(57)【要約】【課題】周辺端末の転送情報若しくはアドレスの変更、又は代替経路の情報を保持するなどの処理を行うことなく、転送経路又はネットワーク構成の変更を可能とする無線端末及び無線通信システムを得る。【解決手段】少なくとも自無線端末を識別する情報及び自無線端末と通信可能な無線端末を識別する情報を含む隣接端末情報を同報送信する送信制御手段と、自無線端末以外の前記無線端末から、該無線端末の隣接端末情報を受信する受信制御手段とを備え、前記受信制御手段は、受信した前記隣接端末情報と自無線端末の前記隣接端末情報とに基づき、ペア端末又は組端末を選択し、該ペア端末又は組端末、及び自無線端末とそれぞれ通信可能な無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得するものである。【選択図】図１
2008193407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信情報を送受信する機能を有する複数の無線端末により構成され、転送処理用アドレスに基いて前記複数の無線端末間で通信情報を中継する無線通信システムに用いられる無線端末であって、
少なくとも自無線端末を識別する情報及び自無線端末と通信可能な無線端末を識別する情報を含む隣接端末情報を同報送信する送信制御手段と、
自無線端末以外の前記無線端末から、該無線端末の隣接端末情報を受信する受信制御手段とを備え、
前記受信制御手段は、
受信した前記隣接端末情報と自無線端末の前記隣接端末情報とに基づき、自無線端末と通信可能な無線端末のうち、任意の端末であるペア端末又は任意の複数の無線端末である組端末を選択し、該ペア端末又は組端末、及び自無線端末とそれぞれ通信可能な無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得することを特徴とする無線端末。
【請求項２】
前記送信制御手段は、
前記隣接端末情報に前記ペア端末又は前記組端末を識別する情報を含めて同報送信し、
前記受信制御手段は、
自無線端末以外の前記無線端末から、当該無線端末のペア端末又は組端末を識別する情報を含む隣接端末情報を受信し、受信した該隣接端末情報に基づき、当該無線端末のペア端末又は組端末、及び当該無線端末と、自無線端末のペア端末又は組端末、及び自無線端末とがそれぞれ通信可能か否かを判断し、通信可能と判断したとき、当該無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得することを特徴とする請求項１記載の無線端末。
【請求項３】
前記受信制御手段は、
所定の条件に応じて、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、前記ペア端末又は前記組端末の何れかの転送処理用アドレスに変更することを特徴とする請求項１又は２記載の無線端末。
【請求項４】
前記送信制御手段は、
所定の条件に応じて、前記ペア端末又は前記組端末に対してアドレス交換要求信号を送信し、
アドレス交換要求信号が前記受信制御手段により受信されたとき、所定の条件に応じて、前記ペア端末又は前記組端末に対してアドレス交換許諾信号を送信することを特徴とする請求項３記載の無線端末。
【請求項５】
前記受信制御手段は、
前記ペア端末又は前記組端末の何れかからアドレス交換許諾信号を受信したとき、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、前記アドレス交換許諾信号を送信した無線端末の転送処理用アドレスに変更することを特徴とする請求項３又は４記載の無線端末。
【請求項６】
前記受信制御手段は、
自無線端末の前記転送処理用アドレスを変更する際、変更前の前記転送処理用アドレスの情報を保持し、受信した通信情報の宛先が、前記転送処理用アドレスの変更前における自無線端末の転送処理用アドレスのとき、当該通信情報を受信し、
前記送信制御手段は、
受信された通信情報の宛先が、前記転送処理用アドレスの変更後における自無線端末の転送処理用アドレスのとき、前記転送処理用アドレスの変更前における自無線端末の転送処理用アドレスに、当該通信情報を送信することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の無線端末。
【請求項７】
前記送信制御手段は、
受信された通信情報の宛先が、前記転送処理用アドレスの変更前及び変更後における自無線端末の転送処理用アドレス以外のとき、変更前の転送処理用アドレスを送信元として、当該通信情報を送信することを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載の無線端末。
【請求項８】
前記送信制御手段は、
前記ペア端末又は前記組端末に対して、定期的に所定の情報を送信し、
前記受信制御手段は、
一定期間、前記ペア端末又は前記組端末から前記所定の情報を受信しないとき、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、当該ペア端末又は組端末の転送処理用アドレスに変更することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の無線端末。
【請求項９】
前記受信制御手段は、
受信した前記隣接端末情報と自無線端末の前記隣接端末情報とに基づき、自無線端末と通信可能な無線端末の隣接端末情報と、自無線端末の隣接端末情報とに含まれる無線端末数に対する、両隣接端末情報に共通する無線端末数の比である重複率を求め、該重複率に応じて、自無線端末の前記ペア端末又は前記組端末を選択することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の無線端末。
【請求項１０】
前記受信制御手段は、
受信した隣接端末情報又は通信情報の受信強度に基づき、自無線端末の前記ペア端末又は前記組端末を選択することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の無線端末。
【請求項１１】
前記受信制御手段は、
前記ペア端末又は前記組端末を選択する際、所定の条件に基づき、自無線端末が、前記複数の無線端末間で通信情報を中継する無線端末であるルータ又は、前記複数の無線端末間で通信情報を中継しない無線端末であるエンドの何れの動作を行うか選択し、
自無線端末が前記ルータとして動作するとき、自無線端末の前記ペア端末又は組端末、及び自無線端末とそれぞれ通信可能な無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得し、
自無線端末が前記エンドとして動作するとき、前記ペア端末又は組端末を送信先とする転送処理用アドレスを取得することを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の無線端末。
【請求項１２】
前記複数の無線端末は、ツリー構造に基づくトポロジのネットワークを形成し、
前記受信制御手段は、
自無線端末が前記ルータとして動作する場合、自無線端末に接続するルータが親端末のみであり、且つ、子端末が前記ペア端末又は組端末のみであるか否かを判断し、当該条件を満たすとき、自無線端末が前記エンドとして動作する転送処理用アドレスを取得することを特徴とする請求項１１記載の無線端末。
【請求項１３】
前記受信制御手段は、
前記転送処理用アドレスを複数保持し、
自無線端末が宛先又は送信元となる前記通信情報の送受信に用いる転送処理用アドレスであるエンドアドレスと、自無線端末宛でない前記通信情報の中継に用いる転送処理用アドレスであるルータアドレスとで異なる転送処理用アドレスを用いることを特徴とする請求項１〜１２に記載の無線端末。
【請求項１４】
前記送信制御手段は、
所定の条件に応じて、前記ルータアドレスの情報を、前記ペア端末又は前記組端末に送信し、
前記受信制御手段は、
自無線端末の前記ペア端末又は前記組端末から、前記ルータアドレスの情報を受信し、所定の条件に応じて、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、前記ルータアドレスに変更することを特徴とする請求項１３記載の無線端末。
【請求項１５】
前記送信制御手段は、
前記ペア端末又は前記組端末に対して、定期的に所定の情報を送信し、
前記受信制御手段は、
一定期間、前記ペア端末又は前記組端末から前記所定の情報を受信しないとき、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、前記ルータアドレスに変更することを特徴とする請求項１３又は１４記載の無線端末。
【請求項１６】
前記受信制御手段は、
受信した前記ルータアドレスを保持し、
