(57)【要約】【課題】  無線通信システム内のノード（Ａ〜Ｆ）間で通信を確立及び維持する省電力メカニズムを提供する。具体的には、無線通信システムにおいて、通信手段を共有するための分散型低出力メディアアクセス制御（ＭＡＣ）メカニズムを提供する。【解決手段】  宛先ノード（Ａ）は、通信チャンネルを周期的に監視する。宛先ノード（Ａ）に対してサービスを要求するために、通信チャンネルを介してソースノード（Ｂ）から宛先ノード（Ａ）にウェークアップ信号（ＷＵ）が送信され、このウェークアップ信号（ＷＵ）は、プリアンブル（ＷＰ）と、ノード（Ａ〜Ｆ）の間の通信を制御するための制御情報とを含む。ＷＵ信号の継続時間及びコンテンツは、アイドル期間を短縮し、電力消費量を低減し、待ち時間を短縮し、又はネットワークブロッキング（衝突）を回避するように、システム運用コンテキストに応じて適応化される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのノード（Ａ、Ｂ）を含む通信システムのノードの間の通信方法において、
監視期間をＴＬとし、監視周期をＴＰＬとし、ＴＬ＜＜ＴＰＬとして、宛先ノード（Ａ）において、周期的に通信チャンネルを監視するステップと、
上記通信チャンネルを介して、ソースノード（Ｂ）から上記宛先ノード（Ａ）にウェークアップ信号（ＷＵ）を送信するステップとを有し、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）は、プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）を含み、該プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）によって形成される信号ブロック（ＳＢ）の継続時間は、２×ＴＳＢ＜ＴＬとして、ＴＳＢであり、
上記通信システムにおいて、ノード（Ａ〜Ｆ）間の通信は、上記制御情報（ＷＤ）に基づいて制御される通信方法。
【請求項２】
上記通信システムは、無線通信システムであることを特徴とする請求項１記載の通信方法。
【請求項３】
上記監視期間をＴＬとし、上記監視周期をＴＰＬとして、２ＴＬ＜＜ＴＰＬであることを特徴とする請求項１又は２記載の通信方法。
【請求項４】
上記通信システムは、ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を含み、上記制御情報（ＷＤ）は、上記ソースノード（Ｂ）が上記ネットワーク（１）に参加することを望むことを示すことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の通信方法。
【請求項５】
上記通信システムは、ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を含み、上記制御情報（ＷＤ）は、上記ソースノード（Ｂ）が上記ネットワーク（１）内に未だ存在してることを示すことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の通信方法。
【請求項６】
上記通信システムは、ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を含み、上記制御情報（ＷＤ）は、所定のノードのアドレスを示すことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の通信方法。
【請求項７】
上記ノード（Ａ〜Ｆ）が上記通信チャンネルを介して上記ウェークアップ信号（ＷＵ）を受信し、上記制御情報（ＷＵ）によってアドレス指定されていない場合、該ノード（Ａ〜Ｆ）は、所定の期間、上記通信チャンネルを監視せず、及び／又は上記通信チャンネルを介して如何なるデータも送信しないことを特徴とする請求項６記載の通信方法。
【請求項８】
上記制御情報（ＷＤ）は、後続するデータ伝送の継続時間を示し、上記所定の期間は、上記制御情報（ＷＤ）によって示されている上記後続するデータ伝送の継続時間であることを特徴とする請求項７記載の通信方法。
【請求項９】
上記制御情報（ＷＤ）は、上記ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始する時刻を示し、上記制御情報（ＷＤ）を受け取る上記宛先ノード（Ａ）は、該時刻において、通信チャンネルの監視を開始することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の通信方法。
【請求項１０】
上記制御情報（ＷＤ）は、該制御情報が送信された時刻と、上記ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を示すことを特徴とする請求項９記載の通信方法。
【請求項１１】
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）は、上記信号ブロック（ＳＢ）の繰返しを含み、それぞれの連続した信号ブロック（ＳＢ）について、上記制御情報が送信された時刻と、上記ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を算出することを特徴とする請求項１０記載の通信方法。
【請求項１２】
上記制御情報（ＷＤ）は、所定の通信チャンネルの選択を示すことを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の通信方法。
【請求項１３】
上記ノード（Ａ〜Ｆ）は、上記監視のタイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を交換し、各ノードは、該タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を累積し、上記ソースノード（Ｂ）は、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻を算出することを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項記載の通信方法。
