(57)【要約】【課題】効率的に通信機能を維持することを目的とする。【解決手段】通信ノード１００の状態送信部１１０が、他の通信ノードとの通信状態を表す通信ステータスメッセージ３０１を送信する。経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の各々の通信ステータスメッセージ３０１に基づいて、物理トポロジーを判定し、物理トポロジーを用いて通信ノード間の通信経路２３１を選択する。中継判定部２２０は、通信経路２３１に基づいて、複数の通信ノード１００のうちメッセージを中継する通信ノードを中継装置として判定し、中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示２３２を生成する。通信ノード１００のメッセージ中継部１２０は、中継指示２３２に基づいてメッセージを中継する。【選択図】図３
2019140426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が無線通信する複数の無線通信装置を備えた無線通信ネットワークシステムにおいて、
前記複数の無線通信装置の各々は、他の無線通信装置の各々との通信状態を表す通信状態情報を送信する状態送信部を備え、
前記無線通信ネットワークシステムは、
前記複数の無線通信装置の各々の前記通信状態情報に基づいて、前記複数の無線通信装置の物理トポロジーを判定し、前記物理トポロジーを用いて前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路を選択する経路選択部と、
前記通信経路に基づいて、前記複数の無線通信装置のうちメッセージを中継する無線通信装置を中継装置として判定し、前記中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成する中継判定部と、
前記中継指示に基づいてメッセージを中継するメッセージ中継部と
を備えた無線通信ネットワークシステム。
【請求項２】
前記状態送信部は、
前記通信状態情報を定期的に送信し、
前記中継判定部は、
前記経路選択部により選択された通信経路が、前記経路選択部により前回選択された通信経路と異なる場合に、前記中継装置を新たに判定するとともに前記中継指示を新たに生成する請求項１に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項３】
前記複数の無線通信装置各々は、１周期を時分割することにより構成されたスロットのうち自装置に対応するスロットにおいて無線通信し、
前記中継判定部は、
前記経路選択部により選択された通信経路が、前記経路選択部により前回選択された通信経路と異なる場合に、１周期におけるスロットを再構成し、
前記メッセージ中継部は、
前記中継指示と再構成されたスロットに基づいて、メッセージを中継する請求項２に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項４】
前記通信状態情報は、前記他の無線通信装置の各々へのポップ数を含み、
前記経路選択部は、
前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路として、ポップ数が最も少ない通信経路を選択する請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項５】
前記通信状態情報は、前記複数の無線通信装置の各々の位置を表す位置情報を含み、
前記経路選択部は、
前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路として、前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の距離が最も短い通信経路を選択する請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項６】
前記通信状態情報は、前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の受信電力を表す電力情報を含み、
前記経路選択部は、
前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路として、前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の受信電力が最も高い通信経路を選択する請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項７】
前記通信状態情報は、前記複数の無線通信装置の各々の属性を表す属性情報を含み、
前記経路選択部は、
前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路として、前記複数の無線通信装置の各々の属性に応じて通信経路を選択する請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項８】
前記中継判定部は、
前記中継装置が中継するメッセージの送信元の無線通信装置を表すノード識別子が設定された前記中継指示を生成する請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項９】
前記無線通信ネットワークシステムは、
前記複数の無線通信装置の各々と無線通信する管理通信装置を備え、
前記管理通信装置は、
前記経路選択部と、前記中継判定部とを備え、
前記複数の無線通信装置の各々は、
前記中継判定部から前記中継指示を受信し、前記中継指示に基づいてメッセージを中継する前記メッセージ中継部を備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項１０】
前記複数の無線通信装置の各々は、
前記経路選択部と、前記中継判定部と、前記メッセージ中継部とを備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項１１】
各々が無線通信する複数の無線通信装置に含まれる無線通信装置において、
他の無線通信装置の各々との通信状態を表す通信状態情報を送信する状態送信部と、
