特許 6807113 通信システム、通信方法及び通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6807113

(24)【登録日】2020年12月9日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】通信システム、通信方法及び通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 1/00 20060101AFI20201221BHJP

   H04L 12/70 20130101ALI20201221BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20201221BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20201221BHJP

   H04W 28/04 20090101ALI20201221BHJP

   H04W 76/10 20180101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H04L1/00 A

   H04L12/70 F

   H04W84/18

   H04W4/38

   H04W28/04

   H04W76/10 110

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-107428(P2019-107428)

(22)【出願日】2019年6月7日

(65)【公開番号】特開2020-202470(P2020-202470A)

(43)【公開日】2020年12月17日

【審査請求日】2019年6月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】519166154

【氏名又は名称】ソナス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100172591

【弁理士】

【氏名又は名称】江嶋 清仁

(72)【発明者】

【氏名】大原 壮太郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 誠

【審査官】 川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−１７４８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６２９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Zhitao He et al.，Arpeggio: a Penetration Attack on Glossy Networks， 2016 13th Annual IEEE International Conference on Sensing, Communication, and Networking (SECON)，２０１６年１１月 ３日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ １／００

Ｈ０４Ｌ １２／７０

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の通信ノード間で同時送信を利用したフラッディングにより通信を行う通信システムであって、前記複数の通信ノードは、パケットを生成して送信する送信ノード、前記パケットを中継する中継ノード、および前記パケットの宛先となる宛先ノードのいずれかであり、
前記送信ノードは、所定の送信データと、少なくとも前記送信データに対する第１の誤り検出符号と、少なくとも前記送信データと前記パケットが送信されるタイミングに対応するタイミング情報と前記第１の誤り検出符号とに対する第２の誤り検出符号と、を含む前記パケットを生成して送信し、
前記中継ノードは、前記パケットを受信し、前記第２の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行い、誤りが検出された場合は前記パケットを破棄し、誤りが検出されなかった場合は、前記第２の誤り検出符号を更新して前記パケットを再構成して送信し、
前記宛先ノードは、前記送信ノードまたは前記中継ノードから前記パケットを受信し、少なくとも前記第１の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行う、
ことを特徴とする通信システム。

【請求項2】

前記タイミング情報は前記中継ノードが前記パケットを中継するときに変更されることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。

【請求項3】

前記第２の誤り検出符号は、前記パケットの内の前記第２の誤り検出符号を除くすべてのデータに対して生成され、
前記第１の誤り検出符号は、前記パケットの内の前記タイミング情報と、前記第１の誤り検出符号と、前記第２の誤り検出符号とを除くすべてのデータに対して生成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。

【請求項4】

前記第１の誤り検出符号および前記第２の誤り検出符号は、データリンク層の誤り検出符号であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の通信システム。

【請求項5】

前記第１の誤り検出符号のビット長は前記第２の誤り検出符号のビット長よりも長いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システム。

【請求項6】

複数の通信ノード間で同時送信を利用したフラッディングにより通信を行う通信方法であって、前記複数の通信ノードは、パケットを生成して送信する送信ノード、前記パケットを中継する中継ノード、および前記パケットの宛先となる宛先ノードのいずれかであり、
前記送信ノードが、所定の送信データと、少なくとも前記送信データに対する第１の誤り検出符号と、少なくとも前記送信データと前記パケットが送信されるタイミングに対応するタイミング情報と前記第１の誤り検出符号とに対する第２の誤り検出符号と、を含むパケットを生成して送信すること、
前記中継ノードが前記パケットを受信し、前記第２の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行い、誤りが検出された場合は前記受信したパケットを破棄し、誤りが検出されなかった場合は前記第２の誤り検出符号を更新し、前記パケットを再構成して送信すること、
前記宛先ノードが前記送信ノードまたは前記中継ノードからパケットを受信し、少なくとも前記第１の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行うこと、
を含むことを特徴とする通信方法。

【請求項7】

前記タイミング情報は前記中継ノードが前記パケットを中継するときに変更されることを特徴とする請求項６に記載の通信方法。

【請求項8】

前記第２の誤り検出符号は、前記パケットの内の前記第２の誤り検出符号を除くすべてのデータに対して生成され、前記第１の誤り検出符号は、前記パケットの内の前記タイミング情報と、前記第１の誤り検出符号と、前記第２の誤り検出符号とを除くすべてのデータに対して生成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の通信方法。

【請求項9】

前記第１の誤り検出符号および前記第２の誤り検出符号は、データリンク層の誤り検出符号であることを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載の通信方法。

