(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線媒体を使用して通信を行う第１のセンサノードを含んで構成された第１のメッシュネットワークと、
前記第１の無線媒体とは異なる第２の無線媒体を使用して通信を行う第２のセンサノードを含んで構成された第２のメッシュネットワークと、
上位の通信装置と前記第１のメッシュネットワークとを接続する機能を有し、前記第１の無線媒体を使用して前記第１のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信するゲートウェイと、
前記第１の無線媒体を使用して前記第１のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信し、かつ前記第２の無線媒体を使用して前記第２のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信する無線中継器と、
を備え、
前記ゲートウェイは、前記第１のセンサノード、前記第２のセンサノードおよび前記無線中継器それぞれの端末識別子を管理して端末識別子同士が重複しないように調整し、当該管理している端末識別子を使用して経路探索を行う
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線中継器を複数備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記無線中継器は、前記第１のメッシュネットワーク側から前記第２のメッシュネットワーク側への信号中継および前記第２のメッシュネットワーク側から前記第１のメッシュネットワーク側への信号中継において、前記各メッシュネットワークで使用されている無線媒体で取り扱い可能な最大データ長の差異に基づくデータ分割処理およびデータ結合処理を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記無線中継器は、ポーリングにより前記第２のセンサノードからデータを収集し、収集したデータを前記ゲートウェイに送信する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記ゲートウェイは、前記第２のセンサノードに対する経路探索処理においては、探索対象とする第２のセンサノードの端末識別子を格納しかつ宛先にブロードキャストアドレスを設定した経路探索要求を生成し、当該経路探索要求をカプセル化して前記無線中継器宛に送信し、
前記無線中継器は、カプセル化された経路探索要求を受信した場合、デカプセル化を行い、デカプセル化後の経路探索要求を前記第２のメッシュネットワーク内にブロードキャスト送信する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに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、使用する無線媒体が異なる複数種類のノードを含んで構成された無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線メッシュネットワークを用いた大規模データ収集システム等を構築する場合に、センサノードなどは様々な環境に設置されることや送信スループットの要求などを考慮すると、複数の無線媒体でメッシュネットワークを構築するケースが想定される。例えば、無線ＬＡＮを使用した場合は広帯域無線となることから、送信スループットの優れたメッシュネットワークを実現できるが、回折特性などが悪いために、見通しのよい環境でしかネットワーク構築ができない。一方、430MHz帯特小無線では狭帯域となるため、送信スループットは無線ＬＡＮを使用した場合と比較して制約されることとなるが、回折特性が良いため、見通しの悪い場所でも構築することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、帯域や無線特性を考慮しながらシステムを構築しようとした場合、端末収容台数を向上させるためには、メッシュネットワークと上位のセンタ装置を中継するためのゲートウェイ装置を多く設置しなければならなくなり、システムコストが増大する問題がある。また、センタ装置からゲートウェイ装置までの上位Ｉ／Ｆとして有線伝送路を用いた場合にはゲートウェイ装置の設置場所が制限される問題などがある。これらのゲートウェイ装置の台数削減やゲートウェイ装置が設置できない環境に対応するためには、一つのゲートウェイ装置にて異なる無線媒体で構成されるメッシュネットワークを収容できることが必要となる。たとえば、特許文献１には無線媒体を搭載した無線中継器を用いて異種無線方式を相互に接続する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、方式が異なる無線機器と単リンクで接続する手段（無線中継器）が開示されているだけであり、対応する無線通信方式が異なるメッシュネットワーク同士を接続する手段については開示されていない。そのため、方式が異なるメッシュネットワーク同士の接続を実現することができない。また、無線中継器が故障した場合については想定されていない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線通信方式が異なるメッシュネットワークに属する通信装置同士を、上位の装置を利用することなく通信させることが可能な無線通信システムを得ることを目的とする。また、障害耐性の高い無線通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の無線媒体を使用して通信を行う第１のセンサノードを含んで構成された第１のメッシュネットワークと、前記第１の無線媒体とは異なる第２の無線媒体を使用して通信を行う第２のセンサノードを含んで構成された第２のメッシュネットワークと、上位の通信装置と前記第１のメッシュネットワークとを接続する機能を有し、前記第１の無線媒体を使用して前記第１のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信するゲートウェイと、前記第１の無線媒体を使用して前記第１のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信し、かつ前記第２の無線媒体を使用して前記第２のセンサノードの中の少なくとも１つと直接通信する無線中継器と、を備え、前記ゲートウェイは、前記第１のセンサノード、前記第２のセンサノードおよび前記無線中継器それぞれの端末識別子を管理して端末識別子同士が重複しないように調整し、当該管理している端末識別子を使用して経路探索を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各メッシュネットワーク内のセンサノードを同一ネットワークのセンサノードとして取り扱い、異なる無線媒体を備えたセンサノード同士を上位の装置を利用することなく通信させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、ゲートウェイの構成例を示す図である。
