WO2012056584A1 - アドホックネットワーク通信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents

アドホックネットワーク通信装置、通信システム及び通信方法 Download PDF

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WO2012056584A1
WO2012056584A1 PCT/JP2010/069374 JP2010069374W WO2012056584A1 WO 2012056584 A1 WO2012056584 A1 WO 2012056584A1 JP 2010069374 W JP2010069374 W JP 2010069374W WO 2012056584 A1 WO2012056584 A1 WO 2012056584A1
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communication
communication device
time slot
hoc network
time
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PCT/JP2010/069374
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Inventor
弘起 佐藤
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to an ad hoc network communication device, a communication system, and a communication method.
  • Ad hoc network is one of the network construction methods mainly using various wireless communications.
  • An ad hoc network is a network configured by autonomously connecting communication devices without requiring a dedicated base station or router.
  • Ad hoc networks often do not require routing settings and the like in routers, wireless communication devices, etc., as compared to infrastructure networks.
  • a communication device that exists within a wireless reachable range serves as a relay, and performs multi-hop communication that transfers data like a so-called bucket relay.
  • Non-Patent Document 1 describes standard specifications of MANET.
  • Non-Patent Document 2 describes the specification of a reactive routing protocol that constructs a routing table for the first time when a communication device starts communication in an ad hoc network.
  • Non-Patent Document 3 describes the specifications of a proactive routing protocol in which communication devices periodically exchange information and construct a routing table in advance in an ad hoc network.
  • Non-Patent Document 4 describes a routing protocol specification in an unstable and low-power wireless network.
  • Non-Patent Document 4 is mainly used when constructing an optimal routing table in a sensor network in which a low-performance communication device including a sensor collects sensing data.
  • a sensor network is generally constructed by an ad hoc network, and a large number of devices (several hundreds or more) equipped with sensors collectively collect sensing data measured by each device (hereinafter referred to as “data collection device”). )).
  • the sensor network is mainly used in a system that collects data from a large number of communication devices belonging to a predetermined network within a predetermined time. Specifically, it is used for a remote monitoring system such as a factory or a building, a smart grid system, a system for monitoring various states of a house, and the like.
  • Patent Document 1 describes a technique in which each communication device transmits data only during a transmission possible period assigned by a base station. Thereby, collision of communication data is avoided.
  • MANET Mobile Ad hoc Networking
  • AODV On-Demand Distance Vector Routing
  • RFC 3561 July 2003
  • AODV Optimized Link State Routing Protocol
  • OLSR Optimized Link State Routing Protocol
  • RPL IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks IV
  • the time division method is a method for avoiding a collision of communication data by transmitting data only in a communication device to which the time slot is assigned in a predetermined time interval (hereinafter, “time slot”).
  • each communication device transmits information necessary for calculation of time slot allocation to a device (hereinafter referred to as “calculation device”) that performs the calculation.
  • the calculation device calculates an optimal time slot allocation based on the received information.
  • the calculation result (that is, the time slot allocation result) is returned to each communication device.
  • an object of the present invention is to reduce the collision of communication data in an ad hoc network in which a large number of communication devices exist, such as a sensor network, so that the communication devices can perform stable communication.
  • the ad hoc network communication device of the present invention is a communication device belonging to an ad hoc network in which a plurality of communication devices are connected to each other by wireless communication, and transmits a data to and from another communication device.
  • a transmission timing management control unit that transmits data to another communication device through the communication unit based on the timing described in the time slot managed by the time slot management unit.
  • the transmission timing management control unit may determine the number of time slots to be acquired from other communication devices or distributed to other communication devices based on a predetermined condition.
  • the number of time slots may be determined based on a logical network distance between a communication device that acquires or distributes time slots and a predetermined communication device that collects data. .
  • the number of time slots may be determined based on the width of a communication band with another communication device that acquires or distributes time slots.
  • time slots are distributed to other communication devices, when the communication band is narrow, more time slots may be distributed than when the communication band is wide.
  • the communication device holds a rank value indicating the priority of the communication device, and as a predetermined condition, the rank value held by the communication device and another communication device that acquires or distributes the time slot holds.
  • the number of time slots may be determined based on the difference from the rank value.
  • the transmission timing management control unit may distribute or acquire a plurality of time slots that are successively executed from other communication devices. Thereby, the data held by the communication device can be delivered to the data collection device earlier.
  • the transmission timing management control unit checks whether or not it is connected to another communication device, and if there is no response from the other communication device for a predetermined time, the other communication device You may collect the time slots allocated to
  • the transmission timing management control unit when the transmission timing management control unit is requested by another communication device to acquire a time slot, if the communication device has insufficient time slots to be distributed, the communication device May request the third communication device to acquire a time slot. Thereby, a finite time slot can be allocated effectively.
  • 1 is a configuration example of an ad hoc network communication system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is an example of a network topology of an ad hoc network according to a first embodiment.
  • 10 is an example of a time slot distribution method considering a change in network topology according to the second embodiment.
  • 10 is an example of a time slot distribution method in consideration of communication characteristics according to the third embodiment. Explanatory drawing of the time slot when the number of the time slot which concerns on Example 5 is not set as a serial number.
  • FIG. 10 is an example of a network topology of the ad hoc network according to the first embodiment.
  • the network topology is a logical communication path for data, and is different from a communication path physically connected by wireless or wired communication.
  • the sensor network can be configured with a tree-type network topology as shown in FIG.
  • the communication apparatus 1001 (A) is a data collection apparatus or a gateway (hereinafter “GW”) apparatus for another network.
  • Data collected by the communication device 1003 (D) using a sensor or the like is transmitted to the communication device 1001 (A) via the communication device 1002 (B).
  • the communication device 1001 (A) is the communication device (A)
  • the communication device 1002 (B) is the communication device (B)
  • the communication device 1003 (D) is the communication device (D)
  • the communication device 1004 (E) May be abbreviated as a communication device (E).
  • Each time slot is assigned a number and is executed in the order of the assigned number.
  • Each communication device (A) to (G) is assigned a time slot as shown in FIG. 10 (a).
  • the communication device (A) distributes all time slots to the subordinate communication devices, so there is no time slot.
  • the communication device (B) located immediately below the communication device (A) has one time slot (1).
  • the other communication device (C) located immediately below the communication device (A) also has one time slot (6).
  • the communication device (D) located immediately below the communication device (B) has two continuous time slots (2) and (3).
  • the other communication device (E) located immediately below the communication device (B) has two other continuous time slots (4) and (5).
  • the communication device (F) located immediately below the communication device (C) has two consecutive time slots (7) and (8).
  • the other communication device (G) located immediately below the communication device (C) has two other continuous time slots (9) and (10).
  • the time slot number indicates the transmission timing from the reference time.
  • Each of the communication devices (A) to (G) shares a reference time.
  • each communication device (A) to (G) transmits the data (measurement data) held so far to the higher-level communication device.
  • the final destination of the data is the communication device (A).
  • the host communication device viewed from the communication devices (D) and (E) is the communication device (B).
  • the host communication device viewed from the communication devices (F) and (G) is the communication device (C).
  • the host communication device viewed from the communication devices (B) and (C) is the communication device (A). *
  • the communication device (B) can transmit data to the communication device (A).
  • the communication device (D) can transmit data to the communication device (A) using the higher-level communication device (B) as a relay device. Since the communication device (D) has two consecutive time slots (2) and (3), the communication device (D) can hop twice in succession and promptly deliver data to the communication device (A). Can do.
  • the communication device (E) communicates with the communication device (A) via the communication device (B) as described in the communication device (D). Data can be transmitted.
  • the communication device (C) can transmit data to the communication device (A) as described in the communication device (B).
  • the communication device (F) uses the higher-level communication device (C) as a relay device and sends data to the highest-level communication device (A). Can be sent.
  • the communication device (G) can transmit data to the communication device (A) via the communication device (C).
  • data collected by the communication device (D) is transmitted to the communication device (B) at the timing of the time slot (2) 1012 shown in FIG.
  • the communication device (B) transfers the data received from the communication device (D) to the communication device (A) at the timing of the time slot (3) 1013.
  • the data collected by the communication device (D) by the sensor or the like can be transmitted to the communication device (A).
  • the data collection device (A) side is referred to as upstream, and the end sides (D) to (G) of the tree are referred to as downstream.
  • the communication speed between the communication devices of the sensor network is about 4.2 kbps, which is considerably slower than a wireless LAN (Local Area network) or the like. Therefore, in the sensor network, the time interval of one time slot is set to about 500 msec.
  • said numerical value is an illustration for description, Comprising: The range of this invention is not limited.
  • FIG. 1 is a configuration example of an ad hoc network communication system according to an embodiment of the present invention.
  • one communication device 100 and the other communication device 101 constitute a wireless ad hoc network.
  • the communication device 100 will be mainly described.
  • the communication device 100 is connected to one server 140 via one network network 130, and is also connected to the other server 141 via the other network network 131.
  • the network networks 130 and 131 are different networks from the ad hoc network.
  • the network networks 130 and 131 are, for example, a mobile phone communication network, an optical line network, or a public wireless LAN network.
  • the communication device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 111, a memory 112, and a storage unit 114. Various programs included in the communication device 100 are stored in the storage unit 114, and are read and executed by the CPU 111 via the memory 112 as necessary.
  • the communication device 100 is connected to network networks 130 and 131 via a communication unit 113.
  • the communication unit 113 includes a first communication interface for performing ad hoc network communication with the other communication device 101 and a second communication interface for connecting to the network networks 130 and 131.
  • the communication unit 113 performs various communication controls such as selection of the network networks 130 and 131, disconnection from the network networks 130 and 131, packet transmission / reception, determination of communication availability, and measurement of communication volume via the first communication interface.
  • the communication unit 113 may use, for example, a wireless LAN ad hoc mode, specific low power wireless communication, or a dedicated network device as a second communication interface for performing ad hoc network communication.
  • a communication control unit 115 In the storage unit 114, a communication control unit 115, an ad hoc network communication control unit 116, and a transmission timing management control unit 117 are stored as programs. In addition, an ad hoc network communication path table 118, a transmission timing management table 119, and a self information management table 120 used for various controls are stored as data.
  • the transmission timing management table 119 is a table for managing transmission timing.
  • the transmission timing management table 119 manages time slots.
  • the time slot indicates information related to the timing at which the communication apparatus 100 transmits data collected by a sensor or the like to another communication apparatus 101.
  • the transmission timing management table 119 corresponds to a “time slot management unit” together with a self-information management table 120 described later.
  • the communication control unit 115 controls communication with the servers 140 and 141 via the network networks 130 and 131.
  • a communication protocol used for communication control is, for example, TCP / IP. However, other communication protocols may be used.
  • the ad hoc network communication control unit 116 is in charge of communication control when building an ad hoc network.
  • the ad hoc network communication control unit 116 uses other routing protocols such as AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) or OSLR (Optimized Link State Routing Protocol) to detect other communication devices 101 and Perform construction.
  • AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector
  • OSLR Optimized Link State Routing Protocol
  • the transmission timing management control unit 117 acquires a time slot from another communication device 101 or distributes it to the other communication device 101 through the communication unit 113.
  • the acquired or distributed time slot is stored in the transmission timing management table 119.
  • the transmission timing management control unit 117 transmits data to another communication apparatus 101 based on the transmission timing described in the time slot.
  • the transmission timing management control unit 117 performs management of the time slot of the own device 100, management of data transmission timing of the own device 100, and arbitration of time slots with other communication devices 101.
  • arbitration of time slots with other communication devices 101 means that some or all of the time slots held by the own device 100 are distributed to other communication devices 101, or the number of time slots of the own device 100.
  • a time slot is obtained from another communication apparatus 101.
  • the transmission timing management control unit 117 may determine the number of time slots acquired from the other communication apparatus 101 or the number of time slots to be distributed to the other communication apparatus 101 based on a predetermined condition.
  • the transmission timing management control unit 117 may determine the number of time slots based on the logical network distance between the communication device 100 that acquires or distributes the time slots and the data collection device. .
  • the transmission timing management control unit 117 may determine the number of time slots based on the width of a communication band with another communication apparatus 101 that acquires or distributes time slots. When distributing time slots to other communication apparatuses 101, when the communication band is narrow, more time slots may be distributed than when the communication band is wide.
