JP6975924B2 - 無線装置、プログラム - Google Patents

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Description

本発明は、通信技術に関し、特にフラッディング方式でパケット信号を転送する無線装置、プログラムに関する。
複数の無線装置によって構成されるマルチホップ通信システムでは、1つの無線装置から送信されたパケット信号が他の無線装置によって転送され、宛先の無線装置で受信される。マルチホップ通信システムの通信経路は、例えば、複数の無線装置が網目状に結ばれたメッシュ形状に形成される。パケット信号の転送の起点となる無線装置は、パケット信号を送信する際に、中継カウント値として中継送信回数の上限値を設定する。他の無線装置は、パケット信号を中継送信する際に、中継カウント値から1を減じた値を新たな中継カウント値とする(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−012867号公報
中継送信回数の上限値を設定することによって、転送の繰り返しが抑制され、トラヒックの増加が抑制される。しかしながら、無線装置から全方位的に転送がなされるので、宛先方向と反対の方向にも輻輳が発生する。明らかに関係のないような無駄な転送の発生は抑制される方が好ましい。
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、パケット信号の無駄な転送の発生を抑制する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置であって、パケット信号を受信する受信部と、受信部において受信したパケット信号を転送するか否かを設定する設定部と、設定部が転送を設定した場合に、パケット信号を送信する送信部とを備える。設定部は、(i)パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置からパケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信したパケット信号を転送するか否かを設定し、設定部は、第1方向と第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、設定部は、本無線装置の位置と、パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を大きくする
本開示の別の態様もまた、無線装置である。この装置は、フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置であって、パケット信号を受信する受信部と、受信部において受信したパケット信号を転送するか否かを設定する設定部と、設定部が転送を設定した場合に、パケット信号を送信する送信部とを備える。設定部は、(i)パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置からパケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信したパケット信号を転送するか否かを設定し、設定部は、第1方向と第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、設定部は、本無線装置の位置と、パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を小さくする
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、パケット信号の無駄な転送の発生を抑制できる。
実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施例に係る無線通信システムによる転送の概要を示す図である。 図1および図2の無線装置の構成を示す図である。 図1および図2の無線通信システムにおいて使用されるパケット信号のフォーマットを示す図である。 図3の記憶部において記憶されるデータベースのデータ構造を示す図である。 図3の記憶部において記憶される別のデータベースのデータ構造を示す図である。 図3の無線装置による通信手順を示すフローチャートである。 図3の無線装置によるしきい値の設定手順を示すフローチャートである。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。実施例は、複数の無線装置によって構成されるメッシュネットワークの無線通信システムに関する。各無線装置は、無線通信で制御される照明システムにおける制御機器と複数の被制御機器に搭載される。照明システムにおいて、制御機器から被制御機器までの通信距離が一定以上ある場合に、これらの間に配置される被制御機器に搭載される無線装置によるマルチホップ通信により、パケット信号が伝送される。メッシュネットワークにおいて、フラッディング方式によりマルチホップ通信を実行する場合、ネットワーク内でトラヒックが輻輳しやすいという課題がある。
これを防止するために、パケット信号には、転送可能回数を示すTTL(Time To Live)値が含まれる。パケット信号を受信した無線装置は、TTL値が「1」以上である場合にTTL値を「1」減じてパケット信号を転送するが、TTL値が「0」である場合にパケット信号を転送しないという転送処理を実行する。ここで、パケット信号の転送の起点となる無線装置がTTL値に対して一定値を設定する場合、ネットワーク内での最大値が設定される。そのため、パケット信号が宛先の無線装置に到達したにもかかわらず、パケット信号の転送が継続する場合も生じ、必要以上にトラヒックが発生する。