【請求項１４】
上記各ノードは、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、他の全てのピアノードに関して、クロックドリフトを算出し、上記ソースノード（Ｂ）は、該クロックドリフトに基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻及び／又は継続時間を算出することを特徴とする請求項１３記載の通信方法。
【請求項１５】
少なくとも２つのノード（Ａ、Ｂ）によって構成される通信システムにおいて、
監視期間をＴＬとし、監視周期をＴＰＬとし、ＴＬ＜＜ＴＰＬとして、宛先ノード（Ａ）において、周期的に通信チャンネルを監視する監視手段と、
上記通信チャンネルを介して、ソースノード（Ｂ）から上記宛先ノード（Ａ）にウェークアップ信号（ＷＵ）を送信する送信手段とを備え、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）は、プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）を含み、該プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）によって形成される信号ブロック（ＳＢ）の継続時間は、２×ＴＳＢ＜ＴＬとして、ＴＳＢであり、
上記通信システムにおいて、ノード（Ａ〜Ｆ）間の通信は、上記制御情報（ＷＤ）に基づいて制御される通信システム。
【請求項１６】
当該通信システムは、無線通信システムであることを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項１７】
上記監視期間をＴＬとし、上記監視周期をＴＰＬとして、２ＴＬ＜＜ＴＰＬであることを特徴とする請求項１５又は１６記載の通信システム。
【請求項１８】
ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を備え、
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、上記ソースノード（Ｂ）が上記ネットワーク（１）に参加することを望むことを示しているか否かを検出することを特徴とする請求項１５乃至１７いずれか１項記載の通信システム。
【請求項１９】
ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を備え、
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、上記ソースノード（Ｂ）が上記ネットワーク（１）内に未だ存在してることを示しているか否かを検出することを特徴とする請求項１５乃至１８いずれか１項記載の通信システム。
【請求項２０】
ネットワーク（１）を形成する複数のノード（Ａ〜Ｆ）を備え、
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、所定のノードのアドレスを示しているか否かを検出することを特徴とする請求項１５乃至１９いずれか１項記載の通信システム。
【請求項２１】
上記制御情報（ＷＤ）によって上記宛先ノード（Ａ）がアドレス指定されていない場合、該宛先ノード（Ａ）は、所定の期間、上記通信チャンネルの監視を中止し、及び／又は上記通信チャンネルを介するあらゆるデータの送信を中止することを特徴とする請求項２０記載の通信システム。
【請求項２２】
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、後続するデータ伝送の継続時間を示しているか否かを検出し、上記所定の期間は、上記制御情報（ＷＤ）によって示されている上記後続するデータ伝送の継続時間であることを特徴とする請求項２１記載の通信システム。
【請求項２３】
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、上記ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始する時刻を示しているか否かを検出し、該時刻において、通信チャンネルの監視を開始することを特徴とする請求項１５乃至２２いずれか１項記載の通信システム。
【請求項２４】
上記制御情報（ＷＤ）は、該制御情報が送信された時刻と、上記ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を示すことを特徴とする請求項２３記載の通信システム。
【請求項２５】
上記ソースノード（Ｂ）は、上記信号ブロック（ＳＢ）の繰返しを含むウェークアップ信号（ＷＵ）を生成し、該ソースノード（Ｂ）は、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）内の各連続した信号ブロック（ＳＢ）について、上記制御情報が送信された時刻と、該ソースノード（Ｂ）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項２４記載の通信システム。
【請求項２６】
上記宛先ノード（Ａ）は、上記制御情報（ＷＤ）が、所定の通信チャンネルの選択を示すか否かを検出することを特徴とする請求項１５乃至２５いずれか１項記載の通信システム。
【請求項２７】
上記ノード（Ａ〜Ｆ）は、上記監視のタイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を交換し、各ノードは、該タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を累積し、上記ソースノード（Ｂ）は、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻を算出することを特徴とする請求項１５乃至２１いずれか１項記載の通信方法。
【請求項２８】
上記各ノードは、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、他の全てのピアノードに関して、クロックドリフトを算出し、上記ソースノード（Ｂ）は、該クロックドリフトに基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻及び／又は継続時間を算出することを特徴とする請求項２７記載の通信システム。
