JP7278542B2 - 無線通信装置、プログラム及び方法 - Google Patents

Description

この発明は、無線通信装置、プログラム及び方法に関し、例えば、マルチホップ無線通信システムに適用し得るものである。

従来、基地局と無線移動局で構成される無線通信システムとして、無線移動局が例えば温度センサや加速度センサ等のセンサを備えており、無線移動局がセンサデータを定期的に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。なお、以下では、基地局をＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）とも呼び、無線移動局をノードとも呼んで説明する。

例えばセンサネットワークシステムにおいて無線を用いる場合、使用する周波数帯の特性や送信出力値の制限により、通信距離を十分に確保できないことがあるため、１台の基地局（ＢＳ）で管理されるエリア内の全てのノードが、基地局と直接通信できるとは限らない。

そこで、このような無線通信システムでは、各ノードが、自ノードと直接通信可能なエリア内に存在している他のノード（以下では、「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ことを繰り返し、最終的に基地局までマルチホップ通信でデータ通信を実現することがある。このような無線通信システムを、マルチホップ無線通信システムと呼ぶ。

ところで、マルチホップ無線通信システムを採用したネットワークシステムにおいて、複数台のノードが参加している場合、複数ノードの同時送信によるパケット衝突を防ぐために、多元接続方式による送信タイミングの制御が必要である。

代表的な多元接続方式として、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）がある。ＴＤＭＡでは、それぞれのノードに固定のタイムスロットを割り当てることで、複数ノードの同時送信による衝突を抑制することができる。

従来、ＴＤＭＡを採用したマルチホップ無線通信システムにおいて、各ノードは、基地局に向けてデータを転送する際、自ノードよりも、基地局に近いノード（例えばホップ数が少ないノード；ここでは「親ノード」とも呼ぶ。）にデータを転送することになる。

例えば、特許文献１には、マルチホップ無線通信システムにおいて、ネットワークトポロジが構築され、そのネットワークトポロジに基づいて経路情報が形成されると、各ノードが、その経路情報を参照して、親ノードのアドレスを付与したデータを送信することが開示されている。

特開２０１８－１５２６５９号公報

しかしながら、各ノードが、複数の隣接ノードから１台の親ノードを選択して、その親ノードにデータを転送した場合、当該親ノードとの間の通信路の通信品質が劣化しているときには通信が失敗してしまうことがある。その結果、基地局を介したデータ収集が失敗してしまう可能性も生じ得る。

そこで、本発明は、同じデータを複数の経路で送信させて、データ収集率の劣化を防ぐことができる無線通信装置、プログラム及び方法を提供しようとするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る無線通信装置は、マルチホップ無線通信ネットワークを構成する無線通信装置において、（１）受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得するネットワーク管理部と、（２）複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定する親ノード決定部と、（３）親ノード決定部より決定された複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成するアドレス生成部と、（４）アドレス生成部により生成された送信アドレスを付与したパケットを送信するパケット送信部と、（５）受信したパケットに含まれる送信アドレスに基づいて、自ノードが受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定する中継処理判定部と、（６）中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示をする送信タイミング判定部とを備え、マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を有し、アドレス生成部が、アドレス情報を参照し、親ノード決定部により決定された複数の親ノードの順序に応じた各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、送信アドレスのビット列を生成し、中継処理判定部が、アドレス情報を参照し、受信したパケットに含まれる送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定することを特徴とする。

第２の本発明に係る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構成する無線通信プログラムにおいて、コンピュータを、（１）受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得するネットワーク管理部と、（２）複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定する親ノード決定部と、（３）親ノード決定部より決定された複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成するアドレス生成部と、（４）アドレス生成部により生成された送信アドレスを付与したパケットを送信するパケット送信部と、（５）受信したパケットに含まれる送信アドレスに基づいて、自ノードが受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定する中継処理判定部と、（６）中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示をする送信タイミング判定部として機能させ、アドレス生成部が、マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を参照し、親ノード決定部により決定された複数の親ノードの順序に応じた各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、送信アドレスのビット列を生成し、中継処理判定部が、アドレス情報を参照し、受信したパケットに含まれる送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定することを特徴とする。

第３の本発明に係る無線通信方法は、マルチホップ無線通信ネットワークを構成する無線通信方法において、（１）ネットワーク管理部が、受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得し、（２）親ノード決定部が、複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定し、（３）アドレス生成部が、親ノード決定部より決定された複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成し、（４）パケット送信部が、アドレス生成部により生成された上記送信アドレスを付与したパケットを送信し、（５）中継処理判定部が、受信したパケットに含まれる送信アドレスに基づいて、自ノードが受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定し、（６）送信タイミング判定部が、中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示し、（７）アドレス生成部が、マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を参照し、親ノード決定部により決定された複数の親ノードの順序に応じた各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、送信アドレスのビット列を生成し、（８）中継処理判定部が、アドレス情報を参照し、受信したパケットに含まれる送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定することを特徴とする。

本発明によれば、同じデータを複数の経路で送信させて、データ収集率の劣化を防ぐことができる。

第１の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。 第１の実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態に係る無線通信システムで用いられるＴＤＭＡフレームの構造を説明する説明図である。 第１の実施形態のブルームフィルタに係るハッシュテーブル５１の構成を示す構成図である。 第１の実施形態に係るアドレス生成部が生成する送信アドレスのビット列を説明する説明図である。 第２の実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態のブルームフィルタに係るハッシュテーブルの構成を示す構成図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す構成図である。 第２の実施形態のノードの送信タイミングを説明する説明図である。 第２の実施形態のデータパケットの中継手順を説明する説明図である。 変形実施形態のデータパケットの中継手順を説明する説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、プログラム及び方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ－１）第１の実施形態の構成
［システム全体構成］
図１は、第１の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１において、第１の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では、基地局１０を「根」とし、各ノード２０を「節」、「葉」としたツリー構造の無線マルチホップネットワークを構成している。基地局１０及びノード２０の数は限定されない。

以下では、基地局１０及び各ノード２０を総じて「局」と呼ぶこともある。また、各ノード２０が、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際に、次に転送するノードを「親ノード」と呼ぶ。つまり、自ノード２０から基地局１０までの経路において、親ノードは、自ノード２０よりも基地局１０に近い側にある。言い換えれば、親ノードの基地局１０までのホップ数は、自ノードのそれよりも少ないものとなる。

図１において、各局１０及び２０を結ぶ直線は、２つの局同士が通信可能であることを示している。無線マルチホップネットワークを構成している各局（各ノード）は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４を利用した通信に対応可能なものとすることができる。なお、無線通信方式は、各局間で無線マルチホップ通信が可能であれば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に限定されない。

無線通信システムＮＴを構成する基地局１０及び各ノード２０が対応する無線通信の物理使用については限定されないが、例えば、種々の移動体通信網と同様の物理構成を適用することができる。また、無線通信システムＮＴを構成する基地局１０及び各ノード２０には、ＴＤＭＡフレーム上のタイムスロットが割り当てられているものとして説明する。

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。

［基地局及び移動局］
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、マルチホップ通信により、各ノード２０からデータを含む情報（パケット）を受信してデータを収集する。なお、基地局１０が収集したデータについては、基地局１０において保存するようにしてもよいし、若しくは、基地局１０と無線接続又は有線接続する情報処理装置に提供されるようにしてもよいが、この実施形態は収集データの利用については特に限定しない。

