JPWO2018158851A1 - 無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラム - Google Patents

Abstract

無線通信装置（２０）は、無線部（３１）が、通常通信か優先通信かを表す通信種別と、優先経路に配置される第１無線通信装置を表す第１装置種別と、第１無線通信装置以外の第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信する。判定部（３３）が、制御パケットに含まれる通信種別に基づいて、無線通信装置が優先通信を行うか否かを判定する。そして、判定部（３３）が、無線通信装置が優先通信を行うと判定すると、制御パケットに含まれる装置種別に基づいて、無線通信装置（２０）の種別を判定する。制御部（３２）は、トポロジ情報と無線通信装置（２０）の種別とに基づいて、無線通信装置（２０）の種別に応じた通信経路を生成する。

Description

本発明は、アドホックネットワークを構築する無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。

アドホックネットワークでは、ノード同士が直接データを交換する。また、アドホックネットワークでは、電波が届かないため直接データを交換することができないノード同士は、中継ノードが中継することでデータを交換することができる。このように、途中のノードが中継することを無線マルチホップ通信という。アドホックネットワークによれば、固定のインフラストラクチャーが不要のため、災害あるいはイベントといった用途で、安価なネットワークを提供することができる。アドホックネットワークは、住宅、オフィス、および工場向けに、環境モニタリングシステムあるいは防災防犯監視システムに応用され、適用範囲が拡大している。このようなシステムでは、特定の機器と優先的に通信する機能、および、モニタまたは監視対象の異常あるいは機器自体の異常を早急に通知する機能が必要である。

従来のアドホックネットワークは、ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）に代表されるルーティングプロトコルで経路を生成する。そして、アドホックネットワーク中のノードは、互いに等しい通信機会で、自律分散的に通信する。このため、従来のアドホックネットワークでは、優先的で低遅延に通信する場合、新たなネットワーク配備が必要である。これに対して、既存のネットワークを活用して、特定パケットの遅延を低減する方法として、非特許文献１には、パケットの優先度技術を利用したＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御技術が提案されている。また、非特許文献１には、通信時間を時分割して特定パケットで帯域を占有するルーティング技術が提案されている。

非特許文献１の動作を以下に示す。ネットワークを構成するノードは、パケットに優先度を表すビットを埋め込む機能と、その優先度を識別する機能を持つ。優先度が埋め込まれた優先パケットをもつノードは、親ノードに対して優先パケットの存在を通知し、宛先ノードであるゲートウェイまで数珠つなぎに伝達することで優先経路を確立する。このとき、ネットワークの通信時間が時分割され、優先パケットは、一時的に優先経路を占有して転送される。このように、優先パケットは、優先的で低遅延に伝送される。

電気学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．１３３ Ｎｏ．５ ｐｐ．９１６−９２１

非特許文献１の技術では、優先経路途中のノードに、優先権を持たない子ノードが接続されている場合、優先パケットが経路を占有している間は優先権を持たないパケットは子ノードで滞留する。よって、非特許文献１の技術では、パケットが寸断する課題がある。また、滞留したパケットをメモリにバッファリングして、寸断を回避したとしても、通常時の通信と比べて遅延が大きくなる課題がある。
また、従来のネットワーク構成はゲートウェイ周辺に通信負荷が集中し、ゲートウェイを通過するパケットは、優先あるいは非優先を問わず、衝突の可能性が高くなるという課題がある。衝突が発生した場合、通信が遅延する。なお、通信負荷が集中するノードをボトルネックノードと呼ぶ。

本発明は、ボトルネックノードを意図的に、優先経路上のノードとゲートウェイ以外のノードに設定することで、優先パケットがボトルネックノードの通信負荷による遅延の影響を受けないようにすることを目的とする。

本発明に係る無線通信装置は、通常通信と前記通常通信より優先して行われる優先通信とを行う無線通信システムを構成する複数の無線通信装置であって、前記優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置と前記第１無線通信装置以外の第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置に含まれる無線通信装置において、
前記通常通信か前記優先通信かを表す通信種別と、前記第１無線通信装置を表す第１装置種別と前記第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信するとともに、前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジを表すトポロジ情報を受信する無線部と、
前記制御パケットに含まれる前記通信種別に基づいて、前記無線通信装置が前記優先通信を行うか否かを判定し、前記無線通信装置が前記優先通信を行うと判定すると、前記制御パケットに含まれる前記装置種別に基づいて、前記無線通信装置の種別を判定する判定部と、
前記トポロジ情報と前記無線通信装置の種別とに基づいて、前記無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成する制御部とを備えた。

本発明に係る無線通信装置は、無線部が、通常通信か優先通信かを表す通信種別と、優先経路に配置される第１無線通信装置を表す第１装置種別と、第１無線通信装置以外の第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信する。また、無線部が、複数の無線通信装置により構成されるトポロジを表すトポロジ情報を受信する。判定部が、制御パケットに含まれる通信種別に基づいて、無線通信装置が優先通信を行うか否かを判定する。そして、判定部が、無線通信装置が優先通信を行うと判定すると、制御パケットに含まれる装置種別に基づいて、無線通信装置の種別を判定する。制御部は、トポロジ情報と判定部により判定された無線通信装置の種別とに基づいて、無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成する。よって、本発明に係る無線通信装置によれば、無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成することができるので、優先通信の遅延を低減することができるとともに、通常通信も滞留することなく転送することができる。

実施の形態１に係る無線通信システム５００のネットワーク構成図。 実施の形態１に係るゲートウェイノード１０および無線通信装置２０の構成図。 実施の形態１に係る制御パケット４０の構成図。 実施の形態１に係る判定処理Ｓ１０を示すフロー図。 実施の形態１に係る通常ノード処理Ｓ２１の中継ノード選択処理Ｓ２１１を示すフロー図。 実施の形態１に係る通常ノード処理Ｓ２１の通常経路生成処理Ｓ２１２を示すフロー図。 実施の形態１に係る優先経路生成処理Ｓ３０を示すフロー図。 実施の形態１に係る非優先経路生成処理Ｓ４０を示すフロー図。 実施の形態１に係るボトルネック選択処理Ｓ５０を示すフロー図。 実施の形態１に係る無線通信システム５００の通常通信時の動作シーケンス図。 実施の形態１に係る無線通信システム５００の優先通信時の動作シーケンス図。 実施の形態１に係る無線通信システム５００における優先通信時のネットワーク構成図。 実施の形態１の変形例に係る無線通信装置２０の構成図。 実施の形態２に係る無線通信装置２０ｘの構成図。 実施の形態２に係るボトルネック選択処理Ｓ５０ｘを示すフロー図。 実施の形態３に係る無線通信装置２０ｙの構成図。 実施の形態３に係る無線通信装置２０ｙの無線通信の衝突回避方式におけるパラメータ設定処理Ｓ６０を示すフロー図。 実施の形態４に係る無線通信システム５００ｚのネットワーク構成図。 実施の形態４に係る無線通信装置２０ｚの構成図。 実施の形態４に係る非優先経路生成処理Ｓ４０ｚを示すフロー図。 実施の形態４に係る無線通信システム５００ｚの優先通信時の動作シーケンス図。 実施の形態４に係る無線通信システム５００ｚにおける優先通信時のネットワーク構成図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００のネットワーク構成について説明する。
無線通信システム５００は、ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏにより構成されるアドホックネットワークである。ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏのうち、図１中の破線で接続されたノード同士は、それぞれ平等な通信機会で、自律分散的にパケットを送受信する。破線で直接接続されていないゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏ同士は、他のノードを介してパケットを送受信する。ゲートウェイノード１０は、ゲートウェイノード１０より上位の機器またはネットワークとパケットを送受信する。
無線通信システム５００は、通常通信と通常通信より優先して行われる優先通信とを行う。また、無線通信システム５００は、優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置と、第１無線通信装置以外の第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置８００により構成される。ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏは、複数の無線通信装置８００の例である。ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏの各々は、無線通信装置２０の例である。

