特許 6985658 無線通信方法及びシステム

(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】6985658

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】無線通信方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/04 20090101AFI20211213BHJP

   H04W 84/10 20090101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H04W72/04 132

   H04W84/10

   H04W72/04 131

   H04W72/04 150

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-68652(P2017-68652)

(22)【出願日】2017年3月30日

(65)【公開番号】特開2018-170723(P2018-170723A)

(43)【公開日】2018年11月1日

【審査請求日】2020年2月25日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構、戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）「次世代農林水産業創造技術」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】501203344

【氏名又は名称】国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】児島 史秀

(72)【発明者】

【氏名】中矢 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】浪平 篤

(72)【発明者】

【氏名】樽屋 啓之

【審査官】 永井 啓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２２８１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１８８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 松浦芳樹 ほか，マルチホップ双方向通信を考慮した無線アクセス優先制御方式，信学技報(IEICE Technical Report)，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2013年07月10日，vol.113, no.132, ASN2013-51，pp.23-28

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４− ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、
周波数又は通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した各分割リソース単位とした上で、これを上記ノードから上記収集制御局への上りデータ通信のチャネル及び上記収集制御局から上記ノードへの下りデータ通信のチャネルに対して、互いに重複することなく割り当て、
より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行い、
少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、
上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御すること
を特徴とする無線通信方法。

【請求項2】

上記上りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位には、当該上りデータ通信の各通信経路のチャネルを互いに重複することなく割り当て、
上記下りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位には、当該下りデータ通信の各通信経路のチャネルを互いに重複することなく割り当てること
を特徴とする請求項１記載の無線通信方法。

【請求項3】

通信が開始される上りデータ通信の各通信経路のチャネル又は上記下りデータ通信の各通信経路のチャネルの順に、上記分割した各分割リソース単位を互いに重複することなく割り当て、
上記分割した全ての分割リソース単位に対して上記チャネルが割り当てた場合には、新たに通信が開始されるチャネルに対する上記分割リソース単位の割り当て動作を停止すること
を特徴とする請求項２記載の無線通信方法。

【請求項4】

収集制御局を根とした２以上のノードが配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型の無線通信システムにおいて、
周波数又は通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した各分割リソース単位とした上で、これを上記ノードから上記収集制御局への上りデータ通信のチャネル及び上記収集制御局から上記ノードへの下りデータ通信のチャネルに対して、互いに重複することなく割り当て、
より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行い、
少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、
上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御すること
を特徴とする無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法及びシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ワイヤレスネットワークにおいて、小型で安価であり、かつ低出力のデジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスが用いられている。IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークでは、図９に示すように、収集制御局であるＣＳ（Collection station）７１と、１つ以上のノード７２−１〜７２−４とにより構成されたツリー型のトポロジが採用されている。 ツリー型トポロジでは、より下位のノード７２が、より上位のノード７２やＣＳ７１に向けて、必要に応じてデータを伝送することが行われている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

【0003】

図１０は、下位のノード７２−３、７２−４からのデータをＣＳ７１へ送信する場合におけるタイムチャートの例を示している。ＣＳ７１並びに各ノード７２は、それぞれ基本間隔（間欠待受周期）Ｔ内においてアクティブ期間（通信期間）Ｔ１と、スリープ期間Ｔ２とが割り当てられている。通信期間Ｔ１において無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては受信側がスリープ状態に移行することで互いに無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。

【0004】

ノード７２−３からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２−３からノード７２−１を中継させてＣＳ７１の経路となる。かかる場合には、ノード７２−３とこれよりも上位にあるノード７２−１との間では、上位のノード７２−１がマスター、下位のノード７２−３がスレーブの関係となる。同様にノード７２−１とＣＳ７１との間では、上位のノードとしてのＣＳ７１がマスター、下位のノード７２−１がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係においてより上位のマスターが基本間隔Ｔにおける通信期間Ｔ１のタイミングを決定し、より下位のスレーブがこのマスター側において決定された通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。

【0005】

このような規則の下で、図１０において先ずノード７２−３は、タイミングｔ９１において生成したデータＤ８１を、タイミングｔ９２において開始するマスターとしてのノード７２−１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８１を受信したノード７２−１は、タイミングｔ９３において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８１を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。

