JP7092225B1 - 基地局、無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークトポロジや通信路環境を複合的に考慮してフラッディングの効率化を図る。【解決手段】本発明は、各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするシステムの基地局側の無線通信装置であって、各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を決定するフラッディング制御手段と、各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を補正するスロット時間長補正手段と、スロット時間長補正手段により補正されたホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成する制御情報生成手段と、制御情報を送受信する無線送受信手段とを備える。【選択図】 図１

Description

この発明は、基地局、無線通信装置及び無線通信方法に関し、例えば、移動体を含むマルチホップ無線センサネットワークに適用し得るものである。

従来、無線通信システムとして、基地局（以下、「ＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）」とも呼ぶ。）と移動局（以下、「ノード」とも呼ぶ）で構成され、ノードのセンサがデータを検知し、ノードが定期的にデータを基地局に送信するセンサネットワークシステムが知られている。

従来、センサネットワークシステムの通信に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、ノード間の通信距離が十分に確保できないことがある。そのため、従来のセンサネットワークシステムでは、１つの基地局で管理されるエリア内のすべてのノードが、基地局と直接通信できるとは限らない。

そこで、このようなセンサネットワークシステムでは、各ノードは自身と直接通信可能なエリア内に存在する他のノード（以下、「隣接ノード」とも呼ぶ。）にデータを伝送し、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伝送するというマルチホップ無線通信でデータ伝送が行われる。以下、マルチホップ無線通信が採用されたネットワークシステムを「マルチホップ無線通信システム」とも呼ぶ。

マルチホップ無線通信システムを採用しているセンサネットワークでは、ネットワークに参加するノード間、又は基地局とノードとの間で制御パケットを通信してデータ伝送経路の構築（ルーティング）が行われる。この制御パケットの通信方式の１つにフラッディング方式がある。

フラッディング方式は、各ノードが、受信した制御パケットの再ブロードキャストを繰り返すことで、ネットワーク全体に制御パケットを行き渡らせる方法である。

しかし、フラッディング方式は全ノードが制御パケットの再ブロードキャストを行うため、パケットの衝突や輻輳が起こりやすい。

そこで、効率的に制御パケットをネットワーク全体に行き渡らせるフラッディング方式が求められている。

例えば、特許文献１には、ホップ数ごとに時間軸を特定の長さで区切り（以下、その期間を「スロット」と呼ぶ。）、そのスロット内にパケットの送信を行う送信タイミング制御を行うことで、パケットの衝突を削減することが記載されている。

国際公開第２０１３／１１４４６５号

しかしながら、特許文献１に記載のフラッディング方式は、スロット長とノード数との関係を考慮していない。一般的に、マルチホップ無線通信のセンサネットワークシステムでは、通信路特性の時間変動に伴い、ノードのホップ数は時々刻々と変動する。そのため、各ホップに属するノード数も時々刻々と変動し、トポロジも変動する。

このとき、いずれのホップ数においてもスロット長が一律であると、特定のホップ数のノードが多い際に、スロットの期間内に全ノードの制御パケット送信が完了しなくなる可能性がある。送信されない制御パケットが存在するということは、すなわち、制御パケットの到達性を下げることに繋がり、ネットワークの信頼性の低下を招く。

一方、特定のホップ数のノードが少ない際は、通信に利用されない時間が増え、ネットワークの冗長性が増す。

このようなネットワークトポロジや通信路環境が時々刻々と変動するような環境において、特許文献１に記載の方式だけで、ネットワークの信頼性を担保することはできない。

以上のような課題に鑑みて、ネットワークトポロジや通信路環境を複合的に考慮して、効率的なフラッディングを行なう基地局、無線通信装置及び無線通信方法が求められている。

かかる課題を解決するために、第1の本発明は、各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局の無線通信装置であって、（１）各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を決定するフラッディング制御手段と、（２）各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を補正するスロット時間長補正手段と、（３）フラッディング制御手段から取得した、スロット時間長補正手段により補正されたホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成する制御情報生成手段と、（４）制御情報を送信すると共に、各ノードが返信した制御情報を受信する無線送受信手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局であって、（１）各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を決定するフラッディング制御手段と、（２）各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を補正するスロット時間長補正手段と、（３）フラッディング制御手段から取得した、スロット時間長補正手段により補正されたホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成する制御情報生成手段と、（４）制御情報を送信すると共に、各ノードが返信した制御情報を受信する無線送受信手段とを備えることを特徴とする。

