JP6989273B2 - 無線通信装置及びグループ送信方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、無線通信装置及びグループ送信方法に関する。

近年、オフィスビルやホテル、工場、商業施設等の建物における統合的なビル管理システムでは、無線通信方式によるネットワーク化が検討され、導入が始まっている。一般的な無線通信方式において、広域な通信範囲を提供するためには中継伝送が可能なマルチホップ型無線ネットワークの導入が望ましい。無線通信の規格には、周波数帯域が小さくスループットの低い規格や、送信可能な時間の上限が定められている規格が存在する(例えば、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０８の送信時間制限など）。そのような規格では、通信帯域の使用率を抑制することが望ましい。ビル管理システムでは、一般的に、複数の端末を同時制御するために制御メッセージを一斉に送信することが行われている。従来の手法では、グループに属する無線通信端末に対して個別送信を複数回実施することによって同時制御を実現することが可能となるが、メッセージ数が増加するため通信帯域の使用率が増加してしまう場合があった。また、ブロードキャスト送信により同時制御を実現する場合には、使用率を低減することはできるが、通信の到達保証ができない場合があった。

特許第５８７５６９９号公報

柏屋弘、水高淳、ワイヤレスVAV/FCUシステムの開発、azbil Technical Review ２０１１年１月発行号、５４−５９ページ、２０１１年１月

本発明が解決しようとする課題は、メッシュネットワークにおいて、通信帯域の使用率を低減しつつ、通信の信頼性を向上させることができる無線通信装置及びグループ送信方法を提供することである。

実施形態の無線通信端末は、複数の他の無線通信端末と複数の通信経路で無線通信することが可能な無線通信端末であって、通信制御部と、通信部とを備える。通信制御部は、グループ送信を実現するために自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末を示す情報を少なくとも含む端末情報を参照し、前記複数の他の無線通信端末のうち前記端末情報で示される無線通信端末を、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末として特定する。通信部は、前記通信制御部により特定された前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末に対して、ユニキャスト送信を行い、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末から前記ユニキャスト送信に対する到達応答が得られた後に、前記複数の他の無線通信端末に対しブロードキャスト送信を行う。

第１の実施形態における無線通信システム１００のシステム構成を示す図。 第１の実施形態における無線通信端末１の機能構成の具体例を示すブロック図。 第１の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第１の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第１の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第１の実施形態における無線通信システム１００の処理の流れを示すシーケンス図。 第２の実施形態における無線通信端末１ａの機能構成の具体例を示すブロック図。 第２の実施形態における、アドレスビットフィールドを用いたブロードキャストメッセージの構成例を示す図。 第３の実施形態における無線通信システム１００ｂのシステム構成を示す図。 第３の実施形態における無線通信端末１ｂの機能構成の具体例を示すブロック図。 中継段数の多いマルチホップ型のネットワークシステムにおける経路情報の概要を示す図。 第３の実施形態における、アドレスビットフィールドを用いたブロードキャストメッセージの構成例を示す図。 第３の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第３の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第３の実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例を説明するための図。 第３の実施形態におけるブロードキャストの中継処理におけるループ防止の一例を示す図。 第３の実施形態における無線通信システム１００ｂの処理の流れを示すシーケンス図。

以下、実施形態の無線通信装置及びグループ送信方法を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における無線通信システム１００のシステム構成を示す図である。無線通信システム１００は、複数台の無線通信端末１−１〜１−４を備える。無線通信端末１−１〜１−４は、メッシュネットワークを構成する。なお、以下の説明において、無線通信端末１−１〜１−４について特に区別しない場合には無線通信端末１と記載する。無線通信システム１００は、３台以上の無線通信端末１を備えていれば何台備えていてもよい。

メッシュネットワークは、ネットワークを構成する各ノードが継続的に経路情報をやり取りすることにより、通信経路を動的に変更することができるネットワークの一形態である。メッシュネットワークでは、ネットワークを構成する各ノードが受信データを隣接するノードに中継することによって、送信データが宛先のノードに転送される。このようにメッシュネットワークでは、通信経路が動的に再構成されるため、故障などで使えなくなった経路が発生した場合であっても、各ノードはデータをより確実に宛先のノードに送信することができる。

無線通信端末１は、他の無線通信端末１との間で無線通信を行う。図１において、無線通信端末１−１〜１−３及び無線通信端末１−２〜１−４は、それぞれ互いに直接無線通信を行うことができる。それに対して、無線通信端末１−１と、無線通信端末１−４とは、無線通信端末１−２、又は、無線通信端末１−３を介して無線通信を行うことができる。無線通信端末１は、ユニキャスト及びブロードキャストによる通信を行う。

図２は、第１の実施形態における無線通信端末１の機能構成の具体例を示すブロック図である。
無線通信端末１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、無線通信プログラムを実行する。無線通信プログラムの実行によって、無線通信端末１は、無線通信部１１０、通信制御部１２０、端末情報記憶部１３０、経路情報記憶部１４０を備える装置として機能する。なお、無線通信端末１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、無線通信プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、無線通信プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

無線通信部１１０は、他の無線通信端末１との無線通信を実現する無線通信インタフェースを備えて構成される。無線通信部１１０は、経路情報をやり取りすることにより、他の無線通信端末１との間でメッシュネットワークを形成する機能を有する。無線通信部１１０は、メッシュネットワークを構成する他の無線通信端末１と無線通信する。
通信制御部１２０は、無線通信端末１の通信を制御する機能を有する。例えば、通信制御部１２０は、送信機能１２１、応答機能１２２、中継機能１２３及び受信機能１２４を有する。