図２を用いて、本実施の形態に係るゲートウェイノード１０および無線通信装置２０の構成について説明する。なお、ノード１０ａ〜１０ｏもゲートウェイノード１０と同様の構成である。
ゲートウェイノード１０は、無線通信装置２０と、機器２４と、アンテナ２６とを備える。機器２４は、無線通信制御とは関係の無い機能を有するハードウェア機器である。機器２４は、具体例としては、環境センサあるいは防災防犯センサである。
なお、ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏの各々を、無線通信装置２０と呼ぶ場合もある。

図２に示すように、無線通信装置２０は、コンピュータである。
無線通信装置２０は、プロセッサ９１０、記憶装置９２０、無線インタフェース９５１、および機器インタフェース９５２といったハードウェアを備える。記憶装置９２０は、メモリ９２１と補助記憶装置９２２とを含む。

無線通信装置２０は、機能構成として、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５と、記憶部３４とを備える。記憶部３４には、経路情報３４１が記憶される。
無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの機能は、ソフトウェアで実現される。
記憶部３４は、メモリ９２１により実現される。また、記憶部３４は、補助記憶装置９２２のみ、あるいは、メモリ９２１および補助記憶装置９２２で実現されてもよい。記憶部３４の実現方法は任意である。

プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、ＣＦ（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ）、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）といった可搬記憶媒体であってもよい。

補助記憶装置９２２には、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの機能を実現するプログラムが記憶されている。無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの機能を実現するプログラムを無線通信プログラム６２０ともいう。このプログラムは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。また、補助記憶装置９２２はＯＳを記憶している。補助記憶装置９２２に記憶されているＯＳの少なくとも一部がメモリ９２１にロードされる。プロセッサ９１０はＯＳを実行しながら、無線通信プログラム６２０を実行する。

無線インタフェース９５１および機器インタフェース９５２の各々は、外部の装置と通信するためのインタフェースである。無線インタフェース９５１は、無線アンテナ２６と接続され、無線通信範囲においてデータの送受信を行う。機器インタフェース９５２は、機器２４と接続される。機器インタフェース９５２は、具体例としては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）のポートである。無線インタフェース９５１および機器インタフェース９５２の各々は、データを受信するレシーバとして機能するとともに、データを送信するトランスミッタとして機能する。

無線通信装置２０は、１つのプロセッサ９１０のみを備えていてもよいし、複数のプロセッサ９１０を備えていてもよい。複数のプロセッサ９１０が、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの機能を実現するプログラムを連携して実行してもよい。

無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの処理の結果を示す情報、データ、信号値、および変数値は、無線通信装置２０の補助記憶装置９２２、メモリ９２１、または、プロセッサ９１０内のレジスタまたはキャッシュメモリに記憶される。

無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５のそれぞれの機能を実現するプログラムは、可搬記録媒体に記憶されてもよい。可搬記録媒体とは、具体的には、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）である。
なお、無線通信プログラムプロダクトとは、無線通信プログラム６２０が記録された記憶媒体および記憶装置である。無線通信プログラムプロダクトは、外観に関わらず、コンピュータ読み取り可能なプログラムをロードしている。

＊＊＊機能の説明＊＊＊
次に、図２を用いて、本実施の形態に係る無線通信装置２０の機能構成について説明する。
無線部３１は、制御部３２から受信した情報から、無線通信プロトコルに従い信号列を生成してパケットとし、アンテナ２６を介して空間に送信する。また、無線部３１は、空間を伝搬してきたパケットを、アンテナ２６を介して受信し、無線通信プロトコルに従い復号し、制御部３２に送信する。無線部３１は、制御パケット４０を受信するとともに、複数の無線通信装置８００により構成されるトポロジを表すトポロジ情報５０を受信する。
制御部３２は、無線部３１、判定部３３、記憶部３４、および付加機能部３５を制御する。また、制御部３２は、判定部３３の判定結果を受信し、判定結果に応じた動作モードに関する情報を記憶部３４から読み出して、動作モードを切り替える。
判定部３３は、アンテナ２６、無線部３１、および制御部３２を介して受信した、空間を伝搬してきたパケット情報、または付加機能部３５から受信した機器２４の情報に基づき動作モードを判定する。
記憶部３４は、制御部３２の制御情報、判定部３３の判定結果、付加機能部３５の機器２４に関する情報を保存する。また、記憶部３４は無線部３１のパケット送受信をバッファとして補助する。
付加機能部３５は、機器２４を制御するとともに機器２４を監視する。

図３を用いて、本実施の形態に係る制御パケット４０の構成について説明する。制御パケット４０は、無線通信システム５００のノード間で交換される。図３は、制御パケット４０のパケットフォーマットの一部を示す。制御パケット４０は、内部に動作モードフィールド４１とノード種別フィールド４２とを持つ。
動作モードフィールド４１は、制御パケット４０が、通常通信モードで通常通信されるか、優先通信モードで優先通信されるかを識別するフィールドである。すなわち、動作モードフィールド４１は、通常通信か優先通信かを表す通信種別８２の例である。
ノード種別フィールド４２は、制御パケット４０を受信したノードが、優先ノード、非優先ノード、およびボトルネックノードのいずれかであることを識別するフィールドである。すなわち、ノード種別フィールド４２は、第１無線通信装置を表す第１装置種別８１１と第２無線通信装置を表す第２装置種別８１２とのいずれかが設定される装置種別８３の例である。
ここで、優先ノードは、優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置を表す第１装置種別８１１の例である。また、非優先ノードは、第１無線通信装置以外の第２無線通信装置を表す第２装置種別８１２の例である。また、ボトルネックノードは、複数の無線通信装置８００により構成されるトポロジの頂点に位置する第３無線通信装置を表す第２装置種別８１２の例である。第２装置種別８１２は、第２無線通信装置である非優先ノードと、第３無線通信装置であるボトルネックノードとを表す。

ゲートウェイノード１０、およびノード１０ａ〜１０ｏの各々である無線通信装置２０は、第１無線通信装置と第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置８００のうちのいずれかである。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、本実施の形態に係る無線通信装置２０による無線通信方法６１０および無線通信プログラム６２０の無線通信処理Ｓ１００について説明する。無線通信処理Ｓ１００は、以下に説明する判定処理Ｓ１０、経路生成処理Ｓ２０、通常ノード処理Ｓ２１、中継ノード選択処理Ｓ２１１、通常経路生成処理Ｓ２１２、優先経路生成処理Ｓ３０、および非優先経路生成処理Ｓ４０を有する。
＜判定処理Ｓ１０＞
図４を用いて、本実施の形態に係る判定処理Ｓ１０について説明する。判定処理Ｓ１０は、本実施の形態に係る判定部３３の動作である。
判定処理Ｓ１０において、判定部３３は、制御パケット４０に含まれる通信種別８２に基づいて、自ノードである無線通信装置２０が優先通信を行うか否かを判定する。そして、判定部３３は、自ノードである無線通信装置２０が優先通信を行うと判定すると、制御パケット４０に含まれる装置種別８３に基づいて、自ノードである無線通信装置２０の種別を判定する。