これに対応するために、本実施例に係る無線通信システムでは、ひとつの無線装置において、パケット信号を転送する場合と転送しない場合とが含まれる。例えば、パケット信号を受信した無線装置は、パケット信号を受信した方向を特定するとともに、パケット信号の転送の宛先となる無線装置(以下、「宛先無線装置」という)への方向も特定する。当該無線装置は、2つの方向の差異がしきい値よりも小さい場合にパケット信号を転送し、差異がしきい値以上である場合にパケット信号を転送しない。なお、宛先無線装置に対応して、パケット信号の転送の起点となる無線装置は、「起点無線装置」と呼ばれる。
図1は、無線通信システム100の構成を示す。無線通信システム100は、無線装置10と総称される第1無線装置10aから第12無線装置10lを含む。なお、無線装置10の数は「12」に限定されない。無線通信システム100が照明システムに使用される場合、複数の無線装置10のうちの1つが制御機器に搭載され、残りの無線装置10が被制御機器に搭載される。制御機器、被制御機器の少なくとも一部は天井等に固定される。複数の無線装置10は、メッシュネットワークを形成し、フラッディング方式によりマルチホップ通信を実行する。ここでは、(1)パケット信号の送信、(2)パケット信号の受信、(3)パケット信号の転送の順に説明する。
(1)パケット信号の送信
いずれかの無線装置10は、送信すべきデータが発生した場合に、当該データが含められたパケット信号を生成する。パケット信号を生成する無線装置10が前述の起点無線装置に相当し、パケット信号の宛先となる無線装置10が前述の宛先無線装置に相当する。パケット信号には、パケット信号の転送の起点となる無線装置10を識別するためのID(Identification)(以下、「起点ID」という)と、パケット信号の宛先とされる無線装置10を識別するためのID(以下、「宛先ID」という)が含まれる。また、パケット信号には、パケット信号を転送した無線装置10(以下、「転送元無線装置」という)を識別するためのID(以下、「転送元ID」という)も含まれる。なお、起点無線装置がパケット信号を生成した段階において、転送元IDは起点IDと同一である。
起点無線装置は、パケット信号を送信する。パケット信号は、メッシュネットワーク内のフラッディング方式によって転送される。ここで、パケット信号には、転送可能回数を示す値であるTTL値が含められる。パケット信号を受信した無線装置10は、パケット信号に含まれた宛先IDが自無線装置10のIDと異なる場合、TTL値が「1」以上であればパケット信号を転送し、TTL値が「0」であればパケット信号を転送しない。なお、無線装置10は、転送の際に、TTL値を「1」減じる。
(2)パケット信号の受信
パケット信号を受信した無線装置10は、パケット信号に含まれた宛先IDが自無線装置10のIDと同一である場合、パケット信号に対して受信処理を実行して、パケット信号に含まれたデータを取得する。この無線装置10が前述の宛先無線装置であり、宛先無線装置を搭載した制御機器あるいは被制御機器は、データに応じた処理を実行してもよい。
(3)パケット信号の転送
前述のごとく、TTL値を減算するだけの転送では、宛先方向に向かわないような無駄な転送も発生する。ここでは、このような無駄な転送の発生を抑制するための無線通信システム100の処理を説明するために、図2を使用する。図2は、無線通信システム100による転送の概要を示す。無線通信システム100は、図1と同様に複数の無線装置10を含む。
ここで、第18無線装置10rが起点無線装置であり、第13無線装置10mが宛先無線装置であるとする。また、起点無線装置から宛先無線装置へ向かう直線である起点−宛先線70が示される。図2の場合、起点−宛先線70に沿ってパケット信号が転送されると、起点無線装置から宛先無線装置へ最短経路でパケット信号が転送される。ここで、第16無線装置10pは、第17無線装置10qによって転送されたパケット信号を受信し、当該パケット信号を転送する。その際、転送元IDでは、第16無線装置10pのIDが示される。パケット信号はブロードキャスト送信されるので、第15無線装置10oに受信されるとともに、第11無線装置10kにも受信される。
第15無線装置10oにおいて、転送元である第16無線装置10pから第15無線装置10oへの転送方向は到来ベクトル80として示される。また、第15無線装置10oにおいて、第15無線装置10oから、宛先である第13無線装置10mへの転送方向は発信ベクトル82として示される。ここでは、到来ベクトル80と発信ベクトル82の方向は一致するので、方向の差異は小さくなる。そのため、第15無線装置10oは、受信したパケット信号を転送する。
一方、第11無線装置10kにおいて、転送元である第16無線装置10pから第11無線装置10kへの転送方向は到来ベクトル84として示される。また、第11無線装置10kにおいて、第11無線装置10kから、宛先である第13無線装置10mへの転送方向は発信ベクトル86として示される。ここでは、到来ベクトル84と発信ベクトル86の方向は大きく異なるので、方向の差異は大きくなる。そのため、第11無線装置10kは、受信したパケット信号を転送しない。このように起点−宛先線70から大きく外れた位置に存在する無線装置10はパケット信号を転送しない。
