(57)【要約】【課題】  ノードの故障でマルチホップ型ネットワークが破断した時に、応急対策としてネットワークを復旧させる中継装置を提供すること【解決手段】  無線ネットワークがマルチホップ型の無線装置で構成されている。中継装  置７００は、無線ネットワークを構成するノード６３がその機能を失ったとき、機能を  失ったノード６３に代わり、無線ネットワークを修復するに用いる。また、中継装置７  ００は、携帯可能である。【選択図】  図７
2007067556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホップ型の無線装置で構成される無線ネットワークにおいて、  前記ネットワークを構成する１ノード又は複数のノードがその機能を失ったとき、前記  機能を失った前記ノードに代わり、前記ネットワークを修復するに用いる携帯可能であ  る中継装置。
【請求項２】
複数の情報源を経由して情報を積算する無線ネットワークにおいて、  前記ネットワークを構成する１ノード又は複数のノードがその機能を失ったとき、前記  機能を失った前記ノードに代わり前記ネットワークを修復するのに用いる携帯可能であ  る中継装置。
【請求項３】
データを入力する入力装置と、
ソフトウエアや情報を格納する記憶装置と、
処理の内容や前記情報を表示する表示装置と、
他のノードと双方向通信を行う無線モジュールと
前記入力装置と前記記憶装置と前記表示装置と前記無線モジュールに接続し、通信や情報の制御を行う中央処理装置と、
前記無線モジュールと接続したアンテナを有する携帯可能である請求項１又は２記載の  中継装置。
【請求項４】
前記ネットワークを構成する前記ノードが電柱に取り付けてある請求  項１乃至３のいずれかに記載の中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の中継器は無線ネットワーク、特にマルチホップ型の無線通信装置を用いて複数の情報源を経由して情報を集めるネットワーク環境において、中継を行う無線装置が故障し、その結果ネットワーク機能が損なわれた時に、一時的又は２次的に情報を必要としている場所に中継する中継器の分野に属する。特に、本中継器は同一周波数上で作動するもので、情報を一時無線ノードの記憶装置内に留める形式の無線ノードを用いて構成されるマルチホップ型ネットワークに対応するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の進歩は変調方法の進歩が中心となって進んできた。例えば、高周波に単一の低周波信号を変調する無線電信、高周波に声や音声等の音声信号を変調する無線電話、ディジタル信号をモデムにより低周波信号に置き換えて、その低周波信号を高周波に変調して送受するディジタル無線通信等が上げられる。
【０００３】
これらの無線通信は情報を送る側である送信側と電波として届く情報を受ける受信側が存在し、１対１の無線通信が一般的である。しかし、長い距離を無線通信で繋ぐ場合は、送信側の高周波出力を高めるか、受信側の受信性能を向上させるか、又は両者と同時に行うかであった。しかし、短波通信のように電離層反射で情報を伝える無線装置では電離層の電波反射率や空間の状態、例えば空電や空間ノイズで一概に送信出力の増大や受信感度の向上を行っただけでは通信の安定性を確保する事は不可能である。直接波で通信を行う場合は、受信機と送信機を一つの装置に搭載し、受け取った情報をそのまま送信する装置、リピータを用いて遠距離に情報を伝達する事が一般的に行われている。リピータのように独立して送受信機能を持つ装置のことをノードと呼ぶ。リピータの方式には大きく分けて２種類ある。一つは送信に用いる周波数と受信に用いる周波数をずらせて受けた情報を直ぐに送信する周波数差方法、もう一つは同一の周波数を用いるが、情報を受信する時間帯と受けた情報を送信する時間とを分ける時間差方法である。当該２方法は音声通信に用いられることが多い。周波数差方式は受信した情報をそのまま他の周波数でほぼ同時に送信するものであるが、リピータの一つが破損していた場合に情報がその部分で途切れてしまう。