JP6384548B2 - 通信方法、通信プログラムおよび通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信方法等に関する。

センサを備える多数のノードを配置し、各ノードが無線通信でデータをやり取りすることで、各種の計測情報を各ノードから収集するＷＳＮ（Wireless Sensor Network）がある。例えば、ＷＳＮで採用されるネットワーク構造には、ツリー型およびメッシュ型がある。

図２２は、ツリー型のネットワーク構造の一例を説明するための図（１）である。ツリー型のネットワーク構造は、親子関係の管理や動機制御が比較的簡単であるため、非力な処理能力しか持たないノードに向いている。また、ツリー型のネットワーク構造は、子ノードを持つノードが各階層に１つだけのもの、又は、複数のものがある。以下の説明において、子ノードを持つノードを、適宜、シンクノードと表記する。

図２２に示す例では、ネットワーク１０のネットワーク構造は、各階層に１つのシンクノードを有する。ネットワーク１０に含まれるノード１１〜２３のうち、子ノードを持つシンクノードは、ノード１１，１３，１８，２２となる。ネットワーク１０のように、シンクノードが各階層に１つのものは、複数のシンクノードがあるネットワークと比較して、ネットワークの管理が容易となる。

ここで、ツリー型のネットワーク構造では、シンクノードが故障すると、故障したシンクノードの配下のノード全てと通信できなくなる。図２３は、ツリー型のネットワーク構造の問題を説明するための図である。例えば、図２３において、シンクノードであるノード１３に故障が発生すると、ノード１１，１２，１４，１５は、ノード１６〜１８および図示しないノード２２の配下のノードと通信できなくなる。このため、ツリー型のネットワーク構造は、堅牢性が低い。

これに対して、メッシュ型のネットワーク構造では、各ノードが編み目のように接続され、宛先のノードに至るまでの経路が複数種類存在する。このため、あるノードが故障した場合でも、故障したノードを迂回する経路を選択することで、データ通信を継続することができ、堅牢性を高めることができる。

また、ツリー型のネットワーク構造であっても、各ノードの電波出力を強めに設定しておくことで、堅牢性を高めることができる。図２４は、ツリー型のネットワーク構造の一例を説明するための図（２）である。図２４のネットワーク構成は、図２２のものと同様である。図２４に示す例では、ノード１１の電波出力が強めに設定されているものとする。この場合には、シンクノードとなるノード１３が故障した場合でも、ノード１１の電波がノード１８に届くため、ノード１１，１２，１４，１５は、下位の階層のノードと通信を継続することができる。

特開２０１１−２２３４１９号公報 特開２０１１−２０５５５６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、運用中のコストを増やすことなくネットワークの堅牢性を高めることができないという問題がある。

上記メッシュ型のネットワーク構造では、堅牢性を高めることができるものの、定期的に経路を更新するためにパケットを送受信するため、運用中のコストが高くなる。また、各ノードの電波出力を高める手法であっても、消費電力の増加により、運用中のコストが高くなる。

１つの側面では、運用中のコストを増やすことなくネットワークの堅牢性を高めることができる通信方法、通信プログラムおよび通信システムを提供することを目的とする。

第１の案では、コンピュータが下記の処理を実行する。コンピュータは、第１階層に含まれる第１ノードが、第１階層の下位の階層となる第２階層に含まれるシンクノードに故障が発生したか否かを判定する。コンピュータは、第１ノードが、シンクノードに故障が発生したと判定した場合に、第２階層の下位の階層となる第３階層に含まれる第３ノードの情報の収集依頼を第２階層に含まれる第２ノードに対して行う。コンピュータは、第１ノードが、第２ノードによって収集された第３ノードの情報を基にして、第２階層に含まれる故障したシンクノードの代わりとなる第４ノードを判定する。

本発明の１実施態様によれば、運用中のコストを増やすことなくネットワークの堅牢性を高めることができる。

図１は、本実施例に係るネットワークの構成を示す図である。 図２は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（１）である。 図３は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（２）である。 図４は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（３）である。 図５は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（４）である。 図６は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（５）である。 図７は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（６）である。 図８は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（７）である。 図９は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（８）である。 図１０は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（９）である。 図１１は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（１０）である。 図１２は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（１１）である。 図１３は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図（１２）である。 図１４は、本実施例に係るノードの構成を示す機能ブロック図である。 図１５は、近傍探査報告情報のデータ構造の一例を示す図である。 図１６は、管理テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１７は、本実施例に係るノードの処理手順を示すフローチャート（１）である。 図１８は、本実施例に係るノードの処理手順を示すフローチャート（２）である。 図１９は、本実施例に係るノードの処理手順を示すフローチャート（３）である。 図２０は、本実施例に係るネットワークにおいて故障を検出した場合の処理を示すシーケンス図である。 図２１は、通信プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。 図２２は、ツリー型のネットワーク構造の一例を説明するための図（１）である。 図２３は、ツリー型のネットワーク構造の問題を説明するための図である。 図２４は、ツリー型のネットワーク構造の一例を説明するための図（２）である。

