(57)【要約】【課題】中継機を介して２つの無線機が無線信号を送受信する場合においても同一のフレーム内で送受信を可能にする。【解決手段】親機１との間で直接無線信号を送受信する第１中継機３01と、第１中継機３01を介して親機１との間で無線信号を送受信する第２中継機３11とを有する。フレームにおいて、第１中継機３01に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSDk-1の後に、第２中継機３11に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSDkが配置される。また、第１中継機３01に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUiの前に、第２中継機３11に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUi-1が配置される。故に、中継機３が他の中継機３を介して親機１及び子機２と無線信号を送受信する場合においても、同一のフレーム内で親機１から子機２、子機２から親機１へ無線信号を送受信することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線機と、１乃至複数の中継機とを有し、前記複数の無線機は、１つの親機と１乃至複数の子機からなり、一定周期で繰り返されるフレームが下り区間と上り区間に分割され、さらに、前記下り区間が複数の下り方向のタイムスロットに分割され、前記上り区間が複数の上り方向のタイムスロットに分割され、前記子機は、前記親機との間で前記下り方向及び前記上り方向のタイムスロットで直接無線信号を送受信するか、または１乃至複数の中継機に中継されて前記下り方向及び前記上り方向のタイムスロットで前記親機との間で無線信号を送受信するように構成される無線通信システムであって、
前記親機は、自己に割り当てられる下り方向の第１タイムスロットで無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記下り方向の第１タイムスロットで前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットで前記親機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、
前記子機は、前記下り方向の第１タイムスロット又は前記下り方向の第２タイムスロットで前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットで無線信号を送信するように構成され、
前記中継機は、前記上り方向の第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、
前記親機は、前記上り方向の第１タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットで前記無線信号を受信するように構成され、
前記下り方向の第２タイムスロットは、前記フレームにおいて、前記下り方向の第１タイムスロットと前記上り方向の第１タイムスロットとの間に配置され、前記上り方向の第２タイムスロットは、前記フレームにおいて、前記上り方向の第１タイムスロットの後に配置されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記複数の中継機は、前記親機との間で直接無線信号を送受信する第１中継機と、前記第１中継機を介して前記親機との間で無線信号を送受信する第２中継機とを含み、前記フレームにおいて、前記第１中継機に割り当てられる前記下り方向の第２タイムスロットの後に、前記第２中継機に割り当てられる前記下り方向の第２タイムスロットが配置され、且つ前記第１中継機に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットの前に、前記第２中継機に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットが配置されることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記親機は、前記上り区間における全ての前記タイムスロットで無線信号の受信状態となるように構成され、前記中継機は、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで無線信号の受信状態となるように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第２中継機は、前記下り区間においては、前記下り方向の第２タイムスロットで前記第１中継機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットで前記第１中継機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、
前記第２中継機は、前記上り区間においては、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、
前記第１中継機は、前記上り区間においては、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、さらに、前記上り方向の第２タイムスロットで前記第２中継機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機及び前記第２中継機から受信した前記無線信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を一定の周期で定期的に送信するように構成され、
前記子機は、前記返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、
前記中継機は、前記周期よりも長い期間に亘って前記親機が送信する前記返信要求メッセージを含む無線信号を受信しなかった場合、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットを除く全ての前記下り区間で受信状態となり、且つ前記下り区間で受信した前記返信要求メッセージを含む無線信号を、次の前記フレームにおいて自己に割り当てられた前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、且つ前記上り方向の第２タイムスロットのうちで、自己に割り当てられた前記上り方向の第２タイムスロットを除く全ての前記第２タイムスロットで受信状態となり、且つ前記次のフレームにおける前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を受信すれば、さらに次の前記フレームにおける前記上り区間で、自己に割り当てられた前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記中継機は、前記第２タイムスロットの割当を設定するための設定手段を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記中継機は、前記タイムスロットが割り当てられていない場合、前記親機に対して登録要求メッセージを含む無線信号を送信した後、前記親機から前記登録要求メッセージに対する登録許可メッセージを含む無線信号を受信すると、前記登録許可メッセージに含まれる前記タイムスロットの割当情報に基づいて前記タイムスロットが割り当てられるように構成され、
さらに、前記中継機は、前記タイムスロットが割り当てられている場合、他の前記中継機が送信する前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記登録要求メッセージを含む無線信号を送信して前記親機へ中継するように構成され、
前記親機は、前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロットから順番に割り当て、且つ前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットから順番に割り当てるように構成されることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記親機は、前記中継機に前記タイムスロットが割り当てられていない場合において、中継回数の上限を指定した応答要求メッセージを含む無線信号を送信し、前記応答要求メッセージに対する応答メッセージを含む無線信号を前記中継機から受信すると、前記中継回数の上限が少ない前記応答要求メッセージに対して応答メッセージを返信する前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成され、
前記中継機は、前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージの前記中継回数が前記上限に達していれば、前記応答要求メッセージを含む無線信号を送信せず、前記中継回数が前記上限に達していなければ、前記中継回数に１を加えて前記応答要求メッセージを含む無線信号を他の前記中継機へ送信し、且つ前記中継回数に関わらず、前記応答メッセージと前記中継回数を含む無線信号を前記親機へ送信するように構成されることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記親機は、前記中継機に対して応答を要求する応答要求メッセージを含む無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、
前記中継機は、前記下り区間において、前記下り方向の第１タイムスロットで前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージ及び中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、前記下り方向の第２タイムスロットで前記応答要求メッセージ及び前記中継回数を含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージを含み且つ前記中継回数をインクリメントして更新した中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、さらに、前記上り区間において、前記下り区間に受信した前記無線信号に含まれる前記応答要求メッセージに対する応答メッセージ及び前記無線信号に含まれる前記中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記上り方向の第２タイムスロットで送信するように構成され、
前記親機は、前記中継機が送信した前記無線信号を受信すると、前記無線信号に含まれる前記中継回数が少ない前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成されることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記中継機は、他の前記中継機が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、前記計測値と前記応答メッセージを含む前記無線信号を送信するように構成され、
前記親機は、前記中継回数が等しい複数の前記中継機に対して、前記複数の中継機から受信した前記無線信号に含まれる前記計測値が大きい前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成されることを特徴とする請求項８又は９記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記親機は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段を備え、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、且つ前記返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの前記子機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合に前記報知手段で報知するように構成されることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、且つ前記返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの前記子機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合、前記中継機に対して、前記下り方向の第２タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットを割り当て直すように構成されることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記子機は内蔵する電池から給電されて動作するように構成され、前記親機及び前記中継機は外部電源から給電されて動作するように構成され、且つ前記親機は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段を備え、
