通信设备和通信系统

技术领域

本发明涉及通信设备和通信系统。

背景技术

以往，已知在由多个通信设备构成网状网络的网关中，基于跳数和路径数来进行路径的选择以使得经由各通信设备的路径数平滑化（参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-76903号公报。

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1所示的网关中，仅通过跳数和路径数来决定通信路径，因此存在由于数据的发送间隔不同而导致的各通信设备的功耗的偏差变大、通信设备的功耗变大的问题。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够降低通信设备的功耗的通信设备和通信系统。

用于解决课题的方案

本发明的通信设备根据从多个其他通信设备取得的通信路径的信息，基于每个所述通信设备的根据从网关的跳数计算出的RANK值来决定初始路径；构成树结构的无线网状网络，所述树结构基于通过所述初始路径进行通信的本装置的功耗预测值来决定从所述初始路径修正后的修正路径。

发明效果

根据本发明，实现了能够降低通信设备的功耗这样的效果。

附图说明

图1是本发明实施方式的通信系统的概略结构图；

图2是本发明实施方式的通信设备的概略框图；

图3是本发明实施方式的网关的概略框图；

图4是用于说明本发明实施方式的DIO数据的发送的说明图；

图5是用于说明本发明实施方式的DAO数据的发送的说明图；

图6是用于说明本发明实施方式的通信数据的数据格式的一例的说明图；

图7是用于说明在图6所示的通信数据的数据格式中输入了发送间隔值的情况下的一例的说明图；

图8是用于说明本发明实施方式的初始路径和发送间隔值的一例的说明图；

图9是用于说明本发明实施方式的修正路径的一例的说明图；

图10是用于说明从图9所示的修正路径进一步修正后的修正路径和发送间隔值的一例的说明图。

具体实施方式

（实施方式）

以下，参照附图来说明本公开的实施方式的一例。此外，对各附图中相同或等效的结构要素和部分赋予相同的参照符号。此外，为了便于说明，附图的尺寸比率被夸张，有时与实际的比率不同。

使用图1来说明本实施方式的通信系统10的一例。

图1是示出本实施方式的通信系统10的概略结构的一例的图。如图1所示，本实施方式的通信系统10由包括多个通信设备100（101～108）和网关200的无线网状网络构成。通信设备100是在无线网状网络中与通信设备100之间以及网关200收发数据的装置。此外，网关200是成为无线网状网络10的入口的装置，是与通信设备100收发数据并且与其他网络也收发数据的装置。此外，在本实施方式中，也将通信设备100称为节点。

图1所示的虚线示出了各通信设备100和网关200的可通信范围。即，示出了被相同虚线包围的通信设备100和网关200能够进行通信。例如，网关200能够与通信设备101和通信设备102通信，通信设备101能够与网关200、通信设备102、通信设备103和通信设备104通信。此外，通信设备102能够与网关200、通信设备101和通信设备105通信。此外，通信设备103能够与通信设备101、通信设备104、通信设备106以及通信设备107通信。此外，通信设备104能够与通信设备101、通信设备103、通信设备105、通信设备106、通信设备107以及通信设备108通信。此外，通信设备105能够与通信设备102、通信设备104、通信设备107和通信设备108通信。此外，通信设备106能够与通信设备103、通信设备104和通信设备107通信。此外，通信设备107能够与通信设备103、通信设备104、通信设备105、通信设备106以及通信设备108通信。

图2是示出本实施方式的通信设备100的硬件结构的框图。

如图2所示，通信设备100具有数据接收部110、解析部120、信息存储部130、路径计算部140、控制部150、计时器控制部160、省电控制部170、应用数据控制部180和数据发送部190。

数据接收部110接收周边的通信设备100的信息、应用数据等通信数据。在此，通信设备100的信息是地址、RANK、序列号、工作模式等。此外，应用数据是通过无线网状网络收发的应用的检测数据，例如在无线网状网络是收发传感器的检测数据的网络的情况下，是该传感器的检测数据。

解析部120解析由数据接收部110接收到的通信数据。解析的结果是，解析部120将数据分类为包括周边的通信设备100的信息的数据、和除此之外的应用数据等数据。包括周边的通信设备100的信息的数据发送到信息存储部130。除此之外的数据发送到控制部150。

