JP2006019796A - 無線ルーティングシステムおよびこのシステムを利用した街路灯故障監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチホップ・ネットワークシステムの運用上の問題を解決する。
【解決手段】 複数の端末Ｎ２〜Ｎ５と，あて先端末Ｎ１との相互間の通信ルートを近隣端末確定処理と中継伝送確認処理とによって確定する．近隣端末確定処理は、それぞれの端末Ｎ１〜Ｎ５が互いに無線通信して近隣の端末に呼びかけ、呼びかけに応答を返した端末を順次確定し、応答した端末の有する情報を自端末のルーティング情報に取り込む処理である。中継伝送確認処理は、近隣端末確定処理によって確定された近隣の端末に対し、さらにあて先を指定して別の端末に対する中継の呼びかけを依頼し、その呼びかけに応答した中継端末を特定してあて先端末への通信ルートを確定する処理であり、確定された通信ルートを経由して、例えば、ある端末Ｎ５からあて先端末Ｎ１に情報を伝送する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線通信により自端末から他の特定の端末に至る中継経路を確定して無線通信を行う無線ルーティングシステム及びこのシステムを利用した街路灯故障監視システムに関する。

メッシュ・ネットワークはシングル・ホップネットワークに比べて多くの利点を備え、家庭、ビジネス、公共スペース、通信サービス産業用途などさまざまな環境での利用が期待されている。図１３（ａ）において、メッシュ・ネットワークによれば、ノード１と、ノード２間にリンクがなくても、ノード３が仲介することで、ノード１からノード２に送信することができる。また、（ｂ）のようにあるノード（例えばノード４）に障害が発生しても、別の通信ルートを通じ、障害が発生したノード４を回避して送信を続けることができる。さらに、（ｃ）のように、既存のネットワークの構成を変えずに新たなノードを追加することができる。さらに（ｄ）のように中継ノードを使えば送信電力を抑えることもできるなどの効果が期待されている。

しかしながら、実際の運用においていろいろな問題が指摘されている。第１に他ノードのトラフィックを転送することで電力が消費されてしまうこと、第２に、トラフィックを中継するノードのセキュリティに問題があること、第３にノード配置の設計を行わないと、図１４（ａ）のように、１つのノードに多数のノードからトラフィックが集中してしまう可能性があること、第４に、ノードが増えるにつれ、各ノードが位置やリンク状態などのネットワーク制御情報をやり取りするケースが頻繁に起こり、そのデータ量が無視できなくなる。このために、ネットワークが不安定になる危険性がある、などの問題点が指摘されている。

なかでも、第４の問題は深刻である。実際に運用しようとすると、図１４（ｂ）のように各ノードが位置やリンク状態などのネットワーク制御情報（ルーティング情報）をやり取りするだけでデータが使い切られ、他のノードに伝達すべき肝心のコンテンツである伝送情報のデータを通信する余力がなくなってしまうのである。

このような問題が生じる最大の理由は、メッシュ・ネットワークは、マルチホップ・ネットワークとも呼ばれるが、上記のような問題が生ずる最大の理由は、従来、マルチホップ・ネットワークは、シングルホップ・ネットワークのシステムと同じような構想として考えられていたからではないかと思われる。シングルホップ・ネットワーク、例えば無線ＬＡＮでは、複数のクライアントがひとつのアクセスポイントに直接接続してネットワークにアクセスする仕組みになっているのに対し、従来のマルチホップ・ネットワークの考え方は、無線リンク機能を搭載したデバイスならどれでもルータやアクセスポイントの役割を果たすことができるシステムに構築しようと言うものである。

つまり、最も近くにあるアクセスポイントが混雑している場合は、データは次の近くにあるトラフィック量の少ないノードへまわされ、データはあるノードから他のノードへとホップを続け、最終のノードに到達させようとするのであるが、この構想は、インターネットの考え方をそのまま無線に置き換えたにすぎず、この様なシステムでは、インターネットと同様にノードが増えるにつれ、ルーティング情報が大容量となってしまい、その結果、ネットワークが不安定になる以上に肝心の情報通信のためのネットワークを構築することができないという結果になってしまうのである。

これとは別に、街路灯の保守、管理については、従来はもっぱら保安員の見回りによる目視による点検に任されていた。すなわち、街路灯の点灯の有無を目視にて点検し、もし街路灯が消灯していれば街路灯維持管理者に通報して修理を行うというシステムである。しかし、このような方法では、保安員の見回りがなければ街路灯に異常が発生していても、その異常に気づくことができないが、街路灯は夜間しか点灯しないので、日中に目視で点検を行っても、その異常、機器の消耗などを発見することは難しい。もし、街路灯の消灯が放置されたときには、暗がりでの事故や犯罪が発生する危険がある。
特許公開２００３−６９６２０ ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００４．３．１５ Ｐ６５〜７０「米国で実用化の機運が高まるメッシュネットワーク」 メッシュ・ネットワーク・テクノロジによるワイヤレス環境の構築（http://www.intel.co.jp/jp/developer/update/contents/nc11032.htm）

解決しようとする問題点は、従来のマルチホップ・ネットワークがインターネットを単に無線化したシステムに過ぎなかったため、実際の運用上の問題で実現できなかった点である。

