JP4846812B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムに関する。

近年、各電力需要家に無線通信端局を設置し、これらを電力事業者が保有する収集サーバと通信可能に接続し、各電力需要家における電力量計の検針データを定期的に収集する自動検針システムが実現されつつある。かかる自動検針システムの構築に際し、前記無線通信端局（ノード）を通して順次パケットを転送してゆく、所謂マルチホップ方式の無線ネットワークシステムの適用が検討されている。

マルチホップ方式の無線ネットワークでは、送信元となるノードは、自身と直接通信が可能な全ての他のノードにパケットを送信し（フラッディング）、パケットを受信したノードは、さらに自身と直接通信が可能な全ての他のノードにパケットを再送信する。このようなマルチホップ方式において、送信先ノードを必要最小限に絞りフラッディングを効率良く行うようにしたＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）方式が知られている（例えば特許文献１）。ＯＬＳＲ方式では、ノード間の連繋情報であるＴＣ（Topology Control）メッセージと、このＴＣメッセージの有効期間に関する情報であるＴＴＬ（Time To Live）とを含むパケットが伝送される。前記ＴＴＬは、パケットが中継（ホップ）される毎に、値が１つ減らされる。

特開２００３−１８８８８７号公報

上述のＯＬＳＲ方式では、パケットのホップ数は、ＴＴＬの設定値に依存する。換言すると、ＴＴＬ＝０とならない限り、或いはネットワークの終点までホップされない限り、ＴＣメッセージはノード間を転送されてゆくことになる。ＴＴＬは固定値として設定されるが、送信元のノードと到達目標のノードとの間の経路におけるホップ数に比べてＴＴＬの設定値が過大である場合、ＴＣメッセージが無用に中継されてしまう不具合がある。また、ホップ数が多いことに起因して、最大スループット（無線通信において一定時間で処理できるデータ量）に対して制御トラフィックが占める割合が大きくなる問題もある。

逆に、到達目標のノードとの間の経路を変更せざるを得ない状況が生じた場合、ＴＴＬが固定値であると、ＴＣメッセージが到達目標のノードまで到達させることができないという不具合も生じ得る。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムにおいて、通信装置による中継数を最適化することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の１の局面に係る無線通信システムは、中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムにおいて、各通信装置は、前記無線ネットワークにおける各通信装置相互間の接続情報を記憶するトポロジ情報記憶部と、前記接続情報に基づき、到達目標とする他の通信装置までの通信経路を設定するルート設定手段と、前記到達目標とする他の通信装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、他の通信装置に向けて送信するメッセージ情報の有効期間を設定する期間設定手段と、を備え、前記通信装置が、第１集約装置及び第２集約装置と、これら集約装置にツリー状に接続された多数の通信端局とからなり、前記第１集約装置の期間設定手段が、前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局に対して到達可能に前記メッセージ情報の有効期間を設定し、前記第２集約装置の期間設定手段が、前記一つの通信端局に対して到達不能に前記メッセージ情報の有効期間を設定している場合において、前記第１集約装置に障害が生じたとき、前記第２集約装置の期間設定手段が、前記一つの通信端局に対して到達可能に前記メッセージ情報の有効期間を変更することを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、各通信装置では、トポロジ情報記憶部に記憶された接続情報に基づき特定される、到達目標とする他の通信装置までの通信経路の中継数に基づいて、期間設定手段が他の通信装置に向けて送信するメッセージ情報の有効期間を設定する。このため、中継数の多少に応じて有効期間が動的に変更されるようになり、メッセージ情報の伝送範囲が適正に設定されるようになる。結果として、最大スループットに対して制御トラフィックが占める割合を最小限に抑制することが可能となる。

また、多数の通信端局から所定のデータを第１集約装置及び第２集約装置に集約し、第１集約装置及び第２集約装置を介して他の通信ネットワークと連繋させることが可能となる。従って、例えば電力使用量の検針データを各需要家から自動的に収集する自動検針システム等に本発明を適用する場合に好適である。

さらに、通常時には第１集約装置のカバー範囲にある一つの通信端局について、第１集約装置に障害が生じたときは、第２集約装置が送信するメッセージ情報の有効期間が動的に変更され、前記一つの通信端局が第２集約装置のカバー範囲となる。従って、たとえ第１集約装置に障害が生じても、前記一つの通信端局から漏れなく情報を収集することができ、しかも無用に情報を伝搬させてしまうこともない。

この場合、前記第１集約装置又は第２集約装置と前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局との間の前記メッセージ情報の通信において、前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記第１集約装置又は第２集約装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、前記メッセージ情報の有効期間を設定することが望ましい（請求項２）。

この構成によれば、一つの通信端局から前記第１集約装置又は第２集約装置までの間の中継数をベースとして、最適に前記メッセージ情報の有効期間を設定することが可能となる。従って、前記メッセージ情報が第１集約装置又は第２集約装置を超えて過度に伝搬されてしまったり、逆に第１集約装置又は第２集約装置に届かなかったりする不具合を抑止できる。

