JP6580529B2 - 無線通信ネットワークシステム、無線ノード、ルート選択方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信ネットワークシステム、無線ノード、ルート選択方法、及びコンピュータプログラムに関する。

複数の無線ノードから構成される無線通信ネットワークにおける従来のルート選択技術として、例えば非特許文献１に記載される技術が知られている。非特許文献１に記載される技術では、「Two Ray Ground Model」を用いた安定性のあるルート選択を実現している。

Hua Yang; Zhi-yuan Li, "A stability routing protocols base on Reverse AODV", International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT), 2011.

しかし、上述した従来のルート選択技術では、選択されたルートに不都合が生じる場合があった。例えば、無線通信ネットワークを構成する各無線ノードの電源の残容量にバラツキがある場合、従来のルート選択技術によって選択されたルートでは、ルートに含まれる無線ノードの中に電源が枯渇するまでの時間が短い無線ノードが含まれると、通信できる残り時間が不十分になる可能性があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、無線通信ネットワークを構成する無線ノードの残りの稼働時間に基づいてルートの選択を行うことができる無線通信ネットワークシステム、無線ノード、ルート選択方法、及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

本発明の一態様は、複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムにおいて、前記無線ノードのうちの送信元ノードは、前記無線ノードのうちの宛先ノードに宛てたルート要求メッセージを発信するルート要求メッセージ発信部を備え、前記無線ノードのうちの中継ノードは、受信した前記ルート要求メッセージに自中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送するルート要求メッセージ転送部を備え、前記宛先ノードは、前記ルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信部と、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択部と、を備え、前記ルート要求メッセージ転送部は、転送する前記ルート要求メッセージに前記送信元ノードから自中継ノードまでのホップ数をさらに含め、前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、前記ルート選択部は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、無線通信ネットワークシステムである。
本発明の一態様は、上記の無線通信ネットワークシステムにおいて、前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が最初に受信した前記ルート要求メッセージの受信タイミングから少なくとも所定の待機時間は前記ルート応答メッセージの返信を待機する、無線通信ネットワークシステムである。

本発明の一態様は、複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムの前記無線ノードにおいて、前記無線ノードのうちの送信元ノードが発信した自無線ノードに宛てたルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信部と、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択部と、を備え、前記ルート要求メッセージは、前記無線ノードのうちの中継ノードによって、前記中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報と前記送信元ノードから前記中継ノードまでのホップ数とが含められたものであり、前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、前記ルート選択部は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、無線ノードである。

本発明の一態様は、複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムのルート選択方法であって、前記無線ノードのうちの送信元ノードが、前記無線ノードのうちの宛先ノードに宛てたルート要求メッセージを発信するルート要求メッセージ発信ステップと、前記無線ノードのうちの中継ノードが、受信した前記ルート要求メッセージに自中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送するルート要求メッセージ転送ステップと、前記宛先ノードが、前記ルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信ステップと、前記宛先ノードが、前記ルート要求メッセージ受信ステップにより受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択ステップと、を含み、前記ルート要求メッセージ転送ステップは、転送する前記ルート要求メッセージに前記送信元ノードから自中継ノードまでのホップ数をさらに含め、前記ルート選択ステップは、前記ルート要求メッセージ受信ステップが受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、前記ルート選択ステップは、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、ルート選択方法である。

本発明の一態様は、複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムの前記無線ノードのコンピュータに、前記無線ノードのうちの送信元ノードが発信した自無線ノードに宛てたルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信機能と、前記ルート要求メッセージ受信機能により受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択機能と、を実現させるためのコンピュータプログラムであって、前記ルート要求メッセージは、前記無線ノードのうちの中継ノードによって、前記中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報と前記送信元ノードから前記中継ノードまでのホップ数とが含められたものであり、前記ルート選択機能は、前記ルート要求メッセージ受信機能が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、前記ルート選択機能は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、コンピュータプログラムである。

