(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022182385
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】無線通信装置および無線通信システム
(51)【国際特許分類】
H04W 52/02 20090101AFI20221201BHJP
H04W 56/00 20090101ALI20221201BHJP
H04W 84/10 20090101ALI20221201BHJP
H04W 84/18 20090101ALI20221201BHJP
H04L 13/00 20060101ALI20221201BHJP
H04L 7/00 20060101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
H04W52/02 110
H04W56/00
H04W84/10 110
H04W84/18
H04L13/00 T
H04L7/00 990
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021089908
(22)【出願日】2021-05-28
(71)【出願人】
【識別番号】302062931
【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉本 大樹
(72)【発明者】
【氏名】大神 健司
【テーマコード（参考）】
5K034
5K047
5K067
【Ｆターム（参考）】
5K034AA15
5K034DD02
5K034EE03
5K034TT06
5K047AA18
5K067AA43
5K067CC22
5K067DD25
5K067EE25
5K067GG02
5K067HH21
5K067HH24
(57)【要約】
【課題】無線通信装置および無線通信システムにおいて、消費電力の低減を実現する。
【解決手段】スケジュールデータ２１には、カウント値ｔ［ｘ］の範囲で表され、外部とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、カウント値ｔ［ｘ］の範囲で表され、外部とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、が定められる。無線通信インタフェース１４は、アクティブ期間で、外部とパケットを通信し、電源コントローラ１６は、非アクティブ期間で、無線通信インタフェース１４への供給電力を遮断する。同期コントローラ２０は、パケットの受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいてカウンタ１２のカウント値を更新し、パケットの送信動作時に、更新したカウント値ｔ［ｙ］に基づいて同期データ値を定め、それを、送信するパケットに格納する。
【選択図】図４
【解決手段】スケジュールデータ２１には、カウント値ｔ［ｘ］の範囲で表され、外部とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、カウント値ｔ［ｘ］の範囲で表され、外部とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、が定められる。無線通信インタフェース１４は、アクティブ期間で、外部とパケットを通信し、電源コントローラ１６は、非アクティブ期間で、無線通信インタフェース１４への供給電力を遮断する。同期コントローラ２０は、パケットの受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいてカウンタ１２のカウント値を更新し、パケットの送信動作時に、更新したカウント値ｔ［ｙ］に基づいて同期データ値を定め、それを、送信するパケットに格納する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クロック信号を生成する発振器と、
前記クロック信号に応じてカウント値を順次更新するカウンタと、
前記カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、前記カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、を定めたスケジュールデータを保持するメモリと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記アクティブ期間で、外部とパケットを通信する無線通信インタフェースと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記非アクティブ期間で、前記無線通信インタフェースへの供給電力を遮断する電源コントローラと、
外部からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいて前記カウンタの前記カウント値を更新し、外部へパケットを送信する送信動作時に、更新した前記カウント値に基づいて前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する同期コントローラと、
を備える、
無線通信装置。
前記クロック信号に応じてカウント値を順次更新するカウンタと、
前記カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、前記カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、を定めたスケジュールデータを保持するメモリと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記アクティブ期間で、外部とパケットを通信する無線通信インタフェースと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記非アクティブ期間で、前記無線通信インタフェースへの供給電力を遮断する電源コントローラと、
外部からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいて前記カウンタの前記カウント値を更新し、外部へパケットを送信する送信動作時に、更新した前記カウント値に基づいて前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する同期コントローラと、
を備える、
無線通信装置。
