JP6222701B2 - 無線伝送システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、無線伝送システムに関する。

プラント等のフィールド制御システムにおいて、産業機器の制御通信のケーブルレス化（無線化）は、ロボットや無人台車等の移動する機器の制御だけではなく、ユニットの交換作業や、組み立て作業、また、頻繁なラインの再構成に対しても柔軟に対応でき、また、接触部分がないことによる故障率の低下と消耗品の削減などメンテナンスコストを低減することなどの利点があり、生産現場において強く待望されている。また、生産現場以外での高度交通システム、防犯、あるいは次世代ロボット・ネットワークロボットの分野においても、制御通信の無線化は不可欠である。

無線化を実現する方法として、一般的な無線ＬＡＮの利用が考えられる。しかし、一般的な無線ＬＡＮは、パケットが正しく受信されるために必要な時間（応答時間）が通常時の何倍にもなる現象が頻発し、パケットの送信エラーが発生した場合の再送処理に時間を要することが高い確率で発生する。

フィールド制御システムの無線通信においては、一定の時間（周期）内に制御命令や制御データが一定の時間内に確実に伝送されることが要求される。このため、一般的な無線ＬＡＮはそのままでは、無線通信の信頼性の点でフィールド制御システムに利用することは困難である。

すなわち、産業機器の重要な制御に無線通信が使用されないのは、情報の伝送が完了するまでの時間が確約できないからである。実際、比較的電波環境の安定したオフィス内で、見通し距離において無線ＬＡＮで通信を行う場合ですら、パケットが正しく受信されるために必要な時間（応答時間）が通常時の何倍にもなる現象が頻発したり、誤りが発生した場合の再送処理に時間を要したりすることが高い確率で発生する。

このように、制御命令や情報が一定の時間内に確実に伝送されることが必要な制御あるいはセンシングにおいて、無線通信の信頼性を大きく低下させる原因である。このような背景から、フィールド制御システムの無線通信においては、一定の時間（周期）内に確実に伝送される事が必要である。

また、フィールド制御システムにおいては、フィールド制御システム全体の信頼性を向上させるため、設置場所が遠隔に分散する機器全ての情報を各ノードで共有する方式を多く採用している。これにより、フィールド制御システム全体でどこからでも同じ情報を参照でき、遠隔の情報を使って一定の時間内にローカルの制御に反映できるものとなっている。

特開２００１−１２７７９７号公報 特許第３５９７５１１号公報

無線通信の安定性を確保しつつ、一定時間内に確実な伝送を実現する無線ループ（リング）を構築するには、伝送距離や電波状態を考慮する必要があり、エンジニアリングに依るところが大きく、設置から運用に至るまでに多くの労力及び時間を要するものであった。

これを解決するために、従来では、ホップ数の少ない経路探索や電波干渉の少ない経路探索をするマルチホップ型の無線通信ネットワークを構成する通信経路制御方法が提案されている。
しかしながら、これらの方法は、全無線ノードが情報を共有する無線システムの経路探索に適用することができなかった。

そこで、本発明の目的は、無線通信の安定性を確保しつつ、通信遅延を一定時間内となるように抑制する通信経路を構築することが可能な無線伝送システムを提供することにある。

本実施形態の無線伝送システムは、複数の無線ノードと、複数の前記無線ノードのうちいずれかの無線ノードである第１の無線ノードと有線接続され、前記無線ノードの管理を行う管理システムと、を備えた無線伝送システムである。
ここで、管理システムは、前記第１の無線ノード及び前記第１の無線ノードを介して直接通信可能な他の無線ノードのうち、いずれか一の無線ノードをテストデータの送信権を有する最初のマスタノードとして設定するためのコマンドを送信する手段と、管理テーブルを参照し、無線通信可能に接続された他の無線ノードの数である接続数の情報に基づいて、接続数が２である無線ノードの通信経路を優先的に確定させて、一筆書き可能な通信経路を設定する手段と、を備えている。
また、管理システムあるいは他の無線ノードによりマスタノードとして設定された無線ノードは、テストデータを送信し、自己が直接通信可能なスレーブノードである無線ノードに関する情報を収集する手段と、収集された直接通信可能な無線ノードに関する情報に基づいて、情報収集済みの全無線ノードのリストおよび情報収集済みの全無線ノードの通信品質を含む管理テーブルを更新する手段と、スレーブノードとしての無線ノードをマスタノードに遷移させるコマンド、リスト及び更新後の管理テーブルを、直接あるいは間接に無線通信可能な他の無線ノードのうち未だマスタノードとして設定されていないいずれか一の無線ノードを選択し、当該選択した無線ノードに送信する手段と、リスト及び更新後の管理テーブルを第１の無線ノードを介して前記管理システムに送信する手段と、マスタノードとしての処理完了後に自己を前記スレーブノードに遷移させる手段と、を備える。

