WO2010110114A1 - 無線通信システムおよび親ノード探索方法 - Google Patents

無線通信システムおよび親ノード探索方法 Download PDF

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雅人 田中
樹 田辺
邦良 上田
立 鄭
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株式会社山武
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/005—Discovery of network devices, e.g. terminals

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system including a parent node that is a higher-level communication device and a child node that is a lower-level communication device, and more particularly to a technique for selecting a parent node with which a child node regularly communicates.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional wireless measurement system using such a wireless communication function.
  • the wireless measurement system generally includes an information processing device 101 that is a parent node such as a relay node or a gateway node, and a wireless communication device 102 that is a terminal leaf node (child node). Data wirelessly transmitted from the wireless communication device 102 is accumulated in the database 103 through the information processing device 101.
  • the wireless communication device 102 is a node at the end of the network, and the number of times of communication is smaller than that of the information processing device 101. Therefore, the power consumption is smaller than that of the information processing apparatus 101. In addition, it is desired to eliminate the power supply line at the same time as the signal line for the wireless measuring device. Therefore, the wireless communication device 102 is often configured to use a battery as a power source.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a specific example of the wireless communication device 102. In FIG. 9, in the example of (A), the sensor 104 and the battery type wireless communication device 102a are separated. In the example of (B), the wireless communication device is a sensor-integrated battery type wireless communication device 102b having a sensor inside. Thus, the wireless communication device 102 often uses a battery as a power source. For this reason, there is a restriction on the operable time.
  • each parent node when there are a plurality of parent node candidates, when a search signal for searching for a parent node capable of communication is sent from a leaf node, each parent node returns a response in response to the search signal.
  • a leaf node selects a parent node that responds quickly and establishes a relationship for regular communication.
  • the leaf node when the direct connection with the parent node becomes impossible, the leaf node does not cancel the regular communication relationship with the parent node, and does not cancel the relationship with the parent node through a detour route via another node. Continue communication.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem.
  • the wireless communication system and the parent can reduce the probability that the battery life of the child node will be shortened unexpectedly.
  • the object is to provide a node search method.
  • the wireless communication system of the present invention includes a parent node that is a higher-level communication device and a child node that is a lower-level communication device, and the parent node receives a parent node search signal transmitted from the child node.
  • Measuring means for measuring the strength of the radio link between the parent node search signal receiving means and the child node that has transmitted the parent node search signal when the parent node search signal is received; and the strength of the radio link
  • a reply means for returning a response signal to a child node that is a transmission source of the parent node search signal after waiting for a reply waiting time according to the transmission, wherein the child node transmits the parent node search signal.
  • a response signal receiving means for receiving the response signal, and a parent node that constantly communicates with its own node based on a waiting time from when the parent node search signal is transmitted until the response signal is received Is characterized in further comprising a parent node selecting means for selecting.
  • the parent node further decreases the reply waiting time as the wireless link is stronger, and increases the reply waiting time as the wireless link is weaker.
  • the reply means of the parent node minimizes the reply waiting time when the strength of the wireless link is greater than or equal to a threshold.
  • the processing is terminated without returning the response signal, and the parent node selection means of the child node returns the response signal. It is characterized by selecting the parent node that has returned the fastest.
  • the threshold value is a specified value.
  • the transmission means of the child node transmits the threshold to the parent node together with the parent node search signal, and the child node further includes the parent node search signal.
  • the threshold value is changed to a value smaller than the current value, and the transmission means retransmits the parent node search signal and the changed threshold value.
  • a threshold value changing means to be executed.
  • the measuring means measures RSSI as an index representing the strength of the wireless link.
  • the parent node search method of the present invention includes a transmission procedure in which a child node as a lower communication device transmits a parent node search signal, and a parent node search in which a parent node as a higher communication device is transmitted from the child node.
  • a parent node search signal reception procedure for receiving a signal and the parent node receives the parent node search signal, the strength of the radio link between the parent node search signal and the child node that transmitted the parent node search signal is measured.
  • a measurement procedure a reply procedure in which a response signal is returned to a child node that is a transmission source of the parent node search signal after the parent node waits for a reply waiting time corresponding to the strength of the radio link, and the child node Is based on a response signal reception procedure for receiving the response signal and a waiting time until the child node receives the response signal after transmitting the parent node search signal. It is characterized in further comprising a parent node selection procedure for selecting a parent node to communicate.
  • the strength of the radio link is measured by measuring the strength of the radio link with the child node that transmitted the parent node search signal. After waiting for a reply waiting time corresponding to the response time, the response signal is returned to the child node that is the transmission source of the parent node search signal, and the child node waits until the response signal is received after the parent node search signal is transmitted. Therefore, the child node can select the parent node in consideration of the stability of communication. As a result, in the present invention, it is possible to reduce the probability that re-communication will increase, and it is possible to reduce the probability that the battery life of the child node will be shortened unexpectedly. In the present invention, the search processing load on the child node side can be reduced.
