JP6413054B2 - ネットワークシステム、経路制御方法、ノード及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークシステム、経路制御方法、ノード及びプログラムに関し、特に、複数のノードが通信を行うネットワークシステム等に関する。

センサー＆アクチュエータネットワークや無線バックホールといった無線マルチホップ中継が行われるネットワークシステムでは、フレーム伝送サービスを行う前に事前に中継経路構築を行う手法が知られている（例えば非特許文献１参照）。

ノード間で無線通信をする場合、干渉するレーダ波を検出したときは、一定の時間以内（例えば１０秒以内）で送信を停止する必要がある。さらに、検出してから送信を停止するまでの間の全送信時間も、一定の時間以内（例えば２６０ｍｓ以内）とする必要がある（例えば非特許文献２参照）。

Niculescu，D.他、"Channel assignment for wireless meshes with tree topology"，2010 8th International Conference on Communications（COMM)，pp．383-386 総務省情報通信審議会諮問第2014号、H15.10.29諮問

無線マルチホップ中継において、電波干渉や通信障害に伴う中継経路の断絶は大きな課題である。ここで、電波干渉は、無線マルチホップ中継網自体を構成するノード間で発生するイントラノード型と、他の無線システムとの間で発生するインターノード型とに大別される。以下では、主として後者を対象にする。

既存の無線システムの送信を制御することは極めて困難である。そのため、無線マルチホップ中継網は、他の無線システムから干渉を受けた際には、これを避けるように自らを適応的に変化させるしか無い。しかしながら、無線マルチホップ中継網上には多数の相互に通信するノードが存在する。そのため、無線マルチホップ中継網を構成するひとつの中継リンクが通信断絶の障害をうけると、周辺の他のノードも連鎖的に対応が必要となる。この連鎖反応は、時に、システムを制御不能な状態へと陥れる。

電波干渉問題に関しては、従来は、綿密な電波干渉測定に基づき、インターノード間干渉が発生しない周波数を事前に慎重に割り当てたり、あるいは、独占的に利用できる周波数帯を予め用いたりすることで、そもそもインターノード型電波干渉が発生しないようにするなどの対策が施されてきた。しかしながら、これらの手段では、まれにしか観測されないレーダ波や、当該無線マルチホップ中継網を設置後に後から敷設された他の無線システムからの電波干渉に対しては効果を発揮できなかった。

非特許文献１に記載されているように、フレーム伝送サービスを行う前に事前に経路構築を行う場合、運用中に、局所的に、通信ができない状態や通信が極めて制約される状態が生じると、その状態から正常状態への復帰は困難なものとなる。例えば、非特許文献２に記載されているように、特にレーダ波が検出された場合には、局所的に送信時間等に極めて強い制約が存在する状態が生じる。また、例えば遮蔽物が生じた場合などでは、局所的に通信ができない状態が生じる。

経路構築は、ネットワーク全体として構築する必要がある。そのため、局所的に生じた通信制限状態や通信不能状態を克服して通信を可能にするためには、ネットワーク全体において経路構築を行う必要がある。そのため、局所的に経路構築が必要となったことを、ネットワーク全体として簡易に検出するための技術が求められている。

そこで、本願発明は、局所的に通信できない状態や極めて強い制約が存在する状態が生じた場合でも、ネットワーク全体として経路構築の必要性を検出することを可能とするネットワークシステム等を提案することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、複数のノードが互いに通信を行うネットワークシステムであって、通信パケットの送受信に加えて、ハローフレームを伝送する第１通信手段を備える第１ノードと、前記ハローフレームを受信する第２通信手段を備える第２ノードを含み、前記第１ノード及び前記第２ノードは、他のノードとの間で、複数のチャネルを使用して通信を行うものであり、前記第１ノードは、前記通信パケットの送受信を開始する前に、前記ハローフレームの少なくとも一つに、当該第１ノードが通信に使用する前記複数のチャネルの情報を含めて送信し、前記第２ノードは、前記ハローフレームを受信したチャネル及び前記ハローフレームに含まれる前記複数のチャネルの情報を用いて、当該第２ノードが通信に使用する前記複数のチャネルを設定し、前記第２通信手段は、少なくとも前記通信パケットの送受信を開始した後に、前記ハローパケットを受信すると、前記第１ノードに対して通知フレームを伝送し、前記第１通信手段は、前記第２ノードから伝送された前記通知フレームを規定回数受信しない場合、他のノードに対して経路制御フレームを送信して経路構築をすることを特徴とするものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点のネットワークシステムであって、前記ノードの間の通信経路は木構造であり、前記第１ノードは、前記木構造の根であり、前記第１ノードは、前記木構造の葉ノードに前記ハローフレームを送信することにより、根ノード以外の内部ノードに対しても前記ハローフレームを送信し、前記木構造における根ノード以外の内部ノードは、前記ハローフレームを受信しても、前記第１ノードに対して前記通知フレームを送信せず、前記ハローフレームを葉ノードに向けて伝送し、前記木構造における葉ノードは、ハローフレームを受信すると前記第１ノードに対して前記通知フレームを伝送するものである。

