JP7245664B2 - マルチホップ通信システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、マルチホップ通信システムに関する。

従来から、送信元のノード端末から送信先のノード端末への通信を、他のノード端末が中継して通信するマルチホップ通信が知られている。

また、このようなマルチホップ通信を行う複数のノード端末を備えるマルチホップ通信システムでは、根ノード端末を頂点とし、当該根ノード端末に、他のノード端末から送信されるデータを収集する技術が知られている。

特開２００７－２５１５２９号公報 特開２０１３－１７５８６４号公報

しかしながら、電波環境の変化等によって、根ノード端末と、ノード端末との通信が切断する場合がある。このような場合に、ノード端末から送信されるデータを収集することが困難になる場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチホップ通信システムにおけるデータ収集の安定性を向上させることを目的とする。

実施形態のマルチホップ通信システムは、第１のツリー構造のネットワークの頂点に配置された集約装置である第１の根ノード端末と、第２のツリー構造のネットワークの頂点に配置された集約装置である第２の根ノード端末と、前記第１の根ノード端末または前記第２の根ノード端末と無線接続可能な複数のノード端末とを備える。ノード端末のそれぞれは、送信部を備える。送信部は、第１の根ノード端末または第１の根ノード端末と接続する他のノード端末に情報を送信する第１のタイミングにおいては、第２の根ノード端末または第２の根ノード端末と接続する他のノード端末に情報を送信せず、第２の根ノード端末または第２の根ノード端末と接続する他のノード端末に情報を送信する第２のタイミングにおいては、第１の根ノード端末または第１の根ノード端末と接続する他のノード端末に情報を送信しない。前記第１の根ノード端末、前記第２の根ノード端末、および複数の前記ノード端末のネットワークアドレスおよび割当て周波数は同一である。

図１は、実施形態にかかるマルチホップ通信システムの全体構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態にかかるノード端末および根ノード端末のハードウェア構成の一例を示す図である。 図３は、実施形態にかかるノード端末の機能的構成の一例を示すブロック図である。 図４は、実施形態にかかる接続先の変更の一例を示す図である。 図５は、実施形態にかかる接続先の変更の他の一例を示す図である。 図６は、実施形態にかかる根ノード端末の機能的構成の一例を示すブロック図である。 図７は、実施形態にかかるノード端末で実行される親ノードの変更処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図１は、本実施形態にかかるマルチホップ通信システムＳの全体構成の一例を示す図である。図１に示すように、マルチホップ通信システムＳは、第１の根ノード端末２０ａと、第２の根ノード端末２０ｊと、ノード端末１０ｂ～１０ｉとを備える。

第１の根ノード端末２０ａと、第２の根ノード端末２０ｊと、ノード端末１０ｂ～１０ｉとは、互いに無線接続可能な通信装置である。以下、第１の根ノード端末２０ａおよび第２の根ノード端末２０ｊを総称する場合は、単に根ノード端末２０という。また、不特定なノード端末１０を示す場合には、単にノード端末１０として説明する。

図１において、根ノード端末２０および複数のノード端末１０の各々に示したアルファベットは、根ノード端末２０および複数のノード端末１０の各々のＩＤ（識別情報）の一例である。また、図１中の矢印は、情報の伝達方向を示す。

また、本実施形態においては、マルチホップ通信システムＳに含まれる根ノード端末２０およびノード端末１０によって構成されるネットワークを、マルチホップネットワークＮという。

ノード端末１０は、マルチホップネットワークＮを構成するノードである。換言すると、ノード端末１０は、マルチホップ通信により情報を中継して無線通信する通信装置である。マルチホップ通信では、送信元のノード端末１０から送信先のノード端末１０（または根ノード端末２０）への通信を、他のノード端末１０が中継して通信する。このため、各ノード端末１０が送信した情報は、他のノード端末１０により中継され、または直接、根ノード端末２０へ送信される。

根ノード端末２０は、ノード端末１０の各々から送信された情報を集約する。複数のノード端末１０と根ノード端末２０は、根ノード端末２０を根ノードとしたツリー構成のネットワークを構成する。根ノードは、ルートノード（ｒｏｏｔ ｎｏｄｅ）、集約装置、などと称される場合もある。

