JP2019036846A - 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経路情報の交換を行わずに、フラッディングにより各無線通信装置にデータフレームを送受信する際に、ネットワーク全体において送受信される通信データ量を抑えて、正しくデータ転送することができるようにする。
【解決手段】本発明に係る無線通信装置は、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信装置において、通信信号を送受信する送受信手段と、送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測する待機時間計測手段と、送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、待機時間計測手段により計測される上記待機時間に基づいて、受信された通信信号の転送処理を行う通信制御手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。

複数の無線通信装置がデータフレームを転送することによってデータフレームを目的の宛先に届ける無線通信マルチホップネットワークにおいて、隣接する無線通信装置同士で経路情報を交換し、データフレームの宛先に対する転送先を決定するルーティングテーブルを構築するルーティングプロトコル（経路構築プロトコル）としてＲＰＬなどがある。

ＲＰＬは、定期的に近隣ノードと交換するＤＩＯ（ＤＡＧ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｏｂｊｅｃｔ）メッセージに保持されているボーダールータへの距離情報をもとに、ボーダールータまでの最短経路情報を更新することによって、通信ノード同士のリンク状態の変化にも対応するように工夫されたプロトコルである（非特許文献１参照）。

ＲＦＣ６５５０：国際標準化組織ＩＥＴＦ標準化技術ＲＰＬ：ＩＰｖ６ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｌｏｓｓｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ

しかしながら、無線通信装置の移動によるネットワークトポロジーの変化が、周期的に交換するＤＩＯメッセージによる経路情報の修復速度（更新速度）よりも早い場合、経路更新過程における経路情報が古くなってしまい、正しくルーティングできない場合が生じ得る。

上記課題に対して、例えばＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）等のように、データ転送のたびに毎回経路構築プロトコルを動作させてルーティングテーブルを構築させる方法もある。しかし、この方法は、要求ノードがブロードキャストによりデータ（メッセージ）を送信し、他ノードは受信したデータを転送して、ネットワーク中の全ノードにデータ送信するフラッディングと、要求ノードにメッセージが届くまでフラッディングの逆経路を辿る通信を行なうため、通信コストが非常に大きくなってしまう。

また、従来技術として経路構築プロトコルを必要とせず、中継可能なマルチホップネットワーク中の全無線通信装置にデータを転送するフラッディングという方法を使うことが考えられる。

しかしながら、従来の一般的なフラッディングによるデータ転送は、データフレームの宛先ではない全ての無線通信装置がブロードキャストによりデータ転送を行なう必要があるため、ネットワーク全体において送受信される通信データ量が増大してしまい、通信負荷が非常に高くなってしまう。

そこで、本発明は、経路情報の交換を行わずに、フラッディングによりネットワークを構成する各無線通信装置にデータフレームを送受信する際に、ネットワーク全体において送受信される通信データ量を抑えて、正しくデータ転送することができる無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供しようとするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る無線通信装置は、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信装置において、（１）通信信号を送受信する送受信手段と、（２）送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測する待機時間計測手段と、（３）送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、待機時間計測手段により計測される上記待機時間に基づいて、受信された通信信号の転送処理を行う通信制御手段とを有することを特徴とする。

第２の本発明に係る無線通信システムは、複数の無線通信装置の間で、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信システムにおいて、各無線通信装置が、（１）通信信号を送受信する送受信手段と、（２）送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測する待機時間計測手段と、（３）送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、待機時間計測手段により計測される待機時間に基づいて、受信された通信信号の転送処理を行う通信制御手段とを有することを特徴とする。

第３の本発明に係る無線通信方法は、複数の無線通信装置の間で、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信方法において、各無線通信装置が、通信信号を送受信する送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測し、送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、待機時間計測手段により計測される待機時間に基づいて、受信された通信信号の転送処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、経路情報の交換を行わずに、フラッディングによりネットワークを構成する各無線通信装置にデータフレームを送受信する際に、ネットワーク全体において送受信される通信データ量を抑えて、正しくデータ転送することができる。

実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。 実施形態に係るデータフレームの受信処理の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る応答フレームの受信処理の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る無線通信装置の移動によるネットワークトポロジーの変化を示す説明図である。 従来のフラッディング方式に対応した無線通信装置の内部構成である。 従来の無線通信装置におけるフラッディング処理手順を示すフローチャートである。 無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲの配置と無線通信装置の通信範囲を示す図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施形態は、本発明を利用して、複数の無線通信装置を有して構成される無線通信ネットワークであって、各無線通信装置が、マルチホップ無線通信により、周辺に存在している他の無線通信装置にデータフレームを転送しあうことにより、当該データフレームを目的の送信先（送信先の無線通信装置）に届ける無線通信マルチホップネットワークを例示する。

（Ａ−１）基本的概念の説明
従来の無線通信マルチホップネットワークにおいて、無線通信装置が移動可能であり、無線通信装置の移動によりネットワークトポロジーの変化が、各無線通信装置でのルーティングテーブルの更新速度よりも早いために、うまくデータ転送できないことがある。まずは、この点について図面を参照しながら説明する。

なお、ここでは経路構築プロトコルとしてＲＰＬを採用した、従来の無線通信マルチホップネットワークの場合を例示する。すなわち、各無線通信装置が周期的にＤＩＯメッセージを送受信しあい、各無線通信装置でルーティングテーブル（経路情報）を更新し、各無線通信装置が、更新後の経路情報に基づいてデータフレームを転送する場合を例示する。

