通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワーク
【課題】時刻同期を前提としないという条件のままオーバヘッドを削減し、複数チャネルを利用した通信を効率的に行なう。
【解決手段】本発明は、複数のチャネルで送受信する通信手段と、各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、他ノードとの間で、チャネル切り替え情報を交換し、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段とを備える。
【解決手段】本発明は、複数のチャネルで送受信する通信手段と、各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、他ノードとの間で、チャネル切り替え情報を交換し、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークに関するものである。本発明は、例えばセンサネットワーク等のように、空間に分散配置された多数のノード装置が、無線を利用して相互にデータ通信を行なう通信装置、通信プログラム、ノード装置及び複数のノード装置から構成されるネットワークに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ネットワークにおいて、無線端末が複数チャネル（マルチチャネル）を利用して、異なるチャネルを用いた複数の通信を同時に実現できるようにすることが求められている。
【０００３】
しかし、従来の無線ネットワークのチャネルアクセス方式として広く適用されているＩＥＥＥ８０２．１１ ＤＣＦに標準化技術は、１つの無線チャネルが近隣端末間で共有され、各無線端末がランダムにチャネルアクセスをして通信を行なうというものである。つまり、無線端末は、同時に１チャネル上でしかフレーム伝送等を行なうことができない。
【０００４】
従来、無線端末が複数チャネルを利用して通信を行なう方式として、非特許文献１に記載される技術がある。
【０００５】
非特許文献１に記載の方法は、１つの制御チャネルと、複数のデータチャネルとを備えることを前提とし、通常の受信待機状態では制御チャネルで受信待機を行なう。
【０００６】
送信元ノードは、データ発生時に、どのチャネルでデータ通信を行なうかを含む制御パケットを制御チャネルで送信する。この制御パケットを受信した送信先ノードは、制御パケットを正常に受信した旨を送信元ノードに応答した後、指定されたデータチャネルへの切り替えを行なう。そして、応答を受信した送信元ノードは、データチャネルでデータ通信を行なう。
【０００７】
また、通信が完了すると、送信元ノード及び送信先ノードは共に、再び制御チャネルに切り替え、制御チャネルでの受信待機を行なう。
【０００８】
以上の手続きを行なうことにより、各ノードは複数チャネルを使用して通信を行なうことが可能となり、電波干渉が低減し、スループットの向上が期待できる。また、非特許文献１に記載の方法は、ノード間の時刻同期が必要ないという利点もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】谷川陽祐，戸出英樹，村上孝三，「空き資源の積極利用を指向したマルチチャネルＭＡＣプロトコル」，社団法人電子情報通信学会、２００９，電子情報通信学会論文誌 Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ９２−Ｂ，Ｎｏ．１，ｐｐ．１９６−２０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１の記載技術は、データ通信前に、通信に利用するデータチャネルを送信先ノードに通知する予約シーケンスが必要となる。また、この予約シーケンスは、パケット毎に発生するものである。
【００１１】
そのため、予約シーケンスなしに直接データのみを通信する場合に比べて、増加するオーバヘッドが小さくないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、時刻同期を前提としないという条件のまま、電波干渉の低減及びスループットの向上を図り、チャネル予約により生じ得るオーバヘッドを削減し、複数チャネルを利用した通信を、より効率的に行なえるようにする通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するために、第１の本発明は、（１）複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段と、（２）各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、（３）自ノードのチャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段と、（４）通信手段を通じて他ノードから取得した、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、（５）送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で送信信号を連続送信させる送信制御手段とを備えることを特徴とする通信装置である。
【００１４】
第２の本発明は、コンピュータを、（１）複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段、（２）各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段、（３）自ノードのチャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段、（４）通信手段を通じて他ノードから取得した、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段、（５）送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上送信信号を連続送信させる送信制御手段として機能させるものであることを特徴とする通信プログラムである。
【００１５】
第３の本発明は、複数のノード装置を有して構成されるネットワークにおいて、各ノード装置が、第１の本発明の通信装置を有することを特徴とするノード装置である。
【００１６】
第４の本発明は、第３の本発明のノードを複数有して構成されるネットワークである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、時刻同期を前提としないという条件のまま、電波干渉の低減及びスループットの向上を図り、チャネル予約により生じ得るオーバヘッドを削減し、複数チャネルを利用した通信を、より効率的にすることがでくきる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のノード装置の内部構成を示す内部構成図である。
【図３】第１の実施形態のノードの送信動作及び受信動作を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態の受信待機チャネルテーブルの構成例を示す構成図である。
【図５】第１の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態の各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態のチャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態のノードの通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。
【図１０】第２の実施形態のチャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第３の実施形態のノードの通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施形態のＲＦ状態切り替え管理部による受信動作を説明する説明図である。
【図１３】第３の実施形態の各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第３の実施形態の通信処理を説明する説明図である。
【図１５】第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定方法を説明する説明図である。
【図１６】第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明の通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークの第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
第１の実施形態は、例えば、空間に分散配置された複数のノード装置から構成され、各ノード装置がアドホックモードによりデータ通信を行なうマルチホップネットワークに、本発明を適用する実施形態を例示する。
【００２１】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態のノード装置（以下、単にノードともいう）の内部構成を示す内部構成図である。第１の実施形態において、マルチホップネットワークを構成する複数のノード装置は、いずれも同じ内部構成を備えるものとする。
【００２２】
図２において、第１の実施形態のノード装置１０は、制御部１３、通信制御部１１、無線インタフェイス部１２を有する。
【００２３】
制御部１３は、ノード１０全体の機能動作を司る処理部又は装置である。例えば、制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェイス部等を有して構成されるものである。
【００２４】
通信制御部１１は、ノード１０の通信処理を制御する処理部又は装置である。通信制御部１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェイス部等を有して構成されるものである。通信制御部１１の機能は、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納される処理プログラムを実行することにより実現される。
【００２５】
通信制御部１１によりなされる機能の詳細な説明は、後述するが、例えば、データパケットの送受信制御、チャネル制御、ルーティング制御等を行なうものである。
【００２６】
無線インタフェイス部１２は、アンテナ部と無線通信処理部とを有する無線通信手段である。無線インタフェイス部１２は、例えば無線機を適用することができる。第１の実施形態では、ノード１０は、１個の無線インタフェイス部１２を備えるものとする。
【００２７】
図１は、第１の実施形態の通信制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１において、通信制御部１１は、その機能として、チャネル切り替え管理部１、チャネル状態監視部２、送信制御手段３、近傍ノードチャネル管理部４、ＲＦ部５を有する。
【００２８】
チャネル切り替え管理部１は、ＲＦ部５の受信待機チャネルを制御するものである。チャネル切り替え管理部１は、チャネルスケジュールを有しており、そのチャネルスケジュールに従って、ＲＦ部５のチャネルを切り替える。
【００２９】
なお、受信チャネルスケジュールは、ブロードキャストにより隣接ノードに対して通知される。これにより、各ノード１０は、自身のチャネルスケジュールを通知すると共に、近傍のノードのチャネルスケジュールを認識することができる。
【００３０】
図３は、ノード１０の送信動作及び受信動作を説明する説明図である。図３（Ｂ）が、チャネル切り替え管理部１による受信動作を示す説明図である。
【００３１】
図３（Ｂ）において、チャネルスケジュールは、全体の周期をＴ（秒）として設定されており、この期間が繰り返し行なわれる。また、全体周期Ｔは、全てのノードにおいて同じ期間が設定されている。
【００３２】
また、チャネルスケジュールは、全体周期Ｔのうち、ネットワークにおいて共通のチャネル値での共通チャネル受信待機期間（以下、チャネルＡとも呼ぶ）と、各ノードが自由に設定したチャネル値での非共通チャネル受信待機期間（以下、チャネルＢとも呼ぶ）とを有して構成される。
【００３３】
例えば、図３（Ｂ）では、チャネルＡの期間がＴ１（秒）と設定されており、チャネルＢの期間がＴ２（秒）と設定されている場合を示す。なお、チャネルＡの期間Ｔ１は、全てのノードにおいて同じ期間が設定されている。
【００３４】
チャネルＡは、ネットワークにおいて共通としているため、例えば、ルーティングに係る制御パケット等、全てのノードに送信する必要があるパケットを送信する場合に利用される。
【００３５】
一方、チャネルＢは、ノード間で使用するチャネル値が認識され整合していればよいため、例えば、ノード間でユニキャストによりパケットを送信する場合に利用される。
【００３６】
このように、チャネルスケジュールには、チャネルＡの期間長及び使用するチャネル値と、チャネルＢの期間長及び使用するチャネル値とが設定されており、チャネル切り替え管理部１は、このチャネルスケジュールに従ってＲＦ部５の使用するチャネル値を切り替える。
【００３７】
また、チャネル切り替え管理部１は、チャネル状態監視部２からチャネル状態の通知を受け取り、このチャネル状態の通知に含まれるチャネルＢで使用する変更後のチャネル値を用いて、チャネルスケジュールを変更するものである。
【００３８】
チャネルスケジュールの変更があった場合、チャネル切り替え管理部１は、変更後のチャネルスケジュールをＲＦ部５に与え、ブロードキャストにより隣接するノードに通知する。これにより、最新のチャネルスケジュールを各ノード１０が認識することができる。
【００３９】
なお、変更後のチャネルスケジュールをブロードキャスト送信する際、チャネルＡを含むチャネルスケジュール全体を送信するようにしてもよいし、チャネルＢで使用する変更後のチャネル値のみを送信するようにしてもよい。チャネルＢの変更後のチャネル値のみを送信する場合、データサイズを小さくすることができるので帯域の低減を図ることができる。
【００４０】
ここで、例えば、周波数ホッピング方式を利用した方式の場合で、スケジュールに従ったチャネル切り替えを行なうが、第１の実施形態のチャネル切り替え方式は、次の点で、周波数ホッピング方式と異なる。周波数ホッピング方式は、通信の際に、送信側と受信側との間で、そのスケジュールの同期を行なう必要がある。これに対して、第１の実施形態のチャネル切り替え方式は、チャネルスケジュールの同期を必要としない。すなわち、各ノードが、独自のタイミングで、チャネル値を切り替えることができる。
【００４１】
チャネル状態監視部２は、チャネルＢで使用したチャネルのチャネル状態情報をＲＦ部５から受け取り、そのチャネル状態情報に基づいて当該チャネルのチャネル状態を監視するものである。
【００４２】
ここで、チャネル状態監視部２によるチャネル状態監視方法は、使用しているチャネルの使用状態を確認することができれば、種々の方法を広く適用することができる。例えば、チャネル状態監視部２は、ＲＦ部５においてチャネルＢで送信したパケットが送信失敗した頻度、パケット送信前にＲＦ部５が行なうキャリアセンスによりキャリア有りの判定がなされ送信できなかった頻度等に基づいて、当該チャネルの混み具合を推定する。
【００４３】
また、チャネル状態監視部２は、当該チャネルの使用状態の良否を判断し、必要がある場合には、チャネル値の変更をし、その変更後のチャネル値を含むチャネル状態の通知として、チャネル切り替え管理部１に通知するものである。
