(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムであって、
前記親無線端末は、
前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得する手段と、
前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出する手段と、
前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定する手段と、
前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定する手段と、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知する手段とを備え、
前記子無線端末は、
前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記スロットの位置に基づいて、自己が送信する第２のビーコンを送信するタイミングを決定して、前記第２のビーコンを送信する手段を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末と接続する第１の子無線端末と、前記第１の子無線端末と接続する第２の子無線端末とにより構成される無線通信システムであって、前記親無線端末は、
配下の前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれにツリートポロジにより直接または間接的に接続している無線端末の数を取得する手段と、
前記取得した無線端末の数に基づいて、前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるスロットの数を算出する手段と、
前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定する手段と、
前記子無線端末に割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定する手段と、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知する手段とを備え、
前記第１の子無線端末は、
受信した前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記親無線端末および自己に割り当てられたスロットの位置に基づいて、自己が第２のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第２のビーコンを送信するタイミングにおいて前記スロットの長さ並びに自己及び配下の子無線端末に割り当てられたスロットの位置を含む第２のビーコンを送信する手段を備え、
前記第２の子無線端末は、
受信した前記第２のビーコンによって通知された前記第１の子無線端末および自己に割当てられたスロットの位置と前記スロットの長さに位置に基づいて、自己が送信する第３のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第３のビーコンを送信するタイミングにおいて前記第３のビーコンを送信する手段を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記第２の子無線端末は、
前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットのうち先頭のスロットから起算して、自己に割り当てられたスロットの位置から前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットの位置の差に相当する時間だけ経過した時に、前記第３のビーコンを送信する
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】
前記ビーコンに続く活性期間の終端と、前記スロットの終端が一致している
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記親無線端末は、
前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得するステップと、
前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出するステップと、
前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、
前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップとを有し、
前記子無線端末は、
前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記スロットの位置に基づいて、自己が送信する第２のビーコンを送信するタイミングを決定して、前記第２のビーコンを送信するステップを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末と接続する第１の子無線端末と、前記第１の子無線端末と接続する第２の子無線端末とにより構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記親無線端末は、
配下の前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれにツリートポロジにより直接または間接的に接続している無線端末の数を取得するステップと、
前記取得した無線端末の数に基づいて、前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるスロットの数を算出するステップと、