送信機能１２１は、ユニキャスト送信及びブロードキャスト送信を行う。ユニキャスト送信は、例えばＡＣＫ等によりメッセージの到達確認が可能であり、宛先の無線通信端末１からのＡＣＫが受信できない場合に再送を行うことで到達保証が可能な１対１の高信頼通信を想定する。ブロードキャスト送信は、例えば宛先をブロードキャストアドレス等に設定することで、無線通信端末１の通信可能範囲内に位置する全ての無線通信端末１が受信処理を行うメッセージを送信することが可能であり、ＡＣＫのようなメッセージの到達確認が行えない１対多の非通信保証通信を想定する。

非通信保証通信とは、信頼性が低い通信である。例えば、ブロードキャスト送信のように到達保証が行なえないために他の無線通信端末１との通信を保証できない通信である。以下の説明では、ユニキャスト送信により送信されるメッセージをユニキャストメッセージと記載し、ブロードキャスト送信により送信されるメッセージをブロードキャストメッセージと記載する。

応答機能１２２は、他の無線通信端末１からユニキャストメッセージを受信した場合に、ユニキャストメッセージの送信元の無線通信端末１に対してＡＣＫを送信する。
中継機能１２３は、必要に応じて、受信されたブロードキャストメッセージの中継を行う。
受信機能１２４は、無線通信部１１０を介して受信されたブロードキャストメッセージに応じて、中継機能１２３による中継が必要か否かを判断する。中継が必要であると判断した場合、受信機能１２４はブロードキャストメッセージを中継機能１２３に出力する。

端末情報記憶部１３０は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。端末情報記憶部１３０は、他の無線通信端末１に関する情報（以下「端末情報」という。）を記憶する。端末情報とは、例えば代表ノードとなる無線通信端末１を示す情報（例えば、装置ＩＤ、機器名、ＭＡＣアドレス等）、経路情報により取得されたメッシュネットワーク内に位置している他の無線通信端末１をグループとした場合のグループに属する無線通信端末１の宛先を示すグループ宛先情報及び無線通信端末１を識別するための識別情報（例えば、装置ＩＤ）等である。
経路情報記憶部１４０は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。経路情報記憶部１４０は、経路情報を記憶する。経路情報としては、宛先と中継端末の情報が対応付けられている。

次に、図３〜図５を用いて、本実施形態における無線通信端末１によるグループ送信機能の実現方式の一例について説明する。図３〜図５では、中継回数が１段までのネットワークシステムにおける実現方式を例として示す。
図３に示すように、送信元の無線通信端末１−１は、端末情報記憶部１３０に記憶されている端末情報を参照し、代表ノードを特定する。図３では、代表ノードが、無線通信端末１−２である。無線通信端末１−１は、代表ノードである無線通信端末１−２に対してユニキャスト送信を行う。無線通信端末１−１は、自身が保有している経路情報より、無線通信端末１−１と無線通信端末１−２が直接通信可能であると判断する。無線通信端末１−１は、無線通信端末１−２を宛先としたユニキャスト送信を行う。その後、無線通信端末１−２において、無線通信端末１−１から送信されたユニキャストメッセージが受信されると、無線通信端末１−１は無線通信端末１−２からユニキャスト送信の応答であるＡＣＫを受信する。

無線通信端末１−１は、無線通信端末１−２からＡＣＫを受信した後に、端末情報で示される代表ノードを除くグループ宛先情報を参照し、グループ宛先情報に該当する他の無線通信端末１を特定する。そして、無線通信端末１−１は、経路情報から、グループ宛先情報に該当する他の無線通信端末１と直接通信可能であるか否かを判定する。例えば、無線通信端末１−１は、経路情報における宛先で示される情報と、中継端末で示される情報とが同一の無線通信端末１については直接通信可能であり、中継端末が宛先と異なる無線通信端末１は直接通信不可と判定する。

図４の例では、無線通信端末１−１は、無線通信端末１−２及び１−３に対しては直接通信可能であり、無線通信端末１−４に対しては直接通信不可と判定する。
ブロードキャスト送信は、単一の送信では送信元である無線通信端末１−１から直接通信可能な範囲の無線通信端末１までしか到達しない。図４の例では、無線通信端末１−２及び１−３にはブロードキャスト送信で伝送可能であるが、無線通信端末１−４にはブロードキャストメッセージが届かない。そのため、無線通信端末１−１は、ブロードキャストメッセージの中継が必要であると判定する。この場合、無線通信端末１−１は、無線通信端末１−４に対してブロードキャストメッセージを伝送するため、経路情報において無線通信端末１−４に対する中継端末である無線通信端末１−３の情報をブロードキャストメッセージに中継端末情報として設定し、ブロードキャスト送信を行う。例えば、本実施形態では、無線通信端末１−１は、ブロードキャストメッセージのペイロードに中継端末情報を設定する。

図４に示す例の場合、ブロードキャストメッセージは、無線通信端末１−２及び無線通信端末１−３に受信される。ブロードキャストメッセージを受信した無線通信端末１−２及び１−３は、ブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報を参照し、自身宛てであるか否か判定する。例えば、無線通信端末１−２が、中継端末情報が無線通信端末１−３を示すブロードキャストメッセージを受信した場合には中継処理を行わずに自身の受信処理を行う。
一方、無線通信端末１−３が、中継端末情報が無線通信端末１−３であるブロードキャストメッセージを受信した場合には中継処理が必要と判定する。この場合、無線通信端末１−３は、受信したブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信した上で、自身の受信処理を行う。

