JP6979753B2

JP6979753B2 - 無線通信装置及び無線通信プログラム

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Publication number: JP6979753B2
Application number: JP2015216341A
Authority: JP
Inventors: 聡武藤
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: JP2017092549A

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信プログラムに関し、例えば、無線マルチホップネットワークに適用し得るものである。

従来、９２０ＭＨｚ帯や２．４ＧＨｚ帯のＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等による無線マルチホップネットワークでは、末端にある無線通信装置（以下、「無線端末」と呼ぶ）が移動した場合、携帯電話やＰＨＳ、無線ＬＡＮ等のように、接続先をハンドオーバすることで無線端末からの接続先となる親局を変更する仕組みが存在しなかった。そのため、移動した無線端末は、無線マルチホップネットワークでは、無線通信を継続することができなかった。

また、無線端末が移動した場合、無線端末は、必ず一度ネットワークから切り離された後に再接続する手順が必要となるため、無線通信ができなくなる、若しくは一時的に切断されることとなっていた。

さらに、従来、ハンドオーバの制御は中継局、若しくは基地局にて実施されており、末端にある無線端末が個々に切り替えを行うということができなかった（特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／１３４１８６号

従来の無線マルチホップネットワークでは、以下の３つの課題が存在することになる。

第１に、親機及び中継機（子機から見ると上位の親局）、子機（子局）のいずれもが、固定された設置場所において互いの通信を行うことが前提条件となっている。

第２に、一時的な電波の揺らぎによって親局、若しくは子局と通信ができなくなる状況は想定されているが、大きく設置場所が変更されることによって、継続的に対象となる親局、若しくは子局との間での通信ができなくなることが想定されていない。

第３に、通信先とする親局、若しくは子局が頻繁に変更されることがないことを前提としており、通信対象が移動した場合に親局、若しくは子局を切り替える仕組みが存在しない。

そのため、無線通信装置が移動した場合でも、シームレスに親局を切り替えて効率的に無線通信を継続できる無線通信装置及び無線通信プログラムが望まれている。

第１の本発明は、マルチホップ無線通信ネットワークを形成し、移動可能な無線通信装置であって、（１）当該無線通信装置と通信可能な固定局を、所定信号を送信し、当該所定信号に対する応答信号を受信することにより探索する探索手段と、（２）前記探索手段により探索された通信可能な固定局を登録する登録手段と、（３）前記登録手段により登録された固定局毎に、マルチホップ無線通信ネットワークを形成する複数の固定局の中のいずれかの固定局との間で通信を行う際の通信経路の通信コストを算出する通信コスト算出手段と、（４）固定局から受信した無線信号の電波強度を計測する電波強度計測手段と、（５）前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を使用通信経路として決定する通信経路決定手段とを有し、（６）前記通信経路決定手段は、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が閾値未満の場合には、前記使用通信経路の変更を行わず、一方、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が、閾値以上の場合には、新たな前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を前記使用通信経路として決定することを特徴とする。

第２の本発明の無線通信プログラムは、マルチホップ無線通信ネットワークを形成し、移動可能な無線通信装置に搭載されるコンピュータを、（１）当該無線通信装置と通信可能な固定局を、所定信号を送信し、当該所定信号に対する応答信号を受信することにより探索する探索手段と、（２）前記探索手段により探索された通信可能な固定局を登録する登録手段と、（３）前記登録手段により登録された固定局毎に、マルチホップ無線通信ネットワークを形成する複数の固定局の中のいずれかの固定局との間で通信を行う際の通信経路の通信コストを算出する通信コスト算出手段と、（４）固定局から受信した無線信号の電波強度を計測する電波強度計測手段と、（５）前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を使用通信経路として決定する通信経路決定手段として機能させ、（６）前記通信経路決定手段は、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が閾値未満の場合には、前記使用通信経路の変更を行わず、一方、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が、閾値以上の場合には、新たな前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を前記使用通信経路として決定することを特徴とする。

本発明によれば、無線通信装置が移動した場合でも、シームレスに親局を切り替えて効率的に無線通信を継続できる。

実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。実施形態に係るＮＷ接続済み無線機リスト、及び周辺無線機リストのデータ構造を示す説明図である。実施形態に係る通信先経路情報、接続先親局情報、及び局番リストのデータ構造を示す説明図である。実施形態に係る無線通信システムの動作（無線ネットワーク接続時の動作）を示すシーケンス図である。実施形態に係る無線通信システムの動作（移動ユニットをトリガとする親局切り替え動作）を示すシーケンス図である。実施形態に係る無線通信システムの動作（中継ユニットからの定期的な情報更新要求をトリガとする親局切り替え動作）を示すシーケンス図である。実施形態に係る無線通信システムにおける移動計測装置からデータ収集装置に向けてデータを送信する場合の動作を示すシーケンス図である。実施形態に係る無線通信システムにおけるデータ収集装置から移動計測装置に向けてデータを送信する場合の動作を示すシーケンス図である。実施形態に係るシリアルデータの構造（データの終わりを示すＥＴＸが存在する場合と、しない場合との２種類の構造）を示す説明図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による無線通信装置及び無線通信プログラムの実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、この実施形態に係る無線通信システム１の全体構成を示すブロック図である。

