JP6227197B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Description
ゲートウェイは、上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、定期的にブロードキャストで送信する。上り経路制御メッセージを受信したノードは、自ノードが保持する上り経路情報を更新し、更新した上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する。
図19は、上り経路を更新するシーケンスを示す図である。図19には、ノードA〜Cが存在する。ノードAは、ノードBに隣接し、ノードBおよびノードCの下位のノードである。ノードBはノードCに隣接する下位ノードである。
上り経路制御メッセージを受信したノードCは、自ノードが保持する上り経路情報を更新し、更新した上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する(S1901)。ノードBはノードCからの上り経路制御メッセージを受信し、上り経路情報を更新する(S1902)。ノードBは、更新した自ノードの上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する(S1903)。ノードAはノードBからの上り経路制御メッセージを受信し、上り経路情報を更新する(S1904)。
図20は、下り経路を更新するシーケンスを示す図である。図20には、ノードA〜Cが存在する。ノードA〜Cは、下り経路制御メッセージを隣接する上位ノードに定期的にユニキャストで送信する。
ノードAは、下り経路制御メッセージをノードBにユニキャストで送信する(S2001)。下り経路制御メッセージを受信したノードBは、下り経路情報を更新する(S2002)。また、ノードBは、更新した内容の下り経路制御メッセージをノードCに送信する(S2003)。下り経路制御メッセージを受信したノードCは、下り経路情報を更新する(S2004)。
ノードBは、他ノードからノードA宛のデータを受信しても、すぐに転送しない(S2101)。ノードAは、起動すると隣接するノードBにデータの送信を要求するデータ要求を送信する(S2102)。ノードBは、ノードAからデータ要求を受信すると、ノードA宛てのデータを送信する(S2103)。ノードAはデータを受信し、間欠周期によりスリープのタイミングになるとスリープする。
ノードA宛のデータはアプリケーションデータであり、経路制御メッセージ等の制御情報ではない。
まず、本発明のネットワーク構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係るネットワークの構成を示す図である。ネットワークは、無線通信装置としてのノード10a〜cおよびゲートウェイ11により構成されるマルチホップネットワークである。また、図1のネットワークは、ゲートウェイ11を根とするツリー構造のネットワークである。ゲートウェイ11は、ネットワークを構築するとともに管理し、ノードと直接または他のノードを介してデータを送受信する。また、ゲートウェイ11は、ゲートウェイ11の上位に接続する装置や他のネットワークとデータを送受信する。
図2は、実施の形態1に係るノード10の構成を示すブロック図である。
ノード10は、アンテナ21、無線送受信部22、アプリケーションデータ送受信部23、ネットワーク制御部24、および間欠制御部25により構成される。また、ネットワーク制御部24は、上り経路管理部26、および下り経路管理部27により構成される。また、間欠制御部25は、ノード管理部28、および起動管理部29により構成される。ノード10にはセンサが接続される場合があり、アプリケーションデータ送受信部23がセンサとのデータ送受信を行う。
アンテナ21は、他のノードから無線信号を受信すると無線信号を無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、無線信号をフレームに変換し、フレームの宛先を確認する。フレームには、宛先としてネットワークアドレスとMACアドレスの2種類が設定される。ネットワークアドレスは、フレームの送信するデータの宛先である。MACアドレスは、マルチホップの経路上の次のノードを示す宛先である。ネットワークアドレスおよびMACアドレスはノードを一意に識別できる値であればよい。また、送信元についても、宛先と同様に送信元ネットワークアドレスと送信元MACアドレスがフレームに設定されている。
上り経路管理部26および下り経路管理部27は、複数のノードの経路情報を保持する場合がある。
また、起動管理部29は自ノードの間欠周期を保持する。
アプリケーションデータ送受信部23は、ノード10に接続されたセンサやアプリケーションが生成したアプリケーションデータを無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、ノード管理部28に次ノードが間欠制御をしているか否かを問合わせる。次ノードが間欠制御をしている場合、無線送受信部22は、次ノードからデータ要求を受信すると、アンテナ21を介してアプリケーションデータを次ノードに送信する。次ノードが間欠制御をしていない場合、無線送受信部22は、データ要求の受信を待たずにデータを次ノードに送信する。