以上のようにして、単一のブロードキャスト送信では到達できない無線通信端末１−４に対しても、経路情報をもとに必要最小限の中継端末でブロードキャストメッセージを中継し、メッセージの伝送を可能とする。なお、ブロードキャストメッセージの中継を要する無線通信端末１が複数存在した場合には、ブロードキャストメッセージに中継端末情報を複数指定して中継処理を行うことで、ネットワーク環境に依存せず、グループ全体への伝送を可能とする。

図６は、本実施形態における無線通信システム１００の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図６では、図３〜図５に示した４台の無線通信端末１を例に説明する。
無線通信端末１−１の受信機能１２４は、他の装置からグループ送信指示を受信する（ステップＳ１０１）。他の装置とは、例えば無線通信システム１００において無線通信端末１全体を制御する制御装置である。グループ送信指示が受信されると、無線通信端末１−１の受信機能１２４は送信機能１２１に対してユニキャスト送信を指示する。無線通信端末１−１の送信機能１２１は、端末情報を参照し、代表ノードを特定する。その後、無線通信端末１−１の送信機能１２１は、無線通信端末１−２を宛先とするユニキャストメッセージを生成する。そして、無線通信端末１−１の送信機能１２１は、無線通信部１１０を介して、無線通信端末１−２に対してユニキャストメッセージを送信する（ステップＳ１０２）。

無線通信端末１−２の無線通信部１１０は、無線通信端末１−１から送信されたユニキャストメッセージを受信する。無線通信端末１−２の無線通信部１１０は、受信したユニキャストメッセージを通信制御部１２０に出力する。無線通信端末１−２の応答機能１２２は、ユニキャストメッセージが受信されると、ユニキャストメッセージの送信元である無線通信端末１−１に対してＡＣＫを送信する。ＡＣＫの受信により無線通信端末１−１は送信が成功したことを確認することができる。もし、ＡＣＫが受信できない場合、無線通信端末１−１はパケットがロストしたと判断して再送等によりメッセージ到達保証を行う。その後、無線通信端末１−２の応答機能１２２は、送信元の無線通信端末１−１に対して、制御メッセージに対する制御結果の応答メッセージを送信する。空調等のシステムでは、例えば温度設定の変更や電源のＯＮ／ＯＦＦの制御結果を応答として返送する。

無線通信端末１−１の送信機能１２１は、代表ノードである無線通信端末１−２から送信されたＡＣＫが受信されると、端末情報及び経路情報を参照し、代表ノード以外の無線通信端末１に対するブロードキャストメッセージを生成する。この際、送信機能１２１は、経路情報を参照し、中継が必要となる他の無線通信端末１がある場合には、中継を行う他の無線通信端末１を示す情報をブロードキャストメッセージに中継端末情報として設定する。その後、無線通信端末１−１の送信機能１２１は、生成したブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する。なお、無線通信端末１−１の送信機能１２１は、グループ送信指示が受信された場合には、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号と、ユニキャストメッセージのシーケンス番号とを同値に設定する。

無線通信端末１−１の通信可能範囲内に位置している無線通信端末１−２及び１−３は、ブロードキャストメッセージを受信する。無線通信端末１−２及び１−３の受信機能１２４は、受信されたブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報を参照し、中継が必要であるか否か判定する。中継端末情報には、無線通信端末１−３を示す情報が設定されている。そのため、無線通信端末１−２の受信機能１２４は中継が必要ではないと判定し（ステップＳ１０５）、無線通信端末１−３の受信機能１２４は中継が必要であると判定する（ステップＳ１０６）。この場合、無線通信端末１−３の受信機能１２４は、中継機能１２３に対してブロードキャストメッセージの中継を行うように指示する。

その後、無線通信端末１−３の中継機能１２３は、経路情報を参照し、ブロードキャストメッセージを生成する。この際、無線通信端末１−３の中継機能１２３は、経路情報を参照し、中継が必要となる他の無線通信端末１がある場合には、中継が必要となる他の無線通信端末１を示す情報をブロードキャストメッセージに中継端末情報として設定する。無線通信端末１−３においては、中継が必要となる他の無線通信端末１がないとする。この場合、無線通信端末１−３の中継機能１２３は、ブロードキャストメッセージに中継端末情報を設定せずにブロードキャスト送信を行う。
また、無線通信端末１−２の受信機能１２４は、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号を参照し、同じシーケンス番号のメッセージを既に受信している場合には受信処理を行わず破棄する（ステップＳ１０７）。

以上のように構成された無線通信端末１は、複数の他の無線通信端末のうち通信の到達確認を必要とする無線通信端末１（代表ノード）に対して、ユニキャスト送信を行い、ユニキャスト送信に対する応答が得られた後に、ブロードキャスト送信を行う。無線通信端末１は、ユニキャスト送信により、通信の到達確認を必要とする無線通信端末１からの応答が得られたか否かを判定することができる。応答が得られたということは、代表ノードとの通信が可能であることを意味する。また、無線通信端末１は、代表ノードとの通信が可能であると判定した後に、ブロードキャスト送信を行うことによってグループ送信を実現することができる。ブロードキャスト送信により、グループ全体に個別にユニキャスト送信するよりも通信帯域の使用率を低減することができる。そのため、メッシュネットワークにおいて、通信帯域の使用率を低減しつつ、通信の信頼性を向上させることができる。