図１において、無線通信システム１は、移動ユニット２００に係るデータを計測する移動計測装置２１０と、計測データを収集するデータ収集装置１２０と、そのデータ収集装置１２０と移動計測装置２１０との間で行われるデータの送受信を中継する親ユニット１００、中継ユニット１１０（１１０−１〜１１０−ｎ）、及び移動ユニット２００（２００−１〜２００−ｎ）とを備える。なお、親ユニット１００及び中継ユニット１１０は、固定された場所に設定された無線通信装置であり、移動ユニット２００は、移動体（例えば、自動車等）に搭載された無線通信装置である。

データ収集装置１２０と親ユニット１００との間は、シリアルネットワーク４００で通信可能に接続され、移動ユニット２００と移動計測装置２１０との間は、シリアルネットワーク４０１で通信可能に接続され、親ユニット１００、中継ユニット１１０及び移動ユニット２００との間は、無線ＩＰネットワーク３００で通信可能に接続されている。データ収集装置１２０と親ユニット１００は１対１の関係で配置され、親ユニット１００と中継ユニット１１０は１対ｎの関係で配置されることにより無線ＩＰネットワーク３００が構成される。移動ユニット２００は、無線ＩＰネットワーク３００に接続することにより、マルチホップな通信により、移動計測装置２１０から得たデータを親ユニット１００宛に送信する。なお、親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０と移動ユニット２００との関係は１対ｎである。また、この実施形態では、移動ユニット２００から見れば、親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０が接続先の親局（固定局）となる。一方、親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０から見れば、移動ユニット２００が子局となる。

無線ＩＰネットワーク３００は、種々様々な通信プロトコルを適用することができるが、例えば、ＺｉｇＢｅｅＩＰプロトコルを適用することができる。

シリアルネットワーク４００及び４０１は、種々様々なシリアル通信方式を適用することができるが、例えば、ＲＳ４２２やＲＳ４８５等のシリアル通信の規格を用いた通信方式を適用することができる。

次に、無線通信システム１の各構成（親ユニット１００、中継ユニット１１０、移動ユニット２００）を詳細に説明する。

親ユニット１００は、シリアル通信部１０１、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２、通信先経路情報１０３、周辺無線機リスト１０４、局番リスト１０５、及び無線ＩＰ通信部１０６を有する。

シリアル通信部１０１は、シリアルネットワーク４００と接続されるインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を制御して、データの送受信を行う。このシリアル通信部１０１は、データ収集装置１２０へはシリアルネットワーク４００の通信プロトコルに準じたデータ（シリアルデータ）に変換して送信する。

無線ＩＰ通信部１０６は、無線ＩＰネットワーク３００と接続されるインターフェース（無線通信Ｉ／Ｆ）を制御して、データの送受信を行う。この無線ＩＰ通信部１０６は、中継ユニット１１０、又は移動ユニット２００へは無線ＩＰネットワーク３００の通信プロトコルに準じたデータ（無線ＩＰパケット）に変換して送信する。

ＮＷ接続済み無線機リスト１０２は、無線ＩＰネットワーク３００に接続されている中継ユニット１１０および移動ユニット２００を管理するものである。なお、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２の詳細は後述する。

通信先経路情報１０３は、接続済みの中継ユニット１１０及び移動ユニット２００への通信経路情報が記録されるものである。なお、通信先経路情報１０３の詳細は後述する。

周辺無線機リスト１０４は、自身の電波が届く範囲に存在する中継ユニット１１０および移動ユニット２００を管理するリストである。なお、周辺無線機リスト１０４の詳細は後述する。

局番リスト１０５は、各移動ユニット２００に接続された移動計測装置２１０が持つ局番情報と、移動ユニット２００のアドレス情報とを対応付けるリストである。なお、局番リスト１０５の詳細は後述する。

中継ユニット１１０は、電波強度計測部１１１、周辺無線機リスト１１２、接続先親局情報１１３、及び無線ＩＰ通信部１１４を有する。

電波強度計測部１１１は、自身の電波が届く範囲にある親ユニット１００、他の中継ユニット１１０、及び移動ユニット２００との間の電波強度を計測するものである。

周辺無線機リスト１１２は、自身の電波が届く範囲に存在する親ユニット１００、中継ユニット１１０、及び移動ユニット２００を管理するリストである。

接続先親局情報１１３は、自身から親ユニット１００の方向にデータを送信する際にデータの送信先を示す情報である。なお、接続先親局情報１１３の詳細は後述する。

無線ＩＰ通信部１１４は、無線ＩＰネットワーク３００と接続されるインターフェース（無線通信Ｉ／Ｆ）を制御して、データの送受信を行う。この無線ＩＰ通信部１１４は、親ユニット１００、他の中継ユニット１１０、又は移動ユニット２００へは無線ＩＰネットワーク３００の通信プロトコルに準じたデータ（無線ＩＰパケット）に変換して送信する。

