JP6658828B1 - 無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる用意する。【解決手段】本発明に係る無線通信装置は、孤立ノードがデータ信号を送信する無線通信装置において、無線受信手段と、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての通信信号を傍受させるネットワーク管理手段と、受信した通信信号に含まれている情報に基づいて決定した親ノード宛のデータ信号を送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法に関し、例えばマルチホップ無線通信システムを構成するノードに搭載される無線通信装置に適用し得るものである。

マルチホップ無線通信システムでは、例えば、ノードが移動したり、周辺の環境が変動したりすることなどにより、ノード間の無線通信品質が影響を受け、ノード間の無線通信品質が時々刻々と変化する。

そのため、過去に接続可能であったノードであっても、通信ができなくなることがあり、結果として、隣接ノードが０台のノード（以下、「孤立ノード」とも呼ぶ。）が発生する可能性がある。

一般的なマルチホップ無線通信システムでは、自ノードのデータの送り先である親ノードを制御パケットのやり取りを通じて決定している。しかし、孤立ノードはその親ノードを決定できず、データ送信ができなくなる。そこで、孤立ノードになっても、ノードがデータを送信するための仕組みが研究開発されている。

特許文献１には、孤立ノードが孤立したことを周辺のノードに知らせるためのパケットを送信し、そのパケットによる他のパケットへの干渉が他ノードによって検出されることで孤立ノードを検出する方式や、そのパケット自体を受信したノードが、孤立ノード宛に制御パケットを送信する方式が提案されている。

非特許文献１には、スーパーフレームにおいて、基地局がデータを受信できなかったノードに対して、データの再送を要求するパケットを送信し、そのパケットを受信したノードが制御パケットを送信することで、孤立ノードが制御パケットを受信できるチャンスを増やす方法が提案されている。

ここで、スーパーフレームとは一定間隔ごとに区切られた時間幅のことを表し、スーパーフレーム内では、ネットワーク経路の構築とデータ送信が行われる。スーパーフレームを繰り返すことで周期的なデータ収集が可能となる。

特開２０１０−５０５３４５号公報

２０１３年 ＩＥＥＥ ７７ｔｈ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ 収録，論文"Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ， Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｇｌｏｓｓｙ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１は共に、基地局を含むネットワークに参加する全ノードが孤立ノードを検知する仕組みを必要としており、また、検知するためには、各ノードが制御パケットの送信を必要としている。

制御パケットの送信は、ネットワークへの負担を増大させ、多数ノードを収容し、かつ、高頻度にパケットの送受信が行われるネットワークにおいては、その負担は無視できないものになる。

また、非特許文献１は、孤立ノードのための再送の時間を設けており、ネットワークの時間効率の劣化を招いている。

さらに、特許文献１及び非特許文献２は共に、孤立ノードであっても時間の経過により通信品質が変化し、再通信可能になるという無線通信の特性を利用している。

以上のような問題に鑑みて、孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法が望まれている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る無線通信装置は、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信装置において、（１）無線受信手段と、（２）予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、（３）ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信する無線送信手段と、（４）経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段とを備え、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部とを有することを特徴とする。

第２の本発明に係る無線通信プログラムは、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信プログラムにおいて、コンピュータを、（１）無線受信手段と、（２）予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、（３）ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信する無線送信手段と、（４）経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段として機能させ、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部として機能させることを特徴とする。

第３の本発明に係る無線通信方法は、アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信方法において、（１）ネットワーク管理手段が、予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行ない、（２）無線送信手段が、ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の通信信号を送信し、（３）孤立判定手段が、経路構築期間内で経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定し、ネットワーク管理手段が、孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない、傍受期間内に無線受信手段により受信された通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定することを特徴とする。

本発明によれば、孤立ノード用の制御パケットや伝送時間を設けるなどのネットワークへの負担を必要としないで、孤立ノードがデータを送信することができる。

実施形態に係るノードの無線通信装置の内部構成の一例を示す内部構成図である。 実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す全体構成図である。 実施形態に係る無線通信システムにおけるノード配置を示す図である。 実施形態に係る移動局における無線通信処理を示すフローチャートである。

