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技術 通信装置、通信システム、及びルートコスト計算方法

出願人 富士電機株式会社
発明者 畠内孝明松本孝司
出願日 2017年9月28日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-188529
公開日 2019年4月25日 (1年8ヶ月経過) 公開番号 2019-068126
状態 未査定
技術分野 移動無線通信システム
主要キーワード 集約器 音量センサ 送信リトライ回数 隣接装置 雨量センサ 終点側 通信品質レベル ボードコンピュータ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算する通信装置を提供する。

解決手段

通信装置5が直接通信可能な隣接装置とパケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても隣接装置から宛先装置にパケットが到達しないパケットロス率である隣接装置毎のルートコストと、通信装置と隣接装置との間の通信リンクにおいて通信装置5から隣接装置にパケットが到達しないパケットロス率である通信リンク毎のリンクコストとを用いて、宛先装置に対する通信装置5のルートコストを計算するルートコスト計算部5221を備えて通信装置5を構成する。

概要

背景

マルチホップ型無線通信ネットワークにおいてパケット送信元通信装置から宛先の通信装置までの通信ルート構築する方法としては、例えば、特許文献1に記載の以下のような方法が知られている。

特許文献1に記載の通信ネットワークは、1台の親機複数台子機とで構成され、親機と各子機との間ではマルチホップ通信により信号を送受している。各子機は、直接通信可能な隣接端末を探索する処理を行っており、親機は、各子機から当該子機が直接通信可能な隣接端末に関するリンク情報を受信する。親機は、受信したリンク情報を基に、始点側通信端末端末ID、終点側の通信端末の端末ID、及び両端末間の通信品質レベルを示すリンクコストを一次元のデータテーブルからなるトポロジーテーブルに記録させる。そして、親機は、トポロジーテーブルに記録されたリンク情報を基に、ダイクストラアルゴリズムを用いて各子機への通信ルートを求めるルート探索処理を行う。

概要

選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算する通信装置を提供する。通信装置5が直接通信可能な隣接装置とパケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても隣接装置から宛先装置にパケットが到達しないパケットロス率である隣接装置毎のルートコストと、通信装置と隣接装置との間の通信リンクにおいて通信装置5から隣接装置にパケットが到達しないパケットロス率である通信リンク毎のリンクコストとを用いて、宛先装置に対する通信装置5のルートコストを計算するルートコスト計算部5221を備えて通信装置5を構成する。

目的

本発明の一側面に係る目的は、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算する通信装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

通信装置直接通信可能な隣接装置パケット宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても前記隣接装置から宛先装置に前記パケットが到達しないパケットロス率である前記隣接装置毎のルートコストと、前記通信装置と前記隣接装置との間の通信リンクにおいて前記通信装置から前記隣接装置に前記パケットが到達しないパケットロス率である前記通信リンク毎のリンクコストとを用いて、前記宛先装置に対する前記通信装置の前記ルートコストを計算するルートコスト計算部を備える通信装置。

請求項2

前記隣接装置毎の前記ルートコストの中で前記宛先装置に対する前記ルートコストが小さい順に前記隣接装置を、前記通信装置が前記パケットを直接送信する送信先装置に選択する送信先装置選択部を更に備える、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記隣接装置が前記通信装置へ送信した送信パケット数と、前記通信装置が前記隣接装置から受信した受信パケット数とを用いて前記通信リンク毎の前記リンクコストを計算するリンクコスト計算部を更に備える、請求項1又は2に記載の通信装置。

請求項4

前記通信装置が前記隣接装置から受信したパケットの受信電力に対応するパケットロス率を前記通信リンク毎の前記リンクコストとして取得するリンクコスト計算部を更に備える、請求項1又は2に記載の通信装置。

請求項5

前記通信装置が前記隣接装置から受信したパケットの受信電力に対応するビットエラーレートと、パケットサイズと、パケットの送信リトライ回数とを用いて前記通信リンク毎の前記リンクコストを計算するリンクコスト計算部を更に備える、請求項1又は2に記載の通信装置。

請求項6

前記通信リンク毎の前記リンクコストが格納されたリンクコストテーブルと、前記通信装置が前記宛先装置に選択可能な宛先候補装置毎の前記ルートコストが格納されたルートコストテーブルとを記憶する記憶部を更に備え、前記ルートコスト計算部は、前記隣接装置から取得したルートコストテーブルと、前記記憶部が記憶する前記リンクコストテーブルとを用いて前記宛先候補装置毎の前記ルートコストを計算する、請求項1〜5の何れか一項に記載の通信装置。

請求項7

通信装置と前記通信装置と直接通信可能な隣接装置との間の通信リンクにおいて前記通信装置から前記隣接装置に前記パケットが到達しないパケットロス率である前記通信リンク毎のリンクコストを格納するリンクコストテーブルを記憶する通信装置と、前記複数の通信装置から集約した前記リンクコストテーブルが格納する前記リンクコストを用いて、前記通信装置と、前記通信装置が送信するパケットの宛先候補装置との間での選択可能な全ての通信ルートを用いても前記通信装置から前記宛先候補装置へ前記パケットが到達しないパケットロス率である前記宛先候補装置毎のルートコストを前記通信装置毎に計算するルートコスト計算装置とを備える通信ステム

請求項8

前記通信装置は、前記通信装置と直接通信可能な隣接装置毎の前記ルートコストと、前記通信装置と前記隣接装置との間の通信リンク毎の前記リンクコストとを用いて前記通信装置の前記ルートコストを計算する、請求項7に記載の通信システム。

請求項9

通信装置が直接通信可能な隣接装置とパケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても前記隣接装置から宛先装置に前記パケットが到達しないパケットロス率である前記隣接装置毎のルートコストと、前記通信装置と前記隣接装置との間の通信リンクにおいて前記通信装置から前記隣接装置に前記パケットが到達しないパケットロス率である前記通信リンク毎のリンクコストとを用いて、前記宛先装置に対する前記通信装置の前記ルートコストを計算することをコンピュータが実行するルートコスト計算方法

