(57)【要約】【課題】通信品質の低下を抑制して、動作可能時間を延ばすことができる通信装置、通信システム、通信方法およびプログラムを提供する。【解決手段】電力供給部から供給される電力の残量を取得する取得部と、データを無線送信する第１の送信部と、残量が第１の閾値より大きい場合、第１の動作条件によりデータが無線送信され、かつ、無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第１の動作状態に切り替え、残量が第１の閾値より小さい第２の閾値より小さい場合、第１の動作条件よりも消費電力が小さい第２の動作条件によりデータが無線送信され、該データに対して中継を要求する第１の情報を含める第２の動作状態に切り替える第１の切替部と、を備え、第１の送信部は、第１の動作状態のときに、他の通信装置から第１の情報を含むデータを無線受信した場合、第１の動作条件によって中継して送信する。【選択図】図４
2019041375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置であって、
前記通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得部と、
前記通信装置のデータを無線送信する第１の送信部と、
前記取得部により取得された前記残量が第１の閾値より大きい場合、第１の動作条件により前記第１の送信部からデータが無線送信され、かつ、前記第１の送信部による無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第１の動作状態に切り替え、前記残量が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さい場合、前記第１の動作条件よりも消費電力が小さい第２の動作条件により前記第１の送信部からデータが無線送信され、無線送信される該データに対して中継を要求する第１の情報を含める第２の動作状態に切り替える第１の切替部と、
を備え、
前記第１の送信部は、前記通信装置が前記第１の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第１の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第１の動作条件によって中継して送信する通信装置。
【請求項２】
前記第１の切替部により前記第１の動作状態に切り替えられている場合、他の通信装置から無線受信したデータの受信電波強度を取得する強度取得部と、
前記第１の切替部により前記第２の動作状態に切り替えられた場合における前記第２の動作条件を、前記強度取得部により取得された前記受信電波強度に基づいて設定する設定部と、
をさらに備えた請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記設定部は、最低受信感度が、前記強度取得部により取得された前記受信電波強度のうち少なくともいずれかよりも小さくなるような拡散率によってデータを無線送信するような前記第２の動作条件に設定する請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記第１の送信部は、前記通信装置が前記第２の動作状態である場合、前記第２の動作条件として、前記第１の動作条件のデータレートよりも高いデータレートでデータを送信する請求項１〜３のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置が前記第１の動作状態以外の状態である場合、前記第１の送信部による無線送信中以外では、データの送受信を行わないスリープ状態に切り替える第２の切替部を、さらに備えた請求項１〜４のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記第１の切替部は、前記残量が前記第２の閾値より大きく前記第１の閾値より小さい場合、前記第１の動作条件により前記第１の送信部からデータが無線送信され、かつ、前記第１の送信部による無線送信中以外では前記第２の切替部により前記スリープ状態に切り替えられる第３の動作状態に切り替える請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記通信装置が前記第２の動作状態である場合、
前記第１の送信部は、前記第２の動作条件として、前記第１の動作条件のデータレートよりも高いデータレートでデータを送信し、
前記第２の切替部は、前記スリープ状態とする期間を、前記第３の動作状態における前記スリープ状態の期間よりも長くする請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記第１の送信部は、前記通信装置が前記第１の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第１の情報を含むデータを無線受信した場合、該第１の情報を、中継済みを示す第２の情報に置換して該データを中継する請求項１〜７のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の通信装置と、
前記通信装置からデータを無線受信して、該データに含まれる宛先アドレスが示す装置で受信されるように、該データを送信する中継装置と、
を含む通信システム。
【請求項１０】
前記中継装置は、
前記通信装置からデータを受信する受信部と、
前記受信部によりデータが受信された場合、該データを一意に識別する識別情報に基づいて、該データと同一のデータが既に受信されたか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって、前記受信部により受信されたデータと同一のデータが既に受信されていると判定された場合、該受信部により受信されたデータを破棄する処理部と、
前記判定部によって、前記受信部により受信されたデータと同一のデータが受信されていないと判定された場合、該受信部により受信されたデータを、該データに含まれる宛先アドレスが示す装置で受信されるように送信する第２の送信部と、
を備えた請求項９に記載の通信システム。
【請求項１１】
通信装置の通信方法であって、
前記通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得ステップと、
取得した前記残量が第１の閾値より大きい場合、第１の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、かつ、データの無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第１の動作状態に切り替え、前記残量が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さい場合、前記第１の動作条件よりも消費電力が小さい第２の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、無線送信する該データに対して中継を要求する第１の情報を含める第２の動作状態に切り替える切替ステップと、
前記通信装置が前記第１の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第１の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第１の動作条件によって中継して送信する送信ステップと、
を有する通信方法。
【請求項１２】
コンピュータに、
通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得ステップと、
取得した前記残量が第１の閾値より大きい場合、第１の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、かつ、データの無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第１の動作状態に切り替え、前記残量が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さい場合、前記第１の動作条件よりも消費電力が小さい第２の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、無線送信する該データに対して中継を要求する第１の情報を含める第２の動作状態に切り替える切替ステップと、
前記通信装置が前記第１の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第１の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第１の動作条件によって中継して送信する送信ステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置、通信システム、通信方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動作可能時間を延ばすために、通信方式、通信間隔、および通信データレート等のデータ通信に影響する動作条件をバッテリ残量に応じて変更する無線通信装置と、これらをエッジノードとして用いて構成される無線通信ネットワークが知られている。このような無線通信装置では、動作条件の変更の際には何らかのトレードオフが発生し、例えば、動作条件の変更に伴って通信品質が低下する等の問題がある。例えば、送信側の無線通信装置が自身の消費電力を下げるために、より小さい送信電力で電波を送出した場合には、受信側の無線通信装置で十分な信号品質（受信電力およびＳ／Ｎ比等）を確保できず、信号の復調に失敗することがある。
