JP5326840B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

この発明はネットワークを形成する通信装置に関する。特に、特定の通信装置を根としてツリー状の経路を構築するネットワークを形成する通信装置に関するものである。

例えば基地局等を介さず、通信装置（以下、装置という場合もある）同士が直接無線通信接続して形成するアドホックネットワークと呼ばれるネットワークがある。例えば、送信元の装置から送信先の装置には、直接又は信号を受信した装置が中継（転送）を行っていって信号を送信することができる。ここで、アドホックネットワークにおいて、特定の装置（以下、シンクと呼ぶ）を根として、ツリー状に通信経路（経路木）を構築する場合がある。

このようなネットワークでは、各装置がツリーの親となる装置を適切に特定することで、各装置からシンクへの信号の上り経路を構築することができる。シンクからの下り経路については、各装置が、経路情報に係るデータを含む信号（以下、経路情報という）を、上り経路でシンクへ送信することで構築することができる。

経路情報については、最初に信号を送信した装置が、ネットワーク内に固有に有するアドレス（以下、アドレスという）を送信する。そして、中継を行う装置が、アドレスを追記していくことで、最終的にシンクに送信される信号に含まれる経路情報には上り経路がすべて含まれることとなる。このため、シンクは受信した経路情報から各装置への下り経路のデータを得ることができる。

ここで、各装置が経路情報をそれぞれシンクに送信すると、シンクが受信する経路情報には、重複した経路に係る経路情報が含まれることになるため、通信帯域を無駄に消費することとなる。そこで、各装置が経路情報を一時的に一定時間保存しておき、一定時間内に受信した経路情報を集約して（まとめて）送信することで、ネットワーク全体の、経路情報に係る信号量を削減することができる（例えば、特許文献１参照）。

Ignacio Solis and Katia Obraczka, The impact of Timing in Data Aggregation for Sensor Networks, Proc. of the IEEE International Conference on Communications (ICC), June 2004.

ただ、装置において、経路情報を保存する時間が短いと、集約できる経路情報が少なくなる。逆に保存する時間が長くなると、シンクが経路情報を得るまでに時間がかかる。したがって、経路変更が生じた際に、シンクでの下り経路の構築及び更新にかかる時間が長くなる。そのため、経路情報の集約を効率よく行うためには、各装置の経路情報送信タイミング等の調整が必要となる。

そこで、効率よく、経路情報等のデータをまとめて信号に含めて送信することができる通信装置の実現が望まれていた。

本発明に係る通信装置は、通信経路が木状となるように親子関係をなすネットワークを形成するシステムを構成し、根となる通信装置にデータを含む信号を送信する通信装置であって、ネットワーク内の信号を送受する送受信部と、送受信部が受信した信号のうち、自身に送られた信号中のデータを記憶する記憶部と、信号の送信先を示すネットワーク内のアドレスに基づいて、信号送信に係る処理を行う時間を決定する送信設定処理部と、送信設定処理部が決定した時間を経過すると、記憶部に記憶された１又は複数のデータを含む信号を送受信部に送信させる処理を行うデータ作成部とを備えるものである。

本発明によれば、他の通信装置からの受信に係る信号中のデータを一時的に記憶して待機し、送信設定処理部が決定した時間を経過すると、その間に記憶部に記憶されたデータを送受信部に送信させるようにしたので、根となる通信装置まで、データをまとめて効率よく送信することができる。このため、送信回数を減少することができ、ネットワーク全体としての電力低減等、省電力をはかることができる。また、省電力をはかることで、バッテリー等の持続時間を長くし、例えばメンテナンス等の回数を減らすことができる。

実施の形態１に係る無線通信装置の構成を表す図である。 実施の形態１に係る経路情報処理部１０３の処理を表す図である。 経路情報作成・集約部１０５の処理に係るフローチャートを表す図である。 実施の形態１に係る経路情報の送信タイミングを表す図である。 実施の形態２に係る無線通信装置の構成を表す図である。 実施の形態２に係る経路情報処理部５０３の処理を表す図である。 実施の形態２に係る経路情報の送信タイミングを表す図である。 実施の形態３に係る無線通信装置の構成を表す図である。 実施の形態３に係る経路情報処理部８０３の処理を表す図である。 実施の形態３に係る経路情報の送信タイミングを表す図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る通信装置の構成を表す図である。以下、無線通信を行う通信装置について説明する。図１において、通信装置１００は、無線送受信部１０１、パケットタイプ判定部１０２、経路情報処理部１０３、タイマ部１０４、経路情報作成・集約部１０５及び中継経路情報バッファ部１０６を有している。

