JP6008730B2 - ゲートウェイ装置、通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチホップネットワークを形成するゲートウェイ装置に関し、特に、自動検針システムで利用されるマルチホップネットワークを形成している各ノードから検針データを収集するゲートウェイ装置に関する。

集約局であるゲートウェイ（ＧＷ）を中心としたマルチホップネットワークを利用した自動検針システムでは、複数存在するそれぞれのセンサノードが、計量値（電気やガス、水道等の使用量）を中継しながら集約局に送信する。なお、計量値を中継するノードには、センシング機能を有さないノードが含まれていてもよい。このようなシステムでは、複数存在しているセンサノードのうち、どのセンサノードから優先的に計量値を取得するか決まっていない。ネットワークの観点からするとマルチホップネットワークの根に近い（ＧＷに近い）上位ホップより優先して取得できることが良い。一方、自動検針システムでは、センサノードの優先度や機器情報により、一部のセンサノードから早いタイミングで優先して計量値を取得したい場合がある。しかしながら、ネットワークの構築と重要なセンサノード（優先的に計量値を取得したいセンサノード）の関係は必ずしも一致しない。

ここで、複数の機器のうち、優先度の高い機器からより早く情報を取得するための技術として、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された方式では、主局が、優先順位の高い従局を優先してポーリングする。

特開２０００−１３４０９号公報

自動検針システムなど、集約局が存在するマルチホップネットワークにおいては、集約局の近辺にトラヒックが集中するため、集約局と各ノードとの間でやり取りされるトラフィックの増加を抑えることが課題の一つとして挙げられる。しかしながら、上記特許文献１の技術を適用して特定のノードから優先的に計量値を取得する構成とした場合、要求するコマンドが必要なため、トラヒックが増加すると共に計量値を取得するまでの所要時間が長くなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トラフィックが増加するのを防止しつつ、特定のノードから優先的にデータを収集することが可能なゲートウェイ装置、通信システムおよび通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のノード装置とともにマルチホップネットワークを形成し、当該複数のノード装置から定期的にデータを収集してサーバ装置に中継するゲートウェイ装置であって、前記マルチホップネットワークに対してノード装置が新たに参入する場合に、新たに参入するノード装置である新規ノード装置に設定されている優先度またはこれに関する情報である機器情報を当該新規ノード装置から取得する機器情報取得手段と、前記機器情報に基づいて前記新規ノード装置の優先度を判別するとともに、前記新規ノード装置にデータを送信させる期間として、優先度が高ければ短い期間を優先度が低ければ長い期間を割り当てるデータ送信期間決定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、新たに参入するノードの優先度を判別し、優先度が高いノードの場合、送信を許可する期間として、他のノード（優先度が低いノード）よりも短い期間を割り当てるので、トラヒックが増加するのを抑えつつ高優先度のノードのデータを優先的に収集できる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、ノードの構成例を示す図である。 図３は、ＧＷの構成例を示す図である。 図４は、実施の形態１の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図５は、実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。 図６は、実施の形態２の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図７は、実施の形態３の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図８は、実施の形態４の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図９は、実施の形態５の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図１０は、実施の形態６の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図１１は、実施の形態７の動作手順の一例を示すシーケンス図である。 図１２は、実施の形態８の動作手順の一例を示すシーケンス図である。

以下に、本発明にかかるゲートウェイ装置、通信システムおよび通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の通信システムは、サーバ装置１、ゲートウェイ装置（ＧＷ）２および複数のノード装置３（ノード装置３₁〜３₁₀）を含み、ＧＷ２とノード装置３はマルチホップネットワークを形成している。なお、以下の説明においてはサーバ装置およびノード装置をそれぞれサーバおよびノードと記載する。

サーバ１は、マルチホップネットワークの経路や状態を管理するとともに、各ノード３から計量値を収集するサーバである。ＧＷ２はマルチホップネットワークの集約局であり、光回線や携帯電話回線などのＩＰ網を介してサーバ１と接続されている。ノード３は、電気等の使用量を計量するためのセンサを備える、または、計量機器に接続されており、センサによるセンシングで得られた計量値または接続されている計量機器から取得した計量値をＧＷ２経由でサーバ１へ送信する。なお、ＧＷ２とノード３およびノード３同士は無線伝送路を介して通信する。図１では、ＧＷ２およびノード３の接続関係を破線で示しており、ＧＷ２に対してはノード３₁、３₄および３₇が接続されている。ノード３₁にはノード３₂および３₃が接続されている。同様に、ノード３₄にはノード３₅および３₆が接続されており、ノード３₇にはノード３₈および３₉が接続されている。ノード３₅にはノード３₁₀が接続されている。

各ノード３（ノード３₁〜３₁₀）は、ＧＷ２と直接通信することができない場合、他のノード３をホップ（中継）してＧＷ２と通信する。例えば、ＧＷ２がノード３₁₀と通信する場合、ＧＷ２は、ノード３₄および３₅を経由してノード３₁₀と通信する。なお、本実施の形態ではＧＷ２が１台、ノードが１０台、新規ノードが１台の場合について説明するが、これは一例であり、それぞれ図１で示す台数に限定するものではない。ＧＷ２およびノード３₁〜３₁₀により形成されているマルチホップネットワークは、電気やガス、水道などの計量値をサーバ１に通知するために使用されるネットワークであり、各ノード３が計量値を通知する際にはノードの優先度に応じた通知タイミングで行うように構成されている。また、通知タイミングは必要に応じて変更できるように構成されている。なお、図１の例では、ノード３₅および３₈の優先度とその他のノードの優先度が異なっているものとする。

