JP6053542B2

JP6053542B2 - ノード装置、無線ネットワークおよびチャネル切り替え方法

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Publication number: JP6053542B2
Application number: JP2013017116A
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Inventors: 良一藤江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
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Priority date: 2013-01-31
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Publication date: 2016-12-27
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Description

本発明は、無線ネットワークを形成するノード装置に関し、特に、マルチホップネットワークを形成するとともに他の無線ネットワークからの干渉回避を実現するノード装置、無線ネットワークおよびチャネル切り替え方法に関する。

従来、ある無線ネットワークが隣接する他の無線ネットワークからの干渉を回避する場合、例えば、親ノード：子ノード＝１：Ｎのスター型無線ネットワークにおいて、運用中の子ノードは、干渉を検出すると、親ノードとの間で所定の手続きを実施してチャネルを変更する（例えば、特許文献１）。

また、親局等の集中制御ノード（制御局）を持たないメッシュ型無線ネットワークにおいては、干渉検出などの理由によりチャネルを変更したいノードが、全ノードにチャネル変更を報知することにより、チャネルを変更する（例えば、特許文献２）。

特開２００４−３５７０５６号公報特開２００５−２０１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、マルチホップ型無線ネットワークを想定していない。すなわち、集中制御ノードを持つマルチホップ型無線ネットワークにおける運用中の隣接する無線ネットワークからの干渉回避は不可能である。ここでメッシュ型無線ネットワークはマルチホップ型無線ネットワークの一形態である。

また、特許文献２に記載の技術では、隣接する無線ネットワークからの干渉回避をするために移行先チャネルを決定する際、１つのノードの判断で決定しているため、同一無線ネットワークを構成する他のノードでもその移行先チャネルが干渉等無く使用可能かどうかが分からない。よって、移行先チャネルが無線ネットワーク全体として最適なチャネルである保証はない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、集中制御ノードを持つマルチホップ型無線ネットワークにおいて、運用中に無線ネットワークで使用しているチャネルを変更して干渉を回避することが可能なノード装置、無線ネットワークおよびチャネル切り替え方法を得ることを目的とする。

また、無線ネットワーク全体として最適な移行先チャネルを選択可能なノード装置、無線ネットワークおよびチャネル切り替え方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線ネットワークを形成するノード装置であって、前記無線ネットワークである自ネットワーク内の他のノード装置から、他の無線ネットワークとの干渉発生検出の通知を受けた場合に、自ネットワーク内の全てのノード装置に対し、使用可能なチャネルの中から選択した切り替え先候補チャネルそれぞれにおける干渉状況を問い合わせ、問い合わせに対する応答で通知された干渉状況調査結果に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定手段と、前記決定手段が決定した切り替え先のチャネルを自ネットワーク内の全てのノード装置に対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、無線ネットワーク内で干渉が検出されるなどして新たな使用チャネルへの移行が必要な場合、新たな使用チャネルの候補について、各ノード装置が干渉の有無を調査し、調査結果に基づいて移行先を決定するので、他の無線ネットワークからの干渉回避が可能となるとともに、無線ネットワーク全体として最適なチャネルに移行できる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかるノード装置が形成する無線ネットワークの一例を示す図である。図２は、集中制御ノードの構成例を示す図である。図３は、通常ノードの構成例を示す図である。図４は、干渉状況テーブルの一例を示す図である。図５は、通常ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図６は、通常ノードの干渉検出部の動作例を示すフローチャートである。図７は、集中制御ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図８は、通常ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図９は、集中制御ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図１０は、干渉状況テーブルの一例を示す図である。図１１は、干渉状況テーブルの一例を示す図である。図１２は、無線ネットワーク内で干渉発生を検出して使用チャネルを変更する動作の一例を示すシーケンス図である。図１３は、実施の形態２にかかる通常ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図１４は、実施の形態２にかかる集中制御ノードのチャネル制御部の動作例を示すフローチャートである。図１５は、実施の形態２の無線ネットワーク内で干渉発生を検出して使用チャネルを変更する動作の一例を示すシーケンス図である。図１６は、実施の形態３の無線ネットワークの一例を示す図である。図１７は、オーバラップ検出通知メッセージの情報要素の一例を示す図である。図１８は、オーバラップ状況調査要求メッセージの情報要素の一例を示す図である。図１９は、オーバラップ状況調査通知メッセージの情報要素の一例を示す図である。図２０は、チャネル変更通知メッセージの情報要素の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかるノード装置、無線ネットワークおよびチャネル切り替え方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるノード装置が形成する無線ネットワークの一例を示す図である。この無線ネットワークはマルチホップ型無線ネットワークであり、集中制御ノード１および通常ノード２により形成されている。集中制御ノード１はネットワーク内に１つ存在し、その他の通常ノード２を制御する役割を持つ。通常ノード２はネットワーク内に複数存在する。図１においては各ノード装置（集中制御ノード１、通常ノード２）の接続関係を破線で示しており、各ノード装置は、破線で接続されている他のノード装置（以下、接続ノードと称する）と直接通信する。破線で接続されていない他のノード装置と通信する場合には、接続ノードを含む１台以上の他のノード装置を介して通信する。