本発明によれば、無線通信ネットワークを構成する無線ノードの残りの稼働時間に基づいてルートの選択を行うことができるという効果が得られる。

一実施形態に係るワイヤレスセンサネットワークシステム１の構成例を示す図である。 一実施形態に係る無線センサノードＭの構成例を示す図である。 一実施形態に係る送信元ノードＭｓの制御部１２の構成例を示す図である。 一実施形態に係る中継ノードＭｒの制御部１２の構成例を示す図である。 一実施形態に係る宛先ノードＭｄの制御部１２の構成例を示す図である。 一実施形態に係るルート要求メッセージの構成例を示す図である。 一実施形態に係るルート選択方法の例を示すシーケンス図である。 一実施形態に係る効果を説明するための図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、無線通信ネットワークシステムの一例として、ワイヤレスセンサネットワークシステムを挙げて説明する。また、ルート（route；経路）とは、通信のルートである。

図１は、一実施形態に係るワイヤレスセンサネットワークシステム１の構成例を示す図である。図１において、ワイヤレスセンサネットワークシステム１は、複数の無線センサノードＭを備える。無線センサノードＭは、無線ノードの例である。無線ノードは、無線により通信を行う通信ノードである。図１の構成例では、ワイヤレスセンサネットワークシステム１は、１６個の無線センサノードＭ＿ｍｎを備える（但し、ｍ及びｎは１から４までの整数）。各無線センサノードＭ＿ｍｎは、図１中に両方向矢印線で示されるように、隣接する他の無線センサノードＭ＿ｍｎと無線により通信を行う。なお、無線センサノードＭ＿ｍｎを特に区別しないときは無線センサノードＭと称する。

図２は、本実施形態に係る無線センサノードＭの構成例を示す図である。図２において、無線センサノードＭは、電源１０と、センサ１１と、制御部１２と、無線通信部１３とを備える。電源１０は、発電部１４を備える。

電源１０は一定の容量を持つ蓄電池を備える。電源１０は、発電部１４により蓄電池の充電を行う。発電部１４は、エナジーハーベスティング（energy harvesting：環境発電）技術により、自己を含む環境からエネルギーを収穫して発電する。該エネルギーの種類として、例えば、光、熱、振動などが挙げられる。振動は音の振動を含む。電源１０は、送信元ノードＭｓの各部に電力を供給する。

センサ１１は、一つ又は複数の種類の物理量を検知する。センサ１１として、例えば、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、磁気センサ、光センサ、ガスセンサなどが挙げられる。

制御部１２は、無線センサノードＭの各部を制御する。制御部１２は、ハードウェアにより実現されるものであってもよく、又は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）等により構成され、制御部１２の機能を実現するためのコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。無線通信部１３は、無線により他の無線センサノードＭと通信を行う。

図３、図４及び図５は、無線センサノードＭに係る制御部１２の構成例を示す図である。図３は、無線センサノードＭのうちの送信元ノードＭｓの制御部１２の構成例を示す図である。図４は、無線センサノードＭのうちの中継ノードＭｒの制御部１２の構成例を示す図である。図５は、無線センサノードＭのうちの宛先ノードＭｄの制御部１２の構成例を示す図である。

図３において、送信元ノードＭｓの制御部１２は、ルート要求メッセージ発信部２１を備える。ルート要求メッセージ発信部２１は、無線センサノードＭのうちの宛先ノードＭｄに宛てたルート要求（route request）メッセージを発信する。ルート要求メッセージによって、送信元ノードＭｓから宛先ノードＭｄに至るルートの探索（route discovery）が行われる。

図４において、中継ノードＭｒの制御部１２は、ルート要求メッセージ転送部３１を備える。ルート要求メッセージ転送部３１は、自中継ノードＭｒが受信したルート要求メッセージに自中継ノードＭｒの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送する。

図５において、宛先ノードＭｄの制御部１２は、ルート要求メッセージ受信部４１と、ルート選択部４２とを備える。ルート要求メッセージ受信部４１は、自宛先ノードＭｄ宛てのルート要求メッセージを受信する。ルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択する。ルート選択部４２は、該選択したルートに対応するルート応答（route reply）メッセージを送信元ノードＭｓに返信する。

