(57)【要約】【課題】連続通信時間の制約を遵守しながらビーコン同期に基づく低遅延と省電力制御を実現する。【解決手段】通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって無線ノード間でデータ通信を行う無線通信装置であって、ビーコンを送信するビーコン送信部８２と、データを送信するデータ送信部８１と、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間にデータ送信部８１によるデータの送信を禁止する送信制御部８３と、を有する。【選択図】図２
2010239338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーコンにより同期をとって無線ノード間でデータ通信を行う無線通信装置であって、
前記ビーコンを送信するビーコン送信部と、
データを送信するデータ送信部と、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止する送信制御部と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記無線通信装置は、連続通信時間が制約されている周波数帯で使用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記送信制御部は、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１の期間は、
９５０ＭＨｚ帯域で通信を行うとき、１００ミリ秒とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記送信制御部は、
前記ビーコン送信前の第１の期間より更に前の第２の期間に前記データ送信部によるデータ送信が行われていない場合、前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第２の期間は、
９５０ＭＨｚ帯域で通信を行うとき、送信電波強度が１ｍＷの場合には１００ミリ秒とし、送信電波強度が１０ｍＷの場合には１秒とすることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
ビーコンにより同期をとって、ビーコン送信部と、データ送信部とを含む無線ノード間でデータ通信を行う無線ネットワークシステムにおける通信方法であって、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止するステップと、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御するステップと、
を有することを特徴とする無線ネットワークシステムにおける通信方法。
【請求項８】
ビーコンにより同期をとって、ビーコン送信部と、データ送信部とを含む無線ノード間でデータ通信を行う無線通信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止するステップと、
前記ビーコン送信部によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御するステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって無線ノード間でデータ通信を行う、無線通信装置、無線ネットワークシステムにおける通信方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ノードにおける装置と設備の小型化、低コスト化がすすみ、無線センサネットワークが注目されている。無線センサネットワークでは、無線ノードに設置された無線通信装置の電力消費、処理能力、メモリ等の制約がある。特に、無線ノードを構成する無線通信装置はバッテリ駆動がほとんどであることから省電力対策が行われる。
【０００３】
このため、センサネットワーク等、低トラフィックの無線通信システムでは、データの送受信が無く、無線通信機能が使用されていない状態にあっては、無線ノードをスリープ状態に設定して省電力化を図っている。このような間欠通信において、送信側無線ノードおよび受信側無線ノードで無線通信装置をスリープ制御することを考えると、送信タイミングおよび受信タイミングを送信無線ノードと受信無線ノードとの間で、どのように同期をとるかが重要な設計事項になる。
【０００４】
前記したスリープ制御を行いながらマルチホップ通信を行う場合、ビーコンを利用して同期を取ることが行われる（例えば、非特許文献１参照）。
例えば、図６に示されるように、各無線ノードの無線通信装置は、自身の受信タイミングを知らせるために、ビーコン（以下、受信タイミング通知ビーコンという）を周期Ｔで定期的に送信する。そして、無線通信装置はこの受信タイミング通知ビーコンを送信直後、一定期間の間、送信開始信号受信待ちを行う（Ｔ１０１）。
【０００５】
各無線ノードは、データを送信する場合、まず、送信先無線ノードの受信通知ビーコンの受信待ちを行う（Ｔ１０２）。送信先無線ノードの受信タイミング通知ビーコンを受信すると、まず、送信開始信号を送信先無線ノードへ送信する（Ｔ１０３）。無線ノードは、送信開始信号を受信すると、自身に送信されるデータがあると判断してデータ受信待ち状態になる（Ｔ１０４）。続いて、送信元無線ノードは、送信開始信号を送信した後、送信したいデータを送信先無線ノードへ送信する。（Ｔ１０４）。
【０００６】
