(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集約装置をルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムであって、
前記集約装置及び前記無線ノード群間を結ぶ経路が、前記無線ノード群から前記集約装置へデータを送信する上り経路と、前記集約装置から前記無線ノード群へデータを送信する下り経路とを有し、タイミングチャート上において、前記上り経路における前記データの送信のタイミングと、前記下り経路における前記データの送信のタイミングとが、前記集約装置から前記無線通信システムに最初に追加された無線ノードにデータを送信するタイミング又は前記無線通信システムに最初に追加された無線ノードから前記集約装置にデータを送信するタイミングを中心として左右対称となるように前記経路が構築され、
無線ノードを新たに前記無線通信システムに追加する場合、前記新たに追加された無線ノードの前記データの送信タイミングが、前記タイミングチャート上において、既に構築された経路の外側となるように前記経路を構築し、
前記無線ノード群は、
前記ノード間のデータの送受信時に、各々の送受信の時刻を通知し合うことで、前記ノード間の相対時刻差を推定し、
前記集約装置は、
推定された相対時刻差を収集して、全ノードに対して、個別に時刻修正コマンドを発行することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記集約装置及び前記無線ノード群は、前記駆動期間内において、各々独立して駆動したアクティブ状態及び休止したスリープ状態となることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記上り経路における前記アクティブ状態の期間と、前記下り経路における前記アクティブ状態の期間とが異なることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記無線ノード群は、
他のノードから受信したデータを複数回纏めて送信することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記無線ノード群は、
各ノードがデータの送受信を行う度に自律的にタイミング調整を行い、
前記タイミング調整は、ウェイクアップ信号に対する応答時間に基づいて行われることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項６】
集約装置をルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムの経路構築方法であって、
前記集約装置及び前記無線ノード群間を結ぶ経路が、前記無線ノード群から前記集約装置へデータを送信する上り経路と、前記集約装置から前記無線ノード群へデータを送信する下り経路とを有し、タイミングチャート上において、前記上り経路における前記データの送信のタイミングと、前記下り経路における前記データの送信のタイミングとが、前記集約装置から前記無線通信システムに最初に追加された無線ノードにデータを送信するタイミング又は前記無線通信システムに最初に追加された無線ノードから前記集約装置にデータを送信するタイミングを中心として左右対称となるように前記経路を構築し、かつ、無線ノードを新たに前記無線通信システムに追加する場合、前記新たに追加された無線ノードの前記データの送信タイミングが、前記タイミングチャート上において、既に構築された経路の外側となるように前記経路を構築し、
前記無線ノード群は、
前記ノード間のデータの送受信時に、各々の送受信の時刻を通知し合うことで、前記ノード間の相対時刻差を推定し、
前記集約装置は、
推定された相対時刻差を収集して、全ノードに対して、個別に時刻修正コマンドを発行することを特徴とする無線通信システムの経路構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム及び無線通信システムの経路構築方法に関し、特に、集約装置をルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システム及び無線通信システムの経路構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサを無線で接続した無線通信システムは、無線の利用によって特別なインフラストラクチャを必要とせずにセンシング情報を収集・管理することが可能であり、近年その広い応用性（例えば、HEMS（Home Energy Management System）、遠隔検針、遠隔監視等）に注目が集まっている。一方，センサノードの小型化や低コスト化など解決すべき技術的課題は残っており、特に蓄電池（バッテリ）によって動作するセンサノードにおいては、消費電力の低減化は重要な課題となっている。
【０００３】
このため、消費電力の低減化には種々の手法が提案されている。例えば、間欠動作による省電力化や通信距離を短くするためのマルチホップを前提としたルーティングアルゴリズム等が提案されているが、特に、間欠動作による消費電力の低減化が有効であることから、間欠動作に基づいた様々な方式が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、センシングによって取得したセンサ情報をネットワークトポロジの最上位に位置するセンタノード宛に送信するセンサノードの発明が開示されている。特許文献１では、時刻管理手段により管理されている時刻情報に基づいて、無線通信手段を周期的に起動する間欠動作を行い、起動時間の前後にセンタノードからの指示に応じて変更可能なマージン時間を設けたセンサノードが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、マルチホップ通信が可能な無線センサネットワークシステムの発明が開示されている。特許文献２では、端末が送受信回路やメインクロックを一時的に停止することが可能なスリープモードを持ち、制御端末から送信されるスリープモード継続時間が記載された命令パケットを受信することにより、端末が同期してスリープモードに移行し、スリープモード継続時間の間、スリープモードを継続した後、同期して通常モードに復帰することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４２６１９０号
【特許文献２】特許第５００６８１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示される発明は、無線通信手段を起動する駆動周期を設けて省電力化を図っているが、駆動期間内で個々のノードを最適駆動するものではなく、各ノードは、データの送受信が無くても駆動期間内では無線通信手段が起動した状態となる。このため効果的に省電力化を行うことができない。
【０００８】
また、特許文献２に開示される発明は、端末が送受信回路やメインクロックを一時的に停止することが可能なスリープモードを持ち、制御端末からの命令に基づいて、端末が同期してスリープモードに移行することで省電力化を図っているが、駆動期間内で個々のノードを最適駆動することについては記載がない。
【０００９】
以上のように、従来の無線通信システムにおいてもノードがアクティブ状態及びスリープ状態を繰り返す間欠動作をさせることでの省電力化が行われているが、アクティブ状態時は、常時各ノードの電源がＯＮをなっていることが前提であり、必ずしも効果的な省電力化でない。また、間欠動作は，その制御方式によって同期（タイムスロット）方式と非同期方式とに分類できるが、省電力化のために同期（タイムスロット）方式を採用したとしても、全ノードの時刻を正確に同期させる必要があり、システム構築（ハードウェア）のための費用が増加してしまう。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、システム全体を効果的に省電力化できる無線通信システム及び無線通信システムの経路構築方法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】
