(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の階層により構成され、各階層に配置された通信装置を備える無線通信システムであって、
第ｎ（ｎは整数）層に配置された通信装置が、
第ｎ層よりも一つ下位の層である第ｎ＋１層に配置された通信装置が無線通信を行う活性状態になるｎ＋１用活性期間と、前記ｎ＋１層に配置された通信装置が前記活性状態よりも消費電力が小さい不活性状態になるｎ＋１用不活性期間と、を所定のビーコン周期内に設定し、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置と自装置とが無線通信を休止するｎ＋１用休止期間を前記ｎ＋１用活性期間内に設定するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋１層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋１用ビーコン信号を生成するビーコン生成部と、
前記所定のビーコン周期にしたがって、前記ｎ＋１用ビーコン信号を送信する送信処理部と、
を備え、
前記第ｎ＋１層に配置された通信装置が、
前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンを受信する受信処理部と、
前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンに基づいて前記ｎ＋１用休止期間の開始タイミング及び終了タイミングを判定し、第ｎ＋１層よりも一つ下位の層である第ｎ＋２層に配置された通信装置が前記活性状態になるｎ＋２用活性期間を前記ｎ＋１用休止期間内に設定し、前記ｎ＋１用休止期間以外の期間を、前記ｎ＋２層に配置された通信装置が前記不活性状態になるｎ＋２用不活性期間として設定するタイミング制御部と、
前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋２層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋２用ビーコン信号を生成するビーコン生成部と、
前記ｎ＋１用休止期間内であって前記ｎ＋２用活性期間とは異なる期間に前記ｎ＋２用ビーコン信号を送信する送信処理部と、
を備える、無線通信システム。
【請求項２】
複数の階層により構成され、各階層に配置された通信装置を備える無線通信システムが行う無線通信方法であって、
第ｎ（ｎは整数）層に配置された通信装置が、
第ｎ層よりも一つ下位の層である第ｎ＋１層に配置された通信装置が無線通信を行う活性状態になるｎ＋１用活性期間と、前記ｎ＋１層に配置された通信装置が前記活性状態よりも消費電力が小さい不活性状態になるｎ＋１用不活性期間と、を所定のビーコン周期内に設定し、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置と自装置とが無線通信を休止するｎ＋１用休止期間を前記ｎ＋１用活性期間内に設定するタイミング制御ステップと、
前記タイミング制御ステップにおける設定内容を前記第ｎ＋１層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋１用ビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、
前記所定のビーコン周期にしたがって、前記ｎ＋１用ビーコン信号を送信する送信処理ステップと、
前記第ｎ＋１層に配置された通信装置が、
前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンを受信する受信処理ステップと、
前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンに基づいて前記ｎ＋１用休止期間の開始タイミング及び終了タイミングを判定し、第ｎ＋１層よりも一つ下位の層である第ｎ＋２層に配置された通信装置が前記活性状態になるｎ＋２用活性期間を前記ｎ＋１用休止期間内に設定し、前記ｎ＋１用休止期間以外の期間を、前記ｎ＋２層に配置された通信装置が前記不活性状態になるｎ＋２用不活性期間として設定するタイミング制御ステップと、
前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋２層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋２用ビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、
前記ｎ＋１用休止期間内であって前記ｎ＋２用活性期間とは異なる期間に前記ｎ＋２用ビーコン信号を送信する送信処理ステップと、
