(57)【要約】【課題】従来のマルチホップネットワークでは、送信ノードから送信されたパケットに記載されたマルチホップ通信経路の変更回数を用いて受信ノードは無線リンクの輻輳状態を判断する。しかし、受信ノードにパケットが正しく到着しない場合には、パケットの輻輳状態を正しく判断できない点が課題であった。【解決手段】送信ノードが周辺情報を記載したメッセージを受信ノードに送信し、受信ノードは送信ノードの周辺情報を把握する。受信ノードにパケットが到達しない場合に、送信ノードの周辺情報を用いて輻輳判定値を算出することで、輻輳が発生したか否かの判断を行う。【選択図】  図１
2014236413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ノードから送信されたメッセージを無線マルチホップネットワークを介して受信する受信部と、
前記無線ノードからの生存状態を確認するメッセージの受信状態を示す情報を格納する第１の管理部と、
受信した前記メッセージから取得された前記無線ノードからのホップ数を含む周辺情報を格納する第２の管理部と、
前記第１の管理部及び前記第２の管理部に格納された情報を用いて、前記無線ノードの無線リンクが輻輳状態にあるか否かを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記判断部は前記第１の管理部において前記無線ノードからの生存状態を確認するメッセージに未到達が生じた場合に、前記無線ノードの無線リンクが輻輳状態にあるか、無線接続環境に問題があるかを判断することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第２の管理部は前記無線ノードの子ノードの数、または前記無線ノードに隣接する無線ノードの数、または前記無線ノードから受信するメッセージのホップ数を前記無線ノードの周辺情報として格納することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
無線ノードから送信されたメッセージを無線マルチホップネットワークを介して受信する受信ステップと、
前記無線ノードからの生存状態を確認するメッセージの受信状態を示す情報を格納する第１の管理ステップと、
受信した前記メッセージから取得された前記無線ノードの周辺情報を格納する第２の管理ステップと、
前記第１の管理ステップ及び前記第２の管理ステップに格納された情報を用いて、前記無線ノードの無線リンクが輻輳状態にあるか否かを判断する判断ステップと、
を備えたことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチホップネットワークにおける無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信では無線局であるノード同士が直接通信するだけでなく、他のノードを経由することでより広い範囲でノード間の通信を行うマルチホップネットワークが知られている。その中で、ツリー型のマルチホップネットワークでは、データを終端するシンクノードと、シンクノード宛にデータを送信するノードによりシステムが構成される。このようなシステムでは、ノード数の増加やノードの送信回数の変化により、無線リンクのトラフィックは変化する。無線リンクのトラフィックが許容値を超えると輻輳が発生し、通信経路においてデータの遅延やロスが発生する。そのため、シンクノードは無線リンクのトラフィックを分析し、なるべく輻輳状態が発生しないよう制御を行う必要がある。
【０００３】
無線リンクの輻輳を検出する技術として、特許文献１に記載の従来技術では、ノードから送信されるパケットにマルチホップ伝送時の通信経路の変更回数を記載する。シンクノードは受信したパケットからマルチホップ通信経路の変更回数を読み取り、読み取った変更回数を用いて無線リンクの輻輳状態を判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０１７６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、シンクノードに到着したパケットに記載されたマルチホップ通信経路の変更回数を用いてノードの輻輳状態を判断している。しかし、無線リンクの輻輳状態がひどい場合にはシンクノードまでパケットが届かない場合が多く発生し、到着したパケットを用いて輻輳状態を正しく判断できない問題がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、シンクノードにパケットが届かない場合が多く発生しても、対象とする無線ノードの輻輳状態を正しく判断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明における通信装置は、無線ノードから送信されたメッセージを無線マルチホップネットワークを介して受信する受信部と、前記無線ノードからの生存状態を確認するメッセージの受信状態を格納する第１の管理部と、前記受信メッセージから取得された前記無線ノードの周辺情報を格納する第２の管理部と、前記第１の管理部及び前記第２の管理部に格納された情報を用いて、前記無線ノードの無線リンクが輻輳状態にあるか否かを判断する判断部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