【請求項10】

前記第１の誤り検出符号のビット長は前記第２の誤り検出符号のビット長よりも長いことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の通信方法。

【請求項11】

通信装置であって、
データが入力される入力部と前記データを含むパケットを生成する制御部と前記パケットを送信する送信部とパケットを受信する受信部とを含み、
前記制御部は、
前記入力部に入力されたデータを送信するときは、少なくとも前記データに対する第１の誤り検出符号と、少なくとも前記データと前記パケットが送信されるタイミングに対応するタイミング情報と前記第１の誤り検出符号とに対する第２の誤り検出符号とを生成し、前記データと前記タイミング情報と前記第１の誤り検出符号と前記第２の誤り検出符号とを含む前記パケットを生成し、
前記受信部が受信した、他の通信装置からの送信データが含まれるパケットを中継するときは、前記受信したパケットに含まれる第３の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行い、誤りが検出されたときは前記受信したパケットを破棄し、誤りが検出されなかったときは前記第３の誤り検出符号を更新し、前記パケットを再構成し、
前記第３の誤り検出符号は、少なくとも前記送信データと少なくとも前記送信データに対する第４の誤り検出符号と前記受信したパケットが送信されたときのタイミングに対応するタイミング情報とに対して生成された、
ことを特徴とする通信装置。

【請求項12】

前記タイミング情報は、パケットが中継されるときに変更されることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。

【請求項13】

前記第３の誤り検出符号は、前記パケットの内の前記第３の誤り検出符号を除くすべてのデータに対して生成されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の通信装置。

【請求項14】

前記第１の誤り検出符号、前記第２の誤り検出符号、前記第３の誤り検出符号及び前記第４の誤り検出符号は、データリンク層の誤り検出符号であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の通信装置。

【請求項15】

前記第１の誤り検出符号のビット長は前記第２の誤り検出符号のビット長よりも長く、前記第４の誤り検出符号のビット長は前記第３の誤り検出符号のビット長よりも長いことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フラッディング方式で通信を行う通信システム、通信方法及び通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

センサノードを複数配置して、データ収集を行う場合、ノードの消費電力を抑え、データ収集の確率を高めるため、同時送信を利用したフラッディングというブロードキャスト方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

【0003】

同時送信を利用したフラッディング方式では、１つのセンサノードがデータ送信を行った際、そのデータを受信した１つ以上の中継ノードが、データ受信後、同じデータをブロードキャスト的に送信する。中継ノードが無線信号の同時送信を起こし、これを複数回繰り返すことで、無線通信システム全体にデータを伝達することが可能である。同時送信を利用したフラッディング方式では、同時に同じデータが複数のノードから送信され、中継ノードは複数のノードから同時に信号を受信しても復号ができる。またルーティングも不要であり、実装も簡単化でき、消費電力を低減できる利点がある。

【0004】

同様な方式には、各通信ノードにタイムスロットを割当て、タイムスロット内にフラッディング方式を用いて自ノードのデータを送信し、受信した中継ノードは割り当てられたタイムスロットでデータを中継する。これを繰り返すことで送信ノードから送信されたデータを中継し、最終的にデータ収集ノードに到達させる方式がある。（例えば、非特許文献２参照）。

【0005】

特許文献１には、中継ノードを介して発信元ノードから宛先ノードへパケットを送信すること、パケットに巡回冗長検査（ＣＲＣ）を含めること、中継は復号化不可能なパケットを破棄することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−４２９１１号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｆ． Ｆｅｒｒａｒｉ ｅｔ ａｌ．， ”Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｆｌｏｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｇｌｏｓｓｙ”， ＩＰＳＮ'１１， ２０１１

【非特許文献2】Ｃｈａｏ ＧＡＯ ｅｔ ａｌ．， ”Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”， 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集，２０１１年＿通信（２），４２８，２０１１−０８−３０

【非特許文献3】鈴木 誠、長山 智則、大原 壮太郎、森川 博之、”同時送信型フラッディングを利用した構造モニタリング”、電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｎｏ．１２、ｐｐ．９５２−９６０、２０１７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

