JP5718860B2 - 通信ネットワークシステム、ノード装置、および通信ネットワーク構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、階層的にノードを接続した無線通信ネットワークを構成するための技術に関する。

スマートグリッド（次世代電力網）では、オフィスや家庭などの各需要家で消費される電力を測定する自動検針システムとして、センタにデータ収集サーバが設けられ、通信機能を有し、データをデータ収集サーバに通知する端末が全ての需要家それぞれに配備される。端末は中継器の配下にツリー状に接続して無線通信ネットワークを構成し、中継器経由でデータ収集サーバと接続する。そして、各端末は各需要家で測定された消費電力を含む消費電力データをデータ収集サーバへ通知する。センタでは、データ収集サーバにて各端末から通知された消費電力データに基づいて各需要家に対する課金等を行う。

この様なシステムでは、全ての需要家に端末を配備する必要があるため、端末１台あたりのコスト低減が重要である。そこで、単価の安いＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を使用したり、単価の高い不揮発性の記憶装置の使用を避けてその代わりに単価の安い揮発性メモリを使用したりする。

しかしながら、揮発性メモリを使用する場合、地震等の自然災害により大規模な停電が発生すると、揮発性メモリ内に保持されていた無線通信ネットワークの構成の情報が失われる。自動検針システムでは端末からデータ収集サーバに定期的に消費電力データを通知する必要があるため、無線ネットワークの構成が失われたときには、迅速に無線ネットワークを再構成することが要求される。

ルートノードの配下に階層的にノードを接続する通信ネットワークにおいて、ノードを接続して通信ネットワークを構築するための技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は、既に構築されている通信ネットワークに新規のノードを接続する際に生じる通信トラヒックおよび遅延時間を低減する技術である。特許文献１の技術によれば、通信トラヒックや遅延時間を抑制して、新規のノードを迅速に無線通信ネットワークに参加させることができる。

特開２０１１−１０９４１２号公報

しかしながら、上述のように、特許文献１に開示されているのは、既に確立されている無線通信ネットワークに新たにノードを参加させる技術である。自然災害などによって、広範にわたる多数のノードが無線通信ネットワークの再構成をほぼ同時に実施するような場合は想定されていない。そのため、特許文献１の技術では、複数のノードが同時にネットワーク再構成の処理を行うと通信トラヒックが増大し、無線通信ネットワークを効率よく再構成することができない。

本発明の目的は、ルートノードの配下に階層的にノードが接続される無線通信ネットワークを効率よく再構成する技術を提供することである。

本発明の一態様による通信ネットワークシステムは、ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、２回目以降の起動時に、非ルートノードがその非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングでその上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有している。

本発明によれば、ルートノードの配下に階層的にノードが接続される無線通信ネットワークを効率よく再構成することができる。

本発明の基本的な実施形態による通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 本実施形態による端末１２の基本的に機能構成を示すブロック図である。 本実施形態による中継器１１の基本的な機能構成を示すブロック図である。 実施例の無線通信ネットワークの構成を例示するブロック図である。 端末１２のハードウェア構成を示すブロック図である。 中継器１１０のハードウェア構成を示すブロック図である。 データ収集サーバ１０２のハードウェア構成を示すブロック図である。 管理サーバ１００のハードウェア構成を示すブロック図である。 端末１２の機能構成を示すブロック図である。 中継器１１０の機能構成を示すブロック図である。 データ収集サーバ１０２の機能構成を示すブロック図である。 管理サーバ１００の機能構成を示すブロック図である。 隣接端末管理テーブル３００のデータ構成を示す図である。 トポロジー管理テーブル３０２のデータ構成を示す図である。 ネットワーク管理テーブル３２０の構成を示す図である。 中継器バックアップテーブル３６０のデータ構成を示す図である。 図４に示す中継器１１０及び各端末１２０、１２２、１２４が階層化したネットワークを構築する際のシーケンス図である。 中継器１１０のＨｅｌｌｏパケット送信処理のフローチャートである。 経路構築処理のフローチャートである。 第２の実施形態による通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態による端末のブロック図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の基本的な実施形態による通信ネットワークシステムを示すブロック図である。図１を参照すると、無線通信ネットワークシステムは中継器１１と端末１２とを有し、中継器１１の配下に階層的に端末１２が接続されている。一旦構築されたネットワーク構成は中継器１１あるいは端末１２内のデータが失われない限り維持される。しかし、停電によって中継器１１や端末１２内のデータが失われたときにはネットワーク構成の情報が失われるので、再構築が必要となる。

中継器１１は、工場出荷後の１回目の起動時と、停電からの復帰による起動時のような２回目以降の起動時とでは、動作が異なる。２回目以降の起動時には、中継器１１は端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を、周囲の端末１２に向けて配信する。

例えば、中継器１１は、初回の起動か２回目以降の起動かを識別するためのフラグを有し、起動時にフラグを参照し、２回目以降の起動であれば、停電からの復帰による起動であると判断し、制御情報を配信することにしてもよい。