各ノード２０（２０－１～２０－４）は、移動体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、センサを備えており、センサからセンサデータを取得し、そのセンサデータを含むパケットを、基地局１０を最終的な宛先としてマルチホップ通信する。また、無線通信装置が取り付けられる移動体は、特に限定されないが、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。

［無線通信装置］
図２は、第１の実施形態に係る無線通信装置１００の内部構成を示す内部構成図である。

図２の無線通信装置１００は、基本的には、基地局１０と各ノード２０のいずれにも搭載することができるものであるが、ここでは、無線通信装置１００が各ノード２０に搭載されるものであることを想定して説明する。

図２において、第１の実施形態に係る無線通信装置１００は、アンテナ部１０１、無線信号送受信部１０２、データ処理部１０３、ネットワーク管理部１０４、親ノード決定部１０５、アドレス生成部１０６、中継処理判定部１０７、送信タイミング判定部１０８、パケット生成部１０９を有する。

無線通信装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース等の装置や通信手段（無線インターフェース）等を搭載している。無線通信装置１００における各種機能は、ＣＰＵ（コンピュータ）が処理プログラム（無線通信プログラム）を実行することにより実現される。また無線通信プログラムがインストールされることによりシステム構築されるようにしてもよく、その場合でも、無線通信プログラムは図２に示す各要素として表すことができる。

また、無線通信装置１００は外部システム１１０と接続している。この外部システム１１０は、例えばセンサなどを適用できる。外部システム１１０は、センサに限定されるものではなく、局の無線通信機能以外の機能も含む概念であり、例えばアプリケーション等とするようにしてもよい。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１１０がセンサであることを想定して説明する。

アンテナ部１０１は、ノードとノードとの間で、またはノードと基地局との間で無線信号を送受信するものである。

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。具体的には、無線信号送受信部１０２は、アンテナ部１０１により捕捉された電波の受信信号を復調し、その受信信号に含まれているパケットを受信する。そして、パケットに含まれている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１０９から取得したパケットを含む信号を変調し、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から得られたパケットの種類を判別する処理を行なう。また、データ処理部１０３は、受信したパケットのデータが、ネットワークに関する情報である場合には、その情報をネットワーク管理部１０４に与える。また、受信したパケットのデータが、外部システム１１０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１１０に与える。

ネットワーク管理部１０４は、データ処理部１０３からネットワークに関する情報を取得すると、マルチホップ無線通信に関するネットワーク処理を行なう。例えば、ネットワーク管理部１０４は、データ処理部１０３から制御パケットに関する情報を取得した場合には、その制御パケットに関する情報を親ノード決定部１０５に与える。また、ネットワーク管理部１０４は、データ処理部１０３から他ノードが送信したデータパケットに関する情報を取得した場合には、そのデータパケットに関する情報を中継処理判定部１０７に与える。また、ネットワーク管理部１０４は、データ処理部１０３から、データ衝突回避に係るキャリアセンスの判定結果を取得した場合には、そのキャリアセンスの判定結果を送信タイミング判定部１０８に与える。

また、ネットワーク管理部１０４は、自ノードがデータパケットを送信する際や、他ノードのデータパケットを中継する際には、送信タイミング判定部１０８から指定された時刻に、アドレス生成部１０６により生成されたアドレス宛に、データパケットを送信するようパケット生成部１０９に指示する。

親ノード決定部１０５は、ネットワーク管理部１０４から制御パケットに関する情報を取得すると、その制御パケットに関する情報を格納し、制御パケットに関する情報に基づいて複数の親ノードを決定する。親ノード決定部１０５は、決定した複数の親ノードに関する情報をアドレス生成部１０６に与える。

アドレス生成部１０６は、親ノード決定部１０５から複数の親ノードのそれぞれに関する情報を取得し、それら親ノードに関する情報に基づいて、自ノードのデータパケットを送信するためのアドレス情報と、他ノードのデータパケットを中継するためのアドレス情報を生成する。また、アドレス生成部１０６は、生成したアドレス情報を、ネットワーク管理部１０４に与える。

中継処理判定部１０７は、ネットワーク管理部１０４から取得した、他ノードが送信したデータパケットに関する情報に基づいて、自ノードが受信パケットの中継処理を行なうか否かを判定し、その判定結果を、送信タイミング判定部１０８に与える。

送信タイミング判定部１０８は、自ノードがデータパケットを送信する送信タイミングを決定し、データパケットを送信する時刻をネットワーク管理部１０４に与える。ここで、自ノードがデータパケットを送信する場合には、自ノードにおいて獲得したセンサデータを含むパケットを送信する場合と、他ノードから受信したデータパケットを更に他ノードに中継する場合とがある。送信タイミング判定部１０８は、中継処理判定部１０７から、他ノードにデータパケットを中継するか否かの判定結果に基づいて中継するか否かを判断し、中継する時刻を決定する。

パケット生成部１０９は、ネットワーク管理部１０４から送信時刻とアドレス情報を取得し、データを含むパケットを生成し、そのデータパケットを無線信号送受信部１０２に与える。例えば、自ノードで獲得したセンサデータを送信する場合、パケット生成部１０９は、外部システム１１０から取得したセンサデータに、ネットワーク管理部１０４から取得したアドレス情報を付与してパケットを生成する。そして、ネットワーク管理部１０４から取得した送信時刻に、データパケットを無線信号送受信部１０２に与える。また例えば、他ノードからのデータパケットを中継する場合、パケット生成部１０９は、ネットワーク管理部１０４から取得した他ノードのデータに、ネットワーク管理部１０４から取得したアドレス情報を付与してパケットを生成する。そして、ネットワーク管理部１０４から取得した送信時刻に、データパケットを無線信号送受信部１０２に与える。

［ＴＤＭＡフレーム構造］
図３は、第１の実施形態に係る無線通信システムＮＴで用いられるＴＤＭＡフレームの構造を説明する説明図である。

図３では、１サイクル分のＴＤＭＡフレームは複数のスロット構成となっている。ここでは、無線通信システムＮＴに参加するノードがｎ台である場合を例示する。その場合、ＴＤＭＡフレームは、時系列順に、ｎ個のスロット（ＴＳ１、ＴＳ２、…、ＴＳｉ（１≦ｉ≦ｎ）、…ＴＳｎ）が設けられている。

スロットとは、あるノード（以下、「スロットオーナー」とも呼ぶ。）のデータ送信期間を表している。また各スロットには、当該スロットが割り当てられているノード（スロットオーナー）のデータを、他ノードが中継する際に、どのホップ数のノードがデータ伝送するかを表すデータ中継期間が設けられている。図３では、データ中継期間を「ホップｋ」等で表記している。各スロットに設けられるデータ中継期間は、ホップ数の大きいノードから順番にデータ伝送するものとする。

例えば、スロットＴＳｉが割り当てられたノードは、スロットＴＳｉのスロットオーナーであり、スロットＴＳｉで表すデータ送信期間に、自ノードのデータを、基地局１０を最終宛先としてマルチホップで送信する。このとき、スロットオーナーが送信したデータを転送しようとする他ノードは、自身のホップ数と各スロットのデータ中継期間とに基づいて、スロットオーナーからのデータを中継する。

つまり、スロットオーナーからのデータを転送しようとする各ノードに関して、自身のホップ数ｋであるノードは、データ中継期間「ホップｋ」のタイミングで、次の転送先ノード（すなわち、ホップ数ｋ－１のノード）にデータ転送する。同様に、自身のホップ数ｋ－１のノードは、データ中継期間「ホップｋ－１」のタイミングで、次の転送先ノード（すなわち、ホップ数ｋ－２のノード）にデータ転送する。また、自身のホップ数「１」のノードは、データ中継期間「ホップ１」のタイミングで、基地局１０にデータ転送する。

