JP2006270535A - マルチホップ無線通信装置およびそれにおけるルートテーブル作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチホップ無線通信装置において、通信開始時の遅延を生じることなく、安定した通信を行う。
【解決手段】 Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａは、無線通信部２から定期的にＨｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信させており、他の無線通信装置からのＨｅｌｌｏパケットを受信すると、自機の隣接端末リスト１４ｂに反映させる。そして、網構成管理部１３ｂは、その隣接端末リスト１４ｂを網全体に行き渡らせ、自機の隣接端末リスト１４ｂと照合して、ルートテーブル１４ａを作成する。ただし、隣接端末リスト１４ｂへの登録にあたって、受信電界強度やＳ／Ｎなどから、所定の要求通信品質を満たしている場合のみ登録する。したがって、予めルートテーブルを作成しておくテーブル駆動型で、通信開始時の遅延を生じることなく、要求通信品質を満たす装置だけで安定した通信を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の無線端末が自律分散的に無線ネットワークを構築し、無線通信範囲にない端末とは、無線通信範囲にある端末を中継して通信を行うマルチホップ無線通信装置に関し、特に中継の通信経路を表すルートテーブルの作成方法に関するものである。

前記のようなマルチホップ無線通信装置において、ルートテーブルの作成方法に関しては、以下の特許文献１〜５が挙げられる。

先ず、特許文献１には、通信要求の発生したときにルートを作成するオンデマンド型で、ルート要求時に宛先ノードで通信能力情報に基づいてパスを選択する方法が示されている。また、実施例には前記通信能力情報として、各ノードのパス利用率を利用する方法が示されている。

また、特許文献２には、中継端末Ｙは、ルート上で隣接する中継端末Ｘの移動などで通信状態が悪化すると、中継端末Ｘを使用するルート情報を検索してルート再構築用の制御パケットを準備し、送信元端末Ｓと自身の識別情報とを付加して送信することが示されている。そして、他の中継端末は受信した制御パケットに自身の識別情報を付加して送信し、制御パケットを受信した送信元端末Ｓは、中継端末Ｙを中継して宛先端末Ａへ送信するルートを検索し、中継端末Ｙまでのルートを更新して、更新後のルート情報をデータパケットに付加して送信することが示されている。また、実施例では、通信状態の悪化を送信失敗により検知している。

さらにまた、特許文献３には、隣接する端末間でルートの重み付けを行って隣接端末に伝え、隣接端末は受信したルート重み付け値に対して更に伝搬するルートの重みを加算して伝搬してゆくことで、ルート検索時にその重みを用いてルート選択することが示されている。前記重みとしては、伝送レートおよびビットエラー率を用いる方法が記載されており、ビットエラー率はビットエラーレート検出コマンドを用いて検出している。

また、特許文献４には、センタ局と複数の中継ノード、複数の無線端末とからなる無線通信システムにおいて、センタ局からの調整要求信号を、中継ノードを介して受信した無線端末で受信電界強度とビットエラーレート等の伝送品質情報を折り返し、中継ノードで受信品質情報を追加してセンタ局に送信する方法が示されている。

さらにまた、特許文献５には、送信可能先の数の判定に加え、通信安定度に基づいて無線中継端末を選択するＯＬＳＲのフラッディングの中継端末の選択方法に関するものである。
特開２００４−４８４７８号公報 特開２０００−２４４５２５号公報 特開２００３−１５２７８６号公報 特許第３１０２４７６号公報 特開２００３−１８８８８７号公報

特許文献１の手法は、オンデマンド型であり、通信開始時に遅延が発生するという問題がある。また、ノードのパス利用率のみの記述であり、電波状況の悪化による通信能力の劣化には対応できないという問題もある。

また、特許文献２の手法もオンデマンド型であり、通信開始時に遅延が発生する。また、データ送信時のルート再検索方法であり、最初のルート探索においては通信状況が悪くても、たまたま通信が行えたルートを選択してしまう可能性があり、この場合、データ通信中に送信の失敗が発生し易すく、ルート再構築が発生して遅延が増大する。

さらにまた、特許文献３の手法もオンデマンド型であり、通信開始時に遅延が発生する。また、ルート検索時にビットエラー検出を行い、その時点のみの状況でルートを設定しているので、その後の変化に対応していない。

また、特許文献４の手法は、センター局と複数の無線端末が通信する際に、通信品質の良い中継局を選択する手法であり、１対複数の通信形態であるが、任意の端末間で通信を行う複数対複数の通信形態には適用できない。

一方、特許文献５は、通信品質を用いて中継局を選択しているが、一斉配信を効率的にするための手法であり、１対１通信においては最適なルート構築とはならないという問題がある。

本発明の目的は、オンデマンド型のように通信開始時に遅延が発生せずに、通信品質を考慮した最適なルートを構築することができるマルチホップ無線通信装置およびそれにおけるルートテーブル作成方法を提供することである。

本発明のマルチホップ無線通信装置によれば、定期的にＨｅｌｌｏパケットを送信することで、１または複数の無線通信装置を中継して所望の相手先とどういうルートで通信を行うかを決定するルートテーブルを予め作成しておくにあたって、各無線通信装置のＨｅｌｌｏ管理部は、無線通信部から定期的に前記Ｈｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信させており、それを無線通信部で受信した他の無線通信装置のＨｅｌｌｏ管理部では、自機の隣接端末リストと照合し、登録されていなければ隣接端末に登録し、また予め定める時間に亘ってＨｅｌｌｏパケットが受信されなくなると登録を解除するなど、自機の隣接端末リストに反映させる。そして、網構成管理部は、その隣接端末リストを網全体に行き渡らせ、自機の隣接端末リストと照合して、前記ルートテーブルを作成する。