【００１１】
上記の課題を解決すべく、本発明に係る無線通信システムは、集約装置をルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムであって、前記集約装置及び前記無線ノード群間を結ぶ経路が、前記無線ノード群から前記集約装置へデータを送信する上り経路と、前記集約装置から前記無線ノード群へデータを送信する下り経路とが対称となるように構築されている。
【００１２】
上記のように本発明に係る無線通信システムは、集約装置及び無線ノード群間を結ぶ経路が、無線ノード群から前記集約装置へデータを送信する上り経路と、集約装置から前記無線ノード群へデータを送信する下り経路とが対称となるように構築されているため、システム全体における集約装置及び無線ノード群がアクティブ状態である期間（駆動期間）を短縮することができる。このため、システム全体を効果的に省電力化することができる。
【００１３】
また、データ（パケット）の伝送遅延（ノード−ゲートウェイ間）が大きくなる、不均一になるといった問題の発生を抑制することができる。さらに、中継ノードが受信したデータを送信する前に別のノードからの受信が発生してしまう問題の発生を抑制することができる。このため各ノードは、より多くのメモリを搭載しておく必要がなく、また伝送しなければならないデータ量を最小の通信回数で伝送出来ない場合も抑制できる。その結果、余分な通信が不要となりさらに駆動期間を短くできるので効果的に省電力化することができる。
【００１４】
また、本発明に係る無線通信システムの前記集約装置及び前記無線ノード群は、前記駆動期間内において、各々独立して駆動したアクティブ状態及び休止したスリープ状態となる。
【００１５】
上記のように本発明に係る無線通信システムの集約装置及び無線ノード群は、前記駆動期間内において、各々独立して駆動したアクティブ状態及び休止スリープ状態となるため、各ノードにおけるアクティブ状態の時間（駆動期間）を短縮することができる。このため、さらに効果的に省電力化することができる。
【００１６】
また、本発明に係る無線通信システムは、前記上り経路における前記アクティブ状態の期間と、前記下り経路における前記アクティブ状態の期間とが異なっている。
【００１７】
上記のように本発明に係る無線通信システムは、上り経路におけるアクティブ状態の期間と、下り経路におけるアクティブ状態の期間とが異なっている。通常、上り経路におけるデータ量と、通常、下り経路におけるデータ量とは非対称である（違いがある）ため、上り経路におけるアクティブ状態の期間と下り経路におけるアクティブ状態の期間とを同一とする必要はない。上り経路と下り経路の各々データ量に合わせてアクティブ状態の期間を調整することで、より効果的に省電力化することができる。
【００１８】
また、本発明に係る無線通信システムの無線ノード群は、他のノードから受信したデータを複数回纏めて送信する。
【００１９】
上記のように本発明に係る無線通信システムの無線ノード群は、他のノードから受信したデータを複数回纏めて送信する。複数回分のデータを纏めて送信することで、アクティブ状態の期間（駆動期間）をさらに短くすることができ、より効果的に省電力化することができる。
【００２０】
本発明に係る無線通信システムの前記無線ノード群は、各ノードがデータの送受信を行う度に自律的にタイミング調整を行い、前記タイミング調整は、ウェイクアップ信号に対する応答時間に基づいて行われる。
【００２１】
上記のように本発明に係る無線通信システムの無線ノード群は、各ノードがデータの送受信を行う度に自律的にタイミング調整を行い、前記タイミング調整は、ウェイクアップ信号に対する応答時間に基づいて行っているので、全ノードの時刻を正確に同期させる必要がなく、システム構築（ハードウェア）のための費用が増加することを抑制することができる。結果として、無線通信システムのシステム構築の費用を抑えることができる。
【００２２】
本発明に係る無線通信システムは、前記ノード間のデータの送受信時に、各々の送受信の時刻を通知し合うことで、前記ノード間の相対時刻差を推定し、前記集約装置は、推定された相対時刻差を収集して、全ノードに対して、個別に時刻修正コマンドを発行する。
【００２３】
上記のように本発明に係る無線通信システムは、ノード間のデータの送受信時に、各々の送受信の時刻を通知し合うことで、ノード間の相対時刻差を推定し、集約装置は、推定された相対時刻差を収集して、全ノードに対して個別に時刻修正コマンドを発行する。このため、定期的に全ノードで時刻合わせを行うことができ、各ノードのセンシング時刻を長期間に亘って維持することができる。
【００２４】
本発明に係る無線通信システムの前記集約装置は、自己が保持している時刻情報をフラッディングにより全ノードに通知し、前記無線ノード群は、前記集約装置から通知された時刻情報に基づいて自己の時刻を補正する。
【００２５】
上記のように本発明に係る無線通信システムの集約装置は、自己が保持している時刻情報をフラッディングにより全ノードに通知し、前記無線ノード群は、前記集約装置から通知された時刻情報に基づいて自己の時刻を補正する。このため、定期的に全ノードで時刻合わせを行うことができ、各ノードのセンシング時刻を長期間に亘って維持することができる。
【００２６】
また、上記の課題を解決すべく、本発明に係る無線通信システムの経路構築方法は、集約装置をルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムの経路構築方法であって、前記集約装置及び前記無線ノード群間を結ぶ経路が、前記無線ノード群から前記集約装置へデータを送信する上り経路と、前記集約装置から前記無線ノード群へデータを送信する下り経路とが対称となるように経路を構築する。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、システム全体を効果的に省電力化できる無線通信システム及び無線通信システムの経路構築方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】実施形態に係る無線通信システムの特徴を示す図である。
【図３】実施形態に係る集約装置（ＧＷ）の構成例を示す図である。
【図４】実施形態に係る集約装置（ＧＷ）の機能構成例を示す図である。
【図５】実施形態に係る無線装置（ノード）の構成例を示す図である。
【図６】実施形態に係る無線装置（ノード）の機能構成例を示す図である。
【図７】実施形態に係る無線通信システムの駆動タイミング算出方法の説明図である。
【図８】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図９】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１０】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１１】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１２】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１３】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１４】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１５】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１６】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１７】実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の説明図である。
【図１８】実施形態に係る無線通信システムの状態遷移を示すフローチャートである。
