JP6784707B2 - Wireless communication equipment, wireless communication methods, computer programs and wireless multi-hop networks - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、無線通信装置、無線通信方法、コンピュータプログラム及び無線マルチホップネットワークに関する。 Embodiments of the present invention relate to wireless communication devices, wireless communication methods, computer programs and wireless multi-hop networks.
複数のノードをメッシュ状に接続した無線マルチホップネットワーク（メッシュネットワーク）は、通信線が不要である。この利点を活かし、広範囲を監視するセンサネットワーク等を容易に設置できる。また、メンテナンス性に優れている。このため、無線マルチホップネットワークは、広範囲の監視に有用である。無線マルチホップネットワークにおいて、時分割通信を適用し、ノードの通信に無関係な時間帯では、ノードをスリープさせる仕組みが知られている。これにより、エネルギー資源の節約（省電力化）を図る。 A wireless multi-hop network (mesh network) in which a plurality of nodes are connected in a mesh shape does not require a communication line. Taking advantage of this advantage, a sensor network or the like that monitors a wide range can be easily installed. In addition, it is excellent in maintainability. Therefore, wireless multi-hop networks are useful for widespread monitoring. In a wireless multi-hop network, a mechanism is known in which time-division communication is applied and a node is put to sleep in a time zone unrelated to the communication of the node. This will save energy resources (power saving).
このような無線メッシュネットワークにおいては、親ノードの候補が複数存在する場合、親ノードを選択する処理が必要である。親ノードを選択する方法としては、ＥＴＸ（Expected Transmission）と呼ばれる方式が良く知られている。ＥＴＸ方式では、根ノードまでのホップ数が少なく、かつ通信成功率が大きくなる経路の親ノードを選択できる。 In such a wireless mesh network, when there are a plurality of candidates for the parent node, it is necessary to perform a process of selecting the parent node. As a method of selecting a parent node, a method called ETX (Expected Transmission) is well known. In the ETX method, it is possible to select the parent node of the route in which the number of hops to the root node is small and the communication success rate is large.
しかしＥＴＸ方式では、経路上の一部のノードにデータが集中することで輻輳が発生する問題がある。輻輳が発生すると、中継が出来なかったり、受信したデータを中継のために記憶することができず、データが消失する。 However, in the ETX method, there is a problem that congestion occurs due to data concentration on some nodes on the route. When congestion occurs, relay cannot be performed, or received data cannot be stored for relay, and data is lost.
本発明の実施形態は、無線マルチホップネットワークにおける輻輳の回避を可能とする無線通信装置、無線通信方法、コンピュータプログラム及び無線マルチホップネットワークを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a wireless communication device, a wireless communication method, a computer program, and a wireless multi-hop network capable of avoiding congestion in a wireless multi-hop network.
本発明の実施形態としての無線通信装置は、無線マルチホップネットワークにおける無線通信装置であって、複数の親ノード候補と無線信号を送受信する送受信部と、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択する選択部を備える。前記選択部は、前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質と、前記複数の経路の前記根ノードまでのホップ数情報及び前記複数の経路上のノードの中継負荷情報の少なくとも一方とに基づき、前記親ノードを選択する。 The wireless communication device according to the embodiment of the present invention is a wireless communication device in a wireless multi-hop network, in which a transmission / reception unit that transmits / receives a wireless signal to a plurality of parent node candidates and a parent node are selected from the plurality of parent node candidates. A selection unit is provided. The selection unit includes communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates, hop number information to the root node of the plurality of routes, and relay of nodes on the plurality of routes. The parent node is selected based on at least one of the load information.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。本ネットワークは１台のコンセントレータ（集約装置）１０１と複数の無線ノード（以下、ノード）１０２とを備える無線マルチホップネットワークである。各ノード１０２はセンサを搭載している。各ノード１０２は、センサで測定した情報を含むデータと、下位のノード（子ノード）から受信したデータとを上位のノードに送信（中継）する。これにより、各ノード１０２で取得されたセンサ情報がコンセントレータ１０１に集まる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless communication system according to the first embodiment. This network is a wireless multi-hop network including one concentrator (aggregator) 101 and a plurality of wireless nodes (hereinafter, nodes) 102. Each
図２は、図１のシステム構成をネットワークトポロジーの形態で表した図である。コンセントレータ１０１を根ノードと称する。またノード１０２は、丸で囲んだアルファベットで表現されている。ノードＡ，Ｂ，及びＣは直接に根ノードと直接通信する。ノードＤ，Ｅ，Ｆ及びＧは、それぞれＡ，Ｂ，またはＣを介して根ノードと通信する。このように、各ノード１０２は直接あるいは他のノードを介して根ノードと通信する。このようなネットワークを、メッシュネットワークと呼ぶ。ここで、根ノードに近い側（ホップ数が小さい側）を上流側、根ノードから遠い側（ホップ数が多い側）を下流側とする。また各ノードが、下流側のデータを受信し、受信したデータを上流側に向かって送信しなおすことを中継と呼ぶ。中継を行うノードを中継ノードと呼ぶ。中継に当たっては、中継ノードが、自ノードで測定したセンサ情報等のデータを、受信した下流側のデータに追加することもある。中継にあたり、自ノードを送信相手として指定して送信してくる下流側のノードを子ノード、自ノードが無線信号を送信する相手となるノードを親ノードと呼ぶこととする。また、自ノードを集約装置１０１までの経路に含んでいるノードを子孫ノードと呼ぶ。子ノードも子孫ノードの一例である。また、以下の説明において、自ノードよりホップ数が少ないノードを上位ノード、自ノードよりホップ数が多いノードを下位ノードと呼ぶこともある。
FIG. 2 is a diagram showing the system configuration of FIG. 1 in the form of a network topology. The
図３は、第１の実施形態に係る無線マルチホップネットワークの通信方式を説明する図である。本ネットワークでは通信方式として時分割通信を行う。時分割通信では、時間をフレームに分割し、さらにフレームをスロットに細分化する。各ノードは特定のスロットを占有し、フレーム周期で無線信号を送信する。送信する無線信号は、具体的にはパケットの形態を有する。パケットのフォーマットについては後述する。図３の例では、各フレームにおける１番目のスロットがノードＣに割り当てられている。ノードＣが無線信号を送信するときは、各フレームにおける１番目のスロットにて無線信号を送信する。同様にノードＡは各フレームにおける３番目のスロット、ノードＢは各フレームにおける第５番目のスロットにて無線信号を送信する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a communication method of the wireless multi-hop network according to the first embodiment. In this network, time-division communication is performed as a communication method. In time-division communication, time is divided into frames, and the frames are further subdivided into slots. Each node occupies a specific slot and transmits a radio signal at a frame cycle. The radio signal to be transmitted specifically has a packet form. The packet format will be described later. In the example of FIG. 3, the first slot in each frame is assigned to the node C. When node C transmits a radio signal, the radio signal is transmitted in the first slot in each frame. Similarly, node A transmits a radio signal in the third slot in each frame, and node B transmits a radio signal in the fifth slot in each frame.
図４は、無線マルチホップネットワークの基本的な動作を説明するための図である。根ノードであるコンセントレータ（図４において図示せず）に至る各経路の途中にノード２，３，４，５，７がある。ノード２に対してノード３と５が無線接続（以下、接続）されている。また、ノード５に対してノード４が接続されており、ノード４に対してノード７が接続されている。接続とは予め接続処理および認証処理を行って、互いのパラメータ交換等を済ませた状態を意味する。接続されたノード間は親ノードと子ノードの関係にある。ノード３と５は、コンセントレータ１０１からＲホップ目である。またノード４はＲ＋１ホップ目である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the basic operation of the wireless multi-hop network. There are
図５は、無線マルチホップネットワークの基本的な動作の説明図である。スロットベースの時分割通信を行う動作を示す。横軸は時間である。各ノードに対して根ノードからのホップ数（中継回数）に同じ値のランクを割り当てる。また、隣接する所定数の複数スロットをまとめてスロット群と定義する。フレーム内には複数のスロット群が配置される。そしてスロット群の中で最初のスロットをスロット番号１、次をスロット番号２、というように番号付けする。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the basic operation of the wireless multi-hop network. The operation of performing slot-based time-division communication is shown. The horizontal axis is time. Assign the same rank to the number of hops (number of relays) from the root node for each node. In addition, a predetermined number of adjacent slots are collectively defined as a slot group. A plurality of slots are arranged in the frame. Then, the first slot in the slot group is numbered
各ノードは自ノードのランクに対応したスロット群で送信する。ここで、ランクが大きいノード（根ノードから遠いノード）ほど、フレーム内の複数のスロット群のうち、時間的に早いスロット群を使用する。例えば根ノードに直接信号が届くランクが１のノードについては、フレーム内の複数のスロット群のうち、もっとも時間的に後のスロット群を利用する。またランクが１のノードと通信可能なランクが２のノードについては、フレーム内の複数のスロット群のうち、最後から２番目のスロット群を使う。図４に示した例では、ノード３と５はコンセントレータ１０１からのホップ数がＲであるため、フレーム内の最後からＲ番目のスロット群を用いる。これにより、根ノードから遠い下流側ノードから順に上流側の根ノードに向かって、１フレーム以内でデータを中継する形態が実現できる。
Each node transmits in a slot group corresponding to the rank of its own node. Here, the higher the rank of the node (the node farther from the root node), the earlier the slot group in time is used among the plurality of slot groups in the frame. For example, for a node having a rank of 1 in which a signal directly reaches the root node, the slot group that is the latest in time among the plurality of slot groups in the frame is used. For a node having a rank of 2 that can communicate with a node having a rank of 1, the penultimate slot group among the plurality of slots in the frame is used. In the example shown in FIG. 4, since the number of hops from the
また、各ノードは、自ノードのランクに対応するスロット群の中で、自ノードのＩＤ（ノードＩＤ）と同一の番号のスロット番号のスロットを使う。例えばノード３は、フレーム内の複数のスロット群のうち、最後からＲ番目のスロット群の中で、スロット番号３のスロットを使う。このようにすることで、システム内でノードＩＤの重複が無ければ、送信した無線信号が衝突することは無い。
In addition, each node uses a slot with the same number as the ID (node ID) of the own node in the slot group corresponding to the rank of the own node. For example, the
親ノードは、子ノードの送信タイミングにおいて、受信動作を行う。例えば、ノード５の子ノードであるノード４の送信タイミングは、最後からＲ＋１番目の、スロット番号４である。したがって、ノード５は、最後からＲ＋１番目のスロット番号４において受信動作を行う。
The parent node performs a reception operation at the transmission timing of the child node. For example, the transmission timing of
子ノードは、親ノードの存在確認のために親ノードの送信した無線信号を受信する動作を行ってもよい。例えばノード５は、親ノードであるノード２の無線信号を受信し、ノード２が存在している（無線マルチホップネットワークから離脱していない）ことを確認する。ノード２のランクはＲ−１であるから、ノード５は、最後からＲ−１番目のスロット群のスロット番号２において受信動作を行う。
The child node may perform an operation of receiving a radio signal transmitted by the parent node to confirm the existence of the parent node. For example, the
ノードは省電力化のため、送信及び受信するスロット以外の期間では、スリープする。スリープの動作例として、自ノードの回路（プロセッサ、通信回路等）の一部または全部の動作を停止させる。ノード５の場合、送信及び受信するスロットは、子ノードからの受信用のスロット、自ノードの送信用のスロット、親ノードからの受信用のスロットである。ノード５は、これらの３つのスロットでのみ動作し、他のスロットではスリープする。
To save power, the node sleeps during periods other than the transmit and receive slots. As an example of sleep operation, a part or all of the operation of the circuit (processor, communication circuit, etc.) of the own node is stopped. In the case of the
ここで親ノードからの無線信号の受信について説明する。例えばノード４は、親ノード５からの受信用のスロットでは、親ノード５がさらにその親ノード２に送信する無線信号を受信する。この無線信号には、親ノード５がそのさらに親となるノードに送信するデータの他に、自ノード４が親ノード５に送信したデータが親ノード５で受信成功したかを示す受信確認信号（ＡＣＫ）も含まれている。このＡＣＫを確認することで、ノード４は、自ノードの送信成功可否を確認できる。また、親ノード５からの無線信号を受信することで、親ノード５の存在を確認できる。ここではノード４を例に説明したが、他のノードも同様の動作を行う。
Here, reception of a radio signal from the parent node will be described. For example, the
無線マルチホップネットワークにおいて、あるノードについて、通信可能な複数の上位ノード（親ノードの候補）が存在する場合は、これらの上位ノードの中から、親ノードを選択する必要がある。親ノードを選択する方法としては、ＥＴＸ（Ｅｘｐｅｃｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれる方式が良く知られている。以下、ＥＴＸ方式について説明する。 In a wireless multi-hop network, when there are a plurality of higher-level nodes (candidates for parent nodes) that can communicate with each other, it is necessary to select a parent node from these higher-level nodes. As a method of selecting a parent node, a method called ETX (Expected Transmission) is well known. Hereinafter, the ETX method will be described.