技術分野

0001

本発明は、通信装置通信ステム、及びルートコスト計算方法に関する。

背景技術

0002

マルチホップ型無線通信ネットワークにおいてパケット送信元の通信装置から宛先の通信装置までの通信ルート構築する方法としては、例えば、特許文献1に記載の以下のような方法が知られている。

0003

特許文献1に記載の通信ネットワークは、1台の親機複数台子機とで構成され、親機と各子機との間ではマルチホップ通信により信号を送受している。各子機は、直接通信可能な隣接端末を探索する処理を行っており、親機は、各子機から当該子機が直接通信可能な隣接端末に関するリンク情報を受信する。親機は、受信したリンク情報を基に、始点側通信端末端末ID、終点側の通信端末の端末ID、及び両端末間の通信品質レベルを示すリンクコストを一次元のデータテーブルからなるトポロジーテーブルに記録させる。そして、親機は、トポロジーテーブルに記録されたリンク情報を基に、ダイクストラアルゴリズムを用いて各子機への通信ルートを求めるルート探索処理を行う。

先行技術

0004

特開2008−301269号公報

発明が解決しようとする課題

0005

選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークでは、パケットの送信元装置から該パケットの宛先装置までの通信ルートは複数存在し得る。そこで、こうしたメッシュネットワークでは、パケットを送信する通信装置(送信元装置及び中継装置)は、宛先装置までの通信ルートが複数存在し得る隣接装置の中から、宛先装置へのパケットの送信に成功する可能性が高い適切な送信先装置を選択することが望まれる。隣接装置とは、パケットを送信する通信装置と通信リンクにより繋がる通信装置であり、パケットを送信する通信装置が直接通信可能な通信装置を指す。また、送信先装置とは、パケットを送信する通信装置が該パケットを直接送信する通信装置として選択した隣接装置を指す。

0006

しかしながら、上述した特許文献1が通信ルートの構築方法に用いるダイクストラアルゴリズムは、最短経路を探索するためのアルゴリズムであり、特許文献1に記載の方法は、子機と親機とをつなぐ本道の通信ルートを探索するにすぎない。このため、特許文献1に記載の方法は、上述したようなメッシュネットワークには利用できない。

0007

本発明の一側面に係る目的は、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算する通信装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る一つの形態である通信装置はルートコスト計算部を備える。ルートコスト計算部は、隣接装置毎のルートコストと通信リンク毎のリンクコストとを用いて、宛先装置に対する通信装置のルートコストを計算する。隣接装置毎のルートコストは、通信装置が直接通信可能な隣接装置とパケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても隣接装置から宛先装置にパケットが到達しないパケットロス率である。通信リンク毎のリンクコストは、通信装置と隣接装置との間の通信リンクにおいて通信装置から隣接装置にパケットが到達しないパケットロス率である。

発明の効果

0009

一実施形態に従った通信装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態に従った通信システムの構成例を示す図である。
実施形態に従ったリンクコスト及びルートコストの説明図である。
実施形態に従ったリンクコストの計算方法の一例を説明する図である。
実施形態に従ったルートコストの計算方法の一例を説明する図である。
図4(C)に示したネットワーク構成でのルートコストの収束計算の一例を示す図である。
実施形態に従った通信装置が行うルートコストの計算方法の一例を説明する図である。
実施形態に従った通信装置の通信手順の一例を説明する図である。
実施形態に従ったノード装置の構成例を示す図である。
実施形態に従った集約器の構成例を示す図である。
実施形態に従った監視装置の構成例を示す図である。

実施例

0011

下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
<通信システムの構成例>
図1は、実施形態に従った通信システムの構成例を示す図である。図1に示す構成例では、通信システム1は、監視装置2及び無線通信ネットワーク3を備える。なお、図1に示す一例では、通信システム1は1つの無線通信ネットワーク3を備えるが、通信システム1は複数の無線通信ネットワーク3を備えてもよい。

0012

無線通信ネットワーク3は、例えば、センサネットワークである。無線通信ネットワーク3は、集約器4と複数のノード装置5(5−1〜5−3)とを備える。なお、図1に示す一例では、無線通信ネットワーク3は3つのノード装置5−1〜5−3を備えるが、無線通信ネットワーク3は任意の数のノード装置5を備えてもよい。

0013

ノード装置5は、無線通信を用いて集約器4との間でデータを送受信する装置である。また、ノード装置5は、無線通信を用いて他のノード装置5との間でデータを送受信し得る。例えば、無線通信ネットワーク3がセンサネットワークである場合、ノード装置5は、センサノードである。

0014

集約器4は、無線通信ネットワーク3と広域ネットワーク6とを接続する中枢ノード(例えば、ゲートウェイ)である。広域ネットワーク6は、インターネットといった有線又は無線の通信ネットワークである。例えば、図1に示す構成例では、集約器4は、配下のノード装置5−1〜5−3から受信したデータを、広域ネットワーク6を介して監視装置2へ送信する。

0015

監視装置2は、無線通信ネットワーク3の状態を集約器4との通信を通じて監視する装置である。図1に示した一例では、監視装置2と集約器4とは広域ネットワーク6を介して接続する。

0016

集約器4及びノード装置5は、実施形態に従った通信装置の一例である。また、監視装置2は、実施形態に従ったルートコスト計算装置の一例である。なお、実施形態によっては、集約器4は、実施形態に従ったルートコスト計算装置の一例であってもよい。

