(57)【要約】【課題】  親ノード選択に掛かる時間を削減し、かつ通信品質の高い親ノードを選択できる無線通信装置を提供する。【解決手段】  本発明は、間欠動作を行う無線通信装置において、接続を受付ける無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを送信し、応答パケットを受信する第１の通信手段と、受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、算出された受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、受信した応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え受信待機時間が経過した旨が通知されると、受信待機時間の間に受信した応答パケットの送信元の無線中継装置の中から接続先とする無線中継装置を選択し、選択後、動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段とを有すること特徴とする。【選択図】      図１
2020028062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置と、該無線通信装置の接続を受付ける複数の無線中継装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記無線通信装置は、
前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、
前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、
前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、
受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、
前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段とを有し、
前記無線中継装置は、
前記隣接探索パケットを受信し、前記隣接探索パケットに対する前記応答パケットを送信する第２の通信手段と、
前記応答パケットを送信するまでの待ち時間である送信待機時間を算出する応答送信待ち時間算出手段と、
前記応答送信待ち時間算出手段により算出された前記送信待機時間の経過を管理する第２のタイマ手段と、
前記第２のタイマ手段により前記送信待機時間が経過した旨が通知されると、前記応答パケットを連続動作における通信方法で送信するように前記第２の通信手段を制御する第２の処理手段とを有する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線通信装置は、前記隣接探索パケットを送信後、前記動作状態を連続動作状態に切り替えるか否かを判断する動作状態選択手段をさらに有し、
前記第１の処理部手段は、前記動作状態選択手段で前記動作状態を切り替えないと判断された場合には、前記動作状態を間欠動作のままで、接続先とする前記無線中継装置を選択する一連の処理を実施し、
前記隣接探索パケットには、前記動作状態が間欠動作であることを示す動作情報が含まれ、
前記第２の処理手段は、前記動作情報に基づき間欠動作の通信方式で前記応答パケットを送信するように前記第２の通信手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記動作状態選択手段は、接続先とする前記無線中継装置を選択する一連の動作の失敗回数が多くなるほど、前記動作状態を連続動作状態に切り替える頻度を少なくすることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記動作状態選択手段は、所定の回数だけ接続先とする前記無線中継装置を選択する一連の動作が失敗すると、前記動作状態を連続動作状態に切り替えないことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記動作状態選択手段は、前記隣接探索パケットの送信時の当該無線通信装置の電池残量が所定の閾値を下回っていた場合には、前記動作状態を連続動作に切り替えないことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記受信待機時間、及び前記送信待機時間は、ネットワークの最大ノード密度における隣接ノード数を使用して算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記受信待機時間、及び前記送信待機時間は、前記最大ノード密度において、前記無線中継装置が前記応答パケットを送信できる確率の値から算出されることを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記受信待機時間、及び前記送信待機時間は、当該無線通信システムの時間的要件を基に算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記受信待機時間、及び前記送信待機時間は、当該無線通信システムとして必要とされる電池寿命の要件から算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１の処理部手段は、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知される前であっても、所定の通信品質を満たす前記無線中継装置の前記応答パケットを受信した時点で、接続先とする前記無線中継装置を選択することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記無線通信装置は複数であり、