図２は集中制御ノード１の構成例を示す図、図３は通常ノード２の構成例を示す図である。

図２に示した集中制御ノード１は、図１では記載を省略している有線ネットワークと接続するためのインタフェース部１１と、有線ネットワークから受信したデータから無線フレームを生成する、あるいは、無線ネットワークを形成している他のノード装置（接続ノード）から受信した無線フレームを分解して有線ネットワーク側に送出するデータを生成する、フレーム生成分解部１２と、変調および復調機能を含む無線送受信部１３と、無線干渉を検出する干渉検出部１４と、干渉検出部１４で無線干渉が検出されると干渉を回避するために移行先のチャネルを選択する処理などを実行するチャネル制御部１５と、各チャネルについて各ノードの干渉状況を記憶する干渉状況テーブル１６と、を備えている。

図３に示した通常ノード２は、図１では記載を省略している有線ネットワークと接続するためのインタフェース部２１と、有線ネットワークから受信したデータから無線フレームを生成する、あるいは、無線ネットワークを形成している他のノード装置（接続ノード）から受信した無線フレームを分解して有線ネットワーク側に送出するデータを生成する、フレーム生成分解部２２と、変調および復調機能を含む無線送受信部２３と、無線干渉を検出する干渉検出部２４と、干渉検出部２４で無線干渉が検出されると干渉を回避するために移行先のチャネルを選択する処理などを実行するチャネル制御部２５と、を備えている。このように、通常ノード２を構成しているインタフェース部２１、フレーム生成分解部２２、無線送受信部２３、干渉検出部２４およびチャネル制御部２５の基本動作は、集中制御ノード１を構成しているインタフェース部１１、フレーム生成分解部１２、無線送受信部１３、干渉検出部１４およびチャネル制御部１５と同様である。

集中制御ノード１および通常ノード２の詳細な動作については別途説明するが、集中制御ノード１は、通常ノード２が有している機能に加え、自ノードまたは通常ノード２が他の無線ネットワークとの干渉を検出するなどの理由によりチャネルを切り替える必要がある場合に移行先（新たな使用チャネル）を決定する機能を有する。干渉状況テーブル１６には移行先のチャネルを決定する際に参照される情報が評価値として記憶されている。

ここで、集中制御ノード１が備えている干渉状況テーブル１６の構造の一例を図４に示す。図示したように、干渉状況テーブル１６は、無線ネットワークで使用可能な各チャネル（ＣＨ）と各ノード装置の表であり、例えば、受信電力値が評価値として記憶される。なお、図４においては、複数存在する通常ノード２をノードＡ〜Ｃとしている。また、無線ネットワークで使用可能なチャネルをＣＨ１〜４としている。一定レベル以上の受信電力値には下線を付している。

次に、各ノード装置を構成している各部の主要動作について、図５〜図９を用いて説明する。

図５は、通常ノード２のチャネル制御部２５の動作例を示すフローチャートである。この図５に示した動作は周期的に起動する。通常ノード２のチャネル制御部２５は、動作を開始すると、まず、干渉検出部２４で記憶されている情報である「干渉信号の受信電力」を受領し（ステップＳ１１）、あらかじめ設定してある「オーバラップ判定閾値」と比較する（ステップＳ１２）。ここで、「オーバラップ判定閾値」は、自無線ネットワーク（通常ノード２が形成している無線ネットワーク）のエリアと、自無線ネットワークと同じチャネルを使用している他の無線ネットワークのエリアがオーバラップしているか否かを判別するための閾値であり、オーバラップしている場合には他の無線ネットワークとの間で干渉が発生していることになる。干渉発生を検出した場合、干渉発生状態を解消するための動作が必要となる。なお、「干渉信号の受信電力」は、自無線ネットワークで使用中のチャネルにおいて他の無線ネットワークから受信した信号の電力である。図５では受信電力を受信レベルと表現している。

比較の結果、干渉信号の受信電力がオーバラップ判定閾値よりも大きい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、オーバラップしていると判断し、集中制御ノード１に対し「オーバラップ検出通知」メッセージを送信して動作を終了する（ステップＳ１３）。干渉信号の受信電力がオーバラップ判定閾値以下の場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、その時点で動作を終了する。

図６は、通常ノード２の干渉検出部２４の動作例を示すフローチャートである。この図６に示した動作は、無線送受信部２３が何らかの信号を受信した場合に起動する。通常ノード２の干渉検出部２４は、無線送受信部２３が信号を受信すると、受信信号が自無線方式（自無線ネットワークで使用している無線方式）と同一の無線方式であるか否かを、例えばＣＲＣ（巡回冗長検査符号）等にて判定する（ステップＳ２１）。

同一方式の場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、さらに受信データを分析し、自無線ネットワーク（同一ネットワーク）に属するノード装置から送信されたデータか否かを「ネットワークＩＤ」等の各無線ネットワーク固有の識別子をもって判定する（ステップＳ２２）。同一ネットワークからの受信信号であれば（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、干渉ではないので通常の受信処理を行う（ステップＳ２３）。