このとき、各無線ノードの受信タイミング通知ビーコンのタイミングをあらかじめ交換しておくと、送信元の受信タイミング通知ビーコンの受信待ち期間が短くなるため低遅延、および省電力制御が実現できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＩＣＣ２００４ Ｐａｒｉｓ，Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ，Ｊｕｎｅ ２００４、「Ｐｏｗｅｒ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｒｅｎｄｅｚ−ｖｏｕｓ Ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ Ｄｅｎｓｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」Ｅｎ−ＹｉＡ．Ｌｉｎ，Ｊａｎ Ｍ．Ｒａｂａｅｙ Ｂｅｒｋｅｌｅｙ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｎｉａ，Ｂａｒｋｅｌｅｙ，ＵＳＡ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特定の周波数帯域、例えば、日本における９５０ＭＨｚ帯域では連続通信時間に制約がある。すなわち、送信電波強度が１０ｍＷでデータ送信を行う場合は、送信を開始してから１００ｍ秒経過後、データ送信を１００ｍ秒禁止しなければならない。また、送信電波強度が１ｍＷでデータ送信を行う場合は、送信を開始してから１秒経過後、データ送信を１００ｍ秒禁止しなければならないという制約がある。
【０００９】
図６に示した周期Ｔは、１秒より大きな値であり、上記した１００ｍ秒や１秒はビーコン発信周期には依存しない。したがって、受信タイミング通知ビーコン送信時、前記した制約に抵触した場合、図７に示されるように、送信先無線ノードは、受信タイミング通知ビーコンの送信を遅らせる必要がある。この場合、前記した省電力方法が利用できなくなる。これは省電力制御を行う上で問題である。
【００１０】
本発明は前記した問題を解決するためになされたものであり、連続通信時間の制約を遵守しながらビーコン同期に基づく省電力制御を実現する、無線通信装置、無線ネットワークシステムにおける通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の無線通信装置は、通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって無線ノード間でデータ通信を行う無線通信装置であって、前記ビーコンを送信するビーコン送信部と、データを送信するデータ送信部と、前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止する通信制御部と、を備えたものである。
【００１２】
また、本発明の無線ネットワークシステムにおける通信方法は、通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって、ビーコン送信部と、データ送信部とを含む無線ノード間でデータ通信を行う無線ネットワークシステムにおける無線通信方法であって、前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止するステップと、前記ビーコン送信部によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御するステップと、を有するものである。
【００１３】
また、本発明のプログラムは、通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって、ビーコン送信部と、データ送信部とを含む無線ノード間でデータ通信を行う無線通信装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、前記ビーコン送信部によるビーコン送信前の第１の期間に前記データ送信部によるデータの送信を禁止するステップと、  前記ビーコン送信部によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御するステップと、を実行させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、連続通信時間の制約を遵守しながらビーコン同期に基づく省電力制御を実現することができ、無線ネットワークシステムにおける無線通信装置、無線ネットワークシステムにおける通信方法、及びプログラムを提供することができる。
特に、ビーコン送信前の第１の期間にデータの送信を禁止することにより、連続通信時間の制約を遵守でき、ビーコン発信タイミングを変更させる必要がないため、ビーコン同期に基づく低遅延と省電力制御とが可能である。また、ビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、測定した時間がデータの送信に問題が無い送信時間であれば、ビーコン送信前の第１の期間であってもデータの送信を行わせるように制御することにより、無駄時間を無くした効率のよいデータ送信が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線ネットワークシステムのシステム構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る無線通信装置の送信制御部が実行するプログラムの構造を機能展開して示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る無線通信装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る無線通信装置がデータ送信を指示する第２の期間を時間軸上で定義した図である。
【図６】背景技術の無線通信装置におけるビーコンおよびデータの送信タイミングを示す図である。
【図７】無線通信装置におけるビーコンおよびデータの送信タイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態である無線ネットワークシステムのシステム構成を示す図である。
