末２１に送信されるモニタ情報としては、接続応答、ポーリング周期変更応答、コマンド実行応答がある。接続応答は、接続要求に対する応答である。ポーリング周期変更応答は、ポーリング周期変更要求に対する応答である。コマンド実行応答は、コマンド実行要求に対する応答である。

図３は第１の実施形態による無線端末の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、本実施形態の無線端末は、アンテナ３０、送受信切り替えスイッチ３１、無線送信部３２、変調部３３、モニタ情報付与部３４、データ処理部３５、無線受信部３６、復調部３７、モニタ情報分離部３８、送信タイミング判定部３９、ポーリング周期監視部４０を有している。

送受信切り替えスイッチ３１は、送受信の各々に応じて接続を切り替えるスイッチである。受信時には、アンテナ３０と無線受信部３６が接続され、アンテナ３０で受信された無線信号は送受信切り替えスイッチ３１を経由して無線受信部３６に受信される。送信時には、アンテナ３０と無線送信部３２が接続される。無線送信部３２からの信号が送受信切り替えスイッチ３１を経由してアンテナ３０から送信される。

無線受信部３６は、無線信号の受信処理を行い、得られた受信信号を復調部３７に送る。

復調部３７は、無線受信部３６からの受信信号を復調し、得られたフレームをモニタ情報分離部３８に送る。

モニタ情報分離部３８は、復調部３７からのフレームにモニタ情報が含まれていれば、フレームからモニタ情報を分離して送信タイミング判定部３９に送ると共に、フレームをデータ処理部３５に送る。

送信タイミング判定部３９は、直下のモニタ端末２１（不図示）よりモニタ情報を受信すると、それを基地局１に送る必要がある。フレームの送信タイミングは、条件により、ポーリング要求に対するポーリング応答にて送信する場合と、端末発呼によりリアルタイムで送信する場合とがある。

ポーリング周期監視部４０から与えられる次回のポーリング予測時刻までの時間が所定の時間Ｔ以上あれば、送信タイミング判定部３９は、即時にモニタ情報を送信すると判定する。その場合、送信タイミング判定部３９は、データ処理部３５に、基地局当て端末発呼を要求すると共に、モニタ情報をモニタ情報付与部３４に送る。

ポーリング周期監視部４０から与えられる次回のポーリング予測時刻までの時間が所定の時間Ｔ未満であれば、送信タイミング判定部３９は、次回のポーリングを待ってその応答としてモニタ情報を送信すると判定する。その場合、送信タイミング判定部３９は、端末発呼を要求することなく、モニタ情報をモニタ情報付与部３４に送る。

時間Ｔは、一例として、システムに対する要求条件および負荷に基づき、予め設定された値である。例えば、時間Ｔを無限大に設定すると、無線端末は必ず基地局１からのポーリングでモニタ情報を基地局１に送信することとなる。また、時間Ｔを“０”に設定すると、無線端末は必ず端末発呼でモニタ情報を基地局１に送信することとなる。他の例として、モニタ情報のデータの種類、ネットワークの負荷、無線端末の電池残量などに応じて、時間Ｔを可変にすることとしてもよい。

また、送信タイミング判定部３９は、直下のモニタ端末２１に宛てたモニタ情報をモニタ情報分離部３８から受信すると、それをモニタ端末２１に送る必要がある。その際、送信タイミング判定部３９は、モニタ端末２１宛の端末発呼をデータ処理部３５に要求すると共に、モニタ情報をモニタ情報付与部３４に送る。

データ処理部３５は、モニタ情報分離部３８からフレームを受信すると、それが自身宛か否か判定する。自身宛でなければ、データ処理部３５は、基地局１または他の無線端末に転送するために、そのフレームをモニタ情報付与部３４に送る。

フレームが自身宛であれば、データ処理部３５は、そのフレームに含まれるデータを解析し、そのデータに基づく処理を行う。例えば、データ処理部３５は、センサで検出された値を読出した値をフレームにしてモニタ情報付与部３４に送る。また、他の例として、データ処理部３５は、制御装置にコマンドを投入し、制御装置からの応答をフレームにしてモニタ情報付与部３４に送る。また、自身宛のフレームがポーリング要求であれば、データ処理部３５は、モニタ情報付与部３４にポーリング応答のフレームを送信する。

