JP7245526B2 - 通信装置、通信方法及びプログラム - Google Patents

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本出願は、２０１８年１月２５日に出願された日本出願番号（特願）２０１８－０１０９４４号及び２０１８年９月４日に出願された日本出願番号（特願）２０１８－１６５４４５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

本発明は、通信装置、通信方法及びプログラムに関する。

無線多段中継における経路構築手法として、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｓが知られている（例えば特許文献１）。ＩＥＥＥ８０２．１１ｓを利用することで、通信装置が互いに接続して無線メッシュネットワークを構成することができる。

特開２００８－１２４８１３号公報

ＩＥＥＥ８０２．１１ｓでは、メトリック（Ｍｅｔｒｉｃ）と呼ばれる、通信装置間の経路ごとのコストを示す重み値に基づいて、通信経路の決定が行われる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｓでは、相互に接続する通信装置の互換性を重視しており、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ａｃなどの通信規格の異なる通信装置が混在した環境に対応することができるように、通信規格で定められた理論上の最大通信速度に基づいてメトリック値が決定される。

ここで、無線通信においては、必ずしも理論上の最大通信速度で通信が行われるのではない。例えば、無線通信においては、周囲の電波環境の影響があるため、通信速度は、通信が開始されてから、ある程度のフレームのやり取りが行われた後、最適な速度に調整される。従って、電源投入後などのように送受信するフレームが少ない場合においては、実際の最適な送信速度を得ることができないため、上述のように理論上の最大通信速度を用いたメトリックの計算方法を利用して構築された経路は最適ではない。特に、ツリー型の経路を構築する場合では、ユーザのフレームの送受信が開始される前に経路が決定される必要があるため、中継装置が移動する場合などを考慮すると、標準仕様により規定されている理論上の最大通信速度を用いたメトリックによる経路構築は最適な方法ではない。

そこで、本発明は、無線メッシュネットワークにおいて、より最適な経路構築を行うことを可能にする技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る通信装置は、無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置であって、受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶する記憶部と、他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信する受信部と、受信部で受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出する算出部と、算出された積算メトリック値が、記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した他の通信装置を、無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定する決定部と、を有する。

本発明によれば、無線メッシュネットワークにおいて、より最適な経路構築を行うことを可能にする技術を提供することができる。

実施形態に係る無線通信システムのシステム構成の一例を示す図である。 従来のＩＥＥＥ８０２．１１ｓにおける経路構築の方式を示す図である。 中継装置のハードウェア構成例を示す図である。 中継装置の機能ブロック構成例を示す図である。 定義テーブルの一例を示す図である。 中継装置の装置構成例を示す図である。 実施形態に係る無線通信システムが行う処理手順の一例を示す図である。 中継装置が経路構築対象の中継装置を決定する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。 中継装置が行う経路構築の具体例を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

＜システム構成＞
図１は、実施形態に係る無線通信システム１のシステム構成の一例を示す図である。無線通信システム１は、固定局である中継装置１０－１Ａ～１０－１Ｆ、移動局である中継装置１０－２Ａ及び１０－２Ｂを含む。固定局である中継装置１０－１Ａ～１０－１Ｆを特に区別しない場合は「中継装置（固定局）１０－１」と称する。移動局である中継装置１０－２Ａ及び１０－２Ｂを特に区別しない場合は「中継装置（移動局）１０－２」と称する。また、中継装置（固定局）１０－１及び中継装置（移動局）１０－２を区別しない場合は「中継装置１０」と称する。無線通信システム１に含まれる中継装置（固定局）１０－１及び中継装置（移動局）１０－２の数は任意であり、特に制限はない。また、中継装置１０を無線中継装置と称してもよいし、通信装置と称してもよい。

中継装置（固定局）１０－１は、基本的に移動せず、建物の内部や屋外などに固定的に設置された中継装置１０を意図している。また、中継装置（移動局）１０－２は、例えば自動車等に搭載されていたり、ユーザが所持していたりと、基本的に移動することが前提である中継装置１０を意図している。

中継装置（固定局）１０－１及び中継装置（移動局）１０－２は、アクセスポイントとして動作し、無線ＬＡＮ、ＬＰＷＡ（Low-Power Wide-Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は有線ＬＡＮ等を介して端末２０と通信することができる。端末２０は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ノートＰＣ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、家庭用ゲーム機器などである。図１の例では、端末２０Ａは中継装置（移動局）１０－２Ａと通信しており、端末２０Ｂは中継装置（移動局）１０－２Ｂと通信している。図１の例はあくまで一例であり、端末２０が中継装置（固定局）１０－１と通信することも可能である。

