JP6643772B2 - Wireless network construction method and wireless network - Google Patents
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Description
本発明は、端末間通信を実現する無線ネットワーク構築方法および無線ネットワークの構成に関する。 The present invention relates to a wireless network construction method for realizing communication between terminals and a configuration of a wireless network.
従来、「無線アドホックネットワーク」と呼ばれる技術が知られている。アドホックネットワークとは、無線ＬＡＮのようなアクセスポイントを必要としない、無線で接続できる端末（パソコン、携帯電話、スマートフォンなど）のみで構成されたネットワークである。 Conventionally, a technique called “wireless ad hoc network” is known. The ad hoc network is a network that does not require an access point such as a wireless LAN and is configured only with terminals (such as a personal computer, a mobile phone, and a smartphone) that can be wirelessly connected.
アドホックネットワークでは、広くコンピュータ等の無線接続に用いられているIEEE 802.11x、Bluetooth（登録商標）などの技術を用いながら多数の端末をアクセスポイントの介在なしに相互に接続する形態（マルチホップ通信）が可能である。このため、アドホックネットワークでは基地局やアクセスポイントが不要となり、このようなインフラを持たない場所で安価にネットワークを構築することができ、ある限られた域内での簡易なネットワークの構築の手段として有効である。 In an ad hoc network, a form in which a large number of terminals are connected to each other without the intervention of an access point while using technologies such as IEEE 802.11x and Bluetooth (registered trademark) widely used for wireless connection of computers and the like (multi-hop communication) Is possible. For this reason, ad-hoc networks do not require base stations or access points, and networks can be constructed inexpensively in places without such infrastructure, which is an effective means of constructing simple networks within a limited area. It is.
より具体的にいうと、たとえば、「スマートグリッド」技術では、通信ユニットが、家庭や工場などの電力消費地に設置されている電気使用量表示の検針器から所定時間ごとに検針計量値を取得し、電力消費地に設置されているゲートウェイユニットに送信する。ゲートウェイユニットは、各通信ユニットから検針計量値を収集し、光ファイバーなどのネットワークを介して電力会社のサーバに送信する構成などが想定されている（たとえば、特許文献１を参照）。 More specifically, for example, in the “smart grid” technology, the communication unit obtains meter reading meter values at predetermined time intervals from a meter reading meter for electric power consumption installed in a power consumption area such as a home or a factory. Then, the data is transmitted to the gateway unit installed in the power consumption area. It is assumed that the gateway unit collects meter readings from each communication unit and transmits the meter reading value to a server of an electric power company via a network such as an optical fiber (for example, see Patent Document 1).
「無線アドホックネットワーク」は、上述のとおり、「マルチホップ無線ネットワーク」の一形態といえる。 The “wireless ad hoc network” can be said to be one form of the “multi-hop wireless network” as described above.
このようなマルチホップ無線ネットワークの構築のための技術については、たとえば、特許文献２には、隣接ノードとして適した周辺ノードを隣接ノード情報記憶手段に登録できる、マルチホップ無線ネットワークの無線ノードについて開示がある。 With respect to the technology for constructing such a multi-hop wireless network, for example, Patent Literature 2 discloses a wireless node of a multi-hop wireless network in which peripheral nodes suitable as adjacent nodes can be registered in adjacent node information storage means. There is.
また、非特許文献１には、無線LAN（Local Area Network）とBluetooth（登録商標）を交互に用いたマルチホップネットワークの例が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses an example of a multi-hop network using a wireless LAN (Local Area Network) and Bluetooth (registered trademark) alternately.
この非特許文献１に開示の技術では、センシング結果（ここでは測定気圧）をルーティングメトリックに使用して、気圧が低い、あるいは、高い（メトリックの単調減少あるいは、増加）方向に自動でネットワーク構築を可能とするものである。 According to the technique disclosed in Non-Patent Document 1, a sensing result (here, measured atmospheric pressure) is used as a routing metric, and a network is automatically constructed in a direction where the atmospheric pressure is low or high (a metric monotonically decreases or increases). It is possible.
ところで、台風や豪雨に伴う大規模な土砂災害における減災対策が急務であり、二次災害防止のため捜索・救助活動や復旧作業の安全を確保するための通信システムが必要となってきている。 By the way, there is an urgent need for disaster mitigation measures in the event of a large-scale landslide caused by a typhoon or torrential rain, and a communication system for securing the safety of search and rescue activities and restoration work for preventing a secondary disaster is becoming necessary.
たとえば、捜索・救助活動を行う際の斜面崩壊現場の常時監視や、一次災害より河川に形成される土砂ダムの決壊監視など、このようなシステムのニーズは大きい。 For example, there is a great need for such a system, such as continuous monitoring of a slope failure site during search and rescue activities, and monitoring of a landslide dam formed in a river due to a primary disaster.
このようなシステムでは、二次災害の予兆検出のために多地点において様々な情報を観測して分析することが不可欠であって、センサネットワークの適用が期待される。 In such a system, it is indispensable to observe and analyze various information at multiple points in order to detect a sign of a secondary disaster, and application of a sensor network is expected.
しかしながら、上記のようなセンサネットワークの構築にあたって、有線通信はケーブル敷設に難があり、ケーブル切断の怖れもある、携帯電話や衛星電話等の公衆無線通信網ではコストの問題に加え、圏外やインフラ破損時に使用不可である。 However, in constructing the sensor network as described above, wired communication has difficulty in laying cables and there is a fear of disconnection of cables. In public wireless communication networks such as mobile phones and satellite phones, in addition to cost problems, out of service areas and Cannot be used when infrastructure is damaged.
そこで、自営系無線通信を用いた無線センサネットワークの適用が効果的と予測される。 Therefore, application of a wireless sensor network using private wireless communication is expected to be effective.
ところが、敷設したネットワークは二次災害発生時などでは、必ずしも機材を回収できない可能性があり、低コストでのシステム構築が必要となるものの、低コストで、このような無線センサネットワークを構築する方法については、これまで、十分な検討がされているとはいえない。 However, in the event of a secondary disaster, the laid network may not always be able to collect equipment, so low-cost system construction is required.However, a method for constructing such a wireless sensor network at low cost Has not been considered sufficiently until now.
また、たとえば、上述した非特許文献１に記載の技術では、エリア内にアップダウンが複数存在すると途中で気圧が上下するようなルートが作れないため、シンクノードに到達できない場合が発生してしまうことから、任意の地形に対応できない。また、無線LANとBluetooth（登録商標）の伝送レートの違いを考慮していないため、Bluetooth（登録商標）リンクがボトルネックになる問題に対処できない、という問題がある。 Also, for example, in the technology described in Non-Patent Document 1 described above, if there are a plurality of up-downs in an area, a route in which the atmospheric pressure fluctuates cannot be created on the way, so that a case where the sink node cannot be reached occurs. Therefore, it cannot correspond to arbitrary terrain. Further, since the difference between the transmission rates of the wireless LAN and Bluetooth (registered trademark) is not taken into consideration, there is a problem that the problem that the Bluetooth (registered trademark) link becomes a bottleneck cannot be dealt with.
また、マルチホップネットワークやメッシュネットワークのバックホール部分は通常、MAC層でのルーティングが可能であるため、単一無線システムで構築する。このような無線システムとしては下記のものがよく用いられる。 In addition, the backhaul portion of a multi-hop network or a mesh network can be normally routed at the MAC layer, so that it is constructed with a single wireless system. The following are often used as such wireless systems.
IEEE 802.11無線LANのアドホックモード
IEEE 802.15.4/ZigBee
しかし、低コストでのシステム構築が可能な機材として有力な候補となるスマートフォンでは、通常状態ではIEEE 802.11無線LANのアドホックモードは利用できない。また、IEEE 802.15.4やZigBeeは一般的なスマートフォンには未搭載のため、単一無線システムでのマルチホップネットワークの構築が困難である。
Ad hoc mode of IEEE 802.11 wireless LAN
IEEE 802.15.4 / ZigBee
However, smartphones that are promising candidates for equipment that can be built at low cost cannot use the IEEE 802.11 wireless LAN ad hoc mode in normal conditions. In addition, since IEEE 802.15.4 and ZigBee are not installed in general smartphones, it is difficult to construct a multi-hop network using a single wireless system.
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の無線システムを交互に利用してマルチホップネットワークを構築することが可能な無線ネットワーク構築方法および無線ネットワークを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wireless network construction method capable of constructing a multi-hop network by alternately using a plurality of wireless systems and It is to provide a wireless network.
この発明の１つの局面に従うと、スター型ネットワークに対応する第１および第２の無線通信方式の通信がそれぞれ可能な複数の無線通信装置において、マルチホップの無線ネットワークを構築する方法であって、第１の無線通信方式の通信の通信速度は、第２の無線通信方式の通信速度よりも大きく、複数の無線通信装置の各々が、第１の無線通信方式および第２の無線通信方式で接続可能なノードを探索するステップと、所定ノードを起点として、第１の無線通信方式および第２の無線通信方式のリンクを、１ホップずつ交互に使用して、複数の無線通信装置が、暫定的につながる暫定ルートを構築するステップと、所定ノードに対して、各複数の無線通信装置が、接続可能なノードを示す接続可能ノード情報を暫定ルートを経由して通知するステップと、所定ノードが、接続可能ノード情報に基づき、暫定ルートより伝送品質が改善するようにネットワークトポロジを再構築するステップと、所定ノードからの通知に応じて、複数の無線通信装置が、再構築されたネットワークトポロジに従い、リンクを形成するステップとを備え、ネットワークトポロジを再構築するステップは、所定ノードが、ノード間に、第１の無線通信方式による経路の分岐、及び第２の無線通信方式の異なるリンクを経由する複数経路が構築されるように、ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method of constructing a multi-hop wireless network in a plurality of wireless communication devices each capable of performing communication of a first and second wireless communication method corresponding to a star network, The communication speed of the communication of the first wireless communication system is higher than the communication speed of the second wireless communication system, and each of the plurality of wireless communication devices is connected by the first wireless communication system and the second wireless communication system. Searching for a possible node, and using a link of the first wireless communication system and the link of the second wireless communication system alternately one hop at a time starting from the predetermined node, the plurality of wireless communication devices Constructing a provisional route that leads to connection to a predetermined node, wherein each of the plurality of wireless communication devices passes connectable node information indicating a connectable node via the provisional route. And the predetermined node, based on the connectable node information, the step of reconstructing the network topology so that the transmission quality is improved from the provisional route, and, in response to the notification from the predetermined node, a plurality of wireless communication devices, Forming a link in accordance with the reconstructed network topology, wherein the step of reconstructing the network topology comprises the steps of: The method includes a step of reconstructing a network topology so that a plurality of paths via links having different communication methods are constructed .
