(57)【要約】【課題】各ノードにおける省電力の動作を実現する。【解決手段】実施形態における無線通信方法は、ＣＳ２を根として２以上に亘り配置されたノード３間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、上記ノード３の有するノード情報を周期的に取得し、各周期に取得された上記ノード情報に基づいて、上記ノード３における基本間隔Ｔに対する通信期間Ｔ１の比率を示す通信期間比率Ｒを設定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、
上記ノードの有するノード情報を周期的に取得し、
各周期に取得された上記ノード情報に基づいて、上記ノードにおける基本間隔に対する通信期間の比率を示す通信期間比率を設定すること
を特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
上記ノードから周期的に送信される同期用信号を取得し、
各周期に取得された上記同期用信号に含まれる上記ノード情報に基づいて、上記ノードの上記同期用信号を送信する頻度、及び上記通信期間比率を設定すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
上記ノード情報は、バッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率を有し、
上記通信期間比率は、上記寄与率が高くなるにつれて高く設定されること
を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信方法。
【請求項４】
第１寄与率を有する第１ノードを、上記第１寄与率よりも高い第２寄与率を有する第２ノードの下位に指定すること
を特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項５】
上記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与度の少なくとも何れかを有し、
上記ノード情報、又は、上記収集制御局若しくは上記ノードよりも上位のノードによって生成された判定に関する情報に基づいて、上記ノードが上記データを受信するか否かの判定を設定し、
上記判定に応じて、上記データを受信しないスリープ期間を開始するタイミングを制御すること
を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信方法。
【請求項６】
収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信システムにおいて、
上記ノードの有するノード情報を周期的に取得する取得手段と、
各周期に取得された上記ノード情報に基づいて、上記ノードにおける基本間隔に対する通信期間の比率を示す通信期間比率を設定する設定手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法及び無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤレスネットワークにおいて、小型で安価であり、かつ低出力のデジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスが用いられている。IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークでは、図１１に示すように、収集制御局であるＣＳ（Collection station）７１と、１つ以上のノード７２−１〜７２−４とにより構成されたツリー型のトポロジが採用されている。 ツリー型トポロジでは、より下位のノード７２が、より上位のノード７２やＣＳ７１に向けて、必要に応じてデータを伝送することが行われている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
図１２は、下位のノード７２−３、７２−４からのデータをＣＳ７１へ送信する場合におけるタイムチャートの例を示している。ＣＳ７１及び各ノード７２は、それぞれ基本間隔Ｔ（間欠待受周期（単位：時間ｔ））内においてアクティブ期間（通信期間Ｔ１（単位：時間ｔ））と、スリープ期間Ｔ２（単位：時間ｔ）とが割り当てられている。通信期間Ｔ１においては、無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては、受信側がスリープ状態に移行することで、無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。
【０００４】
ノード７２−３からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２−３からノード７２−１を中継させてＣＳ７１の経路となる。かかる場合には、ノード７２−３とこれよりも上位にあるノード７２−１との間では、上位のノード７２−１がマスター、下位のノード７２−３がスレーブの関係となる。同様にノード７２−１とＣＳ７１との間では、上位のノードとしてのＣＳ７１がマスター、下位のノード７２−１がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係において、より上位のマスターが基本間隔Ｔにおける通信期間Ｔ１のタイミングを決定し、より下位のスレーブが、このマスター側において決定された通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。
【０００５】
このような規則の下で、図１２において先ずノード７２−３は、タイミングｔ９１において生成したデータＤ８１を、タイミングｔ９２において開始するマスターとしてのノード７２−１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８１を受信したノード７２−１は、タイミングｔ９３において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８１を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