【図３】図３は、センサノードの構成例を示す図である。
【図４】図４は、センサノードの構成例を示す図である。
【図５】図５は、無線中継器の構成例を示す図である。
【図６】図６は、ネットワークにセンサノードが参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図である。
【図７】図７は、ネットワークに無線中継器が参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図である。
【図８】図８は、ネットワークにセンサノードが参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図である。
【図９】図９は、センサノードに対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図である。
【図１０】図１０は、無線中継器に対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図である。
【図１１】図１１は、センサノードに対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２の無線中継器の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２の無線通信システムにおけるデータ収集動作の一例を示すシーケンス図である。
【図１４】図１４は、ゲートウェイがセンサノードへの経路を探索する動作の一例を示すシーケンス図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３の無線通信システムにおけるカプセル化動作を示す図である。
【図１６】図１６は、カプセル化動作を伴う経路探索で使用する端末情報の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、センタ装置１と、複数のゲートウェイ２−１〜２−２と、メッシュネットワークＡを構成するセンサノード３Ａ−１〜３Ａ−３と、メッシュネットワークＢを構成するセンサノード３Ｂ−１〜３Ｂ−４と、メッシュネットワークＡを構成しているセンサノードとメッシュネットワークＢを構成しているセンサノードとの間で信号を中継する無線中継器４−１〜４−２と、を含んで構成されている。
【００１２】
センサノード３Ａ−１〜３Ａ−３は無線媒体Ａを備え、センサノード３Ｂ−１〜３Ｂ−４は無線媒体Ｂを備えている。すなわち、メッシュネットワークＡでは無線媒体Ａが対応している無線方式（無線Ａ）で通信が行われ、メッシュネットワークＢでは無線媒体Ｂが対応している無線方式（無線Ｂ）で通信が行われる。
【００１３】
ゲートウェイ２−１および２−２はメッシュネットワークＡとセンタ装置１を接続しており、無線媒体Ａを備えている。また、メッシュネットワークＡの各センサノードおよびメッシュネットワークＢの各センサノードからデータを収集し、収集したデータをセンタ装置１へ送信する。なお、センタ装置１とゲートウェイ２−１，２−２との間の接続は有線接続と無線接続のいずれであってもよい。
【００１４】
無線中継器４−１および４−２は、無線媒体Ａおよび無線媒体Ｂを備えており、メッシュネットワークＡのセンサノードとの通信では無線媒体Ａを使用し、またメッシュネットワークＢのセンサノードとの通信では無線媒体Ｂを使用することにより、メッシュネットワークＡ側から受信した信号をメッシュネットワークＢ側に転送するとともにメッシュネットワークＢ側から受信した信号をメッシュネットワークＡ側に転送する。
【００１５】
また、各ゲートウェイ（ゲートウェイ２−１，２−２）、各センサノード（センサノード３Ａ−１〜３Ａ−３，センサノード３Ｂ−１〜３Ｂ−４）および各無線中継器（無線中継器４−１，４−２）は、共通のメッシュルーティング機能を実行し、各ゲートウェイを起点とした単一のメッシュネットワークを形成している。
【００１６】
なお、これ以降の説明においては、ゲートウェイ２−１と２−２に共通の動作や機能、構成などを説明する場合、これらのゲートウェイを総称してゲートウェイ２と記載する。同様に、メッシュネットワークＡを構成している各センサノードに共通の動作や機能、構成などを説明する場合、これらのセンサノードを総称してセンサノード３Ａと記載し、メッシュネットワークＢを構成している各センサノードに共通の動作や機能、構成などを説明する場合、センサノード３Ｂと記載する。
【００１７】
図２は、ゲートウェイ２の構成例を示す図である。このゲートウェイ２は、無線部２１、通信処理部２２、上位Ｉ／Ｆ通信処理部２３および上位Ｉ／Ｆ２４を備える。
【００１８】
無線部２１は無線媒体Ａにより構成されている。通信処理部２２は、無線部２１に対する制御を行う無線メディア処理部２２１と、メッシュネットワークの構築および管理を行うメッシュネットワーク構築・管理部２２２と、経路解決や送信・転送処理を行うメッシュルーティング処理部２２３と、センサによるデータ収集等を行うアプリケーション処理部２２４と、センタ装置１との連携処理を行う上位Ｉ／Ｆ−無線メッシュ間連携処理部２２５とにより構成される。上位Ｉ／Ｆ通信処理部２３は、上位装置であるセンタ装置１との間のＩ／Ｆ通信処理を行う。上位Ｉ／Ｆ２４は、伝送路を介してセンタ装置１と接続するためのインタフェイスである。
【００１９】
図３は、センサノード３Ａの構成例を示す図である。このセンサノード３Ａは、無線部３１Ａおよび通信処理部３２Ａを備える。
