(57)【要約】【課題】  各ノードの通信量を考慮して、特定のノードに通信量が偏らないように自律的に通信経路を制御できる無線通信装置を提供する。【解決手段】  本発明は、複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第２の無線通信部と、自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から１の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、所定のタイミングで、少なくとも、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき、前記優先情報を更新する優先情報管理部とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
2018164154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線通信装置から受信したパケットを第２の無線通信装置に中継する無線中継装置において、
自身と、前記第１の無線通信装置又は第２の無線通信装置との間でパケットを送受信する第１の無線通信部と、
所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第１の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第１の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、
前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えていると判定された場合に、前記第１の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えたことを示す情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第１の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部と
を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
前記通知パケットは、前記第１の無線通信装置からパケットを正常に受信したことを示す応答信号であることを特徴とする請求項１に記載の無線中継装置。
【請求項３】
前記パケット累積超過情報は、前記パケット累積値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線中継装置。
【請求項４】
複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、
自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第２の無線通信部と、
自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、
前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から１の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、
所定のタイミングで、少なくとも、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき、前記優先情報を更新する優先情報管理部と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
前記通信量情報は、初期値が設定されていることを特徴する請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記所定のタイミングは、前記接続先管理部より接続先と選択された前記無線中継装置から前記通信量情報を受信したタイミングであり、
前記優先情報管理部は、受信した前記通信量情報に基づき、前記優先情報を再更新することを特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記優先情報管理部は、周期的に前記通信量情報を初期値に戻した上で、前記優先情報を再更新することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項８】
複数の無線中継装置と、複数の無線通信装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記無線中継装置として請求項１〜３のいずれかに記載の無線中継装置が、前記無線通信装置として請求項４〜７のいずれかに記載の無線通信装置が適用されることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムに関し、例えば、マルチホップ無線ネットワークに適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
センシングパケットを収集するシンクノード、センシングパケットを取得しシンクノードに送信するセンシングノード（子ノード）及びシンクノードまでセンシングパケットを転送する中継ノード（親ノード）から構成されるマルチホップセンサネットワークでは、多くの場合、ノードを配置して電源を投入すると、自動的に適切なネットワークトポロジーが構築される。このネットワークトポロジーは、各ノードが、近隣のノードから受信するＨｅｌｌｏパケット等のリンク情報を含むパケットを基に、リンク品質を算出し、リンク品質の良いノードを親ノードと決定することで自律的に構築される。
【０００３】