前記ペア端末又は前記組端末の故障を検出したとき、自無線端末の前記転送処理用アドレスを、前記ルータアドレスに変更することを特徴とする請求項１５記載の無線端末。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れかに記載の無線端末を複数備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１８】
請求項１〜１２の何れかに記載の無線端末を複数備え、
各無線端末の転送処理用アドレスを定期的に変更することによって、各無線端末の消費電力の均等化を実現することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１９】
請求項１〜１２の何れかに記載の無線端末を複数備え、
前記無線端末の故障又は通信経路の切断に対して、当該無線端末の前記ペア端末又は組端末の転送処理用アドレスを変更することによって、転送経路の変更を実現することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２０】
請求項１３〜１６の何れかに記載の無線端末を複数備え、
各無線端末のルータアドレスを定期的に変更することによって、各無線端末の消費電力の均等化を実現することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２１】
請求項１３〜１６の何れかに記載の無線端末を複数備え、
前記無線端末の故障又は通信経路の切断に対して、当該無線端末の前記ペア端末又は組端末のルータアドレスを変更することによって、転送経路の変更を実現することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２２】
請求項１〜１６の何れかに記載の複数の無線端末と、
前記複数の無線端末と所定の情報を送受信する演算装置とを備え、
前記演算装置は、
前記複数の無線端末から送信された前記隣接端末情報を受信し、少なくとも受信した前記隣接端末情報に基づき、各無線端末に対する前記ペア端末又は前記組端末を選択し、選択した前記ペア端末又は前記組端末に関する情報を前記無線端末に送信し、
前記無線端末は、
受信した前記ペア端末又は前記組端末に関する情報に基づき、前記転送処理用アドレスを取得することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２３】
前記演算装置は、
前記無線端末から受信した受信信号に基づき、各無線端末間の距離を推定し、該無線端末間の距離と前記隣接端末情報とに基づき、各無線端末に対する前記ペア端末又は前記組端末を選択することを特徴とする請求項２２記載の無線通信システム。
【請求項２４】
請求項１〜１６の何れかに記載の無線端末を複数備え、
前記複数の無線端末のうち、特定の無線端末は、
自無線端末以外の無線端末から送信された前記隣接端末情報を受信し、少なくとも受信した前記隣接端末情報に基づき、各無線端末に対する前記ペア端末又は前記組端末を選択し、選択した前記ペア端末又は前記組端末に関する情報を前記無線端末に送信し、
前記無線端末は、
受信した前記ペア端末又は前記組端末に関する情報に基づき、前記転送処理用アドレスを取得することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２５】
前記特定の無線端末は、
自無線端末以外の無線端末から受信した受信信号に基づき、各無線端末間の距離を推定し、該無線端末間の距離と前記隣接端末情報とに基づき、各無線端末に対する前記ペア端末又は前記組端末を選択することを特徴とする請求項２４記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末及び無線通信システムに関し、特に、転送経路の変更に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有線・無線を問わず、ネットワークシステムでは端末を物理的に特定するアドレス（以下、「物理アドレス」という）とは別に、主に転送のために状況に応じて変更可能なアドレスを用いる技術が多数存在している。これらのシステムでは端末がネットワークに加入する時点で何らかの手段（例えば、ＤＨＣＰ： Dynamic Host Configuration Protocol）によってアドレスが割り当てられ、基本的には当該端末がネットワークから離脱するまでは同一のアドレスを用いる。そして各端末は割り当てられたアドレスによって、通信可能な周辺の他の端末（以下、「周辺端末」ともいう）とパケットを転送するために必要な情報を交換し、割り当てられたアドレス（以下、単に「アドレス」という）を用いて実際の転送を行う。このように、物理アドレスとは無関係なアドレスを用いることで、ネットワークの構造に応じたアドレスの割り当てを行うことが可能となり、ルーティングテーブルなどパケット転送用の情報量を圧縮することができる。例えばインターネットでは、同一の端末を経由して外部に接続する複数の端末のアドレスの上位ビットを同一にすることで、複数の端末をあたかも１つであるかのように処理することが可能となっている。
【０００３】
また、ZigBee（Koninklijke Philips Electronics N.V.の登録商標である）においては、コーディネータを頂点とした木構造（以下、「ツリー」ともいう）を形成するが、この際に割り当てられるアドレスは木構造に基づいて計算された上で割り当てが行われる。この結果、自身のアドレスと各端末が共有している木全体の特性を示すパラメータを用いることで、周辺端末と情報を交換することなく、自身に接続している複数の端末の中から、データを転送する端末を選択することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、無線ネットワークにおいては、離れた２端末間の通信を、他の端末を中継することで実現するマルチホップネットワークが存在する。このような無線マルチホップネットワークにおいては、無線リンクの頻繁な切断に伴いネットワークの構成は頻繁に変化する。また、端末の密度が高い場合にはネットワークを構成する全ての端末が他のノード間の通信を中継する必要はない。従って、一部の端末が中継処理を行い、他の端末は自身に関係した通信以外は行わないようにネットワークを構成する手法がある。
【０００５】
また、通信が切断される事態に備えて、予め代替経路を発見しておいて、速やかな経路切替を実現する通信システムとして、例えば「データ通信要求１０の際に該当する経路が設定されていなければ、経路発見プロセス２０は経路を発見して設定する。リンク状態管理プロセス４０は、経路発見プロセス２０によって設定された経路上のリンク３０の状態を監視して、各無線端末の経路テーブルにおけるリンク状態を更新する。代替経路発見プロセス５０は、リンク品質が悪化した際に代替経路の候補を設定する。経路切替プロセス６０は、代替経路の候補を正規の経路として切り替える。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８２２７０号公報（要約）
【非特許文献１】ZigBee Specification, ZigBee Alliance, 2005 (p222-225)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような、端末がネットワークに加入する時点で何らかの手段（例えば、ＤＨＣＰ）によってアドレスが割り当てられる従来の方式では、ネットワークの構成に変更が生じた場合には、周辺端末の転送情報を変更する必要が生じる。さらに、アドレスを集約していた場合には、これを解除し、個々の端末ごとに転送情報を管理するように変更する必要が生じる。また、ZigBeeのようにネットワーク構造とアドレスとが密接に関係し、周辺端末が転送情報を持たない場合には、アドレスそのものを変更する必要が生じる。
【０００８】
また、無線マルチホップネットワークにおいて、一部の端末が中継処理を行い、他の端末は自身に関係した通信以外は行わないようにネットワークを構成する場合、中継処理を行うためには受信機の電源を入れておく必要があるため、中継処理を行う端末の消費電力は中継処理を行わない端末と比較して大きくなる。このような場合、消費電力を均等化するためには、中継処理を行う端末と行わない端末とを随時切り替えることによって、双方の端末の消費電力を均等化することでき、これによりネットワーク全体の寿命を延ばすことが考えられるが、既存の方式では、中継処理を行う端末の変更は多くの周辺端末の転送情報を変更する必要が生じる。
【０００９】
このような、アドレスの変更処理は変更前後の端末が同一であることを確認する必要があるために、アドレス変更は当該端末にデータを送信する可能性のある全ての端末（多くの場合はネットワークに参加する全ての端末）に対して通知される必要がある。また、アドレスの再利用・旧アドレス宛の残存パケットの処理などの検討も必要となり、アドレス変更は計算資源、通信資源を大量に必要とする、という問題点があった。
