無線端末及び無線システム
【課題】ネットワークを構成する無線端末の全てに中継能力を持たせた上で、周辺の無線端末と情報を交換し、一部の無線端末のみが実際に中継処理を行うように制御することができるようにする。
【解決手段】本発明の無線端末は、自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した状態情報を受信する受信手段と、受信手段が受信した周辺端末の状態情報を保持する状態情報保持手段と、状態情報保持手段に保持される状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段とを備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の無線端末は、自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した状態情報を受信する受信手段と、受信手段が受信した周辺端末の状態情報を保持する状態情報保持手段と、状態情報保持手段に保持される状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末及び無線システムに関し、例えば、センサネットワークをはじめとするマルチホップ無線ネットワーク及びこれを構成する無線端末に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の無線端末でネットワークを構成し、隣接した無線端末間でパケットの送受信を繰り返すことで直接接続していない無線端末間の通信を実現する様々な方式が開発されている。
【０００３】
このような無線ネットワークにおいては、有線ネットワークとは異なり追加の配線コストを使うことなく、信号が周辺の全ての無線端末に到達するため、全ての無線端末が周辺の全ての無線端末と通信可能であることを前提として転送経路を設定するのが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、全ての無線端末との通信を前提とすると、各無線端末の消費電力が大きくなるという問題がある。これは通信を行うと言うことは周辺の無線端末からの信号を受信することを期待されることによる。信号を受信するためには常に受信機を動作させておく必要があり、無線端末の消費電力が大きくなる。
【０００５】
そこで、中継処理をするノードとしないノードに役割を分ける（この場合、中継をするノードだけが中継を行うものとしてルーティング処理が行われる）方法が開発されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、エンドデバイスと名付けた端末は中継処理をせずに、受信機の電源を切ることで消費電力を削減する技術が記載されている。中継処理をしない無線端末は周辺の無線端末から特定の１つを選択し、選択した無線端末としか通信をしないことで消費電力の削減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−５５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の方法では中継処理を行わない無線端末の消費電力が削減されるだけであり、中継処理を行う無線端末の消費電力の削減はなされない。さらに利用可能な通信経路の一部（例えば、中継機能を動作させない無線端末間のリンクなど）を用いないことになるので、通信経路を変更することによって信頼性を確保することができなくなる問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、ネットワークを構成する無線端末の全てに中継能力を持たせた上で、周辺の無線端末と情報を交換し、一部の無線端末のみが実際に中継処理を行うように制御することができる無線端末及び無線システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の無線端末は、無線ネットワークを構成する無線端末において、（１）自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、（２）電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、（３）電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した状態情報を受信する受信手段と、（４）受信手段が受信した周辺端末の状態情報を保持する状態情報保持手段と、（５）状態情報保持手段に保持される状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明の無線システムは、第１の本発明の無線端末を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中継処理を行う無線端末は周辺の状況の変化や端末自体の状態の変化に応じて変更し、特定の無線端末が常時中継処理を行わないように制御することによって、全ての無線端末の消費電力の削減を実現する。またこのようにすることで利用可能な通信経路が従来の方法よりも多くなり、より信頼性の高い通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態のネットワークの構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態の無線端末の内部構成を示す内部構成図である。
【図３】第１の実施形態の状態管理部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の状態情報保持部の構成を示す構成図である。
【図５】第１の実施形態のネットワークの構成を示す構成図である。
【図６】第１の実施形態の無線端末におけるネットワーク構成処理を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態の無線端末の送信タイミング及び受信タイミングを説明する説明図である。
【図８】第１の実施形態の無線端末の状態決定処理を示すフローチャートである。
【図９】図５に示す無線端末１０８の状態情報を示す図である。
【図１０】図５に示す無線端末１０３の状態情報を示す図である。
【図１１】実際に動作させた場合のネットワーク構成を示す構成図である。
【図１２】第１の実施形態の遷移要求信号送信処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（Ａ）実施形態
以下では、本発明の無線端末及び無線システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
この実施形態は、センサネットワークをはじめとするマルチホップ無線ネットワークに本発明を適用した実施形態を例示し、無線端末間の消費電力の均等化、各無線端末の消費電力の削減、無線端末の故障若しくは無線端末間の無線リンクの切断による通信途絶の回避を実現する方式に関するものである。
【００１６】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態のマルチホップ無線ネットワークの構成例を示す無線端末の配置図である。
【００１７】
図１において、１０１〜１２５は無線端末（ノード）を示す。「Ｒ」を付した端末は中継処理を行う無線端末（以下「マスター」又は「マスターノード」ともいう）であり、何も付していない端末は中継処理行っていない無線端末（以下、「スレーブ」又は「スレーブノード」ともいう）である。また、無線端末間を結ぶ点線及び実線は、２個の無線端末が直接通信可能であることを意味しており、実線は、マスター間のリンクを示している。
【００１８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構成からマスターが変化した例を示している。図１（ａ）、（ｂ）の双方で、スレーブは直接どこかのマスターと通信可能になっており、マスターを介して任意の２個の無線端末が通信可能となっている。また、図１（ａ）、（ｂ）の双方で、常時マスターになっている無線端末が存在していない。本発明が理想的に動作した場合には、常時マスター動作をする無線端末がなくなり、各無線端末の消費電力が削減される。
【００１９】
図２は、無線端末１０１〜１２５の内部構成を示す内部構成図である。全ての無線端末１０１〜１２５は同じ内部構成を有するので、図２では無線端末２００と表記する。
【００２０】
図２において、無線端末２００は、アンテナ２０１、受信回路２０２、送信回路２０３、受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５、状態管理部２０６を少なくとも有する。
【００２１】
