(57)【要約】【課題】  通信機やランニングのコストに重きを置く場合と、情報の伝達に重きを置く場合の両方に共通する通信ネットワークを提供する。【解決手段】  親機１０は、星形通信ネットワークの中心部に配置する。３つの子機群２０、３０、４０は、その中心部を中心とする同心円状に配置される。それぞれの子機群２０、３０、４０を構成する各子機２０ａ〜２０ｈ、３０ａ〜３０ｈ、４０ａ〜４０ｈは、親機１０に対して直線状に配置される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準局と、
前記基準局を中心に放射状に伸びる通信網を持つ通信ネットワーク。
【請求項２】
前記通信網は、単数又は複数の無線装置で構成されている請求項１記載の通信ネットワーク。
【請求項３】
前記通信網を構成する前記無線装置が、不定期又は定期的に前記無線  装置が通信できる無線装置の範囲を確認する請求項２記載の通信ネットワーク。
【請求項４】
放射状に伸びる通信網の内複数の通信網を一方向に集中させた請求項  １乃至３のいずれかに記載の通信ネットワーク。
【請求項５】
前記複数の通信網が複数の無線装置で構成され、前記基準局が前記無  線装置が指定された通信相手との通信ができない場合に、前記無線装置は、前記無線装  置が通信できる範囲にある無線装置に情報を転送して前記情報の転送を継続する請求項  ４記載の通信ネットワーク。
【請求項６】
前記無線装置は、受信したパケットから転送が不要な情報を削除して  、次の無線装置に前記パケットを電送する請求項２乃至５のいずれかに記載の通信ネッ  トワーク。
【請求項７】
応答しない無線装置がある場合に、前記応答しない無線装置を回避し  て情報のルーティングを行う場合に、無線装置が情報の送出速度を可変してより遠くに  あるルータと通信を行い、情報のルーティングを継続する請求項２乃至６のいずれかに  記載の通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の通信ネットワークは本通信ネットワークに属する無線装置が収集したデータを確実に転送する無線通信の分野に属し、無線通信の信頼性を高める為に複数の通信手法を用いてデータ転送を行う無線通信の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
電波を用いて収得したデータを転送する無線通信方法は、近年多数提案されている。例えば、シングルホップ型では、親機と呼ばれる有線に直結した無線装置を中心に無線装置を装備した測定装置が、親機との通信範囲内に配置され、ポーリングと呼ばれる機能を用いて通信を行う方法や、マルチホップ型のデータ通信システムでは、ルータと呼ばれる中継をする無線装置を介在させ、受信した情報をレピートすることで、より遠くに情報を飛ばす方法などである。
【０００３】
マルチホップ型では、網目式（メッシュ）及び道筋式（ルート）が一般的である。網目式は不特定多数の中継器に情報を流し、情報が多数のルートを通って目的地に着く方法である。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。）
道筋式は予め決められたルートに存在する中継器を介して、情報が転送される方法である。網目式では情報が通過するルートが多い為、情報が目的地まで到達する可能性が高くなるが、ネットワークを構成する中継器の数の多さや単独情報を伝送するのに係わる中継器の数の多い為、コスト的に不利である。反面、道筋法ではルートを構成する中継器の数は適正なのでコスト面では良いが、中継器が故障した場合を補填する中継器がない為、情報が目的地まで到達しない可能性がる。シングルホップの場合では、電波法やその他の規制で使用できる周波数や空中線電力が制限されていることが多いので、通達距離が制限されることになる。
【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】
【０００４】
通信ネットワークには、その通信ネットワークが通信を行う目的がある。例えば、通信の目的が室内温度や湿度等の緊急を要しない通報であれば、通信機のコストやランニングコスト等が重視され、仮に通信機が故障した場合は故障を発見した後で交換をすれば対応できる。しかし、その通信ネットワークの目的が緊急を要する場合は、通報が確実に届くことが重視される。仮に、緊急を要す場合が人命の危険に関する事柄であるときは、通報が所定の場所に届くことは特に重視される。
【０００５】