移動ユニット２００は、シリアル通信部２０１、電波強度計測部２０２、周辺無線機リスト２０３、接続先親局情報２０４、及び無線ＩＰ通信部２０５を有する。

シリアル通信部２０１は、シリアルネットワーク４０１と接続されるインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）を制御して、データの送受信を行う。このシリアル通信部２０１は、移動計測装置２１０へはシリアルネットワーク４００の通信プロトコルに準じたデータ（シリアルデータ）に変換して送信する。

電波強度計測部２０２は、自身の電波が届く範囲にある親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０との間の電波強度を計測するものである。

周辺無線機リスト２０３は、自身の電波が届く範囲に存在する親ユニット１００及び中継ユニット１１０を管理するリストである。なお、周辺無線機リスト２０３の詳細は後述する。

接続先親局情報２０４は、自身から親ユニット１００の方向にデータを送信する際にデータの送信先（親局）を示す情報である。なお、接続先親局情報２０４の詳細は後述する。

無線ＩＰ通信部２０５は、無線ＩＰネットワーク３００と接続されるインターフェース（無線通信Ｉ／Ｆ）を制御して、データの送受信を行う。この無線ＩＰ通信部２０５は、親ユニット１００及び中継ユニット１１０へは無線ＩＰネットワーク３００の通信プロトコルに準じたデータ（無線ＩＰパケット）に変換して送信する。なお、この実施形態では、無線ＩＰ通信部２０５は、他の移動ユニット２００との間の通信を行わず、周辺無線機リスト２０３にも他の移動ユニット２００に係る情報を登録しない。

データ収集装置１２０は、シリアル通信部１２１及びデータ蓄積部１２２を有する。

シリアル通信部１２１は、親ユニットとの間でシリアルネットワーク４００を通じてシリアルデータの送受信を行う。

データ蓄積部１２２は、シリアル通信部１２１に対して、所定のシリアルデータ・コマンドの送信指示を行うものである。また、データ蓄積部１２２は、移動計測装置２１０から受信したシリアルデータを保持する。

移動計測装置２１０は、シリアル通信部２１１及びデータ計測部２１２を有する。

シリアル通信部２１１は、移動ユニット２００との間でシリアルネットワーク４０１を通じてシリアルデータの送受信を行うものである。また、データ収集装置１２０から親ユニット１００を経由して送信されてきたシリアルデータ・コマンドは、データ計測部２１２に渡され、データ計測部２１２では受信したシリアルデータ・コマンドに基づいてデータの計測等を実施する。

次に、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２、並びに周辺無線機リスト１０４、周辺無線機リスト１１２、及び周辺無線機リスト２０３について図２を挙げて説明する。

まず、親ユニット１００が保持するＮＷ接続済み無線機リスト１０２について説明する。

図２（Ａ）は、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２のデータ構造（一例）を示している。ＮＷ接続済み無線機リスト１０２の「接続済みショートアドレス」の項目は、親ユニット１００が管理（認識）する無線ＩＰネットワーク３００内における各無線機（中継ユニット１１０及び移動ユニット２００）の識別子であるショートアドレス（ＩＰｖ６アドレスの下位１６ビット分のアドレス）を示している。また、「接続情報更新時刻」の項目は、親ユニット１００が各無線機の接続情報を新規に登録、又は更新した時刻情報を示している。親ユニット１００は、各無線機について、接続情報更新時刻が一定時間更新されない場合、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２から該当するデータ（ショートアドレス）を削除する。そして、親ユニット１００は、再度情報が登録されるまで、削除されたデータに対応する無線機との通信を不可とする。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＮＷ接続済み無線機リスト１０２の接続情報をツリー構造で示している。図２（Ｂ）では、親ユニット１００を頂点として、２台の中継ユニット１１０が接続され、さらに、ショートアドレス「０００１」に係る中継ユニット１１０には、「０００３」〜「０００５」の３台の移動ユニット２００が接続され、また、「０００２」に係る中継ユニット１１０には、「０００６」の１台の移動ユニット２００が接続される例が示されている。

次に、親ユニット１００及び中継ユニット１１０が保持する周辺無線機リスト１０４及び１１２について説明する。周辺無線機リスト１０４及び１１２では、自身（親ユニット１００、又は中継ユニット１１０）から電波の届く範囲にある無線機（親ユニット１００、中継ユニット１１０、及び移動ユニット２００）のショートアドレスを保持する。例えば、図２（Ｃ）では、ショートアドレス「０００１」に係る中継ユニット１１０の周辺に存在する（電波の届く範囲にある）ショートアドレス「００００」に係る親ユニット１００、及びショートアドレス「０００３」〜「０００５」に係る移動ユニット２００を示している。

次に、移動ユニット２００が保持する周辺無線機リスト２０３について説明する。周辺無線機リスト２０３では、自身から電波の届く範囲にある無線機（親ユニット１００、中継ユニット１１０）のショートアドレスを保持する。また、周辺無線機リスト２０３では、他の移動ユニット２００のショートアドレスは保持しないものとする。これは、他の移動ユニット２００が周辺無線機リスト２０３に登録されると、移動した先で他の移動ユニット２００経由で通信しようとした際に、他の移動ユニット２００が障害物の影に隠れる等の状況変化により当該の移動ユニット２００と通信できない状態になることを避けるためである。図２（Ｄ）の周辺無線機リスト２０３では、ショートアドレス「０００３」に係る移動ユニット２００周辺に存在する（電波の届く範囲にある）ショートアドレス「０００１」に係る中継ユニット１１０を示している。