【００１０】
アドレスの変更を伴わない解決策としては、例えば、特許文献１では、事前に設定した宛先と転送先の組み合わせだけでは安定した通信を確保できないために、通常の転送経路とは別の代替経路を事前に設定しておき、通常の経路が何らかの原因で使えない場合には代替経路を用いる方式が提案されている。しかし、このような方式は周辺の多くの端末に代替経路を記憶させる必要があるために、各端末が保持すべきデータ量が増大し、大規模なネットワークにおいては適応が困難である。
【００１１】
したがって、周辺端末の転送情報若しくはアドレスの変更、又は代替経路の情報を保持するなどの処理を行うことなく、転送経路又はネットワーク構成の変更を可能とする無線端末及び無線通信システムが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る無線端末は、通信情報を送受信する機能を有する複数の無線端末により構成され、転送処理用アドレスに基いて前記複数の無線端末間で通信情報を中継する無線通信システムに用いられる無線端末であって、少なくとも自無線端末を識別する情報及び自無線端末と通信可能な無線端末を識別する情報を含む隣接端末情報を同報送信する送信制御手段と、自無線端末以外の前記無線端末から、該無線端末の隣接端末情報を受信する受信制御手段とを備え、前記受信制御手段は、受信した前記隣接端末情報と自無線端末の前記隣接端末情報とに基づき、自無線端末と通信可能な無線端末のうち、任意の端末（以下、「ペア端末」と称する）又は任意の複数の無線端末（以下、「組端末」と称する）を選択し、該ペア端末又は組端末、及び自無線端末とそれぞれ通信可能な無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得するものである。
【００１３】
また、本発明に係る無線通信システムは、上記無線端末を複数備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、受信した隣接端末情報と自無線端末の隣接端末情報とに基づき、自無線端末と通信可能な無線端末のうち、ペア端末又は組端末を選択し、当該ペア端末又は組端末、及び自無線端末とそれぞれ通信可能な無線端末を転送先とする転送処理用アドレスを取得するすることにより、周辺端末の転送情報若しくはアドレスの変更、又は代替経路の情報を保持するなどの処理を行うことなく、転送経路又はネットワーク構成を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。図に示すように、無線通信システムは、通信情報を送受信する機能を有する複数の無線端末１０１により構成され、無線端末１０１がネットワークに参加する際に転送処理用アドレスが割り当てられ、この転送処理用アドレスに基いて複数の無線端末１０１間で通信情報を中継するものである。図１において、無線端末１０１間を結ぶ実線及び点線は、この実線及び点線で結ばれた２つの無線端末１０１が互いに通信可能であることを示しており、実線はパケットの転送に用いられている経路を示し、点線はパケットの転送に用いられていない経路を示している。さらに、無線端末１０１の中に示した数字は、ネットワーク構成時にパケットを転送するために割り当てられた転送処理用アドレス（以下、単に「アドレス」という）を示し、無線端末１０１の中に示したアルファベットは、各無線端末１０１を物理的に特定する不変のアドレス（以下、「物理アドレス」という）を示している（以下、無線通信システムの構成を示す図において同様である）。
尚、以下の説明において、複数の無線端末１０１のうち、アドレスを用いて無線端末１０１を識別するときは、端末（アドレス）で示す。例えば無線端末１０１のアドレスが１のとき、「端末１」という。また、複数の無線端末１０１のうち、物理アドレスを用いて無線端末１０１を識別するときは、端末（物理アドレス）で示す。例えば無線端末１０１の物理アドレスがＡのとき、「端末Ａ」という。また、特に識別しないときは、単に「端末」という。
【００１６】
図２は実施の形態１に係る無線端末の構成を示す図である。図２に示すように、無線端末１０１は、アンテナ２０１と、受信回路２０２と、送信回路２０３と、受信データ処理部２０４と、送信データ生成部２０５と、隣接端末管理部２０６とにより構成されている。尚、受信回路２０２及び受信データ処理部２０４は、本発明の受信制御手段に相当し、送信回路２０３及び送信データ生成部２０５は、本発明の送信制御手段に相当する。また、隣接端末管理部２０６の動作（後述）を受信データ処理部２０４又は送信データ生成部２０５が行い、隣接端末管理部２０６を設けない構成としても良い。
【００１７】
アンテナ２０１は、無線信号を送受信するためのアンテナである。受信回路２０２は、アンテナ２０１から入力された無線信号を処理し、デジタル情報に変換し、受信データとして受信データ処理部２０４へ送る。受信データ処理部２０４は、受信回路２０２から受け取った受信データに必要な処理を行った後、隣接端末管理部２０６に必要なデータ（隣接端末に関する情報）を送る。また、受信データが自端末宛のデータ通信信号（パケット）の場合には、受信処理を行う。また、受信データがその他の端末宛のデータ通信信号（パケット）の場合には、当該パケットの転送を行うため、隣接端末管理部２０６に転送先の問い合わせを行う。さらに、受信データが周辺端末から送信された全端末宛の信号の場合には、受信した当該信号の情報を隣接端末管理部２０６に伝える。このようにして得られた隣接端末管理部２０６からの情報を用いて転送先を決定し、転送データとして送信データ生成部２０５へ送る。尚、転送動作の詳細は後述する。
【００１８】
送信データ生成部２０５は、隣接端末管理部２０６から得られる隣接端末の情報（後述）を利用して、自端末で生成されたデータに必要な制御情報を加えて送信用信号を作成する。さらに、受信データ処理部２０４から受け取った転送データから送信用信号を作成する。送信回路２０３は、送信データ生成部２０５で生成された送信用信号を無線信号に変換しアンテナ２０１へ出力する。
【００１９】
隣接端末管理部２０６は、隣接端末リスト（後述）等の情報を格納する記憶手段を有し、受信データ処理部２０４から受け取ったデータを用いて自端末と直接通信を行うことができる端末のリスト（以下、「隣接端末リスト」という）を作成する。必要に応じてアドレスと物理アドレスの対応を管理する。また、受信データ処理部２０４からの転送先の問い合わせに対して、転送先を指示する。例えば、宛先が隣接端末リストに含まれる場合には、転送先として宛先自体を返答し、宛先が隣接端末リストに含まれない場合には、当該隣接端末管理部２０６に含まれるルーティングプロトコルに従った回答を行う。必要に応じて、隣接端末への問い合わせを行うためにルーティングパケットを送信する。さらに隣接端末管理部２０６は、周辺の端末から得られた情報を収集し、ペア（後述）の決定、パケットの中継先の決定を行う。
【００２０】
尚、受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５、隣接端末管理部２０６は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）等に各部の機能を実現するプログラムを格納しておき、マイコンやＣＰＵ等がそのプログラムを読み込んで、プログラムの指示に従って各部の機能を実現しても良いし、例えば回路ディバイスのようなハードウェアを用いて各部の機能を実現しても良い。
【００２１】
このような構成による本実施の形態における動作を以下に説明する。尚、以下、ZigBeeにおけるクラスタツリールーティングを用いて本実施の形態における動作を説明するが、本発明はこれに限るものではなく、任意のアドレス割り当て方式で良い。本発明は、複数の端末からなり、個々の端末を識別する符号を用いて転送処理を行う無線ネットワークにおいて適応可能である。
【００２２】
ZigBeeにおけるクラスタツリールーティングが、通常のＩＰネットワークと大きく異なる点は、通常のネットワークはＯＳＩ参照モデルの３層、すなわちルーティングでは宛先の指定にＩＰアドレスという物理アドレスと異なるアドレスを用い、ＯＳＩ参照モデルの２層、すなわちデータリンク層では宛先にＭＡＣアドレスという物理デバイスに固有のアドレスを用いるのに対し、ZigBeeネットワークではネットワーク層の宛先に用いるアドレスをデータリンク層の宛先指定にも利用する点である。ZigBeeにおいてはネットワーク内に１台コーディネータと呼ばれる端末が存在し、この端末は自身でアドレスを生成しネットワークを作成する。他の端末は直接通信可能な他の端末と通信を行うことでネットワークに参加し、アドレスを取得する。この際、ネットワーク参加時に直接通信を行った端末を「親」、自端末を「子」とする親子関係が作成される。
【００２３】
