JP6604243B2 - 近距離無線通信用メッシュネットワークシステム、近距離無線通信方法および近距離無線通信プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、経路選択の負荷量を軽減し、近距離メッシュ無線通信を行うメッシュネットワークにおける効率的な通信を可能にする近距離無線通信用メッシュネットワークシステム、近距離無線通信方法および近距離無線通信プログラムを提供することを、その目的としている。
前記ゲートウェイは、前記ネットワーク管理機能として、メッシュネットワーク構築動作モードとネットワークサービス提供動作モードとの二つのネットワーク動作モードを有し、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいては、各前記通信ノードから、それぞれの前記通信ノードとの間の無線通信が可能な周辺の通信ノードに関する情報を収集することにより、各前記通信ノードそれぞれの階層と経路とに関するネットワーク情報を作成して、擬似的なユニキャスト通信方式により、無線通信が可能な前記通信ノードそれぞれに対して、該当するそれぞれの階層と経路とに関する前記ネットワーク情報を通知して、メッシュネットワークを構築した後、擬似的なブロードキャスト通信方式により、無線通信が可能な全ての前記通信ノードに対して、ネットワークサービスを開始する旨の指示を通知して、前記メッシュネットワーク構築動作モードから前記ネットワークサービス提供動作モードに移行させ、
一方、各前記通信ノードは、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいて前記ゲートウェイから擬似的なユニキャスト通信方式によりそれぞれに通知されてきた前記ネットワーク情報を保存し、前記ゲートウェイから擬似的なブロードキャスト通信方式によりネットワークサービスを開始する旨の指示を受け取って前記ネットワークサービス提供動作モードに移行した以降において、データの送受信を行う際に、保存した前記ネットワーク情報に従ってデータの送受信動作を行うことを特徴とする。
前記ゲートウェイは、前記ネットワーク管理機能として、メッシュネットワーク構築動作モードとネットワークサービス提供動作モードとの二つのネットワーク動作モードを有し、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいては、各前記通信ノードから、それぞれの前記通信ノードとの間の無線通信が可能な周辺の通信ノードに関する情報を収集することにより、各前記通信ノードそれぞれの階層と経路とに関するネットワーク情報を作成して、擬似的なユニキャスト通信方式により、無線通信が可能な前記通信ノードそれぞれに対して、該当するそれぞれの階層と経路とに関する前記ネットワーク情報を通知して、メッシュネットワークを構築した後、擬似的なブロードキャスト通信方式により、無線通信が可能な全ての前記通信ノードに対して、ネットワークサービスを開始する旨の指示を通知して、前記メッシュネットワーク構築動作モードから前記ネットワークサービス提供動作モードに移行させ、
一方、各前記通信ノードは、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいて前記ゲートウェイから擬似的なユニキャスト通信方式によりそれぞれに通知されてきた前記ネットワーク情報を保存し、前記ゲートウェイから擬似的なブロードキャスト通信方式によりネットワークサービスを開始する旨の指示を受け取って前記ネットワークサービス提供動作モードに移行した以降において、データの送受信を行う際に、保存した前記ネットワーク情報に従ってデータの送受信動作を行うことを特徴とする。
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、近距離無線通信用のメッシュネットワークに関する経路情報を、ゲートウェイ(Gateway:GW)またはクラウド上のサーバによって作成・管理し、各通信ノード(例えばセンサノード)における送信データの転送先を該経路情報によって制御することにより、メッシュネットワーク上の故障状態やトラフィック状態を、低機能の通信ノード(例えばセンサノード)側であっても把握することを可能にし、無線通信を効率的に行えるようにすることを主要な特徴としている。
次に、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムの一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムは、データの入出力を行う入出力機器(センサノードの場合は対象とする情報を測定して取得するセンサ)と無線通信を行う無線機器とを少なくとも備えた複数の通信ノード(例えばセンサネットワークの場合はセンサノード)と、ネットワーク管理機能として、各通信ノードを無線接続するメッシュネットワークを構築し、各通信ノードの経路情報を管理する機能を少なくとも備えたゲートウェイ(Gateway:GW)と、を少なくとも備えて構成される。なお、メッシュネットワークを構築し、各通信ノードの経路情報を管理するネットワーク管理機能は、ゲートウェイではなく、該ゲートウェイが接続されるクラウド上のサーバ側に備えるようにしても良いが、以下の説明においては、ゲートウェイに備えている場合について説明する。
