JP5183528B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

この発明は、メッシュネットワーク構造の無線通信システムに関するものである。

近年、無線通信を利用して、環境計測・監視・制御などを行うシステムが増加している。この環境計測・監視・制御などを行う無線通信システムでは、対象エリアが比較的広い、又は、対象エリア内に無線通信の障害物が多々存在する場合が多い。このような場合、対象エリアをカバーするためには、受信器と送信器の設置位置や電波状況等の環境により直接通信できなくても、他のデバイスを中継して通信を行うことができる無線通信ネットワークを利用することが有利である。

この種の無線通信ネットワークとして、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標））プロトコルを利用した無線通信ネットワーク（例えば、特許文献１、２参照）など、メッシュネットワークが提案されている。このメッシュネットワークでは、マスタノード（マスタデバイス）とスレーブノード（スレーブデバイス）との間の双方向の通信を直接通信圏内にある他のスレーブノードを中継して行うもので、１つの通信経路がマルチパスフェージングの影響を受けて通信不能に陥ったとしても、他の通信経路を探索して通信を継続することができる技術である。なお、マルチパスフェージングとは、複数の通信電波反射経路の間に発生する位相差により受信電波が打ち消され、受信ができなくなる現象をいう。

特許文献３には、メッシュネットワークにおける通信経路の確立方法として、マスタノード側からそれぞのスレーブノードに対して確立する方法と、それぞれのスレーブノード側からマスタノードに対して確立する方法の２つの方法が規定されている。

マスタノード側からスレーブノードに対して通信経路を確立する場合、マスタノードからスレーブノードに対してルート探索を行う。このルート探索の成功により、マスタノードからスレーブノードへのダウンリンクが確立し、これに付随してスレーブノードからマスタノードへのアップリンクが確立される。

スレーブノード側からマスタノードに対して通信経路を確立する場合、スレーブノードからマスタノードに対してルート探索を行う。このルート探索の成功により、スレーブノードからマスタノードへのアップリンクが確立し、これに付随してマスタノードからスレーブノードへのダウンリンクが確立される。

特開２００６−５９２８号公報 特開２００６−４２３７０号公報 特開２００８−２１１６８４号公報

例えば、空調制御などの産業用用途の監視・制御システムでは、年間数回の計画停電や瞬停の発生により、システムの再起動が発生する。このとき、復電から極力速い時間でシステムの再起動が完了することが求められる。このような場合、上述した従来のメッシュネットワークを用いた監視・制御システムでは、マスタノードと全てのスレーブノードとの間の通信経路の確立が完了するまでに時間がかかったり、マスタノードに対する通信負荷が集中するなどの問題があった。

以下、この問題について、スレーブノード側からマスタノードに対して通信経路を確立する場合と、マスタノード側からスレーブノードに対して通信経路を確立する場合とに分けて説明する。

〔スレーブノード側からマスタノードに対して通信経路を確立する場合（アップリンクによるルート探索）〕
監視・制御システムでは、全てのスレーブノードの電源系統が共通化されていることが多い。このような場合、復電と同時に全てのスレーブノードが起動して、ルート探索を開始する。このスレーブノードからのルート探索はブロードキャストで行われる。このため、全てのスレーブノードからのルート探索の開始により通信の衝突が多発し、ルート探索に失敗する可能性が非常に高くなる。この結果、最終的に、マスタノードと全てのスレーブノードとの間の通信経路の確立が完了するまでに要する時間が長くなってしまう。

〔マスタノード側からスレーブノードに対して通信経路を確立する場合（ダウンリンクによるルート探索）〕
マスタノードが全ての通信タイミングを制御するため、通信の衝突が発生せず、最短時間で通信経路の確立は完了する。しかし、ルート探索には必ず成功するわではないため、ルート探索に失敗したスレーブノードすなわち通信経路の確立に失敗したスレーブノードに対しては、ルート探索のリトライを繰り返す必要がある。一方で、ルート探索に成功し、通信経路が確立されたスレーブノードは、マスタノードとの間の通信を開始することになるため、マスタノードは常に通信負荷が集中する状態にある。