ところで、上記のようなネットワークトポロジー構築方法では、各ノードがリンク品質だけを基に自律的に親ノードを決定するため、特定の親ノードに多数の子ノードが偏るという事態が発生する。これにより、パケットを中継する親（中継）ノードにおける消費電力の偏りが発生してしまう。近年、インフラ監視システムにマルチホップセンサネットワークが利用されることが増加しているが、このようなシステムでは、電池駆動で数年〜十年レベルのネットワーク寿命が要求される。そのため、中継ノードでの消費電力の偏りは、実際の寿命が設計された寿命より短くなってしまうという深刻な問題を引き起こす可能性がある。
【０００４】
上記のような特定の親ノードに対する子ノードの偏りを解消するための経路制御方法の一例として、例えば、特許文献１に記載の技術が挙げられる。特許文献１に記載の技術では、特定の経路制御装置が、受信したパケットを基に、あるホップ数における各ノードの総子孫数を把握する。その総子孫数の中で、特に偏りが大きい総子孫数を持つノードに、ネイバに送信するリンク情報を含むパケットを、意図的にリンク品質が悪くなるように変えて送るように指示することで、総子孫数の偏りを解消するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−６５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように子ノード数をベースにして偏りを解消したとしても、必ずしも各ノードの消費電力の偏りが抑制されるわけではない。なぜなら、実際に問題となるのは、子ノードのパケット送信頻度やデータ量だからである。パケットの送信頻度とデータ量が一定であれば特許文献１に記載の技術でも一定の効果は奏するが、例えば、ノードＡの子ノード数が５、ノードＢの子ノード数が１０とした場合、１分間でノードＡが中継するデータ量が５０、ノードＢが２０となる場合もある。この場合は、ノードＡの方がビジー状態であり、ノードＢの子ノードがノードＡに親を変更すると、ノード２００Ａのビジー状態がさらに悪化してしまい、消費電力の偏りを助長してしまうおそれがある。
【０００７】
そのため、各ノードの通信量を考慮して、特定のノードに通信量が偏らないように自律的に通信経路を制御できる無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、第１の無線通信装置から受信したパケットを第２の無線通信装置に中継する無線中継装置において、（１）自身と、前記第１の無線通信装置又は第２の無線通信装置との間でパケットを送受信する第１の無線通信部と、（２）所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第１の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第１の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、（３）前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えていると判定された場合に、前記第１の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えたことを示す情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第１の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部とを有することを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明は、複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、（１）自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第２の無線通信部と、（２）自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、（３）前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から１の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、（４）所定のタイミングで、少なくとも、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき、前記優先情報を更新する優先情報管理部とを有することを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明は、複数の無線中継装置と、複数の無線通信装置とを有する無線通信システムにおいて、前記無線中継装置として第１の本発明の無線中継装置が、前記無線通信装置として第２の本発明の無線通信装置が適用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各ノードの通信量を考慮して、特定のノードに通信量が偏らないように自律的に通信経路を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る無線通信装置（親ノード）の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る係数決定テーブルの一例を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態に係る親候補テーブルの一例を示す説明図である。
【図６】第１の実施形態に係る無線通信装置（親ノード）の特徴動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の特徴動作を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その１）である。
【図９】第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その２）である。
【図１０】第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その３）である。