そしてさらに、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記Ｈｅｌｌｏ管理部には、受信電界強度やＳ／Ｎなどから、予め要求通信品質を設定しており、前記隣接端末の登録にあたって、受信した他の無線通信装置からのＨｅｌｌｏパケットが前記要求通信品質を満たしている場合のみ、前記隣接端末に登録する。

したがって、予めルートテーブルを作成しておくテーブル駆動型で、要求する通信品質を満たす無線通信装置だけで通信開始時の遅延を生じることなく、安定した通信を行うことができる。

また、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記Ｈｅｌｌｏ管理部は、前記要求通信品質を満たしていない無線通信装置を隣接端末リストから除外せずに登録しておき、網構成管理部が、その無線通信装置をルートテーブルに含めるか否かを判断する。具体的には、要求通信品質を満たしている無線通信装置を優先し、他に要求通信品質を満たしている代替えルートが無い場合には、前記要求通信品質を満たしていない無線通信装置もルートテーブルに含める。

したがって、上述のようにして通信品質の良好な無線通信装置だけでルートテーブルを作成し、通信品質を向上させた上、通信品質が悪いルートしかない場合は、そのルートを採用することで、通信が行えなくなってしまう可能性を小さくすることができる。

さらにまた、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記網構成管理部は、要求通信品質を満たしていない無線通信装置を含むルートが複数存在する場合、該要求通信品質を満たしていない無線通信装置が少ないルートでルートテーブルを作成する。したがって、通信品質が悪い中でも、ましなルートを採用することができる。

また、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記のマルチホップ無線通信を行う中継処理部は、前記ルートテーブルにおいて、前記通信品質を満たさない無線通信装置が存在する場合には、その無線通信装置を使用した区間の通信の際に、最大再送回数を、通信品質を満たす無線通信装置を使用した区間よりも増加させる。

したがって、最大再送回数を、通信品質を満たす区間ではむやみに増加させず、前記通信品質を満たさない区間では増加させることで、前記通信品質を満たす区間での遅延を少なくしつつ、通信品質を満たさない区間では再送による通信の成功確率を上げ、全体としての通信品質（遅延が少なく、通信確率が高い）を保つことができる。

さらにまた、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記Ｈｅｌｌｏ管理部は、自機の隣接端末リストに登録するにあたって、受信したＨｅｌｌｏパケットの送信元の無線通信装置を登録するか否かを、自機が判断するのではなく、Ｈｅｌｌｏパケットの送信元で判断しておくことになる。したがって、通信用途に従った通信品質の設定が可能になる。

また、本発明のマルチホップ無線通信装置では、前記要求通信品質をデータの種類毎に設定しておき、前記Ｈｅｌｌｏ管理部の隣接端末リストおよび前記網構成管理部のルートテーブルもそれに対応させる。したがって、マルチホップ無線通信を行う送信処理部は、リアルタイム性が必要ないデータで再送が可能なものは低い通信品質のルートで送信するなど、単に通信品質の高いルートだけを使用するのではなく、通信可能なルートを有効に使用することができる。

さらにまた、本発明のマルチホップ無線通信装置におけるルートテーブル作成方法によれば、１または複数の無線通信装置を中継して所望の相手先と通信を行うマルチホップ無線通信装置において、その中継ルートの無線通信装置を設定するルートテーブルを作成するにあたって、各無線通信装置は定期的にＨｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信しており、それを受信した他の無線通信装置では、それを自機の隣接端末リストと照合し、登録されていなければ隣接端末に登録し、また予め定める時間に亘ってＨｅｌｌｏパケットが受信されなくなると登録を解除するなど、Ｈｅｌｌｏパケットを受信した無線通信装置は、それを自機の隣接端末リストに反映させる。そして、その隣接端末リストを網全体に行き渡らせ、自機の隣接端末リストと照合して、前記ルートテーブルを作成する。

そしてさらに、本発明のルートテーブル作成方法によれば、受信電界強度やＳ／Ｎなどから、予め要求通信品質を設定しており、前記隣接端末の登録にあたって、受信した他の端末からのＨｅｌｌｏパケットが前記要求通信品質を満たしている場合のみ、前記隣接端末に登録する。

したがって、要求する通信品質を満たす無線通信装置だけで予めルートテーブルを作成しておくので、通信開始時の遅延を生じることなく、安定した通信を行うことができる。

本発明のマルチホップ無線通信装置およびそれにおけるルートテーブル作成方法によれば、以上のように、Ｈｅｌｌｏ管理部には、受信電界強度やＳ／Ｎなどから、予め要求通信品質を設定しておき、隣接端末の登録にあたって、受信した他の無線通信装置からのＨｅｌｌｏパケットが前記要求通信品質を満たしている場合のみ、前記隣接端末に登録する。