信息存储部130根据从解析部120发送的数据，保存每个通信设备100的RANK、数据损失量以及功耗预测值。这样的数据不仅包括周边的通信设备100的RANK等，还包括本装置的RANK等数据。后面将描述RANK、数据损失量和功耗预测值。RANK、数据损失量和功耗预测值发送到路径计算部140。

路径计算部140基于从信息存储部130发送的RANK、数据损失量和功耗预测值，来计算到网关200的通信路径。然后，将计算出的通信路径发送到控制部150。通信路径的计算将在后面描述。

控制部150基于从解析部120、路径计算部140、计时器控制部160、应用数据控制部180发送的信息种类，生成数据（后述的DIO数据和通信数据）。然后，将生成的数据发送到数据发送部190。

计时器控制部160管理计时器设定时间，该计时器设定时间用于向周边通知通信设备100的本装置的信息。在到了该时间的情况下，向控制部150通知到了用于向周边通知本装置的信息的时间。如后述那样，接收到这样的通知的控制部150向周边的通信设备100发送，作为DIO数据。用于向周边通知这样的本装置的信息的计时器设定时间由控制部150决定。控制部150在后述的DIO数据的发送成功的概率较高的情况下，将计时器设定时间设定得长，在DIO数据的发送成功的概率较低的情况下，将计时器设定时间设定得短。即，在通信稳定的情况下，计时器设定时间变长，在不稳定的情况下，计时器设定时间变短。

省电控制部170进行用于使本装置转变到休眠状态的控制。

应用数据控制部180在取得了用于向网关200发送的数据（例如，从传感器发送的检测数据）的情况下，向控制部150发送该数据。数据发送部190将从控制部150发送的通信数据发送到其他通信设备100或网关200。

图3是示出本实施方式的网关200的硬件结构的框图。

如图3所示，网关200具有数据接收部210、解析部220、信息监视部230、控制部240、计时器控制部250和数据发送部260。

数据接收部210接收周边的通信设备100的信息、应用数据等通信数据。

解析部220解析由数据接收部210接收到的通信数据。解析的结果是，解析部220将数据分类为包括在通信设备100之间构建的通信路径的数据、和除此之外的应用数据等数据。包括通信路径的数据发送到信息监视部230。除此之外的数据发送到控制部240。

信息监视部230实施从解析部220发送的全部的通信设备100的通信路径的保存、更新。然后，将最新的通信路径发送到控制部240。

控制部240基于从数据解析部220、信息监视部230、计时器控制部250发送的信息种类，生成数据（后述的DIO数据和通信数据）。然后，将数据发送到数据发送部190。

计时器控制部250管理计时器设定时间，该计时器设定时间用于向周边通知网关200的本装置的信息。在到了该时间的情况下，向控制部240通知到了用于向周边通知本装置的信息的时间。如后所述，接收到这样的通知的控制部240向周边的通信设备100发送，作为DIO数据。用于向周边通知这样的本装置的信息的计时器设定时间由控制部240决定。控制部240在后述的DIO数据的发送成功的概率较高的情况下，将计时器设定时间设定得长，在DIO数据的发送成功的概率较低的情况下，将计时器设定时间设定得短。即，在通信稳定的情况下，计时器设定时间变长，在不稳定的情况下，计时器设定时间变短。

数据发送部260将从控制部240发送的通信数据发送到其他通信设备100或服务器（未图示）。

接着，说明通信路径的计算。首先，说明通信路径的初始路径的计算。

通信设备100或网关200（数据发送部190和数据发送部260）多播发送DIO数据，以便向周边的通信设备100通知本装置的信息（地址、RANK、序列号、工作模式等）（参见图4）。DIO数据使用Trickle计时器（计时器控制部160）来发送（数据发送部190）。关于Trickle计时器，在网络的通信稳定的期间，计时器设定时间变长，在不稳定的期间，计时器设定时间变短。

各通信设备100当掌握周边的通信设备100的信息时，从网关200到无线网状网络的中继的通信设备100（在本例中，通信设备101、通信设备102、通信设备103、通信设备104、通信设备105）、末端的通信设备100（在本例中，通信设备106、通信设备107、通信设备108）为止，按顺序被分配RANK（256×（n+1））。在此，n是从网关200的跳数。网关200的RANK为256，通信设备100的RANK越小，则越接近网关200。在图1的网络的情况下，通信设备101、102为RANK 512，通信设备103、通信设备104、通信设备105为RANK 768，通信设备106、通信设备107、通信设备108为RANK 1024。