（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、無線通信プログラム及び無線通信方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ−１）実施形態の構成
［システム全体構成］
図２は、この実施形態に係る無線通信システム（無線通信ネットワーク）の全体構成例を示す全体構成図である。

図２において、この実施形態に係る無線通信システム１は、基地局１０、複数（図２では５台）の移動局２０（２０−１〜２０−５）を有する。

なお、基地局１０及び移動局２０の数は限定されるものではない。以下では、基地局１０及び各移動局２０を総じて、「局」又は「ノード」と呼ぶこともある。

この実施形態では、各移動局２０が１又は複数のセンサを搭載しており、各センサがセンシングしたセンサデータを獲得し、必要に応じて、各移動局２０が基地局１０に送信するセンサネットワークシステムを想定する。すなわち、各移動局２０がセンシングデータを基地局１０に向けて送信し、基地局１０は各移動局２０からセンシングデータを収集する場合を例示する。

例えば、センサネットワークシステムにおいて、特定小電力無線を用いる場合、使用する周波数帯の特性や送信出力の制限により通信距離が十分に確保できない場合がある。そのため、１台の基地局で管理されるエリア（無線電波到達範囲）内の全てのノードが、基地局１０と直接通信できるとは限らない。

そこで、このような無線通信システム１では、ノードが直接通信可能なエリア内に存在しているノード（以下、「隣接ノード」とも呼ぶ）にデータを送信し、さらに、そのデータを受信したノードが隣接ノードにデータを送信するというマルチホップ通信でデータ伝送が行なわれる。この無線通信システムを、以下ではマルチホップ無線通信システムと呼ぶ。

無線通信システム１は、基地局１０を「根」とし、各移動局２０を「節」、「葉」としたツリー構造のマルチホップ無線通信システムを構成している。

マルチホップ無線通信システムを構成している各局（各ノード）は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の無線通信方式に対応可能なものとすることができる。なお、無線通信方式は、各局間でマルチホップ無線通信が可能であれば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に限定されない。

各移動局２０を固定する移動体は、特に限定されるものではなく、例えば、人間、自動車、自転車、可動型ロボット、無人航空機などとすることができる。また、各移動局２０が搭載するセンサの種類も特に限定されるものではなく、例えば、温度・湿度センサ、加速度センサとしてもよい。例えば、移動局２０を固定する移動体が人間である場合には、人体の脈拍データ、心拍データ等をセンシングするセンサなどとしてもよい。

基地局１０及び各移動局２０には、それぞれネットワーク上で固有のアドレス（例えば、ＭＡＣアドレス、ショートアドレス、ＩＰアドレス等）が割り当てられている。基地局１０と各移動局２０との間で通信は行なわれるが、移動局２０同士で通信を行なわない。すなわち、各移動局２０は、原則として、基地局１０を最終的な宛先としたユニキャストのデータパケットの送信は行なうが、他の移動局２０を最終的な宛先としたユニキャストのデータパケットの送信は行なわないものとする。仮に、移動局２０同士の通信が必要な場合には、基地局１０を中継して通信するようにしてもよい。

例えば、基地局１０及び各移動局２０が無線通信する場合、各局の間に障害物が存在するようなときには、通信品質に影響を及ぼすことがある。例えば各局の間に人体が存在するときには、その人体が障害物となってしまい、通信品質が悪くなることがある。また例えば、移動局２０を固定する移動体が人間であるとき、移動局２０を固定している、その人の体が障害物となってしまうことがある。その結果、ある移動局２０は他ノードと接続可能範囲内に存在しているにも拘わらず、隣接ノード数が「０」となってしまい、自ノードがネットワークから孤立してしまうことがある。なお、孤立ノードが発生する理由は、上記の例に限定されるものではない。