また、データ処理部３５は、送信タイミング判定部３９から基地局宛あるいはモニタ端末宛の端末発呼要求を受信すると、それぞれの宛先に端末発呼のフレームを送信する。

モニタ情報付与部３４は、送信タイミング判定部３９からモニタ情報を受信していれば、データ処理部３５からのフレームにそのモニタ情報を付与し、変調部３３に送る。

変調部３３は、モニタ情報部３４からのフレームを変調し、無線送信部３２に送る。

無線送信部３２は、フレームに対して送信処理を行い、送受信切り替えスイッチ３１を経由してアンテナ３０から無線信号として送信する。

図４は第１の実施形態による無線端末の動作を示すフローチャートである。図４を参照すると、本実施形態の無線端末は、無線信号でフレームを受信すると、直下のモニタ端末２１からのフレームか否か判定する（ステップ１０１）。直下のモニタ端末２１からでなければ、無線端末は、そのフレームに直下のモニタ端末２１宛のモニタ情報が含まれているか否か判定する（ステップ１０２）。直下のモニタ端末２１宛てのモニタ情報が含まれていなければ、無線端末は、そのまま処理を終了する。

直下のモニタ端末２１宛のモニタ情報が含まれていれば、無線端末は、送信タイミング判定部３９からデータ処理部３５にモニタ端末２１宛の端末発呼を要求する（ステップ１０３）。そして、無線端末は、データ処理部３５からのモニタ端末２１宛の端末発呼のフレームに、モニタ情報付与部３４にてモニタ情報を付加し、送信する（ステップ１０４）。

ステップ１０１の判定において、直下のモニタ端末２１からのフレームであれば、無線端末は、次回ポーリング予測時刻までに時間Ｔ以上あるか否か判定する（ステップ１０５）。次回ポーリング予測時刻まで時間Ｔ以上あれば、無線端末は、即時に、送信タイミング判定部３９からデータ処理部３５に、基地局１宛の端末発呼を要求する（ステップ１０６）。そして、無線端末は、データ処理部３５からの基地局１宛の端末発呼のフレームに、モニタ情報付与部３４にてモニタ情報を付加し、送信する（ステップ１０７）。

ステップ１０５の判定において、ポーリング予測時刻までの時間が時間Ｔ未満であれば、無線端末は、基地局１からの次のポーリング要求を待ち、ポーリング応答にモニタ情報を付加して送信する（ステップ１０８）。

図５は、第１の実施形態によるポーリング周期監視部の動作を示すフローチャートである。図５を参照すると、無線信号のフレームが受信されると、ポーリング周期監視部４０は、基地局１からのポーリング要求か否か判定する（ステップ２０１）。ポーリング要求でなければ、ポーリング周期監視部４０は、そのまま処理を終了し、次のフレームを待つ。

ポーリング要求を受信すると、ポーリング周期監視部４０は、そのポーリング要求の受信時刻を記録し、過去のポーリング受信時刻から次のポーリング要求の受信時刻を予測する（ステップ２０２）。

これまで直下にモニタ端末が存在する無線端末の動作について説明したが、無線端末が直下ではなく、マルチホップ経路で二段以上配下に存在するモニタ端末よりモニタ情報を含む端末発呼を受信した場合、端末発呼で上位の無線端末または基地局に即時に送信することもできるし、基地局からのポーリングを待って送信することもできる。つまり、マルチホップ経路で二段以上配下にモニタ端末が存在する無線端末は、直下にモニタ端末が存在する無線端末と同様に、次回のポーリング予測時刻と時間Ｔの関係により基地局１方向へのフレーム送信方法を決定することもできる。

図６は、第１の実施形態による基地局の構成を示すブロック図である。図６を参照すると、本実施形態の無線端末は、アンテナ５０、送受信切り替えスイッチ５１、無線送信部５２、変調部５３、モニタ情報付与部５４、データ処理部５５、無線受信部５６、復調部５７、モニタ情報分離部５８、モニタ情報処理部５９、およびポーリング周期管理部６０を有している。

送受信切り替えスイッチ５１は、送受信の各々に応じて接続を切り替えるスイッチである。受信時には、アンテナ５０と無線受信部５６が接続され、アンテナ５０で受信された無線信号は送受信切り替えスイッチ５１を経由して無線受信部５６に受信される。送信時には、アンテナ５０と無線送信部５２が接続される。無線送信部５２からの信号が送受信切り替えスイッチ５１を経由してアンテナ５０から送信される。

無線受信部５６は、無線信号の受信処理を行い、得られた受信信号を復調部５７に送る。

復調部５７は、無線受信部５６からの受信信号を復調し、得られたフレームをモニタ情報分離部５８に送る。

モニタ情報分離部５８は、復調部５７からのフレームにモニタ情報が含まれていれば、フレームからモニタ情報を分離してモニタ情報処理部５９に送ると共に、フレームをデータ処理部５５に送る。

