(57)【要約】【課題】複数のノードによって構成される通信システムにおいて、情報を迅速に伝送することを目的とする。【解決手段】基幹ノードＰは、各末端ノードＴに対して、直接、下りパケットを送信する。各中継ノードＲは、末端ノードＴから基幹ノードＰに上りパケットを送信する中継通信経路を形成している。中継ノードＲは、上りパケットを受信すると、隣接ノードを中継送信先のノードとして上りパケットを中継送信する。末端ノードＴは、通信状況に応じて、１つ若しくは複数の中継ノードＲによって形成される中継通信経路を介して基幹ノードＰに上りパケットを送信する。また、末端ノードＴは、通信状況に応じて、基幹ノードＰに上りパケットを直接送信する。基幹ノードＰの送信電力は、末端ノードＴおよび中継ノードＲのそれぞれの送信電力よりも大きい。【選択図】図１
2016076816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基幹ノードから送信された無線信号を当該基幹ノードから直接受信する受信部と、
前記基幹ノードに無線信号を直接送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の中継ノードによって形成される中継通信経路を介して前記基幹ノードに無線信号を送信する送信部と、を備え、
前記送信部が送信する無線信号の電力は、前記基幹ノードが送信する無線信号の電力よりも小さいことを特徴とする無線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線装置において、
前記無線装置と前記基幹ノードとの間の通信状況に応じて、前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードから隣接ノードを選択する隣接ノード選択部を備え、
前記送信部は、
前記隣接ノードに無線信号を直接送信することを特徴とする無線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の無線装置において、
探索情報を送信する探索情報送信部と、
前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードから、前記探索情報に応じて送信された応答情報を受信する応答情報受信部と、を備え、
前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードは、複数のタイムスロットのうちランダムに選択された１つのタイムスロットで前記応答情報を送信し、
前記隣接ノード選択部は、前記応答情報に含まれる前記通信経路に関する情報に応じて、前記隣接ノードを選択することを特徴とする無線装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線装置と、
前記基幹ノードと、を備えることを特徴とする無線通信システム。  
【請求項５】
複数の末端ノードに対し無線信号を直接送信する送信部と、
前記複数の末端ノードのうち通信対象とする対象末端ノードから無線信号を直接受信するか、あるいは、１つ若しくは複数の中継ノードによって形成される中継通信経路を介して前記対象末端ノードから無線信号を受信する受信部と、を備え、
前記送信部が送信する無線信号の電力は、前記対象末端ノードが前記受信部または前記中継通信経路に対して送信する無線信号の電力よりも大きいことを特徴とする基幹無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置に関し、特に、中継送信が行われる通信経路に対して無線信号を送信する無線装置、および、そのよう通信経路から無線信号を受信する無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の無線機によって構成されるマルチホップ通信システムが広く用いられている。マルチホップ通信システムでは、１つの無線機から送信されたパケットが他の無線機によって中継送信され、宛先の無線機で受信される。マルチホップ通信システムの通信経路には、複数の無線機のうちいずれかを基幹ノードとし、その他の無線機を分岐ノードまたは末端ノードとするツリー形状のものがある。基幹ノードはツリー形状の根幹をなす。分岐ノードはツリー形状における分岐点または分岐のない中継点をなし、末端ノードはツリー形状における末端をなす。ツリー形状の通信経路を形成するマルチホップ通信システムには、通信経路を規定する情報が、基幹ノードの無線機に一括して記憶されるものがある。この場合、基幹ノードの無線機がパケットのルーティングに関する制御を行う。その他、通信経路上で隣接する無線機の識別符号を各無線機が記憶する等、通信経路を規定する情報が各無線機に記憶されるものがある。
【０００３】
また、マルチホップ通信システムの通信経路には、複数の無線機が網目状に結ばれたメッシュ形状のものがある。メッシュ形状の通信経路は、ツリー形状の通信経路に対し、分岐ノードまたは末端ノードを他のノードに接続する経路が追加されたものである。この場合においても、メッシュ形状の通信経路を規定する情報は、基幹ノードの無線機に一括して記憶されるか、各無線機に記憶される。
【０００４】
以下の特許文献１には、マルチホップ通信システムが記載されている。このシステムでは、通信経路を規定する経路情報が親ノード（基幹ノード）によって生成される。子ノード（分岐ノードまたは末端ノード）の間の通信経路はメッシュ形状を有する。子ノードから親ノードに至る通信経路は複数通りあり、その中から通信状況が良好であるものが選択される。特許文献２には、親ノードおよび複数の子ノードを備える無線通信システムが記載されている。各ノードは、他のノードとの間で無線通信を行い、ノード間で情報を送受信するためのルーティングテーブルを生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２２３４４２号公報
【特許文献２】特開２００９−４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マルチホップ通信システムでは、基幹ノードから送信された情報は、直接、または、１つ若しくは複数の中継ノードによって中継送信が行われ、各ノードで受信される。基幹ノードから各ノードに至るまでの通信経路に介在する中継ノードの数が多い場合、基幹ノードから各ノードに情報を送信するために要される時間が長くなってしまうことがある。