これに対して、受信信号の無線方式が自無線方式と同一ではない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、または、同一無線方式だが同一ネットワークからの受信信号ではない場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、干渉信号なので、その受信レベルを無線送受信部２３から取得して記憶する（ステップＳ２４）。

なお、記憶した受信レベルを時間で平均化することにより瞬間的な事象を排除し、判定精度を向上させてもよい。また、記憶した複数の受信レベルを受信回数で平均化することにより瞬間的な事象を排除し、判定精度を向上させてもよい。

また、図６に示した動作において同一ネットワークに属するノード装置からのデータ受信か否かを「ネットワークＩＤ」等のネットワーク固有の識別子を利用して判定する具体例としては、ZigBeeIPの場合、ビーコンを受信しその中の情報要素を確認して、Protocol情報要素が"ZigbeeIP"かつ"NetworkID"が自ネットワークを示す識別子であれば、同一ネットワークに属するノード装置からのデータ受信と判断する。

図７は、集中制御ノード１のチャネル制御部１５の動作例を示すフローチャートである。この図７に示した動作は、通常ノード２のチャネル制御部２５から送信された「オーバラップ検出通知」メッセージ（図５のＳ１３参照）を受信した場合に起動する。

集中制御ノード１のチャネル制御部１５は、「オーバラップ検出通知」メッセージを受信した場合、自無線ネットワーク内の各ノード装置に対し、自無線ネットワークに割り当てられている複数チャネル（自無線ネットワークで使用可能なチャネル）の全てまたは一部について、チャネルごとの干渉状況調査を要求する「オーバラップ状況調査要求」メッセージを送信する（ステップＳ３１）。そして、「オーバラップ状況調査要求」メッセージに対する応答である「オーバラップ状況調査通知」メッセージを待ち続ける時間を計時するための「オーバラップ状況調査通知」メッセージ待ちタイマを起動する（ステップＳ３２）。

また、集中制御ノード１自身において、ステップＳ３２で干渉状況調査を指示した各チャネル（自無線ネットワークに割り当てられている複数チャネルの全てまたは一部）についてオーバラップ状況調査を実施し、その結果を記憶する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３におけるオーバラップ状況調査は、チャネル制御部１５が、調査対象の各チャネルを順次無線送受信部１３に設定し、各チャネルにて干渉検出部１４が図６に示した通常ノード２の干渉検出部２４と同様の動作を実行する。すなわち、干渉検出部１４は、各チャネルにおいて干渉信号があるかどうかを確認するとともに、あるならばその受信レベルを記憶する。そして、干渉信号の有無の確認と受信レベルの記憶が終了すると、その結果（オーバラップ状況調査結果）をチャネル制御部１５が受領する。

上記において、通常ノード２のチャネル制御部２５が図５に示した動作を周期的に実行することを説明したが、この動作に加え、チャネル制御部２５は、集中制御ノード１のチャネル制御部１５から送信された「オーバラップ状況調査要求」メッセージ（図７のＳ３１参照）を受信した場合には図８に示したフローチャートに従った動作を実行する。

通常ノード２のチャネル制御部２５は、「オーバラップ状況調査要求」メッセージを受信した場合、受信したメッセージで指定された各チャネル（自無線ネットワークで使用可能な全チャネルまたはその一部）についてオーバラップ状況調査を実施し（ステップＳ４１）、その結果を集中制御ノード１に「オーバラップ状況調査通知」メッセージとして送信する（ステップＳ４２）。

指定された各チャネルについてのオーバラップ状況調査は、チャネル制御部２５が、指定された各チャネルを順次無線送受信部２３に設定し、各チャネルにて干渉検出部２４が図６に示した動作（既に説明済み）を実行する。すなわち、干渉検出部２４は、各チャネルにおいて干渉信号があるかどうかを確認するとともに、あるならばその受信レベルを記憶する。そして、指定された全てのチャネルについて干渉信号の有無の確認と受信レベルの記憶が終了すると、その結果（オーバラップ状況調査結果）をチャネル制御部２５が受領する。なお、既に説明したように、チャネル制御部２５は、受領したオーバラップ状況調査結果を「オーバラップ状況調査通知」メッセージとして集中制御ノード１へ送信する。

上記において、集中制御ノード１のチャネル制御部１５が、通常ノード２のチャネル制御部２５から送信された「オーバラップ検出通知」メッセージを受信すると図７に示した動作を実行することを説明したが、この動作に加え、チャネル制御部１５は、図９に示したフローチャートに従った動作を実行する。この図９に示した動作は、「オーバラップ状況調査通知メッセージ」待ち状態（すなわち、図７に示したステップＳ３２で「オーバラップ状況調査通知」メッセージ待ちタイマを起動してからこれが満了するまでの間）において周期的に起動する。

「オーバラップ状況調査通知メッセージ」待ち状態において、集中制御ノード１のチャネル制御部１５は、動作を開始すると、まず、「オーバラップ状況調査通知メッセージ」を受信したか否かを確認する（ステップＳ５１）。「オーバラップ状況調査通知メッセージ」を受信した場合（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、「オーバラップ状況調査通知」メッセージに含まれる、各チャネルの干渉有無と干渉信号の受信電力とを干渉状況テーブル１６（図４参照）に書き込んで動作を終了する（ステップＳ５２）。