【請求項２９】
監視期間をＴＬとし、監視周期をＴＰＬとし、ＴＬ＜＜ＴＰＬとして、周期的に通信チャンネルを監視するリモート装置（Ａ）にサービスを要求するサービス要求装置（Ｂ）において、
ウェークアップ信号（ＷＵ）を生成するウェークアップ信号（ＷＵ）手段と、
上記リモート装置に対してサービスを要求する必要がある場合、上記ウェークアップ信号生成手段を制御して上記ウェークアップ信号（ＷＵ）を生成する制御手段（４）と、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）生成手段によって生成されたウェークアップ信号（ＷＵ）を、上記通信チャンネルを介して、上記リモート装置に送信する送信手段（３）とを備え、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）は、プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）を含み、該プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）によって形成される信号ブロック（ＳＢ）の継続時間は、２×ＴＳＢ＜ＴＬとして、ＴＳＢであるサービス要求装置。
【請求項３０】
上記監視期間をＴＬとし、上記監視周期をＴＰＬとして、２ＴＬ＜＜ＴＰＬであることを特徴とする請求項２９記載のサービス要求装置。
【請求項３１】
上記ウェークアップ信号生成手段は、ネットワーク（１）参加要求を含む制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９又は３０記載のサービス要求装置。
【請求項３２】
上記ウェークアップ信号生成手段は、存在通知のための制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９乃至３１いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項３３】
上記ウェークアップ信号生成手段は、サービスを要求すべきリモート装置のアドレスを示す制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９乃至３２いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項３４】
上記上記ウェークアップ信号生成手段は、後続するデータ伝送の継続時間を示す制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９乃至３３いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項３５】
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）生成手段は、上記送信手段（３）がデータ伝送を開始する時刻を示す制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９乃至３４いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項３６】
上記制御情報（ＷＤ）は、該制御情報が送信された時刻と、上記送信手段（３）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を示すことを特徴とする請求項３５記載のサービス要求装置。
【請求項３７】
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）生成手段は、上記信号ブロック（ＳＢ）の繰返しを含むウェークアップ信号（ＷＵ）を生成し、該ウェークアップ信号（ＷＵ）生成手段は、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）内の各連続した信号ブロック（ＳＢ）について、上記送信手段（３）が上記制御情報を送信した時刻と、該送信手段（３）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項３６記載のサービス要求装置。
【請求項３８】
上記ウェークアップ信号生成手段は、所定の通信チャンネルを示す制御情報（ＷＤ）を上記ウェークアップ信号（ＷＵ）に加えることを特徴とする請求項２９乃至３７いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項３９】
上記リモート装置から監視のタイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を受信する受信手段を更に備え、上記制御手段（４）は、該タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）を算出することを特徴とする請求項２９乃至３８いずれか１項記載のサービス要求装置。
【請求項４０】
上記制御手段（４）は、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記リモート装置に関するクロックドリフトを算出し、上記制御手段（４）は、該クロックドリフトに基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻及び／又は継続時間を算出することを特徴とする請求項３９記載のサービス要求装置。
【請求項４１】
リモート装置から要求されたサービスを提供するサービス提供装置において、
上記リモート装置から、通信チャンネルを介して、送信されたウェークアップ信号（ＷＵ）を受信する受信手段（３）と、
上記受信手段（３）を制御し、監視期間をＴＬとし、監視周期をＴＰＬとし、ＴＬ＜＜ＴＰＬとして、上記通信チャンネルを周期的に監視し、該受信手段（３）が上記ウェークアップ信号（ＷＵ）を受信すると、サービスを提供する制御手段（４）とを備え、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）は、プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）を含み、該プリアンブル（ＷＰ）及び制御情報（ＷＤ）によって形成される信号ブロック（ＳＢ）の継続時間は、２×ＴＳＢ＜ＴＬとして、ＴＳＢであり、
