JP5807210B2 - ハイブリッド子機、マルチホップ通信システム、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド子機、マルチホップ通信システム、プログラムに関するものである。

従来から、複数個のノードを備える通信ネットワークにおいて、ノード間で情報の伝送を行う際に、他のノードによる通信の中継を許容するマルチホップ通信が知られている。マルチホップ通信に際しては、対等な関係のノードではなく、親機となるノードに対して他のノードが子機として通信を行う形態の通信ネットワークも知られている。たとえば、特許文献１には、遠隔検針を行うために、需要家ごとの検針結果を取得する子機（子局）と、子機から検針結果を収集する親機（親局）とで構成される通信ネットワークが示されている。また、特許文献１に記載された技術では、いずれかの子機から親機に検針結果の情報を伝送する際に、他の子機による中継が許容されており、マルチホップ通信を行う通信ネットワークが構築されている。

特開２０１１−２５０３０１号公報

ところで、特許文献１には、無線通信と電力線搬送通信との両方を利用可能な子機が記載され、子機は電力線搬送通信に失敗すると無線通信を利用して親機との通信路を形成する旨の記載がある。すなわち、無線通信の通信路は、電力線搬送通信の予備の通信路として用いられている。すなわち、無線通信の通信路は、電力線搬送通信の予備の通信路として用いられており、電力線搬送通信の通信路と無線通信の通信路とを適材適所に振り分けて利用することについては考慮されていない。

本発明は、親機と複数台の子機との間でマルチホップ通信を行うにあたり、電力線搬送通信の通信路と無線通信の通信路とを、親機と子機との間に形成されるルートに応じて適正に振り分け、信号干渉やパケット衝突を低減しつつ、通信信頼性の高いマルチホップ通信システムに用いるハイブリッド子機を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このハイブリッド子機を用いたマルチホップ通信システム、およびコンピュータをこのハイブリッド子機として機能させるプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド子機は、上記目的を達成するために、親機と複数台の子機とを備え、前記親機と前記子機との間で情報の伝送を行う際に、他の子機による通信の中継を許容するマルチホップ通信システムに用いるハイブリッド子機であって、電波を伝送媒体とする無線通信を行う無線通信インターフェイス部および配電線を伝送媒体とする電力線搬送通信を行う電力線搬送通信インターフェイス部が設けられ、前記無線通信と前記電力線搬送通信との２種類の通信方式が選択される通信部と、通信ルートの構築、前記通信ルートでの通信、および前記通信方式の選択を行う制御部と、前記制御部を動作させるプログラムおよび前記通信ルートを記憶する記憶部とを備え、前記記憶部は、ホップ数が１である隣接する他のノードのうち前記無線通信を行うリンクで接続されるノードに関する情報を管理する第１のノードテーブルと、ホップ数が１である隣接する他のノードのうち前記電力線搬送通信を行うリンクで接続されるノードに関する情報を管理する第２のノードテーブルとを備え、前記通信部は、前記第１のノードテーブルと前記第２のノードテーブルとの一方の情報を送信し、さらに、当該情報を受信した通信部は、前記第１のノードテーブルの最小のルートコストが前記第２のノードテーブルにおける最小の上位ルートコストよりも小さい場合に、上位側について前記無線通信インターフィスを選択するという選択基準と、前記第２のノードテーブルにおいて、隣接ノードの台数が隣接ノードにおける最大のリンク数より多い場合に、上位側について前記無線通信インターフェイスを選択するという選択基準と、前記第２のノードテーブルにおいて、隣接ノードが１個だけである隣接ノードが存在する場合に、上位側について前記無線通信インターフェイスを選択するという選択基準との少なくとも１種類を用いることを特徴とする。

本発明に係るマルチホップ通信システムは、上述したハイブリッド子機が前記子機に含まれることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述したハイブリッド子機として機能させるためのものである。

本発明の構成によれば、親機と複数台の子機との間でマルチホップ通信を行うにあたり、電力線搬送通信の通信路と無線通信の通信路とを、親機と子機との間に形成されるルートに応じて適正に振り分けることができるという利点がある。

実施形態における通信ネットワークの一例を示す図である。 同上の具体例を示す図である。 同上に用いる子機を示すブロック図である。 同上に用いるノードテーブルの一例を示す図である。 同上に用いるHelloパケットのフォーマットの例を示す図である。 同上における通信ネットワークの他の例を示す図である。 同上に用いるノードテーブルの他の例を示す図である。 同上における通信ネットワークのさらに他の例を示す図である。 同上に用いるノードテーブルのさらに他の例を示す図である。 同上における通信ネットワークの別の例を示す図である。 同上に用いるノードテーブルの別の例を示す図である。

以下に説明する実施形態は、電力の需要家において電力メータに子機が付設され、複数台の子機がそれぞれ電力メータから取得した検針データを親機に集約するために、１台の親機と複数台の子機とが通信する場合を想定して説明する。ただし、子機の機能は検針データの収集にとどまらず、需要家が使用する電気機器が所定の通信機能を有する場合、当該電気機器と通信することにより、電力エネルギーを管理する機能を子機に付与することも可能である。

