(57)【要約】【課題】無線メッシュナットワークにおいて、フェージング環境下においても、広域に分布させて配置した多数のノードを短時間かつ高い信頼度で制御可能にすること【解決手段】無線メッシュネットワークシステムにおける制御用ノードCは、マルチキャスト用ノードMの各々を宛先として、制御データを含むマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信する。マルチキャスト用ノードMは、受信したマルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中から自ノードのアドレスを削除したマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信し、さらに制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、制御対象ノードNに対してマルチキャストで送信する。制御対象ノードNは、受信したマルチキャストフレームの制御データに基づくアプリケーション処理を行う。同一制御データを含むフレームを既に受信済みであれば、廃棄する。【選択図】図１
2014068202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個または複数個の制御用無線通信装置、複数個のマルチキャスト用無線通信装置および複数個の制御対象無線通信装置によって構成され、データフレームが前記制御用無線通信装置、マルチキャスト用無線通信装置および制御対象無線通信装置間で転送される無線メッシュネットワークシステムであって、
前記制御用無線通信装置が、複数個の制御対象無線通信装置を一斉制御する場合においては、複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々を宛先として、制御対象無線装置の指定および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとしてとしてマルチキャストで送信し、
前記マルチキャスト用無線通信装置は、受信したマルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中から自無線通信装置のアドレスを削除したフレームを他のマルチキャスト用無線通信装置に対して無線伝送のデータフレームとして送信し、さらに、受信したマルチキャスト生成用フレームを元に、前記制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置宛てに、無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信し、
前記制御対象無線通信装置は、受信した前記マルチキャストフレームの宛先の中に自無線通信装置が含まれる場合に、前記マルチキャストフレームが含む制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うことを特徴とする無線メッシュネットワークシステム。
【請求項２】
前記マルチキャスト生成用フレームは、制御対象無線通信装置を指定する情報と制御データの組み合わせを複数個含んでいることを特徴とする請求項１に記載の制御用無線通信装置。
【請求項３】
前記マルチキャスト用無線通信装置は、前記制御対象無線通信装置の各々が、所定の数以上の前記マルチキャスト用無線通信装置と直接通信が可能となるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無線メッシュネットワークシステム。
【請求項４】
前記制御対象無線通信装置と前記マルチキャスト用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定を、前記マルチキャスト用無線通信装置から送信電力を低減して送信されたデータフレームが前記制御対象無線通信装置において正しく受信できるかを判定することにより行うことを特徴とする請求項３に記載の無線メッシュネットワークシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の無線メッシュネットワークシステムで用いられる制御用無線通信装置であって、
前記制御対象無線通信装置の各々に対して定められ、データフレーム該制御対象無線通信装置に伝送する際に使用する前記複数のマルチキャスト用無線通信装置を指定する情報からなるマルチキャスト用経路制御情報を保持するデータ記憶部と、
前記複数の制御対象無線通信装置を一斉制御する際、使用するマルチキャスト用無線通信装置を指定する情報、複数個の制御対象無線通信装置を指定する情報および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームを生成し、該マルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとして、前記複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々を宛先として、マルチキャストで送信するように制御する通信制御部と、
前記通信制御部により生成されたマルチキャスト生成用フレームを無線周波数の信号に変換して無線伝送のデータフレームとしてアンテナから送信する無線送受信部を備え、
前記マルチキャスト生成用フレームは、それを受信したマルチキャスト用無線通信装置に、マルチキャストフレームを生成して該マルチキャストフレームを無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信させるようにするものであることを特徴とする制御用無線通信装置。
【請求項６】
前記通信制御部は、前記複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々を宛先としてマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信する際に、該フレームにフレーム識別情報を付与し、
前記フレーム識別情報は、当該マルチキャスト生成用フレームを生成した制御無線通信装置の識別情報および該制御用無線装置が生成したマルチキャスト生成用フレームのシーケンス番号からなることを特徴とする請求項５に記載の制御用無線通信装置。
【請求項７】
前記制御対象無線通信装置と前記制御用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定を行うために、前記無線送受信部は、送信電力を低減してデータフレームを送信することを特徴とする請求項５ないし６のいずれか１つに記載の制御用無線通信装置。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の無線メッシュネットワークシステムで用いられるマルチキャスト用無線通信装置であって、
制御用無線通信装置からマルチキャストで送信されるマルチキャスト生成用フレームを受信し、また、該マルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中に自無線通信装置のアドレスが含まれる場合に、該複数の宛先アドレスの中から自無線通信装置のアドレスを削除したフレーム、および、該マルチキャスト生成用フレームを元に生成されたマルチキャストフレームを無線周波数の信号に変換してデータフレームとしてアンテナから送信する無線送受信部と、
前記無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中に自無線通信装置のアドレスが含まれる場合に、他のマルチキャスト用無線通信装置に対して該マルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとして送信し、さらに、該マルチキャスト生成用フレームを元に、制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを無線伝送のデータフレームとして、前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置の情報から自無線通信装置の情報を削除した宛先にマルチキャストで送信するように制御する通信制御部とを備えることを特徴とするマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項９】
前記無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置の情報に自無線通信装置を指定する情報が含まれる場合には、前記マルチキャスト生成用フレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うアプリケーション処理部を備えることを特徴とする請求項８に記載のマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項１０】
前記マルチキャスト生成用フレームは、フレーム識別情報を含むことを特徴とする請求項８または９に記載のマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項１１】
前記通信制御部は、受信されたマルチキャスト生成用フレームが先に受信されたマルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報と一致するかどうかを判別し、一致する場合には、該マルチキャスト生成用フレームを破棄し、一致しない場合には、受信したデータフレームのマルチキャスト生成用フレームを元に、制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置宛てに、無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信することを特徴とする請求項１０に記載のマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項１２】
前記無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームが自無線通信装置宛ての場合に、前記マルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報と同一の、あるいは前記マルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報から一意に定まるフレーム識別情報を含むマルチキャストフレームを生成することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項１３】
制御対象無線通信装置とマルチキャスト用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定を行うために、前記無線送受信部は、送信電力を低減してデータフレームを送信することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載のマルチキャスト用無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の無線メッシュネットワークシステムで用いられる制御対象無線通信装置であって、
前記マルチキャスト用無線通信装置から送信されるマルチキャストフレームを受信する無線送受信部と、
前記無線送受信部により受信されたマルチキャストフレームの宛先情報の中に自無線通信装置が含まれるかどうかを判定する機能を有する受信制御部と、
前記無線送受信部により受信されたマルチキャストフレームの宛先情報の中に自無線通信装置が含まれる場合において、前記マルチキャストフレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うアプリケーション処理部を備えることを特徴とする制御対象用無線通信装置。
【請求項１５】
前記マルチキャストフレームは、フレーム識別情報を含み、
前記受信制御部は、受信されたマルチキャストフレームが先に受信されたマルチキャストフレームのフレーム識別情報と一致するかどうかを判別し、一致する場合には、該マルチキャストフレームを破棄し、一致しない場合には、当該フレーム識別情報を保持し、前記アプリケーション処理部は、、受信されて保持されたマルチキャストフレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うことを特徴とする請求項１４に記載の制御対象用無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線メッシュネットワークシステムおよび無線通信装置に関し、特に、フェージング環境下においても、広域に分布した多数の無線通信装置を、短時間かつ高い信頼性で制御できる無線メッシュネットワークシステムおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の無線通信装置をメッシュ状に無線通信で接続する無線メッシュネットワークが注目を集めている。特に、センサネットワークあるいはホームネットワーク等の分野では、温度センサ、照度センサ、人感センサ、開閉センサ等のセンサ類および調光器、エアコン等の制御対象機器の各々に無線通信装置を備え、それらの無線通信装置を、無線メッシュネットワークを介して有機的に結合することにより新しいサービスを提供することが模索されている。
【０００３】
このような無線メッシュネットワークでは、点在する複数の無線通信装置をメッシュ状に結合することにより、特定の無線通信装置から他の特定の無線通信装置へ、直接には通信ができない場合にも、別の無線通信装置を介して通信を行うことが可能となる。この結果、小さな送信電力を用いて、広いエリアで通信を行うことができる。以下では、無線メッシュネットワークを構成する無線通信装置をノードと称する。
【０００４】
このような複数のノードを経由して、送り側のノードから受け側のノードまで情報を伝達する技術は、マルチホップ技術と称され、IETF(Internet Engineering Task Force)のMANET(Mobile ad hoc network) WGにおいて、複数の方式が提案されており、標準化に向けた検討が行われてきた。
【０００５】
その代表例としてAODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)方式がある。AODVを使用したプロトコルとしては、Zigbee(登録商標)が有名であり、これについては非特許文献１に記載されている。
【０００６】
AODV方式では、各ノードは、宛先ノード毎に決定された次の転送先ノードの情報である経路制御表(ルーティングテーブル)をノード内部のメモリに保持し、経路制御表に基づいてデータフレームを転送する。以下に、AODV方式におけるデータフレーム転送方法および経路発見プロセスついて説明する。
【０００７】
図２７は、AODV方式の無線メッシュネットワークの構成を示す。この無線メッシュネットワークは、データフレームの送信起点となるノード制御用ノードCおよび制御対象ノードN1〜N4から構成される。ここでは、通信距離が短く、互いに通信が可能なノードの組み合わせを双方向の矢印で示し、一方、通信距離が大きく直接には通信ができないノードの組み合わせを双方向の矢印上に"×"を付して示している。
【０００８】
AODV方式においては、各ノードは、無線メッシュネットワークの任意ノード宛てのデータフレームの次ホップ先となるアドレスからなる経路情報を経路制御表の形で保持しており、この経路制御表に基づいて、受信した他ノード宛てのデータフレームを転送する。
