特許 5786836 無線通信システム、管理装置、無線デバイス、及び無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5786836

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年9月30日

(54)【発明の名称】無線通信システム、管理装置、無線デバイス、及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20150910BHJP

   H04W 76/02 20090101ALI20150910BHJP

   H04W 76/06 20090101ALI20150910BHJP

   H04W 40/24 20090101ALI20150910BHJP

【ＦＩ】

   H04W52/02 111

   H04W76/02

   H04W76/06

   H04W40/24

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-233767(P2012-233767)

(22)【出願日】2012年10月23日

(65)【公開番号】特開2014-86852(P2014-86852A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2013年12月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】藤本 直之

(72)【発明者】

【氏名】山路 雅人

【審査官】 小池 堂夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０７３１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３１８５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｗ ５２／０２

Ｈ０４Ｗ ４０／２４

Ｈ０４Ｗ ７６／０２

Ｈ０４Ｗ ７６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線ネットワークを介した無線通信が行われる無線通信システムにおいて、
前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻になった場合に、前記無線ネットワークへの参入要求を行う無線デバイスと、
前記参入要求を行った無線デバイスを前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスの前記無線ネットワークを介した無線通信が完了した場合に、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる管理装置と
を備え、
前記管理装置は、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる前に、当該無線デバイスに対して、前記無線ネットワークに参入すべき次回の時刻を前記参入予定時刻として設定する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

前記管理装置は、前記無線デバイスを識別する識別情報と、前記無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを示すフラグとが対応付けられたテーブルを格納する格納部を備えており、当該無線デバイスから得られる識別情報に対応するフラグに基づいて当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを制御する請求項１記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記管理装置の格納部に格納されたテーブルの内容を設定可能な上位管理装置を備えることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。

【請求項4】

複数の無線デバイスで形成される無線ネットワークの管理を行う管理装置において、
前記無線ネットワークへの参入要求を行った無線デバイスを前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスの前記無線ネットワークを介した無線通信が完了した場合に、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる制御部と、
当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる前に、当該無線デバイスに対して、前記無線ネットワークに参入すべき次回の時刻を参入予定時刻として設定する設定部と
を備えることを特徴とする管理装置。

【請求項5】

前記無線デバイスを識別する識別情報と、前記無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを示すフラグとが対応付けられたテーブルを格納する格納部を備えており、
前記制御部は、当該無線デバイスから得られる識別情報に対応するフラグに基づいて当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを制御する
ことを特徴とする請求項４記載の管理装置。

【請求項6】

無線ネットワークを介して無線通信を行う無線デバイスにおいて、
前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記参入予定時刻になった場合に、前記無線ネットワークへの参入要求を行う制御部と
を備え、
前記記憶部は、前記参入予定時刻に加えて、前記無線ネットワークへの参入要求を行うために前回必要であった通信リソースに関する第１情報、及び前記無線ネットワークにおける時刻と自機の時刻との偏差を示す第２情報を記憶し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記参入予定時刻と前記第１，第２情報とを用いて前記無線ネットワークに参入するための処理を行う
ことを特徴とする無線デバイス。

【請求項7】

前記制御部は、予め規定された事象が生じた場合には、前記参入予定時刻に拘わらず、前記無線ネットワークへの参入要求を行うことを特徴とする請求項６記載の無線デバイス。

【請求項8】

無線ネットワークを介して無線通信を行う無線通信方法であって、
前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻になったときに、前記無線ネットワークへの参入要求を行う第１ステップと、
前記参入要求を行った無線デバイスを前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスによって前記無線ネットワークを介した無線通信を行う第２ステップと、
前記無線ネットワークを介した無線通信が完了したときに、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる第３ステップと、
当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる前に、当該無線デバイスに対して、前記無線ネットワークに参入すべき次回の時刻を前記参入予定時刻として設定するステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システム、管理装置、無線デバイス、及び無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されている。このような分散制御システムの基礎をなす通信システムは、有線によって通信を行うものが殆どであったが、近年においてはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うものも実現されている。

【0003】

これらの無線通信規格に準拠した無線通信システムは、メディアアクセス方式としてＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）方式を用い、システムマネージャ（或いは、ネットワークマネージャ）と呼ばれる管理装置を設けてＴＤＭＡ方式における通信リソース（チャネルやタイムスロット等）の管理を行っている。具体的に、管理装置は、無線ネットワークを介して行われる無線通信の各々に対して互いに異なるタイムスロット及びチャネルの割り当てを行った通信スケジュールを作成し、通信リソースの割り当てが重複しないように管理している。

【0004】

ここで、上記の無線通信システムで用いられるフィールド機器（無線フィールド機器）は、基本的に単独でプラント等に設置され、外部からの電力供給（例えば、通信バスを介した電力供給）を受けることができないため、電源として電池が用いられる。このような無線フィールド機器では、電池の消耗を極力少なくするために、上記の管理装置で作成される通信スケジュールに従った省電力動作が行われる。具体的には、通信を行う必要が無い場合には、スリープ状態（無線ネットワークに参入している状態ではあるが、電力消費を極力少なくするために無線信号の送信及び受信を行わない状態）になっており、通信を行う必要が生じた場合にのみアクティブ状態（無線信号の送信又は受信が可能な状態）に移行して、管理装置によって割り当てられた通信リソースを用いて無線信号を送信又は受信する動作が行われる。

【0005】

また、上記の無線通信システムにおいて、管理装置で作成される通信スケジュールに従った通信が正常に行われるためには、無線ネットワークを介して無線通信を行う無線機器（無線フィールド機器を含む）の時刻が互いに同期していることが前提となる。このため、無線通信システムでは、下位の無線機器（例えば、無線フィールド機器）が、上位の無線機器（例えば、無線ルータ）から定期的に（例えば、数分程度の時間間隔で）時刻情報を取得し、取得した時刻情報を用いて自機の時刻を補正する動作（クロックアップデート）が行われる。尚、以下の特許文献１には、上述の省電力動作を行う従来の無線フィールド機器の一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７９８６６５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、従来の無線通信システムにおいて、無線ネットワークを介して無線通信を行う無線機器は、上述した省電力動作を行うか否かに拘わらず、無線ネットワークに参入している状態（ジョイン（Join）状態）にある。ここで、ジョイン状態とは、具体的には以下の（ａ）〜（ｃ）に示す状態の全てが満たされている状態をいう。
（ａ）無線通信システムと時刻同期している状態
（ｂ）暗号化通信の設定が完了しており、他の無線機器との間で行われる通信のセキュリティが確立されている状態
（ｃ）一定の無線帯域（タイムスロット及びチャネル）が割り当てられている状態

