JP6658828B1 - Wireless communication device, wireless communication program, and wireless communication method - Google Patents

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Abstract

【課題】孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる用意する。【解決手段】本発明に係る無線通信装置は、孤立ノードがデータ信号を送信する無線通信装置において、無線受信手段と、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての通信信号を傍受させるネットワーク管理手段と、受信した通信信号に含まれている情報に基づいて決定した親ノード宛のデータ信号を送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare for an isolated node to transmit data without requiring a burden on the network such as providing a control packet for the isolated node and a transmission time. A wireless communication device according to the present invention is a wireless communication device in which an isolated node transmits a data signal, and the wireless receiving device and all communications that can be received by the wireless receiving device including those other than addressed to the own node. It is characterized by comprising network management means for intercepting a signal and wireless transmission means for transmitting a data signal addressed to a parent node, which is determined based on information included in the received communication signal. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法に関し、例えばマルチホップ無線通信システムを構成するノードに搭載される無線通信装置に適用し得るものである。   The present invention relates to a wireless communication device, a wireless communication program, and a wireless communication method, and can be applied to, for example, a wireless communication device mounted on a node configuring a multi-hop wireless communication system.

マルチホップ無線通信システムでは、例えば、ノードが移動したり、周辺の環境が変動したりすることなどにより、ノード間の無線通信品質が影響を受け、ノード間の無線通信品質が時々刻々と変化する。   In a multi-hop wireless communication system, for example, when a node moves or a surrounding environment fluctuates, the wireless communication quality between nodes is affected, and the wireless communication quality between nodes changes every moment. .

そのため、過去に接続可能であったノードであっても、通信ができなくなることがあり、結果として、隣接ノードが0台のノード(以下、「孤立ノード」とも呼ぶ。)が発生する可能性がある。   Therefore, even in the case of a node that was connectable in the past, communication may not be performed, and as a result, there is a possibility that a node having zero adjacent nodes (hereinafter, also referred to as an “isolated node”) may occur. is there.

一般的なマルチホップ無線通信システムでは、自ノードのデータの送り先である親ノードを制御パケットのやり取りを通じて決定している。しかし、孤立ノードはその親ノードを決定できず、データ送信ができなくなる。そこで、孤立ノードになっても、ノードがデータを送信するための仕組みが研究開発されている。   In a general multi-hop wireless communication system, a parent node that is a destination of data of the own node is determined by exchanging control packets. However, an isolated node cannot determine its parent node and cannot transmit data. Therefore, a mechanism for transmitting data even when the node becomes an isolated node has been researched and developed.

特許文献1には、孤立ノードが孤立したことを周辺のノードに知らせるためのパケットを送信し、そのパケッによる他のパケットへの干渉が他ノードによって検出されることで孤立ノードを検出する方式や、そのパケット自体を受信したノードが、孤立ノード宛に制御パケットを送信する方式が提案されている。 Patent Document 1, a method of isolation node transmits a packet to inform the neighboring nodes that isolated, detects the isolated node by being detected by the interference to other packet other nodes due to the packet Also, a method has been proposed in which a node receiving the packet itself transmits a control packet to an isolated node.

非特許文献1には、スーパーフレームにおいて、基地局がデータを受信できなかったノードに対して、データの再送を要求するパケットを送信し、そのパケットを受信したノードが制御パケットを送信することで、孤立ノードが制御パケットを受信できるチャンスを増やす方法が提案されている。   According to Non-Patent Document 1, in a superframe, a packet for requesting data retransmission is transmitted to a node from which a base station cannot receive data, and the node receiving the packet transmits a control packet. There has been proposed a method of increasing the chance that an isolated node can receive a control packet.

ここで、スーパーフレームとは一定間隔ごとに区切られた時間幅のことを表し、スーパーフレーム内では、ネットワーク経路の構築とデータ送信が行われる。スーパーフレームを繰り返すことで周期的なデータ収集が可能となる。   Here, the superframe indicates a time width divided at regular intervals, and in the superframe, the construction of a network path and the transmission of data are performed. Periodic data collection becomes possible by repeating the superframe.

特開2010−505345号公報JP 2010-505345 A

2013年 IEEE 77th Vehicular Technology Conference 収録,論文“Low−Power, End−to−End Reliable Collection using Glossy for Wireless Sensor Networks”2013 IEEE 77th Vehicular Technology Conference, paper "Low-Power, End-to-End Reliable Collection using Glossy for Wireless Sensor".

しかしながら、特許文献1及び非特許文献1は共に、基地局を含むネットワークに参加する全ノードが孤立ノードを検知する仕組みを必要としており、また、検知するためには、各ノードが制御パケットの送信を必要としている。   However, both Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 require a mechanism in which all nodes participating in a network including a base station detect an isolated node, and in order to detect, each node transmits a control packet. In need.

制御パケットの送信は、ネットワークへの負担を増大させ、多数ノードを収容し、かつ、高頻度にパケットの送受信が行われるネットワークにおいては、その負担は無視できないものになる。   The transmission of control packets increases the load on the network, and in a network accommodating a large number of nodes and transmitting and receiving packets at a high frequency, the load cannot be ignored.

また、非特許文献1は、孤立ノードのための再送の時間を設けており、ネットワークの時間効率の劣化を招いている。   In addition, Non-Patent Literature 1 provides a retransmission time for an isolated node, which causes deterioration in the time efficiency of the network.

さらに、特許文献1及び非特許文献2は共に、孤立ノードであっても時間の経過により通信品質が変化し、再通信可能になるという無線通信の特性を利用している。   Further, both Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 2 make use of the characteristic of wireless communication that the communication quality changes with the passage of time even if it is an isolated node, and re-communication becomes possible.

以上のような問題に鑑みて、孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法が望まれている。   In view of the above-described problems, a wireless communication device, a wireless communication program, and a wireless communication apparatus capable of transmitting data without requiring a load on the network such as providing a control packet and a transmission time for the isolated node are required. A wireless communication method is desired.

かかる課題を解決するために、第1の本発明に係る無線通信装置は、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信装置において、(1)無線受信手段と、(2)予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、(3)ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信する無線送信手段と、(4)経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段とを備え、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部とを有することを特徴とする。 In order to solve such a problem, a wireless communication apparatus according to a first aspect of the present invention transmits a communication signal in which application layer information is encrypted, and layer information below a network layer is not encrypted to a base station. In a wireless communication device of each node of a multi-hop wireless communication system performing wireless communication by multi-hop , (1) wireless receiving means, and (2) information included in a path control signal received within a predetermined path construction period Network management means for creating a routing table based on the above, determining a parent node and performing wireless communication processing ; (3) wireless transmission means for transmitting a communication signal addressed to the parent node determined by the network management means ; 4) in accordance with the presence or absence of the reception of the route control signal in the path construction period, the own node is a isolation determination means that determines whether an isolated node, network When the isolation determining unit determines that the own node is an isolated node, the work management unit sets a timer until the start of the transmission period of the own node in a predetermined interception period, and sets the timer to the wireless reception unit. An interception command unit that issues a command to intercept all receivable communication signals including those not addressed to the node, and a parent node that determines a parent node based on source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period And a determining unit .