【０００９】
図２８に、無線メッシュネットワークの各ノードN1〜N4が保持する経路制御表の一例を示す。この経路制御表によると、次の転送先は、必ず両隣の隣接ノードのどちらか一方である。すなわち、この場合、各ノードは、両隣の隣接ノードとは通信可能であるが、それ以外のノードとは直接には通信できない。例えば、ノード制御用ノードCは、ノードN1,N2に対しては直接通信によりデータフレームを伝送できるが、ノードN3,N4に対しては、各々ノードN1またはノードN2を介してデータフレームを伝送することになる。
【００１０】
図２９は、このときの伝送で使用するデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す。ユニキャスト伝送では、送り側ノードアドレスと受け側ノードアドレスがデータフレームを伝送するために必要であり、ACK(到達確認)フレームを用いて再送制御を行う場合には再送フレームを識別するためにシーケンス番号が必要である。このフレームフォーマットは、2つのノード間の直接通信でデータフレームを伝送する場合でも、他ノードを経由して(以下、マルチホップ経路と称する)によりデータフレームを伝送する場合でも共通である。
【００１１】
ところで、一般的なAODV方式においては、経路制御表を生成した時点で通信可能であった経路は、その後も通信可能としている。しかし、電波伝搬路は、一般に、フェージング伝送路であり受信信号の電界強度は時間的に変動する。すなわち、フェージングの状況により、確率的に通信可能となっている場合もあり、ある時点において生成された経路制御表上では通信可能であっても実際には通信できないという場合も起こり得る。
【００１２】
図３０ａは、例えば、経路制御表に基づいてノード制御用ノードCからノードN3に対してデータフレームを送信したが、ノードN1とノードN3の間が直接通信できないために通信に失敗した場合を示している。なお、ここでは、探索フレームを用いて探索された経路に更新される前の経路制御表を示している。
【００１３】
この場合、ノード制御用ノードCからノードN3にデータフレームを送信しても、ノードN1とノードN3間が通信不能のため、ノードN3からのACKフレームがノード制御用ノードCに戻らない。このとき、一般に、ノード制御用ノードCは、再送を試みるが、それでもACKフレームが戻らない場合には、探索フレームを送信する。
【００１４】
図３１は、このときに使用される探索フレームのフレームフォーマットを示す。探索フレームのフレームフォーマットには、送り側ノードアドレス、探索対象ノードアドレス、シーケンス番号が含まれ、さらに制御データ等を含ませることができる。探索フレームは、フラッディングを用いて伝送される。すなわち、探索フレームはブロードキャストで送信され、これを受信したノードは、さらにその探索フレームをブロードキャストするというプロセスが連鎖されていく。ただし、直前に受信した探索フレームと同一シーケンス番号の探索フレームはブロードキャストしないので、探索フレームがループを形成することはない。
【００１５】
各ノードは、受信した探索フレームをブロードキャストする際、その探索フレームの送信元のアドレスを記憶しておく。このようにすると、探索対象ノードが探索フレームを受信したときには、その中には、直前の中継ノードのアドレスが含まれている。そこで、探索対象ノードは、送り側ノードに対する応答フレームを直前の中継ノード宛てに送信する。直前の中継ノードは、さらに直前の中継ノードのアドレスを記憶しているので、順に、直前の中継ノードに応答フレームを転送することにより、最終的には、探索対象ノードからの応答フレームは、送り側ノードにまで届けられる。そして、この一連の過程を経て、送り側ノードから探索対象ノードまでの転送経路上にある全ての経路制御表の情報が新しい情報に更新されることになる。この更新後の経路制御表を図３０ｂに示す。この新しい経路制御表では、ノードN1、ノードN3間の経路を通らない形での新しい経路が形成されている。
【００１６】
特許文献１および特許文献２には、AODV方式の改良に関する技術が提案されている。しかしながら、AODV方式は、各ノードを集中管理するノードが存在することがない「分散処理」を基本とし、各ノードにおいてデータフレームの転送を行うために、自ノードと通信が可能なる他のノードに関する情報等が必要となる。このような情報は、各ノード(無線装置)のメモリに保存する必要があり、このために必要なメモリ容量は、400B(バイト)〜3KB(キロバイト)程度である。組み込み用の小型CPU(中央演算装置)を無線装置の通信制御部に用いる場合、このメモリ容量の大きさは、大きな負担となり、無線装置の小型化を困難とする。また、ルーティング処理は複雑であり、ルーティング処理を行うCPUは処理能力の高いものが必要とされるので、CPUの価格や消費電力の面でも不利となる。
【００１７】
上記の点を解決するものとして、DSR(Dynamic Source Routing)方式がある。DSR方式では、送り側ノードから受け側ノードまでのルートを形成する複数のノードのアドレスの完全な順序付きリストを含むフレームが送信されており、各中継ノードは受信したデータフレームを順序付きリストに従って自ノードの次のノードに転送するだけでよい。DSR方式では、各中継ノードは、ネットワーク内のすべてのノードに関する経路制御表を必要としないため、これをメモリ内に保持する必要はなく、また複雑なルーティング処理を行う必要もない。この結果、外付けメモリが不要となり、また、安価なCPUを使用することができる。DSR方式を使用したプロトコルとしては、Z-Wave(登録商標)がその代表例として知られており、これについては特許文献３に記載されている。以下に、DSR方式におけるデータフレーム転送方法および経路発見プロセスついて説明する。
【００１８】
図３２は、DSR方式の無線メッシュネットワークの構成を示す。この無線メッシュネットワークは、データフレームの送信起点となるノード制御用ノードCおよび制御対象ノードN1〜N4から構成される。ここでは、通信距離が短く、互いに通信が可能なノードの組み合わせを双方向の矢印で示し、一方、通信距離が大きく直接には通信ができないノードの組み合わせを双方向の矢印上に"×"を付して示している。
【００１９】
DSR方式においては、ノード制御用ノードCが、無線メッシュネットワーク全体の経路情報を経路制御表の形で保持しており、これに基づいてノード制御用ノードCは、受け側ノードまでの経路を指定した上でデータフレームを送信する。
【００２０】
図３３に、この場合の経路制御表の一例を示す。この経路制御表によると、各ノードは両隣の隣接ノードとは通信可能であるが、それ以外のノードとは直接には通信できない。図３４は、この場合に、ノード制御用ノードCから各ノードまでのマルチホップ経路の一例を示す。このマルチホップ経路は、ノード制御用ノードCの内部で計算される。ノード制御用ノードCは、ノードN1,N2に対しては直接通信によりデータフレームを伝送するが、ノードN3,N4に対してはそれぞれノードN1,N2を介してデータフレームを伝送する。
【００２１】
図３５および図３６は、このときの伝送で使用するデータフレームのフレームフォーマットの例を示す。図３５は、ノード間の直接通信でデータフレームを伝送する場合に使用するデータフレームのフレームフォーマットであり、図３６は、マルチホップ経路によりデータフレームを伝送する場合に使用する基本的なデータフレームのフレームフォーマットである。
【００２２】
直接通信におけるユニキャスト伝送では、送り側ノードアドレスと受け側ノードアドレスがデータフレームを伝送するために必要であり、ACK(到達確認)フレームを用いて再送制御を行う場合には再送フレームを識別するためにシーケンス番号が必要となる。一方、マルチホップ経路によりデータフレームを伝送する場合には、１つまたは複数の中継用ノードのアドレス情報もフレーム(データフレーム)内に含まれており、これを受信した中継用ノードは、次の中継用ノードあるいは受け側ノードにデータフレームを転送する。
【００２３】
ところで、一般的なDSR方式においては、経路制御表を生成した時点で通信可能であった経路は、その後も通信可能としている。しかし、電波伝搬路は、一般に、フェージング伝送路であり受信信号の電界強度は時間的に変動する。すなわち、フェージングの状況により、確率的に通信可能となっている場合もあり、ある時点で生成された経路制御表上では通信可能であっても実際には通信できないという場合も起こり得る。
【００２４】
図３７は、例えば、経路制御表に基づいてノード制御用ノードCからノードN3に対して制御信号を送信したが、ノードN1とノードN3の間が直接通信できないために通信に失敗した場合を示している。
【００２５】
この場合、ノード制御用ノードCからノードN3にデータフレームを送信しても、ノードN1とノードN3間が通信不能のため、ノードN3からのACKフレームがノード制御用ノードCに戻らない。このとき、一般に、ノード制御用ノードCは、再送を試みるが、それでもACKフレームが戻らない場合には、探索フレームを送信する。
【００２６】
図３８は、このときに使用される探索フレームのフレームフォーマットを示す。探索フレームのフレームフォーマットには、送り側ノードアドレス、探索対象ノードアドレス、シーケンス番号、制御データ等が含まれる。探索フレームは、フラッディングを用いて伝送される。すなわち、探索フレームはブロードキャストで送信され、これを受信したノードは、さらにその探索フレームをブロードキャストするというプロセスが連鎖されていく。ただし、直前に受信した探索フレームと同一シーケンス番号の探索フレームはブロードキャストしないので、探索フレームがループを形成することはない。
【００２７】
各ノードは、受信した探索フレームをブロードキャストする際、自ノードのアドレスを中継用ノードアドレスに加えていく。このようにすると、探索対象ノードが探索フレームを受信したときには、その中には、送り側ノードからの経路情報が全て含まれている。この経路情報を送り側ノードに対して探索対象ノードから送信することにより、送り側ノードは、新しい経路情報を取得することができる。
【００２８】
DSR方式においては、新規ノードのネットワークへの登録は、ノード制御用ノードCが行う。この際、ノード制御用ノードCは、無線メッシュネットワークの既存ノードのアドレスを新規ノードに通知し、新規ノードは、これらの既存ノードとの直接通信ができるかを確認し、さらにその結果をノード制御用ノードCに報告する。この結果、新規ノードを含む完全な経路制御表が作られることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００５−６４７２１号公報
【特許文献２】特開２００８−６６８６１号公報
【特許文献３】特開２００９−５４３４８２号公報
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】鄭立 「ZigBee(登録商標)」、2006年2月22日、第1版第1刷発行、株式会社リックテレコム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
ところで、近年、大規模オフィスあるいは工場等において、空調設備あるいは照明の制御を、温湿度計、照度計、人感センサ等と連携して行うシステムが開発されており、センサ情報の取得および空調あるいは照明の制御を、無線メッシュネットワークを用いて行うことが検討されている。このような用途のシステムには、2.4GHz帯を使用するWi-Fi、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、920MHz帯を使用するZ-Wave(登録商標)、Zigbee(登録商標)、あるいは430MHz帯を使用する特定小電力システム等がある。
【００３２】
2.4GHz帯を用いるシステムでは、無線周波数が高いため、電波の直進性が強く、回折による回り込みが少なくなり、電波伝搬路上に障害物があり見通し外となる環境においては、電波の飛びの面で不利となる。また、急速に普及が進むWi-Fiや電子レンジと同じ帯域を共用するため、干渉の面でも不利となる。
【００３３】
また、430MHz帯を使用するシステムは、無線周波数が低く、また、伝送速度も低速なため、電波の飛びの面では有利であり、また、干渉のリスクも低い。ただし、無線メッシュネットワークの仕組みを持たないため、自由なネットワーク構築の面で不利となる。また、伝送速度が極めて低速であるため、多数のノードを短時間に制御する用途には適用できない。
【００３４】
一方、2011年12月に制度化され、2012年7月25日以降に本格的な運用が可能となる920MHz帯については、電波の直進性は2.4GHz帯ほど強くなく、干渉も少なく、さらに無線メッシュネットワークに対応のZ-Wave、Zigbee(登録商標)がこの帯域で使用できるので、今後の家庭、オフィスおよび工場等における無線メッシュネットワークの構築において使用されると期待されている。ただし、920MHz帯においては、複数無線システムの共用条件から、送信電力が1mW以下のシステムにおいては、1回の送信における連続送信時間は100ms以下、送信と送信の間の送信休止期間は100ms以上とすることが規定されている。この920MHz帯の複数無線システムの共用条件について説明する。
【００３５】
図３９は、ノード制御用ノード(コントローラ)Cが2台のノードN1, N2を順次制御する場合の無線シーケンスの一例を示している。この例では、まず、ノード制御用ノードCは、ノードN1に対して連続送信時間T1でデータフレームを送信し、それに対するACKフレームを受信した後、送信休止期間T2後のタイミングでノードN2に対して次のデータフレームを送信する。電波法の規定によると、送信休止期間T2は100ms以上でなければならず、連続送信時間T1は100ms以下でなければならない。
【００３６】
図４０は、送信休止期間T2を最小値100msとした場合に、多数の制御対象ノード(例えば調光器)を1台ずつ順次制御したときの、制御対象ノード数と制御に要する時間の関係を示す。なお、ここでは、データフレームの連続送信時間T1を10msとしている。
【００３７】
図４０から、例えば、50台の制御対象ノードを順次制御する場合には5秒以上、100台の制御対象ノードを順次制御する場合には10秒以上の時間が必要となることが分かる。調光器の調光制御では、通常、1秒以下の応答性が要求されるので、1台ずつ順次制御する手法では、高々10台程度の調光器を制御できるだけとなる。
【００３８】
ところで、無線通信においては、一般に、マルチキャスト伝送あるいはブロードキャスト伝送が規定されている。これらでは、事前に複数のノードに対して割り当てられたマルチキャストアドレスあるいは全ノードを宛先とするブロードキャストアドレスが使用され、1回のデータフレームの送信により、電波の届く範囲内の複数のノードを同時に制御することが可能となる。
【００３９】
図４１は、マルチキャスト伝送あるいはブロードキャスト伝送における無線シーケンスの一例を示している。ここで送信するデータフレームは、例えば、マルチキャストフレームであり、マルチキャストフレームではノードN1およびノードN2を宛先とするマルチキャストアドレスが使用される。この場合、ノード制御用ノードCから送信されたデータフレームがノードN1とノードN2で正常に受信されても、ACKフレームがノード制御用ノードCに送信されることはない。