【図１１】第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その４）である。
【図１２】第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その５）である。
【図１３】第２の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の構成を示すブロック図である。
【図１４】第２の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その１）である。
【図１５】第２の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その２）である。
【図１６】第２の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図２は、第１の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。図２において、無線通信システム１は、無線通信装置１０、無線通信装置２００（２００−１、２００−２）、無線通信装置１００（１００−１〜１００−４）を有する。なお、図２では、説明を容易にするために、無線通信システム１が、２台の無線通信装置２００−１、２００−２、及び４台の無線通信装置１００−１〜１００−４を有する場合を例示しているが、勿論、各装置の数は特に限定されるものではない。
【００１５】
また、無線通信システム１では、無線通信装置１０、無線通信装置２００−１、２００−２、及び無線通信装置１００−１〜１００−４により無線マルチホップネットワークが構成されているものとする（ネットワークの構造も特に限定されるものではない）。以下では、無線通信装置１０、無線通信装置２００−１、２００−２、及び無線通信装置１００−１〜１００−４のことを、総称して「ノード」とも呼ぶものとする。また、ノードに符号を付して、各装置を指して呼ぶこともある（例えば、ノード２００−２等）。
【００１６】
各ノードの通信方式は、特に限定されるものではなく、例えば、種々の無線ＬＡＮインタフェースを適用することができる。例えば、各ノードは、ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅの無線通信方式を採用することができる。
【００１７】
無線通信装置１００は、無線通信システム１（マルチホップネットワーク）では末端に属するノードである。無線通信装置１００は、所定のセンサが搭載（又は接続）され、センシングデータ（センシングパケット）を、無線通信装置２００を介して無線通信装置１０に送信する。なお、センサの種類は、提供するサービスに応じて、様々なセンサを適用することができる。例えば、センサの種類として、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、人感センサ、電力センサ等のセンサ類がある。以下では、無線通信装置１００のことを「センシングノード（子ノード）」とも呼ぶものとする。
【００１８】
無線通信装置２００は、無線通信システム１（マルチホップネットワーク）ではセンシングノードからのパケットを無線通信装置１０に中継するノードである。以下では、無線通信装置２００のことを「中継ノード（親ノード）」とも呼ぶものとする。なお、中継ノードは、センシングノードとしての機能を有していても良い。
【００１９】
無線通信装置１０は、無線通信システム１（マルチホップネットワーク）では最上位に位置するノードである。無線通信装置１０は、各センシングノードから送信されたパケットを収集する。以下では、無線通信装置１０のことを「シンクノード」とも呼ぶものとする。
【００２０】
（Ａ−１−２）無線通信装置２００（親ノード）の詳細な構成
図３は、第１の実施形態に係る無線通信装置（親ノード）の構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る無線通信装置は、図３に示す各構成部を搭載した専用のＩＣチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図１で表すことができる。図３では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御（累積転送量の管理）について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。
【００２１】
無線通信部２０１は、アンテナ２５０からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタルデータ（パケット）に変換してパケット送受信部２０２に与えるものである。また、無線通信部２０１は、パケット送受信部２０２から与えられた送信データ（パケット）を無線信号に変換して（変調処理を行って）アンテナ２５０に与えるものである。
【００２２】
パケット送受信部２０２は、パケットの送受信に関する処理を行うものである。また、パケット送受信部２０２は、無線通信部１０１が受信したパケットを解析する機能（自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能）を有する。パケット送受信部２０２は、パケットを解析して得たパケットのデータ量を累積転送量管理部２０３に通知する。さらに、パケット送受信部２０２は、累積転送量管理部２０３から通知される累積転送量Ｓを含むパケットを作成する。
【００２３】
累積転送量管理部２０３は、所定期間（後述するタイマＴ１の設定時間）内に、他ノードに転送（中継）したパケットの累積転送量Ｓを管理するものである。累積転送量管理部２０３は、新たに転送するパケットを受信した際に、パケットの累積転送量Ｓ（新たに転送するパケットのデータ分を足した値）が、所定の閾値である転送許容量Ｌを超えた場合、パケットの累積転送量ＳをＡＣＫ（受信完了通知）と共に送信元のノード（子ノード）に返信する。なお、累積転送量管理部２０３は、パケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超えなかった場合には、単にＡＣＫ（受信完了通知）を返信する。また、累積転送量管理部２０３は、タイマ管理部２０４からタイマアウトの通知を受けると、パケットの累積転送量Ｓを初期化する。そして、累積転送量管理部２０３は、パケットの累積転送量Ｓ（又は単にＡＣＫ）を送信した後に、受信したパケットを転送する制御を行う。