図１は、実施形態の無線伝送システムを含むネットワークシステムの概要構成図である。 図２は、無線ノードの概要構成図である。 図３は、管理システムの機能構成図である。 図４は、管理情報として、無線ノード毎の通信エリア内の他の無線ノードに関する管理情報テーブルの一例の説明図である。 図５は、管理情報として、無線ノード毎の通信品質に関する情報を格納した管理情報テーブルの一例の説明図である。 図６は、無線ノード配置の一例の説明図である。 図７は、経路探索時の情報収集シーケンスフローチャートである。 図８は、通信経路の設定の説明図（その１）である。 図９は、通信経路の設定の説明図（その２）である。 図１０は、他の通信経路の設定の説明図（その１）である。 図１１は、図１０の場合における管理情報テーブルの説明図である。 図１２は、他の通信経路の設定の説明図（その２）である。 図１３は、図１０の場合における通信経路設定完了状態の説明図である。 図１４は、図１０の場合における他の通信経路設定完了状態の説明図である。 図１５は、異常発生時の通信経路設定例を説明する図である。 図１６は、異常発生時の他の通信経路設定例を説明する図である。

次に図面を参照して、好適な実施形態について説明する。
図１は、実施形態の無線伝送システムを含むネットワークシステムの概要構成図である。

ネットワークシステム１０は、大別すると、図１に示すように、実施形態の無線伝送システム１１と、無線伝送システム１１と上位ネットワーク１２を介して接続されたＢＥＭＳ（Building Energy Management System）１３と、同じく上位ネットワーク１２を介して接続されたＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）１４と、を備えている。

無線伝送システム１１は、大別すると、通信管理装置として機能し、無線伝送システム１１全体を制御する管理システム２１と、管理システム２１に有線ネットワークＷＮを介して接続された無線ノード２２Ａと、無線ノード２２Ａに対して、リング状の無線ネットワーク（無線伝送路）ＡＮが構築された無線ノード２２Ｂ〜２２Ｆと、を備えている。

上記構成において、無線ノード２２Ａは、アンテナ部ＡＮＴを有し、バルブ２３を制御・監視対象としている。無線ノード２２Ｂは、アンテナ部ＡＮＴを有し、スイッチ２４及びランプ２５を制御・監視対象としている。無線ノード２２Ｃは、アンテナ部ＡＮＴを有し、モータ２６を制御・監視対象としている。無線ノード２２Ｄは、アンテナ部ＡＮＴを有し、スイッチ２７及びバルブ２８を制御・監視対象としている。無線ノード２２Ｅは、アンテナ部ＡＮＴを有し、ランプ２９を制御・監視対象としている。無線ノード２２Ｆは、アンテナ部ＡＮＴを有し、バルブ１９を制御・監視対象としている。

さらに本第１実施形態では、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆは、無線ノード２２Ａ→無線ノード２２Ｂ→無線ノード２２Ｃ→無線ノード２２Ｄ→無線ノード２２Ｅ→無線ノード２２Ｆ→無線ノード２２Ａ→……の順番で片方向にデータ通信を行っている。

ここで、各無線ノード２２Ａ〜２２Ｆの構成について説明する。
図２は、無線ノードの概要構成図である。
無線ノード２２Ａ〜２２Ｆは、同様の構成であるので、以下の説明においては、無線ノード２２Ｂを例として説明する。
無線ノード２２Ｂは、大別すると、制御・監視対象（図２の例の場合、ランプ及びスイッチ）の制御を行う制御装置部３０と、無線伝送を行う無線伝送部４０と、アンテナ部ＡＮＴと、を備える。

制御装置部３０は、大別すると、無線伝送部４０を構成するメモリバンク部４１のメモリ制御を行うメモリ制御部３１と、制御装置部３０全体の制御を行う制御処理部３２と、制御・監視対象との間のインタフェース動作を行うインタフェース処理部３３と、を備えている。

メモリ制御部３１は、後述するメモリバンク部４１を構成している複数のメモリバンク４１Ａ〜４１Ｆのうち、当該無線ノード２２Ｂの制御装置部３０にアサイン（割り当て）されているメモリバンク４１Ｂからデータ（情報）を読み出し、当該データ（情報）を制御処理部３２においてインタフェース処理部３３の制御に反映させる。また、インタフェース処理部３３を介して得られたデータ（情報）を制御処理部３２からメモリ制御部１８を経由して当該無線ノード２２Ｂの制御装置部３０にアサインされているメモリバンク４１Ｂに書き込むことができる。

また、制御装置部３０は、他の無線ノード（本実施形態では、無線ノード２２Ａ、無線ノード２２Ｃ〜無線ノード２２Ｆ）にアサインされている他のメモリバンク４１Ａ、４１Ｃ〜４１Ｆのデータ（情報）も参照することが可能である。従って、他の無線ノード（例えば、無線ノード２２Ｅ）にアサインされているメモリバンク（例えば、無線ノード２２Ｅの場合には、メモリバンク４１Ｅ）のデータ（情報）に基づいて制御処理部３２がインタフェース処理部３３を制御することも可能である。