【0008】

ジョイン状態にある無線機器は、管理装置で作成された通信スケジュールに従って無線信号を送信又は受信できるため、リアルタイム性（伝送遅延（レイテンシー）が殆ど生じないこと）が実現できるというメリットがある。しかしながら、ジョイン状態にある無線機器は、一定の無線帯域（タイムスロット及びチャネル）を占有するため、無線ネットワークに参入可能な無線機器の数が制限されてしまうという問題がある。

【0009】

例えば、１秒間のタイムスロット数が「１００」であり、チャネル数が「１６」である無線通信システムにおいて、各無線機器が１秒間に１回だけ無線通信を行うと仮定した場合には、無線ネットワークに参入可能な無線機器の最大数は「１６００」に制限される。実際には、使用されるタイムスロット及びチャネルについてある程度の余裕を考慮すると、無線ネットワークに参入可能な無線機器の数は「１０００」程度に制限されると考えられる。

【0010】

また、従来の無線通信システムでは、上述した通り、各無線機器が定期的にクロックアップデートを行って時刻を互いに同期させる必要がある。このクロックアップデートは、データの送受信を行わない場合でも定期的に行う必要があるため、無線機器の消費電力を低減することができない要因になっている。無線機器の消費電力が大きいと、その分だけ容量の大きな高価な電池を搭載せざるを得ず、電池のコストを含めた無線機器のコストの低減が困難であるという問題がある。

【0011】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも多くの無線デバイスを無線ネットワークに参入させることが可能であり、更には無線デバイスの消費電力を低減することが可能な無線通信システム、管理装置、無線デバイス、及び無線通信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】

【0012】

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、無線ネットワーク（Ｎ１）を介した無線通信が行われる無線通信システム（１）において、前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻（Ｑ１）になった場合に、前記無線ネットワークへの参入要求を行う無線デバイス（１１ａ〜１１ｄ）と、前記参入要求を行った無線デバイスを前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスの前記無線ネットワークを介した無線通信が完了した場合に、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる管理装置（１５）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、無線ネットワークへの参入要求を送信した無線デバイスを無線ネットワークに参入させる処理が行われ、無線ネットワークに参入した無線デバイスの無線ネットワークを介した無線通信が完了すると、その無線デバイスを無線ネットワークから離脱させる処理が行われる。
また、本発明の無線通信システムは、前記管理装置が、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる前に、当該無線デバイスに対して、前記無線ネットワークに参入すべき次回の時刻を前記参入予定時刻として設定することを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記管理装置が、前記無線デバイスを識別する識別情報と、前記無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを示すフラグとが対応付けられたテーブル（Ｑ３）を格納する格納部（３３）を備えており、当該無線デバイスから得られる識別情報に対応するフラグに基づいて当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを制御することを特徴としている。
また、本発明の無線通信システムは、前記管理装置の格納部に格納されたテーブルの内容を設定可能な上位管理装置（１７、１８）を備えることを特徴としている。
本発明の管理装置は、複数の無線デバイス（１１ａ〜１１ｄ）で形成される無線ネットワーク（Ｎ１）の管理を行う管理装置（１５）において、前記無線ネットワークへの参入要求を行った無線デバイスを前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスの前記無線ネットワークを介した無線通信が完了した場合に、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる制御部（３４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の管理装置は、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる前に、当該無線デバイスに対して、前記無線ネットワークに参入すべき次回の時刻を参入予定時刻（Ｑ１）として設定する設定部（３４ａ）を備えることを特徴としている。
また、本発明の管理装置は、前記無線デバイスを識別する識別情報と、前記無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを示すフラグとが対応付けられたテーブル（Ｑ３）を格納する格納部（３３）を備えており、前記制御部が、当該無線デバイスから得られる識別情報に対応するフラグに基づいて当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させるか否かを制御することを特徴としている。
本発明の無線デバイスは、無線ネットワーク（Ｎ１）を介して無線通信を行う無線デバイス（１１ａ〜１１ｄ）において、前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻（Ｑ１）を記憶する記憶部（２４）と、前記記憶部に記憶された前記参入予定時刻になった場合に、前記無線ネットワークへの参入要求を行う制御部（２５）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の無線デバイスは、前記記憶部が、前記参入予定時刻に加えて、前記無線ネットワークへの参入要求を行うために前回必要であった通信リソースに関する第１情報、及び前記無線ネットワークにおける時刻と自機の時刻との偏差を示す第２情報を記憶し、前記制御部が、前記記憶部に記憶された前記参入予定時刻と前記第１，第２情報とを用いて前記無線ネットワークに参入するための処理を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線デバイスは、前記制御部が、予め規定された事象が生じた場合には、前記参入予定時刻に拘わらず、前記無線ネットワークへの参入要求を行うことを特徴としている。
本発明の無線通信方法は、無線ネットワーク（Ｎ１）を介して無線通信を行う無線通信方法であって、前記無線ネットワークに参入すべき時刻である参入予定時刻（Ｑ１）になったときに、前記無線ネットワークへの参入要求を行う第１ステップ（Ｓ１３）と、前記参入要求を行った無線デバイス（１１ａ〜１１ｄ）を前記無線ネットワークに参入させ、当該無線デバイスによって前記無線ネットワークを介した無線通信を行う第２ステップ（Ｓ１５、Ｓ２２）と、前記無線ネットワークを介した無線通信が完了したときに、当該無線デバイスを前記無線ネットワークから離脱させる第３ステップ（Ｓ２７）とを有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、無線ネットワークへの参入要求を送信した無線デバイスを無線ネットワークに参入させ、無線ネットワークに参入した無線デバイスの無線ネットワークを介した無線通信が完了すると、その無線デバイスを無線ネットワークから離脱させているため、従来よりも多くの無線デバイスを無線ネットワークに参入させることが可能であるという効果がある。また、無線デバイスを無線ネットワークから離脱させることで、従来必要であった時刻補正（クロックアップデート）が不要となるため、無線デバイスの消費電力を低減することができるという効果があり、これにより電池のコストを含めた無線デバイスのコストを低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による無線デバイスの要部構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの要部構成を示すブロック図である。

【図4】システムマネージャで用いられるデバイス情報の一例を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態において割り当てられる通信リソースを説明するための図である。

【図6】本発明の一実施形態による無線デバイスの動作を示すフローチャートである。

【図7】本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの動作を示すフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態による無線通信システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図9】本発明の一実施形態で行われる親ルータの探索処理を説明するための図である。