【０００６】
同様に、ノード７２−４からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２−４からノード７２−１を中継させてＣＳ７１の経路となる。ノード７２−４は、タイミングｔ９４において生成したデータＤ８２を、タイミングｔ９５において開始するマスターとしてのノード７２−１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８２を受信したノード７２−１は、タイミングｔ９６において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８２を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８２を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
【０００７】
ＣＳ７１は、上述した無線通信の処理動作方法に基づいて、ツリー型ネットワークにおける各ノード７２からのデータを全て収集することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１９８３３３号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３０８５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１０３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来のツリー型トポロジでは、ノード７２毎に割り当てられる各期間Ｔ１、Ｔ２の省電力動作は、各ノード７２に共通した仕様で運用される。このため、ノード７２の種類や給電状況等に関わらず、ノード７２には、一定の各期間Ｔ１、Ｔ２が割り当てられている。これにより、ノード７２毎における省電力の効果を得られないという懸念が挙げられる。
【００１０】
特に、乾電池や太陽電池等のような異なる給電方法を用いるノード７２が混在する場合、経時により給電状態が変化し易い傾向がある。このため、給電状態が良好なノード７２と、給電状態が劣悪なノード７２とが混在することにより、一部のノード７２のみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる可能性がある。このような事情により、各ノード７２の省電力動作を実現することが望まれている。
【００１１】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおいて、各ノードにおける省電力の動作を実現できる無線通信方法及び無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上述した問題点を解決するために、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおいて、ノードの有するノード情報を周期的に取得し、各周期に取得されたノード情報に基づいて、ノードにおける間欠待受周期に対する通信期間の比率を示す通信期間比率を設定する無線通信方法及びシステムを発明した。
【００１３】
請求項１に記載の無線通信方法は、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、上記ノードの有するノード情報を周期的に取得し、各周期に取得された上記ノード情報に基づいて、上記ノードにおける基本間隔に対する通信期間の比率を示す通信期間比率を設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の無線通信方法は、請求項１記載の発明において、上記ノードから周期的に送信される同期用信号を取得し、各周期に取得された上記同期用信号に含まれる上記ノード情報に基づいて、上記ノードの上記同期用信号を送信する頻度、及び上記通信期間比率を設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の無線通信方法は、請求項１又は２記載の発明において、上記ノード情報は、バッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率を有し、上記通信期間比率は、上記寄与率が高くなるにつれて高く設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の無線通信方法は、請求項３記載の発明において、第１寄与率を有する第１ノードを、上記第１寄与率よりも高い第２寄与率を有する第２ノードの下位に指定することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の無線通信方法は、請求項１又は２記載の発明において、上記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与度の少なくとも何れかを有し、上記ノード情報、又は、上記収集制御局若しくは上記ノードよりも上位のノードによって生成された判定に関する情報に基づいて、上記ノードが上記データを受信するか否かの判定を設定し、上記判定に応じて、上記データを受信しないスリープ期間を開始するタイミングを制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の無線通信システムは、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信システムにおいて、上記ノードの有するノード情報を周期的に取得する取得手段と、各周期に取得された上記ノード情報に基づいて、上記ノードにおける基本間隔に対する通信期間の比率を示す通信期間比率を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明によれば、周期的に取得したノード情報に基づいて、通信期間比率を設定する。このため、ノード毎に異なる種類や給電状況等に基づいて、通信期間を割り当てることができる。これにより、各ノードにおける省電力の動作を実現することが可能となる。
