特許 6955880 無線通信システムおよび無線通信方法

(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】6955880

(24)【登録日】2021年10月6日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】無線通信システムおよび無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/04 20090101AFI20211018BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20211018BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   H04W72/04 131

   H04W84/18

   H04W4/38

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-53465(P2017-53465)

(22)【出願日】2017年3月17日

(65)【公開番号】特開2018-157410(P2018-157410A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100149629

【弁理士】

【氏名又は名称】柘 周作

(74)【代理人】

【識別番号】100200148

【弁理士】

【氏名又は名称】今野 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100152788

【弁理士】

【氏名又は名称】手塚 史展

(72)【発明者】

【氏名】東坂 悠司

(72)【発明者】

【氏名】工藤 浩喜

(72)【発明者】

【氏名】佐方 連

【審査官】 横田 有光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２４８２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９４８９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４− ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続した複数のフレームを備え前記フレームを時系列に分割された複数のサブフレームを備えたフレーム構造においてデータを送受信する無線通信システムにおいて、
集約装置と、
前記集約装置との間で第１ホップ数を有する第１無線通信装置と前記集約装置との間で前記第１ホップ数と異なる第２ホップ数を有する第２無線通信装置と前記集約装置との間で前記第２ホップ数より１小さい第３ホップ数を有する第３無線通信装置とを含む複数の無線通信装置と、
を備え、
前記フレームに含まれる複数のサブフレームのうちの第１サブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１ホップ数より１小さいホップ数を有する親ノードに第１データを送信し、前記第２無線通信装置は前記第３無線通信装置に第２データを送信し、
前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる最初のサブフレームである場合には、前記フレームの直前のフレームに含まれる複数のサブフレームのうちの最後のサブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１ホップ数より１大きいホップ数を有する第１子ノードから前記第１データを構成する第１受信データを受信し、前記第２無線通信装置は前記第２ホップ数より１大きいホップ数を有する第２子ノードから前記第２データを構成する第２受信データを受信し、
前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる二番目以降のサブフレームである場合には、前記フレームに含まれる前記第１サブフレームの直前のサブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１子ノードから前記第１受信データを受信し、前記第２無線通信装置は前記第２子ノードから前記第２受信データを受信する、
無線通信システム。

【請求項2】

前記第２ホップ数は前記第１ホップ数より大きく、前記第１ホップ数と前記第２ホップ数の差は２以上である、請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記第２ホップ数は、前記フレームにおけるサブフームの数より大きく、前記第１ホップ数と前記第２ホップ数の差は、前記フレームにおける前記サブフレームの数又は前記サブフレームの数の整数倍と等しい、請求項１又は２のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項4】

前記複数の無線通信装置は、前記フレーム内の前記データを送受信しないサブフレームにおいてスリープする、請求項１乃至３のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項5】

前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる最後のサブフレームである場合には、前記フレームの直後のフレームに含まれる最初のサブフレームにおいて前記第３無線通信装置は前記第２データを含むデータを送信し前記親ノードは前記第１データを含むデータを送信し、
前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる最後のサブフレームでない場合には、前記フレームの直後のサブフレームにおいて前記第３無線通信装置は前記第２データを含むデータを送信し前記親ノードは前記第１データを含むデータを送信する、
請求項1乃至４のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項6】

前記フレームに含まれる複数のサブフレームが進むにつれて、前記サブフレームそれぞれで前記第２データを含むデータを送信する前記無線通信装置のホップ数が１ずつ減少する、請求項１乃至５のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項7】

システム稼働時間経過後あるいは規定の時刻に、前記複数のフレームに含まれる前記複数のサブフレームの数が変更される請求項１乃至６のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項8】

前記複数のサブフレームは複数のスロットを有し、前記第１無線通信装置が前記第１データを送信する前記スロットと前記第２無線通信装置が前記第２データを送信する前記スロットとは異なる、請求項１乃至７のいずれかに記載の無線通信システム。

【請求項9】

連続した複数のフレームを備え前記フレームを時系列に分割された複数のサブフレームを備えたフレーム構造においてデータを送受信する無線通信システムの無線通信方法であって、
集約装置と、
前記集約装置との間で第１ホップ数を有する第１無線通信装置と前記集約装置との間で前記第１ホップ数と異なる第２ホップ数を有する第２無線通信装置と前記集約装置との間で第２ホップ数より１小さい第３ホップ数を有する第３無線通信装置とを含む複数の無線通信装置と、
を備え、
前記フレームに含まれる複数のサブフレームのうちの第１サブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１ホップ数より１小さいホップ数を有する親ノードに第１データを送信し、前記第２無線通信装置は前記第３無線通信装置に第２データを送信し、
前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる最初のサブフレームである場合には、前記フレームの直前のフレームに含まれる複数のサブフレームのうちの最後のサブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１ホップ数より１大きいホップ数を有する第１子ノードから前記第１データを構成する第１受信データを受信し、前記第２無線通信装置は前記第２ホップ数より１大きいホップ数を有する第２子ノードから前記第２データを構成する第２受信データを受信し、
前記第１サブフレームが前記フレームに含まれる二番目以降のサブフレームである場合には、前記フレームに含まれる前記第１サブフレームの直前のサブフレームにおいて、前記第１無線通信装置は前記第１子ノードから前記第１受信データを受信し、前記第２無線通信装置は前記第２子ノードから前記第２受信データを受信する、
無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の無線ノードをメッシュ状に接続したメッシュネットワークが利用されてい
る。この無線メッシュネットワークの通信方式として、例えば、時分割通信方式が採用さ
れている。時分割通信方式では、各無線ノードをスリープさせるタイミングを容易に制御
できるため、無線メッシュネットワークを省電力化することができる。さらに、送信周期
内で早い時間をホップ数が大きい無線ノードの送信時間に割り当てることで、円滑な中継
伝送を実現している。

【0003】

しかしながら、従来の無線メッシュネットワークは、送信周期内で送信時間を割り当て
ることができるホップ数に上限値があり、ネットワークでカバーできるエリアサイズに限
界がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−０５４３４９号公報

【特許文献2】特開２００９−０９４８９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

カバーエリアサイズが大きい無線通信システム、これに含まれる無線通信装置、及び無
線通信方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る無線通信システムは、集約装置と、複数の無線通信装置であって、前
記集約装置との間で第１ホップ数を有する第１無線通信装置と前記集約装置との間で第１
ホップ数と異なる第２ホップ数を有する第２無線通信装置と前記集約装置との間で第１ホ
ップ数および第２ホップ数と異なる第３ホップ数を有する第３無線通信装置とを含む複数
の無線通信装置と、を備える。第１期間に含まれる複数のサブフレームのうちの第１サブ
フレームにおいて、前記第１無線通信装置は第１データを送信し、前記第２無線通信装置
は第２データを送信し、前記第３無線通信装置は前記第２データを受信し、前記第１送信
期間の次の第２送信期間に含まれる複数のサブフレームのうちの前記第１サブフレームと
対応しない第２サブフレームにおいて、前記第３無線通信装置は、前記第２データを送信
し、前記第３無線通信装置は前記第１送信期間において前記第３データを送信しない。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】無線通信システムの構成の一例を示す図である。