ＥＴＸ方式では、親ノードの選択のために、リンクコストおよびパスコストを用いる。
リンクコストとは、あるノードから、直接の通信相手のノード（例えば親ノード）までの通信に掛かるコストと定義される。ＥＴＸ方式の場合、リンクコストは、あるノードから、通信相手のノードへデータを誤り無く送るのに必要な送信回数の期待値である。データを誤り無く１回で送れるのであれば、リンクコストは１である。再送が１回あるいは２回必要な場合（再送回数の期待値が１または２の場合）は、リンクコストは２あるいは３となる。再送回数の期待値は、一例として、過去の再送回数の平均値などが用いられる。
In the ETX method, the link cost and the path cost are used for the selection of the parent node.
The link cost is defined as the cost of communication from a certain node to the node of the direct communication partner (for example, the parent node). In the case of the ETX method, the link cost is an expected value of the number of transmissions required to transmit data from a certain node to the communication partner node without error. If the data can be sent at once without error, the link cost is 1. When retransmission is required once or twice (when the expected value of the number of retransmissions is 1 or 2), the link cost is 2 or 3. As an example, the expected value of the number of retransmissions is the average value of the number of retransmissions in the past.
パスコストとは、あるノードから根ノードまでの通信に掛かるコストのことである。ＥＴＸ方式の場合、パスコスト（以下、ＥＴＸパスコスト）は、総送信回数の期待値、すなわち根ノードへ至る経路上の全てのリンクコストの加算値である。ＥＴＸパスコストが小さいということは、ホップ数が少ないか、経路上のデータ誤りが少ないことを意味している。 The path cost is the cost of communication from a certain node to the root node. In the case of the ETX method, the path cost (hereinafter, ETX path cost) is an expected value of the total number of transmissions, that is, an added value of all link costs on the route to the root node. A low ETX path cost means a small number of hops or a small number of data errors on the route.
図６に、リンクコスト及びＥＴＸパスコストの計算例を示す。ノードＡから根ノードまでのリングコスト（ＬＣ）は４である。これは、ノードＡから根ノードまでデータを送信するために、最初の送信に加え、期待値として３回の再送が必要であることを示している。ノードＡは根ノードに直接接続されているため、ノードＡのＥＴＸパスコスト（ＰＣ）は、リンクコストと同じ４である。 FIG. 6 shows a calculation example of the link cost and the ETX path cost. The ring cost (LC) from node A to the root node is 4. This indicates that in order to transmit data from the node A to the root node, in addition to the initial transmission, three retransmissions are required as an expected value. Since node A is directly connected to the root node, the ETX path cost (PC) of node A is 4, which is the same as the link cost.
ノードＣからノードＡまでのリンクコストは３である。ノードＣからノードＡを経由して根ノードまでのＥＴＸパスコストは、ノードＡのＥＴＸパスコストと、ノードＣのリンクコストとの合計で７となる。すなわち、ノードＣからノードＡを経由して根ノードへ至る経路では、期待される総送信回数は７である。 The link cost from node C to node A is 3. The ETX path cost from node C to the root node via node A is 7 in total of the ETX path cost of node A and the link cost of node C. That is, in the route from the node C to the root node via the node A, the expected total number of transmissions is 7.
このようなＥＴＸパスコストを利用して親ノードを選択する例を、ノードＮについて説明する。ノードＮの親ノード候補として、ノードＣ、ノードＡ、ノードＢおよび根ノードが存在する。ノードＮは、これらのノードを含む、根ノードへ至る４つの経路のそれぞれについて、ＥＴＸパスコストを計算する。そして、最もＥＴＸパスコストが小さい経路に含まれる親ノード候補を親ノードとする。ＥＴＸパスコストが小さい経路は、言い換えれば安定した通信品質でデータ送信が可能な経路であると言える。本例では、ＥＴＸパスコストが最も少なくなる経路は、ノードＣを経由する経路である。ノードＮは、ノードＣを親ノードとして選択する。 An example of selecting a parent node using such an ETX path cost will be described for node N. Node C, node A, node B, and a root node exist as parent node candidates of node N. Node N calculates the ETX path cost for each of the four routes to the root node, including these nodes. Then, the parent node candidate included in the route having the lowest ETX path cost is set as the parent node. In other words, a route with a low ETX path cost can be said to be a route capable of transmitting data with stable communication quality. In this example, the route with the lowest ETX path cost is the route via the node C. Node N selects node C as the parent node.
各ノードは、自ノードのＥＴＸパスコストを含む無線信号を、自ノード用のスロットで送信（報知）する。周囲のノードは、この無線信号を受信することで、当該ノードのＥＴＸパスコストを把握できる。例えばノードＡは、ＥＸＴパスコスト４を報知する。なお、以下の説明において、“ＥＸＴパスコストｘ”（ｘは実数）は、値がｘのＥＸＴパスコストを意味する。ノードＣは、ノードＡから受信したＥＸＴパスコスト４に、ノードＡおよびノードＣ間のリンクコスト３を加算して、ＥＸＴパスコスト７を得る。ノードＣは、ＥＸＴパスコスト７を報知する。ノードＮは、ノードＣから受信したＥＸＴパスコスト７に、ノードＮおよびノードＣ間のリンクコスト２を加算して、ノードＣを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のＥＸＴパスコスト９を得る。ノードＮは、ノードＡ、根ノード、ノードＢに対しても同様にして、ＥＸＴパスコストを計算し、それぞれ１３、１５、１１を得る。ノードＣを経由する場合のパスコストが最も小さいため、ノードＣを親ノードとして選択する。
Each node transmits (notifies) a radio signal including the ETX path cost of its own node in the slot for its own node. By receiving this radio signal, the surrounding nodes can grasp the ETX path cost of the node. For example, node A notifies the EXT path cost 4. In the following description, "EXT pass cost x" (x is a real number) means the EXT pass cost having a value of x. Node C obtains EXT path cost 7 by adding the
ＥＴＸ方式では、リンクが安定していて再送回数が少ない経路が選ばれる傾向がある。その結果、安定した経路に含まれるノードに中継されるデータが集中し、輻輳が発生し易い。 In the ETX method, a route with a stable link and a small number of retransmissions tends to be selected. As a result, the data relayed to the nodes included in the stable route is concentrated, and congestion is likely to occur.
図７は、輻輳の問題を説明する図である。この例ではツリー型ネットワークの極端な例のうちの１つとして、全部で９台のノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ、Ｈ，Ｉがすべて数珠つなぎになっている。この場合、中継のたびに、各ノードで自ノード用のデータが追加されるため、根ノードに最も近いノードは、全部で９台分のデータを送信しなければならない。図のリンクに付された数字は、何台分のノードのデータを中継しているかを表している。ノードに多くのデータが集まると、このノードでデータのうちの一部を送信できない、あるいはデータのうちの一部をノード内のメモリに蓄積できなくなる場合がある。この結果、データが欠損し、根ノードによりデータの収集が失敗する可能性がある。 FIG. 7 is a diagram illustrating the problem of congestion. In this example, as one of the extreme examples of the tree-type network, a total of nine nodes A, B, C, D, E, F, G, H, and I are all connected in a string. In this case, since the data for the own node is added to each node at each relay, the node closest to the root node must transmit the data for a total of nine units. The numbers attached to the links in the figure indicate how many nodes are relaying data. When a large amount of data is collected in a node, it may not be possible to send a part of the data or store a part of the data in the memory in the node. As a result, data may be lost and the root node may fail to collect the data.