本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点のネットワークシステムであって、前記各ノードは、干渉を検出した場合、他のノードに対して送信停止フレームを伝送した後、現在使用中のチャネルを所定時間使用しない状態にしてチャネル設定モードに移行し、他のノードから前記送信停止フレームを受信した場合、周辺のノードへ当該送信停止フレームを転送した後、使用中のチャネルを所定時間使用しない状態にしてチャネル設定モードに移行し、前記チャネル設定モードにおいて、前記第１ノードは、前記通信パケット及び前記経路制御フレームを送信しない状態にして、これまでに使用していたチャネルから干渉を受けないチャネルへと変更し、一定時間の間、干渉が発生しないことを確認したうえで、干渉が発生しないことが確認できれば当該チャネルを用いて前記ハローフレームを定期的に送信し、前記第１ノード以外のノードは、前記通信パケットを送信しない状態にして、少なくとも使用していたチャネルを除いてチャネルを変更しつつ、前記ハローフレームの受信待機状態とし、前記ハローフレームを受信すると、受信時のチャネルを新たな利用チャネルとして決定し、一定時間の間、干渉が発生しないことを確認したうえで、干渉が発生しないことが確認できれば他のノードに対して当該ハローフレームを転送するものである。

本願発明の第４の観点は、複数のノードが通信を行うネットワークシステムにおける経路制御方法であって、前記ネットワークシステムは、ハローフレームを伝送する第１通信手段を備える第１ノードと、前記ハローフレームを受信する第２通信手段を備える第２ノードを含み、前記第１ノード及び前記第２ノードは、他のノードとの間で、複数のチャネルを使用して通信を行うものであり、前記第１通信手段が、前記ハローフレームの少なくとも一つに、当該第１ノードが通信に使用する前記複数のチャネルの情報を含めて送信するステップと、前記第２通信手段が、前記ハローフレームを受信したチャネル及び前記ハローフレームに含まれる前記複数のチャネルの情報を用いて、当該第２ノードが通信に使用する前記複数のチャネルを設定するステップと、前記第２通信手段が、前記ハローフレームを受信した場合に、前記第１ノードに対して通知フレームを送信するステップと、前記第１通信手段が、前記第２ノードから前記通知フレームを規定回数受信しない場合、前記複数のノードに経路制御フレームを送信して経路構築をするステップを含むものである。

本願発明の第５の観点は、ネットワークシステムにおけるノードであって、通信パケットの送受信に加えて、ハローフレームを伝送する第１通信手段を備え、前記第１通信手段は、複数のチャネルを使用して他のノードと通信を行い、前記ハローフレームの少なくとも一つに、当該ノードが使用する前記複数のチャネルの情報を含めて送信し、他の特定のノードから、前記ハローフレームを受信したことを示す通知フレームを規定回数受信しない場合、前記複数のノードに経路制御フレームを送信して経路構築をすることを特徴とするものである。

本願発明の第６の観点は、通信機能を有するコンピュータを、第５の観点のノードとして機能させるためのプログラムである。

なお、本願発明を、第６の観点のプログラムを（定常的に）記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。