【００２４】
タイマ管理部２０４は、累積転送量管理部２０３において、パケットの累積転送量Ｓを累積させる時間（一定時間）を設定するタイマＴ１を管理する。また、タイマ管理部２０４は、所定のタイミング（例えば、電源投入時、ネットワーク参加時）でタイマＴ１のカウントを開始する。タイマ管理部２０４は、タイマＴ１がタイムアウト（設定時間が経過）すると、累積転送量管理部２０３にその旨を通知する。タイマ管理部２０４は、タイマＴ１がタイムアウト後、タイマＴ１をリセットし再度カウントを開始する。
【００２５】
（Ａ−１−３）無線通信装置１００（子ノード）の詳細な構成
図１は、第１の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る無線通信装置は、図１に示す各構成部を搭載した専用のＩＣチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図１で表すことができる。
【００２６】
図１において、無線通信装置１００は、無線通信部１０１、パケット送受信部、親ノード管理部１０３、親候補テーブル管理部１０４、記憶部１０５、及びアンテナ１５０を有する。図１では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御（親ノードの選択）について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。
【００２７】
無線通信部１０１は、アンテナ１５０からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタルデータ（パケット）に変換してパケット送受信部１０２に与えるものである。また、無線通信部１０１は、パケット送受信部１０２から与えられた送信データ（パケット）を無線信号に変換して（変調処理を行って）アンテナ１５０に与えるものである。
【００２８】
パケット送受信部１０２は、パケットの送受信に関する処理（制御）を行うものである。また、パケット送受信部１０２は、無線通信部１０１が受信したパケットを解析する機能（自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能）を有する。パケット送受信部１０２は、解析したパケットに含まれるリンク品質に関わる情報（ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）値など）や、親ノードのパケットの累積転送量Ｓを親候補テーブル管理部１０４に通知する。
【００２９】
親候補テーブル管理部１０４は、パケット送受信部１０２で得られたリンク品質に関する情報や、親ノードのパケットの累積転送量Ｓを基に、親候補テーブルＤ２を更新するものである。また、親候補テーブル管理部１０４は、取得したリンク品質及び親ノードのパケットの累積転送量Ｓの情報から、各親候補（親ノードと成り得るノード）の優先度を算出し、算出した優先度を親候補テーブルＤ２に保存（更新）する。
【００３０】
例えば、親候補テーブル管理部１０４は、以下の(１)式に従って、各親候補の優先度を算出する。
【００３１】
優先度＝累積転送量×α  …（１）
上記（１）式において、「係数α」は、リンクコスト（リンク品質）に応じて、定まる係数である。なお、リンクコストは、ＲＳＳＩ値等の情報によって、自身と他ノード間のリンクの質を評価する評価値であって、既存の種々の算出方法によって定まる。図４は、第１の実施形態に係る係数決定テーブルの一例を示す説明図である。図４において、係数決定テーブルＤ１は、「リンクコスト」と「係数α」の項目を有する。図４では、「リンクコスト」は、１（リンク品質最良）〜ＭＡＸ（リンク品質最悪）の値が設定されている。また、「係数α」はリンクコストの値（リンクコストの値の範囲内）に応じて、１．０〜１００の値が設定されている。例えば、リンクコストが「１」だった場合には、係数αは「１．０」と定まる。
【００３２】
また、上記（１）式において、「累積転送量」は、親ノードから受信したパケットの累積転送量Ｓが設定される。なお、親ノードから累積転送量Ｓを受信していない段階では、累積転送量には予め「０」以外の値である初期値ｋ（例えば、ｋ＝１）が設定される。
【００３３】
なお、上記（１）式に従い、算出した各親候補の優先度の値は、そのままの値を用いても良いし、算出した各親候補の優先度の値が低い値から順に１、２、３…と正の整数を設定し直しても良い。
【００３４】
記憶部１０５は、親候補テーブルＤ２を記憶するものである。親候補テーブルＤ２は、各親候補に対するリンクコスト、親ノードのパケットの累積転送量Ｓ及び優先度の情報等を保持するテーブルである。図５は、第１の実施形態に係る親候補テーブルの一例を示す説明図である。図５において、親候補テーブルＤ２は、「優先度」と「アドレス」、「リンクコスト」、及び「累積転送量」の項目を有する。「優先度」は、先述の（１）式で算出した値が保存（更新）される項目である。「アドレス」は、親候補（無線通信装置２００）のノードアドレスが格納される項目である。例えば、アドレス「０ｘ０００１」は、無線通信装置２００−１の宛先を示すものであり、「０ｘ０００２」は、無線通信装置２００−２の宛先を示すものであり、「０ｘ０００３」は、図示しないノードの宛先を示すものである。「リンクコスト」は自身と各親候補間のリンクの品質を示す値が格納される項目である。「累積転送量」は、先述の累積転送量Ｓ（又は初期値ｋ）が格納される項目である。なお、「累積転送量」は、親ノードから累積転送量を受信する度に受信した累積転送量Ｓの値に更新され、また、親ノードからＡＣＫを受信する度に初期値ｋに更新される。