  • the inventor determines the strength of the link with the child node (RSSI (Received Signal Strength). Indicator): A numerical value indicating the strength of the received signal), the parent node may change the reply waiting time, more specifically, the stronger the link strength, the faster the reply, the weaker the reply I came up with the idea to make it happen. Since the child node can know the rank of the strength of the link with the parent node according to the reply order, the parent node can be selected in consideration of communication stability. That is, the child node may select the parent node that has returned the fastest. By such a method, the search processing load on the child node side can be reduced.
  • RSSI Receiveived Signal Strength
  • a parent node having a link strength (RSSI) with a child node that is equal to or greater than a threshold needs to reply at the fastest speed, that is, a link having a link strength that is equal to or greater than the threshold needs to be answered quickly.
  • the child node is a node whose link strength with its own node is higher than a specific strength, and it can know which of the nodes can communicate in the shortest time.
  • a parent node can be selected in consideration of both stability of communication and speed of communication. That is, the child node may select the parent node that has returned the fastest.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radio communication system according to the first embodiment of the present invention. This embodiment is based on the first principle of the invention.
  • the wireless communication system includes a parent node 1 that is a higher-level communication device and a child node (leaf node) 2 that is a lower-level communication device such as a sensor device that transmits measurement data to the parent node 1, for example.
  • the parent node 1 includes a signal receiving unit 10 that receives a signal from the child node 2 via a wireless link, and the child node 2 that has transmitted the parent node search signal when the parent node search signal is received from the child node 2.
  • RSSI measuring unit 11 that measures RSSI that is an index representing the strength of the wireless link between the wireless link
  • reply waiting time determining unit 12 that determines the reply waiting time according to the strength of the wireless link, and the strength of the wireless link
  • a reply waiting time waiting processing unit 13 After waiting for a reply waiting time according to the response time, a reply waiting time waiting processing unit 13 that sends back a response signal to the child node 2 that is the transmission source of the parent node search signal, and a signal is transmitted to the child node 2 via the wireless link.
  • a signal transmission unit 14 The reply waiting time waiting processing unit 13 and the signal transmitting unit 14 constitute reply means for returning a response signal.
  • the child node 2 transmits a signal transmitting unit 20 that transmits a signal to the parent node 1 via a wireless link, a signal receiving unit 21 that receives a signal from the parent node 1 via a wireless link, and a parent node search signal. Based on the waiting time until the response signal is received, a parent node selection unit 22 that selects a parent node that constantly communicates with the own node, and the address of the parent node 1 selected by the parent node selection unit 22 are stored. And a battery 24 that supplies power to each component of the child node 2.
  • the signal transmission unit 20 of the child node 2 acquires measurement data from the sensor unit (not shown) for each operation cycle, and acquires the measurement. Data is transmitted to the parent node 1 via the wireless link.
  • the signal receiving unit 10 of the parent node 1 receives data from the child node 2 via the wireless link, the signal receiving unit 10 stores this data in a database (not shown). Data stored in the database is processed as needed.
  • the parent node 1 is a control device, for example, the parent node 1 performs temperature control, humidity control, flow rate control, and the like based on data (state quantity) received from the child node 2.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the child node 2
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the parent node 1.
  • the parent node selection unit 22 of the child node 2 that wants to search for the parent node 1 that regularly communicates causes the signal transmission unit 20 to wirelessly transmit the parent node search signal (step S100 in FIG. 2).
  • the parent node search signal is multicast-transmitted to all the parent nodes 1.
  • each parent node 1 receives the parent node search signal from the child node 2 (YES in step S200 in FIG. 3), it passes this parent node search signal to the RSSI measuring unit 11.
  • the RSSI measurement unit 11 measures RSSI by measuring the strength of the parent node search signal (step S201). This RSSI represents the strength of the radio link with the child node 2 that has transmitted the parent node search signal.
  • the reply waiting time determination unit 12 of the parent node 1 determines a reply waiting time corresponding to the RSSI (step S202).
  • the reply waiting time waiting unit 13 waits for the determined reply waiting time (step S203), and then instructs the signal transmitting unit 14 to transmit a response signal.
  • the signal transmission unit 14 wirelessly transmits a response signal to the child node 2 that is the transmission source of the parent node search signal (step S204). Since the address of the child node 2 is attached as a transmission source address to the parent node search signal transmitted from the child node 2, the signal transmission unit 14 transmits a response signal to the child node 2 having this transmission source address. Is possible.
  • Each parent node 1 that has received the parent node search signal performs the above processing.
  • the response signal is passed to the parent node selection unit 22.
  • the parent node selection unit 22 selects the parent node 1 that regularly communicates with the own node based on the waiting time from when the parent node search signal is transmitted until the response signal is received (step S102).