上記ウェークアップ信号（ＷＵ）から上記制御情報（ＷＤ）を分離する分離手段を更に備え、
上記制御手段（４）は、上記分離手段によって分離された上記制御データに基づいて、上記受信手段（３）を制御するサービス提供装置。
【請求項４２】
上記監視期間をＴＬとし、上記監視周期をＴＰＬとして、２ＴＬ＜＜ＴＰＬであることを特徴とする請求項４１記載のサービス提供装置。
【請求項４３】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）がネットワーク（１）参加要求を含むか否かを検出することを特徴とする請求項４１又は４２記載のサービス提供装置。
【請求項４４】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）が存在通知を含むか否かを検出することを特徴とする請求項４１乃至４３いずれか１項記載のサービス提供装置。
【請求項４５】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）が装置アドレスを含むか否かを検出することを特徴とする請求項４１乃至４４いずれか１項記載のサービス提供装置。
【請求項４６】
上記制御手段（４）は、上記受信手段（３）を制御し、当該サービス制御装置が上記制御情報（ＷＤ）によってアドレス指定されていない場合、所定の期間、上記通信チャンネルの監視を中止し、及び／又は上記通信チャンネルを介するあらゆるデータの送信を中止することを特徴とする請求項４５記載のサービス提供装置。
【請求項４７】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）が上記リモート装置の後続するデータ伝送の継続時間を示すか否かを検出し、上記所定の期間は、上記制御情報（ＷＤ）によって示されている上記後続するデータ伝送の継続時間であることを特徴とする請求項４６記載のサービス提供装置。
【請求項４８】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）が、上記リモート装置がデータ伝送を開始した時刻を示すか否かを検出し、上記受信手段（３）を制御し、上記時刻において、通信チャンネルを監視することを特徴とする請求項４１乃至４７いずれか１項記載のサービス提供装置。
【請求項４９】
上記制御情報（ＷＤ）は、該制御情報が送信された時刻と、上記送信手段（３）がデータ伝送を開始した時刻との間の期間を示すことを特徴とする請求項４８記載のサービス提供装置。
【請求項５０】
上記制御手段（４）は、上記制御情報（ＷＤ）が、所定の通信チャンネルの選択を示すか否かを検出することを特徴とする請求項４１乃至４９いずれか１項記載のサービス提供装置。
【請求項５１】
上記制御手段（４）は、上記受信手段（３）によって受信されたリモート装置の監視のタイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）を検出し、上記制御手段（４）は、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻を算出することを特徴とする請求項４１乃至５０いずれか１項記載のサービス提供装置。
【請求項５２】
上記制御手段（４）は、上記タイミング情報（Ｔ１、Ｔ２）に基づいて、上記リモート装置に関するクロックドリフトを算出し、上記制御手段（４）は、該クロックドリフトに基づいて、上記ウェークアップ信号（ＷＵ）の開始時刻及び／又は継続時間を算出することを特徴とする請求項５１記載のサービス提供装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム内のノード間の通信を確立するための省電力メカニズムに関連する。詳しくは、本発明は、無線通信システムにおいて通信手段を共有するための分散型の低出力メディアアクセス制御（medium access control：ＭＡＣ）メカニズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線メッシュ／アドホックネットワークにおいて、各機器（ノード）は、伝送範囲内の他の全ての機器と通信を行うことができる。ネットワークのソースノード及び宛先ノードが互いの伝送範囲内にない場合、１つ以上の中間ノードを介して、宛先ノードにメッセージを渡すことができる。このように、ノード／ユーザの数が増えるに従って、メッシュ／アドホックネットワークの通信範囲は、自然に拡張される。更に、この種のネットワークは、欠陥があるノードを回避し、メッセージのための別のパスを発見することができるので、個々のノードで生じる動作障害に対する耐性を有する。
【０００３】
メッシュ／アドホックネットワークの性質は、分散的な手法で無線リソースにアクセスする必要があることを含意する。単純な分散型のアクセスメカニズムとしては、媒体を使用する前にキャリアの占有を測定及び検出し、衝突確率を低下させ、及びその後のデータ損失及び／又はデータ再送の必要性を低減する無線アクセス方式である搬送波感知多重アクセス／衝突回避（Carrier-Sense Multiple Access/ Collision Avoidance：以下、ＣＳＭＡ−ＣＡという。）がある。このメカニズムは、妥当な選択肢であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘ、ＩＥＥＥ８０２．１５．３又はＩＥＥＥ８０２．１５．４等の標準の無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network：以下、ＬＡＮという。）において広く採用されている。但し、この手法では、ネットワークタイミング同期を提供する中央コントローラがなく、ソースノードが情報を送信するときは、宛先ノードは、受信モードになっているため、メッシュ／アドホックネットワークのピアノードは、互いに時間的に同期し、情報を交換するために、これに代わる解決方法を見出す必要がある。