前記無線中継装置は、受信した前記隣接探索パケットを記憶する第２の記憶手段をさらに有し、
第２の処理部手段は、前記送信待機時間の間に受信した、複数の前記隣接探索パケットに対する前記応答パケットを１つの前記応答パケットとして送信するように制御する
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記第２の通信手段は、他の前記無線中継装置が送信した前記応答パケットを傍受し、
前記第２の処理手段は、自身より通信品質の良い他の前記無線中継装置の前記応答パケットを受信した場合には、前記応答パケットの送信を取り止める
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項１３】
ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置において、
自身の接続を受付ける無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、
前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、
前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、
受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、
前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段と
を有すること特徴とする無線通信装置。
【請求項１４】
ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置に搭載されるコンピュータを、
自身の接続を受付ける無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、
前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、
前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、
受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、
前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段と
して機能させること特徴とする無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信プログラムに関し、例えば、無線マルチホップネットワークに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の無線通信装置（以下、「ノード」とも呼ぶ）と、各ノードを管理する管理装置とからなる無線ネットワークシステムでは、各ノードが管理装置と直接通信できない場合、他のノードが直接通信できないノードに代わって通信を中継するマルチホップネットワークの形態を採用することがある。このマルチホップネットワークの形態により、遠距離にあるノードは、管理装置と通信することが可能となる。
【０００３】
また、無線ネットワークシステムが構築（設置）される環境によっては電源を確保することが難しい場合が多々ある。このような環境では、ノードを電池駆動で動作させることでネットワークを構築することができる。ノードを電池駆動で動作させる場合、ノードは間欠動作することによって電池寿命を向上させることができる。間欠動作とは、ノードが通信を行わない「スリープ状態」と通信を行う「アクティブ状態」とを周期的に切り替える省電力制御技術のことである。
【０００４】
間欠動作の一例として、ノードは基本スリープ状態にあり、一定期間毎にアクティブ状態になって受信するデータが存在するか否か確認を行う。間欠動作するノード間の通信では、データ送信ノードは受信ノードがアクティブ状態の時にデータを送信する必要がある。そのため、データ送信ノードは送信するデータが存在することを示すパケット（以下、「ウェイクアップパケット」とも呼ぶ）を受信ノードのスリープ期間の間だけ送信する。ウェイクアップパケットにはデータの送信タイミングが含まれており、受信ノードはウェイクアップパケットを受信すると、ウェイクアップパケットに含まれるデータ送信タイミングに基づきアクティブ状態になりデータを受信する。このように間欠動作するノード間の通信では、間欠動作しないノード間の通信と比べて、１パケットの送信にスリープ期間（間欠周期）だけ余計に時間を要する。
【０００５】
ところで、マルチホップネットワークに新規参加するノード（以下、「参加ノード」とも呼ぶ）は、ネットワークに参加（加入）するとき、自身が管理装置と直接通信できない場合には、ネットワーク参加要求パケットを参加ノードに代わって中継してもらうノード（以下、「親ノード」とも呼ぶ）を、ネットワークに加入済みのノードの中から選択する。
【０００６】
このような親ノードを選択するために、参加ノードは、自身の周辺ノード（以下、「隣接ノード」とも呼ぶ）を探索するパケット（以下、「隣接ノード探索パケット」とも呼ぶ）をブロードキャス卜する。隣接ノード探索パケットを受信した隣接ノードは、応答パケットを参加ノードに返信する。このとき、隣接ノードの応答パケットの送信タイミングが他の隣接ノードと重なると、パケットが衝突し、参加ノードは応答パケットを受信できない。そのため、各隣接ノードは、衝突を回避するために、隣接ノード探索パケットの受信後にランダム時間だけ待ってから応答パケットを送信する。そして、参加ノードは、受信した応答パケットの中から親ノードを選択する。
