(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第１の中継ノード、複数の前記第１の中継ノードと直接通信でき前記第１の中継ノード間を中継可能な第２の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能する複数の無線装置によって構成される無線システムを複数設けた無線中継システムにおいて、
各無線装置は、
時間を計測する時刻計測部と、
前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第１の中継ノード、前記第２の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、
前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第１の中継ノードとして機能させるか、前記第２の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、
全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、
その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、
更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第１のノードではなく、且つ前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして、前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする無線中継システム。
【請求項２】
互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第１の中継ノード、複数の前記第１の中継ノードと直接通信でき前記第１の中継ノード間を中継可能な第２の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能し、複数設けることで無線中継システムを構成する無線装置において、
時間を計測する時刻計測部と、
前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第１の中継ノード、前記第２の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、
前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第１の中継ノードとして機能させるか、前記第２の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、
全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、
その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、
更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第１のノードではなく、且つ前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして、前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする無線装置。
【請求項３】
前記送信部が前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして記憶し、前記送信部が前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項２記載の無線装置。
【請求項４】
前記記憶部は、
前記受信部が前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、自己の無線装置を末端ノードとして記憶することを特徴とする請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記記憶部は、
前記受信部が複数の前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を送出した中継ノード間を中継する前記第２の中継ノードとして記憶することを特徴とする請求項３又は４に記載の無線装置。
【請求項６】
前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号及び前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号は、個々の無線装置を識別するための識別情報を有することを特徴とする請求項２乃至５何れか一項記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線装置から無線装置間の通信を中継する無線中継装置を選出する無線中継システム及び無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信ネットワークの一つの形態として、アドホックマルチホップネットワークがある。アドホックマルチホップネットワークとは、無線中継機能を有する無線通信装置（以下、ノードという。）で構成される通信ネットワークであり、電波が直接届かないノード間の通信を途中のノードが中継することにより、全てのノード間の通信を実現しようとするものである。
