(57)【要約】  中継器が密集して配置され、互いに無線パケットの干渉を引き起こす無線メッシュネットワークであっても、高い通信品質で通信を行うことができる中継器は、自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ近隣ノードの中に代表ノードが含まれていない場合に、自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が代表ノードになる代表ノード化決定部（６０５）と、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードを自クラスタに参加させる参加離脱通知部（６０７）と、クラスタ内通信で用いられるチャネルを、代表ノードの代表ノード化決定部（６０５）により決定されたチャネルに変更する周波数チャネル変換部（６０９）とを備える。
2010010708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを中継する中継器であって、
当該中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行い、
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と直接通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定部と、
前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定部により決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項２】
さらに、前記自クラスタ内の全ての中継器との間の通信品質が、所定の品質を満たしていない中継器に対して、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられているチャネルを使用させないことにより、前記自クラスタから離脱させる離脱部を備える
請求項１記載の中継器。
【請求項３】
前記離脱部は、さらに、前記自クラスタ内の中継器との通信品質が所定の品質を満たしていない中継器から、前記自クラスタからの離脱要求を受けた場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられているチャネルを使用させないことにより、当該中継器を前記自クラスタから離脱させる
請求項２記載の中継器。
【請求項４】
さらに、
前記自クラスタに属する中継器の数を測定する中継器数測定部と、
前記中継器数測定部により測定された前記中継器の数が所定値になるまで、通信インターフェイスの通信出力を弱める無線出力調整部とを備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項５】
さらに、自中継器が前記代表ノードである場合に、所定の品質よりも通信品質が悪いいずれか１つの前記近隣ノードと、自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させる第１の代表ノード変更部を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項６】
さらに、
他の中継器との間で所定のデータを送受信することにより、前記近隣ノードを検出する通信可能ノード検出部と、
前記通信可能ノード検出部により検出された前記近隣ノードの通信品質を測定する通信品質測定部とを備え、
前記第１の代表ノード変更部は、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記通信品質測定部により測定された前記近隣ノードの通信品質と前記所定の品質とを比較することにより、前記所定の品質よりも通信品質が悪いいずれか１つの前記近隣ノードを特定する通信品質比較部と、
前記通信品質比較部により特定されたいずれか１つの前記近隣ノードと、自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させることを、前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部とを含む
請求項５記載の中継器。
【請求項７】
さらに、
自中継器の位置情報を検出する位置情報検出部と、
前記自クラスタに属する中継器から、当該中継器の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報検出部により検出された自中継器の位置情報と前記位置情報取得部により取得された前記自クラスタに属する中継器の位置情報とを用いて、前記自クラスタの重心位置を算出する重心位置算出部と、
前記重心位置算出部により算出された前記重心位置と、前記位置情報取得部により取得された前記自クラスタに属する中継器の位置情報とを比較することにより特定された前記重心位置に最も近い位置に存在する中継器と自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させる第２の代表ノード変更部とを備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項８】
データを中継する中継器であって、
当該中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行い、
予め定められたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
前記自クラスタの周辺に存在する中継器である近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さず、かつ自クラスタに属する全ての中継器と１ホップで通信できる近隣ノードに対して、前記予め定められたチャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記予め定められたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項９】
データを中継する中継器であって、
当該中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行い、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定するチャネル決定部と、
前記チャネル決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
前記自クラスタの周辺に存在する中継器である近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さず、かつ自クラスタに属する全ての中継器と１ホップで通信できる近隣ノードに対して、前記チャネル決定部により決定されたチャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記チャネル決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項１０】
データを中継する中継器のためのデータの中継方法であって、
当該中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行い、
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と直接通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定ステップと、
前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知ステップと、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定ステップにおいて決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加ステップと、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルに変更するチャネル変更ステップと
を含む中継方法。
【請求項１１】
データを中継する中継器のためのプログラムであって、
当該中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行い、
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と直接通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定ステップと、
前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知ステップと、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定ステップにおいて決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加ステップと、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルに変更するチャネル変更ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定端末や移動端末が接続される無線メッシュネットワークシステムでの高品質伝送を行う中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有線網の設置が困難な場所での通信インフラの提供や、自然災害時における迅速な通信網の確保の手段として、無線アクセスポイントを相互に接続した無線メッシュネットワークが注目されている。【０００３】
図１は、一般的な無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。【０００４】
同図に示すように、無線メッシュネットワークには、複数の端末１９０１と、複数の中継器１９０２とが接続されている。端末１９０１は、無線により映像や音声等のデータの送受信を行う機能を備えた携帯端末やパソコン等の通信機器である。中継器１９０２は、送信端末から送信されたデータを受信端末まで中継する機能を備えた無線アクセスポイント等である。【０００５】
無線メッシュネットワークでは、複数の端末１９０１間の通信を、１つ以上の中継器１９０２を介して行うことにより、直接、無線通信を行うことができない端末１９０１間での通信を実現させることができる。【０００６】
しかし、無線メッシュネットワークではマルチホップの段数が増えるにつれて、端末１９０１間で通信されるトラフィックのスループットが低下するという課題がある。【０００７】
つまり、中継器１９０２において、受信した無線パケットを次の中継器１９０２に中継する際に、中継される無線パケットが、近隣の中継器１９０２に対して干渉の原因となる。これにより、干渉を受ける側の中継器１９０２では、無線パケットの衝突によるパケットロスや送信待ちによる遅延が発生するためである。【０００８】
そのため、従来、２台の端末（パーソナルコンピュータ）が、２台以上の中継器を介して通信を行う際に、中継器間で送信される無線パケットの干渉を回避する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００９】
具体的には、図２Ａに示すように、特許文献１記載の技術は、直接通信可能な中継器１９０２同士は、異なる周波数チャネルを利用して無線パケットの中継を行う技術である。例えば、同図の左端から順に中継器１９０２に、１ｃｈ、３ｃｈ、１ｃｈ、３ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。このため、各中継器において、無線パケットの受信時に利用される周波数チャネルと送信時に利用される周波数チャネルとを異ならせることができる。これにより、各中継器１９０２が近隣の中継器１９０２と通信を行う際に生じる無線パケットの干渉の発生を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、利用できる周波数チャネルの数には制限がある。このため、特許文献１記載の技術において、図２Ｂに示すように、端末１９０１及び中継器１９０２が高密度で配置されている状況では、利用できる周波数チャネルの数に対して、中継器１９０２の数が多すぎる。このため、直接通信可能な中継器１９０２同士に同じ周波数チャネルを割当てざるを得ない状況が発生する。よって、無線パケットの経路において、同じ周波数チャネルを連続して利用する箇所では、無線パケットの干渉が発生する。そのため、通信品質の低下を引き起こしてしまうという課題がある。例えば、同図の右端では２台の中継器１９０２に連続して３ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。さらに、他の２台の中継器１９０２に連続して２ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。このため、これらの箇所においては、ある無線パケットの受信と他の無線パケットの送信とを並列に行うことができないため、通信品質の低下が引き起こされる。【００１２】
このような課題に鑑み、本発明は、中継器が密集して配置され、互いに無線パケットの干渉を引き起こす無線メッシュネットワークであっても、高い通信品質で通信を行うことができる中継器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある局面に係る中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行う中継器であって、自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と直接通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定部と、前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定部により決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部とを備える。【００１４】
この構成によると、中継器は、互いに同じ専用の周波数チャネルで通信を行う中継器からなるクラスタを構築することができる。クラスタは、他のクラスタに属する中継器との間で無線パケットの送受信が可能な仮想的な中継器として動作させることができる。これにより、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークにおいて発生する無線パケットの干渉の発生を抑えることができる。よって、通信品質の低下を抑制した、高品質なマルチホップ通信が可能となる。【００１５】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える中継器として実現することができるだけでなく、中継器に含まれる特徴的な処理部をステップとする中継方法として実現することもできる。また、中継方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc−Read Only Memory）等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のチャネル制御装置は、中継器が高密度で配置されている無線メッシュネットワークにおいても、無線パケットの干渉による通信品質の低下を抑えることが可能となる。このため、高品質伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、一般的な無線メッシュネットワークの一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来の課題を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来の課題を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明による課題解決のアプローチを説明するための図である。
【図４】図４は、本発明が対象としている無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、無線メッシュネットワークの一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、用語の定義を説明するための図である。
【図６】図６は、実施の形態１における中継器の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態１における中継器の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、通信品質測定処理及びクラスタ情報通知処理を説明するためのタイムチャートである。
【図９】図９は、近隣ノード情報の内容を説明するための図である。
【図１０】図１０は、クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図１１】図１１は、近隣クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図１２】図１２は、自中継器を通常の中継器から代表ノードに変更するための処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、自中継器を代表ノードから通常の中継器に戻すための処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、クラスタに新たなメンバノードを追加する処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、クラスタに所属するメンバノードを削除する処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、クラスタへの参加・クラスタからの離脱処理（図７のＳ７０６）を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】図１７は、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、クラスタを構成することによる効果を説明するための図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、クラスタを構成することによる効果を説明するための図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２における中継器の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２における中継器の動作を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、実施の形態３における中継器の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２２は、代表ノードの変更動作を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、代表ノード変更情報の内容を説明するための図である。
【図２４】図２４は、代表ノードがメンバノードに対して代表ノードを変更したことを通知する動作を示すタイムチャートである。
【図２５】図２５は、実施の形態４における中継器の構成を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、中継器における位置情報の取得と、近隣ノードと互いの位置情報の共有のための動作を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図２８】図２８は、近隣クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図２９】図２９は、中継器の位置情報に基づいて、代表ノードを変更する処理を示すフローチャートである。
【図３０】図３０は、実施の形態５における代表ノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【図３１】図３１は、実施の形態５におけるメンバノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【図３２Ａ】図３２Ａは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｃ】図３２Ｃは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｄ】図３２Ｄは、本発明の適用例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
本発明では、図３に示すように、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークに対して、無線パケットの通信可能な範囲に基づいて共通の周波数チャネルを利用するクラスタを形成する。これにより、複数の中継器を１つの中継器のように見立て、端末間で通信される無線パケットを、異なるクラスタに属する中継器を介して多段（マルチホップ）に中継させる。
【００１９】
さらに隣接するクラスタ間で異なる周波数チャネルを割当てることにより、無線パケットの干渉を抑制する。これにより、中継器が密集して配置される無線メッシュネットワークにおいて、同じ周波数チャネルを用いて無線パケットを繰り返し中継することを回避し、無線メッシュネットワークでの通信品質の低下の抑制を行う。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図４は、本発明が対象としている無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。
【００２２】
同図に示されるように、複数の端末（端末１９０１ａ及び１９０１ｂ）が、１つ以上の中継器（中継器１９０２ａ〜１９０２ｆ）を介して、無線で接続されることにより無線メッシュネットワークが構成される。
【００２３】