【００２０】
無線部３１Ａは、上述したゲートウェイ２の無線部２１と同様に、無線媒体Ａにより構成されている。通信処理部３２Ａは、無線部３１Ａに対する制御を行う無線メディア処理部３２１Ａと、メッシュネットワークへの参入処理を行うメッシュネットワーク参入処理部３２２と、経路解決や送信・転送処理を行うメッシュルーティング処理部３２３と、センサによるデータ収集等を行うアプリケーション処理部３２４とにより構成される。なお、無線メディア処理部３２１Ａ、メッシュルーティング処理部３２３、アプリケーション処理部３２４は、上述したゲートウェイ２の無線メディア処理部２２１、メッシュルーティング処理部２２３、アプリケーション処理部２２４と同様の処理を行う構成要素である。
【００２１】
図４は、センサノード３Ｂの構成例を示す図である。このセンサノード３Ｂは、無線部３１Ｂおよび通信処理部３２Ｂを備える。
【００２２】
無線部３１Ｂは無線媒体Ｂにより構成されている。通信処理部３２Ｂは、上述したセンサノード３Ａを構成している通信処理部３２Ａの無線メディア処理部３２１Ａを無線メディア処理部３２１Ｂに置き換えたものである。この無線メディア処理部３２１Ｂは、無線部３１Ｂに対する制御を行う。
【００２３】
図５は、無線中継器４（無線中継器４−１，４−２）の構成例を示す図である。この無線中継器４は、無線部４１Ａ，４１Ｂおよび通信処理部４２を備える。
【００２４】
無線部４１Ａは、上述したゲートウェイ２の無線部２１およびセンサノード３Ａの無線部３１Ａと同様に、無線媒体Ａにより構成されている。無線部４１Ｂは、上述したセンサノード３Ｂの無線部３１Ｂと同様に、無線媒体Ｂにより構成されている。通信処理部４２は、無線部４１Ａに対する制御を行う無線メディア処理部４２１Ａと、無線部４１Ｂに対する制御を行う無線メディア処理部４２１Ｂと、メッシュネットワークへの参入処理を行うメッシュネットワーク参入処理部４２２と、経路解決や送信・転送処理を行うメッシュルーティング処理部４２３と、無線媒体Ａと無線媒体Ｂの差異を吸収するためのフラグメント処理部４２４とにより構成される。なお、無線メディア処理部４２１Ａ，メッシュネットワーク参入処理部４２２，メッシュルーティング処理部４２３は、上述したセンサノード３Ａの無線メディア処理部３２１Ａ、メッシュネットワーク参入処理部３２２、メッシュルーティング処理部３２３と同様の処理を行う構成要素である。また、無線メディア処理部４２１Ｂは、上述したセンサノード３Ｂの無線メディア処理部３２１Ｂと同様の処理を行う構成要素である。
【００２５】
本実施の形態では、各装置の無線部を構成している無線媒体Ａと無線媒体Ｂは異なる無線通信方式に対応しており、無線媒体Ｂより無線媒体Ａの方が広帯域となる無線媒体を想定する。
【００２６】
また、各センサノード（センサノード３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−４）は、搭載しているセンサによる温度等の情報の取得が可能であり、なおかつ、シリアル通信や赤外線通信等を用いて、他機器（他のセンサノードなど）からデータを取得することが可能な端末を想定している。さらに、各センサノードは、センタ装置１もしくはゲートウェイ２からの要求に応じてデータ（センサを利用して取得した情報）を送信する、または、自律的にセンタ装置１もしくはゲートウェイ２にデータを送信することを想定する。
【００２７】
センタ装置１は各センサノードからのデータ収集やデータ管理を行い、ゲートウェイ２はメッシュネットワークに属する各センサノードとセンタ装置１との間のデータ中継や、センサノードへの設定情報変更通知、経路制御などを行う。
【００２８】
また、本実施の形態の無線通信システムでは、経路探索アルゴリズムとして、ＡＯＤＶ（Ad  hoc  On-Demand  Distance  Vector）等のホップバイホップルーティングを用いることを想定する。ゲートウェイ２、センサノード３Ａ、センサノード３Ｂおよび無線中継器４が保持している経路テーブルは、宛先，宛先に対して送信する際の次ホップ（next  hop）端末，次ホップ端末にデータ送信する際に使用する無線媒体情報の３要素にて構成されているものとする。
【００２９】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムに含まれるネットワーク（ゲートウェイ２を起点とし、メッシュネットワークＡおよびＢを含んで形成されたネットワーク）に対して新たなノードが参入する方法について説明する。ここでは、ゲートウェイ２が管理しているネットワークに新たに参入するノードがセンサノード３Ａの場合、新たに参入するノードが無線中継器の場合、および、新たに参入するノードがセンサノード３Ｂの場合に分けて説明する。
【００３０】
（新たに参入するノードがセンサノード３Ａの場合）
図６は、本実施の形態の無線通信システムに含まれるネットワークにセンサノードが参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図であり、具体的には、ゲートウェイ２と同じ無線媒体を備えているセンサノード３Ａが、ゲートウェイ２−１により管理されたメッシュネットワークＡに参入する場合の例を示している。なお、ここでは、図１に示した無線通信システムにおいて、センサノード３Ａ−１および３Ａ−２はメッシュネットワークＡに参入済みであり、かつセンサノード３Ａ−３（ネットワークへの参入を希望するセンサノード）はセンサノード３Ａ−２とのみ直接通信が可能な場所に位置しているものとして説明を行う。
【００３１】
図６に示したように、新たに参入を希望するセンサノード３Ａ−３を電源ＯＮすると、センサノード３Ａ−３のメッシュネットワーク参入処理部３２２は仮の端末識別子を設定し、宛先をゲートウェイ２−１としてネットワーク参入通知メッセージを生成し、無線メディア処理部３２１Ａおよび無線部３１Ａ経由でネットワーク参入通知メッセージを送信する。なお、これ以降の説明においては、端末識別子を単に識別子と記載する。
【００３２】
中継端末となるセンサノード３Ａ−２および３Ａ−１は、自身が保持するゲートウェイ２−１までの経路情報に従い、センサノード３Ａ−３から送信された上記ネットワーク参入通知メッセージをゲートウェイ２−１に向けて転送する。