【0006】

同様に、ノード７２−４からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２−４からノード７２−１を中継させてＣＳ７１の経路となる。ノード７２−４は、タイミングｔ９４において生成したデータＤ８２を、タイミングｔ９５において開始するマスターとしてのノード７２−１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８２を受信したノード７２−１は、タイミングｔ９６において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８２を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８２を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。

【0007】

ＣＳ７１は、上述した無線通信の処理動作方法に基づいて、ツリー型ネットワークにおける各ノード７２からのデータを全て収集することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１５−１９８３３３号公報

【特許文献2】特開２０１４−２３０８５号公報

【特許文献3】特開２０１４−１０３５８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、上述した従来のツリー型トポロジでは、ノード７２がセンサ等のように各種データをセンシングし、これをＣＳ７１において収集する場合には、特に一刻一秒を争う緊急性の高いデータではない場合が殆どであるため、上述したようにより上位のノード７２やＣＳ７１によって定義される周期的な待ち受け用の通信期間Ｔ１に合わせてデータを送信することで特段問題が生じることは無い。

【0010】

一方、ノード７２が例えばアクチュエータとしての役割を担う場合、即ちバルブを停止させる制御を行ったり、ガス管を閉める制御を行うためのいわゆる制御系が加わるものである場合には、ＣＳ７１からかかる制御系のノード７２に対してこれを制御するための制御系データを下りデータ通信する場合がある。この制御系のデータＤ８３は、時には緊急でバルブを停止したり、緊急でガス管を止める制御が求められる場合もあり、いわゆる緊急性を要するデータＤ８３をノード７２に送信しなければならない場合もある。

【0011】

即ち、ノード７２からＣＳ７１への上りデータ通信、並びにＣＳ７１からノード７２への下りデータ通信の双方向の通信が行われる上で、ＣＳ７１によるデータ収集と制御は、そもそも期待される伝送品質が異なる。

【0012】

このような互いに期待される伝送品質が異なる上りデータ通信及び下りデータ通信において、ノード７２を介した同一の通信経路を共用し、更には同一の周波数チャネルを共用するのが現状であった。

【0013】

しかしながら、上りデータ通信及び下りデータ通信において、互いに同一の通信経路や同一の周波数チャネルを共用する場合には、双方にそれぞれ求められる伝送品質に応じた最適な設計を行うのが難しいことに加え、通信するデータフレームが衝突する恐れがあった。

【0014】

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおいて、上りデータ通信及び下りデータ通信のデータ衝突を防止すると共に、それぞれ期待される通信品質に応じて自立的なチャネル割り当てや通信経路割り当てを可能とした無線通信方法及びシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行う際に、周波数又は通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した各分割リソース単位とした上で、これを上記ノードから上記収集制御局への上りデータ通信のチャネル及び上記収集制御局から上記ノードへの下りデータ通信のチャネルに対して、互いに重複することなく割り当て、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行い、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御する無線通信方法及びシステムを発明した。

【0016】

第１発明に係る無線通信方法は、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、周波数又は通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した各分割リソース単位とした上で、これを上記ノードから上記収集制御局への上りデータ通信のチャネル及び上記収集制御局から上記ノードへの下りデータ通信のチャネルに対して、互いに重複することなく割り当て、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行い、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御することを特徴とする。

【0017】

第２発明に係る無線通信方法は、第１発明において、上記上りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位には、当該上りデータ通信の各通信経路のチャネルを互いに重複することなく割り当て、上記下りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位には、当該下りデータ通信の各通信経路のチャネルを互いに重複することなく割り当てることを特徴とする。

【0018】

第３発明に係る無線通信方法は、第２発明において、通信が開始される上りデータ通信の各通信経路のチャネル又は上記下りデータ通信の各通信経路のチャネルの順に、上記分割した各分割リソース単位を互いに重複することなく割り当て、上記分割した全ての分割リソース単位に対して上記チャネルが割り当てた場合には、新たに通信が開始されるチャネルに対する上記分割リソース単位の割り当て動作を停止することを特徴とする。

【0021】

第４発明に係る無線通信システムは、収集制御局を根とした２以上のノードが配置されたノード間のデータの送受信を行うツリー型の無線通信システムにおいて、周波数又は通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した各分割リソース単位とした上で、これを上記ノードから上記収集制御局への上りデータ通信のチャネル及び上記収集制御局から上記ノードへの下りデータ通信のチャネルに対して、互いに重複することなく割り当て、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行い、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