【０００３】
このような、無線通信装置に関する技術として、バッテリによる動作可能時間を延ばすために、他の無線通信装置との通信が完了するまでに、バッテリの残量が所定の閾値を下回った場合には、より消費電力の小さい動作モードまたは通信方式を用いる中継装置および通信方法が開示されている（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、上述したように、バッテリ残量に応じて動作条件を変更することに伴って、通信品質が低下するという現象は依然として解消されないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、通信品質の低下を抑制して、動作可能時間を延ばすことができる通信装置、通信システム、通信方法および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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、通信装置であって、前記通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得部と、前記通信装置のデータを無線送信する第１の送信部と、前記取得部により取得された前記残量が第１の閾値より大きい場合、第１の動作条件により前記第１の送信部からデータが無線送信され、かつ、前記第１の送信部による無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第１の動作状態に切り替え、前記残量が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さい場合、前記第１の動作条件よりも消費電力が小さい第２の動作条件により前記第１の送信部からデータが無線送信され、無線送信される該データに対して中継を要求する第１の情報を含める第２の動作状態に切り替える第１の切替部と、を備え、前記第１の送信部は、前記通信装置が前記第１の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第１の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第１の動作条件によって中継して送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、通信品質の低下を抑制して、動作可能時間を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る通信端末のハードウェア構成の一例す示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係るゲートウェイのハードウェア構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る通信システムの機能ブロックの構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る通信端末の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態に係る通信端末の各動作状態でのデータの送信タイミングの一例を示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る通信端末の通信データのフレーム構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る通信端末の通常状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。
【図９】図９は、実施形態に係る通信端末の節電状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施形態に係る通信端末の間に通信を妨害する要因がある場合について説明する図である。
【図１１】図１１は、実施形態に係るゲートウェイのデータの受信時の重複確認処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図１〜図１１を参照しながら、本発明に係る通信装置、通信システム、通信方法およびプログラムの実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。
【００１０】
（通信システムの全体構成）
図１は、実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す図である。図１を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１の全体構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る通信システム１は、通信端末１０ａ〜１０ｃと、ゲートウェイ２０（中継装置の一例）と、を含む。通信端末１０ａ〜１０ｃおよびゲートウェイ２０は、それぞれ、無線通信によって互いにデータ通信が可能となっている。
【００１２】
なお、通信端末１０ａ〜１０ｃについて、任意の通信端末を示す場合、または総称する場合、単に「通信端末１０」と称するものとする。また、図１において、通信システム１は、３台の通信端末１０ａ〜１０ｃを含むものとしているが、これに限定されるものではなく、本実施形態では、通信端末１０は複数であればよい。
【００１３】
通信端末１０は、外部環境から取得した情報、または当該情報を基にして新たに生成した情報等を外部（例えば、ゲートウェイ２０等）に無線通信により送信する通信装置である。例えば、通信端末１０は、当該通信端末１０が配置された環境の温度または湿度等を検出して、温度情報または湿度情報等として取得し、これらの情報を外部に無線通信により送信する。このような通信端末１０は、例えば、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）等で利用される。
【００１４】
ゲートウェイ２０は、通信端末１０から無線通信により受信したデータを、当該無線通信で使用される通信プロトコルとは異なるネットワークに対して中継する装置である。例えば、ゲートウェイ２０は、無線通信規格のネットワークから、プロトコル変換を行って、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のインターネットにデータを中継する。
【００１５】
（通信端末のハードウェア構成）
図２は、実施形態に係る通信端末のハードウェア構成の一例す示す図である。図２を参照しながら、本実施形態に係る通信端末１０のハードウェア構成について説明する。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態に係る通信端末１０は、電力管理ブロック５００（電力供給部）と、通信制御ブロック６００と、を備える。
【００１７】
電力管理ブロック５００は、電力線７００を介して、通信制御ブロック６００が動作するために必要な電力を供給する装置である。電力管理ブロック５００は、充電池５０１と、太陽電池５０２と、電力制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）５０３と、を備えている。充電池５０１、太陽電池５０２および電力制御ＩＣ５０３は、内部バス５０４によって互いにデータ通信が可能となるように接続されている。
【００１８】
電力制御ＩＣ５０３は、充電池５０１および太陽電池５０２の電力の通信制御ブロック６００への供給を制御するＩＣ装置である。具体的には、電力制御ＩＣ５０３は、太陽電池５０２により発電される電力量が、通信制御ブロック６００を動作させるために十分な量である場合、その電力を通信制御ブロック６００に電力線７００を介して供給する。一方、電力制御ＩＣ５０３は、太陽電池５０２により発電される電力量が、通信制御ブロック６００を動作させるために不十分な量である場合、充電池５０１から電力線７００を介して通信制御ブロック６００に電力を供給させると共に、太陽電池５０２により発電された電力を充電池５０１に対して充電用に供給させる。
【００１９】
通信制御ブロック６００は、無線通信の動作を制御する装置である。通信制御ブロック６００は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６０２と、フラッシュＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６０３と、通信モジュール６０４と、アンテナ６０５と、メインクロック６０６と、サブクロック６０７と、タイマ６０８と、を備えている。ＭＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、フラッシュＲＯＭ６０３、通信モジュール６０４、メインクロック６０６およびタイマ６０８は、内部バス６０９によって互いにデータ通信が可能となるように接続されている。また、電力管理ブロック５００の電力制御ＩＣ５０３も、内部バス６０９に接続されている。アンテナ６０５は、通信モジュール６０４に直接接続され、サブクロック６０７は、タイマ６０８に直接接続されている。