【００３３】
上記センサノード３Ａ−３から送信されたネットワーク参入通知メッセージを受信したゲートウェイ２−１では、メッシュネットワーク構築・管理部２２２が、ネットワーク参入済みのノードと識別子重複が起こっていないかを確認する（識別子重複チェック）。
【００３４】
受信したネットワーク参入通知メッセージに設定されていた識別子（仮識別子）が参入済みの他のノードの識別子と重複している場合（識別子重複ありの場合）、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、センサノード３Ａ−３に対して再度識別子を設定して識別子重複が解消されるように調整する。再設定後の識別子は識別子設定メッセージにてセンサノード３Ａ−３に通知する。識別子の再設定が終了すると、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、宛先をセンサノード３Ａ−３としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成し、無線メディア処理部２２１および無線部２１経由で送信する。識別子設定メッセージおよびネットワーク参入通知応答メッセージはセンサノード３Ａ−１および３Ａ−２によりセンサノード３Ａ−３に向けて転送される。
【００３５】
これに対して、識別子重複チェックの結果が「識別子重複なし」の場合、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、センサノード３Ａ−３に対する識別子の再設定を実施することなく、宛先をセンサノード３Ａ−３としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成して送信する。
【００３６】
ゲートウェイ２−１から送信され、センサノード３Ａ−１および３Ａ−２により中継されたネットワーク参入通知応答メッセージをセンサノード３Ａ−３が受信すると、センサノード３Ａ−３のネットワーク参入が完了する。
【００３７】
なお、図６では識別子重複チェックの結果が「識別子重複あり」の場合にのみ識別子の再設定を行う場合の例について示したが、「識別子重複なし」の場合にも識別子の再設定を行うような制御としても構わない。
【００３８】
新たに参入するセンサノード３Ａ−３がゲートウェイ２−１を探索する方法については特に規定しない。既存の如何なる方法を使用してもよい。一例を示すと、センサノード３Ａ−３は起動時にゲートウェイ探索要求メッセージをブロードキャストにて送信する。ゲートウェイ探索要求メッセージを受信した隣接センサノードの中で既にネットワーク参入済みのセンサノードは、ゲートウェイ探索要求メッセージの送信元のセンサノード３Ａ−３に対して、ゲートウェイ２−１の識別子と自端末からゲートウェイ２−１までのホップ数を通知するためにゲートウェイ探索要求応答メッセージを送信する。上記の例ではセンサノード３Ａ−２がメッシュネットワークＡに参入済みの隣接センサノードとなるので、センサノード３Ａ−２からセンサノード３Ａ−３に対して、ゲートウェイ探索要求応答メッセージが送信され、ゲートウェイ２−１の識別子、およびセンサノード３Ａ−２からゲートウェイ２−１までのホップ数が通知される。ここで、メッシュネットワークＡに参入済みの隣接センサノードが複数存在し、これらの各隣接センサノードからゲートウェイ探索要求応答メッセージを受信した場合、センサノード３Ａ−３は、受信したゲートウェイ探索要求応答メッセージの中でゲートウェイ２−１までのホップ数が最短となる隣接センサノードをゲートウェイ２−１宛の次ホップ端末（next  hop）として登録する（記憶する）。上記の例では隣接センサノードがセンサノード３Ａ−２のみであるため、センサノード３Ａ−２をゲートウェイ２−１宛の次ホップ端末として登録する。
【００３９】
（新たに参入するノードが無線中継器４の場合）
本実施の形態の無線通信システムでは、ゲートウェイ２と異なる無線媒体を備えているセンサノード３Ｂもゲートウェイ２が管理するネットワークに参入させるために、センサノード３Ａおよびセンサノード３Ｂの双方と通信可能な地点（直接通信が可能な地点）に無線中継器４を設置する。
【００４０】
図７は、本実施の形態の無線通信システムに含まれるネットワークに無線中継器４（無線中継器４−１，４−２）が参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図であり、具体的には、無線中継器４がメッシュネットワークＡに参入する場合の例を示している。なお、ここでは、図１に示した無線通信システムにおいて、センサノード３Ａ−１〜３Ａ−３はメッシュネットワークＡに参入済みであり、かつ無線中継器４−１，４−２（ネットワークへの参入を希望する無線中継器）はセンサノード３Ａ−２とのみ直接通信が可能な場所に位置しているものとして説明を行う。無線中継器４−１および４−２は、センサノード３Ａ−２とのみ直接通信が可能であるため、いずれの無線中継器４が参入する場合も全く同一のシーケンスとなる。
【００４１】
図７に示したように、新たに参入を希望する無線中継器４を電源ＯＮすると、上述したセンサノード３Ａ−３の新規参入動作と同様に、この無線中継器４のメッシュネットワーク参入処理部４２２は仮の識別子を設定し、宛先をゲートウェイ２−１としてネットワーク参入通知メッセージを生成し、無線メディア処理部４２１Ａおよび無線部４１Ａ経由でネットワーク参入通知メッセージを送信する。
【００４２】
中継端末となるセンサノード３Ａ−２および３Ａ−１は、自身が保持するゲートウェイ２−１までの経路情報に従い、無線中継器４から送信された上記ネットワーク参入通知メッセージをゲートウェイ２−１に向けて転送する。
【００４３】
ゲートウェイ２−１では、上記無線中継器４から送信されたネットワーク参入通知メッセージを受信すると、メッシュネットワーク構築・管理部２２２が、ネットワーク参入済みのノードと識別子重複が起こっていないかを確認する（識別子重複チェック）。
【００４４】