インタフェース処理部３３は、ディジタル信号の入力［ＤＩ（Digital Input）］処理を行うディジタル入力部３４と、ディジタル信号の出力［ＤＯ（Digital Output）］処理を行うディジタル出力部３５と、モータ駆動制御［ＭＤ（Motor Driver）］処理を行うモータドライバ部３６と、ディジタル／アナログ変換［ＤＡＣ（Digital Analog Converter）］処理を行うＤ／Ａ変換部３７と、アナログ／ディジタル変換［ＡＤＣ（Analog Digital Converter）］処理を行うＡ／Ｄ変換部３８と、ＰＷＭ制御［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）］処理を行うＰＷＭ処理部３９と、を備えている。

無線伝送部４０は、コモンメモリ方式が想定され、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆ毎のデータ（情報）を更新可能に記憶するメモリバンク４１Ａ〜４１Ｆを備えたメモリバンク部４１と、アンテナ部ＡＮＴを構成している受信アンテナＡＮＴ−Ｒを介してデータ受信を行う無線受信部４２と、アンテナ部ＡＮＴを構成している送信アンテナＡＮＴ−Ｔを介してデータ送信を行う無線送信部４３と、無線受信部４２及び無線送信部４３の連携制御を行う、より具体的には、無線受信部４２と無線送信部４３との間で、通信チャンネルや送受信タイミング等の制御を行う通信制御部４４と、無線受信部４２及び無線送信部４３の動作状態に基づいてメモリバンク部４１の制御並びに無線受信部４２と無線送信部４３との間でデータの授受を行うメモリ制御部４５と、通信制御部４４と共働（連携）して無線ノード間の通信状態の検査を行う通信検査部４６と、通信検査部４６の検査の結果得られた通信品質等の検査情報を格納する管理テーブル４７と、を備えている。

上記構成において、管理テーブル４７に格納される検査情報としては、例えば、無線の通信品質として得られる情報がある。より具体的には、無線の通信品質の検査情報としては、ＢＥＲ(Bit Error Rate)やＦＥＲ(Frame Error Rate)、ＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indication)などを単体、又は複数組み合わせた情報等が考えられる。

図３は、管理システムの機能構成図である。
管理システム２１は、大別すると、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆの制御装置部３０を制御する制御装置管理部２１Ａと、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆの無線伝送部４０を制御する無線伝送管理部２１Ｂと、上位ネットワーク１２を介した伝送制御を行う上位伝送管理部２１Ｃと、通信経路の探索及び決定に必要な各種情報（管理情報）を記憶した管理情報記憶部２１Ｄと、管理情報記憶部２１Ｄに記憶されている各種情報に基づいて通信経路の探索処理及び決定処理を行う経路処理部２１Ｅと、を備えている。

より具体的には、制御装置管理部２１Ａは、主として制御・監視対象を管理し、制御装置部３０の制御動作を担っており、制御・監視対象となる機器、メモリバンクのマッピングなどの構成管理、各種シーケンス動作、異常検出・処理などを行う。

無線伝送管理部２１Ｂは、無線ノードの通信制御を行う上で必要な無線構成管理と、チャンネル設定やアドレス設定などの機能を含む。

上位伝送管理部２１Ｃは、上位にあるシステム依存するプロトコルに対応した通信オブジェクト、例えばＢＡＣ−ｎｅｔ、ＤＮＰ３．０、ＩＥＣ６１８５０、ＬＴＥ、Ｅｃｈｏｎｅｔ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）などの規格化されたものでも良いし独自プロトコルでも良い。

管理情報記憶部２１Ｄは、各無線ノードから収集されるとともに、無線ノード毎の通信エリア内の他の無線ノードに関する情報、情報収集の進捗を示すフラグ（FLAG）、無線ノード間の通信品質に関する情報（管理情報）等を記憶している。
経路処理部２１Ｅは、管理情報記憶部２１Ｄに記憶されている情報に基づいて通信経路の探索処理及び決定処理を行う。

図４は、管理情報として、無線ノード毎の通信エリア内の他の無線ノードに関する管理情報テーブルの一例の説明図である。なお、図４において、図示の簡略化のため、例えば、無線ノード２２Ａについて、「Ａ」と表記している。他の無線ノード２２Ｂ〜２２Ｆも同様である。

管理情報テーブルＴＢ１は、各無線ノード２２Ａ〜２２Ｆをそれぞれマスタ（無線）ノードに設定した場合に通信接続可能な他の無線ノードに関する情報を全無線ノード２２Ａ〜２２Ｆから収集して格納している。

