JP5673303B2 - 無線端末装置、無線システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末装置、無線システム及び無線通信方法に関する。より詳しくは、本発明は、無線マルチホップネットワーク等により無線通信可能な無線端末装置、無線システム及び無線通信方法に関する。

例えば、センサネットワークをはじめとする無線マルチホップネットワークを構成し、隣接した無線端末装置間でパケットの送受信を繰り返すことにより、直接接続していない無線端末装置間の通信を実現する様々な方式が開発されている。

無線ネットワークでは、有線ネットワークとは異なり、追加の配線コストを使うことなく、信号が周辺のすべての無線端末装置に到達する。このため、すべての無線端末装置が周辺のすべての無線端末装置と通信可能であることを前提として転送経路が設定されるのが一般的である。

しかしながら、すべての無線端末との通信を前提とすると、各無線端末の消費電力が大きくなる。信号を受信するためには常に受信機を動作させておく必要があり、無線端末の消費電力が大きくなるためである。その結果、無線システムにおける無線通信全体にかかる消費電力を増大させることになる。そこで、中継処理をするノードとしないノードに役割を分け、中継をするノードだけが中継を行うものとして経路選択し、ルーティング処理を行う方法が提案されている。例えば、特許文献１には、エンドデバイスの端末は中継処理をせずに、受信機の電源を切ることで消費電力を削減する技術が提案されている。

例えば、同一の無線方式において、無線の状況によって伝送速度が変化する場合について、速度が遅いリンクはコストが高くなり、速度が速いリンクはコストが低くなるように、一定量のデータを送るのに要する時間に比例したコストを各リンクに設定する技術も提案されている。これにより、高速なリンクを中継端末として優先的に選択することができる。

特開２００９−５５３０１号公報

しかしながら、上記無線ネットワークにおいて適切な中継端末を選択する技術では、無線マルチホップネットワークの全体が同一の無線方式によって動作することが前提となっている。よって、同一の無線方式による動作が前提の無線ネットワーク用の上記技術を、全く方式の異なる複数の無線方式によって動作する無線ネットワークに適用することは、難しい。例えば、上記技術では、複数の無線方式を使用可能な複数の無線機を搭載した無線端末装置の無線方式の一部が無線端末装置の故障等によって使用できなくなった場合や、状況によって同一無線端末装置との通信に用いる無線方式がある方式から別の方式に変更された場合を考慮することは皆無であり、そのような状況になった場合の対応が難しいと考えられる。

また、複数の無線方式を用いて動作する無線ネットワークの通信方式の違いから生じる新たな問題も考えられる。具体的には、複数の無線方式の通信速度が数百倍以上異なる場合や、各無線方式による無線通信の伝搬距離が、例えば数十倍以上異なる場合等である。このように、性質の全く異なる複数の無線方式を混在させて動作させる無線ネットワークにおいて、無線方式毎の性質を活かして、より適切な無線通信を行う発想は従来の技術では全く考えられていなかった。

上記課題に対して、本発明の目的とするところは、複数の無線方式を用いて動作する無線ネットワークにおいて、より適切な無線通信を行うことが可能な、無線端末装置、無線システム及び無線通信方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の無線方式を用いて複数の周辺無線端末装置と通信可能なネットワークを構成する無線端末装置であって、無線方式が認識可能な各周辺無線端末装置の識別情報と、基準無線端末装置から各周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストを含む送信情報とを前記複数の周辺無線端末装置から受信する受信部と、前記周辺無線端末装置と前記無線端末装置との通信状態に応じて前記無線方式毎に動的に与えられるリンクコストと前記パスコストとの和を前記識別情報から識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストとして算出し、算出されたコストが最も小さくなる周辺無線端末装置及び無線方式を選択する状態管理部と、前記無線端末装置が基準無線端末装置である場合は０を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できなかった場合は予め定められた最大値を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できた場合には前記算出されたコストのうち、最も小さいコストを前記無線端末装置のパスコストとして設定する送信データ生成部と、前記無線端末装置のパスコストを含んだ送信情報と、前記無線端末装置の識別情報とを送信する送信部と、を備え、前記送信部は、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であって、基準無線端末装置に向けてデータを送信する場合、及び、基準無線端末宛のデータを受信した場合には、前記選択された無線方式を用いて前記選択された周辺無線端末装置に向けてデータを送信することを特徴とする無線端末装置が提供される。

前記無線端末装置及び前記各周辺無線端末装置はそれぞれ、複数の無線方式による無線通信が可能な複数の無線機を有してもよく、前記状態管理部は、前記各周辺無線端末装置の識別情報から、予め定められた規則に基づき、前記無線端末装置及び前記各周辺無線端末装置がそれぞれ有する複数の無線機の識別情報をそれぞれ生成してもよい。

前記パスコスト及び前記リンクコストに基づき、前記識別情報により識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストを算出し、算出されたコストのうち、同一周辺無線端末装置のコストが高い無線方式のコストに関する情報を除いて、前記各周辺無線端末装置の識別情報、前記算出されたコスト及び前記無線端末装置の無線機の識別情報を記憶する記憶部を更に備えてもよい。