前記複数の無線通信装置の各々の前記通信状態情報に基づいて、前記複数の無線通信装置の物理トポロジーを判定し、前記物理トポロジーを用いて前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路を選択する経路選択部と、
前記通信経路に基づいて、前記複数の無線通信装置のうちメッセージを中継する無線通信装置を中継装置として判定し、前記中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成する中継判定部と、
前記中継指示に基づいてメッセージを中継するメッセージ中継部と
を備えた無線通信装置。
【請求項１２】
各々が無線通信する複数の無線通信装置を備えた無線通信ネットワークシステムの無線通信方法において、
前記複数の無線通信装置の各々の状態送信部が、他の無線通信装置の各々との通信状態を表す通信状態情報を送信し、
経路選択部が、前記複数の無線通信装置の各々の前記通信状態情報に基づいて、前記複数の無線通信装置の物理トポロジーを判定し、前記物理トポロジーを用いて前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路を選択し、
中継判定部が、前記通信経路に基づいて、前記複数の無線通信装置のうちメッセージを中継する無線通信装置を中継装置として判定し、前記中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成し、
メッセージ中継部が、前記中継指示に基づいてメッセージを中継する無線通信方法。
【請求項１３】
各々が無線通信する複数の無線通信装置を備えた無線通信ネットワークシステムの無線通信プログラムにおいて、
前記複数の無線通信装置の各々の状態送信部が、他の無線通信装置の各々との通信状態を表す通信状態情報を送信する状態送信処理と、
経路選択部が、前記複数の無線通信装置の各々の前記通信状態情報に基づいて、前記複数の無線通信装置の物理トポロジーを判定し、前記物理トポロジーを用いて前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路を選択する経路選択処理と、
中継判定部が、前記通信経路に基づいて、前記複数の無線通信装置のうちメッセージを中継する無線通信装置を中継装置として判定し、前記中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成する中継判定処理と、
メッセージ中継部が、前記中継指示に基づいてメッセージを中継するメッセージ中継処理と
をコンピュータに実行させる無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信ネットワークシステム、無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。特に、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式を採用した無線通信ネットワークシステム、無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＤＭＡ方式を採用した無線通信ネットワークシステムの代表例として、ＬＩＮＫ１６がある。この無線通信ネットワークシステムでは、スロットと呼ばれる短く区切った時間間隔がネットワークに参加する複数のノードに割り当てられる。このスロットの割り当てにより、複数のノードがネットワークに参加する多元接続を実現している。このとき、スロットの各ノードへの割り当ては、ネットワークの運用開始前にあらかじめネットワークデザインの段階で行われる。また、スロットの各ノードへの割り当ては、各ノードの通信所要に応じて割り振られる。スロットは、タイムスロットともいう。
【０００３】
図１３は、ＬＩＮＫ１６のスロットの配置例を示したものである。図１３では、１フレーム周期を複数のスロットに分割し、スロットごとに各ノードへ送信権を割り当てている。図１３において、リング状に表した１フレーム周期がＬＩＮＫ１６のＴＤＭＡ方式によるスロットの配置を表現している。リングの１周分のスロットの配置が１フレーム周期を表している。ここで、図１３において黒く塗りつぶしたスロットはリレー中継を要するオリジナルの送信スロットである。そして、オリジナルの送信スロットから一定のスロット数後に配置されるスロットが灰色で示したリレー中継用スロットである。リレー中継用スロットはオリジナルの送信スロットで送信された情報をリレーノードが中継用の送信に使用するスロットである。このように、ＬＩＮＫ１６では、リレー中継を行う際は、あらかじめ中継を要する送信元のスロットから一定のスロット数後にリレー中継用スロットを設けるようにスロットの配置を決定する。このように、中継を要する送信元のスロットと中継用スロットの二つを合わせてペアスロットと呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０３６９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＩＮＫ１６のような無線通信ネットワークシステムでは、あらかじめ運用前にリレー中継の要否が決められる。そして、リレー中継が必要な運用の場合にのみ、ペアスロットを配置することでリレー中継を実現する。このため、運用中にノードが移動し、通信ノード間の物理的な位置関係が変化したことにより、リレー中継が不要になった場合でも、ペアスロットによるリレー中継用のスロットが存在する。よって、ネットワークの送信効率が落ちることになる。
また、特定の通信ノード間において障害物あるいはノードの移動により通信が途絶えた際、他のノードが中継することで通信が継続できる場合でも、あらかじめ中継用のペアスロットを用意しておかなければ、中継することはできない。
このように、ＬＩＮＫ１６のような無線通信ネットワークシステムでは、環境の変化あるいはノードの地理的配置の変化に応じて柔軟にリレー中継を開始したり、終了したりすることができない。よって、効率的に通信機能を維持することができないという課題がある。
【０００６】
