JPWO2018143094A1 - Wireless communication system management node and wireless communication system - Google Patents
Wireless communication system management node and wireless communication system Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2018143094A1 JPWO2018143094A1 JP2018565511A JP2018565511A JPWO2018143094A1 JP WO2018143094 A1 JPWO2018143094 A1 JP WO2018143094A1 JP 2018565511 A JP2018565511 A JP 2018565511A JP 2018565511 A JP2018565511 A JP 2018565511A JP WO2018143094 A1 JPWO2018143094 A1 JP WO2018143094A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- node
- communication
- nodes
- wireless communication
- management node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 246
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 54
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 49
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 18
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 101100172132 Mus musculus Eif3a gene Proteins 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
- H04W40/22—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing using selective relaying for reaching a BTS [Base Transceiver Station] or an access point
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W40/00—Communication routing or communication path finding
- H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Selective Calling Equipment (AREA)
Abstract
データを中継しない第1のモードとデータを中継する第2のモードとを指示に応じて切り替えて動作する複数の通信ノードで構成された無線通信システムの管理ノードであって、前記管理ノードからの無線通信距離がnホップ(nは自然数)までの通信ノードが特定されているとき、無線通信距離がnホップである通信ノードのうち、前記特定されている通信ノードに含まれない最多数の通信ノードと直接通信可能な通信ノードに対し(S14、S15)、前記第2のモードで動作するよう指示する(S17)。A management node of a wireless communication system configured by a plurality of communication nodes that operate by switching between a first mode that does not relay data and a second mode that relays data according to an instruction, from the management node When communication nodes with a wireless communication distance of up to n hops (n is a natural number) are identified, among the communication nodes with a wireless communication distance of n hops, the largest number of communications not included in the specified communication node A communication node capable of directly communicating with the node (S14, S15) is instructed to operate in the second mode (S17).
Description
本発明は、複数の通信ノードによって構成される無線通信システムの管理ノードおよび無線通信システムに関する。 The present invention relates to a management node of a wireless communication system constituted by a plurality of communication nodes and a wireless communication system.
従来、複数の通信ノードによって構成される無線通信システムがある(例えば、特許文献1)。特許文献1の無線通信システムは、2以上のノードによって構成される。無線通信システムは、当該無線通信システムを管理する管理ノード(コーディネータ)を含む。管理ノードは、無線通信システム内の他のノードにデータの転送を行なう中継ノード(コーディネータまたはルータ)ごとに、当該中継ノードと直接通信するノードとによって構成されるグループを設定し、無線通信システムの各ノードにおける通信強度を取得する。管理ノードは、無線通信システムのノードのうち、取得手段が取得した通信強度が所定の強度を下回ったノードが属する特定のグループのノードに、中継ノードへと機能を変更してネットワークを再構築する指示を出力する。
Conventionally, there is a wireless communication system including a plurality of communication nodes (for example, Patent Document 1). The wireless communication system of
なお、本明細書では、ZigBee(登録商標)規格での呼称に従い、センサやアクチュエータとして動作する終点無線ノードをエンドデバイス、情報を中継する無線ノードをルータ、情報を集約する無線ノードをコーディネータと称する。 In this specification, in accordance with the designation in the ZigBee (registered trademark) standard, an end point wireless node that operates as a sensor or an actuator is referred to as an end device, a wireless node that relays information is referred to as a router, and a wireless node that aggregates information is referred to as a coordinator. .
特許文献1の無線通信システムに限らず一般的な無線通信システムでは、エンドデバイスから発信される無線通信について、受信可能距離には制限がある。このため、コーディネータが直接受信することができない場所に配置されたエンドデバイスから通信を受信するためには、エンドデバイスとコーディネータ間にルータを配置する必要がある。
In a general wireless communication system as well as the wireless communication system disclosed in
従来、ルータは手動で設定することが一般的であったところ、受信可能距離は障害物の有無等、環境に左右されるため、適切なルータの配置場所、配置数を定めることは難しく、作業者のノウハウが必要となる。また、ルータは転送動作を伴うことから消費電力が大きくなるので、できるだけ少なくすることが望まれる。特に無線ノードを電池駆動とする場合にルータは短寿命となるので、その数が少なくなる方が管理やメンテナンスの上でも望ましい。 In the past, routers were generally set manually, but because the receivable distance depends on the environment, such as the presence or absence of obstacles, it is difficult to determine the appropriate location and number of routers. Know-how is required. Further, since the router is accompanied by a transfer operation, the power consumption increases, so it is desirable to reduce it as much as possible. In particular, when the wireless node is battery-powered, the router has a short life, and it is desirable for the management and maintenance to reduce the number of routers.
そこで、本発明は、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成する管理ノード、およびそのような管理ノードを含む無線通信システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a management node that automatically configures a wireless communication system having as few routers as possible and having an optimized arrangement location and number of routers, and a wireless communication system including such a management node. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る無線通信システムの管理ノードは、データを中継しない第1のモードとデータを中継する第2のモードとを指示に応じて切り替えて動作する複数の通信ノードで構成された無線通信システムの管理ノードであって、前記管理ノードからの無線通信距離がnホップ(nは自然数)までの通信ノードが判明しているとき、無線通信距離がnホップである通信ノードのうち、無線通信距離が判明している前記通信ノードに含まれない最多数の通信ノードと直接通信可能な通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示する。 In order to achieve the above object, a management node of a wireless communication system according to an aspect of the present invention operates by switching between a first mode in which data is not relayed and a second mode in which data is relayed according to an instruction. When a management node of a wireless communication system composed of a plurality of communication nodes and a communication node having a wireless communication distance of up to n hops (n is a natural number) from the management node is known, the wireless communication distance is n A communication node that can directly communicate with the largest number of communication nodes that are not included in the communication node whose wireless communication distance is known among the communication nodes that are hops is instructed to operate in the second mode.
この構成によれば、コーディネータからnホップまでの無線通信距離にある通信ノードが判明しているとき、まだ無線通信距離が判明していない(言い換えれば、ネットワークに未接続の)最多数の通信ノードと直接通信可能な通信ノードがルータに設定される。設定されるルータは、最多数の通信ノードを、無線通信距離がn+1ホップの通信ノードとして無線通信システムに接続するので、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成することが可能になる。 According to this configuration, when the communication nodes in the wireless communication distance from the coordinator to n hops are known, the wireless communication distance is not yet known (in other words, the largest number of communication nodes that are not connected to the network). A communication node that can directly communicate with the router is set in the router. The router to be set is connected to the wireless communication system as a communication node having a wireless communication distance of n + 1 hops as the maximum number of communication nodes, so that it has as few routers as possible, and the location and number of routers are optimized. A wireless communication system can be automatically configured.
また、前記管理ノードは、前記管理ノードと直接通信可能な通信ノードを、無線通信距離が1ホップの通信ノードとして分類する第1の処理を行った後、無線通信距離が分類されている中でホップ数が最大の1以上の通信ノードである第1通信ノードのうち、無線通信距離がまだ分類されていない最多数の第2通信ノードと直接通信可能な第1通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示し、前記最多数の前記第2通信ノードを、無線通信距離が前記第1通信ノードのホップ数より大きいホップ数の通信ノードとして分類する第2の処理を、無線通信距離が分類されていない通信ノードがなくなるまで、実行してもよい。 In addition, the management node performs a first process of classifying a communication node capable of directly communicating with the management node as a communication node having a radio communication distance of 1 hop, and then the radio communication distance is classified. Of the first communication nodes that are one or more communication nodes having the maximum number of hops, the second communication node that is capable of directly communicating with the largest number of second communication nodes that have not yet been classified in the wireless communication distance is the second communication node. A second process of classifying the largest number of the second communication nodes as a communication node having a hop number greater than the hop number of the first communication node. It may be executed until there are no communication nodes whose distances are not classified.