【００２０】
また、上述した構成からなる本発明によれば、ノード情報に基づいて、ノードの同期用信号を送信する頻度を設定する。このため、同期用信号を送信する頻度を制御することができ、各ノードにおける省電力の効果をさらに高めることが可能となる。
【００２１】
また、上述した構成からなる本発明によれば、通信期間比率は、バッテリの寄与率に応じて設定される。このため、寄与率の高いノードほど、高い通信期間比率を設定することで、ネットワーク内の公平性を確立することができる。また、給電状態の良好なノードと、給電状態の劣悪なノードとが混在した場合においても、各ノードの相対的なバッテリ消費量を均一化させることができる。これにより、一部のノードのみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる事態を回避でき、安定した運営を継続することが可能となる。
【００２２】
また、上述した構成からなる本発明によれば、寄与率の高いノードを上位に指定し、寄与率の低いノードを下位に指定する。このため、給電状態が良好なノードを優先的に多くのデータフレームを中継する動作形態が自立分散的に形成される。これにより、より安定した運営を継続することが可能となる。
【００２３】
また、上述した構成からなる本発明によれば、ノード情報に基づいた判定に応じて、データを受信しないスリープ期間を開始するタイミングを制御する。このため、データの必要性に応じて、各ノードのスリープ期間をさらに制御することができる。これにより、各ノードにおける省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明が適用される無線通信システムの例を示す模式図である。
【図２】一のノードを被制御端末として割り当てた場合における制御支援端末の特定例を示す図である。
【図３】制御支援端末以外のノード間における上りデータ通信時のタイムチャートである。
【図４】第１実施形態における通信期間比率の第１例を示す図である。
【図５】第１実施形態における通信期間比率の第２例を示す図である。
【図６】第１実施形態における通信期間比率の第３例を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態における通信期間の例を示す図である。
【図８】第３実施形態における基本間隔内において通信期間の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間を短縮する例を示す図である。
【図９】第３実施形態における収集制御局からあるノードに対して緊急用の制御データを送信する場合におけるタイムチャートである。
【図１０】第３実施形態における被制御端末のノードから収集制御局に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合におけるタイムチャートである。
【図１１】IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークの例を示す図である。
【図１２】従来技術の問題点について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態としての無線通信方法について詳細に説明する。 図１は、本実施形態の無線通信システム１の例を示す模式図である。無線通信システム１は、無線通信端末として、収集制御局（Collection Station：以下ＣＳという。）２を根としたノード３−１、３−２、３−３、３−４とを備え、いわゆるツリー型のトポロジが採用されている。 この無線通信システム１では、より下位のノード３が、より上位のノード３やＣＳ２に向けて上りデータ通信を行う。また無線通信システム１では、より上位のノード３やＣＳ２が、より下位のノード３に向けて下りデータ通信する。
【００２６】
ＣＳ２は、最上位のマスターデバイスであり、各ノード３−１〜３−４から上りデータ通信により送信されてくるデータを収集する。また、ＣＳ２は、この無線通信システム１全体を制御するための中央制御部としての役割も担い、ある特定のノード３に対して制御系のデータを下りデータ通信する。
【００２７】
ノード３は、データの発信や中継等を始めとしたデータの送受信を行うことが可能なデバイスの総称であり、例えばIEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスである。ノード３は、所定のデータをセンシングしてこれを無線により送信するセンサとして具現化されるほか、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のような無線通信が可能な端末装置として具現化されてもよい。またこのノード３はアクチュエータのような制御系を含むものでもよい。かかる場合には、例えばバルブを停止する制御を行ったり、ロボットの制御を行ったり、ガスを停止するための制御を行うことを可能とするデバイスとして具現化される。ノード３が制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであれば、ＣＳ２から他のノード３を介して下りデータ通信されてくる制御用のデータに基づき、各種制御動作を実行していくこととなる。
【００２８】
本実施形態においては、図１に示す無線通信システム１に示すように、ＣＳ２の下に４つのノード３−１、３−２、３−３、３−４、３−５が配置されている場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではない。即ち、ＣＳ２の下位リンクに配置されるノード３は、ＣＳ２にデータを収集させるものであれば、いかなる枝分かれのパターンで構成されるツリー構造とされてもよく、また１以上のいかなる数のノード３で構成されてもよい。
【００２９】