図４は、無線通信装置の移動によるネットワークトポロジーの変化を示す説明図である。

図４（Ａ）は、ある時点における無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲのネットワークトポロジーＴ１（ここでは、「移動前トポロジーＴ１）と呼ぶ。）を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すトポロジーから、無線通信装置Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇが移動して変化したネットワークトポロジーＴ２（ここでは、「移動後トポロジーＴ２」と呼ぶ。）を示している。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す実線は、各無線通信装置が通信可能であることを示している。

図４（Ａ）に示すように、ある時点では、移動前トポロジーＴ１が構築されているとする。この時点で、各無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲには、ＲＰＬにより、図４（Ａ）における実線で示す経路情報が構築されているものとする。その後、図４（Ｂ）に示すように、無線通信装置Ａ、Ｂ、Ｆ、ＧのそれぞれがＡ’、Ｂ’、Ｆ’、Ｇ’の示す位置に一斉に移動したとする。

この場合、図４（Ｂ）に示すように、Ａ’の位置にいる無線通信装置Ａは、無線通信装置Ｒから受け取ったＤＩＯメッセージに基づいて経路情報を更新することになる。また、Ｇ’の位置にいる無線通信装置Ｇは、無線通信装置Ａが無線通信装置ＲからのＤＩＯメッセージによって経路情報を更新した後に、無線通信装置ＡからＤＩＯメッセージを受け取ることによって経路情報を更新することになる。また、Ｆ’の位置にいる無線通信装置Ｆは、無線通信装置Ａ、無線通信装置Ｇの経路情報が更新された後に、無線通信装置ＧからＤＩＯメッセージを受け取ることによって経路情報を更新することになる。

このように、ＤＩＯメッセージは定期的かつ非同期に各無線通信装置から発信されるが、無線通信装置の移動によるネットワークトポロジーの変化がＤＩＯメッセージの交換頻度よりも早いと、経路情報の更新過程において新しいトポロジーに変化していることになるため、各無線通信装置は、新しいトポロジーを反映していない古い経路情報に基づいて、データ転送することになる。このような場合、データフレーム転送時のトポロジーを反映していないデータ転送となってしまうことがある。

上記課題に対して、データ転送のたびに、例えばＡＯＤＶのように毎回経路構築プロトコルを動作させる方法もあるが、ネットワーク中の全無線通信装置がデータ送信をするフラッディングと、フラッディングの逆経路を辿る通信を行うことになるため、通信コストが非常に大きくなってしまう。

また別の方法として、経路構築プロトコルを必要とせず、マルチホップネットワークの全無線通信装置にデータフレームが届くようにデータフレームを転送するフラッディング方式を用いることが考えられる。そこで、従来のフラッディング方式を採用した場合のデータ転送処理を、図面を参照しながら説明する。

図５は、従来のフラッディング方式に対応した無線通信装置の内部構成である。図６は、従来の無線通信装置におけるフラッディング処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、ある無線通信装置２００は、周辺に存在する他の無線通信装置からデータフレームを受信すると（Ｓ５１）、データフレームに含まれる送信元の無線通信装置が付与した続き番号（フレーム番号）を取得する（Ｓ５２）。フレーム転送部２１１は、受信したフレームが既に処理済みか否かを確認するため、記憶部２１２に記憶されている転送情報と照合し（Ｓ５３）、既に記録済みであれば、当該フレームを破棄し（Ｓ５４）、まだ記録されていない番号であれば、その続き番号を記憶部２１２に記録し（Ｓ５５）、アプリケーション処理部２０２にデータフレームを転送すると共に（Ｓ５６）、データフレームを送受信部２０１に送り、さらに周辺の他の無線通信装置に転送する（Ｓ５７）。

図７は、無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲの配置と無線通信装置の通信範囲を示す図である。

図７において、無線通信装置同士を繋いでいる実線は、互いに通信可能であることを示している。点線ｒ１は、無線通信装置Ｒの通信範囲を示している。点線ｒ２は、無線通信装置Ａの通信範囲を示している。

無線通信装置Ｒがデータフレームを送信する場合、無線通信装置Ｒが通信範囲ｒ１内にデータフレームを送信し、そのデータフレームを受信した無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅが、図６の処理手順に従って、データフレーム内の続き番号の確認及び記録をして、無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれが周辺の他の無線通信装置にデータフレームを転送する。

例えば、無線通信装置Ａがデータフレームを送信すると、無線通信装置Ａから送信されたデータフレームは当該無線通信装置Ａの通信範囲ｒ２内に存在する無線通信装置Ｒ、Ｃ、Ｄ、Ｇに受信されるが、無線通信装置Ｒ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、図６のＳ５３の処理により、既に記録済みの同じデータフレームを破棄するため、重複の転送を防ぐことができる。

このような処理手順がなされると、各無線通信装置が経路情報を保持することなく、通信可能な範囲内に位置する全ての無線通信装置にデータフレームが届けられるため、宛先の無線通信装置がいずれであろうとも、データフレームを届けることができる。

しかしながら、以上のような通常のフラッディングによるデータ転送は、データフレームの宛先ではない全ての無線通信装置が行なう必要があるため、通信による負荷が非常に高くなってしまう。

そこで、本発明では、宛先を記載したデータフレームをフラッディングで転送し、転送ノードが次ホップへ転送する前に応答フレームを受信するための待機時間を設け、待機時間内で宛先ノードからデータフレームを受けとったことを示す応答フレームを周辺の他の無線通信装置に通知する。