【０００３】
アドホックマルチホップネットワークでは、全てのノードが受信した信号を全て再送信すると、必要以上の中継が発生し電波の利用効率が悪くなり、混信や過度の遅延が発生する。そこで、中継機能を持つ多数のノード（以下、候補ノードという。）を、実際に中継を担当する中継ノードと、積極的には中継に関わらない末端ノードとに分けることにより、無駄な電波の利用を行わなくし、電波の利用効率を高める必要がある。
【０００４】
また、候補ノードの中から中継ノードを選出するにあたり、お互いに通信ができ、且つ、できるだけお互いの間隔が広くなるような中継ノードの組み合わせを見つける必要がある。
【０００５】
ここで、従来の中継ノードの選出方法の１つであるLowest-id法について、その手順を以下に示す。
【０００６】
▲１▼最初に全ての候補ノードを「ノード種別未定」という状態に初期化する。
【０００７】
▲２▼全てのノードの中から、各ノードを識別するためのノード識別値が最小であるノードを「中継ノード」として選出し、前記中継ノードから一定の距離内にあるノードを全て「末端ノード」として選出する。
【０００８】
▲３▼上記▲２▼にて、まだ選出されていない「ノード種別未定」状態にあるノードの中から、ノード識別値が最小であるノードを新たに「中継ノード」として選出し、前記中継ノードから一定の距離内にある「ノード種別未定」状態の候補ノードを「末端ノード」として選出する。
【０００９】
▲４▼「ノード種別未定」状態にあるノードがなくなるまで▲３▼の処理を繰り返す。
【００１０】
上記した手順によれば、全てのノードを中継ノードと末端ノードに分類することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した選出方法を利用するためには、全ての候補ノードについて、その位置情報とノード識別を取得し、ノード選出を行う計算機に取得した情報を集めて中継ノード選出処理を行い、前記選出処理の結果を各ノードに配信する機構が必要になる。
【００１２】
また、ノードの配置状態が固定的である場合は、事前に選出処理を行い、その結果を予め各ノードが記憶するという処理を一度行えば良いが、ノードが移動したりする場合等においては、位置情報の測定、位置情報の集約、及び選出結果の配信等の処理がその都度必要となる。
【００１３】
更に、前述した中継ノード選出方法（Lowest-id法）では、中継ノード選出の手順に繰り返し処理が含まれ、その繰り返し処理の中でノード間の距離計算が含まれる。このため、ノード数が増加する場合には計算量と、選出処理時間とが共に増大し、個々の組み合わせにおける通信の可否や通信距離を調べるだけでも膨大な計算が必要になる。
【００１４】
実際の無線通信においては、伝播特性やアンテナの指向性、端末間での通信能力の非対称性により、ノード間の距離が小さくても通信できない場合もあれば、逆に離れていても通信できる場合もある。前述した選出法では、ノード間の距離が一定距離内にあるか否かという条件で、無線通信の可否を判断しているため、末端ノードと中継ノードで電波が届かなかったり、中継ノード間で混信を起こしたりする可能性が高い。無線通信においては、通信を行う送信ノードと受信ノードとの位置情報がわかっていても、電波伝播状況やアンテナにより実際に通信可能か否かを計算から判断することは難しい。
【００１５】
更に、前述した方法で選出した中継ノード間は、距離が離れているために直接通信することができない。そこで、前述の方法により中継ノードを選出した後、最初に選出した中継ノード間の通信を取り持つ新たな中継ノードを、一度は末端ノードと定まったノードの中から、新たに選出し直す処理が別途必要となる。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、システム構築する上での計算量を少なくし、実際に通信可能な無線装置を選出できる無線中継システム及び無線装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【００１８】
請求項１に記載された発明は、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第１の中継ノード、複数の前記第１の中継ノードと直接通信でき前記第１の中継ノード間を中継可能な第２の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能する複数の無線装置によって構成される無線システムを複数設けた無線中継システムにおいて、各無線装置は、時間を計測する時刻計測部と、前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第１の中継ノード、前記第２の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第１の中継ノードとして機能させるか、前記第２の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第１のノードではなく、且つ前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして、前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に関係なく一定にすることができる。また、ノード判定信号を、所定時間毎に又は予め定められた時刻から、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて送信することで、無線装置間の混信の発生確率を下げ、効率的に中継経路を構築することができる。
