JP5598228B2 - 無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワーク、並びに、ネットワーク構成装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワーク、並びに、ネットワーク構成装置に関し、例えば、センサネットワークなどの無線マルチホップネットワークに適用し得るものである。

従来、複数の無線端末で無線ネットワークを構成し、隣接した無線端末間で信号の送受信を繰り返すことで、直接接続していない無線端末間の通信を実現する様々な方式が開発されている。このような無線ネットワークにおいては、有線ネットワークとは異なり、追加の配線コストを使うことなく、信号が周辺の全ての無線端末に到達するため、全ての無線端末が周辺の全ての無線端末と通信可能であることを前提として転送経路を設定するのが一般的であった。

しかしながら、全ての無線端末との通信を前提とすると各無線端末の消費電力が大きくなるという問題がある。これは、周辺の無線端末からの信号を受信することを期待されることによる。信号を受信するためには、常に受信構成を動作させておく必要があり、無線端末の消費電力が大きくなる。

そこで、中継処理をするノード（ノードは、ネットワーク構成上の無線端末を意味している）と中継処理をしないノードに役割を分け、中継をするノードだけが中継を行うものとしてルーティング処理を行う方法が開発されている。

例えば、特許文献１の記載技術では、エンドデバイスと名付けられた無線端末は、中継処理をせずに、スリープ期間において送信構成及び受信構成などの電源を切ることで消費電力を削減している。中継処理をしない無線端末は、周辺の無線端末から特定の１つを選択し、選択した無線端末としか限られたタイミングで通信をしないことで消費電力の削減を図っている。

特開２００９−５５３０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、各無線端末についてそれぞれ、中継処理を行うのか否かを事前に決めておく必要がある。

新たな無線端末が無線ネットワークの構成要素として追加されたり、一部の無線端末が障害のために無線ネットワークから除外されたりする場合には、無線ネットワークを構成し直すことも生じるが、中継処理をしない無線端末を介さなければ通信が不可能な無線端末が生じたような場合には、無線ネットワークの構成自体が不可能になる。

そのため、通信の信頼性を確保しつつ、無線ネットワーク全体での消費電力を削減できる、無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワーク、並びに、ネットワーク構成装置が望まれている。

第１の本発明は、ツリー状無線ネットワークの構成要素となる無線端末であって、自無線端末を収容するルートノード側の無線端末を選択する無線端末において、（１）ルートノードから送信元の無線端末までのパスコストに、当該パス上の他の無線端末が所定ルールに従って生成させた選択性加算値を加算して形成された、周辺の他の無線端末が送信した端末選択用値を受信する端末選択用値受信手段と、（２）周辺の他の無線端末との間で、上記ツリー状無線ネットワークの局所部分の情報を授受し、自無線端末を含む上記ツリー状無線ネットワークの局所的構成の情報を保持する局所的構成情報保持手段と、（３）上記局所的構成情報に基づき、上記端末選択用値受信手段が受信した端末選択用値に、送信元の無線端末及び自無線端末間のリンクコストと、周辺の無線端末の数が増加するほど小さくなる第１の選択性向上値を少なくとも加算して修正する端末選択用値修正手段と、（４）周辺の全ての他の無線端末の中から、修正された端末選択用値が最も小さかった端末選択用値の送信元の他の無線端末を、自己を収容する無線端末として選択する収容先無線端末選択手段と、（５）自己を収容する無線端末として選択された無線端末に係る修正された端末選択用値を、自無線端末の端末選択用値として送信する端末選択用値送信手段とを有することを特徴とする。

第２の本発明の無線ネットワークは、第１の本発明の無線端末を複数備えて構成されていることを特徴とする。

第３の本発明の収容先端末決定プログラムは、ツリー状無線ネットワークの構成要素となる無線端末であって、自無線端末を収容するルートノード側の無線端末を選択する無線端末に搭載されるコンピュータを、（１）ルートノードから送信元の無線端末までのパスコストに、当該パス上の他の無線端末が所定ルールに従って生成させた選択性加算値を加算して形成された、周辺の他の無線端末が送信した端末選択用値を受信する端末選択用値受信手段と、（２）周辺の他の無線端末との間で、上記ツリー状無線ネットワークの局所部分の情報を授受し、自無線端末を含む上記ツリー状無線ネットワークの局所的構成の情報を保持する局所的構成情報保持手段と、（３）上記局所的構成情報に基づき、上記端末選択用値受信手段が受信した端末選択用値に、送信元の無線端末及び自無線端末間のリンクコストと、周辺の無線端末の数が増加するほど小さくなる第１の選択性向上値を少なくとも加算して修正する端末選択用値修正手段と、（４）周辺の全ての他の無線端末の中から、修正された端末選択用値が最も小さかった端末選択用値の送信元の他の無線端末を、自己を収容する無線端末として選択する収容先無線端末選択手段と、（５）自己を収容する無線端末として選択された無線端末に係る修正された端末選択用値を、自無線端末の端末選択用値として送信する端末選択用値送信手段として機能させることを特徴とする。

第４の本発明は、複数の無線端末のツリー状無線ネットワークにおける位置を決定し、無線ネットワークを構築させるネットワーク構成装置において、（１）上記各無線端末から、周辺に存在する他の無線端末の情報を収集する収集手段と、（２）直前に構築された無線ネットワークの構成を保持する保持手段と、（３）上記収集手段が収集した情報と、上記保持手段が保持している情報とに基づいて、第１の本発明の無線端末が実行していた収容先の無線端末を決定する処理と同じ処理を実行し、上記各無線端末を収容する収容先の無線端末を順次決定し、新たに無線ネットワークを構成させるネットワーク構成手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、通信の信頼性を確保しつつ、無線ネットワーク全体での消費電力を削減できる、無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワーク、並びに、ネットワーク構成装置を提供できる。

第１の実施形態が意図して無線ネットワークの構成の説明図である。 第１の実施形態における無線端末の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における無線端末内の状態管理部の詳細構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における無線端末が保持しているツリー局所情報の説明図である。 第１の実施形態における無線端末の状態の遷移の流れを示す状態遷移図である。 第１の実施形態における複数の無線端末の状態遷移と、状態通知データや通信データの授受との関係を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態における各無線端末のＢＳノードからのパスコストを示す説明図である。 第１の実施形態における周辺無線端末数に応じた第２の付加コストの割当例を示す説明図である。 図７のパスコストに第１及び第２の付加コストを加算した後のコストを示す説明図である。 図９のコストに第３の付加コストを加算した後のコストを示す説明図である。 各無線端末のコストが図１０の場合において構築される無線ネットワークを示す説明図である。 第２の実施形態における無線端末による親ノードの決定処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態の処理で形成された無線ネットワークを示す説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワークの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

第１の実施形態においては、無線ネットワークを構成する無線端末がそれぞれ、自己に搭載されている収容先端末決定プログラムを実行することにより、ネットワーク構成方法が実行されていることになる。第１の実施形態の無線ネットワークは、センサネットワークなどの無線マルチホップネットワークへの適用を意図しているものであるが、論理的にツリー状に接続されていれば良い無線ネットワークである。

