JP2006246202A - 最適中継ノード選択方法、ノード及びマルチホップ無線通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】集中制御部／基地局と分散配置されたノードからなるマルチホップ無線通信システムにおいて、処理ステップが少なく、効率の良い最適中継ノード選択方法を提供する。
【解決手段】ノード４は、ノード１〜３からの他ノード宛の検出応答信号１０５〜１０７を受信し、ノード１〜３の電池残量及びこれらからの電波受信強度を取得し、それらが最適設定値以上であって、最も電池残量の大きいものを最適中継ノードとし、その情報を自ノード内に保持する。その後、自ノード検出のための検出信号１０４を受信し、検出信号１０４の送信元のノードの電池残量及び電波受信強度が最適設定値以上であれば、新たに、その送信元のノードの電池残量と保持している最適中継ノードの電池残量を比較し、電池残量の大きい方のノードを最適中継ノードとする。その最適中継ノードＩＤを検出応答信号１０８、リンク通知信号１０９を通して、集中制御部／基地局０に通知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マルチホップ無線通信に関し、特に、マルチホップ無線通信ネットワークにおいてデータ転送経路を構築する際に最適な中継ノードを選択する方法と、そのような最適中継ノード選択方法が適用されるマルチホップ無線通信ネットワークとに関する。

マルチホップ無線通信によるネットワークでは、ネットワークエリア内の複数のノードが配置されるとともに、送信元ノードから送信先ノードに対してデータを無線送信する際に送信元ノードと送信先ノードとの間を直接接続する無線リンクを確立できない場合には、送信元ノードと送信先ノードとの間に１乃至複数の中継ノードを介在させ、中継ノードによって中継しながら、送信元ノードから送信先ノードに対してデータを無線送信する。マルチホップ無線通信では、少なくとも一部のノードについては位置や状態が変化しうるものであるから、送信元ノードから送信先ノードまでの間での中継ノードを介したデータ転送経路を固定的に定めることは適切ではなく、動的にデータ転送経路を構築し、最適な中継ノードを選択することが求められる。

マルチホップ無線通信においてデータ転送経路を構築する際にノード間のリンク状態を考慮して経路を構築する方法として、例えば特開２００３−２４９９３６号公報（特許文献１）には、ノード間の最適経路を選択、構築する場合に、ビーコンモードと経路探索モードとの２つのモードを使用して最適経路を選択、構築することが開示されている。ビーコンモードでは、ビーコンパケットを送受信して各ノードが隣接するノードと情報交換することによって、隣接ノード（あるノードから見て無線リンクを直接確立することができるノード）の検出を行う。経路探索モードでは、隣接ノードから受信したビーコンパケット中に自ノードに隣接していないノードについての情報が含まれていると、そのノードに対し、経路探索パケットを送信し、探索先ノードは、経路探索パケットを受信後に、最適な経路を判断し、その最適経路を使って、経路探索パケットの送信元ノードに経路通知パケットを送信することによって、遠隔ノード（隣接ノードではないノード）に対する経路確立を行う。遠隔ノードへの経路確立に際しては、経路構築のためのポリシー（「経路ポリシー」）として、ノード間での電波受信強度が大きくなるような経路を選択する「信号強度優先」や、隣接ノードが連続して稼働する期間が長くなるように（すなわち転送経路の再構成の頻度が小さくなるような）経路を選択する「生存期間優先」があり、これらのいずれかのポリシーに沿って最も適したマルチホップデータ転送経路を構築するようにしている。しかしながら、特開２００３−２４９９３６号公報に記載の方法では、ビーコンモードでは各ノードが全ての隣接ノードと情報交換するため、パケットの衝突や再送、消費電力増加などの問題が生じる。さらに経路探索モードでは、考えられるすべての経路に対してメッセージを流してみて最適経路を選択することになり、このために一連の多くの処理ステップを必要とする。したがって、特開２００３−２４９９３６号公報に記載の方法は、経路ポリシーにしたがって最適な経路を判断し、構築するまでに多くの処理を要し、効率がよくない。

特開２００３−２５８６９７号公報（特許文献２）には、あるノードが送信先ノードに対してデータを送信するときに、まずパイロット信号を送信することによって中継ノードの分も含めた送信先ノードまでの送信電力の総和を求めると同時に経路を確立し、その確立したいくつかの経路の内から送信電力の総和の最も小さいものを最適な経路として、データ転送に使用する手法が提案されている。しかしながらこの方法では、最適中継となるノードが選択対象からはずされてしまう可能性がある。すなわちこの方法では、送信元ノードから送信先ノードに対して、パイロット信号を送信し、送信先ノードは、そのパイロット信号を受信することにより、中継ノードも含めた送信電力の総和の最も小さい経路を最適経路とするが、送信先ノードがパイロット信号を受信する時間は、最初にパイロット信号を受信してから内蔵タイマーにより設定される一定時間であるため、最適な経路を通ってきたパイロット信号がその時間外に到着した場合に、受信されないおそれがある。一方、最適な経路を通ってきたパイロット信号を受信しない確率を低減するために内蔵タイマーによる設定時間を長くすることが考えられるが、その場合は、最適な経路を構築するまでに、多くの時間を要するようになる。

特開２００１−２９２０８９号公報（特許文献３）には、制御局と、制御局を頂点としてツリー状の階層構成で配置された基地局と、基地局に対して通信を行う移動無線端末からなるマルチホップ無線通信ネットワークにおける経路選択方法であって、移動無線端末が任意の複数の基地局とつながっている場合に、遅延時間と電波受信強度とをパラメータとして最適な経路を選択する手法が開示されている。具体的には、ツリー状のネットワーク構成における上位局は、待受け時間中に到達した伝送データを受信電界情報として全て保持し、その保持した全ての受信電界強度を比較し、その中で最も受信電界強度が大きい伝送路を中継経路として決定する。また、新たに伝送データが到達した場合には、既に選択されている経路の受信電界強度と比較して、新たに到達した伝送データの方が受信電界強度が大きければ、その新たに到達した伝送データの経路を選択するようにしている。

しかしながらこの手法は、既にツリー状のネットワークが固定的に確立しており、そのようなネットワークにおいて最適経路を発見することができるだけであり、ネットワークそのものが動的に構成される場合での、最適なネットワーク構築には適用することができない。

さらにある種のマルチホップ無線通信ネットワークでは、制御局を除いたほとんどのノードが電池で駆動されていることがあるが、従来の経路構築方法では、ノードの電池残量を考慮して経路を構築するものはなかった。
特開２００３−２４９９３６号公報 特開２００３−２５８６９７号公報 特開２００１−２９２０８９号公報

上述したように、マルチホップ無線通信ネットワークにおける従来の中継ノード選択方法では、処理ステップが多くて時間や消費電力を多く必要としたり、最適な経路を選択できなかったり、あるいは、ネットワーク自体を動的に構成する場合に対応できない、といった問題点を有する。

本発明の目的は、マルチホップ無線通信ネットワークでのデータ転送経路構築において、処理ステップが少なく、効率が良く、どのような場合でも確実に最適伝送経路を発見できる最適中継ノード選択方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、処理ステップが少なく、効率が良く、どのような場合でも確実に最適伝送経路を発見できる最適中継ノード選択方法が適用されるマルチホップ無線通信ネットワークシステムを提供することにある。

本発明の第１の最適中継ノード選択方法は、マルチホップ無線通信ネットワークにおける最適中継ノード選択方法であって、応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する段階と、受信した検出応答信号に基づいて、中継ノードを選択する段階と、を有する。

この方法では、自ノードが検出されていないときでも、他ノードから送信される検出応答信号を受信し、その受信した信号を基に、最適中継ノードを判断する。その際、選択した最適中継ノードに関する情報を自ノード内に保持することが好ましい。

本発明の第２の最適中継ノード選択方法は、マルチホップ無線通信ネットワークにおける最適中継ノード選択方法であって、応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する段階と、受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択する段階と、自ノードを検出するための検出信号を受信する段階と、検出信号を送信したノードと、予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する段階と、選択した最適中継ノードを上位ノードまたは集中制御部／基地局に通知する段階と、を有する。