本実施形態の無線通信システム１では、例えばＣＳ２及び被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノード３を制御支援端末として特定してもよい。図２に示す例では、ノード３−４を被制御端末として割り当てた場合、ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４を制御支援端末として特定されることとなる。本実施形態においては、この制御支援端末間の無線通信と、それ以外の経路間の無線通信との間で、通信の方式が共通であるほか、例えば通信の方式が互いに異なってもよい。
【００３０】
図３は、ノード３間として、ノード３−５からノード３−２を中継させてＣＳ２へデータを上りデータ通信する場合におけるタイムチャートの一例を示している。ＣＳ２及び各ノード３−２、３−５には、それぞれ基本間隔Ｔ（間欠待受周期（単位：時間ｔ））内においてアクティブ期間（通信期間Ｔ１（単位：時間ｔ））と、スリープ期間Ｔ２（単位：時間ｔ）とが割り当てられている。通信期間Ｔ１においては、無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては、受信側がスリープ状態に移行することで、無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。
【００３１】
ノード３−５からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード３−５とこれよりも上位にあるノード３−２との間では、上位のノード３−２がマスター、下位のノード３−５がスレーブの関係となる。同様にノード３−２とＣＳ２との間では、上位のノードとしてのＣＳ２がマスター、下位のノード３−２がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係においてより上位のマスターが基本間隔Ｔ内に通信期間Ｔ１のタイミングを割り当て、より下位のスレーブがこのマスター側において割り当てられた通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。
【００３２】
このような規則の下で、図３に示すように、先ずノード３−５は、タイミングｔ１１において生成したデータＤ２１を、マスターとしてのノード３−２のタイミングｔ１２において開始する通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ２１を受信したノード３−２は、タイミングｔ１３において開始するマスターとしてのＣＳ２の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ２１を送信する。これによりＣＳ２は、このデータＤ２１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
【００３３】
本実施形態の無線通信システム１では、ノード３の有するノード情報を周期的に取得し（取得手段）、各周期に取得されたノード情報に基づいて、ノード３における通信期間比率Ｒ（基本間隔Ｔに対する通信期間Ｔ１の比率）を設定する（設定手段）。
【００３４】
取得手段では、例えばノード３から発信されたノード情報を、ＣＳ２が取得する。設定手段は、例えばＣＳ２が、通信期間比率Ｒを設定し、通信期間比率Ｒをノード３に送信する。ノード３は、受信した通信期間比率Ｒに対応する通信期間Ｔ１を割り当てる。
【００３５】
ノード３は、ノード３に用いられる装置の種類、給電方法、及び給電状況を示す寄与率の少なくとも何れかを含むノード情報を有する。装置の種類は、ノード３を具現化した端末装置のほか、例えばバルブを停止する制御等を行うことを可能とするデバイスに関する情報を含み、装置等に必要となる通信頻度等を含む。給電方法は、ノード３を具現化した端末装置等を給電するために用いられる方法であり、例えば太陽電池、乾電池、外部給電等からの給電方法に関する情報を含む。寄与率は、ノード３を具現化した端末装置等に用いられるバッテリの最大値に対するバッテリ残量値の比率を示す。
【００３６】
本実施形態の無線通信システム１では、ノード情報に基づいて、各ノード３に異なる通信期間比率Ｒが設定される。ノード情報は、ノード３から必要に応じて定期的に送信される同期用信号Ｂに含まれる。同期用信号Ｂは、ノード情報のほか、同期用信号Ｂを発信するタイミングにおいてノード３に設定された通信期間比率Ｒを含む。ＣＳ２は、ノード３から周期的に送信される同期用信号Ｂを取得し、各周期に取得された同期用信号Ｂに含まれるノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒを設定する。このため、各ノード３に対応した通信期間Ｔ１を割り当てることができる。これにより、ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。なお、ＣＳ２が同期用信号Ｂを取得する周期は、任意である。
【００３７】
本実施形態の無線通信システム１では、例えばノード情報に含まれる情報のうち、通信頻度が高い情報や、給電状態が良好（例えば給電し易い環境、バッテリ消費量が少ない等）である情報に対して、通信期間比率Ｒが高くなるように設定される。例えば図４では、ノード３−１、ノード３−２、ノード３−３の順に、通信頻度が高い又は給電状態が良好である。このため、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１が最も高く、次にノード３−２の通信期間比率Ｒ２が高く、ノード３−３の通信期間比率Ｒ３が最も低い。このように、ノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３に適した通信期間比率Ｒを設定することができ、ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。なお、通信期間比率Ｒは、例えば１つの閾値を用いた２段階で設定されるほか、例えば１００分率等の３段階以上で設定されてもよい。
【００３８】