第2の本発明に係る無線通信プログラムは、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信プログラムにおいて、コンピュータを、(1)無線受信手段と、(2)予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、(3)ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信する無線送信手段と、(4)経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段として機能させ、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部として機能させることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a wireless communication program for performing multi-hop wireless communication of a communication signal to a base station, wherein information of an application layer is encrypted, and layer information below a network layer is not encrypted. In a wireless communication program of each node of the hop wireless communication system , a computer is configured to execute a routing table based on (1) wireless receiving means and (2) information included in a route control signal received within a predetermined route construction period. create and network management means for performing radio communication processing to determine the parent node, and a wireless transmitting means for transmitting a communication signal addressed to the parent node determined by (3) a network management unit, (4) route construction period depending on the presence or absence of the reception of the route control signal at an internal, to function in an isolated judging means for judging the own node is whether isolated node When the isolation determining means determines that the own node is an isolated node, the network management means sets a timer until the start of the transmission period of the own node in a predetermined interception period, An interception command unit that issues a command to intercept all of the receivable communication signals including those not addressed to the node, and a parent that determines a parent node based on transmission source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period. It is characterized by functioning as a node determination unit .

第3の本発明に係る無線通信方法は、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信方法において、(1)ネットワーク管理手段が、予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行ない、(2)無線送信手段が、ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信し、(3)孤立判定手段が、経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定し、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定することを特徴とする。 In the wireless communication method according to the third aspect of the present invention, the information of the application layer is encrypted, and the layer information below the network layer is not encrypted. In the wireless communication method of each node of the hop wireless communication system , (1) a network management unit creates a routing table based on information included in a routing control signal received within a predetermined routing period, and a parent node. And (2) wireless transmission means transmits a communication signal addressed to the parent node determined by the network management means , and (3) isolation control means performs route control within the route construction period. It is determined whether or not the own node is an isolated node according to whether or not the signal has been received. If it is determined that the node is in the communication mode, a timer is set until the start of the transmission period of the own node in a predetermined interception period, and all the above-mentioned communication that can be received by the wireless receiving means including those not addressed to the own node is set. A command is issued to intercept the signal, and the parent node is determined based on the transmission source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period .

本発明によれば、孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an isolated node can transmit data, without requiring load on a network, such as providing a control packet and transmission time for an isolated node.

実施形態に係るノードの無線通信装置の内部構成の一例を示す内部構成図である。FIG. 2 is an internal configuration diagram illustrating an example of an internal configuration of a wireless communication device of the node according to the embodiment. 実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an example of an overall configuration of a wireless communication system according to an embodiment. 実施形態に係る無線通信システムにおけるノード配置を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a node arrangement in the wireless communication system according to the embodiment. 実施形態に係る移動局における無線通信処理を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a wireless communication process in the mobile station according to the embodiment.

(A)主たる実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) Main Embodiment Hereinafter, embodiments of a wireless communication device, a wireless communication program, and a wireless communication method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(A−1)実施形態の構成
[システム全体構成]
図2は、この実施形態に係る無線通信システム(無線通信ネットワーク)の全体構成例を示す全体構成図である。
(A-1) Configuration of Embodiment [Overall Configuration of System]
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an example of the overall configuration of the wireless communication system (wireless communication network) according to this embodiment.

図2において、この実施形態に係る無線通信システム1は、基地局10、複数(図2では5台)の移動局20(20−1〜20−5)を有する。   2, a wireless communication system 1 according to this embodiment includes a base station 10 and a plurality (five in FIG. 2) of mobile stations 20 (20-1 to 20-5).

なお、基地局10及び移動局20の数は限定されるものではない。以下では、基地局10及び各移動局20を総じて、「局」又は「ノード」と呼ぶこともある。   In addition, the numbers of the base stations 10 and the mobile stations 20 are not limited. Hereinafter, the base station 10 and each mobile station 20 may be collectively referred to as a “station” or a “node”.

この実施形態では、各移動局20が1又は複数のセンサを搭載しており、各センサがセンシングしたセンサデータを獲得し、必要に応じて、各移動局20が基地局10に送信するセンサネットワークシステムを想定する。すなわち、各移動局20がセンシングデータを基地局10に向けて送信し、基地局10は各移動局20からセンシングデータを収集する場合を例示する。   In this embodiment, each mobile station 20 is equipped with one or more sensors, acquires sensor data sensed by each sensor, and transmits each mobile station 20 to the base station 10 as necessary. Assume the system. That is, the case where each mobile station 20 transmits sensing data to the base station 10 and the base station 10 collects sensing data from each mobile station 20 is exemplified.

例えば、センサネットワークシステムにおいて、特定小電力無線を用いる場合、使用する周波数帯の特性や送信出力の制限により通信距離が十分に確保できない場合がある。そのため、1台の基地局で管理されるエリア(無線電波到達範囲)内の全てのノードが、基地局10と直接通信できるとは限らない。   For example, when a specific low-power radio is used in a sensor network system, a sufficient communication distance may not be ensured due to the characteristics of a frequency band to be used and restrictions on transmission output. Therefore, not all nodes within the area (radio wave reach range) managed by one base station cannot always directly communicate with the base station 10.

そこで、このような無線通信システム1では、ノードが直接通信可能なエリア内に存在しているノード(以下、「隣接ノード」とも呼ぶ)にデータを送信し、さらに、そのデータを受信したノードが隣接ノードにデータを送信するというマルチホップ通信でデータ伝送が行なわれる。この無線通信システムを、以下ではマルチホップ無線通信システムと呼ぶ。   Therefore, in such a wireless communication system 1, a node transmits data to a node existing in an area where the node can directly communicate (hereinafter, also referred to as an “adjacent node”), and further, the node that has received the data transmits the data. Data transmission is performed by multi-hop communication in which data is transmitted to an adjacent node. This wireless communication system is hereinafter referred to as a multi-hop wireless communication system.

無線通信システム1は、基地局10を「根」とし、各移動局20を「節」、「葉」としたツリー構造のマルチホップ無線通信システムを構成している。   The wireless communication system 1 constitutes a tree-structured multi-hop wireless communication system in which the base station 10 is a “root”, and each mobile station 20 is a “node” and a “leaf”.

マルチホップ無線通信システムを構成している各局(各ノード)は、例えば、IEEE802.15.4の無線通信方式に対応可能なものとすることができる。なお、無線通信方式は、各局間でマルチホップ無線通信が可能であれば、IEEE802.15.4に限定されない。   Each station (each node) configuring the multi-hop wireless communication system can be, for example, one that can support the wireless communication method of IEEE 802.15.4. The wireless communication system is not limited to IEEE 802.15.4 as long as multi-hop wireless communication is possible between the stations.

各移動局20を固定する移動体は、特に限定されるものではなく、例えば、人間、自動車、自転車、可動型ロボット、無人航空機などとすることができる。また、各移動局20が搭載するセンサの種類も特に限定されるものではなく、例えば、温度・湿度センサ、加速度センサとしてもよい。例えば、移動局20を固定する移動体が人間である場合には、人体の脈拍データ、心拍データ等をセンシングするセンサなどとしてもよい。   The mobile body fixing each mobile station 20 is not particularly limited, and may be, for example, a human, a car, a bicycle, a movable robot, an unmanned aerial vehicle, and the like. Further, the type of sensor mounted on each mobile station 20 is not particularly limited, and may be, for example, a temperature / humidity sensor or an acceleration sensor. For example, when the mobile object that fixes the mobile station 20 is a human, a sensor that senses pulse data, heart rate data, and the like of the human body may be used.