【００２０】
ＭＰＵ６０１は、通信制御ブロック６００全体の動作を制御する演算装置である。具体的には、ＭＰＵ６０１は、フラッシュＲＯＭ６０３に記憶されているプログラムを読み出し、フラッシュＲＯＭ６０３に展開して当該プログラムを実行する。また、ＭＰＵ６０１は、実行するプログラムに従って、データの送受信の動作を行う。また、ＭＰＵ６０１は、通信動作を必要としない場合等には、消費電力を小さくするために、タイマ６０８に対して復帰までの時間を設定した後にスリープ状態へ移行させ、設定時間経過後、タイマ６０８から復帰信号を受けたときスリープ状態から復帰させる。また、ＭＰＵ６０１は、電力制御ＩＣ５０３から、電力管理ブロック５００からの電力供給量、および、充電池５０１の電力残量等を受信する。
【００２１】
ＲＡＭ６０２は、ＭＰＵ６０１のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。フラッシュＲＯＭ６０３は、ＭＰＵ６０１により実行されるプログラムを記憶している不揮発性記憶装置である。
【００２２】
通信モジュール６０４は、アンテナ６０５を利用したデータの無線通信動作を制御するモジュールである。メインクロック６０６は、タイマ６０８を除いた通信制御ブロック６００内の各ハードウェアに動作クロックを供給する装置である。サブクロック６０７は、タイマ６０８に動作クロックを供給する装置である。タイマ６０８は、通信制御ブロック６００がスリープ状態へ移行した後の経過時間を計測する装置である。
【００２３】
なお、図２に示した通信端末１０のハードウェア構成は、一例を示すものであり、図２に示したハードウェア構成に限定されるものではない。
【００２４】
（ゲートウェイのハードウェア構成）
図３は、実施形態に係るゲートウェイのハードウェア構成の一例を示す図である。図３を参照しながら、本実施形態に係るゲートウェイ２０のハードウェア構成について説明する。
【００２５】
図３に示すように、本実施形態に係るゲートウェイ２０は、ＣＰＵ８０１と、ＲＡＭ８０２と、ＲＯＭ８０３と、無線通信モジュール８０４と、アンテナ８０５と、ネットワークＩ／Ｆ８０６と、を備えている。ＣＰＵ８０１、ＲＡＭ８０２、ＲＯＭ８０３、無線通信モジュール８０４およびネットワークＩ／Ｆ８０６は、バス８０７によって互いにデータ通信が可能となるように接続されている。
【００２６】
ＣＰＵ８０１は、ＲＯＭ８０３に記憶されたプログラムを実行することによって、ゲートウェイ２０全体の動作を制御する演算装置である。ＲＡＭ８０２は、ＣＰＵ８０１のワークエリアとして使用される揮発性記憶装置である。ＲＯＭ８０３は、ＣＰＵ８０１により実行されるプログラムを記憶している不揮発性記憶装置である。
【００２７】
無線通信モジュール８０４は、アンテナ８０５を利用したデータの無線通信動作を制御するモジュールである。ネットワークＩ／Ｆ８０６は、ゲートウェイ２０を、通信システム１内の無線通信ネットワーク外のネットワーク（インターネット等）に接続するための通信インターフェースである。
【００２８】
なお、図３に示したゲートウェイ２０のハードウェア構成は、一例を示すものであり、図３に示したハードウェア構成に限定されるものではない。
【００２９】
（通信システム内の無線通信について）
次に、図１に示す通信システム１内の通信端末１０およびゲートウェイ２０の無線通信における通信可能距離、および、データ送信に要する時間について説明する。
【００３０】
無線通信におけるデータの通信可能距離は、同じ無線通信方式であっても、動作時にパラメータの違いによって変化する。例えば、無線通信規格の１つであり、上述のＩｏＴまたはＭ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ  ｔｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ）等の分野で今後利用が期待されるＬＰＷＡ（Ｌｏｗ  Ｐｏｗｅｒ  Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ）の技術を利用した無線通信規格の１つとしてＬｏＲａ（Ｌｏｎｇ  Ｒａｎｇｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が知られている。ＬｏＲａでは、スペクトラム拡散における直接拡散の拡散率を変えることによって、最低受信感度を変更することができる。この拡散率を上げることによって、通信端末１０の受信感度が上がる。
【００３１】
例えば、以下の（表１）で示すように、屋内推定モデルでは、拡散率が「１２」の場合、７５０［ｍ］であるのに対し、拡散率が「７」の場合、２８０［ｍ］であり、その幅は４７０［ｍ］程度となっている。また、市街地推定モデルでは、拡散率が「１２」の場合、６８００［ｍ］であるのに対し、拡散率が「７」の場合、２５００［ｍ］であり、その幅は４３００［ｍ］程度となっている。ここで、（表１）に示す屋内推定モデルとして、「ＩＴＵ−Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  Ｐ．１２３８−２」のモデルを用いている。また、（表１）に示す市街地推定モデルとして、いわゆる奥村−秦カーブに基づくモデルを用いている。両モデルにおいて、データの送受信の内部損失はないものとし、アンテナゲインは送受信共に０［ｄＢｉ］、送信出力は２０［ｍＷ］としている。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
一方、拡散率を上げることは、通信端末１０の無線通信のデータレートを下げることになるため、同じサイズのデータを送信するために要する時間が長くなる。例えば、１０［バイト］のデータを送信する場合、拡散率が「１２」の場合と「７」の場合とでは、２［ｓｅｃ］程度の差が生じる。通信端末１０において、無線通信によるデータ送信中は、常に通信制御ブロック６００は稼動しており、通信モジュール６０４は無線通信のための電波を送出し続けるため、消費電力を少なくするためには、高いデータレートで送信することが望ましい。
【００３４】
（通信システムの機能ブロック構成）
図４は、実施形態に係る通信システムの機能ブロックの構成の一例を示す図である。図４を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１の機能ブロックの構成について説明する。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態に係る通信端末１０は、受信部１０１と、送信部１０２（第１の送信部）と、電力管理部１０３（取得部）と、判定部１０４と、動作状態管理部１０５（第１の切替部）と、データ変更部１０６と、受信待機管理部１０７と、スリープ管理部１０８（第２の切替部）と、タイマ部１０９と、強度取得部１１０と、送信条件設定部１１１と、記憶部１１２と、を有する。
【００３６】
受信部１０１は、後述する通信端末１０の動作状態が中継状態（第１の動作状態の一例）であって、受信待機状態である場合に、他の通信端末１０から無線通信によりデータを受信（以下、「無線受信」と称する場合がある）する機能部である。受信部１０１は、図２に示す通信モジュール６０４およびアンテナ６０５、ならびにＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００３７】
送信部１０２は、通信端末１０の動作状態に応じてデータレートを切り替え、そのデータレートによって無線通信によりデータを送信（以下、「無線送信」と称する場合がある）する機能部である。送信部１０２は、図２に示す通信モジュール６０４およびアンテナ６０５、ならびにＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００３８】
電力管理部１０３は、電力管理ブロック５００が通信制御ブロック６００に対して電力供給が可能な電力残量を取得して管理する機能部である。電力管理部１０３は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００３９】
判定部１０４は、電力管理部１０３により取得された通信端末１０（電力管理ブロック５００）の電力残量に対して閾値判定を行う機能部である。具体的には、判定部１０４は、下記の（表２）に示す閾値Ｗｔ１、Ｗｔ２を用いて、電力残量に対して閾値判定を行う。判定部１０４は、電力残量が閾値Ｗｔ１（第１の閾値）以上であると判定した場合（すなわち、通信端末１０の電力残量に十分な余裕がある場合）、通信端末１０の動作状態は中継状態に移行すべきものと判定する。判定部１０４は、電力残量が閾値Ｗｔ２（第２の閾値）以上、閾値Ｗｔ１（＞Ｗｔ２）未満であると判定した場合（すなわち、通信端末１０の電力残量が、通常状態の動作状態として稼動する上で支障のない場合）、通信端末１０の動作状態は通常状態（第３の動作状態の一例）に移行すべきものと判定する。判定部１０４は、電力残量が閾値Ｗｔ２未満であると判定した場合（すなわち、通信端末１０の電力残量が、通常状態の動作状態として稼動するには困難である場合）、通信端末１０の動作状態は節電状態（第２の動作状態の一例）に移行すべきものと判定する。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