以下に、本発明にかかる通信方法、通信プログラムおよび通信システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係るネットワークの構成を示す図である。図１に示すように、このネットワークは、ツリー型のネットワーク構造であり、通信システムの一例である。図１に示すネットワークは、ノード１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉ，１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌ，１００Ｍを有する。ここでは図示を省略するが、このネットワークは、ノード１００Ａ〜１００Ｍ以外のノードを有していてもよい。以下の説明において、ノード１００Ａ〜ノード１００Ｍをまとめて、適宜、ノード１００と表記する。

このノード１００Ａ〜１００Ｍのうち、ノード１００Ａ，１００Ｃ，１００Ｈ，１００Ｌは、シンクノードである。ノード１００Ａは、ノード１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅとの間で無線通信を行う。ノード１００Ｃは、ノード１００Ａ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉとの間で無線通信を行う。ノード１００Ｈは、ノード１００Ｃ，１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌ，１００Ｍとの間で無線通信を行う。

どのノード１００がどのノード１００と無線通信を行うのかは、予め管理者に設定されているものとする。また、どのノード１００がシンクノードとなるのかは、予め管理者に設定されているものとする。シンクノードは、子ノードから計測情報を受信し、受信した計測情報を、配下のシンクノードに計測情報を送信する。例えば、ノード１００Ａは、ノード１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｅから計測情報を受信し、受信した計測情報を、ノード１００Ｃに送信する。

以下に説明するように、本実施例に係るネットワークは、あるシンクノードに故障が発生した場合に、故障したシンクノードの代わりとなるノードを判定し、ネットワークを再構築する。

続いて、本実施例に係るネットワークの処理の一例について説明する。図２〜図１３は、本実施例に係るネットワークの処理を説明するための図である。図２に示すように、ノード１００Ａは、子ノードとなるノード１００Ｂ〜１００Ｅと無線通信を実行し、一定回数以上、無線通信に失敗した場合に、該当する子ノードが故障したと判定する。ノード１００Ａは、故障した子ノードがシンクノードである場合には、ネットワークの再構築を開始する。例えば、ノード１００Ｃが故障した場合には、ノード１００Ａは、ネットワークの再構築を開始する。

図３の説明に移行する。ノード１００Ａは、シンクノードの故障を検出した場合には、子ノードに対して「近傍探査依頼情報」を送信する。例えば、ノード１００Ａは、近傍探査依頼情報５０ａを、ノード１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｅに送信する。この近傍探査依頼情報５０ａは、子ノードに近傍探査を依頼する情報である。近傍探査依頼情報５０ａは、送信元ノードを一意に識別する識別情報が含まれる。この識別情報は、送信元ノードのＭＡＣ（Media Access Control address）アドレス等に対応する。

図４の説明に移行する。近傍探査依頼を受信したノードは、「近傍探査信号」をブロードキャストする。例えば、ノード１００Ｄは、ノード１００Ａから近傍探査依頼情報を受信した場合に、近傍探査信号５０ｂをブロードキャストする。この近傍探査信号５０ｂは、送信元ノードを一意に識別する識別情報が含まれる。この識別情報は、送信元ノードのＭＡＣアドレス等に対応する。

図５の説明に移行する。近傍探査信号を受信したノードは「近傍探査応答情報」を、近傍探査信号の送信元ノードに送信する。例えば、ノード１００Ｈは、ノード１００Ｄから近傍探査信号を受信した場合には、近傍探査応答情報を、ノード１００Ｄに送信する。この近傍探査応答情報は、送信元ノードを一意に識別する識別情報と、近傍探査応答情報の送信元ノードがシンクノードであるか否かの情報と、近傍探査応答情報の送信元ノードの親ノードを一意に識別する情報を含む。

例えば、ノード１００Ｈがノード１００Ｄに送信する近傍探査応答情報において、送信元ノードの識別情報は、ノード１００ＨのＭＡＣアドレスとなる。ノード１００Ｈは、シンクノードであるため、近傍探査応答情報には、ノード１００Ｈがシンクノードである旨の情報が含まれる。また、ノード１００Ｈの親ノードは、ノード１００Ｃであるため、近傍探査応答情報に設定される親ノードの識別情報は、ノード１００ＣのＭＡＣアドレスとなる。

近傍探査信号を受信した他のノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉも同様にして、近傍探査応答情報５０ｃを、ノード１００Ｄに送信する。ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉは、シンクノードではないため、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉの送信する近傍探査応答情報５０ｃには、シンクノードでない旨の情報が含まれる。

