(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、無線通信ネットワークにおいて複数のアドホック/マルチホップネットワーク(副ネットワーク)と、副ネットワーク間を接続するアドホック/マルチホップネットワーク(主ネットワーク)を、1つの無線プロトコルで実現することを可能とする、無線通信装置等を提供することにある。【解決手段】  第１および第２の無線アクセスポイント間で無線通信を行っている期間内においては、第１の無線通信副ネットワーク内および第２の無線通信副ネットワーク内の無線通信を待機させ、無線通信を行っている期間以外の時間においては、第１の無線通信副ネットワーク内または第２の無線通信副ネットワーク内の少なくとも一方の無線通信が行われるように構成されていることを特徴とする無線通信システムである。【選択図】  図１
2014057279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の無線アクセスポイントを含む複数の無線アクセスポイントを有する無線通信主ネットワークが構成され、
前記第１の無線アクセスポイントと、第１の無線端末装置または第１の無線中継機端末の少なくとも一方を複数個有する第１の無線通信副ネットワークが構成され、
前記第２の無線アクセスポイントと、第２の無線端末装置または第２の無線中継機端末の少なくとも一方を複数個有する第２の無線通信副ネットワークが構成され、
前記無線通信主ネットワーク、前記第１および第２の無線通信副ネットワークを有して一つの無線通信ネットワークシステムを構成しており、
前記第１および第２の無線アクセスポイント間で無線通信を行っている期間内においては、前記第１の無線通信副ネットワーク内および前記第２の無線通信副ネットワーク内の無線通信を待機させ、
前記無線通信を行っている期間以外の時間においては、前記第１の無線通信副ネットワーク内または前記第２の無線通信副ネットワーク内の少なくとも一方の無線通信が行われるように構成されていることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第１および第２の無線アクセスポイントを含む複数の無線アクセスポイント間の無線通信タイミングの時刻同期をとることで、前記通信主ネットワーク内での無線通信の送受信タイミングを合わせて無線通信を行うことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線通信副ネットワーク内または前記第２の無線通信副ネットワーク内の前記アクセスポイントの装置と、前記無線端末装置または無線中継機端末装置の少なくとも一方との相互間で時刻同期をすることで送受信タイミングを合わせて通信を行い、それら装置間の通信タイミングを時間で分割し、第１のタイムスロットでは、ある装置間で無線通信を行い、前記第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットでは、それとは異なる装置間で無線通信を行うことを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記無線通信主ネットワークに割り当てられた前記通信タイムスロットにおいて、一の前記無線アクセスポイントからのデータ送信時には、
そのアクセスポイント装置のキャリアセンス時間を、前記無線通信ネットワークシステム内の他のすべての前記アクセスポイント装置、無線端末装置および無線中継機端末装置のキャリアセンス時間よりも短く設定することを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記主ネットワーク内および前記第１および第２の無線通信副ネットワーク内でそれぞれ異なる無線通信周波数を用いることで、前記副ネットワーク相互間の干渉を回避することを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記第１または第２の無線通信の副ネットワーク内の少なくとも一方の無線通信においては、ポーリング方式による非同期CSMA方式で通信を行い、
前記第１または第２の無線アクセスポイントからのデータ要求に応じて、前記第１または第２の無線端末または前記第１または第２の無線中継機端末は前記第１または第２の無線アクセスポイントに対して、前記要求されたデータを送信し、
前記第１または第２の無線アクセスポイントは、前記データの到着を確認次第、他の前記端末に対して、ポーリングを行うことを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記無線通信主ネットワークに割り当てられた前記通信タイムスロットにおいて、一の前記無線アクセスポイントからのデータ送信時には、
そのアクセスポイント装置のキャリアセンス時間を、前記無線通信ネットワークシステム内の他のすべての前記アクセスポイント装置、無線端末装置および無線中継機端末装置のキャリアセンス時間よりも短く設定することを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記主ネットワーク内および前記第１および第２の無線通信副ネットワーク内でそれぞれ異なる無線通信周波数を用いることで、ネットワーク相互間の干渉を回避することを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記第１の無線通信副ネットワーク内の無線通信と、前記第２の無線通信副ネットワーク内の無線通信とは時刻同期せず、非同期であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１および第２の無線通信副ネットワーク内の無線通信はそれぞれ、TDMA方式による時刻同期通信であることを特徴とする請求項９記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記複数の無線アクセスポイント間の無線通信を可能にする目的で、送信側の前記アクセスポイントにおいて、前記無線アクセスポイント間の通信が成立するまでの期間の通信タイムスロット用データを前記アクセスポイント間の通信のための通信タイムスロット用データに置き換える処理を行うことを特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記無線通信主ネットワークに割り当てられた前記通信タイムスロットにおいて、一の前記無線アクセスポイントからのデータ送信時には、
