JP5200831B2 - 無線ネットワークシステム及び制御ノード切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線ノード装置（以下、単にノードと称する）を含むことによってマルチホップ無線通信を行う無線ネットワークシステムに関すると共に、かかる無線ネットワークシステムにおける制御ノード切替方法に関する。

近年、ＰＡＮ(Personal Area Network)と称される近距離無線通信方式が注目されている。国際標準規格であるＩＥＥＥ８０２.１５.４は、かかる近距離無線通信方式における物層及びＭＡＣ層における標準仕様を規定している。

図１は、近距離無線通信方式を用いた無線ネットワークシステムとして従来のセンサネットワークシステムの構成を示している。ここで、センサネットワークシステムは、シンクノード１0０と、複数のセンサノード１１０〜１３１とから構成される。シンクノード１００は、複数のセンサノード１１０〜１３１からセンサデータを集信し、これを外部ネットワーク２００に供給する。これにより、外部ネットワーク２００側の機器がセンサデータを利用することができる。

かかるセンサネットワークシステムは、プライマリーコントローラーとして機能するシンクノード１００を起点として起動される。センサネットワークに参加したいノード、例えばセンサノード１２０は、子ノードとしてビーコン要求（BEACON REQUEST）を出し、受入可能な親ノードからビーコン（BEACON）を受信する。そして、センサノード１２０は、受信された幾つかのビーコンの中から親ノードを独自に決定する。ここでは親ノードをセンサノード１１０に決定したとし、センサノード１２０はセンサノード１１０に参加要求（Association Request）を送信する。親ノードとしてのセンサノード１１０は、参加応答（Association Response）を返信してセンサノード１２０にネットワークアドレスを付与することで、センサノード１２０をセンサネットワークに取り込む。かかる子ノードと親ノードとの関係に従ったネットワーク参加手順がシンクノード１００を起点としてツリー状に順次なされることで、全体として、シンクノード１００及びセンサノード１１０〜１３１を含むセンサネットワークシステムの構築（alignment）が達成される。

このように、センサネットワークシステムにおけるシンクノードは、集信されるセンサデータの終点として機能するのみならず、ネットワーク全体を管理する起点として機能する。そのため、シンクノードの故障はネットワーク全体の動作停止を引き起こすことになる。また、シンクノードにおける保守検査やソフトウェア更新による動作停止は、やはりネットワーク全体の停止を意味する。さらに、動作停止からの再起動に際しては、各ノードの参加手順が再度必要となって稼働性を制約する。かかる制約はセンサネットワークの信頼性評価を下げると共にその用途拡大を妨げるものである。

そこで、ネットワーク動作を停止することなくシンクノードを代替する構成が考えられる。この点、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の規定には、非特許文献１にて開示されているように、代替ＰＡＮコーディネータ（alternate PAN coordinator）なる概念を提示している。
米国電気電子学会による標準規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４の一部として、"LOCAL AND METROPOLITAN AREA NETWORK-PART15.4B", IEEE, P802.15.4, REVb/D6

しかしながら、非特許文献１は、代替ＰＡＮコーディネータの具体的な動作方式については未だに明確に策定されていない。非特許文献１のｐ１４８を参照すると、参加要求（Association Request）のためのコマンドフォーマットの８ビットの能力情報（Capability information）に１ビットの代替ＰＡＮコーディネータ（alternate PAN coordinator）を準備している。しかし、かかる１ビットが準備されたとしても、あるノードが代替ＰＡＮコーディネータになる旨を宣言できるに過ぎず、たとえ代替ＰＡＮコーディネータであると宣言したとしても、当該ノードがネットワーク動作停止することなく実際にシンクノードの役割を有効に代行することはできない。

本発明の目的は、ネットワーク全体の信頼性の向上及び稼働率の向上を可能とする無線ネットワークシステム及び制御ノード切替方法を提供することである。

本発明による無線ネットワークシステムは、ネットワーク起動時に自身のアドレスを制御ノードアドレスに設定する単一の制御ノードと、ネットワーク参加に際して該制御ノードによる制御に基づいて各々が自身のアドレスを設定する複数の一般ノードとを含み、これら各ノード間で各アドレスを用いて無線データのマルチホップ通信を行う無線ネットワークシステムであって、該一般ノードを介することなく該制御ノードと通信接続し、該制御ノードと代替可能な単一の代替制御ノードをさらに含み、該代替制御ノードは、該制御ノードにおける動作状態を監視する制御ノード監視手段と、該動作状態が異常であるか否かを判定する動作状態判定手段と、該動作状態が異常であると判定された場合に、自身のアドレスを該制御ノードアドレスに設定する異常時アドレス設定手段と、該動作状態判定手段によって該制御ノードの動作状態が正常であると判定された場合に、自身のアドレスを該制御ノードによる制御に基づいて設定する正常時アドレス設定手段と、を含むことを特徴とする。