【００４４】
例えば、チャネル状態監視部２は、チャネルＢでの送信失敗頻度や、キャリアセンスキャリア有りとなって送信できなかった頻度等が閾値を超えた場合には、チャネルＢで使用するチャネル値を変更する。このとき、チャネル状態監視部２は、使用可能なチャネルからランダムに１つ選択する方法や、変更先候補のチャネルをスキャンして使用状態をチェックし、空いているチャネルを変更後チャネルとして設定する。
【００４５】
送信制御手段３は、上位装置から送信パケットが与えられると、近傍ノードチャネル管理部４が管理する近傍ノードのチャネルスケジュールを参照し、送信先ノードに設定されている受信待機チャネルのチャネル値で、当該パケットを送信するように制御するものである。
【００４６】
また、送信制御手段３は、送信パケットの種別に応じて送信制御を行なうものである。例えば、送信制御手段３は、送信パケットがチャネルＡで送信すべきものか又はチャネルＢで送信すべきものか、更に、ブロードキャスト又はユニキャストで送信すべきものかを判断し、その判断結果に応じて送信動作を制御する。
【００４７】
ここで、送信制御手段３による送信処理について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、送信制御部３による送信動作を説明する説明図である。
【００４８】
なお、図３（Ａ）では、制御パケット（例えば、ルーティング制御パケットや、チャネルスケジュールを含む制御パケット等）をチャネルＡで送信し、ユーザデータを含むデータパケットをチャネルＢで送信する場合を例示する。
【００４９】
また、制御パケットについては、ブロードキャスト又はユニキャストで送信することができ、データパケットについては、ユニキャストで送信する場合を例示する。
【００５０】
このような送信制御の取り決めは、予めパケット種別に対応した設定情報を送信制御手段３が有するようにすることで実現できる。
【００５１】
図３において、（Ａ−１）は、送信パケットが、例えば制御パケット等のように、チャネルＡで送信すべきものであって、宛先アドレスがブロードキャストアドレスである場合を示す。この場合、送信制御手段３は、自ノードがパケットを送信する送信スロットを有している。そして、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ１＋α（秒）」の期間、連続してパケットを送信するように制御する。
【００５２】
ここで、「α」は、実験的に決定することができる固定値とする。また、「Ｔ−Ｔ１＋α」という期間としたのは、送信ノードの連続送信が、受信ノードのチャネルＡでの受信待機期間に必ず１回は重なるようにするためである。
【００５３】
図３において、（Ａ−２）は、送信パケットが、チャネルＡで送信すべきものであって、宛先アドレスがユニキャストアドレスである場合を示す。この場合、送信制御手段３は、連続してパケットを送信し、受信ノードから応答パケットを受信すると連続送信をやめるようにする。このとき、送信制御手段３は、受信ノードから応答パケットを受信しない場合には、連続送信開始後、「Ｔ−Ｔ１＋α（秒）」時にタイムアウトして、送信をやめる。すなわち、この場合は送信失敗となる。
【００５４】
図３において、（Ａ−３）は、送信パケットが、例えばユーザデータ等のようにチャネルＢで送信すべきものである場合を示す。この場合も、送信制御手段３は、パケットを連続送信する。ただし、この場合、送信制御手段３は、連送信開始後、「Ｔ−Ｔ２＋α（秒）」時にタイムアウトして、送信をやめる。
【００５５】
図３に示すように、チャネルＡの期間長とチャネルＢの期間長とを比べると、チャネルＡとチャネルＢとの間に大きな差があるため、「Ｔ−Ｔ２＋α」が、非常に小さい値となる場合がある。この場合に、送信制御手段３がチャネルＢでパケットを送信する連続送信時間が１パケット送信する時間より短くなったとしても、送信制御手段３は１回ないし２回は必ずパケット送信するようにする。
【００５６】
近傍ノードチャネル管理部４は、近傍ノードのチャネルスケジュールを管理するものである。
【００５７】
近傍ノードチャネル管理部４は、受信待機チャネルテーブル４１を有しており、近傍ノードからチャネルスケジュールを受信すると、受信待機チャネルテーブル４１の内容を設定・更新する。
【００５８】
図４は、受信待機チャネルテーブル４１の構成例を示す構成図である。図４において、例えば、受信待機チャネルテーブル４１は、近傍ノードを識別する識別情報（例えば、ＭＡＣアドレス等のアドレス情報等）を格納する「ノード」、対応する近傍ノードがチャネルＢで受信待機チャネルとして設定されているチャネル値を格納する「チャネルＢ」を項目として有する。例えば、図４において、「ノード：１」という識別情報のノードは、チャネルＢで受信待機をするチャネル値が「チャネルＢ：ｃｈ１」であることを示している。
【００５９】
なお、図４の例は、チャネルＡが共通のチャネル値を用いるため、チャネルＢのみのチャネル値を格納する場合を例示したが、もちろんチャネルＡのチャネル値も格納するようにしてもよい。
【００６０】
ＲＦ部５は、送信又は受信するチャネル値を切り替えて、送受信処理を行なうものである。ＲＦ部５は、送信制御手段３の制御に従って、パケットを送信する。
【００６１】
また、ＲＦ部５は、チャネル切り替え管理部１の制御により、受信待機に使用するチャネル値を切り替えて、パケットを受信するものである。ＲＦ部５は、パケットを受信すると、その受信パケットを上位装置に与えるものである。また、ＲＦ部５は、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるキャリアセンス機能、通信評価機能（例えば、送信失敗頻度等を求める機能など）を有しており、受信待機チャネルのチャネル状態情報をチャネル状態監視部２に与えるものである。
【００６２】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の通信処理の動作について図面を参照しながら説明する。
【００６３】
図５は、第１の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。図５（Ａ）において、丸はノード１０を表しており、矢印は無線リンクを表している。
【００６４】
初期状態のとき、全てのノード１０のチャネルスケジュールは、説明便宜上、同じ内容が設定されているものとする。なお、各ノード１０がそれぞれ異なるチャネルスケジュールを設定していてもよい。
【００６５】
例えば、図５（Ａ）に例示するように、チャネルスケジュールは、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が設定されており、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が設定されているものとする。
【００６６】
また例えば、チャネルＡの期間長Ｔ１はＴ１＝２ｍｓが設定されており、チャネルＢの期間長Ｔ２はＴ２＝１９８ｍｓが設定されているものとする。チャネルＡ及びチャネルＢの期間長の比率も全ノード１０で共通とする。
【００６７】
図６は、各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、初期化時には、各ノード１０は、他ノードのチャネルスケジュールが設定されていない。そのため、各ノード１０は、自ノードのチャネルスケジュールをブロードキャストで送信する。
【００６９】
図６において、自ノードのチャネルスケジュールを含む制御パケットは、チャネルＡで送信すべきパケットである（Ｓ１０１）。また、当該制御パケットの宛先アドレスは、ブロードキャストアドレスであるから、送信制御手段３は、チャネルＡのチャネル値「ｃｈ１」で、ブロードキャストにより最近接ノードに送信を行なう（Ｓ１０４）。
【００７０】
このとき、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ１＋α」＝１９８＋α（ｍｓ）の期間だけ、当該制御パケットを連続送信する。これにより、受信ノードは、２ｍｓのチャネルＡの受信待機タイミングで受信することができる。
【００７１】
また、受信ノードでは、受信パケットに含まれる送信元ノードのチャネルスケジュールが、近傍ノードチャネル管理部４に与えられる。近傍ノードチャネル管理部４は、受信した送信元ノードのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【００７２】
次に、ネットワークを形成するために、各ノード１０は、ルーティング制御パケットを送信する。
【００７３】
なお、ルーティングのアルゴリズムは、特に限定されるものではなく種々のアルゴリズムを適用することができる。例えば、ＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector)方式、ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）方式、ＤＳＲ（Dynamic Source Routing）方式等を適用することができる。
【００７４】
図６において、ルーティング制御パケットがチャネルＡを使用すべきものであるから（Ｓ１０１）、送信制御手段３は、チャネルＡのチャネル値「ｃｈ１」で、ブロードキャスト又はユニキャストにより、最近接ノードに送信を行なう（Ｓ１０４）。
【００７５】
ルーティングが完了すると、各ノード１０は、ユーザデータを含むデータパケットを送信することができる。ここでは、データパケットをユニキャストで送信するものとする。
【００７６】
図６において、ノード１０がユーザデータのパケットを送信する際、送信制御手段３は、ユーザデータを含むデータパケットがチャネルＢを使用すべきものであるから（Ｓ１０１）、Ｓ１０２に移行する。
【００７７】
Ｓ１０２において、送信制御手段３は、データパケットの送信先ノードのアドレス情報を取得する。そして、送信制御手段３は、近傍ノードチャネル管理部４の受信待機チャネルテーブル４１から、送信先ノードのアドレス情報に対応するチャネルＢのチャネル値「ｃｈ２」を検索する（Ｓ１０２）。
【００７８】
ここでは、全ノード１０のチャネルＢのチャネル値「ｃｈ２」である。従って、送信制御手段３は、チャネル「ｃｈ２」を使用して、データパケットを送信先ノードに向けて送信するようにする（Ｓ１０３）。このとき、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ２＋α（ｍｓ）」の期間、データパケットを連続送信するようにする。
【００７９】
ここで、図５（Ａ）に示すように、ネットワークにおいて干渉源３１が発生したとする。図５（Ａ）において、丸の中に斜線が記載されているものが、干渉源３１の影響を受けているものとする。
【００８０】
干渉源３１に存在しているノードは、干渉源３１の影響により、例えば、ＲＦ５によるデータパケットの送信失敗が発生したり、送信前のキャリアセンスでチャネル使用中と判定されたりする機会が増え、送信に失敗する可能性が高くなる。
【００８１】
図７は、チャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【００８２】
干渉源３１に存在するノードにおいて、チャネル状態監視部２は、ＲＦ部５からチャネル状態情報を取得し（Ｓ２０１）、取得したチャネル状態情報に基づいて、当該チャネルの使用状態の良否を判断する（Ｓ２０２）。
【００８３】
そして、チャネル変更が必要であると判断すると、チャネル状態監視部２は、変更後のチャネル値を含むチャネル状態の通知を、チャネル切り替え管理部１に与える（Ｓ２０３）。
【００８４】
チャネル切り替え管理部１は、チャネル状態監視部２から変更後のチャネル値を取得すると、そのチャネル値をチャネルＢのチャネル値に設定して、チャネルスケジュールの変更を行なう（Ｓ２０４）。
【００８５】
そして、チャネルスケジュールの変更がなされると、チャネル切り替え管理部１は、変更後のチャネルスケジュールを、チャネルＡで、最近接ノードにブロードキャスト送信させる（Ｓ２０５）。
【００８６】
この変更後のチャネルスケジュールのブロードキャスト送信の方法は、初期化時のチャネルスケジュールのブロードキャスト送信の方法と同じ処理でなされる。
【００８７】
例えば、図５（Ａ）に示す干渉源３１に存在するノードは、図５（Ｃ）に示すように、チャネルＢのチャネル値をチャネル「ｃｈ２」からチャネル「ｃｈ３」に変更したものとする。
【００８８】
そして、変更後のチャネルスケジュールを受信したノードは、近傍ノードチャネル管理部４が、当該送信元ノードのチャネルＢのチャネル値をチャネル「ｃｈ２」からチャネル「ｃｈ３」に更新する。以後、干渉源３１に存在しているノード間のチャネルＢのデータ通信は、チャネル「ｃｈ３」を使用して行なう。
【００８９】
以上のように、干渉源３１に存在するノードは、チャネルＢのチャネル変更を行なう。その結果、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、チャネルＡは全ノードチャネル「ｃｈ１」を使用する。干渉源３１に存在しないノードはチャネルＢでチャネル「ｃｈ２」を使用し、干渉源３１に存在するノードは、チャネルＢでチャネル「ｃｈ３」を使用する。こにより、干渉の影響によって送信失敗となっていたものが解消される。
【００９０】
上記の例では、チャネル状態監視部２が、適切なチャネルを選択する動作を説明した。しかし、チャネル状態監視部２がチャネル選択の動作をせず、ランダムにチャネルＢのチャネル値を定期的に変更するようにしてもよい。すなわち、ノードが、チャネルＢで同じチャネル値を使い続けないようにすることができれば、確率的に干渉を回避する効果が期待できる。
【００９１】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、受信チャネルを切り替えながら受信待機を行なうこと、送信先ノードの受信待機チャネルに応じて期間の異なる連続送信を行なうこと、そのチャネル切り替えのスケジュールを近傍ノード間で交換することで、従来マルチホップネットワークではネットワーク全体で１つのチャネルを用いて運用されているものを、複数のチャネルを用いた運用が可能になる。
【００９２】
さらには、第１の実施形態によれば、非特許文献１に記載の方法のように、パケット送信毎にチャネル予約のシーケンスが必要になることもなくなるため、オーバヘッドが小さくなる。その結果、干渉源が発生した場合にも、干渉エリアのみのチャネル変更が可能になる。
【００９３】
また、第１の実施形態によれば、ネットワーク内で大量のデータパケットが発生し、混雑によってパケットの送信失敗が発生したときにも、上述した干渉源の回避と同様の動作でチャネル変更が可能であるから、複数のチャネルにトラフィックを分散することができ、ネットワークのキャパシティを増加させることが可能になる。
【００９４】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークの第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００９５】
第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、マルチホップネットワークに本発明を適用した場合の実施形態を例示する。
【００９６】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態のノードの基本構成は、第１の実施形態のノード構成と同様であるから、第２の実施形態においても図２を用いる。