そのアクセスポイント装置のキャリアセンス時間を、前記無線通信ネットワークシステム内の他のすべての前記アクセスポイント装置、無線端末装置および無線中継機端末装置のキャリアセンス時間よりも短く設定することを特徴とする請求項１１記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記主ネットワーク内および前記第１および第２の無線通信副ネットワーク内でそれぞれ異なる無線通信周波数を用いることで、前記副ネットワーク相互間の干渉を回避することを特徴とする請求項１１記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記第１および第２の無線アクセスポイント間の無線通信を可能にする目的で、
前記第１無線アクセスポイント装置内に第１のスーパーフレーム、および第２の無線アクセスポイント装置内に第２のスーパーフレームがそれぞれ割り当てられ、
それらスーパーフレーム内の主ネットワーク通信用タイムスロットの通信タイムスロット用データが前記第１のスーパーフレームと前記第２スーパーフレームとでは異なることを特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記第１の無線通信副ネットワーク内と、前記第２の無線通信副ネットワーク内では、相互に独立にCSMA方式による、無線通信を行うことを特徴とする請求項９記載の無線通信システム。
【請求項１６】
そのタイミングで優先度が最大のデータ送信を行う時には、
そのアクセスポイント装置のキャリアセンス時間を、前記無線通信ネットワークシステム内の他のすべての前記アクセスポイント装置、無線端末装置および無線中継機端末装置のキャリアセンス時間よりも短く設定することを特徴とする請求項１５記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記主ネットワーク内および前記第１および第２の無線通信副ネットワーク内でそれぞれ異なる無線通信周波数を用いることで、前記副ネットワーク相互間の干渉を回避することを特徴とする請求項１５記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題に対する意識の高まりと制度化により、エネルギー管理に対する技術ニーズが増大している。エネルギーを消費する需要家サイドからは、家庭でエネルギー管理を行うHEMS（Home Energy Management System）、集合住宅やビルでエネルギー管理を行うBEMS（Building Energy Management System）、地域社会のエリアでエネルギー管理を行うCEMS（City Energy Management System）などのEMSが期待されている。エネルギーを生成する電力会社サイドからは、電力メータの自動検針を行うスマートメータもしくはAMI（Advanced Metering Infrastructure）や、電力の配電／送電系統を安定化させるためのスマートグリッドが求められている。さらには、これら技術を都市エリアでまとめて行うスマートシティの構想の検討もある。
【０００３】
これらエネルギー関連の管理システムを実現するためには、通信手段のインフラ確保が必須となる。通信手段としては無線通信、有線通信、光通信、電力線通信など、様々な候補があり、インフラとして構築する環境に応じて、最適な手段が選ばれる。中でも無線通信は、設置、保守の容易さや装置類の低コスト性、拡張容易性などの観点で優れており、期待も高い。
【０００４】
無線通信を通信インフラ手段として用いる場合、設置環境の考慮も必要であるとともに、用途によっても最適化が必要になる。例えば、AMIにおけるスマートメータは数100mから1km以内程度の比較的近距離なエリアで多数の無線端末が定期的（30分毎など）に通信を行うという要求がある。一方で、スマートグリッドにおいては緊急の通信が必要な場合には、10km程度の長距離を高速（低遅延もしくは短期間）に通信する必要が生じる。緊急通信の例としては、電線の破損による短絡や電力配電の緊急停止指令などが挙げられる。
【０００５】
こうした背景の中、従来は主に下記の特許文献に開示されているようにAMI無線網を最適に実現するための無線技術の開発が進められ、実証実験も多数行われてきた。しかし実際には、AMI無線網からの検針データをスマートグリッド無線網を介して電力会社に伝送し、また電力会社からの制御情報や緊急指令をスマートグリッド無線網およびAMI無線網を介して伝送する必要がある。そのためスマートグリッド無線網、AMI無線網という要求仕様や特徴の異なる複数の無線網を1つの無線網で統合することのできる無線通信方式が必要になる。
【０００６】
特許文献１では、無線ゲートウェイを中心とするメッシュネットワークにおいて各無線ノード間のリンクメトリック情報をもとに最適な通信経路を構築する技術についての開示がある。
【０００７】
特許文献２では、アドホックネットワークおよびメッシュネットワークにおいて、一定周期で一定期間だけ送受信を行うことで非同期通信方式において低消費電力なネットワークを可能にする技術の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2012-015897号公報
【特許文献２】特開2009-188469号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、無線通信ネットワークにおいて、独立な複数のアドホック無線ネットワークおよびマルチホップ無線ネットワークが存在する時、それらの間の無線通信を可能にすることである。
【００１０】
