無線通信ポーリングシステム
【課題】子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑え、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を可能とする無線通信システムを提供する。
【解決手段】子ノードは、親ノードまでのルーティングテーブル情報を構築し、ルーティングテーブル情報を自ノード内の記憶部に格納すると共に親ノードにも通知する。子ノードで発生したイベントは、自ノード内のルーティングテーブル情報を元にして親ノードまで送信される。親ノードは、全子ノードからのルーティングテーブル情報を収集することにより、子ノードへポーリングするための通信経路を決定し、子ノードへの個別通信を確立する。
【解決手段】子ノードは、親ノードまでのルーティングテーブル情報を構築し、ルーティングテーブル情報を自ノード内の記憶部に格納すると共に親ノードにも通知する。子ノードで発生したイベントは、自ノード内のルーティングテーブル情報を元にして親ノードまで送信される。親ノードは、全子ノードからのルーティングテーブル情報を収集することにより、子ノードへポーリングするための通信経路を決定し、子ノードへの個別通信を確立する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含む無線通信ポーリングシステムに関し、特に、親ノードに対して直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信ネットワークを応用したユビキタスネットワーク技術やその技術を利用したアプリケーションに関する研究開発が進められている。例えば、総務省の「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会」の最終報告書では、ユビキタスセンサーネットワークの将来利用イメージの一つとして、防災・災害対策分野への利用が提案されている。この防災・災害対策分野への利用では、大地震等が発生した被災地の状況を迅速に把握できるユビキタスネットワークシステム（以下、「防災ネットワークシステム」と呼ぶ）を想定している（非特許文献１）。
【０００３】
上述した「防災ネットワークシステム」の具体例としては、被災地の各種情報（温度、ガス、化学物質、傾斜角、地震波形等）を収集するためのセンサが内蔵された複数の子ノードを被災地に設置し、各々の子ノード及び各子ノードのセンサデータを収集する親ノードが自律的に無線ネットワークを構築するとともに、親ノードが被災地の状況を監視する監視センターに各子ノードのセンサデータを逐次送信するシステムが考えられる。
【０００４】
「防災ネットワークシステム」における子ノードは、電池駆動とするため送信パワーを押さえた短距離無線方式が用いられ、コストダウンと長時間動作を可能にするため小型のマイクロコンピュータと少量のＲＡＭとＲＯＭで構成する必要がある。各子ノードは、測定したセンサデータを親ノードに逐次送信するが、親ノードに直接センサデータを送信できない場合は、他の子ノードを中継ノードにして、かつ、効率の良い中継経路でセンサデータを送信する必要がある。さらには、人命や財産の保護そして被災地の迅速な復旧に係るために、通信の信頼性が要求され、中継ノードが故障しても、他の子ノードは通信を途絶えることなく、迂回の中継経路を利用して、親ノードにセンサデータを送信するいわゆる自律型無線ネットワークを構成する必要がある。
【０００５】
また、特許文献１には、中継経路を家庭内に分散配置されているワイヤレスリモコン群と冷房機や給湯機との通信をする際に、各ワイヤレスリモコンを中継機として利用することにより安定した通信を実現する技術が開示されている。
【０００６】
前述した「防災ネットワークシステム」に利用できる低消費電流化が可能な無線方式としてＺｉｇＢｅｅ（登録商標）がある。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信距離は通常１０ｍ〜７０ｍ程度で、通信速度は２５０ｋｂｐｓである。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、自律型無線ネットワーク方式としてＡＯＤＶ（Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ）と呼ばれる通信プロトコルを採用しており、広範囲のデータ転送を可能にしている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３６７９号公報
【特許文献２】特開２００９−４９７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会」最終報告書，http://www.soumu.go.jp/s-news/2004/pdf/040806#4#b1.pdf
【非特許文献２】ＡＯＤＶ（Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ）：ＲＦＣ３５６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１９は、ＡＯＤＶプロトコルによるルート探索の模式図である。ＡＯＤＶでは送信元ノード（Ｓ）が送信先ノード（Ｄ）までの通信経路を探索する場合、図１９（Ａ）に示すように送信元ノード（Ｓ）は、ＲＲＥＱ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）パケットを隣接ノード（Ａ，Ｃ）に向けてブロードキャスト（これを「フラッティング」と呼ぶ）する。ＲＲＥＱパケットを受信した隣接ノード（Ａ，Ｃ）はさらに、ＲＲＥＱパケットをフラッティングで転送し、以後、送信先ノード（Ｄ）が発見されるまでＲＲＥＱパケットの転送が繰り返される。
【００１０】
図１９（Ｂ）に示すように、送信先ノード（Ｄ）がＲＲＥＱパケットを受信すると、送信元ノード（Ｓ）にＲＲＥＱパケットを返す。このとき、各中継ノードはこの一連のパケットの送受信の中でルーティングテーブルを形成する。そして、以後、中継ノードの稼働状況に変化がなければ各ノードは自ノードのルーティングテーブルを利用して送信元ノード（Ｓ）と送信先ノード（Ｄ）の間でデータパケットの送受信が行われる。ここで、もし、中継ノードの稼働状況が変化し、特定のノードが移動あるいは故障した場合等は、送信元ノード（Ｓ）あるいは中継ノードは、経路探索のためにパケットを再度フラッティングして送信先の経路を探索することになる。しかしながら、この処理は、経路探索には良い手法であるが、あるノードが移動あるいは故障したことを直接的に判断しにくい。
【００１１】
図２０は特許文献１のシステムにおいて実行された経路探索一例を示している。ここで、リモコンＡから冷房機（Ｈ）のノードと通信するためには、「Ａ−Ｂ−Ｇ−Ｈ」，「Ａ−Ｆ−Ｇ−Ｈ」等のルーティングテーブルが必要であり、各ノード毎にルーティングテーブルを備える必要がある。また、そのルーティングテーブル情報のやり取りは、各ノード間でそれぞれ行う必要があり、各ノード間の送受信時間が増加して輻輳が発生する場合がある。
【００１２】
特許文献１のように数十台程度のネットワークでは問題は発生しにくいが、防災ネットワークシステムのように１００〜１０００程度の子ノードを設ける場合では、ネットワークの輻輳が問題となる。また、子ノードから親ノードまでのルーティングテーブルのデータ量でマイクロコンピュータのＲＡＭ領域が占領されてしまう場合があり、測定データの記憶領域が圧迫されるなどの問題があった。このような問題を解決するため、出願人は特許文献２に示すように、子ノードのルーティングテーブルのデータ量を圧縮することのできるシステムを開発した。しかしながら、特許文献２のシステムでは、親ノードが各子ノードのルーティングテーブルを持たないことから、親ノードから子ノードに対して直接ポーリングすることができない。
【００１３】
そこで、本発明では、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能で、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保でき、さらには、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を可能とする無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る無線通信ポーリングシステムは、複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含み、子ノードと親ノードが、直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムにおいて、子ノードは、無線接続可能な範囲にある他の子ノードが親ノードまでの中継を行うものであるか否かを判定し、中継する場合には、少なくとも無線接続可能な範囲の子ノードから親ノードまでの中継回数及び子ノードの識別符号と、無線接続可能な子ノードからの受信レベルと、を含むテーブル情報を記憶するテーブル情報格納メモリと、複数の子ノードを介して接続されるネットワークが構築された後に、少なくともテーブル情報に変更が発生した場合、テーブル情報を親ノードに送信するテーブル情報送信手段と、を有し、親ノードは、各子ノードから送信されたテーブル情報に基づいて子ノードの位置関係を決定する位置決定手段と、子ノードまでの中継回数の最も少ない中継経路を決定して、子ノードにポーリング情報を送信して子ノードの記憶手段に記憶された情報を送信させるポーリング応答手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る無線ポーリングシステムにおいて、中継経路中の子ノードは、その中継先となる他の子ノードからポーリング情報が送信されない場合は、親ノードに中継不能情報を含むポーリング応答を送信し、親ノードは、中継不能となった他の子ノードの識別符号と位置とを記憶し、中継先となる他の子ノードを除いた中継回数の最も少ない中継経路を決定して、中継経路中の子ノードにポーリング情報を送信することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る無線通信ポーリングシステムにおいて、ポーリング情報を送信する親ノードは、中継回数が同じ回数の子ノードが複数ある場合には、より良好な無線通信が確保できる中継経路中の子ノードに対してポーリング情報を送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る無線通信ポーリングシステムを用いることにより、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能で、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保できる無線通信ポーリングシステムを実現することが可能となる。また、本無線通信ポーリングシステムにより、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を容易にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信ポーリングシステムの全体構成を示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る親ノードの構成を示す構成図である。
【図３】本実施形態に係る子ノードの構成を示す構成図である。
【図４】本実施形態に係る無線パケットのフォーマット構成を示すフォーマット図である。
【図５】本実施形態に係る無線パケット種別の構成を示す種別図である。
【図６】本実施形態に係る子ノードの無線通信処理メインルーチンの流れを示すフローチャート図である。
【図７】子ノードの無線通信における次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図８】子ノードの無線通信における次段中継ノード決定サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】子ノードの無線通信における次段中継ノード更新サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】子ノードの無線通信におけるパケット中継送信サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】本実施形態に係るＡグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１２】本実施形態に係るＢグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１３】本実施形態に係るＣグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１４】本実施形態に係るＤグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１５】本実施形態に係る監視センターから子ノードにコマンドを送信する処理の説明図である。