ネットワーク制御部24は、上り経路管理部26または下り経路管理部27を参照するとともに、自ノードの情報を付加して経路制御メッセージを生成する。上り経路制御メッセージは、上位ノードのMACアドレス、ランク情報および経路の有効期限により構成される。ネットワーク制御部24は、自ノードの経路情報として、上位ノードのMACアドレスに自ノードのMACアドレスを設定する。ネットワーク制御部24は自ノードのランク情報および経路の有効期限を保持しており、保持している値を上り経路制御メッセージに設定する。ネットワーク制御部24は、生成した上り経路制御メッセージおよび次ノードのMACアドレスを無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、アンテナ21を介して上り経路制御メッセージをブロードキャストで下位ノードに向けて送信する。
図3は、実施の形態1に係るノード10の受信処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、アンテナ21から無線信号を受信するとステップS301より処理を開始する。
ステップS302において、無線送受信部22は、フレームの送信するデータがアプリケーションデータか否かを判定する。フレームの送信するデータがアプリケーションデータの場合、無線送受信部22は、アプリケーションデータをアプリケーションデータ送受信部23に出力する。
ステップS303において、アプリケーションデータ送受信部23は、入力されたアプリケーションデータを処理する。アプリケーションデータ送受信部23は、さらにデータを、自ノードに接続されるセンサに出力する場合もある。処理は終了する。
ステップS304において、フレームの送信するデータが経路制御メッセージの場合、
無線送受信部22は、経路制御メッセージをネットワーク制御部24に出力する。
ステップS305において、ネットワーク制御部24は、経路情報を更新する。ステップS305の処理の詳細は後述する。処理は終了する。
ステップS304において、フレームの送信するデータが経路制御メッセージでない場合、無線送受信部22は、メッセージの内容に応じた処理を行い、処理は終了する。
ステップS306において、フレームの宛先MACアドレスが自ノードの場合、処理はステップS307に進む。
ステップS307において、無線送受信部22は、他のノードから受信したデータを次ノードに転送する。処理の詳細は後述する。
ステップS306において、フレームの宛先MACアドレスが自ノードでない場合、ステップS308に進む。
ステップS308において、無線送受信部22は、フレームを破棄する。処理は終了する。
図4は、実施の形態1に係るノード10の経路情報の更新処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、経路制御メッセージを受信すると処理を開始する。
ステップS402において、ネットワーク制御部24は上り経路制御メッセージが入力されたかどうかを判定する。上り経路制御メッセージが入力された場合、ステップS403に進む。
ステップS403において、ネットワーク制御部24は上り経路管理部26に経路情報を保存する。
ステップS402において、上り経路制御メッセージが入力されない場合は下り制御メッセージが入力された場合であり、処理はステップS404に進む。
ステップS404において、ネットワーク制御部24は下り経路管理部27に経路情報を保存する。
図5は、実施の形態1に係るノード10の送信処理の流れを示すフローチャートである。ノード10が生成したデータを送信する場合で説明するが、他のノードから受信したデータを転送する場合も本フローチャートの処理を行う。他のノードから受信したデータを転送する場合は、図3のステップS307である。
アプリケーションデータ送受信部23は、センサからの入力や受信したアプリケーションデータに応じた処理により、アプリケーションデータを他のノードに送信する。アプリケーションデータ送受信部23は、アプリケーションデータと宛先ネットワークアドレスを無線送受信部22に出力する。
ステップS501において、無線送受信部22は、宛先ネットワークアドレスをネットワーク制御部24に出力し、次ノードを問い合わせる。ネットワーク制御部24は、宛先ネットワークアドレスに対応する次ノードのMACアドレスを無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、アプリケーションデータ送受信部23から入力された宛先ネットワークアドレスをフレームの宛先ネットワークアドレスに設定する。また、無線送受信部22は、ネットワーク制御部24から入力された次ノードのMACアドレスをフレームの宛先MACアドレスに設定する。
ステップS503において、無線送受信部22は、次ノードからデータ要求を受信するまで待機する。無線送受信部22は、次ノードからデータ要求を受信すると、処理はステップS504に進む。
図6は、実施の形態1に係るノード10の下り経路制御メッセージの送信処理の流れを示すフローチャートである。
ネットワーク制御部24は、下り経路制御メッセージを送信するタイミングになるとステップS601より処理を開始する。ネットワーク制御部24は、下り経路制御メッセージを周期的に送信してもよいし、下り制御メッセージの有効期限が近付いたタイミングやノード10が起動したタイミングで送信してもよい。
ステップS602において、無線送受信部22は、経路制御メッセージを送信したノードから送達確認を受信したか判定する。送達確認を受信した場合、無線送受信部22は、送達確認を受信した旨をネットワーク制御部24に通知し、ステップS603に進む。
ステップS604において、ネットワーク制御部24はタイマが満了したかどうか判定する。タイマが満了した場合、処理はステップS605に進む。タイマが満了しない場合、処理はステップS604に戻る。