【図10】本発明の一実施形態による無線通信システムの他の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、管理装置、無線デバイス、及び無線通信方法について詳細に説明する。

【0016】

〈無線通信システムの全体構成〉
図１は、本発明の一実施形態による無線通信システムの全体構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信システム１は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、無線ルータ１３ａ，１３ｂ、バックボーンルータ１４ａ，１４ｂ、システムマネージャ１５（管理装置）、ゲートウェイ１６、監視制御装置１７（上位管理装置）、及び端末装置１８（上位管理装置）を備えており、無線ネットワークＮ１を介したＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）方式による無線通信が可能である。この無線通信システム１は、例えばプラントや工場等（以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という）に構築される。

【0017】

ここで、無線通信システム１が構築されるプラントには、無線ネットワークＮ１、バックボーンネットワークＮ２、及び制御ネットワークＮ３が設けられている。無線ネットワークＮ１は、プラントの現場に設置された機器（無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、無線ルータ１３ａ，１３ｂ、及びバックボーンルータ１４ａ，１４ｂ）によって実現されて、システムマネージャ１５によって管理されるネットワークである。尚、無線ネットワークＮ１を形成する無線デバイス、無線ルータ、及びバックボーンルータの数は任意である。

【0018】

バックボーンネットワークＮ２は、無線通信システム１の基幹となる有線ネットワークであり、バックボーンルータ１４ａ，１４ｂ、システムマネージャ１５、及びゲートウェイ１６が接続される。制御ネットワークＮ３は、バックボーンネットワークＮ２の上位に位置づけられる有線ネットワークであり、ゲートウェイ１６、監視制御装置１７、及び端末装置１８が接続される。

【0019】

無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントに設置されるフィールド機器であり、監視制御装置１７の制御の下で動作する。これら無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２は何れも、電池を電源として省電力動作（例えば、間欠動作）を行い、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したＴＤＭＡ方式による無線通信が可能である。但し、上記の無線デバイス１１ａ〜１１ｄと無線デバイス１２とは、無線ネットワークＮ１に参入している状態（ジョイン（Join）状態）を維持するか否かにおいて大きく相違する。

【0020】

具体的に、無線デバイス１１ａ〜１１ｄは、無線ネットワークＮ１に参入した後に予定された無線通信（無線ネットワークＮ１を介した無線通信）が完了すると、システムマネージャ１５の管理の下で無線ネットワークＮ１から離脱（リーブ（Leave））する。これに対し、無線デバイス１２は、従来の無線デバイスと同様に、システムマネージャ１５の管理の下で無線ネットワークＮ１に参入した後はジョイン状態を維持する。

【0021】

このように、無線デバイス１１ａ〜１１ｄが無線ネットワークＮ１から離脱するのは、無線通信を行う必要が無い場合に通信リソースを開放することによって、従来よりも多くの無線デバイスを無線ネットワークＮ１に参入可能にするためである。また、ジョイン状態を維持する場合に必要となるクロックアップデート（定期的な時刻同期）を無くすことで、無線デバイス１１ａ〜１１ｄの消費電力を低減するためである。

【0022】

ここで、無線デバイス１１ａ〜１１ｄが無線ネットワークＮ１から離脱している状態（リーブ状態）とは、具体的には以下の（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態の全てが満たされている状態をいう。
（Ａ）無線通信システムとの時刻同期が維持されていない状態
（Ｂ）他の無線機器との間で行われる通信のセキュリティが確立されていない状態
（Ｃ）無線帯域（タイムスロット及びチャネル）が割り当てられていない状態

【0023】

また、上記の無線デバイス１１ａ〜１１ｄと無線デバイス１２とは、無線ネットワークＮ１への参入するタイミングも相違する。具体的に、無線デバイス１１ａ〜１１ｄは、無線ネットワークＮ１に参入した後は無線ネットワークＮ１から離脱することを前提とするものであるため、システムマネージャ１５によって設定される参入予定時刻（無線ネットワークＮ１に参入すべき時刻）になったタイミングでジョイン要求を行う。これに対し、無線デバイス１２は、無線ネットワークＮ１に参入した後はジョイン状態を維持するものであるため、基本的には作業者からの指示があったタイミングで、システムマネージャ１５に対して無線ネットワークＮ１への参入要求（ジョイン要求）を行う。尚、無線デバイス１１ａ〜１１ｄの詳細については後述する。

【0024】

無線ルータ１３ａ，１３ｂは、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、及びバックボーンルータ１４ａ，１４ｂとの間でＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行い、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、及びバックボーンルータ１４ａ，１４ｂとの間で送受信されるデータを中継する。これら無線ルータ１３ａ，１３ｂも、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２と同様に、電池を電源として間欠動作等の省電力動作を行う。尚、図１では、無線デバイス１２がバックボーンルータ１４ａに直接接続されている状態を図示しているが、無線デバイス１２は、無線デバイス１ａ〜１１ｄと同様に、無線ルータ１３，１３ｂを介してバックボーンルータ１４ａ，１４ｂに接続されることもある。

【0025】

また、無線ルータ１３ａ，１３ｂは、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２に対して定期的に広告パケットを送信する。この広告パケットは、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２を無線ネットワークＮ１に接続させるため、或いは無線ネットワークＮ１に参入している無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の時刻を同期させるために用いられるものである。尚、ここでは、説明を簡単にするために、無線ルータ１３ａ，１３ｂの双方が広告パケットを送信するものとするが、無線ルータ１３ａ，１３ｂのうちの何れか一方のみが広告パケットを送信するものであっても良い。

【0026】

バックボーンルータ１４ａ，１４ｂは、無線ネットワークＮ１とバックボーンネットワークＮ２とを接続し、無線ネットワークＮ１とバックボーンネットワークＮ２との間で送受信されるデータの中継を行う。このバックボーンルータ１４ａ，１４ｂは、例えばバックボーンネットワークＮ２から供給される直流電力、或いはバックボーンネットワークＮ２とは別の経路を介して供給される直流電力により連続して動作し、上記の無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。

【0027】

システムマネージャ１５は、例えば商用電源から供給される電力により連続して動作し、無線ネットワークＮ１を介して行われる無線通信の制御を行う。具体的には、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、無線ルータ１３ａ，１３ｂ、バックボーンルータ１４ａ，１４ｂ、及びゲートウェイ１６に対する通信リソース（タイムスロット及びチャネル）の割り当て制御を行って、無線ネットワークＮ１を介したＴＤＭＡによる無線通信を実現する。