  • the parent node selection unit 22 selects the parent node 1 with the shortest waiting time, that is, the parent node 1 that has returned the response signal the fastest, and sets the source address included in the response signal returned by the parent node 1 as the parent node. Store in the storage unit 23. In this way, a steady communication relationship is established between the selected parent node 1 and child node 2.
  • the signal transmission unit 20 of the child node 2 transmits the measurement data to the parent node 1 having a relationship of constantly communicating.
  • the child node 2 can select the parent node 1 in consideration of communication stability. As a result, in this embodiment, it is possible to reduce the probability that re-communication will increase, and it is possible to reduce the probability that the battery life of the child node will be shortened unexpectedly.
  • 2 and 3 are not limited to once, but may be performed periodically. This makes it possible to select an appropriate parent node according to the latest communication status.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a radio communication system according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • This embodiment is based on Principle 2 of the invention described above.
  • the radio communication system according to the present embodiment includes a parent node 1a and a child node 2.
  • the parent node 1a When the strength of the radio link is equal to or greater than the threshold value, the parent node 1a minimizes the return waiting time when the signal receiving unit 10, the RSSI measuring unit 11, the signal transmitting unit 14, and the wireless link strength are equal to or greater than the threshold.
  • the RSSI threshold determination unit 15 is configured to terminate the process without returning the response signal.
  • the signal transmission unit 14 and the RSSI threshold value determination unit 15 constitute a reply unit.
  • the configuration of the child node 2 is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the parent node 1a.
  • the child node 2 that wants to search for the parent node 1a that communicates constantly transmits the parent node search signal (step S100 in FIG. 2).
  • each parent node 1a receives the parent node search signal from the child node 2 (YES in step S200 in FIG. 5)
  • this parent node search signal is measured by RSSI measurement. Pass to part 11.
  • the RSSI measurement unit 11 measures RSSI by measuring the strength of the parent node search signal (step S201).
  • the RSSI threshold value determination unit 15 of the parent node 1a compares the RSSI measured by the RSSI measurement unit 11 with a predetermined threshold value, and only when the RSSI is equal to or greater than the threshold value (YES in step S205), It instructs the transmission of a response signal.
  • the signal transmission unit 14 wirelessly transmits a response signal to the child node 2 that is the transmission source of the parent node search signal (step S206).
  • the processing in step S206 corresponds to returning a response signal with a minimum waiting time for reply (0) in the first embodiment.
  • the operation of the child node 2 that has received the response signal from each parent node 1a is as described in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a radio communication system according to the third embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the radio communication system according to the present embodiment includes a parent node 1a and a child node 2a.
  • the configuration of the parent node 1a is the same as that of the second embodiment.
  • the child node 2a stores the current value of the threshold used for comparison between the signal transmission unit 20a, the signal reception unit 21, the parent node selection unit 22a, the parent node storage unit 23, the battery 24, and the RSSI. And a threshold storage unit 25.
  • the parent node selection unit 22a and the threshold storage unit 25 constitute a threshold changing unit.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the child node 2a.
  • the parent node selection unit 22a of the child node 2a causes the signal transmission unit 20a to wirelessly transmit the parent node search signal and the threshold value stored in the threshold value storage unit 25 (step S103 in FIG. 7).
  • the operation of the parent node 1a that has received the parent node search signal and the threshold value is the same as that of the second embodiment.
  • the RSSI threshold value determination unit 15 of the parent node 1a may use the threshold value received by the signal reception unit 10 in the determination in step S205.
  • the parent node selection unit 22a of the child node 2a cannot receive the response signal from the parent node 1a (NO in step S104)
  • the parent node selection unit 22a determines that the threshold is too high and stores the threshold stored in the threshold storage unit 25. Is reduced by a predetermined change width (step S105), and the process returns to step S103.
  • steps S103 to S105 are repeated until a response signal can be received from at least one parent node 1a.
  • the parent node selection unit 22a selects the parent node 1a that constantly communicates with the own node (step S106).
  • the process in step S106 is the same as step S102 in FIG.
  • the processing in FIGS. 5 and 7 is not limited to once, but may be performed periodically.
  • the parent node selection unit 22a may return the threshold to the initial value when selection of the parent node is completed.
  • the configurations excluding the signal receiving unit 10 and the signal transmitting unit 14 of the parent nodes 1 and 1a according to the first to third embodiments control a computer having a CPU, a storage device and an interface, and control these hardware resources. It can be realized by a program to do.
  • the CPUs of the parent nodes 1 and 1a execute the processes described in the first to third embodiments in accordance with a program stored in the storage device.
  • the configuration excluding the signal transmission units 20 and 20a, the signal reception unit 21, and the battery 24 of the child nodes 2 and 2a according to the first to third embodiments includes a computer including a CPU and a storage device, and It can be realized by a program that controls the hardware resources.