【図１６】本実施形態に係る監視センターから子ノードに別経路によりコマンドを送信する処理の説明図である。
【図１７】本実施形態に係る子ノードの近接ノード決定処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１８】子ノードの無線通信における近接ノード決定サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１９】ＡＯＤＶプロトコルによるルート探索の模式図である。
【図２０】従来システムにおいて実行された経路探索一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２０】
図１は無線通信ポーリングシステム１の全体構成を示している。無線通信ポーリングシステム１には、各種情報を取得する子ノード１００−１〜１００−１５と、各子ノードが取得した情報を収集する親ノード３００と、を備えており、公衆回線網５００を介して監視センター７００に接続されている。ここで、子ノード１００−１〜１００−１５、親ノード３００及び公衆回線網５００を接続する破線は無線回線であり、公衆回線網５００及び監視センター７００を接続する実線は有線回線であっても無線回線であってもよい。子ノード１００間の接続関係は実線の矢印で示し、各ノードはＡグループからＤグループの４区分に便宜上分けて示している。
【００２１】
動作の概要は、図１の無線通信ポーリングシステム１において、各子ノード１００は親ノード３００までの中継回数が最も少ない他の子ノード１００に情報を送信した後、所定時間中継先となる他の子ノードからの情報が送信されているかを傍受する。その中継先となる他の子ノードから情報が送信されていないときは、ルーティングテーブルに基づいて中継先となる子ノードの候補の中から親ノードまでの中継回数が次に少ない他の子ノードに切り替えて情報を送信する。
【００２２】
図２は親ノード３００の構成を示している。親ノード３００は、子ノードと通信するための子ノード用通信部１０と、公衆回線網５００に接続するための外部ネットワーク接続部２４と、を備えている。子ノード用通信部１０は、子ノードと無線通信するために、送受信アンテナ１１と、送信部１２と、受信部１３と、制御部１４と、記憶部１６と、表示部１５と、電源１７と、を有している。子ノード用通信部１０は、例えば、特定小電力無線規格（「ＡＴＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７］、一例として、送受信周波数４２９ＭＨｚ帯、空中線電力１０ｍＷ、通信速度４８００ｂｐｓ、無線エリア半径約１００〜３００ｍ）に準拠し、受信部１３にて検出した電界強度を制御部１４が監視している。また、外部ネットワーク接続部２４を介して、公衆回線に接続可能であり、制御用のパーソナルコンピュータ２６にＵＳＢ回線やＲＳ−２３２Ｃ回線にて接続可能であると共に、通信キャリアと接続する無線通信用の送信部２２，受信部２３，送受信アンテナ２１等を有している。
【００２３】
図３は子ノード１００の構成を示している。子ノード１００は、親ノード用通信部３０と、特定小電力無線規格に準拠し、親ノード又は親ノードと無線通信可能な他の子ノード１００を中継して通信するために、送受信アンテナ３１と、送信部３２と、受信部３３と、制御部３４と、記憶部３６と、表示部３５と、太陽電池５２により充電可能な二次電池３７と、を有している。
【００２４】
また、子ノード１００が配置された場所の様々な情報を取得するため、周辺機器として、ＯＮ／ＯＦＦ信号を検出するスイッチ入力部５０と、温度，ガス，化学物質，水位，傾斜角又は地震波形等を測定するセンサ５１と、Ａ／Ｄ変換部３８と、二次電池３７を充電すると共に、日照により発電をする太陽電池５２と、を有している。また、子ノード１００は、子ノード１００の場所を特定し易くするため、光や音を発する警報器３９（回転等、ライト又はスピーカ等）を有している。なお、太陽電池５２は、二次電池の充電を行うと共に、日照センサとしても機能する。
【００２５】
図１の無線通信ポーリングシステム１における子ノード１００は、センサ情報を定期的に取得し、親ノード３００に向けてイベントシグナルを送信する。イベントシグナルを受信した親ノード３００は、監視センター７００にイベントシグナルを送信することによりセンサ情報を伝達する。例えば、「河川水位監視システム」として無線通信ポーリングシステム１を使用する場合には、子ノード１００に降雨センサと水位計とを接続し、監視センター７００にて河川上流に設置した子ノード１００のイベントシグナルを受信し、水位の上昇に関する注意を促す必要がある場合には、監視センター７００から河川下流に設置した子ノード１００の警報器を作動させる等の利用が可能である。なお、局地的な降雨の場合には、子ノード１００からの水位情報を元に、監視センター７００にて水位の閾値を定め、閾値を越えた地域より下流側の子ノード１００の警報器を作動させる等の処理を行うことも可能となる。
【００２６】
図４は無線パケットのフォーマット構成を示している。無線パケットは、大きく分けてヘッダ部４１と、データ部４２と、誤り検出符号４３で構成されている。ヘッダ部４１は、無線パケットを中継送信するためのルート情報を有する部分であり、データ部４２は測定した温度情報や親ノード３００までの中継回数などのデータを有する無線パケットである。また、誤り検出符号４３は、ヘッダ部４１のシステム識別符号からデータ部４２の終端までのデータを無線送信した際に、電波障害などによりデータに誤りが発生したかどうかを検出するための誤り検出情報である。
【００２７】
図４のヘッダ部４１には、第１番目のビット同期から第１９番目のＮ段目中継ノード識別子までの情報を含んでいる。最初に、第１番目のビット同期は受信側で送信側のビットタイミング同期を取るための４１ビット信号「０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０」であり、第２番目のフレーム同期は受信側で無線パケットフォーマット位置を認識するための３１ビット信号「１１１００１００，０１０１０１１１，１０１１０１００，１１０００００」である。
【００２８】
第３番目のシステム識別子は無線パケットの送受信を行う親ノード３００、子ノード１００（図１の１００−１〜１００−１５）を特定するための識別子であり、子ノードは、自ノードに予め設定されている識別子と異なるシステム識別子の無線パケットの電文（第８番目の電文種別）を受信しても、その電文は処理しない。
【００２９】
第４番目の中継先識別子は、無線パケットを受信すべき親ノード３００又は子ノード１００の識別子を表し、中継先識別子の８ビットがオールビットオン（ＦＦＨ：ブロードキャスト）であれば、どのノードでも受信すべき無線パケットとなる。
【００３０】
第５番目の中継元識別子は無線パケットを実際に送信した親ノード３００，子ノード１００の識別子を表している。第８番目の送信先識別子は無線パケットを最終的に受信すべき最終端の親ノード３００、又は子ノード１００の識別子を表し、第４番目の中継先識別子がブロードキャストとなった場合には、第１３番目から第１９番目の通信経路４５は付加しない。
【００３１】
第６番目の連送カウンタは、子ノード１００が低消費電流化を図るために間欠受信動作している場合に利用するカウンタである。例えば、子ノード１００が低消費電流化を図るために間欠受信周期５秒で動作しているケースを例にして述べる。子ノード１００は５秒周期で受信部を起動し、また、制御部を低消費電流モードから通常モードに移行させた後、キャリアセンスにより受信部からのキャリアセンス信号を監視して受信できる無線パケットがあるかを判定する。もし、受信できる無線パケットが無ければ受信部を停止させ、制御部を低消費電流モードに戻す。また、キャリアセンスにより受信できる無線パケットがあると判断したならば、無線パケットの受信を開始する。このとき、無線パケットの連続送信終了を連送カウンタがゼロになることで判断することになる。なお、無線パケットを送信する親ノード３００や他の子ノード１００は、間欠受信周期よりも長い周期、無線パケットを繰り返し連続送信する必要がある。このとき、連送カウンタには残りの送信回数が入る。
【００３２】
第７番目の生存カウンタは、万が一、無線ネットワーク上でパケット間をループしてしまった場合に、そのようなパケットを消滅させるためのカウンタである。生存カウンタを用いることにより、例えば、子ノード１００がイベント通知パケットを送信する際に生存カウンタがゼロになったならば中継回数が多いと判断して無線パケットの中継を行わないようにすることができる。
【００３３】
第８番目の送信先識別子は無線パケットを最終的に受信すべき最終端の親ノード、又は子ノード１００の識別子を表し、第９番目の送信元識別子は無線パケットを送信する発端となった親ノード３００、又は子ノード１００の識別子を表す。第１０番目の電文種別４４は、無線パケットの電文がどのような内容であるかを示すものであり、７ビットのコマンド番号と１ビットのレスポンスビットで構成されている。
【００３４】
第１１番目のデータ長はデータ部４２のバイト数を表し、データ部４２の長さはコマンド毎、レスポンス毎に変化する。第１２番目の通信経路情報４６は、送信元から送信先に無線パケットを中継送信する場合に利用される情報であり、７ビットの中継段数と１ビットのモードビットで構成されている。モードビットがオン（１）の場合には、通信経路指定モードとなり、通信経路４５が付加される。通信経路４５には、１段目中継ノードの識別子、２段目中継ノードの識別子、・・・Ｎ段目の中継ノードの識別子が順に格納され、子ノード１００は、この通信経路情報４６と通信経路４５を利用して無線パケットを送信する。
【００３５】
図４の通信経路情報４６は、送信元から送信先にパケットを中継送信する場合に利用される情報であり、１ビットのモードビットと、７ビットの中継回数で構成されている。モードビットがオフ（０）の場合は、通信経路未指定モードとなり通信経路４５は無い。また、モードビットがオン（１）の場合には、通信経路指定モードとなる。中継経路が付加され親ノード３００から子ノード１００にパケットを送信する際には、通信経路情報４６はどの子ノード１００を中継するかを表し、子ノードから親ノードに無線パケットを送信する場合には、通信経路情報４６に中断した子ノードを記録する。
【００３６】
図５は無線パケット種別の構成を示し、左からレスポンスビット、コマンド番号、電文内容、データ部４２及び送信元である。ここで、親ノード３００が子ノード１００に送信するコマンドの無線電文を「呼び出し無線電文」と呼び、親ノード３００からの「呼び出し無線電文」に対して子ノードが返す応答を「応答無線電文」と呼ぶ。具体的には、レスポンスビットがオフ（０）の場合には「呼び出し無線電文」となり、コマンド番号は「２」，電文内容は「データ要求」，データ部は「なし」，送信元は「親ノード」となる。レスポンスビットがオン（１）の場合には、「応答無線電文」、つまり、コマンドを受信した子ノードがコマンドを送信した親ノードにその結果を返すための電文となり、コマンド番号は「２」，電文内容は「データ応答」，データ部は「センサデータ」，送信元は「子ノード」になる。以上、上述した内容が無線通信ポーリングシステムの概要及びデータ構造である。
【００３７】
監視センター（親ノード）が各子ノードまでの通信経路を決定するまでの処理の概要を図１と図１１〜１４を用いて説明する。図１１〜１４は、図１の無線通信ポーリングシステム１における親ノード３００から各子ノード１００までの通信経路を決定するためのルーティング情報を示している。なお、親ノード３００と子ノード（１００−１〜１５）の接続経路は、親ノード３００に近い子ノード１００から親ノード３００までの接続及び中継回数により決まり、親ノードからの距離を表すことから、便宜上ＡグループからＤグループまでの４グループにおけるルーティング情報に分けて説明する。
【００３８】
例えば、図１の子ノード１００−１（Ａグループ）は、電源がＯＮになると、最初にブロードキャストとなる無線パケットを送出して、無線通信可能な親ノード３００又は子ノード１００の識別符号と受信レベルを検出する。次に、親ノード３００と自ノードの間で中継される回数を無線パケットを用いて検出した後、親ノード３００と通信する際に必要となる送信先の識別符号を決定する。以後、決定した識別符号を送信先として無線パケットを送出することになる。
【００３９】