本発明による制御ノード切替方法は、ネットワーク起動時に自身のアドレスを制御ノードアドレスに設定する単一の制御ノードと、ネットワーク参加に際して該制御ノードによる制御に基づいて各々が自身のアドレスを設定する複数の一般ノードとを含み、これら各ノード間で各アドレスを用いて無線データのマルチホップ通信を行う無線ネットワークシステムにおける制御ノード切替方法であって、該一般ノードを介することなく該制御ノードと通信接続し、該制御ノードと代替可能な単一の代替制御ノードを、該一般ノードとしてネットワーク参加せしめる代替制御ノード参加制御ステップと、該制御ノードにおける動作状態を監視する制御ノード監視ステップと、該動作状態が異常であるか否かを判定する動作状態判定ステップと、該動作状態が異常であると判定された場合に、該代替制御ノードのアドレスを該制御ノードアドレスに設定する異常時アドレス設定ステップと、該動作状態判定ステップによって該制御ノードの動作状態が正常であると判定された場合に、自身のアドレスを該制御ノードによる制御に基づいて設定する正常時アドレス設定ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明による無線ネットワークシステム及び制御ノード切替方法によれば、ネットワーク全体の信頼性の向上及び稼働率の向上を可能となる。

本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例を示し、本発明によるセンサネットワークシステムの構成を示している。センサネットワークシステムは、制御ノードとしてのシンクノード１００及びサブシンクノード１０１と、複数の一般ノードとしての例えば６台のノード１１０、１１１、１２０、１２１、１３０、１３１とを含む。シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の各々は外部ネットワーク２００に接続されている。通常の運用としては、シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の何れか１つが複数のセンサノード１１０〜１３１からセンサデータを集信し、これを外部ネットワーク２００に供給する。シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の双方は、後述するように同一の内部構成を有するが、本実施例では優先的にマルチコントローラーとして運用される制御ノードをシンクノードと呼び、シンクノードの障害や保守時にマルチコントローラーとして運用される代替制御ノードをサブシンクノードと呼ぶものとする。

尚、本実施例では、１台のシンクノード１００と共に１台のサブシンクノード１０１が示されたが、本発明にかかる限定はなく２台以上のサブシンクノードが備えられてもよい。また、サブシンクノード１０１は、運用的にはシンクノード１００から１ホップ圏内の如く、できるだけシンクノード１００近傍に設置されるのが好ましい。

図３は、シンクノード及びサブシンクノードの内部構成を示している。ここで、シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の各々は、同一の内部構成を有し、無線通信部１１と、ＭＡＣ層処理部１２と、ネットワーク層処理部１４と、アプリケーション層処理部１９とを含む。無線通信部１１は、物理層に対応する通信機能を果たし、センサデータや参加要求や応答等の制御データを無線にて他のノードとの間で送受信する。

ＭＡＣ層処理部１２は、ＭＡＣ層に対応する通信機能を果たし、ＭＡＣアドレスレジスタ１３に定常的に保持されたＭＡＣアドレス（ＩＥＥＥアドレス）をノード自身の物理アドレスとしてセンサデータや制御データを無線通信部１１とネットワーク層処理部１４との間で中継する。

ネットワーク層処理部１４は、動作状態監視制御部１５と、ネットワーク管理部１６と、動作状態レジスタ１７と、ネットワークアドレスレジスタ１８とを含む。ネットワーク管理部１６は、ネットワーク層に対応する通信機能を果たし、シンクノードとしての参加応答やネットワークアドレス付与等のネットワーク全体の管理動作を行う共に、ネットワークアドレスレジスタ１８に一時的に保持されたアドレスを自己の論理アドレスとして、センサデータをＭＡＣ層処理部１２とアプリケーション層処理部１９との間で中継する。