アンテナ２０１は、捕捉した無線信号を受信回路２０２に与えたり、送信回路２０３からの無線信号を送波したりするものである。
【００２２】
受信回路２０２は、アンテナ２０１からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタル情報に変換して、受信データとして受信データ処理部２０４に与えるものである。
【００２３】
受信データ処理部２０４は、受信回路２０２からの受信データに対して所定の処理を行った後、状態管理部２０６に必要なデータを与えるものである。受信データ処理部２０４は、自端末宛のデータ信号を受信した場合には、受信処理を行う。他の無線端末宛のデータ信号を受信した場合には、状態管理部２０６から与えられた情報を用いて転送先を決定し、送信データ生成部２０５に与えるものである。
【００２４】
送信回路２０３は、送信データ生成部２０５が生成した送信データを無線信号に変換してアンテナ２０１に与えるものである。
【００２５】
送信データ生成部２０５は、状態管理部２０６から得られる隣接端末の情報を利用して、周辺の無線端末に送信する送信データの生成や、受信データ処理部２０４から受け取った転送すべき転送データの生成を行い、送信データや転送データを送信回路２０３に与えるものである。
【００２６】
送信データ生成部２０５は、自端末が中継処理を行うマスターであるか又は中継処理を行わないスレーブであるかの動作状態を示す状態情報を状態管理部２０６から受け取り、この状態情報を含む送信データを生成し、定期的に送信するものである。ここでは、状態情報を含む信号を通知信号という。通知信号は、定期的に周辺の無線端末に向けて送信される。
【００２７】
状態管理部２０６は、受信データ処理部２０４から受信データを受け取り、周辺の無線端末の状態情報や自端末の動作状態を決定するために必要な情報の保持を行ったり、自端末がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの動作状態を決定したり、自端末の動作状態を示す状態情報を送信データ生成部２０５に与えたり、送信回路２０３や受信回路２０２の電源制御を行ったりするものである。
【００２８】
図３は、状態管理部２０６の内部構成を説明するブロック図である。図３において、状態管理部２０６は、状態情報保持部３０１、状態決定部３０２、電源制御部３０３、遷移要求信号送信制御部３０４を少なくとも有する。
【００２９】
状態情報保持部３０１は、他の無線端末の状態情報を保持するものである。この実施形態では、状態情報保持部３０１が、周辺の無線端末からの通知信号に基づき、自端末の隣接端末（以下、１ｈｏｐノード）と、隣接端末の隣接端末（以下、２ｈｏｐノード）の識別情報と各無線端末の状態情報とを保持する場合を示す。
【００３０】
図４は、状態情報保持部３０１の状態情報の保持内容を説明する説明図である。図４では、例えば図１（ａ）に示す無線端末１０８が有する状態情報保持部３０１の保持内容の一部を例示する。
【００３１】
図４において、状態情報保持部３０１は、「隣接端末」、「種別」、「２ｈｏｐノード」を項目とする。「隣接端末」は、１ｈｏｐノードの識別情報を保持する。例えば、図４の第１行目の「１０２」は、図１（ａ）の無線端末１０２が無線端末１０８の隣接端末であることを示す。「種別」は、隣接端末の状態情報を保持する。図４では、「Ｍ」はマスターを示し、「Ｓ」はスレーブを示す。隣接端末の状態情報は、通知信号に含まれる送信元端末及び状態情報から取得することができる。「２ｈｏｐノード」は、隣接端末の隣接端末の識別情報を保持する。例えば、図４の第１行目の「１０１、１０３、１０６、１０７、１０８」を保持する。２ｈｏｐノードの状態情報は、例えば、通知信号を送信する際に、自端末の隣接端末の状態情報を通知信号に含めて送信する等の方法を適用することで取得することができる。
【００３２】
状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１に保持される各無線端末の状態情報に基づき、マスターとして動作する周辺端末の存在の有無に応じて、自端末をマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの決定を行うものである。なお、状態決定部３０２による状態決定処理については動作の項で詳細に説明する。
【００３３】
電源制御部３０３は、自端末がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するか否かに応じて、自端末の送信回路及び受信回路の電源制御を行うものである。自端末がマスターの場合、電源制御部３０３は、状態情報を含む通知信号及び自端末が生成した送信データの送信期間を送信動作させ、それ以外の期間を受信待機状態となるよう電源制御する。また、自端末がスレーブの場合、電源制御部３０３は、状態情報を含む通知信号及び自端末が生成した送信データの送信期間を送信動作させ、通知信号の受信期間以外の期間をスリープ状態とするよう電源制御する。
【００３４】
遷移要求信号送信制御部３０４は、自端末がマスターの場合に、周辺に存在するスレーブに対して、マスターになることを要求する遷移要求信号を送信するよう制御するものである。
【００３５】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態のマルチホップ無線ネットワークを構成する無線端末の通信処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【００３６】
実施形態に係るネットワークは、上述した条件を満たすネットワークであればネットワークを構成する方法に依存するものではない。また、図１では、常時マスターノードとなる無線端末が存在しない場合を例示した。しかし、これは必須ではなく、一部の無線端末が常時マスターノードとなっていても良い。例えば、電源が確保されている無線端末や、外部ネットワークへの接続機能を持つノード等が存在する場合には、その無線端末が常時マスターノードとなっていることが望ましいからである。
【００３７】
以下では、図５のネットワーク構成を用いてネットワークを構成する動作を説明する。図５は、図１と同じ無線端末１０１〜１２５の配置において構成され得るネットワーク構成である。
【００３８】
（Ａ−２−１）ネットワーク構成処理
図６は、各無線端末２００（１０１〜１２５）によるネットワークを構成する処理の動作を示すフローチャートである。また図７は、各無線端末の通信タイミングの様子を説明する説明図である。
【００３９】
まず、各無線端末２００は、自端末の識別情報及び自端末の状態情報を含む通知信号を、周辺の無線端末に向けて送信する（ステップＳ１０１）。
【００４０】
ここで、各無線端末２００は、自端末の隣接端末の識別情報及び各隣接端末の状態情報も、通知信号に含むようにする。
【００４１】
また、各無線端末２００は周辺の無線端末との間で自端末の送信タイミングを有しており、送信データ生成部２０５は、自端末の送信タイミングに、状態管理部２０６から取得した、自端末の識別情報及び自端末の状態情報と、自端末の隣接端末の識別情報及び各隣接端末の状態情報とを含む通知信号を生成し、周辺の無線端末に向けて送出する。なお、通知信号の宛先は指定せずに、「周辺に存在する全無線端末」に向けて送信する。
【００４２】
各無線端末２００は、周辺の無線端末が送信した信号を受信する（ステップＳ１０２）。周辺の無線端末から通知信号を受信した場合、受信データ処理部２０４は、当該通知信号を状態管理部２０６に与える。状態管理部２０６は、受信した通知信号に含まれる情報から、１ｈｏｐノードと２ｈｏｐノードとの識別情報及び状態情報を取得し、状態情報保持部３０１に保持する。
【００４３】
そして、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１に保持される状態情報に基づいて、自端末をマスターとするか又はスレーブとするかの状態決定処理を行う（ステップＳ１０３）。具体的な決定方法は後述する。
【００４４】
自端末がスレーブノードの場合、中継処理は行わない。そのため、電源制御部３０２は、データ送信時と通信信号の送信時以外はスリープ動作を行い、受信回路（受信機）２０２の電源を切る（ステップＳ１０４）。ここで、各無線端末２００は、通知信号の送信期間直後、所定期間を通知信号の受信期間とするため、この所定期間だけ受信待機を行う。
【００４５】
自端末がマスターノードの場合、中継処理を行う。そのため、電源制御部３０２は、送信データの送信時及び通知信号の送信時以外の期間を受信待機状態とし、受信回路（受信機）２０２の電源を入れている（ステップＳ１０５）。
【００４６】
このとき、他のマスターノードに対して送信データを転送する場合、送信データ生成部２０５は、受信データ処理部２０４から転送データを受け取ると、その転送先のマスターノード宛の送信データを生成して送信する。