【図2】無線通信システムを示すネットワークトポロジーの模式図である。

【図3】時間フレームの構成を示す図。

【図4】集約装置の構成を示す図。

【図5】集約装置と無線通信装置のハードウェア構成を示す図。

【図6】無線通信装置の構成を示す図。

【図7】無線通信装置の別の構成を示す図。

【図8】サブフレーム番号と送信する無線ノードのホップ数の関係を示す図。

【図9】無線通信装置の初期動作を示すフローチャート。

【図10】無線通信装置の通常動作を示すフローチャート。

【図11】時間フレームの一例を示す図。

【図12】図１１の時間フレームにおける特定の無線通信装置の動作の一例を示す図。

【図13】図１１の時間フレームにおける特定の無線通信装置の動作の一例を示す図。

【図14】別の時間フレームと各ホップ数の無線ノードの各サブフレーム番号における送受信の関係の概略を示す図。

【図15】別の時間フレームと特定の無線通信装置の動作の一例を示す図。

【図16】図１５に示した時間フレームと各ホップ数の無線ノードの各サブフレーム番号における送受信の関係の概略を示す図。

【図17】別の時間フレームと特定の無線通信装置の動作の一例を示す図。

【図18】図１７に示した時間フレームと各ホップ数の無線ノードの各サブフレーム番号における送受信の関係の概略を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態について説明する。

【0009】

（第１の実施形態）
＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図である。図１に示す
ように、この無線通信システムは、複数の無線通信装置１と、集約装置２と、を備える。
無線通信システムは、無線通信装置１を無線ノード、集約装置２を根ノードとした無線メ
ッシュネットワークあるいは無線マルチホップネットワークを構成しており、時分割通信
方式により通信する。

【0010】

この無線通信システムにおいて、所定の範囲内に配置された無線通信装置１及び集約装
置２は、互いに無線通信が可能である。無線通信装置１は、例えば、温度センサや加速度
センサなどの任意のセンサを搭載し、センサにより測定した情報を無線で送信してもよい
。各無線通信装置１が送信した情報（データ）は、他の無線通信装置１を介して、或いは
、直接集約装置２に送信される。集約装置２は、各無線通信装置１から送信された情報を
集約する。このように無線通信装置１から集約装置２へ情報伝達することを上り通信と呼
ぶ。集約装置２は、例えば、無線通信機能を備えたサーバである。図示しないが、集約装
置２は他のサーバと有線あるいは無線で接続され、集約した情報をこのサーバに送信して
もよい。

【0011】

図２は、図１の無線通信システムを示すネットワークトポロジーの模式図である。図２
において、アルファベットは各無線ノード（無線通信装置１）、根は根ノード（集約装置
２）、矢印は上り通信における情報の伝達経路を示す。矢印の元は情報の送信元であり、
矢印の先は情報の送信先を示す。

【0012】

以下の説明において、各無線通信装置を無線ノードｘ、集約装置を根ノードという。ｘ
は、図中のアルファベットと対応する。情報が無線ノードxにより送信され根ノードに受
信されるまでの間に、その無線ノードxおよび他の無線ノードによって送信された回数を
、無線ノードｘのホップ数と呼ぶ。根ノードのホップ数は０である。無線ノードｘよりも
根ノードに近い（根ノードまでのホップ数が小さい）側を上流側、根ノードから遠い（根
ノードまでのホップ数が大きい）側を下流側という。さらに、無線ノードｘと情報を送受
信する無線ノード又は根ノードのうち、上流側の無線ノード又は根ノードを親ノード、下
流側の無線ノードを子ノードという。例えば、図２において、無線ノードａの親ノードは
根ノードであり、子ノードは無線ノードｃ，ｄである。

【0013】

無線ノードｘが、子ノード（親ノード）から受信した情報を親ノード（子ノード）に送
信することを中継という。中継の際には、受信した情報に無線ノードｘの情報を付加して
送信してもよい。なお、本実施形態は、情報が下流側から上流側に送信される上り通信の
場合を説明するが、本実施形態を下り通信の場合へ適用することも可能である。

【0014】

＜時間フレーム構成＞
図３は、時分割通信方式を説明する図である。時分割通信方式では、無線通信システム
の１サイクル分の動作時間が予め設定されている。この動作時間をフレーム（frame、期
間）という。無線通信システムは、１サイクル分の動作を繰り返してもよい。

【0015】

各フレームは、Ｎ個のサブフレーム（subframe）を含む。Ｎは１より大きい正の値であ
る。サブフレームは、１つ又は複数の無線ノードの動作時間である。無線ノードは、例え
ば、割り当てられたサブフレームで親ノードに情報を送信する。なお、フレームには、各
無線ノードの動作時間として割り当てられてないサブフレームが含まれてもよい。さらに
、サブフレームよりも小さな時間単位として、例えば時間スロットを定義し、サブフレー
ムが一定数の時間スロットで構成されてもよい。本実施形態は各無線ノードの送信サブフ
レームの割り当て方法に係り、この詳細については後述する。

【0016】

＜集約装置の構成＞
本実施形態に係る無線通信システムを構成する集約装置の構成について、図４を参照し
て説明する。本実施形態に係る集約装置２は、無線通信システムの無線通信装置１が通信
のタイミングを計る基準となる信号を送信し、無線通信装置１から伝送される情報を集約
する。図４は、集約装置２の構成を示す図である。

【0017】

無線通信装置１は、送受信部２１と、送信情報生成部２２と、情報集約部２３と、制御
情報生成部２４と、送信リソース決定部２５と、フレーム情報記憶部２６とを備える。

【0018】

送受信部２１は、無線信号から生成した電気信号に所定の信号処理を施し、受信情報を
取り出すことにより、無線信号を受信する。送受信部２１は、無線信号を送受信する送受
信アンテナを含んでもよい。送受信アンテナは、受信した無線信号を電気信号に変換し、
送受信部で生成された電気信号を無線信号に変換して送信する。受信情報には少なくとも
、送信元ノードの、ホップ数、センサ情報、ノードＩＤ、中継情報、及び送信先ノードの
ノードＩＤが含まれてもよい。ノードＩＤとは、無線通信システムを構成する各無線通信
装置１の識別子である。中継情報とは、送信元ノードが中継した他の無線ノードの情報で
ある。送信先ノードとは、送信元ノードが情報を送信する宛先とする無線ノードあるいは
根ノードである。信号処理には、ＡＤ変換や所定の通信プロトコルに従った復号化などの
処理が含まれる。

【0019】

また、送受信部２１は、送信情報生成部２２が生成した送信情報に所定の信号処理を施
して電気信号に変換し、送信する。送信情報には、自ノードのホップ数、フレーム情報、
時間情報、ノードＩＤ、確認応答情報が含まれてもよい。フレーム情報とは、上述のよう
な、無線通信システムにおけるフレーム、サブフレームなどの設定情報である。時間情報
とは、標準時であってもよく、無線通信システム稼働開始からフレームの単位でカウント
アップされるフレーム番号であってもよく、さらにフレーム中のサブフレーム番号や、当
該サブフレームの先頭から送信開始までの経過時間情報を含んでもよく、さらにサブフレ
ームよりも短い時間で規定された単位に関して同様の情報を含んでもよい。信号処理には
、ＤＡ変換や所定の通信プロトコルに従った符号化などの処理が含まれる。

【0020】

情報集約部２３は、送受信部２１が受信した受信情報を記憶する。記憶の際のデータ形
式はいかなる形式であってもよい。

【0021】

制御情報生成部２４は、フレーム情報記憶部２６に記憶されたフレーム情報に基づいて
、フレーム情報と時間情報を生成する。時間情報を標準時とする場合、手動で設定しても
よく、図示しない別の有線あるいは無線のネットワークを介してＮＴＰ（Network Time P
rotocol）やＰＴＰ（Precision Time Protocol）により同期した時刻を使用してもよく、
電波時計の受信機を持つ場合にはこれにより同期した時刻を使用してもよい。