モニタ情報処理部５９は、モニタ情報分離部５８からのモニタ情報を解析し、内容に応じて処理を行う。

例えば、モニタ情報がモニタ端末２１からの接続要求であれば、モニタ情報処理部５９は、モニタ端末２１との接続をデータ処理部５５に要求する。

また、モニタ情報がモニタ端末２１からのポーリング周期変更要求であれば、モニタ情報処理部５９は、ポーリング周期管理部６０にポーリング周期の変更を要求する。

また、モニタ情報が基地局１へのコマンド実行要求であれば、モニタ情報処理部５９は、データ処理部５５にコマンド実行処理を要求する。コマンドには、基地局１自身に対するコマンドや各無線端末に対するコマンドがある。

また、モニタ情報処理部５９は、データ処理部５５に要求した処理に対する処理応答をデータ処理部５５から受けると、その処理応答に基づきモニタ端末２１に対する応答を生成し、モニタ情報付与部５４へ送る。

データ処理部５５は、モニタ情報分離部５８から受信したフレームが自身宛か否か判定し、判定結果に応じた処理を行う。フレームが自身宛でなければ、データ処理部５５は、そのフレームを廃棄する。一方、フレームが自身宛であれば、データ処理部５５は、そのフレームに含まれるデータを解析し、その内容をデータベースに登録し、またはその内容に応じた処理を行う。

また、データ処理部５５は、ポーリング周期管理部６０からポーリング実行要求を受けると、ポーリング要求のフレームを生成し、モニタ情報付与部５４に送る。

また、データ処理部５５は、モニタ情報処理部５９からモニタ端末２１との接続を要求されると、モニタ端末２１の端末識別ＩＤを確認して接続許諾を行い、その結果をモニタ情報処理部５９に応答する。接続許諾の通知は、モニタ端末２１からの接続要求に対して応答するフレームを送信することにより行われる。

また、データ処理部５５は、モニタ情報処理部５９からコマンド実行の処理要求を受けると、基地局１自身あるいは無線端末に対するコマンドを実行し、その結果をモニタ情報処理部５９に応答する。

モニタ情報付与部５４は、モニタ情報処理部５９からモニタ情報を受信していれば、そのモニタ情報の宛先となるモニタ端末の直上の無線端末に送信するフレームをデータ処理部５５から受信したとき、そのフレームにモニタ情報を付加して変調部５３に送る。

変調部５３は、モニタ情報付与部５４からのフレームを変調し、無線送信部５２に送る。

無線送信部５２は、フレームに対して送信処理を行い、送受信切り替えスイッチ５１を経由してアンテナ５０から無線信号として送信する。

ポーリング周期管理部６０は、ポーリング周期情報６１に示された周期で、各無線端末に対するポーリングをデータ処理部５５に要求する。

また、ポーリング周期管理部６０は、モニタ情報処理部５９からポーリング周期の変更を要求されると、それに応じてポーリング周期情報６１を更新する。ポーリング周期情報６１とは、ポーリング周期管理部６０が各無線端末に対してポーリング実行を要求する周期に関する情報である。各無線端末の各々に異なる値を設定することもできる。

図７は第１の実施形態による基地局の動作を示すフローチャートである。図７を参照すると、本実施形態の基地局１は、無線信号でフレームを受信すると、そのフレームにモニタ情報が含まれているか否か判定する（ステップ３０１）。モニタ情報が含まれていなければ、基地局１は、基地局１は、そのまま処理を終了する。

モニタ情報が含まれていれば、基地局１は、モニタ情報処理部５９にて、そのモニタ情報を解析し（ステップ３０２）、モニタ端末２１からの接続要求であるか否か判定する（ステップ３０３）。モニタ情報が接続要求であれば、モニタ情報処理部５９は、データ処理部５５に、モニタ端末との接続を要求する（ステップ３０４）。

ステップ３０３の判定において、接続要求でなければ、モニタ情報処理部５９は、モニタ情報がポーリング周期の変更要求であるか否か判定する（ステップ３０５）。モニタ情報がポーリング周期変更要求であれば、モニタ情報処理部５９は、ポーリング周期管理部６０にポーリング周期の変更を要求する（ステップ３０６）。

ステップ３０５の判定において、ポーリング周期変更要求でなければ、モニタ情報処理部５９は、モニタ情報が基地局１自身あるいは無線端末に対するコマンドの実行要求であるか否か判定する（ステップ３０７）。モニタ情報がコマンド実行要求であれば、モニタ情報処理部５９は、データ処理部５５にコマンドの実行を要求する（ステップ３０８）。一方、モニタ情報がコマンド実行要求でなければ、モニタ情報処理部５９は、そのまま処理を終了する。