本発明は、特定のアクセスポイントを設定することなく、また、システムの駆動時には通信ルートを確定せず、ノードである端末同士が互いに無線通信し、あるいは近隣の端末の通信内容を傍受することによって、自端末からあて先の端末に至る中継端末を確保しながら、端末間、特に子機と親機端末間、あるいは親機端末からすべての子機端末に至る最適ルートを確定し、さらに通信ルートを監視しつつ最適ルートを更新する点を最も主要な特徴とする。

本発明による無線ルーティングシステムによれば、従来のネットワークシステムのようにノード間のネットワーク制御情報のデータ量が増大してネットワークが不安定になることがなく、実際の運用上の問題で実現できないような事態に陥ることがなく、また、固定局への通信を対象としてクローズドな特定ネットワークを形成することで通常複雑且つ大容量の原因となるルーティング情報通信を限りなく少なくすることが可能となり、セキュリティを問題にしない各種情報の通信、特に街路灯故障監視システムに適用して市街の安全確保、街路灯維持管理者の業務及び経費節減に絶大な効果を期待できる。

以下に本発明による無線ルーティングシステムの概要を説明する。ルーティングとは、通常、ネットワーク上で、送信先に到達するまでの経路を見つけ出すことをいうのであるが、本発明においてはさらに、直接通信が不可能な２地点間に直接通信が可能な１〜数箇所に中継点を設定し、中継伝送を可能とした時にどの中継点経路（通信ルート）を経由することで２地点間の通信が可能かを判定して通信ルートを確定することを意味するものとする。また、ルーティング情報とは、直接又は中継点を経由して各端末から最終送信先であるあて先端末に至るまでの通信ルートの情報を意味する。

（１）ルーティングについて
図１（ａ）において、端末Ｎ１と、端末Ｎ２との間が離れていて、端末Ｎ１と端末Ｎ２間で直接通信ができないときに、図１（ｂ）のように、端末Ｎ１と端末Ｎ２を結ぶ通信ルート上で隣接相互で通信可能な位置に端末Ｎ３を置き、また、端末Ｎ１と端末Ｎ２を結ぶ迂回ルートで隣接相互間で通信可能な位置に端末Ｎ４，端末Ｎ５を置いたとき、端末Ｎ１と端末Ｎ２とは、端末Ｎ１−端末Ｎ３−端末Ｎ２を結ぶ第１の通信ルートと、端末Ｎ１−端末Ｎ４−端末Ｎ５−端末Ｎ２を結ぶ第２の通信ルートで通信が可能になる。この場合、第１の通信ルートは、第２の通信ルートに比べて通信負荷が小さい（ホップ数が少ない）。端末間は、通信負荷が最小となる通信ルートを優先して選択するのが原則である。

本発明において、通信ルートは、あて先の固定局である親機端末と、子機端末との間、すなわち２機以上の子機端末から１機以上の親機端末とを接続する通信ルート又は１機以上の親機端末から２機以上の子機端末とを接続する通信ルートを選択する場合を想定している。本発明において、任意の子機端末と、固定局である親機端末端間の中継経路が確定した時点で通信ルート確定とする。子機端末間の通信ルートの確定も可能であるが、ケースによってはさらに別のロジックが必要な場合がある。

複数の端末（子機端末）とあて先の端末（親機端末）の相互間の通信ルート（中継経路）は、近隣端末確定処理と中継伝送確認処理とによって確定される。あて先端末が親機端末のときには、複数の端末は、情報の発信源あるいは通信ルートの中継点となる子機端末であり、あて先端末が特定の子機端末の時には、親機端末から、直接又は他の子機端末を中継して情報が伝達される。

図２（ａ）はシステムが初期状態にあって、親機端末あるいは子機端末として２以上の端末Ｎ１〜Ｎ５が各所に分散して配置されてはいるが、各端末がルーティング情報を全く保有していない状態を示している。以下、端末Ｎ１を親機端末、他の端末Ｎ２〜Ｎ５は子機端末として、端末間で通信ルートを確立してゆく要領を説明する。

（１）近隣端末確定処理
近隣端末確定処理は、初期状態でルーティング情報が全く持たないそれぞれの端末が互いに無線通信して近隣の端末に呼びかけ、呼びかけに応答を返した端末を確定し、応答した端末の有する情報を自端末のルーティング情報に取り込む処理である。図２（ａ）において、初期状態でルーティング情報を全く持たないそれぞれの端末は、無線信号が届くすべての端末に対して呼びかけを行う。この例では、端末Ｎ１は、一定強度の無線信号を発信して端末Ｎ１の近隣に呼びかけを行っている。この例では、端末Ｎ１を親機とする。

この呼びかけは、端末Ｎ１の無線信号を端末Ｎ２，Ｎ３が受信している。図２（ｂ）において、ある端末の呼びかけによる無線信号を受信した端末はその呼びかけに応答して一定強度の無線信号を送信する。この応答によって、呼びかけた端末は、近隣に応答した端末が存在することを認識し、その応答をさらに受信した他の端末は、応答した端末の先に呼びかけをした端末の存在を知り、応答した端末を中継して最初に呼びかけた端末に至る通信ルートを確立する。