【０００７】
本発明は、複数のノードによって構成される通信システムにおいて、情報を迅速に伝送することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基幹ノードから送信された無線信号を当該基幹ノードから直接受信する受信部と、前記基幹ノードに無線信号を直接送信するか、あるいは、１つ若しくは複数の中継ノードによって形成される中継通信経路を介して前記基幹ノードに無線信号を送信する送信部と、を備え、前記送信部が送信する無線信号の電力は、前記基幹ノードが送信する無線信号の電力よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
望ましくは、前記無線装置と前記基幹ノードとの間の通信状況に応じて、前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードから隣接ノードを選択する隣接ノード選択部を備え、前記送信部は、前記隣接ノードに無線信号を直接送信する。
【００１０】
望ましくは、探索情報を送信する探索情報送信部と、前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードから、前記探索情報に応じて送信された応答情報を受信する応答情報受信部と、を備え、前記中継通信経路を形成する１つ若しくは複数の中継ノード、または、前記基幹ノードは、複数のタイムスロットのうちランダムに選択された１つのタイムスロットで前記応答情報を送信し、前記隣接ノード選択部は、前記応答情報に含まれる前記通信経路に関する情報に応じて、前記隣接ノードを選択する。
【００１１】
本発明に係る無線通信システムは、前記無線装置と、前記基幹ノードと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、複数の末端ノードに対し無線信号を直接送信する送信部と、前記複数の末端ノードのうち通信対象とする対象末端ノードから無線信号を直接受信するか、あるいは、１つ若しくは複数の中継ノードによって形成される中継通信経路を介して前記対象末端ノードから無線信号を受信する受信部と、を備え、前記送信部が送信する無線信号の電力は、前記対象末端ノードが前記受信部または前記中継通信経路に対して送信する無線信号の電力よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のノードによって構成される通信システムにおいて、情報を迅速に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】パケットの構成を概念的に示す図である。
【図３】各ノードが応答パケットを送信する際のタイムスロットを示す図である。
【図４】基幹ノードのハードウエアを示す図である。
【図５】末端ノードのハードウエアを示す図である。
【図６】中継ノードのハードウエアを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１）無線通信システムの構成の概要
図１には、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成が示されている。無線通信システムは、基幹ノードＰ、複数の中継ノードＲ、複数の末端ノードＴを備える。中継ノードＲは実線の円で示され、各末端ノードＴは斜線が施された円で示されている。図１には、１つの基幹ノードＰ、１３個の中継ノードＲ１〜Ｒ１３、および、１７個の末端ノードＴ１〜Ｔ１７によって無線通信システムが構成される例が示されている。以下の説明では、システムに含まれる不特定の中継ノードを示す符号を「Ｒ」とし、システムに含まれる不特定の末端ノードを示す符号を「Ｔ」とする。
【００１６】
基幹ノードＰは、各末端ノードＴに対して、直接、下りパケットを送信する。図１には、下りパケットを送信するための無線信号が到達するサービスエリア１０が破線の円によって示されている。
【００１７】
各中継ノードＲは、末端ノードＴから基幹ノードＰに上りパケットを送信する中継通信経路を形成している。図１において破線で描かれた直線は、基幹ノードＰから離れる側の中継ノードＲが、基幹ノードＰ側の中継ノードＲまたは基幹ノードＰを隣接ノードとして選択していることを示す。中継ノードＲは、上りパケットを受信すると、隣接ノードを中継送信先のノードとして上りパケットを中継送信する。
【００１８】
末端ノードＴは、通信状況に応じて、１つ若しくは複数の中継ノードＲによって形成される中継通信経路を介して基幹ノードＰに上りパケットを送信する。また、末端ノードＴは、通信状況に応じて、基幹ノードＰに上りパケットを直接送信する。ここで、通信状況とは、無線通信の良好度、中継通信経路において行われる送信の回数（ホップ数）等をいう。末端ノードＴは、例えば、無線通信ができるだけ良好であり、ホップ数ができるだけ少なくなるノードに上りパケットを送信する。図１において一点鎖線で描かれた直線は、各末端ノードＴが１つの中継ノードＲまたは基幹ノードＰを隣接ノードとして選択していることを示す。
【００１９】
基幹ノードＰの送信電力は、末端ノードＴおよび中継ノードＲのそれぞれの送信電力よりも大きい。したがって、基幹ノードＰから下りパケットが到達可能な距離は、末端ノードＴから上りパケットが到達可能な距離、および、中継ノードＲから上りパケットが到達可能な距離のいずれよりも長い。例えば、基幹ノードＰの送信電力は、末端ノードＴおよび中継ノードＲのそれぞれの送信電力の５倍から１００倍とする。また、上りパケットを送信する信号と、下りパケットを送信する信号は、周波数を異なるものとしてもよい。基幹ノードＰが下りパケットを送信する信号の周波数、および、末端ノードＴおよび中継ノードＲが上りパケットを送信する信号の周波数は、例えば、９２０ＭＨ帯（９２２．４ＭＨｚ〜９２３．４ＭＨｚ）の周波数である。
【００２０】
（２）パケットの構成
図２には無線通信システムで伝送されるパケットの構成例が概念的に示されている。パケットは、パケット種別記述部１２、宛先ＩＤ記述部１４、送信源ＩＤ記述部１６、ネクストホップＩＤ記述部１８、送信元ＩＤ記述部２０、およびペイロード部２２を備える。ここで、ＩＤは、識別情報、すなわち、IDentificationを省略したものである。
【００２１】
