JP5923715B2

JP5923715B2 - 計測情報収集システム、無線ノード、無線ノードの通信方法及びプログラム

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Publication number: JP5923715B2
Application number: JP2012044028A
Authority: JP
Inventors: 孝至猿渡; 川上　哲也; 哲也川上; 尾井　秀朗; 秀朗尾井; 藤本　研司; 研司藤本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013183201A

Description

本発明は、複数のネットワークトポロジ（ツリー、スター型等）を有する無線通信システム係り、特にマルチホップネットワークを利用したスマートメータ等の計測装置の計測情報収集システム、無線ノード、無線ノードの通信方法及びプログラムに関する。

近年、次世代送電網（スマートグリッド）の普及が進展する中で、小型低消費電力の無線端末によるネットワークが注目されている。その一つに、日本でも注目され、欧米を中心として活用されているスマートメータがある。総務省は、２０１５年／２０２０年に向けた周波数確保の基本方針に基づき、スマートメータ等の導入を推進しており、その環境を整備するために周波数９００ＭＨｚ帯の再編を早急に進めている。これに基づき、スマートメータ等のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個別識別）を利用する電子タグシステムでは、周波数９１５ＭＨｚから９２８ＭＨｚを利用できることになる。

しかしながら、スマートメータ等の小型低消費電力によるネットワークが一般家庭に普及すると、業種の異なるスマートメータ同士や作業者の携帯機器端末との間で電波干渉が生じてしまう可能性がある。このような他の無線システムからの干渉がある周波数帯域では、同一の周波数チャネルで継続して通信を行っていては干渉の影響を避けられず、使用する周波数チャネルを変更することが必要となる。特許文献１にはネットワーク上の干渉を解消するために周波数チャネルを変更することが開示されている。

特許文献１では、無線ネットワークシステムにおいて、複数の周波数チャネルを選択的に設定して電子機器端末と無線通信制御局（アクセスポイント）とが無線通信接続する。その場合に、無線アンテナで受信した信号に基づいて、複数の周波数チャネル毎の電波レベルを所定の周期で測定する。この測定されたデータを所定の閾値と比較して周波数チャネル毎に使用或いは未使用を判定して周波数チャネル毎に使用頻度の統計データとして記憶する。電子機器端末と無線通信制御局との無線通信実行中に、必要に応じてその統計データに基づいて周波数チャネルを変更する。

以上の方法により、無線ＬＡＮによる通常の通信に影響を与えることなく実質的なトラフィック量に応じてチャネル変更を行い、電波干渉を解消して良好なスループットが得られることが開示されている。

特開２００５−３３３５１０号公報

しかしながら、特許文献１ではスマートメータ等の無線ノードの下位無線ノード側で電波干渉が発生した場合、通信ができなる可能性がある。上位無線ノード側の無線ノードでは、使用する周波数チャネルには電波干渉がなく、上位無線ノード側がその周波数チャネルを利用し送信する。しかしながら、下位無線ノード側ではその周波数チャネルに電波干渉があり受信できない場合に、通信ができない。上位無線ノード側が検出できない下位無線ノード側は、他の上位無線ノードを探索しにいくため、ネットワークトポロジが再構築される。特に、上位のノード側にて発生した場合、ネットワークアドレスの更新等の処理が発生し、ネットワークトポロジの再構築に時間がかかりスループットが減少するという問題を生じていた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電波干渉に応じて自立的に利用する周波数チャネルを設定して、無線ノード間の通信品質を向上させ良好なスループットが得られる計測情報収集システム及び無線ノードを提供することにある。

本発明の無線ノードは、複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードであって、前記無線ノードは、上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、少なくとも前記上位無線ノードは、前記各無線ノード間で少なくとも前記計測情報と通信状況データを送受信する通信部と、前記計測情報と前記通信状況データを記憶する記憶部と、前記通信状況データから送信優先度データを生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記送信優先度データに基づき下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定し、前記通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信する。

前記上位無線ノードは、前記下位無線ノードから送信されたビーコンの受信状況である前記通信状況データを基に、前記送信優先度データを更新することが好ましい。

前記上位無線ノードは、前記送信優先度データに基づき、前記下位無線ノード毎に周波数チャネルの優先度付けを行うことが好ましい。

また、前記上位無線ノードの前記制御部は、ブロードキャストとユニキャストとをタイムスロットで制御し、前記ブロードキャストの初期において前記ユニキャストで使用する使用周波数チャネルを決定することが好ましい。