親機は、電力会社、または電力会社から委託されたサービス提供会社が運営する管理サーバを想定している。管理サーバは、１台のコンピュータを意味するのではなく、複数台のコンピュータで実現されていてもよい。また、親機は、複数階層に階層化された通信ネットワークを構築していてもよい。たとえば、管理サーバと複数台の中継装置とにより上位の通信ネットワークが構築され、中継装置ごとに子機と通信する下位の通信ネットワークが構築されていてもよい。

なお、以下に説明する実施形態は、電力の管理の用途に制限されるものではない。すなわち、親機と複数台の子機との間で通信を行う通信ネットワークであって、親機との間で情報を伝送する子機が他の子機による情報の中継を許容するマルチホップ通信を行う場合であれば適用可能である。なお、以下に説明する実施形態では、具体的な使用例については詳述せず、主として、親機と子機との間で通信ネットワークを構築する機能について説明する。

上述したように、需要家の電力メータから子機が検針データを取得し、子機から親機に検針データを伝送する。通信ネットワークの例を図２に示す。図２に示す通信ネットワークは、１台の親機２０と複数台の子機１０とにより構築されている。また、子機１０は、需要家が使用する機器のうち通信機能を有する機器との間で通信することにより、機器の動作を管理（管理や設定）することが可能になっている。

一方、親機２０との間に他の子機１０による中継を許容する子機１０は、電波を伝送媒体とする無線通信を行う機能と、配電線を伝送媒体とする電力線搬送通信を行う機能との少なくとも一方を有している。

すなわち、子機１０は、無線通信と電力線搬送通信との両方を行う構成と、無線通信のみを行う構成と、電力線搬送通信のみを行う構成との３種類に分類される。以下では、無線通信と電力線搬送通信との両方を行う子機１０を「ハイブリッド子機１１」と呼び、無線通信のみを行う子機１０を「無線子機１２」、電力線搬送通信のみを行う子機１０を「有線子機１３」と呼ぶ。図２において、電力線搬送通信の通信路Ｌａは実線で示し、無線通信の通信路Ｌｂは破線で示している。

ハイブリッド子機１１は、無線通信と電力線搬送通信とのように物理層が異なる通信方式が選択可能である場合のほか、同じ無線通信であっても情報の到達範囲や信号干渉範囲が異なる周波数帯や変調方式が通信方式として選択可能であってもよい。いずれにしても、異なる通信方式が選択されることによって、情報の伝達範囲や信号干渉範囲が異なっていればよい。

図２に示す構成例では、集合住宅やテナントビルのように一つの建物を共用する複数の需要家と、戸建て住宅のように１つの建物を占有する需要家とが混在する場合を想定している。すなわち、図の右部において配電線Ｌ１に接続された複数個の子機１０は前者に対応し、図の左部において独立している子機１０は後者に対応している。

配電線Ｌ１は降圧トランスＴ１の二次側に接続され、この配電線Ｌ１には、ハイブリッド子機１１または有線子機１３が接続され、配電線Ｌ１に接続された子機１０の間では、基本的には、配電線Ｌ１を伝送媒体に用いて電力線搬送通信を行う。ただし、配電線Ｌ１に接続されている複数の子機１０の間でも、通信品質が低下した場合には、無線通信が許容される。図には、説明のために有線子機１３を含めて記載しているが、配電線Ｌ１に接続されたすべての子機１０がハイブリッド子機１１であってもよい。

一方、図２の左部の２台の子機１０は無線子機１２であって、電力線搬送通信は行わない。ただし、戸建て住宅のように１つの建物を占有する需要家であっても、降圧トランスの二次側に接続された配電線を用いて上述した中継装置と通信する場合、これらの子機１０はハイブリッド子機１１あるいは有線子機１３に代えることが可能である。

ハイブリッド子機１１の構成例を図３に示す。ハイブリッド子機１１は、基本的には、制御部１１０と記憶部１１１と通信部１１２とを備える。

制御部１１０は、マイコンのようにプログラムに従って動作するデバイスを主たるハードウェア要素として備える。制御部１１０は、通信ルートを構築する処理を行うルート構築部１１０１と、構築された通信ルートを用いて通信を行う通信処理部１１０２と、電力線搬送通信と無線通信とのどちらを行うかを選択する選択処理部１１０３とを備える。

記憶部１１１は、制御部１１０を動作させるためのプログラムを記憶するほか、少なくとも、第１のノードテーブル１１１１と第２のノードテーブル１１１２とを備える。記憶部１１１は、制御部１１０とは別のデバイスを用いることが望ましいが、一体化されていてもよい。

通信部１１２は、無線通信を行うために電波の送受信を行う無線通信インターフェイス部１１２１と、電力線搬送通信を行うために配電線Ｌ１（図２参照）に接続される電力線搬送通信インターフェイス部１１２２とを備える。以下では、「無線通信インターフェイス部」を「無線Ｉ／Ｆ」と略称し、「電力線搬送通信インターフェイス部」を「電力線Ｉ／Ｆ」と略称する。ハイブリッド子機１１において、無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかは、制御部１１０における選択処理部１１０３がルート構築部１１０１によるルートの構築結果に基づいて決定する。