中継器１９０２ａ〜１９０２ｆの各々は、複数の通信インターフェイスを備えており、異なる周波数チャネルを利用して、無線パケットの送信及び受信を同時に行うことができる。また、各中継器は、ルーティング機能を備えており、無線メッシュネットワーク内における相互接続及び有線網との間の相互接続を実現している。ここで、ルーティング機能とは、中継器を経由して、データを送信端末から受信端末まで最適な経路を選択し、データを伝送する機能のことである。ルーティング機能は、ＩＰ（Internet Protocol）パケットレベルで実現されていても良い。また、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１１ｓのように、データリンク層で実現されていても良い。例えば、ルーティング機能により、端末１９０１ａから端末１９０２ｂに向けて送信される無線パケットは、端末１９０１ａ、中継器１９０２ａ、中継器１９０２ｃ、中継器１９０２ｄ、中継器１９０２ｅ、中継器１９０２ｆ、端末１９０１ｂの順に中継される。なお、他の経路を通過させて無線パケットを端末１９０１ａから端末１９０１ｂに送信するようにしても良い。
【００２４】
図４では、端末１９０１ａ及び１９０１ｂは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成されているが、端末の種類や性能などは限定されるものではない。例えば、端末は、固定された場所で利用される通信機能を有するテレビや、移動先で利用可能な携帯電話や、カーナビゲーションシステムなどであっても良い。
【００２５】
また、端末と中継器との間、及び中継器間を接続する無線網は、その媒体の種類及び性能が限定されるものではない。例えば、無線網として、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：専用狭域通信）、携帯電話網などを用いても良い。同様に有線網についても、その媒体の種類及び性能は限定されるものではない。例えば、有線網として、光ファイバ、ＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Networks：公衆交換電話網）、ＬＡＮなどを用いても良い。
【００２６】
図４に示す無線メッシュネットワークは、映像や音声だけではなく、テキスト、静止画、音楽、制御データなど様々なメディアの伝送への適用が可能であり、利用場所も限定されない。また、宅外だけではなく宅内での高品質なメディア伝送も対象としている。
【００２７】
また、本発明では無線メッシュネットワークを中心に説明するが、有線と無線とが混在するネットワークであっても、同様の課題を有する。このため、本発明は、無線メッシュネットワークに限定されず、有線と無線が混在するネットワークでも同様の効果を奏する。
【００２８】
次に、本実施の形態を含む本発明の説明に際して用いる用語の定義について、図５Ａ及び図５Ｂを用いながら説明する。
【００２９】
図５Ａは、無線メッシュネットワークの一例を示す図である。図５Ｂは、用語の定義を示す表である。
【００３０】
図５Ａにおいて、楕円４０２で囲まれた中継器１９０２及び４０１の集まりは、互いに通信可能な範囲において、同じ周波数チャネルを利用する関係にある中継器１９０２及び４０１の集合を表している。本発明ではこの集合のことを「クラスタ」と定義する。
【００３１】
また、クラスタ内に属している中継器１９０２及び４０１のことを「メンバノード」と定義する。
【００３２】
各クラスタには、クラスタに所属するメンバノードの参加・離脱、及び利用する周波数チャネルの管理を行う中継器４０１が１つ以上存在しており、この中継器４０１のことを「代表ノード」と定義する。
【００３３】
中継器１９０２及び４０１は、２つ以上の通信インターフェイスを備えている。そのうちの１つは、クラスタに無所属な中継器４０６、又は異なるクラスタ（後述する近隣クラスタ４０３）に所属している中継器１９０２及び４０１と相互に通信するために用いられる。また、そのインターフェイスは、予め用意された周波数チャネルを利用する。この周波数チャネルを「クラスタ間チャネル」と定義する。この時の通信経路を実線４０４で示している。
【００３４】
また、別の通信インターフェイスでは、同じクラスタ内に属している中継器１９０２及び４０１との間の通信を行うために、クラスタ間チャネルとは異なる周波数チャネルが用いられる。この周波数チャネルを「クラスタ内チャネル」と定義する。この時の通信経路を破線４０５で示している。
【００３５】
なお、クラスタ内チャネルは、隣接するクラスタ間では異なる周波数チャネルが利用される。このため、隣接するクラスタ間では、互いのクラスタ内チャネルによる無線パケットの干渉が発生しないものとする。
【００３６】
また、本発明において、１ホップで直接通信可能な範囲に存在する他の中継器１９０２又は４０１を「近隣ノード」と定義する。
【００３７】
さらに、自身の所属するクラスタのメンバノードと、１ホップで直接通信することができるクラスタ４０３を「近隣クラスタ」と定義する。
【００３８】
図６は、本実施の形態に係る中継器の構成を示すブロック図である。
【００３９】
中継器は、送信端末から受信端末へ送信されるデータを中継する装置である。中継器は、通信品質測定部６０１と、通信可能ノード検出部６０２と、クラスタ情報交換部６０３と、近隣代表ノード検出部６０４と、代表ノード化決定部６０５とを含む。中継器は、さらに、メンバノード決定部６０６と、参加離脱通知部６０７と、通信インターフェイス６０８と、周波数チャネル変換部６０９とを含む。
【００４０】
通信品質測定部６０１は、自中継器において、無線パケットの干渉により発生した通信品質の低下の値を測定する処理部である。つまり、通信品質測定部６０１は、無線パケットの干渉により発生するデータ内のビット誤りの割合を測定することにより、通信品質の低下を定量的に測定する。また、ビット誤り以外にも、パケットの再送回数やロス率などを用いても良い。
【００４１】
通信可能ノード検出部６０２は、１ホップで直接通信可能な他の中継器（近隣ノード）の検出を行う処理部である。つまり、通信可能ノード検出部６０２は、他の中継器との間で、リンクやルーティング制御のために用いられるＨｅｌｌｏパケットや、テストパケットをやり取りする。このことにより、通信可能ノード検出部６０２は、１ホップで通信可能な中継器を特定し、その中継器を特定する情報をメモリなどの記憶装置に記録する。中継器を特定する情報としては、制御パケットに付与される中継器固有のＭＡＣ（Media Access Control）アドレスや、ＩＰアドレスを用いる。
【００４２】
クラスタ情報交換部６０３は、中継器自身の属しているクラスタに関する情報と、中継器が直接通信を行っている近隣ノードに関する情報とを含むクラスタ情報を、近隣ノードとの間でやり取りを行う処理部である。クラスタ情報交換部６０３により通知されるクラスタ情報には、近隣ノードを特定する識別情報と、中継器自身が属しているクラスタを特定する識別情報と、中継器自身がクラスタの代表ノードであるか否かを通知する情報とが含まれている。クラスタ情報交換部６０３により、クラスタ情報を近隣ノードに通知する方法としては、専用の無線パケットを用いて通知する方法が挙げられる。また、既存のリンクやルーティング制御に用いられる制御パケットにクラスタ情報を付与して通知する方法なども挙げられる。
【００４３】
近隣代表ノード検出部６０４は、１ホップで直接通信可能な近隣ノードの中にクラスタの代表ノードとなっている中継器が存在すれば、その中継器を検出する処理部である。つまり、近隣代表ノード検出部６０４は、通信可能ノード検出部６０２により特定された近隣ノードに関する情報と、クラスタ情報交換部６０３により近隣ノードから得られたクラスタ情報とを入力として受ける。近隣代表ノード検出部６０４は、入力として受け付けたこれらの情報に基づいて、近隣ノードの中に、クラスタの代表ノードが存在するかどうかを判定する。
【００４４】
代表ノード化決定部６０５は、新たにクラスタを形成するために、中継器自身を代表ノードにするかどうかを決定する処理部である。つまり、代表ノード化決定部６０５は、近隣代表ノード検出部６０４による検出結果に基づいて、１ホップで直接通信できる距離に他の代表ノードが存在しないとの条件を満たすか否かを判断する。また、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１による測定結果に基づいて、中継器自身の通信品質情報が所定の値よりも低いという条件を満たすか否かを判断する。代表ノード化決定部６０５は、上述の２つの条件を満たす場合に、自らの中継器を代表ノードに変更し、新しいクラスタを形成するためのクラスタ内チャネルを決定する。また、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が代表ノードの場合であって、クラスタ内に他にメンバノードが存在しない場合には、干渉する相手がいない。このため、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が管理しているクラスタを解散し、中継器自身を代表ノードから通常の中継器に変更する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散する。
【００４５】
また、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が代表ノードであり、かつ通信可能な範囲に他の代表ノードが存在する場合には、複数のクラスタが密集することを回避させる。つまり、代表ノード化決定部６０５は、通信可能な距離内にある代表ノードとの間で、互いのメンバノード数、又は通信品質を比較し、いずれか１台以上の代表ノードを残す。また、その他の代表ノードは通常の中継器に戻り、自信が管理しているクラスタを解散する。代表ノードが密集する場合に、通常の中継器に戻る代表ノードを決定する具体的方法としては、メンバノードのより少ないクラスタに属する代表ノードを、通常の中継器に戻す方法が挙げられる。このように代表ノードがクラスタを解散したことにより、別のクラスタに新たに参加するための処理が必要な中継器の数を減らすことができる。
【００４６】
また、メンバノード数の比較以外にも、代表ノード間で通信品質を比較し、クラスタ間チャネルの通信品質が高い方の代表ノードを、通常の中継器に戻す方法が挙げられる。これにより、クラスタ間チャネルによる通信品質がより悪い場所に対して、優先的にクラスタを維持することができる。このため、クラスタ内の中継器では、クラスタ間チャネルと干渉しない別の周波数チャネル（クラスタ内チャネル）により通信が行われることにより、通信品質の低下を抑制する効果が得られる。
【００４７】
メンバノード決定部６０６は、中継器自身が代表ノードである場合に、近隣クラスタに所属していない中継器を自身が所属しているクラスタに参加させるかどうかを決定する。また、メンバノード決定部６０６は、クラスタに所属しているメンバノードに対してクラスタから離脱させるかどうかも決定する。
【００４８】
参加離脱通知部６０７は、メンバノード決定部６０６での決定に基づいて、近隣ノードに対する自クラスタへの参加の要請、又はメンバノードに対する自クラスタからの離脱の要請を通知する。
【００４９】
通信インターフェイス６０８は、他の中継器と無線通信を行う。各中継器において、２つ以上の通信インターフェイス６０８が用意されており、少なくとも１つの通信インターフェイスは周波数チャネルを変更することができる。通信インターフェイス６０８としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓやＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等により規格化されている無線ＬＡＮ（Local Area Network）カードを想定している。ただし、通信インターフェイス６０８の種類及び性能は限定されるものではない。例えば、通信インターフェイス６０８は、ＰＡＮ（Personal Area Network）等に用いられるＢｌｕｅ  Ｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を用いても良い。また、通信インターフェイス６０８は、主に車々間通信に用いられるＤＳＲＣを用いるものであっても良い。さらに、通信インターフェイス６０８は、携帯電話などであっても良い。
【００５０】
周波数チャネル変換部６０９は、自中継器内の少なくとも１つの通信インターフェイス６０８の周波数チャネルを、代表ノード化決定部６０５により決定された周波数チャネル、又は、近隣の代表ノードによって通知された周波数チャネルに変更する。
【００５１】
図７は、本実施の形態に係る中継器の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
本発明において高密度で配置された中継器は、互いの無線パケットの干渉を抑制するために、以下の動作を行うことでクラスタの構築と、周波数チャネル（クラスタ内チャネル）の割当てを行う。
【００５３】
つまり、中継器は、クラスタ間チャネルを利用して、近隣ノードと制御パケットを互いに通知しあう。これにより、中継器は、自中継器が１ホップで直接通信を行うことのできる中継器である近隣ノードの識別情報を取得する。そして、中継器は、各近隣ノードとの間の通信品質の測定を行い、近隣ノードの識別情報と通信品質とからなる近隣ノード情報をメモリ等に記録する（Ｓ７０１）。通信品質の測定のための動作については図８を用いて後に詳細説明する。また、中継器内で管理される近隣ノード情報の内容については図９を用いて後に詳細説明する。
【００５４】
次に、中継器は、近隣ノードに対して、自身が所属しているクラスタのクラスタ情報を通知する（Ｓ７０２）。この処理については、図８を用いて後に詳細説明する。また、クラスタ情報の内容について図１０、図１１を用いて後に詳細説明する。
【００５５】
次に中継器は、自身の通信品質と、後述する近隣クラスタ情報に基づき、自身が代表ノードとなって新しいクラスタを作るかどうかの判定を行い、必要に応じて代表ノードになる。また、中継器は、自身が代表ノードである場合には、通常の中継器に戻るかどうかの判定を行い、必要に応じて通常の中継器に戻る（Ｓ７０３）。代表ノードの詳細な決定方法については、図１２を用いて後に説明を行う。代表ノードから通常の中継器に戻すための処理については、図１３を用いて後に説明を行う。
【００５６】
中継器が、クラスタの代表ノードである場合には（Ｓ７０４でＹｅｓ）、中継器は、近隣ノードに対して、互いに１ホップで通信可能な関係にある中継器を特定する。中継器は、特定された中継器に対してクラスタへの参加又はクラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの変更とを指示する（Ｓ７０５）。代表ノードによる、クラスタへ参加させる中継器の詳細な決定方法については図１４を用いて後に説明する。また、クラスタから離脱させるメンバノードの詳細な決定方法については図１５を用いて後に説明する。
【００５７】
中継器が、クラスタの代表ノードでない場合には（Ｓ７０４でＮｏ）、中継器は、近隣の代表ノードからの指示に基づいて、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱、及びクラスタ内チャネルの変更を行う（Ｓ７０６）。この処理の詳細については図１６を用いて後に説明する。
【００５８】
以上の処理（Ｓ７０１〜Ｓ７０６）を、各中継器が自律分散的に行うことにより、無線メッシュネットワーク内において、無線の通信可能範囲に基づき同じ周波数チャネルを利用するクラスタを形成することができる。
【００５９】
図８は、通信品質測定処理（図７のＳ７０１）及びクラスタ情報通知処理（図７のＳ７０２）を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートは、中継器における近隣ノードの特定、通信品質の測定、及び近隣ノードとの間で互いの所属するクラスタのクラスタ情報の通知のタイミングを示す。
【００６０】
つまり、無線メッシュネットワークを構成する中継器には、近隣ノードとのリンクの構築や、ルーティングの決定のために、定期的にＨｅｌｌｏパケットのなどの制御パケットが通知される（Ｓ８０１）。なお、これ以外の無線パケットであっても、中継器間で定期的に通知される無線パケットであれば、特にパケットの種類は限定されるものではない。
【００６１】
通信可能ノード検出部６０２は、近隣ノードから通知された制御パケットのパケットヘッダに記載されている、ＭＡＣアドレス又はＩＰアドレスに基づいて、近隣ノードの識別を行う。また、通信可能ノード検出部６０２は、近隣ノードを識別する情報をメモリ等に記録する（Ｓ８０２）。
【００６２】
通信品質測定部６０１は、近隣ノードから通知された無線パケットの通信品質を定量的に測定するために、無線パケットのビット誤り率を測定する。また、通信品質測定部６０１は、測定したビット誤り率を近隣ノード情報に含めてメモリ等に記録する（Ｓ８０３）。ビット誤り率とは、無線パケットに含まれるデータのうち、干渉やノイズなどの影響によってビットの値が反転した割合を示す値である。干渉やノイズが少ない環境ではデータの反転が起きないため、ビット誤り率は低くなる。反対に干渉やノイズが大きい場合には、その影響によりデータの反転が多くなるため、ビット誤り率は大きくなる。このため、ビット誤り率を測定することにより、無線パケットの通信品質の劣化を定量的に測定することが可能となる。通信品質測定部６０１は、ビット誤り率以外にも、干渉やノイズの影響を受ける中継器間でのパケットの再送回数、遅延時間、ジッター、又はパケットロス率などを測定し、これを通信品質情報として用いても良い。
【００６３】
図９は、Ｓ８０２とＳ８０３において、中継器のメモリに記録された近隣ノード情報の一例を示す図である。近隣ノード情報９０１は、近隣ノードの識別情報と、通信品質とを含む。近隣ノードの識別情報は、通信可能ノード検出部６０２により、Ｓ８０２において特定された近隣ノードを識別するためのＩＰアドレスを含む。通信品質は、通信品質測定部６０１により、Ｓ８０２において測定された近隣ノードとの通信におけるビット誤り率の値を含む。なお、近隣ノードを識別する情報としては、ＩＰアドレス以外にもＭＡＣアドレス、又は端末名など、中継器に固有に割当てられた値であれば他の情報であっても良い。また、通信品質についても、先に説明したように、ビット誤り率以外にも、再送回数、遅延時間、ジッター、又はパケットロス率などの値を用いても良い。
【００６４】
図８のＳ８０２及びＳ８０３の処理に続き、クラスタ情報交換部６０３は、自身の近隣に存在する中継器の識別情報と、自身が所属するクラスタを識別する情報とを含むクラスタ情報を近隣ノードに対して通知する（Ｓ８０４）。クラスタ情報交換部６０３によるクラスタ情報の通知方法としては、先に説明したように、無線メッシュネットワークの構築又は管理のために用いられる制御信号にクラスタ情報を付与して通知する方法が挙げられる。また、専用の無線パケットを用いて通知する方法も挙げられる。
【００６５】
図１０は、クラスタ情報の一例を示す図である。
【００６６】
クラスタ情報１００１は、クラスタ情報交換部６０３が、近隣ノードに対して通知する情報である。クラスタ情報１００１は、送信元ノード識別情報、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報、及び代表ノード識別情報を含む。送信元ノード識別情報は、送信元の中継器を識別するための情報である。近隣ノードの識別情報は、近隣ノード群（中継器自身が１ホップで通信可能な中継器群）に関する識別情報である。所属クラスタ識別情報は、中継器が所属しているクラスタを識別する情報である。代表ノード識別情報は、送信元ノード識別情報で示される中継器自身が代表ノードであるかどうかを示す情報である。
【００６７】
送信元ノードの識別情報、及び近隣ノードの識別情報としては、ＩＰアドレスなど、一意に中継器を特定できる情報であれば、特に限定はされない。
【００６８】
所属クラスタ識別情報としては、隣接するクラスタ間で互いのクラスタを区別可能な情報が記載される。例えばクラスタ内チャネルとして利用している周波数チャネルの値をクラスタの識別情報として用いる。また、中継器がクラスタに無所属な場合には、どのクラスタにも所属していないことを通知する情報が記載される。例えば、クラスタ間チャネルとして利用している周波数チャネルの値をクラスタに無所属な情報として用いる。
【００６９】
代表ノード識別情報は、「Ｙｅｓ」の場合に、送信元ノード識別情報で示される中継器が代表ノードであることを示し、「Ｎｏ」の場合に、送信元ノード識別情報で示される中継器が代表ノードではない通常の中継器であることを示す。
【００７０】
図８のＳ８０４の処理に続き、近隣ノードも同様に、クラスタ情報交換部６０３により、各自が所属するクラスタのクラスタ情報を互いに通知しあう（Ｓ８０５）。
【００７１】
クラスタ情報交換部６０３は、近隣ノードから通知されたクラスタ情報を自身のメモリ等に記録する（Ｓ８０６）。
【００７２】
図１１は、中継器内のメモリ等において記録される、中継器自身と近隣ノードとのクラスタ情報からなる近隣クラスタ情報の一例を示す図である。
【００７３】
近隣クラスタ情報１１０１は、中継器自身のクラスタ情報と各近隣ノードのクラスタ情報とを区別して記録した情報である。近隣クラスタ情報１１０１は、ノード識別情報と、近隣ノードの識別情報と、所属クラスタ識別情報と、代表ノード識別情報とを含む。
【００７４】
ノード識別情報は、中継器を識別するための情報である。ノード識別情報によって、クラスタ情報が識別される。つまり、ノード識別情報には、図１０に示したクラスタ情報１００１の送信元ノード識別情報に記載されている内容が記録されている。近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報、及び代表ノード識別情報は、図１０に示したクラスタ情報１００１に含まれる対応する各情報と同様の内容であるため説明を省略する。
【００７５】
中継器は、近隣ノードと通信を行いながら、Ｓ８０１からＳ８０６までの処理を行うことにより、図９の近隣ノード情報と、図１１の近隣クラスタ情報とを構築する。
【００７６】
図１２は、図７のＳ７０３において、自中継器を通常の中継器から代表ノードに変更するための処理を示すフローチャートである。この処理は、クラスタに無所属な中継器により実行される。つまり、クラスタに無所属な中継器の代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において、構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、１ホップで通信できる範囲に、他の代表ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ１２０１）。代表ノードが存在する場合には（Ｓ１２０１でＮｏ）、代表ノード化決定部６０５は、Ｓ１２０１の処理を繰り返す。