また、無線通信端末１は、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号と、ユニキャストメッセージのシーケンス番号を同一に設定する。そして、無線通信端末１は、同値のシーケンス番号を受信している場合には、受信処理を行わずメッセージを破棄する。これにより、メッセージの重複受信を抑制することができる。

また、メッシュネットワーク内においてグループ送信する場合、グループの識別子であるグループＩＤを同一のグループである無線端末装置１に設定する手法が考えられる。しかしながら、このような手法を用いる場合、本実施形態のような無線ネットワークでは、全ての無線端末装置１にグループの設定を記憶させる必要がある。そのため、グループの設定・変更を柔軟に行うことができないことが想定される。それに対して、本実施形態における無線通信システム１００では、グループに属する無線端末装置１を事前に設定することなく、通信の度に指定が可能になる。そのため、柔軟なグループ送信を実現することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ブロードキャストメッセージのビットフィールドに中継端末情報を設定する。
図７は、第２の実施形態における無線通信端末１ａの機能構成の具体例を示すブロック図である。無線通信端末１ａは、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、無線通信プログラムを実行する。無線通信端末１ａは、無線通信プログラムの実行によって、無線通信部１１０、通信制御部１２０ａ、端末情報記憶部１３０、経路情報記憶部１４０、テーブル記憶部１５０を備える装置として機能する。なお、無線通信端末１ａの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。無線通信プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。無線通信プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

無線通信端末１ａは、通信制御部１２０に代えて通信制御部１２０ａを備える点、テーブル記憶部１５０を新たに備える点で無線通信端末１と構成が異なる。無線通信端末１ａは、他の構成については無線通信端末１と同様である。そのため、無線通信端末１ａ全体の説明は省略し、通信制御部１２０ａ及びテーブル記憶部１５０について説明する。

テーブル記憶部１５０は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。テーブル記憶部１５０は、アドレスビット対応テーブルを記憶する。アドレスビット対応テーブルは、無線通信端末１毎に、各無線通信端末１に対応するビット位置が対応付けられたテーブルである。すわなち、アドレスビット対応テーブルには、各無線通信端末１が、ビットフィールドに設定されているどのビットに対応するのかが表されている。

通信制御部１２０ａは、無線通信端末１ａの通信を制御する機能を有する。例えば、通信制御部１２０ａは、送信機能１２１ａ、応答機能１２２、中継機能１２３ａ及び受信機能１２４を有する。応答機能１２２及び受信機能１２４については、第１の実施形態に示した同名の機能と同様の処理を行う。
送信機能１２１ａは、ユニキャスト送信及びブロードキャスト送信を行う。送信機能１２１ａは、ユニキャスト送信及びブロードキャスト送信の際、メッセージ内のビットフィールドに中継端末情報及びホップ数を設定する。
中継機能１２３ａは、必要に応じて、受信されたブロードキャストメッセージの中継を行う。

図８は、アドレスビットフィールドを用いたブロードキャストメッセージの構成例を示す図である。
図８に示すように、ブロードキャストメッセージは、少なくとも宛先、送信元、シーケンス番号、ホップ数、中継端末情報等の各値を格納するフィールドを有する。宛先のフィールドには、ブロードキャストメッセージの宛先となる無線通信端末１の識別情報が格納される。送信元のフィールドには、ブロードキャストメッセージの送信元となる無線通信端末１の識別情報が格納される。シーケンス番号のフィールドには、ブロードキャストメッセージに付とされる通し番号が格納される。なお、本実施形態では、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号と、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号とは同じ値が格納される。ホップ数のフィールドには、中継可能回数を指定する値が格納される。送信元の無線通信端末１は、システムとして許容される中継回数をホップ数に設定する。

中継端末情報のフィールドは、ビットフィールドであり、予め定められた論理的なアドレスの範囲で端末固有の識別子が設定される場合に使用可能となる。論理的なアドレスの一例としては、ＩＰアドレスやショートアドレスといった、同一ネットワーク上で重複がなく有限なものを想定する。本実施形態では、中継端末情報のフィールドは、他の無線通信端末１の識別情報と１対１に対応するビットフィールドで設定される。システムとして各無線通信端末１に割り当てられる論理的なアドレスを、予めビットフィールドの各ビットに対応付けを行い、論理アドレスとビットフィールドの対応表を全無線通信端末１で共通に保持する。メッセージフォーマットにおけるビットフィールドの領域の大きさは、システムにおける無線通信端末１台数の最大値により任意に設定される。

中継可能な回数としてホップ数を要素として含み、中継を行う無線通信端末１によりメッセージが中継される毎にホップ数を減算することで、中継送信が不必要に繰り返されることを防止する。また、中継を行う無線通信端末１は受信メッセージのホップ数のみを変更し、それ以外の要素をそのまま引き継いで中継送信することにより、中継処理の処理量を削減することが可能となる。

