(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）宛先ＩＤフィールドと、第１〜第Ｎ（Ｎは１以上の整数）の無線通信機に関連する第１〜第Ｎのデータが設定されたデータフィールドと、を含む第１フレームを受信する受信部と、
前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドのうち自装置の識別子が設定された宛先ＩＤフィールドに関連する前記データ選択条件に基づいて、前記第１〜第Ｎのデータから、少なくとも１つの前記データを選択する選択部と、
前記選択部で選択された前記データを設定したデータフィールドを含む第２フレームを作成するフレーム作成部と、
前記第２フレームを送信する送信部と
を備え、
前記第１〜第Ｍのデータ選択条件の少なくとも１つは、前記データフィールドに設定された前記第１〜第Ｎのデータをグループ化した複数のグループのうちの１つを選択することを定め、
前記選択部は、前記データ選択条件が前記第１〜第Ｍのデータ選択条件の前記少なくとも１つのうちの１つである場合に、前記データ選択条件に基づいて前記複数のグループから前記グループを選択し、
前記フレーム作成部は、前記選択部で選択された前記グループに属するすべてのデータを前記第２フレームの前記データフィールドに設定する
無線通信機。
【請求項２】
前記第１のデータ選択条件は、前記第１フレームの前記データフィールドに設定されているすべての前記第１〜第Ｎデータを選択することを定めており
前記第２のデータ選択条件は、前記第１フレームの前記データフィールドに設定されている前記第１〜第Ｎデータのうち前記第１フレームの送信元の無線通信機に関連する前記データを選択することを定めており、
前記データ選択条件は、前記第１のデータ選択条件または前記第２のデータ選択条件であり、
前記選択部は、前記データ選択条件に基づいてデータを選択し、
前記フレーム作成部は、前記選択部で選択されたデータを前記第２フレームの前記データフィールドに設定する
請求項１に記載の無線通信機。
【請求項３】
前記第１フレームは、前記第１〜第Ｎデータのうちの少なくとも１つのデータに対して付与された転送指示情報を含み、
前記第２のデータ選択条件は、前記第１〜第Ｎデータのうち前記第１フレームの送信元の無線通信機に関連する前記データと前記転送指示情報が付与されている前記データとを選択することを定めており、
前記データ選択条件は、前記第２のデータ選択条件であり、
前記選択部は、前記データ選択条件に基づいてデータを選択し、
前記フレーム作成部は、前記選択部で選択されたデータを前記第２フレームの前記データフィールドに設定する
請求項２に記載の無線通信機。
【請求項４】
前記フレーム作成部は、一定期間内に受信した複数の前記第１フレームのそれぞれに対して前記選択部により選択されたデータをまとめて前記データフィールドに設定した前記第２フレームを生成する
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項５】
前記フレーム作成部は、一定期間内に受信した複数の前記第１フレームのそれぞれに対して前記選択部により選択されたデータをまとめて前記第２フレームの前記データフィールドに設定し、
前記複数の第１フレームの前記データフィールドに同じデータが共通に含まれていた場合、前記同じデータに対して転送指示情報を設定し、
前記第２フレームは、前記第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドを含み、
前記第２のデータ選択条件は、前記第２フレームの前記データフィールドに設定されている前記データのうち前記第２フレームの送信元の無線通信機に関連する前記データと、前記転送指示情報が設定された前記データとを選択することを定めている
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項６】
データを取得する取得部を備え、
前記フレーム作成部は、前記第２フレームの前記データフィールドに前記データ取得部で取得したデータをさらに設定し、
前記第２フレームの前記データフィールドに設定されたデータのうち前記データ取得部で取得された前記データに対し転送指示情報を設定し、
前記第２フレームは、前記第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドを含み、
前記第２のデータ選択条件は、前記第２フレームの前記データフィールドに設定されている前記データのうち、前記第２フレームの送信元の無線通信機に関連する前記データと、前記転送指示情報が設定された前記データとを選択することを定めている
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項７】
前記第２フレームは、前記第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドを含み、
前記フレーム作成部は、前記第１〜第Ｍ宛先フィールドのうちの少なくとも１つに任意の無線通信機を表す値を設定する
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項８】
前記第１のデータ選択条件は、前記第１フレームの前記データフィールドに設定されているすべての前記第１〜第Ｎデータを選択することを定めており、
前記第２のデータ選択条件は、前記第１フレームの前記データフィールドに設定されている前記データのうち、前記第１フレームの送信元の無線通信機に関連する前記データと、転送指示情報が設定された前記データとを選択することを定めており、
前記第１フレームにおける前記第１のデータ選択条件が関連する前記第１宛先ＩＤフィールドに自装置の識別子が設定されており、前記第１フレームにおける前記第２のデータ選択条件が関連する前記第２宛先ＩＤフィールドに任意の無線通信機を表す値が設定されている場合に、前記第２フレームの前記データフィールドに設定するデータのうち、前記第１フレームの送信元の無線通信機に対応する前記データに対して前記転送指示情報を設定する
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項９】
前記受信部は、無線通信機を送信元とするフレームに対するデータ選択条件を指定する第３フレームを受信し、
前記選択部は、前記第１フレームの送信元が、前記第３フレームの送信元の前記無線通信機のときは、前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドに設定されている値に拘わらず、前記第３フレームで指定された前記データ選択条件に基づいて、前記第１〜第Ｎのデータから前記データを選択する
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項１０】
前記選択部は、前記前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドの存在を無視して、前記第３フレームで指定された前記データ選択条件を用いることを決定する
請求項９に記載の無線通信機。
【請求項１１】
前記送信部は、前記第２フレームをブロードキャストまたはマルチキャストで送信する
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項１２】
前記フレーム作成部は、前記第１〜第Ｎのデータをデータフィールドに設定した前記第２フレームである第４フレームと、前記第１〜第Ｎのデータのうち前記第１フレームの送信元の無線通信機に対応する前記データをデータフィールドに設定した前記第２フレームである第５フレームとを作成し、
前記送信部は、前記第４フレームを第１の送信先無線通信機宛にユニキャスト送信し、前記第５フレームを前記第１の送信先無線通信機と異なる第２の送信先無線通信機宛にユニキャスト送信し、
前記Ｍは１以上である、
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項１３】
複数の無線通信機と、集約装置とを備えた、前記無線通信機間の中継により各無線通信機のデータを前記集約装置に集約する無線マルチホップネットワークにおける前記複数の無線通信機のうちの１つであり、かつ、前記集約装置と直接通信可能であり、
前記第２フレームの送信先は前記集約装置であり、
前記送信部は、前記第２フレームを複数回送信する
請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の無線通信機。
【請求項１４】
複数の無線通信機と、
集約装置とを、備え
前記複数の無線通信機は、請求項１ないし１３のいずれか一項に係る無線通信機であり、
前記複数の無線通信機間の中継により各無線通信機のデータを前記集約装置に集約する
無線通信システム。
【請求項１５】
第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）宛先ＩＤフィールドと、第１〜第Ｎ（Ｎは１以上の整数）の無線通信機に関連する第１〜第Ｎのデータが設定されたデータフィールドと、を含む第１フレームを受信する受信ステップと、
前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドのうち自装置の識別子が設定された宛先ＩＤフィールドに関連する前記データ選択条件に基づいて、前記第１〜第Ｎのデータから、少なくとも１つの前記データを選択する選択ステップと、
前記選択部で選択された前記データを設定したデータフィールドを含む第２フレームを作成するフレーム作成ステップと、
前記第２フレームを送信する送信ステップと
をコンピュータが実行し、
前記第１〜第Ｍのデータ選択条件は、前記データフィールドに設定された前記第１〜第Ｎのデータをグループ化した複数のグループのうちの１つを選択することを定め、
前記選択ステップは、前記データ選択条件が前記第１〜第Ｍのデータ選択条件の前記少なくとも１つのうちの１つである場合に、前記データ選択条件に基づいて前記複数のグループから前記グループを選択し、
前記フレーム作成ステップは、前記選択ステップで選択された前記グループに属するすべてのデータを前記第２フレームの前記データフィールドに設定する
無線通信方法。
【請求項１６】
第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）宛先ＩＤフィールドと、第１〜第Ｎ（Ｎは１以上の整数）の無線通信機に関連する第１〜第Ｎのデータが設定されたデータフィールドと、を含む第１フレームを受信する受信ステップと、
前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドのうち自装置の識別子が設定された宛先ＩＤフィールドに関連する前記データ選択条件に基づいて、前記第１〜第Ｎのデータから、少なくとも１つの前記データを選択する選択ステップと、
前記選択部で選択された前記データを設定したデータフィールドを含む第２フレームを作成するフレーム作成ステップと、
前記第２フレームを送信する送信ステップと
をコンピュータに実行させ、
前記第１〜第Ｍのデータ選択条件は、前記データフィールドに設定された前記第１〜第Ｎのデータをグループ化した複数のグループのうちの１つを選択することを定め、