第３の本発明は、各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局の無線通信方法であって、（１）フラッディング制御手段が、各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を決定し、（２）スロット時間長補正手段が、各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、ホップ数毎のスロット時間長を補正し、（３）制御情報生成手段が、フラッディング制御手段から取得した、スロット時間長補正手段により補正されたホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成し、（４）無線送受信手段が、制御情報を送信すると共に、各ノードが返信した制御情報を受信することを特徴とする。

本発明によれば、ネットワークトポロジや通信路環境を複合的に考慮して、効率的なフラッディングを行なうことができる。

実施形態に係る基地局の無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。 実施形態に係る無線通信システムの全体構成の一例を示す全体構成図である。 スーパーフレームの構成を示す構成図である。 実施形態に係る下り通信期間のスロット構成を示す構成図である。 実施形態に係るネットワーク構成を示す構成図である。 実施形態において補正したスロット構成を示す構成図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係る基地局、無線通信装置及び無線通信方法の主たる実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施形態では、マルチホップ無線通信システムを採用したセンサネットワークにおいて、基地局及びノードが、ホップ数毎のノード数、ネットワークトポロジを考慮したフラッディング方式を行なう。

（Ａ－１）実施形態の構成
（Ａ－１－１）システム全体構成
図２は、実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）の全体構成の一例を示す全体構成図である。

図２において、実施形態に係る無線通信システムＮＴは、基地局（ＢＳ）１０と、複数（図１では４台）の移動局（ノード）２０（２０－１～２０－４）とを有する。

無線通信システムＮＴは、基地局１０を「根」とし、各ノード２０を「節」、「葉」としたツリー型トポロジのマルチホップ無線通信システムである。基地局１０及びノード２０の数は限定されない。

基地局１０及び各ノード２０を総じて「局」とも呼ぶ。また、各ノード２０は、基地局１０を最終的な宛先としてデータパケットを送信する。各ノード２０が基地局１０宛のパケット送信を「上り通信」と呼び、基地局１０が各ノード２０側へのパケット送信を「下り通信」と呼ぶ。

図２において、基地局１０とノード２０とを結ぶ直線、若しくは、各ノード２０間を結ぶ直線は、２個の局同士が通信可能であることを示している。

基地局１０及び各ノード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。

各ノード２０がデータパケットを送信（下り通信）する際に、次に転送するノードを「親ノード」と呼び、自ノード２０を「子ノード」と呼ぶ。つまり、あるノード２０から基地局１０までの経路において、基地局１０に近い側に位置しているノード２０を「親ノード」と呼び、親ノードと通信可能であって基地局１０から遠い側のノード２０を「子ノード」と呼ぶ。

図２において、ノード２０－１～２０－４を示す円内の“（１）”等の数字は、基地局１０までのホップ数を示しており、子ノードのホップ数は、親ノードのホップ数よりも小さいものとなっている。

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ＮＴ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、各ノード２０が送信したパケットを受信し、センシングデータを収集する。なお、基地局１０は、収集したデータを基地局１０内で保存してもよいし、若しくは、無線接続又は有線接続する他の情報処理装置に提供してもよい。

各ノード２０は、例えば移動体などに取り付けられた無線通信装置（無線機）である。各ノード２０は、センサを備え、センサがセンサデータを取得すると、各ノード２０は、最終的な宛先を基地局１０とした、センサデータを含むパケットをマルチホップ無線通信する。なお、各ノード２０としての移動体は、例えば、人体、自転車、自動車、可動型ロボット、無人航空機等の移動可能なものを広く適用することができる。

なお、マルチホップ無線通信方式は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４等を適用できるが、各局間でマルチホップが可能であれば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に限定されない。

（Ａ－１－２）基地局の無線通信装置
この実施形態では、無線マルチホップセンサネットワークにおいて、基地局１０及びノード２０がホップ数毎のノード数、ネットワークトポロジを考慮したフラッディング方式を行う。

図１は、実施形態に係る基地局１０の無線通信装置１００の内部構成を示す内部構成図である。

図１において、無線通信装置１００は、アンテナ部１０１、無線信号送受信部１０２、データ処理部１０３、フラッディング制御部１０４、スロット時間長補正部１１０、パケット生成部１０８を有する。また、スロット時間長補正部１１０は、ホップ比率計算部１０５、バランス調整部１０６、トポロジ考慮部１０７を有する。