【００２０】
請求項２に記載された発明は、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される第１の中継ノード、複数の前記第１の中継ノードと直接通信でき前記第１の中継ノード間を中継可能な第２の中継ノード、又は中継を行わない末端ノードとして機能し、複数設けることで無線中継システムを構成する無線装置において、時間を計測する時刻計測部と、前記時刻計測部により得られる時刻により所定時間毎に又は予め定められた時刻に、一定の時間内で他の無線端末から送信された前記第１の中継ノード、前記第２の中継ノード、及び前記末端ノードの何れかであるかを判定することが可能なノード判定信号を受信する受信部と、前記所定時間毎に又は予め定められた時刻に、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて、一定の時間内に、前記第１の中継ノードとして機能させるか、前記第２の中継ノードとして機能させるか、又は前記末端ノードとして機能させるかの判定を行うために、他の無線装置に対して前記ノード判定信号を送信する送信部とを有し、全ての無線装置の状態を末端ノードに初期化し、その後、前記送信部は、自己のノード判定信号の送信時刻において、前記受信部により前記他の無線装置から前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信していない場合には、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記送信部により送信し、前記ノード判定信号を受信している場合には自己の無線装置を末端ノードとして、前記ノード判定信号を送信せず、更に、前記送信部は、前記一定の時間内における所定の時間に、自己の無線装置が前記第１のノードではなく、且つ前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により複数受信している末端ノードであり、且つ他のノードから前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を前記受信部により受信していない場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして、前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信することを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に関係なく一定にすることができる。また、ノード判定信号を、所定時間毎に又は予め定められた時刻から、無線装置毎に計算された時間間隔をおいて送信することで、無線装置間の混信の発生確率を下げ、効率的に中継経路を構築することができる。
【００２４】
請求項３に記載された発明は、前記送信部が前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第１の中継ノードとして記憶し、前記送信部が前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号を送信した場合に、自己の無線装置を前記第２の中継ノードとして記憶する記憶部を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載された発明は、前記記憶部は、前記受信部が前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、自己の無線装置を末端ノードとして記憶することを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載された発明は、前記記憶部は、前記受信部が複数の前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を受信した場合に、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号を送出した中継ノード間を中継する前記第２の中継ノードとして記憶することを特徴とする。
【００２７】
請求項３から５記載の発明によれば、送信信号を選別し、中継ノードに該当しないノードは選出過程において、選出のための信号を送信する必要がないため、ノードの消費電力を少なくでき、電波を効率的に利用することができる。
【００２８】
請求項６に記載された発明は、前記第１の中継ノードであることを示すノード判定信号及び前記第２の中継ノードであることを示すノード判定信号は、個々の無線装置を識別するための識別情報を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、前記識別情報からどの無線装置を使用して中継を行うかが容易に確認することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００４１】