周波数差方式ではリピータ毎に設定周波数、送信周波数と受信周波数が異なる為、破損したリピータの近傍にあるリピータが破損したリピータの代用となるかは定かではない。また、受けた情報をそのまま送信するため、次のリピータが正確に受け取っているかの確認ができない為、通信網の最終点で正確な情報が伝わったかの判定は難しい。一方、時間差方式で情報を送る場合は情報を最初に取り込む所で取り込んだ情報を圧縮して、圧縮した情報を生情報を取り込んだ時間の半分の時間で送信し、リピータは送られてきた情報を受信し、受信完了直後にリピータは送信に切り替わり、受信した情報を送信する。図１は時間差方式のリピータを用いて情報を送る場合の送受信タイミングを示す模式図である。送信を終えるとリピータは受信に切り替わり次の情報を受信する。この様に送受信を繰り返して情報を伝えて行く。また、通信網の終着点においては、圧縮された情報を解凍し、もとの情報又はもとの情報に近い情報に戻す。時間差方式のリピータであれば、同一周波数で通信をすることから近傍のノードが破損したノードの代用はできる。しかし、ノード間の距離はノードが破損することを想定しないで決められていることが多く、一つのノードが破損した時に、通信距離的に近傍のノードが  破損したノードが受けるべき情報を受け、更にその情報を正確に送信できるかは疑問である。また、この方法においても、送信と受信の切り替え時間が短い為、前後のリピータとハンドシェーク等の送受信内容の正確さを補償する機能は限られる。従って、従来の無線通信に於いては、確実な通信と通信内容の信憑性が不十分であり、また、ノード等の故障により通信網の一部が破断した場合は、通信を補完する構造を持たないが故、通信が途切れてしまう事態が発生する。
【０００４】
また、階層型無線自己組織ネットワークにおいては、障害単点を回避するように、中央基地局が取り除かれる。その代わり、基幹ノードにより分散された方法で制御され、全ネットワークに関する情報は、任意の基幹ノードからいつでもアクセスすることができる。
【０００５】
例えば、センサー／アクチュエータ・ノードにおいて各ノード又はリンクに障害が起きた場合、個々のセンサー／アクチュエータ・ノードに取得されローカルに格納されているクラスター・ヘッドの代替経路情報を用いて実行される。さらに、失われたノードは、「ＳＯＳ」メッセージを用いることで、ある隣接ノードから有効な経路情報を取得する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特表２００５−５１５６９５号公報（００６５段落−００６９段落、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術に於いては、１対１の通信やリピータを経由しての通信に於いても、送信元の情報を最終受信元に伝える機能に留まる。この様な通信方法では情報源が複数有る場合に情報源を経由して、そこで情報を集め、集めた情報を加算しながら最終的には全ての情報源の情報を一つの情報として最終受信側に送る通信は難しかった。
【０００７】
近年、マルチホップ方式の無線通信装置が提案され、複数の情報発信源を経由しながら情報を加算して行くことが可能となった。また、マルチホップ方式では電波法で許可された周波数や送信電力の範囲で電波が充分届くことを確認した上でノード間の距離や設置状況でノードを配置できるため、今まで行っていた１対１の通信から比べると通信に対する信頼性が増したといえる。
【０００８】
マルチホップ型無線通信装置の応用例としては、一列や一方方向に並んだ構造物の状態モニターが揚げられる。例えば、電柱の上にマルチホップ型の無線ネットワークを敷設して電線や電柱の状態、例えば電力線の断線や電柱の倒壊等、や変圧トランスの発熱状況等をマルチホップ型ネットワークを通じてネットワークに接続された電柱全てに関する情報を一定の場所、例えば基地局で把握できる。図２は、従来の電柱上部に敷設された測定ノードを用いてマルチホップ型の通信の例を示す模式図である。ここに示すマルチホップ型の無線装置では各ノードが測定ノードである為に測定ノードを経由する度に、経由した測定ノードの情報が転送されるデータに加算される。図３はここで説明する従来のマルチホップ型通信装置が保持をするデータの内容を示す模式図である。図３に示すように、基地局に最も近いノードでは、経由してきたノードの情報を記憶装置に保存していることがわかる。このことから、全てのノードを経由して、基地局に戻ってきたデータには全ての測定ノードの情報が含まれている為、人間が物理的に電柱が存在する場所に行かなくても電柱の状態を把握することができ、保守の必要があれば特定の電柱の場所に保守要員を送ることができる。