【0022】

送信情報生成部２２は、制御情報生成部２４で生成されたフレーム情報と前記時間情報
に基づいて、送信情報を生成する。送信情報生成部２２はさらに、情報集約部２３に記憶
された受信情報に基づいて確認応答情報を生成し、送信情報に含めてもよい。確認応答情
報は、例えば、最後のフレーム番号における各無線ノードからの受信結果に応じて、各無
線ノードに１対１で対応するビットを設定した系列である。送信情報生成部２２により生
成された送信情報は、送受信部２１により送信される。

【0023】

送信リソース決定部２５は、制御情報生成部２４に生成されたフレーム情報に基づいて
、自ノードが送信情報を送信するサブフレームである送信サブフレームを決定する。この
詳細については後述する。さらに、複数の周波数チャネルを使用する場合には、いかなる
方法で送受信のための周波数チャネルを選択してもよい。

【0024】

フレーム情報は、集約装置に予め登録されてもよいし、別の有線あるいは無線ネットワ
ークにより外部から登録及び更新されてもよい。サブフレーム数Ｎとは、フレーム中のサ
ブフレームの数である。フレーム長が規定され、サブフレーム数Ｎが与えられれば、サブ
フレーム長が決定される。また、サブフレーム長が規定され、サブフレーム数Ｎが与えら
れれば、フレーム長が決定される。さらに、サブフレームよりも小さな時間単位としてス
ロット長が規定されていれば、これを基準にサブフレーム中のスロット数情報等でフレー
ム長やサブフレーム長を決定することができる。

【0025】

さらに、フレーム情報は、予め複数登録されていて、無線通信システムの稼働時間や標
準時に応じて自動的に切り替えられてもよく、無線通信システムの状態に応じて切り替え
られても良い。例えば、無線通信システム稼働開始時に第１の設定を採用し、集約情報の
監視により、無線通信システムに参加している無線通信装置の台数が一定数以上になると
第２の設定を採用してもよい。実用的には、第１の設定におけるサブフレーム数は、第２
の設定におけるサブフレーム数よりも小さくすることで、ネットワークの初期構築を短時
間で実施することができる。センシング情報の収集頻度を高めたい、あるいは、センシン
グ情報の粒度を上げたい場合には、サブフレーム数を小さくすれば通信容量の拡大に対応
することができ、夜間の運用など、省電力性を高めたい場合には、サブフレーム数を大き
くすればよい。フレーム情報が集約装置で変更された場合、無線通信システム全体に周知
するために、集約装置が送信する信号に更新されたフレーム情報と、その適用開始時間情
報を含んでいる必要がある。

【0026】

次に、無線通信装置１のハードウェア構成について、図５を参照して説明する。無線通
信装置１は、コンピュータ装置により構成される。コンピュータ装置は、ＣＰＵ（中央演
算装置、Central Processing Unit）１０４と、入力インターフェース１０２と、グラフ
ィック処理装置１０３と、通信インターフェース１０１と、主記憶装置１０５と、外部記
憶装置１０６とを備え、これらはバスにより相互に接続されている。

【0027】

ＣＰＵ１０４は、主記憶装置上で、無線通信プログラムを実行する。無線通信プログラ
ムとは、無線通信装置の上述の各機能構成を実現するプログラムのことである。ＣＰＵが
、無線通信プログラムを実行することにより、無線通信装置の各機能構成は実現される。

【0028】

入力インターフェース１０２は、キーボードやマウスなどの入力装置の操作信号を、無
線通信装置に入力するための装置である。なお、コンピュータ装置は、入力インターフェ
ースを備えない構成も可能である。

【0029】

グラフィック処理装置１０３は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（ブラウン管）
、及びＰＤＰ（プラズマディスプレイ）などのディスプレイに、ＣＰＵにより生成された
映像信号や画像信号に基づいて、映像や画像を表示させる装置である。なお、コンピュー
タ装置は、グラフィック処理装置を備えない構成も可能である。

【0030】

通信インターフェース１０１は、無線通信装置が他の無線ノードと無線通信するための
装置である。送受信部の機能構成は、無線通信インターフェースにより実現される。

【0031】

主記憶装置１０５は、無線通信プログラムの実行の際に、無線通信プログラム、無線通
信プログラムの実行に必要なデータ、及び無線通信プログラムの実行により生成されたデ
ータなどを記憶する。無線通信プログラムは、主記憶装置１０５上で展開され、実行され
る。主記憶装置１０５は、例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭであるが、これに限られ
ない。主記憶装置１０５は、無線通信プログラム、中継情報、フレーム情報、ノードＩＤ
、ホップ数、親ノード、及び子ノードなどの情報を記憶することができる。また、主記憶
装置１０５は、コンピュータ装置のＯＳ、ＢＩＯＳ、及び各種のミドルウエアを記憶して
もよい。

【0032】

外部記憶装置１０６は、無線通信プログラム、無線通信プログラムの実行に必要なデー
タ、及び無線通信プログラムの実行により生成されたデータなどを記憶する。これらのプ
ログラムやデータは、無線通信プログラムの実行の際に、主記憶装置１０５に読み出され
る。外部記憶装置１０６は、例えば、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、
及び磁気テープであるが、これに限られない。外部記憶装置１０６は、無線通信プログラ
ム、中継情報、フレーム情報、ノードＩＤ、ホップ数、親ノード、及び子ノードなどの情
報を記憶することができる。

【0033】

なお、無線通信プログラムは、コンピュータ装置に予めインストールされていてもよい
し、別の有線あるいは無線ネットワークにより集約装置２に送信され、コンピュータ装置
にインストールされてもよい。

【0034】

＜無線通信装置の構成＞
本実施形態に係る無線通信システムを構成する無線通信装置の構成について、図６を参
照して説明する。本実施形態に係る無線通信装置１は、後述の送信時間割り当てを自動的
に実現する。図６は、無線通信装置の構成を示す図である。

【0035】

以下では、この無線通信装置１を自ノード、自ノードに情報を送信した無線ノードを送
信元ノード、自ノードが情報を送信する無線ノードを送信先ノードという。

【0036】

無線通信装置１は、送受信部１１と、宛先判定部１２と、中継情報記憶部１３と、送信
情報生成部１４と、送信先ノード決定部１６と、送受信リソース決定部１７と、フレーム
情報記憶部１８と、スリープ制御部１５を備える。

【0037】

送受信部１１は、送受信アンテナを備えてもよい。送受信アンテナは、無線信号を送受
信する。送受信アンテナは、受信した無線信号を電気信号に変換し、送信するための電気
信号を無線信号に変換する。送受信アンテナから入力された電気信号に所定の信号処理を
施し、受信した無線信号から受信情報を取り出すことにより、送受信部１１は、受信情報
を受信する。受信情報には、送信元ノードの、ホップ数、センサ情報、ノードＩＤ、中継
情報、及び送信先ノードのノードＩＤが含まれてもよい。

【0038】

また、送受信部１１は、送信情報生成部が生成した送信情報に所定の信号処理を施して
電気信号に変換し、送受信アンテナに出力する。これにより、送受信部は、送信情報を送
信する。送信情報には、自ノードのホップ数、ノードＩＤ、中継情報、及び送信先ノード
のノードＩＤが含まれてもよい。信号処理には、ＤＡ変換や所定の通信プロトコルに従っ
た符号化などの処理が含まれる。