前記状態管理部は、前記記憶部に前記無線端末装置のいずれかの無線機の識別情報が記憶されていないとき、前記記憶されていない識別情報により識別される無線機の作動を停止させてもよい。

前記算出されたコストのうち、最も小さいコストを前記無線端末装置のパスコストとして含んだ送信情報と、前記無線端末装置の識別情報とを送信する送信部を更に備えてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記記載の無線端末装置を有する無線システムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の無線方式を用いて周辺無線端末装置と通信可能なネットワークを構成する無線端末装置を用いた無線通信方法であって、無線方式が認識可能な各周辺無線端末装置の識別情報と、基準無線端末装置から各周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストを含む送信情報とを前記複数の周辺無線端末装置から受信するステップと、前記周辺無線端末装置と前記無線端末装置との通信状態に応じて前記無線方式毎に動的に与えられるリンクコストと前記パスコストとの和を前記識別情報から識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストとして算出し、算出されたコストが最も小さくなる周辺無線端末装置及び無線方式を選択するステップと、前記無線端末装置が基準無線端末装置である場合は０を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できなかった場合は予め定められた最大値を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できた場合には前記算出されたコストのうち、最も小さいコストを前記無線端末装置のパスコストとして設定するステップと、前記無線端末装置のパスコストを含んだ送信情報と、前記無線端末装置の識別情報とを送信するステップと、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であって、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であって、基準無線端末装置に向けてデータを送信する場合、及び、基準無線端末宛のデータを受信した場合には、前記選択された無線方式を用いて前記選択された周辺無線端末装置に向けてデータを送信するステップと、を含むことを特徴とする無線通信方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、複数の無線方式を用いて動作する無線ネットワークにおいて、より適切な無線通信を行うことが可能な、無線端末装置、無線システム及び無線通信方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無線ネットワークの概念図である。 一実施形態に係る無線端末装置の内部構成図である。 一実施形態に係る無線端末装置に付与されたアドレスの一例を示す図である。 一実施形態に係る無線ネットワークの通信状態の一例を示す図である。 一実施形態に係る無線ネットワークの通信状態の他の例を示す図である。 一実施形態に係る記憶部に格納される情報の一例である。 一実施形態に係る記憶部に格納される情報の他の例である。 一実施形態に係る親選択処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明の一実施形態に係る無線システムについて、図１を参照しながら説明する図１は、無線ネットワークの一例を概念的に示した図である。本実施形態では、センサネットワークをはじめとする無線マルチホップネットワークにおいて、複数種類の異なる無線方式を併用した場合の無線システムについて説明する。

（概要）
本実施形態に係る無線システム１０では、例えば、通信速度を考慮した高速通信、無線端末装置の故障若しくは無線端末装置間の無線リンクの切断による通信途絶の回避、無線端末装置の消費電力の削減等を実現するために、これらの要因の一つ又は複数の組み合わせを数値化したパスコストの概念を用いる。また、本実施形態に係る無線システム１０では、複数の無線方式の伝送速度や伝搬距離等の性質を考慮した無線通信を実現するために、複数の無線方式の性質の一つ又は複数の組み合わせを数値化したリンクコストの概念を用いる。以下では、リンクコストとは、親の無線端末装置と自身の無線端末装置間の１リンクにかかるコストをいう。そして、本実施形態に係る無線システム１０では、パスコストだけでなく、パスコストとリンクコストとを併用して無線端末装置間のコストを算出し、コストの値に基づき適切な中継経路を選択する。

（無線システム）
本実施形態に係る無線システム１０は、例えば、無線により通信可能な複数の装置により形成される無線マルチホップネットワークにより構築される。無線システム１０は、典型的には、外部ネットワークとの接続機能を有する基地局装置ＢＳ（基準無線端末装置に相当する。以下、コーディネータ１０１と呼ぶ。）と、コーディネータ１０１を介して外部ネットワークに接続する１つ以上の無線端末装置（ここでは、無線端末装置１０２〜１０９）とを含む、木構造の無線ネットワークである。ここで、コーディネータ１０１は、当該木構造の無線ネットワークの根であり、ネットワーク全体の管理機能を有する無線端末装置である。無線端末装置１０２〜１０９は、当該木構造のネットワークの節または葉である。木構造上の節となる無線端末装置、すなわち木構造上の子を有する無線端末装置はルータであり、木構造上の葉となる無線端末装置、すなわち木構造上の子を有さない無線端末装置はエンドデバイスである。各無線端末装置１０２〜１０９は、直接的に、または木構造上の先祖（親を含む）である無線端末装置を経由して、コーディネータ１０１にデータを送信することができ、またコーディネータ１０１からのデータを受信することができる。また、各無線端末装置１０２〜１０９は、自身の木構造上の子孫宛のデータを受信した場合には、当該無線端末装置のいずれかの子に当該データを転送する。各無線端末装置１０２〜１０９は、コーディネータ１０１宛のデータを受信した場合には、当該無線端末装置の親として選択された無線端末装置に当該データを転送する。このように、各無線端末装置１０２〜１０９は、直接的に、または他の無線端末装置を経由して、コーディネータ１０１に接続される。