上述したように、各スロットには、マルチホップ中継時に、どのホップ数のノードがデータ伝送するかを表すデータ中継期間が設けられている。例えばデータ中継期間「ホップｋ」では、ｋホップのノードからｋ－１ホップのノードへの通信が行なわれ、データ中継期間「ホップ１」では、１ホップのノードから基地局１０への通信が行なわれる。

無線通信システムＮＴでは、基地局１０を起点としたマルチホップの最大数（最大ホップ数）が定められているものとする。その場合、各スロットには、最大ホップ数に応じたデータ中継期間が設けられているものとする。

そうすると、無線通信システムＮＴにおいて、事前に規定されている最大ホップ数（図３ではｋホップ）に、スロットオーナーのホップ数が満たない場合、スロット開始時からスロットオーナーのホップの時間まではパケットが送信されないアイドル時間となる。

例えば、最大ホップ数が「４ホップ」とするシステムにおいて、スロットオーナーのホップ数が「２」であるとき、当該スロット中の「ホップ４」、「ホップ３」の期間はパケットが送信されないことになり、２ホップ分のデータ中継期間にて、スロットオーナーからその親ノードへのパケットの送信が行なわれる。

（Ａ－２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る無線通信システムＮＴにおける無線通信処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

以下では、無線通信システムＮＴが、図１に例示するネットワークトポロジで構成されているものとする。例えば、無線通信システムＮＴに参加するノード数が４台であるものとする。

図１において、円は基地局１０又はノード２０を表している。その円中のアルファベットはノード識別情報を表しており、カッコ内の数字はホップ数を表している。例えば、図１において、円中の「Ａ」はノード識別情報（ノードＩＤ）を表しており、「（１）」はノードＡのホップ数を表している。また、図１において、ノード間を結んでいる実線の両端のノードが通信可能であることを表している。

以下の動作説明では、例えば、ノード２０のうち、あるノードを指して説明する場合には「ノードＡ」等と表記して説明する。

この実施形態に係る無線通信システムＮＴでは、ネットワークトポロジを構築して経路情報を構築する経路構築期間における処理と、各ノード２０が基地局１０を最終的な宛先としてデータパケットを送信するデータ送信期間における処理とに大別することができる。したがって、以下では、経路構築期間における処理と、データ送信期間における処理と区別して説明する。

［経路構築期間］
経路構築期間では、基地局１０を含む全てのノード２０が、ネットワークトポロジを構築するためのプロトコルにしたがって、制御パケットを送受信する。これにより、各ノード２０は、無線通信システムＮＴにおける経路等を決定し、自身のホップ数と、親ノードを決定することができる。

なお、無線通信システムＮＴを構成する基地局１０及び各ノード２０には、固有のアドレス（例えば、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス等）が割り当てられている。

以下では、基地局１０と各移動局２０とにより構成されるネットワークの構成方法を説明する。

まず、基地局１０は、所定のタイミングで、ネットワークトポロジを構築するプロトコルの制御パケットを送信する。また、制御パケットを受信した各ノード２０は、ランダム時間後に制御パケットを送信する。このようにすることで、無線通信システムＮＴの全体に制御パケットが行き渡ることになる。

なお、ネットワークトポロジの構築に係るプロトコルは、特に限定されるものではなく、様々なプロトコルを適用することができる。例えば、フラッディングベースのプロトコルを用い、全ノードが自身の制御パケットを送信するようにしてもよいし、ＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）プロトコルを用いてもよい。

例えば、基地局１０が制御パケットを送信すると、基地局１０の電波到達範囲内に存在しているノードＡとノードＢが、直接制御パケットを受信する。

制御パケットを受信した各ノード２０では、無線信号送受信部１０２が制御パケットを受信し、制御パケット受信時の受信電力値を計測する。また、無線信号送受信部１０２は、受信した制御パケットに含まれているデータをデータ処理部１０３に与える。

データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２からのパケットに含まれているパケット種別に関する情報に基づいて、当該受信パケットが制御パケットであることを判断する。そうすると、データ処理部１０３は、受信した制御パケットに含まれているデータを、ネットワーク管理部１０４に与える。

ネットワーク管理部１０４は、制御パケットの内容を解析して、制御パケットに含まれている隣接ノードに関する情報を抽出して、隣接ノードに関する情報を親ノード決定部１０５に与える。例えば、ネットワーク管理部１０４は、受信した制御パケットから、隣接ノードのホップ数に関する情報、通信路環境に関する情報などを抽出して、これら隣接ノードのホップ数に関する情報、通信路環境に関する情報等を、親ノード決定部１０５に与える。

ここで、制御パケットには、隣接ノードに関する情報が含まれており、少なくとも、隣接ノードのホップ数に関する情報、通信路環境に関する情報等が含まれている。例えば、制御パケットには、当該制御パケットを送信した基地局１０や各ノードの識別情報（例えば、アドレス情報、ノードＩＤなどを含む情報）がそのまま保持され、最新の送信先ノードの識別情報が付与される。これにより、制御パケットを送信した複数の送信元ノードの識別情報が保持されると共に、最新の送信先ノードの識別情報と基地局１０までのホップ数とが付与される。したがって、制御パケットを受信したノードは、隣接ノードのホップ数を知ることができる。

また、制御パケットには、リンクコストやパスコスト等のように通信路環境に関する情報が含まれる。ノード２０から基地局１０宛にデータを送信する際のネットワークの品質は、どの枝を用いるかによって変わる。従って、各枝に対して通信品質を評価した評価値としてリンクコストを付与するようにしてもよい。例えば、通信品質が良いもの程、リンクコストの値は小さく設定される。そして、各移動局から基地局までのリンクコストの和であるパスコストを導出し、パスコストが小さい経路を用いるようにしてもよい。なお、基地局１０は自らのパスコストを「０」とし、基地局１０からの信号を直接受信できたノード２０は、基地局１０を「親」として、自ノード２０と基地局１０との間の通信品質をパスコストとする。

親ノード決定部１０５は、受信した複数の制御パケットのうちから、事前に定められたアルゴリズムに従って、２台の親ノードを決定する。

例えば、無線通信システムＮＴの全体に制御パケットをフラッディングする際、制御パケットを受信した各ノード２０が、当該受信した制御パケットを送信することになる。そうすると、あるノード２０は、自ノード２０の近傍に存在している複数の隣接ノード２０から制御パケットを受信することが可能となる。例えば、図１において、ノードＣは、少なくともノードＡ、Ｂから制御パケットを受信することができる。このように、親ノード決定部１０５は、受信した制御パケットに含まれる情報に基づいて、２台の親ノードを決定する。

ここで、親ノード決定アルゴリズムは、様々なものを適用するようにしてもよい。例えば、親ノード決定部１０５は、制御パケットに含まれる情報に基づいて、隣接ノードのホップ数に関する情報に基づいて、基地局１０までのホップ数が少ない隣接ノードを親ノードの候補とする。そして、その親ノードの候補の中から、制御パケットの受信時の受信信号強度の高いものから順番に、２台の親ノードを決定するようにしてもよい。つまり、受信信号強度が高いということは、制御パケットを送信したノードと自ノードとの間で通信路環境が良好であると考えられるので、これにより、通信路環境の良好な２台の親ノードを決定することができる。