図６の説明に移行する。近傍探査信号をブロードキャストしたノードは、ブロードキャストしてから一定時間、近傍探査応答情報を受信する。ノードは、受信した近傍探査応答情報を基にして、「近傍探査報告情報」を生成し、生成した近傍探査報告情報を、親ノードに送信する。近傍探査報告情報は、送信元ノードを一意に識別する識別情報と、近傍探査応答情報を送信したノードのリストが含まれる。このリストには、例えば、ノードの識別情報と、該当ノードがシンクノードであるか否かの情報とが対応付けられる。

例えば、ノード１００Ｄは、ノード１００Ｆ〜１００Ｉから近傍探査応答情報を受信した後に、近傍探査報告情報５０ｄを生成し、ノード１００Ａに送信する。近傍探査報告情報５０ｄには、送信元ノードの識別情報として、ノード１００ＤのＭＡＣアドレスが設定される。また、近傍探査報告情報５０ｄのリストには、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００ＩのＭＡＣアドレスが含まれる。リストには、ノード１００Ｈがシンクノードで、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉがシンクノードではない旨の情報が含まれる。

なお、近傍探査報告情報を親ノードに送信するノードは、自ノードと子ノードとの通信品質の情報を、親ノードに送信する。通信品質は、電波の受信電力（ｄＢｍ）に対応する。例えば、ノード１００Ｄは、ノード１００Ｄと各子ノード１００Ｆ〜１００Ｉとの通信品質の情報を、ノード１００Ａに送信する。ノードは、対象ノードとの間の通信品質をどのような従来技術を用いて計測してもよい。

ノード１００Ａは、近傍探査報告情報を受信し、近傍探査報告情報を基にして、故障したシンクノードの代わりとなるノードを判定する。例えば、ノード１００Ａは、下記の第１条件を満たす子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとして判定する。ノード１００Ａは、第１条件を満たす子ノードが存在しない場合には、第２条件を満たす子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとして判定する。

第１条件は、未接続シンクノードと通信可能で、かつ、未接続シンクノードとの間の通信品質が閾値以上となるノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとする条件である。ここで、未接続シンクノードは、故障したシンクノードの配下に位置するシンクノードである。例えば、図２に示す例では、故障したシンクノードをノード１００Ｃとすると、ノード１００Ｈが未接続シンクノードとなる。

第２条件は、より多くの未接続ノードと通信可能で、かつ、未接続ノードとの間の通信品質が閾値以上となるノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとする条件である。ここで、未接続ノードは、故障したシンクノードの配下に位置するノードのうち、シンクノード以外のノードに対応する。図２に示す例では、故障したシンクノードをノード１００Ｃとすると、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉが未接続ノードとなる。

図７以降の説明では、第１条件を満たすノードが存在する場合の処理と、第１条件を満たすノードが存在しない場合の処理とに分けて説明する。図７〜図９は、ノード１００Ａが、第１条件を満たすノードが存在すると判定した場合の処理を説明する。図１０〜図１３は、ノード１００Ａが、第１条件を満たすノードが存在しないと判定した場合の処理を説明する。

図７の説明に移行する。図７に示す例では、第１条件を満たすノードが存在し、この第１条件を満たすノードをノード１００Ｄとする。ノード１００Ａは、シンクノード化指示情報５０ｅを、ノード１００Ｄに送信する。このシンクノード化指示情報には、未接続シンクノードの識別情報が含まれる。例えば、未接続シンクノードの識別情報は、未接続シンクノードのＭＡＣアドレスに対応する。ノード１００Ａは、シンクノード化指示情報の未接続シンクノードの識別情報に、ノード１００ＨのＭＡＣアドレスを設定する。

図８の説明に移行する。シンクノード化指示情報５０ｅを受信したノードは、自ノードの役割をシンクノードに変更する。ノード１００Ｄは、シンクノード化指示情報５０ｅを受信した場合に、ノード１００Ｄの機能をシンクノードの機能に変更する。ノード１００Ｄは、各通信方式の所定の手続に従って、ノード１００Ｆ〜１００Ｉと接続することで、ネットワークを構築する。

ここでは一例として、シンクノードとなったノード１００Ｄが、ZigBee（登録商標、以下同等）の手続に従って、ネットワークを構築する場合について説明する。ノード１００Ｄは、ノード１００Ｆ〜１００Ｉからブロードキャストされるビーコン信号を受信する。ノード１００Ｄは、ネットワーク構築時にこのビーコン信号を受信すると、応答情報をノード１００Ｆ〜１００Ｉに送信する。ノード１００Ｆ〜ノード１００Ｉは、応答情報を受信すると、加入要求をノード１００Ｄに送信し、ノード１００Ｄがかかる加入要求を受け付ける。

図９の説明に移行する。図９に示すように、ノード１００Ｄがノード１００Ｆ〜１００Ｉから加入要求を受け付け、この加入要求を許容することで、ノード１００Ｄと、ノード１００Ｆ〜１００Ｉとが接続させ、ネットワークが構築させる。