図２はノード３の構成例を示す図である。ノード３は、アンテナ３０、無線部３１、送受信ＩＦ（インタフェイス）部３２、計量部３３、経路管理部３４、機器情報管理部３５、時刻管理部３６および記憶部３７を備える。例えば無線部３１は無線ＩＣによって実現され、送受信ＩＦ部３２、計量部３３、経路管理部３４、機器情報管理部３５および時刻管理部３６はＣＰＵにより提供される一つの機能として実現される。記憶部３７は不揮発性のメモリによって実現される。

無線部３１は、アンテナ３０を使用して他のノード３またはＧＷ２と通信する。送受信ＩＦ部３２はＣＰＵと無線部３１のインタフェイスであり、無線部３１との間でデータの送受信を行う。計量部３３は、サーバ１が必要としているデータを得るための計量を行う。なお、計量部３３が計量を行うのではなく、外部の計量機器から計量結果（計量値）を取得するようにしてもよい。経路管理部３４は、ＧＷ２までの経路（マルチホップ通信経路）を構築・管理する。機器情報管理部３５は、計量値（センサ値）を送信する優先度や自身の機器情報（例えば、契約情報など）、その他の情報を管理する。時刻管理部３６は、計量値を送信するタイミングの決定などに必要な時刻を計時する。記憶部３７は、各種情報、例えば、計量値を送信する送信期間やこれに関連する情報などを記憶する。なお、送信期間はＧＷ２から指定される。送信期間は、計量値を送信する期間を導き出す際に必要な情報である。ノード３は、送信期間に基づいて求めた期間内のランダムなタイミングで計量値を送信する。

図３はＧＷ２の構成例を示す図である。ＧＷ２は、アンテナ１０、無線部１１、有線部１２、送受信ＩＦ部１３，１４、経路管理部１５、ノード管理部１６、優先度管理部１７、アプリ制御部１８、時刻管理部１９、記憶部２０およびクロック２１を備える。例えば無線部１１は無線ＩＣによって実現され、送受信ＩＦ部１３，１４、経路管理部１５、ノード管理部１６、優先度管理部１７、アプリ制御部１８および時刻管理部１９はＣＰＵにより提供される一つの機能としてそれぞれ実現される。記憶部２０は不揮発性のメモリによって実現される。

無線部１１は、アンテナ１０を使用してノード３と通信する。有線部１２は、有線伝送路を介して接続されたサーバ１と通信する。なお、ＧＷ２とサーバ１が無線伝送路を介して接続された構成としても構わない。送受信ＩＦ部１３はＣＰＵと無線部１１のインタフェイスであり、無線部１１との間でデータの送受信を行う。送受信ＩＦ部１４はＣＰＵと有線部１２のインタフェイスであり、有線部１２との間でデータの送受信を行う。経路管理部１５は、マルチホップネットワークを形成している各ノード３までの経路（マルチホップ通信経路）を管理・構築する。機器情報取得手段としてのノード管理部１６は、自身配下のノード３から機器情報を取得してこれを管理する。優先度管理部１７は、ノード３の機器情報に基づき、各ノード３が計量値を送信するタイミング（後述する送信期間、オフセットなど）を決定し、これを管理する。アプリ制御部１８は、自身配下のノード３の台数の変化・契約の変化などに応じて、各ノード３が計量値を送信するタイミング（後述する送信期間、オフセットなど）の調整などを行う。時刻管理部１９は、時刻を計時する。記憶部２０は、各種情報を記憶する。なお、優先度管理部１７およびアプリ制御部１８はデータ送信期間決定手段を構成する。

次に、本実施の形態にかかる通信システムの特徴的な動作、具体的には、ノード３が新たに設置されてからマルチホップネットワークに参加（登録）し、データ（計量値）の送信を開始するまでの動作について説明する。

図４は、実施の形態１の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図４では、ノード３₄、ノード３₅、ノード３₆およびノード３₁₀が順次マルチホップネットワークに参加する場合のシーケンスを示している。ここでは、ノード３₅が優先ノード（優先的にデータを送信する必要があるノード）、これ以外は通常ノード（優先的にデータを送信する必要のないノード）とする。また、各ノード３の設置位置およびＧＷ２の関係は図１に示したものとする。

図４に示した例では、まず、通常ノードであるノード３₄がＧＷ２との直接通信が可能な場所に設置される（ステップＳ１０１）。設置されたノード３₄は、ＧＷ２に対して登録を要求する（ステップＳ１０２）。このときノード３₄は、自身の機器情報として、ＧＷ２が自ノードの優先度を判別するための情報も一緒に送信する。例えば、優先度の情報そのもの、設置された需要家の契約内容の情報、などを機器情報として送信する。登録要求を受けたＧＷ２は、送信されてきた機器情報に基づいて、要求元ノードが優先ノードに該当するかどうかを判別する。優先度そのものが機器情報として送信されてきた場合、ＧＷ２は、優先度が高ければ優先ノードと判断する。優先度以外の情報が機器情報として送信されてきた場合、ＧＷ２は所定の方法で機器情報を評価し、優先ノードに該当するか否か判断する。そして、優先ノードに該当する場合、ＧＷ２は、非優先ノードである通常ノードよりも早いタイミングで計量値を送信するように、要求元ノードの送信期間を決定する。ここで、送信期間とは、要求元ノードに計量値を送信させる期間であり、要求元ノードは、送信期間内の所定のタイミングで計量値を送信する。

ＧＷ２は、ここでは、要求元ノードであるノード３₄を通常ノードと判断し、通常ノード用の送信期間（送信期間＃１とする）をノード３₄に割り当てる。そして、ノード３₄の登録が完了したことを示す登録通知をサーバ１へ送信する（ステップＳ１０３）。さらに、ノード３₄に対して登録応答を送信する（ステップＳ１０４）。登録応答では、ノード３₄を通常ノードとして登録したこと、および上記決定した送信期間＃１を通知し、サーバ１は通知された内容を記憶する。ノード３₄は、通知された送信期間＃１を記憶し、自動検針の開始タイミングとなった場合には、送信期間＃１内で計量値をサーバ１へ送信する。