［基地局１０及び各移動局２０］
基地局１０は、固定配置された無線通信装置（無線機）であり、無線通信システム１全体を管理するものである。基地局１０を固定局とも呼ぶ。基地局１０は、マルチホップ無線通信により、各移動局２０からデータを含む情報（パケット）を受信してデータを収集する。基地局１０が収集したデータについては、基地局１０において保存するようにしてもよいし、若しくは、基地局１０と無線接続又は有線接続する情報処理装置に提供されるようにしてもよい。この実施形態は収集データの利用については特に限定しない。

各移動局２０（２０−１〜２０−５）は、移動体に取り付けられた無線通信装置（無線機）である。各移動局２０を無線局とも呼ぶ。各移動局２０は、センサを備えている。センサは、常時又は間欠的（定期的、周期的を含む意味である。）に計測対象を計測し、各移動局２０は、自ノードのセンサにより計測されたデータを含むパケットを、基地局１０を最終的な宛先としてマルチホップ無線送信する。

なお、各移動局２０はセンサを備えるのに対して、基地局１０はセンサを備えてない点で両者の機能は異なるが、移動局２０及び基地局１０の基本的な機能は同じものとしてもよい。以下では、各ノード（各移動局２０又は基地局１０）の無線通信装置の内部構成を、図１を用いて説明する。

図１は、この実施形態に係るノードの無線通信装置の内部構成の一例を示す内部構成図である。

図１において、この実施形態のノード（移動局２０又は基地局１０）は、無線通信装置１００と、外部システム１１１を有する。

また、無線通信装置１００は、アンテナ部１０１、無線信号受信部１０２、データ処理部１０３、ネットワーク管理部１０４、記憶部１０５、孤立判定部１０６、タイマー部１０７、パケット生成部１０８、無線信号送信部１０９、アンテナ部１１０を有する。

ここで、無線通信装置１００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース、通信装置等を有するものであり、ＣＰＵがＲＯＭに格納される処理プログラム（例えば無線通信プログラムなど）を実行する。また、無線通信プログラムが、インストールされることにより、無線通信を構築するようにしてもよく、その場合でも、無線通信プログラムの各機能を、図１の無線通信装置１００の各処理部として表すことができる。

外部システム１１１は、無線通信処理以外の機能を行なうものである。例えば、図１のノードを移動局２０とする場合、外部システム１１１はセンサ等としてもよい。また図１のノードを基地局１０とする場合、外部システム１１１は、各移動局２０から収集したセンサデータを用いて処理を行なう機能部（アプリケーション）等としてもよい。

アンテナ部１０１は、到来電波を捕捉して、無線電波を電気信号に変換して無線信号受信部１０２に与えるものである。アンテナ部１１０は、無線信号送信部１０９からの送信信号を無線電波にのせて送出するものである。ここでは、受信用のアンテナ部１０１と送信用のアンテナ部１１０とが物理的に異なるものである場合を例示しているが、送信用と受信用の共用アンテナ部であってもよい。

無線信号受信部１０２は、アンテナ部１０１からの信号の復調処理等を行ない、受信したパケットデータをデータ処理部１０３に与える。

データ処理部１０３は、無線信号受信部１０２で得られたパケットデータを処理するものである。データ処理部１０３は、パケットの種類を判別し、受信パケットが制御パケットである場合には制御パケットをネットワーク管理部１０４に与える。また、受信パケットが、データパケットであり、基地局１０に向けて転送するものであるとき、当該データパケットを他ノードにマルチホップで転送するため、データ処理部１０３はデータパケットをネットワーク管理部１−４に与える。さらに、ノードが基地局１０である場合、受信パケットがデータパケットであるとき、データ処理部１０３は、データパケットを外部システム１１１に与える。

ネットワーク管理部１０４は、データ処理部１０３から取得したパケットに含まれる情報に基づいて、自ノードの無線通信処理を司るものである。ネットワーク管理部１０４は、経路構築部１０４ａ、傍受指令部１０４ｂ、親ノード決定部１０４ｃを有する。