本実施形態の無線通信システム１では、例えばノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒに加えて同期用信号Ｂを送信する頻度が設定されてもよい。例えばノード３−２における通信期間比率Ｒ２は、ノード３−１における通信期間比率Ｒ１よりも低い。このため、ノード３−２における同期用信号Ｂを送信する頻度を、ノード３−１に比べて少なくすることで、ノード３−２における電力の消費を抑制することができる。このように、通信期間比率Ｒに比例して同期用信号Ｂを送信する頻度を設定することで、同期用信号Ｂを送信する頻度を制御することができ、ノード３における省電力の効果をさらに高めることが可能となる。
【００３９】
通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれる装置の種類に基づいて設定される。各ノード３は、装置の種類によって通信頻度等が異なる場合がある。このため、装置の種類に基づく通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。
【００４０】
装置の種類として、例えばノード３−１としてＰＣのように通信機能の比較的優れた端末装置が用いられ、ノード３−３としてバルブを停止する制御デバイスが用いられた場合、制御デバイスは端末装置よりも通信頻度が少なくてもよい。このため、ノード３−３の通信期間比率Ｒ３として、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１よりも低い値が設定されることで、電力の消耗を抑制することができる。また、ノード３−１では、通信頻度に対応した通信期間比率Ｒ１が設定されることで、安定した運営を継続することが可能となる。
【００４１】
通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれる給電方法に基づいて設定される。各ノード３は、給電方法によって給電状況等が異なる場合がある。このため、給電方法に基づき通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。
【００４２】
給電方法として、例えば図５に示すように、ノード３−２として常時給電される外部給電が用いられ、ノード３−５として太陽電池による給電が用いられた場合、設置環境や天候に依存する太陽電池は、外部給電に比べて、給電量の経時変化が大きい。このため、ノード３−５では、一定周期毎に異なる通信期間比率Ｒ５が設定され、例えば給電がされ難い曇天時には通信期間比率Ｒ５ａとし、給電がされ易い晴天時には通信期間比率Ｒ５ａよりも高い通信期間比率Ｒ５ｂとする。これにより、ノード３−５に最適な通信期間比率Ｒ５を設定することができ、電力の消耗を抑制することができる。また、ノード３−２では、一定周期毎に等しい通信期間比率Ｒ２が設定されることで、安定した運営を継続することが可能となる。
【００４３】
通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれるバッテリの寄与率に基づいて設定される。通信期間比率Ｒは、例えば寄与率に比例して設定される。このため、寄与率の変動にあわせた通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。
【００４４】
例えば図６に示すように、ノード３−１としてバッテリの消費が小さい装置等が用いられ、ノード３−４としてバッテリの消費が大きい装置等が用いられる。この場合、ノード３−１とノード３−４の寄与率が互いに略等しいときは、ノード３−４の通信期間比率Ｒ４ａは、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１と略等しい。これに対し、経時に伴いノード３−４の寄与率が低下する。このため、ノード３−４の通信期間比率Ｒ４ｂは、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１よりも低くなる。これにより、ノード３−４のバッテリの消費量を抑制することができる。
【００４５】
このように、寄与率の高いノード３ほど、高い通信期間比率Ｒを設定することで、ノード３毎におけるバッテリ消費量の均一化を図ることができ、ネットワーク内の公平性を確立することができる。また、給電状態の良好なノード３と、給電状態の劣悪なノード３とが混在した場合においても、各ノード３の相対的なバッテリ消費量を均一化させることができる。これにより、各ノード３における省電力の動作効果を向上させることが可能となる。また、一部のノード３のみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる事態を回避でき、安定した運営を継続することが可能となる。
【００４６】
本実施形態の無線通信システム１は、例えば寄与率に基づいてノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てることができる。例えば図６に示すように、寄与率の低いノード３−４は、寄与率の高いノード３−１の下位に指定することができる。このため、給電状態が良好なノード３を優先的に多くのデータフレームを中継する動作形態が自立分散的に形成される。これにより、より安定した運営を継続することが可能となる。また、ノード３毎におけるバッテリ消費量の均一化を図ることができ、ネットワーク内の公平性を確立することができる。
【００４７】
また、本実施形態の無線通信システム１では、周期的に取得された寄与率に基づいて、各ノード３における制御端末又は被制御端末の割り当てを変更することができる。このため、経時変化により各ノード３の寄与率が変化した場合においても、各ノード３の相対的なバッテリ消費量を均一化させることができる。これにより、一部のノード３のみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる事態を回避でき、安定した運営を継続することが可能となる。
【００４８】
なお、ノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てるとき、例えば装置の種類、給電方法、及び寄与率の少なくとも何れかに基づくようにしてもよい。この場合、より安定した運営を継続することが可能となる。ノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てるとき、装置の種類、給電方法、及び寄与率の何れかを優先するか否かの設定は、任意である。