無線送受信部１０１は、他の通信装置１００から送信される無線の信号を受信する。本実施の形態では、無線送受信部１０１はプロミスキャスモードで動作している。そのため、受信に係る信号が、自身が設けられている通信装置１００に向けて送信されたものであるかどうかに関わらず、ネットワーク内の信号を受信して信号に基づくデータについて、パケットタイプ判定部１０２に処理を行わせる。また、経路情報作成・集約部１０５が作成した経路情報に係るデータを含む信号を送信する。

パケットタイプ判定部１０２は、受信に係る信号に経路情報が含まれているかどうかを判別し、経路情報であれば経路情報処理部１０３に送って処理を行わせる。送信設定処理部となる経路情報処理部１０３は中継すべき経路情報に関する送信処理を行う。そのため、信号の送信先に基づいて経路情報を送信するまでの時間を決定し、タイマ部１０４の設定を行う。タイマ部１０４は、経路情報処理部１０３又は経路情報作成・集約部１０５が設定した時間を計時する。

データ作成部である経路情報作成・集約部１０５は、中継経路情報バッファ部１０６が記憶した経路情報を集約し、自身の装置に定められたアドレスを追記した経路情報（データ）を作成処理して、無線送受信部１０１に送信させる処理を行う。また、経路情報作成後、中継経路情報バッファ部１０６が記憶している経路情報を削除する処理を行う。記憶部となる中継経路情報バッファ部１０６は、受信した経路情報を所定時間、一時的に記憶しておく手段である。

図２は実施の形態１に係る経路情報処理部１０３の処理に係るフローチャートを表す図である。図２に基づいて経路情報受信処理（以下、受信処理という）について説明する。無線送受信部１０１が受信した信号をパケットタイプ判定部１０２が判別した経路情報が入力されると（ステップ（以下、Ｓとする）２０１）、経路情報処理部１０３は、経路情報の送信先が自分自身（自装置）であるかをアドレスに基づいて判断する（Ｓ２０２）。

経路情報の送信先が自身であると判断した場合には、中継経路情報バッファ部１０６が空であるかどうか（経路情報が記憶されていないかどうか）を判断する（Ｓ２０３）。中継経路情報バッファ部１０６が空の場合には、所定時間（以下、バッファリング時間という）を決定してタイマ部１０４に設定した後（Ｓ２０４）、経路情報を中継経路情報バッファ部１０６に記憶させて（Ｓ２０５）、受信処理を終了する。中継経路情報バッファ部１０６が空でない場合には、経路情報を中継経路情報バッファ部１０６に記憶させて（Ｓ２０５）、受信処理を終了する。ここで、ツリー状のネットワークにおいては、シンクに近い装置ほど送受信に係るデータ量が多くなるため、各通信装置１００において、バッファリング時間を一律にする必要がなく、任意に定めることができる。

一方、経路情報の送信先が自身ではない場合には、さらに経路情報の送信先が親装置であるかどうかを判断する（Ｓ２０６）。親装置である場合には、経路情報送信時間を決定してタイマ部１０４に設定し（Ｓ２０７）、経路情報受信処理を終了する。親装置でない場合には、そのまま受信処理を終了する。ここで、経路情報送信時間については、バッファリング時間よりも短い時間になるようにする。このため、親装置が経路情報を送信するまでのバッファリング時間内に、他の子装置が経路情報を送信することができる。これにより、親装置は子装置から送信された経路情報を集約した経路情報を送信することができる。経路情報送信時間についても各通信装置１００において計算等により任意に設定することができる。

図３は経路情報作成・集約部１０５の処理に係るフローチャートを表す図である。タイマ部１０４に設定された時間が経過したかどうかを判断する（Ｓ３０１）。経過したものと判断すると、中継経路情報バッファ部１０６に記憶された経路情報に基づいて集約した経路情報を作成処理する。そして、送受信部１０１に作成した経路情報を送信させる（Ｓ３０２）。そして、中継経路情報バッファ部１０６に記憶された経路情報をクリア（削除）処理して空にする（Ｓ３０３）。そして、経路情報の受信がなければ、次に信号を送信する時間（以下、送信周期時間という）にタイマ部１０４に設定した後（Ｓ３０４）、Ｓ３０１に戻る。

図４は実施の形態１に係る各通信装置における経路情報の送信タイミングを表す図である。図４の例では、図４（ａ）に示すように、装置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＳ(シンク)の４つの装置が通信を行っている。そして、各装置の親子関係については、装置Ａは装置Ｂ及びＣの親装置であり、さらに装置Ｓは装置Ａの親装置であるものとする。ここでは、装置Ｂから経路情報を送信するものとする。

