(57)【要約】【課題】センサネットシステムにおける好適な無線通信システムを提供する。【解決手段】ＴＤＭＡ方式において１つのスロットを４つの領域に分割し、大多数のセンサノードが同時にアクセスしても、システムの過渡応答に対して高速に定常状態への収束が可能であり、また優先度に応じてセンサノードのスリープ時間間隔が変化し、各センサノードの送信間隔が一定でない場合においてもＴＤＭＡ方式の制御が可能である。また各センサノードの送信間隔が一定でない場合においても、本来のシステム性能が劣化することはない。【選択図】図４
2006129102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１センサノードと第２センサノードとを含む複数のセンサノードの各々が、所定の周期を時分割して得られる複数のスロットのそれぞれを用いて基地局と通信を行うＴＤＭＡ方式の通信方法であって、
前記複数のスロットは第１スロットと第２スロットとを含み、
前記複数のスロットのそれぞれを複数の領域に時分割し、
前記複数の領域は、第１領域と第２領域を有し、
第１状態において、前記第１センサノードは前記第１スロットの第１領域で通信を行い、前記第２センサノードは前記第２スロットの第１領域で通信を行い、
第２状態において、前記第１センサノードは前記第１スロットの前記第１領域で通信を行い、前記第２センサノードは前記第１スロットの第２領域で通信を行う通信方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のセンサノードの各々は、前記基地局から送信されるパケットを受けるＣＰＵと、前記パケットに含まれるパラメータに基づいて前記ＣＰＵを起動する信号を出力するＲＴＣとを有し、
前記ＣＰＵが起動する時間間隔が変化することにより、前記第１状態から前記第２状態に移行する通信方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数のセンサノードの各々は、前記ＣＰＵにセンシングした情報を出力するセンサをさらに有し、
前記センシングした情報が所定の閾値を超えることにより、前記ＣＰＵが起動する時間間隔が変化する通信方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記複数の領域は第３領域をさらに有し、
前記基地局は、前記複数のスロットの第３領域のそれぞれにパケットを送信し、
前記複数のセンサノードの各々は、前記パケットに含まれるパラメータに基づいて前記基地局と通信することを判断する通信方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記複数のセンサノードの各々が記憶する番号と前記パラメータとを比較することにより、前記基地局と通信することを判断する通信方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記複数の領域は第４領域をさらに有し、
前記複数のセンサノードの各々は、前記基地局が送信する前記パケットに基づいて、前記複数のスロットの第４領域の各々を用いて前記基地局と通信する通信方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記複数のセンサノードの各々は、前記第４領域の各々を用いて前記基地局と通信した後、  前記第１領域を用いて通信する通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサネットのような大容量の情報トラヒックを制御し処理する無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、通信システムにおける無線輻輳制御方式は主にＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡの３つの手法がある。
ＴＤＭＡ方式では、１つの周波数を一定時間ごとに区切るスロットを設ける。複数のセンサノードは基地局から割り当てられた各自のスロットにおいてパケットを送信でき、各センサノードは割り当てられた時間帯において、全帯域幅を使用することができる。ＴＤＭＡ方式は、高い精度の時刻同期が必要であり、これは基地局が送信する定期信号をセンサノードが受信することにより解消している。また、各スロット間には、各センサノードと基地局間の距離の差や送信タイミング誤差などによるパケット衝突を回避するためにガートタイムが設けられている。
【０００３】
ＴＤＭＡ方式は、ＦＤＭＡ方式とは異なり各センサノードに周波数を割り当てる必要がなく、またＣＤＭＡ方式のようにスペクトラム拡散を行わないので、周波数利用効率の面で有効な方式である。またＦＤＭＡ方式に比べて無線周波数安定度が緩和され、基地局の送信器の数が減り、伝送容量が大きく、異なる伝送速度への対応はマルチスロット使用やスロット長を可変にすることにより柔軟に対応できる。現在同期技術の向上とともに、ＴＤＭＡ方式はディジタル自動車電話や携帯電話、ＰＨＳ、衛星通信の分野で広く用いられるようになっている。