また、無線通信装置１００は外部システム１０９と接続している。外部システム１０９は、例えばセンサ、パーソナルコンピュータ、無線通信機能、アプリケーションなどを適用できる。この実施形態では、説明を容易にするために、外部システム１０９がセンサであるものとして説明する。

無線通信装置１００は、ハードウェア的な無線通信インタフェース（例えば、アンテナ部１０１等）を除くほかは、コンピュータにプログラム（実施形態に係る無線通信プログラム等）をインストールすることにより実現するようにしてもよく、その場合でも機能的構成は、図１のように示すことができる。

アンテナ部１０１は、基地局１０とノード２０との間の無線信号を送受信する。

無線信号送受信部１０２は、アンテナ部１０１を用いて無線信号を送受信する処理を行なう。例えば、無線信号送受信部１０２は、アンテナ部１０１で捕捉した電波の受信信号を復調し、受信信号に含まれているパケットを受信し、パケットのデータをデータ処理部１０３に与える。また、無線信号送受信部１０２は、パケット生成部１０８から取得したパケットデータを変調し、その変調した信号をアンテナ部１０１に与える。

データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２により受信されたパケットを処理する。例えば、データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２で得られたパケットの種類を判別し、制御パケットであると判断すると、制御パケット内に記載されているフラッディング制御に関する情報を、フラッディング制御部１０４に与える。また、データ処理部１０３は、受信したパケットが外部システム１０９に与えるべきデータ（例えば基地局１０からのセンサデータ送信指示コマンド等のデータ）である場合には、当該データを外部システム１０９に与える。

フラッディング制御部１０４は、データ処理部１０３からフラッディング制御に関する情報を用いて、フラッディング制御を行なう。フラッディング制御部１０４は、ブロードキャスト機能で制御パケットをフラッディングする。

フラッディング制御部１０４は、初期値として事前に定められたホップ数毎のスロット長と、データ処理部１０３からのフラッディング制御に関する情報とを保持しており、スロット長の情報とホップ数毎のノードの情報をホップ比率計算部１０５に与える。

ここで、フラッディング制御に関する情報は、今回のフラッディングで、各ノード２０が基地局１０に向けて送信した制御パケットに含まれる情報である。例えば、フラッディング制御に関する情報は、各ノード２０のアドレス情報（例えば、ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス等）、各ノード２０から基地局１０までのホップ数、自ノードの親ノード及び子ノードを示す情報等を含む。

また、フラッディング制御部１０４は、ホップ比率計算部１０５により得られた新たなスロット長の情報をバランス調整部１０６に与え、バランス調整部１０６により調整されたスロット長を受け取る。

さらに、フラッディング制御部１０４は、スロット長の情報と各ノード２０と、その子ノードの情報をトポロジ考慮部１０７に与える。そして、フラッディング制御部１０４は、トポロジ考慮部１０７から与えられるスロット長の情報を受け取り、得られたスロット長の情報をパケット生成部１０８に与える。

スロット時間長補正部１１０は、フラッディング制御部１０４の制御により、ホップ数毎のスロットのスロット時間長を変動させる。

ホップ比率計算部１０５は、フラッディング制御部１０４から与えられた各ノード２０のホップ数の情報とスロット長の情報とに基づいて、次のフラッディングにおけるスロット長を計算し（「以下、スロット長を更新する」と呼ぶ）、その結果をフラッディング制御部１０４に与える。ホップ比率計算部１０５は、ホップ数毎のノード数に応じて、スロット長を補正する機能を有する。ホップ比率計算部１０５を第１の補正手段とも呼ぶ。ホップ比率計算部１０５の処理の詳細な説明は動作の項で行う。

バランス調整部１０６は、フラッディング制御部１０４から与えられた最大ホップ数の情報とスロット長の情報とに基づいて、スロット長を更新し、その結果をフラッディング制御部１０４に与える。バランス調整部１０６は、孤立ノードの発生をなくすため、比較的ホップ数が小さい位置に存在するノード２０のスロット長を補正する機能を有する。バランス調整部１０６を第２の補正手段とも呼ぶ。バランス調整部１０６の処理の詳細な説明は動作の項で行う。