なお、本発明において、「無線装置」とは、中継ノードとしての機能を有する装置であり、以下に説明する無線装置の動作内容（ノード状態）により、説明を容易にするため、中継装置（中継ノード）や、末端ノード等と名称の変更を行うものとする。
【００４２】
図１は、本発明における無線装置の構成例の図である。
【００４３】
図１の無線装置１０は、時刻計測部１１と、記憶部１２と、無線通信部１３とを有するよう構成されている。更に、無線通信部１３は、受信部１４と送信部１５とを有するよう構成されている。
【００４４】
時刻計測部１１は、時間を計測し、指定された時刻又は指定時間経過後に処理の開始を指示する機能を有する。また、記憶部１２は、自己ノードのノード識別、自己ノードの状態、Ｙノード識別、Ｘノード識別、自己ノードと他のノードとの動作履歴、Ｙノードリスト等の情報を記憶する機能を有する。無線通信部１３は受信部１４又は送信部１５を介してアンテナから信号の送受信を行う。
【００４５】
ここで、前記ノード識別とは、各ノードを識別するためノード毎に割り当てられている情報であり、例えば、数や数字、文字、記号等で構成される。
【００４６】
ノード状態には、Ｙノード、Ｙノード間を中継することができるＸノード、又は末端ノードの状態がある。Ｙノードは、互いに直接通信ができない程度に間隔が離れて選出される中継ノードである。Ｘノードは、複数のＹノードと直接通信できる中継ノードであり、Ｙノード間の通信を仲介する。末端ノードは、１つ以上のＹノードの電波を受信できるノードである。
【００４７】
ここで、前述した各ノードの配置例を図に示す。
【００４８】
図２は、各ノードの通信範囲と配置例の図である。
【００４９】
図２において、Ｙ１ノード及びＹ２ノードは、互いに通信範囲外に位置するため互いに通信することはできない。Ｘ１ノードは通信範囲内にＹ１ノード、Ｙ２ノードを含むため、Ｙ１とＹ２間の通信の仲介をすることができる。末端ノードは何れか１つ以上のＹノードからの通信範囲内に点在している。図２におけるＸ１ノード、Ｙ１ノード、Ｙ２ノード、及び末端ノードは夫々無線装置１０のような装置構成を有している。
【００５０】
無線装置１０は、複数の無線装置１０が同時に中継ノード選出手順を実行する。夫々の無線装置１０は、中継ノード選出手順を実行することにより、夫々のノード状態が決定される。
【００５１】
なお、前述したＹノードは、アドホックマルチホップネットワークで一般的に用いられるクラスタ型ネットワークのクラスタヘッダに相当し、Ｘノードはクラスタ同士を結ぶゲートウェイに相当する。
【００５２】
また、無線装置１０が、実際にアドホックマルチホップネットワークとして、各ノードからの通信を中継するためには、中継ノード選出手順により選出したＹノード、Ｘノードを接続する中継ノード接続処理と、各ノードからの通信の中継を行う際の経路を設定する経路設定処理が必要である。
【００５３】
しかしながら、本発明を利用することで、Ｙノード、Ｘノード、及び末端ノードが接続され、中継ノードが相互に接続された中継ネットワークが構築できる。
【００５４】
また、本発明により、中継ネットワークにより直接接続される中継ノード間の通信は可能となるが、複数の中継ノードを経由して通信を行う場合に、どのような経路で通信を中継するかという問題を解決する必要がある。
【００５５】
これは経路制御の問題であり、アドホックマルチホップネットワークでの経路制御方法としては、例えば、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）において検討されている「Charles E. Perkins, Elizabeth M. Royer, Samir R. Das, Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, draft-ietf-manet-aodv-08.txt, 2001」等の方法を用いることで解決することができる。
【００５６】
次に、各無線装置１０における時刻の同期方法について説明する。
【００５７】
中継ノード選出処理では、中継ノード選出を行う各ノードが、近似した時間のタイミングでＹノード選出処理、Ｘノード選出処理を行う必要がある。このため、各ノードは時刻計測部１２を用いて時刻を指定して処理を実行する機能と、動作時刻情報を取得する機能と、時刻計測部１２の時刻を補正する機能とを持つ。
【００５８】
動作時刻情報を取得する方法としては、例えば、放送もしくは通信により動作時刻を取得してもよく、また、過去の中継ノード選出処理を実行した時刻、もしくは中継ノード選出処理で使用する信号を受信した時刻を基準として、一定の規則に基づき次の動作時刻を算出してもよく、あるいは、中継ノード選出処理で使用する信号に他の方法で取得した動作時刻情報を付加して送り、その信号を受信したノードは、付加された動作時刻情報を解析して以降の動作時刻情報を算出してもよい。
【００５９】
時刻計測部１２の時刻を補正する方法としては、例えば、放送もしくは通信により時刻情報を取得して補正してもよく、あるいは、時刻情報に限らない特定の信号を用いて補正してもよく、あるいは利用者が直接時刻を補正してもよい。また、中継ノード選出処理で使用する信号に時刻情報を付加して送り、信号の受信時刻とその時刻情報との関係から時刻を補正してもよい。
