WO2006067922A1

WO2006067922A1 - 無線ノードの電源管理方法

Info

Publication number: WO2006067922A1
Application number: PCT/JP2005/020861
Authority: WO
Inventors: Takashi Mizuta
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2006-06-29
Also published as: EP1833197B1; JP4810437B2; CN101076977A; CN101076977B; EP1833197A4; EP1833197A1; JPWO2006067922A1; US7881757B2; US20080151801A1

Abstract

ネットワーク構築時に複数個の無線ノードでグループを作り、複数個のグループを構築するステップと、各グループにおいて、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグループとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスターノードをグループ内の無線ノードのうちから１つ暫定的に決定し、グループ内の他のノードをグループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする子ノードとするステップと、各グループ内における各無線ノードが、通信セッション開始時に他の無線ノードとのデータを交換し、送信相手ごとに必要最小限の送信電力を算出するステップと、各グループ内における各無線ノードが、算出された各必要最小限の送信電力によって他の無線ノードとの通信を行うステップと、グループマスターの交代時期に到達したと判断した場合に子ノードのうちの１つとグループマスターの役目を交代するステップとを有する。

Description

明細書

無線ノードの電源管理方法

技術分野

[0001] 本発明は、複数の無線ノード（無線送受信装置)から構成される相互無線通信ネットワークシステムに関し、より特定的には、電池駆動の無線ノードの電池消費量を管理する電源管理方法およびネットワークシステムに関するものである。

背景技術

[0002] 相互無線通信ネットワークシステムでは、情報を収集するホスト装置と複数の無線ノードで構成されており、特に無線ノードは、無線ノード群の中で統括的なネットワーク処理を行う親機と、それに従属する複数の子機とで構成されている。このような無線ノード構成により、親機が中心となって各子機と共にアドホックネットワークを随時構築し、親機が各子機との相互通信を行うとともに、無線ノード群を代表してホスト装置と相互通信するようになっている。このように、親機は各子機からの情報を集約し、各子機を代表してホスト装置に伝送することによって子機の負担を軽減し、子機を低コストで簡単に構成できるようにしている。ところが、この方法では 1つの親機に処理が集中し、送受信量が子機に比較して極端に増大するため、親機の電源である電池の残量が十分でない場合は、親機の送信出力不足などによるネットワーク全体の速度低下や、最悪の場合は親機の電池切れによる通信回線の切断とレ、つた問題が生じるので、無線ノードの電源管理が必要不可欠であった。

[0003] そこで従来の無線ノードの電源管理方法としては、特許文献 1のようなものがあった。図 24は、特許文献 1に記載された従来の無線ノードの電源管理方法の構成図である。図 24に示すシステムでは、複数の無線ノード 2401とホスト装置 2402とホスト装置と無線ノードを中継するゲートウェイ装置 2403からなる相互無線通信ネットワークにおいて、最初に送信要求を出した無線ノードが暫定の親無線ノードである暫定親機 2404となり、その他の無線ノードが子機 2405となって、暫定親機 2404と子機 24 05の間で相互通信を開始する。その後、暫定親機 2404が全子機の電池残容量のデータを収集し、収集したデータから最も動作状態の良い子機を、真の親無線ノードである真親機 2406として選び直し、真親機 2406を中心とした子機との相互無線通信に切り換え、真親機 2406がゲートウェイ装置 2403を介してホスト装置 2402と相互無線通信するように構成している。その後は、同じ手順で定期的に真親機を選び直すことにより、親機として電池切れの起きにくい適切な無線ノードを選択できるとしている。

特許文献 1 :特開平 10— 145276号公報しかしながら、前述したような従来の構成では、子機の数が多くなると、子機が真親機に選出される機会が少なくなるため、電池残量に余力のある子機が真親機に切り替わって電池消耗の偏りを無くすという効果が十分有効に発揮されないとレ、う問題がある。

[0004] また、全ての子機の中力、ら真親機を選出するように構成されていることから、無線ノードが広範囲に分布しているような場合には、真親機と子機の平均無線通信距離が長くなり、無線送信に要するネットワーク全体の消費電力量が大きくなるので、どの無線ノードも平均的に早期に電池切れを起こしてしまうおそれがある。

[0005] さらに、選出された真親機の送信電力で電波が到達する範囲外に子機があった場合、当該子機が電池残量に余力があつたとしてもネットワークから切り離して縮退運転をする必要があったり、あるいは受信感度を得られる場所に真親機や子機を物理的にその都度移動させたりする必要があり、その結果、ネットワークの性能や利便性を著しく低下させてしまうという問題がある。

[0006] 本発明は、このような従来の問題点を解決するもので、複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークにおいて、無線ノードの偏った電池消耗を効率的に防止し、ネットワーク全体の消費電力量を下げて無線ノードの平均電池寿命を延長し、常に親機と子機の相互無線通信を可能な状態にすることを目的とする。

発明の開示

[0007] 本発明に係る電源管理方法は、複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理方法であって、ネットワーク構築時に複数個の無線ノードでグノレープを作り、複数個のグループを構築するステップと、各グループにおいて、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグノレープとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスターノードをグループ内の無線ノードのうちから 1 つ暫定的に決定し、グループ内の他のノードをグループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする子ノードとするステップと、各グループ内における各無線ノード力通信セッション開始時に他の無線ノードとテストデータを交換し、送信相手ごとに必要最小限の送信電力を算出するステップと、各グノレープ内における各無線ノード力算出された各必要最小限の送信電力によって他の無線ノードとの通信を行うステップと、グループマスターノードが、所定時間毎にグループマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定し、グループマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つとグループマスターの役目を交代するステツプとを有する。

[0008] 本構成によって、複数個の無線ノードによる比較的小規模な無線アドホックネットヮークグループを複数個構成し、グループ内の親機であるグループマスターノードが子機である子ノードと相互無線通信すると共に他のグループのグループマスターノードとも相互無線通信し、グループ内の各無線ノードは必要最小限の送信電力で同一グループ内の他の無線ノードと相互無線通信し、さらに、グノレープ内で定期的にグノレープマスターを交代してレ、くことができる。

[0009] ここでグループマスターノードとは、無線ノードのグループによる無線通信ネットヮークの中で基地局動作をする無線ノードであり、子ノードとは、グループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする無線ノードである。

[0010] グループマスターノードが、グループ内の各子ノードとの通信における通信トラフィック量を監視するステップをさらに含み、グループマスターノードの通信トラフィック量力あらかじめ設定した通信トラフィック量に達した場合に、最も通信トラフィック量の少なかった子ノードとグループマスターを交代するように構成することができる。

[0011] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と高い相関関係にある通信トラフィック量を手が力、りにしてグループマスターを交代するタイミングを正しく検知することができる

[0012] また、子ノードが、それぞれ自身の通信トラフィック量を監視し、グループマスターノードに通信トラフィック量を報告するステップをさらに含み、現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も通信トラフィック量の少なかった子ノードとグループマスターを交代するように構成することができる。

[0013] さらに、グループマスターノード力グループ内の各無線ノードの平均通信トラフイツク量を算出し、他のグループマスターとの間で平均通信トラフィック量情報を交換するステップと、平均通信トラフィック量があら力、じめ設定したレベルを超えたグループを、平均通信トラフィック量の最も少ない隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、グループの吸収および合併後に平均通信トラフィック量が平準化するようグノレープを分離するステップとをさらに含むように構成することができる。

[0014] また、グループマスターノードが、グループ内で通信トラフィック量が最も多い子ノードを、隣接あるいは近隣のグループ内の通信トラフィック量が最も少ない無線ノードと交換するステップをさらに含むように構成することができる。

[0015] 各子ノードが、それぞれ自身の電池残量を監視し、グループマスターノードに電池残量を報告するステップをさらに含み、現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も電池残量のある子ノードとグループマスターを交代するように構成することができる。

[0016] 本構成によって、電池残量そのものを手がかりにしてグループマスターを交代するタイミングを正確に検知することができる。

[0017] ここで、グループマスターノード力グループ内の各無線ノードの平均電池残量を算出し、他のグループマスターとの間で平均電池残量情報を交換するステップと、平均電池残量があらかじめ設定したレベル以下になったグループを、平均電池残量の最も高い隣接するグノレープに吸収および合併を行うステップと、グループの吸収および合併後に平均電池残量が平準化するようグループを分離するステップとをさらに含む構成とすることができる。

[0018] 本構成によって、グノレープ間でグループの平均電池残量の偏りが発生した場合、平均電池残量の差異に開きのある複数のグノレープを合併した後に再分離することによって平均電池残量の偏りを緩和することができる。

[0019] また、グループマスターノードが、グループ内で電池残量の最も低い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の電池残量の最も高い無線ノードと交換するステップをさらに含む構成とすることができる。

[0020] 本構成によって、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの電池残量の偏りを十分に解消できなレ、ような極端に大きな偏りが発生した場合、グノレープ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0021] グノレープ内で電池残量の最も低い子ノードの電池残量力あら力、じめ設定した量より低下した場合に、電池残量の最も低い子ノードをグループ力切り離すステップをさらに含む構成とすることができる。

[0022] 本構成によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併ゃグループ間での無線ノード交換によっても極端に電池残量が低下した無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグループから強制的に切り離すことにより、電池消耗による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害を回避することができる。

[0023] グループマスターノードが、各子ノードとの通信において発生した再送回数を監視するステップをさらに含み、現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も再送回数が少なかった子ノードとグノレープマスターを交代するように構成することが可能である。

[0024] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある通信再送回数を手が力りにしてグループマスターを交代するタイミングを正しく検知することができる。

[0025] グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードとの通信において発生した再送回数の平均を算出し、他のグループマスターとの間で平均再送回数情報を交換するステップと、平均再送回数があらかじめ設定したレベル以上になったグループを、平均再送回数の最も低い隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、グループの吸収および合併後に平均再送回数が平準化するようにグループを分離するステップとをさらに含む構成とすることができる。

[0026] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある通信再送回数を手が力、りとして、グループ間でグノレープの平均再送回数の偏りが発生した場合、平均再送回数の差異に開きのある複数のグノレープを合併した後に再分離することによって平均電池残量の偏りを緩和することができる。 [0027] グループマスターノードが、グループ内で再送回数が最も多い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の再送回数の最も少ない無線ノードと交換するステップをさらに含む構成とすることができる。

[0028] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある通信再送回数を手が力、りとして、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの再送回数の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グループ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0029] グノレープ内で再送回数が最も多い子ノードの再送回数が、あらかじめ設定した量を超えた場合に、再送回数が最も多い子ノードをグループ力切り離すステップをさらに含む構成とすることができる。

[0030] 本構成によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併ゃグループ間での無線ノード交換によっても極端に再送回数の多い無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグループ力強制的に切り離すことにより、電池消耗による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害を回避することができる。

[0031] グループマスターノードが、各子ノードとの通信において発生した符号誤り率を監視するステップをさらに含み、現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も符号誤り率が低力た子ノードとグノレープマスターを交代するように構成できる。

[0032] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある符号誤り率を手がかりにしてグループマスターを交代するタイミングを正しく検知することができる。