上述した構成からなる本発明によれば、上りデータ通信と下りデータ通信との間で互いに分割リソース単位が重複しないように制御することに加えて、各通信経路のチャネルも互いに重複しないように別々の分割リソース単位に割り当てる。これにより、上りデータ通信と下りデータ通信の各データフレームが互いに衝突するのを防止でき、しかも上りデータ通信の各通信経路のチャネル間、下りデータ通信の各通信経路のチャネル間でも互いにデータフレームが衝突するのを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明が適用される無線通信システムの例を示す模式図である。

【図2】複数の分割リソース単位を上りデータ通信及び下りデータ通信に対して互いに重複することなく割り当てる例について説明するための図である。

【図3】複数の分割リソース単位を上りデータ通信及び下りデータ通信に対して互いに重複することなく割り当てる例について説明するための他の図である。

【図4】上りデータ通信のチャネルと、下りデータ通信のチャネルにおける各分割リソース単位の割り当て動作について説明するための図である。

【図5】一のノードを被制御端末として割り当てた場合における制御支援端末の特定例を示す図である。

【図6】制御支援端末以外のノード間の上りデータ通信時のタイムチャートである。

【図7】基本間隔内において通信期間の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間を短縮する例を示す図である。

【図8】収集制御局からあるノードに対して緊急用の制御データを送信する場合におけるタイムチャートである。

【図9】IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークの例を示す図である。

【図10】従来技術の問題点について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態としての無線通信方法について詳細に説明する。 図１は、本発明が適用される無線通信システム１の例を示す模式図である。無線通信システム１は、無線通信端末として、収集制御局（Collection Station：以下ＣＳという。）２を根としたノード３−１、３−２、３−３、３−４とを備え、いわゆるツリー型のトポロジが採用されている。 この無線通信システム１では、より下位のノード３が、より上位のノード３やＣＳ２に向けて上りデータ通信を行う。また無線通信システム１では、より上位のノード３やＣＳ２が、より下位のノード３に向けて下りデータ通信する。

【0025】

ＣＳ２は、最上位のマスターデバイスであり、各ノード３−１〜３−４から上りデータ通信により送信されてくるデータを収集する。また、ＣＳ２は、この無線通信システム１全体を制御するための中央制御部としての役割も担い、ある特定のノード３に対して制御系のデータを下りデータ通信する。

【0026】

ノード３は、データの発信や中継等を始めとしたデータの送受信を行うことが可能なデバイスの総称であり、例えばIEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスである。ノード３は、所定のデータをセンシングしてこれを無線により送信するセンサとして具現化されるものもあれば、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のような無線通信が可能な端末装置として具現化されるものであってもよい。またこのノード３はアクチュエータのような制御系を含むものであってもよい。かかる場合には、例えばバルブを停止する制御を行ったり、ロボットの制御を行ったり、ガスを停止するための制御を行うことを可能とするデバイスとして具現化される。ノード３が制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであれば、ＣＳ２から他のノード３を介して下りデータ通信されてくる制御用のデータに基づき、各種制御動作を実行していくこととなる。

【0027】

本実施の形態においては、図１に示す無線通信システム１に示すように、ＣＳ２の下に４つのノード３−１、３−２、３−３、３−４が配置されている場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではない。即ち、ＣＳ２の下位リンクに配置されるノード３は、ＣＳ２にデータを収集させるものであれば、いかなる枝分かれのパターンで構成されるツリー構造とされていてもよく、また２以上のいかなるノード数で構成されていてもよい。

【0028】

各これらＣＳ２及びノード３−１〜３−４間の通信経路それぞれについてチャネルが割り当てられる。図１では、ノード３−１からＣＳ２への上りデータ通信のチャネルをＣｈＵ１、ノード３−２からノード３−１への上りデータ通信のチャネルをＣｈＵ２、ノード３−３からノード３−１への上りデータ通信のチャネルをＣｈＵ３、ノード３−４からノード３−２への上りデータ通信のチャネルをＣｈＵ４としている。同様に図１では、ＣＳ２からノード３−１への下りデータ通信のチャネルをＣｈＤ１、ＣＳ２からノード３−２への下りデータ通信のチャネルをＣｈＤ２、ＣＳ２からノード３−３への下りデータ通信のチャネルをＣｈＤ３、ＣＳ２からノード３−４への下りデータ通信のチャネルをＣｈＤ４としている。