前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を第１周期で定期的に送信し、且つ全ての前記中継機に対して応答メッセージの返信を要求する第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記第１周期よりも短い第２周期で定期的に送信し、少なくとも１つの前記子機又は少なくとも１つの前記中継機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合に前記報知手段で報知するように構成され、
前記子機は、前記第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、
前記中継機は、前記第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記子機は内蔵する電池から給電されて動作するように構成され、前記親機及び前記中継機は外部電源から給電されて動作するように構成され、
前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を第１周期で定期的に送信し、且つ全ての前記中継機に対して応答メッセージの返信を要求する第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記第１周期よりも短い第２周期で定期的に送信するように構成され、
前記子機は、前記第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、
前記中継機は、前記第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、
前記親機は、少なくとも１つの前記中継機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合、前記中継機に対して、前記下り方向の第２タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットを割り当て直すように構成されることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記親機は、前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、前記登録要求メッセージを含む無線信号の送信元である前記中継機に対してタイムスロットを割り当てないように構成されることを特徴とする請求項７記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記中継機は、前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、前記応答メッセージを含む無線信号を送信しないように構成されることを特徴とする請求項８又は９記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記中継機は、他の前記中継機が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、前記計測値と前記応答メッセージを含む前記無線信号を送信するように構成され、
前記親機は、前記中継機から受信した前記無線信号に含まれる前記計測値が所定の下限値を超えていなければ、前記中継機に対してタイムスロットを割り当てないように構成されることを特徴とする請求項８又は９記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関し、特に複数の無線機と中継機とを有する無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の無線機が無線通信を行う方式として、個々の無線機が自己に割り当てられたタイムスロットで無線信号を送信する方式、すなわち、時分割多元接続(Time-Division-Multiple-Access:TDMA)方式が広く採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、PHS(Personal-Handy-Phone-System)の基地局と移動局および中継局との間でTDMA方式の無線通信を行う無線通信システムが開示されている。
【０００４】
特許文献１記載の中継局は、待ち受け状態において移動局からパケット通信のリンクチャネル確立要求があると、最初に待ち受け先の基地局に対して移動局からのリンクチャネル確立要求を中継して情報チャネルを起動する。その後、中継局は、他の中継先の基地局にもリンクチャネル確立要求を中継して順次情報チャネルを起動し、互いに異なる複数のスロットを使って複数の基地局と一つの移動局との間で情報チャネルによりパケット通信の無線信号を中継する。
【０００５】
而して、複数の基地局と互いに異なる複数のスロットを使って一つの移動局がパケット通信を行うことができるため、下り方向における最大通信速度を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４９８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の従来例では、中継局が基地局と移動局との間の無線信号を中継するため、同一のフレーム内で移動局と基地局が相互に無線信号を送受信することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、中継機を介して２つの無線機が無線信号を送受信する場合においても同一のフレーム内で送受信を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の無線通信システムは、複数の無線機と、１乃至複数の中継機とを有し、前記複数の無線機は、１つの親機と１乃至複数の子機からなり、一定周期で繰り返されるフレームが下り区間と上り区間に分割され、さらに、前記下り区間が複数の下り方向のタイムスロットに分割され、前記上り区間が複数の上り方向のタイムスロットに分割され、前記子機は、前記親機との間で前記下り方向及び前記上り方向のタイムスロットで直接無線信号を送受信するか、または１乃至複数の中継機に中継されて前記下り方向及び前記上り方向のタイムスロットで前記親機との間で無線信号を送受信するように構成される無線通信システムであって、前記親機は、自己に割り当てられる下り方向の第１タイムスロットで無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記下り方向の第１タイムスロットで前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットで前記親機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、前記子機は、前記下り方向の第１タイムスロット又は前記下り方向の第２タイムスロットで前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットで無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記上り方向の第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、前記親機は、前記上り方向の第１タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットで前記無線信号を受信するように構成され、前記下り方向の第２タイムスロットは、前記フレームにおいて、前記下り方向の第１タイムスロットと前記上り方向の第１タイムスロットとの間に配置され、前記上り方向の第２タイムスロットは、前記フレームにおいて、前記上り方向の第１タイムスロットの後に配置されることを特徴とする。
【００１０】
この無線通信システムにおいて、前記複数の中継機は、前記親機との間で直接無線信号を送受信する第１中継機と、前記第１中継機を介して前記親機との間で無線信号を送受信する第２中継機とを含み、前記フレームにおいて、前記第１中継機に割り当てられる前記下り方向の第２タイムスロットの後に、前記第２中継機に割り当てられる前記下り方向の第２タイムスロットが配置され、且つ前記第１中継機に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットの前に、前記第２中継機に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットが配置されることが好ましい。
【００１１】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、前記上り区間における全ての前記タイムスロットで無線信号の受信状態となるように構成され、前記中継機は、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで無線信号の受信状態となるように構成されることが好ましい。
【００１２】
この無線通信システムにおいて、前記第２中継機は、前記下り区間においては、前記下り方向の第２タイムスロットで前記第１中継機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットで前記第１中継機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、前記第２中継機は、前記上り区間においては、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機から受信した前記無線信号を送信するように構成され、前記第１中継機は、前記上り区間においては、前記上り方向の全ての第１タイムスロットで前記子機が送信する前記無線信号を受信し、さらに、前記上り方向の第２タイムスロットで前記第２中継機が送信する前記無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットで前記子機及び前記第２中継機から受信した前記無線信号を送信するように構成されることが好ましい。
【００１３】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を一定の周期で定期的に送信するように構成され、前記子機は、前記返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記周期よりも長い期間に亘って前記親機が送信する前記返信要求メッセージを含む無線信号を受信しなかった場合、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットを除く全ての前記下り区間で受信状態となり、且つ前記下り区間で受信した前記返信要求メッセージを含む無線信号を、次の前記フレームにおいて自己に割り当てられた前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、且つ前記上り方向の第２タイムスロットのうちで、自己に割り当てられた前記上り方向の第２タイムスロットを除く全ての前記第２タイムスロットで受信状態となり、且つ前記次のフレームにおける前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を受信すれば、さらに次の前記フレームにおける前記上り区間で、自己に割り当てられた前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成されることが好ましい。
【００１４】
この無線通信システムにおいて、前記中継機は、前記第２タイムスロットの割当を設定するための設定手段を備えることが好ましい。
【００１５】
この無線通信システムにおいて、前記中継機は、前記タイムスロットが割り当てられていない場合、前記親機に対して登録要求メッセージを含む無線信号を送信した後、前記親機から前記登録要求メッセージに対する登録許可メッセージを含む無線信号を受信すると、前記登録許可メッセージに含まれる前記タイムスロットの割当情報に基づいて前記タイムスロットが割り当てられるように構成され、さらに、前記中継機は、前記タイムスロットが割り当てられている場合、他の前記中継機が送信する前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記登録要求メッセージを含む無線信号を送信して前記親機へ中継するように構成され、前記親機は、前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロットから順番に割り当て、且つ前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットから順番に割り当てるように構成されることが好ましい。
