JP6590402B2 - 無線ノード - Google Patents

Description

本発明は、無線ノード、無線通信方法、プログラム、および無線ネットワークに関する。

センサー情報や制御指示を無線通信で実施する無線センサーアクチュエータネットワーク（ＷＳＡＮ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）が、農畜産業、社会インフラ、スマートエネルギー分野で注目されている。一般的なＷＳＡＮでは、無線ノードが間欠動作することで省電力性能を向上させ、電力消費量を下げている。しかし、間欠動作により待ち時間が発生する。このため、省電力化を促進するために間欠動作間隔を長く設定すると、応答性能が低下する。応答性能とは、或る無線ノードに対して通信機会が発生した際に情報を送信し、その情報が到達した旨の応答を当該無線ノードから受信するまでの時間が短いほど高いとされる。

そこで、省電力性能と応答性能を高い次元で両立させるために、通信機会が発生した際に通信相手を起動するオンデマンド方式のＲＯＤ−ＷＳＡＮ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ−ＷＳＡＮ）が提案されている。

例えば、特許文献１には、センサー値を送信する無線ノードは、センサー値を受信する無線ノードを起動させるためのウェイクアップ信号に当該受信側の無線ノードの起動判定に使用する無線通信資源を示す資源情報を含めることにより、無線ノードをオンデマンドで起動している。ここで、上記資源情報は、無線通信のチャネル、無線通信の時間、無線ノードの電力および経路情報の少なくとも１つを示す情報である。

特許文献１において、無線通信のチャネルをウェイクアップ信号に含める場合、センサー値を送信する無線ノードは、ウェイクアップＩＤと空いているチャネルをウェイクアップ信号に含めて送信し、ウェイクアップ信号を受信した無線ノードは、ウェイクアップＩＤに該当すれば、自ノードが接続する無線ネットワークにおいて使用するチャネルの中にウェイクアップ信号に含まれるチャネルが存在する場合に限って自ノードを起動する。これにより、使用中のチャネルを用いてセンサー値が送信されることによるパケットロスを防止している。

また、特許文献１において、無線通信の時間をウェイクアップ信号に含める場合、センサー値を送信する無線ノードは、ウェイクアップＩＤと空いている無線通信の時間をウェイクアップ信号に含めて送信し、ウェイクアップ信号を受信した無線ノードは、ウェイクアップＩＤに該当すれば、ウェイクアップ信号に含まれる無線通信の時間の経過後に自ノードを起動する。これにより、空いていない無線通信の時間に無線ノードが起動されてセンサー値が送信されるパケットロスを防止している。

また、特許文献１において、無線ノードの電力をウェイクアップ信号に含める場合、センサー値を送信する無線ノードは、ウェイクアップＩＤと電源のしきい値をウェイクアップ信号に含めて送信し、ウェイクアップ信号を受信した無線ノードは、ウェイクアップＩＤに該当すれば、ウェイクアップ信号に含まれる電源のしきい値以上の電力量を有する場合に限って自ノードを起動する。これにより、電源のしきい値よりも少ない電力量を有する無線ノードの無駄な起動を防止している。

また、特許文献１において、経路情報をウェイクアップ信号に含める場合、センサー値を送信する無線ノードは、ウェイクアップＩＤと自ノードから特定の無線ノードであるシンクノードへセンサー値を送信する経路上の最適な中継ノードのホップ数（当該中継ノードからシンクノードまでのホップ数）をウェイクアップ信号に含めて送信する。一方、ウェイクアップ信号を受信する無線ノードは、自ノードからシンクノードまでのホップ数をウェイクアップ判定器に保持し、ウェイクアップＩＤに該当すれば、ウェイクアップ信号に含まれるホップ数と上記保持している自ノードのホップ数とを比較し、一致する場合に限って自ノードを起動する。これにより、センサー値を送信する無線ノードからシンクノードまでの経路上の最適な中継ノード以外の無線ノードの無駄な起動を防止している。

一方、特許文献１において、ルーティングプロトコルを用いて或る無線ノードから他の無線ノードに対して経路構築のための制御パケットを送信する際、ウェイクアップ信号を用いて受信側の無線ノードを起動している。しかしながら、経路構築のための制御パケットを送信する際に使用するウェイクアップ信号には、センサー値を送信する際のウェイクアップ信号に含まれるような、当該受信側の無線ノードの起動判定に使用する無線通信資源を示す資源情報は含まれていない。