それゆえ、要求する通信品質を満たす無線通信装置だけで予めルートテーブルを作成しておくテーブル駆動型で、通信開始時の遅延を生じることなく、安定した通信を行うことができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る無線通信装置１の電気的構成を示すブロック図である。この無線通信装置１は、街中の監視装置などとして用いられ、前記街中に複数設置され、自律分散的にマルチホップ無線通信ネットワークを構築し、画像や音声を通信する。この図１の構成では、無線通信装置１は、無線通信部２と、それに接続されるアンテナ３と、制御部４とを備えて構成されているが、この無線通信装置１自体で前記の画像や音声を収集する場合には、カメラやマイクロフォンおよびそれらによる信号を通信プロトコルに対応した形式に変換する信号処理部などが設けられる。

従来、この種の通信装置は有線が多かったが、無線ＬＡＮなどの無線での大容量のデータの送信が可能になったので、施工が容易なこの無線通信装置１が開発された。無線通信には、たとえば２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮのプロトコルが用いられる。そのため、近くで通信が始められると通信品質が劣化し、或いは樹木が成長したり、季節による葉の付き方の違いでも通信品質が変化し、さらに故障を速やかに検知するために、たとえば３秒に１回程度、後に詳述するようにＨｅｌｌｏパケットを送信してルートテーブルの更新処理を行っており、実際の通信時にはそのルートテーブルを用いて通信を行う。このようにテーブル駆動型のマルチホップ無線通信を行うことで、通信開始時の遅延を少なくしている。

無線通信部２は、アンテナ３を通じて他の無線通信装置と無線通信を行う。制御部４は、受信処理部１１と、送信処理部１２と、ルーティングメッセージ処理部１３と、記憶部１４と、アプリケーション部１５とを備えて構成される。

受信処理部１１は、無線通信部２で受信した他の無線通信装置からのパケットの内容に応じた処理を行う。具体的には、自機宛のデータパケットであれば、アプリケーション部１５に渡し、パケット内容に応じた処理を行わせ、他の無線通信装置宛のデータパケットであれば、中継処理部１１ａが中継処理を行い、パケットの中継先アドレス、中継元アドレスを更新して送信処理部１２に渡し、無線通信部２から送信する。さらにまた、受信処理部１１は、受信したパケットが制御パケットであれば、ルーティングメッセージ処理部１３に渡し、該ルーティングメッセージ処理部１３は、パケットの種別に応じて、記憶部１４に記憶されているルートテーブル１４ａ、隣接端末リスト１４ｂ、自隣接端末リスト１４ｃの更新を行う。

送信処理部１２は、アプリケーション部１５、受信処理部１１の中継処理部１１ａおよびルーティングメッセージ処理部１３からの要求に従い、無線通信部２を通じて、他の無線通信装置に対してパケットの送信処理を行う。

ルーティングメッセージ処理部１３は、Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａおよび網構成管理部１３ｂを備え、制御パケットを用いて、後述するようにして、自隣接端末リスト１４ｃおよび隣接端末リスト１４ｂを更新し、各無線通信装置における隣接情報を得て、ネットワーク全体の隣接情報からルートテーブル１４ａを作成する。

図２は、ネットワーク全体の一構成例を示す図である。この図２の例では、５台の無線通信装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが千鳥状に配置されている。ルートテーブル１４ａを作成するにあたって、各無線通信装置Ａ〜Ｅのルーティングメッセージ処理部１３のＨｅｌｌｏ管理部１３ａは、予め定める周期、たとえば前記３秒毎に、無線通信部２からＨｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信させ、無線通信部２で他の無線通信装置からの前記Ｈｅｌｌｏパケットを受信し、他の無線通信装置が通信可能範囲内に隣接していることを認識すると、その隣接端末のＩＤなどの識別情報とともに、その受信電界強度やＳ／Ｎなどから、通信レベルを自機の隣接端末リスト１４ｃに仮登録する。その後、予め定める期間に亘って安定してＨｅｌｌｏパケットが受信されると（要求通信品質を満たしていると）、Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａは、その無線通信装置を隣接端末リスト１４ｂに本登録する。図３（ａ）は、図２で示すネットワークで、無線通信装置Ａにおける自隣接端末リスト１４ｃを示す。

ルーティングメッセージ処理部１３の網構成管理部１３ｂは、隣接端末リスト１４ｂに変化があると、それを無線通信部２からフラッティング通信させて網全体に行き渡らせるとともに、無線通信部２で他の無線通信装置からの隣接端末リストを受信すると、自機の隣接端末リスト１４ｂと照合し、更新するとともに、ルートテーブル１４ａを作成する。したがって、各無線通信装置Ａ〜Ｅは、自隣接端末リスト１４ｃから、予め定める要求通信品質を満たしているものだけを隣接端末リスト１４ｂに登録し、それに変化が生じると、隣接端末リスト１４ｂを他の無線通信装置へ送信する。

図２の例では、無線通信装置Ａ−Ｄ間、Ｄ−Ｅ間およびＥ−Ｃ間が通信レベル１で前記予め定める要求通信品質を満たしており、残余の無線通信装置間では通信レベル２で前記予め定める要求通信品質を満たしていない。したがって、図３（ｂ）で示すように、無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅの隣接端末リスト１４ｂが得られ、要求通信品質を満たす通信相手先の無い無線通信装置Ｂの隣接端末リスト１４ｂは得られない。このような隣接端末リスト１４ｂが得られている場合、無線通信装置Ａにおいて作成されるルートテーブル１４ａは、図３（ｃ）で示すようになる。隣接端末リスト１４ｂは、ネットワーク全体の各無線通信装置毎に、どの無線通信装置が要求通信品質を満たして隣接しているかを示す。ルートテーブル１４ａは、各無線通信装置を起点にしたときの送信先の無線通信装置毎に、どの無線通信装置に中継させるかを示すものである。