通信機やランニングのコストが優先される場合は、通信機間の距離を情報の伝達に必要な最大限の距離に取り、通信ネットワークを組成する通信機の数を極力少なくするネットワークの組み方をする事が考えられる。反面、情報の伝達に重点が於かれる場合は、通信機の距離を縮め、確実に通信が行えるように配置し、且つ周波数ダイバーシティ方式や空間ダイバーシティ方式等の複数の周波数や複数の空中線を用いて情報を捕捉する試みが取られる。しかし、これらの方法は情報を確実に届ける為のネットワークの組み方に視点が置かれておらず、ハードウエアに重きが置かれた方法である。本発明では両者、通信機やランニングのコストに重きを置く場合と、情報の伝達に重きを置く場合の両方に共通する通信ネットワークを組む方法を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の通信ネットワークは、基準局と、前記基準局を中心に放射状に伸びる通信網を持つ。通信網は、単数又は複数の無線装置で構成されているようにしても良い。また、通信網を構成する前記無線装置が、不定期又は定期的に前記無線装置が通信できる無線装置の範囲を確認するようにしても良い。
【０００７】
本発明の通信ネットワークは、放射状に伸びる通信網の内複数の通信網を一方向に集中させた。複数の通信網が複数の無線装置で構成され、基準局が無線装置が指定された通信相手との通信ができない場合に、無線装置は、無線装置が通信できる範囲にある無線装置に情報を転送して、情報の転送を継続する。
【０００８】
本発明の通信ネットワークは、無線装置が、受信したパケットから転送が不要な情を削除して、次の無線装置に前記パケットを電送するようにしてもよい。
【０００９】
本発明の通信ネットワークは、応答しない無線装置がある場合に、前記応答しない無線装置を回避して情報のルーティングを行う場合に、無線装置が情報の送出速度を可変してより遠くにあるルータと通信を行い、情報のルーティングを継続する。
【００１０】
緊急通報を確実に行う為には、緊急通報を伝達する経路を複数用意する事が考えられる。例えば、有線を幾つかの系統に分けて情報を転送する方法、無線と有線を別々のルートで情報を転送する方法とがある。有線を用いる場合でも、無線を用いる場合でも情報の通路を増やすことが情報伝達の確実性を増すことに繋がる。有線通信は一般的に確実な通信方法と思われているが、通信ケーブルを切断されてしまえば通信はできなくなってしまう。従って、緊急通報のように通報の伝達に重きを置く場合の無線通信は通信経路を増やすことが課題を解決するための手段となる。反面、コストを重視する場合は通報を収集する親機に対して、情報を提供する無線装置、子機を通信可能な最大距離に置くことが課題を解決するための手段となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果は、異なる２つのタイプの通信ネットワーク、コストを重視する場合と通報が届くことに重きを置く場合を同じネットワーク構成で行えることである。例えば、室温や室内湿度のような軽微な情報を電送する通信ネットワークと、危険情報を電送する必達を目的とする情報を同じ考え方で構成することができる。本発明のネットワーク構成をとることで、アプリケーションの目的に左右されず、同じネットワーク構成を使用することができる。
【００１２】
また、ネットワークを構成するルータは、コストとの兼ね合いから無尽蔵に増やすことはできないし、最初からルータが故障することを想定して予備のルータを配置することや、予備の情報伝達経路を予め作っておくことは無駄が多く、コストを引き上げる要因となるが、本発明は。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面に示した好ましい実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施は、この異なる２つの条件を満たす為のネットワーク形状は、複数系統の直線又は分岐した配置を持つネットワークである。コスト重視の場合の通信機配置は、親機を中心とした星形のマルチホップ型通信である。図１は基準となる無線装置（親機）、親機と星形通信ネットワークを構成する無線装置（子機）の位置関係を示す模式図である。
【００１５】
親機１０は、星形通信ネットワークの中心部に配置する。３つの子機群２０、３０、４０は、その中心部を中心とする同心円状に配置される。３つの子機群２０、３０、４０は、それぞれ８個の子機２０ａ〜２０ｈ、３０ａ〜３０ｈ、４０ａ〜４０ｈから構成される。それぞれの子機群２０、３０、４０を構成する各子機２０ａ〜２０ｈ、３０ａ〜３０ｈ、４０ａ〜４０ｈは、親機１０に対して直線状に配置される。通報の到着に重きを置く場合は親機１０を中心とするが、子機２０、３０、４０を結ぶ複数の通信経路が同じ方向を向いて、同じ情報を複数の経路で親機１０に通達できることである。
【００１６】
図２は、図１の変形例を示したものであり、星形に開いた通信網を親機１０から３本同じ方向２０ａ〜４０ａ、２０ｂ〜４０ｂ、２０ｃ〜４０ｃに並行して並べた場合を示す。この方法を用いた場合は、同じ通報又は形を変えた同様の通報、例えば「ドアが壊された」と言う接点信号、「進入者」の画像及び「侵入者」の音声信号等、などを並行に流すことができる。
【００１７】