本発明は、移動体をノードとするＴＤＭＡ方式を利用した無線通信ネットワークシステムにおいて、柔軟にリレー中継を開始したり、終了したりすることで、効率的に通信機能を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る無線通信ネットワークシステムは、各々が無線通信する複数の無線通信装置を備えた無線通信ネットワークシステムにおいて、
前記複数の無線通信装置の各々は、他の無線通信装置の各々との通信状態を表す通信状態情報を送信する状態送信部を備え、
前記無線通信ネットワークシステムは、
前記複数の無線通信装置の各々の前記通信状態情報に基づいて、前記複数の無線通信装置の物理トポロジーを判定し、前記物理トポロジーを用いて前記複数の無線通信装置の無線通信装置間の通信経路を選択する経路選択部と、
前記通信経路に基づいて、前記複数の無線通信装置のうちメッセージを中継する無線通信装置を中継装置として判定し、前記中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成する中継判定部と、
前記中継指示に基づいてメッセージを中継するメッセージ中継部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る無線通信ネットワークシステムでは、複数の無線通信装置の各々の通信状態情報を用いて、通信経路を選択し、中継装置を判定し、その中継装置にメッセージの中継を指示する中継指示を生成する。よって、本発明に係る無線通信ネットワークシステムによれば、複数の無線通信装置の各々の通信状態が変化した場合でも、通信経路を選択し、中継装置を判定し、その中継装置に対する中継指示を生成し、中継指示に基づくメッセージの中継をすることができる。したがって、発明に係る無線通信ネットワークシステムによれば、効率的に通信機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る無線通信ネットワークシステムの構成図。
【図２】実施の形態１に係る無線通信ネットワークシステムのネットワーク構成例。
【図３】実施の形態１に係る通信ノードと管理ノードの構成図。
【図４】実施の形態１に係る無線通信ネットワークシステムによる無線通信処理Ｓ１００のフロー図。
【図５】実施の形態１に係る無線通信ネットワークシステムの物理トポロジーの判定方法の例を示す図。
【図６】実施の形態１に係る通信ステータスメッセージの例を示す図。
【図７】実施の形態１に係る物理トポロジーから通信経路を特定する方法の例を説明する図。
【図８】実施の形態１に係る中継ノードに対する中継指示の内容例を示す図。
【図９】実施の形態１に係るスロット再構成処理を説明する図ついて具体的に説明する図。
【図１０】実施の形態２に係る無線通信ネットワークシステムの構成図。
【図１１】実施の形態２に係る通信ノードの構成図。
【図１２】実施の形態２に係る無線通信ネットワークシステムによる無線通信処理Ｓ１００ａのフロー図。
【図１３】ＬＩＮＫ１６のスロットの配置例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。
【００１１】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を用いて、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００の構成について説明する。
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００は、ＴＤＭＡ方式による無線通信ネットワークである。無線通信ネットワークシステム５００では、各通信ノードの通信の状態を定期的に通知し合うことにより、ネットワークのトポロジー形態を把握する。また、中継ノードの要否を判断することにより、中継機能の開始動作および終了動作をネットワークの運用途中でも実現可能にする。
【００１２】
無線通信ネットワークシステム５００は、各々が無線通信する複数の無線通信装置１０を有する。無線通信装置１０は、具体的には、移動体である。また、無線通信装置１０は通信ノード１００ともいう。無線通信ネットワークシステム５００には、ノード１からノードｎの通信ノード１００が参加している。
また、無線通信ネットワークシステム５００は、複数の無線通信装置１０の各々と無線通信する管理通信装置２０を備える。管理通信装置２０の例は、管理ノード２００である。管理ノード２００は、ネットワーク全体の統制を行う。例えば、管理ノードは、ネットワークに参加するすべてのノードの中から一意に選定された代表ノードである。ネットワークに参加するすべてのノードは、管理ノードの機能を有し、特定のロジック、具体的には物理アドレス順に選定されるといったロジックに基づいて唯一つのノードが管理ノードに選定されるとしてもよい。
【００１３】
各通信ノード１００は、他の通信ノード１００の各々との通信状態を表す通信状態情報３０を管理ノード２００に送信する。通信状態情報３０の例は、通信ステータスメッセージ３０１である。各通信ノード１００は、自ノードの通信ステータスを含む通信ステータスメッセージ３０１を定期的に管理ノード２００へ送信する。
管理ノード２００は、メッセージの中継を指示する中継指示３０２を複数の通信ノード１００の各々に送信する。管理ノード２００は、各通信ノード１００から送られてくる通信ステータスメッセージ３０１からネットワーク全体の物理トポロジーを判定する。そして、管理ノード２００は、各通信ノード間の通信経路を選択する。このとき、新たに中継が必要となった場合は、中継ノードに対して中継指示２３２を出力する。そして、管理ノード２００は、複数の通信ノード１００に対してＴＤＭＡ方式のスロットの再割り当てを行い、無線通信ネットワークシステム５００に中継機能を実現させる。
【００１４】
図２は、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００の構成例を示す図である。
図２において、ノードＡからノードＦは、ＴＤＭＡ方式による無線通信ネットワークシステム５００に参加する通信ノード１００を表す。また、実線の矢印は隣接する通信ノード間において双方向の通信リンクが取れている通信ノード間を表す。よって、実線の矢印で結ばれた通信ノード間は直接通信が可能である。また、破線の太い矢印は中継を要する通信経路を表す。図２では、４つの通信経路が中継を要する。