る通信装置は、無線リンクが輻輳し、メッセージが届かない場合が多く発生しても、対象とする無線ノードの周辺情報を用いて無線リンクの輻輳状態が発生しているか否かを判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線マルチホップネットワークの構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態１に係るノードの構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施の形態１に係るシンクノードの構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施の形態１において輻輳状態の判断を行うフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下の全ての実施の形態を通して、無線マルチホップネットワークにおいてパケットを送受信する無線通信装置をノード、ノード間で通信する経路を通信経路と呼ぶ。また、送信ノードから受信ノードまでの通信経路の個数をホップ数と呼ぶ。
【００１１】
図１に本発明の実施の形態１における無線マルチホップネットワークの構成を示す。図において、無線マルチホップネットワークはシンクノード１００とノード２０１〜２１５を含み、ノード２０１〜２１５からシンクノード１００へのデータ伝送は無線マルチホップネットワークを介して行われる。以降、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１２】
シンクノード１００の配下に存在するノード２０１〜２１５は一定の周期でハローメッセージをシンクノード１００宛に送信する。ここで、ハローメッセージはノード２０１〜２１５が生存状態を確認するために定期的に送信するメッセージである。
【００１３】
シンクノード１００に直接信号が届かないノードからの信号は、無線マルチホップネットワーク内の他のノードがその信号を中継してシンクノード１００に伝送する。なお、マルチホップ無線通信を行うための経路構築方法及び制御方法はこれまでに知られたいかなる方法であっても構わない。図１ではノード数を１５としているが、無線マルチホップネットワーク内のノード数はいかなる値であっても構わない。
【００１４】
シンクノード１００は各ノード２０１〜２１５からハローメッセージを受信したか否かを検出する。また、シンクノード１００は各ノード２０１〜２１５からのハローメッセージの受信状態と各ノード２０１〜２１５から送信される経路メッセージを保有し、各ノード２０１〜２１５の通信経路の輻輳状態を検知する。以下では、本制御の詳細について説明を進める。
【００１５】
図２はノード２０１の構成を示すブロック図である。ここでは一つのノード２０１を取り上げて説明するが、全てのノード２０１〜２１５に同じ構成を適用することができる。ノード２０１は、ハローメッセージ作成部２００１、経路メッセージ作成部２００２、信号送信部２００３を含む。なお、図２では本発明の実施の形態１の特徴的な構成のみを記載し、他の一般的な構成については記載を省略している。
【００１６】
ノード２０１のハローメッセージ作成部２００１は一定の周期でハローメッセージを作成し、作成したハローメッセージを信号送信部２００３に渡す。また、経路メッセージ作成部２００２は、シンクノード１００までのマルチホップ通信を行う通信経路、隣接ノード数、ホップ数、または子ノード数に変更が生じた場合に、その変更を示す経路メッセージを作成し、信号送信部２００３に渡す。ここで、「通信経路」は信号を中継するノードのＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）を情報として有し、「隣接ノード数」は通信経路に限らずノードからの無線信号を検知できる範囲にある他ノードの数、「ホップ数」はノードからシンクノード１００に至るマルチホップの通信経路の数、「子ノード数」はノードにデータを直接送信するノードの数である。具体的には、ノード２０４の隣接ノードはノード２０４からの信号を検知できる範囲２２０内にあるノードであり、ノード２０１、ノード２０２、ノード２０３、ノード２０５、ノード２０６、ノード２０７、ノード２０８である。また、ノード２０４の子ノードはノード２０５とノード２０６である。
【００１７】
信号送信部２００３は、ハローメッセージ作成部２００１及び経路メッセージ作成部２００２から受け取ったメッセージを、シンクノード１００宛に送信する。
【００１８】
図３は本発明の実施の形態１におけるシンクノード１００の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１におけるシンクノード１００は、信号受信部３００１と、ハローメッセージ管理部３００２と、ノード情報管理部３００３と、輻輳判断部３００４とを備える。図３では本発明の実施の形態１の特徴的な構成を記載し、他の一般的な構成については記載を省略している。
【００１９】