【００４７】
これに対して、スレーブノードに対して送信データを送信する場合、送信先のスレーブノードは通知信号の送信時以外はスリープ状態であるから、送信データ生成部２０５は、当該スリープノードから通知信号を受信すると速やかに、当該スリープノード宛の送信データを生成して送信する。
【００４８】
例えば、図７において、３台の無線端末が相互に通信可能であり、送信ノード（マスター）１１と受信ノード（マスター）１２とが無線リンクを張っているとする。斜線部は通知信号の送信、黒塗部分はデータの送信、白抜き部分は受信待機及び受信を示し、何もない部分はスリープ状態にあることを示す。
【００４９】
送信ノード（マスター）１１において、受信ノード（マスター）１２及び受信ノード（スレーブ）１３に送信すべき送信データが発生する（Ｓ２０１）。
【００５０】
この場合、受信ノード（マスター）１２は送信期間以外でも受信回路２０２の電源を入れているから受信待機状態にあるから、送信ノード（マスター）１１は、受信ノード（マスター）１２からの通知信号の受信を待たずに随時、受信ノード（マスター）１２に送信データを送信する（ステップＳ２０２）。
【００５１】
これに対して、受信ノード（スレーブ）は通知信号の所定の受信期間だけ電源を入れておりそれ以外の期間はスリープ状態になっているから、受信ノード（スレーブ）１３から通知信号の受信をした直後に、送信ノード（マスター）１１は、受信ノード（スレーブ）１３に送信データを送信する（ステップＳ２０４）。
【００５２】
また、自端末がマスターノードの場合、必要に応じて、周辺に存在するスレーブノードに対して、遷移要求信号の送信処理を行う（ステップＳ１０６）。このようにすることで、スレーブノードは大部分の時間をスリープ状態にすることができ、消費電力を削減することができる。
【００５３】
遷移要求信号の送信の手順は、送信データを送信する場合と同様である。つまり、スレーブノードから通知信号を受信した直後に送信する。また、遷移要求信号を受信したスレーブノードは、マスターノードに遷移する。なお、遷移要求信号を送信する基準は後述する。
【００５４】
（Ａ−２−２）状態決定処理
次に、各無線端末２００がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの動作状態の決定処理について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図８は、状態決定処理の動作を説明するフローチャートである。各無線端末２００は、現在の自端末の状態に照らして、図８に示す規則の一部若しくは全部に従って動作する。
【００５６】
初期状態においては、各無線端末２００はスレーブノードである（ステップＳ３０１）。
【００５７】
周辺端末から通知信号を受信すると、状態管理部２０６は、自端末の隣接端末（１ｈｏｐノード）と隣接端末の隣接端末（２ｈｏｐノード）との識別情報と、各端末（１ｈｏｐノード、２ｈｏｐノード）の状態情報を状態情報保持部３０１に保持する。状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照しながら自端末をマスター又はスレーブとして動作するか否かを決定する（ステップＳ３０２）。
【００５８】
状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、周辺にマスターノードが存在するか否かを判断し（ステップＳ３０３）、周辺にマスターノードが存在しない場合、自端末をマスターノードへ遷移する（ステップＳ３０４）。
【００５９】
自端末がマスターノードの場合、状態決定部３０２は、隣接端末の状態を見てマスターノードとして動作する隣接端末の数を確認する（ステップＳ３０５）。
【００６０】
そして、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末が０台の場合、状態決定部３０２は、自端末がマスターノードとして動作することを継続する（ステップＳ３０６）。
【００６１】
また、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末１台の場合、状態決定部３０２は、隣接端末のうちスレーブノードの全てが２ｈｏｐノードに自端末以外のマスターノードを含んでいるか否かを判断し（ステップＳ３０７）、この場合、自端末をスレーブノードに遷移し（ステップＳ３０８）、そうでない場合、自端末のマスターノードを継続する（ステップＳ３０９）。または、状態決定部３０２は、スリープ制御を行うマスターノードとして動作するようにしても良い。例えば、状態決定部３０２は自端末をマスターと決定するが、周辺の無線端末から受信する情報に一定期間以上変化がない場合には、電源制御部３０３が、自端末をマスターとしたまま、スリープ制御を行うようにしても良い。
【００６２】
ステップＳ３０５において、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末が２台以上の場合、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、「１ｈｏｐノードのうちマスターノードが相互に直接若しくは自端末以外のマスターノードを経由して通信することが可能かどうか」を判定する（ステップＳ３１０）。
【００６３】
そして、自端末以外のマスターノードを経由して通信することが可能な場合は自端末をスレーブノードに遷移し（ステップＳ３１１）、可能でない場合は自端末のマスターノードを継続する（ステップＳ３０６）。
【００６４】
また、自端末がスレーブノードの場合（ステップＳ３１２）、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、「１ｈｏｐノードの内マスターノードが相互に直接若しくは他のマスターノードを経由して通信することが可能かどうか」を判定し（ステップＳ３１０）、通信可能な場合は自端末のスレーブノードを継続し（ステップＳ３１１）、不可能な場合には自端末をマスターノードに遷移する（ステップＳ３０６）。
【００６５】
状態決定処理の具体的な例を図５（ａ）を参照しながら詳述する。図９は、図５（ａ）に示す無線端末１０８が保持している状態情報の内容を示す。無線端末１０８は、マスターノード１０２、１０４、１１２、１１４と接続しているが、いずれも無線端末１０８を介してのみ接続している。
【００６６】
例えば、マスターノード１０２を例にとると、２ｈｏｐノードのマスターノードは無線端末１０８のみであることから明らかである。また、マスターノード１１４を例に取ると、２ｈｏｐノードのマスターノードは無線端末１０８以外に無線端末１１９が存在するが、無線端末１１４の隣接端末のマスターノードで、２ｈｏｐノードに無線端末１１９を持つノードが存在しないことから、マスターノード１１４とマスターノード１０２、１０４、１１２は、無線端末１０８を経由せずに接続することが不可能であることがわかる。従って、無線端末１０８はマスターノードを継続する。
【００６７】
また、無線端末１１６、１１９、１０２、１０４は、隣接端末のうちマスターノードが１台しか存在しないためマスターノードを継続する。例えば、無線端末１１６は、無線端末１２１にとっては直接通信が可能な唯一のマスターノードであり、ネットワークを構成する上で必要なマスターノードであることがわかる。従って、無線端末１１６はマスターノードを継続する。
【００６８】
また、図１０は、図５（ａ）に示す無線端末１０３が保持している状態情報の内容を示す。
【００６９】
図１０において、隣接しているマスターノード１０２、１０４、１０８のうち、無線端末１０２と無線端末１０８とは直接通信可能であり、無線端末１０４と無線端末１０８とは直接通信可能であることが保持している情報からわかる。つまり無線端末１０２と無線端末１０４は、無線端末１０８を介して通信可能である。従って無線端末１０３はマスターノードになる必要はないから、自端末をスレーブノードに遷移する。
【００７０】
図１及び図５において同様の演算を全ての無線端末が行った場合、ネットワークの構成は変化しない。すなわち、図１及び図５で示した状態でネットワークは安定している。
【００７１】
ここで、隣接ノードの定義は、以下のようにして行う。
【００７２】
自端末がマスターノードの場合、周辺端末の通知信号を一定時間受信しなかった場合、当該周知端末は隣接端末から削除する。
【００７３】
自端末がスレーブノードの場合、定期的に通知信号を受信するために一定時間（通知信号の送信間隔以上の時間）受信を行い、当該時間に通知信号を受信した端末を隣接端末とする。
【００７４】
図１及び図３に示した安定した状態から他の状態に遷移する原因としては以下に示す状況が発生した場合である。
【００７５】