コーディネータ１０１及び無線端末装置１０２〜１０９のうち、隣接する無線端末装置間は、実線及び点線により結ばれている。これは、隣接する無線端末装置同士が、異なる無線方式にて直接通信可能であることを意味する。２つの無線端末装置が実線で結ばれている場合、その２つの無線端末装置は第１の無線方式を用いて直接通信することができる。２つの無線端末装置が点線で結ばれている場合、その２つの無線端末装置は第２の無線方式を用いて直接通信することができる。以下では、各無線端末装置１０２〜１０９は、２つの異なる無線方式を用いて通信可能であることを前提に説明するが、無線方式の数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。また、ここでは、点線の第２の無線方式では、実線の第１の無線方式より長距離の通信が可能であると仮定する。

コーディネータ１０１と通信するために、無線端末装置１０２〜１０９はそれぞれ、無線ネットワークを構成する無線端末装置のうち、各無線端末装置と通信可能なもの（以下、「周辺の無線端末装置」と呼ぶ）のいずれかを、木構造上の親として選択する。例えば、無線端末装置１０９にとって周辺の無線端末装置は、直接通信可能な無線端末装置１０５、１０６、１０８である。親の選択の際には、パスコストが用いられる。そのため、各無線端末装置は、自らの識別情報とパスコストとを含んだ情報を定期的に送信する。これにより、各無線端末装置は、周辺の無線端末装置のパスコストを定期的に取得することができる。

（無線端末装置の内部構成）
次に、図２を参照しながら、無線端末装置の内部構成について説明する。コーディネータ１０１として特定される無線端末装置及び各無線端末装置１０２〜１０９は同一構成を有する。よって、ここでは、無線端末装置１０２を例に挙げて説明し、コーディネータ１０１及び他の無線端末装置１０３〜１０９の説明は省略する。

無線端末装置１０２は、２つの無線機２１０、２２０、受信データ処理部２３０、送信データ生成部２４０、状態管理部２５０、記憶部２６０及び無線方式決定部２７０を有する。無線機２１０は、受信回路２１２、送信回路２１４及びアンテナ２１６を有する。無線機２２０は、受信回路２２２、送信回路２２４及びアンテナ２２６を有する。無線機２１０は、第１の無線方式（実線）を用いてデータの送受信を行う。無線機２２０は、第２の無線方式（点線）を用いてデータの送受信を行う。

受信回路２１２は、アンテナ２１６からの無線信号に対して信号波形を復号する復調処理を行い、デジタル情報に変換して、受信データとして受信データ処理部２３０に出力する。同様に、受信回路２２２は、アンテナ２２６からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタル情報に変換して、受信データとして受信データ処理部２３０に出力する。受信回路２１２、２２２は、受信部に相当する。

送信回路２１４は、送信データ生成部２４０により生成された第１の無線方式用の送信データを、無線信号としての信号波形に変換してアンテナ２１６に出力する。同様に、送信回路２２４は、送信データ生成部２４０により生成された第２の無線方式用の送信データを無線信号に変換してアンテナ２２６に出力する。送信回路２１２、２２２は、送信部に相当する。

アンテナ２１６は、捕捉した無線信号を受信回路２１２に出力し、送信回路２１４からの無線信号を送波する。同様に、アンテナ２２６は、捕捉した無線信号を受信回路２２２に出力し、送信回路２２４からの無線信号を送波する。

受信データ処理部２３０は、無線機２１０，２２０のいずれかがデータを受信したかを判定する手段を有する。受信データ処理部２３０は、受信回路２１２，２２２からの受信データに対して所定の処理を行った後、状態管理部２５０に必要なデータを出力する。受信データ処理部２３０は、自端末宛のデータ信号を受信した場合には、受信処理を行い、他の無線端末宛のデータ信号を受信した場合には、状態管理部２５０から出力された情報を用いて転送先を決定し、送信データ生成部２４０に出力する。

送信データ生成部２４０は、状態管理部２５０から取得した隣接する無線端末装置の情報を利用して、周辺の無線端末装置に送信する送信データを生成したり、受信データ処理部２３０から受け取った転送すべきデータを転送データとして生成し、生成された送信データや転送データを送信回路２１４又は送信回路２２４に出力する。

状態管理部２５０は、受信データ処理部２３０から受信データを受け取り、周辺の無線端末装置の状態情報や自端末の動作状態を管理し、必要な情報を記憶部２６０に記憶する。具体的には、状態管理部２５０は、コーディネータ１０１から周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストと、異なる無線方式毎に定められるリンクコストとに基づき、周辺無線端末装置の無線方式毎のコストを算出し、算出されたコストに応じて、送受信に使用する周辺無線端末装置を親として選択するとともに、通信に使用する無線方式を決定する。選択方法についての詳細は後述する。

無線方式決定部２７０は、送信データに応じて、送信に用いる無線機を無線機２１０と無線機２２０のいずれにするかについての決定を行う。

なお、受信データ処理部２３０、送信データ生成部２４０、状態管理部２５０及び無線方式決定部２７０の機能は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部２６０に格納されたプログラムに従って動作することによって実現されうる。このプログラムは、記憶媒体に格納して提供され、図示しないドライバを介して記憶部２６０に読み込まれるものであってもよく、また、ネットワークからダウンロードされて記憶部２６０に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が用いられてもよい。記憶部２６０は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）として実現されうる。また、上記各部の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよい。

