(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける輻輳制御方法であって、
前記複数の無線通信装置の各々が、各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信するステップと、
前記フレームを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断ステップとを、
有する輻輳制御方法。
【請求項２】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の輻輳制御方法。
【請求項３】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の輻輳制御方法。
【請求項４】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の輻輳制御方法。
【請求項５】
前記判断ステップは、自ノードの送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の輻輳制御方法。
【請求項６】
一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置の各々が、各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信する手段と、
前記フレームを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断手段とを、
有する無線通信システム。
【請求項７】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項６又は７に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記判断手段は、自ノードの送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項１１】
一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、
各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信する手段と、
前記フレームを受信した場合に、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断手段とを、
有する無線通信装置。
【請求項１２】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を中断するか否かを判断することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記判断手段は、自装置の送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自ノードの送信を再開するか否かを判断することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける輻輳制御方法に関する。本発明はまた、無線通信システム及び無線通信装置に関する。
本発明は詳しくは、無線通信装置（ノード）が無線通信範囲内に密に存在する場合に発生する通信の輻輳制御に関し、通信の競合を回避しつつ、無線通信ノード内の電池の消費電力も低減するメディアアクセス制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近距離無線通信規格として非特許文献１に示すようなZigBee（登録商標）では、ビーコン信号を同期信号として一定周期内の所定期間をアクティブ期間（スーパーフレーム期間）、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う。また、他の従来例として特許文献１には、多数の無線通信ノードが基地局や制御局などの他のノードを介することなく直接非同期の無線通信を行うアドホック通信システムとして、各無線通信ノードが送信するビーコン信号の直後に受信区間を設け、残りを未使用期間とする方法が提案されている。また、特許文献２には、各無線通信ノードが送信するビーコン信号を同期信号として一定周期のスーパーフレーム期間を設定する場合に、ビーコン信号を送信するタイムスロットを決定する方法が提案されている。
【０００３】