従来は1つのアドホックまたはマルチホップ無線ネットワーク内において、用途に応じて通信信頼性・消費電力・接続無線機台数・低コストなどを最適化する技術の研究開発が行われてきた。しかし、アドホックまたはマルチホップ無線ネットワークが複数存在し、それらの間で通信を行う必要がある場合に、無線ネットワーク間の共通通信プロトコルが存在しないため、それら無線ネットワーク間の無線通信を実現することができなかった。
【００１１】
つまり本発明の目的は、上記従来技術の課題を鑑み、無線通信ネットワークにおいて複数のアドホック/マルチホップネットワーク(副ネットワーク)と、副ネットワーク間を接続するアドホック/マルチホップネットワーク(主ネットワーク)を、1つの無線プロトコルで実現することを可能とする、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信制御方法を提供することにある。また、上記目的を実現するにあたり、1つの副ネットワークの無線通信が他の主ネットワークおよび副ネットワークの通信品質に影響を及ぼさないことも本発明の課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信制御方法は、以下の手段となる。
【００１３】
本発明の特徴は以下のとおりである。
【００１４】
各副ネットワーク内の無線通信装置の少なくとも一つにアクセスポイント(AP)を配置し、AP間で主ネットワークを構成することで複数の副ネットワーク間の通信を実現する。主ネットワークは主幹系統であることから、優先度の高い通信が発生する確率が高いため、無線アプリ仕様に応じてAP間の通信機会を優先的に確保する。その上で各APは上記主ネットワーク間の通信機会以外の時間をAPが所属する副ネットワーク間の通信時間に割り当てる。
【００１５】
また、APが主ネットワーク間の通信を行う際に、電波送信直前のキャリアセンス(当該無線装置周辺の電波強度を測定して既送信電波の有無を判断し、有なら電波送信を延期してパケットの衝突を回避する仕組み)開始時間を副ネットワーク内の無線通信装置のキャリアセンス開始時間よりも短く設定することで、APによる主ネットワーク間通信を優先する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無線通信ネットワークにおいて複数のアドホック/マルチホップネットワーク(副ネットワーク)と、副ネットワーク間を接続するアドホック/マルチホップネットワーク(主ネットワーク)を、1つの無線プロトコルで実現することを可能とする、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信制御方法を提供することができる。また、APによる主ネットワーク通信を優先させた無線通信が可能になるだけでなく、1つの副ネットワークの無線通信が他の主ネットワークおよび副ネットワークの通信品質に影響を及ぼさない無線通信ネットワークシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明におけるネットワーク構成例
【図２】データ送信手順(CSMAの場合)
【図３】データ送信手順(TDMAの場合)
【図４】実施例1におけるAPおよび無線端末NDの無線機構成
【図５】通信タイムチャート例(主ネットワーク)(副ネットワークが非同期(CSMA)の場合)
【図６】通信タイムチャート例(副ネットワーク11)(副ネットワークが非同期(CSMA)の場合)
【図７】実施例1のAPの動作フローチャート(1)
【図８】実施例2におけるAPおよび無線端末NDの無線機構成(2)
【図９】通信タームチャート例(主ネットワーク)(副ネットワークが同期(TDMA)の場合)
【図１０】通信タームチャート例(副ネットワーク11)(副ネットワークが同期(TDMA)の場合)
【図１１】実施例2におけるAPの動作フローチャート(2)
【図１２】キャリアセンス時間短縮によるパケット優先制御(CSMAの場合)(1)
【図１３】キャリアセンス時間短縮によるパケット優先制御(CSMAの場合)(2)
【図１４】キャリアセンス時間短縮によるパケット優先制御(TDMAの場合)(1)
【図１５】キャリアセンス時間短縮によるパケット優先制御(TDMAの場合)(2)
【図１６】通信タイムチャート例(副ネットワーク11,12)-1(各副ネットワークが独立にTDMAにより通信を行う場合)
【図１７】通信タイムチャート例(副ネットワーク11,12)-2(各副ネットワークが独立にTDMAにより通信を行う場合)
【図１８】実施例5におけるAPの動作フローチャート(3)
【図１９】通信タイムチャート例(副ネットワーク11,12)-3(各副ネットワークが独立にTDMAにより通信を行う場合)
【図２０】通信タイムチャート例(副ネットワーク11,12-1(各副ネットワークが独立に非同期方式(CSMA)により通信を行う場合)
【図２１】通信タイムチャート例(副ネットワーク11,12)-2(各副ネットワークが独立に非同期方式(CSMA)により通信を行う場合)
【図２２】実施例８におけるAPの動作フローチャート(4)
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信制御方法を、図面に示した実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図1に本実施例で例示する無線通信ネットワーク構成を示す。本実施例における無線通信ネットワークは、サーバ(100)、無線アクセスポイントAP（101, 102, 103）、無線端末ND（111-113, 121-126）から構成され、ND111-113は無線中継機を兼ねる。AP(101)、ND(111, 121, 122)は副ネットワーク11を、AP(102)、ND(112, 123, 124)は副ネットワーク12を、AP(103)、ND(113, 125, 126)は副ネットワーク13をそれぞれ構成し、サーバ(100)およびAP(101, 102, 103)は主ネットワーク1を構成する。本実施例では図1に示される経路で無線通信が行われるものとする。
【００２０】