【００９７】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ネットワークを形成するルーティング方式がツリールーティングプロトコルに従って行なうことと、ノード１０の通信制御部１１の機能構成である。
【００９８】
また、第２の実施形態では、ツリー型ネットワークにおける、基準となるノード（以下、ｒｏｏｔとも呼ぶ）が、複数の無線インタフェイスを有する点が、第１の実施形態と異なる。ｒｏｏｔは、基準となるノードであればよく、例えば、ツリー型ネットワークの最上位ノードとしてもよいし、階層構造とするためにツリー型ネットワークの最上位から下流にあるノードとしてもよい。
【００９９】
図８は、第２の実施形態のノード１０の通信制御部１２の機能構成を示すブロック図である。
【０１００】
図８において、第２の実施形態の通信制御部１２は、チャネル切り替え管理部１、送信制御部３、近傍ノードチャネル管理部４、ＲＦ部５、チャネル決定部６を有する。
【０１０１】
第２の実施形態の通信制御部１２は、第１の実施形態のチャネル状態監視部２に代えてチャネル決定部６を有する。
【０１０２】
チャネル決定部６は、近傍ノードチャネル管理部４の受信待機チャネルテーブル４１を参照して、親ノードがチャネルＢで使用するチャネル値を、自ノードのチャネルＢで使用するチャネル値として決定するものである。
【０１０３】
また、チャネル決定部６は、自ノードのチャネルＢのチャネル値を決定すると、そのチャネル値をチャネル切り替え管理部１に通知するものである。
【０１０４】
ここで、「親ノード」とは、ツリー型ネットワークにおいて、自ノードよりも１ホップだけ、ｒｏｏｔ側に近いノードをいう。すなわち、ｒｏｏｔを最上位ノードとすると、親ノードは自ノードよりも１ホップだけ上位に位置するノードである。
【０１０５】
ツリールーティングプロトコルにより、ツリー型経路のネットワークを形成する際、親ノードからチャネルスケジュールが受信されると、近傍ノードチャネル管理部４は、その受信した親ノードのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１０６】
チャネル決定部６は、作成された受信待機チャネルテーブル４１を参照して、親ノードがチャネルＢに設定したチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として決定する。
【０１０７】
なお、ｒｏｏｔと直接通信を行なうノードは、親ノードであるｒｏｏｔから直接チャネルスケジュールが指定されるようにして、チャネルスケジュールを決定するようにしてもよい。
【０１０８】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
図９は、第２の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。図１０は、チャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【０１０９】
図９（Ａ）において、丸はノード１０を表し、矢印は無線リンクを表す。初期状態のとき、全てのノード１０のチャネルスケジュールは、説明便宜上、同じ内容が設定されているものとする。なお、各ノード１０がそれぞれ異なるチャネルスケジュールを設定していてもよい。
【０１１０】
例えば、図９（Ａ）に例示するように、チャネルスケジュールは、第１の実施形態と同様に、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が設定されており、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が設定されているものとする。
【０１１１】
また例えば、第１の実施形態と同様に、チャネルＡの期間長Ｔ１はＴ１＝２ｍｓが設定されており、チャネルＢの期間長Ｔ２はＴ２＝１９８ｍｓが設定されているものとする。チャネルＡ及びチャネルＢの期間長の比率も全ノード１０で共通とする。
【０１１２】
さらに、初期化したチャネルスケジュールの送信方法は、第１の実施形態と同様にしてブロードキャストにより最近接ノードに送信する。
【０１１３】
ネットワークを形成する際、ツリールーティングプロトコルに従って、ツリー型経路のネットワークを形成する。すなわち、ツリールーティングアルゴリズムの場合、ツリーの最上位に位置するｒｏｏｔに最も近いノードから経路が決定される。
【０１１４】
ここで、ツリールーティングプロトコルは、特に限定されるものではなく、ツリー型経路を形成するものであれば、例えば、ＡＯＤＶ方式、ＤＳＲ方式等を適用することができる。
【０１１５】
ｒｏｏｔは、例えば２個の無線インタフェイスを有している。ｒｏｏｔは、それぞれの無線インタフェイスについてのチャネルスケジュールを有している。
【０１１６】
ツリー型ネットワークを形成する際、ｒｏｏｔは、ルーティング制御パケット（経路情報）を送信する。
【０１１７】
ｒｏｏｔから１ホップ先のノードは、ｒｏｏｔとの経路を形成する。このとき、当該１ホップ先のノードは、ｒｏｏｔからチャネルスケジュールを受信する。
【０１１８】
当該１ホップ先のノードにおいて、ｒｏｏｔからチャネルスケジュールが受信されると、近傍ノードチャネル管理部４が、受信したｒｏｏｔのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１１９】
図１０において、チャネル決定部６は、受信待機チャネルテーブル４１を参照し（Ｓ３０１）、ｒｏｏｔのチャネルＢに設定されているチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として決定する（Ｓ３０２）。
【０１２０】
チャネル決定部６が自ノードのチャネルＢのチャネル値を決定すると、その決定したチャネル値を、チャネル切り替え管理部１に通知する（Ｓ３０３）。これにより、チャネル切り替え管理部１は、自ノードのチャネルＢのチャネル値が親ノードのチャネル値となるように、自ノードのチャネルスケジュールを変更することができる（Ｓ３０４）。
【０１２１】
このとき、ｒｏｏｔは、複数のノードに対して、複数のチャネルがそれぞれ異なるように割り当てる。また、ｒｏｏｔは、複数のノードに対して割り当てた無線インタフェイスのチャネルを、それぞれの無線インタフェイスのチャネルＢのチャネル値として設定する。
【０１２２】
例えば、図１０（Ａ）において、ｒｏｏｔから１ホップ先のノードとして「ノード２１」と「ノード２２」があるとする。この場合、ｒｏｏｔは、「ノード２１」のチャネルＢにチャネル「ｃｈ２」を割り当て、「ノード２２」のチャネルＢにチャネル「ｃｈ３」を割り当てる。そして、ｒｏｏｔは、自身の複数の無線インタフェイスのそれぞれが使用するチャネルとして、チャネル「ｃｈ２」、チャネル「ｃｈ３」に設定する。
【０１２３】
次に、ノード２１及びノード２２は、経路情報と共に、自ノードのチャネルスケジュールを送信する（Ｓ３０５）。
【０１２４】
ノード２１及びノード２２から経路情報を受信した１ホップ下流に位置するノードは、受信した経路を作成する。このとき、当該１ホップ下流のノードでは、経路情報と共に送信されてきたチャネルスケジュールに基づいて、近傍ノードチャネル管理部４が、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１２５】
そして、図１０に従って、チャネル決定部６が、親ノードのチャネルＢのチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として設定し、チャネル切り替え管理部１が、自ノードのチャネルスケジュールを変更する。
【０１２６】
以上の動作を繰り返すことにより、図９（Ａ）に示すように、チャネルＢをチャネル「ｃｈ２」とするツリー型ネットワーク（白丸のノードで構成されるネットワーク）と、チャネルＢをチャネル「ｃｈ３」とするツリー型ネットワーク（丸の中に斜線が記載されているノードで構成されるネットワーク）とが形成される。つまり、ツリー型ネットワーク毎に、チャネルスケジュールが異なるネットワークが形成される。
【０１２７】
「ノード２１」を上位ノードとするネットワークにおいて、ノードがチャネルＢでパケット送信するとき、各ノードは、チャネル「ｃｈ２」を使用して送信する。一方、「ノード２２」を上位ノードとするネットワークにおいて、ノードがチャネルＢでパケット送信するとき、各ノードは、チャネル「ｃｈ３」を使用して送信する。その結果、２つのツリー型ネットワークの間で、電波干渉は生じないようにすることができる。
【０１２８】
また、ｒｏｏｔは、複数の無線インタフェイスのそれぞれのチャネルＢのチャネル値を、チャネル「ｃｈ２」、チャネル「ｃｈ３」に設定しているため、ノード２１からのデータとノード２２からのデータとを同時に受信することができる。
【０１２９】
以上の例では、ｒｏｏｔが１個の場合を例示したが、複数のｒｏｏｔを備えるようにしてもよい。
【０１３０】
また、以上の例では、ｒｏｏｔが最上位ノードである場合を例示したが、最上位の位置よりも下流の位置にあるノードをｒｏｏｔと同じ構成のノードとしてもよい。すなわち、階層的なツリー型ネットワークを構成できるようにしてもよい。これにより、サブツリーネットワーク毎にチャネルを変えるように動作させることも可能になる。
【０１３１】
また、ノード１０の通信制御部が、第２の実施形態のチャネル決定部６と、第１の実施形態のチャネル状態監視部２とを備えるようにしてもよい。この場合、チャネル決定部６とチャネル状態監視部２のいずれかに優先順位を決定しておくことで、同時に運用することができる。
【０１３２】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、ネットワークのツリー毎に異なったチャネルを割り当てることが可能なる。その結果、複数のチャネルを使用することで干渉を低減させる効果が期待でき、特にツリー型のネットワークでは最もトラフィックが混雑しやすいｒｏｏｔ周辺では、複数のチャネルで同時にｒｏｏｔと通信できるようになるため、ネットワークのキャパシティを増加させることが可能になる。
【０１３３】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の通信装置、通信方法、ノード装置及びネットワークの第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１３４】
第３の実施形態も、第１の実施形態と同様に、マルチホップネットワークに本発明を適用した場合の実施形態を例示する。
【０１３５】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態のノードの基本構成は、第１の実施形態のノード構成と同様であるから、第３の実施形態においても図２を用いる。
【０１３６】
図１１は、第３の実施形態のノード１０の通信制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１１において、第３の実施形態の通信制御部１１は、ＲＦ状態切り替え管理部７、ＲＦ状態スケジュール決定部８、送信制御手段３、パケット種別判定部９、ＲＦ部５を有する。
【０１３７】
第３の実施形態は、第１の実施形態のチャネル切り替え管理部１に代えてＲＦ状態切り替え管理部７を有すること、チャネル状態監視部２に代えてＲＦ状態スケジュール決定部８を有すること、近傍ノードチャネル管理部４に代えてパケット種別判定部９を有することが異なる。
【０１３８】
ＲＦ状態切り替え管理部７は、ＲＦ状態スケジュール決定部８により決定された受信待機のチャネルスケジュールに従って、ＲＦ部５のチャネルを切り替えるものである。また、ＲＦ状態切り替え管理部７は、ＲＦ状態スケジュール決定部８からのチャネルスケジュールに従って、ＲＦ５に対してスリープ制御を行なうものである。
【０１３９】
図１２は、ＲＦ状態切り替え管理部７による受信動作を説明する説明図である。図１２において、全体周期Ｔ（秒）のうち、期間長をＴ１（秒）とする上り通信用のチャネル値での受信待機期間（以下、チャネルＡと呼ぶ）、期間長Ｔ２（秒）とする下り通信用のチャネル値での受信待機期間（以下、チャネルＢと呼ぶ）とを有する。また、チャネルＡとチャネルＢとの間、並びに、チャネルＢと次のチャネルＡとの間に、ＲＦ状態切り替え管理部７は、スリープ期間Ｓ１、Ｓ２を設ける。
【０１４０】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードの親ノードの送受信タイミングに基づいて、自ノードのチャネルスケジュールを決定するものである。つまり、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、チャネルＡの受信待機時間、チャネルＢの受信待機時間、チャネルＡとチャネルＢとの間、並びに、チャネルＢと次のチャネルＡとの間のスリープ時間を決定するものである。
【０１４１】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、ルーティング制御により経路情報を保持し、ｒｏｏｔからの自ノードのホップ数や、親ノードの識別情報を認識しており、これらの情報と親ノードの送受信タイミングを用いて、チャネルスケジュールを決定する。
【０１４２】
ＲＦ状態スケジュール決定部８によるチャネルスケジュールの決定方法の詳細な説明は動作の項で詳細に行なうが、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、ネットワークトポロジに応じてマルチホップでの遅延を改善するように、自ノードのチャネルスケジュールを決定する。
【０１４３】
例えば、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、親ノードの受信待機のタイミングを基準にして、自ノードのチャネルＡのタイミングを決定し、更にネットワークトポロジに合わせて、チャネルＡとチャネルＢとの間のスリープ時間を決定する方法を適用することができる。
【０１４４】
パケット種別判定部９は、送信するパケットが上りフレームか又は下りフレームかを判定して、その判定結果に基づく送信チャネルを送信制御手段３に通知するものである。
【０１４５】
上りフレームとは、ネットワークにおいてｒｏｏｔに近づく方向に転送されるものであり、下りフレームとは、ｒｏｏｔから遠ざかる方向に転送されるものである。
【０１４６】
ここで、パケット種別判定部９による上り又は下りの判定方法は、特に限定されることなく広く適用される。例えば、フレームに上りフレーム又は下りフレームを識別する識別子を設け、パケット種別判定部９が、この識別子に基づいて判定する方法を適用できる。また別の方法としては、例えば、パケット種別判定部９が、ルーティング制御による経路情報を保持し、送信フレームの送信先アドレスに基づいて上りフレーム又は下りフレームを判定する方法を適用できる。例えば、パケット種別判定部９が、ｒｏｏｔからのホップ数を近傍ノード毎に管理し、自ノードのｒｏｏｔからのホップ数と比較して、ホップ数が小さくなる方向の中継は上りフレーム、ホップ数が大きくなる方向の中継は下りと判断する方法がある。
【０１４７】
送信制御手段３は、パケット種別判定部９の判定結果に基づいて、送信パケットの送信動作を制御するものである。つまり、送信制御手段３は、上りパケットについてはチャネルＡのチャネル値で送信し、下りパケットについてはチャネルＢのチャネル値で送信する。
【０１４８】
なお、第３の実施形態では、ノード１０が、第１の実施形態の近傍ノードチャネル管理部４を有していないが、近傍ノードのチャネルスケジュールを保持すために、近傍ノードチャネル管理部４を保持するようにしてもよい。