【0029】

本発明を適用した無線通信システム１では、図２（ａ）に示すような周波数チャネルからなる通信リソースを予め複数に分割した分割リソース単位２１を構成する。この分割リソース単位２１は、時間分割されたスロット、及び周波数分割された帯域の双方を含む概念である。各分割リソース単位２１には、上りデータ通信又は下りデータ通信の各チャネルが割り当て可能とされている。即ち、この分割リソース単位２１にそれぞれ各通信のチャネルが割り当てられることにより、周波数チャネルが完成することとなる。本発明においては、これら複数の分割リソース単位２１を上りデータ通信及び下りデータ通信に対して互いに重複することなく割り当てる。図２（ａ）の例では、８つに分割した分割リソース単位２１−１〜２１−８のうち、上りデータ通信のチャネルに分割リソース単位２１−１〜２１−５を割り当て、下りデータ通信のチャネルに分割リソース単位２１−６〜２１−８を割り当てる。このようにして、上りデータ通信のチャネルと、下りデータ通信のチャネル間において、互いに重複して割り当てられる分割リソース単位２１が存在しないように制御されることとなる。なお、この分割リソース単位２１においていずれのチャネルも割り当てられない、いわゆる残存分割リソース単位が含まれるものであってもよい。なお、以下の例では、８つの分割リソース単位により構成する場合を例にとり説明をするが、分割リソース単位数は分割の数に応じて他のいかなる数で構成されるものであってもよい。

【0030】

また本発明を適用した無線通信システム１では、図２（ｂ）に示すような通信時間からなる通信リソースを予め複数に分割した時分割の分割リソース単位２２を構成するようにしてもよい。各時分割の分割リソース単位２２には、上りデータ通信又は下りデータ通信の各チャネルが割り当て可能とされている。即ち、この時分割の分割リソース単位２２にそれぞれ各通信のチャネルが割り当てられることにより、時分割チャネルが完成することとなる。本発明においては、これら複数の分割リソース単位２２を上りデータ通信及び下りデータ通信に対して互いに重複することなく割り当てる。図２（ｂ）の例では、８つに分割した分割リソース単位２２−１〜２２−８のうち、上りデータ通信のチャネルに分割リソース単位２２−１〜２２−３を割り当て、下りデータ通信のチャネルに分割リソース単位２２−４〜２２−８を割り当てる。このようにして、上りデータ通信のチャネルと、下りデータ通信のチャネル間において、互いに重複して割り当てられる分割リソース単位２２が存在しないように制御されることとなる。なお、この分割リソース単位２２においていずれのチャネルも割り当てられない、いわゆる残存分割リソース単位が含まれるものであってもよい。

【0031】

このような周波数又は通信時間からなる通信リソースを分割した分割リソース単位２１、２２を割り当てる上で、上りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位２１、２２には、当該上りデータ通信の各通信経路のチャネルＣｈＤを互いに重複することなく割り当てる。同様に下りデータ通信に割り当てられた各分割リソース単位２１、２２には、当該くだりデータ通信の各通信経路のチャネルＣｈＵを互いに重複することなく割り当てる。

【0032】

図３の例では、分割リソース単位２１について、分割リソース単位２１−１にチャネルＣｈＵ１を、分割リソース単位２１−２にチャネルＣｈＵ２を、分割リソース単位２１−３にチャネルＣｈＵ３を、分割リソース単位２１−４にチャネルＣｈＵ４を割り当てる。また分割リソース単位２１−６にチャネルＣｈＤ１を、分割リソース単位２１−７にチャネルＣｈＤ４を、分割リソース単位２１−８にチャネルＣｈＤ３を割り当てる。

【0033】

このようにして、上りデータ通信と下りデータ通信との間で互いに分割リソース単位２１が重複しないように制御することに加えて、各通信経路のチャネルも互いに重複しないように別々の分割リソース単位２１に割り当てる。

【0034】

これにより、上りデータ通信と下りデータ通信の各データフレームが互いに衝突するのを防止でき、しかも上りデータ通信の各通信経路のチャネル間、下りデータ通信の各通信経路のチャネル間でも互いにデータフレームが衝突するのを防止することが可能となる。

【0035】

上述した図３の例では、周波数からなる通信リソースを分割した分割リソース単位２１を例にとり説明をしたが、時分割の分割リソース単位２２についても同様に、各通信経路のチャネルも互いに重複しないように別々の分割リソース単位２１に割り当てることで、上述した作用効果が得られる。