また例えば、中継器１１は、２回目以降の起動時に、第１制御情報をＨｅｌｌｏパケットに載せて配信することにしてもよい。

なお、ここでいうノードには中継器１１と端末１２が含まれる。ある端末１２から見たときに、その上位階層のノードが中継器１１である場合と端末１２である場合とがある。

中継器１１からの電波が到達し、制御情報（第１制御情報）を受信できた端末１２は、中継器１１を上位階層のノードとして、その中継器１１に接続することになる。

端末１２は、上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで、上位階層のノードへの接続を行う。例えば、中継器１１からの制御情報を受信した端末１２は、その中継器１１を上位階層のノードとして接続を行う。

端末１２は、上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の端末が自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報（第２制御情報）を配信する。その端末１２からの制御情報を受信した端末１２は、その端末１２への接続を行うことになる。このようにして、中継器１１をルートノードとし、端末１２を非ルートノードとして階層化された無線通信ネットワークが構築されていく。

図２は、本実施形態による端末１２の基本的に機能構成を示すブロック図である。図２を参照すると、端末１２はタイミング決定部２１、接続実行部２２、および制御情報配信部２３を有している。

タイミング決定部２１は、上位階層のノードから受信した制御情報に基づいて、その上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定する。

接続実行部２２は、タイミング決定部２１で決定されたタイミングに、上位階層のノードへの接続を行う。

また本実施形態では中継器１１は、中継器１１自身の次の下位階層の端末１２が中継器１１自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報（第１制御情報）を配信するので、制御情報配信部２３は、上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の非ルートノードが自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報（第２制御情報）を配信する。

図３は、本実施形態による中継器１１の基本的な機能構成を示すブロック図である。図３を参照すると、中継器１１は起動要因判定部３１および制御部３２を有している。

起動要因判定部３１は、起動時に、２回目以降の起動か否か判定する。

制御部３２は、起動要因判定部３１にて２回目以降の起動であると判定されると、端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信する。

その際、制御部３２は、中継器１１自身の次の下位階層の端末１２が中継器１１自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報（第１制御情報）を配信する。そして端末１２は、上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の端末１２が自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報（第２制御情報）を配信する。

以上、本実施形態によれば、階層毎に時間を分けて再構成の処理を実施するので、過剰トラヒックを防止し、中継器１１の配下に仮想的に端末１２が接続される無線通信ネットワークを効率良く再構成することができる。

なお、制御情報に既定される、各階層のノードが上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングは、例えば、再構成される通信ネットワークにて想定される各階層のノード数に基づいて予め決定するとよい。あるいは、制御情報に既定される、各階層のノードが上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングは、前回の通信ネットワークの構成に基づいて予め決定してもよい。これにより、一時期に過剰なトラヒックが集中するのを確実に防止することができる。

（実施例）
第１の実施形態に対応し、より具体的な構成および動作の実施例について説明する。

図４は、実施例の無線通信ネットワークの構成を例示するブロック図である。

中継器１１０配下の端末１２０、１２２、１２４、１２６、１２８は、中継器１１０をルートノードとして階層化されたツリー状のネットワークを構成する。ある端末１２から見て中継器１１０側にあり、その端末１２が接続している他の端末１２を上位端末と呼び、中継器１１０とは反対側に接続する他の端末１２を下位端末と呼ぶ。データ収集サーバ１０２は、図示するように、管理サーバ１０中継器１１の間に接続されている。

図５Ａは、本実施例によるの端末１２のハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ａは、本実施例のによる端末１２の機能構成を示すブロック図である。

端末１２は、図５Ａに示すように、ＣＰＵ２００、揮発性メモリ２０２、記憶装置２０４、および通信インタフェース２０６を搭載している端末であり、例えばスマートメータやセンサー等がこれに該当する。

揮発性メモリ２０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）といった記録媒体であり、図６Ａに示すように、隣接端末管理テーブル３００、トポロジー管理テーブル３０２を有する。隣接端末管理テーブル３００、及びトポロジー管理テーブル３０２の説明は後述する。

記憶装置２０４は、ハードディスクや不揮発性メモリといった記憶媒体であり、図６Ａに示すように、起動フラグ３０４を有する。起動フラグ３０４は、工場出荷時には“０”が設定されており、端末１２が需要家の住居等に設置されて起動した際に“１”が設定される。即ち、起動フラグ３０４の値により、端末１２が初回の起動であるのか、停電等の要因により一時的に電源が遮断されたために再起動した２回目以降の起動であるのかを判定できる。図７Ａは隣接端末管理テーブル３００のデータ構成を示す図である。図７Ｂはトポロジー管理テーブル３０２のデータ構成を示す図である。

図７Ａに示す隣接端末管理テーブル３００は、周辺に存在し、直接に通信可能な端末（隣接端末：上位端末及び下位端末）に関する情報を記録するテーブルである。隣接端末管理テーブル３００には、隣接端末の端末ＩＤ４００、データ収集サーバＩＤ４０２、中継器ＩＤ４０４、チャネル番号４０６、ならびに、ホップ数４０８が記録される。