この例では端末Ｎ２とＮ３とが端末Ｎ１の呼びかけに応答した例である。この応答により、端末（親機）Ｎ１は，近隣に端末Ｎ２，Ｎ３が存在することを認識し、端末Ｎ２，Ｎ３は近隣に端末Ｎ１が存在すことが確認する。さらに、端末Ｎ３の端末Ｎ１に対する応答を端末Ｎ４が傍受したとき、端末Ｎ３から端末Ｎ１に応答した無線信号は端末Ｎ３の先に端末Ｎ１が存在し、端末Ｎ２，Ｎ３は、端末Ｎ１と直接通信が可能であることを認識し、端末Ｎ４は，端末Ｎ３を中継して端末Ｎ１に到達できることを認識し、端末Ｎ１は、近隣に端末Ｎ２，Ｎ３が存在することを認識する。この動作は、端末Ｎ１だけでなく、端末Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４においてもそれぞれ定期的または不定期に行われ、この処理によって、それぞれの端末は、直接あるいは中継によって通信可能な近隣の他の端末を確定し、これを自端末のルーティング情報として保有する。

（２）中継伝送確認処理
中継伝送確認処理は、近隣端末確定処理によって確定された近隣の端末に対し、さらにあて先を指定して別の端末に対する中継の呼びかけを依頼し、その呼びかけに応答した中継端末を特定してあて先端末への通信ルートを確定する処理である。図２（ｃ）において、ある端末が近隣端末を確定できれば、各端末に対し、さらに他の端末に対する中継呼びかけを依頼する。この例では、端末Ｎ１は、端末Ｎ２、Ｎ３とは直接通信が可能であることがわかった。そこで端末Ｎ１は、まず端末Ｎ２に呼びかけを行い、端末Ｎ２に端末Ｎ４への中継を依頼する。

中継を依頼された端末は、自端末が保有するルーティング情報の中に、依頼されたあて先端末のルーティング情報があるか、どうかを確認し、あて先端末のルーティング情報が存在しなければ、他の近隣端末に中継を依頼する。もし、中継を依頼してきた端末以外に他の端末がなければ、中継不能（ＮＧ）を依頼先の端末に戻す。自端末が保有するルーティング情報の中にあて先端末のルーティング情報があれば、その端末を選んで依頼先の端末に通信可能な中継端末に対して中継を依頼し、あて先端末が近隣であれば直接要求内容を無線送信する。

図２（ｄ）において、端末Ｎ２は、直接通信可能な端末は、端末Ｎ１だけであるので、端末Ｎ１に対し、中継不能（ＮＧ）を応答する。端末Ｎ２のＮＧを受信した端末Ｎ１は、次に、端末Ｎ４との通信の中継を端末Ｎ３に依頼する。端末Ｎ３は、近隣情報として近隣に端末Ｎ４が存在することを記憶しているので、端末Ｎ４に対し、端末Ｎ１からの呼びかけを伝える。

呼びかけを受けた端末は、中継してきた端末に対し、依頼元への応答を依頼する。この例では、端末Ｎ４が端末Ｎ１への応答を端末Ｎ３に中継依頼する。依頼を受けた端末Ｎ３は、端末Ｎ４の応答を端末Ｎ１に伝える。端末Ｎ３に対する端末Ｎ４の応答は、近隣の端末Ｎ５においても受信され、以下同様の動作によって端末Ｎ５は、端末Ｎ４を中継して端末Ｎ３への通信ルートが確定される。

これによって、各端末への中継端末が確定され、両処理の結果、端末Ｎ１−端末Ｎ２の通信ルートと、端末Ｎ１−端末Ｎ３−端末Ｎ４−端末Ｎ５の通信ルートが確定される。通信ルートは常に監視され、もし、端末Ｎ１−Ｎ５の確定された通信ルートに新たに端末Ｎ６が加わり、端末Ｎ６−Ｎ５、Ｎ６−Ｎ１間での通信が可能であったとすると、端末Ｎ５から端末Ｎ１に至る通信ルートは、従前の端末Ｎ５−Ｎ４−Ｎ３−Ｎ１から通信負荷の小さい通信ルート（よりホップ数の少ない通信ルート）端末Ｎ５−Ｎ６−Ｎ１に変更して確定される。あて先に伝送する情報（伝送情報）は、確定された通信ルートを経て、或る子機端末からあて先端末である親機端末Ｐへ、あるいは親機端末Ｐからあて先の子機端末に伝えられる。

以下に本発明のシステムを街路灯故障監視システムに適用した例を説明する。街路灯故障監視システムは、市街に設置されたすべての街路灯について電球、蛍光灯の滅灯、断芯を含めた故障を検知し、その情報を監視サーバーに通報するシステムである。

図３は、市街の道路（歩道）１に沿って設置された街路灯の設置例を示している。街路灯には、電球、蛍光灯の滅灯、断芯を含めた故障を検知し、その情報を監視サーバーに通報するための端末を装備するが、装備に際しては、監視サーバー接続された特定の街路灯を選び、これをあて先の固定局として親機端末Ｐを装備し、残りのすべての街路灯には子機端末Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・を装備する。図３において、親機端末Ｐおよび各子機端末Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・の表示は同時に街路灯をも示している。街路灯故障監視システムは、いずれかの街路灯が故障したときに、その故障を検知した端末から故障情報を発信し、子機端末を次々に中継し、あて先である親機端末に故障情報を伝えるシステム、すなわち、子機端末から直接あるいは他の子機端末を中継して親機端末に情報を伝達する無線ルーティングシステムを利用して街路灯の故障情報を伝達するシステムである。