ステップＳ１００において、無線通信装置２０の無線部３１は、制御パケット４０を受信する制御パケット受信処理を実行する。
ステップＳ１０１において、無線通信装置２０の判定部３３は、自ノードの種別の判定を開始する。
ステップＳ１０２において、判定部３３は、受信した制御パケット４０の動作モードフィールド４１を参照して、優先通信か否かを判定する。
動作モードフィールド４１が優先通信であれば、判定部３３は、ステップＳ１０３に進む。動作モードフィールド４１が優先通信でなければ、判定部３３は、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、判定部３３は、自ノードを通常ノードと判定する。

ステップＳ１０３において、判定部３３は、制御パケット４０のノード種別フィールド４２を参照して、優先ノードか否かを判定する。
ノード種別フィールド４２が優先ノードであれば、判定部３３は、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、判定部３３は、自ノードを優先ノードと判定する。また、ノード種別フィールド４２が優先ノードでなければ、判定部３３は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、判定部３３は、制御パケット４０のノード種別フィールド４２を参照して、自ノードがボトルネックノードか否かを判定する。ボトルネックノードであれば、判定部３３は、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において、判定部３３は、自ノードをボトルネックノードと判定する。ボトルネックノード以外であれば、判定部３３は、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、判定部３３は、自ノードを非優先ノードと判定する。
ステップＳ１０９において、判定部３３は、自ノードの種別判定が終了すると処理を終了する。

＜通常ノード処理Ｓ２１＞
まず、優先通信ではなく、通常ノードであると判定されたノード１０ａ〜１０ｏが経路生成を行う通常ノード処理Ｓ２１について説明する。通常ノードは、ＯＬＳＲといったプロアクティブ型ルーティングプロトコルを用いて経路生成する。通常ノード処理Ｓ２１では、通常ノードが周囲のノード情報を収集し、フラッディングを効率化する。
通常ノード処理Ｓ２１は、中継ノード選択処理Ｓ２１１と、通常経路生成処理Ｓ２１２とを有する。

＜中継ノード選択処理Ｓ２１１＞
図５を用いて、本実施の形態に係る通常ノード処理Ｓ２１の中継ノード選択処理Ｓ２１１について説明する。
ステップＳ２００において、通常ノードの制御部３２は、自ノードのアドレス情報を埋め込んだＨＥＬＬＯメッセージを、アンテナ２６および無線部３１を介して、ブロードキャスト送信する。
ステップＳ２０１において、通常ノードの制御部３２は、アンテナ２６および無線部３１を介して、隣接ノードからＨＥＬＬＯメッセージを受信する。
ステップＳ２０２において、通常ノードの制御部３２は、ＨＥＬＬＯメッセージより、隣接ノードに隣接する隣接ノードのアドレス情報を収集する。
ステップＳ２０３において、通常ノードの制御部３２は、収集したアドレス情報より、隣接ノードに隣接する隣接ノード全てと通信可能となるように、隣接ノードの中から中継ノードを選択する。
ステップＳ２０４において、通常ノードの制御部３２は、選択した中継ノードのアドレスをＨＥＬＬＯメッセージでブロードキャスト送信する。
ステップＳ２０５からステップＳ２０７において、通常ノードの制御部３２は、隣接ノードから受信したＨＥＬＬＯメッセージより、自ノードが中継ノードに選択されていることが判明した場合、自ノードを中継ノードに設定する。自ノードが中継ノードに選択されていない場合は、通常ノードの制御部３２は、動作を終了する。

＜通常経路生成処理Ｓ２１２＞
図６を用いて、本実施の形態に係る通常ノード処理Ｓ２１の通常経路生成処理Ｓ２１２について説明する。通常経路生成処理Ｓ２１２は、フラッディングを効率化したネットワークにおいて、通信経路を生成する処理である。
ステップＳ３００からステップＳ３０１において、自ノードが中継ノードに設定されている場合、制御部３２は、ＴＣ（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）メッセージ、すなわちトポロジ情報５０をフラッディングする。
ステップＳ３０２からステップＳ３０３において、制御部３２は、ＴＣメッセージを受信すると、ＴＣメッセージに含まれるトポロジ情報５０に基づき通信経路を生成し、動作を終了する。

＜経路生成処理Ｓ２０＞
経路生成処理Ｓ２０において、制御部３２は、トポロジ情報５０と判定部３３により判定された無線通信装置２０の装置種別８３とに基づいて、無線通信装置２０の装置種別８３に応じた通信経路を生成する。
経路生成処理Ｓ２０は、優先経路生成処理Ｓ３０と、非優先経路生成処理Ｓ４０とを有する。

＜優先経路生成処理Ｓ３０＞
図７を用いて、本実施の形態に係る優先経路生成処理Ｓ３０ついて説明する。
優先経路生成処理Ｓ３０において、制御部３２は、判定部３３により装置種別８３が第１装置種別８１１、すなわち優先ノードであると判定されると、無線部３１が受信したトポロジ情報５０を用いて優先経路を生成する。つまり、優先経路生成処理Ｓ３０は、優先通信で優先ノードが通信経路を生成する処理である。優先ノードとは、ノード１０ａ〜１０ｏのうち、自ノードが優先ノードであると判定したノードである。優先ノードは、優先通信対象の宛先ノードと、ゲートウェイノード１０を接続する経路上のノードである。優先ノードが宛先ノードである場合もある。

ステップＳ４００において、優先ノードの制御部３２は、優先通信対象に対応した経路が、過去に生成済みで、経路情報が記憶部３４にあるかを判定する。経路情報が記憶部３４にある場合、優先ノードの制御部３２は、ステップＳ４０６において、記憶部３４の情報に基づき通信経路を生成する。経路情報が記憶部３４にない場合、優先ノードの制御部３２は、ステップＳ４０１に進む。

ステップＳ４０１において、優先ノードの制御部３２は、自ノードが宛先ノードであるかを判定する。自ノードが宛先ノードである場合、優先ノードの制御部３２は、優先経路生成処理Ｓ３０を終了する。自ノードが宛先ノードでない場合、優先ノードの制御部３２は、ステップＳ４０２に進む。
ステップＳ４０２において、優先ノードの制御部３２は、自ノードが中継ノードであるかを判定する。自ノードが中継ノードである場合、優先ノードの制御部３２は、ステップＳ４０３において、ＴＣメッセージをフラッディングする。自ノードが中継ノードでない場合、優先ノードの制御部３２は、ステップＳ４０４に進む。
ステップＳ４０４において、優先ノードの制御部３２は、ＴＣメッセージを受信する。
ステップＳ４０５において、優先ノードの制御部３２は、受信したＴＣメッセージに含まれるトポロジ情報に基づき通信経路を生成し、優先経路生成処理Ｓ３０を終了する。

＜非優先経路生成処理Ｓ４０＞
図８を用いて、本実施の形態に係る非優先経路生成処理Ｓ４０ついて説明する。
非優先経路生成処理Ｓ４０は、判定部３３により装置種別８３が第２装置種別８１２、すなわち非優先ノードあるいはボトルネックノードであると判定された場合の処理である。非優先ノードあるいはボトルネックノードであると判定されると、制御部３２は、トポロジ情報５０により表される複数の無線通信装置８００により構成されるトポロジから第１無線通信装置である優先ノードを削除する。そして、制御部３２は、第１無線通信装置である優先ノードを削除したトポロジを表す非優先トポロジ情報を用いて通常通信の通信経路である通常経路を生成する。このように、非優先経路生成処理Ｓ４０は、優先通信でボトルネックノードまたは非優先ノードが通信経路を生成する処理である。ボトルネックノードまたは非優先ノードとは、ノード１０ａ〜１０ｏのうち、自ノードがボトルネックノードまたは非優先ノードであると判定したノードである。