装置Ｂの親装置である装置Ａの経路情報処理部１０３は、自身が経路情報の送信先であるとして、上述したＳ２０４に基づいてバッファリング時間を設定する。一方、装置Ｃも装置Ｂからの経路情報を受信することになるが、装置Ｃは装置Ｂの親装置ではないため、装置Ｃの経路情報処理部１０３は、上述したＳ２０６、Ｓ２０７に基づいて送信先である親装置の装置Ａに経路情報を送信する経路情報送信時間を設定する。経路情報送信時間はバッファリング時間よりも短いため、バッファリング時間が経過するまでに装置Ａには、装置Ｃから経路情報が送信されることとなる。これにより、装置Ａでは、装置Ｂからの経路情報と装置Ｃからの経路情報とを集約した経路情報を、親装置である装置Ｓに送信することができる。

以上のように、実施の形態１の通信装置によれば、シンクに向けて経路情報を送信する場合に、親子関係にある子装置から中継に係る最初の経路情報を受信するとバッファリング時間待機し、最初の経路情報を受信した他の子装置からは、バッファリング時間の間に経路情報が送信されるようにしたので、親装置におけるバッファリング時間、子装置による経路情報の送信タイミングを規定することで、バッファリング時間を必要以上に長くしなくても、集約できる経路情報を多くすることができる。このため、ネットワーク全体として通信装置１００における信号送信回数を減らすことができるため、通信の効率化、送信に係る電力消費の低減を図ることができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る通信装置の構成を表す図である。図５において、図１等と同じ符号を付している手段等については、実施の形態１で説明したことと同じである。本実施の形態の通信装置５００は、実施の形態１で説明した経路情報処理部１０３とは異なる受信処理を行う経路情報処理部５０３を有している。

上述の実施の形態では特に示さなかったが、プロミスキャスモードで動作していると、親装置が送信する経路情報を子装置が受信することになる。各装置が所定の周期(この時間を送信周期時間という)で経路情報を送信する場合、親が次回に経路情報を送信する時間を把握することが出来る。

図６は実施の形態２における経路情報処理部１０３の処理に係るフローチャートを表す図である。図６において、図３と同じステップ番号を付しているものは、上述した実施の形態１において行う処理と同じである。上述の実施の形態１では、Ｓ２０６において送信先が親装置でないと判断すると受信処理を終了した。

本実施の形態では、送信先が親装置でないと判断すると、さらに送信元が親装置であるかどうかを判断する（Ｓ６０１）。送信元が親装置である場合には、送信周期より短い時間（送信処理時間）に設定して（Ｓ６０２）、受信処理を終了する。

図７は実施の形態２に係る各通信装置における経路情報の送信タイミングを表す図である。図７の例においても、装置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＳの４つの装置が通信を行っている。そして、各装置の親子関係については、装置Ａは装置Ｂ及びＣの親装置であり、さらに装置Ｓは装置Ａの親装置であるものとする。

装置Ａは、装置Ｓに送信周期時間で経路情報を送信する。各装置の送受信部１０１はプロミスキャスモードで動作しているため、例えば装置Ａの子装置である装置Ｂ及びＣが装置Ａが送信する経路情報を受信する。装置Ｂ及びＣの経路情報処理部１０３は、親装置である装置Ａが送信元であると判断し、Ｓ６０２に基づいて送信処理時間を設定する。そして、送信処理時間待機した後に、装置Ｂ及びＣから経路情報を送信する。送信処理時間は送信周期時間よりも短いため、送信処理時間が経過するまでに装置Ａには、装置Ｂ及びＣから経路情報が送信されることとなる。これにより、装置Ａでは、装置Ｂからの経路情報と装置Ｃからの経路情報とを集約した経路情報を、親装置である装置Ｓに送信することができる。

以上のように、実施の形態２の通信装置によれば、例えば各装置が経路情報を所定の周期で送信する場合に、親装置が送信する経路情報を受信すると、親装置が次の経路情報を送信する前のタイミングで経路情報を送信するようにしたので、親装置に次の経路情報に自身の経路情報を集約させることができる。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る通信装置の構成を表す図である。図８において、図１等と同じ符号を付している手段等については、実施の形態１等で説明したことと同じである。本実施の形態の通信装置８００は、子装置のアドレスをリストとして記憶する子装置アドレスリスト部８０１を有している点で、実施の形態１の通信装置とは異なっている。そして、経路情報処理部８０３は、子装置アドレスリスト部８０１から親子関係にある子装置数を把握することができる。