  • Each communication apparatus retains a rank value indicating priority, and the transmission timing management control unit 117 determines the rank value retained by the own apparatus 100 and the rank retained by another communication apparatus 101 that acquires or distributes time slots.
  • the number of time slots may be determined based on the difference from the value.
  • the transmission timing management control unit 117 may distribute a plurality of time slots that are continuously executed to other communication devices 101 or obtain from other communication devices 101.
  • the transmission timing management control unit 117 checks whether or not it is connected to another communication apparatus 101, and if there is no response for a predetermined time from the other communication apparatus 101, it is distributed to the other communication apparatus 101. You may make it collect
  • the transmission timing management control unit 117 When the transmission timing management control unit 117 is requested by another communication device 101 to acquire a time slot, if the own device 100 has insufficient time slots to be distributed, the own device 100 The communication device may be requested to acquire a time slot, and the acquired time slot may be distributed to other communication devices 101.
  • the communication control unit 115, the ad hoc network communication control unit 116, and the transmission timing management control unit 117 are stored as programs in the storage unit 114 and executed by the CPU 111. Instead, at least a part of these functions may be realized by a dedicated hardware device.
  • the server 140 includes a CPU 151, a memory 152, and a storage unit 154. Various programs included in the server 140 are stored in the storage unit 154 and read and executed by the CPU 151 via the memory 152 as necessary.
  • the server 140 further includes a communication unit 153 and is connected to the network 130.
  • the communication unit 153 performs various communication controls such as selection of the network networks 130 and 131, disconnection from the network networks 130 and 131, packet transmission / reception, communication availability determination, and traffic volume measurement.
  • a communication control unit 155 is stored as a program.
  • a communication path table 156 and a connection device management table 158 used for various controls are stored as data.
  • the communication control unit 155 generates a communication path table 156. Further, the communication control unit 155 performs communication control when communicating with other devices via the network 130.
  • the program may be stored in the storage unit 154 in advance, or may be acquired via a storage medium or a communication network and stored in the storage unit 154 as necessary.
  • FIG. 2 is an example of the ad hoc network communication path table 118.
  • the ad hoc network communication path table 118 manages the configuration and state of the ad hoc network communication path.
  • the ad hoc network communication path table 118 holds a communication device name 201, a link state 202, a rank 203, and a communication quality 204.
  • the communication device name 201 is information for identifying a communication device belonging to the ad hoc network.
  • the link status 202 is information indicating whether or not communication is possible and the status.
  • the rank 203 is information indicating how far each communication device is from the data collection device in the network.
  • the communication quality 204 is a value obtained by indexing the communication quality of the ad hoc network communication path.
  • the ad hoc network communication path table 118 is used when a network topology is constructed using a routing protocol such as AODV or OSLR.
  • the ad hoc network communication path table 118 can be created by exchanging information such as the communication state and the number of hops between communication devices constituting the ad hoc network.
  • FIG. 3 is an example of the transmission timing management table 119.
  • the transmission timing management table 119 holds information related to the time slot of each communication device recognized by the own device 100.
  • the transmission timing management table 119 includes a communication device name 301, a communication device status 302 indicating acquisition or distribution of a time slot, an effective time 303 indicating an acquisition or distribution effective time, and a time of the own device 100.
  • the number of slots 305 is held.
  • Each time slot is assigned a different number.
  • the communication device to which the tenth time slot is assigned transmits data in the time slot of the tenth time slot from the reference time. It is assumed that the time of each communication device belonging to the ad hoc network is synchronized.
  • FIG. 4 is an example of the self-information management table 120.
  • the self information management table 120 holds various types of information about its own communication device (own device). For example, the self-information management table 120 holds a status 401, a rank 402, a distribution priority policy 403, and a time slot number 404.
  • the status 401 is information indicating the current state of the communication device.
  • the status 401 indicates, for example, “normal mode” during normal operation, “arbitration mode” in which time slots are arbitrated with other communication devices, and “stop mode” in which no time slots are used.
  • the rank 402 is information indicating the distance on the network between the device itself and the data collection device.
  • the distribution priority policy 403 is information indicating a determination criterion for distributing time slots.
  • the number of time slots 404 is information indicating the number of time slots currently owned by the own device.
  • the allocation priority policy 403 defines a policy that assigns time slots to other communication devices when there is a request for time slots from other communication devices.
  • the allocation priority policy 403 may include, for example, a small amount of time slots for one's own time slot, or many times at a time so that other communication devices can actively distribute to other communication devices. It is possible to set whether or not to distribute slots.
  • the number of time lots to be distributed may be determined according to the rank of the communication device to be distributed. For example, a communication device with a higher rank distributes many time slots because there is a possibility that a large number of communication devices may be connected under the rank. On the other hand, it is possible to limit the time slots to be distributed to lower rank communication devices.
  • FIG. 5 is an example of a flowchart showing an outline of overall processing of the communication apparatus.
  • the communication apparatus 100 constructs a communication path (501).
  • the communication apparatus 100 determines whether a time slot request is required (502). If it is determined that a time slot request is necessary (502: Yes), slot request processing is executed (503), and the process proceeds to step 504. On the other hand, if it is determined that a time slot request is unnecessary (502: No), the process proceeds to step 504.
  • Time slot request processing is necessary when, for example, the value of the number of acquired time slots 404 in the self-information management table 120 is 0, when joining the ad hoc network for the first time, or when the sensing data has increased rapidly This is the case when the required communication bandwidth is required. Details of the time slot request process will be described later.
  • the communication apparatus 100 determines whether or not the time slot needs to be updated (504). When it is determined that the time slot needs to be updated (504: Yes), time slot update processing is executed (505), and the process proceeds to step 506. On the other hand, if it is determined that updating of the time slot is unnecessary (504: No), the process proceeds to step 506.
  • the case where the time slot update process is necessary is, for example, the path with the communication apparatus (the source of the time slot) to which the own apparatus is allocated the time slot in the link state 202 of the ad hoc network communication path table 118. Or when the valid time 303 of the time slot of the own device in the transmission timing management table 119 expires, or when it is necessary to reconfirm the time slot assignment by changing the communication path. Details of the time slot update process will be described later.
  • the communication apparatus 100 determines whether it is necessary to distribute time slots (506). If it is determined that time slot distribution is necessary (506: Yes), slot distribution processing is executed (507), and the process proceeds to step 508. On the other hand, if it is determined that time slot distribution is unnecessary (506: No), the process proceeds to step 508.
  • the case where the time slot distribution process is necessary is, for example, a case where the own apparatus receives a time slot distribution request. Details of the time slot distribution process will be described later.
  • the communication device 100 determines whether it is necessary to return the slot (508). If it is determined that slot return is necessary (508: Yes), slot return processing is executed (509), and the process proceeds to step 510. On the other hand, if it is determined that the slot return is unnecessary (508: No), the process proceeds to step 510.
  • the time slot return process is necessary, for example, when a time slot return request is received from another communication device, the time slot allocated when the own device leaves the ad hoc network is assigned to the communication device. Or when returning a time slot which has been acquired once but judged unnecessary to the communication device as a distribution source. Details of the time slot return process will be described later.
  • the communication device 100 determines whether or not arbitration of the time slot is necessary (510). When it is determined that time slot arbitration is necessary (510: Yes), time slot arbitration processing is executed (511), and the process proceeds to step 512. On the other hand, when it is determined that time slot arbitration is unnecessary (510: No), the process proceeds to step 512.
  • time slot arbitration process is necessary, for example, a time slot distribution request has been received from another communication device, but there is no time slot that can be distributed, and in order to distribute time slots from other communication devices For example, it is necessary to acquire Details of the time slot arbitration process will be described later.
  • the communication device 100 updates the time slot management table (512). Updating the time slot management table is updating the transmission timing management table 119 and the self information management table 120. If necessary, the ad hoc network communication path table 118 may be updated in step 512. For example, the ad hoc network communication path table 118 may be updated when deleting a communication path with a communication apparatus that has failed to adjust the time slot.
  • each process is executed in order, but the order is not limited.
  • Each table may be updated as appropriate.
  • FIG. 6 is an example of a flowchart showing time slot request processing and time slot distribution processing.
  • the communication device A as the “first communication device” requests a time slot from the communication device B as the “second communication device”, and the communication device B allocates the time slot to the communication device A.
  • the communication device A requests a time slot from the communication device B as the “second communication device”
  • the communication device B allocates the time slot to the communication device A.
  • the communication device A transmits a time slot request message describing the number of time slots required by the own device to the communication device B (601).
  • the communication device B receives the time slot request message from the communication device A (602).
  • the communication device B that has received the time slot request refers to the self-information management table 119, confirms the status of the time slot held by the self-device, and determines whether time slot arbitration is necessary (603). When it is determined that arbitration is necessary (603: Yes), a standby message is transmitted to the communication device A (604), and time slot arbitration processing is executed (605). On the other hand, if it is determined that arbitration is not required (603: No), the process proceeds to step 610.
  • time slot arbitration is necessary or not may be determined immediately from the time slot availability of the own device, or a time slot request message from another communication device is received for a predetermined time, The determination may be made according to the number of time slot requests received within the time.
  • a time slot request message may be transmitted.
  • information indicating the urgency of the time slot may be described in the time slot request message.
  • the communication device A determines whether a standby message has been received (606).
  • a standby message is received (606: Yes)
  • a timeout time to be set is set (607).
  • the time slot request message is retransmitted to the communication apparatus B (609), and the process proceeds to step 606.
  • the standby message has not been received (606: No)
  • the process proceeds to step 613.
  • the timeout time that is the standby time may be set in advance as a predetermined time, or the communication device B may determine the timeout time and transmit it to the communication device A. Furthermore, when the communication device B determines the timeout time, a predetermined time when a time slot request message from another communication device is received or a time required for time slot arbitration processing (for example, how many hops ahead) It may be determined in consideration of whether it is assumed. Further, in the retransmission of the request message of the communication apparatus A, the number of retransmissions may be set in advance, and the request message may not be retransmitted after the number of retransmissions.
  • the communication apparatus B determines whether there is a time slot that can be distributed (610).
  • a time slot supply message describing the number of time slots to be distributed, the number of time slots, the transmission timing, and the like is transmitted to the communication device A (611).
  • a time slot supply impossible message is transmitted to the communication device A (612).
  • the communication device A confirms the reply message from the communication device B (613), and confirms whether the time slot has been acquired (614). If the time slot can be acquired (614: Yes), the time slot management table of the own apparatus is updated (615), and the process is terminated. On the other hand, when the time slot cannot be acquired (614: No), the process is terminated.
  • the communication device A receives a reply message only from the communication device B.
  • the communication device A may receive a reply message from a plurality of communication devices, and acquire a time slot from an optimum communication device among the communication devices that have transmitted the reply message. At that time, a time slot that is no longer used may be returned to the communication device that is the distribution source.
  • FIG. 7 is an example of a flowchart of time slot update processing.
  • the communication device A updates and confirms the time slot.
  • the communication device A refers to the ad hoc network communication route table 118 and determines whether or not the communication route of the communication device B exists (701). If there is a communication path with the communication device B (701: Yes), the process proceeds to step 702. On the other hand, if there is no communication path with the communication device B (701: No), the process proceeds to step 703.
  • the communication device A refers to the transmission timing management table 119 and determines whether or not the valid time 303 of the communication device B has been exceeded (702).
  • a time slot confirmation message is transmitted to the communication apparatus B in order to confirm whether or not the time slot allocated from the communication apparatus B can be used (703).
  • the process is terminated.
  • the communication device B receives the time slot confirmation message from the communication device A, and transmits a time slot confirmation response message in response to the message to the communication device A (704).
  • the time slot confirmation message and the time slot confirmation response message may be transmitted a plurality of times when the communication quality is poor.
  • the communication device A receives the time slot confirmation response message transmitted from the communication device B, and determines whether the time slot allocated from the communication device B can be used continuously (705). If it can be used continuously (705: Yes), the valid time 303 of the communication device B is updated in the transmission timing management table 119 (706). On the other hand, if it cannot be used continuously (705: No), the valid time 303 of the communication apparatus B is set to 0 or deleted in the transmission timing table 119 (707).