また、各タイムスロットをノードに割り当てる方法において、自律的に空きスロットに対して自身のスロット使用を広告する方法が特許文献２に開示されている。この方法によると、各ノードが規定のタイムスロット時間をスキャンして使用タイムスロットと空きタイムスロットを判断してテーブルを構成することで、タイムスロットの空きを順次使用し、効率的にタイムスロットを利用することが可能である。例えばタイムスロットを使用しなくなったノードがあれば、そのタイムスロットは空きタイムスロットとしてスキャンされ、他のノードが使用することになる。このような方法を用いた通信ノードが無線通信範囲内において密に存在して、タイムスロット数よりもノードの数が上回った場合は、利用できるタイムスロットがなくなり、通信不可能なノードが出てくる。このような輻輳状態においては、例えば送信を行ったノードが一定期間通信を停止して、タイムスロットを開放し、他のノードが順次使用できるようにすることが望ましい。この場合、無線通信の特性を考えると、自身が送信したフレームが相手に届いたことを確認して、送信を停止することが望ましいと考えられる。このような場合、受信したノードからの受信応答（ＡＣＫ、ＮＡＣＫ）を確認することが考えられる。
【０００４】
無線通信範囲内において多数のノードが密に存在する場合、特に同一周波数を用いたノードが時分割で通信を行うような場合においては、通信の輻輳が起きることが考えられ、通信の競合を回避するアクセス制御を提供することは重要になる。また内蔵電池を電源として定期的に自身の情報を出力するようなアクティブ電子タグのようなノードの場合、一定周期に対して送信タイミングをランダムに前後させることで衝突を制御することが行われるが、無線通信範囲に対するノード密度が高い場合、衝突による通信不能な状態を招くことになる。このような場合、輻輳状態が回避されるまで、通信するノード数を低減することで、一時的な輻輳を回避しつつ通信を継続することが可能となる。このような場合、どのノードが送信を停止するかという判断を行うことが重要となってくる。
【０００５】
しかし、アクティブ電子タグのように、単に自身の情報を送信するだけのノードの場合、輻輳の状態を判断すること自体が難しく、ノードの移動などによる物理的な輻輳状態の回避を待つしかない。また、電池を内蔵しないパッシブタグのように、リーダからのコマンド受信があるようノードの場合は、特定のノードであるリーダが状態を管理し、各タグに対するアクセス制御を行うことで輻輳時の制御を行うことができる。これは、各タグが自身の送信した情報がリーダで受信されたことを確認することで、順に送信を実施して行くことで実現される。このように、輻輳時は情報を送信するノードに対して、情報が受信されたことを通知することで、通信を停止させ同時に通信を行うノードの数を低減することで輻輳を回避する方法が用いられる。このような情報の受信確認を行うことは情報の伝達の信頼性をあげるとともに、輻輳時において、輻輳を認識したノードが単に送信を一定時間停止するといった方法と比べ、情報が受信されたことを確認したノードから送信を停止することで、効率的な情報伝達を行うことが可能になると考えられる。
【０００６】
このような、受信応答を行う場合の従来の動作を図１３と図１４を用いて説明する。図１３には、電池を内蔵したアクティブ型の３つの無線通信ノードＡ、Ｂ、Ｃが宛先ノードの決まっているユニキャストフレームを送受信する場合の動作を示している。ノードＡ〜Ｃはお互いに通信可能な距離にいるノードである。ノードＡが出力したノードＢ宛（Dest B）のフレームＦ１は、ノードＢ、Ｃで受信可能であるが、宛先（Dest B）のフィルタリングによりノードＢが受信を行い、受信したことを示す応答確認（ＡＣＫ１）を送信する。またノードＢが出力するノードＣ宛（Dest C）のフレームＦ２は、ノードＣからのＡＣＫ２により受信確認が行われる。ここで、輻輳時に新たに応答確認のフレームを送信することは、送信が必要なフレームの量を増加し、輻輳を助長する要因ともなる。このため非特許文献１などでは、ＡＣＫフレームはデータフレームＦ１、Ｆ２と異なり、非常に短いフレームで即座に返信する。このような方法により、輻輳を助長することなく、またＡＣＫを返しているフレームを特定するための詳細な情報を加えることなく、フレームＦ１、Ｆ２を送信したノードＡ、Ｂに受信通知を行っている。
【０００７】
しかし、このように宛先の決定しているユニキャストの場合、応答するノードが１つであるため、フレームＦ１、Ｆ２を受信したノードＢ、Ｃが即座にＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１、ＡＣＫ２）を返すことができるが、例えば ブロードキャストのような不特定多数のノードに対して送信するフレームに関しては、複数のノードが受信時にＡＣＫを返信すると、ＡＣＫの衝突が起こり受信確認を行うことが難しい。このため、特許文献１などにおいては、図１４に示すように、受信したフレームＦ１１、Ｆ１２、Ｆ１３を転送するときに、自分が送信したフレームが帰ってきたことにより応答確認を行うようなパッシブＡＣＫが用いられている。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ８０２．１５．４