本発明の無線ノードは、複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードであって、前記無線ノードは、上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、少なくとも前記下位無線ノードは、前記各無線ノード間で少なくとも前記計測情報と通信状況データを送受信する通信部と、前記計測情報と前記通信状況データを記憶する記憶部と、前記上位無線ノードから受信したビーコンの受信状況に基づき前記通信状況データを生成する制御部と、を備える。

また、前記下位無線ノードは、生成された前記受信状況を前記上位無線ノードに通信することが好ましい。

本発明の計測情報収集システムは、複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムであって、前記無線ノードは、上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、少なくとも前記上位無線ノードは、前記各無線ノード間で少なくとも前記計測情報と通信状況データを送受信する通信部と、前記計測情報と前記通信状況データを記憶する記憶部と、前記通信状況データから送信優先度データを生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記送信優先度データに基づき下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定し、前記通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信し、前記下位無線ノードは、前記各無線ノード間で少なくとも前記計測情報と通信状況データを送受信する通信部と、前記計測情報と前記通信状況データを記憶する記憶部と、前記上位無線ノードから受信したビーコンの受信状況に基づき前記通信状況データを生成する制御部と、を備える。

本発明の無線ノードの通信方法は、複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードの通信方法であって、無線ノードは上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、前記上位無線ノードは、記憶部に記憶された送信優先度データを制御部で取得し、取得された前記送信優先度データに基づき下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定し、通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信し、前記下位無線ノードは、ビーコンの受信状況に基づき前記通信状況データを制御部で生成する。

本発明の無線ノードのプログラムは、複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードのプログラムであって、記憶部に記憶された送信優先度データを制御部で取得する手順と、取得された送信優先度データに基づき通信に使用する使用周波数チャネルを決定する手順と、通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信する手順と、をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、上位無線ノード側が下位無線ノード側の干渉状況を把握することができ、下位無線ノード毎の干渉状況に合わせて、複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信することができる。従って、品質の悪い周波数チャネルを選択しなくなり、ネットワークのスループットが向上する。また、上位無線ノード側が周波数チャネルを切り替えてＢＣビーコンを送信するため、下位無線ノード側で特定周波数チャネルに干渉のある状況であっても、下位無線ノードは上位無線ノードの存在を把握できる。この結果、下位無線ノードが他の上位無線ノードを探索することがなくなり、時間のかかるネットワークトポロジの再構築を削減できるため、ネットワークのスループットが向上する。

本発明に係る計測情報収集システムの一実施形態を示す概念図本発明に係る無線ノードの一実施形態を示すブロック図本発明に係る無線ノードに電波障害が発生した場合のチャネル変更について説明するための概念図本発明に係る無線ノードのブロードキャストとユニキャスト中のタイムスロットにおける通信状態を示す模式図本発明に使用されるデータリストの一実施形態を示し、（ａ）はＢＣビーコン送受信チャネルリスト、（ｂ）はＢＣ受信状況リスト、（ｃ）は送信チャネル優先度リスト本発明に使用されるデータリストの一実施形態を示し、（ａ）は送信データリスト、（ｂ）は送信チャネルＮＧリスト、（ｃ）はＢＣ受信状況個別リスト上位無線ノードの通信処理を示すフローチャート図ブロードキャスト期間において、ユニキャスト期間中の利用チャネルの決定処理を示すフローチャート図ブロードキャスト期間の上位無線ノードと下位無線ノードとの通信処理を示すフローチャート図下位無線ノードの通信処理を示すフローチャート図

以下、本発明に係る計測情報収集システム及びそれに用いる無線ノードの好適な実施形態を、図１〜図１０に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る計測情報収集システムの一実施形態を示す概念図である。

計測情報収集システム１は、複数の無線ノード２と、一定領域の無線ノード２からのデータを収集するサーバー装置３と、インターネット回線４等を介してサーバー装置３と通信でつながる中央処理装置５から構成されている。図１に記載される計測情報収集システム１は、ネットワークトポロジがツリー型であり、多くのツリー型が組み合わさった多段ネットワークトポロジである。尚、トポロジは、メッシュ型、スター型等であっても良く、ツリー型に限定されるものではない。