ノード３₄の設置および登録が完了後、優先ノードであるノード３₅が、ＧＷ２との直接通信が不可能かつノード３₄との直接通信が可能な場所に設置される（ステップＳ１１１）。この場合、設置されたノード３₅は、直接通信が可能なノード３₄を介してＧＷ２に対して登録を要求する（ステップＳ１１２）。なお、上記のノード３₄と同様に、ノード３₅は、自身の機器情報とともに登録要求を送信する。登録要求を受けたＧＷ２は、送信されてきた機器情報に基づいて、要求元のノード３₅が優先ノードに該当するかどうか判別する。

ＧＷ２は、要求元ノードであるノード３₅を優先ノードと判断し、優先ノード用の送信期間（送信期間＃２とする）をノード３₅に割り当てる。そして、ノード３₅の登録が完了したことを示す登録通知（ノード３₅を登録したこと、および送信期間＃２を割り当てたことを示す通知）をサーバ１へ送信し（ステップＳ１１３）、さらに、ノード３₅に対して登録応答を送信する（ステップＳ１１４）。ノード３₄への登録応答送信時と同様に、決定した送信期間（ここでは送信期間＃２となる）をノード３₅へ通知する。ノード３₅は、通知された送信期間＃２を記憶し、自動検針の開始タイミングとなった場合には、送信期間＃２内で計量値をサーバ１へ送信する。

以下同様に、ノード３₆およびノード３₁₀を対象として、設置および登録を行う（ステップＳ１２１〜Ｓ１２４、ステップＳ１３１〜Ｓ１３４）。

設置された各ノード３（ノード３₄〜３₆，３₁₀）は、自動検針の開始タイミングになると、登録動作時に通知された送信期間内において計量値をサーバ１宛に送信する。図４の例では優先ノードであるノード３₅が送信期間＃２において計量値を送信し（ステップＳ１１５）、通常ノードであるノード３₄、３₆および３₁₀は送信期間＃１において計量値を送信する（ステップＳ１０５，Ｓ１２５，Ｓ１３５）。

優先ノードに割り当てた送信期間＃２は通常ノードに割り当てた送信期間＃１よりも期間長が短いため、サーバ１は、自動的に検針を行う時刻（自動検針の開始タイミング、図４の例では毎時０分０秒）となってから短時間の間に優先ノードからの計量値を収集できる。すなわち、通常ノードよりも優先させて、優先ノードの計量値を収集できる。なお、図４では、送信期間＃２が＃１と重複しているため、通常ノードの計量値が優先ノードの計量値よりも先に送信される可能性もある。しかし、自動検針の開始タイミングとなってから短時間の間に、サーバ１は優先ノードの計量値を確実に収集できる。

各ノード３は、自動検針の開始タイミングを予め認識しているものとする。この自動検針開始タイミングは、優先ノードか否かによらず各ノード３で共通とし、例えば、ネットワークへの登録動作時にサーバ１からノード３へ通知するようにしてもよいし、設置時に外部から設定してもよい。自動検針開始タイミングは、例えば、１時間ごと（毎時０分０秒）とする。

このように、本実施の形態の通信システムでは、ノード３がマルチホップネットワークに参加するための登録動作において、登録要求元のノード３が優先ノードに該当するか否かをＧＷ２が判別し、優先ノードに該当する場合、計量値の送信を許可する期間を示す送信期間として、他のノード（非優先ノードである通常ノード）よりも短い期間を指定し、各ノード３は、指定された送信期間において計量値をサーバ１へ送信することとした。これにより、トラヒックが増加するのを抑えつつ優先ノードの計量値を優先的に（早いタイミングで）サーバ１が確実に取得できる。

なお、本実施の形態では、優先度が２種類（優先ノードと通常ノード）の場合の例について説明したが、２種類以上としてもよい。例えば３種類の場合、送信期間の長さも３種類となる。

実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１で説明した通信システムのマルチホップネットワークに優先ノードを追加登録する場合の動作を説明する。なお、本実施の形態、および後述する各実施の形態においては、それまでに説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

図５は、実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。図５は、実施の形態１の通信システム（図１）に対して優先ノードであるノード３₁₁を追加した場合の構成を示している。ノード３₁₁はノード３₆と通信が可能な場所に設置されている。

図６は、実施の形態２の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図６では、ノード３₄、ノード３₅、ノード３₆およびノード３₁₀がマルチホップネットワークに参入済みで自動的に計量値をサーバ１へ送信する動作を行っている（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）。なお、ノード３₅が優先ノード、その他は通常ノードである。優先ノードは送信期間＃２内で計量値を送信し、通常ノードは送信期間＃１内で計量値を送信している。この状態において、ノード３₁₁（優先ノード）が新たに設置されると（ステップＳ２１１）、ノード３₁₁は、ＧＷ２に対して登録を要求する（ステップＳ２１２）。このとき自身の機器情報も一緒に送信する。