0017

無線通信ネットワーク3は、マルチホップ型の無線通信ネットワークである。図1に示すように、無線通信ネットワーク3は、集約器4と直接通信するノード装置5だけでなく、中継する他のノード装置5を介して集約器4と通信するノード装置5を備える。例えば、複数のノード装置5の内、ノード装置5−1及びノード装置5−2は集約器4と直接通信する。一方、ノード装置5−3は、ノード装置5−1又はノード装置5−2を介して集約器4と通信する。

0018

また、無線通信ネットワーク3は、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークである。例えば、ノード装置5−1は、直接通信可能な集約器4及びノード装置5−3の内、一方の隣接装置へのパケットの送信に失敗した場合には、他方の隣接装置へパケットを送信する。また、例えば、ノード装置5−3は、直接通信可能なノード装置5−1及びノード装置5−2の内、一方の隣接装置へのパケットの送信に失敗した場合には、他方の隣接装置へパケットを送信する。前述したように、隣接装置とは、パケットを送信する通信装置(パケットの送信元装置又は中継装置)と通信リンクにより繋がる通信装置であり、パケットを送信する通信装置が直接通信可能な通信装置を指す。

0019

<リンクコスト及びルートコスト>
無線通信ネットワーク3では、パケットを送信する通信装置(パケットの送信元装置及び中継装置)は、複数の隣接装置が存在する場合には、隣接装置毎のルートコストの中で宛先装置に対するルートコストが小さい順に隣接装置を送信先装置に選択する。送信先装置とは、パケットを送信する通信装置が該パケットを直接送信する隣接装置を指す。また、ルートコストとは、パケットを送信する通信装置と該パケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても該通信装置から該宛先装置へ該パケットが到達しないパケットロス率を指す。例えば、隣接装置のルートコストは、隣接装置と宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても隣接装置から宛先装置へパケットが到達しないパケットロス率である。

0020

<ルートコスト及びリンクコスト>
図2は、実施形態に従ったリンクコスト及びルートコストの説明図である。図2において、各通信装置(集約器4及びノード装置5)付近括弧書きで示した数字は、集約器4をパケットの宛先装置とした場合の各通信装置のルートコストを表す。図2に示した一例では、集約器4のルートコストは0であり、ノード装置5−1のルートコストは0.014であり、ノード装置5−2のルートコストは0.017であり、ノード装置5−3のルートコストは0.025である。

0021

例えば、ノード装置5−1の隣接装置である集約器4及びノード装置5−3では、ノード装置5−3のルートコストよりも集約器4のルートコストが小さい。そこで、ノード装置5−1は、隣接装置である集約器4及びノード装置5−3の内、集約器4を送信先装置にまず選択し、ノード装置5−1から集約器4へのパケット送信に失敗した場合にはノード装置5−3を送信先装置に次に選択する。また、ノード装置5−3の隣接装置であるノード装置5−1及びノード装置5−2では、ノード装置5−2のルートコストよりもノード装置5−1のルートコストが小さい。そこで、ノード装置5−3は、ノード装置5−1を送信先装置にまず選択し、ノード装置5−3からノード装置5−1へのパケット送信に失敗した場合にはノード装置5−2を送信先装置に次に選択する。

0022

後述するように、各通信装置のルートコストは、リンクコストを用いて各通信装置(集約器4及びノード装置5)或いはルートコスト計算装置(監視装置2又は集約器4)が計算する。リンクコストとは、パケットを送信する通信装置と隣接装置との間の通信リンクにおいて該通信装置から隣接装置にパケットが到達しないパケットロス率を指す。図2において、通信装置間繋ぐ通信リンクL1〜L4付近に記載された数字は、該通信リンクL1〜L4のリンクコストを指す。例えば、通信リンクL1のリンクコスト0.1は、ノード装置5−1と集約器4との間ではパケットの送信が10回の内1回の確率で失敗することを示す。なお、図2には、各通信装置の通信性能送信性能及び受信性能)が同じである場合を一例として示したが、各通信装置の通信性能は異なってもよい。

0023

実施形態に従ったリンクコスト及びルートコストの計算方法の一例を以下に説明する。

0024

<<リンクコストの計算例>>
各通信リンクのリンクコストは、各通信リンクを繋ぐ通信装置(集約器4及びノード装置5)が計算する。

0025

例えば、図3に示すように、通信装置(集約器4及びノード装置5)は、隣接装置が通信装置へ送信した送信パケット数と、通信装置が隣接装置から受信した受信パケット数とを用いて、通信装置と隣接装置との間の通信リンクのリンクコストを計算してもよい。図3は、実施形態に従ったリンクコストの計算方法の一例を説明する図である。

0026

図3に示した一例では、送信側の通信装置Aは、送信側の通信装置Aと繋がる通信リンクにおいて送信側の通信装置Aからパケットを受信する受信側の通信装置毎に、送信パケット数をカウントする。例えば、送信側の通信装置Aは、受信側の通信装置Bに対する送信パケット数をカウントし、受信側の通信装置Bへパケットを新たに送信する度に受信側の通信装置Bに対する送信パケット数を更新する。そして、送信側の通信装置Aは、送信側の通信装置Aの識別子と更新した送信パケット数とを含むパケットを受信側の通信装置Bへ送信する。受信側の通信装置Bへ送信するパケットは、リンクコストを計算するための専用パケットでもよいし、所要のデータを送受信するためのパケットでもよい。

0027

受信側の通信装置Bは、受信側の通信装置Bと繋がる通信リンクにおいて受信側の通信装置Bへパケットを送信した送信側の通信装置毎に、受信パケット数をカウントする。例えば、受信側の通信装置Bは、送信側の通信装置Aに対する受信パケット数をカウントし、送信側の通信装置Aからパケットを新たに受信する度に送信側の通信装置Aに対する受信パケット数を更新する。そして、受信側の通信装置Bは、送信側の通信装置Aに対する受信パケット数と、送信側の通信装置Aから受信したパケットが含む送信パケット数とを用いて、送信側の通信装置Aと受信側の通信装置Bとを繋ぐ通信リンクのリンクコストを次の式(1)により計算する。