【0028】

また、システムマネージャ１５は、無線ネットワークＮ１に対して無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２等を参入させる処理（参入処理）を行うとともに、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａ〜１１ｄを離脱させる処理（離脱処理）を行う。ここで、システムマネージャ１５は、無線デバイスの識別子と無線ネットワークＮ１から無線デバイスを離脱させるか否かを示すフラグとが対応付けられているデバイス情報に基づいて上記の離脱処理を行う。また、システムマネージャ１５は、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａ〜１１ｄを離脱させる際には、無線デバイス１１ａ〜１１ｄに対し、無線ネットワークＮ１に参入すべき次回の時刻を参入予定時刻として設定する処理を行う。尚、システムマネージャ１５の詳細については後述する。

【0029】

ゲートウェイ１６は、バックボーンネットワークＮ２と制御ネットワークＮ３とを接続し、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、システムマネージャ１５等と、監視制御装置１７及び端末装置１８との間で送受信される各種データの中継を行う。このゲートウェイ１６を設けることで、セキュリティを維持しつつ、バックボーンネットワークＮ２と制御ネットワークＮ３とを相互に接続することができる。

【0030】

監視制御装置１７は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２等の監視及び管理を行う。具体的に、監視制御装置１７は、ゲートウェイ１６を介して無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２から測定データを収集することによって無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２等の監視を行う。また、監視制御装置１７は、収集した測定データに基づいて無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の制御量を求め、ゲートウェイ１６を介して無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２に設定することによって、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２を制御する。また、監視制御装置１７は、システムマネージャ１５に格納されている上記のデバイス情報の設定や変更を行う。

【0031】

端末装置１８は、例えばプラントの運転員によって操作され、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の監視及び制御等を行うために用いられる。具体的に、端末装置１８は、キーボードやポインティングデバイス等の入力装置、液晶表示装置等の表示装置を備えており、監視制御装置１７で得られた無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の監視結果を表示装置に表示して運転員に提供するとともに、運転員が入力装置を操作して入力した指示を監視制御装置１７に出力して、その指示に基づいた制御を監視制御装置１７に行わせる。また、端末装置１８は、監視制御装置１７と同様に、システムマネージャ１５に格納されている上記のデバイス情報の設定や変更が可能である。

【0032】

〈無線デバイス１１ａ〜１１ｄの構成〉
図２は、本発明の一実施形態による無線デバイスの要部構成を示すブロック図である。尚、無線デバイス１１ａ〜１１ｄは同様の構成であるため、ここでは無線デバイス１１ａを代表させて説明する。また、理解を容易にするために、無線デバイス１１ａは、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を測定するセンサ機器であるものとする。図２に示す通り、無線デバイス１１ａは、測定部２１、無線通信部２２、時計部２３、不揮発性メモリ２４（記憶部）、及び制御部２５を備える。

【0033】

測定部２１は、圧力計、温度計、流量計等の測定器を備えており、工業プロセスにおける各種の状態量（圧力、温度、或いは流量等）を測定し、その測定結果を示すプロセス値を出力する。無線通信部２２は、制御部２５の制御の下で、無線ネットワークＮ１を介した無線通信を行う。尚、無線通信部２２で行われる無線通信は、無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したものである。

【0034】

時計部２３は、時刻を計時して現在の時刻を示す時刻データを制御部２５に出力する。具体的に、時計部２３は、±数十ｐｐｍ（parts per million：１００万分の１）程度の精度で振動する水晶振動子を備えており、この水晶振動子の振動周波数を検出することによって時刻を計時する。時計部２３で計時される時刻は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入するときに制御部２５によって補正される。これは、無線ルータ１３ａやシステムマネージャ１５と同期させるためである。

【0035】

不揮発性メモリ２４は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入するために必要となる参入予定時刻Ｑ１及びルータ情報Ｑ２を記憶する。参入予定時刻Ｑ１は、無線ネットワークＮ１から離脱した状態にある無線デバイス１１ａが、無線ネットワークＮ１に参入すべきおおよその時刻を示す情報である。この参入予定時刻Ｑ１は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱する際に、システムマネージャ１５によって設定される。

【0036】

ルータ情報Ｑ２は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱する前に接続されていた親ルータ（無線ルータ１３ａ，１３ｂ或いはバックボーンルータ１４ａ，１４ｂ：図１に示す例では、無線ルータ１３ａ）を示す情報である。具体的に、ルータ情報Ｑ２は、「広告パケットホッピングパターン情報」（第１情報）、「広告パケット受信リンク情報」（第１情報）、及び「時刻偏差情報」（第２情報）を含む。上記の「広告パケットホッピングパターン情報」は、親ルータが広告パケットを定期的（例えば、４秒毎）に送信するために用いるチャネルの遷移順を示す情報である。上記の「広告パケット受信リンク情報」は、親ルータが送信する広告パケットを受信するためのリンク情報（オフセット及び周期）を示す情報である。上記の「時刻偏差情報」は、親ルータと無線デバイス１１ａとの時刻偏差を示す情報である。

【0037】

ルータ情報Ｑ２のうちの上記の「広告パケットホッピングパターン情報」及び「広告パケット受信リンク情報」は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入した後にシステムマネージャ１５によって設定される。これに対し、ルータ情報Ｑ２のうちの上記の「時刻偏差情報」は、親ルータから定期的に送信される広告パケットを無線デバイス１１ａが受信することによって、無線デバイス１１ａの制御部２５が算出する。具体的に、親ルータが広告パケットを送信する間隔をＴ１［ｓｅｃ］とし、無線デバイス１１ａが親ルータからの広告パケットを受信する間隔をＴ２［ｓｅｃ］とすると、制御部２５は、以下の（１）式を用いて、時刻偏差Ｄ［ｐｐｍ］を求める。
Ｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Ｔ１×１００００００ …（１）

【0038】

制御部２５は、無線デバイス１１ａの動作を統括して制御する。例えば、制御部２５は、測定部２１を制御して工業プロセスにおける各種の状態量を測定させ、無線通信部２２を制御して無線デバイス１１ａを無線ネットワークＮ１へ参入させ、或いは無線通信部２２を制御して測定部２１で測定されたプロセス値を、無線ネットワークＮ１を介して監視制御装置１７に向けて送信させる。