この方法では、自ノードが検出されたときに、検出元ノードと既に保持している中継ノードとを比較し、最適中継ノードとして、より最適な方を選択し、例えば検出応答信号に含めて、その最適中継ノードを上位ノードあるいは集中制御部／基地局に通知する。集中制御部／基地局は、その後、通知された最適中継ノード情報に基づき、最適中継ノードとその通知元ノードとの間の経路を確立することが好ましい。

本発明では、分散配置された各ノードは、検出元ノードより検出信号を受信した際、検出応答信号を検出元ノードに対し送信することによって、経路を確立する。このとき、検出対象（検出先ノード）でない他ノードは、検出先ノードが送信する検出応答信号を受信できた場合、その検出応答信号を基に、自ノードの最適中継ノードを判断し、その情報を保持する。検出先ノードでないノードが、複数ノードから検出応答信号を受信した場合、その検出応答信号を基に、検出応答信号送信元ノード（検出先ノード）から最適な中継ノードを１つ選択し、その情報を保持する。上記の検出先ノードでなかったノードが、検出された場合、検出元ノードを通して、集中制御部に、自ノードが検出されたこと、及び、自ノードの最適中継ノード情報を通知する。上記の通知を受けた集中制御部は、その最適中継ノードより、最適中継ノード情報の通知元ノードを検出させることにより、最適経路を構成する。

なお、最初の検出元ノードと通知された最適中継ノードが一致している場合、同じ検出は行わないようにすることが好ましい。最適中継ノードの判断基準としては、電波受信強度、中継ノードの電池残量、中継ノードのホップ数などが考えられるが、この限りではない。最適中継ノード情報については、１つのノードのみの情報を保持し、通知するだけでなく、例えば、中継ノード候補の優先度順に複数のノード情報を保持し、通知してもよい。

本発明のマルチホップ無線通信ネットワークシステムは、無線制御部／基地局と、複数のノードとを有し、ノードは、応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信するとともに、自ノードを検出するための検出信号を受信する手段と、受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択し、検出信号を送信したノードと、予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する手段と、自ノードを通知元ノードとして選択した最適中継ノードを集中制御部／基地局に通知する手段と、を有し、集中制御部／基地局は、複数のノードに応答信号を送信する手段を有し、最適中継ノードを通知されたときに、その最適中継ノードに対して応答信号を送出することによってその最適中継ノードによって通知元ノードを検出させて最適なマルチホップ無線通信経路を構築する。

本発明は、少ない処理ステップで効率よく最適中継ノードを選択でき、また、最適経路を構築できる、という効果がある。その理由は、自ノードが検出されていないときでも、他ノード宛の検出応答信号を受信し、その検出応答信号を基に最適中継ノードを選択することができるからである。また、最適中継ノードに関する情報を保持し、自ノードが検出されたときに、検出応答信号に含めて自ノードの最適中継ノード情報を集中制御部に通知することにより、自ノード検出と最適中継ノード通知とを同時に達成することができ、ネットワーク全体としてみても、少ない処理ステップで効率よく、最適経路を構築できる。また、本発明は、マルチホップ無線通信システムが制御局や基地局などを含むツリー状の構成となっている場合に、最適経路に応じてツリーの構成を動的に変化させることができる。なお、検出元ノードと通知された最適中継ノードが異なっている場合には、最適中継ノードから、その通知元ノードをさらに１回検出するだけで、最適経路を構築できる。

また本発明は、自ノードの中継ノードとして可能性のある全ての上流ノードの中から、必ず、最適中継ノードを選択できる、という効果を有する。その理由は、自ノードで無線受信できる範囲にある全ての上流ノードの検出応答信号を受信することによって、最適中継ノードを選択できるからである。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に基づく、マルチホップ無線通信経路構築における最適中継ノード選択方法の概略を説明する図である。図において、マルチホップ無線通信ネットワークは、集中制御部／基地局０、ノード１〜４からなっている。集中制御部／基地局０には、識別番号（ＩＤ）としてＩＤ０が割り振られ、ノード１〜４にはそれぞれＩＤ１〜ＩＤ４が割り振られている。このマルチホップ無線通信ネットワークでは、経路構築のために、ノード間で、検出信号１００〜１０４、検出応答信号１０５〜１０８、及びリンク通知信号１０９が送受信される。本実施形態では、ノード１〜４はいずれも電池によって駆動されるものとし、経路構築に際しては、ノードにおける電池残量も考慮され、電池残量が少ないノードは少なくとも中継ノードとして選択されないようにしている。もちろん、一部のノードは商用電源で駆動されてもよいが、その場合は、例えば、電池残量が常に１００％として扱うようにすればよい。

まず、これらの信号の定義を行う。

検出信号は、マルチホップ無線通信経路を確立するために、上流側のノードから下流側の直下のノードに対して経路確立が可能であるかどうかを検出するために用いられる信号であり、ノード１〜４に対して送信される。ここで検出信号を送信する上流側ノードを検出元ノードと呼び、下流側の直下のノードを検出先ノードと呼ぶ。検出元ノードは、集中制御部／基地局０、あるいは集中制御部／基地局０からの経路が既に確立されたノードのどちらかとなる。経路確立の最初の段階では、集中制御部／基地局０のみが検出信号を送信する。検出信号は、検出元ノードより検出先ノードに対して送信される。検出信号の送信に際し、集中制御部／基地局０あるいはどのノードを検出元ノードとし、どのノードを検出先ノードとするかは、集中制御部／基地局０が判断する。判断後、集中制御部／基地局０は検出信号を検出元ノードに対して送信する。ノードが検出元ノードとなる場合には、すでに確立された経路を通して、検出信号が、その検出元ノードとなるべきノードまで転送される。

検出応答信号は、検出信号を受信した検出先ノードが、その検出信号に対する応答を返すための信号である。検出先ノードは、検出元ノードより検出信号を受信し、一定の判定基準を満たしていれば、検出元ノードに対して検出応答信号を送信する。検出応答信号の送信のための判断基準については後述する。

無線のブロードキャスト性により、すなわち、無線で用いられる電波は広い方向にわたって伝搬することにより、検出応答信号の電波は送信先ノード以外のノードにも届く場合がある。検出先ノードでないノードが検出応答信号を受信した場合、一定の判定基準を満たしていれば、その検出応答信号を受信したノードは、その検出応答信号の送信元ノード（検出先ノード）に関する情報を最適中継ノード情報として保持する。この判定基準についても後述する。

リンク通知信号は、各ノードが検出され、経路が確立したことを集中制御部／基地局０に通知するための信号である。検出先ノードからの検出応答信号を検出元ノードが受信した際、その検出元ノードは、検出先ノードが経路確立したことを集中制御部／基地局０に通知するため、リンク通知信号を集中制御部／基地局０に送信する。また、リンク通知信号を介して最適中継ノード情報が集中制御部／基地局０に伝えられる。

次に、本実施形態におけるホップ数について説明する。以下の説明では、検出元ノードのホップ数や検出先ノードのホップ数という用語が出てくるが、本実施形態では、あるノードについてのホップ数は、そのノードについて、集中制御部／基地局から何ホップで到達するかを示すものである。したがって、検出元ノードが集中制御部／基地局０であるときには、その検出元ノードのホップ数は０となる。集中制御部／基地局０と直接接続されるノードのホップ数は１とされ、間にノードを１つ中継して集中制御部／基地局０と接続されるノードのホップ数は２というようになる。

以下、図１に示した例での各ノードが送受信する信号について説明する。

集中制御部／基地局０は、無線により、ノード１に対して検出信号１００、１０３を送信し、ノード２、３に対してそれぞれ検出信号１０１、１０２を送信する。また、ノード１〜３より、それぞれ、検出応答信号１０５〜１０７を受信し、ノード１よりリンク通知信号１０９を受信する。

ノード１は、無線により、ノード４に対して検出信号１０４を送信し、ノード４より検出応答信号１０８を受信する。ノード１は、集中制御部／基地局０から検出信号１００を受信したことによって集中制御部／基地局０に対して検出応答信号１０５を送信するとともに、後述するようにノード４から検出応答信号１０８を受信したことにより、集中制御部／基地局０に対し、リンク通知信号１０９を送信する。