前記選択ステップは、前記データ選択条件が前記第１〜第Ｍのデータ選択条件の前記少なくとも１つのうちの１つである場合に、前記データ選択条件に基づいて前記複数のグループから前記グループを選択し、
前記フレーム作成ステップは、前記選択ステップで選択された前記グループに属するすべてのデータを前記第２フレームの前記データフィールドに設定する
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線通信機、無線通信システム、無線通信方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサノードを複数台使用して構成される無線マルチホップネットワークが知られている。センサノードは、無線通信機能を備え、各センサノードにより取得されたセンサデータは、無線通信による中継を介してコンセントレータ（集約装置）に集約される。センサノードの中には、電池または環境発電（エナジー・ハーベスト）を電源として動作するものがある。このため、ノードの省電力性、通信の高信頼化、占有する無線帯域の省帯域化を同時に満たす必要がある。省電力性を実現するためには、間欠通信を用いることが有効である。間欠通信を用いる場合、伝送の信頼性向上には、肯定応答（ＡＣＫ）と再送とを用いるよりも、伝送経路の冗長化が適している。公知の技術では、省電力性を考慮しておらず、また経路の冗長化が過剰であるため、無線帯域が逼迫される。また、別の公知技術では、ノードからコンセントレータまでの伝送経路の冗長化について、具体的な方法が開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２００９−７７０７４号公報
【特許文献２】特許第４８０５６４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、伝送信頼性と無線帯域の節約とを両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態に係る無線通信機は、受信部と、選択部と、フレーム作成部と、送信部とを備える。前記受信部は、第１〜第Ｍのデータ選択条件に関連する第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）宛先ＩＤフィールドと、第１〜第Ｎ（Ｎは１以上の整数）の無線通信機に関連する第１〜第Ｎのデータが設定されたデータフィールドと、を含む第１フレームを受信する。前記選択部は、前記第１〜第Ｍ宛先ＩＤフィールドのうち自装置の識別子が設定された宛先ＩＤフィールドに関連する前記データ選択条件に基づいて、前記第１〜第Ｎのデータから、少なくとも１つの前記データを選択する。前記フレーム作成部は、前記選択部で選択された前記データを設定したデータフィールドを含む第２フレームを作成する。前記送信部は、前記第２フレームを送信する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る無線通信システムを備えた無線マルチホップネットワークを示す図。
【図２】無線マルチホップネットワークのネットワーク形態の例を示す図。
【図３】ＴＤＭＡに基づき各ノードが自ノードの時間スロットでデータを送信する例を示す図。
【図４】単経路伝送方式の動作例を示す図。
【図５】フラッディング方式の伝送例を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る無線通信機の構成例を示す図。
【図７】複数のノードがそれぞれ送信するフレームの例を示す。
【図８】経路を２重化した無線マルチホップネットワークにおいて伝送されるデータの流れを示す図。
【図９】図８において受信側のノードで破棄される（転送されない）データの表記を省略した図。
【図１０】伝送信頼性を説明するための図。
【図１１】伝送成功確率の例を示す図。
【図１２】占有帯域を説明するための図。
【図１３】第１の実施形態に係る無線通信機のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図１４】第１の実施形態に係る無線通信機の動作のフローチャート。
【図１５】コンセントレータのハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図１６】第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークの例を示す図。
【図１７】複数のノードが送信するフレームの他の例を示す図。
【図１８】第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークにおけるデータ伝送の別の例を示す。
【図１９】第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークにおけるデータ伝送のさらに他の例を示す図。
【図２０】無線マルチホップネットワークにコンセントレータとともに、サブコンセントレータを配置した例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
図１に、本実施形態に係る無線通信システムを備えた無線マルチホップネットワークを示す。このネットワークは、複数の無線通信機Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈと、コンセントレータ（集約装置）１２０とを備える。複数の無線通信機はそれぞれデータを、マルチホップ（データをバケツリレーのようにして伝送する方法）によって、コンセントレータへと集約する。複数の無線通信機はそれぞれ、温度または湿度などを計測するセンサを備えており、センサノード（以下、ノードと呼ぶ）と呼ばれる。各ノードのセンサで取得されたセンサデータを含むデータをコンセントレータに集約する。ただし、ノードがセンサを備えていることは必須ではなく、他のノードから受信したデータの中継のみを行う中継ノードとして動作することも可能である。
【０００９】
図２に、本ネットワークのネットワーク形態の例を示す。コンセントレータから遠いノードから、マルチホップで徐々にデータをアップロードしていくネットワーク形態を想定する。
【００１０】
図中の点線は、複数のノードを複数のランクに区分するものである。ここでは複数のノードをランク１〜４に区分している。コンセントレータと直接通信できるノードを、ランク１のノードと表現する。ランク１のノードと直接通信できるノードを、ランク２のノードと表現する。例えば、ノードＧとノードＨはランク１、ノードＤはランク２に属する。ランク３以降も同様に表現する。すなわち、ランク２のノードと直接通信できるノードを、ランク３のノードと表現し、ランク３のノードと直接通信できるノードを、ランク４のノードと表現する。コンセントレータについては、ランク０のノードと表現することがある。
【００１１】
一般に、電波は伝搬距離が大きくなるほど減衰するため、ある一定の距離以上離れた無線通信機（ノード）間では無線通信を行うことができない。図示の例では、コンセントレータと直接通信することが可能な無線通信機は、ノードＧとノードＨに限られ、ノードＤはコンセントレータと直接通信することができない。しかし、ノードＤはノードＧとは無線通信することが可能であるため、ノードＤが送信したデータをノードＧが中継すれば、ノードＤのデータをコンセントレータに届けることができる。
【００１２】
ランクの大小は上位、下位で表現することがあり、ランク１のノードはランク２のノードよりも上位であると表現する。
【００１３】
また、あるノードと直接無線通信できるノードを、近隣ノードと表現する。例えばノードＨの近隣ノードは、ノードＦと、ノードＤと、コンセントレータとなる。
【００１４】
なお本実施形態では、基本的にはノードは、同じランクのノードとは通信することを想定せず、従って自ノードと同じランクに属する別のノードは、自ノードの近隣ノードとは呼ばないものとする。ただし、同じランクに属するノード間で無線通信を行ってもかまわない。
【００１５】
また近隣ノードのうち、自ノードよりもランクが上位である（コンセントレータに対して少ないホップ数で通信できる）近隣ノードを、上位近隣ノード、自ノードよりもランクが下位である近隣ノードを下位近隣ノードと表現する。
【００１６】
また、各ノードは、ネットワーク内でユニークな識別子（ＩＤ）をもつ。図ではノードＡ〜Ｈの識別子は、Ａ〜Ｈであるとする。識別子は、ネットワーク内でノードを一意に識別可能な値であれば何でもよい。例えば、使用するアプリケーションで割り当てられた識別子でもよいし、無線通信プロトコルで使用するアドレスでもよいし、その他の種類の識別子でもよい。ノードＡ〜Ｈで計測された、センサデータをセンサデータａ〜ｈと表現する。
【００１７】
図中、ノード間を結ぶ実線として、太い実線と細い実線がある。太い実線は、送信側のノードが、下位近隣ノードから受信したデータをすべて転送するパスを意味しており、細い実線は、受信したデータの一部（例えば受信したデータのうち、送信元のセンサに基づき取得されたデータのみ）を転送するパスを意味している。これらの詳細については後述する。
【００１８】
本ネットワークの通信方式としては、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式が用いられ、ＴＤＭＡに基づいたネットワークプロトコルが適用される。省電力性を要件とするマルチホップネットワークの場合、受信側のノード（受信ノード）が常に受信を待機する必要のあるＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）ベースの方式よりも、送信側のノード（送信ノード）と受信ノードとが同期して、スリープとアウェイクを実施することで、より長くスリープ時間を確保することができるＴＤＭＡ方式が適している。またＴＤＭＡ方式は、リアルタイム性を実現する場合にも適している。本実施形態では、ＴＤＭＡ方式を利用することで、自ノードが送受信を行わない間は、スリープ時間を確保可能であるとともに、リアルタイム性も同時に実現できる。
【００１９】
なお、ノードの近隣に、他のシステムで出力される電波が存在し、その電波が本ネットワーク内のノードと干渉することもありうる。このため、個々の時分割スロットの中で、ＣＳＭＡ／ＣＡ  （Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ  ）等の手法を組み合わせてもよい。例えば個々の時分割スロットの開始時に、一定時間、キャリアセンスを行い、干渉電波が存在しないこと確認した上で、送信を行うようにしてもよい。
【００２０】
図３に、ＴＤＭＡに基づき各ノードが自ノードの時間スロットでデータを送信する例を示す。ランク（ＲＡＮＫ）４のノードがランク３のノードに送信する期間（ｐｅｒｉｏｄ）４、ランク３のノードがランク２のノードに送信する期間３、ランク２のノードがランク１のノードに送信する期間２、ランク１のノードがランク０のノード（コンセントレータ）に送信する期間１が設けられている。
【００２１】
期間１〜４では、それぞれ該当するランクに属するノードに時間スロットが割り当てられている。期間の設定（配置、長さおよび周期等）、および時間スロットの割り当ては、ノード間の協調動作によって決められても良いし、期間の設定および時間スロットの割り当てを管理する管理装置が別途存在し、当該管理装置が行ってもよい。コンセントレータが管理装置の役割を担っても良い。管理装置が存在する場合、管理装置と直接通信できないノードは、ノード間の中継を利用して、管理装置と通信を行えばよい。