本願発明の各観点によれば、データの送受信に用いられる通信パケットに加えて、ハローフレームと通知フレームを追加し、通知フレームが検出されない状態を検出することにより、局所的に通信制限状態や通信不能状態が生じた場合にも、ネットワーク全体として経路構築の必要性を検出することが可能となる。ハローフレームは、第１ノードから送信されるものである。通知フレームは、第２ノードから第１ノードに向けて送信されるものである。第１ノードが通知フレームを検出できる状態であれば、第１ノードと第２ノードの間で通信できる状態であることを確認することができる。第１ノードが通知フレームを検出できなければ、第１ノードと第２ノードの間の通信経路に障害が生じた可能性がある。そのため、検出できない状態が規定回数を超えて生じる場合には、ネットワーク全体として経路構築を行うことにより、第１ノードと第２ノードとの間の通信経路を回復する。これにより、局所的に動的に状態が変化しても、ネットワーク全体として安定した通信経路を構築することが可能になる。さらに、複数のチャネルを使用して通信を行う場合に、ハローフレームに複数のチャネルの情報を含めることにより、ハローフレームを受信したチャネルだけでなく、他のチャネルも容易に設定することが可能になる。

さらに、本願発明の第２の観点によれば、木構造にし、枝のノードは通知フレームを送信せず、葉のノードのみが根のノードに対して通知フレームを送信することにより、ハローフレーム及び通知フレームの送受信をシンプルにすることが可能になる。

さらに、本願発明の第３の観点によれば、送信停止フレームを追加することにより、局所的に干渉するレーダ波を検出して通信が極めて制限された状態でもネットワーク全体として送信を迅速に停止し、かつ、全送信時間も抑えることが可能になる。そして、チャネルを変更して、ネットワーク全体における通信経路を迅速に再構築することが可能になる。また、本願発明の第４の観点によれば、通知フレームの不到達状態が続く場合には、チャネルを維持し、又は、必要に応じて変更して、ネットワーク全体における通信経路を迅速に再構築することが可能になる。

本願発明の実施例にかかるコアノードの構成の一例を示すブロック図である。 本願発明の実施例にかかるスレーブノードの構成の一例を示すブロック図である。 図１のコアノード１の動作の一例を示すフロー図である。 図２のスレーブノード２１の動作の一例を示すフロー図である。 図１のコアノード１の動作遷移の一例を示す状態遷移図である。 図２のスレーブノード２１の動作遷移の一例を示す状態遷移図である。 図１のコアノード１及び図２のスレーブノード２１における時間経過に沿った処理の一例を示す図である。 運用中の具体的な経路の一例を示す図である。 図８のノードＢ₁において干渉するレーダ波が検出された場合の処理の一例を示す図である。 図８のノードＢ₂とＢ₃の間に遮蔽物が存在する場合の処理の一例を示す図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。

本実施例において、ネットワークシステムは、複数のノードが存在する。ノードは、例えば、アクセスポイントである。ノード間は、木構造の経路を形成して通信を行う。

ネットワークシステムには、コアノードとスレーブノードが存在する。コアノードは、グローバルネットワークに接続するノードである。スレーブノードは、コアノードを経由してグローバルネットワークの通信を実現するノードである。木構造の経路において、コアノードは根ノードであり、スレーブノードは根ノード以外の内部ノード及び葉ノードである。以下では、根ノード以外の内部ノードを、「内部スレーブノード」という。

経路構築は、コアノードが経路制御フレームを送信することにより実現される。経路形成アルゴリズムは、例えば、Bellman-Ford型の最小伝搬損ルーティングのように、公知な手法により実現可能である。ノード間で経路制御フレームの送受信を行うことによりノード間の電波伝搬損失を求め、コアノードから特定のスレーブノードに至る電波伝搬損失が最小になるように経路を形成すればよい。

本実施例では、特に、運用中（すなわち、通信パケットによるデータの送受信をしている場合）に局所的に経路構築の必要性が生じたとき、ネットワーク全体として経路構築の必要性を簡易に検出することを特徴とする。

図１は、本願発明の実施例に係るコアノードの構成の一例を示すブロック図である。コアノード１（本願請求項の「第１ノード」の一例）は、通信部３（本願請求項の「第１通信手段」の一例）と、レーダ波検出部５と、チャネル選出部７を備える。通信部３は、通信パケット処理部１１と、ハローフレーム処理部１３と、通知フレーム処理部１５と、ＤＦＳ検知フレーム処理部１７と、リセットルート処理部１９を備える。

通信部３は、他のノードとの間で通信を行う。レーダ波検出部５は、通信部３が使用するチャネルと干渉するレーダ波を検出する。送信時だけでなく、受信時や待機時にも検出する。チャネル選出部７は、ネットワークにおいて使用するチャネルを選出する。