図６は、本実施形態に係るルート要求メッセージの構成例を示す図である。図６に示すルート要求メッセージの構成例は、ＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector）プロトコルの「Route Requestメッセージ」を基にしている。図６において、ルート要求メッセージは、「ホップ数（Hop Count）」、「残稼働時間情報（Energy）」、「宛先ノードＭｄのＩＰアドレス（Destination IP Address）」、「送信元ノードＭｓのＩＰアドレス（Original IP Address）」などを格納するヘッダを備える。

ホップ数フィールド１０１と残稼働時間情報フィールド１０２とは、従来のＡＯＤＶプロトコルの「Route Requestメッセージ」のヘッダ内のホップ数フィールドに設けられている。つまり、本実施形態では、従来のＡＯＤＶプロトコルの「Route Requestメッセージ」のヘッダ内のホップ数フィールドを、ホップ数フィールド１０１と残稼働時間情報フィールド１０２とに分けて使用する。

ホップ数フィールド１０１には、送信元ノードＭｓからの総ホップ数が格納される。残稼働時間情報フィールド１０２には、ルート要求メッセージを転送した中継ノードＭｒの残りの稼働時間の合計時間を表す残稼働時間情報が格納される。

次に図７を参照して本実施形態に係る無線センサノードＭの動作を説明する。図７は、本実施形態に係るルート選択方法の例を示すシーケンス図である。図７には、説明の便宜上の一例として、図１のワイヤレスセンサネットワークシステム１において、無線センサノードＭ＿１１を送信元ノードＭｓとし、無線センサノードＭ＿４４を宛先ノードＭｄとしている。また、図７には、図１のワイヤレスセンサネットワークシステム１における、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に至るルート中の中継ノードＭｒの例として、無線センサノードＭ＿１２、Ｍ＿２３及びＭ＿３４を図示している。

以下、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）が宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に至るルートの探索を行う場合を例に挙げて説明する。また、ルート要求メッセージの転送ルートは複数存在するが、一例として、図７に示される中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）から中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）を通る転送ルートを挙げて説明する。また、ルート要求メッセージとして図６に示す構成例を挙げて説明する。

（ステップＳ１）送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）のルート要求メッセージ発信部２１は、宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に宛てたルート要求メッセージを発信する。このルート要求メッセージは、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）の無線通信部１３により送信され、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）に隣接する各無線センサノードＭ＿１２、Ｍ２１及びＭ＿２２の無線通信部１３により受信される。

（ステップＳ２）中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）のルート要求メッセージ転送部３１は、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージのホップ数フィールド１０１に格納されているホップ数（Hop Count）に１を加算してホップ数フィールド１０１のホップ数（Hop Count）を書き換える。

また、中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）のルート要求メッセージ転送部３１は、該ルート要求メッセージの残稼働時間情報フィールド１０２に格納されている残稼働時間情報（Energy）の値に、自中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）の残りの稼働時間を表す値を加算して残稼働時間情報フィールド１０２の残稼働時間情報（Energy）を書き換える。ルート要求メッセージ転送部３１は、自中継ノードＭｒの残りの稼働時間を次式により算出する。
「残りの稼働時間［ｈ］」＝「電源１０の残容量［Ｗｈ］」÷「消費電力［Ｗ］」
電源１０は、自己の残容量を表す信号を制御部１２に出力する。制御部１２は、該信号により電源１０の残容量を認識する。消費電力は、予め、制御部１２に設定された値である。

中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）のルート要求メッセージ転送部３１は、ホップ数フィールド１０１及び残稼働時間情報フィールド１０２を書き換えた後のルート要求メッセージを転送する。このルート要求メッセージは、中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）の無線通信部１３により送信され、中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）に隣接する各無線センサノードＭ＿１１、Ｍ＿１３、Ｍ＿２１、Ｍ＿２２及びＭ＿２３の無線通信部１３により受信される。

（ステップＳ３）中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）のルート要求メッセージ転送部３１は、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージのホップ数フィールド１０１及び残稼働時間情報フィールド１０２を書き換える。この書き換え方法は、上記ステップＳ２と同じである。