【特許文献１】特開２００４−２２８９２６号公報（図２）
【特許文献２】特開２００６−１２１３３２号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記ブロードキャストに対するパッシブＡＣＫを用いた応答確認では、あるノードが送信したフレームを順次転送することが必要で、送信したデータと同じ大きさのフレームが使用され、多数のノードがブロードキャストによる通信を行うような場合に、輻輳を助長するばかりでなく、例えばブロードキャストフレームを転送しないようなネットワークにおいては応答確認を行うことができない。
【０００９】
本発明では、このような不特定多数の無線通信装置に自身の情報を広告するような無線通信において輻輳時に輻輳を助長することのない受信応答情報を用いて自律的に送信を停止することができ、また、輻輳状態の解消を自律的に判断して送信を再開することができる輻輳制御方法、無線通信システム及び無線通信装置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】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける輻輳制御方法であって、
前記複数の無線通信装置の各々が、各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信するステップと、
前記フレームを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断ステップとを、
有する構成とした。
この構成により、各タイムスロット期間に複数の無線通信装置の各々から受信したフレームの受信応答情報を各スーパーフレーム期間にブロードキャストして、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１１】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１２】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１３】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断ステップは、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１４】
また、前記判断ステップは、自ノードの送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することができる。
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置の各々が、各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信する手段と、
前記フレームを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断手段とを、
有する構成とした。
この構成により、各タイムスロット期間に複数の無線通信装置の各々から受信したフレームの受信応答情報を各スーパーフレーム期間にブロードキャストして、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１６】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１７】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１８】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００１９】
また、前記判断手段は、自ノードの送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することができる。
【００２０】
本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の所定期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、
各タイムスロット期間に、前記複数のタイムスロットの各々において他の無線通信装置から受信したフレームの受信応答情報のフィールドを含むフレームを送信する手段と、