ノード２、３は、それぞれ、検出信号１０１、１０２を受信したことにより、無線によって、集中制御部／基地局０に対し、検出応答信号１０６、１０７を送信する。

ノード４は、無線により、ノード１より検出信号１０４を受信し、検出応答信号１０８を送信する。また、ノード４は、ノード１〜３から集中制御部／基地局０宛に送信された、それぞれの検出応答信号１０５〜１０７を受信すると、それらのうちで中継ノードとして最適なもの１つの情報を保持する。さらに、ノード４は、上述した検出応答信号１０８の送信の際には、検出信号１０４によって自ノードが検出されるまでに保持した情報を検出応答信号１０８に含め、送信する。

図２は、検出信号、検出応答信号及びリンク通知信号のフレームフォーマットの例を示している。検出信号、検出応答信号及びリンク通知信号とも信号の最初の部分はそれらの信号に共通な共通部となっているため、まず、共通部の構成を説明する。

共通部は、プリアンブル、フレームヘッダ、送信先(destination)ＩＤ及び送信元(source)ＩＤの各フィールドとからなっている。プリアンブルは、無線信号の送受信間で同期を取るためのものである。フレームヘッダは、フレームの最前部を示すヘッダである。送信先ＩＤ、送信元ＩＤの各フィールドには、それぞれ、無線信号のホップバイの送信先ノードＩＤ、送信元ノードＩＤが入る。

また、検出信号、検出応答信号及びリンク通知信号とも信号の最後の部分は、通信上の誤り（エラー）を識別するために用いられるＣＲＣ（巡回冗長符号：Cyclic Redundancy Check）のフィールドとなっている。

次に、各信号ごとのフィールドの構成を説明する。各信号における信号タイプは、信号の種別を表すものであって、０は検出信号、１は検出応答信号、２はリンク通知信号を表している。

検出信号では、共通部、信号タイプのフィールドに引き続いて、データ長、検出先ＩＤ、検出元ＩＤ、検出元実パラメータ、最適パラメータのフィールドが続き、最後にＣＲＣフィールドが設けられている。データ長は、検出先ＩＤからＣＲＣの前の最適パラメータまでのデータ量を表す。検出先ＩＤは、検出先のノードのＩＤを表す。検出元ＩＤは、検出元のノードＩＤを表す。検出元実パラメータは、検出元ノードの実際の電池残量（検出元電池残量）、及び、集中制御部／基地局０から検出元ノードまでのホップ数（検出元ホップ数）を表す。最適パラメータは、最適基準値として集中制御部／基地局０より配布される、検出元ノードの電池残量の下限値（最適電池残量）、及び、検出先ノードが検出信号を受信したときの電波受信強度の下限値（最適電波受信強度）を表す。

検出応答信号では、共通部、信号タイプのフィールドに引き続いて、データ長、検出先ＩＤ、検出元ＩＤ、検出先実パラメータ、最適パラメータ、最適中継ノードＩＤのフィールドが続き、最後にＣＲＣフィールドが設けられている。ここで、データ長、検出先ＩＤ、検出元ＩＤ及び最適パラメータについては検出信号の場合と同様である。検出先実パラメータは、検出先ノードの実際の電池残量（検出先電池残量）、及び、集中制御部／基地局０から検出先ノードまでのホップ数（検出先ホップ数）を表す。最適中継ノードＩＤフィールドには、各ノードにとっての最適な中継ノードを集中制御部／基地局０に通知するために、そのような中継ノードのＩＤが格納される。

リンク通知信号では、共通部、信号タイプのフィールドに引き続いて、データ長、検出先ＩＤ、検出元ＩＤ、最適中継ノードＩＤのフィールドが続き、最後にＣＲＣフィールドが設けられている。これらの各フィールドは、いずれも、検出応答信号の場合と同様である。

次に、各ノード１〜４の構成について説明する。図３は、ノードの構成の一例を示すブロック図であり、ノード１〜４の構成をノード２０で代表して示している。

ノード２０は、アンテナ２１、無線受信部２２、無線送信部２３、ＲＦスイッチ２４、電波受信強度計測部２５、電池２６、電池出力電圧計測部２７、ＣＰＵ２８及びメモリ２９から構成されている。

アンテナ２１は、他のノードから送信された電波を空間（空気中）から受信し、また、他のノードへ向けて空間に電波を発射するためのものである。無線受信部２２は、アンテナ２１から受信した無線受信信号５０を復調してデジタル信号に変換し、受信データ５５としてＣＰＵ２８へ供給するためのものである。ここで無線受信信号５０は、他のノードからの伝達信号を含む変調アナログ信号であり、したがって、受信データ５５は他のノードから転送されてきたデジタル信号である。無線送信部２３は、ＣＰＵ２８から入力されて他のノードへ転送されるべきデジタル信号（すなわち送信データ５６）を無線送信信号５１に変換し、アンテナ２１へ供給するためのものである。無線送信信号５１は、他のノードへ向けた伝達信号を含む変調アナログ信号である。ＲＦスイッチ２４は、アンテナ２１からの信号伝送経路を、アンテナ２１−無線受信部２２、または、アンテナ２１−無線送信部２３のどちらかに切り替えるためのものである。

電波受信強度計測部２５は、アンテナ２１で受信した無線受信信号５０の電界強度を計測し、その計測した結果を示すデジタル値を電波受信強度データ５２としてＣＰＵ２８に供給するためのものである。電池２６は、ノード２０の各部を動作させるための電源である。電池出力電圧計測部２７は、電池２６がその電池残量に応じて変化させて出力する電圧（電池出力電圧５３）を計測し、その計測した電池出力電圧５３をデジタル値に変換した電池出力電圧データ５４をＣＰＵ２８へ供給するためのものである。

ＣＰＵ２８は、電波受信強度計測部２５から入力される電波受信強度の計測値（電波受信強度データ５２）に基づき、電波受信強度に関する判断を行い、電池出力電圧計測部２７から入力される電池出力電圧の計測値（電池出力電圧データ５４）に基づき、電池残量に関する判断を行い、無線受信部２２から入力される受信データ５５に基づき、一定の処理を行い、処理結果を他の装置に転送するために、送信データ５６を無線送信部２３に入力するためのものである。メモリ２９は、ＣＰＵ２８からの要求に応じて、入力されるデータ５７を保持し（書き込み）、また、ＣＰＵ２８からの要求に応じて、保持しているデータ５７を出力する（読み出し）ためのものである。

図４は、ＣＰＵ２８の主な機能を論理的に分けて示している。ＣＰＵ２８は、論理的に、送受信データ処理機能Ｐ１、電波受信強度判定処理機能Ｐ２、電池残量判定処理機能Ｐ３、及び最適中継ノード判定処理機能Ｐ４を備えている。送受信データ処理機能Ｐ１は、無線受信部２２から入力されたデジタル信号（受信データ５５）を解析後、一定の処理を行い、その結果を他のノードに転送するために、送信デジタル信号（送信データ５６）を無線送信部２３へ入力する機能である。電波受信強度判定処理機能Ｐ２は、電波受信強度計測部２５から入力される電波受信強度データ５２に基づき、電波受信強度に関する判定処理を行う機能である。電池残量判定処理機能Ｐ３は、電池出力電圧計測部２７から入力される電池出力電圧データ５４に基づき、電池残量に関する判定処理を行う機能である。最適中継ノード判定処理機能Ｐ４は、ＩＤ、電波受信強度、電池残量、ホップ数の情報に基づき、最適中継ノード選択に関する判定処理を行う機能である。

図５は、メモリ２９に対してＣＰＵ２８よりどのような情報が書き込まれ、また、読み出されるかを書いたものである。図５に示すように、メモリ２９には、ＣＰＵ２８によって、最適パラメータ３０、最適中継ノード情報３１、検出元ノード情報３２及び検出先ノード情報３３が格納される。このうち、最適パラメータ３０は、最適電池残量Ｍ１と最適電波受信強度Ｍ２によって構成されている。最適中継ノード情報３１は、最適中継ノードＩＤ Ｍ３、最適中継ノード電池残量Ｍ４、最適中継ノード電波受信強度Ｍ５、最適中継ノードホップ数Ｍ６によって構成されている。検出元ノード情報３２は、検出元ＩＤ Ｍ７、検出元電池残量Ｍ８、検出元電波受信強度Ｍ９、検出元ホップ数Ｍ１０から構成されている。そして検出先ノード情報３３は、検出先ＩＤ Ｍ１１、検出先電池残量Ｍ１２、検出先電波受信強度Ｍ１３、検出先ホップ数Ｍ１４から構成されている。