まず、ゲートウェイにおいて、無線通信可能な状態にある通信ノード(センサノード)のMACアドレスを登録するWLリスト(White List:WL)の作成手順について、その一例を、図1のネットワーク構成図を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのネットワーク構成例を示すネットワーク構成図であり、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのメッシュネットワーク構築動作モードにおける第1の手順として無線通信可能な通信ノードに関する情報を収集する手順の一例を説明するために用いる説明図でもある。以下に、図1を参照しながら、最上位のゲートウェイ1において、無線通信が可能な全ての通信ノードi(センサノードi:i=2,3,…,16)のMACアドレスを取得して、通信可能な通信ノード登録用の登録リストすなわちWLリスト(White List:WL)を作成するまでの手順の一例を説明する。
次に、WLリストの作成を終了したゲートウェイ1が、各通信ノードiの階層(ランク)を決定するとともに、経路を決定する動作について、その一例を、図2、図3、図4の各説明図を用いて順次説明する。まず、図2は、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのメッシュネットワーク構築動作モードにおける第2の手順の一ステップとして作成した無線通信可能な通信ノードに関する隣接行列の一例を説明するための説明図であり、各通信ノードが近距離無線通信を行うメッシュネットワークの構成を決定するために作成した隣接行列の一例を説明している。なお、図2の左側のネットワーク構成図は、図1に示したネットワーク構成図を再掲したものである。
隣接行列A=(ai,j)
ai,j:センサノードiからセンサノードjが見えるか否かを示す。
(ai,j=1:見える、ai,j=0:見えない)
として作成する。
a1,2=1、a1,3=1、a1,4=1、
その他の要素は全て‘0’、すなわち、a1,j=0(j=5,6,…,16)
また、自分自身は見えないものとし、a1,1=0
ゲートウェイ1は、第2の手順において、各通信ノードiの階層(ランク)と経路とを決定し、近距離無線通信用のメッシュネットワークの構成を決定すると、次に、各通信ノードiへの経路を把握しているゲートウェイ1は、図5に示すように、各通信ノードiそれぞれへの経路を指定して、かつ、各通信ノードiそれぞれを単一の送信先として指定した擬似的なユニキャスト通信方式を用いて、決定したそれぞれの通信ノードiの階層(ランク)と送受信先を示す経路とに関するネットワーク情報を、各通信ノードiに対して通知する。図5は、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのメッシュネットワーク構築動作モードにおける第3の手順として各通信ノードの階層(ランク)と経路とに関するネットワーク情報を該当する通信ノードそれぞれに対して通知する手順の一例を説明するための説明図である。
ゲートウェイ1は、第3の手順において、全ての通信ノードiに対して、それぞれの通信ノードiの階層(ランク)と経路とに関するネットワーク情報の通知を完了すると、次に、ゲートウェイ1は、図6に示すように、擬似的なブロードキャスト通信方式により、全ての通信ノードiに対して、ネットワーク全体のサービスの開始を通知する。図6は、本発明に係る近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのメッシュネットワーク構築動作モードにおける第4の手順としてネットワーク全体のサービスを開始する旨の情報を全ての通信ノードに対して通知する手順の一例を説明するための説明図である。
第4の手順において、全ての通信ノードiに対するネットワーク全体のサービス開始通知が終了すると、近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムのメッシュネットワーク構築動作モードは終了し、ネットワークサービス提供動作モード(センサネットワークの場合には通常測定動作モード)に移行して、ネットワークシステムとしてのサービスを開始する。ここで、通信ノードiが、対象の情報の測定を行うセンサノードであった場合には、前述したように、ネットワークシステムのサービス提供動作モードとして、各センサノードにおける測定結果に関する測定データを送受信する通常測定動作モードに移行する。