パケット種別記述部１２には、パケットが下りパケットであることを示す下りパケット識別情報、または、パケットが上りパケットであることを示す上りパケット識別情報が記述される。宛先ＩＤ記述部１４には、通信経路の終点のノード、すなわち、パケットの宛先となるノードのＩＤが宛先ＩＤとして記述される。送信源ＩＤ記述部１６には、通信経路の始点のノード、すなわち、最初にパケットを送信する送信源のノードのＩＤが送信源ＩＤとして記述される。ネクストホップＩＤ記述部１８には、１つのノードから他の１つのノードにパケットが送信される１ホップにおける、送信先のノードのＩＤがネクストホップＩＤとして記述される。送信元ＩＤ記述部２０には、１ホップにおける送信元のノードのＩＤが送信元ＩＤとして記述される。ペイロード部には、パケットによって送信される実質的な情報である送信対象情報が記述される。
【００２２】
（３）下り回線送信
下り回線送信では、基幹ノードＰがサービスエリア１０内の各末端ノードＴに下りパケットを送信し、宛先の末端ノードＴに送信対象情報を取得させる。基幹ノードＰはパケットを生成し、下りパケット識別情報をパケット種別記述部に記述する。また、基幹ノードＰは、宛先の末端ノードＴに割り当てられているＩＤを宛先ＩＤ記述部に記述し、自らに割り当てられているＩＤを送信源ＩＤに記述する。基幹ノードＰは、さらに、送信対象情報をペイロード部に記述する。基幹ノードＰは、ネクストホップＩＤ記述部および送信元ＩＤ記述部には、技術的に意味のないヌル情報を記述する。後述のように、ネクストホップＩＤ記述部および送信元ＩＤ記述部は、上り回線送信において用いられる。
【００２３】
基幹ノードＰは下りパケットを送信する。各中継ノードＲは、無線通信システムで伝送される種々のパケットを受信する。各中継ノードＲは、受信したパケットのパケット種別記述部に下りパケット情報が記述されていることを認識すると、そのパケットに対する処理を終了する。これによって、基幹ノードＰから送信された下りパケットの中継送信は、中継ノードＲによって行われない。
【００２４】
サービスエリア１０内の各末端ノードＴは無線通信システムで伝送される様々な種類のパケットを受信する。各末端ノードＴは、受信したパケットのパケット種別記述部に下りパケット情報が記述されていることを認識すると、宛先記述部に記述された宛先ＩＤを抽出する。末端ノードＴは、宛先ＩＤが自らに割り当てられているＩＤである場合には、ペイロード部から送信対象情報を抽出し、送信対象情報に従った処理を実行する。また、下りパケットの宛先となった末端ノードＴは、送信源ＩＤ記述部から送信源ＩＤを抽出し、後述する返信要求通信等、送信源ＩＤを用いた処理を実行してもよい。一方、末端ノードＴは、宛先ＩＤが自らに割り当てられているＩＤでない場合には、受信した下りパケットに対する処理を終了する。
【００２５】
下り回線送信によれば、基幹ノードＰから送信された下りパケットは、中継ノードＲによる中継送信を介さずに、サービスエリア１０内の各末端ノードＴに直接送信され、各末端ノードＴは、基幹ノードＰから下りパケットを直接受信する。そして、宛先ＩＤと同一のＩＤが割り当てられた末端ノードＴは、下りパケットのペイロード部に含まれている送信対象情報を取得し、その送信対象情報に従った処理を実行する。
【００２６】
送信対象情報は、例えば、静止画像、動画像、文字情報、音声等を表す情報伝達データである。送信対象情報には、情報伝達データに基づき静止画像、動画像、文字情報、音声等を再生する再生指令が含まれていてもよい。情報伝達データと共に再生指令が含まれる送信対象情報を取得した末端ノードＴは、再生指令に基づいて、情報伝達データに対する再生処理を実行する。
【００２７】
情報伝達データの情報量が大きい場合には、情報伝達データを分割して複数の下りパケットのそれぞれのペイロード部に分割された情報伝達データを含ませ、これらの複数の下りパケットを順次、基幹ノードＰから末端ノードＴに送信する処理を実行してもよい。
【００２８】
このように、下り回線送信は、中継ノードＲによる中継送信を介さず直接行われる。したがって、基幹ノードＰから宛先の末端ノードＴに対し、迅速に送信対象情報を取得させることができる。
【００２９】
なお、宛先ＩＤは、複数の末端ノードＴに共通に割り当てられた同報ＩＤであってもよい。この場合、共通の同報ＩＤが割り当てられた複数の末端ノードＴは、受信したパケットに含まれていた宛先ＩＤが同報ＩＤであり、その同報ＩＤが自らに割り当てられていることを認識すると、ペイロード部から送信対象情報を抽出し、送信対象情報に従った処理を実行する。これによって、基幹ノードＰが１つの下りパケットを送信するのみで、サービスエリア１０内の複数の末端ノードＴで送信対象情報が取得される。
【００３０】
（４）上り回線送信
（４−１）上り回線送信の概要
上り回線送信では、末端ノードＴが、基幹ノードＰを宛先として上りパケットを送信する。末端ノードＴは、１つ若しくは複数の中継ノードＲによって形成される中継通信経路を介して基幹ノードＰに上りパケットを送信する。あるいは、末端ノードＴは、基幹ノードＰに上りパケットを直接送信する。
【００３１】
（４−２）中継通信経路
上り回線送信では、中継ノードＲによって形成された中継通信経路が用いられる。マルチホップ通信における中継通信経路を形成する処理については、特許文献１、特許文献２等に見られるように、当業者において様々なものが考え出されている。中継通信経路を形成する処理の具体的な例については後述する。
【００３２】
中継通信経路が形成された状態では、各末端ノードＴは、無線通信経路において隣接する中継ノードＲのＩＤ、または基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。図１に示されている例では、末端ノードＴ１は、中継ノードＲ１のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、末端ノードＴ２は、中継ノードＲ２のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。末端ノードＴ３は、中継ノードＲ３のＩＤを隣接ノードとして記憶し、末端ノードＴ４は、中継ノードＲ６のＩＤを隣接ノードとして記憶している。末端ノードＴ５およびＴ６は、それぞれ、中継ノードＲ７のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。末端ノードＴ７〜Ｔ９は、それぞれ、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。末端ノードＴ１０は、中継ノードＲ９のＩＤを隣接ノードとして記憶し、末端ノードＴ１１は、中継ノードＲ８のＩＤを隣接ノードとして記憶している。末端ノードＴ１２は、中継ノードＲ１０のＩＤを隣接ノードとして記憶し、末端ノードＴ１３は、中継ノードＲ１１のＩＤを隣接ノードとして記憶している。末端ノードＴ１４およびＴ１５は、それぞれ、中継ノードＲ１２のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、末端ノードＴ１６およびＴ１７は、それぞれ、中継ノードＲ１３のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。