また、中継装置（固定局）１０－１及び中継装置（移動局）１０－２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓをサポートしており、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓに定められた手順に従って経路を構築することで、無線通信システム１全体で無線メッシュネットワークを構成する。図１における点線は、中継装置１０の間で構築された経路を示している。ＩＥＥＥ８０２．１１ｓでは、ＨＷＭＰ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｓｈ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）という規格が採用されている。ＨＷＭＰには各中継装置１０が自律的にネットワークを構築するＲＭ－ＡＯＤＶ（Ｏｎ ｄｅｍａｎｄ ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｍｅｔｒｉｃ ＡＯＤＶ）や、特定の中継装置を起点としてツリー型のネットワークを構築するＰｒｏ－ａｃｔｉｖｅ ｒｏｕｔｉｎｇ方式がある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｓでは、メトリックと呼ばれる、中継装置１０間の経路ごとのコストを示す重み値に基づいて、通信経路の決定が行われる。本実施形態は、双方の方式で採用されている経路構築の方式に適用することが可能である。

図２は、従来のＩＥＥＥ８０２．１１ｓにおける経路構築の方式を示す図である。この方式では、まず、起点となる特定の中継装置１０（例えばインターネットに接続している等、通信の起点となる中継装置１０であり、図１の例では中継装置（固定局）１０－１Ａ）から、メトリック値が０である経路構築フレームを送信（ブロードキャスト）する。次に、周辺の中継装置１０は、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値と、当該経路構築フレームを送信した中継装置１０と通信する際の理論上の最大通信速度を基にしたメトリック値を加算したメトリック値（以下、「積算メトリック値」と言う。）を計算する。

メトリック値は、通信経路におけるコストを示すことから、通信速度が速いほど小さい値に設定される。図２の例では、理論上の最大通信速度が５４Ｍｂｐｓの場合（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａの場合）のメトリック値を１００とし、理論上の最大通信速度が１５０Ｍｂｐｓの場合（例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｎの場合）のメトリック値を５０と定めたと仮定する。積算メトリック値は、無線メッシュネットワークにおいて起点となる中継装置１０からの経路における全コストを示すものと言うこともできる。

図２のＡは、中継装置１０Ｂが、他の中継装置１０との間で経路を構築しようとする場合の処理例を示している。図２のＡの場合、中継装置１０Ａから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値は０であり、中継装置１０Ｃから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値は１００である。また、中継装置１０Ａと中継装置１０Ｂとの間は理論上の最大通信速度が１５０Ｍｂｐｓであり、中継装置１０Ｂと中継装置１０Ｃとの間は理論上の最大通信速度が５４Ｍｂｐｓであるとする。また、図２のＡにおいて、中継装置１０Ａ及び中継装置１０Ｃは、お互いに通信可能な状態であるものとする。

中継装置１０Ｂは、中継装置１０Ａとの間で経路を構築した場合のメトリック値を、中継装置１０Ａから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値と中継装置１０Ａと中継装置１０Ｂとの間の理論上の最大通信速度１５０Ｍｂｐｓに対応するメトリック値５０とを合算することで計算する。この場合、０＋５０＝５０になる。同様に、中継装置１０Ｂが中継装置１０Ｃとの間で経路を構築した場合のメトリック値は、１００＋１００＝２００になる。従って、中継装置１０Ｂは、メトリック値が小さい中継装置１０Ａとの間で経路を構築する。

図２のＢは、中継装置１０Ｃが、他の中継装置１０との間で経路を構築しようとする場合の処理例を示している。また、図２のＢにおいて、中継装置１０Ａ及び中継装置１０Ｂは、お互いに通信可能な状態であるものとする。その他、特に言及しない点は図２のＡと同一である。この場合、中継装置１０Ｃが中継装置１０Ｂとの間で経路を構築した場合のメトリック値は、５０＋１００＝１５０になる。同様に、中継装置１０Ｃが中継装置１０Ａとの間で経路を構築した場合のメトリック値は、０＋１００＝１００になる。従って、中継装置１０Ｃは、メトリック値が小さい中継装置１０Ａとの間で経路を構築する。

本実施形態では、すべての中継装置で使用している通信方式を同一と仮定して、中継装置の理論上の最大通信速度の代わりに、電波の受信電力をメトリック値の計算に用いる。

なお、本実施形態では、電波の品質を示す指標として、受信電力以外の他の指標を用いるようにしてもよい。例えば、受信強度を示す指標（ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator））でもよいし、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）でもよい。