【００２２】
期間１〜４が一定の周期で到来する。各ノードは自ノードが属する期間の割り当て時間スロットで送信する。ノードは、時間スロットが到来するまでは他のノードから受信したデータを内部に蓄積しておき、時間スロットの到来に合わせて、蓄積しておいたデータを転送するためのフレームを生成し、時間スロットで送信する。フレームの生成方法については後述する。
【００２３】
マルチホップ無線ネットワークの伝送形態について説明する。最も簡単な伝送形態の１つは、単経路伝送方式である。この方式では、ネットワークにツリー状の伝送経路を構築して、各ノードは、送信ノードから受信したデータと、自ノードのデータとをフレームに追加して、単一の受信ノードに伝送する。単経路伝送方式の動作例を図４に示す。ノード間を結ぶ実線の傍に付記されている小文字のアルファベットは、当該ノード間で伝送されるデータを表している。例えば“ａ”は、ノードＡのデータである。単経路伝送方式の場合、占有される無線通信帯域が小さいメリットがあるが、通信の信頼性が低いという特徴がある。例えば、ノードＤがノードＨとの通信に失敗した場合、ノードＤのデータだけでなく、ノードＤ以下のノードであるノードＡ、Ｂのデータまで失われてしまう。
【００２４】
単経路伝送の信頼性が問題となる場合、信頼性向上のために採られる手段としては、下記のようなものが挙げられる。
１．ＡＣＫまたはＮＡＣＫを用いた伝送成否の確認と、再送
２．ＡＣＫまたはＮＡＣＫを伴わない複数回の繰り返し送信
３．誤り訂正符号を用いた部分的な欠損データの回復
４．複数の伝送経路を用いた多重送信（経路ダイバーシティ）
【００２５】
上記手段４の伝送経路多重化の最も簡単な例として、フラッディング方式がある。図５にフラッディング方式の伝送例を示す。無線通信機（ノード）は、送信ノードから受信したデータの全てと、自ノードのデータとをフレームに追加し、複数の受信ノードに送信する。これにより各ノードのデータが多重経路化され、信頼性が向上する。例えば、ノードＡのデータａは、他の全てのノードで中継され、コンセントレータ１２０に到達する。データａの経路は、ランク２（Ｄ、Ｅ、Ｆ）のノード群で最大となり、このとき経路は３重化される。この方式は、伝送の信頼性が大きく向上する反面、伝送データ量の増加に伴い無線通信帯域が圧迫されるデメリットがある。この図の例ではノード数が比較的少数であるため、帯域の占有は問題となりにくいが、伝送データ量はノード数に対して指数的に増加していくため、ノード数が数十、数百となると帯域は大きな問題となってくる。
【００２６】
本実施形態では、これらの単経路伝送およびフラッディング伝送の問題を解決するべく、フレームの伝送経路を多重化（本実施形態では２重化）するとともに、当該フレーム内に宛先となるノードに応じてデータ選択条件を設定する。各ノードでは、受信したフレームに設定されているデータのうち、転送するデータをデータ選択条件に基づき選択し、選択したデータと、自ノードのデータとを追加したフレームを送信する。これにより単経路伝送およびフラッディング伝送の問題をそれぞれ解消して、伝送信頼性と無線帯域の節約とを両立する。
【００２７】
図６に、本実施形態に係る無線通信機（ノード）１１０の構成の例を示す。図１〜図５に示した各ノードＡ〜Ｈは図６の構成を有する。無線通信機１１０は、無線通信部３０１と、受信フレーム解析部３０２と、転送データ選択部（選択部）３０３と、データベース３０４と、送信宛先決定部３０５と、計測情報取得部（取得部）３０６と、送信フレーム作成部（フレーム作成部）３０７とを備える。
【００２８】
無線通信部３０１は、他のノード（無線通信機またはコンセントレータ）と無線通信によりフレームを送受信する。無線通信部３０１はフレームを受信する受信部と、フレームを送信する送信部とを含む。無線通信部３０１は、一例として、ＭＡＣ層等のデータリンク層およびＰＨＹ層の処理、ＤＡ変換、ＡＤ変換、アナログ処理等を行う。ＰＨＹ層の処理は例えば符号／復号、変調／復調等を含む。アナログ処理は、ベースバンドおよび無線周波数間の周波数変換、帯域制御、増幅処理等を含む。ノード間の通信でＴＣＰ／ＩＰ等の通信プロトコルを用いる場合、ＴＣＰ／ＩＰの処理を無線通信部３０１で行ってもよいし、これとは別に配置されたＣＰＵ上で行ってもよい。無線通信方式は特定のものに限定されないが、一例として、ＩＥＥＥ８０２．１５．４またはＺｉｇｂｅｅ等を用いることもできる。
【００２９】
受信フレーム解析部３０２は、無線通信部３０１で受信されたフレームを解析する。後述する図７に示すように、フレームは、送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールド、データフィールドとを備える。一例として送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールドはヘッダ部に対応し、データフィールドはペイロード部に対応する。
【００３０】
送信元ＩＤフィールドには、送信元のノードの識別子（ＩＤ）が設定される。第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールドには、送信先となるノードまたはコンセントレータの識別子が設定される。データフィールドには１つまたは複数のノードに関連するデータが設定される。データは、一例として、センサデータおよびノードの識別子等を互いに関連づけて含んでいる。
【００３１】
上述の第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドには、データフィールドに設定されているデータから、転送するデータを選択する方法を表した第１データ選択条件および第２データ選択条件が対応づけられている。ここでは、第１宛先ＩＤフィールドに第１データ選択条件が対応づけられ、第２宛先ＩＤフィールドに第２データ選択条件が対応づけられているが、データ選択条件と宛先ＩＤフィールド間の対応付けは任意でよい。例えば第１宛先ＩＤフィールドに第２データ選択条件が対応づけられ、第２宛先ＩＤフィールドに第１データ選択条件が対応づけられていてもよい。ここでは、宛先ＩＤフィールドの位置にデータ選択条件が対応づけられていたが、変形例として、データ選択条件を明示的に示す情報を格納するフィールドを宛先ＩＤフィールド毎に付加し、このフィールドにデータ選択条件を識別する値を設定してもよい。第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールド、データフィールドの設定方法の詳細については後述する。
【００３２】
これらのフィールド（送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールド、データフィールド）は、一例として、ＭＡＣ層より上位層のアプリケーションのメッセージであることを想定する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドがＭＡＣ層のヘッダ内のフィールドであってもかまわない。このとき、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドが、ＭＡＣ層のヘッダ内の受信先アドレスフィールドおよび送信元アドレスフィールドに対応してもよい。
【００３３】
受信フレーム解析部３０２は、宛先解析部３１１と、データ解析部３１２とを備える。宛先解析部３１１は、受信したフレームの第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドを解析する。第１宛先ＩＤフィールドに設定されている識別子を有する無線通信機（すなわち第１宛先ＩＤフィールドで指定されているノード）と、第１宛先ＩＤフィールドに関連づけられているデータ選択条件（ここでは第１データ選択条件）との対応を把握する。第２宛先ＩＤフィールドに設定されている識別子を有する無線通信機（すなわち第２宛先ＩＤフィールドで指定されているノード）と、第２宛先ＩＤフィールドに関連づけられているデータ選択条件（ここでは第２データ選択条件）との対応を把握する。データ解析部３１２は、フレームのデータフィールドを解析して、データフィールドに設定されている１つまたは複数のノードのデータを把握する。データが、センサデータとノードの識別子等を含む場合、データに含まれる識別子を解析することで、各データがどのノードのデータかを判断できる。
【００３４】
転送データ選択部３０３は、受信フレーム解析部３０２の解析で得られた情報を元に、受信したフレームに含まれているデータのうち、自装置が転送すべきデータを選択する。一例として、第１宛先ＩＤフィールドに自ノードが指定されている場合、第１のデータ選択条件が適用され、データフィールドに含まれているすべてのデータを選択する。すなわち、第１のデータ選択条件は、データフィールドに含まれているすべてのデータを選択することを要求している。第２宛先ＩＤフィールドに自ノードが指定されている場合、データフィールドに含まれているデータのうち、送信元ＩＤフィールドで指定されたノード（送信元ノード）のみを選択する。すなわち、第２のデータ選択条件は、データフィールドに含まれているデータのうち、送信元ＩＤフィールドで指定されたノード（送信元ノード）のデータを選択することを要求している。なお、第１および第２のデータ選択条件以外のデータ選択条件が定義されてもよい。
【００３５】
データベース３０４は、自ノードの上位近隣ノードに関する情報を保持する。例えば上位近隣ノードの識別子、および上位近隣ノードとの電波状況に関する情報等が保持される。データベース３０４は、一例として、メモリまたはストレージ等の記憶装置に格納されている。
【００３６】
送信宛先決定部３０５は、データベース３０４に基づき、転送データ選択部３０３で選択されたデータを送信する宛先を決定する。より詳細には、送信フレーム作成部３０７で作成するフレームの第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドに設定する識別子を決定する。第１のデータ選択条件に関連する第１宛先ＩＤフィールドに設定される識別子のノードまたはコンセントレータは第１宛先と呼ばれ、第２のデータ選択条件に関連する第２宛先ＩＤフィールドに設定される識別子のノードまたはコンセントレータは第２宛先と呼ばれる。ただし、第２宛先ＩＤフィールドには何も値を設定しない場合や、任意のノードを意味する“ＡＮＹ”を設定する場合もあり得る。
【００３７】
計測情報取得部３０６は、自ノードが備えるセンサからセンサデータを取得する。センサの種類は何でも良く、温度または湿度等を計測するセンサでもよいし、センシング対象が電池であれば、充電量を計測するセンサでもよい。また、センシング対象が生体であれば、脈拍、加速度といった生体の状態を計測するセンサでもよい。計測情報取得部３０６は、センサデータをセンサから直接取得する場合の他、センサデータを、メモリまたはストレージ等の記憶装置に格納しておき、当該記憶装置からセンサデータを読み出してもよい。また取得するデータはセンサデータに限定されず、センサデータ以外のデータ、例えば故障・健全性に関する情報や、近隣ノードとのリンク品質情報などの情報でもよい。また、自ノードが別の無線ネットワークに接続可能な場合に、当該無線ネットワークから取得した情報でもよい。以下の説明では、計測情報取得部３０６がセンサデータを取得する場合を想定する。