中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）のルート要求メッセージ転送部３１は、ホップ数フィールド１０１及び残稼働時間情報フィールド１０２を書き換えた後のルート要求メッセージを転送する。このルート要求メッセージは、中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）の無線通信部１３により送信され、中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）に隣接する各無線センサノードＭ＿１２、Ｍ＿１３、Ｍ＿１４、Ｍ＿２２、Ｍ＿２４、Ｍ＿３２、Ｍ＿３３及びＭ＿３４の無線通信部１３により受信される。

（ステップＳ４）中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）のルート要求メッセージ転送部３１は、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージのホップ数フィールド１０１及び残稼働時間情報フィールド１０２を書き換える。この書き換え方法は、上記ステップＳ２と同じである。

中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）のルート要求メッセージ転送部３１は、ホップ数フィールド１０１及び残稼働時間情報フィールド１０２を書き換えた後のルート要求メッセージを転送する。このルート要求メッセージは、中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）の無線通信部１３により送信され、中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）に隣接する各無線センサノードＭ＿２３、Ｍ＿２４、Ｍ＿３３、Ｍ＿４３及びＭ＿４４の無線通信部１３により受信される。

（ステップＳ５）宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート要求メッセージ受信部４１は、自宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）宛てのルート要求メッセージを無線通信部１３により受信する。宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）には、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から発信されたルート要求メッセージが複数の転送ルートによりそれぞれ到達する。その一つが、図７に示される中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）から中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）を通る転送ルートにより宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達するルート要求メッセージである。つまり、宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート要求メッセージ受信部４１は、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から発信されて複数の転送ルートによりそれぞれに自宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達した複数のルート要求メッセージを無線通信部１３により受信する。

（ステップＳ６）宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が最初に受信したルート要求メッセージの受信タイミングから所定の待機時間が経過するまで待つ。これは、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から発信されたルート要求メッセージが、複数の転送ルートによりそれぞれに自宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達完了するまで待つためである。このため、該待機時間は、ワイヤレスセンサネットワークシステム１の規模（無線センサノードＭの総数）に応じて予め決定されて無線センサノードＭに設定される。つまり、無線センサノードＭの総数が多いほど待機時間を長くする。

（ステップＳ７）宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージの残稼働時間情報フィールド１０２に格納されている残稼働時間情報（Energy）に基づいてルートを選択する。このルート選択方法については後述する。

（ステップＳ８）宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート選択部４２は、選択したルートに対応するルート応答メッセージを送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）に返信する。このルート応答メッセージは、宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）の無線通信部１３により送信され、中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）から中継ノードＭｒ（Ｍ＿２３）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）を通る転送ルートにより送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）に到達し、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）の無線通信部１３により受信される。送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）は、無線通信部１３により受信したルート応答メッセージによって、宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）までのルートを認識する。

次に本実施形態に係るルート選択方法の例を説明する。

（ルート選択方法の例１）
ルート選択方法の例１では、ルート選択部４２は、残りの総稼働時間が最大であるルートを選択する。以下、ルート選択方法の例１の手順の一例を説明する。宛先ノードＭｄのルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージの残稼働時間情報フィールド１０２に格納されている残稼働時間情報（Energy）は、当該ルート要求メッセージを転送した中継ノードＭｒの残りの稼働時間の合計時間（残りの総稼働時間）を表す。

ルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージの中から、残稼働時間情報フィールド１０２に格納されている残稼働時間情報（Energy）の値が最大であるルート要求メッセージを選択する。これにより、残りの総稼働時間が最大であるルートが選択される。

ルート選択部４２は、選択したルート要求メッセージ（ルート）に対応するルート応答メッセージを送信元ノードＭｓへ返信する。これにより、残りの総稼働時間が最大であるルートに対応するルート応答メッセージが送信元ノードＭｓへ返信される。
以上がルート選択方法の例１の説明である。

（ルート選択方法の例２）
ルート選択方法の例２では、ルート選択部４２は、ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択する。以下、ルート選択方法の例２の手順の一例を説明する。宛先ノードＭｄのルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージのホップ数フィールド１０１に格納されているホップ数は、送信元ノードＭｓからの総ホップ数を表す。また、該ルート要求メッセージの残稼働時間情報フィールド１０２に格納されている残稼働時間情報（Energy）は、当該ルート要求メッセージを転送した中継ノードＭｒの残りの総稼働時間を表す。