計測情報収集システム１は、スマートメータやＩＴＳ（高速道路交通システム）、医療機器等を利用するセンサーネットワークシステムを主に指している。また、計測情報収集システム１は、９２０ＭＨｚ帯（周波数９１５ＭＨｚから９３０ＭＨｚ）を利用する電子タグシステム（総務省）でもある。無線ノード２は、一例として、マルチホップネットワークを利用したスマートメータに取り付けられるチップの如きものであるが、その具体的な態様は任意である。計測装置としてのスマートメータは、双方向通信機能を備えたメータであり、例えば、家庭内の電力やガス等のメータ類と一体化し、電力会社やガス会社とのデータのやり取りや、家電製品の制御をしたりするデバイスである。スマートメータは家庭内に限らず、工場等内の電力や在庫管理等にも利用され、また、放射能測定装置や太陽光発電の発電測定装置等にも利用されている。

サーバー装置３は、特定地域やローカルエリア等の支局に設置され、複数の無線ノード２からくるデータを受信したり、各無線ノード２に制御指令を送信したりする。また、サーバー装置３は、各無線ノード２を下位無線ノードとすると、上位無線ノードになる。各無線ノード２は、双方向通信が可能であり、一方が上位無線ノードであれば他方が下位無線ノードであり、端末や中継局としての機能を備え、双方が自由にノード関係を変更することが可能である。従って、サーバー装置３は、ネットワークトポロジの最上位無線ノードと言える。本発明の実施形態の説明においては、上位無線ノード側に位置する無線ノード２を上位無線ノード２Ａ、下位無線ノード側に位置する無線ノード２を下位無線ノード２Ｂとする。中央処理装置５は、電力会社やガス会社等の本部に設置されたホストコンピュータであり、インターネット回線４等のインフラソリューションを介してサーバー装置３と連携している。

図２は、無線ノード２の一実施形態を示すブロック図である。

無線ノード２は、主として制御部１０と記憶部１１と通信部１２と通信回路部１３とから成る。制御部１０は、ＣＰＵ等を備えるマイコンであり、無線ノード２を制御し、プログラムの実行やデータの分析、解析を行い、無線ノード２の全体を統括している。記憶部１１は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性メモリから成り、計測情報や各無線ノード２の通信状況データ等の各種データを記憶する。通信部１２は、計測情報や通信状況データ等を各無線ノード２やサーバー装置３とで双方向通信を行ったり、家電製品等の遠隔操作用通信を行ったりする。通信回路部１３は、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等で構成され、電気やガス等の使用状態を把握するセンサ１４の計測情報を直接電気的にまたは通信で取得する。センサ１４は、既存のガスや電力メータまたは計測を行う計測部でも良く、スマートメータ等の計測装置の一部を構成するものであるが、計測情報を取得するという機能の観点から、計測装置そのものと把握することもできる。

ネットワーク上で電波障害が発生した場合のチャネル変更について、図３の概念図を用いて説明する。

図３は、無線ノード２が設置されている近隣で携帯機器端末等の干渉源があるため、下位無線ノード２Ｂ１に電波干渉が発生した状況を表している。本発明においては、上位無線ノード２Ａは、ブロードキャストビーコンの周波数チャネル（以下、チャネルと言う）を定期的に切り替えて下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３に向けて送信している。ブロードキャストビーコンは、定期的に下位無線ノードに対しビーコンを送信し、上位ノードとのタイムスロット同期、上位ノードの生存確認、全ての下位ノードへの同時通知等を行なうビーコンである。また、このブロードキャストビーコンは、新規ノードのうち、ＮＷ接続済みノードの検出にも利用することができる。尚、ブロードキャストビーコン（Broadcast Beacon）を以後ＢＣビーコンと言う。ＢＣビーコンは、上位無線ノード２Ａの存在通知及び下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３の同期に利用している。一方、上位無線ノード２ＡからのＢＣビーコンを受信した下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３では、ＢＣビーコンの受信状況を生成する。そして、下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３は、上位無線ノード２Ａとの通信時の応答時に、この受信状況を上位無線ノード２Ａに確認応答と共に通知する。

