JP6584929B2 - 無線通信装置及び無線ネットワーク - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、無線通信装置及び無線ネットワークに関する。

無線センサネットワークの構造として、メッシュ型ネットワークやツリー型ネットワークが提案されている。上記の構造を有する無線センサネットワークでは、ネットワークの各ノードが、センサを備えた無線通信装置により構成される。そして、各無線通信装置が送信したセンサデータは、他の無線通信装置により中継され、集約装置まで伝達される。

このような無線センサネットワークでは、ネットワークの寿命は、情報伝達経路を構成する各無線通信装置の余剰電力に依存する。そこで、従来、各無線通信装置の余剰電力を考慮して情報伝達経路を構成することにより、ネットワークの寿命を長期化する無線センサネットワークが提案されている。

この無線センサネットワークでは、消費電力と運用期間とに基づいて、余剰電力が計算された。しかしながら、消費電力は固定値であったため、実際の余剰電力を正確に計算することは困難であった。また、無線通信装置が電源として環境発電装置を備える場合、余剰電力を計算することはできなかった。結果として、上記従来の無線センサネットワークでは、ネットワークの寿命を十分に長期化することができなかった。

特開２００５‐２４４３８１号公報

ネットワークの寿命を長期化することができる無線通信装置及び無線ネットワークを提供する。

一実施形態に係る無線通信装置は、電源の電力状態を示す電力情報に基づいて、追加の通信に許容される通信量を計算する。無線通信装置は、計算した通信量に基づいて、他装置との接続の可否を判定する。

第１実施形態に係る無線ネットワークの一例を示す図。 第１実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図。 第１実施形態に係る接続管理部の機能構成の一例を示す図。 第１実施形態に係る無線通信装置の通常処理を示すフローチャート。 第１実施形態に係る残接続数の計算処理を示すフローチャート。 第１実施形態に係る無線通信装置の接続受付処理を示すフローチャート。 第１実施形態に係る無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャート。 第２実施形態に係る接続管理部の機能構成の一例を示す図。 第３実施形態に係る無線通信装置の通常処理を示すフローチャート。 第３実施形態に係る無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャート。 第３実施形態に係る接続管理部の機能構成の一例を示す図。 第４実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図。 第４実施形態に係る接続管理部の機能構成の一例を示す図。 第４実施形態に係る無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る無線ネットワークの概要について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る無線ネットワークは、メッシュ構造又はツリー構造を有し、複数の無線通信装置により構成される。この無線ネットワークは、無線センサネットワークとして利用可能である。図１は、本実施形態に係る無線ネットワークの一例を示す図である。

図１の例では、無線ネットワークは、ツリー構造を有し、無線ノードＡ〜Ｐと、根ノードと、により構成されている。無線ノードＡ〜Ｐは、それぞれ無線通信装置である。根ノードは、各無線通信装置が送信した情報を集約する集約装置（例えば、基地局）である。

図１の矢印は、ノード間の接続関係を示している。矢印の元のノード（子ノード）から、矢印の先のノード（親ノード）に、情報が送信される。図１の例では、無線ノードＩの親ノードは無線ノードＥであり、子ノードは無線ノードＬ，Ｍである。

図１の無線ネットワークでは、各無線ノードは、子ノードから受信した情報に、自ノードの情報を追加して、親ノードに送信する。これにより、各無線ノードが送信した情報は、他の無線ノードにより中継され、根ノードまで伝達される。

以下では、各無線ノードが送信した情報が根ノードに伝達されるまでの送信回数（＝中継回数＋１）を、ホップ数という。図１の例では、無線ノードＩが送信した情報は、無線ノードＥ，Ｂにより中継（送信）され、根ノードまで伝達される。したがって、無線ノードＩのホップ数は３である。

図１の無線ネットワークは、例えば、時分割通信を利用して動作する。時分割通信では、無線ネットワークの動作の１周期に相当する期間であるフレームが設定される。フレームは、複数のスロットに分割される。各スロットは、各無線ノードの所定の動作（送信や受信など）の期間として割当てられる。

例えば、フレームの期間が１時間であり、フレームが６０個のスロットに分割される場合、各スロットの期間は１分となる。このフレームのあるスロットｘが、無線ノードＩが情報を送信する送信スロットとして割当てられた場合、無線ノードＩは、各フレームのスロットｘにおいて、情報を送信する。結果として、無線ノードＩは、１時間毎に情報を送信することになる。このように、時分割通信では、各無線ノードの各動作は、フレームの期間ごとに繰り返される。

なお、無線ネットワークの動作方法は、上記の方法に限られない。例えば、無線ネットワークは、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４をベースにしたプロトコルを利用して、動作してもよいし、他のプロトコルを利用してもよい。いずれの場合も、同一ネットワーク内の各無線通信装置において、同一のプロトコルが規定されていればよい。

次に、本実施形態に係る無線通信装置の構成について、図２及び図３を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、上述のようなツリー構造又はメッシュ構造の無線ネットワークを自律的に構成する。図２は、本実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図である。図２の無線通信装置は、電源１と、計測部２と、接続管理部３と、センサ４と、通信部５と、を備える。

電源１は、他の構成（計測部２、接続管理部３、センサ４、及び通信部５）に電力を供給する。電源１は、バッテリ１１と、発電部１２と、を備える。

バッテリ１１は、蓄積した電力を、他の構成に供給する。バッテリ１１は、例えば、一次電池、二次電池、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）、スーパキャパシタ、又はこれらの組合せであるが、これに限られない。

発電部１２は、周囲のエネルギーを利用して発電する環境発電装置であり、発電した電力を、バッテリ１１に充電するとともに、他の構成に供給する。発電部１２は、例えば、ソーラパネルを備える太陽光発電装置、熱電素子を備える熱電発電装置、圧電素子を備える振動発電装置、又はこれらの組合せであるが、これに限られない。

なお、図１の無線通信装置は、バッテリ１１及び発電部１２をそれぞれ備えるが、発電部１２を備えない構成も可能である。また、無線通信装置１は、電源１を備えず、外部の電源から電力を供給されてもよい。

計測部２は、電源１の電力に関するデータ（電力データ）を計測し、計測した電力データを出力する。電力データには、電源１の電圧値や電流値が含まれる。計測部２は、電力データを計測するための計測器（電圧計、電流計、電力計など）により構成される。計測部２が出力した電力データは、接続管理部３に入力される。

接続管理部３は、計測部２から入力された電力データに基づいて、他装置との接続を管理する。接続管理部３は、プロセッサ及び記憶装置を備えるコンピュータにより構成され、接続の管理に関する演算や制御を実行する。コンピュータには、サーバ、クライアント、マイコン、及び汎用コンピュータが含まれる。

プロセッサとして、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。

記憶装置として、例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、及び磁気テープなどの、一時的でない有形のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を用いることができる。