各無線装置10は、すべての無線装置10の位置情報を予め記憶しており、受信したパケット信号から送信元無線装置の位置情報、自無線装置の位置情報、宛先無線装置の位置情報を特定する。また、無線装置10は、特定した各位置情報をもとに、前述の方向の差異を導出して、パケット信号を転送するか否かを決定する。
図3は、無線装置10の構成を示す。無線装置10は、通信部20、処理部22、制御部24、記憶部26を含む。通信部20は、送信部50、受信部52を含み、処理部22は、パケット信号生成部30、パケット信号処理部32、転送処理部34を含み、制御部24は、取得部40、設定部42を含む。ここでも、(1)パケット信号の送信、(2)パケット信号の受信、(3)パケット信号の転送の順に説明する。
(1)パケット信号の送信
無線装置10が起点無線装置である場合、当該無線装置10のパケット信号生成部30は、パケット信号を生成する。図4は、無線通信システム100において使用されるパケット信号のフォーマットを示す。パケット信号には、既に説明した起点ID、宛先ID、転送元ID、TTL値、送信すべきデータが含まれる。図3に戻る。パケット信号生成部30は、パケット信号を送信部50に出力する。送信部50は、パケット信号生成部30から受けつけたパケット信号を送信する。送信部50は、フラッディング方式でパケット信号を送信する。通信部20には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。
(2)パケット信号の受信
起点無線装置以外の無線装置10における受信部52は、パケット信号を受信する。受信部52は、パケット信号を処理部22に出力する。パケット信号処理部32は、パケット信号に含まれた宛先IDを抽出する。抽出した宛先IDが自無線装置10のIDに一致する場合、パケット信号処理部32は、パケット信号に含まれたデータを処理する。処理には復号等が含まれるが、ここでは説明を省略する。パケット信号処理部32は、本無線装置10を搭載した制御機器あるいは被制御機器に処理結果を出力してもよい。
(3)パケット信号の転送
起点無線装置以外の無線装置10における受信部52は、パケット信号を受信する。受信部52は、パケット信号を処理部22に出力する。転送処理部34は、パケット信号に含まれた宛先IDを抽出する。転送処理部34は、抽出した宛先IDが自無線装置10のIDに一致しない場合、転送元IDと宛先IDを制御部24に出力する。制御部24の処理の説明に先だって、記憶部26に記憶されるデータベースを説明する。図5は、記憶部26において記憶されるデータベースのデータ構造を示す。図示のごとく、各無線装置10に対する座標が示される。ここで、座標は、図2のようにx軸とy軸によって示されるが、緯度と経度によって示されてもよい。図3に戻る。
取得部40は、転送処理部34から通知された転送元IDをもとに、記憶部26を参照することによって、転送元無線装置の座標を位置情報として取得する。また、取得部40は、転送処理部34から通知された宛先IDをもとに、記憶部26を参照することによって、宛先無線装置の位置情報も取得する。さらに、取得部40は、自無線装置10の位置情報も取得する。取得部40は、転送元無線装置の位置情報と宛先無線装置の位置情報と自無線装置10の位置情報を設定部42に出力する。
設定部42は、転送元無線装置の位置情報から自無線装置10の位置情報に向かう到来ベクトルを導出する。また、設定部42は、自無線装置10の位置情報から宛先無線装置の位置情報に向かう発信ベクトルを導出する。設定部42は、到来ベクトルで示される第1方向と、発信ベクトルで示される第2方向との方向の差異を導出する。これらの導出には、例えば、ベクトル演算が使用される。設定部42は、しきい値を予め保持しており、方向の差異としきい値とを比較する。設定部42は、方向の差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、方向の差異がしきい値以上の場合に非転送を設定する。つまり、設定部42は、第1方向と第2方向とをもとに、受信したパケット信号を転送するか否かを設定する。設定部42は、設定内容を転送処理部34に出力する。
設定部42において転送が設定された場合、転送処理部34は、パケット信号からTTL値を抽出する。転送処理部34は、TTL値が「0」である場合、転送の終了を決定する。一方、転送処理部34は、TTL値が「1」以上である場合、転送を決定する。その際、転送処理部34は、TTL値から「1」を減じたTTL値をパケット信号に含める。転送処理部34はパケット信号を送信部50に出力し、送信部50はパケット信号を送信する。一方、設定部42において非転送が設定された場合、転送処理部34は、転送の終了を決定する。
これまでの説明において、記憶部26におけるデータベースは、各無線装置10の座標を記憶する。データベースにおけるデータ構造はこれとは別の形式であってもよい。図6は、記憶部26において記憶される別のデータベースのデータ構造を示す。図示のごとく、自無線装置10から他の無線装置10への方向と距離が示される。この場合、設定部42は、転送元IDと宛先IDとをもとに、記憶部26を参照することによって、転送元IDに対応した方向と宛先IDに対応した方向とを取得する。前者が第1方向に相当し、後者が第2方向に相当する。また、設定部42は、これらの方向の差異を減算によって導出する。