【００３８】
送信フレーム作成部３０７は、計測情報取得部３０６で取得されたセンサデータと自ノードの識別子とを関連づけたデータと、転送データ選択部３０３で選択されたデータとに基づきペイロードを生成して、データフィールドに設定する。送信宛先決定部３０５で決定された第１宛先（識別子）および第２宛先（識別子）を、第１宛先ＩＤおよび第２宛先ＩＤフィールドに設定し、また、送信元ＩＤフィールドに自ノードの識別子を設定する。これにより、フレームを作成する。前述したようにフレームは、ＴＤＭＡの場合、所定の周期で到来する期間内の割り当て時間スロットで送信する。自ノードの送信周期の間に複数のフレームが受信された場合は、これら複数のフレームについて転送データ選択部３０３で選択されたデータをすべて一時的に記憶しておき、これらすべてのデータをデータフィールドに設定すればよい。
【００３９】
無線通信部３０１は、送信フレーム作成部３０７で作成されたフレームを受け取り、無線で伝送する。実際のフレームの送信では、送信元ＩＤ、第１宛先ＩＤ、第２宛先ＩＤおよびデータを含むメッセージ（フレーム）に、ＭＡＣヘッダおよびＰＨＹヘッダ等が付加されて送信される。フレームはブロードキャストまたはマルチキャストで送信される。フレームをブロードキャストまたはマルチキャストする方法の一例として、ＭＡＣヘッダの宛先アドレスとしてブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスを用いる。送信されたフレームは、自ノードの近隣ノード全て（上位近隣ノードおよび下位近隣ノード）に到達する。第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドで指定された各ノードまたはコンセントレータは、このフレームを受信する（自分宛のフレームであると判断する）。これにより、フレームの送信経路が２重化される。各ノードでは、フレームのデータフィールドに設定されたデータから、自ノードが指定された宛先ＩＤフィールドに関連するデータ選択条件に応じてデータを選択し、選択されたデータをそれぞれ再度転送する。
【００４０】
なお、ブロードキャストまたはマルチキャストで送信する方法は、上記の方法に限定されない。例えば、グループ共通鍵を用いてフレームを暗号化する方法を利用することも可能である。具体的に、第１宛先および第２宛先と自ノードとの間でグループ共通鍵を共有することで、第１宛先および第２宛先以外のノードがフレームを受信しても、フレームを復号できない。したがって、第１宛先および第２宛先以外のノードがフレームの宛先ＩＤフィールドに自ノードの識別子が設定されているか等の処理を行う必要はない。暗号化したフレームの送信は、フレームを復号できるノード間のみのブロードキャストまたはマルチキャスト送信であるといる。
【００４１】
図６のブロック図内の各部は必須ではなく、一部の構成を省略することも可能である。例えば計測情報取得部３０６を省略することも可能である。この場合、本無線通信機は、マルチホップ通信の中継のみを行う中継ノードとして動作する。
【００４２】
図７に、図２の無線マルチホップネットワークにおいて複数のノードＤ、Ｃ、Ｂ、Ｇがそれぞれ送信するフレームの例を示す。これらのフレームのフレームフォーマットは、前述したように、送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールド、データフィールドとを備える。一例として送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールドはヘッダ部に相当し、データフィールドはペイロード部に相当する。ヘッダ部およびペイロード部内に、これら以外のフィールドが存在してもよい。
【００４３】
図７の最上段には、ノードＤが送信するフレーム２１０Ｄが示される。フレーム２１０Ｄのヘッダ部には、送信元ＩＤ（Ｄ）、第１宛先（Ｈ）、第２宛先（Ｇ）が含まれ、データフィールドにはデータ（ａｂｃｄ）が含まれている。括弧内の値は、実際に設定された値である。例えばデータａは、ノードＡのデータである。ノードＡのデータは、一例として、センサデータと、ノードＡの識別子とを含む。ただしセンサデータがノードＡのものであることを特定できるのであれば、すなわち、センサデータがノードＡに関連づけられていることが特定できれば、データａに、ノードＡの識別子を含めることは必須ではない。例えばデータフィールド内で各ノード専用の個別フィールドが設定されているのであれば、個別フィールドの位置からノードを識別可能であるため、個別フィールドにセンサデータを格納し、ノードの識別子を格納しない構成も可能である。
【００４４】
フレーム２１０Ｄのデータフィールドには、ノードＤが直接通信することが可能な下位近隣ノードＢ、Ｃのデータｂ、ｃと、ノードＤとは直接通信できない、より下位のノードであるノードＡのデータａと、自ノードが計測したセンサデータを含むデータｄとが設定されている。送信元ＩＤフィールドには、自ノードの識別子であるＤが設定されている。第１宛先ＩＤフィールドには、上位近隣ノードの識別子であるＨが設定され、第２宛先ＩＤフィールドには別の上位近隣ノードの識別子であるＧが設定されている。なお、無線通信部３０１から送信されるフレームは、上述したようにブロードキャストまたはマルチキャストで送信され、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドに指定されたノード以外のノードも届く。
【００４５】
図７の中段上および中段下に示されたフレーム２１０Ｃ、２１０Ｂは、それぞれノードＢ、Ｃから送信されるフレームである。また、最下段のフレーム２１０ＧはノードＧから送信されるフレームである。ノードＧは、コンセントレータと直接通信可能であるため、第１宛先ＩＤフィールドにはコンセントレータの識別子を設定し、第２宛先ＩＤフィールドには何も指定しない。
【００４６】
図７に示したフレームフォーマットは一例であり、上記以外のフィールドを含んでもよい。または、上述したフィールドの一部を省略してもよい。例えば、自ノードのランクを指定するフィールドを追加しても良い。また各ノードに時間スロットまたは周波数を割り当てて通信するシステムの場合は、使用する時間スロットまたは周波数から、送信ノードを識別できるため、送信元ＩＤフィールドを省略する構成も可能である。
【００４７】
以下、無線通信機（ノード）がフレームを受信したときの動作について説明する。ノードＤの無線通信部３０１が、ノードＣ、Ｄから、図７のフレーム２１０Ｃ、２１０Ｂを受信する。受信フレーム解析部３０２が、フレーム２１０Ｃ、２１０Ｂを解析し、転送データ選択部３０３が、転送するデータの選択を行う。
【００４８】
ノードＢから受信したフレーム２１０Ｂの第１宛先ＩＤフィールドには、自ノードの識別子（アドレス）Ｄが設定されている。このとき、自ノードの識別子が設定された第１宛先ＩＤアドレスフィールドに関連する第１のデータ選択条件に基づき、フレーム２１０Ｂのデータフィールドに設定されているデータの全て（ａｂ）を選択し、自ノードが送信するフレームのデータフィールドに追加する。また、ノードＣから受信したフレーム２１０Ｃの第２宛先ＩＤフィールドに、自ノードの識別子Ｄが設定されている。このとき、自ノードの識別子が設定された第２宛先ＩＤアドレスフィールドに関連する第２のデータ選択条件に基づき、フレーム２１０Ｃのデータフィールドに設定されたデータ（ａｃ）のうち、送信元であるノードＣのデータ（ｃ）のみを選択し、自ノードが送信するフレームのデータフィールドに追加し、それ以外のノードのデータ（ａ）は破棄する。このような動作を経ることで、ノードＤが転送するデータが、ａｂｃに決定される。さらに自ノードのデータｄが追加され、自ノードから送信するデータは、ａｂｃｄになる。つまり、自ノードから送信するフレームのデータフィールドには、ａｂｃｄ（図７の最上段参照）が設定される。なお、ａｂｃｄは、データａと、データｂと、データｃと、データｄとを含み、これらのデータがこの順序で配置されている必要はない。
【００４９】
上記の受信動作のアルゴリズムに従うと、仮にフレーム２１０Ｂにさらに別のセンサデータｘが含まれている場合、ｘは第１のデータ選択条件に従って選択され、フレームのデータフィールドに追加される。フレーム２１０Ｃにさらに別のセンサデータｙが含まれている場合、第２のデータ選択条件に従って、ｙは破棄される。なお、下位近隣ノードを持たないノードは、当該ノードは最下位ランクの端のノードであり、下位のノードからフレームを受信することはない。したがって、当該ノードが転送するデータは存在しない。また、自ノードが第１宛先ＩＤフィールドにも第２宛先ＩＤフィールドにも指定されていないフレームを受信した場合、ノードは、そのフレームを破棄する。
【００５０】
送信宛先決定部３０５の動作について詳細に説明する。送信宛先決定部３０５は、データベース３０４から上位近隣ノードの一覧と、各上位近隣ノードの情報とを取得し、自ノードから送信するフレームの第１宛先および第２宛先を決定する。第１宛先は第１のデータ選択条件を適用させるノード、第２宛先は第２のデータ選択条件を適用させるノードである。第１宛先および第２宛先の決定は、例えば自ノードと上位近隣ノードとの間の電波状況に基づいて行う。具体例として、上位近隣ノードとの間の電波の受信強度（ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  ＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｉｏｎ）等）が好適なものから順に、第１宛先、第２宛先として選択する。電波の受信強度は、自ノードが上位近隣ノードから受信した信号の受信強度でもよい。または、上位近隣ノードが自ノードから受信した信号の受信強度を測定して自ノードにフィードバックし、その値を用いてもよい。または、これらの平均値等の統計値を利用してもよい。また受信強度はＲＳＳＩ以外の値でもよい。
【００５１】
また、送信宛先決定部３０５は、第１宛先および第２宛先の決定には、上位近隣ノードとの間の電波状況だけでなく、自ノードからコンセントレータまでの経路の電波状況を考慮してもよい。例えば、自ノードからコンセントレータに至るまでの各経路について、当該経路に含まれるパス（隣接するノード間の経路）のＲＳＳＩの積算値を算出し、各経路のうち積算値の最も高い２つの経路を選択する。２つの経路の積算値の高い順に、各経路に含まれる上位隣接ノードをそれぞれ第１宛先および第２宛先として決定する。または、各経路のこれまでの伝送成功実績を考慮して、第１宛先および第２宛先を決定してもよい。
【００５２】
また、コンセントレータの周辺では、１つのノードに過剰にデータが集中する現象（ホットスポット）が発生する場合があるが、これを避けるように伝送経路を選択することも可能である。
【００５３】
ここで述べた第１宛先および第２宛先の選択方法は一例に過ぎず、上位近隣ノードの中から第１宛先および第２宛先を選択するアルゴリズムは、何でもかまわない。
【００５４】
図８に、経路を２重化した無線マルチホップネットワークにおいて伝送されるデータの流れを示す。太い実線は、受信したフレームの第１宛先ＩＤフィールドに自ノードが指定された場合に送信されるデータの流れ、細い実線は、受信したフレームの第２宛先ＩＤフィールドに自ノードが指定された場合に送信されるデータの流れを示す。また、太い実線および細い実線の傍に付記されている小文字のアルファベットは、該当するノードのデータを表している。第１宛先にも第２宛先にも同じフレームが送信されるため（フレームはブロードキャストまたはマルチキャスト送信される）、送信されるデータの流れも、第１宛先と第２宛先とで同じである。