ルート選択部４２は、一つのルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とを使用して、次式により、当該ルート要求メッセージのルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅを算出する。
Ｖ＿ｒｏｕｔｅ＝ａ×（１／Ｈ＿ａｌｌ）＋ｂ×Ｔ＿ａｌｌ
但し、Ｈ＿ａｌｌは総ホップ数であり、Ｔ＿ａｌｌは残りの総稼働時間である。ａ及びｂは、予め設定される係数である。ルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅは、残りの総稼働時間Ｔ＿ａｌｌと総ホップ数Ｈ＿ａｌｌの逆数とを総合した評価値である。ルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅは、その値が大きいほど良い評価であることを表す。

ルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージの中から、ルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅが最大（最良）であるルート要求メッセージを選択する。これにより、ルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅが最大（最良）であるルートが選択される。

ルート選択部４２は、選択したルート要求メッセージ（ルート）に対応するルート応答メッセージを送信元ノードＭｓへ返信する。これにより、ルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅが最大（最良）であるルートに対応するルート応答メッセージが送信元ノードＭｓへ返信される。
以上がルート選択方法の例２の説明である。

本実施形態によれば、送信元ノードＭｓから宛先ノードＭｄに至るルートを、中継ノードＭｒの残りの稼働時間に基づいて選択することができる。これにより、残りの稼働時間に余裕のあるルートを優先的に使用することができる。また、ワイヤレスセンサネットワークシステム１全体の稼働時間を延ばす効果が得られる。

本実施形態に係る効果について図８を参照して以下に説明する。図８において、ワイヤレスセンサネットワークシステム１の全ての無線センサノードＭは、その電源１０の容量が一律に同じであるとする。また、無線センサノードＭ＿２２、Ｍ＿２３、Ｍ＿３２及びＭ＿３３の電源１０の残容量は２５％の容量であり、その他の無線センサノードＭの電源１０の残容量は５０％の容量であるとする。また、ワイヤレスセンサネットワークシステム１の全ての無線センサノードＭは、その消費電力として、一律に、時間Ｔ秒で電源１０の２５％を消費するとする。また、説明の便宜上、ワイヤレスセンサネットワークシステム１の全ての無線センサノードＭは、その発電量が０であるとする。また、無線センサノードＭ＿１１を送信元ノードＭｓとし、無線センサノードＭ＿４４を宛先ノードＭｄとする。

従来のＡＯＤＶプロトコルのルート探索では、ホップ数が少ないルートが優先的に選択される。このため、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に至るルートとして、例えば中継ノードＭｒ（Ｍ＿２２）から中継ノードＭｒ（Ｍ＿３３）を通るルートＲ＿ａが選択される。中継ノードＭｒ（Ｍ＿２２）及び中継ノードＭｒ（Ｍ＿３３）の残りの稼働時間はＴ秒である。したがって、従来のＡＯＤＶプロトコルのルート探索によって選択されるルートＲ＿ａの残りの稼働時間はＴ秒となる。

これに対して本実施形態によれば、中継ノードＭｒの残りの稼働時間に基づいて選択することができる。送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）から宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に至るルートとして、例えば中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）から中継ノードＭｒ（Ｍ＿１３）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿１４）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿２４）、次いで中継ノードＭｒ（Ｍ＿３４）を通るルートＲ＿ｂが選択される。中継ノードＭｒ（Ｍ＿１２）、Ｍｒ（Ｍ＿１３）、Ｍｒ（Ｍ＿１４）、Ｍｒ（Ｍ＿２４）及びＭｒ（Ｍ＿３４）の残りの稼働時間は２Ｔ秒である。したがって、本実施形態によって選択されるルートＲ＿ｂの残りの稼働時間は２Ｔ秒となる。よって、本実施形態によって選択されるルートＲ＿ｂの残りの稼働時間は、従来のＡＯＤＶプロトコルのルート探索によって選択されるルートＲ＿ａの残りの稼働時間の２倍となる。