【０１４９】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の通信処理の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１５０】
以下では、各ノード１０の初期状態は、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が全ノード共通で設定され、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が全ノード共通で設定されているものとする。
【０１５１】
ネットワークを形成するために、各ノード１０は、ルーティング制御パケットを送信する。なお、ルーティングのアルゴリズムは、特に限定されるものではなく種々のアルゴリズムを適用することができ、ＡＯＤＶ方式、ＯＬＳＲ方式、ＤＳＲ方式等を適用することができる。ルーティングが完了してネットワークが形成されると、各ノード１０は、データパケットの通信を行なうことができる。
【０１５２】
図１３は、各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【０１５３】
送信パケットが送信制御手段３に与えられると、パケット種別判定部９は、その送信パケットが、上りフレームか又は下りフレームかを判定する（Ｓ４０１）。パケット種別判定部９が、上りパケットと判定した場合にはチャネルＡのチャネル「ｃｈ１」を送信制御手段３に通知し（Ｓ４０２）、下りパケットと判定した場合にはチャネルＢのチャネル「ｃｈ２」を通知する（Ｓ４０３）。そして、送信制御手段３は、パケット種別判定部９から通知されたチャネル値を使用して、当該送信パケットを送信する（Ｓ４０４）。
【０１５４】
図１４は、第３の実施形態の通信処理を説明する説明図である。図１４では、ノード２５からノード０（ｒｏｏｔ）への上り通信が発生し、直後ノード０からノード２４への下り通信が発生した例を示す。上り通信は点線矢印とし、下り通信は実線矢印とする。
【０１５５】
また、ノード２５からの送信パケット（上りフレーム）は、ノード２３→ノード２１→ノード０と中継され、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）は、ノード２２→ノード２４と中継されるものとする。
【０１５６】
図１４において、ノード３からの送信パケット（上りフレーム）と、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）とは、ほぼ同時に発生している。しかし、上りはチャネル「ｃｈ１」を使用し、下りはチャネル「ｃｈ２」を使用しており、上りと下りで異なったチャネルを使用しているため、上りと下りの送信が電波干渉を生じすることはない。そのため、ノード２１は、ノード２３からの上りパケットを受信でき、ノード２２はノード０からの下りパケットを受信できる。
【０１５７】
図１５は、第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定方法を説明する説明図である。
【０１５８】
図１５では、ノード２２からの送信パケット（上りフレーム）は、ノード２２→ノード２１→ノード０と中継され、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）は、ノード０→ノード２１→ノード２２と中継されるものとする。上り通信は点線矢印とし、下り通信は実線矢印とする。
【０１５９】
図１６は、第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定処理を示すフローチャートである。
【０１６０】
まず、図１５に示すように、ノード２２において上りフレームの送信パケットが発生すると、送信制御部３は、チャネルＡのチャネル「ｃｈ１」を使用して、当該送信パケットを親ノードのノード２１に送信する。
【０１６１】
ノード２１においてチャネルＡの受信待機になると、ノード２１は、チャネル「ｃｈ１」を使用して送信されてきたパケットを受信する。そして、ノード２１は、チャネル「ｃｈ１」を使用して応答パケットをノード２２に返信する。
【０１６２】
ノード２２は、チャネルＡのチャネル「ｃｈ１」で、ノード２１からの応答パケットを受信する（Ｓ５０１）。
【０１６３】
親ノードのノード２１から応答パケットを受信すると、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正しくノード２１に送信できた時刻を正常送信時刻ｔ１とする（Ｓ５０２）。
【０１６４】
ここで、応答パケットを受信したタイミングは、親ノードのチャネルＡの受信タイミングである。従って、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、応答パケットの受信により、親ノードのチャネルＡのタイミングを認識することができる。
【０１６５】
なお、図１５では、正常送信時刻ｔ１が、ノード２２の最後に送信パケットを送信した時刻とする場合を例示しているが、応答パケットを受信した時刻を正常送信時刻ｔ１とするようにしてもよい。
【０１６６】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準として、おおよそ周期Ｔ（秒）から所定時間だけ短い期間経過後に、自ノードのチャネルＡを設定する（Ｓ５０３）。
【０１６７】
このとき、自ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングが、親ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングの直前となるように、ＲＦ状態スケジュール決定部８が、自ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングを設定する。
【０１６８】
つまり、自ノードのチャネルＡのタイミングを、親ノードのチャネルＡの直前となるから、自ノードが親ノードに上りパケットを送信するとき、自ノードは、短い連続送信で応答パケットを受信することが期待できる。その結果、送信時間を減らすことで帯域の負荷を下げることができる。
【０１６９】
従って、送信パケットの連続送信期間を短くすることができ、また、チャネルＡの受信待機期間も短くする設定することができる。
【０１７０】
例えば、図１５に示すように、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準として、「Ｔ-β」時間経過後に、自ノードのチャネルＡが開始するように設定する。なお、βは、実験的に設定することができる。
【０１７１】
次に、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準としたまま、ｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数に応じた時間をスリープ時間Ｓ１として求める（Ｓ５０４）。これにより、下りの連続送信時間及びチャネルＢの受信待機期間も短くすることができる。
【０１７２】
図１５において、ノード０のスリープ時間Ｓ１がＸ（秒）であるとする。また、ノード２２のｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数は２ホップであり、ノード２１のｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数は１ホップである。
【０１７３】
この場合、ノード２２のＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードのスリープ時間Ｓ１が、「Ｘ＋２Ｙ（秒）」となるように設定する。また、例えば、ノード２１のＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードのスリープ時間Ｓ１が、「Ｘ＋Ｙ（秒）」となるように設定する。すなわち、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、「（固定値）＋（ホップ数に比例した値）」をスリープ時間Ｓ１とする。
【０１７４】
そして、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、スリープ時間Ｓ１経過後に、自ノードのチャネルＢを設定する（Ｓ５０５）。
【０１７５】
さらに、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、チャネルＢの受信待機期間が経過後、周期Ｔの終了までの時間をスリープ時間Ｔ２とする（Ｓ５０６）。
【０１７６】
このようにすることで、図１５に示すように、例えば、ノード２２のスリープ時間Ｓ２が「Ｚ（秒）」である場合、ノード２１のスリープ時間Ｓ２は「Ｚ＋Ｗ（秒）」、ノード０のスリープ時間Ｓ２は「Ｚ＋２Ｗ」等のような関係が得られる。
【０１７７】
上記のようにすることで、下りパケットのチャネルＢの受信待機のタイミングは、親ノードのチャネルＢの直後になり、逆に上りパケットのチャネルＡの受信待機のタイミングは、親ノードのチャネルＡの直前となるように設定できる。
【０１７８】
こうしておくと、ノード０からノード２２に下りパケットを送信し、そのエンドエンドの応答パケットをノード０に送信する場合に、各ノードが連続送信して送信先ノードの受信待機のタイミングを探す動作時間が短くできる。
【０１７９】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、上り、下りで異なったチャネルで通信できるため、上りトラフィックと下りトラフィックでの衝突が発生しなくなるため、パケットロスを削減する効果が期待できる。
【０１８０】
また、第３の実施形態によれば、チャネルの切り替えに加えてノードのスリープも行なうために、省電力化が期待できる。
【０１８１】
さらに、第３の実施形態によれば、このＲＦ状態スケジュールのスリープ時間Ｓ１をノードのｒｏｏｔからのホップ数にあわせて設定することでパケット中継の低遅延化、連続送信に係る電力の削減による省電力効果が期待できる。
【０１８２】
（Ｄ）他の実施形態
上述した第１〜第３の実施形態では、それぞれ異なるチャネル値を使用して受信待機期間として、２個のチャネルＡとチャネルＢを設定する場合を例示したが、３個以上の受信待機期間を設定するようにしてもよい。
【０１８３】
上述した第１〜第３の実施形態において、チャネルＡの期間長及びチャネルＢの期間長は、固定としてもよいし、変更できるようにしてもよい。
【０１８４】
上述した第１〜第３の実施形態において、チャネルＡ及びチャネルＢで使用するチャネル値を、定期的に変更するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１８５】
１…チャネル切り替え管理部、２…チャネル状態監視部、３…送信制御部、
４…近傍ノードチャネル管理部、５…ＲＦ部、６…チャネル決定部、
７…ＲＦ状態切り替え管理部、８…ＲＦ状態スケジュール決定部、
９…パケット種別判定部、１０…ノード、１１…通信制御部、
１２…無線インタフェイス部、１３…制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークに関するものである。本発明は、例えばセンサネットワーク等のように、空間に分散配置された多数のノード装置が、無線を利用して相互にデータ通信を行なう通信装置、通信プログラム、ノード装置及び複数のノード装置から構成されるネットワークに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ネットワークにおいて、無線端末が複数チャネル（マルチチャネル）を利用して、異なるチャネルを用いた複数の通信を同時に実現できるようにすることが求められている。
【０００３】
しかし、従来の無線ネットワークのチャネルアクセス方式として広く適用されているＩＥＥＥ８０２．１１ ＤＣＦに標準化技術は、１つの無線チャネルが近隣端末間で共有され、各無線端末がランダムにチャネルアクセスをして通信を行なうというものである。つまり、無線端末は、同時に１チャネル上でしかフレーム伝送等を行なうことができない。
【０００４】
従来、無線端末が複数チャネルを利用して通信を行なう方式として、非特許文献１に記載される技術がある。
【０００５】
非特許文献１に記載の方法は、１つの制御チャネルと、複数のデータチャネルとを備えることを前提とし、通常の受信待機状態では制御チャネルで受信待機を行なう。
【０００６】
送信元ノードは、データ発生時に、どのチャネルでデータ通信を行なうかを含む制御パケットを制御チャネルで送信する。この制御パケットを受信した送信先ノードは、制御パケットを正常に受信した旨を送信元ノードに応答した後、指定されたデータチャネルへの切り替えを行なう。そして、応答を受信した送信元ノードは、データチャネルでデータ通信を行なう。
【０００７】
また、通信が完了すると、送信元ノード及び送信先ノードは共に、再び制御チャネルに切り替え、制御チャネルでの受信待機を行なう。
【０００８】
以上の手続きを行なうことにより、各ノードは複数チャネルを使用して通信を行なうことが可能となり、電波干渉が低減し、スループットの向上が期待できる。また、非特許文献１に記載の方法は、ノード間の時刻同期が必要ないという利点もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】谷川陽祐，戸出英樹，村上孝三，「空き資源の積極利用を指向したマルチチャネルＭＡＣプロトコル」，社団法人電子情報通信学会、２００９，電子情報通信学会論文誌 Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ９２−Ｂ，Ｎｏ．１，ｐｐ．１９６−２０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１の記載技術は、データ通信前に、通信に利用するデータチャネルを送信先ノードに通知する予約シーケンスが必要となる。また、この予約シーケンスは、パケット毎に発生するものである。
【００１１】
そのため、予約シーケンスなしに直接データのみを通信する場合に比べて、増加するオーバヘッドが小さくないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、時刻同期を前提としないという条件のまま、電波干渉の低減及びスループットの向上を図り、チャネル予約により生じ得るオーバヘッドを削減し、複数チャネルを利用した通信を、より効率的に行なえるようにする通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するために、第１の本発明は、（１）複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段と、（２）各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、（３）自ノードのチャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段と、（４）通信手段を通じて他ノードから取得した、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、（５）送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で送信信号を連続送信させる送信制御手段とを備えることを特徴とする通信装置である。
【００１４】