前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、
前記子無線端末に割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップとを有し、
前記第１の子無線端末は、
受信した前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記親無線端末および自己に割り当てられたスロットの位置に基づいて、自己が第２のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第２のビーコンを送信するタイミングにおいて前記スロットの長さ並びに自己及び配下の子無線端末に割り当てられたスロットの位置を含む第２のビーコンを送信するステップを有し、
前記第２の子無線端末は、
受信した前記第２のビーコンによって通知された前記第１の子無線端末および自己に割当てられたスロットの位置と前記スロットの長さに位置に基づいて、自己が送信する第３のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第３のビーコンを送信するタイミングにおいて前記第３のビーコンを送信するステップを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
前記第２の子無線端末は、
前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットのうち先頭のスロットから起算して、自己に割り当てられたスロットの位置から前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットの位置の差に相当する時間だけ経過した時に、前記第３のビーコンを送信する
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記ビーコンに続く活性期間の終端と、前記スロットの終端が一致している
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項９】
ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムにおける前記親無線端末上のコンピュータに無線通信処理を行わせる無線通信プログラムであって、
前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得するステップと、
前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出するステップと、
前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、
前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップと
を前記コンピュータに行わせることを特徴とする無線通信プログラム。
【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（本明細書及び図面における「ＺｉｇＢｅｅ」は、登録商標である。）を用いた通信ネットワークがある（非特許文献１、２）。この通信ネットワークの特長の一つにマルチホップネットワークが標準サポートされている点がある。中継機能を備えるルータが親から子へ、子から孫へと次々と中継伝送を行うことでＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信距離を飛躍的に伸ばすことができる。ここで、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等をいう。
【０００３】
ＺｉｇＢｅｅでは、無線媒体へのアクセス方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式を採用している。この方式は、各ノードが、送信前にキャリアセンスにより、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し、各ノードは、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必要があり、常に待機しなければならないため、待機時の消費電力が無視できない。
【０００４】
これに対して、Ｚｉｇｂｅｅでは、スーパーフレーム構成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、コーディネータが送信するあるビーコンと次のビーコンまでの間（ビーコン周期）にスーパーフレームを定義し、スーパーフレームを活性期間、それ以外を不活性期間として分割する。活性期間では、信号の伝送が行われる一方、不活性期間では信号の伝送が行われない。したがって、不活性期間ではネットワークは休止状態となるため、各ノードは消費電力を大幅に低減することができる。
【０００５】
図１０に、ＺｉｇＢｅｅにおけるスーパーフレームの構成を示す。スーパーフレームは、ビーコンにより開始される。ビーコンには、ネットワークＩＤやａｃｔｉｖｅ（活性）期間の長さ等の制御情報が含まれる。ビーコンはキャリアセンスをせずに一定周期で強制的に送信される。ビーコン後のａｃｔｉｖｅ期間において、コーディネータとノードとの間で信号が伝送される。ａｃｔｉｖｅ期間の後にｉｎａｃｔｉｖｅ（不活性）期間が続き、その後に次のスーパーフレームの先頭（ビーコン）が続く。そして、Ａｃｔｉｖｅ期間は１６タイムスロットに分割され、各タイムスロットはＣＡＰ期間（必須）とＣＦＰ期間（オプション）に分かれる。ＣＦＰ期間には通信可能ノードを１つに限定したＧＴＳ（Guaranteed Time Slot）を設ける。最大ＧＴＳ数は７である。ＣＡＰ期間はｓｌｏｔｔｅｄ−ＣＳＭＡ／ＣＡによる多元接続で、各ノードはキャリアセンスをして空きを確認して送受信を行う。一方ＧＴＳ期間は特定ノードに予め１または複数の専用タイムスロットを割り当てるもので、衝突が発生しないためキャリアセンスの必要がない。このスーパーフレーム構成を用いて、各タイムスロット内において上下双方向通信（親から子、子から親）が行われる。