一方、「オーバラップ状況調査通知メッセージ」を受信していない場合（ステップＳ５１：Ｎｏ）、さらに「オーバラップ状況調査通知」メッセージ待ちタイマが満了したか否かを確認し（ステップＳ５３）、満了した場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓ）、その時点で、干渉状況テーブル１６を参照して最良の移行先チャネルを選択する（ステップＳ５４）。さらに、選択した移行先チャネルへの移行を指示する「チャネル変更通知」メッセージを自無線ネットワーク内の各ノード装置に対して送信して動作を終了する（ステップＳ５５）。またこのとき、自身のチャネルも移行先チャネルに変更する。具体的には、無線送受信部１３に対して使用チャネルを移行先チャネルに変更するよう指示する。これに対して、「オーバラップ状況調査通知」メッセージ待ちタイマが満了していない場合（ステップＳ５３：Ｎｏ）、「オーバラップ状況調査通知メッセージ」を受信したか否かを確認する次のタイミング（ステップＳ５１の実行タイミング）まで待つ（ステップＳ５６）。すなわち、予め決められている一定時間が経過するのを待ち、経過後にステップＳ５１を再度実行する。

ここで、上記のステップＳ５４において移行先チャネルを選択する方法を説明する。

一例として、干渉状況テーブル１６が図４に示した内容の場合において、干渉信号の受信電力測定値の最大値が最も小さいチャネルを選択する方法を説明する。図４に示したように、干渉状況テーブル１６には、各ノード、および各チャネルにおける干渉信号の受信電力測定値が記憶されている。ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４それぞれにおいて、受信電力測定値の最大値は、−３３，−８４，−４０，−４９ｄＢｍであり、最大値が最も小さいチャネル順は、ＣＨ２，４，３，１となる（図１０参照）。なお、図１０では、チャネルごとの最大値に下線を付している。よって、ＣＨ２が無線ネットワーク全体で干渉が最も小さいチャネル（総合評価が最も高いチャネル）となるので、チャネル制御部１５は、ＣＨ２を移行先チャネルとして選択する。

なお、移行先チャネルを選択する他の方法として、干渉信号の受信電力測定値の平均値（各ノードにおける受信電力測定値の平均値）が最も小さいチャネルを移行先チャネルとして選択するようにしてもよい。

また、他の方法として、干渉を受けているノード数が最も少ないチャネルを移行先チャネルとして選択してもよい。このとき、図６のＳ２４では受信レベルを記憶するのではなく、単に干渉を受けているか否か（受信信号レベルが干渉検出のための閾値を超えているか否か）を記憶することにしてもよい。この場合、集中制御ノード１では、図１１に示したような干渉状況テーブル１６が構築される。図１１に示した内容の干渉状況テーブル１６の場合ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４それぞれにおいて、干渉有のノード数は２，０，２，１であり、ＣＨ２が無線ネットワーク全体で干渉が最も小さいチャネルと判定され、移行先チャネルとして選択される。

なお、判断基準として各ノード装置の位置によって重み付けを変えてもよい。例えば、ネットワークの中心に存在するノードはトラヒックが集中し重要性が高いので、それらについて重み付けを増してもよい。本実施の形態で想定している無線ネットワークにおいては、集中制御ノード１に近い通常ノード２ほど（集中制御ノード１からのホップ数が少ない通常ノード２ほど）重要性が高いノード装置として扱う。

次に、図１２を用いて、無線ネットワーク内の各ノード装置が干渉を回避する際の動作を説明する。なお、図１２は、干渉発生を検出して使用チャネルを変更する動作の一例を示すシーケンス図である。図１２では、干渉発生を検出した通常ノード２を通常ノードＡとし、干渉発生を検出していない通常ノード２を通常ノードＢとしている。一般的には通常ノードＢが複数存在するが、動作は同じのため、１台だけ記載している。

各通常ノード２は、周期的に、干渉発生の有無を確認するための動作として、他の無線ネットワークとのオーバラップ検出（図６参照）を行っている。図１２に示したように、例えば通常ノードＡがオーバラップを検出すると（ステップＳ１０１）、オーバラップ検知通知メッセージを集中制御ノード１へ送信する（ステップＳ１０２）。

集中制御ノード１は、オーバラップ検知通知メッセージを受信すると、自無線ネットワーク内の各ノード装置（ここでは通常ノードＡおよび通常ノードＢ）に対して、使用可能なチャネルの全てまたは一部についてオーバラップ状況の調査を指示するためのオーバラップ状況調査要求メッセージを送信する（ステップＳ１０３）。

各通常ノード２は、オーバラップ状況調査要求メッセージを受信すると、このメッセージで指定された各チャネルについて、オーバラップ状況調査を行う。集中制御ノード１も同様に、各通常ノード２に指定したものと同じチャネルについて、オーバラップ状況調査を行う（ステップＳ１０４）。ここで、オーバラップ状況調査は、上述した図８のステップＳ４１の処理（通常ノード２の場合）、または、図７のステップＳ３３の処理（集中制御ノード１の場合）である。各通常ノード２は、調査が終了すると、調査結果をオーバラップ状況調査通知メッセージにて集中制御ノード１に通知する（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５の処理は図８のステップＳ４２の処理である。