前記フレームを受信した場合に、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断する判断手段とを、
有する構成とした。
この構成により、各タイムスロット期間に複数の無線通信装置の各々から受信したフレームの受信応答情報を各スーパーフレーム期間にブロードキャストして、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００２１】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」と「エラー受信」の情報の合計数が第１の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を中断するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００２２】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける「正常受信」の情報の数が第２の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００２３】
また、前記受信応答情報は、「受信なし」か、「正常受信」か又は「エラー受信」かを示す情報で構成され、
前記判断手段は、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける自ノードの使用タイムスロットに対する「正常受信」の情報の数が第３の閾値を超えているか否かを判断することにより、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を停止するか否かを判断することができる。
【００２４】
前記判断手段は、自装置の送信を停止した場合、前のスーパーフレーム期間内の前記受信応答情報のフィールドにおける各受信応答情報に基づいて、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することを特徴とする。
この構成により、次のスーパーフレーム期間における自装置の送信を再開するか否かを判断することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、不特定多数の無線通信装置（ノード）に自身の情報を広告するような無線通信において複数のノードからの効率的な受信応答情報を用いて、自律的に送信の停止、再開を行うことが可能となる。これにより同じ機能のノードのみで自律的に輻輳の回避が可能となり特定の制御ノードを別途に用いる必要がなくなる。また複数のノードからの受信応答をタイムスロットに対する受信応答とすることで、受信応答のための付加情報を小さくし、送信データ量の増加を低減できる。さらに、複数のノードからの受信応答を用いて自ノードが送信したフレームの受信を確認後、送信を停止するため、自ノードが送信したフレームを受信したノードがいることを保証した上で送信を停止することができる。また、複数のタイムスロットを構成する時分割多重通信において受信した少数のフレームの中に含まれる情報から輻輳の状態が判断可能であり、この場合には、全てのタイムスロットを受信して輻輳を判断する必要がなくなるため、輻輳時の消費電力の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に本実施の形態における無線通信装置（ノード）種別とシステムの構成を示す。本システムは、有線／無線を問わない外部ネットワーク１（例えばインターネット）に接続され、外部ネットワーク１と通信可能であって商用電源などの供給が可能なゲートウェイ（ＧＷ）２と、無線通信ノード３として電池で駆動する小型の無線タグ３ａ、３ｂで構成される。無線タグ３ａ、３ｂは送受信が可能で、双方向にデータをやり取りすることが可能であり、以降Ｐ２Ｐ（Point to Point）タグとも呼ぶ。このＰ２Ｐタグ３ａ、３ｂには、設置後移動を想定しない（Stationary）Ｐ２ＰタグであるＰ２Ｐ−Ｓタグ３ａと、例えば人が保持して移動を行う（Mobile）Ｐ２ＰタグであるＰ２Ｐ−Ｍタグ３ｂの２種類がある。
【００２７】
図１に示すように、各Ｐ２Ｐタグ３ａ、３ｂはアドホックに、自身の通信可能範囲にあるＰ２Ｐタグ３ａ、３ｂと自身のＩＤを交換する。このように、移動するＰ２Ｐ−Ｍタグ３ｂによってＰ２Ｐタグ３ａ、３ｂが相互にＩＤを交換・蓄積することで、お互いの接触履歴を保持することになる。これによりＰ２Ｐ−Ｍタグ３ｂにはある人の行動履歴が、またＰ２Ｐ−Ｓタグ３ａには、ある地点における人の通過履歴が蓄積可能となる。例えば具体的なアプリケーションの一例としては、街中での人の行動、接触履歴の取得といったことが考えられる。この場合、商用電源の確保できる場所にＧＷ２を、それ以外の場所に多数のＰ２Ｐ−Ｓタグ３ａを配置することで、Ｐ２Ｐ−Ｍタグ３ｂを持った人の行動、接触履歴を取得することが可能となる。