を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチホップの無線通信システムにおいて、制御信号の衝突を回避するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサネットワーク等での活用、普及が期待されるシステムとして、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワークがある（非特許文献１）。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワークとしては、二つのトポロジが利用できる。一のトポロジは、スター型のトポロジであり、コーディネータと呼ばれる通信装置（ノード）を中心として、その周辺にエンドデバイスと呼ばれるノードが配置される。スター型のトポロジは、１ホップのみのシンプルなネットワークである。他のトポロジは、ツリー型のトポロジであり、コーディネータと呼ばれるノードを頂点（ルート）として、中継機能を有するルータと呼ばれるノードと、中継機能を有さないエンドデバイスと呼ばれるノードとが配置される。中継機能とは、ルーティングテーブルを備えて、これに基づいてデータの転送を行う機能である。ツリー型のトポロジは、マルチホップのネットワークを構成しうる。
【０００３】
ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワークでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式が採用されている。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、ノードは、送信前にキャリアセンス（Carrier Sense）を行う。そして、ノードは、信号が無線チャネルに送出されていないことを確認してから送信する。そのため、ノードは、自らが信号を送信していないときでも、他ノードからの信号を受信するために待機している必要がある。そのため、消費電力が大きいという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）ネットワークでは、スーパーフレームを用いたビーコンモードが用意されている。ビーコンモードでは、ビーコン信号が送信されてから次のビーコン信号が送信されるまでの時間が、活性期間（active期間）と不活性期間（inactive期間）とに分割される。コーディネータは、活性期間と不活性期間とを表す情報をビーコン信号に含めて送信する。なお、ビーコン信号はキャリアセンスを行わず一定周期で強制的に送信される。活性期間では、ビーコン信号や、ビーコン信号以外の信号（データ信号）の送受信が行われる一方、不活性期間ではビーコン信号及びデータ信号の送受信が行われない。したがって、不活性期間ではノードは他ノードの送信状況を把握する必要が無く、消費電力を低減できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１５．４”、[online]、[平成２２年１１月２５日検索]、インターネット<URL: http://www.ieee802.org/15/pub/TG4.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ビーコンモードはスター型ネットワークへの適用のみを考慮して規定されていた。そのため、ツリー型ネットワークに代表されるマルチホップネットワークへそのまま適用すると不具合が生じてしまう。例えば、マルチホップネットワークでは全てのノードに対してビーコン信号を送信する必要がある。そのため、ルータはビーコン信号を送信する。このとき、コーディネータが送信したビーコン信号と、ルータが送信したビーコン信号とが衝突してしまうことがある。また、ビーコン信号同士が衝突しない場合であっても、活性期間に他のコーディネータ又はルータからビーコン信号が送信されてしまうと、活性期間中に送信されたデータ信号と該ビーコン信号とが衝突してしまうことがある。したがって、全てのノードにビーコン信号を正常に受信させることが困難となる。ビーコン信号は、データ信号とは異なり、キャリアセンスを行わずに周期的に自動送信されるために上記のような問題が生じてしまう。ビーコン信号は、スーパーフレームを構成するための制御情報を含むため、これが衝突により失われると、ネットワークが破綻してしまう。結果として、マルチホップのネットワークではビーコンモードが利用できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明ではかかる問題を鑑みて、マルチホップのネットワークにおいて、信号の衝突を生じさせることなく、制御信号を含むビーコン信号を送信するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、複数の階層により構成され、各階層に配置された通信装置を備える無線通信システムであって、第ｎ（ｎは整数）層に配置された通信装置が、第ｎ層よりも一つ下位の層である第ｎ＋１層に配置された通信装置が無線通信を行う活性状態になるｎ＋１用活性期間と、前記ｎ＋１層に配置された通信装置が前記活性状態よりも消費電力が小さい不活性状態になるｎ＋１用不活性期間と、を所定のビーコン