図１０の説明に移行する。図１０に示す例では、第１条件を満たすノードが存在せず、第２条件を満たすノードのうち、より多くの未接続ノードと通信可能なノードを、ノード１００Ｄとする。ノード１００Ａは、シンクノード化指示情報５０ｆを、ノード１００Ｄに送信する。第１条件を満たすノードが存在しない場合には、このシンクノード化指示情報には、未接続シンクノードの識別情報が含まれない。

図１１の説明に移行する。シンクノード化指示情報５０ｆを受信したノードは、自ノードの役割をシンクノードに変更する。ノード１００Ｄは、シンクノード化指示情報５０ｆを受信した場合に、ノード１００Ｄの機能をシンクノードの機能に変更する。ノード１００Ｄは、各通信方式の所定の手順に従って、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉと接続することで、ネットワークを構築する。ネットワークを構築する手順は、図８に示したZigBeeと同様である。

図１２の説明に移行する。ノード１００Ｄは、図３に示したノード１００Ａと同様にして、子ノードに対して近傍探査依頼情報５０ｆを送信する。例えば、ノード１００Ｄは、近傍探査依頼情報５０ｆを、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉに送信する。ノード１００Ｄは、ノード１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｉから、近傍探査報告情報を受信する。ノード１００Ｄが、近傍探査依頼情報５０ｆを送信してから、近傍探査報告情報を受信するまでの処理は、図３〜図６で説明した処理に対応する。

ノード１００Ｄは、近傍探査報告情報を受信し、近傍探査報告情報を基にして、シンクノードに設定するノードを判定する。ノード１００Ｄは、上記の第１条件を満たす子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとして判定する。ノード１００Ａは、第１条件を満たす子ノードが存在しない場合には、第２条件を満たす子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとして判定する。

例えば、第１条件を満たす子ノードが存在し、子ノードをノード１００Ｇとする。この場合には、ノード１００Ｄは、シンクノード化指示情報を、ノード１００Ｇに送信する。

図１３の説明に移行する。シンクノード化指示情報を受信したノード１００Ｇは、ノード１００Ｇの役割をシンクノードに変更し、各通信方式の所定の手順に従って、ノード１００Ｈと接続することで、ネットワークを構築する。ノード１００Ｇがネットワークを構築する処理は、図８および図９に示したノード１００Ｄの処理と同様である。

ところで、ノード１００は、第１条件を満たすノードが存在しない場合には、第１条件を満たすノードが存在するまで、図１０、図１１、図１２に示した処理を繰り返し実行することで、ネットワークを再構築する。

本実施例に係るノード１００は、シンクノードに故障が発生した場合には、図２〜図１３に示す処理を実行することで、ネットワークを再構築する。このネットワークを再構築する処理は、ツリー型のネットワーク構造のまま、電波出力を高めることなく実行される処理であるため、運用中のコストを増やすことなくネットワークの堅牢性を高めることができる。

次に、図１〜図１３に示した処理を実行するノード１００の構成の一例について説明する。図１４は、本実施例に係るノードの構成を示す機能ブロック図である。図１４に示すように、このノード１００は、ハーベスタ１０１と、バッテリ１０２と、ＣＵ（Communication Unit）１０３と、センサ１０４と、入力部１１０と、表示部１２０と、記憶部１３０と、制御部１４０とを有する。

ハーベスタ１０１は、外部の物体が発生する熱や振動、ＲＦ（Radio Frequency）波等のエネルギーを取得し、取得したエネルギーを電力に変換する装置である。例えば、ハーベスタ１０１はソーラーパネルに対応する。ハーベスタ１０１は、電力をバッテリ１０２に出力する。

バッテリ１０２は、ハーベスタ１０１から取得した電力を蓄積する装置である。バッテリ１０２に蓄積された電力は、図示しないＰＭＵ（Power Management Unit）により、ノード１００の各処理部に供給される。

ＣＵ１０３は、他のノードと無線通信を行う装置である。ＣＵ１０３は、通信装置に対応する。後述する制御部１４０は、ＣＵ１０３を介して、他のノードとデータをやり取りする。

センサ１０４は、ノード１００周辺の計測情報を取得するセンサである。例えば、センサ１０４が計測する計測情報には、ノード１００周辺の気温、湿度、土壌の水分含有率等の情報が含まれる。センサ１０４は、計測情報を制御部１４０に出力する。

入力部１１０は、各種の情報をノード１００に入力するための入力装置である。例えば、入力部１１０は、タッチパネルや入力ボタン等に対応する。

表示部１２０は、制御部１４０から出力される情報を表示する表示装置である。例えば、表示部１２０は、タッチパネルや液晶ディスプレイ等に対応する。

記憶部１３０は、経路情報１３１と、シンクノード情報１３２、近傍探査報告情報１３３、管理テーブル１３４を有する。記憶部１３０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子などの記憶装置に対応する。