基地局10及び各移動局20には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス(例えば、MACアドレス、ショートアドレス、IPアドレス等)が割り当てられている。基地局10と各移動局20との間で通信は行なわれるが、移動局20同士で通信を行なわない。すなわち、各移動局20は、原則として、基地局10を最終的な宛先としたユニキャストのデータパケットの送信は行なうが、他の移動局20を最終的な宛先としたユニキャストのデータパケットの送信は行なわないものとする。仮に、移動局20同士の通信が必要な場合には、基地局10を中継して通信するようにしてもよい。   A unique address (for example, a MAC address, a short address, an IP address, etc.) on the network is assigned to the base station 10 and each mobile station 20. Communication is performed between the base station 10 and each mobile station 20, but no communication is performed between the mobile stations 20. That is, each mobile station 20 transmits a unicast data packet destined for the base station 10 as a final destination, but transmits a unicast data packet destined for another mobile station 20 as a final destination. No transmission is performed. If communication between the mobile stations 20 is required, the communication may be performed by relaying the base station 10.

例えば、基地局10及び各移動局20が無線通信する場合、各局の間に障害物が存在するようなときには、通信品質に影響を及ぼすことがある。例えば各局の間に人体が存在するときには、その人体が障害物となってしまい、通信品質が悪くなることがある。また例えば、移動局20を固定する移動体が人間であるとき、移動局20を固定している、その人の体が障害物となってしまうことがある。その結果、ある移動局20は他ノードと接続可能範囲内に存在しているにも拘わらず、隣接ノード数が「0」となってしまい、自ノードがネットワークから孤立してしまうことがある。なお、孤立ノードが発生する理由は、上記の例に限定されるものではない。   For example, when the base station 10 and each mobile station 20 perform wireless communication, communication quality may be affected if an obstacle exists between the stations. For example, when a human body exists between the stations, the human body may become an obstacle, and the communication quality may deteriorate. Further, for example, when a mobile object fixing the mobile station 20 is a human, the person's body fixing the mobile station 20 may become an obstacle. As a result, the number of adjacent nodes may become “0” and the own node may be isolated from the network, even though a certain mobile station 20 exists within a connectable range with another node. The reason why an isolated node occurs is not limited to the above example.

[基地局10及び各移動局20]
基地局10は、固定配置された無線通信装置(無線機)であり、無線通信システム1全体を管理するものである。基地局10を固定局とも呼ぶ。基地局10は、マルチホップ無線通信により、各移動局20からデータを含む情報(パケット)を受信してデータを収集する。基地局10が収集したデータについては、基地局10において保存するようにしてもよいし、若しくは、基地局10と無線接続又は有線接続する情報処理装置に提供されるようにしてもよい。この実施形態は収集データの利用については特に限定しない。
[Base station 10 and each mobile station 20]
The base station 10 is a fixedly arranged wireless communication device (wireless device), and manages the entire wireless communication system 1. The base station 10 is also called a fixed station. The base station 10 collects data by receiving information (packets) including data from each mobile station 20 by multi-hop wireless communication. The data collected by the base station 10 may be stored in the base station 10, or may be provided to an information processing device that is connected to the base station 10 wirelessly or by wire. This embodiment does not particularly limit the use of the collected data.

各移動局20(20−1〜20−5)は、移動体に取り付けられた無線通信装置(無線機)である。各移動局20を無線局とも呼ぶ。各移動局20は、センサを備えている。センサは、常時又は間欠的(定期的、周期的を含む意味である。)に計測対象を計測し、各移動局20は、自ノードのセンサにより計測されたデータを含むパケットを、基地局10を最終的な宛先としてマルチホップ無線送信する。   Each mobile station 20 (20-1 to 20-5) is a wireless communication device (wireless device) attached to a mobile object. Each mobile station 20 is also called a radio station. Each mobile station 20 has a sensor. The sensor measures the measurement target constantly or intermittently (meaning includes periodic and periodic), and each mobile station 20 transmits a packet including data measured by the sensor of its own node to the base station 10. As a final destination by multi-hop radio transmission.

なお、各移動局20はセンサを備えるのに対して、基地局10はセンサを備えてない点で両者の機能は異なるが、移動局20及び基地局10の基本的な機能は同じものとしてもよい。以下では、各ノード(各移動局20又は基地局10)の無線通信装置の内部構成を、図1を用いて説明する。   Each mobile station 20 has a sensor, whereas the base station 10 does not have a sensor. The functions of the mobile station 20 and the base station 10 are different from each other. Good. Hereinafter, the internal configuration of the wireless communication device of each node (each mobile station 20 or base station 10) will be described with reference to FIG.

図1は、この実施形態に係るノードの無線通信装置の内部構成の一例を示す内部構成図である。   FIG. 1 is an internal configuration diagram illustrating an example of an internal configuration of a wireless communication device of a node according to this embodiment.

図1において、この実施形態のノード(移動局20又は基地局10)は、無線通信装置100と、外部システム111を有する。   In FIG. 1, the node (the mobile station 20 or the base station 10) of this embodiment has a wireless communication device 100 and an external system 111.

また、無線通信装置100は、アンテナ部101、無線信号受信部102、データ処理部103、ネットワーク管理部104、記憶部105、孤立判定部106、タイマー部107、パケット生成部108、無線信号送信部109、アンテナ部110を有する。   The wireless communication device 100 includes an antenna unit 101, a wireless signal receiving unit 102, a data processing unit 103, a network management unit 104, a storage unit 105, an isolation determining unit 106, a timer unit 107, a packet generating unit 108, a wireless signal transmitting unit 109, and an antenna unit 110.

ここで、無線通信装置100のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、EEPROM、入出力インタフェース、通信装置等を有するものであり、CPUがROMに格納される処理プログラム(例えば無線通信プログラムなど)を実行する。また、無線通信プログラムが、インストールされることにより、無線通信を構築するようにしてもよく、その場合でも、無線通信プログラムの各機能を、図1の無線通信装置100の各処理部として表すことができる。   Here, the hardware of the wireless communication device 100 includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an EEPROM, an input / output interface, a communication device, and the like. ). The wireless communication program may be installed to establish wireless communication. Even in such a case, each function of the wireless communication program may be represented as each processing unit of the wireless communication device 100 in FIG. Can be.

外部システム111は、無線通信処理以外の機能を行なうものである。例えば、図1のノードを移動局20とする場合、外部システム111はセンサ等としてもよい。また図1のノードを基地局10とする場合、外部システム111は、各移動局20から収集したセンサデータを用いて処理を行なう機能部(アプリケーション)等としてもよい。   The external system 111 performs functions other than the wireless communication processing. For example, when the node in FIG. 1 is the mobile station 20, the external system 111 may be a sensor or the like. When the node in FIG. 1 is the base station 10, the external system 111 may be a functional unit (application) that performs processing using sensor data collected from each mobile station 20.

アンテナ部101は、到来電波を捕捉して、無線電波を電気信号に変換して無線信号受信部102に与えるものである。アンテナ部110は、無線信号送信部109からの送信信号を無線電波にのせて送出するものである。ここでは、受信用のアンテナ部101と送信用のアンテナ部110とが物理的に異なるものである場合を例示しているが、送信用と受信用の共用アンテナ部であってもよい。   The antenna unit 101 captures an incoming radio wave, converts a radio wave into an electric signal, and supplies the electric signal to the radio signal receiving unit 102. The antenna unit 110 transmits a transmission signal from the radio signal transmission unit 109 on a radio wave. Here, the case where the receiving antenna unit 101 and the transmitting antenna unit 110 are physically different is illustrated, but a shared antenna unit for transmitting and receiving may be used.

