JP6395977B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Description
図19は、ネットワーク構成の一例を示す図である。ネットワーク90には、ゲートウェイ91およびノード92a〜cが存在する。ノード92aは、ノード92bに隣接するとともに、ノード92bおよびノード92cの上位ノードである。ノード92bは、ノード92cに隣接するとともに、ノード92cの上位ノードである。
図20は、上り経路を更新するシーケンスを示す図である。
ゲートウェイは、上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、定期的にブロードキャストで送信する(S801)。ゲートウェイから上り経路制御メッセージを受信したノード92aは、ゲートウェイへの上り経路情報を更新する(S802)。ノード92aは、更新した上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する(S803)。ノード92bはノード92aからの上り経路制御メッセージを受信し、ゲートウェイへの上り経路情報を更新する(S804)。ノード92bは、更新した上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する(S805)。ノード92cはノード92bからの上り経路制御メッセージを受信し、ゲートウェイへの上り経路情報を更新する(S806)。ノード92cは、更新した上り経路情報を上り経路制御メッセージに設定し、ブロードキャストで送信する(S807)。
図21は、下り経路を更新するシーケンスを示す図である。ノード92a〜cは、下り経路制御メッセージを隣接する上位ノードに定期的にユニキャストで送信する。
ノード92cは、隣接する上位ノードであるノード92bに下り経路制御メッセージをユニキャストで送信する(S901)。下り経路制御メッセージを受信したノード92bは、ノード92cへの下り経路情報を更新する(S902)。また、ノード92bは、更新した下り経路情報を設定した下り経路制御メッセージを、隣接する上位ノードであるノード92aに送信する(S903)。下り経路制御メッセージを受信したノード92aは、ノード92cへの下り経路情報を更新する(S904)。また、ノード92aは、更新した下り経路情報を設定した下り経路制御メッセージを、ゲートウェイに送信する(S905)。下り経路制御メッセージを受信したゲートウェイは、ノード92cへの下り経路情報を更新する(S906)。
まず、本発明のネットワーク構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係るネットワーク10の構成の一例を示す図である。ネットワーク10は、ゲートウェイ11および無線通信装置としてのノード12a〜dにより構成されるネットワークである。また、ネットワーク10は、ゲートウェイ11を根とするツリー構造のネットワークである。ゲートウェイ11は、ネットワークを構築し、ノードと直接または他のノードを介してデータを送受信する。また、ゲートウェイ11は、ゲートウェイ11の上位に接続する装置や他のネットワークとデータを送受信する。
図2は、実施の形態1に係るノード12aの機能構成の一例を示すブロック図である。ノード12aは、アプリケーション部21、ネットワーク制御部22、経路保存部23、無線通信制御部24、ネットワークインタフェース制御部25およびセンサインタフェース制御部26を備えている。無線通信制御部24には、無線アンテナ30が接続されている。ネットワークインタフェース制御部25はノード12aに接続されている他のネットワークとデータを送受信する。データは制御情報の場合もある。また、センサインタフェース制御部26にはセンサ27が接続されている。
なお、複数の処理回路が連携して、アプリケーション部21、ネットワーク制御部22および無線通信制御部24の機能を実行するように構成してもよい。
ネットワークインタフェース34は、ネットワークインタフェース制御部25の機能を実現する。
まず、他のノードから無線信号を受信する場合について説明する。
無線アンテナ30は、他のノードが送信した無線信号を受信し、無線通信制御部24に出力する。無線通信制御部24は、無線アンテナ30から入力された無線信号をフレームに変換し、フレームの宛先を確認する。宛先には、MACアドレスとネットワークアドレスの2つが設定されている。MACアドレスは、経路上の次のノードを示す宛先である。ネットワークアドレスは、フレームの届け先の宛先である。
ネットワークインタフェース制御部25からデータが入力されると、アプリケーション部21はネットワーク制御部22にデータを出力する。また、センサ27から測定値が入力されると、センサインタフェース制御部26はあらかじめ指定した形式のデータに変換する処理を行い、データをアプリケーション部21に出力する。アプリケーション部21は、ネットワークインタフェース制御部25またはセンサインタフェース制御部26から入力されたデータと、宛先のネットワークアドレスをネットワーク制御部22に出力する。ネットワーク制御部22は、アプリケーション部21から入力されたデータをフレームのデータ部分に設定し、宛先のネットワークアドレスをフレームのヘッダに設定する。また、ネットワーク制御部22は、次に転送するノードのMACアドレスを経路保存部23に問い合わせる。ネットワーク制御部22は、経路保存部23から取得したMACアドレスとフレームを、無線通信制御部24に出力する。無線通信制御部24は、ネットワーク制御部22から入力されたMACアドレスをフレームのヘッダに設定する。また、無線通信制御部24は、フレームを無線信号に変換し、無線信号を無線アンテナ30に出力する。