【００１６】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、前記中継機に前記タイムスロットが割り当てられていない場合において、中継回数の上限を指定した応答要求メッセージを含む無線信号を送信し、前記応答要求メッセージに対する応答メッセージを含む無線信号を前記中継機から受信すると、前記中継回数の上限が少ない前記応答要求メッセージに対して応答メッセージを返信する前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成され、前記中継機は、前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージの前記中継回数が前記上限に達していれば、前記応答要求メッセージを含む無線信号を送信せず、前記中継回数が前記上限に達していなければ、前記中継回数に１を加えて前記応答要求メッセージを含む無線信号を他の前記中継機へ送信し、且つ前記中継回数に関わらず、前記応答メッセージと前記中継回数を含む無線信号を前記親機へ送信するように構成されることが好ましい。
【００１７】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、前記中継機に対して応答を要求する応答要求メッセージを含む無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、前記中継機は、前記下り区間において、前記下り方向の第１タイムスロットで前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージ及び中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、前記下り方向の第２タイムスロットで前記応答要求メッセージ及び前記中継回数を含む無線信号を受信した場合、前記応答要求メッセージを含み且つ前記中継回数をインクリメントして更新した中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記下り方向の第２タイムスロットで送信し、さらに、前記上り区間において、前記下り区間に受信した前記無線信号に含まれる前記応答要求メッセージに対する応答メッセージ及び前記無線信号に含まれる前記中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている前記上り方向の第２タイムスロットで送信するように構成され、前記親機は、前記中継機が送信した前記無線信号を受信すると、前記無線信号に含まれる前記中継回数が少ない前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成されることが好ましい。
【００１８】
この無線通信システムにおいて、前記中継機は、他の前記中継機が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、前記計測値と前記応答メッセージを含む前記無線信号を送信するように構成され、前記親機は、前記中継回数が等しい複数の前記中継機に対して、前記複数の中継機から受信した前記無線信号に含まれる前記計測値が大きい前記中継機から順番に、前記フレームの先頭に近い前記下り方向の第２タイムスロット及び前記フレームの最後尾に近い前記上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成されることが好ましい。
【００１９】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段を備え、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、且つ前記返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの前記子機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合に前記報知手段で報知するように構成されることが好ましい。
【００２０】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記下り方向の第１タイムスロットで送信し、且つ前記返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの前記子機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合、前記中継機に対して、前記下り方向の第２タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットを割り当て直すように構成されることが好ましい。
【００２１】
この無線通信システムにおいて、前記子機は内蔵する電池から給電されて動作するように構成され、前記親機及び前記中継機は外部電源から給電されて動作するように構成され、且つ前記親機は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段を備え、前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を第１周期で定期的に送信し、且つ全ての前記中継機に対して応答メッセージの返信を要求する第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記第１周期よりも短い第２周期で定期的に送信し、少なくとも１つの前記子機又は少なくとも１つの前記中継機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合に前記報知手段で報知するように構成され、前記子機は、前記第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成されることが好ましい。
【００２２】
この無線通信システムにおいて、前記子機は内蔵する電池から給電されて動作するように構成され、前記親機及び前記中継機は外部電源から給電されて動作するように構成され、前記親機は、全ての前記子機に対して応答メッセージの返信を要求する第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を第１周期で定期的に送信し、且つ全ての前記中継機に対して応答メッセージの返信を要求する第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を前記第１周期よりも短い第２周期で定期的に送信するように構成され、前記子機は、前記第１返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第１タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、前記中継機は、前記第２返信要求メッセージを含む前記無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる前記上り方向の第２タイムスロットで前記応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成され、前記親機は、少なくとも１つの前記中継機から前記応答メッセージの返信を受信しなかった場合、前記中継機に対して、前記下り方向の第２タイムスロット及び前記上り方向の第２タイムスロットを割り当て直すように構成されることが好ましい。
【００２３】
この無線通信システムにおいて、前記親機は、前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、前記登録要求メッセージを含む無線信号の送信元である前記中継機に対してタイムスロットを割り当てないように構成されることが好ましい。
【００２４】
この無線通信システムにおいて、前記中継機は、前記応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、前記無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、前記応答メッセージを含む無線信号を送信しないように構成されることが好ましい。
【００２５】
この無線通信システムにおいて、前記中継機は、他の前記中継機が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、前記計測値と前記応答メッセージを含む前記無線信号を送信するように構成され、前記親機は、前記中継機から受信した前記無線信号に含まれる前記計測値が所定の下限値を超えていなければ、前記中継機に対してタイムスロットを割り当てないように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の無線通信システムは、中継機に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットが、フレームにおいて、親機に割り当てられる下り方向の第１タイムスロットと、子機に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットとの間に配置される。また、中継機に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットは、フレームにおいて、子機に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットの後に配置される。したがって、親機から送信される無線信号を同一フレームの下り区間で中継し、各子機から送信される無線信号を同一フレームの上り区間で中継することができる。その結果、中継機を介して２つの無線機が無線信号を送受信する場合においても同一のフレーム内で送受信が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る無線通信システムの実施形態である無線式センサシステムのタイムチャートである。
【図２】同上のシステム構成図である。
【図３】同上におけるフレームフォーマットの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る無線通信システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、１台の親機１と、複数台の子機２と、１乃至複数台の中継機３とで構成され、各子機２が搭載するセンサの検知結果を直接又は中継機３を介して親機１へ送信する無線式センサシステムである。ただし、本発明の技術思想が適用可能な無線通信システムは本実施形態の無線式センサシステムに限定されるものではなく、親機と子機と中継機で構成される無線通信システム全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００２９】
（実施形態１）
本実施形態の無線式センサシステムは、図２に示すように１台の親機１と、複数台(図示は３台)の子機２と、１乃至複数台(図示は２台)の中継機３とで構成される。
【００３０】
子機２は、子機制御部20、アンテナ21、子機送受信部22、センサ部23、電池電源部24を備える。子機送受信部22は、例えば、電波法施行規則第６条第４項第３号に規定される「小電力セキュリティシステムの無線機」に準拠して電波を媒体とする無線信号を送受信する。センサ部23は、対象物の存在や量などを検知して電気信号に変換するものであって、例えば、人体から放射される赤外線を焦電素子により検知する人感センサや、窓ガラスに加わる振動を検知する破壊センサ、火災に伴う煙や熱を検知する火災センサなどである。子機制御部20はマイクロコントローラ(以下、マイコンと略す。)を主構成要素とし、センサ部23の検知結果(例えば、不審者の侵入や火災の発生など)を示すメッセージを含む無線信号を子機送受信部22から送信させる処理などを行う。電池電源部24は、一次電池あるいは二次電池を電源として子機制御部20、子機送受信部22、センサ部23の動作電源を作成して供給している。
【００３１】
親機１は、親機制御部10、アンテナ11、親機送受信部12、操作入力受付部13、表示部14、電源部15を備える。親機送受信部12は、例えば、子機送受信部22と同様に、電波法施行規則第６条第４項第３号に規定される「小電力セキュリティシステムの無線機」に準拠して電波を媒体とする無線信号を送受信する。操作入力受付部13は、１乃至複数のスイッチ(例えば、押釦スイッチ)を有し、当該スイッチが操作されることで各スイッチに対応した操作入力を受け付けるとともに当該操作入力に対応した操作信号を親機制御部10に出力する。親機制御部10は、子機制御部20と同様にマイコンを主構成要素とし、後述するように何れかの子機２から無線信号で送信される検知結果に応じた処理を行う。このような処理は、例えば、不審者の侵入や火災などの異常発生を警報音や警報表示で報知する処理や、何らかの外部通信手段を利用して遠隔地の通報先へ異常発生を報知する処理などである。表示部14は、発光ダイオードなどの発光素子からなり、例えば、後述するように子機２との通信に異常が生じたときに点灯(又は点滅)して異常の発生を報知する。ただし、表示部14は、発光素子の代わり、あるいは発光素子とともにブザーを備え、光だけでなく音によっても報知するように構成されてもよい。電源部15は外部の電源(例えば、商用交流電源４)から給電される交流電力を直流電力に変換して親機制御部10、親機送受信部12、表示部14に供給している。
【００３２】
