(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を送受信し、第１方向における第１ノードへ前記情報を送信し、前記第１方向と異なる第２方向における第２ノードへ前記情報を送信する送受信部と、
前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれについて、前記送受信部が前記情報を送信する送信スロットを決定するタイミング決定部と、を備え、
前記タイミング決定部は、前記第１方向へ送信される情報量が、前記第２方向へ送信される前記情報量より多い場合に、前記第１方向への送信間隔が前記第２方向への送信間隔より長くなるように、前記送受信部が前記情報を送信する前記送信スロットを決定する、
を備える無線通信装置。
【請求項２】
前記タイミング決定部は、前記第１方向へ送信される情報量を、前記第２方向へ送信される前記情報量と比較し、前記第１方向へ送信される情報量が前記第２方向へ送信される前記情報量より多いことを決定した場合に、前記第１方向への送信間隔が前記第２方向への送信間隔より長くなるように、前記送受信部が前記情報を送信する前記送信スロットを決定する
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１方向及び前記第２方向への前記送信間隔は、前記第１方向及び前記第２方向へ送信される情報量に基づいて設定される
請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１方向への送信は、上りリンクの送信であり、前記第２方向への送信は、下りリンクの送信である
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記タイミング決定部は、
現在のフレームが、前記第１方向及び前記第２方向への送信を行う双方向通信フレームであるか、前記第２方向への送信のみを行う単方向通信フレームであるか、を判定するフレーム判定部
前記タイミング決定部は、根ノードまでのホップ数に応じた自ノードのランク値に基づいて、前記フレームから、前記送信スロットを決定するを備える請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記送受信部は、前記情報を前記第１方向へＭフレーム（Ｍは２以上の整数）毎に送信し、前記第２方向へ１フレーム毎に送信する
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記フレームは、連続する複数の前記スロットを含むスロット群を、複数設定され、
前記各スロット群は、それぞれ異なる前記ランク値を設定され、
前記タイミング決定部は、前記自ノードの前記ランク値が設定された前記スロット群に含まれる前記スロットの中から、前記送信スロットを決定する
請求項５又は請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記フレームは、前記第１方向への送信のための前記ランク値と、前記第２方向への送信のための前記ランク値と、をそれぞれ設定される
請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
時間が早い前記スロット群ほど、前記第１方向への送信のための大きな前記ランク値を設定される
請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
時間が早い前記スロット群ほど、前記第２方向への送信のための小さな前記ランク値を設定される
請求項８又は請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記双方向通信フレームにおいて、前記第１方向のための前記ランク値Ｒ＋１と、前記第２方向のための前記ランク値Ｒ−１と、は異なる前記スロット群に設定される
請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記送受信部は、前記単方向通信フレームにおいて、前記自ノードの前記ランク値より１小さい前記ランク値が設定された前記スロット群の間、前記情報を受信する
請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記送受信部は、前記単方向通信フレームにおいて、親ノードの前記送信スロットの間、前記情報を受信する
請求項７乃至請求項１２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記送受信部は、前記親ノードの前記送信スロットの間に前記情報の受信に失敗した場合、前記自ノードの前記送信スロットまで前記情報の受信を継続する
請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記送受信部は、前記自ノードの前記送信スロットまでに前記情報の受信に失敗した場合、次の前記単方向通信フレームにおいて、前記親ノードの前記送信スロットが含まれる前記スロット群の間、前記情報を受信する
請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記送受信部による前記情報の送受信を停止させるスリープ制御部を更に備える
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の前記無線通信装置と、
前記無線通信装置からの前記情報を集約する集約装置と、
を備える無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線通信装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の無線ノードをメッシュ状に接続した無線通信システムが利用されている。この無線通信システムの通信方式として、例えば、時分割通信方式が採用されている。時分割通信方式では、各無線ノードをスリープさせるタイミングを容易に制御できるため、無線通信システムを省電力化することができる。
【０００３】
しかしながら、従来の時分割通信方式では、上りリンク（Uplink）及び下りリンク（Downlink）の送信が同一の頻度で行われていた。このため、上りリンクで要求される送信頻度と、下りリンクで要求される送信頻度と、が異なる場合、情報の余計な送信が行われ、消費電力が増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３９７７８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低消費電力な無線通信装置及びシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る無線通信装置は、送受信部と、タイミング決定部と、を備える。送受信部は、情報を送受信し、第１方向及び第２方向へ情報を送信する。タイミング決定部は、第１方向への送信間隔が第２方向への送信間隔より長くなるように、送受信部が情報を送信するタイミングを決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図。
【図２】図１をネットワークトポロジーの形態で示した図。
【図３】時分割通信方式を説明する図。
【図４】第１実施形態に係るスロットの割当方法を説明する図。
【図５】第１実施形態に係るスロットの割当方法を説明する図。
【図６】単方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図。