第２の本発明は、コンピュータを、（１）複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段、（２）各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段、（３）自ノードのチャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段、（４）通信手段を通じて他ノードから取得した、他ノードのチャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段、（５）送信信号を送信する際に、他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上送信信号を連続送信させる送信制御手段として機能させるものであることを特徴とする通信プログラムである。
【００１５】
第３の本発明は、複数のノード装置を有して構成されるネットワークにおいて、各ノード装置が、第１の本発明の通信装置を有することを特徴とするノード装置である。
【００１６】
第４の本発明は、第３の本発明のノードを複数有して構成されるネットワークである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、時刻同期を前提としないという条件のまま、電波干渉の低減及びスループットの向上を図り、チャネル予約により生じ得るオーバヘッドを削減し、複数チャネルを利用した通信を、より効率的にすることがでくきる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のノード装置の内部構成を示す内部構成図である。
【図３】第１の実施形態のノードの送信動作及び受信動作を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態の受信待機チャネルテーブルの構成例を示す構成図である。
【図５】第１の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態の各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態のチャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態のノードの通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。
【図１０】第２の実施形態のチャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第３の実施形態のノードの通信制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施形態のＲＦ状態切り替え管理部による受信動作を説明する説明図である。
【図１３】第３の実施形態の各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【図１４】第３の実施形態の通信処理を説明する説明図である。
【図１５】第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定方法を説明する説明図である。
【図１６】第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明の通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークの第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
第１の実施形態は、例えば、空間に分散配置された複数のノード装置から構成され、各ノード装置がアドホックモードによりデータ通信を行なうマルチホップネットワークに、本発明を適用する実施形態を例示する。
【００２１】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態のノード装置（以下、単にノードともいう）の内部構成を示す内部構成図である。第１の実施形態において、マルチホップネットワークを構成する複数のノード装置は、いずれも同じ内部構成を備えるものとする。
【００２２】
図２において、第１の実施形態のノード装置１０は、制御部１３、通信制御部１１、無線インタフェイス部１２を有する。
【００２３】
制御部１３は、ノード１０全体の機能動作を司る処理部又は装置である。例えば、制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェイス部等を有して構成されるものである。
【００２４】
通信制御部１１は、ノード１０の通信処理を制御する処理部又は装置である。通信制御部１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェイス部等を有して構成されるものである。通信制御部１１の機能は、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納される処理プログラムを実行することにより実現される。
【００２５】
通信制御部１１によりなされる機能の詳細な説明は、後述するが、例えば、データパケットの送受信制御、チャネル制御、ルーティング制御等を行なうものである。
【００２６】
無線インタフェイス部１２は、アンテナ部と無線通信処理部とを有する無線通信手段である。無線インタフェイス部１２は、例えば無線機を適用することができる。第１の実施形態では、ノード１０は、１個の無線インタフェイス部１２を備えるものとする。
【００２７】
図１は、第１の実施形態の通信制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１において、通信制御部１１は、その機能として、チャネル切り替え管理部１、チャネル状態監視部２、送信制御手段３、近傍ノードチャネル管理部４、ＲＦ部５を有する。
【００２８】
チャネル切り替え管理部１は、ＲＦ部５の受信待機チャネルを制御するものである。チャネル切り替え管理部１は、チャネルスケジュールを有しており、そのチャネルスケジュールに従って、ＲＦ部５のチャネルを切り替える。
【００２９】
なお、受信チャネルスケジュールは、ブロードキャストにより隣接ノードに対して通知される。これにより、各ノード１０は、自身のチャネルスケジュールを通知すると共に、近傍のノードのチャネルスケジュールを認識することができる。
【００３０】
図３は、ノード１０の送信動作及び受信動作を説明する説明図である。図３（Ｂ）が、チャネル切り替え管理部１による受信動作を示す説明図である。
【００３１】
図３（Ｂ）において、チャネルスケジュールは、全体の周期をＴ（秒）として設定されており、この期間が繰り返し行なわれる。また、全体周期Ｔは、全てのノードにおいて同じ期間が設定されている。
【００３２】
また、チャネルスケジュールは、全体周期Ｔのうち、ネットワークにおいて共通のチャネル値での共通チャネル受信待機期間（以下、チャネルＡとも呼ぶ）と、各ノードが自由に設定したチャネル値での非共通チャネル受信待機期間（以下、チャネルＢとも呼ぶ）とを有して構成される。
【００３３】
例えば、図３（Ｂ）では、チャネルＡの期間がＴ１（秒）と設定されており、チャネルＢの期間がＴ２（秒）と設定されている場合を示す。なお、チャネルＡの期間Ｔ１は、全てのノードにおいて同じ期間が設定されている。
【００３４】
チャネルＡは、ネットワークにおいて共通としているため、例えば、ルーティングに係る制御パケット等、全てのノードに送信する必要があるパケットを送信する場合に利用される。
【００３５】
一方、チャネルＢは、ノード間で使用するチャネル値が認識され整合していればよいため、例えば、ノード間でユニキャストによりパケットを送信する場合に利用される。
【００３６】
このように、チャネルスケジュールには、チャネルＡの期間長及び使用するチャネル値と、チャネルＢの期間長及び使用するチャネル値とが設定されており、チャネル切り替え管理部１は、このチャネルスケジュールに従ってＲＦ部５の使用するチャネル値を切り替える。
【００３７】
また、チャネル切り替え管理部１は、チャネル状態監視部２からチャネル状態の通知を受け取り、このチャネル状態の通知に含まれるチャネルＢで使用する変更後のチャネル値を用いて、チャネルスケジュールを変更するものである。
【００３８】
チャネルスケジュールの変更があった場合、チャネル切り替え管理部１は、変更後のチャネルスケジュールをＲＦ部５に与え、ブロードキャストにより隣接するノードに通知する。これにより、最新のチャネルスケジュールを各ノード１０が認識することができる。
【００３９】
なお、変更後のチャネルスケジュールをブロードキャスト送信する際、チャネルＡを含むチャネルスケジュール全体を送信するようにしてもよいし、チャネルＢで使用する変更後のチャネル値のみを送信するようにしてもよい。チャネルＢの変更後のチャネル値のみを送信する場合、データサイズを小さくすることができるので帯域の低減を図ることができる。
【００４０】
ここで、例えば、周波数ホッピング方式を利用した方式の場合で、スケジュールに従ったチャネル切り替えを行なうが、第１の実施形態のチャネル切り替え方式は、次の点で、周波数ホッピング方式と異なる。周波数ホッピング方式は、通信の際に、送信側と受信側との間で、そのスケジュールの同期を行なう必要がある。これに対して、第１の実施形態のチャネル切り替え方式は、チャネルスケジュールの同期を必要としない。すなわち、各ノードが、独自のタイミングで、チャネル値を切り替えることができる。
【００４１】
チャネル状態監視部２は、チャネルＢで使用したチャネルのチャネル状態情報をＲＦ部５から受け取り、そのチャネル状態情報に基づいて当該チャネルのチャネル状態を監視するものである。
【００４２】
ここで、チャネル状態監視部２によるチャネル状態監視方法は、使用しているチャネルの使用状態を確認することができれば、種々の方法を広く適用することができる。例えば、チャネル状態監視部２は、ＲＦ部５においてチャネルＢで送信したパケットが送信失敗した頻度、パケット送信前にＲＦ部５が行なうキャリアセンスによりキャリア有りの判定がなされ送信できなかった頻度等に基づいて、当該チャネルの混み具合を推定する。
【００４３】
また、チャネル状態監視部２は、当該チャネルの使用状態の良否を判断し、必要がある場合には、チャネル値の変更をし、その変更後のチャネル値を含むチャネル状態の通知として、チャネル切り替え管理部１に通知するものである。
【００４４】
例えば、チャネル状態監視部２は、チャネルＢでの送信失敗頻度や、キャリアセンスキャリア有りとなって送信できなかった頻度等が閾値を超えた場合には、チャネルＢで使用するチャネル値を変更する。このとき、チャネル状態監視部２は、使用可能なチャネルからランダムに１つ選択する方法や、変更先候補のチャネルをスキャンして使用状態をチェックし、空いているチャネルを変更後チャネルとして設定する。
【００４５】
送信制御手段３は、上位装置から送信パケットが与えられると、近傍ノードチャネル管理部４が管理する近傍ノードのチャネルスケジュールを参照し、送信先ノードに設定されている受信待機チャネルのチャネル値で、当該パケットを送信するように制御するものである。
【００４６】
また、送信制御手段３は、送信パケットの種別に応じて送信制御を行なうものである。例えば、送信制御手段３は、送信パケットがチャネルＡで送信すべきものか又はチャネルＢで送信すべきものか、更に、ブロードキャスト又はユニキャストで送信すべきものかを判断し、その判断結果に応じて送信動作を制御する。
【００４７】
ここで、送信制御手段３による送信処理について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、送信制御部３による送信動作を説明する説明図である。
【００４８】
なお、図３（Ａ）では、制御パケット（例えば、ルーティング制御パケットや、チャネルスケジュールを含む制御パケット等）をチャネルＡで送信し、ユーザデータを含むデータパケットをチャネルＢで送信する場合を例示する。
【００４９】
また、制御パケットについては、ブロードキャスト又はユニキャストで送信することができ、データパケットについては、ユニキャストで送信する場合を例示する。
【００５０】
このような送信制御の取り決めは、予めパケット種別に対応した設定情報を送信制御手段３が有するようにすることで実現できる。
【００５１】
図３において、（Ａ−１）は、送信パケットが、例えば制御パケット等のように、チャネルＡで送信すべきものであって、宛先アドレスがブロードキャストアドレスである場合を示す。この場合、送信制御手段３は、自ノードがパケットを送信する送信スロットを有している。そして、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ１＋α（秒）」の期間、連続してパケットを送信するように制御する。
【００５２】
ここで、「α」は、実験的に決定することができる固定値とする。また、「Ｔ−Ｔ１＋α」という期間としたのは、送信ノードの連続送信が、受信ノードのチャネルＡでの受信待機期間に必ず１回は重なるようにするためである。
【００５３】
図３において、（Ａ−２）は、送信パケットが、チャネルＡで送信すべきものであって、宛先アドレスがユニキャストアドレスである場合を示す。この場合、送信制御手段３は、連続してパケットを送信し、受信ノードから応答パケットを受信すると連続送信をやめるようにする。このとき、送信制御手段３は、受信ノードから応答パケットを受信しない場合には、連続送信開始後、「Ｔ−Ｔ１＋α（秒）」時にタイムアウトして、送信をやめる。すなわち、この場合は送信失敗となる。
【００５４】
図３において、（Ａ−３）は、送信パケットが、例えばユーザデータ等のようにチャネルＢで送信すべきものである場合を示す。この場合も、送信制御手段３は、パケットを連続送信する。ただし、この場合、送信制御手段３は、連送信開始後、「Ｔ−Ｔ２＋α（秒）」時にタイムアウトして、送信をやめる。
【００５５】
図３に示すように、チャネルＡの期間長とチャネルＢの期間長とを比べると、チャネルＡとチャネルＢとの間に大きな差があるため、「Ｔ−Ｔ２＋α」が、非常に小さい値となる場合がある。この場合に、送信制御手段３がチャネルＢでパケットを送信する連続送信時間が１パケット送信する時間より短くなったとしても、送信制御手段３は１回ないし２回は必ずパケット送信するようにする。
【００５６】
近傍ノードチャネル管理部４は、近傍ノードのチャネルスケジュールを管理するものである。
【００５７】
近傍ノードチャネル管理部４は、受信待機チャネルテーブル４１を有しており、近傍ノードからチャネルスケジュールを受信すると、受信待機チャネルテーブル４１の内容を設定・更新する。
【００５８】
図４は、受信待機チャネルテーブル４１の構成例を示す構成図である。図４において、例えば、受信待機チャネルテーブル４１は、近傍ノードを識別する識別情報（例えば、ＭＡＣアドレス等のアドレス情報等）を格納する「ノード」、対応する近傍ノードがチャネルＢで受信待機チャネルとして設定されているチャネル値を格納する「チャネルＢ」を項目として有する。例えば、図４において、「ノード：１」という識別情報のノードは、チャネルＢで受信待機をするチャネル値が「チャネルＢ：ｃｈ１」であることを示している。
【００５９】
なお、図４の例は、チャネルＡが共通のチャネル値を用いるため、チャネルＢのみのチャネル値を格納する場合を例示したが、もちろんチャネルＡのチャネル値も格納するようにしてもよい。
【００６０】
ＲＦ部５は、送信又は受信するチャネル値を切り替えて、送受信処理を行なうものである。ＲＦ部５は、送信制御手段３の制御に従って、パケットを送信する。
【００６１】