【０００７】
親ノードの選択方法には、種々様々な方法が存在すると考えられるが、例えば、受信パケットの受信信号強度（ＲＳＳＩ値）が最も高いノードを選択することが考えられる。参加ノードは、全ての近隣ノードの応答パケットを収集し、その中から親ノードを選択することで、最適な親ノードを決定できる。ただし、全ての隣接ノードが衝突無く応答パケットを送信するためには、周辺のノード密度が高い場合を考慮して応答パケットのランダム待ち時間を十分長く設定する必要がある。また参加ノードも応答パケットのランダム待ち時間の最大値まで待つ必要がある。特にノードが間欠動作する場合、１パケットの送信に間欠周期だけ時間が掛かるため、応答パケットの待ち時間は隣接ノード数と間欠周期に比例して増加する。
【０００８】
以上より、間欠動作するノードで構成される無線ネットワークシステムでは、参加ノードの親ノード選択に時間がかかることが問題となる。この問題の対策として、例えば、以下の特許文献１〜３に記載の技術が挙げられる。
【０００９】
特許文献１及び２に記載の技術は、マルチホップネットワークにおける、最適な親ノードの選択方法に関する技術である。特許文献１及び２に記載の技術では、参加ノードは、隣接ノードから送信される当該隣接ノードの情報（現在の子ノードの数、管理装置までのホップ数、管理装置までのＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ  Ｔｒｉｐ  ＴｉＭｅ）等）を受信し、最適と思われる隣接ノードを親ノードとして選択する。
【００１０】
また、特許文献２では、各ノードはネットワーク参加後にも、隣接ノードとの通信履歴から、パケットロス率やＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を算出し、これらの情報から最適な親ノードを動的に変更する。
【００１１】
そして、特許文献３では、データ通信相手（宛先ノード又は中継ノード）の選択方法について開示されている。特許文献３に記載の技術では、各ノードは一定間隔で間欠送信信号を発信する。データを送信するノードは、一定期間だけ直接通信範囲にあるノードの間欠送信信号を待ち、受信した間欠送信信号の送信元ノードから、電池残量などを指標に含む無線機選択規則に従い通信相手を選択する。このとき、無線機選択規則の最低条件を満たさないノードは通信相手候補から除外される。
【００１２】
特許文献３に記載の技術は、最適な通信相手を選択するのではなく、一定期間の間に受信した間欠送信信号の中から少なくとも一定条件を満たすノードを選ぶという点で特許文献１及び２に記載の技術とは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−３０２６９４号公報
【特許文献２】特表２０１１−５２３８３０号公報
【特許文献３】特開２０１５−１７９９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術は、いずれも最適な親ノードを選択するための指標に関する技術であり、最適な親ノードを選択するためには、全隣接ノードからの応答パケットを待つことが前提となっている。
【００１５】
また、特許文献３に記載の技術は、データ送信ノードの間欠送信信号待ち時間を調整するなどで、一定の条件を満たす親ノードを早く選択することができると考えられる。しかしながら、特許文献３に記載の技術では、選択される親ノードは必ずしも最適な親ノードではないため、選択された親ノードによっては最適な親ノードを選択した場合と比べて通信品質の劣化が懸念される。
【００１６】
そのため、各ノードが間欠動作するネットワークにおいて、親ノード選択に掛かる時間を削減し、かつ通信品質の高い親ノードを選択できる無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信プログラムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置と、該無線通信装置の接続を受付ける複数の無線中継装置とを有する無線通信システムにおいて、（１）前記無線通信装置は、（１−１）前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、（１−２）前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、（１−３）前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、（１−４）受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、（１−５）前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段とを有し、（２）前記無線中継装置は、（２−１）前記隣接探索パケットを受信し、前記隣接探索パケットに対する前記応答パケットを送信する第２の通信手段と、（２−２）前記応答パケットを送信するまでの待ち時間である送信待機時間を算出する応答送信待ち時間算出手段と、（２−３）前記応答送信待ち時間算出手段により算出された前記送信待機時間の経過を管理する第２のタイマ手段と、（２−４）前記第２のタイマ手段により前記送信待機時間が経過した旨が通知されると、前記応答パケットを連続動作における通信方法で送信するように前記第２の通信手段を制御する第２の処理手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