親ノード決定部１０５は、決定した２台の親ノードのそれぞれの識別情報（例えば、アドレス情報、ノードＩＤ等）をアドレス生成部１０６に与える。

アドレス生成部１０６は、親ノード決定部１０５から取得した、２台の親ノードの各識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成する。ここで、ブルームフィルタとは、それぞれのノードを識別できるビット列をハッシュ関数により生成するフィルタである。

［アドレス生成処理］
ここでは、図４、図５を用いて、アドレス生成部１０６によるアドレス生成処理を説明する。

図４は、第１の実施形態のブルームフィルタに係るハッシュテーブル５１の構成を示す構成図である。図５は、第１の実施形態に係るアドレス生成部１０６が生成する送信アドレスのビット列を説明する説明図である。

アドレス生成部１０６は、図４に例示するハッシュテーブル５１を保持しており、ハッシュテーブル５１を参照して、２台の親ノードの各識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成する。

図４において、ブルームフィルタに係るハッシュテーブル５１は、無線通信システムＮＴに参加する各ノードＡ～Ｄに対するものであり、入力とハッシュ値とを対応付けたテーブルである。

なお、図４のハッシュテーブル５１は、無線通信システムＮＴを構成する基地局１０及び各ノード２０が保持しているものである。このハッシュテーブル５１を各ノード２０に周知する方法は、様々な方式を適用することができ、特に限定されるものではない。例えば、各ノード２０が無線通信システムＮＴに参加するときに、基地局１０が全てのノード２０に行き渡るようにフラッディングすることにより周知しても良いし、制御パケットにハッシュテーブル５１を含めるようにしてもよい。

図４において、入力は、各ノードＡ～Ｄの固有値（例えば、図４ではノードＩＤ）を表しており、ハッシュ関数の値をｈ１、ｈ２、ｈ３の３種類用意している。

ここで、図４のハッシュテーブル５１のハッシュ関数の値は、送信アドレスのビット列のうち、何ビット目を「１」とするかを表している。

例えば、アドレス生成部１０６が生成する送信アドレスが、８ビットで構成されるものとする。また、図１のノードＣでは、親ノード決定部１０５が、２台の親ノードとして、ノードＡとノードＢを決定したものとし、その場合、ノードＣのアドレス生成部１０６は、図４のハッシュテーブル５１を参照して、送信アドレスを生成する場合を例示する。

このとき、２台の親ノードがノードＡとノードＢであるため、アドレス生成部１０６は、図４を参照し、入力「ノードＡ」に対応するハッシュ値が「１ビット目」、「３ビット目」、「８ビット目」であり、入力「ノードＢ」のハッシュ値が「１ビット目」、「４ビット目」、「６ビット目」であることを知る。そうすると、アドレス生成部１０６は、８ビットで構成する送信アドレスのうち、１、３、４、６、８ビット目の値を「１」とする。

そうすると、図５に示すように、アドレス生成部１０６により生成される送信アドレスは、１ビット目から順に、［１０１１０１０１］のビット列ができる。

アドレス生成部１０６は、生成されたビット列を送信アドレスとしてネットワーク管理部１０４に与える。

［データ送信時間］
次に、無線通信システムＮＴにおける各ノード２０がデータを送信するデータ送信期間の処理を説明する。

ここで、各ノード２０には、図３のＴＤＭＡフレームのスロットが割り当てられているものとする。すなわち、各ノード２０の送信タイミング判定部１０８には、ＴＤＭＡフレームにおける自ノードのスロットの開始時刻を保持しているものとする。

ＴＤＭＡフレームのスロットの開始時刻を各ノード２０に周知する方法は、様々な方式を適用することができ、特に限定されるものではない。例えば、基地局が、ＴＤＭＡフレームの各スロットの各スロットのスケジューリング（各ノード２０へのスロットの割り当て）を行ない、そのスケジューリング情報をフラッディング等により、無線通信システムＮＴの各ノード２０に周知するようにしてもよい。より具体的には、例えば、各ノード２０が無線通信システムＮＴに参加するときに、基地局１０が割り当てたスロットを周知してもよいし、制御パケットにスロットの割り当てを含めるようにしてもよい。

図１に示す無線通信システムＮＴの最大ホップ数は「２」である。各ノード２０は、ＴＤＭＡにおける自ノードに割り当てられたスロットの開始時刻になると、データ送信を開始する。具体的には、各ノード２０において、送信タイミング判定部１０８が、自ノードのスロットの開始時刻を監視しており、自ノードのスロットの開始時刻になると、送信タイミング判定部１０８がネットワーク管理部１０４に対してデータパケットを送信するように指示を出す。

ここでは、図１のノードＣが、２台の親ノードとしてノードＡ、Ｂを決定し、ノードＡ又はノードＢを通じて、基地局１０を最終宛先とするデータパケットを送信する場合を例示する。

ノードＣのホップ数は「２」であるため、図２のＴＤＭＡフレームにおけるノードＣのスロットの「ホップ２」のタイミングでデータパケットの送信を行なう。

ノードＣにおいて、ネットワーク管理部１０４は、アドレス生成部１０６により生成された送信アドレスを取得し、その送信アドレスをパケット生成部１０９に与える。ここで、アドレス生成部１０６が生成する送信アドレスは、２台の親ノードの各識別情報を、ブルームフィルタに掛けて生成した送信アドレスである。

ノードＣにおいて、パケット生成部１０９は、送信アドレスをパケットに付与してデータパケットを生成し、データパケットを無線信号送受信部１０２に与える。これにより、データパケットが送信される。

［データパケットの中継手順］
次に、ノードＣが送信したデータパケットの中継手順を説明する。

ノードＣがデータパケットを送信すると、ノードＡ又はノードＢが、ノードＣからのデータパケットを受信する。ここでは、ノードＣからデータパケットを受信したノードＡ及びＢはいずれも同じ中継処理を行なうが、ここでは、ノードＡに着目してノードＡにおける中継処理を説明する。

ノードＡでは、受信したパケットが無線信号送受信部１０２に受信される。無線信号送受信部１０２により受信されたパケットの内容は、データ処理部１０３に与えられる。データ処理部１０３では、受信したパケットの内容を解析して、パケット種別がデータを含むものであると判断し、ネットワーク管理部１０４にパケットに含まれるデータを与える。さらに、ネットワーク管理部１０４は、ノードＣが送信したデータパケットを中継処理判定部１０７に与える。

中継処理判定部１０７は、図４のハッシュテーブル５１を参照し、受信したパケットに含まれている送信アドレスのビット列を確認する。例えば、ノードＣが送信したデータパケットに、［１０１１０１０１］のビット列が含まれているものとする。

ノードＡにおいて、中継処理判定部１０７は、図４のハッシュテーブル５１を参照し、自ノード（すなわち、ノードＡ）のハッシュ値が１、３、８ビット目であることを確認する。そして、ノードＡの中継処理判定部１０７は、受信パケットに含まれている送信アドレスのビット列［１０１１０１０１］のうち、１、３、８ビット目が「１」であることから、自ノードが中継を行う必要があると判断する。

ノードＡの中継処理判定部１０７は、自ノードが中継を行なう必要があると判断すると、その結果を送信タイミング判定部１０８に通知し、送信タイミング判定部１０８は、ＴＤＭＡフレームのノードＣに割り当てられたスロット中の「ホップ１」においてデータパケットを中継すると判断する。