識別子重複チェックの結果が「識別子重複あり」の場合、上述したセンサノード３Ａ−３の新規参入動作と同様に、無線中継器４に対する識別子の再設定を実施して識別子重複を解消させた後、宛先を無線中継器４としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成して送信する。また、識別子重複チェックの結果が「識別子重複なし」の場合、無線中継器４に対する識別子の再設定を実施することなく、宛先を無線中継器４としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成して送信する。無線中継器４がネットワーク参入通知応答メッセージを受信すると、無線中継器４のネットワーク参入が完了する。
【００４５】
新たに参入する無線中継器４がゲートウェイ２−１を探索する方法については、既存の如何なる方法を使用してもよい。
【００４６】
（新たに参入するノードがセンサノード３Ｂの場合）
図８は、本実施の形態の無線通信システムに含まれるネットワークにセンサノードが参入する場合の制御手順の一例を示すシーケンス図であり、具体的には、ゲートウェイ２と異なる無線媒体を備えているセンサノード３ＢがメッシュネットワークＢに参入する場合の例を示している。なお、ここでは、図１に示した無線通信システムにおいて、センサノード３Ａ−１〜３Ａ−３および無線中継器４−１はメッシュネットワークＡに参入済みであり、かつセンサノード３Ｂ−１（ネットワークへの参入を希望するセンサノード）は無線中継器４−１とのみ直接通信が可能な場所に位置しているものとして説明を行う。
【００４７】
図８に示したように、新たに参入を希望するセンサノード３Ｂ−１を電源ＯＮすると、センサノード３Ｂ−１のメッシュネットワーク参入処理部３２２は仮の識別子を設定し、宛先をゲートウェイ２−１としてネットワーク参入通知メッセージを生成し、無線メディア処理部３２１Ｂおよび無線部３１Ｂ経由でネットワーク参入通知メッセージを送信する。
【００４８】
中継端末となる無線中継器４−１では無線メディア処理４２１Ｂで受信処理を行い、メッシュルーティング処理部４２３は、自装置（無線中継器４−１）内で保持している経路テーブルを参照する。すでに説明したとおり、経路テーブルは、宛先，次ホップ端末，次ホップ端末にデータ送信する際に使用する無線媒体情報により構成されている。この例では、メッセージの宛先が無線媒体Ａを備えているゲートウェイ２−１でるため、経路テーブルを参照した結果、次ホップ端末がセンサノード３Ａ−２、使用する無線媒体が無線媒体Ａであると認識する。そして、使用する無線媒体を無線媒体Ｂから無線媒体Ａに変更し、無線メディア処理部４２１Ａがネットワーク参入通知メッセージの転送処理を行う。無線中継器４−１により転送されたネットワーク参入通知メッセージは、次の中継端末となるセンサノード３Ａ−２およびその次の中継端末となるセンサノード３Ａ−１によりさらに転送され、ゲートウェイ２−１に到達する。
【００４９】
上記センサノード３Ｂ−１から送信されたネットワーク参入通知メッセージを受信したゲートウェイ２−１では、メッシュネットワーク構築・管理部２２２が、ネットワーク参入済みのノードと識別子重複が起こっていないかを確認する（識別子重複チェック）。
【００５０】
受信したネットワーク参入通知メッセージに設定されていた識別子（仮識別子）が参入済みの他のノードの識別子と重複している場合（識別子重複ありの場合）、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、センサノード３Ｂ−１に対して再度識別子を設定し、再設定後の識別子を識別子設定メッセージにてセンサノード３Ｂ−１に通知することにより識別子重複を解消させる。識別子の再設定が終了すると、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、宛先をセンサノード３Ｂ−１としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成し、無線メディア処理部２２１および無線部２１経由で送信する。識別子設定メッセージおよびネットワーク参入通知応答メッセージはセンサノード３Ａ−１および３Ａ−２によりセンサノード３Ｂ−１に向けて転送される。
【００５１】
これに対して、識別子重複チェックの結果が「識別子重複なし」の場合、メッシュネットワーク構築・管理部２２２は、センサノード３Ｂ−１に対する識別子の再設定を実施することなく、宛先をセンサノード３Ｂ−１としたネットワーク参入通知応答メッセージを生成して送信する。
【００５２】
ゲートウェイ２−１から送信され、センサノード３Ａ−１および３Ａ−２によりセンサノード３Ｂ−１に向けて中継された識別子設定メッセージおよびネットワーク参入通知応答メッセージは、中継端末の一つである無線中継器４−１に到達する。無線中継器４−１では、無線部４１Ａを介してこれらのメッセージを無線メディア処理部４２１Ａが受信し、メッシュルーティング処理部４２３は、自装置内で保持している経路テーブルを参照する。メッセージの宛先がセンサノード３Ｂ−１であるため、経路テーブルを参照した結果、次ホップ端末がセンサノード３Ｂ−１、使用する無線媒体が無線媒体Ｂであると認識する。そして、使用する無線媒体を無線媒体Ａから無線媒体Ｂに変更し、無線メディア処理部４２１Ｂが受信メッセージ（識別子設定メッセージ，ネットワーク参入通知応答メッセージ）の転送処理を行う。無線中継器４−１により転送されたメッセージは、センサノード３Ｂ−１に到達する。
【００５３】
ネットワーク参入通知応答メッセージをセンサノード３Ｂ−１が受信すると、センサノード３Ｂ−１のネットワーク参入が完了する。なお、センサノード３Ｂ−１以外のセンサノード３Ｂがネットワークに参入する場合の制御手順は、メッセージがメッシュネットワークＢ内のセンサノード３Ｂの間で転送される場合がある点と無線中継器４−２がメッシュネットワークＡ側との中継を行う場合がある点を除いて、センサノード３Ｂ−１のネットワーク参入手順と同様である。
【００５４】
また、上記説明では識別子重複チェックの結果が「識別子重複あり」の場合にのみ識別子の再設定を行う場合の例について示したが、「識別子重複なし」の場合にも識別子の再設定を行うような制御としても構わない。
【００５５】
新たに参入するセンサノード３Ｂがゲートウェイ２−１を探索する方法については、既存の如何なる方法を使用してもよい。
【００５６】