【図１９】実施形態に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【図２０】実施形態に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【図２１】実施形態に係る無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【図２２】比較例に係る無線通信システムの経路構成例を示す図である。
【図２３】比較例に係る無線通信システムの経路構成例を示す図である。
【図２４】比較例に係る無線通信システムの経路構成例を示す図である。
【図２５】その他の実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の一例を示す図である。
【図２６】その他の実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の一例を示す図である。
【図２７】その他の実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の一例を示す図である。
【図２８】その他の実施形態に係る無線通信システムの時刻推定方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（実施形態）
初めに、実施形態における無線通信システムの構成について、図1〜図６を参照して説明する。図１は、実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る無線通信システムの経路構成例を示す図である。図１に示すように、実施形態に係る無線通信システム１は、集約装置ＧＷ（Gateway）をルートノードとしてメッシュ状に配置・接続された第１〜第５の無線装置Ｎ１〜Ｎ５（以下、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５）とを備える。無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、他の無線ノードから送信されるデータを集約装置ＧＷに転送する機能を有している。
【００３０】
図２に示すように、実施形態に係る無線通信システム１は、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムである。なお、スロット期間（送信期間、受信期間）は３００ｍｓｅｃである。該スロット期間は、変更可能である。また、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、駆動期間内においても、各々独立して駆動したアクティブ状態及び休止したスリープ状態となる。さらに、無線通信システム１は、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）が、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約装置ＧＷへデータを送信する上り経路と、集約装置ＧＷから無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５へデータを送信する下り経路とが集約装置ＧＷを中心として対称となるように経路が構築されている。
【００３１】
以上のように、本無線通信システムでは、駆動期間内においても集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎが各々独立して駆動状態及び休止状態となるが、以降の説明では、駆動期間内における駆動状態をアクティブ状態といい、駆動期間内における休止状態をスリープ状態という。また、図１に示す無線通信システムは、一例であり、集約装置ＧＷは１つに限られず、複数あってもよい。また、無線ノード群は、４つに限られず、２以上であればよい。
【００３２】
図３は、実施形態に係る集約装置ＧＷの構成例を示す図である。図３に示すように、集約装置ＧＷは、無線通信用のアンテナ１１と、無線通信部１２と、制御部１３と、情報記憶部１４と、センサ部１５と、ゲートウェイインターフェース部１６（以下、（ＧＩＦ部１６と記載）とを備える。なお、図３に示す集約装置ＧＷの機能は、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵ等の演算処理部が読み込むことで実現してもよいし、専用の処理回路やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等により実現しても良い。
【００３３】
無線通信部１２は、無線通信システム１が備える無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５とアンテナ１１を介してデータや制御信号の送受信を行う。制御部１３は、自己の動作を制御する装置制御部１３ａ、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路構築を制御する経路制御部１３ｂ、無線通信部１２及びＧＩＦ１６を制御する通信制御部１３ｃを備える。
【００３４】
装置制御部１３ａは、集約装置ＧＷ全体の制御、例えば、通常モードであるアクティブ状態及び省電力モードであるスリープ状態への移行を制御する。ここで、アクティブ状態とは、無線通信部１２等が起動されており、他のノードと通信可能な状態（送受信回路等を駆動した通常モード）のことである。また、スリープ状態とは、無線通信部１２等の消費電力の多い機能を休止させた状態（送受信回路等を停止した省電力モード）のことである。
【００３５】
経路制御部１３ｂは、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）が、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約装置ＧＷへデータを送信する上り経路と、集約装置ＧＷから無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５へデータを送信する下り経路とが集約装置ＧＷを中心として対称となるように経路を構築する。
【００３６】
通信制御部１３ｃは、無線通信部１２及びＧＩＦ１６を制御する。通信制御部１３ｃは、例えば、ノード群Ｎ１〜Ｎ５間でのデータや制御信号の送受信を制御する。また、ノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約したデータの送信を制御する。
【００３７】
情報記憶部１４は、動作に必要なプログラムやパラメータ、隣接する無線ノードの番号（隣接ノード番号）、上りと下りの仮駆動タイミング（仮駆動タイミング（上り／下り））、経路テーブル等の情報が格納されている。
【００３８】
センサ部１５は、例えば、温度計、圧力計、水圧計等を計測するデバイスである。センサ部１５は、所定間隔で温度や圧力等のデータを取得する。取得したデータは、情報記憶部１４に格納される。なお、集約装置ＧＷの場合、センサ部１５を備えていても、備えていなくてもよい。
【００３９】
ＧＩＦ部１６は、ネットワークＮを介してデータや制御信号を送受信する際のインターフェースであり、集約装置ＧＷがノード群Ｎ１〜Ｎ５から収集したセンサのデータは、ＧＩＦ部１６を介して上位のホスト等に送信される。
【００４０】
図４は、集約装置ＧＷの制御部１３の機能を説明する図である。経路制御部１３ｂは、ルート経路構築部１３１と、タイミング制御部１３２とで構成される。経路構築部１３１は、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）を構築する機能を有し、例えば、経路要求（ＲＲＥＱ：Route Request）受信、経路応答（ＲＲＥＰ：Route Reply）送信、経路テーブル生成等を行う。生成した経路テーブルは、情報記憶部１４に格納される。
【００４１】
タイミング制御部１３２は、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５が間欠動作を行うタイミングを制御する機能を有し、例えば、下り駆動タイミング算出、上り駆動タイミング算出、スリープ要求及び解除、駆動要求（ＷＲＥＱ：Wakeup Request）の送信及び受信、駆動応答（ＷＡＣＫ：Wakeup Acknowledgement）の送信及び受信等を行う。タイミング制御部１３２で算出された上り及び下りの駆動タイミングは、情報記憶部１４に格納される。