【００４０】
このように、マルチキャスト伝送あるいはブロードキャスト伝送では、1回のデータフレームの送信により、複数ノードを同時に制御できるという利点はあるが、ACKフレームが送信されないので、ノード制御ノードC側では、全てのノードN1,N2がデータフレームを正常に受信したかを確認することができない。
【００４１】
図４２は、屋内での920MHz帯の無線伝送における通信距離と受信レベルの関係のシミュレーション結果を示す。ここでは、送信電力は0dBmとしており、送信アンテナおよび受信アンテナとしてはダイポールアンテナを使用するものとしている。また、電波伝搬モデルは、ITU-Rの屋内伝播モデル(ITU-R P.1238-2)を使用しており、これにレイリーフェージングが重畳するものとしている。
【００４２】
図４２において、横軸は通信距離であり、縦軸は受信信号レベルを表している。受信信号レベルが最小受信感度を下回った場合には無線伝送のエラーが高い確率で発生する。エラーの発生頻度は、通信距離が大きくなるにつれて増加する傾向があるが、通信距離が比較的短い場合においても、稀にエラーが発生する。レイリーフェージング環境においては、30dB〜40dB程度の深い落ち込みが発生するので、フェージングマージンを40dB程度とすると、通信距離が10m程度の領域においても、フェージングに起因したエラーが発生する可能性がある。
【００４３】
このような環境においては、マルチキャストフレームを用いて複数のノードを確実に制御できるのは、全て制御対象ノードがノード制御用ノードから10m未満の距離にある場合に限定される。ノード制御用ノードからの距離が10mよりも大きいノードを、マルチキャストフレームを用いて制御する場合には、伝送エラーが発生し正しく制御できない場合が生じる。
【００４４】
マルチキャストフレームを用いる場合、ノード制御用ノード側では、データフレームの伝送が正しく完了したことを確認することができないので、伝送エラーが発生しても、別経路での伝送を試みることはできない。伝送エラーの発生を想定して、マルチキャストフレームを複数回送信するように予め定めることは可能であるが、フェージング変動には数秒以上の時間がかかる場合があるため、短時間、例えば数100ms以内でマルチキャストフレームを複数回伝送した場合でも、全てエラーとなる可能性も小さくない。
【００４５】
以上のように、920MHz帯の無線伝送においては、マルチキャスト伝送を用いれば、短時間に多数ノードを同時に制御することが可能となるが、確実にノード制御が行えるのは、ノード制御用ノードからの距離が10m未満のノードに限定されており、これよりも遠くにある多数のノードを短時間、例えば1秒以内に制御することはできないという課題がある。
【００４６】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、フェージング環境下においても、広域に分布させて配置した多数のノードを短時間かつ高い信頼度で制御できる無線メッシュネットワークシステムおよび無線通信装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
上記の課題を解決するため、本発明の無線メッシュネットワークシステムは、１個または複数個の制御用無線通信装置、複数個のマルチキャスト用無線通信装置および複数個の制御対象無線通信装置によって構成され、データフレームが前記制御用無線通信装置、マルチキャスト用無線通信装置および制御対象無線通信装置間で転送される無線メッシュネットワークシステムであって、前記制御用無線通信装置が、複数個の制御対象無線通信装置を一斉制御する場合においては、複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々を宛先として、制御対象無線装置の指定および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとしてとしてマルチキャストで送信し、前記マルチキャスト用無線通信装置は、受信したマルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中から自無線通信装置のアドレスを削除したフレームを他のマルチキャスト用無線通信装置に対して無線伝送のデータフレームとして送信し、さらに、受信したマルチキャスト生成用フレームを元に、前記制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置宛てに、無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信し、前記制御対象無線通信装置は、受信した前記マルチキャストフレームの宛先の中に自無線通信装置が含まれる場合に、前記マルチキャストフレームが含む制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行う点に特徴がある。
【００４８】
ここで、マルチキャスト生成用フレームには、制御対象無線通信装置を指定する情報と制御データの組み合わせを複数個含ませることができる。また、マルチキャスト用無線通信装置は、制御対象無線通信装置の各々が、所定の数以上の前記マルチキャスト用無線通信装置と直接通信が可能となるように配置されていることが好ましく、その際、制御対象無線通信装置と前記マルチキャスト用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定は、マルチキャスト用無線通信装置から送信電力を低減して送信されたデータフレームが制御対象無線通信装置において正しく受信できるかを判定することにより行うことができる。
【００４９】
また、本発明の無線通信装置は、上記無線メッシュネットワークシステムで用いられる制御用無線通信装置であって、前記制御対象無線通信装置の各々に対して定められ、データフレーム該制御対象無線通信装置に伝送する際に使用する前記複数のマルチキャスト用無線通信装置を指定する情報からなるマルチキャスト用経路制御情報を保持するデータ記憶部と、前記複数の制御対象無線通信装置を一斉制御する際、使用するマルチキャスト用無線通信装置を指定する情報、複数個の制御対象無線通信装置を指定する情報および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームを生成し、該マルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとして、前記複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々を宛先として、マルチキャストで送信するように制御する通信制御部と、前記通信制御部により生成されたマルチキャスト生成用フレームを無線周波数の信号に変換して無線伝送のデータフレームとしてアンテナから送信する無線送受信部を備え、前記マルチキャスト生成用フレームは、それを受信したマルチキャスト用無線通信装置に、マルチキャストフレームを生成して該マルチキャストフレームを無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信させるようにするものである点に特徴がある。
【００５０】
ここで、通信制御部が、複数のマルチキャスト用無線通信装置の各々に対してマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信する際に、フレーム識別情報を付与し、該フレーム識別情報を、当該マルチキャスト生成用フレームを生成した制御用無線通信装置の識別情報および該制御用無線装置が生成したマルチキャスト生成用フレームのシーケンス番号からなるものとすることが好ましい。また、制御対象無線通信装置と制御用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定を行うために、無線送受信部が、送信電力を低減してデータフレームを送信するようにすることも好ましい。
【００５１】
また、本発明の無線通信装置は、上記無線メッシュネットワークシステムで用いられるマルチキャスト用無線通信装置であって、制御用無線通信装置からマルチキャストで送信されるマルチキャスト生成用フレームを受信し、また、該マルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中に自無線通信装置のアドレスが含まれる場合に、該複数の宛先アドレスの中から自無線通信装置のアドレスを削除したフレーム、および、該マルチキャスト生成用フレームを元に生成されたマルチキャストフレームを無線周波数の信号に変換してデータフレームとしてアンテナから送信する無線送受信部と、前記無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームの複数の宛先アドレスの中に自無線通信装置のアドレスが含まれる場合に、他のマルチキャスト用無線通信装置に対して該マルチキャスト生成用フレームを無線伝送のデータフレームとして送信し、さらに、該マルチキャスト生成用フレームを元に、制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを無線伝送のデータフレームとして、前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置の情報から自無線通信装置の情報を削除した宛先にマルチキャストで送信するように制御する通信制御部とを備える点に特徴がある。
【００５２】
ここで、無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置の情報に自無線通信装置を指定する情報が含まれる場合には、マルチキャスト生成用フレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うアプリケーション処理部を備えることができる。また、マルチキャスト生成用フレームが、フレーム識別情報を含むことが好ましい。これにより、通信制御部は、受信されたマルチキャスト生成用フレームが先に受信されたマルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報と一致するかどうかを判別し、一致する場合には、該マルチキャスト生成用フレームを破棄し、一致しない場合には、受信したデータフレームのマルチキャスト生成用フレームを元に、制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを前記マルチキャスト生成用フレームで指定された複数個の制御対象無線通信装置宛てに、無線伝送のデータフレームとしてマルチキャストで送信するようにすることができる。また、無線送受信部により受信されたマルチキャスト生成用フレームが自無線通信装置宛ての場合に、マルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報と同一の、あるいは前記マルチキャスト生成用フレームのフレーム識別情報から一意に定まるフレーム識別情報を含むマルチキャストフレームを生成することも好ましい。さらに、制御対象無線通信装置とマルチキャスト用無線通信装置間の直接通信が可能であるかの判定を行うために、無線送受信部が、送信電力を低減してデータフレームを送信するようにすることも好ましい。
【００５３】
また、本発明の無線通信装置は、上記無線メッシュネットワークシステムで用いられる制御対象無線通信装置であって、前記マルチキャスト用無線通信装置から送信されるマルチキャストフレームを受信する無線送受信部と、前記無線送受信部により受信されたマルチキャストフレームの宛先情報の中に自無線通信装置が含まれるかどうかを判定する機能を有する受信制御部と、前記無線送受信部により受信されたマルチキャストフレームの宛先情報の中に自無線通信装置が含まれる場合において、前記マルチキャストフレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うアプリケーション処理部を備える点に特徴がある。
【００５４】
マルチキャストフレームは、フレーム識別情報を含み、受信制御部は、受信されたマルチキャストフレームが先に受信されたマルチキャストフレームのフレーム識別情報と一致するかどうかを判別し、一致する場合には、該マルチキャストフレームを破棄し、一致しない場合には、当該フレーム識別情報を保持し、前記アプリケーション処理部は、受信されて保持されたマルチキャストフレームに含まれる制御データを解析し、これに基づくアプリケーション処理を行うようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、ノード制御用ノードが、複数のマルチキャスト用ノードMの各々を宛先として、制御対象ノードの指定および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信し、マルチキャスト用ノードが、マルチキャスト生成用フレームを受信して制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、該マルチキャストフレームを、マルチキャスト生成用フレームで指定された制御対象ノードに対してマルチキャストで送信するので、フェージング環境下においても、広域に分布した多数のノードを短時間かつ高い信頼度で制御でき、マルチキャスト伝送の信頼性を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の無線メッシュネットワークシステムの実施形態を概念的に示す図である。
【図２ａ】ノード制御用ノードからマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおけるエラーの発生確率を示す図である。
【図２ｂ】マルチキャスト用ノードの１つからマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおけるエラーの発生確率を示す図である。
【図２ｃ】マルチキャスト用ノードの他の１つからマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおけるエラーの発生確率を示す図である。
【図２ｄ】マルチキャスト用ノードのさらに他の１つからマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおけるエラーの発生確率を示す図である。
【図２ｅ】マルチキャスト用ノードのまたさらに他の１つからマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおけるエラーの発生確率を示す図である。
【図３】ノード制御用ノードおよびマルチキャスト用ノードから、順次、マルチキャストフレームを送信した場合のエラー率を示す図である。
【図４】ソースルーティング方式におけるノード制御用ノードで用いられる制御用無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図５】送信制御部における各々の送信制御部の選択動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】ソースルーティング方式におけるマルチキャスト用ノードで用いられるマルチキャスト無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図７】通信制御部60における宛先アドレス確認と転送制御の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】ソースルーティング方式における制御対象ノードで用いられる制御対象無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明の無線メッシュネットワークの一実施形態におけるノード制御用ノード、マルチキャスト用ノードおよび制御対象ノードの空間配置を示す図である。