ノード３₁₁から登録要求を受信したＧＷ２は、機器情報に基づいて、ノード３₁₁が優先ノードに該当するか否か判断する。ノード３₁₁は優先ノードであるため、ＧＷ２は、ノード３₁₁に対して優先ノード用の送信期間（送信期間＃２Ｂとする）を割り当てる。ここで、本実施の形態のＧＷ２は、マルチホップネットワークに参加しているノードの台数を考慮し、台数が多いほど送信期間が長くなるように、期間長を決定する。すなわち、送信期間＃２Ｂは送信期間＃２よりも長い値に決定する。そして、ＧＷ２は、ノード３₁₁の登録が完了したことを示す登録通知をサーバ１へ送信し（ステップＳ２１３）、さらに、ノード３₁₁に対して登録応答を送信する（ステップＳ２１４）。登録応答では、上記決定した送信期間＃２Ｂを通知する。ノード３₁₁は、通知された送信期間＃２Ｂを記憶し、自動検針の開始タイミングとなった場合には、送信期間＃２Ｂ内で計量値をサーバ１へ送信する。

ＧＷ２は、また、上記の登録動作において優先ノード用の送信期間＃２Ｂを決定する際、通常ノード用の新しい送信期間＃１Ｂを決定する（通常ノード用の送信期間を更新する）。送信期間＃１Ｂは、送信期間＃１よりも長い値とする。そして、上記のステップＳ２１４に続いて、マルチホップネットワーク内の各ノードへ更新後の各送信期間（優先ノード用の送信期間＃２Ｂ，通常ノード用の送信期間＃１Ｂ）を広告メッセージとして送信する（ステップＳ２１５）。このステップＳ２１５では、各送信期間をブロードキャストで通知する。これを受信した各ノード３もブロードキャストで通知（フラッティング）を行う。通常ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃１Ｂを記憶し、優先ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃２Ｂを記憶する。なお、＃１Ｂおよび＃２Ｂを決定した結果、送信期間の更新が不要な場合には、ステップＳ２１５を省略できる。すなわち、送信期間＃１Ｂ＝送信期間＃１かつ送信期間＃２Ｂ＝送信期間＃２の場合には、ステップＳ２１５を省略してもよい。

以上の手順により送信期間の通知を受けた各ノード３（新たに参入したノード３₁₁を含む）は、自動検針の開始タイミング（図６の例では毎時０分０秒）になった後、記憶している送信期間内で計量値をサーバ１へ送信する。本実施の形態では、ノード３₅および３₁₁が優先ノードであるため、これらのノードは送信期間＃２Ｂで計量値を送信する（ステップＳ２２１，Ｓ２２２）。ノード３₄、３₆および３₁₀は通常ノードであるため、これらのノードは送信期間＃１Ｂで計量値を送信する（ステップＳ２２３，Ｓ２２４，Ｓ２２５）。

優先ノードが計量値を送信する期間の長さは通常ノードが計量値を送信する期間よりも短くなるように設定しているが、優先ノードの数が増加すると、優先ノードの送信が短期間に集中し、衝突が発生する確率が高くなる。そこで、本実施の形態では、上述したように、マルチホップネットワークへ参入しているノードの数が増加すると、送信期間の長さを参入済ノードの数に応じた値に更新する。

なお、優先ノードが増加した場合の動作について説明したが、通常ノードが増加した場合、ＧＷ２は通常ノード用の送信期間を更新し、更新後の送信期間を各ノードへ通知する。通常ノードが増加した場合、優先ノード用の送信期間は更新しなくてもよい。

マルチホップネットワークに参入しているノードの数が増加した場合の動作例を説明したが、参入しているノードの数が減少した場合にも送信期間を更新するようにしてもよい。減少した場合には、増加した場合とは逆に、送信期間を短くする。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３の参入数が変動した場合、変動後の優先ノードの数および通常ノードの数に基づいて、優先ノードが計量値を送信する送信期間および通常ノードが計量値を送信する送信期間を更新し、更新後の送信期間をマルチホップネットワーク内の各ノード３に通知することとした。また、通知を受けた各ノードは、更新後の送信期間に従って計量値を送信することとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、優先ノードの台数および通常ノードの台数に応じた最適な送信期間を設定できる。例えば、ノードが増加した場合に各ノードが送信する信号同士が衝突する確率が増加するのを防止できる。

実施の形態３．
本実施の形態では、マルチホップネットワークに参入済みのノードの優先度が変更された場合の動作について説明する。通信システムの構成は実施の形態２と同様とする。ノードの優先度は、例えば、契約内容（設置されている需要家の契約内容）が変更されることに伴って変化する。

図７は、実施の形態３の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図７では、ノード３₁₀の契約内容が変更されたことにより通常ノードから優先ノードに変化する場合の動作例を示している。

ノード３₄、ノード３₅、ノード３₆、ノード３₁₀およびノード３_1１はマルチホップネットワークに参入済みであり、参入時に通知された送信期間に従って計量値をサーバ１へ自動的に送信している（ステップＳ３０１〜Ｓ３０５）。なお、ノード３₅および３_1１が優先ノード、その他は通常ノードである。優先ノードは送信期間＃２内で計量値を送信し、通常ノードは送信期間＃１内で計量値を送信している。この状態において、ノード３₁₀（通常ノード）の契約内容が変更され優先ノードに変化すると、サーバ１で管理している情報が更新される（ステップＳ３１１）。これに伴い、サーバ１は、ノード３₁₀の契約変更内容を示す契約変更通知をＧＷ２経由でノード３₁₀へ通知する（ステップＳ３１２）。ＧＷ２は、ノード３₁₀の契約内容が変更され、通常ノードから優先ノードに変更となったことを検出すると、通常ノード用の送信期間および優先ノード用の送信期間を更新し、更新後の各送信期間（優先ノード用の送信期間＃２Ｂ，通常ノード用の送信期間＃１Ｂ）を広告メッセージとして各ノード３へ送信する（ステップＳ３１３）。このステップＳ３１３では、各送信期間をブロードキャストで通知する。これを受信した各ノード３もブロードキャストで通知（フラッティング）を行う。通常ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃１Ｂを記憶し、優先ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃２Ｂを記憶する。なお、＃１Ｂおよび＃２Ｂを決定した結果、送信期間の更新が不要な場合には、ステップＳ３１３を省略できる。すなわち、送信期間＃１Ｂ＝送信期間＃１かつ送信期間＃２Ｂ＝送信期間＃２の場合には、ステップＳ３１３を省略してもよい。

