(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機が送信機に向けて周期的にＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を試みるＲＩＴ方式の通信を行う無線通信システムであって、
前記受信機は、
前記送信機に対して前記ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信した後、所定期間、受信待受状態となる受信側制御部を備え、
前記送信機は、
送信対象となるデータである対象データがあれば受信待受状態となり、受信待受状態において前記受信機から前記ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信すると、該対象データを該受信機に送信する送信側制御部を備え、
前記受信側制御部は、
前記ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信前に、送信に利用する周波数帯域の受信待受状態に移行することで該周波数帯域の受信電波強度を測定するキャリアセンスを行い、該周波数帯域の受信電波強度が閾値を超えていると、該受信待受状態を継続せずに該受信待受状態を解除し、今回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を中止し、次回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信タイミングまで、該キャリアセンスを休止し、
前記送信側制御部は、
前記ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信した後、前記対象データを送信する前に、該ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに示される前記受信機のアドレス情報を前記対象データとは別個のフレームで該受信機に送信し、
前記受信側制御部は、
受信待受状態において自機のアドレス情報を受信した場合にのみ、続いて送信された、自機のアドレス情報が格納されたフレームとは別個のフレームに格納された前記対象データを受信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記受信側制御部は、
アドレス情報として前記受信機のアドレス情報のみが含まれる前記ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを前記送信機に対して送信す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線機がＲＩＴ方式の通信を行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス事業者は、需要者が消費したガスの使用量を積算するため、需要箇所にガスメータを配置している。また、近年では、ガスメータに無線機を設け、ガス事業者との間で双方向にデータ通信を行い、ガスの使用量を自動的に遠隔検針することが可能なスマートメータが脚光を浴びている。かかるスマートメータは、例えば、水道メータにも利用でき、ガスや水道などのインフラ網の安全性や利用効率を高めるための情報源としても利用できる。
【０００３】
また、上述したスマートメータとガス事業者とのデータ通信を実現すべく様々な手段が提案されている。例えば、スマートメータに近距離の無線機を設け、無線機同士によるマルチホップ通信を行うネットワークを構築することが考えられている。このようなマルチホップ通信に関し、例えば、ＲＩＴ（Receiver Initiated Transmission）を利用した方式が検討されている（例えば、特許文献１）。このＲＩＴ方式は、受信側から送信側にＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを間欠送信し、送信側は、このＦｒａｍｅに同期してデータを送信する方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５３５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＲＩＴ方式では、受信側から送信側にＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを間欠送信することで、送信側がＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅを一定期間送信し続けなければならない従来のＣＳＬ方式に比べて、消費電力の削減が可能となっている。この低消費電力というＲＩＴ方式の利点を一層向上させる技術の開発が希求されている。加えて、近隣の同一周波数を用いた他システムからの干渉に耐性の高いシステムの開発が必要となる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、消費電力を抑制し、他システムからの干渉に強い無線通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、受信機が送信機に向けて周期的にＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を試みるＲＩＴ方式の通信を行う無線通信システムであって、受信機は、送信機に対してＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信した後、所定期間、受信待受状態となる受信側制御部を備え、送信機は、送信対象となるデータである対象データがあれば受信待受状態となり、受信待受状態において受信機からＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信すると、対象データを受信機に送信する送信側制御部を備え、受信側制御部は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信前に、送信に利用する周波数帯域の受信待受状態に移行することで周波数帯域の受信電波強度を測定するキャリアセンスを行い、周波数帯域の受信電波強度が閾値を超えていると、受信待受状態を継続せずに受信待受状態を解除し、今回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を中止し、次回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信タイミングまで、キャリアセンスを休止し、送信側制御部は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信した後、対象データを送信する前に、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに示される受信機のアドレス情報を対象データとは別個のフレームで受信機に送信し、受信側制御部は、受信待受状態において自機のアドレス情報を受信した場合にのみ、続いて送信された、自機のアドレス情報が格納されたフレームとは別個のフレームに格納された対象データを受信することを特徴とする。