【００３３】
各中継ノードＲは、基幹ノードＰのＩＤ、あるいは基幹ノードＰ側に隣接する中継ノードＲのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。図１に示されている例では、中継ノードＲ１３は、中継ノードＲ１２のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、中継ノードＲ１２は、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。中継ノードＲ１１は、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。中継ノードＲ９およびＲ１０は、それぞれ、中継ノードＲ８のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、中継ノードＲ８は、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。中継ノードＲ６およびＲ７は、それぞれ、中継ノードＲ５のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、中継ノードＲ５は、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。中継ノードＲ４は、中継ノードＲ３のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。中継ノードＲ２およびＲ３は、それぞれ、中継ノードＲ１のＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、中継ノードＲ１は、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶している。
【００３４】
（４−３）中継通信経路に沿った上りパケットの送信
中継通信経路に沿って上りパケットを送信する処理について説明する。上りパケットを送信する送信源の末端ノードＴは、パケットを生成し、上りパケット識別情報をパケット種別記述部に記述する。また、末端ノードＴは、宛先である基幹ノードＰに割り当てられているＩＤを宛先ＩＤ記述部に記述し、自らに割り当てられているＩＤを送信源ＩＤに記述する。末端ノードＴは、自らの隣接ノードＩＤをネクストホップＩＤ記述部に記述し、自らに割り当てられているＩＤを送信元ＩＤに記述する。末端ノードＴは、さらに、送信対象情報をペイロード部に記述する。
【００３５】
末端ノードＴは上りパケットを送信する。各中継ノードＲは、無線通信システムで伝送される種々のパケットを受信する。パケットを受信した中継ノードＲは、受信したパケットのパケット種別記述部に上りパケット情報が記述されていることを認識すると、ネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤを抽出する。中継ノードＲは、ネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致しない場合には、そのパケットに対する処理を終了する。
【００３６】
一方、ネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致する場合には、中継ノードＲは上りパケットを中継送信する。すなわち、中継ノードＲは、上りパケットにおけるネクストホップＩＤ記述部に記述されていたネクストホップＩＤを、自らの隣接ノードＩＤに変更し、上りパケットにおける送信元ＩＤ記述部に記述されていた送信元ＩＤを、自らのＩＤに変更する。そして、各記述部に記述されていたＩＤが変更された上りパケットを送信する。
【００３７】
このように、各中継ノードＲは、受信した上りパケットが、自らを隣接ノードとしないノードから送信された上りパケットである場合には、その上りパケットを中継送信しない。一方、各中継ノードＲは、受信した上りパケットが、自らを隣接ノードとするノードから送信された上りパケットである場合には、その上りパケットを中継送信する。これによって、中継通信経路に沿って上りパケットが中継送信される。
【００３８】
基幹ノードＰは、無線通信システムで伝送される種々のパケットを受信する。無線通信システムで伝送される様々な種類のパケットを受信する。基幹ノードＰは、受信したパケットのパケット種別記述部に上りパケット情報が記述されていることを認識すると、宛先記述部に記述された宛先ＩＤを抽出する。基幹ノードＰは、宛先ＩＤが自らに割り当てられているＩＤと一致しない場合には、その上りパケットに対する処理を終了する。
【００３９】
一方、基幹ノードＰは、宛先ＩＤが自らに割り当てられているＩＤと一致する場合には、ペイロード部から送信対象情報を抽出し、送信対象情報に従った処理を実行する。また、上りパケットの宛先となった基幹ノードＰは、送信源ＩＤ記述部から送信源ＩＤを抽出し、送信源ＩＤに応じた処理を実行してもよい。
【００４０】
なお、基幹ノードＰは、パケット種別記述部に上りパケット情報が記述されていることを認識したときに、宛先ＩＤ記述部に記述されているＩＤの代わりに、ネクストホップＩＤ記述部に記述されているＩＤに基づいて、自らを宛先とした上りパケットであるか否かを判断してもよい。
【００４１】
このような処理を各中継ノードＲおよび基幹ノードＰが実行することで、末端ノードＴが送信した上りパケットは、１つまたは複数の中継ノードＲによって形成される中継通信経路に沿って中継送信され、基幹ノードＰで上りパケットが受信される。ただし、末端ノードＴの隣接ノードが基幹ノードＰである場合には、末端ノードＴから基幹ノードＰに上りパケットが直接送信され、基幹ノードＰで上りパケットが受信される。基幹ノードＰは、上りパケットにおけるペイロード部から送信対象情報を取得する。
