特許 6985659 無線通信方法及び無線通信システム

(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】6985659

(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】無線通信方法及び無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/02 20090101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H04W52/02 111

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-68653(P2017-68653)

(22)【出願日】2017年3月30日

(65)【公開番号】特開2018-170724(P2018-170724A)

(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２０１０−０５７０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−４９８７４（ＪＰ，Ａ）

(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、
データの受信を開始する通信期間と、データの受信を開始しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当て、
上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信し、
上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御し、
上記通信期間内に上記第２データの送信が開始され、
上記通信期間外に上記第２データの送信が終了されること
を特徴とする無線通信方法。

【請求項2】

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、
データの受信を開始する通信期間と、データの受信を開始しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当て、
上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信し、
上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御し、
上記判定は、上記ノードの有するノード情報、又は上記第２データに格納された情報に基づいて判定し、
前記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率の少なくとも何れかを有すること
を特徴とする無線通信方法。

【請求項3】

上記判定において上記ノードが上記第２データを受信する場合、上記第２データを受信した後に上記スリープ期間を開始すること
を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信方法。

【請求項4】

上記通信期間は、
上記第１データを受信するための第１通信期間と、
上記第１通信期間の後に指定され、上記第２データを受信するための第２通信期間と、
を有し、
上記判定において上記ノードが上記第２データを受信しない場合、上記第２通信期間の代わりに上記スリープ期間を開始すること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の無線通信方法。

【請求項5】

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システムにおいて、
データを受信する通信期間と、データを受信しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当てる割り当て手段と、
上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信する送信手段と、
上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記通信期間内に上記第２データの送信が開始され、上記通信期間外に上記第２データの送信が終了されること
を特徴とする無線通信システム。

【請求項6】

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システムにおいて、
データを受信する通信期間と、データを受信しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当てる割り当て手段と、
上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信する送信手段と、
上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御する制御手段とを備え、
上記判定は、上記ノードの有するノード情報、又は上記第２データに格納された情報に基づいて判定し、
前記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率の少なくとも何れかを有すること
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無線通信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１１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１２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及び各ノード７２は、それぞれ基本間隔Ｔ（間欠待受周期（単位：時間ｔ））内においてアクティブ期間（通信期間Ｔ１（単位：時間ｔ））と、スリープ期間Ｔ２（単位：時間ｔ）とが割り当てられている。通信期間Ｔ１においては、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、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１２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に割り当てられる各期間Ｔ１、Ｔ２の省電力動作は、各ノード７２に共通した仕様で運用される。このため、ノード７２の種類等に関わらず、ノード７２には、一定の各期間Ｔ１、Ｔ２が割り当てられる。これにより、ノード７２毎における省電力の効果を得られないという懸念が挙げられる。

【0010】

特に、ノード７２として用いられる装置等の種類が増えるにつれて、各ノード７２に必要とする情報の内容や情報量が異なる傾向を示す。これに伴い、各ノード７２の通信期間Ｔ１は、情報量を多く必要とするノード７２を基準として割り当てられる。このため、少ない情報量に対応したノード７２には、不要な長さの通信期間Ｔ１が割り当てられる。これにより、電力の過剰な消費につながり、システムの特性を劣化させる可能性がある。このような事情により、各ノード７２の省電力動作を実現することが望まれている。

【0011】

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、各ノードにおける省電力の動作を実現できる無線通信方法及び無線通信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】

【0012】

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ツリー型ネットワークにおいて、データの受信を開始する通信期間と、データの受信を開始しないスリープ期間とを、ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当て、通信期間内に、第１データ及び第２データを順番にノードへ送信し、第２データを受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間を開始するタイミングを制御し、通信期間内に第２データの送信が開始され、通信期間外に第２データの送信が終了される無線通信方法及びシステムを発明した。

【0013】

請求項１に記載の無線通信方法は、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、データの受信を開始する通信期間と、データの受信を開始しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当て、上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信し、上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御し、上記通信期間内に上記第２データの送信が開始され、上記通信期間外に上記第２データの送信が終了されることを特徴とする。

【0014】

請求項２記載の無線通信方法は、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、データの受信を開始する通信期間と、データの受信を開始しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当て、上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信し、上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御し、上記判定は、上記ノードの有するノード情報、又は上記第２データに格納された情報に基づいて判定し、前記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率の少なくとも何れかを有することを特徴とする。