同様に、ノードＢの中継処理判定部１０７も、図４のハッシュテーブル５１を参照し、自ノード（すなわち、ノードＢ）のハッシュ値が１、４、６ビット目であることを確認し、受信パケットの含まれている送信アドレスのビット列［１０１１０１０１］のうち、１、４、６ビット目が「１」であることから、自ノードが中継を行う必要があると判断する。したがって、ノードＢの中継処理判定部１０７は、自ノードが中継を行なう必要があると判断し、ノードＢの送信タイミング判定部１０８は、ＴＤＭＡフレームのノードＣに割り当てられたスロット中の「ホップ１」においてデータパケットを中継すると判断する。

ここで、ノードＡとノードＢとは同じ中継処理判定を行なうので、ノードＢとの間で同時にパケット送信する可能があり、パケット衝突が生じ得る。そこで、ノードＡとノードＢとの間でパケットの衝突を防ぐために、ノードＡ及びノードＢのそれぞれにおいて、送信タイミング判定部１０８は、「ホップ１」の開始時刻の際に、ランダムなバックオフを取るようにする。

このバックオフの取り方は、特に限定されるものではなく、様々な手法を用いることができ、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４の規定に則って、例えばキャリアセンスを行なうようにしてもよい。この場合、例えば、ノードＡ及びＢのネットワーク管理部１０４がキャリアセンスを行ない、送信タイミング判定部１０８は、ネットワーク管理部１０４からのキャリアセンスの結果を取得し、その結果に基づいてデータパケットの送信可能か否かを判断するようにしてもよい。

具体的には、ノードＡにおいて、送信タイミング判定部１０８は、バックオフが終わるまでの間にノードＢからのデータパケット送信をキャリアセンスすると、パケットの衝突を避けるため、自ノードのデータパケットの中継を行わないと判断する。

送信タイミング判定部１０８は、ネットワーク管理部１０４からキャリアセンスの結果に基づいてパケット衝突がなく送信可能であると判断すると、ネットワーク管理部１０４は、ＴＤＭＡフレームのノードＣに割り当てられたスロット中の「ホップ１」のバックオフ終了後の開始時刻に、自ノードの親ノードである基地局１０宛にデータパケットを送信するようパケット生成部１０９に通知し、ノードＣのデータパケットを中継する。

上述した中継手順により、ノードＣのデータパケットは基地局１０までマルチホップで伝送される。

（Ａ－３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、ＴＤＭＡを用いたマルチホップ無線通信システムにおいて、各ノードは親ノードの選択時に、２台の親ノードを決定し、データ送信時にはマルチキャストでそれらの親ノードにパケットを送信することでルートダイバーシティ効果を利用し、データ収集率を向上させる。

例えば、従来のように、各ノードが１台のノードを親ノードとして決定してユニキャストで送信する場合、ノードＣは、ノードＡとＢのうち１台の親ノードを選択しなければならず、その選択した親ノードとの間の通信品質が良好でないときには、通信が失敗する可能性があり、データ収集率の劣化を招くことも生じ得る。

しかし、第１の実施形態によれば、複数の親ノードを決定することで、同じ内容のデータを複数の経路で伝送するルートダイバーシティ効果を得ることができ、データ収集率を高めることができる。

また、一般的にマルチキャストを行なう場合は、送信先アドレスを複数台分記述する必要があり、その結果、パケット長が冗長になるが、第１の実施形態によれば、パケット長を長くすることなく、マルチキャストを実現できる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、プログラム及び方法の第２の実施形態を、詳細に説明する。

（Ｂ－１）第２の実施形態の構成
図６は、第２の実施形態に係る無線通信装置１００Ａの内部構成を示す内部構成図である。

図６の無線通信装置１００Ａは、基本的には、基地局１０と各ノード２０のいずれにも搭載することができるものであるが、ここでは、無線通信装置１００Ａが各ノード２０に搭載されるものであることを想定して説明する。

図６において、第２の実施形態に係る無線通信装置１００Ａは、アンテナ部１０１、無線信号送受信部１０２、データ処理部１０３、ネットワーク管理部１０４、親ノード決定部１０５、アドレス生成部１０６Ａ、中継処理判定部１０７、送信タイミング判定部１０８Ａ、パケット生成部１０９を有する。

第２の実施形態では、無線通信装置１００Ａのアドレス生成部１０６Ａ及び送信タイミング判定部１０８Ａの処理が、第１の実施形態と異なるので、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

アドレス生成部１０６Ａは、親ノード決定部１０５により決定された２個の親ノードに関する情報を取得し、２台の親ノードの各識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成するものである。

また、アドレス生成部１０６Ａは、各ノード２０の２個のアドレス情報を有している。ここで、２個のアドレス情報は、メイン親ノード（第１の親ノード）としてのアドレス（以下では、「メインアドレス」とも呼ぶ。）と、サブ親ノード（第２の親ノード）としてのアドレス（以下では、「サブアドレス」とも呼ぶ。）とである。メインアドレス及びサブアドレスはそれぞれ、無線通信システムＮＴに参加する各ノード２０を一意に識別することができる識別情報である。

アドレス生成部１０６Ａは、無線通信システムＮＴに参加する全てのノード２０のメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報５２を保持している。

そして、アドレス生成部１０６Ａは、親ノード決定部１０５により決定された２台の親ノードについて、一方の親ノードをメイン親ノードとし、他方の親ノードをサブ親ノードとして、メイン親ノードの識別情報とサブ親ノードの識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成する。

図７は、第２の実施形態のブルームフィルタに係るハッシュテーブル５１Ａの構成を示す構成図である。

図７のハッシュテーブル５１Ａは、基本的に図４のハッシュテーブル５１の構成と同じであるが、無線通信システムＮＴに参加する各ノードＡ～Ｆのメインアドレスとサブアドレス毎に、入力とハッシュ値とを対応付けたテーブルである。これにより、ハッシュテーブル５１Ａは、ノードＡ～Ｆ毎に、メインアドレス用のハッシュ値とサブアドレス用のハッシュ値の２つのハッシュ値を保持することができる。

アドレス生成部１０６は、図７に例示するハッシュテーブル５１Ａを保持しており、ハッシュテーブル５１Ａを参照して、メイン親ノードの識別情報とサブ親ノードの識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成する。これにより、親ノードとして機能する各ノード２０は、受信パケットに含まれる送信アドレスを解析することで、自ノードがメイン親ノードであるのか又はサブ親ノードであるのかを判断することができる。

なお、図７のハッシュテーブル５１Ａは、無線通信システムＮＴを構成する基地局１０及び各ノード２０が保持しているものである。このハッシュテーブル５１を各ノード２０に周知する方法は、第１の実施形態と同様に、様々な方式を適用することができ、特に限定されるものではない。例えば、各ノード２０が無線通信システムＮＴに参加するときに、基地局１０が全てのノード２０に行き渡るようにフラッディングすることにより周知しても良いし、制御パケットにハッシュテーブル５１Ａを含めるようにしてもよい。

送信タイミング判定部１０８が、自ノードのスロットの開始時刻を監視しており、送信タイミング判定部１０８は、ＴＤＭＡフレームにおける自ノードのスロットよりも１つ前のスロット中の中継時刻「ホップ１」のタイミングで、データパケットを送信するように、ネットワーク管理部１０４に指示を出す。