【０００６】
例えば、図１１に示す通信ネットワーク構成を想定した場合、１つのコーディネータ１００と３つのノード（ルータまたはエンドデバイスに相当する）１１１、１１２、１１３により構成される。スーパーフレームは、コーディネータ１００がビーコンを送信することにより開始する。このビーコンは、各ノード１１１、１１２、１１３により受信される。そして、各ノード１１１、１１２、１１３は、スーパーフレーム長等の情報を取得し、後続するａｃｔｉｖｅ期間において、Ｓｌｏｔｔｅｄ  ＣＳＭＡ／ＣＡのアクセス方式により信号を送信する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１５．４
【非特許文献２】鄭  立著「ＺｉｇＢｅｅ開発ハンドブック」、リックテレコム、２００６年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ビーコンモードをマルチホップネットワークに適用する場合、コーディネータまたはコーディネータの能力を有する複数のルータが送信したビーコンが、他のビーコン信号やデータ信号と衝突することにより、各ノードにおいて、スーパーフレームの制御情報が正常に受信されないという問題がある。すなわち、マルチホップネットワークは、複数のコーディネータが互いにＰｔｏＰ型で接続することによって構築されるところ、各コーディネータは通信ネットワークの省電力を目的としてビーコンモードで動作しようとしたとき、それぞれがビーコンを送信する必要がある。ここで、例えば、互いにＰｔｏＰ型で接続しているコーディネータが一方のスーパーフレームと同期して自らのスーパーフレームを構成しようとすると、スーパーフレームの先頭に送信されるビーコンが衝突することとなる。これは、ビーコンがデータ信号とは異なり、ＣＳＭＡを行わずに周期的に自動送信されるために発生する問題である。ビーコンは、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、各コーディネータに接続しているノードは信号を送信できないこととなり、通信ネットワークが破綻する。結果として、従来の技術においては、スター型以外のトポロジ以外ではビーコンモードが利用できないという問題がある。
【０００９】
一方、各ルータに接続するノードの数は、一様ではないため、ノードの数が多くなるとＣＡＰ期間における競合が激しくなり、パケット衝突等が生じやすくなることから、マルチホップネットワークにおいて接続するノードの数に応じた柔軟なアクセス制御ができることが好ましい。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、各コーディネータがビーコンの送信タイミングをずらしながらビーコンモードでの動作を行うとともに、接続するノードが多い場合に生じるパケット衝突の確率を低減するコーディネータを実現することができる無線通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラム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】
本発明は、ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムであって、前記親無線端末は、前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得する手段と、前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出する手段と、前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定する手段と、前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定する手段と、
前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知する手段とを備え、前記子無線端末は、前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記スロットの位置に基づいて、自己が送信する第２のビーコンを送信するタイミングを決定して、前記第２のビーコンを送信する手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末と接続する第１の子無線端末と、前記第１の子無線端末と接続する第２の子無線端末とにより構成される無線通信システムであって、前記親無線端末は、配下の前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれにツリートポロジにより直接または間接的に接続している無線端末の数を取得する手段と、前記取得した無線端末の数に基づいて、前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるスロットの数を算出する手段と、前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定する手段と、前記子無線端末に割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定する手段と、前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知する手段とを備え、前記第１の子無線端末は、受信した前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記親無線端末および自己に割り当てられたスロットの位置に基づいて、自己が第２のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第２のビーコンを送信するタイミングにおいて前記スロットの長さ並びに自己及び配下の子無線端末に割り当てられたスロットの位置を含む第２のビーコンを送信する手段を備え、前記第２の子無線端末は、受信した前記第２のビーコンによって通知された前記第１の子無線端末および自己に割当てられたスロットの位置と前記スロットの長さに位置に基づいて、自己が送信する第３のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第３のビーコンを送信するタイミングにおいて前記第３のビーコンを送信する手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記第２の子無線端末は、前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットのうち先頭のスロットから起算して、自己に割り当てられたスロットの位置から前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットの位置の差に相当する時間だけ経過した時に、前記第３のビーコンを送信することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記ビーコンを含む活性期間は、割り当てられたスロットの長さが一致していることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記親無線端末は、前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得するステップと、前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出するステップと、前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップとを有し、前記子無線端末は、前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記スロットの位置に基づいて、自己が送信する第２のビーコンを送信するタイミングを決定して、前記第２のビーコンを送信するステップを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末と接続する第１の子無線端末と、前記第１の子無線端末と接続する第２の子無線端末とにより構成される無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記親無線端末は、配下の前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれにツリートポロジにより直接または間接的に接続している無線端末の数を取得するステップと、前記取得した無線端末の数に基づいて、前記第１の子無線端末および前記第２の子無線端末のそれぞれに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるスロットの数を算出するステップと、前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、前記子無線端末に割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップとを有し、前記第１の子無線端末は、受信した前記第１のビーコンによって通知された前記スロットの長さと前記親無線端末および自己に割り当てられたスロットの位置に基づいて、自己が第２のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第２のビーコンを送信するタイミングにおいて前記スロットの長さ並びに自己及び配下の子無線端末に割り当てられたスロットの位置を含む第２のビーコンを送信するステップを有し、前記第２の子無線端末は、受信した前記第２のビーコンによって通知された前記第１の子無線端末および自己に割当てられたスロットの位置と前記スロットの長さに位置に基づいて、自己が送信する第３のビーコンを送信するタイミングを決定し、前記決定した第３のビーコンを送信するタイミングにおいて前記第３のビーコンを送信するステップを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記第２の子無線端末は、前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットのうち先頭のスロットから起算して、自己に割り当てられたスロットの位置から前記第１の子無線端末に割り当てられたスロットの位置の差に相当する時間だけ経過した時に、前記第３のビーコンを送信することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、前記ビーコンを含む活性期間は、割り当てられたスロットの長さが一致していることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、ツリートポロジの基となる親無線端末と、該親無線端末に直接接続される子無線端末とを含む無線通信システムにおける前記親無線端末上のコンピュータに無線通信処理を行わせる無線通信プログラムであって、前記無線通信システムを構成する全ての無線端末の数を取得するステップと、前記無線端末の数に基づいて、前記子無線端末の全てに対して、一のスーパーフレームにおいて割り当てるべきスロットの総数を算出するステップと、前記スロットの総数と、前記親無線端末が送信する第１のビーコンのビーコン送信周期とから前記スロットの長さを決定するステップと、前記子無線端末のそれぞれに割り当てるべき前記スロットの数と、該子無線端末に割り当てるスロットが他の無線端末と重ならないように前記子無線端末に割り当てたスロットの位置を決定するステップと、前記第１のビーコンにより、前記スロットの長さと、前記子無線端末に対して割り当てるスロットの位置とを通知するステップとを前記コンピュータに行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ルータ機能を持つノード（無線端末）がそれぞれビーコン信号を送信する機能を備えるマルチホップネットワークにおいて、親のノードのビーコン信号に同期するスーパーフレーム全体を、ノードごとにスーパーフレームの開始点であるビーコン信号位置が異なるように設定するようにしたため、周波数チャネルを複数使用することなく、マルチホップ型のトポロジにおいてビーコンモードを用いて通信を行うことが可能になるという効果が得られる。