このシステムに用いる端末（親機端末、子機端末に共通）は、図４に示すように監視機能２と、通信機能３と、故障通知機能４を有している。
監視機能２は、街路灯の故障を検知する故障検出機能であり、通信機能３は、ルート探索機能５と、中継機能６であり、ルート探索機能５は、無線信号の送受信によって最終あて先である親機端末への通信ルートを探索する機能であり、後述するように自発的に通信ルートを探索し、また、他端末の通信を監視する。

中継機能６は、自端末に蓄積されたルーティング情報に基づいて決定された近隣子機端末に対し、親機端末Ｐへ通信データの送信の中継を依頼する機能である。故障通知機能は、監視機能２によって検知された故障情報を通信機能３に伝え、さらに通信機能３から無線送信する機能である。

送信データの制御情報としての通信ヘッダには、中継先ＩＤ、中継元ＩＤ、ホップカウンタ、発信日時、発信先ＩＤ、発信元ＩＤ、親機端末と自機端末との間のホップ数などが含まれている。

街路灯故障監視システムは、複数の子機端末と親機端末間の通信ルートを確定するためのルート探索機能５と、通信データを確定された通信ルートを通じて故障情報を通報する故障通知機能４とを実行することによって実現される。以下順を追って各機能の内容を説明する。

（１）ルート探索機能
ルート探索機能は、「自発的ルート探索機能」と、「他端末通信の監視機能」とによって前述の近隣端末確定処理と中継伝送確認処理を実行する機能である。「自発的ルート探索機能」は、自端末にルーティング情報がないときに自発的に近隣端末に情報を要求し、応答があった近隣端末の情報を自端末のルーティング情報に追加し、ルーティング情報があるときには親機端末の応答を近隣の端末に要求し、その応答を待っていずれも親機端末への通信ルートを確定する機能であり、「他端末通信の監視機能」は、他の端末間の通信を監視（傍受）することで他端末のルーティング情報を判断し、自端末のルーティング情報を更新し、蓄積し続ける機能である。

（１−１）自発的ルート探索機能
図５において、説明を簡単にするため、複数の子機端末Ｃ１〜Ｃ３と親機端末Ｐとの配置について、子機端末Ｃ３からＣ２−Ｃ１を経由して親機端末Ｐに至る通信ルートを確定する要領を子機端末Ｃ３での処理を中心に説明する。図５には子機端末Ｃ４を図示しているが、当初子機端末Ｃ４は設置されていないものとする。子機端末Ｃ１〜Ｃ３が配置された初期の状態では、親機端末Ｐを含めていずれの子機端末Ｃ１〜Ｃ３も親機端末Ｐに接続するためのルーティング情報は一切保有していない（空の状態である）。図６に子機端末の自発的ルート探索のフローを示す。

図６において、子機端末Ｃ３は、まず、自端末内のルーティング情報の有無をチェックする（ステップＳ１）。ルーティング情報がないときには、通信相手を指定せずに近隣に対し、呼びかけとして一定強度の送信信号を発し、近隣の端末に対して応答を要求する（ステップＳ２）。他の子機端末Ｃ２，Ｃ１においても同様に、そのルート探索機能を用いて最小のホップ数で親端末Ｐに至るルーティング情報を探索している。子機端末Ｃ３の呼びかけに対し、近隣の端末から応答（ステップＳ３）があったときには、子機端末Ｃ３には、近隣のルーティング情報が追加される（ステップＳ４）。

図５の例では、子機端末Ｃ３の呼びかけに対し、近隣の子機端末Ｃ２から応答があった場合を示している。もし、子機端末Ｃ２が、子機端末Ｃ１を中継して親機端末Ｐにいたるルーティング情報を保有していたときには、親端末Ｐにいたる通信ルートが確定できるか、どうかか判断され（ステップＳ５）、確定できると判断されたときには、子機端末Ｃ２が保有するルーティング情報が子機端末Ｃ３に追加され、子機端末Ｃ３から、Ｃ２，Ｃ１を経て親機端末Ｐにいたる通信ルートが確定される。

一方、ステップＳ１において、子機端末Ｃ３がルーティング情報を保有していたときには、近隣端末に対して親機端末Ｐの応答を依頼する（ステップＳ６）。図５の例では、子機端末Ｃ２は、子機端末Ｃ１を中継して親機端末Ｐにつながっているので、親機端末Ｐの応答（ステップＳ７）は、子機端末Ｃ１，Ｃ２を経由して子機端末Ｃ３に伝えられ、子機端末Ｃ３−Ｃ２−Ｃ１−親機端末Ｐの通信ルートが確定される（ステップＳ５）。もし、ステップＳ７において、親機端末Ｐからの応答がないとき、又はステップＳ３において、近隣端末から応答（ステップＳ４）がなかったときには、一定時間待機した後、ステップＳ５に戻って親端末Ｐにいたる通信ルートが確定できるか、どうかか判断され、親端末Ｐにいたる通信ルートが確定できなかったときにはステップＳ１へもどり、新たなルーティング情報の探索が開始される。

図７に親機端末Ｐの自発的ルート探索のフローを示す。親機端末Ｐが行う自発的ルート探索は、子機端末の自発的ルート探索とほぼ同じであるため、対応するステップは、図６と同じステップとして説明するが、親機端末と、子機端末とは当然、ルーティング情報の求め方が違っている。すなわち、子機端末は、自分の端末から親機端末Ｐまでの通信ルートを探索したが、親機端末Ｐは、親機端末Ｐから全子機端末へのルーティング情報を求めることになる。