本実施の形態における無線端末１０１の隣接端末管理部２０６には、上述した受信データ処理部２０４から受け取ったデータを用いて、自端末が通信可能な端末のアドレスが、親、子、その他（転送に用いない）に分類されて保存される。
以下、図１を用いて例を述べる。端末Ａは、コーディネータであるためにネットワークを開始した時点でアドレス「０」を自身で割り当てて使用する。次に、端末Ｂは、端末Ａに接続し、ネットワークに参加する。この際に端末Ａが端末Ｂにアドレス「１」を割り当てる。端末Ｃ〜端末Ｋも同様にしてネットワークに参加し、アドレスの割り当てを受ける。アドレスの割り当てを受けた後、周辺の端末から信号を受信すると隣接端末管理部２０６の情報を更新する。例えば端末Ｋでは、親が「Ａ」、子が「Ｃ，Ｊ」、その他が「Ｂ，Ｆ，Ｇ」となる。
【００２４】
ZigBeeでは、原則として親子関係を用いてパケットの転送を行うこととなっている。例えば端末Ｋと端末Ｇとは直接通信可能であるが、端末Ａ，Ｂを中継し、端末Ｋ→端末Ａ→端末Ｂ→端末Ｇと転送される。これはZigBeeでは、アドレス割り当て時にアドレスから端末の親子関係を計算できるようになっており、自身と宛先のアドレス以外の情報を用いることなく転送先アドレスを決定することが可能となっている。すなわち、端末Ｋから端末Ｇに対してパケットの転送を行う場合は、端末Ｋにおいては、宛先アドレスが「１２」であるという情報と自身のアドレスが「２３」であるという情報だけから転送先アドレスが「０」であることが計算できる（この計算を隣接端末管理部２０６で行う）。このような転送方式を用いるために、親子関係を形成していないリンク（図１の点線で示すリンク）は原則として用いられない。ここまではZigBeeの通常の動作である。
【００２５】
図３は実施の形態１に係る情報管理テーブルの構成とデータ例を示す図である。図３のデータ例は、端末Ｆの隣接端末管理部２０６に収集された情報を示している。図４は実施の形態１に係るツリー再構成を説明する図、図５は実施の形態１に係るツリー縮退を説明する図、図６及び図７は実施の形態１に係るアドレス交換によるルータ交代を説明する図である。
【００２６】
以下、本実施の形態１における無線端末１０１の動作について図１のネットワーク構成を例に、図３〜図７を参照しながら、（１）ペアの作成、（２）ツリー再構成、（３）ツリー縮退、（４）アドレス交換によるルータ交代、に分けて説明する。
尚、図４〜図７において、無線端末１０１間を結ぶ太線は、パケットの転送に用いられる経路であり、且つ結ばれた２つの無線端末１０１が「ペア」であることを示す（以下、無線通信システムの構成を示す図において同様である）。ここで、「ペア」とは、中継を行う必要のある無線端末１０１（以下、「ルータ」という）、及び中継を行う必要のない無線端末１０１（以下、「エンド」という）各１台からなり、ルータが行うパケットの中継をエンドが完全に代替することが可能となっている２つの無線端末１０１間に結ばれる関係であると定義する。すなわち、エンドはペアとなっているルータがパケット転送に用いているリンク（図中の実線）で結ばれている無線端末１０１すべてと直接通信が可能な端末である。
【００２７】
（１）ペアの作成
上述したようなネットワークを構成する際、端末間でやり取りされる信号には自端末の物理アドレスの情報を含め、隣接端末管理部２０６は受信した信号に含まれる物理アドレスの情報を収集する。これにより自端末と通信可能な端末の物理アドレスの情報が収集される。例えば端末Ｆの場合は、図３（ａ）に示すように、端末Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｋの物理アドレスが隣接端末情報として収集される。
ネットワークが構成されると、各端末は自端末の隣接端末管理部２０６に集められた隣接端末情報を、周辺の全端末宛に送信（同報送信）する。この隣接端末情報を受信した端末は、図３（ｂ）に示すように、隣接端末情報を送信した端末の物理アドレスの情報と、隣接端末情報を送信した端末の隣接端末の物理アドレスの情報とを記録し、以下の動作により、ペアの決定を行う。
【００２８】
以下にペア決定方法の一例を説明するが、以下の方法が唯一の方法ではなく周辺の端末から特定の端末を選出する任意の手法を用いることが可能である。
まず、各端末はそれぞれ自端末の隣接端末管理部２０６に記録された自端末の隣接端末情報と、隣接端末から受信した隣接端末情報とを比較し、以下の（式１）により求まる重複率を全ての隣接端末について求める。
【００２９】
（重複する端末数）／（自端末の隣接端末数＋隣接端末情報に含まれる端末数−重複する端末数）＝重複率  …（式１）
【００３０】
ここで、「重複する端末数」は、隣接端末情報に含まれる端末のうち、自端末の隣接端末にも含まれる端末数である。尚、この計算により求まる重複率の値は、隣接端末情報が各端末間で完全にやり取りされた場合には、特定の端末間の重複率はどちらの端末で計算しても同一の値となる。図１における端末Ｆの例を図３を用いて以下に示す。
【００３１】
端末Ｆの隣接端末は（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｋ）の５つの端末である。
各端末から得られる隣接端末の物理アドレスの情報は以下である。尚、端末Ｆの隣接端末と重複した端末に＊を付記した。
端末Ｂ：Ａ，Ｃ*，Ｆ，Ｇ，Ｋ*，Ｊ
端末Ｃ：Ｂ*，Ｄ*，Ｅ*，Ｆ，Ｋ*
端末Ｄ：Ｃ*，Ｅ*，Ｆ
端末Ｅ：Ｃ*，Ｄ*，Ｆ
端末Ｋ：Ａ，Ｂ*，Ｃ*，Ｆ，Ｇ，Ｊ*
【００３２】
上記（式１）により、それぞれの重複率は、以下のようになる。
端末Ｂ：２／（５＋６−２）＝０．２２
端末Ｃ：４／（５＋５−４）＝０．６６
端末Ｄ：２／（５＋３−２）＝０．３３
端末Ｅ：２／（５＋３−２）＝０．３３
端末Ｋ：３／（５＋６−２）＝０．３８
【００３３】
次に、各端末は自端末の隣接端末のうち、上述の重複率が最も高い端末（この場合は端末Ｃ）に対して、ペア要求信号を送信する。ペア要求信号を受信した端末は、要求を受け入れるか否かを判断する。ここでの判断としては、例えば、既に他の端末とペア関係を結んでいる場合以外は受け入れると判断する場合や、重複率が一定値以下の場合は受け入れない、又は重複率が上位一定順位以下であれば受け入れないなどの判断を行う。
【００３４】
ペア要求を受け入れると判断した場合には、ペア要求信号を送信した端末に対して受け入れ信号を送り、ペア関係を確立する。また、ペア関係を形成する際には、後述するツリー再構成時には、ペアの内、一方の端末がルータとなり、他方の端末はエンドとなる。いずれの端末がどちらになるのかも、ペアを確立する時点で決める。以下それぞれを「仮ルータ」、「仮エンド」という。
尚、周辺にペア端末となる適切な端末が存在しなかった場合、又は周辺の端末が全て他の端末とペアを構成し、取り残された場合などにはペア関係を形成できない端末が出る可能性がある。このような端末（以下、「孤立端末」という）は、後述するようにツリー再構成時には他の端末とは異なる動作をする。
【００３５】
ペア関係が確立した後、各端末は再び隣接端末情報を周辺の全端末宛に送信（同報送信）する。この際に、隣接端末情報のうち、ペアとなる端末の物理アドレスの情報には特別な識別符号を付記し、ペア関係を周辺の端末に通知する。この隣接端末情報を受信した端末は、隣接端末管理部２０６に記録された、以前の隣接端末情報を更新し、図３に示すように、ペア関係にある端末に関する物理アドレスの情報を追加する。
【００３６】
（２）ツリー再構成
全ての端末間で情報がやり取りされ、ペア関係の確立に十分な時間を経た後、コーディネータ（図４の例では端末Ａ）は、全端末に対してネットワーク再構成の指示を送る。ネットワーク再構成の指示を受信した端末は自端末の子となる端末すべてにネットワーク再構成の指示を送る。この処理によって全ての端末はネットワークから一旦離脱し、再度ネットワークに参加する手順をとる。
この際、上述の動作により仮エンドとなった端末は、強制的にペア相手に接続し、ペア相手の子となり、ペア相手以外の端末とは接続せずにエンドとなる。また、上述の動作により仮ルータとなった端末は、自端末の周辺端末の内、ルータとなった周辺端末の中から以下の３つの条件を満たすか否かを隣接端末管理部２０６に記録された情報から判断し、条件を満たす周辺のルータの中から、接続するルータ端末を選択して接続する。但し、接続する周辺端末がコーディネータであった場合は条件１のみで判断を行う。また、自端末が孤立端末であった場合には、条件２のみで判断を行う。
これにより、ルータとなった端末は、周辺の端末に対して、自端末がルータとなった旨の通知を行う。
【００３７】
（条件１）自端末のペア相手と周辺端末とが直接通信可能
（条件２）自端末と周辺端末のペア相手とが直接通信可能
（条件３）自端末のペア相手と周辺端末のペア相手とが直接通信可能
【００３８】