なお、無線子機１２は、ハイブリッド子機１１のうち選択処理部１１０３および電力線Ｉ／Ｆ１１２２を省略した構成であり、有線子機１３は、ハイブリッド子機１１のうち選択処理部１１０３および無線Ｉ／Ｆ１１２１を省略した構成になる。なお、実際には、ハイブリッド子機１１と無線子機１２および有線子機１３とでは、記憶部１１１の構成にも相違があるが、ハードウェア構成に関してはほぼ同様の構成になる。

ところで、子機１０と親機２０とによって構築される通信ネットワークは、親機２０との間で情報を伝送する子機１０が他の子機１０による情報の中継を許容するマルチホップ通信を行うから、どの子機１０を中継に用いるかを選択しなければならない。そのため、子機１０は、それぞれ通信品質が良好であるルート（経路）をあらかじめ探索して記憶し、あらかじめ探索した通信品質のよいルートを利用して親機２０との間で通信を行う。また、子機１０は、親機２０との間の情報の伝送に失敗した場合、同じルートで再送を行ったり、次に通信品質のよいルートを選択して再送を行ったりする。これらの技術は周知技術であるから説明を省略する。

以下では、ルート構築部１１０１によって上述したルートの探索を行う手順について説明する。つまり、子機１０ごとに親機２０と通信するためのルートを探索する手順について説明する。ここで、情報の伝送を行うノード（子機１０と親機２０との総称）の間のルートに他のノードを含まない場合に、ノード間に形成される通信路を「リンク」と呼ぶ。また、リンクの通信品質の評価値を「リンクコスト」、情報の伝送を行うノードの間のルートの全体でのリンクコストを「ルートコスト」と呼ぶ。すなわち、ルートコストは、ルートに含まれるすべてのリンクにおけるリンクコストの総和である。リンクコストは、リンクごとのＳＮＲや信号強度などを用いて求められる整数値であって、通信品質がよいほど小さい値になるように算出される。さらに、ルートを構成するリンクの個数を「ホップ数」と呼ぶ。したがって、他の子機１０を通さずに通信を直接行う場合のホップ数は１になる。２台のノードの間のホップ数が１である場合、一方のノードに対して他方のノードを「隣接ノード」と呼ぶ。

ここに、２台のノードの間で無線通信を行う場合、ノードごとの受信感度や電波干渉状況が異なっていると、送受信の向きによってリンクコストに差が生じることがある。そのため、リンクコストを正確に求めるには、２台のノードの間で双方向に通信を行うことが必要である。しかし、多数台のノードを含む通信ネットワークであると、すべての隣接ノードについて双方向に無線通信を行っていると、リンクコストの取得に多大な時間を要することになる。

そこで、本実施形態は、無線信号による受信品質のみを用いて仮のリンクコストを算出し、仮のリンクコストから仮のルートコストを求めることを許容している。受信品質のみを用いた仮のリンクコストであれば、後述するHelloパケットを受信するだけで算出可能であり、仮のルートコストもHelloパケットの受信のみで算出可能になる。すなわち、リンクコストおよびルートコストの取得に要する時間が短縮され、またトラフィックの増加抑制につながる。

ここでは、各子機１０は、隣接ノードの探索を行った後であって、リンクコストおよびルートコストが算出された状態である場合を想定して説明する。ハイブリッド子機１１は、無線通信の通信路と電力線搬送通信の通信路とを選択可能であるから、ルート構築部１１０１は、隣接ノードとの間で情報を伝送する際に、無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかを選択しなければならない。無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２との選択は、図４（ａ）に示す第１のノードテーブル１１１１と図４（ｂ）に示す第２のノードテーブル１１１２とのデータを用いて行われる。

以下では、図１に示す通信ネットワークを構築する場合を例として説明する。図中の四角形はノードを表し、ノード間を接続する実線あるいは破線はリンクを表す。また、リンクのうち、実線は電力線搬送通信を行うリンクを表し、破線は無線通信を行うリンクを表している。ノードを表す四角形の中に示した数値はノードの識別情報であり、リンクに並記した数値はリンクコストである。

ルート構築部１１０１は、ルートコストを求めてルートを決定する本処理の前に、図１に示すような通信ネットワークを構築する前処理を行う。つまり、ルート構築部１１０１は、前処理として、図４（ａ）に示す第１のノードテーブル１１１１および図４（ｂ）に示す第２のノードテーブル１１１２を用いることによって、リンクごとに電力線搬送通信と無線通信とのどちらを用いるかを決定する処理を行う。