【０００９】
マルチホップ型無線通信装置は通常ネットワーク内のノードが故障した事を想定して、目的のノードと通信ができない場合は、代わりのノードを経由して無線通信を継続できる機能を持っている。図４は従来のマルチホップ型無線ネットワークにおいて、ネットワークを構成するノードの一つが故障で通信が不能になった場合に、故障したノードの代わりに他のノードを経由して通信を継続して行く状態を示している。従って、ノードの一つが故障してもネットワークには支障を来さないと言われている。反面、ノードの数が増えればネットワーク自体のコストが増える。また、電柱のように間隔の広い、例えば４０メートルになってくると、送信出力が低く制限されている無線規格、例えば３メートル法微弱無線では確実な通信を行うことは難しい。
また、マルチホップ型のネットワークを設計する際に、最初からノードが故障することを想定して設計することはノードの数を増やして設計することを意味し、その結果として無駄が多く、コスト面でも不利になる。
【００１０】
とは言え、電柱等屋外に敷設された無線装置は風雨にさらされたりする為、浸水や温度高低差による疲労等で故障するリスクを負っており、一旦ノードが故障してしまうとマルチホップ型ネットワークが破断してしまうリスクがある。本発明が解決しようとする課題は、ノードの故障でマルチホップ型ネットワークが破断した時に、応急対策として当該ネットワークを復旧させる方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の中継装置は、携帯可能であって、マルチホップ型の無線装置で構成される無  線ネットワークにおいて、前記ネットワークを構成する１ノード又は複数のノードがそ  の機能を失ったとき、前記機能を失った前記ノードに代わり、前記ネットワークを修復  するに用いる。
【００１２】
本発明の中継装置は、携帯可能であって、複数の情報源を経由して情報を積算する無  線ネットワークにおいて、前記ネットワークを構成する１ノード又は複数のノードがそ  の機能を失ったとき、前記機能を失った前記ノードに代わり前記ネットワークを修復す  る。
【００１３】
本発明の中継装置は、携帯可能であって、データを入力する入力装置と、ソフトウエ  アや情報を格納する記憶装置と、処理の内容や前記情報を表示する表示装置と、他のノードと双方向通信を行う無線モジュールと、前記入力装置と前記記憶装置と前記表示装置と前記無線モジュールに接続し、通信や情報の制御を行う中央処理装置と、前記無線モジュールと接続したアンテナを有する。
【００１４】
本発明の中継装置は、前記ネットワークを構成する前記ノードが電柱に取り付けてあ  る。
【発明の効果】
【００１５】
マルチホップ型も無線通信ネットワークを装備した電柱管理視システムにおいては、日常の電柱や送電管理についても、検査員を派遣して電柱一本毎に検査しなくても電柱に関する大凡の状態を把握できる利点がある。当該無線ネットワークの威力は、天変地異の状況下でライフラインである、電力が通常通り供給されているかを短時間内に確認することができる利点がある。電柱が倒壊等して電力の供給が止まった時に、無線端末を用いる事で機能を保っている無線ノードから得られた積算された電柱の情報を、当該無縁端末に入れて電力会社に持ち帰えることで、電柱の検査員を実際に派遣して、電柱１本１本検査して被害の度合いを見積もらせるよりも、早急に、どの部分の電柱が被害を受けているかを把握し、復旧対策を早期に立案するのに手助けとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態を図面に示した実施例に基づき説明する。ノード等の故障によりマルチホップ型ネットワークが破断した場合、応急的な復旧方法として２種類考えられる。１つの方法は、故障したノードの代わりに携帯用のノードを故障したノードの代用をさせ、ネットワークを一時的に復旧させる方法である。他の方法は、携帯用端末を用いて故障したノードまでの情報を当該携帯端末に受信させ、データを携帯端末に入れて基地局まで持ち運ぶ方法である。