図３は、図１及び図２に示すルータのハードウエア構成を示す。マルチホップ式の無線通信ネットワークで常に問題となるのが、ネットワークを構成する各無線装置が通信を行う相手が存在しているか否かである。マルチホップ式無線通信の場合、本来の通信相手が何らかの理由で不在の場合は、通信を行おうとしているルータが本来のルータとは異なるルータと通信を行うことによって、通信を継続できる利点がある。その場合に通信を行おうとしているルータが通信できる相手を把握しておく必要がある。本実施例は、通信ネットワークを構成するルータが、通信可能な相手を予め登録しておく為の方法について説明する。
【００１８】
本実施例で指定されたルータが通信範囲を確認するのは、指定ルータを中心としたルータ番号で示すと８ルータである。本発明で用いられてルータは２種類あり、図３（ａ）が示す測定ルータは、ルータ自信が測定機能を持ち、例えば温度や湿度などの環境データや門又は窓の開閉を示す安全情報のデータを測定し、無線通信でルーティングされている時に測定した情報を添加して送信する。また、図３（ｂ）が示す単純ルータは測定機能等の付加機能が無く、送付されたデータをルーティングする機能のみを持つ。本発明のルータ３００、３０１の電源３４０は、発電装置３４１を備え、予備として電池３４２を装備したものを用いた。
【００１９】
ルータ３００は通信をつかさどる無線モジュール３１０、アンテナ３１５、記憶装置３２０、制御をつかさどる中央処理装置（ＲＴＣ）３３０、電源３４０、スイッチ３５０、インターフェース３６０及び温度センサー３７０から構成される。また、ルータ３０１は、ルータ３００からインターフェース３６０及び温度センサー３７０を除いたものである。
【００２０】
無線モジュール３１０は、３１５ＭＨｚの周波数を用いる微弱無線規格の電波と、４２６ＭＨｚ帯の周波数を用いるARIB STD T67に準拠する特定省電力規格の電波を用いた。中央処理装置３３０は、実時間時計を有しており、実時間時計のみを稼働させ、残りの回路の電源を落とすか又は完全にスリープ状態にする装置構成になっている。電源３４０は、発電機能を有する発電器３４１持ち、発電した電力を蓄電機能を持った電気回路に蓄える機能と従来の電池３４２とを併用できるハイブリッド電源を搭載している。本発明を実施する際に、発電機能としては室内光に反応する太陽電池で発電した電力を電気２重層コンデンサーで蓄電する方法と従来の電池としては通常のリチウム電池を用いた回路とした。
【００２１】
本発明の放射状マルチホップ型無線センサーネットワークは情報を中心として受け、命令を伝達する無線装置、基地局はルータと同じ周波数を用いて通信をする構成を持つ。本発明を実施した際の基地局は、基地局を制御するコンピュータにＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）で繋がれており、電源もそのコンピュータからＵＳＢケーブルを通じて供給される。従って、基地局は送信をする場合を除き、常に受信状態にある。
【００２２】
各無線装置は固有の番号が指定されており、基地局は番号００であり、各ルータは０１から始まる数値番号が指定されている。本発明の無線通信ネットワークは、基地局を中心として通信が不確定である無線モジュール３１０の通信を極力少なくすることに特徴がある為、本発明の実施では１系統のルータの数を最大１０台とした。従って、系統１に対するルータの数値番号は、１０から１９までとした。同様に、系統２に対する数値番号は２０から２９とする。実施の際に用いた系統の数は３系統で、ルータの数は系統毎に３台、計９台のルータを用いた。ルータは系統毎に分かれている為、マルチホップ式通信を行った場合のルーティングは、同一系統においてルータの番号順である。例えば、系統１に付いては、基地局００→ルータ１０→ルータ１１→ルータ１２→ルータ１３の順である。
【００２３】
図４のように通信範囲を確認しようとするルータを指定ルータ４００と呼び、そのルータ番号が（ｎ、ｍ）である場合は、ｎ±１及びｍ±１の８つである。ｎは系列を示し、ｍは系列ｎのルータ番号を示す。また、指定ルータは親機から通信で指定するか、手動で設定する。
【００２４】
指定ルータ４００は先ず、通信確認パケット、つまり通信確認をしようとするルータ番号と返答時間を記載したパケット、を作成する。ここで言うルータ番号とは図４に示されている範囲のルータ４１０〜４１２、４２０、４２２、４３０〜４３２を言う。また、返答遅延時間とは、指定ルータ４００からパケットを受け取ってから応答するルータ４１０〜４１２、４２０、４２２、４３０〜４３２が送信を開始する迄の時間を言い、応答ルータ毎に異なった時間を指定した。応答遅延時間をルータ毎に変えることで、混信を防ぐ目的を持つ。本実施例では、応答ルータ毎の応答遅延時間の差を１０秒とし、応答するルータ毎に１０秒の差を持って応答する方法とした。
【００２５】