ステップ３０４、３０６、または３０８の処理の後、モニタ情報処理部５９は、データ処理部５５あるいはポーリング周期管理部６０からの応答を待つ（ステップ３０９）。そして、応答があると、モニタ情報処理部５９は、モニタ端末２１に応答するモニタ情報を生成してモニタ情報付与部５４に送る（ステップ３１０）。モニタ情報付与部５４は、データ処理部５５からポーリング要求のフレームを受けると、それにモニタ情報を付加して無線端末に送信する（ステップ３１１）。

図８は、第１の実施形態によるポーリング周期管理部の動作を示すフローチャートである。図８を参照すると、ポーリング周期管理部６０は、ポーリング周期情報６１に基づき、順次、各無線端末に対するポーリングの実行をデータ処理部５５に要求する（ステップ４０１）。またポーリング周期管理部６０は、ポーリング周期変更要求を受信したか否か判定する（ステップ４０２）。ポーリング周期変更要求を受信していれば、ポーリング周期管理部６０はポーリング周期情報６１を更新し（ステップ４０３）、ポーリング周期変更要求を受信していなければ、そのままのポーリング周期情報６１でステップ４０１のポーリングを継続する。

図９は、第１の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの監視・制御の動作例を示すシーケンス図である。ここでは、モニタ端末２１が無線端末３に接続し、無線端末３のポーリング周期を変更した後、無線端末４のデータを取得するという動作を例示する。

図９を参照すると、まず、モニタ端末２１が、通信可能な近隣の無線端末を探索して無線端末の端末識別ＩＤを取得し、接続する無線端末を決定する。

接続先の無線端末を決定する方法としては、一例として、モニタ端末２１がスヌープをすることにより基地局１からのポーリングを受信して近隣の無線端末の存在を調べ、受信強度などからいずれか１つの無線端末を選択することが考えられる。また、他の例として、モニタ端末２１が、ブロードキャストにより、あるいは全無線端末を明示的に指定することにより、近隣の無線端末の存在を調べ、受信強度などからいずれか１つの無線端末を選択する方法が考えられる。ここではモニタ端末２１が無線端末３に接続することを決定したとものとする。

次に、モニタ端末２１は、端末発呼のフレームに、接続要求のモニタ情報を付与して無線端末３に送信する。そのフレームを受信した無線端末３は、端末識別ＩＤの値より送信元がモニタ端末２１であることを把握することができる。

無線端末３は、基地局１にモニタ端末２１の接続要求を送信するために、次のポーリング予測時刻までに時間Ｔ以上あるか否か判断する。この例では、時間Ｔ以上あるものとする。そのため、無線端末３は、基地局１からのポーリングを待たずに、接続要求のモニタ情報を付与した端末発呼のフレームを送信する。

このフレームを受信した基地局１はモニタ情報を解析し、モニタ端末２１の端末識別ＩＤより接続の可否を判断する。モニタ端末２１の接続が許可できるものとする。

そこで、基地局１はモニタ端末２１の接続を許可し、無線端末３のポーリング周期のタイミングでポーリング要求のフレームに、接続応答のモニタ情報を付与して送信する。

このポーリング要求を受信した無線端末３は、基地局１にポーリング応答のフレームを送信した後、接続応答のモニタ情報を付与した端末発呼のフレームをモニタ端末２１に送信する。

モニタ端末２１は、接続応答の受信により基地局１と正常に接続できたことを確認し、次に、自身の通信頻度を上げるために、基地局１に無線端末３のポーリング周期を短く変更するように要求する。なお、ポーリング周期変更要求は必ずしも必要でなく、モニタ端末２１と基地局１とは既に通信可能な状態であるが、この例ではポーリング周期変更を行うものとする。

モニタ端末２１は、端末発呼のフレームに、ポーリング周期変更要求のモニタ情報を付与して無線端末３に送信する。そのフレームを受信した無線端末３は、端末識別ＩＤの値より送信元がモニタ端末２１であることを把握する。

そして、無線端末３は、基地局１にモニタ端末２１からのポーリング周期変更要求を送信するために、次のポーリング予測時刻までに時間Ｔ以上あるか否かを判断する。この例では時間Ｔ未満であるとする。

したがって、無線端末３は、次のポーリング要求を待ち、それに対するポーリング応答のフレームにポーリング周期変更要求のモニタ情報を付与して送信する。基地局１はモニタ情報を解析し、無線端末３へのポーリング周期を変更可能か判断する。ここでは変更可能であるとする。