ゲートウェイ1は、各センサノードi(通信ノードi)に対する制御を行う機能も備えている。例えば、前述の第5の手順により、特定のセンサノードi(通信ノードi)からの測定データの一種として、当該センサノードi(通信ノードi)に対する制御を行うことが要求されてきた場合、ゲートウェイ1は、要求された制御を行うための制御情報を作成して、当該センサノードi(通信ノードi)に対して、擬似的なユニキャスト通信方式により、作成した制御情報を送信する。
以上の実施形態の説明においては、近距離無線通信用のメッシュネットワークシステムを構成する各通信ノードiの階層(ランク)、経路に関するネットワーク情報を、ゲートウェイ1において作成し、管理するようにしているが、該ゲートウェイ1の代わりに、該ゲートウェイが接続されているクラウド上のサーバを用いて、該ネットワーク情報を作成、管理するようにしても良いし、あるいは、該ゲートウェイを用いる代わりに、ゲートウェイの一種であるルータを用いてメッシュネットワークを構成している場合には、ルータが、該ネットワーク情報を作成、管理するようにしても良い。
以上に詳細に説明したように、本実施形態においては、以下のような効果を奏することができる。
1a ゲートウェイ
1b ゲートウェイ
1c ゲートウェイ
2 通信ノード(センサノード)
2a 通信ノード(センサノード)
2b 通信ノード(センサノード)
2c 通信ノード(センサノード)
3 通信ノード(センサノード)
3a 通信ノード(センサノード)
3b 通信ノード(センサノード)
3c 通信ノード(センサノード)
4 通信ノード(センサノード)
4a 通信ノード(センサノード)
4b 通信ノード(センサノード)
4c 通信ノード(センサノード)
・・・
16 通信ノード(センサノード)
16a 通信ノード(センサノード)
16b 通信ノード(センサノード)
16c 通信ノード(センサノード)
20 サーバ
20a サーバ
20b サーバ
20c サーバ
21 サーバ
Claims (10)
- 複数の通信ノードとネットワーク管理機能を備えたゲートウェイとを有し、前記通信ノード間または前記通信ノードと前記ゲートウェイとの間のメッシュ無線通信を行う近距離無線通信用メッシュネットワークシステムであって、
前記ゲートウェイは、前記ネットワーク管理機能として、メッシュネットワーク構築動作モードとネットワークサービス提供動作モードとの二つのネットワーク動作モードを有し、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいては、各前記通信ノードから、それぞれの前記通信ノードとの間の無線通信が可能な周辺の通信ノードに関する情報を収集することにより、各前記通信ノードそれぞれの階層と経路とに関するネットワーク情報を作成して、擬似的なユニキャスト通信方式により、無線通信が可能な前記通信ノードそれぞれに対して、該当するそれぞれの階層と経路とに関する前記ネットワーク情報を通知して、メッシュネットワークを構築した後、擬似的なブロードキャスト通信方式により、無線通信が可能な全ての前記通信ノードに対して、ネットワークサービスを開始する旨の指示を通知して、前記メッシュネットワーク構築動作モードから前記ネットワークサービス提供動作モードに移行させ、
一方、各前記通信ノードは、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいて前記ゲートウェイから擬似的なユニキャスト通信方式によりそれぞれに通知されてきた前記ネットワーク情報を保存し、前記ゲートウェイから擬似的なブロードキャスト通信方式によりネットワークサービスを開始する旨の指示を受け取って前記ネットワークサービス提供動作モードに移行した以降において、データの送受信を行う際に、保存した前記ネットワーク情報に従ってデータの送受信動作を行うことを特徴とする近距離無線通信用メッシュネットワークシステム。 - 各前記通信ノードの階層は、前記ゲートウェイおよび各前記通信ノードそれぞれがいずれの前記通信ノードと無線通信が可能な状態にあるか否かを示す隣接行列および該隣接行列のべき乗計算を行った結果に応じて決定し、各前記通信ノードの経路は、最下位層の階層にランク付けられた前記通信ノードから開始して、無線通信が可能な一つ上の階層のいずれかの前記通信ノードへの経路を求める手順を最上位の階層に相当する前記ゲートウェイに達するまで順次上位の階層に移動しながら繰り返すことによって決定することを特徴とする請求項1に記載の近距離無線通信用メッシュネットワークシステム。