【0036】

なお、本発明においては、上述したように上りデータ通信に割り当てられる分割リソース単位２１、２２と下りデータ通信に割り当てられる分割リソース単位２１、２２を予め決定し、その割り当てた分割リソース単位２１、２２の範囲内で、上りデータ通信と下りデータ通信の各通信経路のチャネルを割り当てるようにしてもよいが、これに限定されるものではない。

【0037】

また本発明は、このような上りデータ通信のチャネルと、下りデータ通信のチャネルにおける各分割リソース単位２１の割り当てを以下に説明する方法に基づいて実行するようにしてもよい。

【0038】

例えば、図４（ａ）に示すように分割リソース単位２２−１〜２２−８に対して最初に通信を開始するチャネルＣｈＵ３に分割リソース単位２２−１を割り当てる。次に図４（ｂ）に示すように、チャネルＣｈＤ４の通信が開始された場合には、これに分割リソース単位２２−８を割り当て、更にチャネルＣｈＤ１の通信が開始された場合には、これに分割リソース単位２２−７を割り当て、次にチャネルＣｈＵ４の通信が開始された場合には、これに分割リソース単位２２−２を割り当てる。このように上りデータ通信の場合には、通信が開始される通信経路のチャネルから順に分割リソース単位２２−１から昇順に割り当て、下りデータ通信の場合には、通信が開始される通信経路のチャネルから順に分割リソース単位２２−８から降順に割り当てる。その結果、何れは図４（ｃ）に示すように、分割した全ての分割リソース単位２２に対して上りデータ通信及び下りデータ通信のチャネルが割り当てることとなる。即ち分割リソース単位２２には、上りデータ通信のチャネルと、下りデータ通信のチャネルにより占有され、未使用の残存分割リソース単位が一つも存在しない状態となる。

【0039】

このような状態になった場合において、仮に新たに通信が開始されるチャネルが発生した場合においても、これに対する分割リソース単位２２の割り当て動作を停止する。これにより、既に他のチャネルが割り当てられている分割リソース単位２２に対して重複して別のチャネルが割り当てられることを防止することができる。しかも、この割り当て方法によれば、通信が開始されるチャネルから分割リソース単位２２を順次割り当てるものであるから、通信の優先度の高いチャネルについては分割リソース単位２２が漏れなく割り当てられることとなる。また、上りデータ通信に割り当てられる分割リソース単位２２と、下りデータ通信に割り当てられる分割リソース単位２２を事前に分類するのではなく、あくまで新たに通信が開始されるチャネルから優先的に割り当てた結果、最終的に上りデータ通信と下りデータ通信の分割リソース単位２２の割り当て境界が自然に決まる構成となっている。このため、上りデータ通信及び下りデータ通信の何れか一方において分割リソース単位２２が余り、他方において分割リソース単位が足りなくなることが無くなり、より効率的な分割リソース単位２２の割り当てを実現することが可能となる。

【0040】

なお、上述した分割リソース単位２２の割り当て方法を、分割リソース単位２１の割り当て方法に対して適用するようにしてもよいことは勿論である。

【0041】

また、本発明によれば、各チャネルへの分割リソース単位２１の割り当てを、上りデータ通信及び下りデータ通信間のそれぞれのデータフレームの交換状況を識別した上で実行するようにしてもよい。ここでいうデータフレームの交換状況の識別とは、データフレームの通信量や通信頻度、通信が開始されているチャネル数等を上りデータ通信と下りデータ通信とについて、それぞれ判別することを意味する。またデータフレームの交換状況の識別は、緊急性を要するデータの送信か否かも含まれる。これらの判別を行うことにより、分割リソース単位２１、２２を優先的に割り当てるべきチャネルを判別することができる。仮にデータフレームの交換状況が活発なチャネルに対しては優先的に分割リソース単位２１、２２を割り当て、データフレームの交換状況が低調なチャネルについては分割リソース単位２１、２２の割り当ての優先順位を下げるようにしてもよい。

【0042】

特に、ＣＳ２から各ノード３へ緊急性を要する制御用データを下りデータ通信を介して送る場合がある。この緊急性を要する制御用データとは、緊急でバルブを停止するための制御データや、緊急でガス管を止めるための制御データである。このような緊急性の有無についても予めデータフレームにフラグ等を立てておくことで、これを識別することができる。この緊急性が高いほどデータフレームの交換状況が高くなるように設定しておくことにより、この緊急性の高い下りデータ通信に対して優先的に分割リソース単位２１、２２を割り当てることが可能となる。