【００３５】
図５の親候補テーブルＤ２では、優先度の項目を昇順としてソーティングされたデータが示されている。つまり、図５では、親候補のデータ中でトップのデータ（１番目のデータ）が、自身の親ノードとなるデータである。
【００３６】
親ノード管理部１０３は、親候補テーブル管理部１０４から、親候補テーブルＤ２を更新した旨の通知を受けると、更新された親候補テーブルＤ２を参照し、自身の親ノードを変化する必要が生ずれば、親ノードの変更を行うものである。つまり、現在の親ノードの優先度が、親候補テーブルＤ２中で最良（最も低い値）で無くなれば、最良の優先度の親候補を新たな親ノードと決定する。
【００３７】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の無線通信システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態では、無線通信システム１を構成する無線通信装置２００（親ノード）の処理と、無線通信装置１００(子ノード)のそれぞれについて特徴が存在するので、以下では、親ノードの処理と子ノードの処理を分けて説明を行う。また、以下で説明する親ノードは、子ノードの親候補テーブルＤ２において、優先度が最高の親候補であるものする。
【００３８】
（Ａ−２−１）親ノードの動作
図６は、第１の実施形態に係る無線通信装置（親ノード）の特徴動作を示すフローチャートである。
【００３９】
親ノード（タイマ管理部２０４）は、所定のタイミングでタイマＴ１を起動（カウントを開始）する（ＳＴ１０１）。
【００４０】
タイマＴ１の起動後、親ノード（無線通信部２０１）は、待機状態となる（ＳＴ１０２）。親ノードは、子ノードからパケットを受信するとパケット送受信部２０２でパケットを解析した後、次のステップＳＴ１０３の処理を実行する。一方、親ノードは、受信待機中にタイマＴ１がタイムアウトすると、後述するステップＳＴ１０８の処理を実行する。
【００４１】
累積転送量管理部２０３は、解析して得たパケットのデータ量を、パケットの累積転送量Ｓに加算する（ステップＳＴ１０３）。
【００４２】
累積転送量管理部２０３は、ステップＳＴ１０３の処理により、加算されたパケットの累積転送量Ｓと、転送許容量Ｌとを比較し、加算されたパケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超過しているか否か判定する（ステップＳＴ１０４）。累積転送量管理部２０３は、加算されたパケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超えていると判定した場合には、次のステップＳＴ１０５の処理を行い、転送許容量Ｌ以下の場合には、後述するステップＳＴ１０６の処理を行う。
【００４３】
累積転送量管理部２０３は、ステップＳＴ１０４の処理により、加算された累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超えていると判定された場合には、送信元の子ノードに、累積転送量Ｓ（加算された現在のパケットの累積転送量Ｓ）を示す情報を含んだＡＣＫを送信する制御を行う（ＳＴ１０５）。なお、送信するパケットは、これに限定されるものでは無く、例えば、ＡＣＫとは別のコマンドパケット等でも良い。また、送信するデータ量を抑えたい場合などには、パケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超えたことを示す情報（最小で１ビットの情報）を、上記累積転送量と置換しても良い。
【００４４】
また、累積転送量管理部２０３は、先述のステップＳＴ１０４の処理により、加算されたパケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌ以下であれば、トラフィックの負荷が小さいと判断し、送信元の子ノードに通常のＡＣＫを送信する（ＳＴ１０６）。
【００４５】
累積転送量管理部２０３は、先述のステップＳＴ１０５（又はステップＳＴ１０６）の処理の後、子ノードから受信したパケットをシンクノードに（シンクノードに直接又は他の中継ノードを介して）転送する処理を行う（ＳＴ１０７）。
【００４６】
一方、タイマ管理部２０４は、先述のステップＳＴ１０１の処理において、設定したタイマＴ１がタイムアウトすると、タイムアウトした旨を累積転送量管理部２０３に通知する。通知を受けた累積転送量管理部２０３は、パケットの累積転送量Ｓを初期状態に戻す（ＳＴ１０８）。
【００４７】
タイマ管理部２０４は、タイマＴ１を初期状態に戻し、先述のステップＳＴ１０１の処理により再度タイマＴ１のカウントを開始（リスタート）させる（ＳＴ１０９）。
【００４８】
（Ａ−２−２）子ノードの動作
図７は、第１の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の特徴動作を示すフローチャートである。
【００４９】
子ノードは、待機状態からパケットを送信する事由（例えば、センシングパケットをシンクノードに送信するタイミング）が発生すると、親候補テーブルＤ２中の最高の優先度を有する親ノードにパケットを送信する（ＳＴ２０１〜ＳＴ２０３）。
【００５０】
ステップＳＴ２０３の処理の後、子ノード（無線通信部１０１）は、待機状態となる（ＳＴ２０４）。子ノードは、親ノードからパケットを受信するとパケット送受信部１０２でパケットを解析した後、ＡＣＫであれば、後述するステップＳＴ２０９の処理を実行する。一方、子ノードは、解析したパケットにパケットの累積転送量Ｓを示す情報（又はパケットの累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超過したことを示す情報）が含まれていれば、次のステップＳＴ２０５の処理を実行する。
【００５１】
親候補テーブル管理部１０４は、パケット送受信部１０２からパケットの累積転送量Ｓの通知を受けると、累積転送量Ｓの値とリンクコストを基に親候補の優先度を再計算（例えば、先述の（１）式に従って再計算）し、親候補テーブルＤ２を更新する（ＳＴ２０６）。