電波状況の悪化によりルート探索が失敗しやすい状況にあるスレーブノードや、以前は存在していたが復電時には存在しなくなっているスレーブノードがある場合、そのスレーブノードに対するルート探索のリトライを繰り返すことになるので、元々通信処理負荷の高いマスタノードにルート探索のリトライのための処理負荷がさらにかかることになり、システム全体の通信性能が低下してしまう。特に、もう存在しないスレーブノードが残った場合には、このような本来必要でない通信負荷が永続的に発生してしまうことになる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、システムの再起動時、マスタデバイスに対する通信負荷の集中を避けながら、極力速い時間でメッシュネットワークを立ち上げることが可能な無線通信システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、最上位に位置するデバイスをマスタデバイスとし、このマスタデバイスと電源を共通とする下位に位置するデバイスをスレーブデバイスとし、マスタデバイスとスレーブデバイスとの間で他のスレーブデバイスを中継ポイントとする通信経路のルート探索を行い、このルート探索の成功によって確立された通信経路に沿って双方向の無線通信を行う無線通信システムにおいて、マスタデバイスに、自己の起動直後、スレーブデバイスに対してその先頭デバイスから最終デバイスまで、ルート探索を１回ずつ順次行うマスタ側ルート探索手段を設け、スレーブデバイスに、各スレーブデバイス毎に１番から順番に付番された固有の識別子ｎを記憶する識別子記憶手段と、自己の起動直後、マスタデバイスでの先頭デバイスから最終デバイスまでのルート探索が終了した時点で、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されているか否かを確認する通信経路確立確認手段と、この通信経路確立確認手段によってマスタデバイスとの間の通信経路が確立されていないことが確認された場合、識別子記憶手段より自己の識別子ｎを読み出し、ルート探索に必要な時間以上の所定時間をＴとし、先頭デバイスから最終デバイスまでのデバイスの個数をＭとし、その時点から（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点としてＭ×Ｔ時間の周期でマスタデバイスに対してルート探索を成功するまで行うスレーブ側ルート探索手段とを設けたものである。

この発明によれば、停電や瞬停の発生により、マスタデバイスおよびスレーブデバイスへの共通の電源が遮断され、この遮断された電源が復旧し、システムの再起動が発生すると、マスタデバイスは、自己の起動直後、スレーブデバイスに対してその先頭デバイスから最終デバイスまで、ルート探索を１回ずつ順次行う。ここで、１回のルート探索の時間をＮ、先頭デバイスから最終デバイスまでの個数をＭとすると、マスタデバイスが起動してからＮ×Ｍ時間の経過後、マスタデバイスからの全てのスレーブデバイスへのルート探索（マスタ側からのルート探索）が完了する。

一方、スレーブデバイスは、自己の起動直後、Ｎ×Ｍ時間が経過した時点で、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されているか否かを確認する。ここで、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていなければ、（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点として、Ｍ×Ｔ時間の周期でマスタデバイスに対してルート探索（スレーブ側からのルート探索）を成功するまで行う。例えば、自己の識別子ｎが２であった場合、自己の起動直後、Ｎ×Ｍ時間が経過した後、（２−１）×Ｔ＝Ｔ時間経過した時点で、マスタデバイスに対してルート探索を行う。このルート探索が成功しなければ、さらにＭ×Ｔ時間経過した時点で、マスタデバイスに対して再度ルート探索を行う。このようなルート探索をＭ×Ｔ時間周期で成功するまで繰り返す。

この場合、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていないスレーブデバイスは、自己の起動直後、Ｎ×Ｍ時間が経過した後、（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点として、Ｍ×Ｔ時間の周期でマスタデバイスに対してルート探索を繰り返すので、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていないスレーブデバイスが複数存在したとしても、マスタデバイスに対するルート探索が重なるということはない。また、マスタデバイスは、自己の起動直後、Ｎ×Ｍ時間の間だけしかスレーブデバイスに対するルート探索を行わないので、Ｎ×Ｍ時間の経過後、スレーブデバイスからのルート探索があっても、通信負荷が集中してしまうということはない。

なお、本発明において、先頭デバイスから最終デバイスまでのデバイスの個数Ｍは、マスタデバイスに実際に登録されているスレーブデバイスの個数としてもよく、マスタデバイスに登録することが可能なスレーブデバイスの最大個数としてもよい。また、本発明において、スレーブデバイスは、マスタデバイスからのルート探索によって通信経路が確立された場合、すぐにマスタデバイスとの間の通信を開始することが可能となるが、マスタデバイスでの先頭デバイスから最終デバイスまでのルート探索が完了するまで待ってマスタデバイスとの間の通信を開始させるようにし、マスタデバイスからのルート探索に通信帯域を全て占有させるようにすることが望ましい。