この構成によれば、前述の処理を繰り返すことによって、無線通信距離ごとに最多数の通信ノードを無線通信システムに接続していくので、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成することができる。 According to this configuration, by repeating the above-described processing, the largest number of communication nodes are connected to the wireless communication system for each wireless communication distance. An optimized wireless communication system can be configured automatically.
また、前記管理ノードは、前記第1処理において、ビーコン信号を発信し、前記ビーコン信号に応答した通信ノードを、無線通信距離が1ホップの通信ノードとして分類し、前記第2処理において、前記1以上の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示し、前記1以上の第1通信ノードの各々から前記ビーコン信号に応答した通信ノードの一覧情報を取得し、前記一覧情報に含まれかつ無線通信距離がまだ分類されていない通信ノードの個数が最多の第1通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示してもよい。 Further, the management node transmits a beacon signal in the first process, classifies the communication node responding to the beacon signal as a communication node having a wireless communication distance of 1 hop, and in the second process, the 1 The first communication node is instructed to transmit a beacon signal, the list information of communication nodes responding to the beacon signal is obtained from each of the one or more first communication nodes, and is included in the list information and wireless The first communication node having the largest number of communication nodes whose communication distances are not yet classified may be instructed to operate in the second mode.
この構成によれば、直接通信可能か否かをビーコン信号で特定できるので、現場での伝搬状況を反映した適切な通信ノードが、ルータとして設定される。そのため、例えば、人手で伝搬状況を測定しながらルータを設定する作業と比べて、大幅な自動化および省力化が達成される。 According to this configuration, whether or not direct communication is possible can be specified by a beacon signal, and therefore an appropriate communication node reflecting the propagation situation in the field is set as a router. Therefore, for example, significant automation and labor saving are achieved as compared with the operation of setting the router while manually measuring the propagation state.
また、前記第1の通信ノードが複数あるとき、前記管理ノードは、1つの第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つの第1通信ノードから受信してから、他の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示してもよい。 In addition, when there are a plurality of the first communication nodes, the management node instructs the one first communication node to transmit a beacon signal, and then sends a response signal to the beacon signal to the one first communication node. May be instructed to transmit a beacon signal to another first communication node.
この構成によれば、ビーコン信号の発信および応答信号の受信を通信ノードごとに逐次に行うので、無線信号の輻輳が起こりにくくなる。 According to this configuration, since beacon signals are transmitted and response signals are received sequentially for each communication node, radio signal congestion is less likely to occur.
また、前記第1の通信ノードが複数あるとき、前記管理ノードは、1つの第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つの第1通信ノードから受信する前に、他の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示してもよい。 In addition, when there are a plurality of the first communication nodes, the management node instructs the one first communication node to transmit a beacon signal, and then sends a response signal to the beacon signal to the one first communication node. Before receiving from, the other first communication node may be instructed to transmit a beacon signal.
この構成によれば、ビーコン信号の発信および応答信号の受信を複数の通信ノードで並行して行うので、信号の送受信にかかる所要時間を短縮しやすくなる。 According to this configuration, since transmission of a beacon signal and reception of a response signal are performed in parallel by a plurality of communication nodes, it is easy to shorten the time required for signal transmission / reception.
また、前記管理ノードは、所定の条件が満たされると、前記複数の通信ノードを前記第1のモードにした後、前記第2のモードを指示する処理を最初からやり直してもよい。 In addition, when a predetermined condition is satisfied, the management node may redo the process of instructing the second mode after setting the plurality of communication nodes to the first mode.
この構成によれば、一度設定したルーティングが、通信ノードの故障などにより、機能しなくなった場合に、ルーティングをやり直すことができる。 According to this configuration, when the routing once set does not function due to a failure of the communication node, the routing can be redone.
また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、データを中継しない第1のモードとデータを中継する第2のモードとを指示に応じて切り替えて動作する複数の通信ノードと、前記複数の通信ノードのうちの少なくとも1つに、前記第2のモードで動作するよう指示する前述した管理ノードと、を備える。 A wireless communication system according to an aspect of the present invention includes a plurality of communication nodes that operate by switching between a first mode that does not relay data and a second mode that relays data according to an instruction, The aforementioned management node that instructs at least one of the communication nodes to operate in the second mode.
この構成によれば、管理ノードによって、無線通信距離ごとに最多数の通信ノードが無線通信システムに接続されていくことにより、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成することができる。 According to this configuration, the management node connects the largest number of communication nodes to the wireless communication system for each wireless communication distance, thereby having as few routers as possible and optimizing the placement location and number of routers. A wireless communication system can be automatically configured.
また、前記複数の通信ノードの各々は、周期的に起動し、起動時に前記管理ノードとの時刻同期を行うとともに、所定の接続待ち時間待機する間欠動作を行い、通常動作時の接続待ち時間をA、間欠動作の起動間隔をB、初期設定時および接続が切れたときの接続待ち時間をC、設置にかかる期間をD、クロック精度をXとして、A≧BX、および、C≧(B+D)Xを満たしてもよい。 Each of the plurality of communication nodes is periodically activated, performs time synchronization with the management node at the time of activation, performs intermittent operation waiting for a predetermined connection waiting time, and reduces connection waiting time during normal operation. A, B is the intermittent operation start interval, C is the connection waiting time at the time of initial setting and disconnection, D is the installation period, and X is the clock accuracy. A ≧ BX and C ≧ (B + D) X may be satisfied.
この構成によれば、初期状態(設置作業中でルーティングがなされる前)と、通常動作時(設置作業が完了しルーティングがなされた後)とで、それぞれ適した接続待ち時間を設けることにより各通信ノードの管理ノードとの時刻同期を適切に行うことができる。これにより、通信ノードを間欠動作させながら時刻同期を取ることができるので、通信ノードの省電力化を実現することができる。 According to this configuration, each connection state is set by providing an appropriate connection waiting time in the initial state (before the routing is performed during the installation work) and in the normal operation (after the installation work is completed and the routing is performed). Time synchronization with the management node of the communication node can be appropriately performed. As a result, time synchronization can be achieved while intermittently operating the communication node, so that power saving of the communication node can be realized.
本発明の無線通信システムの管理ノードおよび無線通信システムによれば、管理ノードからの無線通信距離ごとに最多数の通信ノードを無線通信システムに接続していく。これにより、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成できる。 According to the management node and the wireless communication system of the wireless communication system of the present invention, the largest number of communication nodes are connected to the wireless communication system for each wireless communication distance from the management node. Thereby, it is possible to automatically configure a wireless communication system having as few routers as possible and having optimized router placement locations and number of placements.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、及びステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements not described in the independent claims are described as optional constituent elements. In addition, the size or ratio of components shown in the drawings is not necessarily strict.
(実施の形態1)
実施の形態1に係る無線通信システムは、管理ノード(コーディネータ)と、初期状態がエンドデバイス(データの中継を行わない第1のモード)である複数の通信ノード(単にノードとも言う)とから構成された無線通信ネットワークである。エンドデバイスは、指示に応じて、ルータ(データの中継を行う第2のモード)に切り替わって動作することができる。(Embodiment 1)
The wireless communication system according to
コーディネータは、コーディネータからのホップ数で表される無線通信距離ごとに、より遠くにある最多数のノードと直接接続可能なノードをルータに設定していくことで、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成する。 The coordinator sets the number of nodes that can be directly connected to the farthest most distant nodes in the router for each wireless communication distance represented by the number of hops from the coordinator. Automatically configure an optimized wireless communication system.