【００７７】
代表ノードが存在しない場合には（Ｓ１２０１でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、自中継器の通信品質が所定の品質以下に低下しているか否かを判定する（Ｓ１２０２）。例えば、ビット誤り率が１０％以上となる近隣ノードが存在する場合には、代表ノード化決定部６０５は、通信品質が所定の品質以下に低下していると判定する。通信品質が所定の品質よりも高い場合には（Ｓ１２０２でＮｏ）、Ｓ１２０１に戻る。
【００７８】
通信品質が所定の品質以下に低下している場合には（Ｓ１２０２でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、自中継器を代表ノードに変更する。そして、代表ノード化決定部６０５は、近隣クラスタ情報１１０１の代表ノード識別情報に、自中継器が代表ノードであることを示す値を記載する（Ｓ１２０３）。
【００７９】
さらに、代表ノード化決定部６０５は、近隣クラスタ情報１１０１を参照し、近隣クラスタで利用されていない周波数チャネルを所属クラスタ識別情報として選択する。そして、中継器は、この周波数チャネルを、クラスタ内チャネルとして利用する（Ｓ１２０４）。
【００８０】
以上のように、クラスタに無所属の中継器は、代表ノード化決定部６０５によるＳ１２０１からＳ１２０４の動作に基づき、通信品質の低下が大きい場所に対して、新たなクラスタとクラスタ内チャネルの割当てを行う。
【００８１】
図１３は、図７のＳ７０３において、自中継器を代表ノードから通常の中継器に戻すための処理を示すフローチャートである。この処理は、代表ノードにより実行される。
【００８２】
代表ノードの代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照し、メンバノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ３００１）。メンバノードが存在しない場合には（Ｓ３００１でＮｏ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散し、通常の中継器に戻る（Ｓ３００２）。
【００８３】
メンバノードが存在する場合には（Ｓ３００１でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これより、１ホップで通信できる範囲に、他の代表ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ３００３）。他の代表ノードが存在しない場合には（Ｓ３００３でＮｏ）、Ｓ３００１に戻る。
【００８４】
他の代表ノードが存在する場合には（Ｓ３００３でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、他の代表ノードとの間で、互いのメンバノード数、又は通信品質の値を比較する（Ｓ３００４）。
【００８５】
他の代表ノードが属するクラスタよりもメンバノード数が少ない場合、又は通信品質が高い場合には（Ｓ３００５でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散し、通常の中継器に戻る（Ｓ３００２）。他の代表ノードが属するクラスタよりもメンバノード数が多いか又は等しい場合で、かつ通信品質が低いか又は等しい場合には（Ｓ３００５でＮｏ）、Ｓ３００１に戻る。
【００８６】
以上のように、代表ノード化決定部６０５によるＳ３００１からＳ３００５の処理が行なわれる。これにより、代表ノードは、メンバノードが存在しない場合、又は他の代表ノードが直接通信できる範囲に存在する場合に、クラスタを解散して通常の中継器に戻るかどうかを決定する。
【００８７】
図１４は、図７のＳ７０５において、クラスタに新たなメンバノードを追加する処理を示すフローチャートである。
【００８８】
本発明において形成されるクラスタでは、全ての中継器が同じクラスタに属する他の中継器と必ず１ホップで通信ができる関係を有する。このため、代表ノードは、互いに通信が可能な関係にある中継器を特定し、これを自身が所属するクラスタに参加させるために、以下の処理を行う。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【００８９】
まず、代表ノードとなった中継器のメンバノード決定部６０６は、クラスタ情報交換部６０３によって構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、近隣ノードのうちどのクラスタにも所属していない中継器が存在するかどうかを判定する（Ｓ１３０１）。近隣にクラスタに無所属となる中継器が存在しない場合には（Ｓ１３０１でＮｏ）、メンバノード決定部６０６は、Ｓ１３０１の処理を繰り返す。
【００９０】
近隣にクラスタに無所属となる中継器が存在する場合（Ｓ１３０１でＹｅｓ）、メンバノード決定部６０６は、さらに、近隣クラスタ情報１１０１と通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１とを参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、クラスタに無所属の近隣ノードの中で最も通信品質の高い中継器から順番に、１台の中継器を選択する（Ｓ１３０２）。
【００９１】
ここで通信品質の高い中継器を特定する理由としては、代表ノードとの距離が近い中継器を優先的にクラスタに参加させるためである。通信品質の低下の程度を見ることにより間接的に距離の近い中継器を特定することがきる。これは、代表ノードとの距離が離れている中継器ほど、他の中継器の干渉やノイズを受けやすく、通信品質が劣化しやすい特徴を利用したものである。
【００９２】
次にメンバノード決定部６０６は、近隣クラスタ情報１１０１を参照し、Ｓ１３０２において選択された中継器が、既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できるかどうかを判定する（Ｓ１３０３）。選択された中継器が既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できない場合には（Ｓ１３０３でＮｏ）、メンバノード決定部６０６は、次に通信品質の高い中継器を選択する（Ｓ１３０２）。
【００９３】
選択された中継器が既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できる場合には（Ｓ１３０３でＹｅｓ）、参加離脱通知部６０７が、選択された中継器に対してクラスタへの参加と周波数チャネルの変更を指示する（Ｓ１３０４）。
【００９４】
以上のようにＳ１３０１からＳ１３０４の処理を行うことにより、代表ノードは、互いに１ホップで直接通信可能な関係にある中継器を自身が所属するクラスタに参加させることができる。
【００９５】
図１５は、図７のＳ７０５において、クラスタに所属するメンバノードを削除する処理を示すフローチャートである。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【００９６】
代表ノードのメンバノード決定部６０６は、既にメンバノードに対しても近隣クラスタ情報を参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、中継器の移動や、障害物による周囲の伝播の変化等によって、他の全てのメンバノードと１ホップで通信ができなくなった中継器の特定を行う（Ｓ１４０１）。なお、通信できなくなった中継器とは、近隣ノード情報９０１によって通知された通信品質が所定の品質を満たさなくなった中継器のことである。
【００９７】
他の全てのメンバノードと１ホップで通信ができなくなった中継器が特定された場合（Ｓ１４０１でＹｅｓ）、代表ノードの参加離脱通知部６０７は、特定された中継器に対してクラスタからの離脱を通知する。また、クラスタ内チャネルの解除も通知する（Ｓ１４０２）。
【００９８】
以上のようにＳ１４０１とＳ１４０２の処理を行うことにより、代表ノードは、クラスタ内において、他の中継器と１ホップで直接通信できなくなった中継器をクラスタから離脱させることが可能となる。
【００９９】
図１６は、クラスタへの参加・クラスタからの離脱処理（図７のＳ７０６）を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートは、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱のタイミングを示す。
【０１００】
近隣の代表ノードより、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの変更の指示が通知される（Ｓ１５０１）。中継器の周波数チャネル変換部６０９は、クラスタへの参加が通知された場合には、少なくとも１つの通信インターフェイスを、指示されたクラスタ内チャネルに切り替える。また、クラスタからの離脱を通知された場合には、中継器の周波数チャネル変換部６０９は、クラスタ内チャネルを利用している通信インターフェイス６０８の周波数チャネルをクラスタ間チャネルに戻す（Ｓ１５０２）。これにより、離脱するクラスタとの間で、クラスタ内チャネルによる無線パケットの干渉の発生を回避する。
【０１０１】
また、中継器のクラスタ情報交換部６０３は、クラスタに新たに参加する場合には、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を、新たに所属するクラスタの識別情報に変更する。クラスタ情報交換部６０３は、クラスタから離脱する場合には、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を無所属に変更する（Ｓ１５０３）。
【０１０２】
さらに、中継器のクラスタ情報交換部６０３は、代表ノード、及びその他の近隣ノードに対して、更新後の自身のクラスタ情報１００１を通知する（Ｓ１５０４）。
【０１０３】
以上のＳ１５０１からＳ１５０４の動作が行なわれる。これにより、代表ノードからクラスタへの参加又はクラスタからの離脱を指示された中継器は、自身の通信インターフェイス６０８の周波数チャネル変更と、クラスタ情報１００１の変更とを行う。
【０１０４】
図１７は、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる処理を説明するためのタイムチャートである。
【０１０５】
メンバノードが、クラスタからの離脱が必要となる状況としては、任意の中継器間で他の周波数チャネルと干渉しない独自の周波数チャネルを使った通信を行う場合が挙げられる。このようなメンバノード間での部分的な周波数チャネル変更は、メンバノード側で自主的にクラスタから離脱することを代表ノードに通知する必要がある。
【０１０６】
また、メンバノード自身が移動によってクラスタから離脱することが予め分かっている場合には、メンバノード側から、代表ノードに対してクラスタからの離脱を要請する。このことにより、周波数チャネル変更の迅速化を図ることができる。
【０１０７】
以下、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる動作を説明する。
【０１０８】
メンバノードより、クラスタからの離脱要求が、代表ノードに通知される（Ｓ３００１）。この通知に応答して、代表ノードのクラスタ情報交換部６０３は、要求のあったメンバノードを、クラスタ情報から削除する（Ｓ３００２）。代表ノードは、要求のあったメンバノードに対して、クラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの利用停止を通知する（Ｓ３００３）。
【０１０９】
代表ノードからの通知を受け取ると、メンバノードの周波数チャネル変換部６０９は、クラスタ内チャネルを利用している通信インターフェイスに対して、クラスタ内チャネルの利用を停止させる（Ｓ３００４）。
【０１１０】
さらに、クラスタ情報交換部６０３は、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を無所属に変更する（Ｓ３００５）。
【０１１１】
以上のＳ３００１からＳ３００５の処理を行うことにより、代表ノードは、離脱要求のあったメンバノードをクラスタから離脱させる。
【０１１２】
以上、説明した構成と動作により、中継器は、互いに同じ専用の周波数チャネルで通信を行う中継器からなるクラスタを構築することができる。クラスタは、離れた場所に位置する他の中継器との間で無線パケットの送受信が可能な仮想的な中継器として動作する。このことにより、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークにおいて発生する無線パケットの干渉による通信品質の低下を抑制した、高品質なマルチホップ通信が可能となる。
【０１１３】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、クラスタを構成し、クラスタに属する中継器に対して共通の周波数チャネルを予め割当てることによる効果を説明するための図である。
【０１１４】
本実施の形態では、中継器が図６に示した構成を有し、図７に示した処理を実行する。このことにより、中継器が密集した状態で利用される無線メッシュネットワークおいて、互いに通信可能な位置関係にある中継器の集まりを１つのクラスタとする。また、同一クラスタに属する中継器に同じ専用の周波数チャネルの割当てを行う。これにより、無線パケットの干渉が回避される。また、クラスタ内の中継器に割当てられる周波数チャネルは、隣接するクラスタに属する中継器と無線パケットの干渉が発生しない周波数チャネルである。
【０１１５】
これにより、図１８Ａに示すように、同じクラスタに所属している中継器同士は、クラスタ内チャネルを用いて１ホップで互いに通信できる。この場合、図１８Ａの無線メッシュネットワークは、図１８Ｂに示す無線メッシュネットワークのようにみなすことができる。つまり、クラスタを、隣接するクラスタ（又はクラスタに無所属の中継器や端末）との間で接続される１つのゲートウェイとみなすことができる。
【０１１６】
図１８Ｂに示すゲートウェイは、隣接する中継器や端末との無線パケットの送受信を、それぞれから離れた位置で行うことができる。このため、無線パケットの中継（送受信）における干渉を抑制できる。さらに、無線パケットの送受信の位置が、クラスタ間チャネルの到達距離よりも離れている場合には、クラスタ間チャネルによる無線パケットの干渉の発生を回避することができる。
【０１１７】
図７のＳ７０５おいて、代表ノードがクラスタに属する中継器が互いにクラスタ内チャネルにより１ホップで通信ができるクラスタを構築している。これは、クラスタに属している中継器群を、隣接するクラスタ（又はクラスタに無所属の中継器や端末）間をつなぐゲートウェイのように動作させるためである。
【０１１８】
なお、クラスタに対して送信される無線パケットと、クラスタから送信される無線パケットとの干渉の回避を目的として、以下のように無線パケットの到達距離を設定することが望ましい。つまり、クラスタ内チャネルによる無線パケットの到達距離が、クラスタ間チャネルによる無線パケットの到達距離よりも長くなるように無線パケットの到達距離を設定することが望ましい。無線パケットの到達距離の設定方法としては、無線ネットワークインターフェイスの出力電力の調整、利用する周波数帯域の変更、データの変復調の方式や設定の変更などの方法が挙げられる。
【０１１９】
また、本発明による中継器では、中継器間でのデータ通信の開始前に、予めクラスタの配置と利用する周波数チャネルの割当てが決定される。このため、端末間でデータ通信を開始する際に、データ通信の経路上に位置する中継器に対して周波数チャネルの干渉を起こさない周波数チャネル割当てを探索し、その結果に基づいて周波数チャネルの設定を行う必要がない。したがって、データ通信を開始するまでの時間を短縮できるという効果が得られる。
【０１２０】
特に中継器の数が多く、密集した環境では、中継器への周波数チャネルの割当の組合せが多くなり、適切な周波数チャネルの割当を探索するのに要する時間が長くなりやすい。このため、事前に周波数チャネルを割当てておくことにより、データ通信の開始までの時間の短縮効果が大きくなる。
【０１２１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、周波数チャネルの変更に加え、無線パケットの通信距離を制御することにより、同じクラスタ内で発生するクラスタメンバ間での無線パケットの干渉の抑制を行う。
【０１２２】
図１９は、実施の形態２における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、メンバ数測定部１６０１と、無線出力調整部１６０２とが加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１２３】
メンバ数測定部１６０１は、クラスタ情報交換部６０３により取得された近隣クラスタ情報１１０１を参照し、同じクラスタに所属するメンバノードの数を特定する。
【０１２４】
無線出力調整部１６０２は、メンバ数測定部１６０１に基づき、同じクラスタ内に所属するクラスタ数が所定の数以下となるように無線出力を調整することで、無線パケットの通信距離を制御する。
【０１２５】
実施の形態２に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態２に係る中継器は、付加的に図２０に示す処理を実行する。
【０１２６】
図２０は、実施の形態２における中継器の動作を示すフローチャートである。
【０１２７】
中継器のメンバ数測定部１６０１は、クラスタ情報交換部６０３により取得された近隣クラスタ情報１１０１を参照することにより、自身がクラスタに所属しているかどうかを判定する（Ｓ１７０１）。
【０１２８】
各中継器がクラスタに所属している場合には（Ｓ１７０１でＹｅｓ）、メンバ数測定部１６０１は、自身が所属するクラスタ内のメンバノードの数を測定する（Ｓ１７０２）。
【０１２９】
無線出力調整部１６０２は、測定されたメンバノード数が所定の閾値（例えば１０台）よりも多いかどうかを判定する（Ｓ１７０３）。メンバノードの数が所定の閾値以下の場合には（Ｓ１７０３でＮｏ）、Ｓ１７０１に戻る。
【０１３０】
メンバノードの数が所定の閾値よりも多い場合には（Ｓ１７０３でＹｅｓ）、無線出力調整部１６０２は、通信インターフェイス６０８の無線出力の値を下げる（Ｓ１７０４）。
【０１３１】
また、中継器がクラスタに所属していない場合には（Ｓ１７０１でＮｏ）、無線出力調整部１６０２は、通信インターフェイス６０８の無線出力を初期値に戻す（Ｓ１７０５）。
【０１３２】
以上のＳ１７０１からＳ１７０５の動作により、クラスタ内に所属するメンバノードの数が所定の閾値よりも少なくなるように、クラスタの大きさを調整することができる。これにより、同じクラスタ内に所属する中継器間での干渉の増加を抑制することが可能となる。
【０１３３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【０１３４】
無線メッシュネットワークでは、無線により中継器間の通信が行われるため、有線のネットワークに比べ、中継器間の通信品質が、時間や場所の変化によって大きく変動する。この原因は、例えば周囲の人の移動、窓やドアの開閉などにより電波の遮蔽部や反射物の位置や状態が変化することが挙げられる。また、周囲の照明や電子レンジなどの家電機器からでる電磁波が干渉を引き起こすことなども挙げられる。
【０１３５】
このため、通信品質が変動する状況では、各中継器間で直接通信できる範囲も変動する。よって、代表ノード毎に管理されているクラスタのメンバの変化によるクラスタの大きさの変化が発生する。また、中継器の代表ノード化、又は代表ノードが通常の中継器に戻ることによるクラスタの生成、削除が発生する。
【０１３６】
このような通信品質の変化に基づくクラスタの大きさの変化、生成、又は削除に対し、実施の形態３では、クラスタ内の代表ノードが、自身の通信品質とメンバノードの通信品質を比較する。比較の結果、代表ノードは、当該代表ノードよりも通信品質の悪い中継器に代表ノードの役割を交代し、クラスタの管理を引き継ぐ。このことにより、新たにクラスタを作り直すことなく、クラスタの周囲で発生した通信品質の変化への追随性が高い、クラスタの管理を行うことのできる中継器を提供する。
【０１３７】
図２１は、実施の形態３における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、通信品質比較部２００１が加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１３８】
通信品質比較部２００１は、自身が代表ノードである場合、近隣ノード情報を参照し、所定の値よりも通信品質が悪い近隣ノードを、自身の変わりに新しい代表ノードに変更する。
【０１３９】
実施の形態３に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態３に係る中継器は、付加的に図２２に示す処理を実行する。
【０１４０】
図２２は、代表ノードの変更動作を示すフローチャートである。この処理は、代表ノードにより実行される。
【０１４１】
代表ノードの通信品質比較部２００１は、通信品質測定部６０１に記憶されている近隣ノード情報９０１を参照し、所定の品質（例えば、ビット誤り率５％）よりも通信品質が悪い近隣ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ２１０１）。通信品質の悪い近隣ノードが存在しない場合には（Ｓ２１０１でＮｏ）、通信品質比較部２００１はＳ２１０１の処理を繰り返す。
【０１４２】
所定の品質よりも通信品質の悪い近隣ノードが存在する場合には（Ｓ２１０１でＹｅｓ）、通信品質比較部２００１は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報１１０１の代表ノード識別情報を、「Ｙｅｓ」から「Ｎｏ」に変更する。その代わりに、通信品質比較部２００１は、近隣ノードの中で最も通信品質の悪い近隣ノードに対する代表ノード識別情報を、「Ｎｏ」から「Ｙｅｓ」に変更する（Ｓ２１０２）。