【０００４】
従来例としてＴＤＭＡ方式を衛星通信システムに適用した例を挙げる（例えば、特許文献１参照）。この衛星通信システムは衛星回線の利用効率を向上させるためにＴＤＭＡ方式のスロット中に専用スロットを設け、各種制御信号のやり取りを行うものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４５８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
昨今、センサ機能を持ったセンサノードを室内や屋外に配置し、これらのセンサノードと、基地局やインターネット等とを組み合わせて情報ネットワークシステムを構築し、情報基盤システムを形成するセンサネットシステムが注目されている。センサネットシステムに使用されるセンサノードは、無線により基地局と通信を行っており、センサネットに使用されるセンサノードは、タイマー回路（ＲＴＣ等）以外の電源をOFF状態にするスリープ状態と、すべての回路の電源をON状態にし基地局と通信を行う起動状態との２つの動作を交互に一定周期ごとに行っている。
このような動作を行うセンサノードを持つセンサネットシステムにＴＤＭＡ方式を適用した場合、次のような点に配慮すべきことに気づいた。
【０００７】
第１に、センサノードがセンシングした情報によりセンサノードのスリープ時間間隔が急に変化した場合、基地局から各センサノードに対してスロットを再度割り当てる必要がある。このためには、各センサノードを起動状態にしなければならず、システムに負荷がかかる。よって各センサノードのスリープ時間間隔の変化が激しいアプリケーションではＴＤＭＡ方式を用いると、システム性能が著しく劣化してしまう。
【０００８】
第２に、ＴＤＭＡ方式の初期アクセス時に多数のセンサノードが一斉に基地局にアクセスすると、基地局に負荷が集中し、システムが安定するまでに時間を要する場合がある。
これらの課題を有するセンサネットのアプリケーションの例として、災害探知システムがある。災害探知システムでは、火事等の災害を探知する場合には大量のセンサ情報が必要となる。このため災害発生時には、センサノードのスリープ時間間隔が瞬時に変化し、大量のセンサ情報を基地局に送信する必要がある。
【０００９】
従来例としてあげた衛星通信システムはＴＤＭＡスロット中に専用スロットがあるが、この専用スロットは制御信号用の回線に設けてあり、データ回線に対する配慮はなされていない。また、センサノードが基地局に対してアクセスを行う時間間隔が変化したり、大量のセンサノードが一斉に基地局に対して初期アクセスを行う場合についても配慮されていない。よって従来例で挙げた技術をセンサネットのアプリケーションのようにデータ回線のトラヒックの変動が激しいシステムに適応することは難しい。
【００１０】
本発明の目的は、従来のＴＤＭＡ方式をセンサネットシステムに適応した場合の問題点を解消し、センサノードのスリープ時間間隔の変化が激しく大容量の情報処理を必要とするアプリケーションを扱うのに、好適な無線通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による無線通信システムでは、ＴＤＭＡ方式のスロットをｂｅａｃｏｎ領域、初期アクセス領域、緊急領域、通常領域の４つの時間領域に分解する。ｂｅａｃｏｎ領域は各センサノードが基地局からの定期信号を受信する時間領域として、初期アクセス領域は各センサノードが初期にアクセスを行う時間領域として、緊急領域はスリープ時間間隔が変化したセンサノードが通信するための時間領域として、通常領域は通常にセンサノードが通信を行うための時間領域としてそれぞれ使用する。
緊急領域をスロット内に設けることにより、センサノードのスリープ時間間隔が変化してもセンサノードに対しスロットを再割り当てする必要がなくなり、システムの性能が劣化するのを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明の無線通信システムでは、センサノードのスリープ時間間隔が変化したときに、それを基地局に知らせるためにセンサノードのプライオリティ番号を基地局に送信する。基地局は、受信したプライオリティ番号に基づいて上述した緊急領域にセンサノードを割り当てる。これにより、センサノードのスリープ時間間隔が変化しても、他のセンサノードと衝突することなくセンサノードが基地局に対して送信を行うことが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明による無線通信システムでは、全基地局がブロードキャストでｂｅａｃｏｎパケットをｂｅａｃｏｎ領域に送信し、このｂｅａｃｏｎパケットに各基地局の周波数情報と初期アクセスを行うためのパラメータ（ここではユニークワードと称する）を含める。