したがって、ステップＳ５では、親機端末Ｐから全子機端末へのルートが確定されているかどうかが判断され、また、ステップＳ６では、親機端末Ｐの近隣の子機端末に応答が依頼される。図５の例では、親機端末Ｐは、近隣の子機端末（Ｃ１）に応答を依頼し、子機端末からの応答を受けて（ステップＳ７）、全子機端末への通信ルートが確定される。

もし、近隣に子機端末がないときには、別の近隣の子機端末に応答を依頼してルーティング情報を収集する。図５の例で親機端末Ｐの近隣に子機端末Ｃ４が新たに追加されていて、親機端末Ｐと子機端末Ｃ４との通信が可能であれば、子機端末Ｃ４を中継して親機端末Ｐから子機端末Ｃ３に通じる新たなルーティング情報が自端末に追加される。

しかも、子機端末Ｃ３から子機端末Ｃ４を中継して親機端末Ｐに至る通信ルートのホップ数は、「２」であり、子機端末Ｃ３−Ｃ２−Ｃ１を経由して親機端末Ｐに至るホップ数「３」より小さいため、子機端末Ｃ３から子機端末Ｃ４を中継して親機端末Ｐに至る通信ルートが確定される。

親機端末Ｐから子機端末Ｃ３へ、あるいは逆に子機端末Ｃ３から親機端末Ｐに通じる通信ルートが２ルート以上確保されていることが重要である。第１候補の通信ルートが遮断されているときに、第２、第３の通信ルートを通じて目的の端末と通信できる。通信ルートを確定する時の最大の条件は親機端末と子機端末間のホップ数が最小となる通信ルートを優先させることである。

（１−２）他端末通信の監視機能
図８に他端末通信の監視のフローを示す。図８のフローを説明する前に、他端末通信の監視処理のフローを理解するうえに必要な事項を簡単に説明する。図８にいう「発信元」とは、通信データ（この場合には街路灯の故障情報のデータ）をはじめに発信した端末（子機端末）、「発信先」とは、データを伝えるべき最終のあて先端末（親機端末）を意味する。

また、「中継元」は発信元の通知データの（最初の）中継端末を意味し、「中継先」は、最終端末（親機端末Ｐ）にデータを渡すための次の（直前の）中継端末を意味する。図５の例で、子機端末Ｃ３を発信元とすると、子機端末Ｃ２が「中継元」、子機端末Ｃ１が「中継先」、親機端末Ｐが「発信先」となる。

この結果、発信元端末が通信データを発信先端末（親機端末Ｐ）に送信するときには、発信元端末は、通信データに「発信元端末」「発信先端末」「中継先」「中継元」を通信ヘッダー情報として添付して中継してもらう子機端末に送信する。「発信元」から発信するときには、「中継元」と、「発信元」とは一致しているが、順次端末に中継されて中継が複数回繰り返されると、その都度「中継先」「中継元」は更新される。

最後に、「発信元」のひとつ手前の中継端末から「発信先」に送信されるときには、「中継先」と、「発信先」とが一致することになる。図５の例で言えば、子機端末Ｃ３が親機端末Ｐに通信をするために、子機端末Ｃ２，Ｃ１を中継するとき、子機端末Ｃ３が子機端末Ｃ２に中継依頼するためのヘッダー情報は、「Ｃ３」「Ｐ」「Ｃ２」「Ｃ３」となる。

次に、子機端末Ｃ２が子機端末Ｃ３から中継依頼を受け、次の中継先である子機端末Ｃ１に中継依頼するときのヘッダー情報は、「Ｃ３」「Ｐ」「Ｃ１」「Ｃ２」となる。さらに、子機端末Ｃ１が子機端末Ｃ２から中継依頼を受け、最終送信先である親機端末Ｐに通信データを送信するときのヘッダー情報は、「Ｃ３」「Ｐ」「Ｐ」「Ｃ１」となる。

他端末通信の監視処理は、端末の起動から開始し（ステップＳ１１）、他端末の通信を傍受してその通信データの受信を待つ（ステップＳ１２）。傍受した通信信号の強度から発信元が近隣かどうかを判断し（ステップＳ１３）。近隣であると判断されるときには、さらに中継先又は最終送信先が近隣かどうかを判断し（ステップＳ１４）、中継先又は最終送信先が近隣であるときには、自端末への中継を依頼するかどうかを判断し（ステップＳ１５）、自端末への中継を依頼すると判断したときには、自端末が有するルーティング情報の中から、最適な通信ルートを選定し、自端末の中継機能を働かせ（ステップＳ１６）通信データを送信し、通信データの受信待ち状態に戻る（ステップＳ１７）。

一方、ステップＳ１３で発信元端末が近隣ではないと判断されたときには、発信元端末から中継先までのホップ数を自端末に蓄積されたルーティング情報と比較してホップ数はいずれが小さいかを判断し（ステップＳ１８）、発信元端末から中継先までのホップ数が大きいと判断されたときには、ステップＳ１４に進み、逆に発信元端末から中継先までのホップ数が小さいと判定されたときには、自端末が受信した近隣の発信元の通信データを取り込み、発信元端末への中継先に受信したデータの中継元端末を設定し、通信先を発信元端末に切り替えてルーティング情報を更新し（ステップＳ１９）、更新されたルーティング情報のもとでステップＳ１４を判断する。