この場合、前記第１集約装置又は第２集約装置について、常時通信を行うことが予定されている通信端局の範囲がネットワーク範囲として予め定められている場合において、前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記一つの通信端局から前記第１集約装置又は第２集約装置までの前記中継数と、前記ネットワーク範囲におけるネットワークエッジに存在するエッジ通信端局から前記第１集約装置又は第２集約装置までの中継数とに基づいて、前記メッセージ情報の有効期間を設定することが望ましい（請求項３）。

この構成によれば、例えば一つの通信端局がネットワークエッジに比較的近い中継位置に存在する場合には、その中継数に等しい有効期間を設定し、一方、ネットワークエッジから比較的遠い中継位置に存在する場合には、メッセージ情報の到達安全性を考慮してその中継数よりも多めに有効期間を設定するというような、無線通信の実情に即した有効期間の設定が行えるようになる。

上記構成において、前記一つの通信端局のルート設定手段は、前記第１集約装置との通信に障害が生じたとき、前記第２集約装置を到達目標として通信経路を設定し、前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記第２集約装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて前記メッセージ情報の有効期間を変更することが望ましい（請求項４）。

本発明の他の局面に係る無線通信システムは、中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムにおいて、各通信装置は、前記無線ネットワークにおける各通信装置相互間の接続情報を記憶するトポロジ情報記憶部と、前記接続情報に基づき、到達目標とする他の通信装置までの通信経路を設定するルート設定手段と、前記到達目標とする他の通信装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、他の通信装置に向けて送信するメッセージ情報の有効期間を設定する期間設定手段と、を備え、前記通信装置が複数の集約装置と、これら集約装置にツリー状に接続される多数の通信端局とからなり、前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局が、前記複数の集約装置のうちの一つの集約装置と常時通信を行っている場合において、前記一つの通信端局が前記一つの集約装置との通信に障害が生じたことを検知したとき、前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記メッセージ情報の有効期間を前記一つの集約装置以外の他の集約装置にも到達可能な有効期間に変更することを特徴とする（請求項５）。

この構成によれば、通信障害が生じた場合に、前記一つの通信端局の側において通信可能な集約装置を積極的に探知させることが可能となる。従って、前記一つの通信端局の情報が、複数の集約装置のいずれかに確実に収集されるようにすることができる。

上記構成において、前記無線ネットワークが、ＯＬＳＲ方式が適用された無線ネットワークであり、前記メッセージ情報がＴＣメッセージであり、前記有効期間の情報がＴＴＬであることが望ましい（請求項６）。

この構成によれば、ＯＬＳＲ方式において、目標とする他の通信装置までの中継数に応じて、ＴＣメッセージのＴＴＬをダイナミックに設定することが可能となり、ＴＣメッセージの伝搬範囲を最適化することができる。また、中継毎に制御トラフィックが消費する無線帯域の比率を抑制できるようになる。

本発明の無線通信システムによれば、通信装置による中継数を最適化することができる無線通信システムを提供することができる。従って、パケットの制御メッセージ量を減らして情報データの伝送容量を大きくすることができる。また、迂回経路を急遽設定した場合においても、メッセージの伝搬範囲を適正に変更することができる。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す模式図である。 収集サーバＳＶ（ゲートウエイＧＷ）と、一つのツリーを構成する端局Ａ〜Ｇとの間における、データの送受信状態を示すタイムチャートである。 ＯＬＳＲ方式に基づく制御メッセージ用のパケット（メッセージ情報）のフォーマットを示す模式的な図である。 従来方式による、ゲートウェイと端局との間における制御メッセージのホップ経路を示す模式的な図である。 本発明の実施形態による、ゲートウェイと端局との間における制御メッセージのホップ経路を示す模式的な図である。 図１に示した一つの端局Ａの機能構成を示すブロック図である。 端局ＡにおけるＴＣメッセージの作成動作を示すフローチャートである。 １つの無線ネットワーク中において、第１ゲートウェイＧＷ１及び第２ゲートウェイＧＷ２が運用されている状態を示す模式図である。 第１ゲートウェイＧＷ１に障害が生じた場合のＴＣメッセージの伝搬状況を示す模式図である。 ゲートウェイの動的切り換えを行う場合の動作を示すフローチャートである。 最大スループットに対して制御トラフィックが占める割合を示すグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す模式図である。この無線通信システムは、いわゆるマルチホップ方式の無線ネットワークで構成されるＯＬＳＲ方式の無線通信システムであって、ここでは多数の電力需要家から電力使用量の検針データを自動的に収集する自動検針システムに適用される例を示す。無線通信システムは、収集サーバＳＶ及びゲートウェイ（集約装置；通信装置の一種）ＧＷと、多数の端局（通信装置の一種）Ａ、Ｂ、Ｃ・・・とで構成されている。