【００１５】
次に、図２の無線通信ネットワークシステム５００におけるリレー中継の動作の概要について説明する。図２では、ノードＣとノードＥが中継を要する通信経路に存在するノードである。ノードＣとノードＥは、リレー中継動作を開始する前にリレー中継を行うように指示されているものとする。このとき、ノードＣはノードＡ−Ｃ−Ｄ間の経路とノードＢ−Ｃ−Ｅ−Ｆ間の経路の中継を行う必要がある。このため、隣接ノードであるノードＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅから送信メッセージを受信した際、自ノードのスロットを用いてリレー中継の送信を行う。このため、ノードＣには、リレー中継動作の開始前にノードＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅから送信メッセージを受信した際は、これらのメッセージを中継せよと指示される必要がある。同様にノードＥは、隣接するノードＡ、Ｃ、Ｄ、Ｅからの送信メッセージを受信した際は、これらのメッセージを中継せよと指示される必要がある。これらの中継指示を生成するには、ノードの移動あるいは障害物の発生といった事象に伴って物理トポロジーが変化した際にも適切に通信経路の選択を行う必要がある。また、物理トポロジーおよび通信経路の情報はすべてのノードで共有できなくてはならない。
【００１６】
図３を用いて、本実施の形態に係る通信ノード１００と管理ノード２００の構成を説明する。
図３に示すように、通信ノード１００と管理ノード２００は、コンピュータである。通信ノード１００と管理ノード２００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、および無線通信機９５０といった他のハードウェアを備える。また、通信ノード１００と管理ノード２００は、図示はないが補助記憶装置も備えている。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。なお、通信ノード１００と管理ノード２００とにおいて、プロセッサ９１０、メモリ９２１、および無線通信機９５０について同一の符号を付している。これは、説明を簡単にするためであり、通信ノード１００と管理ノード２００はそれぞれ個別にハードウェアを備えていることは明らかである。通信ノード１００と管理ノード２００を各ノードと称する場合がある。
【００１７】
通信ノード１００は、機能要素として、状態送信部１１０と、メッセージ中継部１２０と、記憶部１３０とを備える。記憶部１３０には、管理ノード２００から送信された中継指示２３２が記憶されている。
また、管理ノード２００は、機能要素として、経路選択部２１０と、中継判定部２２０と、記憶部２３０とを備える。記憶部２３０には、通信経路２３１と中継指示２３２が記憶されている。
【００１８】
通信ノード１００の状態送信部１１０およびメッセージ中継部１２０と、管理ノード２００の経路選択部２１０および中継判定部２２０の機能は、ソフトウェアにより実現される。
記憶部１３０，２３０は、各ノードのメモリ９２１に備えられる。
【００１９】
プロセッサ９１０は、無線通信プログラムを実行する装置である。無線通信プログラムは、通信ノード１００の状態送信部１１０およびメッセージ中継部１２０と、管理ノード２００の経路選択部２１０および中継判定部２２０の機能を実現するプログラムの総称である。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００２０】
メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリの具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋの略語である。
【００２１】
無線通信機９５０は、他のノードと無線通信を行う機器である。各ノードは無線通信機９５０を介して、他のノードと無線通信を行う。
【００２２】
無線通信プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、無線通信プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、無線通信プログラムを実行する。無線通信プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている無線通信プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、無線通信プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
【００２３】
各ノードは、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、無線通信プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、無線通信プログラムを実行する装置である。
【００２４】
無線通信プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
【００２５】
通信ノード１００の状態送信部１１０およびメッセージ中継部１２０と、管理ノード２００の経路選択部２１０および中継判定部２２０の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。
無線通信プログラムは、上記の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、無線通信方法は、各ノードが無線通信プログラムを実行することにより行われる方法である。
無線通信プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、無線通信プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００２６】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図４を用いて、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００による無線通信処理Ｓ１００について説明する。