【0039】

宛先判定部１２は、送受信部１１から受信情報を取得し、受信情報の送信先が自ノード
であるか判定する。宛先判定部１２は、受信情報の送信先ノードのノードＩＤが自ノード
のノードＩＤである場合、受信情報の宛先が自ノードであると判定する。

【0040】

中継情報記憶部１３は、宛先判定部１２により自ノードが宛先（送信先）と判定された
受信情報を、中継情報として一時的に記憶する。

【0041】

送信情報生成部１４は、中継情報記憶部に記憶された中継情報に基づいて、送信情報を
生成する。送信情報は、中継情報に、自ノードのホップ数、センサ情報、ノードＩＤ、及
び送信先ノードのノードＩＤなどの情報を付加することにより生成される。送信情報生成
部により生成された送信情報は、送受信部により送信される。

【0042】

送信先ノード決定部１６は、送受信部１１が受信した受信情報に基づいて、送信情報の
送信先ノードを決定する。上り通信の場合、送信先ノードは親ノードとなる。送信先ノー
ド決定部１６は、例えば、受信情報のホップ数が自ノードのホップ数より１小さい無線ノ
ードの中で、無線信号の信号強度が最も大きい無線ノードを送信先ノードとして決定する
。

【0043】

また、送信先ノード決定部１６は、決定した送信先ノードに基づいて、自ノードのホッ
プ数を決定する。送信先ノード決定部１６は、例えば、上述の方法で送信先ノードを決定
し、送信先ノードのホップ数より１大きいホップ数を自ノードのホップ数として決定する
。

【0044】

送受信リソース決定部１７は、フレーム情報に基づいて、自ノードが送信情報を送信す
る時間を決定する。この詳細については後述する。フレーム情報は、無線通信装置１に予
め登録されてもよいし、無線通信により登録及び更新されてもよい。フレーム情報は、予
め複数登録されていて、無線通信システムの稼働時間や標準時に応じて自動的に切り替え
られてもよく、集約装置から無線通信システム全体に周知されてもよい。周知される場合
には、フレーム情報に加えて、その適用開始時間情報を取得し、当該時間情報に基づき新
たなフレーム情報を適用する。フレーム情報は、フレーム情報記憶部に記憶される。

【0045】

送受信リソース決定部１７は、送信時間を決定する前に、同期処理を行ってもよい。同
期処理とは、自ノードでカウントしている時刻を、他の無線ノードとの間で同期させる処
理である。

【0046】

送受信リソース決定部１７は、例えば、送受信部が受信した受信情報に含まれる送信元
ノードのホップ数及びノードＩＤと、フレーム情報と、に基づいて、送信元ノードの送信
時間を取得する。送受信リソース決定部１７は、この送信時刻に自ノードの送受信部によ
る信号処理時間を加算した第１の時刻と、自ノードでカウントしている第２の時刻と、を
比較することにより同期処理を行うことができる。同期処理では前記第１の時刻と第２の
時刻の差分に基づく補正値や、時間経過に対する前記差分の標本値を用いて最小二乗法等
により水晶発振子の周波数ドリフトを計算した結果に基づく補正値を、第２の時刻に加え
るかあるいは差し引いてもよく、いかなる方法で補正値を計算してもよい。さらに補正値
には、送信元ノードからの無線信号の伝播に要する時間を加算あるいは減算してもよい。

【0047】

図７には、図６の無線通信装置１がセンサを搭載し、センサ情報を取得する場合の構成
を示す。子の無線通信装置は、さらにセンサ情報生成部１９とセンサ情報記憶部２０とを
備える。センサ情報生成部１９は送受信リソース決定部１７で決定される送信スロットを
基準に、センサ情報を取得するタイミングを決定する。センサ情報生成部１９は上記タイ
ミングで外部のセンサ装置からセンサ情報を取得する。センサ情報記憶部２０は前記セン
サ情報を記憶する。送信情報生成部１４は、中継情報記憶部１３に記憶された中継情報と
、センサ情報記憶部２０に記憶されたセンサ情報に基づいて、送信情報を生成する。送信
情報は、中継情報に、自ノードのホップ数、センサ情報、ノードＩＤ、及び送信先ノード
のノードＩＤなどの情報を付加することにより生成されてもよい。送信情報生成部により
生成された送信情報は、送受信部により送信される。その他の機能ブロックは図６で説明
したものと同様であるため説明を割愛する。

【0048】

スリープ制御部１５は、電源を投入されている間、無線通信装置の動作状態に関わらず
機能する。スリープ制御部１５は、時間をカウントし、カウントした時間と、送信先ノー
ド決定部により決定された自ノードのホップ数と、フレーム情報記憶部に記憶されたフレ
ーム情報と、に基づいて、無線通信装置の動作状態を、スリープ状態と起床状態との間で
制御する。

【0049】

スリープ状態とは、無線通信装置が演算処理や通信機能を停止させ、時間のカウントの
みを行う状態である。スリープ状態では、情報の送受信が行われないため、無線通信装置
の消費電力が低くなる。以下では、無線ノードが、情報の送受信を可能な状態を起床状態
という。また、無線通信装置が起床状態からスリープ状態に移行することを、「スリープ
する」といい、スリープ状態から起床状態に移行することを「起床する」という。

【0050】

無線通信装置の無線通信装置のハードウェア構成については、図５で示した集約装置と
同様であるため説明を割愛する。なお、無線通信プログラムは、コンピュータ装置に予め
インストールされていてもよいし、無線通信により無線通信装置１に送信され、コンピュ
ータ装置にインストールされてもよい。

【0051】

＜送信時間の決定＞
本実施形態に係る無線ノードの送信時間割り当て方法について説明する。送信で使用す
る周波数チャネルはいかなる方法で決定されてもよい。

【0052】

＜送信サブフレームの決定＞
送受信リソース決定部１７は、送信先ノード決定部が決定した自ノードのホップ数と、
フレーム情報記憶部に記憶されたフレーム情報等に基づいて、サブフレームを選択する。

【0053】

図８には、本実施形態に係る送信サブフレーム番号と送信する無線ノードのホップ数の
条件の例を示している。上り通信を主体とする本実施形態では、サブフレーム数Ｎで構成
されるフレーム内のサブフレーム番号は、（Ｎ−１）から開始し、０まで降順で割り振ら
れる。

【0054】

無線ノードｊのホップ数をＨｊとすると、無線ノードｊに対して割り当てる送信サブフ
レーム番号Ｔｊは式（１）で表せる。

【数1】

ただし、（Ａ％Ｂ）は、Ａを被除数、Ｂを除数としたときの剰余を表す。

【0055】

＜サブフレーム内の送信タイミングについて＞
送受信リソース決定部１７は、上述のように送信用に割り当てられたサブフレームで送
信する。サブフレームをさらに小さな時間単位であるスロットに分割されていてもよい。
この場合、送受信リソース決定部１７は、送信用に割り当てられたサブフレームのうちの
一スロットが送信スロットとして割り当てられてもよい。例えば、サブフレームが無線ノ
ード数以上のスロットで構成され、無線ノードＩＤで重複なく一意にスロットが割り当て
られている場合、送受信リソース決定分は、上述のように決定した送信サブフレームの中
の自ノードＩＤに対応するスロットで送信してもよく、子ノードのノードＩＤや、中継伝
送するデータの生成元ノードのノードＩＤに対応するスロットで送信してもよい。