【００４２】
情報記憶部１４には、隣接する無線ノードの番号（隣接ノード番号）、上りと下りの仮駆動タイミング（仮駆動タイミング（上り／下り））、経路テーブル等のデータが格納される。経路テーブルのデータには、例えば、宛先、次ホップ（の無線ノード番号）、コスト、自己のデータを送受信する際の上りと下りの駆動タイミング、他の無線ノードのデータを中継する際の上りと下りの駆動タイミング等が含まれる。なお、図４で説明するデータは、情報記憶部１４に格納されているデータの一部である。
【００４３】
（無線ノード群の構成）
図５は、実施形態に係る無線装置（ノード）の構成例を示す図である。図５に示すように、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、無線通信用のアンテナ２１と、無線通信部２２と、制御部２３と、情報記憶部２４と、センサ部２５とを夫々備える。なお、図５に示す無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５の機能は、情報記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵ等の演算処理部が読み込むことで実現してもよいし、専用の処理回路やＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等により実現しても良い。
【００４４】
無線通信部２２は、他の無線装置Ｎ１〜Ｎ５や集約装置ＧＷとアンテナ２１を介してデータや制御信号の送受信を行う。制御部２３は、自己の動作を制御する装置制御部２３ａ、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路構築を制御する経路制御部２３ｂ、無線通信部２２を制御する通信制御部２３ｃを備える。
【００４５】
装置制御部２３ａは、無線装置２０全体の制御、例えば、例えば、通常モードであるアクティブ状態及び省電力モードであるスリープ状態への移行を制御する。ここで、アクティブ状態とは、無線通信部２２等が起動されており、他のノードと通信可能な状態（送受信回路等を駆動した通常モード）のことである。また、スリープ状態とは、無線通信部２２等の消費電力の多い機能を休止させた状態（送受信回路等を停止した省電力モード）のことである。
【００４６】
経路制御部２３ｂは、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）が、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約装置ＧＷへデータを送信する上り経路と、集約装置ＧＷから無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５へデータを送信する下り経路とが集約装置ＧＷを中心として対称となるように経路を構築する。
【００４７】
通信制御部２３ｃは、無線通信部１２を制御する。通信制御部１３ｃは、例えば、集約装置ＧＷ及びノード群Ｎ１〜Ｎ５間でのデータや制御信号の送受信を制御する。また、他のノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約したデータの転送を制御する。
【００４８】
情報記憶部２４は、動作に必要なプログラムやパラメータ、隣接する無線ノードの番号（隣接ノード番号）、上りと下りの仮駆動タイミング（仮駆動タイミング（上り／下り））、経路テーブル等の情報が格納されている。
【００４９】
センサ部２５は、例えば、温度計、圧力計、水圧計等を計測するデバイスである。センサ部２５は、所定間隔で温度や圧力等のデータを取得する。取得したデータは、情報記憶部２４に格納される。
【００５０】
図６は、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５の制御部２３の機能を説明する図である。経路制御部２３ｂは、ルート経路構築部２３１と、タイミング制御部２３２とで構成される。経路構築部２３１は、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）を構築する機能を有し、例えば、経路要求（ＲＲＥＱ：Route Request）受信、経路応答（ＲＲＥＰ：Route Reply）送信、他の無線ノードの経路要求（ＲＲＥＱ）及び経路応答（ＲＲＥＰ）の中継、経路テーブル生成等を行う。生成した経路テーブルは、情報記憶部２４に格納される。
【００５１】
タイミング制御部２３２は、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５が間欠動作を行うタイミングを制御する機能を有し、例えば、下り駆動タイミング算出、上り駆動タイミング算出、スリープ要求及び解除、駆動要求（ＷＲＥＱ：Wakeup Request）の送信及び受信、駆動応答（ＷＡＣＫ：Wakeup Acknowledgement）の送信及び受信等を行う。タイミング制御部２３２で算出された上り及び下りの駆動タイミングは、情報記憶部２４に格納される。
【００５２】
情報記憶部２４には、隣接する無線ノードの番号（隣接ノード番号）、上りと下りの仮駆動タイミング（仮駆動タイミング（上り／下り））、経路テーブル等のデータが格納される。経路テーブルのデータには、例えば、宛先、次ホップ（の無線ノード番号）、ホップ数や通信品質等を数値化したコスト、自己のデータを送受信する際の上りと下りの駆動タイミング、他の無線ノードのデータを中継する際の上りと下りの駆動タイミング等が含まれる。なお、図６で説明するデータは、記憶部２４に記憶されているデータの一部である。
【００５３】
（タイミングの算出）
図７は、駆動タイミングの算出方法の説明図である。実施形態に係る無線通信システム１では、厳密な時間管理を必要するタイムスロット方式ではなく、駆動タイミングを集約装置ＧＷ及びノードＮ１〜Ｎ５間で通信の度に自律調整している。ここでは、図７を参照して、無線通信システム１の駆動タイミングの算出方法について説明する。
【００５４】
図７に示すように、実施形態に係る無線通信システム１では、送信側が駆動要求（ＷＲＥＱ）を送信するが、受信側が駆動要求（ＷＲＥＱ）の２回目で応答するタイミングを基準として、駆動タイミングを決定している。そして、駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信１回目や３回目で応答があった場合は、次回の駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングを２回目に応答されるであろうタイミングに変更して送信を行う。これは、１回目の応答を基準とすると起動が早すぎる虞があり、３回目の応答を基準とすると起動が遅すぎる虞があるためである。
【００５５】
次に、タイミング構築の方法について説明する。各上り及び下りの送受信のタイミングは、以下のように算出される。
下り受信タイミングは、以下の（１）式により算出される。
下り受信タイミング＝（遅延スロット数＊スロット期間＋ＧＷ基準タイミング)％送信周期・・・（１）
【００５６】
また、下り送信タイミングは、以下の（２）式により算出される。
下り送信タイミング＝(下り受信タイミング＋スロット期間)％送信周期・・・（２）
【００５７】
また、上り受信タイミングは、以下の（３）式により算出される。
上り受信タイミング＝(下り受信タイミング−２＊スロット期間＊(累積遅延スロット数＋1))％送信周期・・・（３）
【００５８】
また、上り送信タイミングは、以下の（４）式により算出される。
上り送信タイミング＝(上り受信タイミング＋スロット期間)％送信周期・・・（４）
【００５９】
なお、上記（１）式〜（４）式において、「ＧＷ基準タイミング」は、以下の（５）式で算出される。
ＧＷ基準タイミング＝(ＷＡＣＫ::下り駆動タイミング−スロット期間)／２＋スロット期間＋ＷＲＥＱ送信タイミング・・・（５）
また、上記（１）式〜（４）式において「％」は、剰余算のことであり、例えば、以下の（６）式は、ＸをＹで割った余りを求める式となる。