また、中継装置（移動局）１０－２は、移動することを前提としていることから、中継装置（移動局）１０－２が経路の中間地点に含まれていると、経路が頻繁に切り替わってしまう可能性がある。このような経路の切り替えが無線メッシュネットワーク内の様々な箇所で生じてしまうと、ネットワーク全体の通信品質が劣化することになり好ましくない。そこで、本実施形態では、中継装置（移動局）１０－２は、経路構築フレームを送信しないように制御することで、中継装置（移動局）１０－２が経路の中間地点（図１の例では、中継装置１０－１Ｂ、１０－１Ｄ、１０－１Ｅ）に存在することがないようにする。

ここで、本実施形態に係る中継装置１０が行う経路構築方法の概要を説明する。まず、経路構築の起点となる装置はルートノードと呼ばれる。本実施形態では、インターネットに接続されている中継装置（固定局）１０－１Ａを、ルートノードとする。ルートノードは、メトリック値を０に設定した経路構築フレームを所定の周期で送信する。また、所定の周期で経路構築フレームを送信する度に、経路構築フレームに含めるシーケンス番号（初期値は０）をカウントアップしていく。

一方、ルートノード以外の中継装置１０は、ＭＰ（メッシュポータル、メッシュポイント）と呼ばれる。ＭＰは、他の中継装置１０（ルートノード及びＭＰの両方を含む）から経路構築フレームを新たに受信した場合、新たに受信した経路構築フレームに含まれるシーケンス番号と、前回他の中継装置１０（ルートノード及びＭＰの両方を含む）から受信した経路構築フレームのシーケンス番号を比較する。

新たに受信した経路構築フレームに含まれるシーケンス番号と、前回受信した経路構築フレームのシーケンス番号とが同一である場合、以下（１）～（３）に示す処理を行う。

（１）新たに受信した経路構築フレームに基づき算出した積算メトリック値が自身のメモリに記憶している積算メトリック値よりも小さい値であるか否かを判定する。

（２）小さい値であると判定した場合、自身のメモリに記憶している積算メトリック値を、新たに受信した経路構築フレームに基づき算出した積算メトリック値に更新するとともに、当該積算メトリック値と新たに受信した経路構築フレームに含まれるシーケンス番号と同一のシーケンス番号とを含む経路構築フレームをブロードキャストする。

（３）小さい値ではない（つまり同一値又は大きい値である）と判定した場合、積算メトリック値の更新及び経路構築フレームのブロードキャストを行わずに処理を終了する。

一方、新たに受信した経路構築フレームに含まれるシーケンス番号と、前回受信した経路構築フレームのシーケンス番号とが異なる場合、自身のメモリに記憶している積算メトリック値を最大値に更新する。最大値に更新した後、上述の（１）～（３）と同一の処理を行う（ただし、積算メトリック値を最大値に更新しているので（３）の処理は通常行われない）。

以上の処理手順によれば、ルートノードである中継装置１０が経路構築フレームを送信すると、それを受信したＭＰである中継装置１０は、一旦積算メトリック値を最大値に更新し、積算メトリックの計算をやり直すことになる。また、中継装置１０が密集している場合、ＭＰである中継装置１０間でも直接経路構築フレームが送受信され、より小さい積算メトリック値になる経路が選択されていくことになる。つまり、ルートノードが経路構築フレームを送信する度に、ネットワーク内の経路が無線状況に応じた適切な状態に更新されていくことから、ネットワーク内の無線状況が変化しても、より最適な経路構築を行うことができる。

＜ハードウェア構成＞
図３は、中継装置１０のハードウェア構成例を示す図である。中継装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）及び／又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置１２、有線又は無線通信を行う通信ＩＦ（Interface）１３、入力操作を受け付ける入力デバイス１４、及び情報の出力を行う出力デバイス１５を有する。入力デバイス１４は、例えば、スイッチ、キーボード、タッチパネル、マウス及び／又はマイク等である。出力デバイス１５は、例えば、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、ディスプレイ及び／又はスピーカ等である。

＜機能ブロック構成＞
図４は、中継装置１０の機能ブロック構成例を示す図である。中継装置１０は、記憶部１００と、受信部１０１と、測定部１０２と、算出部１０３と、決定部１０４と、中継処理部１０５と、ブロードキャスト部１０６と、端末通信部１０７とを含む。受信部１０１と、測定部１０２と、算出部１０３と、決定部１０４と、中継処理部１０５と、ブロードキャスト部１０６と、端末通信部１０７とは、中継装置１０のＣＰＵ１１が、記憶装置１２に記憶されたプログラムを実行することにより実現することができる。また、当該プログラムは、記憶媒体に格納することができる。当該プログラムを格納した記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体（Non-transitory computer readable medium）であってもよい。非一時的な記憶媒体は特に限定されないが、例えば、ＵＳＢメモリ又はＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体であってもよい。また、記憶部１００は、中継装置１０が備える記憶装置１２を用いて実現することができる。