基地局１は無線端末３のポーリング周期の変更を許可し、無線端末３のポーリング周期のタイミングでポーリング要求のフレームに、ポーリング周期変更応答のモニタ情報を付与して送信する。

ポーリング要求を受信した無線端末３は、基地局１にポーリング応答のフレームを送信した後に、端末発呼のフレームにポーリング周期変更応答のモニタ情報を付与してモニタ端末２１に送信する。このポーリング周期変更応答を受信することにより、モニタ端末２１は、基地局１からポーリング周期変更が正常に行われたことを把握する。

次に、基地局１や無線端末２〜５の遠隔監視・監視を行うため、モニタ端末２１が基地局１に対してコマンドの実行を要求する。この例では、無線端末４に接続されたセンサから読み出されるデータを取得するコマンドがモニタ端末２１に投入されるものとする。

モニタ端末２１は、端末発呼のフレームに、コマンド実行要求のモニタ情報を付与して無線端末３に送信する。そのフレームを受信した無線端末３は、端末識別ＩＤの値より送信元がモニタ端末２１であることを把握する。

無線端末３は、基地局１にモニタ端末３０の接続要求を送信するために、次のポーリング予測時刻までに時間Ｔ以上あるか否かを判断する。この例では時間Ｔ以上あるものとする。そのため、無線端末３は、ポーリングを待たずに、端末発呼のフレームにコマンド実行要求のモニタ情報を付与して送信する。

基地局１は、モニタ情報を解析し、次の無線端末４へのポーリング要求のときに、センサを読み出すコマンドの実行要求を送るように記憶する。そして、基地局１は、次の無線端末４へのポーリングにおいて、ポーリング要求のフレームにコマンド実行要求のモニタ情報を付与して無線端末４に送信する。無線端末４は、そのポーリング要求に対するポーリング応答のフレームに、センサから読み出されたデータを付加して基地局１に送る。

基地局１は、受信したデータを含むモニタ情報を生成し、次の無線端末３へのポーリングのタイミングで、ポーリング要求のフレームにコマンド実行応答のモニタ情報を付与して送信する。

ポーリング要求を受信した無線端末３は、基地局１にポーリング応答のフレームを送信した後に、端末発呼のフレームにコマンド実行応答のモニタ情報を付与してモニタ端末２１に送信する。これにより、無線端末４に接続されたセンサからのデータの読み出しが完了する。

このように、本実施形態では、モニタ端末２１を無線端末経由で基地局１に接続することとしても、モニタ端末２１が有線あるいは無線で基地局１に直接接続される場合と同様の操作性を提供することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、モニタ端末２１を接続した無線端末と基地局１とが、必要に応じて他の無線端末を経由して、フレームでモニタ情報を送受信することができるので、いずれかの無線端末２〜５の通信可能範囲内であれば、基地局１の設置環境によらず、また他の通信インフラに依存することなく、モニタ端末２１を基地局１に接続しているようにネットワーク全体の監視および制御を作業効率良く行うことができ、また通信回数を低減して消費電力を低減することができる。

また、本実施形態によれば、無線端末２〜５と基地局１の間のフレームの送信タイミングを、基地局１からのポーリングにより調整することができるので、無線端末２〜５との通信により基地局１の回線や処理が輻輳したり、他の処理の応答が遅延したりするのを防止することができる。

また、本実施形態によれば、端末発呼により無線端末２〜５から基地局１へ即時にフレームを送信することもできるので、ポーリングによるフレームの送信タイミングの遅延を低減することができる。

また、本実施形態によれば、無線端末で、次回のポーリングまでの時間に応じて、ポーリングと端末発呼を使い分けることができるので、基地局１および回線の負荷の低減と、フレームの送信タイミングの遅延とを良好に両立させることができる。

また、本実施形態によれば、モニタ端末２１から無線端末２〜５を経由して基地局１にポーリング周期の変更を要求できるので、モニタ端末２１の通信頻度を上げて、監視・制御を他の通信より優先させることができる。

本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。第２の実施形態は、モニタ情報の解析、内容判断、処理を行う機能の一部を無線端末に持たせることにより、基地局の一部処理を無線端末において可能とした点で第１の実施形態と異なる。

図１０は、第２の実施形態による無線端末の構成を示すブロック図である。図１０を参照すると、本実施形態の無線端末は、アンテナ３０、送受信切り替えスイッチ３１、無線送信部３２、変調部３３、モニタ情報付与部３４、データ処理部３５、無線受信部３６、復調部３７、モニタ情報分離部３８、送信タイミング判定部３９、ポーリング周期監視部４０を有している。