第２の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置において、（１）自身の接続を受付ける無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、（２）前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、（３）前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、（４）受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、（５）前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段とを有すること特徴とする。
【００１９】
第３の本発明の無線通信プログラムは、ネットワークへの接続を要求し、間欠動作による無線通信を行う無線通信装置に搭載されるコンピュータを、（１）自身の接続を受付ける無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲のネットワークに向けて送信し、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを受信する第１の通信手段と、（２）前記応答パケットの受信待ち時間である受信待機時間を算出する応答受信待ち時間算出手段と、（３）前記応答受信待ち時間算出手段により算出された前記受信待機時間の経過を管理する第１のタイマ手段と、（４）受信した前記応答パケットを記憶する第１の記憶手段と、（５）前記隣接探索パケットを送信後、当該無線通信装置の動作状態を間欠動作から連続動作に切り替え、前記第１のタイマ手段により前記受信待機時間が経過した旨が通知されると、前記受信待機時間の間に受信した前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置の中から接続先とする前記無線中継装置を選択し、接続先を選択後、前記動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える第１の処理部手段として機能させること特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、各ノードが間欠動作するネットワークにおいて、親ノード選択に掛かる時間を削減し、かつ通信品質の高い親ノードを選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る無線中継装置の機能的構成について示すブロック図である。
【図４】実施形態に係る無線通信装置の動作（加入済みノードを選択するまでの動作）を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る動作状態選択部の動作（動作切替情報を算出する処理）を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る応答パケットの受信待ち時間中の応答パケットの送信タイミングを示す説明図である。
【図７】実施形態に係る無線中継装置（加入済みノード）の動作（隣接探索パケット受信時の動作）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】
【００２２】
（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信プログラムの一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００２３】
（Ａ−１）実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図２は、実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示すブロック図である。
【００２４】
まず、無線通信システム１の構成について説明する。
【００２５】
無線通信システム１には、無線通信装置１０と、複数の無線中継装置２０（２０−１〜２０−ｋ）と、基地局３０とが配置されている。無線通信システム１に配置される各装置の数は限定されないものであるが、この実施形態の無線通信システム１では、少なくとも１個の無線通信装置１０と、複数個の無線中継装置２０（２０−１〜２０−ｋ）と、１個の基地局３０とが配置されているものとして説明する。
【００２６】
また、無線通信システム１では、既にネットワークに加入済みの無線通信装置である無線中継装置２０及び基地局３０によりマルチホップネットワークが構成されているものとする。以下では、無線通信装置１０、無線中継装置２０、及び基地局３０のことを、総称して「ノード」とも呼ぶものとする。また、無線通信システム１のネットワークへ参加するために接続先を選択するノード（無線通信装置１０）を「参加ノード」と呼び、参加ノードからの接続を受け付ける被接続ノード（無線中継装置２０）を「加入済みノード」と呼ぶものとする。また、あるノードと直接通信可能な隣接するノードを「隣接ノード」と呼ぶものとする。無線通信システム１内の各装置間（ノード間）の通信方式（通信媒体）については限定されないものであるが、例えば、種々の無線ＬＡＮインタフェースの通信方式を適用することができる。
【００２７】
次に、この実施形態の無線通信システム１の特徴の概要を述べる。
【００２８】
この実施形態では、参加ノードは、隣接探索パケットを送信後、間欠動作から常にアクティブな連続動作に動作状態を変更する。参加ノードの隣接ノード（加入済みノード）は、間欠動作しない場合の通信方法（つまり、ウェイクアップパケットを送信せずデータパケットのみを送信する方法）で応答パケットを送信する。参加ノードは、一定時間応答パケットを待った後、受信した応答パケットから最大のパス品質値を持つ隣接ノードを親ノードとして選択する。