記憶部１００は、受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルを記憶する。また、記憶部１００は、積算メトリック値を格納する。図５は、定義テーブルの一例を示す図である。より具体的には、図５は、１ｄＢｍ単位での電波の受信電力とメトリック値とを対応づけた定義テーブルである。図５に示す定義テーブルには、Ｍｅｔｒｉｃ（ケース１）と、Ｍｅｔｒｉｃ（ケース２）との２つのパターンが存在するが、メトリック値を計算する際は、外部のサーバ等やディップスイッチ等により指示されたパターンを利用することとしてもよい。定義テーブルは、受信電力－Ｍｅｔｒｉｃテーブルと称されてもよい。なお、電波の信号強度が弱すぎて中継装置１０を接続させないほうがよい場合も考慮し、メトリック値を非常に大きな値に設定することを許容するようにしてもよい。

受信部１０１は、他の中継装置１０から送信される経路構築フレーム（ブロードキャスト信号）を受信する機能を有する。また、受信部１０１は、前回受信した経路構築フレームとはシーケンス番号が異なる経路構築フレームを受信した場合、記憶部１００に格納されている積算メトリック値を初期値（積算メトリック値がとり得る最大値）に更新する。

測定部１０２は、受信部１０１で受信した経路構築フレームの受信電力を測定する機能を有する。

算出部１０３は、受信部１０１で受信した経路構築フレームについて測定部１０２で測定した受信電力に対応するメトリック値を定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値とを合計することで積算メトリック値を算出する機能を有する。なお、積算メトリック値は、必ずしも、取得したメトリック値と、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値とを合計した値に限定されない。例えば、算出部１０３は、取得したメトリック値と、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値とを合計した値に、少なくとも１以上の所定の定数を乗算することで積算メトリック値を算出するようにしてもよい。また、算出部１０３は、取得したメトリック値と、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値とを所定の関数に入力し、当該所定の関数から出力される値を積算メトリック値とするようにしてもよい。所定の関数は、少なくとも、入力された２つのメトリック値の各々より大きな値を出力する関数であればどのような関数も含まれる。すなわち、算出部１０３は、取得したメトリック値と、受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値とに基づいて、積算メトリック値を算出するようにしてもよい。

また、算出部１０３は、受信部１０１で受信したブロードキャスト信号の受信電力を、過去に受信した経路構築フレームの受信電力と、新たに受信した経路構築フレームの受信電力とを所定の割合で合算することで算出するようにしてもよい（より具体的には、後述する１次フィルタ等を利用することとしてもよい）。

決定部１０４は、算出部１０３で算出された積算メトリック値が、記憶している積算メトリック値よりも小さい場合に、記憶部１００に記憶されている積算メトリック値を当該算出された積算メトリック値に更新するとともに、当該算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した他の中継装置１０を、無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定する。

中継処理部１０５は、他の中継装置１０又は端末２０から受信したデータを、決定部１０４で決定された中継装置１０に送信（転送）する機能を有する。また、中継処理部１０５は、決定部１０４で決定された中継装置１０から送られてきたデータを、経路上の他の中継装置１０又は端末２０に送信（転送）する機能を有する。

ブロードキャスト部１０６は、経路構築フレームをブロードキャストする機能を有する。より具体的には、中継装置１０がＭＰとして動作する場合、記憶部１００に格納された積算メトリック値が小さい積算メトリック値に更新された場合に、更新後の小さい値の積算メトリック値とシーケンス番号とを含む経路構築フレームをブロードキャストする。中継装置１０がルートノードとして動作する場合、積算メトリック値が０である経路構築フレームを、シーケンス番号をカウントアップさせながら所定の周期でブロードキャストする。

また、ブロードキャスト部１０６は、中継装置１０が固定局として動作する場合、積算メトリック値を含む経路構築フレームをブロードキャストし、中継装置１０が移動局として動作する場合、積算メトリック値を含む経路構築フレームをブロードキャストしないように制御するようにしてもよい。中継装置１０が固定局として動作するのか移動局として動作するのかについては、記憶部１００に記憶されたフラグの値により決定されるようにしてもよい。若しくは、ディップスイッチ等の物理的なスイッチが固定局側に設定されている場合は固定局として動作し、移動局側に設定されている場合は移動局として動作することとしてもよい。