【０００８】
受信側制御部は、アドレス情報として受信機のアドレス情報のみが含まれるＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信機に対して送信してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、消費電力を抑制するとともにキャリアセンスを行うために他システムからの干渉に強くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無線通信システムの概略的な構成を示した説明図である。
【図２】無線機の概略的な構成を示した機能ブロック図である。
【図３】比較例のＲＩＴ方式について説明するための第１の図である。
【図４】比較例のＲＩＴ方式について説明するための第２の図である。
【図５】Ｆ−ＲＩＴ方式について説明するための第１の図である。
【図６】比較例のＲＩＴ方式について説明するための第３の図である。
【図７】比較例のＲＩＴ方式について説明するための第４の図である。
【図８】本実施形態のＦ−ＲＩＴ方式について説明するための第２の図である。
【図９】無線通信による電力消費の理論モデルである。
【図１０】消費電力計算に関する変数および定数をまとめた図である。
【図１１】間欠動作間隔と消費電力性能の評価指標との関係を示す第１のグラフである。
【図１２】間欠動作間隔と消費電力性能の評価指標との関係を示す第２のグラフである。
【図１３】一対の無線機の通信エリアに、他の複数の無線機が存在する評価モデルを示す。
【図１４】ＣＳＬベース方式のモデルシーケンスを示す図である。
【図１５】Ｆ−ＲＩＴ方式のモデルシーケンスを示す図である。
【図１６】Ｆ−ＲＩＴ方式とＣＳＬベース方式の通信リンク確立の成功率を比較評価したグラフである。
【図１７】計算機シミュレーションの処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１８】計算機シミュレーションの各パラメータの設定値を示す図である。
【図１９】Ｐｒｅ−ＣＳを導入しない場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための第１の説明図である。
【図２０】Ｐｒｅ−ＣＳを導入しない場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための第２の説明図である。
【図２１】利用が想定される上位層のデータパケット長を説明するための説明図である。
【図２２】Ｐｒｅ−ＣＳを導入した場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための第１の説明図である。
【図２３】Ｐｒｅ−ＣＳを導入した場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための第２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示した説明図である。図１に示すように、無線通信システム１００は、無線機１１０と、ゲートウェイ機器１１２を含んで構成される。例えば、無線通信システム１００は、スマートメータに対応付けられる。スマートメータは、例えば、ガス事業者から需要者にガスを供給する場合に用いられ、ガスの使用量を自動検針する装置である。
【００１４】
無線機１１０は、スマートメータそれぞれに設けられ、少なくともスマートメータで利用されるデータの送受信を行う。ゲートウェイ機器１１２は、スマートメータに対応付けて設置され、１または複数の無線機１１０のデータを収集し、また、１または複数の無線機１１０に対してデータを配信する。センター装置１１４は、コンピュータ等で構成され、ガス事業者や電力事業者といった無線通信システム１００の管理者側に属する機器で、ゲートウェイ機器１１２のデータを収集し、また、ゲートウェイ機器１１２に対してデータを配信する。なお、ゲートウェイ機器１１２およびゲートウェイ機器１１２を介してセンター装置１１４と通信する無線機１１０のグループＧは、複数設けられる。
【００１５】
ここで、ゲートウェイ機器１１２とセンター装置１１４との間は、例えば、基地局１１６を含む携帯電話網やＰＨＳ（Personal Handyphone System）網等の通信網を利用した無線通信が実行される。また、無線機１１０同士および無線機１１０とゲートウェイ機器１１２との間は、例えば、後述するＦ−ＲＩＴ（Feather−Receiver Initiated Transmission）方式を通じた無線通信が実行される。
【００１６】
本実施形態では、複数の需要者それぞれに対してスマートメータが配置されている。また、スマートメータにはそれぞれ無線機１１０もしくはゲートウェイ機器１１２が対応付けられ、センター装置１１４は、その無線機１１０もしくはゲートウェイ機器１１２を通じてスマートメータの情報を収集、または、スマートメータを制御する。したがって、無線機１１０やゲートウェイ機器１１２が、需要者が存在する複数の位置に配置されることとなる。
【００１７】
スマートメータ用の無線通信システム１００においては、複数の無線機１１０の間でＲＩＴ方式を元としたマルチホップ通信が行われている。ＲＩＴ方式は、端末（ノード）間においてリレー方式でデータを送受信し、電波状況に応じて経由する端末の経路を変更可能なマルチホップ通信に用いられ、通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４／４ｅに準拠し低消費電力を実現する通信方式である。本実施形態では、ＲＩＴ方式をさらに低消費電力化したＦ−ＲＩＴ方式を採用している。以下、無線機１１０の構成について説明した後、Ｆ−ＲＩＴ方式について詳述する。
【００１８】
（無線機１１０）
図２は、無線機１１０の概略的な構成を示した機能ブロック図である。無線機１１０は、通信部１５０と、記憶部１５２と、中央制御部１５４とを含んで構成される。通信部１５０は、ゲートウェイ機器１１２や他の無線機１１０と無線通信を確立する。記憶部１５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、無線機１１０に用いられるプログラムや各種データを記憶する。
【００１９】
中央制御部１５４は、ＣＰＵやＤＳＰで構成され、記憶部１５２に格納されたプログラムを用い、無線機１１０全体を制御する。また、中央制御部１５４は、通信制御部１６０、記憶制御部１６２として機能する。
【００２０】
通信制御部１６０は、通信部１５０を制御し、ゲートウェイ機器１１２や他の無線機１１０とＦ−ＲＩＴ方式のマルチホップ通信を遂行する。
【００２１】
記憶制御部１６２は、自機が設けられたスマートメータからガスの使用量などのデータを取得し、記憶部１５２に記憶させる。また、記憶制御部１６２は、ゲートウェイ機器１１２や他の無線機１１０から送信されたデータを記憶部１５２に記憶させる。
【００２２】