  • the method of determining whether or not the communication device A can continue to use the time slot is, for example, whether or not the time slot confirmation response message has been received within a predetermined time, or whether the time slot confirmation response message indicates the time slot. Judgment is made based on whether or not permission to continue use is indicated.
  • FIG. 8 is an example of a flowchart of time slot return request processing.
  • the communication device B requests the communication device A to return the distributed time slot.
  • the communication device B transmits a time slot return request message to the communication device A (801).
  • the time slot return request message describes the number of time slots requesting return, the number of time slots requesting return, the urgency of return, and the like.
  • Communication apparatus A checks whether there is a time slot that can be returned (802). When there is a time slot that can be returned to the communication device A (802: Yes), the time slot is returned to the communication device B, and the transmission timing management table 119 and the self information management table 119 are updated (803). On the other hand, if there is no time slot that can be returned to the communication device A (802: No), a non-returnable message indicating that the time slot cannot be returned is transmitted to the communication device B (804).
  • the communication apparatus B determines whether or not to force the return of all time slots (805). If the communication device B determines that a forced return should be requested (805: Yes), it transmits a slot forced return request message to the communication device A (806), and proceeds to step 809. On the other hand, when the communication apparatus B determines that it is not necessary to request forcible return (805: No), the process proceeds to step 809.
  • the time slot must be returned to the communication device B even if the communication device A loses all the time slots due to the return of the time slot. For example, the communication device B acquires all the time slots from the communication device A whose rank is lower than that of the own device and distributes the time slots to other communication devices whose rank is higher than that of the own device. It is necessary to do this.
  • the communication device A receives the time slot forced return request message from the communication device B, executes a time slot return process (807), and transmits a time slot return message to the communication device B (808).
  • the communication device B confirms the time slot returned from the communication device A, and updates the transmission timing management table 119 and the self information management table 119 (809).
  • the communication device A changes the route when all of the time slots held by the communication device A are lost and it is necessary to acquire time slots from another communication device (810).
  • the communication device A returns the time slot in response to the time slot return request from the communication device B, but instead of this, the communication device A autonomously communicates with the communication device B. You may return the time slot. For example, the communication device A newly acquires a time slot from another more effective communication device, and the time slot acquired from the communication device B becomes unnecessary.
  • FIG. 9 is an example of a flowchart of time slot arbitration processing.
  • the communication device A receives a time slot request from the communication device C, but the communication device A does not hold a time slot that can be distributed to the communication device C.
  • the communication device C transmits a time slot request message to the communication device A (901).
  • the communication device A that has received the time slot request message executes time slot arbitration because there is no time slot that can be distributed (902). This process is the same as the process described with reference to FIG.
  • the communication device A determines a time slot arbitration method (903).
  • the arbitration method is determined by, for example, selecting a communication device that should request a time slot and a time that should be requested in consideration of the distribution priority of the communication device C that is the time slot request source and the rank of other communication devices. Determine the number of slots.
  • the local apparatus normally requests the communication apparatus that has allocated the time slot to return the time slot.
  • a request for a time slot may be defined.
  • the communication device A requests a time slot from the communication device B, and further the communication device B requests a time slot from the communication device D ahead.
  • step 903 the communication device A transmits a time slot request message to the communication device B (904).
  • the communication device B that has received the time slot request message transmits a standby message to the communication device A so as to wait for an answer because there is no time slot that can be distributed (905).
  • the communication device B transmits a time slot request message to the communication device D (909).
  • the communication device A receives the standby message transmitted from the communication device B in step 905, and sets a timeout time (906). After the timeout period ends (907: Yes), the communication device A retransmits the time slot request message to the communication device B as necessary (908).
  • the communication device D when the communication device D receives the time slot request message in step 909, it returns a time slot request response message to the communication device B, and distributes the time slot.
  • Communication apparatus B confirms the received time slot request response message (910).
  • the communication apparatus B returns a time slot request response message to the communication apparatus A, and distributes the time slot allocated from the communication apparatus D to the communication apparatus A.
  • Communication apparatus A confirms the received time slot request response message (911).
  • the communication apparatus A transmits a time slot request response message to the communication apparatus C, and distributes the time slot allocated from the communication apparatus B to the communication apparatus C.
  • the communication device C receives the time slot request response message and acquires the time slot.
  • the type of communication device requesting a time slot and the range requesting the time slot may be specified. Further, the number of time slots to be distributed may be increased or decreased according to the state and communication quality of the communication path to which the own apparatus is connected or the priority of the communication apparatus that has requested the time slot. For example, applications that need to communicate urgently allow time slot arbitration with a wide range of communication devices so that time slots can be acquired preferentially, and applications that do not require regular communication are time slots. The arbitration range may be limited.
  • the transmission timing is adjusted autonomously between the communication devices. be able to. Therefore, in this embodiment, there is no need to provide a management server for centrally controlling the transmission timing of each communication device. For this reason, in this embodiment, it is possible to prevent a large amount of data for adjusting the transmission timing from flowing through the network, to secure a band used for sensing data communication, and to collect sensing data with high reliability. Can do.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a time slot distribution method in consideration of changes in the network topology.
  • FIG. 11 (a) is an explanatory diagram when only a necessary number of time slots are distributed at any time.
  • the communication device 1101a (A) distributes one time slot to the communication device 1102a (B). Thereafter, it is assumed that the communication apparatuses 1103a (C) and 1104a (D) are connected to the communication apparatus 1102a (B). At this time, the communication device 1102a (B) cannot distribute its own time slot 1112a.
  • the communication device 1102a (B) performs time slot arbitration with the communication device 1101a (A), and acquires two time slots 1121a and 1122a from the communication device 1101a (A). To do.
  • the communication device 1102a (B) distributes the two time slots acquired previously to the communication devices 1103a (C) and 1104a (D), respectively.
  • FIG. 11B is an explanatory diagram when a large number of time slots are distributed in advance with a margin.
  • the communication device 1101b (A) distributes three time slots 1102b to the communication device 1102b (B). Thereafter, it is assumed that the communication devices 1103b (C) and 1104b (D) are connected to the communication device 1102b (B).
  • the communication devices 1101a (A) and 1101b (A) are communication devices (A), the communication devices 1102a (B) and 1102b (B) are communication devices (B), and the communication devices 1103a (C) and 1103b (C). ) May be referred to as a communication device (C), and the communication devices 1104a (D) and 1104b (D) may be referred to as a communication device (D).
  • the merit of the configuration shown in FIG. 11A is that a finite number of time slots can be used efficiently without waste. Since the required number of time slots are distributed to the necessary communication devices as needed, the number of time slots that are not used despite being distributed is reduced and can be used efficiently.
  • the demerit of the configuration shown in FIG. 11A is that there is a new time slot request from the other communication devices (C) and (D) to the communication device (B) that has allocated time slots.
  • time slot arbitration When it comes to time slot arbitration.
  • Each time slot arbitration is executed, a slot request or the like is executed in the distribution source communication device (B), so that the network is congested and the usable communication band is narrowed.
  • the merit of the configuration shown in FIG. 11B is that the number of timeslot arbitration processing can be reduced.
  • the communication device (B) that has received the time slot allocation When there is a time slot request from another communication device (C) or (D) to the communication device (B) that has received the time slot allocation, the communication device (B) that has received the time slot allocation. ) Holds an extra time slot, so that the time slot can be immediately distributed to other communication apparatuses (C) and (D) without performing the time slot arbitration process.
  • FIG. 11B the disadvantage of FIG. 11B is that there is a high possibility that the number of time slots that are not used in spite of the distribution will increase. For this reason, there is a possibility that the communication band cannot be used efficiently.
  • a communication device with a higher rank such as a data collection device, allocates a time slot with a margin in advance to a communication device with a lower rank.
  • frequent occurrence of time slot arbitration can be prevented.
  • a communication device serving as a gateway for each residence is provided under the data collection device serving as a gateway for the entire apartment house, a large number of time slots are allocated to the communication devices for each residence. Good.
  • a plurality of other communication devices may be connected under the communication device serving as a gateway for each residence, and these other communication devices may start transmitting sensing data all at once. It is.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a time slot distribution method considering communication characteristics.
  • the communication devices 1202 (B) and 1203 (C) are connected by a communication path having a relatively low communication speed, such as a specific low power radio. It is assumed that the communication devices 1202 (B) and 1203 (D) are connected by a communication path having a relatively high communication speed such as a wireless LAN.
  • One time slot is set to be short in accordance with a high-speed communication path.
  • Many (eg, five) time slots 1213 are allocated to the communication device 1203 (C) connected to the low-speed communication path.
  • a small number of (for example, one) time slots 1214 are allocated to the communication device 1204 (D) connected to the high-speed communication path.
  • the communication speed between the communication devices 1202 (B) and 1203 (C) is slow, a long communication time can be secured, so that a predetermined amount of data can be transmitted from the communication device 1203 (C) to the communication device 1202 (B). .
  • the communication speed between the communication devices 1202 (B) and 1203 (D) is high, a predetermined amount of data can be transmitted even if the communication time is short.
  • the size of the time slot is set according to the fastest communication speed, and the time slot to be distributed to each communication device is set according to the communication speed of each communication path. Change the number. Thereby, the time slot can be efficiently used as the entire system.
  • the communication device 1203 (C) having a low communication speed may have a configuration in which time slots are not distributed to other communication devices in principle. This is because a communication apparatus having a low communication speed can secure data in a necessary number of time slots and transfer data.
  • the number of time slots to be distributed may be changed according to the communication quality. For example, consider a case where the rank of a communication device changes depending on the communication quality of wireless communication. In that case, the number of necessary time slots also changes depending on the rank of the communication device. The lower the communication quality, the more timeslots are needed.
  • the rank of the communication device is changed frequently.
  • the number of time slots required by the communication apparatus also changes frequently, so that the communication apparatus repeats the return and acquisition of the time slots. If the return and acquisition of time slots are frequently repeated, the ad hoc network becomes congested and the band for transmitting sensing data becomes narrow.
  • a configuration in which no time slot is allocated to the communication device may be used.
  • a communication device that has not been assigned a time slot cannot transmit sensing data to the data collection device.
  • stable communication is possible over the entire sensor network. Even if some communication devices are disconnected from the sensor network, processing such as remote monitoring or remote control may be performed using sensing data from other communication devices.
  • a communication apparatus that can be replaced by another communication apparatus can be configured so as not to assign time slots only during a period when the communication quality is unstable.
  • the role of the time slot is used to link the time slot and the transmission timing of the sensing data so that the sensing data reaches the data collection device.
  • CSMA / CA Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
  • Normal sensing data (and routing control messages, etc.) are transmitted using CSMA / CA.
  • the urgent data is transmitted using the time slot according to the present invention.
  • the urgent data is, for example, control data that needs to reach the data collection device at a predetermined time, or data that cannot be lost during communication.
  • control data that needs to reach the data collection device at a predetermined time, or data that cannot be lost during communication.
  • highly reliable communication is required.
  • the time slot according to the present invention is used to deliver data with high reliability.
  • Example 5 will be described with reference to FIG. In the first embodiment, a case has been described in which time slot numbers are assigned consecutively. In the fifth embodiment, a case will be described in which time slots are exchanged between communication devices regardless of continuity of numbers.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a time slot distribution method according to this embodiment.
  • each communication device is assigned a time slot that is not a sequential number, as shown in FIG.
  • the communication device (B) located under the original communication device (A) holds the fourth time slot.
  • the communication device (C) located under the communication device (A) together with the communication device (B) has a seventh time slot.
  • One communication device (D) located under the communication device (B) has the first and third time slots.
  • the other communication device (E) located under the communication device (B) has second and fifth time slots.
  • One communication device (F) located below the communication device (C) has time slots 6 and 8, and the other communication device (G) located below the communication device (C) is 9 Number and 10 time slots.
  • the communication device (D) transmits data to the communication device (B) at the timing of the first time slot 1311.
  • the communication device (E) transmits data to the communication device (B) at the timing of the second time slot 1312.
  • the communication device (D) transmits data to the communication device (B) at the timing of the third time slot.
  • the communication device (B) transmits its own data and data received from the communication devices (D) and (E) to the communication device (A) at the timing of the fourth time slot 1304.