本実施形態のマルチホップ通信システムＳでは、第１の根ノード端末２０ａと第２の根ノード端末２０ｊのそれぞれに対して、複数のノード端末１０がツリー構造で無線接続されている。

図１に示す第１のツリーＴ１は、第１の根ノード端末２０ａを頂点とするツリー構造である。また、第２のツリーＴ２は、第２の根ノード端末２０ｊを頂点とするツリー構造である。以下、第１のツリーＴ１と第２のツリーＴ２を特に区別しない場合は、単にツリーＴという。ツリーＴ内の各ノード端末１０および根ノード端末２０は、互いに接続している。

ここで、本実施形態において、「ノード端末１０が根ノード端末２０と接続している」とは、ノード端末１０が何れかの根ノード端末２０と直接的に通信している状態だけではなく、他のノード端末１０に中継されて根ノード端末２０に情報送信可能な状態を含むものとする。例えば、図１に示す例では、ノード端末１０ｆは、ノード端末１０ｅおよびノード端末１０ｈを介して、第１の根ノード端末２０ａと接続している。

また、本実施形態においては、各ツリーＴにおいて根ノード端末２０に近い方を上流、根ノード端末２０から離れる側を下流という。

また、本実施形態のマルチホップ通信システムＳに含まれる根ノード端末２０およびノード端末１０のネットワークアドレスは同一である。また、マルチホップ通信システムＳに含まれる根ノード端末２０およびノード端末１０に割当て周波数は同一である。割当て周波数は、根ノード端末２０およびノード端末１０が無線通信に使用する周波数である。ネットワークアドレスは、ネットワークＩＤともいう。

次に、ノード端末１０および根ノード端末２０のハードウェア構成について説明する。本実施形態においては、ノード端末１０および根ノード端末２０は、同じハードウェア構成を備えるものとする。

図２は、本実施形態にかかるノード端末１０および根ノード端末２０のハードウェア構成の一例を示す図である。ノード端末１０および根ノード端末２０は、第１の無線モジュール１０１と、第２の無線モジュール１０２と、フラッシュメモリ１０３と、プロセッサ１０４と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０５と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０６と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０７とを備える。また、第１の無線モジュール１０１と、第２の無線モジュール１０２と、フラッシュメモリ１０３と、プロセッサ１０４と、ＲＯＭ１０５と、ＲＡＭ１０６と、通信インターフェース１０７とは、バス１０８により接続されている。

第１の無線モジュール１０１は、他のノード端末１０または根ノード端末２０と無線通信を行う。また、第２の無線モジュール１０２は、センサと無線通信を行う。

プロセッサ１０４は、本実施形態のノード端末１０および根ノード端末２０を制御する演算装置である。また、ＲＯＭ１０５は、プロセッサ１０４によって実行されるプログラム等を記憶する。また、ＲＡＭ１０６、およびフラッシュメモリ１０３は、プロセッサ１０４による各種処理を実行するために必要な情報やセンサデータ等を記憶する。

通信インターフェース１０７は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の外部装置と接続するインターフェースであり、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート等である。

なお、ノード端末１０および根ノード端末２０のハードウェア構成は、図２に記載の例に限定されるものではない。例えば、ノード端末１０および根ノード端末２０は、プロセッサ１０４を中心として他のハードウェア部品がスター型に接続する構成であっても良い。

また、ノード端末１０および根ノード端末２０は、第１の無線モジュール１０１および第２の無線モジュール１０２の代わりに、無線通信機能を実現する他の部品を備えても良い。例えば、ノード端末１０および根ノード端末２０は、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）、または無線ＬＡＮアダプタ等を備えるものとしても良い。

なお、ノード端末１０と根ノード端末２０とを異なるハードウェア構成にしても良い。この場合は、ノード端末１０は、通信インターフェース１０７を備え無くとも良い。また、根ノード端末２０は、第２の無線モジュール１０２を備え無くとも良い。

次に、本実施形態のノード端末１０の機能の詳細を説明する。図３は、本実施形態にかかるノード端末１０の機能的構成の一例を示すブロック図である。

図３に示すように、ノード端末１０は、取得部１１１と、受信部１１２と、送信部１１３と、接続制御部１１４と、記憶部１５０とを備える。マルチホップ通信システムＳに含まれるノード端末１０ｂ～１０ｉは、全て同様の機能を備えるものとする。