特開２０１５−１４９６４０号公報 ＷＯ２０１３／１３７０３６ Ａ１

上述したように、通信機会が発生した際に通信相手を起動するオンデマンド方式のＲＯＤ−ＷＳＡＮが提案されているけれども、ルーティングプロトコルを用いて或る無線ノードから他の無線ノードに対して経路構築のための制御パケットを送信する際に使用するウェイクアップ信号には、受信側の無線ノードの起動判定に使用する無線通信資源を示す資源情報は含まれていない。このため、経路構築時に無線ノードが無駄に起動されるという課題があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決する無線ノードを提供することにある。

本発明の実施形態に係る第１の無線ノードは、
マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、
前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
を有する。

本発明の他の実施形態に係る無線通信方法は、
マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードが実行する無線通信方法であって、
前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出し、
前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する。

本発明の他の実施形態に係るプログラムは、
マルチホップ無線ネットワークに接続されるコンピュータを、
前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
して機能させる。

本発明の他の実施形態に係る第２の無線ノードは、
本発明の実施形態に係る上記第１の無線ノードから前記ウェイクアップ信号を受信する受信手段と、
前記受信した前記ウェイクアップ信号に含まれる前記指標値を用いて自無線ノードの起動判定を行う判定手段と、
を有する。

本発明の他の実施形態に係る無線ネットワークは、
本発明の実施形態に係る上記第１の無線ノードと上記第２の無線ノードと、
を備える。

本発明は上述した構成を有するため、経路構築時に無線ノードが無駄に起動されるのを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークの構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークが論理的に形成するツリートポロジを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークにおけるＷＳＡＮノードの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークにおけるシンクノードの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークにおけるシンクノードとＷＳＡＮノードの配置例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークにおける経路構築動作を説明するためのシーケンスチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークにおける経路構築のための周期的なＤＩＯ送信で、省電力無線通信を使用した場合の動作を説明するためのシーケンスチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークで使用するウェイクアップ信号のフォーマットを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークで使用するウェイクアップ信号のフォーマットを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークで使用するウェイクアップ信号のフォーマットを示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る無線ノードのブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係る無線ノードのブロック図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークは、図１に示すような構成を採る。図１において、１０１はシンクノードを示し、１０２から１１０は無線センサーアクチュエーターノード（以下、ＷＳＡＮノードと記す）を示す。シンクノード１０１とＷＳＡＮノード１０２〜１１０は、共に無線通信機能を具備し、ＷＳＡＮノード１０１がセンシングしたデータをシンクノード１０１が収集する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る省電力無線通信ネットワークの論理的な構成図を示している。ＷＳＡＮノード１０２〜１１０は、センシングしたデータをシンクノード１０１へ通知するために、図２に示すようなツリー型トポロジを構成し、マルチホップ転送によってデータを届ける。

一般的に、無線センサーネットワークでは、ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）が策定しているマルチホップ向けのルーティングプロトコルであるＲＰＬ（ＩＰｖ６ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＲＦＣ６５５０））が適用される。図２は、ＲＰＬによって構成されたツリートポロジを示している。このツリートポロジに従って、各ＷＳＡＮノードはセンサーデータをシンクノード１０１までマルチホップにより転送することができる。なお、本発明は、ＲＰＬといったツリートポロジに限定せず、ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｔｏｃｏｌ）といったメッシュ型のトポロジでも効果を得られる。

図３は、ＷＳＡＮノード１０２の構成を示すブロック図である。ＷＳＡＮノード１０３〜１１０もＷＳＡＮノード１０２と同様の構成を有する。

図３を参照すると、ＷＳＡＮノード１０２は、無線通信部３０１と、制御部３０２と、経路制御部３０３と、センサーアクチュエーター部３０４と、ウェイクアップ信号受信部３０５と、ウェイクアップ判定部３０６と、付加情報保持部３０７とで構成される。これらは、例えば、ＷＳＡＮノード１０２を構成するコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより実現することができる。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリ等に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時等にコンピュータに読み取られ、コンピュータの動作を制御することにより、コンピュータ上に上述した各機能部３０１〜３０７を実現する。