0028

0029

例えば、送信側の通信装置Aが受信側の通信装置Bへ送信した送信パケット数がXであり、受信側の通信装置Bが送信側の通信装置Aから受信した受信パケット数がYであると仮定する。この仮定では、送信側の通信装置Aと受信側の通信装置Bとを繋ぐ通信リンクのリンクコストは、1−(Y/X)である。

0030

図3に示すように、受信側の通信装置Bは、送信側の通信装置Aの識別子、受信パケット数、及びリンクコストを対応付けリンクコストテーブルに記憶する。このように、各通信装置は、隣接装置と繋ぐ通信リンク毎のリンクコストを計算し、計算したリンクコストを隣接装置の識別子と対応付けてリンクコストテーブルに記憶する。

0031

なお、図3を参照しながら上述したリンクコストの計算方法は、一例であって、その他の方法が用いられてもよい。

0032

例えば、通信装置(集約器4及びノード装置5)は、隣接装置から受信したパケットの受信電力に対応するパケットロス率を通信リンク毎のリンクコストとして取得してもよい。具体的には、例えば、通信装置は、受信電力とパケットロス率との関係を通信装置の受信性能として予め測定し、測定結果を受信電力対パケットロス率テーブルに記憶する。そして、通信装置は、隣接装置からパケットを受信した時に受信電力対パケットロス率テーブルを参照し、受信したパケットの受信電力に対応するパケットロス率を、通信装置と該隣接装置との間の通信リンクのリンクコストとして取得する。

0033

また、通信装置(集約器4及びノード装置5)は、隣接装置から受信したパケットの受信電力に対応するビットエラーレートと、パケットサイズと、パケットの送信リトライ回数とを用いて、通信リンク毎のリンクコストを計算してもよい。具体的には、例えば、通信装置は、受信電力とビットエラーレートとの関係を通信装置の受信性能として予め測定し、測定結果を受信電力対ビットエラーレートテーブルに記憶する。通信装置は、隣接装置からパケットを受信した時に受信電力対ビットエラーレートテーブルを参照し、受信したパケットの受信電力に対応するビットエラーレートを取得する。そして、通信装置は、取得したビットエラーレートと、受信したパケットのサイズと、通信規約として予め定められた送信リトライ回数とから、パケットを送信した隣接装置との通信リンクのパケットロス率を計算する。

0034

<<ルートコストの計算例>>
各通信装置(集約器4及びノード装置5)のルートコストは、各通信装置が計算したリンクコストを用いて、各通信装置或いはルートコスト計算装置(監視装置2又は集約器4)が計算する。図4(A)〜図4(C)は、実施形態に従ったルートコストの計算方法の一例を説明する図である。図4(A)〜図4(C)に示す一例では、パケットの送信元装置及び中継装置はノード装置5であり、該パケットの宛先装置は集約器4である。すなわち、図4(A)〜図4(C)は、集約器4を宛先装置とするパケットをノード装置5が送信するケースを一例として示す。

0035

まず、図4(A)は、パケットの送信元装置と該パケットの宛先装置とが通信リンクにより繋がるケースの一例を示す。具体的には、ノード装置5−1と集約器4とは通信リンクL1により繋がり、ノード装置5−2と集約器4とは通信リンクL2により繋がる。このように、送信元装置と宛先装置とが、両通信装置の間でパケットを中継する中継装置を介さずに直接繋がるケースでは、各通信装置のルートコストを次のように計算する。

0036

宛先装置は、受信したパケットを保持し、該パケットを他の通信装置へ送信しない。このため、宛先装置のルートコストは0である。したがって、図4(A)に示す一例では、集約器4のルートコストは0である。

0037

送信元装置が宛先装置へ通信リンクを介して直接送信する場合には、中継によるパケットロスがない。このため、送信元装置のルートコストは、送信元装置と宛先装置とを繋ぐ通信リンクのリンクコストと同じである。したがって、図4(A)に示す一例では、ノード装置5−1のルートコストは、ノード装置5−1と集約器4とを繋ぐ通信リンクL1のリンクコストと同じ0.1である。また、ノード装置5−2のルートコストは、ノード装置5−2と集約器4とを繋ぐ通信リンクL2のリンクコストと同じ0.15である。

0038

次に、図4(B)は、送信元装置と宛先装置とが中継装置を介して繋がるケースの一例を示す。具体的には、ノード装置5−3と集約器4とはノード装置5−1を介して繋がる。また、図4(B)は、送信元装置から宛先装置までを繋ぐ通信ルートが1本であるケースの一例を示す。具体的には、ノード装置5−1から集約器4までを繋ぐ通信ルートは、通信リンクL3及び通信リンクL1から構成される1本の通信ルートである。このように、送信元装置と宛先装置とが中継装置を介して1本道の通信ルートで繋がるケースでは、各通信装置のルートコストを次のように計算する。

0039

宛先装置のルートコストは、図4(A)を参照しながら前述したとおり0である。したがって、図4(B)に示す一例では、集約器4のルートコストは0である。

0040

宛先装置と通信リンクを介して繋がる中継装置のルートコストは、図4(A)で説明した送信元装置のルートコストと同様に、宛先装置と中継装置とを繋ぐ通信リンクのリンクコストと同じである。したがって、図4(B)に示した一例では、ノード装置5−1のルートコストは、ノード装置5−1と集約器4とを繋ぐ通信リンクL1のリンクコストと同じ0.1である。