周期内に設定し、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置と自装置とが無線通信を休止するｎ＋１用休止期間を前記ｎ＋１用活性期間内に設定するタイミング制御部と、前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋１層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋１用ビーコン信号を生成するビーコン生成部と、前記所定のビーコン周期にしたがって、前記ｎ＋１用ビーコン信号を送信する送信処理部と、を備え、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置が、前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンを受信する受信処理部と、前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンに基づいて前記ｎ＋１用休止期間の開始タイミング及び終了タイミングを判定し、第ｎ＋１層よりも一つ下位の層である第ｎ＋２層に配置された通信装置が前記活性状態になるｎ＋２用活性期間を前記ｎ＋１用休止期間内に設定し、前記ｎ＋１用休止期間以外の期間を、前記ｎ＋２層に配置された通信装置が前記不活性状態になるｎ＋２用不活性期間として設定するタイミング制御部と、前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋２層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋２用ビーコン信号を生成するビーコン生成部と、前記ｎ＋１用休止期間内であって前記ｎ＋２用活性期間とは異なる期間に前記ｎ＋２用ビーコン信号を送信する送信処理部と、を備える。
【０００９】
本発明の一態様は、複数の階層により構成され、各階層に配置された通信装置を備える無線通信システムが行う無線通信方法であって、第ｎ（ｎは整数）層に配置された通信装置が、第ｎ層よりも一つ下位の層である第ｎ＋１層に配置された通信装置が無線通信を行う活性状態になるｎ＋１用活性期間と、前記ｎ＋１層に配置された通信装置が前記活性状態よりも消費電力が小さい不活性状態になるｎ＋１用不活性期間と、を所定のビーコン周期内に設定し、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置と自装置とが無線通信を休止するｎ＋１用休止期間を前記ｎ＋１用活性期間内に設定するタイミング制御ステップと、前記タイミング制御ステップにおける設定内容を前記第ｎ＋１層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋１用ビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、前記所定のビーコン周期にしたがって、前記ｎ＋１用ビーコン信号を送信する送信処理ステップと、前記第ｎ＋１層に配置された通信装置が、前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンを受信する受信処理ステップと、前記第ｎ層に配置された通信装置から送信されたｎ＋１用ビーコンに基づいて前記ｎ＋１用休止期間の開始タイミング及び終了タイミングを判定し、第ｎ＋１層よりも一つ下位の層である第ｎ＋２層に配置された通信装置が前記活性状態になるｎ＋２用活性期間を前記ｎ＋１用休止期間内に設定し、前記ｎ＋１用休止期間以外の期間を、前記ｎ＋２層に配置された通信装置が前記不活性状態になるｎ＋２用不活性期間として設定するタイミング制御ステップと、前記タイミング制御部における設定内容を前記第ｎ＋２層に配置された通信装置に通知するためのｎ＋２用ビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、前記ｎ＋１用休止期間内であって前記ｎ＋２用活性期間とは異なる期間に前記ｎ＋２用ビーコン信号を送信する送信処理ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、マルチホップのネットワークにおいて、信号の衝突を生じさせることなく、制御信号を含むビーコン信号を送信することが可能となる。また本発明は高ＱｏＳを必要とするノードに付与するＧＴＳ割当てに影響を与えずに運用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無線通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。
【図２】無線通信システム１００で用いられるスーパーフレームの構成例を表す図である。
【図３】無線通信システム１００の通信装置同士の無線通信処理の動作原理を表す図である。
【図４】ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のＢＬＥの原理を表す図である。