図６は子ノード１００の無線通信処理メインルーチンの流れを示している。例えば、図１の子ノード１００−１（Ａグループ）では、電源が投入されると、ステップＳ１０において、ブロードキャストとなる無線パケットを送出して通信可能な子ノード及び中継回数を取得するための次段中継ノード探索パケット送信を行う。ステップＳ１０が実行されると、子ノード１００−１は、図１１に示すような通信可能な親ノード３００及び子ノード１００−２，６，３，５の識別符号と、親ノード３００までの中継回数と、無線パケットの受信レベルと、を取得して自ノードのルーティングテーブルに記憶する。図６のステップＳ１２において、取得したルーティング情報から次段中継ノードを中継回数が最も少ない無線通信先を決定することになる。子ノード１００−１は、中継回数が「０」で親ノード３００と無線通信できることから無線通信先は親ノード３００となる。なお、Ａグループの子ノード１００−１，２は親ノードに最も近いため中継ノードとなる子ノードを中継することなく、直接親ノード３００と無線通信が可能である。
【００４０】
図１のＢグループの子ノード１００−３は、図１２のルーティングテーブルに示すように、無線通信可能なノードは子ノード１００−１，５，８となり、親ノード３００に接続するため、子ノード１００−１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−５と子ノード１００−１とを中継して親ノード３００へ接続する経路と、を有する。この場合、中継回数が１回となる子ノード１００−１を無線通信先とする。
【００４１】
また、図１のＣグループの子ノード１００−８は、図１３のルーティングテーブルに示すように、無線通信可能なノードは子ノード１００−３，５，９となり、親ノード３００に接続するためには、子ノード１００−３，１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−５，１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−９，５，１，を中継して親ノード３００へ接続する経路と、を有する。この場合、中継回数が２回となる子ノード１００−３，５の２経路があるが、受信レベルが大きい子ノード１００−３を無線通信先とする。また、図１４に示すＤグループの子ノード１００−１４も同様にして無線通信先を決定することになり、図６のステップＳ１２において、全ての子ノード１００−１〜１５の無線通信先が決まる。
【００４２】
図６のステップＳ１４において、各子ノード１００は、他の子ノード１００あるいは親ノード３００からの無線パケットを受信できたかを確認し、受信した無線パケットに従った処理を行うことになる。また、受信した無線パケットが「次段中継ノード探査パケット」である場合には、ステップＳ１８の次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンを実行する。また、ステップＳ２０において、「次段中継決定パケット」である場合には、ステップＳ２２の次段中継ノード更新サブルーチンを実行する。また、ステップＳ２４において、中継すべき「中継パケット」である場合には、ステップＳ２６において、パケット中継送信サブルーチンを実行する。さらに、自ノード内で測定した情報を送信する必要がある場合には、イベントを発生させ、ステップＳ２８において、イベントの内容に応じてステップＳ３０において、「イベント通知パケット」を親ノード３００へ送信し、処理を繰り返す。
【００４３】
図７は子ノード１００の無線通信における次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンの処理の流れを示している。「次段中継ノード探索パケット」を受信した親ノード３００と子ノード１００は、自ノードの次段中継ノード候補が決定済みであり、自ノードから親ノードまでの最小中継回数を記憶済みであれば、「次段中継ノード応答パケット」を、次段中継ノード探査パケットを送信した子ノード１００に向けて返信しなければならない。このとき、「次段中継ノード応答パケット」を送信する際に、各子ノード１００又は親ノード３００が一斉に無線パケットを送信することによって発生する混信を避ける必要がある。このことから、図７のステップＳ４０では、タイムスロット番号による送受信タイミングの制御を行うために、タイムスロットカウンタを起動する。ステップＳ４２では、自ノードが次段中継ノードの応答パケットを送信するタイミングを次回送信タイムスロット番号として算出する。ステップＳ４４において、算出した次回送信タイムスロット番号が予め決められたタイムスロット最大値よりも大きい場合には、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間を経過したことになるので、処理を中断してメインルーチンに戻る。
【００４４】
次段中継ノード応答パケット受信待ち時間内で次回送信タイムスロット番号のタイミングで次段中継ノード応答パケットを送信できる場合には、ステップＳ４６において、タイムスロットカウンタと次回送信タイムスロット番号が一致するまで送信待ちをした後、ステップＳ４８において、次段中継ノード応答パケット送信を行う。このような処理により、各子ノード１００の次段中継ノード応答パケット送信タイミングが分散され、仮に、同一タイミングで送信したとしても、無線パケットを時間を空けて複数回送信するので、次段中継ノード探索パケット送信した子ノード１００が次段中継ノード応答パケットを受信できる確率は極めて高くなる。
【００４５】
図８は子ノードの無線通信における次段中継ノード決定サブルーチンの処理の流れを示している。次段中継ノード決定するため、子ノード１００は、次段中継ノード探索パケット送信サブルーチンを実行した後、本サブルーチンを実行する。なお、無線ネットワーク上での長い迂回ルートは無線パケットの輻輳が発生するおそれがあるので、本サブルーチンでは、自ノードより中継回数が大きいノード（親ノード方向とは逆方向ルート）にパケットを中継することを避けている。
【００４６】
次に、図８のステップＳ５０において、子ノード１００又は親ノード３００から「次段中継ノード応答パケット」を受信したかを判断し、受信した場合には、ステップＳ５２において、次段中継ノード候補と今回受信した次段中継ノード応答パケットの中継候補を比較し、今回受信した無線パケットの中継回数と受信レベルとにより候補にすべきと判断した場合にはステップＳ５６にて次段中継ノード候補にしてステップＳ５０に戻る。また、ステップＳ５４にて、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間が経過した場合には、次段中継ノード候補が決定したことになる。このように、中継ノードが決定すると、自ノードで決定した中継ノードを他の子ノードに通知するために、ステップＳ５８において、「次段中継ノード決定パケット」を送信する。
【００４７】
図９は子ノードの無線通信における次段中継ノード更新サブルーチンの処理の流れを示している。図６のステップＳ２０において、「次段中継決定パケット」を受信した場合には、図９の次段中継ノード更新サブルーチンを実行する。次段中継決定パケットを受信した他の子ノード１００は、ステップＳ６０において、受信無線パケットの中継回数と無線パケットの受信時の受信レベルを利用して、自ノード次段中継ノード候補よりも良い条件であるかを判定する。もし、良い条件であれば、ステップＳ６２において、次段中継ノード決定パケットの送信元ノードを次段中継ノード候補にする。そして、ステップＳ６４において、今回受信した無線パケットを第１優先レベルであると判断した場合には、ステップＳ６６において、「次段中継ノードパケット」を送信する。なお、この次段中継ノード決定パケットを受信したその他の子ノード１００も次段中継ノード更新処理を実行することになる。
【００４８】
図１０は他の子ノード１００から測定結果などのイベント通知パケットを受信して、当該パケットを中継送信するパケット中継送信サブルーチンの処理の流れを示している。次段中継ノードに対してイベント通知パケットを中継送信する場合は、処理を開始するのに先立って、イベント通知パケットが正常に中継されない場合に対応するため、再度イベント通知パケットを送信するためのリトライカウンタ（例えば３回）をステップＳ７０においてセットする。
【００４９】
図１０のステップＳ７４〜Ｓ８２において、次段中継ノード候補の内の一つにイベント通知パケットを送信する。リトライカウンタが「０」の時は、優先レベルの高い次段中継ノードに無線パケットを送信し、リトライカウンタが「１」のときは第２優先レベルの次段中継ノードへ送信し、リトライカウンタが「２」の時は第３優先レベルの次段中継ノードを送信する。もし、次段中継ノード候補が１個のみの場合には、常に、第１優先レベルの次段中継ノードに無線パケットを送信すればよい。なお、受信したイベント通知パケットの中継元識別子、送信元識別子が次段中継ノードである場合には、当該次段中継ノード候補には送信せずに、他の候補を割り当てることにより、候補が短時間に変化するピンポン現象を防止する。
【００５０】
通常は、次段中継ノードが送信したイベント通知パケットを正常に受信できるので、一定時間内で受信できた場合には、正常と判断する。もし、ステップＳ７６において、一定時間内に受信できない場合には、ステップＳ７８において、リトライ回数を減算し、ステップＳ８２にてリトライ回数がゼロでなければ再度ステップＳ７２からの処理を繰り返す。正常に受信できた場合には、ステップＳ８４において、次段中継ノード探索パケット送信を行い、ステップＳ８６において、次段中継ノード決定を実行する。
【００５１】
次に、各子ノードが自ノードのルーティングテーブル情報を親ノードに通知する処理を述べる。各子ノードは、自ノードのルーティングテーブル情報が決定した場合、自ノードのルーティングテーブル情報を格納した無線パケットを親ノードにイベント通知する。このイベント通知を受信した親ノードは、無線パケットから当該子ノードのルーティングテーブル情報を取得する。これにより、親ノードは、全子ノードのルーティングテーブル情報を持つことになり、各子ノードへポーリングするときの経路を決定できる。なお、各子ノードがルーティングテーブル情報を親ノードに送信するのは、ルーティングテーブル情報に変更があったとき、及び、定期的に送信する。ただし、定期的に送信する場合は、輻輳が懸念されるため、ルーティングテーブル情報に変更があった時のみ実施する方法でもよい。
【００５２】
以上、上述した処理を実行することで、図１の無線通信ポーリングシステム１における実線の矢印のようなルーティング経路が決定され、各子ノード１００−１〜１５がルーティング情報を記憶する共に、各子ノード１００で測定された情報がイベント通知パケットとして親ノード３００及び監視センター７００へ送信される。また、親ノード３００及び監視センター７００が各子ノード１００のルーティングテーブルの情報を持つことにより、子ノード１００へのポーリングが可能となるだけでなく、各子ノード１００の位置関係を把握することも可能となる。
【００５３】
図１５は通信経路指定モードによる無線パケットの送信例を示し、監視センター７００から子ノード１００にコマンドを送信する処理を示している。最初に、監視センター７００は、図１４のルーティングテーブルから子ノード１００−１５への経路を探索する。これは、子ノード１００−１５から親ノードへの経路を探索すればよい。よって、親ノード３００，子ノード１００−２，子ノード１００−７，子ノード１００−１２，子ノード１００−１５という経路が決定する。次に、監視センター７００は、親ノード３００にコマンドを送信する。このとき監視センター７００が親ノード３００に送信するコマンドの電文フォーマットは、図４のヘッダ部４１におけるシステム識別子以降である。
【００５４】
監視センター７００からのコマンドを受信した親ノード３００は、子ノード１００−２にコマンドの無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−２の識別子、（２）中継元識別子を親ノード３００の識別子、（３）送信先識別子を子ノード１００−１５の識別子、（４）送信元識別子を親ノード３００の識別子、（５）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＮ」、（６）中継段数を「３」、（７）通信経路４５の一段目中継ノード識別子を子ノード１００−２の識別子、（８）二段目中継ノード識別子を子ノード１００−７の識別子、（９）三段目中継ノードの識別子を子ノード１００−１２の識別子、として無線パケットを送信する。
【００５５】
無線パケットを受信した子ノード１００−２は、中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子が子ノード１００−１５の識別子であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−２は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを、通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から探索する。具体的には、通信経路４５の一段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−２）なので、二段目中継ノード識別子である子ノード１００−７に中継すべきであると判断する。