ステップＳ５００において、制御部３２は、優先通信対象に対応した経路が、過去に生成済みで、経路情報が記憶部３４にあるかを判定する。経路情報が記憶部３４にある場合、制御部３２は、ステップＳ５０８において、記憶部３４の情報に基づき通信経路を生成する。経路情報が記憶部３４にない場合、制御部３２は、ステップＳ５０１に進む。

ステップＳ５０１において、制御部３２は、自ノードがボトルネックノードであるかを判定する。自ノードがボトルネックノードである場合、制御部３２は、ステップＳ５０３に進む。自ノードがボトルネックノードでない場合、制御部３２は、ステップＳ５０２に進む。
ステップＳ５０２において、制御部３２は、自ノードが中継ノードであるかを判定する。自ノードが中継ノードである場合、制御部３２は、ステップＳ５０３に進む。自ノードが中継ノードでない場合、制御部３２は、ステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０３において、制御部３２は、ＴＣメッセージのトポロジ情報に優先ノードに関する情報である優先ノード情報が含まれるかを判定する。ＴＣメッセージのトポロジ情報に優先ノード情報が含まれる場合、制御部３２は、ステップＳ５０４において、ＴＣメッセージのトポロジ情報から優先ノード情報を削除する。優先ノード情報を削除したトポロジ情報を非優先トポロジ情報ともいう。ＴＣメッセージのトポロジ情報に優先ノード情報が含まれない場合、制御部３２は、ステップＳ５０５に進む。
ステップＳ５０５において、制御部３２は、ＴＣメッセージをフラッディングする。
ステップＳ５０６において、制御部３２は、ＴＣメッセージを受信する。
ステップＳ５０７において、制御部３２は、受信したＴＣメッセージに含まれるトポロジ情報に基づき通信経路を生成する。このとき、トポロジ情報は、ボトルネックノードをシンクノードとした、ツリー型のネットワーク構成である。また、ステップＳ５０４においてＴＣメッセージから優先ノードのトポロジ情報が削除されているので、ボトルネックノードと非優先ノードから構成されるネットワークには、優先ノードが含まれない経路となる。

＜ボトルネック選択処理Ｓ５０＞
図９を用いて、本実施の形態に係るボトルネック選択処理Ｓ５０ついて説明する。
ボトルネック選択処理Ｓ５０において、制御部３２は、複数の無線通信装置８００により構成されるトポロジの頂点に位置する第３無線通信装置であるボトルネックノードを探索する探索通知２２３を受信する。制御部３２は、探索通知２２３を受信すると、無線通信装置の無線通信範囲内から第３無線通信装置であるボトルネックノードを探索し、第３無線通信装置であるボトルネックノードのアドレスを含む探索結果を探索通知２２３に対する応答として送信する。ボトルネック選択処理Ｓ５０は、優先通信時に、ノード１０ａ〜１０ｏから、ボトルネックノードを選択する処理である。

ステップＳ６００において、ゲートウェイノード１０の制御部３２が、ゲートウェイノード１０より上位のネットワークまたは機器から、ボトルネックノードを探索する要求であるボトルネックノード探索要求を受信する。ゲートウェイノード１０の制御部３２は、ゲートウェイノード１０を探索元ノードに設定して、ボトルネックノードの探索を開始する。
ステップＳ６０１において、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、探索元ノードの無線通信範囲に、通信可能なノードが２個以上あるかを判定する。ゲートウェイノード１０の制御部３２は、自身の無線通信範囲に存在する通信可能なノードを探索し、通信可能なノードの数に応じて動作を分岐する。通信可能なノードが１つの場合、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、ステップＳ６０２において、探索した隣接ノードに探索元ノードの設定を再設定し、新たに設定した探索元ノードについて、再度無線通信範囲に存在する、通信可能なノードを探索する。通信可能なノードが２つ以上の場合、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、ステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３において、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、探索元ノードの無線通信範囲に、通信可能なノードが３個以上あるかを判定する。通信可能なノードが３個以上ある場合、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、ステップＳ６０５に進む。通信可能なノードが２個の場合、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、ステップＳ６０４に進む。
通信可能なノードが２個の場合、１つは優先経路に含まれる優先ノードであり、他方は非優先ノードである。ステップＳ６０４において、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、非優先ノードをボトルネックノードに設定する。
また、通信可能なノードが３つ以上の場合、１つは優先経路に含まれる優先ノードであり、それ以外は非優先ノードである。ステップＳ６０５において、ゲートウェイノード１０の制御部３２は、非優先ノードのうち、ランダムに１つのノードを選び、ボトルネックノードに設定する。

次に、図１０を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００の通常通信時の動作を説明する。図１０は、本実施の形態に係る無線通信システム５００で、ネットワークを構成するノードから、ゲートウェイノード１０、ノード１０ａ、ノード１０ｂ、ノード１０ｃ、ノード１０ｋを代表して動作を説明する図である。

ステップＳ７００において、ゲートウェイノード１０はＴＣメッセージを送信する。
ステップＳ７０１ａからＳ７０１ｅ、および、ステップＳ７０２ａからステップＳ７０２ｅにおいて、各ノードは、自らを通常ノードに設定し、ＴＣメッセージのトポロジ情報に基づいて経路を生成する。
ステップＳ７０３において、経路生成後、各ノードはパケット送信を開始する。

次に、図１１を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００の優先通信時の動作を説明する。図１１は、本実施の形態に係る無線通信システム５００で、ネットワークを構成するノードから、ゲートウェイノード１０、ノード１０ａ、ノード１０ｂ、ノード１０ｃ、ノード１０ｋを代表して動作を説明する図である。

ステップＳ８００において、ゲートウェイノード１０は、より上位のネットワークまたは機器からの、優先通信開始通知をネットワーク全体に通知する。このとき、優先通知開始通知は制御パケット４０で示した識別フィールドを持つ。また、上位のネットワークとはネットワークの管理者あるいは監視者を示す。さらに、前記管理者あるいは監視者は、自らをトリガとして優先通信開始通知を通知する場合と、ネットワーク中のノードの要求をトリガとして優先通信開始通知を通知する場合がある。
ステップＳ８０１において、ゲートウェイノード１０は、ボトルネックノードの探索を周囲通信範囲のノードに対して通知する。
ステップＳ８０２において、探索の結果、ボトルネックノードとなったノード１０ｋは、探索完了応答をゲートウェイノード１０に返答する。このとき、ボトルネックノード探索通知は、制御パケット４０で示した識別フィールドを持つ。ボトルネックノード探索通知は、探索通知２２３の例である。
ステップＳ８０３ａ，Ｓ８０４，Ｓ８０３ｂ，Ｓ８０３ｃ，Ｓ８０５において、各ノードは、優先通知開始通知と、ボトルネックノード探索通知より、自らを優先ノード、非優先ノード、およびボトルネックノードのいずれかに設定する。

ステップＳ８０６において、ゲートウェイノード１０は、ネットワークにＴＣメッセージを送信する。
ステップＳ８０７ａ，Ｓ８０８ａ，Ｓ８０７ｂ，Ｓ８０７ｃ，Ｓ８０８ｂにおいて、各ノードはＴＣメッセージと自ノードの種別設定状況を参照して、優先経路または非優先経路を生成する。
ステップＳ８０９ａからステップＳ８０９ｅにおいて、各ノードは、生成結果を記憶部３４に保存する。
ステップＳ８１０において、ゲートウェイノード１０は、優先パケットを、宛先ノードである優先ノードのノード１０ａに送信する。このとき、非優先ノードの通信は自律分散的に行われ、停止しない。優先通信が完了すると、ゲートウェイノード１０は、ステップＳ８１１において、優先通信終了通知をネットワーク全体に通知する。