無線端末間の接続関係に変化が生じた場合がある。この場合、図１及び図３中実線で示したリンクに限らず、点線で示したリンクに変化があった場合も含む。また、今まで利用可能であったリンクが利用できなくなった場合だけではなく、今まで存在しなかったリンクが利用できるようになった場合も含む。
【００７６】
また、例えば消費電力の問題などでマスターノードがスレーブノードに遷移した場合、周辺端末が連動して状態を遷移させる場合がある。
【００７７】
また、例えば電池切れなどで無線端末が動作を停止した場合がある。
【００７８】
また、何らかの理由で新しい無線端末（ノード）がネットワークに参加した場合がある。
【００７９】
図１１は、実際のネットワークが想定して無線端末の密度を上げて、ネットワークを構成した例を示す。図１１において、丸（この丸付近に１と記載）がスレーブノードを示し、四角（この四角付近に２と記載）がマスターノードを示す。細線は無線端末間が直接通信することが可能であることを示す。太実線はマスターノード間の接続を示しており、このリンクを介して全ての無線端末間の通信が可能となっている。
【００８０】
図１１に示すネットワークは、上述した各無線端末の状態遷移が発生しない限り、図１１に示す状態でネットワークは安定している。ルーティングに関しては、従来から存在する手法、例えばＡＯＤＶ（Adhoc On−demand Distance Vector）を用いることで任意の無線端末間で通信を行うことが可能である。
【００８１】
ただし、この実施形態を用いると場合によっては頻繁にマスターノードとスレーブノードとの間の状態変更が発生し、ネットワークの構成に変化が生じることとなる。従ってルーティング方式に例えば以下のような機能を加えることで安定したルーティングを実現する。
【００８２】
例えば、ネットワーク構成に変化が生じた無線端末からルーティング情報をネットワーク全体に送信する機能を加える。
【００８３】
また例えば、定期的に全ての無線端末がルーティング情報を送信し、常時ルーティング情報を最新の状態に保つ機能を加える。
【００８４】
上記のようなルーティングを行うことで、各無線端末の状態遷移を他の無線端末に迅速に知らせることができ、ネットワーク構成も迅速に変化させることできるので安定したルーティングを実現できる。
【００８５】
（Ａ−２−３）遷移要求信号の送信処理
図１２は、遷移要求信号の送信処理の動作を示すフローチャートである。
【００８６】
図１２において、遷移要求信号送信制御部３０４は、自端末がマスターノードであり（ステップＳ４０１）、自端末の周辺にマスターノードが１台も存在しない場合に、遷移要求信号を送信する。
【００８７】
遷移要求信号送信制御部３０４は、状態情報保持部３０１を参照して、自端末以外のマスターノードが１台もない隣接スレーブノードがあるか否かを判断する（ステップＳ４０２）。なお、このような隣接スレーブノードが存在しない場合には、遷移要求を送信しない。
【００８８】
そして、自端末以外のマスターノードが周辺に存在する隣接スレーブノードが１台の場合（ステップＳ４０３）、当該隣接スレーブノードを送信先とする（ステップＳ４０４）。
【００８９】
また、複数の隣接スレーブノードがある場合には（ステップＳ４０３）、その要求を受信する端末の周辺に存在するマスターノードが多い端末を選択する（ステップＳ４０５）。なお、遷移要求信号の送信先はスレーブノードであるため、当該スレーブノードからの通知信号を受信した直後に遷移要求信号を送信する。
【００９０】
遷移要求信号を受信したスレーブノードはマスターノードに遷移し、周辺端末へ遷移したことを通知するために通知信号を送信する。
【００９１】
（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００９２】
全ての無線端末が中継処理をせず、ネットワークを構成するために必要なだけの無線端末が中継処理を行う。中継処理を行わない無線端末はスリープ制御を行うことでネットワーク全体の消費電力が削減される。
【００９３】
例えば、特定のリンクの切断、端末の電池切れ、故障などといった状況の変化に応じてネットワークの形状を変化させてネットワークの機能を維持することが可能となり、より信柳生の高いネットワークを構築することができる。
【００９４】
（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態のほかにも、以下のような実施形態の動作を組み合わせることができる。
【００９５】
ネットワークを安定させるために、スレーブノードとなった端末も周辺端末の状態に変化がないことを確認するまではスリープ制御を行わない動作を加えるようにしても良い。
【００９６】
また、ネットワークを安定させるために、スレーブノードとなった端末も一定時間が経過した後に一定時間（例えば通知信号の送信周期時間）受信待機を行い、周辺端末の通知信号を受信し、周辺端末の情報を更新し、中継機能を動作させるか否かを決定する動作を加えるようにしても良い。
【００９７】
また逆に、自端末がマスターノードの場合、周辺端末のとの間で、通知信号の送受信時間に、送信データの送受信や転送処理がない場合には、電源制御部３０３は、スリープ制御を行うようにしても良い。
【００９８】
例えば、電源の接続の有無、電池残量などの端末の属性によって、周辺の端末の状態に依らず、常に中継機能を動作させる。
【００９９】
例えば、電池の残量など端末の属性によって、自端末が中継機能を動作させないとネットワークが成立しない場合を除いて、中継機能を動作させない機能を追加する。
【０１００】
上述した実施形態では、隣接端末の基準を説明したが、その他に隣接端末の基準として、過去の一定期間に一定回数以上の通知信号を受信していることを用いる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１〜１２５…無線端末、
２００…無線端末、２０１…アンテナ、２０２…受信回路、２０３…送信回路、
２０４…受信データ処理部、２０５…送信データ生成部、２０６…状態管理部、
３０１…状態情報保持部、３０２…状態決定部、３０２…電源制御部、
３０４…遷移要求信号送信制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末及び無線システムに関し、例えば、センサネットワークをはじめとするマルチホップ無線ネットワーク及びこれを構成する無線端末に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の無線端末でネットワークを構成し、隣接した無線端末間でパケットの送受信を繰り返すことで直接接続していない無線端末間の通信を実現する様々な方式が開発されている。
【０００３】
このような無線ネットワークにおいては、有線ネットワークとは異なり追加の配線コストを使うことなく、信号が周辺の全ての無線端末に到達するため、全ての無線端末が周辺の全ての無線端末と通信可能であることを前提として転送経路を設定するのが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、全ての無線端末との通信を前提とすると、各無線端末の消費電力が大きくなるという問題がある。これは通信を行うと言うことは周辺の無線端末からの信号を受信することを期待されることによる。信号を受信するためには常に受信機を動作させておく必要があり、無線端末の消費電力が大きくなる。
【０００５】
そこで、中継処理をするノードとしないノードに役割を分ける（この場合、中継をするノードだけが中継を行うものとしてルーティング処理が行われる）方法が開発されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、エンドデバイスと名付けた端末は中継処理をせずに、受信機の電源を切ることで消費電力を削減する技術が記載されている。中継処理をしない無線端末は周辺の無線端末から特定の１つを選択し、選択した無線端末としか通信をしないことで消費電力の削減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−５５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の方法では中継処理を行わない無線端末の消費電力が削減されるだけであり、中継処理を行う無線端末の消費電力の削減はなされない。