このようにノード２０はＣＰＵ２８、メモリ２９を備えていることから、ノードを実現するためのコンピュータプログラムを、ＣＰＵを含むコンピュータに読み込ませ、そのプログラムを実行させることによっても実現できる。そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体によって、あるいはネットワークを介して、コンピュータに読み込まれる。ＣＰＵがそのようなプログラムを実行することにより、ＣＰＵ２８は上述した送受信データ処理機能Ｐ１、電波受信強度判定処理機能Ｐ２、電池残量判定処理機能Ｐ３、及び最適中継ノード判定処理機能Ｐ４を実現することとなり、それにより、そのコンピュータは上述したノード２０として機能することになる。

次に、本実施形態における最適中継ノード選択方法の動作を説明する。

まず、集中制御部／基地局０は、図２に示すように検出信号に含ませた形態で、最適パラメータを各ノードに送信する。通常は、集中制御部／基地局０においてユーザがプログラマブルに最適パラメータを設定し、それにより、各ノードに対して最適パラメータとして一律の値が配布される。ひとたび最適パラメータが設定されると、その後の経路再構築動作において、検出信号を送信するたびに同じ最適パラメータが配布される。ただし、ユーザが各ノードに対し別々の最適パラメータを設定するようにして、それを集中制御部／基地局０が送信するようにしてもよい。上述したように最適パラメータは、最適電池残量と最適電波受信強度からなっており、最適電池残量は、検出元ノードが必要とする最小の電池残量を表し、最適電波受信強度は、検出元ノードから送信された検出信号を検出先ノードが受信した際に、正しく受信できたと検出先ノードが判断するための最小の電波受信強度を表す。

また、各検出元ノードは、図２に示すように検出信号に含めた形態で、検出元実パラメータを他のノードに宛てて送信する。検出元実パラメータには、自ノード（検出元ノード）の実際の電池残量とホップ数とが含まれるが、上述したように、検出元ノードが集中制御部／基地局０であるときにはホップ数は０となり、したがって、集中制御部／基地局０から送信される検出信号ではホップ数として０が格納されている。そして、集中制御部／基地局０と直接接続されるノードのホップ数は１とされ、間にノードを１つ中継して集中制御部／基地局０と接続されるノードのホップ数は２というようになる。なお、経路再構築や無線送受信などによりノードは電力を消耗するので、電池残量は小さくなる可能性がある。また、以前構築した経路と変わることも考えられるため、各ノードのホップ数も変化する可能性がある。

各ノードは、上述したような検出信号を受信すると、検出先実パラメータと最適パラメータとを含む検出応答信号を送信する。検出応答信号の中に含まれる最適パラメータは、検出信号の中に含まれる最適パラメータと同じであって、検出信号を受信したノードは、それに含まれる最適パラメータを読み取り、同じものを検出応答信号に含めて送信する。また、検出先実パラメータは、検出先ノードの実際の電池残量とホップ数である。検出先実パラメータにおけるホップ数も、検出元ノードのホップ数と同様に規定される。

図６Ａは、本実施形態の最適中継ノード選択方法を用いた経路構築手順を示している。

各ノードの電源をオンにすると、ステップＳ０において、各ノードは無線待受け状態に入る。無線待受け状態にあるノードが、ステップＳ１において自ノード宛の検出信号を受信した場合、ステップＳ２に示すように、最適パラメータを満足しているかの判定状態に入る。詳細は後述するが、ステップＳ２において最適パラメータを満足していると判定した場合には、ステップＳ３に移行して検出応答信号を送信し、その後、ステップＳ６に移行して無線待受け状態となる。ステップＳ２において最適パラメータを満足していないと判断した場合には、ステップＳ６に直接移行して無線待受け状態となる。

最適パラメータを満足しているかを判定するステップＳ２では、図６Ｂに示すように、ステップＳ１０において、検出信号の検出元実パラメータに含まれる検出元電池残量と最適パラメータに含まれる最適電池残量を比較する。ここで検出元電池残量が最適電池残量未満であれば、最適パラメータを満たしていないことになるので、何もせずにステップＳ６の無線待受けに戻る。一方、ステップＳ１０において検出元電池残量が最適電池残量以上であれば、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、検出元ノードより送信された検出信号の検出先ノードにおける電波受信強度と、検出信号の中に含まれる最適電波受信強度とを比較する。ここで検出信号の電波受信強度が最適電波受信強度未満であれば、最適パラメータを満たしていないことになるので、何もせずにステップＳ６の無線待受けに戻る。一方、ステップＳ１１において検出信号の電波受信強度が最適電波受信強度以上であれば、Ｓ１２に移行する。

ステップ１２では、検出先ノードが最適中継ノード情報を保持しているかの確認を行う。保持していない場合には、ステップＳ１３に移行し、保持している場合にはステップ１４に移行する。ステップ１３では、先の検出信号を送信した検出元ノードを最適中継ノードとし、そのノードのＩＤ、実際の電池残量、実際の電波受信強度、ホップ数を自ノード（検出先ノード）内に保持し、保持した後、ステップＳ３の検出応答信号送信へ移行する。特に、その検出元ノードのＩＤは、最適中継ノードＩＤとして保持される。

ステップＳ１４では、検出信号に含まれる検出元ノードＩＤと、自ノードが保持している最適中継ノードＩＤとを比較する。ＩＤが異なっている場合には、ステップＳ１５へ移行し、ＩＤが同じである場合には、ステップＳ１９に移行して、その検出元ノードを最適中継ノードとし、その後、ステップＳ３の検出応答信号送信へと移行する。

ステップＳ１５では、検出信号に含まれる検出元ノードホップ数と、自ノードが保持している最適中継ノードのホップ数とを比較する。検出元ノードのホップ数が、最適中継ノードのホップ数と同じか、それ以上である場合は、ステップＳ１６に移行し、検出元ノードのホップ数が、最適中継ノードのホップ数より小さい場合には、ステップＳ１９に移行して、検出元ノードを新たに最適中継ノードとして、その検出元ノードに関する情報（ノードＩＤ、電池残量、電波受信強度、ホップ数）を自ノード内に保持し、保持した後、ステップＳ３の検出応答信号送信動作へと移行する。

ステップＳ１６では、検出信号に含まれる検出元ノードホップ数と、保持している最適中継ノードのホップ数が同じであるかの確認を行う。同じ場合には、ステップＳ１８に移行し、異なる場合には、ステップＳ１７へ移行し、最適中継ノードＩＤは自ノードに保持しているものをそのまま保持して、ステップＳ３の検出応答信号送信を行う。

ステップＳ１８では、検出信号に含まれる検出元ノード電池残量と、自ノードが保持している最適中継ノードの電池残量を比較し、電池残量の大きい方のノードを最適中継ノードとし、その最適中継ノードのＩＤを自ノード内に保持する。電池残量が同じ場合には、検出元ノードを最適中継ノードとする。その後、ステップＳ３の検出応答信号送信を行う。

以上が、ステップＳ２の検出信号を受信して最適パラメータを満足しているかを判定する処理である。

ステップＳ３の検出応答信号送信処理は、検出先ノードにおいて、検出信号を受信し、最適パラメータを満足している場合に、検出信号に対応して検出応答信号を送信する処理である。この際、検出応答信号中の最適中継ノードＩＤフィールドには、検出先ノード内に格納された最適中継ノードＩＤが書き込まれる。例えば、ステップＳ１３からステップＳ３に移行してきた場合には、ステップＳ１３において自ノード内に保持した検出元ノードＩＤが最適中継ノードＩＤとして書き込まれることになる。検出応答信号の検出先実パラメータには、自ノードの実際の電池残量、及び自ノードのホップ数を書き込む。最適パラメータには、検出信号の中に含まれて送信されてきた値をそのまま書き込む。以上のように検出応答信号の各フィールドに値を書き込んだ上で、検出先ノードは、検出元ノードに対して検出応答信号を送信する。検出応答信号送信後、ステップＳ６の無線待受けに戻る。