このように、無線機１１０は、スマートメータのデータや他の無線機１１０やゲートウェイ機器１１２から受信したデータを記憶するとともに、記憶部１５２に記憶されたデータを、必要に応じて他の無線機１１０やゲートウェイ機器１１２に送信する。以下、このような送信対象となるデータを対象データと称する。
【００２３】
図３は、比較例のＲＩＴ方式について説明するための第１の図である。ここでは、従来方式を含む比較例のＲＩＴ方式のマルチホップ通信を行う無線機１０について、送信側と受信側を区別するとき、対象データの送信側の無線機１０を送信機Ａ’、対象データの受信側の無線機１０を受信機Ｂ’という。
【００２４】
図３に示すように、受信機Ｂ’は、予め設定された間欠動作間隔（ＭＡＣ  ＲＩＴ  Ｐｅｒｉｏｄ）おきにＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（図中、フレームＲＦａ’、フレームＲＦｂ’で示す）を送信する。ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅは、通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４のＭＡＣ部と同様のフレーム構成である。
【００２５】
具体的には、受信機Ｂ’が送信するＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦｂ’）には、受信機Ｂ’のネットワークＩＤ（ＰＡＮＩＤ：Personal Area Network ID、無線機１０が加わっているＰＡＮを識別する情報）とアドレス情報（無線通信システム１００に含まれる個々の無線機１０を識別する識別情報）が含まれる。また、受信機Ｂ’は、自機に対して対象データを送信する送信機Ａ’に関するネットワークＩＤとアドレス情報を記憶部１５２に記憶しており、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦｂ’）には、このネットワークＩＤとアドレス情報についても含まれている。
【００２６】
同様に、送信機Ａ’が送信するＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦａ’）には、送信機Ａ’のネットワークＩＤとアドレス情報に加え、送信機Ａ’に対して対象データを送信する不図示の無線機１０のネットワークＩＤとアドレス情報が含まれている。
【００２７】
また、無線機１０は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信前には、キャリアセンス（ＣＳ）を行う。キャリアセンス（ＣＳ）は、送信に利用する周波数帯域のデータの受信待受状態に移行することで受信電波強度（受信電力レベル、受信信号強度、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication））を測定し、周波数帯域が他の機器によって占有されていないかを確認する処理である。キャリアセンスＣＳの結果、周波数帯域における受信電波強度が閾値以下であれば、無線機１０は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信する。このように、ＲＩＴ方式では、受信機Ｂ’が送信機Ａ’に向けて周期的にＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を試みる。
【００２８】
そして、無線機１０は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信後、予め設定された所定期間（ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｗａｉｔ  Ｄｕｒａｔｉｏｎ、図中、期間ＷＤで示す）、受信待受状態となる。無線機１０の中央制御部１５４は、受信待受状態の間、受信に必要な機能が有効となるように通信部１５０を制御する。
【００２９】
図４は、比較例のＲＩＴ方式について説明するための第２の図である。送信機Ａ’において、対象データＴＤＦを取得したり、対象データＴＤＦが内部で生じたりすると、送信機Ａ’は、図４中、ハッチングで示すように受信待受状態となる。
【００３０】
そして、送信機Ａ’は、受信機Ｂ’が送信したＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信する。そして、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに含まれるネットワークＩＤとアドレス情報が自機を示すものであれば、送信機Ａ’は、対象データＴＤＦを受信機Ｂ’に送信する。
【００３１】
受信機Ｂ’は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信した後、受信待受状態となっていることから、送信機Ａ’が送信した対象データＴＤＦを受信することが可能となる。
【００３２】
このように、ＲＩＴ方式は、受信機Ｂ’がＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを間欠送信することで、対象データＴＤＦの受信を可能としている。そのため、例えば、送信機がＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅと呼ばれるＷａｋｅｕｐ  Ｆｒａｍｅの連続送信を行って受信機の受信を促すＣＳＬ（Coordinated Sampled Listening）方式に比べ、消費電力を大幅に削減することができる。
【００３３】
図５は、Ｆ−ＲＩＴ方式について説明するための第１の図である。ここでは、Ｆ−ＲＩＴ方式のマルチホップ通信を行う無線機１１０について、送信側と受信側を区別するとき、対象データＴＤＦの送信側の無線機１１０を送信機Ａ、対象データＴＤＦの受信側の無線機１１０を受信機Ｂという。
【００３４】
比較例のＲＩＴ方式と同様、受信機Ｂは、予め設定された間欠動作間隔おきにＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（図中、フレームＲＦａ、フレームＲＦｂで示す）を送信する。
【００３５】
ここで、Ｆ−ＲＩＴ方式では、受信機Ｂが送信するＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦｂ）には、アドレス情報に関して、受信機Ｂのアドレス情報のみが含まれており、ＲＩＴ方式と異なり、受信機ＢのネットワークＩＤ、送信機ＡのネットワークＩＤとアドレス情報が含まれていない。送信機Ａが送信するＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦａ）についても同様である。
【００３６】