無線通信部３０１は、特定小電力無線やＩＥＥＥ８０２．１１、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に対応した無線通信規格で通信を行う。

制御部３０２は、ＷＳＡＮノード１０２の動作を制御する。具体的には、制御部３０２は、タイマー管理、経路制御部３０３へのメッセージ通知、自ノードの休止、ウェイクアップ判定部３０６からの起動信号の受信による自ノードの起動、センサーアクチュエーター部３０４からのセンサーデータの読出、センサーデータの送信、他のＷＳＡＮノードから受信したセンサーデータのマルチホップ転送、といったＷＳＡＮノード自体の制御を行う。また制御部３０２は、ウェイクアップ信号の生成とその送信制御を行う。より具体的には、制御部３０２は、例えば特許文献２に記載されるように、無線フレームのフレーム長（時間）によって情報を表現する方法によってウェイクアップ信号の生成を行い、無線通信部３０１を通じて、この生成したウェイクアップ信号を送信する。

経路制御部３０３は、ＷＳＡＮノードの経路を制御する。具体的には、経路制御部３０３は、ルーティングプロトコルを実行し、トポロジ構築や、ルート情報の管理を行う。また経路制御部３０３は、付加情報保持部３０７へ自身（ＷＳＡＮノード１０２）のランク（Ｒａｎｋ）値やホップ（ＨＯＰ）数など、ウェイクアップ判定に使用する情報を通知する。

センサーアクチュエーター部３０４は、温度や湿度、照度、電力値、ＣＯ２濃度、放射線量、人感センサーといったセンサーデバイスである。また、センサーアクチュエーター部３０４は、センサーだけでなく、モーターやスイッチといったアクチュエーターを実装する。本発明では、センサー種別やアクチュエーター種別、搭載する数量等は限定されず、任意でよい。また、センサーアクチュエーター部３０４はＷＳＡＮノード１０２に含まれる場合だけでなく、外付けの機器となる場合もある。

ウェイクアップ信号受信部３０５は、フレーム長（時間）で表されたウェイクアップ信号を受信する機能を有する。例えば、ウェイクアップ信号受信部３０５は、フィルタを用いて、無線フレームの受信信号を複数の周波数チャネルを含む所望の帯域幅で通過させ、検波手段を用いて、フィルタを通過した受信信号を検波し、変換手段を用いて、検波手段による検波結果をサンプリング周期でサンプリングして検波結果をディジタル信号列に変換し、制御手段を用いて、ディジタル信号列に基づいて検出された１つまたは複数の信号検出間隔、つまり、フレーム長を取得する。また、例えば、ウェイクアップ信号受信部３０５は、無線フレームの受信信号からバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）により所望の周波数を有する信号を抽出し、包絡線検波回路によって上記抽出した信号を一定周期ごとに包絡線検波し、ビット判定器により上記包絡線検波結果の信号を“０”または“１”のビット値に変換し、フレーム長検出回路によってビット列からフレーム長を検出する。ウェイクアップ信号受信部３０５は、複数のチャネルの受信信号を検波し、フレーム長を取得できればよいため、上述した構成や特許文献１および２等に記載されたウェイクアップ信号受信部の構成以外でも同機能を実現できればよい。

ウェイクアップ判定部３０６は、ウェイクアップ信号受信部３０５で受信したウェイクアップ信号からウェイクアップＩＤと付加情報とを抽出し、ウェイクアップＩＤがブロードキャストＩＤ等のように自ノードに該当すれば、ウェイクアップ信号から抽出した付加情報と付加情報保持部３０７で保持した情報とを比較し、自ＷＳＡＮノードの起動可否を判定し、起動する場合には起動信号を制御部３０２に通知する。ウェイクアップ判定部３０６は、ウェイクアップ信号受信部３０５から通知されるフレーム長を複数保持することが可能で、複数のフレーム長の組み合わせから情報を抽出する。そして、ウェイクアップ判定部３０６は、抽出した特定の情報と付加情報保持部３０７の保持情報とを比較し、自ＷＳＡＮノードを起動するか否かを判断する。ウェイクアップ判定部３０６は、起動すると判断した場合は、制御部３０２へ起動信号を送信する。