本発明によれば、１回のルート探索の時間をＮ、先頭デバイスから最終デバイスまでの個数をＭとした場合、マスタデバイスが起動してからＮ×Ｍ時間の経過後、マスタデバイスからの全てのスレーブデバイスへのルート探索（マスタ側からのルート探索）が完了し、このマスタ側からのルート探索が完了したＮ×Ｍ時間が経過した時点で、マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていないスレーブデバイスは、その時点から（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点として、Ｍ×Ｔ時間の周期でマスタデバイスに対してルート探索（スレーブ側からのルート探索）を成功するまで行うので、システムの再起動時、マスタデバイスに対する通信負荷の集中を避けながら、極力速い時間でメッシュネットワークを立ち上げることが可能となる。

本発明に係る無線通信システムの一実施の形態の概略を示す構成図である。 この無線通信システムで使用するシステム上の最大スレーブノード台数Ｍ、ルート探索の実行所要時間Ｎ、スレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔Ｔを例示する図である。 この無線システムにおけるマスタノードが有するルート探索機能（マスタ側ルート探索機能）を説明するためのフローチャートである。 この無線システムにおけるスレーブノードが有するルート探索機能（スレーブ側ルート探索機能）を説明するためのフローチャートである。 マスタ側からのルート探索の様子を示す図である。 マスタ側からのルート探索が完了した後の状態を例示する図である。 マスタ側からのルート探索およびスレーブ側からのルート探索の１回目を示すタイムチャートである。 スレーブ側からのルート探索の１回目の様子を示す図である。 スレーブ側からのルート探索の１回目が終えた後の状態を例示する図である。 スレーブ側からのルート探索の２回目の様子を示す図である。 スレーブ側からのルート探索の２回目が終えた後の状態を例示する図である。 スレーブ側からのルート探索の２回目を示すタイムチャートである。 マスタノードの要部の機能ブロック図である。 スレーブノードの要部の機能ブロック図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る無線通信システムの一実施の形態の概略を示す構成図である。同図において、ＭＳは最上位に位置するマスタノード（マスタデバイス）、ＳＬはマスタノードＭＳと電源を共通とする下位に位置するスレーブノード（スレーブデバイス）であり、このマスタノードＭＳとスレーブノードＳＬによってメッシュネットワークが構成されている。

なお、この実施の形態において、マスタノードＭＳおよびスレーブノードＳＬのメモリには、マスタノードＭＳに登録することが可能なスレーブノードＳＬの最大個数（システム上の最大スレーブノード台数）Ｍと、ルート探索に必要な時間（ルート探索の実行所要時間）Ｎと、スレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔Ｔとが記憶されている。この例において、システム上の最大スレーブノード台数Ｍは１０台、ルート探索の実行所要時間Ｎは５秒、スレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔Ｔは１５秒とされている（図２参照）。

また、スレーブノードＳＬのメモリには、各スレーブノードＳＬ毎に１番から順番に重複しないように付番された固有の識別子ｎが記憶されている。また、マスタノードＭＳのメモリには、システム上に存在するスレーブノードＳＬの構成がそのスレーブノードＳＬに付番された固有の識別子ｎによって登録されている。この例では、システム上に存在するスレーブノードとして、スレーブノードＳＬ１の識別子１、スレーブノードＳＬ２の識別子２、スレーブノードＳＬ３の識別子３、スレーブノードＳＬ４の識別子４、スレーブノードＳＬ９の識別子９およびスレーブノードＳＬ１０の識別子１０が登録されている。

図１は、停電や瞬停の発生により、マスタノードＭＳおよびスレーブノードＳＬへの電源（共通の電源）が遮断され、この遮断された電源が復旧し、システムの再起動が発生した直後の状態を示している。スレーブノードＳＬ９は、マスタノードＭＳに登録されているが、例えば故障などにより通信できない状態（通信不可）にある。また、遮断された電源の復旧時（停復電発生時）は、マスタノードＭＳおよび全てのスレーブノードＳＬは一斉に起動する。