【０００４】
最も簡単な解決方法としては、宛先ノードがその受信機を常時オン（起動）に保ち、衝突が起こらない限り、あらゆる伝送を受信できることを保証する手法がある。もちろん、この解決方法は、電力消費量が大きいため、小型の電池式ノード（携帯型機器）には適用できない。
【０００５】
無線機器における無線ハードウェアにおいて消費される電力を如何に低減するかが、ここ数年間の重要な研究題目であった。宛先ノードにデータを伝送するための伝送電力を調整する幾つかの解決方法が提案されている。また、グオ，シー（Guo, C.）他による「"Low Power Distributed MAC for Ad Hoc Sensor Radio Networks," IEEE GlobeCom 2001, November 2001」には、中間ノード又は特定のハードウェアユニットを介したマルチホッピングを用いてスリープモードのノードを起動（ウェークアップ：waking-up）する手法が開示されている。
【０００６】
但し、例えば、低トラヒックネットワークの携帯型機器内の無線ハードウェア（送受信システム）によって消費される電力を低減する最も効果的な手法は、データの送信又は受信のいずれにも無線回路が使用されていない場合、無線回路をオフに切り換えることである。
【０００７】
ここで、送信及び受信をどのように同期するかといった問題も解決する必要がある。電力効率を高める解決方法としては、所定の期間だけ、受信機をオンにし、各ノードによって周期的に送信される小さいデータパケット（ビーコン）を用いて、近接する他のノードに対し、監視スケジュール（listening schedule）、すなわち、そのノードがいつ、どれくらいの長さオンに切り換えられるかを通知する手法がある。ビーコンベースのＭＡＣソリューションは、独立ベーシックサービスセット（Independent Basic Service Set：以下、ＩＢＳＳという。）におけるアドホック動作のためのＩＥＥＥ８０２．１１において提案されている。
【０００８】
低トラヒックネットワークのためのビーコンレスソリューションは、エル−ホイディ，エー（El-Hoiydi, A.）他による「"Low Power MAC Protocols for Infrastructure Wireless Sensor Networks", European Wireless 2004, Barcelona, 24-27 Feb 04」に開示されている。ここでは、「ＷｉｓｅＭＡＣ」と呼ばれるＭＡＣプロトコルが提案されており、ＷｉｓｅＭＡＣプロトコルでは、受信機は、同じ一定の期間起動され、１つの変調シンボルを受け取るために十分な長さを有する非常に短い周期で無線チャンネルを監視する。ＷｉｓｅＭＡＣプロトコルでは、ビーコンを用いる代わりに、ソースノードが、各データの前に、メディアサンプリング期間に等しい継続時間のウェークアッププリアンブルを送信する。周期的にメディアを検出／サンプリングし、ウェークアップ信号を受信する全てのノードは、データパケットが受信されるまで、監視を継続する。更に、ウェークアップ信号の継続時間を短くするために、及び所定の宛先ノードの監視時間の正確なマッチングのために、各ノードが全てのノードのサンプリングスケジュールを知る必要があるとされている。しかしながら、ＷｉｓｅＭＡＣプロトコルでは、ノードがウェークアップ信号を受信する都度、受信機が起動されるが、このような起動は、必ずしも常に必要ではないため、電力が無駄に消費される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、通信システムにおける電力消費量を低減できる通信方法、通信システムリモート装置からサービスを要求するためのサービス要求装置、及びリモート装置から要求されたサービスを提供するためのサービス提供装置を提供することである。この目的は、特許請求の範囲における独立請求項によって達成される。本発明の有利な特徴は、対応する従属請求項において定義されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に基づく宛先ノードは、監視期間をＴＬとし、監視周期をＴＰＬとし、ＴＬ＜＜ＴＰＬとして、周期的に通信チャンネルを監視する。宛先ノードに対してサービスを要求するために、通信チャンネルを介してソースノードから宛先ノードにウェークアップ信号が送信され、このウェークアップ信号は、プリアンブルと、ノードの間の通信を制御するための制御情報とを含む。プリアンブル及び制御情報によって形成される信号ブロックの継続時間をＴＳＢとし、ＴＳＢ＜ＴＬ、好ましくは、２×ＴＳＢ＜ＴＬである。このように、本発明では、所定のノードのアドレス等の情報又は追加的データを必要としない小さいコマンドをウェークアップ信号に加えることができる。これにより、受信機の起動をより正確に制御でき、すなわち、受信機をオンに切り換えるか否か、及び、いつ切り換えるかをより正確に制御できる。更に、ビーコン等の追加的データを送信することなく、ノード間の通信を最適化でき、電力消費量を低減することを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、制御情報は、ソースノードがデータ伝送を開始した時刻を示し、これにより、制御情報を受け取る宛先ノードは、データ伝送が開始されるまで、受信機をオフに切り換えることができ、電力を節約することができる。
【００１２】
更に、通信システムがネットワークを構成する複数のノードを含み、制御情報がアドレス情報を含む場合、所定のノードをアドレス指定でき、ウェークアップ信号を受け取り、アドレス指定されていない全てのノードは、所定の期間、通信チャンネルを監視せず、及び／又は通信チャンネルを介して如何なるデータも送信しない。これにより、電力消費量を低減でき、衝突を防止することができる。ウェークアップ信号におけるアドレス指定と時間基準の組合せにより、ブロードキャスト及びマルチキャストシナリオが容易になる。