【図７】双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図。
【図８】双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図。
【図９】双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図。
【図１０】双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図。
【図１１】送信間隔の設定方法を説明する図。
【図１２】第１実施形態に係る無線通信装置の機能構成を示す図。
【図１３】送受信部の動作タイミングを説明する図。
【図１４】無線通信部のハードウェア構成を示すブロック図。
【図１５】単方向通信フレームにおける無線通信装置の動作を示すフローチャート。
【図１６】単方向通信フレームにおける無線通信装置の動作の一例を示す図。
【図１７】双方向通信フレームにおける無線通信装置の動作を示すフローチャート。
【図１８】双方向通信フレームにおける無線通信装置の動作の一例を示す図。
【図１９】双方向通信フレームにおける無線通信装置の動作の他の例を示す図。
【図２０】単方向通信フレームにおける無線通信装置の動作の他の例を示す図。
【図２１】単方向通信フレームにおける無線通信装置の動作の他の例を示す図。
【図２２】第２実施形態に係る無線通信装置の動作状態を示す状態遷移図。
【図２３】状態１における無線通信装置の動作を示す図。
【図２４】状態２における無線通信装置の動作を示す図。
【図２５】状態３における無線通信装置の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る無線通信システムについて、図１〜図２１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、この無線通信システムは、複数の無線通信装置１と、集約装置２と、を備える。無線通信システムは、無線通信装置１を無線ノード、集約装置２を根ノードとした無線メッシュネットワークを構成しており、時分割通信方式により通信する。
【００１０】
この無線通信システムにおいて、所定の範囲内に配置された無線通信装置１及び集約装置２は、互いに無線通信が可能である。無線通信装置１は、例えば、温度センサや加速度センサなどの任意のセンサを搭載し、センサにより測定した情報を無線で送信する。各無線通信装置１が送信した情報は、他の無線通信装置を介して、或いは、直接的に集約装置２に送信される。集約装置２は、各無線通信装置から送信された情報を集約する。集約装置は、例えば、無線通信機能を備えたサーバである。
【００１１】
図２は、図１の無線通信システムを模式的にネットワークトポロジーの形態で示した図である。図２において、アルファベットは各無線ノード（無線通信装置１）、根は根ノード（集約装置２）を示している。以下の説明において、各無線通信装置を無線ノードＸ、集約装置２を根ノードという。Ｘは、図中のアルファベットと対応する。
【００１２】
また、ある無線ノードＸに対して、根ノードに近い（根ノードまでのホップ数が小さい）側を上流側、根ノードから遠い（根ノードまでのホップ数が大きい）側を下流側という。さらに、無線ノードＸとの間で情報を送受信する上流側の無線ノード又は根ノードを親ノード、下流側の無線ノードを子ノードという。図２の矢印は、無線ノード間の関係を示しており、矢印の元が子ノード、矢印の先は親ノードとなっている。例えば、図２において、無線ノードＢの親ノードは根ノードであり、子ノードは無線ノードＥ，Ｆ，Ｇである。
【００１３】
また、無線ノードＸが、子ノード（親ノード）から受信した情報を親ノード（子ノード）に送信することを中継という。中継には、無線ノードＸが受信した情報に、センサ情報などの無線ノードＸの情報を付加して送信することも含まれる。さらに、情報を下流側から上流側へ（第１方向へ）送信することを上りリンクの送信、情報を上流側から下流側へ（第２方向）へ送信することを下りリンクの送信という。
【００１４】
図３は、時分割通信方式を説明する図である。時分割通信方式では、無線通信システムの１サイクル分の動作時間が予め設定されている。この動作時間をフレーム（frame）という。無線通信システムは、このフレームを繰り返すことにより動作する。
【００１５】
各フレームは、複数のスロット（slot）に時分割されている。各スロットは、１つ又は複数の無線ノードに割当てられている。無線ノードは、割当てられたスロットの間に情報を送信する。例えば、図３では、１番目のスロットは無線ノードＣ、３番目のスロットは無線ノードＡ、５番目のスロットは無線ノードＢに割当てられている。この場合、無線ノードＣは、各フレームの１番目のスロットの間に情報を送信する。なお、フレームには、各無線ノードに割当てられてないスロットが含まれてもよい。
【００１６】
ここで、本実施形態に係る無線通信システムにおけるスロットの割当方法について、図４〜図１０を参照して説明する。図４及び図５は、本実施形態に係るスロットの割当方法を説明する図である。図４及び図５において、無線メッシュネットワークの一例と、上りリンクの送信のために各無線ノードに割当てられたスロットと、が示されている。
【００１７】
図４の無線メッシュネットワークでは、フレームにおいて時間が早いスロット程、情報の伝達経路において後ろに位置する無線ノードに割当てられている。具体的には、無線ノードＶからの情報の伝達経路が無線ノードＶ，Ｒ，Ｎ，Ｌ，Ｉ，Ｅ，Ｂ、根ノードであるのに対して、スロットは、根ノード、無線ノードＢ，Ｅ，Ｉ，Ｌ，Ｎ，Ｒ，Ｖの順に割当てられている。
【００１８】
スロットがこのように割当てられた場合、無線ノードＶから送信された情報が無線ノードＲによって中継されるまでの待ち時間ｔ１は約１フレームとなる。また、以降の各無線ノードでも、同様の待ち時間が発生する。このため、図４の無線メッシュネットワークでは、無線ノードＶが送信した情報が根ノードに伝達されるまでの情報伝達時間は、数フレームとなる。
【００１９】
これに対して、図５の無線メッシュネットワークでは、フレームにおいて時間が早いスロット程、情報の伝達経路において前に位置する無線ノードに割当てられている。具体的には、無線ノードＶからの情報の伝達経路が無線ノードＶ，Ｒ，Ｎ，Ｌ，Ｉ，Ｅ，Ｂ、根ノードであるのに対して、スロットは、無線ノードＶ，Ｒ，Ｎ，Ｌ，Ｉ，Ｅ，Ｂ、根ノードの順に割当てられている。
【００２０】
スロットがこのように割当てられた場合、無線ノードＶから送信された情報が無線ノードＲによって中継されるまでの待ち時間ｔ１は、数スロットとなる。また、以降の各無線ノードでも、同様に待ち時間が数スロットとなる。結果として、図５の無線メッシュネットワークでは、無線ノードＶが送信した情報が根ノードに伝達されるまでの情報伝達時間は１フレーム以内となる。
【００２１】
本実施形態に係る無線通信システムでは、図５の無線メッシュネットワークのようにスロットが各無線ノードに割当てられる。すなわち、フレームにおいて時間が早いスロットほど、情報の伝達経路において前に位置する無線ノードに割当てられる。伝達経路において前に位置する無線ノードとは、上りリンクにおける下流側の無線ノードのことであり、下りリンクにおける上流側の無線ノードのことである。
【００２２】
このようなスロットの割当を実現するために、本実施形態では、無線ノードのランク値Ｒをスロットに対して設定する。無線ノードのランク値Ｒとは、無線ノードから根ノードまでのホップ数、すなわち、情報の送信回数のことである。