図４に示すように、前述したペアが端末Ｂ−Ｋ，端末Ｃ−Ｆ，端末Ｄ−Ｅ，端末Ｇ−Ｊ間に形成され、端末Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｇが仮ルータ、端末Ｋ，Ｆ，Ｅ，Ｊが仮エンドとしてネットワークが構成されている。
端末Ｃの動作を例に取ると、周辺端末Ｂがルータであるという通知を受けると、端末Ｃは、（条件１）端末Ｆ−Ｂ間、（条件２）端末Ｃ−Ｋ間、（条件３）端末Ｆ−Ｋ間が直接通信可能であるか否かの判定を行う。この場合、条件１〜３の全ての通信が可能であるため、端末Ｃは端末Ｂに接続しルータとなる。
また、孤立端末である端末Ｈ，Ｉの動作を例に取ると、端末Ｈ，Ｉはルータである端末Ｇからの通知を受信すると、端末Ｇのペアである端末Ｊとの直接通信が可能であるか否かの判定、即ち、端末Ｈは（条件２）端末Ｈ−Ｊ間が直接通信可能であるか否か、端末Ｉは（条件２）端末Ｉ−Ｊ間が直接通信可能であるか否かの判定を行う。この場合、端末Ｈ，Ｉはそれぞれ端末Ｊと通信可能であるため、端末Ｈ，Ｉは端末Ｇに接続しエンドとなる。
【００３９】
（３）ツリー縮退
上述したツリー再構成を行った後、各ルータは自端末が以下の条件４，５を満たすか否かを隣接端末管理部２０６に記録された情報から判断し、条件を満たすルータはツリーの縮退を行う。当該ルータはルータとしての価値がないため、エンドに遷移する。
【００４０】
（条件４）自端末に接続するルータが親のみである。
（条件５）自端末に接続する子がペア相手のみである。
【００４１】
上記条件４，５を満たすルータはペア相手に対してペア関係の破棄を通知し、ネットワーク再構成を要求する。そして自らは現在接続しているルータ以外のルータ端末の中から、上述した条件２を満たすルータが存在するか否かを判断し、条件２を満たすルータが存在する場合には、当該ルータを選択する。選択したルータが現在接続しているルータと異なる場合には、接続しているルータに対してネットワーク再構成の通知を行い、新たに選択したルータに接続する。
ペア関係の破棄を通知されたエンド端末は、周辺の別のルータに接続する。この際の条件は上述の条件２である。
【００４２】
図５は図４に示すツリー構成の縮退後の構成を示している。図４に示したように、端末Ｄが接続しているルータは親となる端末Ｃのみであり、子となる端末はペア相手の端末Ｅのみである。したがって、上述した条件４，５を満たし、端末Ｄはペア相手である端末Ｅにペア関係の破棄を通知してツリー縮退を要求する。ペア関係の破棄を通知されたエンドである端末Ｅは、周辺端末のルータのうち条件２を満たす端末Ｃに接続する。
このような動作により、図５に示すように、ツリー縮退を行った結果、端末Ｅは端末Ｃ（とそのペア端末Ｆ）に接続し、端末Ｄは以前と変化なく端末Ｃに接続することとなる。
図４において、他のルータは条件を満たさないためにツリー縮退を行わないが、仮に端末Ｄが再構成後、端末Ｃ以外のルータに接続した場合には、端末Ｄの縮退において端末Ｃも条件４，５を満たすために縮退を行うことになる。
【００４３】
このように全てのルータ端末が条件４，５を満たさなくなるまで、ツリー縮退を繰り返し実行する。ツリー縮退の実行によって中継を実施するルータ端末の数を減らすことができ、ネットワーク全体の消費電力の削減が可能となる。
また、ペアの解消及び接続ルータの再選択によって、各端末が接続可能なルータ候補を増大させることが可能となる。結果として、ネットワーク全体の規模、中継回数を小さくすることが可能となる。
【００４４】
（４）アドレス交換によるルータ交代
上述の手順を踏んで作成されたペア関係を含むツリーネットワークはペアとなる端末間で転送処理用のアドレスを入れ替える（以下、「アドレス交換」という）ことが可能となる。ここで、端末に通信及び中継すべきデータが残存している状況において端末のアドレスを変更すると問題が発生する可能性があるため、アドレス交換の実行は双方の端末の了解の下に行われる必要がある。このため、以下の手順１〜５により、アドレス交換を実行する。
【００４５】
（手順１）いずれかの端末においてアドレス交換を実行する必要（後述）が発生すると、アドレス交換要求信号を、ペア関係を結んだ他方の端末に送信する。
（手順２）アドレス交換要求信号を受信した端末は、自端末の状況、通信・転送すべき情報を踏まえて要求を受け入れるか否かを決定し、アドレス交換受諾信号又はアドレス交換拒否信号のいずれかを返信する。
（手順３）アドレス交換要求信号を送信した端末がルータ端末である場合には、アドレス交換要求信号を送信した後、アドレス交換受諾信号を受信するまでは、ルータ端末として動作する。即ち、ルータ端末としての動作を打ち切るのはアドレス交換受諾信号を受信した場合に限られる。
（手順４）アドレス交換要求信号を送信した端末がエンド端末である場合には、アドレス交換要求信号を送信した時点からルータ端末として動作する。即ち、アドレス交換拒否信号を受信した場合以外はルータ端末として動作する。
（手順５）アドレス交換受諾信号又はアドレス交換拒否信号のいずれかを一定時間以内に受信しなかった場合には、アドレス交換要求信号を再度送信する。
【００４６】
上述した交換動作を実行する必要が生じる要因としては、端末の電池残量、通信負荷、前回の交換動作からの経過時間、特定端末との通信途絶などにより判断する。尚、緊急時、異常時に交換を行う場合にはペア相手端末の承諾を得ずに交換実施信号を送信して交換を実行する。
【００４７】
このような手順により、アドレス交換を実行した各端末の転送処理の動作例を、以下の転送処理１〜３に示す。尚、本例において受信するパケットは、データリンク層の宛先が受信時点でのアドレスと一致するパケットであり、通常のネットワークシステムの動作と同一である。
【００４８】
（転送処理１）ネットワーク層の宛先（最終的なパケットの宛先）が自端末及びペア端末以外である場合。
隣接端末管理部２０６に転送先を問い合わせ、適切な転送先を得た後、通常の転送処理を行う。
（転送処理２）ネットワーク層の宛先がアドレス交換前のペア相手のアドレス、即ちアドレス交換後の自端末のアドレスである場合。
アドレス交換後のペア相手のアドレス、即ちアドレス交換前の自端末アドレスに対して中継を行う。
（転送処理３）ネットワーク層の宛先がアドレス交換前の自端末アドレス、即ちアドレス交換後のペア相手のアドレスである場合。
受信したデータをアプリケーション層に引き渡す通常の受信処理を行う。
【００４９】
また、アドレス交換動作中に、アプリケーション層から送信すべきパケットが引き渡された場合には、ネットワーク層の送信元アドレスは、アドレス交換前のアドレスを付与する。以降は上記転送処理１と同様の処理を行う。この処理のために、送信データ生成部２０５にはアドレス交換を行っているか否かを管理する機能と、アドレス交換前のアドレスを記録する機能を有する。
【００５０】
以上のように構成されたネットワークはアドレス交換によって、従来のネットワークと比較して以下の（ａ），（ｂ）のような特徴を有する。それぞれ例を挙げてその効果について説明する。
【００５１】
（ａ）ペア関係を結んだ２端末間の消費電力の均等化を実現する。
ペア関係にある２端末の一方はルータ、他方はエンドである。ルータは他端末間のパケットを中継する必要があるために、消費電力がエンドと比較して大きくなると考えられる。そこで、アドレス交換により、役割を入れ替えることによって消費電力の均等化を実現する。
【００５２】
図６及び図７は実施の形態１に係るアドレス交換によるルータ交代を説明する図である。図５に示した例では、端末Ｋは自端末に関係したパケット以外は送受信を行わない。一方、端末Ｂは端末Ａ，Ｋに関する全ての通信、及び端末Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆと端末Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ間の通信を中継する必要がある。従って、端末Ｋと端末Ｂとの消費電力には大きな差が生ずる。
そこで、図６に示すように、端末Ｂと端末Ｋとがアドレス交換を行うことによりネットワークが変化し、端末Ｋに負荷をかけることが可能となる。周期的にアドレス交換によるルータ交代を繰り返すことによって端末Ｂ，Ｋの消費電力を均等化することができ、ネットワークの稼働時間を延ばすことが可能となる。
また、図７に示すように、端末Ｂと端末Ｋとがアドレスを交換した後、さらに端末Ｃと端末Ｆとがアドレス交換を行った場合のように、複数のペアが同時にアドレス交換を行っても、ネットワークの接続性は維持される。
このように形成されたネットワークにおいては、あるペアがアドレス交換を行うか否かは周辺のペアには無関係に決定することが可能であり、一切の確認や通知を行う必要はない。
【００５３】
（ｂ）一方の端末が故障した際に他方の端末が中継機能を代替することによるネットワークの冗長性確保を実現する。
端末に故障が発生すると、当該端末を経由する通信が不可能となるために転送経路が変更となる。通常のネットワークにおいては、ルーティングテーブルの変更、ZigBeeのツリーネットワークにおいては関係する端末のアドレスの変更が必要となる。