ネットワーク制御部22は、自ノードのアドレス、ランク情報および有効期間を保持している。有効期間は経路情報の有効期間であり、パラメータとしてあらかじめ指定される値である。
まず、経路設定要求のフォーマットについて説明する。
図4は、実施の形態1に係る経路設定要求のフォーマットの一例を示す図である。経路設定要求は、メッセージ種別フィールド、経路設定フィールド、経路数フィールドおよび経路フィールドにより構成される。メッセージ種別には、経路設定要求を示す識別子が設定される。経路設定フィールドには、固定経路有効、除外経路有効または無効が設定される。固定経路有効は、経路フィールドで示す経路を固定経路に設定することを示す。除外経路有効は、経路フィールドで示す経路を除外経路に設定することを示す。無効は、すでに設定されている固定経路および除外経路を無効にすることを示す。経路数フィールドは、経路フィールドに設定される経路の数が設定される。経路フィールドには、設定対象の経路としてノードのネットワークアドレスが設定される。経路数フィールドにNが設定されている場合、経路フィールドにはN個の経路が設定される。
図5は、実施の形態1に係るネットワーク制御部22の処理を示すフローチャートである。ノード12cのネットワーク制御部22は、ノード12aを介してゲートウェイ11からの経路設定要求を受信すると処理を開始する。ネットワーク制御部22は、経路設定要求の経路設定の値を判定する(ステップS301)。経路設定が固定経路有効に設定されている場合、ネットワーク制御部22は、ノード12cの固定経路を有効化する処理を行う(ステップS302)。ネットワーク制御部22は、固定経路を有効化する処理として経路フィールドで示される経路を固定経路リストに登録し、処理を終了する。固定経路リストは、経路保存部23が保持している(ステップS303)。
図6は、実施の形態1に係るネットワーク制御部22の処理を示すフローチャートである。ノード12cのネットワーク制御部22は、ノード12aからDIOを受信すると処理を開始する。ネットワーク制御部22は、現在の経路設定を判定する(ステップS401)。固定経路および除外経路が無効に設定されている場合、受信したDIOで通知された経路情報に基づき、ネットワーク制御部22は上り経路を選択する。ネットワーク制御部22は、RPLの標準プロトコルに従って上り経路を決定する。例えば、最短の中継回数で選択する方式、受信電界強度の強弱によって選択する方式がある。ネットワーク制御部22は、上り経路として決定した隣接する上位ノードを上り経路情報の次ノードアドレスに設定する(ステップS402)。続いて、ネットワーク制御部22は、上り経路として決定した上位ノードに対して、下り経路制御メッセージであるDAOを送信する。ノード12aを上り経路として選択した場合、ネットワーク制御部22は、DAOをノード12aに送信する。上述したように、上位ノードは、DAOを受信することでノード12cへの下り経路情報を設定する(ステップS403)。
図7は、実施の形態1に係るゲートウェイ11がノード12cに固定経路を設定する動作を示す模式図である。
ゲートウェイ11がノード12cに対してリンク13cを固定経路に設定する経路設定要求を送信する場合、経路設定フィールドには固定経路有効、経路数フィールドには1、経路フィールドにはノード12aのネットワークアドレスが設定される。
図9は、実施の形態1に係るノード12cがノード12aおよび12bからDIOを受信する動作を示す模式図である。ノード12cの固定経路リストにノード12aが登録されている場合、ノード12cは、固定経路リストに登録されているノード12aからDIOを受信すると、ノード12aを上り経路として選択し、ノード12aにDAOを送信する。また、ノード12cは、固定経路リストに登録されていないノード12bからDIOを受信すると、受信したDIOを破棄する。したがって、ノード12cは、固定経路として設定されたノード12aを経由する上り経路を設定する。
図10は、実施の形態1に係るゲートウェイ11がノード12cに除外経路を設定する動作を示す模式図である。
ゲートウェイ11がノード12cに対してリンク13dを除外経路に設定する経路設定要求を送信する場合、経路設定フィールドには除外経路有効、経路数フィールドには1、経路フィールドにはノード12bのネットワークアドレスが設定される。
図12は、実施の形態1に係るノード12cがノード12aおよび12bからDIOを受信する動作を示す模式図である。ノード12cの除外経路リストにノード12bが登録されている場合、ノード12cは、除外経路リストに登録されていないノード12aからDIOを受信すると、ノード12aを上り経路として選択しノード12aにDAOを送信する。また、ノード12cは、除外経路リストに登録されているノード12bからDIOを受信すると、受信したDIOを破棄する。したがって、ノード12cは、除外経路として設定されたノード12b以外のノードを経由する上り経路を設定することになる。