無線信号受信部102は、アンテナ部101からの信号の復調処理等を行ない、受信したパケットデータをデータ処理部103に与える。   Radio signal receiving section 102 performs demodulation processing and the like of the signal from antenna section 101, and supplies the received packet data to data processing section 103.

データ処理部103は、無線信号受信部102で得られたパケットデータを処理するものである。データ処理部103は、パケットの種類を判別し、受信パケットが制御パケットである場合には制御パケットをネットワーク管理部104に与える。また、受信パケットが、データパケットであり、基地局10に向けて転送するものであるとき、当該データパケットを他ノードにマルチホップで転送するため、データ処理部103はデータパケットをネットワーク管理部1−4に与える。さらに、ノードが基地局10である場合、受信パケットがデータパケットであるとき、データ処理部103は、データパケットを外部システム111に与える。   The data processing unit 103 processes the packet data obtained by the wireless signal receiving unit 102. The data processing unit 103 determines the type of the packet, and if the received packet is a control packet, gives the control packet to the network management unit 104. When the received packet is a data packet and is to be transmitted to the base station 10, the data processing unit 103 transmits the data packet to the network management unit 1 to transfer the data packet to another node by multi-hop. -4. Further, when the node is the base station 10 and the received packet is a data packet, the data processing unit 103 gives the data packet to the external system 111.

ネットワーク管理部104は、データ処理部103から取得したパケットに含まれる情報に基づいて、自ノードの無線通信処理を司るものである。ネットワーク管理部104は、経路構築部104a、傍受指令部104b、親ノード決定部104cを有する。   The network management unit 104 manages the wireless communication processing of the own node based on information included in the packet acquired from the data processing unit 103. The network management unit 104 includes a route construction unit 104a, an intercept command unit 104b, and a parent node determination unit 104c.

経路構築部104aは、データ処理部103から経路構築に係る制御パケット(以下、「経路制御パケット」とも呼ぶ。)に含まれる情報に基づいて、親ノードまでの経路表を作成するものである。この実施形態では、プロアクティブ型のルーティングプロトコルを適用する場合を例示する。プロアクティブ型のルーティングプロトコルであれば、種々のプロトコルを適用することができ、例えば、OLSR(Optimized Link StateRouting)、TBRPF(Topology BroadcastBased on Revese−Path Forwarding)、LANMAR、FSR等を広く適用することができる。定期的に、経路制御パケットは、全てのノードに行き渡るようにフラッディングされる。各ノードの経路構築部104aは、経路制御パケットに含まれる情報に基づいて、自ノードに隣接する他ノード(隣接ノード)を認識し、基地局10までの経路表を作成する。自ノードがデータパケットを送信する際、この経路表を用いて次の転送先のノードにマルチホップ無線送信する。   The route construction unit 104a creates a route table from the data processing unit 103 to a parent node based on information included in a control packet (hereinafter, also referred to as a “route control packet”) related to route construction. This embodiment exemplifies a case in which a proactive routing protocol is applied. Various protocols can be applied as long as the protocol is a proactive type routing protocol. For example, OLSR (Optimized Link State Routing), TBRPF (Topology Broadcast Based on-Reverse-Path Forwarding), LAN MAR, FSR, etc. are widely applied. it can. Periodically, routing packets are flooded to all nodes. The route construction unit 104a of each node recognizes another node (adjacent node) adjacent to the own node based on information included in the route control packet, and creates a route table to the base station 10. When the own node transmits a data packet, it performs multi-hop wireless transmission to the next transfer destination node using this routing table.

傍受指令部104bは、孤立判定部106の制御により、無線信号受信部102及びデータ処理部103に対して、他ノードが送信したデータパケットを傍受するように指令するものである。後述するように、孤立判定部106は、経路構築期間内に経路制御パケットを受信したか否かに基づいて、自ノードが孤立ノードとなってしまったか否か(すなわち、ルーティング処理により隣接ノードが「0」となったか否か)を判定する。そして、傍受指令部104bは、孤立判定部106により自ノードが孤立したとの判定結果に基づいて、他ノードが送信した全てのデータパケットを受信可能にする。換言すると、孤立ノードとなったノードは、他ノード宛のデータパケットも含めて全ての受信可能なデータパケットを受信することができる。   Under the control of the isolation determining unit 106, the intercepting command unit 104b instructs the wireless signal receiving unit 102 and the data processing unit 103 to intercept the data packet transmitted by another node. As described later, the isolation determination unit 106 determines whether or not the own node has become an isolated node based on whether or not the route control packet has been received within the route construction period (that is, the adjacent node is ("0"). Then, the intercepting command unit 104b enables all data packets transmitted by other nodes to be received based on the determination result that the own node has been isolated by the isolation determining unit 106. In other words, a node that has become an isolated node can receive all receivable data packets including data packets addressed to other nodes.

このとき、ネットワーク管理部104は、他ノードが送信したデータパケットに含まれている送信元ノードに関する情報を記憶部105に記憶する。具体的に、送信元ノードに関する情報は、例えば、送信元ノードのアドレス情報(例えば、MACアドレス等)とする。複数の他ノードのそれぞれが送信したデータパケットを受信した場合、ネットワーク管理部104は、各データパケットの送信元ノードに関する情報を記憶部105に記憶する。これにより、自ノードが孤立ノードとなった場合に、自ノードが受信することができたデータパケットの送信元ノードを記憶することができる。   At this time, the network management unit 104 stores information on the transmission source node included in the data packet transmitted by the other node in the storage unit 105. Specifically, the information on the transmission source node is, for example, address information (for example, a MAC address or the like) of the transmission source node. When receiving the data packet transmitted by each of the plurality of other nodes, the network management unit 104 stores information on the transmission source node of each data packet in the storage unit 105. Thus, when the own node becomes an isolated node, the source node of the data packet that the own node can receive can be stored.

傍受指令部104bによる傍受方法は、受信可能な全てのデータパケットを受信することができるのであれば、様々な方法を適用することができる。例えば、傍受指令部104bは、動作モードをプロミスキャスモード(無差別モード)とするようにしてもよい。一般的な無線通信処理では、到来したパケットのうち、自ノード宛のパケットを受信して上位システムに通知する。これに対して、プロミスキャスモードは、自ノード宛のパケットだけでなく、自ノード宛以外(他ノード宛)のパケットも含め全ての到来パケットを無差別に受信して上位システムに通知する動作モードである。ここでは、プロミスキャスモードとする場合を例示しているが、これに限定されるものではない。 Various methods can be applied to the interception method by the interception instruction unit 104b as long as all receivable data packets can be received. For example, the intercepting command unit 104b may set the operation mode to a promiscuous mode (promiscuous mode). In a general wireless communication process, a packet addressed to the own node is received from the incoming packets and notified to a higher-level system. On the other hand, the promiscuous mode is an operation mode in which not only packets addressed to the own node but also all incoming packets including packets not addressed to the own node (addressed to other nodes) are received indiscriminately and notified to the upper system. It is . This Kodewa that although the case where the promiscuous mode, but is not limited thereto.