さらに利用可能な通信経路の一部（例えば、中継機能を動作させない無線端末間のリンクなど）を用いないことになるので、通信経路を変更することによって信頼性を確保することができなくなる問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、ネットワークを構成する無線端末の全てに中継能力を持たせた上で、周辺の無線端末と情報を交換し、一部の無線端末のみが実際に中継処理を行うように制御することができる無線端末及び無線システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の無線端末は、無線ネットワークを構成する無線端末において、（１）自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、（２）電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、（３）電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した状態情報を受信する受信手段と、（４）受信手段が受信した周辺端末の状態情報を保持する状態情報保持手段と、（５）状態情報保持手段に保持される状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明の無線システムは、第１の本発明の無線端末を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中継処理を行う無線端末は周辺の状況の変化や端末自体の状態の変化に応じて変更し、特定の無線端末が常時中継処理を行わないように制御することによって、全ての無線端末の消費電力の削減を実現する。またこのようにすることで利用可能な通信経路が従来の方法よりも多くなり、より信頼性の高い通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態のネットワークの構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態の無線端末の内部構成を示す内部構成図である。
【図３】第１の実施形態の状態管理部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の状態情報保持部の構成を示す構成図である。
【図５】第１の実施形態のネットワークの構成を示す構成図である。
【図６】第１の実施形態の無線端末におけるネットワーク構成処理を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態の無線端末の送信タイミング及び受信タイミングを説明する説明図である。
【図８】第１の実施形態の無線端末の状態決定処理を示すフローチャートである。
【図９】図５に示す無線端末１０８の状態情報を示す図である。
【図１０】図５に示す無線端末１０３の状態情報を示す図である。
【図１１】実際に動作させた場合のネットワーク構成を示す構成図である。
【図１２】第１の実施形態の遷移要求信号送信処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（Ａ）実施形態
以下では、本発明の無線端末及び無線システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
この実施形態は、センサネットワークをはじめとするマルチホップ無線ネットワークに本発明を適用した実施形態を例示し、無線端末間の消費電力の均等化、各無線端末の消費電力の削減、無線端末の故障若しくは無線端末間の無線リンクの切断による通信途絶の回避を実現する方式に関するものである。
【００１６】
（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態のマルチホップ無線ネットワークの構成例を示す無線端末の配置図である。
【００１７】
図１において、１０１〜１２５は無線端末（ノード）を示す。「Ｒ」を付した端末は中継処理を行う無線端末（以下「マスター」又は「マスターノード」ともいう）であり、何も付していない端末は中継処理行っていない無線端末（以下、「スレーブ」又は「スレーブノード」ともいう）である。また、無線端末間を結ぶ点線及び実線は、２個の無線端末が直接通信可能であることを意味しており、実線は、マスター間のリンクを示している。
【００１８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構成からマスターが変化した例を示している。図１（ａ）、（ｂ）の双方で、スレーブは直接どこかのマスターと通信可能になっており、マスターを介して任意の２個の無線端末が通信可能となっている。また、図１（ａ）、（ｂ）の双方で、常時マスターになっている無線端末が存在していない。本発明が理想的に動作した場合には、常時マスター動作をする無線端末がなくなり、各無線端末の消費電力が削減される。
【００１９】
図２は、無線端末１０１〜１２５の内部構成を示す内部構成図である。全ての無線端末１０１〜１２５は同じ内部構成を有するので、図２では無線端末２００と表記する。
【００２０】
図２において、無線端末２００は、アンテナ２０１、受信回路２０２、送信回路２０３、受信データ処理部２０４、送信データ生成部２０５、状態管理部２０６を少なくとも有する。
【００２１】
アンテナ２０１は、捕捉した無線信号を受信回路２０２に与えたり、送信回路２０３からの無線信号を送波したりするものである。
【００２２】
受信回路２０２は、アンテナ２０１からの無線信号に対して復調処理を行い、デジタル情報に変換して、受信データとして受信データ処理部２０４に与えるものである。
【００２３】
受信データ処理部２０４は、受信回路２０２からの受信データに対して所定の処理を行った後、状態管理部２０６に必要なデータを与えるものである。受信データ処理部２０４は、自端末宛のデータ信号を受信した場合には、受信処理を行う。他の無線端末宛のデータ信号を受信した場合には、状態管理部２０６から与えられた情報を用いて転送先を決定し、送信データ生成部２０５に与えるものである。
【００２４】
送信回路２０３は、送信データ生成部２０５が生成した送信データを無線信号に変換してアンテナ２０１に与えるものである。
【００２５】
送信データ生成部２０５は、状態管理部２０６から得られる隣接端末の情報を利用して、周辺の無線端末に送信する送信データの生成や、受信データ処理部２０４から受け取った転送すべき転送データの生成を行い、送信データや転送データを送信回路２０３に与えるものである。
【００２６】
送信データ生成部２０５は、自端末が中継処理を行うマスターであるか又は中継処理を行わないスレーブであるかの動作状態を示す状態情報を状態管理部２０６から受け取り、この状態情報を含む送信データを生成し、定期的に送信するものである。ここでは、状態情報を含む信号を通知信号という。通知信号は、定期的に周辺の無線端末に向けて送信される。
【００２７】
状態管理部２０６は、受信データ処理部２０４から受信データを受け取り、周辺の無線端末の状態情報や自端末の動作状態を決定するために必要な情報の保持を行ったり、自端末がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの動作状態を決定したり、自端末の動作状態を示す状態情報を送信データ生成部２０５に与えたり、送信回路２０３や受信回路２０２の電源制御を行ったりするものである。
【００２８】
図３は、状態管理部２０６の内部構成を説明するブロック図である。図３において、状態管理部２０６は、状態情報保持部３０１、状態決定部３０２、電源制御部３０３、遷移要求信号送信制御部３０４を少なくとも有する。
【００２９】
状態情報保持部３０１は、他の無線端末の状態情報を保持するものである。この実施形態では、状態情報保持部３０１が、周辺の無線端末からの通知信号に基づき、自端末の隣接端末（以下、１ｈｏｐノード）と、隣接端末の隣接端末（以下、２ｈｏｐノード）の識別情報と各無線端末の状態情報とを保持する場合を示す。
【００３０】
図４は、状態情報保持部３０１の状態情報の保持内容を説明する説明図である。図４では、例えば図１（ａ）に示す無線端末１０８が有する状態情報保持部３０１の保持内容の一部を例示する。
【００３１】
図４において、状態情報保持部３０１は、「隣接端末」、「種別」、「２ｈｏｐノード」を項目とする。「隣接端末」は、１ｈｏｐノードの識別情報を保持する。例えば、図４の第１行目の「１０２」は、図１（ａ）の無線端末１０２が無線端末１０８の隣接端末であることを示す。「種別」は、隣接端末の状態情報を保持する。図４では、「Ｍ」はマスターを示し、「Ｓ」はスレーブを示す。隣接端末の状態情報は、通知信号に含まれる送信元端末及び状態情報から取得することができる。「２ｈｏｐノード」は、隣接端末の隣接端末の識別情報を保持する。例えば、図４の第１行目の「１０１、１０３、１０６、１０７、１０８」を保持する。２ｈｏｐノードの状態情報は、例えば、通知信号を送信する際に、自端末の隣接端末の状態情報を通知信号に含めて送信する等の方法を適用することで取得することができる。
【００３２】