【図５】ＢＬＥによるスーパーフレームの変化の具体例を表す図である。
【図６】コーディネータ１０の構成を表す機能ブロック図である。
【図７】無線通信システム１００において設定されるスーパーフレームの具体例を表す図である。
【図８】休止期間のスロット数が２の冪乗である場合のスーパーフレームの具体例を表す図である。
【図９】休止期間のスロット数が２の冪乗でない場合のスーパーフレームの具体例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
無線通信システム１００では、周期的にビーコン（Beacon）信号が送信され、ビーコン信号が送信されてから次のビーコン信号が送信されるまでの期間が活性期間と不活性期間とに割り振られる。活性期間とは、無線通信システム１００の通信装置が通信可能な状態（以下、「活性状態」という。）となっている期間である。不活性期間とは、無線通信システム１００の通信装置が通信を行わない状態（以下、「不活性状態」という。）となっている期間である。不活性状態にある通信装置は、活性状態にある通信装置に比べて消費する電力が低い。また、活性期間の中に、休止期間が設けられる。休止期間とは、無線通信システム１００が通信を休止した状態（以下、「休止状態」という。）となっている期間である。休止状態は、不活性状態と同じ状態であっても良いし、不活性状態と異なる状態であっても良い。
【００１３】
無線通信システム１００は、複数の階層から構成されたネットワークを備える。上位の階層に配置された通信装置における活性期間に設けられた休止期間に、下位の階層に配置された通信装置がビーコン信号を送信し、自装置に関する活性期間を設定する。このようなネットワークは、例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワークを用いて構成される。その場合、上記の活性期間及び不活性期間はスーパーフレーム構造を用いて構成される。また、上記の休止期間はＢＬＥ（Battery Life Extension）モードを適用することによって設定される。以下の説明では、無線通信システム１００がＺｉｇＢｅｅ（登録商標）ネットワークを用いて構成された場合について説明する。
【００１４】
図１は、無線通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。無線通信システム１００は、複数台の通信装置を備え、マルチホップネットワークとして構成される。無線通信システム１００に備えられる通信装置には、コーディネータ１０、ルータ２０、エンドデバイス３０の三種類がある。
コーディネータ１０は、無線通信システム１００のネットワークを制御する通信装置であり、最上位（第０階層）に配置される。コーディネータ１０の直下の階層（第１階層）には、エンドデバイス３０は複数台接続されても良いが、ルータ２０は最大で１台だけ接続される。コーディネータ１０は、ビーコン周期に応じてビーコン信号を生成し、直下の階層（第１階層）に配置された通信装置にビーコン信号を送信する。
【００１５】
ルータ２０は、中継機能を有する通信装置である。ルータ２０は、最上位（第０階層）及び最下位（第３階層）以外の階層に配置され、コーディネータ１０又はルータ２０の直下の階層に接続される。また、ルータ２０の直下の階層には、ルータ２０又はエンドデバイス３０が接続される。ただし、ルータ２０の直下の階層には、エンドデバイス３０は複数台接続されても良いが、ルータ２０は最大で１台だけ接続される。
エンドデバイス３０は、中継機能を有していない通信装置である。そのため、エンドデバイス３０の直下の階層には、通信装置は接続されない。
【００１６】
無線通信システム１００では、各通信装置は、自装置よりも一つ上の階層又は一つ下の階層に配置された通信装置であって自装置に通信可能に接続された通信装置と、無線で信号の送受信を行う。すなわち、通信装置は、二つ以上の階層を越えて配置された通信装置との間で、直接的に無線で信号の送受信を行うことはない。また、通信装置は、自装置と同じ階層の通信装置との間で、直接的に無線で信号の送受信を行うこともない。通信装置は、二つ以上の階層を越えて配置された通信装置や、自装置と同じ階層に配置された通信装置へ信号を送信する場合には、その間に位置するコーディネータ１０又はルータ２０を介して信号を送信する。
【００１７】