通信確認用パケットとして、本実施例では図５（ａ）に示す形式で通信確認相手ルータに宛てたサブパケット８個を持つマルチパケット方式のパケットを用いた。通信確認用パケットについて説明する。通信確認用パケットはヘッダー５１０、８個のサブパケット５２０ａ〜５２０ｈ及びテール５３０で構成されている。ヘッダー５１０は10101010のバランスデータ５１１、指定ルータ番号５１２及び命令５１３で構成されている（図５（ｂ）参照）。この命令部分５１３に通信確認命令が入る。各サブパケット５２０ａ〜５２０ｈはセパレータ５２１、送信先ルータ番号５２２、指定ルータ番号５２４、応答遅延時間５２５及びＣＲＣ値５２６で構成されている（図５（ｃ）参照）。セパレータ５２３としては10101010のバランスデータを用い、ＣＲＣ値５２６はデータのリダンダンシー（信頼性）を表す指標であるが、ＣＲＣ１６法を用いた。ここで言うＣＲＣ値５２６はサブパケット５２０ａ〜５２０ｈのみに関するリダンダンシー値である。テール５３０は、パケット全体のリダンダンシーを示す値５３１とパケットの最後を表す01010101値５３２で構成されている。
【００２６】
また、返答用パケットを図６に示す。返答用パケットは、セパレータ６１０、指定ルータ番号６２０、送信先ルータ番号６３０、指定ルータ番号６４０、応答遅延時間６５０、ＣＲＣ値６６０及び01010101値６７０で構成される。
【００２７】
次に、指定ルータ４００が通信確認を行う方法について説明する。先ず、指定ルータ４００は通信確認パケットを送信する（工程１００）。このとき、他のルータ４１０〜４１２、４２０、４２２、４３０〜４３２は受信状態にある。受信状態にあるルータ４１０〜４１２、４２０、４２２、４３０〜４３２は、指定ルータ４００からのパケットを受信する（工程１０１）。受信したパケットのヘッダー部分５１０から命令を取り出し（工程１０２）、その命令が通信確認命令であれば（工程１０３）、以下のルチーンを開始する。ルータの中央処理装置３００が保有するＲＴＣ（インターバル・タイマー・クロック）をリセットする（工程１０４）。次に、各サブパケット５２０ａ〜５２０ｈの中から送信先ルータ番号５２２を抜き出し（工程１０５）、自分自身に宛てられたサブパケットがあるか確認する（工程１０６）。自分自身に宛てられたサブパケットがあった場合には、そのサブパケットを抜き出し（工程１０７）、更にそのサブパケットから応答遅延時間５２５を抜き出し（工程１０８）、その値をＲＴＣにセットする（工程１０９）。次に、抜き出したサブパケットのセパレータ６１０の後に、指定ルータ番号６２０を挿入し（工程１１０）、更に、最後尾にパケットの最後を示す符号01010101を付加し返信用パケットを作成する（工程１１１）。  ＲＴＣがタイムアップした時（工程１１２）に、返信用パケットを送信する（工程１１３）。  送信された返信用パケットを指定ルータが受信する（工程１１４）。指定ルータ４００は、受信した返信用パケットの中から、送信先ルータ番号６３０を読み出し（工程１１５）、指定ルータ４００の記憶装置３２０に当該送信先ルータ番号を通信可能ルータリストに通信可能ルータ番号として登録する（工程１１６）。
【００２８】
通信確認作業に於いて指定ルータ４００は、送信先ルータとハンドシェークは行わない。指定時間内に送信先ルータから返信がない場合は、安定して通信ができる状態にないと判断できる為、通信可能ルータとは判定しない。このような方法で通信可能相手を探索した結果、応答して来たルータが皆無だった場合は、アラームや光を発してその情報を管理者に伝える手段が必要となる。
【００２９】
次に、マルチホップを行う時のデータ形式について説明する。本発明の放射状マルチホップ無線ネットワークについて、測定ルータ３００を用いて室内環境を測定する場合と、測定個所は１カ所で単純ルータ３０１を用いて情報を転送する場合の２通りのデータ形式について説明する。
【００３０】
図８は、３系統のルートを持つ放射状マルチホップ無線ネットワークを示す模式図である。第１系統は３個のルータ８３１〜８３３で構成され、第２系統は３個のルータ８４１〜８４３で構成され、第３系統は３個のルータ８５１〜８５３で構成される。基地局８２０は３系統のルートで通信する。そして、基地局８２０は、室外にあるコンピュータ８１０とつながっている。
【００３１】
図８に於ける第２系統のみをルートを抽出したものが図９である。第２系統のルートは、測定ルータ８４１から測定ルータ８４３迄の３個の測定ルータと、基地局８２０で構成されている。
【００３２】
図１０は、命令の流れとその命令によって測定されたデータの流れを示している。基地局８２０から発信された命令は、測定ルータ８４１、測定ルータ８４２、測定ルータ８４３の順に転送されていく。基地局８２０で作成される各測定ルータに所定の測定をさせる為に必要な測定命令パケットは、基地局８２０で作成され、そのデータ形式を図１１に示す。測定命令パケットはヘッダー１１１０、３個のサブパケット１１２０ａ〜１１２０ｃ及びテール１１３０で構成されている。ヘッダー１１１０はパケットの頭を表す10101010のバランスデータ１１１１でできており、次に指定ルート番号１１１２、更に命令１１１３が続く。ここで言う命令は測定命令である。サブパケット１１２０ａ〜１１２０ｃはセパレータ１１２１、送信先ルータ番号１１２２、セパレータ１１２３、測定内容１１２４、測定条件１１２５及びＣＲＣ値１１２６で構成されている。サブパケット１１２０ａ〜１１２０ｃは各測定ルータに対応しており、その宛先は送信先ルータ番号１１２２で識別される。テール１１３０はパケット全体のＣＲＣ値１１３１及びパケットの終端を示す01010101のバランスデータ１１３２で構成されている。測定内容と測定条件を取り出した後のサブパケットは、セパレータ１１２１、送信先ルータ番号１１２２、セパレータ１１２３、及びＣＲＣ値１１２６となる（図１１（ｅ）参照）。