【0043】

更に本発明によれば、識別したデータフレームの交換状況に基づいて上りデータ通信の通信経路又は下りデータ通信の通信経路を制御するようにしてもよい。本発明では、上りデータ通信の通信経路と、下りデータ通信の通信経路が重複してもよく、例えばチャネルＣｈＵ１とチャネルＣｈＤ１とが同一の通信経路に割り当てられていても良い。但し、データフレームの交換状況がより活発な通信経路や、上述のように緊急性の高い下りデータ通信を行う場合には、上りデータ通信の通信経路との衝突を避けるべく、上りデータ通信の通信経路とは重複しない通信経路ＣｈＤ２、ＣｈＤ３、ＣｈＤ４を設定するようにしてもよい。これにより、データフレームの交換状況がより活発な通信経路や、上述のように緊急性の高い下りデータ通信につき、通信リソースを互いに異ならせることに加え、通信経路の面においても同様に上りデータ通信との通信衝突を効果的に防止することができる。

【0044】

このように本発明は、データフレームの交換状況に応じてチャネルを割り当てる分割リソース単位２１、２２や通信経路を自立分散的に制御することが可能となる。

【0045】

また、上述したノード３は、ＣＳ２を含む概念とされていてもよい。即ち、各ノード３において行われる処理は、ＣＳ２において行われるものであってもよいし、ＣＳ２において行われる処理はノード３において行われるものであってもよい。また、ＣＳ２はいわゆるノード３に置き換えられるものであってもよい。

【0046】

また、上述した各処理は、ＣＳ２とノード３間との通信、及びノード３同士の通信において同様に適用可能であることは勿論である。

【0047】

第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態としての無線通信方法について詳細に説明する。この第２実施形態において、上述した第１実施形態と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

【0048】

第２実施形態では、上述した第１実施形態の処理動作を行うことを前提とした上で、更に以下に説明する処理動作を実行する。

【0049】

先ずノード３のうち、少なくとも一のノード３を被制御端末として割り当てる。この被制御端末とは、ノード３のうち、制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであり、かつ緊急性を要する制御用データがＣＳ２から送信される可能性のあるノードとする。ここでいう緊急性を要する制御用データとは、緊急でバルブを停止するための制御データや、緊急でガス管を止めるための制御データである。

【0050】

この被制御端末の割り当ては、無線通信システム１の管理者やユーザ等が予め人為的に行うようにしてもよいし、各ノード３から送られてくる情報に基づいてＣＳ２側において被制御端末として自動的に特定するようにしてもよい。かかる場合には、緊急性を要するケースを予め類型化しておき、ノード３から送られてくる情報が緊急性を要するケースに含まれるものであれば、これを被制御端末として特定するようにしてもよい。これ以外には、ノード３から送られてくる情報に基づいて被制御端末であるか否かを判別するようにしてもよい。例えばＣＳ２があるノード３から受信した信号がロボットから送られてくる特有の信号等であることを識別した場合、緊急性を要する制御用データを送付する可能性があることを識別し、これを被制御端末として割り当てるようにしてもよい。

【0051】

無線通信システム１では、ＣＳ２及び被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定する。図５に示す例ではノード３−４を被制御端末として割り当てた場合、ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４を制御支援端末として特定されることとなる。本発明においては、この制御支援端末間の無線通信と、それ以外の経路間の無線通信との間で、通信の方式が互いに異なる。

【0052】

図６は、制御支援端末以外のノード３間として、ノード３−５からノード３−２を中継させてＣＳ２へデータを上りデータ通信する場合におけるタイムチャートを示している。ＣＳ２並びに各ノード３−２、３−５は、それぞれ基本間隔（間欠待受周期）Ｔ内においてアクティブ期間（通信期間）Ｔ１と、スリープ期間Ｔ２とが割り当てられている。通信期間Ｔ１において無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては受信側がスリープ状態に移行することで互いに無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。

【0053】

ノード３−５からＣＳ２に向けてデータを送信する場合には、ノード３−５とこれよりも上位にあるノード３−２との間では、上位のノード３−２がマスター、下位のノード３−５がスレーブの関係となる。同様にノード３−２とＣＳ２との間では、上位のノードとしてのＣＳ２がマスター、下位のノード３−２がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係においてより上位のマスターが基本間隔Ｔにおける通信期間Ｔ１のタイミングを決定し、より下位のスレーブがこのマスター側において決定された通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。