例えば、無線ノード２２Ｂについては、通信接続可能な他の無線ノードは、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅであり、集計した接続数＝３となることがわかる。同様に無線ノード２２Ｄについては、通信接続可能な他の無線ノードは、無線ノード２２Ａ、２２Ｃであり、集計した接続数＝２となることがわかる。

図５は、管理情報として、無線ノード毎の通信品質に関する情報を格納した管理情報テーブルの一例の説明図である。なお、図５においても、図示の簡略化のため、例えば、無線ノード２２Ａについて、「Ａ」と表記している。他の無線ノード２２Ｂ〜２２Ｆも同様である。

図５に示す管理情報テーブルＴＢ２において、通信品質は、最低の通信品質＝「０」〜最高の通信品質＝９までの１０段階で評価されている。なお、図４に示した通信接続可能な他の無線ノードは、図５において、通信品質に関して閾値を通信品質＝４とし、通信品質＝５以上の無線ノードが通信接続可能な他の無線ノードとされている。

次に図６、図７を用いて、無線ノード間のループ（リング）を構築する経路探索方法について説明する。
図６は、無線ノード配置の一例の説明図である。
図７は、経路探索時の情報収集シーケンスフローチャートである。

以下の説明においては、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆは、直接あるいは他の無線ノードを介して間接的に通信可能な範囲内に配置されているものとする。また、初期状態において、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆは、他の無線ノードに関する情報を保持していないものとする。

先ず、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆは、それぞれ自己の通信エリア内に配置されている他の無線ノードを順次探索する（探索ステップＳＴ１〜ＳＴ６）。
ところで、他の無線ノードの探索は、いずれの無線ノード２２Ａ〜２２Ｆから開始しても良いが、以下の説明では、管理システム２１に接続されている無線ノード２２Ａから開始するものとして説明する。

図７の探索ステップＳＴ１では、管理システム２１は、無線ノード２２Ａを全無線ノード２２Ａ〜２２Ｆの中で唯一、テストデータの送信権を持つマスタモード［マスタ（無線）ノード］として動作させ、それ以外の無線ノード２２Ｂ〜２２Ｆをスレーブモード［スレーブ（無線）ノード］として動作させるために、無線ノード２２Ａに対し、マスタモードで動作するように指示を行う（ステップＳ１１）。

マスタモードで動作するように指示された無線ノード２２Ａは、マスタ（無線）ノードとして動作し、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ１２）。

この時点において、無線ノード２２Ａは、他の無線ノードの情報を何も有していないので、応答待ちとなる。

一方、この時点で無線ノードＡの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＡ内には、図６（ａ）に示すように、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ａに対して応答を行う（ステップＳ１３〜ステップＳ１５）。
この結果、無線ノード２２Ａは、自己の通信エリア内に、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが存在していることを確認できることとなる。

この場合において、無線ノード２２Ａでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数回行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ａは、収集した情報を管理システム２１に通知する（ステップＳ１６）。
図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ａは、無線ノード２２Ｂを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２ＢＣに送信する。

これにより、図７の探索ステップＳＴ２に移行し、マスタ（無線）ノードとして動作していた無線ノード２２Ａは、マスタモードの機能を他の無線ノード（情報を収集できた無線ノードであって、未だマスタモードで動作していない無線ノード：ここでは、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）へ遷移するためのコマンド、自己を含めた現在存在を把握している全無線ノードのリスト情報（したがって、リスト情報には、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが含まれる。）、及び無線ノード２２Ａで取得した通信区間と通信品質を含む管理テーブル２５の内容（情報）を、通信エリア内に存在する無線ノードあるいは通信エリア内に存在する無線ノードを介して通信可能な無線ノード（ここでは、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）から選択し、選択したスレーブ（無線）ノードへ送信する（ステップＳ２１）。

図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ｂは、無線ノード２２Ｃを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２Ｃに送信する。
その後、無線ノード２２Ａは、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）が無線ノード２２Ｂに送信されたことを確認すると、スレーブモードへと遷移する。

一方、無線ノード２２Ｂは、受信したコマンドに従って、マスタ（無線）ノードに遷移して、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ２２）。

これにより、無線ノードＢの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＢ内には、図６（ｂ）に示すように、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ｂに対して応答を行う（ステップＳ２３〜ステップＳ２５）。
この結果、無線ノード２２Ｂは、自己の通信エリア内に、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅが存在していることを確認できることとなる。

この場合においても、無線ノード２２Ｂでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ｂは、無線ノード２２Ａを介して収集した情報を管理システム２１に通知する（ステップＳ２６、Ｓ２７）。

これにより、図７の探索ステップＳＴ３に移行し、マスタ（無線）ノードとして動作していた無線ノード２２Ｂは、マスタモードの機能を他の無線ノード（情報を収集できた無線ノードであって、未だマスタモードで動作していない無線ノード：ここでは、無線ノード２２Ｃ、２２Ｅ）へ遷移するためのコマンド、現在存在を把握している全無線ノードのリスト情報及び無線ノード２２Ｂで取得した通信区間と通信品質を含む管理テーブル２５の内容（情報）を、通信エリア内に存在する無線ノードあるいは通信エリア内に存在する無線ノードを介して通信可能な無線ノード（ここでは、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅ）から選択し、選択したスレーブ（無線）ノードへ送信する（ステップＳ３１）。