【００２９】
なお、パス品質値とは、自身と基地局３０との間の通信品質値を表し、例えば基地局３０までの経路上のリンク品質値（例えばＲＳＳＩ値やパケットロス率を基に算出される値）の和で表される。また、参加ノードの応答パケットの待ち時間は、無線通信システム１で想定される最大のノード密度において、全近隣ノードが応答を送信できる確率から算出する。さらに、電池寿命を考慮して、参加ノードは、親ノード選択の試行回数に応じて動作状態を連続動作に変更するか間欠動作のまま動作するか判断しても良い。
【００３０】
次に、無線通信装置１０（参加ノード）及び無線中継装置２０（加入済みノード）の詳細構成について述べる。基地局３０は既存の構成と同様のため、説明を省略する。
【００３１】
（Ａ−１−２）無線通信装置１０（参加ノード）の詳細な構成
図１は、実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示すブロック図である。図１において、無線通信装置１０は、通信部１１、処理部１２、動作状態選択部１３、応答受信待ち時間算出部１４、記憶部１５、及びタイマ部１６を有する。
【００３２】
無線通信装置１０は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータにプログラムをインストールすることにより構築するようにしても良い。また、無線通信装置１０は、一部又は全部をハードウェア（例えば、専用の半導体チップや電気回路等）を用いて構成するようにしても良い。
【００３３】
通信部１１は、無線信号を送受信する手段を有する。例えば、通信部１１は図示しないアンテナで受信した信号の復調とその信号に含まれるパケットの受信を行う。また、通信部１１は、処理部１２から送られてきたパケットを変調して無線信号に変換し、図示しないアンテナを用いて当該無線信号の送信を開始する。
【００３４】
処理部１２は、動作状態（間欠動作と連続動作）の切り替え、各種パケットの生成、親ノードの選択を行う手段を有する。
【００３５】
処理部１２は、まず、ネットワーク（無線通信システム１）に参加するために加入済みノードを選択する必要があるが、その際、自身が間欠動作と連続動作のどちらの動作状態になるかを選択するための情報（以下、「動作切替情報」とも呼ぶ）を、動作状態選択部１３に要求する。
【００３６】
続いて、処理部１２は、動作状態選択部１３から取得した動作切替情報を応答受信待ち時間算出部１４に通知し、隣接探索パケットに対する応答パケットの受信待ち時間の算出（取得）を応答受信待ち時間算出部１４に要求する。処理部１２は、応答受信待ち時間算出部１４から取得した応答受信待ち時間分のタイマのセットをタイマ部１６に要求する。
【００３７】
また、処理部１２は、隣接探索パケットを生成し通信部１１に当該パケットの送信を要求する。なお、隣接探索パケットには動作状態情報と応答パケットの受信待ち時間が含まれる。
【００３８】
処理部１２は、通信部１１から応答パケットを受信すると、記憶部１５に隣接ノードから受信した応答パケットの保存を要求する。さらに、処理部１２は、タイマ部１６から受信待ち時間経過の通知を受信すると、記憶部１５から応答パケットを取得し、接続する加入済みノードを選択（親ノードを選択）する。
【００３９】
動作状態選択部１３は、記憶部１５から親選択失敗回数Ｒを取得し、取得した親選択失敗回数Ｒを使用して動作切替情報を算出する手段を有する。親選択失敗回数Ｒとは、隣接探索パケットを送信してから応答パケットの受信待ち時間に１つの応答パケットも受信せず、隣接探索パケットの送信からリトライした回数である。動作状態選択部１３は、算出した動作切替情報を処理部１２に通知する。
【００４０】
応答受信待ち時間算出部１４は、処理部１２からの要求に応じて、応答パケットの受信待ち時間を算出する手段を有する。応答受信待ち時間算出部１４は、ネットワークシステムの最大ノード密度情報Ｍ（隣接ノード数）を記憶部１５から取得して利用する。応答受信待ち時間算出部１４は、算出した受信待ち時間を処理部１２に通知する。
【００４１】
記憶部１５は、親選択失敗回数Ｒ、ネットワークシステムの最大ノード密度情報Ｍ、及び隣接探索パケットに対して隣接ノードから送信された応答パケット（応答パケットの情報）を保存する手段を有する。ネットワークシステムの最大ノード密度情報Ｍは、例えば、システムの管理者が事前に定める。
【００４２】
タイマ部１６は、処理部１２から指定された時間のタイマをセットし、指定された時間が経過するとその旨を処理部１２に通知する手段を有する。
【００４３】
（Ａ−１−３）無線中継装置２０（加入済みノード）の詳細な構成
図３は、実施形態に係る無線中継装置の機能的構成について示すブロック図である。図３において、無線中継装置２０は、通信部２１、処理部２２、応答送信待ち時間算出部２３、及びタイマ部２４を有する。
【００４４】
無線中継装置２０は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータにプログラムをインストールすることにより構築するようにしても良い。また、無線中継装置２０は、一部又は全部をハードウェア（例えば、専用の半導体チップや電気回路等）を用いて構成するようにしても良い。
【００４５】
通信部２１は、無線信号を送受信する手段を有する。例えば、通信部２１は図示しないアンテナで受信した信号の復調とその信号に含まれるパケットの受信を行う。また、通信部２１は、処理部２２から送られてきたパケットを変調して無線信号に変換し、図示しないアンテナを用いて当該無線信号の送信を開始する。