図13は、実施の形態1に係るノード12cが固定経路を変更する動作を示す模式図である。
図14は、実施の形態1に係るネットワーク制御部22の処理を示すフローチャートである。ノード12cは、固定経路として指示されたノード12aを、ゲートウェイ11への上り経路情報の次ノードアドレスに設定している状態とする。このとき、ノード12cのネットワーク制御部22は、ノード12bを固定経路として設定する経路設定要求を受信すると処理を開始する。ノード12cのネットワーク制御部22は、固定経路リストを参照し、固定経路リストに登録されているノードがあるか判定する(ステップS501)。固定経路リストに登録されているノードがある場合、ノード12cのネットワーク制御部22は、登録されていたノード12aを固定経路リストから削除する(ステップS502)。また、ノード12cのネットワーク制御部22は、経路設定要求で通知されたノード12bを固定経路リストに登録する(ステップS503)。
また、ネットワーク制御部22は、経路設定要求により第1の隣接のノードを経由する上り経路を指示され、第2の隣接のノードから受信した上り経路制御メッセージが入力された場合、第2の隣接のノードを宛先とする下り経路制御メッセージを出力しないので、固定経路以外の第2の隣接のノードとの経路を確立しないようにすることができる。
また、ネットワーク制御部22は、経路設定要求により第3の隣接のノードを除外する上り経路を指示され、第3の隣接のノードから受信した上り経路制御メッセージが入力された場合、第3の隣接のノードを宛先とする下り経路制御メッセージを出力しないので、除外経路として指示された第3の隣接のノードとの経路を確立しないようにすることができる。
以上の実施の形態1では、経路設定要求により経路を固定化するようにしたものであるが、本実施の形態では、固定化した経路に通信障害が発生した場合の実施形態を示す。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1と異なる部分について、説明する。
図16は、実施の形態2に係るノード12aのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。実施の形態1のノード12aのハードウェア構成との違いは、タイマ36が追加されていることである。タイマ36は、経路維持タイマ28の機能を実現する。
図17は、実施の形態2に係るネットワーク制御部22の処理を示すフローチャートである。ノード12cのネットワーク制御部22は、ノード12aを固定経路とする経路設定要求メッセージを受信すると、処理を開始する。ノード12cのネットワーク制御部22は、経路維持タイマ28を起動する(ステップS601)。ノード12cのネットワーク制御部22は、固定経路に設定したノード12aからのDIOを受信待ちする(ステップS602)。ノード12cのネットワーク制御部22は、固定経路に設定したノード12aからDIOを受信したか判定する(ステップS603)。ノード12aからDIOを受信した場合、経路維持タイマ28をリセットする(ステップS604)。ノード12aからDIOを受信しない場合、処理はステップS603に進む。
図18は、実施の形態2に係るネットワーク制御部22の処理を示すフローチャートである。経路維持タイマ28がタイムアウトした場合、ノード12cのネットワーク制御部22は処理を開始する。経路維持タイマ28がタイムアウトした場合、ノード12cのネットワーク制御部22は固定経路(ノード12a)に通信障害が発生したと判定する(ステップS701)。通信障害と判定した場合、ノード12cのネットワーク制御部22は、固定経路以外の経路の経路情報を収集する。収集する経路情報は、例えば、経路の中継回数や受信電界強度といった、経路選択に必要な情報である(ステップS702)。ノード12cのネットワーク制御部22は、通信障害通知を作成する。通信障害通知には、通信障害が発生したことと、収集した経路情報が含まれる(ステップS703)。
11、91 ゲートウェイ
12a〜e、92a〜c ノード
13a〜e リンク
21 アプリケーション部
22 ネットワーク制御部
23 経路保存部
24 無線通信制御部
25 ネットワークインタフェース制御部
26 センサインタフェース制御部
27 センサ
28 経路維持タイマ
30 無線アンテナ
31 メモリ
32 プロセッサ
33 センサインタフェース
34 ネットワークインタフェース
35 無線インタフェース
36 タイマ
Claims (11)
- 他の無線通信装置を介して経路制御に関するメッセージが含まれた自無線通信装置宛の無線信号を受信すると前記メッセージを出力する無線通信制御部と、
前記無線通信制御部から入力された前記メッセージがゲートウェイに向かう上り経路として経由する隣接の無線通信装置を指示する経路設定要求の場合、自無線通信装置のアドレス情報を含む下り経路制御メッセージを前記経路設定要求の指示を満たす上り経路宛として出力するネットワーク制御部と、
を備え、
前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された場合、前記第1の隣接の無線通信装置から受信した上り経路制御メッセージが入力されると、前記第1の隣接の無線通信装置を宛先とする前記下り経路制御メッセージを出力し、