中継機３は、中継機制御部30、アンテナ31、中継機送受信部32、操作入力受付部33、表示部34、電源部35を備える。中継機送受信部32は、例えば、子機送受信部22と同様に、電波法施行規則第６条第４項第３号に規定される「小電力セキュリティシステムの無線機」に準拠して電波を媒体とする無線信号を送受信する。操作入力受付部33は、１乃至複数のスイッチ(例えば、押釦スイッチ)を有し、当該スイッチが操作されることで各スイッチに対応した操作入力を受け付けるとともに当該操作入力に対応した操作信号を中継機制御部30に出力する。中継機制御部30は、親機制御部10や子機制御部20と同様にマイコンを主構成要素とし、後述するように親機１から送信される無線信号を子機２又は他の中継機３に中継し、且つ子機２又は他の中継機３から送信される無線信号を親機１に中継する処理などを行う。表示部34は、発光ダイオードなどの発光素子からなり、例えば、親機１や子機２との通信に異常が生じたときに点灯(又は点滅)して異常の発生を報知する。ただし、表示部34は、発光素子の代わり、あるいは発光素子とともにブザーを備え、光だけでなく音によっても報知するように構成されてもよい。電源部35は外部の電源(例えば、商用交流電源４)から給電される交流電力を直流電力に変換して中継機制御部30、中継機送受信部32、表示部34に供給している。
【００３３】
なお、親機１及び子機２、中継機３にはそれぞれ固有の識別符号が割り当てられて各々の制御部10，20，30が有するメモリに格納されており、当該識別符号によって無線信号の送信先並びに送信元が特定できる。
【００３４】
図３は、本実施形態の無線式センサシステムで送受信する無線信号のフレームフォーマットを示している。すなわち、１フレームは同期ビット(プリアンブル)、フレーム同期パターン(ユニークワード)、送信先アドレス、送信元アドレス、データ(メッセージを含む)、ＣＲＣ符号で構成されている。ここで、送信先アドレスのフィールドに識別符号が格納されていれば、当該識別符号が割り当てられている無線機(親機１、子機２、中継機３)のみが無線信号を受信してメッセージを取得することになる。しかしながら、送信先アドレスのフィールドに何れの無線機にも割り当てられていない特殊なビット列(例えば、すべてのビットを１としたビット列)が格納された場合、その無線信号が同報(マルチキャスト)されて全ての無線機でメッセージが取得される。例えば、定期監視(後述する)の返信要求メッセージやモード切換の制御コマンドがデータフィールドに格納された無線信号は、親機１から全ての子機２及び全ての中継機３に同報される。ただし、中継機３は、受信した無線信号の送信先アドレスが親機１又は子機２の識別符号である場合でも当該無線信号を受信し、送信先アドレス及び送信元アドレスを書き換えずに送信(中継）する。なお、以下の説明において、「メッセージを含む無線信号」とは、データフィールドにメッセージが格納された無線信号を意味する。
【００３５】
ところで、本実施形態においては、１台の親機１と複数台の子機２及び中継機３との間の無線通信を時分割多重アクセス(ＴＤＭＡ)方式で行っている。本実施形態では、図１に示すように複数の下り方向(親機１→子機２及び中継機３，中継機３→子機２又は中継機３)のタイムスロットTSD1〜TSDmと、複数の上り方向(子機２及び中継機３→親機１)のタイムスロットTSU1〜TSUnとで１つのフレームが構成されている。ただし、このフレームは、図３に示したフレームフォーマットを有する無線信号のフレームとは異なるものである。そして、１つのフレームにおける上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUnが各子機２及び中継機３に個別に割り当てられることによって、子機２及び中継機３から送信される無線信号同士の衝突を確実に回避することができる。
【００３６】
而して、各子機２の子機制御部20は、センサ部23の検知結果を示すメッセージをデータフィールドに格納し且つ送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、子機制御部20は、子機送受信部22を制御して、生成した無線信号を自己に割り当てられている上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUi(i<n)で送信させる。一方、親機１では、上り区間において親機制御部10が親機送受信部12を受信状態とし、子機２又は中継機３から送信される無線信号を受信する。そして、親機送受信部12が無線信号を受信し、当該無線信号に含まれる(データフィールドに格納されている)メッセージを取得すると、当該メッセージの内容に応じた処理を実行する。
【００３７】
ここで、本実施形態における親機１は、全ての子機２が正常に動作していることを定期的に確認する必要がある。そのため、親機１から定期的に返信要求メッセージを含む無線信号を送信(同報送信)し、各子機２から返信される応答メッセージ(肯定応答:ACKメッセージ)を親機１で受信するようにしている(以下、定期監視と呼ぶ。)。つまり、親機１では、何れかの上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUnで応答メッセージを含む無線信号を受信しなければ、応答メッセージを受信できなかった子機２に電池切れなどの異常が生じていると判断できる。なお、各子機２の子機制御部20は、返信要求メッセージを含む無線信号を受信したタイミングに基づいて内蔵のタイマを制御することにより、タイムスロットTSD1〜TSDm，TSU1〜TSUnのタイミングを決定している。すなわち、返信要求メッセージを含む無線信号が、ＴＤＭＡ方式のタイムスロットを決定するための同期信号(ビーコン)に利用されている。故に、以下の説明では返信要求メッセージを含む無線信号を同期信号と呼ぶことにする。なお、本実施形態では、同期信号を送信する先頭のフレーム(第１フレーム)の後に複数のフレームを繋げてスーパーフレームが構成されている。
【００３８】
また、各子機２の子機制御部20は、警戒モードと非警戒モードの２つの動作モードを択一的に選択して動作する。警戒モードは、センサ部23の検知結果(人の存在検知や窓ガラスの破壊検知など)を無線信号で親機１に送信する動作モードである。一方、非警戒モードは、センサ部23の検知結果を無線信号で親機１に送信しない動作モードである。なお、子機制御部20は、親機１からの指示(制御コマンド)に基づいて警戒モードと非警戒モードを切り換える。例えば、対象エリア(住宅や店舗あるいは事務所や工場など)内に人(住人あるいは従業員)がいるときは各子機２が非警戒モードとされ、対象エリア内に人がいないときに各子機２が警戒モードとされる。なお、子機制御部20は、非警戒モードにおいて、センサ部23を停止するか、あるいはセンサ部23を動作させつつ検知結果を含む無線信号の送信を行わないようにしている。
【００３９】
親機１の操作入力受付部13にはモード切換用のスイッチが設けられており、当該スイッチが操作されると操作入力受付部13にモード切換の操作入力が受け付けられ、当該操作入力に対応する操作信号が操作入力受付部13から親機制御部10に出力される。親機制御部10は、モード切換の操作信号が入力されると、各子機２を警戒モード又は非警戒モードに切り換えるための制御コマンドを生成する。さらに、親機制御部10は、当該制御コマンドをデータフィールドに格納し且つ送信先アドレスのフィールドにマルチキャスト用のアドレス(ビット列)を格納した無線信号を親機送受信部12から送信させる。
【００４０】
前記無線信号が各子機２で受信されると、子機制御部20が当該無線信号に含まれる制御コマンドに基づいて警戒モードと非警戒モードを切り換える。さらに子機制御部20は、制御コマンドに対する応答メッセージ(ACKメッセージ)を生成し、当該応答メッセージをデータフィールドに格納し且つ送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納した無線信号を子機送受信部22から送信させる。
【００４１】
親機１の親機制御部10は、モード切換が正常に行われたことを示す応答メッセージを全ての子機２から受け取れば、表示部14にモードの切換状態を表示させてモード切換の処理を終了する。
【００４２】
ここで、本実施形態では、下り方向のタイムスロットTSD1〜TSDmのうち、先頭のタイムスロット(下り方向の第１タイムスロット)TSD1を親機１に割り当て、２番目以降のタイムスロット(下り方向の第２タイムスロット)TSD2〜TSDmを各中継機３に割り当てている。また、上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUnのうち、先頭からｉ(＜ｎ)番目までのタイムスロット(上り方向の第１タイムスロット)TSU1〜TSUiを子機２に割り当てている。さらに、上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUnのうち、ｉ＋１番目以降のタイムスロット(上り方向の第２タイムスロット)TSUi+1〜TSUnを各中継機３に割り当てている。
【００４３】
而して、各中継機３は、下り方向の第１タイムスロットTSD1で親機１が送信した無線信号を受信し、当該無線信号を、自己に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDmで送信(中継)する。また、各子機２は、親機１又は何れかの中継機３が送信した無線信号を、下り方向の第１タイムスロットTSD1又は第２タイムスロットTSD2〜TSDmで受信する。そして、受信した無線信号に含まれるメッセージに対して応答が必要な場合、各子機２は、応答メッセージを含む無線信号を、自己に割り当てられた上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで送信する。
【００４４】
各中継機３は、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで子機２が送信した無線信号を受信し、当該無線信号を、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで送信(中継)する。そして、親機１は、子機２又は中継機３が送信した無線信号を上り区間で受信し、子機２から送信されたメッセージを受け取る。
【００４５】
上述のように本実施形態は、複数の無線機と、１乃至複数の中継機３とを有する。また、本実施形態における複数の無線機は、１つの親機１と１乃至複数の子機２からなる。そして、一定周期で繰り返されるフレームが下り区間と上り区間に分割され、さらに、下り区間が複数の下り方向のタイムスロットTSD1〜TSDmに分割され、上り区間が複数の上り方向のタイムスロットTSU1〜TSUnに分割される。子機２は、親機１との間で下り方向及び上り方向のタイムスロットで直接無線信号を送受信するか、または１乃至複数の中継機３に中継されて下り方向及び上り方向のタイムスロットで親機１との間で無線信号を送受信するように構成される。
【００４６】
親機１は、自己に割り当てられる下り方向の第１タイムスロットTSD1で無線信号を送信するように構成される。中継機３は、下り方向の第１タイムスロットTSD1で無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDmで親機１から受信した無線信号を送信するように構成される。
【００４７】
子機２は、下り方向の第１タイムスロットTSD1又は下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDmで無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで無線信号を送信するように構成される。
【００４８】
中継機３は、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで子機２が送信する無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで子機２から受信した無線信号を送信するように構成される。
【００４９】
親機１は、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUi及び上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで無線信号を受信するように構成される。
【００５０】
そして、下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDmは、フレームにおいて、下り方向の第１タイムスロットTSD1と上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiとの間に配置される。また、上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnは、フレームにおいて、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiの後に配置される。
【００５１】