【図１０】図９の無線メッシュネットワークにおける動作シーケンスを示す図である。
【図１１ａ】制御用ノードからマルチキャスト用ノード宛に送信される制御信号のフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図１１ｂ】制御用ノードからマルチキャスト用ノード宛に送信される制御信号のフレームフォーマットの他の一例を示す図である。
【図１１ｃ】制御用ノードからマルチキャスト用ノード宛に送信される制御信号のフレームフォーマットのさらに他の一例を示す図である。
【図１２ａ】マルチキャスト用ノードからマルチキャストで送信される制御信号のフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図１２ｂ】マルチキャスト用ノードからマルチキャストで送信される制御信号のフレームフォーマットの他の一例を示す図である。
【図１２ｃ】マルチキャスト用ノードからマルチキャストで送信される制御信号のフレームフォーマットのさらに他の一例を示す図である。
【図１３】無線メッシュネットワークのノード配置の例を示す図である。
【図１４】図１３の無線メッシュネットワークの場合に用いられる中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す図である。
【図１５】広域なエリアにおける制御の場合の無線メッシュネットワークのノード配置を示す図である。
【図１６】図１５の無線メッシュネットワークの場合に用いられる中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す図である。
【図１７】各マルチキャスト用ノードと制御対象ノードの間の無線伝送路が使用可能である確率を示す図である。
【図１８】ノード間の無線伝送路が使用可能である確率を示す図である。
【図１９】仮に作成された中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す図である。
【図２０】一般的な屋内電波伝播モデルである仲上-ライスフェージングにおける受信レベルとその累積確率分布との関係の一例を示す図である。
【図２１】送信電力の低下量と無線伝送路が使用可能である確率の下限値の関係を示す図である。
【図２２ａ】ノード制御用ノードから制御対象ノードまでの伝送で使用するマルチキャスト用ノードと、各経路でのエラー率とサイトダイバーシチ実施時のエラー率の関係を示す図である。
【図２２ｂ】各マルチキャスト用ノードを各制御対象ノードが中継用ノードとして使用可能であるかを示す表の例を示す図である。
【図２２ｃ】図２１ｂの表に基づいて作成した仮の中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す図である。
【図２２ｄ】中継マルチキャスト用経路制御表の生成方法の有効性の実機での検証結果を示す図である。
【図２３】ルータ方式における制御用ノードで用いられる制御用無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２４】ルータ方式における制御対象ノードで用いられる制御対象無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２５ａ】ノードに応じて制御を異ならせる場合に制御用ノードからマルチキャスト用ノードへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図２５ｂ】ノードに応じて制御を異ならせる場合に制御用ノードからマルチキャスト用ノードへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットの他の一例を示す図である。
【図２５ｃ】ノードに応じて制御を異ならせる場合に制御用ノードからマルチキャスト用ノードへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットのさらに他の一例を示す図である。
【図２６ａ】ノードに応じて制御を異ならせる場合にマルチキャスト用ノードから送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図２６ｂ】ノードに応じて制御を異ならせる場合にマルチキャスト用ノードから送信されるデータフレームのフレームフォーマットの他の一例を示す図である。
【図２６ｃ】ノードに応じて制御を異ならせる場合にマルチキャスト用ノードから送信されるデータフレームのフレームフォーマットのさらに他の一例を示す図である。
【図２７】AODV方式の無線メッシュネットワークの構成を示す図である。
【図２８】AODV方式で使用される経路制御表の一例を示す図である。
【図２９】AODV方式の伝送で使用されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図３０ａ】AODV方式で通信に失敗した場合の更新前の経路制御表を示す図である。
【図３０ｂ】AODV方式で通信に失敗した場合の更新後の経路制御表を示す図である。
【図３１】AODV方式で通信に失敗した場合に使用される探索フレームのフレームフォーマットを示す図である。
【図３２】DSR方式の無線メッシュネットワークの構成を示す図である。
【図３３】DSR方式で使用される経路制御表の一例を示す図である。
【図３４】DSR方式のマルチホップ経路の一例を示す図である。
【図３５】DSR方式の伝送で使用するデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図３６】DSR方式の伝送で使用するデータフレームのフレームフォーマットの他の例を示す図である。
【図３７】DSR方式で通信に失敗した場合の経路を示す図である。
【図３８】DSR方式で通信に失敗した場合に使用される探索フレームのフレームフォーマットを示す図である。
【図３９】2台のノードを順次制御する場合の無線シーケンスの一例を示すブロック図である。
【図４０】制御対象ノードを1台ずつ順次制御したときの制御対象ノード数と制御に要する時間の関係を示す図である。
【図４１】マルチキャスト伝送あるいはブロードキャスト伝送における無線シーケンスの一例を示す図である。
【図４２】屋内での920MHz帯の無線伝送における通信距離と受信レベルの関係のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の無線メッシュネットワークシステムの実施形態を概念的に示す図である。本発明の無線メッシュネットワークシステムは、アドホックネットワークシステムであるので、以下では、アドホックネットワークシステムと称する場合がある。本実施形態のアドホックネットワークシステムは、3種類のノード、すなわち、ノード制御用ノードC、マルチキャスト用ノードMおよび制御対象ノードNから構成される。各ノードは無線通信装置で構成される。
【００５８】
ノード制御用ノードCは、複数のマルチキャスト用ノードMの各々を宛先として、制御対象ノードの指定および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信する。マルチキャスト用ノードMは、マルチキャスト生成用フレームを受信すると、当該受信フレームにおける複数の宛先アドレスの中から自マルチキャスト用ノードのアドレスのみを削除したフレームを再度マルチキャストにて送信する。このフレームもマルチキャスト生成用フレームとなる。ループを防止するため、マルチキャスト生成用フレームはシーケンス番号を含み、マルチキャスト用ノードから送信されるマルチキャスト生成用フレームにもノード制御用ノードCからのマルチキャスト生成用フレームと同一のシーケンス番号を付与する。マルチキャスト用ノードは、既に転送済みのマルチキャスト生成用フレームと同一シーケンス番号のマルチキャスト生成用フレームを受信した場合には、このフレームを破棄する。また、マルチキャスト用ノードは、さらに、受信したマルチキャスト生成用フレームに基づき制御データを含むマルチキャストフレームを生成し、これをマルチキャスト生成用フレームで指定された制御対象ノードNに対してマルチキャストで送信する。制御対象ノードNは、マルチキャストフレームを受信し、そのマルチキャストフレームに含まれる制御データを解析し、それに基づくアプリケーション処理を行う。
【００５９】
また、図１に示された５つの円はノード制御用ノードCおよび４つのマルチキャスト用ノードMの各々を中心とする半径30mの円を表わしており、上記各ノードから送信されるマルチキャストフレームの概略到達範囲を示している。ただし、先に説明したように、実際にはフェージング変動に起因して上記の円内においても確率的に伝送エラーが発生する。
【００６０】
以下では、具体的には、照明(調光器)の調光制御の場合について説明するが、本発明は、その制御に限らず、種々のアプリ関連機器の制御に適用できる。
【００６１】
ノード制御用ノードCは、アドホックネットワークにおいて、例えば、照明の調光制御のように、多数のノードを短時間かつ高信頼で制御する際に、制御データの送信起点となるノードである。１つの例では、ノード制御用ノードCは、調光制御のための押ボタンスイッチの接点情報を入力とし、この接点情報の変化時に照明の調光制御データを生成する。また、別の例では、ノード制御用ノードCは、有線LANあるいは無線LAN等の、アドホックネットワークとは別のネットワークを介してアンドロイド端末等の表示用端末に接続されており、表示用端末からの調光制御情報に基づいて調光制御データを生成する。このようなノード制御用ノードCは、アドホックネットワーク内に1台だけ存在してもよいし、複数台存在してもよい。
【００６２】
ノード制御用ノードCにおいて生成された調光制御データを含むマルチキャスト生成用フレームは、アドホックネットワークを介して複数のマルチキャスト用ノードMにマルチキャストで伝送される。ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードMまでのマルチキャスト生成用フレームの伝送は、マルチキャスト用ノード間でのフラッディングにより実現できる。すなわち、マルチキャスト生成用フレームを受信したマルチキャスト用ノードは、マルチキャスト生成用フレームを、１つまたは複数のマルチキャスト用ノードを宛先アドレスとしてマルチキャストで送信する。このマルチキャスト生成用フレームの転送(フラッディング)においては、自マルチキャスト用ノードのアドレスを宛先アドレスのリストから削除する。通常のフラッディングとは異なり、マルチキャスト生成用フレームのフラッディングはマルチキャスト用ノード間のみで行う。これは、すべてのノード間でフラッディングを行うと、一般に大きな遅延が発生するためである。マルチキャスト生成用フレームのマルチキャスト用ノードでの転送（フラッディング）の実現方法については後で詳述する。ソースルーティング型のアドホックネットワークの場合、ノード制御用ノードCは、すべてのマルチキャスト用ノードMを含むマルチキャスト用ルーティングテーブルを保持する。後で詳述するが、マルチキャスト生成用フレームにはシーケンス番号などのフレーム識別子を含めることができ、これにより、マルチキャスト用ノードがマルチキャスト生成用フレームを受信し得る機会を増やすために、自ノード(マルチキャスト用ノード)が受信したマルチキャスト生成用フレームを他ノード(マルチキャスト用ノード)に送信するようにしても、各マルチキャスト用ノードMは,重複して受信したマルチキャスト生成用フレームを識別して廃棄することができる。
【００６３】
マルチキャスト用ノードMは、ノード制御用ノードCあるいは他のマルチキャスト用ノードからマルチキャストで伝送されるマルチキャスト生成用フレームを受信し、これを他のマルチキャスト用ノードに転送すると、さらにそれを元にマルチキャストフレームを生成し、それを指定された制御対象ノードに調光用制御データをマルチキャストで伝送する。マルチキャスト用ノードMは、ノード制御用ノードCからの調光制御データを制御対象ノードに転送する中継用ノードとして機能する。また、マルチキャスト用ノードMにアプリ関連機器(調光器などの制御対象機器)を具備し制御対象ノードとしても機能することもできる。マルチキャスト用ノードMは、マルチキャスト伝送の信頼性を高めるために、アドホックネットワーク内に複数台、できれば少なくとも４台以上を備えることが望ましい。また、ノード制御対象ノードCが広域エリアに分布する場合には、さらに多くのマルチキャスト用ノードMをアドホックネットワーク内に備えることが望ましい。
【００６４】
図１のアドホックネットワークにおいては、予め定められた複数のマルチキャスト用ノードMから、調光制御データを含むマルチキャストフレームが、順次、マルチキャストで送信される。制御対象ノードは、複数のマルチキャスト用ノードMから送信される複数のマルチキャストフレームの中の１つ以上のマルチキャストフレームを正常に受信すれば、正しく制御される。マルチキャストフレームにフレーム識別子を含めることにより、制御対象ノードでは、重複して受信されたマルチキャストフレームを識別して廃棄することが可能となる。
【００６５】
なお、マルチキャストフレームは、マルチキャスト用ノードMからだけでなく、ノード制御用ノードCからも送信してもよい。また、マルチキャスト生成用フレームでは、マルチキャスト用ノードMを制御対象ノードとして指定することもでき、その場合、マルチキャスト用ノードMは、受信したマルチキャスト生成用フレームに含まれる制御対象ノードの指定を確認し、自ノードが指定されている場合は、マルチキャスト生成用フレームを転送し、さらにマルチキャストフレームを送信すると同時に、調光制御データに対応した処理を自ノードに対して実施する。
【００６６】
図２ａは、ノード制御用ノードCから単にマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおける伝送エラーの発生確率を示し、図２ｂ〜図２ｅは、4つのマルチキャスト用ノードMの各々からマルチキャストフレームを送信したときの、各ノードにおける伝送エラーの発生確率を示す。なお、図２ａ〜図２ｅにおける円は、ノード制御ノードCあるいはマルチキャスト用ノードMからの通信距離が30mとなる円であり、平均伝送エラー率が1%以下のエリアを表している。この円は、各マルチキャストフレームの概略の受信可能エリアを表わすが、この円内においても確率的に伝送エラーは発生するし、この円外においても伝送エラーが発生しない場合もある。なお、ここでは、フェージング変動周期と比較して、十分に長い時間でエラー率を測定するものとしている。
【００６７】
図２ａから、ノード制御用ノードCの近傍のノードでは10万回に1回程度、通信距離が30mのノードでは100回に1回程度の確率でエラーが発生し、これだけでは十分な信頼性が得られないことが分かる。図２(b)〜(e)の場合、エラー率が小さくなるノードの位置は互いに異なるが、図２(a)と同様の傾向が得られ、これだけでは十分な信頼性が得られないことが分かる。
【００６８】