これまでの説明において、設定部42におけるしきい値は固定値とされているが、しきい値は可変であってもよい。設定部42は、自無線装置10の位置と宛先無線装置との間の距離が長くなるほどしきい値を大きくし、自無線装置10の位置と宛先無線装置との間の距離が短くなるほどしきい値を小さくする。また、これらとは逆に、設定部42は、自無線装置10の位置と宛先無線装置との間の距離が長くなるほどしきい値を小さくし、自無線装置10の位置と宛先無線装置との間の距離が短くなるほどしきい値を大きくしてもよい。
本開示における装置、システム、または方法の主体は、コンピュータを備えている。このコンピュータがプログラムを実行することによって、本開示における装置、システム、または方法の主体の機能が実現される。コンピュータは、プログラムにしたがって動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路(IC)、またはLSI(Large Scale Integration)を含む1つまたは複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、1つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なROM、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。
以上の構成による無線通信システム100の動作を説明する。図7は、無線装置10による通信手順を示すフローチャートである。取得部40は転送元の位置情報を取得し(S100)、設定部42は到来ベクトルを計算する(S102)。取得部40は宛先の位置情報を取得し(S104)、設定部42は発信ベクトルを計算する(S106)。到来ベクトルと発信ベクトルとの方向の差異がしきい値より小さい場合(S108のY)、転送処理部34は転送処理を実行する(S110)。到来ベクトルと発信ベクトルとの方向の差異がしきい値より小さくない場合(S108のN)、転送処理部34は破棄処理を実行する(S112)。
図8は、無線装置10によるしきい値の設定手順を示すフローチャートである。取得部40あるいは設定部42は、宛先までの距離を取得する(S150)。距離が規定値以上であれば(S152のY)、設定部42はしきい値を第1値に設定する(S154)。距離が規定値以上でなければ(S152のN)、設定部42はしきい値を第2値に設定する(S156)。ここで、第1値は第2値よりも大きいとする。
本実施例によれば、転送元無線装置から本無線装置10へ向かう第1方向と、本無線装置10から宛先無線装置へ向かう第2方向とをもとに、受信したパケット信号を転送するか否かを設定するので、第1方向と第2方向を考慮した転送を実行できる。また、第1方向と第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、差異がしきい値以上の場合に非転送を設定するので、パケット信号の無駄な転送の発生を抑制できる。また、パケット信号の無駄な転送の発生が抑制されるので、トラヒック量の増加を抑制できる。
また、フラッディングの冗長性を損なわないように転送方向を設定するので、パケット信号を指向性を持って着実に宛先に到達させることができる。また、パケット信号を指向性を持って着実に宛先に到達させるので、通信信頼性を向上できる。また、パケット信号の転送方向を限定するので、ネットワーク内に無指向にパケット信号が伝搬することを防ぎ、ネットワーク全体のトラヒック量を低減できる。また、ネットワーク全体のトラヒック量が低減されるので、消費電力を低減できる。また、照明システムに適用すると、パケット信号が宛先に到達するまでの必要最小限の転送しか行わないので、転送の的を絞った低消費な無線通信システムが実現できる。また、本無線装置10の位置と、宛先無線装置の位置との間の距離に応じてしきい値を変化させるので、宛先無線装置との離れ方に適した転送を実行できる。
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様の無線装置10は、フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置10であって、パケット信号を受信する受信部52と、受信部52において受信したパケット信号を転送するか否かを設定する設定部42と、設定部42が転送を設定した場合に、パケット信号を送信する送信部50とを備える。設定部42は、(i)パケット信号の転送元である他の無線装置10の位置から本無線装置10の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置10の位置からパケット信号の宛先となる他の無線装置10の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信したパケット信号を転送するか否かを設定する。
設定部42は、第1方向と第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、差異がしきい値以上の場合に非転送を設定してもよい。
設定部42は、本無線装置10の位置と、パケット信号の宛先となる他の無線装置10の位置との間の距離に応じてしきい値を変化させてもよい。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 無線装置、 20 通信部、 22 処理部、 24 制御部、 26 記憶部、 30 パケット信号生成部、 32 パケット信号処理部、 34 転送処理部、 40 取得部、 42 設定部、 50 送信部、 52 受信部、 100 無線通信システム。