アプリケーション層処理部１９は、ネットワーク層処理部１４から中継されたセンサデータに対して例えば統計処理等の任意のデータ処理を行う。さらには、データ処理をなしたセンサデータを外部ネットワーク（図２参照）に提供する。

ネットワーク層処理部１４の動作状態監視制御部１５は、動作状態レジスタ１７に保持及び更新される動作状態に応じて、サブシンクノードとして参加要求、シンクノードの動作状態の監視動作、さらに監視結果に応じて自身の動作状態を変更する機能を担う。

図４は、シンクノード及びサブテシンクノードの動作状態及びネットワークアドレスを説明している。シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の各々は、アクト状態、モニタ状態及びスリープ状態の３つの状態の何れかをとり得る。アクト状態は、通常のシンクノードとしてマルチコントローラー機能を果たす状態である。モニタ状態は、サブシンクノードとしてシンクノードを監視すると共にアクト状態になり得る待機状態である。スリープ状態は、省電力や保守の為にノードとしての主機能が停止した停止状態又は電源ＯＦＦ状態である。

また、アクト状態では当該シンクノードは、制御ノード専用のネットワークアドレスとして“0000”（１６進にて表示）を自律的に自己に設定する。モニタ状態では当該シンクノードは、ネットワークアドレスをアクト状態のシンクノードから付与してもらう。スリープ状態では当該シンクノードのネットワークアドレスは認識不能となる。すなわち、スリープ状態はセンサネットワークシステムにとって当該ノードが認識し得ない状態である。これらネットワークアドレスは当該ノードのネットワークアドレスレジスタ１８（図３参照）に論理アドレスとして一時的に設定される。

尚、ＩＥＥＥ８０２．１５．４は１６ビットのネットワークアドレス付与方法を規定している。かかる方法では、ネットワークアドレスがシーズキップ（Cskip）と称される方法で計算され、ネットワークアドレスの値から当該ノードが親ノード、子ノード或いは他ノードであるかを判定ができる仕組みになっている。

図５は、ネットワーク起動時における初期化及び参加手順を示している。ネットワーク起動時には、シンクノード１００を起点として全てのノードが参加して各々にネットワークアドレスが付与されなければならない。ここでは、その一部として親ノード１１１及び子ノード１２１がセンサネットワークシステムに組み入れられる初期化及び参加動作を説明する
先ず、シンクノード１００は、操作者からの起動指示等に応じてネットワーク起動を行う（ステップＳ１０１）。シンクノード１００は、自己のネットワークアドレスを“0000”に設定し（ステップＳ１０２）、併せて、自身の動作状態を自律的に“アクト状態”にする（ステップＳ１０３）。

シンクノード１００が“アクト状態”にある状況において、親ノード１１１は、ビーコン要求を送信する（ステップＳ１０４）。このビーコン要求を受信したシンクノード１００がビーコン応答をしたとする（ステップＳ１０５）。親ノード１１１は、ビーコン応答を送信したシンクノードのうちからシンクノードを選択する（ステップＳ１０６）。すなわち、ここでは、シンクノード１００を選択したとする。次いで、親ノード１１１は、参加要求をシンクノード１００に向けて送信する（ステップＳ１０７）。これに応じて、シンクノード１００は、参加応答を送信すると共に、これに併せて付与アドレスを送信する（ステップＳ１０８）。付与アドレスの決定方法として、例えばシーズキップの方法が用いられる。親ノード１１１は、シンクノード１００によって付与されたネットワークアドレスを自己の論理アドレスに設定する（ステップＳ１０９）。

親ノード１１１にネットワークアドレスが付与されてセンサネットワークシステムに組み込まれた状況において、子ノード１２１は、ビーコン要求を送信する（ステップＳ１１０）。このビーコン要求を受信した親ノード１１１がビーコン応答をしたとする（ステップＳ１１１）。子ノード１２１は、ビーコン応答を送信したシンクノードのうちから親ノードを選択する（ステップＳ１１２）。すなわち、ここでは、親ノード１１１を選択したとする。次いで、子ノード１２１は、参加要求を親ノード１１１に向けて送信する（ステップＳ１１３）。以下、親ノード１１１と同様の動作によって、子ノード１２１もセンサネットワークシステムに組み入れられる。