トポロジ考慮部１０７は、フラッディング制御部１０４から与えられたネットワークトポロジの情報に基づいて、スロット長を更新し、その結果をフラッディング制御部１０４に与える。トポロジ考慮部１０７は、あるノード２０が接続している子ノード数の大小を基に、スロット長を補正する機能を有する。トポロジ考慮部１０７を第３の補正手段とも呼ぶ。トポロジ考慮部１０７の処理の詳細な説明は動作の項で行う。

パケット生成部１０８は、フラッディング制御部１０４から与えられた情報と外部システム１０９から与えられた情報とを用いてパケット化を行い、無線信号送受信部１０２にそのパケットを与える。

（Ａ－２）実施形態の動作
まず、実施形態に係る無線通信システムＮＴにおけるマルチホップ無線通信ネットワークの概要を説明する。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に準拠するマルチホップ無線通信ネットワークは、基地局１０と、複数のノード２０とにより構成されたツリー型トポロジが採用される。

ツリー型トポロジでは、より下位のノード２０が、最終的な宛先を基地局１０としたデータパケットを親ノードに伝送する。データパケットを受信したノードが更に上位の親ノードにデータパケットを伝送し、マルチホップ通信で最終的に基地局１０にデータを伝送する。

無線通信システムＮＴは、基地局１０が管理するエリアのサイズ、データの送信周期による制約などの条件により、マルチホップの最大回数があらかじめ定められている。

簡単のため無線通信システムＮＴは、ネットワークに参加するノード２０それぞれが親ノードを決定するための通信期間と、親ノード宛にデータパケットを送信しマルチホップ通信で基地局１０までデータを伝送するための通信期間からなるものとする。

前者の通信期間を「下り通信期間」と呼び、後者の通信期間を「上り通信期間」と呼ぶ。下り通信期間と上り通信期間とからなる構成をスーパーフレーム構成と呼び、スーパーフレームの構成は図３のようになる。

ツリー型トポロジの無線通信システムＮＴでは、データ伝送経路の構築のため、基地局１０がトリガーとなってフラッディングを行ない、全てのノード２０に制御パケットが行き渡るように通知する。基地局１０は、スーパーフレームの下り通信期間でフラッディングを行なう。

以下では、図１、図５及び図６を参照して、フラッディング手法を説明する。

図４は、実施形態に係る下り通信期間のスロット構成を示す構成図であり、図５は、実施形態に係るネットワーク構成を示す構成図であり、図６は、実施形態において補正したスロット構成を示す構成図である。図５を参照してノード２０を区別しながら説明する場合、簡単のため「ノードＡ」等と呼んで説明する。

図４に示すように、下り通信期間はスロット化されている。つまり、下り通信時間は、時系列に並んだ時間が割り当てられている。図４では、最大ホップ数がＫホップとしている。

ここで、図４の「スロット１」は基地局１０が制御パケットを送信する時間、「スロット２」は１ホップ目に位置しているノード（以下、「１ホップノード」と呼ぶ。）が制御パケットを送信する時間、「スロット２」は２ホップノードが送信する時間、「スロット３」は３ヒップノードが送信する時間を表している。

下り通信期間の長さは、事前に定められている。また、下り通信期間の各スロットの期間の長さの初期値は事前に定められている。

図５に例示するネットワークは、１１個のノードＡ～ノードＫと、基地局（ＢＳ）１０とを有して構成されており、最大ホップ数は４ホップとする。局間を結ぶ直線は、前回のスーパーフレームにおいて、直線の両端のノードが親ノードと子ノードとして接続状態の関係にあることを表している。

図６において、「スロット２」の長さを「Ｌ２」、「スロット３」の長さを「Ｌ３」、「スロット４」の長さを「Ｌ４」と表し、その合計の長さ（下りスロット長とも呼ぶ。）を「Ｌ」と表している。

「スロット１」の長さは基地局１０のみが制御パケットを送信する時間であるため、常に一定長とすることができる。これに対して、下りスロット長Ｌ（＝Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）は、１１個のノード２０の全てがそれぞれ、制御パケットを送信（すなわち、再ブロードキャスト）するため、十分な時間を確保されているとは限らない。

そこで、基地局１０は、上述したＬ２、Ｌ３、Ｌ４を動的に変更することで効率的なフラッディングを実現する。

まず、スーパーフレームが開始すると、下り通信期間において、基地局１０のフラッディング制御部１０４は、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４の初期値を用いて制御パケットをフラッディングする。