状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１に保持される各無線端末の状態情報に基づき、マスターとして動作する周辺端末の存在の有無に応じて、自端末をマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの決定を行うものである。なお、状態決定部３０２による状態決定処理については動作の項で詳細に説明する。
【００３３】
電源制御部３０３は、自端末がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するか否かに応じて、自端末の送信回路及び受信回路の電源制御を行うものである。自端末がマスターの場合、電源制御部３０３は、状態情報を含む通知信号及び自端末が生成した送信データの送信期間を送信動作させ、それ以外の期間を受信待機状態となるよう電源制御する。また、自端末がスレーブの場合、電源制御部３０３は、状態情報を含む通知信号及び自端末が生成した送信データの送信期間を送信動作させ、通知信号の受信期間以外の期間をスリープ状態とするよう電源制御する。
【００３４】
遷移要求信号送信制御部３０４は、自端末がマスターの場合に、周辺に存在するスレーブに対して、マスターになることを要求する遷移要求信号を送信するよう制御するものである。
【００３５】
（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態のマルチホップ無線ネットワークを構成する無線端末の通信処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【００３６】
実施形態に係るネットワークは、上述した条件を満たすネットワークであればネットワークを構成する方法に依存するものではない。また、図１では、常時マスターノードとなる無線端末が存在しない場合を例示した。しかし、これは必須ではなく、一部の無線端末が常時マスターノードとなっていても良い。例えば、電源が確保されている無線端末や、外部ネットワークへの接続機能を持つノード等が存在する場合には、その無線端末が常時マスターノードとなっていることが望ましいからである。
【００３７】
以下では、図５のネットワーク構成を用いてネットワークを構成する動作を説明する。図５は、図１と同じ無線端末１０１〜１２５の配置において構成され得るネットワーク構成である。
【００３８】
（Ａ−２−１）ネットワーク構成処理
図６は、各無線端末２００（１０１〜１２５）によるネットワークを構成する処理の動作を示すフローチャートである。また図７は、各無線端末の通信タイミングの様子を説明する説明図である。
【００３９】
まず、各無線端末２００は、自端末の識別情報及び自端末の状態情報を含む通知信号を、周辺の無線端末に向けて送信する（ステップＳ１０１）。
【００４０】
ここで、各無線端末２００は、自端末の隣接端末の識別情報及び各隣接端末の状態情報も、通知信号に含むようにする。
【００４１】
また、各無線端末２００は周辺の無線端末との間で自端末の送信タイミングを有しており、送信データ生成部２０５は、自端末の送信タイミングに、状態管理部２０６から取得した、自端末の識別情報及び自端末の状態情報と、自端末の隣接端末の識別情報及び各隣接端末の状態情報とを含む通知信号を生成し、周辺の無線端末に向けて送出する。なお、通知信号の宛先は指定せずに、「周辺に存在する全無線端末」に向けて送信する。
【００４２】
各無線端末２００は、周辺の無線端末が送信した信号を受信する（ステップＳ１０２）。周辺の無線端末から通知信号を受信した場合、受信データ処理部２０４は、当該通知信号を状態管理部２０６に与える。状態管理部２０６は、受信した通知信号に含まれる情報から、１ｈｏｐノードと２ｈｏｐノードとの識別情報及び状態情報を取得し、状態情報保持部３０１に保持する。
【００４３】
そして、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１に保持される状態情報に基づいて、自端末をマスターとするか又はスレーブとするかの状態決定処理を行う（ステップＳ１０３）。具体的な決定方法は後述する。
【００４４】
自端末がスレーブノードの場合、中継処理は行わない。そのため、電源制御部３０２は、データ送信時と通信信号の送信時以外はスリープ動作を行い、受信回路（受信機）２０２の電源を切る（ステップＳ１０４）。ここで、各無線端末２００は、通知信号の送信期間直後、所定期間を通知信号の受信期間とするため、この所定期間だけ受信待機を行う。
【００４５】
自端末がマスターノードの場合、中継処理を行う。そのため、電源制御部３０２は、送信データの送信時及び通知信号の送信時以外の期間を受信待機状態とし、受信回路（受信機）２０２の電源を入れている（ステップＳ１０５）。
【００４６】
このとき、他のマスターノードに対して送信データを転送する場合、送信データ生成部２０５は、受信データ処理部２０４から転送データを受け取ると、その転送先のマスターノード宛の送信データを生成して送信する。
【００４７】
これに対して、スレーブノードに対して送信データを送信する場合、送信先のスレーブノードは通知信号の送信時以外はスリープ状態であるから、送信データ生成部２０５は、当該スリープノードから通知信号を受信すると速やかに、当該スリープノード宛の送信データを生成して送信する。
【００４８】
例えば、図７において、３台の無線端末が相互に通信可能であり、送信ノード（マスター）１１と受信ノード（マスター）１２とが無線リンクを張っているとする。斜線部は通知信号の送信、黒塗部分はデータの送信、白抜き部分は受信待機及び受信を示し、何もない部分はスリープ状態にあることを示す。
【００４９】
送信ノード（マスター）１１において、受信ノード（マスター）１２及び受信ノード（スレーブ）１３に送信すべき送信データが発生する（Ｓ２０１）。
【００５０】
この場合、受信ノード（マスター）１２は送信期間以外でも受信回路２０２の電源を入れているから受信待機状態にあるから、送信ノード（マスター）１１は、受信ノード（マスター）１２からの通知信号の受信を待たずに随時、受信ノード（マスター）１２に送信データを送信する（ステップＳ２０２）。
【００５１】
これに対して、受信ノード（スレーブ）は通知信号の所定の受信期間だけ電源を入れておりそれ以外の期間はスリープ状態になっているから、受信ノード（スレーブ）１３から通知信号の受信をした直後に、送信ノード（マスター）１１は、受信ノード（スレーブ）１３に送信データを送信する（ステップＳ２０４）。
【００５２】
また、自端末がマスターノードの場合、必要に応じて、周辺に存在するスレーブノードに対して、遷移要求信号の送信処理を行う（ステップＳ１０６）。このようにすることで、スレーブノードは大部分の時間をスリープ状態にすることができ、消費電力を削減することができる。
【００５３】
遷移要求信号の送信の手順は、送信データを送信する場合と同様である。つまり、スレーブノードから通知信号を受信した直後に送信する。また、遷移要求信号を受信したスレーブノードは、マスターノードに遷移する。なお、遷移要求信号を送信する基準は後述する。
【００５４】
（Ａ−２−２）状態決定処理
次に、各無線端末２００がマスターとして動作するか又はスレーブとして動作するかの動作状態の決定処理について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図８は、状態決定処理の動作を説明するフローチャートである。各無線端末２００は、現在の自端末の状態に照らして、図８に示す規則の一部若しくは全部に従って動作する。
【００５６】
初期状態においては、各無線端末２００はスレーブノードである（ステップＳ３０１）。
【００５７】
周辺端末から通知信号を受信すると、状態管理部２０６は、自端末の隣接端末（１ｈｏｐノード）と隣接端末の隣接端末（２ｈｏｐノード）との識別情報と、各端末（１ｈｏｐノード、２ｈｏｐノード）の状態情報を状態情報保持部３０１に保持する。状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照しながら自端末をマスター又はスレーブとして動作するか否かを決定する（ステップＳ３０２）。
【００５８】
状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、周辺にマスターノードが存在するか否かを判断し（ステップＳ３０３）、周辺にマスターノードが存在しない場合、自端末をマスターノードへ遷移する（ステップＳ３０４）。
【００５９】
自端末がマスターノードの場合、状態決定部３０２は、隣接端末の状態を見てマスターノードとして動作する隣接端末の数を確認する（ステップＳ３０５）。
【００６０】
そして、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末が０台の場合、状態決定部３０２は、自端末がマスターノードとして動作することを継続する（ステップＳ３０６）。