経路情報１３１は、計測情報を送信する先のノードを識別する識別情報を有する。経路情報１３１は、予め管理者に設定される。また、経路情報１３１には、自ノード１００の配下に接続される子ノードを識別する情報や、自ノード１００に接続される親ノードを識別する情報が含まれていてもよい。

シンクノード情報１３２は、自ノードがシンクノードであるか否かを示す情報を有する。例えば、シンクノード情報１３２のフラグが「ＯＮ」であれば、自ノードはシンクノードとなる。シンクノード情報１３２のフラグが「ＯＦＦ」であれば、自ノードはシンクノードではない。

近傍探査報告情報１３３は、図４、図５で説明したように、自ノード１００が近傍探査信号を送信した結果、他のノードから得られる近傍探査応答情報を基に生成される情報である。

図１５は、近傍探査報告情報のデータ構造の一例を示す図である。図１５に示すように、この近傍探査報告情報は、送信元ノード識別情報と、リスト情報と、受信電力とを有する。送信元ノード識別情報には、自ノード１００の識別情報が設定される。リスト情報は、ノード識別情報とシンクノードフラグとを対応付ける。ノード識別情報は、近傍探査応答情報の送信元ノードの識別情報が設定される。シンクノードフラグは、ノード識別情報に対応するノードがシンクノードであるか否かを示す情報である。シンクノードフラグが「ＯＮ」であれば、ノード識別情報に対応するノードがシンクノードであることを示す。シンクノードフラグが「ＯＦＦ」であれば、ノード識別情報に対応するノードがシンクノードでないことを示す。受信電力は、ノード識別情報に対応するノードから送信される信号の受信電力を示す。

管理テーブル１３４は、図３〜図６で説明したように、自ノード１００が近傍探査依頼情報を送信した結果、子ノードから得られる各近傍探査報告情報を保持するテーブルである。図１６は、管理テーブルのデータ構造の一例を示す図である。図１６に示すように、例えば、管理テーブル１３４には、各近傍探査報告情報１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが含まれる。各近傍探査報告情報に関する説明は、図１５において説明した内容と同様である。

制御部１４０は、計測情報処理部１４１、故障検出部１４２、第１再構築処理部１４３、第２再構築処理部１４４、第３再構築処理部１４５、第４再構築処理部１４６、第５再構築処理部１４７を有する。制御部１４０は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積装置に対応する。また、制御部１４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の電子回路に対応する。

計測情報処理部１４１は、センサ１０４から計測情報を取得し、取得した計測情報を送信先のノードに送信する処理部である。送信先のノードは、経路情報１３１に設定されている。

故障検出部１４２は、シンクノードに対応する配下の子ノードの故障を検出する処理部である。故障検出部１４２は、シンクノード情報１３２を基にして、自ノード１００がシンクノードである場合に動作する。故障検出部１４２の処理は、図２の処理に対応する。

故障検出部１４２は、シンクノードに対応する配下の子ノードに信号を送信し、ＡＣＫ信号を得られない場合に、無線通信に失敗したと判定する。故障検出部１４２は、一定回数以上、無線通信に失敗した場合に、配下のシンクノードの故障を検出する。故障検出部１４２は、シンクノードの故障を検出した場合には、ネットワーク再構築指示を、第１再構築処理部１４３に出力する。

第１再構築処理部１４３は、故障検知部１４２からネットワーク再構築指示を取得した場合に、近傍探査依頼情報を子ノードに送信する処理部である。第１再構築処理部１４３の処理は、図３の処理に対応する。

第１再構築処理部１４３は、近傍探査依頼情報の送信元ノードの識別情報として、自ノード１００の識別情報を設定し、子ノードに近傍探査依頼情報を送信する。

第２再構築処理部１４４は、他のノードから近傍探査依頼情報を受信した場合に、近傍探査信号をブロードキャストする。この近傍探査信号には、送信元ノードを識別する情報が含まれる。第２再構築処理部１４４は、近傍探査信号をブロードキャストした後に、各ノードから近傍探査応答情報を受信し、受信した近傍探査応答情報を基にして、近傍探査報告情報１３３を生成する。第２再構築処理部１４４は、生成した近傍探査報告情報１３３を、近傍探査依頼情報の送信元ノードに送信する。第２再構築処理部１４４の処理は、図４、図６に示した処理に対応する。

第３再構築処理部１４５は、他のノードによりブロードキャストされた近傍探査信号を受信した場合に、近傍探査応答情報を、近傍探査信号の送信元ノードに送信する処理部である。第３再構築処理部１４５の処理は、図５に示した処理に対応する。

