(57)【要約】【課題】  従来の間欠動作型マルチホップ方式では、自己が送信したデータを通信先が正常に受信したかを確認する手段として、通信先からの応答信号（ACK信号）を待つ必要があった。本発明の目的は、間欠動作型マルチホップ方式において、通信先のACK信号が無くとも、自己の送信したデータが送信先で正常に受信できたか否かを確認できる通信方式及び無線機器の技術を提供するものである。【解決手段】  送受信を間欠的に行なう複数の無線機器を含むマルチホップ通信システムにおいて、第１の無線機器が送信したデータを、第２の無線機器が受信できたか否かを、第２の無線機器が第３の無線機器へ送信するデータをモニターすることで確認することである。これにより、通信先からのACK信号を受信することなく、通信先が自己の送信したデータを正常に受信できたか否かを確認することができ、無線機器の低消費電力化及び同期を維持した間欠動作が可能となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信を間欠的に行なう複数の無線機器を通信システムにおいて、
第１の無線機器は、第１のデータを含む第１のパケットを第２の無線機器に送信し、
前記第２の無線機器は、第２のパケットを第３の無線機器に送信し、
前記第１の無線機器は、前記第２のパケットをモニターし、前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれるか否かに基づいて、前記第２の無線機器は第１のデータを受信したかを判断することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記第１の無線機器は、
前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれる場合に、前記第２の無線機器は第１のデータを受信した判断することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線機器は、
前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれない場合に、前記第２の無線機器は第１のデータを受信出来なかったと判断し、次に前記第２の無線機器に送信するデータに第１のデータを含めることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。  
【請求項４】
請求項３記載の通信システムであって、
各無線機器は、自己を示す識別子を保持し、
予め設定されたタイミングで、予め設定された無線機器との間でパケットを送受信し、
前記第２の無線機器は、
予め設定されたタイミングで前記第１の無線機器からの送信パケットを受信した場合に、該送信パケットの中に前記第１のデータが含まれる場合には、前記第１の無線機器の識別子、前記第１のデータ、及び、前記第２の無線機器の識別子を第３の無線機器へ送信し、
該送信パケットの中に前記第１のデータが含まれていない場合には、前記第２の無線機器の識別子を前記第３の無線機器へ送信し、
さらに、前記第２の無線機器は、
予め設定されたタイミングで前記第１の無線機器からの送信パケットを受信できなかった場合には、前記第２の無線機器の識別子を前記第３の無線機器へ送信することを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項４記載の通信システムであって、
各無線機器は、自己を示す識別子を保有し、
予め設定されたタイミング及び予め設定された無線機器との間でパケットを送受信し、
前記第２の無線機器は、
予め設定されたタイミングで前記第１の無線機器から送信パケットを受信した場合、
該送信パケットの中に前記第１のデータが含まれる場合には、前記第１の無線機器の識別子、前記第１のデータ、前記第２の無線機器の識別子、及び前記第２のデータを前記第３の無線機器へ送信し、
該送信パケットの中に前記第１のデータが含まれない場合には、前記第２の無線機器の識別子及び第２のデータを前記第３の無線機器へ送信し、
さらに、前記第２の無線機器は、
予め設定されたタイミングで前記第１の無線機器からの送信パケットを受信できなかった場合には、前記第２の無線機器の識別子及び前記第２のデータを前記第３の無線機器へ送信することを特徴とする通信システム。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の通信システムであって、
各無線機器が送信する送信データは、各無線機器がパケットを送信する直前にセンシングしたセンシングデータであって、
各無線機器は、
該直前にセンシングしたセンシングデータがひとつ前に他の無線機器に送信したデータに含まれるセンシングデータと異なる時に、次の送信タイミングで、前記直前にセンシングしたセンシングデータを含むパケットを送信することを特徴とする通信システム。
【請求項７】
請求項１乃至６記載の通信システムであって、
各無線機器が送信する送信データは、各無線機器がセンシングしたセンシングデータであって、