また、同一ネットワーク内において複数のノードが干渉を起こすことなくビーコン送信およびペイロード送信が可能となる。また、ネットワーク内で、マルチビーコン化するための情報共有が必要なく、自律分散的にマルチビーコンマルチホップネットワークを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコーディネータの処理動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すコーディネータ内に保持される接続ノード数管理テーブルの一例を示す説明図である。
【図４】図１に示すルータの処理動作を示すフローチャートである。
【図５】通信ネットワーク構成の一例を示す説明図である。
【図６】図５に示す通信ネットワーク構成における各ルータのビーコン送信動作を示す図である。
【図７】通信ネットワーク構成の一例を示す説明図である。
【図８】図５に示す通信ネットワーク構成における各ルータのビーコン送信動作を示す図である。
【図９】図５に示す通信ネットワーク構成における各ルータのビーコン送信動作を示す図である。
【図１０】従来技術による通信ネットワークの構成を示すブロック図である。
【図１１】スーパーフレームの構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。図１は、最大深度３、最大子ノード数４、最大子ルータ数４の通信ネットワークを構成する図である。最大深度とは、ツリートポロジの基になる親のコーディネータ１を基準として、直列に接続できるルータの数である。最大子ノード数とは、一つのルータに接続できる子ノードの最大数であり、最大子ルータ数とは、一つのルータに接続できる子ルータの数である。図１において、符号１は、図１に示す通信ネットワーク内のルータの処理動作を統括するコーディネータであり、自身もルータ機能を有している。コーディネータ１には、ネットワークアドレス０が予め付与されている。
【００２３】
符号２１、２２、２３は、コーディネータ１を基準とした深度１のルータであり、コーディネータ１との間が無線通信伝送路で接続される。ルータ２１、２２、２３は、それぞれネットワークアドレス１、２２、４３が予め付与されている。符号３１、３２、３３は、コーディネータ１を基準とした深度２のルータであり、ルータ２１との間が無線通信伝送路で接続される。ルータ３１、３２、３３は、それぞれネットワークアドレス２、７、１２が予め付与されている。図１に示す通信ネットワークには、ルータ２２、２３の配下やルータ３１、３２、３３の配下に温度等を計測するセンサ機能を有したエンドデバイスが必要に応じて無線通信伝送路によって接続される。
【００２４】
符号１１は、コーディネータ１の処理動作を統括して制御する制御部である。符号１２は、送受信したデータに対して所定の処理を実行するデータ処理部である。符号１３は、直下のルータ（ここでは、ルータ２１、２２、２３）から情報を受信する受信処理部である。符号１４は、直下のルータ（ここでは、ルータ２１、２２、２３）へ情報を送信する送信処理部である。符号１５は、送信処理部１４から送信するべき情報に対して、ビーコンを生成して付与するビーコン生成部である。符号１６は、ビーコン生成部１５が生成するビーコンの生成タイミングを算出するビーコン生成タイミング算出部である。符号１７は、受信処理部１３または送信処理部１４により、情報の受信を行うか、情報の送信を行うかを切り替えるスイッチである。
【００２５】
なお、図１に示すルータ２１〜２３、３１〜３３についても図１に示すコーディネータ１と同様の構成を備えているが、ルータは必ずしもビーコン生成タイミング算出部１６を備えている必要はない。エンドデバイスの構成は、公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、図１に示す通信ネットワーク構成は、ＺｉｇＢｅｅネットワークを構成するものとして説明する。また、以下の説明においては、親、子の関係は、あるルータから見た相対的な関係として説明する。すなわち、ルータ２１の親は、コーディネータ１であり、子は、３台のルータ３１、３２、３３である。コーディネータ１の子は、ルータ２１、２２、２３であり、孫は、ルータ３１、３２、３３及びエンドデバイスである。以下の説明において、通信ネットワークを構成するコーディネータ１、ルータ２１〜２３、３１〜３３、エンドデバイスの個体を区別しない場合、これら「ノード」と称する。また、ルータについても個体を区別しない場合は、単にルータと称する。ノードは、請求項でいう無線端末に相当する。
【００２６】