端末ＩＤ４００には、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレス等の、隣接端末を一意に識別するＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を設定する。データ収集サーバＩＤ４０２には、隣接端末が属するネットワークの中継器が接続するデータ収集サーバを一意に識別する、ＩＰアドレス等のＩＤを設定する。中継器ＩＤ４０４には、隣接端末が属するネットワークの中継器を一意に識別する、ＩＰアドレス等のＩＤを設定する。チャネル番号４０６には、中継器によって特定されるネットワークに対応して規定され、そのネットワークに接続する端末が使用する通信チャネルを一意に識別するＩＤを設定する。ホップ数４０８には、データを中継器まで送信するために必要な通信回数を設定する。例えば、中継器１１０の子としてネットワークに接続している端末１２０は、１回の通信でデータを中継器１１０まで送信できるため、ホップ数は“１”である。また、端末１２２は、ホップ数が“１”である端末１２０を介して中継器１１０へデータ送信可能である。したがって、端末１２２がデータを中継器１１０まで送信するためには２回の通信が必要であるため、端末１２２のホップ数は“２”である。

図７Ｂに示すトポロジー管理テーブル３０２は、自端末が属しているネットワークを特定する中継器ＩＤ４１０、自端末に接続する上位端末のＩＤ４１２、ならびに、自端末に接続する下位端末のＩＤ４１４が記録される。中継器ＩＤ４１０は、各端末に関して、隣接端末管理テーブル３００における中継器ＩＤ４０４と同じような、端末が属するネットワークの中継器を一意に識別する、ＩＰアドレス等のＩＤを設定する。

図６Ａに示すように、端末１２は、通信部３０６、チャネルスキャン部３０８、送信パケット生成部３１０、受信パケット解析部３１２、パケット中継部３１４、ならびに、テーブル更新部３１６を有する。

通信部３０６は、図５Ａに示した通信インタフェース２０６を通じて、各端末１２、中継器１１０、データ収集サーバ１０２、および管理サーバ１００と、直接的または間接的に通信する。通信部３０６は、例えば隣接端末とは直接的な通信により、端末ＩＤ４００、データ収集サーバＩＤ４０２、中継器ＩＤ４０４、チャネル番号４０６、および、ホップ数４０８を送受信する。

チャネルスキャン部３０８は、通信インタフェース２０６を通じて、周辺で無線通信に利用されているチャネルを検出し、そのチャネルにより通信可能な隣接端末を検出する。

送信パケット生成部３１０は、通常のデータパケットの生成および送信と共に、本実施例では、端末１２がネットワークに接続する際に中継器１１０宛てに送信する接続要求、あるいは、定期的に送信するＨｅｌｌｏパケット等の制御パケットを、通信インタフェース２０６を通じて、送信する。

受信パケット解析部３１２は、通信インタフェース２０６を通じて受信したパケットの種類を解析し、そのパケットに含まれるデータおよび制御データを抽出する。

パケット中継部３１４は、通信インタフェース２０６を通じて受信したデータパケットが自端末宛のパケットではない場合、そのパケットが正規の宛先に近づくように次の隣接端末１２へ中継する。

テーブル更新部３１６は、受信パケット解析部３１２において抽出されたデータを基に、各種テーブルの値を更新する。本実施例では、テーブル更新部３１６は、制御データを基に、隣接端末管理テーブル３００等のテーブルを更新する。

図５Ｂは、中継器１１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｂは、中継器１１０の機能構成を示すブロック図である。

中継器１１０は、図５Ｂに示すように、ＣＰＵ２１０、揮発性メモリ２１２、記憶装置２１４、および通信インタフェース２１６を搭載している端末であり、ゲートウェイ等がこれに該当する。

揮発性メモリ２１２は、ＲＡＭといった記憶媒体であり、端末１２と同様のトポロジー管理テーブル３０２、及びネットワーク管理テーブル３２０を有する。

記憶装置２１４は、ハードディスクや不揮発性メモリといった記憶媒体であり、図６Ｂに示すように、端末１２と同様の起動フラグ３０４を有する。

図７Ｃは、ネットワーク管理テーブル３２０の構成を示す図である。

図７Ｃに示すネットワーク管理テーブル３２０は、中継器１１０配下のネットワークに収容される端末１２の台数をホップ数毎に管理するテーブルである。ネットワーク管理テーブル３２０にはホップ数４３０と、そのホップ数の端末数４３２とが記憶される。ホップ数４３０には、中継器１１０配下のネットワークに接続している端末１２毎に、端末１２と中継器１１０との間の経路のホップ数を設定する。端末数４３２には、ホップ数４３０毎に、中継器１１０配下のネットワークに接続している端末１２の台数を設定する。

図６Ｂに示すように、中継器１１０は、通信部３２２、チャネルスキャン部３２４、送信パケット生成部３２６、受信パケット解析部３２８、パケット中継部３３０、および管理テーブル更新部３３２を有する。

通信部３２２は、図５Ｂに示した通信インタフェース２１６を通じて、各端末１２、他の中継器１１０、データ収集サーバ１０２、および、管理サーバ１００と通信し、端末ＩＤ４００、データ収集サーバＩＤ４０２、中継器ＩＤ４０４、チャネル番号４０６、ならびに、ホップ数４０８を送受信する。

チャネルスキャン部３０８は、通信インタフェース２１６を通じて、周辺で無線通信に利用されているチャネルを検出する。

送信パケット生成部３２６とは、中継器１１０がネットワークに接続する際あるいはネットワークから離脱する際に、通信インタフェース２１６を通じて、接続要求やＨｅｌｌｏパケット等の制御パケットを送信する。