Ｘ％Ｙ・・・（６）
【００６０】
ここで、「ＷＡＣＫ::下り駆動タイミング」はＷＡＣＫパケット内に記載の下り駆動タイミングを示す。また、「ＷＡＫ::下り駆動タイミング」には次回下り駆動タイミングまでの時間が記載される。さらに、受信期間と送信期間は同じ長さとし、スロット期間と呼ぶ。なお、以下の経路構築方法の説明において、未使用スロットは削除して(詰めて)設定することも可能である。
【００６１】
（経路構築方法）
図８〜図１７は、実施形態に係る無線通信システム１の経路構築方法の説明図である。図８、１０、１２、１４、１６は、タイミングチャートである。図９、１１、１３、１５、１７は、経路テーブルの情報である。以下、図８〜図１７を参照して実施形態に係る無線通信システム１による経路構築方法について説明する。
【００６２】
実施形態に係る無線通信システム１は、集約装置ＧＷ（以下、ＧＷ）及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路（ルート）が、Ｎ１〜Ｎ５からＧＷへデータを送信する上り経路と、ＧＷからＮ１〜Ｎ５へデータを送信する下り経路とが集約装置ＧＷを中心として対称となるように経路を構築する。
【００６３】
初めに、実施形態に係る無線通信システム１は、Ｎ１を追加する（図８参照）。図９は、図８に示す経路（ルート）を構築した際に記憶される経路テーブルの情報である。図９に示すように、宛先、次ホップのアドレス、コスト、自己の駆動タイミング及び中継時の駆動タイミング等が経路テーブル情報として記憶される。なお、図９の「ＧＷ」の項目が集約装置ＧＷの経路テーブルの情報であり、「Ｎ１」の項目が無線ノードＮ１の経路テーブルの情報である。
【００６４】
次に、実施形態に係る無線通信システム１は、Ｎ２を追加する（図１０参照）。図１１は、図１０に示す経路（ルート）を構築した際に記憶される経路テーブルの情報である。図１１に示すように、「Ｎ２」の項目が無線ノードＮ２の経路テーブルの情報として追加される。また、図１１に示すように「ＧＷ」及び「Ｎ１」にも「Ｎ２」との間で構築した経路の情報が追加される。
【００６５】
次に、実施形態に係る無線通信システム１は、Ｎ３を追加する（図１２参照）。図１３は、図１２に示す経路（ルート）を構築した際に記憶される経路テーブルの情報である。図１３に示すように、「Ｎ３」の項目が無線ノードＮ３の経路テーブルの情報として追加される。また、図１３に示すように「ＧＷ」、「Ｎ１」及び「Ｎ２」にも「Ｎ３」との間で構築した経路の情報が追加される。
【００６６】
次に、実施形態に係る無線通信システム１は、Ｎ４を追加する（図１４参照）。図１５は、図１４に示す経路（ルート）を構築した際に記憶される経路テーブルの情報である。図１５に示すように、「Ｎ４」の項目が無線ノードＮ４の経路テーブルの情報として追加される。また、図１５に示すように「ＧＷ」、「Ｎ１」及び「Ｎ２」にも「Ｎ４」との間で構築した経路の情報が追加される。
【００６７】
次に、実施形態に係る無線通信システム１は、Ｎ５を追加する（図１６参照）。図１７は、図１６に示す経路（ルート）を構築した際に記憶される経路テーブルの情報である。図１７に示すように、「Ｎ５」の項目が無線ノードＮ５の経路テーブルの情報として追加される。また、図１７に示すように「ＧＷ」、「Ｎ１」〜「Ｎ４」にも「Ｎ５」との間で構築した経路の情報が追加される。
【００６８】
なお上記に説明した経路（ルート）構築の方法では、集約装置ＧＷを中心に上りと下りで左右対称になるように経路を構築していくことになる。集約装置ＧＷ及び各ノードＮ１〜Ｎ５は、各々経路構築のための経路テーブルを保有（記憶）し、新しくノードが追加された場合は、現状ルーティングは保持し、その外側に配置していくので、各ノード情報の変更は最小限に留めることが出来る。このため、新しくルートを追加する際の設定時間も短くなり、且つ既存の通信経路と駆動等のタイミングは維持される。この結果、万一、ルートの追加が失敗してもネットワーク全体に影響が及ぶ可能性を小さくすることが出来る。さらに、複数経路を構築しているので、経路が断たれた際の迂回路を確保することができ冗長性の高いシステムを構築することができる。
【００６９】
（無線通信システムの動作）
図１８は、無線通信システム１の集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５の状態遷移を示した図である。図１８に示すように、電源ＯＦＦの状態から電源がＯＮされると、周辺ノードの把握を行う状態（State0）に遷移する。周辺ノードを把握する動作が１周期分終了すると、経路（ルート）構築を行う状態（State1）に遷移する。経路（ルート）構築の動作が１周期分終了すると、経路構築済の状態（State2）に遷移する。ここで、無線ノードの追加や削除により経路（ルート）が断たれると、周辺ノードの把握を行う状態（State0）に遷移する。
【００７０】
次に、図１９〜図２１を参照して、各状態（State0〜State2）における動作について詳細に説明する。図１９は、周辺ノードの把握を行う状態（State0）の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５の動作について説明するが、集約装置ＧＷも無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５と同様の動作であるため、重複する説明を省略する。
【００７１】
図１９に示すように、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングであるかを判定する（Ｓ１０１）。送信タイミングである場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を、無線通信部２２を介して送信する（Ｓ１０２）。また、送信タイミングでない場合（Ｓ１０１のＮｏ）、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を送信しない。
【００７２】
次に、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出する（Ｓ１０３）。駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出した場合（Ｓ１０３のＹｅｓ）、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を受信する（Ｓ１０４）。次に、制御部２３は、経路テーブルの情報をとして受信した駆動応答に含まれる隣接ノード番号及び仮駆動タイミングを情報記憶部２４に記録する（Ｓ１０５）。また、駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出しない場合（Ｓ１０３のＮｏ）、経路テーブルの記録は行われない。
【００７３】
次に、制御部２３は、周辺ノードを把握する動作が１周期分終了したかを判定する（Ｓ１０６）。周辺ノードを把握する動作が１周期分終了した場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、制御部２３は、自己をスリープ状態とし（Ｓ１０７）、次の経路（ルート）構築を行う状態（State1）に遷移する。また、周辺ノードを把握する動作が１周期分終了していない場合（Ｓ１０６のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ１０１の動作に戻り、周辺ノードを把握する動作が１周期分終了するまで動作を継続する。
【００７４】
図２０は、経路（ルート）構築を行う状態（State1）の動作を示すフローチャートである。初めに、制御部２３は、上りの仮駆動タイミングであるかを判定する（Ｓ２０１）。上りの仮駆動タイミングである場合（Ｓ２０１のＹｅｓ）、制御部２３は、自己のスリープ状態を解除する（Ｓ２０２）。また、上りの仮駆動タイミングでない場合（Ｓ２０１のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２１４の動作へ移行する。
【００７５】