図１に示されるように、本実施の形態の無線ネットワークシステム１００は、ＰＣもしくはゲートウエイ１０、２０と、複数（図では９個）の無線ノード１〜９とを備えて構成される。
【００１８】
ＰＣもしくはゲートウエイ１０、２０は、有線あるいは無線を介してインターネット等の外部ネットワークに接続されており、外部ネットワークと通信可能なノードである。ＰＣもしくはゲートウエイ１０、２０は、所定の配線により必要な電源の供給が受けられる。
無線ノード１〜９には、双方向に通信可能なバッテリ駆動の無線通信装置がそれぞれ設置されている。ここでは、スリープ制御を行いながら無線ノード１〜９間でマルチホップ通信を行うものとする。無線通信装置は、データ送信元、データ送信先になる他に、データ送信元、データ送信先との間に位置する無線通信装置は中継局としても動作する。
【００１９】
無線ノード８に設置された無線通信装置８Ａの送信系の内部構成が図２に示されている。図２に示されるように、無線通信装置８Ａは、データ送信部８１と、ビーコン送信部８２と、送信制御部８３とを備えて構成される。
【００２０】
データ送信部８１は、ＰＣもしくはゲートウエイ１０、２０を介して転送されるデータを、ネットークに接続される他のノード１〜７、９の各無線通信装置に送信する。
ビーコン送信部８２は、図６、図７で説明した受信タイミング通知ビーコンをネットークに接続される他のノード１〜７、９の各無線通信装置に送信する。
【００２１】
送信制御部８３は、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間（図５のＴt-1)にデータ送信部８１によるデータの送信を禁止する機能を有する。
送信制御部８３は、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前に、ＰＣやゲートウエイ１０、２０を含む他の無線通信装置等、外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、このデータの送信に問題が無い送信時間であれば、ビーコン送信前の第１の期間であってもデータ送信部８１にデータの送信を行わせるように制御する機能も有し、また、第１の期間より更に前の第２の期間（図５のＴt-2)にデータ送信部８１によるデータ送信が行われていない場合、データ送信部８１にデータの送信を行わせるように制御する機能も有する。いずれの機能も詳細は後記する。
【００２２】
なお、前記においては、無線通信装置８Ａの構成のみ示したが、他のノード１〜７、９の各無線通信装置についても、ＰＣもしくはゲートウエイ１０、２０が接続されること以外は同様の構成を有する。また、上記した第１の期間は、例えば、９５０ＭＨｚ帯域で通信を行う場合、１００ミリ秒、第２の期間は、送信電波強度が１ｍＷの場合１００ミリ秒、送信電波強度が１０ｍＷの場合１秒とする。
【００２３】
図３は、本実施の形態に係る無線通信装置８Ａの送信制御部８３が実行するプログラムの構造を機能展開して示したブロック図である。
図３に示されるように、送信制御部８３は、主制御部８３０と、送信要求取得部８３１と、タイマ監視部８３２と、ビーコン発信制御部８３３と、データ送信制御部８３４とを含む。
【００２４】
主制御部８３０は、送信要求取得部８３１、タイマ監視部８３２、ビーコン発信制御部８３３、データ送信制御部８３４のシーケンス制御を行う。これにより、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間にデータ送信部８１によるデータの送信を禁止し、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前に、外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、このデータの送信に問題が無い送信時間であれば、ビーコン送信前の第１の期間であってもデータ送信部８１にデータの送信を行わせるように制御する送信制御部８３としての機能が実現される。
【００２５】
送信要求取得部８３１は、ＰＣもしくはゲートウエイ１０を含む他のノード１〜７、９の各無線通信装置から送信されるデータ送信要求を取得して主制御部８３０に引き渡す。
タイマ監視部８３２は、主制御部８３０による制御の下で前記した第１の期間、第２の期間を監視して主制御部８３０にタイムアウト信号を出力する。ビーコン発信制御部８３３は、主制御部８３０による制御の下でビーコン送信部８２のビーコン送信制御を行い、データ送信制御部８３４は、主制御部８３０による制御の下でデータ送信部８１のデータ送信制御を行う。
【００２６】
図４は本実施の形態に係る無線通信装置８Ａの動作を示すフローチャートである。
以下、図２、図３に示す本実施の形態に係る無線通信装置８Ａの動作について、図４のフローチャートを図２、図３を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
送信制御部８３（主制御部８３０）は、ビーコン発信制御部８３３を介して一定周期でビーコン送信部８２を制御する。これにより、ビーコン送信部８２は、ビーコンを送信する。また、送信要求取得部８３１は、ＰＣもしくはゲートウエイ１０を含む他のノード１〜７、９の各無線通信装置からデータ送信要求を受信し、送信要求取得部８３１がその要求を取得した場合、主制御部８３０はデータ送信制御部８３４を介してデータ送信部８１を制御してデータ送信を行う。
【００２８】
主制御部８３０は、ビーコン送信部８２にビーコンを送信させる直前の一定期間（第１の期間）にデータ送信部８１を制御し、データ送信を行う必要があった場合、データ送信を行なわせることなく、強制的にデータ送信失敗とする。