【０１４３】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、メンバノードに対して、クラスタの代表ノードを変更するための情報である代表ノード変更情報を通知する（Ｓ２１０３）。
【０１４４】
ここで、代表ノード変更情報の一例を図２３に示す。
【０１４５】
代表ノード変更情報２２０１は、変更前の代表ノードから、クラスタのメンバノードに対して通知される情報である。代表ノード変更情報２２０１は、変更前の代表ノード識別情報と、所属クラスタ識別情報と、変更後の代表ノード識別情報とを含む。
【０１４６】
変更前の代表ノード識別情報は、変更前の代表ノードを識別するための情報である。所属クラスタ識別情報は、変更前の代表ノードが所属するクラスタを識別するための情報である。変更後の代表ノード識別情報は、変更後の代表ノードを識別するための情報である。
【０１４７】
変更前の代表ノード識別情報、及び変更後の代表ノード識別情報は、ＩＰアドレスなど、一意に中継器を特定できる情報であれば、特に限定されない。
【０１４８】
また、所属クラスタ識別情報は、図１０のクラスタ情報１００１に含まれる所属クラスタ識別情報と同じ内容であるため説明を省略する。
【０１４９】
代表ノードは、Ｓ２１０１からＳ２１０３の動作を繰り返す。このことにより、代表ノードは、クラスタ内において通信品質が所定の品質よりも悪くなった中継器のうち、最も通信品質が悪い中継器を代表ノードに変更することができる。
【０１５０】
図２４は、代表ノードがメンバノードに対して代表ノードを変更したことを通知する動作を示すタイムチャートである。
【０１５１】
代表ノードのクラスタ情報交換部６０３は、代表ノード変更情報２２０１を、クラスタメンバに対して通知する（Ｓ２３０１）。
【０１５２】
メンバノードは、代表ノード変更情報２２０１を受け取る。クラスタ情報交換部６０３は、代表ノード変更情報２２０１より、変更前の代表ノード及び変更後の代表ノードを特定する。クラスタ情報交換部６０３は、近隣クラスタ情報１１０１のうち、特定された変更前の代表ノード及び変更後の代表ノードのそれぞれに対応する代表ノード識別情報の値を入れ替える（Ｓ２３０２）。
【０１５３】
クラスタ情報交換部６０３による近隣クラスタ情報１１０１の内容の変更が完了すると、クラスタ情報交換部６０３は、変更前の代表ノードに対し、近隣クラスタ情報の変更が完了したことを通知する（Ｓ２３０３）。
【０１５４】
以上のＳ２３０１からＳ２３０３の動作により、クラスタ内の全ての中継器に対して、代表ノードの変更が行われる。
【０１５５】
なお、変更前の代表ノードに対して、メンバノードより、近隣クラスタ情報１１０１の変更が完了した通知が、一定の時間内に返ってこない場合は、クラスタ内の全ての中継器に対して正しく代表ノードの変更が行えなかった可能性がある。このため、変更前の代表ノードは、再度、代表ノード変更情報２２０１をメンバノードに対して通知する（Ｓ２３０４）。
【０１５６】
以上、説明した構成と動作により、実施の形態３に係る中継器は、各中継器での周波数チャネルの変更、中継器の増設若しくは移動、又は周囲の電波伝搬環境の変動する場合にも、常に通信品質の劣化の大きい場所に対して、優先的にクラスタとクラスタ内チャネルを動的に割当てることができる。
【０１５７】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【０１５８】
上述の実施の形態では、各クラスタ内のメンバノード間の通信で利用するクラスタ内チャネルとして、隣接するクラスタと干渉の少ない周波数チャネルを割当てた。また、これらのクラスタ内、及びクラスタ間の中継を多段（マルチホップ）で繰り返し行うことにより、マルチホップでの通信品質の低下を抑制した。
【０１５９】
しかし、携帯端末や自動車の車載端末などの移動端末が中継器となる無線メッシュネットワークにおいて、移動端末がクラスタの代表ノードとなってしまった場合には、クラスタ自身が代表ノードと一緒に移動してしまう。
【０１６０】
このようなクラスタの移動は、同じ周波数チャネルをクラスタ内チャネルとして利用するクラスタと隣接してしまう状況を引き起こす可能性がある。このため、マルチホップ通信において、同じ周波数チャネルを連続して利用される経路が発生し、通信品質の低下を引き起こす原因となる。
【０１６１】
このため、本発明の実施の形態４では、各中継器が互いの位置情報を交換する。それとともに、代表ノードは、移動により自身又はメンバノードの位置の変化に合わせて、よりクラスタの中心（重心）に位置するメンバノードと役割を交代し、クラスタの管理を引き継ぐ。このことにより、クラスタ全体が大きく移動することを抑制できる中継器を提供する。
【０１６２】
図２５は、実施の形態４における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、位置情報検出部２４０１と、メンバ位置情報比較部２４０２とが加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１６３】
位置情報検出部２４０１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などの中継器の位置情報を取得する処理部である。位置情報検出部２４０１として用いられる装置は、ＧＰＳ以外にも、カメラ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ、又は磁気センサなどを用いた位置検出装置など、中継器の位置を特定できるものであれば、特に限定されるものではない。
【０１６４】
メンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ内のメンバノードの位置関係を比較し、比較結果に基づいて、代表ノードを変更するか否かを決定する処理部である。
【０１６５】
実施の形態４に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態４に係る中継器は、付加的に図２６及び図２９に示す処理を実行する。
【０１６６】
図２６は、中継器における位置情報の取得と、近隣ノードと互いの位置情報の共有のための動作を示すフローチャートである。
【０１６７】
各中継器の位置情報検出部２４０１は、自身の位置情報を取得する（Ｓ２５０１）。
【０１６８】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、クラスタ情報を用いて近隣ノードに対して自身の位置情報を通知する（Ｓ２５０２）。
【０１６９】
ここで、図２７を用いて実施の形態４のクラスタ情報の内容を説明する。
【０１７０】
クラスタ情報２６０１は、各中継器のクラスタ情報交換部６０３が、近隣ノードに対して通知する情報である。クラスタ情報２６０１は、図１０に示したクラスタ情報１００１に、さらに、位置情報が加えられたものである。クラスタ情報２６０１において、送信元ノード識別情報、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報及び代表ノード識別情報は、図１０に示したクラスタ情報１００１に含まれる対応する各情報と同じである。このため、それらの説明を省略する。
【０１７１】
クラスタ情報２６０１の位置情報は、中継器自身の位置を特定する位置情報を含む。例えば、位置情報として、ＧＰＳにより取得された中継器の緯度、経度及び標高に関する情報を含む。
【０１７２】
また、図２８は、クラスタ情報交換部６０３に記録される近隣クラスタ情報の一例を示す図である。
【０１７３】
近隣クラスタ情報２７０１は、中継器自身のクラスタ情報と各近隣ノードのクラスタ情報とを区別して記録した情報である。近隣クラスタ情報２７０１は、図１１に示した近隣クラスタ情報１１０１に、さらに、位置情報が加えられたものである。近隣クラスタ情報２７０１において、ノード識別子、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報及び代表ノード識別情報は、図１１に示した近隣クラスタ情報１１０１に含まれる対応する各情報と同じである。このため、それらの説明を省略する。
【０１７４】
近隣クラスタ情報２７０１の位置情報は、中継器自身の位置と近隣ノードの位置とを、それぞれ特定する位置情報を含む。例えば、位置情報として、ＧＰＳにより取得された中継器の緯度、経度及び標高に関する情報を含む。
【０１７５】
各中継器は、Ｓ２５０１及びＳ２５０２の動作を繰り返すことにより、互いの位置情報の共有を行う。
【０１７６】
図２９は、中継器の位置情報に基づいて、代表ノードを変更する処理を示すフローチャートである。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【０１７７】
代表ノードのメンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報２７０１を参照する。これにより、代表ノードと同じクラスタに所属する中継器の位置座標から、クラスタの中心（重心）座標を算出する（Ｓ２８０１）。
【０１７８】
メンバ位置情報比較部２４０２は、代表ノード自身が、クラスタの中心（重心）座標に最も近いかどうかを判定する（Ｓ２８０２）。代表ノード自身がクラスタの中心（重心）座標に最も近い場合には（Ｓ２８０２でＮｏ）、Ｓ２８０１に戻る。
【０１７９】
代表ノードよりも、クラスタの中心（重心）座標に近いメンバノードが存在する場合には（Ｓ２８０２でＹｅｓ）、メンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報２７０１の代表ノード識別情報を「Ｙｅｓ」から「Ｎｏ」に変更する。その代わりに、メンバ位置情報比較部２４０２は、メンバノードの中で最もクラスタの中心（重心）座標に近い中継器に対する代表ノード識別情報を「Ｎｏ」から「Ｙｅｓ」に変更する（Ｓ２８０３）。
【０１８０】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、メンバノードに対して、クラスタの代表ノードを変更するための情報である代表ノード変更情報を通知する（Ｓ２８０４）。
【０１８１】
実施の形態４における代表ノード変更情報の内容、及び代表ノード変更情報の通知動作は、実施の形態３と同様であるため、説明を省略する。
【０１８２】
以上、Ｓ２８０１からＳ２８０４までの動作を繰り返すことにより、常にクラスタの中心（重心）座標に近い中継器を代表ノードに選ぶことが可能となる。これにより、代表ノードの移動に伴う、クラスタ全体の位置の変化を抑制することが可能となり、クラスタの位置が変化することによる通信品質の低下の発生を回避することができる。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
【０１８３】
上述の実施の形態では、各クラスタの代表ノードは、伝送品質の悪い中継器の中から、代表ノード化決定部６０５により決定された。また、代表ノードは、自身が管理するクラスタに参加・離脱するメンバノードの決定と、クラスタ内で利用する周波数チャネルの決定とを行った。
【０１８４】
これに対し、実施の形態５では、クラスタを配置する場所と利用する周波数チャネルとが予め決まっている場合に、中継器での消費電力や実装コスト削減のために、予め代表ノードとなる中継器を固定して決めておく。このことにより、代表ノードの決定処理を省略し、また、メンバノードとなる中継器から、代表ノードとしての機能の削減を行う。
【０１８５】
図３０は、実施の形態５の代表ノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【０１８６】
実施の形態５では、予め代表ノードが決められているため、各中継器には、代表ノードの決定、及びクラスタ内チャネルの変更に必要な構成が不要となる。またクラスタ内チャネルは、事前に決まっておりクラスタ内チャネル記憶部３００１で記憶されている。なお、図６と同じ構成については、同じ番号を付与し、詳細な説明は省略する。
【０１８７】
代表ノードでは、メンバノード決定部６０６により、自身が管理するクラスタに参加・離脱させる中継器が決定すると、その中継器に対し、参加離脱通知部６０７によって、クラスタへの参加・離脱を指示する。さらに、クラスタへ参加させる中継器が決定した場合には、参加離脱通知部６０７は、少なくとも１つの通信インターフェイス６０８に対して、クラスタ内チャネル記憶部３００１に記憶されている周波数チャネルへ周波数チャネルを変更するように指示する。代表ノードにより、クラスタへ参加及び離脱する中継器を選択する方法の詳細は、それぞれ図１４及び図１５を用いて説明した方法と同じであるため、説明を省略する。
【０１８８】
図３１は、実施の形態５のメンバノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【０１８９】
図６と同じ構成については、同じ番号を付与し、説明を省略する。
【０１９０】
メンバノードとなる中継器は、通信可能ノード検出部６０２により、１ホップで通信可能な近隣ノードを検出する。また、当該中継器は、クラスタ情報交換部６０３により、１ホップで通信可能な中継器との間で、互いに１ホップで通信可能な近隣ノードの情報をクラスタ情報として通知しあう。また、代表ノードからクラスタへの参加・離脱の要請があった場合には、当該中継器は、周波数チャネル変換部６０９により通信インターフェイス６０８で利用する周波数チャネルの変更を行う。なお、代表ノードからの参加及び離脱の要請に対する中継器を選択する方法の詳細は、それぞれ図１６及び図１７を用いて説明した方法と同じであるため、説明を省略する。
【０１９１】
以上説明したように、予めクラスタを配置する場所と利用する周波数チャネルの割当とが決定している場合には、代表ノードとなる中継器を固定して予め決定しておく。これにより、代表ノード決定処理に要する消費電力の削減、又はメンバノードとなる中継器の構成の縮小による実装コストの削減が可能となる。
【０１９２】
図３２Ａ〜図３２Ｄは、本発明の適用例とその効果を説明するための図である。
【０１９３】
図３２Ａは、商業地や住宅地などの監視（タウンモニタリング）を目的としたシステムである。このシステムでは、路地裏に設置された監視カメラ１８０２の映像を、無線メッシュネットワークを介して、基幹網１８０１に接続しているゲートウェイ１８０３まで中継させる例を示している。図３２Ａでは、商業地や住宅地などのそばを通る幹線に、有線の基幹網１８０１が設置されており、路地裏の交差点には、無線通信を行う中継器（図示せず）が配置されている。また、街や人を監視するために設置された監視カメラ１８０２が無線で最寄りの中継器に接続されている。
【０１９４】
無線メッシュネットワークは、商業地や住宅地などの路地裏など、物理的又は経済的に有線網の設置が困難な場所に対して、中継器の設置を行うだけで、簡単に通信インフラを提供することができる。しかし、路地裏の配置や監視カメラ１８０２の設置によっては、監視カメラ１８０２や中継器が密集して配置される。このため、映像トラフィックを多段中継する場合に、無線パケットの干渉が発生し、受信側での映像に劣化や遅延を引き起こしてしまう。
【０１９５】
これに対して、本発明の中継器を用いることにより、設置された中継器の配置に合わせて、自律分散的にクラスタ１８０４が形成される。また、クラスタ１８０４間で干渉しない周波数チャネルが各中継器に割当てられる。このことにより、密集して設置された中継器群を、１つの仮想的な中継器のように動作させることができる。これにより中継器の密集による無線パケットの干渉が緩和され、ロスや遅延等の品質劣化の少ない、高品質な映像による監視が可能となる。
【０１９６】
図３２Ｂ、図３２Ｃ及び図３２Ｄは、移動可能な中継器を含む無線メッシュネットワークにおける本発明の適用例を示す図である。
【０１９７】
図３２Ｂは、携帯電話１８１０及び１８１２の利用エリアの拡大を目的として、基地局１８１１の圏外にある携帯電話１８１０の音声データや映像データ等を、複数の携帯電話１８１０及び１８１２を中継させて基地局１８１１まで通信させる例を示した図である。図３２Ｂの具体的な想定シーンとしては、携帯電話１８１０及び１８１２を利用する人が密集して存在し、さらに基地局１８１１の電波の死角が発生しやすい、地下街、又はデパートなどの商業ビルの中などが挙げられる。また、各携帯電話１８１０又は１８１２には、他の携帯電話１８１０又は１８１２からのデータを中継する機能が搭載されている。
【０１９８】
図３２Ｃは、車々間通信１８２１や路車間通信１８２２により、音声データや映像データなどをマルチホップで通信させる例を示した図である。図３２Ｃの具体的な想定シーンとしては、信号待ちや渋滞時など、比較的、車１８２３の移動速度が遅く、かつ無数の車１８２３が密集する状況が挙げられる。また、各車１８２３には、他の車１８２３からのデータを中継する機能が搭載されている。
【０１９９】
図３２Ｄは、運動会などのイベントにおいて、大勢の人が様々な場所から同時にビデオカメラ１８３１で撮影を行っている様子を示している、さらにビデオカメラ１８３１に備えられた無線通信による映像データの中継機能によって、異なる場所から撮影された映像を、共有している様子を示している。図３２Ｄの具体的な想定シーンとしては、運動会以外にも、文化祭等のステージ発表、サッカーや野球などの試合などが挙げられる。
【０２００】
図３２Ｂ、図３２Ｃ及び図３２Ｄに対して、本発明を適用すると、代表ノードが、移動する中継器（携帯電話１８１０及び１８１２、車１８２３、ビデオカメラ１８３１）のクラスタへの参加又はクラスタからの離脱を常に管理する。このため、各中継器の移動に追随して、自律分散的にクラスタのメンバの変更と、周波数チャネルの割当てが行われる。これにより、移動可能な中継器が密集して利用されるシーンにおいても、無線パケットの干渉が緩和される。よって、ロスや遅延等の品質劣化の少ない、高品質な映像データや音声データの通信ができる。
【０２０１】
以上説明したように、上述の実施の形態によると、無線メッシュネットワークにおいて複数の中継器を、１つの仮想的な中継器のように扱うこが可能となる。このため、無線パケットの干渉を回避し、通信品質の低下を抑制する効果が得られる。
【０２０２】
これにより、中継器が高密度で配置して利用される無線メッシュネットワークシステムにおいて、映像、音声の高品質伝送を実現し、宅内のモニタリングやタウンモニタリング、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）などへの利用が可能である。
【０２０３】
また、映像や音声だけではなく、テキスト、静止画、音楽など様々なメディア伝送への適用が可能であり、宅外だけではなく、宅内での高品質なメディア伝送も可能となる。また、ＵＤＰやＴＣＰを用いたリアルタイムなメディア伝送だけでなく、Ｗｅｂやデータのダウンロード伝送のようなノンリアルな伝送においても高品質な伝送が可能となる。
【０２０４】
なお、上述の実施の形態に示した中継器は、プロセッサと、メモリと、通信インターフェイスとを備える通常のコンピュータにより実現されていても良い。各種データをメモリに記憶させ、プロセッサ上で、中継器の各処理部を実現するためのプログラムを実行することにより、中継器が実現される。
【０２０５】
また、上記実施の形態をそれぞれ組み合わせるとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
本発明は、固定端末や移動端末が接続される無線メッシュネットワークシステムにおいてデータの高品質伝送を実現する中継器等に適用できる。
【符号の説明】
【０２０７】
４０１、４０６、１９０２、１９０２ａ〜ｆ  中継器
４０３  近隣クラスタ
６０１  通信品質測定部
６０２  通信可能ノード検出部
６０３  クラスタ情報交換部
６０４  近隣代表ノード検出部
６０５  代表ノード化決定部
６０６  メンバノード決定部
６０７  参加離脱通知部
６０８  通信インターフェイス
６０９  周波数チャネル変換部
９０１  近隣ノード情報
１００１、２６０１  クラスタ情報
１１０１、２７０１  近隣クラスタ情報
１６０１  メンバ数測定部
１６０２  無線出力調整部
１８０１  基幹網
１８０２  監視カメラ
１８０３  ゲートウェイ
１８０４  クラスタ
１８１０、１８１２  携帯電話
１８１１  基地局
１８３１  ビデオカメラ
１９０１、１９０１ａ、１９０１ｂ  端末
２００１  通信品質比較部
２２０１  代表ノード変更情報
２４０１  位置情報検出部
２４０２  メンバ位置情報比較部
３００１  クラスタ内チャネル記憶部
【図１】
2010010708.tif 000003
【図２Ａ】
2010010708.tif 000004
【図２Ｂ】
2010010708.tif 000005
【図３】
2010010708.tif 000006
【図４】
2010010708.tif 000007
【図５Ａ】
2010010708.tif 000008
【図５Ｂ】
2010010708.tif 000009
【図６】
2010010708.tif 000010
【図７】
2010010708.tif 000011
【図８】
2010010708.tif 000012
【図９】
2010010708.tif 000013
【図１０】
2010010708.tif 000014
【図１１】
2010010708.tif 000015
【図１２】
2010010708.tif 000016
【図１３】
2010010708.tif 000017
【図１４】
2010010708.tif 000018
【図１５】
2010010708.tif 000019
【図１６】
2010010708.tif 000020
【図１７】
2010010708.tif 000021
【図１８Ａ】
2010010708.tif 000022
【図１８Ｂ】
2010010708.tif 000023
【図１９】
2010010708.tif 000024
【図２０】
2010010708.tif 000025
【図２１】
2010010708.tif 000026
【図２２】
2010010708.tif 000027
【図２３】
2010010708.tif 000028
【図２４】
2010010708.tif 000029
【図２５】
2010010708.tif 000030
【図２６】
2010010708.tif 000031
【図２７】
2010010708.tif 000032
【図２８】
2010010708.tif 000033
【図２９】
2010010708.tif 000034
【図３０】