上述の実施の形態１においては、経路情報処理部１０３は一律にバッファリング時間を設定した。ここで、例えば子装置の数が多いと、場合によっては、バッファリング時間内に各子装置からの経路情報を受信しきれずに、送信に係る処理を行うため、集約に係る効率が悪くなる。

図９は実施の形態３における経路情報処理部８０３の処理に係るフローチャートを表す図である。図９において、図３と同じステップ番号を付しているものは、上述した実施の形態１において行う処理と同じである。上述の実施の形態１では、Ｓ２０３において中継経路情報バッファ部１０６が空の場合には、所定の時間であるバッファリング時間をタイマ部１０４に設定した。本実施の形態では、中継経路情報バッファ部１０６が空の場合には、経路情報処理部８０３は、子装置アドレスリスト部８０１に記憶されたアドレスから得られる子装置数に基づいて、バッファリング時間を算出し、設定する（Ｓ９０１）。バッファリング時間の算出方法については特に限定しないが、例えば、あらかじめ定めた時間に対して、子装置の数だけ乗算するようにしてもよい。

図１０は実施の形態３に係る各通信装置における経路情報のタイミングを表すための図である。図１０においては、親装置Ａに対して、子装置が装置Ｂ、Ｃの場合と、子装置が装置Ｂ、Ｃ、Ｄの場合とにおけるバッファリング時間について示している。図１０に示すように、親装置Ａは、子装置数に合わせたバッファリング時間を設定することで、例えば、装置Ｂ、Ｃに基づくバッファリング時間では集約できなかった装置Ｄからの経路情報を集約して装置Ｓに送信することができる。

以上のように、実施の形態３の通信装置によれば、子装置アドレスリスト部８０１を有し、経路情報処理部８０３が、子装置の数に合わせてバッファリング時間を算出して設定するようにしたので、例えば子装置の数が多い場合にはバッファリング時間を長く設定することができる。そのため、送信タイミングがほぼ同じの経路情報を集約して送信を行うことができ、集約を効率よく行うことによって通信量の削減等をはかることができる。また、子装置の数が少なければバッファリング時間を短く設定することができるため、経路情報をはやく送信することができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態では、中継を行う経路情報を中継経路情報バッファ部１０６に一時的に記憶しておいて、集約等して送信するようにしたが、経路情報に限定するものではない。他の各種データ（例えば、各通信装置を有する検知手段等が検知したデータ等）を一時的に記憶しておき、送信タイミングを調整することで、親装置においては、１又は複数のデータをまとめて送信することができる。まとめて送信することで、少なくとも個別に送信する場合に比べてヘッダ等のデータ量の削減を図ることができる。

１００、５００、８００ 通信装置
１０１ 無線送受信部
１０２ パケットタイプ判定部
１０３、５０３，８０３ 経路情報処理部
１０４ タイマ部
１０５ 経路情報作成・集約部
１０６ 中継経路情報バッファ部
８０１ 子装置アドレスリスト部

Claims (7)

1. 通信経路が木状となるように親子関係をなすネットワークを形成するシステムを構成し、根となる装置にデータを含む信号を送信する通信装置であって、
   前記ネットワーク内の前記信号を送受する送受信部と、
   該送受信部が受信した前記信号のうち、自身に送られた前記信号中のデータを記憶する記憶部と、
   前記信号の送信先を示す前記ネットワーク内のアドレスに基づいて、信号送信に係る処理を行う時間を決定する送信設定処理部と、
   前記送信設定処理部が決定した時間を経過すると、前記記憶部に記憶されたデータを含む信号を前記送受信部に送信させる処理を行うデータ作成部と
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記データは、送信元となる通信装置から前記根となる装置に向けて経路を示すデータであることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記送信設定処理部は、受信に係る信号の送信先が、自身に設定された前記アドレスであると判断すると、前記信号送信に係る処理を行う時間を所定時間に決定し、
   前記送信先が親となる通信装置に設定された前記アドレスであると判断すると、前記信号送信に係る処理を行う時間を、前記所定時間よりも短く設定した時間に決定することを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。
4. 前記送信設定処理部は、受信に係る信号の送信元が、周期的に前記信号を送信する、親となる通信装置に設定された前記アドレスであると判断すると、前記信号送信に係る処理を行う時間を、前記親となる通信装置が次に信号を送信するまでの時間に決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置。
5. 子となる通信装置のアドレスに係るデータを記録するアドレスリスト部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置。
6. 前記送信設定処理部は、前記アドレスリスト部に記録された通信装置の数に基づいて、前記信号送信に係る処理を行う時間を決定することを特徴とする請求項５記載の通信装置。
7. 前記データ作成部は複数のデータを集約したデータを作成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の通信装置。

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