【請求項2】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、更新した前記カウント値に、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、更新した前記カウント値に、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
【請求項3】
請求項２記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映して定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映して定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
【請求項4】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値に、送信側の装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を変更し、変更した前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、変更した前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値に、送信側の装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を変更し、変更した前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、変更した前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
【請求項5】
請求項４記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、パケットを準備した時刻での前記カウンタの前記カウント値を前記同期データ値に定め、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、パケットを準備した時刻での前記カウンタの前記カウント値を前記同期データ値に定め、送信するパケットに格納する、
無線通信装置。
【請求項6】
請求項２または４記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を予め定めた固定値に定める、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を予め定めた固定値に定める、
無線通信装置。
【請求項7】
請求項２または４記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を、パケット長に応じた可変値に定める、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を、パケット長に応じた可変値に定める、
無線通信装置。
【請求項8】
請求項１または２記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、
前回の前記アクティブ期間で第１のパケットを受信した時刻での第１の前記カウント値と今回の前記アクティブ期間で第２のパケットを受信した時刻での第２の前記カウント値とに基づいて第１の受信間隔を計測し、
前記第１のカウント値と、前記第２のパケットに格納される前記同期データ値とに基づいて前記第２のパケットを送信した他装置が認識している第２の受信間隔を算出し、
前記第１の受信間隔と前記第２の受信間隔との誤差をゼロに近づけるように前記スケジュールデータを補正する、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、
前回の前記アクティブ期間で第１のパケットを受信した時刻での第１の前記カウント値と今回の前記アクティブ期間で第２のパケットを受信した時刻での第２の前記カウント値とに基づいて第１の受信間隔を計測し、
前記第１のカウント値と、前記第２のパケットに格納される前記同期データ値とに基づいて前記第２のパケットを送信した他装置が認識している第２の受信間隔を算出し、
前記第１の受信間隔と前記第２の受信間隔との誤差をゼロに近づけるように前記スケジュールデータを補正する、
無線通信装置。
【請求項9】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記同期コントローラは、送信するパケットに格納する前記同期データ値を、予め定めた基準のカウント値との差分値を用いて定める、
無線通信装置。
前記同期コントローラは、送信するパケットに格納する前記同期データ値を、予め定めた基準のカウント値との差分値を用いて定める、
無線通信装置。
【請求項10】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記無線通信装置は、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｍｅｓｈ”規格の対応装置である、
無線通信装置。
前記無線通信装置は、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｍｅｓｈ”規格の対応装置である、
無線通信装置。
【請求項11】
複数の無線通信装置を備える無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置のそれぞれは、
クロック信号を生成する発振器と、
前記クロック信号に応じてカウント値を順次更新するカウンタと、
前記カウント値の範囲によって表され、他の無線通信装置とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、前記カウント値の範囲によって表され、他の無線通信装置とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、を定めたスケジュールデータを保持するメモリと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記アクティブ期間で、他の無線通信装置とパケットを通信する無線通信インタフェースと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記非アクティブ期間で、前記無線通信インタフェースへの供給電力を遮断する電源コントローラと、