  • the CPUs of the child nodes 2 and 2a execute the processes described in the first to third embodiments according to the program stored in the storage device.
  • the present invention can be applied to a technique in which a child node selects a parent node in a wireless communication system.

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Abstract

【課題】子ノードの電池寿命が想定外に短くなる確率を低減する。 【解決手段】親ノード１は、子ノード２から送信された親ノード探索信号を受信する信号受信部１０と、親ノード探索信号を送信した子ノード２との間の無線リンクの強さを表す指標であるＲＳＳＩを測定するＲＳＳＩ測定部１１と、無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、親ノード探索信号の送信元の子ノード２に応答信号を返信する返信待ち時間待機処理部１３および信号送信部１４とを有する。子ノード２は、親ノード探索信号を送信する信号送信部２０と、応答信号を受信する信号受信部２１と、親ノード探索信号を送信してから応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノード１を選定する親ノード選定部２２とを有する。

Description

無線通信システムおよび親ノード探索方法
　本発明は、上位の通信機器である親ノードと下位の通信機器である子ノードとからなる無線通信システムに係り、特に子ノードが定常的に通信する親ノードを選定する技術に関するものである。
　流量計や温湿度計などのセンサ機器では、省配線によるコストダウンや遠隔地からの監視・制御を行なうために、従来の有線接続に替わって、電波を利用したワイヤレス通信機能が利用されることがある（例えば特許文献１参照）。図８はこのようなワイヤレス通信機能を利用した従来のワイヤレス計測システムの構成を示すブロック図である。ワイヤレス計測システムは、一般に、リレーノードやゲートウェイノードなどの親ノードである情報処理機器１０１と、末端のリーフノード（子ノード）であるワイヤレス通信機器１０２とから構成される。ワイヤレス通信機器１０２から無線送信されるデータは、情報処理機器１０１を通じてデータベース１０３へ蓄積される。
　ワイヤレス通信機器１０２は、ネットワークの末端にあるノードで、通信を行なう回数も情報処理機器１０１に比べて少ない。そのため、電力消費量も情報処理機器１０１に比べて小さいことが特長である。また、ワイヤレス計測機器に対しては信号線と同時に給電線もなくすことが望まれている。したがって、ワイヤレス通信機器１０２は、電源として電池を利用する構成となる場合が多い。図９はワイヤレス通信機器１０２の具体例を示す図である。図９において、（Ａ）の例では、センサ１０４と電池式ワイヤレス通信機器１０２ａとが別体となっている。（Ｂ）の例では、ワイヤレス通信機器はセンサを内部に備えたセンサ一体型電池式ワイヤレス通信機器１０２ｂとなっている。このように、ワイヤレス通信機器１０２は、電源として電池を利用していることが多い。このため、動作可能な時間に制約があった。
特開２００８－１４８０３２号公報
　特許文献１に開示されたシステムでは、親ノードの候補が複数ある場合に、リーフノードから通信可能な親ノードを探す探索信号を送ると、この探索信号に応じて各親ノードが応答を返す。リーフノードは、応答の早い親ノードを選んで定常的に通信する関係を結ぶ。また、リーフノードは、親ノードとの直接接続が不能となった場合、親ノードとの定常的に通信する関係を解消することなく、他のノードを経由した迂回経路を通して親ノードとの間の通信を継続する。
　特許文献１に開示されたシステムでは、リーフノードの接続先として応答の早い親ノードが選ばれているので、リーフノードの動作時間も短くなり、結果的にリーフノードの電池寿命にも有利になっているはずである。しかしながら、実際のフィールドでは、リーフノードの電池寿命が想定外に短くなるケースが発生するという問題点があった。つまり、特許文献１に開示されたシステムのように応答の早さを考慮しての親ノードの選定では、不十分と考えられる。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、子ノードが親ノードを選定する場合において、子ノードの電池寿命が想定外に短くなる確率を低減することができる無線通信システムおよび親ノード探索方法を提供することを目的とする。
　本発明の無線通信システムは、上位の通信機器である親ノードと、下位の通信機器である子ノードとを有し、前記親ノードは、前記子ノードから送信された親ノード探索信号を受信する親ノード探索信号受信手段と、前記親ノード探索信号を受信したときに、この親ノード探索信号を送信した子ノードとの間の無線リンクの強さを測定する測定手段と、前記無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信する返信手段とを備え、前記子ノードは、前記親ノード探索信号を送信する送信手段と、前記応答信号を受信する応答信号受信手段と、前記親ノード探索信号を送信してから前記応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定する親ノード選定手段とを備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記親ノードは、さらに、前記無線リンクが強いほど前記返信待ち時間が短くなり、前記無線リンクが弱いほど前記返信待ち時間が長くなるように、前記無線リンクの強さに応じて前記返信待ち時間を決定する返信待ち時間決定手段を備え、前記子ノードの親ノード選定手段は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とするものである。