【００３３】
通信のルーティングの順番は、サブパケットに記載されている送信先ルータ番号１１２２の順番で行われる。つまり、サブパケット１（１１２０ａ）の送信先ルータ番号が８４１であれば、基地局８２０から測定ルータ８４１に通信が行われることになる。同様に、サブパケット２（１１２０ｂ）の送信先ルータ番号が２であれば、測定ルータ８４１から測定ルータ８４２に通信が行われる。
【００３４】
通信が基地局８２０から測定ルータ８４１、測定ルータ８４２とホッピングして行く際に、測定ルータ８４１用の測定内容や測定条件は、測定ルータ８４２に転送する必要性がない。従って、測定ルータ８４１から測定ルータ８４２に測定命令パケットを転送する場合は、図１１（ｅ）に示す様に、測定ルータ８４１用の測定内容や測定条件を削除し、削除した測定命令パケットを測定ルータ８４１が測定ルータ８４２へと送る。
【００３５】
しかし、測定命令パケットを測定ルータ８４２から測定ルータ８４３に転送した際に測定ルータ８４３が通信不能であれば、ネットワーク自体に問題があるので、測定ルータ８４２が転送を中止し、基地局８２０に対し、問題が発生している事実と状況をいち早く知らせる必要がある。これには緊急通報をルーティング経路を逆送させることが考えられるが、実施は行わなかった。
【００３６】
次に、ルータ１２３０のみが測定ルータで、ルータ１２１０及びルータ１２２０が単純ルータの場合について、図１２を説明する。この場合も、測定ルータのみの測定命令パケットの形式（図１１）に似ているが、単純ルータ１２１０、１２２０はデータのルーティングのみを行うために、測定内容や測定条件を持たない。
【００３７】
図１３は、単純ルータを含んだ場合の測定命令パケットを示す。測定命令パケットはヘッダー１３１０、３個のサブパケット１３２０ａ〜１３２０ｃ及びテール１３３０で構成されている。ヘッダー１３１０はパケットの頭を表す10101010のバランスデータ１３１１でできており、次に指定ルート番号１３１２、更に命令１３１３が続く。ここで言う命令は測定命令である。サブパケット１３２０ａ〜１３２０ｃはセパレータ１３２１、送信先ルータ番号１３２２、セパレータ１３２３、測定内容１３２４、測定条件１３２５及びＣＲＣ値１３２６で構成されている。サブパケット１３２０ａ〜１３２０ｃは各測定ルータに対応しており、その宛先は送信先ルータ番号１３２２で識別される。テール１３３０はパケット全体のＣＲＣ値１３３１及びパケットの終端を示す01010101のバランスデータ１３３２で構成されている。
【００３８】
特に、図１３（ｄ）は単純ルータに対するサブパケットであるが、測定内容と測定条件を持たない形式を持つ。単純ルータに対するサブパケットは、セパレータ１３４１、単純ルータ番号１３４２、セパレータ１３４３、及びＣＲＣ値１３４４で構成される。
【００３９】
次に、測定結果パケットに付いて説明する。測定結果パケットとは測定命令に従って、各測定ルータが測定した値を搭載したパケットをいう。通信の流れは、ルータ８４３からルータ８４２及びルータ８４１を経由して基地局８２０まで転送される。転送される際にルータ８４１，ルータ８４２及びルータ８４３が測定ルータだった場合には、各測定ルータ８４１〜８４３で得られたデータが、測定結果パケットに付加される。
【００４０】
測定結果パケットのデータ形式について説明する。測定結果パケットは、測定命令パケットの一部を除き、同じデータ形式を持つ。図１４は、測定結果パケットのデータ形式を示す。測定命令パケットはヘッダー１４１０、３個のサブパケット１４２０ａ〜１４２０ｃ及びテール１４３０で構成されている。ヘッダー１４１０はパケットの頭を表す10101010のバランスデータ１４１１でできており、次に指定ルート番号１４１２、更に命令１４１３が続く。ここで言う命令は測定命令である。サブパケット１４２０ａ〜１４２０ｃはセパレータ１４２１、送信先ルータ番号１４２２、セパレータ１４２３、測定内容１３２４、測定結果１４２５及びＣＲＣ値１４２６で構成されている。テール１４３０はパケット全体のＣＲＣ値１４３１及びパケットの終端を示す01010101のバランスデータ１４３２で構成されている。また、単純ルータに対するサブパケットは、セパレータ１４４１、単純ルータ番号１４４２、セパレータ１４４３、及びＣＲＣ値１４４４で構成される。測定ルータは、サブパケットの内自己を指定しているサブパケットの図１４（ｃ）の波線部分１４２７に示す測定内容１４２４と測定結果１４２５をセパレータ１４２３とＣＲＣ値１４２６の間に付加して、指定された次のルータに転送する。