送信機Ａにおいて、対象データＴＤＦを取得したり対象データＴＤＦが生じたりすると、送信機Ａは、図５中、ハッチングで示すように受信待受状態となる。そして、送信機Ａの通信制御部１６０（以下、送信側制御部という）は、受信機Ｂが送信したＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信すると、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに示されるアドレス情報ＡＤ（受信機Ｂのアドレス情報）に拘わらず、そのアドレス情報ＡＤを受信機Ｂに送信する。ここで、例えば、送信機Ａには、送信対象として適切な受信機Ｂのアドレス情報ＡＤが登録されており、送信側制御部は、登録されたアドレス情報ＡＤと受信したＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに示されるアドレス情報ＡＤとを照らし合わせて、アドレス情報ＡＤが登録されていなければ、受信機Ｂから送信されたＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに対して返送しないといった制御を行ってもよい。
【００３７】
受信機Ｂの通信制御部１６０（以下、受信側制御部という）は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信した後、受信待受状態となっていることから、送信機Ａが送信したアドレス情報ＡＤを受信できる。アドレス情報ＡＤを受信すると、受信側制御部は、アドレス情報ＡＤが自機（受信機Ｂ）のアドレス情報であることを確認する。
【００３８】
そして、送信側制御部は、アドレス情報ＡＤの後、受信機Ｂに対象データＴＤＦを送信し、受信側制御部は、引き続き受信待受状態となっていることから対象データＴＤＦを受信可能となる。
【００３９】
また、例えば、受信側制御部は、送信機Ａが送信したアドレス情報ＡＤが自機のアドレス情報でない場合には、続いて受信されるデータは、自機宛てのものではないと判断して受信処理を行わない、もしくは、受信したとしても有効なデータとして扱わない。
【００４０】
このように、Ｆ−ＲＩＴ方式では、送信側制御部がＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを受信した後、対象データＴＤＦを送信する前に、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに示される受信機のアドレス情報ＡＤを受信機Ｂに送信する。
【００４１】
そして、受信側制御部は、受信待受状態において自機のアドレス情報を受信すると、続いて送信された対象データＴＤＦを受信する。そのため、受信機Ｂが、送信機Ａ以外の機器から送信されたデータを誤受信する事態を回避することが可能となる。
【００４２】
また、上述したように、Ｆ−ＲＩＴ方式においては、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに、受信機Ｂのアドレス情報のみが含まれており、受信機ＢのネットワークＩＤ、送信機ＡのネットワークＩＤとアドレス情報が含まれていない。ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅは、定常的に間欠送信されていることから、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの情報量を減らすことで、消費電力の大幅な削減が可能となるとともに、電波利用効率の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
図６は、比較例のＲＩＴ方式について説明するための第３の図である。図６では、ＲＩＴ方式において、送信機Ａ’から受信機Ｂ’へ対象データＴＤＦが送信されている間に、受信機Ｃ’がＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を試みる場合を示している。
【００４４】
上記のように、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ（フレームＲＦｃ’）の送信前には、キャリアセンスＣＳが遂行される。受信機Ｃ’は、キャリアセンスＣＳの結果、周波数帯域が他の無線機１０（送信機Ａ’）によって占有され、その周波数帯域での送信が不可能と判断すると、延期期間の待機後、再度、キャリアセンスＣＳを行う。このとき、まだ、対象データＴＤＦの送信が完了していなければ、受信機Ｃ’は、さらに、延期期間の待機後、再度、キャリアセンスＣＳを行う。
【００４５】
そして、対象データＴＤＦの送信が完了した後のキャリアセンスＣＳで、周波数帯域における受信電波強度が閾値以下となると、受信機Ｃ’は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信する。
【００４６】
このように、ＲＩＴ方式においては、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信できるまでキャリアセンスＣＳを繰り返すＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance）が適用される。ここで、延期期間は、ランダムかつキャリアセンスＣＳを繰り返すごとに短く設定される。
【００４７】
図７は、比較例のＲＩＴ方式について説明するための第４の図である。図７に示すように、ＣＳＭＡ／ＣＡには、例えば、キャリアセンスＣＳを繰り返すのではなく、継続する処理も含まれる。
【００４８】
具体的には、受信機Ｄ’は、キャリアセンスＣＳの結果、周波数帯域が他の無線機１０（送信機Ａ’）によって占有され、その周波数帯域での送信が不可能と判断すると、周波数帯域が空くまでキャリアセンスＣＳを継続する。すなわち、受信機Ｄ’は、受信電波強度が閾値以下となるまで、受信待受状態を維持して受信電波強度を測定し続ける。
【００４９】
そして、対象データＴＤＦの送信が完了し、測定された受信電波強度が閾値以下となると、受信機Ｄ’は、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅを送信する。
【００５０】
図８は、本実施形態のＦ−ＲＩＴ方式について説明するための第２の図である。図８に示すように、Ｆ−ＲＩＴ方式では、ＲＩＴ方式と同様、送信機Ａから受信機Ｂへ対象データＴＤＦが送信されている間に、受信機Ｃの受信側制御部がキャリアセンスＣＳを行う。
【００５１】
しかし、周波数帯域が他の無線機１１０（送信機Ａ）によって占有され、その周波数帯域の受信電波強度が閾値を超えていると、受信機Ｃの受信側制御部は、受信待受状態を継続することなく、即座に受信待受状態を解除してキャリアセンスＣＳを終了する。その後、再度のキャリアセンスＣＳを行わず、そのキャリアセンスＣＳに基づく今回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信を中止して、次回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信タイミングまでキャリアセンスＣＳを休止する。
【００５２】
上記のように、Ｆ−ＲＩＴ方式においては、繰り返しのキャリアセンスＣＳを行わない。このようなキャリアセンスＣＳの処理方式をＰｒｅ−ＣＳと称する。