記憶部１５０は、センサ３０から取得されたセンサデータ、他のノード端末１０から送信されたセンサデータ、接続情報、およびノード端末１０の処理に必要な各種情報を記憶する。記憶部１５０は、例えばフラッシュメモリ１０３またはＲＡＭ１０６等である。

接続情報は、ノード端末１０の情報送信先である他のノード端末または根ノード端末２０を特定する情報である。一例として、接続情報は、情報送信先である他のノード端末または根ノード端末２０のＭＡＣアドレスの一部等であるが、他のコード等であっても良い。

また、記憶部１５０に登録される接続情報は、他のノード端末または根ノード端末２０のいずれか１台分の接続情報である。例えば、図１に示す例では、ノード端末１０ｆの記憶部１５０は、ノード端末１０ｅの接続情報を記憶する。また、ノード端末１０ｄの記憶部１５０は、第１の根ノード端末２０ａの接続情報を記憶する。

取得部１１１は、第２の無線モジュール１０２を介して、センサ３０からセンサデータを取得する。取得部１１１は、取得したセンサデータを記憶部１５０に保存する。図３ではセンサ３０は１台であるが、センサ３０は、ノード端末１０ｂ～１０ｉおよび根ノード端末２０の周囲に、それぞれ別個のセンサ３０が設置されているものとする。

センサ３０は、例えば、特定領域の環境情報を検出する。環境情報は、例えば、大気の成分、気温、水温、紫外線などの光量、音量、などであるが、これらに限定されない。センサデータは、センサ３０の検出結果である。本実施形態においては、センサ３０は、無線通信によってノード端末１０にセンサデータを送信するものとする。センサデータは、本実施形態における情報の一例である。

受信部１１２は、第１の無線モジュール１０１を介して、他のノード端末１０から、センサデータを受信する。受信部１１２は、受信したセンサデータを記憶部１５０に保存する。

送信部１１３は、通信インターフェース１０７を介して、他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊに、取得部１１１によってセンサ３０から取得されたセンサデータ、および他のノード端末１０から送信されたセンサデータを送信する。以下、取得部１１１によってセンサ３０から取得されたセンサデータ、および他のノード端末１０から送信されたセンサデータを特に区別しない場合は、単にセンサデータという。

送信部１１３は、記憶部１５０に保存された接続情報に基づいて、センサデータの送信先を特定する。接続情報には、１台分の他のノード端末１０または根ノード端末２０の接続情報が保存されているため、送信部１１３がセンサデータを送信する送信先はいずれか１台の他のノード端末１０または根ノード端末２０となる。

このため、本実施形態の送信部１１３は、第１の根ノード端末２０ａまたは第１の根ノード端末２０ａと接続するノード端末１０ｂ～１０ｆのいずれかにセンサデータを送信する第１のタイミングにおいては、第２の根ノード端末２０ｊまたは第２の根ノード端末２０ｊと接続するノード端末１０ｈ，１０ｉにセンサデータを送信しない。また、送信部１１３は、第２の根ノード端末２０ｊまたは第２の根ノード端末２０ｊと接続するノード端末１０ｈ，１０ｉにセンサデータを送信する第２のタイミングにおいては、第１の根ノード端末２０ａまたは第１の根ノード端末２０ａと接続するノード端末１０ｂ～１０ｆにセンサデータを送信しない。

また、送信部１１３によるセンサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０を、親ノードという。例えば、図１に示す例では、ノード端末１０ｆの親ノードは、ノード端末１０ｅである。また、ノード端末１０ｉの親ノードは、第２の根ノード端末２０ｊである。

図３に戻り、接続制御部１１４は、送信部１１３によるセンサデータの送信先、つまり親ノードを、他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊのいずれかに決定する。

接続制御部１１４は、自装置と接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０のいずれかを、センサデータの送信先として決定する。また、接続制御部１１４は、センサデータの送信先との接続が切断したと判断した場合に、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０を特定し、いずれか一の他のノード端末１０または根ノード端末２０をセンサデータの送信先として決定する。

具体的には、接続制御部１１４は、他のノード端末１０または根ノード端末２０から発信されるビーコン信号を検出することにより、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０を特定する。ビーコン信号には、当該ビーコン信号の発信元である他のノード端末１０または根ノード端末２０の接続情報、およびが当該他のノード端末１０または根ノード端末２０の接続情報の中継数またはレベルが含まれるものとする。ビーコン信号は、本実施形態における信号の一例である。