【００２３】
ここで、図６は、本実施形態に係るスロットの割当方法を説明する図である。例えば、図６において、無線ノードＡは、ホップ数が１回であるからランク値は１となり、無線ノードＤは、ホップ数が２回であるからランク値は２となる。図６の無線通信システムにおける最大ホップ数はＮであるため、各無線ノードのランク値は、１〜Ｎのいずれかの値となる。
【００２４】
本実施形態では、フレームに複数のスロット群を設定し、各スロット群にランク値Ｒを設定する。スロット群とは、連続する複数のスロットを含む期間のことである。スロット群は、各スロット群が重複しないように、フレームに対して最大ホップ数Ｎ個以上設定される。例えば、フレームが３００スロットに時分割され、最大ホップ数Ｎ＝１０である場合、連続する３０スロットを含むスロット群を１０個設定することができる。なお、各スロット群に含まれるスロットの数は同一であってもよいし、異なってもよい。
【００２５】
各スロット群には、上述のランク値Ｒがそれぞれ設定される。ランク値Ｒの設定方法は、上りリンクの場合と下りリンクの場合とで異なる。図６は、上りリンクの送信のためのランク値Ｒの設定方法を示している。
【００２６】
図６に示すように、上りリンクの場合、フレームにおいて時間が早いスロット群ほど、大きなランク値Ｒが設定され、時間が遅いスロット群ほど、小さなランク値Ｒが設定される。例えば、図６に示すフレームの１番目のスロット群には、ランク値Ｎが設定され、最後のスロット群には、ランク値１が設定されている。
【００２７】
これに対して、下りリンクの送信のためのランク値Ｒは、上りリンクの場合と逆の順番で各スロット群に設定される。すなわち、下りリンクの場合、フレームにおいて時間が早いスロット群ほど、小さなランク値Ｒが設定され、時間が遅いスロット群ほど、大きなランク値Ｒが設定される。
【００２８】
本実施形態において、各スロットは、各スロットが含まれるスロット群に設定されたランク値Ｒと同一のランク値を有する無線ノードに割当てられる。例えば、上りリンクのランク値Ｎを設定された１番目のスロット群（Ｒ＝Ｎ用スロット群）に含まれるスロットは、上りリンクの送信の際、ランク値Ｎを有する無線ノードＫ，Ｌ，Ｍにそれぞれ割当てられる。
【００２９】
このようにスロットを割当てることにより、フレームにおいて時間が早いスロットほど、上りリンクの情報の伝達経路において下流側に位置する無線ノードに割当てられることになる。同様に、フレームにおいて時間が早いスロットほど、下りリンクの情報の伝達経路において上流側に位置する無線ノードに割当てられることになる。
【００３０】
すなわち、図５の無線ネットワークのように、フレームにおいて時間が早いスロットほど、情報の伝達経路において前に位置する無線ノードに割当てることができる。したがって、本実施形態に係る無線通信システムによれば、上りリンク及び下りリンクの両方で情報伝達時間を１フレーム以内に短縮することができる。
【００３１】
以下では、下りリンク又は上りリンクの送信だけが行われるフレームを単方向通信フレームと称し、上りリンク及び下りリンクの送信がともに行われるフレームを双方向通信フレームと称する。単方向通信フレームにおけるスロットの割当方法は、上述の通りである。ここで、双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法について、図７〜図１０を参照してさらに詳しく説明する。図７〜図１０は、双方向通信フレームにおけるスロットの割当方法を説明する図である。
【００３２】
本実施形態では、双方向通信フレームの場合、任意のランク値Ｒについて、上りリンクのランク値Ｒ＋１と、下りリンクのランク値Ｒ−１と、は異なるスロット群に設定される。同様に、任意のランク値Ｒについて、上りリンクのランク値Ｒ−１と、下りリンクのランク値Ｒ＋１と、は異なるスロット群に設定される。
【００３３】
これにより、例えば、図７の３番目のスロット群は、上りリンクのランク値５のみが設定され、４番目のスロット群は、下りリンクのランク値３のみが設定される。また、図７の７番目のスロット群は、上りリンクのランク値３のみが設定され、８番目のスロット群は、下りリンクのランク値５のみが設定される。これは、ランク値が２離れた無線ノード間の無線信号の干渉を防ぐためである。
【００３４】
例えば、フレームの１番目のスロット群では、ランク値７の無線ノードとランク値１の無線ノードとが同時に無線信号を送信する。しかしながら、ランク値７の無線ノードとランク値１の無線ノードとは離れているため、これらの無線信号は干渉しない。
【００３５】
これに対して、フレームの３番目のスロット群で、ランク値５の無線ノードとランク値３の無線ノードとが同時に無線信号を送信した場合、ランク値５の無線ノードとランク値３の無線ノードとは近接しているため、これらの無線信号が干渉する恐れがある。
【００３６】
しかしながら、図７に示すように、上りリンクのランク値５と下りリンクのランク値３とを異なるスロット群に設定すると、ランク値５の無線ノードとランク値３の無線ノードとが異なるタイミングで無線信号を送信することになるため、無線信号の干渉を防ぐことができる。したがって、無線信号の干渉による通信品質の低下を抑制することができる。
【００３７】
このようなランク値の設定方法は、図７のように、最大ホップ数Ｎが奇数（Ｎ＝７）の場合だけでなく、図８に示すように、最大ホップ数Ｎが偶数（Ｎ＝８）の場合であっても同様に可能である。
【００３８】
また、ランク値が３離れていても無線信号が干渉する恐れがある場合には、任意のランク値Ｒについて、上りリンクのランク値Ｒと、下りリンクのランク値Ｒ＋３又はランク値Ｒ−３と、を異なるスロット群に設定すればよい。これにより、ランク値が３離れた無線ノード間の無線信号の干渉を防ぐことができる。
【００３９】
さらに、図７及び図８では、上りリンクのランク値Ｒと、下りリンクのランク値Ｒと、は異なるスロット群に設定されたが、図９及び図１０に示すように、同一のスロット群に設定されてもよい。
【００４０】
この場合、上りリンクのランク値Ｒ及び下りリンクのランク値Ｒを設定されたスロット群では、ランク値Ｒを有する無線ノードにより、上りリンク及び下りリンクの送信が同時に行われる。例えば、図９の場合、ランク値４の無線ノードＬは、割当てられたスロットにおいて、無線ノードＩへの上りリンクの送信と、無線ノードＮ，Ｏへの下りリンクの送信と、を同時に行う。このように、上りリンクのランク値Ｒ及び下りリンクのランク値Ｒを同一のスロット群に割当てることにより、スロット群の数を減らし、フレームを短縮することができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る無線通信システムにおける送信間隔の設定方法について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、図１１に示すように、下りリンクの送信は１フレーム毎に行われ、上りリンクの送信はＭフレーム毎に行われる。Ｍは、２以上の任意の整数である。すなわち、１個の双方向通信フレームと、Ｍ−１個の単方向通信フレームと、のＭ個のフレームから成るサイクルが繰り返される。
【００４２】
この無線通信システムにおいて、１フレームの時間をＦとすると、各無線ノードＸは、Ｆ間隔で下りリンクの送信を行い、Ｆ×Ｍ間隔で上りリンクの送信を行うことになる。すなわち、上りリンクの送信間隔は、下りリンクの送信間隔より長く設定されている。これは、上りリンクではセンサ情報が送信され、下りリンクでは無線通信システムの制御情報が送信されることを想定しているためである。