【００４６】
処理部２２は、通信部２１から隣接探索パケットを受信すると、隣接探索パケットに含まれる動作切替情報と応答パケットの受信待ち時間を応答送信待ち時間算出部２３に通知し、応答パケットの送信待ち時間の算出を応答送信待ち時間算出部２３に要求する。処理部２２は、応答送信待ち時間算出部２３から取得した送信待ち時間のセットをタイマ部２４に要求する。また、処理部２２は、タイマ部２４から送信待ち時間経過の通知を受信すると、応答パケットを生成し通信部２１に当該パケットの送信を要求する。応答パケットには、自身のパス品質値と隣接探索パケット受信時のＲＳＳＩ値が含まれる。
【００４７】
応答送信待ち時間算出部２３は、処理部２２から受信した動作切替情報および応答パケットの受信待ち時間を使用して、応答パケットの送信待ち時間を算出する手段を有する。応答送信待ち時間算出部２３は、算出した応答パケットの送信待ち時間を処理部２２に通知する。
【００４８】
タイマ部２４は、処理部２２から指定された時間のタイマをセットし、指定された時間が経過するとその旨を処理部２２に通知する手段を有する。
【００４９】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する実施形態の無線通信システム１の動作を説明する。
【００５０】
以下では、新規の無線通信装置１０（参加ノード）が、マルチホップネットワークに参加するために、隣接ノード（ネットワーク加入済みノード）の中から親ノード（加入済みノード）を選択するまでの各装置（参加ノード、加入済みノード）の動作を図４〜図７を用いて説明する。
【００５１】
参加ノードの動作は、後述するステップＳ１０１（図４、図５）である。また、加入済みノードの動作は、後述するステップＳ１０２（図７）である。
【００５２】
［ステップＳ１０１：参加ノードの動作］
図４は、実施形態に係る無線通信装置（参加ノード）の動作（加入済みノードを選択するまでの動作）を示すフローチャートである。
【００５３】
参加ノード（処理部１２）は、電源投入後、動作状態選択部１３に対して、親選択動作時に動作状態を切り替えるかの情報（動作切替情報）を取得するための要求を行う（Ｓ１０１−１）。
【００５４】
動作状態選択部１３は、後述する図５の処理に従い動作切替情報を算出する（Ｓ１０１−２）。応答待ち時間算出部１４は、算出した動作切替情報を処理部１２に返信する。
【００５５】
処理部１２は、動作切替情報を取得すると、応答受信待ち時間算出部１４に動作切替情報を通知し、自身が送信する隣接探索パケットに対する応答パケットの受信待ち時間を算出（取得）するための要求を行う（Ｓ１０１−３）。
【００５６】
具体的には、応答受信待ち時間算出部１４は、応答パケットの受信待ち時間を算出するために、記憶部１５からネットワークシステムの最大ノード密度情報Ｍを取得する。
【００５７】
次に、応答受信待ち時間算出部１４は、応答パケットの受信待ち時間を、例えば、以下の（１）式を用いて算出する。
【数１】
2020028062.tif 000003
【００５８】
上記（１）式は、加入済みノードが参加ノードに応答パケットを送信できる確率（Ｐ）を示している。Ｐは、以下の２つの前提条件のもとで算出される。
【００５９】
１つ目の前提条件は、加入済みノードが応答パケットを送信するタイミングを、図６に示すような応答パケットの送信時間単位に区切ったスロット単位で選択することである。ここで応答パケットの送信時間は、応答パケットのサイズからデータ送信レートを除算した値と間欠動作周期から求まる。動作切替情報が「切替」（つまり連続動作で親選択動作を実行する）の場合は、間欠動作周期は「０」である。
【００６０】
２つ目の前提条件は、各ノードは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式でデータ通信することである。つまり、ある加入済みノードが他のｘ台のノードと同じタイミング（スロット）で応答パケットを送信しようとした場合でも、１／（ｘ＋１）の確率で応答パケットを送信できる。
【００６１】
以上の前提条件をもとに（１）式の説明を行う。（１）式のＮは最大の隣接ノード数を示し、ｓｌｏｔは応答パケットの送信タイミングとして選択され得るスロット数を示している。（１）式の右辺のΣの中の項は、ある加入済みノードが応答パケット送信のためにあるスロットを選択した場合に、他のＮ台の加入済みノードのうちｉ台が同じスロットで送信を試みた場合の応答パケット送信成功率を示しており、これをｉが取り得る全ての値（つまりｉからＮまで）で計算した和を計算することでＰが求まる。
【００６２】
応答パケットの受信待ち時間は、ｓｌｏｔの値によって決まり、ここではＰが９９％以上となるようにｓｌｏｔの値（ｓｌｏｔ＿ｎ）を算出する。最終的に求める応答パケットの受信待ち時間は、「ｓｌｏｔ＿ｎ」×「応答パケット送信時間」となる。
【００６３】
応答受信待ち時間算出部１４は、算出した応答パケットの受信待ち時間を処理部１２に返信する。
【００６４】
処理部１２は、応答パケットの受信待ち時間を取得すると、隣接探索パケットを生成し、通信部１１を介して当該パケットを送信（例えばブロードキャスト）する（Ｓ１０１−４）。この際、隣接探索パケットには動作切替情報と応答パケットの受信待ち時間を含める。タイマ部１６は、応答パケットの受信待ち時間だけタイマをセットする。
【００６５】
また、処理部１２は、動作切替情報が「切替」の場合、ノードの動作状態を間欠動作から連続動作に切り替える（Ｓ１０１−５）。
【００６６】
タイマ部１６は、応答パケットの受信待ち時間だけタイマをセットし、タイムアウトすると（応答パケットの受信待ち時間が経過すると）、後述するステップＳ１０１−９の処理に移行する（Ｓ１０１−６）。