【００６１】
また、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末１台の場合、状態決定部３０２は、隣接端末のうちスレーブノードの全てが２ｈｏｐノードに自端末以外のマスターノードを含んでいるか否かを判断し（ステップＳ３０７）、この場合、自端末をスレーブノードに遷移し（ステップＳ３０８）、そうでない場合、自端末のマスターノードを継続する（ステップＳ３０９）。または、状態決定部３０２は、スリープ制御を行うマスターノードとして動作するようにしても良い。例えば、状態決定部３０２は自端末をマスターと決定するが、周辺の無線端末から受信する情報に一定期間以上変化がない場合には、電源制御部３０３が、自端末をマスターとしたまま、スリープ制御を行うようにしても良い。
【００６２】
ステップＳ３０５において、自端末がマスターノードであり、マスターノードとして動作する隣接端末が２台以上の場合、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、「１ｈｏｐノードのうちマスターノードが相互に直接若しくは自端末以外のマスターノードを経由して通信することが可能かどうか」を判定する（ステップＳ３１０）。
【００６３】
そして、自端末以外のマスターノードを経由して通信することが可能な場合は自端末をスレーブノードに遷移し（ステップＳ３１１）、可能でない場合は自端末のマスターノードを継続する（ステップＳ３０６）。
【００６４】
また、自端末がスレーブノードの場合（ステップＳ３１２）、状態決定部３０２は、状態情報保持部３０１を参照して、「１ｈｏｐノードの内マスターノードが相互に直接若しくは他のマスターノードを経由して通信することが可能かどうか」を判定し（ステップＳ３１０）、通信可能な場合は自端末のスレーブノードを継続し（ステップＳ３１１）、不可能な場合には自端末をマスターノードに遷移する（ステップＳ３０６）。
【００６５】
状態決定処理の具体的な例を図５（ａ）を参照しながら詳述する。図９は、図５（ａ）に示す無線端末１０８が保持している状態情報の内容を示す。無線端末１０８は、マスターノード１０２、１０４、１１２、１１４と接続しているが、いずれも無線端末１０８を介してのみ接続している。
【００６６】
例えば、マスターノード１０２を例にとると、２ｈｏｐノードのマスターノードは無線端末１０８のみであることから明らかである。また、マスターノード１１４を例に取ると、２ｈｏｐノードのマスターノードは無線端末１０８以外に無線端末１１９が存在するが、無線端末１１４の隣接端末のマスターノードで、２ｈｏｐノードに無線端末１１９を持つノードが存在しないことから、マスターノード１１４とマスターノード１０２、１０４、１１２は、無線端末１０８を経由せずに接続することが不可能であることがわかる。従って、無線端末１０８はマスターノードを継続する。
【００６７】
また、無線端末１１６、１１９、１０２、１０４は、隣接端末のうちマスターノードが１台しか存在しないためマスターノードを継続する。例えば、無線端末１１６は、無線端末１２１にとっては直接通信が可能な唯一のマスターノードであり、ネットワークを構成する上で必要なマスターノードであることがわかる。従って、無線端末１１６はマスターノードを継続する。
【００６８】
また、図１０は、図５（ａ）に示す無線端末１０３が保持している状態情報の内容を示す。
【００６９】
図１０において、隣接しているマスターノード１０２、１０４、１０８のうち、無線端末１０２と無線端末１０８とは直接通信可能であり、無線端末１０４と無線端末１０８とは直接通信可能であることが保持している情報からわかる。つまり無線端末１０２と無線端末１０４は、無線端末１０８を介して通信可能である。従って無線端末１０３はマスターノードになる必要はないから、自端末をスレーブノードに遷移する。
【００７０】
図１及び図５において同様の演算を全ての無線端末が行った場合、ネットワークの構成は変化しない。すなわち、図１及び図５で示した状態でネットワークは安定している。
【００７１】
ここで、隣接ノードの定義は、以下のようにして行う。
【００７２】
自端末がマスターノードの場合、周辺端末の通知信号を一定時間受信しなかった場合、当該周知端末は隣接端末から削除する。
【００７３】
自端末がスレーブノードの場合、定期的に通知信号を受信するために一定時間（通知信号の送信間隔以上の時間）受信を行い、当該時間に通知信号を受信した端末を隣接端末とする。
【００７４】
図１及び図３に示した安定した状態から他の状態に遷移する原因としては以下に示す状況が発生した場合である。
【００７５】
無線端末間の接続関係に変化が生じた場合がある。この場合、図１及び図３中実線で示したリンクに限らず、点線で示したリンクに変化があった場合も含む。また、今まで利用可能であったリンクが利用できなくなった場合だけではなく、今まで存在しなかったリンクが利用できるようになった場合も含む。
【００７６】
また、例えば消費電力の問題などでマスターノードがスレーブノードに遷移した場合、周辺端末が連動して状態を遷移させる場合がある。
【００７７】
また、例えば電池切れなどで無線端末が動作を停止した場合がある。
【００７８】
また、何らかの理由で新しい無線端末（ノード）がネットワークに参加した場合がある。
【００７９】
図１１は、実際のネットワークが想定して無線端末の密度を上げて、ネットワークを構成した例を示す。図１１において、丸（この丸付近に１と記載）がスレーブノードを示し、四角（この四角付近に２と記載）がマスターノードを示す。細線は無線端末間が直接通信することが可能であることを示す。太実線はマスターノード間の接続を示しており、このリンクを介して全ての無線端末間の通信が可能となっている。
【００８０】
図１１に示すネットワークは、上述した各無線端末の状態遷移が発生しない限り、図１１に示す状態でネットワークは安定している。ルーティングに関しては、従来から存在する手法、例えばＡＯＤＶ（Adhoc On−demand Distance Vector）を用いることで任意の無線端末間で通信を行うことが可能である。
【００８１】
ただし、この実施形態を用いると場合によっては頻繁にマスターノードとスレーブノードとの間の状態変更が発生し、ネットワークの構成に変化が生じることとなる。従ってルーティング方式に例えば以下のような機能を加えることで安定したルーティングを実現する。
【００８２】
例えば、ネットワーク構成に変化が生じた無線端末からルーティング情報をネットワーク全体に送信する機能を加える。
【００８３】
また例えば、定期的に全ての無線端末がルーティング情報を送信し、常時ルーティング情報を最新の状態に保つ機能を加える。
【００８４】
上記のようなルーティングを行うことで、各無線端末の状態遷移を他の無線端末に迅速に知らせることができ、ネットワーク構成も迅速に変化させることできるので安定したルーティングを実現できる。
【００８５】
（Ａ−２−３）遷移要求信号の送信処理
図１２は、遷移要求信号の送信処理の動作を示すフローチャートである。
【００８６】
図１２において、遷移要求信号送信制御部３０４は、自端末がマスターノードであり（ステップＳ４０１）、自端末の周辺にマスターノードが１台も存在しない場合に、遷移要求信号を送信する。
【００８７】
遷移要求信号送信制御部３０４は、状態情報保持部３０１を参照して、自端末以外のマスターノードが１台もない隣接スレーブノードがあるか否かを判断する（ステップＳ４０２）。なお、このような隣接スレーブノードが存在しない場合には、遷移要求を送信しない。
【００８８】
そして、自端末以外のマスターノードが周辺に存在する隣接スレーブノードが１台の場合（ステップＳ４０３）、当該隣接スレーブノードを送信先とする（ステップＳ４０４）。
【００８９】
また、複数の隣接スレーブノードがある場合には（ステップＳ４０３）、その要求を受信する端末の周辺に存在するマスターノードが多い端末を選択する（ステップＳ４０５）。なお、遷移要求信号の送信先はスレーブノードであるため、当該スレーブノードからの通知信号を受信した直後に遷移要求信号を送信する。
【００９０】
遷移要求信号を受信したスレーブノードはマスターノードに遷移し、周辺端末へ遷移したことを通知するために通知信号を送信する。
【００９１】
（Ａ−３）実施形態の効果
以上のように、実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００９２】
全ての無線端末が中継処理をせず、ネットワークを構成するために必要なだけの無線端末が中継処理を行う。中継処理を行わない無線端末はスリープ制御を行うことでネットワーク全体の消費電力が削減される。
【００９３】