接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０が複数存在する場合、接続制御部１１４は、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０のうち、根ノード端末２０に接続するための中継数が最も少ない他のノード端末１０または根ノード端末２０を、センサデータの送信先として決定する。

ここで、中継数は、他のノード端末１０が、第１の根ノード端末２０ａまたは第２の根ノード端末２０ｊに接続するために経由するノード端末１０の数である。中継数は、ホップ数ともいう。

また、マルチホップネットワークＮにおいては、より少ない中継数で根ノード端末２０と接続するほど、ノード端末１０のレベルが低くなるように各ノード端末１０がレベル分けされる。このため、換言すれば、接続制御部１１４は、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０のうち、最もレベルが低いノード端末１０または根ノード端末２０を、センサデータの送信先として決定する。

また、接続制御部１１４は、接続可能な複数の他のノード端末１０または根ノード端末２０の中継数またはレベルが同一の場合は、送信されたビーコン信号の電波強度が最も強い他のノード端末１０または根ノード端末２０を、センサデータの送信先として決定する。接続制御部１１４は、ビーコン信号の電波強度を、例えば、ＬＱＩ（Ｌｉｎｋ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）またはＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）等に基づいて検出するものとする。

例えば、根ノード端末２０自体は、根ノード端末２０に接続するための中継数が“０”のため、根ノード端末２０の中継数はいずれのノード端末１０よりも少ない。また同様に、根ノード端末２０のレベルはいずれのノード端末１０よりも低い。このため、接続制御部１１４は、第１の根ノード端末２０ａまたは第２の根ノード端末２０ｊのいずれか一方から発信されたビーコン信号を検出した場合は、当該ビーコン信号の発信元の第１の根ノード端末２０ａまたは第２の根ノード端末２０ｊをセンサデータの送信先として決定する。また、接続制御部１１４は、第１の根ノード端末２０ａおよび第２の根ノード端末２０ｊの両方から発信されたビーコン信号を検出した場合は、第１の根ノード端末２０ａおよび第２の根ノード端末２０ｊのうち、送信されたビーコン信号の電波強度が強い根ノード端末２０を、センサデータの送信先として決定する。

また、接続制御部１１４は、センサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号の電波強度が所定の強度以下の場合、または、センサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０のビーコン信号を検出しない場合に、当該他のノード端末１０または根ノード端末２０との接続が切断したと判断する。所定の強度は、特に限定されるものではないが、センサデータを伝送可能な電波強度とする。

センサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号の電波強度が所定の強度以下となる場合とは、例えば、自装置と他のノード端末１０または根ノード端末２０との間に建物が建設されて電波環境が悪化した場合、妨害電波が発生した場合等である。

また、接続制御部１１４がセンサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０のビーコン信号を検出しない場合とは、例えば、センサデータの送信先である他のノード端末１０または根ノード端末２０に何らかの障害が発生し、ビーコン信号の送信が停止した場合等である。

ここで、接続制御部１１４がビーコン信号を検出する対象は、自装置と同一のネット―ワークアドレス、および自装置と同一の割当て周波数のノード端末１０または根ノード端末２０である。つまり、接続制御部１１４は、自装置が属するツリーＴだけではなく、マルチホップネットワークＮに含まれる他のツリーＴに属するノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号を検出することができる。

図４は、本実施形態にかかる接続先の変更の一例を示す図である。図４に示すノード端末１０ｄの親ノードは、図１と同様に第１の根ノード端末２０ａであった。この時点では、ノード端末１０ｄは、第１のツリーＴ１に属していた。しかしながら、電波環境の悪化により、第１の根ノード端末２０ａから送信されるビーコン信号の電波強度が所定の強度以下となったものとする。この場合、ノード端末１０ｄの接続制御部１１４は、他のノード端末１０または根ノード端末２０から発信されるビーコン信号を検出することにより、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０を特定する。