マスタノードＭＳおよびスレーブノードＳＬは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能としてルート探索機能を有している。以下、図３に示すフローチャートに従ってマスタノードＭＳが有するルート探索機能（マスタ側ルート探索機能）について説明し、図４に示すフローチャートに従ってスレーブノードＳＬが有するルート探索機能（スレーブ側ルート探索機能）について説明する。

〔マスタ側からのルート探索（ダウンリンクによるルート探索）〕
システムの再起動が発生すると、マスタノードＭＳは、自己の起動直後、スレーブノードＬに対してその先頭スレーブから最終スレーブまで、ルート探索を１回ずつ順次行う。この場合、システム上の最大スレーブノード台数Ｍにより、対象スレーブの数をＭ＝１０台とし、識別子１のスレーブノードを先頭スレーブ、識別子１０のスレーブノードを最終スレーブとする。

先ず、マスタノードＭＳは、識別子１のスレーブノードを先頭スレーブとし、すなわち識別子１のスレーブノードを最初の対象スレーブとし（図３：ステップＳ１０１）、この識別子１の対象スレーブがシステム上に存在するスレーブノードとして登録されているか否かをチェックする（ステップＳ１０２）。この場合、識別子１の対象スレーブはスレーブノードＳＬ１として登録されているので（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スレーブノードＳＬ１へのルート探索を実行する（ステップＳ１０３）。このルート探索にはＮ＝５秒を要する。

そして、そのルート探索を実行した対象スレーブが最終スレーブではないことを確認のうえ（ステップＳ１０４のＮＯ）、現在の対象スレーブの識別子１に１をプラスして次の対象スレーブの識別子を識別子２とし（ステップＳ１０５）、この識別子２の対象スレーブがシステム上に存在するスレーブノードとして登録されているか否かをチェックする（ステップＳ１０２）。この場合、識別子２の対象スレーブはスレーブノードＳＬ２として登録されているので（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スレーブノードＳＬ２へのルート探索を実行する（ステップＳ１０３）。このルート探索にはＮ＝５秒を要する。

以下、同様にして、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５を繰り返すことにより、登録されているスレーブノードＳＬ３，ＳＬ４へのルート探索を実行する。スレーブノードＳＬ４へのルート探索の実行後は、対象スレーブの識別子は識別子５とされる。この場合、識別子５の対象スレーブは、システム上に存在するスレーブノードとしては登録されていない。このため、マスタノードＭＳは、識別子５の対象スレーブに対してのルート探索は行わず（ステップＳ１０２のＮＯ）、ルート探索の実行所要時間Ｎ＝５秒の経過を待って（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、ステップＳ１０４，Ｓ１０５へ進む。

これにより、次の対象スレーブの識別子が識別子６とされ（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０２へ戻る。この場合、識別子６の対象スレーブもシステム上に存在するスレーブノードとしては登録されていないので、識別子６の対象スレーブに対してもルート探索は行わず（ステップＳ１０２のＮＯ）、ルート探索の実行所要時間Ｎ＝５秒の経過を待って（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、ステップＳ１０４，Ｓ１０５へ進む。以下、同様にして、システム上に存在するスレーブノードとしては登録されていない識別子７、識別子８の対象スレーブに対してもルート探索は行わず、ルート探索の実行所要時間Ｎ＝５秒の経過だけを待って、ステップＳ１０４，Ｓ１０５へと進む処理を繰り返す。

次に、対象スレーブの識別子が識別子９とされると、この識別子９の対象スレーブはスレーブノードＳＬ９として登録されているので（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スレーブノードＳＬ９へのルート探索を実行する（ステップＳ１０３）。また、対象スレーブの識別子が識別子１０とされた場合も、この識別子１０の対象スレーブはスレーブノードＳＬ１０として登録されているので（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、スレーブノードＳＬ１０へのルート探索を実行する（ステップＳ１０３）。この場合、識別子１０の対象スレーブは最終スレーブであるので（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、一連のルート探索（マスタ側からのルート探索）を終了する。

図５に上述したマスタ側からのルート探索の様子を示す。この場合、システムの再起動が発生すると、その直後（０秒後）に、スレーブノードＳＬ１に対するルート探索が実行される。そして、ルート探索の実行所要時間Ｎ＝５秒の後、スレーブノードＳＬ２に対するルート探索が実行され、さらにＮ＝５秒を経た１０秒後に、スレーブノードＳＬ３に対するルート探索が実行され、さらにＮ＝５秒を経た１５秒後に、スレーブノードＳＬ４に対するルート探索が実行される。