図４に、各無線通信装置Ａ〜Ｅ間で送受信されるパケットの構成例を示す。図４（ａ）は、通常送受信されるデータで、パケットＩＤ、中継元アドレス、中継先アドレス、送信元アドレス、送信先アドレス、要求通信レベル、各通信レベルでの再送許容回数、総再送回数に続いて、前記画像や音声などのデータ部が続いて送信される。

前記送信元アドレスは最初にデータの送信を開始した無線通信装置のアドレスであり、送信先アドレスは最終的にデータを受信すべき無線通信装置のアドレスであり、送信元がどの無線通信装置にデータを送信したいかによって決定され、それぞれ送信元の無線通信装置で設定され、不変である。これに対して、中継元アドレスおよび中継先アドレスは、中継ルート上の各無線通信装置で順次書換えられてゆき、中継元アドレスを自機アドレスに、中継先アドレスにはルートテーブル１４ａを参照して、送信先アドレスまでのルートにおいて、自機の次に位置する無線通信装置のアドレスが書込まれる。

前記要求通信レベルは、そのデータに要求される通信レベルであり、たとえば前記画像や音声などでは最も高いレベル１に設定され、制御信号などではそれより低いレベル２に設定され、前記制御信号でも即時性が要求されないものなどは最も低いレベル３に設定される。各通信レベルでの再送許容回数は、通信不能時における再送可能な回数であり、通信レベルが低い経路程、通信不能の可能性が高くなるので、高く設定され、通信レベルが高くなる程、通信不能の可能性が低くなり、このため再送による遅延を小さくするために、低く設定される。総再送回数は、そのデータの送信元から送信先までの経路において、再送回数合計での上限値を定めるものであり、この上限値を超えての再送は行われず、この上限値での再送によってもデータが伝達されない場合には、不達となる。

一方、図４（ｂ）は、前記Ｈｅｌｌｏパケットの構成例を示し、前述のようにブロードキャスト送信であるので、送信先アドレスは無く、パケットＩＤ、送信元アドレス、このＨｅｌｌｏパケットを受信した際に隣接端末に登録する際の要求受信レベルおよび自機での他の無線通信装置からのパケットの受信レベルが順に送信される。

図４（ｃ）は、前記Ｈｅｌｌｏパケットを受信することで、自機の隣接端末リスト１４ｃに変化が生じた無線通信装置から前記フラッディング通信によって送信される隣接端末パケットの構成例を示し、前述のようにフラッディング通信であるので、送信先アドレスは無く、パケットＩＤ、隣接リストの数、中心端末アドレス（自機アドレス）、端末数、隣接端末アドレスが順に送信される。

また、図４（ｄ）は、新規にネットワークに挿入された無線通信装置が送信するネットワーク接続要求パケットの構成例を示す。このネットワーク接続要求パケットは、隣接端末リスト１４ｂおよび自隣接端末リスト１４ｃが空の場合に、前記Ｈｅｌｌｏパケットを受信してネットワークへの接続が可能なことが確認された時点で送信される。このネットワーク接続要求パケットは、パケットＩＤに、送信元アドレスとして自機のアドレスおよび送信先アドレスとしてそのＨｅｌｌｏパケットを受信できた無線通信装置のアドレスが付加される。

このネットワーク接続要求パケットを受信した隣接の無線通信装置は、図４（ｅ）で示すような、自機が保有する隣接端末リスト１４ｂの内容を順に送信する。これによって、ネットワーク全体の隣接情報が得られ、ルートテーブル１４ａを作成することができる。ルートテーブル１４ａは、隣接端末リストより、木構造のグラフを作成し、たとえば最もホップ数の少ない経路を選択することによって作成することができる。未だネットワークに接続されていないかどうかは、たとえばルートテーブル１４ａが作成されていないことで認識される。

図５は、各無線通信装置１の全体動作を説明するためのフローチャートである。各無線通信装置１は、ステップＳ１で前記予め定める周期毎のＨｅｌｌｏパケットの送信タイミングとなると、ステップＳ２で送信を行う。ステップＳ３では、他の送信パケットがあるか否かが判断され、あるときにはステップＳ４で送信処理が行われる。ステップＳ５では、受信パケットがあるか否かが判断され、あるときにはステップＳ６で受信処理が行われた後、処理を終了、または処理を繰返し、受信パケットがないときには直接処理を終了、または処理を繰返す。

図６は、送信処理部１２による前記ステップＳ４におけるパケット送信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。ステップＳ１１では、送信パケットが前記図４（ａ）で示すデータ送信パケットであるか否かが判断され、そうであるときにはステップＳ１２でルートテーブル１４ａを参照し、送信先アドレスを元に中継先アドレスを設定し、ステップＳ１３でその中継先の無線通信装置に対してパケットを送信する。ステップＳ１１でデータ送信パケットでないときには、前記図４（ｂ）〜（ｅ）で示す制御パケットであり、ステップＳ１４でその制御パケットであれば送信先は既に設定されているので、そのままステップＳ１３で、その送信先の無線通信装置に対してパケットを送信する。