【００４１】
また、測定結果パケットを転送中にルータが使用不能になった場合、例えば、図１０の様に３つのルータ８４１〜８４３が全て測定ルータで、測定ルータ８４２が測定ルータ８４１に対して通信を試みたが、測定ルータ８４１が通信不能だった場合に、単純ルータを介して基地局に測定結果パケットを転送した。この場合は、単純ルータが測定結果パケットを受信した段階で、図１５に示すように測定ルータ番号が測定ルータ８４１に対応するサブパケット、本実施例ではサブパケット１５２０ａ後に、単純ルータを経由したことを示すサブパケット４（１５２０ｄ）を付加して、基地局８２０に送ることになる。すなわち、基地局８２０に送るパケットの形式は、ヘッダー１５１０、サブパケット１５２０ａ〜１５２０ｄ、テール１５３０となる。しかし、測定ルータ８４１を経由できなかったために、測定ルータ８４１に関連するサブパケット１には測定結果が記入されていないため、基地局８２０では測定ルータ８４１に問題が発生していることを発見できる。
【００４２】
次に、コストを優先する場合の放射状マルチホップ無線センサーネットワークの例について説明する。図１６は、ビルのフロアーの中央に基地局を持ち、４系統のマルチホップ測定ルータ１６１０〜１６４０を持つ温度、湿度及び日照を測定する無線センサーネットワークが構築されている。近年、ビルのフロアーは大きな１つのスペースとして建設されることが多く、使用するときは、用途に応じて間仕切りをして使う場合が多い。従って、測定ルータが間仕切りの関係で移動されることが想定されるので、移動に適した電源構成になったものが適している。本実施例では、間仕切られる前のフロアー−に、無線ネットワークを構築した。フロアー−の長辺の長さは６０メートル、短辺の長さは４０メートルであった。本実施例で使用した無線規格は、３１５ＭＨｚの微弱無線規格の無線であった。
【００４３】
図１６に於いては、基地局１６００がフロアーの中心に置かれている。この場合、基地局１６００も温度、湿度及び日照のセンサーを内蔵しており、基地局１６００の場所に於いて測定が可能である。各系統の測定ルータ間及び測定ルータと基地局間を１０メートルと設定した。通常の通信速度は１ＫＢＰＳ（キロ・ビット・パー・セコンド）及び緊急時の通信速度として５００ＢＰＳ（ビット・パー・セコンド）を使用した。
【００４４】
では、実際の運用について、図１９のフローチャートとともに説明する。第４系列１６４０の温度及び湿度の測定を行う為に、基地局１６００（０，０）は第４系列１６４０の各測定ルータ（ルータ（４，０）１６４０ａ、ルータ（４，１）１６４０ｂ及びルータ（４，２）１６４０ｃ）に対し、測定内容として温度と湿度を測定条件として、１０分毎の測定を３回行った後に、データを返送する内容のサブパケットから構成される測定命令パケットを作成する（工程２００）。この測定命令パケットは、ルーティングの順番として基地局（０，０）１６００、ルータ（４，０）１６４０ａ、ルータ（４，１）１６４０ｂ、ルータ（４，２）１６４０ｃの順番でサブパケット構成になっている。基地局（０，０）１６００は、測定命令パケットをルータ（４，０）１６４０ａに送る（工程２０１）。測定命令パケットはルータ（４，０）１６４０ａによって受信され（工程２０２）、ルータ（４，０）１６４０ａは測定内容及び測定条件を抜き出し（工程２０３）、その測定内容及び測定条件でルータ（４，０）１６４０ａが温度及び湿度の測定をするようにセットする（工程２０４）。ルータ（４，０）１６４０ａは自己への測定内容と測定条件を抜き出した測定命令パケットを次のルータ、即ちルータ（４，１）１６４０ｂに送る（工程２０５）。同様の作業をルータ（４，２）１６４０ｃまで行う。このようにして、第４系列１６４０に属する全ての測定ルータ１６４０ａ〜１６４０ｃに、測定内容と測定条件が伝わったことになる。そして、第４系列１６４０に属する測定ルータ１６４０ａ〜１６４０ｃは、温度と湿度の測定を開始する（工程２０６）。
【００４５】
測定命令を送る際に、第４系列１６４０の何れかのルータが応答しない場合は、応答しないルータの前のルータが、緊急通報を基地局１６００の方向に向かって送ることができ、基地局１６００は、応答しないルータに異常が発生した可能性を察知できる。
【００４６】
本実施例の測定内容は温度と湿度であり、測定条件は１０分毎に計３回の測定を行うことである。第４系列１６４０に属する各ルータ１６４０ａ〜１６４０ｃが、測定命令を受け取ってから測定が完了する迄は、２０分の時間が経過する。この時間の経過が、ルータの状態に変化をもたらす場合がある。本実施例ではルータ（４，０）１６４０ａが機能を失った場合について説明する。
【００４７】