端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は、ゲートウェイＧＷ及び他の端局と無線通信（中継）が可能とされた無線通信端局であって、各々の電力需要家に設置され、電力使用量の検針データを含むデータ（パケット）をゲートウェイＧＷに向けて定期的に送信する。本実施形態では、各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１又はその派生規格に規定された無線ＬＡＮ（Local Area Network）の方式上に実装されたルーティングプロトコルに従ってパケット無線通信を行う。この結果として、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は、複数の階層を備えたツリー状にネットワーク接続されることになる。

収集サーバＳＶは、例えば電力会社の営業所などに設置され、各電力需要家の電力料金等を算出するために、前記検針データを各端局から収集する。収集サーバＳＶは、図略の他の業務サーバ、管理サーバ、制御サーバ等にネットワーク接続され、他の業務と連携した運用がなされる。収集サーバＳＶは、ゲートウェイＧＷ及び端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・が各々自立的に動作することで、これらと個別にデータ通信が可能とされている。

ゲートウェイＧＷは、収集サーバＳＶと社内光ファイバ網などのネットワークを介して接続され、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・により構成されているパケット無線通信網と、収集サーバＳＶが接続されている光ファイバ通信ネットワークとを相互接続する機器である。前記ルートテーブルに従って、１つのゲートウェイＧＷの下層には端局Ａ、Ｈが配列され、端局Ａの下層には端局Ｂ、Ｃが配列され、端局Ｂ及び端局Ｃの下層には各々、端局Ｄ、Ｅ及び端局Ｆ、Ｇが配列されるというように、ツリー状のパケット無線通信網が形成されている。このような階層は、ＯＬＳＲプロトコルによって設定され、一つの中継の際に、必要最小限の端局群（ＭＰＲ（multiple relay）集合）にフラッディングが行われるように設定されている。

端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の側から収集サーバＳＶに向けては、上述の通り検針データが定期的に送信される。一方、収集サーバＳＶから端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の側に向けては、受信していない検針データの要求信号等の他、電力需要家に配置されている開閉器の開閉を要求する開閉制御データ等が送信される。

図２は、収集サーバＳＶ（ゲートウエイＧＷ）と、一つのツリーを構成する端局Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとの間における、データの送受信状態を示すタイムチャートである。収集サーバＳＶが検針データを受信する場合、最下層の端局Ｄ、Ｅが、所定の送信タイミングが到来すると、自身の検針データを中層の端局Ｂへそれぞれ送信する。同様に、他の最下層の端局Ｆ、Ｇは、自身の検針データを、端局Ｃへ送信する。次に、端局Ｂは、自身の検針データと、先に受信した端局Ｄ、Ｅの検針データとを、上層の端局Ａに送信する。同様に、端局Ｃも、自身の検針データと、先に受信した端局Ｆ、Ｇの検針データとを、上層の端局Ａに送信する。しかる後、端局Ａは、自身の検針データと、先に受信した端局Ｂ〜Ｇの検針データとを、ゲートウェイＧＷを介して収集サーバＳＶに送信する。

一方、収集サーバＳＶから制御データが送信されるときは、一般に受信のときの逆のルートでデータが送信される。例えば、収集サーバＳＶから端局Ｅへ前記開閉制御データが送信される場合は、ゲートウェイＧＷ、端局Ａ及び端局Ｂを順次経由する無線通信路が用いられる。勿論、受信のときの逆のルートではないルートで、データが送信される場合も生じる。

このように、多数の端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・を、複数の階層を備えたツリー状にネットワーク接続し、所謂バケツリレー式にデータ送信を行うことで、収集サーバＳＶ（ゲートウエイＧＷ）から個別に各端局へポーリングする場合に比べて短時間でデータを収集可能になる。

図３は、ＯＬＳＲ方式に基づく制御メッセージ用のパケット１（メッセージ情報）のフォーマットを示す模式的な図である。このパケット１は、パケットヘッダ１１と複数のメッセージヘッダ１２とを含んでいる。パケットヘッダ１１は、パケットのバイト長を示す「パケット長」と、新たにパケットが生成される毎に付番される「パケットシーケンス番号」とから構成されている。各メッセージヘッダ１２は、発信元アドレス、ＴＴＬ、ホップ数、メッセージシーケンス番号、その他情報及びメッセージ本体を含む。

発信元アドレスには、メッセージ本体を作成した端局（ノード）のＩＰアドレスが記述される。ＴＴＬは、このメッセージがホップされる最大ホップ数が数値で記述され、この数値は各ノードでホップされる毎に１つずつ減らされる。従って、このＴＴＬは、当該メッセージの有効期間を示す性質を有する。ホップ数は、メッセージの発信元からのホップ数が数値で記述され、ホップされる毎に１つずつ増やされる。後記で詳述するが、本実施形態では、このＴＴＬが動的に変更される。メッセージシーケンス番号は、各メッセージに割り当てられる識別番号が記述される。その他情報には、メッセージの種類を示すメッセージタイプ、メッセージの管理時間、メッセージの長さを示すメッセージサイズ等の情報が記述される。