【0039】

この制御部２５は、探索期間算出部２５ａ及びイベント検出部２５ｂを備える。探索期間算出部２５ａは、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入する際に、親ルータを探索する期間を算出する。このように、親ルータの探索期間を算出するのは、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入する際の電力消費量を極力低減するためである。無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入するには、まず親ルータを探索する必要がある。親ルータを探索するには、複数のチャネルをサーチする必要があることから無線デバイス１１ａの消費電力が大きくなり、親ルータの探索が長期間に亘って行われると無線デバイス１１ａで電力が無駄に消費されてしまう。そこで、無線デバイス１１ａの電力消費量を極力低減するために、探索期間算出部２５ａで探索期間を求めて、親ルータを探索する期間を制限するようにしている。

【0040】

具体的に、探索期間算出部２５ａは、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱する直前に広告パケットを受信した時刻をｔ０とすると、以下の（２）式を用いて、親ルータの探索を開始する探索開始時刻ｔ１を求める。
ｔ１＝ｔ０＋（Ｔ２×ｎ）−（Ｔ２×ｎ）×Ｄ／１００００００×Ｓ …（２）
但し、上記（２）式中のＴ２は無線デバイス１１ａが親ルータからの広告パケットを受信していた間隔［ｓｅｃ］であり、Ｄは上記の（１）式で求められる時刻偏差であり、Ｓは広告パケットの受信が安全に行われるために設定される安全率（任意の値）であり、ｎは上述した参入予定時刻Ｑ１を広告パケットの受信間隔Ｔ２で除算して得られる商である。

【0041】

また、探索期間算出部２５ａは、以下の（３）式を用いて、探索を継続する探索期間Ｔを求める。
Ｔ＝（Ｔ２×ｎ）×Ｄ／１００００００×Ｓ×２ …（３）
従って、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入する際には、上記の（２）式で得られる探索開始時刻ｔ１から上記の（３）式で得られる探索期間Ｔが終了するまでの間（つまり、探索終了時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔ）になるまでの間）、無線デバイス１１ａによる親ルータの探索が行われる。

【0042】

イベント検出部２５ｂは、無線デバイス１１ａの内部で発生する様々なイベントのうち、予め設定されたイベント（事象）の発生を検出する。例えば、イベント検出部２５ｂは、無線デバイス１１ａの内部で異常が生じた場合に、その旨を示すイベントを検出する。このようなイベント検出部２５ｂを設けるのは、無線ネットワークＮ１から離脱している無線デバイス１１ａを、強制的に無線ネットワークＮ１に参入させるためである。つまり、無線デバイス１１ａは、無線ネットワークＮ１から離脱すると、基本的にシステムマネージャ１５によって設定された参入予定時刻Ｑ１（正確には、上記の探索開始時刻ｔ１）になるまで無線ネットワークＮ１に参入しない。無線ネットワークＮ１から離脱している状態で異常が生じた場合には、早急に無線ネットワークＮ１に参入してその旨を監視制御装置１７に伝える必要があるため、強制的に無線ネットワークＮ１に参入させるようにしている。

【0043】

〈システムマネージャ１５の構成〉
図３は、本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの要部構成を示すブロック図である。図３に示す通り、システムマネージャ１５は、通信部３１、時計部３２、格納部３３、及び制御部３４を備える。通信部３１は、制御部３４の制御の下で、バックボーンネットワークＮ２を介した通信を行う。時計部３２は、無線デバイス１１ａに設けられる時計部２３と同様に、時刻を計時して現在の時刻を示す時刻データを制御部３４に出力する。但し、システムマネージャ１５の時計部３２で計時される時刻は、無線ネットワークＮ１を介して無線通信を行う無線機器の基準となるものであるため、無線デバイス１１ａに設けられる時計部２３よりも高い精度で時刻を計時する。

【0044】

格納部３３は、例えばハードディスク等の外部記憶装置で実現され、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２を無線ネットワークＮ１から離脱させるか否かを制御するためのデバイス情報Ｑ３を格納する。図４は、システムマネージャで用いられるデバイス情報の一例を示す図である。図４に示す通り、デバイス情報Ｑ３は、「ＥＵＩ６４」，「タグ」，「デバイスタイプ」，「リーブフラグ」（フラグ），「更新周期」等が対応付けられたテーブル形式の情報である。

【0045】

上記「ＥＵＩ６４」は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２を一意に識別するために無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の各々に割り当てられた６４ビットの識別情報である。上記「タグ」は、例えばプラントの現場で作業を行う作業者が無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の識別を容易にするために無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の各々に付される情報である。上記「デバイスタイプ」は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２の種類を示す情報である。

【0046】

上記「リーブフラグ」は、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２を離脱させるか否かを示す情報である。「リーブフラグ」は、値が「１」である場合には、無線デバイスを無線ネットワークＮ１から離脱させる旨を示し、値が「０」である場合には、無線デバイスを無線ネットワークＮ１から離脱させずにジョイン状態を維持する旨を示す。「更新周期」は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２が測定したプロセス値を監視制御装置１７に送信すべき周期を示す情報である。

【0047】

図４に示す例において、下二桁の値が「０１」〜「０４」である「ＥＵＩ６４」は、無線デバイス１１ａ〜１１ｄにそれぞれ割り当てられたものであり、下二桁の値が「０５」である「ＥＵＩ６４」は、無線デバイス１２に割り当てられたものである。無線デバイス１１ａ〜１１ｄは、システムマネージャ１５の管理の下で無線ネットワークＮ１から離脱するものであるため、下二桁の値が「０１」〜「０４」である「ＥＵＩ６４」に対応する「リーブフラグ」は値が「１」に設定されている。これに対し、無線デバイス１２は、システムマネージャ１５の管理の下で無線ネットワークＮ１に参入した後はジョイン状態を維持するものであるため、下二桁の値が「０５」である「ＥＵＩ６４」に対応する「リーブフラグ」は値が「０」に設定されている。

【0048】

制御部３４は、システムマネージャ１４の動作を統括して制御する。例えば、無線ネットワークＮ１を介したＴＤＭＡによる無線通信を実現するために、無線ネットワークＮ１を介して無線通信を行う無線機器（無線デバイス１１ａ〜１１ｄ、無線デバイス１２、無線ルータ１３ａ，１３ｂ、バックボーンルータ１４ａ，１４ｂ）及びゲートウェイ１６に対する通信リソース（タイムスロット及びチャネル）の割り当て制御を行う。

【0049】

ここで、制御部３４によって割り当てられる通信リソースについて説明する。図５は、本発明の一実施形態において割り当てられる通信リソースを説明するための図である。尚、図５に示す図は、横軸に時間をとり、縦軸にチャネル（無線通信周波数）をとっている。図５において、横軸方向の１マスは１つのタイムスロットを示しており、縦軸方向の１マスは１つのチャネルを示している。但し、図示の簡単化のために、図５においてはチャネルを１０チャネルのみ図示している。