【００４２】
なお、各中継ノードＲは、上りパケットの送信元ＩＤ記述部に記述されていた送信元ＩＤを用いて、上りパケットが中継送信されたことを伝えるアクノリッジパケットを、末端側に隣接する中継ノードＲまたは末端ノードＴに送信してもよい。
【００４３】
ここで、図１に示される末端ノードＴ３が、中継ノードＲ３およびＲ１によって形成される中継通信経路を介して、上りパケットを基幹ノードＰに送信し、基幹ノードＰに送信対象情報を取得させる例について説明する。
【００４４】
末端ノードＴ３は、パケット種別記述部に上りパケット情報を記述した上りパケット情報を生成する。また、末端ノードＴ３は、宛先ＩＤ記述部に基幹ノードＰのＩＤである「Ｐ」を記述し、送信源ＩＤ記述部に自らのＩＤである「Ｔ３」を記述する。また、末端ノードＴ３は、ネクストホップＩＤ記述部に隣接ノードＩＤである「Ｒ３」を記述し、送信元ＩＤ記述部に自らのＩＤである「Ｔ３」を記述する。さらに、末端ノードＴ３は、ペイロード部に送信対象情報を記述し、上りパケットを送信する。
【００４５】
上りパケットを受信した中継ノードＲ３は、そのネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤが、自らのＩＤに一致することを認識すると、ネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤを隣接ノードＩＤである「Ｒ１」に変更し、送信元ＩＤ記述部に記述されている送信元ＩＤを、自らのＩＤである「Ｒ３」に変更する。そして、各ＩＤを変更した上りパケットを送信する。
【００４６】
上りパケットを受信した中継ノードＲ１は、そのネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤが自らのＩＤに一致することを認識すると、ネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤを隣接ノードＩＤである「Ｐ」、すなわち、基幹ノードＰのＩＤに変更し、送信元ＩＤ記述部に記述されている送信元ＩＤを、自らのＩＤである「Ｒ１」に変更する。そして、各ＩＤを変更した上りパケットを送信する。
【００４７】
上りパケットを受信した基幹ノードＰは、その宛先ＩＤ記述部に記述されている宛先ＩＤが自らのＩＤに一致すること、または、ネクストホップＩＤ記述部に記述されているネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致することを認識すると、ペイロード部から送信対象情報を抽出し、送信対象情報に従った処理を実行する。
【００４８】
このような処理によって、末端ノードＴ３から送信された上りパケットは、中継ノードＲ３およびＲ１で順に中継送信されて、基幹ノードＰで受信される。基幹ノードＰは、上りパケットに含まれている送信対象情報を取得する。
【００４９】
（５）返信要求通信
無線通信システムは、下り回線送信と、上り回線送信とを組み合わせることで、基幹ノードＰが特定の末端ノードＴに対して上りパケットの送信を要求する返信要求通信を実行してもよい。基幹ノードＰは、上りパケットの送信を要求する末端ノードＴのＩＤを宛先ＩＤ記述部に記述し、送信対象情報として返信指令をペイロード部に記述した下りパケットを生成し送信する。返信指令には、返信パケットとして上りパケットを送信すべき旨の情報や、その上りパケットのペイロード部に含ませる情報を指定する情報が含まれる。
【００５０】
自らに宛てられた下りパケットを受信した末端ノードＴは、ペイロード部に記述された返信指令に従って上りパケットを生成し送信する。このような処理によって、基幹ノードＰは特定の末端ノードＴに上りパケットを送信させ、その末端ノードＴから情報を取得する。
【００５１】
（６）無線通信システムによって得られる効果
無線通信システムによれば、基幹ノードＰからサービスエリア１０内の末端ノードＴに下りパケットが直接送信され、宛先の末端ノードＴによって送信対象情報が取得される。これによって、基幹ノードＰから宛先の末端ノードＴに送信対象情報を取得させる処理が迅速となる。また、下り回線送信は、中継ノードＲによる中継送信を介さずに行われるため、下りパケットが上り回線送信を妨げることがなく、上り回線送信において輻輳が生じる頻度が低下する。さらに、返信要求通信を行う際には、特定の末端ノードＴのみが上りパケットを送信するため、輻輳が生じる頻度が低下する。
【００５２】
また、上り回線送信は、必要に応じて中継通信経路を介して行われる。そのため、末端ノードＴが送信する信号の電力は、基幹ノードＰが送信する信号の電力よりも小さくてもよい。これによって、末端ノードＴに電源電力供給用のバッテリを搭載する場合には、搭載されるバッテリが小型軽量となる。
【００５３】
（７）中継通信経路形成処理
中継通信経路を形成する処理の１つの例について説明する。中継通信経路形成処理は、各中継ノードＲが上りパケットの送受信を行う前に実行される。また、各中継ノードＲが上りパケットの送受信を行う合間に実行され、基幹ノードＰおよび各中継ノードＲの位置関係の変化や通信状況の変化に応じて中継通信経路が更新されてもよい。
【００５４】
初めに、基幹ノードＰは、中継通信経路を形成するための経路形成用パケットを、宛先を特定せずに、自らのＩＤを送信源ＩＤとして含ませた上で送信する。なお、この場合、基幹ノードＰは、中継ノードＲの送信電力と同一の送信電力で経路形成用パケットを送信する。経路形成用パケットを受信した中継ノードＲは、経路形成用パケットを受信した際の通信の良好度等に応じて、中継通信経路で隣接する隣接ノードとして基幹ノードＰを選択するか否かを決定する。そして、基幹ノードＰを隣接ノードとして選択した場合には、基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶する。
【００５５】
基幹ノードＰを隣接ノードとして選択した中継ノードＲは、宛先を特定せずに経路形成用パケットを自らのＩＤを送信源ＩＤとして含ませた上で送信する。この経路形成用パケットには、基幹ノードＰまでのホップ数等、自らが既に形成した中継通信経路に関する経路情報を含ませる。
【００５６】
経路形成用パケットを受信した他の中継ノードＲは、経路形成用パケットを受信した際の通信の良好度、基幹ノードＰまでのホップ数等に応じて、経路形成用パケットの送信源の中継ノードＲを隣接ノードとして選択するか否かを決定する。そして、経路形成用パケットの送信源の中継ノードＲを隣接ノードとして選択した場合には、その中継ノードＲのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、基幹ノードＰまでのホップ数を記憶する。