2010010708.tif 000035
【図３１】
2010010708.tif 000036
【図３２Ａ】
2010010708.tif 000037
【図３２Ｂ】
2010010708.tif 000038
【図３２Ｃ】
2010010708.tif 000039
【図３２Ｄ】
2010010708.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月4日(2009.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定端末や移動端末が接続される無線メッシュネットワークシステムでの高品質伝送を行う中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
有線網の設置が困難な場所での通信インフラの提供や、自然災害時における迅速な通信網の確保の手段として、無線アクセスポイントを相互に接続した無線メッシュネットワークが注目されている。
【０００３】
図１は、一般的な無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。
【０００４】
同図に示すように、無線メッシュネットワークには、複数の端末１９０１と、複数の中継器１９０２とが接続されている。端末１９０１は、無線により映像や音声等のデータの送受信を行う機能を備えた携帯端末やパソコン等の通信機器である。中継器１９０２は、送信端末から送信されたデータを受信端末まで中継する機能を備えた無線アクセスポイント等である。
【０００５】
無線メッシュネットワークでは、複数の端末１９０１間の通信を、１つ以上の中継器１９０２を介して行うことにより、直接、無線通信を行うことができない端末１９０１間での通信を実現させることができる。
【０００６】
しかし、無線メッシュネットワークではマルチホップの段数が増えるにつれて、端末１９０１間で通信されるトラフィックのスループットが低下するという課題がある。
【０００７】
つまり、中継器１９０２において、受信した無線パケットを次の中継器１９０２に中継する際に、中継される無線パケットが、近隣の中継器１９０２に対して干渉の原因となる。これにより、干渉を受ける側の中継器１９０２では、無線パケットの衝突によるパケットロスや送信待ちによる遅延が発生するためである。
【０００８】
そのため、従来、２台の端末（パーソナルコンピュータ）が、２台以上の中継器を介して通信を行う際に、中継器間で送信される無線パケットの干渉を回避する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
具体的には、図２Ａに示すように、特許文献１記載の技術は、直接通信可能な中継器１９０２同士は、異なる周波数チャネルを利用して無線パケットの中継を行う技術である。例えば、同図の左端から順に中継器１９０２に、１ｃｈ、３ｃｈ、１ｃｈ、３ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。このため、各中継器において、無線パケットの受信時に利用される周波数チャネルと送信時に利用される周波数チャネルとを異ならせることができる。これにより、各中継器１９０２が近隣の中継器１９０２と通信を行う際に生じる無線パケットの干渉の発生を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、利用できる周波数チャネルの数には制限がある。このため、特許文献１記載の技術において、図２Ｂに示すように、端末１９０１及び中継器１９０２が高密度で配置されている状況では、利用できる周波数チャネルの数に対して、中継器１９０２の数が多すぎる。このため、直接通信可能な中継器１９０２同士に同じ周波数チャネルを割当てざるを得ない状況が発生する。よって、無線パケットの経路において、同じ周波数チャネルを連続して利用する箇所では、無線パケットの干渉が発生する。そのため、通信品質の低下を引き起こしてしまうという課題がある。例えば、同図の右端では２台の中継器１９０２に連続して３ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。さらに、他の２台の中継器１９０２に連続して２ｃｈの周波数チャネルが割当てられている。このため、これらの箇所においては、ある無線パケットの受信と他の無線パケットの送信とを並列に行うことができないため、通信品質の低下が引き起こされる。
【００１２】
このような課題に鑑み、本発明は、中継器が密集して配置され、互いに無線パケットの干渉を引き起こす無線メッシュネットワークであっても、高い通信品質で通信を行うことができる中継器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある局面に係る中継器は、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成されるクラスタに属し、自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルを用いて、前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信を行う中継器であって、自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と直接通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定部と、前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定部により決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部とを備える。
【００１４】
この構成によると、中継器は、互いに同じ専用の周波数チャネルで通信を行う中継器からなるクラスタを構築することができる。クラスタは、他のクラスタに属する中継器との間で無線パケットの送受信が可能な仮想的な中継器として動作させることができる。これにより、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークにおいて発生する無線パケットの干渉の発生を抑えることができる。よって、通信品質の低下を抑制した、高品質なマルチホップ通信が可能となる。
【００１５】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える中継器として実現することができるだけでなく、中継器に含まれる特徴的な処理部をステップとする中継方法として実現することもできる。また、中継方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc−Read Only Memory）等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のチャネル制御装置は、中継器が高密度で配置されている無線メッシュネットワークにおいても、無線パケットの干渉による通信品質の低下を抑えることが可能となる。このため、高品質伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、一般的な無線メッシュネットワークの一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来の課題を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来の課題を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明による課題解決のアプローチを説明するための図である。
【図４】図４は、本発明が対象としている無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、無線メッシュネットワークの一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、用語の定義を説明するための図である。
【図６】図６は、実施の形態１における中継器の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態１における中継器の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、通信品質測定処理及びクラスタ情報通知処理を説明するためのタイムチャートである。
【図９】図９は、近隣ノード情報の内容を説明するための図である。
【図１０】図１０は、クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図１１】図１１は、近隣クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図１２】図１２は、自中継器を通常の中継器から代表ノードに変更するための処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、自中継器を代表ノードから通常の中継器に戻すための処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、クラスタに新たなメンバノードを追加する処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、クラスタに所属するメンバノードを削除する処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、クラスタへの参加・クラスタからの離脱処理（図７のＳ７０６）を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】図１７は、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、クラスタを構成することによる効果を説明するための図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、クラスタを構成することによる効果を説明するための図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２における中継器の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２における中継器の動作を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、実施の形態３における中継器の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２２は、代表ノードの変更動作を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、代表ノード変更情報の内容を説明するための図である。
【図２４】図２４は、代表ノードがメンバノードに対して代表ノードを変更したことを通知する動作を示すタイムチャートである。
【図２５】図２５は、実施の形態４における中継器の構成を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、中継器における位置情報の取得と、近隣ノードと互いの位置情報の共有のための動作を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図２８】図２８は、近隣クラスタ情報の内容を説明するための図である。
【図２９】図２９は、中継器の位置情報に基づいて、代表ノードを変更する処理を示すフローチャートである。
【図３０】図３０は、実施の形態５における代表ノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【図３１】図３１は、実施の形態５におけるメンバノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【図３２Ａ】図３２Ａは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｃ】図３２Ｃは、本発明の適用例を説明するための図である。
【図３２Ｄ】図３２Ｄは、本発明の適用例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
本発明では、図３に示すように、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークに対して、無線パケットの通信可能な範囲に基づいて共通の周波数チャネルを利用するクラスタを形成する。これにより、複数の中継器を１つの中継器のように見立て、端末間で通信される無線パケットを、異なるクラスタに属する中継器を介して多段（マルチホップ）に中継させる。
【００１９】
さらに隣接するクラスタ間で異なる周波数チャネルを割当てることにより、無線パケットの干渉を抑制する。これにより、中継器が密集して配置される無線メッシュネットワークにおいて、同じ周波数チャネルを用いて無線パケットを繰り返し中継することを回避し、無線メッシュネットワークでの通信品質の低下の抑制を行う。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図４は、本発明が対象としている無線メッシュネットワークの構成の一例を示す図である。
【００２２】
同図に示されるように、複数の端末（端末１９０１ａ及び１９０１ｂ）が、１つ以上の中継器（中継器１９０２ａ〜１９０２ｆ）を介して、無線で接続されることにより無線メッシュネットワークが構成される。
【００２３】
中継器１９０２ａ〜１９０２ｆの各々は、複数の通信インターフェイスを備えており、異なる周波数チャネルを利用して、無線パケットの送信及び受信を同時に行うことができる。また、各中継器は、ルーティング機能を備えており、無線メッシュネットワーク内における相互接続及び有線網との間の相互接続を実現している。ここで、ルーティング機能とは、中継器を経由して、データを送信端末から受信端末まで最適な経路を選択し、データを伝送する機能のことである。ルーティング機能は、ＩＰ（Internet Protocol）パケットレベルで実現されていても良い。また、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１１ｓのように、データリンク層で実現されていても良い。例えば、ルーティング機能により、端末１９０１ａから端末１９０２ｂに向けて送信される無線パケットは、端末１９０１ａ、中継器１９０２ａ、中継器１９０２ｃ、中継器１９０２ｄ、中継器１９０２ｅ、中継器１９０２ｆ、端末１９０１ｂの順に中継される。なお、他の経路を通過させて無線パケットを端末１９０１ａから端末１９０１ｂに送信するようにしても良い。
【００２４】
図４では、端末１９０１ａ及び１９０１ｂは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成されているが、端末の種類や性能などは限定されるものではない。例えば、端末は、固定された場所で利用される通信機能を有するテレビや、移動先で利用可能な携帯電話や、カーナビゲーションシステムなどであっても良い。
【００２５】
また、端末と中継器との間、及び中継器間を接続する無線網は、その媒体の種類及び性能が限定されるものではない。例えば、無線網として、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：専用狭域通信）、携帯電話網などを用いても良い。同様に有線網についても、その媒体の種類及び性能は限定されるものではない。例えば、有線網として、光ファイバ、ＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Networks：公衆交換電話網）、ＬＡＮなどを用いても良い。
【００２６】
図４に示す無線メッシュネットワークは、映像や音声だけではなく、テキスト、静止画、音楽、制御データなど様々なメディアの伝送への適用が可能であり、利用場所も限定されない。また、宅外だけではなく宅内での高品質なメディア伝送も対象としている。
【００２７】
また、本発明では無線メッシュネットワークを中心に説明するが、有線と無線とが混在するネットワークであっても、同様の課題を有する。このため、本発明は、無線メッシュネットワークに限定されず、有線と無線が混在するネットワークでも同様の効果を奏する。
【００２８】
次に、本実施の形態を含む本発明の説明に際して用いる用語の定義について、図５Ａ及び図５Ｂを用いながら説明する。
【００２９】
図５Ａは、無線メッシュネットワークの一例を示す図である。図５Ｂは、用語の定義を示す表である。
【００３０】
図５Ａにおいて、楕円４０２で囲まれた中継器１９０２及び４０１の集まりは、互いに通信可能な範囲において、同じ周波数チャネルを利用する関係にある中継器１９０２及び４０１の集合を表している。本発明ではこの集合のことを「クラスタ」と定義する。
【００３１】
また、クラスタ内に属している中継器１９０２及び４０１のことを「メンバノード」と定義する。
【００３２】
各クラスタには、クラスタに所属するメンバノードの参加・離脱、及び利用する周波数チャネルの管理を行う中継器４０１が１つ以上存在しており、この中継器４０１のことを「代表ノード」と定義する。
【００３３】
中継器１９０２及び４０１は、２つ以上の通信インターフェイスを備えている。そのうちの１つは、クラスタに無所属な中継器４０６、又は異なるクラスタ（後述する近隣クラスタ４０３）に所属している中継器１９０２及び４０１と相互に通信するために用いられる。また、そのインターフェイスは、予め用意された周波数チャネルを利用する。この周波数チャネルを「クラスタ間チャネル」と定義する。この時の通信経路を実線４０４で示している。
【００３４】
また、別の通信インターフェイスでは、同じクラスタ内に属している中継器１９０２及び４０１との間の通信を行うために、クラスタ間チャネルとは異なる周波数チャネルが用いられる。この周波数チャネルを「クラスタ内チャネル」と定義する。この時の通信経路を破線４０５で示している。
【００３５】
なお、クラスタ内チャネルは、隣接するクラスタ間では異なる周波数チャネルが利用される。このため、隣接するクラスタ間では、互いのクラスタ内チャネルによる無線パケットの干渉が発生しないものとする。
【００３６】
また、本発明において、１ホップで直接通信可能な範囲に存在する他の中継器１９０２又は４０１を「近隣ノード」と定義する。
【００３７】
さらに、自身の所属するクラスタのメンバノードと、１ホップで直接通信することができるクラスタ４０３を「近隣クラスタ」と定義する。
【００３８】
図６は、本実施の形態に係る中継器の構成を示すブロック図である。
【００３９】
中継器は、送信端末から受信端末へ送信されるデータを中継する装置である。中継器は、通信品質測定部６０１と、通信可能ノード検出部６０２と、クラスタ情報交換部６０３と、近隣代表ノード検出部６０４と、代表ノード化決定部６０５とを含む。中継器は、さらに、メンバノード決定部６０６と、参加離脱通知部６０７と、通信インターフェイス６０８と、周波数チャネル変換部６０９とを含む。
【００４０】
通信品質測定部６０１は、自中継器において、無線パケットの干渉により発生した通信品質の低下の値を測定する処理部である。つまり、通信品質測定部６０１は、無線パケットの干渉により発生するデータ内のビット誤りの割合を測定することにより、通信品質の低下を定量的に測定する。また、ビット誤り以外にも、パケットの再送回数やロス率などを用いても良い。
【００４１】
通信可能ノード検出部６０２は、１ホップで直接通信可能な他の中継器（近隣ノード）の検出を行う処理部である。つまり、通信可能ノード検出部６０２は、他の中継器との間で、リンクやルーティング制御のために用いられるＨｅｌｌｏパケットや、テストパケットをやり取りする。このことにより、通信可能ノード検出部６０２は、１ホップで通信可能な中継器を特定し、その中継器を特定する情報をメモリなどの記憶装置に記録する。中継器を特定する情報としては、制御パケットに付与される中継器固有のＭＡＣ（Media Access Control）アドレスや、ＩＰアドレスを用いる。
【００４２】
クラスタ情報交換部６０３は、中継器自身の属しているクラスタに関する情報と、中継器が直接通信を行っている近隣ノードに関する情報とを含むクラスタ情報を、近隣ノードとの間でやり取りを行う処理部である。クラスタ情報交換部６０３により通知されるクラスタ情報には、近隣ノードを特定する識別情報と、中継器自身が属しているクラスタを特定する識別情報と、中継器自身がクラスタの代表ノードであるか否かを通知する情報とが含まれている。クラスタ情報交換部６０３により、クラスタ情報を近隣ノードに通知する方法としては、専用の無線パケットを用いて通知する方法が挙げられる。また、既存のリンクやルーティング制御に用いられる制御パケットにクラスタ情報を付与して通知する方法なども挙げられる。
【００４３】
近隣代表ノード検出部６０４は、１ホップで直接通信可能な近隣ノードの中にクラスタの代表ノードとなっている中継器が存在すれば、その中継器を検出する処理部である。つまり、近隣代表ノード検出部６０４は、通信可能ノード検出部６０２により特定された近隣ノードに関する情報と、クラスタ情報交換部６０３により近隣ノードから得られたクラスタ情報とを入力として受ける。近隣代表ノード検出部６０４は、入力として受け付けたこれらの情報に基づいて、近隣ノードの中に、クラスタの代表ノードが存在するかどうかを判定する。
【００４４】
代表ノード化決定部６０５は、新たにクラスタを形成するために、中継器自身を代表ノードにするかどうかを決定する処理部である。つまり、代表ノード化決定部６０５は、近隣代表ノード検出部６０４による検出結果に基づいて、１ホップで直接通信できる距離に他の代表ノードが存在しないとの条件を満たすか否かを判断する。また、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１による測定結果に基づいて、中継器自身の通信品質情報が所定の値よりも低いという条件を満たすか否かを判断する。代表ノード化決定部６０５は、上述の２つの条件を満たす場合に、自らの中継器を代表ノードに変更し、新しいクラスタを形成するためのクラスタ内チャネルを決定する。また、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が代表ノードの場合であって、クラスタ内に他にメンバノードが存在しない場合には、干渉する相手がいない。このため、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が管理しているクラスタを解散し、中継器自身を代表ノードから通常の中継器に変更する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散する。