上述のように、本実施形態における中継機３は、下り区間における２番目以降のタイムスロットTSD2〜TSDmが割り当てられているので、親機１が送信する無線信号を同一のフレーム(同一フレームにおける下り区間)で子機２に中継することができる。また、中継機３は、上り区間において子機２に割り当てられたタイムスロットTSU1〜TSUiの後のタイムスロットTSUi+1〜TSUnが割り当てられているので、子機２が送信する無線信号を同一のフレーム(同一フレームにおける上り区間)で親機１に中継することができる。その結果、中継機３を介して２つの無線機(親機１と子機２)が無線信号を送受信する場合においても同一のフレーム内で送受信が可能になる。なお、各中継機３に対するタイムスロットの割当は、例えば、各中継機３の操作入力受付部33に設けられたディップスイッチ(設定手段)を用いして設定すればよい。
【００５２】
ここで、親機１と子機２とが複数台の中継機３を介して無線信号を送受信する場合もある。例えば、図２に示すように、一方の中継機３(以下、第１中継機３01と呼ぶ。)が親機１と直接無線信号を送受信し、他方の中継機３(以下、第２中継機３11と呼ぶ。)が第１中継機３01を介して親機１と無線信号を送受信すると仮定する。また、子機２(２01)は、中継機３を介さずに親機１と直接無線信号を送受信し、子機２(２11)は、第１中継機３01を介して親機１と無線信号を送受信し、子機２(２21)は、第１中継機３01と第２中継機３11を介して親機１と無線信号を送受信すると仮定する。
【００５３】
ところで、下り区間において、中継回数が相対的に多い第２中継機３11に、中継回数が相対的に少ない第１中継機３01に割り当てる第２タイムスロットTSDkよりも先頭に近い第２タイムスロットTSDk-1を割り当てたとする。この場合、第２中継機３11が第１中継機３01の送信した無線信号を受信した時点(第２タイムスロットTSDk)で、既に同一フレーム内において自己に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSDk-1が過ぎてしまっている。そのため、第１中継機３01から第２中継機３11へは次のフレームの下り区間で無線信号が中継され、親機１が無線信号を送信したフレームと同一フレーム内での中継が行えない。その結果、親機１と中継機３(第２中継機３11)の間を別の中継機３(第１中継機３01)が中継する場合(多段中継の場合)、同一フレーム内で親機１と子機２が無線信号を送受信できなくなってしまう。
【００５４】
そこで本実施形態では、図１に示すように、下り区間において、親機１との間で無線信号が中継される回数が少ない中継機３から優先的に、先頭に近いタイムスロット(下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDm)を割り当てる。つまり、中継回数が０回である第１中継機３01に下り方向の２番目のタイムスロット(先頭の第２タイムスロットTSD2)を割り当て、中継回数が１回である第２中継機３11に下り方向の３番目のタイムスロット(２番目の第２タイムスロットTSD3)を割り当てる。このようにすれば、第２中継機３11は、親機１が無線信号を送信したフレームと同一のフレーム内で第１中継機３01が送信(中継)する無線信号を受信し、且つ受信した無線信号を同一のフレーム内で送信(中継)することができる。なお、図１における「○」は受信可であることを示し、「×」は受信不可であることを示している。
【００５５】
また、上り区間において、中継回数が相対的に多い第２中継機３11に、中継回数が相対的に少ない第１中継機３01に割り当てる第２タイムスロットTSUkよりも最後尾に近い第２タイムスロットTSUk+1を割り当てたとする。この場合、第２中継機３11が子機２21の送信した無線信号を受信した時点(第２タイムスロットTSUk+1)で、第１中継機３01に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUkが既に過ぎてしまっている。そのため、第１中継機３01は、第２中継機３11から受信した無線信号を、受信したフレームの次のフレームの上り区間でしか送信(中継)することができない。
【００５６】
そこで本実施形態では、図１に示すように、上り区間において、親機１との間で無線信号が中継される回数が少ない中継機３から優先的に、最後尾に近いタイムスロット(上り方向の第２タイムスロットTSUn〜TSUi+1)を割り当てる。例えば、中継回数が０回である第１中継機３01に上り方向の最後尾のタイムスロット(最後の第２タイムスロットTSUn)を割り当て、中継回数が１回である第２中継機３11に下り方向の最後から２番目のタイムスロット(第２タイムスロットTSUn-1)を割り当てる。このようにすれば、第１中継機３01は、第２中継機３11が無線信号を送信したフレームと同一のフレーム内で親機１へ無線信号を送信(中継)することができる。
【００５７】
上述のように本実施形態は、複数の中継機３が、親機１との間で直接無線信号を送受信する第１中継機３01と、第１中継機３01を介して親機１との間で無線信号を送受信する第２中継機３11とを含んでいる。そして、フレームにおいて、第１中継機３01に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSDk-1の後に、第２中継機３11に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSDkが配置される。さらに、フレームにおいて、第１中継機３01に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUkの前に、第２中継機３11に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUk-1が配置される。
【００５８】
本実施形態は、上述のように構成されていることにより、中継機３が他の中継機３を介して親機１及び子機２と無線信号を送受信する場合においても、同一のフレーム内で親機１から子機２、子機２から親機１へ無線信号を送受信することができる。ただし、本実施形態では、親機１と直接無線信号を送受信する第１中継機３01を１台しか図示していないが、このような第１中継機３01が複数台存在しても構わない。同じく、他の中継機３(第１中継機３01)を介して親機１と無線信号を送受信する第２中継機３11を１台しか図示していないが、このような第２中継機３11が複数台存在しても構わない。
【００５９】
ここで、親機１の親機制御部10は、上り区間における全てのタイムスロットTSU1〜TSUnで親機送受信部12を受信状態とする(図１参照)。また、中継機３(第１中継機３01及び第２中継機３11)の中継機制御部30は、子機２に割り当てられている全ての上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで中継機送受信部32を受信状態とする(図１参照)。このようにすれば、各中継機３に対して、全ての子機２の無線信号を受信する機会が与えられるので、各子機２に上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiを割り当てる際、中継回数に対応した制約条件が要らなくなる。つまり、各子機２に対して、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiをランダムに割り当てることができ、タイムスロットの割り当てに関する作業性の向上を図ることができる。また、中継機３は、中継元の子機２(子機２の識別符号)を認識する必要が無く、上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで子機２から受信した無線信号に含まれる全てのメッセージを中継すれば良い。
【００６０】
また、第２中継機３11は、下り区間においては、下り方向の第２タイムスロットTSD2で第１中継機３01が送信する無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSD3で第１中継機３11から受信した無線信号を送信するように構成される。さらに、第２中継機３11は、上り区間においては、上り方向の全ての第１タイムスロットTSU1〜TSUiで子機２が送信する無線信号を受信し、且つ自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUn-1で子機２から受信した無線信号を送信するように構成される。
【００６１】
一方、第１中継機３01は、上り区間においては、上り方向の全ての第１タイムスロットTSU1〜TSUiで子機２が送信する無線信号を受信し、且つ上り方向の第２タイムスロットTSUn-1で第２中継機３11が送信する無線信号を受信するように構成される。さらに、第１中継機３01は、自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUnで子機２及び第２中継機３11から受信した無線信号を送信するように構成される。
【００６２】
ただし、本実施形態では、各子機２の識別符号に対応した領域がデータフィールドに確保されている。中継機制御部30は、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUjの直前のタイムスロットTSUj-1(i+1≦j≦n)までに受信した無線信号に含まれるメッセージ(例えば、ACKメッセージ)を、受信した無線信号の送信元アドレス(子機２の識別符号)に対応する領域に格納した無線信号を生成する。さらに、中継機制御部30は、生成した無線信号を、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで送信する。
【００６３】
上述のようにすれば、親機１は、何れの中継機３で中継されるかに関わらず、全ての子機２からメッセージ(ACKメッセージなど)を漏れなく受け取ることができる。しかも、各中継機３が親機１から子機２までの中継ルートを探索したり、当該中継ルートを記憶したりする必要が無い。また、子機２及び中継機３は、少なくとも１台の中継機３と通信できれば、親機１との間で無線信号を送受信することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では中継機３の台数が２台の場合を例示しているが、中継機３が３台以上であっても構わない。また、中継回数が２回以上である中継機３が含まれていても構わない。
【００６５】
ところで、本実施形態の運用開始後に通信環境が変化し、親機１から子機２への中継ルートが変化してしまう場合がある。例えば、当初は親機１と直接通信可能であった中継機３(第１中継機３01)が親機１と直接通信できなくなり、当初は第１中継機３01を介してのみ親機１と通信可能であった中継機３(第２中継機３11)が親機１と直接通信になったと仮定する。つまり、見掛け上、第１中継機３01に割り当てられる下り方向及び上り方向のタイムスロットと、第２中継機３11に割り当てられる下り方向及び上り方向のタイムスロットとがそれぞれ入れ替わったと仮定する。
【００６６】
このような仮定において、第１中継機３01は、下り方向の第１タイムスロットTSD1で親機１から受信した無線信号を、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットTSD3で送信する。しかしながら、第２中継機３11は、自己に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSD2が既に過ぎているため、第２タイムスロットTSD3で送信された無線信号を受信できない。そのため、定期監視において、同一のフレーム(スーパーフレームの先頭のフレーム＜第１のフレーム＞)内で子機２21から送信されるべき無線信号(ACKメッセージを含む無線信号)が送信されない。
【００６７】
そこで、中継機３の中継機制御部30は、定期監視の返信要求メッセージを含む無線信号が、定期監視の周期(例えば、２４時間)を十分に超える期間を超えて受信しなかった場合、中継ルートに支障が生じたと判断する。中継ルートに支障が生じたと判断した中継機制御部30は、自己の下り方向の第２タイムスロットTSDkよりも後のタイムスロット(例えば、第２タイムスロットTSDk+1〜TSDm)も全て受信するように中継機送受信部32を制御する。そして、中継機制御部30は、前記第２タイムスロットTSDk+1〜TSDmで受信した無線信号を、次のフレームにおいて、自己に割り当てられる下り方向の第２タイムスロットTSDkで中継機送受信部32から送信(中継)する。これにより、第１中継機３01から第２中継機３11へ、次のフレーム(第２フレーム)で無線信号が中継される。
【００６８】
また、中継機３の中継機制御部30は、上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnのうちで、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUjを除く全ての第２タイムスロットで中継機送受信部32を受信状態とする。中継機制御部30は、次のフレーム(第２フレーム)における上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで応答メッセージを含む無線信号を受信する。そして、中継機制御部30は、さらに次のフレーム(第３フレーム)における上り区間で、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUn-kで応答メッセージを含む無線信号を送信する。