0041

中継装置と通信リンクを介して繋がる送信元装置のルートコストは、送信元装置と中継装置との間の通信リンク、及び中継装置と宛先装置との間の通信ルートの何れかにおいてパケットがロスする確率である。中継装置と宛先装置との間の通信ルートにおいてパケットがロスする確率は、中継装置のルートコストを指す。したがって、図4(B)で示した一例では、ノード装置5−3のルートコストは、ノード装置5−3がノード装置5−1にパケットを送信できない確率と、ノード装置5−3からノード装置5−1へパケットを送信したがノード装置5−1において集約器4へのパケット送信に失敗する確率との総和である。すなわち、ノード装置5−3のルートコストは、0.12+(1−0.12)×0.1=0.208である。

0042

なお、図4(B)に示した一例では、送信元装置と宛先装置とが1つの中継装置を介して繋がるが、送信元装置と宛先装置とが複数の中継装置を介して繋がる場合においても、上述と同様の計算方法により各通信装置のルートコストを計算できる。

0043

さらに、図4(C)は、送信元装置と宛先装置とが中継装置を介して繋がるケースの一例を示す。具体的には、ノード装置5−3と集約器4とはノード装置5−1又はノード装置5−2を介して繋がる。また、図4(C)は、送信元装置から宛先装置までを繋ぐ通信ルートが複数本であるケースの一例を示す。具体的には、ノード装置5−3から集約器4までを繋ぐ通信ルートには、通信リンクL3及び通信リンクL1から構成される第1の通信ルートと、通信リンクL4及び通信リンクL2から構成される第2の通信ルートとがある。また、ノード装置5−3から集約器4までを繋ぐ通信ルートには、ノード装置5−3からパケットを受信したノード装置5−1が該パケットをノード装置5−3へ返送した場合の通信ルートとして、通信リンクL3、通信リンクL4、及び通信リンクL2から構成される第3の通信ルートもある。さらに、ノード装置5−3から集約器4までを繋ぐ通信ルートには、ノード装置5−3からパケットを受信したノード装置5−2が該パケットをノード装置5−3へ返送した場合の通信ルートとして、通信リンクL4、通信リンクL3、及び通信リンクL1から構成される第4の通信ルートもある。このように、送信元装置と宛先装置とが中継装置を介して複数本の通信ルートで繋がるケースでは、各通信装置のルートコストを次のように計算する。

0044

宛先装置のルートコストは、図4(A)及び図4(B)と同様に0である。したがって、図4(C)に示した一例では、集約器4のルートコストは0である。

0045

宛先装置と通信リンクを介して繋がる中継装置のルートコストは、図4(B)と同様に、宛先装置と中継装置とを繋ぐ通信リンクのリンクコストと同じである。したがって、図4(C)に示した一例では、ノード装置5−1のルートコストは0.1であり、ノード装置5−2のルートコストは0.15である。

0046

複数の中継装置と通信リンクを介して繋がる送信元装置のルートコストは、次のように計算する。前述したように、無線通信ネットワーク3では、各通信装置は、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信する。また、パケットを送信する通信装置は、複数の隣接装置が存在する場合には、隣接装置毎のルートコストの中で宛先装置に対するルートコストが小さい順に隣接装置を送信先装置に選択する。そこで、こうしたメッシュネットワークでは、パケットを送信する装置(送信元装置又は中継装置)のルートコストを、次の式(2)のように確率A及び確率Bの総和により計算する。

0047

0048

ここで、確率Aは、パケットを送信する通信装置と隣接装置との間の全ての通信リンクでパケットがロスする確率である。また、確率Bは、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信する通信装置が宛先装置に対するルートコストが小さい順に選択した隣接装置と宛先装置との間の通信ルートでパケットがロスする確率の和である。

0049

図4(C)に示した一例では、確率Aは、ノード装置5−3がノード装置5−1及びノード装置5−2の何れにもパケットを送信できない確率であり、0.12×0.09である。また、確率Bは、ノード装置5−3からノード装置5−1へパケットを送信したがノード装置5−1において集約器4へのパケット送信に失敗する確率と、ノード装置5−1へのパケットの送信が失敗したため、ノード装置5−3がノード装置5−2へパケットを送信したが、ノード装置5−2において集約器4へのパケット送信に失敗する確率との和であり、(1−0.12)×0.1+0.12×(1−0.09)×0.15である。したがって、ノード装置5−3のルートコストは、確率A及び確率Bの和である約0.115である。

0050

このように、宛先装置、中継装置、及び送信元装置のルートコストを上述のようにまず計算する。しかしながら、中継装置と宛先装置との間の通信ルートには、送信元装置が存在することで、上述の計算で用いた通信ルートの他に、中継装置が送信元装置を介して宛先装置へパケットを送信する通信ルートがある。具体的には、ノード装置5−1と集約器4との通信ルートには、ノード装置5−1と集約器4とを直接繋ぐ通信ルートの他に、ノード装置5−3及びノード装置5−2を介してノード5−1と集約器4とを繋ぐ通信ルートがある。また、ノード装置5−2と集約器4との通信ルートには、ノード装置5−2と集約器4とを直接繋ぐ通信ルートの他に、ノード装置5−3及びノード装置5−1を介してノード装置5−2と集約器4とを繋ぐ通信ルートがある。そこで、送信元装置を介した通信ルートを考慮して、中継装置のルートコストを上述した式(2)により再計算する。

0051

図4に示した一例では、ノード装置5−1のルートコストは、0.1×0.12(確率A)と0.1×(1−0.12)×0.115(確率B)との総和により約0.22と再計算できる。また、ノード装置5−2のルートコストは、0.15×0.09(確率A)と0.15×(1−0.09)×0.115(確率B)との総和により約0.029と再計算できる。