シンクノード１００の信号受信部３００１は、無線マルチホップネットワークを介してノード２０１〜２１５から送信されたハローメッセージまたは経路メッセージなどのメッセージを受信する。信号受信部３００１は受信したメッセージの種別に応じて適した処理部にメッセージを渡す。具体的には、信号受信部３００１は受信したメッセージがハローメッセージである場合にはハローメッセージ管理部３００２にメッセージを渡し、受信したメッセージが経路メッセージである場合にはノード情報管理部３００３にそのメッセージを渡す。
【００２０】
ハローメッセージ管理部３００２は、各ノード２０１〜２１５のハローメッセージの受信状態を管理する。具体的には、ノード番号と、そのノード番号のノードからのハローメッセージの受信の有無を表す情報を管理する。ハローメッセージの受信の有無を表す情報は、輻輳判断部３００４が輻輳状態であると判断した場合にリセットされる。
【００２１】
ノード情報管理部３００３は、ノード２０１〜２１５により送信される経路メッセージを周辺情報として管理する。ノード情報管理部３００３が管理する周辺情報は各ノード２０１〜２１５からシンクノード１００までの通信経路、隣接ノード数、ホップ数、子ノード数を含む。ノード情報管理部３００３が管理する周辺情報は通信経路、隣接ノード数、ホップ数、子ノード数のいずれか１つであっても構わないし、２以上のいかなる組み合わせであっても構わない。
【００２２】
輻輳判断部３００４は一定の周期で起動し、ハローメッセージ管理部３００２及びノード情報管理部３００３の情報に基づき、ノード２０１〜２１５の輻輳状態を判断する。
【００２３】
図４はシンクノード１００が輻輳状態の判断を実施するフローチャートである。シンクノード１００が輻輳状態を判断する動作は一定の周期で行われる。一定の周期は、例えば、タイマを用いて設定しても構わない。
【００２４】
輻輳状態を判断するにあたり、輻輳判断部３００４は、ハローメッセージ管理部３００２を参照し、ハローメッセージが未到達のノードを選択する。また、取得したノードに関連する経路メッセージをノード情報管理部３００３より取得する。ノード情報管理部３００３より取得する経路メッセージは、ハローメッセージが未到達のノードの隣接ノード数、ホップ数、及び子ノードのＩＤである（ステップＳ４００）。また、輻輳判断部３００４はステップＳ４００で取得した子ノードのＩＤに基づき、ハローメッセージ管理部３００２からそのＩＤを有する子ノードのハローメッセージ到達率を取得する。
【００２５】
ステップＳ４００で取得したハローメッセージが未到達のノードの隣接ノード数、ホップ数、及び、その子ノードのハローメッセージ到達率はそれぞれ異なる単位を有している。そこで、輻輳判断部３００４はそのパラメータを同じ単位として扱えるよう複数の段階に階層化された値に変換する（ステップＳ４０１）。パラメータ値の階層化は予め定められた範囲内にある値を他の値に置き換える変換によって行っても構わない。また、その変換を行う値は使用するネットワークの規模に応じて変更してもよい。
【００２６】
輻輳判断部３００４は、階層化した値を用いて輻輳状態を判断するための輻輳判定値を算出する（ステップＳ４０２）。輻輳判定値を算出する計算式は以下のとおりである。
輻輳判定値＝（隣接ノード数×Ｗ１）
＋（子ノードのハローメッセージ到達率×Ｗ２）
＋（ホップ数×Ｗ３）                                      （１）
ここで、「隣接ノード数」、「子ノードのハローメッセージ到達率」、「ホップ数」は、ステップＳ４０１で階層化した値を使用する。輻輳判定値におけるＷ１、Ｗ２、Ｗ３は使用するパラメータの重み付けを実施するためのパラメータである。
【００２７】
輻輳判断部３００４は重み付けＷ１、Ｗ２、Ｗ３をそれぞれ「隣接ノード数」、「子ノードのハローメッセージ到達率」、「ホップ数」が輻輳状態に影響を及ぼす度合いに応じて設定する。本実施の形態では、「隣接ノード数」、「子ノードのハローメッセージ到達率」、「ホップ数」の優先順序で重み付けが設定される。
【００２８】
ステップＳ４０２で算出した輻輳判定値に基づき、ハローメッセージが未到達のノードの通信経路で輻輳状態を判断する。ここでは、輻輳判定値があらかじめ設定された閾値より上であれば通信経路が混雑している輻輳状態であると判断し、輻輳判定値の値があらかじめ設定された閾値よりも下であれば無線リンクの輻輳状態ではなく、無線リンクが無線環境の影響により劣悪な接続状態にあると判断する（ステップＳ４０３）。このように、輻輳判断部３００４は、ハローメッセージ管理部３００２及びノード情報管理部３００３に格納された情報を用いて、ハローメッセージが未到達のノードの通信経路が輻輳状態にあるか否かを判断する。
【００２９】
ステップＳ４０３が終了すると、ステップＳ４００に戻り、ハローメッセージが未到達のノードが無くなるまでノードの輻輳状態の判断を繰り返す（ステップＳ４０４）。
【００３０】
ステップＳ４０３では輻輳判定値の値と閾値の大小関係によって、無線リンクが混雑している輻輳状態か、無線リンクの接続状態に問題があるかを判断した。この理由について以下に説明する。
【００３１】
まず、隣接ノード数が大きい場合には、対象とするノードの他にも無線信号を検知可能な範囲内で多くの隣接ノードそれぞれがそれぞれのタイミングでいずれかのノードに対してデータの送信を行う。無線信号の衝突を避けるため、他の隣接ノードがデータを送信する間、対象とするノードはデータの送信を行わずに待機しなければならず、対象とするノードがデータを送信できる時間は隣接ノード数が増えるにつれて減少する。その結果、隣接ノード数が増えるにつれて、対象とするノードのデータ送信が遅れる可能性が高くなり、輻輳状態となる可能性は高くなる。
