JP5867411B2 - 無線マルチホップネットワークを用いた情報収集システム、端末、シンクノード、およびこれらの通信方法 - Google Patents
無線マルチホップネットワークを用いた情報収集システム、端末、シンクノード、およびこれらの通信方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の第2の観点によれば、無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムのシンクノードであって、前記無線マルチホップネットワークを構成する端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを受け取る情報収集部と、前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、計算した前記ホップ数毎の情報収集メッセージおよび経路制御メッセージの送信可能期間を自身の経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有することを特徴とするシンクノードが提供される。
本発明の第3の観点によれば、無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムであって、前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードおよび端末を有し、前記シンクノードは、前記端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを保持する情報収集部と、前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数を、前記シンクノードへの経路を構築するための経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有し、前記端末は、前記シンクノードからのホップ数およびホップ数毎の端末数に基づいて、ホップ数毎の経路制御メッセージおよび情報収集メッセージの送信可能期間を計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信するルーティング制御部と、自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信する情報送信部とを有することを特徴とする情報収集システムが提供される。
本発明の第4の観点によれば、無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムであって、前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードおよび端末を有し、前記シンクノードは、前記端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを保持する情報収集部と、前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数を、前記シンクノードへの経路を構築するための経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有し、前記端末は、自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信するルーティング制御部と、自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信する情報送信部とを有することを特徴とする情報収集システムが提供される。
本発明の第5の観点によれば、無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムの端末の通信方法であって、前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードからのホップ数およびホップ数毎の端末数に基づいて、前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算し、自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信し、自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信することを特徴とする端末の通信方法が提供される。
本発明の第6の観点によれば、無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムのシンクノードの通信方法であって、前記無線マルチホップネットワークを構成する端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを受け取り、前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算し、計算した前記ホップ数毎の情報収集メッセージおよび経路制御メッセージの送信可能期間を自身の経路制御メッセージに入れて送信することを特徴とするシンクノードの通信方法が提供される。
各端末21m1〜28m8は、シンクノード201への通信を行うための中継端末を決定する必要がある。その経路制御のため、シンクノード201および各端末21m1〜28m8は、定期的に経路制御メッセージを送信する。
・ホップ数
・隣接端末リスト
・各ホップでの端末数
ここで、ノードIDは自身のID、ホップ数は自身のホップ数、隣接端末リストは、隣接する端末(又はシンクノード)のIDからなるリスト、各ホップでの端末数は、ホップ毎の端末数を表している。
・ID:201
・ホップ数:0
・隣接端末リスト:211、212
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
この例では、IDは自身のIDである201、ホップ数は0がそれぞれ設定されている。
・ID:211
・ホップ数:1
・隣接端末リスト:201、212、221
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
(a3)端末212の経路制御メッセージ
・ID:212
・ホップ数:1
・隣接端末リスト:201、211、222
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
この例では、IDは、それぞれ自身のID211、212がそれぞれ設定されている。
・ID:221
・ホップ数:2
・隣接端末リスト:211
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
(a5)端末222の経路制御メッセージ
・ID:222
・ホップ数:2
・隣接端末リスト:212、231、232
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
(a6)端末231の経路制御メッセージ
・ID:231
・ホップ数:3
・隣接端末リスト:221、222
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
(a7)端末232の経路制御メッセージ
・ID:232
・ホップ数:3
・隣接端末リスト:222
・各ホップでの端末数:1(2)、2(2)、3(2)、…