0052

中継装置のルートコストを上述のように再計算した結果、中継装置のルートコストが変わると、送信元装置のルートコストも変わり得る。そこで、再計算後の中継装置のルートコストを用いて、送信元装置のルートコストを再計算する。同様に、送信元装置のルートコストを上述のように再計算した結果、送信元装置のルートコストが変わると、中継装置のルートコストも変わり得る。そこで、再計算後の送信元装置のルートコストを用いて、送信元装置のルートコストを再計算する。こうして、送信元装置及び中継装置のルートコストの計算を繰り返す。図5は、図4(C)に示したネットワーク構成でのルートコストの収束計算の一例を示す図である。図5に示すように、各通信リンクのリンクコストが変わらない限り、送信元装置及び中継装置のルートコストの計算を数回繰り返すことで計算結果収束し得る。この結果、図2に示すような各通信装置のルートコストを得ることができる。

0053

なお、図4(C)に示した一例では、送信元装置と宛先装置とが1つの中継装置を介して繋がるが、送信元装置と宛先装置とが複数の中継装置を介して繋がる場合においても、上述と同様の計算方法により各通信装置のルートコストを計算できる。また、上述の説明では、全ての通信装置のルートコストが一定値に収束するまで計算する場合を一例として説明したが、各通信装置のルートコストを一定値に収束するまで計算しなくてもよい。正確な値でなくても任意の値のルートコストを各通信装置が所持すれば、各通信装置はルートコストの小さい順に隣接装置を宛先装置に選択し得るからである。

0054

また、上述では、無線通信ネットワーク3を構成する各通信装置のルートコストを初めて計算する場合の一例を図4を参照しながら説明した。しかしながら、無線通信ネットワークの運用中に通信リンクのリンクコストが変化した場合においても、各通信装置のルートコストを同様の方法により再計算し得る。また、無線通信ネットワーク3に新たに追加されたノード装置5のルートコストを計算済みのその他の通信装置のルートコストを用いて計算する場合にも、同様の方法により計算し得る。

0055

<ルートコストの計算方法>
図4を参照しながら上述したようなルートコストの計算は、通信装置(集約器4及びノード装置5)が行ってもよい。

0056

具体的には、例えば、図6に示すように、各通信装置は、宛先装置毎に通信装置のルートコストを記録するルートコストテーブルを保持し、ルートコストテーブルを隣接装置と交換することで当該通信装置のルートコストを計算してもよい。図6は、実施形態に従った通信装置が行うルートコストの計算方法の一例を説明する図である。

0057

図6に示す一例では、送信側の通信装置Aは、パケットの宛先装置毎に送信側の通信装置Aのルートコストが記録されたルートコストテーブルを保持する。同様に、受信側の通信装置Bは、パケットの宛先装置毎に受信側の通信装置Bのルートコストが記録されたルートコストテーブルを保持する。

0058

また、図3を参照しながら前述したように、各通信装置は、隣接装置と繋ぐ通信リンク毎のリンクコストを計算し、計算したリンクコストを隣接装置の識別子と対応付けてリンクコストテーブルに記憶する。図6に示す一例では、受信側の通信装置Bは、送信側の通信装置Aと繋ぐ通信リンクのリンクコストを含むリンクコストテーブルを保持する。

0059

各通信装置は、保持するルートコストテーブルを隣接装置と交換する。そして、各通信装置は、保持するリンクコストテーブルと、交換したルートコストテーブルとを用いて、宛先装置毎のルートコストを式(2)により計算する。図6に示す一例では、受信側の通信装置Bは、互いが保持するルートコストテーブルを送信側の通信装置Aと交換する。そして、受信側の通信装置Bは、受信側の通信装置Bが保持するリンクコストテーブルと、交換により取得した送信側の通信装置Aのルートコストテーブルとを用いて、第3の通信装置C(例えば、集約器4)を宛先装置とする受信側の通信装置Bのルートコストを計算する。

0060

このように、実施形態に従った通信装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

0061

また、図4を参照しながら上述したルートコストの計算は、ルートコスト計算装置(集約器4又は監視装置2)が行ってもよい。

0062

具体的には、各通信装置(集約器4及びノード装置5)は、保持するリンクコストテーブルをルートコスト計算装置へ送信する。ルートコスト計算装置は、受信した各リンクコストテーブルが記録する通信リンク毎のリンクコストを用いて、特定の通信装置或いは全ての通信装置を宛先装置として各通信装置のルートコストを計算する。ルートコスト計算装置は、計算結果を対応する通信装置へ送信し、各通信装置は、受信した宛先装置毎のルートコストをルートコストテーブルに記憶する。

0063

このように、実施形態に従ったルートコスト計算装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

0064

<送信先装置の選択方法
前述したように、各通信装置(集約器4及びノード装置5)は、宛先装置へパケットを送信する場合に、隣接装置毎のルートコストの中で宛先装置に対するルートコストが小さい順に隣接装置を送信先装置に選択する。例えば、各通信装置は、図7に示すような通信手順に従って送信先装置を選択してもよい。図7は、実施形態に従った通信装置の通信手順の一例を説明する図である。

0065

例えば、集約器4宛のデータが発生したノード装置5−3は、隣接するノード装置5−1及びノード装置5−2へパケットの送信要求同報送信する。送信要求を受信したノード装置5−1及びノード装置5−2は、データ要求をノード装置5−3へ返す。ノード装置5−3は、データ要求を受信したノード装置5−1及びノード装置5−2の内、集約器4に対するルートコストが小さいノード装置5−1を送信先装置に選択し、データを含むパケットをノード装置5−1へ送信する。なお、送信先装置を選択する際に、ノード装置5−3は、ルートコストテーブルに記憶しているノード装置5−1及びノード装置5−2のルートコストを使用してもよい。或いは、ノード装置5−3は、データ要求に付加してノード装置5−1及びノード5−2から通知されたルートコストを使用してもよい。

0066

ノード装置5−2は、データパケットをノード装置5−3から受信すると、受信応答をノード装置5−3へ返す。そして、ノード装置5−2は、同様の方法でデータパケットを集約器4へ送信する。