[0033] グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードとの通信において発生した符号誤り率の平均を算出し、他のグループマスターとの間で平均符号誤り率情報を交換するステップと、平均符号誤り率があらかじめ設定したレベル以上になったダループを、平均符号誤り率の最も低い隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、グループの吸収および合併後に平均符号誤り率が平準化するようにグループを分離するステップとをさらに含む構成とすることができる。

[0034] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある符号誤り率を手がかりとして、グループ間でグループの平均符号誤り率の偏りが発生した場合、平均符号誤り率の差異に開きのある複数のグノレープを合併した後に再分離することによって平均電池残量の偏りを緩和することができる。

[0035] グループマスターノードが、グノレープ内で符号誤り率が最も高い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の符号誤り率の最も低い無線ノードと交換するステップをさらに含む構成とすることができる。

[0036] 本構成によって、無線ノードの電池消耗量と相関関係にある符号誤り率を手がかりとして、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの符号誤り率の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グループ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0037] グループ内で符号誤り率が最も高い子ノードの再送回数が、あらかじめ設定した量を超えた場合に、符号誤り率が最も多い子ノードをグループ力、ら切り離すステップをさらに含む構成とすることができる。

[0038] 本構成によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併ゃグループ間での無線ノード交換によっても極端に符号誤り率の多い無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグループ力強制的に切り離すことにより、電池消耗による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害を回避することができる。

[0039] 本発明に係る電源管理装置は、複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理装置であって、無線ノードは、ネットワーク構築時に形成される複数個の無線ノードで構成される複数個のグループのうちいずれかに属し、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグノレープとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスターノードが自己の属するグループの中に存在しない場合には暫定的なグループマスターノードとなり、自己の属するグループの中にグループマスターが存在する場合には、前記グノレープマスターノードの配下に接続されて端末局動作を行う子ノードとなるグノレープ構築部と、グループマスターノードである場合に、グループ内の他の子ノードと通信するとともに、他のグループとの通信のための通信中継局となる親機動作部と、グループマスターノードである場合に、所定時間毎にグループマスターの役目を交代する時期に到達したか否力、を判定し、グノレープマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つに対してグループマスターの役目を交代するための交代要求を行う交代制御部と、子ノードである場合に、グループマスターの役目を交代する時期に到達したか否力を判定するために必要となる情報を自己の属するグループのグループマスターに対して送信するとともに、グループマスターノードからの交代要求を受けて前記親機動作部による動作に移行する子機動作部とを備える。

[0040] 本構成によって、複数個の無線ノードによる比較的小規模な無線アドホックネットヮークグループを複数個構成し、グループ内の親機であるグループマスターノードが子機である子ノードと相互無線通信すると共に他のグループのグループマスターノードとも相互無線通信し、グループ内の各無線ノードは必要最小限の送信電力で同一グループ内の他の無線ノードと相互無線通信し、さらに、グノレープ内で定期的にグノレープマスターを交代してレ、くことができる。

[0041] 本発明に係る電源管理方法のプログラムは、複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理方法のプログラムであって、ネットワーク構築時に複数個の無線ノードでグループを作り、複数個のグノレープを構築するステップと、各グループにおいて、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグループとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスターノードをグループ内の無線ノードのうち力 1つ暫定的に決定し、グループ内の他のノードをグループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする子ノードとするステップと、各グノレープ内における各無線ノードが、通信セッション開始時に他の無線ノードとテストデータを交換し、送信相手ごとに必要最小限の送信電力を算出するステップと、各ダループ内における各無線ノードが、算出された各必要最小限の送信電力によって他の無線ノードとの通信を行うステップと、グループマスターノードが、所定時間毎にグノレープマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定し、グループマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つとグループマスターの役目を交代するステップとを含む電源管理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 [0042] このプログラムは、 CPU,メモリ、各種インターフェイスなどを含む装置上で実行されることにより、コンピュータを電源管理装置として機能させるものである。また、このような電源管理方法のプログラムを記録した、 CD-ROMやフレキシブルディスク、光磁気ディスク、メモリカードなどの可搬型記録媒体、通信回線の先に備えられる他の記録装置、コンピュータのハードディスクや RAMなどの記録媒体が本発明の範囲に含まれるものであり、この記録媒体に記録されたプログラムが CPU、メモリなどを含む装置上で実行されることにより電源管理装置を構成することとなる。

[0043] 本発明の詳細を、以下の「発明を実施するための最良の形態」および図面を用いて説明するが、これは例示を目的としており、本発明はこれに限定されることを意図しない。

図面の簡単な説明

[0044] [図 1(a)]本発明の第 1実施形態における無線ノードのブロック図。

[図 1(b)]本発明の第 1実施形態における無線ノードの装置ブロック図。

[図 2]本発明の第 1実施形態における相互無線通信ネットワークの構成図。

[図 3]本発明の第 1実施形態におけるグループ構築動作を説明するフローチャート。

[図 4]本発明の第 1実施形態におけるグループマスター交代動作を説明するフローチャート。

[図 5]本発明の第 1実施形態におけるグループ間のホッピング通信動作を説明する手順図。

[図 6]本発明の第 1実施形態における伝送データフォーマットの説明図。

[図 7]本発明の第 2実施形態における通信トラフィックによるグノレープマスター交代動作を説明するフローチャート。

[図 8]本発明の第 3実施形態における無線ノードのブロック図。

[図 9]本発明の第 3実施形態における電池残量によるグループマスター交代動作を説明するフローチャート。

[図 10]本発明の第 4実施形態における相互無線通信ネットワークの構成図。

[図 11]本発明の第 4実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチャート [図 12]本発明の第 5実施形態における相互無線通信ネットワークの構成図。

[図 13]本発明の第 6実施形態における相互無線通信ネットワークの構成図。

[図 14]本発明の第 7実施形態における無線ノードのブロック図。

[図 15]本発明の第 7実施形態における通信トラフィック量によるグノレープマスター交代動作を説明するフローチャート。

[図 16]本発明の第 8実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチャート

[図 17]本発明の第 10実施形態における無線ノードのブロック図。

[図 18]本発明の第 10実施形態における再送回数によるグループマスター交代動作を説明するフローチャート。

[図 19]本発明の第 11実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチャート

[図 20]本発明の第 14実施形態における無線ノードのブロック図。

[図 21]本発明の第 14実施形態における符号誤り率によるグループ合併動作を説明するフローチャート。

[図 22]本発明の第 15実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチャート

[図 23(a)]本発明のトポロジーシミュレーションモデルの説明図。

[図 23(b)]本発明のトポロジー効果をシミュレートした結果を示す所要電力特性図。

[図 24]従来の無線ノードの電源管理方法の構成図。

発明を実施するための最良の形態

[0045] 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。

(第 1実施形態）

図 1 (a)は、本発明の第 1実施形態における無線ノードのブロック図である。

[0046] 図 1 (a)において、無線ノード 100は、無線ノード各部の制御と送受信データ処理を行う CPU101と、プログラムを格糸内する ROM102と、 RAM103と、タイマー 104と、無線ノードの CPU 101をはじめとする各部に電源を供給する電池 105と、変調部 10 6と、送信部 107と、送信電力制御部 108と、送信電波と受信電波を切り替える切替え部 109と、アンテナ 110と、受信部 111と、復調部 112と、受信レベル検出部 113 で構成される。

[0047] 無線ノード 100から送信する場合、 CPU101は、ワークメモリとして RAM103を用いながら ROM102に格納されているプログラム群の中力必要なプログラムを実行し、送信データ S1を作成する。送信データ S1は変調部 106によって変調処理されて IF信号 S2となり、 IF信号 S2は送信部 107によって高周波変換および電力増幅される。このとき、送信電力制御部 108は、 CPU101が出力する送信電力レベル S7に応じた電力制御を送信部 107に対して行う。電力増幅された高周波信号は、送信モードに設定された切替え部 109によってアンテナ 110に送り出され、電波として送信される。この際、 CPU101が制御するチャンネル選択信号 S3によって送信部 107にチヤンネル番号が指定され、指定されたチャンネルの周波数で高周波変換が行われる。チャンネル番号が異なれば使用する送信周波数も異なるので、無線ノード同士の衝突は回避されることになる。

[0048] 無線ノード 100が受信する場合、他の無線ノードなどを含む他局の電波がアンテナ

110によって受信されて高周波信号となり、受信モードに設定された切替え部 109によって受信部 111に入力される。受信部 111では CPU 101が制御するチャンネル選択信号 S3によってチャネル番号が指定され、指定されたチャンネルの周波数で同調が行われて IF信号 S4が抽出される。 IF信号 S4は、復調部 112にて復調処理されて受信データ S5が再生されて CPU101に入力される。同時に、 IF信号 S4の受信レべノレは、受信レベル検出部 113によって常時監視されており、監視結果として受信レべル S6を CPU101に入力するようになっている。受信レベル検出部 113は、たとえば、ダイオードと増幅器を組み合わせた検波回路によって構成され、 IF信号の包絡線信号を受信レベルとして出力する。

[0049] CPU101では、ソフトウェア処理によって送信データ S1に誤り訂正符号を付カロし、受信データ S5に誤り訂正処理を施すことにより、伝送路が訂正能力内の符号誤り率である電波状態にある場合には、エラーフリーの送受信を行うことにより通信の信頼性を高めることができる。また、 CPU101は、 ROM102に格納されているプログラムを必要に応じて選択する。たとえば、無線ノードがアドホックグノレープを構築する際に必要な通信手順と処理プログラムは、グループ構築プログラム P1として格納されている。また、

無線ノードがグループマスターノードとして動作する場合の通信手順と処理プロダラムは、親機動作プログラム P3に格納され、子ノードとして動作する場合の通信手順と処理プログラムは、子機動作プログラム P4に格納されている。また、グノレープマスタ一を交代する際の交代処理通信手順と処理プログラムは、交代制御プログラム P2に格納されている。

グループマスターを交代するタイミングやその他の CPU処理のために必要なタイミングは、タイマー 104で常時計時処理が行われた計時結果から CPU101が必要に応じて算出し、それらタイミングを取得するようになってレ、る。

[0050] 図 2は、本発明の実施の形態 1における相互無線通信ネットワークシステムの構成図である。

[0051] 図 2において相互無線通信ネットワークシステム 200は、複数の無線ノード 201と、ホスト装置 202と、ホスト装置 202と無線ノード 201を中継するゲートウェイ装置 (GW ) 203で構成される。

[0052] 複数の無線ノード 201は、無線ネットワークシステムが構築されるエリアにランダムに設置された状態から始まる（初期状態)。ランダムに設置された複数の無線ノード 2 01から、ネットワーク全体の無線ノード数と比較して十分に少数の無線ノード 201からなるグノレープ 206がいくつか形成されてゆく。その際、無線ノード 201の中から暫定的にグループマスターノード 204が立ち上がり、あら力じめ設定した子ノード数の無線ノードと接続を行ってグノレープ 206を構成する。通常、初期状態の直後は各無線ノードの電池は満杯状態であるので、どの無線ノードがグループマスターになってもかまわなレ、。このとき、子ノード 205は暫定的なグループマスターノード 204の配下に接続されている。また、暫定的なグループマスターノード間および GW203間でも無線接続が行われ、グループ間のホッピング通信パスが形成されることによりネットヮークシステムの基本形が形成される（グノレープ形成)。