【００２７】
＜状態送信処理＞
ステップＳ１１０において、複数の通信ノード１００の各々の状態送信部１１０は、無線通信機９５０を介して、他の通信ノード１００の各々との通信状態を表す通信ステータスメッセージ３０１を送信する。状態送信部１１０は、通信ステータスメッセージ３０１を定期的に送信する。本実施の形態では、状態送信部１１０は、通信ステータスメッセージ３０１を管理ノード２００に送信する。
【００２８】
＜物理トポロジー判定処理＞
ステップＳ１２０において、管理ノード２００の経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の各々の通信ステータスメッセージ３０１に基づいて、複数の通信ノード１００の物理トポロジーを判定する。
【００２９】
図５は、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００の物理トポロジーの判定方法の例を示す図である。
図６は、本実施の形態に係る通信ステータスメッセージ３０１の例を示す図である。
図５では、各ノードが物理トポロジーを判定するための動作を説明している。本実施の形態では、管理ノード２００の経路選択部２１０が物理トポロジーを判定する。しかし、状態送信部１１０が他の通信ノード１００の全てに通信ステータスメッセージ３０１を送信し、かつ、通信ノード１００が経路選択部２１０を備えていれば、通信ノード１００が物理トポロジーを判定してもよい。以下の説明において単に各ノードと記載した場合には、通信ノード１００と管理ノード２００を含むノードを指すものとする。
【００３０】
無線通信ネットワークシステム５００は、ノードＡからノードＦの６つの通信ノード１００で構成される。各通信ノード間の通信リンクの状態がリンク状態Ａに示すとおりであると仮定する。このリンク状態Ａにおいて、各ノードが物理トポロジーを判定する過程を把握動作Ｂに示す。なお、各ノードが物理トポロジーを判定することを、各ノードが物理トポロジーを把握するともいう。
ここで、各ノードは通信の状態を示す通信ステータスメッセージを定期的に送信しているものとする。ここで、ノードＡに着目してノードＡでの物理トポロジーの判定の過程を説明する。（１）ノードＡは、ノードＢ、Ｃ、Ｅと通信が可能であるため、ノードＢ、Ｃ、Ｅからの通信ステータスメッセージを受信することができる。このため、ノードＡは自分の通信ステータスメッセージに１ホップ通信相手にノードＢ、Ｃ、Ｅが存在することを示して配信する。（２）次に、ノードＡの通信ステータスメッセージを受信したノードＢ、Ｃ、Ｅは、自分の通信ステータスを更新し、受信可能な近接するノードを１ホップ通信相手として示した通信ステータスメッセージを配信する。ここで、自分が受信できない通信相手が他のノードの１ホップ通信相手である場合、その通信相手は中継を要する２ホップ通信相手であることを知ることができる。このように、ノードＡはノードＢ、Ｃ、Ｅの受信状況を把握することにより、ノードＢ、Ｃ、Ｅとのリンク状態とノードＤ、Ｆの存在とその受信状況を把握する。（３）ノードＡはノードＢ、Ｃ、Ｅを介して送られるノードＤ、Ｆの受信状況を把握することにより、ノードＢ、Ｃ、ＥとＤ、Ｆとのリンク状態を把握する。以上のようにして、各ノードは、通信ステータスメッセージ３０１を更新していくことで、１ホップ通信相手、２ホップ通信相手、３ホップ通信相手という具合に物理トポロジーの全体を把握することが可能である。このようにして、各ノードは通信ノード間のリンクの状態を更新することで物理トポロジーを共有する。
本実施の形態では、上記のような物理トポロジーの判定を管理ノード２００の経路選択部２１０により行う。
【００３１】
図６に示すように、通信ステータスメッセージ３０１は、１ホップ通信相手の情報だけでなく、複数のホップ数に対応した通信相手の情報を配信できる。
通信ステータスメッセージ３０１には、通信相手の情報として、通信相手である複数の通信ノード１００の各々へのポップ数が含まれる。また、通信ステータスメッセージ３０１には、複数の通信ノード１００の各々の位置を表す位置情報１１５が含まれる。また、通信ステータスメッセージ３０１には、通信ノード間の受信電力を表す電力情報１１６が含まれる。通信ノード間の受信電力を表す電力情報１１６の具体例は、自ノードと１ポップ通信相手のノードとの通信における受信ＳＮ比といった情報である。また、通信ステータスメッセージ３０１には、複数の通信ノード１００の各々の属性を表す属性情報１１７が含まれる。属性情報の具体例は、受信ノード種別である。
【００３２】
＜経路選択処理＞
ステップＳ１３０において、経路選択部２１０は、物理トポロジーを用いて複数の通信ノード１００の通信ノード間の通信経路２３１を選択する。
【００３３】
図７を用いて、本実施の形態に係る物理トポロジーから通信経路を特定する方法の例を説明する。まず、経路選択部２１０は、ネットワークに参加するすべての通信ノード間の通信において、可能な通信経路を探索する。このとき、直接通信が可能な経路は直接通信で行うものとし、中継が必要な経路は、中継ホップ数がもっとも少ない経路を抽出する。また、特定の通信ノード間の通信において複数の経路が存在する場合は、経路が一意に選択できるように通信経路の選択方法をあらかじめ決めておく。以下に通信経路の選択方法の具体例を記載する。
（ａ）経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の通信ノード間の通信経路として、ポップ数が最も少ない通信経路を選択する。
（ｂ）経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の通信ノード間の通信経路として、複数の通信ノード１００の通信ノード間の距離が最も短い通信経路を選択する。つまり、通信ノード間の物理的距離がもっとも近い通信経路を選択する。
（ｃ）経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の通信ノード間の通信経路として、複数の通信ノード１００の通信ノード間の受信電力が最も高い通信経路を選択する。つまり、電波の受信状況がもっとも良い通信経路を選択する。