各センサノードは、基地局から送信されたユニークワードとセンサノードが各々持つ固有のID番号とを比較し、それに基づいて初期アクセスの可否を判断する。これにより、多数のセンサノードが基地局に対して初期アクセスを行っても、基地局に負担をかけることなく短時間でシステムを安定させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＴＤＭＡ方式を用いたセンサネットシステムにおいて、センサノードのスリープ時間間隔が変化しても、システムに負担をかけることなくセンサノードと基地局とが通信できる。
【実施例１】
【００１５】
本発明による無線通信システムの第１の実施形態を記す。図１に、本実施例の通信システムの概要図を示す。本システムは、システム全体を統括管理する管理サーバ(１０１)、インターネット（１０２）、基地局(１０３、１０４)、センサノード(１０５、１０６、１０７、１０８)から構成される。図に記述するF１、F２は各基地局がデータチャネルで使用する周波数であり、S１、S２(１０９、１１０)は各基地局がセンサノードを管理することができるサービスエリアである。
【００１６】
センサノードは、ハードウェアにおいてタイマー回路（ＲＴＣ等）以外の電源をOFF状態にするスリープ状態と、すべての回路の電源をON状態にする起動状態との２つの動作を一定周期ごとに使い分ける。センサノードは起動状態において、様々なセンサを用いてセンシングを行う。センシングされた情報はセンサノードによりパケットに格納され、基地局に無線電波で送信される。
【００１７】
基地局は、センサノードから送信されるパケットを誤りなく受信したならば、コマンドＡｃｋパケットを送信してセンサノードに対してスリープ時間間隔の指示を出す。センサノードはコマンドＡｃｋパケットを誤りなく受信したならば、基地局に対して受信完了を通知するためのＡｃｋパケットを送信する。その後基地局はセンサノードから無線電波で通知されるセンサ情報を有線で管理サーバに通知する。管理サーバは各基地局の統括管理を行い、各基地局から送信されたセンサデータをデータベースに格納し、ユーザにインターネットを介して情報を提供する役割を行う。
【００１８】
図２に、センサノードのハードウェア構成を示す。センサノードは、アンテナ(２０１)、ＲＦ部(２０２)、センサ(２０３)、ＣＰＵ(２０４)、電池(２０５)、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｌｏｃｋ）(２０６)、メモリ(２０７)とから構成される。センサノードはアンテナを介して、無線電波の送受を行う。データを送信するための無線電波の発生と、送信されてきた無線電波の復調はＲＦ部で行われる。
【００１９】
起動状態においてＣＰＵは、センサノード内のＲＯＭ上に格納されている制御プログラムをセンサノード内のＲＡＭ上に展開して、制御プログラムを実行する。センサノードから基地局へパケットを送信する場合、制御プログラムを実行しているＣＰＵは、センサに対してセンサ情報（ＳＮＲｉｎｆ）をＣＰＵに送信するよう指示を行う。センサ情報を受け取ったＣＰＵは、それをパケット（ＰＣＫＴ）に格納した後にＲＦ部にパケット送信の指示を出す。
【００２０】
センサノードが基地局からパケットを受け取る場合、ＲＦ部は基地局が送信したパケットの復調を行い、ＣＰＵは復調されたパケットを受け取り、ＣＰＵのスリープ時間間隔等各種パラメータを取得する。ＣＰＵは、取得されたパラメータ（ＰＲＭ）をメモリに出力するとともに、スリープ時間間隔を基にＲＴＣにある一定時間後に起動用信号を出すようにＲＴＣにスリープ時間間隔の指示信号（ＳＬＰ）を出力する。ＲＴＣは常時起動しており、時間の管理を行っている。
センサは、センサノードが起動状態において例えば温度や湿度、質量等のセンシングを行う。センサはセンサノードに内蔵しても外付けとしてもよく、またノード内部と外部との両方に備え付けてもよい。
【００２１】
センサノードは、起動状態において初期アクセスモードと通常アクセスモードの２つの動作モードを備えている。この動作モードは、メモリ上に格納されている初期アクセスフラグ（２０８）を用いてセンサノードが自律的に判断している。また各センサノードが持つ固有のノードID(２０９)及び各種動作を制御するための制御プログラム（２１０）もメモリ上に格納している。
【００２２】