通信パケット処理部１１は、構築された経路を使用して、他のノードとの間でデータの送受信を行うものである。ハローフレーム処理部１３は、送受信されるデータパケットに加えて、葉ノードに向けてハローフレームを伝送する。通知フレーム処理部１５は、葉ノードからの通知フレームの検出処理を行う。ＤＦＳ検知フレーム処理部１７は、レーダ波検出部５が干渉を検出した場合に、他のノードにＤＦＳ検知フレームを送信し、送信を停止させる。他のノードからＤＦＳ検知フレームを受信した場合も、同様に、送信を停止させる。リセットルート処理部１９は、規定回数通知フレームが検出されなかったり、干渉を検出したり、ＤＦＳ検知フレームを検出した場合に、経路構築のために、スレーブノードにリセットルートパケットを送信し、ノード間で経路制御パケット等の送受信をさせて経路を構築する。

図２は、本願発明の実施例にかかるスレーブノードの構成の一例を示すブロック図である。スレーブノード２１（本願請求項の「第２ノード」の一例）は、通信部２３（本願請求項の「第２通信手段」の一例）と、レーダ波検出部２５と、チャネルスキャン処理部２７を備える。通信部２３は、通信パケット処理部３１と、ハローフレーム処理部３３と、通知フレーム処理部３５と、ＤＦＳ検知フレーム処理部３７と、リセットルート処理部３９を備える。

通信部２３は、他のノードとの間で通信を行う。レーダ波検出部２５は、通信部２３が使用するチャネルと干渉するレーダ波を検出する。送信時だけでなく、受信時や待機時にも検出する。チャネルスキャン処理部２７は、ハローフレームを最初に受信するための待機時に、チャネルをスキャンする処理を行う。

通信パケット処理部３１は、構築された経路を使用して、他のノードとの間でデータの送受信を行うものである。ハローフレーム処理部３３は、コアノード１からハローフレームを受信した場合、内部スレーブノードであれば葉ノードに向けて転送する。通知フレーム処理部３５は、葉ノードであれば、ハローフレームを受信すると、コアノード１に向けて通知フレームを伝送する。内部スレーブノードであれば、通知フレームを受信すると、コアノード１に向けて転送する。ＤＦＳ検知フレーム処理部３７は、レーダ波検出部２５が干渉を検出した場合に、他のノードにＤＦＳ検知フレームを送信し、送信を停止させる。他のノードからＤＦＳ検知フレームを受信した場合も、同様に、送信を停止させる。リセットルート処理部３９は、リセットルートパケットを受信した場合、経路制御パケットを送受信することにより、経路を構築する。

図３は、図１のコアノード１の動作の一例を示すフロー図である。電源投入後、コアノード１は、初期化処理を行う（ステップＳＴＣ１）。そして、利用可能なチャネルを確認する（ステップＳＴＣ２及びＳＴＣ３）。すなわち、チャネル選出部７は、使用する複数のチャネルを選出する（ステップＳＴＣ２）。そして、レーダ波検出部５は、レーダ波を検出し、干渉するものが存在するか否かを判断する（ステップＳＴＣ３）。干渉するものが存在する場合、これをブラックリストに登録し、このチャネルを一定時間（例えば３０分間）利用不可とする。ステップＳＴＣ２に戻り、チャネル選出部７は、次の候補チャネルを選出する。ステップＳＴＣ３において干渉するものが存在しなければ、チャネル選出部７が選出したチャネルを使用する。ステップＳＴＣ４に進む。

ステップＳＴＣ４において、通常状態となる（ステップＳＴＣ５）。通常状態は、まず、リセットルート処理部１９及び３９がノード間で経路制御パケットの送受信を行うことにより経路を形成し、通信パケット処理部１１及び３１が、形成された経路によりデータパケットの送受信を行う状態である。ハローフレームは、原則として、通常状態の処理に加えて定期的に送受信される。