  • the data collected by the communication devices (D) and (E) by the sensor or the like can be transmitted to the communication device (A) which is the data collection device.
  • the communication device that relays data needs to temporarily hold the data to be relayed until the order in which the time slot held by the communication device is executed comes.
  • the communication device (B) needs to temporarily hold data received from the communication devices (D) and (E).
  • the merit of the configuration in which the time slot numbers are assigned is that the processing load on each communication device can be reduced.
  • Each communication device does not need to calculate how the time slots can be allocated by serial numbers when distributing the time slots.
  • One disadvantage is that a communication device that relays data needs to increase the size of the buffer memory in order to temporarily hold the data. Another disadvantage is that the time for the data to reach the data collection device is somewhat delayed.
  • the method of managing the time slot numbers continuously or the method of managing the numbers regardless of the order of the numbers depends on the capability of the system and communication device to be applied. Therefore, either one of the methods may be set in advance, or the two methods may be automatically switched according to the status of the communication device.

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Abstract

　多数の通信装置からデータ収集通信装置にデータを比較的高い信頼性で送信する無線アドホックネットワークを提供すること。　アドホックネットワークはツリー状に構成され、複数の通信装置が無線通信によって相互に接続されている。通信装置１００は、タイムスロットを管理するタイムスロット管理部１１９，１２０と、通信部１１３を通じてタイムスロットを他の通信装置１０１から取得又は他の通信装置１０１に分与する送信タイミング管理制御部１１７とを備える。

Description

アドホックネットワーク通信装置、通信システム及び通信方法
　本発明は、アドホックネットワーク通信装置、通信システム及び通信方法に関する。
　アドホックネットワークとは、主に各種無線通信を利用したネットワーク構築手法の一つである。アドホックネットワークは、専用の基地局又はルータ等を必要とせず、通信装置同士が自律的に接続することによって構成されるネットワークである。アドホックネットワークは、インフラストラクチャネットワークと比較すると、ルータ及び無線通信装置等においてルーティングに関する設定等を必要としない場合が多い。
　アドホックネットワークでは、通信装置同士がお互いに無線の届かない場所に存在する場合、その通信装置同士が直接データを送受信することはできない。そこで、アドホックネットワークでは、一般的に、無線の届く範囲内に存在する通信装置が中継器の役割を果たし、いわゆるバケツリレーのようにデータを転送するマルチホップ通信を行う。
　アドホックネットワークに関する仕様検討及び標準化活動は、ＩＥＴＦ（Internet　Engineering　Task　Force）のＭＡＮＥＴ（Mobile　Ad-hoc　Networks）ワーキンググループ、及びＲＯＬＬ（Routing　Over　Low　power　and　Lossy　networks）を中心に進められている。
　非特許文献１は、ＭＡＮＥＴの標準的な仕様を記載している。非特許文献２は、アドホックネットワークにおいて、通信装置が通信を開始する時に初めてルーティングテーブルを構築するＲｅａｃｔｉｖｅ型ルーティングプロトコルの仕様を記載している。非特許文献３は、アドホックネットワークにおいて、通信装置が定期的に情報交換を行い、予めルーティングテーブルを構築しておくＰｒｏａｃｔｉｖｅ型ルーティングプロトコルの仕様を記載している。非特許文献４は、不安定かつ低電力な無線ネットワークにおけるルーティングプロトコルの仕様を記載している。非特許文献４は、主に、センサを備えた性能の低い通信装置がセンシングデータを収集するセンサネットワークにおいて、最適なルーティングテーブルを構築する際に用いられる。
　センサネットワークは、一般的に、アドホックネットワークによって構築され、センサを備えた多数（数百台以上）の装置が、それぞれ測定したセンシングデータを、一斉にデータを収集する通信装置（以下「データ収集装置」）に送信するようなネットワーク構成を有する。センサネットワークは、主に、所定時間内に所定のネットワークに属する多数の通信装置からデータを収集するシステムに用いられる。具体的には、例えば、工場又はビル等の遠隔監視システム、スマートグリッドシステム、住宅の各種状態を監視するシステム等に使用される。
　しかし、多数の通信装置が一斉にデータ収集装置にデータを送信すると、通信データの衝突を引き起こす可能性がある。そのため、例えば、特許文献１では、基地局から割り当てられた送信可能期間にのみ、各通信装置がデータを送信する技術が記載されている。これにより、通信データの衝突を回避する。
特開２０１０－２１８９４号公報
"Mobile　Ad　hoc　Networking（MANET）"，ＲＦＣ２５０１，１９９９年１月，http://www.ietf.org/rfc/rfc2501.txt "Ad　hoc　On-Demand　Distance　Vector（AODV）　Routing"，ＲＦＣ３５６１，２００３年７月，http://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txt "Optimized　Link　State　Routing　Protocol（OLSR）"，ＲＦＣ３６２６，２００３年１０月，http://www.ietf.org/rfc/rfc3626.txt "IPv6　Routing　Protocol　for　Low　power　and　Lossy　Networks （RPL）"、２０１０年６月，http://tools.ietf.org/id/draft-ietf-roll-rpl-10.txt
　無線通信において通信データの衝突を回避する方法の一つとして、時分割方式という方法がある。時分割方式とは、所定の時間間隔（以下「タイムスロット」）において、そのタイムスロットを割り当てられた通信装置のみがデータを送信することにより、通信データの衝突を回避する方法である。
　どの通信装置にどのタイムスロットを割り当てるかの判定方法としては、次のような方法が考えられる。まず、各通信装置がタイムスロットの割り当ての計算に必要な情報を、その計算を行う装置（以下「計算装置」）に送信する。次に、その計算装置が、受信した情報を基に、最適なタイムスロットの割り当てを計算する。次に、その計算結果（すなわち、タイムスロットの割り当て結果）を、各通信装置に返信する。
　しかし、センサネットワークでは、この方法でタイムスロットを割り当てることは困難である。なぜなら、センサネットワークでは、通信装置の数が非常に多いため、多数の通信装置が自身の情報（データ）を一斉に計算装置に送信すると、通信データの衝突が発生してしまうからである。すなわち、計算装置は、各通信装置からタイムスロットの割り当ての計算に必要なデータを受信できない可能性が高い。さらに、もし仮に計算装置がそのデータを受信できたとしても、計算結果を多数の通信装置に送信する際、そこでもまた通信データの衝突が発生するため、計算結果を送信できない可能性が高い。
　そこで本発明の目的は、センサネットワーク等のように多数の通信装置が存在するアドホックネットワークにおいて、通信データの衝突を少なくし、通信装置同士が安定した通信を行えるようにすることである。
　本発明のアドホックネットワーク通信装置は、複数の通信装置が無線通信によって相互に接続されているアドホックネットワークに属する通信装置であって、データの送受信を行う通信部と、データを他の通信装置に送信するタイミングに関する情報を示すタイムスロットを管理するタイムスロット管理部と、通信部を通じてタイムスロットを他の通信装置から取得又は他の通信装置に分与し、取得又は分与したタイムスロットをタイムスロット管理部に管理させ、タイムスロット管理部で管理されたタイムスロットに記載のタイミングに基づき、通信部を通じてデータを他の通信装置に送信する送信タイミング管理制御部と、を備える。
　好適な実施形態では、送信タイミング管理制御部は、所定の条件に基づき、他の通信装置から取得又は他の通信装置に分与するタイムスロットの数を決定してもよい。
　このとき、所定の条件として、タイムスロットを取得又は分与する通信装置と、データを収集する所定の通信装置との論理的なネットワークの距離に基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。
　さらに、所定の条件として、タイムスロットを取得又は分与する他の通信装置との通信帯域の広さに基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。
　さらに、タイムスロットを他の通信装置に分与する際、通信帯域が狭い場合は、通信帯域が広い場合よりも多くのタイムスロットを分与するようにしてもよい。
　また、通信装置が、当該通信装置の優先度を表すランク値を保持し、所定の条件として、当該通信装置が保持するランク値と、タイムスロットを取得又は分与する他の通信装置が保持するランク値との差分に基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。
　好適な実施形態では、送信タイミング管理制御部は、連続で実行される複数のタイムスロットを他の通信装置に分与もしくは他の通信装置から取得するようにしてもよい。
これにより、通信装置が保持するデータを、データ収集装置により早く届けることができる。
　好適な実施形態では、送信タイミング管理制御部は、他の通信装置に対して接続されているか否かの確認を行い、他の通信装置から所定の時間、応答がなかった場合は他の通信装置に分与したタイムスロットを回収してもよい。
　これにより、有限であるタイムスロットを有効に利用できる。
　好適な実施形態では、前記送信タイミング管理制御部は、他の通信装置からタイムスロットの取得を要求されたとき、当該通信装置において分与すべきタイムスロットが不足している場合は、当該通信装置は、第３の通信装置にタイムスロットの取得を要求してもよい。
　これにより、有限であるタイムスロットを有効に配分できる。
本発明の一実施形態に係るアドホックネットワーク通信システムの構成例。 アドホックネットワーク通信経路表の一例。 送信タイミング管理テーブルの一例。 自己情報管理テーブルの一例。 通信装置の全体の処理概要を示すフローチャートの一例。 タイムスロット要求処理、及びタイムスロット分与処理のフローチャートの一例。 タイムスロット更新処理のフローチャートの一例。 タイムスロット返却要求処理のフローチャートの一例。 タイムスロット調停処理のフローチャートの一例。 実施例１に係るアドホックネットワークのネットワークトポロジの一例。 実施例２に係るネットワークトポロジの変化を考慮したタイムスロットの分与方法の一例。 実施例３に係る通信特性を考慮したタイムスロットの分与方法の一例。 実施例５に係るタイムスロットの番号を連番としない場合のタイムスロットの説明図。