【００６７】
一方、処理部１２は、応答パケットの受信待ち時間が経過するまでの間に通信部１１から応答パケットを受信すると、受信した応答パケットの情報（パス品質値、隣接探索パケット受信時のＲＳＳＩ値等）と、応答パケット受信時のＲＳＳＩ値とを記憶部１５に保存する（Ｓ１０１−７、Ｓ１０１−８）。
【００６８】
処理部１２は、タイマ部１６から応答パケットの受信待ち時間経過の通知を受信すると、記憶部１５から受信した応答パケットを取得し、各応答パケットに含まれるパス品質値、隣接探索パケットのＲＳＳＩ値、応答パケットのＲＳＳＩ値から送信元の各加入済みノードを接続先に選択した場合のパス品質値を計算する（Ｓ１０１−９）。ここで参加ノードと加入済みノードのリンク品質値は、上記２つのＲＳＳＩ値（隣接探索パケットのＲＳＳＩ値、応答パケット受信時のＲＳＳＩ値）から求める。処理部１２は、最もパス品質値の高い加入済みノードを接続先（親ノード）として選択する。
【００６９】
そして、処理部１２は、現在の動作状態が連続動作の場合、動作状態を連続動作から間欠動作に切り替える（Ｓ１０１−１０）。
【００７０】
次に、先述のステップＳ１０１−２の処理（動作切替情報の算出）の補足説明を行う。図５は、実施形態に係る動作状態選択部の動作（動作切替情報を算出する処理）を示すフローチャートである。
【００７１】
動作状態選択部１３は、処理部１２から動作切替情報の取得要求を受けると、動作状態を切り替える否かを決定するために、記憶部１５から親選択失敗回数Ｒを取得する（Ｓ１０１−２Ａ）。
【００７２】
動作状態選択部１３は、記憶部１５から親選択失敗回数Ｒを取得できたか否か（記憶部１５に親選択失敗回数Ｒが存在するか否か）判定を行う（Ｓ１０１−２Ｂ）。
【００７３】
動作状態選択部１３は、記憶部１５に親選択失敗回数Ｒが存在しない場合（つまり初めて試行する場合）には、親選択失敗回数Ｒに「０」を設定する（Ｓ１０１−２Ｃ）。一方、動作状態選択部１３は、親選択失敗回数Ｒが存在する場合、親選択失敗回数Ｒの現在の回数（値）に１だけ加算する（Ｓ１０１−２Ｄ）。
【００７４】
次に、動作状態選択部１３は、親選択失敗回数Ｒが下記（２）式のいずれかのａｎと一致するかを計算（判定）する（Ｓ１０１−２Ｅ）。
【数２】
2020028062.tif 000004
【００７５】
動作状態選択部１３は、親選択失敗回数Ｒが上記（２）式のいずれかのａｎと一致した場合には、動作切替情報を「切替」と選択し（Ｓ１０１−２Ｆ）、一致しない場合には、動作切替情報を「非切替」と選択する（Ｓ１０１−２Ｇ）。
【００７６】
上記（２）式より、「切替」になるのは親選択失敗回数Ｒが、例えば、「０」、「２」、「５」、「９」、・・・の場合であり、「切替」で親選択動作を失敗する度に「非切替」で親選択動作する回数を１ずつ増やしていくことを意味している。
【００７７】
［ステップＳ１０２：加入済みノードの動作］
図７は、実施形態に係る無線中継装置（加入済みノード）の動作（隣接探索パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【００７８】
加入済みノード（処理部２２）は、通信部２１を介して隣接探索パケットを受信すると、隣接探索パケットに含まれる、動作切替情報及び応答パケットの受信待ち時間を応答送信待ち時間算出部２３に通知し、応答パケットの送信待ち時間の算出（取得）を応答送信待ち時間算出部２３に要求する（Ｓ１０２−１）。
【００７９】
応答送信待ち時間算出部２３は、隣接探索パケットに対して送信する応答パケットの送信待ち時間を算出する（Ｓ１０２−２）。
【００８０】
具体的には、応答送信待ち時間算出部２３は、隣接探索パケットに含まれる応答受信待ち時間及び動作切替情報から、応答パケットの送信待ち時間として選択し得るスロット数を算出する。このスロット数は、応答受信待ち時間を応答パケットの送信時間（動作切替情報が「非切替」の場合は間欠動作周期も送信時間に含む）で除算した値として求められる。次に、求めたスロット数の中から応答パケットの送信タイミングとしてランダムに１スロット選択する。
【００８１】
応答送信待ち時間算出部２３は、「選択したスロット」×「応答パケットの送信時間」を、応答パケットの送信待ち時間として処理部２２に通知する。
【００８２】
処理部２２は、タイマ部２４に応答パケットの送信待ち時間をタイマにセットするよう要求し、タイマ部２４からタイムアウトの通知を受けると、次の処理を実行する（Ｓ１０２−３）。
【００８３】
処理部２２は、応答パケットを生成し、参加ノードを宛先として通信部２１から当該パケットを送信する（Ｓ１０２−４）。この際、応答パケットは、動作切替情報が「切替」の場合は連続動作状態での通信方法（ウェイクアップパケットを送信しない）で送信し、動作切替情報が「非切替」の場合は間欠動作での通信方法で送信する。
【００８４】
（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００８５】
無線通信システム１（各ノードが間欠動作するネットワーク）では、参加ノードは、隣接探索パケットを送信してから接続先の加入済みノードを選択するまでの間だけ間欠動作から連続動作に切り替える。また、加入済みノードは、連続動作状態の通信方法により、隣接探索パケットに対する応答パケットを送信する。これにより、参加ノードが全ての隣接の加入済みノードから応答パケットを受信するまでの時間を削減できるため、親ノード選択にかかる時間を削減できる。
【００８６】