（Ｂ－２）第２の実施形態の動作
図８は、第２の実施形態に係る無線通信システムＮＴの構成を示す構成図である。

図８では、無線通信システムＮＴに参加するノード数が６台であるとする。図８において、ノード間を結んでいる実線の両端のノードが通信可能であることを表しており、６台のノードＡ～ノードＦで構成されるネットワークトポロジは図８に示す通りである。図８の無線通信システムＮＴにおける最大ホップ数は「３」とする。

第２の実施形態の無線通信システムＮＴも、第１の実施形態と同様に、経路構築期間における処理と、データ処理期間における処理とに大別することができる。

［経路構築期間］
上述したように、無線通信システムＮＴに参加する全てのノードＡ～Ｆは、メインアドレスとサブアドレスとを有している。

全てのノードＡ～Ｆには、各ノードＡ～Ｆのメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報５２が周知となっている。

全てのノードＡ～Ｆのメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報５２の周知方法は、様々な方法を適用することができ、例えば、ノード２０が無線通信システムＮＴに参加する際に、基地局１０から当該ノード２０に送信することで、アドレス情報５２が周知されるようにしてもよいし、また例えば、制御パケットに自ノード２０のメインアドレスとサブアドレスの両方を記入してフラッディングすることで、無線通信システムＮＴ全体に周知にするようにしてもよい。

無線通信システムＮＴの経路構築期間では、第１の実施形態と同様に、基地局１０を含む全てのノード２０が、ネットワークトポロジを構築するためのプロトコルにしたがって、制御パケットを送受信する。これにより、各ノード２０は、無線通信システムＮＴにおける経路等を決定し、自身のホップ数と、親ノードを決定することができる。

制御パケットを受信した各ノード２０では、無線信号送受信部１０２が、制御パケット受信時の受信電力値を計測し、データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２からの制御パケットに含まれているデータを、ネットワーク管理部１０４に与える。

ネットワーク管理部１０４は、制御パケットの内容を解析して、制御パケットに含まれている、隣接ノードのホップ数に関する情報、通信路環境に関する情報などを抽出して、これら隣接ノードのホップ数に関する情報、通信路環境に関する情報等を、親ノード決定部１０５に与える。

親ノード決定部１０５は、受信した複数の制御パケットのうちから、事前に定められたアルゴリズムに従って、２台の親ノードを決定する。

ここで、親ノード決定部１０５は、２台の親ノードのうち、一方の１台の親ノードをメイン親ノード（以下では、「メイン親」とも呼ぶ。）、他方の１台の親ノードをサブ親ノード（以下では、「サブ親」とも呼ぶ。）とする。メイン親とサブ親との決定方法は、例えば、制御パケットの受信時の受信信号強度が高いものをメイン親として決定する方法を適用できる。いずれにしても、自ノードと通信路環境が良好なものをメイン親とすることが望ましい。

アドレス生成部１０６Ａは、親ノード決定部１０５により決定された２台の親ノードに関する情報を取得すると、メイン親ノードの識別情報とサブ親ノードの識別情報を、ブルームフィルタに掛けることで送信アドレスを生成する。

［データ送信期間］
各ノードＡ～Ｆには、第１の実施形態と同様に、図３のＴＤＭＡフレームのスロットが割り当てられており、各ノードＡ～Ｆの送信タイミング判定部１０８は、ＴＤＭＡフレームにおける自ノードのスロットの開始時刻を保持しているものとする。

各ノードＡ～Ｆの送信タイミング判定部１０８が、自ノードのスロットの開始時刻を監視しており、送信タイミング判定部１０８は、ＴＤＭＡフレームにおける自ノードのスロットよりも１つ前のスロット中の中継時刻「ホップ１」で、データパケットを送信するように、ネットワーク管理部１０４に指示を出す。

図９は、第２の実施形態のノードの送信タイミングを説明する説明図である。図９では、図８のノードＥが、データパケットを送信する場合を例示して説明する。

図９（Ｂ）は、図３のＴＤＭＡフレームにおいて、ノードＥに割り当てられたスロットＴＳｉの期間を示している。

これに対して、図９（Ａ）は、図３のＴＤＭＡフレームにおいて、ノードＥに割り当てられたスロットＴＳｉの１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）の期間を示し、図９（Ｃ）は、図３のＴＤＭＡフレームにおいて、ノードＥに割り当てられたスロットＴＳｉの１つ後のスロットＴＳ（ｉ＋１）の期間を示している。

ノードＥにおいて、ノードＥの送信タイミング判定部１０８Ａは、ＴＤＭＡフレームの自ノードのスロットＴＳｉよりも１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）の「ホップ１」で、データパケットを送信するようネットワーク管理部１０４に指示を出す。

ノードＥのネットワーク管理部１０４は、送信タイミング判定部１０８Ａから指示された、「自ノードのスロットＴＳｉの１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）のホップ１」の時刻になると、アドレス生成部１０６Ａにより生成された送信アドレス宛に、データパケットを送信するようパケット生成部１０９に指示を出し、パケット生成部１０９がデータパケットを送信する。

ここで、ノードＥの送信タイミング判定部１０８Ａが、ＴＤＭＡフレームの自ノードのスロットＴＳｉよりも１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）の「ホップ１」で、データパケットの送信指示することに関して説明する。

ノードＥは、基地局１０までのホップ数が「３」であるので、３ホップノードである。

これに対して、スロットＴＳ（ｉ－１）は、ノードＥとは異なる他ノード（ここでは、「ノード（Ｅ－１）」と表記する。）がスロットオーナーである。

そして、ノードＥとは異なる他ノード（Ｅ－１）のスロットＴＳ（ｉ－１）では、スロットオーナー（他ノード（Ｅ－１））のデータパケットの送信、又は、中継が行われている。

ここで、スロットＴＳ（ｉ－１）の「ホップ１」は１ホップノードから基地局１０への通信であり、ノードＥのデータ送信は、３ホップから２ホップノードへの通信であり、距離的に離れていることが想定され、どちらの通信もキャプチャ効果により送受信に成功する。

つまり、スロットＴＳ（ｉ－１）の「ホップ１」における通信時に、１ホップノードから基地局１０の通信と、３ホップノードであるノードＥから次の２ホップノードへの通信が同時に行なわれたとしても、距離が離れた状態で行なわれる通信であるので、両方の通信が成功すると考えられる。

そのため、ノードＥの送信タイミング判定部１０８Ａが、ＴＤＭＡフレームの自ノードのスロットよりも１つ前のスロットの「ホップ１」で、データパケットの送信を指示する。

なお、自ノードのスロットよりも１つ前のスロットの「ホップ１」で送信指示をすることができるノードのホップ数は、無線通信システムＮＴのネットワーク構成に応じて決定することができ、例えば、少なくとも３ホップ以上であることが望ましい。

［データパケットの中継手順］
図１０は、第２の実施形態のデータ中継手順を説明する説明図である。

図１０は、図９のＴＤＭＡフレームにおけるスロット列及びデータ中継期間「ホップ」に沿って、データパケットの送信元ノードと宛先ノードとを対応付けている。

図１０では、メイン親を経由するマルチホップの経路をメインルートと呼び、サブ親を経由するマルチホップの経路をサブルートと呼ぶ。また、例えば、「Ｅ→Ｃ」は、データパケットの送信元ノードと宛先ノードとを表しており、この場合、送信元ノードがノードＥであり、宛先ノードがノードＣであることを表している。