【００４３】
一般に、センサ情報は、制御情報に比べて、情報量は大きいが、要求される送信頻度は低い。このため、上りリンク及び下りリンクの送信が毎フレーム行われると、制御情報の送信頻度が不足する、或いは、要求される送信頻度以上にセンサ情報が送信されて無線通信システムの消費電力が増大する、という問題が生じ得る。
【００４４】
そこで、本実施形態では、要求される送信頻度で制御情報を送信可能なように、１フレームの時間Ｆが設定される。例えば、制御情報を５分毎に送信することが要求される場合、１フレームの時間Ｆは５分以下に設定される。
【００４５】
また、上りリンクの送信が行われる送信間隔は、上りリンクで送信される情報量が大きいほど、長くなるように設定される。すなわち、上りリンクで送信される情報量をｖ１、下りリンクで送信される情報量をｖ２（＜ｖ１）とした場合、ｖ１／ｖ２が大きくなるほど、大きなＭが設定される。
【００４６】
このように上りリンク及び下りリンクの送信間隔を設定することにより、制御情報の送信頻度の要求を満たしつつ、情報量の大きい上りリンクの送信を減少させ、無線通信装置及びシステムの消費電力を低減することができる。
【００４７】
なお、上りリンクで送信される情報量が、下りリンクで送信される情報量より少ない場合には、上りリンクの送信を１フレーム毎に行い、下りリンクの送信をＭフレーム毎に行なえばよい。また、上りリンクで要求される送信頻度が、下りリンクで要求される送信頻度より高い場合には、１フレームの時間Ｆを上りリンクで要求される送信頻度に応じて設定すればよい。
【００４８】
次に、本実施形態に係る無線通信システムを構成する無線通信装置１の構成について、図１２及び図１３を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置１は、上記のようなスロットの割当てを自動的に実現する。図１２は、無線通信装置１の機能構成を示す図である。図１２に示すように、無線通信装置１は、送受信アンテナ１１と、無線通信部１２と、を備える。
【００４９】
以下では、無線通信装置１を自ノード、自ノードに情報を送信する無線ノードを送信元ノード、自ノードが情報を送信する無線ノードを送信先ノードという。また、ランク値Ｒが設定されたスロット群を、スロット群Ｒという。
【００５０】
送受信アンテナ１１は、無線信号を送受信する。送受信アンテナ１１は、受信した無線信号を電気信号に変換して無線通信部１２に入力し、無線通信部１２から出力された電気信号を無線信号に変換して送信する。
【００５１】
無線通信部１２は、送受信部１３と、宛先判定部１４と、中継情報記憶部１５と、送信情報生成部１６と、送信先ノード決定部１７と、タイミング決定部１８と、フレーム情報記憶部２１と、スリープ制御部２２と、を備える。
【００５２】
送受信部１３は、送信元ノードからの情報を受信する。すなわち、送受信部１３は、送受信アンテナ１１から入力された電気信号に所定の信号処理を施し、情報を取得する。信号処理には、ＡＤ変換や所定の通信プロトコルに従った復号化などの処理が含まれる。送受信部１３が受信する情報には、送信元ノードのランク値、ノードＩＤ、中継情報、及び送信先ノードのノードＩＤが含まれる。
【００５３】
ノードＩＤとは、無線通信システムを構成する各無線通信装置の識別子である。中継情報とは、送信元ノードが中継した他の無線ノードからの情報である。上りリンクの場合、中継情報にはセンサ情報が含まれる。下りリンクの場合、中継情報には、制御情報が含まれる。送信先ノードとは、送信元ノードが情報を送信する送信先（宛先）となる無線ノードである。
【００５４】
図１３は、送受信部１３の動作タイミングを説明する図である。図１３において、ランク値７を有する無線ノードＵの動作タイミングが示されている。
【００５５】
送受信部１３は、上りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒより１大きいランク値Ｒ＋１を設定されたスロット群Ｒ＋１の間受信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、上りリンクのランク値８を設定された１番目のスロット群の間受信を行う。これにより、送受信部１３は、子ノードを含む下流側の無線ノードからの情報を受信する。子ノードから受信した情報に基づいて、送信情報生成部１６により、上りリンクの送信情報が生成される。
【００５６】
また、送受信部１３は、上りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒより１小さいランク値Ｒ−１を設定されたスロット群Ｒ−１の間受信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、上りリンクのランク値６を設定された３番目のスロット群の間受信を行う。これにより、送受信部１３は、親ノードを含む上流側の無線ノードからの情報を受信する。上流側の無線ノードから受信した情報に基づいて、送信先ノード決定部１７により、親ノードが更新される。
【００５７】
一方、送受信部１３は、下りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒより１小さいランク値Ｒ−１を設定されたスロット群Ｒ−１の間受信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、下りリンクのランク値６を設定された９番目のスロット群の間受信を行う。これにより、送受信部１３は、親ノードを含む上流側の無線ノードからの情報を受信する。親ノードから受信した情報に基づいて、送信情報生成部１６により、下りリンクの送信情報が生成される。
【００５８】
また、送受信部１３は、下りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒより１大きいランク値Ｒ＋１を設定されたスロット群Ｒ＋１の間受信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、下りリンクのランク値８を設定された１１番目のスロット群の間受信を行う。これにより、送受信部１３は、子ノードを含む下流側の無線ノードからの情報を受信する。下流側の無線ノードから受信した情報に基づいて、送信先ノード決定部１７により、子ノードが更新される。
【００５９】
また、送受信部１３は、送信先ノードへ送信情報を送信する。すなわち、送受信部１３は、送信情報生成部１６が生成した送信情報に所定の信号処理を施して電気信号に変換し、送受信アンテナ１１に出力する。信号処理には、ＤＡ変換や所定の通信プロトコルに従った符号化などの処理が含まれる。送信情報には、自ノードのランク値、ノードＩＤ、中継情報、及び送信先ノードのノードＩＤが含まれる。
【００６０】
送受信部１３は、上りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒと同じ上りリンクのランク値Ｒを設定されたスロット群Ｒに含まれる送信スロットの間送信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、上りリンクのランク値７を設定された２番目のスロット群に含まれる送信スロットの間送信を行う。これにより、送受信部１３は、子ノードから受信した情報を親ノードに中継する。
【００６１】