【００１７】
なお、電柱に敷設したマルチホップ型無線通信ネットワークを用いた場合である。このネットワークは、電柱１本に対し１個のノードが敷設されており、電柱の数は１００万本〜３００万本とする。
【実施例１】
【００１８】
図５は、本発明で使われた無線ノードの機能を示す模式図である。本発明で使用するマルチホップ型無線通信ネットワークに用いられるノード（無線ノード）５００は、命令や情報を電波を使って相互にやりとりする為の無線モジュール５１０、マルチホップの無線通信の制御、センサー情報の取り込みや無線ノード５００に関する処理を行う中央処理装置５２０、受信した情報を記録、たセンサー部５６０からのセンサー情報の記録、無線通信その他の処理を行う為のソフトウエアを記録している記憶装置５３０、センサーが示すアナログ又はディジタルの値を中央処理装置５２０が取り込むのに適切な形式、例えばセンサー情報がアナログデータの場合はアナログデータをアナログ／ディジタル変換してディジタル値として出力する測定装置５４０、高周波変調された命令や情報を送信又は受信する無指向性の空中線５５０、電柱の状態を得るのセンサー部５６０及び外部電源から供給を受けて無線モジュール５１０等に電源を供給する電源５７０で構成されている。
【００１９】
無線モジュール５１０は、送信及び受信を切り替えて無線通信を行うので、トランシーバ型無線モジュールである。無線ノード５００が使用した無線規格は、電柱間の距離が４０メートルを越える事と電灯線から電源を取れる事を考慮に入れ、４２６ＭＨｚ帯の特定省電力無線を用い、送信出力は１ｍＷとした。電柱の状態を知る為のセンサー部５６０には、変圧トランスの発熱状態を知る為のセンサー、例として熱伝対、サーミスタ、赤外線センサーや過電流計、及び電柱の状態を知るセンサー、例として水平議、タッチセンサー、及び電線の破断を検知するセンサー、例として電磁式電流計を用いた。空中線５５０は、垂直型１／４波長の空中線を用いた。無線ノード５００を電柱の頂上に敷設した。
【００２０】
本実施例ではマルチホップ型無線ネットワークの極一部が破断、例えば交通事故が発生して、自動車が電柱に衝突し、電柱が破損した為に同様に無線ノード５００も破損した結果、マルチホップ型無線通信ネットワークが破断した状態での一時的復旧についての応用例を示す。
【００２１】
通常、市街地で見受ける電柱は、その間隔に於いてその場所での利便性を考慮して一定間隔ではない場合がある。図６は、電柱に対する事故により電柱が横倒しになったことで、電線が破損し、測定ノードが機能しなくなった状態を示している。ノード６１は、図６に示す４つのノードの内、最も基地局側に位置している。基地局からの命令はノード６１迄は到達する。しかし、ノード６１が、破損したノード２に対して命令を伝えようとするが、ノード６２はその機能を失っているので、ノード６２がその命令を受け取り、更にその命令をノード６３に、さらにノード６３がノード６４に伝えることができない。ノード６１とノード６３の間は距離が長く、通信距離圏内でないために、これらの２つのノード間の通信はできない。従って、ノード６１以降は通信が途絶えてしまったことになる。
【００２２】
ここで、当該ネットワークを復旧するには、破損したノード６２に代わり、疑似ノードをノード６１及びノード６２の間に挿入すれば良いことになる。
【００２３】