パケット１が制御メッセージである場合、メッセージ本体は、ＨＥＬＬＯメッセージやＴＣメッセージとなる。ＨＥＬＬＯメッセージは、自身の周辺にどのようなノードが存在しているかを確認するために、直接通信が可能な隣接ノードに専ら配信されるメッセージである。一方、ＴＣメッセージは、ネットワーク全体のトポロジを各ノードに伝達する性質のメッセージであって、本来的にはネットワーク全体にフラッディングされることが予定されているメッセージである。しかし、本実施形態の自動検針システムのように、ゲートウェイＧＷと端局Ａ，Ｂ，Ｃ・・・との間での通信が確保されれば基本的なタスクを達成できるシステムでは、それ以外のノードにＴＣメッセージを伝達させる必要性に乏しいといえる。そこで本実施形態では、ＴＣメッセージを含むパケットを作成する際、ＴＴＬを適正な値に設定し、フラッディングを制御する構成を採用している。以下、この点について詳述する。

図４、図５は、ゲートウェイＧＷと端局との間における制御メッセージ（ＴＣメッセージ）のホップ経路を示す模式的な図である。ここでは、端局をＮ１〜Ｎ１４で各々示している。図４は、従来の一般的なＯＬＳＲ方式に依存した場合のホップ経路を示している。従来方式では、ＴＣメッセージのデフォルトＴＴＬは“２５５”である。このため、端局Ｎ１からゲートウェイＧＷにＴＣメッセージが送信される際、そのＴＴＬは“２５５”に設定され、該ＴＣメッセージが端局Ｎ２でホップされると１つ減算されてＴＴＬ＝２５４となり、さらに転送される。以下、端局Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６、Ｎ７を経てゲートウェイＧＷにＴＣメッセージが到達する。

ゲートウェイＧＷにＴＣメッセージが到達した時点で、そのＴＴＬはまだ０になっていない。ＴＣメッセージは、ネットワークのエッジまで到達するか、或いはＴＴＬ＝０となるまで破棄されない。このため、当該ＴＣメッセージは破棄されず、ゲートウェイＧＷをホップして（このときＴＴＬ＝２４８）、さらに端局Ｎ８、Ｎ９、Ｎ１０・・・と伝搬して行くこととなり、無用な無線通信を行ってしまうこととなる。このことは、ネットワークの利用効率を悪化させることに繋がる。

一方、図５は、本発明を適用した場合のＴＣメッセージのホップ経路を示している。ここでは、端局Ｎ１からゲートウェイＧＷにＴＣメッセージを送信する際、この端局Ｎ１からゲートウェイＧＷまでのホップ数を考慮して、ＴＣメッセージのＴＴＬが設定される。この場合、端局Ｎ１とゲートウェイＧＷとの間には端局Ｎ２〜Ｎ７が存在し、７ホップが必要であるので、ＴＴＬ＝７に設定する。そうすれば、端局Ｎ１から発信されたＴＣメッセージのＴＴＬは、ゲートウェイＧＷで０となるので破棄され、端局Ｎ８以降には伝達させないようにすることができる。

アドホックモードの無線ネットワークでは、ネットワークのトポロジが変化することが少なくない。例えば、ノードに障害が発生した場合等においては、ネットワークエッジまでのホップ数や、ゲートウェイ−端局間のホップ数も変化することになる。このため、ＴＴＬ＝７として固定的にＴＴＬが設定されるのではなく、ゲートウェイ−端局間のホップ数がネットワークの形態変化に伴い変化した場合には、ＴＴＬの値もその変化に合わせた値に変更される。

図６は、図１に示した一つの端局Ａの機能構成を示すブロック図である。端局Ａは、送受信部２１、制御部２２及びバックアップメモリ２３を備えている。なお、端局Ａは、当該端局Ａが配置される電力需要家における電力使用量を計測する電力量計３と、商用電力送電系統から当該電力需要家への給電のＯＮ・ＯＦＦを切り換える開閉器４とが組み合わされた端局ユニットＵＴとして、電力需要家に配置されている。他の端局Ｂ、Ｃ・・・についても同様である。なお、ゲートウェイＧＷも、電力量計３及び開閉器４の制御系やバックアップメモリ２３等を除いて、同様の機能構成を備える。

送受信部２１は、上層のゲートウェイＧＷ、若しくは下層の端局Ｂ、Ｃと無線のデータ通信を行うための機能部である。送受信部２１は、端局Ｂ、Ｃ・・・から定期的に送信されてくる電力量計３の検針データと自身の検針データとを、収集サーバＳＶに向けて所定の送信タイミング毎に送信する。また、端局Ａ自身から発するＨＥＬＬＯメッセージやＴＣメッセージ等の制御メッセージを発信したり、或いはゲートウェイＧＷ若しくは他の端局Ｂ、Ｃ・・・から制御メッセージを受信してこれを転送したりする機能を果たす。

制御部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより端局Ａの各部の動作を司る。制御部２２は、端局制御部２４、トポロジ情報管理部２５（トポロジ情報記憶部）、ルート設定部２６（ルート設定手段）、及びＴＴＬ設定部２７（期間設定手段）を備えている。