[0053] その後、各グノレープ内で一定期間ごとに最適なグループマスターノードの再選出が行われてゆく。たとえば、子ノード 205がグループマスターノード 207に昇格し、グループマスターノード 204が子ノード 208に降格するなどして、処理負荷が高くて電池消耗が早いグループマスターノード役を持ち回りで交代していき、グループ内の電池残量の平準化が行われる。この再選出動作は、グノレープマスターノードに備えたタイマ一 104の計時結果をもとに一定期間ごとに行われる。新たに選出されたグループマスターノード 207は、子ノード 208との接続を開始するとともにグループ 206間のホッピング通信も開始して相互無線通信ネットワークシステム 200を形成し維持してレ、く（運用状態)。

[0054] 次に、本発明の実施の形態 1の動作について、図 3、図 4、図 5、図 6を用いて説明する。

[0055] 図 6は、本発明の実施の形態 1における伝送データフォーマットの図である。

[0056] グループマスターノードと子ノード間のデータ伝送は、同一無線周波数チャンネルにおいて、データスロットによるフレーミング形式で行われる。図 6におけるフレームは、説明を簡潔にするため 3スロットに限定している。すなわち、グループ内の子ノードの数は、ここでは 3機である。

[0057] 図 6において、フレーム 600は、フレームヘッダ 601と、スロット # 1のための同期信号である同期信号 602と、スロット # 1と、スロット # 2のための同期信号である同期信号 603と、スロット # 2と、スロット # 3のための同期信号である同期信号 604と、スロット # 3と、フレームフッタ 605で構成される。

[0058] フレームヘッダ 601は、子ノードの PLLが再生クロックを引き込むためのプリアンプルと、グループマスターノード固有の識別子と、誤り検出符号を備えている。また、同期信号 602は、第 1子ノードの PLLが再生クロックを再引き込みするためのプリアンプルと、第 1子ノードを指定する識別子と、グループマスターノードから第 1子ノードに対する制御情報などが格納されるデータフィールドと、誤り検出訂正符号を備えてレ、る。同期信号 603、同期信号 604についても、第 2子ノード、第 3子ノードに関して同期信号 602と同様の構成になっている。フレームフッタ 605は、フレーミングのオーバーランなどを防止するための終了識別子を備えている。

[0059] まず、電力制御前の状態での伝送動作を説明する。

[0060] 電力制御前の状態では、グループマスターノード、各子ノードともに最大電力で送信し、グループマスターノードはフレーム 600を繰り返し送信する。第 1子ノードは、フレームヘッダ 601に続く同期信号 602を検出すると、スロット # 1のタイミング期間に自局データであるスロット # 1データ 606を送信する。同様に、第 2子ノードは、フレームヘッダ 601に続く同期信号 603を検出すると、スロット # 2のタイミング期間に自局データであるスロット # 2データ 607を送信し、第 3子ノードはフレームヘッダ 601に続く同期信号 604を検出すると、スロット # 3のタイミング期間に自局データであるスロット # 3データ 608を送信する。このようにして、各子ノードは、自局データをグループマスターノードに送信することができる。

[0061] 電力制御後の状態では、グループマスターノードはフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605は最大電力で送信するが、各同期信号はスロットごとに必要最小限の電力で送信する。各子ノードも、後述の手順であらかじめグループマスターノードから自局宛の必要最小限電力値を受けて取っており、指定された電力値で自局のスロットデータを送信するようになっている。このようにして、送信電力の最適制御を行うことができる。

[0062] ここで、子ノードの送信するスロットデータは、グループマスターノードの PLLが再生クロックを引き込むためのプリアンブルと、送信元の子ノード番号を表す識別子と、子ノードからグループマスターノードに対する制御情報などが格納されるデータフィールドと、子ノードが収集したデータが格納されるデータフィールドと、誤り検出訂正符号を備えている。

[0063] 図 3は、本発明の第 1実施形態におけるグノレープ構築動作を説明するフローチヤートである。

[0064] まず、他の無線ノードを発見する手順を説明する。

[0065] 全ての無線ノード 201は、自局の送信電力を最大に設定し (ステップ 301)、無線チヤンネルをスキャンしながら各周波数チャンネルに暫定のグループマスターノードが送信する同期信号が存在するかどうかを調べる (ステップ 302)。もし、同期信号が検出されていなければ、当該チャンネルではどの無線ノードもグループマスターノードになっていないので、グループマスターノード処理を開始する（ステップ 303)。もし、同期信号が検出されたならば、すでに当該チャンネルには他の無線ノードがグループマスターノードとして存在しているので子ノード処理を開始する（ステップ 313)が、最も近いグループマスターノードの子ノードになれば電池消耗の面から有利であるので、各無線チャンネルのスキャンをしながら (ステップ 302)、同期信号の受信レベルが最大となるチャンネルを探し出す (ステップ 314)。以上の手順によって、無線ノード同士がその存在を発見し合うことができる。

[0066] 次に、グループを構築する手順を説明する。

[0067] グループマスターノード処理および子ノード処理において、まず、グループマスターノード 204から当該チャンネルに同期信号を送信し（ステップ 304)、子ノード 205力らの接続要求を待つ（ステップ 305)。子ノード 205では同期信号を正常受信するまで待ち (ステップ 315)、同期信号を受信したら接続要求を送信する (ステップ 316)。グループマスターノード 204で子ノード 205からの接続要求を受信したら（ステップ 30 5)、当該子ノードが使用するスロット番号を送信する (ステップ 306)。これらステップ 3 05, 306, 307を全ての子ノードが出揃うまで繰り返し、所定数の子ノードとの接続を行う。すなわち、全てのスロットが各子ノードによって予約され、空きスロットが無くなるまで繰り返される。子ノードでは、自分に割り当てられたスロット番号を受信し (ステツプ 317)、獲得したスロット番号を RAM103の指定領域に記憶しておく。以上の手順によって、無線ノードによるグループを構築することができる。

[0068] 次に、無線ノードごとに送信電力を制御する手順を説明する。

[0069] 全てのスロットへの子ノード割当が完了したら、グループマスターノード 204はスロットごとに当該同期信号の送信電力を若干絞り（ステップ 308)、当該スロットデータに子ノードが乗せてくるテストデータが正常受信される下限までステップ 308を繰り返す (ステップ 309)。子ノードは、当該同期信号が正常受信されている限りは (ステップ 3 19)、当該スロットにテストデータを送信するが（ステップ 318)、相手側の電力の絞りすぎによって同期信号を正常受信できなければ、テストデータを正しくスロットに送信できなくなるので、空中線電力の下限を認知できる。例えば、スロット # 1の場合、当該スロットの同期信号である同期信号 602の送信電力を、スロット # 1に第 1子ノードが送信してくるテストデータが正常受信されなくなるまで絞っていくことになる。グループマスターノード 204は、テストデータが正常受信され、なおかつ若干の電力マージンが残る程度の必要最小限の送信電力に設定し (ステップ 310)、設定した値を最小電力情報として送信する（ステップ 311)。これらステップ 308〜311を、全スロットにおいて実行し (ステップ 312)、自グループ内の全ての子ノードごとに必要最小限の送信電力を設定する。子ノードでは、自局宛の最小電力情報を受信し、獲得した最小電力情報を RAM103の指定領域に記憶するとともに、自局発の送信電力を当該電力値に設定する。以上の手順によって、グループマスターノードと各子ノード間の送信電力を必要最小限に制御できる。

[0070] ここでは、テストデータの送受信により送信相手ごとの必要最小限の送信電力を算出するように構成しているが、実際の運用データの送受信処理において、必要最小限の送信電力を算出するように構成することも可能である。

[0071] 以上の各手順により、グループマスターノードと子ノードの接続が行われ、グループ構築動作が完了する。

[0072] 図 4は、本発明の実施の形態 1におけるグループマスター交代動作を説明するフロ一チャートである。

[0073] 図 4では、例示的にグループマスターノードが第 1子ノードと交代する手順を示す。

[0074] グループマスターノード 204は、同期信号を送信し (ステップ 401)、当該同期信号に対応したスロットからスロットデータを受信して（ステップ 402)、全スロットのデータを受信し終わったら (ステップ 403)、各子ノードに対してスロットデータ更新要求を送信する（ステップ 404)。その時、グループマスターノードの交代時期かどうかを内蔵タイマ一 104の計時結果から判定し (ステップ 405)、交代時期でなければステップ 401 に戻ってスロットデータ受信を継続し、交代時期ならば交代制御プログラムの起動を開始して (ステップ 406)、時系列的に最初のスロットであるスロット # 1を使用している第 1子ノードに対して交代要求を送信する (ステップ 407)。

[0075] 第 1子ノードでは、自局宛の同期信号 602を正常取得したら (ステップ 410、 411)、自スロットであるスロット # 1にスロット # 1データを送信する（ステップ 412)。さらに、スロットデータ更新要求を受信するまで休止し (ステップ 413)、スロットデータ更新要求を受信したら、自局宛の交代要求を受信したかをチェックする（ステップ 414)。このとき、交代要求を受信していなかったらステップ 410に戻って新たなスロットデータ送信を継続し、交代要求を受信したら交代制御プログラムの起動を開始して (ステップ 41 5)、交代受付を送信する (ステップ 416)。

グループマスターノード 204は、第 1子ノードからの交代受付を受信したら (ステップ 4 08)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステップ 409)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0076] 第 1子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら (ステップ 417)、グループマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 418)。なお、グループ内の第 1子ノードも含め各子ノードは、グループマスターノード 204からのフレーム 600を常に受信しているため、グループマスターが送信するべきフレーム 600内容を常にモニタしている。そのため、フレーム 600中のグループマスター 204固有の識別子と、子ノード 205を指定する識別子を入れ替えるだけで即座にフレーム 600の送信を継承することができるので、ステップ 418のような交代送信が簡単にできる。

[0077] 以上の各手順により、グループマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

[0078] 図 5は、本発明の実施の形態 1におけるグループ間のホッピング通信動作を説明する手 1噴図である。

[0079] 図 5では、 3グループ間でのホッピング通信動作を示し、具体的には、 3機のグループマスターノード間でのホッピング通信の手順を説明する。

[0080] 第 1無線周波数チャンネルのグループマスターノードである前局 501と、第 2無線周波数チャンネルのグループマスターノードである自局 502と、第 3無線周波数チヤンネルのグループマスターノードである次局 503とで構成されるホッピング通信網において、前局 501から自局 502、自局 502から次局 503という順番で、順方向データをホッピング通信し、逆方向データが順方向データとは逆の経路でホッピング通信する。

[0081] まず、全ての局が共通に相互無線通信するために、無線周波数チャンネルをあら力、じめ定めておいた共通チャンネルに設定する（ステップ 504)。次に、前局 501が中継要求 505を自局 502に送信する。自局 502では中継要求を受信してもすぐには中継許可を返信せず、自局 502からのホップ先である次局 503との中継契約が確立することを優先する。そのため、自局 502から次局 503へ中継要求 506を送信し、次局 503がまたさらに先の局と中継契約した後に返信してくる中継許可 507を受信して自局 502と次局 503との間で中継契約が成立する。その後、自局 502が前局 501に中継許可 508を返信することにより、前局 501と自局 502の間で中継契約が確立する。