第２の実施形態による無線端末は、送信タイミング判定部３９の代わりにモニタ情報処理部７０を有する点で、図３に示した第１の実施形態のものと異なる。

モニタ情報処理部７０は、直下のモニタ端末２１からのモニタ情報をモニタ情報分離部３８から受信したとき、そのモニタ情報を解析し、無線端末で判断する内容か、基地局に判断を委ねる内容かを判定する。

無線端末で判断する内容であれば、モニタ情報処理部７０は、そのモニタ情報に基づく処理をデータ処理部３５に要求する。そして、処理結果をデータ処理部３５から受けると、モニタ情報処理部７０は、モニタ端末２１へ応答するためのモニタ情報を生成し、モニタ情報付与部３４に送る。

基地局１に判断を委ねる内容であれば、モニタ情報処理部７０は、第１の実施形態と同様に、そのモニタ情報を基地局１へのフレームに付与するためにモニタ情報付与部３４に送る。その際、第２の実施形態のモニタ情報処理部７０は、モニタ端末２１からのモニタ情報を基地局１に送る場合、第１の実施形態の送信タイミング判定部３９と同様に動作する。

また、モニタ情報処理部７０は、直下のモニタ端末２１に宛てたモニタ情報をモニタ情報分離部３８から受信すると、第１の実施形態の送信タイミング判定部３９と同様にして、それをモニタ端末２１に送る。

図１１は、第２の実施形態による無線端末の動作を示すフローチャートである。図１１において、ステップ１０１〜１０８は、図４に示した第１の実施形態の処理を同じである。第２の実施形態では、ステップ１０１の判定において、直下のモニタ端末２１からの受信であれば、無線端末は、モニタ情報処理部７０にてモニタ情報を解析する（ステップ５０１）。

そして、無線端末は、そのモニタ情報の内容が基地局１で判断すべきものか否か判定する（ステップ５０２）。モニタ情報の内容が基地局１で判断すべきものであれば、無線端末はステップ１０５の処理に移行する。一方、モニタ情報が無線端末自身で判断できる内容であれば、無線端末は、次にモニタ情報処理部７０からデータ処理部３５に処理を要求して（ステップ５０３）、データ処理部３５からの応答を待つ（ステップ５０４）。

次に、無線端末は、その応答の内容に基づいてモニタ端末２１へのモニタ情報を作成し（ステップ５０５）、ステップ１０３の処理に移行する。

図１２は、第２の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの監視・制御の動作例を示すシーケンス図である。ここでは、モニタ端末２１が無線端末３に接続するところまでの動作を例示する。この例では、モニタ端末２１からの接続要求は、無線端末で判断すべきものであることとする。

図１２を参照すると、まず、モニタ端末２１が、通信可能な近隣の無線端末を探索して無線端末の端末識別ＩＤを取得し、接続する無線端末を決定する。

次に、モニタ端末２１は、端末発呼のフレームに、接続要求のモニタ情報を付与して無線端末３に送信する。そのフレームを受信した無線端末３は、端末識別ＩＤの値より送信元がモニタ端末２１であることを把握することができる。

ここで、本実施形態では、無線端末３は、そのモニタ情報を解析し、それが自身で判断可能か、基地局１に判断を委ねるものか調べる。ここでは自身で判断可能な内容なので、無線端末３は、モニタ端末２１の端末識別ＩＤより接続の可否を判断する。ここではモニタ端末２１の接続が許可できるものとする。

そこで、無線端末３はモニタ端末２１の接続を許可し、接続応答のモニタ情報を付与した、端末発呼のフレームをモニタ端末２１に送信する。モニタ端末２１は、接続応答の受信により基地局１と正常に接続できたことを確認する。

なお、図１２では、モニタ端末２１を接続する場合を例示したが、モニタ端末２１を切断する場合も同様である。

なお、本実施形態では、モニタ情報の内容から無線端末で判断可能か、基地局１の判断を委ねるか判定することとしたが、モニタ情報にて要求されたデータが既に無線端末にあり、基地局１経由で取得する必要が無い場合もこれに含む。

以上説明したように、本実施形態によれば、無線端末は、モニタ情報を含むフレームを受信したとき、そのモニタ情報を自身で処理可能か、あるいは基地局に処理を委ねるべきか判定し、自身で処理可能であれば、そのモニタ情報を基地局１に送ることなく自身で処理するので、マルチホップ無線ネットワーク内の通信回数を低減し、消費電力を削減することができ、また基地局１にかかる負荷を低減することもできる。