図1に示されるネットワーク構成例はスマートグリッド配電網およびAMI網に付随する通信ネットワークを想定しており、主ネットワーク1はスマートグリッド無線網として主にマルチホップで長距離(〜10km)かつ低遅延(例えば10s)な通信が要求される。
【００２１】
主ネットワーク1の上位には変電所等に設置されたサーバ(100)が接続され、サーバ(100)では各副ネットワークからの電力検針情報を電柱に設置されたAPを介して収集するだけでなく、検針情報に応じた電力制御信号や緊急指令等の信号を、APを介して開閉器等の制御機器に対し伝送する。NDはスマートメータを想定し、副ネットワークはAMI無線網として近距離(100m-1km程度)を通信間隔30分程度でカバーする。アドホック/メッシュネットワークにより電力検針情報をスマートメータからAPおよびサーバに収集し、またAPはサーバからの制御情報を優先的に家電機器等の制御機器まで伝送する。
【００２２】
以下、各実施例で共通に用いるCSMA(Career Sense Multiple Access)方式による通信手順およびTDMA(Time Division Multiple Access)方式による通信手順について説明する。一般にCSMA方式は単純なプロトコルであるため機能実装が容易であるが、パケット衝突が発生しやすい。またTDMA方式は複雑で機能実装に工数を要するが、パケット管理を行うことができるためパケット衝突を回避することができる利点がある。
(CSMA方式によるデータ送受信手順)
CSMA方式ではデータ送信の直前にキャリアセンスを実施し、電波の強度を測定することで他の無線装置がデータを送信しているか否かをチェックする。もし他の無線装置の電波が検出されなければ予定通りデータを送信する。
【００２３】
一方、もし他無線装置の電波が検出されると予定していたデータ送信をキャンセルし、次の送信機会で再送する。これにより、データ送信タイミングの一致によるパケット衝突を回避することができる。
【００２４】
CSMA方式ではキャリアセンスを実行する期間は送信機会ごとにランダムに設定される。
【００２５】
図2にCSMA(Career Sense Multiple Access)方式におけるデータ送受信手順の例を示す。図2では受信機(200a)は受信待機状態(201)を継続し、データの受信に備える。送信機(200b)は送信データが発生(202)すると即座にキャリアセンス(203)を実行する。図2の例では送信機(200b)の送信データ発生(202)時に無線機(200c)によるデータ送信中(204)であるため、送信機(200b)のキャリアセンス(203)で送信電波が検出される(205)。
【００２６】
そのため、送信機(200b)は予定していたデータ送信を回避(206)し、無線機(200c)のデータ送信完了を待機し、キャリアセンス(207)を実行した後再度データ送信(209)を行う。受信機(200a)は受信待機(201)しているので送信機のデータ送信(209)を受信することができる。送信機(200b)はデータ送信(209)の後、短時間の受信待機状態(212)へ移行し受信機(200a)からの応答(Ack。アクノレッジ信号を意味する。以下同じ。)を待つ。受信機(200a)はデータ受信(210)を完了すると即座にAckを送信(211)することで、送信機(200b)はAckを受信(212)し通信が完了する。
【００２７】
なお、CSMAモードではキャリアセンス、データ送信、Ack送信およびデータ送信回避期間以外の期間は受信待機を行い、データ受信に備える。
(TDMA方式によるデータ送受信手順)
TDMA方式では送受信機間で同期パケット(Adv: Advertise)の送受信を定期的に行うことで送信機と受信機の時刻同期を行い、通信タイミングを一致させて通信を行う。
【００２８】
そのため、CSMA方式のように自システム内の他無線機の通信電波によるパケット衝突や送信遅延が発生しないメリットがある。
【００２９】
図3にはTDMA(Time Division Multiple Access)方式におけるデータ送受信手順の例を示す。図3の例ではタイムスロット(317)および(318)において受信機(300a)は受信動作を、送信機(300b)は送信動作を行う。タイムスロットの開始時刻と終了時刻は、時刻同期パケットの共有により受信機(300a)および送信機(300b)に予め共有されている。
【００３０】
受信機はタイムスロット(317)および(318)内で一定時間の受信待機(301)、(308)を行い、データ受信がなかった場合(301)はそのまま次のタイムスロットに移行し、データ受信があった場合(308)は当該タイムスロットの最後にAckを送信(314)する。
【００３１】
送信機(300b)は送信データが発生(302)すると、例えば、タイムスロット(317)および(318)内の一定期間のキャリアセンスを実行（（３０３）、（３０９））し、電波検出がなかった場合(311)にはデータ送信(310)を行い、電波検出があった場合(305)は予定されていたデータ送信を回避する(306)。
【００３２】
タイムスロットの最後に短時間の受信待機(307)(316)を行い、受信機(300a)からのAckを受信する。図3に示す例では、送信機(300b)がタイムスロット(317)で受信機(300a)に対しデータ送信を試みたが、他システムからの電波(304)を検出(305)したために、次の送受信機会であるタイムスロット(318)でデータの再送（３１３）を行っている。
【００３３】
また、複数のタイムスロットから成る通信の繰返し周期のことをスーパーフレームという。
【００３４】
以下、図面を用いて詳細に実施例を説明する。特に必要がない限りデータ送信直前のキャリアセンス時間の図示を省略するが、いずれの実施例においてもデータ送信直前のキャリアセンスは実行するものとする。
【実施例１】
【００３５】
本実施例では図1の主ネットワーク内のサーバ(100)およびAP(101)(102)(103)の間で、相互に時刻同期パケット(Adv)の送受信を行うことで時刻同期が成立している場合の本発明における実施例を示す。