以下では、便宜のため、一般的な無線通信システムおよびノードの構成について説明し、その後、コーディネータによる特徴的なルーティング処理について詳細に説明する。 Below, for convenience, the configuration of a general wireless communication system and nodes will be described, and then characteristic routing processing by the coordinator will be described in detail.
図1は、一般的なノードの機能的な構成の一例を示すブロック図である。図1に示されるように、ノード10は、通信回路11、アンテナ16、およびI/F(インタフェース)17を備え、エンドデバイスおよびルータの何れとしても動作することができる。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a general node. As shown in FIG. 1, the
ノード10は、例えば、センサやアクチュエータ等の外部機器の通信アダプタとして、測定結果や制御用のデータの送受信に用いられる。
The
通信回路11は、送受信部12、CPU(Central Processing Unit)13、ROM(Read Only Memory)14、およびRAM(Random Access Memory)15を有している。
The
送受信部12は、例えば、ZigBee(登録商標)等の無線通信規格に従って、アンテナ16を用いて、無線信号(無線周波数の電磁波)を送受する。
The transmission /
CPU13に接続されたROM14には、通信回路制御プログラムが書き込まれている。RAM15は通信回路制御プログラムが動作するためのメモリ領域である。RAM15には、ノード10がエンドデバイスおよびルータの何れとして動作するかを指定する動作モード情報が保持されていてもよい。通信回路制御プログラムは、RAM15に保持される動作モード情報に従って、ノード10をエンドデバイスまたはルータとして動作させる。
A communication circuit control program is written in the
I/F17は、例えば、USB(Universal Serial Bus)等の有線または無線通信規格に従って、センサやアクチュエータ等の外部機器との間で、データの送受信を行う。
The I /
図2は、一般的なコーディネータの機能的な構成の一例を示すブロック図である。図2に示されるように、コーディネータ20は、ノード10のI/F18を変更し、かつ網制御部21を追加して構成される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a general coordinator. As shown in FIG. 2, the
コーディネータ20は、例えば、外部機器の測定結果や制御用のデータを、ノード10とインターネットやサーバとの間で中継するゲートウェイとして用いられる。
The
I/F18は、例えば、イーサネット(登録商標)等の有線または無線通信規格に従って、インターネットまたはサーバとの間で、データを送受信する。
The I /
網制御部21は、コーディネータ20を含む無線通信ネットワークと、インターネットまたはサーバとの間でデータを中継するブロードバンドルータである。
The
複数のノード10およびコーディネータ20を用いることにより、大出力、高感度な基地局やアクセスポイントを配置せず、小出力の通信機で大規模な無線通信システムを構築することができる。そのような無線通信システムは、メッシュやツリーのトポロジー構成のマルチホップネットワークとして構築される。
By using the plurality of
図3は、メッシュトポロジーの無線通信システムの一例を示す概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an example of a wireless communication system with a mesh topology.
図4は、ツリートポロジーの無線通信システムの一例を示す概念図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of a tree topology wireless communication system.
図3、4では、通信経路を2つのノード10を結ぶ実線で表している。また、エンドデバイスとして動作するノード10を白色の矩形で表し、ルータとして動作するノード10を薄い灰色の矩形で表し、コーディネータ20を濃い灰色の矩形で表している。エンドデバイス、ルータ、およびコーディネータのこのような色分けは、他の図でも適宜用いられる。図3、4の無線通信システム1、2は、例えば、ZigBee(登録商標)等の無線通信規格に従って構成される。
3 and 4, the communication path is represented by a solid line connecting the two
ノード10は、例えば、センサやアクチュエータの通信アダプタとして、センサの測定結果やアクチュエータの制御用のデータの送受信に用いられる。ノード10は、コーディネータ20からの指示に従って、データを中継しないエンドデバイス(第1のモード)と、データを中継するルータ(第2のモード)とを切り替わって動作することができる。
The
コーディネータ20は、無線通信システム1、2における通信経路(図3、4のノード10間の実線)を設定し、設定した通信経路を表す経路表を、各ノード10へ配布する。ルータとして動作するノード10は、経路表に従って、データを中継する。
The
無線通信システム1、2は、ゲートウェイとしてのコーディネータ20を介してインターネット40またはサーバ30に接続され、センサの測定データを収集するセンサネットワークや、アクチュエータの駆動制御を行う制御ネットワークとして用いられる。なお、サーバ30は、無線通信システム1、2内に配置するようにしてもよい。
The
図5は、ノード10およびコーディネータ20の配置例を示す模式図である。図5では、個々のノード10を英字A〜Lで区別している。図5を参照して、コーディネータ20によって従来行われている一般的なルーティング処理を、比較例として説明する。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an arrangement example of the
例えば、センサネットワークにおいて一般的に行われる、フラッディングによるルーティングでは、コーディネータ20は、調査用信号をブロードキャスト送信する。調査用信号は、直接通信可能なノード10間で転送されていき(フラッディング)、無線通信ネットワーク全体に行き渡る。ノード10は、受信した調査用信号の送信元のノード10をルータとして記録することにより、ルーティングが行われる。ノード10は、記録されたルータへセンサデータを送信することで、センサデータは、調査用信号の経路を逆方向に転送されてコーディネータ20へ到達する。
For example, in the routing by flooding generally performed in the sensor network, the
図6Aは、フラッディングによるルーティング結果の一例を示す図である。図6Aに示されるように、フラッディングによるルーティングを行った場合、調査用信号を転送したノード10が全てルータとなるため、ルータが過剰に設定され易く、ホップ数が少ない効率的な経路を得ることが難しい。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a routing result by flooding. As shown in FIG. 6A, when routing by flooding is performed, all the
手作業によってルータ数を削減することは可能であるが、ルータとして動作させるノードの選定や配置には、現場での伝搬状況確認などのノウハウが必要となり、定型的な手順はない。 Although it is possible to reduce the number of routers manually, selection and arrangement of nodes to be operated as routers require know-how such as confirmation of propagation conditions at the site, and there is no routine procedure.
図6Bは、人手によるルーティング結果の一例を示す図である。図6Bに示されるように、人手による場合、無線接続の安定性を重視して、コーディネータ20からノード10へ至る経路の途中に全てルータを配置することが多い。ルータをさらに削減するためには、無線接続の安定性が維持されるように現場での伝搬状態の確認が必要になるなど、複雑で困難な作業が必要となる。
FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a manual routing result. As shown in FIG. 6B, in the case of manual operation, routers are often arranged all along the route from the
このような事情に鑑み、本発明者らは鋭意検討の結果、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成できるルーティング処理、およびそのようなルーティング処理を実行するコーディネータを考案した。 In view of such circumstances, as a result of intensive studies, the present inventors have conducted routing processing capable of automatically configuring a wireless communication system having as few routers as possible and having optimized router placement locations and number of placements, and We have devised a coordinator that performs such routing processing.
図7は、実施の形態に係るルーティング処理の一例を示すフローチャートである。図7のフローチャートは、コーディネータ20からのホップ数で表される無線通信距離ごとに、より遠くにある最多数のノードと直接接続可能なノードをルータとして設定していく処理を表している。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the routing process according to the embodiment. The flowchart of FIG. 7 represents a process of setting, as a router, a node that can be directly connected to the largest number of nodes farther away for each wireless communication distance represented by the number of hops from the
当該ルーティング処理は、例えば、第1の処理と第2の処理とで構成されてもよい。 For example, the routing process may include a first process and a second process.