センサデータの収集に適するプロトコル、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４ではＦＣＳ（frame check sequence）にＣＲＣ１６を使っている。ところで、同時送信を利用したフラッディング方式による通信でデータ収集を行う場合は、中継ノードは受信したデータを同じタイミングで送信するように構成されるので、中継時に大きな遅延は許容し難い。また長期間にわたりバッテリ駆動されることが多いので、中継ノードはできるだけ低消費電力であることがよい。そのためにフラッディング方式に使用する中継ノードには、誤り検出符号の生成等の処理に必要な時間と電力の低減が要求されるため、長いビット長のＦＣＳを使うことは避けたい。一方、フラッディング方式による通信では必ずしも送信ノードに距離的に近いノードが中継をするとは限らない。距離が離れた中継ノードがデータを受信し、その際に受信条件によっては誤ったデータを正常なデータとして復号し、次のノードに送信することがあり得る。また、センサデータの収集は、多数の箇所に配置されたセンサデータを所定の時間間隔で長期間にわたって行うことが多いので、伝送されるデータが多くなる分だけデータの伝送誤りが発生する回数も多くなる可能性がある。したがって、ＣＲＣ１６よりも優れた誤り検出性能を有する、長いビット長のＦＣＳを使用したいという要求もあった。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたものであり、同時送信を利用したフラッディング方式を用いる通信を行う無線通信システムにおいて、データの伝送エラーの検出精度を向上するのに有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、複数の通信ノード間で同時送信を利用したフラッディングにより通信を行う通信システムであって、前記複数の通信ノードは、パケットを生成して送信する送信ノード、前記パケットを中継する中継ノード、および前記パケットの宛先となる宛先ノードのいずれかであり、前記送信ノードは、所定の送信データと、少なくとも前記送信データに対する第１の誤り検出符号と、少なくとも前記送信データと前記パケットが送信されるタイミングに対応するタイミング情報と前記第１の誤り検出符号とに対する第２の誤り検出符号と、を含む前記パケットを生成して送信し、前記中継ノードは、前記パケットを受信し、前記第２の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行い、誤りが検出された場合は前記パケットを破棄し、誤りが検出されなかった場合は、前記第２の誤り検出符号を更新して前記パケットを再構成して送信し、前記宛先ノードは、前記送信ノードまたは前記中継ノードから前記パケットを受信し、少なくとも前記第１の誤り検出符号に基づいて誤り検出を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、同時送信を利用したフラッディング方式を用いる無線通信システムにおいて、データの伝送エラーの検出精度を向上するのに有利な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図。

【図2】一実施形態に係る送信ノードの機能ブロック図。

【図3】一実施形態に係る中継ノードの機能ブロック図。

【図4】一実施形態に係るシンクノードの機能ブロック図。

【図5】一実施形態に係るフラッディング方式を用いる通信のサブスロットを示すタイミング図。

【図6】一実施形態に係るフラッディング方式を用いた通信で送受信されるパケットの構造の一例を示す図。

【図7】一実施形態に係るフラッディング方式を用いる通信のフラッディングスロットを示すシーケンス図。

【図8】一実施形態に係る送信ノードが実行する処理の一例を示すフローチャート図。

【図9】一実施形態に係る中継ノードが実行する処理の一例を示すフローチャート図。

【図10】一実施形態に係るシンクノードが実行する処理の一例を示すフローチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0014】

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る中継ノードを含む無線通信システム１００を示すブロック図である。

【0015】

この例では、無線通信システム１００は、通信を行う通信ノードとしてパケットを生成して送信する送信ノード１１０、パケットを中継する中継ノード１２０ａ〜１２０ｆおよびパケットの宛先である宛先ノードを含む。ここでは宛先ノードとしてデータを収集するシンクノード１３０を例に説明する。

【0016】

本実施形態に係る無線通信システムの送信ノードは、所定のタイミングでセンサデータなどを含むパケットを生成し、送信を行う。そのパケットを受信した中継ノードは同じパケットをフラッディング方式を用いてブロードキャスト送信する。この受信と送信を繰り返すことにより、送信ノード１１０から送信されたデータはパケットの宛先であるシンクノード１３０で収集される。送信ノード１１０からデータが送信され、中継ノード１２０はフラッディング方式を用いるブロードキャスト送信を繰り返してデータを中継する。データが送信ノードから送信されて、中継されたデータをシンクノード１３０が受信するまでの１つのサイクルが実行される期間をフラッディングスロットと呼ぶ。フラッディングスロット内において、各通信ノードが送信または受信を行うタイムスロットをサブスロットと呼ぶ。

【0017】

なお、図１では、１台の送信ノード１１０、複数の中継ノード１２０ａ〜１２０ｆ、および宛先ノードとして１台のシンクノード１３０を含む無線通信システムを例に説明を行うが、無線通信システムは複数の送信ノード１１０および複数のシンクノード１３０を含んでもよい。