続いて、ステップＳＴＣ５において、ハローフレーム処理部１３は、ハローフレームを送信する。コアノードは、通常、最初に、経路制御フレーム又はハローフレームを送信する。コアノードは、少なくとも最初に送信するフレームには、選出されたチャネルの情報を含める。これにより、スレーブノードは、通信に使用する複数のチャネルを容易に設定することができる。ここで、複数のチャネルには、例えば、スレーブノードがコアノードに対してデータパケットを送信するためのもの（上りチャネル）と、コアノードがスレーブノードにデータパケットを送信するためのもの（下りチャネル）が含まれる。スレーブノードは、チャネルスキャンによりフレームを受信する。チャネルの一つは、フレームを受信したときのチャネルにより設定することができる。ハローフレームにチャネル情報を含めない場合、改めてチャネルスキャンをする必要がある。よって、ハローフレームにチャネル情報を含めることにより、他のチャネルを、ハローフレームに含められたチャネルの情報を使用して容易に設定することができる。

通知フレーム処理部１３は、各葉ノードからの通知フレームに未達のものがあるか否かを判断する（ステップＳＴＣ６）。未達のものが無ければ、ステップＳＴＣ１１に進む。通知フレームは、例えば、ＬＥＤの点滅等により受信状況を表示してもよい。例えば、通知フレームの受信状況がよい場合には、点滅の間隔を短くし、悪くなると、点滅の間隔を長くする。未達のものがあれば、規定回数を超えているか否かを判断する（ステップＳＴＣ７）。規定回数を超えていなければ、ステップＳＴＣ１１に進む。ここで、規定回数の未達を考慮するのは、経路が、一時的でなく、継続して障害が生じているか否かを判断するためである。規定回数を超えて未達の場合、この時点では干渉が検出されていないため、チャネルを変更する必要性がない可能性がある。そのため、リセットルート処理部１９は、チャネルを維持又は変更して、スレーブノードにリセットルートパケットを送信する。そして、経路制御パケットを送信し、経路学習をさせて、経路を構築させる（ステップＳＴＣ９）。一定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳＴＣ１０）、一定時間が経過するまではステップＳＴＣ９の処理を継続し、一定時間経過後には、ステップＳＴＣ５に戻る。

ステップＳＴＣ１１において、レーダ波検出部５が干渉を検出したか否かを判断する。検出していなければ、ステップＳＴＣ１３に進む。検出すると、レーダ波検出状態に移行する（ステップＳＴＣ１２）。レーダ波検出状態では、チャネルをブラックリストに追加し、他のノードにＤＦＳ検知フレームを送信し、送信を停止する。そして、ステップＳＴＣ２に戻る。

ステップＳＴＣ１３において、ＤＦＳ検知フレーム処理部１７がＤＦＳ検知フレームを受信したか否かを判断する。受信していなければ、ステップＳＴＣ１５に進む。検出すると、ＤＦＳ検知フレーム受信状態に移行する（ステップＳＴＣ１４）。ＤＦＳ検知フレーム受信状態では、チャネルをブラックリストに追加し、他のノードにＤＦＳ検知フレームを転送し、送信を停止する。例えば同じＤＦＳ検知フレームを複数回受信した場合には１度だけ転送する等により、ループが生じないようにする。そして、ステップＳＴＣ２に戻る。

ステップＳＴＣ１５では、ハローフレームの送信間隔が経過したか否かを判断する。送信間隔が経過していない場合には、ステップＳＴＣ５に戻る。送信間隔が経過している場合には、ステップＳＴＣ４に戻る。

図４は、図２のスレーブノード２１の動作の一例を示すフロー図である。電源投入後、スレーブノード２１は、初期化処理を行う（ステップＳＴＳ１）。そして、チャネルスキャン処理部２７は、チャネルスキャンをしながら、フレームをサーチする（ステップＳＴＳ２）。通信部２３は、フレームを受信したか否かを判断する（ステップＳＴＳ３）。受信していなければ、ステップＳＴＳ２に戻る。受信した場合、フレームを受信したチャネルとフレーム内のチャネル情報を使用して、複数のチャネルを設定する。レーダ波検出部２５は、レーダ波を検出し、干渉するものが存在するか否かを判断する（ステップＳＴＳ４）。干渉するものが存在する場合、ステップＳＴＳ２に戻る。干渉するものが存在しない場合、通常状態に移行する（ステップＳＴＳ５）。通常状態において、内部スレーブノードがハローフレームを受信した場合、コアノード１に向けて転送する。葉ノードのスレーブノードがハローフレームを受信した場合、コアノード１に向けて通知フレームを送信する。