第1の処理では、コーディネータ20と直接通信可能な通信ノードが、無線通信距離が1ホップの通信ノードとして分類される。
In the first process, a communication node capable of directly communicating with the
第2の処理では、無線通信距離が分類されている中でホップ数が最大の1以上の通信ノードである第1通信ノードのうち、無線通信距離がまだ分類されていない最多数の第2通信ノードと直接通信可能な第1通信ノードが、第2のモードで動作するよう指示される。また、前記最多数の前記第2通信ノードは、無線通信距離が前記第1通信ノードのホップ数より大きいホップ数の通信ノードとして分類される。第2の処理は、無線通信距離が分類されていない通信ノードがなくなるまで実行される。 In the second processing, among the first communication nodes that are one or more communication nodes having the largest number of hops among the classified wireless communication distances, the largest number of second communications whose wireless communication distances are not yet classified. A first communication node capable of directly communicating with the node is instructed to operate in the second mode. Further, the largest number of the second communication nodes are classified as communication nodes having a hop number larger than the hop number of the first communication node. The second process is executed until there is no communication node whose wireless communication distance is not classified.
直接接続可能なノードの判定には、例えば、調査用のビーコン信号が用いられる。なお、以下の説明および図示では、簡潔のため、無線通信距離を短く距離と言い、無線通信距離の単位であるホップを省略することがある。 For example, a beacon signal for investigation is used to determine a directly connectable node. In the following description and illustration, for the sake of brevity, the wireless communication distance is referred to as a short distance, and a hop that is a unit of the wireless communication distance may be omitted.
図8A〜図8Cは、図7のルーティング処理の一具体例を、図5のノード配置に対応して示すシーケンスチャートである。図8A〜図8Cでは、図の上から下へ向かって時間の経過を表している。 8A to 8C are sequence charts showing a specific example of the routing process of FIG. 7 corresponding to the node arrangement of FIG. 8A to 8C show the passage of time from the top to the bottom of the figure.
図9A〜図9Lは、図7のルーティング処理の進行状況を、図5のノード配置に対応して示す模式図である。図9A〜図9Lでは、ビーコン信号の到達範囲を太破線で示し、距離が判明していないノードを点線円で示し、距離が判明しているノードを、距離ごとに異なる線種の円で示している。また、エンドポイントとして動作するノード10を白色の円で示し、ルータとして動作するノード10を薄い灰色の円で示し、コーディネータ20を濃い灰色の円で示している。
9A to 9L are schematic diagrams showing the progress of the routing process of FIG. 7 corresponding to the node arrangement of FIG. 9A to 9L, the reach range of the beacon signal is indicated by a thick broken line, the node whose distance is not known is indicated by a dotted circle, and the node whose distance is known is indicated by a circle of a line type different for each distance. ing. Further, the
図7、図8A〜図8C、図9A〜図9Lを参照しながら、説明を続ける。 The description will be continued with reference to FIGS. 7, 8A to 8C, and 9A to 9L.
まず、コーディネータ20と直接通信可能なノードを特定し(図7のS11)、特定されたノードを、距離が1のノードとして分類する(図7のS12)。ここで、図7のS11〜S12の処理が、第1の処理の一例である。
First, a node capable of directly communicating with the
具体例として、コーディネータ20は、調査用のビーコン信号をブロードキャスト送信する(図8AのS11)。ビーコン信号は、ノードA、B、C、Eで受信され(図9A)、ノードA、B、C、Eは、ビーコン信号に対する返答信号を送信する。ここで、返答信号のセットがビーコン信号に応答したノードの一覧情報の一例である。
As a specific example, the
返答信号は、単純に、ビーコン信号が正常に受信できたことの確認でもよい。また、ビーコン信号が所定の受信信号品質を有していること(例えば信号強度RSSIや信号対雑音比S/Nが所定の値以上であることなど)を判定して返答信号を送信してもよい。また、返答信号には、返答信号を送信するノードの識別子を含み、さらに受信信号品質などの追加情報を付加してもよい。 The response signal may simply be confirmation that the beacon signal has been successfully received. Further, even if it is determined that the beacon signal has a predetermined received signal quality (for example, the signal strength RSSI or the signal-to-noise ratio S / N is equal to or higher than a predetermined value), a response signal is transmitted. Good. Further, the response signal may include an identifier of a node that transmits the response signal, and additional information such as received signal quality may be added.
コーディネータ20は、ノードA、B、C、Eからの返答信号を受信する。コーディネータ20は、返答信号に基づいて、コーディネータ20とノードA、B、C、Eとが直接通信可能であると特定する。
The
コーディネータ20は、ノードA、B、C、Eを、距離が1のノードとして分類する(図8AのS12)。ここで、分類するとは、ノードA、B、C、Eの識別子を距離値1と対応付けて、コーディネータ20のRAM15に記録することであってもよい。図9A〜図9Lでは、距離が1のノードを太実線円で示している。
The
次に、ループカウンタiが1に初期化され(図7のS13)、ループ処理が実行される(図7のS14〜S19)。ここで、図7のS14〜S19の処理が、第2の処理の一例である。 Next, the loop counter i is initialized to 1 (S13 in FIG. 7), and loop processing is executed (S14 to S19 in FIG. 7). Here, the processing of S14 to S19 in FIG. 7 is an example of the second processing.
ループ処理では、まず、距離がiのノード(つまり、無線通信距離が分類されている中でホップ数が最大の第1通信ノード)の各々と直接通信可能なノードが特定される(図7のS14)。 In the loop processing, first, a node that can directly communicate with each of the nodes having the distance i (that is, the first communication node having the largest number of hops in the classified wireless communication distance) is identified (in FIG. 7). S14).
ループ処理の1回目のイテレーションにおける具体例として、コーディネータ20は、距離が1であるノードA、B、C、Eの各々に、ビーコン発信を指示する(図8BのS14)。ノードA、B、C、Eの各々は、ビーコン発信指示を受信すると、調査用のビーコン信号をブロードキャスト送信する。
As a specific example in the first iteration of the loop process, the
ノードAが発信したビーコン信号は、ノードB、D、Eで受信され(図9B)、ノードB、D、Eは、ビーコン信号が受信されたことを示す返答信号を送信する。ノードAは、ノードB、D、Eから返答信号を受信し、コーディネータ20へ転送する。コーディネータ20は、ノードAから転送された返答信号に基づいて、ノードAとノードB、D、Eとが直接通信可能であると特定する。
The beacon signal transmitted from node A is received by nodes B, D, and E (FIG. 9B), and nodes B, D, and E transmit a response signal indicating that the beacon signal has been received. The node A receives the response signal from the nodes B, D, and E and transfers it to the
同様に、ノードBのビーコン信号は、ノードA、C、D、E、Fで受信され(図9C)、ノードCのビーコン信号は、ノードB、E、Fで受信され(図9D)、ノードEのビーコン信号は、ノードA、B、C、D、F、G、H、Iで受信される(図9E)。ノードB、C、Eは、それぞれのビーコン信号に対する返答信号を受信し、コーディネータ20へ転送する。
Similarly, the beacon signal of node B is received by nodes A, C, D, E, and F (FIG. 9C), and the beacon signal of node C is received by nodes B, E, and F (FIG. 9D), and the node The beacon signal of E is received by nodes A, B, C, D, F, G, H, and I (FIG. 9E). Nodes B, C, and E receive response signals for their respective beacon signals and transfer them to the
コーディネータ20は、転送された返答信号に基づいて、ノードBとノードA、C、D、E、Fとが直接通信可能であり、ノードCとノードB、E、Fとが直接通信可能であり、ノードEとノードA、B、C、D、F、G、H、Iとが直接通信可能であると特定する。
The
次に、距離がiのノードの各々について、前記ノードと直接通信可能なノードのうち、距離がまだ分類されていないノード(つまり、第2通信ノード)の個数である追加接続数が計数される(図7のS15)。 Next, for each node having a distance i, the number of additional connections, which is the number of nodes that have not yet been classified among the nodes that can directly communicate with the node (that is, the second communication node), is counted. (S15 in FIG. 7).
