(57)【要約】【課題】データ中継装置とノードとの間において共通の周波数の電波により電力及びデータを効率的に伝送する。【解決手段】データ中継装置１は、電力を複数のノードＮへ伝送するための電波である電力伝送信号Ｅを送信する電力送信部２と、データを複数のノードＮから伝送するための電波であるデータ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを指示するための電波である制御信号Ｃを送信する制御信号送信部３と、データ伝送信号Ｄを受信するデータ受信部４と、電力送信部２、制御信号送信部３及びデータ受信部４を制御すると共に、データ受信部４が受信した受信信号を処理する制御部６と、を備え、制御部６は、所定タイミングで制御信号Ｃを送信すると共に、制御信号Ｃの複数のノードＮへの送信期間においては電力伝送信号Ｅの複数のノードＮへの送信を中断する第１の通信モードを実行するように、電力送信部２及び制御信号送信部３を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継装置であって、
電力を前記複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、前記複数のノードへ送信する電力送信部と、
データを前記複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、前記複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、前記複数のノードへ送信する制御信号送信部と、
前記データ伝送信号を受信するデータ受信部と、
前記電力送信部、前記制御信号送信部及び前記データ受信部を制御すると共に、前記データ受信部が受信した受信信号を処理する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
所定タイミングで前記制御信号を送信すると共に、前記制御信号の前記複数のノードへの送信期間においては前記電力伝送信号の前記複数のノードへの送信を中断する第１の通信モードを実行するように、前記電力送信部及び前記制御信号送信部を制御する、
ことを特徴とするデータ中継装置。
【請求項２】
前記受信信号から前記電力伝送信号を除去するキャンセル処理を実行する回路部を更に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ中継装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記制御信号を定期的に前記複数のノードへ送信するように制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ中継装置。
【請求項４】
前記複数のノードが送信した前記データ伝送信号を前記データ受信部により受信した場合に、前記データ伝送信号を受信したことを、前記複数のノードに対して通知するための電波である確認信号を、前記複数のノードへ送信する確認信号送信部を更に備え、
前記制御部は、
前記制御信号送信部の動作を停止させると共に前記確認信号送信部の動作を起動させる第２の通信モードを実行し、
前記第２の通信モードの実行中は、前記確認信号の前記複数のノードへの送信期間において前記電力伝送信号の前記複数のノードへの送信を中断するように、前記電力送信部及び前記確認信号送信部を制御し、
前記複数のノードが前記データ伝送信号を送信する頻度に応じて、前記第１の通信モードと前記第２の通信モードとを切り替えて実行する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のデータ中継装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記頻度が予め設定された閾値よりも低い場合には、第１の通信モードを実行し、前記頻度が前記閾値よりも高い場合には、第２の通信モードを実行する、
ことを特徴とする請求項４に記載のデータ中継装置。
【請求項６】
複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継方法であって、
データ中継装置が、電力を前記複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、前記複数のノードへ送信する電力送信ステップと、
前記データ中継装置が、データを前記複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、前記複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、所定タイミングで前記複数のノードへ送信する制御信号送信ステップと、
前記データ中継装置が、前記データ伝送信号を受信するデータ受信ステップと、
前記データ中継装置が、前記制御信号の前記複数のノードへの送信期間において、前記電力伝送信号の前記複数のノードへの送信を中断する電力送信中断ステップと、
を備えることを特徴とするデータ中継方法。
【請求項７】
複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継プログラムであって、
コンピュータを、
電力を前記複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、前記複数のノードへ送信する電力送信手段、
データを前記複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、前記複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、所定タイミングで前記複数のノードへ送信する制御信号送信手段、
前記データ伝送信号を受信するデータ受信手段、