（Ａ−１）第１の実施形態が意図して無線ネットワークの構成の説明
図１は、同じ個数（２５）の同じ配置の無線端末（以下、ノードと呼ぶことがある）１０１〜１２５で構築された２種類の無線ネットワークを示しており、それぞれツリー状ネットワークになっている。図１において、「ＢＳ」と記載されている無線端末１０１は、例えば、外部ネットワークと接続する機能を有していて、中継処理を常時行っている無線端末である。無線端末１０１（ＢＳ）は、ツリー構成から見た場合ルートノードである。また、図１において、「Ｒ」と記載されている無線端末は、中継処理を行っている無線端末（以下、ルータと呼ぶ）である。図１（ａ）に示す無線ネットワークの場合、ルータは、無線端末１０２〜１０４、１０６〜１０９、１１１〜１１４、１１６〜１２０の１６台である。図１（ｂ）に示す無線ネットワークの場合、ルータは、無線端末１０７、１０９、１１３、１１７、１１９の５台である。図１において、「ＢＳ」とも「Ｒ」とも記載されていない無線端末は、中継処理を行っていない無線端末（以下、エンドデバイスと呼ぶ）である。図１（ａ）に示す無線ネットワークの場合、エンドデバイスは、無線端末１０５、１１０、１１５、１２１〜１２５の８台である。図１（ｂ）に示す無線ネットワークの場合、エンドデバイスは、無線端末１０２〜１０６、１０８、１１０〜１１２、１１４〜１１６、１１８、１２０〜１２５の１９台である。

図１において、２つの無線端末を結ぶ点線及び実線（太実線及び細実線）は、２つの無線端末が直接通信可能であることを表している。太実線は、ルータ間の通信で利用されるリンクを表し、細実線は、ルータとエンドデバイス間の通信で利用されるリンクを表している。図１において、エンドデバイスは、直接的には収容されているルータと通信可能になっており、１又は複数のルータを介して、他の無線端末と通信可能となっている。各ルータは、ＢＳノード１０１に向けて通信データを送る際に、転送先となる親ノードと、自らに通信データを送信してくる子ノードとが存在し、各エンドデバイスは、ＢＳノード１０１に向けて通信データを送る際に、転送先となる親ノードだけが存在する。

図１（ａ）において、ルータ１１３は、親ノードがルータ１０７で、子ノードがルータ１１９である。一方、図１（ｂ）において、ルータ１１３は、親ノードがルータ１０７で、子ノードがルータ１１７、１１９、１０９とエンドデバイス１１４、１１８である。

第１の実施形態の場合、エンドデバイスだけがスリープ制御を行うこととしている。なお、ルータにおいても、スリープ制御を行うことは可能であるが、中継ノードがスリープすると、その中継ノードを介した通信に遅延の増加を伴うので、エンドデバイスだけがスリープ制御を行うこととしている。この場合、エンドデバイスが多いほど、無線ネットワーク全体としての消費電力を削減することができる。すなわち、無線ネットワーク全体としての消費電力を考慮した場合、図１（ｂ）に示す無線ネットワークの方が、図１（ａ）に示す無線ネットワークより、エンドデバイスが多い分だけ好ましいものである。

図１では、リンクが張られた後の無線ネットワークを示しているが、２５個のノードが、周辺ノードと図１に示すように通信可能な場合において、図１（ａ）に示す無線ネットワークではなく、図１（ｂ）に示す無線ネットワークを構築できるようにすることを、第１の実施形態は志向している。第１の実施形態の場合、ＢＳノード１０１以外のノード１０２〜１２５はそれぞれ、ルータにもエンドデバイスにもなり得る構成のものである。ノード１０２〜１２５がそれぞれ、自己が収容される親ノードを決定することにより、図１（ｂ）に示す無線ネットワークを構築できるようにしている。

例えば、センサネットワークの場合、各無線端末がデータを授受する相手先は、ＢＳノード１０１（若しくはＢＳノード１０１の上位装置）である。ツリー状ネットワーク内の任意の２つの無線端末で、送信元及び宛先端末として通信データを授受することはまずあり得ず、ツリー状ネットワーク内の任意の２つの無線端末で通信データを授受するのは、中継の場合が大半である。例えば、図１（ａ）において、無線端末１２０及び１２４を送信元及び宛先端末として通信データを授受しようとすると、１２０−１１４−１０８−１０２−１０１−１０７−１１３−１１９−１２４という経路で通信することになる。また例えば、図１（ｂ）において、無線端末１１５及び１２０を送信元及び宛先端末として通信データを授受しようとすると、１１５−１０９−１１３−１１９−１２０という経路で通信することになる。しかし、センサネットワークの場合、このような２無線端末間の通信はまずあり得ず、むしろ、ツリー状とすることにより、ＢＳノード１０１（若しくはＢＳノード１０１の上位装置）からのデータを効率良く全ての無線端末に供給でき、また、各無線端末が保有しているセンサデータを上位装置が効率良く収集することができる。センサネットワークの場合、センサデータの収集タイミングは限られており、そのため、そのような収集タイミング以外では、無線端末（エンドデバイス）の通信構成をスリープさせておくことが好ましい。

第１の実施形態の無線ネットワークは、以上のような理由から、ツリー状ネットワークを前提としながら、エンドデバイスの数を抑えることを志向している。

なお、第１の実施形態は、図１に示すようなノードが２５個の場合に限定されるものではなく、また、図１に示すようなノードが行列状に配置されている場合に限定されないことは勿論である。

（Ａ−２）第１の実施形態の無線端末の構成
図２は、第１の実施形態の無線端末１００（１０２〜１２５）の内部構成を示すブロック図である。

上述したように、第１の実施形態では、ＢＳノード（ルートノード）１０１以外のノード１０２〜１２５はそれぞれ、ルータにもエンドデバイスにもなり得る。そのため、図２に示す同じ内部構成を適用することができる。ＢＳノード１０１は、ツリー構成から見た場合、中継処理を行っていない無線端末であるので、図２に示す構成から、中継処理に係る信号線などを省略した構成を有する。但し、ＢＳノード１０１の構成として、図２に示す構成を適用しても良い。

図２において、無線端末１００は、アンテナ２０１、受信回路２０２、送信回路２０３、受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５及び状態管理部２０６を有する。少なくとも受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５及び状態管理部２０６は、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行するソフトウェアや、ＤＳＰなどによるソフトェアの実行構成によって実現されたものであっても良い。

アンテナ２０１は、捕捉して得た無線信号を受信回路２０２に与えたり、送信回路２０３からの無線信号を空間に放射したりするものである。図２では、送受共用アンテナの場合を示しているが、送信アンテナと受信アンテナとに分かれていても構わない。第１の実施形態の場合、周囲ノードとの位置関係は予め規定されていないので、アンテナ２０１は無指向性のものである。

受信回路２０２は、アンテナ２０１からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタルデータ（受信データ）に変換して受信データ処理部２０４に与えるものである。受信回路２０２には、前置増幅回路やフィルタ回路等が適宜含まれる。第１の実施形態の無線ネットワークが、データをデジタル変調したデジタル変調信号を無線信号として放射するものであれば、受信回路２０２が行う復調処理はデジタル復調処理であり、第１の実施形態の無線ネットワークが、データをデジタル変調したデジタル変調信号を、さらに、無線周波数帯へ伝送路変調するものであれば、受信回路２０２が行う復調処理は伝送路復調処理とデジタル復調処理とである。変調処理も同様である。

この第１の実施形態の場合、無線端末１００が周囲の無線端末と授受するデータは、通信データと状態通知データとコスト通知データの少なくとも３種類のデータがある。ここで、通信データは、端末間で授受する一般的なデータであって、マルチキャストを含め、特定の無線端末を宛先としているものである。状態通知データは、自無線端末のネットワーク上の位置や自無線端末の動作状態等を、周辺の無線端末へ通知するためのデータであって、この状態通知データを受信できた無線端末が宛先となるものであり、状態通知データ自体に宛先を規定する情報が盛り込まれていないものである。コスト通知データは、下流の無線端末が、その下流の無線端末の周辺無線端末のコストを算出できるように送出するデータであって、このコスト通知データを受信できた無線端末が宛先となるものであり、コスト通知データに宛先を規定する情報が盛り込まれていないものである。