図３は、ノード制御用ノードCおよび図２ａ〜図２ｅの4つのマルチキャスト用ノードMから、順次、マルチキャストフレームを送信し、その中の１つでも正常に受信されればエラーなしとした場合の伝送エラー率を示している。なお、図３におけるエラー率の計算では、5つのマルチキャスト伝送のエラー率は電波伝搬経路が異なるため、互いに独立であると仮定している。
【００６９】
図３から、この場合のエラー率は10−6未満であり、マルチキャスト伝送を用いているにもかかわらず、非常に高い信頼性が得られていることが分かる。以上のことから、本発明のアドホックネットワークシステムによれば、マルチキャスト伝送の信頼性を飛躍的に高めることができることが分かる。
【００７０】
図４は、ソースルーティング方式における制御用ノードCで用いられる制御用無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【００７１】
図４に示すように、ノード制御用ノードCで用いられる制御用無線通信装置は、無線通信装置1、アプリケーション表示部およびGUI部2、データ記憶部3を備える。データ記憶部3は、ユニキャスト用経路制御表3-1および中継マルチキャスト用経路制御表3-2を格納する。また、アプリケーション表示部およびGUI部2のうちのアプリケーション表示部は、アプリケーション関連情報、例えば、調光制御の場合には、調光器の点灯状態、輝度情報、およびこれらを制御するための照度センサ、人感センサからの情報等を表示する。また、GUI部は、アプリケーション表示部の内容に応じて設定を変更するためのものであり、調光器の調光制御の例では、これにより調光器の点灯状態あるいは輝度の変更を行うことができる。
【００７２】
上記では、アプリケーション関連情報を表示し、それに基づいて設定変更を行うとしたが、実際には、無線通信装置1のアプリケーション処理部30にて、照度センサが暗くなったことを検出して調光器を点灯させたり、その輝度を増大させたり、あるいは人感センサにおいて不検出の状態が長時間継続した場合に調光器を消灯させたりといった、自動制御を行うようにすることもできる。なお、ノード制御ノードCと、アンドロイド端末等のアプリケーション表示部およびGUI部を備える端末を有線LANあるいは無線LAN等の無線メッシュネットワークとは別のネットワークを介して接続し、これらの端末から調光制御を行うことも可能であり、この場合には、無線通信装置1およびデータ記憶部3のみで制御用無線通信装置を構成することができる。
【００７３】
無線通信装置1は、無線送受信部10、通信制御部20、アプリケーション処理部30およびネットワーク処理部40を備える。無線送受信部10には、通信制御部20から送信データ系列が印加され、これに基づいて無線信号が生成されて、アンテナから送信される。一方、アンテナにおいて受信された無線信号は、無線送受信部10において復調され、受信データ系列が通信制御部20に出力される。
【００７４】
通信制御部20は、送信制御部21および受信制御部22を備える。送信制御部21は、ユニキャスト送信制御部21-1、マルチキャスト送信制御部21-2、フラッディング送信制御部21-3および中継マルチキャスト送信制御部21-4を備え、アプリケーション処理部30やネットワーク処理部40から送信要求があった場合、送信するデータフレームのタイプに応じて、いずれか１つの送信制御部を選択し、該送信制御部において送信データ系列を生成して、無線送受信部10に出力する。ここでは、特に、中継マルチキャスト送信制御部21-4を備えた点に特徴があり、多数のノード(無線通信装置)を短時間かつ高い信頼度で制御することが要求される場合に、中継マルチキャスト送信制御部21-4が選択される。
【００７５】
受信制御部22は、自ノード宛フレーム受信制御部22-1を備える。無線送受信部10から受信データ系列が受信制御部22に印加された場合、自ノード宛フレーム受信制御部22-1は、受信データ系列の宛先アドレスをチェックし、それが自ノードアドレスと一致する場合、それが自ノードアドレスを含むマルチキャストアドレスである場合、あるいはそれが自ノードを制御対象(受け側ノードアドレス)として含むマルチキャストアドレスである場合には、その受信データ系列が含む受信情報、具体的には、パラメータを含む関数、コマンド等を抽出し、その関数あるいはコマンドの種類に応じて受信データ系列をアプリケーション処理部30あるいはネットワーク処理部40へ出力する。
【００７６】
アプリケーション処理部30は、例えば、GUI部において設定データが変更された場合に、この設定データの変更を、無線メッシュネットワークを介して、例えば、調光器などのノードに伝達するための送信情報、具体的には、パラメータを含む関数、コマンド等を生成し、これを送信制御部21に出力する。また、アプリケーション処理部30は、受信制御部22から、照度情報、人感センサ情報等のアプリケーションに関連した関数、コマンド等が入力された場合、これをアプリケーション表示部に表示させる。
【００７７】
ネットワーク処理部40は、ユニキャスト送信時におけるACKフレームの受信状況を常時監視しており、ACKフレームが連続して受信できない場合には、当該経路は使用不能と判断し当該フレームの宛先ノードに対してフラッディングフレームを送信し、ユニキャスト用経路制御表3-1をアップデートする。フラッディングフレームに対しても応答が得られない場合には、当該ノードは存在しないと判断して、ユニキャスト用経路制御表3-1から削除してもよい。また、無線メッシュネットワークにおける新ノードの追加あるいは既存ノードの削除に関する情報は、無線メッシュネットワークを介してノード制御用ノードCに通知される。ノード制御用ノードCのネットワーク処理部40は、この情報を取得すると、ユニキャスト用経路制御表3-1を更新する。ここで更新されたユニキャスト用経路制御表3-1は、ユニキャスト送信制御部21-1で使用される。
【００７８】
なお、ユニキャスト用経路制御表3-1は、フェージング変動におけるある特定の高々数100ms程度の期間での通信状況に基づいて、ネットワーク処理部40において決定されて更新される。一方、中継マルチキャスト用経路制御表3-2は、フェージング変動を考慮した上で、ネットワーク構築時に作成されており、ネットワーク処理部40によって更新されない。中継マルチキャスト用経路制御表3-2は、中継マルチキャスト送信制御部21-4で使用される。中継マルチキャスト用経路制御表3-2の作成の手法については、後で詳述する。
【００７９】
図５は、送信制御部21において、印加された送信データのタイプに応じた送信制御部の選択動作の一例を示すフローチャートである。アプリケーション処理部30あるいはネットワーク処理部40で送信コマンドが生成され(S51)、送信データが探索フレームの場合には(S52)、フラッディング送信制御部21-3を選択する(S53)。上記以外で、送信データが多数のノードを短時間かつ高い信頼度で同時に制御するタイプである場合には(S54)、中継マルチキャスト送信制御部21-4を選択する(S55)。上記以外で、送信データがマルチキャストタイプである場合には(S56)、マルチキャスト送信制御部21-2を選択する(S57)。上記以外の場合には、ユニキャスト送信制御部21-1を選択する(S58)。
【００８０】
図６は、ソースルーティング方式におけるマルチキャスト用ノードで用いられるマルチキャスト無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【００８１】
図６に示すように、マルチキャスト用ノードで用いられるマルチキャスト無線通信装置は、無線通信装置4、アプリ関連機器5およびデータ記憶部6を備える。ここで、データ記憶部6は、ユニキャスト用経路制御表6-1を格納する。なお、アプリ関連機器5は、マルチキャスト用ノードが制御対象ノードとしても機能する場合に備えるものであり、この機能を持たない場合には、マルチキャスト無線通信装置は、アプリ関連機器5なしで構成される。また、アプリ関連機器5が例えば調光器のような場合には、当該無線通信装置は自発的にデータフレームを送信せず、このような場合にはマルチキャスト無線通信装置をデータ記憶部6なしで構成することもできる。
【００８２】
アプリ関連機器5は、例えば、調光器であり、調光器の例では、無線通信装置4のアプリケーション処理部70からPWM(Pulse Width Modulation)信号が出力され、これにより照明の輝度が制御される。
【００８３】
無線通信装置4は、無線送受信部50、通信制御部60、アプリケーション処理部70およびネットワーク処理部80を備える。無線送受信部50には、通信制御部60から送信データ系列が印加され、これに基づいて無線信号が生成されて、アンテナから送信される。一方、アンテナにおいて受信された無線信号は、無線送受信部50において復調され、受信データ系列が通信制御部60に出力される。
【００８４】
通信制御部60は、送信制御部61および受信制御部62を備える。送信制御部61は、ユニキャスト送信制御部61-1、マルチキャスト送信制御部61-2、フラッディング送信制御部61-3および中継マルチキャスト送信制御部61-4を備え、受信制御部62は、マルチホップ転送制御部62-1、中継マルチキャスト転送制御部62-2、フラッディング転送制御部62-3および自ノード宛フレーム受信制御部62-4を備える。無線送受信部50から受信データ系列が受信制御部62に印加されると、それがフラッディングフレーム(探索フレーム)であれば、フラッディング転送制御部62-3は、送信制御部61のフラッディング送信制御部61-3と協働してフラッディング転送および送信制御を行う。自ノード宛フレーム受信制御部62-4は、受信データ系列の宛先アドレスをチェックし、それが自ノードアドレスと一致する場合、それが自ノードアドレスを含むマルチキャストアドレスである場合、あるいはそれが自ノードを制御対象として含むマルチキャストアドレスである場合には、その受信データ系列が含む受信情報、具体的には、パラメータを含む関数、コマンド等を抽出し、それをアプリケーション処理部70へ出力する。アプリケーション処理部70の出力によりアプリ関連機器5が制御される。例えば、調光器の場合、受信コマンドは調光制御コマンドであり、アプリケーション処理部70は、調光制御コマンドをPWM信号に変換してから調光器に出力する。このPWM信号により照明の輝度が制御される。
【００８５】
また、宛先アドレスが自ノードアドレスと完全に一致する場合には、さらに、受信データ系列がマルチホップ転送フレームか、中継マルチキャスト用フレーム(マルチキャスト生成用フレーム)かを確認し、この結果に従ってマルチホップ転送制御部62-1とユニキャスト送信制御部61-1、中継マルチキャスト転送制御部62-2と中継マルチキャスト送信制御部61-4とマルチキャスト送信制御部61-2の組み合わせにより各々マルチホップ転送および送信制御、中継マルチキャスト転送および送信制御を行う。ここでは、特に、中継マルチキャスト転送制御部62-2と中継マルチキャスト送信制御部61-4によるマルチキャスト生成用フレームのマルチキャスト用ノード間でのフラッディングおよび中継マルチキャスト転送制御部62-2とマルチキャスト送信制御部61-2によるマルチキャストフレームの転送制御に特徴があり、多数のノード(無線通信装置)を短時間かつ高い信頼度で制御することが要求される場合に、ノード制御用ノードは複数のマルチキャスト用ノードを宛先とするマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信するが、これを受信した場合に、中継マルチキャスト転送制御部62-2とマルチキャスト送信制御部61-2および中継マルチキャスト送信制御部61-4が使用されて、複数のマルチキャスト用ノードMから、各々他のマルチキャスト用ノード宛てのマルチキャスト生成用フレームと制御対象ノード宛てのマルチキャストフレームの両方がマルチキャストで送信される。
【００８６】
ネットワーク処理部80は、ユニキャスト送信時におけるACKフレームの受信状況を常時監視しており、ACKフレームが連続して受信できない場合には、当該フレームの宛先ノードに対してフラッディングフレーム(探索フレーム)を送信し、ユニキャスト用経路制御表6-1をアップデートする。フラッディングフレームに対しても応答が得られない場合には、当該ノードは存在しないと判断して、ユニキャスト用経路制御表6-1から削除してもよい。また、無線メッシュネットワークにおける新ノードの追加あるいは既存ノードの削除に関する情報は、無線メッシュネットワークを介してマルチキャスト用ノードに通知される。マルチキャスト用ノードのネットワーク処理部80は、この情報を取得すると、ユニキャスト用経路制御表6-1を更新する。ここで更新されたユニキャスト用経路制御表6-1は、ユニキャスト送信制御部61-1で使用される。ただし、先に述べたように、当該無線通信装置が例えば調光器のように自発的にデータフレームを送信しない場合には、データ記憶部6なしの構成とすることができる。ただし、この場合でも、マルチホップ転送制御においてユニキャスト送信が行われる。このようなユニキャスト送信においてACKフレームが連続して受信できない場合には、当該伝送路は通信不能と見なし、ネットワーク処理部80はマルチホップ伝送の送信元、例えばノード制御用ノードに対してマルチホップ伝送におけるエラー発生を通知する。これを受けて、マルチホップ伝送の送信元、例えばノード制御用ノードは、フラッディングフレームを送信する。
【００８７】
アプリケーション処理部70から送信要求が送信制御部61にあった場合、ユニキャスト送信制御部61-1は、送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。一方、ネットワーク処理部80から送信要求が送信制御部61にあった場合には、それは探索フレームであるので、フラッディング送信制御部61-3において送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。
【００８８】
一方、受信制御部62のマルチホップ転送制御部62-1からの転送データ系列は、ユニキャスト送信制御部61-1に印加され、ユニキャスト送信制御部61-1は、送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。このユニキャスト送信においては、転送データ系列に含まれる１つまたは複数の中継ノードアドレスのリストの中で、自ノードアドレスの次となるアドレスを宛先アドレスとする。自ノードアドレスが中継ノードのアドレスリストの最後である場合には、最終的な伝送先のアドレスを宛先アドレスとする。また、フラッディング転送制御部62-3からの転送データ系列は、フラッディング送信制御部61-3に印加され、フラッディング送信制御部61-3は、送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。さらに、中継マルチキャスト転送制御部62-2からの転送データ系列は、マルチキャスト送信制御部62-2に印加され、マルチキャスト送信制御部62-2は、送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。ここでは、特に、送信制御部61にマルチキャスト送信制御部61-2を備え、中継マルチキャスト転送制御部62-2からの転送データ系列をマルチキャストで送信することに特徴がある。
【００８９】
アプリケーション処理部70は、受信データ系列における制御データを受信制御部62から受け、アプリ関連機器5を制御する。例えば、アプリケーション処理部70は、調光制御コマンドを受信制御部62から受け、これに対応したPWM信号を調光器5に出力し、照明の輝度を制御するように動作する。