【００５５】
送信ノードから送信されたフレームは、近隣ノード全て（上位近隣ノードおよび下位近隣ノード）に到達し、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドで指定された受信ノードで受信処理される。これにより、データの伝送経路が２重化される。受信ノードでは、受信したフレームのデータフィールドから、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドのいずれかで自ノードが指定されているかに応じて、転送すべきデータを選択する。そして、選択したデータをデータフィールドに設定したフレームを生成し、当該フレームを送信する。このように、第１宛先および第２宛先の各受信ノードでは、送信ノードからそれぞれ同じフレームを受信するものの、各受信ノードで選択および転送されるデータは異なる。各受信ノードから送信されるデータの大小は、占有する無線通信帯域の大小に直結する。
【００５６】
図９に、図８の細い実線の傍に付記されているアルファベットのうち、受信ノードで破棄される（転送されない）データのアルファベットを省略したものを示す。図８および図９を比較すると、その違いは、ノードＣとノードＤとの通信、ノードＤとノードＧとの通信、ノードＢとノードＦとの通信に表れている。例えばノードＢとノードＦ間の通信では、データａとデータｂが送信されるものの、データａはノードＦで破棄されることが分かる。
【００５７】
このようにデータの伝送経路を２重化した場合、単経路伝送およびフラッディング方式と比較して、伝送信頼性および占有帯域にどのような違いが出るのかを、図１０を用いて説明する。
【００５８】
まず伝送信頼性について説明する。図１０に、説明用に、ランク２に属するノードＡと、ランク１に属するノードＢ１〜ＢＮとを備える無線マルチホップネットワークを示す。Ｎは、ランク１に属するノード数に対応する。ノード間の直接通信の成功確率（接続確率）をｐ（０＜ｐ≦１）とする。またデータ１つが占有する帯域の大きさを１とする。データに対して付加されるヘッダ等については、ここでは簡単化のため無視することとする。
【００５９】
単経路伝送の場合、ノードＡのデータａは、ランク１のノード群のいずれか１つを経由してコンセントレータへと到達する。このときの伝送成功確率はｐ２である。伝送成功とは、データがコンセントレータに正常に受信されることを意味する。２経路の場合の伝送成功確率は、１−（１−ｐ２）２、フラッディングの場合の伝送成功確率は、１−（１−ｐ２）Ｎとなる。Ｎ＝２のとき、２経路伝送方式とフラッディング方式の伝送成功確率は同じである。
【００６０】
図１１に、単経路伝送、２経路伝送、およびフラッディング方式の場合における、伝送成功確率の例を示す。フラッディング方式は、ノード数（経路数）が３または４の場合に対応する。経路数が増えるほど、伝送成功確率が向上し、したがって、信頼性が向上する。しかしながら、ノード間の直接通信の成功確率（接続確率）ｐが高いとき（例えばｐ＝０．９のとき）、伝送経路が３以上に増えても、信頼性にはあまり影響しないことが分かる。
【００６１】
次に占有帯域について説明する。説明用に、図１２のような無線マルチホップネットワークを想定する。ランク２に属するノードＡ１〜ＡＭと、ランク１に属するノードＢ１〜ＢＮとが配置されている。各ノードは自ノードのセンサデータに加え、転送するデータが存在する場合にはそのデータを伝送する。ノードＡ１〜ＡＭが出力するデータを、センサデータａ１〜ａＭと表記する。
【００６２】
単経路、２経路、フラッディング全ての場合で、ランク２に属するノード群からランク１に属するノード群の間のアップリンク伝送の占有帯域はＭとなる。ランク１に属するノード群と、コンセントレータ間の通信の占有帯域は、単経路の場合はＭ＋Ｎ、２経路の場合は２Ｍ＋Ｎ、フラッディングの場合はＭ×Ｎとなる。占有量のオーダはそれぞれＯ（Ｎ）、Ｏ（Ｎ）、Ｏ（Ｎ２）となり、フラッディングの帯域占有量は指数的に増加することが分かる。
【００６３】
以上のことから、本実施形態に係る２経路伝送は、伝送信頼性の面で単経路よりも優れ、占有帯域量の面ではフラッディングよりも優れた、バランスの取れた伝送手法であることが分かる。
【００６４】
図１３は、本発明の一実施形態に係る無線通信機のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。無線通信機は、プロセッサ３５１、メモリ３５２、ストレージ３５３、ネットワークインタフェース３５４、センサ３５５を備え、これらがバス３５６を介して接続されている。
【００６５】
プロセッサ３５１が、ストレージ３５３からプログラムを読み出して、メモリ３５２に展開して、実行することで、受信フレーム解析部３０２と、転送データ選択部３０３と、送信宛先決定部３０５と、計測情報取得部３０６と、送信フレーム作成部３０７との機能が実現される。プロセッサ３５１は、センサ３５５に接続されており、センサ３５５によって測定されたセンサデータを受信する。プロセッサ３５１は、センサ３５５のセンシング周期など、センサ３５５のセンシングタイミングを制御してもよい。センサ３５５の個数は１つでも、複数でもよい。
【００６６】
メモリ３５２は、プロセッサ３５１が実行する命令、およびプロセッサ３５１が利用する各種データ等を一時的に記憶する。メモリ３５２、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＮＡＮＤ、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。ストレージ３５３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、ＨＤＤまたはＳＳＤ等である。メモリ３５２、ストレージ３５３、またはこれらの両方に、データベース３０４が構成される。プロセッサ３５１により取得されたセンサデータは、メモリ３５２、ストレージ３５３またはこれらの両方に格納される。また他のノードから受信したフレームもメモリ３５２，ストレージ３５３またはこれらの両方に格納されてもよい。
【００６７】
ネットワークインタフェース３５４は、無線または有線の通信を行うためのインタフェースであり、無線通信部３０１に対応する。ネットワークインタフェース３５４は、一例として、ＭＡＣ層等のデータリンク層および物理層のヘッダ処理、変調および復調等を行うベースバンド集積回路、ＡＤ変換回路、ＤＡ変換回路、およびアナログ処理等を行うＲＦ集積回路を備えていてもよい。アナログ処理は、ベースバンドおよび無線周波数間の周波数変換、帯域制御、増幅処理等を含む。ネットワークインタフェース３５４に、ＣＰＵ等のプロセッサを配置してもよい。ＴＣＰ／ＩＰ等を用いる場合、ＴＣＰ／ＩＰ等の処理を当該ネットワークインタフェース３５４上のＣＰＵで行ってもよいし、バス３５６に接続されたプロセッサ３５１で行ってもよい。ここではネットワークインタフェースを１つのみ示しているが、無線ネットワークインタフェースと有線ネットワークインタフェースなど、複数のネットワークインタフェースが搭載されていてもよい。ネットワークインタフェース３５４は、プロセッサ３５１により制御され、他のノードから受信したフレーム、他のノードに送信するフレームが、プロセッサ３５１との間でやりとりされても良い。ネットワークインタフェース３５４が、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）でメモリ３５２に直接、アクセスしてもよい。
【００６８】
図１４は、本実施形態に係る無線通信機（ノード）の動作のフローチャートである。無線通信部３０１が、下位隣接ノードからフレームを受信する（Ｓ１０１）。フレームは、送信元ＩＤフィールド、第１宛先ＩＤフィールド、第２宛先ＩＤフィールド、および、他のノードに関連するデータが設定されたデータフィールドを含む。
【００６９】
受信フレーム解析部３０２の宛先解析部３１１は、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドのうちどの宛先ＩＤフィールドに自ノードの識別子が設定されているかを検出する（Ｓ１０２）。
【００７０】
受信フレーム解析部３０２のデータ解析部３１２は、データフィールドに設定されているデータを解析する。すなわち、どのノードのデータが格納されているかを確認する（Ｓ１０３）。
【００７１】
転送データ選択部３０３は、自ノードの識別子が設定されている宛先ＩＤフィールドに関連するデータ選択条件に応じて、受信したフレームのデータフィールドに設定されたデータから、転送するデータを選択する（Ｓ１０４）。選択したデータを、少なくとも次回の送信用の時間スロットが到来するまで、メモリまたはストレージ等の記憶装置に記憶させる。
【００７２】
送信フレーム作成部３０７は、送信用の時間スロットの到来に合わせて、今回の時間スロットで送信するデータを上記記憶装置から特定し、特定したデータをデータフィールドに追加する。また、計測情報取得部３０６で取得された自ノードのセンサデータを含むデータをデータフィールドに追加する。また、第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドに、送信宛先決定部３０５から指示された第１宛先（識別子）および第２宛先（識別子）を設定する。また、送信元ＩＤフィールドに自ノードの識別子を設定する。これによりフレームを生成する（Ｓ１０５）。
【００７３】
無線通信部３０１は、送信フレーム作成部３０７で作成されたフレームを、自ノードに割り当てられた時間スロットで送信する（Ｓ１０６）。
【００７４】
送信宛先決定部３０５は、上記のフローの動作の途中の任意の段階で、第１宛先および第２宛先を決定してもよいし、上記のフローの動作とは別に、定期的に第１宛先および第２宛先を決定してもよい。また計測情報取得部３０６によるセンサデータの取得は、上記のフローの動作の途中の任意の段階で行ってもよいし、上記の動作の流れとは別に定期的に行ってもよい。また図１４のステップの順序は一例であり、これに限定されるものではない。
【００７５】
図１５は、コンセントレータ１２０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１３は、コンセントレータ１２０は、プロセッサ４５１、メモリ４５２、ストレージ４５３、ネットワークインタフェース４５４を備え、これらがバス４５６を介して接続されている。
【００７６】
ネットワークインタフェース４５４は、ノードと無線または有線の通信を行うためのインタフェースでありＭＡＣ層等のデータリンク層および物理層のヘッダ処理、変調および復調等を行うベースバンド集積回路、ＡＤ変換回路、ＤＡ変換回路、およびアナログ処理等を行うＲＦ集積回路を備えていてもよい。ネットワークインタフェース４５４に、ＣＰＵ等のプロセッサを配置してもよい。ＴＣＰ／ＩＰ等を用いる場合、ＴＣＰ／ＩＰ等の処理を当該ネットワークインタフェース４５４上のＣＰＵで行ってもよいし、バス４５６に接続されたプロセッサ４５１で行ってもよい。ここではネットワークインタフェースを１つのみ示しているが、無線ネットワークインタフェースと有線ネットワークインタフェースなど、複数のネットワークインタフェースが搭載されていてもよい。ネットワークインタフェースを介してクラウド上のサーバと通信してもよい。ネットワークインタフェース４５４は、プロセッサ４５１により制御されても良い。ネットワークインタフェース４５４が、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）でメモリ４５２に直接、アクセスしてもよい。