【００５６】
子ノード１００−２は、子ノード１００−７に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−７の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線パケットの内容をそのまま送信する。
【００５７】
無線パケットを受信した子ノード１００−７は、中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子が子ノード１００−１５の識別子であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−７は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から探索する。具体的には、通信経路４５の二段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−７）なので、三段目中継ノード識別子である子ノード１００−１２に中継すべきであると判断する。
【００５８】
子ノード１００−７は、子ノード１００−１２に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−１２の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線電文内容をそのまま送信する。
【００５９】
無線パケットを受信した子ノード１００−１２は、（１）中継先識別子が自ノードの識別子、（２）送信先識別子が子ノード１００−１５であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−１２は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを、通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から検索する。具体的には、通信経路４５の三段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−１２）であり、中継段数も３であるから、自ノードが終端の中継ノードであることがわかるので、送信先識別子で指定されている子ノード１００−１５へ送信すべき無線パケットであると判断する。
【００６０】
子ノード１００−１２は、子ノード１００−１５に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−１５の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線パケットの内容をそのまま送信する。
【００６１】
無線パケットを受信した子ノード１００−１５は、（１）中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子も自ノードの識別子であるので、自ノードが最終的に受信すべき無線電文であると認識する。そして、子ノード１００−１５は、当該コマンドに関する処理を行った後に、送信元である親ノード３００にレスポンスの無線パケットを送信する。
【００６２】
子ノード１００−１５は、レスポンスの無線パケットを送信する際、まず、コマンドの無線パケットの通信経路情報４６が通信経路指定モードであったので、コマンドの無線パケットの通信経路情報４６の中継段数と、通信経路４５を利用してレスポンス電文の経路を得る。具体的には、コマンドの無線パケットの通信経路４５の中継ノード識別子を逆順にすると、（１）一段目中継ノードは子ノード１００−１２，（２）二段目中継ノードは子ノード１００−７，（３）三段目中継ノードは１００−２となり、これがレスポンスの無線パケットの通信経路４５となる。
【００６３】
子ノード１００−１５は、（１）レスポンスの無線電文のヘッダ４１の中継先識別子を子ノード１００−１２、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、送信先識別子を親ノードの識別子、（３）送信元識別子を自ノードの識別子とし、（４）電文種別４４のレスポンスビットをＯＮ、（５）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＮ」（通信経路指定モード）、（６）中継段数を「３」、（７）一段目中継ノード識別子を子ノード１００−１２の識別子、（８）二段目中継ノード識別子を子ノード１００−７の識別子、（９）三段目中継ノード識別子を子ノード１００−２の識別子として、子ノード１００−１２に無線パケットを送信する。そして、これ以降は、これまでに説明した手順により、レスポンスの無線パケットが親ノード３００まで送信されることになる。
【００６４】
図１６は監視センターから子ノードに別経路によりコマンドを送信する処理を示している。具体的には、親ノード３００から子ノード１００−１５への無線パケット送信において、子ノード１００−７が中継不能になった場合の処理である。まず、子ノード１００−２は、無線パケットを子ノード１００−７へ送信した後、一定時間、子ノード１００−７の無線パケットを傍受することで、送信した無線パケットを子ノード１００−７が受信したかを確認する。
【００６５】
子ノード１００−２は、無線パケットを送信した後、一定時間経過しても子ノード１００−７の無線パケットを傍受できない場合は、再度、無線パケットを子ノード１００−７に送信して一定時間、無線パケットを傍受する。この処理を指定回数（例えば、３回）繰り返す。指定回数が終了しても子ノード１００−７の無線パケットを受信できない場合は、中継不能と判断し、子ノード１００−７が異常である旨を親ノード３００に送信する。
【００６６】
このとき、子ノード１００−２は、（１）中継先識別子を親ノード３００の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子を親ノード３００の識別子、（４）送信元識別子を自ノード識別子、（５）電文種別４４のレスポンスビットを「ＯＦＦ」、（６）コマンド番号を「１４」，（７）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＦＦ」、（８）中継段数を「０」とし、（９）データ部４２に中継不能である子ノード１００−７の識別子を格納して、親ノード３００に無線パケットを送信する。
【００６７】
無線パケットを受信した親ノード３００は、データ部４２から子ノード１００−７が中継不能であることを知り、中継不能な子ノード１００−７を除いた中継回数の少ない経路を図１２の子ノード１００−４と、図１３の子ノード１００−１２から探索して、親ノード３００，子ノード１００−２，子ノード１００−４，子ノード１００−１５という経路を決定する。以後、この経路を利用して子ノード１００−１５に無線パケットを送信する。
【００６８】
図１７は子ノードを固定ノードと移動ノードに分け、移動ノードの位置を監視するため、移動ノードが自ノードの位置を親ノードに通知する処理の流れを示している。予め配置された固定ノードで構築された無線通信ポーリングシステムにおいて、移動ノードがどの固定ノードの近傍に位置しているかの情報を親ノードが収集することで、移動ノードの位置を監視する。なお、本実施形態は、予め、固定ノードと親ノードとの間で通信経路を構築しておき、その通信経路上に移動ノードが入り込むことにより、移動ノードの位置を探索するものである。移動ノードは、例えば、周期タイミングや押しボタン押下げなどの自ノードの事象が発生した場合、ステップＳ９０にてその事象を検出し、ステップＳ９２において次段中継に利用する固定ノードと固定ノードの近傍に位置している移動ノードを探索するために、次段中継ノード探索パケットを送信する。固定ノードは移動ノードからの次段中継ノード探索パケットを受信すると、次段中継ノード応答パケット送信により次段中継ノード応答パケットを受信する。さらに、移動ノードは、ステップＳ９４の近傍ノード決定により固定ノードである次段中継ノード候補と他の固定ノードである近傍ノードを決定して、ステップＳ９６において、イベント通知パケット送信により、これらの情報が親ノードに送信される。
【００６９】
図１８は、移動ノードで実行される近傍ノード決定サブルーチンである。移動ノードがステップＳ１００において、次段中継ノード応答パケットを受信すると、ステップＳ１０２を実行し、近傍の固定ノードが次段中継ノード候補になれるかどうかを中継回数と、受信強度レベルから判断して、ステップＳ１０２において、次段中継ノード応答パケットの送信元ノードを次段中継ノード候補とする。ステップＳ１０８において、この候補の中から、受信電界強度レベルが最大のものを取り出し、近接ノードを決定する。さらに、ステップＳ１０４において、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間が経過した場合には、近接ノードが確定する。このような処理により、移動ノードの位置把握が容易に実現することが可能である。
【００７０】
以上、上述したように、本実施形態に係る無線通信ポーリングシステムを用いることにより、三つの利点がある。第１の利点は、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能であるという利点である。また、第２の利点は、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保できる無線通信ポーリングシステムを実現することが可能となるという利点である。さらに、第３の利点は、無線通信ポーリングシステムにより、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を容易にするという利点である。
【００７１】
なお、親ノードと子ノードとを接続する処理において、中継回数が同じ中継ノードがある場合には、受信レベルの高い中継ノードを選択したが、これに限定するものではなく、各経路におけるトータルの受信電界強度又は伝送エラー率を利用し、無線電波の良好な経路を選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る無線通信ポーリングシステムは、特定省電力無線を用いることにより、容易に無線ネットワークを構築すると共に、例えば、「河川水位監視システム」等のようなシステムを低コストで構築可能であり、産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００７３】
１ 無線通信ポーリングシステム、１０ 子ノード用通信部、１１，２１，３１ 送受信アンテナ、１２，２２，３２ 送信部、１３，２３，３３ 受信部、１４，３４ 制御部、１５，３５ 表示部、１６，３６ 記憶部、１７ 電源、２４ 外部ネットワーク接続部、２６ パーソナルコンピュータ、３０ 親ノード用通信部、３７ 二次電池、３８ Ａ／Ｄ変換部、３９ 警報器、４１ ヘッダ部、４２ データ部、４３ 誤り検出符号、４４ 電文種別、４６ 通信経路情報、５０ スイッチ入力部、５１ センサ、５２ 太陽電池、５００ 公衆回線網、７００ 監視センター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含む無線通信ポーリングシステムに関し、特に、親ノードに対して直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信ネットワークを応用したユビキタスネットワーク技術やその技術を利用したアプリケーションに関する研究開発が進められている。例えば、総務省の「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会」の最終報告書では、ユビキタスセンサーネットワークの将来利用イメージの一つとして、防災・災害対策分野への利用が提案されている。この防災・災害対策分野への利用では、大地震等が発生した被災地の状況を迅速に把握できるユビキタスネットワークシステム（以下、「防災ネットワークシステム」と呼ぶ）を想定している（非特許文献１）。
【０００３】
上述した「防災ネットワークシステム」の具体例としては、被災地の各種情報（温度、ガス、化学物質、傾斜角、地震波形等）を収集するためのセンサが内蔵された複数の子ノードを被災地に設置し、各々の子ノード及び各子ノードのセンサデータを収集する親ノードが自律的に無線ネットワークを構築するとともに、親ノードが被災地の状況を監視する監視センターに各子ノードのセンサデータを逐次送信するシステムが考えられる。
【０００４】