ここで、端末221と231の間では、何らかの原因により端末221の経路制御メッセージを端末231は受信できるが、端末231の経路制御メッセージを端末221は受信できないとする。そのため、端末221の経路制御メッセージの隣接端末リストには231は入っていない。
端末212:201
端末221:211
端末222:212
端末231:222
端末232:222
中継端末になりうる端末が複数ある場合、経路制御メッセージの受信品質などを考慮して、最良のものを選択することができる。また、それ以外の中継端末は、最良の中継端末が利用可能でなくなった場合の代替中継端末として利用することができる。
次に、情報収集メッセージの送信方法について、図3を用いて説明する。
図3では、まずホップ数8の端末が送信する期間で、端末281と282が情報収集メッセージを送信する。メッセージの送信先は、前述の経路制御メッセージで決定した中継端末である端末271である。
・情報(281:8:aaaaaa)
(b2)端末282が送信する情報収集メッセージ
・情報(282:8:bbbbbb)
端末271が端末281および282から情報収集メッセージを受信した後、ホップ数7の送信期間が来ると、つぎのような情報収集メッセージを作成して端末261に送信する。
・情報(271:7:cccccc、281:8:aaaaaa、282:8:bbbbbb)
同様に各端末はホップ数に応じた送信可能期間内に、情報収集メッセージの送信を行う。最終的には、シンクノード201は全端末の報告情報とホップ数を受け取る。
上記(2)の情報収集の過程において、シンクノード201から各端末方向への経路制御も同時に行われる。情報収集メッセージを受信した端末は、そのメッセージの情報に含まれる端末に対して、情報収集メッセージを送信してきた端末を中継端末として記録する。
宛先281:転送先271
宛先282:転送先271
このデータ転送表を使うことにより、シンクノード201と任意の端末間および任意の2端末間で通信を行うことが可能となる。ある端末宛のデータを受信した場合、転送表の宛先に一致するものがあれば、転送先へと転送を行う。なければ、シンクノード方向の中継端末へと転送を行う。
シンクノード201は、情報収集メッセージから、自身からの何ホップ先に何台の端末が存在しているかといった各ホップでの端末数を知ることができる。シンクノード201は、この各ホップでの端末数の情報を経路制御メッセージに入れて送信することにより、全端末は各ホップでの端末数を知ることができる。
最初に、情報収集メッセージの送信スケジュール、すなわち各ホップでの情報収集メッセージの送信可能期間J(h)を計算する。
ただし、ホップ数hが大きくなるほど複数の端末が同時に送信できる確率が増えるため、ホップ数hに応じて例えば以下のように補正する。
ここから、情報収集の周期Tにおいて、全体で余分に配分できる送信時間Jextは、以下のように計算できる。
このJextを各ホップの重みw(h)に応じて配分する。重みw(h)は、以下のように計算する。
w(h)=w'(h)/{w'(1)+w'(2)+…+w'(Hmax)} (式5)
よって、J(h)は、以下のように計算される。
ここで、情報収集の周期Tにおいて、情報収集の開始時刻をt0とすると、各ホップ数h(h=1、…、Hmax−1、Hmax)での情報収集メッセージの送信可能期間J(h)の開始時刻Tj(h)_startと、その送信可能期間J(h)の終了時刻Tj(h)_endは、つぎのようになる。
Tj(Hmax)_end=t0+J(Hmax)
Tj(Hmax−1)_start=Tj(Hmax)_end+g
Tj(Hmax−1)_end=Tj(Hmax−1)_start+J(Hmax−1)
Tj(Hmax−2)_start=Tj(Hmax−1)_end+g
Tj(Hmax−2)_end=Tj(Hmax−2)_start+J(Hmax−2)
…
Tj(1)_start=Tj(2)_end+g
Tj(1)_end=Tj(1)_start+J(1) (式6)
となる。
次に、経路制御メッセージの送信スケジュール、すなわち各ホップでの経路制御メッセージの送信可能期間R(h)と、干渉回避期間Iとの計算を行う。
ホップ数hが大きくなるほど複数の端末が同時に送信できる確率が増えるため、ホップ数hに応じて、Rmin(h)を例えば以下のように補正する。ここでは、補正したRmin(h)をRmin'(h)とする。
このRmin'(h)を元に、情報収集の周期Tにおいて、その開始時刻t0から経路制御メッセージの送信可能期間を設定してゆく。すなわち、情報収集の周期Tの開始時刻をt0とすると、以下のようになる。ここで、Tr(h)_startは、各ホップ数h(h=0、1、…、Hmax)での経路制御メッセージの送信可能期間R(h)の開始時刻、Tr(h)_endは、その送信可能期間R(h)の終了時刻を表す。
Tr(0)_end=t0+Rmin'(0)
Tr(1)_start=Tr(0)_end+g
Tr(1)_end=Tr(1)_start+Rmin'(1)
…
Tr(Hmax)_start=Tr(Hmax−1)_end+g
Tr(Hmax)_end=Tr(Hmax)_start+Rmin'(Hmax) (式9)
ここで、図5のように、ホップ数hでの経路制御メッセージの送信可能期間R(h)の開始時刻Tr(h)_startからその終了時刻Tr(h)_end+ガードタイムgまでの期間が、ホップ数h+2での情報収集メッセージの送信可能期間J(h+2)の開始時刻Tj(h+2)_startからその終了時刻Tj(h+2)_endまでの期間と重なった場合(図5中の重複期間a参照)、ホップ数h+1において、情報収集メッセージと経路制御メッセージの送信が衝突する。
このRext1を各ホップの重みy(h)に応じて配分する。各ホップの重みy(h)を以下のように計算する。
y(h)=y'(h)/{y'(0)+y'(1)+…+y'(Hcol−1)} (式11)
最終的にホップ数h(0〜Hcol−1)での経路制御メッセージの送信可能期間R(h)(R(0)〜R(Hcol−1))は、以下のように計算する。
次に、ホップ数Hcolでの経路制御メッセージの送信可能期間R(Hcol)からホップ数Hmaxでの経路制御メッセージの送信可能期間R(Hmax)を、ホップ数Hcol−1での情報収集メッセージの送信可能期間J(Hcol−1)からホップ数1での情報収集メッセージの送信可能期間J(1)の間で割り当てる。
このRext2を各ホップの重みy(h)に応じて配分する。各ホップの重みy(h)を以下のように計算する。
y(h)=y'(h)/{y'(Hcol)+y'(Hcol+1)+…+y'(Hmax)} (式14)
最終的にホップ数h(Hcol〜Hmax)での経路制御メッセージの送信可能期間R(h)(R(Hcol)〜R(Hmax))は、以下のように計算する。
上記のとおり計算したホップ毎の情報収集メッセージおよび経路制御メッセージの送信可能期間J(h)、R(h)に従い、各端末は自身のホップ数hに応じた送信可能期間J(h)、R(h)内で情報収集メッセージおよび経路制御メッセージを送信する。
シンクノード201は、ルーティング制御部302、情報収集部305および無線通信部304を備えている(その他、既知の時計機能(非図示)等も内蔵する)。
端末211は、送信期間制御部311、ルーティング制御部312、情報送信部313および無線通信部314を備えている(その他、既知の時計機能(非図示)等も内蔵する)。
21m1〜21m8、211、212、221、222、231、232、261、271、281、282 端末
101〜108 ホップ数1〜8
302 ルーティング制御部(シンクノード)
304 情報収集部