【００６０】
次に、無線装置１０が、中継ノードを選出する手順について説明する。
【００６１】
中継ノード選出処理を行うノードは、共通の動作時刻（Ｔ０、Ｔ２、Ｔ４）の間に中継ノードの選出処理を行う。なお、選出処理を行う各無線装置１０の時刻は前述したような方法により同期がとれているものとする。
【００６２】
まず、時刻Ｔ０からＴ２までの時間でＹノードを選出し、その後、時刻Ｔ２からＴ４までの間にＸノードの選出を行う。中継ノードの選出が終了後、必要に応じて、選出されたＹノードとＸノードの通信を確認する中継ノード接続処理を行う。前記接続処理を行うことで、相互に接続できることが確認された中継ネットワークが構築される。
【００６３】
なお、Ｙノード間の通信を仲介するＸノードの選出を、他の方法等を用いて行う場合には、Ｔ２の時点で中継選出処理を終了してもよい。Ｔ２の時点では、各ノードはＹノードと末端ノードに分類されている。
【００６４】
次に、無線装置１０が、中継ノードの選出を、接続の確認まで行う手順について、図を用いて詳細に説明する。
【００６５】
図３は、本発明における中継ノードの選出を接続の確認まで行うフローチャートの一例である。
【００６６】
また、図４は、無線中継装置の中継ノード選出処理時の通信状態の一例の図である。
【００６７】
図４は、候補ノードとしてノード１、ノード２、ノード３、及びノード４が存在し、ノード１とノード２、ノード２とノード３、ノード３とノード４の夫々が互いに通信可能である状態において、これらのノードが中継ノード選出処理を行う場合のタイミングを、横軸を時間として図に示したものである。
【００６８】
次に、図３を用いて手順を説明する。
【００６９】
図３において、Ｙノード選出開始時刻Ｔ０の前にＹノード選出準備処理（Ｓ３１）を行う。中継ノード選出処理を行う各ノード（以下、各ノードという。）は、ノードの状態を末端ノードの状態に初期化し、Ｙノード信号の受信記録の初期化とＹノード信号送信予定時刻Ｔ１の計算を行う。
【００７０】
ここで、時刻Ｔ１は各ノードに個別に計算されるものである。なぜなら、複数のノードが同時にＹノード信号を送信した場合、混信を起こす可能性があるためであり、Ｔ１の計算にあたっては、混信の発生確率を下げるために、Ｔ１の値が拡散するような処理を行う。例えば、乱数や擬似乱数系列を用いて、Ｔ０からＴ２の範囲で一様に拡散してもよい。また、ある特定のノードを中継ノードとして選出される確率を高めたい場合は、Ｔ０に近い範囲をとるように計算してもよく、逆に中継ノードに選出される確率を下げたいノードは、Ｔ２に近い範囲をとるように計算してもよい。
【００７１】
次に、Ｙノード選出準備処理（Ｓ３１）が完了すると、各ノードは、時刻Ｔ０からＴ２までの間、Ｙノード選出処理（Ｓ３２）を行う。
ここで、Ｙノード選出処理におけるイベント処理の例を表1に示す。
【００７２】
【表１】
0004414618.tif 000002
Ｙノード選出処理（Ｓ３２）は、他のノードからのＹノード信号を受信部１４にて受信した場合は、前記信号のＹノード識別を記憶する。時刻がＴ１となったとき自己ノードと通信できるＹノードを検知していなければ、自己ノードがＹノードとなり、Ｙノード信号を送信部１５にて送信する。
【００７３】
ここで、Ｙノード信号の例を表２に示す。
【００７４】
【表２】
0004414618.tif 000003
Ｙノード信号は、Ｙノード信号識別と、Ｙノード識別とを少なくとも含み、Ｙノード信号識別は、Ｙノード信号を他の信号と識別する記号であり、Ｙノード識別は、Ｙノードとなった送信元の送信ノードと他のノードとを識別する記号である。
【００７５】
ここで、時刻Ｔ０からＴ１までに、自己ノードがＹノードを正常に検出できればよいが、例えば、受信部１４にてＹノード信号を正常に受信できなかった場合は未検出として扱う。また、Ｙノード信号を正常に受信できたといても、受信した無線装置１０内の記憶部１２に蓄積されている過去の動作履歴から、受信したＹノード信号の送信ノードと以前に何等かの理由で双方向の通信を行えなかったことが判明した場合には未検出とする等の方法も用いることができる。
【００７６】
図４では、ノード１、ノード２、ノード３、及びノード４の各ノードが計算した夫々の時刻Ｔ１a、Ｔ１b、Ｔ１c、及びＴ１dは、Ｔ０からの時間量において、Ｔ１a＜Ｔ１c＜Ｔ１b＜Ｔ１dとなっている。
【００７７】
最初にノード１がＴ１aのタイミングにより、Ｙノード信号を送信部１５にて送信し、Ｙノードとなる。この信号をノード２が受信部１４にて受信し、Ｙノード信号のＹノード識別情報よりノード１をＹノードとして記憶する。
【００７８】
次に、ノード３がＴ１cのタイミングによりＹノード信号を送信部１５にて送信し、Ｙノードとなる。この信号をノード２とノード４とが受信部１４にて受信し、夫々がノード３をＹノードとして記憶する。
【００７９】
ノード２はＴ１bまでにノード１及びノード３のＹノード信号を受信しているのでＹノード信号を送信しない。ノード４もＴ１dまでにノード３のＹノード信号を受信しているのでＹノード信号を送信しない。
【００８０】