第１のノードテーブル１１１１および第２のノードテーブル１１１２は、着目するハイブリッド子機１１の隣接ノードごとに、親機２０との間で当該隣接ノードを通るルートに関する情報を管理する。具体的には、ノードテーブル１１１１，１１１２は、ハイブリッド子機１１の隣接ノードの識別情報と、親機２０と隣接ノードとの間のルートのホップ数と、当該ルートに含まれる子機１０の識別情報およびルート上での中継の順序とを含んでいる。さらに、ノードテーブル１１１１，１１１２は、隣接ノードごとに、親機２０との間のルートコスト（「上位ルートコスト」という）と、ハイブリッド子機１１との間のリンクコストと、親機２０とハイブリッド子機１１との間の全体のルートコストとを含む。上位ルートコストとリンクコストとの和は、全体のルートコストに一致する。

ここに、ルートに関する情報は、着目するハイブリッド子機１１と隣接ノードとの間のリンクの種類に応じて、第１のノードテーブル１１１１と第２のノードテーブル１１１２とに振り分けて管理される。つまり、無線通信を行うリンクで接続される隣接ノードは、第１のノードテーブル１１１１に格納され、電力線搬送通信を行うリンクで接続される隣接ノードは、第２のノードテーブル１１１２に格納される。

いま、識別情報が「１３」である子機１０を着目するハイブリッド子機１１とすると、このハイブリッド子機１１の隣接ノードは、識別情報が「１」「３」「１２」「１４」「２３」である子機１０になる。ここで、識別情報が「１」「３」である子機１０は無線子機１２であり、識別情報が「１２」「１４」である子機１０はハイブリッド子機１１であり、識別情報が「２３」である子機１０は有線子機１３であるものとする。以下では、識別情報が「ｎ」の子機１０を、「ｎ」の子機１０という。

図１に示す通信ネットワークを想定しているから、「１３」のハイブリッド子機１１に関して第１のノードテーブル１１１１に登録される隣接ノードは、「１」「３」の子機１０と親機２０とになる。このうち、「３」の子機１０に着目すると、「１３」のハイブリッド子機１１と親機２０との間で「３」の子機１０を通るルートは、「２」の子機１０を含み、親機２０から１ホップ目は「２」の子機１０であり、２ホップ目は「３」の子機１０になる。隣接ノードである「３」の子機１０は、親機２０からのホップ数が２であり、上位ルートコストが１５（＝６＋９）になる。また、「１３」のハイブリッド子機１１と「３」の子機１０との間のリンクコストは８であるから、全体のルートコストは２３（＝１５＋８）になる。同様にして、他の隣接ノードについてもデータが登録される。

一方、「１３」のハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２に登録される隣接ノードは、電力線搬送通信を行うリンクで接続されている隣接ノードであるから、「１２」「１４」「２３」の子機１０になる。「１４」の子機１０に着目すると、「１３」のハイブリッド子機１１と親機２０との間で「１４」の子機１０を通るルートは、「２」の子機１０を含み、親機２０から１ホップ目は「２」の子機１０であり、２ホップ目は「１４」の子機１０になる。また、隣接ノードである「１４」の子機１０は、親機２０からのホップ数が２であり、上位ルートコストが１７（＝６＋１１）になる。同様にして、他の隣接ノードについてもデータが登録される。

第１のノードテーブル１１１１と第２のノードテーブル１１１２とにデータが登録されると、選択処理部１１０３は、第１のノードテーブル１１１１における最小のルートコストと、第２のノードテーブル１１１２における最小の上位ルートコストとを比較する。第２のノードテーブル１１１２における最小の上位ルートコストに対して、第１のノードテーブル１１１１における最小のルートコストのほうが小さい場合、全体のルートコストは、第１のノードテーブル１１１１から選択された隣接ノードのほうが小さくなる。

つまり、上述した関係が成立する場合、第２のノードテーブル１１１２から選択した隣接ノードを含むルートは、第１のノードテーブル１１１１においてルートコストを最小にする隣接ノードを通るルートよりルートコストを小さくすることはない。そのため、着目するハイブリッド子機１１において、親機２０とのルートは無線通信の通信路を選択するほうが望ましいと言える。

上述した動作を行うために、選択処理部１１０３は、第１のノードテーブル１１１１のうちの最小のルートコストを、隣接ノードに含まれるハイブリッド子機１１および有線子機１３に電力線Ｉ／Ｆ１１２２を通して通知する。電力線Ｉ／Ｆ１１２２を通して隣接ノードにルートコストを通知する際には、マルチホップ通信においてノードが動作していることを示すHelloパケット（以下、「Ｈパケット」という）を用いる。Ｈパケットは各ノードからブロードキャストで送出され、Ｈパケットを送出したノードが通信ネットワークに存在することを他のノードに通知する。

したがって、Ｈパケットは、基本的には、図５（ａ）のように、オペレーションコード、送信元であるノードの識別情報、シーケンス番号、送信先のノードの種類を含んでいればよい。ただし、上述したように、Ｈパケットは、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いた場合のルートコストを他のノードに通知する必要があるから、ノードが通信ネットワークに参加する際に用いられるＨパケットを除けば、Ｈパケットには、ルートコストも含まれる。