【0015】

請求項３記載の無線通信方法は、請求項１又は２記載の発明において、上記判定において上記ノードが上記第２データを受信する場合、上記第２データを受信した後に上記スリープ期間を開始することを特徴とする。

【0016】

請求項４記載の無線通信方法は、請求項１〜３の何れか１項記載の発明において、上記通信期間は、上記第１データを受信するための第１通信期間と、上記第１通信期間の後に指定され、上記第２データを受信するための第２通信期間と、を有し、上記判定において上記ノードが上記第２データを受信しない場合、上記第２通信期間の代わりに上記スリープ期間を開始することを特徴とする。

【0017】

請求項５記載の無線通信システムは、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システムにおいて、データを受信する通信期間と、データを受信しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当てる割り当て手段と、上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信する送信手段と、上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記通信期間内に上記第２データの送信が開始され、上記通信期間外に上記第２データの送信が終了されることを特徴とする。

【0018】

請求項６記載の無線通信システムは、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システムにおいて、 データを受信する通信期間と、データを受信しないスリープ期間とを、上記ノードにおいて周期的に設定された基本間隔内に割り当てる割り当て手段と、上記通信期間内に、第１データ及び第２データを順番に上記ノードへ送信する送信手段と、上記第２データを受信するか否かの判定に応じて、上記スリープ期間を開始するタイミングを制御する制御手段とを備え、上記判定は、上記ノードの有するノード情報、又は上記第２データに格納された情報に基づいて判定し、前記ノード情報は、上記ノードに用いられる装置の種類、給電方法、及びバッテリの最大値に対する上記ノード情報が取得されたときのバッテリ残量値の比率を示す寄与率の少なくとも何れかを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

上述した構成からなる本発明によれば、第２データを受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間を開始するタイミングを制御する。このため、第２データの必要性に応じて、各ノードの消費電力を制御することができる。これにより、各ノードにおける省電力の動作を実現することが可能となる。

【0020】

また、上述した構成からなる本発明によれば、第２データの送信は通信期間外に終了する。第２データを受信する場合には、第２データを受信したあとにスリープ期間を開始する。このため、第２データを必要とするノードに対してのみ、通信期間を延長させることができ、他のノードに対しては、通信期間を延長する必要が無い。これにより、各ノードにおける省電力の効果を向上させることが可能となる。

【0021】

また、上述した構成からなる本発明によれば、第２データを受信しない場合、第２通信期間の代わりにスリープ期間を開始する。このため、第２データを受信しないノードに対して、通信期間を通常よりも短縮することができる。これにより、各ノードにおける省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。

【0022】

また、上述した構成からなる本発明によれば、ノードの有するノード情報に基づいて、第２データを受信するか否かを判定する。このため、収集制御局が取得したノード情報に基づいて、各ノードに適した通信期間を詳細に設定することができる。これにより、各ノードにおける省電力の効果をさらに向上させ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】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3】制御支援端末以外のノード間における上りデータ通信時のタイムチャートである。

【図4】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態における通信期間の例を示す図である。

【図5】第２実施形態における通信期間比率の第１例を示す図である。

【図6】第２実施形態における通信期間比率の第２例を示す図である。

【図7】第２実施形態における通信期間比率の第３例を示す図である。

【図8】第３実施形態における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9】第３実施形態における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10】第３実施形態における被制御端末のノードから収集制御局に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合におけるタイムチャートである。

【図11】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12】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、本実施形態の無線通信システム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ほか、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、３−５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もよく、また１以上のいかなる数のノード３で構成されてもよい。

【0028】

本実施形態の無線通信システム１では、例えば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３を制御支援端末として特定してもよい。図２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。本実施形態においては、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、通信の方式が共通であるほか、例えば通信の方式が互いに異なってもよい。

【0029】

図３は、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の一例を示している。ＣＳ２及び各ノード３−２、３−５には、それぞれ基本間隔Ｔ（間欠待受周期（単位：時間ｔ））内においてアクティブ期間（通信期間Ｔ１（単位：時間ｔ））と、スリープ期間Ｔ２（単位：時間ｔ）とが割り当てられている。通信期間Ｔ１においては、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、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。

【0030】

ノード３−５からＣＳ７１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内に通信期間Ｔ１のタイミングを割り当て、より下位のスレーブがこのマスター側において割り当てられた通信期間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。