各通信设备100（路径计算部140）基于RANK值和数据损失量的信息，来进行父决定。在此，数据损失量是向网关200发送的应用数据通过第几次发送而成功的次数。此外，数据损失量不限于通过第几次发送而成功的次数，也可以是发送的成功率等。

作为父决定的示例，对通信设备106进行说明。

在由通信设备106进行父决定时，将RANK值和数据损失量相加，将值更低的那个决定为父。在由通信设备106决定了父的情况下，通信设备106对父（在通信设备103为父的情况下），对通信设备103单播发送DAO数据（图5）。通信设备103当从通信设备106接收到DAO数据时，在本装置的路由表中将通信设备106注册为子，并将DAO数据单播发送到通信设备103的父的通信设备101。同样，通信设备101也进行路由表的注册，向网关200单播发送。

网关200当接收到通信路径信息数据时，在自身的路由表（信息监视部230）中注册成为从末端的通信设备106到通信设备103、通信设备101顺序的路径，向发送了通信路径信息数据的通信设备100（通信设备101、通信设备103以及通信设备106）发送ACK（图5）。

其他通信设备100也进行同样的处理，最终在网关200的路由表（信息监视部230）中注册全部通信设备100的路径信息（参照后述的图8）。

在网络的末端的通信设备100（通信设备106、通信设备107以及通信设备108）将应用数据发送给网关200的情况下，通过注册在网关200中的路径信息的路径来发送数据。

此外，成为通过网络收发的应用的数据的源的传感器等被连接到通信设备100中的该网络的末端的通信设备100（通信设备106、通信设备107以及通信设备108）（未图示）。

此外，这样的初始路径的计算是在非专利文献“RFC6550“RPL：IPv6 RoutingProtocol for Low-Power and Lossy Networks”中规定的通信协议。

接着，使用图6～图10来说明通信路径的重新计算。在从图1的通信设备106、通信设备107、通信设备108向网关200发送应用数据时，各通信设备100对应用数据附加发送间隔值，生成并发送通信数据。然后，基于通信数据中包括的应用数据的发送间隔值来计算路径。

使用图6和图7来说明通信数据。如图6所示，用于将应用数据发送到网关200的通信数据由包括以太网报头部、IP报头部、UDP报头部、应用数据、发送间隔值、以及预约部的数据格式构成。如上所述，应用数据是通过无线网状网络收发的应用的检测数据，例如在无线网状网络是收发传感器的检测数据的网络的情况下，是该传感器的检测数据。发送间隔值是由无线网状网络的用户或管理者等设定的无线网状网络的末端的每个通信设备100的通信数据的发送间隔的值。在本例中，说明为通信设备106中的发送间隔值为4分钟、通信设备107中的发送间隔值为6分钟、通信设备108中的发送间隔值为15分钟。即，以如下情况为例进行说明：分别从无线网状网络的末端的通信设备106向网关200每4分钟、从通信设备107向网关200每6分钟、从通信设备108向网关200每15分钟发送应用数据。此外，以如下情况为例进行说明：通过上述的初始路径的计算，末端的通信设备106的父是通信设备103、末端的通信设备107的父是通信设备103、末端的通信设备108的父是通信设备104（参照图8）。此外，将图中的各通信设备100和网关200连接的线是示出路径的线。此外，向预约部输入“0”，所述预约部用于输入中继的通信设备100的发送间隔值。即，在通信数据中的下位的区域中，具备能够对从设想的无线网状网络的末端的通信设备100到网关200为止所经由的中继的通信设备100的数量的发送间隔值进行存储的量的固定长度的空闲区域。作为用于在这样的空闲区域中存储中继的通信设备100的发送间隔值的预约部，输入预先确定的特定数值例如“0”作为初始值。通信数据不仅具有应用数据的发送的作用，还具有向中继的通信设备100通知在末端的通信设备100（在本例中，通信设备106、通信设备107、通信设备108）中设定的应用数据的发送间隔值的作用。