好ましくは、ネットワークトポロジを再構築するステップは、所定ノードが、第１の無線通信方式による第１のリンク内では、第１のリンク内の１つのノードをスター型ネットワークの中心として第１のリンク内のノード間で２ホップ伝送が行われる接続経路が構築され、第２の無線通信方式による第２のリンク内では、接続可能ノード情報に基づいて、ノード間で、異なる並行な接続経路を経由した伝送が行われるように、ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む。 Preferably, the step of reconstructing the network topology, the predetermined nodes, in the first link by the first wireless communication scheme, a first link one node in the first link as the center of the star network 2-hop transmission between the nodes of the inner is constructed connection path is performed, the second in the link by the second wireless communication system, based on the connectable node information between nodes via different parallel connection paths Performing a reconfiguration of the network topology so that the specified transmission takes place .
好ましくは、前記再構築された前記ネットワークトポロジに従うリンクが形成された後に、前記所定ノードが、ネットワーク状況の変化を検知した場合に、前記所定ノードが、ネットワーク再構築要求を発生して、ネットワークトポロジを、追加的に、再構築するステップをさらに備える。 Preferably, after the link according to the reconstructed network topology is formed, when the predetermined node detects a change in network status, the predetermined node issues a network reconfiguration request, and Is additionally reconstructed.
好ましくは、前記複数の無線通信装置の各々は、自身の位置または加速度を計測するためのセンサを有し、前記所定ノードに近い側をネットワークの下流と定義するとき、前記ネットワーク状況の変化とは、ｉ）所定以上の位置変動や加速度変動を観測した場合、ｉｉ）上流ノードからのデータ伝送が一定期間途絶えた場合、ｉｉｉ）伝送レートが所定値以上低下した場合の少なくとも１つの場合である。 Preferably, each of the plurality of wireless communication devices has a sensor for measuring its own position or acceleration, and when defining the side closer to the predetermined node as downstream of the network, the change in the network condition is , I) at least one case in which a position change or acceleration change exceeding a predetermined value is observed, ii) a case in which data transmission from the upstream node is interrupted for a certain period, and iii) a case in which the transmission rate is reduced by a predetermined value or more.
好ましくは、前記ネットワークトポロジを再構築するステップは、前記所定ノードが、前記接続可能ノード情報に基づき、リンク切断発生時に切断ノードがネットワークに復帰できるように接続先変更候補を予め決定するステップを含む。 Preferably, the step of reconstructing the network topology includes the step of the predetermined node previously determining a connection destination change candidate based on the connectable node information so that the disconnected node can return to the network when a link disconnection occurs. .
好ましくは、前記接続先変更候補を予め決定するステップにおいては、前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、前記所定ノードへ向かう下流側のホップ数がより少ないノードを前記接続先変更候補として決定する。 Preferably, in the step of previously determining the connection destination change candidate, the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having a smaller number of downstream hops toward the predetermined node as the connection destination change candidate. I do.
好ましくは、前記接続先変更候補を予め決定するステップにおいては、前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、接続可能なノード数がより多いノードを前記接続先変更候補として決定する。 Preferably, in the step of previously determining the connection destination change candidate, the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having a larger number of connectable nodes as the connection destination change candidate.
好ましくは、前記接続先変更候補を予め決定するステップにおいては、前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、受信電力がより大きいノードを前記接続先変更候補として決定する。 Preferably, in the step of previously determining the connection destination change candidate, the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having a higher received power as the connection destination change candidate.
好ましくは、各前記複数の無線通信装置は、マイクを備え、前記ネットワーク再構築要求が発生したときに、再構築要求の発生を知らせる所定の音声を発生させ、各前記複数の無線通信装置が、前記マイクで検出することによりネットワーク再構築処理を開始する。 Preferably, each of the plurality of wireless communication devices includes a microphone, and when the network reconfiguration request occurs, generates a predetermined sound notifying the occurrence of a reconfiguration request, and each of the plurality of wireless communication devices, The network reconstruction process is started by the detection by the microphone.
この発明の他の局面に従うと、スター型ネットワークに対応する第１および第２の無線通信方式の通信がそれぞれ可能な複数の無線通信装置により構築されるマルチホップの無線ネットワークであって、第１の無線通信方式の通信の通信速度は、第２の無線通信方式の通信速度よりも大きく、複数の無線通信装置の各々が、第１の無線通信方式および第２の無線通信方式で接続可能なノードを探索するステップと、所定ノードを起点として、第１の無線通信方式および第２の無線通信方式のリンクを、１ホップずつ交互に使用して、複数の無線通信装置が、暫定的につながる暫定ルートを構築するステップと、所定ノードに対して、各複数の無線通信装置が、接続可能なノードを示す接続可能ノード情報を暫定ルートを経由して通知するステップと、所定ノードが、接続可能ノード情報に基づき、暫定ルートより伝送品質が改善するようにネットワークトポロジを再構築するステップと、所定ノードからの通知に応じて、複数の無線通信装置が、再構築されたネットワークトポロジに従い、リンクを形成するステップとにより構築され、ネットワークトポロジを再構築するステップは、所定ノードが、ノード間に、第１の無線通信方式による経路の分岐、及び第２の無線通信方式の異なるリンクを経由する複数経路が構築されるように、ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む。
According to another aspect of the present invention, there is provided a multi-hop wireless network constructed by a plurality of wireless communication devices each capable of performing communication of the first and second wireless communication methods corresponding to a star network, The communication speed of the communication of the wireless communication method is higher than the communication speed of the second wireless communication method, and each of the plurality of wireless communication devices can be connected by the first wireless communication method and the second wireless communication method. A step of searching for a node, and using a link of the first wireless communication method and the link of the second wireless communication method alternately one hop at a time starting from a predetermined node, a plurality of wireless communication devices are temporarily connected. Constructing a provisional route, and providing a predetermined node with connectable node information indicating connectable nodes via the provisional route, for each of the plurality of wireless communication devices. And a step in which the predetermined node reconstructs the network topology based on the connectable node information so that the transmission quality is improved over the provisional route. In response to the notification from the predetermined node, the plurality of wireless communication devices Forming a link in accordance with the constructed network topology; and reconstructing the network topology, the predetermined node is configured such that a predetermined node establishes a branch between the nodes by a first wireless communication method, and a second wireless communication method. The method includes a step of reconstructing a network topology so that a plurality of paths via links having different communication methods are constructed .
この発明によれば、複数の無線システムを交互に利用してマルチホップネットワークを構築することが可能である。 According to the present invention, it is possible to construct a multi-hop network by using a plurality of wireless systems alternately.
また、この発明によれば、ランダムなノード配置に対して、センサデータを効率的に収集可能なマルチホップ無線ネットワークを構築することが可能である。 Further, according to the present invention, it is possible to construct a multi-hop wireless network capable of efficiently collecting sensor data for a random node arrangement.
以下、本発明の実施の形態の無線ネットワークシステムおよび無線通信装置の構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, configurations of a wireless network system and a wireless communication device according to an embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, components and processing steps denoted by the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
以下の例では、「台風や豪雨に伴う大規模な土砂災害における減災対策が急務であり、二次災害防止のため捜索・救助活動や復旧作業の安全を確保するシステム」を例にとって説明するが、本発明は、必ずしも、このような場合に限定されるものではなく、「自営系無線通信を用いた無線ネットワーク」の構築が必要となる局面においては、より一般的に適用することが可能なものである。 In the following example, the explanation is made using the example of `` a system to ensure the safety of search and rescue activities and restoration work to prevent secondary disasters, as emergency measures are required for large-scale landslide disasters caused by typhoons and heavy rain. '' However, the present invention is not necessarily limited to such a case, and can be more generally applied in a situation where it is necessary to construct a “wireless network using private wireless communication”. Things.
本実施の形態で使用する用語については、以下の通りとする。 The terms used in the present embodiment are as follows.
「シンクノード」とは、センサネットワークなどにおいて、情報を保管する機能を有するノードのことをいう。ここでは、一例として、通常のサーバ装置を想定する。そして、このようなサーバ装置は、一般的なコンピュータと同様に、演算装置、メモリ、不揮発性記憶装置、入出力装置、表示装置から構成されているものとする。 “Sink node” refers to a node having a function of storing information in a sensor network or the like. Here, a normal server device is assumed as an example. Then, it is assumed that such a server device includes an arithmetic device, a memory, a nonvolatile storage device, an input / output device, and a display device, like a general computer.
「第１の無線通信方式」とは、自営系無線通信の方式であって、スター型ネットワークを構築可能なものである。例としては、スマートフォンなどに標準搭載される無線ＬＡＮがある。なお、一般に市販されている、スマートフォンなどの通信端末には、無線ＬＡＮのアドホックモードは搭載されていない。 The “first wireless communication method” is a private wireless communication method that can construct a star network. As an example, there is a wireless LAN that is standardly mounted on a smartphone or the like. It should be noted that a commercially available communication terminal such as a smartphone does not have an ad hoc mode for wireless LAN.
「第２の無線通信方式」とは、「第１の無線通信方式」と比べて通信速度の遅い自営系無線通信の方式であって、スター型ネットワークを構築可能なものである。例としては、スマートフォンなどに標準搭載されるBluetooth（登録商標）がある。 The “second wireless communication method” is a self-service wireless communication method having a lower communication speed than the “first wireless communication method”, and is capable of constructing a star network. As an example, there is Bluetooth (registered trademark) that is standardly mounted on a smartphone or the like.
「グループオーナー（Group Owner）」：Wi-Fiアライアンスが策定した無線LAN規格の「Wi-Fi Direct」において、アクセスポイントの機能をはたす端末・機器をいう。このような機能があるために、Wi-Fi Directに準拠する端末では、それ以前の規格におけるアクセスポイントを経由せずに、直接相手の機器に接続してデータをやりとりすることができる。
（本実施の形態の無線センサネットワークの背景）
以下では、例示として、「第１の無線通信方式」としては、無線ＬＡＮであり、「第２の無線通信方式」としては、Bluetooth（登録商標）であるものとして説明をする。
"Group Owner": A terminal or device that functions as an access point in the Wi-Fi Direct wireless LAN standard established by the Wi-Fi Alliance. Because of such a function, a terminal that conforms to Wi-Fi Direct can directly connect to and exchange data with a partner device without passing through an access point in an earlier standard.
(Background of wireless sensor network of the present embodiment)
Hereinafter, as an example, the description will be made assuming that the “first wireless communication method” is a wireless LAN, and the “second wireless communication method” is Bluetooth (registered trademark).
上述したように、土砂災害の予兆検出や災害発生機構の検討には多種多様な情報の観測が必要であり、観測データの例としては、位置・加速度変動、周辺の音や地面の振動、状況撮影画像、降雨量等がある。このように観測したデータは多種多様であり、これらを所望の品質で収集するネットワークが必要になる。 As described above, it is necessary to observe a wide variety of information in order to detect signs of a landslide disaster and to study the mechanism of disaster occurrence.Examples of observation data include position / acceleration fluctuations, surrounding sound and ground vibration, There are captured images, rainfall, and the like. There is a wide variety of data observed in this way, and a network for collecting these with desired quality is required.