（コストに基づく経路選択）
次に、本実施形態に係る無線システム１０の動作について説明する。前提として、無線システム１０は、無線ネットワークを構成するための具体的方法に依存するものではない。コーディネータ１０１及び無線端末装置１０２〜１０９は、自らの情報を周辺の無線端末装置に向けて送信する。無線端末装置１０２〜１０９は、周辺の無線端末装置から情報を得て、パケットの転送先を決定する。コーディネータ１０１及び各無線端末装置１０２〜１０９は、複数の無線方式を動作させ、周辺の無線端末装置と必要な情報を交換する。

以下では、コーディネータ１０１と他の無線端末装置１０２〜１０９とが通信する機能（ルーティングの伝搬）を実現する例を示す。各無線端末装置１０２〜１０９が送信する情報には、自らの無線端末装置のアドレス、ルーティング情報等が含まれる。ルーティング情報には、コーディネータ１０１からのパスコストが含まれる。

コーディネータ１０１は、パスコストを０に設定する。各無線端末装置１０２〜１０９は、周辺の無線端末装置からパスコストに関する情報を得られなかった場合、パスコストを予め定められた最大値に設定して送信する。これにより、パスコストには、最低値０と予め定められた最大値との範囲で所定の値が設定されることになる。

コーディネータ１０１以外の無線端末装置は、周辺の無線端末装置から受信したデータのうち、最もパスコストが小さい端末を親として選択し、親が送信したコストに無線方式、無線状態等に応じて数値化されたリンクコストを加算した合計のコストを自らのパスコストとする。前述のとおり、リンクコストとは、親の装置と自装置の端末間の１リンクにかかるコストを示している。

周辺の無線端末装置に向けて情報を送信するときには、自らのパスコストを含めて送信する。各無線端末装置１０２〜１０９がコーディネータ１０１に向けてデータを送信するときには、選択された親に向けてデータを送信する。コーディネータ１０１宛のデータを受信した場合にも、選択された親に向けてデータを送信する。これを繰り返すことにより、すべての無線端末装置からコーディネータ１０１への通信を、コストが低くなるような適切なルートで実現することができる。

（無線端末装置の識別情報）
無線端末装置にアドレス等の識別情報を付与する場合、通常は、各無線端末装置に一対一に識別情報を割り当て、識別情報により各無線端末装置が一意に定まるようにする。しかしながら、本実施形態に係る無線システム１０によれば、無線方式の数と同数の識別情報を各無線端末装置に割り当てる。

識別情報の付与方法の具体例を以下に説明する。
（１）用いる無線方式の数をＮで示す。各無線方式には、各無線方式を識別可能な番号０、１、・・・、Ｎ−１を付与する。各無線端末装置には、Ｎの倍数のアドレスを与える。各無線端末装置のアドレスに無線方式の番号を加えたものが、各無線端末装置の無線機（無線方式）毎のアドレスとして用いられることになる。

図３に、図１に示した無線端末装置の各無線機に上記方法でアドレスを割り当てた例を示す。実線で示した第１の無線方式を方式０、点線で示した第２の無線方式を方式１とする。コーディネータ１０１及び無線端末装置１０２〜１０９は、図１で示した無線端末装置と同じ構成である。各無線端末装置に対して円が２つ図示されているのは、各無線方式に対応した無線端末装置の無線機を示すためである。何れの円に対しても実線、点線のいずれかしか接続されていない。つまり、無線端末装置に設けられた２つの無線機は、方式０又は方式１のいずれか一方の無線方式により通信を行うことを示している。２つの円が太線でつながれているのは、同一の無線端末装置であることを示している。円の中の数字は各無線機に割り当てられたアドレスである。

例えば、図３に示したように、無線方式の数が方式０，１の２つの場合、コーディネータ１０１及び無線端末装置１０２〜１０９には、０，２，４・・・とアドレスが割り当てられる。アドレス０が割り当てられたコーディネータ１０１の方式０はアドレス０、アドレス０が割り当てられたコーディネータ１０１の方式１はアドレス１、アドレス２が割り当てられた無線端末装置１０２の方式０はアドレス２、アドレス２が割り当てられた無線端末装置１０２の方式１はアドレス３が識別番号となる。このように、同一無線端末装置であっても、無線方式毎に一対一に対応してアドレスが付与される。よって、アドレスにより、同一無線端末装置であっても無線方式毎に無線端末装置の２つの無線機を別々に識別することができる。

（２）アドレス空間、すなわち、アドレスを表現する数値の範囲をＮで割った数値をＸとする。各無線端末装置には０からＸの間のアドレスを与える。与えられたアドレスにＸ×Ｎを加えたものを各無線方式のアドレスとする。例えば、無線方式の数が２でアドレス空間が０〜６５５３６であったと仮定すると、アドレス０を割り当てられたコーディネータ１０１の方式０はアドレス空間の０、方式１はアドレス空間の３２７６８を使用する。アドレス１を割り当てられた無線端末装置１０２の方式０はアドレス空間の１、第２の方式１はアドレス空間の３２７６９を使用する。