接続管理部３について、詳しくは後述する。

センサ４は、無線通信装置の周囲の状態を計測し、得られたデータ（センサデータ）を出力する。センサデータには、温度、湿度、加速度、圧力、磁気、及び画像などのデータが含まれる。センサ４が出力したセンサデータは、接続管理部３に入力され、無線通信装置のペイロードとして、親ノードに送信される。

通信部５は、集約装置を含む他の無線通信装置と無線で通信し、情報の送受信を実行する。通信部５は、接続管理部３により、情報の送受信を制御される。通信部５は、デジタル信号処理回路、アナログ信号処理回路、及びアナログフロントエンドなどを備え、規定の通信プロトコルを利用して無線通信を行う。通信部５として、既存の無線通信装置を利用することができる。

ここで、図３は、接続管理部３の機能構成の一例を示す図である。図３の接続管理部３は、電力情報取得部３１と、接続余裕計算部３２と、送信情報生成部３３と、接続受付判定部３４と、接続先決定部３５と、を備える。これらの機能構成は、接続管理部３の機能に相当し、接続管理部３のプロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

電力情報取得部３１は、計測部２から入力された電力データに基づいて、電力情報を取得する。電力情報とは、電源１の電力状態を示す情報である。電力情報には、残電力量Ｂ（Ｊ）、電力変化量ΔＢ（Ｗ）、及び発電量Ｈ（Ｗ）のうちの少なくとも一種類が含まれる。残電力量Ｂは、バッテリ１１に蓄積された電力量である。電力変化量ΔＢは、単位時間あたりの残電力量Ｂの変化量である。発電量Ｈは、単位時間あたりの発電部１２の発電量である。以下、電力情報の取得方法の具体例を説明する。

（第１の取得方法）
電力データとしてバッテリ１１の電圧値が得られる場合、電力情報取得部３１は、時刻ｔ_０におけるバッテリ１１の電圧値と、バッテリ１１の放電特性と、を比較して、時刻ｔ_０における残電力量Ｂ_０を求めることができる。電力情報取得部３１は、予め測定されたバッテリ１１の放電特性を記憶しておけばよい。

この方法によれば、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの電力変化量ΔＢは、時刻ｔ_０の残電力量Ｂ_０と、時刻ｔ_１の残電力量Ｂ_１と、の差の時間平均として計算できる。すなわち、ΔＢ＝（Ｂ_１−Ｂ_０）／（ｔ_１−ｔ_０）となる。

電力情報取得部３１は、バッテリ１１の電圧値の履歴データを記憶しておき、記憶した電圧値の変化と、バッテリ１１の放電特性と、を比較して、現在時刻より所定期間後の残電力量Ｂを求めてもよい。

（第２の取得方法）
Ｈ＝０の場合、バッテリ１１の所定期間の消費電流量は、所定期間の残電力量Ｂの変化量に相当する。そこで、Ｈ＝０、かつ、電力データとしてバッテリ１１の電流値が得られる場合、電力情報取得部３１は、バッテリ１１の電流値の履歴データを記憶しておき、所定期間の電流値の和（積分値）の時間平均を、電力変化量ΔＢとして計算すればよい。

この方法によれば、時刻ｔ_１の残電力量Ｂ_１は、時刻ｔ_０の残電力量Ｂ_０と、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの電力変化量ΔＢの時間積と、の和として計算できる。すなわち、Ｂ_１＝Ｂ_０＋ΔＢ×（ｔ_１−ｔ_０）となる。

なお、Ｈ＝０の場合には、発電部１２が発電していない場合、及び電源１が発電部１２を備えない場合が含まれる。これは、以下で説明する第３の取得方法についても同様である。

（第３の取得方法）
Ｈ＝０の場合、無線通信装置の所定期間の消費電力量は、所定期間の残電力量Ｂの変化量に相当する。そこで、Ｈ＝０の場合、電力情報取得部３１は、通信部５の各送受信処理における消費電力量や、自装置に対して他装置が１台接続した場合の消費電力量を予め記憶しておき、所定期間における送受信回数や他装置の接続数を観測し、所定期間の消費電力量を求め、その消費電力量の時間平均（単位時間あたりの消費電力量Ｃ（Ｗ））を電力変化量ΔＢとして計算してもよい。

この方法によれば、時刻ｔ_１の残電力量Ｂ_１は、時刻ｔ_０の残電力量Ｂ_０と、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの電力変化量ΔＢの時間積と、の和として計算できる。すなわち、Ｂ_１＝Ｂ_０＋ΔＢ×（ｔ_１−ｔ_０）となる。

（第４の取得方法）
Ｈ＞０の場合、電力変化量ΔＢは、発電量Ｈと、単位時間あたりの消費電力量Ｃと、の差となる（ΔＢ＝Ｈ−Ｃ）。この場合、まず、電力情報取得部３１は、第１の取得方法により、残電力量Ｂと、電力変化量ΔＢと、を計算する。次に、電力情報取得部３１は、通信部５の各送受信処理における消費電力量や、自装置に対して他装置が１台接続した場合の消費電力量を予め記憶しておき、所定期間における送受信回数や他装置の接続数を観測し、所定期間の消費電力量を求め、その時間平均（単位時間あたりの消費電力量Ｃ）を求める。る。そして、電力情報取得部３１は、電力変化量ΔＢと、消費電力量Ｃと、の和を発電量Ｈとして計算する。

例えば、所定期間が時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までであり、消費電力量Ｃが自装置に対する他装置の接続台数のみに依存し、他装置が１台接続した場合の消費電力量がＥ_０（Ｗ）である場合、発電量Ｈは、以下の式で計算できる。

式（１）において、Ｎは、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの平均接続台数である。式（１）の右辺の第１項は、電力変化量ΔＢに相当し、第２項は、消費電力量Ｃに相当する。

なお、電力情報取得部３１による取得方法は、上記の方法に限られない。また、電力情報取得部３１は、電力情報として、残電力量Ｂ、電力変化量ΔＢ、及び発電量Ｈの代わりに、これらに準じる物理量を取得してもよい。電力情報取得部３１は、こうして取得した電力情報を、接続余裕計算部３２に入力する。

接続余裕計算部３２は、自装置の接続余裕Ｍを計算する。接続余裕Ｍとは、自装置が追加で通信可能な（追加の通信に許容される）通信量のことである。接続余裕Ｍは、自装置が寿命を維持したまま通信可能な通信量と、自装置の現在の通信量と、の差に相当する。

接続余裕計算部３２は、接続余裕Ｍとして、例えば、残データ量を計算する。残データ量とは、最大データ量と、現在のデータ量と、の差のことである。最大データ量とは、自装置が通信可能なデータ量（スループット）のことである。現在のデータ量とは、自装置が現在通信しているデータ量のことである。すなわち、残データ量とは、自装置が追加で通信可能なデータ量のことである。