親ノード決定部104cは、データパケットの送信先とする親ノードを決定する。経路構築期間内に経路制御パケットを受信できた場合、親ノード決定部104cは、経路表に基づいて親ノードを決定する。また、経路構築期間内に経路制御パケットを受信できなかった場合、他ノードが送信したデータパケットを傍受することができるので、親ノード決定部104cは、記憶部105に記憶されているノードのアドレス情報に基づいて、親ノードを決定する。親ノード決定部104cにより決定された親ノードのアドレス情報は、パケット生成部108に与えられる。   The parent node determination unit 104c determines a parent node to which a data packet is to be transmitted. When a route control packet has been received within the route construction period, the parent node determination unit 104c determines a parent node based on the routing table. Further, when the route control packet cannot be received within the route construction period, the data packet transmitted by the other node can be intercepted, so that the parent node determining unit 104c determines the node address stored in the storage unit 105. The parent node is determined based on the information. The address information of the parent node determined by the parent node determination unit 104c is provided to the packet generation unit 108.

孤立判定部106は、ネットワーク管理部104による経路構築処理で得られた隣接ノードに関する情報を取得し、自ノードが孤立ノードとなってしまったか否かを判定する。   The isolation determining unit 106 acquires information on the adjacent node obtained by the route construction processing by the network management unit 104, and determines whether the own node has become an isolated node.

孤立判定部106は、経路構築処理により自ノードの隣接ノード数が「0」となったとき、自ノードが孤立ノードであると判定し、そうでないとき、自ノードが孤立ノードでないと判定する。より具体的には、経路構築期間内に、経路制御パケットの受信がないとき、最新の経路表が作成できず、自ノードの隣接ノード数が「0」となる。従って、孤立判定部106は、経路構築期間内に、経路制御パケットの受信がないときに、自ノードが孤立ノードであると判定するようにしてもよい。   The isolation determining unit 106 determines that the own node is an isolated node when the number of adjacent nodes of the own node becomes “0” by the route construction processing, and otherwise determines that the own node is not an isolated node. More specifically, when no route control packet is received within the route construction period, the latest route table cannot be created, and the number of nodes adjacent to the own node becomes “0”. Therefore, the isolation node 106 may determine that the own node is an isolated node when no route control packet is received within the route construction period.

タイマー部107は、孤立判定部106の制御により、所定時間を計時するものである。タイマー部107は、孤立判定部106の指示により、経路構築時間の終了タイミングまで計時し、計時終了後に、孤立判定部106に計時終了タイミングを通知する。同様に、タイマー部107は、孤立判定部106の指示により、自ノードのデータ送信時間の開始タイミングまで計時し、計時終了後に、計時終了後に、孤立判定部106に計時終了タイミングを通知する。   The timer unit 107 counts a predetermined time under the control of the isolation determination unit 106. The timer unit 107 measures the time until the end time of the route construction time according to the instruction of the isolation determination unit 106, and notifies the isolation determination unit 106 of the timing end time after the completion of the time measurement. Similarly, the timer unit 107 measures the time until the start timing of the data transmission time of the own node according to the instruction of the isolation determination unit 106, and notifies the isolation determination unit 106 of the timing end timing after the completion of the time measurement.

パケット生成部108は、自ノードが送信すべきデータパケットを生成し、そのデータパケットを無線信号送信部109に与える。例えば、自ノードがセンサデータを送信する場合、パケット生成部108は、センサとして機能する外部システム111からセンサデータを取得し、当該センサデータを含むデータパケットを生成する。このとき、パケット生成部108は、ネットワーク管理部104の親ノード決定部104cにより決定された親ノードのアドレス情報を、送信先としてパケットを生成する。また例えば、自ノードがマルチホップの中継ノードとして機能する場合、ネットワーク管理部104から中継すべきデータを取得し、その中継データを含むパケットを生成する。   The packet generation unit 108 generates a data packet to be transmitted by the own node, and provides the data packet to the radio signal transmission unit 109. For example, when the own node transmits sensor data, the packet generation unit 108 acquires sensor data from the external system 111 functioning as a sensor, and generates a data packet including the sensor data. At this time, the packet generation unit 108 generates a packet with the address information of the parent node determined by the parent node determination unit 104c of the network management unit 104 as a transmission destination. Further, for example, when the own node functions as a multi-hop relay node, it acquires data to be relayed from the network management unit 104 and generates a packet including the relay data.

無線信号送信部109は、パケット生成部108からパケットデータを受け取り、変調処理等を行ないアンテナ部110に与える。   Radio signal transmitting section 109 receives the packet data from packet generating section 108, performs modulation processing and the like, and provides the result to antenna section 110.

(A−2)実施形態の動作
次に、この実施形態に係る無線通信処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A-2) Operation of Embodiment Next, the operation of the wireless communication process according to this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図3は、この実施形態に係る無線通信システム1におけるノード配置を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a node arrangement in the wireless communication system 1 according to this embodiment.

図3に示すように、無線通信システム1は、1台の基地局(BS)10と、基地局10の管理下にある5台の移動局20−1〜2−5とから構成されている。   As illustrated in FIG. 3, the wireless communication system 1 includes one base station (BS) 10 and five mobile stations 20-1 to 2-5 managed by the base station 10. .

以下では、説明便宜上、図3に記載しているアルファベットを用いて、例えば、移動局20−1を「ノードA」等と呼んで説明する。   Hereinafter, for convenience of explanation, the mobile station 20-1 will be referred to as "node A" or the like, for example, using the alphabets shown in FIG.

図3において、ノード間を繋ぐ実線は、直線の両端のノードが通信可能な状態にあることを表し、点線は、両端のノードは、接続可能範囲内に存在しているが、経路構築期間では通信できなかったことを表す。   In FIG. 3, a solid line connecting the nodes indicates that the nodes at both ends of the straight line are in a communicable state, and a dotted line indicates that the nodes at both ends are within the connectable range, but during the route construction period. Indicates that communication was not possible.

図4は、この実施形態に係る移動局20における無線通信処理を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing a wireless communication process in the mobile station 20 according to this embodiment.

無線通信システム1では、プロアクティブ型のルーティングプロトコルを採用している。基地局10は、全てのノードA〜Eに経路制御パケットが行き渡るように、定期的に経路制御パケットを送信し、ネットワークトポロジーが構築されているものとする。つまり、各ノードにおいて、データ送信要求が発生するまでに、ネットワークトポロジーが構築されているものとする。そのネットワークトポロジーを構築するための期間を経路構築期間と呼ぶ。また、各ノードがデータ送信を行なう期間をデータ送信期間と呼ぶ。   The wireless communication system 1 employs a proactive routing protocol. It is assumed that the base station 10 periodically transmits a route control packet so that the route control packet is distributed to all the nodes A to E, and a network topology is constructed. In other words, it is assumed that a network topology has been established in each node until a data transmission request is generated. A period for constructing the network topology is called a route construction period. A period during which each node performs data transmission is called a data transmission period.

経路構築期間が開始すると、孤立判定部106は経路構築期間の終了を知らせるためタイマーをセットする(S101)。   When the route construction period starts, the isolation determining unit 106 sets a timer to notify the end of the route construction period (S101).