また、ＲＦ部５は、チャネル切り替え管理部１の制御により、受信待機に使用するチャネル値を切り替えて、パケットを受信するものである。ＲＦ部５は、パケットを受信すると、その受信パケットを上位装置に与えるものである。また、ＲＦ部５は、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるキャリアセンス機能、通信評価機能（例えば、送信失敗頻度等を求める機能など）を有しており、受信待機チャネルのチャネル状態情報をチャネル状態監視部２に与えるものである。
【００６２】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の通信処理の動作について図面を参照しながら説明する。
【００６３】
図５は、第１の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。図５（Ａ）において、丸はノード１０を表しており、矢印は無線リンクを表している。
【００６４】
初期状態のとき、全てのノード１０のチャネルスケジュールは、説明便宜上、同じ内容が設定されているものとする。なお、各ノード１０がそれぞれ異なるチャネルスケジュールを設定していてもよい。
【００６５】
例えば、図５（Ａ）に例示するように、チャネルスケジュールは、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が設定されており、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が設定されているものとする。
【００６６】
また例えば、チャネルＡの期間長Ｔ１はＴ１＝２ｍｓが設定されており、チャネルＢの期間長Ｔ２はＴ２＝１９８ｍｓが設定されているものとする。チャネルＡ及びチャネルＢの期間長の比率も全ノード１０で共通とする。
【００６７】
図６は、各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、初期化時には、各ノード１０は、他ノードのチャネルスケジュールが設定されていない。そのため、各ノード１０は、自ノードのチャネルスケジュールをブロードキャストで送信する。
【００６９】
図６において、自ノードのチャネルスケジュールを含む制御パケットは、チャネルＡで送信すべきパケットである（Ｓ１０１）。また、当該制御パケットの宛先アドレスは、ブロードキャストアドレスであるから、送信制御手段３は、チャネルＡのチャネル値「ｃｈ１」で、ブロードキャストにより最近接ノードに送信を行なう（Ｓ１０４）。
【００７０】
このとき、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ１＋α」＝１９８＋α（ｍｓ）の期間だけ、当該制御パケットを連続送信する。これにより、受信ノードは、２ｍｓのチャネルＡの受信待機タイミングで受信することができる。
【００７１】
また、受信ノードでは、受信パケットに含まれる送信元ノードのチャネルスケジュールが、近傍ノードチャネル管理部４に与えられる。近傍ノードチャネル管理部４は、受信した送信元ノードのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【００７２】
次に、ネットワークを形成するために、各ノード１０は、ルーティング制御パケットを送信する。
【００７３】
なお、ルーティングのアルゴリズムは、特に限定されるものではなく種々のアルゴリズムを適用することができる。例えば、ＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector)方式、ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）方式、ＤＳＲ（Dynamic Source Routing）方式等を適用することができる。
【００７４】
図６において、ルーティング制御パケットがチャネルＡを使用すべきものであるから（Ｓ１０１）、送信制御手段３は、チャネルＡのチャネル値「ｃｈ１」で、ブロードキャスト又はユニキャストにより、最近接ノードに送信を行なう（Ｓ１０４）。
【００７５】
ルーティングが完了すると、各ノード１０は、ユーザデータを含むデータパケットを送信することができる。ここでは、データパケットをユニキャストで送信するものとする。
【００７６】
図６において、ノード１０がユーザデータのパケットを送信する際、送信制御手段３は、ユーザデータを含むデータパケットがチャネルＢを使用すべきものであるから（Ｓ１０１）、Ｓ１０２に移行する。
【００７７】
Ｓ１０２において、送信制御手段３は、データパケットの送信先ノードのアドレス情報を取得する。そして、送信制御手段３は、近傍ノードチャネル管理部４の受信待機チャネルテーブル４１から、送信先ノードのアドレス情報に対応するチャネルＢのチャネル値「ｃｈ２」を検索する（Ｓ１０２）。
【００７８】
ここでは、全ノード１０のチャネルＢのチャネル値「ｃｈ２」である。従って、送信制御手段３は、チャネル「ｃｈ２」を使用して、データパケットを送信先ノードに向けて送信するようにする（Ｓ１０３）。このとき、送信制御手段３は、「Ｔ−Ｔ２＋α（ｍｓ）」の期間、データパケットを連続送信するようにする。
【００７９】
ここで、図５（Ａ）に示すように、ネットワークにおいて干渉源３１が発生したとする。図５（Ａ）において、丸の中に斜線が記載されているものが、干渉源３１の影響を受けているものとする。
【００８０】
干渉源３１に存在しているノードは、干渉源３１の影響により、例えば、ＲＦ５によるデータパケットの送信失敗が発生したり、送信前のキャリアセンスでチャネル使用中と判定されたりする機会が増え、送信に失敗する可能性が高くなる。
【００８１】
図７は、チャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【００８２】
干渉源３１に存在するノードにおいて、チャネル状態監視部２は、ＲＦ部５からチャネル状態情報を取得し（Ｓ２０１）、取得したチャネル状態情報に基づいて、当該チャネルの使用状態の良否を判断する（Ｓ２０２）。
【００８３】
そして、チャネル変更が必要であると判断すると、チャネル状態監視部２は、変更後のチャネル値を含むチャネル状態の通知を、チャネル切り替え管理部１に与える（Ｓ２０３）。
【００８４】
チャネル切り替え管理部１は、チャネル状態監視部２から変更後のチャネル値を取得すると、そのチャネル値をチャネルＢのチャネル値に設定して、チャネルスケジュールの変更を行なう（Ｓ２０４）。
【００８５】
そして、チャネルスケジュールの変更がなされると、チャネル切り替え管理部１は、変更後のチャネルスケジュールを、チャネルＡで、最近接ノードにブロードキャスト送信させる（Ｓ２０５）。
【００８６】
この変更後のチャネルスケジュールのブロードキャスト送信の方法は、初期化時のチャネルスケジュールのブロードキャスト送信の方法と同じ処理でなされる。
【００８７】
例えば、図５（Ａ）に示す干渉源３１に存在するノードは、図５（Ｃ）に示すように、チャネルＢのチャネル値をチャネル「ｃｈ２」からチャネル「ｃｈ３」に変更したものとする。
【００８８】
そして、変更後のチャネルスケジュールを受信したノードは、近傍ノードチャネル管理部４が、当該送信元ノードのチャネルＢのチャネル値をチャネル「ｃｈ２」からチャネル「ｃｈ３」に更新する。以後、干渉源３１に存在しているノード間のチャネルＢのデータ通信は、チャネル「ｃｈ３」を使用して行なう。
【００８９】
以上のように、干渉源３１に存在するノードは、チャネルＢのチャネル変更を行なう。その結果、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、チャネルＡは全ノードチャネル「ｃｈ１」を使用する。干渉源３１に存在しないノードはチャネルＢでチャネル「ｃｈ２」を使用し、干渉源３１に存在するノードは、チャネルＢでチャネル「ｃｈ３」を使用する。こにより、干渉の影響によって送信失敗となっていたものが解消される。
【００９０】
上記の例では、チャネル状態監視部２が、適切なチャネルを選択する動作を説明した。しかし、チャネル状態監視部２がチャネル選択の動作をせず、ランダムにチャネルＢのチャネル値を定期的に変更するようにしてもよい。すなわち、ノードが、チャネルＢで同じチャネル値を使い続けないようにすることができれば、確率的に干渉を回避する効果が期待できる。
【００９１】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、受信チャネルを切り替えながら受信待機を行なうこと、送信先ノードの受信待機チャネルに応じて期間の異なる連続送信を行なうこと、そのチャネル切り替えのスケジュールを近傍ノード間で交換することで、従来マルチホップネットワークではネットワーク全体で１つのチャネルを用いて運用されているものを、複数のチャネルを用いた運用が可能になる。
【００９２】
さらには、第１の実施形態によれば、非特許文献１に記載の方法のように、パケット送信毎にチャネル予約のシーケンスが必要になることもなくなるため、オーバヘッドが小さくなる。その結果、干渉源が発生した場合にも、干渉エリアのみのチャネル変更が可能になる。
【００９３】
また、第１の実施形態によれば、ネットワーク内で大量のデータパケットが発生し、混雑によってパケットの送信失敗が発生したときにも、上述した干渉源の回避と同様の動作でチャネル変更が可能であるから、複数のチャネルにトラフィックを分散することができ、ネットワークのキャパシティを増加させることが可能になる。
【００９４】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の通信装置、通信プログラム、ノード装置及びネットワークの第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００９５】
第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、マルチホップネットワークに本発明を適用した場合の実施形態を例示する。
【００９６】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態のノードの基本構成は、第１の実施形態のノード構成と同様であるから、第２の実施形態においても図２を用いる。
【００９７】
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ネットワークを形成するルーティング方式がツリールーティングプロトコルに従って行なうことと、ノード１０の通信制御部１１の機能構成である。
【００９８】
また、第２の実施形態では、ツリー型ネットワークにおける、基準となるノード（以下、ｒｏｏｔとも呼ぶ）が、複数の無線インタフェイスを有する点が、第１の実施形態と異なる。ｒｏｏｔは、基準となるノードであればよく、例えば、ツリー型ネットワークの最上位ノードとしてもよいし、階層構造とするためにツリー型ネットワークの最上位から下流にあるノードとしてもよい。
【００９９】
図８は、第２の実施形態のノード１０の通信制御部１２の機能構成を示すブロック図である。
【０１００】
図８において、第２の実施形態の通信制御部１２は、チャネル切り替え管理部１、送信制御部３、近傍ノードチャネル管理部４、ＲＦ部５、チャネル決定部６を有する。
【０１０１】
第２の実施形態の通信制御部１２は、第１の実施形態のチャネル状態監視部２に代えてチャネル決定部６を有する。
【０１０２】
チャネル決定部６は、近傍ノードチャネル管理部４の受信待機チャネルテーブル４１を参照して、親ノードがチャネルＢで使用するチャネル値を、自ノードのチャネルＢで使用するチャネル値として決定するものである。
【０１０３】
また、チャネル決定部６は、自ノードのチャネルＢのチャネル値を決定すると、そのチャネル値をチャネル切り替え管理部１に通知するものである。
【０１０４】
ここで、「親ノード」とは、ツリー型ネットワークにおいて、自ノードよりも１ホップだけ、ｒｏｏｔ側に近いノードをいう。すなわち、ｒｏｏｔを最上位ノードとすると、親ノードは自ノードよりも１ホップだけ上位に位置するノードである。
【０１０５】
ツリールーティングプロトコルにより、ツリー型経路のネットワークを形成する際、親ノードからチャネルスケジュールが受信されると、近傍ノードチャネル管理部４は、その受信した親ノードのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１０６】
チャネル決定部６は、作成された受信待機チャネルテーブル４１を参照して、親ノードがチャネルＢに設定したチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として決定する。
【０１０７】
なお、ｒｏｏｔと直接通信を行なうノードは、親ノードであるｒｏｏｔから直接チャネルスケジュールが指定されるようにして、チャネルスケジュールを決定するようにしてもよい。
【０１０８】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
図９は、第２の実施形態の通信処理の動作を説明する説明図である。図１０は、チャネルスケジュールの変更処理の動作を示すフローチャートである。
【０１０９】
図９（Ａ）において、丸はノード１０を表し、矢印は無線リンクを表す。初期状態のとき、全てのノード１０のチャネルスケジュールは、説明便宜上、同じ内容が設定されているものとする。なお、各ノード１０がそれぞれ異なるチャネルスケジュールを設定していてもよい。
【０１１０】
例えば、図９（Ａ）に例示するように、チャネルスケジュールは、第１の実施形態と同様に、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が設定されており、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が設定されているものとする。
【０１１１】
また例えば、第１の実施形態と同様に、チャネルＡの期間長Ｔ１はＴ１＝２ｍｓが設定されており、チャネルＢの期間長Ｔ２はＴ２＝１９８ｍｓが設定されているものとする。チャネルＡ及びチャネルＢの期間長の比率も全ノード１０で共通とする。
【０１１２】
さらに、初期化したチャネルスケジュールの送信方法は、第１の実施形態と同様にしてブロードキャストにより最近接ノードに送信する。
【０１１３】
ネットワークを形成する際、ツリールーティングプロトコルに従って、ツリー型経路のネットワークを形成する。すなわち、ツリールーティングアルゴリズムの場合、ツリーの最上位に位置するｒｏｏｔに最も近いノードから経路が決定される。
【０１１４】
ここで、ツリールーティングプロトコルは、特に限定されるものではなく、ツリー型経路を形成するものであれば、例えば、ＡＯＤＶ方式、ＤＳＲ方式等を適用することができる。
【０１１５】
ｒｏｏｔは、例えば２個の無線インタフェイスを有している。ｒｏｏｔは、それぞれの無線インタフェイスについてのチャネルスケジュールを有している。
【０１１６】
ツリー型ネットワークを形成する際、ｒｏｏｔは、ルーティング制御パケット（経路情報）を送信する。
【０１１７】
ｒｏｏｔから１ホップ先のノードは、ｒｏｏｔとの経路を形成する。このとき、当該１ホップ先のノードは、ｒｏｏｔからチャネルスケジュールを受信する。
【０１１８】
当該１ホップ先のノードにおいて、ｒｏｏｔからチャネルスケジュールが受信されると、近傍ノードチャネル管理部４が、受信したｒｏｏｔのチャネルスケジュールに基づいて、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１１９】