　また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記親ノードの返信手段は、前記無線リンクの強さが閾値以上の場合に、前記返信待ち時間を最小にして、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信し、前記無線リンクが前記閾値より弱い場合は、前記応答信号を返信せずに処理を終了し、前記子ノードの親ノード選定手段は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とするものである。
　また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記閾値は、規定値である。
　また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記子ノードの送信手段は、前記親ノード探索信号と共に前記閾値を前記親ノードに送信し、前記子ノードは、さらに、前記親ノード探索信号の送信後に前記親ノードからの応答信号を受信できなかった場合に、前記閾値を現在値よりも小さい値に変更して、前記親ノード探索信号と変更後の閾値との再送信を前記送信手段に実行させる閾値変更手段を備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の無線通信システムの１構成例において、前記測定手段は、前記無線リンクの強さを表す指標としてＲＳＳＩを測定することを特徴とするものである。
　本発明の親ノード探索方法は、下位の通信機器である子ノードが、親ノード探索信号を送信する送信手順と、上位の通信機器である親ノードが、前記子ノードから送信された親ノード探索信号を受信する親ノード探索信号受信手順と、前記親ノードが、前記親ノード探索信号を受信したときに、この親ノード探索信号を送信した子ノードとの間の無線リンクの強さを測定する測定手順と、前記親ノードが、前記無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信する返信手順と、前記子ノードが、前記応答信号を受信する応答信号受信手順と、前記子ノードが、前記親ノード探索信号を送信してから前記応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定する親ノード選定手順とを備えることを特徴とするものである。
　本発明によれば、親ノードが、子ノードから親ノード探索信号を受信したときに、親ノード探索信号を送信した子ノードとの間の無線リンクの強さを測定し、無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信し、子ノードが、親ノード探索信号を送信してから応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定するようにしたことにより、子ノードは通信の安定性を考慮して親ノードを選定することができる。その結果、本発明では、通信のやり直しが増える確率を低減することができ、子ノードの電池寿命が想定外に短くなる確率を低減することができる。また、本発明では、子ノード側の探索処理負荷を軽減することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの子ノードの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの親ノードの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの親ノードの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る無線通信システムの子ノードの動作を示すフローチャートである。 従来のワイヤレス計測システムの構成を示すブロック図である。 図８のワイヤレス計測システムのワイヤレス通信機器の具体例を示す図である。
［発明の原理１］
　子ノードの電池寿命が想定外に短くなる要因は、通信が不安定な親ノード（リンクが弱い親ノード）が選定された場合に、通信のやり直しが増えることにあると、発明者は特定した。子ノードから通信可能な親ノードの探索信号が送られた場合に、親ノードは特に一定のルールもなくハードウェアなどに依存した任意の速度で返信する。このような返信の仕方の改善が有効であることに着眼した。
　そこで、発明者は、子ノードとのリンクの強さ（ＲＳＳＩ（Received Signal Strength
Indicator）：受信信号の強度を示す数値）に基づいて親ノードが返信待ち時間を変化させるようにすればよいこと、より具体的にはリンクの強さが強いほど早く返信させ、弱いほど遅く返信させるようにすればよいことに想到した。子ノードは、返信の順番によって親ノードとのリンクの強さの順位を知ることができるので、通信の安定性を考慮して親ノードを選定することができる。つまり、子ノードは、最も速く返信してきた親ノードを選べばよい。このような方法により、子ノード側の探索処理負荷も軽減することができる。
［発明の原理２］
　また、発明者は、子ノードとのリンク強さ（ＲＳＳＩ）が閾値以上の親ノードが最速で返信すればよいこと、すなわちリンクの強さが閾値以上のものが早く返信すればよいことに想到した。子ノードは、返信してきた親ノードが自ノードとのリンクの強さが特定の強さ以上のノードであり、その中でどれが最短時間で通信が可能であるかを知ることができるので、通信の安定性と通信の早さの両面を考慮して親ノードを選定することができる。つまり、子ノードは、最も速く返信してきた親ノードを選べばよい。
［第１の実施の形態］
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１に基づくものである。
　無線通信システムは、上位の通信機器である親ノード１と、例えば親ノード１に計測データを送信するセンサ機器などの下位の通信機器である子ノード（リーフノード）２とから構成される。