ここで、基地局１０及びノード２０は、下り通信期間における多重アクセス方式として、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｅｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を採用するものとする。例えば、多重アクセス方式としてＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を採用してもよい。なお、上り通信期間の通信方式は問わない。

次に、上り通信期間において、各ノード２０は、自ノードのホップ数と、自ノードの親ノード及び自ノードに接続している子ノードの情報をデータパケットに載せて基地局１０に向けて送信する。これにより、基地局１０は、各ノード２０からデータパケットを受信することで、ネットワークトポロジや各ノード２０のホップ数を知る。

次のスーパーフレームが開始すると、基地局１０のフラッディング制御部１０４は、Ｌ２～Ｌ４を決定するため、前回のスーパーフレームにおける各ノード２０のホップ数の情報とスロット長の情報（Ｌ２～Ｌ４）をホップ比率計算部１０５に与える。

ホップ比率計算部１０５は、フラッディング制御部１０４から受け取った各スロット長とホップ数の情報から各ホップ数におけるノード２０の比率を考慮した更新スロット長を計算する。

所属するノード数が多いスロットほど、再ブロードキャストに必要な時間が長いと考え、ホップ比率計算部１０５は、式（１）に従って、全ノード数に対して当該スロットに属するノード数の割合を用いて、更新スロット長Ｌｉ’（ｉ＝２，３，４）を計算する。
Ｌｉ’＝Ｌ×（Ｎ＿（ｉ－１）／ΣＮ＿（ｉ－１））（ｉ＝２，３，４）…（１）
ここで、Ｎ＿（ｉ－１）は（ｉ－１）ホップノードの数を表す。つまり、第ｉ－１ホップ目に位置しているノードの数を表しており、ΣＮ＿（ｉ－１）は、無線通信システムＮＴを構成しているノードの全数を表している。

例えば、図５に例示するネットワークトポロジの場合、１ホップノード数は「３（台）」、２ホップノード数は「３（台）」、３ホップノード数は「４（台）」である。したがって、ホップ比率計算部１０５は、式（１）に従って、「スロット２」、「スロット３」、「スロット４」の各長さＬ２、Ｌ３、Ｌ４を、Ｌ２’、Ｌ３’、Ｌ４’に更新する。
Ｌ２’＝Ｌ×３／１１（１ホップノード数は３） …（２）
Ｌ３’＝Ｌ×３／１１（２ホップノード数は３） …（３）
Ｌ４’＝Ｌ×４／１１（３ホップノード数は４） …（４）
ホップ比率計算部１０５は、得られた更新スロット長Ｌ２’～Ｌ４’をフラッディング制御部１０４に返す。

フラッディング制御部１０４は、ホップ比率計算部１０５から取得した、更新スロット長Ｌ２’～Ｌ４’と、最大ホップ数の情報（図５の例の場合、最大ホップ数「４」）とをバランス調整部１０６に与える。

バランス調整部１０６は、フラッディング制御部１０４から取得した、更新スロット長の情報と最大ホップ数の情報とに基づいて、ホップ数のバランスを考慮したスロット長を計算する。

ここで、ホップ数の大きいノード（つまり、基地局１０から遠いノード）が制御パケットを受信し、孤立ノードにならないためには、ホップ数の小さいノード（つまり、基地局に近いノード）が制御パケットの再ブロードキャストに成功する必要がある。

そこで、バランス調整部１０６は、ホップ数のバランスを考慮して、式（５）～式（７）に従って、スロット２～スロット４の長さＬ２’、Ｌ３’、Ｌ４’を、更新スロット長Ｌ２’’、Ｌ３’’、Ｌ４’’に補正する。
Ｌ２’’＝Ｌ２’×α＿２＋β＿２ …（５）
Ｌ３’’＝Ｌ３’×α＿３＋β＿３ …（６）
Ｌ４’’＝Ｌ－（Ｌ２’’＋Ｌ３’’） …（７）
ここで、α＿ｉ，β＿ｉ（ｉ＝２，３）は補正パラメータであり、α＿ｉの値，β＿ｉの値はネットワークの規模やパケット長、通信路環境などを考慮し、事前に定められる。