このようなアドレスの割り当てを実現する具体的な手段の一例としては、コーディネータ１０１がすべてのアドレスを管理し、ネットワークに参加した無線端末装置はコーディネータ１０１に対してアドレスの割り当てを要求する。要求を受けたコーディネータ１０１は、必要な数のアドレスをまとめて各無線端末装置１０２〜１０９に割り当てる。この場合にも、必要な数のアドレスは、前述した規則に従った複数のアドレスであって、無線端末装置の数×無線方式の数となる。なお、上記アドレスの割り当てを実現する具体的な手段は、上記例に限られる必要はなく、他の方法により実現してもよい。

（パスコスト：例１）
以上に説明した構成のネットワークを構築し、上述した方法でパスコストを親から子へと引き継がせる。例えば、２つの無線方式が同等の通信速度であるときのように、２つの無線方式が同じ性質を有するため、リンクコストに無線方式毎の差異を設けなかった場合に引き継がれるパスコストの例１について、図４を参照しながら説明する。

図中の円、点線、実線、太線の意味は図３と同一である。図４における円中の数字は、図３とは異なり、コーディネータ１０１を基準無線端末装置としてコーディネータ１０１から周辺無線端末装置へと引き継がれたパスコストを示す。ここでは、説明を簡略化するために、すべてのリンクコストを１に設定するが、リンクコストはパスコストの値を考慮して適正値に設定される。コーディネータ１０１及び各無線端末装置１０２〜１０９の状態管理部２５０は各無線端末装置に１つ存在するため、同一無線端末装置の内部で管理されるその無線端末装置のパスコストが複数存在することはない。すなわち、複数の無線方式を用いた場合であっても、周辺の無線端末装置から受信したパスコストが最も小さいものだけが自装置で採用され、次に引き継がれることになる。

例えば、無線端末装置１０９において、実線で示したネットワークのみを通信に用いた場合、無線端末装置１０９が通信可能な周辺の無線端末装置は、無線端末装置１０６、１０８の２つとなる。無線端末装置１０６、１０８のパスコストは２であるため、無線端末装置１０９のパスコストは、無線端末装置１０６、１０８のパスコスト２とリンクコスト１とを加算した合計のコスト３となる。

しかし、実線で示したネットワークに加え点線のネットワークを通信に用いると、無線端末装置１０９が通信可能な周辺の無線端末装置に無線端末装置１０５が加わり、周辺の無線端末装置は、無線端末装置１０５、１０６、１０８の３つとなる。つまり、無線端末装置１０９には、実線及び点線のネットワークを用いることによって、無線端末装置１０６とのリンク及び無線端末装置１０８とのリンクに加えて、無線端末装置１０５とのリンクが存在することになる。このため、無線端末装置１０５との方式１（点線）を用いた通信により、無線端末装置１０９のパスコストは、引き継がれたパスコスト１とリンクコスト１とを加算した合計のコスト２となる。

なお、太線で示した同一無線端末装置の内部のリンクはコスト０で利用可能であるといえる。これは、同一の無線端末装置内の通信は、無線通信を伴わないために妥当なものと考えられる。

（パスコスト：例２）
次に、２つの無線方式の通信速度が顕著に異なるときのように、２つの無線方式が異なる性質を有するために無線方式に差異を設けた場合の例２について、図５を参照しながら説明する。具体的には、方式０（実線）のすべてのリンクコストを１００、方式１（点線）のすべてのリンクコストを１とした場合について説明する。例２では、方式１は長距離の通信が可能であるが、通信速度が低い場合を想定している。

ただし、リンクコストに１００倍の差異があったとしても、方式０と方式１とで通信速度に１００倍の違いがあるとは限らない。つまり、リンクコストは、必ずしも通信速度に比例しているわけではない。例えば、遅い通信方式は原則として使用しないようにするためにリンクコストを極めて大きく設定したり、消費電力の大きい通信方式に大きなリンクコストを設定したり、他のシステムとの混信が多く見込まれる通信方式のリンクコストを大きく設定する等、様々な観点からの抑止効果を期待したリンクコストの設定方法があり得る。

例２では、無線端末装置１０３と無線端末装置１０２との間の実線が描かれていない。これは、無線端末装置１０３と無線端末装置１０２との第１の無線方式（方式０）のリンクは利用できないことを示している。同様に、無線端末装置１０３と無線端末装置１０６の間、及び無線端末装置１０３と無線端末装置１０５の実線も描かれていない。よって、無線端末装置１０３と周辺の無線端末装置１０５、１０６との第１の無線方式（方式０）による通信も利用できない。従って、無線端末装置１０３は、やむを得ず、第２の無線方式（方式１）のリンクを用いて通信を行う。この結果、無線端末装置１０３のパスコストは、周辺の無線端末装置のパスコストのうちの最小値１とリンクコスト１００とを加算した合計のコスト１０１となる。また、無線端末装置１０９は、例１（図４）では、無線端末装置１０５を転送先として選択することにより、パスコストは２となった。しかし、例２（図５）の場合では、この経路のパスコストは１０１となる。このため、無線端末装置１０９は、無線端末装置１０６又は無線端末装置１０８を転送先として選択することにより、パスコストは３となる。