経路構築部１０４ａは、データ処理部１０３から経路構築に係る制御パケット（以下、「経路制御パケット」とも呼ぶ。）に含まれる情報に基づいて、親ノードまでの経路表を作成するものである。この実施形態では、プロアクティブ型のルーティングプロトコルを適用する場合を例示する。プロアクティブ型のルーティングプロトコルであれば、種々のプロトコルを適用することができ、例えば、ＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ ＳｔａｔｅＲｏｕｔｉｎｇ）、ＴＢＲＰＦ（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ＢｒｏａｄｃａｓｔＢａｓｅｄ ｏｎ Ｒｅｖｅｓｅ−Ｐａｔｈ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ）、ＬＡＮＭＡＲ、ＦＳＲ等を広く適用することができる。定期的に、経路制御パケットは、全てのノードに行き渡るようにフラッディングされる。各ノードの経路構築部１０４ａは、経路制御パケットに含まれる情報に基づいて、自ノードに隣接する他ノード（隣接ノード）を認識し、基地局１０までの経路表を作成する。自ノードがデータパケットを送信する際、この経路表を用いて次の転送先のノードにマルチホップ無線送信する。

傍受指令部１０４ｂは、孤立判定部１０６の制御により、無線信号受信部１０２及びデータ処理部１０３に対して、他ノードが送信したデータパケットを傍受するように指令するものである。後述するように、孤立判定部１０６は、経路構築期間内に経路制御パケットを受信したか否かに基づいて、自ノードが孤立ノードとなってしまったか否か（すなわち、ルーティング処理により隣接ノードが「０」となったか否か）を判定する。そして、傍受指令部１０４ｂは、孤立判定部１０６により自ノードが孤立したとの判定結果に基づいて、他ノードが送信した全てのデータパケットを受信可能にする。換言すると、孤立ノードとなったノードは、他ノード宛のデータパケットも含めて全ての受信可能なデータパケットを受信することができる。

このとき、ネットワーク管理部１０４は、他ノードが送信したデータパケットに含まれている送信元ノードに関する情報を記憶部１０５に記憶する。具体的に、送信元ノードに関する情報は、例えば、送信元ノードのアドレス情報（例えば、ＭＡＣアドレス等）とする。複数の他ノードのそれぞれが送信したデータパケットを受信した場合、ネットワーク管理部１０４は、各データパケットの送信元ノードに関する情報を記憶部１０５に記憶する。これにより、自ノードが孤立ノードとなった場合に、自ノードが受信することができたデータパケットの送信元ノードを記憶することができる。

傍受指令部１０４ｂによる傍受方法は、受信可能な全てのデータパケットを受信することができるのであれば、様々な方法を適用することができる。例えば、傍受指令部１０４ｂは、動作モードをプロミスキャスモード（無差別モード）とするようにしてもよい。一般的な無線通信処理では、到来したパケットのうち、自ノード宛のパケットを受信して上位システムに通知する。これに対して、プロミスキャスモードは、自ノード宛のパケットだけでなく、自ノード宛以外（他ノード宛）のパケットも含め全ての到来パケットを無差別に受信して上位システムに通知する動作モードである。ここでは、プロミスキャスモードとする場合を例示しているが、これに限定されるものではない。

親ノード決定部１０４ｃは、データパケットの送信先とする親ノードを決定する。経路構築期間内に経路制御パケットを受信できた場合、親ノード決定部１０４ｃは、経路表に基づいて親ノードを決定する。また、経路構築期間内に経路制御パケットを受信できなかった場合、他ノードが送信したデータパケットを傍受することができるので、親ノード決定部１０４ｃは、記憶部１０５に記憶されているノードのアドレス情報に基づいて、親ノードを決定する。親ノード決定部１０４ｃにより決定された親ノードのアドレス情報は、パケット生成部１０８に与えられる。