例えば、図５のネットワークトポロジにおいて、１ホップノード数が３台である。それら３台のノード（ノードＦ、ノードＪ、ノードＫ）が制御パケットの再ブロードキャストに成功しなければ、２ホップノード以下の８台のノードが孤立ノードとなってしまう。そのため、１ホップノードの重要性が高いと判断した場合、１ホップノードの送信時間である「スロット２」の長さが長くなるようにするため、バランス調整部１０６は、例えば、α＿２＝１．５，β＿２＝Ｌ×Ｎ＿２／ΣＮ＿ｉ等と設定してもよい。

逆に、第ｉホップ目に位置しているノード２０が制御パケットを送信するスロット長として長さが十分であると判断したとき、バランス調整部１０６は、スロットｉのスロット長Ｌ＿ｉ’について、α＝０，β＝０としてもよい。

バランス調整部１０６は、以上の手続きで得られた更新スロット長Ｌ２’’～Ｌ４’’をフラッディング制御部１０４に返す。

フラッディング制御部１０４は、バランス調整部１０６から更新スロット長を受け取ると、次に、その更新スロット長（Ｌ２’’～Ｌ４’’）の情報とネットワークトポロジの情報をトポロジ考慮部１０７に渡す。ここで、ネットワークトポロジの情報とは、ノード間の親子関係の接続状況である。

トポロジ考慮部１０７は、フラッディング制御部１０４から送られてきた更新スロット長の情報とネットワークトポロジの情報とに基づいて、重要ノード数と非重要ノード数に注目し、スロット長を更新する。

ここで、「重要ノード」とは、自ノードに接続する子ノードが多いノードを意味し、そのノードが制御パケットの再ブロードキャストできれば多くのノードがネットワークに接続可能になるノードを意味する。一方、「非重要ノード」とは、自ノードに接続する子ノードが少ないノードを意味する。なお、自ノードに接続している子ノードの数が多い又は少ないについては、事前に設定された閾値を用いて判断する。

トポロジ考慮部１０７は、「非重要ノードが多いスロット」を、「多くのノードが制御パケットの再ブロードキャストを行わないと孤立ノードが発生しやすいスロット」と考える。すなわち、トポロジ考慮部１０７は、式（８）～式（１０）に従って、スロット２～スロット４の長さＬ２’’、Ｌ３’’、Ｌ４’’を、Ｌ２’’’、Ｌ３’’’、Ｌ４’’’に補正する。
Ｌ２’’’＝Ｌ２’’－Ａ＿２×Ｎ’＿２＋Ｂ＿２×Ｎ’’＿２ …（８）
Ｌ３’’’＝Ｌ３’’－Ａ＿３×Ｎ’＿３＋Ｂ＿３×Ｎ’’＿３ …（９）
Ｌ４’’’＝Ｌ－（Ｌ２’’’＋Ｌ３’’’） …（１０）
ここで、Ｎ’＿ｉ，Ｎ’’＿ｉ（ｉ＝２，３）はそれぞれ、（ｉ－１）ホップノードの内の重要ノード数、非重要ノード数を意味し、Ａ＿ｉ、Ｂ＿ｉ（ｉ＝２，３）はそれぞれ補正パラメータであり、これらの値はネットワークの規模やパケット長、通信路環境などを考慮し、事前に定められる。

例えば、図５のネットワークにおいて、Ｎ’＿２はノードＦの１台、Ｎ’＿３はノードＥの１台であり、Ｎ’’＿２とＮ’’＿３はそれぞれノードＪ、ＫとノードＩ、Ｇの２台である。

また、Ａ＿ｉ，Ｂ＿ｉは制御パケットの送信にかかる時間を与えるなどとしてよい。

トポロジ考慮部１０７は、以上の手続きで得られたスロット長Ｌ２’’’、Ｌ３’’’、Ｌ４’’’を更新スロット長としてフラッディング制御部１０４に返す。

フラッディング制御部１０４は、トポロジ考慮部１０７から更新スロット長Ｌ２’’’、Ｌ３’’’、Ｌ４’’’を受け取ると、その更新スロット長を、これから開始するスーパーフレームにおける下り通信期間のスロット構成として採用し、その構成をパケット生成部１０８に送る。

パケット生成部１０８は、外部システム１０９から得られた情報とフラッディング制御部１０４から得られたスロット構成の情報を基に制御パケットを生成し、無線信号送受信部１０２にその制御パケットのブロードキャストを依頼する。