そして、各無線通信装置が、上記待機時間内に応答フレームを受信した場合は、フラッディングを中止する。このようにすることによって、移動体としての無線通信装置が、マルチホップネットワークにおいて、ネットワークの全無線通信装置にフラッディングする場合に比べて通信コストを低減してデータ転送を実現することができる。

（Ａ−２）実施形態の構成
この実施形態に係る無線通信マルチホップネットワーク（無線通信システム）の全体構成例については、図４を用いて説明することができる。

無線通信マルチホップネットワークは、複数の無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲを有して構成される。なお、無線通信マルチホップネットワークを構成する無線通信装置の数は、特に限定されるものではない。無線通信マルチホップネットワークのネットワークトポロジーは、特に限定されるものではないが、例えばメッシュ形、ツリー形等を適用することができる。

また、無線通信マルチホップネットワークを構成している無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲのうちの一部又全部は、例えば移動体に搭載されるなどして移動可能なものである。従って、各無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲが移動することにより、無線通信マルチホップネットワークのトポロジー形態は変化し得るものとする。

図１は、この実施形態に係る無線通信装置の内部構成を示す内部構成図である。

図１において、この実施形態に係る無線通信装置１００は、送受信部１０１、通信制御部１１０、アプリケーション処理部１０２、ウェイトタイマ部１０３、アンテナ部１０４を有する。

[アンテナ部１０４]
アンテナ部１０４は、到来電波を捕捉し、その電波信号を電気信号に変換して送受信部１０１に与えたり、送受信部１０１からの電気信号を電波にのせて送出したりするものである。アンテナ部１０４は、送受信用アンテナであってもよいし、送信用アンテナと受信用アンテナとを備えるものであってもよい。

[送受信部１０１]
送受信部１０１は、アンテナ部１０４を介して受信された信号を通信制御部１１０に与えたり、通信制御部１１０からの送信信号を、アンテナ部１０４を介して送信したりするものである。送受信部１０１は、図示しないが、変調部、電力増幅部、高周波増幅部、復調部等を備える集積回路を適用することができる。

また、各無線通信装置Ａ〜Ｇ及びＲの送受信部１０１の使用周波数帯域は、例えば、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯等の周波数とすることができる。なお、送受信部１０１は、送信部（送信機）と受信部（受信機）とを備えるものであってもよい。

[通信制御部１１０]
通信制御部１１０は、フラッディング方式により、データフレームの送受信を制御する。つまり、通信制御部１１０は、他の無線通信装置に送信すべき通信信号（データフレーム、応答フレーム）をブロードキャスト通信により送信する。

より具体的には、データフレームを送信するとき、通信制御部１１０は、ブロードキャストアドレスを付与したデータフレームを送受信部１０１に与えて、周辺に存在する他の無線通信装置にデータフレームを送信する。また、ブロードキャストで送信されたデータフレームを受信したとき、通信制御部１１０は、受信したデータフレームを解析して、データフレームの送信先（送信先アドレス情報）が自装置（自無線通信装置）であるときには、その受信したデータフレームに含まれるユーザデータをアプリケーション処理部１０２に与える。

また、通信制御部１１０は、受信したデータフレームの送信先が自装置でない場合には、受信したデータフレームを他の無線通信装置に転送するため、そのデータフレームを送受信部１０１に与える。このとき、通信制御部１１０は、ウェイトタイマ部１０３により計測された待機時間に基づいてデータフレームの転送待機を行ない、その待機時間経過後にデータフレームの転送を行なう。このデータフレームの転送待機処理の詳細な説明は後述する。

なお、通信制御部１１０のハードウェア構成は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース部等を有する集積回路とすることができ、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納される処理プログラムを実行することにより、通信制御部１１０の各種機能が実施される。

図１において、通信制御部１１０は、フレーム受信部１１１、応答フレーム送信部１１２、フレーム転送部１１３、応答フレーム受信部１１４、応答フレーム転送部１１５、記憶部１１６を有する。

［フレーム受信部１１１］
フレーム受信部１１１は、送受信部１０１からの受信信号（受信パケット）に含まれているデータフレームを解析して、受信したデータフレームに含まれるデータフレームの続き番号（フレーム番号）及び送信先アドレス情報を解析して、データフレームの受信処理を行う。

具体的に、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームのフレーム番号が、記憶部１１６に記憶されている記録済みのフレーム番号と一致するか否かを照合する。そして、受信したデータフレームのフレーム番号が記録済みのフレーム番号と一致する場合には、既に受信したデータフレームであると判断し、当該受信したデータフレームの転送を規制する（例えば、データフレームを破棄する）。これにより、既に受信したデータフレームのブロードキャストによる送信を防ぐことができる。

一方、受信したデータフレームのフレーム番号が記憶部１１６に記録済みのフレーム番号と一致しない場合、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームが自装置宛のデータフレームであるか否かを判断するため、当該受信したデータフレームの送信先アドレス情報を解析する。

そして、受信したデータフレームの送信先アドレス情報が自装置のアドレス情報と一致する場合、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームをアプリケーション処理部１０２に与える。このとき、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームのフレーム番号を、記憶部１１６に記録する。これにより、今回受信したデータフレームを記録し、その後に同じフレーム番号のデータフレームが受信された場合でも、同じデータフレームのブロードキャストによる転送を防ぐことができる。

一方、受信したデータフレームの送信先アドレス情報が自装置のアドレス情報と一致しない場合、フレーム受信部１１１は、当該受信したデータフレームを他の無線通信装置にブロードキャストによる送信（転送）をするため、当該受信したデータフレームをフレーム転送部１１３に与える。