ステップS605において、ネットワーク制御部24は上り経路管理部26が保持する経路情報の有効期限を更新する。上り経路管理部26が複数の経路情報を保持している場合、下り経路制御メッセージの送信先を次ノードとする上り経路情報の有効期限を更新する。下り経路制御メッセージの送信先ノードから送達確認を受信したことにより、下り経路制御メッセージの送信先ノードを次ノードとする上り経路が有効であることを確認できたためである。処理は終了する。
図7は、実施の形態1に係るノード10aの上り経路およびノード10bの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
図8は、実施の形態1に係るノード10のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
ノード10は、メモリ81、プロセッサ82、及び無線通信機83により構成される。無線通信機83にはアンテナ21が接続されている。
なお、複数の処理回路が連携して、無線送受信部22、アプリケーションデータ送受信部23、ネットワーク制御部24、および間欠制御部25の機能を実行するように構成してもよい。
以上の実施の形態1では、下り経路制御メッセージに対する送達確認を受信することにより、上り経路情報を更新するようにしたものであるが、本実施の形態においては、下り経路制御メッセージを受信した場合に上り経路制御メッセージを送信する実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1と異なる部分について、説明する。
図9は、実施の形態2に係るノード10の下り経路制御メッセージの受信処理および上り経路制御メッセージの送信処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、下り経路制御メッセージを受信するとステップS901より処理を開始する。
ステップS902において、ネットワーク制御部24は入力された下り経路情報を下り経路管理部27に保存し、経路情報を更新する。
ステップS903において、ネットワーク制御部24は上り経路管理部26を参照し、上り経路情報を保持しているか判定する。保持している場合、処理はステップS904に進む。
ステップS904において、ネットワーク制御部24は、上り経路制御メッセージを生成し、無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、入力された上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する。処理は終了する。
なお、上り経路情報を保持していない旨を上り経路制御メッセージに付加するようにしたが、上り経路を探索する上り経路探索メッセージ等、他のメッセージに付加して送信するようにしてもよい。
図10は、実施の形態2に係るノード10の上り経路制御メッセージの受信処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、上り経路制御メッセージを受信するとステップS1001より処理を開始する。
ステップS1002において、上り経路情報に情報があれば、処理はステップS1003に進む。
ステップS1003において、ネットワーク制御部24は入力された上り経路情報を上り経路管理部26に保存し、経路情報を更新する。
ステップS1002において、上り経路情報に情報がない場合、ネットワーク制御部24は上り経路管理部26の上り経路情報を更新し、他の上り経路を探索する。処理は終了する。
図11は、実施の形態2に係るノード10aの上り経路およびノード10bの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
ノード10aはノード10bに下り経路制御メッセージをユニキャストで送信する(S1101)。ノード10bは送達確認をノード10aに送信し(S1102)、下り経路情報を更新する(S1103)。ノード10bは上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する(S1104)。一方、ノード10aは、ノード10bから下り経路制御メッセージの送信に対する送達確認を受信した場合、タイマを起動する(S1105)。タイマが満了するまでに上り経路制御情報を受信し、ノード10aは、上り経路情報を更新する(S1106)
また、ネットワーク制御部は、上り経路の情報を保持していない場合、上り経路の情報を保持していない旨を示す上り経路制御メッセージを生成し、無線送受信部は、ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置から下り経路制御メッセージを受信すると、上り経路制御メッセージを下位の隣接する無線通信装置に送信するので、上り経路情報を保持していない場合、下位の隣接する無線通信装置に新たな上り経路を探索させることができる。
以上の実施の形態2では、下り経路制御メッセージを受信した場合に上り経路制御メッセージを送信するようにしたものであるが、本実施の形態においては、下り経路制御メッセージの送信元ノードが間欠制御しているか否かに応じて上り経路制御メッセージを送信するかを決定する実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態2と異なる部分について、説明する。
ネットワーク制御部24が下り経路制御メッセージを受信すると上り経路制御メッセージを送信する動作の詳細について説明する。
図12は、実施の形態3に係るノード10の下り経路制御メッセージの受信処理および上り経路制御メッセージの送信処理の流れを示すフローチャートである。ステップS1201〜S1203、S1206の処理は、図9のステップS901〜S903、S905の処理と同じため、説明を省略する。