　親ノード１は、無線リンクを介して子ノード２から信号を受信する信号受信部１０と、子ノード２から親ノード探索信号を受信したときに、この親ノード探索信号を送信した子ノード２との間の無線リンクの強さを表す指標であるＲＳＳＩを測定するＲＳＳＩ測定部１１と、無線リンクの強さに応じて返信待ち時間を決定する返信待ち時間決定部１２と、無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、親ノード探索信号の送信元の子ノード２に応答信号を返信する返信待ち時間待機処理部１３と、無線リンクを介して子ノード２に信号を送信する信号送信部１４とから構成される。返信待ち時間待機処理部１３と信号送信部１４とは、応答信号を返信する返信手段を構成している。
　子ノード２は、無線リンクを介して親ノード１に信号を送信する信号送信部２０と、無線リンクを介して親ノード１から信号を受信する信号受信部２１と、親ノード探索信号を送信してから応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定する親ノード選定部２２と、親ノード選定部２２が選定した親ノード１のアドレスを記憶する親ノード記憶部２３と、子ノード２の各構成に電力を供給する電池２４とから構成される。
　子ノード２が温度や湿度、流量などの状態量を計測するセンサ機器である場合、子ノード２の信号送信部２０は、図示しないセンサ部から動作周期毎に計測データを取得し、取得した計測データを無線リンクを介して親ノード１に送信する。
　親ノード１の信号受信部１０は、子ノード２から無線リンクを介してデータを受信すると、このデータを図示しないデータベースに格納する。データベースに格納されたデータは、必要に応じて処理される。親ノード１が例えば制御機器である場合、親ノード１は、子ノード２から受信したデータ（状態量）に基づいて、温度制御、湿度制御、流量制御などを行う。
　次に、子ノード２が行う親ノード探索処理について説明する。図２は子ノード２の動作を示すフローチャート、図３は親ノード１の動作を示すフローチャートである。
　最初に、定常的に通信する親ノード１を探索したい子ノード２の親ノード選定部２２は、信号送信部２０に親ノード探索信号を無線送信させる（図２ステップＳ１００）。このとき、子ノード２は、複数の親ノード１の中から通信の安定した親ノード１を探索したいのであるから、親ノード探索信号を全ての親ノード１に向けてマルチキャスト送信する。
　一方、各親ノード１の信号受信部１０は、子ノード２からの親ノード探索信号を受信すると（図３ステップＳ２００においてＹＥＳ）、この親ノード探索信号をＲＳＳＩ測定部１１に渡す。
　ＲＳＳＩ測定部１１は、親ノード探索信号の強度を測定することにより、ＲＳＳＩを測定する（ステップＳ２０１）。このＲＳＳＩは、親ノード探索信号を送信した子ノード２との間の無線リンクの強さを表している。
　親ノード１の返信待ち時間決定部１２には、ＲＳＳＩと返信待ち時間との関係が予め登録されている。この関係は、反比例の関係、すなわちＲＳＳＩが強いほど返信待ち時間が短くなり、ＲＳＳＩが弱いほど返信待ち時間が長くなるように設定されている。この予め登録された関係に基づいて、返信待ち時間決定部１２は、ＲＳＳＩに応じた返信待ち時間を決定する（ステップＳ２０２）。
　返信待ち時間待機処理部１３は、決定された返信待ち時間だけ待機した後に（ステップＳ２０３）、信号送信部１４に対して応答信号の送信を指示する。この指示に応じて、信号送信部１４は、親ノード探索信号の送信元の子ノード２に応答信号を無線送信する（ステップＳ２０４）。子ノード２から送信された親ノード探索信号には送信元アドレスとして子ノード２のアドレスが添付されているので、信号送信部１４は、この送信元アドレスを有する子ノード２宛に応答信号を送信することが可能である。
　親ノード探索信号を受信した各親ノード１は、以上のような処理を行う。
　次に、子ノード２の信号受信部２１は、各親ノード１からの応答信号を受信すると（図２ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、この応答信号を親ノード選定部２２に渡す。親ノード選定部２２は、親ノード探索信号を送信してから応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノード１を選定する（ステップＳ１０２）。親ノード選定部２２は、待ち時間が最も短い親ノード１、すなわち応答信号を最も速く返信してきた親ノード１を選び、この親ノード１が返信してきた応答信号に含まれる送信元アドレスを親ノード記憶部２３に格納する。こうして、選定された親ノード１と子ノード２との間に定常的に通信する関係が結ばれる。
　以後、子ノード２の信号送信部２０は、定常的に通信する関係を結んだ親ノード１宛に計測データを送信する。
　本実施の形態では、子ノード２は通信の安定性を考慮して親ノード１を選定することができる。その結果、本実施の形態では、通信のやり直しが増える確率を低減することができ、子ノードの電池寿命が想定外に短くなる確率を低減することができる。
　なお、図２、図３の処理は１度だけとは限らず、定期的に行うようにしてもよい。これにより、最新の通信状況に応じた適切な親ノードを選定することができる。
［第２の実施の形態］
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理２に基づくものである。
　本実施の形態の無線通信システムは、親ノード１ａと、子ノード２とから構成される。
　親ノード１ａは、信号受信部１０と、ＲＳＳＩ測定部１１と、信号送信部１４と、無線リンクの強さが閾値以上の場合に、返信待ち時間を最小にして、親ノード探索信号の送信元の子ノード２に応答信号を返信し、無線リンクが閾値より弱い場合は、応答信号を返信せずに処理を終了するＲＳＳＩ閾値判定部１５とから構成される。本実施の形態では、信号送信部１４とＲＳＳＩ閾値判定部１５とが返信手段を構成している。子ノード２の構成は、第１の実施の形態と同じである。