【００５３】
ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅは、定期的に必ず送信しなければならないものではなく、次回のＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信タイミングまで延期しても、ネットワーク性能に大きな影響はない。むしろ、対象データＴＤＦの優先度を高めることで通信頻度を抑え、無線機１１０が増加しても通信成功率の低下を抑制することが可能となる。
【００５４】
また、図６に示す比較例では、キャリアセンスＣＳを繰り返すため、キャリアセンスＣＳに費やされる消費電力が大きくなる。さらに、図７に示す比較例では、キャリアセンスＣＳを継続的に実行することから、受信待受状態が長くなって消費電力が一層増大してしまう。Ｐｒｅ−ＣＳでは、キャリアセンスＣＳの回数が少なくその継続時間が短いため、消費電力を大幅に抑制することができる。
【００５５】
また、ここでは、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  ＦｒａｍｅについてはＰｒｅ−ＣＳとするが、対象データＴＤＦについては、送信前にＰｒｅ−ＣＳを行ってもよいが、送信前にＣＳＭＡ／ＣＡを行うとすれば、通信成功率をさらに向上することが可能となる。
【００５６】
（１．消費電力性能評価）
続いて、上述したＦ−ＲＩＴ方式の性能について、ＣＳＬ方式のうち、非同期式である非同期ＣＳＬをベースとしたＭＡＣ方式（以下、ＣＳＬベース方式）を比較対象とする消費電力の性能評価の結果を詳述する。ＣＳＬベース方式では、Ｗａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅの送信前に、Ｆ−ＲＩＴ方式と同様の上記Ｐｒｅ−ＣＳを行うこととする。
【００５７】
（１−１．モデル化）
図９は、無線通信による電力消費の理論モデルである。図９に示すように、一対の無線機（Ｓｅｎｄｅｒ、Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）の電波の届く通信エリアに一対の無線機のみが存在する環境を想定する。また、通信エリア外にも、他の無線機が存在しないものとし、Ｓｅｎｄｅｒに通信リンク確立要求が発生する頻度を頻度λLinkとする。
【００５８】
図１０は、消費電力計算に関する変数および定数をまとめた表であり、図１０（ａ）には、電力消費計算の変数をまとめた表を示し、図１０（ｂ）には、アプリケーションごとのＩＤの長さをまとめた表を示し、図１０（ｃ）には、各変数の値をまとめた表を示す。
【００５９】
Ｆ−ＲＩＴ方式とＣＳＬベース方式における間欠動作間隔（ＭＡＣ  ＲＩＴ  Ｐｅｒｉｏｄ、ＭＡＣ  ＣＳＬ  Ｐｅｒｉｏｄ）は同じ長さＴCSL＝ＴRIT＝Ｔと設定する。なお、本モデル化においては、Ｐｒｅ−ＣＳにかかる消費電力は計算に含めないこととする。
【００６０】
提案手法であるＦ−ＲＩＴ方式と、比較手法であるＣＳＬベース方式におけるＳｅｎｄｅｒの消費電力をそれぞれＰS:RIT、ＰS:CSLとする。Ｓｅｎｄｅｒの消費電力は、間欠送受信動作に係る消費電力Ｐ Int(RIT)、Ｐ Int(CSL)、通信相手の間欠送受信動作をとらえるためのリンク動作に係るＳｅｎｄｅｒ側の消費電力Ｐ S:Link(RIT)、Ｐ S:Link(CSL)、そしてデータ伝送動作に係るＳｅｎｄｅｒ側の消費電力ＰS:Dataから構成される。このうち通信リンク確立の要求は頻度λLinkで発生する。消費電力ＰS:RIT、ＰS:CSLは数式１で表現できる。
【数１】
0006630559.tif 000002
…（数式１）
ここで数式（１）の右辺はそれぞれ数式２となる。
【数２】
0006630559.tif 000003
…（数式２）
ただし、期間ＴIDは単一ＩＤフレームの送信期間であり、Ｆ−ＲＩＴ方式ではＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信期間、比較手法ＣＳＬベース方式ではＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｆｒａｍｅの送信期間に相当する。また、ＰtおよびＰｒはそれぞれ送信および受信動作に係る単位時間あたりの消費電力である。
【００６１】
次にＲｅｃｅｉｖｅｒの消費電力ＰR:RITおよびＰR:CSLを同様にモデル化すると数式３となる。
【数３】
0006630559.tif 000004
…（数式３）
ただしＰ R:Link(RIT)およびＰ R:Link(CSL)はそれぞれアクセス動作に係るＲｅｃｅｉｖｅｒ側の消費電力であり、ＰR:Dataはデータ伝送動作に係るＲｅｃｅｉｖｅｒ側の消費電力であり、それぞれ数式４の様に表すことができる。
【数４】
0006630559.tif 000005
…（数式４）
【００６２】
これらの消費電力ＰS:RIT、ＰS:CSL、ＰR:RIT、および、ＰR:CSLを用いてＦ−ＲＩＴ方式とＣＳＬベース方式それぞれの消費電力性能を比較評価するための評価指標ηPを数式５に定義する。
【数５】
0006630559.tif 000006
…（数式５）
評価指標ηP<１であればＦ−ＲＩＴ方式に比べてＣＳＬベース方式の消費電力が大きく、評価指標ηP>１であればその逆となる。
【００６３】
（１−２．計算結果）
上記の評価指標ηPを用いてＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能を評価する。評価にあたっては、通信規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇで標準化され、Ｕ−Ｂｕｓ  Ａｉｒで採用されている伝送速度１００ｋｂｐｓを前提とし、図１０（ｂ）に示す、実用上想定される各種アプリケーション（上位層）のＩＤ長に合わせて設定した、単一ＩＤフレームの送信に要する期間ＴIDのうち、０．０８ｍｓ、０．３２ｍｓ、１．２８ｍｓの場合について評価する。その他の評価パラメータを図１０（ｃ）に示す。なお、Ｐｒｅ−ＣＳ動作期間は現行の無線機の実力値を参考にＴ CS =０．０１ｍｓとした。また、Ｆ−ＲＩＴとＣＳＬベース方式で消費電力に差のない、データ伝送に要する期間ＴDataに関してはいずれの計算でも０ｍｓとした。
【００６４】
図１１、図１２は、間欠動作間隔Ｔと消費電力性能の評価指標ηPとの関係を示すグラフであり、図１１（ａ）には、期間ＴIDの異なる凡例を示す。期間ＴID＝０．０８ｍｓでは間欠動作間隔Ｔが約０．１ｓ以上の場合、期間ＴID＝０．３２ｍｓでは間欠動作間隔Ｔが約０．６ｓ以上の場合において、Ｆ−ＲＩＴ方式の方がＣＳＬベース方式に比べて消費電力性能が優れていることがわかる。また期間ＴIDを短く設定するほどＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能は向上することがわかる。これは期間ＴIDが短くなると、Ｆ−ＲＩＴ方式の消費電力のうち支配的な間欠動作に要する消費電力が低減されるためである。
【００６５】