【００２８】
また、このような、無線ノード３により単に自身のＩＤを交換して、接触履歴を残していくというアプリケーションにおいては、情報の送信側が、受信側を特定する必要はなく、それぞれのタグ３ａ、３ｂが自身のＩＤをブロードキャストして、受信したタグ３ａ、３ｂがこれを蓄積しておけばよい。
【００２９】
次に、図２に本実施の形態におけるスーパーフレーム期間Ｔ_pの構成を示す。本発明では、スーパーフレーム期間Ｔ_pは図２（ａ）に示すように、無線通信ノード３であるタグ３ａ、３ｂがフレームの送受信を行うアクティブ期間Ｔactと、タグ３ａ、３ｂの無線部（図７で後述）が動作を停止するスリープ期間（＝Ｔ_p−Ｔact）を有する。アクティブ期間Ｔactは図２（ｂ）に示すような固定長のタイムスロットＴＳ（タイムスロット数＝１６）による構成で、移動する各タグ３ｂは定期的にアクティブ期間Ｔact内の各タイムスロットＴＳをランダムに選択し、選択したタイムスロットＴＳ内に自身の情報をフレームで送信する。
【００３０】
また、図３には、本発明での応答確認（ＡＣＫ）のシーケンスを示した。図３では、３つのノードＡ、ノードＢ、ノードＣがそれぞれ自身のフレームＦ[A]、Ｆ[B]、Ｆ[C]をブロードキャストしている状態を示す。本発明においては、すれ違い時に各ノードＡ〜Ｃが情報を交換、蓄積し、特定のノード（図１のＧＷ２）にのみ、蓄積した情報を送信する。このため、あるノードから受信したフレームを他のノードに転送することはない。このためブロードキャストされるフレームＦ[A]、Ｆ[B]、Ｆ[C]は、お互い通信範囲にいるノードＡ〜Ｃ間でのみ送受信されることになる。
【００３１】
図３にはあるスーパーフレーム期間Ｎ−１において各ノードＡ〜Ｃがランダムに選択したタイムスロットＴＳに対して自身の情報をフレームＦ[A]、Ｆ[B]、Ｆ[C]で送信している状態を示す。ただしノードＡとノードＣは直接通信できない場所にある場合の例である。このとき、ノードＡの送信したフレームＦ[A]はノードＢに、ノードＢが送信したフレームＦ[B]はノードＡとノードＣに、ノードＣが送信したフレームＦ[C]はノードＢでどれも正常に受信されたとする。
【００３２】
次のスーパーフレーム期間Ｎにおいて、ノードＡ、Ｂ、Ｃがそれぞれ自身のフレームＦ[Ａ:b]、Ｆ[Ｂ:a,c]、Ｆ[Ｃ:b]を送信する時、それぞれのフレームＦ[Ａ:b]、Ｆ[Ｂ:a,c]、Ｆ[Ｃ:b] 中で自身が前スーパーフレーム期間Ｎ−１で受信したノードの情報（[]内のa,b,c）を付加して送信する。これにより、各ノードＡ、Ｂ、Ｃは他ノードのフレーム中に一緒に付加されて来るＡＣＫ情報により、前のスーパーフレーム期間Ｎ−１で送信した自身のフレームＦ[A]、Ｆ[B]、Ｆ[C]が受信されたことを認識することができる。また同時にノードＢに関しては、ノードＡとノードＣからのＡＣＫ情報を受信することで、複数ノードＡ、Ｃでの受信を確認することもできる。
【００３３】
次に各タグ（ノード３）で交換されるフレームＦの構成を図４に示す。各ノード３は１つのタイムスロットＴＳ内で送信可能な固定長のフレームＦを生成する。具体的には、自身が送信するタイムスロットＴＳの番号（Slot Number）、ノード３のタイプ（Type）及び自身のＩＤ番号（ＩＤ）の各フィールド、そして他のノードからのフレームＦの受信に応答して送信側ノードに受信状態を通知するＡＣＫフィールドより構成される。本発明においては、自身の情報を送信するフレームＦ中に、他のタイムスロットＴＳで他のノード３から受信したフレームの受信応答情報を含んでいることが特徴である。ＡＣＫフィールドは具体的には、システムで規定されるスーパーフレームＳＦの各タイムスロットＴＳ１〜ＴＳ１６を示すフィールドで構成されており、各タイムスロットＴＳ１〜ＴＳ１６での受信状況がＡＣＫ情報として格納される。
【００３４】
本発明においては、送信側ノードのＩＤを用いた個別の応答や、送信側ノードのフレームを送信することで受信を通知するパッシブＡＣＫといった方法と異なり、規定のタイムスロット分の固定長のＡＣＫフィールドにより、前回のスーパーフレーム期間Ｎ−１において受信した他の全ての送信元のノードに対して一度に自身の受信情報を提供する。したがって、１つのスーパーフレーム期間Ｔ_pでは、１６×１６個の受信状況が提供される。また各タイムスロットに対するＡＣＫフィールド内の個々の情報は２ビットで構成され、状態は以下のように示される。