また、この実施形態では、応答パケットの受信待ち時間と送信待ち時間を、ネットワークシステムが想定する最大ノード密度で全隣接ノードが応答パケットを送信できる確率から求めることに特徴がある。これにより、参加ノードは応答パケットの受信待ち時間の間にほぼ全ての隣接ノードから応答パケットを受信することができるため、通信品質の高い親ノードを選択することができる。
【００８７】
そして、この実施形態では、参加ノードが親選択動作の失敗回数を基に、親選択動作を連続動作状態と間欠動作状態のどちらで実施するかを判断し、さらに失敗回数が多くなるにつれて連続動作状態で実施する頻度を減らしていくことに特徴がある。これにより、例えば、参加ノードの周辺に加入済みノードが存在しない場合などに無駄に電力を消費してしまうのを防ぐなど、省電力性能を向上できる。
【００８８】
（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【００８９】
（Ｂ−１）上記実施形態では、応答パケットの受信待ち時間と送信待ち時間を、全ての隣接の加入済みノードが応答パケットを送信できるように算出（つまり選択される親ノードの品質を重視）する例を示したが、これに限定するものではなく無線ネットワークシステムの他の要件から算出しても良い。
【００９０】
例えば、親ノード選択時間が要件に含まれるようなシステムでは、要件を満たすように受信待ち時間と送信待ち時間を決定しても良い。また、ノードの電池寿命が重要なシステムでは、電池寿命要件から求める方法もある。例えば、参加ノードが電池寿命までのノードの予想再起動回数、１回の起動での平均隣接探索パケット送信回数、通常時の平均消費電力量などから、電池寿命要件を満たすために必要な受信待ち時間を算出し、事前設定する方法が考えられる。
【００９１】
また、例えば、参加ノードが隣接探索パケットを送信する度に、ノードのこれまでの稼働時間、電池残量、通常時の消費電力量などから要件を満たすために必要な受信待ち時間を都度計算して求める方法も考えられる。さらに、参加ノードが事前に隣接探索パケット送信時の電池寿命と受信待ち時間の関係を内部に静的に保持しておき、その情報を用いて受信待ち時間を決める方法も考えられる。電池寿命要件から受信待ち時間を求める場合、参加ノードによって応答パケットの受信待ち時間が異なる場合があるため、隣接探索パケットに受信待ち時間を含めて送信することで、加入済みノードは参加ノードの応答待ち時間を把握することができる（つまり、この値を応答パケットの送信待ち時間の最大値に使用できる）。
【００９２】
（Ｂ−２）上記実施形態では、参加ノード（動作状態選択部１３）が親選択動作の間に連続動作に切り替える頻度を、親選択動作に失敗する度に除々に減らしていく例（図５の処理）について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、参加ノードは連続動作による親選択動作をｘ回繰り返しても接続先の加入済みノードが選択されない場合に、次の試行からは間欠動作に切り替える方法が考えられる。また、参加ノードはノードの電池残量の閾値を予め定め、電池残量が閾値以下の場合には間欠動作で親選択動作する方法も考えらえる。
【００９３】
（Ｂ−３）上記実施形態では、加入済みノードが応答パケットを送言するまでの間に複数の隣接探索パケットを受信した場合について言及しなかったが、このような場合に、複数の参加ノードへの応答をまとめて１つの応答パケットとして送信する方法が考えられる。この場合、加入済みノードは各参加ノードのアドレスと隣接探索パケットのＲＳＳＩ値の組を応答パケットに含め、ブロードキャストする。この方法により、応答パケットの送信回数を削減できるため、加入済みノードの消費電力の削減やネットワークの輻輳抑制が期待される。
【００９４】
（Ｂ−４）上記実施形態では、加入済みノードは必ず参加ノードに応答パケットを送信していたが、これに限定するものではない。例えば、加入済みノードは、応答パケット送信待ち時間の間に、自分より通信品質の良いノードの応答パケットが送信されたのを検出した場合に、自身の応答パケットの送信を取りやめる方法が考えられる。これにより、加入済みノードは、無駄な応答パケットが送信されるのを防ぎ、応答パケットの衝突確率をより低下させることができる。
【００９５】
（Ｂ−５）上記実施形態では、参加ノードが応答パケットの受信待ち時間だけ待ち接続先の加入済みノードを選択する動作について示したが、これに限定するものではない。例えば、参加ノードは、ある一定のパス品質を満たす加入済みノードの応答パケットを受信した時点でそのノードを接続先に選択しても良い。これにより、参加ノードは特に間欠動作状態で親選択動作を実施する場合の親ノード選択にかかる時間を削減できる。
【００９６】
（Ｂ−６）上記実施形態では、参加ノードが応答パケットの受信待ち時間を都度計算する例を示したが、事前計算で設定できる場合には、事前計算した応答パケットの受信待ち時間を予め記憶部１５に保存しておく方法も考えられる。
【符号の説明】
【００９７】
１…無線通信システム、１０…無線通信装置、１１…通信部、１２…処理部、１３…動作状態選択部、１４…応答受信待ち時間算出部、１５…記憶部、１６…タイマ部、２０…無線中継装置、２１…通信部、２２…処理部、２３…応答送信待ち時間算出、２４…タイマ部、３０…基地局、Ｍ…ネットワークシステムの最大ノード密度情報、Ｒ…親選択失敗回数。
【図１】
2020028062.tif 000005
【図２】
2020028062.tif 000006
【図３】
2020028062.tif 000007
【図４】
2020028062.tif 000008
【図５】
2020028062.tif 000009
【図６】
2020028062.tif 000010
【図７】
2020028062.tif 000011