図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ｂは、無線ノード２２Ｃを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２Ｃに送信する。
この時点におけるリスト情報には、探索ステップＳＴ１及び探索ステップＳＴ２で収集した情報の双方が含まれるので、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅが含まれる。
その後、無線ノード２２Ｂは、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）が無線ノード２２Ｃに送信されたことを確認すると、スレーブモードへと遷移する。

一方、無線ノード２２Ｃは、受信したコマンドに従って、マスタ（無線）ノードに遷移して、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ３２）。
これにより、無線ノードＣの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＣ内には、図６（ｃ）に示すように、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ｃに対して応答を行う（ステップＳ３３〜ステップＳ３７）。
この結果、無線ノード２２Ｃは、自己の通信エリア内に、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆが存在していることを確認できることとなる。

この場合においても、無線ノード２２Ｃでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ｃは、収集した情報を無線ノード２２Ａを介して管理システム２１に通知する（ステップＳ３８、Ｓ３９）。

これにより、図７の探索ステップＳＴ４に移行し、マスタ（無線）ノードとして動作していた無線ノード２２Ｃは、マスタモードの機能を他の無線ノード（情報を収集できた無線ノードであって、未だマスタモードで動作していない無線ノード：ここでは、無線ノード２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ）へ遷移するためのコマンド、現在存在を把握している全無線ノードのリスト情報及び無線ノード２２Ｃが取得した通信区間と通信品質を含む管理テーブル２５の内容（情報）を、通信エリア内に存在する無線ノードあるいは通信エリア内に存在する無線ノードを介して通信可能な無線ノード（ここでは、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ）から選択し、選択したスレーブ（無線）ノードへ送信する（ステップＳ４１）。

図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ｃは、無線ノード２２Ｄを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２Ｄに送信する。
その後、無線ノード２２Ｃは、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）が無線ノード２２Ｄに送信されたことを確認すると、スレーブモードへと遷移する。

一方、無線ノード２２Ｄは、受信したコマンドに従って、マスタ（無線）ノードに遷移して、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ４２）。

これにより、無線ノード２２Ｄの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＤ内には、図６（ｄ）に示すように、無線ノード２２Ａ、２２Ｃが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ａ、２２Ｃは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ａ、２２Ｃは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ｄに対して応答を行う（ステップＳ４３〜ステップＳ４４）。
この結果、無線ノード２２Ｄは、自己の通信エリア内に、無線ノード２２Ａ、２２Ｃが存在していることを確認できることとなる。

この場合においても、無線ノード２２Ｄでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ｄは、収集した情報を無線ノード２２Ａを介して管理システム２１に通知する（ステップＳ４５、Ｓ４６）。

これにより、図７の探索ステップＳＴ５に移行し、マスタ（無線）ノードとして動作していた無線ノード２２Ｄは、マスタモードの機能を他の無線ノード（情報を収集できた無線ノードであって、未だマスタモードで動作していない無線ノード：ここでは、無線ノード２２Ｄ、）へ遷移するためのコマンド、現在存在を把握している全無線ノードのリスト情報及び無線ノード２２Ａで取得した通信区間と通信品質を含む管理テーブル２５の内容（情報）を、通信エリア内に存在する無線ノード（ここでは、無線ノード２２Ａ、２２Ｄ）から選択し、選択したスレーブ（無線）ノードへ送信する（ステップＳ５１、Ｓ５２）。

図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ｄは、無線ノード２２Ｅを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２Ｅに送信する。

この時点におけるリスト情報には、探索ステップＳＴ１、探索ステップＳＴ２及び探索ステップＳＴ３で収集した情報の全てが含まれるので、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆが含まれる。
その後、無線ノード２２Ｄは、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）が無線ノード２２Ｅに送信されたことを確認すると、スレーブモードへと遷移する。

一方、無線ノード２２Ｅは、受信したコマンドに従って、マスタ（無線）ノードに遷移して、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ５３）。

これにより、無線ノード２２Ｅの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＥ内には、図６（ｅ）に示すように、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｆが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｆは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｆは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ｅに対して応答を行う（ステップＳ５４〜ステップＳ５５）。
この結果、無線ノード２２Ｅは、自己の通信エリアＡＲＥ内に、無線ノード２２Ａ、２２Ｃ、２２Ｅが存在していることを確認できることとなる。