図１０において、チャネル決定部６は、受信待機チャネルテーブル４１を参照し（Ｓ３０１）、ｒｏｏｔのチャネルＢに設定されているチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として決定する（Ｓ３０２）。
【０１２０】
チャネル決定部６が自ノードのチャネルＢのチャネル値を決定すると、その決定したチャネル値を、チャネル切り替え管理部１に通知する（Ｓ３０３）。これにより、チャネル切り替え管理部１は、自ノードのチャネルＢのチャネル値が親ノードのチャネル値となるように、自ノードのチャネルスケジュールを変更することができる（Ｓ３０４）。
【０１２１】
このとき、ｒｏｏｔは、複数のノードに対して、複数のチャネルがそれぞれ異なるように割り当てる。また、ｒｏｏｔは、複数のノードに対して割り当てた無線インタフェイスのチャネルを、それぞれの無線インタフェイスのチャネルＢのチャネル値として設定する。
【０１２２】
例えば、図１０（Ａ）において、ｒｏｏｔから１ホップ先のノードとして「ノード２１」と「ノード２２」があるとする。この場合、ｒｏｏｔは、「ノード２１」のチャネルＢにチャネル「ｃｈ２」を割り当て、「ノード２２」のチャネルＢにチャネル「ｃｈ３」を割り当てる。そして、ｒｏｏｔは、自身の複数の無線インタフェイスのそれぞれが使用するチャネルとして、チャネル「ｃｈ２」、チャネル「ｃｈ３」に設定する。
【０１２３】
次に、ノード２１及びノード２２は、経路情報と共に、自ノードのチャネルスケジュールを送信する（Ｓ３０５）。
【０１２４】
ノード２１及びノード２２から経路情報を受信した１ホップ下流に位置するノードは、受信した経路を作成する。このとき、当該１ホップ下流のノードでは、経路情報と共に送信されてきたチャネルスケジュールに基づいて、近傍ノードチャネル管理部４が、受信待機チャネルテーブル４１を作成する。
【０１２５】
そして、図１０に従って、チャネル決定部６が、親ノードのチャネルＢのチャネル値を、自ノードのチャネルＢのチャネル値として設定し、チャネル切り替え管理部１が、自ノードのチャネルスケジュールを変更する。
【０１２６】
以上の動作を繰り返すことにより、図９（Ａ）に示すように、チャネルＢをチャネル「ｃｈ２」とするツリー型ネットワーク（白丸のノードで構成されるネットワーク）と、チャネルＢをチャネル「ｃｈ３」とするツリー型ネットワーク（丸の中に斜線が記載されているノードで構成されるネットワーク）とが形成される。つまり、ツリー型ネットワーク毎に、チャネルスケジュールが異なるネットワークが形成される。
【０１２７】
「ノード２１」を上位ノードとするネットワークにおいて、ノードがチャネルＢでパケット送信するとき、各ノードは、チャネル「ｃｈ２」を使用して送信する。一方、「ノード２２」を上位ノードとするネットワークにおいて、ノードがチャネルＢでパケット送信するとき、各ノードは、チャネル「ｃｈ３」を使用して送信する。その結果、２つのツリー型ネットワークの間で、電波干渉は生じないようにすることができる。
【０１２８】
また、ｒｏｏｔは、複数の無線インタフェイスのそれぞれのチャネルＢのチャネル値を、チャネル「ｃｈ２」、チャネル「ｃｈ３」に設定しているため、ノード２１からのデータとノード２２からのデータとを同時に受信することができる。
【０１２９】
以上の例では、ｒｏｏｔが１個の場合を例示したが、複数のｒｏｏｔを備えるようにしてもよい。
【０１３０】
また、以上の例では、ｒｏｏｔが最上位ノードである場合を例示したが、最上位の位置よりも下流の位置にあるノードをｒｏｏｔと同じ構成のノードとしてもよい。すなわち、階層的なツリー型ネットワークを構成できるようにしてもよい。これにより、サブツリーネットワーク毎にチャネルを変えるように動作させることも可能になる。
【０１３１】
また、ノード１０の通信制御部が、第２の実施形態のチャネル決定部６と、第１の実施形態のチャネル状態監視部２とを備えるようにしてもよい。この場合、チャネル決定部６とチャネル状態監視部２のいずれかに優先順位を決定しておくことで、同時に運用することができる。
【０１３２】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、ネットワークのツリー毎に異なったチャネルを割り当てることが可能なる。その結果、複数のチャネルを使用することで干渉を低減させる効果が期待でき、特にツリー型のネットワークでは最もトラフィックが混雑しやすいｒｏｏｔ周辺では、複数のチャネルで同時にｒｏｏｔと通信できるようになるため、ネットワークのキャパシティを増加させることが可能になる。
【０１３３】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の通信装置、通信方法、ノード装置及びネットワークの第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１３４】
第３の実施形態も、第１の実施形態と同様に、マルチホップネットワークに本発明を適用した場合の実施形態を例示する。
【０１３５】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態のノードの基本構成は、第１の実施形態のノード構成と同様であるから、第３の実施形態においても図２を用いる。
【０１３６】
図１１は、第３の実施形態のノード１０の通信制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１１において、第３の実施形態の通信制御部１１は、ＲＦ状態切り替え管理部７、ＲＦ状態スケジュール決定部８、送信制御手段３、パケット種別判定部９、ＲＦ部５を有する。
【０１３７】
第３の実施形態は、第１の実施形態のチャネル切り替え管理部１に代えてＲＦ状態切り替え管理部７を有すること、チャネル状態監視部２に代えてＲＦ状態スケジュール決定部８を有すること、近傍ノードチャネル管理部４に代えてパケット種別判定部９を有することが異なる。
【０１３８】
ＲＦ状態切り替え管理部７は、ＲＦ状態スケジュール決定部８により決定された受信待機のチャネルスケジュールに従って、ＲＦ部５のチャネルを切り替えるものである。また、ＲＦ状態切り替え管理部７は、ＲＦ状態スケジュール決定部８からのチャネルスケジュールに従って、ＲＦ５に対してスリープ制御を行なうものである。
【０１３９】
図１２は、ＲＦ状態切り替え管理部７による受信動作を説明する説明図である。図１２において、全体周期Ｔ（秒）のうち、期間長をＴ１（秒）とする上り通信用のチャネル値での受信待機期間（以下、チャネルＡと呼ぶ）、期間長Ｔ２（秒）とする下り通信用のチャネル値での受信待機期間（以下、チャネルＢと呼ぶ）とを有する。また、チャネルＡとチャネルＢとの間、並びに、チャネルＢと次のチャネルＡとの間に、ＲＦ状態切り替え管理部７は、スリープ期間Ｓ１、Ｓ２を設ける。
【０１４０】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードの親ノードの送受信タイミングに基づいて、自ノードのチャネルスケジュールを決定するものである。つまり、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、チャネルＡの受信待機時間、チャネルＢの受信待機時間、チャネルＡとチャネルＢとの間、並びに、チャネルＢと次のチャネルＡとの間のスリープ時間を決定するものである。
【０１４１】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、ルーティング制御により経路情報を保持し、ｒｏｏｔからの自ノードのホップ数や、親ノードの識別情報を認識しており、これらの情報と親ノードの送受信タイミングを用いて、チャネルスケジュールを決定する。
【０１４２】
ＲＦ状態スケジュール決定部８によるチャネルスケジュールの決定方法の詳細な説明は動作の項で詳細に行なうが、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、ネットワークトポロジに応じてマルチホップでの遅延を改善するように、自ノードのチャネルスケジュールを決定する。
【０１４３】
例えば、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、親ノードの受信待機のタイミングを基準にして、自ノードのチャネルＡのタイミングを決定し、更にネットワークトポロジに合わせて、チャネルＡとチャネルＢとの間のスリープ時間を決定する方法を適用することができる。
【０１４４】
パケット種別判定部９は、送信するパケットが上りフレームか又は下りフレームかを判定して、その判定結果に基づく送信チャネルを送信制御手段３に通知するものである。
【０１４５】
上りフレームとは、ネットワークにおいてｒｏｏｔに近づく方向に転送されるものであり、下りフレームとは、ｒｏｏｔから遠ざかる方向に転送されるものである。
【０１４６】
ここで、パケット種別判定部９による上り又は下りの判定方法は、特に限定されることなく広く適用される。例えば、フレームに上りフレーム又は下りフレームを識別する識別子を設け、パケット種別判定部９が、この識別子に基づいて判定する方法を適用できる。また別の方法としては、例えば、パケット種別判定部９が、ルーティング制御による経路情報を保持し、送信フレームの送信先アドレスに基づいて上りフレーム又は下りフレームを判定する方法を適用できる。例えば、パケット種別判定部９が、ｒｏｏｔからのホップ数を近傍ノード毎に管理し、自ノードのｒｏｏｔからのホップ数と比較して、ホップ数が小さくなる方向の中継は上りフレーム、ホップ数が大きくなる方向の中継は下りと判断する方法がある。
【０１４７】
送信制御手段３は、パケット種別判定部９の判定結果に基づいて、送信パケットの送信動作を制御するものである。つまり、送信制御手段３は、上りパケットについてはチャネルＡのチャネル値で送信し、下りパケットについてはチャネルＢのチャネル値で送信する。
【０１４８】
なお、第３の実施形態では、ノード１０が、第１の実施形態の近傍ノードチャネル管理部４を有していないが、近傍ノードのチャネルスケジュールを保持すために、近傍ノードチャネル管理部４を保持するようにしてもよい。
【０１４９】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の通信処理の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１５０】
以下では、各ノード１０の初期状態は、チャネルＡにはチャネル「ｃｈ１」が全ノード共通で設定され、チャネルＢにはチャネル「ｃｈ２」が全ノード共通で設定されているものとする。
【０１５１】
ネットワークを形成するために、各ノード１０は、ルーティング制御パケットを送信する。なお、ルーティングのアルゴリズムは、特に限定されるものではなく種々のアルゴリズムを適用することができ、ＡＯＤＶ方式、ＯＬＳＲ方式、ＤＳＲ方式等を適用することができる。ルーティングが完了してネットワークが形成されると、各ノード１０は、データパケットの通信を行なうことができる。
【０１５２】
図１３は、各ノードのパケット送信処理の動作を示すフローチャートである。
【０１５３】
送信パケットが送信制御手段３に与えられると、パケット種別判定部９は、その送信パケットが、上りフレームか又は下りフレームかを判定する（Ｓ４０１）。パケット種別判定部９が、上りパケットと判定した場合にはチャネルＡのチャネル「ｃｈ１」を送信制御手段３に通知し（Ｓ４０２）、下りパケットと判定した場合にはチャネルＢのチャネル「ｃｈ２」を通知する（Ｓ４０３）。そして、送信制御手段３は、パケット種別判定部９から通知されたチャネル値を使用して、当該送信パケットを送信する（Ｓ４０４）。
【０１５４】
図１４は、第３の実施形態の通信処理を説明する説明図である。図１４では、ノード２５からノード０（ｒｏｏｔ）への上り通信が発生し、直後ノード０からノード２４への下り通信が発生した例を示す。上り通信は点線矢印とし、下り通信は実線矢印とする。
【０１５５】
また、ノード２５からの送信パケット（上りフレーム）は、ノード２３→ノード２１→ノード０と中継され、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）は、ノード２２→ノード２４と中継されるものとする。
【０１５６】
図１４において、ノード３からの送信パケット（上りフレーム）と、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）とは、ほぼ同時に発生している。しかし、上りはチャネル「ｃｈ１」を使用し、下りはチャネル「ｃｈ２」を使用しており、上りと下りで異なったチャネルを使用しているため、上りと下りの送信が電波干渉を生じすることはない。そのため、ノード２１は、ノード２３からの上りパケットを受信でき、ノード２２はノード０からの下りパケットを受信できる。
【０１５７】
図１５は、第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定方法を説明する説明図である。
【０１５８】
図１５では、ノード２２からの送信パケット（上りフレーム）は、ノード２２→ノード２１→ノード０と中継され、ノード０からの送信パケット（下りフレーム）は、ノード０→ノード２１→ノード２２と中継されるものとする。上り通信は点線矢印とし、下り通信は実線矢印とする。
【０１５９】
図１６は、第３の実施形態のチャネルスケジュールの決定処理を示すフローチャートである。
【０１６０】
まず、図１５に示すように、ノード２２において上りフレームの送信パケットが発生すると、送信制御部３は、チャネルＡのチャネル「ｃｈ１」を使用して、当該送信パケットを親ノードのノード２１に送信する。
【０１６１】
ノード２１においてチャネルＡの受信待機になると、ノード２１は、チャネル「ｃｈ１」を使用して送信されてきたパケットを受信する。そして、ノード２１は、チャネル「ｃｈ１」を使用して応答パケットをノード２２に返信する。
【０１６２】
ノード２２は、チャネルＡのチャネル「ｃｈ１」で、ノード２１からの応答パケットを受信する（Ｓ５０１）。
【０１６３】
親ノードのノード２１から応答パケットを受信すると、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正しくノード２１に送信できた時刻を正常送信時刻ｔ１とする（Ｓ５０２）。
【０１６４】
ここで、応答パケットを受信したタイミングは、親ノードのチャネルＡの受信タイミングである。従って、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、応答パケットの受信により、親ノードのチャネルＡのタイミングを認識することができる。
【０１６５】
なお、図１５では、正常送信時刻ｔ１が、ノード２２の最後に送信パケットを送信した時刻とする場合を例示しているが、応答パケットを受信した時刻を正常送信時刻ｔ１とするようにしてもよい。
【０１６６】
ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準として、おおよそ周期Ｔ（秒）から所定時間だけ短い期間経過後に、自ノードのチャネルＡを設定する（Ｓ５０３）。
【０１６７】
このとき、自ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングが、親ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングの直前となるように、ＲＦ状態スケジュール決定部８が、自ノードのチャネルＡの受信待機のタイミングを設定する。
【０１６８】
つまり、自ノードのチャネルＡのタイミングを、親ノードのチャネルＡの直前となるから、自ノードが親ノードに上りパケットを送信するとき、自ノードは、短い連続送信で応答パケットを受信することが期待できる。その結果、送信時間を減らすことで帯域の負荷を下げることができる。