以下、第２の実施形態における無線通信端末１ａの処理について、図６の処理と異なる点のみ説明する。
無線通信端末１ａは、中継端末の情報をビットフィールドの対応表に基づいて変換する。なお、中継端末が複数存在する場合は、無線通信端末１ａは、ビットの加算により単一のビットフィールド上に複数の中継端末情報を重ねあわせて表現する。中継端末の受信処理においても、受信メッセージのビットフィールドを参照し、自身が該当するビットが有効になっているか否かで中継の判断が可能となる。このようにすることで、ブロードキャストメッセージに複数の端末情報を含める場合でも、1メッセージあたりのペイロードサイズを抑制することが可能となり、通信帯域の使用率を低減することができる。ビットフィールドとの対応表は、プログラム埋め込みで予め設定する、不揮発性メモリといった媒体から読み出して使用する、運用中に管理ツール等を通して更新する、といった手段により設定可能とする。設定手段はこの例に限らず、ネットワーク内の全端末に共通で設定可能な手段を用いて設定されてよい。

以上のように構成された無線通信端末１ａによれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、無線通信端末１ａは、中継端末情報をブロードキャストメッセージ内のビットフィールドに設定する。これにより、ブロードキャストメッセージのサイズを減らすことができる。そのため、通信帯域の使用率をより低減することができる。
また、無線通信端末１ａは、ブロードキャストメッセージ内にホップ数を設定する。これにより、ネットワーク内におけるメッセージのループを抑制することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、宛先となる無線通信端末が複数ホップ先に位置している場合の処理について説明する。
図９は、第３の実施形態における無線通信システム１００ｂのシステム構成を示す図である。無線通信システム１００ｂは、複数台の無線通信端末１ｂ−１〜１ｂ−５を備える。無線通信端末１ｂ−１〜１ｂ−５は、メッシュネットワークを構成する。なお、以下の説明において、無線通信端末１ｂ−１〜１ｂ−５について特に区別しない場合には無線通信端末１ｂと記載する。無線通信システム１００ｂは、３台以上の無線通信端末１ｂを備えていれば何台備えていてもよい。

無線通信端末１ｂは、他の無線通信端末１ｂとの間で無線通信を行う。図９において、無線通信端末１ｂ−１〜１ｂ−３及び無線通信端末１ｂ−２〜１ｂ−４は、それぞれ互いに直接無線通信を行うことができる。それに対して、無線通信端末１−１と、無線通信端末１−４とは、無線通信端末１−２、又は、無線通信端末１−３を介して無線通信を行うことができる。無線通信端末１は、ユニキャスト及びブロードキャストによる通信を行う。無線通信端末１ｂ−５は、無線通信端末１ｂ−４とのみ直接通信を行うことが可能であり、無線通信端末１ｂ−１と無線通信端末１ｂ−５の間の通信は、２段の中継処理を要する。

図１０は、第３の実施形態における無線通信端末１ｂの機能構成の具体例を示すブロック図である。無線通信端末１ｂは、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、無線通信プログラムを実行する。無線通信端末１ｂは、無線通信プログラムの実行によって、無線通信部１１０、通信制御部１２０ｂ、端末情報記憶部１３０、経路情報記憶部１４０、テーブル記憶部１５０を備える装置として機能する。なお、無線通信端末１ｂの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。無線通信プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。無線通信プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

無線通信端末１ｂは、通信制御部１２０ａに代えて通信制御部１２０ｂを備える点で無線通信端末１ａと構成が異なる。無線通信端末１ｂは、他の構成については無線通信端末１ａと同様である。そのため、無線通信端末１ｂ全体の説明は省略し、通信制御部１２０ｂについて説明する。

通信制御部１２０ｂは、無線通信端末１ｂの通信を制御する機能を有する。例えば、通信制御部１２０ｂは、送信機能１２１ｂ、応答機能１２２、中継機能１２３ｂ及び受信機能１２４を有する。応答機能１２２及び受信機能１２４については、第１の実施形態及び第２の実施形態に示した同名の機能と同様の処理を行う。
送信機能１２１ｂは、ユニキャスト送信及びブロードキャスト送信を行う。送信機能１２１ｂは、ユニキャスト送信及びブロードキャスト送信の際、メッセージ内のビットフィールドに中継端末情報、ホップ数及び宛先端末情報を設定する。
中継機能１２３ｂは、必要に応じて、受信されたブロードキャストメッセージの中継を行う。

図１１は、中継段数の多いマルチホップ型（例えば、２段階以上のホップ）のネットワークシステムにおける経路情報の概要を示す図である。中継段数の多いマルチホップ型のネットワークシステムの場合、通信量やメモリの使用量削減の観点から、送信元の無線通信端末１は、最終的な宛先となる無線通信端末１への経路を全て保持しない場合がある。図１１の経路情報の例では、送信元である無線通信端末１は、最終的な宛先となる無線通信端末１−５に対して、無線通信端末１−３⇒無線通信端末１−４⇒無線通信端末１−５の順に中継送信を行う。無線通信端末１−１は、自身の経路情報から、宛先である無線通信端末１−５への送信において、直接中継送信の依頼を要するのが無線通信端末１−３であることのみを認識し、その先の経路を認識しない。

同様に、中継端末である無線通信端末１−３も、直接中継送信の依頼を要するのが無線通信端末１−４であることのみを認識する。無線通信端末１−４において、無線通信端末１−５と直接通信可能であることを認識する。このように、直接通信可能な端末を中継端末として認識し、中継経路の全体を把握しないようなマルチホップ型のネットワークでは、送信元で全ての中継端末を指定することができない。このような条件下でブロードキャスト中継を実現するため、中継メッセージ内に宛先端末情報を含め、中継端末で都度中継端末情報を更新して中継送信を行う。