また、送受信部１３は、下りリンクの場合、自ノードのランク値Ｒと同じ下りリンクのランク値Ｒを設定されたスロット群Ｒに含まれる送信スロットの間送信を行う。例えば、無線ノードＵの送受信部１３は、下りリンクのランク値７を設定された１０番目のスロット群に含まれる送信スロットの間送信を行う。これにより、送受信部１３は、親ノードから受信した情報を子ノードに中継する。
【００６２】
なお、送受信部１３が送信を行う送信スロットは、スロット群Ｒに含まれる複数のスロットの中から、後述する送信スロット決定部２０により決定される。
【００６３】
宛先判定部１４は、送受信部１３が受信した情報を取得し、受信情報の送信先（宛先）が自ノードであるか判定する。宛先判定部１４は、受信情報に含まれる送信先ノードのノードＩＤが自ノードのノードＩＤである場合、受信情報の宛先が自ノードであると判定する。
【００６４】
中継情報記憶部１５は、宛先判定部１４により自ノードが宛先と判定された受信情報を、中継情報として一時的に記憶する。
【００６５】
送信情報生成部１６は、中継情報記憶部１５に記憶された中継情報に基づいて、送信情報を生成する。送信情報は、中継情報に、自ノードのランク値やノードＩＤなどの情報を付加することにより生成される。また、上りリンクの場合、中継情報には、自ノードのセンサ情報などが負荷される。送信情報生成部１６により生成された送信情報は、上述の通り、送受信部１３により送信される。
【００６６】
送信先ノード決定部１７は、送受信部１３が受信した情報に基づいて、送信情報の送信先ノードを決定する。上りリンクの場合、送信先ノードは親ノードとなり、下りリンクの場合、送信先ノードは子ノードとなる。送信先ノード決定部１７が決定した送信先ノードのノードＩＤは、送信情報に付加される。
【００６７】
送信先ノード決定部１７は、例えば、送受信部１３が受信した情報の送信元ノードのランク値を参照し、ランク値が自ノードのランク値より１小さい無線ノードの中で、無線信号の信号強度が最も大きい無線ノードを親ノードとして決定する。
【００６８】
送信先ノード決定部１７は、例えば、送受信部１３が受信した情報の送信元ノードのランク値を参照し、送受信部１３が受信した情報のランク値が自ノードのランク値より１大きい無線ノードの中で、無線信号の信号強度が最も大きい無線ノードを子ノードとして決定する。
【００６９】
また、送信先ノード決定部１７は、例えば、送受信部１３が受信した情報の送信先ノードのノードＩＤを参照して、自ノードが送信先である無線ノードを子ノードとして決定してもよい。
【００７０】
タイミング決定部１８は、上りリンクの送信間隔が下りリンクの送信間隔より長くなるように、送受信部１３が送信情報を送信するタイミング、すなわち、送信スロットを決定する。図１２に示すように、タイミング決定部１８は、フレーム判定部１９と、送信スロット決定部２０と、を備える。
【００７１】
フレーム判定部１９は、現在のフレームの種類（双方向通信フレーム又は単方向通信フレーム）を判定する。フレーム判定部１９は、例えば、双方向通信フレームの開始時刻及び終了時刻と、現在時刻と、を比較することにより、双方向通信フレームか否か判定することができる。双方向通信フレームの開始時刻や終了時刻は、予め設定されていてもよいし、下りリンクで受信した制御情報に含まれていてもよい。
【００７２】
送信スロット決定部２０は、フレーム判定部１９が判定したフレームの種類と、フレーム情報と、に基づいて送信スロットを決定する。フレーム情報とは、上述のような、無線通信システムにおけるフレーム、スロット、及びスロット群などの設定情報のことである。フレーム情報は、無線通信装置１に予め登録されてもよいし、無線通信により登録及び更新されてもよい。フレーム情報は、フレーム情報記憶部２１に記憶される。
【００７３】
送信スロット決定部２０は、まず、フレーム判定部１９から判定結果を取得する。送信スロット決定部２０は、現在のフレームが単方向通信フレームの場合、自ノードのランク値Ｒ及びフレーム情報に基づいて、下りリンクのスロット群Ｒを選択する。次に、送信スロット決定部２０は、スロット群Ｒに含まれるスロットの中から、送信スロットを決定する。
【００７４】
また、送信スロット決定部２０は、現在のフレームが双方向通信フレームの場合、自ノードのランク値Ｒ及びフレーム情報に基づいて、下りリンクのスロット群Ｒと、上りリンクのスロット群Ｒと、をそれぞれ選択する。次に、送信スロット決定部２０は、上りリンク及び下りリンクのスロット群Ｒに含まれるスロットの中から、上りリンク及び下りリンクの送信スロットをそれぞれ決定する。
【００７５】
送信スロット決定部２０は、例えば、自ノードのノードＩＤを用いることにより、スロット群Ｒの中から送信スロットを決定することができる。具体的には、各スロット群に含まれるスロットに、無線通信システムを構成する各無線ノードのノードＩＤを予め割当て、フレーム情報としてフレーム情報２１に記憶しておけばよい。例えば、無線通信システムがノードＩＤ１〜２０を有する２０個の無線ノードにより構成される場合、ノードＩＤ１〜２０を割当てられた２０個のスロットを含むように各スロット群を予め設定しておき、送信スロット決定部２０は、スロット群Ｒの中から自ノードのノードＩＤを割当てられたスロットを、送信スロットとして決定すればよい。なお、スロット群Ｒの中から送信スロットを決定する方法はこれに限られない。
【００７６】
タイミング決定部１８がこのようには送信スロットを決定することにより、無線通信装置１に、自ノードのランク値に応じた送信スロットが割当てられる。これにより、上述のようなスロットの割当てを自動的に実現することができる。
【００７７】
なお、タイミング決定部１８は、送信スロットを決定する前に、同期処理を行ってもよい。同期処理とは、自ノードでカウントしている時刻を、他の無線ノードとの間で同期させる処理である。
【００７８】
タイミング決定部１８は、例えば、送受信部１３が受信した受信情報に含まれる送信元ノードのランク値及びノードＩＤと、フレーム情報と、に基づいて、送信元ノードの送信時刻（送信スロット）を取得する。タイミング決定部１８は、この送信時刻に自ノードの送受信部１３による信号処理時間を加算した時刻と、自ノードでカウントしている時刻と、を比較することにより同期処理を行うことができる。この際、送信元ノードからの無線信号の伝播に要する時間を加算して同期処理を行ってもよい。
【００７９】
スリープ制御部２２は、電源を投入されている間、無線通信部１２の動作状態に関わらず機能する。スリープ制御部２２は、時間をカウントし、カウントした時間と、自ノードのランク値と、フレーム情報と、送信スロット決定部２０が決定した送信スロットと、に基づいて、送受信部１３の動作状態を、スリープ状態と起床状態との間で制御する。
【００８０】
スリープ状態とは、送受信部１３による情報の送受信を停止させた状態である。スリープ状態では、情報の送受信が行われないため、無線通信装置１の消費電力が低くなる。起床状態とは、送受信部１３が情報を送受信可能な状態である。以下では、送受信部１３が起床状態からスリープ状態に移行することを、「スリープする」といい、スリープ状態から起床状態に移行することを「起床する」という。
【００８１】
スリープ制御部２２は、送受信部１３が情報を送受信しない間、送受信部１３をスリープさせ、送受信部１３が情報を送受信する間、送受信部１３を起床させる。具体的には、スリープ制御部２２は、送信スロット決定部２０が決定した送信スロットの間、送受信部１３を起床させる。また、スリープ制御部２２は、カウントした時間と、自ノードのランク値と、フレーム情報と、送信スロット決定部２０が決定した送信スロットと、に基づいて、送受信部１３が情報を受信する期間を判定し、送受信部１３が受信を行う間、送受信部１３を起床させる。スリープ制御部２２は、その他の期間、送受信部１３をスリープさせる。
