JPWO2016194203A1 - 無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明のネットワーク構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係るネットワーク10の構成を示す図である。ネットワーク10は、ゲートウェイ11および無線通信装置としてのノード12a〜cにより構成されるネットワークである。また、ネットワーク10は、ゲートウェイ11を根とするツリー構造のネットワークである。ゲートウェイ11は、ネットワークを構築し、ノードと直接または他のノードを介してデータを送受信する。また、ゲートウェイ11は、ゲートウェイ11の上位に接続する装置や他のネットワークとデータを送受信する。
図2は、実施の形態1に係るノード12aの構成を示すブロック図である。
ノード12aは、アンテナ20、無線送受信部21、無線制御部22、アプリケーションデータ処理部23、およびネットワーク制御部24により構成される。また、ネットワーク制御部24は、上り経路管理部25、下り経路管理部26および経路情報管理部27により構成される。また、ノード12aにはセンサ13が接続されている。
アンテナ20は、他のノードが送信した無線信号を受信し、無線送受信部21に出力する。無線送受信部21は、アンテナ20から入力された無線信号をフレームに変換し、フレームを無線制御部22に出力する。無線制御部22は、無線送受信部21から入力されたフレームの宛先に応じて他のノードに転送するか、自ノードで処理を行うか決定する。転送する場合、無線制御部22は、ネットワーク制御部24に経路情報を問い合わせ、経路情報を設定したフレームを無線送受信部21に出力する。自ノードで処理する場合、無線制御部22は、フレーム種別に応じてフレームのデータ部分をアプリケーションデータ処理部23またはネットワーク制御部24に出力する。フレーム種別がアプリケーションデータの場合、無線制御部22は、フレームのデータ部分をアプリケーションデータ処理部23に出力する。フレーム種別が上り経路制御メッセージまたは下り経路制御メッセージの場合、無線制御部22は、フレームのデータ部分をネットワーク制御部24に出力する。
ネットワーク制御部24は、無線制御部22から入力された上り経路制御メッセージおよび下り経路制御メッセージに設定された経路情報を保持する。上り経路管理部25は、上り経路情報を保持する。下り経路管理部26は、下り経路情報を保持する。また、ネットワーク制御部24は、自ノードの経路情報を経路情報管理部27に保持する。
アプリケーションデータ処理部23は、センサ13から入力された測定値をあらかじめ指定した形式に変換する処理を行い、アプリケーションデータとして無線制御部22に出力する。この場合、アプリケーションデータは、測定値のデータである。
また、ネットワーク制御部24は、経路情報管理部27が保持する自ノードの経路情報を上位ノードに通知する下り経路制御メッセージを定期的に生成し、無線制御部22に出力する。
テーブル31は、上り経路情報32a〜bを保持している。上り経路情報32a〜bは、宛先装置のアドレス、次ノードのアドレス、ランク情報、有効期間およびタイマ識別子から成る。次ノードのアドレスは、宛先装置への経路上にある隣接ノードのアドレスである。ランク情報は、ゲートウェイまでのホップ数および無線電波受信強度などから算出される値である。ランク情報の低いほうがホップ数と電波の状況の点から経路として適している。ノードは、ランク情報が低いノードを選択して経路を決定する。有効期間は、上り経路情報32a〜bの有効期間である。有効期間が経過した上り経路情報32a〜bはテーブル31から削除される。タイマ識別子は有効期間を計時するタイマの識別子である。
テーブル33は、2つの下り経路情報34a〜bを保持している。下り経路情報34a〜bは、宛先装置のアドレス、次ノードのアドレス、ランク情報、有効期間およびタイマ識別子から成る。
自ノードの経路情報35は、自ノードのアドレス、ランク情報および有効期間から成る。ランク情報は、上り経路管理部25のゲートウェイ11の経路情報のランク情報と同じ値が設定される。有効期間は、自ノードの経路情報35の有効期間である。有効期間はパラメータとしてあらかじめ指定された値である。
図6は、実施の形態1に係るフレーム36のフォーマットを示す図である。フレーム36はヘッダ37およびデータ38から構成される。さらに、ヘッダ37は、宛先MACアドレス、送信元MACアドレス、宛先ネットワークアドレス、送信元ネットワークアドレスおよびフレーム種別から成る。宛先MACアドレスは、宛先装置への経路上にある隣接ノードのアドレスである。送信元MACアドレスは、フレームを送信するノードのアドレスである。宛先ネットワークアドレスは、フレームの宛先となるノードのアドレスである。送信元ネットワークアドレスは、フレームを生成して送信した生成元ノードのアドレスである。