以上の手順により送信期間の通知を受けた各ノード３（通常ノードから優先ノードに変更となったノード３₁₀を含む）は、自動検針の開始タイミング（図７の例では毎時０分０秒）になった後、記憶している送信期間内で計量値をサーバ１へ送信する。本実施の形態では、ノード３₅、３₁₀および３₁₁が優先ノードであるため、これらのノードは送信期間＃２Ｂで計量値を送信する（ステップＳ３２１〜Ｓ３２３）。ノード３₄および３₆は通常ノードであるため、これらのノードは送信期間＃１Ｂで計量値を送信する（ステップＳ３２４およびＳ３２５）。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３の種別（優先ノード、通常ノード）が変更となった場合、変更後の優先ノードの台数および通常ノードの台数に基づいて、計量値の送信期間を更新し、更新後の送信期間をマルチホップネットワーク内の各ノード３に通知することとした。通知を受けた各ノードは、更新後の送信期間に従って計量値を送信することとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、優先ノードの台数および通常ノードの台数に応じた最適な送信期間を設定できる。

契約変更時にはサーバから設定するだけで、現地作業を必要とせず、このように送信期間を設定するだけで優先度の高いノードの計量値をマルチホップネットワークの中で契約変更時に送信期間を調整し、優先するノードが少ない時には短い送信期間、多い時には長い送信期間と調整ができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３の通信システムでは、優先ノード用の送信期間と通常ノード用の送信期間が重複していたが、本実施の形態では、優先ノード用の送信期間と通常ノード用の送信期間が重複しないように設定することが可能な通信システムについて説明する。通信システムの構成は実施の形態１と同様とする（図１参照）。

図８は、実施の形態４の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図８に示したシーケンスは、実施の形態１で説明したシーケンス（図４）のうち、ステップＳ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１１４、Ｓ１１５、Ｓ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１３４およびＳ１３５を、それぞれステップＳ１０４ａ、Ｓ１０５ａ、Ｓ１１４ａ、Ｓ１１５ａ、Ｓ１２４ａ、Ｓ１２５ａ、Ｓ１３４ａおよびＳ１３５ａに置き換えたものである。

本実施の形態のＧＷ２は、ノード３から登録要求を受けると、要求元のノード３の優先度（優先ノードと通常ノードのどちらに該当するか）を判断し、判断結果に応じた送信期間およびオフセットを決定する（割り当てる）。具体的には、通常ノードと判断した場合には送信期間＃１およびオフセット＃１を割り当て、優先ノードと判断した場合には送信期間＃２およびオフセット＃２を割り当てる。ここで、オフセットとは、自動検針の開始タイミングとなってから送信期間の開始点までの時間間隔を示す。よって、自動検針の開始タイミング（例えば毎時０分０秒）にオフセットを加算した時点が送信期間の開始点となる。

図８に示したシーケンスのステップＳ１０４ａ、Ｓ１１４ａ、Ｓ１２４ａおよびＳ１３４ａでＧＷ２が送信する登録応答では、送信期間およびオフセットを通知する。マルチホップネットワークの各ノード３は、登録応答で通知された送信期間およびオフセットに基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ１０５ａ、Ｓ１１５ａ、Ｓ１２５ａおよびＳ１３５ａ）。図８の例では、ＧＷ２は、通常ノード用の送信期間＃１と優先ノード用の送信期間＃２が重複しないように、オフセット＃１および＃２を決定している。すなわち、オフセット＃２＋送信期間＃２≦オフセット＃１となるように、オフセット＃１および＃２ならびに送信期間＃１および＃２を決定している。ただし、通常ノード用の送信期間＃１と優先ノード用の送信期間＃２が重複しないように各オフセットを決定することは必須ではない。送信期間同士が一部重複するように設定してもよい。なお、各オフセットを０に設定した場合、各ノード３が計量値を送信するタイミングは実施の形態１と同様となる。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３から登録の要求を受けた場合、要求元のノード３の種別（優先ノード、通常ノード）に応じた送信期間に加えて、オフセットを割り当てることとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、優先ノードの送信期間と通常ノードの送信期間は重複しないように設定するなど、より柔軟に送信期間を設定することができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、ＧＷ２が送信期間およびオフセットを割り当てる場合の動作について説明したが、この場合にも、実施の形態２と同様に、ノード３の参入数の変化に応じて各送信期間および各オフセットを変更できる。本実施の形態では、ノード３の参入数が変化した場合の送信期間およびオフセットの更新動作について説明する。

図９は、実施の形態５の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図９に示したシーケンスは、実施の形態２で説明したシーケンス（図６）のうち、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２１４、Ｓ２１５およびＳ２２１〜Ｓ２２５を、それぞれステップＳ２０１ａ〜Ｓ２０４ａ、Ｓ２１４ａ、Ｓ２１５ａおよびＳ２２１ａ〜Ｓ２２５ａに置き換えたものである。