図４に示す例では、ノード端末１０ｄの接続制御部１１４は、第２のツリーＴ２に属するノード端末１０ｈから送信されたビーコン信号を検出し、その他のノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号は検出しなかったものとする。この場合、ノード端末１０ｄの接続制御部１１４は、ノード端末１０ｈを、新たな親ノードとして決定する。このため、図４に示すように、ノード端末１０ｄは、第１のツリーＴ１から第２のツリーＴ２に移動する。このような移動により、ノード端末１０ｄのセンサデータは、第２のツリーＴ２の頂点に位置する第２の根ノード端末２０ｊに収集されることとなる。

本実施形態のマルチホップ通信システムＳには、根ノード端末２０が２台備えられているため、図４に示すように、ノード端末１０と、一方の根ノード端末２０との接続が切断した場合であっても、他の根ノード端末２０が当該ノード端末１０のセンサデータの収集を継続する。

また、図５は、本実施形態にかかる接続先の変更の他の一例を示す図である。図５示すノード端末１０ｂおよびノード端末１０ｃの親ノードは、図１と同様に第１の根ノード端末２０ａであった。しかしながら、第１の根ノード端末２０ａに何らかの障害が発生し、情報および信号の送受信が停止した。この場合、第１の根ノード端末２０ａを頂点とする第１のツリーＴ１は消滅する。

図７に示す例では、例えば、ノード端末１０ｃの接続制御部１１４は、ノード端末１０ｄから送信されたビーコン信号を検出し、ノード端末１０ｄを新たな親ノードとして決定する。また、ノード端末１０ｂの接続制御部１１４は、ノード端末１０ｃおよびノード端末１０ｇの両方からビーコン信号を検出したものとする。この場合、ノード端末１０ｇの方が、ノード端末１０ｃよりも、第２の根ノード端末２０ｊに接続するための中継数が少ない。このため、ノード端末１０ｂの接続制御部１１４は、ノード端末１０ｇを新たな親ノードとして決定する。

接続制御部１１４は、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０のうち、センサデータの送信先である親ノードとして決定した他のノード端末１０または根ノード端末２０の接続情報を、記憶部１５０に保存する。

また、接続制御部１１４は、定期的に、他のノード端末１０または根ノード端末２０に対して自装置の接続情報、および自装置の中継数またはレベルを含むビーコン信号を送信する。

次に、本実施形態の根ノード端末２０の機能の詳細を説明する。図６は、本実施形態にかかる根ノード端末２０の機能的構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すように、根ノード端末２０は、取得部２１１と、受信部２１２と、通信部２１３と、記憶部２５０とを備える。マルチホップ通信システムＳに含まれる全ての根ノード端末２０（すなわち、第１の根ノード端末２０ａおよび第２の根ノード端末２０ｊ）は、同様の機能を備えるものとする。

取得部２１１は、第２の無線モジュール１０２を介して、センサ３０からセンサデータを取得する。取得部２１１は、取得したセンサデータを記憶部２５０に保存する。

受信部２１２は、自装置に直接接続するノード端末１０から、センサデータを受信する。より詳細には、第１の根ノード端末２０ａの受信部２１２は、ノード端末１０ｂ～１０ｄの各々から、ノード端末１０ｂ～１０ｄが取得したセンサデータおよび、ノード端末１０ｂ～１０ｄの各々の配下のノード端末１０ｅ～１０ｇが取得したセンサデータを受信する。受信部２１２は、受信したセンサデータを記憶部２５０に保存する。

記憶部２５０は、受信部２１２が受信したセンサデータ、および取得部２１１が取得したセンサデータを記憶する。記憶部２５０は、例えばフラッシュメモリ１０３またはＲＡＭ１０６である。

通信部２１３は、記憶部２５０に保存されたセンサデータを、ＰＣ４０に送信する。マルチホップ通信システムＳに含まれる全ての根ノード端末２０の通信部２１３が、センサデータを１台のＰＣ４０に送信することにより、センサデータの収集結果を統合することができる。また、根ノード端末２０が収集したセンサデータの送信先はＰＣ４０に限定されるものではない。例えば、通信部２１３は、無線通信によってクラウド環境にセンサデータを送信しても良い。

次に、以上のように構成されたマルチホップ通信システムＳで実行される親ノードの変更の流れについて説明する。

図７は、本実施形態にかかるノード端末１０で実行される親ノードの変更の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、定期的に実行されるものとしても良いし、ノード端末１０の取得部１１１がセンサデータを取得したタイミング、またはノード端末１０の受信部１１２がセンサデータを受信したタイミングで実行されるものとしても良い。