【００１３】
制御情報は、好ましくは、後続するデータ伝送の継続時間を示す。この情報は、他のノードにおいて、ウェークアップ信号ＷＵの送信を開始する前に、媒体がいつ空いているかを検出するネットワーク割当ベクトル（Network Allocation Vector：ＮＡＶ）として用いることができる。
【００１４】
宛先ノードにおいて監視タイミングのドリフトを補償し、及び／又は単一なウェークアップ信号で複数の宛先ノードを接続するために、ウェークアップ信号は、プリアンブル及び制御情報により構成される信号ブロックの繰返し（複数のコピー）を含み、監視期間ＴＬは、信号ブロックＴＳＢの継続期間の少なくとも２倍とする。
【００１５】
更に、好ましくは、制御情報には、受信側に関して所定の通信チャンネルを選択するためのコマンドを含めてもよく、新たなノードが、「ネットワーク参加」メッセージを用いて、ネットワークへの参加を要求することを示してもよく、既にネットワークの一部であるノードが「アライブ（I'm alive）」メッセージを用いて、伝送範囲内での他のノードに対し、自らが有効である又は存在していることを主張してもよい。ここで、このメッセージは、受信ノードから確認応答を要求してもよく、要求しなくてもよい。
【００１６】
ウェークアップ信号継続時間を最小化するために、ノードは、好ましくは、監視タイミングの情報を交換し、各ノードは、タイミング情報を累積し、ソースノードは、タイミング情報に基づいて、ウェークアップ信号の開始時刻を算出する。
【００１７】
更に好ましくは、各ノードは、タイミング情報に基づいて、他の全てのピアノードに関して、クロックドリフトを算出し、ソースノードは、クロックドリフトに基づいて、ウェークアップ信号の開始時刻及び／又は継続時間を算出する。これにより、各ノードは、隣接するノードの実際のクロックドリフトを学習し、蓄積したタイミング情報を他のノードと共有し、ネットワークに新たに参加するノードの学習処理の速度を高めることができる。
【００１８】
なお、本明細書において用いる「備える／有する／含む」といった表現は、特徴、要素、ステップ又はコンポーネントの存在を示すが、これは、他の１つ以上の特徴、要素、ステップ又はコンポーネントの存在を排除するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に説明する。
【００２０】
図１は、複数のノードＡ〜Ｆを含む無線通信ネットワーク１を示しており、各ノードＡ〜Ｆは、伝送範囲内の他の如何なるノードＡ〜Ｆとも通信を行うことができる。ネットワーク１のノードＡ〜Ｆは、例えば、煙探知器、火災報知機等のセンサであってもよく、例えば、アクチュエータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話機等、他の種類の機器であってもよい。
【００２１】
本発明では、周期的にビーコンを送信することに代えて、ＭＡＣプロトコルを実装するネットワーク１内のノードＡ〜Ｆは、それぞれの受信機（図示せず）を起動し、受信機がオフにされる周期と比べて非常に短い周期で、物理的媒体（エアーインタフェース）を監視する。監視周期ＴＰＬ及び受信スロットと呼ばれる監視期間ＴＬは、ネットワーク１の全てのノードＡ〜Ｆに共通であり、ここで、ＴＬ＜＜ＴＰＬである。ノードがウェークアップ信号を検出すると、送信機ノード及び受信機ノードは、データを交換するための同期フェーズを開始する。
【００２２】
図２は、ノードＢが、通信チャンネルを介して、宛先ノードＡにデータを送ろうとする場合、ノードＢがウェークアップ信号ＷＵを送信して宛先ノードＡを遠隔から起動するウェークアップメカニズムの具体例を示すタイミングチャートを示している。図２に示すように、ノードＡの受信スロットＲＸは、上述した監視期間ＴＬ、すなわち受信スロットの継続時間（duration）ＴＬ及び周期（period）ＴＰＬを有する。ノードＢは、継続時間ＴＷＵを有するウェークアップ信号ＷＵを送信し、宛先ノードＡに対し、ウェークアップ信号ＷＵに後続するデータ伝送のために、その受信機を起動したまま維持するよう指示する。ソースノードＢの伝送範囲内に宛先ノードＡがあり、且つ、ウェークアップ信号の継続時間ＴＷＵが十分長い、すなわち、ＴＷＵ＝ＴＰＬである場合、宛先ノードの受信スロットＲＸの１つがウェークアップ信号ＷＵを受け取る。
【００２３】
図３に示すように、ウェークアップ信号ＷＵは、好ましくは、プリアンブルＷＰ及び小さいデータパケットＷＤから構成される信号ブロックＳＢの繰返しを含む。プリアンブルＷＰ及びデータパケットＷＤは、それぞれ、「ウェークアップホイッスル」及び「ウェークアップデータ」と呼ばれる。少なくとも１つの完全な信号ブロックＳＢを確実に受信するために、全ての受信スロットＲＸの期間中において、信号ブロックＳＢの継続時間ＴＳＢ（ホイッスル＋データ）は、受信スロット継続時間ＴＬの半分以下である必要がある。
【００２４】
ウェークアップ信号ＷＵを送信するノードＢは、例えば、受信側で所定の通信チャンネルを選択するためのコマンド、ノードＢがネットワーク１に参加することを要求することを示す「ネットワーク参加」メッセージ、又はノードＢがネットワーク１内で有効である又は存在していることを主張し、受信機ノードＡに確認応答を要求し又は要求しない「アライブ（I'm alive）」メッセージ、及び／又はノードＢが送信すべきユーザデータを有すること及びウェークアップ信号の略々直後に送信が開始されることを示す「ＭＡＣデータ」メッセージ等の異なるメッセージをデータパケットＷＤに埋め込むことができる。この処理は、図３では、データ伝送開始点を示す時間ポインタをデータパケットＷＤに挿入することによって示している。時間ポインタは、ノードＡにより、その受信機をノードＢの送信機と同期させるために使用される。
【００２５】