集中制御ノード１は、各通常ノード２からオーバラップ状況調査通知メッセージを受信すると、通知されたオーバラップ状況の調査結果に基づいて、無線ネットワーク全体で最も干渉の少ないチャネルを移行チャネルに決定する（ステップＳ１０６）。そして、移行チャネルへの切り替えを指示するチャネル変更通知メッセージを各通常ノード２（自無線ネットワーク内の全ての通常ノード２）へ送信する（ステップＳ１０７）。これらのステップＳ１０６およびＳ１０７の処理は、上述した図９のステップＳ５４およびＳ５５の処理に相当する。なお、図示を省略しているが、チャネル変更通知メッセージを受信した各通常ノード２は、通知された移行チャネルへの切り替え（使用するチャネルの切り替え）を実施する。集中制御ノード１は、チャネル変更通知メッセージを送信した後、移行チャネルへの切り替えを実施する。

以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０７の手順により、干渉の無いチャネルへの移行が完了し、他の無線ネットワークからの干渉回避が完了する。

集中制御ノード１が干渉発生を検出する場合もあるが、その場合、図１２のステップＳ１０１およびＳ１０２は実行せずにステップＳ１０３〜Ｓ１０７のみを実行する。

なお、ステップＳ１０３で送信するオーバラップ状況調査要求メッセージに「調査時間」を指定してもよい。これが指定された場合、各ノード装置は指定された時間にオーバラップ状況を調査するとともに、この時間ではネットワーク内の全てのノード装置（集中制御ノード１，通常ノードＡおよびＢ）は送信を禁止する。すなわち、全てのノード装置は、同じ時間に送信を停止するとともに、調査対象の各チャネルにおける受信信号電力を測定してオーバラップ状況を調査する。これにより、測定中に自無線ネットワーク内の他のノード装置が送信することに起因した受信信号電力測定誤りがなくなる。

上記のオーバラップ状況調査要求メッセージで使用可能なチャネルの一部を調査対象チャネルとして指定する場合、例えば、過去にチャネル切り替えを実施したことがあれば、そのときの切り替え元チャネル（過去に使用した実績のあるチャネル）は指定チャネルから除外する。過去に使用していたが他のチャネルに切り替えられたものは、干渉が発生している可能性が高いと考えられるからである。また、過去の一定時間内に使用された実績のあるチャネルを、干渉が発生している可能性（または干渉が発生する可能性）が高いチャネルとして、指定チャネルから除外してもよい。移行先として選択される可能性の低いチャネルを除外して一部のチャネルを指定することにより、オーバラップ状況の調査結果が得られるまでの所要時間が短縮化され、干渉状態が解消されるまでの所要時間も短縮できる。仮に、使用可能なチャネルの一部を調査対象チャネルに指定して動作を行ったが、指定したチャネルの全てにおいて干渉（オーバラップ）が発生している場合には、１回目の調査対象から除外したチャネルを調査対象に指定したオーバラップ状況調査要求メッセージを再送するようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、無線ネットワーク内で干渉が検出されるなどして新たな使用チャネルへの移行が必要な場合、新たな使用チャネルの候補について、各ノード装置（集中制御ノード１および通常ノード２）が干渉の有無（他の無線ネットワークのエリアとのオーバラップの有無）を調査し、調査結果に基づいて集中制御ノード１が移行先を決定することとした。これにより、集中制御ノード１を持つマルチホップ型ネットワークにおける運用中の他の無線ネットワークからの干渉回避が可能となるとともに、無線ネットワーク全体として最適なチャネルに移行できる。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、通常ノード２からの「オーバラップ検出通知」メッセージ受信または自らオーバラップ（干渉）を検出したことをトリガに、集中制御ノード１が全ての通常ノード２にオーバラップ状況調査を指示して、ネットワーク全体の干渉状況を把握するようにしたものであるが、本実施の形態では、周期的に通常ノード２からオーバラップ状況を集中制御ノード１へ報告してもらうこととする。

無線ネットワーク、集中制御ノード１および通常ノード２の構成は実施の形態１と同様とする（図１〜図３参照）。本実施の形態では、実施の形態１と共通の部分については説明を省略する。

図１３は、実施の形態２にかかる通常ノード２のチャネル制御部２５の動作例を示すフローチャートである。この図１３に示した動作は周期的に起動する。すなわち、本実施の形態のチャネル制御部２５は実施の形態１で説明した図５および図８の動作に代えて図１３の動作を周期的に実行する。

通常ノード２のチャネル制御部２５は、動作を開始すると、まず、自無線ネットワークに割り当てられている全てのチャネル（使用中のチャネルを含む）を対象として、オーバラップ状況調査を実施する（ステップＳ６１）。オーバラップ状況調査は、実施の形態１で説明した図８のステップＳ４１におけるオーバラップ状況調査と同様である。全てのチャネルについて調査が終了すると、調査結果を「オーバラップ状況調査通知」メッセージとして集中制御ノードへ送信する（ステップＳ６２）。