孤立判定部１０６は、ネットワーク管理部１０４による経路構築処理で得られた隣接ノードに関する情報を取得し、自ノードが孤立ノードとなってしまったか否かを判定する。

孤立判定部１０６は、経路構築処理により自ノードの隣接ノード数が「０」となったとき、自ノードが孤立ノードであると判定し、そうでないとき、自ノードが孤立ノードでないと判定する。より具体的には、経路構築期間内に、経路制御パケットの受信がないとき、最新の経路表が作成できず、自ノードの隣接ノード数が「０」となる。従って、孤立判定部１０６は、経路構築期間内に、経路制御パケットの受信がないときに、自ノードが孤立ノードであると判定するようにしてもよい。

タイマー部１０７は、孤立判定部１０６の制御により、所定時間を計時するものである。タイマー部１０７は、孤立判定部１０６の指示により、経路構築時間の終了タイミングまで計時し、計時終了後に、孤立判定部１０６に計時終了タイミングを通知する。同様に、タイマー部１０７は、孤立判定部１０６の指示により、自ノードのデータ送信時間の開始タイミングまで計時し、計時終了後に、計時終了後に、孤立判定部１０６に計時終了タイミングを通知する。

パケット生成部１０８は、自ノードが送信すべきデータパケットを生成し、そのデータパケットを無線信号送信部１０９に与える。例えば、自ノードがセンサデータを送信する場合、パケット生成部１０８は、センサとして機能する外部システム１１１からセンサデータを取得し、当該センサデータを含むデータパケットを生成する。このとき、パケット生成部１０８は、ネットワーク管理部１０４の親ノード決定部１０４ｃにより決定された親ノードのアドレス情報を、送信先としてパケットを生成する。また例えば、自ノードがマルチホップの中継ノードとして機能する場合、ネットワーク管理部１０４から中継すべきデータを取得し、その中継データを含むパケットを生成する。

無線信号送信部１０９は、パケット生成部１０８からパケットデータを受け取り、変調処理等を行ないアンテナ部１１０に与える。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、この実施形態に係る無線通信処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は、この実施形態に係る無線通信システム１におけるノード配置を示す図である。

図３に示すように、無線通信システム１は、１台の基地局（ＢＳ）１０と、基地局１０の管理下にある５台の移動局２０−１〜２−５とから構成されている。

以下では、説明便宜上、図３に記載しているアルファベットを用いて、例えば、移動局２０−１を「ノードＡ」等と呼んで説明する。

図３において、ノード間を繋ぐ実線は、直線の両端のノードが通信可能な状態にあることを表し、点線は、両端のノードは、接続可能範囲内に存在しているが、経路構築期間では通信できなかったことを表す。

図４は、この実施形態に係る移動局２０における無線通信処理を示すフローチャートである。

無線通信システム１では、プロアクティブ型のルーティングプロトコルを採用している。基地局１０は、全てのノードＡ〜Ｅに経路制御パケットが行き渡るように、定期的に経路制御パケットを送信し、ネットワークトポロジーが構築されているものとする。つまり、各ノードにおいて、データ送信要求が発生するまでに、ネットワークトポロジーが構築されているものとする。そのネットワークトポロジーを構築するための期間を経路構築期間と呼ぶ。また、各ノードがデータ送信を行なう期間をデータ送信期間と呼ぶ。

経路構築期間が開始すると、孤立判定部１０６は経路構築期間の終了を知らせるためタイマーをセットする（Ｓ１０１）。

経路構築期間内に、他ノードからの経路制御パケットの受信がある場合（Ｓ１０２、Ｓ１０３）、ルーティングアルゴリズムに従って親ノードが決定され、親ノード宛にデータパケットが送信される。具体的には、ネットワーク管理部１０４において、経路構築部１０４ａが経路表を作成する（Ｓ１０４）。そしてデータ送信が発生すると、親ノード決定部１０４ｃが経路表を参照して親ノードを決定し、パケット生成部１０８が、決定された親ノード宛のデータパケットを生成してデータパケットを送信する（Ｓ１０５）。

経路構築期間内に、他ノードからの経路制御パケットの受信がない場合、つまり、タイマー部１０７から経路構築期間の終了タイミング通知が孤立判定部１０６にあるまでに経路制御パケットが受信されなかった場合（Ｓ１０２、Ｓ１０３）、孤立判定部１０６は自ノードが孤立ノードであると判定し、処理はＳ１０６に進む。