端局制御部２４は、端局ユニットＵＴが備える電力量計３の検針データを定期的に読み取る処理、収集サーバＳＶから送信される開閉制御データに基づき開閉器４を開閉させる処理、並びに、検針データの再送要求信号が与えられた場合に、該当するバックアップデータをバックアップメモリ２３から読み出して収集サーバＳＶへ再送する処理等を制御する。

トポロジ情報管理部２５は、当該端局Ａが属する無線ネットワークのトポロジ情報、すなわち当該端局Ａと、他の端局（ゲートウェイＧＷ及び端局Ｂ、Ｃ・・・）との間の接続情報を管理（記憶）する。トポロジ情報管理部２５は、他の端局が定期的に発信するＴＣメッセージをトポロジ情報として受信し、メモリ領域に各端局の識別情報に関連付けて記憶する。また、トポロジ情報管理部２５は、当該端局Ａの存在を他の端局に知らしめるために、自身のＴＣメッセージを定期的に作成し、送受信部２１を介して他の端局に向けて発信する。このＴＣメッセージのＴＴＬは、ＴＴＬ設定部２７により設定される。

ルート設定部２６は、トポロジ情報管理部２５に管理されているトポロジ情報に基づき、到達目標とする他の端局（本実施形態では専らゲートウェイＧＷ）までの通信経路を計算し、ルートテーブルを設定する。作成されたルートテーブルは、メモリ領域に記憶される。該ルートテーブルは、ネットワークのトポロジの変化等に応じて更新されることとなる。

ＴＴＬ設定部２７は、前記ルートテーブルを参照し、到達目標とするゲートウェイＧＷまでの通信経路に存在する他の端局の数（ホップ数）に基づいて、トポロジ情報管理部２５が作成するＴＣメッセージのＴＴＬ（有効期間）を設定する。ホップ数は、ネットワークのツリー形態によって変化するので、ＴＴＬ設定部２７は、この変化に応じてＴＴＬを動的に変更する。

端局ＡにおけるＴＴＬ設定部２７によるＴＴＬ値の算出動作の一例を示す。ここでは、ゲートウェイＧＷが端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・に対して発信する制御メッセージにより、ゲートウェイＧＷから無線ネットワークのネットワークエッジまでのホップ数（以下、「最大ホップ数」という）が端局Ａに通知されているものとする。なお、ネットワークエッジとは、ゲートウェイＧＷについて、常時通信を行うことが予定されている端局の範囲がネットワーク範囲として予め定められている場合における、そのネットワーク範囲の終点（エッジ）を言う。ＴＴＬ設定部２７は、この最大ホップ数と、ルート設定部２６のルートテーブルから特定される端局Ａ〜ゲートウェイＧＷ間のホップ数とを用い、次の条件式（１）からＴＴＬ値を算出する。

ｉｆ（ｈｏｐ＿ｃｏｕｎｔ＜（ｍａｘ＿ｈｏｐ−１）／２）
ＴＴＬ＝ｍａｘ＿ｈｏｐ−ｈｏｐ＿ｃｏｕｎｔ
ｅｌｓｅ
ＴＴＬ＝ｈｏｐ＿ｃｏｕｎｔ ・・・（１）
但し、ｍａｘ＿ｈｏｐ：最大ホップ数
ｈｏｐ＿ｃｏｕｎｔ：端局Ａ〜ゲートウェイＧＷ間のホップ数

例えば、端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・のいずれかに何らかの障害が発生したとき、ゲートウェイＧＷは障害メッセージを受信するか、或いは無応答を認識する。この場合、ネットワークエッジまでの最大ホップ数が変化することがある。最大ホップ数が変化した場合、ゲートウェイＧＷは、制御メッセージで最大ホップ数の変化を各端局Ａ、Ｂ、Ｃ・・・に通知する。例えばＴＴＬ設定部２７は、この最大ホップ数の変化の通知メッセージを受領したタイミングで、上記の条件式（１）に基づきＴＴＬ値を算出する動作を行う。上記の条件式（１）を用いることで、一つの端局がゲートウェイＧＷに比較的近い位置に存在する場合、或いは一つの端局がネットワークエッジに比較的近い位置に存在する場合のいずれにおいても、該一つの端局を中継局とする他の端局（前記一つの端局からネットワークエッジまでに存在する下位の端局）にメッセージを伝達できる適切なＴＴＬ値を設定することができる。

なお、上記の条件式（１）は一例であり、一律に下記の条件式（２）とし、固定的な値としても良い。
ＴＴＬ＝ｍａｘ＿ｈｏｐ ・・・（２）

ここで、制御メッセージを伝送中にネットワークのトポロジが変化し、ゲートウェイＧＷ及びネットワークエッジまでのホップ数が変化することを想定し、上記の条件式（１）若しく条件式（２）から求められるＴＴＬ値に、余裕ホップ数Ｈａを加算したものを用いるようにしても良い。また、ＴＴＬ値を算出するタイミングは、ネットワークの安定性等に応じて適宜に設定することができる。