305 無線通信部(シンクノード)
311 送信期間制御部
312 ルーティング制御部(端末)
313 情報送信部
314 無線通信部(端末)
Claims (10)
- 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムの端末であって、
前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードからのホップ数およびホップ数毎の端末数に基づいて、前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、
自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信するルーティング制御部と、
自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信する情報送信部とを有することを特徴とする端末。 - 前記ホップ数毎の端末数は、前記シンクノードが作成する経路制御メッセージに入れて送信され、
前記送信期間制御部は、前記経路制御メッセージから、前記ホップ数毎の端末数を取得することを特徴とする請求項1に記載の端末。 - 前記送信期間制御部は、前記ホップ数毎の端末数に応じて重みづけされたホップ数毎の経路制御メッセージおよび情報収集メッセージの送信可能期間を計算することを特徴とする請求項1又は2に記載の端末。
- 前記情報送信部は、前記情報収集メッセージに自身のホップ数を入れて送信することを特徴とする請求項1に記載の端末。
- 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムのシンクノードであって、
前記無線マルチホップネットワークを構成する端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを受け取る情報収集部と、
前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、
計算した前記ホップ数毎の情報収集メッセージおよび経路制御メッセージの送信可能期間を自身の経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有することを特徴とするシンクノード。 - 前記送信期間制御部は、前記ホップ数毎の端末数に応じて重みづけされたホップ数毎の経路制御メッセージおよび情報収集メッセージの送信可能期間を計算し、
前記ルーティング制御部は、計算した前記ホップ数毎の経路制御メッセージおよび情報収集メッセージの送信可能期間を前記経路制御メッセージに入れて前記端末に通知することを特徴とする請求項5に記載のシンクノード。 - 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムであって、
前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードおよび端末を有し、
前記シンクノードは、
前記端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを保持する情報収集部と、
前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数を、前記シンクノードへの経路を構築するための経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有し、
前記端末は、
前記シンクノードからのホップ数およびホップ数毎の端末数に基づいて、ホップ数毎の経路制御メッセージおよび情報収集メッセージの送信可能期間を計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、
自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信するルーティング制御部と、
自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信する情報送信部とを有することを特徴とする情報収集システム。 - 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムであって、
前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードおよび端末を有し、
前記シンクノードは、
前記端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを保持する情報収集部と、
前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算する送信期間制御部と、
前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数を、前記シンクノードへの経路を構築するための経路制御メッセージに入れて送信するルーティング制御部とを有し、
前記端末は、
自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信するルーティング制御部と、
自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信する情報送信部とを有することを特徴とする情報収集システム。 - 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムの端末の通信方法であって、
前記無線マルチホップネットワークを構成するシンクノードからのホップ数およびホップ数毎の端末数に基づいて、前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、
計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、
計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算し、
自身のホップ数に応じた前記経路制御メッセージの送信可能期間内に前記経路制御メッセージを作成して送信し、
自身のホップ数に応じた前記情報収集メッセージの送信可能期間内に前記情報収集メッセージを作成して送信することを特徴とする端末の通信方法。 - 無線マルチホップネットワークにおいて定期的に情報収集を行うシステムのシンクノードの通信方法であって、
前記無線マルチホップネットワークを構成する端末から前記シンクノードへ向けて送信される、収集情報を伝達するための情報収集メッセージを受け取り、
前記情報収集メッセージから、前記シンクノードからのホップ数毎の端末数を取得し、取得したホップ数毎の端末数に基づいて、前記端末から前記シンクノードへの経路を構築するためのホップ数毎の経路制御メッセージの送信可能期間と、前記シンクノードへ向けて収集情報を伝達するためのホップ数毎の情報収集メッセージの送信可能期間とを計算し、
計算した両送信可能期間に基づいて前記経路制御メッセージが前記情報収集メッセージと衝突する期間を計算し、
計算した前記衝突する期間を避けて前記経路制御メッセージを送信するように前記経路制御メッセージの送信可能期間を再計算し、
計算した前記ホップ数毎の情報収集メッセージおよび経路制御メッセージの送信可能期間を自身の経路制御メッセージに入れて送信することを特徴とするシンクノードの通信方法。
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