【００５２】
親候補テーブル管理部１０４は、親候補テーブルＤ２の更新により、優先度が最高の親候補が変化したか否か確認する（ＳＴ２０７）。親候補テーブル管理部１０４は、優先度が最高の親候補に変更が無い場合、特に何もせず、先述のステップＳＴ２０１（待機状態）に移行する。一方、親候補テーブル管理部１０４は、優先度が最高の親候補に変更があれば、親ノード管理部１０３に通知する。
【００５３】
親ノード管理部１０３は、優先度が最高となった親候補に親ノードを変更する（ＳＴ２０８）。
【００５４】
一方、親候補テーブル管理部１０４は、先述のステップＳＴ２０４の処理の後、パケット送受信部１０２からＡＣＫを受信した旨の通知を受けると、親候補テーブルＤ２に保存されている送信元（親ノード）のパケットの累積転送量を初期状態に戻す（ＳＴ２０９、ＳＴ２１０）。また、親候補テーブル管理部１０４は、親候補テーブルＤ２がパケットの累積転送量では無く、転送許容量超過状態（１が超過、０が非超過）で管理していた場合も初期化(転送許容量超過状態を０に設定)する。
【００５５】
（Ａ−２−３）具体例の説明
次に、上述した親ノード及び子ノードの処理（図６、図７）の内、通信経路を変更（親ノードを変更）する処理について、具体例を挙げて説明する。図８〜図１２は、第１の実施形態に係る通信経路を変更（親ノードを変更）する手順をイメージ化した説明図である。
【００５６】
まず、無線通信システム１（既に構築されたマルチホップネットワーク）に、新たにノード１００−１が、ノード２００−１を親として参加したものとする。この時点のノード１００−１の親候補テーブルＤ２では、累積転送量は全て初期値ｋ（０以外の値）である。そのため、優先度の順番は、リンク品質が良い順番に等しい。なお、説明の便宜上、図８〜１２の親候補テーブルＤ２は、ノード２００−１、ノード２００−２のみ記載している（アドレスの項目では、ノードの符号で宛先を示している）。また、図８〜１２の無線通信システム１では、シンクノード１０を省略している。
【００５７】
図８に示すように、ノード１００−１は、パケットデータ量が「５」の送信パケットを親であるノード２００−１に送信する。送信後、ノード１００−１は、ノード２００−１からの応答を待つ。この時点のノード２００−１のパケットの累積転送量Ｓは「９７」で、設定されている転送許容量Ｌは「１００」である。
【００５８】
図９に示すように、ノード２００−１は、パケットデータ量が５のパケットを受信すると、パケットの累積転送量Ｓ（９７）にパケットデータ量（５）を加算し、転送許容量Ｌ（１００）と比較する。すると、パケットの累積転送量Ｓ（１０２）＞転送許容量Ｌ（１００）となり、累積転送量Ｓが転送許容量Ｌを超過するので、ノード２００−１は、ノード１００−１に対して、例えば、累積転送量を付加したＡＣＫを送信する。
【００５９】
図１０に示すように、ノード２００−１はノード１００−１から受信したパケットをシンクノード１０宛に転送する。
【００６０】
図１１に示すように、ノード１００−１は、パケットの累積転送量Ｓを示す情報が付加されたＡＣＫを受信すると、親候補テーブルＤ２を更新する。具体的には、親候補テーブルにおいてノード２００−１の累積転送量がｋから１０２に書き換えられる。ここで、ノード１００−１は、親候補のノードの優先度を再計算すると、優先度が「１」であったノード２００−１は、優先度が「２」となる。同時に、優先度が「２」であったノード２００−２は、優先度が「１」となる。なお、ノード１００−１において、ノード２００−１からのＡＣＫが受信できずＡＣＫのタイムアウトが発生した場合には、例えば、親候補テーブルＤ２においてノード２００−１の累積転送量を最大値にする等としても良い。
【００６１】
図１２に示すように、親候補テーブルＤ２の更新の結果、ノード１００−１において優先度１の親候補がノード２００−１からノード２００−２に変化するので、ノード１００−１は、新たに優先度１となったノード２００−２へ親を変更する。
【００６２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、各ノードが自律的にトラフィックの負荷が高いノードを親とすることを避けるため、ネットワーク全体での負荷を分散させることができる。また、実際のトラフィック量を時間的に観察して負荷を分散するため、一時的にパケットを頻繁に送信するノードや、定期的に一定量のパケットを送信するノードがネットワーク内に混在していても、各ノードの負荷を分散できる。
【００６３】
（Ｂ）第２の実施形態
以下では、本発明に係る無線中継装置、無線通信装置及び無線通信システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６４】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の無線通信システム１は、基本的には図２で示す各構成と同一あるが、無線通信装置１００の代わりに、無線通信装置１００Ａが適用される点が異なる。第２の実施形態の無線通信システム１の無線通信装置２００は、第１の実施形態と同様である。以下では、第１の実施形態と異なる無線通信装置１００Ａについてのみ説明を行う。
【００６５】
図１３は、第２の実施形態に係る無線通信装置（子ノード）の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る無線通信装置は、図１３に示す各構成部を搭載した専用のＩＣチップ等のハードウェアとして構成しても良いし、又は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムを中心としてソフトウェア的に構成して良いが、機能的には、図１３で表すことができる。
【００６６】