図１４は、実施の形態２にかかる集中制御ノード１のチャネル制御部１５の動作例を示すフローチャートである。この図１４に示した動作は、通常ノード２のチャネル制御部２５から送信された「オーバラップ状況調査通知」メッセージ（図１３のＳ６２参照）を受信した場合に起動する。すなわち、本実施の形態のチャネル制御部１５は実施の形態１で説明した図７および図９の動作に代えて図１４の動作を実行する。

集中制御ノード１のチャネル制御部１５は、「オーバラップ状況調査通知」メッセージを受信した場合、このメッセージにより通知された、各チャネルの干渉受信電力を干渉状況テーブル１６に記憶する（ステップＳ７１）。なお、図１４では、干渉受信電力を受信レベルと表現している。

次に、ステップＳ７１で通知された各チャネルの干渉受信電力のうち、使用中のチャネルにおける干渉受信電力を「オーバラップ判定閾値」と比較する（ステップＳ７２）。実施の形態１でも説明したように、「オーバラップ判定閾値」は、自無線ネットワークのエリアと、自無線ネットワークと同じチャネルを使用している他の無線ネットワークのエリアがオーバラップしているか否かを判別するための閾値であり、オーバラップしている場合には無線ネットワーク間で干渉が発生していることになる。

比較の結果、干渉受信電力がオーバラップ判定閾値よりも大きい場合（ステップＳ７２：Ｙｅｓ）、オーバラップしていると判断し、最良の移行先チャネルを選択するとともに、選択した移行先チャネルをチャネル変更通知メッセージにて全ての通常ノードに通知する（ステップＳ７３，Ｓ７４）。このとき、自ノード（集中制御ノード）の無線送受信部１３に対しても移行先チャネルを通知し、自ノードが使用するチャネルも移行先チャネルに変更させる。これらのステップＳ７３およびＳ７４の処理は、実施の形態１で説明した図９のステップＳ５４およびＳ５５の処理と同様である。

一方、干渉受信電力がオーバラップ判定閾値以下の場合（ステップＳ７２：Ｎｏ）、その時点で動作を終了する。

次に、図１５を用いて、本実施の形態にかかる無線ネットワーク内の各ノード装置が干渉を回避する際の動作を説明する。なお、図１５は、干渉発生を検出して使用チャネルを変更する動作の一例を示すシーケンス図である。図１５では、干渉発生を検出した通常ノード２を通常ノードＢとし、干渉発生を検出していない通常ノード２を通常ノードＡとしている。通常ノードは３台以上存在する場合もあるが、その場合の動作も同様である。

各通常ノードは、周期的に、図１３を用いて説明した動作を実行し、使用可能な全てのチャネル（自無線ネットワークに割り当てられている全てのチャネル）を対象として、オーバラップ状況調査（受信信号のレベル測定）を実施するとともに、調査結果を「オーバラップ状況調査通知」メッセージにて集中制御ノードへ送信する（ステップＳ２０１Ａ→Ｓ２０２Ａ，ステップＳ２０１Ｂ→Ｓ２０２Ｂ）。なお、ステップＳ２０１ＡおよびＳ２０１Ｂは図１３のステップＳ６１の処理に相当し、ステップＳ２０２ＡおよびＳ２０２Ｂは図１３のステップＳ６２の処理に相当する。

集中制御ノードは、オーバラップ状況調査通知メッセージを受信するごとに、図１４を用いて説明した動作を実行してチャネル移行の要否判断を行い（ステップＳ２０３Ａ−１，Ｓ２０３Ｂ−１，Ｓ２０３Ａ−２，Ｓ２０３Ｂ−２）、チャネル移行が必要と判断した場合（ステップＳ２０３Ｂ−２のケースに相当）、移行チャネルを決定するとともに決定した移行チャネルをチャネル変更通知メッセージで全ての通常ノードへ通知する（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。このとき、集中制御ノード自身も使用チャネルを変更する（決定した移行チャネルに切り替える）。なお、ステップＳ２０３Ａ−１，Ｓ２０３Ｂ−１，Ｓ２０３Ａ−２，Ｓ２０３Ｂ−２の処理は図１４のステップＳ７１およびＳ７２に相当し、ステップＳ２０４の処理は図１４のステップＳ７３に相当し、ステップＳ２０５の処理は図１４のステップＳ７４に相当する。

なお、図１３のステップＳ６１の処理は集中制御ノード１においても周期的に実行され、集中制御ノード１のチャネル制御部１５は、オーバラップ状況調査が完了するごとに、チャネル移行の要否判断（図１４のステップＳ７２に相当）を行い、移行が必要な場合はさらに、移行チャネルを決定し（図１４のステップＳ７３に相当）、決定した移行チャネルへの切り替え指示を各通常ノード２に対して行う（図１４のステップＳ７４に相当）とともに、自身の使用チャネルを移行チャネルへ切り替える。