【0018】

また、本実施形態では、送信ノード１１０と中継ノード１２０とは別の通信ノードであるものとして説明を行うが、送信ノード１１０が、中継ノード１２０として動作してもよい。また中継ノード１２０が送信ノード１１０として動作することもできる。通信ノードが図１に示されるように配置されている場合、実線で示すように、距離が近い通信ノードを経由してパケットが送信ノード１１０からシンクノード１３０へ伝送される場合について以下に説明する。

【0019】

通信ノード間での同時送信を利用したフラッディング方式による通信の説明の前に、それぞれのタイプの通信ノードについて説明する。また本実施形態では、送信ノード１１０が、センサからのデータを送信する場合を例に送信ノード１１０について図２により説明する。送信ノード１１０は、送信部と受信部とを含む無線通信部２０１と、通信制御部２０２と、スケジュール管理部２０３と、時刻生成部２０４と、データ保持部２０５と、センサ入力部２０７とを備える。通信制御部２０２は、送信処理部２０２１と、転送処理部２０２２とを備える。この例ではセンサ２０６は送信ノード１１０のセンサ入力部２０７に接続されているが、送信ノード１１０は、内部にセンサ２０６を備えてもよい。

【0020】

センサ２０６は、設置個所における所定のセンシングを行い、センシングしたデータを送信ノード１１０へ送信する。無線通信部２０１は、無線通信の送受信部として動作するモジュールであり、他の中継ノード１２０との間で無線通信部２０１が備えるアンテナまたは外部のアンテナ（不図示）を介して無線によりデータの送受信を行う。通信制御部２０２は、無線通信部２０１の通信状態を管理し、決められたシーケンスに従って送信・転送処理を実行させる。

【0021】

通信制御部２０２の送信処理部２０２１は、データ保持部２０５からのデータを無線通信部２０１へ送出するが、その際にデータに対する第１の誤り検出符号を生成してデータに付加することができる。通信制御部２０２の転送処理部２０２２は、無線通信部２０１の受信部を介して他の通信ノードからのパケットを受信すると共に、他の通信ノードからのデータを解析して、受信したパケットをブロードキャスト送信する中継処理を担当する。その際にパケットに含まれる後述する第２の誤り検出符号の誤りを検出した場合は、そのパケットを破棄する。また、転送処理部２０２２は、中継処理において、パケットに含まれる後述するタイミング情報を変更する。無線通信部２０１が送信するデータは、図６を参照して後述する。また、無線通信部２０１は送信するパケットについて第２の誤り検出符号を生成し、パケットに含めて送信する。第１の誤り検出符号は第２の誤り検出符号よりも誤り検出精度が優れた符号を使うとよい。誤り検出符号はデータリンク層の誤り検出符号であり、例えば第１の誤り検出符号はＣＲＣ３２であり、第２の誤り検出符号は第１の誤り検出符号よりビット長が短いＣＲＣ１６である。

【0022】

センサ入力部２０７は、センサ２０６からのデータを受け取ってデータ保持部２０５に送る。データ保持部２０５は、センサ入力部２０７からのセンサデータを時刻と対応させて保持するメモリを備える。スケジュール管理部２０３は、送信ノード１１０の送受信タイミングの管理を行う。また、スケジュール管理部２０３は、フラッディングスロット長や、サブスロット長、フラッディングスロットにおける最大送信回数などの、フラッディング方式の通信に必要なパラメータを保持する。時刻生成部２０４は、時計であり、各処理部の制御タイミング設定に用いられる。本実施形態では送信ノードがセンサからのデータを送信するものを例に説明するが、センサからのデータを送信するのに限らない。例えば、送信ノードは他の情報処理装置からの情報を送信することもできる。

【0023】

図３は、中継ノード１２０の構成を示すブロック図である。中継ノード１２０は、無線通信部３０１と、通信制御部３０２と、スケジュール管理部３０３と、時刻生成部３０４とを備える。通信制御部３０２は、転送処理部３０２２を備える。

【0024】

中継ノード１２０の無線通信部３０１、スケジュール管理部３０３、および時刻生成部３０４は、それぞれ送信ノード１１０の無線通信部２０１、スケジュール管理部２０３、および時刻生成部２０４と同様の機能を有するため、説明を省略する。中継ノードの通信制御部３０２は、送信処理部を有していないこと以外は送信ノードの通信制御部２０２と同様の機能を有するため説明を省略する。なお、中継ノード１２０は随意に送信ノード１１０と同様の構成を備えてもよく、送信ノードとしての機能を持っていてもよい。