図３に、基地局のハードウェア構成を示す。基地局は、アンテナ(３０１)、ＲＦ部(３０２)、ＣＰＵ(３０３)、Ｎｅｔｗｏｒｋ  ＩＦ（ネットワークインタフェース）(３０４)、ＤＢ（データベース）(３０５)から構成される。基地局は、Ｎｅｔｗｏｒｋ  ＩＦを通じ、有線にてＬＡＮ（３０６）（インターネット？）を介し管理サーバと通信を行う。基地局のアンテナはセンサノードから送信される無線電波の送受を行う。基地局のＲＦ部はセンサノードから送信される無線電波の復調を行い、またデータを送信するための無線電波の発生も行う。ＣＰＵは、センサノードから送信されたパケット（ＰＣＫＴ）、センサノードへ送信するパケットをＲＦ部へ送り、またＮｅｔｗｏｒｋ  ＩＦともパケットの送受信を行う。ＤＢはセンサノードから送信されるセンサ情報（ＳＮＲｉｎｆ）及び各センサノードの固有のID（ＩＤ）をＣＰＵから受け取り、格納する。
【００２３】
図４に、本発明で用いるＴＤＭＡのフォーマットを示す。本発明によるＴＤＭＡでは、アクセス基準周期を基に時間分割を行い、アクセス基準周期をスロット(４０１、４０２、４０３、４０４)等に分割する。また１つのスロット（ＳＬＴ）を４つの時間領域に区分している。１つ目の時間領域としてｂｅａｃｏｎ領域(４０５)、２つ目の時間領域として初期アクセス領域(４０６)、３つ目の時間領域として緊急領域(４０７)、４つ目の時間領域として通常領域(４０８)を設ける。各領域において、センサノード（４１０、４１１、４１２）は基地局（４０９）へのデータパケット（４１４）の送信、基地局から送信されるコマンドＡｃｋパケット（４１５）の受信、基地局へのＡｃｋパケット（４１６）の受信の基本動作を行う。
【００２４】
ｂｅａｃｏｎ領域において、各基地局は１スロットごとにｂｅａｃｏｎパケット（４１３）をブロードキャストでセンサノードに送信する。ブロードキャストとは、ある既知で統一された周波数を無線電波として送信を行うことである。各センサノードは、ｂｅａｃｏｎパケットを一定周期ごとに受信し、ｂｅａｃｏｎパケットに含まれている周波数情報を取得後、その周波数を設定し基地局に対してデータパケットを送信し、初期アクセスを行う。このときセンサノードは初期アクセスモードである。
【００２５】
初期アクセスを行う場合、各センサノードはｂｅａｃｏｎパケットに含まれているユニークワードを用いて初期アクセスの可否を判定する。初期アクセスにおいて、各センサノードはまずキャリアセンスを行う。ここで他のセンサノードが通信をしていたならば、スリープモードに入り先程受信したユニークワードとセンサノード自身のIDとを照合してスリープ時間を推測し設定する。各センサノードはスリープ時間後に再びｂｅａｃｏｎパケットを受信して初期アクセスを行う。センサノードがデータパケット（４１４）を基地局に送信することにより初期アクセスが成功した場合は、基地局はプライオリティ番号を基にコマンドＡｃｋパケット（４１５）を用いてセンサノードに対してＴＤＭＡのスロットに対する時間補正の指示を出す。センサノードはコマンドＡｃｋパケットで指示を受けてから、通常領域にアクセスできるよう時間補整を行い、ある一定時間間隔ごとに起動する。その後センサノードはコマンドAckパケットの受信完了を基地局に通知するためにAckパケットを送信する。
【００２６】
各センサノードは初期アクセスを行った後に通常アクセスモードに移行する。各センサノードは通常アクセスモードに以降後、キャリアセンスを止め通常領域（４０８）を用いて通信を開始する。ここでは基地局は緊急領域と通常領域の２つの領域に対して各センサノードの登録IDのデータをバッファリングしている。基地局が通常領域にセンサノードを割り当てる場合は、スロット番号順に通常領域に割り当てていく。
【００２７】
次に、センサノードのスリープ時間間隔が変化した場合の動作について説明する。センサノードのスリープ時間間隔が変化した場合、センサノードは基地局に対してプライオリティ番号を用いて通知する。基地局はプライオリティ番号の変化を検知し、センサノードをスロット番号順に緊急領域（４０９）に割り当てる。
【００２８】
プライオリティ番号はある条件下において変化する。例としてあるセンサ温度の閾値を設定し、その閾値以上センサが基地局に対して送信するセンサ情報の優先度が上がったと判断し、プライオリティ番号が上がる。プライオリティ番号は、センサノードが送信するデータパケットに格納され、基地局に通知される。基地局は各プライオリティ番号におけるスリープ時間間隔を既に保有しており、通知されたプライオリティ番号を元にセンサノードを緊急領域に割り当てる。温度によるプライオリティ番号の設定はあくまで一例であり、この条件だけによって規定されるものではない。
【００２９】
このように、本発明ではスロット内に通常領域と緊急領域を常備しているため、ＴＤＭＡの定常状態においてセンサノードのスリープ時間間隔が急に変化しても他のセンサノードの通信を妨げず、さらにＴＤＭＡのスロット再割り当てもする必要がなく遅延時間が発生せず有利である。
なお、本実施例ではスロットを４つの領域に時間分割したが、これに制限されるものではない。センサノードが緊急時に送信できるための領域がスロット内に設けてあればよく、スロットの分割数はシステムの用途に応じて適宜変更可能である。  次に、基地局とセンサノードの動作について図５〜図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３０】