そして、さらにＮ＝５秒を経た２０秒後には、対象スレーブが登録されていないのでルート探索を実行せず、Ｎ＝５秒の経過を待つ。また、Ｎ＝５秒の経過を待った２５秒後、さらにＮ＝５秒の経過を待った３０秒後、さらにＮ＝５秒の経過を待った３５秒後も、対象スレーブが登録されていないのでルート探索を実行せず、Ｎ＝５秒の経過を待つ。そして、Ｎ＝５秒の経過を待った４０秒後に、スレーブノードＳＬ９に対するルート探索を実行し、さらにＮ＝５秒を経過した４５秒後に、スレーブノードＳＬ１０に対するルート探索を実行する。これにより、システムの再起動が発生した後、５０秒後に、マスタ側からのルート探索が完了する

このように、本実施の形態では、ルート探索の実行所要時間Ｎを５秒、システム上の最大スレーブノード台数Ｍを１０台とした場合、システムの再起動後、Ｎ×Ｍ＝５秒×１０台＝５０秒でマスタ側からのルート探索が完了する。このルート探索が完了するまでの間、スレーブノードＳＬでは、マスタノードＭＳからのルート探索の受け付けを待ち（図４：ステップＳ２０１）、マスタノードＭＳからのルート探索を受け付けると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ルート探索を受け付けた旨の通知をマスタノードＭＳへ送る。この通知を受けて、マスタノードＭＳは、ルート探索に成功したと判断する。これにより、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬとの間の通信経路（ダウンリンク及びアップリンク）が確立される。

なお、このマスタ側からのルート探索によって通信経路が確立されたスレーブノードＳＬは、マスタ側からのルート探索が完了するまで、通信を開始しないものとする。すなわち、本実施の形態において、スレーブノードＳＬは、マスタノードＭＳからのルート探索によって通信経路が確立された場合、すぐにマスタノードＭＳとの間の通信を開始することが可能となるが、マスタ側からのルート探索が完了するまで待って、マスタノードＭＳとの間の通信を開始させるようにし、マスタノードＭＳからのルート探索に通信帯域を全て占有させるようにする。これにより、マスタ側からのルート探索時の通信負荷の集中が避けられ、マスタ側からのルート探索の時間も短くなる。

また、後述するスレーブ側からのルート探索の開始タイミングとタイミングが重複しないように、マスタ側からのルート探索には、最大スレーブノード台数Ｍのスレーブノードが存在しなくても、最大スレーブノード台数Ｍ分の期間を設けている。この例では、識別子５〜８のスレーブノードは存在しないから、識別子５〜８のスレーブノードに対するルート探索の割り当て時間は（２０秒目〜４０秒目）は本来不要であるが、この時間だけマスタ側からのルート探索の期間を短縮させるというようなことは行っていない。

図６にマスタ側からのルート探索が完了した後の状態を例示する。この例では、スレーブノードＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３に対してルート探索が成功し、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ１との間、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ２との間およびマスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ３との間の通信経路が確立されている。これに対し、スレーブノードＳＬ４、ＳＬ９、ＳＬ１０に対してはルート探索に失敗し、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ４、ＳＬ９、ＳＬ１０との間の通信経路は確立されていない。また、この時点で、システムの再起動後、Ｎ×Ｍ＝５秒×１０台＝５０秒が経過している。

図７にこの場合のタイムチャートを示す。時刻ｔ１がシステムの再起動が発生した時点（一斉復電）であり、この時刻ｔ１から５０秒が経過するまでの時刻ｔ２までの間にマスタ側からのルート探索が行われている。時刻ｔ２において、マスタ側からのルート探索は完了し、ルート探索に失敗したスレーブノードＳＬ４、ＳＬ９、ＳＬ１０に対してはルート探索のリトライは行わない。

マスタ側からのルート探索が完了した場合、ルート探索に成功し通信経路が確立されたスレーブノードＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３とマスタノードＭＳとの間では通常の通信が開始され、これによりマスタノードＭＳには通信負荷が集中する。一方、ルート探索は発行元に最も通信負荷が集中するため、マスタノードＭＳによるルート探索のリトライを行ったとすると、さらにマスタノードＭＳに通信負荷がかかり、通常の通信の性能を低下させることになってしまう。