付加情報保持部３０７は、経路制御部３０３から通知された情報を保持する。制御部３０２によりＷＳＡＮノード１０２が休止状態へ遷移した際、ウェイクアップ判定部３０７は、制御部３０２が保持するメモリ領域へのアクセスができなくなる。このため、付加情報保持部３０７は、ＷＳＡＮノード１０２が休止状態であっても、ウェイクアップ判定部３０６がアクセス可能な領域を確保し、情報を提供する。

図３に示したＷＳＡＮノード１０２の構成はあくまでも一例であり、他の構成であってもよい。例えば、ウェイクアップ信号受信部３０５、ウェイクアップ判定部３０６、および、付加情報保持部３０７が、ＷＳＡＮノード１０２に接続するモジュールとして一つのハードウェアに実装されていてもよい。

図４は、シンクノード１０１の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、シンクノード１０１は、無線通信部４０１と、制御部４０２と、経路制御部４０３と、データベース４０４と、ウェイクアップ信号受信部４０５と、ウェイクアップ判定部４０６と、付加情報保持部４０７とで構成される。このうち、無線通信部４０１と制御部４０２と経路制御部４０３とウェイクアップ信号受信部４０５とウェイクアップ判定部４０６と付加情報保持部４０７は、ＷＳＡＮノード１０２の無線通信部３０１と制御部３０２と経路制御部３０３とウェイクアップ信号受信部３０５とウェイクアップ判定部３０６と付加情報保持部３０７と同様の機能を有する。

データベース４０４は、ＷＳＡＮノード１０２〜１１０がセンシングしたデータを蓄積するデータベースである。なお、図４に示すシンクノード１０１の構成はあくまでも一例であり、他の構成であってもよい。例えば、シンクノード１０１の他の構成として、有線接続により他のデータベースサーバと通信を行う構成が考えられる。

次に、本実施形態に係る省電力無線通信ネットワークの動作として、経路構築動作の説明と、無線フレームの送信、受信後の起動動作について説明する。経路構築動作の説明では、一例として、ＩＥＴＦでＲＦＣ化されたＲＰＬを用いて説明する。ただし、本発明で使用するルーティングプロトコルをＲＰＬに限定するものではない。

＜経路構築動作＞
前提として、シンクノード１０１とＷＳＡＮノード１０２〜１１０の配置は、図５に示すようになっているものとする。図５に示す配置では、ＷＳＡＮノード１０７の電波範囲ＲＥＧに６つのＷＳＡＮノード１０４〜１０６、１０８〜１１０が存在している。このような配置状態において、ＷＳＡＮノード１０７に注目して、ＲＰＬにおける経路構築動作を、図６を参照して説明する。

ＷＳＡＮノード１０７は、起動後、制御部３０２の制御の下に、周辺探査用のＤＩＳ（ＤＯＤＡＧ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ）を無線通信部３０１により送信する（図６の６０８）。

ＷＳＡＮノード１０７から送信された上記ＤＩＳは、ＷＳＡＮノード１０４〜１０６、１０８〜１１０の無線通信部３０１で受信される（図６の６０９〜６１４）。ＤＩＳを受信したＷＳＡＮノード１０４〜１０６、１０８〜１１０は、制御部３０２の制御の下に、制御パケットＤＩＯ（ＤＯＤＡＧ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｏｂｊｅｃｔ）を無線通信部３０１から送信する（図６の６１５、６１７、６１９、６２１、６２３、６２５）。ＤＩＯは、ｒｏｏｔのアドレスと、送信先と、送信元と、ＩＤ格納部と、Ｒａｎｋと、ＤＴＳＮとを含む。ｒｏｏｔのアドレスは、シンクノード１０１のアドレスからなる。送信先は、制御パケットＤＩＯの送信先のＷＳＡＮノード１０７のアドレスからなる。送信元は、制御パケットＤＩＯを生成したＷＳＡＮノードのアドレスからなる。ＩＤ格納部は、ＥＳＳＩＤまたはＰＡＮＩＤからなる。Ｒａｎｋは、シンクノード１０１から制御パケットＤＩＯを生成したＷＳＡＮノードまでのホップ数に依存した値になる。ＤＴＳＮは、正の整数からなる値であり、その値は１つの無線ノードが新たな制御パケットＤＩＯを生成するごとに１ずつ増加する。