経路構築期間内に、他ノードからの経路制御パケットの受信がある場合(S102、S103)、ルーティングアルゴリズムに従って親ノードが決定され、親ノード宛にデータパケットが送信される。具体的には、ネットワーク管理部104において、経路構築部104aが経路表を作成する(S104)。そしてデータ送信が発生すると、親ノード決定部104cが経路表を参照して親ノードを決定し、パケット生成部108が、決定された親ノード宛のデータパケットを生成してデータパケットを送信する(S105)。   When a route control packet is received from another node during the route construction period (S102, S103), the parent node is determined according to the routing algorithm, and the data packet is transmitted to the parent node. Specifically, in the network management unit 104, the route construction unit 104a creates a route table (S104). When data transmission occurs, the parent node determination unit 104c determines a parent node by referring to the routing table, and the packet generation unit 108 generates a data packet addressed to the determined parent node and transmits the data packet ( S105).

経路構築期間内に、他ノードからの経路制御パケットの受信がない場合、つまり、タイマー部107から経路構築期間の終了タイミング通知が孤立判定部106にあるまでに経路制御パケットが受信されなかった場合(S102、S103)、孤立判定部106は自ノードが孤立ノードであると判定し、処理はS106に進む。   When a route control packet is not received from another node during the route construction period, that is, when a route control packet is not received before the end timing notification of the route construction period is provided from the timer unit 107 to the isolation determination unit 106 (S102, S103), the isolation determination unit 106 determines that the own node is an isolated node, and the process proceeds to S106.

例えば、図3において、ノードEは、ノードC又はノードDと接続可能範囲内に存在している。しかし、例えば、経路構築期間内においてノード間に障害物が存在する等の理由から、ノードEにおいて、経路構築期間内に経路制御パケットの受信がないときには、ノードEが孤立ノードであると判断される。   For example, in FIG. 3, the node E exists in a connectable range with the node C or the node D. However, for example, when there is no reception of a route control packet within the route construction period, the node E is determined to be an isolated node because, for example, an obstacle exists between the nodes during the route construction period. You.

自ノードが孤立ノードであると判定すると、孤立判定部106は、ネットワーク管理部104に対して他ノードのデータ通信を傍受することを指示する。これを受けて、ネットワーク管理部104の傍受指令部104bは、無線信号受信部102に対して他ノードのデータ通信を傍受するように指令する(S106)。   When determining that the own node is an isolated node, the isolation determining unit 106 instructs the network management unit 104 to intercept data communication of another node. In response to this, the interception instruction unit 104b of the network management unit 104 instructs the wireless signal reception unit 102 to intercept the data communication of another node (S106).

ここで、この実施形態では、他ノードのデータ通信を傍受する期間を、例えば、自ノードのデータ送信期間前とする。つまり、例えば、自ノードのデータ送信期間が開始するまでの期間、継続的に、各ノードはデータ通信を傍受するようにする。従って、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングを知るために、孤立判定部106は、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでタイマーをセットする(S107)。   Here, in this embodiment, the period during which the data communication of the other node is intercepted is, for example, before the data transmission period of the own node. In other words, for example, each node continuously intercepts data communication until the data transmission period of the own node starts. Accordingly, in order to know the start timing of the data transmission period of the own node, the isolation determining unit 106 sets a timer until the start timing of the data transmission period of the own node (S107).

無線信号受信部102が、他ノードから送信されたデータ信号を受信(傍受)し(S108)、他ノードからのデータパケットがデータ処理部103に与えられる。データ処理部103は、当該他ノードのデータパケットを解析し、データパケットに記載されている送信元ノードに関する情報をネットワーク管理部104に与え、ネットワーク管理部104は、送信元ノードに関する情報を記憶部105に記憶する(S109)。   The wireless signal receiving unit 102 receives (intercepts) a data signal transmitted from another node (S108), and a data packet from the other node is provided to the data processing unit 103. The data processing unit 103 analyzes the data packet of the other node, and gives information on the source node described in the data packet to the network management unit 104. The network management unit 104 stores the information on the source node in the storage unit. This is stored in the storage 105 (S109).

ここで、自ノード宛でないパケットを傍受する際、一般的にはセキュリティ等の制約により、当該パケットの送受信機しかパケットの復調を行なえないことが多い。しかし、この実施形態を適用するマルチホップ無線通信システムでは、例えばAPL(アプリケーション)レイアの情報は暗号化されているが、NWK(ネットワーク)レイアの情報は暗号化されておらず、同一ネットワークに所属しているノードであれば、NWKレイアまでならパケットの復調を可能とする等のように、パケットの傍受とネットワーク管理に必要な情報の収集が可能になっているものとする。従って、データ処理部103は、受信したパケットに記載されている送信元ノードに関する情報を抽出することができる。   Here, when intercepting a packet that is not addressed to its own node, generally, only the transceiver of the packet can often demodulate the packet due to security or other restrictions. However, in the multi-hop wireless communication system to which this embodiment is applied, for example, information of an APL (application) layer is encrypted, but information of an NWK (network) layer is not encrypted and belongs to the same network. It is assumed that a node that is capable of intercepting packets and collecting information necessary for network management, such as enabling demodulation of packets up to the NWK layer, is possible. Therefore, the data processing unit 103 can extract information on the source node described in the received packet.

例えば、図3の例の場合、ノードEのデータ送信期間の開始前に、ノードC及びノードDがデータパケットを送信したものとする。この場合、ノードEはノードC及びノードDの送信可能範囲に存在しているので、ノードEは、ノードC及びノードDのデータパケットを傍受することが可能となる。   For example, in the example of FIG. 3, it is assumed that the nodes C and D have transmitted data packets before the start of the data transmission period of the node E. In this case, since the node E exists within the transmission range of the nodes C and D, the node E can intercept the data packets of the nodes C and D.

例えば、ノードCのデータパケットには、送信元ノードに関する情報としてノードCのアドレス情報が含まれており、また送信先ノードに関する情報として、最終的な宛先として基地局10のアドレス情報が含まれている。ノードCのデータパケットはノードEを宛先としていないが、ノードEのデータ処理部103は、ノードCのデータパケットを廃棄するのではなく、当該データパケットに含まれているネットワーク情報(つまり、送信元ノードに関する情報であるノードCのアドレス情報)を抽出し、そのネットワーク情報がネットワーク管理部104に与えられる。なお、ノードDのデータパケットについても同様である。   For example, the data packet of the node C includes the address information of the node C as information about the source node, and the information about the destination node includes the address information of the base station 10 as the final destination. I have. Although the data packet of the node C is not destined for the node E, the data processing unit 103 of the node E does not discard the data packet of the node C, but rather, discards the network information (that is, the transmission source) included in the data packet. The address information of the node C, which is information on the node, is extracted, and the network information is provided to the network management unit 104. The same applies to the data packet of the node D.

孤立判定部106は、タイマー部107から、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングの通知を受けると、孤立判定部106は、ネットワーク管理部104に対して親ノードの決定指示をする。これを受けて、ネットワーク管理部104では、親ノード決定部104cが、記憶部105に記憶されている他ノードのデータパケットの送信元ノードに関する情報を参照して、親ノードを決定する(S111)。   When the isolation determining unit 106 receives the notification of the start timing of the data transmission period of the own node from the timer unit 107, the isolation determining unit 106 instructs the network management unit 104 to determine the parent node. In response to this, in the network management unit 104, the parent node determination unit 104c determines the parent node with reference to the information on the source node of the data packet of the other node stored in the storage unit 105 (S111). .

パケット生成部108は、親ノード決定部104cにより決定された親ノードのアドレス情報を送信先として、データパケットを生成し、親ノード宛にデータパケットを送信する(S112)。   The packet generation unit 108 generates a data packet with the address information of the parent node determined by the parent node determination unit 104c as a transmission destination, and transmits the data packet to the parent node (S112).