前記無線通信制御部は、前記ネットワーク制御部から入力された前記下り経路制御メッセージを前記第1の隣接の無線通信装置に送信することを特徴とする無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示され、第2の隣接の無線通信装置から受信した上り経路制御メッセージが入力された場合、前記第2の隣接の無線通信装置を宛先とする前記下り経路制御メッセージを出力しないことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 上り経路に関する経路情報を保持する経路保存部を備え、
前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された場合、前記第1の隣接の無線通信装置のアドレス情報を含む上り経路情報を前記経路保存部の固定経路リストに登録することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された後に新たな前記経路設定要求により前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を無効にする旨を指示された場合、前記固定経路リストから前記第1の隣接の無線通信装置のアドレス情報を含む上り経路情報を削除することを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
- 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された後に新たな前記経路設定要求により第2の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された場合、前記第1の隣接の無線通信装置を宛先として自無線通信装置への下り経路を無効にする旨の下り経路制御メッセージを出力し、
前記無線通信制御部は、前記ネットワーク制御部から入力された前記下り経路制御メッセージを前記第1の隣接の無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1から4いずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示する前記経路設定要求を受信してから予め定められた時間が経過しても前記第1の隣接の無線通信装置から上り経路制御メッセージを受信しない場合、他の隣接の無線通信装置を介して前記ゲートウェイに前記第1の隣接の無線通信装置の通信障害を通知する通信障害通知を送信することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により第3の隣接の無線通信装置を除外する上り経路を指示され、第4の隣接の無線通信装置から受信した上り経路制御メッセージが入力された場合、前記第4の隣接の無線通信装置を宛先とする前記下り経路制御メッセージを出力し、
前記無線通信制御部は、前記ネットワーク制御部から入力された前記下り経路制御メッセージを前記第4の隣接の無線通信装置に送信することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第3の隣接の無線通信装置を除外する上り経路を指示され、前記第3の隣接の無線通信装置から受信した上り経路制御メッセージが入力された場合、前記第3の隣接の無線通信装置を宛先とする前記下り経路制御メッセージを出力しないことを特徴とする請求項7に記載の無線通信装置。
- 上り経路に関する経路情報を保持する経路保存部を備え、
前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第3の隣接の無線通信装置を除外する上り経路を指示された場合、前記第3の隣接の無線通信装置のアドレス情報を含む上り経路情報を前記経路保存部の除外経路リストに登録することを特徴とする請求項7または8に記載の無線通信装置。 - 前記ネットワーク制御部は、前記経路設定要求により前記第3の隣接の無線通信装置を除外する上り経路を指示された後に新たな前記経路設定要求により第3の隣接の無線通信装置を除外する経路を無効にする旨を指示された場合、前記除外経路リストから前記第3の隣接の無線通信装置のアドレス情報を含む上り経路情報を削除することを特徴とする請求項9に記載の無線通信装置。
- 他の無線通信装置を介して経路制御に関するメッセージが含まれた自無線通信装置宛の無線信号を受信すると前記メッセージを出力する無線通信制御ステップと、
前記無線通信制御ステップから入力された前記メッセージがゲートウェイに向かう上り経路として経由する隣接の無線通信装置を指示する経路設定要求の場合、自無線通信装置のアドレス情報を含む下り経路制御メッセージを前記経路設定要求の指示を満たす上り経路宛として出力するネットワーク制御ステップと、
前記経路設定要求により第1の隣接の無線通信装置を経由する上り経路を指示された場合、前記第1の隣接の無線通信装置から受信した上り経路制御メッセージが入力されると、前記第1の隣接の無線通信装置を宛先とする前記下り経路制御メッセージを前記第1の隣接の無線通信装置に送信する下り経路制御メッセージ送信ステップと、
を有する無線通信方法。
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