以上が、検出信号を受信した場合の動作フローの説明である。

次に、あるノードが他ノード宛の検出応答信号を受信した場合の動作を説明する。検出応答信号が自ノード宛のものか他ノード宛のものかは、検出応答信号の検出先ＩＤが自ノードのＩＤか他ノードのＩＤかを調べることによって分かる。

ステップＳ０の無線待受け状態にあるノードが、ステップＳ４において他ノード宛の検出応答信号を受信した場合、ステップＳ５の最適中継ノード判定処理を実行し、その後、ステップＳ６に移行して無線待受け状態となる。図６Ｃは、最適中継ノード判定処理の詳細を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０において、検出応答信号の中に含まれる検出先電池残量と、最適パラメータ中の最適電池残量とを比較する。検出先電池残量が最適電池残量以上である場合にはステップＳ２１に移行し、検出先電池残量が最適電池残量未満である場合には、何もせずに、ステップＳ６の無線待受けに移行する。ステップＳ２１では、検出先ノード（自ノードから見れば検出応答信号を送信する他ノード）から実際に検出応答信号を受信したときの電波受信強度と、検出応答信号の最適パラメータ中に含まれる最適電波受信強度とを比較し、実際の電波受信強度がその最適電波受信強度以上であれば、ステップＳ２２へ移行し、実際の電波受信強度が最適電波受信強度未満である場合には、何もせずに、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

ステップＳ２２では、自ノードがすでに最適中継ノード情報を保持しているかの確認を行う。保持している場合には、ステップＳ２４へ移行する。保持していない場合には、ステップＳ２３において、検出応答信号を送信したノード（検出応答信号において検出先ノードＩＤで表わされるノード）を最適中継ノードとし、そのノードのＩＤ、実際の電池残量、実際の電波受信強度、ホップ数を自ノード内に保持し、保持した後、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

ステップＳ２４では、検出応答信号に含まれる検出先ノードＩＤと自ノードが保持している最適中継ノードＩＤとを比較する。これらのＩＤが異なっている場合には、ステップＳ２５へ移行し、ＩＤが同じである場合には、ステップＳ２９において、そのままその検出先ノードを最適中継ノードとし、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

ステップＳ２５では、検出応答信号に含まれる検出先ノードホップ数と、自ノードが保持している最適中継ノードのホップ数とを比較する。検出先ノードのホップ数が、最適中継ノードのホップ数と同じか、それ以上である場合は、ステップＳ２６へ移行する。ステップＳ２５において検出先ノードのホップ数が、最適中継ノードのホップ数より小さい場合には、ステップＳ２９に移行し、その検出先ノードを新たに最適中継ノードとして、それに関する情報（ノードＩＤ、電池残量、電波受信強度、ホップ数）を自ノード内に保持し、保持した後、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

ステップＳ２６では、検出先ノードのホップ数と、自ノードが保持している最適中継ノードのホップ数が同じであるかの確認を行う。同じ場合には、ステップＳ２８に移行し、異なる場合には、ステップＳ２７に移行して、最適中継ノードＩＤは自ノードに保持しているものをそのまま保持して、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

ステップＳ２８では、検出応答信号に含まれる検出先ノードの電池残量と、自ノードが保持している最適中継ノードの電池残量を比較し、電池残量の大きい方のノードを最適中継ノードとし、その最適中継ノードのＩＤを自ノード内に保持する。電池残量が同じ場合には、検出先ノードを最適中継ノードとする。その後、ステップＳ６の無線待受けに移行する。

以上が、他ノード宛の検出応答信号を受信した場合のステップＳ５の最適中継ノード判定処理である。

次に、あるノードが自ノード宛の検出応答信号を受信した場合の動作を説明する。検出応答信号が自ノード宛のものか他ノード宛のものかは、上述したように、検出応答信号の検出先ＩＤが自ノードのＩＤか他ノードのＩＤかを調べることによって分かる。ある検出先ノードから自ノード宛の検出応答信号を受信するのは、自ノードからその検出先ノードに対して検出信号を送信した場合である。本実施形態の場合、集中制御部／基地局０以外のノードは、集中制御部／基地局０からの指示が無ければ検出信号を送信せず、そのような指示が自ノードに届くためには、集中制御部／基地局０からの経路が既に確立していなければならない。

ステップＳ０の無線待受け状態にあるノードが、ステップＳ７において自ノード宛の検出応答信号を受信した場合、そのノードは、ステップＳ８において、既に確立している経路を介してリンク通知信号を集中制御部／基地局０に送信し、その後、ステップＳ６に移行して無線待受け状態となる。このとき、リンク通知信号の最適中継ノードＩＤには、受信した自ノード宛の検出応答信号の最適中継ノードＩＤフィールドに保持されていた値が格納され、検出先ＩＤとしても、受信した自ノード宛の検出応答信号を送信したノードのＩＤが格納される。

ノードは図５に示した構成を有するとした場合に、上述した経路構築手順は、ＣＰＵ２８の動作も含めて記述すると以下のようになる。

無線待受けにあるノード２０が、自ノード宛の検出信号を受信したとする。ステップＳ１においてノード２０が検出信号を受信したとき、受信データ５５には、最適電池残量、最適電波受信強度、検出元ＩＤ、検出元電池残量、検出元ホップ数が含まれている。そこで、ＣＰＵ ２８は、受信データ処理を実行してこれらの値をメモリ２９に格納する。具体的には、検出信号に含まれる最適電池残量と最適電波受信強度を、それぞれ、メモリ２９の最適パラメータ３０の最適電池残量Ｍ１と最適電波受信強度Ｍ２に保持し、検出信号に含まれる検出元ＩＤ、検出元電池残量、検出元ホップ数を、それぞれ、検出元ノード情報３２の検出元ＩＤ Ｍ７、検出元電池残量Ｍ８、検出元ホップ数Ｍ１０に保持する。また、検出信号を受信したときに、ＣＰＵ ２８は、その検出信号の電波受信強度を電波受信強度データ５２によって取得し、メモリ２９の検出元ノード情報３２の検出元電波受信強度Ｍ９として保持する。

保持後、ＣＰＵ２８は、検出元電池残量が最適電池残量以上であるか判定するため（ステップＳ１０）、メモリ２９より、最適電池残量Ｍ１と検出元電池残量Ｍ８とを読み出して相互に比較する。比較の結果、検出元電池残量Ｍ８が最適電池残量Ｍ１以上である場合には、ＣＰＵ２８は、検出元電波受信強度が最適電波受信強度以上であるか判定するため（ステップＳ１１）、メモリ２９より、最適電波受信強度Ｍ２と検出元電波受信強度Ｍ９を読み出して相互に比較する。この比較において、検出元電波受信強度Ｍ９が最適電波受信強度Ｍ２以上である場合、ＣＰＵ２８は、メモリ２９の最適中継ノード情報３１に、すでに最適中継ノードに関する情報が保持されているか確認する（ステップＳ１２）。

最適中継ノードに関する情報が保持されていない場合、検出元ノードを最適中継ノードとするため（ステップＳ１３）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９の検出元ノード情報３２に保持してある情報（検出元ＩＤ Ｍ７、検出元電池残量Ｍ８、検出元電波受信強度Ｍ９、検出元ホップ数Ｍ１０）を、そのまま、最適中継ノード情報３１の最適中継ノードＩＤ Ｍ３、最適中継ノード電池残量Ｍ４、最適中継ノード電波受信強度Ｍ５、最適中継ノードホップ数Ｍ６に書き込む。書き込み後、ＣＰＵ２８は、メモリ２９の最適電池残量Ｍ１、最適電波受信強度Ｍ２、最適中継ノードＩＤ Ｍ３を読み出し、それらを検出応答信号に含ませて検出元ノードに送信する（ステップＳ３）。また、そのとき、自ノード２０の電池残量とホップ数も検出先実パラメータとして検出応答信号に含ませる。

ステップＳ１２において、最適中継ノードに関する情報を保持している場合、保持している最適中継ノードＩＤが検出元ＩＤと同じか判定するため（ステップＳ１４）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９より最適中継ノードＩＤ Ｍ３と検出元ＩＤ Ｍ７を読み出して相互に比較する。比較の結果、ＩＤが同じである場合、ＣＰＵ２８は、ステップＳ１３の場合と同様に検出元ノード情報３２を最適中継ノード情報３１に書き込み（ステップＳ１９）、先と同様に検出応答信号を送信する（ステップＳ３）。