例えば、図３において、ノードＥは、ノードＣ又はノードＤと接続可能範囲内に存在している。しかし、例えば、経路構築期間内においてノード間に障害物が存在する等の理由から、ノードＥにおいて、経路構築期間内に経路制御パケットの受信がないときには、ノードＥが孤立ノードであると判断される。

自ノードが孤立ノードであると判定すると、孤立判定部１０６は、ネットワーク管理部１０４に対して他ノードのデータ通信を傍受することを指示する。これを受けて、ネットワーク管理部１０４の傍受指令部１０４ｂは、無線信号受信部１０２に対して他ノードのデータ通信を傍受するように指令する（Ｓ１０６）。

ここで、この実施形態では、他ノードのデータ通信を傍受する期間を、例えば、自ノードのデータ送信期間前とする。つまり、例えば、自ノードのデータ送信期間が開始するまでの期間、継続的に、各ノードはデータ通信を傍受するようにする。従って、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングを知るために、孤立判定部１０６は、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでタイマーをセットする（Ｓ１０７）。

無線信号受信部１０２が、他ノードから送信されたデータ信号を受信（傍受）し（Ｓ１０８）、他ノードからのデータパケットがデータ処理部１０３に与えられる。データ処理部１０３は、当該他ノードのデータパケットを解析し、データパケットに記載されている送信元ノードに関する情報をネットワーク管理部１０４に与え、ネットワーク管理部１０４は、送信元ノードに関する情報を記憶部１０５に記憶する（Ｓ１０９）。

ここで、自ノード宛でないパケットを傍受する際、一般的にはセキュリティ等の制約により、当該パケットの送受信機しかパケットの復調を行なえないことが多い。しかし、この実施形態を適用するマルチホップ無線通信システムでは、例えばＡＰＬ（アプリケーション）レイアの情報は暗号化されているが、ＮＷＫ（ネットワーク）レイアの情報は暗号化されておらず、同一ネットワークに所属しているノードであれば、ＮＷＫレイアまでならパケットの復調を可能とする等のように、パケットの傍受とネットワーク管理に必要な情報の収集が可能になっているものとする。従って、データ処理部１０３は、受信したパケットに記載されている送信元ノードに関する情報を抽出することができる。

例えば、図３の例の場合、ノードＥのデータ送信期間の開始前に、ノードＣ及びノードＤがデータパケットを送信したものとする。この場合、ノードＥはノードＣ及びノードＤの送信可能範囲に存在しているので、ノードＥは、ノードＣ及びノードＤのデータパケットを傍受することが可能となる。

例えば、ノードＣのデータパケットには、送信元ノードに関する情報としてノードＣのアドレス情報が含まれており、また送信先ノードに関する情報として、最終的な宛先として基地局１０のアドレス情報が含まれている。ノードＣのデータパケットはノードＥを宛先としていないが、ノードＥのデータ処理部１０３は、ノードＣのデータパケットを廃棄するのではなく、当該データパケットに含まれているネットワーク情報（つまり、送信元ノードに関する情報であるノードＣのアドレス情報）を抽出し、そのネットワーク情報がネットワーク管理部１０４に与えられる。なお、ノードＤのデータパケットについても同様である。

孤立判定部１０６は、タイマー部１０７から、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングの通知を受けると、孤立判定部１０６は、ネットワーク管理部１０４に対して親ノードの決定指示をする。これを受けて、ネットワーク管理部１０４では、親ノード決定部１０４ｃが、記憶部１０５に記憶されている他ノードのデータパケットの送信元ノードに関する情報を参照して、親ノードを決定する（Ｓ１１１）。

パケット生成部１０８は、親ノード決定部１０４ｃにより決定された親ノードのアドレス情報を送信先として、データパケットを生成し、親ノード宛にデータパケットを送信する（Ｓ１１２）。