以上に説明したように、異なる無線方式にリンクコストの差を設けることにより、無線方式が高速な通信方式及び無線方式が低速な通信方式が混在するネットワークにおいて、高速な通信方式が使えない場合には低速な通信方式を使うことができる。また、中継回数が増加しても、高速な通信を用いた方がスループットを向上させることができる状況の場合にも、図５の無線端末装置１０９のように、パスコストのみでその状況を考慮した経路を選択でき、状況の変化に簡単に対応することができる。

なお、本実施形態に係る無線システム１０では、経路の選択に際し、次のようなルールが用いられた。
１．状態管理部２５０は、基準無線端末装置（コーディネータ）から周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストと、異なる無線方式毎に定められるリンクコストとに基づき、周辺無線端末装置の無線方式毎のコストを算出し、算出されたコストに応じて、送受信に使用する無線方式の周辺無線端末装置（無線機）を選択する。特に、本実施形態では、状態管理部２５０は、パスコストとリンクコストとの和を周辺無線端末装置の無線方式毎のコストとして算出し、算出されたコストが最も小さくなる無線方式の周辺無線端末装置を選択する。

２．周辺無線端末装置は複数であり、各無線機の受信回路２１２，２２２は、無線方式が認識可能な各周辺無線端末装置の識別情報と、基準無線端末装置から各周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストを含む送信情報とを前記複数の周辺無線端末装置から受信する。状態管理部２５０は、受信された情報のうち、前記識別情報から識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎に前記コストを算出し、算出されたコストに応じて、送受信に使用する周辺無線端末装置及び無線方式を選択する。

３．各無線機の送信回路２１４，２２４は、算出されたコストのうち、最も小さいコストを自装無線端末装置のパスコストとして含んだ送信情報と、当該無線端末装置の識別情報とを送信する。

（情報の記憶）
次に、図６を参照しながら、図５の通信状態において無線端末装置１０９が記憶部２６０に保持する周辺の無線端末装置の情報の例を説明する。無線端末装置１０９が、周辺の無線端末装置から情報を受信した場合、無線端末装置１０９の記憶部２６０に格納されている周辺の無線端末装置の情報が更新される。このように、無線端末装置１０１〜１０９の各記憶部２６０は、図６のようなテーブルを保持し、随時情報を更新している。

情報は、アドレス毎、つまり、各無線端末装置の無線機毎（無線方式毎）に格納される。例えば、図６では、無線端末装置１０９が受信機となっていて、図３に示したように、アドレスが第１の無線方式の場合に１６、第２の無線方式の場合に１７となっている。また、図６では、周辺の無線端末装置が、アドレス９の場合には図３に示した第２の無線方式の無線端末装置１０５、アドレス１０、１１の場合には図３に示した第１及び第２の無線方式の無線端末装置１０６、アドレス１４，１５の場合には図３に示した第１及び第２の無線方式の無線端末装置１０８と識別される。この例では、無線端末装置１０９は、第１の無線方式を用いて無線端末装置１０５と通信することはできない。よって、周辺端末のアドレス８に関する情報は記憶部２６０に記憶されていない。

以上に説明された情報を用いて転送先のアドレス（つまり親）を選択する際、状態管理部２５０は、周辺の無線端末装置毎のパスコスト及びリンクコストから、それらの合計値であるコストを算出し、記憶部２６０に記憶する。状態管理部２５０は、この結果に基づき、コストが最も小さいアドレス１０で示される第１の無線方式の無線端末装置１０６、又はアドレス１４で示される第１の無線方式の無線端末装置１０８を親として選択し、選択された装置に、送信機アドレス１６で示される第１の無線方式の無線端末装置１０９からデータが送信される。

記憶部２６０に記憶される情報としては、受信機アドレスを記憶する代わりに無線方式の種別を保持してもよい。また、前述したアドレス付与の規則を用いると、必ずしも、受信機アドレス若しくは無線方式の種別を記憶部２６０に保持する必要はない。周辺の無線端末装置のアドレスから、利用される無線方式を計算によって算出可能なためである。図６の例では、周辺の無線端末装置のアドレスが偶数の場合には受信機のアドレスが１６で識別される無線端末装置とデータを送受信し、周辺の無線端末装置のアドレスが奇数の場合には受信機のアドレスが１７で識別される無線端末装置とデータを送受信すればよい。

更に、周辺の無線端末装置のアドレスから、同一の無線端末装置か否かの判定を行うこともできる。例えば、各無線端末装置に割り当てられているアドレスの中で最も小さいアドレスを端末識別用アドレスとすると、通信状況が図５の場合であって、かつ各無線機のアドレスが図３の場合、無線機のアドレスが奇数だった場合には１を引いた数値が端末識別用アドレスとなり、無線機のアドレスが偶数だった場合にはそのままの数値が端末識別用アドレスとなる。