ノード３₄、ノード３₅、ノード３₆およびノード３₁₀はマルチホップネットワークに参入済みであり、参入処理時に割り当てられた送信期間およびオフセットに基づくタイミングで自動的に計量値をサーバ１へ送信する動作を行っている（ステップＳ２０１ａ〜Ｓ２０４ａ）。この状態でノード３₁₁が新たに設置されるとＧＷ２に対して登録要求が行われ（Ｓ２１１，Ｓ２１２）、ＧＷ２は、ノード３₁₁に対して優先ノード用の送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａを割り当てる。ＧＷ２は、また、参入済みの各ノードの新たな送信期間およびオフセットを決定する。通常ノード用の新たな送信期間およびオフセットを送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ａとし、参入済みの優先ノード用の新たな送信期間およびオフセットは送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａとする。すなわち、ＧＷ２は、ノード３₁₁が参入した後の優先ノードおよび通常ノードのそれぞれの数に基づいて、優先ノードおよび通常ノードのそれぞれの送信期間およびオフセットを更新する。その後、ＧＷ２は、登録応答をノード３₁₁へ送信して送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａを通知する（ステップＳ２１４ａ）。さらに、マルチホップネットワーク内の各ノードへ更新後の送信期間およびオフセット（優先ノード用の送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａ，通常ノード用の送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ａ）を広告メッセージとして送信する（ステップＳ２１５ａ）。なお、＃１Ａ、＃２Ａ、＃１Ｂおよび＃２Ｂを決定した結果、送信期間およびオフセットの更新が不要な場合には、ステップＳ２１５ａを省略できる。すなわち、オフセット＃１Ａ＝オフセット＃１かつオフセット＃２Ａ＝オフセット＃２かつ送信期間＃１Ｂ＝送信期間＃１かつ送信期間＃２Ｂ＝送信期間＃２の場合には、ステップＳ２１５ａを省略してもよい。

なお、ＧＷ２は、ノードの数が増加した場合は、それまでの送信期間（旧送信期間）よりも長くなるように更新後の送信期間（新送信期間）を決定し、これに合わせてオフセットを適宜調整する（オフセットを更新する）。

以上の手順により送信期間およびオフセットの通知を受けた各ノード３（新たに参入したノード３₁₁を含む）は、自動検針の開始タイミングになった後、記憶している送信期間およびオフセットに基づくタイミングで計量値をサーバ１へ送信する。本実施の形態では、ノード３₅および３₁₁が優先ノードであるため、これらのノードは送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ｂに基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ２２１ａ、Ｓ２２２ａ）。ノード３₄、３₆および３₁₀は通常ノードであるため、これらのノードは送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ｂに基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ２２３ａ，Ｓ２２４ａ，Ｓ２２５ａ）。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３の参入数が変動した場合（例えば新たにノード３が参入した場合）、計量値の送信期間およびオフセットを更新し、更新後の送信期間およびオフセットをマルチホップネットワーク内の各ノード３に通知することとした。また、通知を受けた各ノードは、更新後の送信期間およびオフセットに基づくタイミングで計量値を送信することとした。これにより、実施の形態２と同様の効果が得られる。また、優先ノードの送信期間と通常ノードの送信期間が重複しないように設定するなど、より柔軟に送信期間を設定することができる。

実施の形態６．
実施の形態５では、ノード３の参入数の変動に応じて送信期間およびオフセットを更新する場合の動作について説明したが、本実施の形態では、参入済みのノード３の優先度が変更された場合の動作について説明する。

図１０は、実施の形態６の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図１０に示したシーケンスは、実施の形態３で説明したシーケンス（図７）のうち、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５、Ｓ３１２、Ｓ３１３およびＳ３２１〜Ｓ３２５を、それぞれステップＳ３０１ａ〜Ｓ３０５ａ、Ｓ３１２ａ、Ｓ３１３ａおよびＳ３２１ａ〜Ｓ３２５ａに置き換えたものである。

ノード３₄、ノード３₅、ノード３₆、ノード３₁₀およびノード３_1１はマルチホップネットワークに参入済みであり、参入時に通知された送信期間およびオフセットに基づくタイミングで計量値をサーバ１へ自動的に送信している（ステップＳ３０１ａ〜Ｓ３０５ａ）。なお、ノード３₅および３_1１が優先ノード、その他は通常ノードである。優先ノードは送信期間＃２およびオフセット＃２に基づいて導き出される期間内で計量値を送信し、通常ノードは送信期間＃１およびオフセット＃１に基づいて導き出される期間内で計量値を送信している。この状態において、ノード３₁₀（通常ノード）の契約内容が変更され優先ノードに変化すると、サーバ１で管理している情報が更新される（ステップＳ３１１）。これに伴い、サーバ１は、ノード３₁₀の契約変更内容を示す契約変更通知をＧＷ２経由でノード３₁₀へ通知する（ステップＳ３１２ａ）。ＧＷ２は、ノード３₁₀の契約内容が変更され、通常ノードから優先ノードに変更となったことを検出すると、通常ノード用の送信期間およびオフセットと、優先ノード用の送信期間およびオフセットとを更新し、更新後の各送信期間およびオフセット（優先ノード用の送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａ，通常ノード用の送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ａ）を広告メッセージとして各ノード３へ送信する（ステップＳ３１３ａ）。このステップＳ３１３ａでは、各送信期間をブロードキャストで通知する。これを受信した各ノード３もブロードキャストで通知（フラッティング）を行う。通常ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ａを記憶し、優先ノードは通知されてきた送信期間のうち、送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａを記憶する。なお、＃１Ａ、＃２Ａ、＃１Ｂおよび＃２Ｂを決定した結果、送信期間およびオフセットの更新が不要な場合には、ステップＳ３１３ａを省略できる。すなわち、オフセット＃１Ａ＝オフセット＃１かつオフセット＃２Ａ＝オフセット＃２かつ送信期間＃１Ｂ＝送信期間＃１かつ送信期間＃２Ｂ＝送信期間＃２の場合には、ステップＳ３１３ａを省略してもよい。