（ｄ）経路選択部２１０は、複数の通信ノード１００の通信ノード間の通信経路として、複数の通信ノード１００の各々の属性に応じて通信経路を選択する。具体的には、ノードの属性が航空機、あるいはマスターノードといった特定の種別であるノードが中継ノードとなる通信経路を優先的に選択する。
経路選択部２１０は、（ａ）から（ｄ）の通信経路の選択方法、あるいは（ａ）から（ｄ）選択方法の組み合わせを用いて通信経路を選択する。このようにして、各ノードがネットワークに参加する全ての通信ノード１００の通信経路を共有することができる。
【００３４】
ステップＳ１４０において、中継判定部２２０は、経路選択部２１０により選択された通信経路２３１が、経路選択部２１０により前回選択された通信経路と異なるか否かを判定する。前回選択された通信経路と異なる場合、ステップＳ１５０に進む。前回選択された通信経路と同じ場合、ステップＳ１７０に進む。
【００３５】
＜中継指示生成処理＞
ステップＳ１５０において、中継判定部２２０は、通信経路２３１に基づいて、複数の通信ノード１００のうちメッセージを中継する通信ノード１００を中継装置４０として判定する。図７では、ノードＣとノードＥが中継装置４０であると判定される。中継装置４０は中継ノードともいう。中継判定部２２０は、中継装置４０にメッセージの中継を指示する中継指示２３２を生成する。そして、中継判定部２２０は、中継指示２３２を中継装置４０に送信する。このように、中継判定部２２０は、前回と異なる通信経路が新たに選択されると、中継装置４０を新たに判定するとともに中継指示２３２を新たに生成する。よって、通信ノード１００の位置の変更あるいは障害物などにより各通信ノード１００の通信状態が変化した場合でも、中継機能を中断させることなく動的に機能させることができる。
【００３６】
図８は、本実施の形態に係る中継ノードに対する中継指示２３２の内容例を示す図である。
図８では、中継を要する通信経路４本と、中継動作が必要な中継ノードとしてノードＣとノードＥが示されている。そして、中継指示２３２は、このような通信経路の場合に中継ノードに指示すべき指示内容である。図８に示すように、中継判定部２２０は、中継装置４０が中継するメッセージの送信元の通信ノード１００を表すノード識別子が設定された中継指示２３２を生成する。
中継ノードであるノードＣは、中継を要する通信経路から、ノードＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅから送信されたメッセージを中継する必要があることがわかる。このため、ノードＣに対して、ノードＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅから送信されたメッセージを中継せよと指示する必要がある。同様に、ノードＥに対してはノードＡ、Ｃ、Ｄ、Ｆから送信されたメッセージを中継するように指示する必要がある。これにより、ノードＡからノードＦの６つのノードで構成するこのネットワークは、すべての通信ノード間の通信が可能となる。
【００３７】
＜スロット再構成処理＞
ステップＳ１６０において、中継判定部２２０は、経路選択部２１０により選択された通信経路２３１が、経路選択部２１０により前回選択された通信経路と異なる場合に、１フレーム周期におけるスロットを再構成する。上述したように、複数の通信ノード１００の各々は、１フレーム周期を時分割することにより構成されたスロットのうち、自ノードに割り当てられたスロットにおいて無線通信する。よって、通信経路が新たに選択された場合には、新たに選択された通信経路に応じて再構成されたスロットが複数の通信ノード１００の各々に割り当てられる必要がある。
【００３８】
図９を用いて、本実施の形態に係るスロット再構成処理について具体的に説明する。
中継指示により新たに中継ノードが指定された場合、中継ノードは中継メッセージを送信する必要がある。よって、中継ノードには、中継ノード以外の他のノードに比べてより多くの通信所要が生じる。このため、通信ノード間の通信所要のバランスが崩れるため、通信所要のバランスに応じたスロットの再割り当てが必要となる。図９は中継ノードが必要となった際のスロットの再割り当ての仕方を示したものである。図９の（ａ）では、図７および図８と同様のネットワークが表されている。図９の（ａ）のネットワークはノードＡからノードＦで構成されている。このネットワーク構成では、ノードＣとノードＥは近接するノードの中継メッセージを中継する必要がある。図９の（ｂ）には、図９の（ａ）の通信経路が選択された際の１フレーム周期のスロットの再割り当ての例を示す。図９の（ｂ）で１フレーム周期内に並んだ長方形の一つ一つが各通信ノードに割り当てられるスロットを表現している。スロットの上に記載されたＡからＦの文字は割り当てられたノードを示している。また、スロットの下に記載されたＴおよびＲの文字は、Ｔがオリジナルメッセージの送信用のスロットであることを示している。オリジナルメッセージとは、中継ノードが送信する中継メッセージではないメッセージを意味する。Ｒがリレー中継用のスロットであることを示している。ここでは、オリジナルメッセージ送信用のスロットはノードＡからノードＦまで均等に配分する。そして、オリジナルメッセージ送信用スロットの直後にリレー中継用スロットを配置する。このようにスロットを再構成することにより、中継による遅延を極小化するとともに、通信所要に応じてバランスよくスロットを各通信ノード１００へ割り当てることができる。
【００３９】
＜メッセージ中継処理＞
ステップＳ１７０において、通信ノード１００のメッセージ中継部１２０は、中継指示２３２に基づいて中継メッセージを中継する。メッセージ中継部１２０は、中継指示２３２と再構成されたスロットに基づいて、中継メッセージを中継する。
【００４０】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００は、ブロードキャスト通信により全ノードが情報を共有し合うことを想定している。しかし、ユニキャスト通信を行うネットワークであっても、本実施の形態を適用することができる。