図１２は、アドレスビットフィールドを用いたブロードキャストメッセージの構成例を示す図である。
図１２に示すように、ブロードキャストメッセージは、少なくとも宛先、送信元、シーケンス番号、ホップ数、中継端末情報、宛先端末情報等の各値を格納するフィールドを有する。図８に示したブロードキャストメッセージの構成と同様の部分については説明を省略する。宛先端末情報のフィールドは、ビットフィールドであり、予め定められた論理的なアドレスの範囲で端末固有の識別子が設定される場合に使用可能となる。論理的なアドレスの一例としては、ＩＰアドレスやショートアドレスといった、同一ネットワーク上で重複がなく有限なものを想定する。宛先端末情報のフィールドは、他の無線通信端末１の識別情報と１対１に対応するビットフィールドで設定される。

システムとして各端末に割り当てられる論理的なアドレスを、予めビットフィールドの各ビットに対応付けを行い、論理アドレスとビットフィールドの対応表を全端末で共通に保持する。メッセージフォーマットにおけるビットフィールドの領域の大きさは、システムにおける端末台数の最大値により任意に設定される。送信元の無線通信端末１は宛先端末情報を中継端末の設定と同様にビットフィールドの対応表に基づいて変換し、ビット加算により単一のビットフィールド上に複数の宛先端末情報を重ねあわせて表現する。ブロードキャストメッセージに宛先端末情報を含め、中継端末が中継時に宛先端末情報を参照して中継端末情報を変更することにより、中継段数の多いマルチホップ型のネットワークシステムにおいてもグループ送信が可能となる。

次に、図１３〜図１５を用いて、本実施形態における無線通信端末１ｂによるグループ送信機能の実現方式の一例について説明する。図１３〜図１５では、中継回数が２段のネットワークシステムにおける実現方式を例として示す。なお、代表ノードに対するユニキャスト送信のやり取りは第１の実施形態と同様であるため省略する。
無線通信端末１ｂ−１は、端末情報のうち代表ノードを除くグループ送信宛先を参照し、グループ送信宛先に該当する無線通信端末１の経路情報から直接通信可能か否かの判定を行う。

無線通信端末１ｂ−１は、経路情報の宛先と中継端末が同一の無線通信端末１については直接通信可能であり、中継端末が宛先と異なる無線通信端末１は直接通信不可と判定する。
図１３の例では、無線通信端末１ｂ−１は、無線通信端末１ｂ−２及び１ｂ−３に対しては直接通信可能であり、無線通信端末１ｂ−４及び１ｂ−５に対しては直接通信不可と判定する。すなわち、図１３の例では、無線通信端末１ｂ−２及び１ｂ−３にはブロードキャスト送信で伝送可能であるが、無線通信端末１ｂ−４及び１ｂ−５にはブロードキャストメッセージが届かない。そのため、無線通信端末１ｂ−１は、ブロードキャストメッセージの中継が必要であると判定する。この場合、無線通信端末１ｂ−１は、無線通信端末１ｂ−４及び１ｂ−５に対してブロードキャストメッセージを伝送するため、経路情報において無線通信端末１ｂ−４及び１ｂ−５に対する中継端末である無線通信端末１ｂ−３の情報をブロードキャストメッセージに中継端末情報として設定し、宛先端末情報として無線通信端末１ｂ−２、１ｂ−３、１ｂ−４及び１ｂ−５を設定してブロードキャスト送信を行う。

図１３に示す例の場合、ブロードキャストメッセージは、無線通信端末１ｂ−２及び無線通信端末１ｂ−３に受信される。ブロードキャストメッセージを受信した無線通信端末１ｂ−２及び１ｂ−３は、ブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報を参照し、自身宛てであるか否か判定する。例えば、無線通信端末１ｂ−２が、中継端末情報が無線通信端末１ｂ−３を示すブロードキャストメッセージを受信した場合には中継処理を行わずに自身の受信処理を行う。
一方、無線通信端末１ｂ−３が、中継端末情報が無線通信端末１ｂ−３であるブロードキャストメッセージを受信した場合には中継処理が必要と判定する。この場合、無線通信端末１ｂ−３は、受信したブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信した上で、自身の受信処理を行う。ここで、ブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する際の詳細な処理について説明する。

第３の実施形態では、無線通信端末１ｂ−３は、ブロードキャストメッセージに含まれる宛先端末情報を参照し、自身が保持している経路情報から直接通信で到達できない無線通信端末１ｂがある場合は、中継端末情報を更新してブロードキャスト送信を行う。図１４に示す例では、無線通信端末１ｂ−３は、宛先端末情報に含まれる無線通信端末１ｂ−５に対しては直接通信できない。そのため、無線通信端末１ｂ−３は、ブロードキャストメッセージにおける中継端末情報を中継端末に該当する無線通信端末１ｂ−４に更新し、ブロードキャストメッセージに含まれるホップ数を減算した後でブロードキャストメッセージを送信する。なお、無線通信端末１ｂ−３は、ブロードキャストメッセージに含まれるシーケンス番号のような識別番号は変更せずにブロードキャストを行う。

図１５において、ブロードキャストメッセージを受信した無線通信端末１ｂ−４は、ブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報を参照し、自身宛てであるか否か判定する。自身が中継端末情報に含まれるブロードキャストメッセージを受信した場合、無線通信端末１ｂ−４は、中継端末情報に含まれる宛先端末情報と、自身が保持している経路情報を参照し、中継を要する無線通信端末１ｂが存在しないことを確認して、中継端末情報なしとしてブロードキャストメッセージを送信する。このようにして、中継段数の多いマルチホップ型のネットワークにおいてもブロードキャスト中継により、全宛先無線通信端末１へメッセージを送信することが可能となる。