ステップＳ１４での比較の結果、ＩＤが異なっている場合には、検出元ノードのホップ数と保持している最適中継ノードのホップ数とを比較するため（ステップＳ１５、Ｓ１６）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９より、最適中継ノードホップ数Ｍ６と検出元ホップ数Ｍ１０を読み出して相互に比較する。比較の結果、検出元ノードのホップ数が最適中継ノードのホップ数より小さい場合には、ＣＰＵ２８は、ステップＳ１３の場合と同様に検出元ノード情報３２を最適中継ノード情報３１に書き込み（ステップＳ１９）、先と同様に検出応答信号を送信する（ステップＳ３）。比較の結果、ホップ数が同じである場合には、ＣＰＵ２８は、検出元ノードの電池残量と保持している最適中継ノードの電池残量を比較するため、メモリ２９より、最適中継ノード電池残量Ｍ４と検出元電池残量Ｍ８を読み出し、電池残量の大きい方のノードを新たに最適中継ノードとして、そのノードに関する情報をメモリ２９の最適中継ノード情報３１に書き込む（ステップＳ１８）。その後、先と同様に検出応答信号を送信する（ステップＳ３）。検出元ノードのホップ数が最適中継ノードのホップ数より大きい場合には、保持している最適中継ノードはそのままにして（ステップＳ１７）、先と同様に検出応答信号を送信する（ステップＳ３）。

無線待受けにあるノード２０が、他ノード宛の検出応答信号を受信したとする。ステップＳ４においてノード２０が他ノード宛の検出応答信号を受信したとき、受信データ５５には、最適電池残量、最適電波受信強度、検出先ＩＤ（その検出応答信号を送信したノードのＩＤ）、検出先電池残量、検出先ホップ数が含まれている。そこで、ＣＰＵ２８は受信データ処理を実行してこれらの値をメモリ２９に格納する。具体的には、検出応答信号に含まれる最適電池残量と最適電波受信強度を、それぞれ、メモリ２９の最適パラメータ３０の最適電池残量Ｍ１と最適電波受信強度Ｍ２に保持し、検出応答信号に含まれる検出先ＩＤ、検出先電池残量、検出先ホップ数を、それぞれ、検出先ノード情報３３の検出先ＩＤ Ｍ１１、検出先電池残量Ｍ１２、検出先ホップ数Ｍ１４に保持する。また、検出応答信号を受信したときに、ＣＰＵ２８は、その検出応答信号の電波受信強度を電波受信強度データ５２によって取得し、メモリ２９の検出先ノード情報３３の検出先電波受信強度Ｍ１３として保持する。

保持後、ＣＰＵ２８は、検出先電池残量が最適電池残量以上であるか判定するため（ステップＳ２０）、メモリ２９より、最適電池残量Ｍ１と検出先電池残量Ｍ１２を読み出して相互に比較する。比較の結果、検出先電池残量Ｍ１２が最適電池残量Ｍ１以上である場合、ＣＰＵ２８は、検出先電波受信強度が最適電波受信強度以上であるか判定するため（ステップＳ２１）、メモリ２９より、最適電波受信強度Ｍ２と検出先電波受信強度Ｍ１３を読み出して比較する。比較の結果、検出先電波受信強度Ｍ１３が最適電波受信強度Ｍ２以上である場合、ＣＰＵ２８は、メモリ２９の最適中継ノード情報３１に、すでに最適中継ノードに関する情報が保持されているか確認する（ステップＳ２２）。

最適中継ノードに関する情報が保持されていない場合、検出元ノードを最適中継ノードとするため（ステップＳ２３）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９の検出先ノード情報３３に保持してある情報を、ステップＳ１３の場合と同様に、そのまま、最適中継ノード情報３１に書き込む。その後、ノード２０は無線待受け状態に戻る（ステップＳ６）。

ステップＳ２２において、最適中継ノードに関する情報を保持している場合、保持している最適中継ノードＩＤが検出先ＩＤと同じか判定するため（ステップＳ２４）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９より、最適中継ノードＩＤ Ｍ３と検出先ＩＤ Ｍ１１を読み出して相互に比較する。比較の結果、ＩＤが同じである場合、ＣＰＵ２８は、ステップＳ２３の場合と同様に検出先ノード情報３３を最適中継ノード情報３１に書き込む（ステップＳ２９）。その後、ノード２０は無線待受け状態に戻る（ステップＳ６）。

ステップＳ２４での比較の結果、ＩＤが異なっている場合には、検出先ノードのホップ数と保持している最適中継ノードのホップ数とを比較するため（ステップＳ２５、Ｓ２６）、ＣＰＵ２８は、メモリ２９より、最適中継ノードホップ数Ｍ６と検出先ホップ数Ｍ１４を読み出して比較する。検出先ノードのホップ数が最適中継ノードのホップ数より小さい場合には、ＣＰＵ２８は、ステップＳ２３の場合と同様に、検出先ノード情報３３を最適中継ノード情報３１に書き込む（ステップＳ２９）。その後、ノード２０は無線待受け状態に戻る（ステップＳ６）。検出先ノードのホップ数と最適中継ノードのホップ数とが同じである場合、ＣＰＵ２８は、検出先ノードの電池残量と保持している最適中継ノードの電池残量を比較するため、ＣＰＵ２８は、メモリ２９より、最適中継ノード電池残量Ｍ４と検出先電池残量Ｍ１２を読み出し、電池残量の大きい方のノードを新たに最適中継ノードとして、そのノードに関する情報をメモリ２９の最適中継ノード情報３１に書き込む（ステップＳ２８）。その後、ノード２０は無線待受け状態に戻る（ステップＳ６）。検出先ノードのホップ数が最適中継ノードのホップ数より大きい場合には、保持している最適中継ノードはそのままにし（ステップＳ２７）、ノード２０は無線待受け状態に戻る（ステップＳ６）。

次に、本実施形態に基づく経路構築手順について、図１に示したマルチホップ無線通信ネットワークを例に挙げて、具体的に説明する。

経路構築に先立って、集中制御部／基地局０には、これから経路が構築されるノード１〜４のそれぞれの識別番号ＩＤ１〜ＩＤ４が予め登録され、各ノードに対する最適パラメータも予め設定されているものとする。また、初回の経路構築であって、各ノードには、最適中継ノードに関する情報が最初の段階では保持されていないものとする。

最初に、集中制御部／基地局０は、ノード１を検出するため、ノード１に対して検出信号１００を送信する。この検出信号１００における送信元ＩＤと検出元ＩＤはいずれも集中制御部／基地局０のＩＤである「０」であり、送信先ＩＤと検出先ＩＤはいずれもノード１のＩＤである「１」である。この検出信号には、検出元実パラメータとして、集中制御部／基地局０の電池残量が含まれて、また、最適パラメータに最適電池残量と最適電波受信強度とが含まれている。ノード１は、検出信号１００を受信したときの電波受信強度と最適電波受信強度とを比較し、また、集中制御部／基地局０の電池残量と最適電池残量とを比較し、実際の電池残量、電波受信強度とも最適電池残量、最適電波受信強度以上であれば、検出応答信号１０５を集中制御部／基地局０に対して送信する。

また、ノード１は、検出信号１００を受信した時点では、最適中継ノード情報を保持していない。そこで、集中制御部／基地局０のＩＤすなわちＩＤ０、電池残量、電波受信強度、ホップ数０をそれぞれ最適中継ノード情報３１（図５参照）の最適中継ノードＩＤ Ｍ３、最適中継ノード電池残量Ｍ４、最適中継ノード電波受信強度Ｍ５、最適中継ノードホップ数Ｍ６としてメモリ２９内に保持する。そして検出応答信号１０５の送信に際しては、最適中継ノードＩＤフィールドに０を格納し、検出先実パラメータの検出先電池残量フィールドと検出先ホップ数フィールドには、それぞれ、ノード１の電池残量とホップ数１を格納する。このような検出応答信号１０５を集中制御部／基地局０が受信すると、集中制御部／基地局０とノード１の間に経路が確立される。なお、電波を使っているということから、検出応答信号１０５は、集中制御部／基地局０以外のノードによっても受信される可能性がある。