このため、マスタ側からのルート探索が完了した後は、ルート探索に失敗したスレーブノードがあってもルート探索のリトライは行わない。また、特にスレーブノードＳＬ９のように、登録されているが実際には通信可能な状態にないスレーブノードが存在した場合、このスレーブノードに対するルート探索のリトライが永続的に実行されてしまうことを防ぐためでもある。

〔スレーブ側からのルート探索（アップリンクによるルート探索）〕
システムの再起動が発生すると、スレーブノードＳＬは、自己の起動直後、Ｎ（ルート探索の実行所要時間）×Ｍ（最大スレーブノード台数）＝５秒×１０台＝５０秒の間は、自身では何もせずに、マスタ側からのルート探索が実行され、通信経路が確立されるのを待つ（図４：ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）。

通信経路が確立されずに、Ｎ×Ｍ＝５０秒が経過すれば（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、スレーブノードＳＬは、マスタノードＭＳとの間の通信経路が確立されていないと判断し、メモリに記憶されている自己の識別子を読み出す（ステップＳ２０４）。すなわち、スレーブノードＳＬは、自己の起動直後、マスタ側からのルート探索が完了した時点で、マスタノードＭＳとの間の通信経路が確立されているか否かを確認し、マスタノードＭＳとの間の通信経路が確立していないことを確認した場合、メモリに記憶されている自己の識別子を読み出す。

図６に示した例では、マスタ側からのルート探索が完了した時点で、スレーブノードＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３とマスタノードＭＳとの間では通信経路が確立されているが、スレーブノードＳＬ４、ＳＬ１０とマスタノードＭＳとの間では通信経路が確立されていない。このため、スレーブノードＳＬ４は自己の識別子４を読み出し、スレーブノードＳＬ１０は自己の識別子１０を読み出す。

そして、スレーブノードＳＬ４は、自己からのルート探索開始時刻を（「自己の識別子４」−１）×Ｔ時間経過した時点として求める（ステップＳ２０５）。ここで、ＴはスレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔であり、本実施の形態ではＴ＝１５秒と定められている。したがって、スレーブノードＳＬ４は、マスタ側からのルート探索が完了した時点から（４−１）×Ｔ＝３×１５＝４５秒経過した時点を自己からのルート探索開始時刻とする。

同様にして、スレーブノードＳＬ１０は、自己からのルート探索開始時刻を（「自己の識別子１０」−１）×Ｔ時間経過した時点として求め（ステップＳ２０５）、マスタ側からのルート探索が完了した時点から（１０−１）×Ｔ＝９×１５＝１３５秒経過した時点を自己からのルート探索開始時刻とする。

そして、スレーブノードＳＬ４，ＳＬ１０は、自己からのルート探索時刻に現時刻が到達した時点で（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、マスタノードＭＳへのルート探索を実行し（ステップＳ２０７）、ルート探索に成功すれば（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、マスタノードＭＳとの間の通信経路が確立されたとして処理を終了する。

ルート探索に失敗すれば（ステップＳ２０８のＮＯ）、次回のルート探索開始時刻を前回のルート探索開始時刻を起点としてＭ×Ｔ時間経過した時点として求める（ステップＳ２０９）。ここで、Ｍはシステム上の最大スレーブノード台数であり、本実施の形態ではＭ＝１０台と定められている。したがって、ルート探索に失敗した場合、前回のルート探索時刻を起点とし、１０×Ｔ＝１５０秒経過した時点を次回のルート探索開始時刻とする。

図８に上述したスレーブ側からのルート探索の様子を示す。この場合、システムの再起動が発生し、Ｎ×Ｍ＝５０秒が経過した後、４５秒が経過すると、スレーブノードＳＬ４がマスタノードＭＳに対するルート探索を実行する。また、システムの再起動が発生し、Ｎ×Ｍ＝５０秒が経過した後、１３５秒が経過すると、スレーブノードＳＬ１０がマスタノードＭＳに対するルート探索を実行する。なお、スレーブノードＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬは通信経路が確立しているので、ルート検索は実行しない。また、識別子５，６，７，８，９のスレーブノードは存在しないので、何も行わない。