この場合においても、無線ノード２２Ｅでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ｅは、収集した情報を無線ノード２２Ａを介して管理システム２１に通知する（ステップＳ５６〜Ｓ５９）。
ここで、無線ノード２２Ｅ、２２Ｆによる管理システム２１への通知について説明する。なお、無線ノード２２Ｆによる通知は、実際には探索ステップＳＴ６で行われるが、無線ノード２２Ｅと同様であるのでまとめて説明する。

さて、無線ノード２２Ｅ、２２Ｆは、無線ノード２２Ａの通信可能範囲内に存在しないため、無線ノード２２Ａとは直接通信できない。
そこで、収集された情報から管理システム２１に接続される無線ノード２２Ａと通信可能な無線ノードのリスト（この場合無線ノード２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）の中から、無線ノード２２Ｅあるいは無線ノード２２Ｆと通信可能な無線ノード（この場合無線ノード２２Ｃにおいて無線ノード２２Ｅ、２２Ｆが通信可能）を中継無線ノードとして抽出し、この中継無線ノード及び無線ノード２２Ａを介して管理システム２１へ通知を行うこととなる。

これにより、図７の探索ステップＳＴ６に移行し、マスタ（無線）ノードとして動作していた無線ノード２２Ｅは、マスタモードの機能を他の無線ノード（情報を収集できた無線ノードであって、未だマスタモードで動作していない無線ノード：ここでは、無線ノード２２Ｆ）へ遷移するためのコマンド、現在存在を把握している全無線ノードのリスト情報及び無線ノード２２Ｅが取得した通信区間と通信品質を含む管理テーブル２５の内容（情報）を、通信エリア内に存在する無線ノードあるいは通信エリア内に存在する無線ノードを介して通信可能な無線ノード（ここでは、無線ノード２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｆ）から選択し、選択したスレーブ（無線）ノードへ送信する（ステップＳ６１、Ｓ６２）。

図７の例の場合、マスタ（無線）ノードとして動作した無線ノード２２Ｅは、無線ノード２２Ｆを選択し、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）を無線ノード２２Ｆに送信する。
その後、無線ノード２２Ｅは、コマンド、リスト情報及び管理テーブル２５の内容（情報）が無線ノード２２Ｆに送信されたことを確認すると、スレーブモードへと遷移する。

一方、無線ノード２２Ｆは、受信したコマンドに従って、マスタ（無線）ノードに遷移して、通信圏内に存在する他の無線ノードに対して、テストデータをブロードキャスト送信する（ステップＳ６３）。

これにより、無線ノード２２Ｆの無線電波の届く範囲内であって、テストデータの届く範囲内、すなわち、無線通信可能な範囲ＡＲＦ内には、図６（ｅ）に示すように、無線ノード２２Ｃ、２２Ｅが存在している。

したがって、テストデータを受信した無線ノード２２Ｃ、２２Ｅは、それぞれの通信検査部４６において、通信品質に関する情報を算出する。そして、無線ノード２２Ｃ、２２Ｅは、算出した通信品質に関する情報を含めてマスタ（無線）ノードである無線ノード２２Ｆに対して応答を行う（ステップＳ６４〜ステップＳ６５）。

この結果、無線ノード２２Ｆは、自己の通信エリアＡＲＦ内に、無線ノード２２Ｃ、２２Ｅが存在していることを確認できることとなる。

この場合においても、無線ノード２２Ｆでは、他の無線ノードから応答（返信情報）を取得する際に、通信検査部２４において通信品質に関する情報を算出しても良い。ここで、算出した通信品質から、予め設けた閾値以上の無線ノードを通信エリア内に存在するとして取り扱う無線ノードとして識別しても良い。さらに、マスタ（無線）ノードとスレーブ（無線）ノードのテストデータによる送受信を複数行い、統計的な情報としても良い。

続いて、マスタ（無線）ノードとして動作している無線ノード２２Ｆは、無線ノード２２Ｃ及び無線ノード２２Ａを介して、収集した情報を管理システム２１に通知する（ステップＳ６６〜Ｓ６８）。

続いて、管理システム２１は、収集した管理情報（図５参照）を集計し、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆのそれぞれについて通信品質情報から閾値（上述したように、通信品質＝４とする）を超える無線ノードを各無線ノードの通信対象の無線ノードとして抽出する。

例えば、無線ノード２２Ａについては、無線ノード２２Ｂ（通信品質＝７）、無線ノード２２Ｃ（通信品質＝８）、無線ノード２２Ｄ（通信品質＝６）の三つの無線ノードを通信対象の無線ノードとして抽出する。
同様に全ての無線ノード２２Ａ〜２２Ｆについて通信対象の無線ノードを抽出する。

続いて、管理システム２１は、全ての無線ノード２２Ａ〜２２Ｆにおいてできる限り一筆書き可能な通信経路（通信パス：通信リンク）を形成するように、無線ノード２２Ａ〜２２Ｆの通信経路を設定する。すなわち、理想的には、例えば、同一のデータを順次送る場合に、全ての無線ノードを１度だけ経由して、最初の無線ノードに戻ってくるような通信経路が形成されるようにする。