【０１６９】
従って、送信パケットの連続送信期間を短くすることができ、また、チャネルＡの受信待機期間も短くする設定することができる。
【０１７０】
例えば、図１５に示すように、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準として、「Ｔ-β」時間経過後に、自ノードのチャネルＡが開始するように設定する。なお、βは、実験的に設定することができる。
【０１７１】
次に、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、正常送信時刻ｔ１を基準としたまま、ｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数に応じた時間をスリープ時間Ｓ１として求める（Ｓ５０４）。これにより、下りの連続送信時間及びチャネルＢの受信待機期間も短くすることができる。
【０１７２】
図１５において、ノード０のスリープ時間Ｓ１がＸ（秒）であるとする。また、ノード２２のｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数は２ホップであり、ノード２１のｒｏｏｔ（ノード０）からのホップ数は１ホップである。
【０１７３】
この場合、ノード２２のＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードのスリープ時間Ｓ１が、「Ｘ＋２Ｙ（秒）」となるように設定する。また、例えば、ノード２１のＲＦ状態スケジュール決定部８は、自ノードのスリープ時間Ｓ１が、「Ｘ＋Ｙ（秒）」となるように設定する。すなわち、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、「（固定値）＋（ホップ数に比例した値）」をスリープ時間Ｓ１とする。
【０１７４】
そして、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、スリープ時間Ｓ１経過後に、自ノードのチャネルＢを設定する（Ｓ５０５）。
【０１７５】
さらに、ＲＦ状態スケジュール決定部８は、チャネルＢの受信待機期間が経過後、周期Ｔの終了までの時間をスリープ時間Ｔ２とする（Ｓ５０６）。
【０１７６】
このようにすることで、図１５に示すように、例えば、ノード２２のスリープ時間Ｓ２が「Ｚ（秒）」である場合、ノード２１のスリープ時間Ｓ２は「Ｚ＋Ｗ（秒）」、ノード０のスリープ時間Ｓ２は「Ｚ＋２Ｗ」等のような関係が得られる。
【０１７７】
上記のようにすることで、下りパケットのチャネルＢの受信待機のタイミングは、親ノードのチャネルＢの直後になり、逆に上りパケットのチャネルＡの受信待機のタイミングは、親ノードのチャネルＡの直前となるように設定できる。
【０１７８】
こうしておくと、ノード０からノード２２に下りパケットを送信し、そのエンドエンドの応答パケットをノード０に送信する場合に、各ノードが連続送信して送信先ノードの受信待機のタイミングを探す動作時間が短くできる。
【０１７９】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、上り、下りで異なったチャネルで通信できるため、上りトラフィックと下りトラフィックでの衝突が発生しなくなるため、パケットロスを削減する効果が期待できる。
【０１８０】
また、第３の実施形態によれば、チャネルの切り替えに加えてノードのスリープも行なうために、省電力化が期待できる。
【０１８１】
さらに、第３の実施形態によれば、このＲＦ状態スケジュールのスリープ時間Ｓ１をノードのｒｏｏｔからのホップ数にあわせて設定することでパケット中継の低遅延化、連続送信に係る電力の削減による省電力効果が期待できる。
【０１８２】
（Ｄ）他の実施形態
上述した第１〜第３の実施形態では、それぞれ異なるチャネル値を使用して受信待機期間として、２個のチャネルＡとチャネルＢを設定する場合を例示したが、３個以上の受信待機期間を設定するようにしてもよい。
【０１８３】
上述した第１〜第３の実施形態において、チャネルＡの期間長及びチャネルＢの期間長は、固定としてもよいし、変更できるようにしてもよい。
【０１８４】
上述した第１〜第３の実施形態において、チャネルＡ及びチャネルＢで使用するチャネル値を、定期的に変更するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１８５】
１…チャネル切り替え管理部、２…チャネル状態監視部、３…送信制御部、
４…近傍ノードチャネル管理部、５…ＲＦ部、６…チャネル決定部、
７…ＲＦ状態切り替え管理部、８…ＲＦ状態スケジュール決定部、
９…パケット種別判定部、１０…ノード、１１…通信制御部、
１２…無線インタフェイス部、１３…制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段と、
上記各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上記通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、
自ノードの上記チャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段と、
上記通信手段を通じて上記他ノードから取得した、上記他ノードの上記チャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、
送信信号を送信する際に、上記他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
上記チャネル切り替え情報が、制御信号の通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間と、データ信号の通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
ネットワークトポロジ―がツリー型である場合に、
上記チャネル切り替え情報が、上り通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間と、下り通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間とを有するものであることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
上記チャネル切り替え手段が、自ノードのチャネル切り替え情報に設定されている上記各受信待機期間で使用するチャネルを変更するチャネル変更部を有し、
上記チャネル変更部が、上記複数の受信待機期間のうち１個を上記他ノードと共通の固定チャネルとし、それ以外を自律的なチャネルに変更するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置。
【請求項５】
上記チャネル変更部が、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間について、ランダムにチャネルを変更するものであることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
上記チャネル変更部が、上記通信手段の通信状況に応じて、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間のチャネルを変更するものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の通信装置。
【請求項７】
上記チャネル変更部が、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間のチャネルを、転送先ノードが使用するチャネルに変更するものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の通信装置。
【請求項８】
上記チャネル切り替え手段が、上記通信手段に対して受信待機の休止制御を行なうものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の通信装置。
【請求項９】
上記チャネル切り替え手段が、上記他ノードとの間の通信時刻を基準として、上記複数の受信待機期間を決定するものであることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
【請求項１０】
上記チャネル切り替え手段が、ネットワークトポロジ―に基づいて、上記受信待機の休止制御期間を決定するものであることを特徴とする請求項８又は９に記載の通信装置。
【請求項１１】
コンピュータを、
複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段、
上記各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上記通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段、
自ノードの上記チャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段、
上記通信手段を通じて上記他ノードから取得した、上記他ノードの上記チャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段、
送信信号を送信する際に、上記他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段
として機能させるものであることを特徴とする通信プログラム。
【請求項１２】
複数のノード装置を有して構成されるネットワークにおいて、上記各ノード装置が、請求項１〜１０のいずれかに記載の通信装置を有することを特徴とするノード装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のノードを複数有して構成されるネットワーク。
【請求項１】
複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段と、
上記各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上記通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段と、
自ノードの上記チャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段と、
上記通信手段を通じて上記他ノードから取得した、上記他ノードの上記チャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段と、
送信信号を送信する際に、上記他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
上記チャネル切り替え情報が、制御信号の通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間と、データ信号の通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
ネットワークトポロジ―がツリー型である場合に、
上記チャネル切り替え情報が、上り通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間と、下り通信で使用するチャネルが設定された受信待機期間とを有するものであることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
上記チャネル切り替え手段が、自ノードのチャネル切り替え情報に設定されている上記各受信待機期間で使用するチャネルを変更するチャネル変更部を有し、
上記チャネル変更部が、上記複数の受信待機期間のうち１個を上記他ノードと共通の固定チャネルとし、それ以外を自律的なチャネルに変更するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置。
【請求項５】
上記チャネル変更部が、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間について、ランダムにチャネルを変更するものであることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
上記チャネル変更部が、上記通信手段の通信状況に応じて、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間のチャネルを変更するものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の通信装置。
【請求項７】
上記チャネル変更部が、固定チャネルを使用する上記受信待機期間以外の受信待機期間のチャネルを、転送先ノードが使用するチャネルに変更するものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の通信装置。
【請求項８】
上記チャネル切り替え手段が、上記通信手段に対して受信待機の休止制御を行なうものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の通信装置。
【請求項９】
上記チャネル切り替え手段が、上記他ノードとの間の通信時刻を基準として、上記複数の受信待機期間を決定するものであることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
【請求項１０】
上記チャネル切り替え手段が、ネットワークトポロジ―に基づいて、上記受信待機の休止制御期間を決定するものであることを特徴とする請求項８又は９に記載の通信装置。
【請求項１１】
コンピュータを、
複数のチャネルを切り替えて信号の送受信を行なう通信手段、
上記各チャネルを使用する複数の受信待機期間を設定したチャネル切り替え情報に基づいて、上記通信手段が使用するチャネルを切り替えるチャネル切り替え手段、
自ノードの上記チャネル切り替え情報を他ノードに送信させるチャネル切り替え情報提供手段、
上記通信手段を通じて上記他ノードから取得した、上記他ノードの上記チャネル切り替え情報を管理するチャネル切り替え情報管理手段、
送信信号を送信する際に、上記他ノードチャネル切り替え情報を参照して、転送先ノードが使用するチャネルを検索し、検索したチャネルを用いて、所定の送信制御で上記送信信号を連続送信させる送信制御手段
として機能させるものであることを特徴とする通信プログラム。
【請求項１２】
複数のノード装置を有して構成されるネットワークにおいて、上記各ノード装置が、請求項１〜１０のいずれかに記載の通信装置を有することを特徴とするノード装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のノードを複数有して構成されるネットワーク。
【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】
【公開番号】特開２０１３−７０１７６（Ｐ２０１３−７０１７６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６３０３（Ｐ２０１１−２０６３０３）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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