なお、この実施の形態において、スレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔Ｔは、ルート探索に必要な時間（ルート探索の実行所要時間）Ｎよりも長めに定めている。この例では、Ｔ＝１５秒とし、Ｎ＝５秒としている。これは、通信経路の確立が完了したスレーブノードＳＬとマスタノードＭＳは、その後通常の通信を行う可能性があり、それらの通信を阻害しないように通信帯域をある程度空けておく必要があるためである。

図９にスレーブ側からのルート探索の１回目が終えた後（システムの再起動の発生後、Ｎ×Ｍ＝５０秒が経過した後、Ｍ×Ｔ＝１５０秒が経過した時点）の状態を例示する。この例では、スレーブノードＳＬ１０のルート探索が成功し、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ１０との間の通信経路は確立されたが、スレーブノードＳＬ４のルート探索は失敗し、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ４との間の通信経路は確立されていない。

図７にはこの場合のタイムチャートも示されている。時刻ｔ１がシステムの再起動が発生した時点（一斉復電）であり、時刻ｔ２がＮ×Ｍ＝５０秒が経過した時点であり、このＮ×Ｍ＝５０秒が経過した後、４５秒が経過した時点（時刻ｔ３）でスレーブノードＳＬ４からのマスタノードＭＳに対するルート探索が実行され、１３５秒が経過した時点（時刻ｔ４）でスレーブノードＳＬ１０からのマスタノードＭＳに対するルート探索が実行されている。この場合、時刻ｔ３でのルート探索は失敗し、時刻ｔ４でのルート探索は成功している。そして、Ｍ×Ｔ＝１５０秒が経過した時点（時刻ｔ５）で、スレーブ側からのルート探索の１回目を終えている。

この場合、スレーブ側からのルート探索の１回目が終えた時点において、スレーブノードＳＬ４だけがルート探索に成功せずに残っている。このため、スレーブ側からのルート探索の２回目が行われる。このスレーブ側からのルート探索の２回目において、スレーブノードＳＬ４は、前回のルート探索開始時刻を起点としてＭ×Ｔ時間経過した時点で、マスタノードＭＳに対するルート探索を実行する。すなわち、スレーブ側からのルート探索の１回目が終えた時点を起点とすれば、その時点より４５秒経過した時点でマスタノードＭＳに対するルート探索（リトライ）を実行する（図１０参照）。

図１１にスレーブ側からのルート探索の２回目が終えた後の状態を例示する。この例では、スレーブノードＳＬ４のルート探索に成功し（図１２参照）、マスタノードＭＳとスレーブノードＳＬ４との間の通信経路が確立されている。これにより、システム上に実在する全てのスレーブノードＳＬとマスタノードＭＳとの間の通信経路が確立し、システムの起動が完了する。

なお、この例では、スレーブ側からのルート探索の２回目でスレーブノードＳＬ４のルート探索に成功したものとしたが、スレーブノードＳＬ４のルート探索に失敗した場合には、同様にしてスレーブ側からのルート探索の３回目が行われ、前回のルート探索開始時刻を起点とするＭ×Ｔ時間周期でルート探索に成功するまでリトライが繰り返される。

このようにして、本実施の形態では、システムの再起動時、マスタノードＭＳに対する通信負荷の集中を避けながら、極力速い時間でメッシュネットワークを立ち上げることができるものとなる。

図１３にマスタノードＭＳの要部の機能ブロック図を示す。マスタノードＭＳは、自己に登録することが可能なスレーブノードＳＬの最大個数（システム上の最大スレーブノード台数）Ｍを記憶する最大スレーブノード台数記憶部１Ａと、自己の起動直後、識別子１のスレーブノードを先頭スレーブ、識別子Ｍのスレーブノードを最終スレーブとし、先頭スレーブから最終スレーブまで、ルート探索を１回ずつ順次行うマスタ側ルート探索部１Ｂとを備えている。

図１４にスレーブノードＳＬの要部の機能ブロック図を示す。スレーブノードＳＬは、各スレーブノードＳＬ毎に１番から順番に付番された固有の識別子ｎを記憶する識別子記憶部２Ａと、マスタノードＭＳに登録することが可能なスレーブノードＳＬの最大個数（システム上の最大スレーブノード台数）Ｍを記憶する最大スレーブノード台数記憶部２Ｂと、ルート探索に必要な時間（ルート探索の実行所要時間）Ｎを記憶するルート探索実行所要時間記憶部２Ｃと、スレーブノードＳＬ側からのルート探索の実行時間間隔Ｔを記憶するルート探索実行時間間隔記憶部２Ｄと、通信経路確立確認部２Ｅと、スレーブ側ルート探索部２Ｆとを備えている。