ここで、中継状態とは、上述の（表２）に示すように、通信端末１０が他の通信端末１０から無線受信したデータを中継する動作を行い、データを無線送信する場合、到達性の高い通常のデータレートで行う通信端末１０の動作状態である。また、通常状態とは、上述の（表２）に示すように、通信端末１０が他の通信端末１０から無線受信したデータを中継する動作は行わず、データを無線送信する場合、到達性の高い通常のデータレートで行い、さらに、データの無線送信後は、所定時間、データの送受信を行わないスリープ状態とする通信端末１０の動作状態である。また、節電状態とは、上述の（表２）に示すように、通信端末１０が他の通信端末１０から無線受信したデータを中継する動作は行わず、データを無線送信する場合、到達性は低いがデータレートが通常のデータレートよりも高い状態で行い、さらに、データの無線送信後は、所定時間、データの送受信を行わないスリープ状態とする通信端末１０の動作状態である。
【００４２】
判定部１０４は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００４３】
動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量に対する閾値判定の結果に基づいて、通信端末１０の動作状態を切り替えて管理する機能部である。具体的には、動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量が閾値Ｗｔ１以上であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を中継状態に移行させる。動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量が閾値Ｗｔ２以上、閾値Ｗｔ１未満であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を通常状態に移行させる。動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量が閾値Ｗｔ２未満であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を節電状態に移行させる。
【００４４】
動作状態管理部１０５は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００４５】
データ変更部１０６は、送信部１０２が無線送信するデータがどのような状態であるのかを判別するための情報を変更する機能部である。具体的には、データ変更部１０６は、後述する図７に示すデータのヘッダ部の制御ビットを、送信部１０２が無線送信するデータの状態に応じて変更する。具体的に制御ビットをどのように変更するかについては、後述する。データ変更部１０６は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００４６】
受信待機管理部１０７は、通信端末１０の動作状態が中継状態である場合に、送信部１０２によりデータの無線送信後、他の通信端末１０から中継するためのデータを受信するために待機する受信待機状態に移行させる機能部である。受信待機管理部１０７は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００４７】
スリープ管理部１０８は、通信端末１０の動作状態が通常状態または節電状態である場合に、送信部１０２によるデータの無線送信後、データの中継動作および送受信動作を行わないスリープ状態に移行させる機能部である。スリープ管理部１０８は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００４８】
タイマ部１０９は、受信待機管理部１０７により受信待機状態に移行され、または、スリープ管理部１０８によりスリープ状態に移行されてからの経過時間を計測する機能部である。タイマ部１０９は、図２に示すタイマ６０８によって実現される。
【００４９】
強度取得部１１０は、通信端末１０の動作状態が中継状態である場合に、他の通信端末１０からのデータを受信部１０１により受信され、データのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示していない場合、当該データの送信元である他の通信端末１０のアドレス（送信元アドレス）、および当該データの信号強度（受信電波強度）を取得する機能部である。強度取得部１１０は、取得した送信元アドレスと、受信電波強度とを対応付けて、記憶部１１２に記憶させる。なお、データの受信電波強度は、受信部１０１（通信モジュール６０４およびアンテナ６０５）により検出される。強度取得部１１０は、例えば、図２に示すＭＰＵ６０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００５０】
送信条件設定部１１１は、強度取得部１１０により取得された送信元アドレスおよび受信電波強度に基づいて、自身（通信端末１０）の動作状態が節電状態である場合に、データを無線送信するときの送信条件を設定する機能部である。具体的には、例えば、強度取得部１１０により、下記の（表３）に示すような、送信元アドレスに対応した受信電波強度が取得され、記憶部１１２に記憶されているものとする。
【００５１】
【表３】
2019041375.tif 000005
【００５２】
ここで、受信電波強度［ｄｂｍ］＝送信電波出力［ｄｂｍ］−減衰量［ｄｂｍ］で算出されるため、各通信端末１０の送信電波出力が同一であれば、受信電波強度が大きい通信端末１０ほど減衰量が小さく、通信品質がよいことになる。上記の（表３）に示した記憶部１１２に記憶された送信元アドレスおよび受信電波強度のうち、送信元アドレスが「ＸＸ：ＸＸ：ＸＸ：０２」の通信端末１０からデータの受信電波強度がー１２５［ｄｂｍ］であり最も高い。
【００５３】
また、下記の（表４）に、拡散率と最低受信感度［ｄＢｍ］との関係を示す。
【００５４】
【表４】
2019041375.tif 000006
【００５５】
ここで、送信条件設定部１１１は、例えば、「ＸＸ：ＸＸ：ＸＸ：０２」の通信端末１０に、ゲートウェイ２０へデータを中継させるためには、最低受信感度が受信電波強度よりも小さくなるような拡散率でデータを無線送信するように送信条件を設定する。また、データを中継する通信端末１０の数が多いほどゲートウェイ２０への到達確率は向上するので、送信条件設定部１１１は、例えば、送信条件設定部１１１は、受信電波強度の順位が３番目であって送信元アドレスが「ＸＸ：ＸＸ：ＸＸ：０５」である通信端末１０へもデータが到達するように、拡散率を「９」として送信条件を設定するようにしてもよい。この場合、拡散率が「８」の場合と比較すると、データレートは低くなり、データの送信に係る消費電力が大きくなるため、送信条件設定部１１１は、当該消費電力を抑えるために、例えば、拡散率を「９」とした場合には、データの送信間隔を、拡散率を「８」としたときの倍にする等のようにして大きな間隔となるように送信条件を設定するようにしてもよい。
【００５６】
記憶部１１２は、強度取得部１１０により取得された送信元アドレスと、受信電波強度とを対応付ける情報（例えば、（表３）に示す情報）、および拡散率と最低受信感度とを対応付ける情報を記憶する機能部である。記憶部１１２は、ＲＡＭ６０２またはフラッシュＲＯＭ６０３の少なくともいずれかによって実現される。
【００５７】
なお、図４に示す通信端末１０の受信部１０１、送信部１０２、電力管理部１０３、判定部１０４、動作状態管理部１０５、データ変更部１０６、受信待機管理部１０７、スリープ管理部１０８、タイマ部１０９、強度取得部１１０、送信条件設定部１１１および記憶部１１２は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図４に示す通信端末１０で独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。一方、図４に示す通信端末１０で１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。
【００５８】
また、図４では、通信端末１０が有する主要な機能部が示されているものであり、通信端末１０が有する機能は、これらに限定されるものではない。
【００５９】
図４に示すように、本実施形態に係るゲートウェイ２０は、受信部２０１（受信部）と、送信部２０２（第２の送信部）と、判定部２０３（判定部）と、データ処理部２０４（処理部）と、記憶部２０５と、を有する。
【００６０】
受信部２０１は、通信端末１０から無線送信されたデータを無線受信する機能部である。受信部２０１は、図３に示す無線通信モジュール８０４およびアンテナ８０５、ならびにＣＰＵ８０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００６１】
送信部２０２は、受信部２０１により無線受信されたデータであって、データ処理部２０４によりデータ処理（プロトコル変換等）されたデータを、通信システム１内の無線通信ネットワーク外のネットワーク（インターネット等）に送信する機能部である。送信部２０２は、図３に示すネットワークＩ／Ｆ８０６、および、ＣＰＵ８０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００６２】