- 前記ネットワークサービス提供動作モードにおいて、前記ゲートウェイは、各前記通信ノードからデータが送信されるデータ送信動作を常時監視し、あらかじめ定めた一定時間の間、該データ送信動作が行われていないことを検出した場合、ネットワーク動作の異常が発生したものと判定して、擬似的なブロードキャスト通信方式により、全ての前記通信ノードに対して、前記ネットワークサービス提供動作モードの動作を停止させた後、前記メッシュネットワーク構築動作モードへ移行させて、メッシュネットワークを再構築することを特徴とする請求項1または2に記載の近距離無線通信用メッシュネットワークシステム。
- 前記ゲートウェイにおいて実施される前記ネットワーク管理機能を、前記ゲートウェイの代わりに、該ゲートウェイが接続されたクラウド上のサーバ、または、該ゲートウェイの位置にルータが配置されている場合、当該ルータ側において実施することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の近距離無線通信用メッシュネットワークシステム。
- 前記通信ノードを、対象の情報を測定することが可能なセンサと無線通信を行うことが可能な無線通信機能とを少なくとも備えたセンサノードとして構成することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の近距離無線通信用メッシュネットワークシステム。
- 複数の通信ノードとネットワーク管理機能を備えたゲートウェイとを有し、前記通信ノード間または前記通信ノードと前記ゲートウェイとの間のメッシュ無線通信を行う近距離無線通信用メッシュネットワークシステムにおける近距離無線通信方法であって、
前記ゲートウェイは、前記ネットワーク管理機能として、メッシュネットワーク構築動作モードとネットワークサービス提供動作モードとの二つのネットワーク動作モードを有し、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいては、各前記通信ノードから、それぞれの前記通信ノードとの間の無線通信が可能な周辺の通信ノードに関する情報を収集することにより、各前記通信ノードそれぞれの階層と経路とに関するネットワーク情報を作成して、擬似的なユニキャスト通信方式により、無線通信が可能な前記通信ノードそれぞれに対して、該当するそれぞれの階層と経路とに関する前記ネットワーク情報を通知して、メッシュネットワークを構築した後、擬似的なブロードキャスト通信方式により、無線通信が可能な全ての前記通信ノードに対して、ネットワークサービスを開始する旨の指示を通知して、前記メッシュネットワーク構築動作モードから前記ネットワークサービス提供動作モードに移行させ、
一方、各前記通信ノードは、前記メッシュネットワーク構築動作モードにおいて前記ゲートウェイから擬似的なユニキャスト通信方式によりそれぞれに通知されてきた前記ネットワーク情報を保存し、前記ゲートウェイから擬似的なブロードキャスト通信方式によりネットワークサービスを開始する旨の指示を受け取って前記ネットワークサービス提供動作モードに移行した以降において、データの送受信を行う際に、保存した前記ネットワーク情報に従ってデータの送受信動作を行うことを特徴とする近距離無線通信方法。 - 各前記通信ノードの階層は、前記ゲートウェイおよび各前記通信ノードそれぞれがいずれの前記通信ノードと無線通信が可能な状態にあるか否かを示す隣接行列および該隣接行列のべき乗計算を行った結果に応じて決定し、各前記通信ノードの経路は、最下位層の階層にランク付けられた前記通信ノードから開始して、無線通信が可能な一つ上の階層のいずれかの前記通信ノードへの経路を求める手順を最上位の階層に相当する前記ゲートウェイに達するまで順次上位の階層に移動しながら繰り返すことによって決定することを特徴とする請求項6に記載の近距離無線通信方法。
- 前記ネットワークサービス提供動作モードにおいて、前記ゲートウェイは、各前記通信ノードからデータが送信されるデータ送信動作を常時監視し、あらかじめ定めた一定時間の間、該データ送信動作が行われていないことを検出した場合、ネットワーク動作の異常が発生したものと判定して、擬似的なブロードキャスト通信方式により、全ての前記通信ノードに対して、前記ネットワークサービス提供動作モードの動作を停止させた後、前記メッシュネットワーク構築動作モードへ移行させて、メッシュネットワークを再構築することを特徴とする請求項6または7に記載の近距離無線通信方法。
- 前記ゲートウェイにおいて実施される前記ネットワーク管理機能を、前記ゲートウェイの代わりに、該ゲートウェイが接続されたクラウド上のサーバ、または、該ゲートウェイの位置にルータが配置されている場合、当該ルータ側において実施することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の近距離無線通信方法。
- 請求項6ないし9のいずれかに記載の近距離無線通信方法を、コンピュータによって実行可能なプログラムとして実施していることを特徴とする近距離無線通信プログラム。
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