【0050】

図５において、斜線が付されたマスは制御部３４によって割り当てられた通信リソースを示しており、斜線が付されていないマスは制御部３４による割り当てが行われていない通信リソースを示している。例えば、図５において、符号Ｒ１が付されたマスは、バックボーンルータ１４ａが無線ルータ１３ａに対してデータを送信するために割り当てられた通信リソースを示しており、符号Ｒ２が付されたマスは、バックボーンルータ１４ａが無線デバイス１２に対してデータを送信するために割り当てられた通信リソースを示している。このように、制御部３４は、無線ネットワークＮ１を介して行われる無線通信の各々に対して互いに重複しないように通信リソースの割り当てを行う。

【0051】

また、制御部３４は、無線ネットワークＮ１へのジョイン要求があった場合には、そのジョイン要求を行った無線デバイスを無線ネットワークＮ１に参入させる処理を行う。また、格納部２２に格納されたデバイス情報Ｑ３を参照して、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａ〜１１ｄを離脱させる処理を行う。

【0052】

この制御部３４は、無線ネットワークＮ１から離脱させる無線デバイスに対して、無線ネットワークＮ１に参入すべき次回の時刻を参入予定時刻Ｑ１として設定する参入予定時刻設定部３４ａを備える。参入予定時刻設定部３４ａは、格納部２２に格納されたデバイス情報Ｑ３の「更新周期」を参照し、無線デバイス１１ａ〜１１ｄに設定される参入予定時刻Ｑ１が分散するように参入予定時刻Ｑ１の設定を行う。これは、無線デバイス１１ａ〜１１ｄが同時に無線ネットワークＮ１に参入しないようにするためである。

【0053】

〈無線通信システムの動作〉
次に、上記構成における無線通信システム１の動作について説明する。以下では、システムマネージャ１５の制御の下で、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に対して参入及び離脱する動作を中心に説明する。図６は、本発明の一実施形態による無線デバイスの動作を示すフローチャートであり、図７は、本発明の一実施形態による管理装置としてのシステムマネージャの動作を示すフローチャートである。また、図８は、本発明の一実施形態による無線通信システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。

【0054】

尚、システムマネージャ１５の格納部３３には、図４に示すデバイス情報Ｑ３が格納されているものとする。つまり、無線デバイス１１ａ〜１１ｄに割り当てられた「ＥＵＩ６４」に対応するリーブフラグの値が「１」に設定され、無線デバイス１２に割り当てられた「ＥＵＩ６４」に対応するリーブフラグの値が「０」に設定されたデバイス情報Ｑ３が格納されているものとする。このデバイス情報Ｑ３は、例えばプラントの運転員が、端末装置１８を操作して図４に示すデバイス情報Ｑ３を入力し、入力したデバイス情報Ｑ３のダウンロードの指示を行うことにより、システムマネージャ１５の格納部３３に格納される。

【0055】

図６に示すフローチャートは、例えば無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱してリーブ状態になったときに開始される。また、図７に示すフローチャートは、例えば予め規定された一定の周期で開始される。図６に示すフローチャートの処理が開始されると、まず親ルータの探索を開始すべき時間である探索開始時刻ｔ１になったか否かが無線デバイス１１ａの制御部２５で判断される（ステップＳ１１）。尚、ここでは説明を簡単にするために、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に前回参入していたときに、前述した（２），（３）式によって求められる探索開始時刻ｔ１及び探索期間Ｔが探索期間算出部２５ａによってそれぞれ求められているものとする。

【0056】

探索開始時刻になっていないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ１１の処理が繰り返し行われる。これに対し、探索開始時刻になったと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、無線デバイス１１ａの制御部２５は、図８に示す通り、リーブ状態を解除して無線ネットワークＮ１に参入するためのジョイン処理を開始する（図８中の時刻ｔ１１）。ジョイン処理が開始されると、無線デバイス１１ａの制御部２５は、まず無線ネットワークＮ１を管理するシステムマネージャ１５と無線通信を行うために、親ルータの探索処理を行う（ステップＳ１２）。

【0057】

図９は、本発明の一実施形態で行われる親ルータの探索処理を説明するための図である。親ルータの探索処理が開始されると、無線デバイス１１ａの制御部２５は、まず不揮発性メモリ２４からルータ情報Ｑ２を読み出して、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱する前に接続されていた親ルータ（ここでは、無線ルータ１３ａとする）を示す情報を得る。そして、ルータ情報Ｑ２に含まれる無線ルータ１３ａについての「広告パケットホッピングパターン情報」、「広告パケット受信リンク情報」、及び「時刻偏差情報」を用いて、無線ルータ１３ａから送信される広告パケットを受信する処理を行う。

【0058】

具体的には、図９に示す通り、探索開始時刻ｔ１から探索期間Ｔが終了するまでの間（つまり、探索終了時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔ）になるまでの間）、無線ルータ１３ａからチャネルＡ（Ｃｈ．Ａ）を介して送信される広告パケットを受信する処理が行われる。ここで、広告パケットの送信に用いられる複数のチャネルＡ〜Ｄ（Ｃｈ．Ａ〜Ｃｈ．Ｄ）のうち、最初に広告パケットを受信すべきチャネル（図９に示す例では、チャネルＡ（Ｃｈ．Ａ））は、ルータ情報Ｑ２に含まれる「広告パケットホッピングパターン情報」及び「広告パケット受信リンク情報」に基づいて決定される。

【0059】

尚、図９に示す例では、無線ルータ１３ａからチャネルＡ（Ｃｈ．Ａ）を介して送信された広告パケットの受信に失敗している。このように、広告パケットの受信に失敗した場合には、図９に示す通り、広告パケット受信間隔Ｔ２が経過した後に、ルータ情報Ｑ２に基づいて無線ルータ１３ａから次のチャネルを介して送信される広告パケットを受信する処理が行われる。つまり、時刻ｔ３（探索開始時刻ｔ１から広告パケット受信間隔Ｔ２が経過した時刻）から探索終了時刻ｔ４（＝ｔ３＋Ｔ）になるまでの間）、無線ルータ１３ａからチャネルＢ（Ｃｈ．Ｂ）を介して送信される広告パケットを受信する処理が行われる。尚、予め規定された回数だけ連続して広告パケットの受信に失敗した場合には、従来と同様の方法で親ルータの探索が行われる。