更に、また、ウェークアップデータパケットＷＤには、宛先ノードアドレスを挿入してもよい。物理アドレスがネットワーク１で利用可能である場合、又はＭＡＣアドレスがそれほど長くない場合、宛先アドレスは、ウェークアップデータパケットＷＤの一部であってもよい。これにより、時間ポインタによって示されている時刻において、宛先ノードＡだけが受信機を起動するという利点がある。ウェークアップ信号ＷＵを受信する他の如何なるノードＡ〜Ｆも、ユーザデータを復号するためにその受信機を起動せず、これにより、このメッセージを受け取る必要がないノードＡ〜Ｆの電力消費を抑制することができる。また、複数の受信ノードＡ〜Ｆに効率的に情報を送信するために、ブロードキャスト又はマルチキャストアドレスを用いることができる。
【００２６】
時間ポインタに関して２つの重要な側面がある。第１の側面として、宛先ノードに同じ絶対時間を提供することは困難であるため、時間ポインタは、絶対時間値を表現又は指示せず、相対的時間値のみを表す。すなわち、時間ポインタは、これから計時される値として、データ伝送をいつ開始するかを示す。これは、ウェークアップ信号ＷＵ内の複数のウェークアップデータパケットＷＤの各ウェークアップデータパケットＷＤの時間ポインタが、ウェークアップ信号ＷＵを送信するノードＢによって算出される異なる値を有している必要があることを意味する。すなわちウェークアップ信号ＷＵの連続する信号ブロックＳＢにおいては、時間ポインタの長さは連続的に減少する。
【００２７】
時間ポインタが、毎回、実際のインスタントを指示する理由は、ウェークアップ信号ＷＵがいつ開始されるかが、受信機ノードＡにとって既知ではなく、したがって、ウェークアップ信号の開始時を用いることができないためである。一方、ウェークアップ信号ＷＵの最後は、時間ポインタのための基準点として用いることができるが、この手法では、電力が無駄に消費される。
【００２８】
時間ポインタは、ウェークアップ信号の最後を参照しないので、受信ノードＡは、ウェークアップ信号ＷＵの残りの期間中、受信機を起動した状態に保つ必要はない。すなわち、ノードＡは、ウェークアップデータを単に受信及び復号し、埋め込まれた時間ポインタ情報を用いて適切な時刻に受信機をオンに切り換えればよい。これにより、宛先ノードＡの受信機が起動される時間が明らかに短くなり、したがって、より多くの電力を節約することができる。
【００２９】
マルチキャスト又はブロードキャストの場合、時間ポインタによる利益は更に大きくなる。このようなシナリオでは、１つのウェークアップ信号ＷＵのみを送信すればよい。ウェークアップ信号ＷＵの継続時間ＴＷＵは、ブロードキャスト伝送の場合、最大値になり、マルチキャストケースにおけるノードＡ〜Ｆのグループに対応するよう算出した場合、より小さい値になる。いずれの場合も、図４に示すように、関係する全てのノードＡ、Ｃ、Ｄは、データ伝送が開始された場合のみ、それぞれの受信機をオンに切り換える。このように、ノードＡ、Ｃ、Ｄは、ウェークアップ信号ＷＵの終わりを時間基準点として用いるためにウェークアップ信号ＷＵの終わりを検出するために、それぞれの受信機を起動された状態に保つ必要はない。
【００３０】
また、時間ポインタと共に後続するデータ伝送の継続時間に関する情報を送信することもできる。他のノードＡ〜Ｆは、ウェークアップ信号ＷＵの送信を開始する前に、媒体がいつ空いているかを検出するネットワーク割当ベクトル（Network Allocation Vector：ＮＡＶ）としてこの情報を用いることができる。
【００３１】
上述した実施形態では、ウェークアップ信号ＷＵの継続時間ＴＷＵに関する明らかな短所がある。ウェークアップ信号ＷＵが長いと、送信側で電力が消費されるだけではなく、相当な時間周期の間、無線チャンネルが占有され、これにより他のノードＡ〜Ｆが他のウェークアップ信号ＷＵを送信することが妨害され、又は他の進行中の伝送において衝突が生じる虞がある（隠れノードシナリオ）。
【００３２】
本発明の更なる実施形態では、宛先ノードＡが受信スロットＲＸの受信を確実に行うことを保証しながら、ウェークアップ信号ＷＵの継続時間ＴＷＵを短縮するために、ネットワーク１のノードＡ〜Ｆは、他のノードＡ〜Ｆとの最後の通信が行われたローカル時刻に関する情報を保存するテーブルを維持する。２つのノードＡ〜Ｆ間の通信の間、各ノードＡ〜Ｆは、そのデータ又は確認応答の一部として、これから先、次の受信ＲＸスロットが出現するまでの時間情報Ｔをピギーバックする。更に、時間情報Ｔを受け取る各ノードは、同じテーブル内に最後のパケットの最後のビットを受け取ったローカル時刻ｔも保存する。
【００３３】
表１は、複数のピアノード＃１、＃３〜＃ｎを有するノード＃２の内部メモリに保存されているタイミングテーブルの具体例を示している。
【００３４】
【表１】
2006148906.tif 000003
【００３５】
図５は、ウェークアップメカニズム及び、ノード＃１及びノード＃２に関するデータ及び監視タイミング情報の交換の具体例を示すタイミングチャートである。図５に示すように、ノード＃２は、データと共に時間情報Ｔ２を送信し、ノード＃１は、時刻ｔ２を検出し、ノード＃２のＴ２に対応するタイミング情報ｔ２を記録する。一方、ノード＃１は、データ又は確認応答と共に時間情報Ｔ１を送信し、ノード＃２は、時間ｔ１を検出し、ノード＃１のＴ１に対応するタイミング情報ｔ１を記録する。
【００３６】
ノード＃２がノード＃１との通信を確立することを望む場合、ノード＃２は、テーブルからノード＃１のＴ１に対応するタイミング情報ｔ１を読み出し、タイミング情報ｔ１、Ｔ１に基づいて、ノード＃１の次の受信スロットＲＸの時刻ｔＮＸＴを計算する。ノード＃１の次の受信スロットＲＸの時刻ｔＮＸＴは、以下のように算出される。
【００３７】
【数１】
2006148906.tif 000004
【００３８】
ここで、Ｎは、ｔ１以降の監視周期ＴＰＬ（受信スロット）の数であり、ＴＰＬは、全てのノード＃１〜＃ｎに共通の監視周期である。監視周期ＴＰＬの数Ｎは、以下のように算出される。
【００３９】
【数２】
2006148906.tif 000005
【００４０】
ここで、Ｅは、全体の約数演算子（entire part operator）である。
【００４１】
図６に示すように、ノード＃１及びノード＃２のシステムクロック間のクロックドリフトのため、式（１）によって算出される開始時刻ｔＮＸＴは、ノード＃１の次の受信スロットＲＸの実際の開始時刻とは異なる。したがって、ノード＃２のウェークアップ信号ＷＵをノード＃１の受信スロットＲＸに正確に一致させるためには、開始時刻ｔＮＸＴ及びウェークアップ信号の継続時間ＴＷＵを算出する際に、クロックドリフトを考慮する必要がある。