ここに、オペレーションコードは、パケットの種類を示す識別子である。パケットの種類には、Ｈパケットのほか、Ｈパケットを受けたノードが必要に応じて返す応答パケットや、通信品質を通知するためのパケットなど、複数種類のパケットが用いられる。送信元のノードの識別情報は、独自に付与した識別情報のほかノードのＭＡＣアドレスなどを用いることも可能である。シーケンス番号は、通信に際してパケットに付与される番号であって、一連の通信で用いられるパケットに同じシーケンス番号が付与されることにより、関連したパケットであることが示される。ルートコストは、第１のノードテーブル１１１１から得られるルートコストの最小値である。

ハイブリッド子機１１が、電力線Ｉ／Ｆ１１２２を通して隣接ノードにルートコストを含むＨパケットを送信すると、Ｈパケットを受信した隣接ノードは、第２のノードテーブル１１１２に格納されている上位ルートコストと比較する。ここで、受信したルートコストが上位ルートコストよりも小さい場合、当該隣接ノードの選択処理部１１０３は、上位側（親機２０に近い側）の通信路を形成するために無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択する。無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択した場合であっても、下位側については電力線Ｉ／Ｆ１１２２を選択する。

上述したように、選択処理部１１０３は、無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかを以下の手順で選択する。すなわち、ハイブリッド子機１１は、まず、電力線Ｉ／Ｆ１１２２を用いて、第１のノードテーブル１１１１の最小のルートコストを含むＨパケットを送信する。次に、このＨパケットを受信したハイブリッド子機１１の選択処理部１１０３は、Ｈパケットに含まれるルートコストと、第２のノードテーブル１１１２における最小の上位ルートコストとを比較する。選択処理部１１０３は、ルートコストが上位ルートコストよりも小さい場合は、上位側について無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択し、下位側について電力線Ｉ／Ｆ１１２２を選択する。また、選択処理部１１０３は、ルートコストが上位ルートコストよりも大きい場合は電力線Ｉ／Ｆ１１２２のみを選択する。

選択処理部１１０３が上述した処理を行うことによって、図１に示す通信ネットワークにおいて、たとえば「１２」「１４」のハイブリッド子機１１は電力線Ｉ／Ｆ１１２２のみが用いられる。また、「１３」のハイブリッド子機１１は上位側において無線Ｉ／Ｆ１１２１が用いられ、下位側において電力線Ｉ／Ｆ１１２２が用いられる。「１１」「１５」のハイブリッド子機１１についても「１３」のハイブリッド子機１１と同様である。これによって、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いて上位側に接続するハイブリッド子機１１を、ルートの品質がよい少数に限定することができる。

上述した選択処理部１１０３は、上位側において無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかを選択する選択基準として、ルートコストを用いているが、通信路を決めるには他の選択基準を用いてもよい。

通信路の選択基準としては、たとえば、電力線搬送通信を行う隣接ノードの台数を用いることが可能である。つまり、電力線搬送通信を行う隣接ノードの台数が多いハイブリッド子機１１において、上位側の通信に無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いるという選択基準を設定してもよい。

以下では、図６に示す通信ネットワークを例として動作例を説明する。図６に示す通信ネットワークにおいて、「１２」の子機１０を着目するハイブリッド子機１１とすると、電力線搬送通信を行う隣接ノードは「１１」「１３」「２１」「２２」の子機１０になる。

隣接ノードの台数を選択基準に用いる場合、ハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２の項目として、電力線Ｉ／Ｆ１１２２を用いて通信を行う場合のリンク数が必要になる。このリンク数は、電力線搬送通信を用いる隣接ノードであるから、ハイブリッド子機１１と有線子機１３とを含んでいる。

したがって、「１２」のハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２の内容は、図７のようになる。図示例では、親機２０と隣接ノードとの間のルートに含まれる子機１０の識別情報およびルート上での中継の順序に関する情報は省略しているが、この情報を含んでいてもよい。第２のノードテーブル１１１２におけるホップ数は、無線通信によるホップ数であって、「２１」「２２」の子機１０は無線通信を行わないことを想定しているから、図示例において「２１」「２２」の子機１０にはホップ数の情報は含まれていない。

図７に示す第２のノードテーブル１１１２によれば、電力線搬送通信を行う隣接ノードの台数（つまり、リンク数）は、「４」であることがわかる。一方、リンク数の項目を見ると、隣接ノードにおける最大のリンク数は「２」であることがわかる。このように、ハイブリッド子機１１の選択処理部１１０３は、第２のノードテーブル１１１２を用いることにより、隣接ノードの台数（リンク数）と、隣接ノードごとのリンク数とを知ることができる。この例の場合、「１２」のハイブリッド子機１１のリンク数が、電力線搬送通信を行う他の隣接ノードにおけるリンク数よりも多いから、「１２」のハイブリッド子機１１において、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いて上位側の通信路を形成する。

上述した動作を採用する場合、選択処理部１１０３は、無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかを以下の手順で選択する。すなわち、ハイブリッド子機１１は、電力線Ｉ／Ｆ１１２２を用いて、第２のノードテーブル１１１２に格納された情報から得られるリンク数を含むＨパケットを送信する。このＨパケットは、図５（ｂ）に示すように、オペレーションコード、送信元の識別情報、シーケンス番号、送信先のノードの種類に加えてリンク数を含む。したがって、このＨパケットを受信したハイブリッド子機１１の選択処理部１１０３は、第２のノードテーブル１１１２のリンク数の項目に、Ｈパケットに含まれるリンク数を格納することが可能になる。