図５に基地局の動作のフローチャートを示す。基地局は一定周期ごとにｂｅａｃｏｎパケットをセンサノードに対して送信する(５０１)。その後基地局はタイマーカウントを開始する(５０２)。その後、各基地局固有の周波数を設定し(５０３)、パケット受信を開始する(５０４)。その後センサノードから送信されたパケットを受信した場合は、センサノードが送信したプライオリティ番号を基にコマンドＡｃｋでセンサノードに対してＴＤＭＡのスロットに対する時間的な補整の指示を出す（５０５）。コマンドＡｃｋパケットを受信したセンサノードが送信するＡｃｋパケットを受信した後（５０６）、タイマーカウントがある規定値時間になり、タイマーカウントがアウト(５０７)になれば再びｂｅａｃｏｎを送信する。
【００３１】
図６に、初期アクセスモードにおけるセンサノードのフローチャートを示す。まずセンサノードは初期アクセスモードの有無を確認する(６０１)。初期アクセスモードのフラグが立っていれば初期アクセスモードに移行し、フラグが下がっていれば通常アクセスモードに移行する(６０２)。初期アクセスモードの場合、基地局から定期的に送信されるｂｅａｃｏｎパケットを初めに受信する(６０３)。その後beacon信号に含まれている基地局ごとが固有にもつデータチャネル用の周波数を設定する(６０４)。その後基地局のｂｅａｃｏｎに含まれているユニークワード を基に初期アクセスの可否を判断する（６０５）。
【００３２】
初期アクセスが可能であることを判断するための規則性としては、次のようなものが考えられる。例えば、ユニークワードでノードIDを割り商が奇数の場合、ユニークワードでノードIDを割り商が偶数の場合、ユニークワードでノードIDを割り余りが奇数の場合、ユニークワードでノードIDを割り余りが偶数の場合、ユニークワードが偶数の場合、ユニークワードが奇数の場合、ユニークワードでノードIDを割り商がスロット番号と一致した場合、ユニークワードでノードIDを割り余りが０の場合などが考えられる。
【００３３】
もし通信が可能であれば初期アクセス領域においてキャリアセンスを行い他のセンサノードの通信状況を判断し(６０６)、他のセンサノードの通信がない場合は、パケット送信する(６０７)。その後基地局が送信するコマンドＡｃｋパケットを受信する(６０８)。コマンドＡｃｋパケットを受信しない場合は、ｂｅａｃｏｎパケットを受信したユニークワードの情報を基に規定値時間スリープを行う(６１１)。その後再び初期アクセスモードかを確認してｂｅａｃｏｎパケットの受信を開始する。コマンドＡｃｋを受信した場合はコマンドＡｃｋに対するＡｃｋパケットを送信する（６０９）。その後初期アクセスフラグをOFFにし（６１０）、規定値時間スリープに入る(６１１)。  このように、初期アクセスモードにおいて、センサノードが送信されたユニークワードと自身のＩＤとに基づき、所定の規則性に基づいて初期アクセスの可否の判断を行うので、多数のセンサノードが基地局に対して初期アクセスを行っても、基地局に負担をかけることなく短時間でシステムを安定させることが可能となる。
【００３４】
図７に通常アクセスモードにおけるセンサノードのフローチャートを示す。センサノードは起動後に通常アクセスモードに移行したかどうかを確認し(７０１)、通常アクセスモードである場合はパケット送信を開始する(７０３)。その後基地局が送信するコマンドＡｃｋパケットを受信する(７０４)。コマンドＡｃｋパケットを受信しない場合は、再送回数を確認し設定した規定値以下であればパケットを再送する（７０７）。再送回数が設定した規定値以上であれば、更に再送回数の総数を確認して規定値以上(７０８)であれば初期アクセスフラグをONにする(７０９)。その後、設定した規定値時間スリープ状態(７０６)となる。コマンドＡｃｋを受信した場合は、Ａｃｋパケットを送信し（７０５）、基地局からの時間補正の指示を受け設定した規定値時間スリープ状態となる（７０６）。
【００３５】
次に、図８〜図１０を用いてセンサノード、基地局が送信する各パケットのパケット構造について示す。
図８にセンサノードが送信するデータパケットのパケット構造を示す。データパケットは物理層ヘッダー(８０１)と通常データ(８０２)とから構成される。通常データはMAC層ヘッダー(８０３)、データ部(８０４)、誤り検出符合(８０５)から構成される。物理層ヘッダーは同期を取るための信号及びパケット長等の情報が含まれている。MAC層ヘッダーにはセンサノードのIDや輻輳制御用の情報が含まれている。誤り検出符合はパケットの誤りを検出するための符号である。もしデータ部から導出される符号に適合していなければ、パケットを誤りとみなす。データパケットとＡｃｋパケットのデータは同じ構造である。
【００３６】