　以下、本発明の一実施形態に係るアドホックネットワーク通信システムについて、図面を参照して説明する。
　実施例１のシステム構成を説明する前に、本実施例の概要を説明する。
　図１０は、実施例１に係るアドホックネットワークのネットワークトポロジの一例である。ここでは、本実施形態に係るアドホックネットワークの動作概要を簡単に説明する。なお、ネットワークトポロジとは、データの論理的な通信経路であり、無線又は有線等によって物理的に接続されている通信経路とは異なる。
　センサネットワークは、図１０（ａ）に示すようなツリー型のネットワークトポロジで構成することができる。例えば、図１０（ａ）において、通信装置１００１（Ａ）が、データ収集装置もしくは他のネットワーク網に対するゲートウェイ（以下「ＧＷ」）装置であるとする。通信装置１００３（Ｄ）がセンサ等によって収集したデータは、通信装置１００２（Ｂ）を経由して、通信装置１００１（Ａ）に送信される。以下、通信装置１００１（Ａ）を通信装置（Ａ）と、通信装置１００２（Ｂ）を通信装置（Ｂ）と、通信装置１００３（Ｄ）を通信装置（Ｄ）と、通信装置１００４（Ｅ）を通信装置（Ｅ）と略記する場合がある。
　タイムスロットにはそれぞれ番号が付与されており、付与された番号の順番に実行される。各通信装置（Ａ）～（Ｇ）には、それぞれ図１０（ａ）に示すように、タイムスロットが分与される。
図示の例では、通信装置（Ａ）は、タイムスロットを全て配下の各通信装置に分け与えてしまうため、タイムスロットを一つも有さない。通信装置（Ａ）の直下に位置する通信装置（Ｂ）は一つのタイムスロット（１）を有する。同様に、通信装置（Ａ）の直下に位置する他の通信装置（Ｃ）も一つのタイムスロット（６）を有する。
通信装置（Ｂ）の直下に位置する通信装置（Ｄ）は、２つの連続したタイムスロット（２），（３）を有する。通信装置（Ｂ）の直下に位置する他の通信装置（Ｅ）は、他の２つの連続したタイムスロット（４），（５）を有する。
同様に、通信装置（Ｃ）の直下に位置する通信装置（Ｆ）は、２つの連続したタイムスロット（７），（８）を有する。通信装置（Ｃ）の直下に位置する他の通信装置（Ｇ）は、他の２つの連続したタイムスロット（９），（１０）を有する。
　タイムスロットの番号は、基準時刻からの送信タイミングを示す。各通信装置（Ａ）～（Ｇ）は、基準時刻を共有している。各通信装置（Ａ）～（Ｇ）は、保持しているタイムスロットの番号に対応する時刻が到来すると、それまでに保持していたデータ（計測データ）を、上位の通信装置に送信する。データの最終目的地は、通信装置（Ａ）である。
通信装置（Ｄ），（Ｅ）から見た上位通信装置は、通信装置（Ｂ）である。同様に、通信装置（Ｆ），（Ｇ）から見た上位通信装置は、通信装置（Ｃ）である。通信装置（Ｂ），（Ｃ）から見た上位通信装置は、通信装置（Ａ）である。　
　タイムスロット（１）に対応する時刻が到来すると、通信装置（Ｂ）は、通信装置（Ａ）にデータを送信できる。タイムスロット（２），（３）に対応する時刻では、通信装置（Ｄ）は、上位の通信装置（Ｂ）を中継装置として、通信装置（Ａ）にデータを送信することができる。通信装置（Ｄ）は、連続した２つのタイムスロット（２），（３）を確保しているため、２回連続してホップすることができ、速やかにデータを通信装置（Ａ）に届けることができる。
　タイムスロット（４），（５）に対応する時刻が到来すると、通信装置（Ｄ）で述べたと同様に、通信装置（Ｅ）は、通信装置（Ｂ）を介して、通信装置（Ａ）にデータを送信することができる。タイムスロット（６）に対応する時刻が到来すると、通信装置（Ｂ）で述べたと同様に、通信装置（Ｃ）は、通信装置（Ａ）にデータを送信できる。
　以下同様に、タイムスロット（７），（８）に対応する時刻が到来すると、通信装置（Ｆ）は、上位の通信装置（Ｃ）を中継装置として、最上位の通信装置（Ａ）にデータを送信することができる。タイムスロット（９），（１０）に対応する時刻が到来すると、通信装置（Ｇ）は、通信装置（Ｃ）を介して通信装置（Ａ）にデータを送信できる。
　さらに説明を加えると、例えば、通信装置（Ｄ）が収集したデータは、図１０（ｂ）に示すタイムスロット（２）１０１２のタイミングで、通信装置（Ｂ）に送信される。通信装置（Ｂ）は、通信装置（Ｄ）から受け取ったデータを、タイムスロット（３）１０１３のタイミングで、通信装置（Ａ）に転送する。
　これにより、通信装置（Ｄ）がセンサ等によって収集したデータを、通信装置（Ａ）に送信することができる。
　なお、論理的なネットワークにおいて下流に位置する通信装置にタイムスロットを分与する場合は、自装置とデータ収集装置との間の論理的なネットワークの距離（例えば、ホップ数）を確認し、その数の分のタイムスロットを連番で分与する事が望ましい。タイムスロットは番号順に実行されるので、データをより早くデータ収集装置（Ａ）に到達させることができる。なお、本明細書では、論理的ネットワークにおいて、データ収集装置（Ａ）側を上流と呼び、ツリーの末端側（Ｄ）～（Ｇ）を下流と呼ぶ。
　ここで、例えば、センサネットワークの通信機器間の通信速度は、約４．２ｋｂｐｓであるため、無線ＬＡＮ（Local　Area　network）等と比較するとかなり遅い。従って、センサネットワークでは、１つのタイムスロットの時間間隔は、約５００ｍｓｅｃに設定される。なお、上記の数値は、説明のための例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。
　図１は、本発明の一実施形態に係るアドホックネットワーク通信システムの構成例である。この通信システムは、一方の通信装置１００と他方の通信装置１０１とが、無線によるアドホックネットワークを構成している。以下、通信装置１００を中心に説明する。通信装置１００は、一方のネットワーク網１３０を介して一方のサーバ１４０と接続されており、さらに、他方のネットワーク網１３１を介して他方のサーバ１４１とも接続されている。
アドホックネットワーク側から見ると、ネットワーク網１３０，１３１は、アドホックネットワークとは別のネットワークである。なお、ネットワーク網１３０，１３１は、例えば、携帯電話通信網、光回線網、又は公衆無線ＬＡＮネットワークなどである。
　通信装置１００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１１１、メモリ１１２、及び記憶部１１４を備える。通信装置１００が有する各種プログラムは、記憶部１１４に記憶されており、必要に応じてメモリ１１２を介してＣＰＵ１１１に読み込まれ実行される。通信装置１００は、通信部１１３を介して、ネットワーク網１３０，１３１に接続されている。
　通信部１１３は、他の通信装置１０１とアドホックネットワーク通信を行うための第１通信インターフェイスと、ネットワーク網１３０，１３１に接続するための第２通信インターフェイスとを備える。通信部１１３は、第１通信インターフェイスを介して、ネットワーク網１３０，１３１の選択、ネットワーク網１３０，１３１との切断、パケット送受信、通信可否判定、及び通信量の測定等、様々な通信制御を行う。また、通信部１１３は、アドホックネットワーク通信を行うための第２通信インターフェイスとして、例えば、無線ＬＡＮのアドホックモード、特定小電力無線通信、又は専用のネットワーク機器を用いてもよい。
　記憶部１１４には、通信制御部１１５、アドホックネットワーク通信制御部１１６、及び送信タイミング管理制御部１１７が、プログラムとして記憶されている。また各種制御に用いられるアドホックネットワーク通信経路表１１８、送信タイミング管理テーブル１１９、及び自己情報管理テーブル１２０が、データとして記憶されている。
送信タイミング管理テーブル１１９は、送信タイミングを管理するテーブルである。送信タイミング管理テーブル１１９は、タイムスロットを管理する。タイムスロットとは、通信装置１００がセンサ等によって収集したデータを他の通信装置１０１に送信するタイミングに関する情報を示す。送信タイミング管理テーブル１１９は、後述の自己情報管理テーブル１２０と共に「タイムスロット管理部」に対応する。
　通信制御部１１５は、ネットワーク網１３０，１３１を介するサーバ１４０，１４１との通信を制御する。通信制御に用いられる通信プロトコルは、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ等である。ただし、他の通信プロトコルでもよい。
　アドホックネットワーク通信制御部１１６は、アドホックネットワークを構築する場合の通信制御を担当する。アドホックネットワーク通信制御部１１６は、例えば、ＡＯＤＶ（Ad　hoc　On-Demand　Distance　Vector）、又はＯＳＬＲ（Optimized　Link　State　Routing　Protocol）等のルーティングプロトコルを用いて、他の通信装置１０１の検知、及びルーティングテーブルの構築等を行う。
　送信タイミング管理制御部１１７は、通信部１１３を通じて、タイムスロットを他の通信装置１０１から取得したり、又は、他の通信装置１０１に分与したりする。その取得又は分与したタイムスロットは、送信タイミング管理テーブル１１９に記憶される。送信タイミング管理制御部１１７は、タイムスロットに記載された送信タイミングに基づいて、データを他の通信装置１０１に送信する。
　例えば、送信タイミング管理制御部１１７は、自装置１００のタイムスロットの管理、自装置１００のデータ送信タイミングの管理、及び他の通信装置１０１とのタイムスロットの調停を行う。ここで、他の通信装置１０１とのタイムスロットの調停とは、自装置１００が保有するタイムスロットの一部又は全部を他の通信装置１０１に分与したり、自装置１００のタイムスロットの数を増加させるために、他の通信装置１０１からタイムスロットを取得したりすることである。
　送信タイミング管理制御部１１７は、他の通信装置１０１から取得するタイムスロットの数、または、他の通信装置１０１に分与するタイムスロットの数を、所定の条件に基づいて決定してもよい。
　例えば、送信タイミング管理制御部１１７は、タイムスロットを取得又は分与する通信装置１００と、データ収集装置との間の論理的なネットワークの距離に基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。
　送信タイミング管理制御部１１７は、タイムスロットを取得又は分与する他の通信装置１０１との通信帯域の広さに基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。タイムスロットを他の通信装置１０１に分与する際、通信帯域が狭い場合は、通信帯域が広い場合よりも多くのタイムスロットを分与するようにしてもよい。
　各通信装置はそれぞれ優先度を表すランク値を保持し、送信タイミング管理制御部１１７は、自装置１００が保持するランク値と、タイムスロットを取得又は分与する他の通信装置１０１が保持するランク値との差分に基づいて、タイムスロットの数を決定してもよい。
　送信タイミング管理制御部１１７は、連続で実行される複数のタイムスロットを、他の通信装置１０１に分与したり、または、他の通信装置１０１から取得したりしてもよい。
　送信タイミング管理制御部１１７は、他の通信装置１０１に接続されているか否かの確認を行い、他の通信装置１０１から所定の時間応答がなかった場合は、他の通信装置１０１に分与したタイムスロットを回収するようにしてもよい。
　送信タイミング管理制御部１１７は、他の通信装置１０１からタイムスロットの取得を要求されたとき、自装置１００において分与すべきタイムスロットが不足している場合は、自装置１００は、第３の通信装置にタイムスロットの取得を要求し、その取得したタイムスロットを他の通信装置１０１に分与してもよい。
　なお、上記の送信タイミング管理制御部１１７に関する処理の詳細については、後述する。
　本実施例では、通信制御部１１５、アドホックネットワーク通信制御部１１６、及び送信タイミング管理制御部１１７は、プログラムとして記憶部１１４に記憶され、ＣＰＵ１１１にて実行されている。これに代えて、これらの機能の少なくとも一部を、専用のハードウェア装置で実現しても良い。
　サーバ１４０は、ＣＰＵ１５１、メモリ１５２、及び記憶部１５４を備える。サーバ１４０が有する各種プログラムは、記憶部１５４に記憶され、必要に応じてメモリ１５２を介してＣＰＵ１５１に読み込まれて実行される。サーバ１４０は、さらに通信部１５３を備え、ネットワーク網１３０に接続している。
　通信部１５３は、ネットワーク網１３０，１３１の選択、ネットワーク網１３０，１３１との切断、パケット送受信、通信可否判定、及び通信量の測定など、様々な通信制御を行う。