例えば、図3の例の場合、記憶部105には、ノードCのアドレス情報と、ノードDのアドレス情報が記憶されている。従って、親ノード決定部104cは、ノードC又はノードDのいずれかを親ノードとして決定し、親ノードのアドレス情報を、パケット生成部108に与える。これにより、ノードEは、ノードC又はノードDのいずれかにデータパケットを送信することができる。その結果、ノードEのデータパケットは、ノードC又はノードDのいずれかを経由して、基地局10までマルチホップ通信で伝送される。   For example, in the case of the example of FIG. 3, the storage unit 105 stores the address information of the node C and the address information of the node D. Therefore, the parent node determination unit 104c determines either the node C or the node D as a parent node, and provides the address information of the parent node to the packet generation unit 108. As a result, the node E can transmit a data packet to either the node C or the node D. As a result, the data packet of the node E is transmitted by multi-hop communication to the base station 10 via either the node C or the node D.

ここで、ノードEの無線信号受信部102は、自ノードのデータ送信期間を迎えるまでデータパケットを継続的に傍受することができる。そのため、複数の隣接ノードからのデータパケットを傍受することが可能であり、受信に成功した、複数の送信元ノードに関する情報(隣接ノードのアドレス情報)を記憶することが可能となる。   Here, the radio signal receiving unit 102 of the node E can continuously intercept the data packet until the data transmission period of the node E comes. Therefore, it is possible to intercept data packets from a plurality of adjacent nodes, and to store information (address information of adjacent nodes) on a plurality of transmission source nodes that have been successfully received.

このような場合、親ノード決定部104cは、複数の送信元ノードに関する情報のうちいずれかを親ノードとして選択する。この親ノードの選択に係る指標(メトリック)は、様々なものを適用できる。   In such a case, the parent node determination unit 104c selects any of the information on the plurality of transmission source nodes as the parent node. Various indexes (metrics) related to the selection of the parent node can be applied.

例えば、ノードC及びノードDから受信したパケットの受信信号強度をメトリックとしてもよい。具体的には、受信信号強度が高いものを親ノードとしてもよい。受信信号強度が高いということは、例えば他ノードとの距離が近いことが多く、当該他ノードとの通信品質が良好であると考えられる。従って、良好な通信品質でデータパケットを送信するために、親ノード決定部104cは、複数の送信元ノードに関する情報のうち、受信信号強度の高いものを親ノードとして選択することができる。また例えば、ノードEにおけるパケットの到着時刻が早いものを親ノードとしてもよい。   For example, the received signal strength of the packets received from the nodes C and D may be used as the metric. Specifically, a node having a high received signal strength may be set as the parent node. A high received signal strength, for example, often means that the distance to another node is short, and that the communication quality with the other node is good. Therefore, in order to transmit a data packet with good communication quality, the parent node determining unit 104c can select, as the parent node, information having a higher received signal strength from among information on a plurality of transmission source nodes. Further, for example, a packet whose arrival time at the node E is earlier may be set as the parent node.

以上のようにして、各ノードは、データ通信期間における自ノードのデータ送信期間のタイミングで、決定した親ノード宛にデータパケットを送信することができる。   As described above, each node can transmit a data packet to the determined parent node at the timing of the data transmission period of the own node in the data communication period.

(A−3)実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、孤立ノードが発生した場合でも、各ノードの間で孤立ノードのための制御パケットを授受することなく、若しくは、孤立ノードの再送を要求するための時間を用意することなく、孤立ノードのデータパケットの送信を実現できる。
(A-3) Effects of the Embodiment As described above, according to this embodiment, even when an isolated node occurs, the control packet for the isolated node is not exchanged between the nodes, or The transmission of the data packet of the isolated node can be realized without preparing the time for requesting the retransmission of the node.

すなわち、孤立ノードが発生した場合に、孤立ノードを救済しなければ、基地局におけるデータ収集率が低下してしまうが、ネットワークに負荷をかけることなく、データ収集率を改善することができる。   That is, if an isolated node occurs and the isolated node is not rescued, the data collection rate in the base station will decrease, but the data collection rate can be improved without imposing a load on the network.

また、孤立ノードのための制御パケットを必要とする方式を実装したネットワークでは、孤立ノード以外のノードも孤立ノードのための制御を行う必要がある。そのため、ノードの電力が消費すると共に、ノードの稼働時間が短くなり、さらには、ネットワークの寿命が短くなってしまう。   In a network that implements a method that requires a control packet for an isolated node, nodes other than the isolated node also need to perform control for the isolated node. Therefore, the power of the node is consumed, the operating time of the node is shortened, and the life of the network is shortened.

しかし、この実施形態によれば、各ノード間で、孤立ノードのための制御パケットの授受は必要でないので、孤立ノード以外の各ノードの電力消費を抑え、ノード稼働時間も確保することができ、ノードとネットワークの寿命を延ばすことが可能となる。   However, according to this embodiment, since it is not necessary to exchange control packets for isolated nodes between the nodes, power consumption of each node other than the isolated nodes can be suppressed, and node operating time can be secured. It is possible to extend the life of nodes and networks.

さらに、この実施形態によれば、孤立ノードの再送を要求するための時間を設けた従来の孤立ノード対策方式を実装したネットワークに比べ、経路構築期間やデータ通信期間を長く設定することができるため、結果として、ノードの収容台数を増やすことができる。   Furthermore, according to this embodiment, the route construction period and the data communication period can be set longer as compared with a network in which a conventional isolated node countermeasure system is provided with a time for requesting retransmission of an isolated node. As a result, the number of accommodated nodes can be increased.

(B)他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
(B) Other Embodiments Although various modified embodiments have been described in the above-described embodiments, the present invention is also applicable to the following modified embodiments.

(B−1)上述した実施形態では、経路構築期間とデータ通信期間からなるネットワークを、本発明に適用するネットワークとして採用した場合を例示した。しかし、本発明を適用するためには必ずしもその形式のネットワークでなければならないわけではなく、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでに経路構築と他ノードがデータ通信を行なう形態であればよい。   (B-1) In the above-described embodiment, a case has been exemplified in which a network including a route construction period and a data communication period is adopted as a network applied to the present invention. However, in order to apply the present invention, the network does not necessarily have to be that type of network, and any network may be used as long as a route is established and another node performs data communication before the start timing of the data transmission period of the own node.

(B−2)上述した実施形態では、データ通信期間に他ノードのパケットを傍受することに成功した場合の動作を説明した。しかし、パケットの傍受に失敗した場合、ネットワークトポロジーは変化していないと考え、前回の送信時の親ノード宛に送ってもよい。具体的には、図4のS107において、傍受動作の際に、他ノードのデータ信号を受信できなかった場合、親ノード決定部104cは、直前若しくは過去にデータパケットを送信したノードを親ノードとして決定するようにしてもよい。   (B-2) In the above-described embodiment, the operation in the case where the packet of another node has been successfully intercepted during the data communication period has been described. However, if the interception of the packet fails, the network topology may be considered as unchanged and may be sent to the parent node at the time of the previous transmission. Specifically, in S107 of FIG. 4, when the data signal of the other node cannot be received during the interception operation, the parent node determining unit 104c sets the node that transmitted the data packet immediately before or in the past as the parent node. It may be determined.