受信パケット解析部３２８は、通信インタフェース２１６を通じて受信したパケットの種類を解析し、そのパケットに含まれるデータを抽出する。

パケット中継部３３０は、通信インタフェース２１６を通じて受信したパケットが自中継器１１０宛のパケットではない場合、そのパケットを正規の宛先に近づくように次の中継器１１０や端末１２へ中継する。

管理テーブル更新部３３２は、受信パケット解析部３２８において受信パケットから抽出されたデータを基に、トポロジー管理テーブル３０２、ならびに、ネットワーク管理テーブル３２０を更新する。

図５Ｃは、データ収集サーバ１０２のハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｃは、データ収集サーバ１０２の機能構成を示すブロック図である。

データ収集サーバ１０２は、図５Ｃに示すように、ＣＰＵ２２０、揮発性メモリ２２２、記憶装置２２４、および通信インタフェース２２６を搭載した情報処理装置であり、端末１２からアップロードされたデータを管理するデータベースサーバ等がこれに」該当する。

記憶装置２２４は、ハードディスクや不揮発性メモリといった記憶媒体である。

図６Ｃに示すように、データ収集サーバ１０２は、通信部３４０、送信パケット生成部３４２、受信パケット解析部３４４、およびパケット中継部３４６を有する。

通信部３４０は、図５Ｃに示した通信インタフェース２２６を通じて、各中継器１１０、および、管理サーバ１００と通信し、データ収集サーバ１０２のＩＤや中継器１０のバックアップデータ等を送受信する。

送信パケット生成部３４２は、図５Ｃに示した通信インタフェース２２６を通じて、データ収集サーバのＩＤ等を送信する。

受信パケット解析部３４４は、通信インタフェース２２６を通じて受信したパケットの種類を解析し、そのパケットに含まれるデータを抽出する。

パケット中継部３４６は、通信インタフェース２２６を通じて受信したパケットが自端末宛のパケットではない場合、そのパケットを正規の宛先に近づくように管理サーバ１００あるいは中継器１１０へ中継する。

図５Ｄは、管理サーバ１００のハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｄは、管理サーバ１００の機能構成を示すブロック図である。

管理サーバは、図５Ｄに示すように、ＣＰＵ２３０、揮発性メモリ２３２、記憶装置２３４、通信インタフェース２３６、および画面表示部２３８を搭載した情報処理装置であり、アプリケーションサーバ等がこれに該当する。

記憶装置２３４は、ハードディスクや不揮発性メモリといった記憶媒体であり、図６Ｄに示すように、中継器バックアップテーブル３６０を有する。

図７Ｄは、中継器バックアップテーブル３６０のデータ構成を示す図である。

図７Ｄに示す中継器バックアップテーブル３６０は、各中継器１１０に記憶されているネットワーク管理テーブル３２０のコピーを管理するテーブルであり、各中継器について中継器ＩＤ４４０、ホップ数４４２、ならびに、端末数４４４が記憶されている。

中継器ＩＤ４４０には、ＩＰアドレス等の中継器１１０を一意に識別するＩＤを設定する。ホップ数４４２には、中継器１１０配下のネットワークに接続している端末１２と中継器の間の経路のホップ数を設定する。端末数４４４には、ホップ数４４２毎に、中継器ＩＤ４４０が示す中継器の配下のネットワークに接続している端末１２の台数を設定する。

図６Ｄに示すように、管理サーバ１００は、通信部３６２、送信パケット生成部３６４、受信パケット解析部３６６、およびバックアップテーブル更新部３６８を有する。

通信部３６２は、図５Ｄに示した通信インタフェース２３６を通じて、管理サーバのＩＤ、データ収集サーバのＩＤ、およびネットワーク管理テーブル３２０、および中継器バックアップテーブル３６０に記憶されている情報等を送受信する。

送信パケット生成部３６４は、通信インタフェース２３６を通じて、管理サーバ１００のＩＤや中継器バックアップテーブル３６０に記憶されている情報等を送信する。

受信パケット解析部３６６とは、通信インタフェース２３６を通じて受信したパケットの種類を解析し、そのパケットに含まれるデータを抽出する。

バックアップテーブル更新部３７０は、受信パケット解析部３６６において抽出されたデータを基に、中継器バックアップテーブル３６０を更新する。

以上、本実施例における各装置の動作について説明する。

ここでは、中継器１１０及び各端末１２０、１２２、１２４、１２６、１２８が停電等から復帰し、一斉にネットワークの再構築を行う場合の動作例について説明する。

図４には、前述したように、正常時のネットワークのトポロジーが例示されている。具体的に、中継器１１０および各端末１２０、１２２、１２４、１２６、１２８が停電等から復帰する場合、中継器と端末の間ならびに端末と端末の間の接続関係に関する情報は消失している。

図８は、図４に示す中継器１１０及び各端末１２０、１２２、１２４が階層化したネットワークを構築する際のシーケンス図である。後述するシーケンス図でも同様であるが、複数の端末等によるステップが横に並んで描かれている部分があるが、それは図示の都合上から横に並べて描いたものであり、それらのステップが時間的に同期していることを示すものではない。また、端末１２６は端末１２０と同様に動作し、端末１２８は端末１２２及び端末１２４と同様に動作するため、図８では省略している。

中継器１１０は、起動時にＨｅｌｌｏパケット送信処理を実行する（ステップ５００、５０２）。

図９は、中継器１１０のＨｅｌｌｏパケット送信処理のフローチャートである。図９を参照すると、中継器１１０は、起動フラグ３０４を確認して、中継器１１０自身が初回の起動であるのか、あるいは停電等からの復帰したときのような２回目以降の起動であるのかを判断する（ステップ６００）。中継器１１０は、２回目以降の起動であると判断した場合、時刻情報（Ｌ_０、Ｓ_１、・・・、Ｓ_Ｎ）と、隣接端末管理テーブル３００を構成する情報とを含むＨｅｌｌｏパケットを送信する（ステップ６０２）。Ｌ_０は、中継器１１０が復帰してからＨｅｌｌｏパケットを送信するまでの経過時間である。Ｓ_ｉは、ホップ数が“ｉ”の端末１２としてネットワークに接続する端末が経路構築を開始して良い時間である。Ｓ_ｉの初期値は、当該システムにおいて想定される端末１２の接続台数に応じて決定される値であり、中継器１１０及び各端末１２に予めプログラムされている。中継器１１０は、初回の起動であると判断した場合、時刻情報を含まず、隣接端末管理テーブル３００を構成する情報のみを含んだＨｅｌｌｏパケットを送信する（ステップ６０４）。

図８に戻り、各端末１２０、１２２、１２４は、起動すると起動フラグ３０４を確認して、端末自身が初回の起動であるのか、あるいは２回目以降の起動であるのかを判断する（ステップ５０３）。各端末１２０、１２２」、１２４は、２回目以降の起動であると判断した場合、隣接ノードからのＨｅｌｌｏパケットを受信するまで待機する。また、各端末は、初回起動であると判断した場合も同様に隣接ノードからのＨｅｌｌｏパケットを受信するまで待機するが、その際には隣接ノードに対してＨｅｌｌｏパケットの送信を要求するためのパケットを送信しても良い。

中継器１１０の送信したＨｅｌｌｏパケットを受信した端末１２０は、隣接端末管理テーブル３００に中継器１１０を追加して、経路構築処理を実行する（ステップ５０４〜ステップ５０８）。

図１０は、経路構築処理のフローチャートである。図１０を参照すると、端末１２０は、復電の検知による経路構築の場合、Ｌ_０＋ｔ≧Ｓ_１を満たすまで待機する（ステップ７００、ステップ７０２）。復電の検知は２回目以降の起動か否かの判定により行う。ｔは、端末１２０が中継器１１０からＨｅｌｌｏパケットを受信してからの経過時間である。端末１２０は、Ｌ_０＋ｔ≧Ｓ_１（Ｌ_０＋ｔがＳ_１以上）を満たすまで待機した後、Ｌ_０＋ｔがＳ_１からＳ_２まで間に、中継器１１０の配下のネットワークに接続するためのパケットを中継器１１０宛に送信する（ステップ５１０、ステップ７０４）。この中継器１１０の配下のネットワークに接続するためのパケットを、以降、接続要求と表現する。接続要求には、送信元の端末のＩＤとホップ数が含まれている。

なお、端末１２０は、中継器１１０から受信したＨｅｌｌｏパケットに時刻情報が含まれていない場合には、Ｌ_０＝Ｓ_１であるとして動作する。端末１２０が２回目以降の起動と判断したが中継器１１０から時刻情報が含まれたＨｅｌｌｏパケットを所定時間内に受信しないというのは、中継器１１０は停電せず、端末１２０が停電したことを意味する。その場合、端末１２０は、Ｌ_０＝Ｓ_１と設定することで、Ｌ_０＋ｔ≧Ｓ_１という条件を即座に満たし、中継器１１０への接続を開始する。これにより、端末１２０の上位側でネットワークの再構築が実施されないときには端末１２０のネットワークへの接続を即座に開始し、早期にネットワークを復旧させることができる。

図８に戻り、端末１２０は、中継器１１０から配下のネットワークへの接続を許可する接続応答を受信すると（ステップ５０６）、時刻情報（Ｌ_０＋Ｌ_１、Ｓ_１、・・・、Ｓ_Ｎ）を含むＨｅｌｌｏメッセージを送信する（ステップ５１８、ステップ７０６、ステップ７０８）。Ｌ_１は、端末１２０が中継器１１０からのＨｅｌｌｏパケットを受信してから、端末１２０がＨｅｌｌｏパケットを送信するまでの経過時間である。

なお、端末１２０は、図１０において、復電の検知による経路の構築ではない場合、待機せずに、中継器１１０宛に接続要求を送信する（ステップ７１０）。そして、端末１２０は、中継器１１０から接続応答を受信したら、時刻情報を含まないＨｅｌｌｏパケットを送信する（ステップ７１２、７１４）。

図８に戻り、中継器１１０は、端末１２０から接続要求を受信した場合（ステップ５１２）、中継器１１０配下に端末１２０が接続しているという構成に構成にネットワーク管理テーブル３２０を更新し、接続応答を端末１２０宛に送信する（ステップ５１４）。

また、中継器１１０は、端末１２０からＨｅｌｌｏパケットを受信した場合（ステップ５２０）、中継器１１０自身の下位に端末１２０が接続しているという構成にトポロジー管理テーブル３０２を更新する（ステップ５２２）。