端末通信部１０７は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は有線ＬＡＮ等を介して端末２０と直接通信する機能を有する。

図６は、中継装置１０の装置構成例を示す図である。中継装置１０は、ユーザアプリケーション２００と、Ｌｉｎｕｘ Ｋｅｒｎｅｌ２１０と、無線モジュール２２０とから構成されていてもよい。ユーザアプリケーション２００には、定義テーブルを更新するための独自アルゴリズムによるプログラムが含まれている。また、Ｌｉｎｕｘ Ｋｅｒｎｅｌ２１０には、定義テーブルと、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓをサポートする無線モジュール用のドライバとが含まれている。また、Ｌｉｎｕｘ Ｋｅｒｎｅｌ２１０には、図４で説明した各機能部も含まれる。

経路構築の高速化のために、定義テーブルは無線通信装置を動作させるハードウェアのドライバプログラム内部で参照するようにしてもよい。定義テーブルにおける各メトリック値の計算や決定、さらにはテーブルへの書き込みは、図６に示すように、Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ２１０内部ではなく、ユーザアプリケーション２００から行うこととしてもよい。このユーザアプリケーション２００では定義テーブルの値を計算するうえで、電波強度の変動や中継装置で中継しているデータ量などを考慮して、自己学習型のアルゴリズムによりテーブルの値を決定して、一定の周期でテーブルの値を更新するようにしてもよい。

また、Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ２１０内部では、小数を扱った計算が困難であるため、あらかじめ、対数等の小数演算をユーザアプリケーション２００側で行ってテーブルを更新し、このテーブルをＬｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ２１０で参照することとしてもよい。

＜処理手順＞
図７は、実施形態に係る無線通信システム１が行う処理手順の一例を示す図である。図７を用いて、中継装置（移動局）１０－２が、中継装置（固定局）１０－１Ａ又は中継装置（固定局）１０－１Ｂとの間で新たな経路を構築し、端末２０がインターネット３０との間でデータの送受信を行うまでの一連の処理手順を説明する。図７の例では、中継装置（固定局）１０－１Ａはルートノードであるとする。

まず、中継装置（固定局）１０－１Ａ及び中継装置（固定局）１０－１Ｂは、経路構築フレームをブロードキャストする。中継装置（固定局）１０－１Ａが送信する経路構築フレームにはメトリック値０及びシーケンス番号０が含まれており、中継装置（固定局）１０－１Ｂが送信する経路構築フレームにはメトリック値１００及びシーケンス番号０が含まれているものとする（Ｓ１００、Ｓ１０１）。

中継装置（移動局）１０－２は、中継装置（固定局）１０－１Ａからブロードキャストされた経路構築フレームと、中継装置（固定局）１０－１Ｂからブロードキャストされた経路構築フレームとを受信する（Ｓ１０２）。続いて、中継装置（移動局）１０－２は、中継装置（固定局）１０－１Ａ又は中継装置（固定局）１０－１Ｂのいずれかを経路構築対象として決定する（Ｓ１０３）。ここでは、中継装置（固定局）１０－１Ａを、経路構築対象として決定したものとする。中継装置（移動局）１０－２は、決定した経路構築対象の中継装置（固定局）１０－１Ａの識別子（ＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤ等）を記憶しておく。

続いて、中継装置（移動局）１０－２は、端末２０からインターネット３０向けのデータを受信する（Ｓ１０４）。中継装置（移動局）１０－２は、受信したデータを、ステップＳ１０３の処理手順で決定した中継装置（固定局）１０－１Ａに転送する（Ｓ１０５）。中継装置（固定局）１０－１Ａは、受信したデータをインターネット３０に送信する（Ｓ１０６）。

続いて、インターネット３０から端末２０に向けてデータが送信される。当該データを受信した中継装置（固定局）１０－１Ａは、当該データを、中継装置（移動局）１０－２に送信する（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。中継装置（移動局）１０－２は、当該データを端末２０に送信する。なお、ステップＳ１０４～ステップＳ１０９におけるデータのルーティング処理は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓで定められたルーティング手順に従って行われる。

図８は、中継装置１０が経路構築対象の中継装置１０を決定する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。図８の手順は、図７のステップＳ１０３の処理手順に該当する。

ステップＳ２０１で、中継装置１０の受信部１０１は、前回受信した経路構築フレームのシーケンス番号と新たに受信した経路構築フレームのシーケンス番号とが同一であるか否かを判定する。同一であると判定した場合はステップＳ２０３に進み、異なると判定した場合はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２で、中継装置１０の受信部１０１は、記憶部１００（メモリ）に記憶している積算メトリック値を最大値に更新する。