受信データ処理部２０４は、受信回路２０２からの受信データ（通信データ、状態通知データ又はコスト通知データ）に対して、所定の処理を行うものである。受信データ（通信データ、状態通知データ又はコスト通知データ）は、パケット化されていてもいなくても良いものであるが、パケット化されている無線ネットワークであれば、受信データ処理部２０４は、パケットを分解した後、所定の処理を行うこととなる。受信データ処理部２０４は、受信回路２０２から与えられた受信データが、周辺ノードからの状態通知データ又はコスト通知データである場合には、状態管理部２０６に受信した状態通知データ又はコスト通知データを与えるものである。受信データ処理部２０４は、受信回路２０２から与えられた受信データが、自無線端末宛の通信データである場合には、受信処理を行うと共に、ある無線端末が送信した自無線端末宛の通信データを受信したことを状態管理部２０６に伝えるものである。受信データ処理部２０４は、受信回路２０２から与えられた受信データが、自無線端末が中継すべき他の無線端末宛の通信データである場合には送信データ生成部２０５に与えると共に、他の無線端末宛の通信データを受信したことを状態管理部２０６に伝え、状態管理部２０６から送信データ生成部２０５に転送先（次に中継する無線端末又は宛先の無線端末）の情報を与えるようにさせるものである。なお、宛先が、当該無線端末１００から１ホップの無線端末とは限らず、宛先へ２ホップ以上を要する場合には次に中継すべき無線端末を決定する必要がある。

ここで、当該無線端末１００がエンドデバイスである場合には、他の無線端末宛の通信データを受信しても転送することがない。また、宛先の他の無線端末が、ツリー構成で当該無線端末１００の下流に位置していない場合には、他の無線端末宛の通信データを受信しても転送することがない。

送信回路２０３は、送信データ生成部２０５から与えられた送信データ（通信データ、状態通知データ又はコスト通知データ）を無線信号に変換してアンテナ２０１に与えるものである。送信回路２０３は、例えば、送信データをデジタル変調して無線信号に変換し、又は、送信データをデジタル変調した後、無線周波数帯に伝送路変調して無線信号に変化するものである。送信回路２０３には、フィルタ回路や電力増幅回路等が適宜含まれる。

送信データ生成部２０５は、送信回路２０３に与える送信データ（通信データ、状態通知データ又はコスト通知データ）を生成するものである。送信データ生成部２０５は、状態管理部２０６から得られる周辺の無線端末の情報を利用して、周辺の無線端末に送信する状態通知データを生成する。また、送信データ生成部２０５は、状態管理部２０６から与えられたコストを含むようにコスト通知データを生成するものである。さらに、送信データ生成部２０５は、当該無線端末１００が送信元となるデータが生じた際には、そのデータを含む通信データを生成する。さらに、送信データ生成部２０５は、受信データ処理部２０４から中継すべき受信データを受け取ったときには、状態管理部２０６から、転送先（次に中継すべき無線端末又は宛先の無線端末）の情報を得て、送信する通信データを生成し直す。送信データ生成部２０５は、状態管理部２０６の制御下で、状態通知データを周期的に生成する。

状態管理部２０６は、自無線端末や周辺の無線端末のツリー状ネットワーク上での位置情報（ツリー局所情報）や自端末の動作状態や周辺無線端末のコストなどを管理している。状態管理部２０６は、受信データ処理部２０４から状態通知データやコスト通知データを受け取り、管理しているツリー局所情報や動作状態やコストを適宜更新する。状態管理部２０６は、適宜、自無線端末のツリー状ネットワーク上でのツリー局所情報や周辺無線端末のコストを見直すものである。例えば、どの無線端末を親ノード（直接収容されている上流側ノード）とするのか見直したり、ルータとして機能するのかエンドデバイスとして機能するのかを認識したりものである。状態管理部２０６は、自無線端末がエンドデバイスとして機能する場合には、送信回路２０３や受信回路２０２などの電源制御（スリープ制御）を行ったりするものである。

状態管理部２０６は、例えば、第１の実施形態の収容先端末決定プログラムをＣＰＵが実行することで具現化される。

図３は、状態管理部２０６の詳細構成を示す機能ブロック図である。状態管理部２０６は、例えば、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行するソフトウェアによって構成できるが、このような場合であっても、機能的には、図３で表すことができる。

図３において、状態管理部２０６は、情報保持部３０１、状態決定部３０２、電源制御部３０３、通知データ送信制御部３０４を有する。

情報保持部３０１は、ツリー局所情報や自無線端末の動作状態や周辺無線端末のコストを保持しているものである。

自無線端末の動作状態は、後述する図５に示す状態遷移図上でのどの状態になっているかを表している。

周辺無線端末のコストは、自無線端末の親ノードを定める場合に比較される評価値であり、小さいほど親ノードとして決定され易い値である。無線端末のコストをどのように定めるかについては、後述する動作説明の項で明らかにする。

第１の実施形態の場合、情報保持部３０１は、ツリー局所情報として、周辺の無線端末からの状態通知データに基づき、自無線端末の周辺無線端末（自無線端末が１ホップでデータを授受できる無線端末）と、周辺無線端末の周辺無線端末（周辺無線端末が１ホップでデータを授受できる無線端末）の識別情報と、無線端末間の親子関係とを保持する。上記では、ツリー局所情報を保持する場合を示したが、図１に示すようなツリーの全体情報を保持するようにしても良い。

図４は、情報保持部３０１が保持しているツリー局所情報の説明図である。図４に示すツリー局所情報は、図１（ｂ）に示すツリー状ネットワークにおける無線端末１０８の状態情報保持部３０１が保持している情報であり、他の無線端末は、その無縁端末のツリー状ネットワークにおける位置に応じたツリー局所情報を保持する。

図４（ａ）において、ツリー局所情報の各行（レコード）は、当該無線端末１０８に隣接する無線端末の識別符号を記述する周辺無線端末フィールド、周辺無線端末が当該無線端末１０８の親ノード又は子ノードになっているかを記述する親子関係フィールド、周辺無線端末の周辺無線端末の識別符号を、周辺無線端末との親子関係を明らかにして記述する２ホップ周辺無線端末フィールドを有している。

図４（ａ）のツリー局所情報から、無線端末１０８には無線端末１０２〜１０４、１０７、１０９、１１２〜１１４が隣接し、無線端末１０７が無線端末１０８の親ノードになっており、無線端末１０８の子ノードになっている無線端末がないことが分かる。親ノードが存在し、子ノードが存在しない当該無線端末１０８はエンドデバイスである。その無線端末が送信した状態通知データを受信できた場合、その無線端末が周辺無線端末として記述される。状態情報保持部３０１に保持されているツリー局所情報のうち、周辺無線端末フィールド及び親子関係フィールドを状態通知データに含めて送信することとすると、状態通知データに含まれている周辺無線端末フィールド及び親子関係フィールドの情報が、その状態通知データの送信元の周辺無線端末に隣接している無線端末の情報として２ホップ周辺無線端末フィールドに記述される。図４（ａ）から、例えば、無線端末１０８の周辺無線端末１０９には、無線端末１０３〜１０５、１０８、１１０、１１３〜１１５が隣接し、無線端末１１３が無線端末１０９の親ノードになっており、無線端末１０４、１０５、１１０、１１５が無線端末１０９の子ノードになっていることが分かる。