各無線機器は、
自無線機器が送信したデータを通信先の無線機器が受信できなかった時に、次の送信タイミングで、直前の送信タイミングで送信したセンシングデータまたは次の送信タイミングの直前にセンシングしたセンシングデータを送信することを特徴とする通信システム。
【請求項８】
前記通信システムは制御装置を含み、
前記制御装置は、
第１の無線機器と第２の無線機器が送信するパケットを受信し、
前記受信パケットに含まれるタイムスタンプに基づいて、前記第１の無線機器及び第２の無線機器のスリープ時間を決定し、決定したスリープ時間を前記第１の無線機器及び第２の無線機器に通知し、
さらに、
前記第１の無線機器がウエイクアップ状態からスリープ状態に切り替わる時、前記第２の無線機器がスリープ状態からウエイクアップ状態に切り替わるよう、第２の無線機器に指示することを特徴とする請求項１乃至７に記載の通信システム。
【請求項９】
送受信を間欠的に行なう無線機器であって、
第１のデータを含む第１のパケットを第２の無線機器に送信し、
前記第１の無線機器は、第２の無線機器が第３の無線機器に送信した第２のパケットをモニターし、前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれるか否かに基づいて、前記第２の無線機器は第１のデータを受信したかを判断することを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれる場合に、前記第２の無線機器は第１のデータを受信した判断することを特徴とする請求項９に記載の無線機器。
【請求項１１】
前記第２のパケットに前記第１のデータが含まれない場合に、前記第２の無線機器は第１のデータを受信出来なかったと判断し、次に前記第２の無線機器に送信するデータに第１のデータを含めることを特徴とする請求項１０に記載の無線機器。
【請求項１２】
請求項１１記載の無線機器であって、
自己を示す識別子を保持し、
予め設定されたタイミングで、予め設定された無線機器との間でパケットを送受信し、
予め設定されたタイミングで第４の無線機器からの送信パケットを受信した場合に、
該送信パケットの中にデータが含まれる場合には、該データを送信した無線機器の識別子、前記受信したデータ、及び、自己の無線機器の識別子を第２の無線機器へ送信し、
該送信パケットの中に前記データが含まれていない場合には、該データを送信した無線機器の識別子を前記第２の無線機器へ送信し、
さらに、
予め設定されたタイミングで前記第４の無線機器からの送信パケットを受信できなかった場合には、自己の無線機器の識別子を前記第２の無線機器へ送信することを特徴とする無線機器。
【請求項１３】
請求項９乃至１２記載の無線機器であって、
該無線機器が送信する送信データは、各無線機器がパケットを送信する直前にセンシングしたセンシングデータであって、
該直前にセンシングしたセンシングデータがひとつ前に他の無線機器に送信したデータに含まれるセンシングデータと異なる時に、次の送信タイミングで、前記直前にセンシングしたセンシングデータを含むパケットを送信すること
を特徴とする無線機器。
【請求項１４】
請求項９乃至１２記載の無線機器であって、
該無線機器が送信する送信データは、各無線機器がセンシングしたセンシングデータであって、
各無線機器は、
自無線機器が送信したデータを通信先の無線機器が受信できなかった時に、次の送信タイミングで、直前の送信タイミングで送信したセンシングデータまたは次の送信タイミングの直前にセンシングしたセンシングデータを送信することを特徴とする無線機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近距離無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近距離無線通信システムの構成としては、スター型と呼ばれる1対多通信方式とメッシュ型と呼ばれる多対多通信方式がある。図１に示すスター型のシステム構成では、PAN（Personal Area Network）コーディネータと呼ばれる一つの無線機器が、FFD（Full Function Device）、RFD (Reduced Function Device)と呼ばれる複数の無線機器と通信を行なう。この通信方式では、PANコーディネータが周期的にビーコン信号と呼ばれるタイミング同期信号を送信し、各FFD、RFDはビーコン信号に同期して、割当てられた時間内に通信を行なう方式である。この方式では、1つのFFDまたはRFDに通信の占有権を与える為、衝突が発生することなく通信が可能である（図２参照）。
【０００３】
図３に示すメッシュ型のシステム構成では、1つの無線機器（PANコーディネータまたはFFDまたはRFD）が、周辺の無線機器と常時通信できることが特徴であり、その為、メッシュ型は、ビーコン信号により通信が制御されるわけではなく、通信を開始したい無線機器が、通信する周波数において事前に他の通信が行われていないことを確認した上で通信を開始するCSMA-CA（Carrier Sense Access - Collision Avoidance）方式により、衝突を回避して通信が行われている（図４参照）。