図８は、図７で説明した輻輳が解決するネットワーク構成のうちの１つを示す。図８の例では、図７に比べて多くのノードが、根ノードに直接接続されている。根ノードに直接接続するノードは、中継の依頼先となる上位ノードが存在しない。したがって根ノードに直接接続するノードを増やす事は、輻輳の回避に効果がある。一般的には、ホップ数が増えるほど、子孫ノード数が増えることになり、根ノードに近いノードにとっては、輻輳が起こりやすくなる。逆にホップ数が少ない場合は、子孫ノード数が少ない傾向になるため、輻輳が起こりにくくなる。よって、根ノードに直接接続するノードを増やすこと（ランク１のノードを増やすこと）、輻輳を効果的に回避できる。図８の例では、根ノードに直接するノードは３つであり、そのうち２つのノードＨ、Ｉは自ノードのみのデータを根ノードに送信し、残りの１つのノードＧは、７台分のデータを根ノードに送信する。図７の例では根ノードに直接接続するノードＩが、９台分のデータを送信したが、図８の例では、根ノードに直接接続するノードＧは、７台分のデータを送信すればよく、ノードＨ、Ｉは自ノードのみのデータを送信すればよいため、１ノードあたりの負荷を低減できる。
FIG. 8 shows one of the network configurations in which the congestion described in FIG. 7 is resolved. In the example of FIG. 8, more nodes are directly connected to the root node than in FIG. 7. The node that connects directly to the root node does not have a higher-level node that is the request destination for relaying. Therefore, increasing the number of nodes that connect directly to the root node is effective in avoiding congestion. In general, as the number of hops increases, the number of offspring nodes increases, and congestion is more likely to occur for nodes close to the root node. On the contrary, when the number of hops is small, the number of descendant nodes tends to be small, so that congestion is less likely to occur. Therefore, it is possible to effectively avoid congestion by increasing the number of nodes directly connected to the root node (increasing the number of
そこで、本実施形態では、ホップ数を減らし、ひいてはランクが１のノードを増やしたネットワーク構成を実現する。このために、１ホップごとに加算されるホップペナルティを導入する。 Therefore, in the present embodiment, a network configuration is realized in which the number of hops is reduced and the number of nodes having a rank of 1 is increased. For this purpose, a hop penalty that is added for each hop is introduced.
図９は、本実施形態に係るパスコスト（経路の評価値）を説明する図である。ノードＡは根ノードに直接接続されており、ノードＡと根ノードの間のリンクコスト（ＬＣ）は４である。なお、根ノードに直接されるノードの場合、根ノードへの経路のパスコストは、リンクコストに一致するものとする。 FIG. 9 is a diagram for explaining the path cost (evaluation value of the route) according to the present embodiment. Node A is directly connected to the root node and has a link cost (LC) of 4 between node A and the root node. In the case of a node directly connected to the root node, the path cost of the route to the root node shall match the link cost.
各ノードは、上位ノードから受信したパスコスト（受信ＰＣ）に、リンクコストを加算して、上位ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコストを計算する。そして、このパスコストに、ホップペナルティ（＝１）を加算し、加算後のパスコストを、自ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコスト（評価値）として報知する。このパスコストを受信した下流のノードは、受信したパスコスト（受信ＰＣ）にリンクコストを加算することで、当該上位ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコストを計算する。そして、計算したパスコストにホップペナルティ１を加算して、加算後のパスコストを、自ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコストとして報知する。このような動作を各ノードで行う。
Each node adds the link cost to the path cost (received PC) received from the upper node, and calculates the path cost of the route from the own node to the root node when passing through the upper node. Then, a hop penalty (= 1) is added to this path cost, and the added path cost is notified as the path cost (evaluation value) of the route from the own node to the root node when passing through the own node. The downstream node that receives this path cost calculates the path cost of the route from its own node to the root node when passing through the upper node by adding the link cost to the received path cost (receiving PC). .. Then, the
具体的には、図９において、ノードＡは、根ノードとのリンクコスト４にホップペナルティ１を加算してパスコスト５を取得し、パスコスト５を報知する。つまり、ノードＡを経由する場合のノードＡから根ノードまでのパスコストは５であることを報知する。なお、“パスコストｘ”（ｘは実数）は、値がｘのパスコストを意味する。同様に、ノードＢは根ノードとのリンクコスト５にホップペナルティ１を加算してパスコスト６を取得し、パスコスト６を報知する。つまり、ノードＢを経由する場合のノードＢから根ノードまでのパスコストは６であることを報知する。
Specifically, in FIG. 9, the node A adds the
ノードＣはノードＡから受信したパスコスト（受信ＰＣ）５に、リンクコスト３を足した値８を、ノードＡを経由の場合のノードＣから根ノードまでの経路のパスコストとする。ノードＣは、パスコスト８にホップペナルティ１を加算してパスコスト９を取得し、パスコスト９を報知する。つまり、ノードＣを経由する場合のノードＣから根ノードまでのパスコストは９であることを報知する。
The node C sets the value 8 obtained by adding the link cost 3 to the path cost (received PC) 5 received from the node A as the path cost of the route from the node C to the root node when passing through the node A. Node C adds the
ノードＮはノードＣから受信したパスコスト９に、ノードＣとのリンクコスト２を足した値１１を、ノードＣを経由する場合のノードＮから根ノードへの経路のパスコストとする。同様に、ノードＮはノードＡから受信したパスコスト５に、ノードＡとのリンクコスト５を足した値１０を、ノードＡを経由する場合のノードＮから根ノードへの経路のパスコストとする。ノードＮは、根ノードと直接接続する場合、根ノードとのリンクコスト１５をそのままノードＮから根ノードへの経路のパスコストとする。ノードＮはノードＢから受信したパスコスト６に、ノードＢとのリンクコスト５を足した値１１を、ノードＢを経由する場合のノードＮから根ノードへの経路のパスコストとする。ノードＮは、最も小さいパスコスト１０が得られた経路の上位ノードであるノードＡを、親ノードとして選択する。パスコストは、親ノード選択に用いられる指標であり、経路の評価値に相当する。
The node N sets the value 11 obtained by adding the
このようにすることで、ホップ数が多いノードは、親ノードとして選ばれにくくなる。図９の例では、ノードＮにとっては、ノードＣを経由する経路よりも、ノードＡを経由する経路の方が、パスコストが小さくなる。従って、ノードＡを経由する経路が選択される。なお、親ノードが決定済みのノードであっても、親ノードの再選択処理を適宜行ってもよい。その場合、ノードＮと同様に、上位ノードから受信したパスコストにリンクコストを加算した値（ホップペナルティを加算する前の値）を用いて、親ノードを決定すればよい。 By doing so, a node having a large number of hops is less likely to be selected as a parent node. In the example of FIG. 9, for node N, the path cost of the route via node A is smaller than that of the route via node C. Therefore, the route via the node A is selected. Even if the parent node is a determined node, the reselection process of the parent node may be performed as appropriate. In that case, the parent node may be determined by using the value obtained by adding the link cost to the path cost received from the upper node (the value before adding the hop penalty) as in the node N.
以上の説明から理解できるように、ノードＮのパスコスト（経路の評価値）は、根ノードに至るまでの経路の通信経路品質（経路上のリンクコストの合計）と、ホップ数情報とに基づいた計算される値である。ホップ数情報は、根ノードに至るまでの経路上のホップ数を表す。ホップペナルティの値が１ホップあたり１である場合、ホップ数情報は、経路上のホップペナルティの合計である。 As can be understood from the above explanation, the path cost (evaluation value of the route) of the node N is based on the communication route quality (total of the link costs on the route) of the route to the root node and the hop number information. It is a calculated value. The hop number information represents the number of hops on the route to the root node. If the hop penalty value is 1 per hop, the hop count information is the sum of the hop penalties on the route.
具体的には、ノードＮについて、ノードＣを経由する場合の根ノードまでの経路の通信経路品質は、経路のリンクコストの合計であり、４＋３＋２＝９である。当該経路上のノードのホップ数情報は２である。すなわち、ノードＮの上流に根ノードに至るまでにノードＡ、Ｃの２つが存在する。したがって、経路の評価値（パスコスト）は９＋２＝１１である。この値は、上記の説明におけるノードＣを経由する場合のパスコスト１１と一致する。 Specifically, for node N, the communication path quality of the route to the root node when passing through node C is the total link cost of the route, and is 4 + 3 + 2 = 9. The hop number information of the node on the route is 2. That is, there are two nodes A and C upstream of the node N up to the root node. Therefore, the evaluation value (path cost) of the route is 9 + 2 = 11. This value matches the path cost 11 when passing through the node C in the above description.
同様に、ノードＮについて、ノードＡを経由する場合の根ノードまでの経路の通信経路品質は、経路のリンクコストの合計であり、４＋５＝９である。当該経路上のノードのホップ数情報は１である。すなわち、ノードＮの上流に根ノードに至るまでにノードＡの１つが存在する。したがって、経路の評価値（パスコスト）は９＋１＝１０である。この値は、上記の説明におけるノードＡを経由する場合のパスコスト１０と一致する。 Similarly, for node N, the communication path quality of the route to the root node when passing through node A is the total link cost of the route, and 4 + 5 = 9. The hop number information of the node on the route is 1. That is, one of the nodes A exists upstream of the node N up to the root node. Therefore, the evaluation value (path cost) of the route is 9 + 1 = 10. This value coincides with the path cost 10 when passing through the node A in the above description.
同様に、ノードＮについて、根ノードまでの経路の通信経路品質は、根ノードとのリンクコストに一致し１５である。当該経路上のノードのホップ数情報は０である。すなわち、ノードＮの上流には、根ノードに至るまでに他のノードは１つも存在しない。したがって、経路の評価値（パスコスト）は１５＋０＝１５である。この値は、上記の説明における根ノードに直接接続する場合のパスコスト１５と一致する。 Similarly, for node N, the communication path quality of the route to the root node matches the link cost with the root node and is 15. The hop count information of the node on the route is 0. That is, there is no other node upstream of the node N up to the root node. Therefore, the evaluation value (path cost) of the route is 15 + 0 = 15. This value is consistent with the path cost of 15 when connecting directly to the root node in the above description.