0067

このように、実施形態に従った通信装置によれば、隣接装置のルートコストを参照することで、宛先装置までの通信ルートが複数存在し得る隣接装置の中から、宛先装置へのパケットの送信に成功する可能性が高い適切な送信先装置を選択することができる。

0068

<各装置の構成例>
<<ノード装置>>
ノード装置5は、実施形態に従った通信装置の一例である。図8は、実施形態に従ったノード装置の構成例を示す図である。図8に示す構成例では、ノード装置5は、センサノードであり、計測部51及び無線通信部52を含む。

0069

計測部51は、例えば、温度センサ湿度センサ照度センサ雨量センサ音量センサ、及び/又は圧力センサ等の各種センサである。計測部51は、該計測部51が設置された位置において対象物所定周期又は任意のタイミングで計測し、計測データを無線通信部52へ出力する。

0070

無線通信部52は、計測部51による計測データ等のデータを集約器4と送受信する。無線通信部52は、記憶部521、制御部522、送信部523、及び受信部524を含む。

0071

記憶部521は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等により構成される。記憶部521は、当該ノード装置5の識別子や集約器4の識別子等を記憶する。また、記憶部521は、ノード装置5と隣接装置とを繋ぐ通信リンク毎のリンクコストが格納されたリンクコストテーブル(図3参照)を記憶する。さらに、記憶部521は、ノード装置5が宛先装置に選択可能な宛先候補装置毎のルートコストが格納されたルートコストテーブル(図6参照)を記憶する。なお、実施形態によっては、記憶部521は、前述したような受信電力対パケットロス率テーブルや受信電力対ビットエラーレートテーブルを更に記憶し得る。

0072

制御部522は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、又はプログラマブルデバイスFPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)等)等により構成される。制御部522は、リンクコスト計算部5221、ルートコスト計算部5222、及び送信先装置選択部5223を備える。制御部522は、例えば、以下に説明するような処理を実行する。

0073

リンクコスト計算部5221は、図3等を参照しながら前述したような計算方法を用いてリンクコストを計算する。具体的には、例えば、リンクコスト計算部5221は、隣接装置がノード装置5へ送信した送信パケット数と、ノード装置5が隣接装置から受信した受信パケット数とを用いて通信リンク毎のリンクコストを計算してもよい。また、例えば、リンクコスト計算部5221は、隣接装置から受信したパケットの受信電力を測定し、測定した受信電力に対応するパケットロス率を通信リンク毎のリンクコストとして取得してもよい。さらに、例えば、リンクコスト計算部5221は、隣接装置から受信したパケットの受信電力を測定し、測定した受信電力に対応するビットエラーレートと、パケットサイズと、パケットの送信リトライ回数とを用いて通信リンク毎のリンクコストを計算してもよい。

0074

ルートコスト計算部5222は、図4図6等を参照しながら前述したような計算方法を用いてルートコストを計算する。具体的には、例えば、ルートコスト計算部5222は、隣接装置毎のルートコストと通信リンク毎のリンクコストとを用いて、宛先装置に対するノード装置5のルートコストを計算する。前述したように、ルートコストとは、ノード装置5が直接通信可能な隣接装置とパケットの宛先装置との間で選択可能な全ての通信ルートを用いても隣接装置から宛先装置にパケットが到達しないパケットロス率を指す。また、リンクコストとは、ノード装置5と隣接装置との間の通信リンクにおいてノード装置5から隣接装置にパケットが到達しないパケットロス率を指す。例えば、図6を参照しながら前述したように、ルートコスト計算部5222は、隣接装置から取得したルートコストテーブルと、記憶部521が記憶するリンクコストテーブルとを用いて宛先候補装置毎のルートコストを計算してもよい。

0075

送信先装置選択部5223は、図7等を参照しながら前述したように、隣接装置毎のルートコストの中で宛先装置に対するルートコストが小さい順に隣接装置を送信先装置に選択する。

0076

制御部522は、計測部51による計測データを含むパケットを生成する。生成するパケットのヘッダは、当該ノード装置5の識別子と、パケットの宛先装置(例えば、集約器4)の識別子とを含む。送信部523は、生成されたパケットを、図7に示したような通信手順に従って送信先装置へ送信する。送信部523は、例えば、無線送信機等により構成される。

0077

また、制御部522は、受信部524が受信したパケットの宛先を判別する。受信部524は、例えば、無線受信機等により構成される。受信したパケットの宛先が当該ノード装置5である場合、制御部522は、受信したパケットのデータに従った処理を実行する。パケットの宛先が他の通信装置である場合、送信部523は、受信したパケットを、図7に示したような通信手順に従って送信先装置へ送信する。

0078

このように、実施形態に従った通信装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

0079

また、実施形態に従った通信装置によれば、隣接装置のルートコストを参照することで、宛先装置までの通信ルートが複数存在し得る隣接装置の中から、宛先装置へのパケットの送信に成功する可能性が高い適切な送信先装置を選択することができる。

0080

<集約器>
集約器4は、実施形態に従った通信装置の一例である。また、集約器4は、実施形態によってはルートコスト計算装置の一例であってもよい。図9は、実施形態に従った集約器の構成例を示す図である。図9に示す構成例では、集約器4は、無線通信部41及び情報処理部42を含む。

0081

無線通信部41は、無線通信を用いてノード装置5との間でデータを送受信する。無線通信部41は、記憶部411、制御部412、送信部413、及び受信部414を含む。

0082

記憶部411は、例えば、RAMやROM等により構成される。記憶部411は、集約器4の識別子等を記憶する。また、記憶部411は、集約器4と隣接装置とを繋ぐ通信リンク毎のリンクコストが格納されたリンクコストテーブル(図3参照)を記憶する。さらに、記憶部411は、集約器4が宛先装置に選択可能な宛先候補装置毎のルートコストが格納されたルートコストテーブル(図6参照)を記憶する。なお、実施形態によっては、記憶部411は、前述したような受信電力対パケットロス率テーブルや受信電力対ビットエラーレートテーブルを更に記憶し得る。