（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、以下の効果を奏する。

ネットワークトポロジが時々刻々と変動する環境において、スロット化されたフラッディングでルーティングを構築する際、事前に定められたスロット期間内で、制御パケットの再ブロードキャストを完了できないノードが発生し得、その結果としてデータ収集率の劣化を招く。

また、単純に各ホップに属するノード数の比率のみを利用した場合、ホップ数の小さいノードが属するスロット長が短くなることがある。このとき、制御パケットの再ブロードキャストを完了できないホップ数の小さいノードが発生すると、そのノードに接続するすべての子ノードが孤立ノードになるため、結果としてデータ収集率の劣化を招く。

この実施形態によれば、上述したような課題を解決し、事前に定められた下り通信期間長を効率的にスロット分割することが可能になり、孤立ノードの低減とデータ収集率を向上できる。

（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することができる。

（Ｂ－１）上述した実施形態では、下り通信期間と上り通信期間からなるスーパーフレーム構成を採用したが、本発明を採用できるマルチホップ無線通信センサネットワークは、このスーパーフレーム構成に限定するものでなく、下り通信方式にフラッディングを採用し、かつ、そのフラッディング期間がスロット化されている構成であればよい。

（Ｂ－２）上述した実施形態では、トポロジ考慮部がノード間の接続情報を基に更新スロット長を算出したが、本発明を適用するためには必ずしもその形式でならないわけではなく、各ノードの位置情報を用いたり、あるいは接続情報と位置情報の両方を用いたりするなど、用いるネットワークトポロジの情報については問わない。

１０…基地局、２０（２０－１～２０－４）…ノード、１００…無線通信装置、１０１…アンテナ部、１０２…無線信号送受信部、１０３…データ処理部、１０４…フラッディング制御部、１０５…ホップ比率計算部、１０６…バランス調整部、１０７…トポロジ考慮部、１０８…パケット生成部、１０９…外部システム、１１０…スロット時間長補正部。

Claims (7)

1. 各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局の無線通信装置であって、
   前記各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を決定するフラッディング制御手段と、
   前記各ノードのホップ数、前記最大ホップ数、前記ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正するスロット時間長補正手段と、
   前記フラッディング制御手段から取得した、前記スロット時間長補正手段により補正された前記ホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成する制御情報生成手段と、
   前記制御情報を送信すると共に、前記各ノードが返信した制御情報を受信する無線送受信手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記スロット時間長補正手段が、
   前記各ノードのホップ数に関する情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正する第１の補正手段と、
   前記最大ホップ数に関する情報に基づいて、前記第１の補正手段により補正された前記ホップ数毎のスロット時間長を補正する第２の補正手段と、
   前記ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記第２の補正手段により補正された前記ホップ数毎のスロット時間長を補正する第３の補正手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１の補正手段が、前記ホップ数毎のノード比率に応じて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正するものであることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記第２の補正手段が、前記最大ホップ数と、全ノード数と、前記ホップ数毎のノード数とに基づいて設定した補正係数を用いて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の無線通信装置。
5. 前記第３の補正手段が、接続している子ノード数に基づいて区別した重要ノード数と非重要ノード数とに基づいて設定した補正係数を用いて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正することを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. 各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局であって、
   前記各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を決定するフラッディング制御手段と、
   前記各ノードのホップ数、前記最大ホップ数、前記ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正するスロット時間長補正手段と、
   前記フラッディング制御手段から取得した、前記スロット時間長補正手段により補正された前記ホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成する制御情報生成手段と、
   前記制御情報を送信すると共に、前記各ノードが返信した制御情報を受信する無線送受信手段と
   を備えることを特徴とする基地局。
7. 各ノードがホップ数毎に区分されたスロット時間内に制御情報をフラッディングするマルチホップ無線通信システムにおける基地局の無線通信方法であって、
   フラッディング制御手段が、前記各ノードのホップ数、最大ホップ数、ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を決定し、
   スロット時間長補正手段が、前記各ノードのホップ数、前記最大ホップ数、前記ネットワークトポロジ情報に基づいて、前記ホップ数毎のスロット時間長を補正し、
   制御情報生成手段が、前記フラッディング制御手段から取得した、前記スロット時間長補正手段により補正された前記ホップ数毎のスロット時間長を用いて制御情報を生成し、
   無線送受信手段が、前記制御情報を送信すると共に、前記各ノードが返信した制御情報を受信する
   ことを特徴とする無線通信方法。

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