【００８２】
次に、無線通信装置１のハードウェア構成について、図１４を参照して説明する。無線通信装置１は、図１４に示すように、コンピュータ１００により構成される。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（中央演算装置）１０１と、入力装置１０２と、表示装置１０３と、通信装置１０４と、記憶装置１０５と、を備え、これらはバス１０６により相互に接続されている。
【００８３】
ＣＰＵ１０１は、コンピュータ１００の制御装置及び演算装置である。ＣＰＵ１０１は、バス１０６を介して接続された各装置（例えば、入力装置１０２、通信装置１０４、記憶装置１０５）から入力されたデータやプログラムに基づいて演算処理を行い、演算結果や制御信号を、バス１０６を介して接続された各装置（例えば、表示装置１０３、通信装置１０４、記憶装置１０５）に出力する。
【００８４】
具体的には、ＣＰＵ１０１は、コンピュータ１００のＯＳ（オペレーティングシステム）や、無線通信プログラムなどを実行し、コンピュータ１００を構成する各装置を制御する。無線通信プログラムとは、コンピュータ１００に、無線通信部１２の上述の各機能構成を実現させるプログラムである。ＣＰＵ１０１が無線通信プログラムを実行することにより、コンピュータ１００が無線通信装置１として機能する。
【００８５】
入力装置１０２は、コンピュータ１００に情報を入力するための装置である。入力装置１０２は、例えば、キーボード、マウス、及びタッチパネルであるが、これに限られない。なお、無線通信装置１は、入力装置１０２を備えない構成も可能である。
【００８６】
表示装置１０３は、画像や映像を表示するための装置である。表示装置１０３は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（ブラウン管）、及びＰＤＰ（プラズマディスプレイ）であるが、これに限られない。受信情報や送信情報は、表示装置１０３に表示されてもよい。なお、無線通信装置１は、表示装置１０３を備えない構成も可能である。
【００８７】
通信装置１０４は、コンピュータ１００が外部装置（他の無線ノードなど）と無線や有線で通信するための装置である。通信装置１０４は、例えば、モデム、ハブ、及びルータであるが、これに限られない。受信情報、送信情報、及びフレーム情報などの情報は、通信装置１０４を介して外部装置から入力することができる。送受信部１３は、通信装置１０４を用いて構成することができる。また、送受信アンテナ１１は、通信装置１０４に含まれてもよい。
【００８８】
記憶装置１０５は、コンピュータ１００のＯＳや、無線通信プログラム、無線通信プログラムの実行に必要なデータ、及び無線通信プログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する記憶媒体である。記憶装置１０５には、主記憶装置と外部記憶装置とが含まれる。主記憶装置は、例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭであるが、これに限られない。また、外部記憶装置は、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、及び磁気テープであるが、これに限られない。中継情報記憶部１５やフレーム情報記憶部２１は、記憶装置１０５を用いて構成することができる。
【００８９】
なお、コンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１、入力装置１０２、表示装置１０３、通信装置１０４、及び記憶装置１０５を、１つ又は複数備えてもよいし、プリンタやスキャナなどの周辺機器を接続されていてもよい。
【００９０】
また、無線通信部１２は、単一のコンピュータ１００により構成されてもよいし、相互に接続された複数のコンピュータ１００からなるシステムとして構成されてもよい。
【００９１】
さらに、無線通信プログラムは、コンピュータ１００の記憶装置１０５に予め記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶されていてもよいし、インターネット上にアップロードされていてもよい。いずれの場合も、無線通信プログラムをコンピュータ１００にインストールして実行することにより、無線通信装置１を構成することができる。
【００９２】
さらに、温度センサや加速度センサなどの任意のセンサは、コンピュータ１００に直接接続されていてもよいし、通信装置１０４を介して無線又は有線で接続されていてもよい。
【００９３】
次に、本実施形態に係る無線通信装置１の各フレームにおける動作について、図１５〜図２１を参照して説明する。以下では、フレームの開始時点において、送受信部１３はスリープ状態であり、親ノード及び子ノードは決定済みであるものとする。新たなフレームが開始すると、まず、フレーム判定部１９が、現在のフレームの種類を判定する。判定方法は上述の通りである。
【００９４】
まず、単方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作について、図１５及び図１６を参照して具体的に説明する。図１５は、単方向通信フレームにおける動作を示すフローチャートである。以下では、無線通信装置１は、ランク値７を有する無線ノードＵであるものとする。
【００９５】
ステップＳ１において、送信スロット決定部２０は、自ノードのランク値７を設定された下りリンクのスロット群７の中から、下りリンクの送信スロットを決定する。その後、無線通信装置１は、下りリンクのスロット群６が開始されるまで待機する。
【００９６】
ステップＳ２において、送受信部１３は、下りリンクのスロット群６の間情報を受信する。具体的には、下りリンクのスロット群６が開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、情報の受信を開始する。これにより、送受信部１３は、ランク値６を有する上流側の無線ノードからの情報を受信する。送受信部１３が受信した情報は、宛先判定部１４により送信先ノードを判定され、親ノードから送信された自ノード宛ての情報が、中継情報記憶部１５に記憶される。送受信部１３は、下りリンクのスロット群６が終了すると、情報の受信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。
【００９７】
ステップＳ３において、送信先ノード決定部１７は、送受信部１３がステップＳ２において受信した情報に基づいて、新たな親ノードを決定する。親ノードの決定方法は、上述の通りである。これにより、最新の通信状態に応じて親ノードを更新することができる。
【００９８】
ステップＳ４において、送信情報生成部１６は、中継情報記憶部１５に記憶された中継情報に基づいて、送信情報を生成する。送信情報の生成方法は上述の通りである。その後、無線通信装置１は、ステップＳ１で決定された送信スロットまで待機する。
【００９９】