図９に基地局が送信するｂｅａｃｏｎパケットのパケットフォーマット構造を示す。ｂｅａｃｏｎパケットは物理層ヘッダー(９０１)及びｂｅａｃｏｎデータ(９０２)から構成される。ｂｅａｃｏｎデータは、MAC層ヘッダー(９０３)及びユニークワード(９０４)及び周波数チャネル番号(９０５)及び誤り検出符合(９０６)の情報から構成される。物理層ヘッダー(９０１)は同期を取るための信号及びパケット長等の情報が含まれている。MAC層ヘッダー(９０３)にはセンサノードのIDや輻輳制御用の情報が含まれている。ユニークワードは各センサノードが初期アクセスを行うために用いる。ここでユニークワードをある規則正を持つ値と定義する。例えば、スロット１においてのｂｅａｃｏｎパケットのユニークワードは１、スロット２においてのユニークワードは２、というようにユニークワードをスロット番号と同じにすることが考えられる。また周波数チャネル番号(６０５)を基に各センサノードは各基地局が所有するデータチャネル用の周波数の設定を行う。
【００３７】
図１０に基地局が送信するコマンドＡｃｋパケットのパケットフォーマット構造を示す。コマンドＡｃｋパケットは物理層ヘッダー(１００１)及びコマンドデータ(１００２)から構成される。コマンドＡｃｋパケットのコマンドデータはMAC層ヘッダー(１００３)及び補整時間(１００４)及び誤り検出符合(１００５)から構成される。物理層ヘッダーは同期を取るための信号及びパケット長等の情報が含まれている。MAC層ヘッダーにはセンサノードのIDや輻輳制御用の情報が含まれている。この補整時間を基に各センサノードはスリープ時間間隔の補整を行う。
【００３８】
次に、図１１〜図１３を用いて、初期アクセスモード、通常アクセスモード、及びセンサノードが緊急領域で送信を行うときの、スロットとパケットとの関係について示す。
まず、図１１にセンサノードの初期アクセスモードにおける、センサノードが送信するパケットとスロット内の領域との関係について示す。各スロットは、前述したようにｂｅａｃｏｎ領域（１１０３）、初期アクセス領域（１１０４）、緊急領域（１１０５）、通常領域（１１０６）に分割されている。センサノードはスロット（ＳＬＴ１）の初期アクセス領域にパケット（１１０１）を送信し、基地局に対して初期アクセスする。パケットを受信した基地局は、データベースに対してセンサノード固有のＩＤの登録を行う。その後、基地局から送信されたコマンドＡｃｋパケットを受けたセンサノードが時間補整をし、次のパケットを通常パケット領域(１１０２)に送信できるようにする。
【００３９】
図１２にセンサノードの通常アクセスモードにおける通常領域での割り当て手法を示す。各センサノードは初期アクセスを行い基地局のデータベースに対して登録を行う。その後センサノードに対してコマンドＡｃｋパケットを用いて各センサノードに対して時間補整をかける。時間補整が掛かった各センサノードは各スロットの通常領域（１２０５）上に、登録順に規則正しく配列され、パケット(１２０１、１２０２、１２０３、１２０４)を送信する。
【００４０】
図１３にセンサノードが緊急領域で送信する場合における手法を示す。この場合において、センサノードの優先度に基づいて、センサノードが送信するパケット（１３０１、１３０２、１３０３、１３０４）の通常領域と緊急領域への割り当て手法について述べる。センサノードは定常状態からプライオリティ番号を基にして、基地局に対して状態遷移の通知を行う。プライオリティ番号が高い場合は、スロット番号順に緊急領域にセンサノードのパケットを割り当てる。ここでは、例えばプライオリティ番号が高いセンサノード１が送信するパケット（１３０５）をスロット３（ＳＬＴ３）の緊急領域（１３０７）に、センサノード２が送信するパケット（１３０６）をスロット４（ＳＬＴ４）の緊急領域（１３０８）にそれぞれ割り当てる。これにより、通常領域（１３０９、１３１０）を使用するセンサノードが送信するパケット（１３０３、１３０４）と衝突することなく、プライオリティ番号の高いセンサノードがパケットを送信することが可能となる。
【００４１】
次に、本実施例のＴＤＭＡ方式を用いたセンサネットシステムのシステムパラメータの理論値の例を説明する。なお、これらのパラメータは、後述する実施例２にも適用可能であることは言うまでもない。
無線仕様としてデータレート１９．２［ｋｂｐｓ］、無線通信方式としてＦＳＫ （ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、センサノードのスリープ時間間隔５分、１パケット２４０[ｂｉｔ]で再送なし、１基地局１０００台のセンサノードが制御可能と仮定する。
【００４２】