図１３において、無線通信装置１００Ａは、無線通信装置１００Ａの各構成（無線通信部１０１、パケット送受信部、親ノード管理部１０３、記憶部１０５、及びアンテナ１５０）にタイマ管理部１０６を追加したものである。ただし、無線通信装置１００Ａでは、第１の実施形態の親候補テーブル管理部１０４の代わりに、親候補テーブル管理部１０４Ａが適用される点が異なる。以下では、追加したタイマ管理部１０６と代替した親候補テーブル管理部１０４Ａについてのみ説明を行う。
【００６７】
タイマ管理部１０６は、親候補テーブルＤ２の累積転送量の値を初期化する時期を示すタイマＴ２を管理するものである。タイマ管理部１０６は、所定のタイミングでタイマＴ２を起動し、タイムアウトすると、親候補テーブル管理部１０４Ａに通知する。
【００６８】
親候補テーブル管理部１０４Ａは、タイマＴ２のタイムアウトによる通知を受けると、親候補テーブルＤ２の各親候補の累積転送量の値を初期化し、各親候補の優先度を再計算する。
【００６９】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の無線通信システム１の動作を、図面を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態を構成する無線通信装置２００（親ノード）と、無線通信装置１００Ａ(子ノード)の動作ついても、先に図６及び図７で説明した動作と同様の動作を行う。以下では、第２の実施形態の無線通信装置１００Ａに特有の動作のみについて説明を行う。
【００７０】
子ノードのタイマ管理部１０６は、所定のタイミングでタイマＴ２を起動（カウントを開始）する。タイマ管理部１０６は、タイマＴ２がタイムアウトすると、親候補テーブル管理部１０４に、タイマＴ２がタイムアウトした旨を通知する。タイマ管理部１０６は、タイマＴ２をリセットし、再びカウントを開始する。タイマ管理部１０６から通知を受けた親候補テーブル管理部１０４は、親候補テーブルＤ２の累積転送量を初期値に戻し、各親候補の優先度を再計算する。
【００７１】
次に、上述した子ノードの処理により、通信経路を変更（親ノードを変更）する処理について、具体例を挙げて説明する。図１４〜図１６は、第２の実施形態に係る通信経路を変更する手順をイメージ化した説明図である。図１４の状態は、先述の図１２からの続きである（ノード１００−１がノード２００−１からノード２００−２親を変更した状態である）。
【００７２】
図１４では、ノード１００−１は、ノード２００−２を親としている。このとき、ノード１００−１の親候補テーブルＤ２の内、ノード２００−１のデータの累積転送量の項目には、ノード２００−１を親としているときに受信したパケットの累積転送量Ｓ（１０２）が記憶されている。
【００７３】
図１５では、ノード１００−１は、一定時間（タイマＴ２）の経過により、ノード１００−１の親候補テーブルＤ２内の累積転送量を、初期値（ｋ）にリセットする。
【００７４】
図１６では、親候補テーブルＤ２内の累積転送量のリセットに伴い、優先度はリンク品質の良いノード２００−１が最良となる。その結果、ノード１００−１は、親をノード２００−２からノード２００−１に変更する。これにより、ノード１００−１は、ノード２００−１の現在の負荷状況を知り、負荷が低い状態であれば、負荷が高まるまでの間、リンク品質の良いノード２００−１を親とする。
【００７５】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、現在の親よりリンク品質が高い親候補において、以前より負荷が緩和されたような場合でも、その親候補に接続先を変更する機会を増やすことが出来る。
【符号の説明】
【００７６】
１…無線通信システム、１０、１００、１００Ａ、２００、２００Ａ…無線通信装置、１００、１００Ａ…無線通信装置、１０１…無線通信部、１０２…パケット送受信部、１０３…親ノード管理部、１０４、１０４Ａ…親候補テーブル管理部、１０５…記憶部、１０６…タイマ管理部、１５０…アンテナ、２００、２００Ａ…無線通信装置、２０１…無線通信部、２０２…パケット送受信部、２０３…累積転送量管理部、２０４…タイマ管理部、２５０…アンテナＤ１…係数決定テーブル、Ｄ２…親候補テーブルＬ…転送許容量、Ｓ…累積転送量、Ｔ１、Ｔ２…タイマ。
【図１】
2018164154.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月11日(2018.5.11)
【手続補正１】
【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】
第１の無線通信装置から受信したパケットを第２の無線通信装置に中継する無線中継装置において、
自身と、前記第１の無線通信装置又は第２の無線通信装置との間でパケットを送受信する第１の無線通信部と、
所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第１の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第１の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、
前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えていると判定された場合に、前記第１の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えたことを示し前記第１の無線通信装置がパケットの送信先を当該無線中継装置から変更するための情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第１の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部と
を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
前記通知パケットは、前記第１の無線通信装置からパケットを正常に受信したことを示す応答信号であることを特徴とする請求項１に記載の無線中継装置。
【請求項３】