Ｔ２の時点でＹノードの選出が終了する。この段階で中継ノード選出処理を終了すると、図４においては、ノード１とノード３がＹノードとして選出され、ノード２とノード４が末端ノードとなる。更に末端ノードであるノード２はノード１とノード３がＹノードであることを、ノード４はノード３がＹノードであることを情報として記憶部１２に記憶する。
【００８１】
また、Ｓ３２において、近接して存在する複数のＹノードから近いタイミングで送信されたＹノード信号を正常に検出できた末端ノードは、電波の干渉等、実際の電波伝播状態と近い条件下でＹノードの信号を受信できたため、本発明実施後のネットワーク構成におけるデータの受信に関しても正常に受信できる可能性が高い。
【００８２】
次に、Ｘノード選出処理の前にＸノード選出準備処理として、Ｘノード信号の受信記録の初期化とＸノード信号送信予定時刻Ｔ３の計算を行う（Ｓ３３）。
【００８３】
時刻Ｔ３の計算は、各ノードに個別にされるものである。複数のノードが同時にＸノード信号を送信部１５にて送信すると混信を起こす可能性があるため、Ｔ３の計算においては、混信の発生確率を下げるために、Ｔ３の値が拡散するような処理を行う。
【００８４】
例えば、乱数や凝似乱数系列を用いて、Ｔ２からＴ４の範囲で一様に拡散してもよく、また、Ｘノードに選出される確率を高めたいノードでは、Ｔ２に近い範囲をとるように計算してもよく、逆に、Ｘノードに選出される確率を下げたいノードは、Ｔ４に近い範囲をとるように計算してもよい。
【００８５】
Ｙノード、もしくは、Ｔ０からＴ２までの間に複数のＹノード信号を受信していない末端ノードは、Ｘノード信号を送信しないのでＴ３を計算しなくてもよい。
【００８６】
各ノードは時刻Ｔ２からＴ４までの間、Ｘノード選出処理を行う（Ｓ３４）。
【００８７】
Ｘノード選出処理におけるイベント処理の例を表３に示す。
【００８８】
【表３】
0004414618.tif 000004
Ｘノード選出処理（Ｓ３４）では、他のノードからＸノード信号を受信部１４にて受信した場合には、前記信号のＸノード識別を記憶部１２に記憶する。時刻Ｔ３となった時点で自己ノードがＹノードでなく、且つ複数のＹノード信号を受信している末端ノードであり、且つ他のノードからのＸノードの信号を検出していない場合に、ＸノードとなりＸノード信号を送信部１５にて送信する。
【００８９】
ここで、Ｘノード信号の例を表4に示す。
【００９０】
【表４】
0004414618.tif 000005
Ｘノード信号は、Ｘノード信号識別と、Ｘノード識別と、Ｙノードリストとを少なくとも含む。前記Ｘノード信号識別は、Ｘノード信号を他の信号と識別する記号であり、前記Ｘノード識別は、Ｘノードとなった送信ノードを他のノードと識別する記号であり、前記Ｙノードリストは、前記Ｘノードが受信部１４にて受信したＹノードのＹノード識別を含むリストである。
【００９１】
ここで、他のＸノード信号との重複を検知する方法として、例えば、他のＸノード信号の受信をもって重複とみなす方法や、受信した他のＸノード信号のＹノードリスト中に、自己ノードが受信したＹノードが全て含まれている場合をもって重複とみなす方法等を用いる。
【００９２】
時刻Ｔ４の時点では、ＸノードとＹノードが中継ノードとして選出される。この時点で、各ノードは自己ノードがＸノード、Ｙノード、又は末端ノードの何れかに分類されている。各ノードは、受信したＸノード信号、Ｙノード信号により、自己ノードが受信できる中継ノードを知ることができる。
【００９３】
Ｙノードとして選出されたノードは、受信したＸノード信号のＹノードリストに自分のＹノード識別が含まれていれば、前記Ｘノード信号を送出したＸノードと通信できることを確認できる。また、Ｘノード信号内の他のＹノード識別の情報により、Ｘノードを介して、どのＹノードと通信できるのかを確認することができる。
【００９４】
ここで、Ｔ４の時点までにＸノード信号を受信していないＹノードは、他の中継ノードと通信できない孤立したノードである。
【００９５】
Ｘノードは、２つ以上のＹノードからの信号を受信しているので、前記Ｙノードとの通信を行う可能性があるが、この時点では、Ｘノードが送信する信号をＹノードが正しく受信できるかの確認はできない。また、末端ノードは、中継ノードとして選出されたＹノードからのＹノード信号を1つ以上受信しているが、この時点では、末端ノードが送信する信号をＹノードが受信できるかの確認はできていない。
【００９６】
図４の例では、Ｔ２の時点で複数のＹノード信号を受信しているのはノード２だけである。ノード２は、Ｔ３の時点でノード１とノード３をＹノード識別として含むＸノード信号を送信部１５にて送信する。
【００９７】
ノード１及びノード３は、前記Ｘノード信号を受信部１４にて受信したとき、自己のノード識別がＹノード識別として含まれていることから、ノード２との双方向の通信を行うことができることを情報として得ている。
【００９８】
また、ノード１及びノード３は、ノード１及びノード３がノード２を介して通信できる可能性があることを情報として得ている。
【００９９】
ノード４は、ノード３がＹノードであることを情報として得ている。
【０１００】
以上で、中継ノードの選出処理（Ｓ３４）は完了する。
【０１０１】
しかしながら、前述したＳ３１〜Ｓ３４の処理では、Ｙノードは、通信可能であることを確認したＸノードの情報を持っているが、Ｘノードは、Ｙノードとの通信は受信しか確認していない。つまり、中継ノード相互の接続はこの時点ではまだ確認されていない。