【0031】

このような規則の下で、図３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。

【0032】

本実施形態の無線通信システム１では、データの受信を開始する通信期間Ｔ１とデータの受信を開始しないスリープ期間Ｔ２とを、ノード３において周期的に設定された基本間隔Ｔ内に割り当て（割り当て手段）、ノード３の通信期間Ｔ１内に、第１データＤ１及び第２データＤ２を順番にノード３へ送信する（送信手段）。その後、第２データＤ２を受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する（制御手段）。

【0033】

割り当て手段では、例えばＣＳ２又は上位のノード３が、下位のノード３に通信期間Ｔ１を割り当てる。送信手段では、例えばＣＳ２が、ノード３に各データＤ１、Ｄ２を送信する。制御手段では、例えばノード３が、第２データＤ２の前半に格納されたヘッダ情報に基づいて受信するか否かを判定し、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する。

【0034】

第１データＤ１は、ノード３に取り付けられたデバイスの制御データを含み、例えば緊急性を要する制御用データや、通信期間Ｔ１における割り当ての変更に関するデータ等を含む。第１データＤ１は、通信期間Ｔ１の期間内に送信が開始及び終了される。

【0035】

第２データＤ２は、一部のノード３にのみ必要となるデータを含み、例えば通信に必要となるデータ等を含む。第２データＤ２は、第１データＤ１の送信が終了したあと、通信期間Ｔ１の期間内に送信が開始され、通信期間Ｔ１の期間外に送信が終了される。

【0036】

本実施形態の無線通信システム１では、ノード３は、第２データＤ２を受信するか否かの判定に応じて、スリープ期間Ｔ２を開始するタイミングを制御する。このため、第２データＤ２の必要性に応じて、各ノード３のスリープ期間Ｔ２を制御することができる。これにより、各ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。

【0037】

上述した判定により第２データＤ２を受信する場合の一例として、図４（ａ）のノード３−１を用いて説明する。この場合、ノード３−１は、第２データＤ２を受信した後に、スリープ期間Ｔ２１を開始する。すなわち、ノード３−１は、第２データＤ２を受信するために、通信期間Ｔ１１に延長期間Ｔ１ｈを加える。このため、第２データＤ２を必要とするノード３−１に対してのみ、通信期間Ｔ１を延長させることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を向上させることが可能となる。

【0038】

上述した判定により第２データＤ２を受信しない場合の一例として、図４（ｂ）のノード３−２を用いて説明する。この場合、ノード３−２は、例えば第２データＤ２の前半に格納されたヘッダ情報に基づいて、第２データＤ２を受信しないと判断する。その後、通信期間Ｔ１２の終了と同時に、スリープ期間Ｔ２２を開始する。このため、ノード３−２は、第２データＤ２を受信するノード３−１に比べて、通信期間Ｔ１を延長する必要が無く、通信期間Ｔ１２を短くすることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を向上させることが可能となる。

【0039】

なお、制御手段において、各ノード３が第２データＤ２を受信するか否かの判定は、例えばＣＳ２から各ノード３に予め判定に関する情報を送信してもよい。この場合、ＣＳ２は、各ノード３から取得した同期用信号Ｂに基づき、各ノード３に対する判定に関する情報を生成し、各ノード３に送信する。

【0040】

上述した判定を行う場合の例として、図４（ｃ）のノード３−３を用いて説明する。この場合、ノード３−３における通信期間Ｔ１は、第１データＤ１が送信される第１通信期間Ｔ１３と、第２データＤ２が送信される第２通信期間Ｔ１４とを有する。第２通信期間Ｔ１４は、第１通信期間Ｔ１３の後に割り当てられ、例えば第１通信期間Ｔ１３と離間して割り当てられてもよい。第２通信期間Ｔ１４の長さは、例えば第１通信期間Ｔ１３の長さよりも短い。

【0041】

このとき、判定により第２データＤ２を受信する場合、上述した図４（ａ）のノード３−１と同様に、ノード３−３は、第２データＤ２を受信した後に、スリープ期間Ｔ２３を開始する。これに対し、判定により第２データＤ２を受信しない場合、ノード３−３は、第１通信期間Ｔ１３の終了後、第２通信期間Ｔ１４を開始する代わりにスリープ期間Ｔ２４を開始する。このため、第２データＤ２を受信しない場合に、通信期間Ｔ１を大幅に短くすることができる。これにより、各ノード３における省電力の効果を大幅に向上させることが可能となる。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

第２実施形態
次に、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。なお、上述した実施形態と同様の主な構成については、説明を省略する。