通信ノード１００は、入力インタフェースおよび出力インタフェースを備えていてもよい。入力インタフェースは、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェースは、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェースは、ＬＡＮと接続されるポートであってもよい。
出力インタフェースは、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェースは、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）である。
【００４１】
本実施の形態では、各ノードにおいて、状態送信部とメッセージ中継部と経路選択部と中継判定部の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、状態送信部とメッセージ中継部と経路選択部と中継判定部の機能がハードウェアで実現されてもよい。
【００４２】
各ノードは、電子回路、メモリ９２１、および無線通信機９５０を備える。
電子回路は、状態送信部とメッセージ中継部と経路選択部と中継判定部の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。
プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、無線通信ネットワークシステム５００において、状態送信部とメッセージ中継部と経路選択部と中継判定部の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
【００４３】
無線通信ネットワークシステム５００において、状態送信部とメッセージ中継部と経路選択部と中継判定部の「部」を「工程」あるいは「処理」に読み替えてもよい。また、状態送信処理とメッセージ中継処理と経路選択処理と中継判定処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
【００４４】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００では、通信ノードの地理的条件、天候、あるいは障害物といった事象によって特定の通信ノード間で通信の途絶が生じた場合でも、他の通信ノードが通信の中継を自動的に行うことができる。よって、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００によれば、効率的にネットワークの通信機能を維持することができる。
【００４５】
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００では、参加する通信ノードの通信状態あるいは地理的配置に応じ、自動で中継ノードを設けることができる。そして、無線通信ネットワークシステム５００では、中継を開始する、あるいは、中継が不要となった場合には中継を中止することで、柔軟に通信機能を維持することができる。
【００４６】
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００では、以下の特徴点を有する。
（１）ネットワークを構成する各通信ノードが定期的に通信ステータスメッセージを管理ノードへ配信する。
（２）管理ノードは各通信ノードから定期的に配信される通信ステータスメッセージからネットワークの物理トポロジーを判定する。
（３）管理ノードは把握した物理トポロジーから各通信ノード間、すなわち２通信ノード間の通信経路を設定する。
（４）管理ノードは中継が必要なノードに対して中継する送信メッセージを指示する。
（５）管理ノードは中継ノードを変更した際にタイムスロットを通信の所要に応じて再割当てする。
よって、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００によれば、各通信ノードが定期的に通信ステータスを配信することで各ノードがネットワークの物理トポロジーを把握し、新たに通信経路の設定を行える。これにより、運用中においてもリレー中継の要否を判断できるようにし、中継が必要なときに自動で中継動作を開始できる。
【００４７】
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００では、管理ノードを備えているので、通信ノード間のメッセージ受信状況に不整合があった場合でも、適切に中継動作を行うことができる。
【００４８】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１と異なる点について説明する。
なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態１では、複数の通信ノード１００と通信する管理ノード２００を備えていた。そして、管理ノード２００が、各通信ノード１００の通信ステータスメッセージ３０１を取得し、物理トポロジーを判定し、通信経路を選択していた。すなわち、通信ノード１００は状態送信部とメッセージ中継部を有しており、管理ノード２００は経路選択部と中継判定部を有していた。
本実施の形態では、管理ノード２００は存在せず、複数の通信ノード１００ａの各々が実施の形態１の管理ノード２００と同様の機能を有する態様について説明する。
【００４９】
図１０を用いて、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００ａの構成について説明する。
無線通信ネットワークシステム５００ａには、ノード１からノードｎの複数の通信ノード１００ａが参加している。各通信ノード１００ａは、自ノードの通信状態を表す通信ステータスメッセージ３０１を定期的に他の全通信ノード１００ａへ送信する。各通信ノード１００ａは、他の通信ノード１００ａから送られてくる通信ステータスメッセージ３０１に基づいて、ネットワーク全体の物理トポロジーを各々で把握する。そして、各通信ノード１００ａは、各通信ノード間の通信経路を選択する。このとき、自ノードによる中継が必要と判断した場合は、自ノードに割り当てられたスロットを用いて中継送信を行う。このように、本実施の形態では、管理ノードを持たずに各通信ノードが自律的に中継の要否を判断し、自動で中継動作を行う。