例えば、ノード12aからゲートウェイ11宛に送信されるフレームをノード12bがノード12cに転送する場合、宛先MACアドレスはノード12c、送信元MACアドレスはノード12b、宛先ネットワークアドレスはゲートウェイ11、送信元ネットワークアドレスはノード12aのアドレスが設定される。
まず、上り経路の更新について説明する。
図7は、実施の形態1に係る上り経路を更新するシーケンスを示す図である。
ゲートウェイ11は、定期的に上り経路制御メッセージをネットワーク10内にフラッディングしている。フラッディングとは、ブロードキャストされたフレームを受信したノードが、ブロードキャストで転送することにより、ネットワーク全体に転送する通信方式である。
S101において、ゲートウェイ11は、ゲートウェイ11のアドレス、ランク情報、および有効期間を設定した上り経路制御メッセージを生成し、ブロードキャストで送信する。
S103において、ノード12cは、受信した上り経路制御メッセージのゲートウェイ11の経路情報のランク情報に再計算した値を設定する。また、ノード12cは、受信した上り経路制御メッセージに、経路情報管理部27が保持する自ノードの経路情報を追加し、上り経路制御メッセージを更新する。ノード12cは、更新した上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する。
S105において、ノード12bは、受信した上り経路制御メッセージのゲートウェイ11およびノード12cの経路情報のランク情報にそれぞれ再計算した値を設定する。また、ノード12bは、受信した上り経路制御メッセージに、経路情報管理部27が保持する自ノードの経路情報を追加し、上り経路制御メッセージを更新する。ノード12bは、更新した上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する。
S107において、ノード12aは、受信した上り経路制御メッセージのゲートウェイ11、ノード12cおよびノード12bの経路情報のランク情報にそれぞれ再計算した値を設定する。また、ノード12aは、受信した上り経路制御メッセージに、経路情報管理部27が保持する自ノードの経路情報を追加し、上り経路制御メッセージを更新する。ノード12aは、更新した上り経路制御メッセージをブロードキャストで送信する。
各ノードは、上り経路管理部25に保存された経路情報のうち、ランク情報が最小の隣接ノードをゲートウェイ11への上り経路の次ノードとして決定する。隣接ノードは、経路情報の宛先装置のアドレスと次ノードのアドレスが同じノードである。
図8は、実施の形態1に係る下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
S201において、ノード12aは、経路情報管理部27が保持している自ノードのアドレス、ランク情報および有効期間を設定し、下り経路制御メッセージを生成する。ノード12aは、下り経路制御メッセージをユニキャストでノード12bに送信する。
S203において、ノード12bは、受信した下り経路制御メッセージの宛先MACアドレスをノード12c、送信元MACアドレスをノード12bに書き換え、ノード12cにユニキャストで送信する。
S205において、ノード12cは、受信した下り経路制御メッセージの宛先MACアドレスをゲートウェイ11、送信元MACアドレスをノード12cに書き換え、をゲートウェイ11にユニキャストで送信する。
S206において、ゲートウェイ11は、ノード12cから下り経路制御メッセージを受信すると、通知されたノード12aの経路情報を保存する。ゲートウェイ11は、ノード12aへの経路の次ノードとして、下り経路制御メッセージの送信元MACアドレスに設定されているノード12cのアドレスを保存する。
また、各ノードにおいて、下り経路制御メッセージの送信先は、上り経路管理部25の経路情報のうちランク情報が最小の隣接ノードである。
図9は、実施の形態1に係る無線制御部22の処理の流れを示すフローチャートである。
アンテナ20は、他のノードから無線信号を受信すると無線信号を無線送受信部21に出力する。無線送受信部21は、無線信号を図6のフレームに変換し、このフレームを無線制御部22に出力する。無線制御部22は、無線送受信部21からフレームが入力されるとS301より処理を開始する。
S302において、無線制御部22は、フレームの送信元MACアドレスが示すノードにフレームを受信したことを通知するため、送達確認メッセージを生成し、無線送受信部21に出力する。無線送受信部21は、アンテナ21を介して送達確認メッセージを送信元MACアドレスが示すノードに送信する。処理はS304に進む。
S301において、フレームの宛先MACアドレスが自ノードでない場合、S303に進む。
S304において、無線制御部22は、フレームの送信するデータがアプリケーションデータか否かを判定する。フレームの送信するデータがアプリケーションデータの場合、処理はS305に進む。