ノードＮについて、ノードＢを経由する場合の根ノードまでの経路の通信経路品質は、経路のリンクコストの合計であり、５＋５＝１０である。当該経路上のノードのホップ数情報は１である。すなわち、ノードＮの上流に根ノードに至るまでにノードＢの１つが存在する。したがって、経路の評価値（パスコスト）は１０＋１＝１１である。この値は、上記の説明におけるノードＢを経由する場合のパスコスト１１と一致する。 For node N, the communication path quality of the route to the root node when passing through node B is the total link cost of the route, and is 5 + 5 = 10. The hop number information of the node on the route is 1. That is, one of the nodes B exists upstream of the node N up to the root node. Therefore, the evaluation value (path cost) of the route is 10 + 1 = 11. This value matches the path cost 11 when passing through the node B in the above description.
図９の説明では、各ノードはホップペナルティ１を加算して、周囲のノードにパスコストを報知したが、別の方法として、各ノードはホップペナルティを加算せずに、ＥＴＸ方式と同じパスコスト（ＥＴＸパスコスト）を報知してもよい。各ノードは、パスコスト（経路の評価値）を得る際は、上位ノードから受信したＥＴＸパスコストに、“自ノードのランク（ホップ数）−１”（すなわち上位ノードのランク）を加算することで、ペナルティを考慮したパスコスト（経路の評価値）を計算してもよい。このようにペナルティを考慮したパスコストを計算する具体的な方法には種々の方法がある。いずれの方法を用いてもかまわない。
In the explanation of FIG. 9, each node adds a
図１０は本実施形態における無線通信装置（ノード）の構成を示す図である。無線通信装置は、アンテナ１０と、無線通信部２０とを備える。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a wireless communication device (node) in the present embodiment. The wireless communication device includes an
アンテナ１０は、無線周波数の信号（無線信号）の送信及び受信を行う。アンテナ１０は１本でも、複数本でもよい。また、アンテナ１０はアレイアンテナでもよい。
The
無線通信部２０は、ＲＦ部２１、送受信部２２、データ生成部２５、親ノード選択部（選択部）２６、及び中継制御部２７を備える。送受信部２２は、送信部２３および受信部２４を備える。これらの各要素はＣＰＵ等のプロセッサまたは回路によって構成できる。また、これらの各要素がメモリ等のバッファを備えていてもよい。メモリは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＮＡＮＤ、ＦＲＡＭ、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。また、本装置が、ハードディスク装置またＳＳＤなどのストレージ装置を備えていてもよい。
The
ＲＦ部２１は、アンテナ１０に接続されている。ＲＦ部２１は、送信用のパケットのビット系列を無線信号に変換し、無線信号を送信する処理を行う。ＲＦ部２１は、受信した無線信号からパケットのビット系列を取り出す処理を行う。図１１はパケットのフォーマットの一例を示す。パケットは、自ノードＩＤ、宛先ノードＩＤ、自ノードのデータ、子孫ノードのデータ、子孫数、パスコストなどのフィールドを有する。
The
データ生成部２５は、自ノード用のデータを生成する。データ生成部２５は、センサに接続されている。センサは、温度または傾きなどの情報を測定する。データ生成部２５は、センサから測定値を取得し、測定値をビット変換したデータを生成する。ここではセンサから自ノード用のデータを生成したが、これに限定されない。例えばＣＰＵにより行った演算結果でもよいし、装置の内部状態を表す値でもよい。
The
送信部２３は、データ生成部２５及び中継制御部２７の少なくとも一方から提供されたデータと、パラメータとに基づき、パケットを生成し、パケットの送信ビット系列をＲＦ部２１へ送り出す。ここでのデータとは、データ生成部２５で生成されたデータ（センサの測定値等）及び中継すべきデータ（子ノードから受信したデータ）である。データは自ノードデータフィールド、中継すべきデータは子孫ノードデータフィールドに格納される。パラメータは、送信先の親ノードのＩＤや、送信タイミング（例えばどのフレームのどのスロットか）、送信電力値などである。送信先の親ノードのＩＤは、宛先ノードＩＤフィールドに格納される。自ノードＩＤフィールドには、自ノードのＩＤを格納する。パスコストフィールドには、周囲のノードの報知するパスコスト（後述する親ノード選択部２６で計算される）を格納する。子孫数フィールドには、自ノードの子孫ノードの個数を設定する。その他、子ノードおよび子孫ノードに対応するＡＣＫフィールドを備えてもよい。この場合、例えば、子ノードおよび子孫ノードのデータを子ノードから受信した場合は、該当するノードのＡＣＫフィールドにビット１を立て、受信しなかった場合は０を立てる。パラメータは、データ生成部２５または中継制御部２７から送信部２３に提供される。もしくは、パラメータは、送信部２３内のバッファに事前に設定されていてもよい。
The
受信部２４は、ＲＦ部２１から受信したパケットのビット系列から、データおよびパラメータを取り出す。取り出されたデータ及びパラメータは、親ノード選択部２６及び中継制御部２７に送られる。ここでのパラメータとは、受信した無線信号の送信元ＩＤ、受信した際の受信電力や受信タイミングなどである。また自ノードが送信した無線信号に対する受信確認信号（ＡＣＫ）である場合もあり得る。
The receiving
親ノード選択部２６は、受信部２４で得られたデータ（例えばパスコストなど）およびパラメータの少なくとも一方に基づき、親ノード候補の中から親ノードの選択を行う。親ノード候補は、例えば自ノードと無線信号を送受信可能なノードである。親ノード選択部２６は、親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質（例えばリンクコストの合計）と、当該複数の経路の根ノードまでのホップ数情報（中継負荷情報）とに基づき、親ノードを選択する。例えば、通信経路品質とホップ数情報とに基づきパスコスト（経路の評価値）の計算を行い、計算したパスコストに基づき、親ノードを選択する。選択された親ノードの情報は、中継制御部２７に送られる。リンクコストは、一例として、過去の送信履歴から送信に成功するまでに送信回数の期待値を計算することで、取得してもよい。あるいは、実際にリンクコスト計算のための通信を行って送信に成功するまでの送信回数を測定してもよい。リンクコストの別の計算方法として、ノードから受信した無線信号の受信電力値に基づいて、当該ノードとのリンクコストを計算してもよい。例えば受信電力値が大きいほど、小さな値のリンクコストを計算してもよい。一例として、図１２のリンクコストテーブルを用いて、これを実現できる。リンクコストテーブルでは、受信電力とリンクコストが対応づけられている。親ノード選択部２６は、受信した無線信号の受信電力に基づき、対応するリンクコストをリンクコストテーブルから取得する。親ノード選択部２６は、取得したリンクコストを、無線信号の送信元のノードとのリンクコストとする。
The parent
中継制御部２７は、受信部２４で受信された子ノードからのデータを受け取って、中継のために送信部２３に送り出す。また、中継制御部２７は、送信タイミングの決定などを行う。
The
図１３は、本実施形態における親ノード選択の動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of selecting the parent node in the present embodiment.
受信部２４が、周囲のノードから無線信号を受信する（Ｓ１）。受信した無線信号には、送信元のノードＩＤ、および送信元のノードから報知されるパスコスト（図９参照）が含まれている。受信した無線信号から送信元のノードＩＤ、及びパスコストを取り出す（Ｓ２）。複数のノードから無線信号の受信を行うことで、複数の送信元のノードについて、ノードＩＤ及びパスコストを取得する。
The receiving
親ノード選択部２６は、送信元のノードとの間のリンクコストを計算する（Ｓ３）。過去の送信履歴から送信に成功するまでに送信回数の期待値を計算することで、リンクコストを計算してもよいし、実際にリンクコスト計算のための通信を行って送信に成功するまでの送信回数を測定してもよい。または、上記送信元のノードから受信した無線信号の受信電力値に基づいて、リンクコストを計算してもよい。例えば受信電力値が大きいほど、小さな値のリンクコストを計算してもよい。
The parent
親ノード選択部２６は、送信元のノードから受信したパスコストと、計算したリンクコストとを加算し（Ｓ４）、送信元のノードを親とした場合の経路のパスコストを求める。この処理は、各送信元のノードについて行う。
The parent
親ノード選択部２６は、複数の送信元のノードに対して計算したパスコスト（経路の評価値）を比較し、パスコストが最小となったノードを親ノードとして選択する（Ｓ５）。
The parent
さらに親ノード選択部２６は、当該最小のパスコスト（選択した親ノードを経由する経路のパスコスト）にホップペナルティ（＝１）を加算することで、自ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコストを計算する（Ｓ６）。
Further, the parent
計算したパスコストを含む無線信号を周囲に報知する（Ｓ７）。自ノードに割り当てられたスロットで、親ノードへ送信する中継用データおよび自ノードで測定したデータとともに、パスコストを含むパケットを送信する。 A radio signal including the calculated path cost is notified to the surroundings (S7). In the slot assigned to the local node, a packet including the path cost is transmitted together with the relay data to be transmitted to the parent node and the data measured by the local node.
以上の動作により、根ノードからのホップ数が多いノードは、周囲のノードから親ノードとして選択されにくくなる。 By the above operation, the node having a large number of hops from the root node is less likely to be selected as the parent node from the surrounding nodes.
［ランクが小さい時だけホップペナルティを加算する］
上述した実施形態において、すべてのノードがホップペナルティ１を加算したが、ランクが小さいノードにおいてのみ、ホップペナルティ（値は１でもよいし、より大きな値でもよい）を加算し、それ以外のノードはホップペナルティの加算を行わない方法も考えられる。前述の通り、ランクが１のノードは直接根ノードに接続されるため、他のノードに負荷を掛けない。したがって、ランクが１のノードを増やすようにネットワークを構築してもよい。このためには、ランクが１のノードでのみ、ホップペナルティを加算すればよい。もちろんランク１に限らずランクが閾値以下のノードでのみ、ホップペナルティを加算する方法でも構わない。
[Add hop penalty only when rank is small]
In the above-described embodiment, all the nodes add the
逆に、ランクが閾値より大きいノードでのみ、ホップペナルティを加算する方法も考えられる。この方法を使えば、ランクが大きくなるほど、親ノードとして選ばれにくくなる。この結果、ある程度のホップ数までは、ＥＴＸ方式の場合と同様にネットワークが形成されるが、それ以上より長いホップ数になることが抑制される。結果的に、短すぎず、かつ長すぎないホップ数のノードが増える。 On the contrary, a method of adding the hop penalty only to the nodes whose rank is larger than the threshold value can be considered. Using this method, the higher the rank, the less likely it is to be selected as the parent node. As a result, a network is formed up to a certain number of hops as in the case of the ETX method, but the number of hops longer than that is suppressed. As a result, more nodes have hops that are neither too short nor too long.