図７は、受信処理部１１による前記ステップＳ６におけるパケット受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。ステップＳ２１では、受信パケットがデータ送信パケットであるか否かが判断され、そうでないときには制御パケットであり、ステップＳ２２で、ルーティングメッセージ処理部１３が、その制御パケットの受信処理を行って処理を終了する。ステップＳ２１でデータ送信パケットであるときには、ステップＳ２３で送信先アドレスが自機宛であるか否かが判断され、自機宛である場合にはステップＳ２４において、アプリケーション部１５で処理を行い、自機宛でない場合で中継先に自機が設定されている場合には中継処理部１１ａが、ステップＳ２５において、送信先アドレスを元にルートテーブル１４ａを参照し、中継先および中継元アドレスを更新して、ステップＳ２６で、再度中継先の無線通信装置に対してパケットを送信することで中継を行い、送信先アドレスの無線通信装置まで中継される。また、ステップＳ２３からＳ２５において、送信先アドレスが自機宛でない場合で中継先に自機が設定されていない場合には中継処理部１１ａは、受信パケットを破棄する。

図８は、ルーティングメッセージ処理部１３による前記ステップＳ２２における制御パケットの受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。ステップＳ３１では、受信パケットがどの制御パケットであるかが判断され、前記図４（ｂ）で示すＨｅｌｌｏパケットであるときにはステップＳ３２に移り、そのＨｅｌｌｏパケットの受信処理を行う。前記ステップＳ３１において、受信パケットが前記図４（ｄ）で示すネットワーク接続要求パケットであるときにはステップＳ３３に移り、前記図３（ｂ）で示す全隣接端末リスト１４ｂが送信される。

前記ステップＳ３１において、受信パケットが前記図４（ｅ）で示す全隣接端末パケットであるときにはステップＳ３４に移り、そのまま前記図３（ｂ）で示す隣接端末リスト１４ｂを作成し、ステップＳ３５でルートテーブル１４ａを作成する。前記ステップＳ３１において、受信パケットが前記図４（ｃ）で示す隣接端末パケットであるときには、ステップＳ３６に移り、前記図３（ｂ）で示す隣接端末リスト１４ｂを更新し、ステップＳ３７でルートテーブル１４ａを作成した後、ステップＳ３８でその隣接端末リスト１４ｂをフラッディング送信する。

図９は、Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａにおける前記ステップＳ３２でのＨｅｌｌｏパケットの受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。ステップＳ４１では、その受信したＨｅｌｌｏパケットが対象の無線通信装置から初めて受信したか否かが判断され、そうであるときにはステップＳ４２で、前記図３（ａ）で示す自機の隣接端末リスト１４ｃにおいて、その無線通信装置の枠を作成し、その枠内を初期状態とした後ステップＳ４３に移り、そうでないときには直接ステップＳ４３に移る。

ステップＳ４３では、Ｈｅｌｌｏパケットを受信した無線通信装置の隣接端末リスト１４ｃ内の状態が判定され、初期状態であればステップＳ４４でその無線通信装置の識別情報が仮登録され、ステップＳ４５でＨｅｌｌｏ受信タイマのカウントが開始され、ステップＳ４６で、前記Ｈｅｌｌｏ受信タイマによる予め定める時間内での受信結果から、通信レベルが更新される。前記通信レベルには、受信電界強度値の予め定める回数に亘る平均値や、予め定める時間内でのＨｅｌｌｏパケットの受信回数などが用いられる。

一方、前記ステップＳ４３での判定で、Ｈｅｌｌｏパケットを受信した無線通信装置の状態が仮登録であるときには、ステップＳ４７で前記Ｈｅｌｌｏ受信タイマのカウントが再び開始され、ステップＳ４８で、前記受信タイマによる予め定める時間内での受信結果から、通信レベルが更新される。ステップＳ４９では、その更新結果から、隣接する無線通信装置の通信レベルが、隣接端末として接続する閾値を超えたか否かが判断され、超えていないときには仮登録のままで処理を終了し、超えているときにはステップＳ５０で、仮登録であった無線通信装置を隣接端末リスト１４ｂに本登録する。その後、ステップＳ５１でルートテーブル１４ａが更新され、ステップＳ５２で隣接端末リスト１４ｂがフラッディング送信される。

また、前記ステップＳ４３での判定で、Ｈｅｌｌｏパケットを受信した無線通信装置の状態が本登録であるときには、ステップＳ５３で前記Ｈｅｌｌｏ受信タイマのカウントが再び開始され、ステップＳ５４で、前記受信タイマによる予め定める時間内での受信結果から、通信レベルが更新される。ステップＳ５５では、その更新結果から、隣接する無線通信装置の通信レベルが、隣接端末として接続する閾値以下となったか否かが判断され、閾値以下となっていないときには本登録のままで処理を終了し、閾値以下となっているときにはステップＳ５６で、隣接端末リスト１４ｃにおいて本登録であった無線通信装置を仮登録にし、隣接端末リスト１４ｂから削除する。その後、ステップＳ５７でルートテーブル１４ａが更新され、ステップＳ５８で隣接端末リスト１４ｂがフラッディング送信される。

また、図１０は、Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａにおいて、一定時間Ｈｅｌｌｏパケットが受信されなくなった無線通信装置に対する隣接端末リスト１４ｃの更新処理を説明するためのフローチャートである。ステップＳ６１では、そのＨｅｌｌｏパケットが受信されなくなった無線通信装置の隣接端末リスト１４ｃにおける状態が判定され、本登録されている場合にはステップＳ６２に移り、前記Ｈｅｌｌｏ受信タイマが削除され、ステップＳ６３で、その無線通信装置が隣接端末リスト１４ｂから削除される。その後、ステップＳ６４でルートテーブル１４ａが更新され、ステップＳ６５で隣接端末リスト１４ｂがフラッディング送信され、ステップＳ６６で隣接端末リスト１４ｃにおいて、その無線通信装置の枠が初期状態とされて処理を終了する。