以上の手順により送信期間の通知を受けた各ノード３（通常ノードから優先ノードに変更となったノード３₁₀を含む）は、自動検針の開始タイミング（図１０の例では毎時０分０秒）になった後、記憶している送信期間およびオフセットに基づくタイミングで計量値をサーバ１へ送信する。本実施の形態では、ノード３₅、３₁₀および３₁₁が優先ノードであるため、これらのノードは送信期間＃２Ｂおよびオフセット＃２Ａに基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ３２１ａ〜Ｓ３２３ａ）。ノード３₄および３₆は通常ノードであるため、これらのノードは送信期間＃１Ｂおよびオフセット＃１Ａに基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ３２４およびＳ３２５）。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３の種別（優先ノード、通常ノード）が変更となった場合、変更後の優先ノードの台数および通常ノードの台数に基づいて、計量値の送信期間およびオフセットを更新し、更新後の送信期間およびオフセットをマルチホップネットワーク内の各ノード３に通知することとした。通知を受けた各ノードは、更新後の送信期間およびオフセットに基づいて導き出された期間内に計量値を送信することとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、優先ノードの台数および通常ノードの台数に応じた最適な送信期間を設定できる。

実施の形態７．
実施の形態１〜６の通信システムでは、マルチホップネットワークに参入しているノードの種別に応じて異なる送信期間を設定したが、本実施の形態では、送信期間に加え、自動検針の開始タイミングもノードの種別に応じて異なる値に設定する。通信システムの構成は実施の形態１と同様とする（図１参照）。

図１１は、実施の形態７の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図１１に示したシーケンスは、実施の形態１で説明したシーケンス（図４）のうち、ステップＳ１０４、Ｓ１１４、Ｓ１２４およびＳ１３４を、それぞれステップＳ１０４ｂ、Ｓ１１４ｂ、Ｓ１２４ｂおよびＳ１３４ｂに置き換え、さらに、ステップＳ１０５、Ｓ１１５、Ｓ１２５およびＳ１３５を、それぞれステップＳ１０６、Ｓ１１６〜Ｓ１１９、Ｓ１２６およびＳ１３６に置き換えたものである。

本実施の形態のＧＷ２は、ノード３から登録要求を受けると、要求元のノード３の優先度（優先ノードと通常ノードのどちらに該当するか）を判断し、判断結果に応じた送信期間および送信間隔を決定する（割り当てる）。具体的には、通常ノードと判断した場合には送信期間＃１および送信間隔＃１を割り当て、優先ノードと判断した場合には送信期間＃２および送信間隔＃２を割り当てる。ここで、送信間隔とは、自動検針の開始タイミングの間隔を示し、例えば、送信間隔＃１＝１時間、送信間隔＃２＝１５分などとする。優先ノードの送信間隔＃２は通常ノードの送信間隔＃１よりも短くなるように設定する。送信期間および送信間隔は、上述した実施の形態と同様に、マルチホップネットワークに参入済みのノードの数、優先ノードの数、通常ノードの数などに応じて適宜調整するようにしてもよい。

図１１に示したシーケンスのステップＳ１０４ｂ、Ｓ１１４ｂ、Ｓ１２４ｂおよびＳ１３４ｂでＧＷ２が送信する登録応答では、送信期間および送信間隔を通知する。マルチホップネットワークの各ノード３は、登録応答で通知された送信期間および送信間隔に基づくタイミングで計量値を送信する（ステップＳ１０６、Ｓ１１６〜Ｓ１１９、Ｓ１２６およびＳ１３６）。図１１の例では、優先ノードであるノード３₅が計量値を送信する頻度が通常ノード（ノード３₄、３₆および３₁₀）の４倍となっている（送信間隔＃２は送信間隔＃１の１／４に設定されている）。

このように、本実施の形態の通信システムにおいて、ＧＷ２は、ノード３から登録の要求を受けた場合、要求元のノード３の種別（優先ノード、通常ノード）に応じた送信期間に加えて、送信間隔を割り当てることとした。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、優先ノードが計量値を送信する間隔を狭めて送信頻度を高めることができる。

なお、上記の送信間隔の情報についても実施の形態２などと同じように、ＧＷ２が送信期間および送信間隔情報をブロードキャストで通知し、受信したノード３もブロードキャストで通知（フラッティング）することにより各ノード３に通知するようにしてもよい。このような動作を行うことで、参入済みのノード３の送信間隔の調整を行うことができる。送信期間と送信間隔に加え、送信期間のオフセットも設定・調整するようにしても構わない。

実施の形態８．
本実施の形態では、計量値の収集に失敗した場合の動作について説明する。なお、通信システムの構成は実施の形態２と同様とする（図５参照）。

図１２は、実施の形態８の動作手順の一例を示すシーケンス図である。図１２の例では、ノード３₄、３₅、３₆、３₁₀および３₁₁が、ネットワークへの参入時などにＧＷ２から通知された送信期間、オフセット、送信間隔などに基づいて導き出される期間において計量値を送信する（ステップＳ４０１〜Ｓ４０５）。ここで、何らかの理由により、ノード３₅が送信した計量値がＧＷ２に到達しないこととする。ＧＷ２は、自身の配下のノード３を管理しており、送信期間などに基づいて導き出される期間（各ノード３が計量値を送信する期間）が経過しても計量値を受信していない場合、当該ノード（図１２の例ではノード３₅）に対して計量値の送信を要求する（ステップＳ４０６）。この要求を受けたノード３₅は、計量値を再送する（ステップＳ４０７）。ＧＷ２は、再送された計量値をサーバ１へ中継する。

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態１〜７のいずれの構成に対しても適用可能である。

このように、本実施の形態のＧＷ２は計量値を送信してこないノード（計量値を受信できないノード）が存在する場合、計量値の再送を指示することとした。これにより、サーバ１は、各ノードの計量値を確実に収集できる。