通常、マルチホップ機能を持つノードは第１候補の通信相手と通信できない場合は、基幹ノードか、基地局に次の通信候補を問い合わせる為に通信を基幹ノード又は基地局に戻す作業を行う。図６は基地局に通信を返す様子を示している。図６のノード６１は破損したノード６２との通信が行えない為、ノード６１の判断で命令の電送を中止して、ノード６１が基地局側に情報を返信することができる。この場合に於いて、ノード６１から基地局間にある測定ノードが測定した値を加算して基地局までに届けることができる。この様な形で情報が基地局迄戻ることによって、何処のノードがその機能を失っているが判明する。この情報を元に破損したノードを修理することが可能となる。
【００２４】
反面、本実施例の場合は１カ所のノードの機能が失われているだけで、通信全体が途絶えてしまう。しかし、機能を失った測定ノードの代わりをする携帯ノードを機能を失った測定ノードの代わりに挿入してやることで、応急的にネットワークを復活させることができる。
【００２５】
図７ａは携帯用疑似ノードの構造、図７ｂはその外観を示す。携帯用疑似ノード７００の構成は、一般的なＰＤＡ（Personal Digital Assistance）に無線機能を付加したのと同じ機能を持つ。本実施例ではＰＤＡにマルチホップ機能を持たせ、破損したノードの代わりとなる情報を入力した。本実施例の携帯用疑似ノード７００は、図７ａ、７ｂに示す様に、他のノードと双方向通信を行う為の無線モジュール７１０、例えばトランシーバモジュール、処理の内容や情報等を表示する表示装置７４０、データを入力する入力装置７５０、ソフトウエアや情報を格納する記憶装置７３０、通信やその他の制御を行う中央処理装置７２０、装置全体に電気を供給する電源７６０、例えばリチウム電池や充電式バッテリー、とアンテナ７７０で構成されている。マルチホップの通信ソフトウエハは測定ノードに搭載されているもので、測定機能を省いたものを用いた。
【００２６】
次に具体的な実施方法を示す。図８は携帯用疑似ノードを用いて一時的にネットワークを復活させた状態を示している。先ずは、通常のマルチホップ通信で通信が途絶えているノードの位置を確認する。機能を失った測定ノードの位置に携帯用疑似ノード７００を搬送する。次に機能を失った測定ノードと同じ内容の情報を携帯用疑似ノード７００に入力する。図８の場合はノード８２のＩＤや内容となる。続いて携帯用疑似ノード７００を破損したノードの前後にあるノード、図８の場合はノード８１とノード８３、と携帯用疑似ノード７００が充分通信ができる位置に携帯用疑似ノード７００を設置し、携帯用疑似ノード７００を起動させる。最後に通常のマルチホップ通信を基地局から起動し、通信を完結させる。
【００２７】
携帯用疑似ノード７００を用いてネットワークが復旧している間に機能を失ったノード８２、図６ではノード６２を修理し、又は交換し、再設置してネットワークを完全普及させる。
【００２８】
図９は、例えば自然災害が発生して複数の測定ノードが機能を失った状態を示している。
【００２９】
本発明は天変地異、例えば、台風、竜巻、大火事、地震等が発生して、複数の箇所で電柱が倒壊し、同様にマルチホップ型無線ネットワークが破断した場合において、復旧をすべき箇所の特定をマルチホップ型無線ネットワーク及び携帯用疑似ノードを用いて行う方法について説明する。
【００３０】
電灯線や動力線はライフラインである為、それが被災した場合は早期の復旧が望まれる。しかし、電灯線や電力線に纏わる電柱の数は電力会社１社で１００万本を越すと言われている。電柱が被災して通電が阻害された場合は、もっぱら使用者の通報等で電柱の被災場所を特定しているのが現状である。マルチホップ型通信ネットワークと基地局の機能を持たせた携帯用疑似ノードを用いることで、被災箇所を早期に発見することが可能となる。
【００３１】
自然災害の場合、その災害は広いエリアに及ぶ事が多い。図９に於いては測定ノード９２及び９３が破損し、その機能を失ったことを示している。この場合に於いて、携帯用疑似ノード７００を用いてネットワークを普及しようとしても、正常に作動している前後の測定ノード、図９に於いてはノード９１及びノード９４、の間隔が広すぎて、携帯用疑似ノード７００ではノード９１とノード９４間の通信を中継することが困難な場合が多い。また、ノード９４以降はどの様な通信状態になっているのか判らない場合が多い。
【００３２】