例えば、図３の例の場合、記憶部１０５には、ノードＣのアドレス情報と、ノードＤのアドレス情報が記憶されている。従って、親ノード決定部１０４ｃは、ノードＣ又はノードＤのいずれかを親ノードとして決定し、親ノードのアドレス情報を、パケット生成部１０８に与える。これにより、ノードＥは、ノードＣ又はノードＤのいずれかにデータパケットを送信することができる。その結果、ノードＥのデータパケットは、ノードＣ又はノードＤのいずれかを経由して、基地局１０までマルチホップ通信で伝送される。

ここで、ノードＥの無線信号受信部１０２は、自ノードのデータ送信期間を迎えるまでデータパケットを継続的に傍受することができる。そのため、複数の隣接ノードからのデータパケットを傍受することが可能であり、受信に成功した、複数の送信元ノードに関する情報（隣接ノードのアドレス情報）を記憶することが可能となる。

このような場合、親ノード決定部１０４ｃは、複数の送信元ノードに関する情報のうちいずれかを親ノードとして選択する。この親ノードの選択に係る指標（メトリック）は、様々なものを適用できる。

例えば、ノードＣ及びノードＤから受信したパケットの受信信号強度をメトリックとしてもよい。具体的には、受信信号強度が高いものを親ノードとしてもよい。受信信号強度が高いということは、例えば他ノードとの距離が近いことが多く、当該他ノードとの通信品質が良好であると考えられる。従って、良好な通信品質でデータパケットを送信するために、親ノード決定部１０４ｃは、複数の送信元ノードに関する情報のうち、受信信号強度の高いものを親ノードとして選択することができる。また例えば、ノードＥにおけるパケットの到着時刻が早いものを親ノードとしてもよい。

以上のようにして、各ノードは、データ通信期間における自ノードのデータ送信期間のタイミングで、決定した親ノード宛にデータパケットを送信することができる。

（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、孤立ノードが発生した場合でも、各ノードの間で孤立ノードのための制御パケットを授受することなく、若しくは、孤立ノードの再送を要求するための時間を用意することなく、孤立ノードのデータパケットの送信を実現できる。

すなわち、孤立ノードが発生した場合に、孤立ノードを救済しなければ、基地局におけるデータ収集率が低下してしまうが、ネットワークに負荷をかけることなく、データ収集率を改善することができる。

また、孤立ノードのための制御パケットを必要とする方式を実装したネットワークでは、孤立ノード以外のノードも孤立ノードのための制御を行う必要がある。そのため、ノードの電力が消費すると共に、ノードの稼働時間が短くなり、さらには、ネットワークの寿命が短くなってしまう。

しかし、この実施形態によれば、各ノード間で、孤立ノードのための制御パケットの授受は必要でないので、孤立ノード以外の各ノードの電力消費を抑え、ノード稼働時間も確保することができ、ノードとネットワークの寿命を延ばすことが可能となる。

さらに、この実施形態によれば、孤立ノードの再送を要求するための時間を設けた従来の孤立ノード対策方式を実装したネットワークに比べ、経路構築期間やデータ通信期間を長く設定することができるため、結果として、ノードの収容台数を増やすことができる。

（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。

（Ｂ−１）上述した実施形態では、経路構築期間とデータ通信期間からなるネットワークを、本発明に適用するネットワークとして採用した場合を例示した。しかし、本発明を適用するためには必ずしもその形式のネットワークでなければならないわけではなく、自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでに経路構築と他ノードがデータ通信を行なう形態であればよい。

（Ｂ−２）上述した実施形態では、データ通信期間に他ノードのパケットを傍受することに成功した場合の動作を説明した。しかし、パケットの傍受に失敗した場合、ネットワークトポロジーは変化していないと考え、前回の送信時の親ノード宛に送ってもよい。具体的には、図４のＳ１０７において、傍受動作の際に、他ノードのデータ信号を受信できなかった場合、親ノード決定部１０４ｃは、直前若しくは過去にデータパケットを送信したノードを親ノードとして決定するようにしてもよい。