[0082] 次に、前局 501が自己のチャンネル番号 509 (第 1チャンネル）を自局 502に送信し、自局 502が自己のチャンネル番号 510 (第 2チャンネル）を前局 501に送信して相手局のチャンネル番号を認知する。同様に、自局 502と次局 503の間でも相互にチャンネル番号を送信して相手局のチャンネル番号を認知する。以上の手順により、各グノレープマスターノード間のホッピング通信の通信経路が開設される。

[0083] ホッピング通信の通信経路が開設されたら、前局 501と自局 502の間のホッピング通信のため、前局 501が送信無線周波数を相手局である自局 502のチャンネルである第 2チャンネルに設定し (ステップ 511)、自局 502が送信無線周波数を相手局である前局 501のチャンネルである第 1チャンネルに設定する（ステップ 512)。このとき、受信無線周波数に関しては、それぞれ自己のチャンネルを使用する。これらのチヤンネル設定により、前局 501と自局 502の間の相互無線通信が可能になるとともに、両局以外の他局、たとえば次局 503への混信を防止できる。

[0084] チャンネル設定が完了したら、前局 501が中継同期信号 514を自局 502に送信し、自局 502が中継同期信号 514を受信したら中継同期検出 515を送信する。前局 5 01で中継同期検出 515を受信したら、順方向のデータ 516を自局 502に送信し、自局 502がデータ 516を正常受信したら、正常受信応答である ACK517を前局 501に送信する。なお、自局 502から前局 501への逆方向のデータ送信に関しても、同様の逆手順で伝送が行われる。また、自局 502と次局 503の間のデータ伝送に関しても同様の手順を用いる。

[0085] 以上の各手順により、各グループマスターノード間でホッピング通信を行うことができる。 [0086] このような構成と手順によれば、ネットワークを複数のグループに分割し、処理負荷の高いグノレープマスターを各無線ノードが順番に交代する構成になっているため、ネットワーク全体の無線ノード数と比較してはるかに少数の無線ノード数で構成されるグループ内で頻繁なグループマスター交代が実行されて無線ノードの偏った電池消耗を効率的に防止し、グノレープという限定されたネットワーク範囲内で、ネットヮーク全体における無線ノード間の平均伝送距離よりはるかに短い平均伝送距離において常に親機と子機の相互無線通信を可能な状態にすることによりネットワーク全体の消費電力量を下げて無線ノードの平均電池寿命を延長できる。さらに、グノレープマスターノード間でホッピング通信を行うことにより、個々のグループマスターノードが GW までの長距離通信を行うことなくデータ伝送ができるので、さらに電池消耗を防止すること力 Sできる。

[0087] 前述したような各効果により、無線ノードの電源である電池を、ネットワーク全体の各無線ノードに関して偏り無く均等に且つ省電力を行いながら消費することになるので、ネットワーク全体の寿命を延長することができる。

[0088] 図 1 (b)は、本発明の第 1実施形態における無線ノードの装置ブロック図であり、本発明の電源管理方法を電源管理装置として実現した場合の無線ノードの機能ブロックを示している。図 1 (b)において、図 1 (a)と同じ構成要素については同じ符号を用レ、、説明を省略する。

[0089] 図 1 (b)において、グループ構築部 121と、交代制御部 122と、親機動作部 123と、子機動作部 124が入出力制御部 125を介して送受信機能各部を制御する。ブロック 121〜125は、 CPUとソフトウェアの組み合わせで実現しても良いし、ハードウェアで実現しても良い。

[0090] なお、変調部 106と復調部 112を個別のハードウェアブロックとして例示した力速度的に間に合うならば、これらを CPU101でのソフトウェア処理としてもかまわない。また、データ伝送方式にデータスロットによるフレーミング形式を用いた力他のデータ伝送方式を使用してもかまわない。

(第 2実施形態）

図 7は、本発明の第 2実施形態における通信トラフィックによるグループマスター交代動作を説明するフローチャートである。

[0091] 図 7において、グループマスターノード 204は、グループマスターノード交代時期の判断基準となる交代トラフィック量をあらかじめ設定し (ステップ 701)、各スロットデータの受信を行うとともに、各子ノードとの通信トラフィック量を子ノードごとに積算していく（ステップ 702)。全スロットのデータを受信したら、各子ノードとの通信トラフィック量力ステップ 701で設定した交代トラフィック量に達したかどうか検査し (ステップ 703)、交代トラフィック量に達していなければスロットデータ受信を継続し、どれか 1つの子ノードでも交代トラフィック量に達してレ、れば交代制御プログラムの起動を開始する（ステツプ 704)。このとき、各子ノードとの通信トラフィック量のうち、トラフィック量が最小の子ノードが最も電池残量に余裕があると推定されるので、当該子ノードに対して交代要求を送信する (ステップ 705)。

[0092] 子ノードでは、自局宛の交代要求が無ければスロットデータ送信処理を継続し (ステツプ 708)、交代要求があれば (ステップ 709)、交代制御プログラムの起動を開始し (ステップ 710)、交代受付を送信する（ステップ 711)。

[0093] グループマスターノード 204は、子ノードからの交代受付を受信したら（ステップ 70 6)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステツプ 707)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0094] 子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら（ステップ 712)、グループマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 60 5を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 713)。

[0095] 以上の各手順により、通信トラフィック量を交代基準としたグループマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

(第 3実施形態）

図 8は、本発明の第 3実施形態における無線ノードのブロック図である。

[0096] 図 8において、図 1 (a)と同じ構成要素については同じ符号を用レ、、説明を省略する。

[0097] 図 8において、無線ノード 800は、電池残量検出部 801を備える。電池残量検出部 801は、電池 105の電圧などから残容量を検出し、電池残量レベル S8を CPU101 に入力するようになっている。この構成により、 CPU101は、電池残量を検査することができる。

[0098] このような構成の無線ノード 800によって、電池残量を手がかりにグループマスターノードを交代する手順を図 9のフローチャートを用いて説明する。

[0099] 図 9は、本発明の第 7実施形態における電池残量によるグループマスター交代動作を説明するフローチャートである。

[0100] 図 9において、子ノードは、電池残量検出部 801を用いて電池残量を検査し (ステツプ 908)、電池残量レベル S8をスロットデータに含めて送信する（ステップ 909)。

[0101] グループマスターノード 204は、グループマスターノード交代時期の判断基準となる時間をあらかじめ設定し (ステップ 901)、各スロットデータの受信を行うとともに子ノードの電池残量の情報も収集する（ステップ 902)。全スロットのデータを受信したら、各子ノードとの通信時間がステップ 901で設定した交代時間に達したかどうか検査し (ステップ 903)、交代時間に達していなければスロットデータ受信を継続し、どれか 1 つの子ノードでも交代時間に達していれば交代制御プログラムの起動を開始する（ステツプ 904)。このとき、各子ノードの電池残量のうち、電池残量が最大の子ノードが最も電池に余裕があるので、当該子ノードに対して交代要求を送信する (ステップ 90

5)。

[0102] 子ノードでは、自局宛の交代要求が無ければ電池残量検査とスロットデータ送信処理を継続し (ステップ 908, 909, 910)、交代要求があれば交代制御プログラムの起動を開始し (ステップ 911)、交代受付を送信する (ステップ 912)。

[0103] グループマスターノード 204は、子ノードからの交代受付を受信したら（ステップ 90

6)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステツプ 907)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0104] 子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら（ステップ 913)、グループマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 60 5を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 914)。

[0105] 以上の各手順により、電池残量を交代基準としたグループマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

[0106] 以上説明したような構成と手順によれば、無線ノードの電池残量そのものを手がかりにしてグループマスターを交代するタイミングを検知することができるので、より正確な基準でグノレープマスターノード交代を行うことができる。

(第 4実施形態）

図 10は、本発明の第 4実施形態における相互無線通信ネットワークシステムの構成図である。

[0107] 図 10において、図 2と同じ構成要素については同じ符号を用レ、、説明を省略する。

[0108] 図 10において、相互無線通信ネットワークシステム 1000は、グループマスターノード 205のグノレープ 204と、グループマスターノード 1001のグループ 1002に分かれて運用されている（運用状態）。ここで、グループ 1002内の各無線ノードの平均電池残量があらかじめ設定したレベル以下になると、グループマスターノード 1001はその機能を終了し、同時にグループ 1002内の全無線ノードがグループマスターノード 205 配下の子ノードになって、新しいグループ 1006を形成する。そして、グループマスタ一ノード 205は、新しいグループマスターノード 1003となる。すなわち、グループ 10 02がグループ 204に吸収および合併される（グループ合併）。その後、グループ 100 6内で各無線ノードの電池残量をもとに偏りの少なくなるようスケジューリングされて、グノレープ 1008とグループ 1009に分離する（グノレープ分離)。分離後は、運用状態に入る。

[0109] このような構成の相互無線通信ネットワークシステム 1000において、特に、グループ合併する手順について、図 11のフローチャートを用いて説明する。

[0110] 図 11は、本発明の第 4実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチヤートである。

[0111] 図 11の処理に入る前に、各グループマスターノードは、ホッピング通信によって自グノレープと他グループの構成情報を交換しておき、他グループの構成情報、すなわち、そのグループの識別子、無線ノードの総数、使用している無線周波数チャンネルなどの情報を共有している。 [0112] まず、グループ合併を受け入れる側の手順を説明する。

[0113] グループマスターノードは、無線周波数チャンネルを共通チャンネルに設定しホッビング通信を用いて処理を進める（ステップ 1101)。まず、各子ノードからの電池残量を収集し、自己の電池残量と含めて自グループの平均電池残量を計算する (ステップ 1102)。そして、他のグループマスターノードに対してステップ 1102で計算した平均電池残量を送信する (ステップ 1103)とともに、自グループの平均電池残量があらカ、じめ設定したレベル以下かどうか評価する（ステップ 1104)。

[0114] 平均電池残量が設定レベル以下でなければ、他のグループマスターノードからグループ合併要求を受信したかどうかを調べ (ステップ 1105)、グループ合併要求を受信しなかったら処理を終了する。グノレープ合併要求を受信した場合、続いて合併処理に入る。合併処理では、まず、合併許可を送信して相手グループに合併受け入れの意志を示す (ステップ 1106)。その後、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 1107)、同期信号を一旦停止する（ステップ 1108)。ここで、自グループと相手グノレープの無線ノード数から所要スロット数を計算し (ステップ 1109)、スロット数を増加して同期信号の送信を再開する (ステップ 1110)。

[0115] 次に、グループ合併を要求する側の手順を説明する。

[0116] ステップ 1104で自グループの平均電池残量が設定レベル以下であった場合、他グループからの平均電池残量から隣接グループの平均電池残量を評価して (ステツプ 1111)、設定レベル以上であれば合併要求処理に入り、設定レベル以下であれば近隣に合併できるグループが無レ、ので、全体のパフォーマンスを落とすなどして縮退運転に入る（ステップ 1112)。

[0117] 合併要求処理では、まず、合併先にグループ合併要求を送信し (ステップ 1113)、合併許可を待つ（ステップ 1114)。合併許可を得たら、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 1115)、自グループの子ノードに対して合併先の無線周波数チャンネルを送信して告知する (ステップ 1116)。その後、同期信号を停止して (ステップ 111 7)、合併先のチャンネルに設定する（ステップ 1118)。