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る無線マルチホップネットワークの例を示す。前述した図７及び図８で示した例とノードの位置が同じであるが、ネットワーク構成が異なっている。根ノードから遠いノード（例えばノードＢ）が、ノードＣではなく、ノードＦを親ノードとしている。ノードＢにとっては、ノードＣの方がノードＦよりも通信距離が短いにもかかわらず、ノードＦを親ノードとして選択している。これにより、経路が分岐し、根ノードへ至る経路が複数生成されている。また、ノードＢ等のホップ数は、図７及び図８の例よりも、小さくなっている。一般的にノード間の通信距離が長くなると、その分だけ通信誤りが増える傾向にある。しかしながら、あえて通信距離が長く通信誤りが多い経路を通ってでも、ホップ数を減らすことで、輻輳によるデータ欠損を避けた方が良い場合もある。図１４ではこのようなネットワーク構成を実現している。このための方法として本実施形態では、中継ノードの中継負荷情報としてトラヒックペナルティを導入する。トラフィックペナルティは、一例として、ノードが従えている子ノードの数に応じた値である。中継負荷情報は、ノードの中継負荷を表し、トラヒックペナルティはその一例である。
(Second Embodiment)
FIG. 14 shows an example of a wireless multi-hop network according to the second embodiment. The node positions are the same as those shown in FIGS. 7 and 8 described above, but the network configuration is different. A node far from the root node (for example, node B) has node F as a parent node instead of node C. For node B, node F is selected as the parent node even though node C has a shorter communication distance than node F. As a result, the route branches and a plurality of routes to the root node are generated. Further, the number of hops of the node B and the like is smaller than that in the examples of FIGS. 7 and 8. Generally, as the communication distance between nodes increases, communication errors tend to increase accordingly. However, it may be better to avoid data loss due to congestion by reducing the number of hops even if the communication distance is long and the communication error is large. In FIG. 14, such a network configuration is realized. As a method for this purpose, in the present embodiment, a traffic penalty is introduced as relay load information of the relay node. The traffic penalty is, for example, a value according to the number of child nodes that the node follows. The relay load information represents the relay load of the node, and the traffic penalty is an example.
図１５は本実施形態における親ノードの選択方法を説明する図である。各ノードは、パスコストとして、受信したパスコスト（根ノードに直接接続しているノードの場合はリンクコスト）にトラヒックペナルティを加算し、加算後の値を、自ノードを経由する場合の自ノードから根ノードへ至る経路のパスコストとして報知している。例えばノードＡは、ノードＡと根ノードの間のリンクコスト４に対して、トラヒックペナルティ（ＴＰ）２を加えた６を、自ノードＡを経由する場合の自ノードＡから根ノードまでの経路のパスコストとして報知する。トラフィックペナルティは、自ノードが従えている子ノードの数に応じた値とする。ノードＡの場合、子ノード１台を従えているため、１台あたりのペナルティ値を２とすると、トラフィックペナルティは２となる。もし子ノードが２台であれば、トラフィックペナルティは２台分の４である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a method of selecting a parent node in the present embodiment. As a path cost, each node adds a traffic penalty to the received path cost (link cost in the case of a node directly connected to the root node), and the value after addition is the own node when passing through its own node. It is notified as the path cost of the route from to the root node. For example, the node A adds a traffic penalty (TP) 2 to the
パスコストを受信したノードＣは、受信したパスコストに、ノードＡとノードＣとの間のリンクコスト３を加算してパスコスト９を算出する。ノードＣは、算出したパスコスト９を、ノードＡを経由する場合のノードＣから根ノードまでの経路のパスコストとして報知する（図の状態ではノードＣに子ノードは存在しないため、トラフィックペナルティの加算は行わない）。
The node C that has received the path cost calculates the path cost 9 by adding the
このようにノードが持つ子ノードの数に比例したトラヒックペナルティを加算し、加算後の値を、自ノードを経由する場合の自ノードから根ノードまでの経路のパスコストとして報知する。この方法によれば、従える子ノードの数が多いノードは、必然的に報知するパスコストが大きくなるため、親ノードとして選ばれにくくなる。図１５の例では、ノードＮは、一切の子ノードを従えていないノードＢを、親ノードとして選択している。すなわち、ノードＢから報知されるパスコスト５と、ノードＢとのリンクコスト５とを加算した値は１０である。ノードＡから報知されるパスコスト６と、ノードＡとのリンクコスト５とを加算した値は１１である。ノードＣから報知されるパスコスト９と、ノードＣとのリンクコスト２とを加算した値は１１である。よって、ノードＢ経由の経路のパスコストが最も小さい。このため、ノードＮは、ノードＢを親ノードとして選択する。
In this way, the traffic penalty proportional to the number of child nodes possessed by the node is added, and the value after the addition is notified as the path cost of the route from the own node to the root node when passing through the own node. According to this method, a node having a large number of subordinate child nodes inevitably has a large path cost to be notified, so that it is difficult to be selected as a parent node. In the example of FIG. 15, node N selects node B, which does not follow any child nodes, as a parent node. That is, the value obtained by adding the path cost 5 notified from the node B and the
図１６は、本実施形態における親ノード選択の動作の示すフローチャートである。図１３に比べ、報知するパスコストを算出する処理が異なる。すなわち、周囲のノードから受信したパスコストに対し、当該ノードとの間のリンクコストを加算するのみならず、自ノードのトラヒックペナルティを加算し（Ｓ１１）、加算後のパスコストを、自ノードを経由する場合における自ノードから根ノードまでの経路のパスコストとして周囲に報知する。 FIG. 16 is a flowchart showing the operation of selecting the parent node in the present embodiment. Compared with FIG. 13, the process of calculating the path cost to be notified is different. That is, not only the link cost with the node is added to the path cost received from the surrounding nodes, but also the traffic penalty of the own node is added (S11), and the path cost after the addition is added to the own node. Notify the surroundings as the path cost of the route from the own node to the root node when passing through.
なお本実施形態では、トラヒックペナルティとして子ノードの台数に応じた値を用いたか、他の方法も可能である。例えば、トラヒックペナルティの値を、子ノードだけでなく、子孫のノードの台数に応じた値としてもよい。あるいは、子ノードから自ノードに送られてくるデータ量に応じた値、あるいはこのデータの量の平均値に応じた値を、トラヒックペナルティの値としてもよい。子ノードが複数存在する場合は、すべての子ノードからの合計データ量またはその平均値に応じた値を、トラヒックペナルティの値としてもよい。 In the present embodiment, a value corresponding to the number of child nodes is used as the traffic penalty, or another method is also possible. For example, the value of the traffic penalty may be a value according to the number of descendant nodes as well as the child nodes. Alternatively, a value according to the amount of data sent from the child node to the own node, or a value according to the average value of the amount of this data may be used as the value of the traffic penalty. When there are a plurality of child nodes, the value corresponding to the total amount of data from all the child nodes or the average value thereof may be used as the value of the traffic penalty.
さらに、各ノードにおいてデータの溢れが発生し、データの一部を中継送信できない、あるいは受信したデータの一部を記憶できない等の事態が生じた場合（あるいは生じうる場合）、トラヒックペナルティの値を無限大、あるいは通常より大きい値、あるいは非常に大きな値としてもよい。これにより、実質的に他のノードが自ノードを親ノードに選択しないようにすることもできる。 Furthermore, if a situation occurs (or can occur) such as data overflow at each node, part of the data cannot be relayed, or part of the received data cannot be stored, the value of the traffic penalty is set. It may be infinite, larger than normal, or very large. As a result, it is possible to prevent other nodes from selecting their own node as the parent node.
（第３の実施形態）
図１７は本実施形態における親ノード選択の動作を示す図である。本実施形態は、第１の実施形態で導入したホップペナルティと、第２の実施形態で導入したトラヒックペナルティの双方を適用する。
(Third Embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing an operation of selecting a parent node in this embodiment. The present embodiment applies both the hop penalty introduced in the first embodiment and the traffic penalty introduced in the second embodiment.
例えばノードＡに着目すると、ノードＡは、根ノードまでのリンクコスト４に対し、ホップペナルティ１と、トラヒックペナルティ２（１台の子ノードＣを従えており、１台の子ノードあたりトラヒックペナルティの値は２とする）とを加算した７を、自ノードＡを経由する場合のノードＡから根ノードまでの経路のパスコストとして報知している。これを受信したノードＣは、さらにノードＡとノードＣの間のリンクコストである３と、ホップペナルティ１とを加算し、加算後のパスコスト１１を、自ノードＣを経由する場合の自ノードＣから根ノードまでの経路のパスコストとして、報知している。ノードＣは子を従えていないので、トラヒックペナルティは０である。すなわち、ノードＣは、トラフィックペナルティを加算しない。
Focusing on node A, for example, node A has a
ノードＮは、ノードＣから受信したパスコスト１１に、ノードＣとのリンクコスト２を加算して、パスコスト（経路の評価値）１３を得る。また、ノードＮは、ノードＡから受信したパスコスト７に、ノードＡとのリンクコスト５を加算し、パスコスト１２を得る。また、ノードＮは、ノードＢから受信したパスコスト６に、ノードＢとのリンクコスト５を加算し、パスコスト１１を得る。また、ノードＮは、根ノードに直接する場合のリンクコスト１５をパスコストとする。これらのパスコストの中で、最小のパスコストはノードＢである。このため、ノードＮは、ノードＢを親ノードとして選択する。
The node N adds the
本実施形態によれば、ホップ数が多いノードや、子ノードを多く従えているノードは親ノードとして選ばれにくくなる。従ってホップ数が少なく、経路の集中が軽減されたネットワークが形成される。これにより、輻輳が起こりにくくなり、結果としてデータの欠損が起こりにくくなる。 According to this embodiment, it is difficult to select a node having a large number of hops or a node having many child nodes as a parent node. Therefore, a network with a small number of hops and reduced route concentration is formed. As a result, congestion is less likely to occur, and as a result, data loss is less likely to occur.
図１８は本実施形態においてノードが親ノードを選択する動作のフローチャートを示す。本フローチャートは、受信したパスコストに、リンクコストを加算するのみならず（Ｓ４）、ホップペナルティとトラヒックペナルティの双方を加算している（Ｓ１２）。それ以外のステップは、図１３または図１６と同じである。 FIG. 18 shows a flowchart of an operation in which a node selects a parent node in the present embodiment. In this flowchart, not only the link cost is added to the received path cost (S4), but also both the hop penalty and the traffic penalty are added (S12). The other steps are the same as in FIG. 13 or FIG.