ところで、理想的に一筆書き可能な通信経路を形成した場合には、各無線ノードに通信可能に接続される無線ノードの数（＝接続数）は、２となる。
そこで、管理システム２１は、通信経路を設定するに際して、接続数が２の無線ノードについては、当該通信経路を優先的に決定するようにしている。

図８は、通信経路の設定の説明図（その１）である。
ここで、再び図４を参照すると、無線ノード２２Ｄ及び無線ノード２２Ｆは、接続数＝２となっている。

そこで、無線ノード２２Ｄに対しては、無線ノード２２Ａ及び無線ノード２２Ｃのそれぞれとの間の通信経路を優先的に確定させる。また無線ノード２２Ｆに対しては、無線ノード２２Ｃ及び無線ノード２２Ｅのそれぞれとの間の通信経路を優先的に確定させる。

この結果、図８（ａ）に示すように、当該時点における通信経路が確定される。
また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態に対応する経路設定テーブルの状態を示している。図８（ｂ）に示すようにこの時点では、無線ノード２２Ａについては、無線ノード２２Ｄとの間の通信経路が確定しているだけである。また無線ノードＢについては、通信経路は未確定である。また、無線ノード２２Ｃについては、無線ノード２２Ｄ及び無線ノード２２Ｆとの間の通信経路が確定してしまっている。また、無線ノード２２Ｅについては、無線ノード２２Ｆとの間の通信経路が確定しているだけである。

上述したように、理想的な一筆書き可能な通信経路を形成する場合には、各無線ノードの通信経路数、すなわち、接続数＝２であるので、無線ノード２２Ｂについては、通信経路数＝２が未確定である。一方、無線ノード２２Ａ及び無線ノード２２Ｅについては、それぞれ、通信経路数＝１、すなわち、二つの通信経路が未確定である。

図９は、通信経路の設定の説明図（その２）である。
したがって、通信経路が片側のみ（一つのみ）決まっている無線ノード２２Ａ、２２Ｅについて、通信エリア内の無線ノードから既に二つの通信経路が確定している無線ノード（上述の例の場合、無線ノード２２Ｃ及び無線ノード２２Ｄ）を除いた残りの無線ノード（上述の例の場合、無線ノードＢ）を抽出し、消去法により図９（ａ）に示す経路を決定する。図８の例の場合には、無線ノード２２Ｂが、片方だけ通信経路が確定している二つの無線ノード２２Ａ及び無線ノード２２Ｅの双方と通信可能であるため、この時点で、始点（通信開始の無線ノード）と終点（通信終了の無線ノード）が一致する理想的な一筆書き可能な通信経路（無線ループ）を形成（構築）することができる。

次に理想的な一筆書き可能な通信経路を形成できない場合の他の例について説明する。
図１０は、他の通信経路の設定の説明図（その１）である。
図１１は、図１０の場合における管理情報テーブルの説明図である。
図１１に示すように、管理情報テーブルＴＢ１１において、無線ノード２２Ｄは、接続数＝２となっている。
そこで、無線ノード２２Ｄに対しては、図１０に示すように、無線ノード２２Ａ及び無線ノード２２Ｃのそれぞれとの間の通信経路を優先的に確定させる。

一方、無線ノード２２Ｇは、配置的に接続数が１に確定されている無線ノードである。
したがって、この場合には、理論的に、理想的な一筆書き可能な通信経路を形成できないことが判る。このような場合には、理想的な一筆書き可能な通信経路を形成しようとした場合には、無線ノードの位置を調整や無線ノードを追加するなどのエンジニアリング作業が必要となる。しかしながら、調整すべきポイントが絞られるため、作業者の負担は最小限に抑えることが可能となる。

図１２は、他の通信経路の設定の説明図（その２）である。
また、理想的な一筆書き可能な通信経路を形成することはできないが、取りあえず運用を行うような場合には、管理システム２１は、まず接続数＝１の無線ノード（上述の無線ノード２２Ｇ）を除いて、上述した手法により、図１２に示す経路を決定する。

図１３は、図１０の場合における通信経路設定完了状態の説明図である。
図１３に示すように、無線ノード２２Ｇが唯一通信可能な無線ノード２２Ｆとの間は、スター型（ライン型）で通信経路を確立している。

ところで、図１３の例のような場合、無線ノード２２Ｆは３つの通信経路を担当することになり、負荷が大きくなり無線ノード２２Ｇ、無線ノード２２Ｃあるいは無線ノード２２Ｅとの間の許容通信遅延時間を担保できない可能性がある。