[応答フレーム送信部１１２]
応答フレーム送信部１１２は、フレーム受信部１１１により受信されたデータフレームが自装置宛のフレームである場合、当該受信されたデータフレームの送信元の無線通信装置宛の応答フレームを形成し、その応答フレームを送受信部１０１に与える。つまり、応答フレーム送信部１１２は、ウェイトタイマ部１０３が計測する待機時間を待たずに、応答フレームをブロードキャストで送信する。これにより、自装置宛のデータフレームを受信したことを、自装置の周辺に存在する他の無線通信装置に対して認識させることができる。

[フレーム転送部１１３]
フレーム転送部１１３は、フレーム受信部１１１により受信されたデータフレームが自装置宛のフレームでない場合、当該受信されたデータフレームをブロードキャストにより送信するものである。

このとき、ウェイトタイマ部１０３はフレーム受信部１１１でデータフレームの受信時から所定時間を計測しており、ウェイトタイマ部１０３が待機時間を計測している間、フレーム転送部１１３は、データフレームの転送を待機する。

このデータフレームの転送待機中に、後述するように、応答フレーム受信部１１４が応答フレームを受信し、この応答フレームのフレーム番号と、転送待機中のデータフレームのフレーム番号とが一致する場合、フレーム転送部１１３は、転送待機中のデータフレームを破棄する。

この実施形態では、自装置宛のデータフレームを受信した無線通信装置は、転送待機せずに、周辺の他の無線通信装置に応答フレームをブロードキャストで送信することになる。一方、データフレームの送信先が自装置でない場合、すなわち他の無線通信装置宛のデータフレームを受信した場合、データフレームの転送を待機する。そうすると、データフレームの転送待機中の無線通信装置が、周辺の他の無線通信装置からの応答フレームを受信すると、その他の無線通信装置が、自装置宛のデータフレームを受信したことを認識でき、転送待機中のデータフレームのブロードキャスト（すなわちフラッディング）を中止することができる。その結果、ブラッディングによりネットワーク全体の無線通信装置へのデータ通信量を低減することができる。

[応答フレーム受信部１１４]
応答フレーム受信部１１４は、送受信部１０１からの受信信号（受信パケット）が応答フレームである場合に、その応答フレームに含まれているフレーム番号を解析し、転送待機中のデータフレームがあるか否かを判断する。

そして、転送待機中のデータフレームがあり、その転送待機中のデータフレームのフレーム番号と、当該応答フレームのフレーム番号とが一致するか否かを判断する。そして、応答フレームのフレーム番号と転送待機中のデータフレームのフレーム番号とが一致する場合、応答フレーム受信部１１４は、転送待機中のデータフレームを破棄させるために、フレーム転送部１１３にその旨を通知する。

一方、応答フレームのフレーム番号と転送待機中のデータフレームのフレーム番号が一致しない場合、若しくは、転送待機中のデータフレームがない場合、応答フレーム受信部１１４は、記憶部１１６に記憶されている記録済みのフレーム番号と、応答フレームのフレーム番号とが一致するか否かを判断する。これは、同じ応答フレームの転送を防止するためである。

そして、記憶部１１６に、応答フレームのフレーム番号と一致する記録済みフレーム番号が記録されている場合には、さらに、応答フレーム受信部１１４は、当該応答フレームが応答転送済みであるか否かを確認する。応答転送済みであるときには、当該応答フレームの再度の転送を防止するために、当該応答フレームを破棄する。一方、応答転送済みでないときには、応答フレーム受信部１１４は、応答フレーム転送部１１５に、当該応答フレームを転送するために、当該応答フレームを応答フレーム転送部１１５に与える。

また、記憶部１１６に、応答フレームのフレーム番号と一致する記録済みフレーム番号が記録されていない場合には、応答フレーム受信部１１４は、記憶部１１６に、応答フレームのフレーム番号に記録して、当該応答フレームを破棄する。

[応答フレーム転送部１１５]
応答フレーム転送部１１５は、応答フレーム受信部１１４から与えられた応答フレームを転送するものである。

[記憶部１１６]
記憶部１１６は、通信制御部１１０において実行される処理プログラム、処理に必要なデータ等をＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶領域である。記憶部１１６は、当該無線通信装置１００が受信したデータフレームのフレーム番号、応答フレームのフレーム番号を記録済みフレーム番号として記憶する。また、記憶部１１６は、記録済みの応答フレームのうち、既に応答転送した応答フレームを管理するために、記録済みの応答フレームのフレーム番号には、応答転送済みフラグを対応付けて記録する。そして、既に応答転送した応答フレームについては、応答転送フラグを付与することにより、既に応答転送フレームが転送されたことが分かるようにしている。

[ウェイトタイマ部１０３]
ウェイトタイマ部１０３は、受信したデータフレームに対する応答フレームの送信待機時間（以下、待機時間Ｗｆ等と表記する。）を計測する待機時間計測手段である。ウェイトタイマ部１０３は、データフレームの受信をトリガとして、所定の待機時間Ｗｆを計測する。ここで、所定の待機時間Ｗｆの長さは、運用等に応じて適宜決定することができるが、例えば、データフレーム受信から、当該データフレームに対する応答フレームの送信までの処理時間を「Ｔａ」とした場合、待機時間Ｗｆ＞Ｔａであることが望ましい。これは、自装置宛のデータフレームを受信した無線通信装置１００が、当該データフレームを受信したことを他の無線通信装置に通知するために、応答フレームをブロードキャストで送信することになるので、自装置宛でないデータフレームを受信した他の無線通信装置が応答フレームの送信を一時的に規制するためである。