これに対して、前記ステップＳ６１でＨｅｌｌｏパケットが受信されなくなった無線通信装置の隣接端末リスト１４ｃにおける状態が仮登録である場合にはステップＳ６７に移り、前記Ｈｅｌｌｏ受信タイマが削除され、ステップＳ６８では、隣接端末リスト１４ｃにおいて、その無線通信装置の枠が初期状態とされて処理を終了する。

上述のように構成される無線通信装置１において、前記図２で示すようなネットワークの場合、各無線通信装置Ａ〜Ｅの隣接端末リスト１４ｃの内容は図１１で示すようになり、始端の無線通信装置Ａから終端の無線通信装置Ｃについては、図１２で示すようなＡ−Ｄ−Ｅ−Ｃのルートが選択される。図１２には、そのルート上に位置する無線通信装置Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｃのルートテーブル１４ａも合わせて示す。このようにして、ルートテーブル１４ａを予め作成しておくテーブル駆動型のマルチホップ無線通信によって、通信開始時の遅延を少なくすることができる。また、各無線通信装置Ａ〜Ｅの隣接判断に通信品質（通信レベル）を用いることで、要求する通信品質でのルートを作成することができる。

また、隣接端末リスト１４ｂへの登録にあたっては、ステップＳ４６，Ｓ４８，Ｓ５４で、受信電界強度値の予め定める回数に亘る平均値や、予め定める時間内でのＨｅｌｌｏパケットの受信回数などを用いることで、受信信号強度の揺らぎを吸収し、判断の閾値付近で揺らいだ場合に隣接判断と切断判断とを繰返し、ルートテーブル１４ａの更新が頻発してしまうことを未然に防止することができる。さらにまた、隣接判断の閾値として、隣接と判断する閾値と、隣接状態から切断状態に遷移したと判断する閾値とを個別に設ける、すなわち前記ステップＳ４９とＳ５５との判定閾値を別に設定することで、ハンチングを防止し、前記ルートテーブル１４ａを一層安定させることができる。

上述のＨｅｌｌｏ管理部１３ａでは、受信したＨｅｌｌｏパケットが、自機で設定した要求通信品質レベル以上であると隣接端末リスト１４ｂに登録しているけれども、送信側のＨｅｌｌｏ管理部１３ａで、前記Ｈｅｌｌｏパケットに要求する通信品質レベルを表す情報を含めてＨｅｌｌｏパケットを作成して送信し、受信側のＨｅｌｌｏ管理部１３ａが、受信したＨｅｌｌｏパケットがそれに示されている要求通信品質レベル以上であると隣接端末リスト１４ｂに登録するようにしてもよい。

このように構成することで、Ｈｅｌｌｏ管理部１３ａが隣接端末リスト１４ｂに登録するにあたって、受信したＨｅｌｌｏパケットの送信元の無線通信装置を登録するか否かを、自機が判断するのではなく、Ｈｅｌｌｏパケットの送信元で判断しておくことになり、通信用途に従った通信品質の設定が可能になる。

たとえば、前記図１１において、無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅの要求レベルを通信レベル１、無線通信装置Ｂの要求レベルを通信レベル２とすれば、無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅでは無線通信装置Ｂを隣接端末と認識し、隣接端末パケットを送出する。このとき、無線通信装置Ｂにおいては、無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，ＥからのＨｅｌｌｏパケットはそれに含まれる要求通信品質に達しないので、隣接とは判断しない。このため、双方向のルートは形成されないが、無線通信装置Ｂから無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対する単方向のルートが形成され、単方向の通信が可能となる。このような構成によって、各無線通信装置で必要な通信品質が管理され、要求に応じたルートの形成が可能となる。

一方、上述の説明で、無線通信装置Ｂにおいて、要求通信レベル２としてＨｅｌｌｏパケットを送出しても、どの端末からも隣接判断されずネットワーク接続がされなかった場合には、要求通信レベル３に低下して、再度Ｈｅｌｌｏパケットを送出するようにしてもよい。このような処理を繰返すことで、要求通信レベルには満たないが、最も良い通信レベルのルートを通じてネットワークと接続することが可能となる。

［実施の形態２］
図１３は、本発明の実施の第２の形態に係る無線通信装置の動作を説明するためのネットワーク構成を示す図である。この図１３のネットワーク構成は、前述の図１２で示すネットワーク構成に類似している。この図１３における各無線通信装置Ａ〜Ｅには、前述の図１で示す無線通信装置１を用いることができ、ルーティングメッセージ処理部１３のＨｅｌｌｏ管理部１３ａによる隣接端末リスト１４ｂへの登録方法および網構成管理部１３ｂによるルートテーブル１４ａの作成方法が異なるだけである。この図１３には、各無線通信装置Ａ〜Ｅにおける隣接端末リスト１４ｂも合わせて示している。