続いて、ハローフレーム処理部３３は、ハローフレームを受信したか否かを判断する（ステップＳＴＳ６）。ハローフレームを受信した場合、内部スレーブノードであれば、ハローフレーム処理部３３が、ハローフレームを葉ノードに向けて転送する。葉ノードであれば、通知フレーム処理部３５は、通知フレームをコアノード１に向けて伝送する（ステップＳＴＳ７）。そして、ステップＳＴＳ８に進む。

ステップＳＴＳ８において、リセットルート処理部３９は、リセットルートパケットを受信したか否かを判断する。リセットルートパケットを受信した場合、経路制御パケットの送受信により経路学習を行う（ステップＳＴＳ９）。一定時間経過するまでは、ステップＳＴＳ９の処理を継続する。一定時間経過後、ステップＳＴＳ１１に進む。リセットルートパケットを受信していない場合には、ステップＳＴＳ１１に進む。

ステップＳＴＳ１１において、レーダ波検出部５が干渉を検出したか否かを判断する。検出していなければ、ステップＳＴＳ１３に進む。検出すると、レーダ波検出状態に移行する（ステップＳＴＳ１２）。レーダ波検出状態では、チャネルをブラックリストに追加し、他のノードにＤＦＳ検知フレームを送信し、送信を停止する。ＤＦＳ検知フレームは、例えば、葉ノードから送信された場合には、内部スレーブノードを経由してコアノードが受信し、コアノードは、他の内部スレーブノード及び葉ノードに転送する。内部スレーブノードから送信された場合には、下流の葉ノードに向けて送信され、かつ、コアノードに向けて送信される。コアノードは、他の内部スレーブノード及び葉ノードに転送する。そして、ステップＳＴＳ２に戻る。

ステップＳＴＣ１３において、ＤＦＳ検知フレーム処理部３７がＤＦＳ検知フレームを受信したか否かを判断する。受信していなければ、ステップＳＴＣ５に戻る。検出すると、ＤＦＳ検知フレーム受信状態に移行する（ステップＳＴＳ１４）。ＤＦＳ検知フレーム受信状態では、チャネルをブラックリストに追加し、必要であれば他のノードにＤＦＳ検知フレームを転送し、パケット等の送信を停止する。そして、ステップＳＴＳ２に戻る。

図５は、図１のコアノード１の動作遷移の一例を示す状態遷移図である。電源投入後、チャネル選出状態に移行する。候補チャネル選出すると、レーダ波確認状態に移行する。干渉するレーダ波を検出すると、ブラックリストに登録し、チャネル選出状態に戻る。干渉するレーダ波が検出されない場合、チャネルを決定し、通常動作状態に移行する。

通常動作状態では、一定間隔で、ハローフレームを送信する（ハローフレームのフラッディング）。また、通知フレーム（ACK）が規定回数未達の場合、障害検知状態に移行し、リセットルートパケットを送信し、通常動作状態に戻る。リセットルートパケットの送受信が行われると、経路学習モードに移行し、ノーマルルーティングパケットを高頻度で送出し、経路学習を行う。一定時間経過後、通常動作状態に戻る。また、干渉するレーダ波が検出された場合、レーダ波検出状態に移行する。ＤＦＳ検知フレームをフラッディングし、チャネル選出状態に戻る。また、ＤＦＳ検知フレームを受信した場合、ＤＦＳ検知フレーム受信状態に移行し、ブラックリストに登録し、チャネル選出状態に戻る。

図６は、図２のスレーブノード２１の動作遷移の一例を示す状態遷移図である。電源投入後、チャネルスキャンモードに移行する。通知フレームを受信すると、上りチャネル及び下りチャネルについてレーダ波確認状態に移行する。干渉するレーダ波が検出されない場合、リセットルートパケットを送信し、通常状態に移行する。片レーダ検出により、片レーダ検出状態に移行する。ＤＦＳ検知フレームをフラッディングし、ブラックリストに登録し、チャネルスキャンモードに戻る。両レーダ検出状態では、例えば、ＬＥＤを高速に点滅させて異常が生じたことを示し、ブラックリストに登録し、チャネルスキャンモードに戻る。