【００９０】
ネットワーク処理部80は、ユニキャスト送信時におけるACKフレームの受信状況を常時監視しており、ACKフレームが連続して受信できない場合には、当該フレームの 宛先ノードに対してフラッディングフレームを送信し、ユニキャスト用経路制御表6-1をアップデートする。更新されたユニキャスト用経路制御表6-1は、ユニキャスト送信制御部61-1で使用される。
【００９１】
図７は、通信制御部60における、受信データ系列の宛先アドレス確認と転送制御の動作の一例を示すフローチャートである。
【００９２】
まず、受信データ系列が、探索フレームのフラッディング転送を指示しているかを判定する(S71)。S71でフラッディング転送と判定された場合には、フラッディング転送制御(S72)を行い、処理を終了する。それ以外の場合には、次に受信データ系列の宛先アドレスが自ノードのアドレスに完全に一致するかを判定する(S73)。ここでは、宛先アドレスがユニキャストアドレスであって、それが自ノードのアドレスと同じ場合は一致すると判定され、それ以外の場合は一致しないと判定される。S73で一致すると判定された場合には、自ノード宛フレーム受信制御部62-4において受信データ系列における制御データを解析し、これに対応する処理、例えば、調光制御を行い(S74)、さらに、S75に進む。S75では、受信データ系列が、マルチホップ転送を指示しているか(S75)を判定し、その指示に従ってマルチホップ転送制御(S76)を行う。
【００９３】
S73で一致しないと判定された場合には、マルチキャストアドレスに自ノードのアドレスが含まれているかを判定し(S77)、ここで含まれていないと判定された場合には処理を終了する。しかし、S77で含まれていると判定された場合には、さらに、自ノードが制御対象となっているかを判定し(S78)、ここで制御対象となっていると判定された場合は、S79で、自ノード宛フレーム受信制御部62-4において受信データ系列における制御データを解析し、これに対応する処理、例えば、調光制御を行ってからS80に進む。S78で、自ノードが制御対象となっていないと判定された場合にはそのままS80に進む。自ノードが制御対象となっているかどうかは、受信データ系列における受け側マルチキャストアドレスから判定できる。S80では、受信データ系列が中継マルチキャスト転送を指示しているかを判定し(S80)、その指示に従って中継マルチキャスト転送制御(S81)を行う。ここで、中継マルチキャスト転送制御には、マルチキャスト用ノード間でのマルチキャスト生成用フレームのフラッディングおよび調光制御データを含むマルチキャストフレームのマルチキャストでの送信の両方を含む。
【００９４】
図８は、ソースルーティング方式における制御対象ノードで用いられる制御対象無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。
【００９５】
図８に示すように、制御対象ノードで用いられる制御対象無線通信装置は、無線通信装置7、アプリ関連機器8およびデータ記憶部9を備える。ここで、データ記憶部9は、ユニキャスト用経路制御表9-1を格納する。なお、アプリ関連機器8が例えば調光器のような場合には、当該無線通信装置は自発的にデータフレームを送信せず、このような場合にはマルチキャスト無線通信装置をデータ記憶部9なしで構成することもできる。
【００９６】
アプリ関連機器8は、例えば、調光器であり、調光器の例では、無線通信装置7のアプリケーション処理部110からPWM(Pulse Width Modulation)信号が出力され、これにより照明の輝度が制御される。
【００９７】
無線通信装置7は、無線送受信部90、通信制御部100、アプリケーション処理部110およびネットワーク処理部120を備える。無線送受信部90には、通信制御部100から送信データ系列が印加され、これに基づいて無線信号が生成されて、アンテナから送信される。一方、アンテナにおいて受信された無線信号は、無線送受信部100において復調され、受信データ系列が通信制御部100に出力される。
【００９８】
通信制御部100は、送信制御部101および受信制御部102を備える。受信制御部102は、マルチホップ転送制御部102-1、フラッディング転送制御部102-2および自ノード宛フレーム受信制御部102-3を備える。無線送受信部90から受信データ系列が受信制御部102に印加されると、それがフラッディングフレーム(探索フレーム)であれば、フラッディング転送制御部102-3は、送信制御部101のフラッディング送信制御部101-2と協働してフラッディング転送および送信制御を行う。自ノード宛フレーム受信制御部102-3は、受信データ系列の宛先アドレスをチェックし、それが自ノードアドレスと一致する場合、それが自ノードアドレスを含むマルチキャストアドレスである場合、あるいはそれが自ノードを制御対象として含むマルチキャストアドレスである場合には、その受信データ系列が含む受信情報、具体的には、パラメータを含む関数、コマンド等を抽出し、それをアプリケーション処理部110へ出力する。アプリケーション処理部110の出力によりアプリ関連機器5が制御される。例えば、調光器の場合、受信コマンドは調光制御コマンドであり、アプリケーション処理部110は、調光制御コマンドをPWM信号に変換してから調光器に出力する。このPWM信号により照明の輝度が制御される。
【００９９】
また、宛先アドレスが自ノードアドレスと一致する場合には、さらに、受信データ系列がマルチホップ転送フレームかを確認し、この結果に従ってマルチホップ転送制御部102-1とユニキャスト送信制御部101-1の組み合わせにより各々マルチホップ転送および送信制御を行う。
【０１００】
ネットワーク処理部120は、ユニキャスト送信時におけるACKフレームの受信状況を常時監視しており、ACKフレームが連続して受信できない場合には、当該フレームの宛先ノードに対してフラッディングフレーム(探索フレーム)を送信し、ユニキャスト用経路制御表9-1をアップデートする。フラッディングフレームに対しても応答が得られない場合には、当該ノードは存在しないと判断して、ユニキャスト用経路制御表9-1から削除してもよい。また、無線メッシュネットワークにおける新ノードの追加あるいは既存ノードの削除に関する情報は、無線メッシュネットワークを介して制御対象ノードに通知される。制御対象ノードNのネットワーク処理部120は、この情報を取得すると、ユニキャスト用経路制御表9-1を更新する。ここで更新されたユニキャスト用経路制御表9-1は、ユニキャスト送信制御部101-1で使用される。ただし、先に述べたように、当該無線通信装置が例えば調光器のように自発的にデータフレームを送信しない場合には、データ記憶部6なしの構成とすることができる。ただし、この場合でも、マルチホップ転送制御においてユニキャスト送信が行われる。このようなユニキャスト送信においてACKフレームが連続して受信できない場合には、当該伝送路は通信不能と見なし、ネットワーク処理部80はマルチホップ伝送の送信元、例えばノード制御用ノードに対してマルチホップ伝送におけるエラー発生を通知する。これを受けて、マルチホップ伝送の送信元、例えばノード制御用ノードは、フラッディングフレームを送信する。
【０１０１】
アプリケーション処理部110から送信要求が送信制御部61にあった場合、ユニキャスト送信制御部101-1は、送信データ系列を生成して無線送受信部90に出力する。一方、ネットワーク処理部120から送信要求が送信制御部101にあった場合には、それは探索フレームであるので、フラッディング送信制御部101-2において送信データ系列を生成して無線送受信部50に出力する。
【０１０２】
一方、受信制御部102のマルチホップ転送制御部102-1からの転送データ系列は、ユニキャスト送信制御部101-1に印加され、ユニキャスト送信制御部101-1は、送信データ系列を生成して無線送受信部90に出力する。また、フラッディング転送制御部102-2からの転送データ系列は、フラッディング送信制御部101-2に印加され、フラッディング送信制御部101-2は、送信データ系列を生成して無線送受信部90に出力する。このユニキャスト送信においては、転送データ系列に含まれる１つまたは複数の中継ノードアドレスのリストの中で、自ノードアドレスの次となるアドレスを宛先アドレスとする。自ノードアドレスが中継ノードのアドレスリストの最後である場合には、最終的な伝送先のアドレスを宛先アドレスとする。
【０１０３】
アプリケーション処理部110は、受信データ系列における制御データを受信制御部102から受け、アプリ関連機器8を制御する。例えば、アプリケーション処理部110は、調光制御コマンドを受信制御部102から受け、これに対応したPWM信号を調光器5に出力し、照明の輝度を制御するように動作する。
【０１０４】
ネットワーク処理部120は、ユニキャスト送信時におけるACKフレームの受信状況を常時監視しており、ACKフレームが連続して受信できない場合には、当該フレームの宛先ノードに対してフラッディングフレームを送信し、ユニキャスト用経路制御表9-1をアップデートする。更新されたユニキャスト用経路制御表9-1は、ユニキャスト送信制御部101-1で使用される。
【０１０５】
以下では、図９、図１０および図１１ａ〜図１１ｃを参照して、本発明の一実施形態における動作についてさらに詳細に説明する。
【０１０６】
図９は、本発明の無線メッシュネットワークの一実施形態におけるノード制御用ノードC、マルチキャスト用ノードMおよび制御対象ノードNの空間配置を示している。本実施形態では、1台のノード制御用ノードC、4台のマルチキャスト用ノードM1〜M4および20台の制御対象ノードN1〜N20から無線メッシュネットワークが構成されている。
【０１０７】
図１０は、図９の無線メッシュネットワークにおける全てのノードを一斉制御、例えば、全てのノードの調光器を一斉点灯または一斉消灯させる場合の、時間tの経過に伴う無線上の動作シーケンスを示している。
【０１０８】
最初に、ノード制御用ノードCは、マルチキャスト用ノードM1〜M4に対して、"一斉点灯"あるいは"一斉消灯"をマルチキャストで送信するように指示するデータフレーム(マルチキャスト生成用フレーム)Dをマルチキャストで送信する。ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードM1〜M4へのマルチキャスト生成用フレームDの送信は、マルチキャスト用ノードを宛先とするマルチキャストで行われているので、マルチキャスト用ノードM1〜M4は、マルチキャスト生成用フレームDを正常に受信してもACKフレームAをノード制御用ノードCに送信しない。
【０１０９】
各マルチキャスト用ノードM1〜M4は、マルチキャスト生成用フレームDを受信すると、それに含まれているマルチキャスト用ノードのアドレスのリストから自ノードのアドレスを削除したマルチキャスト生成用フレームDを生成し、それを他のマルチキャスト用ノードに対して送信する。これにより、各マルチキャスト用ノードM1〜M4は、最大で4回、同一のマルチキャスト生成用フレームDを受信することになる。しかし、後述するように、マルチキャスト生成用フレームDには、データフレーム識別用の識別子が含まれており、各マルチキャスト用ノードM1〜M4は、マルチキャスト生成用フレームDを一度正常に受信すれば、それと同一の識別子のマルチキャスト生成用フレームを受信しても破棄する。
【０１１０】
マルチキャスト用ノードM1〜M4は、ノード制御用ノードCからのマルチキャスト生成用フレームDを受信すると、そこで送信するように指示されているマルチキャストフレームDを、制御対象ノードN1〜N20のアドレスを受け側ノードアドレスとしてマルチキャストで送信する。
【０１１１】
受け側マルチキャストアドレスに対応する制御対象ノードで、マルチキャスト用ノードM1〜M4から送信されるマルチキャストフレームDが一度正常に受信されれば、そのマルチキャストフレームDの中の制御データによりアプリ関連機器が制御される。制御対象ノードでは、マルチキャスト用ノードM1〜M4が送信する自ノード宛のマルチキャストフレームDを一度正常に受信すれば、それと同一の識別子のマルチキャストフレームを受信しても破棄する。
【０１１２】
以上のように、ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードM1〜M4に対して、制御対象ノードNの指定および制御データを含むマルチキャスト生成用フレームをマルチキャストで送信し、マルチキャスト用ノードM1〜M4からマルチキャストフレームをマルチキャストで送信するという手法を採用することにより、短時間で信頼度の高い制御が実現できる。例えば、制御対象ノードNがデータフレームを正常に受信できない確率であるエラー率を大幅に低減させることができる(図３参照)。
【０１１３】
図１１ａは、図１０において、ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードM1〜M4宛に送信されるマルチキャスト生成用フレームDのフレームフォーマットの一例を示す。なお、ここでは、伝送制御に必要な情報要素のみを列挙しており、誤り検出、誤り訂正等の無線伝送において一般的に使用される情報要素は省略している。また、ここに列挙された情報要素の順序は、任意である。
【０１１４】
図１１ａに示すように、マルチキャスト生成用フレームDは、送り側ノードアドレス、マルチキャスト用ノードアドレス1〜K、受け側マルチキャストアドレス、シーケンス番号および制御データを含む。この場合、送り側ノードアドレスは、ノード制御用ノードCのアドレスであり、マルチキャスト用ノードアドレス1〜Kは、マルチキャスト用ノードM1〜M4のアドレスである。また、受け側マルチキャストアドレスは、マルチキャスト用ノードM1〜M4から"一斉点灯"あるいは"一斉消灯"をマルチキャストで送信する際の宛先アドレスである。受け側マルチキャストアドレスとして、20台の制御対象ノードN1〜N20の全てに対して割り振られたマルチキャストアドレスを使用することができ、予め規定されたブロードキャスト用のアドレスを使用することもできる。受け側マルチキャストアドレスに4台のマルチキャスト用ノードM1〜M4のアドレスが含まれるようにすれば、マルチキャスト用ノードM1〜M4を制御対象ノードとすることができる。
【０１１５】
また、図１１ａのフレームフォーマットは、複数のデータフレーム(マルチキャストフレーム)を識別するためのシーケンス番号(一般的には、データフレーム識別用の識別子でよい。) を含む。マルチキャスト用ノードM1〜M4がマルチキャスト生成用フレームを受信し、これに基づいてマルチキャストフレームを送信する際には、マルチキャスト生成用フレームに含まれるシーケンス番号を、そのままシーケンス番号として使用する。これは、上述のように、マルチキャスト用ノードM1〜M4から同一マルチキャスト生成用フレームを送信するので、これを一度正常に受信したノードが、その後、同一シーケンス番号のマルチキャスト生成用フレームを受信した場合に、これを破棄できるようにするためである。
【０１１６】
図１１ａのフレームフォーマットは、さらに、制御データを含む。この制御データは、受け側マルチキャストアドレスのノードに対してアプリ関連機器の制御を指示するコマンドである。例えば、調光器の"点灯"あるいは"消灯"の指示を行う。制御データには、さらに詳細な制御情報、例えば、輝度情報あるいは輝度を変更する際の変更に要する時間等の情報を含めることができる。