【００６９】
上述のように親機１は、全ての子機２に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む無線信号を一定の周期で定期的に送信するように構成される。子機２は、返信要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成される。中継機３は、前記周期よりも長い期間に亘って親機１が送信する返信要求メッセージを含む無線信号を受信しなかった場合、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットTSDkを除く全ての下り区間で受信状態となる。且つ中継機３は、下り区間で受信した返信要求メッセージを含む無線信号を、次のフレームにおいて自己に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSDkで送信する。さらに中継機３は、上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnのうちで、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットTSUjを除く全ての第２タイムスロットで受信状態となる。且つ中継機３は、次のフレームにおける上り方向の第２タイムスロットで応答メッセージを含む無線信号を受信すれば、さらに次のフレームにおける上り区間で、自己に割り当てられた上り方向の第２タイムスロットで応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成される。
【００７０】
上述のように中継ルートに支障が生じた場合においても、同一のスーパーフレーム内で親機１と子機３とが無線信号を送受信することができる。
【００７１】
(実施形態２)
本実施形態の無線式センサシステムの構成は実施形態１と共通である。故に、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。
【００７２】
実施形態１においては、各中継機３に対するタイムスロットの割当の設定が、操作入力受付部33が備えるディップスイッチを用いて手動で行われている。
【００７３】
これに対して本実施形態は、各中継機３のタイムスロットの割当の設定を親機１から行うようにした点に特徴がある。例えば、本システムの運用開始前に親機１と中継機３が互いの識別符号を登録する作業(登録作業)において、親機１から中継機３にタイムスロットの割当の設定を行えばよい。
【００７４】
前記登録作業は、親機１と中継機３のそれぞれで登録開始の操作入力が操作入力受付部13，33で受け付けられることによって開始される。ただし、この登録作業は、親機１及び中継機３が実際の設置場所に在る状況で行われる。
【００７５】
まず、親機１と直接無線通信可能な場所に設置される中継機３の登録作業について説明する。中継機３の中継機制御部30は、登録開始の操作入力が操作入力受付部33で受け付けられると登録モードに移行する。登録モードに移行した中継機制御部30は、登録要求メッセージをデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドにマルチキャストアドレスを格納するとともに送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、中継機制御部30は、生成した無線信号を中継機送受信部32から送信(マルチキャスト)させる。ただし、この時点では親機１から同期信号が送信されていないため、中継機送受信部32は、キャリアセンスを行って衝突が生じないタイミングで無線信号を送信する。
【００７６】
一方、親機１の親機制御部10は、登録開始の操作入力が操作入力受付部13で受け付けられると登録モードに移行する。登録モードに移行した親機制御部10は、親機送受信部12を受信状態とする。そして、親機制御部10は、親機送受信部12で受信する無線信号から前記登録要求メッセージを取得すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている識別符号(中継機３の識別符号)をメモリ(図示せず)に記憶する。親機制御部10は、前記識別符号に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD2と上り方向の第２タイムスロットTSUnを割り当て、割り当てたタイムスロットTSD2，TSUnを当該識別符号に対応付けてメモリに記憶する。
【００７７】
さらに、親機制御部10は、送信先アドレスのフィールドに前記識別符号を格納し、且つ登録許可メッセージをデータフィールドに格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信させる。なお、登録許可メッセージは、登録要求元の中継機３の識別符号に対して割り当てたタイムスロットTSD2，TSUnを通知するためのものである。
【００７８】
中継機制御部30は、親機１から送信された無線信号を中継機送受信部32で受信すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている親機１の識別符号と、データフィールドに格納されている登録許可メッセージとを取得する。そして、中継機制御部30は、登録許可メッセージで通知されるタイムスロットTSD2，TSUnの情報と親機１の識別符号とをメモリ(図示せず)に記憶する。中継機制御部30は、親機１の識別符号をメモリに記憶した後、送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号が格納されている無線信号を受信したら、当該無線信号を送信(中継)する。
【００７９】
次に、親機１と直接無線通信ができない場所に設置される中継機３(第２中継機３11)の登録作業について説明する。第２中継機３11から送信される無線信号(登録要求メッセージを含む無線信号)は、親機１で受信されず、先に登録された中継機３(第１中継機３01)に中継されて親機１で受信される。
【００８０】
親機制御部10は、受信した無線信号から登録要求メッセージを取得すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている識別符号(第２中継機３11の識別符号)をメモリに記憶する。親機制御部10は、前記識別符号に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD3と上り方向の第２タイムスロットTSUn-1を割り当て、割り当てたタイムスロットTSD3，TSUn-1を当該識別符号に対応付けてメモリに記憶する。
【００８１】
さらに、親機制御部10は、送信先アドレスのフィールドに前記識別符号を格納し、且つ当該識別符号に対して割り当てたタイムスロットTSD3，TSUn-1を通知するための登録許可メッセージをデータフィールドに格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信させる。
【００８２】
親機１から送信された前記無線信号は、第１中継機３01で中継されて第２中継機３11の中継機送受信部32に受信される。第２中継機３11の中継機制御部30は、中継機送受信部32で受信した無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている親機１の識別符号と、データフィールドに格納されている登録許可メッセージとを取得する。さらに、第２中継機３11の中継機制御部30は、登録許可メッセージで通知されるタイムスロットTSD2，TSUnの情報と親機１の識別符号とをメモリに記憶する。
【００８３】
そして、親機１と各中継機３01，３11のそれぞれで登録終了の操作入力が操作入力受付部13，33で受け付けられることにより、登録作業が終了する。親機制御部10は、登録モードから通常モードに復帰すると、親機送受信部12から一定の周期で同期信号を送信させる。一方、各中継機３01，３11の中継機制御部30は、登録モードから通常モードに復帰すると、中継機送受信部32を受信状態とする。第１中継機３01では、親機１から送信される同期信号を直接受信できる。そして、第１中継機３01の中継機制御部30は、同期信号を受信したタイミングでタイマ(図示せず)をスタートさせて下り区間及び上り区間のタイムスロットを認識する。さらに、第１中継機３01の中継機制御部30は、自己に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSD2を示す情報をデータフィールドに格納した無線信号(同期信号)を、この下り方向の第２タイムスロットTSD2で中継機送受信部32から送信させる。
【００８４】
第２中継機３11では、親機１から送信される同期信号を直接受信できないが、第１中継機３01で中継された無線信号(同期信号)を受信できる。そして、第２中継機３11の中継機制御部30は、同期信号を受信したタイミングでタイマをスタートさせて下り区間及び上り区間のタイムスロットを認識する。ただし、第２中継機３11が第１中継機３01から同期信号を受信するタイミングは、親機１から直接同期信号を受信するタイミングよりも下り方向の第２タイムスロットのスロット幅分だけ遅延している。したがって、第２中継機３11の中継機制御部30は、その１スロット幅の遅延を考慮して下り区間及び上り区間のタイムスロットを認識する。
【００８５】
上述のように、中継機３は、タイムスロットが割り当てられていない場合、親機１に対して登録要求メッセージを含む無線信号を送信した後、親機１から登録要求メッセージに対する登録許可メッセージを含む無線信号を受信する。中継機３は、前記無線信号を受信すると、前記登録許可メッセージに含まれる前記タイムスロットの割当情報に基づいて前記タイムスロットが割り当てられるように構成される。
【００８６】
さらに、中継機３01は、前記タイムスロットが割り当てられている場合、他の中継機３11が送信する前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記登録要求メッセージを含む無線信号を送信して親機１へ中継するように構成される。
【００８７】
親機１は、前記登録要求メッセージを含む無線信号を受信すると、前記フレームの先頭に近い下り方向の第２タイムスロットから順番に割り当て、且つ前記フレームの最後尾に近い上り方向の第２タイムスロットから順番に割り当てるように構成される。
【００８８】
親機１との無線通信に要する中継回数が少ない中継機３から順番に、上り区間及び下り区間のタイムスロットを適切に割り当てることができ、ディップスイッチ等による手動の割当設定が不要になる。
【００８９】
ところで、親機制御部10は、登録要求メッセージを含む無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、当該登録要求メッセージを含む無線信号の送信元である中継機３に対してタイムスロットを割り当てないことが好ましい。なお、受信信号強度は、親機送受信部12から出力される、受信信号強度の大小に比例した直流電圧信号である受信信号強度表示信号(Receiving Signal Strength Indication:RSSI信号)が用いられる。
【００９０】
而して、親機１で受信される無線信号の受信信号強度が下限値以下であるような中継機３を登録した場合、運用中に当該中継機３と親機１との無線通信が不能になってしまう可能性が高い。したがって、登録要求メッセージを含む無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていないとき、親機制御部10が表示部14の発光素子を発光させたり、ブザーを鳴動させて報知し、中継機３の設置場所の変更などの処置を促すことが望ましい。
【００９１】
上記構成によれば、親機１と中継機３との間で安定して無線通信可能な中継ルートを構築することができる。
【００９２】
(実施形態３)
本実施形態の無線式センサシステムの構成は実施形態１と共通である。故に、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。本実施形態は、実施形態２と同様に各中継機３のタイムスロットの割当の設定を親機１から行うようにした点に特徴がある。
【００９３】
親機制御部10は、登録モードに移行すると、中継回数の上限を指定した応答要求メッセージをデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドにマルチキャストアドレスを格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信(マルチキャスト)させる。ただし、１番目に送信される無線信号は、中継回数の上限がゼロ、すなわち、中継不可に設定される。
【００９４】