通常状態では、通知フレームを受信すると、内部スレーブノードでは、これをフラッディングする。葉ノードでは、通知フレームを伝送する（ＡＣＫ応答）。干渉するレーダ波が検出された場合、レーダ波検出状態に移行する。ＤＦＳ検知フレームをフラッディングし、チャネルスキャンモードに戻る。また、ＤＦＳ検知フレームを受信した場合、ＤＦＳ検知フレーム受信状態に移行し、ブラックリストに登録し、チャネルスキャンモードに戻る。

図７は、コアノード及びスレーブノードにおける時間経過に沿った処理の一例を示す。コアノードでは、電源投入後、初期化処理を行う。続いて、候補チャネルからチャネルを選出してチャネル設定処理を行い、干渉検出期間、干渉を検出する。図７では、３回、チャネルを設定して、利用するチャネルを決定している。このチャネル設定モードでは、電波を出すことができない。そして、決定した上りチャネル及び下りチャネルの情報を含ませてハローフレーム（Helloフレーム）の送信を開始する。そして、サービスモード（通常動作状態）に移行する。

スレーブノードでは、電源投入後、初期化処理を行う。そして、チャンネルをスキャンしながらハローフレームの受信を待つ。通知フレームを検出すると、上りチャネル及び下りチャネルを設定し、干渉検出期間、干渉を検出する。このチャネル設定モードでは、電波をだすことができない。干渉を検出しなければ、サービスモード（通常動作状態）に移行する。

サービスモードでは、通知フレームは、常時、一定間隔で送信され、直ちに転送される。通知フレームが所定回数検出されなかったり、干渉レーダ波が検出されたりした場合には、経路を構築しなおす。ただし、通知フレームが所定回数検出されない場合には、遮蔽物が生じたために経路が遮断された等の原因が考えられる。そのため、チャネルを変更する必要はなく、経路を変更する必要性が高い。他方、干渉レーダ波が検出された場合には、法令上、直ちに止める必要があり、また、チャネルを変更して通信を行う必要がある。ただし、経路については、変更する必要性は低い場合が多いと考えられる。

図８、９及び１０は、処理の概要を示す具体例を示す。図８は、運用中の経路を示す。図８において、コアノードＣを根ノードとし、ノードＢ₁、Ｂ₂及びＢ₃を内部スレーブノードとし、ノードＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃を葉ノードとする経路が形成されている（コアノードＣが、本願請求項の「第１ノード」の一例であり、葉ノードＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃が、本願請求項の「第２ノード」の一例である。）。コアノードＣの子ノードは、ノードＬ₁、Ｂ₁及びＢ₂である。内部スレーブノードＢ₁の子ノードは、葉ノードＬ₂である。内部スレーブノードＢ₂の子ノードは、内部スレーブノードＢ₃である。内部スレーブノードＢ₃の子ノードは、葉ノードＬ₃である。コアノードＣは、葉ノードＬ₂にハローフレームを送信することにより、内部スレーブノードＢ₁に対してもハローフレームを送信する。コアノードＣは、葉ノードＬ₃にハローフレームを送信することにより、内部スレーブノードＢ₂及びＢ₃に対してもハローフレームを送信する。内部スレーブノードＢ₁、Ｂ₂及びＢ₃は、ハローフレームを受信しても、コアノードＣに対して通知フレームを送信せず、ハローフレームを葉ノードに向けて伝送する。ハローフレームにより各ノード間の通信を検証しつつ、伝送されるハローフレームの数を減少させることができる。

図９は、ノードＢ₁において干渉するレーダ波が検出された場合の処理の一例を示す。（ａ）ノードＢ₁は、ＤＦＳ検知フレームを送信し、パケット等の送信を停止する。（ｂ）各ノードは、ＤＦＳ検知フレームを受信すると、必要に応じてＤＦＳ検知フレームを転送し、パケット等の送信を停止する。（ｃ）コアノードＣは、ＤＦＳ検知フレームを受信すると、必要に応じてＤＦＳ検知フレームを転送し、パケット等の送信を停止する。その後、チャネルを変更し、経路を再構築し、通常のデータパケット等の送受信を行う。

図１０は、ノードＢ₂とＢ₃の間に遮蔽物が存在する場合の処理の一例を示す。（ａ）ノードＢ₂及びＢ₃の間に遮蔽物が存在することにより、コアノードＣは、ノードＬ₃からの通知フレームを継続して受信することができなくなる。（ｂ）そのため、コアノードＣは、何らかの障害が発生したものとして、改めて経路を構築する処理を開始する。（ｃ）そして、経路を構築して、通常のデータの送受信を行う。ここでは、Ｂ₂とＢ₃の間の経路が無くなり、ノードＢ₃が、ノードＢ₁の子ノードとなる経路が新たに形成されることにより、コアノードＣとノードＬ₃との間の経路が回復している。