【００５７】
このようにして、各中継ノードＲは、中継通信経路において基幹ノードＰ側に隣接する中継ノードのＩＤまたは基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶し、中継通信経路を形成する。
【００５８】
経路形成用パケットは、例えば、図２に示される構成を有する。パケット種別記述部１２にはパケットが経路形成用パケットであることを示す経路形成用パケット識別情報が記述される。送信源ＩＤ記述部１６には、経路形成用パケットの送信源のノードのＩＤが記述される。宛先ＩＤ記述部１４、ネクストホップＩＤ記述部１８、および送信元ＩＤ記述部２０にはヌル情報が記述される。ペイロード部には、基幹ノードＰまでのホップ数等、送信源の中継ノードＲが既に形成した中継通信経路に関する経路情報が記述される。
【００５９】
次に、中継経路形成処理において各末端ノードＴが実行する処理について説明する。各末端ノードＴは、複数の中継ノードＲおよび基幹ノードＰから隣接ノードとするものを選択する処理を実行する。この処理において末端ノードＴは探索パケットを送信する。探索パケットは、不特定のノードを宛先とし、送信源の末端ノードＴのＩＤを送信源ＩＤとして含む。
【００６０】
探索パケットは、例えば、図２に示される構成を有する。パケット種別記述部１２にはパケットが探索パケットであることを示す探索パケット識別情報が記述される。送信源ＩＤ記述部１６には、探索パケットの送信源の末端ノードＴのＩＤが記述される。宛先ＩＤ記述部１４、ネクストホップＩＤ記述部１８、送信元ＩＤ記述部２０およびペイロード部２２にはヌル情報が記述される。
【００６１】
探索パケットを受信した中継ノードＲまたは基幹ノードＰは、その探索パケットの送信源の末端ノードＴを宛先として応答パケットを送信し、宛先とされた末端ノードＴは応答パケットを受信する。応答パケットには、その送信源のノードのＩＤの他、応答パケットの送信源のノードから基幹ノードＰに至るまでのホップ数が含まれる。例えば、基幹ノードＰを隣接ノードとする中継ノードＲから送信される応答パケットに含まれるホップ数は１である。基幹ノードＰから送信される応答パケットに含まれるホップ数は０である。
【００６２】
応答パケットは、例えば、図２に示される構成を有する。パケット種別記述部１２にはパケットが応答パケットであることを示す応答パケット識別情報が記述される。送信源ＩＤ記述部１６には、応答パケットの送信源のノードのＩＤが記述される。宛先ＩＤ記述部１４には、受信された探索パケットに送信源のＩＤとして含まれていたＩＤが記述される。ネクストホップＩＤ記述部１８、および送信元ＩＤ記述部２０にはヌル情報が記述される。ペイロード部２２には、基幹ノードＰまでのホップ数等が記述される。
【００６３】
末端ノードＴは、複数の応答パケットを受信した場合には、複数の応答パケットに含まれる情報に基づいて、複数の中継ノードＲのうち１つ、または基幹ノードＰを隣接ノードとして選択する。例えば、末端ノードＴは、複数の中継ノードＲおよび基幹ノードＰのうち、応答パケットの受信信号のレベルが所定値以上であり、基幹ノードＰまでのホップ数が最小であるものを隣接ノードとして選択する。末端ノードＴは、隣接ノードとして選択した中継ノードＲまたは基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして、応答パケットから取得する。
【００６４】
また、末端ノードＴは、応答パケットを送信したノードが１つのみである場合には、その応答パケットの送信源のノードを隣接ノードとして選択する。末端ノードＴは、隣接ノードとして選択した中継ノードＲまたは基幹ノードＰのＩＤを隣接ノードＩＤとして、応答パケットから取得する。末端ノードＴは隣接ノードＩＤを記憶する。
【００６５】
このような中継経路形成処理によれば、各末端ノードＴおよび各中継ノードＲは、隣接ノードを選択し、隣接ノードＩＤを記憶する。これによって、各末端ノードＴから基幹ノードＰに上りパケットを送信するための中継通信経路が形成される。
【００６６】
なお、各中継ノードＲおよび基幹ノードＰは、探索パケットを受信し、その探索パケットを生成した後、送信待ち時間Ｗだけ経過した時に応答パケットを送信してもよい。この送信待ち時間Ｗは、予め定められたタイムスロット幅Δにランダム数Ａを乗じた時間Ｗ＝Δ・Ａとする。このランダム数Ａは、Ｎを正の整数として０〜Ｎの範囲で無作為に決定される。
【００６７】
すなわち、この処理では、図３に示されているように、各ノードが応答パケットを生成した時間ｔ０から時間（Ｎ＋１）・Δが経過するまでの時間帯において、タイムスロット幅ΔでＮ＋１個に分割されて形成されたＮ＋１個のタイムスロットＳ（０）〜Ｓ（Ｎ＋１）が定義される。各ノードは、Ｎ＋１個のタイムスロットのうち、無作為に選択された１つにおいて応答パケットを送信する。末端ノードＴは、探索パケットを送信した後、Ｎ＋１個のタイムスロットに応じた時間帯が経過するまでの間に応答パケットを受信する。
【００６８】
このような処理によれば、同一の探索パケットを受信した複数のノードが、応答パケットを同一時間帯に送信する頻度が低くなり、複数の応答パケットが時間帯を重ねて末端ノードＴで受信される頻度が低くなる。
【００６９】
（８）基幹ノードのハードウエア
図４には基幹ノードＰのハードウエアの例が示されている。基幹ノードＰは、情報処理部２４、無線回路３４、記憶部３２および通信ポート３６を備える。情報処理部２４は、プロセッサ等、演算処理を実行するデバイスによって構成される。情報処理部２４は、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行することによって、パケット生成部２８、パケット処理部２６および中継経路形成処理部３０を内部に構成する。
【００７０】
パケット生成部２８および無線回路３４は、下りパケットを送信する送信部を構成する。すなわち、パケット生成部２８は下りパケットを生成すると共に、下りパケットの各部に情報を記述する。パケット生成部２８は下りパケットを無線回路３４に出力し、無線回路３４は下りパケットを送信する。
【００７１】