【0045】

本実施形態の無線通信システム１では、ノード３の有するノード情報を周期的に取得し（取得手段）、各周期に取得されたノード情報に基づいて、ノード３における通信期間比率Ｒを設定する（設定手段）。

【0046】

取得手段では、例えばノード３から発信されたノード情報を、ＣＳ２が取得する。設定手段は、例えばＣＳ２が通信期間比率Ｒを設定する。

【0047】

ノード３は、ノード３に用いられる装置の種類、給電方法、及び給電状況を示す寄与率の少なくとも何れかを含むノード情報を有する。装置の種類は、ノード３を具現化した端末装置のほか、例えばバルブを停止する制御等を行うことを可能とするデバイスに関する情報を含み、装置等に必要となる通信頻度等を含む。給電方法は、ノード３を具現化した端末装置等を給電するために用いられる方法であり、例えば太陽電池、乾電池、外部給電等からの給電方法に関する情報を含む。寄与率は、ノード３を具現化した端末装置等に用いられるバッテリの最大値に対するバッテリ残量値の比率を示す。

【0048】

本実施形態の無線通信システム１では、各ノード３に異なる通信期間比率Ｒ（通信期間Ｔ１／基本間隔Ｔ）が設定される。通信期間比率Ｒは、ノード情報に基づいて設定される。ノード情報は、ノード３から必要に応じて定期的に送信される同期用信号Ｂに含まれる。同期用信号Ｂは、ノード情報のほか、同期用信号Ｂを発信するときの通信期間比率Ｒを含む。ＣＳ２は、ノード３から周期的に送信される同期用信号Ｂを取得し、各周期に取得された同期用信号Ｂに含まれるノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒを設定する。これにより、ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。なお、ＣＳ２が同期用信号Ｂを取得する周期は、任意である。

【0049】

本実施形態の無線通信システム１では、例えばノード情報に含まれる通信頻度が高い場合や、給電状態が良好（例えば給電し易い環境、バッテリ消費量が少ない等）である場合に、通信期間比率Ｒが高くなるように設定される。例えば図５では、ノード３−１、ノード３−２、ノード３−３の順に、通信頻度が高い又は給電状態が良好である。このため、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１が最も高く、次にノード３−２の通信期間比率Ｒ２が高く、ノード３−３の通信期間比率Ｒ３が最も低い。このように、ノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３に適した通信期間比率Ｒを設定することができ、ノード３における省電力の動作を実現することが可能となる。なお、通信期間比率Ｒは、例えば１つの閾値を用いた２段階で設定されるほか、例えば１００分率等の３段階以上で設定されてもよい。

【0050】

本実施形態の無線通信システム１では、例えばノード情報に基づいて、通信期間比率Ｒに加えて同期用信号Ｂを送信する頻度が設定されてもよい。例えばノード３−２における通信期間比率Ｒ２は、ノード３−１における通信期間比率Ｒ１よりも低い。このため、ノード３−２における同期用信号Ｂを送信する頻度を、ノード３−１に比べて少なくすることで、ノード３−２における電力の消費を抑制することができる。このように、通信期間比率Ｒに比例して同期用信号Ｂを送信する頻度を設定することで、同期用信号Ｂを送信する頻度を制御することができ、ノード３における省電力の効果をさらに高めることが可能となる。

【0051】

通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれる装置の種類に基づいて設定される。各ノード３は、装置の種類によって通信頻度等が異なる場合がある。このため、装置の種類に基づく通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。

【0052】

装置の種類として、例えばノード３−１としてＰＣのように通信機能の比較的優れた端末装置が用いられ、ノード３−３としてバルブを停止する制御デバイスが用いられた場合、制御デバイスは端末装置よりも通信頻度が少なくてもよい。このため、ノード３−３の通信期間比率Ｒ３として、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１よりも低い値が設定されることで、電力の消耗を抑制することができる。また、ノード３−１では、通信頻度に対応した通信期間比率Ｒ１が設定されることで、安定した運営を継続することが可能となる。

【0053】

通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれる給電方法に基づいて設定される。各ノード３は、給電方法によって給電状況等が異なる場合がある。このため、給電方法に基づき通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。