図１６は、ブロードキャストの中継処理におけるループ防止の一例を示す図である。
上記の図１３〜図１５の例で示した無線通信端末１ｂ−４において中継処理を行う際、宛先端末情報と経路情報を参照し、無線通信端末１ｂ−２に対して中継が必要と判定した場合、無線通信端末１ｂ−４は中継端末情報に無線通信端末１ｂ−３を設定したブロードキャストメッセージを送信する。
無線通信端末１ｂ−４からのブロードキャストメッセージを受信した無線通信端末１ｂ−３が、再度中継処理を行ってしまうと中継処理のループが発生する。それを防止するため、メッセージ内に中継可能な回数を示すホップ数を予め設定するとともに、メッセージを一意に識別可能な識別番号を設定し、中継処理では識別番号を変更しないようにする。これにより、ホップ数により中継処理の最大回数を制限できるとともに、識別番号をもとに重複判定によりメッセージ破棄処理を行うことで、一度中継処理を行った無線通信端末１ｂ−３が、別の端末からのブロードキャスト中継処理を受信した場合に、再度中継処理を行うといったことを防止することができる。このようにして、中継処理が必要以上に行われることを防ぐことで通信帯域の使用量を抑制する。

図１７は、本実施形態における無線通信システム１００ｂの処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図１７では、図１３〜図１５に示した状況と同じ状況を例に説明する。
無線通信端末１ｂ−１の受信機能１２４は、他の装置からグループ送信指示を受信する（ステップＳ２０１）。グループ送信指示が受信されると、受信機能１２４は送信機能１２１に対してユニキャスト送信を指示する。無線通信端末１ｂ−１の送信機能１２１ｂは、端末情報を参照し、代表ノードを特定する。その後、送信機能１２１ｂは、無線通信端末１ｂ−２を宛先とするユニキャストメッセージを生成する。そして、送信機能１２１ｂは、無線通信部１１０を介して、無線通信端末１ｂ−２に対してユニキャストメッセージを送信する（ステップＳ２０２）。

無線通信端末１ｂ−２の無線通信部１１０は、無線通信端末１ｂ−１から送信されたユニキャストメッセージを受信する。無線通信端末１ｂ−２の無線通信部１１０は、受信したユニキャストメッセージを通信制御部１２０ｂに出力する。無線通信端末１ｂ−２の応答機能１２２は、ユニキャストメッセージが受信されると、ユニキャストメッセージの送信元である無線通信端末１ｂ−１に対してＡＣＫを送信する。ＡＣＫの受信により無線通信端末１ｂ−１は送信が成功したことを確認することができる。もし、ＡＣＫが受信できない場合、無線通信端末１ｂ−１はパケットがロストしたと判断して再送等によりメッセージ到達保証を行う。その後、無線通信端末１ｂ−２の応答機能１２２は、送信元の無線通信端末１ｂ−１に対して、制御メッセージに対する制御結果の応答メッセージを送信する。空調等のシステムでは、例えば温度設定の変更や電源のＯＮ／ＯＦＦの制御結果を応答として返送する。

無線通信端末１ｂ−１の送信機能１２１ｂは、代表ノードである無線通信端末１ｂ−２から送信されたＡＣＫが受信されると、端末情報及び経路情報を参照し、代表ノード以外の無線通信端末１ｂに対するブロードキャストメッセージを生成する。この際、送信機能１２１ｂは、中継が必要となる他の無線通信端末１ｂがある場合には、中継を行う他の無線通信端末１ｂを示す情報をブロードキャストメッセージに中継端末情報として設定し、端末情報のグループ宛先情報に該当する無線通信端末１ｂを示す情報を宛先端末情報として設定する。その後、送信機能１２１ｂは、生成したブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する。図１７の例では、無線通信端末１ｂ−３を中継端末情報に設定しており、無線通信端末１ｂ−２〜１ｂ−５を宛先端末情報に設定している。

無線通信端末１ｂ−１の通信可能範囲内に位置している無線通信端末１ｂ−２及び１ｂ−３は、ブロードキャストメッセージを受信する。無線通信端末１ｂ−２及び１ｂ−３の受信機能１２４は、受信されたブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報を参照し、中継が必要であるか否か判定する。無線通信端末１ｂ−２の受信機能１２４は中継が必要ではないと判定し（ステップＳ２０５）、無線通信端末１ｂ−３の受信機能１２４は、中継が必要であると判定する（ステップＳ２０６）。この場合、無線通信端末１ｂ−３の受信機能１２４は、中継機能１２３ｂに対して中継を行うように指示する。その後、無線通信端末１ｂ−３の中継機能１２３ｂは、ブロードキャストメッセージを生成し、ブロードキャスト送信を行う。この際、無線通信端末１ｂ−３の中継機能１２３ｂは、無線通信端末１ｂ−４を中継端末情報に設定し、無線通信端末１ｂ−１〜１ｂ−３及び１ｂ−５を宛先端末情報に設定する。