選択処理部１１０３は、第２のノードテーブル１１１２において、すべての隣接ノードのリンク数の項目にデータが格納されると、第２のノードテーブル１１１２の最大のリンク数と、隣接ノードの台数とを比較する。選択処理部１１０３は、隣接ノードの台数が最大のリンク数よりも多い場合は、上位側について無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択し、下位側について電力線Ｉ／Ｆ１１２２を選択する。また、選択処理部１１０３は、最大のリンク数が隣接ノードの台数以下である場合は、電力線Ｉ／Ｆ１１２２のみを選択する。これによって、上位側に無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いるハイブリッド子機１１の台数を必要最小限に限定することができる。

ここにおいて、上述の動作では、隣接ノードの台数をＨパケットで通知することに代えて、隣接ノードの識別情報のリストを通知してもよい。

通信路の選択基準は、ハイブリッド子機１１の隣接ノードに関するトポロジであってもよい。すなわち、隣接ノードにおける上位側のリンクが１本であるか複数本であるかに応じて、当該ハイブリッド子機１１の上位側の通信路を無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いて形成するか否かを選択してもよい。ハイブリッド子機１１の隣接ノードにおける上位側のリンクが１本である場合、その隣接ノードは、当該ハイブリッド子機１１を通してのみ親機２０との間のルートを構築することになる。このようなトポロジの場合、当該ハイブリッド子機１１の上位側の通信路を無線Ｉ／Ｆ１１２１により形成するのである。

以下では、図８に示す通信ネットワークを例として動作例を説明する。図８に示す通信ネットワークにおいて、「１１」の子機１０を着目するハイブリッド子機１１とすると、電力線搬送通信を行う隣接ノードは「１２」「２１」「２２」の子機１０になる。

隣接ノードに関するトポロジを選択基準に用いる場合、ハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２の項目として、隣接ノードごとの隣接ノードの識別情報が必要になる。すなわち、通信ネットワークにおいて、着目するハイブリッド子機１１から２ホップの範囲内である子機１０についてリンクを知る必要がある。したがって、「１１」のハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２は、図９のように、２ホップ目のノードから見た隣接ノードの識別情報を含む。図示例では、親機２０と隣接ノードとの間のルートに含まれるノードの識別情報およびルート上での中継の順序に関する情報は省略しているが、この情報を含んでいてもよい。

図９に示す第２のノードテーブル１１１２によれば、電力線搬送通信を行う隣接ノードのそれぞれについて、次の隣接ノードの識別情報が含まれる。すなわち、「１１」のハイブリッド子機１１の隣接ノードは、「１２」「２１」「２２」の子機１０であり、「１２」の子機１０の隣接ノードは、「１１」「１３」「２２」の子機１０になる。また、「２１」の子機１０の隣接ノードは、「１１」の子機１０のみであり、「２２」の子機１０の隣接ノードは、「１１」「１２」の子機１０になる。

このように、ハイブリッド子機１１の選択処理部１１０３は、第２のノードテーブル１１１２を用いることにより、当該ハイブリッド子機１１との間でのみ上位側のリンクが形成される子機１０が含まれるか否かを知ることができる。この例の場合、「２１」の子機１０は、「１１」のハイブリッド子機１１のみが隣接ノードになっているから、「１１」のハイブリッド子機１１において、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いて上位側の通信路を形成する。

上述した動作を採用する場合、選択処理部１１０３は、無線Ｉ／Ｆ１１２１と電力線Ｉ／Ｆ１１２２とのどちらを用いるかを以下の手順で選択する。すなわち、ハイブリッド子機１１は、まず、電力線Ｉ／Ｆ１１２２を用いて、第２のノードテーブル１１１２に格納された情報から得られるリンク数を含むＨパケットを送信する。このＨパケットは、図５（ｃ）に示すように、オペレーションコード、送信元の識別情報、シーケンス番号、送信先のノードの種類に加えて、隣接ノードごとの隣接ノードの識別情報を含む。したがって、このＨパケットを受信したハイブリッド子機１１の選択処理部１１０３は、隣接ノードのそれぞれから見た隣接ノードの識別情報の項目にデータを格納することが可能になる。

選択処理部１１０３は、第２のノードテーブル１１１２におけるすべての隣接ノードについて、その隣接ノードから見た隣接ノードの識別情報の項目にデータが格納されると、隣接ノードが１個だけである隣接ノードの有無を判断する。隣接ノードが１個だけである隣接ノードが存在する場合、着目するハイブリッド子機１１の上位側について無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択する。また、このハイブリッド子機１１の下位側については電力線Ｉ／Ｆ１１２２を選択する。要するに、着目するハイブリッド子機１１の隣接ノードごとに、当該隣接ノードから見た隣接ノードを抽出し、隣接ノードが１個だけであるという条件が成立した場合は、着目するハイブリッド子機１１の上位側について無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択するのである。これにより、上位側に無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いるハイブリッド子機１１の台数を抑制しながらも、下位側に電力線搬送通信で接続される子機１０が良好な品質の通信ルートを生成できるようになる。