図１４は、図１０の場合における他の通信経路設定完了状態の説明図である。
そこで、このような経路を検知した際には、図１０に示した状態から、無線ノード２２Ｃから３つの通信経路を担当することになる虞がある無線ノード２２Ｆに向かっての経路探索を行わない。そして、無線ノード２２Ａから無線ノード２２Ｂへの経路探索を行い、図１４に示すように、各無線ノードの接続数が１または２のライン型の一筆書き可能な通信経路を構築するようにしてもよい。
このようにライン型の通信経路によれば、一部の無線ノードの負荷分散を行うことができる。

図１５は、異常発生時の通信経路設定例を説明する図である。
運用時において、図１５に示すように、特定の無線ノード（図１５の例の場合、無線ノード２２Ｆ）において、異常が検出された時には、異常となった無線ノードを除いてリング状の通信経路（無線リング）を構築することにより、他の無線ノードへの影響を抑制することができる。

図１６は、異常発生時の他の通信経路設定例を説明する図である。
運用時において、図１５に示すように、特定の無線ノード（図１５の例の場合、無線ノード２２Ｆ）において、異常が検出された時に無線ノードの接続数によっては、図１６に示すように、ライン型の通信経路を構築することにより、他の無線ノードへの影響を抑制することができる。

本実施形態の管理システム２１は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

本実施形態の無線ノードあるいは管理システムで実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の無線ノードあるいは管理システムで実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の無線ノードあるいは管理システムで実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の無線ノードあるいは管理システムの制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ネットワークシステム
１１ 無線伝送システム
１２ 上位ネットワーク
１８ メモリ制御部
１９ バルブ
２１ 管理システム
２１Ａ 制御装置管理部
２１Ｂ 無線伝送管理部
２１Ｃ 上位伝送管理部
２１Ｄ 管理情報記憶部
２１Ｅ 経路処理部
２２Ａ〜２２Ｇ 無線ノード
４０ 無線伝送部
４１ メモリバンク部
４１Ａ〜４１Ｅ メモリバンク
４２ 無線受信部
４３ 無線送信部
４４ 通信制御部
４５ メモリ制御部
４６ 通信検査部
４７ 管理テーブル
ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ１１ 管理情報テーブル

Claims (6)

1. 複数の無線ノードと、複数の前記無線ノードのうちいずれかの無線ノードである第１の無線ノードと有線接続され、前記無線ノードの管理を行う管理システムと、を備えた無線伝送システムであって、
   前記管理システムは、前記第１の無線ノード及び前記第１の無線ノードを介して直接通信可能な他の無線ノードのうち、いずれか一の無線ノードをテストデータの送信権を有する最初のマスタノードとして設定するためのコマンドを送信する手段と、
   管理テーブルを参照し、無線通信可能に接続された他の無線ノードの数である接続数の情報に基づいて、前記接続数が２である前記無線ノードの通信経路を優先的に確定させて、一筆書き可能な前記通信経路を設定する手段と、を備え、
   前記管理システムあるいは他の前記無線ノードによりマスタノードとして設定された前記無線ノードは、前記テストデータを送信し、自己が直接通信可能なスレーブノードである無線ノードに関する情報を収集する手段と、
   収集された前記直接通信可能な無線ノードに関する情報に基づいて、情報収集済みの全無線ノードのリストおよび情報収集済みの全無線ノードの通信品質を含む前記管理テーブルを更新する手段と、
   前記スレーブノードとしての無線ノードを前記マスタノードに遷移させるコマンド、前記リスト及び更新後の前記管理テーブルを、直接あるいは間接に無線通信可能な他の無線ノードのうち未だマスタノードとして設定されていないいずれか一の無線ノードを選択し、当該選択した無線ノードに送信する手段と、
   前記リスト及び更新後の前記管理テーブルを前記第１の無線ノードを介して前記管理システムに送信する手段と、
   前記マスタノードとしての処理完了後に自己を前記スレーブノードに遷移させる手段と、を備える、
   無線伝送システム。
2. 前記通信経路を設定する手段は、前記複数の無線ノードに対応する全ての通信経路に対する前記一筆書き可能な通信経路の割合がより高くなるように設定する、
   請求項１記載の無線伝送システム。
3. 前記通信経路を設定する手段は、複数の無線ノードに前記接続数が１である前記無線ノードが含まれている場合に、前記接続数が１である前記無線ノードを除いて、前記一筆書き可能な通信経路を設定する、
   請求項１又は請求項２記載の無線伝送システム。
4. 前記通信経路を設定する手段は、複数の無線ノードに前記接続数が１である前記無線ノードが含まれている場合に、前記接続数が１である前記無線ノードに接続されている他の無線ノードについて、スター型あるいはライン型の通信経路を構成するように設定する、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無線伝送システム。
5. 前記通信経路を設定する手段は、前記複数の無線ノードの内、いずれかが異常状態に至った場合に、当該異常状態に至った無線ノードを除いて、ライン型の通信経路を構成するように再設定を行う、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線伝送システム。
6. 前記一筆書き可能な通信経路は、リング型あるいはライン型とされる、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無線伝送システム。

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