前記制御信号の前記複数のノードへの送信期間において、前記電力伝送信号の前記複数のノードへの送信を中断する電力送信中断手段、
として機能させることを特徴とするデータ中継プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ中継装置、データ中継方法及びデータ中継プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサネットワーク技術において、複数のノードから送信されたデータを中継するデータ中継装置が用いられている。データ中継装置は、ノードとの間で電波を送受信することによりデータを伝送する。
【０００３】
ところで、例えばＩｏＴ（Internet of Things）の技術によって種々のノードを無線ネットワークに接続するためには、ノードに電力を供給することが必要である。そのための方法として、電力を供給するための電波をデータ中継装置からノードに送信することにより、ノードへの電力供給を行うことが提案されている。例えば非特許文献１には、テレビ塔からの電波や電子レンジの漏れ電波によってノードに電力を供給可能であることが記載されており、この技術をデータ中継装置からノードへの電力の供給に適用することが考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Kawahara Y., Bian, X., Shigeta,R., Vyas, R., Tentzeris, M. M. and Asami, T., “Power harvesting frommicrowaveoven electromagnetic leakage, Proceedings of the 15th InternationalConference on Ubiquitous Computing(UbiComp’13)”, Zurich, Switzerland, p.373-382(2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の無線ネットワークにおいては、トラヒックが増大した結果、電波の周波数は既に種々の対象に割り当てられている。このため、データ中継装置からノードへ電力を伝送するための電波に新たな周波数を割り当てることは、実際上容易ではない。そこで、電波資源を有効に活用するため、無線全二重方式を用いて、データ中継装置からノードへ電力を伝送する電波の周波数と、ノードからデータ中継装置へデータを伝送する電波の周波数と、を共通化することが考えられる。
【０００６】
ところが、データ中継装置とノードとの間において電力及びデータを伝送する電波の周波数を共通化しようとすると、既存のメディアアクセス制御プロトコルを適用することができないという問題が生じる。例えば、従来のCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/CollisionAvoidance）方式では、ノードからデータ中継装置へデータを伝送する場合、ノードは、当該データの発生から所定時間のバックオフ時間が経過した後にキャリアセンスを行う。そして、他のノードがデータを伝送している状況にないことが確認されたときに、ノードは、データ中継装置へデータを伝送する。このとき、他のノードがデータを伝送している状況になかったとしても、データ中継装置が電力を伝送している状況にあるときには、ノードは、他のノードがデータを伝送している状況にあると認識してしまうため、データ中継装置へデータを伝送できない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、データ中継装置とノードとの間において共通の周波数の電波により電力及びデータを効率的に伝送することができるデータ中継装置、データ中継方法及びデータ中継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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のデータ中継装置は、複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継装置であって、電力を複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、複数のノードへ送信する電力送信部と、データを複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、複数のノードへ送信する制御信号送信部と、データ伝送信号を受信するデータ受信部と、電力送信部、制御信号送信部及びデータ受信部を制御すると共に、データ受信部が受信した受信信号を処理する制御部と、を備え、制御部は、所定タイミングで制御信号を送信すると共に、制御信号の複数のノードへの送信期間においては電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断する第１の通信モードを実行するように、電力送信部及び制御信号送信部を制御する。
【０００９】
或いは、本発明のデータ中継方法は、複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継方法であって、データ中継装置が、電力を複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、複数のノードへ送信する電力送信ステップと、データ中継装置が、データを複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、所定タイミングで複数のノードへ送信する制御信号送信ステップと、データ中継装置が、データ伝送信号を受信するデータ受信ステップと、データ中継装置が、制御信号の複数のノードへの送信期間において、電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断する電力送信中断ステップと、を備える。