なお、ステップＳ１４において、中継先又は最終送信先が近隣でないと判断されたときには、中継先から中継元までのホップ数を自端末に蓄積されたルーティング情報と比較してホップ数の大小を判定し、ホップ数が小さいと判定されたときには、中継先端末への中継先に、受信したデータの中継元の端末を設定し、中継先端末へのルーティング情報を更新（ステップＳ２１）した後ステップＳ１５の判断を行い、自端末への中継を依頼しないときには、そのまま通信データの受信待ち状態に戻る（ステップＳ１７）。

（１−３）中継機能
中継機能は、端末が有する通信ルート探索機能によって自端末に蓄積されたルーティング情報の中から、最適な通信ルート（ホップ数が最も少ない通信ルート）を選定して通信データを送信する機能である。図９において、子機端末は、自端末に、「発信先」（親機端末Ｐ）へのルーティング情報があるかどうかを判断し（ステップＳ３１）、その情報があれば、そのルーティング情報に基づき、中継先（発信先）への送信を依頼（ステップ３２）して中継機能を終了する。また、ステップＳ３１において、「発信先」（親機端末Ｐ）へのルーティング情報がなければ中継元に対して中継不可を通知して（ステップＳ３３）中継機能を終了する。特定の子機端末から発信された伝送情報の通信データは、それぞれの子機端末が保有するルーティング情報に基づき、確定された通信ルートを通して親機端末に送信される。

（２）伝送情報の通信データの発生並びに送信
街路灯故障監視システムにおいて、伝送情報の通信データは、街路灯の故障検知信号である。通信データの発生並びに送信は、端末の故障通知機能に基づき、故障検知処理と、故障情報通知処理とによって実現される。故障検知処理は、街路灯の電球切れを検知する処理であり、故障通知処理は、電球切れが発生した街路灯と特定してこれを親機端末に通知する処理である。

（２−１）故障検知処理
故障検知処理は、子機端末が有する故障検出機能に基づいてそれぞれの端末が個別に実行する処理である。図１０において、まず検出処理ループを開始する（ステップＳ４１）。次に、街路灯に給電される商用電源が正常であるか、どうかをチェックする（ステップＳ４２）。正常であれば、電源から街路灯への通電中か、どうかをチェックする（ステップＳ４３）。通電中であれば、点灯の明るさが不安定であるか、どうかをチェックする（ステップＳ４４）。不安定であれば親機端末Ｐに対し、街路灯の故障を通知（ステップＳ４５）して検出処理ループの開始に戻る（ステップＳ４６）。

なお、ステップＳ４２において、商用電源が異常であれば、親機端末Ｐに対し、停電を通知する（ステップＳ４７）。また、ステップＳ４３において、街路灯に通電されていないとき、およびステップＳ４４において、街路灯の明るさが安定しているときにはいずれもそのまま検出処理ループの開始に戻る（ステップＳ４６）。

（２−２）故障通知処理
故障通知処理は、故障検知処理によって検知された故障情報を通信機能を用いて外部に送信する処理である。図１１において、故障通知処理ループを開始し（ステップＳ５１）、各端末は、故障検知処理によって街路灯の故障の有無を検知し（ステップＳ５２）、故障が発見されたときには、近隣に親機端末Ｐが存在するか、どうかをチェックし（ステップＳ５３）、近隣に親機端末が存在するときにはその親機端末Ｐに対して自端末が検知した街路灯の故障を直接親機端末に通知し（ステップＳ５４）、故障通知処理ループの開始に戻る（ステップＳ５６）。

また、ステップＳ５３で、近隣に親機端末Ｐが存在しないときには、自端末の有するルーティング情報に基づき、近隣端末へ故障通知の中継を依頼する（ステップ５５）。一方、ステップＳ５２で故障が発見されないときにはそのままループを終了する（ステップＳ５６）。図３において、子機端末Ｃｍ、Ｃｎ、Ｃｌと、親機端末Ｐ間は、通信ルート探索処理によって予め通信ルートが確定されており、子機端末Ｃｍ、Ｃｎ、Ｃｌがそれぞれ街路灯の故障を検知したときに、その検知情報は子機端末Ｃｍから近隣の子機端末Ｃｍ−１へさらに確定された通信ルートに従い、順次子機端末を中継して親機端末Ｐに通報される。

子機端末Ｃｎ、Ｃｌについても全く同じである。なお、子機端末Ｃｌと親機端末Ｐとをつなぐ通信ルートには、子機端末Ｃｌ−１から子機端末Ｃｌ−４まで至るには子機端末Ｃｌ−２、Ｃｌ−３を経由する通信ルートと、Ｃｌ’−２、Ｃｌ’−３、Ｃｌ’−４を経由する通信ルートと２通りのルートがあるが、通信ルートの確定に際しては、親機端末Ｐまでのホップ数の少ないルートが選定されるのはすでに説明したとおりである。