【0054】

給電方法として、例えば図６に示すように、ノード３−２として常時給電される外部給電が用いられ、ノード３−５として太陽電池による給電が用いられた場合、設置環境や天候に依存する太陽電池は、外部給電に比べて、給電量の経時変化が大きい。このため、ノード３−５では、一定周期毎に異なる通信期間比率Ｒ５が設定され、例えば給電がされ難い曇天時には通信期間比率Ｒ５ａとし、給電がされ易い晴天時には通信期間比率Ｒ５ａよりも高い通信期間比率Ｒ５ｂとする。これにより、ノード３−５に最適な通信期間比率Ｒ５を設定することができ、電力の消耗を抑制することができる。また、ノード３−２では、一定周期毎に等しい通信期間比率Ｒ２が設定されることで、安定した運営を継続することが可能となる。

【0055】

通信期間比率Ｒは、例えばノード情報に含まれるバッテリの寄与率に基づいて設定される。通信期間比率Ｒは、例えば寄与率に比例して設定される。このため、寄与率の変動にあわせた通信期間比率Ｒを設定することで、各ノード３における省電力の動作を実現することができる。

【0056】

例えば図７に示すように、ノード３−１としてバッテリの消費が小さい装置等が用いられ、ノード３−４としてバッテリの消費が大きい装置等が用いられる。この場合、ノード３−１とノード３−４の寄与率が互いに略等しいときは、ノード３−４の通信期間比率Ｒ４ａは、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１と略等しい。これに対し、経時に伴いノード３−４の寄与率が低下する。このため、ノード３−４の通信期間比率Ｒ４ｂは、ノード３−１の通信期間比率Ｒ１よりも低くなる。これにより、ノード３−４のバッテリの消費量を抑制することができる。

【0057】

このように、寄与率の高いノード３ほど、高い通信期間比率Ｒを設定することで、ノード３毎におけるバッテリ消費量の均一化を図ることができ、ネットワーク内の公平性を確立することができる。また、給電状態の良好なノード３と、給電状態の劣悪なノード３とが混在した場合においても、各ノード３の相対的なバッテリ消費量を均一化させることができる。これにより、各ノード３における省電力の動作効果を向上させることが可能となる。また、一部のノード３のみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる事態を回避でき、安定した運営を継続することが可能となる。

【0058】

本実施形態の無線通信システム１は、例えば寄与率に基づいてノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てることができる。例えば図７に示すように、寄与率の低いノード３−４は、寄与率の高いノード３−１の下位に指定することができる。このため、給電状態が良好なノード３を優先的に多くのデータフレームを中継する動作形態が自立分散的に形成される。これにより、より安定した運営を継続することが可能となる。また、ノード３毎におけるバッテリ消費量の均一化を図ることができ、ネットワーク内の公平性を確立することができる。

【0059】

また、本実施形態の無線通信システム１では、周期的に取得された寄与率に基づいて、各ノード３における制御端末又は被制御端末の割り当てを変更することができる。このため、経時変化により各ノード３の寄与率が変化した場合においても、各ノード３の相対的なバッテリ消費量を均一化させることができる。これにより、一部のノード３のみのバッテリ消耗により無線ネットワーク全体の動作が継続困難となる事態を回避でき、安定した運営を継続することが可能となる。

【0060】

なお、ノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てるとき、例えば装置の種類、給電方法、及び寄与率の少なくとも何れかに基づくようにしてもよい。この場合、より安定した運営を継続することが可能となる。ノード３に制御端末又は被制御端末として割り当てるとき、装置の種類、給電方法、及び寄与率の何れかを優先するか否かの設定は、任意である。

【0061】

なお、本実施形態の無線通信システム１は、例えば上述した実施形態と組み合わせてもよい。すなわち、ＣＳ２又は各ノード３よりも上位のノード３は、各ノード３のノード情報を取得し、第２データＤ２を受信するか否かの判定に関する情報を生成し、各ノード３に送信する。各ノード３は、ノード情報又は受信したＣＳ２又は上位のノード３によって生成された判定に関する情報に基づいて、第２データＤ２を受信するか否かを判定する。このため、ＣＳ２が取得したノード情報に基づいて、各ノード３に適した通信期間Ｔ１を詳細に設定することができる。これにより、各ノード３における省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。

【0062】

第３実施形態
次に、本発明の第３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。なお、上述した実施形態と同様の主な構成については、説明を省略する。

【0063】

本実施形態の無線通信システム１では、複数のノード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３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。本実施形態においては、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。