【０００４】
また、上述した、スター型の無線機器間欠動作の特性と、メッシュ型の周辺無線機器との通信特性を組み合わせた間欠動作型マルチホップ方式（特許文献１に開示）では、予め通信する無線機器とその無線機器の送受信動作は決められており、無線機器は、送りたいデータを複数の無線機器へマルチホップして送ることが可能である。この場合、下流ノードの無線機器が送信した信号を、上流ノードの無線機器が受信したか否かを確認するには、上流ノードの無線機器が受信したことを示す応答信号（ACK信号）を下流ノードが受信することとなっている（図５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2007-318676号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている間欠動作型マルチホップ方式では、無線機器は、自己が送信したデータを通信先が正常に受信したかを確認する手段として、通信先からの応答信号（ACK信号）を受信するのを待つ必要があった。しかしながら、電波環境が悪い場所では、自己が送信したデータを通信先が受信できなかった場合や、通信先がACK信号を送ったとしても自己が受信できなかった場合は、ACK信号の待ち時間の遅延、再送動作による無線機器の消費電力の増大、及び、間欠動作タイミングがずれてしまうことによる送受信の同期がはずれる可能性ある、などの問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、間欠動作型マルチホップ方式において、通信先のACK信号が無くとも、自己の送信したデータが送信先で正常に受信できたか否かを確認できる通信方式及び無線機器の技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００９】
送受信を間欠的に行なう複数の無線機器を含むマルチホップ通信システムにおいて、第１の無線機器が送信したデータを、第２の無線機器が受信できたか否かを、第２の無線機器が第３の無線機器へ送信するデータを、第1の無線機器がモニターすることで確認することである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によると、通信先からのACK信号を受信することなく、通信先が自己の送信したデータを正常に受信できたか否かを確認することができ、無線機器の低消費電力化及び同期を維持した間欠動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スター型通信システム構成図である。
【図２】スター型通信システムの通信タイミング図である。
【図３】メッシュ型通信システム構成図である。
【図４】メッシュ型通信システムの通信タイミング図である。
【図５】従来の間欠動作型マルチホップ方式の通信方式を示す図である。
【図６】本発明である間欠動作型低電力マルチホップ方式の構成図である。
【図７】本発明である無線機器の構成を示す図である。
【図８】本発明である端末１の無線機器の送信スロット構成を示す図である。
【図９】本発明である端末２の無線機器の送信スロット構成を示す図である。
【図１０】本発明である端末xの無線機器の送信スロット構成を示す図である。
【図１１】本発明である間欠動作型マルチホップ方式の通信タイミングを示す図である。
【図１２】本発明であるパケット監視部のフローを示す図である。
【図１３】本発明である間欠動作型低電力マルチホップ方式の通信フローを示す図である。
【図１４】本発明である間欠動作型低電力マルチホップ方式構成を示す図である。
【図１５】本発明である間欠動作型低電力マルチホップ方式の通信フローを示す図である。
【図１６】本発明である間欠動作型低電力マルチホップ方式のネットワーク構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明における近距離無線通信システムの基本構成を図６に示す。近距離無線通信システムは、複数の無線機器（端末）10a〜10dから構成され、各無線機器（端末）は自己を示すIDとセンシング機能を持ち、センシング機能でセンシングしたデータを上位の無線機器（端末）へ送信する。最上位（最終到達点）にある無線機器（端末ｘ）は、インターネットなどの有線ネットワーク10-1に接続されており、有線ネットワーク経由でデータを送信して保存する。
【００１４】
図７に、本発明の無線機器（端末）の構成図を示す。各無線機器（端末）は、センサ30、CPU（中央処理演算装置）40、無線送受信部50、クロック60、メモリ70、パケット監視部80から構成される。メモリ70には、送信データ保存用キャッシュメモリとルーティングテーブル用の不揮発性メモリを含む。またパケット監視部80では、センシングデータの送受信が正常に行なわれた否かの判定を行なう。各無線機器（端末）は自己を示すIDを保持する。センサ30は、温度や振動などのデータをセンシングする。無線送受信部50は、センサでセンシングしたデータに自己の無線機器を示すＩＤを付加したデータを含むパケットを送信する。また、無線送受信部50は他の無線機器からのパケットを受信する。