ステップＳ２０３で、中継装置１０の測定部１０２は、新たに受信した経路構築フレームの受信電力を測定する。ステップＳ２０４で、中継装置１０の算出部１０３は、定義テーブルを検索することで、測定した受信電力に対応するメトリック値を取得する。ステップＳ２０５で、中継装置１０の算出部１０３は、新たに受信した経路構築フレームに含まれるメトリック値と定義テーブルから取得したメトリック値とを合算することで積算メトリック値を算出する。

ステップＳ２０６で、決定部１０４は、算出した積算メトリック値が、記憶部１００に記憶している積算メトリック値より小さいか否かを判定する。小さい値である場合はステップＳ２０７に進み、同一又は大きい値である場合は処理を終了する。

ステップＳ２０７で、決定部１０４は、記憶部１００に記憶している積算メトリック値を、ステップＳ２０５で算出した積算メトリック値に更新する。ステップＳ２０８で、決定部１０４は、新たに受信した経路構築フレームを送信した中継装置１０を、経路構築対象として決定し、決定した中継装置１０の識別子（ＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤ等）を記憶する。ステップＳ２０９で、ブロードキャスト部１０６は、更新した積算メトリック値と、新たに受信した経路構築フレームのシーケンス番号とを含む経路構築フレームをブロードキャストする。なお、ブロードキャスト部１０６は、中継装置１０が移動局である場合、ステップＳ２０９の処理手順を省略する。つまり、ブロードキャスト部１０６は、経路構築フレームをブロードキャストしないように制御する。

以上説明した処理手順において、受信電力は環境によって短期間に変動するものであるため、測定部１０２は、ステップＳ２０３の処理手順において、１次フィルタによる平均化手法を導入して測定を行うようにしてもよい。

例えば、平均化された受信電力をＰａｖｅ＿ｏｌｄ、計測された受信電力をＰｎｏｗ、平均化数をＮとし、以下の式により平均化した受信電力Ｐａｖｅを計算するようにしてもよい。

Ｐａｖｅ＝（Ｐａｖｅ＿ｏｌｄ×（Ｎ－１）＋Ｐｎｏｗ）／Ｎ
ここで、Ｎは任意の値を設定可能である。Ｎを小さな値とすれば、新たに受信した経路構築フレームの受信電力の影響を大きく受けるため、受信電力が頻繁に変動するような環境に適している。つまり、中継装置１０が移動局として動作する場合に適している。

また、Ｎを大きな値とすれば、過去に受信した経路構築フレームの受信電力の影響を大きく受けるため、固定局向けの電波強度の安定化に適用できる。つまり、中継装置１０が固定局として動作する場合に適している。

また、運用中に一時的にＮ＝１とすることで、平均化されたＰａｖｅの初期化も可能とする。このように、平均化数Ｎをシステムの動作中に任意の値に変更することで一次フィルタの時定数を自由に変更することができる。

また、測定部１０２は、１次フィルタに限定されず他の平均化手法を利用することとしてもよい。例えば、測定部１０２は、過去所定の回数分の受信電力の値を平均することとしてもよい。

＜動作例＞
図９は、中継装置１０が行う経路構築の具体例を示す図である。図９のＡは、中継装置１０Ｃが、他の中継装置１０との間で経路を構築しようとする場合の処理例を示している。図９において、中継装置１０Ａから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値は０であり、中継装置１０Ｂから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値は５０であるとする。また、中継装置１０Ｃが中継装置１０Ｂから受信した経路構築フレームの受信電力は－４８ｄＢｍであり、中継装置１０Ｃが中継装置１０Ａから受信した経路構築フレームの受信電力は－６０ｄＢｍであるとする。また、中継装置１０Ａはルートノードであり、各中継装置１０が受信する経路構築フレームに含まれるシーケンス番号は同一であるものとする。また、図９のＡでは、定義テーブルに、図５のケース１のメトリック値が設定されているものとする。図９のＢは、定義テーブルに、図５のケース２のメトリック値が設定されているものとする。

図９のＡの場合、中継装置１０Ｃは、中継装置１０Ｂから受信した経路構築フレームの受信電力（－４８ｄＢｍ）に対応するメトリック値（５４）を、中継装置１０Ｂから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値５０と合算することで、中継装置１０Ｂと経路を構築した場合の積算メトリック値を計算する。この場合、５０＋５４＝１０４になる。同様に、中継装置１０Ｃは、中継装置１０Ａから受信した経路構築フレームの受信電力（－６０ｄＢｍ）に対応するメトリック値（５００）を、中継装置１０Ａから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値０と合算することで、中継装置１０Ｂと経路を構築した場合の積算メトリック値を計算する。この場合、０＋５００＝５００になる。従って、中継装置１０は、最終的に、積算メトリック値が小さい中継装置１０Ｂを、経路構築対象の中継装置１０として決定することになる。