【００５０】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１１は、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００ａの構成例を示す図である。
無線通信ネットワークシステム５００ａにおいて、各通信ノード１００ａは、実施の形態１で説明した状態送信部１１０とメッセージ中継部１２０に加え、経路選択部１４０と中継判定部１５０とを有する。記憶部１３０には、中継指示１３２と通信経路１３１が記憶される。経路選択部１４０と中継判定部１５０の機能は、実施の形態１で説明した経路選択部２１０と中継判定部２２０と同様である。また、中継指示１３２と通信経路１３１の構成についても、実施の形態１で説明した中継指示２３２と通信経路２３１と同様である。
【００５１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１２を用いて、本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００ａによる無線通信処理Ｓ１００ａについて説明する。
【００５２】
＜状態送信処理＞
ステップＳ１１０ａにおいて、複数の通信ノード１００の各々の状態送信部１１０は、無線通信機９５０を介して、他の通信ノード１００の各々との通信状態を表す通信ステータスメッセージ３０１を送信する。状態送信部１１０は、通信ステータスメッセージ３０１を定期的に他の全ての通信ノード１００ａに送信する。通信ステータスメッセージ３０１の構成は実施の形態１と同様である。
【００５３】
＜物理トポロジー判定処理＞
ステップＳ１２０において、各通信ノード１００ａの経路選択部１４０は、複数の通信ノード１００ａの各々の通信ステータスメッセージ３０１に基づいて、複数の通信ノード１００ａの物理トポロジーを判定する。物理トポロジーの判定方法は実施の形態１と同様である。
【００５４】
＜経路選択処理＞
ステップＳ１３０ａにおいて、経路選択部１４０は、物理トポロジーを用いて複数の通信ノード１００ａの通信ノード間の通信経路１３１を選択する。通信経路１３１の選択方法は実施の形態１と同様である。
【００５５】
ステップＳ１４０ａにおいて、中継判定部１５０は、経路選択部１４０により選択された通信経路１３１が、前回選択された通信経路と異なるか否かを判定する。前回選択された通信経路と異なる場合、ステップＳ１４１に進む。前回選択された通信経路と同じ場合、ステップＳ１１０ａに戻る。
【００５６】
＜中継指示生成処理＞
ステップＳ１４０ａにおいて、中継判定部１５０は、通信経路１３１に基づいて、複数の通信ノード１００ａのうちメッセージを中継する通信ノード１００ａを中継装置４０として判定する。ここでは、中継判定部１５０は、自ノードが中継装置４０であるかを判定する。自ノードが中継装置４０であれば、ステップＳ１５０ａに進む。自ノードが中継装置４０でなければ、ステップＳ１１０ａに戻る。
ステップＳ１５０ａにおいて、中継判定部１５０は、自ノードがメッセージの中継を行うための中継指示１３２を生成する。中継指示１３２の生成方法は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、全ての中継ノードについての中継指示１３２を生成する必要はない。自ノードが中継装置４０の場合のみ、自ノードが中継動作に用いる中継指示１３２を生成する。
【００５７】
＜スロット再構成処理＞
ステップＳ１６０ａにおいて、中継判定部１５０は、通信経路１３１が前回選択された通信経路と異なる場合に、通信経路１３１に基づいて、１周期におけるスロットを再構成する。スロット再構成処理は実施の形態１と同様である。
【００５８】
＜メッセージ中継処理＞
ステップＳ１７０ａにおいて、通信ノード１００ａのメッセージ中継部１２０は、中継指示１３２と再構成されたスロットに基づいて、中継すべきメッセージを中継する。
【００５９】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る無線通信ネットワークシステム５００ａでは、中継指示に関わる制御情報をネットワークに伝送する必要がなくなる。
【００６０】
以上の実施の形態１および２では、無線通信ネットワークシステムの各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、無線通信ネットワークシステムの構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。無線通信ネットワークシステムの機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。
【００６１】
以上の実施の形態１および２のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  無線通信装置、２０  管理通信装置、３０  通信状態情報、４０  中継装置、１００，１００ａ  通信ノード、１１０  状態送信部、１１５  位置情報、１１６  電力情報、１１７  属性情報、１２０  メッセージ中継部、１３０，２３０  記憶部、１４０，２１０  経路選択部、１５０，２２０  中継判定部、１３１，２３１  通信経路、１３２，２３２  中継指示、３０１  通信ステータスメッセージ、２００  管理ノード、５００，５００ａ  無線通信ネットワークシステム、９１０  プロセッサ、９２１  メモリ、９５０  無線通信機、Ｓ１００，Ｓ１００ａ  無線通信処理。
【図１】
2019140426.tif 000003
【図２】
2019140426.tif 000004
【図３】
2019140426.tif 000005
【図４】
2019140426.tif 000006
【図５】
2019140426.tif 000007
【図６】
2019140426.tif 000008
【図７】
2019140426.tif 000009
【図８】
2019140426.tif 000010
【図９】
2019140426.tif 000011
【図１０】
2019140426.tif 000012
【図１１】
2019140426.tif 000013
【図１２】
2019140426.tif 000014
【図１３】
2019140426.tif 000015