1回目のイテレーションでは、ノードA、B、C、Eが距離1のノードとして分類されている。そのため、ノードA、B、C、Eの各々について、調査用のビーコン信号に返答したノードからノードA、B、C、Eを除いたノードの個数が追加接続数として計数される(図8BのS15)。その結果、ノードA、B、C、Eの追加接続数は、それぞれ1、2、1、5と求まる。 In the first iteration, nodes A, B, C, and E are classified as nodes having a distance of 1. Therefore, for each of the nodes A, B, C, and E, the number of nodes excluding the nodes A, B, C, and E from the nodes that responded to the beacon signal for investigation is counted as the number of additional connections (in FIG. 8B). S15). As a result, the numbers of additional connections of nodes A, B, C, and E are obtained as 1, 2, 1, and 5, respectively.
最多の追加接続数が0であれば(図7のS16でYES)、それ以上無線通信ネットワークに接続させるノードがない(言い換えれば、距離が分類されていないノードがなくなった)ので、ルーティング処理を終了する。 If the maximum number of additional connections is 0 (YES in S16 in FIG. 7), there are no more nodes to be connected to the wireless communication network (in other words, there are no nodes whose distances are not classified). finish.
最多の追加接続数が0でなければ(図7のS16でNO)、最多の追加接続数が求まったノードに対し第2のモードを指示し(図7のS17)、当該ノードと直接通信可能でかつ距離がまだ分類されていないノードを、距離がi+1のノードとして分類する(図7のS18)。 If the maximum number of additional connections is not 0 (NO in S16 in FIG. 7), the second mode is instructed to the node for which the maximum number of additional connections is obtained (S17 in FIG. 7), and direct communication with the node is possible. And the node whose distance is not yet classified is classified as a node whose distance is i + 1 (S18 in FIG. 7).
具体例では、コーディネータ20は、最多の追加接続数5が計数されたノードEへ第2のモードへの切替指示を送信し、ノードEがルータになる(図8BのS17)。このとき、コーディネータ20は、ノードEに対し、ルータとしてノードD、F、G、H、Iと接続するよう指示する。この指示は、通信経路を表す経路表に対応する。
In the specific example, the
コーディネータ20は、ノードD、F、G、H、Iを、距離が2のノードとして分類する(図8BのS18)。ここで、分類するとは、ノードD、F、G、H、Iの識別子を距離値2と対応付けて、コーディネータ20のRAM15に記録することであってもよい。図9F〜図9Lでは、距離が2のノードを二重円で示している。
The
また、図示はしていないが、ノードA、B、Cのいずれかが、ノードEと直接通信可能でないノードZと直接通信可能な場合があり得る。その場合、ノードEに加えて、ノードZと直接通信可能なノードノードA、B、またはCもルータに設定することで、ノードZへの信号経路を確保できる。 Although not shown, there is a case where any of the nodes A, B, and C can directly communicate with the node Z that cannot communicate directly with the node E. In that case, in addition to the node E, the node node A, B, or C that can directly communicate with the node Z is also set in the router, so that the signal path to the node Z can be secured.
ループカウンタiがインクリメントされ(図7のS19)、ループ処理が続行される。 The loop counter i is incremented (S19 in FIG. 7), and the loop processing is continued.
ループ処理の2回目のイテレーションにおける具体例として、コーディネータ20は、距離が2であるノードD、F、G、H、Iの各々に、ビーコン発信を指示する(図8CのS14)。1回目のイテレーションと同様に、ノードD、F、G、H、Iは、調査用のビーコン信号をブロードキャスト送信し(図9G〜図9K)、返答信号により、ノードD、F、G、H、Iの各々と直接通信可能なノードが特定される。
As a specific example in the second iteration of the loop processing, the
2回目のイテレーションでは、ノードA、B、C、Eが距離1のノードとして分類され、ノードD、F、G、H、Iが距離2のノードとして分類されている。そのため、ノードD、F、G、H、Iの各々について、調査用のビーコン信号に返答したノードからノードA、B、C、D、E、F、G、H、Iを除いたノードの個数が追加接続数として計数される(図8CのS15)。その結果、ノードD、F、G、H、Iの追加接続数は、それぞれ0、0、2、3、2と求まる。 In the second iteration, nodes A, B, C, and E are classified as nodes having a distance of 1, and nodes D, F, G, H, and I are classified as nodes having a distance of 2. Therefore, for each of nodes D, F, G, H, and I, the number of nodes excluding nodes A, B, C, D, E, F, G, H, and I from the nodes that responded to the investigation beacon signal Is counted as the number of additional connections (S15 in FIG. 8C). As a result, the number of additional connections of nodes D, F, G, H, and I is obtained as 0, 0, 2, 3, 2, respectively.
コーディネータ20は、最多の追加接続数3が計数されたノードHへ第2のモードへの切替指示を送信し、ノードHがルータになる(図8CのS17)。このとき、コーディネータ20は、ノードHに対し、ルータとしてノードJ、K、Lと接続するよう指示する。この指示は、通信経路を表す経路表に対応する。
The
コーディネータ20は、ノードJ、K、Lを、距離が3のノードとして分類する(図8CのS18)。ここで、分類するとは、ノードJ、K、Lの識別子を距離値3と対応付けて、コーディネータ20のRAM15に記録することであってもよい。図9Lでは、距離が3のノードを細実線円で示している。
The
ノードA〜ノードLが無線通信ネットワークを構成するすべてのノードであるとあらかじめ分かっている場合、この時点でルーティング処理を終了してもよい。図7のフローチャートに従う場合、3回目のイテレーションにおいて、ノードJ、K、Lと直接通信可能なノードを特定し、ノードJ、K、Lの追加接続数を求め、最多の追加接続数が0であることによって、ルーティング処理を終了してもよい。 When it is known in advance that the nodes A to L are all nodes constituting the wireless communication network, the routing process may be terminated at this point. When the flowchart of FIG. 7 is followed, in the third iteration, nodes that can communicate directly with the nodes J, K, and L are identified, the number of additional connections of the nodes J, K, and L is obtained, and the maximum number of additional connections is 0. In some cases, the routing process may be terminated.
以上の手順を経て、図10に示すツリーネットワークが構成される。 The tree network shown in FIG. 10 is configured through the above procedure.
以上説明したルーティング処理によれば、コーディネータ20からnホップまでの無線通信距離にある通信ノードが判明しているとき、まだ無線通信距離が判明していない(言い換えれば、ネットワークに未接続の)最多数の通信ノードと直接通信可能なノード10がルータに設定される。設定されるルータは、最多数の通信ノードを、無線通信距離がn+1ホップの通信ノードとして無線通信システムに接続するので、できるだけ少ないルータを有し、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成することが可能になる。
According to the routing process described above, when a communication node within the wireless communication distance from the
また、直接通信可能か否かを調査用のビーコン信号で特定するので、現場での伝搬状況を反映した適切な通信ノードが、ルータとして設定される。そのため、例えば、人手で伝搬状況を測定しながらルータを設定する作業と比べて、大幅な自動化および省力化が達成される。 In addition, since whether or not direct communication is possible is specified by the beacon signal for investigation, an appropriate communication node reflecting the propagation situation at the site is set as a router. Therefore, for example, significant automation and labor saving are achieved as compared with the operation of setting the router while manually measuring the propagation state.