親機１から送信された前記無線信号は、親機１と直接無線通信可能な中継機３のみで受信される。中継機３の中継機制御部30は、前記無線信号を受信すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている親機１の識別符号をメモリに記憶する。さらに、中継機制御部30は、応答メッセージ(ACKメッセージ)をデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、中継機制御部30は、生成した無線信号を中継機送受信部32から送信させる。なお、中継機制御部30は、前記無線信号の中継回数の上限がゼロに設定されているので、当該無線信号の中継を行わない。
【００９５】
親機制御部10は、中継機３から送信された前記無線信号を受信すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている識別符号(中継機３の識別符号)をメモリに記憶する。親機制御部10は、前記識別符号に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD2と上り方向の第２タイムスロットTSUnを割り当て、割り当てたタイムスロットTSD2，TSUnを当該識別符号に対応付けてメモリに記憶する。
【００９６】
さらに、親機制御部10は、送信先アドレスのフィールドに前記識別符号を格納し、且つ登録許可メッセージをデータフィールドに格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信させる。なお、登録許可メッセージは、登録要求元の中継機３の識別符号に対して割り当てたタイムスロットTSD2，TSUnを通知するためのものである。
【００９７】
中継機制御部30は、親機１から送信された無線信号を中継機送受信部32で受信すると、当該無線信号のデータフィールドに格納されている登録許可メッセージを取得する。そして、中継機制御部30は、登録許可メッセージで通知されるタイムスロットTSD2，TSUnの情報をメモリに記憶する。
【００９８】
次に、親機制御部10は、中継回数の上限を１回に指定した応答要求メッセージをデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドにマルチキャストアドレスを格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信(マルチキャスト)させる。
【００９９】
親機１から送信された前記無線信号は、親機１と直接無線通信可能な中継機(第１中継機３01)のみで受信される。第１中継機３01の中継機制御部30は、前記無線信号を受信すると、応答要求メッセージで指定された中継回数の上限を確認する。今の場合、中継回数の上限が１回であるから、第１中継機３01の中継機制御部30は中継可能と判断する。そして、中継機制御部30は、中継回数を１回にインクリメントした応答要求メッセージをデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドにマルチキャストアドレスを格納し且つ送信元アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、中継機制御部30は、生成した無線信号を中継機送受信部32から送信(マルチキャスト)させる。
【０１００】
第１中継機３01から送信された前記無線信号は、第１中継機３01と直接無線通信可能な中継機(第２中継機３11)のみで受信される。第２中継機３11の中継機制御部30は、前記無線信号を受信すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている親機１の識別符号をメモリに記憶する。さらに、中継機制御部30は、応答メッセージ(ACKメッセージ)をデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、中継機制御部30は、生成した無線信号を中継機送受信部32から送信させる。なお、中継機制御部30は、前記無線信号の中継回数が上限の１回に達しているので、当該無線信号の中継を行わない。
【０１０１】
第２中継機３11から送信された前記無線信号は、第１中継機３01で受信される。第１中継機３01の中継機制御部30は、前記無線信号を受信すると、当該無線信号の送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号が格納されているので、この無線信号を中継機送受信部32から送信(中継)させる。
【０１０２】
親機制御部10は、第２中継機３11から送信されて第１中継機３01で中継された前記無線信号を受信すると、当該無線信号の送信元アドレスのフィールドに格納されている識別符号(第２中継機３11の識別符号)をメモリに記憶する。親機制御部10は、前記識別符号に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD3と上り方向の第２タイムスロットTSUn-1を割り当て、割り当てたタイムスロットTSD3，TSUn-1を当該識別符号に対応付けてメモリに記憶する。
【０１０３】
さらに、親機制御部10は、送信先アドレスのフィールドに第２中継機３11の識別符号を格納し、且つ登録許可メッセージをデータフィールドに格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を親機送受信部12から送信させる。
【０１０４】
第２中継機３11の中継機制御部30は、親機１から送信されて第１中継機３01で中継された無線信号を中継機送受信部32で受信すると、当該無線信号のデータフィールドに格納されている登録許可メッセージを取得する。そして、中継機制御部30は、登録許可メッセージで通知されるタイムスロットTSD3，TSUn-1の情報をメモリに記憶する。
【０１０５】
以下、親機１の親機制御部10は、中継回数をインクリメントしながら応答要求メッセージを含む無線信号の送信を繰り返し、応答メッセージを含む無線信号を受信しなくなれば登録モードから通常モードに復帰する。なお、通常モードに復帰した後の親機１、第１中継機３01、第２中継機３11の動作は実施形態２と共通である。
【０１０６】
上述のように、親機１は、中継機３にタイムスロットが割り当てられていない場合において、中継回数の上限を指定した応答要求メッセージを含む無線信号を送信し、前記応答要求メッセージに対する応答メッセージを含む無線信号を中継機３から受信する。親機１は、中継回数の上限が少ない応答要求メッセージに対して応答メッセージを返信する前記中継機３から順番に、フレームの先頭に近い下り方向の第２タイムスロット及びフレームの最後尾に近い上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成される。
【０１０７】
中継機３は、応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、応答要求メッセージの中継回数が上限に達していれば、応答要求メッセージを含む無線信号を送信しない。また、中継機３は、中継回数が上限に達していなければ、中継回数に１を加えて応答要求メッセージを含む無線信号を他の中継機へ送信し、且つ中継回数に関わらず、応答メッセージを含む無線信号を親機１へ送信するように構成される。
【０１０８】
上述のように、親機１との無線通信に要する中継回数が少ない中継機３から順番に、上り区間及び下り区間のタイムスロットを適切に割り当てることができ、ディップスイッチ等による手動の割当設定が不要になる。
【０１０９】
(実施形態４)
本実施形態の無線式センサシステムの構成は実施形態１と共通である。故に、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。本実施形態は、実施形態２，３と同様に各中継機３のタイムスロットの割当の設定を親機１から行うようにした点に特徴がある。
【０１１０】
まず、親機１と全ての中継機３とが直接無線通信可能な状況において、親機１から各中継機３に対して仮のタイムスロットを割り当てて設定する。その後、各中継機３を実際の設置場所に置いた状態で、親機１及び各中継機３が登録モードに切り換えられる。
【０１１１】
親機制御部10は、登録モードに移行すると、応答要求メッセージをデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドにマルチキャストアドレスを格納した無線信号を生成する。そして、親機制御部10は、生成した無線信号を下り方向の第１タイムスロットTSD1で親機送受信部12から送信(マルチキャスト)させる。
【０１１２】
親機１から送信された前記無線信号は、親機１と直接無線通信可能な中継機(第１中継機３01)のみで受信される。第１中継機３01の中継機制御部30は、前記無線信号を受信すると、データフィールドに用意されたカウンタをインクリメントした前記無線信号を、自己に割り当てられている下り方向の第１タイムスロットTSDkで中継機送受信部32から送信させる。さらに、中継機制御部30は、応答メッセージ(ACKメッセージ)をデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、中継機制御部30は、生成した無線信号を、自己に割り当てられている上り方向の第２タイムスロットTSUn-kで中継機送受信部32から送信させる。ただし、親機１に返信される無線信号のデータフィールドに用意されたカウンタはインクリメントされない。
【０１１３】
第１中継機３01で中継された無線信号は、親機１と直接無線通信できない中継機(第２中継機３11)で受信される。第２中継機３11の中継機制御部30は、第１中継機３01で中継された前記無線信号を受信すると、データフィールドに用意されたカウンタをインクリメントした前記無線信号を、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットTSDj(j≠k)で中継機送受信部32から送信させる。ただし、第２中継機３11に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSDjが第１中継機３01に割り当てられた下り方向の第２タイムスロットTSDkよりも先である場合、前記無線信号は、次のフレームで送信される。
【０１１４】
さらに、第２中継機３11の中継機制御部30は、応答メッセージ(ACKメッセージ)をデータフィールドに格納し、送信先アドレスのフィールドに親機１の識別符号を格納し且つ送信元アドレスのフィールドに自己の識別符号を格納した無線信号を生成する。そして、第２中継機３11の中継機制御部30は、生成した無線信号を、自己に割り当てられている上り方向の第２タイムスロットTSUn-jで中継機送受信部32から送信させる。ただし、親機１に返信される無線信号のデータフィールドに用意されたカウンタはインクリメントされない。
【０１１５】
親機１は、各中継機３01，３11から送信された無線信号を、それぞれ同一フレームの上り区間又は異なるフレームの上り区間で受信する。親機制御部10は、各中継機３01，３11から受信した無線信号のデータフィールドからカウンタの値(中継回数)を取得する。そして、親機制御部10は、中継機３01の下り方向の第２タイムスロットTSDkと、中継機３11の下り方向の第２タイムスロットTSDjとの順番(添え字k，jの大小関係)に基づいて、それぞれのタイムスロットの変更の要否を判定する。
【０１１６】
すなわち、中継回数が少ない方の中継機３01の下り方向の第２タイムスロットTSDkが、中継回数が多い方の中継機３11の下り方向の第２タイムスロットTSDjよりも先であれば(k＜j)、親機制御部10は、タイムスロットの割当を変更する必要がないと判定する。一方、中継回数が少ない方の中継機３01の下り方向の第２タイムスロットTSDkが、中継回数が多い方の中継機３11の下り方向の第２タイムスロットTSDjよりも後であれば(k＞j)、親機制御部10は、タイムスロットの割当を変更する必要があると判定する。
【０１１７】
まず、タイムスロットの変更が必要でない(不要)と判定した場合、親機制御部10は、タイムスロットの確定を指示するメッセージをデータフィールドに格納した無線信号を、下り方向の第１タイムスロットTSD1で親機送受信部12から送信(同報送信)させる。各中継機３01，３11の中継機制御部30は、親機１から送信された前記無線信号を受信してデータフィールドに格納された前記メッセージを受け取れば、これ以降、メモリに記憶しているタイムスロットで無線信号を送信する。
【０１１８】
一方、タイムスロットの変更が必要と判定した場合、親機制御部10は、各中継機３01，３11に対してタイムスロットの割当を変更する。具体的には、中継回数が少ない方の中継機３01の下り方向の第２タイムスロットTSDkが、中継回数が多い方の中継機３11の下り方向の第２タイムスロットTSDjよりも先に(フレームの先頭に近く)なるように変更される。親機制御部10は、変更後のタイムスロットの割当を通知する通知メッセージをデータフィールドに格納した無線信号を、下り方向の第１タイムスロットTSD1で親機送受信部12から各中継機３01，３11へ送信させる。各中継機３01，３11の中継機制御部30は、親機１から送信された前記無線信号を受信してデータフィールドに格納された通知メッセージを受け取り、当該通知メッセージで通知されたタイムスロットをメモリに記憶する。そして、各中継機３01，３11の中継機制御部30は、これ以降、メモリに記憶しているタイムスロットで無線信号を送信する。