また、図１１（ｂ）には、頻度λLinkの異なる凡例を示す。図１１（ｂ）に示すように、頻度λLink＝０．１では間欠動作間隔Ｔが約０．１ｓ以上の場合、頻度λLink＝０．００１では間欠動作間隔Ｔが約１．０ｓ以上の場合においてＦ−ＲＩＴ方式の方がＣＳＬベース方式に比べて消費電力性能が優れていることがわかる。またアクセス発生の頻度λLinkが高いほどＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能は向上することがわかる。これはアクセス発生の頻度λLinkが高い領域ではＣＳＬベース方式のＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅによる送信電力が消費電力の中で支配的になるためである。
【００６６】
図１２には、送信動作に係る単位時間あたりの消費電力Ｐtと受信動作に係る単位時間あたりの消費電力Ｐｒとの比であるＰt／Ｐｒが異なる凡例を示す。すべてのＰt／Ｐｒについて間欠動作間隔Ｔが約０．３ｓ以上の場合においてＦ−ＲＩＴ方式の方がＣＳＬベース方式に比べて消費電力性能が優れていることがわかる。またＴが約０．３ｓ以上となる領域においては、Ｐt／Ｐｒが大きくなるほどＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能は向上することがわかる。これは間欠動作間隔Ｔが広くなる領域では、アクセス発生頻度が高い領域と同様にＣＳＬベース方式のＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅによる送信電力が消費電力の中で支配的になるためである。
【００６７】
上記のように、図１１、図１２で示したいずれの条件においても、間欠動作間隔Ｔが約１．０ｓ以上の場合はＦ−ＲＩＴ方式の方がＣＳＬベース方式に比べて消費電力性能が優れていることが示された。
【００６８】
（１−３．考察）
Ｆ−ＲＩＴ方式がＣＳＬベース方式に比べて有利になる条件は数式６のようにηP≦１となるときである。
【数６】
0006630559.tif 000007
…（数式６）
【００６９】
したがって、数式６に数式２および数式４を代入し、さらに数式７で示す送受信動作に係る消費電力の比ＤPを代入すると条件式として数式８が算出できる。
【数７】
0006630559.tif 000008
…（数式７）
【数８】
0006630559.tif 000009
…（数式８）
【００７０】
つまり数式８を満たすような条件においては、常にＦ−ＲＩＴ方式がＣＳＬベース方式に比べて消費電力性能の観点で有利になる。数式８は、期間ＴIDを短くするほどＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能が有利になることを示している。すなわちＩＤ長自体を短くするか、伝送速度を上げて期間ＴIDを短くするほどＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能が向上することを意味している。したがって将来、より高速通信が可能な伝送帯域が利用可能になればＦ−ＲＩＴ方式の消費電力性能はさらに向上する。
【００７１】
（２．干渉環境における通信リンク確立の成功率評価）
続いて、通信エリア内に複数の無線機が存在して干渉する場合における通信リンク確立の成功率（伝送成功率）を、Ｆ−ＲＩＴ方式とＣＳＬベース方式とで比較評価する。
【００７２】
（２−１．モデル化）
図１３は、一対の無線機の通信エリアに、他の複数の無線機が存在する評価モデルを示す。一対の無線機の通信エリアには、Ｎ個の無線機が存在するものとし、すべての無線機には固有の通信相手が存在（すなわちＮ／２個の通信ペアが存在）し、すべての無線機にはデータ伝送イベントが頻度λLinkで発生しＳｅｎｄｅｒとなるものとする。また、本モデル化では理論計算の複雑化を避けるため、Ｆ−ＲＩＴ方式およびＣＳＬベース方式のＰｒｅ−ＣＳを省略する。
【００７３】
（２−２．通信リンク確立の成功率の定式化）
図１４は、ＣＳＬベース方式のモデルシーケンスを示す図であり、図１４（ａ）には、通信リンク確立が成功する場合を、図１４（ｂ）には、干渉によって通信リンク確立が失敗する場合を示す。
【００７４】
初めにＣＳＬベース方式の場合の通信リンク確立の成功率Ｓ(CSL)を導出する。与干渉となる区間Ｔ Link(CSL)は、干渉源となる通信ペアにおけるＳｅｎｄｅｒ（干渉源Ｓｅｎｄｅｒ）のＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ間欠動作間隔Ｔと、干渉源となる通信ペアにおけるＲｅｃｅｉｖｅｒ（干渉源Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）のＩＤ返送に要する期間ＴID、および、干渉源Ｓｅｎｄｅｒのデータ伝送に要する期間ＴDataとの合計値としてＴ Link(CSL)＝Ｔ＋ＴID＋ＴDataで表される。また、図１４（ｂ）に示すように、所望通信ペアにおける被干渉区間は最大Ｔ Link(CSL)となる。各無線機における呼発生が頻度λLinkの確率でポアソン分布に従って発生するものとすると、ピュアアロハ方式の理論式と同様の考え方で通信が衝突しない確率、すなわち通信リンク確立の成功率Ｓ(CSL)を数式９のように表すことができる。
【数９】
0006630559.tif 000010
…（数式９）
【００７５】
次にＦ−ＲＩＴ方式の場合の通信リンク確立の成功率Ｓ(RIT)を導出する。図１５は、Ｆ−ＲＩＴ方式のモデルシーケンスを示す図であり、図１５（ａ）には、通信リンク確立が成功する場合を、図１５（ｂ）には、干渉によって通信リンク確立が失敗する場合を示す。
【００７６】
Ｆ−ＲＩＴ方式の場合、与干渉の原因は２種類存在する。まず一つ目は、干渉源となるＮ−１個の無線機による定期的な期間ＴIDの間欠送信である。またＣＳＬベース方式の場合と同様に各無線機から頻度λLinkで発生する時間長であるＴID＋ＴData区間のデータ送信も与干渉区間になる。これに対し被干渉区間は、図１５に示すように、所望通信ペアにおけるＳｅｎｄｅｒとＲｅｃｅｉｖｅｒとのリンク確立に係る区間Ｔ Link(RIT)であり、Ｔ Link(RIT)＝２・ＴID＋ＴDataになる。ＣＳＬベース方式と同様に、各無線機における呼発生が頻度λLinkの確率でポアソン分布に従って発生するものとすると、ピュアアロハ方式の理論式と同様の考え方で通信リンク確立の成功率Ｓ(RIT)を導出すると数式１０となる。
【数１０】
0006630559.tif 000011
…（数式１０）
【００７７】
（２−３．計算結果と考察）
図１６は、Ｆ−ＲＩＴ方式とＣＳＬベース方式の通信リンク確立の成功率Ｓ(RIT)、S(CSL)を比較評価したグラフである。なお、図１６では、ＩＤフレームの送信に要する期間ＴID＝０．３２ｍｓ、頻度λLink＝０．００１とし、Ｓｅｎｄｅｒ端末数Ｎ＝１０、１００、１０００とした各凡例を示す。図１６において、縦軸は通信リンク確立の成功率Ｓ(RIT)、S(CSL)、横軸は間欠動作間隔Ｔである。
【００７８】