第１の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における、モニタ端末を含むマルチホップ無線ネットワークの構成例を示す図である。 第１の実施形態による無線端末の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態による無線端末の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるポーリング周期監視部の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態による基地局の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態による基地局の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるポーリング周期管理部の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの監視・制御の動作例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態による無線端末の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態による無線端末の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態によるマルチホップ無線ネットワークの監視・制御の動作例を示すシーケンス図である。 従来のシングルホップ無線ネットワークにおいて、モニタ端末による監視・制御を行うときの構成例を示す図である。

符号の説明

１ 基地局
２〜５ 無線端末
６〜９ センサ
１０〜１３ 制御装置
２０ フレーム
２１ モニタ端末
３０、５０ アンテナ
３１、５１ 送受信切り替えスイッチ
３２、５２ 無線送信部
３３、５３ 変調部
３４、５４ モニタ情報付与部
３５、５５ データ処理部
３６、５６ 無線受信部
３７、５７ 復調部
３８、５８ モニタ情報分離部
３９、５９ 送信タイミング判定部
４０ ポーリング周期監視部
６０ ポーリング周期管理部
６１ ポーリング周期情報
７０ モニタ情報処理部
１０１〜１０８、２０１〜２０２、３０１〜３１１、４０１〜４０３、５０１〜５０５ ステップ

Claims (11)