「防災ネットワークシステム」における子ノードは、電池駆動とするため送信パワーを押さえた短距離無線方式が用いられ、コストダウンと長時間動作を可能にするため小型のマイクロコンピュータと少量のＲＡＭとＲＯＭで構成する必要がある。各子ノードは、測定したセンサデータを親ノードに逐次送信するが、親ノードに直接センサデータを送信できない場合は、他の子ノードを中継ノードにして、かつ、効率の良い中継経路でセンサデータを送信する必要がある。さらには、人命や財産の保護そして被災地の迅速な復旧に係るために、通信の信頼性が要求され、中継ノードが故障しても、他の子ノードは通信を途絶えることなく、迂回の中継経路を利用して、親ノードにセンサデータを送信するいわゆる自律型無線ネットワークを構成する必要がある。
【０００５】
また、特許文献１には、中継経路を家庭内に分散配置されているワイヤレスリモコン群と冷房機や給湯機との通信をする際に、各ワイヤレスリモコンを中継機として利用することにより安定した通信を実現する技術が開示されている。
【０００６】
前述した「防災ネットワークシステム」に利用できる低消費電流化が可能な無線方式としてＺｉｇＢｅｅ（登録商標）がある。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の通信距離は通常１０ｍ〜７０ｍ程度で、通信速度は２５０ｋｂｐｓである。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、自律型無線ネットワーク方式としてＡＯＤＶ（Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ）と呼ばれる通信プロトコルを採用しており、広範囲のデータ転送を可能にしている（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３６７９号公報
【特許文献２】特開２００９−４９７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会」最終報告書，http://www.soumu.go.jp/s-news/2004/pdf/040806#4#b1.pdf
【非特許文献２】ＡＯＤＶ（Ａｄ−ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｏｕｔｉｎｇ）：ＲＦＣ３５６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１９は、ＡＯＤＶプロトコルによるルート探索の模式図である。ＡＯＤＶでは送信元ノード（Ｓ）が送信先ノード（Ｄ）までの通信経路を探索する場合、図１９（Ａ）に示すように送信元ノード（Ｓ）は、ＲＲＥＱ（Ｒｏｕｔｅ Ｒｅｑｕｅｓｔ）パケットを隣接ノード（Ａ，Ｃ）に向けてブロードキャスト（これを「フラッティング」と呼ぶ）する。ＲＲＥＱパケットを受信した隣接ノード（Ａ，Ｃ）はさらに、ＲＲＥＱパケットをフラッティングで転送し、以後、送信先ノード（Ｄ）が発見されるまでＲＲＥＱパケットの転送が繰り返される。
【００１０】
図１９（Ｂ）に示すように、送信先ノード（Ｄ）がＲＲＥＱパケットを受信すると、送信元ノード（Ｓ）にＲＲＥＱパケットを返す。このとき、各中継ノードはこの一連のパケットの送受信の中でルーティングテーブルを形成する。そして、以後、中継ノードの稼働状況に変化がなければ各ノードは自ノードのルーティングテーブルを利用して送信元ノード（Ｓ）と送信先ノード（Ｄ）の間でデータパケットの送受信が行われる。ここで、もし、中継ノードの稼働状況が変化し、特定のノードが移動あるいは故障した場合等は、送信元ノード（Ｓ）あるいは中継ノードは、経路探索のためにパケットを再度フラッティングして送信先の経路を探索することになる。しかしながら、この処理は、経路探索には良い手法であるが、あるノードが移動あるいは故障したことを直接的に判断しにくい。
【００１１】
図２０は特許文献１のシステムにおいて実行された経路探索一例を示している。ここで、リモコンＡから冷房機（Ｈ）のノードと通信するためには、「Ａ−Ｂ−Ｇ−Ｈ」，「Ａ−Ｆ−Ｇ−Ｈ」等のルーティングテーブルが必要であり、各ノード毎にルーティングテーブルを備える必要がある。また、そのルーティングテーブル情報のやり取りは、各ノード間でそれぞれ行う必要があり、各ノード間の送受信時間が増加して輻輳が発生する場合がある。
【００１２】
特許文献１のように数十台程度のネットワークでは問題は発生しにくいが、防災ネットワークシステムのように１００〜１０００程度の子ノードを設ける場合では、ネットワークの輻輳が問題となる。また、子ノードから親ノードまでのルーティングテーブルのデータ量でマイクロコンピュータのＲＡＭ領域が占領されてしまう場合があり、測定データの記憶領域が圧迫されるなどの問題があった。このような問題を解決するため、出願人は特許文献２に示すように、子ノードのルーティングテーブルのデータ量を圧縮することのできるシステムを開発した。しかしながら、特許文献２のシステムでは、親ノードが各子ノードのルーティングテーブルを持たないことから、親ノードから子ノードに対して直接ポーリングすることができない。
【００１３】
そこで、本発明では、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能で、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保でき、さらには、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を可能とする無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る無線通信ポーリングシステムは、複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含み、子ノードと親ノードが、直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムにおいて、子ノードは、無線接続可能な範囲にある他の子ノードが親ノードまでの中継を行うものであるか否かを判定し、中継する場合には、少なくとも無線接続可能な範囲の子ノードから親ノードまでの中継回数及び子ノードの識別符号と、無線接続可能な子ノードからの受信レベルと、を含むテーブル情報を記憶するテーブル情報格納メモリと、複数の子ノードを介して接続されるネットワークが構築された後に、少なくともテーブル情報に変更が発生した場合、テーブル情報を親ノードに送信するテーブル情報送信手段と、を有し、親ノードは、各子ノードから送信されたテーブル情報に基づいて子ノードの位置関係を決定する位置決定手段と、子ノードまでの中継回数の最も少ない中継経路を決定して、子ノードにポーリング情報を送信して子ノードの記憶手段に記憶された情報を送信させるポーリング応答手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る無線ポーリングシステムにおいて、中継経路中の子ノードは、その中継先となる他の子ノードからポーリング情報が送信されない場合は、親ノードに中継不能情報を含むポーリング応答を送信し、親ノードは、中継不能となった他の子ノードの識別符号と位置とを記憶し、中継先となる他の子ノードを除いた中継回数の最も少ない中継経路を決定して、中継経路中の子ノードにポーリング情報を送信することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る無線通信ポーリングシステムにおいて、ポーリング情報を送信する親ノードは、中継回数が同じ回数の子ノードが複数ある場合には、より良好な無線通信が確保できる中継経路中の子ノードに対してポーリング情報を送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る無線通信ポーリングシステムを用いることにより、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能で、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保できる無線通信ポーリングシステムを実現することが可能となる。また、本無線通信ポーリングシステムにより、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を容易にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信ポーリングシステムの全体構成を示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る親ノードの構成を示す構成図である。
【図３】本実施形態に係る子ノードの構成を示す構成図である。
【図４】本実施形態に係る無線パケットのフォーマット構成を示すフォーマット図である。
【図５】本実施形態に係る無線パケット種別の構成を示す種別図である。
【図６】本実施形態に係る子ノードの無線通信処理メインルーチンの流れを示すフローチャート図である。
【図７】子ノードの無線通信における次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図８】子ノードの無線通信における次段中継ノード決定サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図９】子ノードの無線通信における次段中継ノード更新サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１０】子ノードの無線通信におけるパケット中継送信サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】本実施形態に係るＡグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１２】本実施形態に係るＢグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１３】本実施形態に係るＣグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１４】本実施形態に係るＤグループにより子ノードに記憶されたルーティングテーブルを示すテーブル図である。
【図１５】本実施形態に係る監視センターから子ノードにコマンドを送信する処理の説明図である。
【図１６】本実施形態に係る監視センターから子ノードに別経路によりコマンドを送信する処理の説明図である。
【図１７】本実施形態に係る子ノードの近接ノード決定処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１８】子ノードの無線通信における近接ノード決定サブルーチンの処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１９】ＡＯＤＶプロトコルによるルート探索の模式図である。
【図２０】従来システムにおいて実行された経路探索一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２０】
図１は無線通信ポーリングシステム１の全体構成を示している。無線通信ポーリングシステム１には、各種情報を取得する子ノード１００−１〜１００−１５と、各子ノードが取得した情報を収集する親ノード３００と、を備えており、公衆回線網５００を介して監視センター７００に接続されている。ここで、子ノード１００−１〜１００−１５、親ノード３００及び公衆回線網５００を接続する破線は無線回線であり、公衆回線網５００及び監視センター７００を接続する実線は有線回線であっても無線回線であってもよい。子ノード１００間の接続関係は実線の矢印で示し、各ノードはＡグループからＤグループの４区分に便宜上分けて示している。
【００２１】
動作の概要は、図１の無線通信ポーリングシステム１において、各子ノード１００は親ノード３００までの中継回数が最も少ない他の子ノード１００に情報を送信した後、所定時間中継先となる他の子ノードからの情報が送信されているかを傍受する。その中継先となる他の子ノードから情報が送信されていないときは、ルーティングテーブルに基づいて中継先となる子ノードの候補の中から親ノードまでの中継回数が次に少ない他の子ノードに切り替えて情報を送信する。
【００２２】
図２は親ノード３００の構成を示している。親ノード３００は、子ノードと通信するための子ノード用通信部１０と、公衆回線網５００に接続するための外部ネットワーク接続部２４と、を備えている。子ノード用通信部１０は、子ノードと無線通信するために、送受信アンテナ１１と、送信部１２と、受信部１３と、制御部１４と、記憶部１６と、表示部１５と、電源１７と、を有している。子ノード用通信部１０は、例えば、特定小電力無線規格（「ＡＴＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７］、一例として、送受信周波数４２９ＭＨｚ帯、空中線電力１０ｍＷ、通信速度４８００ｂｐｓ、無線エリア半径約１００〜３００ｍ）に準拠し、受信部１３にて検出した電界強度を制御部１４が監視している。また、外部ネットワーク接続部２４を介して、公衆回線に接続可能であり、制御用のパーソナルコンピュータ２６にＵＳＢ回線やＲＳ−２３２Ｃ回線にて接続可能であると共に、通信キャリアと接続する無線通信用の送信部２２，受信部２３，送受信アンテナ２１等を有している。