判定部２０３は、通信端末１０から受信部２０１により無線受信されたデータが、既に受信済みであるか否かを判定する機能部である。判定部２０３は、例えば、図３に示すＣＰＵ８０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００６３】
データ処理部２０４は、判定部２０３の判定結果に基づいて、受信部２０１により無線受信されたデータを破棄するか受理するかを処理する機能部である。また、データ処理部２０４は、受信部２０１により受信されたデータであって破棄せずに受理したデータを、通信システム１内の無線通信ネットワーク外のネットワーク（インターネット等）に送信するためにプロトコル変換を行う。データ処理部２０４は、例えば、図３に示すＣＰＵ８０１で実行されるプログラムによって実現される。
【００６４】
記憶部２０５は、データ処理部２０４により受理されたデータ、および当該データの送信元（識別情報の一例）およびシーケンス番号（識別情報の一例）を記憶する機能部である。記憶部２０５は、例えば、図３に示すＲＡＭ８０２によって実現される。
【００６５】
なお、図４に示すゲートウェイ２０の受信部２０１、送信部２０２、判定部２０３、データ処理部２０４および記憶部２０５は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図４に示すゲートウェイ２０で独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。一方、図４に示すゲートウェイ２０で１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。
【００６６】
また、図４では、ゲートウェイ２０が有する主要な機能部が示されているものであり、ゲートウェイ２０が有する機能は、これらに限定されるものではない。
【００６７】
（通信端末の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作）
図５は、実施形態に係る通信端末の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係る通信端末の各動作状態でのデータの送信タイミングの一例を示す図である。図７は、実施形態に係る通信端末の通信データのフレーム構成の一例を示す図である。図５〜図７を参照しながら、本実施形態に係る通信端末１０の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作について説明する。
【００６８】
＜ステップＳ１１＞
まず、通信端末１０の電力管理部１０３は、通信端末１０の電力残量Ｗ（電力管理ブロック５００が通信制御ブロック６００に対して電力供給可能な電力残量）を取得する。そして、通信端末１０の判定部１０４は、電力管理部１０３により取得された電力残量Ｗに対して閾値判定を行う。閾値判定の結果、電力残量Ｗが閾値Ｗｔ１以上である場合（ステップＳ１１：Ｗｔ１≦Ｗ）、ステップＳ１２へ移行し、電力残量Ｗが閾値Ｗｔ２以上、閾値Ｗｔ１未満である場合（ステップＳ１１：Ｗｔ２≦Ｗ＜Ｗｔ１）、ステップＳ２２へ移行し、電力残量Ｗが閾値Ｗｔ２未満である場合（ステップＳ１１：Ｗ＜Ｗｔ２）、ステップＳ２６へ移行する。
【００６９】
＜ステップＳ１２＞
通信端末１０の動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量Ｗが閾値Ｗｔ１以上であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を中継状態に移行させる。そして、ステップＳ１３へ移行する。
【００７０】
＜ステップＳ１３＞
通信端末１０のデータ変更部１０６は、図７に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、中継状態で送信され、かつ、中継が不要である旨の情報（図７の例では、ビット「００」（通常状態送信または中継状態送信））に変更する。また、データ変更部１０６は、図７に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末１０を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、通信端末１０の送信部１０２は、通信端末１０の動作状態が中継状態であるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部１０６により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ２０に対して無線送信する。そして、ステップＳ１４へ移行する。
【００７１】
＜ステップＳ１４＞
通信端末１０の受信待機管理部１０７は、送信部１０２によるデータの無線送信後、他の通信端末１０から中継するデータを受信するために待機する受信待機状態に移行させる。この場合、通信端末１０のタイマ部１０９は、通信端末１０が受信待機状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部１０９は、受信待機状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップＳ１３における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップＳ１５へ移行する。
【００７２】
＜ステップＳ１５＞
通信端末１０が受信待機状態において、受信部１０１によって、他の通信端末１０から無線送信されたデータを無線受信した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６へ移行し、無線受信していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１９へ移行する。
【００７３】
＜ステップＳ１６＞
通信端末１０のデータ変更部１０６は、受信部１０１により他の通信端末１０からデータが無線受信された場合、その受信したデータのヘッダ部の制御ビットが、他の通信端末１０の動作状態が節電状態でありデータの中継を要求している旨（図７の例では、ビット「０１」（中継要求））（第１の情報）を示すか否かを判定する。受信したデータのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示す場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１７へ移行し、中継要求を示さない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、データ変更部１０６は、受信されたデータは中継する必要がないと判断し、ステップＳ１８へ移行する。ここで、データのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示す場合、後述するように、当該データは、動作状態が節電状態の他の通信端末１０から無線受信されたデータであることを示す。
【００７４】
＜ステップＳ１７＞
データ変更部１０６は、受信部１０１により他の通信端末１０から無線受信されたデータの制御ビットを、当該データが中継された旨を示す情報（図７の例では、ビット「１０」（中継済み））（第２の情報）に変更する。この場合、データ変更部１０６は、無線受信されたデータについて、制御ビット以外のヘッダ部の情報、およびペイロード部の情報は変更しない。これによって、同じデータが中継状態の通信端末１０によって繰り返し中継されることを防ぐことができる。そして、送信部１０２は、通信端末１０の動作状態が中継状態であり電力残量にも余裕があるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部１０６により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ２０に対して再送信（中継して送信）する。これによって、節電状態の他の通信端末１０から無線送信され、データレートが通常のデータレートよりも高くて到達性の低いデータが、中継状態の通信端末１０によって中継されることにより、到達性の高い通常のデータレートで中継して送信されるため、通信品質の低下を抑制することができる。そして、ステップＳ１９へ移行する。
【００７５】
＜ステップＳ１８＞
通信端末１０の強度取得部１１０は、受信部１０１により無線受信された他の通信端末１０からのデータのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示していない場合、当該データの送信元である他の通信端末１０のアドレス（送信元アドレス）、および当該データの信号強度（受信電波強度）を取得する。そして、強度取得部１１０は、取得した送信元アドレスと、受信電波強度とを対応付けて、記憶部１１２に記憶させる。そして、ステップＳ１９へ移行する。
【００７６】
＜ステップＳ１９＞
タイマ部１０９により計測されている受信待機状態に移行してからの経過時間が所定時間（受信待機期間）に達した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０へ移行し、経過時間が受信待機期間に達していない場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、ステップＳ１４へ戻る。