【0025】

図４に、シンクノード１３０の構成例を示す。シンクノード１３０は、無線通信部４０１と、通信制御部４０２と、データ収集部４０３と、スケジュール管理部４０４と、時刻生成部４０５と、を備える。通信制御部４０２は、受信処理部４０２１と、再送処理部４０２２と、同期処理部４０２３とを備える。

【0026】

無線通信部４０１は、無線通信の送受信部として動作するモジュールであり、無線通信部４０１が備えるアンテナまたは外部のアンテナ（不図示）を介して無線によりデータの送受信を行う。また、無線通信部４０１は受信したパケットに含まれる第２の誤り検出符号を検査して、誤りがあった場合には受信したパケットを破棄する。受信処理部４０２１は、受信したパケットデータに含まれる第１の誤り検出符号により受信したデータが誤っているかどうかを判定し、正常に受信されたデータをデータ収集部４０３に格納する。受信したデータに誤りが検出された場合は、再送処理部４０２２は送信ノード１１０に対する再送命令を生成して無線通信部４０１を介して再送を指示する。同期処理部４０２３は、系全体のスケジュールを作成管理する。スケジュール管理部４０４は、自己のサブスロットの管理を行う。また、スケジュール管理部４０４は、フラッディングスロット長や、サブスロット長、フラッディングスロットにおける最大送信回数などの、フラッディング方式の通信に必要なパラメータを保持する。時刻生成部４０５は、時計である。

【0027】

同期処理部４０２３は、系全体のスケジュールを作成管理するため、各送信ノード１１０および中継ノード１２０に対して、定期的に時刻同期パケットを送信する。シンクノード１３０は自己のサブスロットに送出するパケットを用いて他の送信ノード１１０および中継ノード１２０に同期を促す。時刻同期パケットは、他の通信と同様に、フラッディング方式で中継される。

【0028】

一例では、シンクノード１３０は、収集したデータを、外部装置に送信するための通信部または外部の通信装置に接続するインタフェースを随意に有してもよい。通信部は、セルラ通信などの広域無線通信ネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線ローカルエリアネットワーク、および有線ネットワークの少なくとも何れかを含む通信ネットワークと通信を行うよう構成するとよい。

【0029】

次に、図５を参照して、図１の構成の無線通信システムが行う同時送信を利用したフラッディング方式による通信の一例を概略説明する。

【0030】

図５は、図１のノード構成において実線で示すような経路で通信が行われる場合の各通信ノードのサブスロットの使用例を示している。なお、この例では、通信ノードが１つのフラッディングスロット内で送信を行うことができる最大送信回数を規定する。ここでは、最大送信回数は２回であるものとして説明を行う。つまり一つのフラッディングスロットの期間内では通信ノードがパケットを送信できる回数は２回までに制限される。

【0031】

まず、最初のサブスロット５０１において、送信ノード１１０は、パケットを送信する。送信ノード１１０からのパケットは、中継ノード１２０ａおよび１２０ｂが受信するものとする。なお、図５においてＴＸは通信ノードがパケットを送信することを表し、ＲＸは通信ノードがパケットを受信することを表している。

【0032】

ここで、図６を参照して、送信ノード１１０が送信するパケットフォーマットの一例を説明する。

【0033】

送信元６０１は、パケットの送信元を示す識別子である。本実施形態では送信ノード１１０を示す情報である。宛先情報６０２は、パケットの宛先を示す識別子である。本実施形態ではシンクノード１３０を示す情報である。送信データ６０３は、パケットのペイロードであり、本実施形態では送信ノード１１０のセンサ２０６が取得したセンサデータに基づいて生成される情報であるが、これに限らない。他の情報処理装置からのデータを送信データ６０３としてもよい。パケットタイプ６０４は、時刻同期パケット、データのためのパケット、またはスリープパケットなどの、通信ノードが送信するパケットの種類を示す情報である。認証コード６０５は、送信ノード１１０が無線通信システム内の正当な送信ノード１１０であることを検証するために用いられる情報である。この例では、第１の誤り検出符号６０６は、図６の送信元６０１から認証コード６０５までのデータの内の、少なくとも送信データ６０３を含む所定の送信データに対して生成された誤り検出符号とする。タイミング情報６０７は、パケットが送信されるタイミングを示す情報であり、例えば図５のサブスロット番号に対応する情報である。第２の誤り検出符号６０８は、図６の送信元６０１からタイミング情報６０７までのデータの内の、少なくとも送信データ６０３とタイミング情報を含む所定の送信データに対して生成された誤り検出符号とする。