ステップＳ８１２ａからステップＳ８１２ｅにおいて、優先通信終了通知を受信した各ノードは、自らを通常ノードに設定する。
ステップＳ８１３ａからステップＳ８１３ｅにおいて、通常ノードの各ノードは、通常時の経路情報を記憶部３４から読み出し、通常時の経路を生成する。

図１２を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００における優先通信時のネットワーク構成について説明する。ゲートウェイノード１０、ノード１０ｃ、およびノード１０ａは優先ノードであり、周囲の非優先ノードから独立した経路を生成する。ノード１０ｂは非優先ノードであり、ゲートウェイまで、優先経路を通過しない経路を生成する。ネットワークの稼働後、初めて特定のノードと優先通信する場合は、経路生成処理Ｓ２０の通り経路を探索するが、２度目以降は、記憶部３４に保存した経路情報を参照して、新たに探索することなく優先通信時の経路を生成する。

＊＊＊他の構成＊＊＊
無線通信装置２０は、入力インタフェースおよび出力インタフェースを備えていてもよい。
入力インタフェースは、マウス、キーボード、タッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェースは、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェースは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェースは、ディスプレイといった表示機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェースは、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。

本実施の形態では、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能がソフトウェアで実現される。しかし、変形例として、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能がハードウェアで実現されてもよい。

図１３を用いて、本実施の形態の変形例に係る無線通信装置２０の構成について説明する。
図１３に示すように、無線通信装置２０は、処理回路９０９、無線インタフェース９５１、および機器インタフェース９５２といったハードウェアを備える。

処理回路９０９は、上述した無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能および記憶部３４を実現する専用の電子回路である。処理回路９０９は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。

無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能は、１つの処理回路９０９で実現されてもよいし、複数の処理回路９０９に分散して実現されてもよい。

別の変形例として、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能がソフトウェアとハードウェアの組合せで実現されてもよい。すなわち、無線通信装置２０の一部の機能が専用のハードウェアで実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。

無線通信装置２０のプロセッサ９１０、記憶装置９２０、および、処理回路９０９を、総称して「プロセッシングサーキットリ」という。つまり、無線通信装置２０の構成が図２および図１３のいずれに示した構成であっても、無線部３１と、制御部３２と、判定部３３と、付加機能部３５の機能および記憶部３４は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

「部」を「工程」または「手順」または「処理」に読み替えてもよい。また、「部」の機能をファームウェアで実現してもよい。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信装置２０では、優先通信時は、ゲートウェイと優先通信対象のノードを接続する優先経路と、ボトルネックノードを介してゲートウェイトと接続する優先経路以外のノードからなる非優先経路とに、経路を分離して通信する。よって、本実施の形態に係る無線通信装置２０によれば、新たにネットワークを配備することなく、優先パケットがゲートウェイに到達する時間の遅延を低減し、かつ、優先パケット転送中は、優先パケット以外のパケットも滞留することなく転送が可能となる。

本実施の形態に係る無線通信装置２０では、ボトルネックノードを意図的に、優先経路上のノードとゲートウェイ以外のノードに設定することで、優先パケットがボトルネックノードの通信負荷による遅延の影響を受けないようにすることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点について説明する。
実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態１に係る無線通信装置２０では、ボトルネックノードを選択するとき、ボトルネックノードの候補が複数ある場合はランダムに１つを選択し、ボトルネックノードに設定した。本実施の形態に係る無線通信装置２０ｘでは、電波強度情報から計算したノードの位置情報２２２に基づいて、ボトルネックノードを選択する。

＊＊＊機能構成の説明＊＊＊
図１４を用いて、本実施の形態に係る各ノードが有する無線通信装置２０ｘの機能構成について説明する。
無線部５１は、制御部５２から受信した情報から、無線通信プロトコルに従い信号列を生成してパケットとし、アンテナ２６を介して空間に送信する。また、無線部５１は、空間を伝搬してきたパケットを、アンテナ２６を介して受信し、無線通信プロトコルに従い復号し、制御部５２に送信する。また、無線部５１は、空間を伝搬してきたパケットの電波強度情報を、電波情報管理部５７に送信する。無線部５１は、実施の形態１で説明した無線部３１に対応する。

電波情報管理部５７は、受信した電波強度情報を、パケットを送信したノード毎に電波強度情報５４１として管理し、電波強度情報５４１を記憶部５４に記憶する。
位置情報算出部５６は、電波強度情報５４１に基づいて、他ノードと自ノードの相対位置を位置情報２２２として算出する。すなわち、位置情報算出部５６は、電波情報管理部５７から受信した自ノードの電波強度情報と、アンテナ２６と無線部５１と制御部５２を介して受信した他ノードの電波強度情報から、他ノードと自ノードの相対位置を推定し、推定結果を位置情報２２２として制御部５２に送信する。

制御部５２は、無線部５１、判定部５３、記憶部５４、付加機能部５５、電波情報管理部５７、および位置情報算出部５６を制御する。また、制御部５２は、判定部５３の判定結果を受信し、判定結果に応じた動作モードに関する情報を記憶部５４から読み出して、動作モードを切り替える。制御部５２は、実施の形態１で説明した制御部３２に対応する。
判定部５３は、アンテナ２６、無線部５１、制御部５２を介して受信した、空間を伝搬してきたパケット情報、または付加機能部５５から受信した機器２４の情報に基づき動作モードを判定する。判定部５３は、実施の形態１で説明した判定部３３に対応する。
記憶部５４は制御部５２の制御情報、判定部５３の判定結果、付加機能部５５の機器２４に関する情報を保存する。また、記憶部５４は、電波強度情報５４１を記憶する。また、記憶部５４は無線部５１のパケット送受信をバッファとして補助する。記憶部５４は、実施の形態１で説明した記憶部３４に対応する。
付加機能部５５は機器２４を制御、ならびに監視する。付加機能部５５は、実施の形態１で説明した付加機能部３５に対応する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
＜ボトルネック選択処理Ｓ５０ｘ＞
図１５を用いて、本実施の形態に係るボトルネック選択処理Ｓ５０ｘついて説明する。
ボトルネック選択処理Ｓ５０ｘは、優先通信時に、ノード１０ａ〜１０ｏから、ボトルネックノードを選択する処理である。
ステップＳ９００において、ゲートウェイノード１０の制御部５２が、アンテナ２６および無線部５１を介して、ゲートウェイノード１０より上位のネットワークまたは機器からボトルネックノード探索通知を受信する。ゲートウェイノード１０の制御部５２は、自身を探索元ノードに設定して、ボトルネックノードの探索を開始する。
ステップＳ９０１において、探索元ノードの制御部５２は、アンテナ２６および無線部５１を介して、ネットワーク内の全ノードに位置情報探索開始を通知する。
ステップＳ９０２において、位置情報探索開始の通知を受信したノードは、自ノードの位置情報探索を開始する。
ステップＳ９０３において、各ノードの電波情報管理部５７は、隣接ノードから、隣接ノードが隣接ノードの隣接ノードから受信したパケットから抽出した電波強度情報を受信する。隣接ノードは、隣接する隣接無線通信装置の例である。
ステップＳ９０４において、各ノードの電波情報管理部５７は、自ノードが隣接ノードから受信したパケットから抽出した電波強度情報を隣接ノードに送信する。
ステップＳ９０５において、各ノードの位置情報算出部５６は、自ノードと隣接ノードから収集した電波強度情報から、相対位置を位置情報２２２として算出する。
ステップＳ９０６からステップＳ９０７において、各ノードの制御部５２は、算出結果である位置情報２２２を探索元ノードに送信し、位置情報探索を終了する。
ステップＳ９０８において、探索元ノードは、全ノードの位置情報探索が終了したかを判定する。全ノードの位置情報探索が終了し、探索元ノードに全ノードの位置情報の収集が完了すると、探索元ノードは、ステップＳ９０９に進む。
ステップＳ９０９において、探索元ノードは、探索結果を使用して、優先ノードから物理的に最も遠い位置にあるノードをボトルネックノードに設定する。