端末１２２ならびに端末１２４は、端末１２０からＨｅｌｌｏパケットを受信すると（ステップ５２４）、端末１２０を隣接端末に含むように隣接端末管理テーブル３００を更新し、経路構築処理を実施する（ステップ５２８）。そして、端末１２２ならびに端末１２４は、Ｌ_０＋Ｌ_１＋ｔ≧Ｓ_２を満たすまで、経路構築を待機する（ステップ５３０）。ｔは、端末１２２ならびに端末１２４が、端末１２０からのＨｅｌｌｏパケットを受信してからの経過時間である。

そして、Ｌ_０＋Ｌ_１＋ｔ≧Ｓ_２が満たされると、端末１２２ならびに端末１２４は、端末１２０を介して、端末１２０と同様の手順で中継器１１０配下のネットワークへ接続する。ここでは端末１２０がネットワークへ接続する場合との差分についてのみ説明する。

端末１２２ならびに端末１２４の送信する接続要求、ならびに中継器１１０の送信する接続応答は、端末１２０を中継端末として送受信される（ステップ５３２〜ステップ５４６、ステップ５５４〜ステップ５６８）。また、端末１２０は、端末１２２ならびに端末１２４の送信するＨｅｌｌｏパケットを受信した場合（ステップ５５０、５７２）、隣接端末管理テーブル３００とトポロジー管理テーブル３０２を更新する（ステップ５５２、ステップ５７４）。

なお、中継器１１０からみて２ホップ目の階層にある端末１２２と端末１２４は、端末１２０への接続要求を送信するタイミングを、それぞれの自身の端末ＩＤなどから算出した遅延時間だけ遅らせることで、端末１２２と端末１２４が同時に接続要求を送信するのを避けても良い。

（第２の実施形態）
本発明の基本的な第２の実施形態による通信ネットワークシステムは、図１に示した第１の実施形態によるシステムと同様の構成である。

ただし、第１の実施形態では、端末１２は１つの上の上位階層のノードから、接続を開始して良いタイミングを規定する制御情報を受信する例を示したが、本発明がそれに限定されることはない。他の例として、第２の実施形態では、中継器１１０が、各階層の端末１２に対して、接続を開始して良いタイミングを規定する制御情報を送信するものである。

中継器１１は、ある階層の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信した後、その階層の状態が所定の条件を満たすと、次の階層である端末１２が接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する。例えば、中継器１１は、第１階層の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信し、その第１階層の状態が所定の条件を満たすと、第１階層の次の階層である第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する。

そうすることで、第２の実施形態によっても、階層毎に時間を分けて再構成の処理を実施するので、過剰トラヒックを防止し、中継器１１の配下に仮想的に端末１２が接続される無線通信ネットワークを効率良く再構成することができる。

その際、中継器１１は、第１階層の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を、自身から第１階層までのホップ数のブロードキャストメッセージにより配信するとよい。また、中継器１１は、第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を、自身から第２階層までのホップ数のブロードキャストメッセージにより配信するとよい。

また、端末１２は、上位階層のノードへの接続を開始するときには、中継器１１に経路構築要求メッセージを送信し、下位階層の端末１２から経路構築要求メッセージを受信したときにはその経路構築要求メッセージを中継器１１に転送するとよい。その場合、中継器１１は、上述した所定の条件として、第１階層の端末１２から経路構築要求メッセージを所定時間以上受信しなければ、第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信するとよい。

また、端末１２は、上位階層のノードへの接続を開始するときには端末１２に経路構築要求メッセージを送信し、下位階層の端末１２から経路構築要求メッセージを受信したときにはその経路構築要求メッセージを中継器１１に転送するとよい。その場合、中継器１１は、上述した所定の条件として、第１階層の所定個数の端末１２から経路構築メッセージを受信したら、第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信するとよい。

図１１は、第２の実施形態による通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンス図である。

中継器１１は、２回目以降の起動時、Ｈｅｌｌｏメッセージを送信する他に（ステップ８００）、１ホップのブロードキャストメッセージにより経路構築開始メッセージを送信する（ステップ８０１）。この経路構築開始メッセージは、１ホップ目の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報である。

その経路構築開始メッセージを受信した端末１２は、中継器１１に接続するため、中継器１１に経路構築要求メッセージを送信する（ステップ８０２）。中継器１１がその経路構築要求メッセージを受信し、経路構築応答メッセージを端末１２に返信する（ステップ８０３）。これで１ホップ目の端末１２が中継器１１に接続される。

１ホップ目の端末１２は中継器１１への接続が完了すると、Ｈｅｌｌｏメッセージを配信する（ステップ８０４）。このＨｅｌｌｏメッセージは２ホップ目の端末１２に到達する。

また、中継器１１は、ステップ８０１で経路構築開始メッセージを最後に受信してからの経過時間を計測し、その時間が所定時間に達すると、２ホップのブロードキャストメッセージにより、２ホップ目の端末１２が１ホップ目の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報（経路構築開始メッセージ）を配信する（ステップ８０５）。