市販のスマートフォンには多種多様なセンサと自営系通信システム、そしてバッテリが搭載されており、それ単独で比較的安価なマルチセンサプラットフォームとして活用可能である。搭載センサとしては、GPS・加速度計・マイク・カメラ等があり、自営系無線通信の搭載通信システムとしては、無線LANやBluetooth（登録商標）が想定される。 Commercially available smartphones are equipped with a wide variety of sensors, private communication systems, and batteries, and can be used alone as a relatively inexpensive multi-sensor platform. The on-board sensors include a GPS, an accelerometer, a microphone, a camera, and the like, and the on-board communication system of the private wireless communication is assumed to be a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark).
そこで、以下に説明するように、本実施の形態では、スマートフォンをマルチセンサ端末と通信端末の両面で活用し、無線センサネットワークを構築する。 Therefore, as described below, in the present embodiment, a wireless sensor network is constructed by utilizing a smartphone for both the multi-sensor terminal and the communication terminal.
さらに、人が容易に入れない場所にもネットワークを敷設することを想定すると、たとえば、本実施の形態では、複数の端末を該当地域に、ドローンなどのＵＡＶ（Unmanned aerial vehicle）で空中散布する・投げ込むなどの方法でネットワークを敷設する方式を採用する。このため、きちんとした端末配置は困難であり、自動で面的なネットワークを展開する必要がある。 Further, assuming that a network is laid in a place where a person cannot easily enter, for example, in the present embodiment, a plurality of terminals are air-sprayed to a corresponding area by a UAV (Unmanned aerial vehicle) such as a drone. Adopt a method of laying the network by throwing it. For this reason, it is difficult to properly arrange terminals, and it is necessary to automatically develop a planar network.
スマートフォン搭載の無線LAN（Wi-Fi Direct）/Bluetooth（登録商標）は基本的にスター型のネットワークしか形成できないため、以下に説明するように、本実施の形態の無線センサネットワークでは、両者を交互に利用してマルチホップネットワークを実現する。 Since a wireless LAN (Wi-Fi Direct) / Bluetooth (registered trademark) mounted on a smartphone can basically form only a star network, the wireless sensor network according to the present embodiment alternates between the two, as described below. To realize a multi-hop network.
また、センサデータのトラフィック量と生起間隔は様々であるため、異なるデータ量（大きいもので数MB）を現実的な時間で伝送し、かつ、データのQoS要件やプロパティに応じた優先制御を実現可能な無線ネットワークトポロジを実現する。 Also, since the traffic volume and occurrence interval of sensor data vary, real-time transmission of different data volumes (several megabytes) and realization of priority control according to the QoS requirements and properties of data are realized. Implement possible wireless network topologies.
また、散布する端末（たとえば、スマートフォン）の種類に依存せずに実現したいため、端末ごとに異なるＯＳに対して、共通に適用可能なアプリケーションソフトウェアとして機能を実現する必要がある。
（本実施の形態の無線センサネットワークの構築のための制約条件）
上記のような背景を踏まえて、以下に説明する実施の形態の無線ネットワークの構築にあたっては、以下の制約を考慮する。
In addition, since it is desired to realize the function without depending on the type of a terminal (for example, a smartphone) to be scattered, it is necessary to realize a function as application software that can be commonly applied to an OS different for each terminal.
(Restrictions for Construction of Wireless Sensor Network of Present Embodiment)
In view of the above-described background, the following restrictions are considered when constructing the wireless network according to the embodiment described below.
１）各ノード（スマートフォン）はWi-Fi DirectとBluetooth（登録商標）を利用してマルチホップネットワークを構築する。両者はスター型ネットワークのみ構築可能で、Bluetooth（登録商標）はWi-Fi Directよりも伝送速度が一桁程度低い。 1) Each node (smartphone) constructs a multi-hop network using Wi-Fi Direct and Bluetooth (registered trademark). Both can form only a star network, and Bluetooth (registered trademark) has a transmission speed about one digit lower than that of Wi-Fi Direct.
２）各ノードはWi-Fi Direct、Bluetooth（登録商標） のいずれにおいても、ネットワーク（Group・ピコネット）に参入しないとデータのやり取りができない。 2) Each node cannot exchange data in both Wi-Fi Direct and Bluetooth (registered trademark) unless it joins a network (Group / Piconet).
３）各ノードはWi-Fi Direct、Bluetooth（登録商標） のいずれにおいても、同時に複数のネットワーク（Group・ピコネット）に参入することはできない。 3) Each node cannot participate in a plurality of networks (Group / Piconet) at the same time in either Wi-Fi Direct or Bluetooth (registered trademark).
４）Bluetooth（登録商標）で接続をしている間は、他のBluetooth（登録商標）をスキャンすることはできない。 4) While connected by Bluetooth (registered trademark), other Bluetooth (registered trademark) cannot be scanned.
以上の制約の中で、適切な効率的なネットワークの確立と、状況変化に対応したネットワーク再構築を実現する必要がある。
（実施の形態の説明）
図１は、実施の形態のおける端末間通信を示す概念図である。
Given the above restrictions, it is necessary to establish an appropriate and efficient network and to reconstruct the network in response to changes in the situation.
(Description of Embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating communication between terminals according to the embodiment.
図１においては、まずシンクノード２に対して、端末１０．１が有線ＬＡＮ等の通信速度が大きい通信装置で接続しており、端末１０．１は、無線ＬＡＮ ＡＰ（Access Point：アクセスポイント）として機能するものとする。 In FIG. 1, first, a terminal 10.1 is connected to the sink node 2 by a communication device having a high communication speed such as a wired LAN, and the terminal 10.1 is connected to a wireless LAN AP (Access Point). Shall function as
端末１０．１に無線ＬＡＮでの接続可能な端末のうち、下流側（シンクノードに近い側）の端末１０．２および端末１０．４は、無線ＬＡＮで端末１０．１に接続している。端末１０．２および端末１０．４は、通常の無線ＬＡＮ端末（ＳＴＡ：Station）となる。 Among the terminals that can be connected to the terminal 10.1 by wireless LAN, the terminals 10.2 and 10.4 on the downstream side (closer to the sink node) are connected to the terminal 10.1 by wireless LAN. Terminals 10.2 and 10.4 are normal wireless LAN terminals (STAs).
端末１０．２は、端末１０．３と、端末１０．４は、端末１０．５と、それぞれ、Bluetooth（登録商標）により接続される。この場合、シンクノードに近い側の端末１０．２と１０．４は、Bluetooth（登録商標）のピコネットにおけるマスター（ＭＡＳＴＥＲ）端末（スター型ネットワークにおいて中心となる機器）となる。 The terminal 10.2 is connected to the terminal 10.3, and the terminal 10.4 is connected to the terminal 10.5 by Bluetooth (registered trademark). In this case, the terminals 10.2 and 10.4 on the side closer to the sink node become master terminals (master devices in a star network) in the Bluetooth (registered trademark) piconet.
端末１０．６と端末１０．７は、それぞれ、Wi-Fi Directにおけるグループオーナー（スター型ネットワークにおいて中心となる機器）となる。 The terminal 10.6 and the terminal 10.7 are respectively group owners (main devices in a star network) in Wi-Fi Direct.
端末１０．６に対して、端末１０．５、端末１０．１０、端末１０．１１がスター型トポロジで接続し、端末１０．７に対して、端末１０．３、端末１０．８、端末１０．９がスター型トポロジで接続する。したがって、たとえば、端末１０．５から見ると、端末１０．１０は、無線ＬＡＮにより２ホップで接続されていることになる。 Terminal 10.5, terminal 10.10, and terminal 10.11 are connected in a star topology to terminal 10.6, and terminal 10.3, terminal 10.8, and terminal 10 .9 connect in a star topology. Therefore, for example, as viewed from the terminal 10.5, the terminal 10.10 is connected by two hops by the wireless LAN.
（ルート構築方法の原則）
以下では、図１に示したような無線ネットワークを、自律的に構築する方法を説明する前提として、ルート構築方法の原則について説明する。
(Principles of route construction method)
In the following, the principle of the route construction method will be described on the premise of describing the method of autonomously constructing the wireless network as shown in FIG.
Ｐ１）低速なBluetooth（登録商標）リンクによるボトルネックを軽減するため、可能な限り複数のBluetooth（登録商標）リンクを並行利用できるようにWi-Fi Direct側でルートの分岐を行う。 P1) In order to reduce a bottleneck due to a low-speed Bluetooth (registered trademark) link, a route is branched on the Wi-Fi Direct side so that a plurality of Bluetooth (registered trademark) links can be used in parallel as much as possible.
Ｐ２）Wi-Fi Direct側はスター型ネットワークが構築できることを生かして２ホップ伝送を行い、Bluetooth（登録商標）リンクの使用回数を削減する。 P2) The Wi-Fi Direct side performs 2-hop transmission by utilizing the fact that a star network can be constructed, and reduces the number of uses of the Bluetooth (registered trademark) link.
Ｐ３）ノード設置当初は全体のトポロジが不明なため、各リンクでどちらのシステムを使用すれば良いかが分からない。そこで、全ノードが接続可能なリンクを一時的に構築してネットワークトポロジを把握し、より効率的な接続関係を決定してネットワークを再構築する。 P3) Since the entire topology is unknown at the beginning of the node installation, it is not known which system should be used for each link. Therefore, a link to which all nodes can be connected is temporarily constructed to grasp the network topology, determine a more efficient connection relationship, and reconstruct the network.
Ｐ４）土砂崩れによるセンサの移動や中継ノードのバッテリ切れ等によりリンクが切断した際に、周囲のノードの接続状況を変更することなくネットワークに復帰できるよう、各上流ノードに対してバックアップの接続先をルート構築時に設定する。バックアップ用接続先の決定に際しては、多数のノードに接続可能であることは、伝搬的に良い場所に位置していると考えられるため、接続可能なノード数を考慮する。 P4) When a link is disconnected due to sensor movement due to a landslide or a dead battery in a relay node, etc., a backup connection destination for each upstream node must be established so that it can return to the network without changing the connection status of surrounding nodes. Set when building a route. In determining the backup connection destination, it is considered that being connectable to a large number of nodes is located in a location where propagation is good, so the number of connectable nodes is considered.
Ｐ５）前項における接続先変更で十分にネットワーク機能が回復しない場合は、ネットワーク全体の再構築を行う。ネットワーク再構築のトリガは通信状況やノード位置の変化を検出することにより発生する。また、トリガ報知の確実性向上に向けて、無線通信のみならず、無線よりも長い距離を伝達できる可能性がある音声等も利用してトリガ報知を行う。
（ハードウェア構成）
図２は、端末１０の構成を説明するための機能ブロック図である。
P5) If the network function is not sufficiently restored by the change of the connection destination in the preceding paragraph, rebuild the entire network. A trigger for network reconfiguration is generated by detecting a change in the communication status or node position. Further, in order to improve the reliability of the trigger notification, the trigger notification is performed using not only the wireless communication but also a voice or the like that may transmit a longer distance than the wireless communication.