例えば、特定のリンクの切断、端末の電池切れ、故障などといった状況の変化に応じてネットワークの形状を変化させてネットワークの機能を維持することが可能となり、より信柳生の高いネットワークを構築することができる。
【００９４】
（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態のほかにも、以下のような実施形態の動作を組み合わせることができる。
【００９５】
ネットワークを安定させるために、スレーブノードとなった端末も周辺端末の状態に変化がないことを確認するまではスリープ制御を行わない動作を加えるようにしても良い。
【００９６】
また、ネットワークを安定させるために、スレーブノードとなった端末も一定時間が経過した後に一定時間（例えば通知信号の送信周期時間）受信待機を行い、周辺端末の通知信号を受信し、周辺端末の情報を更新し、中継機能を動作させるか否かを決定する動作を加えるようにしても良い。
【００９７】
また逆に、自端末がマスターノードの場合、周辺端末のとの間で、通知信号の送受信時間に、送信データの送受信や転送処理がない場合には、電源制御部３０３は、スリープ制御を行うようにしても良い。
【００９８】
例えば、電源の接続の有無、電池残量などの端末の属性によって、周辺の端末の状態に依らず、常に中継機能を動作させる。
【００９９】
例えば、電池の残量など端末の属性によって、自端末が中継機能を動作させないとネットワークが成立しない場合を除いて、中継機能を動作させない機能を追加する。
【０１００】
上述した実施形態では、隣接端末の基準を説明したが、その他に隣接端末の基準として、過去の一定期間に一定回数以上の通知信号を受信していることを用いる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１〜１２５…無線端末、
２００…無線端末、２０１…アンテナ、２０２…受信回路、２０３…送信回路、
２０４…受信データ処理部、２０５…送信データ生成部、２０６…状態管理部、
３０１…状態情報保持部、３０２…状態決定部、３０２…電源制御部、
３０４…遷移要求信号送信制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークを構成する無線端末において、
自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、
上記電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、
上記電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した上記状態情報を受信する受信手段と、
上記受信手段が受信した周辺端末の上記状態情報を保持する状態情報保持手段と、
上記状態情報保持手段に保持される上記状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段と
を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項２】
上記状態決定手段が、上記状態情報に基づき、中継処理を行う端末が周辺に存在しない場合に自端末を中継処理を行うものとし、存在する場合には自端末を中継処理を行わないものと決定することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
【請求項３】
上記状態決定手段が、上記状態情報に基づきネットワークの構成から周辺端末が通信可能か否かを判定し、その判定結果に応じて自端末が中継処理を行うか否かを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線端末。
【請求項４】
自端末が中継処理を行う場合であって、上記状態情報に基づき中継処理を行わない周辺端末のうち、自端末以外に中継処理を行う端末を隣接に持たない周辺端末に対して、中継処理を行うことを要求する遷移要求信号を送信する遷移要求信号送信手段を備え、
上記状態決定手段は、他の無線端末から上記遷移要求信号を受信すると、自端末を中継処理を行うよう決定することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線端末。
【請求項５】
上記電源制御手段は、
自端末が中継処理を行う場合、上記状態情報及び自端末からの送信データの送信期間を送信動作させ、それ以外の期間を受信待機とし、
自端末が中継処理を行わない場合、上記状態情報及び自端末からの送信データの送信期間を送信動作させ、上記状態情報の受信期間以外の期間をスリープ状態とする
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線端末。
【請求項６】
上記電源制御手段が、自端末が中継処理を行わない場合、上記送信機間の直後に、上記状態情報の受信期間となるように制御することを特徴とする請求項５に記載の無線端末。
【請求項７】
上記電源制御手段が、上記状態情報の送信期間又は受信期間以外で、所定期間以上周辺端末との間で信号の送受信がなければスリープ制御を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の無線端末。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の無線端末を有する無線システム。
【請求項１】
無線ネットワークを構成する無線端末において、
自端末が中継処理を行うか否かに応じて、自端末の電源制御を行う電源制御手段と、
上記電源制御手段の制御の下、自端末が中継処理を行うか否かの動作状態を示す状態情報を、定期的に周辺端末に向けて送信する送信手段と、
上記電源制御手段の制御の下、周辺端末が送信した上記状態情報を受信する受信手段と、
上記受信手段が受信した周辺端末の上記状態情報を保持する状態情報保持手段と、
上記状態情報保持手段に保持される上記状態情報に基づき、中継処理を行う周辺端末の存在の有無に応じて、自端末が中継処理を行う否かの決定を行う状態決定手段と
を備えることを特徴とする無線端末。
【請求項２】
上記状態決定手段が、上記状態情報に基づき、中継処理を行う端末が周辺に存在しない場合に自端末を中継処理を行うものとし、存在する場合には自端末を中継処理を行わないものと決定することを特徴とする請求項１に記載の無線端末。
【請求項３】
上記状態決定手段が、上記状態情報に基づきネットワークの構成から周辺端末が通信可能か否かを判定し、その判定結果に応じて自端末が中継処理を行うか否かを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線端末。
【請求項４】
自端末が中継処理を行う場合であって、上記状態情報に基づき中継処理を行わない周辺端末のうち、自端末以外に中継処理を行う端末を隣接に持たない周辺端末に対して、中継処理を行うことを要求する遷移要求信号を送信する遷移要求信号送信手段を備え、
上記状態決定手段は、他の無線端末から上記遷移要求信号を受信すると、自端末を中継処理を行うよう決定することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線端末。
【請求項５】
上記電源制御手段は、
自端末が中継処理を行う場合、上記状態情報及び自端末からの送信データの送信期間を送信動作させ、それ以外の期間を受信待機とし、
自端末が中継処理を行わない場合、上記状態情報及び自端末からの送信データの送信期間を送信動作させ、上記状態情報の受信期間以外の期間をスリープ状態とする
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線端末。
【請求項６】
上記電源制御手段が、自端末が中継処理を行わない場合、上記送信機間の直後に、上記状態情報の受信期間となるように制御することを特徴とする請求項５に記載の無線端末。
【請求項７】
上記電源制御手段が、上記状態情報の送信期間又は受信期間以外で、所定期間以上周辺端末との間で信号の送受信がなければスリープ制御を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の無線端末。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の無線端末を有する無線システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−４９６７６（Ｐ２０１１−４９６７６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４６０８（Ｐ２００９−１９４６０８）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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