図４（ａ）は、ツリー局所情報を表形式で記述した場合を示したが、ツリー局所情報を、図４（ｂ）に示すようなトポロジー的な表現形式で記述するようにしても良いことは勿論である。

上述したように、周辺無線端末フィールド及び親子関係フィールドを状態通知データに含めて送信する場合であれば、ツリー局所情報から、ツリー状ネットワークのうち、図４（ｂ）に示す程度の部分を把握できる。なお、状態通知データに、周辺無線端末フィールド、親子関係フィールド、２ホップ周辺無線端末フィールドの全てを含めて送信するようにすれば、各周辺ノードから見た２ホップ先ノードまで把握でき、すなわち、図４（ｂ）に示すようなトポロジー部分より広い、ツリー状ネットワークの部分を、各無線端末で把握することができる。

状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１に保持されるツリー局所情報や周辺無線端末のコストなどに基づき、自無線端末が収容される親ノードを決定したり、自無線端末がルータとして動作するのかエンドデバイスとして動作するのかを決定したりするものである。状態決定部３０２は、決定処理を後述するように周期的に実行するものであるが、情報保持部３０１は、直前決定時のツリー局所情報と、それ以降に更新されたツリー局所情報（差分だけであっても良い）との双方を保持しており、状態決定部３０２は、双方の情報を利用して決定処理を実行する。なお、状態決定部３０２による決定処理については動作の項で詳細に説明する。

電源制御部３０３は、自無線端末がエンドデバイスとして動作する場合に、自無線端末の受信回路２０２や送信回路２０３などの電源制御（スリープ制御）を行うものである。なお、スリープ制御の対象は、受信回路２０２や送信回路２０３に限定されず、受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５及び状態管理部２０６などの一部であっても良い。

状態通知データ送信制御部３０４は、内蔵するタイマの計時に基づいて、周期的に、周辺無線端末フィールド及び親子関係フィールドの情報を送信データ生成部２０５に与え、状態通知データを生成させて送信させるものである。

（Ａ−３）第１の実施形態の無線端末における状態遷移
まず、各無線端末における状態遷移について、図５の状態遷移図を参照しながら説明する。

各無線端末はそれぞれ、定期的に、状態通知データを授受し合う状態になる（ＳＴ１）。エンドデバイスではスリープ状態となっているスリープ期間もあるが、エンドデバイスも、周辺の無線端末が送信した状態通知データを受信できるように、エンドデバイスがスリープ期間でない期間に状態通知データを授受し合う。例えば、定時（例えば、０時、０時半、１時、…）から所定期間（例えば、１５秒間）を、状態通知データを授受する期間に定め、識別符号の末尾が「ｉ」（ｉは０〜９）の無線端末は定時からｉ秒後に状態通知データの送信を開始することとする。なお、通信の衝突回避方法としては、既存の方法を適用すれば良い。

状態通知データを授受し合う状態が終了すると、無線端末は、自無線端末が収容される親ノードを決定すると共に、自無線端末がルータとして動作するのかエンドデバイスとして動作するのかを決定する状態に移行する（ＳＴ２）。

エンドデバイスとして動作する無線端末は、所定時間（例えば５分）だけ、通信若しくは通信待機状態になった後（ＳＴ３）、次の定時まで、スリープ状態になる（ＳＴ４）。一方、ルータとして動作する無線端末は、次の定時まで、通信若しくは通信待機状態になる（ＳＴ５）。

図６は、複数の無線端末の状態遷移と、状態通知データや通信データの授受との関係を示すタイミングチャートである。図６（ａ）は、図１（ｂ）の無線ネットワークにおける無線端末（ルータ）１１３のタイミングチャートであり、図６（ｂ）は、図１（ｂ）の無線ネットワークにおける無線端末（ルータ）１１９のタイミングチャートであり、図６（ｃ）は、図１（ｂ）の無線ネットワークにおける無線端末（エンドデバイス）１１８のタイミングチャートである。

これらの無線端末１１３、１１９、１１８は、所定時間Ｔ１内で、状態通知データを授受し合い、親ノードを決定すると共に、ルータとして動作するのかエンドデバイスとして動作するのかを決定する。このときの決定は、それ以前と同様であったとする。エンドデバイスを継続する無線端末１１８は、所定時間Ｔ２だけ通信若しくは通信待機状態になった後、次の定時ｔ１までの期間Ｔ３だけスリープ状態に入る。ルータを継続する無線端末１１３、１１９は、次の定時ｔ１までの期間Ｔ２＋Ｔ３だけ通信若しくは通信待機状態になる。

無線端末１１３に、上流のルータである無線端末１０７から通信データが所定期間Ｔ３内に届き、下流への転送が必要なったとする。無線端末１１３は、下流のルータである無線端末１１９は通信待機状態にあるので、直ちに通信データを送信する。ルータにはスリープ状態が設けられていないので、ルータ間の転送はスムースになされる。無線端末１１３は、下流のエンドデバイスである無線端末１１８はスリープ状態にあるので、次の通信待機期間Ｔ５になるのを待ち受けて受信した通信データを転送する。

図６は、上流から下流への下り方向の通信データの転送の場合を示しているが、下流から上流への上り方向の通信データの転送も同様である。ルータは上流のルータへ通信データを受信したときに直ちに転送することができる。一方、エンドデバイスは、スリープ期間明けの通信待機期間を待って、上流のルータへ通信データを送信することができる。

後述するように、無線端末が親ノードを決定するために、各無線端末がコスト通知データを送信することを要する。例えば、このようなコスト通知データも、状態通知データと合わせて送信するようにしたならば、図５の状態遷移図に示す状態遷移はそのまま適用することができる。

（Ａ−４）第１の実施形態の無線端末における親ノードの決定処理
次に、各無線端末が、自己が収容される親ノードを決定する動作を説明する。

各無線端末はそれぞれ、自無線端末の全ての周辺無線端末についてコストを把握し、最小コストの周辺無線端末を親ノードに決定する。以下では、第１の実施形態における親ノードの決定動作の説明に先立ち、周辺無線端末のコスト（周辺無線端末までのパスコスト）に基づいて親ノードを決定する基本的な動作を説明する。なお、周辺無線端末のコストに基づいて親ノードを決定する基本的な動作だけで無線ネットワークが構築された場合、そのような無線ネットワークの一例が図１（ａ）に示す無線ネットワークである。なお、以下では、隣り合う無線端末間のリンクコストは全て「１」であるとして説明するが、通信帯域、無線端末間の距離などによってリンクコストを異なるように設定しても良い。

ＢＳノード１０１は、コスト「０」という情報が挿入されたコスト通知データを定期的に送信する（ブロードキャストする）。このコスト通知データは、図１に示す無線端末の位置関係であれば、無線端末１０２、１０６、１０７によって受信される。コスト「０」のコスト通知データを受信した無線端末は親ノードをＢＳノード１０１とするように予め定められており、無線端末１０２、１０６、１０７は、ＢＳノード１０１を親ノードに決定する。

ＢＳノード１０１以外の無線端末は、コスト通知データを受信したときに、そのコスト通知データに含まれているコストに端末間のリンクコストを加算したコストを、その送信元である周辺無線端末のコストとして格納すると共に、今回の送信元である周辺無線端末のコストが、今まで格納している最小コストより小さい場合には、今回の送信元である周辺無線端末を親ノードに決定する。ＢＳノード１０１以外の無線端末は、親ノードから与えられたコスト通知データのコストに端末間のリンクコストを加算し、加算後のコストを含む、自無線端末を送信元としたコスト通知データを生成して送信する（ブロードキャストする）。このような送信も定期的に行う。