S306において、無線制御部22は、アプリケーションデータをアプリケーションデータ処理部23に出力する。処理はS307に進む。
S307において、無線制御部22は、送信元ネットワークアドレスが示すノードの経路情報を更新するようにネットワーク制御部24に指示する。ネットワーク制御部24は、送信元ネットワークアドレスが示すノードの経路情報に対応するタイマの計時を停止し、新たに計時を開始することにより有効期間を更新する。有効期間の更新により、経路情報の有効期間が延びることになる。処理は終了する。
S305において、フレームの宛先ネットワークアドレスが自ノードでない場合、処理はS308に進む。
S310において、無線制御部22は、次ノードに送信したアプリケーションデータに対する送達確認メッセージを受信すると、処理はS307に進む。
S310において、送達確認メッセージを受信しない場合、処理は終了する。
S304において、フレームの送信するデータがアプリケーションデータではない場合、処理はS311に進む。
S311において、無線制御部22は、フレームの送信するデータが経路制御メッセージか否か判定する。データが経路制御メッセージの場合、処理はS312に進む。データが経路制御メッセージではない場合、無線制御部22はデータに応じた処理を行い、終了する。
S313において、無線制御部22は、経路制御メッセージを次ノードに送信する。処理は終了する。
図10は、実施の形態1に係る無線制御部22の処理の流れを示すフローチャートである。
アプリケーションデータ処理部23からアプリケーションデータと宛先が入力されると、無線制御部22は処理を開始する。
S402において、無線制御部22は、アンテナ20、無線送受信部21を介して次ノードから送達確認メッセージを受信した場合、処理はS403に進む。
S404において、下り経路制御メッセージの出力の停止する期間が経過すると、無線制御部22は、ネットワーク制御部24に下り経路制御メッセージの出力の再開を指示する。ネットワーク制御部24は、下り経路制御メッセージを定期的に送信するタイミングになると下り経路制御メッセージを出力する。処理は終了する。
S402において、次ノードから送達確認メッセージを受信しない場合、処理は終了する。
図11は、実施の形態1に係るネットワーク制御部24の処理の流れを示すフローチャートである。
ネットワーク制御部24は、下り経路制御メッセージを送信するタイミングになると、処理を開始する。
S502において、ネットワーク制御部24は、下り経路制御メッセージを生成する。ネットワーク制御部24は、自ノードの経路情報として、自ノードのアドレス、自ノードのランク情報および経路の有効期間を下り経路制御メッセージに設定する。また、ネットワーク制御部24は、上り経路情報管理部25に保存された上り経路情報から、ランク情報が最小の隣接ノードを選択し、ゲートウェイ11への上り経路の次ノードとして決定する。ネットワーク制御部24は、生成した下り経路制御メッセージと次ノードのアドレスを無線制御部22に出力する。無線制御部22は下り経路制御メッセージの宛先MACアドレスとして次ノードのアドレスを設定し、無線送受信部21に出力する。無線送受信部21はフレームを無線信号に変換し、アンテナ21を介して下り経路制御メッセージを次ノードに送信する。処理は終了する。
S501において、無線制御部22から下り経路制御メッセージの出力の停止を指示されている場合、処理を終了する。
図12は、実施の形態1に係るノード12aの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。
S602において、ノード12bは、ノード12c宛のアプリケーションデータが設定されたフレームを受信すると、ノード12aに送達確認メッセージを送信する。ノード12aは、送達確認メッセージを受信すると、あらかじめ定めた期間、下り経路制御メッセージの送信を停止する。
S603において、ノード12bは、受信したアプリケーションデータのフレームの送信元ネットワークアドレスを参照する。ノード12bは、送信元ネットワークアドレスであるノード12aの下り経路情報の有効期間を更新する。
S605において、ノード12cは、ノード12c宛のアプリケーションデータを受信すると、ノード12bに送達確認メッセージを送信する。
S606において、ノード12cは、受信したアプリケーションデータのフレームの送信元ネットワークアドレスを参照する。ノード12cは、送信元ネットワークアドレスであるノード12aの下り経路情報の有効期間を更新する。
図13は、実施の形態1に係るノード12aのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
ノード12aは、メモリ41、プロセッサ42、及び無線通信機43により構成される。無線通信機43にはアンテナ21が接続されている。