[アプリケーション処理部１０２]
アプリケーション処理部１０２は、通信制御部１１０により自装置宛のデータフレームを受信したときに、通信制御部１１０から与えられるデータフレームに含まれているユーザデータに基づいて、所定のアプリケーション処理を行う。また、アプリケーション処理部１０２は、アプリケーション処理を行うことにより得たユーザデータを他の無線通信装置に送信する場合には、そのユーザデータを通信制御部１１０に与える。

（Ａ−３）実施形態の動作
次に、この実施形態に係る無線通信マルチホップネットワークにおける無線通信方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。

以下では、まず、各無線通信装置１００が、他の無線通信装置から送信されたデータフレームを受信したときの処理動作を図面を用いて説明する。その後、各無線通信装置１００が、他の無線通信装置から送信された応答フレームを受信したときの処理動作を図面を参照しながら説明する。

（Ａ−３−１）データフレームの受信処理
図２は、実施形態に係るデータフレームの受信処理の動作を示すフローチャートである。

まず、図４に例示する無線通信マルチホップネットワークを構成する無線通信装置のうち、いずれかの無線通信装置が、目的の送信先宛にデータフレームをブロードキャストにより送信する。このとき、フレームのフォーマットは、例えば、フレーム種類を示す情報（例えば、データフレーム、応答フレームの別を示す情報を含む。）、送信元のアドレス情報（例えば、ＭＡＣアドレス）、目的とする送信先のアドレス情報（例えば、ＭＡＣアドレス）、フレームの連番情報を示すフレーム番号、ユーザデータなどを含む。なお、フレームのフォーマットは、上記情報を含むものに限定されるものではなく、例えば拡張領域に他の情報を含むようにしてもよい。

他の無線通信装置が、データフレームを含む通信パケットをブロードキャストにより送信すると、その周辺に存在する無線通信装置が、上記他の無線通信装置が送信した通信パケットを受信する。

通信パケットを受信した無線通信装置１００では、送受信部１０１がデータフレームを受信して、そのデータフレームを通信制御部１１０に与える。通信制御部１１０では、フレーム受信部１１１が、データフレームを受信し（Ｓ１）、そのデータフレームを解析してデータフレームに含まれている送信元となる無線通信装置が付与したフレームの連番情報（フレーム番号）を抽出（確認）する（Ｓ２）。そして、フレーム受信部１１１は、記憶部１１６に記憶されている記録済みフレーム番号を参照し、受信したデータフレームのフレーム番号が、記憶部１１６の記録済みフレーム番号と一致するか否かを照合する（Ｓ３）。

受信したデータフレームのフレーム番号が上記記録済みフレーム番号と一致する場合、当該受信したデータフレームは既に受信したデータフレームであると判断され、当該受信したデータフレームは破棄される（Ｓ４）。

一方、受信したデータフレームのフレーム番号が上記記録済みフレーム番号と一致する場合、当該データフレームを受信済みのフレームであることを記録するため、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームから取得したフレーム番号を、記憶部１１６の記録済みフレームに記録する（Ｓ５）。

次に、受信したデータフレームが自装置宛のものであるか否かを判断するため、フレーム受信部１１１は、受信したデータフレームに含まれている送信先アドレス情報を取得し、その送信先アドレス情報が他の無線通信装置のアドレス情報であるか否かを判断する（Ｓ６）。

そして、データフレームの送信先アドレス情報が他の無線通信装置でない場合（すなわち、データフレームの送信先アドレス情報が自装置宛である場合）、データフレームに含まれるユーザデータに基づいてアプリケーション処理を実行するため、フレーム受信部１１１は、データフレームをアプリケーション処理部１０２に転送する（Ｓ７）。また、フレーム受信部１１１は、応答フレーム送信部１１２に対して、自装置宛のデータフレームである旨を通知する。これを受けて、応答フレーム送信部１１２は、当該受信したデータフレームに対する応答フレームを形成し、その応答フレームをブロードキャストで送信する（Ｓ８）。このように、自装置宛のデータフレームを受信した無線通信装置が、応答フレームの送信に係る待機時間Ｗｆを待たずに、応答フレームを送信することにより、周辺に存在する他の無線通信装置に対して、自装置宛のデータフレームを受信したことを認識させることができる。

ここで、応答フレームの形成の仕方を説明する。応答フレーム送信部１１２は、受信したデータフレームに含まれる「送信元アドレス情報」を応答フレームの「送信先アドレス情報」とし、自装置のアドレス情報（すなわち、受信したデータフレームの「送信先アドレス情報」）を応答フレームの「送信元アドレス情報」とする。また、応答フレーム送信部１１２は、受信したデータフレームに含まれている「フレーム番号」をそのまま、応答フレームの「フレーム番号」として挿入する。このようにフレーム番号を挿入することで、受信したデータフレームに対する応答フレームであることを識別できるようにする。

一方、Ｓ６において、受信したデータフレームの送信先アドレス情報が他の無線通信装置のアドレス情報である場合（すなわち、データフレームの送信先アドレス情報が自装置宛でない場合）、受信したデータフレームを送信先の他の無線通信装置に向けて転送するために、フレーム受信部１１１は、フレーム転送部１１３にその旨を通知する。