ＤＩＳを送信したＷＳＡＮノード１０７は、制御部３０２の制御の下に、ＤＩＯ受信期間を設け、ＷＳＡＮノード１０７から送信されたＤＩＯを無線通信部３０１で受信する（図６の６１６、６１８、６２０、６２２、６２４、６２６）。そして、ＷＳＡＮノード１０７は、制御部３０２の制御の下に、自ノード１０７にとって一番良い経路情報を持つノードへ制御パケットＤＡＯを無線通信部３０１から送信する。制御パケットＤＡＯは、親ノードのアドレスと、送信元と、ＤＡＯＳｅｑｕｅｎｃｅとを含む。

図５に示す配置状態では、ＷＳＡＮノード１０４のランク値は１であり、他のＷＳＡＮノード１０５〜１０６、１０８〜１１０のランク値よりも小さいため、ＷＳＡＮノード１０７は、ＷＳＡＮノード１０４を自ノードの親ノードに決定し、ＷＳＡＮノード１０４へＤＡＯを送信する（図６の６２７）。ＷＳＡＮノード１０４は、ＷＳＡＮノード１０７から送信されたＤＡＯを受信する（図６の６２８）。ここでは、ＷＳＡＮノード１０７は、一定期間待って経路構築処理で一番良いと判断したＷＳＡＮノード１０４へＤＡＯを送信したが、ＤＩＯを最初に受信したＷＳＡＮノード１０９へＤＡＯを送信してもよく、何れの方法を採用するかは経路構築方法に依存する。

＜省電力無線通信＞
さて、その後、ＷＳＡＮノード１０７は、制御部３０２の制御の下に、タイマーを設定し、周期的にＤＩＯを周囲の無線ノードへ送信する。ＤＩＯの送信間隔はある規則を持って設定され、一定周期ではなく、ある程度の揺らぎを持つように設定される。

経路構築のための周期的なＤＩＯ送信で、省電力無線通信を使用した場合の動作を、図７を参照して説明する。

省電力無線通信を用いる場合、ＷＳＡＮノード１０７は、制御部３０２の制御の下に、ＤＩＯ送信前に起動用信号であるウェイクアップ信号（Ｗａｋｅ−Ｕｐ Ｓｉｇｎａｌ）を生成し、無線通信部３０１から送信する（図７の７０８）。

ＷＳＡＮノード１０７が送信するウェイクアップ信号は、図８に示すように、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとを含む。本実施形態では、ブロードキャストＩＤは、ブロードキャストＩＤとして設定したフレーム長（時間）によって表現され、ＲＡＮＫは、ＲＡＮＫの値とリンクするフレーム長（時間）によって表現される。ＷＳＡＮノード１０７が送信するウェイクアップ信号に含まれるＲＡＮＫは、ＷＳＡＮノード１０７のＲＡＮＫである。ＲＡＮＫは、ＲＰＬ等で使用される、接続先を選択する際に使用される指標値である。通常、ＲＡＮＫは、小さい値ほど良く、無線品質が悪い場合やシンクノードからのホップ数が増えると大きくなる。ＷＳＡＮノード１０７のＲＡＮＫは、経路制御部３０３で算出される。ここでは、ＲＡＮＫはシンクノードからのホップ数が少ないものがより小さな値をとるものとする。そして、説明の便宜上、ＷＳＡＮノード１０７のＲＡＮＫ値は２とする。さらに、周辺ノードのうち、ＷＳＡＮノード１０４のＲＡＮＫ値は１、ＷＳＡＮノード１０５、１０６のＲＡＮＫの値は２、ＷＳＡＮノード１０８〜１１０のＲＡＮＫの値は３とする。

ＷＳＡＮノード１０７から送信されたウェイクアップ信号は、周辺ノードのＷＳＡＮノード１０４、１０５、１０６、１０８、１０９、１１０のウェイクアップ信号受信部３０５で受信される（図７の７０９、７１０、７１１、７１２、７１３、７１４）。ＷＳＡＮノード１０４、１０５、１０６、１０８、１０９、１１０のウェイクアップ判定部３０６は、ウェイクアップ信号受信部３０５で受信したウェイクアップ信号に含まれるＲＡＮＫ値と各々のノードの付加情報保持部３０７に格納された各々のノードのＲＡＮＫ値とを比較して、各々のノードを起動するか否かの起動判定を実施する（図７の７１５、７１６、７１７、７１８、７１９、７２０）。この起動判定は、値の大小比較にて判断されるため、処理にかかる時間や負荷は極めて低い。