次に、図２を参照して、図１に示すコーディネータ１の処理動作を説明する。図２は、図１に示すコーディネータ１がビーコンを送信する動作を示すフローチャートである。まず、コーディネータ１のビーコン生成タイミング算出部１６は、ビーコン生成部１５がビーコンを生成して、生成したビーコンを送信する前に、ビーコンに続くスーパーフレームにおいて割当てが必要な全オフセットスロット数を算出し、全オフセットスロット数からオフセットスロット長を算出する（ステップＳ１）。オフセットスロットとは、ビーコン周期を、ＺｉｇＢｅｅによる通信ネットワーク配下に存在可能なルーティングノード数（Ｒｔｏｔａｌ）で割った際の１単位のスロットのことである。すなわち、一つのスーパーフレームにおいて、配下の全てのルータが互いに重なることなくビーコン（ビーコンと同時に他のノードによるデータや制御信号が送信されないことを含む）を送信し、かつ、各ルータがその接続しているルータ、ノード数に応じた時間のＣＡＰ期間を設定できるように、必要なオフセットスロット数を算出する。ここで、制御部１１は、内部に保持している接続ノード数管理テーブルを参照して、割当オフセットスロット数の総数を取得する。
【００２７】
図３に、接続ノード数管理テーブルのテーブル構造を示す。接続ノード数管理テーブルは、各ノード（コーディネータやルータ）のネットワークアドレスに対して、直下に接続されているノード数と割り当てるべきオフセットスロット数である割当オフセットスロット数が関係付けられている。割当オフセットスロット数は、原則として各ルータに接続しているノード数に１を加えた値となり、例えば、接続ノード数が３であるコーディネータ１（ネットワークアドレス０）は、割当オフセットスロット数が４となり、接続ノード数が０であるルータ２２（ネットワークアドレス２２）は、割当オフセットスロット数が１となる。したがって、図１に示す通信ネットワークの場合は、割当オフセットスロットの総数は１３となる。これにより、コーディネータ１は、一つのスーパーフレームにおいて、１３オフセットスロットが必要であると判定する。
【００２８】
次に、コーディネータ１のビーコン生成タイミング算出部１６は、一つのスーパーフレーム、（すなわち、ビーコン間隔）を１３オフセットスロットに等分することによって、オフセットスロット長Ｔｕを算出する。このように、ビーコン間隔を必要なオフセットスロット数で等分して各ルータの活性期間として割り当てることによって、各ルータの活性期間が重複することを回避する。すなわち、ビーコンに続く活性期間がオフセットスロット単位で他の活性期間と重ならないように、かつビーコンに続く活性期間の終端と、オフセットスロットの終端が一致するようにオフセットスロットを割り当てる。続いて、ビーコン生成タイミング算出部１６は、各ルータへの割当オフセットスロット数を算出する（ステップＳ２）。各ルータへの割当オフセットスロット数は、原則として対象のルータの接続ノード数に１を加えたものとし、接続ノード数が０の場合は、１となる。原則としてルータの接続ノード数に１を加えたものとするのは、接続しているノードの数に応じてオフセットスロットを割り当てることによって、このルータの構成するスーパーフレームにおけるＣＡＰ期間を多くとることができるためである。また、接続ノード数が０の場合にも、オフセットスロットが割り当てられず、ルータがビーコンを送信できなくなることを避けるために、少なくとも１オフセットスロットが割り当てられるようにする。
【００２９】
なお、図３に示す接続ノード数管理テーブルを更新するために、各ルータは、自身に対してエンドデバイスやルータが接続／切断したことを契機に、コーディネータ１に対して、接続／切断を示す情報を通知し、コーディネータ１は、通知されたこの情報に基づいて、接続ノード数管理テーブルを更新する。
【００３０】
次に、ビーコン生成タイミング算出部１６は、各ルータのオフセット値を算出する（ステップＳ３）。ここで、オフセット値とは、ルータがビーコンを送信するタイミングを決定するためのものであり、コーディネータ１がビーコンを送信してから、いくつのオフセットスロット後に自身のルータがビーコンを送信すべきかを示すものである。オフセット値は、各ルータのネットワークアドレスおよび各ルータに割り当てられたオフセットスロット数により求められ、コーディネータ１から順に、ネットワークの上位に位置するほど数字の小さいオフセット値が与えられる。
【００３１】
また、１つ前のオフセット値のルータに複数のオフセットスロットが割り当てられている場合は、オフセット値が飛び飛びの値となる。たとえば、ネットワークアドレス０であるコーディネータ１とネットワークアドレス１であるルータ２１については、それぞれ４オフセットスロットが割り当てられるため、ネットワークアドレス１であるルータ２１とネットワークアドレス２２であるルータ２２についてのオフセット値が飛び飛びの値となり、その後のルータのオフセット値は、１つずつ大きな値が割り当てられる。
【００３２】
次に、ビーコン生成タイミング算出部１６は、（１）オフセットスロット長、（２）各ルータへの割当オフセットスロット数及び（３）各ルータのオフセット値をビーコン生成部１５へ通知する。これを受けて、ビーコン生成部１５は、（１）オフセットスロット長、（２）各ルータへの割当オフセットスロット数及び（３）各ルータのオフセット値を含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信処理部１４を介して送信する（ステップＳ４）。このビーコンには、配下の全てのルータに対するオフセット値と割当てオフセットスロット数が含まれていることとなる。各ルータは配下のルータについて、オフセット値と割当オフセットスロット数をビーコンにより中継する。
【００３３】
次に、図４を参照して、コーディネータ１以外の各ルータがビーコン送信を行う処理動作を説明する。図４は、図１に示すルータの処理動作を示すフローチャートである。まず、ルータは、親から受信したビーコンにより、（１）オフセットスロット長、（２）各ルータへの割当オフセットスロット数及び（３）各ルータのオフセット値を取得する（ステップＳ１１）。これらは、全てコーディネータ１のビーコン生成タイミング算出部１６により算出された値である。続いて、ルータは、以下の演算を行い、自己のビーコンタイミングを求める（ステップＳ１２）。