ここで、ウェイトタイマ部１０３は、データフレームを受信したことをトリガとして、所定の待機時間Ｗｆを計測している。フレーム転送部１１３は、ウェイトタイマ部１０３が所定の待機時間Ｗｆを計測している間、データフレームの転送を待機する（Ｓ９）。この自装置宛でないデータフレームの他の無線通信装置への転送待機処理を、フレーム転送ウェイト処理とも呼ぶ。このフレームウェイト処理に係る待機時間は、一般的に、ブロードキャストによるフラッディングにおいて、データフレームの受信に対して応答フレームを送信するまでの時間Ｔａよりも長い時間とする。

そして、ウェイトタイマ部１０３による待機時間Ｗｆ経過後、フレーム転送部１１３は、他の無線通信装置宛のデータフレームをブロードキャストにより送信する（Ｓ１０）。つまり、他の無線通信装置宛のデータフレームを待機時間Ｗｆだけ転送待機することにより、自装置宛のデータフレームを受信した無線通信装置のみが応答フレームを送信し、それ以外の無線通信装置によるデータフレームの転送処理を待機する。

（Ａ−３−２）応答フレームの受信処理
次に、各無線通信装置１００が、他の無線通信装置から送信された応答フレームを受信したときの処理動作を図面を参照しながら説明する。

図３は、実施形態に係る応答フレームの受信処理の動作を示すフローチャートである。

各無線通信装置１００において、送受信部１０１が、他の無線通信装置から送信された応答フレームを受信すると、通信制御部１１０に応答フレームを与える。通信制御部１１０では、応答フレーム受信部１１４が、応答フレームを受信し（Ｓ１１）、受信した応答フレームを解析し、応答フレームに含まれているフレーム番号を抽出する。そして、応答フレーム受信部１１４は、ウェイトタイマ部１０３による待機時間Ｗｆの計測により、転送待機中のデータフレームのフレーム番号と、応答フレームのフレーム番号とが一致するか否か照合（確認）する（Ｓ１２、Ｓ１３）。

そして、受信した応答フレームのフレーム番号が転送待機中のデータフレームのフレーム番号と一致する場合、応答フレーム受信部１１４は、その旨をフレーム転送部１１３に通知する。これを受けて、フレーム転送部１１３は、転送待機中のデータフレームを破棄する（Ｓ２０）。つまり、データフレームの転送待機中に、同じフレーム番号の応答フレームを受信したことにより、当該データフレームの送信先とする他の無線通信装置１００が正しくデータフレームを受信したことを認識することができる。そのため、転送待機中のデータフレームを破棄し、当該転送待機中のデータフレームの転送を中止する。これは、無線通信マルチホップネットワーク全体でのデータフレームのフラッディングを中止するとも言い換えることができる。

また、受信した応答フレームフレーム番号が転送待機中のデータフレームのフレーム番号と一致しない場合、若しくは、転送待機中でない場合（すなわち、転送待機中のデータフレームがない場合）、応答フレーム受信部１１４は、記憶部１１６の記録済みフレーム番号を参照して、受信した応答フレームに含まれているフレーム番号と一致するものがあるか否かを照合する（Ｓ１４）。

記憶部１１６の記録済みフレーム番号に、当該受信した応答フレームのフレーム番号が記録されていない場合、応答フレーム受信部１１４は、当該受信した応答フレームのフレーム番号を記憶部１１６の記録済みフレーム番号として記憶し、さらに当該フレーム番号に対応する応答転送済みフラグを付与して（Ｓ１５）、当該応答フレームを破棄する（Ｓ１７）。これは、無線通信装置１００が、受信したことを記録していないデータフレームに対する応答フレームを、今回受信したケースである。この場合、無線通信装置は応答フレームを送信する必要がないので、当該応答フレームを破棄する。また、その後に、再度同じフレーム番号の応答フレームを受信する可能性もあり、その場合に、何も記録していないと、応答フレームの転送処理を繰り返し行ってしまうこともある。従って、応答フレーム受信部１１４は、当該応答フレームのフレーム番号を記憶部１１６に及び応答転送済みフラグを立てて記録するようにしている。

Ｓ１４において、記憶部１１６の記録済みフレーム番号に、当該受信した応答フレームのフレーム番号が記録されている場合、若しくは、Ｓ２０で転送待機中のデータフレームが破棄されると、応答フレーム受信部１１４は、記憶部１１６における記録済みフレーム番号に対応する応答転送済みフラグを確認し（Ｓ１６）、応答転送済みフラグが立っている場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、当該応答フレームを破棄する（Ｓ１７）。

Ｓ１６において、応答転送済みフラグが立っていない場合（Ｓ１６のＮｏ）、応答フレーム受信部１１４は、記憶部１１６の記録済みフレーム番号に対する応答転送済みフラグを記録し（Ｓ１８）、その旨を応答フレーム転送部１１５に通知する。これを受けて、応答フレーム転送部１１５は、当該応答フレームをブロードキャストにより送信する（Ｓ１９）。これにより、周辺に存在する他の無線通信装置に対して、受信した応答フレームを送信することができる。

（Ａ−３−３）データフレーム転送処理（第１の例）
次に、図２、図３、図４及び図７を参照しながら、無線通信マルチホップネットワークにおけるデータフレームの転送処理の一例（第１の例）を説明する。