従って、ペア関係にある端末間においてアドレス交換を実行することによって、ペア端末以外は一切の情報を変更することなく、ネットワーク全体が動作することが可能となる。また、ペア関係にある２端末のいずれが故障した場合であっても、他方の端末が中継機能を実行することで、ネットワーク全体に影響が及ぶことを抑えることが可能となり、安定したネットワークの構築を実現することができる。尚、この場合、ペア端末間で故障を検出するために、例えば定期的に信号のやり取りを行う。
【００５４】
図５の例では、端末Ｂが故障すると、端末Ａと端末Ｃ〜Ｋの通信全てが不可能となる。従来のZigBeeネットワークでは、一度端末Ｃ〜Ｋに割り当てたアドレスを破棄し、ネットワークを再構築するか、個々の端末と端末Ａとの間に独自に転送経路を設定する手法が存在するが、前者はアドレスの変更、後者は通信量の激増を招く。
本実施の形態１では、端末Ｋが端末Ｂの故障を検知すると、交換実施信号を端末Ｂへ送信し、端末Ｋが端末１宛のパケットの受信及び転送を行う。従って端末Ｃ〜Ｋはアドレスを変更する必要もなく、独自の迂回経路を設定する必要もない。尚、この動作は端末の故障時だけではなく、転送に用いていたリンクが障害物などによって切断された場合にも同様の動作を行い、ネットワーク全体に影響を及ぼすことなく通信経路を変更することが可能となる。このため隣接端末管理部２０６はペア端末のアドレスを常時保持する機能を持つ。
【００５５】
以上のように本実施の形態においては、ネットワークにおいてペア関係を形成して、この関係に基いてネットワークのツリー再構成及びツリー縮退を行い、アドレス交換によるルータ交代を実行して、パケットの転送処理をすることにより、ネットワークの構成を変更する際にアドレスの変更などに伴い発生していたオーバヘッドを発生させることなく、すなわち周辺の端末には転送情報若しくはアドレスの変更などの影響を及ぼさずに、端末間の消費電力の均等化、総消費電力の削減、端末の故障による通信途絶の回避を実現することが可能となる。
【００５６】
尚、上記説明では、ルーティングにZigBeeのツリーネットワークを用いた場合の動作を説明したが、これに限らず、ルーティングにZigBeeのツリーネットワークと異なるプロトコルを用いても良い。例えば、ＩＰネットワークなど、データリンク層のアドレスとネットワーク層のアドレスとが完全に異なるプロトコルを用いても良い。
【００５７】
また、上記説明では、各端末が周辺端末との通信に基づいて、各端末それぞれが分散的にペアの作成を行う場合を説明したが、これに限らず各端末の隣接端末情報を特定の端末又は別途設けた演算装置に集約して必要な演算を行い、各端末にペア関係を通知する集中処理を行うことも可能である。このような集中処理を行うことによって、より広範囲の情報を利用したペアの作成が可能となる。
上記必要な演算の例として、例えば端末間の重複率を求める方法がある。特定端末又は演算装置でペアの生成を行う場合には、各端末が得る重複率を比較し、全端末が得られる重複率を平準化するなどの処理が可能となる。
【００５８】
また、ペアの作成は、各端末の隣接端末情報を収集する際に受信信号の強度・無線信号の伝播遅延など、端末間の距離に応じて変動する数値を合わせて測定し、測定値に応じて最も自端末からの距離が短い端末を選択し、ペアを作成する構成を取ることも可能である。この場合、上述した特定端末又は演算装置よる集中処理との併用も可能である。
【００５９】
尚、上述したように本実施の形態において、形成されるツリーは通常のツリーと比較して満たす必要のある条件が多い。即ち、ルータ間の接続においては２つのペアからなる４つの端末のうち任意の２つの端末が直接通信できる必要がある（条件１〜３）。
従って、形成されたツリーは、経路が迂回している場合や、中継回数が増加する場合など、非効率な形態となっている可能性がある。そこで、ネットワーク再構成を行い、ペアを考慮したネットワークを構成した後、ペアの変更を行い、再度、ネットワーク再構成を行うことで、より効率的なツリーを形成する構成をとることができる。
【００６０】
また、上記説明では、ネットワークにおいて、ペア間のリンクについては常に利用するものとし、ペア関係にあるルータとエンドとはツリー上の親子関係にあるネットワークを構成する場合を説明したが、このような構成をとらず、ツリー再構成及び縮退後、ペアを構成するルータはペア相手のエンド端末に対してネットワーク再構成を要求し、エンド端末が上述した条件２を満たす任意のルータに接続する構成としても良い。このようなネットワーク再構成の例を図８及び図９により次に説明する。
【００６１】
図８及び図９は実施の形態１に係るネットワーク再構成を説明する図である。例えば、図５に示したようなツリー構成の後、上記ネットワーク再構成を行うと、図８に示すように、端末Ｋは端末Ｂの子ではなく、端末Ａの子（アドレスは４５）として接続することが可能である。このように動作することで、ネットワーク全体の規模の縮小、中継回数の減少などが可能となる。ただし、この場合にはアドレス交換動作の実行後、ペアを構成する端末宛のパケットに関して経路が冗長となる場合がある。図９に示すように、端末Ｂと端末Ｋとがアドレス交換を実行した後を例にとると、端末Ｂ宛のパケットはネットワーク層の宛先１として送信される。従ってパケットはアドレス交換後のアドレス１、すなわち端末Ｋに送られる。端末Ｋにおいて本来の宛先が端末Ｂであることが判明すると端末Ｂへ転送される。この転送においてツリー構造に従った転送を行うと端末Ｋ→端末Ａ→端末Ｂの順に転送される。従って各端末に、アドレス交換後のペア間パケット転送においては、ペア間のリンクを直接利用する機能を追加する。
【００６２】
尚、上述したように、本実施の形態において形成されるツリーは通常のツリーと比較して満たす必要のある条件が多いため、アドレス交換の有無によっては、より短い通信経路を利用することが可能である。このような例を図１０及び図１１により次に説明する。
【００６３】
図１０及び図１１は実施の形態１に係るアドレス交換による経路短縮を説明する図である。図１０に示すように、端末Ｂ−Ｄ間は直接通信が不可能であるため、アドレス１とアドレス３との通信は、アドレス２を介する必要がある。図１０において、端末Ｂ−Ｋ間及びＤ−Ｅ間でアドレス交換が行われた後の図１１ではアドレス１とアドレス３とは端末Ｋ−Ｅ間となり端末Ｃを介さずに直接通信が可能である。
このようにアドレスの交換によって通信経路を変化させることにより、通信を効率化させることが可能となる。具体的に通信を実現させるためには、アドレスの交換要求、受諾などのアドレス交換に係わる情報を周辺の端末が受信し、隣接端末管理部２０６において、隣接端末のアドレス変更を記録する必要がある。
【００６４】
実施の形態２．
本実施の形態２では、ルータに割り当てられたルータアドレス（後述）を授受することによってルータ機能の代替を実現する。尚、無線端末１０１の構成は実施の形態１と同様である。
【００６５】
図１２及び図１３は実施の形態２に係る無線通信システムの構成を示す図である。以下、本実施の形態２における動作を、図１２及び１３を参照しながら、（１）ペアの作成、（２）ツリー再構成、（３）ツリー縮退、（４）アドレス交換によるルータ交代、に分けて説明する。
【００６６】
（１）ペアの作成
上述した実施の形態１のペアの作成と同様の動作により、ペア関係を確立する。
【００６７】
（２）ツリー再構成
実施の形態１と異なる部分について説明する。上述した実施の形態１と同様の動作により、仮ルータとなった端末は、上述した条件１〜３を満たす周辺のルータから接続するルータ端末を選択して接続する。ルータとなった端末は周辺の端末に対して通知を行う。
次に本実施の形態２では、さらに、ルータは自らに対してエンド端末としての別のアドレスを割り当てる。図１２に示す例では、端末Ｂはルータとしてのアドレス１とエンド端末としてのアドレス２３を割り当てる。以下、それぞれのアドレスを「ルータアドレス」、「エンドアドレス」という。同様に端末Ｃにおいてもルータアドレス２とエンドアドレス２４を割り当てる。
【００６８】
（３）ツリー縮退
上述した実施の形態１のツリー縮退と同様の動作により、ツリー縮退を行う。
【００６９】
（４）アドレス授受によるルータ交代
上述の手順を踏んで作成されたペア関係を含むツリーネットワークはペアとなる端末間でアドレスを授受することが可能となる。基本的な手順は実施の形態１のアドレス交換と同一であるが、本実施の形態２においては、ルータに割り当てられたルータアドレスを授受することによってルータ機能の代替を実現する。
このようなアドレス授受後のネットワーク構成の例を図１３に示す。図１３に示すように、端末Ｂと端末Ｋとの間でルータアドレス１が授受され、端末Ａ，Ｃ間の転送経路が端末Ｂを介した経路から端末Ｋを介した経路に変化する。ここで、端末に通信及び中継すべきデータが残存している状況において端末の保持するアドレスを変更すると問題が発生する可能性があるため、アドレス授受は双方の端末の了解の下に行われる必要がある。このため、以下の手順１〜５により、アドレス交換を実行する。