また、1つのノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つのノードから受信してから、他のノードに対しビーコン信号の発信を指示するので、ビーコン信号および応答信号の輻輳が起こりにくくなる。 In addition, after instructing one node to transmit a beacon signal, a response signal to the beacon signal is received from the one node and then another node is instructed to transmit a beacon signal. In addition, the response signal is less likely to be congested.
なお、上述のルーティング処理は、次のような変形が可能である。 The routing process described above can be modified as follows.
例えば、図7のS17において、第2のモードを指示したノードに対し、メッシュネットワークを構成するための接続を指示してもよい。 For example, in S <b> 17 of FIG. 7, a connection for configuring the mesh network may be instructed to the node instructing the second mode.
具体例では、1回目のイテレーション(図8BのS17)において、コーディネータ20は、ノードEに対し、ノードD、F、G、H、Iに加えて、ノードA、B、Cと接続するよう指示してもよい。
In the specific example, in the first iteration (S17 in FIG. 8B), the
また、2回目のイテレーション(図8CのS17)において、コーディネータ20は、ノードHに対し、ノードJ、K、Lに加えて、ノードD、E、F、G、Iと接続するよう指示してもよい。
In the second iteration (S17 in FIG. 8C), the
これらにより、図11に示すメッシュネットワークを構成することができる。 Thus, the mesh network shown in FIG. 11 can be configured.
また、上述のルーティング処理は、ノードの故障や障害物がある環境においても、ルータの配置場所、配置数が最適化された無線通信システムを自動的に構成できる。 In addition, the above-described routing processing can automatically configure a wireless communication system in which the location and number of routers are optimized even in an environment where there is a node failure or obstacle.
コーディネータ20は、センサデータの欠損や、アクチュエータ設定への応答検知により、ノードおよびその接続先からの応答がないことを検知することができる。
The
コーディネータ20は、ノードおよびその接続先からの応答の途絶を検知すると、自身から直接接続できるノードおよびそのときにルータに設定されているノードを全てエンドデバイス(つまり、第1のモード)に設定した上で、上述のルーティング処理を再度最初から行ってもよい。これにより、応答が途絶したノードを除外して適切な信号経路が再設定される。ここで、ノードおよびその接続先からの応答の途絶は、ルーティング処理を最初からやり直すための条件の一例である。
When the
例えば、図5の配置例において、ノードEおよびその接続先からの応答がないことをコーディネータ20が検知した場合を考える。この場合、ルーティング処理を再度最初から行うことで、図12のような、ノードEを除外したメッシュネットワークを自動的に構成することができる。
For example, consider the case where the
また、図5の配置例において、ノードDおよびノードEとノードGおよびノードHとの直接通信を妨げる壁などの障害物が存在する場合を考える。この場合でも、上記のルーティング処理によれば、調査用のビーコン信号を用いて、ノードDおよびノードEとノードGおよびノードHとが直接通信可能でないことを特定できる。そのため、図13のような、障害物51を迂回したメッシュネットワークを自動的に構成することができる。
Further, in the arrangement example of FIG. 5, consider a case where there is an obstacle such as a wall that prevents direct communication between the node D and the node E and the node G and the node H. Even in this case, according to the routing processing described above, it is possible to specify that the node D and the node E, the node G and the node H are not directly communicable using the investigation beacon signal. Therefore, a mesh network that bypasses the
(実施の形態2)
実施の形態2では、直接通信可能なノードを特定するための調査用のビーコン信号の発信方法の変形について説明する。(Embodiment 2)
In the second embodiment, a modification of a method for transmitting a beacon signal for investigation for specifying a node capable of direct communication will be described.
図14A、図14Bは、図7のルーティング処理の一具体例を、図5に対応して示すシーケンスチャートである。図14A、図14Bのシーケンスチャートは、それぞれ図8B、図8Cに示されるシーケンスチャートを次のように変更してなる。すなわち、図14A、図14BのS14aが、1つのノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つのノードから受信する前に、他のノードに対しビーコン信号の発信を指示するように変更される。 14A and 14B are sequence charts showing a specific example of the routing process of FIG. 7 corresponding to FIG. The sequence charts of FIGS. 14A and 14B are obtained by changing the sequence charts shown in FIGS. 8B and 8C, respectively, as follows. That is, after S14a in FIGS. 14A and 14B instructs one node to transmit a beacon signal, before receiving a response signal to the beacon signal from the one node, the beacon signal is transmitted to another node. It is changed to instruct to send.
なお、各ノードは、例えばCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)などの混信防止機能を用いた調停のもとにビーコン信号および返答信号を送信するものとする。 Each node transmits a beacon signal and a response signal under arbitration using an interference prevention function such as CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collection Avidance).
これにより、ビーコン信号の発信および応答信号の受信を複数のノードで並行して行うことが可能となり、ビーコン信号による直接通信可能か否かの特定に要する時間を短縮しやすくなる。 This makes it possible to transmit a beacon signal and receive a response signal in parallel at a plurality of nodes, and to easily reduce the time required for specifying whether or not direct communication is possible using a beacon signal.
図14A、図14Bのシーケンスチャートに従って、ビーコン信号の発信および応答信号の受信を複数のノードで並行して行っても、実施の形態1と同一のネットワークが得られる。例えば、図5の配置例に対応して、具体的に、図10に示したツリーネットワークや、図11に示したメッシュネットワークが構成される。 Even if a beacon signal is transmitted and a response signal is received in parallel at a plurality of nodes in accordance with the sequence charts of FIGS. 14A and 14B, the same network as in the first embodiment can be obtained. For example, specifically, the tree network shown in FIG. 10 and the mesh network shown in FIG. 11 are configured corresponding to the arrangement example of FIG.
コーディネータ20は、各接続情報に基づいて、ネットワークを効率化することができる。ここで、効率化とは、ネットワーク中の通信経路を削除して、より効率的な構成のネットワークを得ることを言う。以下では、コーディネータ20によるネットワークの効率化の一例について説明する。
The
図15は、効率化を実施したメッシュネットワークの接続の一例を示す図である。これによると、例えばノードAからルータEを経由してコーディネータに至るルートを用いないなど、ルータが故障した場合に接続ができなくなる、すなわち冗長さに意味の無いルートを除去している。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a mesh network connection in which efficiency is improved. According to this, for example, the route from the node A to the coordinator via the router E is not used, and when the router fails, the connection becomes impossible, that is, the route having no meaning for redundancy is removed.
図16は、ノードEが故障した場合のルーティングの一例である図12のルーティングを効率化したものであり、図12からルータ数を削減するとともに冗長ルートを排除することで、ツリーネットワークが構築できている。 FIG. 16 shows the efficiency of the routing of FIG. 12, which is an example of the routing when the node E fails. A tree network can be constructed by reducing the number of routers and eliminating redundant routes from FIG. ing.
図17は、壁などの障害物があった場合のルーティングの一例である図13のルーティングを効率化したものであり、図13から冗長ルートを排除することで構成されている。 FIG. 17 shows the efficiency of the routing of FIG. 13, which is an example of routing when there is an obstacle such as a wall, and is configured by eliminating redundant routes from FIG.