【００１５】
各無線機器が送信するパケットを、図８、図９、図１０に示す。図８は、端末1から端末２に送信するパケットである。パケットには、端末１のID 20a-1と、端末1が測定した温度や振動などのセンシングデータが含まれる端末1_データ20a-2が含まれる。また、センシングデータが含まれる端末1_データ20a-2は、測定した時刻（タイムスタンプ）を含む。図９は、端末２から端末３に送信するパケットである。このパケットは、図８のパケットの先頭に、端末２のID 20b-1と、端末２が測定したセンシングデータを含む端末2_データ20b-2が含まれる。以下同様に、図１０に示すように端末ｘのIDと端末ｘでセンシングしたセンシングデータがパケットに付与される。
【００１６】
各無線機器（端末）は、図６および図１１に示すように予め通信相手の無線機器（端末）及びセンシングデータの送受信タイミングが決まっており、センシングデータを送受信する場合にはウエイクアップし、センシングデータを送受信しない場合には、その無線機器（端末）はスリープ状態となる。すなわち各無線機器は、他の無線機器と同期を取りながら間欠動作型の通信を行なう。
【００１７】
次に、図１１に示す各無線機器（端末）のデータの送受信タイミングを詳細に説明する。まず、タイミングaで、端末１は、自己のID（端末１のID）とセンシングデータ（データ（１））とを含むパケットを送信する。端末２はタイミングaで端末１のIDと端末１から送信されたセンシングデータ（データ（１））を含むパケットを受信する。次に端末２は、タイミングbで端末３に向けて端末１のIDと端末１から受信したセンシングデータ（データ（１））と、自己のID（端末２のID）とタイミングデータ（データ（２））とを含むパケットを送信する。
【００１８】
次に、図１２を用いてパケット監視部８０の動作を説明する。端末1は、上流端末（この場合には端末２）からのパケットを受信し（８５０）、自己（端末１）のIDとセンシングデータを比較する（８５１）。すなわち、パケット監視部８０は、受信したパケットに含まれる端末ＩＤ（図９の20a-1）とセンシングデータ(図９の20a-2)が、メモリ７０（図７）に記録されている端末ＩＤとセンシングデータと一致すると判断した場合、正常に受信したと認識する。その結果、本発明では、端末１は、端末２からのＡＣＫ信号を受信することなく、端末２が端末１が送信したデータ（１）を正常に受信したと認識することが出来る。よって、端末１は、次にパケットを送信する時に、自己のＩＤと直前にセンシングしたセンシングデータを送信する（８５２）。
【００１９】
また、パケット監視部８０は、受信したパケットに含まれる端末ＩＤ（図９の20a-1）とセンシングデータ(図９の20a-2)のどちらか一方が、メモリ７０（図７）に記録されている端末ＩＤとセンシングデータと一致しないと判断した場合には、端末２が、端末１が送信したデータ（１）を正常に受信できなかったと認識する。端末１のパケット監視部８０が、端末２が端末１の送信が送信したパケットを受信できなかった、と認識した時には、端末１は、次にパケットを送信する時に、自己のＩＤと端末２に対して、１つ前に端末２に送信したデータに含まれるセンシングデータを送信する（８５３）。これにより、端末１が一つ前に送信したセンシングデータを端末２が受信していない場合に、端末２が受信していないセンシングデータを再送することが可能となる。
【００２０】
本発明の通信フローを図１３に示す。図１３Ａのフローは、端末１から端末２にパケットを送信する場合である。端末１は、データ（１）を含むパケットを端末２に送信する（８００）。端末２は、端末１から受信したデータ（１）、端末２のIDとセンシングデータを含むデータ（２）を端末３に送信する（８０１）。このとき、端末１は、端末２が端末３に送信したパケット801をモニターし（８０３）、端末２が、端末１が送信したデータ（１）を正常に受信したか否かを判定する。
【００２１】
また図１３Ｂのフローは、端末１が、何らかの通信障害で、端末２にパケットを送信できない場合である（８０５）。このとき、端末２は、端末２のIDとセンシングデータを含むパケット端末３に送信する（８０６）。このとき、端末１は、端末２が端末３に送信したパケットをモニターする（８０８）が、図１２のフロー８５１で不一致と判定される。この結果、次の送信ステップで、（８０５）で送信出来なかったデータ（１）（８１０）を再送する。この後は、図１３Ａのフローと同様に、端末１は、データ（１）を含むパケットを端末２に送信する（８１０）。端末２は、端末１から受信したデータ（１）、端末２のIDとセンシングデータを含むデータ（２）を端末３に送信する（８１１）。このとき、端末１は、端末２が端末３に送信したパケット８１１をモニターし（８１３）、端末２が、端末１が送信したデータ（１）を正常に受信したか否かを判定する。以下、端末２、端末３でも同様なプロセスが繰り返される。