【００２３】
図３は子ノード１００の構成を示している。子ノード１００は、親ノード用通信部３０と、特定小電力無線規格に準拠し、親ノード又は親ノードと無線通信可能な他の子ノード１００を中継して通信するために、送受信アンテナ３１と、送信部３２と、受信部３３と、制御部３４と、記憶部３６と、表示部３５と、太陽電池５２により充電可能な二次電池３７と、を有している。
【００２４】
また、子ノード１００が配置された場所の様々な情報を取得するため、周辺機器として、ＯＮ／ＯＦＦ信号を検出するスイッチ入力部５０と、温度，ガス，化学物質，水位，傾斜角又は地震波形等を測定するセンサ５１と、Ａ／Ｄ変換部３８と、二次電池３７を充電すると共に、日照により発電をする太陽電池５２と、を有している。また、子ノード１００は、子ノード１００の場所を特定し易くするため、光や音を発する警報器３９（回転等、ライト又はスピーカ等）を有している。なお、太陽電池５２は、二次電池の充電を行うと共に、日照センサとしても機能する。
【００２５】
図１の無線通信ポーリングシステム１における子ノード１００は、センサ情報を定期的に取得し、親ノード３００に向けてイベントシグナルを送信する。イベントシグナルを受信した親ノード３００は、監視センター７００にイベントシグナルを送信することによりセンサ情報を伝達する。例えば、「河川水位監視システム」として無線通信ポーリングシステム１を使用する場合には、子ノード１００に降雨センサと水位計とを接続し、監視センター７００にて河川上流に設置した子ノード１００のイベントシグナルを受信し、水位の上昇に関する注意を促す必要がある場合には、監視センター７００から河川下流に設置した子ノード１００の警報器を作動させる等の利用が可能である。なお、局地的な降雨の場合には、子ノード１００からの水位情報を元に、監視センター７００にて水位の閾値を定め、閾値を越えた地域より下流側の子ノード１００の警報器を作動させる等の処理を行うことも可能となる。
【００２６】
図４は無線パケットのフォーマット構成を示している。無線パケットは、大きく分けてヘッダ部４１と、データ部４２と、誤り検出符号４３で構成されている。ヘッダ部４１は、無線パケットを中継送信するためのルート情報を有する部分であり、データ部４２は測定した温度情報や親ノード３００までの中継回数などのデータを有する無線パケットである。また、誤り検出符号４３は、ヘッダ部４１のシステム識別符号からデータ部４２の終端までのデータを無線送信した際に、電波障害などによりデータに誤りが発生したかどうかを検出するための誤り検出情報である。
【００２７】
図４のヘッダ部４１には、第１番目のビット同期から第１９番目のＮ段目中継ノード識別子までの情報を含んでいる。最初に、第１番目のビット同期は受信側で送信側のビットタイミング同期を取るための４１ビット信号「０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０１０１０１０１，０」であり、第２番目のフレーム同期は受信側で無線パケットフォーマット位置を認識するための３１ビット信号「１１１００１００，０１０１０１１１，１０１１０１００，１１０００００」である。
【００２８】
第３番目のシステム識別子は無線パケットの送受信を行う親ノード３００、子ノード１００（図１の１００−１〜１００−１５）を特定するための識別子であり、子ノードは、自ノードに予め設定されている識別子と異なるシステム識別子の無線パケットの電文（第８番目の電文種別）を受信しても、その電文は処理しない。
【００２９】
第４番目の中継先識別子は、無線パケットを受信すべき親ノード３００又は子ノード１００の識別子を表し、中継先識別子の８ビットがオールビットオン（ＦＦＨ：ブロードキャスト）であれば、どのノードでも受信すべき無線パケットとなる。
【００３０】
第５番目の中継元識別子は無線パケットを実際に送信した親ノード３００，子ノード１００の識別子を表している。第８番目の送信先識別子は無線パケットを最終的に受信すべき最終端の親ノード３００、又は子ノード１００の識別子を表し、第４番目の中継先識別子がブロードキャストとなった場合には、第１３番目から第１９番目の通信経路４５は付加しない。
【００３１】
第６番目の連送カウンタは、子ノード１００が低消費電流化を図るために間欠受信動作している場合に利用するカウンタである。例えば、子ノード１００が低消費電流化を図るために間欠受信周期５秒で動作しているケースを例にして述べる。子ノード１００は５秒周期で受信部を起動し、また、制御部を低消費電流モードから通常モードに移行させた後、キャリアセンスにより受信部からのキャリアセンス信号を監視して受信できる無線パケットがあるかを判定する。もし、受信できる無線パケットが無ければ受信部を停止させ、制御部を低消費電流モードに戻す。また、キャリアセンスにより受信できる無線パケットがあると判断したならば、無線パケットの受信を開始する。このとき、無線パケットの連続送信終了を連送カウンタがゼロになることで判断することになる。なお、無線パケットを送信する親ノード３００や他の子ノード１００は、間欠受信周期よりも長い周期、無線パケットを繰り返し連続送信する必要がある。このとき、連送カウンタには残りの送信回数が入る。
【００３２】
第７番目の生存カウンタは、万が一、無線ネットワーク上でパケット間をループしてしまった場合に、そのようなパケットを消滅させるためのカウンタである。生存カウンタを用いることにより、例えば、子ノード１００がイベント通知パケットを送信する際に生存カウンタがゼロになったならば中継回数が多いと判断して無線パケットの中継を行わないようにすることができる。
【００３３】
第８番目の送信先識別子は無線パケットを最終的に受信すべき最終端の親ノード、又は子ノード１００の識別子を表し、第９番目の送信元識別子は無線パケットを送信する発端となった親ノード３００、又は子ノード１００の識別子を表す。第１０番目の電文種別４４は、無線パケットの電文がどのような内容であるかを示すものであり、７ビットのコマンド番号と１ビットのレスポンスビットで構成されている。
【００３４】
第１１番目のデータ長はデータ部４２のバイト数を表し、データ部４２の長さはコマンド毎、レスポンス毎に変化する。第１２番目の通信経路情報４６は、送信元から送信先に無線パケットを中継送信する場合に利用される情報であり、７ビットの中継段数と１ビットのモードビットで構成されている。モードビットがオン（１）の場合には、通信経路指定モードとなり、通信経路４５が付加される。通信経路４５には、１段目中継ノードの識別子、２段目中継ノードの識別子、・・・Ｎ段目の中継ノードの識別子が順に格納され、子ノード１００は、この通信経路情報４６と通信経路４５を利用して無線パケットを送信する。
【００３５】
図４の通信経路情報４６は、送信元から送信先にパケットを中継送信する場合に利用される情報であり、１ビットのモードビットと、７ビットの中継回数で構成されている。モードビットがオフ（０）の場合は、通信経路未指定モードとなり通信経路４５は無い。また、モードビットがオン（１）の場合には、通信経路指定モードとなる。中継経路が付加され親ノード３００から子ノード１００にパケットを送信する際には、通信経路情報４６はどの子ノード１００を中継するかを表し、子ノードから親ノードに無線パケットを送信する場合には、通信経路情報４６に中断した子ノードを記録する。
【００３６】
図５は無線パケット種別の構成を示し、左からレスポンスビット、コマンド番号、電文内容、データ部４２及び送信元である。ここで、親ノード３００が子ノード１００に送信するコマンドの無線電文を「呼び出し無線電文」と呼び、親ノード３００からの「呼び出し無線電文」に対して子ノードが返す応答を「応答無線電文」と呼ぶ。具体的には、レスポンスビットがオフ（０）の場合には「呼び出し無線電文」となり、コマンド番号は「２」，電文内容は「データ要求」，データ部は「なし」，送信元は「親ノード」となる。レスポンスビットがオン（１）の場合には、「応答無線電文」、つまり、コマンドを受信した子ノードがコマンドを送信した親ノードにその結果を返すための電文となり、コマンド番号は「２」，電文内容は「データ応答」，データ部は「センサデータ」，送信元は「子ノード」になる。以上、上述した内容が無線通信ポーリングシステムの概要及びデータ構造である。
【００３７】
監視センター（親ノード）が各子ノードまでの通信経路を決定するまでの処理の概要を図１と図１１〜１４を用いて説明する。図１１〜１４は、図１の無線通信ポーリングシステム１における親ノード３００から各子ノード１００までの通信経路を決定するためのルーティング情報を示している。なお、親ノード３００と子ノード（１００−１〜１５）の接続経路は、親ノード３００に近い子ノード１００から親ノード３００までの接続及び中継回数により決まり、親ノードからの距離を表すことから、便宜上ＡグループからＤグループまでの４グループにおけるルーティング情報に分けて説明する。
【００３８】
例えば、図１の子ノード１００−１（Ａグループ）は、電源がＯＮになると、最初にブロードキャストとなる無線パケットを送出して、無線通信可能な親ノード３００又は子ノード１００の識別符号と受信レベルを検出する。次に、親ノード３００と自ノードの間で中継される回数を無線パケットを用いて検出した後、親ノード３００と通信する際に必要となる送信先の識別符号を決定する。以後、決定した識別符号を送信先として無線パケットを送出することになる。
【００３９】
図６は子ノード１００の無線通信処理メインルーチンの流れを示している。例えば、図１の子ノード１００−１（Ａグループ）では、電源が投入されると、ステップＳ１０において、ブロードキャストとなる無線パケットを送出して通信可能な子ノード及び中継回数を取得するための次段中継ノード探索パケット送信を行う。ステップＳ１０が実行されると、子ノード１００−１は、図１１に示すような通信可能な親ノード３００及び子ノード１００−２，６，３，５の識別符号と、親ノード３００までの中継回数と、無線パケットの受信レベルと、を取得して自ノードのルーティングテーブルに記憶する。図６のステップＳ１２において、取得したルーティング情報から次段中継ノードを中継回数が最も少ない無線通信先を決定することになる。子ノード１００−１は、中継回数が「０」で親ノード３００と無線通信できることから無線通信先は親ノード３００となる。なお、Ａグループの子ノード１００−１，２は親ノードに最も近いため中継ノードとなる子ノードを中継することなく、直接親ノード３００と無線通信が可能である。
【００４０】
図１のＢグループの子ノード１００−３は、図１２のルーティングテーブルに示すように、無線通信可能なノードは子ノード１００−１，５，８となり、親ノード３００に接続するため、子ノード１００−１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−５と子ノード１００−１とを中継して親ノード３００へ接続する経路と、を有する。この場合、中継回数が１回となる子ノード１００−１を無線通信先とする。
【００４１】
また、図１のＣグループの子ノード１００−８は、図１３のルーティングテーブルに示すように、無線通信可能なノードは子ノード１００−３，５，９となり、親ノード３００に接続するためには、子ノード１００−３，１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−５，１を中継して親ノード３００へ接続する経路と、子ノード１００−９，５，１，を中継して親ノード３００へ接続する経路と、を有する。この場合、中継回数が２回となる子ノード１００−３，５の２経路があるが、受信レベルが大きい子ノード１００−３を無線通信先とする。また、図１４に示すＤグループの子ノード１００−１４も同様にして無線通信先を決定することになり、図６のステップＳ１２において、全ての子ノード１００−１〜１５の無線通信先が決まる。
【００４２】
図６のステップＳ１４において、各子ノード１００は、他の子ノード１００あるいは親ノード３００からの無線パケットを受信できたかを確認し、受信した無線パケットに従った処理を行うことになる。また、受信した無線パケットが「次段中継ノード探査パケット」である場合には、ステップＳ１８の次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンを実行する。また、ステップＳ２０において、「次段中継決定パケット」である場合には、ステップＳ２２の次段中継ノード更新サブルーチンを実行する。また、ステップＳ２４において、中継すべき「中継パケット」である場合には、ステップＳ２６において、パケット中継送信サブルーチンを実行する。さらに、自ノード内で測定した情報を送信する必要がある場合には、イベントを発生させ、ステップＳ２８において、イベントの内容に応じてステップＳ３０において、「イベント通知パケット」を親ノード３００へ送信し、処理を繰り返す。