【００４９】
また、上述したノード３は、ＣＳ２を含む概念とされていてもよい。即ち、各ノード３において行われる処理は、ＣＳ２において行われるものであってもよいし、ＣＳ２において行われる処理はノード３において行われるものであってもよい。また、ＣＳ２はいわゆるノード３に置き換えられるものであってもよい。
【００５０】
また、上述した各処理は、ＣＳ２とノード３間との通信、及びノード３同士の通信において同様に適用可能であることは勿論である。
【００５１】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態としての無線通信方法について詳細に説明する。なお、上述した実施形態と同様の主な構成については、説明を省略する。
【００５２】
本実施形態の無線通信システム１では、データの受信を開始する通信期間Ｔ１とデータの受信を開始しないスリープ期間Ｔ２とを、ノード３において周期的に設定された基本間隔Ｔ内に割り当て（割り当て手段）、ノード３の通信期間Ｔ１内に、第１データＤ１及び第２データＤ２を順番にノード３へ送信する（送信手段）。その後、第２データＤ２を受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する（制御手段）。
【００５３】
割り当て手段では、例えばＣＳ２又は上位のノード３が、下位のノード３に通信期間Ｔ１を割り当てる。送信手段では、例えばＣＳ２が、ノード３に各データＤ１、Ｄ２を送信する。制御手段では、例えばノード３が、第２データＤ２の前半に格納されたヘッダ情報に基づいて受信するか否かを判定し、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する。
【００５４】
第１データＤ１は、ノード３に取り付けられたデバイスの制御データを含み、例えば緊急性を要する制御用データや、通信期間Ｔ１における割り当ての変更に関するデータ等を含む。第１データＤ１は、通信期間Ｔ１の期間内に送信が開始及び終了される。
【００５５】
第２データＤ２は、一部のノード３にのみ必要となるデータを含み、例えば通信に必要となるデータ等を含む。第２データＤ２は、第１データＤ１の送信が終了したあと、通信期間Ｔ１の期間内に送信が開始され、通信期間Ｔ１の期間外に送信が終了される。
【００５６】
本実施形態の無線通信システム１では、ノード３は、第２データＤ２を受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する。このため、第２データＤ２の必要性に応じて、各ノード３のスリープ期間Ｔ２を制御することができる。これにより、各ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。
【００５７】
上述した判定により第２データＤ２を受信する場合の一例として、図７（ａ）のノード３−１を用いて説明する。この場合、ノード３−１は、第２データＤ２を受信した後に、スリープ期間Ｔ２１を開始する。すなわち、ノード３−１は、第２データＤ２を受信するために、通信期間Ｔ１１に延長期間Ｔ１ｈを加える。このため、第２データＤ２を必要とするノード３−１に対してのみ、通信期間Ｔ１を延長させることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を向上させることが可能となる。
【００５８】
上述した判定により第２データＤ２を受信しない場合の一例として、図７（ｂ）のノード３−２を用いて説明する。この場合、ノード３−２は、例えば第２データＤ２の前半に格納されたヘッダ情報に基づいて、第２データＤ２を受信しないと判断する。その後、通信期間Ｔ１２の終了と同時に、スリープ期間Ｔ２２を開始する。このため、ノード３−２は、第２データＤ２を受信するノード３−１に比べて、通信期間Ｔ１を延長する必要が無く、通信期間Ｔ１２を短くすることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を向上させることが可能となる。
【００５９】
なお、制御手段において、各ノード３が第２データＤ２を受信するか否かの判定は、例えばＣＳ２から各ノード３に予め判定に関する情報を送信してもよい。この場合、ＣＳ２は、各ノード３から取得した同期用信号Ｂに基づき、各ノード３に対する判定に関する情報を生成し、各ノード３に送信する。
【００６０】
上述した判定を行う場合の例として、図７（ｃ）のノード３−３を用いて説明する。この場合、ノード３−３における通信期間Ｔ１は、第１データＤ１が送信される第１通信期間Ｔ１３と、第２データＤ２が送信される第２通信期間Ｔ１４とを有する。第２通信期間Ｔ１４は、第１通信期間Ｔ１３の後に割り当てられ、例えば第１通信期間Ｔ１３と離間して割り当てられてもよい。第２通信期間Ｔ１４の長さは、例えば第１通信期間Ｔ１３の長さよりも短い。
【００６１】
このとき、判定により第２データＤ２を受信する場合、上述した図７（ａ）のノード３−１と同様に、ノード３−３は、第２データＤ２を受信した後に、スリープ期間Ｔ２３を開始する。これに対し、判定により第２データＤ２を受信しない場合、ノード３−３は、第１通信期間Ｔ１３の終了後、第２通信期間Ｔ１４を開始する代わりにスリープ期間Ｔ２４を開始する。このため、第２データＤ２を受信しない場合に、通信期間Ｔ１を大幅に短くすることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を大幅に向上させることが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態の無線通信システム１は、例えば上述した実施形態と組み合わせてもよい。すなわち、ＣＳ２又は各ノード３よりも上位のノード３は、各ノード３のノード情報を取得し、第２データＤ２を受信するか否かの判定に関する情報を生成し、各ノード３に送信する。各ノード３は、ノード情報又は受信したＣＳ２又は上位のノード３によって生成された判定に関する情報に基づいて、第２データＤ２を受信するか否かを判定する。このため、ＣＳ２が取得したノード情報に基づいて、各ノード３に適した通信期間Ｔ１を詳細に設定することができる。これにより、各ノード３における省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。