また、接続余裕計算部３２は、接続余裕Ｍとして、残接続数を計算してもよい。残接続数とは、最大接続数Ｌと、接続数Ｎと、の差のことである。最大接続数Ｌとは、自装置が接続可能な他装置の台数のことである。接続数Ｎとは、自装置が現在接続している他装置の台数のことである。すなわち、残接続数とは、自装置が追加で接続可能な他装置の台数のことである。なお、接続数Ｎは、接続中の親ノード及び子ノードの台数であってもよいし、子ノードだけの台数であってもよい。

接続余裕Ｍは、自装置の電源１の状態に依存して変化する。接続余裕Ｍは、残電力量Ｂ、電力変化量ΔＢ、及び発電量Ｈが大きいほど大きくなる。これは、残電力量Ｂ、電力変化量ΔＢ、及び発電量Ｈが大きいほど、許容可能な量が大きくなるためである。

そこで、接続余裕計算部３２は、電力情報取得部３１から入力された残電力量Ｂ、電力変化量ΔＢ、及び発電量Ｈに基づいて、自装置の現在の接続余裕Ｍを計算する。なお、接続余裕Ｍは、残接続数や残通信量に限られない。以下では、接続余裕Ｍが、残接続数である場合を例に説明する。

まず、接続余裕計算部３２は、残電力量Ｂ、電力変化量ΔＢ、及び発電量Ｈに基づいて、最大接続数Ｌを計算する。Ｈ＝０の場合、最大接続数Ｌは、以下の式で計算できる。

式（２）において、Ｂ／｜ΔＢ｜は、残電力量Ｂが０になるまでの時間である。Ｈ＝０の場合、電力変化量ΔＢは負の値になるため、電力変化量ΔＢには絶対値が付与されている。また、式（２）において、Ｑ（Ｘ）は、残電力量Ｂが０になるまでの時間を、最大接続数に変換する関数である。関数Ｑ（Ｘ）によれば、Ｂ／｜ΔＢ｜が長いほど、最大接続数Ｌは大きくなる。

なお、関数Ｑ（Ｘ）は、予め実験により求めればよい。また、関数Ｑ（Ｘ）の代わりに、Ｂ／｜ΔＢ｜と最大接続数Ｌとの対応関係を示すテーブルが用いられてもよい。また、接続余裕計算部３２は、発電量Ｈが所定の閾値Ｈ_ＴＨ以下の場合に、式（２）により最大接続数Ｌを計算してもよい。

一方、Ｈ＞０の場合、最大接続数Ｌは、以下の式で計算できる。

Ｌ＝｛Ｈ／Ｃ｝・・・（３）

式（３）において、｛Ｘ｝は床関数である。単位時間あたりの消費電力量Ｃは、上述の第４の取得方法と同様の方法で求めればよい。また、式（３）の右辺のＨを、（Ｈ＋Ｂ）や（Ｂ＋ΔＢ）に置き換えてもよい。また、式（３）の右辺のＨを（Ｈ＋Ｂ＋τ×ΔＢ）とし、τを任意の時間とすることで、右辺の分子を将来の残電力量Ｂの予想値としてもよい。これにより、残電力量Ｂを考慮した最大接続数Ｌを求めることができる。

なお、Ｈ＞０の場合であっても、ΔＢ＜０の場合には、式（２）により最大接続数Ｌを計算してもよい。Ｈ＞０かつΔＢ＜０の場合とは、発電量Ｈより消費電力量Ｃが大きい場合に相当する。

次に、接続余裕計算部３２は、通信部５から現在の接続数Ｎを取得する。通信部５が接続数Ｎを記憶していない場合、接続余裕計算部３２は、例えば、通信部５から現在接続中の親ノード及び子ノードのＩＤ（識別情報）を取得し、取得したＩＤを数えることにより、接続数Ｎを取得すればよい。

そして、接続余裕計算部３２は、残接続数Ｍを、以下の式で計算する。

Ｍ＝Ｌ−Ｎ・・・（４）

接続余裕計算部３２は、こうして計算した残接続数Ｍを、送信情報生成部３３及び接続受付判定部３４に入力する。なお、残接続数Ｍの計算方法は、上記のものに限られない。例えば、接続余裕計算部３２は、ΔＢが０以上の場合にＭ＝１とし、ΔＢが０未満の場合にＭ＝０としてもよい。これにより、接続可否のみを通知して通知に必要なビット数を小さくするとともに、処理を簡素できる。

送信情報生成部３３は、自装置が親ノードに送信する送信情報を生成する。送信情報には、自装置のＩＤと、送信先である親ノードのＩＤと、接続余裕計算部３２から入力された残接続数（接続余裕）Ｍと、センサ４から取得したセンサデータと、中継情報と、が含まれる。

中継情報とは、自装置が子ノードから受信した受信情報のことである。この受信情報は、子ノードが自装置に対して送信した送信情報に相当する。送信情報生成部３３は、通信部５から受信情報を取得し、中継情報として送信情報に含める。

送信情報生成部３３は、生成した送信情報を通信部５に入力する。通信部５は、入力された送信情報を無線で送信する。

接続受付判定部３４は、通信部５から、他装置からの自装置宛ての接続要求を入力される。接続受付判定部３４は、接続要求を入力されると、接続余裕計算部３２から入力された残接続数Ｍに基づいて、他装置からの接続を受け付けるか判定する。接続受付判定部３４は、接続余裕が大きければ接続を許可し、接続余裕が小さければ接続を拒否する。例えば、接続受付判定部３４は、残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ以上である場合、接続を受け付け、残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ未満の場合、接続を拒否する。接続受付判定部３４は、判定結果に応じた接続応答を、通信部５に入力する。通信部５は、入力された接続応答を無線で送信する。なお、閾値Ｍ_ＴＨは、任意に設定可能であり、例えば、１である。

接続先決定部３５は、自装置が新たな親ノードを探索する際に動作する。新たな親ノードの探索は、自装置が新たに無線ネットワークに参加する際や、親ノードを変更する際に行われる。親ノードの変更は、例えば、親ノードが故障により通信不能になった場合や、親ノードのとの間の無線通信のリンク品質が低下した際に行われる。また、親ノードの変更は、所定の時間間隔で行われてもよい。これにより、自装置の親ノードを、最適な親ノードに随時更新することができる。

接続先決定部３５は、新たな親ノードを探索する際、通信部５に所定期間の間、受信処理を実行させる。この期間を、以下では、親候補探索期間という。親候補探索期間は、例えば、１フレームである。

接続先決定部３５は、親候補探索期間の間に通信部５が受信した受信情報を入力される。受信情報は、他装置の送信情報に相当する。したがって、受信情報には、他装置のＩＤと、他装置の残接続数（接続余裕）Ｍと、が含まれる。