図１に示されるネットワークの具体例について説明する。図１のネットワークは、ツリー型ネットワークであり、第０階層〜第３階層の４つの階層から構成されている。コーディネータ１０の一つ下の階層（第１階層）には、ルータ２０−１と、エンドデバイス３０−１及びエンドデバイス３０−２が配置される。第１階層の一つ下の階層（第２階層）には、ルータ２０−２、エンドデバイス３０−３、が配置される。ルータ２０−２及びエンドデバイス３０−３はいずれもルータ２０−１に接続される。第２階層の一つ下の階層（第３階層）には、エンドデバイス３０−４〜３０−７が配置される。エンドデバイス３０−４〜３０−７はルータ２０−２に接続される。この場合、例えばエンドデバイス３０−４がコーディネータ１０へ信号を送信する場合には、エンドデバイス３０−４からコーディネータ１０までの間に存在するルータ２０−２及びルータ２０−１によって信号が中継される。なお、図１は無線通信システム１００のネットワークの一例にすぎず、このような構成に限定されない。例えば、無線通信システム１００の階層数は４に限定されず、４よりも少なくても良いし、４よりも多くても良い。また、コーディネータ１０に接続されるエンドデバイス３０の台数も２に限定されず、２よりも少なくても良いし、２よりも多くても良い。また、ルータ２０−１及びルータ２０−２に接続されるエンドデバイス３０の台数も、それぞれ１及び４に限定されない。
【００１８】
図２は、無線通信システム１００で用いられるスーパーフレームの構成例を表す図である。図２において、横軸は時間を表し、右へいくほど時間が進んでいる。図２Ａは、スーパーフレーム構造の全体を表す図である。図２Ｂは、一つのビーコン周期の構成を表す図である。図２Ｃは、ビーコン信号の送信期間及び活性期間の構成を表す図である。
図２Ａ及び図２Ｂに図示されるように、ビーコン信号が送信される期間は周期的に設定されており、ビーコン信号が送信されてから次のビーコン信号が送信されるまでの期間が、活性期間と不活性期間とに分けられる。順番は、ビーコン信号が送信された直後に活性期間が設定され、活性期間の直後に不活性期間が設定される。不活性期間の直後に次のビーコン信号が送信される。
【００１９】
図２Ｃに図示されるように、ビーコン信号を送信する期間と活性期間とを足した期間（スーパーフレーム）は、１６等分の長さのスロット（slot）に分割される。また、活性期間は、ＣＡＰ（Contention Access Period）期間とＣＦＰ（Contention Free Period）期間に割り振られる。ＣＦＰ期間は一つ以上のＧＴＳ（Guaranteed Time Slot）期間により構成される。一つのＧＴＳは、特定の通信装置に対して割り当てられる。ＧＴＳを割り当てられた通信装置は、このＧＴＳにおいてはキャリアセンスをすることなく排他的に信号を送信することができる。なお、一つのＣＦＰ期間に対して設定できるＧＴＳの最大数は７である。また、それぞれのＧＴＳを構成するスロットの数は、１５を最大値として任意に設定可能である。
ビーコンには、制御情報が含まれる。制御情報は、ビーコンを送信する通信装置のネットワークアドレス、ビーコン周期、スーパーフレーム長、ＣＡＰ期間の情報、ＣＦＰ期間の情報、ＢＬＥ（Battery Life Extension）のオン／オフ情報を含む。
【００２０】
図３は、無線通信システム１００の通信装置同士の無線通信処理の動作原理を表す図である。図３では、ＣＡＰ期間及びＣＦＰ期間における無線通信の仕組みの理解を容易とするため、休止期間が設定されていない場合（すなわち、ＢＬＥがオフになっている場合）の動作原理を表す。図３に示されるネットワークは、第ｎ階層（ｎは整数）に配置される通信装置（親ノード）と、第ｎ階層よりも一つ下位の階層である第ｎ＋１階層に配置される三台の通信装置（子ノード１、子ノード２、子ノード３）により構成される。図３に示されるネットワークの構成は、例えば図１における第０階層及び第１階層の構成に該当する。
【００２１】
まず親ノードがビーコン信号を送信する。親ノードが送信したビーコン信号は、第ｎ＋１階層に配置された各子ノード（子ノード１〜３）によって受信される。各子ノードは、ビーコン信号の受信によって、活性期間の長さ、ＣＡＰ期間の長さ、各ＧＴＳの長さ、自装置に割り当てられたＧＴＳの開始タイミング及び終了タイミング等の情報を取得する。
【００２２】
ビーコン信号に続いてＣＡＰ期間が開始する。図３の場合、ＣＡＰ期間は９スロット分継続する。ＣＡＰ期間は、親ノード及び各子ノードは、Ｓｌｏｔｔｅｄ  ＣＳＭＡ／ＣＡのアクセス方式により信号を送信する。図３では、まず、子ノード１が送信を行う。続いて、子ノード３、親ノード、子ノード３、子ノード２、子ノード１、親ノード、子ノード２、親ノードの順に送信を行う。ＣＡＰ期間が終了すると、ＣＦＰ期間が開始する。ＣＦＰ期間を構成するＧＴＳは、各子ノードに対して排他的に割り当てられている。図３の場合では、１番目、２番目、７番目のＧＴＳは子ノード１に割り当てられ、３番目、４番目のＧＴＳは子ノード２に割り当てられ、５番目、６番目のＧＴＳは子ノード３に割り当てられている。各子ノードは、自装置に割り当てられたＧＴＳに親ノードと通信を行っている。上記のように１ノードに対しＣＡＰ期間とＣＦＰ期間の２期間でのアクセスが許容され、ＣＦＰ期間はプリアサイン型の多元接続となっているため、より高いＱｏＳ（Quality of Service）の提供が可能となる。ただしＣＦＰ期間は必須ではない。ＣＦＰ期間が終了すると、不活性期間が開始する。不活性期間が終了すると、次のビーコン信号が送信される。
【００２３】