[0118] 以上の各手順により、グループの合併動作が完了する。

[0119] このような構成と手順によれば、グループ間でグノレープの平均電池残量の偏りが発生した場合、平均電池残量の差異に開きのある複数のグループが合併した後に再分離することによって平均電池残量の偏りを緩和することができる。

[0120] なお、ここではグノレープ合併および分離するグループ数を 2とした力 2グループを越える複数のグノレープを合併および分離させてもかまわなレ、。また、グループ合併する基準をグループの平均電池残量としているが、無線ノードの電池残量と相関のあるパラメータであれば、何を用いても同様の効果が得られる。また、合併するグループ数と分離するグループ数を同数として説明したが、電池残量の平準化の具合によつて、合併前と合併 ·分離後のグノレープ数は必ずしも一致しなくてもかまわない。

(第 5実施形態）

図 12は、本発明の第 5実施形態における相互無線通信ネットワークシステムの構成図である。

[0121] 図 12において、図 2と同じ構成要素については説明を省略する。

[0122] 図 12において相互無線通信ネットワークシステム 1200は、グループマスターノード 1202と、子ノード 1203と、子ノード 1204とで構成されるグノレープ 1201と、グノレープマスターノード 1206と、子ノード 1207と、子ノード 1208とで構成されるグノレープ 120 5を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グループ 1201内の子ノード 120 3の電池残量があらかじめ設定したレベル以下になると、グループマスターノード 120 2はグループマスターノード 1206に子ノードの交換要求を送信する。交換要求を受信したグループマスターノード 1206は、自グループ内で電池残量の最も高い子ノード 1207を交代要員とする。その後、交換される子ノード 1203と子ノード 1207は、自グノレープのグループマスターノードから切り離しコマンドを受信し、当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止されることによりグループ力切り離される。切り離された各子ノードは、それぞれ交換先のグノレープの無線周波数チャンネルに切り換え、新しいグループマスターノードからの交信要求を手力 Sかりに相互通信を開始する（子ノード交換）。子ノードの交換が完了したら、各グループマスターノードは、既存の子ノードと新規に交換した子ノードによる新しいグループ 1209およびグループ 12 10を再構築する（再グループ化)。再グノレープ化後は、運用状態に入る。

[0123] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの電池残量の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グノレープ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0124] なお、グループマスターノードが他からの交代要求を受信しても、自グループ内から交代要員を出すことによって自グループの平均電池残量が著しく低下し、平準化カ涸難になる場合は、前記交代要求を拒否する事ができる。交代要求を拒否されたグループマスターノードは、当該グループとの子ノード交換を断念し、その他のグノレープへ交代要求を送信して交代先を探してもょレ、し、交代処理そのものを断念して縮退運転に入ってもよい。

(第 6実施形態）

図 13は、本発明の第 6実施形態における相互無線通信ネットワークシステムの構成図である。

[0125] 図 13において、図 2と同じ構成要素については説明を省略する。

[0126] 図 13において、相互無線通信ネットワークシステム 1300は、グループマスターノード 1302と、子ノード 1303と、もう一機の子ノードとで構成されるグループ 1301を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グノレープ 1301内の子ノード 1303の電池残量があらかじめ設定したレベル以下になると、グループマスターノード 1302は、子ノード 1303に切り離しコマンドを伝送した後に当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止する（子ノード切り離し)。子ノード 1303の切り離しが完了したら、グループマスターノード 1302は、既存の子ノードだけでグループを再構築する。切り離された子ノード 1303は、新たなグループマスターノードからの同期信号を見いだせないため、送受信動作を停止してアイドリングしたまま電池寿命を終える（グループ縮小)。グノレープ縮小後は、運用状態に入る。

[0127] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併やグループ間での無線ノード交換によっても極端に電池残量が低下した無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグノレープから強制的に切り離すことにより、電池消耗による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害などを回避することができる。 (第 7実施形態）

前述した第 2実施形態において、グループマスターノードがグループ内の各子ノードとの通信トラフィック量を監視するように構成しているが、各子ノードがそれぞれ自身の通信トラフィック量を監視してグループマスターに報告し、通信トラフィック量の最も少な力、つた子ノードとグループマスターを交代するように構成することが可能である。この例を第 7実施形態として説明する。

[0128] 図 14は、本発明の第 7実施形態における無線ノードのブロック図である。

[0129] 図 14において、図 1 (a)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

[0130] 図 14において、無線ノード 1400は、通信トラフィック検出部 1401を備える。通信トラフィック検出部 1401は、 CPU101により送出するデータおよび CPU101により受信するデータを監視し、通信トラフィック情報 S9を CPU101に入力するようになっている。この構成により、 CPU101は、通信トラフィック検出部 1401からの通信トラフィック情報 S9に基づいて、所定期間における通信トラフィック量を積算することができる

[0131] このような構成の無線ノード 1400によって、通信トラフィック量を手が力りにグノレープマスターノードを交代する手順を図 15のフローチャートを用いて説明する。

[0132] 図 15は、本発明の第 7実施形態における通信トラフィック量によるグループマスタ一交代動作を説明するフローチャートである。

[0133] 図 15において、子ノードは、通信トラフィック検出部 1401を用いて通信トラフィック量を検査し (ステップ 1508)、通信トラフィック情報 S9をスロットデータに含めて送信する（ステップ 1509)。

[0134] グループマスターノード 204は、グループマスターノード交代時期の判断基準となる時間をあらかじめ設定し (ステップ 1501)、各スロットデータの受信を行うとともに子ノードの通信トラフィック量の情報も収集する（ステップ 1502)。全スロットのデータを受信したら、各子ノードとの通信時間がステップ 1501で設定した交代時間に達した力、どうか検査し (ステップ 1503)、交代時間に達していなければスロットデータ受信を継続し、どれか 1つの子ノードでも交代時間に達してレ、れば交代制御プログラムの起動を開始する (ステップ 1504)。このとき、各子ノードの通信トラフィック量のうち、通信トラフィック量が最小である子ノードに対して交代要求を送信する（ステップ 1505)。

[0135] 子ノードでは、自局宛の交代要求が無ければ、通信トラフィック量の検査とスロットデータ送信処理を継続し (ステップ 1508, 1509， 1510)、交代要求があれば交代制御プログラムの起動を開始し (ステップ 151 1 )、交代受付を送信する（ステップ 151 2)。

[0136] グループマスターノード 204は、子ノードからの交代受付を受信したら（ステップ 15

06)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステップ 1507)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0137] 子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら（ステップ 1513)、グループマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 6

05を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 1514)。

[0138] 以上の各手順により、通信トラフィック量を交代基準としたグループマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

[0139] 以上説明したような構成と手順によれば、無線ノードの電池消耗量と高い相関関係にある通信トラフィック量を手力 Sかりにしてグノレープマスターを交代するタイミングを検失口すること力 Sできる。

(第 8実施形態）

図 10 (第 4実施形態）に示すような相互無線通信ネットワークにおけるグループの合併'分離を、各無線ノードの通信トラフィック量をトリガーとして実行するように構成すること力 Sできる。このような場合を第 8実施形態として以下に説明する。

[0140] この第 8実施形態では、各無線ノードは、第 7実施形態と同様に、図 14に示すような通信トラフィック検出部 1401を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの通信トラフィック情報を受信して、これに基づいてダループの合併 ·分離を行うこととする。

[0141] 図 16は、本発明の第 8実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチヤートである。 [0142] 図 16の処理に入る前に、各グループマスターノードは、ホッピング通信によって自グループと他グループの構成情報を交換しておき、他グループの構成情報、すなわち、そのグループの識別子、無線ノードの総数、使用している無線周波数チャンネルなどの情報を共有している。

[0143] まず、グループ合併を受け入れる側の手順を説明する。

[0144] グループマスターノードは、無線周波数チャンネルを共通チャンネルに設定しホッビング通信を用いて処理を進める（ステップ 1601)。まず、各子ノードからの通信トラフィック量を収集し、自己の通信トラフィック量と含めて自グループの平均通信トラフィック量を計算する（ステップ 1602)。そして、他のグループマスターノードに対してステツプ 1602で計算した平均通信トラフィック量を送信する（ステップ 1603)とともに、自グノレープの平均通信トラフィック量があらかじめ設定したレベルを超えたかどうか評価する（ステップ 1604)。

[0145] 平均通信トラフィック量が設定レベルを超えていなければ、他のグループマスターノードからグループ合併要求を受信したかどうかを調べ（ステップ 1605)、グループ合併要求を受信しなかったら処理を終了する。グループ合併要求を受信した場合、続いて合併処理に入る。合併処理では、まず、合併許可を送信して相手グループに合併受け入れの意志を示す (ステップ 1606)。その後、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 1607)、同期信号を一旦停止する（ステップ 1608)。ここで、自グループと相手グループの無線ノード数から所要スロット数を計算し (ステップ 1609)、スロット数を増加して同期信号の送信を再開する (ステップ 1610)。

[0146] 次に、グループ合併を要求する側の手順を説明する。

[0147] ステップ 1604で自グループの平均通信トラフィック量が設定レベルを超えている場合、他グノレープからの平均通信トラフィック量から隣接グノレープの平均通信トラフイツク量を評価して (ステップ 1611)、設定レベル以下であれば合併要求処理に入り、設定レベルを超えている場合には近隣に合併できるグノレープが無いので、全体のパフオーマンスを落とすなどして縮退運転に入る (ステップ 1612)。

[0148] 合併要求処理では、まず、合併先にグループ合併要求を送信し (ステップ 1613)、合併許可を待つ（ステップ 1614)。合併許可を得たら、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 1615)、自グループの子ノードに対して合併先の無線周波数チャンネルを送信して告知する (ステップ 1616)。その後、同期信号を停止して (ステップ 161 7)、合併先のチャンネルに設定する（ステップ 1618)。

[0149] 以上の各手順により、グループの合併動作が完了する。

[0150] このような構成と手順によれば、グループ間でグノレープの平均通信トラフィック量の偏りが発生した場合、平均通信トラフィック量の差異に開きのある複数のグノレープが合併した後に再分離することによって平均通信トラフィック量の偏りを緩和することができる。

[0151] なお、ここではグループ合併および分離するグループ数を 2とした力 S、 2グループを越える複数のグノレープを合併および分離させてもかまわなレ、。また、合併するグループ数と分離するグノレープ数を同数として説明した力通信トラフィック量の平準化の具合によって、合併前と合併 ·分離後のグループ数は必ずしも一致しなくてもかまわない。

(第 9実施形態）

図 12 (第 5実施形態）に示したようなグノレープ間における子ノードの交換処理を、各無線ノードの通信トラフィック量をトリガーとして実行するように構成することが可能である。このような場合を第 9実施形態として以下に示す。

[0152] この第 9実施形態についても、各無線ノードは、第 7実施形態と同様に、図 14に示すような通信トラフィック検出部 1401を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの通信トラフィック情報を受信して、これに基づいてグループ間の子ノードの交換を行うこととする。