バックアップメモリ２３は、電力量計３から読み取られた検針データを、バックアップ用に記録するメモリである。メモリオーバーを抑止するために、検針時刻から所定の期間（例えば１ヶ月）が経過したものにつき、端局制御部２４がバックアップメモリ２３のデータを自動消去するルーティンを具備させるようにしても良い。

続いて、端局ＡにおけるＴＣメッセージの作成動作について、図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、制御部２２が、ＴＣメッセージを含む制御メッセージのパケットを当該端局Ａから送信するタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１）。上掲の例によれば、送受信部２１が最大ホップ数の変化を通知するメッセージを受信したか否かを判定する。なお、通知された最大ホップ数は、トポロジ情報管理部２５に記憶される。制御メッセージの送信タイミングである場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、ルート設定部２６は、トポロジ情報管理部２５に格納されているトポロジ情報を確認し（ステップＳ２）、ルートテーブルの更新処理を実行する。

ＴＴＬ設定部２７は、前記ルートテーブルを参照し、到達目標とするゲートウェイＧＷまでの通信経路におけるホップ数を導出する（ステップＳ３）。そして、例えば上掲の条件式（１）に基づいて、ＴＴＬ値を算出する（ステップＳ４）。ここで得られたＴＴＬ値を、トポロジ情報管理部２５が作成するＴＣメッセージのＴＴＬとして設定する（ステップＳ５）。しかる後、このＴＣメッセージ及びＴＴＬを含むパケット１（図３参照）を、送受信部２１を介して送信する（ステップＳ６）。

次に、ゲートウェイから送信されるＴＣメッセージの有効期間が動的に変更される実施形態を例示する。図８は、１つの無線ネットワーク中において、第１ゲートウェイＧＷ１及び第２ゲートウェイＧＷ２が運用されている状態を示す模式図である。通常時において、第１ゲートウェイＧＷ１は、無線ネットワーク中の第１エリアＡＲ１内の端局をカバーし、第２ゲートウェイＧＷ２は、第１エリアＡＲ１とは異なる第２エリアＡＲ２内の端局をカバーすることが想定されている。

この場合、第１ゲートウェイＧＷ１が備えるＴＴＬ設定部２７（図６参照）は、第１エリアＡＲ１のエッジに存在する端局Ｎ１５にＴＣメッセージが到達するようＴＴＬ値を設定する。ここでは、第１ゲートウェイＧＷ１から端局Ｎ１５までの通信経路中に、端局Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３、Ｎ１４が存在するため、ＴＴＬ設定部２７はこれらのホップ数を考慮して、例えばＴＴＬ＝５に設定する。同様に、第２ゲートウェイＧＷ２が備えるＴＴＬ設定部２７も、第２エリアＡＲ２のエッジに存在する端局Ｎ２５にＴＣメッセージが到達するようＴＴＬ値を設定する。第２ゲートウェイＧＷ２から端局Ｎ２５までの通信経路中に、端局Ｎ２１、Ｎ２２、Ｎ２３、Ｎ２４が存在するため、ＴＴＬ設定部２７は、例えばＴＴＬ＝５に設定する。

この通常時においては、端局Ｎ１５の検針データは第１ゲートウェイＧＷ１を経由して、また端局Ｎ２５の検針データは第２ゲートウェイＧＷ２を経由して、収集サーバＳＶに集約されている。また、通常時に設定されるＴＴＬ値では、第２ゲートウェイＧＷ２のＴＣメッセージは、第１エリアＡＲ１内の端局Ｎ１５には到達不能である。

このようなネットワーク体系が取られている場合において、図９に示すように、第１ゲートウェイＧＷ１に障害が生じた場合を想定する。この場合、第１エリアＡＲ１内に存在する端局から検針データが収集されない事態を回避するため、第２ゲートウェイＧＷ２から発信されるＴＣメッセージのＴＴＬ値が大きい値に変更され、第２ゲートウェイＧＷ２がカバーするエリアが、第２エリアＡＲ２から第３エリアＡＲ３に拡張される。このカバー範囲の拡張のため、例えば第２ゲートウェイＧＷ２のＴＴＬ設定部２７は、第１ゲートウェイＧＷ１に障害が発生したとの情報を取得したとき、ＴＴＬ＝１５に変更する。

これにより、例えば端局Ｎ１５に注目した場合、通常時には第２ゲートウェイＧＷ２からはＴＣメッセージが到達しないものが、第１ゲートウェイＧＷ１の障害時には到達するようになる。すなわち、第２ゲートウェイＧＷ２と端局Ｎ１５との間の通信経路には端局Ｎ２６〜Ｎ３４の９つの中継局（９ホップ）が存在するが、ＴＴＬ＝５からＴＴＬ＝１５に変更されることで、第２ゲートウェイＧＷ２のＴＣメッセージが端局Ｎ１５に到達するようになる。