なお、トラヒックが必要以上に増加するのを回避するために、優先ノードのみを対象として再送指示を行うようにしてもよい。また、一定期間にわたって計量値の受信ができない場合（例えば、送信間隔×Ｎの期間にわたって計量値を受信できなかった場合）に再送指示を行うようにしてもよい。

上述した実施の形態のうち、実施の形態１〜３、７および８については、一部の実施の形態または全てを組み合わせることが可能である。同様に、実施の形態４〜６、７および８については、一部の実施の形態または全てを組み合わせることが可能である。

以上のように、本発明にかかる通信システムは、マルチホップネットワークを含み、マルチホップネットワークを形成している代表ノード（例えば集約局としてのゲートウェイ）が他のノードからデータを収集する構成の通信システムとして有用であり、例えば、自動検針システムに適している。

１ サーバ、２ ゲートウェイ（ＧＷ）、３₁〜３₁₁ ノード、１０，３０ アンテナ、１１，３１ 無線部、１２ 有線部、１３，１４，３２ 送受信インタフェイス（ＩＦ）部、１５，３４ 経路管理部、１６ ノード管理部、１７ 優先度管理部、１８ アプリ制御部、１９，３６ 時刻管理部、２０，３７ 記憶部、２１ クロック、３３ 計量部、３５ 機器情報管理部。

Claims (11)

1. 複数のノード装置とともにマルチホップネットワークを形成し、当該複数のノード装置から定期的にデータを収集してサーバ装置に中継するゲートウェイ装置であって、
   前記マルチホップネットワークに対してノード装置が新たに参入する場合に、新たに参入するノード装置である新規ノード装置に設定されている優先度またはこれに関する情報である機器情報を当該新規ノード装置から取得する機器情報取得手段と、
   前記機器情報に基づいて前記新規ノード装置の優先度を判別するとともに、前記新規ノード装置にデータを送信させる期間として、優先度が高ければ短い期間を優先度が低ければ長い期間を割り当てるデータ送信期間決定手段と、
   を備えることを特徴とするゲートウェイ装置。
2. 前記データ送信期間決定手段は、マルチホップネットワークに参入済みのノード装置の数、参入済の各ノード装置の優先度、および前記機器情報に基づいて、前記新規ノード装置にデータを送信させる期間の長さを決定することを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ装置。
3. 前記データ送信期間決定手段は、マルチホップネットワークに参入済みのノード装置の数が変動した場合、変動後のマルチホップネットワークに参入済みのノード装置の数および参入済の各ノード装置の優先度に基づいて、各ノード装置にデータを送信させる期間を更新し、更新後の期間を各ノード装置に通知することを特徴とする請求項１または２に記載のゲートウェイ装置。
4. 前記データ送信期間決定手段は、マルチホップネットワークに新たなノード装置が参入した場合に前記期間を更新することを特徴とする請求項３に記載のゲートウェイ装置。
5. 前記データ送信期間決定手段は、マルチホップネットワークに参入済みのノード装置の優先度が変化した場合に前記期間を更新することを特徴とする請求項３に記載のゲートウェイ装置。
6. 前記期間は、所定の基準タイミングからの経過時間を示すオフセットおよびノード装置に対してデータ送信を許可する区間を示す送信期間により構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のゲートウェイ装置。
7. 前記データ送信期間決定手段は、優先度の高いノード装置ほど前記基準タイミングに近いタイミングでデータを送信するように、各ノード装置の前記オフセットおよび前記送信期間を割り当てることを特徴とする請求項６に記載のゲートウェイ装置。
8. 前記データ送信期間決定手段は、優先度の高いノード装置ほど高頻度でデータを送信するように、各ノード装置がデータを送信する間隔を割り当てることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のゲートウェイ装置。
9. 前記データ送信期間決定手段は、データを送信してこないノード装置を検出した場合、当該ノード装置に対して再送を要求することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のゲートウェイ装置。
10. 複数のノード装置と、
    前記複数のノード装置とともにマルチホップネットワークを形成し、前記複数のノード装置から定期的にデータを収集してサーバ装置に中継するゲートウェイ装置と、
    を備え、
    前記マルチホップネットワークに対してノード装置が新たに参入する場合、
    新たに参入するノード装置である新規ノード装置は、自身の優先度またはこれに関する情報である機器情報を前記ゲートウェイ装置へ送信し、
    前記ゲートウェイ装置は、前記機器情報に基づいて前記新規ノード装置の優先度を判別するとともに、前記新規ノード装置にデータを送信させる期間として、優先度が高ければ短い期間を優先度が低ければ長い期間を割り当てることを特徴とする通信システム。
11. 複数のノード装置と、前記複数のノード装置とともにマルチホップネットワークを形成し、前記複数のノード装置から定期的にデータを収集してサーバ装置に中継するゲートウェイ装置と、を備えた通信システムにおける通信方法であって、
    前記マルチホップネットワークに対してノード装置が新たに参入する場合、
    新たに参入するノード装置である新規ノード装置が自身の優先度またはこれに関する情報である機器情報を前記ゲートウェイ装置へ送信する機器情報送信ステップと、
    前記ゲートウェイ装置が、前記機器情報に基づいて前記新規ノード装置の優先度を判別するとともに、前記新規ノード装置にデータを送信させる期間として、優先度が高ければ短い期間を優先度が低ければ長い期間を割り当てる送信期間割り当てステップと、
    前記新規ノード装置が、前記送信期間割り当てステップで割り当てられた期間内においてデータを送信するデータ送信ステップと、
    を備えることを特徴とする通信方法。

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