第３再構築処理部１４５は、近傍探査信号を受信した場合に、自ノード１００がシンクノードであるか否かの情報を、近傍探査応答情報に設定する。第３再構築処理部１４５は、シンクノード情報１３２を参照し、自ノード１００がシンクノードであるか否かを判定する。また、第３再構築処理部１４５は、近傍探査応答情報に、近傍探査応答情報の送信元ノードを識別する情報と、この送信元ノードの親ノードを識別する情報を設定する。

第４再構築処理部１４６は、各子ノードから近傍探査報告情報を受信し、受信した近傍探査報告情報を管理テーブル１３４に登録する。第４再構築処理部１４６は、管理テーブル１３４に登録された各近傍探査報告情報を基にして、故障したシンクノードの代わりとなるノードを判定する。

第４再構築処理部１４６は、管理テーブル１３４を基にして、第１条件を満たす子ノードが存在するか否かを判定する。以下において、第１条件を満たす子ノードが存在する場合と、存在しない場合に分けて、第４再構築処理部１４６の処理について説明する。

第１条件を満たす子ノードが存在する場合の処理について説明する。第１条件を満たす子ノードが存在する場合の第４再構築処理部１４６の処理は、図７の処理に対応する。第４再構築処理部１４６は、シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報を設定する。例えば、第１条件を満たす子ノードがノード１００Ｄである場合には、図１６に示すように、未接続シンクノードはノード１００Ｈとなる。このため、第４再構築処理部１４６は、ノード１００Ｄに送信するシンクノード化指示情報に設定する未接続シンクノードの識別情報として、ノード１００ＨのＭＡＣアドレスを設定する。第４再構築処理部１４６は、第１条件を満たす子ノードに、シンクノード化指示情報を送信する。

第４再構築処理部１４６は、第１条件を満たす子ノードが複数存在する場合には、管理テーブル１３４を参照し、未接続シンクノードからの受信電力が最も大きい子ノードに対して、シンクノード化指示情報を送信する。

第１条件を満たす子ノードが存在しない場合の処理について説明する。第１条件を満たす子ノードが存在しない場合の第４再構築処理部１４６の処理は、図１０の処理に対応する。第４再構築処理部１４６は、管理テーブル１３４を基にして、第２条件を満たすノードのうち、より多くの未接続ノードと通信可能なノードを、特定する。第４再構築処理部１４６は、特定したノードに対して、シンクノード化指示情報を送信する。第２条件を満たすノードに送信するシンクノード化指示情報には、未接続シンクノードの識別情報が含まれない。

第５再構築処理部１４７は、他のノードからシンクノード化指示情報を受信した場合に、配下の子ノードとネットワークを構築する処理部である。シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報が含まれている場合と、含まれていない場合とに分けて、第５再構築処理部１４７の処理を説明する。

シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報が含まれている場合について説明する。シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報が含まれている場合の第５再構築処理部１４７の処理は、図８、図９の処理に対応する。第５再構築処理部１４７は、シンクノード化指示情報を取得すると、シンクノード情報１３２にアクセスし、シンクノード情報のフラグを「ＯＮ」に設定することで、自ノード１００の機能をシンクノードに変更する。また、第５再構築処理部１４７は、各通信方式の所定の手続に従って、子ノードと接続することで、ネットワークを構築する。第５再構築処理部１４７は、構築したネットワークを基にして、経路情報１３１を更新する。

シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報が含まれていない場合について説明する。シンクノード化指示情報に、未接続シンクノードの識別情報が含まれていない場合の第５再構築処理部１４７の処理は、図１１、図１２の処理に対応する。第５再構築処理部１４７は、シンクノード情報１３２にアクセスし、シンクノード情報のフラグを「ＯＮ」に設定することで、自ノードの機能をシンクノードに変更する。また、第５再構築処理部１４７は、各通信方式の所定の手続に従って、子ノードと接続することで、ネットワークを構築する。第５再構築処理部１４７は、構築したネットワークを基にして、経路情報１３１を更新する。

続いて、第５再構築処理部１４７は、近傍探索依頼情報の送信依頼を、第１再構築処理部１４３に対して行う。近傍探査依頼情報の送信依頼を受け付けた第１再構築処理部１４３は、近傍探査依頼情報を子ノードに送信する。

次に、本実施例にかかるノード１００の処理手順について説明する。図１７〜図１９は、本実施例に係るノードの処理手順を示すフローチャートである。

図１７について説明する。図１７に示す処理は、ノード１００がシンクノードであり、配下のシンクノードの故障を検出した場合の処理手順である。ノード１００の故障検出部１４２は、配下のシンクノードの故障を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

ノード１００の故障検出部１４２は、配下のシンクノードの故障を検出していない場合には（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、処理を終了する。一方、ノード１００の故障検出部１４２が、配下のシンクノードの故障を検出した場合には（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ノード１００は、ネットワーク再構築処理を実行する。以下において、ネットワーク再構築処理について説明する。