なお、複数の処理回路が連携して、無線送受信部21、無線制御部22、アプリケーションデータ処理部23およびネットワーク制御部24の機能を実行するように構成してもよい。
ノード12aは、上りのアプリケーションデータを送信する機会が多くなるほど、下り経路制御メッセージを送信する回数を削減でき、下り経路制御メッセージの送信を削減することができる。よって、上りアプリケーションデータを送信するためのパケットが増えても、下り経路制御メッセージの送信の削減によりパケットが削減されるため、トラフィック負荷を抑制する効果が得られる。
以上の実施の形態1では、上りアプリケーションデータを受信したことにより、送信元ノードの下り経路情報を更新するようにしたものであるが、本実施の形態では、送信元ノードに加えて、上りアプリケーションデータが経由したノードの下り経路情報を更新する実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1と異なる部分について、説明する。
図9のS310において、無線制御部22は、上りアプリケーションデータのフレームの送信元ネットワークアドレスが示すノードに加えて、送信元MACアドレスが示すノードの経路情報の有効期間を更新する。
図14は、実施の形態2に係るノード12aの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。S701〜S702は、図12のS601〜S602の処理と同じため、説明を省略する。
S704において、ノード12bは、ノード12c宛のアプリケーションデータをノード12cに送信する。
S705において、ノード12cは、ノード12c宛のアプリケーションデータを受信すると、ノード12bに送達確認メッセージを送信する。
以上の実施の形態2では、上りアプリケーションデータを受信したことにより、送信元ノードと上りアプリケーションデータが経由したノードの下り経路情報を更新するようにしたものであるが、本実施の形態では、上りアプリケーションデータの宛先のノードが間欠制御を行う実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1と異なる部分について、説明する。
図15は、実施の形態3に係るノード50の構成を示すブロック図である。ノード50は、実施の形態1のノード12aに間欠制御部51を追加した構成である。
ネットワーク構成は、図1に示すネットワーク10のノード12cがノード50に置き換わった構成である。
図16は、実施の形態3に係るノード12aの下り経路を更新するシーケンスを示す図である。S801〜S803は、図12のS601〜S603の処理と同じため、説明を省略する。
S805において、ノード50がスリープから起動すると、周囲のノードに起動したことを通知し、保留していたデータの送信を要求するデータ要求を送信する。
S806において、ノード12bは、ノード50からのデータ要求を受信すると、ノード50宛のアプリケーションデータをノード50に送信する。
S807において、ノード50は、ノード50宛のアプリケーションデータを受信すると、ノード12bに送達確認メッセージを送信する。
S808において、ノード50は、受信したアプリケーションデータのフレームの送信元ネットワークアドレスを参照する。ノード50は、送信元ネットワークアドレスであるノード12aの下り経路情報の有効期間を更新する。ノード50は間欠制御周期になるとスリープする。
ノード50は、メモリ41、プロセッサ42、及び無線通信機43により構成される。無線通信機43にはアンテナ21が接続されている。
なお、複数の処理回路が連携して、無線送受信部21、無線制御部22、アプリケーションデータ処理部23、ネットワーク制御部24および間欠制御部27の機能を実行するように構成してもよい。
また、ノード50は、ノード12aと同様に、上りアプリケーションデータを送信し、送信先のノードから送達確認メッセージを受信した場合、下り経路制御メッセージを定期的に送信することをあらかじめ定めた期間、停止するようにしてもよい。間欠制御を行うノード50に送信する経路制御メッセージを削減することができ、間欠制御を行うノード50の消費電力を低減することができる。
11 ゲートウェイ
12a〜c、50 ノード
21 アンテナ
22 無線送受信部
23 アプリケーションデータ処理部
24 ネットワーク制御部
25 上り経路管理部
26 下り経路管理部
27 経路情報管理部
31、33 テーブル
32 上り経路情報
34 下り経路情報
35 経路情報
36 フレーム
37 ヘッダ
38 データ
41 メモリ
42 プロセッサ
43 無線通信機
51 間欠制御部
52 ノード管理部
53 起動管理部
Claims (8)
- 自無線通信装置の有効期間を含む経路情報に関する下り経路制御メッセージを定期的に出力可能なネットワーク制御部と、
上りデータを出力するアプリケーションデータ処理部と、