図６〜図８を参照しながら説明した上記の制御手順により、異なる無線媒体を備えたノードで構築されるメッシュネットワークを同一のネットワークとして管理することが可能となり、ゲートウェイ２，センサノード３Ａ，センサノード３Ｂ，無線中継器４は媒体差異を意識することなく通信可能となる。
【００５７】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムにおける経路解決動作、具体的には、ゲートウェイ２がセンサノード３Ａ，無線中継器４，センサノード３Ｂに対する経路を探索する動作について説明する。
【００５８】
（センサノード３Ａに対する経路探索）
図９は、センサノード３Ａに対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図であり、具体的には、図１に示した構成の無線通信システムにおいて、ゲートウェイ２−１がセンサノード３Ａ−３への経路を探索する場合の例を示している。
【００５９】
ゲートウェイ２−１がセンサノード３Ａ−３への経路を探索する場合、まず、ゲートウェイ２−１のメッシュルーティング処理部２２３が、探索対象とするノード（この場合はセンサノード３Ａ−３となる）の情報（識別子）を格納したＲＲＥＱ（Route  Request）メッセージを生成し、さらに、このＲＲＥＱメッセージの宛先にブロードキャストアドレスを設定する。次に、このＲＲＥＱメッセージを無線メディア処理部２２１が送信する。ＲＲＥＱメッセージを受信した各端末（センサノード）は、ＲＲＥＱメッセージに格納されている探索対象ノードの情報を参照し、この情報が自装置を示しているかどうか（探索対象が自装置かどうか）確認する。確認の結果、探索対象が自装置でなければ、受信したＲＲＥＱメッセージの宛先をブロードキャストアドレスとして転送する処理を繰り返していく。この結果、センサノード３Ａ−３の識別子が格納されているＲＲＥＱメッセージはセンサノード３Ａ−３に到達する。
【００６０】
上記ＲＲＥＱメッセージを受信したセンサノード３Ａ−３では、メッシュルーティング処理部３２３が、宛先をゲートウェイ２−１に設定したＲＲＥＰ（Route  Reply）メッセージを生成し、このＲＲＥＰメッセージを無線メディア処理部３２１Ａが送信する。ＲＲＥＰメッセージは、中継端末であるセンサノード３Ａ−２および３Ａ−１によりゲートウェイ２−１に向けて転送され、ゲートウェイ２−１に到達する。そして、ゲートウェイ２−１がＲＲＥＰメッセージを受信してその内容を解析し、経路テーブルを構築する。
【００６１】
（無線中継器４に対する経路探索）
図１０は、無線中継器４に対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図であり、具体的には、図１に示した構成の無線通信システムにおいて、ゲートウェイ２−１が無線中継器４への経路を探索する場合の例を示している。無線中継器４−１および４−２は、センサノード３Ａ−２とのみ直接通信が可能であるため、いずれの無線中継器に対する経路を探索する場合も全く同一のシーケンスとなる。
【００６２】
ゲートウェイ２−１が無線中継器４への経路を探索する場合、まず、ゲートウェイ２−１のメッシュルーティング処理部２２３が、探索対象とするノード（無線中継器４）の情報（識別子）を格納したＲＲＥＱメッセージを生成し、さらに、このＲＲＥＱメッセージの宛先にブロードキャストアドレスを設定する。次に、このＲＲＥＱメッセージを無線メディア処理部２２１が送信する。ＲＲＥＱメッセージを受信した各端末（センサノード）は、メッセージに格納されている探索対象ノードの情報を参照し、この情報が自装置を示しているかどうか（探索対象が自装置かどうか）確認する。確認の結果、探索対象が自装置でなければ、受信したＲＲＥＱメッセージの宛先をブロードキャストアドレスとして転送する処理を繰り返していく。この結果、無線中継器４の識別子が格納されているＲＲＥＱメッセージは無線中継器４に到達する。
【００６３】
上記ＲＲＥＱメッセージを受信した無線中継器４では、メッシュルーティング処理部４２３が、宛先をゲートウェイ２−１に設定したＲＲＥＰメッセージを生成し、このＲＲＥＰメッセージを無線メディア処理部４２１Ａが送信する。ＲＲＥＰメッセージは、中継端末であるセンサノード３Ａ−２および３Ａ−１によりゲートウェイ２−１に向けて転送され、ゲートウェイ２−１に到達する。そして、ゲートウェイ２−１がＲＲＥＰメッセージを受信してその内容を解析し、経路テーブルを構築する。
【００６４】
（センサノード３Ｂに対する経路探索）
図１１は、センサノード３Ｂに対する経路を探索する場合のシーケンス例を示す図であり、具体的には、図１に示した構成の無線通信システムにおいて、ゲートウェイ２−１がセンサノード３Ｂ−１への経路を探索する場合の例を示している。
【００６５】
ゲートウェイ２−１がセンサノード３Ｂ−１への経路を探索する場合、まず、ゲートウェイ２−１のメッシュルーティング処理部２２３が、探索対象とするノード（センサノード３Ｂ−１）の情報（識別子）を格納したＲＲＥＱメッセージを生成し、さらに、このＲＲＥＱメッセージの宛先にブロードキャストアドレスを設定する。次に、このＲＲＥＱメッセージを無線メディア処理部２２１が送信する。ＲＲＥＱメッセージを受信した各端末（センサノード，無線中継器）は、メッセージに格納されている探索対象ノードの情報を参照し、この情報が自装置を示しているかどうか（探索対象が自装置かどうか）確認する。確認の結果、探索対象が自装置でなければ、受信したＲＲＥＱメッセージの宛先をブロードキャストアドレスとして転送する処理を繰り返していく。このとき、無線中継器４では、以下に示す処理を実行してＲＲＥＱメッセージを転送する。すなわち、無線中継器４では、センサノード３Ａから転送されてきたＲＲＥＱメッセージを無線メディア処理部４２１Ａが受信するが、このＲＲＥＱメッセージに格納されている情報が自装置を示しておらず、さらに転送を行う場合、ＲＲＥＱメッセージを受信した無線メディア処理部４２１Ａにて転送するのではなく、無線メディア処理部４２１Ｂが転送処理を行い、ブロードキャストする。これにより、センサノード３Ａにより構成されているメッシュネットワークＡ側で送信されたＲＲＥＱメッセージがセンサノード３Ｂにより構成されているメッシュネットワークＢ側にも転送されるようになる。ゲートウェイ２からのみ経路探索を許可することで、上記動作を実現する。
【００６６】