ノードＥでは、２台の親ノードのうち、メイン親を「ノードＣ」とし、サブ親を「ノードＤ」とするものとする。

上述したように、ノードＥでは、ネットワーク管理部１０４が、自ノードのスロットＴＳｉの１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）のホップ１の時刻になると、アドレス生成部１０６Ａにより生成された送信アドレス宛に、データパケットを送信するようパケット生成部１０９に指示を出し、パケット生成部１０９がデータパケットを送信する。

メイン親であるノードＣ及びサブ親であるノードＤでは、無線信号送受信部１０２がノードＥのデータパケットを受信する。データ処理部１０３は、受信したパケットデータをネットワーク管理部１０４に与える。ネットワーク管理部１０４は、他ノードからのデータパケットであると判断すると、中継すべきか否かを判定させるために、データパケットを中継処理判定部１０７に与える。

まず、メイン親であるノードＣを経由するメインルートを説明する。メイン親であるノードＣでは、中継処理判定部１０７が、図７のハッシュテーブルを参照して、受信パケットに含まれている送信アドレスのビット列から、自ノードがメイン親であることを確認する。

メイン親であるノードＣにおいて、送信タイミング判定部１０８Ａは、自ノードがメイン親であるという情報を中継処理判定部１０７から通知されると、ノードＥの送信スロットのホップ３の時刻で、データパケットを中継するようネットワーク管理部１０４に通知する。

このとき、メイン親であるノードＣの送信タイミング判定部１０８Ａは、スロットＴＳ（ｉ－１）のデータ中継期間「ホップ１」で、ノードＥからデータパケットを受信するが、その直後のデータ中継期間（すなわち、スロットＴＳｉのデータ中継期間「ホップ３」）の時刻で、データパケットの中継を行なうように指示する。このようにすることで、ＴＤＭＡフレームの各スロットにおいて、他のノードが中継するパケットとの衝突を回避しながら、データパケットの中継に利用されていない「空き」となる期間を有効に利用することができる。

ネットワーク管理部１０４は、ホップ３の時刻で、アドレス生成部１０６から送られてきた送信アドレス宛にデータパケットを中継するようパケット生成部１０９に通知し、中継処理が行われる。

なおノードＣにおいてもメイン親とサブ親とが決定されているが、ここでは、説明を容易にするため、ノードＣにおけるメイン親をノードＡとしており、ノードＣが、メイン親であるノードＡのみに中継する場合のみを示している。

ノードＣから中継パケットを受信したノードＡは、上述した処理と同一の手順を経て、ノードＥのデータパケットを基地局１０に送信する。

次に、サブ親であるノードＤを経由するサブルートを説明する。サブ親であるノードＤにおいても、中継処理判定部１０７が、図７のハッシュテーブルを参照して、受信パケットに含まれている送信アドレスのビット列から、自ノードがサブ親であることを確認する。

サブ親であるノードＤにおいて、送信タイミング判定部１０８Ａは、自ノードがサブ親であるという情報を中継処理判定部１０７から通知される。

そうすると、ノードＤの送信タイミング判定部１０８Ａは、メインルートとの送信パケットの衝突を回避するため、ノードＥのスロットＴＳｉのホップ１の時刻で、データパケットを中継するようネットワーク管理部１０４に通知する。

ネットワーク管理部１０４は、ノードＥのスロットＴＳｉのホップ１の時刻で、アドレス生成部１０６から送られてきた送信アドレス宛にデータパケットを中継するようパケット生成部１０９に通知し、中継処理が行われる。

ここで、ノードＤにおいてもメイン親とサブ親とが決定されている。ここでは、説明を容易にするため、ノードＤにおけるメイン親をノードＢとしており、ノードＤが、メイン親であるノードＢのみに中継する場合のみを示している。

ノードＤから中継パケットを受信したノードＢは、ノードＥのスロットＴＳｉの次のスロットＴＳ（ｉ＋１）の「ホップ３」の時刻で、データパケットを基地局１０に中継する。

このとき、サブ親であるノードＤの送信タイミング判定部１０８Ａは、メインルートでパケットを中継する時のホップ数と、サブルートでパケットを中継するときのホップ数とに基づいて、中継タイミングを判定する。具体的には、メインルート経由のホップ数とサブルート経由のホップ数との差分値に基づいて、パケット衝突を回避するタイミングを判定する。

例えば、次のスロットＴＳ（ｉ＋１）の「ホップ３」では、スロットＴＳ（ｉ＋１）のスロットオーナーのデータ送信が行なわれるが、スロットオーナーが３ホップノードでなければ、当該スロットＴＳ（ｉ＋１）のホップ３は使用されないため、送信パケットの衝突は発生しない。また、３ホップノードであったとしても、３ホップノードのパケット送信と１ホップノードのパケット送信では距離的に離れているため、キャプチャ効果により送受信に成功する。

（Ｂ－３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、ＴＤＭＡを用いたマルチホップ無線通信システムにおいて、各ノードは親ノードの選択時に、メイン親ノード（メイン親）と、サブ親ノード（サブ親）の２台の親ノードを決定する。そして、データ送信時には、マルチキャストでそれらの親ノードにパケットを送信することでルートダイバーシティ効果を利用し、中継ノードはデータ収集率を向上させる。

第１の実施形態は、複数の親ノードがお互いをキャリアセンスすることができる範囲内に存在する場合には有効な方式である。これに対して、第２の実施形態では、他のノードと隠れ端末の位置関係に存在するトポロジにおいてもルートダイバーシティを実現することができる。その結果、データ収集率を向上させることができる。

また、第２の実施形態によれば、各ノードが、メイン親としてのメインアドレスと、サブ親としてのサブアドレスを有することで、パケット中継時にメイン親とサブ親が異なる動作を実施することが可能となる。

例えば、第２の実施形態を適用しない場合には、スロットオーナーのスロットの次に続くスロットＴＳ（ｉ＋１）の「ホップ３（最大ホップ数のデータ中継期間）」は、通信が行われない無駄な時間となる可能性がある。これに対して、第２の実施形態によれば、スロットオーナーのスロットの次に続くスロットＴＳ（ｉ＋１）の「ホップ３（最大ホップ数のデータ中継期間）」を有効に利用でき、ネットワークの時間効率を向上させることができる。

（Ｃ）他の実施形態
上述した第１、第２の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できる。

（Ｃ－１）第１、２の実施形態では、複数の親ノードとして２台の親ノードを選択したが、必ずしも２台でなければならないわけではなく、３台以上の親ノードを選択し本発明を適用してもよい。

（Ｃ－２）第１の実施形態では２ホップノード、第２の実施形態では３ホップノードに本発明を適用したが、必ずしも特定のホップ数のノードに適用しなければならないわけではなく、ネットワークに参加するすべてのホップ数のノードに本発明を適用してもよい。

また、本発明を適用するネットワークの最大ホップ数は２ホップまたは３ホップに限ったものでなく、ＴＤＭＡを用いたマルチホップネットワークであれば本発明を適用してもよい。

（Ｃ－３）第１の実施形態では、複数の親ノードには優劣関係を付けなかったが、第２の実施形態のようにメイン親とサブ親を設定し、メイン親はバックオフの時間を短くすることで中継する確率を高くしてもよい。