Claims (4)

  1. フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置であって、
    パケット信号を受信する受信部と、
    前記受信部において受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定する設定部と、
    前記設定部が転送を設定した場合に、前記パケット信号を送信する送信部とを備え、
    前記設定部は、(i)前記パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置から前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定し、
    前記設定部は、前記第1方向と前記第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、前記差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、
    前記設定部は、本無線装置の位置と、前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を大きくすることを特徴とする無線装置。
  2. フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置であって、
    パケット信号を受信する受信部と、
    前記受信部において受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定する設定部と、
    前記設定部が転送を設定した場合に、前記パケット信号を送信する送信部とを備え、
    前記設定部は、(i)前記パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置から前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定し、
    前記設定部は、前記第1方向と前記第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、前記差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、
    前記設定部は、本無線装置の位置と、前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を小さくすることを特徴とする無線装置。
  3. フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置におけるプログラムであって、
    パケット信号を受信するステップと、
    受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定するステップと、
    転送を設定した場合に、前記パケット信号を送信するステップとを備え、
    前記設定するステップは、(i)前記パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置から前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定し、
    前記設定するステップは、前記第1方向と前記第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、前記差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、
    前記設定するステップは、本無線装置の位置と、前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を大きくすることをコンピュータに実行させるためのプログラム。
  4. フラッディング方式でパケット信号を転送するメッシュネットワークに含まれる無線装置におけるプログラムであって、
    パケット信号を受信するステップと、
    受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定するステップと、
    転送を設定した場合に、前記パケット信号を送信するステップとを備え、
    前記設定するステップは、(i)前記パケット信号の転送元である他の無線装置の位置から本無線装置の位置へ向かう第1方向と、(ii)本無線装置の位置から前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置へ向かう第2方向とをもとに、受信した前記パケット信号を転送するか否かを設定し、
    前記設定するステップは、前記第1方向と前記第2方向との差異がしきい値より小さい場合に転送を設定し、前記差異がしきい値以上の場合に非転送を設定し、
    前記設定するステップは、本無線装置の位置と、前記パケット信号の宛先となる他の無線装置の位置との間の距離が長くなるほどしきい値を小さくすることをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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