【００７７】
メモリ４５２は、プロセッサ４５１が実行する命令、およびプロセッサ４５１が利用する各種データ等を一時的に記憶する。メモリ４５２、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＮＡＮＤ、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。ストレージ４５３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、ＨＤＤまたはＳＳＤ等である。
【００７８】
プロセッサ４５１は、ストレージ４５３からプログラムを読み出して、メモリ４５２に展開して、実行することで、コンセントレータ１２０の機能が実現される。例えばノードから受信されたフレームのデータフィールドからデータを抽出し、ストレージ４５３またはメモリ４５２に格納する。これにより各ノードからデータを収集する。コンセントレータ１２０は、各々収集したデータを、各々有線回線などを介して、クラウドにアップロードしてもよい。コンセントレータ１２０が収集したデータは任意の方法で処理してよい。
【００７９】
本実施形態では、第１のデータ選択条件は、受信したフレームのデータフィールドに含まれるすべてのデータを選択し、第２のデータ選択条件は、受信したフレームのデータフィールドに含まれるすべてのデータのうち、送信元のノード（送信元ＩＤフィールドで指定されたノード）のデータを選択することを定めていた。別の例として、第１のデータ選択条件は、受信したフレームのデータフィールドに設定されたデータを宛先の数（ここでは２を想定）に応じてグループ化した複数のグループのうちの１つを選択することを定め、第２のデータ選択条件が、複数のグループのうちの別の１つを選択することを定めるようにしてもよい。例えば、受信したフレームのデータフィールドにデータａｂｃｄｅｆが設定されていたとする。データａｂｃｄｅｆをグループ化する。グループ化の方法は事前に定義されているか、別途各ノードに管理装置等から通知されているものとする。グループ化の例として、データ数の比率でグループ化してもよい。例えばデータ数を２：１の比率で分割する。本例では、例えば、ａｂｃｄｅｆを途中で二分割して、ａｂｃｄとｅｆに分ける。データ数が多い方を第１宛先、少ない方を第２宛先に決定する。先頭側のａｂｃｄを、第１宛先、後ろ側のｅｆを第２宛先に転送することを決定する。グループ化の例では何でもよく、他の方法でもよい。例えば送信元のノードのデータは必ず、第１宛先に転送するグループに属するようにしてもよい。またグループ間で一部のデータ（例えば送信元のノードのデータ）のみが重複して属するようにしてもよい。
【００８０】
なお、本実施形態における無線マルチホップネットワークのネットワーク制御形態は任意でよい。例えば、ネットワークにおけるパス、ルート、タイムスロット割り当て、周波数割り当ては個々のノードが自律的に判定・決定する分散型のネットワークでもよい。あるいは、これらの事項をコンセントレータまたはサーバ等が一元的に管理・決定する集中制御型のネットワークでもよい。この他、近距離に位置するノードでグループを形成し、グループ内でパス決定等を行うような、分散型と集中制御型の中間のような制御形態も考えられる。
【００８１】
以上、本実施形態によれば、伝送信頼性と無線帯域の節約とを低消費電力で両立させることができる。
【００８２】
（第２の実施形態）
図１６に、第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークの例を示す。この例では、ノードＡの上位近隣ノードは、ノードＢのみである。第１の実施形態の動作に従う場合、ノードＡは、第１宛先ＩＤフィールドにノードＢを指定し、第２宛先ＩＤフィールドにはどのノードも指定せずに、自ノードのデータをデータフィールドに設定したフレームを送信する。ノードＡが送信したフレームはノードＢ以外で受信されないことから、ノードＡのデータａは単経路で伝送されることになる。この場合、データａの伝送信頼性が低下することになる。
【００８３】
そこで、本実施形態では、第１の方法として、ノードは、第２宛先ＩＤフィールドに指定すべきノードが存在しない場合に、任意の無線通信機、より詳細には、任意の上位近隣ノードを示す値（ＡＮＹ）を第２宛先ＩＤフィールドに設定する。本例においてノードＡは、ノードＢ以外に上位近隣ノードが存在しないため、第１宛先ＩＤフィールドにノードＢの識別子を設定するとともに、第２宛先ＩＤフィールドにＡＮＹを設定する。ノードＡが送信するフレーム２１０Ａの例を、図１７の上段に示す。
【００８４】
このフレーム２１０Ａは、第１宛先（Ｂ）以外の上位近隣ノードに到達することが期待されずに送信されるが、実際には第１宛先のノードＢ以外の上位ノード（他ノード）で受信される場合もあり得る。フレーム２１０Ａを受信した他ノード（図１６の例ではノードＣなど）は、第２宛先ＩＤフィールドにＡＮＹが設定されていることを確認した場合、第２宛先ＩＤフィールドに自ノードの識別子（Ｃ）が設定されている場合と同様にして、フレーム２１０Ａを処理する。このようにすることで、ノードＡが第２宛先を指定しない場合においても、ノードＡのデータの伝送経路を冗長化できる可能性が高まる。
【００８５】
第２の方法として、第１宛先ＩＤフィールドに指定されたノード（図１７のフレーム２１０Ａの場合、ノードＢ）が、ノードＡに代わって、データａの伝送経路を２経路化してもよい。より詳細には、ノードＢはノードＡから受信したフレーム２１０Ａの第１宛先ＩＤフィールドで自ノードＢが指定され、第２宛先ＩＤフィールドにＡＮＹが設定されていることを確認した場合、ノードＢは、自ノードから送信するフレームのデータフィールドに、自ノードのデータとともに、データａを設定する。この際、データａに対して転送指示情報を設定する。転送指示情報は、第２宛先ＩＤフィールドに指定されたノード（図１７ではノードＦ）に、データａを破棄せずに受領（転送）することを指示する。ノードＢから送信するフレーム２１０Ｂの例を図１７の中段に示す。
【００８６】
図１７に示すように、フレーム２１０Ｂのデータフィールドにデータａとｂが設定され、データａに対して転送指示情報として、ダッシュ記号「’」が付記されている。このダッシュ記号「’」を、経路冗長化要求マーカという（以下、マーカと呼ぶ）。プログラムの実装上は、どのような形でマーカを表現してもよい。例えばデータのオプションフィールドにビット（Ｔｒｕｅ／Ｆａｌｓｅ）を設け、当該ビットのオン・オフでマーカの有無を表現してもよい。あるいはデータを表現するＪＳＯＮやＸＭＬデータに、属性または要素としてマーカを追加してもよい。あるいは、データを２度繰り返してデータフィールドに設定することで、マーカの設定を表現してもよい。例えばデータフィールドにａａｂを設定することによって、ａに対する転送指示情報を表現してもよい。あるいは、フレームのある一部分（例えば前半）に記載されたデータはマーカ無し、フレームの他の一部分（例えば後半）に記載されたデータはマーカ有りとして扱うなどのプロトコル規約を設けても良い。いずれの形式を採ってもかまわない。
【００８７】
ノードＢの作成したフレーム（図１７の中段）の第１宛先ＩＤフィールドで指定されたノードＤは、マーカの有無に関わらず、第１実施形態と同様に、ノードＢから受信したフレームのデータフィールドに設定されたａとｂと、自ノードのデータｄとをデータフィールドに設定し、その他のフィールドも設定して、フレームを生成する。そして、当該フレームを、上位近隣ノードであるノードＨとＧに対して送信する。
【００８８】
一方、ノードＢの作成したフレームの第２宛先ＩＤフィールドに指定されたノードＦは、ノードＢから受信したフレームのデータフィールドから、送信元のノードＢのデータであるデータｂを抽出して、自ノードのデータとともに、フレームのデータフィールドに追加する。加えて、マーカの付加されたデータａも当該フレームのデータフィールドに追加する。このように動作することによって、ノードＢまでは単経路で伝送されたデータａは、ノードＢ以降は、ノードＤとＦとにより２経路で伝送されることになり、信頼性の低下を避できる。
【００８９】
また、第３の方法として、ノードＡが、図１７の上段に示したフレーム２１０Ａの代わりに、図１７の下段に示すフレーム２１０Ａ−１を送信してもよい。ノードＡは、第２宛先ＩＤフィールドにＡＮＹではなく何も値を指定しない。一方、データフィールドにはデータａを設定するとともに、データａにマーカを付与する。フレーム２１０Ａ−１を受信したノードＢは、第１宛先ＩＤフィールドのみ識別子が設定され、第２宛先ＩＤフィールドに何も設定されていないことを検出し、かつデータａにマーカが付与されていることを検出した場合、図１７の上段のフレーム２１０Ａを受信した場合と同様の動作を行う。
【００９０】
上述したマーカを利用してデータの伝送経路を単経路から２経路化することができるが、伝送経路を３経路以上に冗長化することも可能である。この場合、宛先ＩＤフィールド数も３以上にし、マーカとして３または４等の整数カウント値を付与するなどすればよい。
【００９１】
図１８に、第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークにおけるデータ伝送の別の例を示す。この例では、２経路化されていたデータが、１つのノードに集合する場合が示されている。例えば、ノードＡから２経路化されて送信されたデータａが、１つのノードＤに集合している。
【００９２】
ノードは、自ノードに同じデータが集合したことを検出した場合、当該同じデータに、前述のマーカを付加して、転送を行う。例えば、ノードＤは、自ノードでデータａが集合したことを検出した場合、ａにマーカを付加して、データａの転送を行う。これによって、一旦ノードＤで集合したデータａは、ノードＤから、再度２経路化される。
【００９３】
なお、図１８の例では、ノードＣが第１宛先としてノードＤを、第２宛先としてノードＥを選択している。ノードＣが、ネットワーク全体あるいは周囲のノード間のパス構成（各ノードの第１宛先および第２宛先など）を把握している場合には、第１宛先としてノードＥを、第２宛先としてノードＤを選択することによって、ノードＤでデータａが集合することを回避してもよい。あるいは、パス構成をコンセントレータ等による中央制御によって決定する場合も、同様に回避することができる。しかしながら、各ノードが自律分散的に第１宛先および第２宛先を決定する場合などでは、適切なパス設定（第１宛先および第２宛先の決定等）が必ずしも可能ではないため、同じデータが同一ノードに集合した場合には、上述した動作によって、その後の単一経路化を阻止して、信頼性低下を回避できる。
【００９４】