接続先決定部３５は、受信情報を入力されると、他装置のＩＤ及び残接続数Ｍを対応付けて記憶する。親候補探索期間の終了後、接続先決定部３５は、記憶した残接続数Ｍに基づいて、親候補を決定する。親候補とは、新たな親ノードの候補となる他装置のことである。

接続先決定部３５は、例えば、残接続数Ｍが最大の他装置を、親候補として決定する。接続先決定部３５は、残接続数Ｍが最大の他装置が複数ある場合には、残接続数Ｍが最大の他装置の中から、ランダムに親候補を決定してもよい。

接続先決定部３５は、決定した親候補に対する接続要求を生成する。接続要求には、送信先として親候補のＩＤが含まれる。接続先決定部３５は、生成した接続要求を通信部５に入力する。通信部５は、入力された接続要求を無線で送信する。

次に、本実施形態に係る無線通信装置の動作について、図４〜図７を参照して説明する。図４は、無線通信装置の通常処理を示すフローチャートである。無線通信装置は、図４のフローチャートの動作を、所定の時間間隔で繰り返す。

以下では、無線通信装置は、図４のフローチャートの動作を、フレーム毎に繰り返すものとする。また、無線通信装置は、送信処理を実行する送信スロットと、受信処理を実行する受信スロットと、を予め設定されているものとする。無線通信装置の受信スロットは、子ノードの送信スロットと少なくとも一部が重複するように設定される。

まず、電力情報取得部３１が、計測部２から入力された電力データに基づいて、電力情報（Ｂ，ΔＢ，Ｈ）を取得する（ステップＳ１１）。電力情報の取得方法は、上述の通りである。計測部２は、電力情報取得部３１に電力データを継続的に入力してもよいし、電力情報取得部３１からの要求に応じて入力してもよい。また、電力情報取得部３１は、各フレームに１回だけ電力情報を取得してもよいし、所定の時間間隔で最新の電力情報を取得してもよい。電力情報取得部３１は、取得した電力情報を記憶する。

次に、接続余裕計算部３２は、電力情報取得部３１から最新の電力情報を取得し、残接続数Ｍを計算する（ステップＳ１２）。電力情報取得部３１は、電力情報を取得する度に、取得した電力情報を接続余裕計算部３２に入力してもよいし、接続余裕計算部３２からの要求に応じて、最新の電力情報を接続余裕計算部３２に入力してもよい。接続余裕計算部３２は、計算した残接続数Ｍを記憶し、送信情報生成部３３及び接続受付判定部３４に入力する。残接続数Ｍの計算処理について、詳しくは後述する。

自装置の受信スロットが到来すると、通信部５が、受信処理を開始し、子ノードからの受信情報を無線で受信する（ステップＳ１３）。通信部５は、受信情報を受信すると、その受信情報が自装置宛てであるか確認する。すなわち、通信部５は、受信情報の送信先のＩＤが、自装置のＩＤであるか確認する。自装置宛ての受信情報であった場合、通信部５は、受信情報を送信情報生成部３３に入力する。送信情報生成部３３は、入力された受信情報を記憶する。無線通信装置は、以上の受信処理を受信スロットの間継続する。

なお、ステップＳ１３は、ステップＳ１１やステップＳ１２より前であってもよい。また、受信情報の宛先の確認は、送信情報生成部３３が実行してもよい。また、子ノードが複数ある場合には、受信スロットが複数設けられていてもよい。

自装置の受信スロットが終了すると、送信情報生成部３３は、送信情報を生成する（ステップＳ１４）。送信情報には、送信元である自装置のＩＤと、送信先である親ノードのＩＤと、センサ４から入力されたセンサデータと、接続余裕計算部３２から入力された残接続数Ｍと、受信スロットの間に記憶した受信情報（中継情報）と、が含まれる。送信情報生成部３３は、生成した送信情報を記憶する。

その後、自装置の送信スロットが到来すると、送信情報生成部３３は、生成した送信情報を通信部５に入力し、通信部５は、入力された送信情報を親ノードに無線で送信する（ステップＳ１５）。通信部５は、送信スロットの間、送信情報を継続的に送信してもよいし、所定の回数だけ送信してもよい。以上で、無線通信装置の１周期分の通常処理が終了する。

図５は、残接続数Ｍの計算処理（ステップＳ１２）を示すフローチャートである。

上述のステップＳ１１で電力情報（Ｂ，ΔＢ，Ｈ）を取得した接続余裕計算部３２は、まず、発電量Ｈが閾値Ｈ_ＴＨ以上であるか判定する（ステップＳ１２１）。

発電量Ｈが閾値Ｈ_ＴＨ未満である場合（ステップＳ１２１のＮＯ）、接続余裕計算部３２は、最大接続数Ｌを、上述の式（２）により計算する（ステップＳ１２２）。すなわち、Ｌ＝Ｑ（Ｂ／｜ΔＢ｜）である。

一方、発電量Ｈが閾値Ｈ_ＴＨ以上である場合（ステップＳ１２１のＹＥＳ）、接続余裕計算部３２は、電力変化量ΔＢが０以上であるか判定する（ステップＳ１２３）。

電力変化量ΔＢが０より小さい場合（ステップＳ１２３のＮＯ）、接続余裕計算部３２は、最大接続数Ｌを、上述の式（２）により計算する（ステップＳ１２２）。すなわち、Ｌ＝Ｑ（Ｂ／｜ΔＢ｜）である。

一方、電力変化量ΔＢが０以上である場合（ステップＳ１２３のＹＥＳ）、接続余裕計算部３２は、最大接続数Ｌを、上述の式（３）により計算する（ステップＳ１２４）。すなわち、Ｌ＝｛Ｈ／Ｃ｝である。消費電力量Ｃの計算方法は、上述の通りである。

最大接続数Ｌを計算した後、接続余裕計算部３２は、通信部５から接続数Ｎを取得する（ステップＳ１２５）。

そして、接続余裕計算部３２は、残接続数Ｍを、上述の式（４）により計算する（ステップＳ１２６）。すなわち、Ｍ＝Ｌ−Ｎである。

なお、電源１が発電部１２を備えない場合には、ステップＳ１２１〜Ｓ１２３は、省略されてもよい。すなわち、接続余裕計算部３２は、ステップＳ１２４〜Ｓ１２６を実行することにより、残接続数Ｍを計算してもよい。

図６は、無線通信装置の接続受付処理を示すフローチャートである。接続受付処理とは、無線通信装置が接続要求を受信した場合の処理のことである。

通信部５は、接続要求を受信すると、その接続要求が自装置宛てであるか確認する（ステップＳ２１）。すなわち、通信部５は、接続要求の送信先のＩＤが、自装置のＩＤであるか確認する。