５分をアクセス基準周期とし、１基地局として１０００台のセンサノードが制御可能であるので１スロットは３００[sec]/１０００[台]で３００[ms]と定義することができる。ここで１パケットが要する時間は２４０[bit]/１９．２[kbps]なので約１２．５[ms]の時間を要する。１パケットが要する時間を１２．５[ms]と考慮した上で１スロット３００[ms]を４つの領域に分割する。１つめの領域としてｂｅａｃｏｎ領域は、ｂｅａｃｏｎを受信するだけの領域なのでガードバンドを考慮した上で２０[ms]とした。次に初期アクセス領域及び緊急スロット領域、通常スロット領域は残りの２８０[ms]を平等に分割して各々９３[ms]とする。よって上記例においては１スロット３００[ms]、ｂｅａｃｏｎ領域２０[ms]、初期アクセス領域９３[ms]、緊急領域９３[ms]、通常領域９３[ms]と定義できる。
【００４３】
従来のＴＤＭＡ方式では５分が基準周期で、１０００台のセンサノードの制御可能である場合、提案手法同様１スロットは３００[ms]である。しかし１パケットが要する時間が１２．５[ms]であるので、１スロット中に２５０[ms]以上、ユーザが時間を占有しない領域が存在する。本実施例はこれらの領域を有用かつ効率的に用いている。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２について説明する。実施例１では、センサノードのＩＤが基地局に登録された順番に、基地局がセンサノードをスロットの通常領域に割り当てる様子を示したが、実施例２では、登録された順番とは関係なく、基地局がランダムにセンサノードをスロットの通常領域に割り当てる様子を示す。
【００４５】
図１４に、センサノードがランダムに通常領域に割り当てた場合における手法を示す。各センサノードが初期アクセスを行い基地局のデータベースに対して登録を行う。その後センサノードに対してコマンドＡｃｋパケットを用いて各センサノードに対して時間補整をかける。時間補整が掛かったセンサノードは通常領域上にランダムに割り当てられ、パケット（１４０１、１４０２、１４０３）を送信する。ここでは、例えばＩＤ番号３をもつセンサノード３がスロット１（ＳＬＴ１）の通常領域（１４０４）に、ＩＤ番号１をもつセンサノード１がスロット３（ＳＬＴ３）の通常領域（１４０５）に、ＩＤ番号２をもつセンサノード２がスロット４（ＳＬＴ４）の通常領域（１４０６）にパケットを送信する。
【００４６】
図１５に、本実施例において通常領域から緊急領域に状態が遷移した場合に、センサノードの優先度に基づいて通常領域と緊急領域とが割り当てられる手法について述べる。センサノードは定常状態からプライオリティ番号を基にして、基地局に対して状態遷移の通知を行う。プライオリティ番号が高い場合は、ランダムにスロット番号順に緊急領域にセンサノードを割り当て、センサノードは割り当てられたスロットにパケットを送信する。ここでは、例えばプライオリティ番号の高いセンサノード３がスロット３（ＳＬＴ３）の緊急領域（１５０４）に、センサノード１がスロット４（ＳＬＴ４）の緊急領域（１５０５）に、それぞれパケット（１５０１、１５０２）を送信することが可能となる。この場合においても他の通常領域（１５０６）に割り当てられているセンサノードのパケット(１５０３)に対して、影響を及ぼすことがない。
【００４７】
規則正しく配置した場合は、図１６に示すように他のスロットとの間隔がなく、各センサノードのRTCのずれが非常に激しい場合は、他のセンサノードのパケットに衝突する場合がある。
しかし割り当ての規則性をなくすことにより、規則正しく配置するより他のスロットとの間隔を取ることができる。この場合センサノード間によるパケット衝突の回避確率を上昇することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明における無線通信システムの概要図である。
【図２】センサノードのハードウェア構成図である。
【図３】基地局のハードウェア構成図である。
【図４】本発明で用いるＴＤＭＡのフォーマットである。
【図５】基地局の動作フローチャート図である。
【図６】センサノードの初期アクセスモードにおける動作のフローチャート図である。
【図７】センサノードの通常アクセスモードにおける動作のフローチャート図である。
【図８】データパケットのパケット構造である。
【図９】ｂｅａｃｏｎパケットのパケット構造である。
【図１０】ＡＣＫパケットのパケット構造である。
【図１１】センサノードが初期アクセスを基地局に対して行う概念図である。
【図１２】スロット番号順に割り当てる場合における概念図である。
【図１３】通常領域から緊急領域に遷移する概念図である。
【図１４】ランダムに割り当てる場合における概念図である。
【図１５】通常領域から緊急領域にランダムに遷移する概念図である。
【図１６】規則正しく配列する場合と不規則に配置する場合の違いにおける概念図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１ 管理サーバ１０２ インターネット  １０３ 基地局  １０４ 基地局  １０５ センサノードN１ １０６ センサノードN２ １０７ センサノードN３ １０８ センサノードN４ １０９ サービスエリア１ １１０ サービスエリア２