【００３６】
図4には、本実施例におけるAPおよびNDの無線機の構成例を示す。構成はAPとNDで共通でも良い。この無線機は、アンテナ(401)、送受信回路(402)、通信制御部(403)、外部装置IF(404)、クロック(405)およびメモリに格納された主ネットワーク通信時刻および宛先リスト(406)から構成される。通信制御部(403)ではクロック(405)の時刻を元に通信管理部(403)が参照する主ネットワーク通信時刻および宛先リスト(406)に従って、データの送受信処理を送受信回路(402)に指示し、アンテナ(401)より信号の送受信を行う。
【００３７】
図5に主ネットワーク1内の通信タイミングチャートの例を示す。本実施例では主ネットワーク1内はTDMAモードによる通信を行うが、副ネットワーク(11,12,13)内の通信においてはCSMAモードによる通信を行う。つまり、CSMA方式で非同期通信を行うAMI無線網を介してAPに集約される電力検針情報を、TDMA方式のスマートグリッド無線網で収集する場合を想定している。
【００３８】
図5ではサーバ(100)、AP(101)、(102)および(103)はそれぞれ主ネットワーク1用の通信割り当て期間を設定し(501-518)、主ネットワーク用通信期間(501-518)では副ネットワークへの通信は停止し、主ネットワーク通信時刻および宛先リスト(406)に予め登録された時刻に、予め登録されたAPとの通信を行う。なお、リスト(406)は予め登録されたものを使用しても良いし、通信を介して書き換えて使用しても良い。AP(101)は主ネットワーク1通信期間(514)でサーバ(100)からのデータ受信/Ack返信を行うと、主ネットワーク1通信期間(501)でAP(102)にデータを送信しAckを受信する。主ネットワーク期間(508)ではAP(102)からのデータを受信しAckを返信する。
【００３９】
主ネットワーク期間(509)ではAP(102)に時刻同期パケット(Adv)を送信して時刻同期を行っている。また、主ネットワーク期間(501,508,509)の間の空き時間を副ネットワーク11通信期間としCSMA方式による通信を行う。
【００４０】
サーバ(100)、AP(102)およびAP(103)についても同様に主ネットワーク1通信期間はAPとの通信を行う。またAP(102)、AP(103)については主ネットワーク通信期間の間の空き時間を副ネットワーク12および13の通信期間にそれぞれ割り当てる。
【００４１】
図5におけるAP(101)の副ネットワーク11通信期間の通信タイムフローチャートの例を図6に示す。
【００４２】
図6はCSMAモードでの副ネットワーク11の通信例であるが、主ネットワーク1通信期間で副ネットワークの通信を停止することができるようにAP(101)からのデータリクエスト(Req.)に応じて各NDがデータをAP(101)に送信するポーリング方式とした。
【００４３】
ポーリング方式では、NDに対しデータリクエスト(Req.)を送信し、Req.を受け取ったNDのみがデータを送信することができる。また、AP(101)はNDからのデータ受信を完了して初めて次のNDへのReq.を送信する。図6の例で説明する。AP(101)は主ネットワーク通信期間514でサーバ(100)からデータを受信し、501でAP(102)と通信を行う。次にReq.(111r)をND(111)に送信し、受信したND(111)はデータ(111d)をAP(101)に送信する。AP(101)はデータ(111d)の受信確認を行った後、ND(121)宛にReq.(121r)をND(111)経由で送信し、ND(121)のデータ(121d)を取得する。その後AP(101)はND(122)のデータ(122d)を受信後、主ネットワーク1通信期間508および509でAP(102)とのデータ、Advの通信を行い、516, 518ではそれぞれサーバ(100)へのデータ、Advの通信を行う。
【００４４】
図7に本実施例におけるAPの動作フローチャートを示す。APは電源を投入(701)すると受信待機(702)に移行し同期パケット(Adv)を受信する(703)まで受信状態(702)とAdv受信有無判断(703)を繰り返す。Advパケットを受信するとAdvパケットに含まれる時刻に基づき、自身のクロック(405)を補正(704)する。
【００４５】
その後は、通信処理のループに移行し、通信制御部(403)が参照する主ネットワーク用通信時刻および宛先APリスト(406)を参照して主ネットワークの通信タイミングか否か確認する(705)。主ネットワークの通信タイミングであればリスト(406)に従い主ネットワーク内のAPとのデータ送受信を行い、主ネットワークとの通信タイミングでなければ副ネットワーク(11,12,13)のNDに対しReq.パケットを送信する(707)。
【００４６】
副ネットワーク(11,12,13)のNDからデータを受信完了すると再び主ネットワーク通信タイミング判定(705)へ移行する。
【実施例２】
【００４７】
実施例1において、副ネットワーク(11,12,13)内の通信をTDMA方式で実施する場合を本実施例とする。
【００４８】
図8に本実施例を実施する際のAPおよびNDの無線機構成例を示す。801-805は実施例1と同様だが、本実施例では通信制御部(803)はスーパーフレームテーブル(806)を参照する。スーパーフレームは複数のタイムスロットから構成され通信の繰り返し単位として定義されるものである。スーパーフレームテーブル(806)には各タイムスロットの動作が記述されており、各タイムスロットの送信または受信の種別および通信相手のアドレス情報が記述されている。通信制御部(803)は電源ON時にスーパーフレームテーブル(806)を参照し、スーパーフレームテーブル(806)で定義された動作を繰り返す。
【００４９】