0083

制御部412は、例えば、CPU、マルチコアCPU、又はプログラマブルなデバイス(FPGAやPLD等)等により構成される。制御部412は、リンクコスト計算部4121、ルートコスト計算部4122、及び送信先装置選択部4123を備える。

0084

リンクコスト計算部4121は、前述したリンクコスト計算部5221と同様の処理を行い得る。ルートコスト計算部4122は、前述したルートコスト計算部5222と同様の処理を行い得る。送信先装置選択部4123は、前述した送信先装置選択部5223と同様の処理を行い得る。

0085

制御部411は、ノード装置5へ送信するパケットを生成し、生成したパケットを、送信部412を介して送信先装置へ送信する。送信部412は、例えば、無線送信機等により構成される。また、制御部411は、ノード装置5から送信されたパケットを、受信部413を介して受信し、受信したパケットを処理する。受信部413は、例えば、無線受信機等により構成される。例えば、受信したパケットのデータがノード装置5による計測データある場合、制御部411は、受信したパケットのデータを情報処理部42へ出力する。

0086

情報処理部42は、例えば、広域ネットワーク6を介して監視装置2とデータを送受信する。情報処理部42は、例えば、ボードコンピュータ等により構成される。情報処理部42は、処理部421、記憶部422、及び通信部423を含む。

0087

処理部421は、例えば、CPU、マルチコアCPU、又はプログラマブルなデバイス(FPGAやPLD等)等により構成される。記憶部422は、例えば、RAMやROM等により構成される。通信部423は、例えば、有線及び/又は無線の通信インタフェース装置等により構成される。

0088

処理部421は、無線通信部41を介してノード装置5と送受信するデータや、通信部423を介して監視装置2と送受信するデータを処理する。例えば、処理部421は、ノード装置5による計測データを制御部412を介して受信し、受信した計測データを通信部423を介して監視装置2へ送信する。

0089

また、集約器4が実施形態に従ったルートコスト計算装置として機能する場合、処理部421は、各通信装置が記憶するリンクコストテーブルを無線通信部41を介して集約する。すなわち、処理部421は、各ノード装置5が記憶するリンコストテーブルを各ノード装置5から無線通信部41を介して受信し、記憶部411が記憶するリンコストテーブルを制御部411を介して受信する。処理部421は、集約したリンクコストテーブルが格納するリンクコストを用いて宛先候補装置毎のルートコストを通信装置毎に計算する。宛先候補装置毎のルートコストとは、通信装置と、通信装置が送信するパケットの宛先候補装置との間での選択可能な全ての通信ルートを用いても通信装置から宛先候補装置へパケットが到達しないパケットロス率を指す。処理部421は、計算したルートコストを対応する通信装置へ無線通信部41を介して送信する。

0090

このように、実施形態に従ったルートコスト計算装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

0091

<監視装置>
監視装置2は、実施形態に従ったルートコスト計算装置の一例である。監視装置2は、例えば、コンピュータである。図10は、実施形態に従った監視装置の構成例を示す図である。図10に示す構成例では、監視装置2は、記憶部21、処理部22、入力部23、出力部24、通信部25、及び記憶媒体読み書き部26を含む。

0092

記憶部21は、例えば、RAMやROM等により構成される。処理部22は、例えば、CPU、マルチコアCPU、又はプログラマブルなデバイス(FPGAやPLD等)等により構成される。入力部23は、例えば、キーボードマウス、及びタッチパッド等により構成される。出力部24は、例えば、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)等により構成される。通信部25は、例えば、有線及び/又は無線の通信インタフェース装置等により構成される。記憶媒体読み書き部26は、例えば、磁気ディスク光ディスク光磁気ディスク、又はフラッシュメモリ等の可搬型記憶媒体からデータを読み取り、該可搬型記憶媒体にデータを書き込む装置により構成される。

0093

処理部22は、各ノード装置5の計測データを通信部25を介して受信する。処理部22は、受信した計測データを出力部24に表示させてもよい。

0094

また、処理部22は、各通信装置(集約器4及びノード装置5)のリンクコストを計算する。具体的には、例えば、処理部22は、各通信装置が記憶するリンクコストテーブルを通信部25を介して集約する。処理部22は、集約したリンクコストテーブルが格納するリンクコストを用いて宛先候補装置毎のルートコストを通信装置毎に計算する。宛先候補装置毎のルートコストとは、通信装置と、通信装置が送信するパケットの宛先候補装置との間での選択可能な全ての通信ルートを用いても通信装置から宛先候補装置へパケットが到達しないパケットロス率を指す。処理部22は、計算したルートコストを対応する通信装置へ通信部25を介して送信する。

0095

このように、実施形態に従ったルートコスト計算装置によれば、選択した通信リンクでのパケットの送信に失敗した場合には別の通信リンクを再選択してパケットを送信するメッシュネットワークにおいて適切な送信先装置を選択するためのルートコストを計算できる。

0096

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

0097

1通信システム
2監視装置
3無線通信ネットワーク
4集約器
5、5−1〜5−3ノード装置
6広域ネットワーク
21 記憶部
22 処理部
23 入力部
24 出力部
25 通信部
26記憶媒体読み書き部
41無線通信部
42情報処理部
51計測部
52 無線通信部
411 記憶部
412 制御部
413 送信部
414 受信部
421 処理部
422 記憶部
423 通信部
521 記憶部
522 制御部
523 送信部
524 受信部
4121リンクコスト計算部
4122ルートコスト計算部
4123送信先装置選択部
5221 リンクコスト計算部
5222 ルートコスト計算部
5223 送信先装置選択部
A、B通信装置
L1〜L4 通信リンク

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