まず、接続制御部１１４は、親ノードと接続中であるか否かを判断する（Ｓ１）。

接続制御部１１４は、記憶部１５０に保存された接続情報によって特定されるノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号の電波強度が所定の強度以下である場合、または、接続情報によって特定されるノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号を検出しない場合に、親ノードとの接続が切断したと判断する（Ｓ１“Ｎｏ”）。この場合、接続制御部１１４は、親ノード以外の、いずれかの他のノード端末１０または根ノード端末２０から送信されたビーコン信号を検出したか否かを判断する（Ｓ２）。

接続制御部１１４は、検出したビーコン信号の発信元のうち、最もランクの低いノード端末１０または根ノード端末２０（つまり、最も中継数の少ないノード端末１０または根ノード端末２０）を新たな親ノードとして決定する（Ｓ３）。接続制御部１１４は、新たな親ノードとして決定した他のノード端末１０または根ノード端末２０の接続情報を、記憶部１５０に保存する。

そして、送信部１１３は、記憶部１５０に保存された接続情報に基づいて、新たな親ノードを特定する。送信部１１３は、新たな親ノードにセンサデータを送信する（Ｓ４）。新たな親ノードが第２のツリーＴ２に属するノード端末１０または第２の根ノード端末２０ｊである場合、当該送信タイミングは、第２の送信タイミングの一例となる。送信部１１３がセンサデータを送信する送信先は１つであるため、Ｓ４の処理のタイミングでは、送信部１１３は、第１のツリーＴ１に属するノード端末１０または第１の根ノード端末２０ａにセンサデータを送信しない。

また、接続制御部１１４は、親ノードと接続中であると判断した場合は（Ｓ１“Ｙｅｓ”）、記憶部１５０に保存された接続情報を変更しない。

この場合、送信部１１３は、記憶部１５０に保存された接続情報に基づいて親ノードを特定し、親ノードにセンサデータを送信する（Ｓ５）。既存の親ノードが第１のツリーＴ１に属するノード端末１０または第１の根ノード端末２０ａである場合、当該送信タイミングは、第１の送信タイミングの一例となる。送信部１１３がセンサデータを送信する送信先は１つであるため、Ｓ５の処理のタイミングでは、送信部１１３は、第２のツリーＴ２に属するノード端末１０または第２の根ノード端末２０ｊにセンサデータを送信しない。

ここで、このフローチャートの処理は終了する。なお、親ノードの変更処理と、センサデータの送信処理とは、別個の処理として、異なるタイミングで実行されても良い。

従来技術においては、ツリー構造のマルチホップネットワークによって各ノード端末の情報を収集する場合に、電波環境の変化等によって、根ノード端末と、ノード端末との通信が切断と、ノード端末から送信されるデータを収集することが困難になる場合があった。また、このような事態を回避するために、１つノード端末が複数の根ノード端末に常時接続するように構成された場合、同じ情報が複数のノード端末に重複して収集されることとなり、不要なデータの蓄積が生じる可能性があった。

これに対して、本実施形態のマルチホップ通信システムＳは、第１の根ノード端末２０ａと、第２の根ノード端末２０ｊと、第１の根ノード端末２０ａまたは第２の根ノード端末２０ｊと無線接続可能な複数のノード端末１０とを備える。そして、ノード端末１０は、第１の根ノード端末２０ａまたは第１の根ノード端末２０ａと接続する他のノード端末１０にセンサデータを送信する第１のタイミングにおいては、第２の根ノード端末２０ｊまたは前記第２の根ノード端末２０ｊと接続する他のノード端末１０にセンサデータを送信しない。また、ノード端末１０は、第２の根ノード端末２０ｊまたは第２の根ノード端末２０ｊと接続する他のノード端末１０にセンサデータを送信する第２のタイミングにおいては、第１の根ノード端末２０ａまたは第１の根ノード端末２０ａと接続する他のノード端末１０にセンサデータを送信しない。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、同じセンサデータが複数の根ノード端末２０によって重複して収集されることを回避すると共に、データ収集の安定性を向上することができる。