ステップＳ５において、送受信部１３は、子ノードへ送信情報を送信する。具体的には、下りリンクの送信スロットが開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、送信情報の送信を開始する。これにより、親ノードから受信された情報が子ノードに中継される。送信スロットが終了すると、送受信部１３は、情報の送信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。また、中継情報記憶部１５に記憶された中継情報は消去される。その後、無線通信装置１は、下りリンクのスロット群８が開始されるまで待機する。
【０１００】
ステップＳ６において、送受信部１３は、情報を受信する。具体的には、下りリンクのスロット群８が開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、情報の受信を開始する。これにより、送受信部１３は、ランク値８を有する下流側の無線ノードからの情報を受信する。送受信部１３は、下りリンクのスロット群８が終了すると、情報の受信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。
【０１０１】
ステップＳ７において、送信先ノード決定部１７は、送受信部１３がステップＳ６において受信した情報に基づいて、新たな子ノードを決定する。子ノードの決定方法は、上述の通りである。これにより、最新の通信状態に応じて子ノードを更新することができる。その後、無線通信装置１は、次のフレームが開始されるまで待機する。
【０１０２】
次に、双方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作について、図１７及び図１８を参照して具体的に説明する。図１７は、双方向通信フレームにおける動作を示すフローチャートである。
【０１０３】
ステップＳ１において、送信スロット決定部２０は、自ノードのランク値７を設定された下りリンクのスロット群７の中から、下りリンクの送信スロットを決定する。また、送信スロット決定部２０は、自ノードのランク値７を設定された上りリンクのスロット群７の中から、上りリンクの送信スロットを決定する。
【０１０４】
次に、ステップＳ８において、送受信部１３は、上りリンクのスロット群８の間情報を受信する。具体的には、上りリンクのスロット群８が開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、情報の受信を開始する。これにより、送受信部１３は、ランク値８を有する下流側の無線ノードからの情報を受信する。送受信部１３が受信した情報は、宛先判定部１４により送信先ノードを判定され、子ノードから送信された自ノード宛ての情報が、中継情報記憶部１５に記憶される。送受信部１３は、上りリンクのスロット群８が終了すると、情報の受信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。
【０１０５】
ステップＳ９において、送信先ノード決定部１７は、送受信部１３がステップＳ８において受信した情報に基づいて、新たな子ノードを決定する。子ノードの決定方法は、上述の通りである。これにより、最新の通信状態に応じて子ノードを更新することができる。
【０１０６】
ステップＳ１０において、送信情報生成部１６は、中継情報記憶部１５に記憶された中継情報に基づいて、送信情報を生成する。送信情報の生成方法は上述の通りである。その後、無線通信装置１は、ステップＳ１で決定された上りリンクの送信スロットまで待機する。
【０１０７】
ステップＳ１１において、送受信部１３は、親ノードへ送信情報を送信する。具体的には、上りリンクの送信スロットが開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、送信情報の送信を開始する。これにより、子ノードから受信された情報が親ノードに中継される。送信スロットが終了すると、送受信部１３は、情報の送信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。また、中継情報記憶部１５に記憶された中継情報は消去される。その後、無線通信装置１は、上りリンクのスロット群６が開始されるまで待機する。
【０１０８】
ステップＳ１２において、送受信部１３は、情報を受信する。具体的には、上りリンクのスロット群６が開始すると、スリープ制御部２２は、送受信部１３を起床させ、送受信部１３は、情報の受信を開始する。これにより、送受信部１３は、ランク値６を有する上流側の無線ノードからの情報を受信する。送受信部１３は、上りリンクのスロット群６が終了すると、情報の受信を終了し、スリープ制御部２２は、送受信部１３をスリープさせる。
【０１０９】
ステップＳ１３において、送信先ノード決定部１７は、送受信部１３がステップＳ１２において受信した情報に基づいて、新たな親ノードを決定する。親ノードの決定方法は、上述の通りである。これにより、最新の通信状態に応じて親ノードを更新することができる。その後、無線通信装置１は、下りリンクのスロット群６が開始するまで待機する。
【０１１０】
そして、下りリンクのスロット群６が開始すると、ステップＳ２〜Ｓ７の処理が行われる。ステップＳ２〜Ｓ７は、単方向通信フレームの動作と同様である。
【０１１１】
以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置１及びシステムは、上りリンクと下りリンクとの送信間隔を、送信する情報量に応じて設定することにより、送信頻度の要求を満たしつつ、情報量の大きい上りリンクの送信頻度を減少させ、消費電力を低下させることができる。
【０１１２】
また、無線通信システムは、フレームにおいて時間が早いスロット程、情報の伝達経路において前に位置する無線ノードに割当てられるため、情報伝達時間を１フレーム以内に短縮することができる。さらに、無線通信装置は、上記のようなスロットの割当を自動的に実現することができる。
【０１１３】
なお、以上の説明において、第１方向への送信は上りリンクの送信、第２方向への送信は下りリンクの送信であったが、上りリンクで送信される情報量が下りリンクで送信される情報量より少ない場合には、逆でもよい。この場合、上りリンクの送信を１フレーム毎に行い、下りリンクの送信をＭフレーム毎に行なえばよい。
【０１１４】
また、図１９に示すように、送受信部１３は、双方向通信フレームにおいて、下りリンクのスロット群Ｒ＋１の間の受信処理（ステップＳ６）を行なわなくてもよい。この場合、子ノードの更新は、上りリンクのスロット群Ｒ＋１の間の受信処理（ステップＳ８）により受信した情報に基づいて行なえばよい。
【０１１５】
同様に、送受信部１３は、双方向通信フレームにおいて、上りリンクのスロット群Ｒ−１の間の受信処理（ステップＳ１２）を行なわなくてもよい。この場合、親ノードの更新は、下りリンクのスロット群Ｒ−１の間の受信処理（ステップＳ２）により受信した情報に基づいて行なえばよい。
【０１１６】
さらに、図２０に示すように、送受信部１３は、単方向通信フレームにおいて、下りリンクのスロット群Ｒ＋１の間の受信処理（ステップＳ６）を行なわなくてもよい。この場合、子ノードの更新は、単方向通信フレームでは行わず、双方向通信フレームで行なえばよい。
【０１１７】
またさらに、図２１に示すように、送受信部１３は、単方向通信フレームにおいて、下りリンクのスロット群Ｒ−１の間の受信処理（ステップＳ２）を行うかわりに、親ノードの送信スロットの間だけ受信処理を行なってもよい。この場合、親ノードの更新は、単方向通信フレームでは行わず、双方向通信フレームで行なえばよい。
【０１１８】