【0060】

無線ルータ１３ａからの広告パケットを受信すると、親ルータの探索処理が終了する（図９中の「成功」の時）。尚、無線ルータ１３ａからの広告パケットを受信した場合には、無線デバイス１１ａの制御部２５によって時計部２３で計時される時刻が補正され、これにより無線デバイス１１ａと無線ルータ１３ａとが同期する。親ルータの探索処理が終了すると、図９に示す通り、無線デバイス１１ａから無線ルータ１３ａに対してジョイン要求が送信される（ステップＳ１３：第１ステップ）。無線ルータ１３ａから送信されたジョイン要求は、無線ルータ１３ａ及びバックボーンルータ１４ａ，１４ｂの何れか一方を介してシステムマネージャ１５に送信される。

【0061】

システムマネージャ１５では、図７に示すフローチャートが予め規定された一定の周期で実行され、制御部３４でジョイン要求の有無が判断されている（ステップＳ２１）。ジョイン要求が無いと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、図７に示す一連の処理が終了する。これに対し、無線デバイス１１ａからのジョイン要求が送信されてくると、ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御部３４は、ジョイン要求を行った無線デバイス１１ａを無線ネットワークＮ１に参入させる処理を行う（ステップＳ２２：第２ステップ）。

【0062】

具体的に、システムマネージャ１５の制御部３４は、ジョイン要求を行った無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１への参入が許可されているものであるか否かを確認し、無線ネットワークＮ１への参入が許可されているものである場合には、無線ネットワークＮ１への参入を許可する旨を示す情報（ジョイン許可情報）を無線デバイス１１ａに送信する。このジョイン許可情報が送信されてくると、無線デバイス１１ａは、無線ネットワークＮ１に参入する（ステップＳ１４）。これにより、無線デバイス１１ａは、システムマネージャ１５の制御部３４によって割り当てられた通信リソースを用いて、無線ネットワークＮ１を介した無線通信が可能になる。

【0063】

また、システムマネージャ１５の制御部３４は、格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３を読み出して、無線ネットワークＮ１に参入した無線デバイス１１ａが、無線ネットワークＮ１から離脱させるべきものであるか否かを確認する（ステップＳ２３）。ここで、図４に示すデバイス情報Ｑ３では、無線デバイス１１ａに割り当てられた「ＥＵＩ６４」（下二桁の値が「０１」である「ＥＵＩ６４」）に対応するリーブフラグの値が「１」に設定されているため、制御部３４は、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱させるべきものであることを確認する。

【0064】

無線ネットワークＮ１に参入した無線デバイス１１ａは、図８に示す通り、無線ルータ１３ａがスリープ状態からアクティブ状態に遷移するタイミングで、測定部２１で測定されたプロセス値を、監視制御装置１７に向けて送信する（図８中の時刻ｔ１２：ステップＳ１５：第２ステップ）。他方、システムマネージャ１５の制御部３４は、ステップＳ２３で確認した内容に基づいて、無線デバイス１１ａが離脱させるべき無線デバイスであるか否かを判断する（ステップＳ２４）。ここでは、ステップＳ２３の処理で、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１から離脱させるべきものであることが確認されているため、判断結果は「ＹＥＳ」になる。尚、仮に、ステップＳ２４の判断結果が「ＮＯ」になった場合には、図７に示す一連の処理が終了する。

【0065】

ステップＳ２４の判断結果が「ＹＥＳ」になると、無線デバイス１１ａによる監視制御装置１７へのプロセス値の送信処理が完了したか否かが判断される（ステップＳ２５）。プロセス値の送信処理が完了していないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ２５の処理が継続される。これに対し、プロセス値の送信処理が完了したと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、システムマネージャ１５の制御部３４に設けられた参入予定時刻設定部３４ａは、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入すべき次回の時刻を参入予定時刻Ｑ１として設定する（ステップＳ２６）。

【0066】

参入予定時刻設定部３４ａによって設定された参入予定時刻Ｑ１は、無線ネットワークＮ１を介して無線デバイス１１ａに送信される。無線デバイス１１ａの制御部２５は、無線ネットワークＮ１を介して送信されてきた参入予定時刻Ｑ１を取得して不揮発性メモリ２４の参入予定時刻Ｑ１に記憶させる（ステップＳ１６）。尚、無線デバイス１１ａの制御部２５は、無線ネットワークＮ１に参入している間に、ルータ情報Ｑ２を取得して不揮発性メモリ２４に記憶させる処理を行う。また、ルータ情報Ｑ２が不揮発性メモリ２４に記憶される度に、無線デバイス１１ａの制御部２５に設けられた探索期間算出部２５ａは、前述した（２），（３）式を用いて探索開始時刻ｔ１及び探索期間Ｔをそれぞれ算出する。

【0067】

システムマネージャ１５からの参入予定時刻Ｑ１を取得すると、無線デバイス１１ａの制御部１５は、システムマネージャ１５からの離脱指示（無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａを離脱させる旨を示す指示）の有無を判断する（ステップＳ１７）。離脱指示が無いと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ１７の処理が繰り返し行われる。

【0068】

システムマネージャ１５の制御部３４は、参入予定時刻設定部３４ａによる無線デバイス１１ａへの参入予定時刻Ｑ１の設定が完了すると、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａを離脱させる指示を行う（ステップＳ２７：第３ステップ）。この指示が無線ネットワークＮ１を介して無線デバイス１１ａで受信されると、ステップＳ１７の判断結果が「ＹＥＳ」になり、無線デバイス１１ａは、無線ネットワークＮ１から離脱してリーブ状態になる（図８中の時刻ｔ１３：ステップＳ１８）。無線デバイス１１ａがリーブ状態になることによって、無線デバイス１１ａに割り当てられていた通信リソースは開放される。

【0069】

無線デバイス１１ａがリーブ状態になると、図６に示すフローチャートの処理が再び開始されて、以上説明した動作と同様の動作が行われる。つまり、次の探索開始時刻（図８中の時刻ｔ１４）になったか否かの判断を開始し（ステップＳ１１）、時刻ｔ１４になったと判断した場合（ステップＳ１１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ジョイン要求を送信して無線ネットワークＮ１に参入する処理を行う（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。そして、図８中の時刻ｔ１５においてプロセス値の送信等の処理を行い（ステップＳ１５，Ｓ１６）、図８中の時刻ｔ１６においてシステムマネージャ１５からの離脱指示があった場合に、無線ネットワークから離脱してリーブ状態になる（ステップＳ１７，Ｓ１８）。