図４は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のＢＬＥの原理を表す図である。ＢＬＥでは、ビーコン信号の送信期間の後に設定されるＣＡＰ期間が２スロット分と定められている。そのため、ＢＬＥがオンになると、スーパーフレーム長に応じて、休止期間の開始タイミングが一意に決定する。以下、ＢＬＥに関してさらに詳細に説明する。ＢＬＥではビーコン信号が送信された後のＩＦＳ（Inter Frame Spacing）期間後、１２０シンボルの変調シンボルに渡るキャリアセンス期間が設けられる。このキャリアセンス期間にＣＳＭＡ／ＣＡに基づき通信を開始できた通信装置は、通信を開始したスロットの期間内に通信を終える必要がある。ただし、キャリアセンスはビーコン送信時点から20シンボル毎に設けられるバックオフ周期のタイミングで実施しなくてはならない。そして、次のスロットから休止期間が開始する。ＣＦＰ期間が設定されている場合には、休止期間はＣＦＰ期間が開始する直前のスロットまで続く。一方、ＣＦＰ期間が設定されていない場合には、休止期間は不活性期間が開始する直前のスロットまで続く。従って、ＢＬＥがオンに設定されたビーコン信号を受信した通信装置は、ビーコンを受信した時点からビーコン長(最小３６シンボル可変長)＋ＩＦＳ長（１２または４０シンボル）＋１２０シンボル点が存在するスロットの次のスロットを、ＢＬＥにより設定された休止期間が開始するスロットであると判定する。
【００２４】
ここで、ＺｉｇＢｅｅの規格では、スーパーフレーム長ＳＤは、ＢＳＤ（基本となるスーパーフレーム長）に対して２の冪乗倍となると定められている。このことを式に表すと、以下の式１のようになる。
【００２５】
【数１】
0005361848.tif 000002
【００２６】
式１において、ＳＯはスーパーフレームオーダであり、整数の値をとる。ＳＯは、実質的にスーパーフレーム長ＳＤを規定するための変数であり、ビーコン信号によって下位の階層に配置された通信装置へ通知される。上述したように、スーパーフレームは１６のスロットで構成される。また、第ｎ＋１階層のスーパーフレームは、第ｎ階層のスーパーフレームの休止期間に包含される。以上のことから、第ｎ＋１階層のスーパーフレーム長ＳＤ’は、第ｎ階層のスーパーフレームの休止期間に割り当てられたスロット数（割当てスロット数）に応じて以下の式２〜５のように表される。割当てスロット数が１の場合は、ＳＤ’は式２のように表される。割当てスロット数が２又は３の場合は、ＳＤ’は式３のように表される。割当てスロット数が４〜７の場合は、ＳＤ’は式４のように表される。割当てスロット数が８〜１５の場合は、ＳＤ’は式５のように表される。
【００２７】
【数２】
0005361848.tif 000003
【数３】
0005361848.tif 000004
【数４】
0005361848.tif 000005
【数５】
0005361848.tif 000006
【００２８】
これは、ＢＳＤに対して２の冪乗倍で表現不可能な部分のスロットについては使用できず、切り捨てられるためである。なお、上式の“ＳＯ”はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の規格により１４が最大値であることが規定されている。また、式１の２の指数が０になると、スーパーフレーム長が基本長（最短長）となる。そのため、それ以上休止期間を活用したビーコン中継は不可能となる。
【００２９】
図５は、ＢＬＥによるスーパーフレームの変化の具体例を表す図である。図５Ａは、ＢＬＥがオフとなっている場合のスーパーフレームの具体例を表す。図５Ｂは、ＢＬＥがオンとなっている場合のスーパーフレームの具体例を表す。図５に図示されるように、ＢＬＥがオンになっている場合とオフになっている場合とで、ＣＦＰ期間、各ＧＴＳ、不活性期間、スーパーフレーム長、ビーコン周期には変化はない。一方、ＢＬＥがオンになっている場合には、ＣＡＰ期間が短縮され、その分だけ休止期間が設けられる。図５Ｂの場合には、ＣＡＰ期間とＣＦＰ期間との間に休止期間が設けられる。休止期間の間は、ＢＬＥのオンを指示した通信装置と、ＢＬＥのオンの指示を受けた通信装置との間では無線通信が行われない。
【００３０】
図６は、コーディネータ１０の構成を表す機能ブロック図である。コーディネータ１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、コーディネータ用プログラムを実行する。コーディネータ１０は、アンテナ１０１、スイッチ１０２、受信処理部１０３、データ処理部１０４、制御部１０５、タイミング制御部１０６、ビーコン生成部１０７、送信処理部１０８を備える装置として機能する。なお、通信装置１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。
【００３１】
コーディネータ１０は、アンテナ１０１を介して、他の通信装置（ルータ２０又はエンドデバイス３０）から無線信号を受信する。受信される無線信号は、他の通信装置が送信したデータ信号又はビーコン信号である。アンテナ１０１を介して受信された無線信号は、スイッチ１０２を介して受信処理部１０３に入力される。スイッチ１０２は、一つのアンテナ１０１を送信処理と受信処理とで共用するために設けられたものである。スイッチ１０２は、受信処理時には、受信処理部１０３とアンテナ１０１とを接続し、送信処理時には送信処理部１０８とアンテナ１０１とを接続する。