無線通信端末１ｂ−２の受信機能１２４は、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号を参照し、同じシーケンス番号のメッセージを既に受信している場合には受信処理を行わず破棄する（ステップＳ２０７）。
無線通信端末１ｂ−４の受信機能１２４は、受信されたブロードキャストメッセージに含まれる宛先端末情報と、自身で保持している経路情報とを参照し、中継が必要であるか否か判定する。無線通信端末１ｂ−４の受信機能１２４は、中継が必要であると判定する（ステップＳ２０８）。また、無線通信端末１ｂ−４の受信機能１２４は、宛先端末情報と経路情報から中継端末不要と判断する。無線通信端末１ｂ−４の受信機能１２４は、中継が必要であって、かつ、中継端末不要であることを中継機能１２３ｂに通知する。無線通信端末１ｂ−４の中継機能１２３ｂは、中継端末を指定しないブロードキャストメッセージを生成する。その後、無線通信端末１ｂ−４の中継機能１２３ｂは、生成したブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する。これにより、全ての宛先端末へとメッセージが到達する。
無線通信端末１ｂ−３の受信機能１２４は、ブロードキャストメッセージのシーケンス番号を参照し、同じシーケンス番号のメッセージを既に受信している場合には受信処理を行わず破棄する（ステップＳ２０９）。

以上のように構成された無線通信端末１ｂによれば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、無線通信端末１ｂは、ブロードキャストメッセージのビットフィールドに中継端末情報の他に宛先端末情報を設定する。これにより、複数ホップ先に位置している無線通信端末１ｂに対してもメッセージを送信することができる。そのため、メッセージの送信範囲を拡大することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、無線通信端末が、複数の他の無線通信端末のうち所定の無線通信端末に対して、ユニキャスト送信を行い、所定の無線通信端末からユニキャスト送信に対する到達応答が得られた後に、複数の他の無線通信端末にブロードキャスト送信を行う通信部を持つことにより、メッシュネットワークにおいて、通信帯域の使用率を低減しつつ、通信の信頼性を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１ａ…無線通信端末，１１０…無線通信部，１２０…通信制御部，１２１、１２１ａ…送信機能，１２２…応答機能，１２３、１２３ａ…中継機能，１２４…受信機能，１３０…端末情報記憶部，１４０…経路情報記憶部，１５０…テーブル記憶部

Claims (9)

1. 複数の他の無線通信端末と複数の通信経路で無線通信することが可能な無線通信端末であって、
   グループ送信を実現するために自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末を示す情報を少なくとも含む端末情報を参照し、前記複数の他の無線通信端末のうち前記端末情報で示される無線通信端末を、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末として特定する通信制御部と、
   前記通信制御部により特定された前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末に対して、ユニキャスト送信を行い、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末から前記ユニキャスト送信に対する到達応答が得られた後に、前記複数の他の無線通信端末に対しブロードキャスト送信を行う通信部と、
   を備える無線通信端末。
2. 前記通信制御部は、自装置が保持する経路情報を参照し、自装置が直接通信することができない他の無線通信端末が存在する場合に、前記ブロードキャスト送信によるブロードキャストメッセージ内に、前記ブロードキャストメッセージを中継させる他の無線通信端末を指定する中継端末情報を設定する、請求項１に記載の無線通信端末。
3. 前記通信部は、前記他の無線通信端末から受信した前記ブロードキャストメッセージに含まれる前記中継端末情報で自装置が指定されている場合に、受信した前記ブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する、請求項２に記載の無線通信端末。
4. 前記通信制御部は、前記ブロードキャストメッセージ内の前記中継端末情報を、前記他の無線通信端末の識別情報と１対１に対応するビットフィールドで設定する、請求項２又は３に記載の無線通信端末。
5. 前記通信制御部は、前記ブロードキャストメッセージの宛先となる他の無線通信端末を指定する宛先端末情報を前記ブロードキャストメッセージ内にさらに設定し、
   前記通信部は、前記他の無線通信端末から受信した前記ブロードキャストメッセージに含まれる前記中継端末情報で自装置が指定され、かつ、前記宛先端末情報で前記他の無線通信端末が指定されている場合に、受信した前記ブロードキャストメッセージをブロードキャスト送信する、請求項２から４のいずれか一項に記載の無線通信端末。
6. 前記通信制御部は、前記ブロードキャストメッセージ内の前記宛先端末情報を、前記他の無線通信端末の識別情報と１対１に対応するビットフィールドで設定する、請求項５に記載の無線通信端末。
7. 前記通信制御部は、前記他の無線中継端末から受信した前記ブロードキャストメッセージに含まれる中継端末情報で自身が指定されている場合に、少なくとも前記ブロードキャストメッセージ内のホップ数を減算し、前記通信部にブロードキャスト送信させる、請求項２から６のいずれか一項に記載の無線通信端末。
8. 前記ユニキャスト送信で送信されるユニキャストメッセージと、前記ブロードキャスト送信で送信されるブロードキャストメッセージとは、メッセージの識別に用いる識別番号が同一である、請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信端末。
9. 複数の他の無線通信端末と複数の通信経路で無線通信することが可能な無線通信端末が行うグループ送信方法であって、
   グループ送信を実現するために自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末を示す情報を少なくとも含む端末情報を参照し、前記複数の他の無線通信端末のうち前記端末情報で示される無線通信端末を、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末として特定する通信制御ステップと、
   前記通信制御ステップにおいて特定された前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末に対して、ユニキャスト送信を行い、前記自装置との間で通信可能であることを保証したい対象となる無線通信端末から前記ユニキャスト送信に対する到達応答が得られた後に、前記複数の他の無線通信端末に対しブロードキャスト送信を行う通信ステップと、
   を有するグループ送信方法。

Images