　次に、子ノード２が行う親ノード探索処理について説明する。図５は親ノード１ａの動作を示すフローチャートである。
　第１の実施の形態で説明したとおり、定常的に通信する親ノード１ａを探索したい子ノード２は、親ノード探索信号を送信する（図２ステップＳ１００）。
　第１の実施の形態と同様に、各親ノード１ａの信号受信部１０は、子ノード２からの親ノード探索信号を受信すると（図５ステップＳ２００においてＹＥＳ）、この親ノード探索信号をＲＳＳＩ測定部１１に渡す。
　ＲＳＳＩ測定部１１は、親ノード探索信号の強度を測定することにより、ＲＳＳＩを測定する（ステップＳ２０１）。
　親ノード１ａのＲＳＳＩ閾値判定部１５は、ＲＳＳＩ測定部１１が測定したＲＳＳＩと予め規定された閾値とを比較し、ＲＳＳＩが閾値以上である場合のみ（ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、信号送信部１４に対して応答信号の送信を指示する。この指示に応じて、信号送信部１４は、親ノード探索信号の送信元の子ノード２に応答信号を無線送信する（ステップＳ２０６）。このステップＳ２０６の処理は、第１の実施の形態において返信待ち時間を最小（０）にして応答信号を返信することに相当する。
　各親ノード１ａからの応答信号を受信した子ノード２の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
　こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、第１の実施の形態と同様に、図２、図５の処理は１度だけとは限らず、定期的に行うようにしてもよい。
［第３の実施の形態］
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、ＲＳＳＩとの比較に使用される閾値を予め規定されたものとしたが、子ノードから親ノードに閾値を送るようにしてもよい。図６は本発明の第３の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図であり、図１、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。
　本実施の形態の無線通信システムは、親ノード１ａと、子ノード２ａとから構成される。
　親ノード１ａの構成は、第２の実施の形態と同じである。子ノード２ａは、信号送信部２０ａと、信号受信部２１と、親ノード選定部２２ａと、親ノード記憶部２３と、電池２４と、ＲＳＳＩとの比較に使用される閾値の現在値を記憶する閾値記憶部２５とから構成される。親ノード選定部２２ａと閾値記憶部２５とは、閾値変更手段を構成している。
　次に、子ノード２ａが行う親ノード探索処理について説明する。図７は子ノード２ａの動作を示すフローチャートである。
　子ノード２ａの親ノード選定部２２ａは、親ノード探索信号と閾値記憶部２５に記憶されている閾値とを信号送信部２０ａに無線送信させる（図７ステップＳ１０３）。
　親ノード探索信号と閾値とを受信した親ノード１ａの動作は、第２の実施の形態と同様である。親ノード１ａのＲＳＳＩ閾値判定部１５は、信号受信部１０が受信した閾値をステップＳ２０５の判定で使用すればよい。
　次に、子ノード２ａの親ノード選定部２２ａは、親ノード１ａからの応答信号を受信できない場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、閾値が高過ぎたと判断し、閾値記憶部２５に記憶されている閾値を所定の変更幅だけ小さくして（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０３に戻る。
　こうして、少なくとも１つの親ノード１ａから応答信号を受信できるまで、ステップＳ１０３～Ｓ１０５の処理が繰り返し行われる。
　親ノード選定部２２ａは、少なくとも１つの親ノード１ａから応答信号を受信できた場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、自ノードと定常的に通信する親ノード１ａを選定する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６の処理は、図２のステップＳ１０２と同じである。
　第１の実施の形態と同様に、図５、図７の処理は１度だけとは限らず、定期的に行うようにしてもよい。この場合、親ノード選定部２２ａは、親ノードの選定が終了した時点で閾値を初期値に戻すようにしてもよい。
　第１～第３の実施の形態の親ノード１，１ａの信号受信部１０と信号送信部１４とを除く構成は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。親ノード１，１ａのＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１～第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
　同様に、第１～第３の実施の形態の子ノード２，２ａの信号送信部２０，２０ａと信号受信部２１と電池２４とを除く構成は、ＣＰＵおよび記憶装置を備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。子ノード２，２ａのＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１～第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
　本発明は、無線通信システムにおいて、子ノードが親ノードを選定する技術に適用することができる。
　１，１ａ…親ノード、２，２ａ…子ノード、１０…信号受信部、１１…ＲＳＳＩ測定部、１２…返信待ち時間決定部、１３…返信待ち時間待機処理部、１４…信号送信部、１５…ＲＳＳＩ閾値判定部、２０，２０ａ…信号送信部、２１…信号受信部、２２，２２ａ…親ノード選定部、２３…親ノード記憶部、２４…電池、２５…閾値記憶部。