００：受信無し、
１０：エラー状態で受信、
１１：正常状態で受信、
【００３５】
「１０：エラー状態で受信」には、受信したフレームＦがビットエラー、フレームエラーで廃棄された場合や、衝突により正しくフレームＦを受信できなかった場合を含んでいる。このような形で個別のノードを指定したＡＣＫでは無く、固定タイムスロットに対する受信状態を通知することで、個別のノードのＩＤなどを用いて複数のノードに対して応答確認をする場合と比較して、ＡＣＫの量に対してフレーム長を固定長に保てると同時に、非常に少ない情報量で通知することが可能となる。
【００３６】
次に、図５を用いてＡＣＫフィールドの生成方法を説明する。図５には、あるノード３における２回分のスーパーフレーム期間Ｎ−１、Ｎのタイミングを用いて、ＡＣＫフィールドの生成方法について説明している。図５はＮ回目のスーパーフレーム期間でノード３が「タイムスロット：３」でフレームＦを送信した場合を示す。この時にノード３が送信するフレームＦのＡＣＫフィールドには、前のスーパーフレーム期間Ｎ−１で自身が受信した全てのタイムスロットの状態が各タイムスロットに関して記述される。例えば
・「タイムスロット：１」（以下、ＴＳ１と記述）では正常にフレームを受信した（＝１１）、
・ＴＳ２も同様に正常にフレームを受信（＝１１）、
・ＴＳ３ではフレームの受信自体が無く（＝００）、
・・・
・ＴＳ６においては、フレームの受信はあったが正しく受信完了できなかった（＝１０）
・・・
ことを示している。このように、常にスーパーフレーム期間Ｎでは１回前のスーパーフレーム期間Ｎ−１の各タイムスロットの受信状態がエリア内の他のノード３に通知されることになる。
【００３７】
図６にスーパーフレーム受信時のＡＣＫフィールドを用いた確認方法について示す。１つのスーパーフレーム期間Ｎ（全タイムスロットＴＳ＝全フレーム）を受信し終わると、正常に受信できたフレームＦから、前スーパーフレーム期間Ｎ−１における各ノード３のタイムスロット受信状況を把握することができる。各ノード３は自身が前スーパーフレーム期間Ｎ−１において送信に使用したスロット番号を保持しておき、ＡＣＫフィールドの該当ＴＳ部分（図６ではＴＳ７）を確認することで、自身が送信した前フレームＦの他ノード３での受信状態を知ることが可能となる。ノード３が移動することを考えると、他のノード３が送信したフレームＦに対する受信情報が入っている可能性もあるが、該当情報を送信したノード３のＩＤを同時に確認できるので、例えば該当ノードが前スーパーフレーム期間Ｎ−１で、自身が受信したノードではない新しいノードからの情報であれば該当ＡＣＫ情報は除外するといったことも考えられる。
【００３８】
次に図７を用いて本発明のノード３の構成について説明する。本発明のノード３は、送信部１１ａ及び受信部１１ｂを有する無線部１１と、制御部１２と、ＩＤ蓄積部１３と、クロック１４と給電部１５により構成されている。送信部１１ａは無線を介して自身のＩＤを含むフレームＦを外部に送信する機能を有している。なお本発明のノード３においては、送信部１１ａにおけるフレーム送信は、自身のＩＤを定期的にブロードキャストすることで行われる。また受信部１１ｂは、他のノード３が同様に送信しているＩＤを含むフレームを受信する機能を有している。
【００３９】
また、制御部１２はこのノード３の動作を制御する機能を有している。制御部１２の機能については図８を用いて詳細に説明する。また、ＩＤ蓄積部１３は、受信部１１ｂで受信した他のノード３のＩＤを蓄積する機能を有している。なおＩＤ蓄積部１３にＩＤが蓄積される場合は、その時点における時刻情報がＩＤとともに記録されてもよい。また自身のＩＤ情報も同様に記録されている。またクロック１４は、送信部１１ａにおけるフレーム送信や、受信部１１ｂにおけるフレーム受信のタイミングを把握するためのクロック信号を出力する機能を有している。また給電部１５はノード３が任意の場所に移動可能なようにノード３内に内蔵されている電源であり、例えばノード３の筐体内に実装されている電池である。
【００４０】
次に図８を用いて、本発明の実施の形態における制御部１２の機能について説明する。制御部１２は詳しくは、タイムスロット調整部２１と、フレーム解析部２２と、フレーム生成部２３と、ＡＣＫ生成部２４と、輻輳制御部２５により構成されている。タイムスロット調整部２１は、スーパーフレーム期間の同期を含むタイムスロットの同期調整を行うとともに、フレームＦの受信や、ランダムに選択されたタイムスロットＴＳに対し生成されたフレームＦを送信する機能を有している。フレーム解析部２２は、各タイムスロットＴＳでの受信状態を解析し、ＡＣＫ生成部２４と輻輳制御部２５に通知する機能や、受信したフレームＦからＩＤ情報を取得しＩＤ蓄積部１３に通知する機能を有する。