また、記憶部２６０に記憶した情報のうち、前述のようにパスコストとリンクコストから算出された合計のコストのうち、同一周辺無線端末装置のコストが高い無線方式に関する情報を除き、それ以外の各周辺無線端末装置の識別情報、パスコスト、リンクコスト、合計のコスト及び受信機の識別情報を記憶部２６０に記憶するようにしてもよい。例えば、周辺の無線端末装置のアドレスが同一の情報に対しては、合計のコストの値が最も小さい情報だけを保持するだけで同じ機能を実現できる。一例を図７に示す。取消し線を引いた部分は説明用に数値を記載したものであり、実際には情報を保持していない。つまり、周辺の無線端末装置のアドレス（端末識別用のアドレス）が同一のアドレス１０、１４の情報に対しては、合計のコストの値が小さい方の情報のみを記憶し、合計のコストの値が大きい方の情報は削除されている。なお、合計のコストが記憶されていれば、パスコスト及びリンクコストを記憶する必要はない。

このようにして、周辺の無線端末装置のアドレス毎に情報を保持するのではなく、受信機の必要アドレス毎に情報を保持することにより、記憶部２６０に保持する情報量を減らすことができる。ただし、この場合には、受信機アドレス又は無線方式の種別を記憶しておく必要がある。周辺の無線端末装置のアドレスを保持していないために、情報の送信時にどの無線種別を用いるべきかわからなくなる事態を回避するためである。

以上に説明したように、各周辺無線端末装置の識別情報から、例えば、数式で表すことができるような、予め定められた簡単なルールに基づき、無線端末装置及び周辺無線端末装置がそれぞれ有する複数の無線機の識別情報をそれぞれ生成することができる。このような規則性のあるアドレスの割り当て方法により、各装置が保持する必要のある情報量を削減できる。

また、図７に示した情報から、受信機アドレス欄、またはこれに代わる無線方式の種別欄に一度も現れないアドレス若しくは種別が存在した場合には、当該無線機（受信機）を停止させることも可能である。これによって、無線機が消費する電力を削減することができる。

（無線システムの動作）
最後、本実施形態に係る各無線端末装置の動作について、図８の親選択処理のフローチャートを参照しながら説明する。処理はステップＳ８０５から始まり、ステップＳ８０５にて、受信回路２１２、２２２のいずれかが、周辺の無線端末装置から無線方式毎のアドレス、基準無線端末装置であるコーディネータ１０１から周辺の無線端末装置までのパスコストを受信する。

次に、ステップＳ８１０にて、受信データ処理部２３０は、通信可能なすべての周辺無線端末装置から情報を受信したかを判定し、通信可能なすべての周辺無線端末装置から情報を受信するまで、ステップＳ８０５、８１０を繰り返す。

次に、ステップＳ８１５にて、状態管理部２５０は、周辺の無線端末装置毎にパスコストとリンクコストの合計をコストとして算出する。次に、ステップＳ８２０にて、状態管理部２５０は、少なくとも周辺の無線端末装置のアドレス、合計のコスト及び受信機のアドレス（自身の無線端末装置のアドレス）を記憶部２６０に記憶する。次に、ステップＳ８２５にて、算出された合計のコストが、最も小さくなる無線方式の周辺の無線端末装置を親として選択する。最後に、ステップＳ８３０にて、送信データ生成部２４０は、合計のコストを自身の無線端末装置のパスコストとして生成する。生成されたパスコストは、コーディネータ１０１から引き継がれたパスコストとして隣接する無線端末装置に送信される。

以上、本実施形態に係る無線システム１０によれば、複数の無線方式がネットワークに混在していることを意識することなく無線通信することが可能であり、このような状況によっても、複数の無線方式が持つ性質をコストに反映させることによって、それぞれが持つ特徴を利用した適切な経路選択が可能なネットワーク通信を実現することができる。この結果、高速通信・低速通信等の複数の通信速度を考慮した上での適切な経路選択、無線端末装置の故障若しくは無線端末装置間の無線リンクの切断による通信途絶の回避、無線端末装置の消費電力の削減等を実現することができる。

たとえば、本実施形態に係る無線端末装置では、各無線端末装置に無線方式の数に対応した個数の無線機が設けられている。そこで、本実施形態では無線機毎に異なるアドレスを割り当てることにより、同一無線端末装置のいずれかの無線機が故障した場合であっても、他の無線機と識別することができる。このため、故障した無線機を切り離して無線通信することができ、故障した無線方式の種別にしか対応していない無線端末装置が混在している場合等にも柔軟に対応することができる。

更に、各無線端末装置の記憶部２６０に格納された情報を通信の状況に応じて随時更新することにより、通信に不要な無線機の電源を切ることができる。これにより、無線端末装置の消費電力を削減することができる。

（変形例）
上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態では、リンクコストは、無線方式毎に固定した値に定められていた。しかしながら、リンクコストは、周辺無線端末装置と前記無線端末装置（受信機）との通信状態に応じて無線方式毎に動的に変化させるようにしてもよい。例えば、各無線端末装置の通信量等のネットワークの状況に応じて、無線方式毎に設定したリンクコストを変化させるようにしてもよい。これにより、複数の無線方式が持つ性質をより適切にコストに反映させることができ、それぞれが持つ特徴を利用したより適切な経路選択が可能なネットワーク通信を実現することができる。