次に、通信先経路情報１０３、接続先親局情報１１３及び２０４、並びに、局番リスト１０５について図３を挙げて説明する。

図３（Ａ）は、親ユニット１００が用いる通信先経路情報１０３のデータ構造（一例）を示している。図３（Ａ）の通信先経路情報１０３の「通信先ショートアドレス」の項目は、通信先のショートアドレスを示す項目である。そして、「通信経路」の項目は、通信先に至るまでの情報を示す項目である。例えば、「通信先ショートアドレス」の項目が、「０００１」のデータは、「通信経路」の項目に、直接通信できることを示す通信先のショートアドレス「０００１」が記載されている。また、「通信先ショートアドレス」の項目が、「０００３」のデータは、「０００１」のショートアドレスの無線機（中継ユニット１１０）を介して、ショートアドレス「０００３」に係る無線機（移動ユニット２００）に至る経路が「⇒」で示されている。親ユニット１００は、無線ＩＰネットワーク３００に接続された中継ユニット１１０、若しくは移動ユニット２００に対して通信する場合、通信先経路情報１０３に記載された通信経路に基づいてデータの送信を行うことになる。

図３（Ｂ）は、移動ユニット２００が用いる接続先親局情報２０４のデータ構造（一例）を示している。図３（Ｂ）の接続先親局情報２０４の「優先度」の項目は、親ユニット１００方向に向けてデータを送信する場合の送信先（親局）の優先度を示している。また、「接続先親局」の項目は、無線ＩＰネットワーク３００上の親ユニット１００に向けてデータを送信する場合の送信先である親ユニット１００そのもの、又は親ユニット１００に至るまでの中継ユニット１１０のショートアドレスが記載される。優先度は、移動ユニット２００が移動することにより状況に応じて変更されることになる。例えば、優先度は、通信コスト（例えば、電波強度計測部２０２により計測された電波強度等を基に算出）に基づき変更され、優先度の変更により、データを送信する場合の接続する親局（親ユニット１００、中継ユニット１１０）が変更されることになる。

移動ユニット２００は、親ユニット１００方向にデータを送信する場合、宛先を親ユニット１００に設定した上で、接続先親局情報２０４に記載された最も優先度の高い無線機に対してデータを送信する。例えば、図３（Ｂ）の例では、移動ユニット２００は、親ユニット１００方向にデータを送信する場合、最も優先度の高い（電波の届く範囲にある）「０００１」のショートアドレスに係る中継ユニット１１０にデータを送信することになる。なお、中継ユニット１１０の接続先親局情報１１３は、上記の接続先親局情報２０４と同様の構成を有し、また使用方法も同一のため、その説明を省略する。

図３（Ｃ）は、親ユニット１００が用いる局番リスト１０５を示している。図３（Ｃ）の局番リスト１０５の「局番」の項目は、移動計測装置２１０を一意に識別する識別子である局番を示す項目である。そして、「宛先の移動ユニットアドレス」の項目は、移動計測装置２１０が接続する移動ユニット２００のショートアドレスの項目を示している。例えば、親ユニット１００は、この局番リスト１０５により、局番「０１」の移動計測装置２１０がショートアドレス「０００３」の移動ユニット２００に接続していることを把握できる。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態の無線通信システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、無線通信システム１では、予め親ユニット１００と、中継ユニット１１０との間で無線ＩＰネットワーク３００が確立されているものとする。

図４は、実施形態に係る無線通信システム１の動作（無線ネットワーク接続時の動作）を示すシーケンス図である。

まず、移動ユニット２００は、自身の周辺に存在する親ユニット１００や中継ユニット１１０を探索する要求を、無線ＩＰ通信部２０５を介して送信する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。

次に、要求を受信した親ユニット１００及び中継ユニット１１０は、自身のアドレス情報（例えば、ショートアドレス）を載せて応答を送信する（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。なお、要求元の移動ユニット２００から電波が届く範囲にある他の移動ユニット２００は、親ユニット１００及び中継ユニット１１０と同様に探索要求を受信するが、この要求に対する応答は返信しない。

応答を受信した移動ユニット２００は、周辺無線機リスト２０３に応答を返送した親ユニット１００や中継ユニット１１０のアドレス情報を追加する（Ｓ１０５）。ここで、もし応答を返してきた親ユニット１００や中継ユニット１１０の数が多く、移動ユニット２００の周辺無線機リスト２０３に情報を記載しきれない場合、移動ユニット２００は、過去に記録されている周辺無線機リスト２０３に登録された情報と、現在受信している情報を比較し、より通信コストの低い親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０を当該リスト上に記録・入れ替えする処理を行う。