[0153] 図 12において相互無線通信ネットワークシステム 1200は、グループマスターノード 1202と、子ノード 1203と、子ノード 1204とで構成されるグノレープ 1201と、グノレープマスターノード 1206と、子ノード 1207と、子ノード 1208とで構成されるグノレープ 120 5を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グループ 1201内の子ノード 120 3の通信トラフィック量があらかじめ設定したレベルを超えると、グループマスターノード 1202はグループマスターノード 1206に子ノードの交換要求を送信する。交換要求を受信したグループマスターノード 1206は、自グループ内で通信トラフィック量の最も少ない子ノード 1207を交代要員とする。その後、交換される子ノード 1203と子ノード 1207は、自グループのグループマスターノード力切り離しコマンドを受信し、当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止されることによりグループから切り離される。切り離された各子ノードは、それぞれ交換先のグループの無線周波数チャンネルに切り換え、新しいグループマスターノードからの交信要求を手がかりに相互通信を開始する（子ノード交換)。子ノードの交換が完了したら、各グループマスターノードは、既存の子ノードと新規に交換した子ノードによる新しいグループ 1209 およびグノレープ 1210を再構築する（再グノレープ化）。再グループ化後は、運用状態に入る。

[0154] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの通信トラフィック量の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グループ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消すること力 Sできる。

[0155] なお、グループマスターノードが他からの交代要求を受信しても、自グループ内から交代要員を出すことによって自グループの平均通信トラフィック量の平準化が困難になる場合は、前記交代要求を拒否する事ができる。交代要求を拒否されたグループマスターノードは、当該グループとの子ノード交換を断念し、その他のグループへ交代要求を送信して交代先を探してもよいし、交代処理そのものを断念して縮退運転に入ってもよい。

(第 10実施形態）

各無線ノードの再送回数を監視し、この再送回数を手がかりにグループマスターノードを交代するように構成することが可能である。このような場合を第 10実施形態として以下に説明する。

[0156] 図 17は、本発明の第 10実施形態における無線ノードのブロック図である。

[0157] 図 17において、図 1 (a)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

[0158] 図 17において、無線ノード 1700は、再送回数検出部 1701を備える。再送回数検出部 1701は、送信した同期信号に対する返送データを所定時間内に受信しなかつた場合に同一データを再度送信する場合にこれをカウントし、積算した再送回数情報 S 10を CPU 101に送信する。

[0159] このような構成の無線ノード 1700によって、再送回数を手が力りにグループマスタ一ノードを交代する手順を図 18のフローチャートを用いて説明する。

[0160] 図 18は、本発明の第 10実施形態における再送回数によるグループマスター交代動作を説明するフローチャートである。

[0161] 図 18において、グループマスターノード 204は、グループマスターノード交代時期の判断基準となる時間をあらかじめ設定し (ステップ 1801)、各スロットデータの受信を行うとともに子ノードとの通信におけるスロットデータの再送回数も積算する (ステツプ 1802)。全スロットのデータを受信したら、各子ノードとの通信時間がステップ 180 1で設定した交代時間に達したかどうか検査し (ステップ 1803)、交代時間に達してレ、なければスロットデータ受信を継続し、どれ力 4つの子ノードでも交代時間に達していれば交代制御プログラムの起動を開始する（ステップ 1804)。このとき、各子ノードの再送回数積算のうち、再送回数が最小の子ノードが最も電池に余裕があると推定されるので、当該子ノードに対して交代要求を送信する (ステップ 1805)。

[0162] 子ノードでは、交代要求があれば (ステップ 1808)、交代制御プログラムの起動を開始し (ステップ 1809)、交代受付を送信する（ステップ 1810)。

[0163] グループマスターノード 204は、子ノードからの交代受付を受信したら（ステップ 18 06)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステップ 1807)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0164] 子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら（ステップ 1811)、グノレープマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 6 05を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 1812)。

[0165] 以上の各手順により、通信の再送回数を交代基準としたグノレープマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

[0166] このような構成と手順によれば、無線ノードの電池残量を検出することなぐ電池消耗量と相関関係にある通信再送回数を手力 Sかりにしてグノレープマスターを交代するタイミングを正しく検知することができる。

(第 11実施形態）

図 10 (第 4実施形態）に示すような相互無線通信ネットワークにおけるグループの合併'分離を、各無線ノードの再送回数をトリガーとして実行するように構成することができる。このような場合を第 11実施形態として以下に説明する。

[0167] この第 11実施形態では、各無線ノードは、第 10実施形態と同様に、図 17に示すような再送回数検出部 1701を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの再送回数情報を受信して、これに基づいてグループの合併'分離を行うこととする。

[0168] 図 19は、本発明の第 11実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチヤートである。

[0169] 図 19の処理に入る前に、各グループマスターノードは、ホッピング通信によって自グループと他グループの構成情報を交換しておき、他グループの構成情報、すなわち、そのグループの識別子、無線ノードの総数、使用している無線周波数チャンネルなどの情報を共有している。

[0170] まず、グループ合併を受け入れる側の手順を説明する。

[0171] グループマスターノードは、無線周波数チャンネルを共通チャンネルに設定しホッビング通信を用いて処理を進める（ステップ 1901)。まず、各子ノードからの再送回数を収集し、自己の再送回数と含めて自グノレープの平均再送回数を計算する (ステップ 1902)。そして、他のグループマスターノードに対してステップ 1902で計算した平均再送回数を送信する (ステップ 1903)とともに、自グループの平均再送回数があらカ、じめ設定したレベルを超えたかどうか評価する（ステップ 1904)。

[0172] 平均再送回数が設定レベルを超えていなければ、他のグループマスターノードからグノレープ合併要求を受信したかどうかを調べ (ステップ 1905)、グループ合併要求を受信しなかったら処理を終了する。グノレープ合併要求を受信した場合、続いて合併処理に入る。合併処理では、まず、合併許可を送信して相手グループに合併受け入れの意志を示す (ステップ 1906)。その後、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステツプ 1907)、同期信号をー且停止する (ステップ 1908)。ここで、自グループと相手グループの無線ノード数から所要スロット数を計算し (ステップ 1909)、スロット数を増加して同期信号の送信を再開する (ステップ 1910)。

[0173] 次に、グループ合併を要求する側の手順を説明する。

[0174] ステップ 1904で自グループの平均再送回数が設定レベルを超えている場合、他グループからの平均再送回数から隣接グループの平均再送回数を評価して (ステップ 1911)、設定レベル以下であれば合併要求処理に入り、設定レベルを超えている場合には近隣に合併できるグループが無いので、全体のパフォーマンスを落とすなどして縮退運転に入る (ステップ 1912)。

[0175] 合併要求処理では、まず、合併先にグループ合併要求を送信し (ステップ 1913)、合併許可を待つ（ステップ 1914)。合併許可を得たら、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 1915)、自グループの子ノードに対して合併先の無線周波数チャンネルを送信して告知する (ステップ 1916)。その後、同期信号を停止して (ステップ 191 7)、合併先のチャンネルに設定する（ステップ 1918)。

[0176] 以上の各手順により、グループの合併動作が完了する。

[0177] このような構成と手順によれば、グループ間でグノレープの平均再送回数の偏りが発生した場合、平均再送回数の差異に開きのある複数のグループが合併した後に再分離することによって平均再送回数の偏りを緩和することができる。

[0178] なお、ここではグノレープ合併および分離するグループ数を 2とした力 2グループを越える複数のグノレープを合併および分離させてもかまわなレ、。また、合併するグループ数と分離するグノレープ数を同数として説明したが、再送回数の平準化の具合によつて、合併前と合併 ·分離後のグループ数は必ずしも一致しなくても力まわない。 (第 12実施形態）

図 12 (第 5実施形態）に示したようなグノレープ間における子ノードの交換処理を、各無線ノードの再送回数をトリガーとして実行するように構成することが可能である。このような場合を第 12実施形態として以下に示す。

[0179] この第 12実施形態についても、各無線ノードは、第 10実施形態と同様に、図 17に示すような再送回数検出部 1701を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの再送回数情報を受信して、これに基づいてグループ間の子ノードの交換を行うこととする。

[0180] 図 12において相互無線通信ネットワークシステム 1200は、グループマスターノード 1202と、子ノード 1203と、子ノード 1204とで構成されるグノレープ 1201と、グノレープマスターノード 1206と、子ノード 1207と、子ノード 1208とで構成されるグノレープ 120 5を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グループ 1201内の子ノード 120 3の再送回数があらかじめ設定したレベルを超えると、グループマスターノード 1202 はグループマスターノード 1206に子ノードの交換要求を送信する。交換要求を受信したグループマスターノード 1206は、自グループ内で再送回数の最も少ない子ノード 1207を交代要員とする。その後、交換される子ノード 1203と子ノード 1207は、自グノレープのグループマスターノードから切り離しコマンドを受信し、当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止されることによりグループ力切り離される。切り離された各子ノードは、それぞれ交換先のグノレープの無線周波数チャンネルに切り換え、新しいグループマスターノードからの交信要求を手力 Sかりに相互通信を開始する（子ノード交換)。子ノードの交換が完了したら、各グループマスターノードは、既存の子ノードと新規に交換した子ノードによる新しいグループ 1209およびグループ 12 10を再構築する（再グループ化）。再グノレープ化後は、運用状態に入る。

[0181] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの再送回数の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グノレープ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0182] なお、グループマスターノードが他からの交代要求を受信しても、自グループ内から交代要員を出すことによって自グループの平均再送回数の平準化が困難になる場合は、前記交代要求を拒否する事ができる。交代要求を拒否されたグループマスタ一ノードは、当該グループとの子ノード交換を断念し、その他のグループへ交代要求を送信して交代先を探してもよいし、交代処理そのものを断念して縮退運転に入ってあよい。

(第 13実施形態）

図 13 (第 6実施形態）に示すようなグノレープ内の子ノードの切り離し処理を、再送回数をトリガーとして実行する構成とすることができる。この場合を第 13実施形態として以下に説明する。なお、この第 13実施形態についても、各無線ノードは、第 10実施形態と同様に、図 17に示すような再送回数検出部 1701を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの再送回数情報を受信して、これに基づいてグループ内の子ノードの切り離しを行うこととする。

[0183] 図 13において、相互無線通信ネットワークシステム 1300は、グループマスターノード 1302と、子ノード 1303と、もう一機の子ノードとで構成されるグノレープ 1301を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グノレープ 1301内の子ノード 1303の再送回数があらかじめ設定したレベルを超えると、グループマスターノード 1302は、子ノード 1303に切り離しコマンドを伝送した後に当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止する（子ノード切り離し)。子ノード 1303の切り離しが完了したら、グノレープマスターノード 1302は、既存の子ノードだけでグループを再構築する。切り離された子ノード 1303は、新たなグループマスターノードからの同期信号を見いだせないため、送受信動作を停止してアイドリングしたまま電池寿命を終える（グループ縮小)。グノレープ縮小後は、運用状態に入る。

[0184] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併やグループ間での無線ノード交換によっても極端に再送回数が増大した無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグノレープから強制的に切り離すことにより、再送回数の増加による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害などを回避すること力 Sできる。

(第 14実施形態）

各無線ノードの符号誤り率を監視し、この符号誤り率を手力 Sかりにグループマスタ一ノードを交代するように構成することが可能である。このような場合を第 14実施形態として以下に説明する。