上述の無線通信装置１では、通信レベル１の無線通信装置Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｃのみが、互いに隣接端末と認識し、隣接端末リスト１４ｂに登録し、それに基づいてルートテーブル１４ａを作成しているので、たとえばこの図１３に示すように、末端の無線通信装置Ｃへのルートに前記通信レベル１のルートが存在しない場合、ネットワークが構築できなくなる。同様に、通信レベル１のルートが存在しない無線通信装置Ｂも、ネットワークには接続されなくなる。

そこで注目すべきは、本実施の形態では、図１３で示すように、各無線通信装置Ａ〜Ｅからフラッディング通信する隣接端末リスト１４ｂに、通信レベルが低くても、認識されている全ての隣接端末を含めることである。そして、その隣接端末リスト１４ｂを受信した各無線通信装置Ａ〜Ｅでは、網構成管理部１３ｂは、それを木構造グラフに展開し、他の無線通信装置に対して、前記通信レベル１のルートを優先して、少なくとも１つのルートを作成することである。

具体的には、たとえばネットワークの始端の無線通信装置Ａでは、隣接端末リスト１４ｂが図１４に示されるような木構造グラフに展開される。ここで、太線で示す通信レベル１を閾値とすると、細線で示す通信レベル２のルートしか持たない無線通信装置Ｂ，Ｃに対して、無線通信装置Ａからのルートは存在しなくなる。そこで、無線通信装置Ｂには、通信レベル２ではあるが、無線通信装置Ａから無線通信装置Ｂへのルートを採用することで、該無線通信装置Ａから無線通信装置Ｂへのルートが確立される。また、無線通信装置Ｃには、無線通信装置Ｂを中継するルートと、無線通信装置Ｄ，Ｅを中継するルートとが存在する。無線通信装置Ｂを中継するルートでは通信レベル２の区間が２つ存在し、無線通信装置Ｄ，Ｅを中継するルートでは通信レベル２の区間は１つであるので、無線通信装置Ｄ，Ｅを中継するルートが採用される。

このように要求通信品質を満たしていない無線通信装置を隣接端末リスト１４ｂから除外せずに登録しておき、網構成管理部１３ｂが、その無線通信装置をルートテーブル１４ａに含めるか否かを判断するので、前述のようにして通信品質の良好な無線通信装置だけでルートテーブルを作成し、通信品質を向上させた上、通信品質が悪いルートしかない場合は、そのルートを採用することで、通信が行えなくなってしまう可能性を小さくすることができる。

また、網構成管理部１３ｂは、要求通信品質を満たしていない無線通信装置を含むルートが複数存在する場合、該要求通信品質を満たしていない無線通信装置が少ないルートでルートテーブルを作成するので、通信品質が悪い中でも、ましなルートを採用することができる。

なお、上述のような要求通信品質に達しない区間を含むネットワークにおいて、データ送信時に受信側からＡＣＫを送信することで通信の成否が判断される構成とし、送信失敗と判断した時には再送を行える構成とすることが好ましい。このとき、たとえば通信レベル１の送信成功確率を０．９、通信レベル２の送信成功確率を０．７とすると、受信処理部１１の中継処理部１１ａは、データ送信パケットの通信レベル１の区間での再送回数を３、通信レベル２の区間での再送回数を５と設定し、総再送回数を１５と設定すれば、通信レベル２の区間においても同等の成功確率が保証され、かつ総再送回数を設定することでリアルタイム性も保証することができる。

このようにルートテーブルにおいて通信品質を満たさない区間を使用する際に、最大再送回数を、通信品質を満たす区間ではむやみに増加させず、前記通信品質を満たさない区間では増加させることで、前記通信品質を満たす区間での遅延を少なくしつつ、通信品質を満たさない区間では再送による通信の成功確率を上げ、全体としての通信品質（遅延が少なく、通信確率が高い）を保つことができる。

［実施の形態３］
図１５は、本発明の実施の第３の形態に係る無線通信装置の動作を説明するためのルートテーブルの例を示す図である。この図１５のルートテーブルは、前述の図２で示すネットワーク構成を前提にしている。本実施の形態の無線通信装置Ａ〜Ｅにも、前述の図１で示す無線通信装置１を用いることができ、ルーティングメッセージ処理部１３のＨｅｌｌｏ管理部１３ａによる隣接端末リスト１４ｂへの登録方法および網構成管理部１３ｂによるルートテーブル１４ａの作成方法が異なるだけである。

注目すべきは、本実施の形態では、各無線通信装置Ａ〜Ｅは、通信レベルに応じた複数のルートテーブルを備えていることである。図１５には、通信レベル１と通信レベル２との２つのルートテーブルが示されている。無線通信装置Ｂは、前述のように通信レベル２のルートしか備えておらず、通信レベル１のルートテーブルを構築できないのに対して、本実施の形態では、通信レベル２のルートまで使用するので、ルートテーブルを構築できるようになる。他の無線通信装置Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅに関しても、使用可能なルートが追加されている。

そして、送信側のＨｅｌｌｏ管理部１３ａでは、前記Ｈｅｌｌｏパケットに要求する通信品質レベルを表す情報を含めてＨｅｌｌｏパケットを作成しており、マルチホップ無線通信を行う送信処理部１２は、その通信品質レベルに応じて、ルートテーブルを選択して送信を行う。これによって、リアルタイム性が必要ないデータで再送が可能なものは低い通信レベルのルートで送信するなど、単に通信品質の高いルートだけを使用するのではなく、通信可能なルートを有効に使用し、また通信可能な範囲を拡げることができる。