本実施形態は、ハイブリッド子機１１において通信路を定めるために上述した３種類の選択基準の少なくとも１種類を用いることが可能である。ここに、ハイブリッド子機１１は、上述した選択基準を採用することによって、電力線搬送通信を無線通信に優先して選択することになる。たとえば、需要家が集合住宅やテナントビルなどであって、建物内では電力線搬送通信を用いるとすれば、情報の伝達範囲が建物内などに制限されるが、無線通信の場合は伝達範囲が広く、広範囲に信号干渉を与えるおそれがある。上述の処理によって、複数台のハイブリッド子機１１のなかから、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いて上位側に接続するハイブリッド子機１１が限定されるため、無線通信側の通信トラフィックが低減され、パケット衝突などによる通信エラーを抑制できる。

ここで、上述した選択基準を適用してハイブリッド子機１１の上位側の通信路を無線Ｉ／Ｆ１１２１で形成しても、ハイブリッド子機１１の下位側の通信路のリンクコストが大きいと、隣接ノードの通信品質を確保できない場合がある。したがって、着目するハイブリッド子機１１の隣接ノードについて上位ルートコストとともに、着目するハイブリッド子機１１との間のリンクコストも評価することが好ましい。

以下では、図１０に示す通信ネットワークを例として動作例を説明する。図１０に示す通信ネットワークにおいて、「１２」の子機１０を着目するハイブリッド子機１１とすると、電力線搬送通信を行う隣接ノードは「１１」「１３」「２１」「２２」の子機１０になる。このハイブリッド子機１１における第２のノードテーブル１１１２は、図１１に示すように、図４（ｂ）に示した例と同様の項目を有している。ただし、着目するハイブリッド子機１１との間の電力線搬送通信によるリンクコストに具体例を記載している。

図１１に示す第２のノードテーブル１１１２によれば、隣接ノードである「１１」「１３」のハイブリッド子機１１に関する上位ルートコストは、それぞれ１１、１２である。一方、着目するハイブリッド子機１１のルートコストの最小値は１５になっている。このことから、上述した選択基準であれば、このハイブリッド子機１１において無線Ｉ／Ｆ１１２１が選択されることはない。つまり、「１２」のハイブリッド子機１１のルートコストは、隣接ノードである「１１」「１３」のハイブリッド子機１１の上位ルートコストより大きいから、「１２」のハイブリッド子機１１は電力線Ｉ／Ｆ１１２２が選択されることになる。これに対して、ここでは、着目するハイブリッド子機１１と隣接ノードとのリンクコストを併せて考慮することにより、「１２」のハイブリッド子機１１において無線Ｉ／Ｆ１１２１が選択されるようにしているのである。

すなわち、図１０に示す例では、「１２」のハイブリッド子機１１と隣接ノードである「１１」「１３」のハイブリッド子機１１との間のリンクコストは、それぞれ３２、４１になっている。そのため、「１２」のハイブリッド子機１１が、上位側の通信に無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いる場合のルートコストである１５に対して、隣接ノードを通るルートのルートコストは、それぞれ４３、５３であり、大幅に大きくなっている。したがって、このような条件が成立する場合は、上述した選択基準であれば、上位側の通信に電力線Ｉ／Ｆ１１２２を用いるハイブリッド子機１１であっても、無線Ｉ／Ｆ１１２１を用いるのが望ましい。

選択処理部１１０３は、第１のノードテーブル１１１１から得られる最小のルートコストと、第２のノードテーブル１１１２から得られる上位ルートコストおよびリンクコストの和であるルートコストとを比較する。そして、選択処理部１１０３は、両ルートコストの差が規定の閾値を超える場合は、無線Ｉ／Ｆ１１２１を選択する。このような制限を付加しておくことによって、通信品質が非常に劣るルートが形成される可能性が低減される。

親機２０と子機１０との間に形成される通信ネットワークにおいてリンクとなる通信路では、上述した選択基準や制限によって、無線通信あるいは電力線搬送通信が使用されることになる。ところで、子機１０は、上述したように、需要家が使用する機器との間で通信が可能であって、機器との間でも無線通信あるいは電力線搬送通信が用いられる。したがって、子機１０と機器との間の通信が、子機１０と親機２０との間の通信と干渉する可能性がある。

そこで、この種の干渉を避けるために、子機１０と親機２０との間の通信には、子機１０と機器との間の通信で用いる伝送媒体とは異なる伝送媒体を優先的に用いることが好ましい。たとえば、需要家において子機１０と機器との間で無線通信を行うとすれば、該当する子機１０と親機２０との間の通信には、電力線搬送通信が優先的に用いられるようにすることが好ましい。