1. マルチホップ経路を形成してデータを転送するマルチホップ無線ネットワークであって、
   基地局もしくは無線端末に無線で接続し、マルチホップ無線ネットワークの監視あるいは制御を行うためのモニタ情報を基地局と送受信するモニタ端末と、
   前記モニタ端末より受信するモニタ情報による要求に応じて処理を行い、処理結果に応じて前記モニタ端末にモニタ情報にて応答する基地局と、
   自身に前記モニタ端末が無線で接続されている場合、該モニタ端末からの前記モニタ情報を前記基地局に送信し、該基地局より受信した前記モニタ情報を該モニタ端末に送信する無線端末とを有し、
   前記基地局は、所定の周期で前記マルチホップ経路上の各無線端末をポーリングし、該ポーリングにて前記モニタ端末と接続された無線端末に送るポーリング要求信号にモニタ情報を付与し、
   前記無線端末は、
   前記ポーリング要求信号に対するポーリング応答信号にてモニタ情報を送信、もしくは、前記ポーリング応答信号によらず、端末発呼でモニタ情報を送信する機能を有し、
   過去の前記ポーリング要求信号の受信時刻から次回のポーリング要求信号の受信時刻を予測しており、前記基地局へ送信すべきモニタ情報が生じたとき、予測された前記受信時刻まで所定時間以上あれば、前記端末発呼で前記モニタ情報を送信し、前記所定時間未満であれば、次回のポーリング要求信号を待って前記モニタ情報を送信する、
   マルチホップ無線ネットワーク。
2. 前記周期は、前記モニタ端末からの要求により、前記無線端末毎に変更可能である、請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワーク。
3. 前記無線端末は、前記モニタ情報を受信したとき、該モニタ情報を自身で処理可能か否か判定し、自身で処理可能であれば、前記基地局に送ることなく処理する、請求項１または２に記載のマルチホップ無線ネットワーク。
4. 複数の無線端末を用いてマルチホップ経路を形成してデータを転送するマルチホップ無線ネットワークの基地局であって、
   処理を要求されると、該処理を実行して応答するデータ処理部と、
   基地局もしくは無線端末に無線で接続し、マルチホップ無線ネットワークの監視あるいは制御を行うためのモニタ情報を基地局と送受信するモニタ端末から前記無線端末を経由してモニタ情報を受信し、該モニタ情報から前記モニタ端末の要求する処理を判断し、該処理を前記データ処理部に要求し、該処理を実行した該データ処理部からの応答をモニタ情報として前記無線端末を経由して前記モニタ端末に送信するモニタ情報処理部と、
   前記マルチホップ経路上の各無線端末のモニタ情報の送信タイミングを調整するためのポーリングを所定の周期で前記データ処理部に要求するポーリング周期管理部と、を有し、
   前記ポーリング周期管理部からの要求により前記データ処理部にてポーリングを行い、該ポーリングにて前記モニタ端末と接続された無線端末に送られるポーリング要求信号に、前記モニタ情報処理部からのモニタ情報を付与し、
   前記無線端末における、過去の前記ポーリング要求信号の受信時刻から次回のポーリング要求信号の受信時刻を予測しており、前記基地局へ送信すべきモニタ情報が生じたとき、予測された前記受信時刻まで所定時間以上あれば、前記端末発呼で前記モニタ情報を送信し、前記所定時間未満であれば、次回のポーリング要求信号を待って、該ポーリング要求信号に対するポーリング応答信号にて、前記モニタ情報を送信するという処理を経て、前記無線端末から、前記ポーリング応答信号にて、もしくは、前記ポーリング応答信号によらず、前記端末発呼にて、モニタ情報を受信する、基地局。
5. 前記周期は、前記モニタ端末からの要求により、前記無線端末毎に変更可能である、請求項４に記載の基地局。
6. マルチホップ経路を形成してデータを転送するマルチホップ無線ネットワークの無線端末であって、
   基地局もしくは無線端末に無線で接続し、マルチホップ無線ネットワークの監視あるいは制御を行うためのモニタ情報を基地局と送受信するモニタ端末、該モニタ端末からの要求に応じて処理を行い処理結果に応じて前記モニタ端末に応答する基地局、および他の無線端末と無線で接続可能な無線送受信部と、
   自身に前記モニタ端末が接続されている場合、該モニタ端末からの前記要求のモニタ情報を前記基地局に送信し、該基地局より受信した前記応答のモニタ情報を該モニタ端末に送信する処理部とを有し、
   前記基地局から、所定の周期で前記マルチホップ経路上の各無線端末をポーリングし、該ポーリングにて前記モニタ端末と接続された無線端末にポーリング要求信号が送信され、
   前記処理部は、
   前記ポーリング要求信号に対するポーリング応答信号に前記基地局へのモニタ情報を付与して送信、もしくは、前記ポーリング応答信号によらず、端末発呼でモニタ情報を送信する機能を有し、
   過去の前記ポーリング要求信号の受信時刻から次回のポーリング要求信号の受信時刻を予測しており、前記基地局へ送信すべきモニタ情報が生じたとき、予測された前記受信時刻まで所定時間以上あれば、前記端末発呼で前記モニタ情報を送信し、前記所定時間未満であれば、次回のポーリング要求信号を待って前記モニタ情報を送信する、
   無線端末。
7. 前記周期は、前記モニタ端末からの要求により、前記無線端末毎に変更可能である、請求項６に記載の無線端末。
8. 前記処理部は、モニタ情報を受信したとき、該モニタ情報を自身で処理可能か否か判定し、自身で処理可能であれば、前記基地局に送ることなく処理する、請求項６または７に記載の無線端末。
9. 複数の無線端末と基地局でマルチホップ経路を形成してデータを転送するマルチホップ無線ネットワークのネットワーク監視・制御方法であって、
   基地局もしくは無線端末に無線で接続し、マルチホップ無線ネットワークの監視あるいは制御を行うためのモニタ情報を基地局と送受信するモニタ端末といずれかの無線端末とを無線で接続するステップと、
   前記モニタ端末から、該モニタ端末の接続された無線端末に処理の要求をモニタ情報として送るステップと、
   前記モニタ端末の接続された無線端末から前記マルチホップ経路で前記モニタ情報を前記基地局に送信するステップと、
   前記基地局にて、前記モニタ情報による前記要求に応じた処理を行い、前記マルチホップ経路で、前記モニタ端末の接続された無線端末に応答をモニタ情報として送信するステップと、
   前記モニタ端末の接続された無線端末から該モニタ端末に前記応答のモニタ情報を送るステップとを有し、
   前記基地局は、所定の周期で前記マルチホップ経路上の各無線端末をポーリングし、該ポーリングにて前記モニタ端末と接続された無線端末に送るポーリング要求信号にモニタ情報を付与し、
   前記無線端末は、
   前記ポーリング要求信号に対するポーリング応答信号にてモニタ情報を送信、もしくは、前記ポーリング応答信号によらず、端末発呼でモニタ情報を送信する機能を有し、
   前記無線端末は、過去の前記ポーリング要求信号の受信時刻から次回のポーリング要求信号の受信時刻を予測しており、前記基地局へ送信すべきモニタ情報が生じたとき、予測された前記受信時刻まで所定時間以上あれば、前記端末発呼で前記モニタ情報を送信し、前記所定時間未満であれば、次回のポーリング要求信号を待って前記モニタ情報を送信する、
   ネットワーク監視・制御方法。
10. 前記周期は、前記モニタ端末からの要求により、前記無線端末毎に変更可能である、請求項９に記載のネットワーク監視・制御方法。
11. 前記無線端末は、前記モニタ情報を受信したとき、該モニタ情報を自身で処理可能か否か判定し、自身で処理可能であれば、前記基地局に送ることなく処理する、請求項９または１０に記載のネットワーク監視・制御方法。

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