【００４２】
ネットワーク１のノード＃１〜＃ｎのシステムクロック間のクロックドリフトは、通常、１００万分の１の単位（parts per million：ｐｐｍ）で特定される。例えば、５ｐｐｍのドリフトを有するクロックは、毎秒あたり、正確な値から最大＋５μ秒又は−５μ秒偏ることがある。したがって、ノード＃１及びノード＃２の両方の絶対クロックドリフトは、時間ｔ１によって示される、それらのノードが最後に通信してからの経過時間に比例する。
【００４３】
最後の通信から、各ノード＃１及びノード＃２において生じる最大のクロックドリフト時間ＴＡＤＤは、以下のように算出される。
【００４４】
【数３】
2006148906.tif 000006
【００４５】
ここで、θは、クロックドリフトを表している。なお、ノード＃２は、最大のクロックドリフト時間ＴＡＤＤの２倍に相当する時間、算出されたｔＮＸＴより前に、ウェークアップ信号ＷＵの送信を開始する必要がある。この理由は、ノード＃１及びノード＃２の一方のクロックが進み、他方のクロックが同じ時間だけ遅れる最悪の場合に対応するためである。したがって、ノード＃２のウェークアップ信号の開始点ｔＷＵＰ＿ＳＴは、以下のように算出される。
【００４６】
【数４】
2006148906.tif 000007
【００４７】
また、クロックドリフト時間ＴＡＤＤは、ウェークアップ信号継続時間ＴＷＵを算出する際にも考慮に入れられなければならない。ノード＃２のクロックがＴＡＤＤだけ進み、ノード＃１のクロックが同じ時間だけ遅れ、ノード＃２がＴＡＤＤの２倍に相当する時間、ｔＮＸＴより前にウェークアップ信号ＷＵの送信を開始する始めると、ウェークアップ信号ＷＵは、４ＴＡＤＤに相当する時間、ノード＃１において受信スロットＲＸが実際に開始されるより前に開始されることになる。この点を考慮して、ウェークアップ信号ＷＵの継続時間ＴＷＵＰは、以下のように算出する必要がある。
【００４８】
【数５】
2006148906.tif 000008
【００４９】
信号の最大の継続時間は、監視周期ＴＰＬであるので式（５）は、以下のように変形される。
【００５０】
【数６】
2006148906.tif 000009
【００５１】
このようにしてｔＷＵＰ＿ＳＴ及びＴＷＵＰを算出することにより、ウェークアップ信号の継続時間を短縮でき、したがって、電力消費量を低減できる。例えば、監視時間ＴＰＬが１秒であり、クロックドリフトが５０ｐｐｍであり、受信スロット時間ＴＳＬが１０ｍ秒であり、２つのノードの間での最後の通信が１分前に行われている場合、式（６）に基づいて算出されるウェークアップ信号の長さは、１秒ではなく、２２ｍ秒だけになる。
【００５２】
更に、ウェークアップ信号ＷＵの継続時間ＴＷＵを短縮するために、各ノード＃１〜＃ｎは、伝送範囲内の他の全てのピアノードについて、実際のクロックドリフトを算出する。この演算は、通信が行われる都度、ローカルクロックとリモートクロックの両方の値を比較することによって行うことができる。クロック値は、データ又は確認応答にピギーバックすることができる。
【００５３】
各ノードにおいて、それぞれのピアノード＃１〜＃ｎについて推定されたクロックドリフトは、内部メモリのタイミングテーブルに保存される。表２は、ノード＃２のタイミングテーブルの具体例を示している。
【００５４】
【表２】
2006148906.tif 000010
【００５５】
更に、各ノード＃１〜＃ｎは、他の全てのノードとテーブルを共有でき、これにより、ネットワークに新たに参加するノードは、全ての他のノードから監視スケジュール及びクロックドリフト値に関する全ての情報を学習する必要はなく、これらのノードのテーブルに保存されている、既に収集されている情報を利用することができる。
【００５６】
図７は、図１に示すワイヤレスのノードＡ〜Ｆのブロック図である。図７に示すように、ノードＡ〜Ｆは、アンテナ２に接続され、ピアノードに／から信号を送信／受信する送受信機３と、送受信機３を制御し、タイミング情報を計算するコントローラ４と、テーブル２を保存するメモリ５とを備える。
【００５７】
本発明の好適な適用分野は、無線通信ネットワークの小型の電池式ノード（機器）であるが、本発明は、通信ネットワークの非電池式の機器に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に基づく複数のノードを含む無線通信ネットワークを図式的に示す図である。
【図２】本発明に基づく１つのノードに関するウェークアップメカニズムの具体例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に基づく１つのノードに関するウェークアップメカニズムの更なる具体例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に基づく複数のノードに関するウェークアップメカニズムの具体例を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明に基づくウェークアップメカニズム及びデータと監視タイミング情報の交換の具体例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明に基づくクロックドリフト算出の具体例を説明するタイミングチャートである。
【図７】図１に示すワイヤレスのノードの具体例のブロック図である。
【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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【外国語明細書】
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2006148906000003.pdf
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