図６は、サブシンクノードの参加手順を示している。ここでは、サブシンクノード１０１がセンサネットワークに参加し、シンクノード１００を監視するまでの動作を説明する。

シンクノード１００は、動作状態＝“アクト状態”にあるとする（ステップＳ２０１）。一方、サブシンクノード１０１は、その動作状態を“モニタ状態”として起動されたとする（ステップＳ２０２）。サブシンクノード１０１は、ビーコン要求を送信する（ステップＳ２０３）。このビーコン要求を受信したシンクノード１００がビーコン応答をしたとする（ステップＳ２０４）。サブシンクノード１０１は、ビーコン応答を送信したシンクノードのうちから受入可能なシンクノードを選択する（ステップＳ２０５）。この場合の動作をＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠した動作を仮定すると、サブシンクノード１０１は、受信したビーコン応答に含まれるＰＡＮコーディネータ（PAN coordinator）フィールドが真値（True:1）とするノードをシンクノードとして認識した上でそれらのうちから１つのシンクノードを選択する。本例では、唯一のシンクノードであるシンクノード１００を選択したものとする。次いで、サブシンクノード１０１は、参加要求をシンクノード１００に向けて送信する（ステップＳ２０６）。ここで、やはりＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠した動作を仮定すると、参観要求（Association Request）を送信する際に、その能力情報（Capability information）フィールド内の代替ＰＡＮコーディネータ（alternate PAN coordinator）フィールドを真値（True:1）として送信する。

この参加要求に応じて、シンクノード１００は、参加応答を送信すると共に、これに併せて付与アドレスを送信する（ステップＳ２０７）。付与アドレスの決定方法として、例えばシーズキップの方法が用いられる。サブシンクノード１０１は、シンクノード１００によって付与されたネットワークアドレスを自己の論理アドレスに設定する（ステップＳ２０８）。

尚、シンクノード１００におけるアドレス付与では、サブシンクノード１０１に対して、シンクノード１００直下のエンドデバイス、すなわち子ノードを持たないツリー上の葉ノードに付与されるべきアドレスを付与する。これによりサブシンクノード１０１の存在がネットワーク内の他のノードのデータ転送や経路制御に影響は与えないようにできる。

以上の動作は、サブシンクノード１０１にとって自己申告型の動作であって、結果的に、シンクノード１００は、サブシンクノード１０１の存在を知り、サブシンクノード１０１はシンクノード１００の存在を認識すると共に、自分がサブシンクノードとしてネットワークに組み入れられたことを認識する。

一方、シンクノード１００がサブシンクノード１０１を事前に知っている場合があり得る。この場合は事前設定型の動作として、サブシンクノード１０１は、参加未了通知（Orphan notification）をシンクノード１００に送信する（ステップＳ２０９）。これに応じて、シンクノード１００がサブシンクノード１０１に再構築応答（Coordinator realignment）を返信してネットワークアドレスを付与する（ステップＳ２１０）。サブシンクノード１０１は、シンクノード１００によって付与されたネットワークアドレスを自己の論理アドレスに設定する（ステップＳ２１１）。以上の動作により、サブシンクノード１０１は、改めてサブシンクノードとしてネットワークに組み入れられたことになる。

図７は、サブシンクノードのモニタ状態における監視手順を示している。ここで、シンクノード１００及び任意のノードとしてのノード１１１の存在を前提として、サブシンクノード１０１がシンクノード１００の動作を監視する動作について説明する。前提として、シンクノード１００はその動作状態が“アクト状態”にあり（ステップＳ３０１）、サブシンクノード１０１はその動作状態が“モニタ状態”にある（ステップＳ３０２）。

サブシンクノード１０１は、シンクノード１００のデータ送受信に対してＡＣＫ監視処理を実行する（ステップＳ３０３）。ＡＣＫ監視処理は、他のノードからシンクノード１００宛てのデータパケットとこれに対するシンクノード１００からのＡＣＫパケットを監視する。データパケットとこれを受信確認した旨を表すＡＣＫパケットとは、同一のシーケンス番号を持っている。従って、２つのノード間の通信の成功または不成功は、送信パケットとＡＣＫパケットの各々におけるシーケンス番号の対応付けを監視することで可能となる。