【００７０】
（手順１）いずれかの端末においてアドレス授受を実行する必要（後述）が発生すると、授受要求信号をペア関係を結んだ他方の端末に送信する。
（手順２）授受要求信号を受信した端末は、自端末の状況、通信・転送すべき情報を踏まえて要求を受け入れるか否かを決定し、授受受諾信号又は授受拒否信号いずれかを返信する。
（手順３）授受要求信号を送信した端末がルータ端末である場合には、授受要求信号を送信した後、授受受諾信号を受信するまでは、ルータ端末としての動作を継続する。即ち、ルータ端末としての動作を打ち切るのは授受受諾信号を受信した場合に限られる。
（手順４）授受要求信号を送信した端末がエンド端末である場合には、授受要求信号を送信した時点からペアとなるルータが保持しているルータアドレス宛の通信の受信を開始する。即ち、授受拒否信号を受信した場合以外は前記動作を継続する。
（手順５）授受受諾信号又は授受拒否信号のいずれかを一定時間以内に受信しなかった場合には、授受要求信号を再度送信する。
【００７１】
上述した授受動作を実行する必要が生じる要因としては、端末の電池残量、通信負荷、前回の授受動作からの経過時間、特定端末との通信途絶などにより判断する。尚、緊急時、異常時に授受を行う場合にはペア相手端末の承諾を得ずに授受実施信号を送信して授受を実行する。この動作を実現するために隣接端末管理部２０６は、過去に授受したアドレスを保持する機能を持つ。
【００７２】
このような手順により、授受動作を実行した各端末の転送処理の動作例を以下の転送処理１及び２に示す。尚、本例において受信するパケットは、データリンク層の宛先が受信時に保持するアドレスと一致するパケットであり、複数のアドレス宛のパケットを受信する点が通常のネットワークシステムの動作と異なっている。
【００７３】
（転送処理１）ネットワーク層の宛先（最終的なパケットの宛先）が自端末が保持するアドレス以外の場合。
隣接端末管理部２０６に転送先を問い合わせ、適切な転送先を得た後、通常の転送処理を行う。
（転送処理２）ネットワーク層の宛先が自端末が保持するアドレスである場合。
受信したデータをアプリケーション層に引き渡す通常の受信処理を行う。
【００７４】
尚、ネットワーク再構成時にルータとなった端末は２つのアドレスを割り当てられるが、ルータ端末自身がデータを送信する際にはエンドアドレスを用いる必要がある。
【００７５】
以上のように本実施の形態においては、上記実施の形態１の効果に加え、各端末が保持すべき情報（交換前のアドレス）を減少させることができ、パケット送信・受信時の処理を単純化することができる。
【００７６】
実施の形態３．
本実施の形態３では、上記実施の形態１及び２で説明した２つの無線端末１０１間に結ばれるペア関係を、３台以上の無線端末１０１からなる組（以下、単に「組」という）に拡張する。尚、無線端末１０１の構成は実施の形態１と同様である。
【００７７】
図１４及び図１５は実施の形態３に係る無線通信システムの構成を示す図である。以下、本実施の形態３における動作を、図１４及び１５を参照しながら、（１）組の作成、（２）ツリー再構成、（３）ツリー縮退、（４）アドレス交換によるルータ交代、に分けて説明する。尚、図１４及び図１５において、無線端末１０１間を結ぶ太線は、パケットの転送に用いられる経路であり、且つ結ばれた２つの無線端末１０１が「組」であることを示す。
【００７８】
（１）組の作成
上記実施の形態１と同様に、ネットワークを構成する際、端末間でやり取りされる信号には物理アドレスを含め、隣接端末管理部２０６は受信した信号に含まれる物理アドレスの情報を収集する。これにより自端末と通信可能な端末の物理アドレスの情報が隣接端末情報として収集される。ネットワークが構成されると、各端末は自端末の隣接端末管理部２０６は集められた隣接端末の物理アドレスの情報を、周辺の全端末宛に送信（同報送信）する。この隣接端末情報を受信した端末は、隣接端末情報を送信した端末の物理アドレスの情報と、隣接端末情報を送信した端末の隣接端末の物理アドレスの情報とを記録し、組の決定を行う。
【００７９】
以下に組決定方法の一例を説明するが、以下の方法が唯一の方法ではなく周辺の端末から特定の端末群を選出する任意の手法を用いることが可能である。尚、以下の説明では、組は３台からなる場合を例にとって説明する。組を構成する端末数は２以上であればよい。
まず、各端末は、上述した実施の形態１と同様に（式１）を用いて重複率を全ての隣接端末について求める。
次に各端末は、隣接端末のうち重複率が高い順に２台の端末に対して、組要求信号を送信する。組要求信号を受信した端末は、要求を受け入れるか否かを判断する。ここでの判断としては、例えば、既に他の端末と組関係を結んでいる場合以外は受け入れると判断する場合や、重複率が一定値以下の場合は受け入れない、又は重複率が上位一定順位以下であれば受け入れないなどの判断を行う。組を構成する全ての端末が組への参加を受け入れた場合にのみ、組が成立する。一部の端末が組への参加を拒否した場合には組を構成せず、参加を受諾した端末に対してキャンセルを示す信号を送信する。
【００８０】
組要求を受け入れると判断した場合には、組要求信号を送信した端末に対して受け入れ信号を送り、組関係を確立する。また、組関係を作成する際には、後述するツリー再構成時には、組のうち、特定の１端末がルータとなり、他の端末はエンドとなる。各端末がどちらになるのかも、組を確立する時点で決める。以下、それぞれを「仮ルータ」、「仮エンド」という。
尚、周辺に適切な端末が存在しなかった場合、又は周辺の端末が全て他の端末と組を構成し、取り残された場合などには組を作成できない端末が出る可能性がある。このような端末（以下、「孤立端末」という）は、後述するツリー再構成時には他の端末とは異なる動作をする。
【００８１】
組関係が確立した後、各端末は再び隣接端末情報を周辺の全端末宛に送信（同報送信）する。この際に、隣接端末情報のうち、組を構成する端末には特別な符号を付記し、組関係を周辺の端末に通知する。隣接端末情報を受信した端末は、隣接端末管理部２０６に記録された、以前の隣接端末情報を更新し、組関係にある端末に関する物理アドレスの情報を追加する。
【００８２】
（２）ツリー再構成
全ての端末間で情報がやり取りされ、組関係の確立に十分な時間を経た後、コーディネータ（図１４の例では端末Ａ）は、全端末に対してネットワーク再構成の指示を送る。ネットワーク再構成の指示を受信した端末は自端末の子となる端末すべてにネットワーク再構成の指示を送る。この処理によって全ての端末はネットワークから一旦離脱し、再度ネットワークに参加する手順をとる。
この際、上述の動作により仮エンドとなった端末は、強制的に組に存在する仮ルータに接続し、ルータの子となり、当該ルータ以外の端末とは接続せずにエンドとなる。また、上述の動作により仮ルータとなった端末は、自端末の周辺端末の内、ルータとなった周辺端末の中から以下の３つの条件を満たすか否かを隣接端末管理部２０６に記録された情報から判断し、条件を満たす周辺のルータの中から、接続するルータ端末を選択して接続する。但し、接続する周辺端末がコーディネータであった場合は条件１のみで判断を行う。また、自端末が孤立端末であった場合には、条件２のみで判断を行う。
これにより、ルータとなった端末は、周辺の端末に対して、自端末がルータとなった旨の通知を行う。
【００８３】
（条件１）自端末が所属する組の全ての仮エンドと周辺端末が直接通信可能
（条件２）自端末と周辺端末が所属する組の全ての仮エンドが直接通信可能
（条件３）自端末が所属する組の全ての仮エンドと周辺端末が所属する組の全ての仮エンドが互いに全て直接通信可能
【００８４】
図１４は再構成後のツリー構成を示した例である。前述した組が端末Ｂ，Ｇ，Ｋ及び端末Ｃ，Ｄ，Ｅ間に形成され、端末Ｂ及び端末Ｃが仮ルータ、端末Ｇ，Ｋ，Ｄ，Ｅが仮エンドとしてネットワークが構成されている。
端末Ｃを例に取ると、周辺端末Ｂがルータであるという通知を受けると、端末Ｃは、（条件１）で端末Ｅ−Ｂ間，端末Ｆ−Ｂ間、（条件２）で端末Ｃ−Ｇ間，端末Ｃ−Ｋ間、（条件３）で端末Ｅ−Ｇ間，端末Ｅ−Ｋ間，端末Ｆ−Ｇ間，端末Ｆ−Ｋ間が直接通信可能であるか否かの判定を行う。この場合、条件１〜３の全ての通信が可能であるため、端末Ｃは端末Ｂに接続しルータとなる。
また、孤立端末である端末Ｄの動作を例に取ると、端末Ｄはルータである端末Ｃからの通知を受信すると、端末Ｃが所属する組のエンドである端末Ｅ，Ｆとの直接通信が可能であるか否かの判定、即ち端末Ｄは（条件２）端末Ｄ−Ｅ間，端末Ｄ−Ｆ間が直接通信可能であるか否かの判定を行う。この場合、端末Ｄは端末Ｅ及び端末Ｆと通信可能であるために、端末Ｃに接続しエンドとなる。
