(57)【要約】【課題】  通常送受信されるパケットのみを用いて輻輳を抑制できる無線通信システムを提供する。【解決手段】  本発明は、接続を要求する無線通信装置と、接続を受付ける受付装置とを有する無線通信システムにおいて、無線通信装置は親ノードとして選択した受付装置と参加認証できない場合にネットワーク加入要求を再送するまでのバックオフ時間を算出する算出部と、受信した認証パケットに含まれる受付装置の参加認証可否を判断できる情報を参照し、受付装置との参加認証可否を判断する第１の処理部とを備え、受付装置は同時に何台の無線通信装置と参加認証可能かを示す認証上限数を、無線帯域の消費量を使用して算出する計算部と、残存認証可能ノード数を計算し、参加認証可否を判断できる情報を含むブロードキャスト認証パケットを生成する第２の処理部とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2020136832.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、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被接続無線通信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、
親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置と参加認証できない場合にネットワーク加入要求を再送するまでのバックオフ時間を算出する認証失敗時動作決定部と、
受信した認証パケットに含まれる、前記親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置の参加認証可否を判断できる情報を参照し、前記親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置との参加認証可否を判断する第１の処理部とを備え、
前記被接続無線通信装置は、
同時に何台の前記無線通信装置と参加認証可能かを示す認証上限数を、参加認証によって生じる無線帯域の消費量を使用して算出する認証可能セッション数計算部と、
残存認証可能ノード数を計算し、参加認証可否を判断できる情報をペイロードに含むブロードキャスト認証パケットを生成する第２の処理部とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記認証可能セッション数計算部は、前記認証上限数を前記参加認証に必要な認証パケット数に、１パケット送信当りの伝送時間と、同時認証ノード数とを乗算した値が閾値を超えない最大の同時認証ノード数として算出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】
前記認証上限数は、前記参加認証による無線帯域の消費量による前記認証上限数から、無線の混雑度合いの影響をさらに減算することによって算出されるものであ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】
前記無線通信装置は、親ノード選択の間に受信した、隣接探索パケットに対する応答パケットを記憶する記憶部をさらに備え、
前記認証失敗時動作決定部は、前記参加認証の失敗時に前記親ノードの代替となる前記被接続無線通信装置が存在する場合には、前記代替となる被接続無線通信装置を前記親ノードとして選択する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記代替となる被接続無線通信装置は、親ノードの指標値が閾値以上である前記被接続無線通信装置に限定されることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、
同時に何台の前記無線通信装置と参加認証可能かを示す認証上限数を、参加認証によって生じる無線帯域の消費量を使用して算出する認証可能セッション数計算部と、
残存認証可能ノード数を計算し、参加認証可否を判断できる情報をペイロードに含むブロードキャスト認証パケットを生成する処理部とを備える
ことを特徴とする被接続無線通信装置。
【請求項７】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信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、
隣接探索パケットの処理を行い、親ノードとする前記被接続無線通信装置を選択する第１の処理部と、
前記被接続無線通信装置から受信した前記隣接探索パケットに対する応答パケットを記憶する記憶部とを備え、
前記被接続無線通信装置は、
参加認証中の前記無線通信装置の数が多く、無線の混雑度合いが大きいほど、本来の自身の親選択の指標値を悪化させる通信品質決定部と、
前記親選択の指標値を含む前記隣接探索パケットに対する応答パケットを生成する第２の処理部とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
前記無線の混雑度合いは、直近のＣＣＡ失敗率が高いほど、前記親選択の指標値を悪化させることを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項９】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、
参加認証中の前記無線通信装置の数が多く、無線の混雑度合いが大きいほど、本来の自身の親選択の指標値を悪化させる通信品質決定部と、
前記親選択の指標値を含む隣接探索パケットに対する応答パケットを生成する処理部とを備える
ことを特徴とする被接続無線通信装置。
【請求項１０】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信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、
ネットワーク加入動作手続き中のパケット送信に対するバックオフ時間を算出するジョイン時バックオフ時間計算部と、
前記ネットワーク加入動作手続き中のパケット送信に対するバックオフ時間待機し、各種パケットを生成する第１の処理部とを備え、
前記被接続無線通信装置は、
前記無線通信装置から受信したパケットの送受信処理を行う第２の処理部を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
前記ジョイン時バックオフ時間計算部は、ネットワーク加入動作の途中で失敗した場合、どの段階で失敗したかという情報を用いて、他の前記無線通信装置と同じ段階で加入に失敗したと想定されるときには、バックオフ時間を大きく設定し、それ以外のときには、バックオフ時間を小さく設定し、次の前記ネットワーク加入動作手続きまでのバックオフ時間を算出することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記被接続無線通信装置は、隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの間に受信した前記隣接探索パケットを記憶する記憶部をさらに備え、
前記第２の処理部は、前記応答パケットを送信するまでの間に受信した、前記隣接探索パケットの送信元の前記無線通信装置のアドレスリストを前記応答パケットに含めブロードキャストし、
前記ジョイン時バックオフ時間計算部は、受信した前記応答パケットの前記アドレスリストを用いて、他の前記無線通信装置とネットワーク加入要求パケットの送信のタイミングが重複しないように、前記ネットワーク加入要求パケットを送信するまでのバックオフ時間を算出する
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記被接続無線通信装置は、
前記第２の処理部は、自分宛てでない前記ネットワーク加入要求パケットを受信したときに、前記ネットワーク加入要求パケットの送信元アドレスと一致する前記隣接探索パケットを前記記憶部から削除し、前記応答パケットの送信時に前記記憶部に前記隣接探索パケットが存在しなければ、前記応答パケットを送信しない
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける無線通信装置であって、
ネットワーク加入動作手続き動作の途中で失敗した時、どの段階で失敗したかという情報を用いて、他の無線通信装置と同じ段階で加入に失敗したと考えられる場合は、バックオフ時間を大きく設定し、そうでない場合は、バックオフ時間を小さく設定し、次の前記ネットワーク加入動作手続き動作までのバックオフ時間を算出するジョイン時バックオフ時間計算部と、
バックオフ時間の間だけ待機し、次の前記ネットワーク加入動作手続き動作を再開する処理部と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１５】
ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、
隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの間に受信した、前記隣接探索パケットを記憶する記憶部と、
自分宛てでないネットワーク加入要求パケットを受信した時に、前記ネットワーク加入要求パケットの送信元アドレスと一致する前記隣接探索パケットを前記記憶部から削除し、前記応答パケットの送信時に前記記憶部に前記隣接探索パケットが無ければ、前記応答パケットを送信しない処理部と
を備えることを特徴とする被接続無線通信装置。
【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、及び無線中継装置に関し、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通信システムにおいて、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ような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も管理装置と通信することが可能となる。
【０００３】
また、無線通信システムが構築（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】
間欠動作の一例では、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する。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。このため、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の期間だけ送信する。この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で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較して、１パケットの送信により多くの無線帯域を消費する。
【０００５】
マルチホップネットワークにおいて、新規ノード（以下、「参加ノード」とも呼ぶ）がネットワークに参加（加入）する時、参加ノードが直接管理装置と通信できない場合には、ネットワーク加入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の選択は３ステップで実行される。まず、参加ノードは自分の周辺のノード（以下、「隣接ノード」とも呼ぶ）を探索するパケット（以下、「隣接探索パケット」とも呼ぶ）をブロードキャストする。次に、隣接探索パケットを受信したノードは、隣接探索応答パケットを参加ノードに返信する。最後に、参加ノードは、受信した隣接探索応答パケットの中から親ノードを選択する。親ノードの選択方法には種々の方法があると考えられるが、例えば、受信パケットの受信信号強度（ＲＳＳＩ）が最も高いノードを親ノードとして選択することが考えられる。
【０００７】
ところで、管理装置は、参加ノードからネットワーク加入要求パケットを受信した時に、不正なノードをネットワークに加入させないために、参加ノードとの間で参加認証を実施する場合がある。参加認証では、管理装置は、参加ノードが正規なノードであることを証明する秘密情報を所有するか否か検証する。参加認証方式には、例えばチャレンジ＆レスポンス認証方式やＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｓｏｃｋｅｔｓ  Ｌａｙｅｒ）がある。また、マルチホップネットワークでは、秘密情報がネットワーク内で共通である場合には、親ノードが管理装置に代わり参加ノードと参加認証する方法もある。
【０００８】
無線通信システムでは、例えば停電などで管理装置が電源断となりしばらくすると、ネットワーク加入済みノードは、管理装置と通信できないと判断し、ネットワーク未加入状態になる。その後、電源復旧し管理装置が起動すると、ネットワーク加入済みノードは、ネットワーク再加入手続きを開始する。
【０００９】
また、電源断の期間が短く、電源復旧時にノードがネットワーク加入済み状態であっても、管理装置がネットワーク加入ノードの情報を揮発メモリで管理する場合、この情報が無くなるため、ノードはネットワークへの再加入が求められる。このような場合、隣接探索パケットやその応答、また参加認証のパケットがネットワーク上に大量に送信されることになるため、無線帯域を圧迫し輻輳が発生する恐れがある。特にノードが間欠動作する場合、より輻輳が発生しやすい。輻輳が発生した場合、他のノードが無線帯域を占有することによるパケット送信遅延や、パケットの衝突などによる再送処理により、ネットワーク再構築までに時間がかかる。また、再送パケットによりネットワーク加入に要する電池消費量が大きくなる。以上より、ノードが一斉にネットワークに加入する時のネットワーク構築時間とノードの電池消費量が問題となる。
【００１０】
上記問題に関して、特許文献１では、無線ＬＡＮ  ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ）に大量の無線通信装置が接続しようとした際の輻輳を回避するための方式に関する技術が開示されている。特許文献１では、移動体通信網に加入している無線通信装置に対して、移動体通信網事業者が管理する無線ＬＡＮ  ＡＰ毎に接続ポリシーを提供する。接続ポリシーにはＡＰへの接続を許可する条件（ユーザの会員クラスや月間の通信消費量など）が記載されている。無線通信装置はＡＰが混雑状況にあると判断した際、接続ポリシーを適用し、自身が接続許可条件に一致しない場合には当該ＡＰへの接続を控えることによって輻輳を回避する。
【００１１】
また、特許文献２では、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ  ｔｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ）ネットワークにおいて、停復電などで無線通信装置のネットワークへの集中参加が見込まれる時の輻輳を回避するための方式に関する技術が開示されている。特許文献２では、管理装置は、無線通信装置のネットワークへの集中参加が見込まれると判断すると、集中参加があることを通知するパケットをネットワークにブロードキャストし、これを受信した無線通信装置は通常とは異なるネットワーク参加手順を実施する。通常とは異なる参加手順とは、例えば通常より再送バックオフ時間を長くすることや、管理装置から無線通信装置にポーリング方式で参加手順を実施することなどである。このように無線通信装置を輻輳状態用のパラメータでネットワーク参加させることで輻輳を回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１５４３７５号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１６６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、輻輳を制御するために冗長なパケットを全無線通信装置に送信する必要がある。このような制御用のパケットの送受信はトラフィックを増加させるため輻輳を助長し、ノードの電池消費を増大させる。
【００１４】
そのため、通常送受信されるパケットのみを用いて輻輳を抑制できる無線通信システム、無線通信装置、及び無線中継装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信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、（１−１）親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置と参加認証できない場合にネットワーク加入要求を再送するまでのバックオフ時間を算出する認証失敗時動作決定部と、（１−２）受信した認証パケットに含まれる、前記親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置の参加認証可否を判断できる情報を参照し、前記親ノードとして選択した前記被接続無線通信装置との参加認証可否を判断する第１の処理部とを備え、前記被接続無線通信装置は、（２−１）同時に何台の前記無線通信装置と参加認証可能かを示す認証上限数を、参加認証によって生じる無線帯域の消費量を使用して算出する認証可能セッション数計算部と、（２−２）残存認証可能ノード数を計算し、参加認証可否を判断できる情報をペイロードに含むブロードキャスト認証パケットを生成する第２の処理部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第２の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、（１）同時に何台の前記無線通信装置と参加認証可能かを示す認証上限数を、参加認証によって生じる無線帯域の消費量を使用して算出する認証可能セッション数計算部と、（２）残存認証可能ノード数を計算し、参加認証可否を判断できる情報をペイロードに含むブロードキャスト認証パケットを生成する処理部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