このスレーブノードＳＬにおいて、通信経路確立確認部２Ｅは、自己の起動直後、Ｎ×Ｍ時間が経過した時点（マスタノードＭＳでの先頭ノードから最終ノードまでのルート探索が終了した時点）で、マスタノードＭＳとの間の通信経路が確立されているか否かを確認する。スレーブ側ルート探索部２Ｆは、通信経路確立確認部２ＥによってマスタノードＭＳとの間の通信経路が確立されていないことが確認された場合、識別子記憶部２Ａより自己の識別子ｎを読み出し、その時点から（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点としてＭ×Ｔ時間の周期でマスタノードＭＳに対してルート探索を成功するまで行う。

なお、上述した実施の形態では、マスタノードＭＳでの先頭ノードから最終ノードまでのノードの個数ＭをマスタノードＭＳに登録することが可能なスレーブノードＳＬの最大個数としたが、マスタデバイスＭＳに実際に登録されているスレーブノードＳＬの個数としてもよい。

本発明の無線通信システムは、通信幹線を無線化したメッシュネットワーク構造の中規模、大規模の監視制御システムなど様々な分野で利用することが可能である。具体的には、ＶＡＶ（可変風量調節）による居室内空調システムへの適用などが考えられる。

ＭＳ…マスタノード、ＳＬ（ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４，ＳＬ９，ＳＬ１０）…スレーブノード、１Ａ…最大スレーブノード台数記憶部、１Ｂ…マスタ側ルート探索部、２Ａ…識別子記憶部、２Ｂ…最大スレーブノード台数記憶部、２Ｃ…ルート探索実行所要時間記憶部、２Ｄ…ルート探索実行時間間隔記憶部、２Ｅ…通信経路確立確認部、２Ｆ…スレーブ側ルート探索部。

Claims (4)

1. 最上位に位置するデバイスをマスタデバイスとし、このマスタデバイスと電源を共通とする下位に位置するデバイスをスレーブデバイスとし、前記マスタデバイスと前記スレーブデバイスとの間で他のスレーブデバイスを中継ポイントとする通信経路のルート探索を行い、このルート探索の成功によって確立された通信経路に沿って双方向の無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記マスタデバイスは、
   自己の起動直後、前記スレーブデバイスに対してその先頭デバイスから最終デバイスまで、前記ルート探索を１回ずつ順次行う手段を備え、
   前記スレーブデバイスは、
   各スレーブデバイス毎に１番から順番に付番された固有の識別子ｎを記憶する識別子記憶手段と、
   自己の起動直後、前記マスタデバイスでの前記先頭デバイスから最終デバイスまでのルート探索が終了した時点で、前記マスタデバイスとの間の通信経路が確立されているか否かを確認する通信経路確立確認手段と、
   この通信経路確立確認手段によって前記マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていないことが確認された場合、前記識別子記憶手段より自己の識別子ｎを読み出し、前記ルート探索に必要な時間以上の所定時間をＴとし、前記先頭デバイスから最終デバイスまでのデバイスの個数をＭとし、その時点から（「自己の識別子ｎ」−１）×Ｔ時間経過した時点を起点としてＭ×Ｔ時間の周期で前記マスタデバイスに対して前記ルート探索を成功するまで行うスレーブ側ルート探索手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
   前記先頭デバイスから最終デバイスまでのデバイスの個数Ｍは、前記マスタデバイスに実際に登録されている前記スレーブデバイスの個数である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載された無線通信システムにおいて、
   前記先頭デバイスから最終デバイスまでのデバイスの個数Ｍは、前記マスタデバイスに登録することが可能な前記スレーブデバイスの最大個数である
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載された無線通信システムにおいて、
   前記スレーブデバイスは、
   前記通信経路確立確認手段によって前記マスタデバイスとの間の通信経路が確立されていることが確認された場合、その時点から前記マスタデバイスとの間の通信を開始する
   ことを特徴とする無線通信システム。

Images