【００７７】
＜ステップＳ２０＞
受信待機管理部１０７は、タイマ部１０９により計測されている受信待機状態に移行してからの経過時間が受信待機期間に達した場合、受信待機状態を解除する。そして、ステップＳ２１へ移行する。
【００７８】
＜ステップＳ２１＞
通信端末１０の送信条件設定部１１１は、強度取得部１１０により取得された送信元アドレスおよび受信電波強度に基づいて、自身（通信端末１０）の動作状態が節電状態である場合に、データを無線送信するときの送信条件を設定する。送信条件設定部１１１による送信条件の具体的な設定方法は、上述した通りである。そして、中継状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップＳ１１から繰り返し実行される。
【００７９】
すなわち、動作状態が中継状態の通信端末１０は、図６（ｃ）に示すように、データの無線送信中の区間を示す送信区間３０５と、次の送信区間３０５が開始されるまでの間、節電状態の他の通信端末１０から無線送信されたデータを無線受信した場合にゲートウェイ２０に中継するための受信待機区間３０６と、を交互に繰り返す。そして、通信端末１０は、受信待機区間３０６中に、節電状態の他の通信端末１０から無線送信されたデータを無線受信した場合には、当該データをゲートウェイ２０へ中継する処理（上述のステップＳ１６およびＳ１７）をする中継区間３０７を経て、再び受信待機区間３０６へ戻る。また、通信端末１０は、受信待機区間３０６においては、後述する図６（ａ）および図６（ｂ）のスリープ区間３０２およびスリープ区間３０４とは異なり、他の通信端末１０からのデータを無線受信して中継する処理を行うため、スリープ状態とはならない。
【００８０】
＜ステップＳ２２＞
動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量Ｗが閾値Ｗｔ２以上、閾値Ｗｔ１（＞Ｗｔ２）未満であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を通常状態に移行させる。そして、ステップＳ２３へ移行する。
【００８１】
＜ステップＳ２３＞
データ変更部１０６は、図７に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、通常状態で送信され、かつ、中継が不要である旨の情報（図７の例では、ビット「００」（通常状態送信または中継状態送信））に変更する。また、データ変更部１０６は、図７に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末１０を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、送信部１０２は、通信端末１０の動作状態が通常状態であるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部１０６により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ２０に対して無線送信する。そして、ステップＳ２４へ移行する。
【００８２】
＜ステップＳ２４＞
通信端末１０のスリープ管理部１０８は、送信部１０２によるデータの無線送信後、上述の中継状態における受信待機状態のようなデータの中継動作および送受信動作を行わないスリープ状態に移行させる。この場合、タイマ部１０９は、通信端末１０がスリープ状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部１０９は、スリープ状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップＳ２３における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップＳ２５へ移行する。
【００８３】
＜ステップＳ２５＞
スリープ管理部１０８は、タイマ部１０９により計測されているスリープ状態に移行してからの経過時間が所定時間に達した場合、スリープ状態を解除する。そして、通常状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップＳ１１から繰り返し実行される。
【００８４】
すなわち、動作状態が通常状態の通信端末１０は、図６（ａ）に示すように、データの無線送信中の区間を示す送信区間３０１と、次の送信区間３０１が開始されるまでスリープ状態で待機するスリープ区間３０２と、を交互に繰り返す。また、通信端末１０は、スリープ区間３０２においては、他の通信端末１０とのデータの送受信およびデータの中継動作を行わないので、送信時以外の消費電力を小さくすることができる。
【００８５】
＜ステップＳ２６＞
動作状態管理部１０５は、判定部１０４により電力残量Ｗが閾値Ｗｔ２未満であると判定された場合、通信端末１０の動作状態を節電状態に移行させる。そして、ステップＳ２７へ移行する。
【００８６】
＜ステップＳ２７＞
データ変更部１０６は、図７に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、節電状態で送信され、かつ、中継を要求する旨の情報（図７の例では、ビット「０１」（中継要求））に変更する。また、データ変更部１０６は、図７に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末１０を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、送信部１０２は、通信端末１０の動作状態が節電状態であるため、到達性は低いがデータレートが通常のデータレートよりも高い状態で、データ変更部１０６により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ２０に対して無線送信する。この場合、節電状態における送信部１０２による無線送信処理に要する時間は、通常のデータレートよりも高いデータレートであるため、中継状態および通常状態における無線送信処理に要する時間よりも短くなる。そして、ステップＳ２８へ移行する。
【００８７】
＜ステップＳ２８＞
通信端末１０のスリープ管理部１０８は、送信部１０２によるデータの無線送信後、上述の中継状態における受信待機状態のようなデータの中継動作および送受信動作を行わないスリープ状態に移行させる。この場合、タイマ部１０９は、通信端末１０がスリープ状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部１０９は、スリープ状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップＳ２７における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップＳ２９へ移行する。
【００８８】
＜ステップＳ２９＞
スリープ管理部１０８は、タイマ部１０９により計測されているスリープ状態に移行してからの経過時間が所定時間に達した場合、スリープ状態を解除する。そして、節電状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップＳ１１から繰り返し実行される。
【００８９】
すなわち、動作状態が節電状態の通信端末１０は、図６（ｂ）に示すように、データの無線送信中の区間を示す送信区間３０３と、次の送信区間３０３が開始されるまでスリープ状態で待機するスリープ区間３０４と、を交互に繰り返す。また、通信端末１０は、送信区間３０３においてデータを無線送信する場合、送信時の消費電力を抑えるため、通常のデータレートよりも高いデータレートで無線送信することにより、送信にかかる時間を短縮（送信区間３０３を短縮）するものとしている。例えば、通信端末１０が上述のＬｏＲａの規格に従って無線送信する場合、データレートを高くするために、スペクトラム拡散の拡散率を下げるものとすればよい。また、通信端末１０は、スリープ区間３０４においては、他の通信端末１０とのデータの送受信およびデータの中継動作を行わないので、送信時以外の消費電力を小さくすることができる。この場合、送信区間３０３が短縮された分だけスリープ区間３０４を長くすることによって、無線送信の処理以外の消費電力をより少なくすることができる。
【００９０】
以上のステップＳ１１〜Ｓ２９の処理によって、通信端末１０の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作が実行される。
【００９１】
（通信端末のデータの送信時の通信経路について）
図８は、実施形態に係る通信端末の通常状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。図９は、実施形態に係る通信端末の節電状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。図８および図９を参照しながら、本実施形態に係る通信端末１０の通常状態および節電状態でのデータの送信時の通信経路について説明する。
【００９２】