前記パケット累積超過情報は、前記パケット累積値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線中継装置。
【請求項４】
複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、
自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第２の無線通信部と、
自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を、自身と前記各無線中継装置との間のリンク品質を示すリンク品質情報と、前記各無線中継装置の所定期間内の通信量に関する通信量情報とに基づき定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、
前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から１の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、
接続先の無線中継装置から、当該接続先の無線中継装置の通信量が所定の閾値を超えたことを示す前記通信量情報を受信した場合、新たに受信した当該接続先の前記通信量情報を加味して、前記優先情報を更新する優先情報管理部と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
前記各通信量情報は、初期値が設定されていることを特徴する請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記優先情報管理部は、周期的に前記各通信量情報を初期値に戻した上で、前記優先情報を再更新することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
複数の無線中継装置と、複数の無線通信装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記無線中継装置として請求項１〜３のいずれかに記載の無線中継装置が、前記無線通信装置として請求項４〜６のいずれかに記載の無線通信装置が適用されることを特徴とする無線通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように子ノード数をベースにして偏りを解消したとしても、必ずしも各ノードの消費電力の偏りが抑制されるわけではない。なぜなら、実際に問題となるのは、子ノードのパケット送信頻度やデータ量だからである。パケットの送信頻度とデータ量が一定であれば特許文献１に記載の技術でも一定の効果は奏するが、例えば、ノードＡの子ノード数が５、ノードＢの子ノード数が１０とした場合、１分間でノードＡが中継するデータ量が５０、ノードＢが２０となる場合もある。この場合は、ノードＡの方がビジー状態であり、ノードＢの子ノードがノードＡに親を変更すると、ノードＡのビジー状態がさらに悪化してしまい、消費電力の偏りを助長してしまうおそれがある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第１の本発明は、第１の無線通信装置から受信したパケットを第２の無線通信装置に中継する無線中継装置において、（１）自身と、前記第１の無線通信装置又は第２の無線通信装置との間でパケットを送受信する第１の無線通信部と、（２）所定期間内における、自身を中継先とする全ての無線通信装置から受信したパケットの累積値であるパケット累積値を保持し、前記第１の無線通信装置から新たに受信したパケット分を足した前記パケット累積値が、第１の閾値を超えているか否か判定する累積パケット量管理部と、（３）前記累積パケット量管理部により、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えていると判定された場合に、前記第１の無線通信部を用いて、前記パケット累積値が前記第１の閾値を超えたことを示し前記第１の無線通信装置がパケットの送信先を当該無線中継装置から変更するための情報であるパケット累積超過情報を含む通知パケットを、前記第１の無線通信装置に送信する制御を行うパケット送受信部とを有することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第２の本発明は、複数の無線中継装置と無線接続可能な無線通信装置において、（１）自身と前記各無線中継装置との間でパケットを送受信する第２の無線通信部と、（２）自身と無線接続する前記各無線中継装置の優先順位を定めた優先情報を記憶する優先情報記憶部と、（３）前記優先情報に基づき、前記各無線中継装置の内から１の無線中継装置を接続先として選択する接続先管理部と、（４）接続先の無線中継装置から、当該接続先の無線中継装置の通信量が所定の閾値を超えたことを示す前記通信量情報を受信した場合、新たに受信した当該接続先の前記通信量情報を加味して、前記優先情報を更新する優先情報管理部とを有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
パケット送受信部２０２は、パケットの送受信に関する処理を行うものである。また、パケット送受信部２０２は、無線通信部２０１が受信したパケットを解析する機能（自装置内に取り込むパケットか否かを解析する機能）を有する。パケット送受信部２０２は、パケットを解析して得たパケットのデータ量を累積転送量管理部２０３に通知する。さらに、パケット送受信部２０２は、累積転送量管理部２０３から通知される累積転送量Ｓを含むパケットを作成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図１において、無線通信装置１００は、無線通信部１０１、パケット送受信部１０２、親ノード管理部１０３、親候補テーブル管理部１０４、記憶部１０５、及びアンテナ１５０を有する。図１では、本実施形態の特徴部分である通信経路の制御（親ノードの選択）について関係のある部分のみを図示し、それ以外の構成は省略している。