次に、集中制御部／基地局０は、ノード２を検出するため、ノード１の場合と同様に、検出信号１０１をノード２に対して送信する。ノード２は、集中制御部／基地局０からの検出信号１０１によって自ノードが検出されるまでに、ノード１が上述したように送信した検出応答信号１０５を受信できる。そこで、検出信号１０１の受信以前にノード２が検出応答信号１０５を受信したとすると、ノード２は、検出応答信号１０５を受信した時に、その検出応答信号１０５の中に含まれるノード１の電池残量と、検出応答信号１０５を受信したときの電波受信強度とが、それぞれ、最適電池残量と最適電波受信強度以上であれば、最適中継ノードとして、ノード１の情報を保持する。その後、ノード２が検出信号１０１を受信した時、集中制御部／基地局０の電池残量と電波受信強度とがノード１の場合と同様に条件を満たせば、検出応答信号１０６を、集中制御部／基地局０に対して送信する。このとき、集中制御部／基地局０のホップ数は０、ノード１のホップ数は１であるため、ノード２は、最適中継ノードとして、ホップ数が小さい方、すなわち、集中制御部／基地局０を選択し、集中制御部／基地局０に関する情報を最適中継ノード情報として保持する、検出応答信号１０６の中の最適中継ノードＩＤフィールドにも、集中制御部／基地局０を示す「０」が格納される。

次に、集中制御部／基地局０は、ノード３に対して検出信号１０２を送信するが、ノード３は、ノード２の場合と同様に、自ノードが検出されるまでに、ノード１、２からの検出応答信号１０５、１０６をそれぞれ受信することができる。ここで検出応答信号１０５、１０６の両方を受信し、かつ、ノード１、２に関する電池残量、電波受信強度が、最適電池残量以上かつ最適電波受信強度以上であれば、ノード１、２のホップ数は１で同じであるため、電池残量の大きい方のノードを最適中継ノードとして、ノード３は最適中継ノード情報を保持することになる。その後、ノード３は、検出信号１０２を受信するが、検出信号１０２を受信した時、集中制御部／基地局０に関する電池残量と電波受信強度とが、最適電池残量以上かつ最適電波受信強度以上であれば、検出応答信号１０７を集中制御部／基地局０に対して送信する。このとき、集中制御部／基地局０のホップ数は０、ノード１、２のホップ数はいずれも１であるため、ノード３は、最適中継ノードとして、ホップ数が小さい方、すなわち、集中制御部／基地局０を選択し、集中制御部／基地局０に関する情報を最適中継ノード情報として保持する。検出応答信号１０７の中の最適中継ノードＩＤフィールドにも、集中制御部／基地局０を示す「０」が格納される。

続いて、集中制御部／基地局０は、ノード４に対して検出信号を送信して、ノード４を検出しようとする。ここでは、ノード４が集中制御部／基地局０からの直接の検出信号を受信したときの電波受信強度は最適電波受信強度未満であって、ノード４は、集中制御部／基地局０に対して、検出応答信号を送信しないものとする。ノード間の距離が大きくなると、電波受信強度が減衰するため、最適電波受信強度に関する条件を満たさなくなることはよくある。

そこで集中制御部／基地局０は、すでに経路構築されたノード１からノード４を検出しようとする。そのため、集中制御部／基地局０は、ノード４を検出するため、ノード１に対して検出信号１０３を送信する。この検出信号１０３では、送信元ＩＤは集中制御部／基地局０のＩＤである「０」であり、検出元ＩＤはノード１のＩＤである「１」であり、送信先ＩＤはノード１のＩＤである「１」であり、検出先ＩＤはノード４のＩＤである「４」である。ノード１は、検出信号１０３を受信すると、ノード４を検出するため、ノード４に対して、検出信号１０４を送信する。検出信号１０４では、送信元ＩＤはノード１のＩＤである「１」であり、検出元ＩＤはノード１のＩＤである「１」であり、送信先ＩＤと検出先ＩＤはいずれもノード４のＩＤである「４」であり、検出元実パラメータとして、ノード１の電池残量と、ノード１のホップ数である１とが格納される。ここで、本実施例では、ノード４をノード１から検出させているが、これは、すでに経路確立したノードのＩＤ順に検出元として検出を行わせるように、集中制御部/基地局０にプログラムされているものとしたためであるが、この限りではない。

ノード４は、検出信号１０４を受信するまでに、ノード１〜３より集中制御部／基地局０に対してそれぞれ送信される検出応答信号１０５〜１０７を受信することができる。ここで既に検出応答信号１０５〜１０７を受信しているとすると、ノード１〜３に関する電池残量、電波受信強度が、最適電池残量以上かつ最適電波受信強度以上であれば、ノード１〜３のホップ数は全て１であるため、電池残量の一番大きいノードが最適中継ノードとして、ノード４に保持されている。以下の説明では、ノード２が最適中継ノードとして保持されているものとする。

ノード４は、検出信号１０４を受信した時に、ノード１に関する電池残量、電波受信強度が、最適電池残量以上かつ最適電波受信強度以上であれば、ノード１のＩＤとノード４内に保持している最適中継ノードＩＤ（ここでは「２」）を比較し、異なっているので、検出信号１０４中の検出元ホップ数と保持している最適中継ノードホップ数とを比較する。このとき、ホップ数はいずれも１であるので、次に、検出元電池残量と既に保持している最適中継ノード電池残量とを比較する。上述したようにここではノード１よりもノード２の方が電池残量が大きいので、ノード２が依然として最適中継ノードである。そこでノード４は、最適中継ノードＩＤを２とした検出応答信号１０８をノード１に対して送信する。これによりノード１とノード４との間に経路が確立されたことになる。

ノード１は、検出応答信号１０８を受信すると、このときには既にノード１と集中制御部／基地局０との間の経路は確立されているはずであるから、その経路を用いて、リンク通知信号１０９を集中制御部／基地局０に送信し、ノード１と４の間に経路が確立されたことを、集中制御部／基地局０に通知する。このリンク通知信号１０９には、検出先ノードとしてノード４が記載され、最適中継ノードＩＤとしてノード２のＩＤすなわち２が記載されている。

このようなリンク通知信号１０９を受信した集中制御部／基地局０は、このリンク通知信号によって、ノード４に対する最適中継ノードがノード２であることを知らされるため、次に、ノード２からノード４を検出してノード２とノード４との間の経路を確立するために、ノード２に対して、ノード４を検出するための検出信号を送信し、ノード２はこの検出信号を受けてノード４に対して検出信号を送信し、ノード４がノード２に対して検出応答信号を送信する。これによって、ノード２とノード４との間に経路が確立する。

このようにして、図７に示すように、最適な中継ノードが選択された経路構築が完了する。ここでは、ノード１〜３はいずれも集中制御部／基地局０と直接接続する経路を有するから、集中制御部／基地局０からノード１〜３への最適経路は、その直接接続する経路となっている。また、集中制御部／基地局０からノード４への最適経路は、上述したように、ノード２で中継される経路である。

このように本実施形態では、検出先でないノードであっても、他ノード宛の検出応答信号を受信することによって、最適な中継ノードを判別できる。このため、あるノードを検出するために全てのノードから検出信号を送信する必要がなくなり、経路構築のためのノード検出の処理の効率が向上する。また、自ノードが検出されるまで、他ノード宛の検出応答信号に基づく最適中継ノードＩＤを保持し、自ノードが検出されたときに、その保持した最適中継ノードＩＤを集中制御部／基地局０に通知することにより、さらに１回の検出を行うだけで、そのノードに対して最適な経路を構築することができるようになる。したがって本実施形態によれば、最適な経路を構築するまでのステップ数を削減することができる。

図１に示したマルチホップ無線通信ネットワークでは、複数のノードが配置されている場合にその配置領域の端部に集中制御部／基地局０が配置されているが、本発明における集中制御部／基地局とノードとの配置は、これに限定されるものではない。図８に示したものでは、集中制御部／基地局０に対してノードが放射状に配置されており、このようなネットワーク構成においても本発明は適用できる。ノードの配置や台数はここで述べられているものに限定されるものではなく、種々の配置や台数とすることができる。また、ノードに対するＩＤの割当て方も、上述したものに限られるものではない。