(Hardware configuration)
FIG. 2 is a functional block diagram for describing the configuration of terminal 10.
なお、端末１０．１〜１０．ｎを総称するときには、端末１０と呼ぶものとする。 Note that the terminals 10.1 to 10. When n is collectively referred to, it is referred to as a terminal 10.
端末１０において、無線送受信部１１０は、アンテナ１００．１〜１００．３を介して、無線での送受信を行う。無線送受信部１１０は、複数の周波数に対応して、それぞれアンテナ１００．１〜１００．３を介して通信する、複数の無線方式にそれぞれ対応した送受信部１１０．１〜１１０．３を含む。 In terminal 10, wireless transmission / reception section 110 performs wireless transmission / reception via antennas 100.1 to 100.3. The wireless transmission / reception unit 110 includes transmission / reception units 110.1 to 110.3 respectively corresponding to a plurality of wireless systems and communicating via antennas 100.1 to 100.3 corresponding to a plurality of frequencies.
ここで、複数の無線帯域に対応した無線方式としては、特に限定されないが、たとえば、送受信部１１０．１は、携帯電話網の通信方式であるＬＴＥ（Long Term Evolution）方式に対応し、送受信部１１０．２は、高速の自営系無線通信（第１の無線通信方式）である無線ＬＡＮのＷｉ‐Ｆｉ方式に対応し、送受信部１１０．３は、低速の自営系無線通信（第２の無線通信方式）であるBluetooth（登録商標）方式に対応するものとする。 Here, the wireless system corresponding to the plurality of wireless bands is not particularly limited. For example, the transmitting / receiving unit 110.1 corresponds to an LTE (Long Term Evolution) system which is a communication system of a mobile phone network. 110.2 corresponds to the wireless LAN Wi-Fi system which is a high-speed private wireless communication (first wireless communication system), and the transmission / reception unit 110.3 is a low-speed private wireless communication (second wireless communication system). Communication system), which is a Bluetooth (registered trademark) system.
制御メッセージ送受信部２００は、後に説明するような制御メッセージ(要求や応答)を生成したり、受信した信号からのメッセージの抽出を実行する。 The control message transmitting / receiving unit 200 generates a control message (a request or a response) as described later, or extracts a message from a received signal.
接続可能ノード情報管理部３００は、自身と無線ＬＡＮまたはBluetooth（登録商標）により、それぞれ接続可能な端末をサーチした結果である接続可能ノード情報を格納する。 The connectable node information management unit 300 stores connectable node information that is a result of searching for a connectable terminal by itself and the wireless LAN or Bluetooth (registered trademark).
ルート情報管理部３１０は、リンクが構築された際に自身の接続するリンクについてのルート情報を格納する。 The route information management unit 310 stores the route information about the link to which the link is connected when the link is established.
接続先変更候補情報管理部４００は、現在接続中のリンクの切断が生じた際に、他に変更可能な端末の候補に関する接続先変更候補情報を管理する。 The connection destination change candidate information management unit 400 manages connection destination change candidate information regarding other changeable terminal candidates when a currently connected link is disconnected.
ユーザデータ生成部５００は、現在実行中のアプリケーションプログラムに基づき、制御メッセージ以外の通信データ、たとえば、データ通信実行中における通信データや、通話中における音声データなどを送受信する。 The user data generation unit 500 transmits and receives communication data other than control messages, for example, communication data during data communication execution, voice data during a call, and the like, based on an application program currently being executed.
また、センサ６００は、端末１０の位置の測位センサ（ＧＰＳなどの測位装置）、加速度センサ、温度計、カメラ、マイクなど、端末１０自身またはその周囲の状況を検知するセンサの少なくとも１つを含む計測器であり、計測結果を、シンクノード２に対して検知情報として通知する。
（無線ネットワークの構築方法）
図３は、本実施の形態の無線ネットワークの構築方法の流れを説明するためのフローチャートである。
In addition, the sensor 600 includes at least one of sensors for detecting the status of the terminal 10 itself or its surroundings, such as a positioning sensor for the position of the terminal 10 (a positioning device such as a GPS), an acceleration sensor, a thermometer, a camera, and a microphone. It is a measuring device and notifies the measurement result to the sink node 2 as detection information.
(How to build a wireless network)
FIG. 3 is a flowchart for explaining the flow of the wireless network construction method according to the present embodiment.
図３の処理は、主として、シンクノード２および各端末の図２における制御メッセージ送受信部２００の制御により実行される。 The process in FIG. 3 is mainly executed by the control of the control message transmitting / receiving unit 200 in FIG. 2 of the sink node 2 and each terminal.
図３を参照して、まず、対象となる端末１０．１〜１０．ｎは、自律的に、シンクノードからWi-FiとBluetooth（登録商標）を１ホップずつ交互に使用して、暫定的に繋がるルートを逐次的に構築する（Ｓ１００）。この過程において、各端末は、接続可能ノード情報も取得する。この手続きについては後述する。 Referring to FIG. 3, first, target terminals 10.1 to 10. n autonomously uses the Wi-Fi and Bluetooth (registered trademark) from the sink node alternately one hop at a time, and sequentially builds a tentatively connected route (S100). In this process, each terminal also acquires connectable node information. This procedure will be described later.
次に、端末１０．１〜１０．ｎは、暫定的に構築されたルート情報をシンクノード２に通知する（Ｓ１１０）。 Next, the terminals 10.1 to 10.. n notifies the tentatively constructed route information to the sink node 2 (S110).
さらに、端末１０．１〜１０．ｎは、接続可能ノード情報をシンクノード２に通知する。 Further, terminals 10.1 to 10. n notifies the sink node 2 of the connectable node information.
シンクノード２は、収集した接続可能ノード情報に基づき、まず、シンクノードに接続される無線ＬＡＮ ＡＰを、より効率的なネットワーク構成となるように再選択する（Ｓ１２０）。この手続きについては後述する。 Based on the collected connectable node information, the sink node 2 first reselects a wireless LAN AP connected to the sink node so as to have a more efficient network configuration (S120). This procedure will be described later.
シンクノード２は、可能な限り異なるBluetooth（登録商標）リンクを経由する並行ルートを構築する（Ｓ１３０）。そして、このような並行ルートが最も多くなるように、上流側のWi-Fi Directについてのグループオーナーを選定する。ここで、下流リンクが無線LAN（またはWi-Fi Direct）の端末に対する上流のBluetooth（登録商標）リンク、ならびに下流リンクがBluetooth（登録商標）であるノードに対して上流のWi-Fi Directリンクを決定することになる。 The sink node 2 constructs a parallel route via different Bluetooth (registered trademark) links as much as possible (S130). Then, a group owner for the Wi-Fi Direct on the upstream side is selected so that such parallel routes become the most. Here, an upstream Bluetooth (registered trademark) link for a terminal whose wireless link is a wireless LAN (or Wi-Fi Direct), and an upstream Wi-Fi Direct link for a node whose downstream link is Bluetooth (registered trademark). Will decide.
続いて、シンクノード２は、選定したGroup Ownerに対する上流のWi-Fi Directリンクを決定するなど、ネットワークを最適化するための接続情報が確定したら、結果を反映する処理を行う（Ｓ１４０）。 Subsequently, when the connection information for optimizing the network is determined, such as determining the upstream Wi-Fi Direct link for the selected Group Owner, the sink node 2 performs a process of reflecting the result (S140).
また、シンクノード２および端末１０．１〜１０．ｎは後述する手続きにより、ルート再構築が必要であるかを判断し、必要であれば（Ｓ１５０でＹ）、リンク切断に対する対応処理を実行し（Ｓ１６０）、さらに、必要であればリンク再構築処理を実行する（Ｓ１７０）。 Also, the sink node 2 and the terminals 10.1 to 10. In step n, it is determined whether route rebuilding is necessary. If necessary (Y in S150), a process for responding to link disconnection is executed (S160). If necessary, link rebuilding is performed. The processing is executed (S170).
一方、シンクノード２は、端末１０．１〜１０．ｎについて、ルート再構築が必要でないと判断する場合（Ｓ１５０でＮ）、待機状態となる。
（暫定的ルートの構築処理）
次に、ステップＳ１００およびＳ１１０における暫定的ルートの構築処理およびルート情報の収集処理をより詳しく説明する。
On the other hand, the sink node 2 has terminals 10.1 to 10.. When it is determined that the route reconstruction is not necessary for n (N in S150), a standby state is set.
(Provisional route construction process)
Next, the provisional route construction process and the route information collection process in steps S100 and S110 will be described in more detail.
図４は、暫定的ルートの構築処理およびルート情報の収集処理を説明するためのフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart for explaining a provisional route construction process and a route information collection process.
「暫定的ルートの構築処理」は、シンクノードからWi-FiとBluetooth（登録商標）を1ホップずつ交互に使用して、「暫定的に繋がるルート」を逐次的に構築する処理である。 The “provisional route construction process” is a process for sequentially constructing “provisionally connected routes” by using Wi-Fi and Bluetooth (registered trademark) alternately one hop at a time from the sink node.
図４を参照して、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、各ノードでシンクノードに接続されたアクセスポイント（ＡＰ）が検出可能かどうかを確認し、検出されたら受信信号強度（RSSI：Received Signal Strengh Indicator）が最大のＡＰに接続する。一方で、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、一定時間、ＡＰが見えなければWi-Fi Directをonにする（Ｓ１０００）。 With reference to FIG. Each of n confirms whether the access point (AP) connected to the sink node can be detected at each node, and when detected, connects to the AP having the highest received signal strength indicator (RSSI). On the other hand, terminals 10.1 to 10. Each of n sets Wi-Fi Direct on if the AP is not visible for a certain period of time (S1000).
続いて、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、Bluetooth（登録商標）をonにする（Ｓ１００２）。 Subsequently, the terminals 10.1 to 10.. n turns on Bluetooth (registered trademark) (S1002).
さらに、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、Wi-Fi DirectとBluetooth（登録商標）で接続可能ノードを探索して結果を、接続可能ノード情報管理部３００に保存し、それぞれ接続待ち状態となる（Ｓ１００４）。 Further, terminals 10.1 to 10. n searches for a connectable node using Wi-Fi Direct and Bluetooth (registered trademark), stores the result in the connectable node information management unit 300, and enters a connection waiting state (S1004).
次に、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、下流（シンクノードに近い側）リンクが無線LANのノードは、Bluetooth（登録商標）で接続可能なノード（ただしルートに組み込まれていないもの）のうち１つ選択して接続するように制御する。このようなノードの選択は、ランダムに１つを選択するものであってもよいし、もしもRSSIが計測できる場合には、RSSIが最大のものに接続する構成とすることができる（Ｓ１００６）。 Next, the terminals 10.1 to 10.. In each of n, a node whose wireless LAN link is on the downstream side (closer to the sink node) selects one of nodes connectable by Bluetooth (registered trademark) (however, the node is not incorporated in the route) and connects. Control. Such a selection of a node may be one in which one is selected at random, or if RSSI can be measured, it may be configured to connect to the node having the largest RSSI (S1006).