次に、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングであるかを判定する（Ｓ２０３）。駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングである場合（Ｓ２０３のＹｅｓ）、制御部２３は、駆動応答（ＷＲＥＱ）を送信する（Ｓ２０４）。また、駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングでない場合（Ｓ２０３のＮｏ）、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を送信しない。
【００７６】
次に、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出する（Ｓ２０５）。駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出した場合（Ｓ２０５のＹｅｓ）、制御部２３は、検出した駆動応答（ＷＡＣＫ）を受信する（Ｓ２０６）。駆動応答（ＷＡＣＫ）が検出されない場合（Ｓ２０５のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２１２の動作へ移行する。
【００７７】
次に、制御部２３は、下り駆動タイミングを算出し（Ｓ２０７）、算出した下り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ２０８）。次に、制御部２３は、上り駆動タイミングを算出し（Ｓ２０９）、算出した上り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ２１０）。
【００７８】
次に、制御部２３は、経路要求（ＲＲＥＱ）を送信する（Ｓ２１１）。次に、制御部２３は、経路要求（ＲＲＥＱ）済であるか、又は送信期間が終了しているかを判定する（Ｓ２１２）。経路要求（ＲＲＥＱ）済であるか、又は送信期間が終了している場合（Ｓ２１２のＹｅｓ）、制御部２３は、自己をスリープ状態とする（Ｓ２１３）。また、経路要求（ＲＲＥＱ）済でなく、かつ送信期間が終了していない場合（Ｓ２１２のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２０３の動作へ移行する。
【００７９】
次に、制御部２３は、下りの仮駆動タイミングであるかを判定する（Ｓ２１４）。下りの仮駆動タイミングである場合（Ｓ２１４のＹｅｓ）、制御部２３は、自己のスリープ状態を解除する（Ｓ２１５）。また、下りの仮駆動タイミングでない場合（Ｓ２１４のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２２４の動作へ移行する。
【００８０】
次に、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を検出する（Ｓ２１６）。駆動要求（ＷＲＥＱ）を検出した場合（Ｓ２１６のＹｅｓ）、制御部２３は、検出した駆動要求（ＷＲＥＱ）を受信する（Ｓ２１７）。次に、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を送信する（Ｓ２１８）。また、駆動要求（ＷＲＥＱ）が検出されない場合（Ｓ２１６のＮｏ）、駆動応答（ＷＡＣＫ）は送信されない。
【００８１】
次に、制御部２３は、経路応答（ＲＲＥＰ）を検出する（Ｓ２１９）。経路応答（ＲＲＥＰ）を検出した場合（Ｓ２１９のＹｅｓ）、制御部２３は、駆動応答（ＷＲＥＰ）を受信する（Ｓ２２０）。次に、制御部２３は、次ホップのアドレスを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ２２１）。次に、制御部２３は、受信期間が終了したかを判定する（Ｓ２２２）。なお、Ｓ２１９で経路応答（ＲＲＥＰ）が検出されない場合（Ｓ２１９のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２２２の動作へ移行する。
【００８２】
受信期間が終了している場合（Ｓ２２２のＹｅｓ）、制御部２３は、自己をスリープ状態とする（Ｓ２２３）。また、受信期間が終了していない場合（Ｓ２２２のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ２１６の動作へ移行する。
【００８３】
次に、制御部２３は、経路構築の動作が１周期分終了したかを判定する（Ｓ２２４）。経路構築の動作が１周期分終了した場合（Ｓ２２４のＹｅｓ）、制御部２３が、次の経路（ルート）構築済の状態（State2）に遷移する。また、経路構築の動作が１周期分終了していない場合（Ｓ２２４のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ１０１の動作に戻り、経路構築の動作が１周期分終了するまで動作を継続する。
【００８４】
図２１は、経路構築済の状態（State2）の動作を示すフローチャートである。
初めに、制御部２３は、（パケット）送信の駆動タイミングであるかを判定する（Ｓ３０１）。送信の駆動タイミングである場合（Ｓ３０１のＹｅｓ）、制御部２３は、自己のスリープ状態を解除する（Ｓ３０２）。また、送信の駆動タイミングでない場合（Ｓ３０１のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３１７の動作へ移行する。
【００８５】
次に、制御部２３は、送信すべきデータ（送信パケット）があり、かつ駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングであるかを判定する（Ｓ３０３）。送信パケットがあり、かつ駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングである場合（Ｓ３０３のＹｅｓ）、制御部２３は、送信パケットが経路応答（ＲＲＥＰ）であるかを判定する（Ｓ３０４）。また、送信パケットが無い場合又は駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信タイミングでない場合（Ｓ３０３のＮｏ）、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出する（Ｓ３０７）。
【００８６】
次に、送信パケットが経路応答（ＲＲＥＰ）である場合（Ｓ３０４のＹｅｓ）、制御部２３は、情報記憶部２４に記憶されている経路テーブルから累積の遅延スロット数を把握する（Ｓ３０５）。次に、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を送信する（Ｓ３０６）。また、送信パケットが経路応答（ＲＲＥＰ）でない場合（Ｓ３０４のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３０６の動作へ移行する。次に、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出する（Ｓ３０７）。駆動応答（ＷＡＣＫ）を検出した場合（Ｓ３０７のＹｅｓ）、制御部２３は、検出した駆動応答（ＷＡＣＫ）を受信する（Ｓ３０８）。また、駆動応答（ＷＡＣＫ）がない場合（Ｓ３０７のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３１５の動作へ移行する。
【００８７】
次に、制御部２３は、駆動応答（ＷＡＣＫ）のフラグがＯｎであるかを判定する（Ｓ３０９）。駆動応答（ＷＡＣＫ）のフラグがＯｎである場合（Ｓ３０９のＹｅｓ）、制御部２３は、下りの駆動タイミングを算出し（Ｓ３１０）、算出した下りの駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３１１）。また、駆動応答（ＷＡＣＫ）のフラグがＯｎでない場合（Ｓ３０９のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３１４の動作へ移行する。次に、制御部２３は、上りの駆動タイミングを算出し（Ｓ３１２）、算出した上りの駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３１３）。次に、制御部２３は、パケット送信を行う（Ｓ３１４）。