また、本発明では、図２に示した検出信号及び検出応答信号のフィールドフォーマットにおいて、最適パラメータ部に最適種別を設け、経路を確立する上で最適値として判断する項目を選択できるようにすることも可能である。例えば、図９に示すように、最適種別が０のとき最適電池残量以上、かつ、最適電波受信強度以上とし、最適種別が１のとき最適電池残量以上とし、最適種別が２のとき最適電波受信強度以上とし、最適種別が３のとき最適パラメータとの比較を行わない、とすることもできる。

本発明のマルチホップ無線通信における最適中継ノード選択方法が適用されるマルチホップネットワークとしては、各種のものが考えられる。例えば、各ノードにセンサを設け、広い地理的領域での計測、及びそれらの計測データの収集を、観測者は遠隔にいながら実施できる、センサネットワークへの応用が考えられる。

また、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）のホットスポットサービスにおいて、多数のアクセスポイント（ＡＰ）によってマルチホップ無線ネットワークを構成することにより、サービス提供エリアの拡大を図る場合にも本発明は適用することができる。

本発明の実施の一形態に基づく、マルチホップ無線通信経路構築における最適中継ノード選択方法を説明する図である。 集中制御部／基地局とノードとの間、及びノード相互間でやり取りされる無線信号のフレームフォーマットの一例を示した図である。 ノードの構成の一例を示すブロック図である。 ＣＰＵの論理的な構成を示すブロック図である。 メモリに対して読み書きされるデータを示す図である。 本発明の実施の一形態における最適中継ノード選択手順を示すフローチャートである。 図６Ａに示す手順における、検出信号を受信した場合の処理の詳細を示すフローチャートである。 図６Ａに示す手順における、他ノード宛検出応答信号を受信した場合の最適中継ノード判定処理の詳細を示すフローチャートである。 本発明の実施の一形態のマルチホップ無線通信経路構築方法により最適な経路を構築した結果を示した図である。 本発明を適用できるノードの配置の別の一例を示した図である。 最適パラメータの構成の一例を示した図である。

符号の説明

０ 集中制御部／基地局（ＩＤ０）
１〜４ ノード（ＩＤ１〜ＩＤ４）
５〜１２ ノード
２１ アンテナ
２２ 無線受信部
２３ 無線送信部
２４ ＲＦスイッチ
２５ 電波受信強度計測部
２６ 電池
２７ 電池出力電圧計測部
２８ ＣＰＵ
２９ メモリ
３０ 最適パラメータ
３１ 最適中継ノード情報
３２ 検出元ノード情報
３３ 検出先ノード情報
５０ 無線受信信号
５１ 無線送信信号
５２ 電波受信強度データ
５３ 電池出力電圧
５４ 電池出力電圧データ
５５ 受信データ
５６ 送信データ
５７ データ
１００〜１０４ 検出信号
１０５〜１０８ 検出応答信号
１０９ リンク通知信号

Claims (15)

1. マルチホップ無線通信ネットワークにおける最適中継ノード選択方法であって、
   応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する段階と、
   前記受信した検出応答信号に基づいて、中継ノードを選択する段階と、
   を有する、最適中継ノード選択方法。
2. 前記検出応答信号は、当該検出応答信号を送信するノードにおける実パラメータと、経路確立のための判断基準として用いられる最適パラメータとを含み、前記自ノードは、前記最適パラメータ以上の実パラメータを有する検出応答信号を送信したノードの中から前記中継ノードを選択する、請求項１に記載の最適中継ノード選択方法。
3. 前記最適パラメータと前記実パラメータの比較対象が、前記検出応答信号を送信したノードにおける電池残量である、請求項２に記載の最適中継ノード選択方法。
4. 前記検出応答信号は、経路確立のための判断基準として用いられる最適パラメータとして最適電波受信強度値を含み、前記自ノードは、前記検出応答信号を受信したときの電波受信強度と前記最適電波受信強度値とを比較して、前記中継ノードを選択する、請求項１に記載の最適中継ノード選択方法。
5. マルチホップ無線通信ネットワークにおける最適中継ノード選択方法であって、
   応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する段階と、
   前記受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択する段階と、
   前記自ノードを検出するための検出信号を受信する段階と、
   前記検出信号を送信したノードと、前記予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する段階と、
   前記選択した最適中継ノードを上位ノードまたは集中制御部／基地局に通知する段階と、
   を有する、最適中継ノード選択方法。
6. 前記検出応答信号は、当該検出応答信号を送信するノードにおける実パラメータと、経路確立のための判断基準として用いられる最適パラメータとを含み、
   前記応答信号は、当該応答信号を送信するノードにおける実パラメータと、前記最適パラメータとを含み、
   前記自ノードは、前記最適パラメータ以上の実パラメータを有する検出応答信号を送信したノードの中から前記中継ノードを予備的に選択し、
   前記自ノードは、前記検出信号が前記最適パラメータ以上の実パラメータを有する場合に、前記検出信号を送信したノードと前記予備的に選択された中継ノードとを比較する、請求項５に記載の最適中継ノード選択方法。
7. 前記最適パラメータと前記実パラメータの比較対象が、前記検出応答信号を送信したノードにおける電池残量である、請求項６に記載の最適中継ノード選択方法。
8. 前記検出応答信号は、経路確立のための判断基準として用いられる最適パラメータとして最適電波受信強度値を含み、
   前記自ノードは、前記検出応答信号を受信したときの電波受信強度と前記最適電波受信強度値とを比較して、前記中継ノードを予備的に選択し、
   前記自ノードは、前記検出信号が前記最適電波受信強度値以上の電波受信強度で受信された場合に、前記検出信号を送信したノードと前記予備的に選択された中継ノードとを比較する、請求項５に記載の最適中継ノード選択方法。
9. 前記選択された最適中継ノードは、前記自ノードを通知元ノードとして、前記自ノードから前記検出応答信号及びリンク通知信号を介して集中制御部／基地局に通知される、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の最適中継ノード選択方法。
10. 前記集中制御部／基地局は、前記最適中継ノードを通知されたときに、当該最適中継ノードによって前記通知元ノードを検出させて最適なマルチホップ無線通信経路を構築する、請求項９に記載の最適中継ノード選択方法。
11. マルチホップ無線通信ネットワークを構成するノードであって、
    前記ノードは、
    応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する手段と、
    前記受信した検出応答信号に基づいて、中継ノードを選択する手段と、
    を有する、ノード。
12. マルチホップ無線通信ネットワークを構成するノードであって、
    応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信するとともに、自ノードを検出するための検出信号を受信する手段と、
    前記受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択し、前記検出信号を送信したノードと、前記予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する手段と、
    前記選択した最適中継ノードを上位ノードまたは集中制御部／基地局に通知する手段と、
    を有する、ノード。
13. マルチホップ無線通信ネットワークシステムであって、
    集中制御部／基地局と、複数のノードとを有し、
    前記ノードは、
    応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信するとともに、自ノードを検出するための検出信号を受信する手段と、
    前記受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択し、前記検出信号を送信したノードと、前記予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する手段と、
    自ノードを通知元ノードとして前記選択した最適中継ノードを前記集中制御部／基地局に通知する手段と、
    を有し、
    前記集中制御部／基地局は、前記複数のノードに前記応答信号を送信する手段を有し、前記最適中継ノードを通知されたときに、当該最適中継ノードに対して前記応答信号を送出することによって当該最適中継ノードによって前記通知元ノードを検出させて最適なマルチホップ無線通信経路を構築する、マルチホップ無線通信ネットワークシステム。
14. コンピュータに、
    応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する処理、
    前記受信した検出応答信号に基づいて、中継ノードを選択する処理、
    を実行させるプログラム。
15. コンピュータに、
    応答信号を受信した他の複数のノードから送信される、自ノード宛ではない検出応答信号を受信する処理、
    前記受信した検出応答信号に基づいて、自ノードにとっての中継ノードを予備的に選択する処理、
    前記自ノードを検出するための検出信号を受信する処理、
    前記検出信号を送信したノードと、前記予備的に選択された中継ノードとを比較することによって、最適中継ノードを選択する処理、
    前記選択した最適中継ノードを上位ノードまたは集中制御部／基地局に通知する処理、
    を実行させるプログラム。

Images