【００１０】
或いは、本発明のデータ中継プログラムは、複数のノードから伝送されたデータを中継するデータ中継プログラムであって、コンピュータを、電力を複数のノードへ伝送するための電波である電力伝送信号を、複数のノードへ送信する電力送信手段、データを複数のノードから伝送するための電波であるデータ伝送信号を送信すべきタイミングを、複数のノードに対して指示するための電波である制御信号を、所定タイミングで複数のノードへ送信する制御信号送信手段、データ伝送信号を受信するデータ受信手段、制御信号の複数のノードへの送信期間において、電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断する電力送信中断手段、として機能させる。
【００１１】
このようなデータ中継装置、データ中継方法或いはデータ中継プログラムの何れかによれば、データ中継装置は、第１の通信モードを実行して、制御信号の送信期間においては電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断するため、複数のノードに対して電力伝送信号と混信していない状態の制御信号を送信できる。このため、複数のノードによってキャリアセンスが行われない第１の通信モードにおいて、データ中継装置は、データ伝送信号を送信すべきタイミングを複数のノードに適切に指示することができる。よって、データ中継装置とノードとの間において共通の周波数の電波により電力及びデータを効率的に伝送することができる。
【００１２】
また、受信信号から電力伝送信号を除去するキャンセル処理を実行する回路部を更に有してもよい。この場合、データ中継装置は、受信信号において、複数のノードから受信したデータ伝送信号と電力伝送信号とが混信している状態であったとしても、データ伝送信号を適切に受信することができる。
【００１３】
また、制御部は、制御信号を定期的に複数のノードへ送信するように制御してもよい。この場合、データを複数のノードから定期的に伝送することができる。
【００１４】
また、複数のノードが送信したデータ伝送信号をデータ受信部により受信した場合に、データ伝送信号を受信したことを、複数のノードに対して通知するための電波である確認信号を、複数のノードへ送信する確認信号送信部を更に備え、制御部は、制御信号送信部の動作を停止させると共に確認信号送信部の動作を起動させる第２の通信モードを実行し、第２の通信モードの実行中は、確認信号の複数のノードへの送信期間において電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断するように、電力送信部及び確認信号送信部を制御し、複数のノードがデータ伝送信号を送信する頻度に応じて、第１の通信モードと第２の通信モードとを切り替えて実行してもよい。この場合、データ中継装置は、確認信号の送信期間においては電力伝送信号の複数のノードへの送信を中断することで、複数のノードに対して電力伝送信号と混信していない状態の確認信号を送信する第２の通信モードを実行可能である。また、データ中継装置は、第１の通信モードと第２の通信モードとを切り替えて実行可能であるため、ノードがデータ伝送信号を送信する頻度に応じて、より効率の良い通信モードを選択して実行することができる。
【００１５】
また、制御部は、頻度が予め設定された閾値よりも低い場合には、第１の通信モードを実行し、頻度が閾値よりも高い場合には、第２の通信モードを実行してもよい。この場合、データ中継装置は、ノードがデータ伝送信号を送信する頻度が低いときには第２の通信モードよりも第１の通信モードの方が効率が良くなるため、このときには第１の通信モードを選択して実行し、ノードがデータ伝送信号を送信する頻度が高いときには第１の通信モードよりも第２の通信モードの方が効率が良くなるため、このときには第２の通信モードを選択して実行することができる。その結果、データ中継装置は、ノードがデータ伝送信号を送信する頻度に応じて、より効率の良い通信モードを選択して実行することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、データ中継装置とノードとの間において共通の周波数の電波により電力及びデータを効率的に伝送することができるデータ中継装置、データ中継方法及びデータ中継プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るデータ中継装置を示す機能ブロック図である。
【図２】キャンセル回路の回路構成を模式的に示す図である。
【図３】第１の通信モードによるデータ中継装置及びノードの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】第２の通信モードによるデータ中継装置及びノードの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第１の通信モードと第２の通信モードとの切り替えを説明するためのフローチャートである。
【図６】プログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【図７】第１の通信モード及び第２の通信モードにおいて、ノードがデータ伝送信号を送信する時間間隔とフレームエラー率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るデータ中継装置、データ中継方法及びデータ中継プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るデータ中継装置を示す機能ブロック図である。本実施形態に係るデータ中継装置１は、図１に示すように、複数のノードＮと無線通信を行うことにより伝送されるデータを中継し、他のネットワーク、他の装置等へ伝送する装置であり、電力送信部（電力送信手段、電力送信中断手段）２、制御信号送信部（制御信号送信手段）３、データ受信部（データ受信手段）４、確認信号送信部５及び制御部６を備えている。データ中継装置１は、例えば無線ＬＡＮにおけるアクセスポイントであってもよいし、センサネットワークを構成するゲートウェイ装置であってもよい。