【０１０２】
このため、実際に中継ネットワークを構築するには、中継ノード選出処理の後に、中継ノード接続処理（Ｓ３５）が必要である。中継ノード接続処理（Ｓ３５）は、ＹノードからＸノードに対する通信の確認情報の伝達とＹノード及びＸノードが隣接ノードを認識できればよい。なお、隣接ノードとは、ある特定の中継ノードが直接通信することができるノードのことである。
【０１０３】
しかしながら、構築するネットワークのトポロジにより、中継ノードの接続処理が変更することがある。そこで、中継ノード接続処理（Ｓ３５）の例として、以下に２つの例を用いて説明する。
【０１０４】
なお、中継ノード接続処理（Ｓ３５）を行う無線装置１０において、記憶部１２には隣接ノードを情報として保持する機能を有する。隣接ノード情報とは、中継ノードが直接通信可能な他のノードのノード識別である。
【０１０５】
最初に、通信を確認した全ての中継ノードを接続するネットワークトポロジを構築することができる中継ノード接続処理の例（例１）を説明する。
【０１０６】
この例における中継ノード接続処理時のイベント処理の例を表５に示す。
【０１０７】
【表５】
0004414618.tif 000006
時刻Ｔ４からＴ６までにＹノードはＸノード確認信号を送出し、Ｘノードがこれを受信することでＸノードヘの通信の確認と接続処理を同時に実現できる。時刻Ｔ６は、例えば、放送もしくは通信により指定してもよく、また中継ノード選出開始時刻Ｔ０、Ｔ２又はＴ４から予め設定されている時間だけ経過した時刻としてもよい。
【０１０８】
Ｙノードは、自己のＹノードをＹノードリストに含んでいるＸノード信号を送信したＸノードがあれば、前記Ｘノードを隣接ノードとして記録し、全ての隣接ノードのノード識別を接続ノードリストに含むＸノード確認信号を送出する。
【０１０９】
Ｘノード確認信号の例を表６に示す。
【０１１０】
【表６】
0004414618.tif 000007
Ｘノード確認信号は、Ｘノード確認信号識別と、Ｙノード識別と、接続ノードリストとを少なくとも含む。前記Ｘノード確認識別は、Ｘノード確認信号を他の信号と識別する記号であり、前記Ｙノード識別は、Ｙノードとなった送信ノードを他のノードと識別する記号であり、前記接続ノードリストは、前記Ｙノードが接続を確認したＸノードのＸノード識別を含むリストである。
【０１１１】
前記Ｘノード確認信号は、Ｔ６になる前までの時刻Ｔ５に送出すればよいが、例えば、各ＹノードがＹノード選出処理（Ｓ３２）の際にＹノード信号を送信したときの時刻Ｔ１を利用して前記Ｘノード確認信号を送信することで、複数のＹノードからのＸノード確認信号を受信するＸノードが混信する確率を減少させることができる。
【０１１２】
例えば、Ｔ０と各ノードが発信したＹノード信号の送信時刻Ｔ１の時間間隔をΔＴとすると、ΔＴだけＴ４から経過した時刻を時刻Ｔ５としてもよく、ΔＴに一定値を掛けて一定値を加えた時刻を時刻Ｔ５としてもよい。
【０１１３】
図４の例では、ノード１及びノード３では時刻Ｔ５の算出方法としてＴ１−Ｔ０＋Ｔ４の時刻を用いている。ノード１は、隣接ノードとしてノード２を記録した上で、時刻Ｔ５aに接続ノードリストにノード２を含んだＸノード確認信号を送信部１５にて送信する。ノード２は、前記信号を受信部１４にて受信しノード１を隣接ノードに加える。ノード３は隣接ノードとしてノード２を記録した上で、時刻Ｔ５bに接続ノードリストにノード２を含んだＸノード確認信号を送信部１５にて送信する。ノード２は、前記信号を受信部１４にて受信しノード３を隣接ノードに加える。この結果ノード２はノード１とノード３との接続を確認する。
【０１１４】
Ｘノードは時刻Ｔ６までの間に受信したＸノード確認信号に、自己のＸノード識別が含まれているＹノードを隣接ノードとして記録する。この中継ノード接続処理（Ｓ３５）により、時刻Ｔ６までの間に、全てのＸノード及びＹノードは、相互の通信が確認された隣接ノードの情報を記録部１２に記録することができ、無線中継ネットワークが構築される。
【０１１５】
次に、特別なノードを根とした木構造となるようにＸノード及びＹノードを接続するトポロジを構成する中継ノード接続処理（Ｓ３５）の例（例２）を説明する。
【０１１６】
この場合、各ノードは、上位ノードのノード識別を記憶する機能を有する必要がある。時刻Ｔ４の時点で、根となるべき特別なノードは、それまでに受信部１４にて受信しているＸノードもしくはＹノードに対して、木構造作成信号を送信部１５にて送信し、木構造のネットワークの作成を開始する。他のノードは時刻Ｔ４の時点までには上位ノードのノード識別を初期化する。
【０１１７】
前記木構造作成信号は、送出ノード識別と、子ノードリストとを少なくとも含む。ここで、前記送出ノード識別とは、木構造作成信号を送出したノードのノード識別である。
【０１１８】
記憶している上位ノードのノード識別が初期化状態のままであるＹノードが、木構造作成信号を受信部１４にて受信すると、自己ノードのノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに含まれている場合において、自己ノードは、送出ノード識別に記載されているノードを上位ノードとする子ノードとして設定する。
【０１１９】