【0054】

このような規則の下で、図６に示すように先ずノード３−５は、タイミングｔ１１において生成したデータＤ２１を、マスターとしてのノード３−２のタイミングｔ１２において開始する通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ２１を受信したノード３−２は、タイミングｔ１３において開始するマスターとしてのＣＳ２の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ２１を送信する。これによりＣＳ２は、このデータＤ２１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。

【0055】

これに対して、制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）については、図７に示すように基本間隔Ｔ内において通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間を短縮する。この通信期間の増大量はいかなるものであってもよいが、図７に示すように基本間隔Ｔ全てを通信期間Ｔ１に割り当ててスリープ期間を０にしてもよい。また図７に示すように通信期間Ｔ１を終点Ｔｓ１〜Ｔｓ３等に設定することで基本間隔Ｔよりも短くするようにしてもよい。かかる場合には終点Ｔｓ１〜Ｔｓ３がスリープ期間の始点となる。

【0056】

ここでＣＳ２からノード３−４に対して制御データを送信する場合には、この制御支援端末であるＣＳ２からノード３−１を介してノード３−４へこれを送信することとなるが、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）については図８のタイムチャートに示すように基本間隔全てを通信期間に割り当ててスリープ期間を０にする場合を例に取り説明をする。このようにアクティブな通信期間の時間割合を増大させた状態で、ＣＳ２からノード３−４に対して制御用のデータＤ２２を下りデータ通信する。

【0057】

ＣＳ２はタイミングｔ１４においてこのデータＤ２２を生成し、これをノード３−１へ送信する。ノード３−１は基本間隔全てが通信期間に割り当てられているため、タイミングｔ１４においてデータＤ２２を受信することができ、同じタイミングｔ１４において当該データＤ２２をノード３−４へ送信することができる。ノード３−４も基本間隔全てが通信期間に割り当てられているため、データＤ２２をこのタイミングｔ１４において受信することができる。

【0058】

このため、本発明によれば、ＣＳ２からノード３−４に対してデータＤ２２をより迅速に下りデータ通信することが可能となる。仮にデータＤ２２が緊急性を要するものである場合においても、スリープ期間が経過するまで待機すること無くデータＤ２２を被制御端末としてのノード３−４に送信することが可能となり、当該データＤ２２に基づいて行われるノード３−４における各種制御が迅速に実行させることとなる。その結果、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３−４へのデータＤ２２の送信が遅れることによる深刻な制御遅延を引き起こしてしまうことを防止することができる。

【0059】

ちなみに、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）間において、ノード３−４からＣＳ２に向けてデータＤ２３を上りデータ通信を行う場合には、この時間割合を増大させた通信期間を利用して行うようにしてもよい。また図８に示すようにＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４が制御支援端末として特定されておらず、通信期間の時間割合を増大されていない場合を仮定し、マスター側から指定された通信期間に合わせてデータＤ２３を送信するようにしてもよい。かかる場合には、図８に示すようにタイミングｔ１５においてノード３−４が生成したデータＤ２３を、タイミングｔ１６において開始する通信期間においてノード３−１へ上りデータ通信する。そしてノード３−１は、ＣＳ２により指定されたタイミングｔ１７において開始する通信期間においてデータＤ２３を送信することとなる。

【0060】

特に緊急性を要する制御用のデータを送る必要があるノード３は、全体のノード数の中で僅かに過ぎない。従って、全ノード数に対する、制御支援端末の割合は、非常に小さいものとなる。このような制御支援端末のみ上述したように通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、それ以外のノード３については従来と同様に通信期間Ｔ１の時間割合を増大させることなくスリープ期間を長く取ることにより、無線通信システム１全体の消費電力はそれほど上昇することなく、同様に省電力性は維持し続けることが可能となる。

【0061】

従って本発明によれば、システム全体の省電力性は維持しつつ、ＣＳ２からノード３への緊急性を要するデータをより迅速に下りデータ通信することが可能となる。このような下りデータ通信を行う上で、緊急性を要するデータを識別することにより、これを優先的に分割リソース単位２１、２２に割り当てることが可能となる。このため、緊急性を要する下りデータ通信が、上りデータ通信と衝突してしまうのを強固に防止することが可能となる。

【符号の説明】

【0062】

１ 無線通信システム
２ ＣＳ
３ ノード
２１、２２ 分割リソース単位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】