例如，通信设备106（控制部150）生成对应用数据附加了发送间隔值“4”的通信数据，并发送到作为父通信设备100的通信设备103（发送部190）。此外，通信设备107（控制部150）也同样地生成对应用数据附加了发送间隔值“6”的通信数据。此外，由于通过附加发送间隔值，UDP报头部的校验和值发生变化，所以重新计算并设定校验和值。然后，发送到作为父通信设备100的通信设备103（发送部190）。接收到两个通信数据的通信设备103从通信数据的最下位的区域中检索输入到预约部的“0”，在发现不是“0”的数值的情况下，向该不是“0”的数值的正下的区域输入接收到的通信数据“4”和“6”中的小数值“4”作为本装置的发送间隔值（图7）。然后，通信设备103将通信数据发送到父通信设备101（发送部190）。在此，在成为多个通信设备100的父的通信设备100的情况下，将多个通信设备100中的发送间隔值小的那个的值作为本装置的发送间隔值进行存储。即，成为发送间隔值4分钟的通信设备106和发送间隔值6分钟的通信设备107的父的通信设备103将发送间隔值较小的通信设备106的发送间隔值4分钟作为本装置的发送间隔值来处理。

此外，同样，通信设备108也生成将发送间隔值“15”附加到应用数据的通信数据，并发送到作为父通信设备100的通信设备104。接收到通信数据的通信设备104从通信数据的下位的位数中检索输入到预约部的“0”，在发现不是“0”的位数的情况下，向该不是“0”的部分的正下的位数输入接收到的通信数据“15”作为本装置的发送间隔值。然后，通信设备104将通信数据发送到父通信设备101。从通信设备103和通信设备104接收到通信数据的通信设备101从通信数据的下位的位数中检索输入到预约部的“0”，在发现不是“0”的位数的情况下，向该不是“0”的部分的正下的位数输入接收到的通信数据“4”和“15”中的小数值“4”作为本装置的发送间隔值。然后，通信设备101将通信数据发送到父网关200。

这样，在初始路径中，如图8所示，通信设备103的发送间隔值为“4”，通信设备104的发送间隔值为“15”。此外，如图8所示，通信设备107的父是通信设备103。

由于数据的发送间隔越大，各通信设备100的功耗预测值越小，所以路径计算部140根据将发送间隔值和DIO数据的Trickle计时器的计时器设定时间合计后的合计值来计算功耗预测值。而且，在数据损失量没有差异的情况下，将计算出的合计值变大的通信设备100决定为父通信设备100。例如，通信设备107在Trickle计时器的计时器设定时间相同的情况下，将数据发送间隔值长的通信设备104决定为父通信设备100（路径计算部140）。由此，能够选择功耗低的通信设备100作为父。将这样的路径的信息包括在DIO数据中并通知给周边的通信设备100。在各通信设备100决定父时，除了根据现有的非专利文献“RFC6550“RPL：IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks”中规定的通信协议所进行的路径计算中使用的RANK和数据包损失量之外，还考虑到功耗预测值来决定。此外，即使在数据损失量存在差异的情况下，也可以计算功耗预测值小的路径。

此外，通信设备106也随着取得周边的通信设备100的信息，从可通信的通信设备100中选择发送间隔值大的通信设备104作为父（图9）。在该情况下，由于不存在成为通信设备103的子的通信设备100，所以通信设备103将由信息存储部130保存的本装置的发送间隔值“4”重新计算并设定为更大的值（例如，发送间隔值最大的通信设备100的2倍）。在本实施方式中，将作为通信设备104和108的发送间隔值“15”的2倍的发送间隔值“30”重新设定为通信设备103的发送间隔值。由此，在预先确定的定时的路径的重新计算时，通信设备106以及通信设备107能够再次对修正路径进行重新修正，选择通信设备103作为父（图10），能够分散地进行通信。各通信设备100根据周边的通信设备100的发送间隔值，实施向休眠状态的转变、向激活状态的转变，由此实现省电化（省电控制部170）。

此外，通过应用数据的发送间隔值和DIO数据的Trickle计时器的计时器设定时间的合计值来计算路径，但不限于此，也可以仅根据应用数据的发送间隔值来计算路径，此外还可以仅基于DIO数据的Trickle计时器的计时器设定时间来计算路径。此外，通信路径的重新计算以预先确定的定时（例如追加、删除或更换了通信设备100的定时）、特定的时间间隔来执行。

在此，通信设备100或网关200也可以由电池驱动。在由电池驱动的情况下，根据本发明，特定的通信设备100的电池的消耗不会产生偏差，实现每个通信设备100的功耗的平衡化，因此通信系统10整体的寿命变长。

附图标记的说明

10：通信系统

100（101～109）：通信设备

200：网关。