(B−3)上述した実施形態では、経路構築期間終了後から自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでの間に、他のノードのパケットを傍受する動作を説明した。しかし、自ノードデータ送信後から次の経路構築期間の開始までの間に、他のノードのパケットを傍受し、次のデータパケット送信の親ノード候補としてもよい。   (B-3) In the above-described embodiment, the operation of intercepting a packet of another node from the end of the route construction period to the start timing of the data transmission period of the own node has been described. However, between the time after the transmission of the own node data and the start of the next route construction period, the packet of another node may be intercepted and set as a candidate for the parent node of the next data packet transmission.

(B−4)上述した実施形態では、特定のノードに本発明を適用したが、対象とするマルチホップ無線ネットワークに参加するすべてのノードに本発明を適用してもよい。   (B-4) In the above-described embodiment, the present invention is applied to a specific node. However, the present invention may be applied to all nodes participating in a target multi-hop wireless network.

1…無線通信システム、10…基地局、20(20−1〜20−5)…移動局、
100…無線通信装置、101…アンテナ部、102…無線信号受信部、103…データ処理部、104…ネットワーク管理部、105…記憶部、106…孤立判定部106…タイマー部、108…パケット生成部、109…無線信号送信部、110…アンテナ部、104a…経路構築部、104b…傍受指令部、104c…親ノード決定部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wireless communication system, 10 ... Base station, 20 (20-1 to 20-5) ... Mobile station,
REFERENCE SIGNS LIST 100 wireless communication apparatus 101 antenna unit 102 wireless signal receiving unit 103 data processing unit 104 network management unit 105 storage unit 106 isolation determining unit 106 timer unit 108 packet generating unit , 109: a radio signal transmission unit, 110: an antenna unit, 104a: a route construction unit, 104b: an interception command unit, 104c: a parent node determination unit.

Claims (7)

アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信装置であって
無線受信手段と、
予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、
上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信する無線送信手段と
上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段と
を備え
上記ネットワーク管理手段が、
上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、
上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部と
を有する
ことを特徴とする無線通信装置。
Information of the application layer is encrypted, the communication signal following layer information network Leia unencrypted, to the base station, a wireless communication device for each node in the multi-hop wireless communication system for wireless communication in a multi-hop So ,
Wireless receiving means;
A network management unit that creates a routing table based on information included in a routing control signal received within a predetermined routing period, determines a parent node, and performs a wireless communication process ;
Wireless transmission means for transmitting the communication signal addressed to the parent node determined by the network management means ,
An isolation determining unit that determines whether the own node is an isolated node, depending on whether the route control signal is received within the route construction period ,
The above network management means,
When the isolation node determines that the own node is an isolated node, a timer is set for a predetermined interception period until the start of the transmission period of the own node. An interception command unit that issues a command to intercept all the communication signals that can be received, including
A parent node determining unit that determines a parent node based on source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period;
Radio communication apparatus characterized by having a.
上記親ノード決定部が、上記無線受信手段により受信された上記通信信号に含まれている送信元ノードに関する情報に基づいて、当該送信元ノードを親ノードとして決定することを特徴とする請求項に記載の無線通信装置。 Said master node determining unit, based on information about the source node included in the received the communication signal by the radio reception means, according to claim 1, characterized in that to determine the source node as a parent node A wireless communication device according to claim 1. 上記ネットワーク管理手段が、上記無線受信手段によって傍受に成功した、1又は複数の上記通信信号のそれぞれの送信元ノードに関する情報を、親ノード候補として記憶し、
上記親ノード決定部が、1又は複数の親ノード候補の中から、自ノードが送信する上記通信信号の親ノードを決定し、
上記無線送信手段が、上記親ノード決定部により決定された上記親ノード宛の上記通信信号を送信する
ことを特徴とする請求項又はに記載の無線通信装置。
The network management unit stores information on each of the transmission source nodes of the one or more communication signals that has been successfully intercepted by the wireless reception unit, as a parent node candidate,
The parent node determination unit determines a parent node of the communication signal transmitted by the own node from one or a plurality of parent node candidates,
The wireless transmission means, wireless communication apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that transmits the communication signal addressed to the parent node determined by the parent node determining unit.
上記無線受信手段による傍受に失敗した場合、上記親ノード決定部は、上記経路表を参照して、過去に自ノードの上記通信信号の送信に用いた親ノードとし、
上記無線送信手段が、上記親ノード決定部により決定された上記親ノード宛の上記通信信号を送信する
ことを特徴とする請求項のいずれかに記載の無線通信装置。
When the interception by the wireless reception unit fails, the parent node determination unit refers to the routing table, and as the parent node used for transmitting the communication signal of the own node in the past,
The wireless communication device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the wireless transmission unit transmits the communication signal addressed to the parent node determined by the parent node determination unit.
上記ネットワーク管理手段が、上記経路構築期間の終了後から自ノードの通信信号送信期間の開始までの期間、及び又は、自ノードの通信信号送信期間の終了後から次の経路構築期間の開始までの期間で、上記無線受信手段に傍受させる
ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の無線通信装置。
Said network management unit, a period of from after the end of the route construction period until the start of the communication signal transmission period of its own node, and or, from after completion of the communication signal transmission period of its own node to the start of the next route construction period The wireless communication device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the wireless communication device is intercepted during the period.
アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信プログラムにおいて、
コンピュータを、
無線受信手段と、
予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、
上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信する無線送信手段と
上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段と
して機能させ
上記ネットワーク管理手段が、
上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、
上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部と
して機能させる
ことを特徴とする無線通信プログラム。
The information of the application layer is encrypted, and the layer information below the network layer is used in a wireless communication program of each node of the multi-hop wireless communication system that wirelessly communicates the unencrypted communication signal to the base station in a multi-hop manner . ,
Computer
Wireless receiving means;
A network management unit that creates a routing table based on information included in a routing control signal received within a predetermined routing period, determines a parent node, and performs a wireless communication process ;
Wireless transmission means for transmitting the communication signal addressed to the parent node determined by the network management means ,
Depending on the presence or absence of reception of the path control signal in the route construction period, the own node so that functions as the isolation determination means that determines whether an isolated node,
The above network management means,
When the isolation node determines that the own node is an isolated node, a timer is set for a predetermined interception period until the start of the transmission period of the own node. An interception command unit that issues a command to intercept all the communication signals that can be received, including
A parent node determining unit that determines a parent node based on source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period;
A wireless communication program characterized by functioning as:
アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信方法において、
ネットワーク管理手段が、予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行ない
無線送信手段が、上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信し、
孤立判定手段が、上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定し、
上記ネットワーク管理手段が、
上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない、
上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する
ことを特徴とする無線通信方法。
The information of the application layer is encrypted, and the layer information below the network layer is used in the wireless communication method of each node of the multi-hop wireless communication system in which the unencrypted communication signal is wirelessly communicated in multiple hops toward the base station . ,
A network management unit that creates a routing table based on information included in a routing control signal received within a predetermined routing period, determines a parent node, performs wireless communication processing ,
Wireless transmitting means for transmitting the communication signal addressed to the parent node determined by the network management means ,
Isolation determining means determines whether or not the own node is an isolated node, depending on whether or not the route control signal has been received within the route construction period,
The above network management means,
When the isolation node determines that the own node is an isolated node, a timer is set for a predetermined interception period until the start of the transmission period of the own node. Command to intercept all the communication signals that can be received, including
A wireless communication method comprising: determining a parent node based on transmission source information of the communication signal received by the wireless reception unit during the interception period .
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