＊＊＊本実施の形態に係る効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信装置２０ｘでは、電波情報管理部が、無線部により受信したパケットの電波強度を測定し、電波強度を隣接する隣接無線通信装置ごとに電波強度情報として記憶する。また、位置情報算出部が、電波強度のうち、２つの隣接無線通信装置の電波強度と、２つの隣接無線通信装置のどちらか、または両方から受信した、隣接無線通信装置間の電波強度から、自局含む３つの無線通信装置の相対位置を計算する。そして、制御部は、位置情報に基づき、優先通信する動作モードの無線通信装置から、最も遠い位置にある、優先通信しない動作モードの無線通信装置を、優先通信しない動作モードの無線通信装置からなるネットワークのトポロジの頂点に選択する。よって、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｘによれば、優先通信時に生成する非優先経路のボトルネックノードは、優先経路から物理的に遠い位置のノードから選択される。よって、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｘによれば、優先経路の、通信負荷の集中に由来する遅延を改善できるため、実施の形態１で得られる、優先パケットのゲートウェイ到達時間の遅延を低減する効果を、増大可能である。

実施の形態３．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点について説明する。
実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態１に係る各ノードの無線通信装置２０は、ボトルネックノードを生成し、優先経路と非優先経路を分離して優先経路の通信負荷を低減する。本実施の形態に係る各ノードの無線通信装置２０ｙは、実施の形態１で生成した優先経路と非優先経路ごとに、無線通信の衝突回避方式におけるパラメータを設定する。

＊＊＊機能構成の説明＊＊＊
図１６を用いて、本実施の形態に係る各ノードが有する無線通信装置２０ｙの機能構成について説明する。
無線部６１は、制御部６２から受信した情報から、無線通信プロトコルに従い信号列を生成してパケットとし、アンテナ２６を介して空間に送信する。また、無線部６１は、空間を伝搬してきたパケットを、アンテナ２６を介して受信し、無線通信プロトコルに従い復号し、制御部６２に送信する。無線部６１は、実施の形態１で説明した無線部３１に対応する。

制御部６２は、無線部６１、判定部６３、記憶部６４、付加機能部６５、および優先制御管理部６６を制御する。また、制御部６２は、判定部６３の判定結果を受信し、判定結果に応じた動作モードに関する情報を記憶部６４から読み出して、動作モードを切り替える。また、制御部６２は、パケットを送信する前に、ウェイト時間ＷＴをランダムに設定する。制御部６２は、実施の形態１で説明した制御部３２に対応する。
判定部６３は、アンテナ２６、無線部６１、制御部６２を介して受信した、空間を伝搬してきたパケット情報、または付加機能部６５から受信した機器２４の情報に基づき動作モードを判定する。判定部６３は、実施の形態１で説明した判定部３３に対応する。
記憶部６４は、制御部６２の制御情報、判定部６３の判定結果、付加機能部６５の機器２４に関する情報を保存する。また、記憶部６４は無線部６１のパケット送受信をバッファとして補助する。記憶部６４は、実施の形態１で説明した記憶部３４に対応する。
付加機能部６５は、機器２４を制御、ならびに監視する。付加機能部６５は、実施の形態１で説明した付加機能部３５に対応する。

優先制御管理部６６は、判定部６３で判定した動作モードに基づき、無線通信の衝突回避方式におけるパラメータを設定する。すなわち、優先制御管理部６６は、ウェイト時間ＷＴのランダム範囲を、無線局の動作モード毎に変更する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１７を用いて、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙの無線通信の衝突回避方式におけるパラメータ設定処理Ｓ６０について説明する。図１７は、本実施の形態に係る無線通信システム５００で、無線通信の衝突回避方式の１つである、バックオフ制御のランダム時間を設定する動作のフローチャートである。

＜パラメータ設定処理Ｓ６０＞
ステップＳ１７０において、判定部６３は、自ノードのノード種別を判定する。
自ノードが優先ノードの場合、ステップＳ１７２において、優先制御管理部６６は、無線衝突回避のバックオフ制御で参照するランダム時間をＴに設定する。
自ノードが優先ノードでない場合、ステップＳ１７３において、優先制御管理部６６は、無線衝突回避のバックオフ制御で参照するランダム時間をＴ’に設定する。このとき、ランダム時間ＴとＴ’との関係は、Ｔ＜＜Ｔ’とする。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙでは、制御部は、制御パケットを送信する前に、ウェイト時間をランダムに設定する。このとき、優先制御管理部は、ウェイト時間のランダム範囲を、無線局の動作モード毎に変更する。本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙによれば、優先ノードと優先ノード以外のノードがお互いの無線通信範囲に存在し、バックオフ制御による衝突回避を行うとき、優先ノードのランダム時間は小さく、優先ノード以外のランダム時間は大きく設定する。よって、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙによれば、優先ノードのパケットの方が、送信機会を多くできる。また、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙによるパラメータ設定により、優先経路のバックオフ制御に由来する遅延を改善できる。したがって、本実施の形態に係る無線通信装置２０ｙによれば、実施の形態１で得られる、優先パケットのゲートウェイ到達時間の遅延を低減する効果を、増大可能である。

実施の形態４．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点について説明する。
実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態１に係る各ノードの無線通信装置２０では、１つのアドホックネットワーク中で優先通信する場合、ボトルネックノードを探索し、優先経路と非優先経路を分離して優先経路の通信負荷を低減する。本実施の形態では、通信チャンネルの異なる複数のアドホックネットワークが存在する環境で優先通信する場合について説明する。本実施の形態に係る各ノードの無線通信装置２０ｚでは、１つのアドホックネットワークからボトルネックノードを探索し、優先ノード以外のノードはボトルネックノードと同じチャンネルに変更し、ボトルネックノードをシンクノードとしたツリー型の非優先経路を生成する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１８を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００ｚのネットワーク構成について説明する。無線通信システム５００ｚは、ネットワークＡと、ネットワークＢと、ネットワークＡとネットワークＢの上位ネットワークのノード８０で構成されるアドホックネットワークである。ネットワークＡは、ゲートウェイノードＡ８１ａと、ノード８２ａ〜８５ａで構成される。ネットワークＢは、ゲートウェイノードＢ８１ｂと、ノード８２ｂ〜８５ｂで構成される。ネットワークＡとネットワークＢの２つのアドホックネットワークは、互いに無線通信範囲が重なっているが、ネットワークＡはチャンネルＡを使用し、ネットワークＢはチャンネルＢを使用することで、相互に干渉しない。

＊＊＊機能構成の説明＊＊＊
図１９を用いて、本実施の形態に係る各ノードが有する無線通信装置２０ｚの機能構成について説明する。
無線部７１は、制御部７２から受信した情報から、無線通信プロトコルに従い信号列を生成してパケットとし、アンテナ２６を介して空間に送信する。また、無線部７１は、空間を伝搬してきたパケットを、アンテナ２６を介して受信し、無線通信プロトコルに従い復号し、制御部７２に送信する。無線部７１は、実施の形態１で説明した無線部３１に対応する。
制御部７２は、無線部７１、判定部７３、記憶部７４、付加機能部７５、およびチャンネル設定部７６を制御する。また、制御部７２は、判定部７３の判定結果を受信し、判定結果に応じた動作モードに関する情報を記憶部７４から読み出して、動作モードを切り替える。
判定部７３は、アンテナ２６、無線部７１、および制御部７２を介して受信した、空間を伝搬してきたパケット情報、または付加機能部７５から受信した機器２４の情報に基づき動作モードを判定する。判定部７３は、実施の形態１で説明した判定部３３に対応する。