本評価では通信リンクを確立する事だけに着目し、データ伝送に要する期間ＴData＝０とした。図１６に示すように、間欠動作間隔Ｔが０．７ｓ以上になるとＳｅｎｄｅｒ端末数Ｎに関わらずＦ−ＲＩＴ方式が有利になる。これはＣＳＬベース方式の場合、間欠動作間隔Ｔが大きくなるとＷａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅが長くなり、与干渉となる無線機あたりの電波占有時間が増大することに起因する。
【００７９】
これらの結果より、頻度λLinkが高い環境で、消費電力性能を向上させるために間欠動作間隔Ｔを大きく設定する場合、ＣＳＬベース方式に比べてＦ−ＲＩＴ方式の通信リンク確立の成功率Ｓ(RIT)は高く、プロトコルの電波利用効率が優れていることが示された。さらに、数式９および数式１０によって頻度λLinkがさらに高頻度になれば、Ｆ−ＲＩＴ方式の優位性がより向上することがわかる。よってＦ−ＲＩＴ方式はアドホックなネットワークプロトコルに好適であるといえる。
【００８０】
（３．Ｐｒｅ−ＣＳの効果の計算機シミュレーション）
続いて、Ｐｒｅ−ＣＳの効用を定量的に示すために、データ長（データ伝送に要する期間ＴData）を変化させた場合におけるＦ−ＲＩＴ方式およびＣＳＬベース方式の通信リンク確立の成功率を計算機シミュレーションによって評価する。
【００８１】
（３―１．条件設定）
図１７は、計算機シミュレーションの処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図１８は、計算機シミュレーションの各パラメータの設定値を示す図である。ここでは、図１７に示す処理について、図１８に示すような設定値を各パラメータに設定してシミュレーションを行った。
【００８２】
次に、無線機の間欠送受信動作タイミングの初期値と送信データ発生タイミングをランダムで割り付ける。その後、それぞれの端末毎に所望通信ペアのＳｅｎｄｅｒにおける通信リンク確立のための区間Ｔ Link(CSL)および区間Ｔ Link(RIT)と、干渉源となる無線機が発生させる与干渉区間との衝突を１０μｓの精度で検出し、衝突回数をカウントすることで通信リンク確立の成功率を算出する。
【００８３】
まず、本計算機シミュレーションの妥当性を示すために、Ｐｒｅ−ＣＳを行わない場合の頻度λLinkと通信リンク確立の成功率の関係性を計算機シミュレーションにより評価し、上記の数値計算結果との比較評価を行った。Ｓｅｎｄｅｒ端末数Ｎ＝１００、Ｔ＝５．０ｓ、ＩＤフレームの送信に要する期間ＴID＝０．３２ｍｓとした。また、計算機シミュレーションの試行回数はいずれも５０００回とした。
【００８４】
（３−２．計算機シミュレーション結果）
図１９、図２０は、Ｐｒｅ−ＣＳを導入しない場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための説明図であり、図１９（ａ）には、データ伝送に要する期間ＴDataを０ｍｓとした場合を示し、図１９（ｂ）には、期間ＴDataを２０ｍｓとした場合を示し、図２０（ａ）には、期間ＴDataを５０ｍｓとした場合を示し、図２０（ｂ）には、期間ＴDataを１００ｍｓとした場合を示す。
【００８５】
また、図２１は、利用が想定される上位層のデータパケット長を説明するための説明図であり、１００ｋｂｐｓで各アプリケーションにおける１パケットを伝送するために要する期間ＴDataを示す。
【００８６】
図１９、図２０のいずれに示す結果も、計算機シミュレーション結果と理論計算結果がほぼ一致している。これにより理論計算に用いた干渉モデルおよび計算機シミュレーションの妥当性が示された。
【００８７】
また、図１９、図２０に示すように、データ伝送に要する期間ＴDataが長くなるにつれてＦ−ＲＩＴ方式の相対的な通信リンク確立の成功率が全体的に劣化することがわかる。これはデータ長に比例してＦ−ＲＩＴ方式の間欠送受信動作とデータ伝送動作との衝突頻度が増加するためである。一方、頻度λLinkが高い場合は、間欠動作間隔Ｔが長いため上述の衝突頻度増加は抑制され、ＣＳＬベース方式に対するＦ−ＲＩＴ方式の優位性は維持されている。
【００８８】
この間欠送受信動作とデータ伝送動作との衝突頻度を抑圧するために、上記のＰｒｅ−ＣＳを導入する。図１９、図２０と同一のシミュレーション条件において、Ｐｒｅ−ＣＳを導入した場合の通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーションを行った。
【００８９】
図２２、図２３は、Ｐｒｅ−ＣＳを導入した場合における、通信リンク確立の成功率の計算機シミュレーション結果を説明するための説明図であり、図２２（ａ）には、データ伝送に要する期間ＴDataを０ｍｓとした場合を示し、図２２（ｂ）には、期間ＴDataを２０ｍｓとした場合を示し、図２３（ａ）には、期間ＴDataを５０ｍｓとした場合を示し、図２３（ｂ）には、期間ＴDataを１００ｍｓとした場合を示す。
【００９０】
図２２、図２３のいずれに示す結果も、Ｐｒｅ−ＣＳによって間欠送受信動作とデータ伝送動作との衝突頻度が抑圧され、Ｆ−ＲＩＴ方式の通信リンク確立の成功率がＰｒｅ−ＣＳを導入しない場合に比べて大幅に改善されていることがわかる。その結果λLink＝０．１ｓ-1、ＴData＝１００ｍｓという条件において、通信リンク確立の成功率が最大約２０倍程度改善し、ほぼ１００％に近い通信リンク確立の成功率を達成できることがわかる。
【００９１】
一方、ＣＳＬベース方式にＰｒｅ−ＣＳを導入した場合は、Ｐｒｅ−ＣＳを導入しない場合に比べて通信リンク確立の成功率が若干改善するが、Ｆ−ＲＩＴ方式ほど顕著な効果はみられない。ＣＳＬベース方式の通信リンク確立成功率をさらに改善するためには、再送シーケンスを追加する必要があると考えられるが、再送によって電波利用効率は劣化する問題が発生する。
【００９２】
上記のように、Ｆ−ＲＩＴ方式は、ＲＩＴ方式をベースにした実装性の高いＭＡＣプロトコルであり、本実施形態の無線通信システム１００によれば、Ｆ−ＲＩＴ方式の通信を利用しているため、ＣＳＬベース方式を利用するシステムに対して下記の優位性を持っている。
【００９３】
すなわち、消費電力性能については、図１１（ａ）に示すように、間欠動作間隔Ｔが所定値以上の場合において、単一ＩＤフレームの送信に要する期間ＴIDが短いほど優位となる。言い換えれば、期間ＴIDの短縮による消費電力削減効果が、ＣＳＬベース方式より大きい。無線通信システム１００では、上記のように、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに、受信機Ｂのアドレス情報のみが含まれており、受信機ＢのネットワークＩＤ、送信機ＡのネットワークＩＤとアドレス情報が含まれていない。そのため、期間ＴIDの短縮が可能となり、この構成をＣＳＬベース方式に適用する場合に比べて、好適に消費電力削減を図ることが可能となる。
【００９４】
また、Ｐｒｅ−ＣＳを導入した場合の通信リンク確立の成功率については、無線通信システム１００では、図２２、図２３に示すように、間欠送受信動作とデータ伝送動作との衝突頻度が抑圧され、通信リンク確立の成功率が大幅に改善する。一方、ＣＳＬベース方式を利用するシステムでは、通信リンク確立の成功率の改善幅は小さい。