【００８８】
次に、制御部２３は、送信パケットがない、又は送信期間が終了したかを判定する（Ｓ３１５）。送信パケットがない又は送信期間が終了した場合（Ｓ３１５のＹｅｓ）、制御部２３は、自己をスリープ状態とする（Ｓ３１６）。また、送信パケットがなく、かつ送信期間が終了していない場合（Ｓ３１５のＮｏ）、Ｓ３０３の動作へと戻る。
【００８９】
次に、制御部２３は、（パケット）受信の駆動タイミングであるかを判定する（Ｓ３１７）。受信の駆動タイミングである場合（Ｓ３１７のＹｅｓ）、制御部２３は、自己のスリープ状態を解除する（Ｓ３１８）。受信の駆動タイミングでない場合（Ｓ３１７のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３３４の動作へ移行する。次に、制御部２３は、駆動要求（ＷＲＥＱ）を検出する（Ｓ３１９）。駆動要求（ＷＲＥＱ）を検出した場合（Ｓ３１９のＹｅｓ）、制御部２３は、検出した駆動要求（ＷＲＥＱ）を受信する（Ｓ３２０）。また、駆動要求（ＷＲＥＱ）を検出しない場合（Ｓ３１９のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３２４の動作へ移行する。
【００９０】
次に、制御部２３は、受信した駆動要求（ＷＲＥＱ）の送信元の情報が情報記憶部２４に格納されていないか判定する（Ｓ３２１）。送信元の情報が格納されていない場合（Ｓ３２１のＹｅｓ）、制御部２３は、受信の下り駆動タイミングを駆動応答（ＷＡＣＫ）に設定する（Ｓ３２１）し、制御部２３は、Ｓ３２１で設定した駆動応答（ＷＡＣＫ）を送信する（Ｓ３２３）。また、送信元の情報がある場合（Ｓ３２１のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３２３の動作へ移行する。
【００９１】
次に、制御部２３は、パケット検出を行う（Ｓ３２４）。パケットがある場合（Ｓ３２４のＹｅｓ）、制御部２３は、パケットを受信する（Ｓ３２５）。また、パケットがない場合（Ｓ３２４のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３３２の動作へ移行する。次に、制御部２３は、受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）でかつ自己（ノード）宛であるかを判定する（Ｓ３２６）。受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）でかつ自ノード宛である場合（Ｓ３２６のＹｅｓ）、制御部２３は、経路テーブルの情報として次ホップのアドレスを情報記憶部２４に記録する（Ｓ３２７）。
【００９２】
次に、制御部２３は、下り駆動タイミングを決定し（Ｓ３２８）、決定した下り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３２９）。次に、制御部２３は、上り駆動タイミングを算出し（Ｓ３３０）、算出した上り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３３１）。
【００９３】
また、受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）で、かつ自ノード宛でない場合（Ｓ３２６のＮｏ）、制御部２３は、受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）でかつ他ノード宛であるか判定する（Ｓ３３５）。受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）でかつ他ノード宛である場合（Ｓ３３５のＹｅｓ）、制御部２３は、情報記憶部２４の経路テーブルに次ホップのアドレスを記録する（Ｓ３３６）。また、受信したパケットが経路要求（ＲＲＥＱ）でかつ他ノード宛でない場合（Ｓ３３５のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３４１の動作へ移行する。
【００９４】
次に、制御部２３は、下り駆動タイミングを決定し（Ｓ３３７）、決定した下り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３３８）。次に、制御部２３は、上り駆動タイミングを算出し（Ｓ３３９）、算出した上り駆動タイミングを経路テーブルの情報として情報記憶部２４に記録する（Ｓ３４０）。次に、制御部２３は、転送処理を行う（Ｓ３４１）。次に、制御部２３は、受信期間が終了したかを判定する（Ｓ３３２）。受信期間が終了している場合（Ｓ３３２のＹｅｓ）、制御部２３は、自己をスリープ状態とする（Ｓ３３３）。また、受信期間が終了していない場合（Ｓ３３２のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３１９の動作に戻る。
【００９５】
Ｓ３３３でスリープ状態となった後、制御部２３は、無線ノードの追加や削除により経路（ルート）が断たれたかを判定する（Ｓ３３４）。経路が断たれている場合（Ｓ３３４のＹｅｓ）、制御部２３は、周辺ノードの把握動作（State0）へ移行する。また、経路が断たれていない場合（Ｓ３３４のＮｏ）、制御部２３は、Ｓ３１０の動作へ戻る。
【００９６】
（比較例）
図２２は、比較例に係る無線通信システムの経路構成例を示す図である。ここでは、図２２を参照して比較例に係る無線通信システムの経路構築方法について説明する。背景技術でも説明したとおり、ノード群を無線接続したメッシュネットワークにおいても駆動時間を設けて間欠動作させることでの省電力化が行われているが、図２２に示すように、駆動期間内は常時各ノードが電源ＯＮの状態であることが前提であるため、最大限の省電力化が行われているとは言えない。また、図２２に示す比較例では、メッシュネットワーク内の通信はランダムもしくは通信要求が発生した時に行われるため、衝突による通信遅延や通信品質劣化等も発生するといった問題がある。
【００９７】
また、省電力化のために同期（タイムスロット）方式もあるが、その場合は全ノードが正確に時刻同期している必要があるためハードウェアのコスト増が発生してしまう。
仮に、図２３に示すように、タイムスロット方式とし駆動期間内もパワーダウン制御を行ったとしても、従来方式（上り経路と下り経路とが対称となるように構築していない場合）では、データ（パケット）の伝送遅延（ノード−ゲートウェイ間）が大きくなる（図２３の矢印（実線）で示した転送経路を参照）、不均一になるといった問題が発生する。また、中継ノードが受信したデータを送信する前に別のノードからの受信が発生してしまう問題が生じる（図２３の実線で囲まれた領域を参照）。各ノードはこれに対応するため、より多くのメモリを搭載しておかなければならなくなるという問題がある。また伝送しなければならないデータ量を最小の通信回数で伝送出来ない場合も想定され、その結果、余分な通信が必要となり駆動期間が長くなってしまうということも考えられる。
【００９８】
なお、図２４に示すように、上り経路と下り経路を分けて配置する場合においても上記の問題、データ（パケット）の伝送遅延（ノード−ゲートウェイ間）が大きくなる（図２３の矢印（実線）で示した転送経路を参照）、不均一になるといった問題及び中継ノードが受信したデータを送信する前に別のノードからの受信が発生してしまう問題（図２３の実線で囲まれた領域を参照）が発生する。
【００９９】
一方、実施形態に係る無線通信システム１は、集約装置ＧＷをルートノードとしてメッシュ状に接続された無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５から構成され、駆動期間を設けて周期的に駆動状態と休止状態を繰り返す間欠動作型の無線通信システムである。そして、約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５間を結ぶ経路が、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５から集約装置ＧＷへデータを送信する上り経路と、集約装置ＧＷから無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５へデータを送信する下り経路とが集約装置ＧＷを中心として対称となるように構築されている。このため、システム全体における集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５のアクティブ状態の期間（駆動期間）を短縮することができる。このため、無線通信システム１全体を効果的に省電力化することができる。