（Ｃ－４）第２の実施形態では、サブ親を自ノードよりもホップ数が少ないノードから選択ようにしたが、サブ親を同一ホップ数のノードから選択するようにしてもよい。

その場合のメインルートとサブルートのデータパケットの中継手順を、図１１を参照しながら説明する。

図１１では、図６の無線通信システムＮＴと同じネットワークトポロジとしており、ノードＥが、データパケットを送信した場合の中継手順を示している。

ノードＥが、メイン親をノードＣとし、サブ親をノードＦ（ノードＥと同じホップ数のノード）としている。

図１１に示すように、ノードＥでは、ネットワーク管理部１０４が、自ノードのスロットＴＳｉの１つ前のスロットＴＳ（ｉ－１）のホップ１の時刻になると、アドレス生成部１０６Ａにより生成された送信アドレス宛に、データパケットを送信するようパケット生成部１０９に指示を出し、パケット生成部１０９がデータパケットを送信する。

ノードＦは、自ノードがサブ親であることを認識すると、ノードＦの送信タイミング判定部１０８Ａは、メインルートとの送信パケットの衝突を回避するため、ノードＥのスロットＴＳｉのホップ２の時刻で、ノードＤを宛先とするデータパケットを中継するようネットワーク管理部１０４に通知する。

さらに、ノードＦからデータパケットを受信したノードＤは、メインルートとの送信パケットの衝突を回避するため、ノードＥのスロットＴＳｉのホップ１の時刻で、ノードＢ宛にデータパケットを中継するようネットワーク管理部１０４に通知する。

そして、ノードＤから中継パケットを受信したノードＢは、ノードＥのスロットＴＳｉの次のスロットＴＳ（ｉ＋１）の「ホップ３」の時刻で、データパケットを基地局１０に中継する。

なお、各ノードの送信タイミングは、図１０や図１１に示すタイミングに限られるものではない。第２の実施形態で説明したように、メインルートとサブルートのパケット送信タイミングが、キャプチャ効果を利用して決定しているため、キャプチャ効果を得ることができるのであれば、図１０や図１１に限定されない。

（Ｃ－５）第１、第２の実施形態において、キャプチャ効果を得るために、基地局１０が各ノード２０のＴＤＭＡスロットの割り当てやこれらの実施形態を適用するノードを変更してもよい。例えば、最大ホップ数のノードと１ホップノードのスロットを交互に配置し、最大ホップ数のノードにこれらの実施形態を適用し、１ホップノードには適用しないようにすることで、キャプチャ効果を高めつつ通信に失敗する確率の高い最大ホップ数のノードにルートダイバーシティを提供しスロットの利用効率を上げることができる。

ＮＴ…無線通信システム、１０…基地局（ＢＳ）、２０…移動局（ノード）、
１００及び１００Ａ…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…ネットワーク管理部、１０５…親ノード決定部、１０６及び１０６Ａ…アドレス生成部、１０７…中継処理判定部、１０８及び１０８Ａ…送信タイミング判定部、１０９…パケット生成部、１１０…外部システム。

Claims (7)

1. マルチホップ無線通信ネットワークを構成する無線通信装置において、
   受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得するネットワーク管理部と、
   上記複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定する親ノード決定部と、
   上記親ノード決定部より決定された上記複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、上記各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成するアドレス生成部と、
   上記アドレス生成部により生成された上記送信アドレスを付与したパケットを送信するパケット送信部と、
   受信したパケットに含まれる上記送信アドレスに基づいて、自ノードが上記受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定する中継処理判定部と、
   上記中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示をする送信タイミング判定部と
   を備え、
   上記マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を有し、
   上記アドレス生成部が、上記アドレス情報を参照し、上記親ノード決定部により決定された上記複数の親ノードの順序に応じた上記各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、上記送信アドレスのビット列を生成し、
   上記中継処理判定部が、上記アドレス情報を参照し、上記受信したパケットに含まれる上記送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定する
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 上記マルチホップ無線通信ネットワークが、時分割多元接続方式を採用するものであり、
   時分割多元接続方式フレームが、各ノードに割り当てる複数のスロットを時系列に設け、上記各スロットには、当該スロットが割り当てられたノードからのパケットを中継する中継ノードの中継タイミングを示す複数のデータ中継期間が設けられており、
   上記送信タイミング判定部が、時分割多元接続方式フレーム上に割り当てられた自ノードのスロットにおいて、上記パケット送信部にパケットの送信開始の指示を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. 上記中継処理判定部により自ノードが上記複数の親ノードのうちメイン親ノードであると判定されると、
   上記送信タイミング判定部が、受信パケットを受信した上記スロットの上記データ中継期間の直後に位置するデータ中継期間で、上記受信パケットを中継するように上記ネットワーク管理部に指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 上記中継処理判定部により自ノードが上記複数の親ノードのうちサブ親ノードであると判定されると、
   上記送信タイミング判定部が、上記複数の親ノードのうちメイン親ノードを経由して中継されるパケットと衝突しないタイミングで、受信したパケットを中継するように上記ネットワーク管理部に指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 上記送信タイミング判定部が、上記メイン親ノードを経由して中継されるホップ数と、サブ親ノードである自ノードを経由して中継されたホップ数との差分値に基づいて、上記衝突しないタイミングを判定してサブルートの送信タイミングを指示することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. マルチホップ無線通信ネットワークを構成する無線通信プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得するネットワーク管理部と、
   上記複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定する親ノード決定部と、
   上記親ノード決定部より決定された上記複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、上記各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成するアドレス生成部と、
   上記アドレス生成部により生成された上記送信アドレスを付与したパケットを送信するパケット送信部と、
   受信したパケットに含まれる上記送信アドレスに基づいて、自ノードが上記受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定する中継処理判定部と、
   上記中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示をする送信タイミング判定部と
   して機能させ、
   上記アドレス生成部が、上記マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を参照し、上記親ノード決定部により決定された上記複数の親ノードの順序に応じた上記各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、上記送信アドレスのビット列を生成し、
   上記中継処理判定部が、上記アドレス情報を参照し、上記受信したパケットに含まれる上記送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定する
   ことを特徴とする無線通信プログラム。
7. マルチホップ無線通信ネットワークを構成する無線通信方法において、
   ネットワーク管理部が、受信した制御パケットに基づいて、自ノードに隣接する複数の他ノードに関する情報を取得し、
   親ノード決定部が、上記複数の他ノードに関する情報の中から、自ノードの送信パケットを中継する複数の親ノードを決定し、
   アドレス生成部が、上記親ノード決定部より決定された上記複数の親ノードのそれぞれの識別情報に基づいて、上記各親ノードにより受信可能な送信アドレスを生成し、
   パケット送信部が、上記アドレス生成部により生成された上記送信アドレスを付与したパケットを送信し、
   中継処理判定部が、受信したパケットに含まれる上記送信アドレスに基づいて、自ノードが上記受信したパケットを中継する親ノードであるか否かを判定し、
   送信タイミング判定部が、上記中継処理判定部により自ノードが親ノードであると判定されると、他ノードがパケットを送信していれば、受信したパケットの中継を行なわず、他ノードがパケットを送信していなければ、パケットの送信指示し、
   上記アドレス生成部が、上記マルチホップ無線通信ネットワークを構成する各ノードに付与されたメインアドレスとサブアドレスとを含むアドレス情報を参照し、上記親ノード決定部により決定された上記複数の親ノードの順序に応じた上記各親ノードのアドレス情報と、ブルームフィルタとを用いて、上記送信アドレスのビット列を生成し、
   上記中継処理判定部が、上記アドレス情報を参照し、上記受信したパケットに含まれる上記送信アドレスのビット列とブルームフィルタとを用いて、自ノードが親ノードであるか否かを判定する
   ことを特徴とする無線通信方法。

Images