第３の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信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、（１−１）隣接探索パケットの処理を行い、親ノードとする前記被接続無線通信装置を選択する第１の処理部と、（１−２）前記被接続無線通信装置から受信した前記隣接探索パケットに対する応答パケットを記憶する記憶部とを備え、前記被接続無線通信装置は、（２−１）参加認証中の前記無線通信装置の数が多く、無線の混雑度合いが大きいほど、本来の自身の親選択の指標値を悪化させる通信品質決定部と、（２−２）前記親選択の指標値を含む前記隣接探索パケットに対する応答パケットを生成する第２の処理部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
第４の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、（１）参加認証中の前記無線通信装置の数が多く、無線の混雑度合いが大きいほど、本来の自身の親選択の指標値を悪化させる通信品質決定部と、（２）前記親選択の指標値を含む隣接探索パケットに対する応答パケットを生成する処理部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
第５の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信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、（１−１）ネットワーク加入動作手続き中のパケット送信に対するバックオフ時間を算出するジョイン時バックオフ時間計算部と、（１−２）前記ネットワーク加入動作手続き中のパケット送信に対するバックオフ時間待機し、各種パケットを生成する第１の処理部とを備え、前記被接続無線通信装置は、（２）前記無線通信装置から受信したパケットの送受信処理を行う第２の処理部を備えることを特徴とする。
【００２０】
第６の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける無線通信装置であって、（１）ネットワーク加入動作手続き動作の途中で失敗した時、どの段階で失敗したかという情報を用いて、他の無線通信装置と同じ段階で加入に失敗したと考えられる場合は、バックオフ時間を大きく設定し、そうでない場合は、バックオフ時間を小さく設定し、次の前記ネットワーク加入動作手続き動作までのバックオフ時間を算出するジョイン時バックオフ時間計算部と、（２）バックオフ時間の間だけ待機し、次の前記ネットワーク加入動作手続き動作を再開する処理部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第７の本発明は、ネットワークへの接続を要求し、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被接続無線通信装置とを有する無線通信システムにおける被接続無線通信装置であって、（１）隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの間に受信した、前記隣接探索パケットを記憶する記憶部と、（２）自分宛てでないネットワーク加入要求パケットを受信した時に、前記ネットワーク加入要求パケットの送信元アドレスと一致する前記隣接探索パケットを前記記憶部から削除し、前記応答パケットの送信時に前記記憶部に前記隣接探索パケットが無ければ、前記応答パケットを送信しない処理部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、通常送受信されるパケットのみを用いて輻輳を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の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２】第１の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】第１の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４】第１の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（ネットワーク加入要求パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（認証パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る無線通信装置（参加ノード）の動作（親ノード選択動作）を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態に係る無線通信装置（参加ノード）の動作（ネットワーク加入要求パケット送信後の認証パケットの受信時の処理）を示すフローチャートである。
【図８】第２の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９】第２の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１０】第２の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）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。
【図１１】第３の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１２】第３の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１３】第３の実施形態に係る無線中継装置（参加ノード）の動作（ネットワーク加入失敗時の動作）を示すフローチャートである。
【図１４】第３の実施形態に係る無線中継装置（参加ノード）の動作（親ノード選択後の動作）を示すフローチャートである。
【図１５】第３の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（ネットワーク加入関連パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【図１６】第３の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（隣接探索応答パケット送信動作）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】
【００２４】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、及び無線中継装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００２５】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図２は、第１の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。
【００２６】
まず、無線通信システム１の構成について説明する。
【００２７】
無線通信システム１には、無線通信装置１０と、複数の被接続無線通信装置としての無線中継装置２０（２０−１〜２０−ｋ）と、管理装置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個の管理装置３０とが配置されているものとして説明する。
【００２８】
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及び管理装置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及び無線中継装置２０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「親ノード」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。
【００２９】
次に、第１の実施形態の無線通信システム１の特徴（概要）を述べる。
【００３０】