接続要求が自装置宛てでなかった場合（ステップＳ２１のＮＯ）、接続受付処理は終了する。

一方、接続要求が自装置宛てであった場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、通信部５は、接続要求を接続受付判定部３４に入力する。なお、接続要求の宛先の確認は、接続受付判定部３４が実行してもよい。この場合、通信部５は、受信した全ての接続要求を接続受付判定部３４に入力すればよい。

自装置宛ての接続要求を入力された接続受付判定部３４は、接続余裕計算部３２から入力された自装置の残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ以上か判定する（ステップＳ２２）。接続余裕計算部３２は、残接続数Ｍを計算する度に、残接続数Ｍを接続受付判定部３４に入力してもよいし、接続受付判定部３４からの要求に応じて残接続数Ｍを接続受付判定部３４に入力してもよい。

残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ以上である場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）、接続受付判定部３４は、接続要求を送信した他装置からの接続を受付ける、と判定する（ステップＳ２３）。

一方、残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ未満である場合（ステップＳ２２のＮＯ）、接続受付判定部３４は、接続要求を送信した他装置からの接続を拒否する、と判定する（ステップＳ２４）。

その後、接続受付判定部３４は、判定結果に応じた接続応答を生成し、通信部５に入力する。通信部５は、入力された接続応答を無線で送信する（ステップＳ２５）。

接続を受付ける内容の接続応答を受信した他装置は、以降、自装置の子ノードとして、自装置に接続される。一方、接続を拒否する内容の接続応答を受信した他装置は、新たな親候補に対して、接続要求を送信する。

なお、接続受付判定部３４は、接続を拒否すると判定した場合、接続応答を生成しなくてもよい。この場合、接続要求を送信した他装置は、所定期間の間に接続応答を受信できない場合、接続を拒否されたと判定し、新たな親候補に対して、接続要求を送信すればよい。

図７は、無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャートである。親候補探索処理は、無線通信装置が新たな親ノードを探索する際の処理のことである。

親候補探索処理が開始すると、接続先決定部３５は、通信部５に受信処理を実行させる。通信部５は、受信処理中に受信情報を受信すると（ステップＳ３１のＹＥＳ）、その受信情報を接続先決定部３５に入力する。

受信情報を入力された接続先決定部３５は、入力された受信情報に含まれる、送信元のＩＤと、送信元の残接続数Ｍと、を対応付けて記憶する（ステップＳ３２）。通信部５及び接続先決定部３５は、以上の処理を親候補探索期間が終了するまで継続する。

親候補探索期間が終了すると（ステップＳ３３のＹＥＳ）、接続先決定部３５は、通信部５に受信処理を終了させる。そして、接続先決定部３５は、親候補探索期間の間に記憶した残接続数Ｍに基づいて、親候補を決定する（ステップＳ３４）。

接続先決定部３５は、残接続数Ｍが最大の他装置を、親候補として決定する。残接続数Ｍが最大の他装置が複数ある場合には、接続先決定部３５は、残接続数Ｍが最大の他装置の中から、ランダムに親候補を決定してもよい。また、全ての他装置の残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ未満である場合、接続先決定部３５は、親候補探索処理を終了してもよい。

その後、接続先決定部３５は、決定した親候補宛ての接続要求を生成し、通信部５に入力する。通信部５は、入力された接続要求を無線で送信する（ステップＳ３５）。

接続要求を送信した無線通信装置は、親候補から接続を受付ける内容の接続応答を受信した場合、以降、親候補の子ノードとして、親候補に接続する。

一方、接続要求を送信した無線通信装置は、親候補から接続を拒否する内容の接続応答を受信した場合、又は親候補から所定期間の間に接続応答を受信できない場合、新たな親候補に対して接続要求を送信する。この際、無線通信装置は、親候補探索処理を改めて実行してもよいし、親候補探索機間の間に記憶した残接続数Ｍを利用して、次の親候補を決定してもよい。

以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置は、電源１の電力状態に応じた接続余裕Ｍを計算し、自装置の接続余裕Ｍに基づいて、他装置からの接続の可否を判定する。具体的には、無線通信装置は、自装置の接続余裕Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ以上である場合に他装置の接続を受付け、自装置の接続余裕Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ未満である場合に、他装置からの接続を拒否する。

このように、各無線通信装置の電力状態に応じて、各無線通信装置に対する他装置の接続数を制限することにより、各無線通信装置に対して他装置が過度に接続されなくなる。この結果、無線ネットワークの寿命を長期化し、ネットワークを安定化することができる。

なお、本実施形態では、各無線通信装置の電力状態を把握するために、電源１の電力データに基づいて取得された電力情報が利用される。したがって、本実施形態では、上記従来の無線センサネットワークとは異なり、各無線通信装置の電力状態を正確に反映した無線ネットワークを形成することができる。

（第２実施形態）
まず、第２実施形態に係る無線通信装置について、図８を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、親候補を決定するために、接続余裕Ｍとともに、同属装置数Ｄと、無線評価値Ｓと、を利用する。

図８は、本実施形態に係る無線通信装置の、接続管理部３の機能構成の一例を示す図である。図８の接続管理部３は、無線評価値計算部３６を備える。他の構成は、図３の接続管理部３と同様である。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態において、各無線通信装置の送信情報には、自装置のＩＤと、送信先である親ノードのＩＤと、接続余裕計算部３２から入力された残接続数（接続余裕）Ｍと、センサ４から取得したセンサデータと、中継情報と、同属装置数Ｄと、経路評価値Ｓと、が含まれる。

同属装置数Ｄとは、無線ネットワークにおける、自装置が属する部分木に含まれる全ノード数（無線通信装置全体の台数）のことである。ここでいう部分木とは、ホップ数が１の無線通信装置を起点とする部分木のことである。

図１の例では、無線ノードＩの同属装置数Ｄは１３である。これは、無線ノードＩが属する部分木は、ホップ数が１の無線ノードＢを起点とする部分木であり、この部分木には、１３台の無線通信装置（無線ノード）が含まれるためである。この部分木に属する各無線通信装置の同属装置数Ｄは、いずれも１３となる。

同属装置数Ｄは、ホップ数が１の無線通信装置が、受信情報に含まれる無線通信装置のＩＤやセンサデータの数をカウントすることにより取得できる。ホップ数が１の無線通信装置は、取得した同属装置数Ｄを、ホップ数が２の子ノードに送信する。また、同属装置数Ｄを受信したホップ数が２の無線通信装置は、ホップ数が３の子ノードに送信する。これを繰り返すことにより、各無線通信装置は、自装置の同属装置数Ｄを取得することができる。各無線通信装置の送信情報生成部３３は、こうして取得した自装置の同属装置数Ｄを記憶し、同属装置数Ｄを含む送信情報を生成する。