【００４５】
また、代表ノード化決定部６０５は、中継器自身が代表ノードであり、かつ通信可能な範囲に他の代表ノードが存在する場合には、複数のクラスタが密集することを回避させる。つまり、代表ノード化決定部６０５は、通信可能な距離内にある代表ノードとの間で、互いのメンバノード数、又は通信品質を比較し、いずれか１台以上の代表ノードを残す。また、その他の代表ノードは通常の中継器に戻り、自信が管理しているクラスタを解散する。代表ノードが密集する場合に、通常の中継器に戻る代表ノードを決定する具体的方法としては、メンバノードのより少ないクラスタに属する代表ノードを、通常の中継器に戻す方法が挙げられる。このように代表ノードがクラスタを解散したことにより、別のクラスタに新たに参加するための処理が必要な中継器の数を減らすことができる。
【００４６】
また、メンバノード数の比較以外にも、代表ノード間で通信品質を比較し、クラスタ間チャネルの通信品質が高い方の代表ノードを、通常の中継器に戻す方法が挙げられる。これにより、クラスタ間チャネルによる通信品質がより悪い場所に対して、優先的にクラスタを維持することができる。このため、クラスタ内の中継器では、クラスタ間チャネルと干渉しない別の周波数チャネル（クラスタ内チャネル）により通信が行われることにより、通信品質の低下を抑制する効果が得られる。
【００４７】
メンバノード決定部６０６は、中継器自身が代表ノードである場合に、近隣クラスタに所属していない中継器を自身が所属しているクラスタに参加させるかどうかを決定する。また、メンバノード決定部６０６は、クラスタに所属しているメンバノードに対してクラスタから離脱させるかどうかも決定する。
【００４８】
参加離脱通知部６０７は、メンバノード決定部６０６での決定に基づいて、近隣ノードに対する自クラスタへの参加の要請、又はメンバノードに対する自クラスタからの離脱の要請を通知する。
【００４９】
通信インターフェイス６０８は、他の中継器と無線通信を行う。各中継器において、２つ以上の通信インターフェイス６０８が用意されており、少なくとも１つの通信インターフェイスは周波数チャネルを変更することができる。通信インターフェイス６０８としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓやＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等により規格化されている無線ＬＡＮ（Local Area Network）カードを想定している。ただし、通信インターフェイス６０８の種類及び性能は限定されるものではない。例えば、通信インターフェイス６０８は、ＰＡＮ（Personal Area Network）等に用いられるＢｌｕｅ  Ｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を用いても良い。また、通信インターフェイス６０８は、主に車々間通信に用いられるＤＳＲＣを用いるものであっても良い。さらに、通信インターフェイス６０８は、携帯電話などであっても良い。
【００５０】
周波数チャネル変換部６０９は、自中継器内の少なくとも１つの通信インターフェイス６０８の周波数チャネルを、代表ノード化決定部６０５により決定された周波数チャネル、又は、近隣の代表ノードによって通知された周波数チャネルに変更する。
【００５１】
図７は、本実施の形態に係る中継器の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
本発明において高密度で配置された中継器は、互いの無線パケットの干渉を抑制するために、以下の動作を行うことでクラスタの構築と、周波数チャネル（クラスタ内チャネル）の割当てを行う。
【００５３】
つまり、中継器は、クラスタ間チャネルを利用して、近隣ノードと制御パケットを互いに通知しあう。これにより、中継器は、自中継器が１ホップで直接通信を行うことのできる中継器である近隣ノードの識別情報を取得する。そして、中継器は、各近隣ノードとの間の通信品質の測定を行い、近隣ノードの識別情報と通信品質とからなる近隣ノード情報をメモリ等に記録する（Ｓ７０１）。通信品質の測定のための動作については図８を用いて後に詳細説明する。また、中継器内で管理される近隣ノード情報の内容については図９を用いて後に詳細説明する。
【００５４】
次に、中継器は、近隣ノードに対して、自身が所属しているクラスタのクラスタ情報を通知する（Ｓ７０２）。この処理については、図８を用いて後に詳細説明する。また、クラスタ情報の内容について図１０、図１１を用いて後に詳細説明する。
【００５５】
次に中継器は、自身の通信品質と、後述する近隣クラスタ情報に基づき、自身が代表ノードとなって新しいクラスタを作るかどうかの判定を行い、必要に応じて代表ノードになる。また、中継器は、自身が代表ノードである場合には、通常の中継器に戻るかどうかの判定を行い、必要に応じて通常の中継器に戻る（Ｓ７０３）。代表ノードの詳細な決定方法については、図１２を用いて後に説明を行う。代表ノードから通常の中継器に戻すための処理については、図１３を用いて後に説明を行う。
【００５６】
中継器が、クラスタの代表ノードである場合には（Ｓ７０４でＹｅｓ）、中継器は、近隣ノードに対して、互いに１ホップで通信可能な関係にある中継器を特定する。中継器は、特定された中継器に対してクラスタへの参加又はクラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの変更とを指示する（Ｓ７０５）。代表ノードによる、クラスタへ参加させる中継器の詳細な決定方法については図１４を用いて後に説明する。また、クラスタから離脱させるメンバノードの詳細な決定方法については図１５を用いて後に説明する。
【００５７】
中継器が、クラスタの代表ノードでない場合には（Ｓ７０４でＮｏ）、中継器は、近隣の代表ノードからの指示に基づいて、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱、及びクラスタ内チャネルの変更を行う（Ｓ７０６）。この処理の詳細については図１６を用いて後に説明する。
【００５８】
以上の処理（Ｓ７０１〜Ｓ７０６）を、各中継器が自律分散的に行うことにより、無線メッシュネットワーク内において、無線の通信可能範囲に基づき同じ周波数チャネルを利用するクラスタを形成することができる。
【００５９】
図８は、通信品質測定処理（図７のＳ７０１）及びクラスタ情報通知処理（図７のＳ７０２）を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートは、中継器における近隣ノードの特定、通信品質の測定、及び近隣ノードとの間で互いの所属するクラスタのクラスタ情報の通知のタイミングを示す。
【００６０】
つまり、無線メッシュネットワークを構成する中継器には、近隣ノードとのリンクの構築や、ルーティングの決定のために、定期的にＨｅｌｌｏパケットのなどの制御パケットが通知される（Ｓ８０１）。なお、これ以外の無線パケットであっても、中継器間で定期的に通知される無線パケットであれば、特にパケットの種類は限定されるものではない。
【００６１】
通信可能ノード検出部６０２は、近隣ノードから通知された制御パケットのパケットヘッダに記載されている、ＭＡＣアドレス又はＩＰアドレスに基づいて、近隣ノードの識別を行う。また、通信可能ノード検出部６０２は、近隣ノードを識別する情報をメモリ等に記録する（Ｓ８０２）。
【００６２】
通信品質測定部６０１は、近隣ノードから通知された無線パケットの通信品質を定量的に測定するために、無線パケットのビット誤り率を測定する。また、通信品質測定部６０１は、測定したビット誤り率を近隣ノード情報に含めてメモリ等に記録する（Ｓ８０３）。ビット誤り率とは、無線パケットに含まれるデータのうち、干渉やノイズなどの影響によってビットの値が反転した割合を示す値である。干渉やノイズが少ない環境ではデータの反転が起きないため、ビット誤り率は低くなる。反対に干渉やノイズが大きい場合には、その影響によりデータの反転が多くなるため、ビット誤り率は大きくなる。このため、ビット誤り率を測定することにより、無線パケットの通信品質の劣化を定量的に測定することが可能となる。通信品質測定部６０１は、ビット誤り率以外にも、干渉やノイズの影響を受ける中継器間でのパケットの再送回数、遅延時間、ジッター、又はパケットロス率などを測定し、これを通信品質情報として用いても良い。
【００６３】
図９は、Ｓ８０２とＳ８０３において、中継器のメモリに記録された近隣ノード情報の一例を示す図である。近隣ノード情報９０１は、近隣ノードの識別情報と、通信品質とを含む。近隣ノードの識別情報は、通信可能ノード検出部６０２により、Ｓ８０２において特定された近隣ノードを識別するためのＩＰアドレスを含む。通信品質は、通信品質測定部６０１により、Ｓ８０２において測定された近隣ノードとの通信におけるビット誤り率の値を含む。なお、近隣ノードを識別する情報としては、ＩＰアドレス以外にもＭＡＣアドレス、又は端末名など、中継器に固有に割当てられた値であれば他の情報であっても良い。また、通信品質についても、先に説明したように、ビット誤り率以外にも、再送回数、遅延時間、ジッター、又はパケットロス率などの値を用いても良い。
【００６４】
図８のＳ８０２及びＳ８０３の処理に続き、クラスタ情報交換部６０３は、自身の近隣に存在する中継器の識別情報と、自身が所属するクラスタを識別する情報とを含むクラスタ情報を近隣ノードに対して通知する（Ｓ８０４）。クラスタ情報交換部６０３によるクラスタ情報の通知方法としては、先に説明したように、無線メッシュネットワークの構築又は管理のために用いられる制御信号にクラスタ情報を付与して通知する方法が挙げられる。また、専用の無線パケットを用いて通知する方法も挙げられる。
【００６５】
図１０は、クラスタ情報の一例を示す図である。
【００６６】
クラスタ情報１００１は、クラスタ情報交換部６０３が、近隣ノードに対して通知する情報である。クラスタ情報１００１は、送信元ノード識別情報、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報、及び代表ノード識別情報を含む。送信元ノード識別情報は、送信元の中継器を識別するための情報である。近隣ノードの識別情報は、近隣ノード群（中継器自身が１ホップで通信可能な中継器群）に関する識別情報である。所属クラスタ識別情報は、中継器が所属しているクラスタを識別する情報である。代表ノード識別情報は、送信元ノード識別情報で示される中継器自身が代表ノードであるかどうかを示す情報である。
【００６７】
送信元ノードの識別情報、及び近隣ノードの識別情報としては、ＩＰアドレスなど、一意に中継器を特定できる情報であれば、特に限定はされない。
【００６８】
所属クラスタ識別情報としては、隣接するクラスタ間で互いのクラスタを区別可能な情報が記載される。例えばクラスタ内チャネルとして利用している周波数チャネルの値をクラスタの識別情報として用いる。また、中継器がクラスタに無所属な場合には、どのクラスタにも所属していないことを通知する情報が記載される。例えば、クラスタ間チャネルとして利用している周波数チャネルの値をクラスタに無所属な情報として用いる。
【００６９】
代表ノード識別情報は、「Ｙｅｓ」の場合に、送信元ノード識別情報で示される中継器が代表ノードであることを示し、「Ｎｏ」の場合に、送信元ノード識別情報で示される中継器が代表ノードではない通常の中継器であることを示す。
【００７０】
図８のＳ８０４の処理に続き、近隣ノードも同様に、クラスタ情報交換部６０３により、各自が所属するクラスタのクラスタ情報を互いに通知しあう（Ｓ８０５）。
【００７１】
クラスタ情報交換部６０３は、近隣ノードから通知されたクラスタ情報を自身のメモリ等に記録する（Ｓ８０６）。
【００７２】
図１１は、中継器内のメモリ等において記録される、中継器自身と近隣ノードとのクラスタ情報からなる近隣クラスタ情報の一例を示す図である。
【００７３】
近隣クラスタ情報１１０１は、中継器自身のクラスタ情報と各近隣ノードのクラスタ情報とを区別して記録した情報である。近隣クラスタ情報１１０１は、ノード識別情報と、近隣ノードの識別情報と、所属クラスタ識別情報と、代表ノード識別情報とを含む。
【００７４】
ノード識別情報は、中継器を識別するための情報である。ノード識別情報によって、クラスタ情報が識別される。つまり、ノード識別情報には、図１０に示したクラスタ情報１００１の送信元ノード識別情報に記載されている内容が記録されている。近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報、及び代表ノード識別情報は、図１０に示したクラスタ情報１００１に含まれる対応する各情報と同様の内容であるため説明を省略する。
【００７５】
中継器は、近隣ノードと通信を行いながら、Ｓ８０１からＳ８０６までの処理を行うことにより、図９の近隣ノード情報と、図１１の近隣クラスタ情報とを構築する。
【００７６】
図１２は、図７のＳ７０３において、自中継器を通常の中継器から代表ノードに変更するための処理を示すフローチャートである。この処理は、クラスタに無所属な中継器により実行される。つまり、クラスタに無所属な中継器の代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において、構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、１ホップで通信できる範囲に、他の代表ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ１２０１）。代表ノードが存在する場合には（Ｓ１２０１でＮｏ）、代表ノード化決定部６０５は、Ｓ１２０１の処理を繰り返す。
【００７７】
代表ノードが存在しない場合には（Ｓ１２０１でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、自中継器の通信品質が所定の品質以下に低下しているか否かを判定する（Ｓ１２０２）。例えば、ビット誤り率が１０％以上となる近隣ノードが存在する場合には、代表ノード化決定部６０５は、通信品質が所定の品質以下に低下していると判定する。通信品質が所定の品質よりも高い場合には（Ｓ１２０２でＮｏ）、Ｓ１２０１に戻る。
【００７８】
通信品質が所定の品質以下に低下している場合には（Ｓ１２０２でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、自中継器を代表ノードに変更する。そして、代表ノード化決定部６０５は、近隣クラスタ情報１１０１の代表ノード識別情報に、自中継器が代表ノードであることを示す値を記載する（Ｓ１２０３）。
【００７９】
さらに、代表ノード化決定部６０５は、近隣クラスタ情報１１０１を参照し、近隣クラスタで利用されていない周波数チャネルを所属クラスタ識別情報として選択する。そして、中継器は、この周波数チャネルを、クラスタ内チャネルとして利用する（Ｓ１２０４）。
【００８０】
以上のように、クラスタに無所属の中継器は、代表ノード化決定部６０５によるＳ１２０１からＳ１２０４の動作に基づき、通信品質の低下が大きい場所に対して、新たなクラスタとクラスタ内チャネルの割当てを行う。
【００８１】
図１３は、図７のＳ７０３において、自中継器を代表ノードから通常の中継器に戻すための処理を示すフローチャートである。この処理は、代表ノードにより実行される。
【００８２】
代表ノードの代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照し、メンバノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ３００１）。メンバノードが存在しない場合には（Ｓ３００１でＮｏ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散し、通常の中継器に戻る（Ｓ３００２）。
【００８３】
メンバノードが存在する場合には（Ｓ３００１でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタ情報交換部６０３において構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これより、１ホップで通信できる範囲に、他の代表ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ３００３）。他の代表ノードが存在しない場合には（Ｓ３００３でＮｏ）、Ｓ３００１に戻る。
【００８４】
他の代表ノードが存在する場合には（Ｓ３００３でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１を参照する。これにより、代表ノード化決定部６０５は、他の代表ノードとの間で、互いのメンバノード数、又は通信品質の値を比較する（Ｓ３００４）。
【００８５】
他の代表ノードが属するクラスタよりもメンバノード数が少ない場合、又は通信品質が高い場合には（Ｓ３００５でＹｅｓ）、代表ノード化決定部６０５は、クラスタを解散し、通常の中継器に戻る（Ｓ３００２）。他の代表ノードが属するクラスタよりもメンバノード数が多いか又は等しい場合で、かつ通信品質が低いか又は等しい場合には（Ｓ３００５でＮｏ）、Ｓ３００１に戻る。
【００８６】
以上のように、代表ノード化決定部６０５によるＳ３００１からＳ３００５の処理が行なわれる。これにより、代表ノードは、メンバノードが存在しない場合、又は他の代表ノードが直接通信できる範囲に存在する場合に、クラスタを解散して通常の中継器に戻るかどうかを決定する。
【００８７】
図１４は、図７のＳ７０５において、クラスタに新たなメンバノードを追加する処理を示すフローチャートである。
【００８８】
本発明において形成されるクラスタでは、全ての中継器が同じクラスタに属する他の中継器と必ず１ホップで通信ができる関係を有する。このため、代表ノードは、互いに通信が可能な関係にある中継器を特定し、これを自身が所属するクラスタに参加させるために、以下の処理を行う。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【００８９】
まず、代表ノードとなった中継器のメンバノード決定部６０６は、クラスタ情報交換部６０３によって構築された近隣クラスタ情報１１０１を参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、近隣ノードのうちどのクラスタにも所属していない中継器が存在するかどうかを判定する（Ｓ１３０１）。近隣にクラスタに無所属となる中継器が存在しない場合には（Ｓ１３０１でＮｏ）、メンバノード決定部６０６は、Ｓ１３０１の処理を繰り返す。
【００９０】
近隣にクラスタに無所属となる中継器が存在する場合（Ｓ１３０１でＹｅｓ）、メンバノード決定部６０６は、さらに、近隣クラスタ情報１１０１と通信品質測定部６０１により構築された近隣ノード情報９０１とを参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、クラスタに無所属の近隣ノードの中で最も通信品質の高い中継器から順番に、１台の中継器を選択する（Ｓ１３０２）。
【００９１】
ここで通信品質の高い中継器を特定する理由としては、代表ノードとの距離が近い中継器を優先的にクラスタに参加させるためである。通信品質の低下の程度を見ることにより間接的に距離の近い中継器を特定することがきる。これは、代表ノードとの距離が離れている中継器ほど、他の中継器の干渉やノイズを受けやすく、通信品質が劣化しやすい特徴を利用したものである。
【００９２】
次にメンバノード決定部６０６は、近隣クラスタ情報１１０１を参照し、Ｓ１３０２において選択された中継器が、既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できるかどうかを判定する（Ｓ１３０３）。選択された中継器が既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できない場合には（Ｓ１３０３でＮｏ）、メンバノード決定部６０６は、次に通信品質の高い中継器を選択する（Ｓ１３０２）。
【００９３】
選択された中継器が既に自クラスタに所属している全ての中継器と直接通信できる場合には（Ｓ１３０３でＹｅｓ）、参加離脱通知部６０７が、選択された中継器に対してクラスタへの参加と周波数チャネルの変更を指示する（Ｓ１３０４）。
【００９４】
以上のようにＳ１３０１からＳ１３０４の処理を行うことにより、代表ノードは、互いに１ホップで直接通信可能な関係にある中継器を自身が所属するクラスタに参加させることができる。
【００９５】
図１５は、図７のＳ７０５において、クラスタに所属するメンバノードを削除する処理を示すフローチャートである。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【００９６】
代表ノードのメンバノード決定部６０６は、既にメンバノードに対しても近隣クラスタ情報を参照する。これにより、メンバノード決定部６０６は、中継器の移動や、障害物による周囲の伝播の変化等によって、他の全てのメンバノードと１ホップで通信ができなくなった中継器の特定を行う（Ｓ１４０１）。なお、通信できなくなった中継器とは、近隣ノード情報９０１によって通知された通信品質が所定の品質を満たさなくなった中継器のことである。
【００９７】
他の全てのメンバノードと１ホップで通信ができなくなった中継器が特定された場合（Ｓ１４０１でＹｅｓ）、代表ノードの参加離脱通知部６０７は、特定された中継器に対してクラスタからの離脱を通知する。また、クラスタ内チャネルの解除も通知する（Ｓ１４０２）。
【００９８】
以上のようにＳ１４０１とＳ１４０２の処理を行うことにより、代表ノードは、クラスタ内において、他の中継器と１ホップで直接通信できなくなった中継器をクラスタから離脱させることが可能となる。
【００９９】
図１６は、クラスタへの参加・クラスタからの離脱処理（図７のＳ７０６）を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートは、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱のタイミングを示す。
【０１００】