【0056】

なお、スロットがノードＩＤに固有で割り当てられている場合で、かつ、図１０のステ
ップＳ１０でセンシング情報が生成される場合、集約装置では、受信信号に含まれるセン
シング情報の発生時刻をより正確に記録することができる。具体的には、受信信号の送信
元で付加されたフレーム番号のうち、ノードＩＤに割り当てられたスロットの時刻をセン
シング情報の発生時刻として記録することができる。

【0057】

また、サブフレームがスロットに分割されていない場合、上述のような非競合型の多重
アクセス方式ではなく、競合型のアクセス方式で送信してもよい。競合アクセス方式の代
表例としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
）が挙げられる。

【0058】

＜子ノードの受信時間の決定＞
送受信リソース決定部は、子ノードからの情報を受信するためのサブフレーム番号Ｒｊ
を決定する。サブフレーム番号Ｒｊは、式（１）のホップ数Ｈｊを子ノードのホップ数（
Ｈｊ＋１）に置き換え、子ノードの送信サブフレームとして式（２）で計算してもよい。

【数2】

【0059】

子ノード受信サブフレーム番号Ｒｊの計算方法は式（２）に限らず、送信サブフレーム
番号Ｔｊに１を加えた値をサブフレーム数Ｎで剰余演算した結果としてもよく、（Ｔｊ＋
１）＜Ｎであれば、Ｒｊ＝（Ｔｊ＋１）とし、（Ｔｊ＋１）＝ＮであればＲｊ＝０として
もよい。逆に、子ノード受信サブフレーム番号Ｒｊを先に計算し、Ｒｊを基準に送信サブ
フレーム番号Ｔｊを計算してもよい。

【0060】

サブフレームがさらに小さな時間単位であるスロットに分割され、さらにスロットが割
り当てられている場合には、送信スロットを割り当てるルールに従い、子ノードの送信信
号を受信するためのスロットを決定する。子ノードが複数存在する場合には、子ノードご
とにスロットを決定する。

【0061】

サブフレームよりも小さな時間単位で受信時間を計算する場合であっても、子ノードの
送信サブフレーム期間に常に受信状態となる場合や、非競合型の多重アクセス方式で送信
される場合は上記計算を実施しなくてもよい。

【0062】

＜親ノードの受信時間の決定＞
送受信リソース決定部は、親ノードの送信時間を計算し、当該時間に親ノードの送信信
号を受信してもよい。親ノードの送信信号を受信しその内容を参照することで、自ノード
の送信信号が親ノードで受信され、さらに上流側に中継伝送されていることを確認でき、
再送を実施する判断基準とすることができる。

【0063】

送受信リソース決定部は、親ノードの送信を受信するためのサブフレーム番号Ｕｊを決
定する。サブフレーム番号Ｕｊは、式（１）のホップ数Ｈｊを親ノードのホップ数（Ｈｊ
−１）に置き換え、親ノードの送信サブフレームとして式（３）で計算してもよい。

【数3】

【0064】

親ノード受信サブフレーム番号Ｕｊの計算方法は式（３）に限らず、送信サブフレーム
番号Ｔｊから１を差し引いた値をサブフレーム数Ｎで剰余演算した結果としてもよく、（
Ｔｊ−１）が０以上であればＵｊ＝（Ｔｊ−１）とし、（Ｔｊ−１）＝−１であればＵｊ
＝（Ｎ−１）としてもよい。逆に、親ノード受信サブフレーム番号Ｕｊを先に計算し、Ｕ
ｊを基準に送信サブフレーム番号Ｔｊを計算してもよく、子ノード受信サブフレーム番号
Ｒｊを基準にして計算してもよい。

【0065】

サブフレームがさらに小さな時間単位であるスロットに分割され、さらにスロットが割
り当てられている場合には、送信スロットを割り当てるルールに従い、親ノードの送信信
号を受信するためのスロットを決定する。親ノードが複数存在する場合には、子ノードご
とにスロットを決定する。また、親ノードが根ノードである場合には、上記計算を実施せ
ずに根ノードが送信する基準信号の送信時間を基準に受信時間を決定してもよい。例えば
、根ノードの基準信号自体を親ノードの送信信号とする場合、基準信号は周期的に送信さ
れるため、前回受信した時間からフレーム情報に含まれるフレーム期間後を基準に受信時
間を決定する。

【0066】

サブフレームよりも小さな時間単位で受信時間を計算する場合であっても、親ノードの
送信サブフレーム期間に常に受信状態となる場合や、非競合型の多重アクセス方式で送信
される場合は上記計算を実施しなくてもよい。

【0067】

＜接続受付時間について＞
さらに、接続受付のための期間を設けても良い。接続受付とは、新たにネットワークに
参加する無線ノードが親ノードに対して送信する信号である。接続受付により親ノードが
子ノードを認識し、スロット単位で受信状態を切り替えることができる。

【0068】

接続受付のためのサブフレームを、例えば子ノードの送信信号を受信するサブフレーム
Ｒｊよりも１つ早いサブフレームとする場合、接続受付のためのサブフレーム番号Ｖｊは
自ノードのホップ数Ｈｊを用いて式（４）で計算してもよい。

【数4】

【0069】

接続受付サブフレーム番号Ｖｊの計算方法は式（４）に限らず、送信サブフレーム番号
Ｔｊに２を加えた値をサブフレーム数Ｎで剰余演算した結果としてもよい。接続受付サブ
フレーム番号Ｖｊの決定のための計算は式（４）にかぎらず、接続受付のサブフレームは
Ｔｊよりも３以上前のサブフレームとしてもよく、Ｒｊと同じサブフレームとしてもよく
、複数設定してもよい。ＶｊはＲｊよりも早いサブフレームに設定することで、当該フレ
ームから子ノードの信号を受信開始することができる。接続受付のサブフレームを複数設
定することにより、１つのフレームで接続を受け付けることができる子ノードの数を増加
させることができる。また、全フレームあるいは一部のフレームに専用の期間を固定で設
けていてもよい。フレーム中の接続受付専用期間は、フレーム先頭から一定期間でもよく
、フレーム末尾から一定期間でもよく、その他の一定期間でもよい。

【0070】

上述のサブフレームの設定により、各無線ノードは、通信誤りがない限り（ホップ数Ｈ
×サブフレーム数Ｎ）以内のネットワーク遅延時間で集約装置まで送信信号を届けること
ができる。

【0071】

なお、親ノードの送信信号を受信する場合、上り通信に比べて時間を要するものの、フ
レーム情報などの制御情報などを下り方向に伝送することができる。

【0072】

＜送受信時間の決定を含む、具体例＞
＜無線通信装置の初期動作＞
次に、本実施形態に係る無線通信装置１の動作について説明する。図９は、無線通信装
置１の初期動作、すなわち、電源投入時の動作を示すフローチャートの一例である。以下
の説明において、無線通信装置１は、フレーム情報及びノードＩＤを予め記憶しているも
のとする。

【0073】

ステップＳ１において、送受信部１１は、受信処理を開始し、電源投入から１フレーム
が経過したか判定する。電源投入直後のフレーム長の設定は、コンセントレータが発行す
るシステムの設定値と異なる値が設定されていてもよい。１フレームが経過するまで、送
受信部１１は、受信処理を継続する。なお、送受信部１１による判定は、１フレームに限
られない。１フレームが経過する前に（ステップＳ１のＮＯ）、送受信部１１が受信情報
を受信した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、処理はステップＳ３に進む。