サブシンクノード１０１がモニタ状態にある状況において、ノード１１０がシンクノード１００に向けてデータパケットの送信を開始したとする（ステップＳ３０４）。ノード１１０が、あるシーケンス番号のデータパケットを送信し、これを受信したシンクノード１００はＡＣＫパケットの応答を返す（ステップＳ３０４−１）。次いで、ノード１１０が次のシーケンス番号のデータパケットをシンクノード１００に向けて送信したが、障害等を原因としてシンクノード１００が送信されたデータパケットを受信できず、ＡＣＫパケットの応答を返すことがないとする（ステップＳ３０４−２）。このとき、ノード１１０は、送信データパケットに対応するＡＣＫパケット応答の有無を判定し、ＡＣＫパケット応答が無い場合に限り同一シーケンス番号のデータパケットを再送する。かかる動作は、障害から回復せずシンクノード１００が継続してＡＣＫパケットの応答を返すことがない限り反復される（ステップＳ３０４−ｎ）。

かかる状況において、モニタ状態にあるサブシンクノード１０１は、連続したＡＣＫパケットの欠落が有るか否かを判定している（ステップＳ３０５）。サブシンクノード１０１は、ＡＣＫパケットの欠落が連続最大再送回数を越えて検出された場合に、シンクノード１００の動作状態が異常であって故障であると判断する。

シンクノード１００が故障であると判断した場合、サブシンクノード１０１は、モニタ状態からアクト状態に切り替えてシンクノードとして動作する必要がある。そこで、サブシンクノード１０１は、自己のネットワークアドレスを“0000”に設定し（ステップＳ３０６）、さらに、自身の動作状態を“アクト状態”に設定するステップＳ３０７）。

尚、ステップＳ３０５の判定ステップにおいて動作状態が異常であるとする判断基準としては、上記した連続ＡＣＫ欠落の場合に限られず、無線環境の安定性やサブシンクノードとシンクノードとの位置関係を考慮して、多様な判断基準を設定し得る。例えば、連続ＡＣＫ欠落が間欠的に複数回検出された場合に異常と判断する方法、或いは複数のノード間で連続ＡＣＫ欠落が検出された場合に異常と判断する方法、さらには、これらが組み合わさって発生した場合に異常と判断する方法の如く、多様な判定基準が設定されもよい。

また、上記した自律的な切替方法とは異なり、他律的な切替方法として、外部ネットワークからシンクノード１００及びサブシンクノード１０１の各々の動作状態を直接、アクト状態、監視状態及びスリープ状態の何れかに設定する手段が設けられてもよい。これにより、シンクノード１００の定期的な保守やソフトウェアの更新等を、ネットワーク全体停止を避けて行うことができる。

さらに、以上の動作は、シンクノード１００とサブシンクノード１０１とが交代した形態において実行されてもよい。

図８は、サブシンクノードのモニタ状態への復帰手順を示している。図７に示された動作手順では、シンクノード１００の障害によってサブシンクノードのアクト状態への切替が説明されたが、無線環境によってはシンクノード１００が障害状態から復旧する場合もあり得る。さらには、運用ミスによってはシンクノード１００及びサブシンクノード１０１の双方がアクト状態になり得る。かかる状態は回避される必要が有る。

そこで、シンクノード１００が自己のネットワークアドレスを“0000”とし（ステップＳ４０１）、その動作状態を“アクト状態”（ステップＳ４０２）とする一方、サブシンクノード１０１も自己のネットワークアドレスを“0000”とし（ステップＳ４０３）、その動作状態を“アクト状態”としているとする（ステップＳ４０４）。

任意のノード、例えば、ノード１１０がシンクノードを目指してネットワークアドレス“0000”に向けてデータパケットの送信を開始したとする（ステップＳ４０５）。ノード１１０は、あるシーケンス番号のデータパケットを送信し、これに対してシンクノード１００が当該シーケンス番号のＡＣＫパケットの応答を行う（ステップＳ４０５−１）。当該シーケンス番号のデータパケットの送信はサブシンクノード１０１にも到達し、サブシンクノード１０１はやはり当該シーケンス番号のＡＣＫパケットの応答を行う（ステップＳ４０５−２）。

シンクノード１００及びサブシンクノード１０１の双方からの同一シーケンス番号のＡＣＫパケットは、ノード１１０にとって、無線信号伝搬における物理的衝突或いは二重受信における論理的衝突として認識され得る。そこで、ノード１１０は、ＡＣＫパケットの衝突の有無を判定し、かかる衝突がある場合に限りノード１１０はデータパケットの再送を繰り返す（ステップＳ４０６）。