ＢＳノード１０１を親ノードに決定した無線端末１０２、１０６、１０７はそれぞれ、ＢＳノード１０１からのコスト通知データに挿入されていたコスト「０」に、ＢＳノード１０１との間のリンクコスト「１」を加算して得たコスト「１」を挿入したコスト通知データを送信する。無線端末１０２が送信したコスト通知データは、無線端末１０１、１０３、１０６〜１０８に到達する。

無線端末１０３、１０８はそれぞれ、親ノードを決定されていない状態で、無線端末１０２からのコスト通知データが与えられたので、無線端末１０２を親ノードに決定する。この際、無線端末１０２のコストとして、コスト通知データに挿入されていたコスト「１」に、無線端末１０２との間のリンクコスト「１」を加算して得たコスト「２」を格納する。

無線端末１０６、１０７はそれぞれ、それまでの親ノード（ＢＳノード）１０１についてのリンクコスト加算後のコスト（周辺無線端末のコスト）「１」と、コスト通知データが与えられた無線端末１０２についてのリンクコスト加算後のコスト（周辺無線端末のコスト）「２」とを比較し、それまでの親ノードのコストの方が小さいので、無線端末１０２からのコスト通知データが与えられても親ノードを維持する。

図７は、周辺無線端末のコスト（周辺無線端末までのパスコスト）に基づいて親ノードを決定する基本的な動作を、各無線端末がそれぞれ実行した場合において、各無線端末から送信されるコスト通知データに含まれているコストの値を、その送信元の無線端末に対応付けて示している。言い換えると、各無線端末についてのＢＳノード１０１からのパスコストを示している。周辺無線端末までのパスコストに基づいて親ノードを決定した結果が、上述した図１（ａ）に示した無線ネットワークである。

上述したように、図１（ａ）に示す無線ネットワークは、図１（ｂ）に示す無線ネットワークよりエンドデバイスの数が少なく、無線ネットワーク全体として見た場合の消費電力はかなり大きいものである。そのため、第１の実施形態では、エンドデバイスの数を多く、言い換えると、ルータの数を少なくする方法を導入することとしている。ルータの数を少なくすることは、同じ無線端末が異なる無線端末の親ノードとして決定されることを意味する。第１の実施形態では、周辺無線端末のコストとして、周辺無線端末までのパスコストに、ルータ数を抑えるための付加コストを加算してから、周辺無線端末のコストに基づいて親ノードを決定することとした。

第１の付加コストは、自無線端末に接続している子ノードの数（若しくは子ノードの有無）に応じたコストである。子ノードが少ないほど、大きな第１の付加コストを加算する。例えば、子ノードがない場合には、第１の付加コストを「１」とし、子ノードがある場合には、第１の付加コストを「０」とする。子ノードがある無線端末はルータであり、第１の付加コストは、ルータである無線端末ほど、多くの無線端末から選択し易くしている。

システムが立ち上げられた直後など、子ノードが定められていない状況では、第１の付加コストを適用しなくても良い。無線ネットワークが一度構築された以降、第１の付加コストを適用するようにすれば良い。後述する第３の付加コストについても同様である。

第２の付加コストは、自無線端末の周辺に存在する無線端末の数に応じたコストである。周辺の無線端末数が少ないほど、大きな第２の付加コストを加算する。図８は、第２の付加コストの割当例を示す説明図である。図８の例では、周辺無線端末数が１の場合に第２の付加コストを「６」とし、これより周辺端末数が１増加するごとに第２の付加コストを「１」ずつ小さくし、周辺端末数が７以上では第２の付加コストを「０」にした例である。第２の付加コストは、周辺無線端末数が多い無線端末ほど周辺無線端末の親ノードとなりやすくし、１つのルータに多くの子ノードを集中させようとしたものである。

図９は、図７に示す各無線端末のＢＳノードからのパスコストに第１及び第２の付加コストを付加した状態を示している。

例えば、無線端末１０６は、パスコストの「１」に、子ノードがないことによる「１」の第１の付加コストと、周辺無線端末数が５であることによる「２」の第２の付加コストを加算して、トータルコストは「４」となる。また例えば、無線端末１１８は、パスコストの「３」に、子ノードがないことによる「１」の第１の付加コストと、周辺無線端末数が８であることによる「０」の第２の付加コストを加算して、トータルコストは「４」となる。さらに例えば、無線端末１１６は、パスコストの「３」に、子ノードがないことによる「１」の第１の付加コストと、周辺無線端末数が５であることによる「２」の第２の付加コストを加算して、トータルコストは「６」となる。

今、無線端末１１８に、周囲の全ての無線端末１１２〜１１４、１１７、１１９、１２２〜１２４から、図９に示すコストが挿入されたコスト通知データが届いたとする。どの周囲の無線端末とのリンクコストも「１」であって共通であるので、届いたコスト通知データに挿入されているコストの中の最小コストのコスト通知データを送信した周囲無線端末を、無線端末１１８は自無線端末の親ノードに決定する。すなわち、無線端末１１８は無線端末１１２を親ノードに決定する。各無線端末１０２〜１２５が上述のような親ノードの決定処理を実行することで構成された無線ネットワークは、上述した図１（ｂ）に示すようになる。

以上では、第１及び第２の付加コストを利用する場合を説明したが、以下のような第３の付加コストをも利用するようにしても良い。この第３の付加コストも、第１の付加コストと同様に、子ノードの数に応じたコストであるが、自無線端末がエンドデバイスかルータかによって分類されたコストである。

エンドデバイスに対する第３の付加コストは例えば「１０」である。ルータに対する第３の付加コストは、子ノードとなっているルータの数によって値が異なるものである。例えば、子ノードとなっているルータ数が３以上のときは第３の付加コストは「０」であり、子ノードとなっているルータ数が２のときは第３の付加コストは「１」であり、子ノードとなっているルータ数が１のときは第３の付加コストは「２」であり、子ノードとなっているルータ数が０のときは第３の付加コストは「３」である。

第３の付加コストは、エンドデバイスがルータへ変化することを抑えると共に、ルータ間でも順位付けを行い、ルータの数を必要最小限まで減らすことを意図したコストである。

図１０は、図９に示す各無線端末のコスト（パスコスト＋第１のコスト＋第２の付加コスト）に第３のコストを付加した状態を示している。

例えば、エンドデバイスである無線端末１０６は、第３のコストが「１０」であるので、トータルコストは「１４」になる。また例えば、ルータである無線端末１０７は、ルータである子ノードが１個であって第３の付加コストが「２」であるので、トータルコストは「３」になる。さらに例えば、ルータである無線端末１１３は、ルータである子ノードが３個であって第３の付加コストが「０」であるので、トータルコストは「２」になる。

各無線端末１０２〜１２５についてのコストが図１０のような場合において、最小コストに基づく親ノードの決定処理を実行することで構成された無線ネットワークは、図１１に示すようになる。上述した図１（ｂ）に示す無線ネットワークに比較すると、無線端末１０８及び１１２の親ノードが、無線端末１０７から無線端末１１３に変化している点が異なる。しかしながら、無線ネットワークの全体におけるルータの数は、図１（ｂ）の場合と同様に５個であり、無線ネットワーク全体での消費電力を抑えることができる。