上記の手順を実行した結果、センサノード３Ｂ−１の識別子が格納されているＲＲＥＱメッセージはセンサノード３Ｂ−１に到達する。
【００６７】
上記ＲＲＥＱメッセージを受信したセンサノード３Ｂ−１では、メッシュルーティング処理部３２３が、宛先をゲートウェイ２−１に設定したＲＲＥＰメッセージを生成し、このＲＲＥＰメッセージを無線メディア処理部３２１Ｂが送信する。ＲＲＥＰメッセージは、中継端末である無線中継器４、センサノード３Ａ−２および３Ａ−１によりゲートウェイ２−１に向けて転送され、ゲートウェイ２−１に到達する。そして、ゲートウェイ２−１がＲＲＥＰメッセージを受信してその内容を解析し、経路テーブルを構築する。
【００６８】
なお、無線中継器４がＲＲＥＰメッセージを転送する際には、ＲＲＥＰメッセージを受信した無線メディア処理部４２１Ｂではなく無線メディア処理部４２１Ａが転送処理を行う。
【００６９】
また、本実施の形態の無線中継器４は、メッシュネットワークＡ側とメッシュネットワークＢ側との間で信号を転送する場合、必要に応じて以下に示すようなデータフラグメント処理を実行して転送前後のサイズを調整する。
【００７０】
（メッシュネットワークＡ側からＢ側への中継処理における処理）
無線中継器４は、センサノード３Ａ、ゲートウェイ２またはセンタ装置１からセンサノード３Ｂ宛に送信されたメッセージを受信した場合、受信したメッセージのデータ長を確認する。そして、確認の結果、受信メッセージのデータ長が無線媒体Ｂに対応する無線通信方式、すなわちメッシュネットワークＢで使用している無線通信方式で取り扱い可能なメッセージの最大データ長を超過していることを検出した場合には、フラグメント処理部４２４にてデータフラグメントを行ってデータを分割してから転送することで、媒体間のデータ長差異を吸収する。
【００７１】
（メッシュネットワークＢ側からＡ側への中継処理における処理）
これとは逆に、無線中継器４は、センサノード３Ｂからセンサノード３Ａ、ゲートウェイ２またはセンタ装置１宛に送信された、宛先が同一のメッセージを複数受信した場合、メッシュネットワークＡで使用している無線通信方式で取り扱い可能なメッセージの最大データ長に合わせて、フラグメント処理部４２４にて宛先が同じ複数データ（メッセージ）の再組み立てを行って結合し、転送する。この転送処理を実現するために、センサノード３Ｂは、センサノード３Ａ、ゲートウェイ２またはセンタ装置１宛にメッセージを送信する場合、無線中継器４でデータの再組み立てが可能となるように、宛先が同一の複数のデータメッセージを生成し、再組み立てを行うべきデータであることを示す情報とともに送信する。
【００７２】
以上のように、本実施の形態の無線通信システムは、第１の無線方式に対応した無線媒体（無線媒体Ａ）を備えたノードにより形成された第１のメッシュネットワークと、第２の無線方式に対応した無線媒体（無線媒体Ｂ）を備えたノードにより形成された第２のメッシュネットワークと、第１および第２の無線媒体を備えた無線中継器と、を備え、無線中継器が、第１のメッシュネットワークの１つ以上のノード、および第２のメッシュネットワークの１つ以上のノードと通信可能な位置において、第１のメッシュネットワーク側から第２のメッシュネットワーク側に向けて送信された信号および第２のメッシュネットワーク側から第１のメッシュネットワーク側に向けて送信された信号を中継することとした。また、第１のメッシュネットワークのゲートウェイが、第１および第２のメッシュネットワーク内の各ノードの端末識別子同士が重複しないように、端末識別子を管理し、この端末識別子を用いて各ノード（センサノード３Ａ，３Ｂ，無線中継器４）への経路を探索することとした。また、無線中継器は、無線媒体が異なるセンサノード間で送受信されるデータを転送する場合、フラグメント処理を行い、１つのメッセージとして受信したデータを分割して複数のメッセージとして転送する、または宛先が同一の複数のメッセージとして受信したデータを取りまとめて１つのメッセージとして転送することとした。
【００７３】
これにより、第１のメッシュネットワーク内のノードから送信された信号および第２のメッシュネットワーク内のノードから送信された信号を各メッシュネットワークの上位の装置を経由させることなく相互に送受信させることができる。すなわち、各メッシュネットワーク内のノードを同一ネットワーク内のノードとして取り扱い、異なる無線媒体を備えたノード同士を通信させることができる。また、ゲートウェイは、センサノード間の無線媒体の差異を意識することなく、各センサノードと通信することができる。
【００７４】
さらに、複数の無線中継器を備えるようにしたので、一部の無線中継器が故障した場合でも、ゲートウェイから対象端末に対して、再経路探索を行うことで、他の無線中継器（故障していない無線中継器）を経由して経路を構築することが可能となる。
【００７５】
実施の形態２．
本実施の形態の無線通信システムの構成は、実施の形態１の無線通信システムと同様である。実施の形態１ではセンサノードがデータを収集する際の動作について特に規定していなかったが、本実施の形態の無線通信システムでは、データ収集時の制御に特徴を有する。具体的には、ゲートウェイ２が各センサノードから一定周期でデータ収集を行うための制御に特徴を有する。
【００７６】
図１２は、実施の形態２の無線中継器の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の無線中継器４ａは、実施の形態１で説明した無線中継器４（図５参照）に対してデータ収集制御部４２５を追加したものである。このデータ収集制御部４２５は、メッシュネットワークＢ内の各センサノード３Ｂからデータを収集する。
【００７７】
図１３は、実施の形態２の無線通信システムにおけるデータ収集動作の一例を示すシーケンス図である。
【００７８】
本実施の形態の無線通信システムにおいては、無線媒体Ａを使用した通信では使用可能帯域が多いことから、各センサノード３Ａは、ゲートウェイ２に対して自律的にデータ送信を行う。一方、無線媒体Ｂを使用した通信では使用可能帯域が少なく、各センサノード３Ｂが自律的にデータ送信を行うようにした場合にはメッセージ衝突により、データの収集率が低下する。そのため、図１３に示したように、無線中継器４ａのデータ収集制御部４２５が、ゲートウェイ２−１から指定されたセンサノード３Ｂに対してポーリングを行ってデータ収集を行い、収集したデータをゲートウェイ２−１へ送信する。なお、図１３においてはゲートウェイ２−１が無線中継器４ａに指示を行う際に送信するメッセージの記載を省略している。