まず、図８を参照しながら、通信端末１０の通常状態でのデータの送信時の通信経路について説明する。図８に示す通信端末１０ａ〜１０ｃは、動作状態がそれぞれ、中継状態、通常状態、通常状態となっており、それぞれゲートウェイ２０に対して、自身のデータを無線送信する。このとき、通信端末１０ｂ（および通信端末１０ｃ）は、動作を行うための十分な電力残量を有している通常状態であるため、長い距離を無線送信することが可能である。また、通信端末１０ａは、動作を行うための電力残量を通信端末１０ｂよりも多く有している中継状態であるため、長い距離を無線送信することが可能である。
【００９３】
通信端末１０ｂは通常状態であるため、通信端末１０ｂの無線送信が可能な範囲を示す通信可能範囲４０１は、後述する図９に示す通信可能範囲４０２よりも広い範囲となっている。この通信可能範囲４０１内に存在し、データを無線受信することが可能な機器（図８においては、ゲートウェイ２０および通信端末１０ａ）であれば、通信端末１０ｂから無線送信されたデータを無線受信することが可能である。したがって、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、ゲートウェイ２０において直接、無線受信されることが可能であり、ゲートウェイ２０により無線受信されたデータは、外部のネットワークに転送される。また、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、中継状態である通信端末１０ａにおいても無線受信されるが、当該データの制御ビットは中継要求を示す情報でないため、通信端末１０ａにおいて中継（再送信）は実行されない。
【００９４】
なお、図８においては、通常状態にある通信端末１０（図８では通信端末１０ｂ）から無線送信されるデータの通信経路について説明したが、中継状態にある通信端末１０から無線送信されるデータについても通信経路は同様である。
【００９５】
次に、図９を参照しながら、通信端末１０の節電状態でのデータの送信時の通信経路について説明する。図９に示す通信端末１０ａ〜１０ｃは、動作状態がそれぞれそれぞれ、中継状態、節電状態、通常状態となっており、それぞれゲートウェイ２０に対して、自身のデータを無線送信する。このとき、通信端末１０ｂは、節電状態であるため、電力残量が少なく、無線送信をする距離は短い。また、通信端末１０ａは、動作を行うための電力残量を通信端末１０ｃ（通常状態）よりも多く有している中継状態であるため、長い距離を無線送信することが可能である。
【００９６】
通信端末１０ｂは節電状態であるため、通信端末１０ｂの無線送信が可能な範囲を示す通信可能範囲４０２は、上述した図８に示す通信可能範囲４０１よりも狭い範囲となっている。この通信可能範囲４０２内に存在し、データを無線受信することが可能な機器（図９においては、通信端末１０ａ）であれば、通信端末１０ｂから無線送信されたデータを無線受信することが可能である。このとき、通信端末１０ｂから無線送信されたデータの制御ビットは中継を要求することを示す情報となっている。また、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、中継状態の通信端末１０ａで無線受信される。そして、通信端末１０ａは、無線受信したデータが、節電状態の通信端末１０（通信端末１０ｂ）から無線送信されたデータであって中継要求を示す制御ビットを有するデータであるため、当該制御ビットを、中継済みを示す情報に変更して、ゲートウェイ２０に対して中継（再送信）する。
【００９７】
なお、ゲートウェイ２０が、通信可能範囲４０２内に存在すれば、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、ゲートウェイ２０において直接、無線受信されることも可能である。
【００９８】
図１０は、実施形態に係る通信端末の間に通信を妨害する要因がある場合について説明する図である。図１０を参照しながら、本実施形態に係る通信端末１０の間に通信を妨害する等の要因がある場合に送信条件を変更して設定する動作について説明する。
【００９９】
図１０に示す通信端末１０ａ〜１０ｃは、動作状態がそれぞれ、中継状態、節電状態、通常状態となっており、それぞれゲートウェイ２０に対して、自身のデータを無線送信する。この場合、中継状態で動作する１０ａと、節電状態で動作する通信端末１０ｂとの間に、構造物等の電波を減衰させる要因が存在する場合、通信端末１０ｂが無線送信できる範囲が狭まって通信可能範囲４１１の範囲となっており、この場合、通信端末１０ａはその範囲となっている。したがって、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、結果的に、ゲートウェイ２０まで到達しない。
【０１００】
これを回避するためには、例えば、節電状態である通信端末１０ｂは、無線送信ができる範囲を拡張して通信可能範囲４１２とし、この範囲に通信端末１０ａが含まれるようになれば、通信端末１０ａによりデータが中継され、当該データがゲートウェイ２０まで到達することになる。このように、通信可能範囲を拡張する具体的な方法としては、上述の図４および図５で説明した強度取得部１１０および送信条件設定部１１１の動作の通りである。
【０１０１】
（ゲートウェイのデータの受信時の重複確認処理）
図１１は、実施形態に係るゲートウェイのデータの受信時の重複確認処理の一例を示すフローチャートである。上述の図８および図９に示したように、通信端末１０から無線送信されたデータについて、同じデータ（正確には、図７に示す制御ビット以外のデータが同じであるデータを示すが、以下、単に「同じデータ」と称するものとする）が、ゲートウェイ２０によって無線受信される場合がある。例えば、図９において、ゲートウェイ２０が通信可能範囲４０２内にある場合、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、直接、ゲートウェイ２０によって無線受信される場合と、通信端末１０ａを中継してゲートウェイ２０によって無線受信される場合とがあり、この場合、ゲートウェイ２０は同じデータを重複して受信することになる。また、通信可能範囲４０２内に、複数の中継状態の通信端末１０が存在する場合、通信端末１０ｂから無線送信されたデータは、１の中継状態の通信端末１０により中継されてゲートウェイ２０によって無線受信される場合と、他の中継状態の通信端末１０により中継されてゲートウェイ２０によって無線受信される場合とがあり、この場合も、ゲートウェイ２０は同じデータを重複して受信することになる。このように重複して受信するような環境にある場合、ゲートウェイ２０においては、既に受信したデータを重複して受信したデータを破棄する処理が必要となる。そこで、図１１を参照しながら、本実施形態に係るゲートウェイ２０のデータの受信時の重複確認処理について説明する。
【０１０２】
＜ステップＳ３１＞
ゲートウェイ２０の受信部２０１は、通信端末１０から無線送信されるデータを無線受信可能な状態となっている。受信部２０１により通信端末１０からのデータを無線受信した場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、ステップＳ３２へ移行し、通信端末１０からデータが無線受信されない場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、受信部２０１は、データを無線受信するまで待機する。
【０１０３】
＜ステップＳ３２＞
ゲートウェイ２０の判定部２０３は、受信部２０１により無線受信されたデータのヘッダ部の送信元アドレスおよびシーケンス番号（図７参照）を確認し、記憶部２０５に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号とそれぞれ同一であるか否かを判定することによって、無線受信されたデータが既に受信済みであるか否かを判定する。無線受信されたデータの送信元アドレスおよびシーケンス番号が、記憶部２０５に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号とそれぞれ同一である場合（すなわち、無線受信されたデータが既に受信済みである場合）（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３３へ移行する。一方、無線受信されたデータの送信元アドレスおよびシーケンス番号が、記憶部２０５に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号と少なくともいずれかが異なる場合（すなわち、無線受信されたデータが受信済みでない場合）（ステップＳ３２：Ｎｏ）、ステップＳ３４へ移行する。
【０１０４】
＜ステップＳ３３＞
ゲートウェイ２０のデータ処理部２０４は、受信部２０１により無線受信されたデータが既に受信済みである場合、当該データを破棄する。そして、重複確認処理を終了する。
【０１０５】
＜ステップＳ３４＞
データ処理部２０４は、受信部２０１により無線受信されたデータが受信済みでない場合、以後、受信部２０１により無線受信されたデータが受信済みであるか否かを判定するために、記憶部２０５に、当該データの送信元アドレスおよびシーケンス番号を記憶させる。そして、ステップＳ３５へ移行する。
【０１０６】
＜ステップＳ３５＞