２０１ アンテナ  ２０２  ＲＦ部  ２０３  センサ  ２０４  ＣＰＵ  ２０５  電池  ２０６  ＲＴＣ（Real Time Clock）  ２０７ メモリ  ２０８ 初期アクセスフラグ  ２０９ ノードID  ２１０ 制御プログラム
３０１ アンテナ  ３０２  ＲＦ部  ３０３  ＣＰＵ  ３０４  IF（インターフェース）  ３０５データベース  ３０６有線LAN
４０１ スロット１  ４０２  スロット２  ４０３  スロット３  ４０４  スロット４  ４０５ beacon領  域  ４０６ 初期アクセス領域  ４０７  緊急領域  ４０８  通常領域  ４０９  基地局  ４１０  センサーノード１  ４１１  センサーノード２  ４１２  センサーノード３  ４１３  beaconパケット  ４１４  データパケット  ４１５  コマンドAckパケット  ４１６  Ackパケット
５０１  ｂｅａｃｏｎパケット送信  ５０２  タイマーカウント開始  ５０３  基地局固有周波数設定  ５０４  パケット受信開始  ５０５  コマンドAck送信  ５０６  Ackパケット受信  ５０７  タイマーカウントアウト  
６０１  初期アクセスモード   ６０２  通常アクセスモード  ６０３  ｂｅａｃｏｎパケット受信  ６０４  基地局固有周波数設定    ６０５  初期アクセスの可否  ６０６  キャリアセンス    ６０７  パケット送信    ６０８  コマンドＡＣＫパケット受信  ６０９  Ａｃｋパケット送信  ６１０  初期アクセスフラグOＦＦ    ６１１  規定値時間スリープ
７０１  通常アクセスモード    ７０２  初期アクセスモード  ７０３  パケット送信  ７０４  コマンドＡｃｋパケット受信  ７０５  Ａｃｋパケット送信  ７０６  規定値スリープ  ７０６  再送回数規定値の判定  ７０８  再送回数総規定値の判定  ７０９  初期アクセスフラグON 
８０１  物理層のヘッダー  ８０２  通常データ  ８０３  MAC層のヘッダー  ８０４  データ（プライオリティ番号及びセンサ情報）  ８０５  CRC１６(パケット誤り検出符号)
９０１  物理層のヘッダー  ９０２  beaconデータ  ９０３  MAC層のヘッダー  ９０４  ユニークワード  ９０５  基地局固有の周波数チャネル番号    ９０６  誤り検出符号
１００１  物理層のヘッダー  １００２  コマンドデータ  １００３  MAC層のヘッダー  １００４  スリープ時間補整パラメータ    １００５  誤り検出符合
１１０１ 初期アクセス領域におけるセンサノード１  １１０２ 通常領域におけるセンサノード１  １１０３  beacon領域  １１０４  初期アクセス領域  １１０５  緊急領域  １１０６  通常領域
１２０１ 通常領域におけるセンサノード１  １２０２ 通常領域におけるセンサノード２  １２０３ 通常領域におけるセンサノード３  １２０４ 通常領域におけるセンサノード４  １２０５  通常領域
１３０１ 通常領域におけるセンサノード１  １３０２ 通常領域におけるセンサノード２  １３０３ 通常領域におけるセンサノード３  １３０４ 通常領域におけるセンサノード４  １３０５  緊急領域におけるセンサノード１  １３０６  緊急領域におけるセンサノード２  １３０７  スロット３における緊急領域  １３０８    
スロット４における緊急領域  １３０９  スロット３における通常領域  １３１０  スロット４における通常領域
１４０１ 通常領域におけるセンサノード１  １４０２ 通常領域におけるセンサノード２  １４０３ 通常領域におけるセンサノード３  １４０４  スロット１の通常領域  １４０５  スロット２の通常領域  １４０６ スロット３の通常領域
１５０１ 通常領域におけるセンサノード３  １５０２ 通常領域におけるセンサノード１  １５０３ 通常領域におけるセンサノード２ １５０４ スロット３における緊急領域 １５０５ スロット４における緊急領域  １５０６  通常領域
１６０１  センサノード１  １６０２  センサノード２ 。
【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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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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