【００７９】
このように、本実施の形態の無線通信システムでは、使用可能帯域の少ない無線方式を利用している各センサノード３Ｂからのデータ収集を無線中継器４ａ主導で行うこととした。これにより、センサノード３Ｂで収集したデータを格納したメッセージ同士が衝突するのを回避することができ、データ収集率の低下を防止できる。
【００８０】
実施の形態３．
本実施の形態の無線通信システムの構成は、実施の形態１の無線通信システムと同様である。本実施の形態の無線通信システムでは、ゲートウェイ２からセンサノード３Ｂへの経路探索動作に特徴を有する。
【００８１】
図１４は、ゲートウェイ２がセンサノード３Ｂへの経路を探索する動作の一例を示すシーケンス図である。
【００８２】
実施の形態１の無線通信システムにおいては、ゲートウェイ２からセンサノード３Ｂまでの経路探索を行う場合に、経路探索要求（ＲＲＥＱメッセージ）がメッシュネットワーク内の全てのセンサノードに送信されることになり、センサノード３Ｂへの経路候補とならないような端末までにもメッセージが伝播することから、メッシュネットワーク内に不要なトラヒックが増加してしまう。
【００８３】
そこで、本実施の形態の無線通信システムでは、図１４に示したように、ゲートウェイ２からセンサノード３Ｂ（図１４ではゲートウェイ２−１からセンサノード３Ｂ−２となっている）までの経路探索要求（ＲＲＥＱメッセージ）を送信する際に、無線中継器４まではユニキャストで送信する。具体的には、ゲートウェイ２のメッシュルーティング処理部２２３は、経路探索を行う場合、探索対象のノードが備えている無線媒体が無線媒体Ｂかどうかを確認し、無線媒体Ｂであれば、経路探索要求をカプセル化して無線中継器宛にユニキャスト送信する。経路探索要求のカプセル化は図１５に示したように行う。無線中継器４は、カプセル化された経路探索要求を受信すると、デカプセル化を行って経路探索要求を取り出し、ブロードキャストで送信する。センサノード３Ｂの動作は実施の形態１と同様である。すなわち、各センサノード３Ｂは、受信した経路探索要求が示す探索対象ノードが自分ではない場合、ブロードキャストで転送する。これにより、メッシュネットワークＢ内の全センサノードに経路探索要求を到達させることができ、かつメッシュネットワークＡ内に不要なメッセージが伝播するのを防止できる。
【００８４】
なお、ゲートウェイ２のメッシュルーティング処理部２２３では図１６に示したような端末情報を保持しておく。そして、経路探索要求を送信する場合、探索対象のノードが備えている無線媒体を確認し、自装置（ゲートウェイ２）と異なる無線媒体のノードが探索対象であれば、経路探索要求をカプセル化して無線中継器４宛に送信する。なお、図１６は、カプセル化動作を伴う経路探索で使用する端末情報の一例を示す図である。この端末情報に含まれる無線媒体の情報は、たとえば、各ノード（センサノード３Ａ，３Ｂ，無線中継器４）が、ネットワークへの参入を要求するネットワーク参入通知メッセージに自身の無線媒体の情報を格納して送信するようにして、ゲートウェイ２のメッシュルーティング処理部２２３に通知される。上述したように、経路テーブルは無線媒体の情報を含んでいるので、経路テーブルを上記端末情報と利用することが可能である。図１６は、経路テーブルを端末情報として利用する場合の例を示している。
【００８５】
このように、本実施の形態の無線通信システムにおいて、ゲートウェイ２は、経路探索を行う際、自身が備えている無線媒体と異なる無線媒体を備えたノードを検索するための経路探索要求をカプセル化して無線中継器４へユニキャスト送信し、無線中継器４は、カプセル化された経路探索要求を受信した場合にはデカプセル化してブロードキャスト送信することとした。これにより、システム内で不要なトラヒックが発生するのを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように、本発明にかかる無線通信システムは、センサネットワークに有用であり、特に、異なる無線媒体を備えた複数種類のセンサノードを使用してデータ収集を行うセンサネットワークに適している。
【符号の説明】
【００８７】
１  センタ装置
２−１，２−２  ゲートウェイ
３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−４  センサノード
４−１，４−２  無線中継器
２１，３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ  無線部
２２，３２Ａ，３２Ｂ，４２，４２ａ  通信処理部
２３  上位Ｉ／Ｆ通信処理部
２４  上位Ｉ／Ｆ
２２１，３２１Ａ，３２１Ｂ，４２１Ａ，４２１Ｂ  無線メディア処理部
２２２  メッシュネットワーク構築・管理部
２２３，３２３，４２３  メッシュルーティング処理部
２２４，３２４  アプリケーション処理部
２２５  上位Ｉ／Ｆ−無線メッシュ間連携処理部
３２２，４２２  メッシュネットワーク参入処理部
４２４  フラグメント処理部
４２５  データ収集制御部
【図１】
0005312421.tif 000002
【図２】
0005312421.tif 000003
【図３】
0005312421.tif 000004
【図４】
0005312421.tif 000005
【図５】
0005312421.tif 000006
【図６】
0005312421.tif 000007
【図７】
0005312421.tif 000008
【図８】
0005312421.tif 000009
【図９】
0005312421.tif 000010
【図１０】
0005312421.tif 000011
【図１１】
0005312421.tif 000012
【図１２】
0005312421.tif 000013
【図１３】
0005312421.tif 000014
【図１４】
0005312421.tif 000015
【図１５】
0005312421.tif 000016
【図１６】
0005312421.tif 000017