記憶部７４は、制御部７２の制御情報、判定部７３の判定結果、付加機能部７５の機器２４に関する情報を保存する。また、記憶部７４は、無線部７１のパケット送受信をバッファとして補助する。記憶部７４は、実施の形態１で説明した記憶部３４に対応する。
付加機能部７５は、機器２４を制御、ならびに監視する。付加機能部７５は、実施の形態１で説明した付加機能部３５に対応する。

チャンネル設定部７６は、アンテナ２６、無線部７１、制御部７２を介して受信したパケットに基づき、無線通信装置２０ｚの通信チャンネルを変更する。チャンネル設定部７６は、優先通信と通常通信とで通信チャンネルを異なる値に設定する。また、チャンネル設定部７６は、変更したチャンネルを制御部７２に通知する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２０を用いて、本実施の形態に係る非優先経路生成処理Ｓ４０ｚについて説明する。非優先経路生成処理Ｓ４０ｚは、優先通信時に、ノード８０，８１ａ〜８５ａ，８１ｂ〜８５ｂのうち、ボトルネックノードまたは非優先ノードと判定したノードが通信経路を生成する処理である。図２０は、本実施の形態に係る無線通信システム５００ｚで、ボトルネックノードまたは非優先ノードが通信経路を生成する動作のフローチャートである。

ステップＳ１８０およびステップＳ１８１において、ボトルネックノードまたは非優先ノードの制御部７２は、自ノードの設定チャンネルがボトルネックノードのチャンネルと異なる場合、自ノードのチャンネルをボトルネックノードのチャンネルに変更する。
ステップＳ１８２およびステップＳ１９０において、制御部７２は、優先通信対象に対応した経路が、過去に生成済みで、経路情報が記憶部３４にある場合、記憶部３４の情報に基づき通信経路を生成する。経路情報が記憶部３４にない場合、制御部７２は、ステップＳ１８３に進む。
ステップＳ１８３において、制御部７２は、自ノードがボトルネックノードに設定されているか判定する。自ノードがボトルネックノードに設定されている場合、制御部７２は、ステップＳ１８５に進む。自ノードがボトルネックノードに設定されていない場合、制御部７２は、ステップＳ１８４に進む。
ステップＳ１８４において、制御部７２は、自ノードが中継ノードに設定されているか判定する。自ノードが中継ノードに設定されている場合、制御部７２は、ステップＳ１８５に進む。自ノードが中継ノードに設定されていない場合、制御部７２は、ステップＳ１８８に進む。

ステップＳ１８５において、制御部７２は、ＴＣメッセージに優先ノードのトポロジ情報が含まれるか判定する。ＴＣメッセージに優先ノードのトポロジ情報が含まれる場合、制御部７２は、ステップＳ１８６に進む。ＴＣメッセージに優先ノードのトポロジ情報が含まれない場合、制御部７２は、ステップＳ１８７に進む。
ステップＳ１８６において、制御部７２は、ＴＣメッセージから優先ノード情報を削除する。
ステップＳ１８７において、制御部７２は、ＴＣメッセージをフラッディングする。
ステップＳ１８８において、制御部７２は、ＴＣメッセージを受信する。
ステップＳ１８９において、制御部７２は、ＴＣメッセージに含まれるトポロジ情報に基づき通信経路を生成する。このとき、トポロジ情報は、ボトルネックノードをシンクノードとした、ツリー型のネットワーク構成である。また、ステップＳ１８７により、ボトルネックノードと非優先ノードから構成されるネットワークには、優先ノードが含まれない経路となる。

次に、図２１を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００ｚの優先通信時の動作を説明する。図２１は、本実施の形態に係る無線通信システム５００ｚで、ネットワークを構成するノードから、ノード８０、ノード８１ａ、ノード８３ａ、ノード８５ｂ、ノード８３ｂを代表して動作を説明する図である。

ステップＳ２８０において、ノード８０は、より上位のネットワークまたは機器からの、優先通信開始通知をネットワーク全体に通知する。このとき、優先通知開始通知は制御パケット４０で示した識別フィールドを持つ。また、上位のネットワークとはネットワークの管理者あるいは監視者を示す。さらに、前記管理者あるいは監視者は、自らをトリガとして優先通信開始通知を通知する場合と、ネットワーク中のノードの要求をトリガとして優先通信開始通知を通知する場合がある。
ステップＳ２８１において、ノード８０は、ボトルネックノードの探索を周囲通信範囲のノードに対して通知する。
ステップＳ２８２において、探索の結果、ボトルネックノードとなったノード８１ａは、探索完了応答をノード８０に返答する。このとき、ボトルネックノード探索通知は、制御パケット４０で示した識別フィールドを持つ。
ステップＳ２８３ａ，Ｓ２８４，Ｓ２８５ａ，Ｓ２８５ｂ，Ｓ２８３ｂにおいて、各ノードは、優先通知開始通知と、ボトルネックノード探索通知より、自らを優先ノード、非優先ノード、ボトルネックノードのいずれかに設定する。

非優先ノードに設定したノードで、ボトルネックノードとチャンネルが異なるノードは、ノード８５ｂである。
ステップＳ２８６において、ノード８５ｂのチャンネル設定部７６は、ノード８５ｂのチャンネルを、チャンネルＢからチャンネルＡに変更する。
ステップＳ２８７において、ノード８０は、ネットワークにＴＣメッセージを送信する。
ステップＳ２８８ａ，Ｓ２８９ａ，Ｓ２８９ｂ，Ｓ２８９ｃ，Ｓ２８８ｂにおいて、各ノードはＴＣメッセージと自ノードの種別設定状況を参照して、優先経路または非優先経路を生成する。
ステップＳ２９０ａからステップＳ２９０ｅにおいて、各ノードは、生成結果を記憶部７４に保存する。
ステップＳ２９１において、ノード８０は、優先パケットを、宛先ノードである優先ノードのノード８３ｂに送信する。このとき、非優先ノードの通信は自律分散的に行われ、停止しない。優先通信が完了すると、ノード８０は、ステップＳ２９２において、優先通信終了通知をネットワーク全体に通知する。

ステップＳ２９３において、優先通信終了通知を受信すると、優先通信終了通知を受信したノードのうちチャンネルを変更したノード８５ｂのチャンネル設定部７６は、ノード８５ｂのチャンネルを、チャンネルＡからチャンネルＢに戻す。
ステップＳ２９４ａからステップＳ２９４ｅにおいて、優先通信終了通知を受信した各ノードは、自らを通常ノードに設定する。
ステップＳ２９５ａからステップＳ２９５ｅにおいて、通常ノードの各ノードは、通常時の経路情報を記憶部７４から読み出し、通常時の経路を生成する。

図２２を用いて、本実施の形態に係る無線通信システム５００ｚにおける優先通信時のネットワーク構成について説明する。ノード８０、ノード８１ｂ、ノード８３ｂは優先ノードであり、周囲の非優先ノードから独立した経路を生成する。ノード８５ｂは非優先ノードであり、ノード８０まで、優先経路を通過しない通常経路を生成する。ネットワークの稼働後、初めて特定のノードと優先通信する場合は、上述の通り経路を探索するが、２度目以降は、記憶部７４に保存した経路情報を参照して、新たに探索することなく優先通信時の経路を生成する。