【0074】

ステップＳ３において、送信先ノード決定部は、送受信部１１が受信した受信情報を取
得し、当該受信情報の送信元ノードのノードＩＤ、ホップ数、及び無線信号の受信信号強
度（ＲＳＳＩ）を記憶する（ステップＳ３）。

【0075】

無線通信装置１は、以上のステップＳ１〜Ｓ３の動作を、電源投入から１フレームが経
過するまで繰り返す。１フレームが経過すると（ステップＳ１のＹＥＳ）、処理はステッ
プＳ４に進む。

【0076】

ステップＳ４において、送信先ノード決定部１６は、記憶した送信元ノードのノードＩ
Ｄ、ホップ数、及び無線信号の受信信号強度に基づいて、送信先ノード（親ノード）を決
定する（ステップＳ４）。送信先ノード決定部１６は、上述の通り、ホップ数が最も小さ
く、受信信号強度が最も大きい送信元ノードを送信先ノード（親ノード）に決定してもよ
い。また、送信先ノード（親ノード）のホップ数より１大きいホップ数を、自ノードのホ
ップ数として決定する。

【0077】

なお、上述の説明では、送信先ノードの決定方法は受信信号強度に基づいて決定したが
、送信先ノードの決定方法はこれに限らない。例えば、ホップ数が小さいほど送信先ノー
ドとして選択されやすくなるように決定してもよい。また、受信情報に送信元ノードの電
池残量や電源装置による発電量等の使用可能な電力量情報が含まれる場合は、電力量が大
きいほど送信先ノードとして選択されやすくなるように決定してもよく、受信情報に送信
元ノードの消費電力量やこれに準ずる情報が含まれる場合は、消費電力量が小さいほど送
信先ノードとして選択されやすくなるように決定してもよい。さらに、上述の情報のうち
２つ以上を組み合わせて送信先ノードを決定してもよく、いかなる方法で送信先ノードを
決定してもよい。

【0078】

ステップＳ４において親ノードを決定すると、その後親ノードに対して接続要求を行っ
てもよい。接続要求では、親ノードの受信時間に、少なくとも自ノードＩＤを含む情報を
送信する。

【0079】

なお、ステップＳ１からステップＳ４へのパスにおいて、親ノードの決定処理を実行す
る条件を満たさない場合、再びステップＳ１に戻ってもよい。上記条件とは例えば、１フ
レーム経過しても１度も情報を受信せずに親ノードとなる候補の送信元ノードが存在しな
いことや、受信し記憶した送信元ノードのいずれもホップ数や受信信号強度の基準を満た
さないことが挙げられる。

【0080】

＜無線通信装置の通常動作＞
次に、本実施形態に係る無線通信装置１の動作について、図１０を参照して説明する。
また、図１１には時間フレームの具体例として、サブフレーム数Ｎ＝５であり、サブフレ
ームは１０のスロットでの構成される場合の例を示す。さらに、サブフレーム内のスロッ
トは図示するように、重複なくノードＩＤに対応して割り当てられている。前述の割り当
ての場合、図２に示したネットワークトポロジーで示した各無線ノードのホップ数により
、送信が行われるスロットを黒く塗っている。また、具体的なネットワークトポロジー及
び中継経路として図２に示す例を想定し説明する。図１２にはホップ数５の無線ノードｈ
の動作を示している。この場合、送信サブフレーム番号Ｔｊ＝０、子ノード受信サブフレ
ーム番号Ｒｊ＝１、親ノード受信サブフレーム番号Ｕｊ＝４となる。

【0081】

図１０は、本実施形態に係る無線通信装置の１フレーム分の通常動作を示すフローチャ
ートである。図１０では、動作の開始時点において、無線通信装置１はスリープ状態であ
るものとする。無線通信装置１をスリープ状態とすることにより、無線通信装置1の消費
電力を低減することができる。

【0082】

ステップＳ５において、スリープ制御部１５は、カウントしている時間と、自ノードの
ホップ数と、フレーム情報と、に基づいて、サブフレームＲｊが開始されたか判定する。
スリープ制御部１５は、サブフレームＲｊが開始されるまで、当該判定を繰り返す（ステ
ップＳ５のＮＯ）。サブフレームＲｊが開始されると、処理はステップＳ６に進む。

【0083】

ステップＳ６において、スリープ制御部１５は、無線通信装置１を起床させる。これに
より、送受信部１１が受信処理を開始する。

【0084】

ステップＳ７において、無線通信装置１は、サブフレームＲｊが終了したか判定する。
当該サブフレームが終了するまで、送受信部１１は、受信処理を継続する。

【0085】

当該サブフレームが終了する前に（ステップＳ７のＮＯ）、送受信部１１が自ノード宛
ての受信情報を受信した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、処理はステップＳ９に進む。受
信情報が自ノード宛て、すなわち、受信情報の送信先ノードが自ノードであるかの判定は
、宛先判定部１２により行われる。自ノード宛てではなくても、送信元ノードのホップ数
がＨｊより大きい場合に受信してもよい。自ノード宛てではない信号を中継伝送すること
は、中継伝送の冗長性を向上させ、無線通信システムの高信頼性に寄与する。

【0086】

ステップＳ９において、中継情報記憶部１３は、自ノード宛ての受信情報を、中継情報
として記憶する。無線通信装置１は、以上のステップＳ７〜Ｓ９の動作を、サブフレーム
Ｒｊが終了するまで繰り返し、送信元ノード（子ノード）の送信情報（中継情報）を受信
する。そして、サブフレームＲｊが終了すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、処理はステッ
プＳ１０に進む。ここでは、サブフレームＲｊが終了すると同時に、ホップ数Ｈｊに送信
用として割り当てられたサブフレームＴｊが開始するものとして説明するが、サブフレー
ムＲｊとサブフレームＴｊとの間には、期間があってもよい。

【0087】

ステップＳ１０において、送信情報生成部は、中継情報記憶部に記憶された中継情報に
、自ノードのノードＩＤ、センサ情報、及びホップ数などの情報を付加して送信情報を生
成する。送信情報生成部１４が送信情報を生成した後、中継情報記憶部１３に記憶された
情報は消去されてもよい。

【0088】

ステップＳ１０において、送信情報生成部１４が送信情報を生成すると、処理はステッ
プＳ１１に進む。

【0089】

ステップＳ１１において、スリープ制御部１５は、無線通信装置１をスリープさせる。
その後、スリープ制御部１５は、送信スロットが開始されると、無線通信装置１を起床さ
せる（ステップ１２）。無線通信装置１が起床状態に移行すると、送受信部１１は、送信
先ノード（親ノード）に送信情報を送信する。送信スロットが終了すると、処理はステッ
プＳ１３に進む。

【0090】

ステップＳ１３において、スリープ制御部は、無線通信装置１をスリープさせる。その
後、スリープ制御部１５は、サブフレームＴｊが終了し、サブフレームＵｊが開始すると
、無線通信装置１を起床させる。これにより、送受信部１１が受信処理を開始する。

【0091】

ステップＳ１４において、無線通信装置１は、サブフレームＵｊが終了したか判定する
。サブフレームＵｊが終了するまで、送受信部１１は、受信処理を継続する。

【0092】

サブフレームＵｊが終了する前に（ステップＳ１４のＮＯ）、送受信部がホップ数（Ｈ
ｊ−１）の無線ノードの送信情報を受信した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はス
テップＳ１６に進む。