【０１００】
また、データ（パケット）の伝送遅延（ノード−ゲートウェイ間）が大きくなる、不均一になるといった問題の発生を抑制することができる。さらに、中継ノードが受信したデータを送信する前に別のノードからの受信が発生してしまう問題の発生を抑制することができる。このため各ノードは、より多くのメモリを搭載しておく必要がなく、また伝送しなければならないデータ量を最小の通信回数で伝送出来ない場合も抑制できる。その結果、余分な通信が不要となりさらに駆動期間を短くできるので効果的に省電力化することができる。
【０１０１】
また、実施形態に係る無線通信システム１の集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、駆動期間内においても、各々独立して駆動したアクティブ状態及び休止したスリープ状態となる。このため、各ノードにおけるアクティブ状態の時間を短縮することができ、さらに効果的に省電力化することができる。
【０１０２】
また、実施形態に係る無線通信システム１の無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、各ノードがデータの送受信を行う度に自律的にタイミング調整を行い、タイミング調整は、ウェイクアップ信号（駆動要求（ＷＲＥＱ））に対する応答時間に基づいて行われる。このため、全ノードの時刻を正確に同期させる必要がなく、システム構築（ハードウェア）のための費用が増加することを抑制することができ、結果として、無線通信システムのシステム構築の費用を抑えることができる。
【０１０３】
（その他の実施形態）
図２５〜図２７は、その他の実施形態に係る無線通信システムの経路構築方法の一例を示す図である。実施形態では、下りの経路（ルート）を構築した後、対応する上りの経路（ルート）を構築する例について説明したが、図２５に示すように、上りの経路（ルート）を構築した後、対応する下りの経路（ルート）を構築するようにしてもよい。上りの経路と下り経路の構築順序を逆にしても実施形態に係る無線通信システム１と同一の効果がある。
【０１０４】
また、図２６に示すように、上り経路と下り経路の通信時間を非対称、すなわち、上り経路におけるアクティブ状態の期間と、下り経路におけるアクティブ状態の期間とが異なるように設定するようにしてもよい。通常、上り経路におけるデータ量と、下り経路におけるデータ量とは非対称である（違いがある）ため、上り経路におけるアクティブ状態の期間（駆動期間）と下り経路におけるアクティブ状態の期間（駆動期間）とを同一とする必要はない。上り経路と下り経路の各々データ量に合わせてアクティブ状態の期間（駆動期間）を調整することで、アクティブ状態の期間（駆動時間）を短縮することが出来、より効果的に省電力化することができる。
【０１０５】
また、図２７に示すように、中継ノードであるＮ１〜Ｎ３が複数回の通信データを纏めて送信するように設定してもよい。他のノードから受信したデータを複数回纏めて送信することで、アクティブ状態の期間（駆動期間）をさらに短くすることができ、より効果的に省電力化することができる。
【０１０６】
（時刻調整）
上述したように、実施形態に係る無線通信システム１は、ノード間で送受信のタイミングを自律調整するため、精密な時刻同期は必要としない。しかし、各のノードが備えるセンサのセンシング時刻を長期間に亘って維持するためには、定期的に全ノードでの時刻合わせを行うことが好ましい。
【０１０７】
上記時刻合わせの方法としては下記の方法等が考えられる。
例えば、集約装置ＧＷ及び無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５の間でパケット交換を行う際に、各々送信・受信の時刻を報告し合うことで、ノード間の相対時刻差を推定する。そして、この相対時刻値差を集約装置ＧＷが収集して、全ノードに対して、個別に時刻修正コマンドの発行を行う。
【０１０８】
図２８は、その他の実施形態に係る無線通信システムの時刻推定方法の一例を示す図である。図２８では、集約装置ＧＷとノードＮ１との時刻修正を説明している。図２８に示すように、集約装置ＧＷのパケットの送信時刻が００：００：００（Ｔ１）、ノードＮ１のパケットの受信時刻が００：００：３０（Ｔ３）、ノードＮ１の送信時刻が００：００：３２（３）、集約装置ＧＷのパケットの受信時刻が００：００：０６（Ｔ４）である場合、集約装置ＧＷは、以下の（７）式によりノードＮ１と集約装置ＧＷとの相対時刻差[Ｎ１−ＧＷ]を推定する。
【０１０９】
[Ｎ１−ＧＷ]＝（Ｔ３＋Ｔ２）／２−（Ｔ４＋Ｔ１）／２・・・（７）
（７）式に、Ｔ１〜Ｔ４の時刻を代入すると、
[Ｎ１−ＧＷ]＝００：００：３１−００：００：０３＝２８
となり、ノードＮ１の時刻は、集約装置ＧＷの時刻よりも２８秒進んでいることがわかる。集約装置ＧＷは、算出した相対時刻値差（２８秒）に基づいて、ノードＮ１に対して時刻修正コマンドを発行し、ノードＮ１の時刻を修正する。集約装置ＧＷは、他のノードＮ２〜Ｎ５に対しても同様に、相対時刻値差を算出して各ノードの時刻を修正する。
【０１１０】
上記のように、ノード間のデータの送受信時に、各々の送受信の時刻を通知し合うことで、ノード間の相対時刻差を推定し、集約装置ＧＷが推定された相対時刻差を収集して、全ノードに対して個別に時刻修正コマンドを発行することで、定期的に全ノードで時刻合わせを行うことができ、各ノードのセンシング時刻を長期間に亘って維持することができる。
【０１１１】
また、他の方法として、集約装置ＧＷが、自己が保持している時刻情報を接続した全てのノードにパケットを転送するフラッディングにより全ノードに通知し、無線ノード群Ｎ１〜Ｎ５は、集約装置ＧＷから通知された時刻情報に基づいて自己の時刻を補正するように構成してもよい。各ノードは通知された時刻情報を自時計に適応すると同時にその修正差分で自駆動タイミングを補正する。この方法は、ネットワーク内のホップ数が比較的少なく、伝搬遅延が問題にならない場合に効率的な手法である。
【０１１２】
上記のように、集約装置ＧＷが、自己が保持している時刻情報をフラッディングにより全ノードに通知し、前記無線ノード群は、前記集約装置から通知された時刻情報に基づいて自己の時刻を補正することで、定期的に全ノードで時刻合わせを行うことができ、各ノードのセンシング時刻を長期間に亘って維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上で説明したように、本発明は、システム全体を効果的に省電力化できる無線通信システム及び無線通信システムの経路構築方法を提供することができる。このため、HEMS（Home Energy Management System）、遠隔検針、遠隔監視等のセンサを無線で接続した無線通信システムに適しており、特に蓄電池（バッテリ）によって動作するセンサノードを有する無線通信システムに好適である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  無線通信システム
１１  アンテナ
１２  無線通信部
１３  制御部
１４  情報記憶部
１５  センサ部
１６  ゲートウェイインターフェース部
ＧＷ  集約装置
Ｎ１〜Ｎ５  無線装置（ノード）
２１  アンテナ
２２  無線通信部
２３  制御部
２４  情報記憶部
２５  センサ部
Ｎ  ネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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