特定の下位無線ノード２Ｂ１と通信を行った場合に、確認応答がない下位無線ノード２Ｂ１に対しては、チャネルを切り変えて通信を行う。図３（ａ）では、下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３に対して、例えば、Ａ、Ｂ、Ｃの３チャネル（ｃｈ）を送信している。下位無線ノード２Ｂ１では、Ｃチャネルでは確認応答がないが、Ａチャネル、Ｂチャネルでは確認応答がある。また、下位無線ノード２Ｂ２、２Ｂ３共、３チャネルでの確認応答がある。次に、上位無線ノード２Ａは、下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３の受信状況を元に、下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３毎に通信する周波数チャネルの優先度付けを行う。優先度付けについての詳細は、後述する。

上位無線ノード２Ａは、周波数チャネルの優先度付けを行い、優先度の高い周波数チャネルで下位無線ノード２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３と通信する。図３（ｂ）の一実施形態では、上位無線ノード２Ａは、下位無線ノード２Ｂ１とはＢチャネルで、下位無線ノード２Ｂ２、２Ｂ３とは、Ｃチャネルで通信を行っていることが示されている。

本実施形態によれば、上位無線ノード２Ａ側が下位無線ノード２Ｂ側の干渉状況を把握することができ、下位無線ノード２Ｂ毎の干渉状況に合わせて周波数チャネルを切り替えて通信を行うことができる。従って、品質の悪い周波数チャネルを選択しなくなり、ネットワークのスループットが向上する。また、上位無線ノード２Ａ側が周波数を切り替えてＢＣビーコンを送信するため、下位無線ノード２Ｂ側で特定周波数チャネルに干渉のある状況であっても、下位無線ノード２Ｂは上位無線ノード２Ａの存在を把握できる。この結果、下位無線ノード２Ｂが他の上位無線ノード２Ａを探索することがなくなり、時間のかかるネットワークトポロジの再構築を削減できるため、ネットワークのスループットが向上する。

図３を用いた上述の説明は概念的であったが、図４のブロードキャストとユニキャスト中のタイムスロットにおける通信状態を示す模式図を用いて詳述する。

図４では、上位無線ノード２Ａから下位無線ノード２Ｂ間の通信を縦軸で示し（矢印参照）、時間を横軸で表している。横軸において、図面左側がブロードキャスト期間、図面右側がユニキャスト期間を示している。換言すれば、ブロードキャストで探索し、ユニキャストで応答する実施形態である。この実施形態では、１タイムスロットＴＳを２５ｍｓ（ミリ秒）としている（１ＴＳ＝２５ｍｓ）。また、図中、０〜ＢＣ−ＭＡＸ（３）は、ブロードキャスト期間（ＢＣ期間とも言う）中でタイムスロット０から３を意味する。４〜ＵＣ−ＭＡＸ（３５）は、ユニキャスト期間（ＵＣ期間とも言う）中でタイムスロット４から３５までを意味する。

ブロードキャストの初期の０タイムスロットでは、上位無線ノード２Ａが、各チャネルのキャリアセンスを実施し、ＵＣ期間で使用するチャネルが利用可能かどうか確認する。ＵＣ期間で利用するチャネルを各下位無線ノード２Ｂと通信するチャネルの優先度に合わせて決定する。１〜３タイムスロットでは、上位無線ノード２Ａが、ＢＣ期間にチャネルを切り替え（Ａチャネル→Ｂチャネル→Ｃチャネル：例えば優先度の低いチャネル順）、ＵＣ期間中に利用するチャネル情報を送信する。図４の実施形態では、ＢチャネルがＵＣ期間で利用されるチャネル（ＵＣ期間利用チャネル：使用周波数チャネル）である旨の情報（使用周波数チャネルの特定情報）が、Ａチャネル、Ｂチャネル、Ｃチャネルの各々で、下位無線ノード２Ｂに送信される。下位無線ノード２Ｂは、ＢＣ期間の各チャネルの受信状況を保持しておく。この受信状況とは、ＯＫ（受信あり）とＮＧ（受信なし）であり、ＮＧ状態は、例えば、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：誤り検出符号の一種）エラーやパケットの欠落により生じている。本発明の実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ、の３チャネルで説明したが、複数または全チャネルで行っても良い。