このように、送受信部１３が受信処理を行う期間を減らし、スリープ状態の期間を増やすことにより、無線通信装置１及びシステムをさらに省電力化することができる。
【０１１９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る無線通信装置及びシステムについて、図２１〜図２５を参照して説明する。本実施形態において、無線通信装置１は、単方向通信フレームにおける動作状態を複数有する。動作状態は、受信の成否に応じて状態間で遷移する。他の構成は、第１実施形態と同様である。以下では、単方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作について説明する。
【０１２０】
図２２は、本実施形態に係る無線通信装置１の単方向通信フレームにおける動作状態の遷移を示す状態遷移図である。図２２に示すように、無線通信装置１は、状態１〜状態３の３つの動作状態を有する。各状態は、送受信部１３が受信処理を行うタイミングが異なる。
【０１２１】
状態１は、図２１に示すように、送受信部１３が親ノードの送信スロットの間だけ情報を受信する動作状態である。状態１では、親ノード及び子ノードの更新は行われない。状態１は、無線通信装置１が起床している期間が最短（２スロット）となるため、無線通信装置１の消費電力が最小となる。
【０１２２】
図２２に示すように、送受信部１３が親ノードの送信スロットの間に受信に成功した場合、動作状態は状態１が継続する。すなわち、次の単方向通信フレームでも無線通信装置１は、状態１で動作する。
【０１２３】
しかしながら、無線通信は、その性質上、必ずしも成功するものでは無く、フェージングやシャドーイングなどが原因で失敗することがある。フェージングとは、無線信号の時変動によって受信電力が落ち込む現象である。これは、例えば、無線ノードの移動により、無線信号が弱まり、雑音に対して所要の電力を得られなくなった場合に生じ得る。また、シャドーイングとは、無線ノード間に何らかの障害物が存在することで受信電力が弱まる現象である。
【０１２４】
そこで、図２２に示すように、送受信部１３が親ノードの送信スロットの間に受信に失敗した場合、動作状態は状態１から状態２に遷移する。
【０１２５】
状態２は、送受信部１３が、自ノードの送信スロットの開始まで受信を継続する動作状態である。無線通信装置１は、状態１において、親ノードの送信スロットの終了時点で受信に失敗していた場合、スリープ状態に移行せず、そのまま状態２に遷移する。
【０１２６】
図２３に示すように、送受信部１３が自ノードの送信スロットの開始までに他の無線ノードからの受信に成功した場合、送受信部１３は受信を終了し、スリープする。そして、無線通信装置１は、受信に成功した無線ノードを、新たな親ノードとして決定する。図２３の場合、親ノードが無線ノードＲから無線ノードＳに更新される。また、受信に成功した情報に基づいて送信情報を生成する。
【０１２７】
このように、状態２において受信に成功した場合、動作状態は状態２から状態１に遷移する。すなわち、次の単方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作状態は状態１となる。
【０１２８】
これに対して、図２４に示すように、送受信部が自ノードの送信スロットの開始までに他の無線ノードからの受信に失敗した場合、無線通信装置１は、自ノードの送信スロットの間、送信情報を送信する。この送信情報には、親ノードからの中継情報は含まれない。このように、状態２において受信に失敗した場合、動作状態は状態２から状態３に遷移する。すなわち、次の単方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作状態は状態３となる。
【０１２９】
状態３は、図２５に示すように、送受信部１３が、親ノードの送信スロットが含まれるスロット群、すなわち、下りリンクのスロット群Ｒ−１の間、情報を受信する動作状態である。
【０１３０】
状態３において、送受信部１３がスロット群Ｒ−１の間に他の無線ノードからの受信に成功した場合、無線通信装置１は、受信に成功した無線ノードの中から新たな親ノードを決定する。また、新たな親ノードから受信した情報に基づいて送信情報を生成する。
【０１３１】
このように、状態３において受信に成功した場合、動作状態は状態３から状態１に遷移する。すなわち、次の単方向通信フレームにおける無線通信装置１の動作状態は状態１となる。
【０１３２】
これに対して、送受信部１３がスロット群Ｒ−１の間に他の無線ノードからの受信に失敗した場合、無線通信装置１は、自ノードの送信スロットの間、送信情報を送信する。この送信情報には、親ノードからの中継情報は含まれない。このように、状態３において受信に失敗した場合、動作状態は状態３が継続する。すなわち、次の単方向送信フレームにおける無線通信装置１の動作状態は状態３となる。
【０１３３】
なお、状態３において、送受信部１３は、スロット群Ｒ−１に限らず、複数のスロット群、あるいは１フレーム全体で受信を行い、新たな親ノードを決定してもよい。
【０１３４】
以上説明した通り、本実施形態に係る無線通信装置１は、通信状態が良好な場合、状態１で動作を継続する。したがって、無線通信装置１の消費電力を低減することができる。また、受信に失敗した場合であっても、状態２又は状態３で動作することにより、新たな親ノードを決定し、通信を維持することができる。
【０１３５】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１：無線通信装置、２：集約装置、１１：送受信アンテナ、１２：無線通信部、１３：送受信部、１４：宛先判定部、１５：中継情報記憶部、１６：送信情報生成部、１７：送信先ノード決定部、１８：タイミング決定部、１９：フレーム判定部、２０：送信スロット決定部、２１：フレーム情報記憶部、２２：スリープ制御部、１００：コンピュータ装置、１０１：ＣＰＵ、１０２：入力装置、１０３：表示装置、１０４：通信装置、１０５：記憶装置、１０６：バス
【図１】
0006471005.tif 000002
【図２】
0006471005.tif 000003
【図３】
0006471005.tif 000004
【図４】
0006471005.tif 000005
【図５】
0006471005.tif 000006
【図６】
0006471005.tif 000007
【図７】
0006471005.tif 000008
【図８】
0006471005.tif 000009
【図９】
0006471005.tif 000010
【図１０】
0006471005.tif 000011
【図１１】
0006471005.tif 000012
【図１２】
0006471005.tif 000013
【図１３】
0006471005.tif 000014
【図１４】
0006471005.tif 000015
【図１５】
0006471005.tif 000016
【図１６】
0006471005.tif 000017
【図１７】
0006471005.tif 000018
【図１８】
0006471005.tif 000019
【図１９】
0006471005.tif 000020
【図２０】
0006471005.tif 000021
【図２１】
0006471005.tif 000022
【図２２】
0006471005.tif 000023
【図２３】
0006471005.tif 000024
【図２４】
0006471005.tif 000025
【図２５】
0006471005.tif 000026