ＷＳＡＮノード１０４は、ウェイクアップ信号に含まれるＲＡＮＫ値２が自身のＲＡＮＫ値１より小さくないので、起動すると判定せず、休止状態を継続する（図７の７２１）。またＷＳＡＮノード１０５および１０６は、ウェイクアップ信号に含まれるＲＡＮＫ値２が自身のＲＡＮＫ値２より小さくないので、起動すると判定せず、休止状態を継続する（図７の７２２、７２３）。

他方、ＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０は、ウェイクアップ信号に含まれるＲＡＮＫ値２が自身のＲＡＮＫ値３より小さいので、起動すると判定し、休止状態の自ノードを起動する（図７の７２４、７２５、７２６）。具体的には、ＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０では、ウェイクアップ判定部３０６から制御部３０２に対して起動のための信号を送信し、制御部３０２の制御の下で各々のＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０が起動される。起動したＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０は、無線通信部３０１により信号の送受信が可能となる。

次に、ＷＳＡＮノード１０７は、制御部３０２の制御の下に、経路構築用メッセージであるＤＩＯを無線通信部３０１から周囲ノードに送信する（図７の７２７）。ＷＳＡＮノード１０７から送信されたＤＩＯは、起動したＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０の無線通信部３０１で受信される（図７の７２８、７２９、７３０）。ＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０は、制御部３０２の制御の下に、受信したＤＩＯに設定されたＷＳＡＮノード１０７のＲＡＮＫ値と各々の経路制御部３０３が保持する各々のＲＡＮＫ値を比較し、各々のＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０の接続先の切り替え判定を行う。

接続先切り替え処理等の具体的な内容は特に限定しないが、例を示せば、以下のようになる。まず、ＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０は、受信したＤＩＯに設定されたＷＳＡＮノード１０７のＲＡＮＫ値が、直近に複数受信したＤＩＯのＲＡＮＫ値の最小値であれば、ＷＳＡＮノード１０７を自ノードの上位ノード（親ノード）とし、上位ノードのアドレスをルーティングテーブルに書き込み、自ノードのＲＡＮＫ値を上記最小のＲＡＮＫ値に１を足した値とする。そして、ＷＳＡＮノード１０８、１０９、１１０は、上位ノードを選択したら、その旨のメッセージをＤＡＯにて上位ノードに知らせる。このメッセージはルートまで転送され、ルートでは各ノードまでのルートを記憶する。

＜その他の動作＞
ＷＳＡＮノード１０２〜１１０の各々は、センサーによってセンサー値を検出する。そして、ＷＳＡＮノード１０２〜１１０の各々は、ウェイクアップ信号によってシンクノード１０１までの経路上のＷＳＡＮノードを起動させながらセンサー値をシンクノードへ送信する。上記ウェイクアップ信号には、特許文献１に記載されるような、受信側のＷＳＡＮノードの起動判定に使用する情報を含めるようにしてよい。シンクノードは、収集したセンサー値をデータベース４０４に蓄積する。ＷＳＡＮノード１０２〜１１０の各々は、アクチュエーターを制御するための制御指示をシンクノード１０１から受信し、その受信した制御指示に従ってアクチュエーターを動作させる。

上記の場合、ＷＳＡＮノード１０２〜１１０の各々は、他のＷＳＡＮノードから受信したセンサー値を転送し、シンクノードまたは他のＷＳＡＮノードから受信した制御指示を転送する。

このように本実施形態によれば、経路構築時に無線ノードが無駄に起動されるのを防止することができる。その理由は、ウェイクアップ信号を送信するＷＳＡＮノードは、特定の無線ノードであるシンクノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信し、ウェイクアップ信号を受信したＷＳＡＮノードは、受信したウェイクアップ信号に含まれる上記指標値を用いて自無線ノードの起動判定を行うためである。

一般に周辺に多くのＷＳＡＮノードが存在する場合、各々のＷＳＡＮノードは、経路構築用のブロードキャストメッセージを多く受信する。この経路構築用メッセージは、自ノードよりもシンクノードからのホップ数が多いノード（下流ノード）が送信したものである場合、受信しても破棄するため、経路構築用メッセージの送信に先だって送信されるウェイクアップ信号によって一律にＷＳＡＮノードが起動することは無駄である。本実施形態では、そのような無駄な起動を防止することができる。