ＵＣ期間では、下位無線ノード２Ｂが、確認応答にＢＣ期間の受信状況を付与する。確認応答はＡＣＫ（Acknowledge）とも呼ぶ。上位無線ノード２ＡはＢＣ受信状況を元に、各ノードと通信するチャネルの優先度を付ける。下位無線ノード２Ｂから確認応答がこない場合は、次以降の別チャネルでのユニキャスト送信時のタイミングでリトライする。図４の実施形態では、元々、ＢチャネルがＵＣ期間利用チャネルである旨の情報が、上位無線ノード２Ａから送信され、ＢＣ期間中の受信状況では、Ａチャネル及びＢチャネルがＯＫでありＣチャネルがＮＧであったため、ＵＣ期間では、タイムスロット５において、Ｂチャネルで通信を行っていることを示している。

ＢＣ期間、ＵＣ期間について説明したが、ＢＣ期間前にサーチ期間を設けても良い。このサーチ期間では、例えば、タイムスロットＴＳを１００ｍｓと設定して、新規接続や代替え時に下位無線ノード２Ｂがアクティブスキャンにより送信するビーコンを探索する。

図５及び図６を用いて、本発明に使用されるデータリスト（テーブル）の一実施形態について説明する。各種リストは、記憶部１１に記憶され、送信優先度データとして取り扱われる。各種リストの使用及びデータの登録、更新については、図７から図１０のフローチャート図で詳述する。

図５（ａ）は、ＢＣビーコン送受信チャネルリストで、計測情報収集システム１の全無線ノード２が元々保持しているチャネルの一例であり、列は後述するタイムスロット番号を表している。図５（ｂ）は、ＢＣ受信状況リストで、各行にＢＣビーコン送受信チャネルリストに登録されたチャネルを、各列に下位無線ノード２Ｂのノード番号を列挙し、ＵＣ期間中の各下位無線ノード２Ｂからの受信状況を記録してある。「○」は受信応答有り、「×」は受信応答なしを示している。図５（ｃ）は、送信チャネル優先度リストで、ＢＣ受信状況リストと同様な行と列の配列であり、優先度（１、２、３）で表している。送信チャネル優先度リストの生成アルゴリズムは、各下位無線ノード２Ｂのチャネル優先度を、ＢＣ受信状況リストの「○」「×」の順に付与する。複数個所「○」「×」がある場合は、それぞれＢＣビーコン送受信チャネルリストのリスト順（１、２、３）の優先度とする。

図６（ａ）は、送信データリストを示し、各行毎に送信先である各下位無線ノード２Ｂの番号（ノード番号）と送信データが記録され、送信優先度を与えている。図６（ｂ）は、送信チャネルＮＧリストで、各行毎にチャネルとそのチャネルに対する下位無線ノード２Ｂからの確認応答をＮＧフラグとして表している。確認応答のないチャネルを「ＮＧ」として記録する。図６（ｃ）は、ＢＣ受信状況個別リストで、各行毎にチャネルとそのチャネルに対する下位無線ノード２Ｂで生成されるＢＣビーコンの受信状況を示したデータである。受信できたチャネルを「○」、受信できなかったチャネルを「×」として記録する。

図７から図１０のフローチャート図を用いて本発明の一通信処理手順を説明する。

図７は、上位無線ノード２Ａの通信処理を示す。制御部１０は、制御部１０に備えられているタイマによりタイムスロットＴＳを制御して、タイムスロット開始のタイミングで本処理を開始する指令をだす（ステップ３０）。ＴＳ＝０の時は、ＵＣ期間利用チャネルの決定処理を行う（ステップ４０）。ＴＳ＝１〜３の時は、制御部１０でＢＣビーコンの送信処理を行う（ステップ５０）。ＴＳ＝４〜３５の時は、制御部１０で下位無線ノード２Ｂとの通信処理を行う（ステップ６０）。本発明の一実施形態では、ＴＳ＝０〜３は、ブロードキャスト期間の処理であり、ＴＳ＝４〜３５は、ユニキャスト期間の処理である。

図８は、ＵＣ期間利用チャネルの決定処理を示す。送信データリストと送信チャネル優先度リストを参照して、今回のＵＣ期間に利用するチャネルを決める処理である。制御部１０は、送信データリストから最優先のデータ（例えば一番古いデータ）を選択する。送信チャネル優先度リストから、データの送信先（下位無線ノード２Ｂ）に対するチャネルの優先度を取得し、送信チャネルＮＧリストでＮＧとなっていないチャネルを選択する（ステップ４１）。換言すれば、送信データは、１フレーム内では同チャネルにて送信データのリストの順（古いデータ順）に送り、利用するチャネルは、宛先ノードの優先度の高いチャネルから選択するということである。送信チャネルＮＧリストで全てのチャネルがＮＧの場合、制御部１０は、送信チャネル優先度リストからデータの送信先に対するチャネルの優先度の一番高いチャネルを選択する。