（第４の実施形態）
第４の実施形態においては、ホップペナルティの値、およびトラヒックペナルティの値の決め方について記載する。
(Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment, the value of the hop penalty and the method of determining the value of the traffic penalty will be described.
第１の実施形態では、ホップペナルティは１ホップあたり１、第２の実施形態では、トラヒックペナルティは子ノード１台あたり２とした。これらのペナルティは輻輳を回避するためのペナルティであり、これらのペナルティを利用すると、ペナルティが無い場合に選択される理想的なノードとは異なるノードを親ノードとして選択する場合も起こり得る。例えば、通信品質があまり良くないノードを親ノードとして選択する事態が生じ得る。従って、輻輳が生じにくい場合は、ペナルティを軽減すべきである。逆に輻輳が生じやすい場合は、通信品質を犠牲にしても、積極的にペナルティを大きくして輻輳回避を図った方が良い場合がある。 In the first embodiment, the hop penalty is 1 per hop, and in the second embodiment, the traffic penalty is 2 per child node. These penalties are penalties for avoiding congestion, and when these penalties are used, it is possible that a node different from the ideal node selected in the absence of the penalty is selected as the parent node. For example, a node with poor communication quality may be selected as the parent node. Therefore, if congestion is unlikely to occur, the penalty should be reduced. On the contrary, when congestion is likely to occur, it may be better to positively increase the penalty to avoid congestion even if the communication quality is sacrificed.
そこで例えば各ノードは、一定期間の間（例えば１フレームの間）、リスニングを行い、周囲からの無線信号を受信する。受信される無線信号の個数が少ない場合は、周囲に存在するノードの数が少なく（すなわちネットワーク内のノード密度が低く）、結果として輻輳が起きにくいと判断する。この場合、ホップペナルティおよびトラヒックペナルティの少なくとも一方の値を低くする。ここでは受信した無線信号の個数によって周囲のノード数を把握したが、受信した無線信号を復調して送信元のノードのＩＤを把握し、送信元のノードの個数をカウントしてもよい。 Therefore, for example, each node listens for a certain period of time (for example, for one frame) and receives a radio signal from the surroundings. When the number of received radio signals is small, it is determined that the number of nodes existing in the vicinity is small (that is, the node density in the network is low), and as a result, congestion is unlikely to occur. In this case, lower at least one of the hop penalty and the traffic penalty. Here, the number of surrounding nodes is grasped by the number of received radio signals, but the received radio signal may be demodulated to grasp the ID of the source node and count the number of source nodes.
逆に、受信される無線信号の個数が多い場合は、周囲に存在するノードの数が多く（すなわちシステム内のノード密度が高く）、結果として輻輳が起きやすいと判断する。この場合、ホップペナルティおよびトラヒックペナルティの少なくとも一方の値を高くする。 On the contrary, when the number of received radio signals is large, it is determined that the number of nodes existing in the vicinity is large (that is, the node density in the system is high), and as a result, congestion is likely to occur. In this case, the value of at least one of the hop penalty and the traffic penalty is increased.
これらの制御により、輻輳が起きにくい環境では通信品質に基づく親ノード選択ができるようになり、輻輳が起きやすい環境では、輻輳回避を積極的に行う親ノード選択ができるようになる。 With these controls, it becomes possible to select a parent node based on communication quality in an environment where congestion is unlikely to occur, and it becomes possible to select a parent node that actively avoids congestion in an environment where congestion is likely to occur.
（第５の実施形態）
第１〜第４の実施形態ではホップペナルティまたはトラフィックペナルティを導入することで、ＥＴＸ方式の問題点を解消したが、本実施形態では、別の方法で当該問題を解消する。
(Fifth Embodiment)
In the first to fourth embodiments, the problem of the ETX method is solved by introducing a hop penalty or a traffic penalty, but in the present embodiment, the problem is solved by another method.
図１９は、ＥＴＸ方式の問題点を説明する図である。ＥＴＸ方式では、リンクコストは送信成功に必要な送信回数の期待値を表しており、リンクコストの最小値は１である。図の例では、ノードＡと根ノードのリンクコストは１であり、ノードＣとノードＡのリンクコストは１である。従って、ノードＣのパスコストは最小値の２（＝１＋１）である。ノードＣは、１ホップ目にいるパスコストが１．５のノードＢに比べ、パスコストが大きいため、親として選ばれにくい。しかし、ノードＣおよびノードＡ間、ノードＡおよび根ノード間のリンクコストがそれぞれ最小の１ということは、ノードＣから根ノードまで、再送なしで、１回でデータを確実に送信できるということである。それにも関わらず、再送が必要になる可能性が高いルートＢを通る経路を選択することは、通信の信頼性を追求するのであれば、適切でない。このようにＥＴＸ方式では、必ずしも通信の信頼性の観点から最適では無いノードが選択され易い点がある。信頼性を追求するのであれば、各ノードから根ノードまでのデータ収集が確実に出来る、言い換えると、データ収集成功率が最大となる経路と選ぶべき場合がある。 FIG. 19 is a diagram illustrating a problem of the ETX method. In the ETX method, the link cost represents the expected value of the number of transmissions required for successful transmission, and the minimum value of the link cost is 1. In the example of the figure, the link cost between the node A and the root node is 1, and the link cost between the node C and the node A is 1. Therefore, the path cost of node C is the minimum value of 2 (= 1 + 1). Node C is less likely to be selected as a parent because the path cost is higher than that of node B, which has a path cost of 1.5 in the first hop. However, the fact that the link cost between node C and node A and between node A and the root node is 1 which is the minimum means that data can be reliably transmitted from node C to the root node at one time without retransmission. is there. Nevertheless, choosing a route through Route B, which is likely to require retransmission, is not appropriate if the reliability of the communication is pursued. As described above, in the ETX method, there is a point that a node that is not always optimal is easily selected from the viewpoint of communication reliability. If reliability is pursued, it may be necessary to select a route that can reliably collect data from each node to the root node, in other words, the route that maximizes the data collection success rate.
図２０は、本実施形態に係る親ノード選択の動作を説明する図である。通信成功率を用いてリンクコストを定義している。パスコストは経路上のリンクの通信成功率の乗算値としている。例えば、ノードＡと根ノードの間の通信成功率は０．９５である。ノードＡはパスコスト（リンクコストに等しい）として、この０．９５を報知する。またノードＡとノードＣの間の通信成功率は０．９７である。ノードＣは、ノードＡから受信した０．９５に０．９７を乗じ、０．９２１５をパスコストとして報知する。受信したパスコストにリンクコストを乗じているのは、ノードＣからノードＡを通じて根ノードに至る通信成功率が、両者の積で表されるからである。ノードＢも同様にして通信成功率０．９６のパスコストを報知する。 FIG. 20 is a diagram illustrating an operation of selecting a parent node according to the present embodiment. The link cost is defined using the communication success rate. The path cost is the product of the communication success rate of the links on the route. For example, the communication success rate between node A and the root node is 0.95. Node A notifies this 0.95 as the path cost (equal to the link cost). The communication success rate between node A and node C is 0.97. Node C multiplies 0.95 received from node A by 0.97 and notifies 0.9215 as the path cost. The reason why the received path cost is multiplied by the link cost is that the communication success rate from the node C to the root node through the node A is expressed by the product of both. Node B also notifies the path cost of the communication success rate of 0.96 in the same manner.
ノードＮは、ノードＣからのパスコスト０．９１２５を受信し、ノードＮとノードＣとの間のリンクコスト（通信成功率０．９８）を乗算して、ノードＣを経由する経路のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．９０３０７を得る。 Node N receives the path cost 0.9125 from node C, multiplies the link cost (communication success rate 0.98) between node N and node C, and node N of the route passing through node C. Obtain a path cost of 0.90307 from to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＡからのパスコスト０．９５を受信し、ノードＮとノードＡとの間のリンクコスト（通信成功率０．９２）を乗算して、ノードＡを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．８７４を得る。 Similarly, the node N receives the path cost 0.95 from the node A, multiplies the link cost (communication success rate 0.92) between the node N and the node A, and passes through the node A. Obtain a path cost of 0.874 from node N to the root node of the case.
同様にして、ノードＮは、根ノードに直接接続する場合のパスコスト０．７７を得る。 Similarly, node N gets a path cost of 0.77 when connecting directly to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＢからのパスコスト０．９６を受信し、ノードＮとノードＢとの間のリンクコスト（通信成功率０．９３）を乗算して、ノードＢを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．８９２８を得る。 Similarly, the node N receives the path cost 0.96 from the node B, multiplies the link cost (communication success rate 0.93) between the node N and the node B, and passes through the node B. Obtain a path cost of 0.8928 from node N to the root node of the case.
ノードＣを経由する場合のパスコストが最も大きいため、ノードＮはノードＣを親ノードとして選択する。本実施形態ではリンクコストを通信成功率で表し、パスコストはその積としているため、リンクコストおよびパスコストは、値が高いほど良いことに注意する。 Node N selects node C as the parent node because the path cost via node C is the highest. In the present embodiment, the link cost is represented by the communication success rate, and the path cost is the product. Therefore, it should be noted that the higher the value, the better the link cost and the path cost.
図２１は、図２０の例に、ホップペナルティとトラヒックペナルティとを適用してパスコストを計算する例を示す。本実施形態ではリンクコストやパスコストは高いほど良いため、これらペナルティは、値を減じるために用いられる。具体的には、リンクコストに応じた値、またはパスコストに応じた値を減算することで、ペナルティを実現する。値を減算するとは、言い換えれば、負の値を加算していることである。すなわち、本実施形態ではリンクコストおよびパスコストが負の値であると言える。図２１の例では、ホップペナルティとして０．１、トラヒックペナルティとして子１台あたり０．１を減算する例を示している。この方法によれば、通信成功率の高い経路を選択しつつ、通信の輻輳を回避できるようになる。ここではペナルティとして値を減算したが、１より小さい値を乗じることも可能である。 FIG. 21 shows an example of calculating the path cost by applying the hop penalty and the traffic penalty to the example of FIG. In this embodiment, the higher the link cost and the path cost, the better, so these penalties are used to reduce the value. Specifically, the penalty is realized by subtracting the value according to the link cost or the value according to the path cost. Subtracting a value is, in other words, adding a negative value. That is, it can be said that the link cost and the path cost are negative values in the present embodiment. In the example of FIG. 21, 0.1 is subtracted as the hop penalty and 0.1 is subtracted as the traffic penalty per child. According to this method, it becomes possible to avoid communication congestion while selecting a route having a high communication success rate. Here, the value is subtracted as a penalty, but it is also possible to multiply by a value smaller than 1.