【0064】

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。

【0065】

制御支援端末（ＣＳ２、ノード３−１、ノード３−４）については、図８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Ｔ２を短縮する。この通信期間Ｔ１の増大量はいかなるものであってもよいが、図８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Ｔ２を０にしてもよい。また図８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Ｔ２の始点となる。

【0066】

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９のタイムチャート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Ｔ２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Ｔ１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。

【0067】

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Ｔ１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Ｔ１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。

【0068】

このため、本実施形態によれば、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Ｔ２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。

【0069】

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Ｔ１を利用して行うようにしてもよい。また図９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Ｔ１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Ｔ１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９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Ｔ１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Ｔ１においてデータＤ２３を送信することとなる。

【0070】

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Ｔ２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。

【0071】

従って本実施形態によれば、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。

【0072】

なお本実施形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図８に示す通信期間Ｔ１の増大量をＣＳ２から被制御端末のノード３へ送信するまでの許容遅延時間に基づいて決定するようにしてもよい。ここでいう許容遅延時間とは、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要する制御用のデータを送る上で許容される遅延時間である。この許容遅延時間は、例えばＣＳ２において制御用のデータを生成した時点を開始時として何秒以内等のように定義されるものであってもよい。無線通信システム１は、実際に制御支援端末の特定時において被制御端末から送信される情報に基づいて許容遅延時間を識別し、当該許容遅延時間に基づいて通信期間Ｔ１の増大量を決定するようにしてもよい。特に被制御端末が複数存在する場合には、それぞれから送信されてくる情報を把握し、当該被制御端末間において互いに増大量を異ならせるようにしてもよい。

【0073】

ちなみに被制御端末における許容遅延時間は、当該被制御端末から取得した情報に基づいて設定するようにしてもよいが、予めＣＳ２側にユーザ又はシステム管理者を介して入力されるものであってもよい。また無線通信システム１が稼動後にＣＳ２が各ノード３に都度問合せをし、その応答に含まれるデータを識別することで許容遅延時間を算出するようにしてもよい。かかる場合には、ノード３から送られてくるデータが、制御系を有するアクチュエータ特有のデータか否かを先ず判別し、アクチュエータ特有のデータであればその詳細を分析する。例えば、ノード３がアクチュエータであってバルブを閉める制御を担うものであれば、そのバルブが閉まるまでの時間や、そのバルブが設けられた管体を流れる流体の流速、更にはその管体のサイズ等のデータを取得し、これに基づいて許容遅延時間を設定するようにしてもよい。かかる場合には、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量は、許容遅延時間が長くなるにつれて短くなるように設定することが望ましい。

【0074】

また無線通信システム１は、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を決定する上で更にＣＳ２から被制御端末間のノード数に応じて決定するようにしてもよい。例えば図２の例では、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３−４間のノード数は、１となる。このＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるほど、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要するデータが到達するのが遅くなってしまう。逆にこのＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるにつれて、この通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を長くすることにより、被制御端末への緊急性を要する制御データの到達時間を速めることが可能となる。

【0075】

更に本実施形態によれば、図１０に示すように、被制御端末のノード３からＣＳ２に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合には、時間割合が増大された通信期間Ｔ１を優先的に使用するようにしてもよい。例えば被制御端末としてのノード３−４がアクチュエータとしての制御機能を持つと共に、各種データを検出するセンシング機能を備えるものである場合において、例えば破裂音やノイズ、ネジの緩み等、故障に繋がる緊急用のデータが検出される場合がある。このような緊急用のデータがｔ１８において検出された場合には、ノード３−４は、これに基づくデータＤ２４を生成してノード３−１に送信する。ノード３−１は、係るデータＤ２４をＣＳ２へ上りデータ通信する。

【0076】

制御支援端末は、通信期間Ｔ１の時間割合が予め増大されていることから、仮に通信期間Ｔ１を基本間隔Ｔまで時間割合を増大させることにより、ｔ１８において生成された緊急用のデータＤ２４はスリープ期間Ｔ２において特に待機することなく即座にＣＳ２に送ることが可能となる。

【0077】

なお、本実施形態の無線通信システム１は、例えば上述した実施形態と組み合わせてもよい。これにより、システム全体における省電力の効果をさらに向上させることが可能となる。

【符号の説明】

【0078】

１ 無線通信システム
２，７１ ＣＳ
３，７１ ノード
７２ ノード
Ｂ 同期用通信
Ｄ データ
Ｒ 通信期間比率
Ｔ 基本間隔
Ｔ１ 通信期間
Ｔ２ スリープ期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】