経路評価値Ｓとは、自装置から根ノードまでの情報の伝達経路の品質を示す値である。経路評価値Ｓは、経路上の各無線通信装置間のリンク品質に基づいて計算される。

リンク品質とは、接続された２つの無線通信装置間の、接続の品質を示す定量値である。リンク品質として、例えば、受電電力、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）、ＰＥＲ（Packet Error Rate）などを利用することができる。

図１の例では、無線ノードＩの経路評価値Ｓは、無線ノードＩと無線ノードＥとの間のリンク品質と、無線ノードＥと無線ノードＢとの間のリンク品質と、無線ノードＢと根ノードとの間のリンク品質と、に基づいて計算される。

経路評価値Ｓとして、例えば、ＥＴＸ（Expected transmission count）を利用することができる。ＥＴＸは、１つの情報を経路の端から端まで伝送するために必要な再送回数を含む送信回数を示す値である。ＥＴＸは、経路上の各リンク品質を再送確率に変換することにより計算される。ＥＴＸが小さい程、経路の品質が高いことを意味する。なお、経路評価値Ｓは、ＥＴＸに限られない。経路評価値Ｓとして、経路上のリンク品質の最小値、最大値、及び平均値などが利用されてもよい。

経路評価値計算部３６は、自装置の経路評価値Ｓを計算する。経路評価値計算部３６は、親ノードの送信スロットの間、通信部５に受信処理を実行させる。通信部５は、親ノードの送信情報を受信すると、自装置と親ノードとの間のリンク品質を計算し、計算したリンク品質と、受信情報と、を経路評価値計算部３６に入力する。なお、リンク品質の計算は、経路評価値計算部３６が行ってもよい。

経路評価値計算部３６は、受信情報（親ノードの送信情報）に含まれる親ノードの経路評価値Ｓと、入力されたリンク品質と、に基づいて、自装置の経路評価値Ｓを計算する。経路評価値計算部３６は、親ノードの送信情報を受信する度に、自装置の経路評価値Ｓを計算することにより、経路評価値Ｓを最新の接続状態に応じた値に更新することができる。

経路評価値計算部３６は、こうして計算した経路評価値Ｓを、送信情報生成部３３に入力する。送信情報生成部３３は、入力された経路評価値Ｓを含む送信情報を生成する。

また、経路評価値計算部３６は、親候補探索処理において、他装置を親ノードとして接続した場合の自装置の経路評価値Ｓを計算する。親候補探索処理について、詳しくは後述する。

次に、本実施形態に係る無線通信装置の動作について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、無線通信装置の通常処理を示すフローチャートである。図９のフローチャートにおけるステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５は、図４のフローチャートと同様である。

本実施形態では、ステップＳ１４において、送信情報生成部３３は、同属装置数Ｄ及び経路評価値Ｓを含む送信情報を生成する。

また、本実施形態では、ステップＳ１５において通信部５が送信情報を送信した後、親ノードの送信スロットが到来すると、送信情報生成部３３は、通信部５に受信処理を実行させる。これにより、通信部５は、親ノードが送信した送信情報を受信する（ステップＳ１６）。

通信部５は、親ノードの送信情報を受信すると、自装置と親ノードとの間のリンク品質を計算し、計算したリンク品質と、受信した親ノードの送信情報と、を経路評価値計算部３６に入力する。経路評価値計算部３６は、リンク品質と、送信情報に含まれる親ノードの経路評価値Ｓと、に基づいて、自装置の経路評価値Ｓを更新する（ステップＳ１７）。

そして、経路評価値計算部３６は、更新した経路評価値Ｓを送信情報生成部３３に入力する。以降、経路評価値Ｓは、更新された経路評価値Ｓを含む送信情報を生成する。

親ノードの送信スロットが終了すると、送信情報生成部３３は、通信部５に受信処理を終了させる。以上で、無線通信装置の１周期分の通常処理が終了する。

図１０は、無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャートである。図１０のフローチャートにおけるステップＳ３１，Ｓ３３，Ｓ３５は、図７のフローチャートと同様である。

本実施形態では、通信部５は、受信処理中に受信情報を受信すると（ステップＳ３１のＹＥＳ）、その受信情報を接続先決定部３５に入力する。これと同時に、通信部５は、自装置と、受信情報の送信元と、の間のリンク品質を計算し、計算したリンク品質と、受信した受信情報と、を経路評価値計算部３６に入力する。

経路評価値計算部３６は、リンク品質と、受信情報に含まれる送信元の経路評価値Ｓと、に基づいて、自装置の経路評価値Ｓを計算する（ステップＳ３６）。ここで計算される経路評価値Ｓは、送信元を親ノードとして場合に形成される経路の経路評価値Ｓである。経路評価値計算部３６は、計算した経路評価値Ｓを、接続先決定部３５に入力する。

そして、受信情報及び経路評価値Ｓを入力された接続先決定部３５は、入力された受信情報に含まれる、送信元のＩＤと、送信元の残接続数Ｍと、送信元の同属装置数Ｄと、経路評価値Ｓと、を対応付けて記憶する（ステップＳ３７）。通信部５、接続先決定部３５、及び経路評価値計算部３６は、以上の処理を親候補探索期間が終了するまで継続する。

また、本実施形態では、ステップＳ３４における親候補の決定方法が、第１実施形態と異なる。本実施形態では、接続先決定部３５は、各他装置の、残接続数Ｍと、同属装置数Ｄと、経路評価値Ｓと、に基づいて、親候補を決定する。

接続先決定部３５は、例えば、残接続数Ｍが最大（又は閾値Ｍ_ＴＨ以上）の他装置のうち、経路評価値Ｓが最良の他装置を、親候補として決定する。経路評価値Ｓが最良とは、経路評価値Ｓが意味する経路の品質が最高という意味である。経路の品質が高いほど経路評価値Ｓが大きくなる場合、経路評価値Ｓが最大の他装置が、経路評価値が最良の他装置となる。

また、接続先決定部３５は、残接続数Ｍが最大（又は閾値Ｍ_ＴＨ以上）の他装置のうち、同属装置数Ｄが最小の他装置を、親候補として決定してもよい。

また、接続先決定部３５は、経路評価値Ｓ又は同属装置数Ｄの比較を、残接続数Ｍの比較より優先してもよい。例えば、接続先決定部３５は、経路評価値Ｓが最良又は閾値Ｓ_ＴＨより良好な他装置のうち、残接続数Ｍが最大の他装置を親候補として決定してもよい。また、接続先決定部３５は、同属装置数Ｄが最小又は閾値Ｄ_ＴＨ以下の他装置のうち、残接続数Ｍが最大の他装置を親候補として決定してもよい。

また、接続先決定部３５は、残接続数Ｍ、経路評価値Ｓ、及び同属装置数Ｄを全て利用して親候補を決定してもよい。

以上説明した通り、本実施形態では、残接続数Ｍ、経路評価値Ｓ、及び同属装置数Ｄを利用して親候補が決定させる。接続先決定部３５が、経路評価値Ｓが良好な他装置を親候補として決定することにより、無線通信装置は、品質が高い経路を形成し、ネットワークの安定性を向上させることができる。