【００６３】
第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態としての無線通信方法について詳細に説明する。なお、上述した実施形態と同様の主な構成については、説明を省略する。
【００６４】
本実施形態の無線通信システム１では、複数のノード３のうち、少なくとも一のノード３を被制御端末として割り当てる。この被制御端末とは、ノード３のうち、制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであり、かつ緊急性を要する制御用データがＣＳ２から送信される可能性のあるノード３とする。ここでいう緊急性を要する制御用データとは、緊急でバルブを停止するための制御データや、緊急でガス管を止めるための制御データである。本実施形態においては、この制御支援端末間の無線通信と、それ以外の経路間の無線通信との間で、通信の方式が互いに異なる。
【００６５】
この被制御端末の割り当ては、無線通信システム１の管理者やユーザ等が予め人為的に行うようにしてもよいし、各ノード３から送られてくる情報に基づいてＣＳ２側において被制御端末として自動的に特定するようにしてもよい。かかる場合には、緊急性を要するケースを予め類型化しておき、ノード３から送られてくる情報が緊急性を要するケースに含まれるものであれば、これを被制御端末として特定するようにしてもよい。これ以外には、ノード３から送られてくる情報に基づいて被制御端末であるか否かを判別するようにしてもよい。例えばＣＳ２があるノード３から受信した信号がロボットから送られてくる特有の信号等であることを識別した場合、緊急性を要する制御用データを送付する可能性があることを識別し、これを被制御端末として割り当てるようにしてもよい。
【００６６】
制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）については、図８に示すように、基本間隔Ｔ内において通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間Ｔ２を短縮する。この通信期間Ｔ１の増大量はいかなるものであってもよいが、図８に示すように基本間隔Ｔ全てを通信期間Ｔ１に割り当ててスリープ期間Ｔ２を０にしてもよい。また図８に示すように通信期間Ｔ１を終点Ｔｓ１〜Ｔｓ３等に設定することで基本間隔Ｔよりも短くするようにしてもよい。かかる場合には終点Ｔｓ１〜Ｔｓ３がスリープ期間Ｔ２の始点となる。
【００６７】
ここでＣＳ２からノード３−４に対して制御データを送信する場合には、この制御支援端末であるＣＳ２からノード３−１を介してノード３−４へこれを送信することとなるが、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）については図９のタイムチャートに示すように基本間隔Ｔ全てを通信期間Ｔ１に割り当ててスリープ期間Ｔ２を０にする場合を例に取り説明をする。このようにアクティブな通信期間Ｔ１の時間割合を増大させた状態で、ＣＳ２からノード３−４に対して制御用のデータＤ２２を下りデータ通信する。
【００６８】
ＣＳ２はタイミングｔ１４においてこのデータＤ２２を生成し、これをノード３−１へ送信する。ノード３−１は基本間隔全てが通信期間Ｔ１に割り当てられているため、タイミングｔ１４においてデータＤ２２を受信することができ、同じタイミングｔ１４において当該データＤ２２をノード３−４へ送信することができる。ノード３−４も基本間隔全てが通信期間Ｔ１に割り当てられているため、データＤ２２をこのタイミングｔ１４において受信することができる。
【００６９】
このため、本実施形態によれば、ＣＳ２からノード３−４に対してデータＤ２２をより迅速に下りデータ通信することが可能となる。仮にデータＤ２２が緊急性を要するものである場合においても、スリープ期間Ｔ２が経過するまで待機すること無くデータＤ２２を被制御端末としてのノード３−４に送信することが可能となり、当該データＤ２２に基づいて行われるノード３−４における各種制御が迅速に実行させることとなる。その結果、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３−４へのデータＤ２２の送信が遅れることによる深刻な制御遅延を引き起こしてしまうことを防止することができる。
【００７０】
ちなみに、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）間において、ノード３−４からＣＳ２に向けてデータＤ２３を上りデータ通信を行う場合には、この時間割合を増大させた通信期間Ｔ１を利用して行うようにしてもよい。また図９に示すようにＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４が制御支援端末として特定されておらず、通信期間Ｔ１の時間割合を増大されていない場合を仮定し、マスター側から指定された通信期間Ｔ１に合わせてデータＤ２３を送信するようにしてもよい。かかる場合には、図９に示すようにタイミングｔ１５においてノード３−４が生成したデータＤ２３を、タイミングｔ１６において開始する通信期間Ｔ１においてノード３−１へ上りデータ通信する。そしてノード３−１は、ＣＳ２により指定されたタイミングｔ１７において開始する通信期間Ｔ１においてデータＤ２３を送信することとなる。
【００７１】
特に緊急性を要する制御用のデータを送る必要があるノード３は、全体のノード数の中で僅かに過ぎない。従って、全ノード数に対する、制御支援端末の割合は、非常に小さいものとなる。このような制御支援端末のみ上述したように通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、それ以外のノード３については従来と同様に通信期間Ｔ１の時間割合を増大させることなくスリープ期間Ｔ２を長く取ることにより、無線通信システム１全体の消費電力はそれほど上昇することなく、同様に省電力性は維持し続けることが可能となる。