図9にサーバ(100)、AP(101)(102)(103)のスーパーフレーム構成と主ネットワーク1内の通信タイムチャートを示す。サーバ(100)および各APのスーパーフレームには主ネットワーク通信用タイムスロット(901-918)を割り当てデータの送受信を行う。APにおいてはそれ以外のタイムスロットは副ネットワーク(11,12,13)通信用のタイムスロットとする。例えば図9に示すようにAP(101)のスーパーフレーム構成では、タイムスロットNo.1,11でサーバ(100)とのデータ通信、No.2でAP(102)へのデータ送信、No.3-9,14,15は副ネットワーク11内のNDとの通信、No.10ではAP(102)からのデータ受信、No.12,13でサーバ(100)からのAdv受信およびAP(102)へのAdv送信に割り当てる。図9のスーパーフレーム構成、通信タイミングおよび送受信NDは本実施例を説明するための例であり、変更することが可能である。
【００５０】
図9の副ネットワーク通信用タイムスロットにおける通信のタイムチャートを、AP(101)に所属する副ネットワーク11を例にして図10に示す。
【００５１】
本実施例における副ネットワークはTDMA方式であるため、副ネットワーク11の通信が主ネットワーク1の通信に影響を与えることがない。そのため図10にはNDが定められた時間に自発的にデータをAP(101)に送信する例を示している。
【００５２】
ND(111)はタイムスロットNo.3でデータ(111d)をAP(101)に送信し、タイムスロットNo.4ではND(121)からのデータ(121d)を受信、No.5でAP(101)に転送する。タイムスロットNo.6ではND(122)のデータ(122d)をND(111)が受信し、No.7でAP(101)に転送する。
【００５３】
タイムスロットNo.14,15ではAP(101)から時刻同期パケット(Adv)がNDに対してブロードキャストされる。図10のスーパーフレーム構成、通信タイミングおよび送受信NDは本実施例を説明するための例であり、変更することが可能である。
【００５４】
図１１に本実施例を実現するためのAPの動作フローチャートを示す。
【００５５】
APは電源をON(1101)にすると受信待機(1102)に移行同期パケット(Adv)の受信を行う(1103)。同期パケット(Adv)を受信するとスーパーフレームテーブル(806)を確認(1105)し、通信スケジュールを確定させる。その後、現在時刻がスーパーフレームテーブル(806)に記載されている主ネットワークとの通信タイミングであるか否かの確認(1106)を行い、主ネットワークとの通信タイミングであった場合は主ネットワーク内のAPとの信号送受信を行い(1107)、主ネットワークとの通信タイミングでなかったらスーパーフレームテーブル(806)の記載に従って副ネットワーク内のNDとの通信を行う。
【実施例３】
【００５６】
実施例1において、図1のサーバ(100)から主ネットワーク1および副ネットワークを介してND宛に緊急データや機器制御コマンドを送信する際に、副ネットワークにおいてそれらを優先的に送信し、低遅延で宛先NDに送付するための方法を本実施例とする。具体的には、図6の通信中に任意のタイミングでAP(101)からNDに対し優先データを送信する場合を想定する。
【００５７】
図12および図13にCSMA方式におけるパケット優先度制御の仕組みを説明する。
【００５８】
図12ではAP(101)からND(111)にデータを送信する場合の優先度制御のない場合の通信フローの例を示す。図12ではND(111)のデータ送信中にAP(111)は緊急(または)制御用送信データが発生し(1201)かつ、システム内の他無線機(1200)にも送信データが発生(1219)している。
【００５９】
ここで、他無線機(1200)はND(111)と同じ副ネットワーク11内のNDでも良いし、他の副ネットワーク内のAPまたはNDでも良い。この場合、AP(101)、他無線機(1200)共にキャリアセンス(1202)および(1212)にてデータ送信を回避し(1204)(1214)、ND(111)のデータ送信が終了後に同時に再送のプロセスに入る。
【００６０】
再送のプロセスでもデータ送信直前にキャリアセンスを実行するが、全ての無線機に同等の送信確率を与えるためにキャリアセンス時間はランダムに設定される。
【００６１】
従って、図12のようにAP(101)および他無線機(1200)のキャリアセンス時間に差が生じてしまう。図12はAP(101)のキャリアセンス時間(1206)が他無線機のキャリアセンス時間(1216)よりも長く設定された場合を示している。この場合、他無線機(1200)のデータ送信(1217)が、優先度の高いAP(101)の緊急(または)制御用送信データよりも先に送信されるため、AP(101)のキャリアセンス(1205)にて送信電波を検出(1207)してしまい、AP(101)の優先データの送信が再度回避されてしまう。
【００６２】
そこで図13ではAP(101)のキャリアセンス(1305)にて、通常のキャリアセンス時間(1316)よりも短い最短キャリアセンス時間(1306)をキャリアセンス時間として設定することで、他無線機(1300)よりも早くAP(101)のデータ送信(1308)を優先的に実行することができ、かつ他無線機(1300)とのパケット衝突を回避することができる。つまり、緊急時または制御用のデータなどの優先度の高いデータを送信時には送信時のキャリアセンス時間をシステム内の無線機より最短に設定することで優先度制御を行うことができる。
【実施例４】
【００６３】
実施例2において、図1のサーバ(100)から主ネットワーク1を介してAP宛に緊急データや機器制御コマンド等の優先データを送信する際に、主ネットワークにおいてそれらを低遅延で宛先APに送付するための方法を本実施例とする。
【００６４】
図1において例えばAP(102)とAP(103)間の通信中に副ネットワーク11内のNDからの電波干渉によりAP(102)とAP(103)間の通信に遅延が生じる場合が起こりうる。
【００６５】
具体的には図9のAP(102)の主ネットワーク1の通信割り当て期間(903)(タイムスロットNo.4)でAP(102)がAP(103)に優先データを送信する場合に、図10のタイムスロットNo.4ように副ネットワーク11内のND(121)がAP(102)と同時に電波を送信することにより、AP(102)からAP(103)への優先データと衝突を起こす可能性がある。