【００８５】
（３）ツリー縮退
上述したツリー再構成を行った後、各ルータは自端末が以下の条件４，５を満たすか否かを隣接端末管理部２０６に記録された情報から判断し、条件を満たすルータはツリーの縮退を行う。当該ルータはルータとしての価値がないため、エンドに遷移する。
【００８６】
（条件４）自端末に接続するルータが親のみである。
（条件５）自端末に接続する子が自端末の属する組のエンドのみである。
【００８７】
上記条件４，５を満たすルータは組に属する端末に対して組の破棄を通知し、ネットワーク再構成を要求する。そして自らは現在接続しているルータ以外のルータ端末の中から、上述した条件２を満たすルータが存在するか否かを判断し、条件２を満たすルータが存在する場合には、適切なルータを選択する。選択したルータが現在接続しているルータと異なる場合には、接続しているルータに対してネットワーク再構成の通知を行い、新たに選択したルータに接続する。
組の破棄を通知されたエンド端末は、周辺の別のルータに接続する。この際の条件は上述の条件２である。
【００８８】
このように全てのルータ端末が条件４，５を満たさなくなるまで、ツリー縮退を繰り返し実行する。ツリー縮退の実行によって中継を実施するルータ端末の数を減らすことができ、ネットワーク全体の消費電力の削減が可能となる。
また、組の解消及び接続ルータの再選択によって、各端末が接続可能なルータ候補を増大させることが可能となる。結果として、ネットワーク全体の規模、中継回数を小さくすることが可能となる。
【００８９】
（４）アドレス交換によるルータ交代
上述の手順を踏んで作成された組関係を含むツリーネットワークは組を構成する端末間でアドレス交換が可能となる。ここで、端末に通信及び中継すべきデータが残存している状況において端末のアドレスを変更すると問題が発生する可能性があるため、アドレス交換の実行は双方の端末の了解の下に行われる必要がある。このため、以下の手順１〜５により、アドレス交換を実行する。
【００９０】
（手順１）いずれかの端末においてアドレス交換を実行する必要（後述）が発生すると、アドレス交換要求信号を組関係を結んだ端末から選択した端末に送信する。選択する基準としては、例えば端末の電池残量、過去のアドレス変更履歴、変更回数などが考えられる。
（手順２）〜（手順４）は、上述した実施の形態１で説明した、（４）アドレス交換によるルータ交代の（手順２）〜（手順４）と同様である。
（手順５）アドレス交換受諾信号又はアドレス交換拒否信号のいずれかを一定時間以内に受信しなかった場合には、アドレス交換要求信号を再度送信する。又は組の中から他の端末を選択して手順１の動作を再度実行する。
【００９１】
上述した交換動作を実行する必要が生じる要因としては、端末の電池残量、通信負荷、前回の交換動作からの経過時間、特定端末との通信途絶などにより判断する。尚、緊急時、異常時に交換を行う場合にはアドレス交換相手端末の承諾を得ずに交換実施信号を送信して交換を実行する。
【００９２】
このような手順により、アドレス交換を実行した各端末の転送処理の動作例を、以下の転送処理１〜３に示す。尚、本例において受信するパケットは、データリンク層の宛先が受信時点でのアドレスと一致するパケットであり、通常のネットワークシステムの動作と同一である。
【００９３】
（転送処理１）ネットワーク層の宛先（最終的なパケットの宛先）が自端末及びアドレス交換を実行している相手端末が用いていたアドレス以外である場合。
隣接端末管理部２０６に転送先を問い合わせ、適切な転送先を得た後、通常の転送処理を行う。
（転送処理２）ネットワーク層の宛先がアドレス交換後での自端末アドレス、即ちアドレス交換前に交換相手の端末が用いていたアドレスである場合。
アドレス交換後のアドレス交換相手のアドレス、即ちアドレス交換前の自端末アドレスに対して中継を行う。
（転送処理３）ネットワーク層の宛先がアドレス交換前の自端末アドレス、即ちアドレス交換後のアドレス交換相手のアドレスである場合。
受信したデータをアプリケーション層に引き渡す通常の受信処理を行う。
【００９４】
また、アドレス交換動作中に、アプリケーション層から送信すべきパケットが引き渡された場合には、ネットワーク層の送信元アドレスは、アドレス交換前のアドレスを付与する。以降は上記転送処理１と同様の処理を行う。この処理のために、送信データ生成部２０５にはアドレス交換を行っているか否かを管理する機能と、アドレス交換相手を管理する機能と、アドレス交換前のアドレスを記録する機能を有する。
【００９５】
図１５は、図１４に示したツリー構成において、端末Ｂと端末Ｋとの間でアドレス交換を行った場合の例を示している。図１５に示すように、例えば、端末Ａと端末Ｄとの中継経路はアドレス交換前には、端末Ａ→端末Ｂ→端末Ｃ→端末Ｄであったが、アドレス交換後は、端末Ａ→端末Ｋ→端末Ｃ→端末Ｄとなる。このように、端末Ｂは中継処理を行う必要がなくなり、消費電力を大幅に抑えることが可能となる。
【００９６】
以上のように本実施の形態においては、上記実施の形態１の効果に加え、より多くの端末がルータ機能を実行することが可能となり、更なる消費電力の均等化、冗長性の確保が可能となる。
【００９７】
尚、本実施の形態３では、ルータは全て同一数の端末で組を構成する例を述べたが、これに限らず、個々の端末が異なる数の端末からなる組を構成するような動作を行うこともできる。例えば、周辺端末数によって組に所属する端末数を動的に変化させる構成や、周辺端末数から既に他の端末が構成する組に属している端末を減じた端末数に応じて、組に所属する端末数を変化させる構成などをとることもできる。尚、組に所属する端末数が２となることも含む。
【００９８】
尚、上述した実施の形態２で説明したルータアドレスを授受することによってルータ機能の代替を実現する動作を、本実施の形態３における動作において、ペアの概念を組に置き換えることによって、実施の形態２と同様にルータ機能の代替を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る無線端末の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る情報管理テーブルの構成とデータ例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るツリー再構成を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係るツリー縮退を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係るアドレス交換によるルータ交代を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係るアドレス交換によるルータ交代を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係るネットワーク再構成を説明する図である。
【図９】実施の形態１に係るネットワーク再構成を説明する図である。
【図１０】実施の形態１に係るアドレス交換による経路短縮を説明する図である。
【図１１】実施の形態１に係るアドレス交換による経路短縮を説明する図である。
【図１２】実施の形態２に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図１３】実施の形態２に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図１４】実施の形態３に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態３に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０１  無線端末、２０１  アンテナ、２０２  受信回路、２０３  送信回路、２０４  受信データ処理部、２０５  送信データ生成部、２０６  隣接端末管理部。
【図１】
2008193407.tif 000003
【図２】
2008193407.tif 000004
【図３】
2008193407.tif 000005
【図４】
2008193407.tif 000006
【図５】
2008193407.tif 000007
【図６】
2008193407.tif 000008
【図７】
2008193407.tif 000009
【図８】
2008193407.tif 000010
【図９】
2008193407.tif 000011
【図１０】
2008193407.tif 000012
【図１１】
2008193407.tif 000013
【図１２】
2008193407.tif 000014
【図１３】
2008193407.tif 000015
【図１４】
2008193407.tif 000016
【図１５】
2008193407.tif 000017