第１の実施形態では、親ノードは、同時に参加認証できるノード数（以下、「認証上限数」と呼ぶ）を管理する。認証上限数は、参加認証によって消費される無線帯域が所定値を超えないように設定する。参加認証によって消費される無線帯域は主に、同時に参加認証するノード数、参加認証に必要なパケット数とパケットサイズ、そしてノードの間欠周期から見積もることができる。
【００３１】
また、認証上限数は、直近の無線の混雑度合に応じて動的に変更する。例えば、何らかの指標により無線が輻輳状態と判定したら、その時の認証上限数を小さくする。輻輳判定の指標は限定しないが、例えば、ＣＣＡ（Ｃｌｅａｒ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）の失敗率を適用する。
【００３２】
親ノードは、参加認証中のノード数が認証上限数に達している時に参加ノードからネットワーク加入要求パケットを受信した場合、その参加ノードとは参加認証を実施しない。
【００３３】
参加認証のパケットには、認証相手のアドレス、親ノードのその時点での残存認証可能ノード数（認証上限数−現認証ノード数）を記載する。また、参加認証パケットは、一般に認証相手にユニキャストされるが、第１の実施形態では、ブロードキャストパケットとして送信し直接通信可能な距離にあるノードが受信できるようにする。
【００３４】
参加ノードは、自身が親に選んでいるノードから自分宛でない認証パケットを受信し、かつ自身が参加認証シーケンスを開始しておらず、さらにパケット中の残存認証可能ノード数が「０」の場合、ネットワーク加入動作を中断する。中断した後の動作は限定しないが、例えば、参加ノードは、別の隣接ノードが親ノード候補にあればそのノードを親としてネットワーク加入要求パケットを送信し、無ければバックオフしてから同じ親ノードにネットワーク加入要求パケットを送信する。
【００３５】
（Ａ−１−２）無線中継装置２０（親ノード）の詳細な構成
図１は、第１の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１において、無線中継装置２０は、認証可能セッション数計算部２１、処理部２２、記憶部２３、及び通信部２４を有する。
【００３６】
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。
【００３７】
認証可能セッション数計算部２１は、処理部２２から要求を受けると、認証上限数を算出する手段を有する。認証可能セッション数計算部２１は、記憶部２３から認証上限数を算出するために必要な情報を取得し、認証上限数のデフォルト値、および輻輳の度合いに応じた動的な認証上限数を算出する。認証可能セッション数計算部２１は、算出した認証上限数を処理部２２に通知する。
【００３８】
処理部２２は、通信部２４で受信したパケットを処理する手段を有する。処理部２２は、ネットワーク加入要求パケット受信時には、認証可能セッション数計算部２１から認証上限数を取得し、また、処理部２２は、記憶部２３から現認証ノード数を取得し、参加ノードと参加認証を実施するか否かを判断する。また、処理部２２は、認証パケット生成時に残存認証可能セッション数を計算し、ペイロードに付与する。
【００３９】
記憶部２３は、各種情報を保持する手段を有する。保持する情報には、認証上限数のデフォルト値を決定する無線帯域消費量の閾値、間欠周期、輻輳判定のためのＣＣＡ（Ｃｌｅａｒ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）の失敗率、参加認証中ノードのセッション情報（どこまで進んだか、認証の秘密情報等）がある。
【００４０】
通信部２４は、無線信号を送受信する手段を有する。例えば、通信部２４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２４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。
【００４１】
（Ａ−１−３）無線通信装置１０（参加ノード）の詳細な構成
図３は、第１の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３において、無線通信装置１０は、認証失敗時動作決定部１１、処理部１２、記憶部１３、及び通信部１４を有する。
【００４２】
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。
【００４３】
認証失敗時動作決定部１１は、自身が選んだ親ノードの残存認証可能セッション数が「０」で参加認証できなかった場合に、その後の動作を決定する手段を有する。
【００４４】
認証失敗時動作決定部１１は、記憶部１３から他の隣接ノード情報を取得し代替の親ノードがあるか判断する。隣接ノード情報とは、隣接探索応答パケットから得られる情報であり、ノードのアドレス、親ノード選択に必要な指標（例えばＲＳＳＩ値、リンク品質値、パス品質値）がある。認証失敗時動作決定部１１は、代替の親ノードが見つかった場合、処理部１２にそのノードに対するネットワーク加入要求パケットの送信を要求する。
【００４５】
認証失敗時動作決定部１１は、代替の親ノードが無い場合には、同一の親ノードにネットワーク加入要求を送信するまでのバックオフ時間を算出・管理し、バックオフ時間経過時に処理部１２にネットワーク加入要求の送信を要求する。
【００４６】
処理部１２は、通信部１４で受信じたネットワーク加入時の各種パケットの受信処理およびパケットの生成を行う手段を有する。処理部１２は、通信部１４から認証パケットを受信すると、親ノードと参加認証可能か否かを判断し、認証不可の場合、認証失敗時動作決定部１１に次の動作を問い合わせる。
【００４７】
記憶部１３は、親ノード選択時に受信した、隣接探索応答パケットを保持する手段を有する。
【００４８】
通信部１４は、無線信号を送受信する手段を有する。例えば、通信部１４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１４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。
【００４９】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
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、親ノードがネットワーク加入要求パケットを受信した時の動作を図４、認証パケットを受信した時の動作を図５を用いてそれぞれ説明する。また、参加ノードの親ノード選択動作を図６、親ノードにネットワーク加入要求を送信し認証を開始するまでの動作を図７を用いてそれぞれ説明する。
【００５１】
（Ａ−２−１）親ノードの動作（ネットワーク加入要求パケット受信時の動作）
図４は、第１の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（ネットワーク加入要求パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【００５２】
処理部２２は、通信部２４からネットワーク加入要求パケットを受信すると、参加ノードとの参加認証可否を判断するために、認証可能セッション数計算部２１に認証上限数を問い合わせる。
【００５３】
認証可能セッション数計算部２１は、記憶部２３から無線帯域消費量の閾値を取得し、デフォルトの認証上限数を、参加認証に必要な認証パケット数×１パケット当りの伝送時間（パケットサイズ÷伝送レート＋間欠周期）×同時認証ノード数、が閾値を超えない最大の同時認証ノード数として算出する（Ｓ１０１）。
【００５４】
次に、認証可能セッション数計算部２１は、直近の無線の混雑状態を判定する（Ｓ１０２）。そのために認証可能セッション数計算部２１は、記憶部２３から直近の期間のＣＣＡ（Ｃｌｅａｒ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）の失敗率を取得する。輻輳判定方法は限定しないが、ここではＣＣＡ失敗率の閾値を複数設けておき、各閾値を超えた場合に認証上限数をどれだけ減算するか予め用意しておくものとする。例えば、ＣＣＡ失敗率が２０％以上の場合は「１」減算、５０％以上の場合は「２」減算、それ以上の場合は認証上限数を「０」にする、などである。認証可能セッション数計算部２１は、無線の混雑状態の判定結果に応じて認証上限数を減算し、最終的な認証上限数を決定し、処理部２２に通知する。
【００５５】
処理部２２は、認証可能セッション数計算部２１から認証上限数を受け取ると、記憶部２３から現認証ノード数を取得し、残存認証可能セッション数を認証上限数−現認証ノード数として計算する（Ｓ１０３）。処理部２２は、残存認証可能セッション数が０以下の場合、後述するステップＳ１０６の処理に移行する。一方、処理部２２は、残存認証可能セッション数が０より大きい場合、当該参加ノードとの参加認証を開始する。
【００５６】
処理部２２は、参加ノードの認証セッションを初期化し、記憶部２３に当該認証セッション情報を保存する（Ｓ１０４）。また、処理部２２は、記憶部２３の現認証ノード数を更新する（この時点で現認証ノード数は＋１された状態となる）。
【００５７】
次に、処理部２２は認証パケットを生成する（Ｓ１０５）。認証パケットのペイロードには、参加ノードのアドレスと残存認証可能セッション数（０より小さい値の場合には０とする）を付加する。通信部２４は、認証パケットをブロードキャストする。
【００５８】
一方、処理部２２は、先述のステップＳ１０３の処理で、残存認証可能セッション数が０以下と判定された場合、受信パケットを破棄し動作を終了する（Ｓ１０６）。
【００５９】
（Ａ−２−２）親ノードの動作（認証パケット受信時の動作）
図５は、第１の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（認証パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【００６０】
処理部２２は、通信部２４から認証パケットを受信すると、送信元アドレスをキーに対象の認証セッション情報を取得し、結果認証完了となったか否か判定する（Ｓ２０１）。処理部２２は、認証パケットを受信処理し、結果認証完了となった場合、次の処理を行う。一方、処理部２２は、認証完了でない場合には、後述するステップＳ２０３の処理を行う。
【００６１】
処理部２２は、認証パケットを受信処理し、結果認証完了となった場合、当該認証セッション情報を記憶部２３から削除する（Ｓ２０２）。この時点で現認証ノード数は−１された状態となる。
【００６２】
処理部２２は、先述のステップＳ２０１の処理により、認証完了でないと判定された場合には、認証可能セッション数計算部２１から認証上限数を取得し、及び記憶部２３から現認証ノード数を取得し、残存認証可能セッション数を算出する（Ｓ２０３）。
【００６３】
処理部２２は、ペイロードに参加ノードのアドレスと残存認証可能セッション数を付加した認証パケットを生成する（Ｓ２０４）。通信部２４は、認証パケットをブロードキャストする。
【００６４】
（Ａ−２−３）参加ノードの動作（親ノード選択動作）
図６は、第１の実施形態に係る無線通信装置（参加ノード）の動作（親ノード選択動作）を示すフローチャートである。
【００６５】
処理部１２が、隣接探索パケットを生成し通信部１４によりブロードキャストをした後、以下の処理を開始する。
【００６６】
処理部１２は、一定時間待機する（Ｓ３０１）。処理部１２は、一定時間経過していない場合には次の処理に移行し、一定時間経過した場合には後述するステップＳ３０４の処理に移行する。
【００６７】
処理部１２は、一定時間待機時間中に隣接探索応答パケットを受信したか否か判定する（Ｓ３０２）。処理部１２は、隣接探索応答パケットを受信した場合には次の処理に移行し、隣接探索応答パケットを受信していない場合には先述のステップＳ３０１の処理に戻る。
【００６８】
処理部１２は、隣接探索応答パケットを受信した場合、記憶部１３に受信した隣接探索応答パケットを保存する（Ｓ３０３）。隣接探索応答パケットには送信元ノードアドレスと親選択に必要な指標が記載されている。
【００６９】
一方、処理部１２は、一定時間経過すると、受信した隣接探索応答パケットの中から親ノードを選択する（Ｓ３０４）。親ノードの選択方法は限定しないが、例えば、マルチホップネットワークを終端する管理装置３０までのパス品質値が最も良いノードを選択する。
【００７０】
処理部１２は、ネットワーク加入要求パケットを生成し、通信部１４を介して選択した親ノードに送信する（Ｓ３０５）。
【００７１】
（Ａ−２−４）参加ノードの動作（ネットワーク加入要求パケット送信後の認証パケットの受信時の処理）
図７は、第１の実施形態に係る無線通信装置（参加ノード）の動作（ネットワーク加入要求パケット送信後の認証パケットの受信時の処理）を示すフローチャートである。
【００７２】
処理部１２は、通信部１４から認証パケットを受信すると、送信元ノードアドレスが親ノードと一致するか否か確認する（Ｓ４０１）。親ノードでない場合には、処理部１２は、受信パケットを破棄し受信処理を終了する。
【００７３】
処理部１２は、親ノードからの認証パケットの場合、ペイロードの認証対象ノードアドレスが自分のアドレスと一致するか否か確認する（Ｓ４０２）。処理部１２は、両アドレスが一致する場合には次の処理に移行し、一致しない場合には後述するステップＳ４０４の処理に移行する。
【００７４】
処理部１２は、自分宛の場合、認証パケットを生成する（Ｓ４０３）。認証パケットのペイロードには、親ノードのアドレス、受信した認証パケットの残存認証可能ノード数を付加する。通信部１４は認証パケットをブロードキャストする。
【００７５】
一方、処理部１２は、先述のステップＳ４０２の処理により、認証パケットが自分宛でないと判定された場合、ペイロードの残存認証可能ノード数の値を確認する（Ｓ４０４）。処理部１２は、残存認証可能ノード数が０より大きい場合、受信パケットを破棄し受信処理を終了する。
【００７６】
また、処理部１２は、残存認証可能ノード数が０の場合、認証失敗時動作決定部１１を介して代替え親ノードを確認する（Ｓ４０５）。認証失敗時動作決定部１１は、記憶部１３から隣接探索応答パケットを取得する。認証失敗時動作決定部１１は、隣接探索応答パケットが１つ以上ある場合、親選択の指標値が現親ノードの次に良いノードを代替親ノードに選択する。選択後、代替親ノードの隣接探索応答パケットは記憶部１３から削除する。
【００７７】
処理部１２は、先述のステップＳ４０５の処理により、代替え親ノードとなるノードが存在する場合、ネットワーク加入要求パケットを代替親ノードに送信する（Ｓ４０６）。
【００７８】
一方、処理部１２は、先述のステップＳ４０５の処理により、代替親となるノードが存在しない場合、バックオフ時間を設定する（Ｓ４０７）。バックオフ時間の算出方法は限定しないが、バックオフ設定回数に応じて徐々にバックオフ時間を増やしていく算出方法が考えられる。例えば、バックオフ時間の初期値が予め設定されており、バックオフ時間を設定する度にバックオフ時間を倍々にしていくなどである。
【００７９】
処理部１２は、バックオフ時間が経過すると、ネットワーク加入要求パケットを生成し、通信部１４を介して親ノードに送信する（Ｓ４０８）。
【００８０】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００８１】
第１の実施形態の無線通信システム１では、各親ノードが同時に認証できるノード数を管理し、認証上限数に達している場合、それ以上他のノードと参加認証しないことに特徴がある。また、認証パケットに残存認証可能ノード数を記載しブロードキャストすることに特徴がある。さらに、参加ノードは受信した認証パケットの残存認証可能ノード数が０の場合はネットワーク加入動作を自律的に抑制することに特徴がある。
【００８２】
上記特徴により、複数のノードが同時にネットワーク参加するような場合にも無線に送出される認証パケット数がある一定値以下に抑えられるため輻輳を抑制できる。さらに、輻輳を抑制するための情報の伝達を、専用のパケットを使用せず通常の認証パケットに含めることで、専用パケットを使用するよりも輻輳やノードの電池消費を抑制できる。
【００８３】
また、第１の実施形態の無線通信システム１では、親ノードの認証上限数を、参加認証による無線帯域使用時間と、無線の混雑状況によって動的に決定することに特徴がある。無線の混雑状況を認証上限数の決定方法に反映することで、混雑状況に応じた輻輳制御が可能となる。
【００８４】
そして、第１の実施形態の無線通信システム１では、参加ノードが親ノードの認証上限数によって参加認証できなかった場合に、親ノード選択時の隣接探索応答パケットの情報から代替親となるノードを選択することに特徴がある。代替親ノードを選択することで、新たな親ノード選択のためのパケットを削減でき輻輳を回避できる。
【００８５】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、及び無線中継装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００８６】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
（Ｂ−１−１）全体構成
第２の実施形態の無線通信システム１の構成についても、第１の実施形態と同様に図２を用いて示すことができる。ただし、第２の実施形態の無線通信システム１では、無線通信装置１０の代わりに後述する無線通信装置１０Ａ（参加ノード）が、無線中継装置２０の代わりに後述する無線中継装置２０Ａ（親ノード）が、それぞれ適用される。
【００８７】
第２の実施形態では、親ノードが隣接探索応答パケットに含める親ノード選択の指標値を、現認証ノード数が多い場合や無線が混雑している場合にわざと悪化させて送信し、自身を親に選ばれ難くし、参加認証処理する親ノードを分散させることを目的（特徴）とする。
【００８８】
（Ｂ−１−２）無線中継装置２０Ａ（親ノード）の詳細な構成
図８は、第２の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８において、無線中継装置２０Ａは、通信品質決定部２５、処理部２２Ａ、記憶部２３、及び通信部２４を有する。記憶部２３及び通信部２４は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８９】
無線中継装置２０Ａ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２０Ａ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。
【００９０】
通信品質決定部２５は、隣接探索応答パケットに含める親ノード選択に必要な指標値を決定する手段を有する。通信品質決定部２５は、処理部２２Ａから要求を受けると、記憶部２３から親ノード選択に必要な指標値と現認証ノード数と無線混雑状況判定のための情報を取得する。親ノード選択に必要な指標値は限定しないが、ここではネットワークを終端する管理装置３０までのパス品質値とする。パス品質値は、終端装置（管理装置３０）までのホップ毎のリンク品質値の和として表される。無線混雑状況判定のための情報も限定しないが、ここでは直近の期間のＣＣＡの送信失敗率とする。通信品質決定部２５は、隣接探索応答パケットに含める親ノード選択に必要な指標値を計算すると、処理部２２Ａにその値を通知する。
【００９１】
処理部２２Ａは、通信部２４から受信した隣接探索パケットを処理する手段と、隣接探索応答パケットを生成する手段を有する。処理部２２Ａは、通信品質決定部２５に隣接探索応答パケットに含める親ノード選択に必要な指標値を要求する。また、処理部２２Ａは無線混雑状況判定のための情報を収集し記憶部２３に保存する。
【００９２】
（Ｂ−１−３）無線通信装置１０Ａ（参加ノード）の詳細な構成
図９は、第２の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９において、無線通信装置１０は、処理部１２Ａ及び通信部１４を有する。通信部１４は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
無線通信装置１０Ａ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１０Ａ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。
【００９４】
処理部１２Ａは、隣接探索パケットの生成、受信した隣接探索応答パケットの中から親ノードを選択する手段を有する。
【００９５】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の無線通信システム１の動作を説明する。
【００９６】
第２の実施形態の無線通信システム１では、主に親ノードの動作に特徴を有するので、親ノードの動作（隣接探索パケット受信時の動作）を中心に説明する。
【００９７】
（Ｂ−２−１）親ノードの動作（隣接探索パケット受信時の動作）
図１０は、第２の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）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。
【００９８】
処理部２２Ａが、通信部２４から参加ノードの隣接探索パケットを受信すると、以下の処理を開始する。
【００９９】
通信品質決定部２５は、記憶部２３から自身のパス品質値を取得する（Ｓ５０１）。
【０１００】
次に、通信品質決定部２５は、直近のＣＣＡ失敗率を記憶部２３から取得し、無線混雑状況を計算する（Ｓ５０２）。無線混雑状況の計算方法は限定しないが、ここではＣＣＡ失敗率の値に応じて複数の閾値を設け、閾値の間隔ごとにパス品質値の減算値を設定する。例えば、ＣＣＡ失敗率が１０％未満なら減算値０、１０％〜３０％未満なら減算値１、…、９０％以上なら減算値１０とする、などである。
【０１０１】
次に、通信品質決定部２５は、記憶部２３から現認証ノード数を取得し、認証ノード数によるパス品質値の減算値を計算する（Ｓ５０３）。このパス品質値減算方法は限定しないが、ここでは現認証ノード数の値に応じて複数の閾値を設け、閾値の間隔ごとにパス品質値の減算値を設定する。例えば、認証ノード数が０ならば減算値０、認証ノード数が１〜３未満ならば減算値１、…、認証ノード数が５以上ならば減算値１０とする、などである。
【０１０２】
そして、通信品質決定部２５は、パス品質値から無線混雑状況と現認証ノード数それぞれのパス品質値減算値を減算し、隣接探索応答パケットに含めるパス品質値を決定する（Ｓ５０４）。
【０１０３】
処理部２２Ａは、算出されたパス品質値を含む隣接探索応答パケットを生成し、通信部２４から送信する（Ｓ５０５）。
【０１０４】
（Ｂ−２−１）参加ノードの動作（親ノード選択動作）
処理部１２は、隣接探索パケットを生成し、通信部１４から送信する。その後、処理部１２は、一定時間の間隣接探索応答パケットを待ち、受信した隣接探索応答パケットの中で最もパス品質値の高いノードを親ノードに選択する。
【０１０５】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１０６】
第２の実施形態の無線通信システム１では、隣接探索応答パケットに含めるパス品質値を、直近の無線混雑状況や認証中のノード数に応じて、わざと悪化させて送信することに特徴がある。これにより、無線が混雑状況にある場合や、自身が多くのノードと参加認証している場合に、他の参加ノードの親に選択され難くなるため局所的な輻輳を緩和できる。また、一部のノードに親の役割が集中しなくなるため、ノードの電池消費を分散化できる。
【０１０７】
（Ｃ）第３の実施形態
以下、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置、及び無線中継装置の第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【０１０８】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
（Ｃ−１−１）全体構成
第３の実施形態の無線通信システム１の構成についても、第１の実施形態と同様に図２を用いて示すことができる。ただし、第３の実施形態の無線通信システム１では、無線通信装置１０の代わりに後述する無線通信装置１０Ｂ（参加ノード）が、無線中継装置２０の代わりに後述する無線中継装置２０Ｂ（親ノード）が、それぞれ適用される。
【０１０９】
次に、第３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。
【０１１０】
親ノード選択方法として、参加ノードは、隣接探索パケットを送信後に隣接ノード全てからの隣接探索応答パケットを待たず、いずれかの隣接探索応答パケットを受信した時点でその送信元ノードを親に選択する方法も考えられる。また、親ノードが隣接探索応答パケットを送信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、１つの隣接探索応答パケットでまとめて返信する方法が考えらえる。
【０１１１】
上記のような親ノード選択方法を採用する場合で、複数ノードが同時にネットワーク加入を試みる場合、親ノードの選択タイミングが同時になる可能性が高い。このような場合、同時に親ノードを選択した参加ノードのネットワーク加入要求パケットが衝突してしまう。また、ネットワーク加入要求パケットが衝突し、認証パケットがタイムアウトにより受信できずネットワーク加入に失敗すると、再度隣接探索パケットを送信するが、このパケットの送信タイミングも重なり衝突する可能性がある。さらに、全ての隣接ノードの隣接探索応答パケットを待たずに親ノード選択すると、参加認証の間に他の隣接ノードからの隣接探索応答パケットが送信されることになるため、この応答パケットと認証パケットが衝突する恐れがある。
【０１１２】
第３の実施形態は、以上のような場合のネットワーク加入に関するパケットの衝突抑制を目的（特徴）とする。
【０１１３】
（Ｃ−１−２）無線通信装置１０Ｂ（参加ノード）の詳細な構成
図１１は、第３の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１１において、無線通信装置１０Ｂは、処理部１２Ｂ、記憶部１３Ｂ、通信部１４、及びジョイン時バックオフ時間計算部１５を有する。通信部１４は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１１４】
無線通信装置１０Ｂ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１０Ｂ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。
【０１１５】
ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、ネットワーク加入に際する各種パケット送信までのバックオフ時間を算出する手段を有する。ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、パケットの衝突などによりネットワーク加入手続きのいずれかのタイミングでネットワーク加入に失敗した時に、記憶部１３Ｂから失敗した段階を取得し、次の隣接探索パケット送信までのバックオフ時間を計算し、処理部１２Ｂに通知する。失敗した段階とは、例えば、ネットワーク加入要求パケットを送信した後に認証パケットを受信できず失敗した段階であったり、認証パケットのいずれかを受信できず失敗した段階であったりである。
【０１１６】
また、ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、記憶部１３Ｂから他の参加ノード宛に送信された隣接探索応答パケットを取得し、自身がネットワーク加入要求パケットを送信するまでのバックオフ時間を算出する。他の参加ノード宛に送信された隣接探索応答パケットは、例えば親ノードがユニキャストで送信したものであるかもしれないし、隣接探索応答パケット送信までの間に受信した隣接探索パケットに対してまとめてブロードキャストで送信したものであるかもしれない。ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、算出したバックオフ時間を処理部１２Ｂに通知する。
【０１１７】
処理部１２Ｂは、ネットワーク加入手続き時の各種パケットの送受信処理を行う手段を有する。処理部１２Ｂは、ネットワーク加入に失敗した時に次のネットワーク加入手続きを始めるまでのバックオフ時間をジョイン時バックオフ時間計算部１５から取得し、算出された時間だけ待機する。
【０１１８】
また、処理部１２Ｂは、通信部１４から受信した隣接探索応答パケットを、自分宛でない場合も記憶部１３Ｂに保存を要求する。
【０１１９】
記憶部１３Ｂは、ネットワーク加入手続きの進捗状況、１回のネットワーク加入試行の間に受信した隣接探索応答パケットを保持する手段を有する。
【０１２０】
（Ｃ−１−３）無線中継装置２０Ａ（親ノード）の詳細な構成
図１２は、第３の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１２において、無線中継装置２０Ａは、処理部２２Ｂ、記憶部２３、及び通信部２４を有する。通信部２４及び記憶部２３は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２１】
無線中継装置２０Ｂ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２０Ｂ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。
【０１２２】
処理部２２Ｂは、ネットワーク加入手続きでのパケットの送受信処理を行う手段を有する。処理部２２Ｂは通信部２４から受信した隣接探索パケットの保存を記憶部２３に要求する。処理部２２Ｂはネットワーク加入要求パケットを受信した時に記憶部２３から隣接探索パケットを取得し、記憶部２３の隣接探索パケットを削除するか判断し、隣接探索パケットの削除を記憶部２３に要求する。また、処理部２２Ｂは隣接探索応答パケットを送信するまでのバックオフ時間を管理する手段を有する。
【０１２３】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第３の実施形態の無線通信システム１の動作を説明する。
【０１２４】
第３の実施形態の無線通信システム１では、参加ノードがネットワーク加入に失敗し次のネットワーク加入手続きを始めるまでの動作を図１３、親ノード選択をした後にネットワーク加入要求パケットを送信するまでの動作を図１４でそれぞれ説明する。また親ノードが隣接探索応答パケット、およびネットワーク加入要求パケットを受信した時の動作を図１５で説明し、親ノードの隣接探索応答パケットの送信動作を図１６で説明する。
【０１２５】
（Ｃ−２−１）参加ノードの動作（ネットワーク加入失敗時の動作）
図１３は、第３の実施形態に係る無線中継装置（参加ノード）の動作（ネットワーク加入失敗時の動作）を示すフローチャートである。
【０１２６】
処理部１２Ｂが、パケット送言に対する応答待ちタイムアウトなどにより、ネットワーク加入失敗と判断すると、以下の処理を開始する。
【０１２７】
ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、記憶部１３Ｂからネットワーク加入失敗時点の進捗状況を取得し、加入失敗時点に応じたバックオフ時間を算出する（Ｓ６０１）。進捗状況（段階）が、ネットワーク加入要求パケット送信段階で失敗した場合にはステップＳ６０３の処理に移行し、ネットワーク加入失敗した直後の隣接探索パケット送信段階で失敗した場合にはステップＳ６０２の処理に移行し、一方、参加認証段階などその他の段階で失敗した場合にはステップＳ６０４の処理に移行する。
【０１２８】
ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、ネットワーク加入失敗した直後の隣接探索パケット送信段階で失敗した場合には、バックオフ時間の幅を大きく設定する（Ｓ６０２）。
【０１２９】
また、ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、ネットワーク加入要求パケット送信段階で失敗した場合には、バックオフ時間の幅を大きく設定する（Ｓ６０３）。
【０１３０】
そして、ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、参加認証段階などその他の段階で失敗した場合にはランダムバックオフ時間の幅を小さく設定する（Ｓ６０４）。
【０１３１】
ここで、先述のステップＳ６０２及びステップＳ６０３の場合、複数の参加ノードの間で親ノード選択やネットワーク加入失敗のタイミングが重複したことが失敗の原因として考えられるため、バックオフ時間を長くしてノード間のネットワーク加入タイミングを分散させる。一方、ステップＳ６０４の場合、ある程度加入手続きが進んでいる段階であるため、他の参加ノードと同じタイミングで加入失敗になる可能性は低いと考えられるため、バックオフ時間を長く設定する必要はないという考えである。
【０１３２】
ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、設定したバックオフ時間の幅からランダムに時間を選択する（Ｓ６０５）。
【０１３３】
処理部１２Ｂは、算出された時間だけ待機した後に隣接探索パケットを送信する（Ｓ６０６）。
【０１３４】
（Ｃ−２−２）参加ノードの動作（親ノード選択後の動作）
図１４は、第３の実施形態に係る無線中継装置（参加ノード）の動作（親ノード選択後の動作）を示すフローチャートである。
【０１３５】
処理部１２Ｂが、通信部１４から隣接探索応答パケットを受信すると、以下の処理を開始する。
【０１３６】
処理部１２Ｂは、隣接探索応答パケットが、自分宛か（ブロードキャストされる場合にはペイロードに自身のアドレスが有るか）確認する（Ｓ７０１）。処理部１２Ｂは、隣接探索応答パケットの宛先が自分宛の場合には、後述するステップＳ７０３の処理に移行し、自分宛以外の場合には、次の処理に移行する。
【０１３７】
処理部１２Ｂは、自分宛でない場合、受信した隣接探索応答パケットを記憶部１３Ｂに保存する（Ｓ７０２）。
【０１３８】
一方、処理部１２Ｂは、自分宛の場合、送信元ノードを親ノードに選択する動作を行う。ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、受信した隣接探索パケットに含まれるアドレスリストのうち、自身のアドレスが何番目に書かれているか確認する（ユニキャストで送信された場合は１番目となる）（Ｓ７０３）。
【０１３９】
次に、ジョイン時バックオフ時間計算部１５は、記憶部１３Ｂからこれまでに受信した隣接探索応答パケットのうち、自身の親ノードが送信元であるパケットを取得し、その中から宛先ノードの数を計数する（Ｓ７０４）。
【０１４０】
最後にジョイン時バックオフ時間計算部１５は、以上の情報を用いてネットワーク加入要求パケットを送信するまでの待ち時間を計算する（Ｓ７０５）。待ち時間は、（アドレスリストで自分より前に記載されているノード数＋これまでに受信した隣接探索応答パケットの宛先ノード数）×定数値として計算する。待ち時間の計算方法は、ここで示した方法だけに限定されないが、同じ親ノードを選択する他の参加ノードとネットワーク加入要求パケットの送信タイミングが重ならないように算出する。
【０１４１】
処理部１２Ｂは、待ち時間経過後にネットワーク加入要求パケットを生成し送信する（Ｓ７０６）。ここでネットワーク加入要求パケットはブロードキャストされ、ペイロードに選択した親ノードのアドレスが記載される。記憶部１３Ｂはこの時点で保持している隣接探索応答パケットを削除する。また、記憶部１３Ｂは保存してから一定時間経った場合も隣接探索応答パケットを削除する。
【０１４２】
（Ｃ−２−３）親ノードの動作（ネットワーク加入関連パケット受信時の動作）
図１５は、第３の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（ネットワーク加入関連パケット受信時の動作）を示すフローチャートである。
【０１４３】
処理部２２Ｂが、通信部１４からパケットを受信すると、以下の処理を開始する。
【０１４４】
処理部２２Ｂは、受信したパケットの種別を確認する（Ｓ８０１）。処理部２２Ｂは、受信パケットがネットワーク加入要求パケットの場合には後述するステップＳ８０４の処理に移行し、受信パケットが隣接探索パケットの場合には、次の処理を実行する。
【０１４５】
処理部２２Ｂは、隣接探索パケットを受信した場合、隣接探索応答パケットの送信待ち時間を決定し（Ｓ８０２）、受信した隣接探索パケットを保存する（Ｓ８０３）。送信待ち時間の算出方法は様々考えられるが、例えば、参加ノードにとって自身が親として良いノードであれば早く応答するように設定することで、参加ノードは良い親ノードを選択することができる。
【０１４６】
一方、処理部２２Ｂは、ネットワーク加入要求パケットを受信した場合、自分宛か否かを確認する（Ｓ８０４）。処理部２２Ｂは、受信パケットが自分宛以外の場合には後述するステップＳ８０６の処理に移行し、受信パケットが自分宛の場合には、次の処理を実行する。
【０１４７】
処理部２２Ｂは、自分宛の場合、送信元ノードとの間で参加認証を開始する（Ｓ８０５）。
【０１４８】
処理部２２Ｂは、自分宛で無い場合、記憶部２３からこれまでに受信した隣接探索パケットを取得する（Ｓ８０６）。
【０１４９】
処理部２２Ｂは、取得したパケットにネットワーク加入要求パケットの送信元ノードと同じノードから送られたパケットが存在するか確認する（Ｓ８０７）。
【０１５０】
処理部２２Ｂは、取得したパケットにネットワーク加入要求パケットの送信元ノードと同じノードから送られたパケットが存在する場合、記憶部２３から対象のパケットを削除する（Ｓ８０８）。
【０１５１】
（Ｃ−２−４）親ノードの動作（隣接探索応答パケット送信動作）
図１６は、第３の実施形態に係る無線中継装置（親ノード）の動作（隣接探索応答パケット送信動作）を示すフローチャートである。
【０１５２】
処理部２２Ｂは、隣接探索応答パケット送信待ち時間の間に隣接探索パケットを受信すると、そのパケットを記憶部２３Ｂに保存する（Ｓ９０１）。
【０１５３】
待ち時間経過後、処理部２２Ｂは記憶部２３Ｂから受信した隣接探索パケットを取得する（Ｓ９０２）。なお、この際、親ノードのネットワーク加入関連パケット受信時の動作で削除された隣接探索パケット（先述のステップＳ８０８の処理で削除されたパケット）は取得されない。
【０１５４】
処理部２２Ｂは、隣接探索パケットが１つ以上存在するか否かを確認する（Ｓ９０３）。処理部２２Ｂは、隣接探索パケットが１つも存在しなければ、隣接探索応答パケットを送信しない。
【０１５５】
一方、隣接探索パケット１つ以上存在した場合、処理部２２Ｂは、隣接探索応答パケットを生成する（Ｓ９０４）。隣接探索応答パケットのペイロードには、隣接探索パケットの送信元ノードアドレスのリストを記載する。リストへの記載順の決定方法は限定しないが、例えば自身が参加ノードの親ノードとして適している順番に記載する方法が考えられる。隣接探索応答パケットは通信部２４からブロードキャストされる。
【０１５６】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１５７】
第３の実施形態の無線通信システム１では、参加ノードがネットワーク加入手続きに失敗した時に、失敗した段階に応じて次の隣接探索パケット送信までのバックオフ時間の幅を決定するところに特徴がある。この特徴により、失敗のタイミングが重なったと考えられる場合にはバックオフ時間の幅を大きくすることで隣接探索パケットの衝突を抑制することができ、それ以外の場合にはバックオフ時間の幅を小さくすることで無駄な待ち時間待つことが無くなりネットワーク加入動作を効率化できる。
【０１５８】
また、第３の実施形態の無線通信システム１では、参加ノードが親ノード選択後にネットワーク加入要求パケットを送信するまでのバックオフ時間を、他の参加ノード宛の隣接探索パケットを用いて、送信タイミングが重ならないように決定するところに特徴がある。この特徴により、複数の参加ノードで親ノード選択タイミングが重なった場合にネットワーク加入要求パケットの衝突を抑制できる。
【０１５９】
そして、第３の実施形態の無線通信システム１では、親ノードがネットワーク加入要求パケットを受信した時に、そのパケットが自分宛でなく、そのパケットの送信元ノードへの隣接探索応答パケット送信待ち状態であるときに、そのノードへの隣接探索応答パケット送信を取り止めることに特徴が存在する。この特徴により、親ノードが不必要なパケットを送信しないことによる省電力効果や、参加ノードの認証パケットとの衝突回避効果が期待できる。
【０１６０】
（Ｄ）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。
【０１６１】
（Ｄ−１）第１の実施形態では、参加ノードは親ノードの残存認証可能ノード数が０で認証できなかった場合に代替親ノードを選択していたが、代替親ノードを選択せず、必ず同じ親ノードにバックオフしてからリトライする方法も考えられる。参加ノード周辺で車輻輳が発生していた場合に代替親ノードを選択してネットワーク加入関連のパケットを送信すると、その輻輳を助長することになるため、この方法により輻輳回避効果が期待される。また参加ノードは隣接探索応答パケットを記憶する必要がなくなるためメモリ消費を削減できる。
【０１６２】
（Ｄ−２）第１の実施形態では、参加ノードは代替親ノード候補が１つでもあれば代替親ノードを選択していたが、条件を決めておき、条件を満たした場合にのみ代替親として選択する方法も考えられる。条件とは、例えば親選択の指標値がある一定値以上である、などである。このような方法により、参加ノードにとって親選択の指標値が良くないノードは親に選択されないため、輻輳以外の要因、例えば物理的距離が離れていることによるパケットロスでのパケット再送を抑制できる。
【０１６３】
（Ｄ−３）第３の実施形態では、参加ノードは自分宛以外の隣接探索応答パケットも保存し、ネットワーク加入要求パケット送信待ち時間の算出に使用していたが、ブロードキャストで受信した隣接探索応答パケットのみを使用して送信待ち時間を算出する方法も考えられる。自分宛以外のパケットも受信する方法ではノードの電池消費が大きい。また参加ノードが多い場合には大量の隣接探索応答パケットを保持する必要がある。ここで挙げた方法により、これらの問題を解決することができる。
【０１６４】
（Ｄ−４）第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態をそれぞれ独立した構成として説明したが、これらは複数同時に適用可能であり、その組み合わせ方も自由である。実施形態を組み合わせて使用することにより、それぞれの実施形態の効果を得ることができる。
【０１６５】
例えば、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて使用する場合、第１の実施形態の残存認証可能セッション数を、第２の実施形態におけるネットワーク探索応答パケットに含める親選択の指標値の計算に使用することができる。また、残存認証可能セッション数が０の場合はネットワーク探索応答パケットを送信しない判断が可能となる。このような方法により、親ノードは不必要な探索応答パケットを送信しなくなるため、輻輳を抑制できる。
【符号の説明】
【０１６６】
１…無線通信システム、１０、１０Ａ、１０Ｂ…無線通信装置、１１…認証失敗時動作決定部、１２、１２Ａ、１２Ｂ…処理部、１３、１３Ｂ…記憶部、１４…通信部、１５…ジョイン時バックオフ時間計算部、２０、２０Ａ、２０Ｂ…無線中継装置、２１…認証可能セッション数計算部、２２、２２Ａ、２２Ｂ…処理部、２３、２３Ｂ…記憶部、２４…通信部、２５…通信品質決定部、３０…管理装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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