上述のステップＳ１０５と同様に、親ユニット１００及び中継ユニット１１０では、移動ユニット２００のアドレス情報を、周辺無線機リスト１０４及び周辺無線機リスト１１２に、それぞれ追加する（Ｓ１０６、Ｓ１０７）。ここで、周辺無線機リスト１０４、１１２に登録された移動ユニット２００の数が登録の上限数を超えた場合、親ユニット１００及び中継ユニット１１０は、通信コストが低い順に周辺無線機リストの記録・入れ替えする処理を行う。

また、移動ユニット２００は、親ユニット１００及び中継ユニット１１０からの応答を電波強度計測部２０２に送信する（Ｓ１０８、Ｓ１０９）。そして、電波強度計測部２０２は、無線ＩＰ通信部２０５に対して、各応答に対する計測結果を返信する（Ｓ１１０、Ｓ１１１）。

移動ユニット２００は、電波強度計測部２０２から返信された親ユニット１００及び中継ユニット１１０からの電波強度を確認し、最も通信コストの低い通信先を親局として選択する（Ｓ１１２）。そして、移動ユニット２００は、接続先親局情報２０４に通信コストが低い順に優先度を設定し、情報を記載する。これらの処理により、移動ユニット２００の通信経路が决定される。

移動ユニット２００は、無線ＩＰ通信部２０５を介して、決定された通信経路情報を親ユニット１００宛に送信する（Ｓ１１３）。

親ユニット１００は、通信経路上にある中継ユニット１１０を介して無線ＩＰ通信部２０５に送信された通信経路情報を受信する（Ｓ１１４）。

親ユニット１００は、通信先経路情報１０３に受信した通信経路情報を記録し、同時に、ＮＷ接続済み無線機リスト１０２に移動ユニット２００のアドレス情報の追加と、接続情報更新時刻の設定を行う（Ｓ１１５）。

以上の処理により、移動ユニット２００は、無線ＩＰネットワーク３００に接続することが可能となる。

図５及び図６は、実施形態に係る無線通信システム１の動作（移動ユニット２００が無線ＩＰネットワーク３００の範囲内を移動し、他の無線機（親ユニット１００・中継ユニット１１０）に接続先を切り替える動作）を示すシーケンス図である。これらの動作は、一定時間ごとに定期的に実施することで、移動ユニット２００は、移動した先でも安定した通信を可能とする。

図５は、実施形態に係る無線通信システムの動作（移動ユニットをトリガとする親局切り替え動作）を示すシーケンス図である。図５の無線通信システム１の動作は、基本的に図４の動作と同様であるが、以下、異なる点を中心に説明する。

まず、移動ユニット２００は、先述のステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様に自身の周辺に存在する親ユニット１００や中継ユニット１１０を探索する要求を行う（Ｓ２０１）。

次に、要求を受信した中継ユニット１１０は、自身のアドレス情報（ショートアドレス）を載せて応答を送信する（Ｓ２０２）。なお、図５では、図４と異なり、親ユニット１００から探索要求に対する応答が無かった場合を例として説明するが、応答があった場合も、中継ユニット１１０と同様の動作を行うだけである。

応答を受信した移動ユニット２００は、周辺無線機リスト２０３に応答を返送した新規親局候補（中継ユニット１１０）のアドレス情報を追加する（Ｓ２０３）。また、移動ユニット２００は、周辺無線機リスト２０３に存在する親局から返答が無かった場合には、当該親局を削除する。

中継ユニット１１０は、移動ユニット２００のアドレス情報を周辺無線機リスト１１２に新規追加する（Ｓ２０４）。なお、ステップＳ２０３、ステップＳ２０４の処理で、周辺無線機リスト２０３、周辺無線機リスト１１２の上限に達した場合には、各無線機は、先述のステップＳ１０５〜Ｓ１０７と同様の処理（リストの入替処理）を行う。

移動ユニット２００は、先述のステップＳ１０８〜Ｓ１１１と同様に親局候補（中継ユニット１１０）からの応答時の電波強度を計測する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。

移動ユニット２００は、接続先親局情報２０４に記載された各親局の応答時の電波強度（以前の親局の電波強度）と、今回の親局候補の応答時の電波強度（今回の親局の電波強度）を比較し、その結果に応じて接続先親局情報２０４の変更（接続先親局の変更）を行う（Ｓ２０７）。例えば、移動ユニット２００は、以前の親局の電波強度と今回の親局の電波強度との差が閾値以上の場合には、接続先親局情報２０４の変更を行う。具体的に、移動ユニット２００は、電波強度、ホップ数等の情報を基に通信コストを算出し、通信コストの低い順に接続先親局情報２０４の優先度を再設定する（例えば、親ユニット１００までの通信経路のホップ数が少なく、且つ電波強度の大きい候補が優先度の高い親局となる）。このように、電波強度の差が閾値以上の場合のみに、接続先親局情報２０４の変更を行うことで、頻繁に親局の変更が行われることによる通信先経路の変更に伴う親ユニット１００のハードウェアリソースの圧迫や通信トラフィック量の増加といった問題の抑止や、親ユニット１００や中継ユニット１１０が受け持つエリアを調整することが可能となる。