図１９に、第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークにおけるデータ伝送のさらに他の例を示す。ノードが、マーカ付のデータを受信したものの、当該ノードで第２宛先の候補が不在であるために、データを２経路化できない状況が発生する場合が示される。図１９の例では、ノードＢは、ノードＡからマーカ付のデータａを受信したものの（例えば図１７の下段のフレーム２１０Ａ−１参照）、ノードＢでは第２宛先の候補が存在しない。このようなとき、当該ノードは、当該データに再度、マーカを付加して送信する。図１９の例では、ノードＢは、データａに再度、マーカを付記する。この際、自ノードのデータｂについても、図１７を用いて説明した第３の方法と同様に、データＢにマーカを付記してもよい。ノードＢは、このようにデータａおよびデータｂにそれぞれマーカを付加したものをデータフィールドに設定して、フレームを送信する。
【００９５】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、２つの伝送経路を確保して、伝送の信頼性を向上させることが出来るが、これはランク２以下のノードのみである。ランク１のノードはコンセントレータと直接通信するために、伝送経路が冗長化されず、伝送の信頼性は向上しない。そこで、本実施形態では、ランク１のノードの伝送を高信頼化する手段を提供する。
【００９６】
図２０は、無線マルチホップネットワークにコンセントレータに加えて、サブコンセントレータを配置した例を示す。サブコンセントレータは、コンセントレータと同様にノードと通信して、データを収集する機能を有する。ノードＨおよびノードＧは、ランク１のノードであり、ランク２以下のノードの図示は省略している。
【００９７】
ランク１のノードの伝送を高信頼化する構成の例として、ランク１のノードは、フレームの第１宛先としてコンセントレータ１２０を指定するとともに、第２宛先としてサブコンセントレータ１２１を指定する。
【００９８】
別の構成例として、サブコンセントレータ１２１が、受信するフレームの第２宛先ＩＤフィールドの内容に関わらず、フレームのデータフィールドに設定されたデータを収集するようにしてもよい。
【００９９】
コンセントレータ１２０およびサブコンセントレータ１２１は、各々収集したデータをストレージに蓄積してもよい。または、各々有線回線などを介して、クラウドにアップロードしてもよい。コンセントレータおよびサブコンセントレータが収集したデータは任意の方法で処理してよい。
【０１００】
また、さらに別の構成例として、ランク１のノードは、複数回同じフレームを送信してもよい。無線マルチホップネットワークにおいてＴＤＭＡ（図３参照）を用いる場合、各ノードおよびコンセントレータは、送受信を行う時間スロット以外では、スリープ状態に移行することで省電力性を高めることができる。ここで、コンセントレータが、有線で安定した電力を電源から得られる場合には、コンセントレータを常時通信可能な状態にし、時間スロット以外の通信も利用することで、ランク１のノードのデータをコンセントレータに確実に届けるようにしてもよい。例えば、時間スロット以外の時間で、ＡＣＫ／ＮＡＣＫと再送の実施、およびＣＳＭＡ／ＣＡ等の実施を利用してもよい。
【０１０１】
例えば、ランク１のノードは、時間スロットでフレームを送信し、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの返信状況に応じて、フレームの送信に失敗したと判断した場合は、ＣＳＭＡ／ＣＡ等に基づき、フレームを再送してもよい。具体例として、自ノードの時間スロットでフレームの送信を行って、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの受信を行い、再送が必要な場合は、当該時間スロットが存在する期間と同じ期間（図３の期間１）、もしくは別の期間（期間２〜４など）で、ＣＳＭＡ／ＣＡを利用して、フレームの再送およびＡＣＫ／ＮＡＣＫの受信を行ってもよい。時間スロットの長さが、フレームの送信に対する、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの受信に十分な長さを有する場合は、自ノードの時間スロット内でフレームの送信と、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの受信との両方を行ってもよい。ノードはフレームが正常に受信されたことを確認した後、スリープ状態に移行すればよい。
【０１０２】
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、無線マルチホップネットワークで使用する通信方式として主にＴＤＭＡを想定したが、使用する通信方式は、これに限定されない。例えば、ＴＤＭＡとＣＳＭＡを併用してもよい。
【０１０３】
ネットワークにおけるノードの一部が電池駆動で動作し、残りのノードが、有線で安定して電力を供給可能な電源に接続される場合を想定する。電源は、商用電源でもよいし、ノードに搭載され、太陽光等の自然エネルギーで発電可能な電源でもよい。このような安定電源から電力の供給を受けることができるノード（安定電源ノード）はスリープの必要性はないもしくは少ないため、この安定電源ノードの近隣ノード（１つ上位または下位のランクのノードなど）は、時間スロットの割り当てに関わらず、任意のタイミングで安定電源ノードにフレームを送信してもよい。但し、他のノードとの送信タイミングの衝突を避けるため、ＣＳＭＡ／ＣＡ、またはＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔ）等を実施してもよい。
【０１０４】
（第５の実施形態）
第１〜第４の実施形態では、主として伝送経路を２重化することによって伝送の信頼性を向上させたが、ランクの低い、即ちコンセントレータから遠いノードでは、伝送経路を２重化しても、なお十分な信頼性を得られない場合がある。
【０１０５】
そこで、フレームにオプションとして第３以降の宛先ＩＤフィールド等を追加し、伝送経路を３重化、あるいはそれ以上に多重化することも可能である。そこで、３以上の多重化を実施するか否かを判定し、実施することを決定した場合に、第３以降の宛先ＩＤフィールドを設定し、３以上の多重化を実施してもよい。第３宛先ＩＤフィールドで指定されたノードは、第２宛先ＩＤフィールドで指定された場合と同様の動作を行ってもよいし、これとは別の動作を定義してもよい。
【０１０６】
３以上の多重化を実施するか否かの判定は、各ノードで行ってもよいし、ノード群を管理する管理装置が別途存在する場合に、当該管理装置が判定を行ってもよい。後者の場合い、管理装置は、伝送経路の多重数等を表す判定結果を各ノードに送信すればよい。コンセントレータ１２０が管理装置の役割を行ってもよい。
【０１０７】
判定の方法として、自ノードが属するランクの値、および途中経路のＲＳＳＩ等をパラメータとする評価関数を利用してもよい。例えば、第１宛先となる上位近隣ノード、第２宛先となる上位近隣ノードとのＲＳＳＩをそれぞれ閾値と比較し、いずれか一方または両方とも閾値より低い場合には、第３宛先として他の上位近隣ノードを指定してもよい。上位近隣ノードが２つしか存在せず、第３の上位近隣ノードを指定できない場合は、第３宛先ＩＤフィールドにＡＮＹを指定してもよい。なお、他の上位近隣ノードが存在する場合においても、第３宛先ＩＤフィールドにＡＮＹを指定してもよい。ＲＳＳＩの閾値は、第１宛先となる上位近隣ノードと、第２宛先となる上位近隣ノードとで異なってもよい。ＲＳＳＩは、自ノードから送信する近隣ノードでの受信電力を利用してもよいし、近隣ノードから受信する自ノードでの受信電力を利用してもよいし、これらの平均等の統計値を利用してもよい。
【０１０８】
（第６の実施形態）
第１〜第５の実施形態では、フレームに複数の宛先（第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）宛先）を設定したが、フレームの宛先の識別子とデータ選択条件とを事前に、転送先となる近隣ノードに通知しておくことで、フレームから宛先ＩＤフィールドのいくつか、または全てを省略することも可能である。
【０１０９】
例えば、ノードは、データを含むフレームの送信とは別に、送信先となる上位近隣ノードにフレームのデータ選択条件（例えば第２のデータ選択条件）を通知するためのフレーム（宛先通知フレーム）を事前に送信する。通知を受けた近隣ノードでは、宛先通知フレームの送信元のノードの識別子と、自ノードに通知されたデータ選択条件とを対応づけて、対応データを記憶する。ノードは、上位近隣ノードが変更された場合は、変更後の上位近隣ノードに応じて宛先通知フレームを送信する。ノードは、送信先から除外された上位近隣ノードについては、宛先通知フレームでその旨を通知する。これにより、近隣ノードは、上記ノードからフレームを受信した場合に、フレームの送信元ＩＤフィールドに設定された識別子と、上記の対応データとから、自ノードが適用するデータ選択条件を特定し、特定したデータ選択条件に応じた動作を行えばよい（いずれかの宛先ＩＤフィールドに自ノードの識別子が設定されているかの確認は不要である）。なお、宛先通知フレームには、データ選択条件の他、自ノードの電池残量、環境発電量（発電装置を備える場合）、発電予測量、健全性、および障害のうち少なくとも１つに関する情報などを含めても構わない。
【０１１０】
上位近隣ノードの選択は、電波状況に応じて変化し得るが、電波伝搬環境の変化の小さいネットワークでは、上位近隣ノードの選択に変更が生じる頻度は低いと考えられる。よって、宛先通知フレームの送信頻度も低くてすむため、宛先ＩＤフィールドの省略によりフレーム長を低減したことにより、ネットワーク全体でのトラフィックを削減することが期待できる。
【０１１１】
ノード間で上述の宛先通知フレームを交換して、ノード間の宛先関係を共有しておくことで、事前に自ノードを指定していないノード以外からは、基本的にフレームを受信する必要性はない。よって、事前に自ノードを指定したノードからフレームを受信する予定の時間以外では、省電力状態（スリープ状態）に遷移してもよい。ただし、宛先通知フレームの交換タイミングでは、自ノードおよび近隣ノード間で相互に通信可能である（起動している）ことが必要である。
【０１１２】
（第７の実施形態）
第１〜第６の実施形態では、所定の通信プロトコルでブロードキャストまたはマルチキャストによって、フレームを送信する場合を想定した。つまり、ブロードキャストまたはマルチキャスト送信されたフレームの無線通信プロトコルでの宛先は、同じネットワーク内のすべてのノードである。フレームを受信したノードは、当該フレームの受信処理を行った後、送信元ＩＤフィールドと、第１宛先ＩＤフィールドと、第２宛先ＩＤフィールドと、データフィールドを含むメッセージを取得する。そして、図７に示す第１宛先ＩＤまたは第２宛先ＩＤフィールドに自ノードが指定されているかの処理等を行い、それに応じた動作を行った。
【０１１３】