さらに、端末１０．１〜１０．ｎの各々において、下流リンクがBluetooth（登録商標）であるノードは、自身がGroup OwnerとなりWi-Fi Directで接続可能なノードをGroup（通常の無線LANでのBSSに相当）に招待する。招待されたノードはGroupをランダムに選択して接続する（Ｓ１００８）。なお、このGroupの選択については、もしもRSSIが計測できる場合は、RSSIが最大のGroupに接続する構成とすることもできる。 Further, terminals 10.1 to 10. In each of n, a node whose downstream link is Bluetooth (registered trademark) becomes a Group Owner and invites a node connectable by Wi-Fi Direct to a Group (corresponding to BSS in a normal wireless LAN). The invited node randomly selects a Group and connects it (S1008). It should be noted that, when the RSSI can be measured, it is also possible to select the Group so as to connect to the Group having the largest RSSI.
図６は、このようなステップＳ１００８の処理について説明する概念図である。 FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the processing in step S1008.
図６においては、シンクノードと有線ＬＡＮにより接続する無線ＬＡＮアクセスポイントとして機能する端末を、ＷＬＡＮＡＰ１、ＷＬＡＮＡＰ２…で表し、それ以外の端末を、端末ＳＰ１〜ＳＰ２０等で表すものとする。 6, terminals that function as wireless LAN access points connected to the sink node via a wired LAN are represented by WLANAP1, WLANAP2,..., And other terminals are represented by terminals SP1 to SP20 and the like.
また、太線の実線は、Wi-Fi Directを含めた無線ＬＡＮにより接続されているリンクを、太線の点線は、Wi-Fi Directにより接続可能なリンクを、細線の実線は、Bluetooth（登録商標）により接続されているリンクを、細線の点線は、Bluetooth（登録商標）により接続可能なリンクをそれぞれ示す。 Also, a thick solid line indicates a link connected by wireless LAN including Wi-Fi Direct, a thick dotted line indicates a link connectable by Wi-Fi Direct, and a thin solid line indicates Bluetooth (registered trademark). , And the thin dotted line indicates a link connectable by Bluetooth (registered trademark).
また、黒に白抜き文字で表される端末は、Wi-Fi Directにおけるグループオーナーを示す。 Terminals represented by black and white characters indicate group owners in Wi-Fi Direct.
図６を参照して、シンクノードと、端末ＷＬＡＮＡＰ１と端末ＷＬＡＮＡＰ２とは、有線ＬＡＮ等の通信速度が大きい通信装置により接続し、これらは通常のアクセスポイントとして動作する。 Referring to FIG. 6, the sink node, terminal WLANAP1 and terminal WLANAP2 are connected by a communication device having a high communication speed such as a wired LAN, and these operate as normal access points.
これは、シンクノードに直接接続するノードは、最終的に、全てのノードからのデータが通過することになるリンクであるので、通信速度が大きいことが望ましいからである。 This is because a node directly connected to the sink node is a link through which data from all nodes will eventually pass, and therefore it is desirable that the communication speed be high.
端末ＷＬＡＮＡＰ１と端末ＳＰ１および端末ＳＰ２は、通常の無線ＬＡＮにより接続されており、端末ＷＬＡＮＡＰ２と端末ＳＰ３および端末ＳＰ４は、通常の無線ＬＡＮにより接続されている。 The terminal WLANAP1, the terminal SP1, and the terminal SP2 are connected by a normal wireless LAN, and the terminal WLANAP2, the terminal SP3, and the terminal SP4 are connected by a normal wireless LAN.
端末ＷＬＡＮＡＰ１と端末ＷＬＡＮＡＰ２とは、上述のとおり、無線ＬＡＮアクセスポイントであり、無線ＬＡＮの方が、通信速度の大きいため、端末ＳＰ１〜ＳＰ４のように、無線ＬＡＮアクセスポイントに接続する端末は、無線ＬＡＮによるリンクであることが望ましい。そこで、ステップＳ１０００の処理に従って、端末ＷＬＡＮＡＰ１と端末ＷＬＡＮＡＰ２と、端末ＳＰ１〜ＳＰ４とが、図６のように接続される。 The terminal WLANAP1 and the terminal WLANAP2 are wireless LAN access points as described above. Since the wireless LAN has a higher communication speed, terminals connected to the wireless LAN access point like the terminals SP1 to SP4 are wireless. It is desirable that the link be a LAN link. Thus, according to the processing of step S1000, the terminals WLANAP1, WLANAP2, and terminals SP1 to SP4 are connected as shown in FIG.
上述のとおり、「暫定的ルートの構築処理」は、シンクノードからWi-FiとBluetooth（登録商標）を１ホップずつ交互に使用して、「暫定的に繋がるルート」を逐次的に構築する処理であるので、端末ＳＰ１〜ＳＰ４は、より上流側の端末と接続するには、ステップＳ１００６のとおり、Bluetooth（登録商標）を使用することになる。 As described above, the “provisional route construction process” is a process for sequentially constructing a “provisionally connected route” by alternately using Wi-Fi and Bluetooth (registered trademark) one hop at a time from a sink node. Therefore, the terminals SP1 to SP4 use Bluetooth (registered trademark) as in step S1006 to connect to the terminal on the more upstream side.
そこで、図６においては、端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４は、それぞれ、端末ＳＰ５，ＳＰ７，ＳＰ８，ＳＰ９と接続する。 Therefore, in FIG. 6, the terminals SP1, SP2, SP3, and SP4 are connected to the terminals SP5, SP7, SP8, and SP9, respectively.
次に、ステップＳ１０００８の手続きに従って、下流リンクがBluetooth（登録商標）であるノード（端末ＳＰ５，ＳＰ７，ＳＰ８，ＳＰ９）は、それぞれ、自身がGroup OwnerとなりWi-Fi Directで接続可能なノードをGroup（通常の無線LANでのBSSに相当）に招待する。招待されたノード（図６では、端末ＳＰ６，１０，１１，１２，１３，１４，１５）はGroupをランダムに選択して接続する。 Next, in accordance with the procedure of step S10008, the nodes (terminals SP5, SP7, SP8, and SP9) whose downstream link is Bluetooth (registered trademark) each become a Group Owner and assign a node connectable by Wi-Fi Direct to the Group. (Equivalent to BSS in normal wireless LAN). The invited nodes (terminals SP6, 10, 11, 12, 13, 14, 15 in FIG. 6) randomly select a Group and connect.
したがって、ステップＳ１０００〜Ｓ１００８までの処理により、図６に示されるようなリンクが構築されることになる。 Therefore, a link as shown in FIG. 6 is constructed by the processing of steps S1000 to S1008.
再び、図４に戻って、端末１０．１〜１０．ｎの各々において、下流リンクが確立されたノードは、下位のノードからシンクノードまでのルート情報を取得し、確立した下位リンク情報をルート情報としてルート情報管理部３１０に追加する。また、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、ステップＳ１００４で取得したノード探索結果を接続可能ノード情報としてシンクノード２に通知する（Ｓ１０１０）。 Returning to FIG. 4 again, the terminals 10.1 to 10. In each of n, the node for which the downstream link has been established acquires the route information from the lower node to the sink node, and adds the established lower link information to the route information management unit 310 as the route information. Terminals 10.1 to 10. Each of n notifies the sink node 2 of the node search result acquired in step S1004 as connectable node information (S1010).
端末１０．１〜１０．ｎの各々は、予め定められた一定時間が経過していなければ（Ｓ１０１２でＮ）、処理をステップＳ１００６に復帰させる。 Terminals 10.1 to 10. For each of n, if the predetermined time has not elapsed (N in S1012), the process returns to step S1006.
図７は、このようにして、一定時間経過後に、暫定的に繋がるルートを逐次的に構築した結果を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a result of sequentially constructing the temporarily connected routes after a certain period of time.
図７においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 In FIG. 7, as in FIG. 6, it is assumed that terminals and links are represented.
図７に示すように、全ての端末について、シンクノードからWi-FiとBluetooth（登録商標）を１ホップずつ交互に使用して、「暫定的に繋がるルート」を逐次的に構築されていることがわかる。 As shown in FIG. 7, for all terminals, a “provisionally connected route” is sequentially constructed using Wi-Fi and Bluetooth (registered trademark) alternately one hop at a time from the sink node. I understand.
一方で、端末１０．１〜１０．ｎの各々は、一定時間が経過していれば（Ｓ１０１２でＹ）、処理をステップＳ１２０に進めることをシンクノード２に通知する。 On the other hand, terminals 10.1 to 10. If a certain time has elapsed (Y in S1012), each of n notifies the sink node 2 that the process proceeds to step S120.
（ステップＳ１２０での動作）
次に、ステップＳ１２０でのシンクノード２の処理については、さらに詳しく説明する。
(Operation at Step S120)
Next, the processing of the sink node 2 in step S120 will be described in more detail.
図８は、ステップＳ１２０における処理を説明するための概念図である。 FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the process in step S120.
図８においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 In FIG. 8, as in FIG. 6, it is assumed that terminals and links are represented.
ステップ１２０では、上述の通り、シンクノード２は、収集した接続可能ノード情報に基づき、まず、シンクノードに接続される無線ＬＡＮ ＡＰを、より効率的なネットワーク構成となるように再選択する。 In step 120, as described above, the sink node 2 first reselects the wireless LAN AP connected to the sink node based on the collected connectable node information so as to have a more efficient network configuration.
より具体的には、図８に示されるように、シンクノード２に接続されている無線ＬＡＮ ＡＰに接続可能なノード（端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４）について、各ＡＰでのRSSIから使用可能伝送レートＲを推測する．このような推測処理は、たとえば、端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４がそれぞれ推測し、その結果をシンクノードに通知する構成とすることができる。そして、たとえば、シンクノード２が、各ＡＰにおいて接続するノードに対する１／Ｒの総和をとり、この最大値が最小となるよう各無線ＬＡＮ ＡＰに接するノードを決定して、端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４に通知する。 More specifically, as shown in FIG. 8, nodes (terminals SP1, SP2, SP3, and SP4) that can be connected to the wireless LAN AP connected to the sink node 2 can be used from the RSSI of each AP. Estimate the transmission rate R. Such a guessing process can be configured, for example, such that the terminals SP1, SP2, SP3, and SP4 guess, and notify the result to the sink node. Then, for example, the sink node 2 calculates the sum of 1 / R with respect to the node connected in each AP, determines the node in contact with each wireless LAN AP such that the maximum value is minimized, and determines the terminal SP1, SP2, SP3 , SP4.
ここで、無線ＬＡＮ ＡＰにおける負荷分散のため．各端末はいずれかのＡＰに接続するものとする。 Here, for load distribution in the wireless LAN AP. Each terminal is assumed to connect to one of the APs.
