ルーティングによるメッシュネットワーク：IoT時代の無線規格を知る【Z-Wave編】（3）（1/2 ページ）

ホームネットワーク向け無線規格として、海外を中心に普及が進む「Z-Wave」について解説していく本連載。今回は、ルーティングによるメッシュネットワークについて紹介する。

[小川誠（Z-Works），EDN Japan]

ルーティングによるメッシュネットワーク

　IoT（モノのインターネット）の実現に求められる技術の1つとして、海外を中心に普及が進むホームネットワーク向け無線規格「Z-Wave」が注目を集めている。本連載では、Z-Waveの国内動向に加えて、なぜ相互互換性を実現できるかをひもといていく。

　前回は、「HOME IDとNode IDの関係性」「IDの振り分け方」「MAC層」などを解説した。今回は、Z-Waveのルーティングによるメッシュネットワークについて紹介する。

メッシュネットワークを単純化したモデル （クリックで拡大）

　上記の図は、メッシュネットワークを単純化したモデルである。コントローラであるNode ID＝1から、Node ID 2、3、4の端末が直接伝送可能。Node ID 5は、コントローラからは直接伝送不可能なエリアにある。Node ID 5の端末と伝送するために、間にあるNode ID 4の端末を中継する。この中継による伝送を、ルーティングと呼ぶ。

　Z-Waveのルーティングは、送信元ノードから受信先ノードにおいて、最大4回のホッピングが可能だ。ルーティングにより、メッシュネットワークを構築できる。これにより、家一軒、ビルのフロアを1つのHome IDでカバーすることが可能となっている。

　ルーティングは、中継器を介した伝送になるため、直接伝送よりも通信時間がかかる。送信元ノード（S）から受信先ノード（R）に直接伝送する場合、キャリアセンスを行い、100kビット/秒で76バイトのデータを、10ミリ秒以下で伝達する。その後、受信先からは正しく受信したというAckが返信される。計20ミリ秒が通信時間となる。

送信元ノード（S）と受信先ノード（R）の間に、4つのリピーターが入っている場合、通信区間は5つとなるため、5×2（Ack含む）×10ミリ秒＝最大100ミリ秒の通信時間になる （クリックで拡大）

　ホッピングにより、SとRの間に、4つのリピーターが入っている場合、通信区間は5つとなるため、5×2（Ack含む）×10ミリ秒＝最大100ミリ秒の通信時間となる。

ルーティングアルゴリズム

　ルーティングによる伝送を効率的に行うため、Z-Waveではさまざまなアルゴリズムを組み合わせており、多くの特許を有している。

メッシュネットワークの例 （クリックで拡大）

　上記の図で、NodeID 1であるZ-Waveコントローラは、メッシュネットワークの維持管理をする。各端末は、自分の伝達範囲である端末の情報を持つ（隣接ノード）。

　各端末の伝達可能な端末、隣接ノードの情報は、ネットワークへの追加のタイミングか、ネットワークメンテナンスの処理の中でコントローラに伝えられ、ネットワーク全体のマトリクスを作り出す。このマトリクスを「ルーティングテーブル」と呼ぶ。

　Node ID 1からNode ID 4へ伝送する場合、直接届かないため、中継が必要だ。ルーティングアルゴリズムとして、最短の経路を選択するようにしており、この場合（1）1→3→4もしくは、（2）1→2→4となる。実際にどちらを選択するかは、信号強度を確認するなど、少ないエネルギーで伝送するようになっている（詳細は未開示）。