ビーコンタイミング＝（自己のオフセット値−親のオフセット値）×オフセットスロット長
【００３４】
すなわち、親のオフセット値に基づいて、自己のオフセット値の相対値を算出し、これにオフセットスロット長を乗算して得られた時間が、親のビーコンが送信された後に経過したタイミングを、自己がビーコンを送信するタイミングとする。ＺｉｇＢｅｅネットワークでは、親のビーコンはほとんどのケースで受信できるものの、他のルータのビーコンが受信できるかどうかは保証されない。したがって、全てのルータがコーディネータ１のビーコンを受信できるわけではない。そのため、親が送信するビーコンに基づいて、子のビーコンタイミングを算出できることが必要である。前述したように、親と自己のオフセット値に基づいて自己がビーコンを送信できるタイミングを認識できるようなアドレス体系とすることによって、自律分散的に、各ルータがビーコンを送信できるようになる。
【００３５】
次に、ルータは、（１）オフセットスロット長、（２）配下の各ルータの割当てオフセットスロット長及び（３）配下の各ルータのオフセット値を含むビーコンを生成する（ステップＳ１３）。そして、ルータは、求めたビーコンタイミングで、先に生成したビーコンを送信する（ステップＳ１４）。すなわち、配下のルータに関する情報のみを抽出して、コーディネータ１と同様にビーコンにより報知する。
【００３６】
なお、各ルータはビーコンに続く、スーパーフレームにおいて、ＣＡＰ期間やＧＴＳを構成するところ、複数のノードにより接続されたルータには、その数に対応する数のオフセットスロットが割り当てられているため、より長いスーパーフレーム長（活性期間）を割り当てられることとなる。このように、コーディネータ１のオフセット値からの相対値によって、自己のオフセット値を把握することで、各ルータは（コーディネータ１のビーコンが届かないときでも）必ず自己のビーコンを送信するタイミングを把握でき、かつ、コーディネータ１により通知されたルータオフセット値に全てのルータが従ってビーコンを送信することによって、すべてのルータの送信するビーコンが重ならないことが保証されることになる。
【００３７】
また、各スーパーフレームの活性期間の長さが一つのスーパーフレームで必要なオフセットスロット数に基づいて算出されることによって、全てのルータのスーパーフレームにおける活性期間にも重なりが生じない。結果として、ビーコンが他のノードによる干渉信号によって受信できない状況を回避することができる。また、各ルータは、自己に接続するノード（ルータやエンドデバイス）の数に応じたオフセットスロットの割当てを受けることができるため、それに応じてＣＡＰ期間としてより多くのオフセットスロットを設定でき、したがって、パケット衝突の確率が低減されることになる。
【００３８】
次に、具体例を挙げてビーコン送信動作を説明する。図５に、通信ネットワーク全体の構成を示す。図５において、各○印は、ノード示しており、最上位のノードは、コーディネータ１に相当する。各ノード間の直線は、無線通信伝送路を表しており、各丸印の中の値はネットワークアドレスを示している。図５に示す例では、最上位のノード（コーディネータ１に相当）には、４つのルータが接続されており、ネットワークアドレス２２のルータには、ネットワークアドレス２３のノード（ルータまたはエンドデバイス）が接続されている。同様に、ネットワークアドレス６４のルータには、２つのノードが接続され、さらに、ネットワークアドレス７５のルータには、ネットワークアドレス７６のノード（ルータまたはエンドデバイス）が接続されている。
【００３９】
図６を参照して、図５に示す通信ネットワークにおけるビーコン送信動作を説明する。図６において、斜線で示す期間は、ｉｎａｃｔｉｖｅ期間（不活性期間）を示し、斜線のない期間はビーコンが付与されたａｃｔｉｖｅ期間（活性期間）を示している。図５に示すように、ネットワークアドレス１のノードのオフセット値は１、ネットワークアドレス２２のノードのオフセット値は２、ネットワークアドレス４３のノードのオフセット値は４、ネットワークアドレス６４のノードのオフセット値は５、ネットワークアドレス７５のノードのオフセット値は７、ネットワークアドレス８０のノードのオフセット値は８となり、各ノードが送信するビーコンと活性期間は、互いにずれるように配置されることとなり、ビーコンと活性期間が重なることを防止することができる。
【００４０】
また、子ノード数の多いルータには長い使用可能時間が割り当てられることになる。このように、ビーコン送信の開始タイミングをずらすことにより、同一周波数を用いるルーティングノードのビーコン信号やデータ信号が干渉してしまうことを回避することができる。また、ａｃｔｉｖｅ期間長の割り当て・オフセット値の管理は最上位のノード（コーディネータ１に相当）が一元的に行うようにしたため、通信ネットワーク全体の負荷バランスを鑑みた管理を実現することができる。
【００４１】
次に、通信ネットワーク構成が異なる場合のビーコン送信動作を説明する、図７は、通信ネットワーク構成が異なる場合の通信ネットワーク構成を示す図である。図７に示すように、最上位のノード（ネットワークアドレス０）に、深度１のノードが３つ接続され、さらにネットワークアドレス１のノードに深度２のノードが接続されている。
【００４２】
図８を参照して、図７に示す通信ネットワークにおけるビーコン送信動作を説明する。図８に示すように、ネットワークアドレス１のルータは、配下ノード群に付与する総使用可能時間を子のノード（ネットワークアドレス２、３、１２のノード）毎に制御することが可能である。これにより、ルーティングやネットワーク負荷に応じた適応的な時間資源の配分を行うことができる。また、深度Ｎのルータは深度Ｎ＋１のルータに対し使用可能時間、フレームオフセット量の管理を行い、かつそれを各ルーティングデバイスに通達する信号フォーマットを設ける必要があるが、ルーティング機能を持たない末端のエンドデバイスには全く改変の必要がない。また、最も受信レベルの高いビーコンを持つ親のノードに対してネットワークエントリを行えばよく、各種制御情報は完全に隠蔽されるため、無線資源の利用効率を高めることができる。