【００３２】
受信処理部１０３は、受信した無線信号について、Ａ／Ｄ変換、周波数変換、復調等の処理を行い、ベースバンド信号を抽出する。ベースバンド信号は、制御部１０５に入力される。制御部１０５は、ベースバンド信号をデータ処理部１０４に出力する。
【００３３】
データ処理部１０４は、制御部１０５からデータ信号の入力を受けると、入力されたデータ信号に応じて処理を行う。また、データ処理部１０４は、送信すべきデータを生成すると、生成したデータを制御部１０５に出力する。
【００３４】
タイミング制御部１０６は、ビーコン信号を送信するタイミング及びビーコン信号に含まれる制御情報の内容を制御する。具体的には、タイミング制御部１０６は、ビーコン信号を送信するタイミングになると、ビーコン生成部１０７に対してビーコン生成を指示する信号（以下、「生成指示信号」という。）を出力する。コーディネータ１０のタイミング制御部１０５は、予めネットワークに設定されているビーコン周期を記憶している。タイミング制御部１０５は、記憶しているビーコン周期にしたがって、ビーコン生成部１０７に生成指示信号を出力する。また、タイミング制御部１０６は、第１階層の通信装置に対する活性期間及び不活性期間を設定する。より具体的には、タイミング制御部１０６は、第１階層に対して設定する活性期間をさらに、ＣＡＰ期間とＣＦＰ期間とに分割する。また、タイミング制御部１０６は、ＣＦＰ期間を、第１階層に配置された通信装置に対してＧＴＳとして割り当てる。タイミング制御部１０６は、これらの設定内容をビーコン生成部１０７に通知する。
【００３５】
ビーコン生成部１０７は、タイミング制御部１０６から生成指示信号を受けると、タイミング制御部１０６から通知される設定内容に基づいてビーコン信号を生成して、送信処理部１０８に出力する。このとき、ビーコン生成部１０７は、中継処理を行うルータ２０が第１階層に配置されているか否かについて制御部１０５から通知を受ける。中継処理を行うルータ２０が第１階層に配置されている場合には、ビーコン生成部１０７は、制御情報に含まれるＢＬＥのオン／オフ情報を“オン”としてビーコンを生成する。一方、中継処理を行うルータ２０が第１階層に配置されていない場合には、ビーコン生成部１０７は、制御情報に含まれるＢＬＥのオン／オフ情報を“オフ”としてビーコンを生成する。なお、このようにＢＬＥのオン／オフ情報を“オン”とするか“オフ”とするかについては、タイミング制御部１０６によって判定されても良い。この場合、判定結果が上記の設定内容としてビーコン生成部１０７に通知される。
【００３６】
送信処理部１０８は、ビーコン生成部１０７により生成されたビーコン信号や、制御部１０５を介してデータ処理部１０４により出力されたデータ信号に対し、変調、Ｄ／Ａ変換、周波数変換等の処理を行う。そして、送信処理部１０８は、スイッチ１０２及びアンテナ１０１を介して無線信号として送信する。
【００３７】
第ｎ階層に配置されるルータ２０の構成は、制御部１０５に代えて制御部２０５を備える点と、タイミング制御部１０６に代えてタイミング制御部２０６を備える点と、ビーコン生成部１０７に代えてビーコン生成部２０７を備える点とでコーディネータ１０と異なり、他の構成は基本的にコーディネータ１０と同じである。
制御部２０５は、受信されたベースバンド信号がビーコン信号であった場合は、ビーコン信号の中に含まれる制御情報を抽出し、タイミング制御部１０６に出力する。一方、受信されたベースバンド信号がデータ信号であった場合は、制御部２０５は制御部１０５と同様に、データ信号をデータ処理部１０４へ出力する。
【００３８】
タイミング制御部２０６は、制御部２０５から出力された制御情報を解析する。ＢＬＥのオン／オフ情報として“オン”が検出されると、タイミング制御部２０６は、制御情報に含まれるスーパーフレーム長に基づいて、休止期間が開始するタイミングを判定する。また、タイミング制御部２０６は、スーパーフレーム長及びＣＦＰ期間の有無に基づいて、休止期間が終了するタイミングを判定する。すなわち、ＣＦＰ期間が設定されていれば、ＣＦＰ期間の開始直前が休止期間の終了タイミングであり、ＣＦＰ期間が設定されていなければ、不活性期間の開始直前が休止期間の終了タイミングである。タイミング制御部２０６は、休止期間の開始タイミング及び終了タイミングをビーコン生成部１０７へ通知する。また、タイミング制御部２０６は、自装置よりも下位の階層の通信装置に対する活性期間及び不活性期間を設定する。より具体的には、タイミング制御部２０６は、下位の階層の通信装置に対して設定する活性期間をさらに、ＣＡＰ期間とＣＦＰ期間とに分割する。また、タイミング制御部２０６は、ＣＦＰ期間を、下位の階層に配置された通信装置に対してＧＴＳとして割り当てる。タイミング制御部２０６は、これらの設定内容をビーコン生成部２０７に通知する。