なお、ネットワークシステムにおいて、コアノードを根ノードとし、他のノードを内部スレーブノード及び葉ノードとする木構造の通信経路が形成されればよい。そのため、ノード間の通信は、無線通信により実現されてもよく、また、無線通信と有線通信が混在していてもよい。

１ コアノード、３ 通信部、５ レーダ波検出部、７ チャネル選出部、１１ 通信パケット処理部、１３ ハローフレーム処理部、１５ 通知フレーム処理部、１７ ＤＦＳ検知フレーム処理部、１９ リセットルート処理部、２１ スレーブノード、２３ 通信部、２５ レーダ波検出部、２７ チャネルスキャン処理部、３１ 通信パケット処理部、３３ ハローフレーム処理部、３５ 通知フレーム処理部、３７ ＤＦＳ検知フレーム処理部、３９ リセットルート処理部

Claims (8)

1. 複数のノードが互いに通信を行うネットワークシステムであって、
   前記ノードの間の通信経路は木構造であり、前記ノードには、根ノードと、葉ノードと、前記根ノード及び前記葉ノードの間にある内部スレーブノードがあり、
   前記根ノードが備える通信手段は、ハローフレームを送信し、
   前記内部スレーブノードが備える通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記ハローフレームを転送し、
   前記葉ノードが備える通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記根ノードに向けて通知フレームを送信し、
   前記根ノードが備える通信手段は、前記通知フレームの受信状況に応じてリセットルートパケットを送信して、当該ネットワークシステムにおける通信経路を構築する、ネットワークシステム。
2. 前記根ノードは、前記ハローフレームに通信に使用する前記複数のチャネルの情報を含めて送信し、
   前記内部スレーブノード及び前記葉ノードは、前記ハローフレームに含まれる前記複数のチャネルの情報を用いて、当該ノードが通信に使用するチャネルを設定する、請求項１記載のネットワークシステム。
3. 前記根ノードは、前記通信パケットの通信の前に、前記ハローフレームに通信に使用するチャネルの情報を含めて送信する、請求項２記載のネットワークシステム。
4. 前記根ノードは、通信パケットの送受信に加えて、前記ハローフレームを定期的に送信する、請求項１から３のいずれかに記載のネットワークシステム。
5. 前記根ノードは、前記葉ノードから前記通知フレームを規定回数受信しない場合に前記リセットルートパケットを送信する、請求項１から３のいずれかに記載のネットワークシステム。
6. 複数のノードが通信を行うネットワークシステムにおける経路制御方法であって、
   前記ノードの間の通信経路は木構造であり、前記ノードには、根ノードと、葉ノードと、前記根ノード及び前記葉ノードの間にある内部スレーブノードがあり、
   前記根ノードが備える通信手段は、ハローフレームを送信するものであり、
   前記内部スレーブノードが備える通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記ハローフレームを転送するものであり、
   前記葉ノードが備える通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記根ノードに向けて通知フレームを送信するものであり、
   前記根ノードが備える通信手段が、前記通知フレームの受信状況に応じてリセットルートパケットを送信して前記ネットワークシステムにおける通信経路を構築するステップを含む経路制御方法。
7. ネットワークシステムにおけるノードであって、
   前記ネットワークシステムにおける通信経路は木構造であり、
   当該ノードは、前記木構造における根ノードであり、前記ネットワークシステムにおける他のノードは、葉ノードと、前記根ノード及び前記葉ノードの間にある内部スレーブノードであり、
   ハローフレームを送信する通信手段を備え、
   前記内部スレーブノードが備える内部スレーブノード通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記ハローフレームを転送し、
   前記葉ノードが備える葉ノード通信手段は、前記ハローフレームを受信すると前記根ノードに向けて通知フレームを送信し、
   前記通信手段は、前記通知フレームの受信状況に応じてリセットルートパケットを送信して前記ネットワークシステムにおける通信経路を構築する、ノード。
8. 通信機能を有するコンピュータを、請求項７に記載のノードとして機能させるためのプログラム。