他の無線通信装置からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいて前記カウンタの前記カウント値を更新し、他の無線通信装置へパケットを送信する送信動作時に、更新した前記カウント値に基づいて前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する同期コントローラと、
を備える、
無線通信システム。
前記複数の無線通信装置のそれぞれは、
クロック信号を生成する発振器と、
前記クロック信号に応じてカウント値を順次更新するカウンタと、
前記カウント値の範囲によって表され、他の無線通信装置とのパケットの通信を許可する期間であるアクティブ期間と、前記カウント値の範囲によって表され、他の無線通信装置とのパケットの通信を禁止する期間である非アクティブ期間と、を定めたスケジュールデータを保持するメモリと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記アクティブ期間で、他の無線通信装置とパケットを通信する無線通信インタフェースと、
前記スケジュールデータと前記カウンタの前記カウント値とから得られる前記非アクティブ期間で、前記無線通信インタフェースへの供給電力を遮断する電源コントローラと、
他の無線通信装置からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいて前記カウンタの前記カウント値を更新し、他の無線通信装置へパケットを送信する送信動作時に、更新した前記カウント値に基づいて前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する同期コントローラと、
を備える、
無線通信システム。
【請求項12】
請求項１１記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、更新した前記カウント値に、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、更新した前記カウント値に、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を定め、定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
【請求項13】
請求項１２記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映して定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、自装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映して定めた前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
【請求項14】
請求項１１記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値に、送信側の無線通信装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を変更し、変更した前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、変更した前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、前記受信動作時に、受信したパケットに格納される前記同期データ値に、送信側の無線通信装置でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間を反映させることで前記同期データ値を変更し、変更した前記同期データ値で前記カウンタの前記カウント値を更新し、前記送信動作時に、変更した前記同期データ値を、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
【請求項15】
請求項１４記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、パケットを準備した時刻での前記カウンタの前記カウント値を前記同期データ値に定め、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、パケットを準備した時刻での前記カウンタの前記カウント値を前記同期データ値に定め、送信するパケットに格納する、
無線通信システム。
【請求項16】
請求項１２または１４記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を予め定めた固定値に定める、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を予め定めた固定値に定める、
無線通信システム。
【請求項17】
請求項１２または１４記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を、パケット長に応じた可変値に定める、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、前記予測遅延時間を、パケット長に応じた可変値に定める、
無線通信システム。
【請求項18】
請求項１１または１２記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、
前回の前記アクティブ期間で第１のパケットを受信した時刻での第１の前記カウント値と今回の前記アクティブ期間で第２のパケットを受信した時刻での第２の前記カウント値とに基づいて第１の受信間隔を計測し、
前記第１のカウント値と、前記第２のパケットに格納される前記同期データ値とに基づいて前記第２のパケットを送信した無線通信装置が認識している第２の受信間隔を算出し、
前記第１の受信間隔と前記第２の受信間隔との誤差をゼロに近づけるように前記スケジュールデータを補正する、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、
前回の前記アクティブ期間で第１のパケットを受信した時刻での第１の前記カウント値と今回の前記アクティブ期間で第２のパケットを受信した時刻での第２の前記カウント値とに基づいて第１の受信間隔を計測し、
前記第１のカウント値と、前記第２のパケットに格納される前記同期データ値とに基づいて前記第２のパケットを送信した無線通信装置が認識している第２の受信間隔を算出し、
前記第１の受信間隔と前記第２の受信間隔との誤差をゼロに近づけるように前記スケジュールデータを補正する、
無線通信システム。
【請求項19】