優先度順に通信部１２を介してキャリアセンス（以下、ＣＳと言う）を行う（ステップ４２）。制御部１０は、受信感度レベルが閾値以下のチャネルがあれば（ステップ４２がＯＫ）、そのチャネルをＵＣ期間に利用する送信チャネルとして決定する（ステップ４３）。ＵＣ期間に利用する送信チャネルが決定した時点で以降のＣＳは行わない。受信感度レベルが閾値以上のチャネルがあれば（ステップ４２がＮＧ）、ＣＳがＮＧとなっていない次の優先度のチャネルを選択する（ステップ４４）。最後の送信チャネルもＣＳ失敗した場合は、送信チャネルは最優先度のチャネルとする。

ステップ５０のＢＣビーコンの送信処理に関しては、特にフローチャート図は記載していないが、次の手順で行っている。ＢＣビーコン送受信チャネルリストを参照して現在のタイムスロットＴＳ番号から利用チャネルを決定する。送信データ中に、ＵＣ期間利用チャネルの決定処理にて決定したＵＣ期間の「利用チャネル」を付与する。送信前にＣＳし、受信感度レベルが閾値以下ならば送信する。以下、「送信」と記載した場合は、同様の処理を行う。

ＢＣ期間中の初期において、ＵＣ期間中に上位無線ノード２Ａと下位無線ノード２Ｂとの通信に使用されるチャネルが決定するため、干渉回避がスムーズに行え、良好なスループットが得られる。

図９は、ＵＣ期間中に行う上位無線ノード２Ａと下位無線ノード２Ｂとの通信処理を示す。上位無線ノード２Ａの制御部１０は、送信データリストに送信データがあるか否かを判定する（ステップ６１）。送信データがある場合（ステップ６１がＹＥＳ）は、ステップ６２に進み、送信データがない場合（ステップ６１がＮＯ）は、処理を終了する。送信の選択方法はバリエーションであり、下位無線ノード２Ｂとの通信が必要のない場合は送信しなくてもよい。送信データリストから送信先を制御部１０で決定し、最優先データを通信部１２からＵＳビーコン（ＵＣ期間中のビーコン）を送信する（ステップ６２）。即ち、データ送信リストの優先度に応じて現在ＮＧでないチャネルで送信してみることである。

制御部１０は、上位無線ノード２ＡからのＵＣビーコンに対する下位無線ノード２Ｂからの確認応答を受信したか否か判定する（ステップ６３）。下位無線ノード２Ｂからの確認応答を受信する（ステップ６３がＹＥＳ）と、ＢＣ受信状況リストの更新を行う（ステップ６４）。確認応答データ中のＢＣ受信状況個別を下位無線ノード２Ｂから取得し、ＢＣ受信状況リストの該当する下位無線ノード２Ｂの受信状況の値を更新する。次に、制御部１０は、送信チャネル優先度リストの更新を行う（ステップ６５）。ＢＣ受信状況個別リストと、ＢＣビーコン送受信チャネルリストから、送信チャネル優先度リストの生成アルゴリズムにて送信チャネル優先度リストを更新する。そして、送信チャネルＮＧリストのＮＧフラグをクリアにする（ステップ６６）。

一方、送信先からの応答を受信できない場合（ステップ６３がＮＯ）、制御部１０は、送信チャネルＮＧリストのＮＧフラグをＮＧに設定する（ステップ６７）。送信チャネルＮＧリストのＮＧフラグが全てＮＧであるか否か判定する（ステップ６８）。ＮＧフラグが全てＮＧであった場合（ステップ６８がＹＥＳ）は、送信データリストの最優先データを最後の優先度に入れ替え（ステップ６９）、ステップ６６に進む。ＮＧフラグが全てＮＧでない場合（ステップ６８がＮＯ）は、処理を終了する。即ち、送信データリストそのものは変えずに、ＮＧでないものでトライすることである。

上位無線ノード２ＡからのＵＣ期間におけるビーコンとそのビーコンに対する確認応答を下位無線ノード２Ｂから受けることにより、無線通信環境を確認することができ、下位無線ノードに電波干渉が生じているか否かを判断することが容易となる。また、確認応答で得られる情報を基に、送信優先度データである各種のリストが更新され、通信環境に適応したネットワークが可能となる。