第１の実施形態は、上述のように、各無線端末はコスト通知データを送信し、周囲の無線端末がコスト通知データを受信することを要する。無線端末の中には、上述したように、エンドデバイスがあり、スリープ制御を適宜行っている。このようなエンドデバイスも、コスト通知データを確実に受信できるようにするためには、状態通知データと同様に、授受するタイミングを予め定めておくようにすれば良い。例えば、状態通知データとコスト通知データとを併せて送信する。また例えば、ＢＳノードが主導権をとって、通信データによって、コスト通知データの授受期間を各無線端末に通知しておき、その期間はエンドデバイスもスリープ状態をとらないことにしておくようにしても良い。

今まで、到達していたある無線端末からの状態通知データやコスト通知データなどが、長時間到達しないことや、所定回数連続して到達しなかったことなどに基づいて、その無線端末の障害や、その無線端末とのリンクの切断などを検出することができる。このような周辺の無線端末の障害などを検出した無線端末は、その周辺の無線端末が無くなったものとして処理する。無くなった無線端末が、自無線端末の親ノードであった場合には、その無線端末以外で最もコストが小さい無線端末を親ノードとして選択し直すことを行う。

例えば、図７において、無線端末１２２が無線端末１１７を親ノードとして決定していた状態において、無線端末１１７とのリンクが使えなくなった場合、無線端末１２２は親ノードを決定し直す。無線端末１２２は、他の周辺無線端末１１６、１１８、１２１、１２３のコストを比較し、その中の最小コスト「４」の周辺無線端末１１８を新たな親ノードに決定する。なお、これにより、無線端末１１８は子ノードができたので、コストは「４」から「３」に変更される。また、リンク障害でなく、無線端末１１７が存在しなくなった場合であれば、周囲の無線端末の周辺無線端末数も変化するので、無線端末１２２は、他の周辺無線端末１１６、１１８、１２１、１２３から計算し直しによるコストを取り込んだ後、コストを比較して親ノードを決定することになる。

（Ａ−５）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、各無線端末が親ノードを決定する際に利用するコストが、子ノードが多い方が小さくなるようにしたり周辺に存在する無線端末の数が多い方が小さくなるようにしたり（さらには子ノードのルータ数が多い方が小さくなるようにしたり）、無線ネットワークにおけるルータの数を抑え、スリープ制御を行うエンドデバイスを多くするようにするような方策を採用しているので、無線ネットワーク全体での消費電力を小さく抑えることができる。

ここで、各無線端末は、エンドデバイスにもルータにもなり得るようにしておき、特定のリンクの切断、無線端末の電池切れ、故障などといった状況の変化に応じて無線ネットワークの構成を変化させて無線ネットワークの機能を維持するようにしたので、より信頼性の高いネットワークを構築することができる。すなわち、特定のリンクの切断、無線端末の電池切れ、故障などといった状況が生じても、残った無線端末間の通信の信頼性を確保することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワークの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

第２の実施形態は、各無線端末が、親ノードを決定する際の処理が第１の実施形態とは異なっている。

第２の実施形態においても、各無線端末は、周辺の無線端末との間で状態通知データやコスト通知データを授受し合う。但し、第２の実施形態の場合、コスト通知データで授受し合うコストは、図７に示すようなその無線端末までのパスコストである。すなわち、第１〜第３の付加コストのような付加がなされていないコストである。

第２の実施形態は、（ア）子ノードがない無線端末の選択を可能な限り避ける、（イ）子ノードが多い無線端末を優先的に選択する、（ウ）周辺無線端末数が多い無線端末を優先的に選択する、（エ）コストの小さい無線端末を優先的に選択する、という４つの観点から、親ノードを決定するものであり、これら４つの観点が盛り込まれていれば、処理の手順は問われないものである。なお、変形実施形態としては、観点（エ）に、他の観点を１つ以上含めたものを挙げることができる。

図１２は、第２の実施形態の無線端末が実行する親ノードの決定処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、各無線端末の内部構成は、第２の実施形態も、第１の実施形態と同様なものである。

第２の実施形態の無線端末は、親ノードを決定し直すタイミングになると、図１２に示す処理を開始する。

そしてまず、無線端末は、全ての周辺無線端末を親ノードの候補に選択した後（ステップ４００）、子ノードがある候補の数が、総候補数の所定割合（若しくは総候補数に関係なく所定数）以上あるか否かを判別する（ステップ４０１）。子ノードがある候補の数が、総候補数の所定割合以上ある場合には、無線端末は、子ノードがない候補を候補から除外する（ステップ４０２）。

子ノードがある候補の数が総候補数の所定割合を満たない場合や、子ノードがない候補を候補から除外する処理を終了した場合には、無線端末は、周辺無線端末数がｎ（ｎは例えば１又は２）番目までに多い候補の数が、その時点の総候補数の所定割合（若しくは総候補数に関係なく所定数）以上あるか否かを判別する（ステップ４０３）。周辺無線端末数がｎ番目までに多い候補の数が、総候補数の所定割合以上ある場合には、無線端末は、周辺無線端末数がｎ＋１番目以降の候補を候補から除外する（ステップ４０４）。

周辺無線端末数がｎ番目までに多い候補の数が総候補数の所定割合を満たない場合や、周辺無線端末数が少ない候補を候補から除外する処理を終了した場合には、無線端末は、子ノード数がｍ（ｍは例えば１又は２）番目までに多い候補の数が、その時点の総候補数の所定割合（若しくは総候補数に関係なく所定数）以上あるか否かを判別する（ステップ４０５）。子ノード数がｍ番目までに多い候補の数が、総候補数の所定割合以上ある場合には、無線端末は、子ノード数がｍ＋１番目以降の候補を候補から除外する（ステップ４０６）。

子ノード数がｍ番目までに多い候補の数が総候補数の所定割合を満たない場合や、子ノード数が少ない候補を候補から除外する処理を終了した場合には、無線端末は、残った候補のコストを比較し、最小コストの候補を親ノードに決定し（ステップ４０７）、図１２に示す一連の処理を終了する。

第１の実施形態は、４つの観点をトータルコスト（評価値）に反映させて親ノードを決定するものであり、一方、第２の実施形態は、４つの観点を順に適用して候補を絞りつつ親ノードを決定するものである。同様な４つの観点を適用して、親ノードを決定していることは同様である。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による無線端末、収容先端末決定プログラム及び無線ネットワークの第３の実施形態を説明する。

上述した第１及び第２の実施形態では、各無線端末は、親ノードとして１個の親ノードを決定するものであった。この第３の実施形態では、各無線端末はそれぞれ、親ノードの決定時において２個の親ノードを決定する。決定される一方の親ノードは、通常時に使用される運用系の親ノードであり、決定される他方の親ノードは、運用系の親ノードに障害が発生した場合や、運用系の親ノードとのリンク障害が発生した場合などに、運用系の親ノードに代わって親ノードとして用いられる予備系の親ノードである。

第３の実施形態において、運用系及び予備系の親ノードを同時に決定するようにしたのは、以下の理由による。

第１及び第２の実施形態において、各無線端末は唯一の親ノードを選択するので、何らかの理由で親ノードとして選択した無線端末との通信ができなくなった場合には、他の無線端末を親ノードとして選択し直すことになる。しかしながら、第１及び第２の実施形態ではルータの数を最小限に止めるようにしたために周辺にルータが存在する確率は低くなっている。