上述したように、図４（Ａ）は移動前トポロジーＴ１であり、図４（Ｂ）は移動後トポロジーＴ２である。

また、図７は、図４（Ｂ）の移動後トポロジーＴ２の状態で、無線通信装置Ｒが、無線通信装置Ａにデータフレームを届ける場合について説明する。

無線通信装置Ｒはデータフレームを送信するたびに１ずつ増加する続き番号であるフレーム番号をデータフレームに付与し、最終の宛先である無線通信装置Ａのアドレス情報を「送信先アドレス情報」とし、送信元である無線通信装置Ｒのアドレス情報を「送信元アドレス情報」としてデータフレームに含めるように送信する。

無線通信装置Ｒがデータフレームを送信すると、無線通信装置Ｒの通信範囲ｒ１内に位置している、各無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅはデータフレームを受信する。いずれの無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｄも初めて受信するフレーム番号のデータフレームであるので、フレームを破棄せず、フレームの連番であるフレーム番号を記憶部１１６に記憶する（図２のＳ１、Ｓ２、Ｓ３（ＹＥＳ）、Ｓ５）。

無線通信装置Ａは、受信したデータフレームの送信先アドレス情報が自装置宛であるため、アプリケーション処理部１０２に転送し（Ｓ７）、応答フレーム送信部１１２が応答フレームをブロードキャストで送信する（Ｓ８）。

一方、各無線通信装置Ｃ、Ｄ、Ｅは、データフレームの送信先アドレス情報が他の無線通信装置であるため、ウェイトタイマ部１０３による待機時間Ｗｆの計測の間、データフレームの転送待機となる（Ｓ９）。

各無線通信装置Ｃ、Ｄ、Ｅにおけるデータフレームの転送待機の間に、無線通信装置Ａが応答フレームを周辺の他の無線通信装置に送信する。つまり、無線通信装置Ａの通信範囲ｒ２内にある無線通信装置Ｃ、Ｄ、Ｒは応答フレームを受信する。

データフレームの送信元である無線通信装置Ｒは応答フレームを受け取ることによってデータフレームが宛先である無線通信装置Ａに到達したことを確認する。

これに対して、無線通信装置Ｃ、Ｄは、データフレーム待機中に、データフレームのフレーム番号と同じフレーム番号が含まれている応答フレームを受信するので、待機状態にあるデータフレームを破棄する（図３のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３（Ｙｅｓ）、Ｓ２０）。

一方、無線通信装置Ｅは、無線通信装置Ａの通信範囲外にあり、無線通信装置Ａから応答フレームを受信できない位置にいるので、転送待機後にデータフレームを転送する（図２のＳ９、Ｓ１０）。このとき、従来のフラッディングであれば、無線通信装置Ｃ、Ｄも、フラッディング対象のデータフレームを送信するが、本発明を適用すると、無線通信装置Ｃ、Ｄのデータフレームの送信を抑制することができる。

なお、送信先アドレス情報が無線通信装置Ａのアドレス情報となっている応答フレームは、無線通信装置Ａから無線通信装置へと転送される。これにより、送信元である無線通信装置Ｒが送信したデータフレームが宛先である無線通信装置Ａに到達したと確認される。

（Ａ−３−４）データフレーム転送処理（第２の例）
次に、図２、図３、図４及び図７を参照しながら、無線通信マルチホップネットワークにおけるデータフレームの転送処理の一例（第２の例）を説明する。

第２の例では、図７において、無線通信装置Ｒが無線通信装置Ｂにデータフレームを届ける場合について説明する。

無線通信装置Ｒはデータフレームを送信するたびに１ずつ増加する続き番号であるフレーム番号をデータフレームに付与し、最終の宛先である無線通信装置Ｂのアドレス情報を「送信先アドレス情報」とし、送信元である無線通信装置Ｒのアドレス情報を「送信元アドレス情報」としてデータフレームに含めるように送信する。

第１の例と同様に、無線通信装置Ｒはデータフレームを送信し、無線通信装置Ｒの通信範囲ｒ１内に存在している、各無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅがデータフレームを受信する。

ここで、各各無線通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、受信したデータフレームの送信先アドレスが他の無線通信装置であるため、データフレームの転送待機時間経過後、データフレームをブロードキャストで送信する（図２のＳ１、Ｓ２、Ｓ３（Ｎｏ）、Ｓ５、Ｓ６（Ｙｅｓ）、Ｓ９、Ｓ１０）。

無線通信装置Ｄがデータフレームをブロードキャストで送信すると、無線通信装置Ｄの通信範囲ｒ３内に存在している、無線通信装置Ｒ、Ａ、Ｂが、データフレームを受信する。

ここで、無線通信装置Ｂは、受信したデータフレームの送信先アドレス情報が自装置宛であるため、アプリケーション処理部１０２に転送し（Ｓ７）、応答フレーム送信部１１２が応答フレームをブロードキャストで送信する（Ｓ８）。

無線通信装置Ｂの通信範囲内に位置している無線通信装置Ｆは、無線通信装置Ｂからの応答フレームを受信すると、当該応答フレームのフレーム番号及び応答転送済みフラグを記憶部１１６に記憶する（図３のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３（Ｎｏ）、Ｓ１４、Ｓ１５）。これにより、それ以降に、同一のフレーム番号が付与されたデータフレームと応答フレームとを破棄することができる。

ここで、無線通信装置Ｇは、無線通信装置Ａの通信範囲ｒ２内に存在している。無線通信装置Ａは、転送待機Ｗｆ経過後、データフレームをブロードキャストで送信することになり、無線通信装置Ｇは、無線通信装置Ａから受信したデータフレームのフレーム番号を記憶部１１６に記憶している。

このとき、無線通信装置Ｇが、無線通信装置Ｂの通信範囲内に位置しているとする。この場合、無線通信装置Ｇは、無線通信装置Ａからデータフレームを受信しており、フレーム転送ウェイト処理を行っており、データフレームの転送を待機している（図２のＳ９）。この状態で、無線通信装置Ｇが、無線通信装置Ｂから、同じフレーム番号の応答フレームを受信すると（図３のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３）、転送待機中のデータフレームを破棄し（Ｓ２０）、応答フレームの転送処理を行う（Ｓ１４（Ｙｅｓ）、Ｓ１６（Ｙｅｓ）、Ｓ１７）。

一方、無線通信装置Ｇが無線通信装置Ｂの通信範囲外に位置している場合、無線通信装置Ｇは、無線通信装置Ｂから応答フレームを受信しないので、転送待機時間Ｗｆ経過後、転送待機中のデータフレームの転送処理を行う（図２のＳ９、Ｓ１０）。この場合、無線通信装置Ｂ、Ｆともに、当該フレーム番号のデータフレーム、応答フレームは応答処理済として転送処理を行なわない。

送信先アドレス情報が無線通信装置Ｒのアドレス情報となっている応答フレームは、無線通信装置Ｂから無線通信装置Ｄ、無線通信装置Ｄから無線通信装置Ｒへと転送される。これにより、送信元である無線通信装置Ｒが送信したデータフレームが宛先である無線通信装置Ｂに到達したと確認される。

（Ａ−４）実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、無線通信装置では、経路情報を交換することなく、フラッディングでデータフレームをブロードキャストにより転送することができる。一方、フラッディングで課題となる通信コストに関して、フレームの転送処理に先立って応答フレームを先に処理することによって無駄な転送を省いた効率的な通信が可能となる。

（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態においても、本発明の種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。

（Ｂ−１）実施形態において、図３に示す動作フローは、応答フレームの受信処理の一例であり、この処理に限定されるものではない。例えば、図３のＳ１４、Ｓ１５では、データフレームの通過した無線通信装置のみ応答フレームを転送するように記載しているが、図３のＳ１４、Ｓ１５を省略して、Ｓ１３の条件式が一致しない場合はＳ１６に進むように処理するようにしてもよい。これによって、フラッディングの通信コストは増えるが、無線通信装置の移動が大きい場合でも、データフレームの通過した経路と異なる経路でも応答フレームを返却できるようにすることが可能となる。

１００…無線通信装置、１０１…送受信部、１１０…通信制御部、１０２…アプリケーション処理部、１０３…ウェイトタイマ部、１０４…アンテナ部、１１１…フレーム受信部、１１２…応答フレーム送信部１１２…フレーム転送部、１１４…応答フレーム受信部、１１５…応答フレーム転送部、１０６…記憶部。

Claims (8)

1. ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信装置において、
   通信信号を送受信する送受信手段と、
   上記送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測する待機時間計測手段と、
   上記送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、上記待機時間計測手段により計測される上記待機時間に基づいて、上記受信された通信信号の転送処理を行う通信制御手段と
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 上記通信制御手段が、
   過去に受信した通信信号に含まれるフレーム情報を記憶する記憶部と、
   今回受信された通信信号のフレーム情報が上記記憶部に記憶されておらず、上記通信信号の送信先情報が自装置でない場合に、上記待機時間計測手段により計測される上記待機時間経過後に、上記通信信号を送信するフレーム転送部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 上記通信制御手段が、
   今回受信された信号として、通信信号に対する応答信号を受信し、当該応答信号のフレーム情報が、上記待機中の通信信号のフレーム情報と一致するか否かを判断する応答信号受信部を有し、
   上記フレーム転送部は、上記応答信号のフレーム情報と上記待機中の通信信号のフレーム情報とが一致する場合に、上記待機中の通信信号の送信を規制する
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 上記通信制御手段が、今回受信された通信信号のフレーム情報が上記記憶部に記憶されておらず、上記通信信号の送信先情報が自装置である場合に、上記待機時間を待たずに、上記通信信号に対する応答信号を送信する応答信号送信部を有することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 上記通信制御手段が、今回受信された通信信号のフレーム情報が上記記憶部に記憶されている場合に、今回受信した通信信号の送信を規制するフレーム受信部を有することを特徴とする請求項２又は４に記載の無線通信装置。
6. 上記記憶部が、受信した通信信号のフレーム情報に対応付けて、転送若しくは応答に係る処理をしたか否かのフラグ情報を記憶し、
   上記応答信号受信部は、受信した応答信号のフレーム情報が上記記憶部に記憶されていない場合、当該応答信号のフレーム情報及び上記フラグ情報を上記記憶部に記憶した後、当該応答信号の転送を規制する
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 複数の無線通信装置の間で、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信システムにおいて、
   各無線通信装置が、
   通信信号を送受信する送受信手段と、
   上記送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測する待機時間計測手段と、
   上記送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、上記待機時間計測手段により計測される上記待機時間に基づいて、上記受信された通信信号の転送処理を行う通信制御手段と
   を有することを特徴とする無線通信システム。
8. 複数の無線通信装置の間で、ブロードキャストにより通信信号を無線通信する無線通信方法において、
   各無線通信装置が、
   通信信号を送受信する送受信手段により受信された通信信号の転送に係る送信時間について所定の待機時間を計測し、
   上記送受信手段により受信された通信信号の送信先に応じて、当該通信信号の転送若しくは応答信号の送信を制御するものであって、上記待機時間計測手段により計測される上記待機時間に基づいて、上記受信された通信信号の転送処理を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。

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