実際の動作では、第１ゲートウェイＧＷ１の障害発生は、端局Ｎ１５へ直接には通知されない。端局Ｎ１５は、自身が発信した制御メッセージに対する応答が無い一方で、第２ゲートウェイＧＷ２からのＴＣメッセージを受信したとき、そのルート設定部２６が、第２ゲートウェイＧＷ２に対応するようにルートテーブルを更新する。また、そのＴＴＬ設定部２７も、第２ゲートウェイＧＷ２までのホップ数に基づいて、自身が発信するＴＣメッセージのＴＴＬ値を設定する。これらの動作は、先に説明した実施形態と同様である。以降は、端局Ｎ１５の検針データは、第２ゲートウェイＧＷ２を経由して収集サーバＳＶに収集される。すなわち、ゲートウェイが動的に切り換えられ、故障したゲートウェイのカバー範囲にある端局からも必要なデータが収集できる。しかも、ＴＴＬ値は過大に設定されないので、無用にＴＣメッセージが伝搬することもない。

図１０は、ゲートウェイの動的切り換えを行う場合の動作を示すフローチャートである。ここでは、第１ゲートウェイＧＷ１に隣接する第２ゲートウェイＧＷ２が、図６に示す端局Ａの機能構成を備えるものとして説明する。第２ゲートウェイＧＷ２の制御部２２は、隣接する第１ゲートウェイＧＷ１の障害発生情報が取得されたか否かを確認する（ステップＳ１１）。この障害発生情報は、第１ゲートウェイＧＷ１及び第２ゲートウェイＧＷ２の上層レイヤに存在し、これらを管理する制御機器（例えば収集サーバＳＶ）から与えられる。或いは、第１ゲートウェイＧＷ１と第２ゲートウェイＧＷ２との間における相互監視動作によっても、前記障害発生情報を知見させることができる。

障害発生情報を受信すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ルート設定部２６は、トポロジ情報管理部２５に格納されているトポロジ情報を確認し（ステップＳ１２）、第１ゲートウェイＧＷ１のカバー範囲にある端局の一部又は全部をカバー範囲に加えるよう、ルートテーブルの更新処理を実行する。続いてＴＴＬ設定部２７は、前記ルートテーブルを参照し、当該第２ゲートウェイＧＷ２が発信するＴＣメッセージのＴＴＬ値の変更が必要であるか否かが確認される（ステップＳ１３）。ＴＴＬ値の変更が不要である場合（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１１に戻って処理が繰り返される。

ＴＴＬ値の変更（増加）が必要である場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ＴＴＬ設定部２７は、予め定められた障害発生時の基準値若しくは所定の条件式に基づく算出値に、ＴＴＬ値を変更する（ステップＳ１４）。図９に示した例では、ＴＴＬ＝５からＴＴＬ＝１５に変更される。これにより、第２ゲートウェイＧＷ２から発信されるＴＣメッセージの到達範囲が拡張される。

その後、第２ゲートウェイＧＷ２の制御部２２は、隣接する第１ゲートウェイＧＷ１の障害復旧情報が取得されたか否かを確認する（ステップＳ１５）。かかる障害復旧情報も、上層レイヤの制御機器若しくはゲートウェイ間の相互監視動作から取得される。障害復旧情報が到達しない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、ＴＴＬ値は障害発生時対応のまま維持される。一方、障害復旧情報が到達した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、通常時対応にＴＴＬ値が変更され（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。なお、第１ゲートウェイＧＷ１の障害が復旧せずステップＳ１５のループが繰り返されている間でも、第２ゲートウェイＧＷ２を基準としたネットワークの最大ホップ数は変化することがあるので、図７のフローチャートの動作に準じてＴＴＬ値が調整される。

上述のフローでは、ゲートウェイの側が主体となって通信可能な端局を探知する例を示したが、端局の側において通信可能なゲートウェイを積極的に探知させるようにしても良い。すなわち、図８、図９の例ならば、端局Ｎ１５が、常時通信を行っている第１ゲートウェイＧＷ１との間で通信に障害が生じたことを検知したとき、通信可能な他のゲートウェイ（第２ゲートウェイＧＷ２に限らない）を探知させるようにしても良い。この場合、当該端局Ｎ１５のＴＴＬ設定部２７が、第１ゲートウェイＧＷ１との通信に対応して設定していたＴＴＬ値を、他のゲートウェイにも到達可能な大きい値のＴＴＬ値に変更する。そして、通信が成立するゲートウェイが見つかると、ＴＴＬ設定部２７は当該ゲートウェイに対応してＴＴＬ値を再設定する。このような端局側の動作を、通信障害発生時に、上記図１０に示すゲートウェイ側のフローに代えて実行させても良い。或いは図１０のフローと同時に進行させて、先に通信の成立がした方が適宜なＴＴＬ値を設定するようにしても良い。