例えばノードＡは、通信成功率（リンクコスト）０．９５から、ホップペナルティ０．１と、トラヒックペナルティ０．１を減算して、パスコスト０．７５を計算している。ノードＡはパスコスト０．７５を報知する。ノードＣは、パスコスト０．７５を受信し、これにノードＡおよびノードＣ間の通信成功率（リンクコスト）０．９７を乗算して、ノードＡを経由する場合のノードＣから根ノードまでのパスコスト０．７２７５を計算している。さらにノードＣは、これからホップペナルティ０．１を減算して、ノードＣを経由する場合のノードＣから根ノードまでの経路のパスコスト０．６２７５を計算し、このパスコスト０．６２７５を報知している。同様にして、ノードＢは、リンクコスト０．９６から、ホップペナルティ０．１を減算して（ノードＢに子ノードは存在しないため、トラヒックペナルティはゼロ）、パスコスト０．８６を計算している。ノードＢは．パスコスト０．８６を報知している。 For example, node A calculates the path cost of 0.75 by subtracting the hop penalty of 0.1 and the traffic penalty of 0.1 from the communication success rate (link cost) of 0.95. Node A notifies the path cost of 0.75. Node C receives the path cost 0.75, multiplies it by the communication success rate (link cost) 0.97 between node A and node C, and from node C to the root node when passing through node A. The path cost of 0.7275 is calculated. Further, the node C subtracts the hop penalty 0.1 from this, calculates the path cost 0.6275 of the route from the node C to the root node when passing through the node C, and notifies the path cost 0.6275. ing. Similarly, node B subtracts a hop penalty of 0.1 from the link cost of 0.96 (the traffic penalty is zero because node B has no child nodes) and calculates a path cost of 0.86. There is. Node B is. The pass cost of 0.86 is reported.
ノードＮは、ノードＣからのパスコスト０．６２７５を受信し、ノードＮとノードＣとの間のリンクコスト（通信成功率０．９８）を乗算して、ノードＣを経由する経路のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．６１４９５を得る。 Node N receives the path cost 0.6275 from node C, multiplies the link cost (communication success rate 0.98) between node N and node C, and node N of the route passing through node C. Obtain a path cost of 0.61495 from to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＡからのパスコスト０．７５を受信し、ノードＮとノードＡとの間のリンクコスト（通信成功率０．９２）を乗算して、ノードＡを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．６９を得る。 Similarly, the node N receives the path cost 0.75 from the node A, multiplies the link cost (communication success rate 0.92) between the node N and the node A, and passes through the node A. Obtain a path cost of 0.69 from node N to the root node of the case.
同様にして、ノードＮは、根ノードに直接接続する場合のパスコスト０．７７を得る。 Similarly, node N gets a path cost of 0.77 when connecting directly to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＢからのパスコスト０．８６を受信し、ノードＮとノードＢとの間のリンクコスト（通信成功率０．９３）を乗算して、ノードＢを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．７９９８を得る。 Similarly, the node N receives the path cost 0.86 from the node B, multiplies the link cost between the node N and the node B (communication success rate 0.93), and passes through the node B. Obtain a path cost of 0.7998 from node N to the root node of the case.
ノードＢを経由する場合のパスコストが最も大きいため、ノードＮはノードＢを親ノードとして選択する。 Since the path cost via node B is the highest, node N selects node B as the parent node.
ここで、乗算演算（例えばノードＣにおいてノードＡから受信したパスコストと、ノードＣ及びノードＡ間のリンクコストとの乗算）は、電子回路から成る無線機の内部では回路規模が大きくなるなどの理由で実装が難しい場合もある。そこで、リンクコストは通信成功率の対数値とし、パスコストを求める際には加算演算で実現する方法も可能である。２値の乗算値の対数を取ることは、２値の対数を加算することと等価な性質を利用したものである。 Here, the multiplication operation (for example, the multiplication of the path cost received from the node A at the node C and the link cost between the node C and the node A) causes the circuit scale to increase inside the radio consisting of electronic circuits. It can be difficult to implement for some reason. Therefore, the link cost is a logarithmic value of the communication success rate, and a method of realizing the path cost by an addition operation is also possible. Taking the logarithm of the two-value multiplication value utilizes the property equivalent to adding the two-value logarithm.
図２２は、パスコストの計算を加算演算で行う例を説明する図である。例えばノードＡと根ノードの間の通信成功率０．９５の場合、ノードＡは、０．９５の対数を取り、さらにホップペナルティとトラヒックペナルティを減算して、パスコスト−０．０２９を計算する。ノードＡは、パスコスト−０．０２９を送信する。ノードＣは、Ａから受信した−０．０２９という値に、ノードＡとノードＣの間の通信成功率０．９７の対数値を加算して、ノードＡを経由する場合のノードＣから根ノードまでのパスコストを計算する。さらにノードＣは、この値から、ホップペナルティ０．００２を減算して、ノードＣを経由する場合のノードＣから根ノードまでのパスコスト−０．０４４を計算し、パスコスト−０．０４４を報知する。ノードＢは、０．９６の対数を取り、さらにホップペナルティを減算して、パスコスト−０．０２０を計算する。ノードＢは、パスコスト−０．０２０を送信する。 FIG. 22 is a diagram illustrating an example in which the path cost is calculated by an addition operation. For example, if the communication success rate between node A and the root node is 0.95, node A takes a logarithm of 0.95 and then subtracts the hop penalty and traffic penalty to calculate the path cost -0.029. .. Node A transmits a path cost of -0.029. Node C adds the logarithmic value of the communication success rate of 0.97 between node A and node C to the value of -0.029 received from A, and the root node from node C when passing through node A. Calculate the path cost to. Further, the node C subtracts the hop penalty 0.002 from this value to calculate the path cost -0.044 from the node C to the root node when passing through the node C, and obtains the path cost -0.044. Notify. Node B takes a logarithm of 0.96 and subtracts the hop penalty to calculate the path cost -0.020. Node B transmits a path cost of -0.020.
ノードＮは、ノードＣからのパスコスト−０．０４４を受信し、ノードＮとノードＣとの間のリンクコスト（通信成功率０．９８の対数値）を加算して、ノードＣを経由する経路のノードＮから根ノードまでのパスコスト−０．０５２を得る。 Node N receives the path cost -0.044 from node C, adds the link cost between node N and node C (the logarithmic value of the communication success rate of 0.98), and passes through node C. Obtain a path cost of -0.052 from node N of the route to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＡからのパスコスト−０．０２９を受信し、ノードＮとノードＡとの間のリンクコスト（通信成功率０．９２の対数値）を加算して、ノードＡを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト−０．０６５を得る。 Similarly, node N receives the path cost -0.029 from node A, adds the link cost between node N and node A (the logarithmic value of the communication success rate of 0.92), and nodes. The path cost from node N to the root node when passing through A is -0.065.
また、ノードＮは、根ノードとのリンクコスト０．７７の対数値を計算して、根ノードに直接接続する場合のパスコスト−０．１１を得る。 Further, the node N calculates the logarithmic value of the link cost 0.77 with the root node to obtain the path cost −0.11 when directly connecting to the root node.
ノードＮは、ノードＢからのパスコスト−０．０２０を受信し、ノードＮとノードＢとの間のリンクコスト（通信成功率０．９３の対数値）を加算して、ノードＢを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト−０．０５１を計算する。 Node N receives the path cost -0.020 from node B, adds the link cost between node N and node B (the logarithm of the communication success rate of 0.93), and passes through node B. Calculate the path cost -0.051 from node N to the root node in the case.
ノードＢを経由する場合のパスコストが最も小さいため、ノードＮはノードＢを親ノードとして選択する。 Node N selects node B as the parent node because the path cost via node B is the lowest.
このように通信成功率の対数値をリンクコストとすることで、ノード内での乗算を回避し、加減算によるパスコスト計算を可能にできる。 By using the logarithmic value of the communication success rate as the link cost in this way, it is possible to avoid multiplication within the node and to calculate the path cost by addition and subtraction.
さらに、リンクコストやパスコストが負の値（すなわち減算）では実装が困難な場合がある。そこで、加算演算のみでパスコストを計算する方法を以下に示す。この方法では通信成功率の逆数について対数値を取り、これをリンクコストとする（リンクコストの値は小さいほど良い）。そしてリンクコスト及びパスコストは双方とも０以上の値とする。報知するパスコストの計算の際は、リンクコスト及びパスコストを加算する。つまり、ホップペナルティ及びトラヒックペナルティは、報知するパスコストの値を増加させる方向に使われる。 Furthermore, it may be difficult to implement if the link cost or path cost is negative (that is, subtraction). Therefore, the method of calculating the path cost only by the addition operation is shown below. In this method, the reciprocal of the communication success rate is taken as a logarithmic value, and this is used as the link cost (the smaller the link cost value, the better). The link cost and the path cost are both set to a value of 0 or more. When calculating the path cost to be notified, the link cost and the path cost are added. That is, the hop penalty and the traffic penalty are used in the direction of increasing the value of the notified path cost.