【００２０】
ノードＮは、データをデータ中継装置１へ伝送するための電波であるデータ伝送信号Ｄをデータ中継装置１へ送信するものであれば、特に限定されない。例えば、ノードＮは、データ中継装置１に伝送するデータを自ら取得するセンサノードであってもよく、他の機器又は作業者からの入力を受け付けることによってデータを取得する機器であってもよい。センサノードは、例えば、自動車又は自動販売機等に搭載され、温度、圧力、加速度等のデータを取得してデータ中継装置１に送信するものであってもよい。なお、以下の説明において、複数のノードＮには、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２が含まれるものとする。
【００２１】
電力送信部２は、電力を複数のノードＮへ伝送するための電波である電力伝送信号Ｅを、複数のノードＮへ送信する。電力送信部２は、後述する制御信号Ｃ又は確認信号Ａの複数のノードＮへの送信期間を除いては、電力伝送信号Ｅを複数のノードＮへ送信している。
【００２２】
制御信号送信部３は、データ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを複数のノードＮに対して指示するための電波である制御信号Ｃを、複数のノードＮへ送信する。制御信号送信部３は、制御信号Ｃを定期的に（すなわち、所定時間毎に）複数のノードＮへ送信する。なお、「定期的に」或いは「所定時間毎に」とは、条件に応じて時間間隔を変える場合も含む。すなわち、ある条件において制御信号送信部３が制御信号Ｃを複数のノードＮへ定期的に送信する時間間隔と、別の条件において制御信号送信部３が制御信号Ｃを複数のノードＮへ定期的に送信する時間間隔と、は互いに異なっていてもよい。制御信号Ｃは、複数のノードＮの内、データ伝送信号Ｄを送信すべきノードＮを指定する情報を含む。また、制御信号Ｃは、各ノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信すべきタイミング（例えば、無線信号に含まれるフレーム中のスロット）を指定する情報を含む。
【００２３】
データ受信部４は、複数のノードＮにより送信されたデータ伝送信号Ｄを受信する。本実施形態では、複数のノードＮはデータ伝送信号Ｄを定期的に送信し、データ受信部４は複数のノードＮから送信されたデータ伝送信号Ｄを定期的に受信する関係にある。なお、データ受信部４が受信する受信信号には、データ伝送信号Ｄと、電力送信部２によって送信された電力伝送信号Ｅと、が含まれている。すなわち、データ受信部４は、データ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅとが混信している状態の受信信号を受信する。
【００２４】
確認信号送信部５は、複数のノードＮが送信したデータ伝送信号Ｄをデータ受信部４により受信した場合に、データ伝送信号Ｄを受信したことを複数のノードＮに対して通知するための電波である確認信号Ａを、複数のノードＮへ送信する。データ伝送信号Ｄを送信した複数のノードＮは、確認信号送信部５から送信される確認信号Ａを受信した場合には、データ伝送信号Ｄが確認信号送信部５によって受信されたことを認識できる。一方、データ伝送信号Ｄを送信した複数のノードＮは、確認信号送信部５から送信される確認信号Ａを受信できない場合には、データ伝送信号Ｄが確認信号送信部５によって受信されていない可能性があることを認識できる。
【００２５】
制御部６は、電力送信部２、制御信号送信部３、データ受信部４及び確認信号送信部５を制御して、上述した動作を実行させる。制御部６は、所定タイミングで制御信号Ｃを送信すると共に、制御信号Ｃの複数のノードＮへの送信期間においては電力伝送信号Ｅの複数のノードＮへの送信を中断する第１の通信モードと、制御信号送信部３の動作を停止させると共に確認信号送信部５の動作を起動させる第２の通信モードと、を切り替えて実行する。また、制御部６は、データ受信部４が受信した受信信号を処理する。例えば、制御部６は、受信信号から電力伝送信号Ｅを除去するキャンセル処理を実行する。図２は、キャンセル回路の回路構成を模式的に示す図である。制御部６は、図２に示すように、データ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅとが混信している状態の受信信号から、電力伝送信号Ｅを除去するキャンセル回路（回路部）７を有している。キャンセル回路７は、アナログキャンセル回路８及びデジタルキャンセル回路９を含む。
【００２６】
アナログキャンセル回路８は、信号の加算等の処理を行う位相制御回路１０と、電力伝送信号Ｅの逆位相信号を生成するバラン１１と、を含む。アナログキャンセル回路８は、データ受信部４が受信した受信信号を位相制御回路１０に入力すると共に、電力送信部２によって送信されている電力伝送信号Ｅをバラン１１にて位相反転させた逆位相信号を位相制御回路１０に入力する。そして、アナログキャンセル回路８では、位相制御回路１０が、データ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅの逆位相信号とを加算すると共に電力伝送信号Ｅのキャンセル効率が高くなるように微調整することにより、受信信号に含まれる電力伝送信号Ｅを除去してデータ伝送信号Ｄを抽出する。
【００２７】