上記実施形態において、各部の動作は互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作及び一連の処理として置き換えることができる。これにより、無線端末装置の実施形態を、無線通信方法の実施形態及び無線端末装置が有する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムの実施形態とすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本発明に係る無線システムを構成する無線端末装置は、携帯電話であってもよく、その他の携帯型端末装置であってもよい。本発明に係る無線端末装置のうち、基準無線端末装置は、例えば、スマートグリッドにおけるスマートメータであってもよい。また、本発明に係るその他の無線端末装置は、例えば、スマートメータと通信する、テレビ、プロジェクタ、ＤＶＤレコーダ、ブルーレイレコーダ、音楽プレイヤ、ゲーム機器、エアコンディショナ、洗濯機、冷蔵庫等の家電機器、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、プリンタ、スキャナ等の情報処理機器、または照明機器、湯沸かし器等のその他の電気を使用する機器であってもよい。ただし、本発明に係る無線端末装置は、これらに限られるものではなく、複数の無線方式を用いて無線通信が可能ないかなる機器も適用可能である。

１０ 無線システム
１０１ コーディネータ
１０２〜１０９ 無線端末装置
２１０、２２０ 無線機
２１２，２２２ 受信回路
２１４、２２４ 送信回路
２１６，２２６ アンテナ
２３０ 受信データ処理部
２４０ 送信データ生成部
２５０ 状態管理部
２６０ 記憶部
２７０ 無線方式決定部

Claims (6)

1. 複数の無線方式を用いて複数の周辺無線端末装置と通信可能なネットワークを構成する無線端末装置であって、
   無線方式が認識可能な各周辺無線端末装置の識別情報と、基準無線端末装置から各周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストを含む送信情報とを前記複数の周辺無線端末装置から受信する受信部と、
   前記周辺無線端末装置と前記無線端末装置との通信状態に応じて前記無線方式毎に動的に与えられるリンクコストと前記パスコストとの和を前記識別情報から識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストとして算出し、算出されたコストが最も小さくなる周辺無線端末装置及び無線方式を選択する状態管理部と、
   前記無線端末装置が基準無線端末装置である場合は０を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できなかった場合は予め定められた最大値を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できた場合には前記算出されたコストのうち、最も小さいコストを前記無線端末装置のパスコストとして設定する送信データ生成部と、
   前記無線端末装置のパスコストを含んだ送信情報と、前記無線端末装置の識別情報とを送信する送信部と、を備え、
   前記送信部は、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であって、基準無線端末装置に向けてデータを送信する場合、及び、基準無線端末宛のデータを受信した場合には、前記選択された無線方式を用いて前記選択された周辺無線端末装置に向けてデータを送信すること
   を特徴とする無線端末装置。
2. 前記無線端末装置及び前記各周辺無線端末装置はそれぞれ、複数の無線方式による無線通信が可能な複数の無線機を有し、
   前記状態管理部は、
   前記各周辺無線端末装置の識別情報から、予め定められた規則に基づき、前記無線端末装置及び前記各周辺無線端末装置がそれぞれ有する複数の無線機の識別情報をそれぞれ生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。
3. 前記パスコスト及び前記リンクコストに基づき、前記識別情報により識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストを算出し、算出されたコストのうち、同一周辺無線端末装置のコストが高い無線方式のコストに関する情報を除いて、前記各周辺無線端末装置の識別情報、前記算出されたコスト及び前記無線端末装置の無線機の識別情報を記憶する記憶部を更に備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線端末装置。
4. 前記状態管理部は、
   前記記憶部に前記無線端末装置のいずれかの無線機の識別情報が記憶されていないとき、前記記憶されていない識別情報により識別される無線機の作動を停止させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線端末装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の無線端末装置を有する無線システム。
6. 複数の無線方式を用いて周辺無線端末装置と通信可能なネットワークを構成する無線端末装置を用いた無線通信方法であって、
   無線方式が認識可能な各周辺無線端末装置の識別情報と、基準無線端末装置から各周辺無線端末装置までの経路毎に定められるパスコストを含む送信情報とを前記複数の周辺無線端末装置から受信するステップと、
   前記周辺無線端末装置と前記無線端末装置との通信状態に応じて前記無線方式毎に動的に与えられるリンクコストと前記パスコストとの和を前記識別情報から識別される各周辺無線端末装置の無線方式毎のコストとして算出し、算出されたコストが最も小さくなる周辺無線端末装置及び無線方式を選択するステップと、
   前記無線端末装置が基準無線端末装置である場合は０を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できなかった場合は予め定められた最大値を前記無線端末装置のパスコストとして設定し、前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であり、前記周辺無線端末装置からパスコストに関する情報を受信できた場合には前記算出されたコストのうち、最も小さいコストを前記無線端末装置のパスコストとして設定するステップと、
   前記無線端末装置のパスコストを含んだ送信情報と、前記無線端末装置の識別情報とを送信するステップと、
   前記無線端末装置が基準無線端末装置以外の無線端末装置であって、基準無線端末装置に向けてデータを送信する場合、及び、基準無線端末宛のデータを受信した場合には、前記選択された無線方式を用いて前記選択された周辺無線端末装置に向けてデータを送信するステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
   

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