ステップS1204において、ネットワーク制御部24は、間欠制御部25のノード管理部28に、ノード10aが間欠制御をしているか否かを問い合わせる。ノード10aが間欠制御をしている場合、ネットワーク制御部24は、上り経路制御メッセージを生成し、無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、入力された上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する。ノード10aが間欠制御をしていない場合、処理は終了する。
以上の実施の形態3では、下り経路制御メッセージの送信元ノードが間欠制御しているか否かに応じて上り経路制御メッセージを送信するかを決定するようにしたものであるが、本実施の形態においては、上り経路制御メッセージを受信した場合に下り経路制御メッセージを送信する実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1〜3と異なる部分について、説明する。
図13は、実施の形態4に係るノード10の上り経路制御メッセージの送信処理および下り経路制御メッセージの受信処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、上り経路制御メッセージを送信するタイミングになるとステップS1301より処理を開始する。ネットワーク制御部24は、上り経路制御メッセージを周期的に送信してもよいし、上り制御メッセージの有効期限が近付いたタイミングやノード10が起動したタイミングで送信してもよい。
ステップS1302において、無線送受信部22は、上り経路制御メッセージを送信したノードから送達確認を受信する。無線送受信部22は、送達確認を受信した旨をネットワーク制御部24に通知する。
ステップS1304において、無線送受信部22は、下り経路制御メッセージを受信したか判定する。受信した場合、処理はステップS1304に進む。
ステップS1305において、無線送受信部22は、下り経路制御メッセージをネットワーク制御部24に出力する。ネットワーク制御部24は、下り経路を更新する。処理は終了する。
ステップS1306において、ネットワーク制御部24はタイマが満了したかどうか判定する。タイマが満了した場合、処理は終了する。タイマが満了しない場合、処理はステップS1304に戻る。
図14は、実施の形態4に係るノード10の上り経路制御メッセージの受信処理および下り経路制御メッセージの送信処理の流れを示すフローチャートである。
無線送受信部22は、上り経路制御メッセージを受信するとステップS1401より処理を開始する。
ステップS1402において、ネットワーク制御部24は入力された上り経路情報を上り経路管理部26に保存し、更新する。
ステップS1403において、ネットワーク制御部24は、下り経路管理部27を参照して下り経路制御メッセージを生成し、無線送受信部22に出力する。無線送受信部22は、入力された下り経路制御メッセージをユニキャストで送信する。処理は終了する。
図15は、実施の形態4に係るノード10aの上り経路およびノード10bの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
ノード10bは上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する(S1501)。ノード10bはタイマを起動する(S1502)。ノード10aは上り経路制御メッセージを受信し、上り経路情報を更新する(S1503)。ノード10aは、下り経路制御メッセージをユニキャストでノード10bに送信する(S1504)。ノード10bは送達確認をノード10aに送信し(S1505)、下り経路情報を更新する(S1506)。この場合、ノード10bは、タイマが満了する前に下り経路情報を更新することができている。
また、ネットワーク制御部は、上り経路の情報を通知する上り経路制御メッセージを生成し、無線送受信部は、上り経路制御メッセージに、ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置が保持する下り経路の情報を要求する旨を含めて、下位の隣接する無線通信装置に送信するので、上り経路制御メッセージを送信したノードが起動しているあいだに確実に下り経路を更新させることができる。
以上の実施の形態4では、上り経路制御メッセージを受信した場合に上り経路制御メッセージの送信するようにしたものであるが、本実施の形態においては、下り経路制御メッセージを受信したときの送達確認に上り経路情報を含める実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1〜4と異なる部分について、説明する。
図16は、実施の形態5に係るノード10の下り経路制御メッセージの送信処理の流れを示すフローチャートである。ステップS1601〜S1602、S1604〜S1607の処理は、図6のステップS601〜606の処理と同じため、説明を省略する。
ステップS1602において、無線送受信部22は、経路制御メッセージを送信したノードから送達確認を受信した場合、処理はステップS1603に進む。
ステップS1604以降の処理は、図6のステップS603〜S605と同様である。処理は終了する。
図17は、実施の形態5に係るノード10の下り経路制御メッセージの受信処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS1701において、無線送受信部22は、ネットワーク制御部24の上り経路管理部26から上り経路情報を取得する。無線送受信部22は、上り経路情報を送達確認に付加し、送達確認を下り経路制御メッセージの送信元ノードに送信する。送達確認に付与する上り経路情報は、例えば有効期限の情報である。