【0034】

図５に戻ってフラッディング方式による通信についての説明をする。中継ノード１２０は、パケットを中継する場合に、パケットに含まれる第２の誤り検出符号６０８を検査し、誤りを検出した場合はそのパケットを破棄する。誤りを検出しなかった場合は次の通信ノードへパケットを転送する。転送時には、中継ノード１２０は少なくとも送信元６０１、宛先情報６０２、送信データ６０３、およびパケットタイプ６０４を変更しない。一方で、タイミング情報６０７を変更して転送する。タイミング情報が変更されるので、中継ノード１２０は第２の誤り検出符号６０８を生成し直して更新し、パケットを再構成して次の通信ノードへ向けて転送する。タイミング情報は中継ノード１２０における中継のタイミングに対応して変更され、変更されたタイミング情報を含むデータに対して中継ノード１２０は、転送の際に第２の誤り検出符号の更新を行う。

【0035】

例えば、サブスロット５０１において、送信ノード１１０は、タイミング情報６０７に「１」を設定してパケットを送信する。送信ノード１１０から送信されたパケットは、サブスロット５０１において中継ノード１２０ａおよび１２０ｂに受信される。

【0036】

サブスロット５０１の次のサブスロット５０２において、中継ノード１２０ａおよび１２０ｂは、タイミング情報６０７を「２」に増やしてパケットの転送を行う。１つのサブスロット内で、複数の通信ノードが送信したパケットは、データが同一であり、送信時刻が同期されているため、衝突しても問題なく復号される。このため、中継ノード１２０ｃは、中継ノード１２０ａおよび１２０ｂから同時送信されたパケットを１つのパケットとして受信する。中継ノード１２０ａおよび１２０ｂからのパケットは、送信ノード１１０ならびに中継ノード１２０ｃおよび１２０ｄが受信するものとする。

【0037】

続いて、サブスロット５０２の次のサブスロット５０３において、送信ノード１１０ならびに中継ノード１２０ｃおよび１２０ｄは、中継ノード１２０ａおよび１２０ｂから受信したパケットを送信する。送信ノード１１０ならびに中継ノード１２０ｃおよび１２０ｄは、タイミング情報６０７を「３」に設定して受信したパケットを転送する。送信ノード１１０ならびに中継ノード１２０ｃおよび１２０ｄからのパケットは、中継ノード１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｅ、および１２０ｆ、ならびにシンクノード１３０が受信するものとする。このとき、送信ノード１１０の送信回数は２回目になり、送信回数が最大送信回数に達したために、以降のサブスロットでは送信は行わない。

【0038】

それ以降も中継が行われ、サブスロット５０４でパケットを送信した中継ノード１２０ａ、１２０ｂは送信回数が最大送信回数の２回に達したため、以降のサブスロットでは送信を行わない。サブスロット５０６において、中継ノード１２０ｃおよび１２０ｄからのパケットを受信した中継ノード１２０ｅおよび１２０ｆは、タイミング情報６０７を「６」に設定して受信したパケットを転送する。中継ノード１２０ｅおよび１２０ｆからのパケットは、シンクノード１３０に受信される。

【0039】

なお、シンクノード１３０が、後述する時刻同期などのために時刻同期パケット（時刻同期信号）を送信する場合も、送信ノード１１０からシンクノード１３０へのフラッディングと同様に、シンクノード１３０から各通信ノードへ情報がフラッディングにより伝達される。この場合は送信元６０１にはシンクノード１３０の識別子が設定され、宛先情報にはブロードキャストであることを示す情報が設定され、パケットタイプには時刻同期パケットを示す情報が設定される。

【0040】

また、この例では、サブスロット５０１では中継ノード１２０ｃ〜１２０ｆおよびシンクノード１３０はパケットを検出しなくても受信を行っている。また、サブスロット５０２でも、中継ノード１２０ｅ〜１２０ｆおよびシンクノード１３０は受信を行っている。すなわち、フラッディングスロットが始まると、中継ノード１２０ａ〜１２０ｆおよびシンクノード１３０はパケットを受信するために受信動作を行っている。