　記憶部１５４には、通信制御部１５５が、プログラムとして記憶されている。また、各種制御に用いられる通信経路表１５６、及び接続装置管理テーブル１５８がデータとして記憶されている。
　通信制御部１５５は、通信経路表１５６を生成する。さらに、通信制御部１５５は、ネットワーク網１３０を介して、他の装置と通信を行う際の通信制御を行う。
　なお、プログラムは、予め記憶部１５４に記憶されていても良いし、必要に応じて、記憶媒体もしくは通信ネットワークを介して取得され、記憶部１５４に記憶されてもよい。
　図２は、アドホックネットワーク通信経路表１１８の一例である。アドホックネットワーク通信経路表１１８は、アドホックネットワーク通信経路の構成及び状態を管理する。アドホックネットワーク通信経路表１１８は、通信装置名２０１と、リンク状態２０２と、ランク２０３と、通信品質２０４とを保持する。
　通信装置名２０１とは、アドホックネットワークに属する通信装置を識別する情報である。リンク状態２０２は、通信の可否及び状態を示す情報である。ランク２０３は、各通信装置がデータ収集装置からネットワーク的にどのくらい離れているのかを示す情報である。通信品質２０４は、アドホックネットワーク通信経路の通信品質を指標化した値である。アドホックネットワーク通信経路表１１８は、ＡＯＤＶ又はＯＳＬＲ等のルーティングプロトコルを用いてネットワークトポロジを構築する際に用いられる。アドホックネットワーク通信経路表１１８は、アドホックネットワークを構成している通信装置間で、通信状態及びホップ数等の情報を交換することによって作成することができる。
　図３は、送信タイミング管理テーブル１１９の一例である。送信タイミング管理テーブル１１９は、自装置１００が認識している各通信装置のタイムスロットに関する情報を保持する。例えば、送信タイミング管理テーブル１１９は、通信装置名３０１と、タイムスロットの取得又は分与を示す通信装置状況３０２と、取得又は分与の有効時間を示す有効時間３０３と、自装置１００が有するタイムスロット数３０５とを保持する。
　タイムスロットには、それぞれ異なる番号が付与されている。そして、例えば、１０番のタイムスロットを割り当てられた通信装置は、基準時刻から１０番目のタイムスロットの時間帯にデータを送信する。なお、アドホックネットワークに属する各通信装置の時刻は同期されているものとする。
　図４は、自己情報管理テーブル１２０の一例である。自己情報管理テーブル１２０は、自己の通信装置（自装置）の各種情報を保持する。例えば、自己情報管理テーブル１２０は、ステイタス４０１と、ランク４０２と、分与優先ポリシー４０３と、タイムスロット数４０４とを保持する。
　ステイタス４０１は、現在の通信装置の状態を示す情報である。ステイタス４０１には、例えば、通常運用時における「通常モード」、タイムスロットを他の通信装置と調停する「調停モード」、並びに一切のタイムスロットを使用しない「停止モード」などの状態が示される。ランク４０２は、自装置とデータ収集装置とのネットワーク上の距離を示す情報である。分与優先ポリシー４０３は、タイムスロットを分与する場合の判断基準を示す情報である。タイムスロット数４０４は、自装置が現在保有しているタイムスロットの数を示す情報である。
　分与優先ポリシー４０３は、他の通信装置からタイムスロットの要求があった場合に、その通信装置にタイムスロットを分け与えるポリシーを規定する。分与優先ポリシー４０３には、例えば、自らのタイムスロットを少しずつ分与するか、または、他の通信装置が更に他の通信装置に対して積極的に分与できるように一度に多くのタイムスロットを分与するか等を設定することができる。
　分与するタイムロットの数は、分与する通信装置のランクに応じて決定してもよい。例えば、ランクが上位の通信装置は、配下に多数の通信装置が接続される可能性があるので、タイムスロットを多く分与する。これに対し、ランクが下位の通信装置には、分与するタイムスロットを制限することができる。
　図５は、通信装置の全体の処理概要を示すフローチャートの一例である。
　まず、通信装置１００は、通信経路を構築する（５０１）。
　次に、通信装置１００は、タイムスロットの要求が必要か否かを判断する（５０２）。タイムスロットの要求が必要と判断した場合は（５０２：Ｙｅｓ）、スロット要求処理を実行し（５０３）、ステップ５０４に進む。一方、タイムスロットの要求が不必要と判断した場合は（５０２：Ｎｏ）、ステップ５０４に進む。
タイムスロット要求処理が必要な場合とは、例えば、自己情報管理テーブル１２０の取得タイムスロット数４０４の値が０になっている場合、初めてアドホックネットワークに参加した場合、又は、センシングデータが急増し大量の通信帯域が必要となった場合などである。なお、タイムスロット要求処理の詳細は後述する。
　次に、通信装置１００は、タイムスロットの更新が必要か否かを判断する（５０４）。タイムスロットの更新が必要と判断した場合は（５０４：Ｙｅｓ）、タイムスロット更新処理を実行し（５０５）、ステップ５０６に進む。一方、タイムスロットの更新が不必要と判断した場合は（５０４：Ｎｏ）、ステップ５０６に進む。
タイムスロット更新処理が必要な場合とは、例えば、アドホックネットワーク通信経路表１１８のリンク状態２０２において、自装置がタイムスロットを分与された相手の通信装置（タイムスロットの分与元）との経路が切れた場合、送信タイミング管理テーブル１１９において自装置が有するタイムスロットの有効時間３０３が切れた場合、又は、通信経路の変更によりタイムスロットの割り当てを再確認する必要がある場合などである。なお、タイムスロット更新処理の詳細は後述する。
　次に、通信装置１００は、タイムスロットの分与が必要か否かを判断する（５０６）。タイムスロットの分与が必要と判断した場合は（５０６：Ｙｅｓ）、スロット分与処理を実行し（５０７）、ステップ５０８に進む。一方、タイムスロットの分与が不必要と判断した場合は（５０６：Ｎｏ）、ステップ５０８に進む。タイムスロット分与処理が必要な場合とは、例えば、自装置がタイムスロット分与要求を受けた場合などである。なお、タイムスロット分与処理の詳細は後述する。
　次に、通信装置１００は、スロット返却が必要か否かを判断する（５０８）。スロット返却が必要と判断した場合は（５０８：Ｙｅｓ）、スロット返却処理を実行し（５０９）、ステップ５１０に進む。一方、スロット返却が不必要と判断した場合は（５０８：Ｎｏ）、ステップ５１０に進む。タイムスロット返却処理が必要な場合とは、例えば、他の通信装置からタイムスロット返却要求を受けた場合、自装置がアドホックネットワークから離脱する際に分与されたタイムスロットを分与元の通信装置に返却する場合、又は、一度取得したが不必要と判断したタイムスロットを分与元の通信装置に返却する場合などである。なお、タイムスロット返却処理の詳細は後述する。
　次に、通信装置１００は、タイムスロットの調停が必要か否かを判断する（５１０）。タイムスロットの調停が必要と判断した場合は（５１０：Ｙｅｓ）、タイムスロット調停処理を実行し（５１１）、ステップ５１２に進む。一方、タイムスロットの調停が不必要と判断した場合は（５１０：Ｎｏ）、ステップ５１２に進む。タイムスロット調停処理が必要な場合とは、例えば、他の通信装置からタイムスロット分与要求を受けたが、分与可能なタイムスロットが無く、分与するためには他の通信装置からタイムスロットを取得する必要がある場合などである。なお、タイムスロット調停処理の詳細は後述する。
　最後に、通信装置１００は、タイムスロット管理テーブルを更新する（５１２）。タイムスロット管理テーブルの更新とは、送信タイミング管理テーブル１１９及び自己情報管理テーブル１２０を更新することである。必要であれば、ステップ５１２で、アドホックネットワーク通信経路表１１８を更新しても良い。例えば、タイムスロットの調停に失敗した通信装置との通信経路を削除する場合等に、アドホックネットワーク通信経路表１１８を更新してもよい。
　なお、図５のフローチャートでは、各処理を順番に実行しているが、その順番は問わない。各テーブルは、適宜更新されてもよい。
　図６は、タイムスロット要求処理及びタイムスロット分与処理を示すフローチャートの一例である。図６の処理では、「第１通信装置」としての通信装置Ａが「第２通信装置」としての通信装置Ｂに対してタイムスロットを要求し、通信装置Ｂは通信装置Ａにタイムスロットを分与する。
　まず、通信装置Ａは、自装置が必要なタイムスロット数を記載したタイムスロット要求メッセージを、通信装置Ｂに送信する（６０１）。通信装置Ｂは、通信装置Ａからタイムスロット要求メッセージを受信する（６０２）。
　タイムスロット要求を受けた通信装置Ｂは、自己情報管理テーブル１１９を参照して自装置が保有するタイムスロットの状況を確認し、タイムスロットの調停が必要か否かを判断する（６０３）。調停が必要と判断した場合は（６０３：Ｙｅｓ）、通信装置Ａに対して待機メッセージを送信し（６０４）、タイムスロット調停処理を実行する（６０５）。一方、調停が不要と判断した場合は（６０３：Ｎｏ）、ステップ６１０に進む。
　タイムスロットの調停が必要か否かの判断は、自装置のタイムスロットの空き状況から即時に判断しても良いし、他の通信装置からのタイムスロット要求メッセージを所定の時間受け付け、その所定の時間内に受信したタイムスロットの要求数に応じて判断しても良い。
なお、通信装置Ａと通信装置Ｂの間では、ユニキャスト通信が行われる場合を例に挙げて説明するが、これに代えて、ブロードキャスト通信又はマルチキャスト通信によって、周囲の全ての通信装置に一斉にタイムスロット要求メッセージを送信しても良い。また、タイムスロット要求メッセージに、そのタイムスロットの緊急性を示す情報を記載できるようにしてもよい。
　次に、通信装置Ａは、待機メッセージを受信したか否かを判断する（６０６）。待機メッセージを受信した場合は（６０６：Ｙｅｓ）、待機すべきタイムアウト時間を設定する（６０７）。タイムアウト終了後（６０８：Ｙｅｓ）、通信装置Ｂに対してタイムスロット要求メッセージを再送し（６０９）、ステップ６０６に進む。一方、待機メッセージを受信していない場合は（６０６：Ｎｏ）、ステップ６１３に進む。
　待機時間であるタイムアウト時間は、所定の時間として予め設定しておいてもよいし、通信装置Ｂがタイムアウト時間を決定して通信装置Ａに送信しても良い。さらに、通信装置Ｂがタイムアウト時間を決定する場合、他の通信装置からのタイムスロット要求メッセージを受け付けた所定の時間、又は、タイムスロットの調停処理にかかる時間（例えば、何ホップ先までの調停を前提とするか）などを考慮して決定してもよい。また、通信装置Ａの要求メッセージの再送において、予め再送回数を設定しておき、その再送回数以降は要求メッセージを再送しないようにしても良い。
　次に、通信装置Ｂは、分与可能なタイムスロットがあるか否かを判断する（６１０）。分与できるタイムスロットがある場合は（６１０：Ｙｅｓ）、分与するタイムスロットの数、タイムスロットの番号、及び送信タイミングなどを記載したタイムスロット供給メッセージを通信装置Ａに送信する（６１１）。一方、分与できるタイムスロットがない場合は（６１０：Ｎｏ）、タイムスロット供給不可メッセージを通信装置Ａに送信する（６１２）。
　最後に、通信装置Ａは、通信装置Ｂからの返信メッセージを確認し（６１３）、タイムスロットの取得ができたか否かを確認する（６１４）。タイムスロットの取得ができた場合は（６１４：Ｙｅｓ）、自装置のタイムスロット管理テーブルを更新し（６１５）、処理を終了する。一方、タイムスロットの取得ができなかった場合は（６１４：Ｎｏ）、処理を終了する。
　なお、本実施例において、通信装置Ａは、通信装置Ｂからのみ返信メッセージを受信している。これに代えて、通信装置Ａは、複数の通信装置から返信メッセージを受信し、返信メッセージを送信した各通信装置の中で最適な通信装置からタイムスロットを取得できるようにしてもよい。そのとき、使用しなくなったタイムスロットを分与元の通信装置に返却するようにしてもよい。
　図７は、タイムスロット更新処理のフローチャートの一例である。本処理では、通信装置Ａがタイムスロットの更新及び確認を行う。
　まず、通信装置Ａは、アドホックネットワーク通信経路表１１８を参照し、通信装置Ｂの通信経路が存在しているか否かを判断する（７０１）。通信装置Ｂとの通信経路が存在する場合は（７０１：Ｙｅｓ）、ステップ７０２に進む。一方、通信装置Ｂとの通信経路が存在しない場合は（７０１：Ｎｏ）、ステップ７０３に進む。
　通信装置Ａは、送信タイミング管理テーブル１１９を参照して、通信装置Ｂの有効時間３０３を超過しているか否かを判断する（７０２）。超過している場合は（７０２：Ｙｅｓ）、通信装置Ｂから分与されたタイムスロットを使用し続けてよいかを確認するため、タイムスロット確認メッセージを通信装置Ｂに送信する（７０３）。一方、ステップ７０２において、超過していない場合は（７０２：Ｎｏ）、処理を終了する。