なお、実施の形態1および実施の形態2では、ネットワークの構築制御を行うコントローラ機能を全てコーディネータ20に持たせたが、この例には限られない。例えば、コントローラ機能の一部または全部をコーディネータ20と直接または間接に接続するサーバで行ってもよい。特に、インターネットを経由したクラウドサーバにルーティングの最適化機能など、柔軟なアップデートを行いたい機能を持たせることで、アルゴリズムの発展に対応したシステムを構築することが可能になる。
In the first and second embodiments, the
(実施の形態3)
実施の形態3では、ノード10の間欠動作について説明する。(Embodiment 3)
In the third embodiment, an intermittent operation of the
ノード10を電池駆動する場合の消費電力の低減を目的として、全てのノード10を同期して間欠的に動作させることがある。例えば、センサネットワークにおいて、ネットワーク内のすべてのノードを、周期的に設けられるセンサデータの収集期間にのみ動作させる場合が該当する。ネットワーク全体を間欠的に動作させる場合、すべてのノードが同期して、同時に動作する必要があることから、ノード間の時刻同期が検討される。
For the purpose of reducing power consumption when the
ノード10には、RTC(リアルタイムクロック)等の時刻機構があり、ルーティングが完了した時点で全てのノード10の時刻は一致していると考える。また、ノード10の時刻には、クロック精度Xを限度とする誤差が生じると考える。
The
間欠動作の起動周期をBとすると、ノード10の時刻は間欠動作の1周期あたり最大でBXずれる。例えば、起動周期Bが1日(=86400秒)で、クロック精度Xが±50ppmの場合、1つのノード10で生じ得る時刻の誤差は±4.32秒、ノード10間での最大ずれ幅は8.64秒になる。
Assuming that the start cycle of the intermittent operation is B, the time of the
間欠動作の1回あたりの通信は通常10ミリ秒以下で完了すると考える。この通信時間内にノード10はコーディネータ20との時刻同期を行うことができるものとする。
It is considered that communication per intermittent operation is normally completed in 10 milliseconds or less. It is assumed that the
このとき、起動周期Bおよびクロック精度Xに対し、間欠動作の各回の起動時にノード10が接続待ちをするための接続待ち時間Aを、A≧BXを満たすように設定する。
At this time, with respect to the activation cycle B and the clock accuracy X, the connection waiting time A for the
図18Aに示すように、上述の条件を満たせば、間欠動作の1周期のうちに2つのノード10の時刻が最大限ずれたとしても、間欠動作の次の周期においてすべてのノード10が同時に接続待ちをしている期間T(図18Aの灰色で示した期間、T=A−BX)が存在するので、ネットワーク全体での接続を確立することができる。
As shown in FIG. 18A, if the above conditions are satisfied, even if the time of the two
次に、初期設定時、および接続が切れた場合の再設定時について考える。 Next, consider the initial setting and the resetting time when the connection is lost.
初期設定(設置施工)または故障修理(メンテナンスを含む)にかかる最大の期間をDとすると、ノード10の時刻は、期間Dあたり最大でDXずれる。例えば、期間Dが10日間(=864000秒)で、クロック精度が±50ppmの場合、1つのノード10で生じ得る時刻の誤差は±43.2秒、ノード10間での最大ずれ幅は86.4秒になる。
Assuming that the maximum period for initial setting (installation construction) or failure repair (including maintenance) is D, the time of the
図18Bに示すように、同期が取れているネットワークへ、未接続のまま期間Dが経過した端末が接続するには、上述と同様の考え方に基づき、未接続端末の接続待ち時間Cを、C≧A+DXを満たすように設定すればよい。A≧BXを用いて、C≧(B+D)Xを満たすとしてもよい。具体的には、Cの値は95.04秒以上、丸めると96秒以上になる。 As shown in FIG. 18B, in order to connect a terminal that has not been connected to the synchronized period to the synchronized network, the connection waiting time C of the unconnected terminal is set to C based on the same concept as described above. It may be set to satisfy ≧ A + DX. A ≧ BX may be used to satisfy C ≧ (B + D) X. Specifically, the value of C is 95.04 seconds or more and rounded to 96 seconds or more.
これにより、ノード10を起動する時にコーディネータ20との時刻合わせを行う無線ノード設定機器を用いるとともに、通信接続時にタイミング同期を取るとすれば、上記AおよびCだけの接続待ち時間を持たせることによって通信を確立することができ、ルータを含む間欠動作が可能になる。
As a result, when using the wireless node setting device that synchronizes the time with the
なお、以上では簡単のためRTC等による時刻同期を前提としたが、動作間隔に対応する接続待ち時間が確保されればよいので、例えば、内部クロックを用いたカウンタをリセットする方法によって同期を図ってもよい。すなわち、この方法によれば、時刻を保持する回路を持たなくても同期した間欠動作をすることができる。 In the above, for the sake of simplicity, time synchronization by RTC or the like is assumed. However, since it is only necessary to ensure a connection waiting time corresponding to the operation interval, for example, synchronization is achieved by a method of resetting a counter using an internal clock. May be. That is, according to this method, a synchronized intermittent operation can be performed without a circuit for holding time.
(変形例)
以上、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの管理ノード及び無線通信システムについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。(Modification)
The management node and the wireless communication system of the wireless communication system according to the embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to individual embodiments. Unless it deviates from the gist of the present invention, one or more of the present invention may be applied to various modifications that can be conceived by those skilled in the art, or forms constructed by combining components in different embodiments. It may be included within the scope of the embodiments.
本発明は、無線通信システムの管理ノード及び無線通信システムとして、センサネットワークやアクチュエータの制御ネットワークなどの各種用途の無線ネットワークに広く利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used in various wireless networks such as sensor networks and actuator control networks as a management node and wireless communication system of a wireless communication system.
1、2 無線通信システム
10 ノード
11 通信回路
12 送受信部
13 CPU
14 ROM
15 RAM
16 アンテナ
17、18 I/F
20 コーディネータ
21 網制御部
30 サーバ
40 インターネット
51 障害物DESCRIPTION OF
14 ROM
15 RAM
16
20
Claims (8)
前記管理ノードからの無線通信距離がnホップ(nは自然数)までの通信ノードが判明しているとき、無線通信距離がnホップである通信ノードのうち、無線通信距離が判明している前記通信ノードに含まれない最多数の通信ノードと直接通信可能な通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示する、
無線通信システムの管理ノード。A management node of a wireless communication system composed of a plurality of communication nodes that operate by switching between a first mode that does not relay data and a second mode that relays data according to an instruction,
When a communication node having a radio communication distance of up to n hops (n is a natural number) is known from the management node, the communication having a known radio communication distance among communication nodes having a radio communication distance of n hops. Instructing a communication node capable of directly communicating with the largest number of communication nodes not included in the node to operate in the second mode;
A management node of a wireless communication system.
前記管理ノードと直接通信可能な通信ノードを、無線通信距離が1ホップの通信ノードとして分類する第1の処理を行った後、
無線通信距離が分類されている中でホップ数が最大の1以上の通信ノードである第1通信ノードのうち、無線通信距離がまだ分類されていない最多数の第2通信ノードと直接通信可能な第1通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示し、前記最多数の前記第2通信ノードを、無線通信距離が前記第1通信ノードのホップ数より大きいホップ数の通信ノードとして分類する第2の処理を、無線通信距離が分類されていない通信ノードがなくなるまで、実行する、
請求項1に記載の無線通信システムの管理ノード。The management node is
After performing a first process of classifying a communication node capable of directly communicating with the management node as a communication node having a wireless communication distance of 1 hop,
Among the first communication nodes that are one or more communication nodes having the maximum number of hops among the classified wireless communication distances, it is possible to directly communicate with the largest number of second communication nodes that are not yet classified. The first communication node is instructed to operate in the second mode, and the largest number of the second communication nodes are set as communication nodes having a hop count greater than a hop count of the first communication node. Performing the second process of classifying until there is no communication node whose radio communication distance is not classified,
The management node of the radio | wireless communications system of Claim 1.