デジタルキャンセル回路９は、アナログキャンセル回路８によって電力伝送信号Ｅが除去された受信信号から、アナログキャンセル回路８によって除去しきれなかった電力伝送信号Ｅを除去してデータ伝送信号Ｄを精度良く抽出する。例えば、デジタルキャンセル回路９は、電力送信部２によって送信された電力伝送信号Ｅが、例えば周囲の構造物によって反射等された後にデータ受信部４によって受信された場合に対応する信号を生成し、当該信号をアナログキャンセル回路８からの出力信号からデジタル演算により減算する。これにより、デジタルキャンセル回路９は、アナログキャンセル回路８によって除去しきれない電力伝送信号Ｅを受信信号から除去して、データ伝送信号Ｄを抽出する。
【００２８】
以下、データ中継装置１の動作について説明すると共に、本実施形態に係るデータ中継方法について説明する。
【００２９】
図３は、第１の通信モードによるデータ中継装置及びノードの動作を示すタイミングチャートである。第１の通信モードにおいて、電力送信部２は、図３に示すように、電力伝送信号Ｅを複数のノードＮへ送信している（電力送信ステップＳ１０１）。ここでは、一例として、複数のノードＮが第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２によって構成されるものとして説明する。第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、電力伝送信号Ｅを受信することによってデータ中継装置１から電力が伝送され、電力が供給されている。
【００３０】
まず、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、データ中継装置１に伝送するデータを例えば自ら取得し、又は、他の機器又は作業者からの入力を受け付けることによって取得する（ステップＳ１０２）。なお、ここでは、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、定期的にデータを取得するものとしている。
【００３１】
続いて、制御信号送信部３は、制御信号Ｃを第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２へ送信する（制御信号送信ステップＳ１０３）。ここでは、データ中継装置１は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータを定期的に取得するタイミングに関する情報を予め保有しており、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータを取得した直後に制御信号Ｃを送信する。制御信号Ｃは、第１のノードＮ１に対してデータ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを指示するための情報と、第２のノードＮ２に対してデータ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを指示するための情報と、を含んでいる。第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、データ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを制御信号Ｃによってデータ中継装置１から指示されるため、キャリアセンスを行わなくてよい。
【００３２】
このとき、電力送信部２は、制御信号送信部３の制御信号Ｃの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信期間においては、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信を中断する（電力送信中断ステップＳ１０４）。これにより、制御信号送信部３は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２に対して電力伝送信号Ｅと混信していない状態の制御信号Ｃを送信できるため、データ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２に適切に指示することができる。また、電力送信部２は、制御信号送信部３の制御信号Ｃの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信期間の終了後においては、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信を再開する（電力送信ステップＳ１０１）。これにより、データ中継装置１から第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への電力の伝送が再開される。
【００３３】
続いて、データ受信部４は、制御信号Ｃによって第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２に対して指示したデータ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングにおいて、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２が送信するデータ伝送信号Ｄを受信する（データ受信ステップＳ１０５）。このとき、電力送信部２は、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信を行っている。ここで、電力送信部２から送信された電力伝送信号Ｅはデータ受信部４にも到達し、その結果、データ受信部４は、データ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅとが混信している状態の受信信号を受信することとなる。
【００３４】
データ受信部４が受信信号を受信すると、制御部６は、キャンセル回路７により、受信信号に含まれる電力伝送信号Ｅを除去してデータ伝送信号Ｄを抽出する。