[0185] 図 20は、本発明の第 14実施形態における無線ノードのブロック図である。

[0186] 図 20において、図 1 (a)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

[0187] 図 20において、無線ノード 2000は、符号誤り率検出部 2001を備える。 [0188] このような構成の無線ノード 2000によって、符号誤り率を手力 Sかりにグノレープマスターノードを交代する手順を図 21のフローチャートを用いて説明する。

[0189] 図 21は、本発明の第 14実施形態における符号誤り率によるグループマスター交代動作を説明するフローチャートである。

[0190] 図 21において、グループマスターノード 204は、グループマスターノード交代時期の判断基準となる時間をあらかじめ設定し (ステップ 2101)、各スロットデータの受信を行うとともに子ノードとの通信における符号誤り率も取得する (ステップ 2102)。全スロットのデータを受信したら、各子ノードとの通信時間がステップ 2101で設定した交代時間に達したかどうか検査し (ステップ 2103)、交代時間に達していなければスロットデータ受信を継続し、どれ力 4つの子ノードでも交代時間に達していれば交代制御プログラムの起動を開始する（ステップ 2104)。このとき、各子ノードの符号誤り率のうち、符号誤り率が最小の子ノードが最も電池に余裕があると推定されるので、当該子ノードに対して交代要求を送信する (ステップ 2105)。

[0191] 子ノードでは、交代要求があれば (ステップ 2108)、交代制御プログラムの起動を開始し (ステップ 2109)、交代受付を送信する（ステップ 2110)。

[0192] グループマスターノード 204は、子ノードからの交代受付を受信したら（ステップ 21 06)、各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 605の送信を停止して（ステップ 2107)、グループマスターノードの機能を終了する。

[0193] 子ノードでは、同期信号が停止したことを確認したら (ステップ 2111)、グループマスターノード 204に代わって各同期信号およびフレームヘッダ 601とフレームフッタ 6 05を、最大の送信電力で送信開始する (ステップ 2112)。

[0194] 以上の各手順により、通信の符号誤り率を交代基準としたグノレープマスター交代動作が完了する。図 2の例示によれば、グループマスターノード 204が子ノード 208に移行し、子ノード 205がグループマスターノード 207に移行したことになる。

[0195] このような構成と手順によれば、無線ノードの電池残量を検出することなぐ電池消耗量と相関関係にある符号誤り率を手力 Sかりにしてグノレープマスターを交代するタイミングを正しく検知することができる。

[0196] なお、ステップ 2102での符号誤り率の取得は、グループマスターノードの CPU10 1で受信データ S5へ誤り訂正処理を施す際に算出することができる。また、外符号を用いた場合は、復調部 112から符号誤り率を取得してもよい。

(第 15実施形態）

図 10 (第 4実施形態）に示すような相互無線通信ネットワークにおけるグループの合併'分離を、各無線ノードの符号誤り率をトリガーとして実行するように構成することができる。このような場合を第 15実施形態として以下に説明する。

[0197] この第 15実施形態では、各無線ノードは、第 14実施形態と同様に、図 20に示すよう符号な誤り率検出部 2001を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグノレープ内の子ノードからの符号誤り率情報を受信して、これに基づいてグノレープの合併'分離を行うこととする。

[0198] 図 22は、本発明の第 15実施形態におけるグループ合併動作を説明するフローチヤートである。

[0199] 図 22の処理に入る前に、各グループマスターノードは、ホッピング通信によって自グループと他グループの構成情報を交換しておき、他グループの構成情報、すなわち、そのグループの識別子、無線ノードの総数、使用している無線周波数チャンネルなどの情報を共有している。

[0200] まず、グループ合併を受け入れる側の手順を説明する。

[0201] グループマスターノードは、無線周波数チャンネルを共通チャンネルに設定しホッビング通信を用いて処理を進める（ステップ 2201)。まず、各子ノードからの符号誤り率を収集し、自己の符号誤り率と含めて自グループの平均符号誤り率を計算する (ステツプ 2202)。そして、他のグループマスターノードに対してステップ 2202で計算した平均符号誤り率を送信する (ステップ 2203)とともに、自グループの平均符号誤り率があらかじめ設定したレベルを超えたかどうか評価する（ステップ 2204)。

[0202] 平均符号誤り率が設定レベルを超えていなければ、他のグループマスターノードからグノレープ合併要求を受信したかどうかを調べ (ステップ 2205)、グループ合併要求を受信しなかったら処理を終了する。グループ合併要求を受信した場合、続いて合併処理に入る。合併処理では、まず、合併許可を送信して相手グループに合併受け入れの意志を示す (ステップ 2206)。その後、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステツプ 2207)、同期信号を一旦停止する（ステップ 2208)。ここで、自グループと相手グノレープの無線ノード数から所要スロット数を計算し (ステップ 2209)、スロット数を増加して同期信号の送信を再開する (ステップ 2210)。

[0203] 次に、グループ合併を要求する側の手順を説明する。

[0204] ステップ 2204で自グループの平均符号誤り率が設定レベルを超えている場合、他グループからの平均符号誤り率から隣接グループの平均符号誤り率を評価して (ステツプ 2211)、設定レベル以下であれば合併要求処理に入り、設定レベルを超えてレ、る場合には近隣に合併できるグループが無いので、全体のパフォーマンスを落とすなどして縮退運転に入る (ステップ 2212)。

[0205] 合併要求処理では、まず、合併先にグループ合併要求を送信し (ステップ 2213)、合併許可を待つ（ステップ 2214)。合併許可を得たら、無線周波数を自チャンネルに戻し (ステップ 2215)、自グループの子ノードに対して合併先の無線周波数チャンネルを送信して告知する (ステップ 2216)。その後、同期信号を停止して (ステップ 221 7)、合併先のチャンネルに設定する（ステップ 2218)。

[0206] 以上の各手順により、グループの合併動作が完了する。

[0207] このような構成と手順によれば、グループ間でグノレープの平均符号誤り率の偏りが発生した場合、平均符号誤り率の差異に開きのある複数のグループが合併した後に再分離することによって平均符号誤り率の偏りを緩和することができる。

[0208] なお、ここではグノレープ合併および分離するグループ数を 2とした力 2グループを越える複数のグノレープを合併および分離させてもかまわなレ、。また、合併するグループ数と分離するグノレープ数を同数として説明したが、再送回数の平準化の具合によつて、合併前と合併 ·分離後のグループ数は必ずしも一致しなくてもかまわない。 (第 16実施形態）

図 12 (第 5実施形態）に示したようなグノレープ間における子ノードの交換処理を、各無線ノードの符号誤り率をトリガーとして実行するように構成することが可能である。このような場合を第 16実施形態として以下に示す。

[0209] この第 16実施形態についても、各無線ノードは、第 14実施形態と同様に、図 20に示すような符号誤り率検出部 2001を備える構成であるものとし、グループマスターノードがグループ内の子ノードからの符号誤り率情報を受信して、これに基づいてダループ間の子ノードの交換を行うこととする。

[0210] 図 12において相互無線通信ネットワークシステム 1200は、グループマスターノード 1202と、子ノード 1203と、子ノード 1204とで構成されるグノレープ 1201と、グノレープマスターノード 1206と、子ノード 1207と、子ノード 1208とで構成されるグノレープ 120 5を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グループ 1201内の子ノード 120 3の符号誤り率があら力、じめ設定したレベルを超えると、グループマスターノード 120 2はグループマスターノード 1206に子ノードの交換要求を送信する。交換要求を受信したグノレープマスターノード 1206は、自グノレープ内で符号誤り率の最も少ない子ノード 1207を交代要員とする。その後、交換される子ノード 1203と子ノード 1207は、自グノレープのグノレープマスターノードから切り離しコマンドを受信し、当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止されることによりグノレープから切り離される。切り離された各子ノードは、それぞれ交換先のグループの無線周波数チャンネルに切り換え、新しいグループマスターノードからの交信要求を手力 Sかりに相互通信を開始する（子ノード交換)。子ノードの交換が完了したら、各グループマスターノードは、既存の子ノードと新規に交換した子ノードによる新しいグループ 1209およびグループ 1210を再構築する（再グループ化)。再グループ化後は、運用状態に入る。

[0211] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代だけでは無線ノードの符号誤り率の偏りを十分に解消できないような極端に大きな偏りが発生した場合、グループ間で無線ノードを交換することによってその偏りを解消することができる。

[0212] なお、グループマスターノードが他からの交代要求を受信しても、自グループ内から交代要員を出すことによって自グループの平均符号誤り率の平準化が困難になる場合は、前記交代要求を拒否する事ができる。交代要求を拒否されたグループマスターノードは、当該グノレープとの子ノード交換を断念し、その他のグループへ交代要求を送信して交代先を探してもよいし、交代処理そのものを断念して縮退運転に入つてもよい。

(第 17実施形態）図 13 (第 6実施形態）に示すようなグノレープ内の子ノードの切り離し処理を、符号誤り率をトリガーとして実行する構成とすることができる。この場合を第 17実施形態として以下に説明する。なお、この第 17実施形態についても、各無線ノードは、第 14実施形態と同様に、図 20に示すような符号誤り率検出部 2001を備える構成であるものとし、グノレープマスターノードがグノレープ内の子ノードからの符号誤り率情報を受信して、これに基づいてグループ内の子ノードの切り離しを行うこととする。

[0213] 図 13において、相互無線通信ネットワークシステム 1300は、グループマスターノード 1302と、子ノード 1303と、もう一機の子ノードとで構成されるグノレープ 1301を構成要素として備えている（運用状態）。ここで、グノレープ 1301内の子ノード 1303の符号誤り率があらかじめ設定したレベルを超えると、グループマスターノード 1302は、子ノード 1303に切り離しコマンドを伝送した後に当該子ノードが使用しているスロットの同期信号を停止する（子ノード切り離し)。子ノード 1303の切り離しが完了したら、グループマスターノード 1302は、既存の子ノードだけでグループを再構築する。切り離された子ノード 1303は、新たなグループマスターノードからの同期信号を見いだせないため、送受信動作を停止してアイドリングしたまま電池寿命を終える（グループ縮小)。グノレープ縮小後は、運用状態に入る。

[0214] このような構成と手順によって、グループ内でのグループマスター交代やグループ間の合併やグループ間での無線ノード交換によっても極端に符号誤り率が増大した無線ノードが発生した場合、当該無線ノードをグノレープ力強制的に切り離すことにより、符号誤り率の増加による無線ノードの誤動作が原因となるネットワーク障害などを回避すること力 Sできる。

[0215] 以上のような構成の無線ノードを用いれば、図 2の相互無線通信ネットワークシステム 200に示すようなトポロジーを持つセンサーネットワークシステムを容易に構築すること力 Sできる。特に、本発明によれば、各無線ノードによるアドホックネットワークシステムを自動的かつ自立的に構成できるので、広範囲にわたる大規模なネットワークシステムを高価な設置コストを必要とせず簡単に実現でき、し力、も全ての無線ノードが平準化された電源管理の元で運用されるため、運用寿命の長い信頼性のあるネットヮークシステムを提供できる。 [0216] 本発明に係る電源管理方法におけるトポロジー効果をシミュレートするために、図 2

3 (a)に示すようなゲートウェイ GWを中心として、半径の値が dずつ増加する同心円上に、等間隔 dで無線ノードが配置されたモデルを使用する。

[0217] このとき、ゲートウェイ GWから半径 rの円周上に存在する無線ノード数は 2 π ΐ·である。無線通信の所要送信電力 Ρは、通信局間の距離の 3乗に比例することから、