一方、サブシンクノード１０１は、通常のデータパケット受信の一環として、データパケットのシーケンス番号のチェックを行っている（ステップＳ４０７）。そこで、サブシンクノード１０１は、同一シーケンス番号のデータパケットの再送の有無に基づいて、シンクノード１００との間で動作状態の衝突があるか否かを判定する（ステップＳ４０８）。すなわち、同一シーケンス番号のデータパケットの再送が有る場合には動作状態の衝突があると判断され、サブシンクノード１０１は、ネットワークアドレスの再構築依頼を行う（ステップＳ４０９）。ＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠した動作を仮定すると、サブシンクノード１０１はシンクノード１００に向けて参加未了通知（Orphan notification）を再度行って、改めてサブシンクノードとしてのネットワークアドレスの付与を受ける。次いで、自身の動作状態を“モニタ状態”に復帰させる。

尚、以上の動作は、シンクノード１００とサブシンクノード１０１とが交代した形態において実行されてもよい。

図９は、動作状態の衝突を回避する変形例を示すブロック図である。本図に示される構成は、上記した実施例の構成を基礎とした変形例である。ここでは、シンクノード１００とサブシンクノード１０１との間で、各々が備えるネットワーク参加ノードテーブル２０及び２１を互いに同期化（ミラーリング）させる。

サブシンクノード１０１がシンクノード１００の各々は、図３に示されたように基本的に同一の構成を有する。さらに、シンクノード１００はネットワーク参加ノードテーブル２０を備え、サブシンクノード１０１はネットワーク参加ノードテーブル２１を備える。

ネットワーク参加ノードテーブル２０及び２１の各々は、参加しているノート毎の情報が設定され、ノード固有の物理アドレスであるＭＡＣアドレス（ＩＥＥＥアドレス）と、論理アドレスであるネットワークアドレスと、シンクノード、サブシンクノード、ルータ及びエンドデバイス等のノード属性と、アクト状態、モニタ状態及びスリープ状態の何れかである動作状態と、が対応付けられて設定される（図１０参照）。

シンクノード１００の動作状態監視制御部１５０は、同期化されたネットワーク参加ノードテーブル２０の設定内容に従って他方の動作状態を監視し、動作状態が衝突しないように自身の動作を制御する。シンクノード１０１の動作状態監視制御部１５１も、同期化されたネットワーク参加ノードテーブル２１の設定内容に従って他方の動作状態を監視し、動作状態が衝突しないように自身の動作を制御する。

尚、ネットワーク参加ノードテーブル２０及び２１の同期化における具体的な通信方法としは、第１に、シンクノード１００とサブシンクノード１０１間で相手のネットワークアドレスを指定した直接通信で行う方法がある。第２に、シンクノード１００とサブシンクノード１０１間で相手のＭＡＣアドレス（ＩＥＥＥアドレス）を指定して行う方法がある。さらには、有線又は無線方式の外部ネットワーク経由で同期化を行う方法もある。同期化のためのノード間のデータ交換はトラヒックの増加を避けるのが好ましく、例えば差分データのみを交換するのが好ましい。

以上の実施例から明らかなように、本発明による無線ネットワークシステム及び制御ノード切替方法は多くの作用効果をもたらす。例えば、第１に、シンクノードの故障や保守などのためにサブシンクノードへの切替が必要な時にシステム全体を止めずに済みシステムの信頼性や稼働率を向上できる。第２に、シンクノードはその機構上全てのデータが集まるノードであることから電力消費が高いものの、シンクノードとサブシンクノードとを交互にアクト状態にして動作させることで１つ当たりの消費電力が抑えられバッテリー駆動による使用も可能となる。また、非アクト状態にてバッテリー交換が可能となりシステムの寿命を延ばすことができる。第３に、シンクノードとサブシンクノード間の切替は自律的になされることから人為的な操作に比べて切替時間を最小化できる。第４に、シンクノード及びサブシンクノード以外の他の一般ノードについては従来の構成が用いられることからシステムの導入が容易となる。