ここで、フレームの送信は、ブロードキャストまたはマルチキャストではなく、ユニキャストで行ってもよい。ユニキャストを用いる場合、第１宛先および第２宛先ごとに、異なるペイロードデータをもったフレームを生成して送信する。例えば、第１宛先に対しては、受信したフレームのデータフィールドの内容のすべてと、自ノードのデータとをデータフィールドに設定したフレームを生成する。この際、フレームの第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドの少なくとも一方には第１宛先の識別子を設定し、他方には何も値を設定しなくてもよいし、任意の値を設定してもよい。一方、第２宛先に対しては、受信したフレームのデータフィールドに設定されたデータのうち、送信元ＩＤのノードのデータを選択し、選択したデータと自ノードのデータとをデータフィールドに追加したフレームを生成する。この際、フレームの第１宛先ＩＤフィールドおよび第２宛先ＩＤフィールドの少なくとも一方には第２宛先の識別子を設定し、他方には何も値を設定しなくてもよいし、任意の値を設定してもよい。ユニキャスト送信する方法の例として、第１宛先および第２宛先に送信する各フレームの無線通信プロトコルでの宛先アドレス（ＭＡＣアドレスなど）として、第１宛先および第２宛先のノードのユニキャストアドレス（ＭＡＣアドレス）を設定する
【０１１４】
ユニキャストのフレームを受信した受信ノードでは、自ノードが第１宛先ＩＤフィールドで指定されているか、第２宛先ＩＤフィールドで指定されているかに関わらず、いずれか一方に指定されていれば、受信したフレームのデータフィールドの内容全てを、自ノードから送信するフレームのデータフィールドにコピーし、更に自ノードのセンサデータを含むデータを当該データフィールドに追加して、フレームを送信する。ユニキャスト送信の場合、フレームのフォーマットとして、第１宛先ＩＤフィールドと第２宛先ＩＤフィールドの代わりに、宛先ノードのＩＤのみを格納するフィールドを設定してもよい。この場合、受信ノードは、当該フィールドに自ノードの識別子が設定されていることを確認すればよい。
【０１１５】
各実施形態での無線マルチホップネットワークでの無線通信では、基本的に、指向性が無い、または指向性が弱いアンテナを用いた送信を想定していた。しかし、無線通信において、指向性があるアンテナを使用する場合、特に指向性を制御できるアンテナを使用する場合は、送信先のノードに合わせて、送信ノードの指向性を変化させてもよい。同様に、受信ノードの指向性を、送信元となるノードに合わせて変化させてもよい。送受信するノード間のみに電波の指向性を設定することで、フレームの無線通信プロトコルの宛先アドレスをブロードキャストまたはマルチキャストアドレスにしつつも、ユニキャスト通信を実現できる。
【０１１６】
また、送信対象となる上位近隣ノードとの電波伝搬状況が好適な場合、無線通信の送信電力を低下させても通信可能である。したがって、このような場合、送信電力を低下させても良い。受信についても同様であり、電波伝搬状況が好適であれば、受信した信号を増幅するＬＮＡ（低雑音増幅器）等の増幅器の利得を低下させてもよい。これによっても、適正に受信が可能である。
【０１１７】
また、指向性を制御することによって、特定の方向に対する送受信電力を低減させることが可能である。また指向性および送受信電力を制御することによって、自ノードが不要なフレームを受信しない、または他のノードに不要なフレームを受信させないといったことが可能になる。指向性があるアンテナの例として、ダイポールアンテナ等を用いてもよい。また、アンテナの付近に意図的に遮蔽物・反射物を配置して、伝搬特性を変えることもできる。
【０１１８】
また、アンテナの指向性を制御する手段としては、アクチュエータ等でアンテナそのもの、または周囲の遮蔽物・電波反射物体を、回転、移動、変形させてもよい。また、電気的なスイッチを利用することで、複数のアンテナのうち、使用するアンテナを切り替えてもよい。また、電気的なスイッチを利用することで、アンテナまたは電波の反射物となる物体の電波特性を変化させてもよい。また複数のアンテナを用いたＭＩＭＯ  （Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）送信を行ってもよい。更に、伝送媒体として、電波以外の媒体を用いることも可能であり、その場合も電波の場合と同様に、指向性等の制御が可能である。例えば音波通信または可視光通信は、スピーカ・発光器具の形状や周波数によって、指向性が大きく変化する。いずれの媒体を用いても各実施形態は実現可能である。
【０１１９】
なお、ノードは無線通信手段の他、有線通信手段を備えていてもよい。また、複数の周波数帯に対応した複数のアンテナをもち、複数のアンテナを同時に用いて、または切り換えて、無線通信を行ってもよい。また、送信先となるノードに応じて、無線通信手段および有線通信手段を切り換えてもよい。また、送信先となるノードに応じて、使用するアンテナを切り換えてもよい。送信先となる複数のノードの周波数帯が異なる場合、周波数帯が異なる複数のアンテナを用いて、同時にフレームを送信してもよい。
【０１２０】
フレーム内の任意のフィールドに設定するメッセージ（例えば送信元ＩＤフィールド、第１および第２宛先ＩＤフィールドおよびデータフィールド）を暗号化する場合には、２つのノードのペア毎に設定される個別鍵を用いてもよい。これにより、他のノードがフレームを受信しても、フレームのメッセージを復号できないため、実質的にユニキャストと同様の通信が実現できる。この際、自ノードに対し２つ以上の宛先が存在する場合は、それぞれとの間で同じ個別鍵を用いてもよい。
【０１２１】
ＴＤＭＡ（時分割方式）で通信を行う場合、送信ノードと受信ノードが同じ時間スロットで送信処理と受信待機を行っていなければ、正しく通信を行うことができない。従って、例えば、時間スロットの割り当て方によって、通信できるノードの組をコントロールすることができる。複数の異なる周波数チャネルまたは帯域を使用する場合も同様に、使用する周波数チャネルの割り当て方によって、通信できるノードの組をコントロールすることができる。また、時間スロットの割当と周波数の割当とを組み合わせたＴＳＣＨ（Ｔｉｍｅ  Ｓｌｏｔｔｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｈｏｐｐｉｎｇ）という手法も存在し、当該手法を用いることもできる。
【０１２２】
ここまで主に電波を用いた無線を前提として説明してきたが、電波以外の無線通信、例えば音波や可視光を用いた通信手段にも適用できる。またＥｔｈｅｒｎｅｔ（ＴＭ）や同軸ケーブル、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの有線通信や、コンピュータプログラムなどの仮想空間においても本実施形態を実現できる。
【０１２３】
各実施形態で無線マルチホップネットワークの具体例として挙げた無線センサネットワークは、野外の大規模ネットワークから屋内の比較的小規模なネットワークまでのいずれのネットワークをも含む。当該ネットワークで使用されるセンサノードは、電池または環境発電を電源として動作し、温度、湿度、加速度、赤外線（人感センサ）、照度、色、重さ、歪み、音など、様々なデータをセンサで計測する。計測されたセンサデータは無線通信、有線通信、またはその他の通信手段を用いて、一旦集約装置（コンセントレータ）へと集約されることが多い。センサデータの一部を無線通信、残りの一部を有線通信で送信する場合もあり得る。集約装置は、収集したセンサデータを保存するか、またはクラウドサーバなどの上位システムへと送る。ネットワークの形態によっては、集約装置を介さずに、センサデータを直接クラウドサーバ等へ送信することもありうる。
【０１２４】
センサデータは、ネットワークに組み込まれたアクチュエータまたは表示装置またはこれらの両方によって、現実世界へとフィードバックされることもある。センサデータを、人間の動線や、災害予知、橋や道路、トンネルなどインフラ設備の老朽化の分析、天気予報などに使用することもできる。
【０１２５】
また集約装置または上位システムまたはこれらの両方から、センサノードへデータを送信することもでき、最適経路情報、時間スロットの割当情報、およびセンシング周期指令などが、やりとりされることがある。この場合、センサノードは、最適経路情報に基づいて第１宛先および第２宛先等を決定し、自端末の時間スロットを決定し、センサのセンシング時刻等を把握する。
【０１２６】
ネットワークには、センサノードの他、センサを搭載しない中継用のノードや、コンセントレータとは別に、パケットをスニッフしてデータを記録・保管するバックアップノード等を含めてもよい。また、本実施形態は無線センサネットワークのみならず、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ  （Ｒ）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ  （Ｒ）、ＺｉｇＢｅｅ（Ｒ）、ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４  （Ｒ）などの無線通信技術を用いて構築されるあらゆる無線ネットワークに適用できることはいうまでもない。
【０１２７】
本実施形態で用いられる用語は、広く解釈されるべきである。例えば用語“プロセッサ”は、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシンなどを包含してもよい。状況によって、“プロセッサ”は、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路  （ＰＬＤ）などを指してもよい。“プロセッサ”は、複数のマイクロプロセッサのような処理装置の組み合わせ、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、ＤＳＰコアと協働する１つ以上のマイクロプロセッサを指してもよい。  
【０１２８】
別の例として、用語“メモリ”は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を包含してもよい。“メモリ”は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、フラッシュメモリ、磁気または光学データストレージを指してもよく、これらはプロセッサによって読み出し可能である。プロセッサがメモリに対して情報を読み出しまたは書き込みまたはこれらの両方を行うならば、メモリはプロセッサと電気的に通信すると言うことができる。メモリは、プロセッサに統合されてもよく、この場合も、メモリは、プロセッサと電気的に通信していると言うことができる。
【０１２９】
また、用語“ストレージ”は、磁気技術、光学技術、または不揮発性メモリを利用して、永久的にデータを記憶できるに任意の装置を包含してもよい。例えば、ストレージは、ＨＤＤ、光学ディスク、ＳＳＤ等でもよい。
【０１３０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１１０：無線通信機
１２０：コンセントレータ
１２１：サブコンセントレータ
３０１：無線通信部
３０２：受信フレーム解析部
３０３：転送データ選択部
３０４：データベース
３０５：送信宛先決定部
３０６：計測情報取得部
３０７：送信フレーム作成部
３１１：宛先解析部
３１２：データ解析部
３５１、４５１：プロセッサ
３５２、４５２：メモリ
３５３、４５３：ストレージ
３５４、４５４：ネットワークインタフェース
３５５、４５５：センサ
３５６、４５６：バス
【図１】
0006470151.tif 000002
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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