ルータ（４，２）１６４０ｃは測定が完了したので、受領していた測定命令パケットに測定内容と測定結果を追加して、測定結果パケットを作成する（工程２１０）。ルータ（４，２）１６４０ｃは測定結果パケットをルータ（４，１）１６４０ｂに向けて送信する（工程２１１）。ルータ（４，１）１６４０ｂは、測定結果パケットを受信する（工程２１２）。ルータ（４，１）１６４０ｂは、受信した測定結果パケットにルータ（４，１）１６４０ｂの測定内容と測定結果を付加する（工程２１３）。ルータ（４，１）１６４０ｂは、ルータ（４，０）１６４０ａに向けて測定結果パケットを送信する（工程２１４）。しかし、ルータ（４，０）１６４０ａは、機能を失っているので反応しない（工程２１５）。そこで、ルータ（４，１）１６４０ｂは、通信可能ルータリストを検索し（工程２１６）、通信可能なルータがあれば（工程２１７）そのルータに情報を伝送し、情報伝達の継続を行う。しかし、通信可能ルータリストがなければ、通信速度を可変させて（工程２１８）、通信可能なルータを探査する（工程２１９）。この場合は、通常の通信範囲以遠にあるルータと通信を試みるわけであるから、通信速度を落として行う。通信速度を落とすと、理論上のエラー発生率が下がる為、より遠くのルータと通信できる。従って、本実施例では通信速度を１ＫＢＰＳから５００ＢＰＳに落とした。
【００４８】
図１７に於いて、ルータ（３，０）１６３０ａと基地局（０，０）１６００とルータ（４，１）１６４０ｂの成す角度は、６０度である。また、基地局１６００とルータ１６１０ａ、１６２０ａ、１６３０ａ、１６４０ａ及びルータ間の距離は１０メートルに設定されているので、ルータ（４，１）１６４０ｂとルータ（３，０）１６３０ａの距離は約１７．３メートルである。本実施例ではルータ（４，１）１６４０ｂの問いかけに対して、ルータ（３，０）１６３０ａが応答した（工程２２０）ので、ルータ（４，１）１６４０ｂは、応答したルータ（３，０）１６３０ａに測定結果パケットを送り（工程２２１）、応答したルータ（３，０）１６３０ａが測定結果パケットを受け取り（工程２２２）、測定結果パケットのルータ（４，１）１６４０ｂに関するサブパケットの前に、ルータ（３，０）１６３０ａに関するサブパケットを追加して（工程２２３）、基地局（０，０）１６００に送信する（工程２２４）。
【００４９】
図１８に、基地局１６００が受け取った測定結果パケットの内容を示す。測定結果パケットは、４つのサブパケット１８２０ａ〜１８２０ｄがヘッダー１８１０とテール１８３０の間に挟まれた構成となっている。その内のルータ（４，１）１６４０ｂ及びルータ（４，２）１６４０ｃに関するサブパケット１８２０ｂ、１８２０ｃでは、セパレータ１８４１、送信先ルータ番号１８４２、セパレータ１８４３、測定内容１８４４、測定結果１８４５ＣＲＣ値１８４６となり、測定内容１８４４と測定結果１８４５が付加されている（図１８（ｃ）参照）。ルータ（４，０）１６４０ａ及びルータ（３，０）１６３０ａに関するサブパケット１８２０ａ、１８２０ｄに関しては、セパレータ１８２１、送信先ルータ番号１８２２、セパレータ１８２３及びＣＲＣ値１８２４となっており（図１８（ｂ）参照）、測定内容と測定結果が付加されていないサブパケットとなっている。
【００５０】
次に、通信の信頼性を重視する応用例について説明する。ドアの開閉状態を示すセンサー、窓ガラスの状態を示すセンサー及び人間が通過したかを示す近接センサーが玄関ドアに付されていた場合について説明する。
【００５１】
図２０は、３系統２１１０〜２１３０のマルチホップ無線センサーネットワークで構成される緊急通報システムである。第１系統２１１０は、２個の単純ルータであるルータ（１，０）２０１０ａ及びルータ（１，１）２０１０ｂと、ガラス状態センサー２０４０が接続された測定ルータ（１，２）２０１０ｃから成る。第２系統２０２０は、２個の単純ルータであるルータ（２，０）２０２０ａ及びルータ（２，１）２０２０ｂと、ドアの状態センサー２０５０が接続された測定ルータ（２，２）２０２０ｃとから成る。同様に、第３系統２０３０は、２個の単純ルータであるルータ（３，０）２０３０ａ及びルータ（３，１）２０３０ｂと、人体近接センサー２０６０が接続された測定ルータ（３，２）２０３０ｃとから成る。本実施例では、各測定ルータに接続されたセンサーの値が変化した場合に、測定ルータが自発的に情報を基地局に向けて流すことである。図２１は、情報の流れを示す模式図である。測定ルータ２１３０が危険情報を得ると、測定ルータ２１３０は、単純ルータ２１２０と通信する。単純ルータ２１２０は、単純ルータ２１１０と通信する。そして、単純ルータ２１１０は、基地局２１００と通信することで、測定ルータ２１３０の情報を受け取ることができる。また、システムを構成するルータ２１１０、２１２０、２１３０は、常に電源が印可されており、異常があった場合は直ぐに情報を流せる体制になっている。
【００５２】
本実施例は、通信の信頼性を重視する応用分野である為、各ルータ間の距離は５メートルと設定した。また、図２２で示す各系統間、例えば第１系統２０１０と第２系統２１２０、又は第２系統２０２０と第３系統２０３０のルータ間の距離も、５メートルに設定した。ルータの通常の通信距離が１０メートルとすると、５メータは充分な距離である。ドアの状態センサー２０５０は、３つのセンサー２０４０、２０５０、２０６０の内最重要センサーと位置付けた。