（Ｂ−３）上述した実施形態では、経路構築期間終了後から自ノードのデータ送信期間の開始タイミングまでの間に、他のノードのパケットを傍受する動作を説明した。しかし、自ノードデータ送信後から次の経路構築期間の開始までの間に、他のノードのパケットを傍受し、次のデータパケット送信の親ノード候補としてもよい。

（Ｂ−４）上述した実施形態では、特定のノードに本発明を適用したが、対象とするマルチホップ無線ネットワークに参加するすべてのノードに本発明を適用してもよい。

１…無線通信システム、１０…基地局、２０（２０−１〜２０−５）…移動局、
１００…無線通信装置、１０１…アンテナ部、１０２…無線信号受信部、１０３…データ処理部、１０４…ネットワーク管理部、１０５…記憶部、１０６…孤立判定部１０６…タイマー部、１０８…パケット生成部、１０９…無線信号送信部、１１０…アンテナ部、１０４ａ…経路構築部、１０４ｂ…傍受指令部、１０４ｃ…親ノード決定部。

Claims (7)

1. アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信装置であって、
   無線受信手段と、
   予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、
   上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信する無線送信手段と、
   上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段と
   を備え、
   上記ネットワーク管理手段が、
   上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、
   上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部と
   を有する
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 上記親ノード決定部が、上記無線受信手段により受信された上記通信信号に含まれている送信元ノードに関する情報に基づいて、当該送信元ノードを親ノードとして決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 上記ネットワーク管理手段が、上記無線受信手段によって傍受に成功した、１又は複数の上記通信信号のそれぞれの送信元ノードに関する情報を、親ノード候補として記憶し、
   上記親ノード決定部が、１又は複数の親ノード候補の中から、自ノードが送信する上記通信信号の親ノードを決定し、
   上記無線送信手段が、上記親ノード決定部により決定された上記親ノード宛の上記通信信号を送信する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 上記無線受信手段による傍受に失敗した場合、上記親ノード決定部は、上記経路表を参照して、過去に自ノードの上記通信信号の送信に用いた親ノードとし、
   上記無線送信手段が、上記親ノード決定部により決定された上記親ノード宛の上記通信信号を送信する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 上記ネットワーク管理手段が、上記経路構築期間の終了後から自ノードの通信信号送信期間の開始までの期間、及び又は、自ノードの通信信号送信期間の終了後から次の経路構築期間の開始までの期間で、上記無線受信手段に傍受させる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   無線受信手段と、
   予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行なうネットワーク管理手段と、
   上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信する無線送信手段と、
   上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定する孤立判定手段と
   して機能させ、
   上記ネットワーク管理手段が、
   上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない傍受指令部と、
   上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する親ノード決定部と
   して機能させる
   ことを特徴とする無線通信プログラム。
7. アプリケーションレイヤの情報は暗号化され、ネットワークレイア以下のレイヤ情報は暗号化されていない通信信号を、基地局に向けて、マルチホップで無線通信するマルチホップ無線通信システムの各ノードの無線通信方法において、
   ネットワーク管理手段が、予め定められた経路構築期間内で受信した経路制御信号に含まれる情報に基づいて経路表を作成し、親ノードを決定して無線通信処理を行ない、
   無線送信手段が、上記ネットワーク管理手段により決定された親ノード宛の上記通信信号を送信し、
   孤立判定手段が、上記経路構築期間内で上記経路制御信号の受信の有無に応じて、自ノードが孤立ノードであるか否かを判定し、
   上記ネットワーク管理手段が、
   上記孤立判定手段により自ノードが孤立ノードであると判定されると、所定の傍受期間で、自ノードの送信期間の開始までのタイマーをセットし、上記無線受信手段に対して、自ノード宛以外も含め受信可能な全ての上記通信信号を傍受させる指令を行ない、
   上記傍受期間内に上記無線受信手段により受信された上記通信信号の送信元情報に基づいて親ノードを決定する
   ことを特徴とする無線通信方法。

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