無線回路３４およびパケット処理部２６は、上りパケットを受信する受信部を構成する。すなわち、無線回路３４は、パケットを受信しパケット処理部２６に出力する。パケット処理部２６は、無線回路３４から出力されたパケットが上りパケットであり、自らの基幹ノードＰを宛先とする場合に、そのペイロード部に記述されている送信対象情報に応じた処理を実行する。無線回路３４は、上りパケットの送信と、下りパケットの受信を異なる周波数で行ってもよい。
【００７２】
中継経路形成処理部３０は、経路情報処理部５３、探索情報処理部５５、および応答情報生成部５７を備え、上述の中継経路形成処理に伴う処理を実行する。
【００７３】
無線回路３４および探索情報処理部５５は、探索パケットを受信する探索情報受信部を構成する。また、応答情報生成部５７および無線回路３４は、応答パケットを送信する応答情報送信部を構成する。すなわち、探索情報処理部５５は、無線回路３４で受信され出力されたパケットが探索パケットであることを認識すると、応答情報生成部５７に応答パケットを生成させる。応答情報生成部５７は応答パケットを生成し、無線回路３４に出力する。無線回路３４は応答パケットを送信する。
【００７４】
また、無線回路３４および経路情報処理部５３は、経路形成用情報としての経路形成用パケットを送信する経路形成用情報送信部を構成する。すなわち、経路情報処理部５３は経路形成用パケットを生成し、無線回路３４に出力する。無線回路３４は、経路形成用パケットを送信する。
【００７５】
通信ポート３６には、例えば、マンマシンインターフェースを動作させるための回路、外付けのコンピュータ、通信インターフェース回路等が接続される。
【００７６】
（９）末端ノードのハードウエア
図５には、末端ノードＴのハードウエアの例が示されている。末端ノードＴは、情報処理部３８、無線回路３４、記憶部３２、および通信ポート３６を備える。情報処理部３８は、プロセッサ等、演算処理を実行するデバイスによって構成される。情報処理部３８は、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行することによって、パケット生成部４２、パケット処理部４０および中継経路形成処理部４４を内部に構成する。
【００７７】
パケット生成部４２および無線回路３４は、上りパケットを送信する送信部を構成する。すなわち、パケット生成部４２は上りパケットを生成すると共に、上りパケットの各部に情報を記述する。パケット生成部４２は上りパケットを無線回路３４に出力し、無線回路３４は上りパケットを送信する。
【００７８】
無線回路３４およびパケット処理部４０は、下りパケットを受信する受信部を構成する。すなわち、無線回路３４は、パケットを受信しパケット処理部４０に出力する。パケット処理部４０は、無線回路３４から出力されたパケットが下りパケットであり、末端ノードＴを宛先とする場合に、そのペイロード部に記述されている送信対象情報に応じた処理を実行する。無線回路３４は、上りパケットの送信と、下りパケットの受信を異なる周波数で行ってもよい。
【００７９】
中継経路形成処理部４４は、探索情報生成部４８、応答情報処理部４６、および隣接ノード選択部５０を備え、上述の中継経路形成処理において、隣接ノードを選択する処理を実行する。
【００８０】
探索情報生成部４８および無線回路３４は、探索情報としての探索パケットを生成し送信する探索情報送信部を構成する。すなわち、探索情報送信部４８は探索パケットを生成し、無線回路３４に出力する。無線回路３４は探索パケットを送信する。
【００８１】
無線回路３４および応答情報処理部４６は、応答情報としての応答パケットを受信する応答情報受信部を構成する。すなわち、無線回路３４は、パケットを受信し応答情報処理部４６に出力する。応答情報処理部４６は、無線回路３４から出力されたパケットが応答パケットであり、自らの末端ノードＴを宛先とする場合に、その応答パケットを隣接ノード選択部５０に出力する。隣接ノード選択部５０は、応答情報処理部４６から出力された１つまたは複数の応答パケットに含まれる情報に基づいて、複数の中継ノードのうち１つ、または基幹ノードを隣接ノードとして選択する。例えば、末端ノードＴは、複数の中継ノードおよび基幹ノードのうち、応答パケットの受信信号のレベルが所定値以上であり、基幹ノードまでのホップ数が最小であるものを隣接ノードとして選択する。隣接ノード選択部５０は、応答情報処理部４６から出力された１つまたは複数の応答パケットに含まれる情報に基づいて、隣接ノードとして選択した中継ノードまたは基幹ノードのＩＤを取得し、記憶部３２に記憶する。このような中継経路形成処理における動作によって、記憶部３２には隣接ノードＩＤが記憶される。応答情報処理部４６は、無線回路３４から出力されたパケットが応答パケットでない場合、または、応答パケットであっても自らの末端ノードＴを宛先としない場合には、そのパケットに対する処理を終了する。
【００８２】
通信ポート３６には、例えば、ディスプレイ、キーボード、スピーカ等のマンマシンインターフェースを動作させるための回路、外付けのコンピュータ、通信インターフェース回路等が接続される。後述のテレメータリングシステムに末端ノードＴが用いられる場合には、通信ポート３６には、電力量メータ、ガスメータ、各種センサ等が接続されてもよい。
【００８３】
（１０）中継ノードのハードウエア
図６には中継ノードＲのハードウエアの例が示されている。中継ノードＲは、情報処理部５２、無線回路３４、および記憶部３２を備える。情報処理部５２は、プロセッサ等、演算処理を実行するデバイスによって構成される。情報処理部５２は、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行することによって、パケット中継部５４、および中継経路形成処理部５６を内部に構成する。
【００８４】
パケット中継部５４は、無線回路３４を介したパケットの受信および送信により、上りパケットの中継送信を行う。すなわち、無線回路３４は、パケットを受信し、パケット中継部５４に出力する。パケット中継部５４は、無線回路３４から出力されたパケットが上りパケットであり、かつ、その上りパケットが自らの中継ノードＲのＩＤをネクストホップＩＤとするものである場合には、中継送信のためにその上りパケットの記述内容を変更し、無線回路３４に出力する。無線回路３４は上りパケットを送信する。一方、無線回路３４から出力されたパケットが上りパケットでない場合、または、上りパケットであってもその上りパケットが自らの中継ノードＲのＩＤをネクストホップＩＤとするものでない場合には、パケット中継部５４は、そのパケットに対する処理を終了する。