また、本実施形態によれば、ルート選択部４２は、ルート要求メッセージ受信部４１が最初に受信したルート要求メッセージの受信タイミングから少なくとも所定の待機時間はルート応答メッセージの返信を待機する。例えば、図８において、送信元ノードＭｓ（Ｍ＿１１）が宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に宛てて発信したルート要求メッセージのうち、最小ホップ数のルートＲ＿ａを通って宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達するルート要求メッセージａが最初に宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達すると考えられる。一方、ルートＲ＿ａよりもホップ数が多いルートＲ＿ｂを通って宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達するルート要求メッセージｂは、ルートＲ＿ａのルート要求メッセージａよりも遅れて宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）に到達すると考えられる。このため、宛先ノードＭｄ（Ｍ＿４４）のルート選択部４２は、ルート要求メッセージａの受信タイミングから少なくとも所定の待機時間はルート応答メッセージの返信を待機することによって、ルート要求メッセージｂを受信してからルート要求メッセージｂも含めてルートの選択を行うことができる。該待機時間は、ワイヤレスセンサネットワークシステム１の規模（無線センサノードＭの総数）に応じて予め決定されて無線センサノードＭに設定される。

また、本実施形態によれば、残りの稼働時間（電源１０の残容量）に余裕のあるルートを優先的に使用することができるので、ワイヤレスセンサネットワークシステム１全体として電源１０の残容量の平滑化を図ることができる。これにより、ワイヤレスセンサネットワークシステム１全体の稼働時間を延ばす効果が得られる。例えば、無線センサノードＭがエナジーハーベスティング技術により自己を含む環境からエネルギーを収穫して発電する場合、その発電量は無線センサノードＭが存在する環境に依存するので、各無線センサノードＭの電源１０の残容量にバラツキが生じる可能性がある。本実施形態によれば、無線センサノードＭの電源１０の残容量に余裕のあるルートを優先的に使用することができる。これにより、エナジーハーベスティング技術によって発電する各無線センサノードＭの電源１０の残容量にバラツキがあったとしても、それら無線センサノードＭの電源１０の残容量を平滑化することができる。この結果として、ワイヤレスセンサネットワークシステム１全体の稼働時間を延ばす効果が得られる。

また、本実施形態のルート選択方法の例２によれば、残りの総稼働時間Ｔ＿ａｌｌと総ホップ数Ｈ＿ａｌｌの逆数とを総合したルート評価値Ｖ＿ｒｏｕｔｅが最良であるルートを選択することができる。これにより、残りの稼働時間の長さとホップ数の少なさとの総合的な評価に基づいて選択されたルートを使用することができる。

本実施形態に係る中継ノードＭｒのルート要求メッセージ転送部３１は、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージに自中継ノードＭｒの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送する。このルート要求メッセージ転送方法の一例として、上述した図７に係るステップＳ２、Ｓ３及びＳ４では、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージに含まれる残稼働時間情報の値に自中継ノードＭｒの残りの稼働時間を表す値を加算し、当該ルート要求メッセージを転送する。これにより、宛先ノードＭｄのルート要求メッセージ受信部４１が受信したルート要求メッセージに格納されている残稼働時間情報は、当該ルート要求メッセージを転送した中継ノードＭｒの残りの稼働時間の合計時間（残りの総稼働時間）を表す。なお、該ルート要求メッセージ転送方法の他の一例として、中継ノードＭｒのルート要求メッセージ転送部３１は、無線通信部１３により受信したルート要求メッセージに対して、自中継ノードＭｒの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を追記してもよい。この場合、宛先ノードＭｄが受信したルート要求メッセージは、当該ルート要求メッセージを転送した全ての中継ノードＭｒの各残稼働時間情報を有する。宛先ノードＭｄは、該ルート要求メッセージの全ての残稼働時間情報が各々に示す残りの稼働時間を合計することにより、該ルート要求メッセージを転送した中継ノードＭｒの残りの稼働時間の合計時間（残りの総稼働時間）を取得する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、上述した実施形態では、無線通信ネットワークシステムの一例として、複数の無線センサノードから構成されるワイヤレスセンサネットワークシステムを挙げたが、無線センサノード以外の無線ノードを含む無線通信ネットワークシステムに適用してもよい。