図８において、たとえば、端末ＳＰ２は、ＷＬＡＮＡＰ２よりもＷＬＡＮＡＰ１に接続する方が、各ＡＰにおける１／Ｒの総和が小さくなるため、図８に太線の実線で示されるようなリンクが決定される。
（ステップＳ１３０での動作）
図９は、図３におけるステップＳ１３０の処理を説明するための概念図である。
In FIG. 8, for example, when the terminal SP2 is connected to the WLANAP1 rather than the WLANAP2, the sum of 1 / R in each AP is smaller, and thus a link as shown by a thick solid line in FIG. 8 is determined.
(Operation at Step S130)
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the process of step S130 in FIG.
図９においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 In FIG. 9, as in FIG. 6, it is assumed that terminals and links are represented.
ステップＳ１３０の処理は、低速なBluetooth（登録商標）リンクによるボトルネックを減らすために、可能な限り異なるBluetooth（登録商標）リンクを経由する並行ルートを構築する手続きである。 The process in step S130 is a procedure for constructing a parallel route via different Bluetooth (registered trademark) links as much as possible in order to reduce bottlenecks caused by low-speed Bluetooth (registered trademark) links.
図９を参照して、シンクノード２は、下流リンクが無線LAN（またはWi-Fi Direct）の端末に対する上流のBluetooth（登録商標）リンク、ならびに下流リンクがBluetooth（登録商標）であるノードに対して上流のWi-Fi Directリンクを決定する。なお、リンク切断時の再接続を容易にするために、Bluetooth（登録商標）では下流ノードをMasterとするものとする。 Referring to FIG. 9, sink node 2 is configured to transmit an upstream Bluetooth (registered trademark) link to a wireless LAN (or Wi-Fi Direct) terminal as a downstream link and a node to which a downstream link is Bluetooth (registered trademark). To determine the upstream Wi-Fi Direct link. Note that in order to facilitate reconnection at the time of link disconnection, the downstream node is assumed to be Master in Bluetooth (registered trademark).
このようなリンクの決定は、たとえば、シンクノードが以下のような計算を実行して決定するものとする。 It is assumed that such a link is determined, for example, by a sink node executing the following calculation.
リンク決定に際しては、上流に向けて「無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ）―Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）―Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ」というリンクを利用することにより同一ノードに複数の経路で到達できるルートができる限り多く発生するように、Bluetooth（登録商標）とWi-Fi Directの上流ノード（Group Owner）を選択する。 When the link is determined, as long as a route that can reach the same node by a plurality of routes is used by using the link “Wireless LAN (Wi-Fi Direct) -Bluetooth (registered trademark) -Wi-Fi Direct” toward the upstream. Select the upstream node (Group Owner) of Bluetooth (registered trademark) and Wi-Fi Direct so that this often occurs.
その際、各Group Owner候補ノードとして「無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ）―Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）―Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ」となる並行ルートが最大となるノードを選定する。 At this time, a node having the maximum parallel route of “wireless LAN (Wi-Fi Direct) -Bluetooth (registered trademark) -Wi-Fi Direct” is selected as each Group Owner candidate node.
これは、Bluetooth（登録商標）を用いた並行ルートを数多く形成することにより、Bluetooth（登録商標）リンクによるボトルネックを可能な限り解消するためである。 This is because bottlenecks due to the Bluetooth (registered trademark) link are eliminated as much as possible by forming many parallel routes using the Bluetooth (registered trademark).
なお、シンクノードは、並行ルート数が同数となる場合は以下の条件を考慮して各Group Ownerを選定するものとする。 When the number of parallel routes is the same, the sink node selects each Group Owner in consideration of the following conditions.
すなわち、シンクノード２は、Bluetooth（登録商標）を用いた並行ルートを数多く形成することにより、Bluetooth（登録商標）リンクによるボトルネックを可能な限り解消するように選定を行う。 That is, the sink node 2 forms a large number of parallel routes using Bluetooth (registered trademark), and makes a selection so as to eliminate a bottleneck due to the Bluetooth (registered trademark) link as much as possible.
１）各Group Ownerの使用chがばらける（チャンネル間の負荷分散のため）
２）各Group Ownerから見てさらに上流のWi-Fi Directノード数が多くかつ均等になる（接続性確保と負荷分散のため）
図９について、より具体的に状況を説明すると、以下のとおりである。
1) The channels used by each Group Owner vary (for load sharing between channels)
2) The number of Wi-Fi Direct nodes further upstream from each Group Owner is large and equal (for securing connectivity and load distribution)
The situation will be described more specifically with reference to FIG. 9 as follows.
「ＷｉＦｉ接続（無線ＬＡＮ）―Bluetooth（登録商標）―ＷｉＦｉ接続」で並行ルートを構成する場合を仮想的に、想定してみると以下のようになる。 Assuming that a parallel route is configured by “WiFi connection (wireless LAN) -Bluetooth (registered trademark) -WiFi connection”, the following is assumed.
ステップ１２０までで、端末ＷＬＡＮＡＰ１と端末ＳＰ１およびＳＰ２が無線ＬＡＮで接続し、端末ＷＬＡＮＡＰ２と端末ＳＰ３およびＳＰ４が無線ＬＡＮで接続することが決定されている。したがって、端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４は、接続可能ノードとは、Bluetooth（登録商標）を介して接続することになる。 Until step 120, it is determined that the terminal WLANAP1 and the terminals SP1 and SP2 are connected by a wireless LAN, and the terminal WLANAP2 and the terminals SP3 and SP4 are connected by a wireless LAN. Therefore, the terminals SP1, SP2, SP3, and SP4 are connected to connectable nodes via Bluetooth (registered trademark).
「ＷｉＦｉ接続（無線ＬＡＮ）―Bluetooth（登録商標）―ＷｉＦｉ接続」とのリンクにより、端末ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４と接続する可能性があるのは、接続可能ノード情報によれば、端末ＳＰ５，ＳＰ６，ＳＰ７，ＳＰ８，ＳＰ９，ＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２，ＳＰ１３，ＳＰ１４，ＳＰ１５である。 The possibility of connection with the terminals SP1, SP2, SP3, and SP4 by the link of "WiFi connection (wireless LAN) -Bluetooth (registered trademark) -WiFi connection" is based on the connectable node information according to the terminal SP5. , SP6, SP7, SP8, SP9, SP10, SP11, SP12, SP13, SP14, and SP15.
下流側から見た時に、「ＷｉＦｉ接続（無線ＬＡＮ）―Bluetooth（登録商標）―ＷｉＦｉ接続」とのリンクにより、Bluetooth（登録商標）による並行ルートが、２経路同時にできるのは端末ＳＰ６およびＳＰ９をＷｉＦｉ接続の上流ノードにした場合（ＷＬＡＮＡＰ１―ＳＰ１―ＳＰ５―ＳＰ６／ＷＬＡＮＡＰ１―ＳＰ２―ＳＰ７―ＳＰ６の並行ルートとＷＬＡＮＡＰ２―ＳＰ３―ＳＰ８―ＳＰ９／ＷＬＡＮＡＰ２―ＳＰ４―ＳＰ１０―ＳＰ９の並行ルート）、および端末ＳＰ１２およびＳＰ１４をＷｉＦｉ接続の上流ノードにした場合（ＷＬＡＮＡＰ１―ＳＰ１―ＳＰ６―ＳＰ１２／ＷＬＡＮＡＰ１―ＳＰ２―ＳＰ７―ＳＰ１２の並行ルートとＷＬＡＮＡＰ２―ＳＰ３―ＳＰ８―ＳＰ１４／ＷＬＡＮＡＰ２―ＳＰ４―ＳＰ９―ＳＰ１４の並行ルート）の２通りがある。これらにおいて、端末ＳＰ６からのWi-Fi上流ノードは端末ＳＰ１１，ＳＰ１２であり、端末ＳＰ９からのWi-Fi上流ノードは端末ＳＰ１４，ＳＰ１５である。一方、端末ＳＰ１２からのWi-Fi上流ノードは、端末ＳＰ１１，ＳＰ１３，ＳＰ１７、端末ＳＰ１４からのWi-Fi上流ノードは端末ＳＰ１５，ＳＰ１８，ＳＰ１９と数が多いため、シンクノードは、端末ＳＰ１２と端末ＳＰ１４をグループオーナー（Group Owner）として選定し、そこに至る到達するBluetooth（登録商標）リンクとWi-Fi Directリンクを決定する。 When viewed from the downstream side, two parallel routes using Bluetooth (registered trademark) can be simultaneously performed by terminals SP6 and SP9 by the link of “WiFi connection (wireless LAN) -Bluetooth (registered trademark) -WiFi connection”. In the case of a WiFi connection upstream node (parallel route of WLANAP1-SP1-SP5-SP6 / WLANAP1-SP2-SP7-SP6 and parallel route of WLANAP2-SP3-SP8-SP9 / WLANAP2-SP4-SP10-SP9), and terminal When SP12 and SP14 are the upstream nodes of the WiFi connection (parallel route of WLANAP1-SP1-SP6-SP12 / WLANAP1-SP2-SP7-SP12 and parallel route of WLANAP2-SP3-SP8-SP14 / WLANAP2-SP4-SP9-SP14 There are two ways of theft). In these, the Wi-Fi upstream nodes from the terminal SP6 are the terminals SP11 and SP12, and the Wi-Fi upstream nodes from the terminal SP9 are the terminals SP14 and SP15. On the other hand, the Wi-Fi upstream nodes from the terminal SP12 include the terminals SP11, SP13, and SP17, and the Wi-Fi upstream nodes from the terminal SP14 include the terminals SP15, SP18, and SP19. The SP 14 is selected as a group owner (Group Owner), and a Bluetooth (registered trademark) link and a Wi-Fi Direct link that reach the SP 14 are determined.
図５は、図３におけるステップＳ１３０およびステップＳ１４０の処理をより詳しく説明するためのフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing of step S130 and step S140 in FIG. 3 in more detail.
図５を参照して、シンクノードは、選定したGroup Ownerに対する上流のWi-Fi Directリンクを決定する（Ｓ１４０２）。接続関係は、ステップＳ１３０におけるGroup Ownerの選定結果に基づく。 Referring to FIG. 5, the sink node determines an upstream Wi-Fi Direct link for the selected Group Owner (S1402). The connection relationship is based on the selection result of the Group Owner in step S130.
図１０は、このようにして、上流のWi-Fi Directリンクを決定した後のリンクの状態を説明するための概念図である。 FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the state of the link after determining the upstream Wi-Fi Direct link in this way.
図１０においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 In FIG. 10 as well, it is assumed that terminals and links are represented as in FIG.
図５に戻って、続いて、シンクノードは、孤立ノードが発生する場合は接続可能なノードに接続するよう、必要に応じて分岐を行って、リンクを決定する（Ｓ１４０４）。 Returning to FIG. 5, subsequently, if an isolated node occurs, the sink node branches as necessary to determine a link so as to connect to a connectable node (S1404).