１ホップ目の端末１２は、中継器１１からの２ホップのブロードキャストメッセージである経路構築開始メッセージを受信すると、自身宛てで無いので、２ホップ目の端末１２に配信する（ステップ８０６）。その経路構築開始メッセージを受信した端末１２は、１ホップ目の端末１２経由で中継器１１に経路構築要求メッセージを送信する（ステップ８０７）。１ホップ目の端末１２は、その経路構築要求メッセージを中継器１１に転送する（ステップ８０８）。

２ホップ目の端末１２からの経路構築要求メッセージを受信した中継器１１は、１ホップ目の端末１２経由で、２ホップ目の端末１２に経路構築応答メッセージを返送する（ステップ８０９、８１０）。これで２ホップ目の端末１２が中継器１１に接続される。

２ホップ目の端末１２は１ホップ目の端末１２への接続が完了すると、Ｈｅｌｌｏメッセージを配信する。

また、中継器１１は、ステップ８１１で経路構築開始メッセージを最後に受信してからの経過時間を計測し、その時間が所定時間に達すると、３ホップのブロードキャストメッセージにより、３ホップ目の端末１２が２ホップ目の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報（経路構築開始メッセージ）を配信する（ステップ８１２）。この経路構築開始メッセージは、１ホップ目の端末１２と２ホップ目の端末１２を経由し、３ホップ目の端末１２（不図示）に転送される（ステップ８１３〜８１４）。

図１２は、第２の実施形態による端末のブロック図である。図１２を参照すると、端末１２はタイミング決定部２１および接続実行部２２を有している。

タイミング決定部２１は、上位階層のノードから受信した制御情報に基づいて、その上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定する。接続実行部２２は、タイミング決定部２１で決定されたタイミングに、上位階層のノードへの接続を行う。

その際、中継器１１は、第１階層の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信した後、第１階層の状態が所定の条件を満たすと、第１階層の次の階層である第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する。そこで、タイミング決定部２１は、中継器１１から配信された自身の階層のための制御情報に基づいて上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定する。

第２の実施形態による中継器１１は、図３に示した第１の実施形態のものと同様の構成である。本実施形態の中継器１１も起動要因判定部３１および制御部３２を有している。

起動要因判定部３１は、起動時に、２回目以降の起動か否か判定する。本実施形態においては、制御部３２は、起動要因判定部３１にて２回目以降の起動であると判定されると、端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信する。

その際、制御部３２は、第１階層の端末１２がその端末１２の上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信した後、第１階層の状態が所定の条件を満たすと、第１階層の次の階層である第２階層の端末１２が第１階層の端末１２への接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する。

以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、中継器１１の配下のネットワーク全体が停電した場合だけではなく、ネットワークの一部分が停電した場合においても本発明を適用することができる。更に、中継器１１が管理サーバに予めバックアップしておいたネットワーク管理テーブルの情報を基に、中継器１１がＳ_ｉの値を算出し、Ｈｅｌｌｏパケットにより各端末１２に伝播することが可能である。

１０…管理サーバ、１００…管理サーバ、１０２…データ収集サーバ、１１…中継器、１１０…中継器、１２…端末、１２０…端末、１２２…端末、１２４…端末、１２６…端末、１２８…端末、２００…ＣＰＵ、２０２…揮発性メモリ、２０４…記憶装置、２０６…通信インタフェース、２１…タイミング決定部、２１０…ＣＰＵ、２１２…揮発性メモリ、２１４…記憶装置、２１６…通信インタフェース、２２…接続実行部、２２０…ＣＰＵ、２２２…揮発性メモリ、２２４…記憶装置、２２６…通信インタフェース、２３…制御情報配信部、２３０…ＣＰＵ、２３２…揮発性メモリ、２３４…記憶装置、２３６…通信インタフェース、２３８…画面表示部、３００…隣接端末管理テーブル、３０２…トポロジー管理テーブル、３０４…起動フラグ、３０６…通信部、３０８…チャネルスキャン部、３１…起動要因判定部、３１０…送信パケット生成部、３１２…受信パケット解析部、３１４…パケット中継部、３１６…テーブル更新部、３２…制御部、３２０…ネットワーク管理テーブル、３２２…通信部、３２４…チャネルスキャン部、３２６…送信パケット生成部、３２８…受信パケット解析部、３３０…パケット中継部、３３２…管理テーブル更新部、３４０…通信部、３４２…送信パケット生成部、３４４…受信パケット解析部、３４６…パケット中継部、３６０…中継器バックアップテーブル、３６２…通信部、３６４…送信パケット生成部、３６６…受信パケット解析部、３６８…バックアップテーブル更新部、３７０…バックアップテーブル更新部

Claims (15)

1. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、
   ２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有し、
   前記ルートノードは、該ルートノード自身の次の下位階層の非ルートノードが該ルートノード自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第１制御情報を配信し、
   前記非ルートノードは、前記上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の非ルートノードが自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第２制御情報を配信する、通信ネットワークシステム。
2. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、
   ２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有し、
   前記ルートノードは、初回の起動か２回目以降の起動かを識別するためのフラグを有し、起動時に前記フラグを参照し、２回目以降の起動であれば、停電からの復帰による起動であると判断し、前記制御情報を配信する、
   通信ネットワークシステム。
3. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、
   ２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有し、
   前記ルートノードは、２回目以降の起動時に前記第１制御情報を含んだＨｅｌｌｏパケットを配信する、通信ネットワークシステム。
4. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、
   ２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有し、
   前記非ルートノードは、初回の起動か２回目以降の起動かを識別するためのフラグを有し、起動時に前記フラグを参照し、２回目以降の起動であれば、停電からの復帰による起動であると判断し、所定時間内に前記制御情報を受信しなければ前記上位階層のノードへの接続を開始する、通信ネットワークシステム。
5. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムであって、
   ２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するルートノードと、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行う非ルートノードと、を有し、
   前記ルートノードは、第１階層の非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信し、前記第１階層の状態が所定の条件を満たすと、前記第１階層の次の階層である第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する、通信ネットワークシステム。
6. 前記ルートノードは、前記第１階層の非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を、自身から前記第１階層までのホップ数のブロードキャストメッセージにより配信し、前記第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を、自身から前記第２階層までのホップ数のブロードキャストメッセージにより配信する、請求項５に記載の通信ネットワークシステム。
7. 前記非ルートノードは、上位階層のノードへの接続を開始するときには前記ルートノードに経路構築要求メッセージを送信し、下位階層のノードから前記経路構築要求メッセージを受信したときには該経路構築要求メッセージを前記ルートノードに転送し、
   前記ルートノードは、前記条件として、前記第１階層の非ルートノードから経路構築要求メッセージを所定時間以上受信しなければ、前記第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する、
   請求項５または６に記載の通信ネットワークシステム。
8. 前記非ルートノードは、上位階層のノードへの接続を開始するときには前記ルートノードに経路構築要求メッセージを送信し、下位階層のノードから前記経路構築要求メッセージを受信したときには該経路構築要求メッセージを前記ルートノードに転送し、
   前記ルートノードは、前記条件として、前記第１階層の所定個数の非ルートノードから経路構築メッセージを受信したら、前記第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する、
   請求項５または６に記載の通信ネットワークシステム。
9. 非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を２回目以降の起動時に配信するルートノードの配下に非ルートノードを階層的に接続した通信ネットワークシステムにおいて非ルートノードとなるノード装置あって、
   上位階層のノードから受信した制御情報に基づいて、該上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定するタイミング決定部と、
   前記タイミング決定部で決定されたタイミングに、前記上位階層のノードへの接続を行う接続実行部と、
   を有し、
   前記ルートノードは、該ルートノード自身の次の下位階層の非ルートノードが該ルートノード自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第１制御情報を配信し、
   前記非ルートノードは、
   前記上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の非ルートノードが自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第２制御情報を配信する制御情報配信部を更に有する、
   ノード装置。
10. 非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を２回目以降の起動時に配信するルートノードの配下に非ルートノードを階層的に接続した通信ネットワークシステムにおいて非ルートノードとなるノード装置あって、
    上位階層のノードから受信した制御情報に基づいて、該上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定するタイミング決定部と、
    前記タイミング決定部で決定されたタイミングに、前記上位階層のノードへの接続を行う接続実行部と、
    を有し、
    前記ルートノードは、第１階層の非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信し、前記第１階層の状態が所定の条件を満たすと、前記第１階層の次の階層である第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信し、
    前記タイミング決定部は、前記ルートノードから配信された自身の階層のための制御情報に基づいて上位階層のノードへの接続を行うタイミングを決定する、ノード装置。
11. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワークシステムにおいてルートノードとなるノード装置であって、
    起動時に、２回目以降の起動か否か判定する起動要因判定部と、
    前記起動要因判定部にて２回目以降の起動であると判定されると、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信する制御部と、
    を有するノード装置。
12. 前記制御部は、前記ルートノード自身の次の下位階層の非ルートノードが該ルートノード自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第１制御情報を配信し、
    前記非ルートノードが、前記上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の非ルートノードが自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第２制御情報を配信する、請求項１１に記載のノード装置。
13. 前記制御部は、第１階層の非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信し、前記第１階層の状態が所定の条件を満たすと、前記第１階層の次の階層である第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する、請求項１１に記載のノード装置。
14. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワーク構築方法であって、
    ルートノードが、２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するステップと、
    非ルートノードが、上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行うステップと、を有し、
    前記ルートノードは、該ルートノード自身の次の下位階層の非ルートノードが該ルートノード自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第１制御情報を配信し、
    前記非ルートノードは、前記上位階層のノードへの接続が完了すると、自身の次の下位階層の非ルートノードが自身への接続を開始してよいタイミングを規定するための第２制御情報を配信する、通信ネットワーク構築方法。
15. ルートノードの配下に階層的に非ルートノードを接続する通信ネットワーク構築方法であって、
    ルートノードが、２回目以降の起動時に、非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを階層毎に規定するための制御情報を配信するステップと、
    非ルートノードが、上位階層のノードから受信した制御情報に基づくタイミングで該上位階層のノードへの接続を行うステップと、を有し、
    前記ルートノードは、第１階層の非ルートノードが該非ルートノードの上位階層のノードへの接続を開始してよいタイミングを規定する制御情報を配信し、前記第１階層の状態が所定の条件を満たすと、前記第１階層の次の階層である第２階層の非ルートノードが前記第１階層の非ルートノードへの接続を開始してよいタイミングを規定するための制御情報を配信する、通信ネットワーク構築方法。

Images