図９のＢの場合、中継装置１０Ｃは、中継装置１０Ｂから受信した経路構築フレームの受信電力（－４８ｄＢｍ）に対応するメトリック値（５４）を、中継装置１０Ｂから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値５０と合算することで、中継装置１０Ｂと経路を構築した場合の積算メトリック値を計算する。この場合、５０＋５４＝１０４になる。同様に、中継装置１０Ｃは、中継装置１０Ａから受信した経路構築フレームの受信電力（－６０ｄＢｍ）に対応するメトリック値（１００）を、中継装置１０Ａから送信される経路構築フレームに含まれるメトリック値０と合算することで、中継装置１０Ｂと経路を構築した場合の積算メトリック値を計算する。この場合、０＋１００＝１００になる。従って、中継装置１０は、最終的に、積算メトリック値が小さい中継装置１０Ａを、経路構築対象の中継装置１０として決定することになる。

＜まとめ＞
以上説明した実施形態は、以下のように説明することができる。

中継装置（固定局）１０－１は、経路構築に関する信号を定期的に送受信して、お互いが無線多段中継を行うための最適な経路をあらかじめ構築しておく。中継装置（移動局）１０－２は、周辺の中継装置（固定局）１０－１が定期的に送信する経路構築に関する信号を受信して自らの判断で条件の良い中継装置（固定局）１０－１を選択し、接続を行う。さらに無線メッシュネットワーク（無線多段中継システム）の安定性を高めるため、中継装置（移動局）１０－２には、他の中継装置（移動局）１０－２や周辺の中継装置（固定局）１０－１を接続させないことも選択できる。

また、以上説明した実施形態は、以下のように説明してもよい。

中継装置（移動局）１０－２が、周辺の多段中継ノード（中継装置（固定局）１０－１）から送信される信号を使って自ら通信する相手を自動的に選択する方法。

経路の安定性を考慮して、中継装置（移動局）１０－２に他の中継装置（固定局）１０－１もしくは他の中継装置（移動局）１０－２を接続させないことを選択できる方法。

以下を特徴とする経路構築の方式：
（１）カーネル内に、受信電力とメトリック値との対応関係を示す定義テーブルを構築する。

（２）ユーザアプリケーション２００により、電波強度の変動や中継装置１０で中継しているデータ量などを考慮して、自己学習型のアルゴリズムにより定義テーブルの値を一定の周期で更新する。

（３）受信電力は変化が大きいので、Ｌｉｎｕｘ Ｋｅｒｎｅｌ２１０で定義テーブルを参照する前に受信電力の平均化を行う。

（４）平均化は数式で行い、一次フィルタとする。

（５）平均化された受信電力をＰａｖｅ＿ｏｌｄ、計測された受信電力をＰｎｏｗ、平均化数をＮとすると、以下の式により新たなＰａｖｅを計算する。

Ｐａｖｅ＝（Ｐａｖｅ＿ｏｌｄ×（Ｎ－１）＋Ｐｎｏｗ）／Ｎ
（６）定義テーブルを参照し、平均化された受信電力Ｐａｖｅに対応するメトリック値を取得する。

＜効果＞
以上説明した実施形態では、メトリック値の計算を、中継装置１０間で通信する際の理論上の最大通信速度に応じて定められたメトリック値を用いるのではなく、各中継装置１０から送信される電波の受信電力の大きさに応じて定められたＭｅｔｒｉｃを用いることした。一般的に、電波の受信電力が大きいほど通信品質は向上することになる。従って、本実施形態では、従来のＩＥＥＥ８０２．１１ｓに沿った方式と比較して、より通信品質が良いルートで経路構築がなされることになることから、無線メッシュネットワークにおいて、より最適な経路構築を行うことが可能になる。

また、本実施形態に係る方式を採用することで、経路の構築を、利用環境に合わせた任意の形にすることが可能となる。例えば、図５に示すように、ある程度の電波強度を持った中継装置１０との接続をさせる傾向を持った定義テーブル（パターン１）、もしくは、受信電力が微弱ではあるが、遠方の中継装置と接続させる傾向を持たせたテーブル（パターン２）を作成しておき、例えばパターン１は中継装置（固定局）１０－１で利用し、パターン２は中継装置（移動局）１０－２で利用するなど、中継装置１０の形態に合わせて定義テーブルを変更することで、経路の構築を柔軟に行うことが可能となる。