子機１０と親機２０との間の通信路の伝送媒体を上述のようにして選択するには、子機１０と機器との間の通信路の伝送媒体を選択した後、子機１０において選択可能な範囲で、先に選択した伝送媒体とは異なる伝送媒体を選択すればよい。さらに、選択した伝送媒体が優先的に使用されるように選択基準に重み付けを行えば、子機１０と機器との間の通信路と子機１０と親機２０との間の通信路との分離が容易になる。このように通信路が明確に分離されると、トラフィックの増加が抑制され、パケットの衝突も抑制される。重み付けの技術については後述する。

ところで、通信ネットワークに含まれるリンクのリンクコストは、Ｈパケットの送受信によって動的に変化する。電力線搬送通信の場合は、家電機器や電気設備のような電気機器の動作状態やスイッチのオン／オフなどに伴って発生するインピーダンスやノイズの変化によって、ＳＮＲが変化する。無線通信の場合は、親機２０や子機１０そのものは移動しなくても、車や人の移動など周辺環境の変化により、受信信号強度が変化する。しかしながら、ごくわずかな変化によってルートを変更すると、システム全体でルートが収束せずに発散するなど、運用管理上好ましくない。したがって、電力線搬送通信と無線通信との特性に応じたリンクが一旦形成された後は、リンクコストが大幅に変化しなければ、リンクを変更せずに用いることが好ましい。

このことから、ハイブリッド子機１１は、上位側の通信路に無線通信を使用することを決定した後は、上位側の通信路に無線通信を使用していることを示すフラグを設定したＨパケットを送出することが好ましい。このＨパケットを受信した隣接ノードのハイブリッド子機１１は、フラグを設定したハイブリッド子機１１において優先的に無線通信が使用されるように、通信路の選択基準に重み付けを行う。つまり、ハイブリッド子機１１は、通信路に無線通信をすでに採用している場合、そのまま無線通信が選択されやすくなるように、通信路の選択基準に重み付けがなされる。

この重み付けは、たとえば、ルートコストと上位ルートコストとを比較する選択基準を用いる場合には、フラグを設定したハイブリッド子機１１におけるルートコストを所定値だけ引き下げればよい。また、選択基準に隣接ノードの台数を用いる場合には、無線通信が選択されているハイブリッド子機１１から送出するＨパケットに含める台数を所定数だけ加算すればよい。

以上のように、ハイブリッド子機１１において、上位側の通信路に無線通信を使用することが一旦選択されると、その状態が可及的に維持されるから、無線通信を使用するハイブリッド子機１１が頻繁に変化するのを防止することができる。

なお、ハイブリッド子機１１は、上位側の通信路で用いる通信方式と下位側の通信路で用いる通信方式とを選択するにあたり、異なる通信方式が選択される確率を同じ通信方式が選択される確率よりも高めるように選択基準を設定しておくことが好ましい。

１０ 子機
１１ ハイブリッド子機
１２ 無線子機
１３ 有線子機
２０ 親機
１１０ 制御部
１１１ 記憶部
１１２ 通信部
１１１１ 第１のノードテーブル
１１１２ 第２のノードテーブル
１１２１ 無線通信インターフェイス部
１１２２ 電力線搬送通信インターフェイス部

Claims (3)

1. 親機と複数台の子機とを備え、前記親機と前記子機との間で情報の伝送を行う際に、他の子機による通信の中継を許容するマルチホップ通信システムに用いるハイブリッド子機であって、
   電波を伝送媒体とする無線通信を行う無線通信インターフェイス部および配電線を伝送媒体とする電力線搬送通信を行う電力線搬送通信インターフェイス部が設けられ、前記無線通信と前記電力線搬送通信との２種類の通信方式が選択される通信部と、
   通信ルートの構築、前記通信ルートでの通信、および前記通信方式の選択を行う制御部と、
   前記制御部を動作させるプログラムおよび前記通信ルートを記憶する記憶部とを備え、
   前記記憶部は、
   ホップ数が１である隣接する他のノードのうち前記無線通信を行うリンクで接続されるノードに関する情報を管理する第１のノードテーブルと、
   ホップ数が１である隣接する他のノードのうち前記電力線搬送通信を行うリンクで接続されるノードに関する情報を管理する第２のノードテーブルとを備え、
   前記通信部は、
   前記第１のノードテーブルと前記第２のノードテーブルとの一方の情報を送信し、
   さらに、当該情報を受信した通信部は、
   前記第１のノードテーブルの最小のルートコストが前記第２のノードテーブルにおける最小の上位ルートコストよりも小さい場合に、上位側について前記無線通信インターフィスを選択するという選択基準と、
   前記第２のノードテーブルにおいて、隣接ノードの台数が隣接ノードにおける最大のリンク数より多い場合に、上位側について前記無線通信インターフェイスを選択するという選択基準と、
   前記第２のノードテーブルにおいて、隣接ノードが１個だけである隣接ノードが存在する場合に、上位側について前記無線通信インターフェイスを選択するという選択基準との少なくとも１種類を用いる
   ことを特徴とするハイブリッド子機。
2. 請求項１記載のハイブリッド子機が前記子機に含まれることを特徴とするマルチホップ通信システム。
3. コンピュータを、請求項１記載のハイブリッド子機として機能させるためのプログラム。

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