【００２２】
（実施の形態２）
本発明の他の実施例を図１４に示す。本例では、端末１は下流ノード、端末２は上流ノードであり、端末２は制御装置に接続されている。また、端末が複数ある場合には、最も上流側の端末に制御装置が接続される。
【００２３】
次に、図１５を用いて、端末間の同期の確立について説明する。
【００２４】
始めに、各端末の電源を入れた状態では、同期調整前の図に示すように、各端末間のスリープ/ウエイクアップタイミングは一致していない。端末１のスリープ時間はt1、端末２のスリープ時間はt2 である。また、端末１のウエイクアップ時間t0と、端末１の立ち上がり時刻と端末２の立ち上がり時刻の差t3は異なっている。図１４の制御装置９０は、端末１と端末２とからパケットを収集しており、t1とt2が異なる場合には、収集したパケットからt1とt2の実測値を計算する。例えば、制御装置９０は、端末1と端末２が立ち上がってから同期が確立するまでに間パケットを収集する。すなわち、制御装置９０は、現在時刻と次の時刻で、図９に示すパケット20bを２つ取得する。受信したパケットには、端末1と端末2のタイムスタンプが含まれているので、制御装置９０は、２つのパケットの差からt1とt2を求めることができる。もし、ｔ1とt2の値が異なる場合には、図７のメモリ70に書き込まれた値を再設定するため、端末1及び端末2の電源を遮断するよう、制御装置９０は、端末１及び２にパケットを送信する。そして、制御装置90は、t1とt2が同じ値となる値を決定し、決定した値を端末１と端末２に送信する。端末１及び端末２は、制御装置から送信された値をメモリ70に書き込む。これによりt1とt2を一致させることができる。また、t0とt3を一致させるためには、t0時間ずつ時刻をずらしながら端末の電源を入れる必要がある。すなわち、端末１がウエイクアップ状態からスリープ状態に切り替わる時、端末２がスリープ状態からウエイクアップ状態に切り替わるようにする必要がある。制御装置９０は、端末１及び端末２がt0時間分ずれた時刻に電源を入れるようパケットを送信する。これにより、同期調整後の図に示すように、端末１と端末２の同期を確立することができる。尚、端末間の同期は定期的に確認するものとする。
【００２５】
（実施の形態３）
本発明の他の実施例を図１６に示す。本例では、複数の端末1〜６がネットワーク100に属しており、網管理装置110が全ての端末の状態を把握している。初期状態では、端末１〜６は各々独立して間欠送受信の動作をしているので、例えば、端末１のセンシングデータを端末３だけに送ることは難しい。またある一つの端末に着目すると、その端末は自分以外の端末にセンシングデータをマルチキャストするので、下流の端末１または４から上流の端末３または６へのパスに沿ってデータを送ることは困難である。そこで、網管理装置110は、ルーティングテーブル120を保持する。このルーティングテーブル120は、予め網管理者が手動で設定する。
【００２６】
図１６にルーティングテーブル120の一例を示す。端末毎に、データを送受信すべき相手端末を示す接続先端末と、自端末がパスの上流側または下流側であるかを示す属性を保持する。例えば、端末１の接続先端末は端末２であり、属性は最も下流である下流１である。端末２の接続先端末は端末１と端末３であり、属性は端末１よりも１つ上流側であることを示す下流２である。端末３の接続先端末は端末２であり、属性は端末２よりも１つ上流側であることを示す下流３である。このルーティングテーブル120を各端末のメモリ70(図７)に書き込むことにより、選択的なルートを確立する。すなわち、端末１は、ルーティングテーブル120の接続先端末に基づいて、ID2だけのデータを受信し、他のIDのデータは受信しない。すなわち、データを受信する時は、ID2が付与されているデータのみを受信し、データを送信する時は、ID2を示す宛先を付与してデータを送信する。端末２は、ルーティングテーブル120の接続先端末に基づいて、ID1とID3のデータを送受信し、他のIDのデータは送受信しない。端末３は、ルーティングテーブル120の接続先端末に基づいて、ID2だけのデータを受信し、他のIDのデータは受信しない。これにより、ID4，5，6からのパケットは送受信しないので、端末1,2,3のルートに沿ってセンシングデータを送ることが可能である。また、端末4,5,6の場合も同様である。
【符号の説明】
【００２７】
無線機器・・・10a〜10d、
パケット・・・20a〜20c、
センサ・・・30
CPD・・・40、
無線送受信部・・・50、
クロック・・・60、
メモリ・・・70
パケット監視部・・・80、
制御装置・・・90、
ネットワーク・・・100
網管理者・・・110、
ルーティングテーブル・・・120
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図１４】
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