本発明による無線ネットワークシステム及び制御ノード切替方法は、実施例として説明されたセンサネットワークシステムに限られず、複数の電化製品が無線マルチホップ通信を行う家庭内ネットワークの如き多様な無線ネットワークシステムに適用され得る。

従来のセンサネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の１つの実施例を示し、センサネットワークの構成を示すブロック図である。 シンクノード及びサブシンクノードの内部構成を示すブロック図である。 シンクノード及びサブテシンクノードの動作状態及びネットワークアドレスを説明する説明図である。 ネットワーク起動時における初期化及び参加手順を示すシーケンス図である。 サブシンクノードの参加手順を示すシーケンス図である。 サブシンクノードのモニタ状態における監視手順を示すシーケンス図である。 サブシンクノードのモニタ状態への復帰手順を示すシーケンス図である。 本発明の１つの変形例を示すブロック図である。 ネットワーク参加ノードテーブルの設定例を示す図である。

符号の説明

１１ 無線通信部
１２ ＭＡＣ層処理部
１３ ＭＡＣアドレスレジスタ
１４ ネットワーク層処理部
１５ 動作状態監視制御部
１６ ネットワーク管理部
１７ 動作状態レジスタ
１８ ネットワークアドレスレジスタ
１９ アプリケーション層処理部
２０、２１ ネットワーク参加ノードテーブル
１００ シンクノード
１０１ サブシンクノード
１１０〜１３１ ノード
２００ 外部ネットワーク

Claims (6)

1. ネットワーク起動時に自身のアドレスを制御ノードアドレスに設定する単一の制御ノードと、ネットワーク参加に際して前記制御ノードによる制御に基づいて各々が自身のアドレスを設定する複数の一般ノードとを含み、これら各ノード間で各アドレスを用いて無線データのマルチホップ通信を行う無線ネットワークシステムであって、
   前記一般ノードを介することなく前記制御ノードと通信接続し、前記制御ノードと代替可能な単一の代替制御ノードをさらに含み、前記代替制御ノードは、
   前記制御ノードにおける動作状態を監視する制御ノード監視手段と、
   前記動作状態が異常であるか否かを判定する動作状態判定手段と、
   前記動作状態が異常であると判定された場合に、自身のアドレスを前記制御ノードアドレスに設定する異常時アドレス設定手段と、
   前記動作状態判定手段によって前記制御ノードの動作状態が正常であると判定された場合に、自身のアドレスを前記制御ノードによる制御に基づいて設定する正常時アドレス設定手段と、
   を含むことを特徴とする無線ネットワークシステム。
2. 前記代替制御ノードは、前記制御ノードから１ホップ圏内に設置されていることを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークシステム。
3. 前記制御ノード監視手段は、前記動作状態の監視として、前記一般ノードから前記制御ノードに向かって送信されている無線データの通信状態を監視することを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークシステム。
4. 前記動作状態判定手段は、前記無線データとして同一シーケンス番号の無線データパケットが反復送信されている場合に、前記動作状態が異常であると判定することを特徴とする請求項３記載の無線ネットワークシステム。
5. ネットワーク起動時に自身のアドレスを制御ノードアドレスに設定する単一の制御ノードと、ネットワーク参加に際して前記制御ノードによる制御に基づいて各々が自身のアドレスを設定する複数の一般ノードとを含み、これら各ノード間で各アドレスを用いて無線データのマルチホップ通信を行う無線ネットワークシステムにおける制御ノード切替方法であって、
   前記一般ノードを介することなく前記制御ノードと通信接続し、前記制御ノードと代替可能な単一の代替制御ノードを、前記一般ノードとしてネットワーク参加せしめる代替制御ノード参加制御ステップと、
   前記制御ノードにおける動作状態を監視する制御ノード監視ステップと、
   前記動作状態が異常であるか否かを判定する動作状態判定ステップと、
   前記動作状態が異常であると判定された場合に、前記代替制御ノードのアドレスを前記制御ノードアドレスに設定する異常時アドレス設定ステップと、
   前記動作状態判定ステップによって前記制御ノードの動作状態が正常であると判定された場合に、自身のアドレスを前記制御ノードによる制御に基づいて設定する正常時アドレス設定ステップと、
   を含むことを特徴とする代替制御ノード切替方法。
6. 前記代替制御ノードは、前記制御ノードから１ホップ圏内に設置されていることを特徴とする請求項５記載の代替制御ノード切替方法。

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