【００９５】
これは、以下の理由による。すなわち、ＣＳＬベース方式の場合、Ｗａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅの送信前にキャリアセンスＣＳを行うことで成功率が改善するものの、Ｐｒｅ−ＣＳでは、Ｗａｋｅｕｐ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅを送信できなかった場合には、通信リンク確立が失敗となってしまう。そのため、ＣＳＬベース方式では、Ｐｒｅ−ＣＳによる改善幅は小さく、むしろ、繰り返しキャリアセンスＣＳを行うＣＳＭＡ／ＣＡを採用する方が、成功率は改善する。
【００９６】
一方、Ｆ−ＲＩＴ方式の場合、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに対してキャリアセンスＣＳを繰り返さずとも、図２２、図２３のように、ほとんど１００％近い成功率を実現できる。むしろ、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅに対して繰り返しキャリアセンスＣＳを行うＣＳＭＡ／ＣＡを採用すると、必ずＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅが送信されて電波帯域を占有することから、他の通信リンク確立の成功率を低下させる要因となってしまう。
【００９７】
すなわち、従来のＣＳＬ−ベース方式であれば、Ｐｒｅ−ＣＳよりもＣＳＭＡ／ＣＡを採用する方が成功率の改善が見込まれるが、無線通信システム１００で利用するＦーＲＩＴ方式では、従来とは逆に、ＣＳＭＡ／ＣＡよりもＰｒｅ−ＣＳの方が通信リンク確立の成功率の改善に好適となり、電波利用効率を向上することが可能となる。また、Ｐｒｅ−ＣＳの結果、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅが送信されない場合があることから、消費電力のさらなる抑制を図ることが可能となる。
【００９８】
また、Ｐｒｅ−ＣＳでは、上記の図６〜図８に示したように、ＣＳＭＡ／ＣＡに比べてキャリアセンスＣＳの回数や継続時間を抑制することができるため、ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅの送信回数の削減と併せて、一層の消費電力抑制を実現することが可能となる。
【００９９】
また、図１１（ｂ）、図１２に示すように、消費電力性能について、間欠動作間隔Ｔが所定値以上の場合において、Ｓｅｎｄｅｒに通信リンク確立要求が発生する頻度λLinkが高いほど優位となり、消費電力Ｐtと受信動作に係る単位時間あたりの消費電力Ｐｒとの比が大きいほど優位となる。
【０１００】
Ｐｒｅ−ＣＳを導入しない場合の通信リンク確立の成功率については、図１６に示すように、間欠動作間隔Ｔを大きく設定する場合に優位性が高くなる。また、数式９、数式１０、図１９、図２０からわかるように、頻度λLinkが高いほど、優位性が高くなる。
【０１０１】
このように、データ伝送の頻度λLinkが高く、消費電力性能を向上させるために間欠動作間隔Ｔを大きく設定する場合、ＣＳＬベース方式に比べてＦ−ＲＩＴ方式の伝送成功率は高く、プロトコルの電波利用効率が優れていることが示された。さらに計算機シミュレーションにより、Ｆ−ＲＩＴ方式の伝送成功率を評価し、Ｐｒｅ−ＣＳ機能を導入することで、通信リンク確立成功率を最大約２０倍程度改善し、通信の頻度λLinkが０．１ｓ−１、ＴData＝１００ｍｓという実用的な条件においても、ほぼ１００％近い伝送成功率を達成できる。
【０１０２】
また、Ｆ−ＲＩＴ方式は高端末密度、高アクセス頻度という条件下においても、ＩＤ時間長、間欠動作間隔を適切に設定することにより、優れた消費電力性能と高い伝送成功率および電波利用効率を両立可能であり、ガス事業者や水道事業者におけるＳＵＮ（Smart Utility Network）の実現に必要となる、低消費電力で柔軟性の高いマルチホップ無線ネットワークを実現可能とする極めて実用性の高いＭＡＣプロトコルである。
【０１０３】
そのため、将来、無線ＩＣの受信電力の低消費電力化が進み、送受信電力比が大きい高効率な送受信機が実現されると、Ｆ−ＲＩＴ方式の有効性はより顕著に表れる。高密度端末環境、高アクセス頻度条件で高い電波利用効率、低消費電力性能を実現するＦ−ＲＩＴ方式に最適化したＩＰ上位層と組み合わせることでＳＵＮをＩＰネットワーク上で展開することが可能となる。そのため、これまでにない超高密度なセンサ配置や、エネルギーハーベスティングセンサ等、定常的な通信相手特定が困難なセンサのネットワーク化を実現できると考えられ、今後の本格的なＩｏＴ社会の実現にＦ−ＲＩＴ方式が大きく貢献できると考えられる。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０５】
例えば、上述した実施形態では、マルチホップ通信にＦ−ＲＩＴ方式を適用する場合について説明したが、マルチホップ通信に限らず、例えば、ゲートウェイ機器１１２などの中継器に対して複数の無線機が個々に通信する通信形態にも利用できる。具体的には、ホームセキュリティのための各種センサを家屋などに複数配置し、各センサに設けられた無線機が中継器と個々に通信するような適用例が挙げられる。
【０１０６】
また、コンピュータを上記無線機１１０として機能させるプログラムや当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、複数の無線機がＲＩＴ方式の通信を行う無線通信システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
Ａ  送信機
Ｂ、Ｃ  受信機
ＣＳ  キャリアセンス
ＴＤＦ  対象データ
ＲＦｃ  フレーム（ＲＩＴ  Ｄａｔａ  Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｆｒａｍｅ）
１００  無線通信システム
１６０  通信制御部（送信側制御部、受信側制御部）
【図１】
0006630559.tif 000012
【図２】
0006630559.tif 000013
【図３】
0006630559.tif 000014
【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】
0006630559.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006630559.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
0006630559.tif 000029
【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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