【０１１９】
上述のように、親機１は、中継機３に対して応答を要求する応答要求メッセージを含む無線信号を下り方向の第１タイムスロットTSD1で送信する。中継機３は、下り区間において、下り方向の第１タイムスロットTSD1で応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、応答要求メッセージ及び中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットで送信する。また、中継機３は、下り方向の第２タイムスロットで応答要求メッセージ及び中継回数を含む無線信号を受信した場合、応答要求メッセージを含み且つ中継回数をインクリメントして更新した中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている下り方向の第２タイムスロットで送信する。さらに、中継機３は、上り区間において、下り区間に受信した無線信号に含まれる応答要求メッセージに対する応答メッセージ及び無線信号に含まれる中継回数を含む無線信号を、自己に割り当てられている上り方向の第２タイムスロットで送信するように構成される。親機１は、中継機３が送信した無線信号を受信すると、無線信号に含まれる中継回数が少ない中継機３から順番に、フレームの先頭に近い下り方向の第２タイムスロット及びフレームの最後尾に近い上り方向の第２タイムスロットを割り当てるように構成される。
【０１２０】
上述のように、親機１との無線通信に要する中継回数が少ない中継機３から順番に、上り区間及び下り区間のタイムスロットを適切に割り当てることができ、ディップスイッチ等による手動の割当設定が不要になる。
【０１２１】
ところで、複数台の中継機(第１中継機３01，３02，…)が親機１と直接無線通信可能な場合や、複数台の中継機(第２中継機３11，３12，…)が１回の中継で親機１と無線通信可能な場合がある。このような場合、中継先の中継機(第１中継機３01)において、中継元の他の中継機(第２中継機３11)から受信する無線信号の受信信号強度を計測し、その計測値を応答メッセージとともに親機１へ送信することが好ましい。なお、受信信号強度は、中継機送受信部32から出力される受信信号強度表示信号(RSSI信号)が用いられる。
【０１２２】
親機制御部10は、例えば、中継回数が同じ(１回)である複数台の第２中継機３11，３12，…のうちで、第１中継機３01，３02，…における受信信号強度の計測値(RSSI信号の電圧値)が大きいものから順番に降順に並べる。そして、親機制御部10は、受信信号強度の計測値が大きいものから順番に、先頭に近い下り方向の第２タイムスロットTSDkを割り当て、且つ最後尾に近い上り方向の第２タイムスロットTSUn-kを割り当てる。
【０１２３】
上述のように、中継機３は、他の中継機３が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、計測値と応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成される。親機１は、中継回数が等しい複数の中継機３に対して、複数の中継機３から受信した無線信号に含まれる計測値が大きい中継機３から順番に、フレームの先頭に近い下り方向の第２タイムスロットTSDk及びフレームの最後尾に近い上り方向の第２タイムスロットTSDn-kを割り当てるように構成される。
【０１２４】
而して、受信信号強度の計測値が大きい中継機３が先に親機１からの無線信号を受信するため、中継ルートの安定性の向上を図ることができる。
【０１２５】
ところで、中継機３は、応答要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていなければ、応答メッセージを含む無線信号を送信しないように構成されることが好ましい。例えば、第２中継機３11において、第１中継機３01から中継されて中継機送受信部32が受信した無線信号のRSSI値が下限値以下であった場合、中継機制御部30は、応答メッセージを含む無線信号を送信しない。
【０１２６】
あるいは、中継機３は、他の中継機３が送信した無線信号を受信したときの受信信号強度を計測し、計測値と応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成されてもよい。さらに、親機１は、中継機３から受信した無線信号に含まれる計測値が所定の下限値を超えていなければ、中継機３に対してタイムスロットを割り当てないように構成されることが好ましい。
【０１２７】
而して、無線信号の受信信号強度が下限値以下であるような中継機３を登録した場合、運用中に当該中継機３と親機１との無線通信が不能になってしまう可能性が高い。したがって、応答要求メッセージを含む無線信号の受信信号強度が所定の下限値を超えていないとき、中継機制御部30が表示部34の発光素子を発光させたり、ブザーを鳴動させて報知し、中継機３の設置場所の変更などの処置を促すことが望ましい。
【０１２８】
上記構成によれば、親機１と中継機３との間で安定して無線通信可能な中継ルートを構築することができる。
【０１２９】
ただし、中継機３の設置場所の変更等を行っても無線信号の受信信号強度が下限値を超えない場合、親機１の親機制御部10は、各中継機３に対して、受信信号強度が最も高くなる状況で、各中継機３にタイムスロットを割り当てることが好ましい。
【０１３０】
(実施形態５)
ところで、下り方向及び上り方向のタイムスロットTSDk，TSUn-kを各中継機３に正しく割り当てれば、定期監視における親機１から子機２への返信要求メッセージの送信と、子機２から親機１への応答メッセージの送信とが同一フレーム内で完了するはずである。仮に、子機２から親機１への応答メッセージの返信が次のフレームにずれ込んだとすれば、通信環境が変化して親機１から子機２への中継ルートが変化してしまったと考えられる。なお、このような状況が放置されたままで本実施形態が運用されることは好ましくない。
【０１３１】
そこで、親機制御部10は、同一フレーム(第１フレーム)内で何れかの子機２から定期監視の応答メッセージを受け取らなかった場合、表示部14の発光素子を発光させて報知する。ただし、親機制御部10は、発光素子を発光させる代わり、あるいは発光素子の発光とともにブザーを鳴動させて報知するようにしても構わない。
【０１３２】
上述のように、親機１は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段(表示部14)を備える。また、親機１は、全ての子機２に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む無線信号を下り方向の第１タイムスロットTSD1で送信する。さらに、親機１は、返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの子機２から応答メッセージの返信を受信しなかった場合に報知手段で報知するように構成される。
【０１３３】
上記構成によれば、通信環境が変化して親機１から子機２への中継ルートが変化してしまったことが親機１の報知手段(表示部14)で報知されるので、中継ルートの修正を利用者に促すことができる。なお、利用者は、実施形態２〜４に説明したタイムスロットの割り当て作業を実施することで中継ルートを修正することができる。
【０１３４】
あるいは、返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの子機２から応答メッセージの返信を受信しなかった場合、親機制御部10が、自動的に各中継機３にタイムスロットを割り当て直すようにしても構わない。この場合、親機制御部10は、実施形態２〜４に説明した処理を実行して各中継機３へのタイムスロットの割当を変更すればよい。
【０１３５】
上述のように親機１は、全ての子機２に対して応答メッセージの返信を要求する返信要求メッセージを含む無線信号を下り方向の第１タイムスロットTSD1で送信する。また、親機１は、返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの子機２から応答メッセージの返信を受信しなかった場合、中継機３に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDm及び上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnを割り当て直すように構成されることが好ましい。
【０１３６】
上記構成によれば、親機１と子機２との間の中継ルートを、常に最適なルートに維持することができる。
【０１３７】
(実施形態６)
ところで、親機１から中継機３までの中継ルートを維持するに当たっては、定期監視の周期よりも短い周期で前記中継ルートを確認する事が好ましい。つまり、子機２は電池を電源として動作するので、電池寿命の観点から、定期監視の周期をあまり短くすることは好ましくない。
【０１３８】
一方、中継機３は、外部電源(商用交流電源４)から給電されているので、消費電力に関する制約がなく、定期監視の周期よりも短い周期で中継ルートの確認が行われることが望ましい。
【０１３９】
そこで、本実施形態における親機制御部10は、定期監視の第１周期(例えば、２４時間)よりも短い第２周期(例えば、数時間〜十数時間)で、全ての中継機３に対して返信要求メッセージを含む無線信号を定期的に送信する。そして、少なくとも１台の中継機３から、前記無線信号を送信したフレームと同一のフレーム内で応答メッセージの返信を受信しなかった場合、親機制御部10は、表示部14の発光素子を発光させて報知する。ただし、親機制御部10は、発光素子を発光させる代わり、あるいは発光素子の発光とともにブザーを鳴動させて報知するようにしても構わない。
【０１４０】
上述のように子機２は内蔵する電池から給電されて動作するように構成される。親機１及び中継機３は外部電源(商用交流電源４)から給電されて動作するように構成され、且つ親機１は、音又は光の少なくとも何れか一方で報知する報知手段(表示部14)を備える。親機１は、全ての子機２に対して応答メッセージの返信を要求する第１返信要求メッセージを含む無線信号を第１周期で定期的に送信する。また、親機１は、全ての中継機３に対して応答メッセージの返信を要求する第２返信要求メッセージを含む無線信号を第１周期よりも短い第２周期で定期的に送信する。そして、親機１は、少なくとも１つの子機２又は少なくとも１つの中継機３から応答メッセージの返信を受信しなかった場合に報知手段で報知するように構成される。
【０１４１】
子機２は、第１返信要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる上り方向の第１タイムスロットTSU1〜TSUiで応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成される。
【０１４２】
中継機３は、第２返信要求メッセージを含む無線信号を受信した場合、自己に割り当てられる上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnで応答メッセージを含む無線信号を送信するように構成される。
【０１４３】
上記構成によれば、通信環境が変化して親機１と中継機３との中継ルートが変化してしまったことが親機１の報知手段(表示部14)で報知されるので、中継ルートの修正を利用者に促すことができる。なお、利用者は、実施形態２〜４に説明したタイムスロットの割り当て作業を実施することで中継ルートを修正することができる。
【０１４４】
あるいは、第２返信要求メッセージを含む無線信号が送信されたフレーム内で、少なくとも１つの中継機３から応答メッセージの返信を受信しなかった場合、親機制御部10が、自動的に各中継機３にタイムスロットを割り当て直すようにしても構わない。この場合、親機制御部10は、実施形態２〜４に説明した処理を実行して各中継機３へのタイムスロットの割当を変更すればよい。
【０１４５】
上述のように親機１は、少なくとも１つの中継機３から応答メッセージの返信を受信しなかった場合、中継機３に対して、下り方向の第２タイムスロットTSD2〜TSDm及び上り方向の第２タイムスロットTSUi+1〜TSUnを割り当て直すように構成されることが好ましい。
【０１４６】
上記構成によれば、子機２の電池寿命を短くすることなく、親機１と子機２との間の中継ルートを、常に最適なルートに維持することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１  親機
２  子機
３  中継機
TSD1  下り方向の第１タイムスロット
TSD2〜TSDm  下り方向の第２タイムスロット
TSU1〜TSUi  上り方向の第１タイムスロット
TSUi+1〜TSUn  上り方向の第２タイムスロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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