【０１１７】
図１１ｂは、図１０において、ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードM1〜M4宛に送信されるマルチキャスト生成用フレームDのフレームフォーマットの他の例を示す。図１１ａの例では、マルチキャストで送信する際の宛先アドレスを受け側マルチキャストアドレスにより指定しているが、図１１ｂでは、マルチキャストで送信する際の宛先となる複数の受け側ノードを、複数の受け側ノードアドレス1〜Nを併記することにより指定する。
【０１１８】
図１１ｃは、図１０において、ノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードM1〜M4宛に送信されるマルチキャスト生成用フレームDのフレームフォーマットの、さらに他の例を示す。図１１ｃに示すように、マルチキャストで送信する際の宛先となる複数の受け側ノードを、受け側ノード指定ビットマップにより指定することもできる。
【０１１９】
図１２ａは、図１０において、マルチキャスト用ノードM1〜M4からマルチキャストで送信されるマルチキャストフレームDのフレームフォーマットの一例を示す。図１２ａに示すように、マルチキャストフレームDは、送り側ノードアドレス、受け側マルチキャストアドレス、シーケンス番号および制御データを含む。この場合、送り側ノードアドレスは、マルチキャスト用ノードM1〜M4のアドレスのいずれかであり、受け側マルチキャストアドレスは、マルチキャスト用ノードM1〜M4から"一斉点灯"あるいは"一斉消灯"をマルチキャストで送信する際の宛先アドレスである。受け側マルチキャストアドレスとして、4台のマルチキャスト用ノードM1〜M4および20台の制御対象ノードN1〜N20の全てに対して割り振られたマルチキャストアドレスを使用することができ、予め規定されたブロードキャスト用のアドレスを使用することもできる。
【０１２０】
また、図１２ａのフレームフォーマットは、複数のデータフレームを識別するためのシーケンス番号(一般的には、データフレーム識別用の識別子でよい。) を含む。これは、上述のように、マルチキャスト用ノードM1〜M4から同一マルチキャストフレームを送信するので、これを一度正常に受信したノードが、その後、同一シーケンス番号のマルチキャストフレームを受信した場合に、これを破棄できるようにするためである。
【０１２１】
図１２ａのフレームフォーマットは、さらに、制御データを含む。この制御データは、受け側マルチキャストアドレスのノードに対してアプリ関連機器の制御を指示するコマンドである。例えば、調光器の"点灯"あるいは"消灯"の指示を行う。制御データには、さらに詳細な制御情報、例えば、輝度情報あるいは輝度を変更する際の変更に要する時間等の情報を含めることができる。
【０１２２】
図１２ｂは、図１０において、マルチキャスト用ノードM1〜M4からマルチキャストで送信されるマルチキャストフレームDのフレームフォーマットの他の例を示す。図１２ａの例では、マルチキャストで送信する際の宛先アドレスを受け側マルチキャストアドレスにより指定しているが、図１２ｂでは、複数の受け側ノードアドレスを併記することにより宛先アドレスを指定する。
【０１２３】
図１２ｃは、図１０において、マルチキャスト用ノードM1〜M4からマルチキャストで送信されるマルチキャストフレームDのフレームフォーマットの、さらに他の例を示す。図１２ｃに示すように、マルチキャストで送信する際の宛先となる複数の受け側ノードを、受け側ノード指定ビットマップにより指定することもできる。
【０１２４】
次に、中継マルチキャスト用経路制御表の一例とその作成手法について説明する。図１３は、無線メッシュネットワークのノード配置の例を示し、図１４は、この無線メッシュネットワークの場合に用いられる中継マルチキャスト用経路制御表の一例である。
【０１２５】
図１４に示されるように、中継マルチキャスト用経路制御表は、無線メッシュネットワークにおける各制御対象ノード(ノード制御用ノードとマルチキャスト用ノードを除いた残りのノード)N1〜N20に対して、マルチキャスト伝送を用いて高い信頼度で制御するために必要なマルチキャスト用ノードに"○"、それ以外のマルチキャスト用ノードに"×"を表記したものである。図１４の例では、全ての制御対象ノードN1〜N20に対して4台のマルチキャスト用ノードM1〜M4を使用するものとしている。すなわち、マルチキャスト用ノードM1〜M4の各々は、全ての制御対象ノードN1〜N20のアドレスを受け側マルチキャストアドレスに指定して、マルチキャストフレームをマルチキャストで送信する。信頼性確保の点からは、各制御対象ノードに対するマルチキャスト用ノードの数を少なくとも4〜5台以上とするのが好ましい。この場合のように、マルチホップなしでマルチキャスト伝送が可能な狭いエリアで制御を行う場合には、例えば、3〜4台の複数のノードをマルチキャスト用ノードとし、全てのマルチキャスト用ノードを、宛先アドレスによらず任意のノードへのマルチキャスト伝送に使用してもよい。
【０１２６】
図１５は、エリア1〜4を含む広域なエリアにおいて9台のマルチキャスト用ノードM1〜M9を用いて40台の制御対象ノードN1〜N40の制御を行う場合の無線メッシュネットワークのノード配置を示す。なお、ここでは、ノード制御用ノードCは図示されていないが、ノード制御用ノードCは、いずれかのノードを介してマルチホップでマルチキャスト用ノードM1〜M9にマルチキャスト生成用フレームをマルチキャスト伝送できるように配置すればよい。
【０１２７】
図１６は、図１５の無線メッシュネットワークの場合に用いられる中継マルチキャスト用経路制御表の一例である。本例の中継マルチキャスト用経路制御表は、制御対象ノードの各々に対して常に近傍の4台のマルチキャスト用ノードからマルチキャスト伝送を行うことを表している。この中継マルチキャスト用経路制御表に従って、エリア1の調光用ノード(制御対象ノード)N1〜N10に対してはマルチキャスト用ノードM1,M2,M4およびM5からマルチキャスト伝送を行い、エリア2の調光用ノードN11〜N20に対してはマルチキャスト用ノードM2,M3,M5およびM6からマルチキャスト伝送を行い、エリア3の調光用ノードN21〜N30に対してはマルチキャスト用ノードM4,M5,M7およびM8からマルチキャスト伝送を行い、エリア4の調光用ノードN31〜N40に対してはマルチキャスト用ノードM5,M6,M8およびM9からマルチキャスト伝送を行う。
【０１２８】
例えば、エリア1の調光用ノードN1〜N10のみの一斉制御(一斉点灯あるいは一斉消灯)を行う場合、図１６の中継マルチキャスト用経路制御表を参照して、エリア1に対応する4台のマルチキャスト用ノードM1,M2,M4およびM5からマルチキャスト伝送を各々行えばよい。また、エリア1とエリア2の両方の調光用ノードN1〜N10,N11〜N20の一斉制御を行う場合には、図１６の中継マルチキャスト用経路制御表を参照して、エリア1とエリア2に対応する各4台、合計8台のマルチキャスト用ノードM1,M2,M4およびM5, M2,M3,M5およびM6の中の重複するマルチキャスト用ノードM2,M5の一方を削除し、残った合計6台のマルチキャスト用ノードM1,M2,M3,M4,M5およびM6からマルチキャスト伝送を各々行えばよい。また、エリア1〜4の調光用ノードN1〜N40の一斉制御を行う場合には、エリア1〜4に対応する各4台、合計16台のマルチキャスト用ノードM1〜M9の中で重複するマルチキャスト用ノードは１台とカウントし、結局合計9台のマルチキャスト用ノードM1〜M9からマルチキャスト伝送を各々行えばよい。
【０１２９】
以上のように、上記実施形態によれば、制御対象ノードごとに、そのノード宛のデータフレームをマルチキャストで送信する際に使用する複数の、例えば4つのマルチキャスト用ノードが予め定められており、同一の制御データにより複数の制御対象ノードを制御する場合、制御用ノードから、複数の制御対象ノードの各々に対応したマルチキャスト用ノードの全てに対して、制御データをマルチキャストで送信することを指示する内容のデータフレームをマルチキャストで順次伝送し、さらに、上記のマルチキャスト用ノードのすべてから制御データをマルチキャストで伝送し、制御対象ノードの各々は、複数のマルチキャストフレームの中の1つ以上を正常に受信すればよいので、マルチキャストによる短時間での制御とサイトダイバーシチによる高い信頼性の両方を実現できる。
【０１３０】
次に、中継マルチキャスト用経路制御表の作成手法について説明する。中継マルチキャスト用経路制御表は、以下のように予め作成されてノード制御用ノードCのデータ記憶部3(図４)に格納される。
【０１３１】
一般に、無線メッシュネットワークにおける経路制御表は、フェージング変動の瞬時値に基づいて更新される。すなわち、フェージングの落ち込み等により既存の経路が通信不能となった場合、探索フレームを使用して、この時点で通信可能となる経路が新たに発見され、これに基づいて経路制御表が更新される。ただし、この新たに発見された経路も、そのときのフェージング変動の瞬時値において通信が可能であったに過ぎず、将来にわたって継続的に通信可能であることが保証される訳ではない。
【０１３２】
本発明は、事前に用意された、例えば3〜4個の複数の無線伝送路における個々のフェージング変動に着目するものではなく、それらの無線伝送路により等価的にダイバーシチ伝送を行うことにより高い信頼性を実現するものである。すなわち、中継マルチキャスト用経路制御表は、個別の無線伝送路のフェージング変動の瞬時値に基づいて生成、更新されるものではなく、１つの高信頼のダイバーシチ伝送路を実現するために必要な無線伝送路の組み合わせを表したものである。
【０１３３】
図１７は、本発明の無線メッシュネットワークの一実施形態において、各マルチキャスト用ノードM1〜M4と調光用ノード（制御対象ノード）N1〜N20の間の無線伝送路が使用可能である確率をまとめたものである。ここで、無線伝送路が使用可能である確率は、伝送路のフェージング変動の瞬時値において測定した単なるエラー率ではなく、十分に長い時間をかけてフェージング変動の統計分布を取得して求めたものである。例えば、受信レベルが最小受信感度を下回る確率が1%のとき、この無線伝送路が使用可能である確率は99%としている。この無線伝送路が使用可能である確率は、当該伝送路がダイバーシチブランチとして機能する確率を表しており、ある特定の調光用ノードと4つのマルチキャスト用ノードM1〜M4との間の無線伝送路が使用可能である確率の総和(合計)は、複数のマルチキャスト伝送を用いたサイトダイバーシチのダイバーシチオーダを表している。図１７によれば、各調光用ノードN1〜N20におけるダイバーシチオーダは3超である。一般的に、ダイバーシチオーダが2〜3程度であれば十分なダイバーシチ利得が得られるとされるので、ここでは十分に高い信頼性が得られることが分かる。
【０１３４】
中継マルチキャスト用経路制御表は、上記事項を考慮して作成する。まず、最初に、無線メッシュネットワーク内のノードの中からノード制御用ノードを除いた全てのノードについて、任意の2つのノードの組み合わせでの無線伝送路が使用可能である確率を求める。ここで、任意の2つのノードの組み合わせにおいて、送信側ノードと受信側ノードを入れ替えた2通りの確率を求めるものとする。なお、無線伝送路が使用可能である確率を求める手法については、後で説明する。
【０１３５】
図１８は、この結果の一例を示す。図１８において、"Am,n"は、ノードNmからノードNnにデータフレームを送信する場合における無線伝送路が使用可能である確率を表している。
【０１３６】
次に、送信側ノードの中から複数ノードを選択し、これを仮のマルチキャスト用ノードとしたときの仮の中継マルチキャスト用経路制御表を作成する。これは、図１８において、マルチキャスト用ノードとして選択したノード以外の列を全て削除することで得られる。
【０１３７】
図１９は、仮の中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す。ここでは、ノードN1,N3,N18,N20を仮のマルチキャスト用ノードとして選択した場合の一例を示している。
【０１３８】
次に、図１９において、図１７と同様に、受信側ノードN1〜N20毎に、選択したマルチキャスト用ノードN1,N3,N18,N20との間の無線伝送路が使用可能である確率の総和を求める。この総和が良好な値、例えば3以上であれば、仮に選択したノードN1,N3,N18,N20を正式にマルチキャスト用ノードとして決定することができる。もし、確率の総和が十分に大きくない、例えば2以下の受信側ノードが存在する場合には、さらにマルチキャスト用ノードを追加してから、再度、無線伝送路が使用可能である確率の総和を求め、その総和が任意の受信側ノードに対して良好な値となっていることを確認すればよい。
【０１３９】
異なるノードをマルチキャスト用ノードとすれば、さらに良好な結果が得られる可能性があるので、前とは異なるノードをマルチキャスト用ノードとして選択して確率の総和を求め、先の結果と比較して良好な方をマルチキャスト用ノードとして決定してもよい。あるいは3台もしくは4台のノードの組み合わせの全てに対して、無線伝送路が使用可能である確率の総和を各々求め、例えば、各組み合わせにおける確率の総和の最小値を相互に比較し、その最小値が最大となる組み合わせを最終的なマルチキャスト用ノードとして決定してもよい。
【０１４０】
次に、任意の2つのノード、すなわち、送信側ノードおよび受信側ノードの間において無線伝送路が使用可能である確率を求める手法について説明する。
【０１４１】
図２０は、一般的な屋内電波伝播モデルである仲上-ライスフェージングにおける受信レベルとその累積確率分布との関係の一例を示す。この例の場合では、フェージングによる受信レベルの5dB低下の発生頻度は3%であり、10dB低下の発生頻度は0.1%となっている。このことは、送信電力を、例えば5dBあるいは10dB低下させた状態で、2つのノード間での無線伝送の品質、すなわち、エラー率を測定し、これがエラーフリーであれば、逆に、送信電力を低下させない通常の送信状態におけるエラーの発生頻度は、各々3%あるいは0.1%以下であることを意味する。ただし、ここでのエラーの発生頻度とは、フェージング変動の瞬時値において測定したデータフレームのエラー率ではなくて、フェージング変動と比較して十分に長い時間をかけて測定した場合に受信レベルが最小受信感度以下となる頻度のことである。
【０１４２】
図２１は、送信電力の低下量と、送信電力を低下させた状態で伝送エラーを評価し、これがエラーフリーであった場合の無線伝送路が使用可能である確率の下限値の関係を示す。
【０１４３】
無線メッシュネットワーク内のノードの中からノード制御ノードを除いた全てのノードについて、任意の2つのノードの組み合わせでの伝送エラー率を、送信電力を低下させた状態で評価し、エラーフリーとなる限界における送信電力の低下分の値から、この2つのノードの組み合わせでの無線伝送路が使用可能である確率の下限値を求めることができる。
【０１４４】
このように、送信電力を低下させた状態で、無線伝送のエラー率を測定し、エラーフリーの限界を実測することで、無線伝送路が使用可能である確率の下限を求めることができる。ただし、図２１における無線伝送路が使用可能である確率の下限値は、屋内電波伝播モデルに大きく依存するので、事前に無線メッシュネットワークを設置する環境のフェージング特性、具体的には、仲上-ライス分布におけるライスファクタ等を評価しておく必要がある。