　通信装置Ｂは、通信装置Ａからタイムスロット確認メッセージを受信し、これに応答するタイムスロット確認応答メッセージを通信装置Ａに送信する（７０４）。タイムスロット確認メッセージ、及びタイムスロット確認応答メッセージは、通信品質が悪いときは複数回送信しても良い。
　通信装置Ａは、通信装置Ｂから送信されたタイムスロット確認応答メッセージを受信し、通信装置Ｂから分与されたタイムスロットを継続して使用できるか否かを判断する（７０５）。継続して使用できる場合（７０５：Ｙｅｓ）、送信タイミング管理テーブル１１９において、通信装置Ｂの有効時間３０３を更新する（７０６）。一方、継続して使用できない場合（７０５：Ｎｏ）、送信タイミングテーブル１１９において、通信装置Ｂの有効時間３０３を０とする、または、削除する（７０７）。
　通信装置Ａがタイムスロットを継続して使用できるか否かの判断方法は、例えば、所定の時間内にタイムスロット確認応答メッセージを受信できたか否か、又は、タイムスロット確認応答メッセージにタイムスロットの継続使用を許可する旨記載されているか否か、などで判断する。
　図８は、タイムスロット返却要求処理のフローチャートの一例である。本処理では、通信装置Ｂが、通信装置Ａに対して、分与したタイムスロットの返却を要求する。
　まず、通信装置Ｂは、通信装置Ａに対してタイムスロット返却要求メッセージを送信する（８０１）。タイムスロット返却要求メッセージには、返却を要求するタイムスロットの数、返却を要求するタイムスロットの番号、及び返却の緊急度等を記載する。
　通信装置Ａは、返却可能なタイムスロットがあるか否かを確認する（８０２）。通信装置Ａに返却可能なタイムスロットがある場合は（８０２：Ｙｅｓ）、そのタイムスロットを通信装置Ｂに返却し、送信タイミング管理テーブル１１９及び自己情報管理テーブル１１９を更新する（８０３）。一方、通信装置Ａに返却可能なタイムスロットがない場合は（８０２：Ｎｏ）、通信装置Ｂにタイムスロットの返却が不可であることを示す返却不可メッセージを送信する（８０４）。
　通信装置Ｂは、返却不可メッセージを受信すると、強制的に全てのタイムスロットの返却を要求するか否かを判断する（８０５）。通信装置Ｂが、強制的な返却を要求すべきと判断した場合は（８０５：Ｙｅｓ）、スロット強制返却要求メッセージを通信装置Ａに送信し（８０６）、ステップ８０９に進む。一方、通信装置Ｂが、強制的な返却を要求する必要はないと判断した場合は（８０５：Ｎｏ）、ステップ８０９に進む。強制的な返却の要求があったときは、例え通信装置Ａがタイムスロットの返却によって全てのタイムスロットを失ったとしても、通信装置Ｂにタイムスロットを返却しなければならない。これが実行される場合としては、例えば、通信装置Ｂが、自装置よりランクが低い通信装置Ａから全てのタイムスロットを取得し、自装置よりランクの高い他の通信装置にそのタイムスロットを分与する必要がある場合などである。
　通信装置Ａは、通信装置Ｂからのタイムスロット強制返却要求メッセージを受信し、タイムスロットの返却処理を実行し（８０７）、タイムスロットの返却メッセージを通信装置Ｂに送信する（８０８）。
　通信装置Ｂは、通信装置Ａから返却されたタイムスロットを確認し、送信タイミング管理テーブル１１９及び自己情報管理テーブル１１９を更新する（８０９）。
　また、通信装置Ａは、自らが保持しているタイムスロットが全てなくなり、別の通信装置からタイムスロットを取得する必要がある場合は経路変更を行う（８１０）。
　なお、図８のフローチャートでは、通信装置Ａは通信装置Ｂからのタイムスロット返却要求に応じてタイムスロットを返却しているが、これに代えて、通信装置Ａから通信装置Ｂに対して自主的にタイムスロットを返却しても良い。例えば、通信装置Ａがより有効な別の通信装置から新たにタイムスロットを取得し、通信装置Ｂから取得したタイムスロットが不必要となった場合などである。
　図９は、タイムスロット調停処理のフローチャートの一例である。本処理では、通信装置Ａは通信装置Ｃからタイムスロット要求を受けたが、通信装置Ａは通信装置Ｃに分与可能なタイムスロットを保持していないものとする。
　まず、通信装置Ｃが通信装置Ａに対してタイムスロット要求メッセージを送信する（９０１）。
　タイムスロット要求メッセージを受信した通信装置Ａは、分与可能なタイムスロットがないため、タイムスロット調停を実行する（９０２）。なお、この処理は、図６を用いて説明した処理と同じである。
　通信装置Ａは、タイムスロットの調停方法を判断する（９０３）。調停方法の判断は、例えば、タイムスロット要求元である通信装置Ｃの分与優先度及び他の通信装置のランク等を考慮し、タイムスロットを要求すべき通信装置の選択、及び要求すべきタイムスロット数の決定などを行う。例えば、通常は自装置がタイムスロットを分与した通信装置に対してタイムスロットの返却を要求する。しかし、タイムスロット要求元の通信装置の優先度が高く、自装置が分与した通信装置からタイムスロットの返却がなされなかった場合は、次は、自装置に分与してくれた通信装置に、さらにタイムスロットを要求する、などを定義しておいてもよい。
　ここでは、通信装置Ａは、通信装置Ｂに対してタイムスロットを要求し、さらに通信装置Ｂは、その先の通信装置Ｄに対してタイムスロットを要求するものとする。
　ステップ９０３の続きとして、通信装置Ａは、通信装置Ｂにタイムスロット要求メッセージを送信する（９０４）。
　タイムスロット要求メッセージを受信した通信装置Ｂは、分与可能なタイムスロットがないため、通信装置Ａに対して回答を待つよう待機メッセージを送信する（９０５）。
　通信装置Ｂは、通信装置Ｄにタイムスロット要求メッセージを送信する（９０９）。
　通信装置Ａは、ステップ９０５において通信装置Ｂから送信された待機メッセージを受信し、タイムアウト時間を設定する（９０６）。通信装置Ａは、タイムアウト時間終了後（９０７：Ｙｅｓ）、必要に応じてタイムスロット要求メッセージを通信装置Ｂに再送する（９０８）。
　一方、通信装置Ｄは、ステップ９０９におけるタイムスロット要求メッセ－ジを受信すると、タイムスロット要求応答メッセージを通信装置Ｂに返信し、タイムスロットを分与する。
　通信装置Ｂは、受信したタイムスロット要求応答メッセージを確認する（９１０）。通信装置Ｂは、タイムスロット要求応答メッセージを通信装置Ａに返信し、通信装置Ｄから分与されたタイムスロットを通信装置Ａに分与する。
　通信装置Ａは、受信したタイムスロット要求応答メッセージを確認する（９１１）。通信装置Ａは、通信装置Ｃにタイムスロット要求応答メッセージを送信し、通信装置Ｂから分与されたタイムスロットを通信装置Ｃに分与する。
　通信装置Ｃは、タイムスロット要求応答メッセージを受信し、そのタイムスロットを取得する。
　なお、タイムスロットを要求する通信装置の種類及びタイムスロットを要求する範囲を規定してもよい。また、自装置が接続している通信経路の状態及び通信品質、又はタイムスロットを要求してきた通信装置の優先度等に応じて、分与するタイムスロットの数を増減させてもよい。例えば、緊急に通信を行う必要があるアプリケーションは、優先的にタイムスロットを取得できるよう、広範囲の通信装置とのタイムスロットの調停を許可し、定期的な通信を必要としないアプリケーションは、タイムスロットの調停範囲を限定してもよい。
　本実施例によれば、アドホックネットワークにおいて、複数の（多数の）通信装置が特定の通信装置（データ収集装置）にデータを送信する場合に、各通信装置間で送信タイミングを自律的に調整することができる。従って、本実施例では、各通信装置の送信タイミングを集中制御するための管理サーバを設ける必要がない。このため、本実施例では、送信タイミングを調整するためのデータがネットワークに多量に流れるのを防止して、センシングデータの通信に使用する帯域を確保でき、センシングデータを高い信頼性で収集することができる。
　図１１を参照して実施例２を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、実施例１の変形例に該当する。そこで、実施例１との相違を中心に説明する。図１１は、ネットワークトポロジの変化を考慮したタイムスロットの分与方法の一例を示す説明図である。
　図１１（ａ）は、必要な数のタイムスロットだけを随時分与した場合の説明図である。
　図１１（ａ）の左側に示すように、通信装置１１０１ａ（Ａ）は、通信装置１１０２ａ（Ｂ）に１つのタイムスロットを分与する。その後、通信装置１１０３ａ（Ｃ）と１１０４ａ（Ｄ）が通信装置１１０２ａ（Ｂ）に接続されたとする。このとき、通信装置１１０２ａ（Ｂ）は、自らのタイムスロット１１１２ａを分与することができない。
　そこで、図１１（ａ）右側に示すように、通信装置１１０２ａ（Ｂ）は、通信装置１１０１ａ（Ａ）とタイムスロット調停を行い、通信装置１１０１ａ（Ａ）から２つのタイムスロット１１２１ａと１１２２ａを取得する。通信装置１１０２ａ（Ｂ）は先ほど取得した２つのタイムスロットを、それぞれ通信装置１１０３ａ（Ｃ）と１１０４ａ（Ｄ）に分与する。
　図１１（ｂ）は、余裕を持って多数のタイムスロットを事前に分与した場合の説明図である。
　図１１（ｂ）左側に示すように、通信装置１１０１ｂ（Ａ）は、通信装置１１０２ｂ（Ｂ）に３つのタイムスロット１１０２ｂを分与する。その後、通信装置１１０３ｂ（Ｃ）と１１０４ｂ（Ｄ）が通信装置１１０２ｂ（Ｂ）に接続されたとする。
　図１１（ｂ）右側に示すように、通信装置１１０２ｂ（Ｂ）は余分なタイムスロットを保持しているので、自らの２つのタイムスロット１１２１ｂと１１２２ｂを、通信装置１１０３ｂ（Ｃ）と１１０４ｂ（Ｄ）に分与する。
以下、通信装置１１０１ａ（Ａ），１１０１ｂ（Ａ）を通信装置（Ａ）と、通信装置１１０２ａ（Ｂ），１１０２ｂ（Ｂ）を通信装置（Ｂ）と、通信装置１１０３ａ（Ｃ），１１０３ｂ（Ｃ）を通信装置（Ｃ）と、通信装置１１０４ａ（Ｄ），１１０４ｂ（Ｄ）を通信装置（Ｄ）と呼ぶことがある。
　図１１（ａ）に示す構成のメリットは、有限な数であるタイムスロットを無駄なく効率的に利用できる点である。必要な数のタイムスロットを必要な通信装置に随時分与するため、分与したにもかかわらず利用されないタイムスロットの数が少なくなり、効率的に利用できる。
　一方、図１１（ａ）に示す構成のデメリットは、タイムスロットを分与した通信装置（Ｂ）に対して、他の通信装置（Ｃ），（Ｄ）から新たにタイムスロットの要求があったとき、必ずタイムスロット調停となってしまう点である。タイムスロット調停が実行されると、その都度、分与元の通信装置（Ｂ）においてスロット要求等が実行されてしまうため、ネットワークが混雑し、使用可能な通信帯域が狭くなる。
　図１１（ｂ）に示す構成のメリットは、タイムスロット調停処理の回数を減らせることである。タイムスロットの分与を受けた通信装置（Ｂ）に対して、他の通信装置（Ｃ），（Ｄ）からタイムスロットの要求があった場合、タイムスロットの分与を受けた通信装置（Ｂ）は、余分にタイムスロットを保持しているため、タイムスロット調停処理を行うことなく、すぐに他の通信装置（Ｃ），（Ｄ）にタイムスロットを分与する事ができる。
　一方、図１１（ｂ）のデメリットは、分与したにも関わらず使用されないタイムスロットの数が多くなる可能性が高い点である。このため、通信帯域を効率的に利用できない可能性がある。
　どちらが適切かは、対象となるシステム及びアプリケーションにより異なる。例えば、停電により通信装置の電源が一斉に切断され、その後、電気が回復した場合は、全ての通信装置がタイムスロットの要求を実行する。この場合、図１１（ｂ）の方法に従い、データ収集装置などランクが上位の通信装置は、ランクが下位の通信装置に対して予め余裕を持ってタイムスロットを分与する事により、タイムスロット要求及びタイムスロット調停の多発を防ぐことができる。
　同様に、例えば、集合住宅全体のゲートウェイとなるデータ収集装置の配下に、各住居毎のゲートウェイとなる通信装置が設けられる場合、各住居用の通信装置には、多めにタイムスロットを分け与えておくとよい。各住居毎のゲートウェイとなる通信装置の下には、複数の他の通信装置が接続される可能性があり、それらの他の通信装置がセンシングデータの送信を一斉に開始する可能性があるためである。
　図１２を参照して実施例３を説明する。図１２は、通信特性を考慮したタイムスロットの分与方法の一例を示す説明図である。
　図１２において、通信装置１２０２（Ｂ）と１２０３（Ｃ）とは、例えば、特定小電力無線のような比較的通信速度の遅い通信経路で結ばれている。通信装置１２０２（Ｂ）と１２０３（Ｄ）とは、例えば、無線ＬＡＮのような比較的通信速度の速い通信経路で結ばれているとする。