Ρ= (無線ノード数） X (距離の 3乗） X 2

となる。

[0218] なお、この式において 2をかけるのは、 ENQ/ACKの双方向通信でひとつのセッションが成り立つからである。

[0219] 従来例では、各無線ノードがゲートウェイ GWと通信を行うことから、従来例における所要電力 Ρは、

0

[0220] [数 1]

?₀ = 2 x J¹2w r = =—n{n + \){2n + l)(3n² + 3n - 1)

r=l ^J のようになる。

[0221] 本発明では、無線ノードを複数のグループに分割し、グノレープ内でピコネット通信を行うとともに、グループ間でアドホックホッピング通信を行ってゲートウェイ GWに到達する構成となっていることから、本発明の所要電力 Pは、

1

P = (ピコネット通信の所要電力） + (ホッピング通信の所要電力）

1

であり、（ピコネット通信の所要電力） Pは、

P

[0222] [数 2]

Ρ_ρ = 2 χ >' 2wd³ = 2πη(η + 1) で表される。

[0223] なお、 dは無線ノード間隔であるため、 1にノーマライズされる。また、間隔 dで密に配置された無線ノードのホッピング間隔は 3dに近似されることから、ゲートウェイ GW までのホッピング数は r/3となる。

[0224] また、アドホックホッピング時の同期確立手順により最低 2回のセッションを要する。

[0225] さらに、グループ数を g、グループ内の無線ノード数を mとすれば、 g = 2 π r/mであること力、（ホッピング通信の所要電力） Pは、

h

[0226] [数 3]

P_h πη(η + ΐ)(2η + 1)

で表される。

[0227] 1つのグループマスターノードに対して 4つの子ノードを含むグループを構成するような m= 5のモデルを想定した場合、本発明の所要電力 Pは、

1

[0228] [数 4]

12

P、 = 2細 η + ϊ) +― m n + l zn + 1) となる。

[0229] このようなシミュレーション結果を図 23 (b)に示す。図 23 (b)に示すように、無線ノード数が増加すると従来例の場合では飛躍的に総電力が増加するのに対し、本発明の場合では、送信総電力を抑えることができるのがわかる。

[0230] なお、前述した実施形態において、フレーム 600中のフレームヘッダ 601にはグループマスターノード固有の識別子を備え、各同期信号には各同期信号に対応する子ノードを指定する識別子を備え、各スロットデータには送信元の子ノード番号を表す識別子を備えているが、これら識別子は、当該各無線ノードが個別に持つユニークな機械的固有番号であってもよいし、当該各無線ノードに割り振られた自由名称であつてもよレ、。自由名称を用いる場合は、当該ネットワークシステム中に、無線ノードの自由名称と当該無線ノードの機械的固有番号を結びつける名前解決ノードや名前解決サーバーを備えておけばよい。

[0231] また、各実施形態において、空中線伝送路でのデータ伝送時に、さらに外符号処理としてインターリーブ処理と誤り訂正符号化処理を施してからデータ伝送すれば通信の信頼性が向上する。そのとき、外符号処理は、エンコード処理が変調部 106の入力段に設けられ、デコード処理が復調部 112の出力段に設けられることが望ましい。また、誤り訂正符号には、畳み込み符号やターボ符号などの連続的な符号誤りに対して有効な性能を示すものを用いれば、通信の信頼性がさらに向上する。

産業上の利用可能性

本発明に力かる無線ノードの電源管理方法は、相互無線ネットワークシステムを構成する電池駆動の無線端末である無線ノードの電池寿命を、ネットワーク全体に渡つて均等に延ばすための電源管理手段に利用可能である。また、無線アドホック通信によるセンサーネットワークシステム等の用途にも応用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理方法であって、

ネットワーク構築時に複数個の無線ノードでグノレープを作り、複数個のグループを構築するステップと、

前記各グループにおいて、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグループとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスタ一ノードをグループ内の無線ノードのうち力も 1つ暫定的に決定し、グループ内の他のノードを前記グループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする子ノードとするステップと、

前記各グノレープ内における各無線ノードが、通信セッション開始時に他の無線ノードとデータを交換し、送信相手ごとに必要最小限の送信電力を算出するステップと、前記各グノレープ内における各無線ノードが、算出された各必要最小限の送信電力によって他の無線ノードとの通信を行うステップと、

前記グループマスターノードが、所定時間毎にグループマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定し、グノレープマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つとグループマスターの役目を交代するステップと、を有することを特徴とする電源管理方法。

[2] 前記グループマスターノードが、グループ内の各子ノードとの通信における通信トラフィック量を監視するステップをさらに含み、

前記グノレープマスターノードの通信トラフィック量があらかじめ設定した通信トラフィック量に達した場合に、最も通信トラフィック量の少なかった子ノードとグループマスタ一を交代することを特徴とする、請求項 1に記載の電源管理方法。

[3] 前記子ノードが、それぞれ自身の通信トラフィック量を監視し、前記グループマスタ一ノードに通信トラフィック量を報告するステップをさらに含み、

現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も通信トラフィック量の少なかった子ノードとグノレープマスターを交代することを特徴とする、請求項 1に記載の電源管理方法。

[4] 前記グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードの平均通信トラフィック量を算出し、他のグノレープマスターとの間で平均通信トラフィック量情報を交換するステップと、

前記平均通信トラフィック量があら力、じめ設定したレベルを超えたグループを、平均通信トラフィック量の最も少ない隣接するグループに吸収および合併を行うステップとグノレープの吸収および合併後に平均通信トラフィック量が平準化するようグノレープを分離するステップと、

をさらに含むことを特徴とする、請求項 3に記載の電源管理方法。

[5] 前記グループマスターノードが、グノレープ内で通信トラフィック量が最も多い子ノードを、隣接あるいは近隣のグループ内の通信トラフィック量が最も少ない無線ノードと交換するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項 3に記載の電源管理方法。

[6] 各子ノードが、それぞれ自身の電池残量を監視し、前記グループマスターノードに電池残量を報告するステップをさらに含み、

現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も電池残量のある子ノードとグノレープマスターを交代することを特徴とする、請求項 1に記載の電源管理方法。

[7] 前記グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードの平均電池残量を算出し、他のグループマスターとの間で平均電池残量情報を交換するステップと、前記平均電池残量があらかじめ設定したレベル以下になったグノレープを、平均電池残量の最も高い隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、

グループの吸収および合併後に平均電池残量が平準化するようグループを分離するステップと、

をさらに含むことを特徴とする、請求項 6に記載の電源管理方法。

[8] 前記グループマスターノードが、グノレープ内で電池残量の最も低い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の電池残量の最も高い無線ノードと交換するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項 6に記載の電源管理方法。

[9] グノレープ内で電池残量の最も低い子ノードの電池残量力あら力、じめ設定した量より低下した場合に、前記電池残量の最も低い子ノードをグループ力切り離すステツプをさらに含むことを特徴とする、請求項 6に記載の電源管理方法。

[10] 前記グループマスターノードが、各子ノードとの通信において発生した再送回数を監視するステップをさらに含み、

現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も再送回数が少なかった子ノードとグノレープマスターを交代することを特徴とする、請求項 1に記載の電源管理方法。

[11] 前記グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードとの通信において発生した再送回数の平均を算出し、他のグループマスターとの間で平均再送回数情報を交換するステップと、

前記平均再送回数があらかじめ設定したレベル以上になったグループを、平均再送回数の最も低い隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、

グノレープの吸収および合併後に平均再送回数が平準化するようにグノレープを分離するステップと、

をさらに含む、請求項 10に記載の電源管理方法。

[12] 前記グループマスターノードが、グノレープ内で再送回数が最も多い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の再送回数の最も少ない無線ノードと交換するステツプをさらに含むことを特徴とする、請求項 10に記載の電源管理方法。

[13] グノレープ内で再送回数が最も多い子ノードの再送回数が、あらかじめ設定した量を超えた場合に、前記再送回数が最も多い子ノードをグループ力切り離すステップをさらに含むことを特徴とする、請求項 10に記載の電源管理方法。

[14] 前記グループマスターノードが、各子ノードとの通信において発生した符号誤り率を監視するステップをさらに含み、

現在のグループマスターノードがグループマスターの役目を開始してから所定時間が経過した時点で、最も符号誤り率が低かった子ノードとグループマスターを交代することを特徴とする、請求項 1に記載の電源管理方法。

[15] 前記グループマスターノードが、グループ内の各無線ノードとの通信において発生した符号誤り率の平均を算出し、他のグループマスターとの間で平均符号誤り率情報を交換するステップと、

前記平均符号誤り率があらかじめ設定したレベル以上になったグループを、平均符号誤り率の最も低い隣接するグループに吸収および合併を行うステップと、グノレープの吸収および合併後に平均符号誤り率が平準化するようにグノレープを分離するステップと、

をさらに含む、請求項 14に記載の電源管理方法。

[16] 前記グループマスターノードが、グノレープ内で符号誤り率が最も高い子ノードを、隣接あるいは近隣のグノレープ内の符号誤り率の最も低い無線ノードと交換するステツプをさらに含むことを特徴とする、請求項 14に記載の電源管理方法。

[17] グループ内で符号誤り率が最も高い子ノードの再送回数が、あらかじめ設定した量を超えた場合に、前記符号誤り率が最も多い子ノードをグループから切り離すステツプをさらに含むことを特徴とする、請求項 14に記載の電源管理方法。

[18] 複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理装置であって、

無線ノードは、ネットワーク構築時に形成される複数個の無線ノードで構成される複数個のグループのうちいずれかに属し、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグループとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスターノードが自己の属するグループの中に存在しない場合には暫定的なグループマスターノードとなり、自己の属するグループの中にグループマスターが存在する場合には、前記グループマスターノードの配下に接続されて端末局動作を行う子ノードとなるグノレープ構築部と、

グループマスターノードである場合に、グループ内の他の子ノードと通信するとともに、他のグノレープとの通信のための通信中継局となる親機動作部と、

グループマスターノードである場合に、所定時間毎にグループマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定し、グループマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つに対してグループマスターの役目を交代するための交代要求を行う交代制御部と、

子ノードである場合に、グループマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定するために必要となる情報を自己の属するグループのグノレープマスターに対して送信するとともに、グループマスターノードからの交代要求を受けて前記親機動作部による動作に移行する子機動作部と、

を備える電源管理装置。

複数の無線ノードから構成される相互無線通信ネットワークシステムにおける無線ノードの電源である電池の消費量を管理するための電源管理方法のプログラムであつて、

前記各グループにおいて、グループ内の他のノードと通信するとともに他のグループとの通信のための通信中継局となるグループマスターの役目を行うグループマスタ一ノードをグループ内の無線ノードのうちから 1つ暫定的に決定し、グループ内の他のノードを前記グループマスターノードの配下に接続されて端末局動作をする子ノードとするステップと、

前記グループマスターノードが、所定時間毎にグループマスターの役目を交代する時期に到達したか否かを判定し、グノレープマスターの交代時期に到達したと判断した場合に、子ノードのうちの 1つとグループマスターの役目を交代するステップと、を含む電源管理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。