ノード１００の第１再構築処理部１４３は、子ノードに「近傍探査依頼情報」を送信する（ステップＳ１０２）。ノード１００の第４再構築処理部１４６は、子ノードから「近傍探査報告情報」を受信する（ステップＳ１０３）。第４再構築処理部１４６は、第１条件を満たす子ノードが存在するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

第４再構築処理部１４６は、第１条件を満たす子ノードが存在する場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、第１条件を満たす子ノードに「シンクノード化指示情報」を送信する（ステップＳ１０５）。一方、第４再構築処理部１４６は、第１条件を満たす子ノードが存在しない場合には（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、第２条件を満たす子ノードに「シンクノード化指示情報」を送信する（ステップＳ１０６）。

図１８について説明する。図１８に示す処理は、ノード１００がシンクノードではなく、他のノードから近傍探査依頼情報を受信した場合の処理手順である。ノード１００の第２再構築処理部１４４は、他のノードから近傍探査依頼情報を受信する（ステップＳ２０１）。

第２再構築処理部１４４は、近傍探査信号をブロードキャストし（ステップＳ２０２）、一定時間、近傍探査応答情報を他のノードから受け付ける（ステップＳ２０３）。第２再構築処理部１４４は、近傍探査報告情報を、近傍探査依頼情報の依頼元に送信する（ステップＳ２０４）。

図１９について説明する。図１９に示す処理は、ノード１００が、シンクノード化指示情報を受信した場合の処理手順である。ノード１００の第５再構築処理部１４７は、他のノードからシンクノード化指示情報を受信した場合に、自ノード１００の役割をシンクノードに変更する（ステップＳ３０１）。

第５再構築処理部１４７は、ネットワーク構築処理を行う（ステップＳ３０２）。第５再構築処理部１４７は、未接続シンクノードと接続したか否かを判定する（ステップＳ３０３）。第５再構築処理部１４７は、未接続シンクノードと接続した場合には（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）、処理を終了する。

一方、未接続シンクノードと接続していない場合には（ステップＳ３０３，Ｎｏ）、ノード１００は、ネットワーク再構築処理を実行する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４のネットワーク再構築処理は、図１７のステップＳ１１０に示したネットワーク再構築処理に対応する。

図２０は、本実施例に係るネットワークにおいて故障を検出した場合の処理を示すシーケンス図である。図２０では一例として、シンクノードのノード１００Ｃに故障が発生したものとする。また、図２０の処理では、説明の便宜上、ノード１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｈを用いて説明するが、他のノードも含まれる。

図２０に示すように、ノード１００Ａは、シンクノードの故障を検出する（ステップＳ４０１）。ノード１００Ａは、近傍探査依頼情報をブロードキャストする（ステップＳ４０２）。

ノード１００Ｂは、ノード１００Ａから近傍探査依頼情報を受信する（ステップＳ４０３）。ノード１００Ｂは、近傍探査信号をブロードキャストし（ステップＳ４０４）、他のノードから近傍探査応答情報を受信する（ステップＳ４０５）。ノード１００Ｂは、近傍探査報告情報をノード１００Ａに通知する（ステップＳ４０６）。

ノード１００Ｃは、ノード１００Ａから近傍探査依頼情報を受信する（ステップＳ４０７）。ノード１００Ｃは、近傍探査信号をブロードキャストする（ステップＳ４０８）。ノード１００Ｈは、近傍探査信号を受信する（ステップＳ４０９）。ノード１００Ｈは、近傍探査応答情報を送信する（ステップＳ４１０）。

ノード１００Ｄは、近傍探査応答を受信する（ステップＳ４１１）。ノード１００Ｄは、近傍探査報告情報をノード１００Ａに通知する（ステップＳ４１２）。

ノード１００Ａは、子ノードから近傍探査報告情報を受信する（ステップＳ４１３）。ノード１００Ａは、シンクノード化させる子ノードを判定する（ステップＳ４１４）。ノード１００Ａは、シンクノード化指示情報を、ノード１００Ｄに送信する（ステップＳ４１５）。

ノード１００Ｄは、シンクノード化指示情報をノード１００Ａから受信する（ステップＳ４１６）。ノード１００Ｄは、ノード１００Ｈと他の子ノードとの間でネット構築を行う（ステップＳ４１７）。

図２０に示したＳ４０１〜４１７の処理が実行されることで、シンクノードの故障を検出した場合でも、ネットワークを再構築することができる。

次に、本実施例に係るネットワークの効果について説明する。ノード１００は、配下のシンクノードの故障を検出した場合に、近傍探査依頼情報を各子ノードに送信することで、各子ノードから近傍探査報告情報を受信する。ノード１００は、係る近傍探査報告情報を基にして、故障したシンクノードの代わりとなる最適な子ノードを特定して、特定した子ノードにシンクノード化指示情報を送信して、シンクノード化させ、ネットワークを再構築する。このように、本実施例では、ツリー型のネットワーク構造のまま、各ノードの電波出力を高めなくても、ネットワークを構築できるため、運用コストを増やすことなくネットワークの堅牢性を高めることができる。