【００３２】
また、子ノードのハローメッセージ到達率が大きい場合には、無線接続環境は良好であり、対象とするノードの無線接続環境も良好であると推測される。従って、トラヒックが多い輻輳状態にある可能性が高いと考えられる。
【００３３】
また、ホップ数が多い場合、対象とするノードからシンクノード１００へのデータの伝送に長い時間を要することとなる。また、通信経路の各ホップで輻輳によってデータが廃棄される可能性があり、ハローメッセージに遅延や未到達が発生する可能性は高くなる。そのため、ホップ数も輻輳状態の判断に影響を与えるパラメータとなる。
【００３４】
従って、パラメータ「隣接ノード数」、「子ノードのハローメッセージ到達率」、「ホップ数」を総合した輻輳判定値の大きさによって、無線リンクのトラヒックが混雑している輻輳状態か、無線リンクの無線環境に問題があるかを判断することができる。その結果、ハローメッセージの未到達が無線マルチホップネットワークで輻輳が生じたことによる未到達か、通信経路状態の問題による未到達であるかを判断することができる。
【００３５】
このように、シンクノード１００は、無線ノードであるノード２０１〜２１５から送信された経路メッセージやハローメッセージなどのメッセージを無線マルチホップネットワークを介して信号受信部３００１で受信し、ハローメッセージ管理部３００２はノード２０１〜２１５からのメッセージの受信状態を格納し、ノード情報管理部３００３は受信メッセージから取得された無線ノードの周辺情報を格納し、輻輳判断部３００４はハローメッセージ管理部３００２及びノード情報管理部３００３に格納された情報を用いて、無線ノード２０１〜２１５の無線リンクが輻輳状態であるか否かを判断する。また、輻輳判断部３００４はハローメッセージ管理部３００２においてノードからのメッセージに未到達が生じた場合に、そのノードの無線リンクが輻輳状態にあるか、無線接続環境に問題があるかを判断する。
このような制御により、ノード２０１〜２１５からメッセージが未到達の場合にも、ノード２０１〜２１５の無線リンクでの輻輳状態を判断することができる。
【００３６】
実施の形態２.
実施の形態１では、隣接ノード数を使用して輻輳判定値を算出したのに対し、本発明の実施の形態２では、次式に示すように子ノード数を用いて輻輳判定値を算出する。
輻輳判定値＝（子ノード数×Ｗ１）
＋（子ノードのハローメッセージ到達率×Ｗ２）
＋（ホップ数×Ｗ３）                                    （２）
子ノード数が多い場合にはトラヒックが増加するため、輻輳が発生する可能性が高くなる。そこで、本実施の形態では、子ノード数を用いて輻輳判定値を算出している。
【００３７】
隣接ノード数の代わりに子ノード数を用いることで、各ノード２０１〜２１５が通知する経路メッセージに含まれる隣接ノード数に関する情報を削減することができる。この動作はステップＳ４００で輻輳判断部３００４がノード情報管理部３００３から子ノード数の情報を取得し、ステップＳ４０２で輻輳判定値を算出することで可能となる。
【００３８】
また、子ノードのハローメッセージ到達率の代わりに、次式に示すように、ハローメッセージを受信したか否かの時系列情報から算出されたハローメッセージの不達連続数を輻輳判定値の算出に用いても構わない。
【００３９】
輻輳判定値＝（隣接ノード数×Ｗ１）
＋（ハローメッセージの不達連続数×Ｗ２）
＋（ホップ数×Ｗ３）                                    （３）
ハローメッセージを受信したか否かの時系列情報に基づくハローメッセージの不達連続数を用いることにより、ハローメッセージ受信状態の時間特性を考慮して輻輳状態の判断を行うことができる。
【００４０】
また、式（２）と式（３）のパラメータを組み合わせた次式のパラメータにて輻輳状態の判断を行っても構わない。
輻輳判定値＝（子ノード数×Ｗ１）
＋（ハローメッセージの不達連続数×Ｗ２）
＋（ホップ数×Ｗ３）                                    （４）
【００４１】
実施の形態１乃至２では、ハローメッセージ管理部３００２及びノード情報管理部３００３をそれぞれ第１の管理部、第２の管理部と呼んでも構わない。また、ノードを無線ノードと呼んでも構わない。また、ツリー型の無線マルチホップネットワークについて動作を説明したが、ツリー型のネットワーク構成以外であっても構わない。信号受信部３００１を受信部、輻輳判断部３００４を判断部と呼んでも構わない。
【符号の説明】
【００４２】
１００：シンクノード、２０１〜２１５：ノード、２２０：ノード２０４からの信号を検知できる範囲、２００１：ハローメッセージ作成部、２００２：経路メッセージ作成部、２００３：信号送信部、３００１：信号受信部、３００２：ハローメッセージ管理部、３００３：ノード情報管理部、３００４：輻輳判断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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