街路灯故障監視システムは、図１２のように１台の監視サーバー８と、１又は２以上の故障検出端末の組Ｓ１、Ｓ２とから構成されており、親機端末Ｐに通報された各組Ｓ１、Ｓ２の街路灯の故障情報は、モデム７より監視サーバ設置エリア内の管理サーバー８に通知され、サーバー８において、検知情報はプリントアウトその他の方法によって取り出され、その情報を保守要員に連絡して、故障した街路灯の修理に向かわせる。もっとも、監視サーバー８に入力された情報をさらに上位のサーバーやメールサーバーに接続することによって、故障情報や修理指令を保守要員が保持する携帯電話端末９に通知することもできる。本発明による無線ルーティングシステムを街路灯故障監視システムに適用することによって、人手による監視、通報によらず街路灯の故障監視の自動化の実現が可能となり、故障した街路灯の迅速な復旧を図り、消灯したままの暗がりでの事故や犯罪の発生を防止でき、さらに街路灯維持管理の業務及び経費を削減できるなど、安全、安心な街づくりの市政に大きく貢献できる。

従来のメッシュ・ネットワークシステムでは、トラフィック中継するノード間でセキュリティが問題とされていたのに対し、本発明による無線通報システムでは、近隣のノードの通信内容を傍受して特定の端末までの中継端末を確保してゆく点に特徴があり、したがって街路灯故障監視による街路灯の故障検知情報の通報に限らず、ノード間でセキュリティが問題にならない各種情報の伝送に広く活用することができる。

ルーティングの概念を示す図である。 各端末間でルートを確立する要領を示す図である。 歩道に沿って設置された街路灯の設置例を示す図である。 本発明のシステムに用いる端末の構成図である。 各端末間の自発的ルート探索のルートを示す図である。 子機端末の自発的ルート探索のフローチャートである。 親機端末の自発的ルート探索のフローチャートである。 他端末通信の監視のフローチャートである。 中継機能を説明するフローチャートである。 故障検出機能を説明するフローチャートである。 故障通知機能を説明するフローチャートである。 本発明の街路灯故障監視システムの構成を示す図である。 従来のメッシュ・ネットワークの概念を示す図である。 従来のメッシュ・ネットワークの問題点を示す図である。

符号の説明

１ 道路
２ 監視機能
３ 通信機能
４ 故障通知機能
５ ルート探索機能
６ 中継機能
７ モデム
８ 監視サーバ
９ 携帯電話
Ｎ１〜Ｎ５ 端末
Ｐ 親機端末
Ｃ１〜Ｃ５ 子機端末
Ｃｎ、Ｃｍ、Ｃｌ 子機端末
Ｓ１、Ｓ２ 故障検出端末の組

Claims (10)