請求項１１記載の無線通信システムにおいて、
前記同期コントローラは、送信するパケットに格納する前記同期データ値を、予め定めた基準のカウント値との差分値を用いて定める、
無線通信システム。
前記同期コントローラは、送信するパケットに格納する前記同期データ値を、予め定めた基準のカウント値との差分値を用いて定める、
無線通信システム。
【請求項20】
請求項１１記載の無線通信システムにおいて、
前記無線通信システムは、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｍｅｓｈ”規格に対応するシステムである、
無線通信システム。
前記無線通信システムは、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｍｅｓｈ”規格に対応するシステムである、
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、無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） ｍｅｓｈ”規格に対応する無線通信装置において、少ないチャネル数で、より広範囲の通信範囲をカバーする技術が示される。具体的には、当該無線通信装置は、不特定の複数の他装置とブロードキャスト通信を行うアドバタイズ通信制御部と、特定の他装置と１対１通信を行うコネクション通信制御部と、を有する。無線コネクション通信制御部により通信可能なコネクションクラスタ内の他装置とのメッセージの送受信は、コネクション通信制御部を用いて行われる。一方、コネクションクラスタ外の他装置とのメッセージの送受信は、コネクションクラスタ内において許可された装置のアドバタイズ通信制御部を用いて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１９５０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、特許文献１に記載されるような、“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ｍｅｓｈ”（明細書ではＢＴメッシュと略す）規格に対応する無線通信装置および無線通信システムが知られている。ＢＴメッシュ規格は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ（Special Interest Group）によって策定されたメッシュネットワークの規格である。ＢＴメッシュ規格では、非同期でのフラッディング、言い換えればブロードキャストを用いて、パケット、言い換えればメッセージを通信することが基本動作となっている。ＢＴメッシュを構成する無線通信装置は、ノードと呼ばれる。
【0005】
ここで、ＢＴメッシュでは、例えば、一部のノードを、リレー機能、すなわちパケットの中継機能を有しないロウパワーノードに定めることが可能である。ロウパワーノードは、パケットの受信期間を自ノードで定めることができるため、この受信期間を除く期間ではスリープ状態であってよい。一方、ロウパワーノードを除く各ノードは、非同期に発生するパケットを受信するため、常時、パケットを受信可能な状態で待機する必要がある。このため、ＢＴメッシュでは、ネットワーク全体として、消費電力が増大するおそれがあった。
【0006】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一実施の形態による無線通信装置は、クロック信号を生成する発振器と、クロック信号に応じてカウント値を順次更新するカウンタと、メモリと、無線通信インタフェースと、電源コントローラと、同期コントローラと、を備える。メモリは、外部とのパケットの通信を許可するカウント値の範囲であるアクティブ期間と、外部とのパケットの通信を禁止するカウント値の範囲である非アクティブ期間と、を定めたスケジュールデータを保持する。無線通信インタフェースは、スケジュールデータとカウンタのカウント値とから得られるアクティブ期間で、外部とパケットを通信する。電源コントローラは、スケジュールデータとカウンタのカウント値とから得られる非アクティブ期間で、無線通信インタフェースへの供給電力を遮断する。同期コントローラは、外部からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値に基づいてカウンタのカウント値を更新し、外部へパケットを送信する送信動作時に、更新したカウント値に基づいて同期データ値を定め、当該定めた同期データ値を、送信するパケットに格納する。
【発明の効果】
【0008】
前記一実施の形態によれば、無線通信装置および無線通信システムにおいて、消費電力の低減が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す概略図である。
【図2】実施の形態１の無線通信システムで用いる通信方式の一例を説明する模式図である。
【図4】本発明の実施の形態１の無線通信装置の構成例を示す概略図である。
【図6】実施の形態１の無線通信システムにおいて、スケジュールデータの詳細な一例を説明するタイミングチャートである。
【図7】実施の形態１の無線通信システムにおいて、初期同期に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。
【図8】実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期の維持に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。
【図9】実施の形態１の無線通信システムにおいて、パケットのフォーマットの一例を示す概略図である。
【図10】実施の形態１の無線通信システムにおいて、カウント値を用いた同期方法の動作例を示すタイミングチャートである。
【図11A】実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期データ値に伴う処理方法の一例を説明するタイミングチャートである。
【図12】実施の形態２の無線通信システムにおいて、実際の通信有効期間の一例を示すタイミングチャートである。
【図13】実施の形態２の無線通信システムにおいて、通信有効期間の拡大方法の一例を説明するタイミングチャートである。
【図14】実施の形態２の無線通信システムにおいて、通信有効期間の拡大方法の一例を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【0011】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0013】