【００６６】
図14にパケット衝突が発生する例を示す。
【００６７】
ND(121)とAP(102)はそれぞれ送信データ(1402)と優先送信データ(1408)をタイムスロット(1401)で実行しようとする際送信直前にキャリアセンス(1403)(1409)を実行する。
【００６８】
TDMA方式ではキャリアセンス時間(1404)(1403)は一定であるため、ND(121)、AP(102)共にキャリアセンスにおいて電波検出なし(1405)と判定されるため、同時にデータを送信(1406)(1411)してしまう。そのためパケット衝突(1414)が発生する。
【００６９】
そのため、AP(102)とAP(103)の通信を行う際には図15のように送信側(AP(102))のキャリアセンス(1510)にて最短キャリアセンス時間(1509)を用いることで、ND(121)のキャリアセンス(1503)最中にAP(102)の優先データ送信(1512)を開始できるため、ND(121)のデータ送信を回避できる(1506)。
【００７０】
そのため、副ネットワークの通信電波の干渉による主ネットワークの送信遅延を減らすことができる。
【実施例５】
【００７１】
本実施例では図1の主ネットワーク内のサーバ(100)、AP(101)(102)(103)の間に、時刻同期パケット(Adv)の送受信による時刻同期が成立おらず、各副ネットワークが独立にTDMA方式による通信を行う場合の本発明における実施例を示す。本実施例におけるAPおよびNDの無線機構成を図8に示すが、実施例2と同様である。
【００７２】
図16に副ネットワーク11および副ネットワーク12のスーパーフレーム構成と通信タイムチャートを示す。スーパーフレーム内の送信/受信割り当ておよび通信相手は図16に示した通りである。各副ネットワークともNDは割り当てられたタイムスロットでデータをAPへ送信および転送し、APはスーパーフレームの決められたタイムスロットでNDからのデータを受信する。
【００７３】
本実施例では副ネットワーク11と副ネットワーク12はそれぞれ独立にTDMA方式を採用しているため、副ネットワーク11と副ネットワーク12間の時刻は非同期であり、スーパーフレーム長もそれぞれ異なる。
【００７４】
従って、副ネットワーク間を接続して主ネットワークを構成することができない。
【００７５】
そこで、図17に示す手段で副ネットワーク11と副ネットワーク12を接続して主ネットワークを構成する。AP(101)およびAP(102)のスーパーフレームにはND(111)およびND(112)との送受信タイムスロットが記載されているが、空きタイムスロットを全て「受信(R)」に割り当ててスーパーフレームテーブル(806)に格納しておく(1701, 1707-1722)。
【００７６】
その上で、例えば、AP(101)にAP(102)宛送信データが発生(1701)した場合には、通信制御部(803)は次のタイムスロット(1702)以降連続的に当該データをAP(102)宛に送信(S)(1702, 1703)するようにスーパーフレームテーブル(806)を書き換える。
【００７７】
すると、タイムスロット(1702)でAP(102)宛に送信したデータはAP(102)がAP(101)からのデータに対して受信(R)モードでないため通信失敗するが、タイムスロット(1703)で送信するAP(102)宛送信データは、AP(102)が受信(R)モードであるため送受信が成立する。
【００７８】
従って各々独立にTDMA方式にて無線ネットワークを構成する副ネットワーク間でも主ネットワークを介した通信が可能となる。
【００７９】
ただし、タイムスロット(1702)のようにND(111)からのデータ受信に割り当てられていたタイムスロットを送信(S)に書き換える場合には、データ(111d)の電波をAP(101)がキャリアセンスすることにより同タイムスロットにおけるAP(101)宛の送信がキャンセルされる可能性があるので、実施例4で説明した図15における最短キャリアセンス時間(1509)をAP(101)の送信時に設定しておくことでND(111)からの電波送信に優先して、確実にAP(102)宛送信データを送信することができる。
【００８０】
図18に本実施例におけるAPの動作フローチャートを示す。
【００８１】
APは電源をON(1401)にするとスーパーフレームテーブルの確認(1402)を行う。次にキャリアセンス実行時間を最短に設定(1403)し、通信モードに移行する。通信モードでは、主ネットワーク(AP)に対する通信要求の有無を確認(1404)し、有りの場合は通信制御部(803)によりスーパーフレームテーブル(806)を書き換え、主ネットワーク(AP)に対する連続送信をAckが受信できるまで実行する(1406)。主ネットワーク(AP)に対する通信要求がない場合にはスーパーフレームテーブル(806)に従い副ネットワークのNDとの送受信を実行(1407)する。
【実施例６】
【００８２】
本実施例は実施例5に付随して図1の主ネットワーク内のサーバ(100)および、AP(101)、AP(102)、AP(103)の間に、時刻同期パケット(Adv)の送受信による時刻同期が成立おらず、各副ネットワークが独立にTDMA方式による通信を行う場合の本発明における実施例を示す。
【００８３】
図19に本実施例における通信タイムチャートを示す。
【００８４】
この図のスーパーフレーム構成は実施例5における図16と同じである。
【００８５】
本実施例では、AP(101)およびAP(102)のスーパーフレーム内に周期的に主ネットワーク通信用タイムスロット(1902-1908)を配置する。図19の例ではAP(101)はタイムスロット(1902)およびタイムスロット(1903)、AP(102)はタイムスロット(1904)、(1905)、(1906)、(1907)に主ネットワーク通信用タイムスロットを配置する。
【００８６】