以上説明した実施形態によれば、ＴＴＬ値をダイナミックに変化させることで、ＴＣメッセージの到達範囲が最適化され、制御トラフィック量を削減することができる。図１１は、最大スループットに対して制御トラフィックが占める割合を示すグラフである。このグラフでは、ゲートウェイを基準としたホップ数を横軸に取り、縦軸に無線帯域（Ｍｂｐｓ）を示している。また、ホップ数毎に、最大スループット５１、ＴＴＬ＝２５５で固定化している従来方式の場合の第１制御トラフィック量５２、及びＴＴＬをダイナミックに変化させる本実施形態方式の場合の第２制御トラフィック量５３をそれぞれ示している。

最大スループット５１は、ゲートウェイからのホップ数が増加する程、低下してゆく。一方、制御トラフィック量５２、５３は、定型データであるので、所要帯域は一定である。従って、最大スループットに対して制御トラフィックが占める割合は、自ずとホップ数の増加に従って増加する。

ここで、本実施形態方式によれば、端局とゲートウェイとの間のホップ数に応じて最適な値にＴＴＬ値が設定され、制御メッセージの伝搬範囲が抑制される。従って、第２制御トラフィック量５３は、第１制御トラフィック量５２よりもΔＥだけ少ない帯域しか占有しない。従って、ΔＥの帯域分だけ他のデータを伝送できるようになる。図１１からも明らかな通り、このメリットは、ホップ数が増加するほど顕著となる。従って、本実施形態によれば、より多くのデータを、より高次のホップ先まで伝送することができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＧＷ ゲートウェイ（通信装置）
Ａ〜Ｈ、Ｎ１〜Ｎ１４、Ｎ１１〜Ｎ１５、Ｎ２１〜Ｎ２５ 端局（通信装置）
１ パケット（メッセージ情報）
２１ 送受信部
２２ 制御部
２３ バックアップメモリ
２４ 端局制御部
２５ トポロジ情報管理部（トポロジ情報記憶部）
２６ ルート設定部（ルート設定手段）
２７ ＴＴＬ設定部（期間設定手段）

Claims (6)

1. 中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムにおいて、各通信装置は、
   前記無線ネットワークにおける各通信装置相互間の接続情報を記憶するトポロジ情報記憶部と、
   前記接続情報に基づき、到達目標とする他の通信装置までの通信経路を設定するルート設定手段と、
   前記到達目標とする他の通信装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、他の通信装置に向けて送信するメッセージ情報の有効期間を設定する期間設定手段と、を備え、
   前記通信装置が、第１集約装置及び第２集約装置と、これら集約装置にツリー状に接続された多数の通信端局とからなり、
   前記第１集約装置の期間設定手段が、前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局に対して到達可能に前記メッセージ情報の有効期間を設定し、
   前記第２集約装置の期間設定手段が、前記一つの通信端局に対して到達不能に前記メッセージ情報の有効期間を設定している場合において、
   前記第１集約装置に障害が生じたとき、前記第２集約装置の期間設定手段が、前記一つの通信端局に対して到達可能に前記メッセージ情報の有効期間を変更することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１集約装置又は第２集約装置と前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局との間の前記メッセージ情報の通信において、
   前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記第１集約装置又は第２集約装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、前記メッセージ情報の有効期間を設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１集約装置又は第２集約装置について、常時通信を行うことが予定されている通信端局の範囲がネットワーク範囲として予め定められている場合において、
   前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記一つの通信端局から前記第１集約装置又は第２集約装置までの前記中継数と、前記ネットワーク範囲におけるネットワークエッジに存在するエッジ通信端局から前記第１集約装置又は第２集約装置までの中継数とに基づいて、前記メッセージ情報の有効期間を設定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記一つの通信端局のルート設定手段は、前記第１集約装置との通信に障害が生じたとき、前記第２集約装置を到達目標として通信経路を設定し、
   前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記第２集約装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて前記メッセージ情報の有効期間を変更することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 中継機能を有する複数の通信装置が無線ネットワークで接続されてなる無線通信システムにおいて、各通信装置は、
   前記無線ネットワークにおける各通信装置相互間の接続情報を記憶するトポロジ情報記憶部と、
   前記接続情報に基づき、到達目標とする他の通信装置までの通信経路を設定するルート設定手段と、
   前記到達目標とする他の通信装置までの通信経路に存在する前記無線ネットワーク上の中継数に基づいて、他の通信装置に向けて送信するメッセージ情報の有効期間を設定する期間設定手段と、を備え、
   前記通信装置が複数の集約装置と、これら集約装置にツリー状に接続される多数の通信端局とからなり、
   前記多数の通信端局のうちの一つの通信端局が、前記複数の集約装置のうちの一つの集約装置と常時通信を行っている場合において、
   前記一つの通信端局が前記一つの集約装置との通信に障害が生じたことを検知したとき、前記一つの通信端局の期間設定手段は、前記メッセージ情報の有効期間を前記一つの集約装置以外の他の集約装置にも到達可能な有効期間に変更することを特徴とする無線通信システム。
6. 前記無線ネットワークが、ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）方式が適用された無線ネットワークであり、
   前記メッセージ情報がＴＣ（Topology Control）メッセージであり、
   前記有効期間の情報がＴＴＬ（Time To Live）である、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信システム。
   

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