【００４３】
図７は子ノード１００の無線通信における次段中継ノード応答パケット送信サブルーチンの処理の流れを示している。「次段中継ノード探索パケット」を受信した親ノード３００と子ノード１００は、自ノードの次段中継ノード候補が決定済みであり、自ノードから親ノードまでの最小中継回数を記憶済みであれば、「次段中継ノード応答パケット」を、次段中継ノード探査パケットを送信した子ノード１００に向けて返信しなければならない。このとき、「次段中継ノード応答パケット」を送信する際に、各子ノード１００又は親ノード３００が一斉に無線パケットを送信することによって発生する混信を避ける必要がある。このことから、図７のステップＳ４０では、タイムスロット番号による送受信タイミングの制御を行うために、タイムスロットカウンタを起動する。ステップＳ４２では、自ノードが次段中継ノードの応答パケットを送信するタイミングを次回送信タイムスロット番号として算出する。ステップＳ４４において、算出した次回送信タイムスロット番号が予め決められたタイムスロット最大値よりも大きい場合には、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間を経過したことになるので、処理を中断してメインルーチンに戻る。
【００４４】
次段中継ノード応答パケット受信待ち時間内で次回送信タイムスロット番号のタイミングで次段中継ノード応答パケットを送信できる場合には、ステップＳ４６において、タイムスロットカウンタと次回送信タイムスロット番号が一致するまで送信待ちをした後、ステップＳ４８において、次段中継ノード応答パケット送信を行う。このような処理により、各子ノード１００の次段中継ノード応答パケット送信タイミングが分散され、仮に、同一タイミングで送信したとしても、無線パケットを時間を空けて複数回送信するので、次段中継ノード探索パケット送信した子ノード１００が次段中継ノード応答パケットを受信できる確率は極めて高くなる。
【００４５】
図８は子ノードの無線通信における次段中継ノード決定サブルーチンの処理の流れを示している。次段中継ノード決定するため、子ノード１００は、次段中継ノード探索パケット送信サブルーチンを実行した後、本サブルーチンを実行する。なお、無線ネットワーク上での長い迂回ルートは無線パケットの輻輳が発生するおそれがあるので、本サブルーチンでは、自ノードより中継回数が大きいノード（親ノード方向とは逆方向ルート）にパケットを中継することを避けている。
【００４６】
次に、図８のステップＳ５０において、子ノード１００又は親ノード３００から「次段中継ノード応答パケット」を受信したかを判断し、受信した場合には、ステップＳ５２において、次段中継ノード候補と今回受信した次段中継ノード応答パケットの中継候補を比較し、今回受信した無線パケットの中継回数と受信レベルとにより候補にすべきと判断した場合にはステップＳ５６にて次段中継ノード候補にしてステップＳ５０に戻る。また、ステップＳ５４にて、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間が経過した場合には、次段中継ノード候補が決定したことになる。このように、中継ノードが決定すると、自ノードで決定した中継ノードを他の子ノードに通知するために、ステップＳ５８において、「次段中継ノード決定パケット」を送信する。
【００４７】
図９は子ノードの無線通信における次段中継ノード更新サブルーチンの処理の流れを示している。図６のステップＳ２０において、「次段中継決定パケット」を受信した場合には、図９の次段中継ノード更新サブルーチンを実行する。次段中継決定パケットを受信した他の子ノード１００は、ステップＳ６０において、受信無線パケットの中継回数と無線パケットの受信時の受信レベルを利用して、自ノード次段中継ノード候補よりも良い条件であるかを判定する。もし、良い条件であれば、ステップＳ６２において、次段中継ノード決定パケットの送信元ノードを次段中継ノード候補にする。そして、ステップＳ６４において、今回受信した無線パケットを第１優先レベルであると判断した場合には、ステップＳ６６において、「次段中継ノードパケット」を送信する。なお、この次段中継ノード決定パケットを受信したその他の子ノード１００も次段中継ノード更新処理を実行することになる。
【００４８】
図１０は他の子ノード１００から測定結果などのイベント通知パケットを受信して、当該パケットを中継送信するパケット中継送信サブルーチンの処理の流れを示している。次段中継ノードに対してイベント通知パケットを中継送信する場合は、処理を開始するのに先立って、イベント通知パケットが正常に中継されない場合に対応するため、再度イベント通知パケットを送信するためのリトライカウンタ（例えば３回）をステップＳ７０においてセットする。
【００４９】
図１０のステップＳ７４〜Ｓ８２において、次段中継ノード候補の内の一つにイベント通知パケットを送信する。リトライカウンタが「０」の時は、優先レベルの高い次段中継ノードに無線パケットを送信し、リトライカウンタが「１」のときは第２優先レベルの次段中継ノードへ送信し、リトライカウンタが「２」の時は第３優先レベルの次段中継ノードを送信する。もし、次段中継ノード候補が１個のみの場合には、常に、第１優先レベルの次段中継ノードに無線パケットを送信すればよい。なお、受信したイベント通知パケットの中継元識別子、送信元識別子が次段中継ノードである場合には、当該次段中継ノード候補には送信せずに、他の候補を割り当てることにより、候補が短時間に変化するピンポン現象を防止する。
【００５０】
通常は、次段中継ノードが送信したイベント通知パケットを正常に受信できるので、一定時間内で受信できた場合には、正常と判断する。もし、ステップＳ７６において、一定時間内に受信できない場合には、ステップＳ７８において、リトライ回数を減算し、ステップＳ８２にてリトライ回数がゼロでなければ再度ステップＳ７２からの処理を繰り返す。正常に受信できた場合には、ステップＳ８４において、次段中継ノード探索パケット送信を行い、ステップＳ８６において、次段中継ノード決定を実行する。
【００５１】
次に、各子ノードが自ノードのルーティングテーブル情報を親ノードに通知する処理を述べる。各子ノードは、自ノードのルーティングテーブル情報が決定した場合、自ノードのルーティングテーブル情報を格納した無線パケットを親ノードにイベント通知する。このイベント通知を受信した親ノードは、無線パケットから当該子ノードのルーティングテーブル情報を取得する。これにより、親ノードは、全子ノードのルーティングテーブル情報を持つことになり、各子ノードへポーリングするときの経路を決定できる。なお、各子ノードがルーティングテーブル情報を親ノードに送信するのは、ルーティングテーブル情報に変更があったとき、及び、定期的に送信する。ただし、定期的に送信する場合は、輻輳が懸念されるため、ルーティングテーブル情報に変更があった時のみ実施する方法でもよい。
【００５２】
以上、上述した処理を実行することで、図１の無線通信ポーリングシステム１における実線の矢印のようなルーティング経路が決定され、各子ノード１００−１〜１５がルーティング情報を記憶する共に、各子ノード１００で測定された情報がイベント通知パケットとして親ノード３００及び監視センター７００へ送信される。また、親ノード３００及び監視センター７００が各子ノード１００のルーティングテーブルの情報を持つことにより、子ノード１００へのポーリングが可能となるだけでなく、各子ノード１００の位置関係を把握することも可能となる。
【００５３】
図１５は通信経路指定モードによる無線パケットの送信例を示し、監視センター７００から子ノード１００にコマンドを送信する処理を示している。最初に、監視センター７００は、図１４のルーティングテーブルから子ノード１００−１５への経路を探索する。これは、子ノード１００−１５から親ノードへの経路を探索すればよい。よって、親ノード３００，子ノード１００−２，子ノード１００−７，子ノード１００−１２，子ノード１００−１５という経路が決定する。次に、監視センター７００は、親ノード３００にコマンドを送信する。このとき監視センター７００が親ノード３００に送信するコマンドの電文フォーマットは、図４のヘッダ部４１におけるシステム識別子以降である。
【００５４】
監視センター７００からのコマンドを受信した親ノード３００は、子ノード１００−２にコマンドの無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−２の識別子、（２）中継元識別子を親ノード３００の識別子、（３）送信先識別子を子ノード１００−１５の識別子、（４）送信元識別子を親ノード３００の識別子、（５）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＮ」、（６）中継段数を「３」、（７）通信経路４５の一段目中継ノード識別子を子ノード１００−２の識別子、（８）二段目中継ノード識別子を子ノード１００−７の識別子、（９）三段目中継ノードの識別子を子ノード１００−１２の識別子、として無線パケットを送信する。
【００５５】
無線パケットを受信した子ノード１００−２は、中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子が子ノード１００−１５の識別子であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−２は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを、通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から探索する。具体的には、通信経路４５の一段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−２）なので、二段目中継ノード識別子である子ノード１００−７に中継すべきであると判断する。
【００５６】
子ノード１００−２は、子ノード１００−７に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−７の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線パケットの内容をそのまま送信する。
【００５７】
無線パケットを受信した子ノード１００−７は、中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子が子ノード１００−１５の識別子であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−７は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から探索する。具体的には、通信経路４５の二段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−７）なので、三段目中継ノード識別子である子ノード１００−１２に中継すべきであると判断する。
【００５８】
子ノード１００−７は、子ノード１００−１２に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−１２の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線電文内容をそのまま送信する。
【００５９】
無線パケットを受信した子ノード１００−１２は、（１）中継先識別子が自ノードの識別子、（２）送信先識別子が子ノード１００−１５であるので、自ノードが中継送信すべき無線パケットであると認識する。そして、子ノード１００−１２は、通信経路情報４６のモードビットが通信経路指定モードであるので、次段の中継ノードを、通信経路情報４６の中継段数と通信経路４５から検索する。具体的には、通信経路４５の三段目中継ノードが自ノード（子ノード１００−１２）であり、中継段数も３であるから、自ノードが終端の中継ノードであることがわかるので、送信先識別子で指定されている子ノード１００−１５へ送信すべき無線パケットであると判断する。
【００６０】
子ノード１００−１２は、子ノード１００−１５に無線パケットを送信する。このとき、（１）中継先識別子を子ノード１００−１５の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、送信先識別子以降は、再計算した誤り検出符号４３を除き、受信した無線パケットの内容をそのまま送信する。
【００６１】