【０１４５】
図２２ａは、ノード制御用ノードCから制御対象ノードN1,N5,N15,N20までの伝送で使用するマルチキャスト用ノードと、各経路でのエラー率とサイトダイバーシチ実施時のエラー率の関係を示している。なお、図２２ａでの制御用ノードと制御対象ノードの配置は、図１３や図１５と対応するものでなく、例えば、図示最上段は、制御用ノードCから制御対象ノードN1までの伝送でマルチキャスト用ノードN1,N5,N15を使用するとしている。C→N1、C→N5、N5→N1、C→N15、N15→N1の各経路でのエラー率をそれぞれ、P0,1、P0,5、P5,1、P0,15、P15,1とすると、C→N1(経路1)、C→N5→N1(経路2)、C→N15→N1(経路3)の各経路でのエラー率はそれぞれ、P0,1、P0,5+P5,1、P0,15+P15,1となり、経路1,2,3を用いたサイトダイバーシチ実施時のエラー率は、P0,1×(P0,5+P5,1)×(P0,15+P15,1)となる。
【０１４６】
以上では、中継マルチキャスト用経路制御表の理論に基づく厳密な作成方法について説明した。しかし、実際には、上記で説明した内容を、無線メッシュネットワークの構築時に実施することは大変である。そこで、以下ではより簡易ではあるが有効な中継マルチキャスト用経路制御表の作成方法について説明する。
【０１４７】
この簡易な中継マルチキャスト用経路制御表の作成方法においては、各マルチキャスト用ノードから送信電力を例えば10dB低下させた状態でデータフレームを送信し、これを、各制御対象ノードにおいて受信したときの伝送エラー率を求める。この測定は、フェージング変動の瞬時値でのエラー率の測定であり、例えば10〜100フレーム程度の無線伝送においてエラー率を求めてもよい。この伝送エラー率の測定において、ほぼエラーフリーとなる場合には、該制御対象ノードは該マルチキャスト用ノードを中継用ノードとして使用可能と見なす。
【０１４８】
図２１によると、送信電力を10dB低下させた状態で無線伝送を行ってエラーフリーとなった無線伝送路では、送信電力を低下させない状態で無線伝送を行うと99.9%以上の確率で通信可能である。ここで、ほぼエラーフリーと見なす基準としては、例えば１フレーム程度のフレームエラーを許容するものとしてもよい。具体的には、100フレームの伝送でエラー率の測定を行う場合には、99フレーム以上を正しく受信できた場合にエラーフリーと見なしてよい。これは、フェージング変動の瞬時値でのエラー率の測定においてはその結果は２極化し、エラーフリーとなるか、あるいは100%に近いエラー率となる場合が多く、これらを区別できればよいからである。このようにして作成した各マルチキャスト用ノードを各制御対象ノードが中継用ノードとして使用可能であるかを示す表の例を図２２ｂに示す。
【０１４９】
図２２ｂにおいて"Bm,n"は、ノードNmからノードNnに送信電力を例えば10dB低下させた状態でデータフレームを送信する場合に略エラーフリーと見なせるかどうかを２値で表現したものであり、略エラーフリーと見なせる場合に"１"、そうでない場合に"０"とする。次に、図２２ｂにおける送信側ノードの中から複数ノードを選択し、これを仮のマルチキャスト用ノードとしたときの仮の中継マルチキャスト用経路制御表を作成する。これは、図２２ｂにおいて、マルチキャスト用ノードとして選択したノード以外の列を全て削除することで得られる。
【０１５０】
図２２ｃは、仮の中継マルチキャスト用経路制御表の一例を示す。ここでは、ノードN1,N3,N18,N20を仮のマルチキャスト用ノードとして選択した場合の一例を示している。
【０１５１】
次に、図２２ｃにおいて、受信側ノードN1〜N20毎に、中継ノードとして使用可能なマルチキャスト用ノードの数を求める。この総和が良好な値、例えば4以上であれば、仮に選択したノードN1,N3,N18,N20を正式にマルチキャスト用ノードとして決定することができる。もし、総和が十分に大きくない、例えば2以下の受信側ノードが存在する場合には、さらにマルチキャスト用ノードを追加してから、再度、無線伝送路が使用可能である総和を求め、その総和が任意の受信側ノードに対して良好な値となっていることを確認すればよい。
【０１５２】
異なるノードをマルチキャスト用ノードとすれば、さらに良好な結果が得られる可能性があるので、前とは異なるノードをマルチキャスト用ノードとして選択して総和を求め、先の結果と比較して良好な方をマルチキャスト用ノードとして決定してもよい。あるいは3台もしくは4台のマルチキャスト用ノードの組み合わせの全てに対して、中継ノードとして使用可能なマルチキャスト用ノードの数を各々求め、例えば、各組み合わせにおける総和の最小値を相互に比較し、その最小値が最大となる組み合わせを最終的なマルチキャスト用ノードとして決定してもよい。
【０１５３】
次に、この簡易な中継マルチキャスト用経路制御表の生成方法の有効性の実機での検証結果を図２２ｄに示す。実機検証は、40m×40mの広さの室内に１台の制御用ノードと２８台の制御対象ノードを配置し、制御対象ノードの中から１台〜６台のマルチキャスト用ノードを様々に選択した状態において、各々データフレームの無線伝送を行い、各制御対象ノードが中継用ノードとして使用可能なマルチキャスト用ノードの数とそのときのエラー率の関係を同一グラフ上にプロットしたものである。図２２ｄより、使用可能な中継用ノードの数が増えるにしたがって伝送エラー率は急激に減少していること、使用可能な中継用ノードの数が４以上の場合には伝送エラー率は0.0001以下となることが分かる。
【０１５４】
以上実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、無線メッシュネットワークがソースルーティング型のアドホックネットワークであるとしたが、本発明は、ルータ型のアドホックネットワークにも適用することができる。ルータ型のアドホックネットワークでは、ルータ用ノードが、各々転送用ルーティングテーブルを保持しており、任意のノードがノード制御用ノードCとなることができる。
【０１５５】
図２３は、ルータ方式における制御用ノードCで用いられる制御用無線通信装置の実施形態を示すブロック図であり、図２４は、ルータ方式における制御対象ノードNで用いられる制御対象無線通信装置の実施形態を示すブロック図である。なお、マルチキャスト用ノードは、図６と同様であるので、図示省略する。図２３、図２４では、図４、図８と同一あるいは同等部分に同じ符号を付している。
【０１５６】
図２３が図４と異なるのは、受信制御部22がマルチホップ転送制御部22-2とフラッディング転送制御部22-3を備える点である。また、図２４が図８と異なるのは、送信制御部101がマルチキャスト送信制御部101-3を備える点である。これらの相違は、ノードがルータ用であることによるものであり、本発明に関係する構成や動作は、ソースルーティング方式(図４，図８)と同様であるので、説明は省略する。
【０１５７】
また、上記実施形態では、全ての制御対象ノードを同一制御するものとしたが、例えば、ノードに応じて制御を異ならせることもできる。例えば、ノード１〜9は100%の輝度で点灯させ、ノード10〜20は70%の輝度で点灯させるといった制御である。
【０１５８】
図２５ａは、ノードに応じて制御を異ならせる場合にノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードMへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す。このフレームフォーマットには、受け側マルチキャストアドレス１と制御データ１のペア、受け側マルチキャストアドレス2と制御データ2のペアの2組が含まれている。マルチキャスト用ノードアドレス1〜Kは、中継用となる複数のマルチキャスト用ノードのアドレスであり、受け側マルチキャストアドレス1,2は、例えば、ノード１〜9,ノード10〜20に対応する。例えば、制御データ1,2がそれぞれ"100%輝度で点灯","70%輝度で点灯"を指示するものとすると、ノード１〜9の調光器を100%輝度で点灯させ、ノード10〜20の調光器を70%輝度で点灯させることができる。
【０１５９】
図２６ａは、このときにマルチキャスト用ノードMから送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す。マルチキャスト用ノードMからは、図２５(a)のフレームフォーマットを有する2つのマルチキャストフレームが、順次、送信される。
【０１６０】
図２５ｂは、ノードに応じて制御を異ならせる場合にノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードMへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットの他の例を示す。図２５ａの例では、マルチキャストで送信する際の宛先アドレスを受け側マルチキャストアドレスにより指定しているが、図２５ｂでは、複数の受け側ノードアドレスを併記することにより宛先アドレスを指定する。
【０１６１】
図２６ｂは、このときにマルチキャスト用ノードから送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す。マルチキャスト用ノードからは、図２６ｂに示すように、複数の受け側ノードアドレスを併記したフレームフォーマットを有する2つのマルチキャストフレームが、順次、送信される。
【０１６２】
図２５ｃは、ノードに応じて制御を異ならせる場合にノード制御用ノードCからマルチキャスト用ノードMへ送信されるデータフレームのフレームフォーマットの、さらに他の例を示す。図２５ｃに示すように、マルチキャストで送信する際の宛先となる複数の受け側ノードを、受け側ノード指定ビットマップにより指定することもできる。
【０１６３】
図２６ｃは、このときにマルチキャスト用ノードから送信されるデータフレームのフレームフォーマットの一例を示す。マルチキャスト用ノードからは、図２６ｃに示すように、受け側ノード指定ビットマップが記述されたフレームフォーマットを有する2つのマルチキャストフレームが、順次、送信される。
【０１６４】
例えば、ノード１〜9の調光器を100%輝度で点灯させ、ノード10〜20の調光器を70%輝度で点灯させたい場合、従来では、ノード１〜9の調光器の制御とノード10〜20の調光器の制御を2回に分けて行う必要があり、全てのノードを一斉制御する場合と比較して2倍の時間がかかるが、上記の手法によれば、マルチキャストによる短時間での制御を実現できる。
【符号の説明】
【０１６５】
1,4,7・・・無線通信装置、2・・・アプリケーション表示部およびGUI部、3,6,9・・・データ記憶部、3-1,6-1,9-1・・・ユニキャスト用経路制御表、3-2・・・中継マルチキャスト用経路制御表、5,8・・・アプリ関連機器(調光器)、10,50,90・・・無線送受信部、20,60,100・・・通信制御部、21,61,101・・・送信制御部、21-1,61-1,101-1・・・ユニキャスト送信制御部、21-2,61-2,101-3・・・マルチキャスト送信制御部、21-3,61-3,101-2・・・フラッディング送信制御部、21-4,61-4・・・中継マルチキャスト送信制御部、22,62,102・・・受信制御部、22-1,62-4,102-3・・・自ノード宛フレーム受信制御部、22-2,62-1,102-1・・・マルチホップ転送制御部、62-2・・・中継マルチキャスト転送制御部、22-3,62-3,102-2・・・フラッディング転送制御部、30,70,110・・・アプリケーション処理部、40,80,120・・・ネットワーク処理部、C・・・制御用ノード、M,M1〜M9・・・マルチキャスト用ノード、N,N1〜N40・・・制御対象ノード
【図１】
2014068202.tif 000003
【図２ａ】
2014068202.tif 000004
【図２ｂ】
2014068202.tif 000005
【図２ｃ】
2014068202.tif 000006
【図２ｄ】
2014068202.tif 000007
【図２ｅ】
2014068202.tif 000008
【図３】
2014068202.tif 000009
【図４】
2014068202.tif 000010
【図５】
2014068202.tif 000011
【図６】
2014068202.tif 000012
【図７】
2014068202.tif 000013
【図８】
2014068202.tif 000014
【図９】
2014068202.tif 000015
【図１０】
2014068202.tif 000016
【図１１ａ】
2014068202.tif 000017
【図１１ｂ】
2014068202.tif 000018
【図１１ｃ】
2014068202.tif 000019
【図１２ａ】
2014068202.tif 000020
【図１２ｂ】
2014068202.tif 000021
【図１２ｃ】
2014068202.tif 000022
【図１３】
2014068202.tif 000023
【図１４】
2014068202.tif 000024
【図１５】
2014068202.tif 000025
【図１６】
2014068202.tif 000026
【図１７】
2014068202.tif 000027
【図１８】
2014068202.tif 000028
【図１９】
2014068202.tif 000029
【図２０】
2014068202.tif 000030
【図２１】
2014068202.tif 000031
【図２２ａ】
2014068202.tif 000032
【図２２ｂ】
2014068202.tif 000033
【図２２ｃ】
2014068202.tif 000034
【図２２ｄ】
2014068202.tif 000035
【図２３】
2014068202.tif 000036
【図２４】
2014068202.tif 000037
【図２５ａ】
2014068202.tif 000038
【図２５ｂ】
2014068202.tif 000039
【図２５ｃ】
2014068202.tif 000040
【図２６ａ】
2014068202.tif 000041
【図２６ｂ】
2014068202.tif 000042
【図２６ｃ】
2014068202.tif 000043
【図２７】
2014068202.tif 000044
【図２８】
2014068202.tif 000045
【図２９】
2014068202.tif 000046
【図３０ａ】
2014068202.tif 000047
【図３０ｂ】
2014068202.tif 000048
【図３１】
2014068202.tif 000049
【図３２】
2014068202.tif 000050
【図３３】
2014068202.tif 000051
【図３４】
2014068202.tif 000052
【図３５】
2014068202.tif 000053
【図３６】
2014068202.tif 000054
【図３７】
2014068202.tif 000055
【図３８】
2014068202.tif 000056
【図３９】
2014068202.tif 000057
【図４０】
2014068202.tif 000058
【図４１】
2014068202.tif 000059
【図４２】
2014068202.tif 000060