【００３５】
なお、図３は、１回目の上記動作において、受信信号に含まれる電力伝送信号Ｅを除去した結果、第１のノードＮ１が送信したデータ伝送信号Ｄを抽出できず、第２のノードＮ２が送信したデータ伝送信号Ｄを抽出できた場合を示している。この場合、データ中継装置１は、上記動作を所定周期で繰り返して実行する（ステップＳ１０３Ａ、ステップＳ１０５Ａ）。データ中継装置１は、全ての複数のノードＮ（ここでは、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２）が送信するデータ伝送信号Ｄを抽出できるまで、上記動作を繰り返して実行してもよく、予め設定された回数を上限として、上記動作を繰り返して実行してもよい。ただし、２回目以降の上記動作において送信する制御信号Ｃは、送信したデータ伝送信号Ｄを抽出できていないノード（ここでは、第１のノードＮ１）のみに送信タイミングを通知する点で、１回目の上記動作において送信する制御信号Ｃとは異なる。
【００３６】
図４は、第２の通信モードによるデータ中継装置及びノードの動作を示すタイミングチャートである。第２の通信モードにおいて、電力送信部２は、図４に示すように、電力伝送信号Ｅを複数のノードＮへ送信している（ステップＳ２０１）。ここでは、一例として、複数のノードＮが第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２によって構成されるものとして説明する。第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、電力伝送信号Ｅを受信することによってデータ中継装置１から電力が伝送され、電力が供給されている。
【００３７】
まず、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２は、データ中継装置１に伝送するデータを例えば自ら取得し、又は、他の機器又は作業者からの入力を受け付けることによって取得する（ステップＳ２０２）。
【００３８】
続いて、データ受信部４は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２が各々ランダムな時間であるバックオフ時間を待機するバックオフＢ（ステップＳ２０３）の後に、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２が送信するデータ伝送信号Ｄを受信する（ステップＳ２０４）。なお、図４は、第１のノードＮ１のバックオフＢのバックオフ時間が第２のノードＮ２のバックオフＢのバックオフ時間より短く、第１のノードＮ１が先にデータ伝送信号Ｄを送信した場合を示している。
【００３９】
ここで、データ受信部４がデータ伝送信号Ｄを受信するとき、電力送信部２は、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２への送信を行っている。ここで、電力送信部２から送信された電力伝送信号Ｅはデータ受信部４にも到達し、その結果、データ受信部４は、データ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅとが混信している状態の受信信号を受信することとなる。
【００４０】
データ受信部４が受信信号を受信すると、制御部６は、キャンセル回路７により、受信信号に含まれる電力伝送信号Ｅを除去してデータ伝送信号Ｄを抽出する。
【００４１】
続いて、確認信号送信部５は、データ伝送信号Ｄを送信した第１のノードＮ１へ、データ伝送信号Ｄを受信したことを通知するための電波である確認信号Ａを送信する（ステップＳ２０５）。これにより、第１のノードＮ１は、データ伝送信号Ｄが確認信号送信部５によって受信されたことを認識し、今回取得したデータをデータ中継装置１へ伝送する動作を完了する。
【００４２】
このとき、電力送信部２は、確認信号送信部５の確認信号Ａの第１のノードＮ１への送信期間においては、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１への送信を中断する（ステップＳ２０６）。これにより、確認信号送信部５は、第１のノードＮ１に対して電力伝送信号Ｅと混信していない状態の確認信号Ａを送信できるため、データ伝送信号Ｄを受信したことを第１のノードＮ１に対して適切に通知することができる。また、電力送信部２は、確認信号送信部５の確認信号Ａの第１のノードＮ１への送信期間の終了後においては、電力伝送信号Ｅの第１のノードＮ１への送信を再開する（ステップＳ２０１）。これにより、データ中継装置１から第１のノードＮ１への電力の伝送が再開される。
【００４３】
続いて、第２のノードＮ２についても同様に、データ受信部４は、第２のノードＮ２のバックオフＢの後に第２のノードＮ２が送信するデータ伝送信号Ｄを受信する（ステップＳ２０４）。なお、図４は、データ伝送信号Ｄを送信した第２のノードＮ２へ確認信号Ａを送信したものの、第２のノードＮ２が確認信号Ａを受信できなかった場合を示している。この場合、第２のノードＮ２は、上記動作を繰り返して実行する。第２のノードＮ２は、データ伝送信号Ｄが確認信号Ａを受信できるまで、上記動作を繰り返して実行してもよく、予め設定された回数を上限として、上記動作を繰り返して実行してもよい。
【００４４】
図５は、第１の通信モードと第２の通信モードとの切り替えを説明するためのフローチャートである。制御部６は、図５に示すように、第１の通信モードと第２の通信モードとを、複数のノード（ここでは、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２）がデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて切り替えて実行する。
【００４５】