前記第1処理において、ビーコン信号を発信し、前記ビーコン信号に応答した通信ノードを、無線通信距離が1ホップの通信ノードとして分類し、
前記第2処理において、前記1以上の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示し、前記1以上の第1通信ノードの各々から前記ビーコン信号に応答した通信ノードの一覧情報を取得し、前記一覧情報に含まれかつ無線通信距離がまだ分類されていない通信ノードの個数が最多の第1通信ノードに対し、前記第2のモードで動作するよう指示する、
請求項2に記載の無線通信システムの管理ノード。The management node is
In the first process, a beacon signal is transmitted and a communication node responding to the beacon signal is classified as a communication node having a wireless communication distance of 1 hop,
In the second process, the one or more first communication nodes are instructed to transmit a beacon signal, and a list of communication nodes responding to the beacon signal is obtained from each of the one or more first communication nodes, Instructing the first communication node having the largest number of communication nodes included in the list information and not yet classified in the wireless communication distance to operate in the second mode;
The management node of the radio | wireless communications system of Claim 2.
前記管理ノードは、1つの第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つの第1通信ノードから受信してから、他の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示する、
請求項3に記載の無線通信システムの管理ノード。When there are a plurality of the first communication nodes,
The management node, after instructing one first communication node to transmit a beacon signal, receives a response signal to the beacon signal from the one first communication node, and then sends it to the other first communication node. Instructing the beacon signal to be sent to
The management node of the radio | wireless communications system of Claim 3.
前記管理ノードは、1つの第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示した後、前記ビーコン信号への応答信号を前記1つの第1通信ノードから受信する前に、他の第1通信ノードに対しビーコン信号の発信を指示する、
請求項3に記載の無線通信システムの管理ノード。When there are a plurality of the first communication nodes,
The management node directs the transmission of a beacon signal to one first communication node, and then, before receiving a response signal to the beacon signal from the first communication node, sends it to another first communication node. Instructing the beacon signal to be sent to
The management node of the radio | wireless communications system of Claim 3.
請求項1から5の何れか1項に記載の無線通信システムの管理ノード。When the predetermined condition is satisfied, the management node sets the plurality of communication nodes to the first mode, and then restarts the process of instructing the second mode from the beginning.
The management node of the radio | wireless communications system of any one of Claim 1 to 5.
前記複数の通信ノードのうちの少なくとも1つに、前記第2のモードで動作するよう指示する請求項1から6の何れか1項に記載の管理ノードと、
を備える無線通信システム。A plurality of communication nodes that operate by switching between a first mode that does not relay data and a second mode that relays data according to an instruction;
The management node according to any one of claims 1 to 6, which instructs at least one of the plurality of communication nodes to operate in the second mode;
A wireless communication system comprising:
通常動作時の接続待ち時間をA、間欠動作の起動間隔をB、初期設定時および接続が切れたときの接続待ち時間をC、設置にかかる期間をD、クロック精度をXとして、A≧BX、および、C≧(B+D)Xを満たす、
請求項7に記載の無線通信システム。Each of the plurality of communication nodes is periodically activated, performs time synchronization with the management node at the time of activation, and performs an intermittent operation waiting for a predetermined connection waiting time,
A ≧ BX where A is the connection wait time during normal operation, B is the intermittent operation start interval, C is the connection wait time during initial setting and when the connection is broken, D is the period of installation, and X is the clock accuracy. And satisfying C ≧ (B + D) X.
The wireless communication system according to claim 7.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017017220 | 2017-02-02 | ||
JP2017017220 | 2017-02-02 | ||
PCT/JP2018/002514 WO2018143094A1 (en) | 2017-02-02 | 2018-01-26 | Management node for wireless communication system, and wireless communication system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018143094A1 true JPWO2018143094A1 (en) | 2019-11-07 |
JP6766892B2 JP6766892B2 (en) | 2020-10-14 |
Family
ID=63039684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018565511A Active JP6766892B2 (en) | 2017-02-02 | 2018-01-26 | Wireless communication system management node and wireless communication system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6766892B2 (en) |
WO (1) | WO2018143094A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021040206A (en) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | 富士電機株式会社 | Communication control device and relay node selection method |
CN112884302B (en) * | 2021-02-01 | 2024-01-30 | 杭州市电力设计院有限公司 | Electric power material management method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008278432A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Communication route constructing method, and communication terminal device |
JP2009284398A (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-03 | Nec Corp | Node, communication method, and program |
JP2014086776A (en) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Sharp Corp | Management node, program, and radio communication system |
-
2018
- 2018-01-26 JP JP2018565511A patent/JP6766892B2/en active Active
- 2018-01-26 WO PCT/JP2018/002514 patent/WO2018143094A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008278432A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Communication route constructing method, and communication terminal device |
JP2009284398A (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-03 | Nec Corp | Node, communication method, and program |
JP2014086776A (en) * | 2012-10-19 | 2014-05-12 | Sharp Corp | Management node, program, and radio communication system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018143094A1 (en) | 2018-08-09 |
JP6766892B2 (en) | 2020-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9730173B2 (en) | Synchronization between devices of same or different wireless network | |
US8798084B2 (en) | Increasing reliability and reducing latency in a wireless network | |
US7995467B2 (en) | Apparatus and method for adapting to failures in gateway devices in mesh networks | |
JP5338567B2 (en) | Wireless terminal and wireless system | |
US9351267B2 (en) | Wireless mesh network controller synchronization | |
EP3369288B1 (en) | Mesh network connectivity | |
WO2015146066A1 (en) | Wireless terminal, metering device, and communication control method | |
JP2009302694A (en) | Radio communication network system | |
JP5401393B2 (en) | Wireless communication system | |
JP6766892B2 (en) | Wireless communication system management node and wireless communication system | |
WO2014181379A1 (en) | Radio communication system and radio communication method | |
US10716162B2 (en) | Reconstructing a personal area network or system after a failure in the network or system | |
JP2005354626A (en) | Method for making redundant and switching multi-hop data transfer path, and network system | |
KR102294197B1 (en) | Auto-Configuration Method of IoT Control Network and System Thereof | |
US20090047927A1 (en) | Method for Operating a Radio Network and Subscriber Device for Said Type of Network | |
JP7234503B2 (en) | Communications equipment, network systems and programs | |
US11304084B1 (en) | System and method for beacon-based passive clustering in mobile ad hoc networks (MANET) | |
EP2987308B1 (en) | Low power mobile communications through mesh network | |
KR20090007194A (en) | Apparatus for selecting working time slot in mesh network | |
JP5438711B2 (en) | Wireless communication system | |
CN107615873A (en) | Radio communication device and wireless communications method | |
CN115037784A (en) | Data transmission method and device, electronic equipment and readable storage medium | |
CN116846828A (en) | Underwater acoustic network static route remote configuration method based on link state test | |
JP2019106683A (en) | Route determination apparatus, communication device, route determination system, route determination method, and route determination program | |
JP2005354625A (en) | Method for forming multi-hop data transfer path and network system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190610 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200605 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200818 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200831 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6766892 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |