(57)【要約】【課題】無線制御ネットワーク管理システムの信頼性を向上すること。【解決手段】有線ネットワークを介し接続される監視制御用ホストと無線回線を介して接続され無線ネットワークを構成する複数の無線ノードとのデータ通信を中継するゲートウェイ装置において、前記監視制御用ホストからのデータを前記各無線ノードの少なくともいずれか一つに送信する無線通信手段と、前記無線通信手段が前記データを前記無線ノードに送信するとともに、このデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送するリダイレクト手段と、を具備することを特徴とする。【選択図】                      図１
2010141656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有線ネットワークを介し接続される監視制御用ホストと無線回線を介して接続され無線ネットワークを構成する複数の無線ノードとの間のデータ通信を中継するゲートウェイ装置において、
前記監視制御用ホストからのデータを前記各無線ノードの少なくともいずれか一つに送信する無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記データを前記無線ノードに送信するとともに、このデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送するリダイレクト手段と、を具備することを特徴とするゲートウェイ装置。
【請求項２】
前記各無線ノードのネットワークアドレスと前記各無線ノード間の無線回線の通信品質とが少なくとも記憶されている無線ノードリストを、他のゲートウェイ装置と前記有線ネットワークを介して交換して相互に共有する無線ノードリスト管理手段を具備し、
前記リダイレクト手段は、
前記無線ノードリスト管理手段により得た他のゲートウェイ装置の前記無線ノードリストに基づき、自機から前記監視制御用ホストからのデータの最終送信先である無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードに接続される前記各ゲートウェイ装置を選択し、前記データを転送することを特徴とする
請求項１記載のゲートウェイ装置。
【請求項３】
前記監視制御用ホストおよび前記他のゲートウェイ装置と前記有線ネットワークを介してデータの送受を行う有線通信手段と、
前記無線ノードリストおよび経路情報を格納する記憶手段と、
前記監視制御用ホストからのデータおよび前記無線ノードリストに基づいて、送信すべき次ホップの無線ノードとして自機から前記最終送信先無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードを選択する経路選択手段と、
前記有線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データと前記無線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データとを相互に変換する通信プロトコル変換手段と、
前記通信プロトコル変換手段により無線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データに変換された前記監視制御用ホストからのデータを、前記経路選択手段で選択された無線ノードに送信する前記無線通信手段と、を具備することを特徴とする
請求項１または請求項２記載のゲートウェイ装置。
【請求項４】
有線ネットワークを介し複数のゲートウェイ装置に接続される監視制御用ホストと無線ネットワークを構成する複数の無線ノードとが前記各ゲートウェイ装置の少なくともいずれか一つを介してデータ通信を行う無線制御ネットワーク管理システムにおいて、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のゲートウェイ装置を具備することを特徴とする無線制御ネットワーク管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲートウェイ装置およびこれを用いた無線制御ネットワーク管理システムに関し、特に、システムの信頼性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえばインダストリアルオートメーションにおけるプロセス制御システムを、無線通信を利用した無線制御ネットワークシステムを構成することが提案されている。これは、従来の制御システムが有線ネットワークとして構成されていたことに起因して、通信距離の制限や配線の引き回しの制約などで温度や流量などを測定するセンサをプラント内の最適位置に設置できず、制御精度が低下する不都合を解消するためのものである。
【０００３】
またこの無線制御ネットワークシステムの動作を制御し、プラント全体の動作を最適にするための無線制御ネットワーク管理システムが提案されている。
【０００４】
このような従来の無線制御ネットワーク管理システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５１５６９５号公報
【０００６】
図７は、従来のゲートウェイ装置を用いた無線制御ネットワーク管理システムの一例を示す構成ブロック図である。図７において、従来の無線制御ネットワーク管理システムは、無線ノード４１〜４８からのデータを収集・記憶してシステム全体を制御する監視制御用ホスト１と、各無線ノードと通信を行うゲートウェイ装置２、３（以下、ＧＷ装置という。また図中はＧＷと表す）と、たとえば温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能、または制御弁を制御するアクチュエータ機能などのフィールド機器の有する各種機能や測定データを無線伝送する無線通信機能を有する無線ノード４１〜４８（図中はＷＮと表す）とから構成される。
【０００７】
すなわち無線ノード４１〜４８は、差圧計、流量計、温度計、アクチュエータ、コントローラなどの各種フィールド機器（以下、フィールド機器という）の機能を有する。
【０００８】
各無線ノードとデータ通信を行う監視制御用ホスト１（以下、ホストという）は、ＩＰプロトコルにてデータ通信が行われているＩＰネットワークＮＷ１００を介してＧＷ装置２、３に接続される。
【０００９】
ＧＷ装置２は無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）を介して無線ノード４１、４２と接続され、ＧＷ装置３は無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）を介して無線ノード４２、４３と接続される。
【００１０】
無線ノード４１は無線回線を介して無線ノード４４と接続され、無線ノード４２は無線回線を介して無線ノード４４、４５と接続され、無線ノード４３は無線回線を介して無線ノード４５と接続される。
【００１１】
また、無線ノード４４は無線回線を介して無線ノード４６、４７と接続され、無線ノード４５は無線回線を介して無線ノード４７、４８と接続される。
【００１２】
なお無線ノード４１〜４８はメッシュ型のマルチホップ無線ネットワークを形成している。つまりＧＷ装置２、３とホスト１は有線ネットワークを形成し、ＧＷ装置２、３、無線ノード４１〜４８は無線ネットワークを形成する。
【００１３】
特に図示しないがＧＷ装置２および３は、無線ノードとの間で無線通信を行う無線通信手段、ＩＰネットワークＮＷ１００を介してホスト１または他のＧＷ装置２または３との間でＩＰプロトコルに基づく通信を行う通信手段（有線）、各手段の動作を制御する演算制御部、ＧＷ装置として動作させるためのプログラムや自機器からホスト１に到達するまでの経路情報などが格納されている記憶手段から構成されている。
【００１４】
また無線ノード４１〜４８は、他の無線ノードやＧＷ装置２または３との間で無線通信を行う無線通信手段、各手段の動作を制御する演算制御部、無線ノードとして動作させるためのプログラムや無線ノードからＧＷ装置に到達するまでの経路情報などが格納されている記憶手段から構成されている。
【００１５】
ここで無線ノード４１〜４８は、アドレス／名前解決とともに経路探索を行ったり、オペレータが事前に各無線ノードに経路情報を設定することにより、データをＧＷ装置２または３に転送するための経路情報をあらかじめ把握している。
【００１６】
またＧＷ装置２、３も、アドレス／名前解決とともに経路探索を行ったり、オペレータが事前に各無線ノードに経路情報を設定することにより、各無線ノード４１〜４８またはホスト１に到達するまでの経路情報をあらかじめ把握している。
【００１７】
図８は従来の無線制御ネットワーク管理システムにおけるホスト１と無線ノード４７とのデータ通信についての説明図であり、図８中に動作の説明（各ステップの説明）も記載している。
【００１８】
ステップＳＰ１０１において、ホスト１は、経路情報に基づき無線ノード４７宛の経路を解決する、すなわち、経由するＧＷ装置（たとえばＧＷ装置２）を選択する。このＧＷ装置の選択には、オペレータがデフォルトゲートウェイを指定する方法、ＩＰネットワークで用いられるＡＲＰ（Address Resolution Protocol）を利用する方法などがあるがいずれの手段によるものでもよい。
【００１９】
ステップＳＰ１０２において、ホスト１は、ＩＰプロトコルを利用しＩＰネットワークＮＷ１００を介してデータをＧＷ装置２に送信する。
【００２０】
ステップＳＰ１０３において、ＧＷ装置２は、ホスト１からＩＰネットワークＮＷ１００を介して受信したデータを図示しない無線通信手段から送信して無線ノード４７とデータ通信をするため、たとえばＩＰプロトコル用のデータ構造から無線ネットワークＮＷ２００で用いられるメッシュプロトコル用のデータなどに、通信プロトコルを変換する。
【００２１】
ステップＳＰ１０４において、ＧＷ装置２は、経路情報に基づき無線ノード４７にデータを送達するための最適な経路を選択し、無線回線を介しメッシュネットワーク上の無線ノード４１にデータを送信する。なおメッシュの経路選択手法（ルーティング手法）の代表的な例としてはZigBeeやISA100.11aなどが挙げられる．
【００２２】
ステップＳＰ１０５において、無線ノード４１は、ＧＷ装置２から受信したデータを、経路情報に基づき無線ノード４７にデータを送達するための最適な経路を選択し、無線回線を介し無線ノード４４に送信する。
【００２３】
ステップＳＰ１０６において、無線ノード４４は、無線ノード４１から受信したデータを、経路情報に基づき無線回線を介し無線ノード４７に送信する。
【００２４】
このように従来のゲートウェイ装置を利用した無線制御ネットワーク管理システムは、ホスト１と各無線ノードとがデータ通信できることにより、たとえばホスト１がアクチュエータの機能を有する無線ノードに制御弁の弁開度を調整するための制御データの送受信が可能となり、プラントの最適な運転を支援することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、従来のゲートウェイ装置およびこれを利用した無線制御ネットワーク管理システムは、無線通信には障害物やノイズといった特有のエラー要因が存在し、メッシュネットワーク上にこれらの通信障害が発生した場合、ホスト１、ＧＷ装置２、３、無線ノード４１〜４８におけるデータロスの可能性が高くなるという問題点があった。
【００２６】
また、メッシュネットワークの経路冗長性を用いて上記の通信障害を回避し得る技術も提案されてはいるが、しかしこのような技術であっても、広いエリアあるいはＧＷ装置の周辺に無線通信障害が発生した場合はエラーを回避できないという問題点があった。
【００２７】
また、ホスト１により選択されたＧＷ装置とデータ送信先とする無線ノードの位置関係によっては、メッシュ経路の距離、すなわち無線ノード間の物理的距離やホップ数が大きくなり、無線の通信エラーが発生する可能性が高まるという問題点があった。
【００２８】
またこのような上記の問題を回避するために、たとえば、ホストがＧＷ装置の選択解決する際にメッシュ経路を最新に更新して、最適な経路を選択する仕組みを用いることも提案されてはいるが、しかしこのような技術であっても、一般的にメッシュ経路の更新には制御パケットのブロードキャストや通信リンク情報の通知といったデータ交換が必要となり、これを過度に行うとパケットの氾濫を招き、輻輳による負荷増大や電波干渉といった通信障害を引き起こす可能性が高くなるという問題点があった。
【００２９】
また、経路更新の頻度を調整することで輻輳の影響を緩和することも可能ではあるが、無線ネットワークの通信環境は物理条件の変化や無線ノードの移動に応じて変化するので、更新の頻度によっては最適経路の維持が難しくなるという問題点があった。
【００３０】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、無線制御ネットワーク管理システムの信頼性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
有線ネットワークを介し接続される監視制御用ホストと無線回線を介して接続され無線ネットワークを構成する複数の無線ノードとのデータ通信を中継するゲートウェイ装置において、
前記監視制御用ホストからのデータを前記各無線ノードの少なくともいずれか一つに送信する無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記データを前記無線ノードに送信するとともに、このデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送するリダイレクト手段と、を具備することを特徴とするゲートウェイ装置である。
【００３２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のゲートウェイ装置において、
前記各無線ノードのネットワークアドレスと前記各無線ノード間の無線回線の通信品質とが少なくとも記憶されている無線ノードリストを、他のゲートウェイ装置と前記有線ネットワークを介して交換して相互に共有する無線ノードリスト管理手段を有し、
前記リダイレクト手段は、
前記無線ノードリスト管理手段により得た他のゲートウェイ装置の前記無線ノードリストに基づき、自機から前記監視制御用ホストからのデータの最終送信先である無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードに接続される前記各ゲートウェイ装置を選択し、前記データを転送することを特徴とする。
【００３３】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のゲートウェイ装置において、
前記監視制御用ホストおよび前記他のゲートウェイ装置と前記有線ネットワークを介してデータの送受を行う有線通信手段と、
前記無線ノードリストおよび経路情報を格納する記憶手段と、
前記監視制御用ホストからのデータおよび前記無線ノードリストに基づいて、送信すべき次ホップの無線ノードとして自機から前記最終送信先無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードを選択する経路選択手段と、
前記有線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データと前記無線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データとを相互に変換する通信プロトコル変換手段と、
前記通信プロトコル変換手段により無線ネットワークで用いられる通信プロトコルによる通信データに変換された前記監視制御用ホストからのデータを、前記経路選択手段で選択された無線ノードに送信する無線通信手段と、を具備することを特徴とする。
【００３４】
請求項４記載の発明は、
有線ネットワークを介し複数のゲートウェイ装置に接続される監視制御用ホストと無線ネットワークを構成する複数の無線ノードとが前記各ゲートウェイ装置の少なくともいずれか一つを介してデータ通信を行う無線制御ネットワーク管理システムにおいて、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のゲートウェイ装置を具備することを特徴とする無線制御ネットワーク管理システムである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るゲートウェイ装置及びこれを利用した無線制御ネットワーク管理システムによれば、無線通信手段がデータを無線ノードに送信するとともに、リダイレクト手段がこのデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送することにより、メッシュネットワークのデータ伝送経路を冗長化することができ、結果として無線の通信障害 (障害物やノイズ)を回避しやすくなり、無線制御ネットワーク管理システムの信頼性が向上する。
【００３６】
また本発明では、プラント内の環境変化に応じてリダイレクトするＧＷ装置を適切に選択することが可能であるため、無線ネットワークのロバスト性を高め、プラントシステム全体の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は本発明に係るゲートウェイ装置を用いた無線制御ネットワーク管理システムの一例の一実施例を示す構成図であり、図７などと共通する手段分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図７との相違点は、図１ではＧＷ装置２、３がホスト１から受信した無線ノード宛のデータを他のＧＷ装置３または２に転送するリダイレクト手段を有することなどである。
【００３８】
図１において、本発明に係る無線制御ネットワーク管理システムは、監視制御用ホスト１（以下、ホスト１という）と、ゲートウェイ装置２、３（以下、ＧＷ装置という。また図中はＧＷと表す）と、無線ノード４１〜４８（図中はＷＮと表す）とから構成される。
【００３９】
ホスト１は、無線ノード４１〜４８からのデータを収集・記憶してシステム全体を制御する。ＧＷ装置２、３は各無線ノードと通信を行う。
【００４０】
無線ノード４１〜４８は、たとえば温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能、または制御弁を制御するアクチュエータ機能などのフィールド機器の有する各種機能や測定データを無線伝送する無線通信機能を有する。すなわち無線ノード４１〜４８は、差圧計、流量計、温度計、アクチュエータ、コントローラなどの各種フィールド機器（以下、フィールド機器という）の機能を有する。
【００４１】
各無線ノードとデータ通信を行う監視制御用ホスト１（以下、ホストという）は、ＩＰプロトコルにてデータ通信が行われているＩＰネットワークＮＷ１００を介してＧＷ装置２、３に接続される。
【００４２】
ＧＷ装置２は無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）を介して無線ノード４１、４２と接続され、ＧＷ装置３は無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）を介して無線ノード４２、４３と接続される。
【００４３】
無線ノード４１は無線回線を介して無線ノード４４と接続され、無線ノード４２は無線回線を介して無線ノード４４、４５と接続され、無線ノード４３は無線回線を介して無線ノード４５と接続される。
【００４４】
また、無線ノード４４は無線回線を介して無線ノード４６、４７と接続され、無線ノード４５は無線回線を介して無線ノード４７、４８と接続される。
【００４５】
なお無線ノード４１〜４８はメッシュ型のマルチホップ無線ネットワークを形成している。つまりＧＷ装置２、３とホスト１は有線ネットワークを形成し、ＧＷ装置２、３、無線ノード４１〜４８は無線ネットワークを形成する。
【００４６】
図２は、図１のＧＷ装置２の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。図２において、無線通信手段２１および通信手段２２（有線通信手段）は演算制御部２３に接続され、演算制御部２３は記憶手段２４に接続されている。
【００４７】
通信手段２２は、主にホスト１との間で、たとえばＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づくデータ通信をホスト１と行う。無線通信手段２１は、たとえば無線通信を送受信するためのアンテナ素子を備えるものであって、主に無線ノード４１〜４２や図示しない他の無線ノードとの間で無線通信を行う。
【００４８】
演算制御部２３（たとえばＣＰＵ）は、各種機能や各手段の動作を制御する。記憶手段２４はたとえばＲＡＭやＲＯＭなどであり、主にＯＳやＧＷ装置として動作させるためのプログラムやアプリケーション、これらプログラムなどの実行時に使用されるデータ、自機器からホスト１に到達するまでの経路情報などの各種情報を格納する。
【００４９】
図３は、図１のＧＷ装置２を構成する演算制御部２３の機能ブロック例図である。演算制御部２３は、データ送受手段２３ａと、中継テーブル管理手段２３ｂと、無線ノード情報管理手段２３ｃと、経路情報管理手段２３ｄと、取得データ管理手段２３ｅと、通信設定手段２３ｆと、リダイレクト手段２３ｇと、経路選択手段２３ｈを有する。
【００５０】
データ送受手段２３ａは、主に有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのプロトコル変換を行い、通信のためのデータフレームを生成して無線通信手段２１、通信手段２２を制御してデータの送受信を行う。またデータ送受手段２３ａは、マルチホップ通信におけるデータを中継する機能を有する。このデータ中継アルゴリズムには任意のものを用いて良い。
【００５１】
データ送受手段２３ａによる有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのプロトコル変換は、ホスト１または各無線ノードから受信するパケットデータそのものに含まれている相互の最終宛先アドレス情報に基づいてデータを転送する。
【００５２】
中継テーブル管理手段２３ｂは、有線ネットワークおよび無線ネットワーク双方のネットワークシステムで共通に認識可能なＩＤ(たとえば、ＩＰアドレス)に基づき、ＧＷ装置が相互のアドレス変換を行うための中継用テーブルを作成・管理する。
【００５３】
中継テーブル管理手段２３ｂは、無線ノードの情報を登録・管理する手法としてホスト機器あるいは無線ノードからの広告パケットまたはその他のデータに基づいて動的に各機器のアドレスを抽出・登録して中継用テーブルを作成する。または、あらかじめオペレータにより静的に登録した情報に基づき中継用テーブルを作成するものでもよい。
【００５４】
無線ノード情報管理手段２３ｃは、主に自機器から到達可能な無線ノードのアドレス管理機能を有し、これらの無線ノード情報を格納する無線ノードリストを記憶手段２４に登録・格納し、このリストを他のＧＷ装置と相互共有するために各ＧＷ装置２２に通知する(たとえば、データ交換プロトコルに基づき動作する)。
【００５５】
無線ノード情報管理手段２３ｃが管理する無線ノードの情報には、たとえば無線ノードを識別するためのアドレス、ＩＤ、名前などの情報や、無線ノードに到達可能な他のＧＷ装置のアドレス等がある。また無線ノード情報管理手段２３ｃは、無線ネットワーク構成を登録・格納するものでもよい。
【００５６】
また、この無線ノードリストには、ＧＷ装置から無線ノードへの通信品質指標(たとえばホップ数など)と、ＧＷ装置の物理的な配置がわかる情報(たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）による位置情報など)が含まれるものでもよい。
【００５７】
経路情報管理手段２３ｄは、主に自機器からホスト１または自機器から無線ノード４１〜４８に到達するまでの経路情報などを格納する。また、ＧＷ装置の設置場所、アドレスなどのネットワーク情報を含む経路制御データを各無線ノードに通知する。
【００５８】
なお、経路情報は、少なくとも無線ノードやＧＷ装置のＩＰアドレスなどの次のホップの宛先とＧＷ装置のＩＰアドレスである最終的な宛先が記憶されていればよく、この経路情報と経路コスト情報とは互いに関連付けされている。
【００５９】
また、経路コスト情報は、データの送信元から送信先へ到達するまでの経路全体の通信品質を表す指標であり、たとえば、各無線ノードおよびＧＷ装置によりそれぞれ算出されるホップ数や電波の受信強度の積算値、ビットエラーレート、位置情報（ＧＰＳや三点測量などを用いたもの）などでもよい。
【００６０】
経路情報管理手段２３ｄは、経路情報を登録・管理する手法として動的に探索処理を行い各無線ノードまたは他のＧＷ装置から配送される経路制御パケットを受信して自身の経路情報としつつ、またはホスト機器あるいは無線ノードからの広告パケットまたはその他のデータに基づいて動的に各機器のアドレスを抽出・登録することにより経路情報を作成する。または、あらかじめオペレータが手動で静的に経路情報を登録するものでもよい。
【００６１】
取得データ管理手段２３ｅは、無線通信手段２１を介して受信しデータ送受手段２３ａで抽出取得した各無線ノード４１〜４８から受信したデータ（測定データなど）を記憶手段２４に記憶する。
【００６２】
通信設定手段２３ｆは、無線通信手段２１の出力、周波数、変調方式などの無線通信の物理的特性に関わる設定を変更し、これら無線通信設定情報を記憶手段２４に記憶する。
【００６３】
リダイレクト手段２３ｇは、ホスト１から受信した所定の無線ノード宛のデータをＩＰネットワークＮＷ１００を介して他ＧＷ装置へリダイレクト(転送)する。リダイレクト手段２３ｇは、無線ノードリストを参照してリダイレクト先を決定する。
【００６４】
またリダイレクト手段２３ｇは、リダイレクト先として選択するＧＷ装置の数や選択基準については、保有するノード情報に基づいて任意のアルゴリズムを用いるものでよい。
【００６５】
このアルゴリズムは、あらかじめ固定的に設定されていても、システム運用中にポリシーを途中変更することができるようなものであっても構わない。具体的には、リダイレクト手段２３ｇは、メッシュ経路を最適化するために、無線ノードリストに格納されている所定の指標（最終宛先である無線ノードへの通信品質、ゲートウェイ間の物理的距離）に基づき、リダイレクト先のＧＷ装置を選択するアルゴリズムを用いる。これらの指標を用いることで個々のゲートウェイと無線ノードの通信品質が最適であって物理的に分散しているＧＷ装置を用いることにより、無線電波の輻輳を緩和できる。
【００６６】
経路選択手段２３ｈは、ホスト１からのデータおよび無線ノードリストに基づいて、送信すべき次ホップの無線ノードとしてＧＷ装置２からホスト１から受信したデータの最終送信先無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードを選択する。
【００６７】
また、特に図示しないがＧＷ装置３も上述のＧＷ装置２と同様の構成である。
【００６８】
図４は、図１の無線ノード４１の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。図４において、無線通信手段４１ａは演算制御部４１ｂに接続され、演算制御部４１ｂは記憶手段４１ｃに接続されている。
【００６９】
無線通信手段４１ａは、主にＧＷ装置との間で通信を行い、たとえばＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づくデータ通信をＧＷ装置と行う。無線通信手段４１ａは、主に他の無線ノードや図示しない他のＧＷ装置との間で無線通信を行う。
【００７０】
演算制御部４１ｂ（たとえばＣＰＵ）は、各種機能や各手段の動作を制御する。記憶手段４１ｃには、主にＯＳや無線ノードとして動作させるためのプログラムやアプリケーション、これらプログラムなどの実行時に使用されるデータ、自ノードから他の無線ノードまたはＧＷ装置に到達するまでの経路情報、経路コスト情報、各ＧＷ装置の無線通信における出力、周波数、変調方式等の無線通信の物理的特性情報などの各種情報が格納されている。無線ノード４２〜４８も無線ノード４１と同様の構成である。
【００７１】
なお、経路情報は、少なくとも無線ノードやＧＷ装置のＩＰアドレスなどの次のホップの宛先とＧＷ装置のＩＰアドレスである最終的な宛先が記憶されていればよく、この経路情報と経路コスト情報とは互いに関連付けされている。
【００７２】
また、経路コスト情報は、データの送信元から送信先へ到達するまでの経路全体の通信品質を表す指標であり、たとえば、各無線ノードおよびＧＷ装置によりそれぞれ算出されるホップ数や電波の受信強度の積算値、ビットエラーレート、位置情報（ＧＰＳや三点測量などを用いたもの）などでもよい。
【００７３】
図５は、図１の無線ノード４１を構成している演算制御部４１ｂの機能ブロック例図である。データ送受手段は、主にデータフレームを生成し、データの送受信を行う。経路情報格納手段は、主に次ホップアドレスや各無線ノードまたはＧＷ装置に到達するまでの経路情報、経路コスト情報などを格納する。
【００７４】
経路情報提供手段は、自ノードおよび他の無線ノードの設置場所、アドレスなどのネットワーク情報を他の無線ノードに通知する。
【００７５】
経路選択手段は、経路情報格納手段の経路情報、経路コスト情報および他の無線ノードまたはＧＷ装置２、３の無線通信における出力、周波数、変調方式等の無線通信の物理的特性に基づいて、他の無線ノードまたはＧＷ装置に測定データを転送するための最適な経路を選択する。センサ手段は、図示しないセンサを制御して流量や温度などの物理量を測定する。
【００７６】
また、特に図示しないが、図１のホスト１は、ＩＰネットワークＮＷ１００におけるデータ通信を行う通信手段、転送先の無線ノードおよびＧＷ装置のネットワークアドレスを解決するための機能・無線ネットワークを監視し制御アプリケーションなどを実行制御しり機能などのホスト１の各機能を制御する演算制御部、主にＯＳやホスト１として動作させるためのプログラムやアプリケーション、これらプログラムなどの実行時に使用されるデータ、ホスト１からＧＷ装置２、３に到達するまでの経路情報などを格納する記憶手段を具備する。
【００７７】
なおホスト１が転送先の無線ノードまたはＧＷ装置のアドレスを解決する際に用いる手法はどのようなものでもよく、ＩＰネットワークＮＷ１００上ではＡＲＰやIPv6 Neighbor Discovery、またはそれらを拡張したアドレス解決機構を用いるものでもよい。
【００７８】
なお、本発明ではＩＰネットワークＮＷ１００を介してデータ通信をすると説明したが、特にこれに限定されるものではなく、他のネットワークシステム、たとえば、FF（Foundation Fieldbus(登録商標)）、MODBUS，BACnetといった工業用ネットワークを用いるものであってもよい。
【００７９】
図５は本発明に係るゲートウェイ装置およびこれ利用した無線制御ネットワーク管理システムの各無線ノード情報がＧＷ装置に登録される動作の説明図であり、図６は本発明に係るＧＷ装置が受信したデータを他のＧＷ装置にリダイレクトする動作の説明図である。また図５、６中に動作の説明（各ステップの説明）も記載している。
【００８０】
図５中ステップＳＰ２０１において、無線ノード４１〜４８およびＧＷ装置２、３との間でメッシュネットワークが形成される。具体的には、各無線ノード４１〜４８およびＧＷ装置２、３は、オペレータにより手動で固定的に設定されてメッシュネットワークを構成するものであってもよいし、各無線ノード４１〜４８が経路探索を行うことで動的に経路を確立しメッシュネットワークを構成するものであってもよい。後者の方法を用いる場合には、たとえばＧＷ装置が無線ネットワーク内へ経路情報を配送する仕組みを用いることができる。
【００８１】
ステップＳＰ２０２において、ＧＷ装置２または３の無線ノード情報管理手段２３ｃは、無線ノード４１〜４８の無線ノード情報を取得し、記憶部２４の無線ノードリストに登録し記憶する。なおメッシュネットワーク上の全無線ノードの無線ノード情報が登録されるまで繰り返し行われるものでもよい。
【００８２】
具体的には、無線ノード４１〜４８がＧＷ装置２、３に登録依頼パケットを送信し、ＧＷ装置２、３の無線ノード情報管理手段がこの登録パケットから必要な無線ノードを抽出し無線ノード情報として無線ノードリストに記憶する。またはオペレータにより無線ノードリストにあらかじめ設定しておくものであってもよい。
【００８３】
ステップＳＰ２０３において、ＧＷ装置２または３の無線ノード情報管理手段２３ｃは、他のＧＷ装置との間で無線ノードリストを共有する。
【００８４】
具体的には、ＧＷ装置の無線ノード情報管理手段は、定期的にＩＰネットワークＮＷ１００を介してＧＷ装置２、３および他のＧＷ装置と無線ノードリストを含むデータを交換する。またはＧＷ装置の無線ノード情報管理手段は、無線ノードの追加・削除により無線ノードリストが更新され変更が生じた場合に、ＧＷ装置２または３および他のＧＷ装置に無線ノードリストの差分を通知するものであってもよい。
【００８５】
このように本発明に係るＧＷ装置は、メッシュネットワークを構成する無線ノードの無線ノード情報を把握し、有線ネットワークを介して他のＧＷ装置との間で無線ノード情報を相互共有することにより、無線制御ネットワーク管理システムの各無線ノード情報を把握・記録できる。
【００８６】
図６中ステップＳＰ３０１において、ホスト１は、最終送信先を無線ノード４７としてデータを送信するために、最適なメッシュネットワーク経路を構成するＧＷ装置を選択する。具体的には、ホスト１は記憶部に記憶されている経路情報および最終送信先の無線ノード４７までの各ホップの通信品質などの経路コスト情報に基づき、最適な経路およびその最適な経路を構成するＧＷ装置２または３を選択する。
【００８７】
ステップＳＰ３０２において、ホスト１は、ステップＳＰ３０１で選択されたＧＷ装置２にＩＰネットワークＮＷ１００を介してデータを送信する。
【００８８】
ステップＳＰ３０３において、ＧＷ装置２の経路選択手段２３ｈは、ホスト１から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部２４の中継テーブル、経路情報・経路コスト情報に基づき自機から最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を構成する無線ノード４１を選択する。
【００８９】
具体的には、経路選択手段２３ｈは、ホスト１からのデータおよび無線ノードリストに基づいて、送信すべき次ホップの無線ノードとしてＧＷ装置２から最終送信先無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノード４１を選択する。
【００９０】
ステップＳＰ３０４において、ＧＷ装置２のデータ送受手段２３ａは、ホスト１から受信したデータに基づき、有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのプロトコル変換を行い、各無線ノードと通信するためのデータフレームを生成し無線通信手段２１制御してデータをステップＳＰ３０３で選択された無線ノード４１に送信する。なおＧＷ装置２から無線ノード４１に転送されたデータの流れは後述のステップＳＰ３０６〜ＳＰ３０７に記した。
【００９１】
ステップＳＰ３０５において、ＧＷ装置２のリダイレクト手段２３ｇは、ホスト１から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部２４の無線ノードリスト、その経路情報・経路コスト情報などに基づいて、自機から最終送信先までのメッシュネットワーク経路を構成するＧＷ装置３を選択し、ＩＰネットワークＮＷ１００を介してＧＷ装置３へリダイレクト(転送)する。なおＧＷ装置３から無線ノード４７へのデータの流れは後述のステップＳＰ３０８〜ＳＰ３１０に記した。
【００９２】
このとき、リダイレクト手段２３ｇは、リダイレクト先として選択するＧＷ装置の数や選択基準については、保有するノード情報に基づいて任意のアルゴリズムを用いるものでよく、ＩＰネットワークＮＷ１００を介して複数のＧＷ装置にデータをリダイレクト（転送）するものでもよい。このため複数のＧＷ装置を経由することになり、メッシュネットワークのデータ伝送経路を冗長化することができる。
【００９３】
また、リダイレクト手段２３ｇは、記憶部２４の無線ノードリスト、その経路情報・経路コスト情報（最終宛先である無線ノードへの通信品質、ＧＷ装置間の物理的距離）などに基づいて、自機から最終送信先までのメッシュネットワーク経路を構成するＧＷ装置であって、そのメッシュネットワーク経路を構成する各無線ノード間の通信品質が最適で、かつ、物理的に分散しているＧＷ装置を選択し、データをリダイレクト(転送)するものでもよい。
【００９４】
いいかえればリダイレクト手段２３ｇは、無線ノード情報管理手段により得た他のゲートウェイ装置の無線ノードリストに基づき、自機からホスト１からのデータの最終送信先である無線ノードまでの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノードに接続される各ゲートウェイ装置を選択し、データを転送する。
【００９５】
このため、個々のゲートウェイと無線ノードの通信品質が最適であって物理的に分散しているＧＷ装置を用いることにより、無線電波の輻輳を緩和できる。
【００９６】
一方、ステップＳＰ３０６において、無線ノード４１は、ＧＷ装置２から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部の経路情報・経路コスト情報に基づき、自ノードから最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を構成する無線ノード４７にデータを送達するための最適な経路を構成する無線ノード４４を選択し、受信したデータを無線回線を介して無線ノード４４に送信する。
【００９７】
ステップＳＰ３０７において、無線ノード４４は、無線ノード４１から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部の経路情報・経路コスト情報に基づき、自ノードから最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を選択し受信したデータを無線回線を介して無線ノード４７に送信する。
【００９８】
他方、ステップＳＰ３０８において、ＧＷ装置３の経路選択手段は、ホスト１から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部の経路情報・経路コスト情報に基づき自機から最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を構成する無線ノード４３を選択する。
【００９９】
具体的には、経路選択手段は、ホスト１からのデータおよび無線ノードリストに基づいて、送信すべき次ホップの無線ノードとしてＧＷ装置３から最終送信先無線ノード４７までの通信品質の良好な通信経路を構成する無線ノード４３を選択する
【０１００】
ステップＳＰ３０９において、ＧＷ装置３のデータ送受手段は、ホスト１から受信したデータに基づき、有線ネットワークと無線ネットワークを相互接続するためのプロトコル変換を行い、各無線ノードと通信するためのデータフレームを生成し無線通信手段を制御してデータをステップＳＰ３０８で選択された無線ノード４３に送信する。
【０１０１】
ステップＳＰ３１０において、無線ノード４３は、ＧＷ装置３から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部の経路情報・経路コスト情報に基づき、自ノードから最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を構成する無線ノード４７にデータを送達するための最適な経路を構成する無線ノード４５を選択し、受信したデータを無線回線を介して無線ノード４５に送信する。
【０１０２】
ステップＳＰ３１１において、無線ノード４５は、無線ノード４３から受信したデータから最終送信先（無線ノード４７）を抽出し、記憶部の経路情報・経路コスト情報に基づき、自ノードから最終送信先までの最適なメッシュネットワーク経路を選択し受信したデータを無線回線を介して無線ノード４７に送信する。
【０１０３】
このように、無線通信手段がデータを無線ノードに送信するとともに、リダイレクト手段がこのデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送することにより、メッシュネットワークのデータ伝送経路を冗長化することができ、結果として無線の通信障害 (障害物やノイズ)を回避しやすくなり、無線制御ネットワーク管理システムの信頼性が向上する。
【０１０４】
また本発明では、プラント内の環境変化に応じてリダイレクトするＧＷ装置を適切に選択することが可能であるため、無線ネットワークのロバスト性を高め、プラントシステム全体の信頼性を高めることができる。
【０１０５】
また本発明では、無線通信手段がデータを無線ノードに送信するとともに、リダイレクト手段がこのデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送することにより、ホスト１と各無線ノードとが冗長的にデータ通信できることにより、たとえばホスト１がアクチュエータの機能を有する無線ノードに制御弁の弁開度を調整するための制御データのデータ通信の信頼性が向上し、プラントの最適な運転を支援することができる。
【０１０６】
また、上記実施例では、無線制御ネットワーク管理システムがインダストリアルオートメーションにおけるプラントの運転を支援する例を説明したが、特にこれに限定されるものではなく、たとえばファクトリーオートメーションにおける浄水場の制御システムや、ビルの空調・照明システムなどの運転を支援するものであっても構わない。
【０１０７】
たとえば、ビルオートメーションシステムにおいては、照明やスイッチなどを無線ノードとした場合、無線ノードが設置されるビル内部も機器や什器など多くの障害物が存在するので電波障害も生じやすい。
【０１０８】
この場合には、本発明に係るゲートウェイ装置とこれを利用した無線制御ネットワーク管理システムを導入すれば、複数のＧＷ装置による無線通信経路の冗長化が可能なため、無線ネットワークのロバスト性，通信安定性を保障することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本発明に係るゲートウェイ装置とこれを利用した無線制御ネットワーク管理システムは、無線通信手段がデータを無線ノードに送信するとともに、リダイレクト手段がこのデータを有線ネットワークに接続される他のゲートウェイ装置にも転送することにより、メッシュネットワークのデータ伝送経路を冗長化することができ、結果として無線の通信障害(障害物やノイズ)を回避しやすくなり、無線制御ネットワーク管理システムの信頼性が向上するので、無線通信システム全体の適切な運転に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明に係るゲートウェイ装置を用いた無線制御ネットワーク管理システムの一例の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１のＧＷ装置２の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。
【図３】図１のＧＷ装置２を構成する演算制御部２３の機能ブロック例図である。
【図４】図１の無線ノード４１の無線通信機能の一例を示す構成ブロック図である。
【図５】図１の無線ノード４１を構成している演算制御部４１ｂの機能ブロック例図である。
【図６】本発明に係るＧＷ装置が受信したデータを他のＧＷ装置にリダイレクトする動作の説明図である。
【図７】従来のゲートウェイ装置を用いた無線制御ネットワーク管理システムの一例を示す構成ブロック図である。
【図８】従来の無線制御ネットワーク管理システムにおけるホスト１と無線ノード４７とのデータ通信についての説明図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  監視制御用ホスト
２、３  ゲートウェイ装置
２１  無線通信手段
２２  通信手段（有線）
２３  演算制御部
２３ａ  データ送受手段
２３ｂ  中継テーブル管理手段
２３ｃ  無線ノード情報管理手段
２３ｄ  経路情報管理手段
２３ｅ  取得データ管理手段
２３ｆ  通信設定手段
２３ｇ  リダイレクト手段
２３ｈ  経路選択手段
２４  記憶手段
４１〜４８  無線ノード
４１ａ  演算制御部
４１ｂ  無線通信手段
４１ｃ  記憶手段
【図１】
2010141656.tif 000003
【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】
2010141656.tif 000009
【図８】
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