近隣の代表ノードより、クラスタへの参加又はクラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの変更の指示が通知される（Ｓ１５０１）。中継器の周波数チャネル変換部６０９は、クラスタへの参加が通知された場合には、少なくとも１つの通信インターフェイスを、指示されたクラスタ内チャネルに切り替える。また、クラスタからの離脱を通知された場合には、中継器の周波数チャネル変換部６０９は、クラスタ内チャネルを利用している通信インターフェイス６０８の周波数チャネルをクラスタ間チャネルに戻す（Ｓ１５０２）。これにより、離脱するクラスタとの間で、クラスタ内チャネルによる無線パケットの干渉の発生を回避する。
【０１０１】
また、中継器のクラスタ情報交換部６０３は、クラスタに新たに参加する場合には、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を、新たに所属するクラスタの識別情報に変更する。クラスタ情報交換部６０３は、クラスタから離脱する場合には、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を無所属に変更する（Ｓ１５０３）。
【０１０２】
さらに、中継器のクラスタ情報交換部６０３は、代表ノード、及びその他の近隣ノードに対して、更新後の自身のクラスタ情報１００１を通知する（Ｓ１５０４）。
【０１０３】
以上のＳ１５０１からＳ１５０４の動作が行なわれる。これにより、代表ノードからクラスタへの参加又はクラスタからの離脱を指示された中継器は、自身の通信インターフェイス６０８の周波数チャネル変更と、クラスタ情報１００１の変更とを行う。
【０１０４】
図１７は、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる処理を説明するためのタイムチャートである。
【０１０５】
メンバノードが、クラスタからの離脱が必要となる状況としては、任意の中継器間で他の周波数チャネルと干渉しない独自の周波数チャネルを使った通信を行う場合が挙げられる。このようなメンバノード間での部分的な周波数チャネル変更は、メンバノード側で自主的にクラスタから離脱することを代表ノードに通知する必要がある。
【０１０６】
また、メンバノード自身が移動によってクラスタから離脱することが予め分かっている場合には、メンバノード側から、代表ノードに対してクラスタからの離脱を要請する。このことにより、周波数チャネル変更の迅速化を図ることができる。
【０１０７】
以下、クラスタからの離脱要請があったメンバノードを、クラスタから離脱させる動作を説明する。
【０１０８】
メンバノードより、クラスタからの離脱要求が、代表ノードに通知される（Ｓ３００１）。この通知に応答して、代表ノードのクラスタ情報交換部６０３は、要求のあったメンバノードを、クラスタ情報から削除する（Ｓ３００２）。代表ノードは、要求のあったメンバノードに対して、クラスタからの離脱と、クラスタ内チャネルの利用停止を通知する（Ｓ３００３）。
【０１０９】
代表ノードからの通知を受け取ると、メンバノードの周波数チャネル変換部６０９は、クラスタ内チャネルを利用している通信インターフェイスに対して、クラスタ内チャネルの利用を停止させる（Ｓ３００４）。
【０１１０】
さらに、クラスタ情報交換部６０３は、近隣クラスタ情報１１０１の自中継器の所属クラスタ識別情報の内容を無所属に変更する（Ｓ３００５）。
【０１１１】
以上のＳ３００１からＳ３００５の処理を行うことにより、代表ノードは、離脱要求のあったメンバノードをクラスタから離脱させる。
【０１１２】
以上、説明した構成と動作により、中継器は、互いに同じ専用の周波数チャネルで通信を行う中継器からなるクラスタを構築することができる。クラスタは、離れた場所に位置する他の中継器との間で無線パケットの送受信が可能な仮想的な中継器として動作する。このことにより、中継器が密集して利用される無線メッシュネットワークにおいて発生する無線パケットの干渉による通信品質の低下を抑制した、高品質なマルチホップ通信が可能となる。
【０１１３】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、クラスタを構成し、クラスタに属する中継器に対して共通の周波数チャネルを予め割当てることによる効果を説明するための図である。
【０１１４】
本実施の形態では、中継器が図６に示した構成を有し、図７に示した処理を実行する。このことにより、中継器が密集した状態で利用される無線メッシュネットワークおいて、互いに通信可能な位置関係にある中継器の集まりを１つのクラスタとする。また、同一クラスタに属する中継器に同じ専用の周波数チャネルの割当てを行う。これにより、無線パケットの干渉が回避される。また、クラスタ内の中継器に割当てられる周波数チャネルは、隣接するクラスタに属する中継器と無線パケットの干渉が発生しない周波数チャネルである。
【０１１５】
これにより、図１８Ａに示すように、同じクラスタに所属している中継器同士は、クラスタ内チャネルを用いて１ホップで互いに通信できる。この場合、図１８Ａの無線メッシュネットワークは、図１８Ｂに示す無線メッシュネットワークのようにみなすことができる。つまり、クラスタを、隣接するクラスタ（又はクラスタに無所属の中継器や端末）との間で接続される１つのゲートウェイとみなすことができる。
【０１１６】
図１８Ｂに示すゲートウェイは、隣接する中継器や端末との無線パケットの送受信を、それぞれから離れた位置で行うことができる。このため、無線パケットの中継（送受信）における干渉を抑制できる。さらに、無線パケットの送受信の位置が、クラスタ間チャネルの到達距離よりも離れている場合には、クラスタ間チャネルによる無線パケットの干渉の発生を回避することができる。
【０１１７】
図７のＳ７０５おいて、代表ノードがクラスタに属する中継器が互いにクラスタ内チャネルにより１ホップで通信ができるクラスタを構築している。これは、クラスタに属している中継器群を、隣接するクラスタ（又はクラスタに無所属の中継器や端末）間をつなぐゲートウェイのように動作させるためである。
【０１１８】
なお、クラスタに対して送信される無線パケットと、クラスタから送信される無線パケットとの干渉の回避を目的として、以下のように無線パケットの到達距離を設定することが望ましい。つまり、クラスタ内チャネルによる無線パケットの到達距離が、クラスタ間チャネルによる無線パケットの到達距離よりも長くなるように無線パケットの到達距離を設定することが望ましい。無線パケットの到達距離の設定方法としては、無線ネットワークインターフェイスの出力電力の調整、利用する周波数帯域の変更、データの変復調の方式や設定の変更などの方法が挙げられる。
【０１１９】
また、本発明による中継器では、中継器間でのデータ通信の開始前に、予めクラスタの配置と利用する周波数チャネルの割当てが決定される。このため、端末間でデータ通信を開始する際に、データ通信の経路上に位置する中継器に対して周波数チャネルの干渉を起こさない周波数チャネル割当てを探索し、その結果に基づいて周波数チャネルの設定を行う必要がない。したがって、データ通信を開始するまでの時間を短縮できるという効果が得られる。
【０１２０】
特に中継器の数が多く、密集した環境では、中継器への周波数チャネルの割当の組合せが多くなり、適切な周波数チャネルの割当を探索するのに要する時間が長くなりやすい。このため、事前に周波数チャネルを割当てておくことにより、データ通信の開始までの時間の短縮効果が大きくなる。
【０１２１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、周波数チャネルの変更に加え、無線パケットの通信距離を制御することにより、同じクラスタ内で発生するクラスタメンバ間での無線パケットの干渉の抑制を行う。
【０１２２】
図１９は、実施の形態２における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、メンバ数測定部１６０１と、無線出力調整部１６０２とが加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１２３】
メンバ数測定部１６０１は、クラスタ情報交換部６０３により取得された近隣クラスタ情報１１０１を参照し、同じクラスタに所属するメンバノードの数を特定する。
【０１２４】
無線出力調整部１６０２は、メンバ数測定部１６０１に基づき、同じクラスタ内に所属するクラスタ数が所定の数以下となるように無線出力を調整することで、無線パケットの通信距離を制御する。
【０１２５】
実施の形態２に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態２に係る中継器は、付加的に図２０に示す処理を実行する。
【０１２６】
図２０は、実施の形態２における中継器の動作を示すフローチャートである。
【０１２７】
中継器のメンバ数測定部１６０１は、クラスタ情報交換部６０３により取得された近隣クラスタ情報１１０１を参照することにより、自身がクラスタに所属しているかどうかを判定する（Ｓ１７０１）。
【０１２８】
各中継器がクラスタに所属している場合には（Ｓ１７０１でＹｅｓ）、メンバ数測定部１６０１は、自身が所属するクラスタ内のメンバノードの数を測定する（Ｓ１７０２）。
【０１２９】
無線出力調整部１６０２は、測定されたメンバノード数が所定の閾値（例えば１０台）よりも多いかどうかを判定する（Ｓ１７０３）。メンバノードの数が所定の閾値以下の場合には（Ｓ１７０３でＮｏ）、Ｓ１７０１に戻る。
【０１３０】
メンバノードの数が所定の閾値よりも多い場合には（Ｓ１７０３でＹｅｓ）、無線出力調整部１６０２は、通信インターフェイス６０８の無線出力の値を下げる（Ｓ１７０４）。
【０１３１】
また、中継器がクラスタに所属していない場合には（Ｓ１７０１でＮｏ）、無線出力調整部１６０２は、通信インターフェイス６０８の無線出力を初期値に戻す（Ｓ１７０５）。
【０１３２】
以上のＳ１７０１からＳ１７０５の動作により、クラスタ内に所属するメンバノードの数が所定の閾値よりも少なくなるように、クラスタの大きさを調整することができる。これにより、同じクラスタ内に所属する中継器間での干渉の増加を抑制することが可能となる。
【０１３３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【０１３４】
無線メッシュネットワークでは、無線により中継器間の通信が行われるため、有線のネットワークに比べ、中継器間の通信品質が、時間や場所の変化によって大きく変動する。この原因は、例えば周囲の人の移動、窓やドアの開閉などにより電波の遮蔽部や反射物の位置や状態が変化することが挙げられる。また、周囲の照明や電子レンジなどの家電機器からでる電磁波が干渉を引き起こすことなども挙げられる。
【０１３５】
このため、通信品質が変動する状況では、各中継器間で直接通信できる範囲も変動する。よって、代表ノード毎に管理されているクラスタのメンバの変化によるクラスタの大きさの変化が発生する。また、中継器の代表ノード化、又は代表ノードが通常の中継器に戻ることによるクラスタの生成、削除が発生する。
【０１３６】
このような通信品質の変化に基づくクラスタの大きさの変化、生成、又は削除に対し、実施の形態３では、クラスタ内の代表ノードが、自身の通信品質とメンバノードの通信品質を比較する。比較の結果、代表ノードは、当該代表ノードよりも通信品質の悪い中継器に代表ノードの役割を交代し、クラスタの管理を引き継ぐ。このことにより、新たにクラスタを作り直すことなく、クラスタの周囲で発生した通信品質の変化への追随性が高い、クラスタの管理を行うことのできる中継器を提供する。
【０１３７】
図２１は、実施の形態３における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、通信品質比較部２００１が加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１３８】
通信品質比較部２００１は、自身が代表ノードである場合、近隣ノード情報を参照し、所定の値よりも通信品質が悪い近隣ノードを、自身の変わりに新しい代表ノードに変更する。
【０１３９】
実施の形態３に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態３に係る中継器は、付加的に図２２に示す処理を実行する。
【０１４０】
図２２は、代表ノードの変更動作を示すフローチャートである。この処理は、代表ノードにより実行される。
【０１４１】
代表ノードの通信品質比較部２００１は、通信品質測定部６０１に記憶されている近隣ノード情報９０１を参照し、所定の品質（例えば、ビット誤り率５％）よりも通信品質が悪い近隣ノードが存在するかどうかを判定する（Ｓ２１０１）。通信品質の悪い近隣ノードが存在しない場合には（Ｓ２１０１でＮｏ）、通信品質比較部２００１はＳ２１０１の処理を繰り返す。
【０１４２】
所定の品質よりも通信品質の悪い近隣ノードが存在する場合には（Ｓ２１０１でＹｅｓ）、通信品質比較部２００１は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報１１０１の代表ノード識別情報を、「Ｙｅｓ」から「Ｎｏ」に変更する。その代わりに、通信品質比較部２００１は、近隣ノードの中で最も通信品質の悪い近隣ノードに対する代表ノード識別情報を、「Ｎｏ」から「Ｙｅｓ」に変更する（Ｓ２１０２）。
【０１４３】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、メンバノードに対して、クラスタの代表ノードを変更するための情報である代表ノード変更情報を通知する（Ｓ２１０３）。
【０１４４】
ここで、代表ノード変更情報の一例を図２３に示す。
【０１４５】
代表ノード変更情報２２０１は、変更前の代表ノードから、クラスタのメンバノードに対して通知される情報である。代表ノード変更情報２２０１は、変更前の代表ノード識別情報と、所属クラスタ識別情報と、変更後の代表ノード識別情報とを含む。
【０１４６】
変更前の代表ノード識別情報は、変更前の代表ノードを識別するための情報である。所属クラスタ識別情報は、変更前の代表ノードが所属するクラスタを識別するための情報である。変更後の代表ノード識別情報は、変更後の代表ノードを識別するための情報である。
【０１４７】
変更前の代表ノード識別情報、及び変更後の代表ノード識別情報は、ＩＰアドレスなど、一意に中継器を特定できる情報であれば、特に限定されない。
【０１４８】
また、所属クラスタ識別情報は、図１０のクラスタ情報１００１に含まれる所属クラスタ識別情報と同じ内容であるため説明を省略する。
【０１４９】
代表ノードは、Ｓ２１０１からＳ２１０３の動作を繰り返す。このことにより、代表ノードは、クラスタ内において通信品質が所定の品質よりも悪くなった中継器のうち、最も通信品質が悪い中継器を代表ノードに変更することができる。
【０１５０】
図２４は、代表ノードがメンバノードに対して代表ノードを変更したことを通知する動作を示すタイムチャートである。
【０１５１】
代表ノードのクラスタ情報交換部６０３は、代表ノード変更情報２２０１を、クラスタメンバに対して通知する（Ｓ２３０１）。
【０１５２】
メンバノードは、代表ノード変更情報２２０１を受け取る。クラスタ情報交換部６０３は、代表ノード変更情報２２０１より、変更前の代表ノード及び変更後の代表ノードを特定する。クラスタ情報交換部６０３は、近隣クラスタ情報１１０１のうち、特定された変更前の代表ノード及び変更後の代表ノードのそれぞれに対応する代表ノード識別情報の値を入れ替える（Ｓ２３０２）。
【０１５３】
クラスタ情報交換部６０３による近隣クラスタ情報１１０１の内容の変更が完了すると、クラスタ情報交換部６０３は、変更前の代表ノードに対し、近隣クラスタ情報の変更が完了したことを通知する（Ｓ２３０３）。
【０１５４】
以上のＳ２３０１からＳ２３０３の動作により、クラスタ内の全ての中継器に対して、代表ノードの変更が行われる。
【０１５５】
なお、変更前の代表ノードに対して、メンバノードより、近隣クラスタ情報１１０１の変更が完了した通知が、一定の時間内に返ってこない場合は、クラスタ内の全ての中継器に対して正しく代表ノードの変更が行えなかった可能性がある。このため、変更前の代表ノードは、再度、代表ノード変更情報２２０１をメンバノードに対して通知する（Ｓ２３０４）。
【０１５６】
以上、説明した構成と動作により、実施の形態３に係る中継器は、各中継器での周波数チャネルの変更、中継器の増設若しくは移動、又は周囲の電波伝搬環境の変動する場合にも、常に通信品質の劣化の大きい場所に対して、優先的にクラスタとクラスタ内チャネルを動的に割当てることができる。
【０１５７】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【０１５８】
上述の実施の形態では、各クラスタ内のメンバノード間の通信で利用するクラスタ内チャネルとして、隣接するクラスタと干渉の少ない周波数チャネルを割当てた。また、これらのクラスタ内、及びクラスタ間の中継を多段（マルチホップ）で繰り返し行うことにより、マルチホップでの通信品質の低下を抑制した。
【０１５９】
しかし、携帯端末や自動車の車載端末などの移動端末が中継器となる無線メッシュネットワークにおいて、移動端末がクラスタの代表ノードとなってしまった場合には、クラスタ自身が代表ノードと一緒に移動してしまう。
【０１６０】
このようなクラスタの移動は、同じ周波数チャネルをクラスタ内チャネルとして利用するクラスタと隣接してしまう状況を引き起こす可能性がある。このため、マルチホップ通信において、同じ周波数チャネルを連続して利用される経路が発生し、通信品質の低下を引き起こす原因となる。
【０１６１】
このため、本発明の実施の形態４では、各中継器が互いの位置情報を交換する。それとともに、代表ノードは、移動により自身又はメンバノードの位置の変化に合わせて、よりクラスタの中心（重心）に位置するメンバノードと役割を交代し、クラスタの管理を引き継ぐ。このことにより、クラスタ全体が大きく移動することを抑制できる中継器を提供する。
【０１６２】
図２５は、実施の形態４における中継器の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る中継器は、図６に示した実施の形態１に係る中継器の構成において、位置情報検出部２４０１と、メンバ位置情報比較部２４０２とが加えられたものである。なお、図６に示した実施の形態１の中継器と同じ構成要素については、図６と同じ番号を付与し説明を省略する。
【０１６３】
位置情報検出部２４０１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などの中継器の位置情報を取得する処理部である。位置情報検出部２４０１として用いられる装置は、ＧＰＳ以外にも、カメラ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ、又は磁気センサなどを用いた位置検出装置など、中継器の位置を特定できるものであれば、特に限定されるものではない。
【０１６４】
メンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ内のメンバノードの位置関係を比較し、比較結果に基づいて、代表ノードを変更するか否かを決定する処理部である。
【０１６５】
実施の形態４に係る中継器は、実施の形態１に係る中継器と同様の処理を実行する。ただし、実施の形態４に係る中継器は、付加的に図２６及び図２９に示す処理を実行する。
【０１６６】
図２６は、中継器における位置情報の取得と、近隣ノードと互いの位置情報の共有のための動作を示すフローチャートである。
【０１６７】
各中継器の位置情報検出部２４０１は、自身の位置情報を取得する（Ｓ２５０１）。
【０１６８】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、クラスタ情報を用いて近隣ノードに対して自身の位置情報を通知する（Ｓ２５０２）。
【０１６９】
ここで、図２７を用いて実施の形態４のクラスタ情報の内容を説明する。
【０１７０】
クラスタ情報２６０１は、各中継器のクラスタ情報交換部６０３が、近隣ノードに対して通知する情報である。クラスタ情報２６０１は、図１０に示したクラスタ情報１００１に、さらに、位置情報が加えられたものである。クラスタ情報２６０１において、送信元ノード識別情報、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報及び代表ノード識別情報は、図１０に示したクラスタ情報１００１に含まれる対応する各情報と同じである。このため、それらの説明を省略する。
【０１７１】
クラスタ情報２６０１の位置情報は、中継器自身の位置を特定する位置情報を含む。例えば、位置情報として、ＧＰＳにより取得された中継器の緯度、経度及び標高に関する情報を含む。
【０１７２】
また、図２８は、クラスタ情報交換部６０３に記録される近隣クラスタ情報の一例を示す図である。
【０１７３】
近隣クラスタ情報２７０１は、中継器自身のクラスタ情報と各近隣ノードのクラスタ情報とを区別して記録した情報である。近隣クラスタ情報２７０１は、図１１に示した近隣クラスタ情報１１０１に、さらに、位置情報が加えられたものである。近隣クラスタ情報２７０１において、ノード識別子、近隣ノードの識別情報、所属クラスタ識別情報及び代表ノード識別情報は、図１１に示した近隣クラスタ情報１１０１に含まれる対応する各情報と同じである。このため、それらの説明を省略する。
【０１７４】
近隣クラスタ情報２７０１の位置情報は、中継器自身の位置と近隣ノードの位置とを、それぞれ特定する位置情報を含む。例えば、位置情報として、ＧＰＳにより取得された中継器の緯度、経度及び標高に関する情報を含む。
【０１７５】
各中継器は、Ｓ２５０１及びＳ２５０２の動作を繰り返すことにより、互いの位置情報の共有を行う。
【０１７６】
図２９は、中継器の位置情報に基づいて、代表ノードを変更する処理を示すフローチャートである。以下の処理は、代表ノードにより実行される。
【０１７７】
代表ノードのメンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報２７０１を参照する。これにより、代表ノードと同じクラスタに所属する中継器の位置座標から、クラスタの中心（重心）座標を算出する（Ｓ２８０１）。
【０１７８】
メンバ位置情報比較部２４０２は、代表ノード自身が、クラスタの中心（重心）座標に最も近いかどうかを判定する（Ｓ２８０２）。代表ノード自身がクラスタの中心（重心）座標に最も近い場合には（Ｓ２８０２でＮｏ）、Ｓ２８０１に戻る。