次に、前記送出ノードを上位ノードとして記憶し、これまでに受信部１４にて受信したＸノード信号より作成したＸノードリストから、上位ノードのノード識別を除去したものを子ノードリストとし、自己ノードを送信ノード識別として、前記子ノードリストを含む新たな木構造作成信号を送信部１５から送信する。
【０１２０】
なお、Ｘノードリスト中のノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに記載されている場合には、前記ノード識別を自己ノードの子ノードリストや自己ノードの送信する木構造作成信号の子ノードリストから除外してもよい。
【０１２１】
次に、記憶部１２が記憶している上位ノードのノード識別が初期化状態のままであるＸノードが、木構造作成信号を受信部１４にて受信すると、自己ノードのノード識別が、受信した木構造作成信号の子ノードリストに含まれている場合において、自己ノードは送出ノード識別に記載されているノードを上位ノードとする子ノードとして設定する。次に、前記送出ノードを上位ノードのノード識別として記憶し、これまでに受信したＹノード信号より作成したＹノードリストから上位ノードのノード識別を除去したものを子ノードリストとし、自己ノードを送信ノード識別として、前記子ノードリストを含む新たな木構造作成信号を送信部１５から送出する。
【０１２２】
なお、前述したＸノードが、他のＸノードから送信されたＸノード信号を保持している場合には、子ノードリストに、Ｙノードリストのノードに加えて、受信しているＸノード信号の送信ノード識別を加えてもよく、更に、受信した木構造作成信号の子ノードリストの中に、保持しているＸノード信号の送信ノード識別が記載されている場合には、前記ノード識別を自己ノードの子ノードリストや自己ノードの送信する木構造作成信号の子ノードリストから除外してもよい。
【０１２３】
この木構造作成信号がＹノードとＸノードとの間を交互に伝播されることにより、ＸノードとＹノードが接続される。なお、Ｘノードが、他のＸノードが送信するＸノード信号を保持している場合には、木構造作成信号がＸノードから他のＸノードヘと伝播される場合がある。
【０１２４】
例２における中継ノード選出処理（Ｓ３５）では、Ｘノード及びＹノードの選出終了の時点では、ＸノードからＹノードヘの通信の確認、及び末端ノードから中継ノードヘの通信の確認は行っていない。このため、中継ノード接続処理を行っても他と接続できないＹノードや中継ノードに接続できない末端ノードが発生することがある。こうした中継ノードヘの非接続ノードは、通信が必要となった時点で、自己ノードから通信できる近傍の末端ノードに中継ノードになることを依頼する必要がある。こうした近傍ノードヘの中継依頼処理を導入することで、接続の確実性を高めることができる。
【０１２５】
なお、アドホックネットワークでは、通信に利用していた中継ノードが移動したり消滅したりする可能性が高いため、前記中継依頼処理は、中継ノード選出処理に特有のものではなく、必須の機能として備わっているものである。
【０１２６】
前述した例２においても、例１と同様に中継ノードの接続を確認することができる。
【０１２７】
本発明を利用することにより、様々なネットワーク形態（トポロジ）に対応した信号の送受信を行うことで、容易に無線中継ネットワークを構築することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、例えば、アドホックマルチホップネットワーク等の無線中継システムにおける中継ノードを選出する過程において、個々のノードの位置情報を収集する必要がなく、また個々のノードが行う通信、計算、及び選出作業が終了するまでに要する時間を、中継ノード選出を行うノード数に依存せず一定にすることができる無線中継装置選出方法、無線装置及びそれを用いたネットワークシステムを提供することができる。
【０１２９】
中継ノード選出を行うノードの数が非常に多くなっても、必ず一定の時間内に中継ノードの選出が完了するため、収容するノード数の多い大規模な無線システムを構築する場合において、構築までの時間を容易に把握できるため、システム開発又はシステム運用で効率的な作業を行うことが可能となる。
【０１３０】
また、本発明の中継ノード選出方法を用いると、中継ノードに該当しないノードは選出過程において、選出のための信号を送信する必要がないため、ノードの消費電力を少なくすることができる。
【０１３１】
しかも、選出が完了した時点で、夫々のノードは、自分が受信できる範囲内で、どのノードが中継ノードに選出されているかの情報を保持しているため、選出過程終了後、改めて各ノードに対して中継ノードを知らせる通信を省略できるため電波の効率的な利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における無線装置の構成例の図である。
【図２】各ノードの通信範囲と配置例の図である。
【図３】本発明における中継ノードの選出を接続の確認まで行うフローチャートの一例である。
【図４】無線装置の中継ノード選出処理時の通信状態の一例の図である。
【符号の説明】
１０  無線装置
１１  時刻計測部
１２  記憶部
１３  無線通信部
１４  受信部
１５  送信部
【図１】
0004414618.tif 000008
【図２】
0004414618.tif 000009
【図３】
0004414618.tif 000010
【図４】
0004414618.tif 000011