Claims (12)

  1. 　上位の通信機器である親ノードと、下位の通信機器である子ノードとを有し、
    　前記親ノードは、
    　前記子ノードから送信された親ノード探索信号を受信する親ノード探索信号受信手段と、
    　前記親ノード探索信号を受信したときに、この親ノード探索信号を送信した子ノードとの間の無線リンクの強さを測定する測定手段と、
    　前記無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信する返信手段とを備え、
    　前記子ノードは、
    　前記親ノード探索信号を送信する送信手段と、
    　前記応答信号を受信する応答信号受信手段と、
    　前記親ノード探索信号を送信してから前記応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定する親ノード選定手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。
  2. 　請求項１記載の無線通信システムにおいて、
    　前記親ノードは、さらに、前記無線リンクが強いほど前記返信待ち時間が短くなり、前記無線リンクが弱いほど前記返信待ち時間が長くなるように、前記無線リンクの強さに応じて前記返信待ち時間を決定する返信待ち時間決定手段を備え、
    　前記子ノードの親ノード選定手段は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とする無線通信システム。
  3. 　請求項１記載の無線通信システムにおいて、
    　前記親ノードの返信手段は、前記無線リンクの強さが閾値以上の場合に、前記返信待ち時間を最小にして、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信し、前記無線リンクが前記閾値より弱い場合は、前記応答信号を返信せずに処理を終了し、
    　前記子ノードの親ノード選定手段は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とする無線通信システム。
  4. 　請求項３記載の無線通信システムにおいて、
    　前記閾値は、規定値であることを特徴とする無線通信システム。
  5. 　請求項３記載の無線通信システムにおいて、
    　前記子ノードの送信手段は、前記親ノード探索信号と共に前記閾値を前記親ノードに送信し、
    　前記子ノードは、さらに、前記親ノード探索信号の送信後に前記親ノードからの応答信号を受信できなかった場合に、前記閾値を現在値よりも小さい値に変更して、前記親ノード探索信号と変更後の閾値との再送信を前記送信手段に実行させる閾値変更手段を備えることを特徴とする無線通信システム。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記測定手段は、前記無線リンクの強さを表す指標としてＲＳＳＩを測定することを特徴とする無線通信システム。
  7. 　下位の通信機器である子ノードが、親ノード探索信号を送信する送信手順と、
    　上位の通信機器である親ノードが、前記子ノードから送信された親ノード探索信号を受信する親ノード探索信号受信手順と、
    　前記親ノードが、前記親ノード探索信号を受信したときに、この親ノード探索信号を送信した子ノードとの間の無線リンクの強さを測定する測定手順と、
    　前記親ノードが、前記無線リンクの強さに応じた返信待ち時間だけ待機した後に、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信する返信手順と、
    　前記子ノードが、前記応答信号を受信する応答信号受信手順と、
    　前記子ノードが、前記親ノード探索信号を送信してから前記応答信号を受信するまでの待ち時間に基づいて、自ノードと定常的に通信する親ノードを選定する親ノード選定手順とを備えることを特徴とする親ノード探索方法。
  8. 　請求項７記載の親ノード探索方法において、
    　前記測定手順と前記返信手順との間に、前記親ノードが、前記無線リンクが強いほど前記返信待ち時間が短くなり、前記無線リンクが弱いほど前記返信待ち時間が長くなるように、前記無線リンクの強さに応じて前記返信待ち時間を決定する返信待ち時間決定手順を備え、
    　前記親ノード選定手順は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とする親ノード探索方法。
  9. 　請求項７記載の親ノード探索方法において、
    　前記返信手順は、前記無線リンクの強さが閾値以上の場合に、前記返信待ち時間を最小にして、前記親ノード探索信号の送信元の子ノードに応答信号を返信し、前記無線リンクが前記閾値より弱い場合は、前記応答信号を返信せずに処理を終了し、
    　前記選定手順は、前記応答信号を最も速く返信してきた親ノードを選定することを特徴とする親ノード探索方法。
  10. 　請求項９記載の親ノード探索方法において、
    　前記閾値は、規定値であることを特徴とする親ノード探索方法。
  11. 　請求項９記載の親ノード探索方法において、
    　前記送信手順は、前記親ノード探索信号と共に前記閾値を前記親ノードに送信し、
    　前記子ノードが、さらに、前記親ノード探索信号の送信後に前記親ノードからの応答信号を受信できなかった場合に、前記閾値を現在値よりも小さい値に変更して、前記親ノード探索信号と変更後の閾値との再送信を実行する閾値変更手順を備えることを特徴とする親ノード探索方法。
  12. 　請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の親ノード探索方法において、
    　前記測定手順は、前記無線リンクの強さを表す指標としてＲＳＳＩを測定することを特徴とする親ノード探索方法。
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