図１０は、下位無線ノード２Ｂで行う処理を示す。制御部１０は、制御部１０に備えられているタイマによりタイムスロットＴＳを制御して、タイムスロットＴＳ開始のタイミングで本処理を開始する（ステップ７０）。ＴＳ＝１〜３の時は、ＢＣビーコンの受信処理を行う（ステップ７１）。ＢＣビーコン送受信チャネルリストを参照して、現在のタイムスロットＴＳ番号から利用チャネルを決定し、受信する。受信データ中のＵＣ期間の「利用チャネル」を保持し、各チャネルの受信状況からＢＣ受信状況個別リストを生成する。

ＴＳ＝４〜３５の時は、通信部１２を介して、上位無線ノード２Ａとの通信処理を行う（ステップ７２）。ＢＣビーコン受信時に取得したＵＣ期間の「利用チャネル」のチャネルにて通信部１２で受信する。自身宛てのデータを受信した場合、制御部１０で応答データを生成し、上位無線ノード２Ａに返答する。応答データ中には、ＢＣビーコン受信で生成したＢＣ受信状況（ＢＣ受信状況個別リスト）を付与する。

上述した、計測情報収集システム１や無線ノード２の全体の制御や各無線ノード２の制御は、ハードウェアやソフトウェアにより実行可能である。また、ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、制御部１０内のメモリや記憶部１１にインストールして実行させることが可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る計測情報収集システム、無線ノード、無線ノードの通信方法及びプログラムは、特に下位無線ノードでの電波干渉を回避する用途に適用可能である。また、多くの家庭や工場等で利用されるスマートメータ等の電子タグシステムの電波干渉を回避する用途にも適用可能である。

１：計測情報収集システム
２：無線ノード
２Ａ：上位無線ノード
２Ｂ：下位無線ノード
３：サーバー装置
４：インターネット回線
５：中央処理装置
１０：制御部
１１：記憶部
１２：通信部
１３：通信回路部
１４：センサ

Claims

複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードであって、
前記無線ノードは、上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、
少なくとも前記上位無線ノードは、
前記各無線ノード間で少なくとも前記計測情報と通信状況データを送受信する通信部と、
前記計測情報と前記通信状況データを記憶する記憶部と、
前記通信状況データから送信優先度データを生成する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記送信優先度データに基づき下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定し、前記通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信するとともに、ブロードキャストとユニキャストとをタイムスロットで制御し、前記ブロードキャストの初期において前記ユニキャストで使用する使用周波数チャネルを決定する、無線ノード。
請求項１に記載の無線ノードであって、
前記上位無線ノードは、前記下位無線ノードから送信されたビーコンの受信状況である前記通信状況データを基に、前記送信優先度データを更新する無線ノード。
請求項１または２に記載の無線ノードであって、
前記上位無線ノードは、前記送信優先度データに基づき、前記下位無線ノード毎に周波数チャネルの優先度付けを行う無線ノード。
複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードの通信方法であって、
無線ノードは上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、
前記上位無線ノードは、
記憶部に記憶された送信優先度データを制御部で取得するとともに、ブロードキャストとユニキャストとをタイムスロットで制御し、
取得した前記送信優先度データに基づき前記ブロードキャストの初期において前記ユニキャストで使用する下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定し、
通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信し、
前記下位無線ノードは、
前記上位無線ノードから受信したビーコンの受信状況に基づき通信状況データを生成し、
通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を前記上位無線ノードに通信する、無線ノードの通信方法。
複数の無線ノードを有して、計測装置からの計測情報を収集するネットワークトポロジからなる計測情報収集システムにおける各無線ノードと通信可能な無線ノードのプログラムであって、
無線ノードは上位無線ノードと下位無線ノードとを有し、前記上位無線ノードのプログラムは、
記憶部に記憶された送信優先度データを制御部で取得するとともに、ブロードキャストとユニキャストとをタイムスロットで制御する手順と、
取得した前記送信優先度データに基づき前記ブロードキャストの初期において前記ユニキャストで使用する下位無線ノードとの通信に使用する使用周波数チャネルを決定する手順と、
通信部から複数の周波数チャネルの各々によって、前記使用周波数チャネルの特定情報を送信する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。