本発明の実施の第１の形態に係る無線通信装置の電気的構成を示すブロック図である。 ネットワーク全体の一構成例を示す図である。 図２で示すネットワークにおける隣接端末リストおよびルートテーブルを示す図である。 各無線通信装置間で送受信されるパケットの構成例を示す図である。 各無線通信装置の全体動作を説明するためのフローチャートである。 図５で示す動作におけるパケット送信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。 図５で示す動作におけるパケット受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。 図７で示す動作における制御パケットの受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。 図８で示す動作におけるＨｅｌｌｏパケットの受信処理を詳しく説明するためのフローチャートである。 一定時間Ｈｅｌｌｏパケットが受信されなくなった無線通信装置に対する隣接端末リストの更新処理を説明するためのフローチャートである。 図２で示すようなネットワークの場合の各無線通信装置における隣接端末リストの内容を示す図である。 図２で示すようなネットワークの場合における始端の無線通信装置から終端の無線通信装置までのルートおよびそのルート上の各無線通信装置の隣接端末リストの内容を示す図である。 本発明の実施の第２の形態に係る無線通信装置の動作を説明するためのネットワーク構成を示す図である。 本発明の実施の第２の形態において、図２で示すようなネットワークの場合におけるルートテーブルの作成方法を説明するための図である。 本発明の実施の第３の形態に係る無線通信装置の動作を説明するためのルートテーブルの例を示す図である。

符号の説明

１；Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 無線通信装置
２ 無線通信部
３ アンテナ
４ 制御部
１１ 受信処理部
１１ａ 中継処理部
１２ 送信処理部
１３ ルーティングメッセージ処理部
１３ａ Ｈｅｌｌｏ管理部
１３ｂ 網構成管理部
１４ 記憶部
１４ａ ルートテーブル
１４ｂ 隣接端末リスト
１４ｃ 自隣接端末リスト
１５ アプリケーション部

Claims (7)

1. １または複数の無線通信装置を中継して所望の相手先と通信を行うマルチホップ無線通信装置において、
   定期的に無線通信部からＨｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信させ、前記無線通信部で他の無線通信装置からの前記Ｈｅｌｌｏパケットを受信すると、予め定める要求通信品質を満たしているものだけを自機の隣接端末リストに反映させるＨｅｌｌｏ管理部と、
   前記自機の隣接端末リストに変化があったときにそれを前記無線通信部から網全体に行き渡らせるとともに、前記無線通信部で他の無線通信装置からの隣接端末リストを受信すると、自機の隣接端末リストと照合して、ルートテーブルを作成する網構成管理部とを含むことを特徴とするマルチホップ無線通信装置。
2. 前記Ｈｅｌｌｏ管理部は、前記予め定める要求通信品質を満たしていないものも前記自機の隣接端末リストに登録し、前記網構成管理部は、要求通信品質を満たしている無線通信装置を優先して前記ルートテーブルを作成することを特徴とする請求項１記載のマルチホップ無線通信装置。
3. 前記網構成管理部は、要求通信品質を満たしていない無線通信装置を含むルートが複数存在する場合、該要求通信品質を満たしていない無線通信装置が少ないルートでルートテーブルを作成することを特徴とする請求項２記載のマルチホップ無線通信装置。
4. 前記のマルチホップ無線通信を行う中継処理部は、前記ルートテーブルにおいて、前記通信品質を満たさない無線通信装置が存在する場合には、その無線通信装置を使用した区間の通信の際に、最大再送回数を増加させることを特徴とする請求項２または３記載のマルチホップ無線通信装置。
5. 前記Ｈｅｌｌｏ管理部は、前記Ｈｅｌｌｏパケットの送信時には自機が要求する通信品質レベルを表す情報を含めて前記無線通信部に送信させ、前記Ｈｅｌｌｏパケットの受信時には自機での受信品質レベルが要求される通信品質レベル以上である場合に自機の隣接端末リストに登録することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチホップ無線通信装置。
6. 前記予め定める要求通信品質はデータの種類毎に設定されており、前記Ｈｅｌｌｏ管理部は、前記データの種類毎に要求通信品質を満たしているものだけを自機の隣接端末リストに反映させ、
   前記網構成管理部は、前記データの種類毎にルートテーブルを作成し、
   前記マルチホップ無線通信を行う送信処理部は、前記データの種類に対応したルートテーブルを用いて前記無線通信部に通信させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチホップ無線通信装置。
7. １または複数の無線通信装置を中継して所望の相手先と通信を行うマルチホップ無線通信装置において、その中継ルートの無線通信装置を設定するルートテーブルを作成するにあたって、
   定期的にＨｅｌｌｏパケットをブロードキャスト送信するステップと、
   他の無線通信装置からの前記Ｈｅｌｌｏパケットを受信するステップと、
   受信したＨｅｌｌｏパケットが要求通信品質を満たしているか否かを判断するステップと、
   前記受信したＨｅｌｌｏパケットが要求通信品質を満たしている場合には、それを自機の隣接端末リストに反映させるステップと、
   自機の隣接端末リストに変化があったときにそれを無線通信で網全体に行き渡らせるステップと、
   他の端末から送信されてきた隣接端末リストを取得するステップとし、
   前記他の端末からの隣接端末リストを受信すると自機の隣接端末リストと照合して、前記ルートテーブルを作成するステップとを含むことを特徴とするマルチホップ無線通信装置におけるルートテーブル作成方法。

Images