【0093】

ステップＳ１６において、送受信リソース決定部１７は、受信情報の送信元ノードのホ
ップ数（Ｈｊ−１）、ノードＩＤ、及び無線信号の受信信号強度を記憶する。無線通信装
置１は、以上のステップＳ１４〜Ｓ１６の動作を、サブフレームＵｊが終了するまで繰り
返し、送信先ノード（親ノード）の送信情報を受信する。そして、サブフレームＵｊが終
了すると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はステップＳ１７に進む。

【0094】

ステップＳ１７において、送信先ノード決定部１７は、記憶したノードＩＤ、ホップ数
、及び受信信号強度に基づいて、送信先ノード（親ノード）を決定する。例えば、送信先
ノード決定部は、受信信号強度が最も大きい無線ノードを送信先ノードに決定する。

【0095】

以上のステップＳ１４〜Ｓ１７により、１フレーム毎に、受信信号強度が最大の無線ノ
ードに送信先ノード（親ノード）を更新することができる。したがって、無線通信システ
ムに新たな無線ノードが加わった場合であっても、無線通信装置１は、最適な親ノードに
対して送信情報を送信することができる。親ノードを決定したのち、無線通信装置１はス
リープする（ステップＳ１８）。なお、送信先ノードを更新しない場合には、ステップＳ
１４〜Ｓ１７の一部は省略されてもよい。

【0096】

また、ステップＳ１５とＳ１６に関して、図示しないが、親ノードの送信信号を受信し
、自ノードの送信情報の到達を確認してもよい。親ノードの送信信号に含まれるデータの
うち、送信元ノードＩＤが自ノードのノードＩＤと一致することをもって確認としてもよ
く、親ノードの送信信号に含まれる受信結果を示すフィールドが受信成功の状態となって
いることをもって確認としてもよく、いかなる方法であってもよい。自ノードの送信情報
の到達が確認できない場合、送信信号を再送してもよい。再送は、次のフレームの送信時
間に行ってもよく、同一フレーム内の別のサブフレームで行ってもよい。

【0097】

ステップＳ１７において、送信先ノード（親ノード）が更新されると、スリープ制御部
は、無線通信装置１をスリープさせる。以上で無線通信装置１の１フレーム分の通常動作
が終了する。

【0098】

なお、図１０の説明では割愛したが、自ノードのセンサ情報の取得は、ステップＳ１０
で実施してもよい。また、センサ情報取得のために起床してもよい。

【0099】

また、図１０の動作では図１２に示すように、子ノードと親ノードの送信サブフレーム
期間中常に受信状態としていたが、子ノードと親ノードの送信スロットのみ受信状態とし
てもよい。すなわち、子ノードの送信スロットが含まれるサブフレームのうち、子ノード
の送信スロット以外のスロットにおいて、無線通信装置１はスリープしてもよい。また、
親ノードの送信スロットが含まれるサブフレームのうち、親ノードの送信スロット以外の
スロットにおいて、無線通信装置１はスリープしてもよい。これにより、さらに消費電力
量を低減することができる。ただし、子ノードの送信スロットを特定するためには、子ノ
ードを識別する必要があるため、最初に接続を受け付ける期間を設ける必要がある。図１
３では、式（４）で決定したサブフレーム番号Ｖｊの、自ノードのノードＩＤに対応する
スロットで接続受付のために受信状態となる例を示している。

【0100】

図１４には、サブフレーム数Ｎが４の場合の各ホップ数の無線ノードの各サブフレーム
番号における送受信の関係の概略を示す。

【0101】

例えば、第１フレームのサブフレーム番号２のサブフレームにおいて、ホップ数が２の
無線通信装置１と、ホップ数が６の無線通信装置１とが、それぞれの情報を送信する。ホ
ップ数が２の無線通信装置１が送信した情報は、この第１フレーム内に、ホップ数が１の
無線通信装置１を介して集約装置２に受信される。一方、ホップ数が６の無線通信装置１
が送信した情報は、次の第２フレームにおいて、集約装置２に受信される。例えば、ホッ
プ数が６の無線通信装置１が第１フレームに送信した情報は、第２フレームのサブフレー
ム番号３のサブフレームにおいて、ホップ数が３の無線通信装置１に中継される。さらに
、この情報は、第２フレームのサブフレーム番号１のサブフレームにおいて、ホップ数が
１の無線通信装置１に中継される。

【0102】

このように、第１フレームに含まれる第１サブフレームにおいて、第１無線通信装置１
は第１データを送信し、第２無線通信装置１は第２データを送信する。第１無線通信装置
１と第２無線通信装置１のホップ数は、異なる。第３無線通信装置１は、第１フレームの
第１サブフレームにおいて第２無線通信装置１の第２データを受信し、次の第２フレーム
の第２サブフレームにおいて、その第２データを送信する。第３無線通信装置１のホップ
数は、第１無線通信装置１および第２無線通信装置１のホップ数と異なる。例えば、第３
無線通信装置１のホップ数は、第１無線通信装置のホップ数よりも大きく、第２無線通信
装置のホップ数よりも小さい。

【0103】

第２フレームの第２サブフレームは、第１フレームの第１サブフレームと対応しない。
すなわち、第１フレームに含まれる複数のサブフレームと第２フレームに含まれる複数の
サブフレームはそれぞれ対応し、例えば第１フレームに含まれる複数のサブフレームの数
と第２フレームに含まれる複数のサブフレームの数は等しい。例えば、第１フレームの中
で第１サブフレームが開始するタイミングと、第２フレームの中で第２サブフレームが開
始するタイミングは異なる。

【0104】

第１データは、第２データと異なる。例えば、第１データと第２データは、一部共通す
る部分があってもよい。

【0105】

第２フレームの第２サブフレームにおいて第３無線通信装置１が送信する情報は、例え
ば第２無線通信装置１から受信した情報に加えて他の情報も含まれていてもよい。他の情
報とは、例えば第３の無線通信装置１で生成した情報である。

【0106】

第１無線通信装置が第１フレームの第１サブフレームで送信した情報は、無線通信シス
テムに含まれる他の無線通信装置、または中継装置２に受信される。第３無線通信装置が
第２フレームの第２サブフレームで送信した情報は、無線通信システムに含まれる他の無
線通信装置、または中継装置２に受信される。

【0107】

第１フレームに含まれ、第１サブフレームの次の第３サブフレームにおいて、第４無線
通信装置は第１無線通信装置から受信した第１データを送信し、第５無線通信装置は第２
無線通信装置から受信した第２データを送信する。第４無線通信装置のホップ数は、第１
無線通信装置のホップ数よりも１小さく、第４無線通信装置は第１無線通信装置の親ノー
ドである。第５無線通信装置のホップ数は、第２無線通信装置のホップ数よりも１小さく
、第５無線通信装置は第２無線通信装置の親ノードである。

【0108】

第１フレームに含まれ、第１サブフレームの次の第３サブフレームにおいて、集計装置
２は第１無線通信装置から受信した情報を送信し、第５無線通信装置は第２無線通信装置
から受信した情報を送信してもよい。

【0109】

第１フレームに含まれる複数のサブフレームが進むにつれて、情報を送信する無線通信
装置のホップ数が１ずつ減少する。

【0110】

第１サブフレームが第１フレームに含まれる最初のサブフレームである場合には、第１
フレームの前のフレームに含まれる複数のサブフレームのうちの最後のサブフレームにお
いて第１無線通信装置１は第１データを受信し第２無線通信装置１は第２データを受信す
る。第１サブフレームが第１フレームに含まれる二番目以降のサブフレームである場合に
は、第１フレームに含まれる第１サブフレームの前のサブフレームにおいて第１無線通信
装置１は第１データを受信し第２無線通信装置１は前記第２データを受信する。