【００４３】
なお、各ルータ間での時間同期の精度が低い場合や空中線での伝搬遅延を考慮して、各オフセットスロットの前後にガードタイム（Ｔｇ１，Ｔｇ２）を設けてもよい。この場合は、各ルータのスーパーフレームにおける活性期間Ｔａｃｔｉｖｅとして、図９に示すように、（Ｔｇ１＋Ｔａｃｔｉｖｅ＋Ｔｇ２）＜（Ｔｂ／Ｒｔｏｔａｌ）を満たすＴａｃｔｉｖｅを設定すればよい。また、各ノードは、親のノードに接続するときに、複数の親のノードを検出したときは、各親が送信するビーコン信号の受信電力を測定して、最も受信レベルの高いビーコン信号を送信する親のノードに対して接続すればよい。
【００４４】
また、ビーコン周期（ａｃｔｉｖｅ時間＋ｉｎａｃｔｉｖｅ時間）をＴｂ、通信ネットワーク内に存在可能な最大ルーティングノード数をＲｔｏｔａｌ、Ａｃｔｉｖｅルータｉのａｃｔｉｖｅ時間長をＢＳＤ×２ＳＯ（ｉ）、ただしｉ＝１，２，…，Ｎｉ（Ｎｉ＜＝Ｒｔｏｔａｌ）、ＡｃｔｉｖｅルータｉのガードタイムをＴｇ１，Ｔｇ２、Ａｃｔｉｖｅルータｉが占有するオフセットスロット数をＳｉとし、Ｔｇ１＋ＢＳＤ×２ＳＯ（ｉ）＋Ｔｇ２＜  Ｔｂ／Ｒｔｏｔａｌ）×Ｓｉを拘束条件として、Ａｃｔｉｖｅルータ配下の子ノード数、またはＡｃｔｉｖｅルータが要求する総伝送速度に応じてＡｃｔｉｖｅルータｉに割り当てるオフセットスロット数Ｓｉを適応的に決定するようにしてもよい。このとき、ΣＳｉを最大化（時間効率最大）するＳｉの組み合わせを決定すればよい。
【００４５】
このように、ルータ機能を持つノードがそれぞれビーコン信号を送信する機能を備えるマルチホップネットワークにおいて、親のノードのビーコン信号に同期するスーパーフレーム全体を、ノードごとにスーパーフレームの開始点であるビーコン信号位置が異なるように設定するようにしたため、周波数チャネルを複数使用することなく、マルチホップ型のトポロジにおいてビーコンモードを用いて通信を行うことが可能となる。また、同一ネットワーク内において複数のノードが干渉を起こすことなくビーコン送信およびペイロード送信が可能となる。また、ネットワーク内で、マルチビーコン化するための情報共有が必要なく、自律分散的にマルチビーコンマルチホップネットワークを構築することが可能となる。
【００４６】
以上説明したように、従来のＺｉｇＢｅｅにおいては、ＣＳＭＡ／ＣＡをベースにアクセス制御が行われていたため、省電力動作を行うためには、データ通信を行う活性期間と省電力動作を行う不活性期間により構成されるスーパーフレームが形成されていた。ここで、スーパーフレームは、ビーコン信号により開始されるところ、スター型以外（たとえば、ツリー型）の複数の無線端末のそれぞれがスーパーフレームを形成する必要のあるネットワークを構築する場合には、ビーコン信号が衝突して制御情報を取得できないという問題がある。そこで、ツリー型トポロジ（親無線端末、子無線端末、孫無線端末等のノードにより構成）を対象として、親のノードが、ビーコンを送信する周期に相当する期間であるスーパーフレームにおいて、このスーパーフレームをこのトポロジに接続しているノードの数に基づいて均等なオフセットスロットに分割し、各オフセットスロットは、接続している端末の数に応じて各ノード（ルータ）に割り当てるようにした。これにより、各ノードに割り当てられたオフセットスロットがノード間で重複しないことになり、ビーコン信号が衝突することを回避することができる。各ノードは、自己に接続しているノードの数に応じた数のオフセットスロットを得られるため、一つのノードの配下のノード数が多い場合にオフセットスロットの競合によって生じるパケット衝突の確率を低減することができる。
【００４７】
ここで、各ノード（たとえば、孫のノード）は、必ずしも親ノードのビーコンを受信できるとは限らないため、各ノードは、自己が接続している親であるノード（たとえば、子のノード）から自己に割り当てられたオフセットスロットが通知されるとともに、自己に割り当てられたオフセットスロットと親であるノードに割り当てられたオフセットスロットとの相対位置に基づいて、ビーコンを送信する。すなわち、自己に割り当てられたオフセットスロットの位置と親であるノードに割り当てられたオフセットスロットの位置との差に相当する時間だけ、親であるノードに割り当てられたオフセットスロットから後に、ビーコンを送信する。このような構成とすることで、各ノードは自己がビーコンを送信すべきタイミングを正確に知ることができる。
【００４８】
なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりビーコン生成タイミング算出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００４９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
ビーコンモードをマルチホップネットワークに適用する場合、複数のコーディネータが送信したビーコンが衝突することにより、各ノードにおいて、スーパーフレームの制御情報が正常に受信されないという問題を解決することが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・コーディネータ、１１・・・制御部、１２・・・データ処理部、１３・・・受信処理部、１４・・・送信処理部、１５・・・ビーコン生成部、１６・・・ビーコン生成タイミング算出部、１７・・・スイッチ、２１、２２、２３・・・ルータ、３１、３２、３３・・・ルータ
【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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