また、上述した無線センサノードＭの機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１…ワイヤレスセンサネットワークシステム（無線通信ネットワークシステム）、１０…電源、１１…センサ、１２…制御部、１３…無線通信部、１４…発電部、２１…ルート要求メッセージ発信部、３１…ルート要求メッセージ転送部、４１…ルート要求メッセージ受信部、４２…ルート選択部、Ｍ…無線センサノード（無線ノード）、Ｍｓ…送信元ノード、Ｍｒ…中継ノード、Ｍｄ…宛先ノード

Claims (5)

1. 複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムにおいて、
   前記無線ノードのうちの送信元ノードは、前記無線ノードのうちの宛先ノードに宛てたルート要求メッセージを発信するルート要求メッセージ発信部を備え、
   前記無線ノードのうちの中継ノードは、
   受信した前記ルート要求メッセージに自中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送するルート要求メッセージ転送部を備え、
   前記宛先ノードは、
   前記ルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信部と、
   前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択部と、を備え、
   前記ルート要求メッセージ転送部は、転送する前記ルート要求メッセージに前記送信元ノードから自中継ノードまでのホップ数をさらに含め、
   前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、
   前記ルート選択部は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、
   無線通信ネットワークシステム。
2. 前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が最初に受信した前記ルート要求メッセージの受信タイミングから少なくとも所定の待機時間は前記ルート応答メッセージの返信を待機する、
   請求項１に記載の無線通信ネットワークシステム。
3. 複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムの前記無線ノードにおいて、
   前記無線ノードのうちの送信元ノードが発信した自無線ノードに宛てたルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信部と、
   前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択部と、を備え、
   前記ルート要求メッセージは、前記無線ノードのうちの中継ノードによって、前記中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報と前記送信元ノードから前記中継ノードまでのホップ数とが含められたものであり、
   前記ルート選択部は、前記ルート要求メッセージ受信部が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、
   前記ルート選択部は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、
   無線ノード。
4. 複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムのルート選択方法であって、
   前記無線ノードのうちの送信元ノードが、前記無線ノードのうちの宛先ノードに宛てたルート要求メッセージを発信するルート要求メッセージ発信ステップと、
   前記無線ノードのうちの中継ノードが、受信した前記ルート要求メッセージに自中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報を含めて転送するルート要求メッセージ転送ステップと、
   前記宛先ノードが、前記ルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信ステップと、
   前記宛先ノードが、前記ルート要求メッセージ受信ステップにより受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択ステップと、を含み、
   前記ルート要求メッセージ転送ステップは、転送する前記ルート要求メッセージに前記送信元ノードから自中継ノードまでのホップ数をさらに含め、
   前記ルート選択ステップは、前記ルート要求メッセージ受信ステップが受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、
   前記ルート選択ステップは、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、
   ルート選択方法。
5. 複数の無線ノードを備える無線通信ネットワークシステムの前記無線ノードのコンピュータに、
   前記無線ノードのうちの送信元ノードが発信した自無線ノードに宛てたルート要求メッセージを受信するルート要求メッセージ受信機能と、
   前記ルート要求メッセージ受信機能により受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報に基づいてルートを選択し、選択したルートに対応するルート応答メッセージを前記送信元ノードに返信するルート選択機能と、を実現させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記ルート要求メッセージは、前記無線ノードのうちの中継ノードによって、前記中継ノードの残りの稼働時間を表す残稼働時間情報と前記送信元ノードから前記中継ノードまでのホップ数とが含められたものであり、
   前記ルート選択機能は、前記ルート要求メッセージ受信機能が受信した前記ルート要求メッセージに含まれている残稼働時間情報とホップ数とに基づいてルートを選択し、
   前記ルート選択機能は、残りの総稼働時間と総ホップ数の逆数とを総合したルート評価値を算出し、前記ルート評価値が最良であるルートを選択する、
   コンピュータプログラム。

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