【００４１】
ＡＣＫ生成部２４はフレーム解析部２２からの情報に基づき、次回に自身が送信するフレームＦに付加するＡＣＫフィールドを生成する。輻輳制御部２５は、フレーム解析部２２からの情報に基づき輻輳の判定を行い、フレーム送信停止判断、フレーム送信再開判断の結果をフレーム生成部２３とタイムスロット調整部２１に対して行う。具体的には後述するフローチャートに記載の処理を行う。フレーム生成部２３は自身のＩＤと、送信するタイムスロット情報と、ＡＣＫ生成部２４より通知されるＡＣＫフィールド情報からフレームＦを生成する。
【００４２】
次に輻輳時の動作について説明する。無線通信範囲内において多数のノード３が密集したような場合、例えばノード３を保持した人が交差点において信号待ちの場合など、通信範囲内で通信可能なノード数に対してスーパーフレーム期間におけるタイムスロット数が少ない場合が発生する。このような場合、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）によるアクセス制御を行ったとしても、衝突によりフレームが受信できない場合や、連続して送信機会を得て送信するノード３と、送信機会を何度も得ることができずにフレーム送信できないノード３などがタイミングにより発生する可能性がある。本発明においては、輻輳発生時、フレームＦを送信するノード３を減少させることで輻輳を回避する。このため各ノード３においては輻輳時に自身がフレームＦの送信を停止するタイミングと、送信を再開するタイミングを制御することが必要になってくる。
【００４３】
図９から図１１に輻輳制御部２５における処理をフローチャートで示す。まず、図９に示すように、輻輳制御部２５ではフレーム解析部２２からの情報により輻輳時の短縮タイムスロットモードで動作している場合（ステップＳ１でYes）は、送信復帰判断処理（ステップＳ２）を、通常のタイムスロットモードで動作しているとき（ステップＳ１でNo）は送信停止判断処理（ステップＳ３）を行う。
【００４４】
図１０を用いて送信停止判断処理（ステップＳ３）を詳しく説明する。１つのスーパーフレームｎの受信が終了した時点で、該当スーパーフレームｎにおいて自ノード３が正常受信（＝１１）及びエラー受信（＝１０）したタイムスロット数が輻輳閾値Ａを超えているかどうかを判断する（ステップＳ１１）。輻輳閾値Ａを超えていない場合（ステップＳ１１でNo）、まだ輻輳状態ではないと判断して、通常の動作を行う。
【００４５】
輻輳閾値Ａを超えていた場合（ステップＳ１１でYes）、次に正常受信（＝１１）したフレームＦのＡＣＫフィールドをチェックし、ＡＣＫフィールドによって示される自ノード及び他ノードの使用スロット数が輻輳閾値Ｂを超えているかどうかを判断する（ステップＳ１２）。輻輳閾値Ｂを超えていない場合（ステップＳ１２でNo）、すれ違い時の一時的なノード３の集合の可能性もあるとしてまだ輻輳の判断を行わず、通常のフレーム送信動作を行う。
【００４６】
輻輳閾値Ｂを超えていた場合（ステップＳ１２でYes）、同様に正常受信（＝１１）した全フレームのＡＣＫフィールドから前スーパーフレーム期間において自身が送信したタイムスロットに対する正常受信（＝１１）の数をチェックし（ステップＳ１３）、閾値Ｃ以上で受信が確認された場合は（ステップＳ１３でYes）、次スーパーフレームにおけるフレームの送信を停止し（ステップＳ１４）、さらにスーパーフレームを構成するタイムスロットを短縮する短縮タイムスロット動作モードに変更する（ステップＳ１５）。閾値Ｃ以上の受信が確認されなかった場合（ステップＳ１３でNo）、輻輳状態ではあるが自身の情報を交換するために、通常通りフレームの送信を行う。
【００４７】
短縮タイムスロット動作モードとは、輻輳時に自身が送信を停止した場合、輻輳が回避されるまで、受信するタイムスロット自体を少なくして電力消費を低減するものである。輻輳状態においては、お互いに情報を交換する相手が多く存在することを意味し、あるノード３の情報を交換蓄積するノード数も増えることを意味する。またノード３が高密度に集合しているような状況では、ノード３の移動自体が相対的に少ないことが考えられ、輻輳状態が継続する状態では同じノード３間での送受信が増えると考えられる。このため輻輳状態で自身のフレーム送信を停止したノード３に関しては、輻輳状態が解消されるまで自身が受信蓄積する情報を低減することは、省電力化が重要な課題とされる無線ノードに対して有効な手段となる。
【００４８】