1. 複数の端末とあて先端末との相互間の通信ルートを近隣端末確定処理と中継伝送確認処理とによって確定する無線ルーティングシステムであって、
   近隣端末確定処理は、初期状態でルーティング情報を全く持たないそれぞれの端末が互いに無線通信して近隣の端末に呼びかけ、呼びかけに応答を返した端末を確定し、応答した端末の有する情報を自端末のルーティング情報に取り込む処理及び他端末間の無線通信情報を傍受し、その情報を自端末のルーティング情報に取り込む処理であり、
   ルーティング情報は、直接又は中継点を経由して各端末から最終送信先であるあて先端末に至るまでの通信ルートの情報であり、
   中継伝送確認処理は、近隣端末確定処理によって確定された近隣の端末に対し、さらにあて先を指定して別の端末に対する中継の呼びかけを依頼し、その呼びかけに応答した中継端末を特定してあて先端末への通信ルートを確定する処理であり、確定された通信ルートを経由してある端末からあて先端末に情報を伝送することを特徴とする無線ルーティングシステム。
2. ある端末とあて先端末との相互間の通信ルートが２以上確定されたときには、ホップ数の少ないルートを通信ルートとして優先的に確定することを特徴とする請求項１に記載の無線ルーティングシステム。
3. 近隣端末確定処理は、ある端末の呼びかけによる無線信号を受信した端末がその呼びかけに応答して一定強度の無線信号を送信し、この応答によって、呼びかけた端末は、近隣に応答した端末が存在することを認識し、その応答をさらに受信した他の端末は、応答した端末の先に呼びかけをした端末の存在を知り、応答した端末を中継して最初に呼びかけた端末に至る通信ルートを確立する処理を含み、この処理によって、それぞれの端末は、直接あるいは中継によって通信可能な近隣の他の端末を確定し、これを自端末のルーティング情報として保有するものであることを特徴とする請求項１に記載の無線ルーティングシステム。
4. 中継伝送確認処理は、中継を依頼された端末が保有するルーティング情報の中に，依頼されたあて先端末のルーティング情報があるか、どうかを確認し、存在しなければ、他の近隣端末に中継を依頼し、もし、中継を依頼してきた端末以外に他の端末がなければ、中継不能を依頼先の端末に戻し、自端末が保有するルーティング情報の中にあて先端末のルーティング情報があれば、その端末を選んで依頼先の端末に通信可能な中継端末に対して中継を依頼するか、あるいはあて先端末が近隣であれば直接要求内容を無線送信し、呼びかけを受けた端末は、中継してきた端末に対し、依頼元への応答を依頼して各端末への中継端末を確定する処理を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の無線ルーティングシステム。
5. 子機端末から直接あるいは他の子機端末を中継して親機端末に対して情報を伝達し又は親機端末からすべての子機端末に対して情報を伝達する無線ルーティングシステムであって、
   各端末は、近隣端末確定処理と中継伝送確認処理を実行するルート探索機能を有し、
   ルート探索機能は、自発的ルート探索機能と、他端末通信の監視機能であり、
   自発的ルート探索機能は、自端末にルーティング情報がないときに自発的に近隣端末に情報を要求し、応答があった近隣端末の情報を自端末のルーティング情報に追加し、ルーティング情報があるときには親機端末の応答を近隣の端末に要求し、その応答を待っていずれも親機端末への通信ルートを確定する機能であり、他端末通信の監視機能は、他の端末間の通信を監視（傍受）することで他端末のルーティング情報を判断し、自端末のルーティング情報を更新し、蓄積し続ける機能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線ルーティングシステム。
6. 子機端末の自発的ルート探索機能は、自端末から親機端末までの通信ルートを探索する機能であり、自端末内のルーティング情報の有無をチェックするステップと、ルーティング情報がないときには、通信相手を指定せずに近隣に対し、呼びかけとして一定強度の送信信号を発し、近隣の端末に対して応答を要求するステップと、呼びかけに対し、近隣の端末から応答があったときには、近隣のルーティング情報を追加して親機端末に至る通信ルートを確定するステップと、自端末がルーティング情報を保有していたときには、近隣端末に対して親機端末からの応答を依頼するステップと、親機端末の応答を待って親機端末への通信ルートを確定するステップとを有し、
   親機端末の自発的ルート探索機能は、子機端末における親機端末から全子機端末へのルーティング情報を求める機能であり、近隣のルーティング情報を追加して親機端末に至る通信ルートを確定するステップ及び近隣端末に対して親機端末からの応答を依頼するステップに代えて親機端末から全子機端末へのルートが確定されているかどうかが判断するステップと、親機端末の近隣の子機端末に応答を依頼するステップと、子機端末からの応答を受けて全子機端末への通信ルートを確定するステップを有するものであることを特徴とする請求項５に記載の無線ルーティングシステム。
7. 他端末通信の監視処理は、他端末の通信を傍受してその通信データを受信するステップと、傍受した通信信号の強度から発信元が近隣かどうかを判断するステップと、近隣であると判断されるときには、さらに中継先又は最終送信先が近隣かどうかを判断するステップと、中継先又は最終送信先が近隣であるときには、自端末への中継を依頼するかどうかを判断し、自端末への中継を依頼するときには、自端末が有するルーティング情報の中から、最適な通信ルートを選定し、自端末の中継機能を働かせて通信データを送信するステップと、発信元端末が近隣ではないと判断されたときには、発信元端末から中継先までのホップ数を自端末に蓄積されたルーティング情報と比較してホップ数はいずれが小さいかを判断するステップと、発信元端末から中継先までのホップ数が大きいと判断されたときには、中継先又は最終送信先が近隣かどうかを判断するステップと、逆に発信元端末から中継先までのホップ数が小さいと判定されたときには、自端末が受信した近隣の発信元の通信データを取り込み、発信元端末への中継先に受信したデータの中継元端末を設定し、通信先を発信元端末に切り替えてルーティング情報を更新するステップと、更新されたルーティング情報のもとで中継先又は最終送信先が近隣かどうかを判断するステップと、中継先又は最終送信先が近隣でないと判断されたときには、中継先から中継元までのホップ数を自端末に蓄積されたルーティング情報と比較してホップ数の大小を判定し、ホップ数が小さいと判定されたときには、中継先端末への中継先に、受信したデータの中継元の端末を設定し、中継先端末へのルーティング情報を更新した後、自端末への中継を依頼するときには自端末の中継機能により通信データを送信するステップを有し、中継機能は、端末が有する通信ルート探索機能によって自端末に蓄積されたルーティング情報の中から、ホップ数が最も少ない通信ルートを選定して通信データを送信する機能であることを特徴とする請求項５に記載の無線ルーティングシステム。
8. 子機端末から直接あるいは他の子機端末を中継して親機端末に情報を伝達する請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載の無線ルーティングシステムを用いて市街に設置された街路灯電球、蛍光灯の滅灯、断芯を含めた故障を検知し、その情報を監視サーバーに通報する街路灯故障検知システムであって、
   監視サーバーに接続された特定の街路灯にあて先の固定局として親機端末を装備し、残りのすべての街路灯には、それぞれ子機端末を装備し、街路灯の故障を子機端末にて検知し、その故障情報を確定された通信ルートを経由して故障を検知した端末からあて先端末に伝送することを特徴とする街路灯故障検知システム。
9. 子機端末は、故障検知処理と、故障情報通知処理とを有し、
   故障検知処理は、街路灯の電球切れを検知する処理であり、
   故障通知処理は、電球切れが発生した街路灯を特定してこれを親機端末に通知する処理であることを特徴とする請求項８に記載の街路灯故障検知システム。
10. 親機端末、子機端末は、監視機能と、通信機能と、故障通知機能を有し、
    監視機能は、街路灯の故障を検知する故障検出機能であり、
    通信機能は、ルート探索機能と、中継機能であり、
    ルート探索機能は、無線信号の送受信によって最終あて先である親機端末への通信ルートを探索する機能であり、
    中継機能は、自端末に蓄積されたルーティング情報に基づいて決定された近隣子機端末に対し、親機端末へ通信データの送信の中継を依頼する機能であり、
    故障通知機能は、監視機能によって検知された故障情報を通信機能に伝え、さらに通信機能から無線送信する機能であることを特徴とする請求項８に記載の街路灯故障検知システム。