このように、本実施の形態において、各通常ノードは、周期的にオーバラップ状況調査を行うとともに調査結果を集中制御ノードへ通知し、集中制御ノードは、オーバラップ状況調査結果が通知されるか、自らオーバラップ状況調査を実施した場合に、チャネル移行の要否（干渉の有無）を判断し、干渉検出により移行が必要と判断した場合には、移行先のチャネルを決定するとともに、各通常ノードへ決定結果を通知することとした。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、各通常ノードが周期的にオーバラップ状況を報告するようにしたことで、実施の形態１で使用していたオーバラップ状況調査要求やこれに対する応答として送信されるオーバラップ状況報告メッセージが集中することがなくなるので、無線ネットワークの負荷が分散される。

実施の形態３．
以上の実施の形態１および２では、無線ネットワーク内に集中制御ノードが１台のみ存在する構成について説明したが、本実施の形態では集中制御ノードが複数台存在する構成について説明する。

図１６は、実施の形態３の無線ネットワークの一例を示す図である。無線ネットワーク内に複数の集中制御ノードが存在する場合、図１６に示したように、複数のノードを「クラスタ」としてグループ化し、クラスタを代表する１台の集中制御ノード１₂を設置する。本来の集中制御ノード１₁からは１台の通常ノード２として認識されるようにする。

このようにすることで、集中制御ノード１₁に負荷が集中することを防ぐことができ、装置コスト上昇を抑えることができる。また集中制御ノード１₁に制御トラヒックが集中することで、通信トラヒックに悪影響を与えることを抑えることができる。特に、ネットワーク規模が大きくなった場合に有効である。

実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１，２で使用するメッセージについて説明する。

オーバラップ検出通知メッセージは、少なくとも、図１７に示した「干渉受信電力」を情報要素として含む。オーバラップ状況調査要求メッセージは、少なくとも、図１８に示した「調査対象チャネルのリスト」を情報要素として含む。この「調査対象チャネルのリスト」は、集中制御ノードが通常ノードに対してオーバラップ状況調査の対象チャネルを通知するための情報である。実施の形態１で説明したように、オーバラップ状況調査の実施時間を指定するための「調査時間」をさらに含むようにしてもよい。オーバラップ状況調査通知メッセージは、少なくとも、図１９に示した「調査チャネルとそのチャネルでの干渉受信電力のペアのリスト」を情報要素として含む。「調査チャネルとそのチャネルでの干渉受信電力のペアのリスト」は、オーバラップ状況調査を実施したチャネルと調査結果である干渉受信電力の情報である。チャネル変更通知メッセージは、少なくとも、図２０に示した「移行先チャネル」を情報要素として含む。

なお、これらのメッセージについてはメッシュネットワーク管理情報転送用のプロトコルであるＭＬＥ（Mesh Link Establishment）を利用および拡張して使用してもよい。ＭＬＥには以下の３種類のメッセージが規定されている。
Ａ）Link Configuration
Ｂ）Advertisement
Ｃ）Update
また、ＭＬＥにて通知可能な情報要素の一覧は以下の通りである。
1. Source Address
2. Mode
3. Timeout
4. Challenge
5. Response
6. Link-layer Frame Counter
7. MLE Frame Counter
8. Link Quality
9. Network Parameter
10. Network Parameter Request

実施の形態１および２で説明した「チャネル変更通知」メッセージについてはすでに規定されているメッセージおよび情報要素を利用してもよい。つまり「Ｃ）Updateメッセージ」にチャネル情報を含む「9. Network Parameter」を設定し使用することで、チャネルの変更を各ノードに通知することが可能である。

以上のように、本発明にかかるノード装置は、集中制御ノードを持つマルチホップ型ネットワークを形成するノード装置に適している。

１，１₁，１₂ 集中制御ノード、２通常ノード、１１，２１インタフェース部、１２，２２フレーム生成分解部、１３，２３無線送受信部、１４，２４干渉検出部、１５，２５チャネル制御部、１６干渉状況テーブル。