【００７２】
従って本実施形態によれば、システム全体の省電力性は維持しつつ、ＣＳ２からノード３への緊急性を要するデータをより迅速に下りデータ通信することが可能となる。
【００７３】
なお本実施形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図８に示す通信期間Ｔ１の増大量をＣＳ２から被制御端末のノード３へ送信するまでの許容遅延時間に基づいて決定するようにしてもよい。ここでいう許容遅延時間とは、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要する制御用のデータを送る上で許容される遅延時間である。この許容遅延時間は、例えばＣＳ２において制御用のデータを生成した時点を開始時として何秒以内等のように定義されるものであってもよい。無線通信システム１は、実際に制御支援端末の特定時において被制御端末から送信される情報に基づいて許容遅延時間を識別し、当該許容遅延時間に基づいて通信期間Ｔ１の増大量を決定するようにしてもよい。特に被制御端末が複数存在する場合には、それぞれから送信されてくる情報を把握し、当該被制御端末間において互いに増大量を異ならせるようにしてもよい。
【００７４】
ちなみに被制御端末における許容遅延時間は、当該被制御端末から取得した情報に基づいて設定するようにしてもよいが、予めＣＳ２側にユーザ又はシステム管理者を介して入力されるものであってもよい。また無線通信システム１が稼動後にＣＳ２が各ノード３に都度問合せをし、その応答に含まれるデータを識別することで許容遅延時間を算出するようにしてもよい。かかる場合には、ノード３から送られてくるデータが、制御系を有するアクチュエータ特有のデータか否かを先ず判別し、アクチュエータ特有のデータであればその詳細を分析する。例えば、ノード３がアクチュエータであってバルブを閉める制御を担うものであれば、そのバルブが閉まるまでの時間や、そのバルブが設けられた管体を流れる流体の流速、更にはその管体のサイズ等のデータを取得し、これに基づいて許容遅延時間を設定するようにしてもよい。かかる場合には、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量は、許容遅延時間が長くなるにつれて短くなるように設定することが望ましい。
【００７５】
また無線通信システム１は、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を決定する上で更にＣＳ２から被制御端末間のノード数に応じて決定するようにしてもよい。例えば図２の例では、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３−４間のノード数は、１となる。このＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるほど、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要するデータが到達するのが遅くなってしまう。逆にこのＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるにつれて、この通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を長くすることにより、被制御端末への緊急性を要する制御データの到達時間を速めることが可能となる。
【００７６】
更に本実施形態によれば、図１０に示すように、被制御端末のノード３からＣＳ２に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合には、時間割合が増大された通信期間Ｔ１を優先的に使用するようにしてもよい。例えば被制御端末としてのノード３−４がアクチュエータとしての制御機能を持つと共に、各種データを検出するセンシング機能を備えるものである場合において、例えば破裂音やノイズ、ネジの緩み等、故障に繋がる緊急用のデータが検出される場合がある。このような緊急用のデータがｔ１８において検出された場合には、ノード３−４は、これに基づくデータＤ２４を生成してノード３−１に送信する。ノード３−１は、係るデータＤ２４をＣＳ２へ上りデータ通信する。
【００７７】
制御支援端末は、通信期間Ｔ１の時間割合が予め増大されていることから、仮に通信期間Ｔ１を基本間隔Ｔまで時間割合を増大させることにより、ｔ１８において生成された緊急用のデータＤ２４はスリープ期間Ｔ２において特に待機することなく即座にＣＳ２に送ることが可能となる。
【００７８】
なお、本実施形態の無線通信システム１は、例えば上述した実施形態と組み合わせてもよい。これにより、システム全体における省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１  無線通信システム
２，７１  ＣＳ
３，７１  ノード
７２  ノード
Ｂ  同期用通信
Ｄ  データ
Ｒ  通信期間比率
Ｔ  基本間隔
Ｔ１  通信期間
Ｔ２  スリープ期間
【図１】
2018170722.tif 000003
【図２】
2018170722.tif 000004
【図３】
2018170722.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018170722.tif 000007
【図６】
2018170722.tif 000008
【図７】
2018170722.tif 000009
【図８】
2018170722.tif 000010
【図９】
2018170722.tif 000011
【図１０】
2018170722.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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