まず、制御部６は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータ伝送信号Ｄを送信する頻度を取得する（ステップＳ０１）。制御部６は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータ伝送信号Ｄを送信する頻度が予め決定している場合には、当該頻度を予め記憶していてもよい。或いは、制御部６は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータ伝送信号Ｄを送信する頻度を、過去に第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２からデータ伝送信号Ｄを受信した頻度から取得してもよい。
【００４６】
続いて、制御部６は、第１のノードＮ１及び第２のノードＮ２がデータ伝送信号Ｄを送信する頻度と、予め設定され制御部６が記憶している閾値と、を比較する（ステップＳ０２）。本実施形態に係るデータ中継装置１では、制御部６は、当該頻度が閾値よりも低い場合には、第１の通信モードを実行するように、電力送信部２及び制御信号送信部３を制御する（ステップＳ０３）。一方、制御部６は、当該頻度が閾値よりも高い場合には、第２の通信モードを実行するように、電力送信部２及び確認信号送信部５を制御する（ステップＳ０４）。
【００４７】
以下、コンピュータをデータ中継装置１として動作させるデータ中継プログラムについて説明する。
【００４８】
本発明の実施形態に係るデータ中継プログラムは、予めデータ中継装置１に記憶されている。図６は、プログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。コンピュータは、図６に示すように、ＣＰＵ２１を具備しソフトウエアによる処理や制御を行うアクセスポイント、サーバ装置、パーソナルコンピュータ等の各種データ処理装置を含む。
【００４９】
コンピュータ２０は、オペレーティングシステムを常駐させた作業用メモリ（ＲＡＭ）２２と、プログラム及び閾値等を記憶するメモリ２３と、データ及び電力等の送受信を行い且つ通信ネットワークに接続するための通信装置２４と、プログラムの実行を制御するＣＰＵ２１と、を備えている。コンピュータ２０は、メモリ２３に予め記憶されたデータ中継プログラムにアクセスし、当該データ中継プログラムによって、本実施形態のデータ中継装置１として動作することが可能になる。
【００５０】
なお、データ中継プログラムは、記録媒体を介して提供されるものであってもよいし、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号としてネットワークを介して提供されるものであってもよい。この場合、コンピュータ２０は、通信装置２４によって受信したデータ中継プログラムをメモリ２３に格納し、当該データ中継プログラムを実行することができる。
【００５１】
以下、データ中継装置１の実施例について説明する。まず、複数のノードＮとして、１００台のセンサノードを用いた。そして、各ノードＮにおける発電量が７５．０μＷである場合において、各ノードＮにおいて取得されたデータ（すなわち、ノードデータ）を伝送するデータ伝送信号Ｄの送信間隔を変えたときの、フレームエラー率を評価した。
【００５２】
具体的には、各ノードＮにおける単位時間当たりのデータの生起確率がポアソン分布に従うものとして、そのポアソン分布における単位時間当たりのデータ取得回数の期待値であるλの逆数λ−１をデータの取得間隔とし、この値をデータ伝送信号Ｄの送信間隔として用いた。また、フレームエラーは、複数のノードＮからデータ中継装置１へ伝送されるデータが衝突した場合、及び、データ取得時において、当該データを伝送するための電力が不足した場合に、発生することとした。そして、フレームエラー率とは、データ取得回数に対するフレームエラーの発生回数の率であるとした。なお、各メディアアクセス制御プロトコルにおける制御信号Ｃ及びデータ伝送信号Ｄの再送回数の上限を５回とした。また、各ノードＮにおける消費電力は、データ伝送信号Ｄの送信状態では５７．４ｍＷとし、確認信号Ａ、制御信号Ｃ及び電力伝送信号Ｅの受信状態では６５．０ｍＷとし、スリープ状態では０．０ｍＷとした。
【００５３】
図７は、第１の通信モード及び第２の通信モードにおいて、ノードがデータ伝送信号を送信する時間間隔とフレームエラー率との関係を示すグラフである。図７では、横軸がデータの送信間隔を示し、縦軸がフレームエラー率を示す。
【００５４】
本実施例においては、図７に示すように、データの送信間隔が比較的長い場合（すなわち、ノードＮがデータを伝送するデータ伝送信号Ｄを送信する頻度が低い場合）においては、第１の通信モードの方が第２の通信モードよりもフレームエラー率が低く、データの伝送の効率が良い。これに対し、データの取得間隔が比較的短い場合（すなわち、ノードＮがデータを伝送するデータ伝送信号Ｄを送信する頻度が高い場合）においては、第２の通信モードの方が第１の通信モードよりもフレームエラー率が低く、データの伝送の効率が良い。
【００５５】
これは、第２の通信モードの方が第１の通信モードよりも１回のデータの伝送のサイクルにおいて消費する電力が低いことに起因すると考えられる。すなわち、第２の通信モードでは、各ノードＮが、１回のデータの伝送のサイクルにおいて、データ伝送信号Ｄの送信及び確認信号Ａの受信のタイミングでのみ電力を消費する。これに対して、第１の通信モードでは、各ノードＮが、１回のデータの伝送のサイクルにおいて、制御信号Ｃの受信、データ伝送信号Ｄの送信及び再度の制御信号Ｃの受信のタイミングで電力を消費する。このことから、第１の通信モードと第２の通信モードとを、複数のノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて切り替えて実行することにより、データの伝送の効率を向上することが可能となる。