データ処理部２０４は、受信部２０１により無線受信されたデータを受理する。具体的には、データ処理部２０４は、当該データを宛先アドレスに送信する必要があると判断し、当該データに対してプロトコル変換等の処理を行い、処理後のデータを、通信システム１内の無線通信ネットワーク外のネットワーク（インターネット等）に送信する。そして、重複確認処理を終了する。
【０１０７】
以上のステップＳ３１〜Ｓ３５の処理によって、ゲートウェイ２０の重複確認処理が実行される。以上のようなゲートウェイ２０の重複確認処理によって、同一の送信元アドレスおよびシーケンス番号を有する同一のデータが、ゲートウェイ２０の外部へ送出されることを防ぐことができる。
【０１０８】
なお、ステップＳ３２において、受信部２０１により無線受信されたデータが既に受信済みであるか否かを判定するために、当該データのヘッダ部の送信元アドレスおよびシーケンス番号の同一性を確認しているが、これに限定されるものではない。例えば、通信端末１０において生成された送信すべきデータは、１つの宛先アドレスだけではなく、複数の宛先アドレスに送信すべき場合もあり得る。この場合、判定部２０３は、送信元アドレスおよびシーケンス番号だけでなく、宛先アドレス（識別情報の一例）についての同一性も確認することによって、複数の宛先アドレスで示される通信システム１外の各宛先アドレスで示される装置に、適切にデータを送信することが可能となる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態に係る通信システム１では、電力残量が低い動作状態（例えば、節電状態）の通信端末１０は、消費電力を抑えた動作条件（例えば、データレートを高くする）（第２の動作条件）によって無線送信して、無線送信後は、消費電力を抑えるため所定時間、データの送受信を行わないスリープ状態に移行させるものとしている。また、電量残量が高い動作状態（例えば、中継状態）の通信端末１０は、電力残量が低い動作状態の通信端末１０からのデータを無線受信した場合、通信品質の低下を抑制した動作条件（例えば、データレートを低くする）（第１の動作条件）によって無線受信したデータをゲートウェイ２０に対して中継（再送信）するものとしている。そして、通信端末１０は、自身の電力残量に応じた動作状態に切り替えるものとしている。これによって、通信品質の低下を抑制しつつ、通信端末１０の動作可能時間を延ばすことが可能となる。
【０１１０】
また、本実施形態に係る通信端末１０は、動作状態が中継状態である場合に、他の通信端末１０からのデータを受信部１０１により受信されたとき、当該データの送信元である他の通信端末１０のアドレス（送信元アドレス）、および当該データの受信電波強度を取得する。そして、通信端末１０は、取得した送信元アドレスおよび受信電波強度に基づいて、自身の動作状態が節電状態となった場合に、データを送信するときの送信条件を設定するものとしている。具体的には、通信端末１０は、例えば、最低受信感度が受信電波強度よりも小さくなるような拡散率でデータを送信するように送信条件を設定する。これによって、通信端末１０間に無線通信を妨害するような要因があっても、受信電波強度等を取得することによって、節電状態におけるデータの送信条件を設定変更することができ、ゲートウェイ２０までデータを到達させることができる。
【０１１１】
また、本実施形態に係る通信端末１０は、動作状態が通常状態または節電状態の場合、データの無線送信後、所定時間だけスリープ状態に移行するようにしている。このスリープ状態では、他の通信端末１０とのデータの送受信およびデータの中継動作を行わないので、送信処理以外の消費電力を小さくすることができる。
【０１１２】
また、本実施形態に係る通信端末１０は、動作状態が中継状態または通常状態である場合、到達性の高い通常のデータレート（節電状態におけるデータレートよりも低いデータレート）でデータを無線送信するものとしている。これによって、通信品質の低下を抑制することができる。
【０１１３】
また、本実施形態に係る通信端末１０は、動作状態が節電状態である場合、上述のように、データの無線送信の際、データレートを高くして送信するため、送信にかかる時間を短縮でき、短縮された分だけスリープ状態となっている時間を長くするものとしている。これによって、送信処理以外の消費電力をより少なくすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態に係る通信端末１０は、動作状態が中継状態である場合、他の通信端末１０から無線受信されたデータの制御ビットを、当該データが中継された旨を示す情報（中継済みを示す情報）に変更する。そして、通信端末１０は、動作状態が中継状態である場合、他の通信端末１０から無線受信したデータの制御ビットが、中継済みを示す情報である場合、当該データを中継しないものとしている。これによって、同じデータが中継状態の通信端末１０によって繰り返し中継されることを防ぐことができる。
【０１１５】
また、本実施形態に係るゲートウェイ２０は、既に受信済みのデータを通信端末１０から無線受信した場合、当該データをプロトコル変換して外部のネットワークに送信することはせず、当該データを破棄するものとしている。これによって、同一のデータがゲートウェイ２０の外部へ送出されることを防ぐことができる。
【０１１６】
なお、通信端末１０の動作状態として、中継状態、通常状態および節電状態の３つの動作状態の切り替えについて説明したが、動作状態の種類は３種類に限定されるものではない。例えば、同じ通常状態でも、さらに複数の状態に区分けし、電力残量がより高い状態の場合は、より低いデータレートで無線送信するものとし、図６に示すスリープ区間３０２の長さをより短く設定するものとしてもよい。また、同じ中継状態でも、さらに複数の状態に区分けし、電力残量がより低い状態の場合は、節電状態の他の通信端末１０からデータを無線受信する度に中継処理を行うのではなく、複数回のうち１回だけ中継処理を行う等の動作としてもよい。
【０１１７】
また、上述の実施形態において、通信端末１０およびゲートウェイ２０の各機能部の少なくともいずれかがプログラムの実行によって実現される場合、そのプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、上述の実施形態に係る通信端末１０およびゲートウェイ２０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態の通信端末１０およびゲートウェイ２０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態の通信端末１０およびゲートウェイ２０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、上述の実施形態の通信端末１０およびゲートウェイ２０で実行されるプログラムは、上述した各機能部のうち少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＭＰＵ６０１、ＣＰＵ８０１が上述の記憶装置（例えば、フラッシュＲＯＭ６０３、ＲＯＭ８０３）からプログラムを読み出して実行することにより、上述の各機能部が主記憶装置（例えば、ＲＡＭ６０２、ＲＡＭ８０２）上にロードされて生成されるようになっている。
【符号の説明】
【０１１８】
１  通信システム
１０、１０ａ〜１０ｃ  通信端末
２０  ゲートウェイ
１０１  受信部
１０２  送信部
１０３  電力管理部
１０４  判定部
１０５  動作状態管理部
１０６  データ変更部
１０７  受信待機管理部
１０８  スリープ管理部
１０９  タイマ部
１１０  強度取得部
１１１  送信条件設定部
１１２  記憶部
２０１  受信部
２０２  送信部
２０３  判定部
２０４  データ処理部
２０５  記憶部
３０１  送信区間
３０２  スリープ区間
３０３  送信区間
３０４  スリープ区間
３０５  送信区間
３０６  受信待機区間
３０７  中継区間
４０１、４０２  通信可能範囲
４１１、４１２  通信可能範囲
５００  電力管理ブロック
５０１  充電池
５０２  太陽電池
５０３  電力制御ＩＣ
５０４  内部バス
６００  通信制御ブロック
６０１  ＭＰＵ
６０２  ＲＡＭ
６０３  フラッシュＲＯＭ
６０４  通信モジュール
６０５  アンテナ
６０６  メインクロック
６０７  サブクロック
６０８  タイマ
６０９  内部バス
７００  電力線
８０１  ＣＰＵ
８０２  ＲＡＭ
８０３  ＲＯＭ
８０４  無線通信モジュール
８０５  アンテナ
８０６  ネットワークＩ／Ｆ
８０７  バス
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１９】
【特許文献１】特開２０１６−０３２１６０号公報
【図１】
2019041375.tif 000007
【図２】
2019041375.tif 000008
【図３】
2019041375.tif 000009
【図４】
2019041375.tif 000010
【図５】
2019041375.tif 000011
【図６】
2019041375.tif 000012
【図７】
2019041375.tif 000013
【図８】
2019041375.tif 000014
【図９】
2019041375.tif 000015
【図１０】
2019041375.tif 000016
【図１１】
2019041375.tif 000017