また、本実施形態のマルチホップ通信システムＳでは、第１の根ノード端末２０ａ、第２の根ノード端末２０ｊ、および複数のノード端末１０のネットワークアドレスおよび割当て周波数は同一である。このため、各ノード端末１０は、自装置と異なるツリーＴに属する他のノード端末または根ノード端末２０とも接続することが可能となる。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、一方の根ノード端末２０との接続が切断した場合であっても、他の根ノード端末２０が当該ノード端末１０のセンサデータの収集を継続することができる。

また、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、ネットワークアドレスおよび周波数を統一することにより、各ノード端末１０および根ノード端末２０の設定を一律にすることができるため、各ノード端末１０および根ノード端末２０の設置の際の作業者の負荷、または誤設定等による不具合の発生を低減することができる。

また、本実施形態のノード端末１０は、センサデータの送信先との接続が切断したと判断した場合に、接続可能な他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊを特定し、いずれか一の他のノード端末、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊをセンサデータの新たな送信先として決定する。具体的には、本実施形態のノード端末１０は、他のノード端末１０または第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｂから発信されるビーコン信号を検出することにより、接続可能な他のノード端末１０または根ノード端末２０を特定する。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、予め予備の接続先の情報を登録していなくとも、自動的に新たな親ノードを検出することができる。

また、本実施形態のノード端末１０は、他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｂから発信されたビーコン信号を検出した場合に、検出したビーコン信号の発信元のうち、中継数が最も少ない他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｂをセンサデータの送信先として決定する。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、根ノード端末２０にセンサデータを収集するための最短の経路を選択することができる。

また、本実施形態のノード端末１０は、中継数が同一の場合は、ビーコン信号の電波強度が最も強い他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊをセンサデータの送信先として決定する。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、センサデータ収集の安定性をより向上することができる。

また、本実施形態のノード端末１０は、センサデータの送信先である他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊから送信されたビーコン信号の電波強度が所定の強度以下の場合、または、センサデータの送信先である他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊのビーコン信号を検出しない場合に、他のノード端末１０、第１の根ノード端末２０ａ、または第２の根ノード端末２０ｊとの接続が切断したと判断する。このため、本実施形態のマルチホップ通信システムＳによれば、自動的に接続状態を判断し、新たな接続先を迅速に探索することができる。

なお、本実施形態においては、マルチホップ通信システムＳは２つの根ノード端末２０を備えるものとしたが、マルチホップ通信システムＳは３つ以上の根ノード端末２０を備えるものとしても良い。また、図１、図４、および図５に示したマルチホップ通信システムＳの構成は一例であり、ノード端末１０および根ノード端末２０の数、およびノード端末１０および根ノード端末２０の接続関係は、上述の例に限定するものではない。

また、本実施形態においては、センサ３０は、無線通信によってノード端末１０および根ノード端末２０にセンサデータを送信するものとしたが、ノード端末１０とセンサ３０とが有線接続する構成を採用しても良い。例えば、センサ３０がノード端末１０または根ノード端末２０と同一のユニットに組み込まれた構成を採用しても良い。この場合、センサ３０は、ノード端末１０または根ノード端末２０と通信インターフェース１０７を介して接続するものとする。また、センサ３０は、その他の手段によってノード端末１０または根ノード端末２０のプロセッサ１０４にセンサデータを提供可能であるものとしても良い。また、当該構成を採用する場合は、ノード端末１０および根ノード端末２０は、第２の無線モジュール１０２を有さなくとも良い。センサ３０は、ノード端末１０または根ノード端末２０と同一の筐体内に備えられても良いし、別個の筐体として設けられても良いものとする。

また、本実施形態においては、マルチホップ通信システムＳは、各ノード端末１０が取得したセンサデータを収集するものとしたが、マルチホップ通信システムＳが収集する情報は、センサデータに限定されるものではない。

なお、本実施形態のノード端末１０および根ノード端末２０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成しても良いし、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。また、各種プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成しても良い。

本実施形態のノード端末１０で実行されるプログラムは、上述した各機能部（取得部、受信部、送信部、接続制御部）を含むモジュール構成となっている。

また、本実施形態の根ノード端末２０で実行されるプログラムは、上述した各機能部（取得部、受信部、通信部）を含むモジュール構成となっている。

また、本実施形態における上記処理を実行するためのプログラムは、上記各機能部を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）がＲＯＭまたはフラッシュメモリから上記プログラムを読み出して実行することにより、上述した各機能部がＲＡＭ（主記憶）上にロードされ、上述した各機能部がＲＡＭ（主記憶）上に生成されるようになっている。なお、上述した各機能部の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの専用のハードウェアを用いて実現することも可能である。