このように無駄な起動が減ることにより、ＷＳＡＮノードの電力消費量を削減し、電池駆動でも長期間動作が可能となる。また、ウェイクアップ信号で判定できるため、無線通信部３０１、制御部３０２を起動せずに、処理ができ、休止状態と同様の電力消費量で運用が可能となる。さらに、複雑な処理なしで簡単に実現できるため、処理自体も電力消費量が少ない。ウェイクアップレシーバ（Ｗａｋｅ−ｕｐ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）上の低処理能力のマイコンで実現可能な処理で実現できるため、電力消費量を少なくできる。

[第２の実施形態]
上述した第１の実施形態では、図８に示したように、ウェイクアップ信号は、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとを含み、ブロードキャストＩＤは、ブロードキャストＩＤとして設定したフレーム長（時間）によって表現され、ＲＡＮＫは、ＲＡＮＫの値とリンクするフレーム長（時間）によって表現されていた。本実施形態では、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとを１つのフレーム長（時間）によって表現したウェイクアップ信号を使用する。

図９は本実施形態で使用するウェイクアップ信号のフォーマットを示す。この例のウェイクアップ信号は、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫ値との組み合わせに一意に対応するフレーム長（時間）を有する。

本実施形態における上記以外の構成と動作は、第１の実施形態と同様である。

[第３の実施形態]
上述した第１の実施形態では、図８に示したように、ウェイクアップ信号は、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとを含んでいた。本実施形態では、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとに加えて、更に、次に送信するフレームのメッセージ種別を示すメッセージＩＤを含むウェイクアップ信号を使用する。

図１０は本実施形態で使用するウェイクアップ信号のフォーマットを示す。この例のウェイクアップ信号は、ブロードキャストＩＤとメッセージ種別とＲＡＮＫ値とを含み、ブロードキャストＩＤは、ブロードキャストＩＤとして設定したフレーム長（時間）によって表現され、メッセージＩＤは、メッセージ種別とリンクするフレーム長（時間）によって表現され、ＲＡＮＫは、ＲＡＮＫの値とリンクするフレーム長（時間）によって表現されている。当該ウェイクアップ信号を送信した後、次にＤＩＯを送信する場合、ウェイクアップ信号にはＤＩＯに対応するメッセージ種別を設定する。

本実施形態における上記以外の構成と動作は、第１の実施形態と同様である。

[第４の実施形態]
上述した第１の実施形態では、図８に示したように、ウェイクアップ信号は、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとを含んでいた。本実施形態では、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫとに加えて、更に、ウェイクアップ信号を送信するＷＳＡＮノードの親ノードの識別情報（例えばノード番号）、経路上の役割（例えば、子ノードの接続の有無）を含むウェイクアップ信号を使用する。ここで、ＷＳＡＮノードの親ノードとは、図２に示したツリートポロジにおける当該ＷＳＡＮノードからシンクノードに至る経路上のノードのうち、当該ＷＳＡＮノードからのホップ数が１のノードのことである。また、ＷＳＡＮノードの子ノードとは、当該ＷＳＡＮノードを親ノードとするＷＳＡＮノードのことである。上記親ノードの識別情報と経路上の役割は、ブロードキャストＩＤとＲＡＮＫと同様に、フレーム長（時間）で表現することができる。

[第５の実施形態]
図１１を参照すると、本発明の第５の実施形態に係る無線ノード８００は、マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、算出手段８０１と送信手段８０２とを有する。

算出手段８０１は、マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノード８００との間のホップ数に依存する指標値などのような経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する機能を有する。上記特定の無線ノードは、シンクノードとも呼ばれる。

送信手段８０２は、算出手段８０１で算出された指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する機能を有する。

このように構成された無線ノード８００は、次のように動作する。即ち、無線ノード８００は、先ず、算出手段８０１により、マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノード８００との間のホップ数に依存する指標値などのような経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する。次に、無線ノード８００は、送信手段８０２により、算出手段８０１で算出された指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する。

このように本実施形態の無線ノード８００は、特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信するため、経路構築時に無線ノードが無駄に起動されるのを防止することができる。