Claims

無線ネットワークを形成するノード装置であって、
前記無線ネットワークである自ネットワーク内の他のノード装置から、他の無線ネットワークとの干渉発生検出の通知を受けた場合に、自ネットワーク内の全てのノード装置に対し、使用可能なチャネルの使用実績に基づいて当該使用可能なチャネルの中から選択した切り替え先候補チャネルそれぞれにおける干渉状況を問い合わせ、問い合わせに対する応答で通知された干渉状況調査結果に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した切り替え先のチャネルを自ネットワーク内の全てのノード装置に対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示手段と、
を備えることを特徴とするノード装置。
無線ネットワークを形成するノード装置であって、
自ネットワーク内の他のノード装置がそれぞれ測定した、使用可能な各チャネルにおける干渉信号の受信電力の通知を受けるごとに、当該通知された干渉信号の受信電力である干渉受信電力に基づいて使用チャネルの切り替えが必要か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により使用チャネルの切り替えが必要と判定された場合に、自ネットワーク内の他のノード装置からそれまでに通知されていた干渉受信電力に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した切り替え先のチャネルを自ネットワーク内の全てのノード装置に対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示手段と、
を備えることを特徴とするノード装置。
自身および他のノードが使用するチャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークにおいて前記通常ノードとして動作するノード装置であって、
使用チャネルにおける干渉発生の有無を調査し、干渉発生を検出した場合には使用チャネルの切り替えが必要と判断して干渉発生検出を前記集中制御ノードに通知する干渉発生調査手段と、
前記集中制御ノードからの指示に従い、当該指示で指定された各チャネルにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を使用チャネルの切り替え先決定処理で使用する情報として前記集中制御ノードに通知する受信電力測定手段と、
を備え、
前記指示で指定された各チャネルは、使用可能なチャネルの使用実績に基づいて前記使用可能なチャネルの中から選択されたチャネルである、
ことを特徴とするノード装置。
自身および他のノードが使用チャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークにおいて前記通常ノードとして動作するノード装置であって、
前記無線ネットワークで使用可能な全てのチャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を、使用チャネルの切り替え必要性判定処理および使用チャネルの切り替えが必要な場合の切り替え先決定処理で使用する情報として、前記測定結果の通知を受けるごとに前記切り替え必要性判定処理を実行する前記集中制御ノードに通知する受信電力測定手段、
を備えることを特徴とするノード装置。
自身および他のノードが使用するチャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークであって、
前記通常ノードは、
使用チャネルにおける干渉発生の有無を調査し、干渉発生を検出した場合には使用チャネルの切り替えが必要と判断して干渉発生検出を前記集中制御ノードに通知する干渉発生調査手段と、
前記集中制御ノードからの指示に従い、当該指示で指定された各チャネルにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を使用チャネルの切り替え先決定処理で使用する情報として前記集中制御ノードに通知する受信電力測定手段と、
を備え、
前記集中制御ノードは、
前記通常ノードから干渉発生検出の通知を受けた場合、自無線ネットワーク内の全ての通常ノードに対し、使用可能なチャネルの使用実績に基づいて当該使用可能なチャネルの中から選択した切り替え先候補チャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力の測定を指示し、これに対する応答で通知されてきた測定結果に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した切り替え先のチャネルを自無線ネットワーク内の全ての通常ノードに対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示手段と、
を備えることを特徴とする無線ネットワーク。
自身および他のノードが使用するチャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークであって、
前記通常ノードは、
自無線ネットワークで使用可能な全てのチャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を、使用チャネルの切り替え必要性判定処理および使用チャネルの切り替えが必要な場合の切り替え先決定処理で使用する情報として前記集中制御ノードに通知する受信電力測定手段、
を備え、
前記集中制御ノードは、
自無線ネットワーク内の各通常ノードから、使用可能な各チャネルにおける信号受信電力測定結果の通知を受けるごとに、当該通知された測定結果である干渉受信電力に基づいて使用チャネルの切り替えが必要か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により使用チャネルの切り替えが必要と判定された場合に、自無線ネットワーク内の通常ノードからそれまでに通知されていた干渉受信電力に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した切り替え先のチャネルを自無線ネットワーク内の全てのノード装置に対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示手段と、
を備えることを特徴とする無線ネットワーク。
自身および他のノードが使用するチャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークにおけるチャネル切り替え方法であって、
前記通常ノードが、使用チャネルにおける干渉発生の有無を調査し、干渉発生を検出した場合には使用チャネルの切り替えが必要と判断して干渉発生検出を前記集中制御ノードに通知する干渉発生調査ステップと、
前記干渉発生検出の通知を受けた集中制御ノードが、自無線ネットワーク内の全ての通常ノードに対し、使用可能なチャネルの使用実績に基づいて当該使用可能なチャネルの中から選択した切り替え先候補チャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力の測定を指示する電力測定指示ステップと、
前記測定の指示を受けた各通常ノードが、前記指示で指定された切り替え先候補チャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を前記集中制御ノードに通知する受信電力測定ステップと、
前記集中制御ノードが、各通常ノードから通知された前記測定結果に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定ステップと、
前記集中制御ノードが、前記決定した切り替え先のチャネルを自無線ネットワーク内の全ての通常ノードに対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示ステップと、
を含むことを特徴とするチャネル切り替え方法。
自身および他のノードが使用するチャネルを決定する集中制御ノードと、当該集中制御ノードが決定したチャネルを使用する通常ノードと、によって形成された無線ネットワークにおけるチャネル切り替え方法であって、
自無線ネットワーク内の各通常ノードが、使用可能な全てのチャネルそれぞれにおける他の無線ネットワークからの信号受信電力を測定し、測定結果を前記集中制御ノードに通知する受信電力測定ステップと、
前記集中制御ノードが、自無線ネットワーク内の各通常ノードから前記測定結果の通知を受けるごとに、当該通知された測定結果である干渉受信電力に基づいて使用チャネルの切り替えが必要か否かを判定する判定ステップと、
前記集中制御ノードが、前記判定ステップで使用チャネルの切り替えが必要と判定した場合に、自無線ネットワーク内の通常ノードからそれまでに通知されていた干渉受信電力に基づいて切り替え先のチャネルを決定する決定ステップと、
前記集中制御ノードが、前記決定した切り替え先のチャネルを自無線ネットワーク内の全てのノード装置に対して通知して使用チャネルを切り替えさせる切り替え指示ステップと、
を含むことを特徴とするチャネル切り替え方法。