＊＊＊本実施の形態に係る効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信装置２０ｚでは、通信チャンネルの異なる複数のアドホックネットワークが存在する環境において、優先通信時は優先経路と、優先経路とは異なるチャンネルの１つのアドホックネットワークを構築できる。これにより、通信チャンネルの異なる複数のアドホックネットワークにおいて、実施の形態１同様、優先パケットのゲートウェイ到達時間の遅延を低減する効果を得られる。

実施の形態１から４では、無線通信装置の各部が独立した機能ブロックとして無線通信装置を構成している。しかし、上述した実施の形態のような構成でなくてもよく、無線通信装置の構成は任意である。無線通信装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、任意である。これらの機能ブロックを、他のどのような組み合わせ、あるいは任意のブロック構成で、無線通信装置を構成しても構わない。

実施の形態１から４について説明したが、これらの実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ ゲートウェイノード、１０ａ〜１０ｏ，８０，８１ａ〜８５ａ，８１ｂ〜８５ｂ ノード、２４ 機器、２６ アンテナ、８００ 複数の無線通信装置、２０，２０ｘ，２０ｙ，２０ｚ 無線通信装置、４０ 制御パケット、４１ 動作モードフィールド、４２ ノード種別フィールド、５０ トポロジ情報、８２ 通信種別、８３ 装置種別、２２２ 位置情報、２２３ 探索通知、８１１ 第１装置種別、８１２ 第２装置種別、３１，５１，６１，７１ 無線部、３２，５２，６２，７２ 制御部、３３，５３，６３，７３ 判定部、３４，５４，６４，７４ 記憶部、５４１ 電波強度情報、３５，５５，６５，７５ 付加機能部、５６ 位置情報算出部、５７ 電波情報管理部、３４１ 経路情報、６６ 優先制御管理部、７６ チャンネル設定部、５００，５００ｚ 無線通信システム、６１０ 無線通信方法、６２０ 無線通信プログラム、９０９ 処理回路、９１０ プロセッサ、９２０ 記憶装置、９２１ メモリ、９２２ 補助記憶装置、９５１ 無線インタフェース、９５２ 機器インタフェース、Ｓ１０ 判定処理、Ｓ２０ 経路生成処理、Ｓ２１ 通常ノード処理、Ｓ２１１ 中継ノード選択処理、Ｓ２１２ 通常経路生成処理、Ｓ３０ 優先経路生成処理、Ｓ４０，Ｓ４０ｚ 非優先経路生成処理、Ｓ５０，Ｓ５０ｘ ボトルネック選択処理、Ｓ６０ パラメータ設定処理、ＷＴ ウェイト時間。

Claims (9)

1. 通常通信と前記通常通信より優先して行われる優先通信とを行う無線通信システムを構成する複数の無線通信装置であって、前記優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置と前記第１無線通信装置以外の第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置に含まれる無線通信装置において、
   前記通常通信か前記優先通信かを表す通信種別と、前記第１無線通信装置を表す第１装置種別と前記第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信するとともに、前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジを表すトポロジ情報を受信する無線部と、
   前記制御パケットに含まれる前記通信種別に基づいて、前記無線通信装置が前記優先通信を行うか否かを判定し、前記無線通信装置が前記優先通信を行うと判定すると、前記制御パケットに含まれる前記装置種別に基づいて、前記無線通信装置の種別を判定する判定部と、
   前記トポロジ情報と前記判定部により判定された前記無線通信装置の種別とに基づいて、前記無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成する制御部と
   を備えた無線通信装置。
2. 前記制御部は、
   前記判定部により前記装置種別が前記第２装置種別であると判定されると、前記トポロジ情報により表される前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジから前記第１無線通信装置を削除し、前記第１無線通信装置を削除したトポロジを表す非優先トポロジ情報を用いて前記通常通信の通信経路である通常経路を生成する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記制御部は、
   前記判定部により前記装置種別が前記第１装置種別であると判定されると、前記無線部が受信した前記トポロジ情報を用いて前記優先経路を生成する請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記制御部は、
   前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジの頂点に位置する第３無線通信装置を探索する探索通知を受信すると、前記無線通信装置の無線通信範囲内から前記第３無線通信装置を探索し、前記第３無線通信装置のアドレスを含む探索結果を前記探索通知に対する応答として送信し、
   前記無線部は、
   前記装置種別に、前記第１装置種別と、前記第２無線通信装置と前記第３無線通信装置とを表す前記第２装置種別とのいずれかが設定された前記制御パケットを受信する請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 前記無線通信装置は、
   前記無線部により受信した前記制御パケットの電波強度を測定し、前記電波強度を隣接する隣接無線通信装置ごとに電波強度情報として記憶する電波情報管理部と、
   前記電波強度のうち、２つの隣接無線通信装置の電波強度と、２つの隣接無線通信装置のどちらか、または両方から受信した、隣接無線通信装置間の電波強度から、自局含む３つの無線通信装置の相対位置を計算する位置情報算出部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記位置情報に基づき、優先通信する動作モードの無線通信装置から、最も遠い位置にある、優先通信しない動作モードの無線通信装置を、優先通信しない動作モードの無線通信装置からなるネットワークのトポロジの頂点に選択する請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記制御部は、
   前記制御パケットを送信する前に、ウェイト時間をランダムに設定し、
   前記無線通信装置は、
   前記ウェイト時間のランダム範囲を、無線局の動作モード毎に変更する優先制御管理部を備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 前記無線通信装置は、
   前記優先通信と前記通常通信とで通信チャンネルを異なる値に設定するチャンネル設定部を備えた請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
8. 通常通信と前記通常通信より優先して行われる優先通信とを行う無線通信システムを構成する複数の無線通信装置であって、前記優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置と前記第１無線通信装置以外の第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置に含まれる無線通信装置の無線通信方法において、
   無線部が、前記通常通信か前記優先通信かを表す通信種別と、前記第１無線通信装置を表す第１装置種別と前記第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信するとともに、前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジを表すトポロジ情報を受信し、
   判定部が、前記制御パケットに含まれる前記通信種別に基づいて、前記無線通信装置が前記優先通信を行うか否かを判定し、前記無線通信装置が前記優先通信を行うと判定すると、前記制御パケットに含まれる前記装置種別に基づいて、前記無線通信装置の種別を判定し、
   制御部が、前記トポロジ情報と前記判定部により判定された前記無線通信装置の種別とに基づいて、前記無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成する無線通信方法。
9. 通常通信と前記通常通信より優先して行われる優先通信とを行う無線通信システムを構成する複数の無線通信装置であって、前記優先通信の経路である優先経路に配置される無線通信装置である第１無線通信装置と前記第１無線通信装置以外の第２無線通信装置とを含む複数の無線通信装置に含まれる無線通信装置の無線通信プログラムにおいて、
   前記通常通信か前記優先通信かを表す通信種別と、前記第１無線通信装置を表す第１装置種別と前記第２無線通信装置を表す第２装置種別とのいずれかが設定される装置種別とを含む制御パケットを受信する処理と、
   前記複数の無線通信装置により構成されるトポロジを表すトポロジ情報を受信する処理と、
   前記制御パケットに含まれる前記通信種別に基づいて、前記無線通信装置が前記優先通信を行うか否かを判定し、前記無線通信装置が前記優先通信を行うと判定すると、前記制御パケットに含まれる前記装置種別に基づいて、前記無線通信装置の種別を判定する処理と、
   前記トポロジ情報と前記無線通信装置の種別とに基づいて、前記無線通信装置の種別に応じた通信経路を生成する生成処理と
   をコンピュータである前記無線通信装置に実行させる無線通信プログラム。

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