一方、主制御部８３０は、ＰＣもしくはゲートウエイ１０を含む他のノード１〜７、９の各無線通信装置から送信要求取得部８３１がデータ送信要求を受信したタイミングで（ステップＳ４０１“Ｙｅｓ”）、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前に（ステップＳ４０２“Ｙｅｓ”）外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し（ステップＳ４０３）、このデータの送信に問題が無い送信時間であれば（ステップＳ４０４“Ｙｅｓ”）、データ送信部８１に送信許可通知を発行し（ステップＳ４０６）、ビーコン送信直前の一定期間であってもデータ送信部８１にデータの送信を行わせるように制御する。
【００２９】
すなわち、主制御部８３０は、送信データを解析し、そのデータ量から送信時間を計算し、ビーコン送信直前の一定期間内に送信が可能か否かを判定し、その結果により送信の許可あるいは拒否を制御する。すなわち、ビーコン送信前の一定期間内に送信要求の対象となるデータが送信できない場合は送信を拒否することにより（ステップＳ４０７）、そのことを要求元であるＰＣもしくはゲートウエイ１０を含む他のノード１〜７、９の各無線通信装置に通知する。
【００３０】
ここで、直前の一定期間とは、９５０ＭＨｚ帯域で通信をおこなう場合には、１００ｍ秒とすれば最も実装が容易である。タイマ監視部８３２は、この１００ｍ秒を監視し、タイムアウト発生時、主制御部８３０に通知する。主制御部８３０はこの期間内に前記したデータ送信を行う。
【００３１】
前記したように本実施の形態に係る無線通信装置によれば、送信制御部８３（主制御部８３０）が、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間にデータ送信部８１によるデータの送信を禁止することにより、連続通信時間の制約を遵守でき、ビーコン発信タイミングを変更させる必要がないため、ビーコン同期に基づく低遅延と省電力制御が可能である。
【００３２】
また、送信制御部８３（主制御部８３０）が、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し、データの送信に問題が無い送信時間であれば、ビーコン送信前の第１の期間であってもデータ送信部８１にデータの送信を行わせるように制御することにより、無駄時間を無くした効率のよいデータ送信が可能になる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る無線通信装置によれば、例えば、図５に示されるように、主制御部８３０は、ビーコン送信直前の一定期間（第１の期間：Ｔｔ−１）の、更に前の一定期間（第２の期間：Ｔｔ−２）にデータ送信が行われなかった場合、ビーコン送信直前の一定期間であってビーコン送信時間の期間内にデータ送信を行うように制御してもよい。
【００３４】
すなわち、図４のフローチャートのステップＳ４０４の送信有無判定処理において、送信不可と判定された場合（ステップＳ４０４“Ｎｏ”）、主制御部８３０は、更に前の一定期間に送信が可能か否かを判定し（ステップＳ４０５）、送信可と判定された場合（ステップＳ４０５“Ｙｅｓ”）、データ送信制御部８３４を介しデータ送信部８１に対して送信要求に基づくデータの送信を許可し（ステップＳ４０６）、通信不可と判定された場合は（ステップＳ４０５“Ｎｏ”）、データ送信部８３４を介しデータ送信部８１を制御して通信を拒否し（ステップＳ４０７）、要求元であるＰＣもしくはゲートウエイ１０を含む他のノード１〜７、９の各無線通信装置にそのことを通知する。
【００３５】
このことにより、より効率のよいデータ通信が実現できるとともにビーコン発信タイミングを変更させる必要もない。これは、ビーコン送信直前の一定期間の、更に前の一定期間のデータ送信量が十分に少ない場合に限られる。
【００３６】
なお、ビーコン送信直前の一定期間の、更に前の一定期間は、９５０ＭＨｚ帯域を利用する場合には、送信電波強度が１ｍＷの場合は１００ミリ秒、送信電波強度が１０ｍＷの場合は１秒にすれば最も実装が容易である。
【００３７】
また、図３に示した送信制御部８３が有する機能は、すべてをソフトウェアによって実現しても、あるいは少なくともその一部をハードウエアで実現してもよい。
例えば、送信制御部８３が、ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間にデータ送信部８１によるデータの送信を禁止するデータ処理は、１または複数のプログラムによりコンピュータ上で実現してもよく、また、少なくとも一部をハードウエアで実現してもよい。
【００３８】
また、本実施の形態に係る無線ネットワークシステムにおける無線通信方法は、例えば、図１、図２において、通信制約がある帯域を使用し、ビーコンにより同期をとって、ビーコン送信部８２と、データ送信部８１とを含む無線ノード１〜９間でデータ通信を行う無線ネットワークシステム１００における無線通信方法であって、例えば、図４において、前記ビーコン送信部８２によるビーコン送信前の第１の期間（図５のＴｔ−１）に前記データ送信部８１によるデータの送信を禁止するステップ（Ｓ４０７）と、前記ビーコン送信部８２によるビーコン送信前に外部から送信要求があったデータの送信時間を測定し（Ｓ４０１“Ｙｅｓ”〜Ｓ４０３）、前記データの送信に問題が無い送信時間であれば、前記ビーコン送信前の第１の期間であっても前記データ送信部に前記データの送信を行わせるように制御するステップ（Ｓ４０４“Ｙｅｓ”、Ｓ４０６）と、を有するものである。
【符号の説明】
【００３９】
１〜９  無線ノード
８Ａ  無線通信装置
１０、２０  ＰＣもしくはゲートウエイ
８１  データ送信部
８２  ビーコン送信部
８３  送信制御部
１００  無線ネットワークシステム
８３０  主制御部
８３１  送信要求取得部
８３２  タイマ監視部
８３３  ビーコン発信制御部
８３４  データ送信制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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