ステップS1702において、無線送受信部22は、下り経路情報をネットワーク制御部24に出力する。ネットワーク制御部24は入力された下り経路情報を下り経路管理部27に保存し、経路情報を更新する。処理は終了する。
図18は、実施の形態5に係るノード10aの上り経路およびノード10bの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
ノード10aはノード10bに下り経路制御メッセージをユニキャストで送信する(S1801)。ノード10bは送達確認と上り経路情報をノード10aに送信し(S1802)、下り経路情報を更新する(S1803)。ノード10aは、上り経路情報を更新する(S1804)
11 ゲートウェイ
21 アンテナ
22 無線送受信部
23 アプリケーションデータ送受信部
24 ネットワーク制御部
25 間欠制御部
26 上り経路管理部
27 下り経路管理部
28 ノード管理部
29 起動管理部
81 メモリ
82 プロセッサ
83 無線通信機
Claims (8)
- ツリー構造のマルチホップネットワークを構成するとともに、起動とスリープとを繰り返す無線通信装置であって、
前記ツリー構造において自装置より下位の無線通信装置への経路の情報である下り経路情報と、前記ツリー構造において自装置より上位の無線通信装置への経路の情報である上り経路情報とを保持するとともに、前記下り経路の情報を通知する下り経路制御メッセージを生成するネットワーク制御部と、
前記下り経路制御メッセージを、前記ツリー構造において自装置より上位の隣接する無線通信装置に送信した後、前記上位の隣接する無線通信装置から前記下り経路制御メッセージに対する送達確認を受信した場合、前記ネットワーク制御部に前記上り経路情報の更新を指示する無線送受信部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記上り経路の情報を通知する上り経路制御メッセージを生成し、
前記無線送受信部は、前記ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置から下り経路制御メッセージを受信すると、前記ネットワーク制御部に前記下り経路情報の更新を指示するとともに、前記上り経路制御メッセージを前記下位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記上り経路の情報を保持していない場合、前記上り経路の情報を保持していない旨を示す上り経路制御メッセージを生成し、
前記無線送受信部は、前記ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置から下り経路制御メッセージを受信すると、前記上り経路制御メッセージを前記下位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 - 隣接する無線通信装置が間欠制御をするか否かの情報を保持する間欠制御部を備え、
前記無線送受信部は、前記下位の隣接する無線通信装置が間欠制御を行う場合、前記下位の隣接する無線通信装置から下り経路制御メッセージを受信すると、前記上り経路制御メッセージを前記下位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。 - 前記無線送受信部は、前記上位の隣接する無線通信装置から上り経路制御メッセージを受信すると、前記ネットワーク制御部に前記上り経路情報の更新を指示するとともに、前記下り経路制御メッセージを前記上位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記ネットワーク制御部は、前記上り経路の情報を通知する上り経路制御メッセージを生成し、
前記無線送受信部は、前記上り経路制御メッセージに、前記ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置が保持する下り経路の情報を要求する旨を含めて、前記下位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記無線送受信部は、前記ツリー構造において自装置より下位の隣接する無線通信装置から下り経路制御メッセージを受信すると、前記ネットワーク制御部より前記上り経路の情報を取得し、送達確認に前記上り経路の情報を含めて前記下位の隣接する無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- ツリー構造のマルチホップネットワークを構成するとともに、起動とスリープとを繰り返す無線通信装置の無線通信方法であって、
前記無線通信装置のネットワーク制御部が、前記ツリー構造において自装置より下位の無線通信装置への経路の情報である下り経路情報と、前記ツリー構造において自装置より上位の無線通信装置への経路の情報である上り経路情報とを保持するとともに、前記下り経路の情報を通知する下り経路制御メッセージを生成するネットワーク制御ステップと、
前記無線通信装置の無線送受信部が、前記下り経路制御メッセージを、前記ツリー構造において自装置より上位の隣接する無線通信装置に送信した後、前記上位の隣接する無線通信装置から前記下り経路制御メッセージに対する送達確認を受信した場合、前記ネットワーク制御部に前記上り経路情報の更新を指示する無線送受信ステップと、
を有する無線通信方法。
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