【０１７９】
代表ノードよりも、クラスタの中心（重心）座標に近いメンバノードが存在する場合には（Ｓ２８０２でＹｅｓ）、メンバ位置情報比較部２４０２は、クラスタ情報交換部６０３に記憶されている近隣クラスタ情報２７０１の代表ノード識別情報を「Ｙｅｓ」から「Ｎｏ」に変更する。その代わりに、メンバ位置情報比較部２４０２は、メンバノードの中で最もクラスタの中心（重心）座標に近い中継器に対する代表ノード識別情報を「Ｎｏ」から「Ｙｅｓ」に変更する（Ｓ２８０３）。
【０１８０】
次に、クラスタ情報交換部６０３は、メンバノードに対して、クラスタの代表ノードを変更するための情報である代表ノード変更情報を通知する（Ｓ２８０４）。
【０１８１】
実施の形態４における代表ノード変更情報の内容、及び代表ノード変更情報の通知動作は、実施の形態３と同様であるため、説明を省略する。
【０１８２】
以上、Ｓ２８０１からＳ２８０４までの動作を繰り返すことにより、常にクラスタの中心（重心）座標に近い中継器を代表ノードに選ぶことが可能となる。これにより、代表ノードの移動に伴う、クラスタ全体の位置の変化を抑制することが可能となり、クラスタの位置が変化することによる通信品質の低下の発生を回避することができる。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
【０１８３】
上述の実施の形態では、各クラスタの代表ノードは、伝送品質の悪い中継器の中から、代表ノード化決定部６０５により決定された。また、代表ノードは、自身が管理するクラスタに参加・離脱するメンバノードの決定と、クラスタ内で利用する周波数チャネルの決定とを行った。
【０１８４】
これに対し、実施の形態５では、クラスタを配置する場所と利用する周波数チャネルとが予め決まっている場合に、中継器での消費電力や実装コスト削減のために、予め代表ノードとなる中継器を固定して決めておく。このことにより、代表ノードの決定処理を省略し、また、メンバノードとなる中継器から、代表ノードとしての機能の削減を行う。
【０１８５】
図３０は、実施の形態５の代表ノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【０１８６】
実施の形態５では、予め代表ノードが決められているため、各中継器には、代表ノードの決定、及びクラスタ内チャネルの変更に必要な構成が不要となる。またクラスタ内チャネルは、事前に決まっておりクラスタ内チャネル記憶部３００１で記憶されている。なお、図６と同じ構成については、同じ番号を付与し、詳細な説明は省略する。
【０１８７】
代表ノードでは、メンバノード決定部６０６により、自身が管理するクラスタに参加・離脱させる中継器が決定すると、その中継器に対し、参加離脱通知部６０７によって、クラスタへの参加・離脱を指示する。さらに、クラスタへ参加させる中継器が決定した場合には、参加離脱通知部６０７は、少なくとも１つの通信インターフェイス６０８に対して、クラスタ内チャネル記憶部３００１に記憶されている周波数チャネルへ周波数チャネルを変更するように指示する。代表ノードにより、クラスタへ参加及び離脱する中継器を選択する方法の詳細は、それぞれ図１４及び図１５を用いて説明した方法と同じであるため、説明を省略する。
【０１８８】
図３１は、実施の形態５のメンバノードとなる中継器の構成を示すブロック図である。
【０１８９】
図６と同じ構成については、同じ番号を付与し、説明を省略する。
【０１９０】
メンバノードとなる中継器は、通信可能ノード検出部６０２により、１ホップで通信可能な近隣ノードを検出する。また、当該中継器は、クラスタ情報交換部６０３により、１ホップで通信可能な中継器との間で、互いに１ホップで通信可能な近隣ノードの情報をクラスタ情報として通知しあう。また、代表ノードからクラスタへの参加・離脱の要請があった場合には、当該中継器は、周波数チャネル変換部６０９により通信インターフェイス６０８で利用する周波数チャネルの変更を行う。なお、代表ノードからの参加及び離脱の要請に対する中継器を選択する方法の詳細は、それぞれ図１６及び図１７を用いて説明した方法と同じであるため、説明を省略する。
【０１９１】
以上説明したように、予めクラスタを配置する場所と利用する周波数チャネルの割当とが決定している場合には、代表ノードとなる中継器を固定して予め決定しておく。これにより、代表ノード決定処理に要する消費電力の削減、又はメンバノードとなる中継器の構成の縮小による実装コストの削減が可能となる。
【０１９２】
図３２Ａ〜図３２Ｄは、本発明の適用例とその効果を説明するための図である。
【０１９３】
図３２Ａは、商業地や住宅地などの監視（タウンモニタリング）を目的としたシステムである。このシステムでは、路地裏に設置された監視カメラ１８０２の映像を、無線メッシュネットワークを介して、基幹網１８０１に接続しているゲートウェイ１８０３まで中継させる例を示している。図３２Ａでは、商業地や住宅地などのそばを通る幹線に、有線の基幹網１８０１が設置されており、路地裏の交差点には、無線通信を行う中継器（図示せず）が配置されている。また、街や人を監視するために設置された監視カメラ１８０２が無線で最寄りの中継器に接続されている。
【０１９４】
無線メッシュネットワークは、商業地や住宅地などの路地裏など、物理的又は経済的に有線網の設置が困難な場所に対して、中継器の設置を行うだけで、簡単に通信インフラを提供することができる。しかし、路地裏の配置や監視カメラ１８０２の設置によっては、監視カメラ１８０２や中継器が密集して配置される。このため、映像トラフィックを多段中継する場合に、無線パケットの干渉が発生し、受信側での映像に劣化や遅延を引き起こしてしまう。
【０１９５】
これに対して、本発明の中継器を用いることにより、設置された中継器の配置に合わせて、自律分散的にクラスタ１８０４が形成される。また、クラスタ１８０４間で干渉しない周波数チャネルが各中継器に割当てられる。このことにより、密集して設置された中継器群を、１つの仮想的な中継器のように動作させることができる。これにより中継器の密集による無線パケットの干渉が緩和され、ロスや遅延等の品質劣化の少ない、高品質な映像による監視が可能となる。
【０１９６】
図３２Ｂ、図３２Ｃ及び図３２Ｄは、移動可能な中継器を含む無線メッシュネットワークにおける本発明の適用例を示す図である。
【０１９７】
図３２Ｂは、携帯電話１８１０及び１８１２の利用エリアの拡大を目的として、基地局１８１１の圏外にある携帯電話１８１０の音声データや映像データ等を、複数の携帯電話１８１０及び１８１２を中継させて基地局１８１１まで通信させる例を示した図である。図３２Ｂの具体的な想定シーンとしては、携帯電話１８１０及び１８１２を利用する人が密集して存在し、さらに基地局１８１１の電波の死角が発生しやすい、地下街、又はデパートなどの商業ビルの中などが挙げられる。また、各携帯電話１８１０又は１８１２には、他の携帯電話１８１０又は１８１２からのデータを中継する機能が搭載されている。
【０１９８】
図３２Ｃは、車々間通信１８２１や路車間通信１８２２により、音声データや映像データなどをマルチホップで通信させる例を示した図である。図３２Ｃの具体的な想定シーンとしては、信号待ちや渋滞時など、比較的、車１８２３の移動速度が遅く、かつ無数の車１８２３が密集する状況が挙げられる。また、各車１８２３には、他の車１８２３からのデータを中継する機能が搭載されている。
【０１９９】
図３２Ｄは、運動会などのイベントにおいて、大勢の人が様々な場所から同時にビデオカメラ１８３１で撮影を行っている様子を示している、さらにビデオカメラ１８３１に備えられた無線通信による映像データの中継機能によって、異なる場所から撮影された映像を、共有している様子を示している。図３２Ｄの具体的な想定シーンとしては、運動会以外にも、文化祭等のステージ発表、サッカーや野球などの試合などが挙げられる。
【０２００】
図３２Ｂ、図３２Ｃ及び図３２Ｄに対して、本発明を適用すると、代表ノードが、移動する中継器（携帯電話１８１０及び１８１２、車１８２３、ビデオカメラ１８３１）のクラスタへの参加又はクラスタからの離脱を常に管理する。このため、各中継器の移動に追随して、自律分散的にクラスタのメンバの変更と、周波数チャネルの割当てが行われる。これにより、移動可能な中継器が密集して利用されるシーンにおいても、無線パケットの干渉が緩和される。よって、ロスや遅延等の品質劣化の少ない、高品質な映像データや音声データの通信ができる。
【０２０１】
以上説明したように、上述の実施の形態によると、無線メッシュネットワークにおいて複数の中継器を、１つの仮想的な中継器のように扱うこが可能となる。このため、無線パケットの干渉を回避し、通信品質の低下を抑制する効果が得られる。
【０２０２】
これにより、中継器が高密度で配置して利用される無線メッシュネットワークシステムにおいて、映像、音声の高品質伝送を実現し、宅内のモニタリングやタウンモニタリング、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）などへの利用が可能である。
【０２０３】
また、映像や音声だけではなく、テキスト、静止画、音楽など様々なメディア伝送への適用が可能であり、宅外だけではなく、宅内での高品質なメディア伝送も可能となる。また、ＵＤＰやＴＣＰを用いたリアルタイムなメディア伝送だけでなく、Ｗｅｂやデータのダウンロード伝送のようなノンリアルな伝送においても高品質な伝送が可能となる。
【０２０４】
なお、上述の実施の形態に示した中継器は、プロセッサと、メモリと、通信インターフェイスとを備える通常のコンピュータにより実現されていても良い。各種データをメモリに記憶させ、プロセッサ上で、中継器の各処理部を実現するためのプログラムを実行することにより、中継器が実現される。
【０２０５】
また、上記実施の形態をそれぞれ組み合わせるとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
本発明は、固定端末や移動端末が接続される無線メッシュネットワークシステムにおいてデータの高品質伝送を実現する中継器等に適用できる。
【符号の説明】
【０２０７】
４０１、４０６、１９０２、１９０２ａ〜ｆ  中継器
４０３  近隣クラスタ
６０１  通信品質測定部
６０２  通信可能ノード検出部
６０３  クラスタ情報交換部
６０４  近隣代表ノード検出部
６０５  代表ノード化決定部
６０６  メンバノード決定部
６０７  参加離脱通知部
６０８  通信インターフェイス
６０９  周波数チャネル変換部
９０１  近隣ノード情報
１００１、２６０１  クラスタ情報
１１０１、２７０１  近隣クラスタ情報
１６０１  メンバ数測定部
１６０２  無線出力調整部
１８０１  基幹網
１８０２  監視カメラ
１８０３  ゲートウェイ
１８０４  クラスタ
１８１０、１８１２  携帯電話
１８１１  基地局
１８３１  ビデオカメラ
１９０１、１９０１ａ、１９０１ｂ  端末
２００１  通信品質比較部
２２０１  代表ノード変更情報
２４０１  位置情報検出部
２４０２  メンバ位置情報比較部
３００１  クラスタ内チャネル記憶部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成される自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記自クラスタと隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定部と、
前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定部により決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項２】
さらに、前記自クラスタ内の全ての中継器との間の通信品質が、所定の品質を満たしていない中継器に対して、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられているチャネルを使用させないことにより、前記自クラスタから離脱させる離脱部を備える
請求項１記載の中継器。
【請求項３】
前記離脱部は、さらに、前記自クラスタ内の中継器との通信品質が所定の品質を満たしていない中継器から、前記自クラスタからの離脱要求を受けた場合に、前記自クラスタのクラスタ内通信で用いられているチャネルを使用させないことにより、当該中継器を前記自クラスタから離脱させる
請求項２記載の中継器。
【請求項４】
さらに、
前記自クラスタに属する中継器の数を測定する中継器数測定部と、
前記中継器数測定部により測定された前記中継器の数が所定値になるまで、通信インターフェイスの通信出力を弱める無線出力調整部とを備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項５】
さらに、自中継器が前記代表ノードである場合に、所定の品質よりも通信品質が悪いいずれか１つの前記近隣ノードと、自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させる第１の代表ノード変更部を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項６】
さらに、
他の中継器との間で所定のデータを送受信することにより、前記近隣ノードを検出する通信可能ノード検出部と、
前記通信可能ノード検出部により検出された前記近隣ノードの通信品質を測定する通信品質測定部とを備え、
前記第１の代表ノード変更部は、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記通信品質測定部により測定された前記近隣ノードの通信品質と前記所定の品質とを比較することにより、前記所定の品質よりも通信品質が悪いいずれか１つの前記近隣ノードを特定する通信品質比較部と、
前記通信品質比較部により特定されたいずれか１つの前記近隣ノードと、自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させることを、前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部とを含む
請求項５記載の中継器。
【請求項７】
さらに、
自中継器の位置情報を検出する位置情報検出部と、
前記自クラスタに属する中継器から、当該中継器の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報検出部により検出された自中継器の位置情報と前記位置情報取得部により取得された前記自クラスタに属する中継器の位置情報とを用いて、前記自クラスタの重心位置を算出する重心位置算出部と、
前記重心位置算出部により算出された前記重心位置と、前記位置情報取得部により取得された前記自クラスタに属する中継器の位置情報とを比較することにより特定された前記重心位置に最も近い位置に存在する中継器と自中継器との間で、前記代表ノードの役割を交代させる第２の代表ノード変更部とを備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項８】
予め定められたチャネルを、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成される自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
前記自クラスタの周辺に存在する中継器である近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さず、かつ自クラスタに属する全ての中継器と１ホップで通信できる近隣ノードに対して、前記予め定められたチャネルを前記自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記予め定められたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項９】
データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成される自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信で用いられるチャネルを、隣接クラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定するチャネル決定部と、
前記チャネル決定部により決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知部と、
前記自クラスタの周辺に存在する中継器である近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さず、かつ自クラスタに属する全ての中継器と１ホップで通信できる近隣ノードに対して、前記チャネル決定部により決定されたチャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加部と、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記チャネル決定部により決定されたチャネルに変更するチャネル変更部と
を備える中継器。
【請求項１０】
前記自クラスタ内のクラスタ内通信で用いられるチャネルは、前記自クラスタとは異なるクラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ間通信で用いられるチャネルと異なる
請求項１〜９のいずれか１項に記載の中継器。
【請求項１１】
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成される自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記自クラスタと隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定ステップと、
前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知ステップと、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定ステップにおいて決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加ステップと、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルに変更するチャネル変更ステップと
を含む中継方法。
【請求項１２】
自中継器の通信品質が所定の品質を満たしておらず、かつ自中継器と通信することができる中継器である近隣ノードの中に、クラスタ内通信で用いられるチャネルを決定する中継器である代表ノードが含まれていない場合に、データ通信に用いられるチャネルを同一とする複数の中継器により形成される自クラスタに属する中継器との間の通信であるクラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記自クラスタと隣接するクラスタのクラスタ内通信で用いられるチャネルとは異なるチャネルに決定することにより、自中継器が前記代表ノードになる代表ノード化決定ステップと、
前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルを前記自クラスタに属する中継器に通知する通知ステップと、
自中継器が前記代表ノードである場合に、前記近隣ノードのうち、いずれのクラスタにも属さない近隣ノードに対して、前記代表ノード化決定ステップにおいて決定された前記チャネルをクラスタ内通信で利用させることにより、前記自クラスタに参加させる参加ステップと、
前記クラスタ内通信で用いられるチャネルを、前記代表ノードの前記代表ノード化決定ステップにおいて決定されたチャネルに変更するチャネル変更ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010010708.tif 000041
【図２Ａ】
2010010708.tif 000042
【図２Ｂ】
2010010708.tif 000043
【図３】
2010010708.tif 000044
【図４】
2010010708.tif 000045
【図５Ａ】
2010010708.tif 000046
【図５Ｂ】
2010010708.tif 000047
【図６】
2010010708.tif 000048
【図７】
2010010708.tif 000049
【図８】
2010010708.tif 000050
【図９】
2010010708.tif 000051
【図１０】
2010010708.tif 000052
【図１１】
2010010708.tif 000053
【図１２】
2010010708.tif 000054
【図１３】
2010010708.tif 000055
【図１４】
2010010708.tif 000056
【図１５】
2010010708.tif 000057
【図１６】
2010010708.tif 000058
【図１７】
2010010708.tif 000059
【図１８Ａ】
2010010708.tif 000060
【図１８Ｂ】
2010010708.tif 000061
【図１９】
2010010708.tif 000062
【図２０】
2010010708.tif 000063
【図２１】
2010010708.tif 000064
【図２２】
2010010708.tif 000065
【図２３】
2010010708.tif 000066
【図２４】
2010010708.tif 000067
【図２５】
2010010708.tif 000068
【図２６】
2010010708.tif 000069
【図２７】
2010010708.tif 000070
【図２８】
2010010708.tif 000071
【図２９】
2010010708.tif 000072
【図３０】
2010010708.tif 000073
【図３１】
2010010708.tif 000074
【図３２Ａ】
2010010708.tif 000075
【図３２Ｂ】
2010010708.tif 000076
【図３２Ｃ】
2010010708.tif 000077
【図３２Ｄ】
2010010708.tif 000078
【国際調査報告】
2010010708.tif 000079
2010010708.tif 000080