その後の無線通信システム１の動作（Ｓ２０８〜Ｓ２１０）は、先述のステップＳ１１３〜１１５と同様であるので、その説明を省略する。なお、移動ユニット２００は、親ユニット１００までの通信経路自体に変更が生じない場合には、通信経路を更新した旨のみを親ユニット１００に通知する。

以上の処理により、移動ユニット２００は、自発的に接続先（親局）の変更が可能となる。なお、当該一連の処理を実施する頻度は、移動計測装置２１０の移動速度に応じて調整することで、ネットワークの帯域負荷と切り替え頻度の調整を行うことができる。

図６は、実施形態に係る無線通信システム１の動作（中継ユニット１１０からの定期的な情報更新要求をトリガとする親局切り替え動作）を示すシーケンス図である。この要求は、移動ユニット２００が親ユニット１００や中継ユニット１１０からの電波到達圏外に移動した場合に、親ユニット１００や中継ユニット１１０の周辺無線機リスト１０４、１１２から当該移動ユニット２００を削除する、又は新たに移動してきた移動ユニット２００を追加するために行うものである。なお、図６では中継ユニット１１０を起点としたシーケンスで動作を記載しているが、親ユニット１００が起点となった場合でも動作内容は同様である。

まず、中継ユニット１１０は、自身の電波が届く範囲にある親ユニット１００、及び移動ユニット２００に対して、無線ＩＰ通信部１１４を介して探索要求を送信する（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。

次に、要求を受信した親ユニット１００及び移動ユニット２００は、自身のアドレス情報（例えば、ショートアドレス）を載せて応答を送信する（Ｓ３０３、Ｓ３０４）。

ここで、中継ユニット１１０は、一定回数この探索要求を繰り返しても応答が得られない無線機（親ユニット１００、及び移動ユニット２００）について、電波の到達圏外に移動したものと判断して、周辺無線機リスト１１２から削除する（Ｓ３０５）。一方、中継ユニット１１０は、新たに応答が得られた無線機について、新たに電波到達圏内に移動してきたものと判断して、周辺無線機リスト１１２に追加する。

親ユニット１００では、応答が得られた無線機について、周辺無線機リスト１０４の更新を行う（Ｓ３０６）。

移動ユニット２００では、探索要求を無線ＩＰ通信部２０５で受信した際に、現在の周辺無線機リスト２０３に要求送信元の中継ユニット１１０のアドレス情報が記載されていない場合、周辺無線機リスト２０３に中継ユニット１１０のアドレス情報を追加する（Ｓ３０７）。なお、ステップＳ３０５〜Ｓ３０７の処理で、周辺無線機リスト２０３、周辺無線機リスト１１２、及び周辺無線機リスト１０４の上限に達した場合には、各無線機は、先述のステップＳ１０５〜Ｓ１０７と同様の処理（リストの入替処理）を行う。

移動ユニット２００は、先述のステップＳ１０８〜Ｓ１１１と同様に親局候補（中継ユニット１１０）からの探索要求受信時の電波強度を計測する（Ｓ３０８、Ｓ３０９）。

そして、移動ユニット２００は、先述のステップＳ２０７と同様に接続先親局情報２０４の変更を行う（Ｓ３１０）。

その後の無線通信システム１の動作（Ｓ３１１〜Ｓ３１３）は、先述のステップＳ１１３〜１１５と同様であるので、その説明を省略する。なお、移動ユニット２００は、親ユニット１００までの通信経路自体に変更が生じない場合には、通信経路を更新した旨のみを親ユニット１００に通知する。

以上の処理により、中継ユニット１１０を起点として、移動ユニット２００は、自発的に接続先の親局の変更が可能となる。

図７は、実施形態に係る無線通信システム１における移動計測装置２１０からデータ収集装置１２０に向けてデータを送信する場合の動作を示すシーケンス図である。

まず、移動計測装置２１０は、データ計測部２１２を介して自身に接続されたセンサデータや経路上に敷設されたマーカ情報等を読み込む（Ｓ４０１）。

次に、移動計測装置２１０は、シリアル通信部２１１を介して移動ユニット２００に向けて先述の読み込んだデータを送信する（Ｓ４０２）。

移動ユニット２００は、シリアル通信部２０１を介して移動計測装置２１０から送信されたデータを受信する（Ｓ４０３）。そして、移動ユニット２００は、データ受信が完了したときに無線ＩＰ通信部２０５に、当該データを受け渡す。

無線ＩＰ通信部２０５では、接続先親局情報２０４に記載された最も優先度の高い親局の情報（中継ユニット１１０）を取得して、最終宛先を親ユニット１００としたＩＰパケットデータを取得した親局（中継ユニット１１０）に送信する（Ｓ４０４、Ｓ４０５）。

中継ユニット１１０は、移動ユニット２００から親ユニット１００に直接データが送信されなかった場合、移動ユニット２００の無線ＩＰ通信部２０５から送信されたデータに対して無線ＩＰ通信部１１４を介してデータを受信する。そして、中継ユニット１１０は、移動ユニット２００と同様に、中継ユニット１１０が持つ接続先親局情報１１３の最も優先度が高い親局に向けてデータを送信する（Ｓ４０６、Ｓ４０７）。