[第６の実施形態]
図１２を参照すると、本発明の第６の実施形態に係る無線ノード９００は、マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、受信手段９０１と判定手段９０２とを有する。

受信手段９０１は、図１１に示した無線ノード８００からウェイクアップ信号を受信する機能を有する。

判定手段９０２は、受信手段９０１で受信したウェイクアップ信号に含まれる指標値を用いて自無線ノード９００の起動判定を行う機能を有する。

このように構成された無線ノード９００は、次のように動作する。即ち、無線ノード９００は、先ず、受信手段９０１により、マルチホップ無線ネットワークに接続される他の無線ノード８００からウェイクアップ信号を受信する。次に、無線ノード９００は、判定手段９０２により、受信手段９０１で受信したウェイクアップ信号に含まれる指標値を用いて自無線ノード９００の起動判定を行う。

このように本実施形態の無線ノード９００は、受信したウェイクアップ信号に含まれる上記指標値を用いて自無線ノードの起動判定を行うため、経路構築時に自無線ノードを無駄に起動するのを防止できる。

本発明は、無線マルチホップネットワーク、少電力無線マルチホップネットワーク、ワイヤレスセンサーネットワーク、少電力ワイヤレスセンサーネットワーク、ワイヤレスセンサーアクチュエータネットワーク、少電力ワイヤレスセンサーアクチュエータネットワーク等に利用できる。

１０１…シンクノード
１０２〜１１０…ＷＳＡＮノード
３０１…無線通信部
３０２…制御部
３０３…経路制御部
３０４…センサーアクチュエーター部
３０５…ウェイクアップ信号受信部
３０６…ウェイクアップ判定部
３０７…付加情報保持部
４０１…無線通信部
４０２…制御部
４０３…経路制御部
４０４…データベース
４０５…ウェイクアップ信号受信部
４０６…ウェイクアップ判定部
４０７…付加情報保持部
８００…無線ノード
８０１…算出手段
８０２…送信手段
９００…無線ノード
９０１…受信手段
９０２…判定手段

Claims (9)

1. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   を有し、
   前記送信手段は、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと次に送信するフレームのメッセージ種別を示すメッセージＩＤとを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する無線ノード。
2. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   を有し、
   前記送信手段は、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと自無線ノードの親ノードの識別情報と子ノードの接続の有無とを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する無線ノード。
3. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードであって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   を有し、
   前記ウェイクアップ信号は、前記ウェイクアップＩＤと前記指標値との組み合わせを表すフレーム長を有する無線フレームから構成される、
   無線ノード。
4. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードが実行する無線通信方法であって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出し、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信し、
   前記送信では、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと次に送信するフレームのメッセージ種別を示すメッセージＩＤとを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する無線通信方法。
5. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードが実行する無線通信方法であって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出し、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信し、
   前記送信では、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと自無線ノードの親ノードの識別情報と子ノードの接続の有無とを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する無線通信方法。
6. マルチホップ無線ネットワークに接続される無線ノードが実行する無線通信方法であって、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出し、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信し、
   前記ウェイクアップ信号は、前記ウェイクアップＩＤと前記指標値との組み合わせを表すフレーム長を有する無線フレームから構成される無線通信方法。
7. マルチホップ無線ネットワークに接続されるコンピュータを、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   して機能させるためのプログラムであって、
   前記送信手段は、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと次に送信するフレームのメッセージ種別を示すメッセージＩＤとを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信するプログラム。
8. マルチホップ無線ネットワークに接続されるコンピュータを、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   して機能させるためのプログラムであって、
   前記送信手段は、前記指標値と前記ウェイクアップＩＤと自無線ノードの親ノードの識別情報と子ノードの接続の有無とを含む前記ウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信するプログラム。
9. マルチホップ無線ネットワークに接続されるコンピュータを、
   前記マルチホップ無線ネットワークに接続される特定の無線ノードと自無線ノードとの間の経路もしくは無線リンクを選択するのに使用する指標値を算出する算出手段と、
   前記指標値とウェイクアップＩＤとを含むウェイクアップ信号を生成して周囲の無線ノードに送信する送信手段と、
   して機能させるためのプログラムであって、
   前記ウェイクアップ信号は、前記ウェイクアップＩＤと前記指標値との組み合わせを表すフレーム長を有する無線フレームから構成されるプログラム。

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