また、本実施例に係るノード１００は、各子ノードから近傍探査報告情報を受信し、未接続シンクノードと通信可能で、かつ、未接続シンクノードとの間の通信品質が閾値以上となる子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードと判定する。このため、シンクノードに指定したノードと、未接続シンクノードとを優先して接続することで、ネットワークの再構築処理を効率的に実行することができる。

また、本実施例に係るノード１００は、未接続シンクノードと通信する子ノードが存在しない場合には、より多くの未接続ノードと通信可能で、かつ、未接続ノードとの間の通信品質が閾値以上となる子ノードを、故障したシンクノードの代わりとなるノードとする。このため、ある一定以上の通信品質の保てる最適な子ノードをシンクノードに設定することができる。

次に、上記実施例に示したノード１００と同様の機能を実現する通信プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。図２１は、通信プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。

図２１に示すように、コンピュータ２００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ２０１と、ユーザからのデータの入力を受け付ける入力装置２０２とを有する。コンピュータ２００は、各種の計測情報を計測するセンサ２０３、他のノードと通信を行うＣＵ２０４を有する。コンピュータ２００は、バッテリ２０６およびハーベスタ２０７を制御するＰＭＵ２０５を有する。また、コンピュータ２００は、各種情報を一時記憶するＲＡＭ２０８と、記憶装置２０９とを有する。そして、各装置２０１〜２０９は、バス２１０に接続される。

記憶装置２０９は、通信プログラム２０９ａを有する。ＣＰＵ２０１は、通信プログラム２０９ａを読み出してＲＡＭ２０６に展開する。通信プログラム２０９ａは、通信プロセス２０８ａとして機能する。

例えば、通信プロセス２０８ａの処理は、計測情報処理部１４１、故障検出部１４２、第１再構築処理部１４３、第２再構築処理部１４４、第３再構築処理部１４５、第４再構築処理部１４６、第５再構築処理部１４７に対応する。

なお、通信プログラム２０９ａは、必ずしも最初から記憶装置２０９に記憶させておかなくても良い。例えば、コンピュータ２００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」に通信プログラム２０９ａを記憶させておく。そして、コンピュータ２００が通信プログラム２０９ａを読み出して実行するようにしてもよい。

１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｉ，１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌ，１００Ｍ ノード

Claims (4)

1. 第１階層に含まれる第１ノードが、前記第１階層の下位の階層となる第２階層に含まれるシンクノードに故障が発生したか否かを判定し、
   前記第１ノードが、前記シンクノードに故障が発生したと判定した場合に、前記第２階層の下位の階層となる第３階層に含まれる第３ノードの情報の収集依頼を前記第２階層に含まれる第２ノードに対して行い、
   前記第１ノードが、前記第２ノードによって収集された前記第３ノードの情報を基にして、前記第３階層のシンクノードと通信可能な第２ノードが存在しない場合に、通信可能な第３ノードの数に応じて、前記故障したシンクノードの代わりとなる第４ノードを判定する
   処理を実行することを特徴とする通信方法。
2. 前記第４ノードを判定する処理は、前記第３ノードの情報を基にして、前記第３階層のシンクノードと通信可能で、前記シンクノードとの間の通信品質が閾値以上となる第２ノードを、前記故障したシンクノードの代わりとなる第４ノードとして判定することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. コンピュータに、
   前記コンピュータの属する第１階層の下位の階層となる第２階層に含まれるシンクノードに故障が発生したか否かを判定し、
   前記シンクノードに故障が発生したと判定した場合に、前記第２階層の下位の階層となる第３階層に含まれる第３ノードの情報の収集依頼を前記第２階層に含まれる第２ノードに対して行い、
   前記第２ノードによって収集された前記第３ノードの情報を基にして、前記第３階層のシンクノードと通信可能な第２ノードが存在しない場合に、通信可能な第３ノードの数に応じて、前記故障したシンクノードの代わりとなる第４ノードを判定する
   処理を実行させることを特徴とする通信プログラム。
4. 第１階層に含まれる第１ノードが、前記第１階層の下位の階層となる第２階層に含まれるシンクノードに故障が発生したか否かを判定し、
   前記第１ノードが、前記シンクノードに故障が発生したと判定した場合に、前記第２階層の下位の階層となる第３階層に含まれる第３ノードの情報の収集依頼を前記第２階層に含まれる第２ノードに対して行い、
   前記第１ノードが、前記第２ノードによって収集された前記第３ノードの情報を基にして、前記第３階層のシンクノードと通信可能な第２ノードが存在しない場合に、通信可能な第３ノードの数に応じて、前記故障したシンクノードの代わりとなる第４ノードを判定する
   ことを特徴とする通信システム。

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