例えば、図１（ａ）に示すようなルータの数を抑える処理を施していない無線ネットワークでは、ほとんどの無線端末が、親ノードを決定し直す際に、他のルータを親ノードとして選択することが多くなる。例えば、無線端末１２５が、親ノード１１９とのリンクが使えなくなった場合にはルータであるノード１２０を親ノードとすることができる。これに対して、第１又は第２の実施形態を実行した結果である、図１（ｂ）に示すような無線ネットワークでは、多くの無線端末がエンドデバイスであるため、新たな親ノードを選択した場合にそれまでエンドデバイスであった無線端末を選択することも多くなる。例えば、無線端末１２５が、親ノード１１９とのリンクが使えなくなった場合には、今までエンドデバイスであった無線端末１２０又は１２０を親ノードとして中継させる必要がある。

しかしながら、上述したように、エンドデバイスはスリープ処理を行っているため、受信回路や送信回路の電源が常時入っているわけではない。従って、エンドデバイスに中継を行わせるためには、接続先として選択した無線端末が状態通知データや通信データなどを送信し、スリープ期間でないことを認識した後に、親ノードに決定し直した無線端末が所定のデータ（例えば、状態通知データ）を送信してエンドデバイスをルータに変化させる必要があり、障害時の切替えに多くの時間を要してしまう。

第３の実施形態は、障害時の切替えに長時間を要することが不都合な用途の無線ネットワークに鑑みてなされたものであり、親ノードの決定時に、運用系及び予備系の親ノードを決定し、運用系の親ノード（や親ノードとのリンク）が正常に動作していて、予備系の親ノードが機能していないときでも、予備系の親ノードがスリープ制御を実行しないようにしたものである。すなわち、運用系だけを考えた場合に、子ノードが存在しないエンドデバイスとなっている無線端末が予備系の親ノードと決定されたときには、運用系の親ノードが正常に動作している期間でも、予備系の親ノードはスリープ制御を実行しない。これにより、運用系の親ノード（や親ノードとのリンク）に障害が発生したときに、スリープ期間か否かを捉えることなく、直ちに、予備系の親ノードに切り替えることができる。

以下では、運用系及び予備系の親ノードを有することで、第１及び第２の実施形態と、相違するようになった点などを中心に、第３の実施形態を説明する。

第３の実施形態の場合、各無線端末が管理しているツリー局所情報において、自無線端末の運用系の親ノード、自無線端末の予備系の親ノード、自無線端末を運用系の親ノードとする子ノード（運用系の子ノード）、自無線端末を予備系の親ノードとする子ノード（予備系の子ノード）などを明らかにする。例えば、図４に示すような行形式のツリー局所情報の表現を第３の実施形態でも適用した場合においては、該当する周辺無線端末の親子フィールドの欄に、運用系の親ノード、予備系の親ノード、運用系の子ノード又は予備系の子ノードの情報を記述する。また、周辺無線端末の周辺無線端末のフィールドでも、該当する無線端末について、運用系の親ノード、予備系の親ノード、運用系の子ノード又は予備系の子ノードであることを明らかにする。

第３の実施形態の状態通知データも、ツリー局所情報における周辺無線端末のフィールドの情報と、親子フィールドの情報とが挿入されるので、周辺の無線端末に対しては、運用系の親ノード、予備系の親ノード、運用系の子ノード及び予備系の子ノードの情報も通知されることになる。

また、第３の実施形態において、各無線端末は、第１及び第２の実施形態と同様にしてパスコストを計算する。但し、予備系の親ノードにおけるパスコストに、予備系の親ノードとのリンクコストを加算して、自無線端末までのパスコストを計算する。付加コストの計算における子ノードの有無や子ノード数は、運用系の子ノードに限って判断しても良く、運用系及び予備系の子ノードを区別することなく判断するものであっても良い。後述する図１３における無線端末１１７は、運用系の親ノード１１２ではなく、予備系の親ノード１１８のコストに基づいて自己のコストを計算している。

各無線端末は、第１又は第２の実施形態と同様な親ノードの決定処理を行う。この決定時に、第１順位の候補が運用系の親ノードとなり、第２順位の候補が予備系の親ノードとなる。

他の無線端末との状態通知データの授受で、自無線端末を運用系の親ノードとする周辺無線端末はないが、自無線端末を予備系の親ノードとする周辺無線端末があることを認識した無線端末（の電源制御部３０３）はスリープ制御を実行しない動作モードに設定する（スリープ制御の面から言えば、自己をルータに設定する）。但し、自無線端末を運用系の親ノードとする周辺無線端末も存在しないので、周辺無線端末への中継を実行しないモードにする（中継を実行するモードに設定しても良く、このようにしても中継すべきデータが到達しないので中継を行うことはない）。このような無線端末は、自無線端末を予備系の親ノードとする周辺無線端末から、その周辺無線端末の運用系の親ノードの異常が通知されたとき（若しくは運用系への切替えが指示されたとき）には、周辺無線端末への中継を実行するモードに切り替える。

この第３の実施形態の場合、自無線端末を運用系の親ノードとする周辺無線端末もなく、しかも、自無線端末を予備系の親ノードとする周辺無線端末もないことを認識した無線端末だけが、エンドデバイスとしてのスリープ制御を実行する。

図１３は、以上のような第３の実施形態の処理で形成された無線ネットワークを示す説明図である。

図１３において、太実線は、運用系の親ノードと運用系の子ノードとを結ぶリンクであり、リンク両端のノードのうち、記載されているコスト（数値）が小さい方が親ノードである。細実線は、予備系の親ノードと予備系の子ノードとを結ぶリンクであり、リンク両端のノードのうち、記載されているコスト（数値）が小さい方が親ノードである。点線は、両端の無線通信間で通信可能であることを表しており、状態通知データやコスト通知データの授受は実行されるが、通信データの授受は実行されない。

例えば、無線端末１０８の運用系の親ノードは無線端末１０２であり、無線端末１０８の予備系の親ノードは無線端末１０６である。無線端末１０８の運用系の子ノードは無線端末１０９及び１１４であり、無線端末１０８の予備系の子ノードは無線端末１０４及び１１８である。無線端末１１８は、自己の運用系の親ノードである無線端末１１２の障害や無線端末１１２とのリンク障害時には、自己の予備系の親ノードである無線端末１０８に親ノードを直ちに切り替える。

同様に、無線端末１１９は、自己の運用系の親ノードである無線端末１１８の障害や無線端末１１８とのリンク障害時には、自己の予備系の親ノードである無線端末１１４に親ノードを直ちに切り替える。第１及び第２の実施形態であれば、無線端末１１４はエンドデバイスとしてスリープ制御を実行するものであるが、この第３の実施形態の場合、予備系の親ノードになっている無線端末１１４はスリープ制御を実行しないので、無線端末１１４への親ノードの切替えを迅速に行うことができる。

図１３の例において、スリープ制御を実行しないルータは、無線端末１０１、１０２、１０６、１０８、１１２、１１４及び１１８である。全ての無線端末が運用系の親ノードを介して通信を行っている状態では、無線端末１１４はルータとしての処理を行う必要がないが、無線端末１０９及び１１９の予備系の親ノードとして選択されているため、無線端末１１４はスリープ処理を行うことができない。

第３の実施形態も、第１及び第２の実施形態と同様な観点から、親ノード（運用系及び予備系の親ノード）を選択しており、ルータの数を抑え、無線ネットワークの消費電力を抑えることができる。

第１や第２の実施形態に比較するとルータの数は増加するものの、無線端末の故障やリンクの切断が発生しても、予備系の親ノードに直ちに切り替えることができ、無線ネットワークの機能をほとんど中断させることなく維持することができる。すなわち、通信遅延を引き起こすことを防止することができる。