【0070】

以上の通り、本実施形態では、無線ネットワークＮ１に参入すべき時刻である参入予定時刻になったときに、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１へのジョイン要求を行い、システムマネージャ１５がジョイン要求を行った無線デバイス１１ａを無線ネットワークＮ１に参入させて無線ネットワークＮ１を介した無線通信を行わせている。そして、無線ネットワークＮ１を介した無線通信が完了したときに、システムマネージャ１５が無線デバイス１１ａを無線ネットワークＮ１から離脱させるようにしている。

【0071】

このように、本実施形態では、無線ネットワークＮ１から無線デバイス１１ａを離脱させることによって、その無線デバイス１１ａに割り当てられていた通信リソースを開放しているため、従来よりも多くの無線デバイスを無線ネットワークＮ１に参入させることが可能である。また、無線デバイス１１ａを無線ネットワークＮ１から離脱させることで、従来必要であったクロックアップデートを省略することができるため、無線デバイスの消費電力を低減することができ、その結果として電池のコストを含めた無線デバイスのコストを低減することができる。

【0072】

尚、上述した実施形態における無線デバイス１１ａは、監視制御装置１７に対するプロセス値の送信を完了した後はリーブ状態になり、次の探索開始時刻になるまでリーブ状態を維持する。このため、監視制御装置１７は、無線デバイス１１ａがリーブ状態になる前に無線デバイス１１ａから送信されたプロセス値を受信することはできるものの、無線デバイス１１ａとの間でリアルタイムでの通信を行うことは基本的にはできない。但し、監視制御装置１７が、ゲートウェイ１６を介してシステムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３に含まれるリーブフラグを動的に変更することでリアルタイム通信を実現することができる。

【0073】

図１０は、本発明の一実施形態による無線通信システムの他の動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、ここでは、上述した実施形態と同様に、システムマネージャ１５の制御の下で、無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に対して参入及び離脱する動作を例に挙げて説明する。まず、無線デバイス１１ａについてのリーブフラグの値が「１」に設定されている場合には、上述した第１実施形態と同様に、参入予定時刻になったときにリーブ状態にある無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入し、プロセス値を送信した後は無線デバイス１１ａがリーブ状態になる動作が行われる（時刻ｔ２１〜ｔ２２）。

【0074】

いま、無線デバイス１１ａがリーブ状態である時刻ｔ２３において、監視制御装置１７が無線デバイス１１ａへ、時刻ｔ２２での通信より多くの回数の通信（例えば、プロセス値に加え、無線デバイス１１ａのパラメータを変更するための通信等）をする必要が生じたとする。すると、監視制御装置１７は、ゲートウェイ１６を介してシステムマネージャ１５にアクセスし、格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３に含まれる無線デバイス１１ａについてのリーブフラグの値を「０」に変更する。尚、無線デバイス１１ａは、システムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３が変更されたか否かに拘わらず次の参入予定時刻ｔ２４になるまでリーブ状態を維持する。

【0075】

参入予定時刻ｔ２４になると、無線デバイス１１ａはリーブ状態を解除し、無線ネットワークＮ１へのジョイン要求を送信して無線ネットワークＮ１に参入する。ここで、システムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３に含まれる無線デバイス１１ａについてのリーブフラグの値が「０」に変更されているため、無線デバイス１１ａは、無線デバイス１２と同様に、無線ネットワークＮ１から離脱されずにジョイン状態を維持する。これにより、無線デバイス１１ａは、図１０に示す通り、監視制御装置１７との間でリアルタイム通信を行うことが可能になる（時刻ｔ２５〜ｔ２６）。

【0076】

尚、図６に示すフローチャートでは、プロセス値の送信（ステップＳ１５）及び参入予定時刻の取得（ステップＳ１６）を行った後は、無線デバイス１１ａは、離脱指示の待ち状態になっている（ステップＳ１７）。しかしながら、無線ネットワークＮ１から離脱されずにジョイン状態が維持される場合には、無線デバイス１１ａは、離脱指示の待ち状態になったとしても無線通信が可能であるため、上述した監視制御装置１７との間のリアルタイム通信を行うことができる。

【0077】

いま、時刻ｔ２６において、監視制御装置１７と無線デバイス１１ａとの間の通信が完了したとすると、監視制御装置１７は、ゲートウェイ１６を介してシステムマネージャ１５にアクセスし、格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３に含まれる無線デバイス１１ａについてのリーブフラグの値を「１」に変更する。すると、システムマネージャ１５の制御部３４は、無線デバイス１１ａを直ちに無線ネットワークＮ１から離脱させる。これにより、無線デバイス１１ａはリーブ状態になり、次の参入予定時刻ｔ２７になるまでリーブ状態を維持する。

【0078】

尚、次の参入予定時刻ｔ２７では、システムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３に含まれる無線デバイス１１ａについてのリーブフラグの値が「１」に設定されている。このため、上述した第１実施形態と同様に、リーブ状態にある無線デバイス１１ａが無線ネットワークＮ１に参入し、プロセス値を送信した後は無線デバイス１１ａがリーブ状態になる動作が行われる（時刻ｔ２７〜ｔ２８）。

【0079】

尚、以上では、監視制御装置１７が、無線デバイス１１ａへ通信をする必要が生じたときに、システムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３を変更する例について説明した。しかしながら、例えばプラントの運転員が、必要に応じて端末装置１８を操作してシステムマネージャ１５の格納部３３に格納されたデバイス情報Ｑ３を変更するようにしても良い。

【0080】

以上、本発明の一実施形態による無線通信システム、管理装置、無線デバイス、及び無線通信方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う無線通信システムを例に挙げて説明したが、本発明はＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信を行う無線通信システムにも適用することができる。

【0081】

また、上記実施形態では、バックボーンルータ１４ａ，１４ｂ、システムマネージャ１５、及びゲートウェイ１６がそれぞれ別々の装置として実現されている例について説明した。しかしながら、これらのうちの任意の２つ以上の装置を１つの装置として実現することも可能である。更に、上記実施形態では、無線デバイス１１ａ〜１１ｄ及び無線デバイス１２がフィールド機器である場合を例に挙げて説明したが、これらはフィールド機器に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0082】

１ 無線通信システム
１１ａ〜１１ｄ 無線デバイス
１５ システムマネージャ
１７ 監視制御装置
１８ 端末装置
２４ 不揮発性メモリ
２５ 制御部
３３ 格納部
３４ 制御部
３４ａ 参入予定時刻設定部
Ｎ１ 無線ネットワーク
Ｑ１ 参入予定時刻
Ｑ３ デバイス情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】