図１１は、孤立ノードに接続可能なノードに接続するようにリンクを決定した後のリンクの状態を説明するための概念図である。 FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining a link state after a link is determined to connect to a node connectable to an isolated node.
図１１においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 Also in FIG. 11, it is assumed that terminals and links are represented as in FIG.
図５にもどって、全てのノードのリンクが決定していなければ（Ｓ１４０６でＮ）、シンクノード２は、処理をステップ１３０に復帰させる。 Returning to FIG. 5, if the links of all the nodes have not been determined (N in S1406), the sink node 2 returns the processing to step S130.
全てのノードのリンクが決定していれば（Ｓ１４０６でＹ）、シンクノードは、処理をステップ１４０８に進める。 If the links of all nodes have been determined (Y in S1406), the sink node advances the processing to step 1408.
続いて、シンクノードは、Bluetooth（登録商標）側で分岐を行うことにより２ホップ以上ホップ数が削減可能なルートの存在を確認する。そのようなルートが存在する場合はBluetooth（登録商標）側で分岐するルートに変更する（Ｓ１４０８）。すなわち、遠回りなルートを経由することによるリソースの無駄遣いを回避するためである。 Subsequently, the sink node confirms the existence of a route that can reduce the number of hops by two or more hops by branching on the Bluetooth (registered trademark) side. If such a route exists, the route is changed to a branch route on the Bluetooth (registered trademark) side (S1408). In other words, it is to avoid wasting resources by passing through a detour route.
図１２は、Bluetooth（登録商標）側で分岐を行うようにリンクを決定した後のリンクの状態を説明するための概念図である。 FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining a link state after a link is determined to branch on the Bluetooth (registered trademark) side.
図１２においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。 In FIG. 12, as in FIG. 6, it is assumed that terminals and links are represented.
図５にもどって、シンクノードは、決定した接続情報に基づき、各上流ノードにおける接続先変更候補を決定する（Ｓ１４１０）。接続先変更候補の決定の詳細については、後述する。 Returning to FIG. 5, the sink node determines a connection destination change candidate in each upstream node based on the determined connection information (S1410). The details of the determination of the connection destination change candidate will be described later.
さらに、シンクノード２は、決定した接続情報ならびに接続先変更候補情報を全ノードに展開（通知）する。各ノードは、接続先変更候補情報を接続先変更候補情報管理部４００に格納するとともに、このような接続情報の通知にしたがって、リンクを形成し、無線ネットワークを構成する。 Further, the sink node 2 deploys (notifies) the determined connection information and connection destination change candidate information to all nodes. Each node stores the connection destination change candidate information in the connection destination change candidate information management unit 400, and forms a link according to the notification of the connection information to configure a wireless network.
シンクノード２は、その後、処理をステップＳ１５０へ進める。 After that, the sink node 2 advances the processing to step S150.
図１３は、最終的に構築されるネットワークの例を示す概念図である。 FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of a network finally constructed.
図１３においても、図６と同様に、端末およびリンクの表現をしているものとする。
（接続先変更候補の決定）
以下では、ステップＳ１４１０における接続先変更候補の決定の処理について、説明する。
In FIG. 13, as in FIG. 6, it is assumed that the terminal and the link are represented.
(Determination of connection destination change candidate)
Hereinafter, the process of determining the connection destination change candidate in step S1410 will be described.
すなわち、シンクノード２は、リンク切断が発生することを想定し、上流ノード側の接続先変更候補（下流ノード）を以下のように決定して、ノードに通知する。 That is, assuming that a link disconnection will occur, the sink node 2 determines a connection destination change candidate (downstream node) on the upstream node side as follows, and notifies the node of the change.
１）上流ノードがWi-Fi DirectのGroup Ownerの場合
下流リンクが１つでも生きている場合は、それらを引き続き使用する。すなわち、新たな接続先追加は行わない。
1) When the upstream node is a Wi-Fi Direct Group Owner If at least one downstream link is alive, continue to use them. That is, no new connection destination is added.
一方、下流リンクが全て切断された場合はGroupを解消し、他のGroup Ownerを接続先変更候補とする。 On the other hand, when all downstream links are disconnected, the Group is canceled and another Group Owner is set as a connection destination change candidate.
２）上流ノードが１）以外の場合
Bluetooth（登録商標）（またはWi-Fi Direct）の場合は、それまでの接続先以外のMasterノード（Group Owner）を接続先変更候補とする。
2) When the upstream node is other than 1)
In the case of Bluetooth (registered trademark) (or Wi-Fi Direct), a master node (Group Owner) other than the connection destination up to that point is set as a connection destination change candidate.
上記１）２）のいずれの場合も、接続先の優先順位は接続可能な下流ノードの中から以下に基づき決定される。 In any of the cases 1) and 2), the priority of the connection destination is determined from the connectable downstream nodes based on the following.
ｉ）シンクノードへ向かう下流側のホップ数がより少ないノード（無線リソースの消費が少なくなるため）を優先する。 i) Priority is given to a node having a smaller number of hops on the downstream side toward the sink node (because radio resource consumption is reduced).
ｉｉ）接続可能なノード数がより多いノードを優先する。このようなノードは伝搬環境が良好であり、リンクの安定性が高いと考えられるためである。 ii) Priority is given to a node having a larger number of connectable nodes. This is because such a node has a good propagation environment and is considered to have high link stability.
ｉｉｉ）受信電力がより大きい（伝搬損がより小さい）ノードを優先する。より高い伝送レートが利用可能であり、ホップ当たりの無線リソースの消費が少なくなるためである。 iii) Priority is given to a node having higher received power (smaller propagation loss). This is because higher transmission rates are available and radio resource consumption per hop is reduced.
なお、ｉ）〜ｉｉｉ）のいずれを優先するかは、事前の設定によるものとし、上記のｉ）〜ｉｉｉ）の順序に限定されるものではない。
（ルート再構築の処理）
以下では、ステップＳ１５０〜Ｓ１７０における「ルート再構築」の処理について説明する。
It should be noted that which of i) to iii) is prioritized depends on the prior setting, and is not limited to the above order of i) to iii).
(Process of route reconstruction)
Hereinafter, the process of “route reconstruction” in steps S150 to S170 will be described.
まず、ステップＳ１５０において、ネットワーク再構築が必要となるイベントについて説明する。 First, an event that requires a network reconfiguration in step S150 will be described.
端末あるいはシンクノードは以下のような状況を検出すると、ネットワーク再構築トリガを発生する。トリガ発生の条件としては、これらの場合のうちいずれかの条件を個別にあるいは組合せてもよい。 The terminal or the sink node generates a network reconfiguration trigger when detecting the following situation. As the condition for trigger generation, any of these conditions may be used individually or in combination.
１）端末あるいはシンクノードが、ノードの位置変動または加速度の変動を検出した場合（一定以上の位置変動あるいは加速度変動を観測した場合）。 1) When the terminal or the sink node detects a position change or a change in acceleration of the node (when a position change or an acceleration change exceeding a certain level is observed).
２）端末あるいはシンクノードが、ネットワーク状況の変化を検出した場合
３）端末あるいはシンクノードが、上流ノードからのデータ伝送が一定期間途絶えたことを検出した場合
４）端末が、下流ノードとの間のリンク切断を検出した場合（デバイスからエラー報告があった場合）
５）端末が、無線リンクの伝送レートの顕著な低下（所定の値を超えるような低下）を検出した場合
また、ネットワーク再構築トリガ発生を報知する方法の例としては、以下のようなものが挙げられる。
2) When the terminal or the sink node detects a change in the network condition 3) When the terminal or the sink node detects that data transmission from the upstream node has been interrupted for a certain period of time 4) Between the terminal and the downstream node Link disconnection detected (when an error is reported from the device)
5) When the terminal detects a remarkable decrease in the transmission rate of the wireless link (a decrease exceeding a predetermined value) Examples of a method of notifying the occurrence of the network reconfiguration trigger include the following. No.
１）再構築トリガが発生した端末あるいはシンクノードが、接続可能な範囲で再構築トリガの発生をフラッディングする。分断された各ネットワーク内でトリガが発生するため、ほぼ全てのノードにトリガが展開される。 1) The terminal or the sink node where the rebuild trigger has occurred floods the occurrence of the rebuild trigger within a connectable range. Since the trigger occurs in each of the disconnected networks, the trigger is deployed to almost all nodes.
２）再構築トリガが発生した、あるいはそれを受信した端末あるいはシンクノードが、スピーカー，ブザーやサイレンでネットワーク再構築トリガの発生を知らせる所定の音声を発生させ，周囲のノードがマイクでそれを検出する。 2) The terminal or sink node that has generated or received the reconfiguration trigger generates a predetermined sound to notify the occurrence of the reconfiguration trigger using a speaker, buzzer, or siren, and the surrounding nodes detect it with a microphone. I do.
次に、実際のルート再構築にあたっては、以下のような処理をシンクノードおよび各端末は実行する。 Next, when actually reconstructing the route, the sink node and each terminal execute the following processing.
まず、リンク切断時の接続先変更を優先するため、ネットワーク再構築トリガが各ノードに展開されてしから、ルート再構築を実施するまでの間、各端末は一定時間待機するものとする。 First, in order to give priority to the change of the connection destination at the time of link disconnection, each terminal is to wait for a certain period of time after the network reconfiguration trigger is deployed to each node and before the route reconfiguration is performed.
１）リンク切断やノード位置の変化、伝送レートの著しい低下を検出したら、無線デバイスや音声デバイス等を利用してネットワーク再構築トリガをフラッディングする。 1) When a link disconnection, a change in a node position, or a remarkable decrease in a transmission rate is detected, a network reconfiguration trigger is flooded using a wireless device, a voice device, or the like.
２）下流リンクが切断された端末は事前に決定された接続先変更候補のうち、優先順位の高いものから順に接続先変更を試みる。 2) The terminal whose downstream link has been disconnected tries to change the connection destination in descending order of priority among the connection destination change candidates determined in advance.
３）ネットワーク再構築トリガを受信した端末は、一定時間経過後（接続先変更が完了していると想定される時間の経過後）に、シンクノードへの接続を確認するためのパケットを送出する。全端末からの接続確認パケットをした場合は、シンクノードはルート再構築を中止することを報知するパケットをネットワーク内に展開する。 3) After receiving the network reconfiguration trigger, the terminal transmits a packet for confirming the connection to the sink node after a lapse of a predetermined time (after a lapse of time when it is assumed that the connection destination change is completed). . When connection confirmation packets have been received from all terminals, the sink node expands a packet informing the network that the route restructuring should be stopped in the network.
４）３）に記載したルート再構築中止パケットを受信しないままに、ネットワーク再構築トリガを生成 or 受信してから一定時間が経過した場合は、ネットワークの再構築作業を実施する。 4) If a certain period of time has elapsed after the generation or reception of the network reconfiguration trigger without receiving the route reconfiguration stop packet described in 3), the network reconfiguration operation is performed.