先述の処理（ステップＳ４０６、４０７）を繰り返すことにより（言い換えれば、複数の中継ユニット１１０を介することにより）、親ユニット１００は、無線ＩＰ通信部１０６を介して移動ユニット２００から送信されたＩＰパケットデータを受信することになる。

次に、親ユニット１００の無線ＩＰ通信部１０６では、ＩＰパケットとして受信したデータをシリアルデータに変換するため、シリアル通信部１０１に受信したデータを受け渡す（Ｓ４０８）。

次に、親ユニット１００のシリアル通信部１０１では、ＩＰパケットデータをシリアルデータに変換し、親ユニット１００に有線接続されたデータ収集装置１２０に向けてシリアルデータを出力する（Ｓ４０９）。

データ収集装置１２０ではシリアル通信部１２１を介して親ユニット１００から送信されたデータを受信し、当該データをデータ蓄積部１２２に格納する（Ｓ４１０）。

以上により、移動計測装置２１０からデータ収集装置１２０に向けてのデータ送信処理が終了する。

図８は、実施形態に係る無線通信システム１におけるデータ収集装置１２０から移動計測装置２１０に向けてデータを送信する場合の動作を示すシーケンス図である。

まず、データ収集装置１２０は、データ蓄積部１２２から移動計測装置２１０に向けてデータ収集や制御のコマンド、若しくは応答データ等を入力すると、シリアル通信部１２１を介して、有線接続された親ユニット１００のシリアル通信部１０１に対して入力されたデータを送信する（Ｓ５０１、Ｓ５０２）。

データ収集装置１２０からのデータを受信した親ユニット１００は、シリアル通信部１０１から無線ＩＰ通信部１０６に対してデータを送り、ＩＰパケットによるデータ送信を指示する（Ｓ５０３）。

親ユニット１００の無線ＩＰ通信部１０６は、宛先とする移動ユニット２００を選定するため、受信したシリアルデータの内容を解析し、局番情報を取り出す（Ｓ５０４）。図９は、シリアルデータの構造（データの終わりを示すＥＴＸが存在する場合と、しない場合との２種類の構造）を示す説明図である。例えば、無線ＩＰ通信部１０６は、図９（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、シリアルデータの始まりを示すＳＴＸから、データ本体（コマンド・データ）までの間のビットデータ（局番を示すデータ）を、局番情報として抽出する。

そして、親ユニット１００の無線ＩＰ通信部１０６は、抽出した局番情報を基に、局番リスト１０５を参照し、宛先とする移動ユニット２００を選定（局番からアドレスに変換）する（Ｓ５０５）。

さらに、親ユニット１００は、通信先経路情報１０３から宛先の移動ユニット２００への通信経路を取得する（Ｓ５０６）。

そして、親ユニット１００は、取得した通信経路を設定した上で、最終の宛先を移動ユニット２００としたＩＰパケットデータを送信する（Ｓ５０７）。

中継ユニット１１０は、親ユニット１００から移動ユニット２００に直接データが送信されなかった場合に、親ユニット１００の無線ＩＰ通信部１０６から送信されたデータを受信し、受信したデータで指定されている次の宛先に対して、無線ＩＰ通信部１１４を通じて受信したデータを送信する（Ｓ５０８）。なお、ステップＳ５０８の処理は、中継する中継ユニット１１０の数に応じて繰り返される。

そして、移動ユニット２００は、無線ＩＰ通信部２０５を介して、親ユニット１００から送信されたＩＰパケットデータを受信し、当該受信データをシリアルデータに変換するために、シリアル通信部２０１に当該受信データを受け渡す（Ｓ５０９）。

次に、移動ユニット２００のシリアル通信部２０１は、上記受信データをシリアルデータに変換し、移動ユニット２００に有線接続された移動計測装置２１０に向けて変換したシリアルデータを出力する（Ｓ５１０）。

移動計測装置２１０は、シリアル通信部２１１を介して移動ユニット２００から受信したシリアルデータをデータ計測部２１２に受け渡し、データ計測部２１２にて当該データ中に存在するコマンド処理を実行する（Ｓ５１１）。

以上により、データ収集装置１２０から移動計測装置２１０に向けてのデータ送信処理が終了する。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

移動ユニット２００は、電波が到達する親局（親ユニット１００、中継ユニット１１０）を優先度に応じて管理する接続先親局情報２０４を保持する。そして、移動ユニット２００は、無線ＩＰネットワーク３００内を移動したとしても、最新の接続先親局情報２０４に基づいて決定した親局にシームレスに切り替えることにより、無線ＩＰネットワーク３００内で継続して通信を行うことが可能となる。

さらに、移動ユニット２００は、親局の切り替えの際に通信経路の修正を行い、その修正した通信経路を、親ユニット１００及び中継ユニット１１０に通知する。これにより、通知を受けた親ユニット１００及び中継ユニット１１０は、親局切り替えの際の接続可否を判断する必要が無く、また、無線ＩＰネットワーク３００上に確認のための通信や処理負荷を掛ける必要が無い。よって、移動ユニット２００は、常に自身から見て接続状態の良い親局（親ユニット１００、中継ユニット１１０）に接続先を切り替えることができる。