１つ当たりのタイムスロットを、高速な通信経路に合わせて短く設定する。低速な通信経路に接続される通信装置１２０３（Ｃ）には、多くの（例えば５つの）タイムスロット１２１３を分与する。高速な通信経路に接続される通信装置１２０４（Ｄ）には、少数の（例えば１つの）タイムスロット１２１４を分与する。
通信装置１２０２（Ｂ）と１２０３（Ｃ）との間の通信速度は遅いが、長い通信時間を確保できるため、通信装置１２０３（Ｃ）から通信装置１２０２（Ｂ）に所定のデータ量を伝送できる。一方、通信装置１２０２（Ｂ）と１２０３（Ｄ）との間の通信速度は速いので、通信時間が短くとも、所定のデータ量を伝送できる。
　ずなわち、各通信装置の通信速度が異なる場合は、最も速い通信速度に合わせてタイムスロットのサイズを設定し、各通信経路の通信速度に応じて、各通信装置に分与するタイムスロットの数を変更する。これにより、システム全体として、タイムスロットを効率的に利用することができる。
　なお、例えば、特定小電力無線のような通信速度の遅い通信装置１２０３（Ｃ）は、原則として、他の通信装置にタイムスロットを分与しない構成としてもよい。通信速度の遅い通信装置が、必要数のタイムスロットを確保して、データを転送できるようにするためである。
　また、各通信装置の通信品質が異なる場合、通信品質に応じて、分与するタイムスロットの数を変更してもよい。例えば、無線通信の通信品質によって、通信装置のランクが変化する場合について考える。その場合、通信装置のランクによって、必要なタイムスロットの数も変わる。通信品質が低くなるほど、必要なタイムスロットの数は増える。
　通信品質に応じて割り当てるタイムスロットの数を動的に調整する場合、もし無線通信の通信品質が頻繁に変化すると、通信装置のランクが頻繁に変更される。これにより、通信装置が必要とするタイムスロットの数も頻繁に変化するため、通信装置は、タイムスロットの返却と取得を繰り返すことになる。タイムスロットの返却及び取得が頻繁に繰り返されると、アドホックネットワークが混雑し、センシングデータを送信するための帯域が狭くなる。
　従って、通信装置のランクが変化しても、タイムスロットの返却とタイムスロットの取得とが頻繁に繰り返されない程度に、予め余裕を持ってタイムスロットを分与しておくことが望ましい。
　なお、無線通信の通信品質が不安定な場合は、その通信装置にタイムスロットを分与しない構成でもよい。タイムスロットを分与されなかった通信装置は、データ収集装置にセンシングデータを送信できなくなる。しかし、センサネットワーク全体では安定した通信が可能となる。一部の通信装置をセンサネットワークから切り離しても、他の通信装置からのセンシングデータを利用して、遠隔監視または遠隔制御等の処理を行うことができる場合がある。他の通信装置で代替可能な通信装置は、その通信品質が不安定な期間に限って、タイムスロットを分け与えない構成とすることができる。
　本実施例では、タイムスロットの利用方法の一例について説明する。タイムスロットの役割は、タイムスロットとセンシングデータの送信タイミングとを連携させ、センシングデータをデータ収集装置に到達させるために使用される。
　そこで、通常のデータは、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier　Sense　Multiple　Access／Collision　Avoidance）による自律的な送信を行い、衝突を防止する必要があるデータのみ、前記各実施例で述べたように、タイムスロットを利用して送信してもよい。
通常のセンシングデータ（及び経路制御メッセージ等）は、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いて送信する。緊急性を有するデータは、本発明に係るタイムスロットを用いて、送信する。緊急性を有するデータとは、例えば、所定時間にデータ収集装置に届いている必要がある制御用データ、または、通信途中での消失が許されないデータ等である。つまり、いわゆるミッションクリティカルな処理で使用されるデータは、所定時間内に収集される必要があるため、信頼性の高い通信が求められる。このような場合は、本発明に係るタイムスロットを使用して、データを高い信頼性で送り届ける。
　これにより、ベストエフォートな通信と、タイムスロットによる確実な通信とを両立したシステムを構築することができる。
　図１３を参照して実施例５を説明する。実施例１では、タイムスロットの番号を連番で付与する場合を説明した。実施例５では、番号の連続性を問わずに、通信装置間でタイムスロットをやり取りする場合を説明する。
　図１３は、本実施例によるタイムスロットの分与方法を示す説明図である。
　各通信装置は、それぞれ図１３（ａ）に示すように、連番ではないタイムスロットが分与されたものとする。例えば、大元の通信装置（Ａ）の下に位置する通信装置（Ｂ）は４番のタイムスロットを保持する。通信装置（Ｂ）とともに通信装置（Ａ）の下に位置する通信装置（Ｃ）は、７番のタイムスロットを有する。通信装置（Ｂ）の下に位置する一方の通信装置（Ｄ）は、１番及び３番のタイムスロットを有する。通信装置（Ｂ）の下に位置する他方の通信装置（Ｅ）は、２番及び５番のタイムスロットを有する。通信装置（Ｃ）の下に位置する一方の通信装置（Ｆ）は、６番及び８番のタイムスロットを有する、通信装置（Ｃ）の下に位置する他方の通信装置（Ｇ）は、９番及び１０番のタイムスロットを有する。
　タイムスロットを用いたデータ送信方法を説明する。まず、通信装置（Ｄ）は、１番のタイムスロット１３１１のタイミングで、通信装置（Ｂ）にデータを送信する。次に、通信装置（Ｅ）は、２番のタイムスロット１３１２のタイミングで、通信装置（Ｂ）にデータを送信する。
通信装置（Ｄ）は、３番のタイムスロットのタイミングで、通信装置（Ｂ）にデータを送信する。通信装置（Ｂ）は、４番のタイムスロット１３０４のタイミングで、自らのデータと、通信装置（Ｄ）及び（Ｅ）からそれぞれ受信したデータとを、通信装置（Ａ）に送信する。
　これにより、通信装置（Ｄ）及び（Ｅ）がセンサ等によって収集したデータを、データ収集装置である通信装置（Ａ）に送信することができる。
　なお、本実施例において、データを中継する通信装置は、自らが保持しているタイムスロットを実行する順番が来るまで、その中継すべきデータを一時的に保持しておく必要がある。例えば、上記の例では、通信装置（Ｂ）は、通信装置（Ｄ）及び（Ｅ）から受信したデータを一時的に保持しておく必要がある。
　タイムスロットの番号を問わずに分け与える構成のメリットは、各通信装置での処理負荷を低減できることにある。各通信装置は、タイムスロットを分与する際、どのようにすれば連番で分与できるかを計算する必要がない。
　一つのデメリットは、データを中継する通信装置は、データを一時的に保持するために、バッファメモリのサイズを大きくする必要があることである。他の一つのデメリットは、データ収集装置にデータが到達する時間が多少遅れることである。
　タイムスロットの番号を連続で管理する方法と番号の順番を問わずに管理する方法とのいずれの方法が適切かは、適用するシステム及び通信装置の能力等に応じて異なる。従って、どちらか一方の方法を予め設定できるようしてもよいし、通信装置の状況に応じて前記２つの方法を自動的に切り替えるようにしてもよい。
　上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
１００、１０１…通信装置
１１３…通信部
１１４…記憶部
１１５…通信制御部
１１６…アドホックネットワーク通信制御部
１１７…送信タイミング管理制御部
１１８…アドホックネットワーク通信経路表
１１９…送信タイミング管理テーブル
１２０…自己情報管理テーブル
１３０、１３１…ネットワーク網
１４０、１４１…サーバ
 

Claims (11)

  1. 　複数の通信装置が無線通信によって相互に接続されているアドホックネットワークに属する通信装置であって、
    　データの送受信を行う通信部と、
    　タイムスロットを管理するためのタイムスロット管理部であって、前記アドホックネットワークに属する他の通信装置に前記データを送信するタイミングに関する情報を示す前記タイムスロットを管理するタイムスロット管理部と、
    　前記通信部を通じて前記タイムスロットを前記他の通信装置から取得したり、又は、前記他の通信装置に分与したりする送信タイミング管理制御部であって、前記取得又は分与したタイムスロットを前記タイムスロット管理部に管理させ、前記タイムスロット管理部で管理された前記タイムスロットに記載のタイミングに基づき、前記通信部を通じて前記データを前記他の通信装置に送信する送信タイミング管理制御部と、
    を備えたアドホックネットワーク通信装置。
  2. 　前記送信タイミング管理制御部は、所定の条件に基づき、前記他の通信装置から取得又は前記他の通信装置に分与する、タイムスロットの数を決定する、
    請求項１のアドホックネットワーク通信装置。
  3. 　前記アドホックネットワークはツリー型のネットワークであり、
    　前記アドホックネットワークの大元には前記データを収集するための所定の通信装置が設けられており、
    　前記送信タイミング管理制御部は、前記所定の条件として、前記所定の通信装置との間の論理的なネットワークの距離に基づいて、前記他の通信装置から取得又は前記他の通信装置に分与する、前記タイムスロットの数を決定する、
    請求項２記載のアドホックネットワーク通信装置。
  4. 　前記送信タイミング管理制御部は、前記所定の条件として、前記タイムスロットを取得又は分与する前記他の通信装置との間の通信帯域の広さに基づいて、前記他の通信装置から取得又は前記他の通信装置に分与する、前記タイムスロットの数を決定する、
    請求項２記載のアドホックネットワーク通信装置。
  5. 　前記送信タイミング管理制御部は、前記通信帯域が狭い場合は、前記通信帯域が広い場合よりも多くのタイムスロットを前記他の通信装置に分与する、
    請求項４記載のアドホックネットワーク通信装置。
  6. 　前記通信装置は、自装置の優先度を表すランク値を保持し、
    前記送信タイミング管理制御部は、前記所定の条件として、自装置が保持するランク値と、前記タイムスロットを取得又は分与する前記他の通信装置が保持するランク値との差分に基づいて、前記他の通信装置から取得又は前記他の通信装置に分与する、前記タイムスロットの数を決定する、
    請求項２記載のアドホックネットワーク通信装置。
  7. 　前記送信タイミング管理制御部は、前記タイムスロットを連続番号で管理し、連続した複数の前記タイムスロットを前記他の通信装置に分与もしくは前記他の通信装置から取得できる、
    請求項１記載のアドホックネットワーク通信装置。
  8. 　前記送信タイミング管理制御部は、前記他の通信装置に接続されているか否かの確認を行い、前記他の通信装置との接続が確認できない場合は、前記他の通信装置に分与したタイムスロットを回収する、
    請求項１記載のアドホックネットワーク通信装置。
  9. 　前記送信タイミング管理制御部は、前記他の通信装置に分与すべきタイムスロットが不足している場合は、前記アドホックネットワークに属する第３の通信装置にタイムスロットの取得を要求する、
    請求項１記載のアドホックネットワーク通信装置。
  10. 　複数の通信装置が無線通信によって相互に接続されているアドホックネットワークに属する通信装置であって、
    　前記各通信装置は、
    　　　他の通信装置に所定のデータを送信するタイミングに関する情報を示すタイムスロットを、前記他の通信装置から取得又は前記他の通信装置に分与し、
    自装置が保持している前記タイムスロットに記載のタイミングに基づいて、自装置が保持しているデータを前記他の通信装置に送信する、
    アドホックネットワーク通信方法。
  11. 　複数の通信装置が無線通信によって相互に接続されているアドホックネットワークシステムであって、
    　前記複数の通信装置は、
    　　　データの送受信を行う通信部と、
    　　　タイムスロットを管理するためのタイムスロット管理部であって、前記アドホックネットワークに属する他の通信装置に前記データを送信するタイミングに関する情報を示す前記タイムスロットを管理するタイムスロット管理部と、
    　　　前記通信部を通じて前記タイムスロットを前記他の通信装置から取得したり、又は、前記他の通信装置に分与したりする送信タイミング管理制御部であって、前記取得又は分与したタイムスロットを前記タイムスロット管理部に管理させ、前記タイムスロット管理部で管理された前記タイムスロットに記載のタイミングに基づき、前記通信部を通じて前記データを前記他の通信装置に送信する送信タイミング管理制御部と、
    を備えるアドホックネットワークシステム。
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