【0041】

次に、図７を参照して、本実施形態に係る無線通信システムが実行する処理の一例を概略説明する。

【0042】

図７は、シンクノード１３０が無線通信システム内の時刻同期を実行させ、送信ノード１１０からデータを収集するまでの処理のシーケンス図を示す。

【0043】

ここで図７に示すように、フラッディングスロットとは、例えば時刻同期をするときは、シンクノード１３０が送信した時刻同期パケットがネットワーク内の通信ノードに行き渡るまでの期間である。また、送信ノード１１０がデータ送信をするときは、送信ノード１１０からシンクノード１３０への送信に割り当てられる期間でもある。このように各フラッディングスロットは、フラッディングによるデータ転送の期間を表す。言い換えると、１つのフラッディングスロットは、シンクノード１３０から、送信ノード１１０および中継ノード１２０のうちの少なくとも１台のノードを宛先とした一連の通信に割り当てられる期間（ダウンリンク）を表す。または送信ノード１１０および中継ノード１２０のうちの少なくとも１台の通信ノードからシンクノード１３０への一連の通信に割り当てられる期間（アップリンク）を表す。

【0044】

アップリンクおよびダウンリンクの両方において、図５で説明したようなフラッディング方式の通信が用いられる。ダウンリンクの場合はシンクノード１３０が送信ノードとなる。この場合は、パケットの送信元６０１にはシンクノード１３０を示す情報が設定され、パケットの宛先情報６０２には宛先となる通信ノードを示す情報又はブロードキャストを示す情報が設定される。

【0045】

フラッディングスロット７０１は、シンクノード１３０が時刻同期パケットを送信する期間である。この期間に、フラッディング方式でネットワーク内の各ノードに時刻同期に必要な情報、例えばタイムスタンプ情報、を無線通信システム内の通信ノードに通知する。

【0046】

フラッディングスロット７０２において、シンクノード１３０へ送信すべきデータを有している送信ノード１１０は、時刻同期後の所定のタイミングで、シンクノード１３０を宛先情報６０２に設定したデータ送信を要求する送信要求パケットを送信する。

【0047】

一例では、送信ノード１１０が所定のタイミングとして疑似ランダム関数を用いて生成したランダム時間またはランダム数のサブスロットだけ待機し、送信要求パケット（送信要求信号）を送信する。この場合、送信要求パケットを送信する前に他の送信ノードから送信要求パケットを受信した送信ノード１１０は、当該他の通信ノードからの送信要求パケットを中継し、自身の送信要求パケットの送信を中止する。このように、フラッディングスロット７０２において、シンクノード１３０はデータの送信を要求する通信ノードを把握することができる。

【0048】

続いて、フラッディングスロット７０３において、シンクノード１３０は、所定の送信ノード１１０を宛先情報６０２に設定し、次のフラッディングスロット７０４における送信を許可する送信許可パケットを送信する。

【0049】

続いて、フラッディングスロット７０４において、送信許可パケットで指定された送信ノード１１０は、当該フラッディングスロットで送信を開始する。すなわち、送信元６０１にその送信ノード１１０の識別子を設定し、宛先情報６０２にシンクノード１３０の識別子を設定し、データを送信する。

【0050】

続いて、フラッディングスロット７０４においてセンサデータを正常に受信したと判断したシンクノード１３０は、フラッディングスロット７０５において他の送信ノード１１０にも、送信許可を送信する。フラッディングスロット７０６以降は、シンクノード１３０によって送信を許可された送信ノード１１０の数に対応するフラッディングスロット数だけセンサデータのアップリンク送信が行われる。その後、フラッディングスロットＮにおいて、全ての送信ノード１１０からのデータ収集が完了したと判定したシンクノード１３０は、スリープを指示するスリープパケット（スリープ信号）を送信する。スリープパケットを受信した無線通信システム内の通信ノードは、フラッディングスロットＮの終了後、所定の時刻までスリープ状態に遷移する。

【0051】

＜誤り検出符号の生成と付加＞
図１のように通信ノードが配置されている場合であっても、送信ノード１１０が送信したパケットが中継ノード１２０ａ、１２０ｂに届くタイミングで、図１に点線で示すように、同じパケットが中継ノード１２０ｃで受信される場合がある。その場合に中継ノード１２０ｃでの受信状況が悪い（例えばＳ／Ｎ比が低い。）等の理由により受信データに誤りが生じ得る。この誤りの有るデータが、条件によって誤り検出符号で誤りが検出されずに、送信されることがある。そうすると、誤ったデータがシンクノード１３０に受信されてしまう可能性がある。また、中継ノード１２０ｃが誤ったデータを送信した場合、中継ノード１２０ｃが送信するデータと中継ノード１２０ａ、１２０ｂが送信するデータが違うために、パケットが衝突してバーストエラー生じることがある。このバーストエラーを有するデータが誤り検出符号によって検出されずにシンクノード１３０へ中継されることがあり得る。そこで、第１の誤り検出符号と第２の誤り検出符号とを使って、データ誤りの検出精度を向上させている。