次に図１１を用いて送信を停止して短縮タイムスロット動作モードで動作している場合の送信復帰判断処理（ステップＳ２）を詳しく説明する。短縮タイムスロットモードでは、最初に受信したフレームＦのＡＣＫフィールドを利用して、回りの輻輳状態を判断する。最初に正常受信（＝１１）したフレームＦのＡＣＫフィールドが示す使用スロット数が輻輳閾値Ｄ以下の場合（ステップＳ２１でYes）、輻輳状態が回避されたと判断して、次のスーパーフレーム期間からの自フレームＦの送信を再開し（ステップＳ２２）、通常タイムスロット動作モードに変更する（ステップＳ２３）。輻輳閾値Ｄ以下でない場合（ステップＳ２１でNo）、まだ輻輳状態にあるとして以降のタイムスロットは使用せずにスリープモードに入り、次のスーパーフレームで同様の処理を繰り返す。
【００４９】
図１２は各タイムスロットの受信状況の例を示す。まず、図１２（ａ）では、図６において説明したように、ノード３の各々が、各タイムスロット期間に、複数のタイムスロットの各々において他のノード３から受信したフレームの応答情報（受信なし：００、正常受信：１１、エラー受信：１０）のＡＣＫフィールドを含むフレームＦを送信する。図１２（ｂ）は使用タイムスロット数（正常受信：１１、エラー受信：１０）が多いことを示す。各ノードはこれを判断して送信を停止すると、図１２（ｃ）に示すように使用タイムスロット数（正常受信：１１、エラー受信：１０）が少なくなり、各ノード３はこれを判断して送信を再開することができる。
【００５０】
このように、輻輳の解消を判断するために、全てのタイムスロットを受信して使用タイムスロットをチェックするのではなく、ある受信フレームＦに含まれるＡＣＫフィールドの情報を利用することで、少ない動作時間で輻輳の状態を判断することが可能となり、輻輳時の省電力化を実現することが可能となる。
【００５１】
なお、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブ ル・プロセッサーを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。例えば、バイオ技術の適用などが可能性としてあり得る。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、このような不特定多数のノードに自身の情報を広告するような無線通信において輻輳時に輻輳を助長することのない応答確認を用いて自律的に送信を停止することができ、また、輻輳状態の解消を自律的に判断して送信を再開することができるという効果を有し、無線通信ネットワークの小型の電池式ノード、特に交換するデータの小さい電子タグシステムのほか、他のネットワーク機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における無線ノード種別とシステム構成を示す説明図
【図２】本発明の実施の形態におけるスーパーフレーム期間及びタイムスロットの構成を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態における応答確認の動作シーケンスを示す説明図
【図４】本発明の実施の形態におけるフレームの構成を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態におけるＡＣＫフィールドの生成タイミングを示す説明図
【図６】本発明の実施の形態におけるＡＣＫフィールドを用いた応答確認方法を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態における無線通信ノードの構成を示すブロック図
【図８】図７の制御部の構成を詳しく示すブロック図
【図９】図８の輻輳制御部の処理を説明するフロー図
【図１０】図９の送信停止判断処理を詳しく説明するフロー図
【図１１】図９の送信復帰判断処理を詳しく説明するフロー図
【図１２】本発明の実施の形態における輻輳時の一連の制御動作を説明する図
【図１３】従来のシステムにおけるユニキャストフレームに対する受信応答の動作を説明する図
【図１４】従来のシステムにおけるブロードキャストフレームに対する受信応答の動作を説明する図
【符号の説明】
【００５４】
３  ノード
２１  タイムスロット調整部
２２  フレーム解析部
２３  フレーム生成部
２４  ＡＣＫ生成部
２５  輻輳制御部
【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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【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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