また、接続先決定部３５が、同属装置数Ｄが小さい他装置を親候補として決定することにより、ホップ数が１の無線通信装置におけるペイロードサイズの最大値を抑制することができる。これは、同属装置数Ｄが大きいほど、その部分木の起点となる無線通信装置のペイロードサイズが大きくなるためである。

接続先決定部３５が、同属装置数Ｄが所定の閾値Ｄ_ＴＨ以下の他装置を親候補として決定することにより、ネットワークにおけるペイロードサイズの最大値を、所定値（例えば、ネットワーク上で送信可能な最大ペイロードサイズ）より小さくすることができる。

なお、本実施形態において、同属装置数Ｄが閾値Ｄ_ＴＨより大きい無線通信装置は、他装置の接続を常に拒否してもよい。これは、接続余裕計算部３２が残接続数Ｍを０と計算したり、接続受付判定部３４が接続を常に拒否すると判定したりすることにより、可能である。このような処理により、ペイロードサイズの最大値を抑制することができる。

また、本実施形態では、最大ペイロードサイズからヘッダ情報などを引いた残りのデータサイズを、各無線通信装置のセンサデータのデータサイズの平均値で除算した値を、最大接続数Ｌとして計算し、同属装置数Ｄを接続数Ｎとして取得して、残接続数Ｍを計算してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る無線通信装置について、図１１を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、自装置の接続余裕Ｍが小さい場合、自装置に接続している他装置に対して接続の切替を要求する。

図１１は、本実施形態に係る無線通信装置の、接続管理部３の機能構成の一例を示す図である。図１１の接続管理部３は、接続切替部３７を備える。他の構成は、図３の接続管理部３と同様である。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

接続切替部３７は、自装置の残接続数Ｍに基づいて、接続の切替を制御する。具体的には、接続切替部３７は、自装置の残接続数Ｍが閾値Ｍ_ＴＨ未満であり、かつ、接続数Ｎが１以上である場合、切替通知又は切替要求を生成し、通信部５に入力する。

切替通知とは、自装置が接続している親ノードの少なくとも一部に対して、接続を終了することを通知する信号である。自装置が複数の親ノードと接続している場合、一部の親ノードとの接続を終了することにより、経路の冗長性は低下するものの、自装置の接続数Ｎを減らし、残接続数Ｍを大きくすることができる。

接続切替部３７は、切替通知を生成する際、通知対象となる親ノードを指定する。通信部５は、入力された切替通知を通知対象の親ノードに送信し、その後、通知対象の親ノードとの接続を終了する。通信部５は、入力された切替通知を送信せずに、通知対象の親ノードとの接続を終了するだけでもよい。

また、接続切替部３７は、接続中の全ての親ノードに対して切替通知を生成してもよい。この場合、接続切替部３７は、全ての親ノードとの通信が終了した後、接続先決定部３５に、親候補探索処理を実行させる。この際、接続先決定部３５は、自装置のホップ数が元のホップ数より大きくなるように、親候補を探索するのが好ましい。これにより、ネットワーク内の平均ホップ数を大きくし、特定の無線通信装置の消費電力量Ｃが相対的に大きくなることを回避することができる。

切替要求とは、自装置に接続している子ノードの少なくとも一部に対して、接続先の変更を要求する信号である。一部の子ノードとの接続を終了することで、自装置の接続数Ｎを減らし、残接続数Ｍを大きくすることができる。通信部５は、入力された切替要求を送信する。

接続切替部３７は、切替要求を生成する際、要求対象となる子ノードを指定してもよい。接続切替部３７は、例えば、自装置と各子ノードとの間のリンク品質を参照し、リンク品質が低い子ノードを要求対象として選択すればよい。

接続切替部３７が要求対象となる子ノードを指定した場合、通信部５は、要求対象の子ノード宛てに切替要求を送信する。具体的には、通信部５は、切替要求として、切替要求を示す所定のコマンド及び要求対象の子ノードのＩＤを含むデータフレームを送信すればよい。

また、接続切替部３７は、切替要求を生成する際、要求対象となる子ノードを指定しなくてもよい。接続切替部３７が要求対象となる子ノードを指定しなかった場合、通信部５は、切替要求をブロードキャスト送信する。具体的には、通信部５は、切替要求として、切替要求を示す所定のコマンドを含むデータフレームをブロードキャスト送信すればよい。

なお、切替要求として送信するデータフレームは、切替要求専用のデータフレームであってもよいし、ネットワーク制御のためのデータフレームであってもよいし、センサデータを含む送信情報であってもよい。送信情報に切替要求を含める場合、子ノードは、親ノードの送信スロットの間、受信処理を実行することにより、切替要求を受信できる。また、切替要求には、自装置の接続数Ｎや残接続数Ｍなどの情報が含まれてもよい。

また、本実施形態において、通信部５は、親ノードからの切替要求を受信すると、受信した切替要求を接続切替部３７に入力する。切替要求を入力された接続切替部３７は、切替要求の要求対象が自装置であるか確認する。すなわち、要求対象のＩＤと自装置のＩＤとが一致するか確認する。要求対象が自装置であった場合、接続切替部３７は、接続先決定部３５に親候補探索処理を実行させる。本実施形態では、親候補探索処理により、新たな親ノードと接続できなかった場合、接続先決定部３５は、元の親ノードに改めて接続してもよい。

一方、通信部５がブロードキャスト送信された切替要求を受信した場合、この切替要求を入力された接続切替部３７は、接続先決定部３５に親候補探索処理を実行させてもよいし、実行させなくてもよい。

接続切替部３７は、例えば、切替要求に含まれる接続数Ｎや残接続数Ｍに基づいて確率を計算し、この確率に従って、親候補探索処理を実行させるか決定する。具体的には、１／Ｎの確率で接続先決定部３５に親候補探索処理を実行させることが考えられる。

以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置は、自装置の接続余裕Ｍが小さい場合、切替通知や切替要求によって、自装置に接続している他装置を減らし、接続余裕Ｍを大きくすることができる。これにより、無線ネットワークの寿命を長期化し、ネットワークを安定化することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る無線通信装置について、図１２〜図１４を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、第１乃至第３実施形態のいずれかに係る無線通信装置の子ノードとして動作する。本実施形態に係る無線通信装置は、他装置の電力情報に基づいて、他装置の接続余裕Ｍを計算し、計算した他装置の接続余裕Ｍに基づいて、自装置の親候補を決定する。

図１２は、本実施形態に係る無線通信装置の一例を示す図である。図１２の無線通信装置は、電源１と、接続管理部３と、センサ４と、通信部５と、を備える。本実施形態に係る無線通信装置は、電源１を備えず、外部の電源から電力を供給されてもよいし、第１乃至第３実施形態に係る無線通信装置と同様に、計測部２を備えてもよい。