【0052】

以下に、送信ノード１１０がシンクノードへパケットを送信する場合の動作について図８により説明する。ここではセンサのデータを送信する場合を例にする。送信ノード１１０はセンサ２０６からデータを受信する（Ｓ８０１）。送信処理部２０２１はパケットに、送信ノードを識別する送信元６０１と送信先を識別する宛先情報６０２とを設定する。この例では、パケットタイプ６０４には「データ」を設定される。さらにセンサからのデータを送信データ６０３に設定し、送信ノード１１０の認証コード６０５を設定する。そして、この送信元６０１、宛先情報６０２、送信データ６０３、パケットタイプ６０４、認証コード６０５に対して第１の誤り検出符号６０６を生成する（Ｓ８０２）。ここで第１の誤り検出符号６０６を生成する対象は図６に示される送信元６０１から認証コード６０５までの全データとせずに、例えば送信データ６０３に対してだけ生成してもよい。次に、送信ノード１１０はタイミング情報を取得し、パケットのタイミング情報６０７に設定する。例えば「１」をタイミング情報６０７に設定する（Ｓ８０３）。続いて、送信元６０１からタイミング情報６０７までの全データに対する第２の誤り検出符号６０８を生成してパケットに付加し（Ｓ８０５）、パケットをフラッディング方式により送信する（Ｓ８０６）。第２の誤り検出符号を生成するときも、対象を全データとせずに、例えば送信データ６０３と第１の誤り検出符号６０６とタイミング情報６０７としてもよい。

【0053】

中継ノード１２０の動作について図９により説明する。中継ノード１２０はパケットを受信し（Ｓ９０１）、パケットに含まれた第２の誤り検出符号６０８を検査する（Ｓ９０２）。誤りが検出された場合はパケットを破棄しパケットの受信を再び開始する。誤りが検出されなかった場合は、パケットのタイミング情報６０７を更新する（Ｓ９０３）。更新は例えば、タイミング情報６０７を１増やして、「２」とする。次に新たな第２の誤り検出符号６０８を生成して（Ｓ９０４）、パケットを再構成し（Ｓ９０５）、パケットをフラッディング方式により送信する（Ｓ９０６）。

【0054】

シンクノード１３０の動作について図１０により説明する。シンクノード１３０はフラッディングにより送信されたパケットを受信する（Ｓ１００１）。受信したパケットについて第２の誤り訂正符号６０８を検査する。第２の誤り訂正符号６０８によって誤りが検出された場合はパケットを破棄する（Ｓ１００２）。誤りが検出されなかった場合は、第１の誤り検出符号６０６を検査する。誤りが検出された場合はパケットを破棄する（Ｓ１００３）。誤りが検出されなかった場合は、受信されたデータをデータ収集部４０３へ格納する（Ｓ１００３）。

【0055】

第１の誤り検出符号６０６に第２の誤り検出符号６０８より検出精度が高い符号を使用するとよい。例えば、第２の誤り検出符号６０８は中継ノード１２０で更新する必要があるからハードウエア化が容易で、短時間で生成できるＣＲＣ１６を採用する。ここでＣＲＣ１６を採用すれば８０２．１５．４に準拠したフォーマットとすることができるから、規格に準拠した通信用チップを使うことができることや、無線の規制を満たしやすい等の便益がある。第２の誤り検出符号６０８によりノード間でのデータ誤りを検出することができる。第１の誤り検出符号６０６は、送信ノード１１０で生成され、シンクノード１３０で検査され、中継ノード１２０では変更されない。この第１の誤り検出符号６０６には例えばＣＲＣ３２を採用する。ＣＲＣ３２は、送信ノード１１０とシンクノード１３０だけで処理されるので中継の遅延と中継時の電力消費を特に増やすことなくデータに対する誤り検出の精度を向上することができる。第１の誤り検出符号６０６と第２の誤り検出符号６０８とでデータに対する誤り検出を２重に行う。このために、第２の誤り検出符号６０８で見逃された、例えばバーストエラーなどを、第１の誤り検出符号６０６により検出することが可能になる。

【符号の説明】

【0056】

１１０：送信ノード、１２０ａ〜ｆ：中継ノード、１３０：シンクノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】