AP(102)宛送信データが発生(1901)すると、AP(101)はタイムスロット(1902)でAP(102)にデータ送信するが、当該タイムスロットにおいてAP(102)は主ネットワーク用タイムスロットに割り当てられていないので通信失敗(1909)となる。
【００８７】
しかし、AP(101)はタイムスロット(1903)で同データを再送する(1910)ことにより、当該タイムスロットにおいてはAP(102)も主ネットワーク通信用タイムスロット(1907)に割り当てられているために、通信を成功させることができる。
【実施例７】
【００８８】
本実施例では図1の主ネットワーク内のサーバ(100)、AP(101)(102)(103)の間に、時刻同期パケット(Adv)の送受信による時刻同期が成立おらず、各副ネットワークが独立にCSMA方式による通信を行う場合の本発明における実施例を示す。
【００８９】
図20に本実施例における通信タイムチャートを示す。各NDは自発的にCSMA方式により、ランダムな期間キャリアセンスを実行し電波が検出されなかった場合にデータをAP(101)、AP(102)に送信または転送する。
【００９０】
図20の例ではND(122)のキャリアセンス期間(2001)と(2002)、およびND(124)のキャリアセンス期間(2003)では、キャリアセンスを実行した結果それぞれデータ(121d)、データ(121d)およびデータ(123d)の送信電波を検出したために、直後のデータ送信を見送っている。
【００９１】
AP(101)はキャリアセンス(2004)にてキャリアセンスを行い直後にAP(102)宛のデータを送信しようとしたが、キャリアセンス(2004)にてND(111)のデータ(111d)を検出した結果、AP(102)宛のデータ送信をND(111)のデータ(111d)送信完了まで延期して再送を試みる。
【００９２】
再送(2005)ではキャリアセンス(2006)は送信電波を検出しないので、AP(102)宛データ(101d)送信を行い、AP(102)よりAck(102)を受信する。
【実施例８】
【００９３】
本実施例では実施例6に付随して、主ネットワークのデータ通信や緊急情報、制御情報といった通常の電力監視情報よりも優先度の高いデータを優先して伝送する手段について説明する。
【００９４】
図21は図20同様に主副ネットワーク共にCSMA方式による通信を行う場合の通信タイムチャートである。
【００９５】
図20の例ではAP(101)がAP(102)宛にデータ(101d)を送信する直前のキャリアセンス時間がND(111)のキャリアセンス時間よりも長かったためにAP(102)宛データを再送することになる。しかしそれでは優先度の高いデータに送信遅延が発生してしまう。
【００９６】
そこで本実施例では、実施例3で説明した図13のように、優先データ送信の際には直前のキャリアセンス時間をランダムで設定できる時間よりも短くする最短キャリアセンス時間(2101)を導入する。これにより、図21のように優先度の低いND(111)のデータ送信を抑制し、優先データ(101d)の遅延を最小限にして送信することが可能になる。
【００９７】
図22に本実施例におけるAPの動作フローチャートを示す。APは電源をON(2201)にすると、優先度高通信要求の有無を確認(2202)する。優先度の高いデータ送信要求が発生していた場合、送信時のキャリアセンス時間を最短に設定(2203)する。そして他の通信中の無線装置の送信終了を待機(2204)し終了したらキャリアセンス(2205)を行う。キャリアセンスで電波が検出されないことを確認して優先度高データを送信(2206)する。
【００９８】
(2202)にて優先度高通信要求がなかった場合、通受優先度の通信要求の有無を確認(2207)し、無ならば受信待機をする。
【００９９】
有ならまずキャリアセンス時間をランダムに設定し(2208)、他の無線装置の送信終了を待機し(2209)キャリアセンスを行い、電波が検出されなければデータを送信する(2211)。
(付記)
（１）全ての実施例において主ネットワーク1および副ネットワーク12,13,14を異なる通信周波数チャネルによる通信とすることで相互の干渉を避け、低遅延な無線通信を実現する例も実施例の一つとする。
（２）同期方式/非同期方式を、都市部や住宅地のような無線通信機密度の高い場所では同期方式を用い、山間部などの無線通信機の密度が低い場所では非同期方式を用いるといった、システム利用場所、および無線通信のトラフィックに応じて切り替えることも実施例の一つとする。
【符号の説明】
【０１００】
AP  無線アクセスポイント
ND  無線端末
CSMA キャリアセンス多重アクセス
TDMA 時分割多重アクセス
Ack  アクノレッジ。受信応答
Adv  同期パケット
Req.  データリクエスト
【図４】
2014057279.tif 000003
【図５】
2014057279.tif 000004
【図６】
2014057279.tif 000005
【図７】
2014057279.tif 000006
【図８】
2014057279.tif 000007
【図９】
2014057279.tif 000008
【図１０】
2014057279.tif 000009
【図１１】
2014057279.tif 000010
【図１６】
2014057279.tif 000011
【図１７】
2014057279.tif 000012
【図１８】
2014057279.tif 000013
【図１９】
2014057279.tif 000014
【図２０】
2014057279.tif 000015
【図２１】
2014057279.tif 000016
【図２２】
2014057279.tif 000017
【図１】
2014057279.tif 000018
【図２】
2014057279.tif 000019
【図３】
2014057279.tif 000020
【図１２】
2014057279.tif 000021
【図１３】
2014057279.tif 000022
【図１４】
2014057279.tif 000023
【図１５】
2014057279.tif 000024