無線パケットを受信した子ノード１００−１５は、（１）中継先識別子が自ノードの識別子、送信先識別子も自ノードの識別子であるので、自ノードが最終的に受信すべき無線電文であると認識する。そして、子ノード１００−１５は、当該コマンドに関する処理を行った後に、送信元である親ノード３００にレスポンスの無線パケットを送信する。
【００６２】
子ノード１００−１５は、レスポンスの無線パケットを送信する際、まず、コマンドの無線パケットの通信経路情報４６が通信経路指定モードであったので、コマンドの無線パケットの通信経路情報４６の中継段数と、通信経路４５を利用してレスポンス電文の経路を得る。具体的には、コマンドの無線パケットの通信経路４５の中継ノード識別子を逆順にすると、（１）一段目中継ノードは子ノード１００−１２，（２）二段目中継ノードは子ノード１００−７，（３）三段目中継ノードは１００−２となり、これがレスポンスの無線パケットの通信経路４５となる。
【００６３】
子ノード１００−１５は、（１）レスポンスの無線電文のヘッダ４１の中継先識別子を子ノード１００−１２、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、送信先識別子を親ノードの識別子、（３）送信元識別子を自ノードの識別子とし、（４）電文種別４４のレスポンスビットをＯＮ、（５）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＮ」（通信経路指定モード）、（６）中継段数を「３」、（７）一段目中継ノード識別子を子ノード１００−１２の識別子、（８）二段目中継ノード識別子を子ノード１００−７の識別子、（９）三段目中継ノード識別子を子ノード１００−２の識別子として、子ノード１００−１２に無線パケットを送信する。そして、これ以降は、これまでに説明した手順により、レスポンスの無線パケットが親ノード３００まで送信されることになる。
【００６４】
図１６は監視センターから子ノードに別経路によりコマンドを送信する処理を示している。具体的には、親ノード３００から子ノード１００−１５への無線パケット送信において、子ノード１００−７が中継不能になった場合の処理である。まず、子ノード１００−２は、無線パケットを子ノード１００−７へ送信した後、一定時間、子ノード１００−７の無線パケットを傍受することで、送信した無線パケットを子ノード１００−７が受信したかを確認する。
【００６５】
子ノード１００−２は、無線パケットを送信した後、一定時間経過しても子ノード１００−７の無線パケットを傍受できない場合は、再度、無線パケットを子ノード１００−７に送信して一定時間、無線パケットを傍受する。この処理を指定回数（例えば、３回）繰り返す。指定回数が終了しても子ノード１００−７の無線パケットを受信できない場合は、中継不能と判断し、子ノード１００−７が異常である旨を親ノード３００に送信する。
【００６６】
このとき、子ノード１００−２は、（１）中継先識別子を親ノード３００の識別子、（２）中継元識別子を自ノードの識別子、（３）送信先識別子を親ノード３００の識別子、（４）送信元識別子を自ノード識別子、（５）電文種別４４のレスポンスビットを「ＯＦＦ」、（６）コマンド番号を「１４」，（７）通信経路情報４６のモードビットを「ＯＦＦ」、（８）中継段数を「０」とし、（９）データ部４２に中継不能である子ノード１００−７の識別子を格納して、親ノード３００に無線パケットを送信する。
【００６７】
無線パケットを受信した親ノード３００は、データ部４２から子ノード１００−７が中継不能であることを知り、中継不能な子ノード１００−７を除いた中継回数の少ない経路を図１２の子ノード１００−４と、図１３の子ノード１００−１２から探索して、親ノード３００，子ノード１００−２，子ノード１００−４，子ノード１００−１５という経路を決定する。以後、この経路を利用して子ノード１００−１５に無線パケットを送信する。
【００６８】
図１７は子ノードを固定ノードと移動ノードに分け、移動ノードの位置を監視するため、移動ノードが自ノードの位置を親ノードに通知する処理の流れを示している。予め配置された固定ノードで構築された無線通信ポーリングシステムにおいて、移動ノードがどの固定ノードの近傍に位置しているかの情報を親ノードが収集することで、移動ノードの位置を監視する。なお、本実施形態は、予め、固定ノードと親ノードとの間で通信経路を構築しておき、その通信経路上に移動ノードが入り込むことにより、移動ノードの位置を探索するものである。移動ノードは、例えば、周期タイミングや押しボタン押下げなどの自ノードの事象が発生した場合、ステップＳ９０にてその事象を検出し、ステップＳ９２において次段中継に利用する固定ノードと固定ノードの近傍に位置している移動ノードを探索するために、次段中継ノード探索パケットを送信する。固定ノードは移動ノードからの次段中継ノード探索パケットを受信すると、次段中継ノード応答パケット送信により次段中継ノード応答パケットを受信する。さらに、移動ノードは、ステップＳ９４の近傍ノード決定により固定ノードである次段中継ノード候補と他の固定ノードである近傍ノードを決定して、ステップＳ９６において、イベント通知パケット送信により、これらの情報が親ノードに送信される。
【００６９】
図１８は、移動ノードで実行される近傍ノード決定サブルーチンである。移動ノードがステップＳ１００において、次段中継ノード応答パケットを受信すると、ステップＳ１０２を実行し、近傍の固定ノードが次段中継ノード候補になれるかどうかを中継回数と、受信強度レベルから判断して、ステップＳ１０２において、次段中継ノード応答パケットの送信元ノードを次段中継ノード候補とする。ステップＳ１０８において、この候補の中から、受信電界強度レベルが最大のものを取り出し、近接ノードを決定する。さらに、ステップＳ１０４において、次段中継ノード応答パケット受信待ち時間が経過した場合には、近接ノードが確定する。このような処理により、移動ノードの位置把握が容易に実現することが可能である。
【００７０】
以上、上述したように、本実施形態に係る無線通信ポーリングシステムを用いることにより、三つの利点がある。第１の利点は、低速な無線通信であっても自律型ネットワーク化が可能であるという利点である。また、第２の利点は、従来よりも簡単なプロトコルで信頼性を確保できる無線通信ポーリングシステムを実現することが可能となるという利点である。さらに、第３の利点は、無線通信ポーリングシステムにより、子ノードのルーティングテーブルの容量を最小限に抑えると共に、移動や故障した子ノードを判別し易く、子ノードからのイベント通信、親ノードからのポーリング通信等を容易にするという利点である。
【００７１】
なお、親ノードと子ノードとを接続する処理において、中継回数が同じ中継ノードがある場合には、受信レベルの高い中継ノードを選択したが、これに限定するものではなく、各経路におけるトータルの受信電界強度又は伝送エラー率を利用し、無線電波の良好な経路を選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る無線通信ポーリングシステムは、特定省電力無線を用いることにより、容易に無線ネットワークを構築すると共に、例えば、「河川水位監視システム」等のようなシステムを低コストで構築可能であり、産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００７３】
１ 無線通信ポーリングシステム、１０ 子ノード用通信部、１１，２１，３１ 送受信アンテナ、１２，２２，３２ 送信部、１３，２３，３３ 受信部、１４，３４ 制御部、１５，３５ 表示部、１６，３６ 記憶部、１７ 電源、２４ 外部ネットワーク接続部、２６ パーソナルコンピュータ、３０ 親ノード用通信部、３７ 二次電池、３８ Ａ／Ｄ変換部、３９ 警報器、４１ ヘッダ部、４２ データ部、４３ 誤り検出符号、４４ 電文種別、４６ 通信経路情報、５０ スイッチ入力部、５１ センサ、５２ 太陽電池、５００ 公衆回線網、７００ 監視センター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含み、子ノードと親ノードが、直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムにおいて、
子ノードは、
無線接続可能な範囲にある他の子ノードが親ノードまでの中継を行うものであるか否かを判定し、中継する場合には、少なくとも無線接続可能な範囲の子ノードから親ノードまでの中継回数及び子ノードの識別符号と、無線接続可能な子ノードからの受信レベルと、を含むテーブル情報を記憶するテーブル情報格納メモリと、
複数の子ノードを介して接続されるネットワークが構築された後に、少なくともテーブル情報に変更が発生した場合、テーブル情報を親ノードに送信するテーブル情報送信手段と、
を有し、
親ノードは、
各子ノードから送信されたテーブル情報に基づいて子ノードの位置関係を決定する位置決定手段と、
子ノードまでの中継回数の最も少ない中継経路を決定して、子ノードにポーリング情報を送信して子ノードの記憶手段に記憶された情報を送信させるポーリング応答手段と、
を有することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線ポーリングシステムにおいて、
中継経路中の子ノードは、その中継先となる他の子ノードからポーリング情報が送信されない場合は、親ノードに中継不能情報を含むポーリング応答を送信し、
親ノードは、中継不能となった他の子ノードの識別符号と位置とを記憶し、中継先となる他の子ノードを除いた中継回数の最も少ない中継経路を決定して、中継経路中の子ノードにポーリング情報を送信することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線通信ポーリングシステムにおいて、
ポーリング情報を送信する親ノードは、中継回数が同じ回数の子ノードが複数ある場合には、より良好な無線通信が確保できる中継経路中の子ノードに対してポーリング情報を送信することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【請求項１】
複数の子ノードと、各子ノードが取得した情報を収集する親ノードと、を含み、子ノードと親ノードが、直接又は他の子ノードによる中継によって通信を確立する無線通信ポーリングシステムにおいて、
子ノードは、
無線接続可能な範囲にある他の子ノードが親ノードまでの中継を行うものであるか否かを判定し、中継する場合には、少なくとも無線接続可能な範囲の子ノードから親ノードまでの中継回数及び子ノードの識別符号と、無線接続可能な子ノードからの受信レベルと、を含むテーブル情報を記憶するテーブル情報格納メモリと、
複数の子ノードを介して接続されるネットワークが構築された後に、少なくともテーブル情報に変更が発生した場合、テーブル情報を親ノードに送信するテーブル情報送信手段と、
を有し、
親ノードは、
各子ノードから送信されたテーブル情報に基づいて子ノードの位置関係を決定する位置決定手段と、
子ノードまでの中継回数の最も少ない中継経路を決定して、子ノードにポーリング情報を送信して子ノードの記憶手段に記憶された情報を送信させるポーリング応答手段と、
を有することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線ポーリングシステムにおいて、
中継経路中の子ノードは、その中継先となる他の子ノードからポーリング情報が送信されない場合は、親ノードに中継不能情報を含むポーリング応答を送信し、
親ノードは、中継不能となった他の子ノードの識別符号と位置とを記憶し、中継先となる他の子ノードを除いた中継回数の最も少ない中継経路を決定して、中継経路中の子ノードにポーリング情報を送信することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線通信ポーリングシステムにおいて、
ポーリング情報を送信する親ノードは、中継回数が同じ回数の子ノードが複数ある場合には、より良好な無線通信が確保できる中継経路中の子ノードに対してポーリング情報を送信することを特徴とする無線通信ポーリングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−４０９６（Ｐ２０１１−４０９６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４７１７（Ｐ２００９−１４４７１７）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１８９４８６）上田日本無線株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００１８９４８６）上田日本無線株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
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