また、親ユニット１００、及び中継ユニット１１０が受け持つエリアは、移動ユニット２００が受信した電波強度差に基づいて决定される。そのため、移動ユニット２００の親局切り替えの際に当該電波強度差と比較する閾値を調整することで、親ユニット１００、及び中継ユニット１１０が受け持つエリアの拡大・縮小といった調整が可能となる。さらに、移動ユニット２００は、電波強度に基づいて親局の優先度を入れ替えることにより、都度無線ＩＰネットワーク３００に接続し直すといった手間をかけることが無く、親局を切り替えることが可能となる。

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｂ−１）上記実施形態の無線通信システム１では、移動ユニット２００は、親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０との間の電波強度の差を利用して親局の切り替えを実施していた。変形例として、移動ユニット２００は、接続先の切り替え条件として、一定時間内で計測し続ける移動ユニット２００と、親ユニット１００、若しくは中継ユニット１１０との間の通信エラーレートも考慮して親局の切り替えを実施しても良い。

（Ｂ−２）上記実施形態の無線通信システム１（無線ＩＰネットワーク３００）では、ＩＰｖ６の体系を使用することを前提として、構成及び各種リストを記載しているが、これに替えて、ＩＰｖ４の体系を適用することもできる。例えば、無線通信システム１が、ＩＰｖ４の体系を使用する場合には、ＩＰｖ６におけるショートアドレスを利用している部分を、ＩＰｖ４におけるホスト部に変更する等の対応を行う。

（Ｂ−３）上記実施形態の無線通信システム１（無線ＩＰネットワーク３００）では、通信量を削減し、輻輳を抑制するためにＵＤＰプロトコルを使用して通信することを前提としているが、これに替えてＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用して通信を行っても良い。

１…無線通信システム、１００…親ユニット、１０１…シリアル通信部、１０２…無線機リスト、１０３…通信先経路情報、１０４…周辺無線機リスト、１０５…局番リスト、１０６…無線ＩＰ通信部、１１０（１１０−１〜１１０−ｎ）…中継ユニット、１１１…電波強度計測部、１１２…周辺無線機リスト、１１３…接続先親局情報、１１４…無線ＩＰ通信部、１２０…データ収集装置、１２１…シリアル通信部、１２２…データ蓄積部、２００…移動ユニット、２０１…シリアル通信部、２０２…電波強度計測部、２０３…周辺無線機リスト、２０４…接続先親局情報、２０５…無線ＩＰ通信部、２１０…移動計測装置、２１１…シリアル通信部、２１２…データ計測部、３００…無線ＩＰネットワーク、４００、４０１…シリアルネットワーク。

Claims

マルチホップ無線通信ネットワークを形成し、移動可能な無線通信装置であって、
当該無線通信装置と通信可能な固定局を、所定信号を送信し、当該所定信号に対する応答信号を受信することにより探索する探索手段と、
前記探索手段により探索された通信可能な固定局を登録する登録手段と、
前記登録手段により登録された固定局毎に、マルチホップ無線通信ネットワークを形成する複数の固定局の中のいずれかの固定局との間で通信を行う際の通信経路の通信コストを算出する通信コスト算出手段と、
固定局から受信した無線信号の電波強度を計測する電波強度計測手段と、
前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を使用通信経路として決定する通信経路決定手段とを有し、
前記通信経路決定手段は、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が閾値未満の場合には、前記使用通信経路の変更を行わず、一方、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が、閾値以上の場合には、新たな前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を前記使用通信経路として決定する
ことを特徴とする無線通信装置。
移動速度を計測する移動計測手段をさらに有し、
前記探索手段による探索は、前記移動計測手段によって計測された移動速度に基づき、実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記登録手段は、登録した固定局の数が上限値に達した場合には、前記通信コストの算出結果に基づき、登録する固定局を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
マルチホップ無線通信ネットワークを形成し、移動可能な無線通信装置に搭載されるコンピュータを、
当該無線通信装置と通信可能な固定局を、所定信号を送信し、当該所定信号に対する応答信号を受信することにより探索する探索手段と、
前記探索手段により探索された通信可能な固定局を登録する登録手段と、
前記登録手段により登録された固定局毎に、マルチホップ無線通信ネットワークを形成する複数の固定局の中のいずれかの固定局との間で通信を行う際の通信経路の通信コストを算出する通信コスト算出手段と、
固定局から受信した無線信号の電波強度を計測する電波強度計測手段と、
前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を使用通信経路として決定する通信経路決定手段として機能させ、
前記通信経路決定手段は、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が閾値未満の場合には、前記使用通信経路の変更を行わず、一方、過去に計測した接続先として選択されている固定局の電波強度と、現在計測した新規接続先候補の固定局との電波強度の差が、閾値以上の場合には、新たな前記通信コスト算出手段により算出した通信コストが最も低い前記通信経路を前記使用通信経路として決定する
ことを特徴とする無線通信プログラム。