【００３９】
ビーコン生成部２０７は、タイミング制御部２０６により通知された休止期間の開始タイミング及び終了タイミングと設定内容とに基づいてビーコン信号を生成し、送信処理部１０８に出力する。このとき、ビーコン生成部２０７は、中継処理を行うルータ２０が第ｎ＋１階層に配置されているか否かについて制御部２０５から通知を受ける。中継処理を行うルータ２０が第ｎ＋１階層に配置されている場合には、ビーコン生成部２０７は、制御情報に含まれるＢＬＥのオン／オフ情報を“オン”としてビーコン信号を生成する。一方、中継処理を行うルータ２０が第ｎ＋１階層に配置されていない場合には、ビーコン生成部２０７は、制御情報に含まれるＢＬＥのオン／オフ情報を“オフ”としてビーコン信号を生成する。なお、このようにＢＬＥのオン／オフ情報を“オン”とするか“オフ”とするかについては、タイミング制御部２０６によって判定されても良い。この場合、判定結果が上記の設定内容としてビーコン生成部２０７に通知される。
【００４０】
また、ビーコン生成部２０７は、ビーコン信号に含まれる制御情報のスーパーフレーム長を、休止期間内に収まるように設定する。このようにスーパーフレーム長を設定することによって、自装置よりも上位の階層（第ｎ−１階層、第ｎ−２階層、・・・、第０階層）に配置された他の通信装置から送信される信号との干渉を避けることが可能となる。
【００４１】
図７は、無線通信システム１００において設定されるスーパーフレームの具体例を表す図である。以下の説明では、第ｎ階層のコーディネータ１０又はルータ２０によって設定されるスーパーフレームを「親スーパーフレーム」と呼び、第ｎ階層よりも１階層下に位置する第ｎ＋１階層のルータ２０によって設定されるスーパーフレームを「子スーパーフレーム」と呼び、第ｎ＋１階層よりも１階層下に位置する第ｎ＋２階層のルータ２０によって設定されるスーパーフレームを「孫スーパーフレーム」と呼ぶ。
【００４２】
図７Ａは親スーパーフレームの具体例を表し、図７Ｂは子スーパーフレームの具体例を表し、図７Ｃは孫スーパーフレームの具体例を表す。図示されるように、子スーパーフレームのビーコン信号の送信期間及び活性期間は、親スーパーフレームの休止期間の中に設定される。また、孫スーパーフレームのビーコン信号の送信期間及び活性期間は、子スーパーフレームの休止期間の中に設定される。図７では、孫スーパーフレームまでしか示していないが、さらに下の階層のルータ２０によって同様にスーパーフレームが設定されても良い。
【００４３】
図８は、休止期間のスロット数が２の冪乗である場合のスーパーフレームの具体例を表す図である。図８Ａは親スーパーフレームの具体例を表し、図８Ｂは子スーパーフレームの具体例を表す。図９は、休止期間のスロット数が２の冪乗でない場合のスーパーフレームの具体例を表す図である。図９Ａは親スーパーフレームの具体例を表し、図９Ｂは子スーパーフレームの具体例を表す。式１〜式５を用いて説明したように、スーパーフレーム長には制限がある。そのため、図８のように、親スーパーフレームに設定された休止期間のスロット数が２の冪乗である場合には、全ての休止期間を子スーパーフレームのビーコン信号の送信期間及び活性期間として用いることができる。一方、図９のように、親スーパーフレームに設定された休止期間のスロット数が２の冪乗でない場合には、全ての休止期間を子スーパーフレームのビーコン信号の送信期間及び活性期間として用いることができない。そのため、ビーコン生成部２０７は、上述した式１の条件を満たすようにスーパーフレームを設定する。
【００４４】
このように構成された無線通信システム１００では、上位の階層に配置された通信装置によって設定された休止期間の間に、下位の階層に配置された通信装置がビーコン信号の送信を行う。また、この休止期間の間に、下位の階層に配置された通信装置のＣＡＰ期間及びＣＦＰ期間が設定される。そのため、上位の階層に配置された通信装置によって送信されるビーコン信号や他の信号と、下位の階層に配置された通信装置によって送信されるビーコン信号や他の信号とが衝突することを防止できる。そのため、マルチホップネットワークでも、ＺｉｇＢｅｅのビーコンモードを活用し、消費電力の低減を図ることが可能となる。また、ＢＬＥオンによりＣＡＰ期間は減少するものの、本発明は高ＱｏＳや大トラフィックが必要なユーザへ割り当てるＧＴＳに影響を及ぼすことはない。
【００４５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…コーディネータ，  ２０…ルータ，  ３０…エンドデバイス，  １０１…アンテナ，  １０２…スイッチ，  １０３…受信処理部，  １０４…データ処理部，  １０５，２０５…制御部，  １０６，２０６…タイミング制御部，  １０７，２０７…ビーコン生成部，  １０８…送信処理部
【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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