図２３は、通信成功率を利用してリンクコストを定義しつつ、加算演算のみでパスコストを計算する例を説明する図である。通信成功率の逆数の対数値をリンクコストとし、リンクコスト及びパスコストは双方とも０以上の値としている。例えばノードＡと根ノード間の通信成功率は０．９５であるため、根ノードへの経路のパスコストは０．９５の逆数の対数値である。この値にホップペナルティ０．００２と、子ノード１台分のトラヒックペナルティ０．００５とを加算し、加算後の値０．０２９を、ノードＡを経由する場合のノードＡから根ノードまでのパスコストとして報知する。同様にして、ノードＢの根ノードへの経路のパスコストは０．９６の逆数の対数値である。ノードＢは、この値にホップペナルティ０．００２を加算し、加算後の値パスコスト０．０２０を、ノードＢを経由する場合のノードＢから根ノードまでのパスコストとして報知する。 FIG. 23 is a diagram illustrating an example of calculating the path cost only by the addition operation while defining the link cost using the communication success rate. The logarithmic value of the reciprocal of the communication success rate is the link cost, and both the link cost and the path cost are values of 0 or more. For example, since the communication success rate between node A and the root node is 0.95, the path cost of the route to the root node is the reciprocal of 0.95. Add the hop penalty 0.002 and the traffic penalty 0.005 for one child node to this value, and add the added value 0.029 to the path from node A to the root node when passing through node A. Notify as a cost. Similarly, the path cost of the path of node B to the root node is the reciprocal logarithmic of 0.96. Node B adds a hop penalty of 0.002 to this value, and notifies the added value path cost of 0.020 as the path cost from node B to the root node when passing through node B.
ノードＣは、このパスコスト０．０２９を受信し、ノードＣとノードＡとの間のリンクコスト（通信成功率０．９７の逆数の対数値）を加算して、ノードＡを経由する経路のノードＣから根ノードまでのパスコスト０．０４２を得る。ノードＣは、これにホップペナルティ０．００２を加算して、報知するパスコスト０．０４４を得る。このパスコスト０．０４４を報知する。 Node C receives this path cost of 0.029, adds the link cost between node C and node A (the logarithmic value of the reciprocal of the communication success rate of 0.97), and routes the route via node A. Obtain a path cost of 0.042 from node C to the root node. Node C adds a hop penalty of 0.002 to this to obtain a notification path cost of 0.044. Notify this path cost 0.044.
ノードＮは、このパスコスト０．０４４を受信し、ノードＮとノードＣとの間のリンクコスト（通信成功率０．９８の逆数の対数値）を加算して、ノードＣを経由する経路のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．０５２を得る。 Node N receives this path cost 0.044, adds the link cost between node N and node C (the logarithmic value of the reciprocal of the communication success rate of 0.98), and routes the route via node C. Obtain a path cost of 0.052 from node N to the root node.
同様にして、ノードＮは、ノードＡからのパスコスト０．０２９を受信し、ノードＮとノードＡとの間のリンクコスト（通信成功率０．９２の逆数の対数値）を加算して、ノードＡを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．０６５を得る。 Similarly, node N receives the path cost 0.029 from node A, adds the link cost between node N and node A (the logarithmic value of the reciprocal of the communication success rate of 0.92), and adds them. Obtain a path cost of 0.065 from node N to the root node when passing through node A.
ノードＮは、根ノードに直接接続する場合のパスコスト０．１１を得る。 Node N gets a path cost of 0.11 when connecting directly to the root node.
ノードＮは、ノードＢからのパスコスト０．０２０を受信し、ノードＮとノードＢとの間のリンクコスト（通信成功率０．９３の逆数の対数値）を加算して、ノードＢを経由する場合のノードＮから根ノードまでのパスコスト０．０５１を得る。 Node N receives the path cost 0.020 from node B, adds the link cost between node N and node B (the logarithmic value of the reciprocal of the communication success rate of 0.93), and goes through node B. Obtain a path cost of 0.051 from the node N to the root node.
ノードＢを経由する場合のパスコストが最も小さいため、ノードＮはノードＢを親ノードとして選択する。 Node N selects node B as the parent node because the path cost via node B is the lowest.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate.
１０：アンテナ
２０：無線通信部
２１：ＲＦ部
２２：送受信部
２３：送信部
２４：受信部
２５：データ生成部
２６：親ノード選択部（選択部）
２７：中継制御部
10: Antenna 20: Wireless communication unit 21: RF unit 22: Transmission / reception unit 23: Transmission unit 24: Reception unit 25: Data generation unit 26: Parent node selection unit (selection unit)
27: Relay control unit
Claims (15)
複数の親ノード候補と無線信号を送受信する送受信部と、
前記複数の親ノード候補から親ノードを選択する選択部を備え、
前記選択部は、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記親ノードを選択し、
前記根ノードまでのポップ数が閾値以下の前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線通信装置。 A wireless communication device in a wireless multi-hop network
A transmitter / receiver that sends / receives wireless signals to multiple parent node candidates,
A selection unit for selecting a parent node from the plurality of parent node candidates is provided.
The selection unit
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The evaluation values of the plurality of routes are calculated, and the parent node is selected based on the evaluation values of the plurality of routes.
A wireless communication device that adds the penalty value only to the node whose pop number to the root node is equal to or less than the threshold value .
請求項１に記載の無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 1, wherein the selection unit calculates evaluation values of the plurality of routes based on relay load information of the nodes on the plurality of routes.
請求項２に記載の無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 2 , wherein the relay load information represents the number of child nodes or descendant nodes of the node on the plurality of routes.
請求項２に記載の無線通信装置。 The wireless communication device according to claim 2 , wherein the relay load information represents the amount of relay data of the node on the plurality of routes.
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の無線通信装置。 The selection unit is based on the success probability of communication between each node on the route, the expected value of the number of communications required for success of the communication between each node, or the received power of the radio signal between each node. The wireless communication device according to any one of claims 1 to 4, wherein the communication path quality of the path is calculated.
請求項１に記載の無線通信装置。 The selection unit, based on the radio signal received by said transceiver unit detects the number of wireless communication devices located in the nearby vicinity of its own node, according to claim 1 to calculate the evaluation value based on the detected number Wireless communication device.
請求項２〜４のいずれか一項に記載の無線通信装置。 The selection unit includes a value representing the communication path quality, the radio according to any one of claims 2-4 for calculating the evaluation value by adding or subtracting a penalty value corresponding to the relay load information Communication device.
をさらに備えた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の無線通信装置。 The wireless communication device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a relay control unit that relays data received from a child node to the parent node.
第１ノードが、複数の親ノード候補と無線信号を送受信し、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択し、
前記根ノードまでのポップ数が閾値以下の前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線通信方法。 A wireless communication method that runs on a wireless multi-hop network.
The first node sends and receives radio signals to and from multiple parent node candidates,
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The evaluation values of the plurality of routes are calculated, and the parent node is selected from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes .
A wireless communication method in which the penalty value is added only to the node in which the number of pops to the root node is equal to or less than the threshold value .
複数の親ノード候補と無線信号を送受信するステップと、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算するステップと、
前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択するステップと、を備え、
前記根ノードまでのポップ数が閾値以下の前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
コンピュータプログラム。 A computer program to be executed by a wireless communication device in a wireless multi-hop network.
Steps to send and receive radio signals to multiple parent node candidates,
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The step of calculating the evaluation value of the plurality of routes and
A step of selecting a parent node from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes is provided.
A computer program that adds the penalty value only to the node whose number of pops to the root node is equal to or less than the threshold value .
前記ノードは、複数の親ノード候補と無線信号を送受信し、
前記ノードは、前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択し、前記根ノードまでのポップ数が閾値以下の前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線マルチホップネットワーク。 A wireless multi-hop network having a plurality of nodes and a root node, and aggregating the data held by the node to the root node by relaying by another node.
The node sends and receives radio signals to and from a plurality of parent node candidates.
The node sets a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node, including the plurality of parent node candidates, as a penalty value according to the number of hops of the node on the plurality of routes to the root node. By adding, the evaluation values of the plurality of routes are calculated, the parent node is selected from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes, and the number of pops to the root node is equal to or less than the threshold value. A wireless multi-hop network that adds the penalty value only to nodes .
複数の親ノード候補と無線信号を送受信する送受信部と、
前記複数の親ノード候補から親ノードを選択する選択部を備え、
前記選択部は、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択し、
前記根ノードまでのポップ数が閾値より大きい前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線通信装置。 A wireless communication device in a wireless multi-hop network
A transmitter / receiver that sends / receives wireless signals to multiple parent node candidates,
A selection unit for selecting a parent node from the plurality of parent node candidates is provided.
The selection unit
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The evaluation values of the plurality of routes are calculated, and the parent node is selected from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes .
A wireless communication device that adds the penalty value only to the node in which the number of pops to the root node is larger than the threshold value .
第１ノードが、複数の親ノード候補と無線信号を送受信し、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択し、
前記根ノードまでのポップ数が閾値より大きい前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線通信方法。 A wireless communication method that runs on a wireless multi-hop network.
The first node sends and receives radio signals to and from multiple parent node candidates,
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The evaluation values of the plurality of routes are calculated, and the parent node is selected from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes .
A wireless communication method in which the penalty value is added only to the node in which the number of pops to the root node is larger than the threshold value .
複数の親ノード候補と無線信号を送受信するステップと、
前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算するステップと、
前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択するステップと、を備え、
前記根ノードまでのポップ数が閾値より大きい前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
コンピュータプログラム。 A computer program to be executed by a wireless communication device in a wireless multi-hop network.
Steps to send and receive radio signals to multiple parent node candidates,
By adding a penalty value according to the number of hops of a node on the plurality of routes to the root node to a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node including the plurality of parent node candidates. The step of calculating the evaluation value of the plurality of routes and
A step of selecting a parent node from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes is provided.
A computer program that adds the penalty value only to the node whose number of pops to the root node is larger than the threshold value .
前記ノードは、複数の親ノード候補と無線信号を送受信し、
前記ノードは、前記複数の親ノード候補を含む、根ノードへ至る複数の経路の通信経路品質を表す値に、前記複数の経路上のノードの前記根ノードまでのホップ数に応じたペナルティ値を加算することにより前記複数の経路の評価値を計算し、前記複数の経路の評価値に基づき、前記複数の親ノード候補から親ノードを選択し、前記根ノードまでのポップ数が閾値より大きい前記ノードについてのみ前記ペナルティ値を加算する
無線マルチホップネットワーク。 A wireless multi-hop network having a plurality of nodes and a root node, and aggregating the data held by the node to the root node by relaying by another node.
The node sends and receives radio signals to and from a plurality of parent node candidates.
The node sets a value representing the communication path quality of a plurality of routes to the root node, including the plurality of parent node candidates, as a penalty value according to the number of hops of the node on the plurality of routes to the root node. The evaluation values of the plurality of routes are calculated by adding, the parent node is selected from the plurality of parent node candidates based on the evaluation values of the plurality of routes, and the number of pops to the root node is larger than the threshold value. A wireless multi-hop network that adds the penalty value only to nodes .
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