【００８５】
中継経路形成処理部５６は、経路情報処理部５３、探索情報処理部５５、応答情報生成部５７、および隣接ノード選択部５９を備え、上述の中継経路形成処理に伴う処理を実行する。
【００８６】
無線回路３４および探索情報処理部５５は、探索パケットを受信する探索情報受信部を構成する。また、応答情報生成部５７および無線回路３４は、応答パケットを送信する応答情報送信部を構成する。すなわち、探索情報処理部５５は、無線回路３４で受信され出力されたパケットが探索パケットであることを認識すると、応答情報生成部５７に応答パケットを生成させる。応答情報生成部５７は応答パケットを生成し、無線回路３４に出力する。無線回路３４は応答パケットを送信する。
【００８７】
また、無線回路３４および経路情報処理部５３は、経路形成用情報としての経路形成用パケットを受信する経路形成用情報受信部を構成する。経路情報処理部５３は、無線回路３４で受信され出力されたパケットが経路形成用パケットである場合には、その経路形成用パケットを隣接ノード選択部５９に出力する。隣接ノード選択部５９は、経路形成用パケットに基づき、隣接ノードを決定する処理を実行する。隣接ノード選択部５９は、隣接ノードとして決定したノードのＩＤを隣接ノードＩＤとして記憶部３２に記憶する。
【００８８】
（１１）無線通信システムの応用例
（１１−１）防災情報システム
本発明の実施形態に係る無線通信システムは、防災情報システムに応用してもよい。例えば、防災情報システムが設置される地域の居住者は、末端ノードとして動作する携帯端末を所有しているものとする。基幹ノードとして動作する基地局は、システム設置地域に配置され、システム設置地域にサービスエリアを形成する。さらに、中継ノードとして動作する中継局が、サービスエリア内に配置される。
【００８９】
例えば、大雨、暴風、地震、津波等による災害が生じていない通常時には、基地局はサービスエリア内の総ての携帯端末を宛先として、静止画像、動画像、文字情報、音声等による情報番組を下り回線送信によって送信する。居住者が所有する携帯端末は、基地局から直接、順次送信される下りパケットに基づいて情報番組等を再生し、居住者に提供する。
【００９０】
災害発生時には、基地局は上述の返信要求通信を実行し、特定の携帯端末に対して上りパケットの送信を要求し、その特定の携帯端末から所定の情報を取得する。これによって、システム設置地域の居住者が所有する携帯端末から基地局が情報を取得し、防災情報システムを運用する者は、居住者等の安否を基地局によって確認することができる。
【００９１】
（１１−２）病院内患者呼び出しシステム
本発明の実施形態に係る無線通信システムは、病院内患者呼び出しシステムに応用してもよい。このシステムでは、基幹ノードとして動作する基地局が待合室またはその近傍に設けられる。また、基地局が形成するサービスエリア内に、中継ノードとして動作する中継局が配置される。サービスエリアは、病院内のみならず病院の外に及んでもよい。患者は、末端ノードとして動作する携帯端末を所有する。
【００９２】
患者の呼び出しがない間は、基地局はサービスエリア内の総ての携帯端末に、静止画像、動画像、文字情報、音声等による情報番組を下り回線送信によって送信する。患者が所有する携帯端末は、基地局から直接、順次送信される下りパケットに基づいて情報番組等を再生し、患者に提供する。
【００９３】
特定の患者を呼び出す際には、基地局は上述の返信要求通信を実行し、呼び出し対象の患者が所有する携帯端末に対して上りパケットの送信を要求し、その携帯端末から所定の情報を取得する。下りパケットによって携帯端末に取得させる返信指令には、呼び出しがあったことを患者であるユーザに知らせるべき旨の指令を含んでいてもよい。携帯端末は、その指令に応じて、アラーム、バイブレータ等を動作させ、あるいは照明等を点灯させ、患者に呼び出しがあったことを知らせる。
【００９４】
これによって、呼び出し対象の患者が所有する携帯端末から基地局が情報を取得し、病院内患者呼び出しシステムを運用する者は、患者がサービスエリア内にいること、および、患者が呼び出されたことを基地局によって確認することができる。
【００９５】
（１１−３）テレメータリングシステム
本発明の実施形態に係る無線通信システムは、テレメータリングシステムに応用してもよい。このシステムは、オフィス、住宅等の各建造物に設けられた電力量メータ、ガスメータ等のメータの計測値を基地局によって取得するシステムである。末端ノードとして動作する無線装置が各建造物に設けられる。無線装置の通信ポートには、電力量メータ、ガスメータ等のメータが接続される。検針対象の複数の建造物の近傍には、中継ノードとして動作する中継局が配置され、基幹ノードとして動作する基地局が、無線装置および中継局が設置された領域にサービスエリアを形成する。
【００９６】
検針の際には、基地局は上述の返信要求通信を実行し、検針対象の建造物に設けられた無線装置に対して上りパケットの送信を要求し、その無線装置からメータの計測値を取得する。下りパケットによって無線装置に取得させる返信指令には、メータの計測値を読み込んで、上りパケットのペイロード部に記述する旨の指令を含む。無線装置は、その指令に応じて、メータから読み込んだ計測値を上りパケットのペイロード部に記述し、その上りパケットを送信する。これによって、基地局は、検針対象の建造物からメータの計測値を取得する。
【符号の説明】
【００９７】
１０  サービスエリア、１２  パケット種別記述部、１４  宛先ＩＤ記述部、１６  送信源ＩＤ記述部、１８  ネクストホップＩＤ記述部、２０  送信元ＩＤ記述部、２２  ペイロード部、２４，３８，５２  情報処理部、２６，４０  パケット処理部、２８，４２  パケット生成部、３０，４４，５６  中継経路形成処理部、３２  記憶部、３４  無線回路、３６  通信ポート、４６  応答情報処理部、４８  探索情報生成部、５０，５９  隣接ノード選択部、５３  経路情報処理部、５４  パケット中継部、５５  探索情報処理部、５７  応答情報生成部、Ｐ  基幹ノード、Ｒ  中継ノード、Ｔ  末端ノード。
【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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