前記ネットワーク制御部から出力された下り経路制御メッセージと前記アプリケーションデータ処理部から出力された上りデータとを自無線通信装置から前記ゲートウェイに向かう上り経路を通じて送信し、当該送信した上りデータに対する送達確認メッセージを受信する無線送受信部と、
前記送達確認メッセージが前記無線送受信部を介して入力された場合、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信を一時的に停止させる無線制御部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記無線制御部は、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信を一時的に停止させた後、あらかじめ定めた時間が経過した場合、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信を再開させることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 前記無線送受信部は、前記下り経路制御メッセージと前記上りデータとを、前記上り経路で自無線通信装置の次の装置である、他の無線通信装置または前記ゲートウェイに送信し、前記送信した上りデータに対する前記次の装置からの前記送達確認メッセージを受信し、
前記無線制御部は、前記次の装置からの前記送達確認メッセージが前記無線送受信部を介して入力された場合、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信を一時的に停止させることを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信装置。 - 前記無線制御部は、前記下り経路制御メッセージの出力の一時的な停止を前記ネットワーク制御部に指示することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記無線制御部は、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信を一時的に停止させた後、あらかじめ定めた時間が経過した場合、前記下り経路制御メッセージの定期的な送信の再開を前記ネットワーク制御部に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。
- 前記ゲートウェイから自無線通信装置を介してさらに下り方向に存在する他の無線通信装置である下位の無線通信装置から下り経路制御メッセージによって通知された前記下位の無線通信装置の有効期間を含む経路情報を前記下位の無線通信装置を識別する識別子と対応付けて保存する下り経路管理部を備え、
前記ネットワーク制御部は、前記下位の無線通信装置の経路情報を前記下り経路情報管理部に保存するとその有効期間の計時を開始し、
前記無線送受信部は、データを生成した生成元の下位の無線通信装置から送信された上りデータを受信すると、前記送達確認メッセージを送信し、
前記無線制御部は、前記生成元の下位の無線通信装置から送信された上りデータが前記無線送受信部を介して入力されると、前記生成元の下位の無線通信装置の経路情報の更新を前記ネットワーク制御部に指示し、
前記ネットワーク制御部は、前記無線制御部から前記生成元の下位の無線通信装置の経路情報の更新を指示されると、前記生成元の下位の無線通信装置の経路情報の有効期間の計時を停止した後、新たに計時を開始することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記無線制御部は、前記生成元の下位の無線通信装置から自無線通信装置までの経路に存在し、前記生成元の無線通信装置から送信された上りデータを転送した下位の無線通信装置の経路情報の更新を前記ネットワーク制御部に指示し、
前記ネットワーク制御部は、前記無線制御部より指示された前記転送した下位の無線通信装置の経路情報の有効期間の計時を停止した後、新たに計時を開始することを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 - 前記上り経路で自無線通信装置の次の無線通信装置が間欠制御するかを示す間欠制御情報を保持する間欠制御情報保持部を備え、
前記無線制御部は、前記間欠制御情報保持部の前記間欠制御情報に基づき、前記次の無線通信装置が間欠制御を行うかを判断し、前記次の無線通信装置が間欠制御を行う場合は、前記次の無線通信装置が起動したことを通知するメッセージが前記無線送受信部を介して入力された後に、前記上りデータの前記次の無線通信装置への送信を前記無線送受信部に指示することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の無線通信装置。
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