（Ｄ）他の実施形態
上記第３の実施形態では、予備系の親ノードが１個の場合を示したが、順位付けされた２個以上あっても良い。このような場合、各無線端末は、最も順位が低い予備系の親ノードのコスト（予備系の中で最も大きなコスト）に、その親ノードとのリンクコストを加算して、自己に係るコストを計算する。

複数の親ノードを決定する場合において、周辺に存在する無線端末の数が不足し、指定された数の親ノードを選択できない場合には選択できるだけの親ノードを選択する。この場合には、足りない親ノードの数に応じて付加コストを加算し、自無線端末が親ノードとして選択され難いようにする。

上記第３の実施形態では、複数の親ノードが運用系と予備系の親ノードであったが、運用系、予備系に分かれておらず、子ノードがいずれを利用するかを、通信毎など、任意に定めるものであっても良い。

上記各実施形態では、全てのリンクのリンクコストを「１」にした場合を示したが、通信のし易さなどに応じて、リンクコストを設定するようにしても良い。例えば、各無線端末が同じ送信電力で送信する場合において、周辺無線端末毎に受信電界強度を捉え、予め設定されている基準受信電界強度との比率（例えば、小数第１位まで）をリンクコストとして用いるようにしても良い。また、受信電界強度が属する範囲毎にリンクコストを予め定めておき、検出した受信電界強度がどの範囲に属するかによってリンクコストを定めるようにしても良い。受信回路がＡＧＣ（自動利得制御）回路を内蔵している場合であれば、受信電界強度に代えて、ＡＧＣ制御信号を利用するようにしても良い。

上記各実施形態においては、受信側の無線端末がリンクコストを加算するものを示したが、送信側の無線端末が予めリンクコストを加算してから送信するようにしても良い。特許請求の範囲の表現は、この場合をも含むものとする。

上記各実施形態においては、親ノードの選択に、値が小さいほど選択の可能性が高いコストを利用するものを示したが、値が大きいほど選択の可能性が高い他のパラメータを利用するようにしても良い。特許請求の範囲では、コスト的な表現を用いているが、この変形例を含むものとする。

上記各実施形態においては、ＢＳノード以外の全ての無線端末が、自己が収容される親ノードを決定することを行うことにより、ツリー状ネットワークが構築される場合を示したが、専用的なネットワーク構築装置が、上記各実施形態の記載方法によってツリー状ネットワークが構築し、各無線端末に、その無線端末の親ノードや子ノードを伝えるようにしても良い。例えば、ＢＳノードにネットワーク構築装置を接続させておき、ネットワーク構築装置は、各無線端末からそれぞれ、その周辺無線端末の情報を収集し、自己に保持していたそれまでの無線ネットワークの構成と、収集した各無線端末の周辺無線端末の情報とから、上記各実施形態の方法によって無線ネットワークを新たに構築し直すようにしても良い。

１００〜１２５…無線端末、２０１…アンテナ、２０２…受信回路、２０３…送信回路、２０４…受信データ処理部、２０５…送信データ生成部、２０６…状態管理部、３０１…情報保持部、３０２…状態決定部、３０３…電源制御部、３０４…通知データ送信制御部。

Claims (9)

1. ツリー状無線ネットワークの構成要素となる無線端末であって、自無線端末を収容するルートノード側の無線端末を選択する無線端末において、
   ルートノードから送信元の無線端末までのパスコストに、当該パス上の他の無線端末が所定ルールに従って生成させた選択性加算値を加算して形成された、周辺の他の無線端末が送信した端末選択用値を受信する端末選択用値受信手段と、
   周辺の他の無線端末との間で、上記ツリー状無線ネットワークの局所部分の情報を授受し、自無線端末を含む上記ツリー状無線ネットワークの局所的構成の情報を保持する局所的構成情報保持手段と、
   上記局所的構成情報に基づき、上記端末選択用値受信手段が受信した端末選択用値に、送信元の無線端末及び自無線端末間のリンクコストと、周辺の無線端末の数が増加するほど小さくなる第１の選択性向上値を少なくとも加算して修正する端末選択用値修正手段と、
   周辺の全ての他の無線端末の中から、修正された端末選択用値が最も小さかった端末選択用値の送信元の他の無線端末を、自己を収容する無線端末として選択する収容先無線端末選択手段と、
   自己を収容する無線端末として選択された無線端末に係る修正された端末選択用値を、自無線端末の端末選択用値として送信する端末選択用値送信手段と
   を有することを特徴とする無線端末。
2. 上記端末選択用値修正手段は、自無線端末を収容先として選択している周辺に存在する無線端末の数が増加するほど小さくなる第２の選択性向上値を、上記第１の選択性向上値と共に、上記端末選択用値受信手段が受信した端末選択用値に加算して修正することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
3. 上記収容先無線端末選択手段は、収容先の無線端末として、修正された端末選択用値が小さい方の複数の無線端末を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線端末。
4. 上記端末選択用値送信手段は、自己を収容する無線端末として選択された複数の無線端末に係る修正された端末選択用値のうち、最も大きい修正された端末選択用値を自無線端末の端末選択用値として送信することを特徴とする請求項３に記載の無線端末。
5. 上記端末選択用値送信手段は、収容先となる無線端末を規定された数だけ選択できない場合に、選択された収容先となる端末の数と規定された数の差分に応じた修正値を、自無線端末の端末選択用値に加算して送信することを特徴とする請求項３又は４に記載の無線端末。
6. 自無線端末を接続先とする無線端末が周辺に存在しないことを条件に、スリープ制御する電力制御手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線端末。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の複数の無線端末から構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
8. ツリー状無線ネットワークの構成要素となる無線端末であって、自無線端末を収容するルートノード側の無線端末を選択する無線端末に搭載されるコンピュータを、
   ルートノードから送信元の無線端末までのパスコストに、当該パス上の他の無線端末が所定ルールに従って生成させた選択性加算値を加算して形成された、周辺の他の無線端末が送信した端末選択用値を受信する端末選択用値受信手段と、
   周辺の他の無線端末との間で、上記ツリー状無線ネットワークの局所部分の情報を授受し、自無線端末を含む上記ツリー状無線ネットワークの局所的構成の情報を保持する局所的構成情報保持手段と、
   上記局所的構成情報に基づき、上記端末選択用値受信手段が受信した端末選択用値に、送信元の無線端末及び自無線端末間のリンクコストと、周辺の無線端末の数が増加するほど小さくなる第１の選択性向上値を少なくとも加算して修正する端末選択用値修正手段と、
   周辺の全ての他の無線端末の中から、修正された端末選択用値が最も小さかった端末選択用値の送信元の他の無線端末を、自己を収容する無線端末として選択する収容先無線端末選択手段と、
   自己を収容する無線端末として選択された無線端末に係る修正された端末選択用値を、自無線端末の端末選択用値として送信する端末選択用値送信手段と
   して機能させることを特徴とする収容先端末決定プログラム。
9. 複数の無線端末のツリー状無線ネットワークにおける位置を決定し、無線ネットワークを構築させるネットワーク構成装置において、
   上記各無線端末から、周辺に存在する他の無線端末の情報を収集する収集手段と、
   直前に構築された無線ネットワークの構成を保持する保持手段と、
   上記収集手段が収集した情報と、上記保持手段が保持している情報とに基づいて、請求項１〜６のいずれかに記載の無線端末が実行していた収容先の無線端末を決定する処理と同じ処理を実行し、上記各無線端末を収容する収容先の無線端末を順次決定し、新たに無線ネットワークを構成させるネットワーク構成手段と
   を有することを特徴とするネットワーク構成装置。

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