図１３は、本実施形態に係る無線通信装置の、接続管理部３の機能構成の一例を示す図である。図１３の接続管理部３は、接続余裕計算部３２と、送信情報生成部３３と、接続先決定部３５と、を備える。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態において、他装置の送信情報には、他装置の電力情報及び接続数Ｎが含まれる。ここでいう他装置は、第１乃至第３実施形態のいずれかに係る無線通信装置である。本実施形態では、他装置の送信情報生成部３３が、電力情報及び接続数Ｎを含む送信情報を生成することが前提となる。

本実施形態に係る無線通信装置の通信部５は、他装置から受信情報（他装置の送信情報）を受信すると、その受信情報を接続余裕計算部３２に入力する。接続余裕計算部３２は、受信情報に含まれる電力情報及び接続数Ｎに基づいて、他装置の残接続数Ｍを計算する。残接続数Ｍの計算方法は、上述の通りである。

残接続数Ｍを計算した接続余裕計算部３２は、他装置のＩＤ及び残接続数Ｍを接続先決定部３５に入力する。接続先決定部３５は、入力された他装置のＩＤ及び残接続数Ｍを記憶する。接続先決定部３５は、記憶した他装置の残接続数Ｍに基づいて、親候補を決定する。親候補の決定方法は上述の通りである。

図１４は、無線通信装置の親候補探索処理を示すフローチャートである。図１４のフローチャートにおけるステップＳ３１〜Ｓ３５は、図７のフローチャートと同様である。

本実施形態では、通信部５は、受信処理中に受信情報を受信すると（ステップＳ３１のＹＥＳ）、その受信情報を接続余裕計算部３２に入力する。接続余裕計算部３２は、受信情報に含まれる電力情報及び接続数Ｎに基づいて、他装置の残接続数Ｍを計算する（ステップＳ３８）。

残接続数Ｍを計算した接続余裕計算部３２は、送信元のＩＤ及び残接続数Ｍを接続先決定部３５に入力する。接続先決定部３５は、入力された送信元のＩＤ及び残接続数Ｍを記憶する（ステップＳ３２）。通信部５、接続余裕計算部３２、及び接続先決定部３５は、以上の処理を、親候補探索期間の間繰り返す。

親候補探索期間が終了すると（ステップＳ３３のＹＥＳ）、接続先決定部３５は、親候補探索期間の間に記憶した残接続数Ｍに基づいて、親候補を決定する（ステップＳ３４）。なお、図１４の例では、送信元の残接続数Ｍの計算は、受信情報を受信する度に行われているが、親候補探索期間の終了後にまとめて行われてもよい。

以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置は、他装置の電力情報に基づいて、他装置の接続余裕Ｍを計算する。したがって、他装置から接続余裕を得られない場合であっても、第１実施形態と同様に、無線ネットワークの寿命を長期化し、ネットワークを安定化することができる。

なお、以上の説明では、他装置の送信情報には、他装置の電力情報が含まれたが、他装置の電力データが含まれてもよい。この場合、本実施形態に係る無線通信装置は、他装置の電力データに基づいて、他装置の電力情報を取得し、他装置の接続余裕Ｍを計算すればよい。

また、他装置の送信情報には、他装置の同属装置数Ｄや経路評価値Ｓが含まれてもよい。この場合、接続先決定部３５は、他装置の同属装置数Ｄや、他装置を親ノードとした場合の自装置の経路評価値Ｓなどを用いて、親候補を決定することができる。同属装置数Ｄや経路評価値Ｓを利用した親候補の決定方法は、上述の通りである。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１：電源、２：計測部、３：接続管理部、４：センサ、５：通信部、１１：バッテリ、１２：発電部、３１：電力情報取得部、３２：接続余裕計算部、３３：送信情報生成部、３４：接続受付判定部、３５：接続先決定部、３６：経路評価値計算部、３７：接続切替部

Claims (15)

1. 電源の電力状態を示す電力情報に基づいて、追加の通信に許容される通信量を計算し、計算した前記通信量に基づいて、他装置との接続の可否を判定する処理部を備える、
   無線通信装置。
2. 前記通信量は、追加で接続可能な前記他装置の台数で表わされる
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記通信量が所定の閾値未満の場合、他装置からの接続を拒否する
   請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
4. 他装置の前記通信量に基づいて、親ノードの候補を決定する
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記通信量を含む送信情報を、他の装置もしくは親ノードに送信する
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. 自装置から根ノードまでの情報の伝達経路の品質を示す経路評価値を計算する、経路評価値計算部を、さらに備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 前記経路評価値計算部は、他装置の前記経路評価値と、自装置から前記他装置までのリンク品質と、に基づいて、自装置の前記経路評価値を計算する
   請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記経路評価値に基づいて、前記親ノードの候補を決定する、第１の決定部を、さらに備える、請求項４に従属する場合の請求項６又は請求項４に従属する場合の請求項６に従属する請求項７に記載の無線通信装置。
9. 自装置が属する部分木に含まれる全ノード数を示す同属装置数に基づいて、前記親ノードの候補を決定する、第２の決定部を、さらに備える、請求項４に従属する場合の請求項６、請求項４に従属する場合の請求項６に従属する請求項７、又は、請求項８に記載の無線通信装置。
10. 前記通信量に基づいて、親ノードもしくは親ノードの候補と自装置との間の接続の切替を制御する、接続切替部をさらに備える、
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の無線通信装置。
11. 集約装置と、
    電源の電力状態を示す電力情報に基づいて、追加の通信に許容される通信量を計算し、計算した前記通信量に基づいて、接続する他の無線通信装置の数を増やせると判断した場合に接続応答を送信する第１無線通信装置と、
    前記第１無線通信装置に接続要求を送信した後に前記第１無線通信装置から前記接続応答を受信した場合に前記集約装置宛ての情報を前記第１無線通信装置へ送信する第２無線通信装置と、
    を備える無線通信システム。
12. 前記無線通信システムはさらに第３無線通信装置を備え、
    前記第２無線通信装置は、前記第１無線通信装置に接続要求を送信した後に前記第１無線通信装置から前記接続応答を受信しなかった場合に、前記第３無線通信装置に前記接続要求を送信する、
    請求項１１に記載の通信システム。
13. 電源の残電力量と電力変化量と発電量の少なくともいずれか１つに基づいて求められる通信量が所定値以上である場合に、接続する他の装置の数を増やす、
    無線通信装置。
14. 前記通信量は、接続する他の装置の数を増やす場合に許容される通信量である、請求項１３に記載の無線通信装置。
15. 前記通信量は、さらに現在通信する他の装置の数にも基づいて求められる、請求項１３又は請求項１４に記載の無線通信装置。

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