【００５６】
以上説明したように、実施形態に係るデータ中継装置１、データ中継方法或いはデータ中継プログラムの何れかによれば、データ中継装置１は、第１の通信モードを実行して、制御信号Ｃの送信期間においては電力伝送信号Ｅの複数のノードＮへの送信を中断するため、複数のノードＮに対して電力伝送信号Ｅと混信していない状態の制御信号Ｃを送信できる。このため、複数のノードＮによってキャリアセンスが行われない第１の通信モードにおいて、データ中継装置１は、データ伝送信号Ｄを送信すべきタイミングを複数のノードＮに適切に指示することができる。よって、データ中継装置１とノードＮとの間において共通の周波数の電波により電力及びデータを効率的に伝送することができる。
【００５７】
また、受信信号から電力伝送信号Ｅを除去するキャンセル処理を実行するキャンセル回路７を更に有してもよい。この場合、データ中継装置１は、受信信号において、複数のノードＮから受信したデータ伝送信号Ｄと電力伝送信号Ｅとが混信している状態であったとしても、データ伝送信号Ｄを適切に受信することができる。
【００５８】
また、制御部６は、制御信号Ｃを定期的に複数のノードＮへ送信するように制御してもよい。この場合、データを複数のノードＮから定期的に伝送することができる。
【００５９】
また、複数のノードＮが送信したデータ伝送信号Ｄをデータ受信部４により受信した場合に、データ伝送信号Ｄを受信したことを、複数のノードＮに対して通知するための電波である確認信号Ａを、複数のノードＮへ送信する確認信号送信部５を更に備え、制御部６は、制御信号送信部３の動作を停止させると共に確認信号送信部５の動作を起動させる第２の通信モードを実行し、第２の通信モードの実行中は、確認信号Ａの複数のノードＮへの送信期間において電力伝送信号Ｅの複数のノードＮへの送信を中断するように、電力送信部２及び確認信号送信部５を制御し、複数のノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて、第１の通信モードと第２の通信モードとを切り替えて実行してもよい。この場合、データ中継装置１は、確認信号Ａの送信期間においては電力伝送信号Ｅの複数のノードＮへの送信を中断することで、複数のノードＮに対して電力伝送信号Ｅと混信していない状態の確認信号Ａを送信する第２の通信モードを実行可能である。また、データ中継装置１は、第１の通信モードと第２の通信モードとを切り替えて実行可能であるため、ノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて、より効率の良い通信モードを選択して実行することができる。
【００６０】
また、制御部６は、頻度が予め設定された閾値よりも低い場合には、第１の通信モードを実行し、頻度が閾値よりも高い場合には、第２の通信モードを実行してもよい。この場合、データ中継装置１は、ノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度が低いときには第２の通信モードよりも第１の通信モードの方が効率が良くなるため、このときには第１の通信モードを選択して実行し、ノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度が高いときには第１の通信モードよりも第２の通信モードの方が効率が良くなるため、このときには第２の通信モードを選択して実行することができる。その結果、データ中継装置１は、ノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて、より効率の良い通信モードを選択して実行することができる。
【００６１】
なお、本発明に係るデータ中継装置１は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、制御部６は、第１の通信モードと第２の通信モードとを、複数のノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に応じて切り替えて実行するとした。しかし、制御部６は、複数のノードＮがデータ伝送信号Ｄを送信する頻度に依らず、第１の通信モードを実行してもよい。この場合、データ中継装置１は、確認信号送信部５を備えなくてよい。
【００６２】
また、電力送信部２が送信した電力伝送信号Ｅがデータ受信部４によって受信されることが抑制できれば、制御部６は、キャンセル回路７を備えなくてもよく、或いは、アナログキャンセル回路８又はデジタルキャンセル回路９のみを備えていてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、制御信号送信部３は、制御信号Ｃを定期的に送信するとした。しかし、制御信号送信部３は、例えば複数のノードＮの種類、状態によって、制御信号Ｃを不定期に送信してもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、制御部６は、頻度が予め設定された閾値よりも低い場合には、第１の通信モードを実行し、頻度が閾値よりも高い場合には、第２の通信モードを実行するとした。すなわち、効率の良い通信モードを選択して実行すればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…データ中継装置、２…電力送信部（電力送信手段、電力送信中断手段）、３…制御信号送信部（制御信号送信手段）、４…データ受信部（データ受信手段）、５…確認信号送信部、６…制御部、７…キャンセル回路（回路部）、Ａ…確認信号、Ｃ…制御信号、Ｄ…データ伝送信号、Ｅ…電力伝送信号、Ｎ…ノード。
【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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