また、本実施形態では、ノード端末１０の取得部１１１、受信部１１２、送信部１１３、接続制御部１１４、および根ノード端末２０の取得部２１１、受信部２１２、通信部２１３を、プロセッサ１０４によって実現される機能の一例として記載したが、各機能部がハードウェア回路等によって実現されるものとしても良い。例えば、ノード端末１０の取得部１１１および根ノード端末２０の取得部２１１は、第２の無線モジュール１０２または通信インターフェース１０７によって実現されるものとしても良い。また、ノード端末１０の受信部１１２、送信部１１３および根ノード端末２０の受信部２１２は、第１の無線モジュールまたは通信インターフェースによって実現されるものとしても良い。また、根ノード端末２０の通信部２１３は、通信インターフェースによって実現されるものとしても良い。また、根ノード端末２０の通信部２１３は、無線通信機能を実現するハードウェア部品によって実現されるものとしても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０ｂ～１０ｉ ノード端末
２０ａ 第１の根ノード端末
２０ｊ 第２の根ノード端末
３０ センサ
１１１ 取得部
１１２ 受信部
１１３ 送信部
１１４ 接続制御部
１５０ 記憶部
２１１ 取得部
２１２ 受信部
２１３ 通信部
２５０ 記憶部
Ｎ マルチホップネットワーク
Ｓ マルチホップ通信システム
Ｔ１ 第１のツリー
Ｔ２ 第２のツリー

Claims (6)

1. 第１のツリー構造のネットワークの頂点に配置された集約装置である第１の根ノード端末と、第２のツリー構造のネットワークの頂点に配置された集約装置である第２の根ノード端末と、前記第１の根ノード端末または前記第２の根ノード端末と無線接続可能な複数のノード端末とを備え、
   前記ノード端末のそれぞれは、
   前記第１の根ノード端末または前記第１の根ノード端末と接続する他のノード端末に情報を送信する第１のタイミングにおいては、前記第２の根ノード端末または前記第２の根ノード端末と接続する他のノード端末に前記情報を送信せず、前記第２の根ノード端末または前記第２の根ノード端末と接続する他のノード端末に前記情報を送信する第２のタイミングにおいては、前記第１の根ノード端末または前記第１の根ノード端末と接続する他のノード端末に前記情報を送信しない送信部、
   を備え、
   前記第１の根ノード端末、前記第２の根ノード端末、および複数の前記ノード端末のネットワークアドレスおよび割当て周波数は同一である、
   マルチホップ通信システム。
2. 前記ノード端末のそれぞれは、
   前記ノード端末と接続可能な他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末のいずれかを、前記情報の送信先として決定する接続制御部、をさらに備え、
   前記接続制御部は、前記情報の送信先との接続が切断したと判断した場合に、接続可能な他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末を特定し、いずれか一の他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末を前記情報の新たな送信先として決定する、
   請求項１に記載のマルチホップ通信システム。
3. 前記接続制御部は、他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末から発信される信号を検出することにより、接続可能な他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末を特定する、
   請求項２に記載のマルチホップ通信システム。
4. 前記接続制御部は、複数の他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末から発信された前記信号を検出した場合に、検出した前記信号の発信元のうち、前記第１の根ノード端末または前記第２の根ノード端末に接続するための中継数が最も少ない他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末を前記情報の送信先として決定する、
   請求項３に記載のマルチホップ通信システム。
5. 前記接続制御部は、複数の他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末の前記中継数が同一の場合は、前記信号の電波強度が最も強い他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末を前記情報の送信先として決定する、
   請求項４に記載のマルチホップ通信システム。
6. 前記接続制御部は、前記情報の送信先である他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末から送信された前記信号の電波強度が所定の強度以下の場合、または、前記情報の送信先である他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末の前記信号を検出しない場合に、前記他のノード端末、前記第１の根ノード端末、または前記第２の根ノード端末との接続が切断したと判断する、
   請求項４または請求項５に記載のマルチホップ通信システム。

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