【0111】

図１４の場合、従来はホップ数３が上限であったが、本実施形態では、４以上のホップ
数であっても無線通信システムで収容することができ、遠方の無線ノードのネットワーク
参加を可能にするため、カバーエリアを拡大することができる。

【0112】

図１４では、ホップ数４以上の無線ノードの送信信号がフレームを跨いで中継伝送され
ている様子を示している。フレーム開始時点でサブフレーム番号３を送信サブフレームと
して決定する無線ノードは中継伝送する信号を保持している。サブフレーム数Ｎが４であ
るため、ホップ数の差が４となる無線ノードが同じサブフレームを送信サブフレームとし
て決定している。

【0113】

本実施形態では上り通信を主体とし、サブフレーム番号を降順に付しているため、上り
通信の情報の流れはＨ＝０の集約装置まで円滑に進むのに対し、下り通信の情報の流れは
フレームごとに１ホップだけ進む。

【0114】

＜時間フレームのバリエーション＞
図１５には、本実施形態に係るその他のフレームの例として、サブフレーム数Ｎが２の
場合の例を示す。このとき、ホップ数Ｈが５のノードｈについては、フレーム番号０で子
ノード及び親ノードの送信信号を受信し、フレーム番号１で自ノードの送信信号の送信を
行う。図１５には、接続受付が必要なスロット単位でスリープ動作する場合に、接続受付
は４フレームごとに実施する例を示している。なお、接続受付を実施するフレーム数をス
ーパーフレーム（superframe）と定義する。スーパーフレーム中のフレーム数の情報はフ
レーム情報の一部として配布されてもよく、無線機が記憶していてもよい。子ノードは接
続受付のためのフレームを、フレーム番号とフレーム数から剰余演算の剰余値により判断
することができる。図１５に示す接続受付の例では、無線ノードが特定のスロットでのみ
接続受付を実施しているが、複数の無線ノードがサブフレーム全体あるいはフレーム全体
で受信し、接続を要求する無線ノードは競合アクセス方式で送信してもよい。

【0115】

接続受付は前述のような特別なフレームで行わなくても、例えば根ノードに割り当てら
れたスロットで実施してもよい。自ノードの送信に割り当てられたサブフレーム内の根ノ
ードのスロットで接続受付のための受信を行ってもよく、図１５で「受信（子・親）」と
したサブフレーム内の自ノードのスロットや、その他のサブフレームの根ノードのスロッ
トで接続受付のための受信を行ってもよい。通常の送受信を停止しないことにより、接続
受付による通信容量低下を回避することができる。

【0116】

また、図１６には、サブフレーム数Ｎが２の場合の、各ホップ数の無線ノードの各サブ
フレーム番号における送受信の関係の概略を示す。図１５に示した接続受付のフレームは
割愛している。サブフレーム数Ｎが２の場合、上り通信と下り通信のネットワーク遅延時
間は同等になる。

【0117】

図１７には、本実施形態に係るその他のフレームの例として、サブフレーム数Ｎが１の
場合の例を示す。このとき、ホップ数Ｈが５のノードｈについては、フレーム番号０で子
ノード及び親ノードの送信信号を受信し、さらに自ノードの送信信号の送信も行う。図１
７においても図１５と同様に、フレーム数４でスーパーフレームとし、接続受付を実施す
る様子を示している。

【0118】

図１８には、サブフレーム数Ｎが１の場合の、各ホップ数の無線ノードの各サブフレー
ム番号における送受信の関係の概略を示す。図１７に示した接続受付のサブフレームは割
愛している。サブフレーム数Ｎが１の場合、全ホップ数の無線ノードが毎サブフレーム送
受信を行うため、通信誤りが発生しない場合のネットワーク遅延はサブフレーム数Ｎ＝２
以下となるものの、サブフレーム内の送信時間に依存する。例えば、サブフレーム内で子
ノードの送信時間が親ノードの送信時間よりも早ければ同一サブフレーム内で上り通信の
中継伝送が実施されるが、子ノードの送信時間が親ノードの送信時間よりも遅ければ次の
サブフレームで上り通信の中継伝送が実施される。下り通信については、逆の関係となる
。

【0119】

以上のように、サブフレーム数Ｎを変更することにより、無線ノードの通信頻度を調整
することができ、システムスループットの向上や、省電力性を向上させることができる。
サブフレーム数Ｎを２以下にすることで、上り通信主体の無線通信システムにおける下り
通信のネットワーク遅延を上り通信と同等にすることができる。

【0120】

＜中継伝送における情報の古さに基づく廃棄処理＞
送信元ノードが送信信号を送信する無線ノードであるのに対し、送信源ノードは情報を
生成したノードと定義する。

【0121】

送受信部が受信した受信情報に送信源ノードのホップ数Ｈｋが含まれる場合、送受信リ
ソース決定部は、送信源ノードのホップ数Ｈｋと自ノードのホップ数Ｈｊと、フレーム数
Ｎを用いて、無線通信システムにおいて自ノードで受信されるまでに要する所要ネットワ
ーク遅延フレーム数Ｌを式（５）で計算する。

【数5】

【0122】

式（５）において、［・］は床関数を表す。無線ノードは所要ネットワーク遅延フレー
ム数Ｌを現在のフレーム番号から差し引いた値と、受信信号に含まれる発生フレーム番号
を比較し、この差分が一定以上の場合に、当該受信情報を中継伝送対象とせずに廃棄して
もよい。本実施形態における上記差分は、再送が次のフレームで実施される場合には、総
再送回数に該当する。総再送回数が一定以上の情報を廃棄することで、ネットワークへの
負荷を軽減することができる。

【0123】

＜下り通信への対応＞
本実施形態では、上り通信を主体とする無線通信システムについて説明したが、下り通
信を主体とする無線通信システムに対しても、サブフレーム番号の付記を昇順にすること
で適用可能である。

【0124】

すなわち、図１４に示すように、無線通信装置１が送信する情報は、親ノードに受信さ
れるとともに子ノードに受信されてもよい。無線通信装置１が、割り当てられたサブフレ
ームにおいて親ノード宛ての情報に加えて子ノード宛ての情報を送信することに依り、上
り通信と同時に下り通信を実現することができる。例えば、あるフレームにおいて親ノー
ドから受信した情報を、次のフレームにおいて子ノードに送信することにより、下り通信
が実現される。下り通信においては、各フレームが進むにつれて、情報を送信する無線通
信装置ホップ数が１ずつ増加する。

【0125】

本実施形態によれば、サブフレーム数以上のホップ数の無線機をネットワークに参加さ
せることができ、カバーエリアを拡大することができる。また、サブフレーム数を小さく
設定することにより、周波数利用効率が向上し、システムスループットを向上させること
ができる。

【0126】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要
旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示され
ている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実
施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実
施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0127】

１…無線通信装置、２…集約装置、１１…送受信部、１２…宛先判定部、１３…中継情報
記憶部、１４…送信情報生成部、１５…スリープ制御部、１６…送信先ノード決定部、１
７…送受信リソース決定部、１８…フレーム情報記憶部、２１…送受信部、２２…送信情
報生成部、２３…情報集約部、２４…制御情報生成部、２５…送信リソース決定部、２６
…フレーム情報記憶部、１０１…通信インターフェース、１０２…入力インターフェース
、１０３…グラフィック処理装置、１０４…ＣＰＵ、１０５…主記憶装置、１０６…外部
記憶装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】