ネットワークの再構築処理は、図３のステップＳ１００〜Ｓ１４０までの処理を繰り返すことを意味する。 The network restructuring process means that the processes of steps S100 to S140 in FIG. 3 are repeated.
以上説明したように、本実施の形態の無線ネットワークによれば、ランダムなノード配置に対して、センサデータを効率的に収集可能なマルチホップ無線ネットワークを構築することが可能である。 As described above, according to the wireless network of the present embodiment, it is possible to construct a multi-hop wireless network that can efficiently collect sensor data for a random node arrangement.
また、ノードはスマートフォンのような一般に販売されている機器を使用することが可能であり、携帯電話網が圏外の場所でもネットワークが敷設できるよう、スター型ネットワークを構築できる無線LANとBluetooth（登録商標）でマルチポップネットワークを構築することが可能である。 In addition, the node can use generally sold equipment such as a smartphone, and a wireless LAN and Bluetooth (registered trademark) that can construct a star-type network so that the network can be laid even in a place where the mobile phone network is out of range. ) Makes it possible to build a multi-pop network.
また、Wi-Fiと比較してBluetooth（登録商標）は伝送速度が著しく低いものの、経路中のBluetooth（登録商標）伝送がボトルネックとなることを軽減するルーティングを実現することが可能である。 Further, although the transmission speed of Bluetooth (registered trademark) is remarkably lower than that of Wi-Fi, it is possible to realize routing for reducing the bottleneck of transmission of Bluetooth (registered trademark) in a route.
また、バッテリ切れや土砂崩れによるセンサの移動が発生した場合にもネットワークを再構築して接続性を維持することが可能である。 In addition, even when the sensor moves due to a battery exhaustion or a landslide, the network can be reconstructed to maintain the connectivity.
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an exemplification of a configuration for specifically implementing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and includes changes within the wording and equivalents of the claims. Is intended.
２ シンクノード、１０．１〜１０．ｎ 端末、１００．１〜１００．３ アンテナ、１１０ 無線送受信部、１１０．１ 携帯電話網送受信部、１１０．２ 高速無線送受信部、１１０．３ 低速無線送受信部、２００ 制御メッセージ生成部、３００ 接続可能ノード情報管理部、３１０ ルート情報管理部、４００ 接続先変更候補情報管理部、５００ ユーザデータ生成部。 2. Sink node, 10.1 to 10. n terminal, 100.1 to 100.3 antenna, 110 wireless transceiver, 110.1 mobile phone network transceiver, 110.2 high-speed wireless transceiver, 110.3 low-speed wireless transceiver, 200 control message generator, 300 connection Possible node information management unit, 310 route information management unit, 400 connection destination change candidate information management unit, 500 user data generation unit.
Claims (10)
前記第１の無線通信方式の通信の通信速度は、前記第２の無線通信方式の通信速度よりも大きく、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記第１の無線通信方式および前記第２の無線通信方式で接続可能なノードを探索するステップと、
所定ノードを起点として、前記第１の無線通信方式および前記第２の無線通信方式のリンクを、１ホップずつ交互に使用して、前記複数の無線通信装置が、暫定的につながる暫定ルートを構築するステップと、
前記所定ノードに対して、各前記複数の無線通信装置が、前記接続可能なノードを示す接続可能ノード情報を前記暫定ルートを経由して通知するステップと、
前記所定ノードが、前記接続可能ノード情報に基づき、前記暫定ルートより伝送品質が改善するようにネットワークトポロジを再構築するステップと、
前記所定ノードからの通知に応じて、前記複数の無線通信装置が、再構築された前記ネットワークトポロジに従い、リンクを形成するステップとを備え、
前記ネットワークトポロジを再構築するステップは、
前記所定ノードが、ノード間に、前記第１の無線通信方式による経路の分岐、及び前記第２の無線通信方式の異なるリンクを経由する複数経路が構築されるように、前記ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む、無線ネットワーク構築方法。 A method of constructing a multi-hop wireless network in a plurality of wireless communication devices each capable of performing communication of a first and second wireless communication method corresponding to a star network,
The communication speed of the communication of the first wireless communication system is higher than the communication speed of the second wireless communication system,
A step of each of the plurality of wireless communication devices searching for a node connectable by the first wireless communication method and the second wireless communication method;
Starting from a predetermined node, the links of the first wireless communication system and the links of the second wireless communication system are alternately used one hop at a time, and the plurality of wireless communication devices construct a provisional route that is temporarily connected. Steps to
For the predetermined node, each of the plurality of wireless communication devices, notify the connectable node information indicating the connectable node via the provisional route,
The predetermined node, based on the connectable node information, reconstructing a network topology such that transmission quality is improved from the provisional route,
In response to the notification from the predetermined node, the plurality of wireless communication devices, according to the reconstructed network topology, forming a link,
Reconstructing the network topology comprises:
Reconfiguring the network topology such that the predetermined node establishes a branch between the nodes according to the first wireless communication method and a plurality of paths via different links according to the second wireless communication method. Performing a wireless network construction method.
前記所定ノードが、前記第１の無線通信方式による第１のリンク内では、前記第１のリンク内の１つのノードをスター型ネットワークの中心として前記第１のリンク内のノード間で２ホップ伝送が行われる接続経路が構築され、前記第２の無線通信方式による第２のリンク内では、前記接続可能ノード情報に基づいて、ノード間で、異なる並行な接続経路を経由した伝送が行われるように、前記ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む、請求項１記載の無線ネットワーク構築方法。 Reconstructing the network topology comprises:
Wherein the predetermined node, the first wireless communication system in the first link by, 2-hop transmission to one node among the nodes in the first link as the center of the star network in said first link Is performed, and within the second link according to the second wireless communication method , transmission via different parallel connection paths is performed between nodes based on the connectable node information. 2. The wireless network construction method according to claim 1, further comprising the step of reconstructing the network topology.
前記所定ノードに近い側をネットワークの下流と定義するとき、
前記ネットワーク状況の変化とは、ｉ）所定以上の位置変動や加速度変動を観測した場合、ｉｉ）上流ノードからのデータ伝送が一定期間途絶えた場合、ｉｉｉ）伝送レートが所定値以上低下した場合の少なくとも１つの場合である、請求項３記載の無線ネットワーク構築方法。 Each of the plurality of wireless communication devices has a sensor for measuring its own position or acceleration,
When defining the side close to the predetermined node as downstream of the network,
The change in the network status is defined as i) when a position change or acceleration change exceeding a predetermined value is observed, ii) when data transmission from the upstream node is interrupted for a certain period, or iii) when the transmission rate decreases by a predetermined value or more. 4. The wireless network construction method according to claim 3, wherein at least one case is adopted.
前記所定ノードが、前記接続可能ノード情報に基づき、リンク切断発生時に切断ノードがネットワークに復帰できるように接続先変更候補を予め決定するステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線ネットワーク構築方法。 Reconstructing the network topology comprises:
The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising the step of the predetermined node determining a connection destination change candidate in advance based on the connectable node information so that the disconnected node can return to the network when a link disconnection occurs. How to build a wireless network.
前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、前記所定ノードへ向かう下流側のホップ数がより少ないノードを前記接続先変更候補として決定する、請求項５記載の無線ネットワーク構築方法。 In the step of previously determining the connection destination change candidate,
The wireless network construction method according to claim 5, wherein the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having a smaller number of hops on the downstream side toward the predetermined node as the connection destination change candidate.
前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、接続可能なノード数がより多いノードを前記接続先変更候補として決定する、請求項５記載の無線ネットワーク構築方法。 In the step of previously determining the connection destination change candidate,
The wireless network construction method according to claim 5, wherein the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having a larger number of connectable nodes as the connection destination change candidate.
前記所定ノードが、各前記無線通信装置において、受信電力がより大きいノードを前記接続先変更候補として決定する、請求項５記載の無線ネットワーク構築方法。 In the step of previously determining the connection destination change candidate,
The wireless network construction method according to claim 5, wherein the predetermined node determines, in each of the wireless communication devices, a node having higher received power as the connection destination change candidate.
前記ネットワーク再構築要求が発生したときに、再構築要求の発生を知らせる所定の音声を発生させ、各前記複数の無線通信装置が、前記マイクで検出することによりネットワーク再構築処理を開始する、請求項３記載の無線ネットワーク構築方法。 Each of the plurality of wireless communication devices includes a microphone,
When the network rebuilding request is generated, a predetermined sound is generated to notify the occurrence of the rebuilding request, and each of the plurality of wireless communication devices starts a network rebuilding process by detecting with the microphone. Item 3. The wireless network construction method according to Item 3.
前記第１の無線通信方式の通信の通信速度は、前記第２の無線通信方式の通信速度よりも大きく、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記第１の無線通信方式および前記第２の無線通信方式で接続可能なノードを探索するステップと、
所定ノードを起点として、前記第１の無線通信方式および前記第２の無線通信方式のリンクを、１ホップずつ交互に使用して、前記複数の無線通信装置が、暫定的につながる暫定ルートを構築するステップと、
前記所定ノードに対して、各前記複数の無線通信装置が、前記接続可能なノードを示す接続可能ノード情報を前記暫定ルートを経由して通知するステップと、
前記所定ノードが、接続可能ノード情報に基づき、前記暫定ルートより伝送品質が改善するようにネットワークトポロジを再構築するステップと、
前記所定ノードからの通知に応じて、前記複数の無線通信装置が、再構築された前記ネットワークトポロジに従い、リンクを形成するステップとにより構築され、
前記ネットワークトポロジを再構築するステップは、
前記所定ノードが、ノード間に、前記第１の無線通信方式による経路の分岐、及び前記第２の無線通信方式の異なるリンクを経由する複数経路が構築されるように、前記ネットワークトポロジの再構築を実行するステップを含む、無線ネットワーク。 A multi-hop wireless network constructed by a plurality of wireless communication devices each capable of performing communication of a first and second wireless communication method corresponding to a star network,
The communication speed of the communication of the first wireless communication system is higher than the communication speed of the second wireless communication system,
A step of each of the plurality of wireless communication devices searching for a node connectable by the first wireless communication method and the second wireless communication method;
Starting from a predetermined node, the links of the first wireless communication system and the links of the second wireless communication system are alternately used one hop at a time, and the plurality of wireless communication devices construct a provisional route that is temporarily connected. Steps to
For the predetermined node, each of the plurality of wireless communication devices, notify the connectable node information indicating the connectable node via the provisional route,
The predetermined node, based on the connectable node information, reconstructing a network topology such that transmission quality is improved from the provisional route,
In response to the notification from the predetermined node, the plurality of wireless communication devices are configured according to a step of forming a link according to the reconfigured network topology,
Reconstructing the network topology comprises:
Reconfiguring the network topology so that the predetermined node establishes a branch between the nodes by the first wireless communication method and a plurality of paths via different links of the second wireless communication method between the nodes; Wireless network , comprising the steps of:
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