【００５３】
全てのルータが正常に作動している場合は、各系統のルータを遡って基地局２０００に対してセンサーの値が変化した情報を送るが、図２２のように、ルータ（２，１）２０２０ｂが故障した場合にはルータ（１，１）２０１０ｂ、ルータ（３，１）２０３０ｂ又はルータ（２，１）２０２０ｂを飛び越して、直接ルータ（２，０）２０２０ａに情報を送ることもできる。本実施例では、ルータ（２，２）２０２０ｃはルータ（１，１）２０１０ｂを選択し、ルータ（１，０）２０１０ａを経由して、ドアのセンサー２０５０情報を基地局２０００に通報した。
【００５４】
図２３は、ルータ（２，２）２０２０ｃがルータ（１，１）２０１０ｂを選択し、ルータ（１，０）２０１０ａを経由してドアのセンサー２０５０情報を基地局に通報したときに、基地局２０００が受け取るパケットのデータ形式を示している。そのパケットのデータ形式は、ヘッダー２３１０、サブパケット２３２０ａ〜２３２０ｅとテール２３３０で構成される。本実施例のように、一つのルータ２０２０ｂが故障しても、それに代わる複数のルーティングを選択できることから、緊急通報などの非常通信にも適する。
【００５５】
本発明の放射状マルチホップ無線センサーネットワークは温度、湿度や日照と言った環境情報を広範囲に渡って収集する目的や単純なスイッチによるドア及び窓の開閉情報や近接センサーによる侵入者に係わる情報等、セキュリティに関する情報を広範囲にしかも高い確率の通信方法で収集することができ、これらの情報を基に空調の制御や危険情報の通報などに用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】星形メッシュネットワークの基本構造を示す模式図
【図２】変形した星形メッシュネットワークの模式図
【図３】ルータの構造を示す模式図、図３（ａ）は測定ルータの構造を示す模式図、図３（ｂ）単純ルータの構造を示す模式図
【図４】通信確認を行うルータの範囲
【図５】通信確認用パケットのデータ形式を示し、図５（ａ）は通信確認用パケットのデータ全形式、図５（ｂ）ヘッダーのデータ形式、図５（ｃ）はサブパケットのデータ形式、図５（ｄ）はテールのデータ形式
【図６】返信用パケットのデータ形式
【図７】指定ルータが通信確認を行うときのフローチャー
【図８】放射状マルチホップ型無線センサーネットワークの応用例
【図９】水平方向から見た１系統の放射状マルチホップ型無線センサーネットワークの配置例
【図１０】測定ルータへの命令の流れとデータの流れ
【図１１】測定命令パケットのデータ形式、図１１（ａ）は、測定命令パケットのデータ全形式、図１１（ｂ）はヘッダーのデータ形式、図１１（ｃ）はサブパケットのデータ形式、図１１（ｄ）はテールのデータ形式、図１１（ｅ）は測定内容と測定条件の取り出し後のサブパケット
【図１２】単純ルータを含む場合の命令の流れとデータの流れ
【図１３】単純ルータを含む場合の測定命令パケットのデータ形式、図１３（ａ）は測定命令パケットのデータ全形式、図１３（ｂ）はヘッダーのデータ形式、図１３（ｃ）は測定ルータへのサブパケットのデータ形式、図１３（ｄ）は単純ルータへのサブパケットのデータ形式、図１３（ｅ）はテールのデータ形式
【図１４】測定結果パケットのデータ形式で、図１４（ａ）は測定結果パケットのデータ全形式、図１４（ｂ）はヘッダーのデータ形式、図１４（ｃ）は測定ルータへのサブパケットのデータ形式、図１４（ｄ）は単純ルータへのサブパケットのデータ形式、図１４（ｅ）はテールのデータ形式
【図１５】単純ルータ４を経由した場合の測定結果パケットのデータ形式
【図１６】ビルのフロアー天井に４系統の測定ルータを配置した模式図
【図１７】別系統の測定ルータを経由してデータを返した場合の模式図
【図１８】基地局が受け取る測定結果パケットの内容で、図１８（ａ）は基地局が受け取る測定結果パケット、図１８（ｂ）はサブパケット（４，０）及びサブパケット（３，０）の内容、図１８（ｃ）はサブパケット（４，１）及びサブパケット（４，２）の内容
【図１９】コスト重視の応用例を示すフローチャート
【図２０】通信の信頼性を重視する応用例の模式図
【図２１】緊急通報の場合の情報の流れ
【図２２】ルータが故障時のデータの流れ
【図２３】緊急通報の場合のパケットのデータ形式
【符号の説明】
【００５７】
１０  親機（ルータ）
２０、３０、４０  子機（ルータ）
３００、３０１  ルータ
３１０  無線モジュール
３１５  アンテナ
３２０  記憶装置
３３０  中央処理装置制御（ＲＴＣ）
３４０  電源
３５０  スイッチ
３６０  インターフェース
３７０  温度センサー
【図１】
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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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