本実施例ではこの様な場合に、携帯用疑似ノード７００に基地局の機能を持たせ、通信が途絶えた場所以降の測定ノードに対して通信を行い、それ以降のネットワークが正常に働いているか、又はネットワークが途切れているかを判断する方法である。
本実施例で用いた基地局機能を持った携帯用疑似ノード９００は、携帯用疑似ノード７００と同じ構成を持つ。従って、その構造は図７で示すものと同じである。基地局の機能を持つ携帯用疑似ノード９００と携帯用疑似ノード７００の相違点は、図７の記憶装置７３０に含まれているマルチホップ型通信ソフトウエアと基地局に関する識別番号等の情報のみである。
【００３３】
次に、具体的に通信機能を失っている測定ノードを探す方法について説明する。図９に示すように携帯用疑似ノード９００ａがノード１０４と通信して、ノード１０４以降のノードとの通信を始める。ノード１０４はノード１０５と通信を行い、同様にノード１０５はノード１０６と通信を行う。何れの通信も正常に行われる。しかし、ノード１０６がノード１０７に対して通信を行おうとすると、ノード１０７は破損して通信機能が失われている為に、通信を確立することができない。従って、ノード１０６はノード１０５、ノード１０４を順番に経由して、疑似の基地局である携帯用疑似ノード９００ａに次の通信相手候補を問い合わせる。この段階で、携帯用疑似ノード９００ａはノード１０７が機能を失っていることを認識できる。同時にノード１０４、ノード１０５及びノード１０６のデータを入手できる。
【００３４】
ノード１０７の位置は、ノードを敷設する時に場所の設定されているはずであるため、現状使っている携帯用疑似ノード、図１０の場合は携帯用疑似ノード９００ａ、からの距離や方向を知ることができる。ノード１０７の位置が携帯用疑似ノード９００ａの位置から遠い場合は、別の携帯用疑似ノード９００ｂにこの当該作業を継続させることができる。この作業を継続して行うことで、機能を失った測定ノードの位置と各測定ノードが提供するデータを入手することができる。当該データを活用して、被災した電柱や関連設備を割り出し、早期普及の手助けとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の時間差方式のリピータの構造を示す模式図
【図２】従来の電柱間に敷設されたマルチホップ型測定ノードの模式図
【図３】従来のマルチホップ無線ネットワークの場合のデータ保持状態
【図４】従来のマルチホップ型通信機の通信選択機能を示す模式図
【図５】マルチホップ型無線ネットワーク用の無線装置の構成図
【図６】事故等で単一のノードが機能を失った場合の状態図
【図７】携帯用疑似ノードの構造（図７ａ）とその外観（図７ｂ）
【図８】携帯用疑似ノードを用いてネットワークを復活させた場合の状態図
【図９】複数の測定ノードがその機能を失った場合の模式図
【図１０】複数の箇所で測定ノードがその機能を失った場合の模式図
【符号の説明】
【００３６】
６１、６２、６３、６４  ノード
８１、８２、８３、８４  ノード
９１、９２、９３、９４  ノード
１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９  ノード
５００  ノード（無線ノード）
５１０、７１０  無線モジュール
５２０、７２０  中央処理装置
５３０、７３０  記憶装置
５４０  測定装置
５５０、７７０  空中線（アンテナ）
５６０  センサー部
５７０、７６０  電源
７００、９００、９００ａ、９００ｂ  携帯用疑似ノード
７４０  表示装置
７５０  入力装置
【図１】
2007067556.tif 000003
【図２】
2007067556.tif 000004
【図３】
2007067556.tif 000005
【図４】
2007067556.tif 000006
【図５】
2007067556.tif 000007
【図６】
2007067556.tif 000008
【図７】
2007067556.tif 000009
【図８】
2007067556.tif 000010
【図９】
2007067556.tif 000011
【図１０】
2007067556.tif 000012