＜その他＞
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態で説明したフローチャート、シーケンス、実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…無線通信システム、１０…中継装置、１１…ＣＰＵ、１２…記憶装置、１３…通信ＩＦ、１４…入力デバイス、１５…出力デバイス、２０…端末、３０…インターネット、１００…記憶部、１０１…受信部、１０２…測定部、１０３…算出部、１０４…決定部、１０５…中継処理部、１０６…ブロードキャスト部、１０７…端末通信部、２００…ユーザアプリケーション、２１０…Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ、２２０…無線モジュール

Claims (9)

1. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置であって、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶する記憶部と、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出する算出部と、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定する決定部と、
   を有し、
   前記算出部は、前記受信部で受信したブロードキャスト信号の受信電力を、過去に受信したブロードキャスト信号の受信電力と、新たに受信したブロードキャスト信号の受信電力とを所定の割合で合算することで算出し、
   前記所定の割合は、当該通信装置が固定局として動作する場合と、当該通信装置が移動局として動作する場合とで、異なる割合に設定される、
   通信装置。
2. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置であって、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶する記憶部と、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出する算出部と、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定する決定部と、
   を有し、
   前記定義テーブルは、受信電力とメトリック値との第１セットと、受信電力とメトリック値との第２セットとを含み、
   前記算出部は、前記受信部で受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を、前記第１セット及び前記第２セットのうち指示されたセットから取得する、
   通信装置。
3. 当該通信装置が固定局として動作し、かつ、算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合、前記算出された積算メトリック値を含むブロードキャスト信号を送信するブロードキャスト部、を含む、
   請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記ブロードキャスト部は、当該通信装置が移動局として動作する場合、前記算出された積算メトリック値を含むブロードキャスト信号を送信しないように制御する、
   請求項３に記載の通信装置。
5. 前記定義テーブルには、経路を生じさせないことを示すメトリック値が含まれる、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の通信装置。
6. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置が行う通信方法であって、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶部に記憶するステップと、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信するステップと、
   受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出するステップと、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定するステップと、
   を含み、
   前記算出するステップは、前記受信するステップで受信したブロードキャスト信号の受信電力を、過去に受信したブロードキャスト信号の受信電力と、新たに受信したブロードキャスト信号の受信電力とを所定の割合で合算することで算出し、
   前記所定の割合は、当該通信装置が固定局として動作する場合と、当該通信装置が移動局として動作する場合とで、異なる割合に設定される、
   通信方法。
7. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置が行う通信方法であって、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶部に記憶するステップと、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信するステップと、
   受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出するステップと、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定するステップと、
   を含み、
   前記定義テーブルは、受信電力とメトリック値との第１セットと、受信電力とメトリック値との第２セットとを含み、
   前記算出するステップは、前記受信するステップで受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を、前記第１セット及び前記第２セットのうち指示されたセットから取得する、
   通信方法。
8. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置に、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶部に記憶するステップと、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信するステップと、
   受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出するステップと、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定するステップと、
   を実行させ、
   前記算出するステップは、前記受信するステップで受信したブロードキャスト信号の受信電力を、過去に受信したブロードキャスト信号の受信電力と、新たに受信したブロードキャスト信号の受信電力とを所定の割合で合算することで算出し、
   前記所定の割合は、当該通信装置が固定局として動作する場合と、当該通信装置が移動局として動作する場合とで、異なる割合に設定される、
   プログラム。
9. 無線ＬＡＮによる無線メッシュネットワークをサポートする通信システムにおける通信装置に、
   受信電力とメトリック値とが対応づけられた定義テーブルと積算メトリック値とを記憶部に記憶するステップと、
   他の通信装置から送信されるブロードキャスト信号を受信するステップと、
   受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を前記定義テーブルから取得し、取得したメトリック値と、受信したブロードキャスト信号に含まれるメトリック値とに基づいて積算メトリック値を算出するステップと、
   算出された積算メトリック値が、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値よりも小さい場合に、前記記憶部に記憶されている積算メトリック値を算出された積算メトリック値に更新するとともに、算出された積算メトリック値のブロードキャスト信号を送信した前記他の通信装置を、前記無線メッシュネットワークにおける経路構築対象として決定するステップと、
   を実行させ、
   前記定義テーブルは、受信電力とメトリック値との第１セットと、受信電力とメトリック値との第２セットとを含み、
   前記算出するステップは、前記受信するステップで受信したブロードキャスト信号の受信電力に対応するメトリック値を、前記第１セット及び前記第２セットのうち指示されたセットから取得する、
   プログラム。
   
   

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