（実施の形態１）
＜無線通信システムの概略＞
図１は、実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す概略図である。図１には、無線通信システムの一例としてＢＴメッシュのネットワーク構成例が示される。ＢＴメッシュでは、受信したパケットをフラッディングによって順次中継することで、通信距離を延ばすことが可能となっている。図１には、複数のノードＡ～Ｔが示される。ノードＡ～Ｔのそれぞれは、ＢＴメッシュ規格に対応する無線通信装置である。
＜無線通信システムの概略＞
図１は、実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す概略図である。図１には、無線通信システムの一例としてＢＴメッシュのネットワーク構成例が示される。ＢＴメッシュでは、受信したパケットをフラッディングによって順次中継することで、通信距離を延ばすことが可能となっている。図１には、複数のノードＡ～Ｔが示される。ノードＡ～Ｔのそれぞれは、ＢＴメッシュ規格に対応する無線通信装置である。
【0014】
ノードＡ～Ｔの中には、通常ノードＡ～Ｈ，Ｎ，Ｔと、リレーノードＱ，Ｒ，Ｓと、フレンドノードＯ，Ｐと、ロウパワーノードＩ～Ｍと、が含まれる。通常ノードＡ～Ｈは、所定の宛先を含んだパケットを生成し、当該生成したパケットを送信する機能と、自ノードを宛先とするパケットを受信する機能とを担う。リレーノードＱ，Ｒ，Ｓは、受信したパケットを他の複数のノードへフラッディングによって送信する機能を担う。
【0015】
フレンドノードＯ，Ｐは、ロウパワーノードＩ～Ｍを宛先とするパケットを一時的に保持する機能を担う。ロウパワーノードＩ～Ｍは、フレンドノードＯ，Ｐに対して、自ノードを宛先とするパケットを保持しているか否かを間欠的に問い合わせ、保持している場合には当該パケットをフレンドノードＯ，Ｐから受信する。このため、ロウパワーノードＩ～Ｍは、問い合わせを行う際にアクティブ状態となり、それ以外の期間では非アクティブ状態、言い換えればスリープ状態であってよい。アクティブ状態は、通常電力での動作状態であり、スリープ状態は、省電力での動作状態である。
【0016】
図１における具体的な動作例として、例えば、通常ノードＴは、ロウパワーノードＬを宛先とするパケットを生成し、当該パケットをリレーノードＳに向けてＧＡＴＴベアラと呼ばれる通信手段を用いて送信する。ＧＡＴＴベアラは、１対１の通信手段である。リレーノードＳは、通常ノードＴからのパケットをＡＤＶベアラと呼ばれる通信手段を用いてフラッディングによって中継する。ＡＤＶベアラは、１対多の通信手段である。フレンドノードＯは、リレーノードＳが中継した、ロウパワーノードＬを宛先とするパケットを受信し、保持する。そして、フレンドノードＯは、ロウパワーノードＬからの問い合わせに応じて、保持しているパケットをロウパワーノードＬに送信する。
【0017】
このような無線通信システムにおいて、ロウパワーノードＩ～Ｍを除く、通常ノードＡ～Ｈ，Ｎ，Ｔ、リレーノードＱ，Ｒ，ＳおよびフレンドノードＯ，Ｐは、通常、非同期に発生するパケットを受信するため、常時、パケットを受信可能な状態で待機する必要がある。その結果、ネットワーク全体として、消費電力の増大が生じ得る。そこで、後述する実施の形態の通信方式を用いることが有益となる。
【0018】
＜通信方式の概略＞
図２は、実施の形態１の無線通信システムで用いる通信方式の一例を説明する模式図である。実施の形態１の無線通信システムでは、図２に示されるように、ネットワークに参加する全ての無線通信装置（ノード）ＮＤ１～ＮＤ３は、予め定めた共通のスケジュールに同期して動作する。図２のスケジュールの例では、繰り返し生じる周期Ｔｃの中に、アクティブ期間Ｔａと、スリープ期間（非アクティブ期間）Ｔｓと、が含まれる。
図２は、実施の形態１の無線通信システムで用いる通信方式の一例を説明する模式図である。実施の形態１の無線通信システムでは、図２に示されるように、ネットワークに参加する全ての無線通信装置（ノード）ＮＤ１～ＮＤ３は、予め定めた共通のスケジュールに同期して動作する。図２のスケジュールの例では、繰り返し生じる周期Ｔｃの中に、アクティブ期間Ｔａと、スリープ期間（非アクティブ期間）Ｔｓと、が含まれる。
【0019】
複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３は、共に、アクティブ期間Ｔａ内の任意のタイミングでパケットの通信、すなわち送信または受信を行う。また、複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３は、共に、アクティブ期間Ｔａ内でパケット送信をしていない期間ではパケットの受信を待ち受ける。一方、複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３は、スリープ期間Ｔｓでは、共に、パケットの通信を行わず、所定の省電力モードで動作する。なお、明細書では、複数の無線通信装置（ノード）ＮＤ１～ＮＤ３を総称して、無線通信装置（ノード）ＮＤと呼ぶ。
【0020】
このように、共通のスケジュールに同期して動作するため、複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３は、時刻を同期する。詳細には、複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３のそれぞれは、例えば、自装置に設けられるカウンタのカウント値によって時刻を管理する。この場合、複数の無線通信装置ＮＤ１～ＮＤ３は、適宜、カウント値を同期すればよい。また、カウント値を用いる場合、アクティブ期間Ｔａは、カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を許可する期間となる。一方、スリープ期間Ｔｓは、カウント値の範囲によって表され、外部とのパケットの通信を禁止する期間となる。
【0021】
図３は、図２の通信方式で用いる時刻の同期方法の一例を説明する図である。各無線通信装置ＮＤは、他の無線通信装置ＮＤと時刻を同期するため、他の無線通信装置ＮＤへ送信するパケットに時刻情報であるカウント値を格納する。一方、パケットを受信した他の無線通信装置ＮＤは、受信したパケットに格納されるカウント値に基づいて、自装置のカウンタのカウント値を更新する。
【0022】
図３の例では、通信を始める無線通信装置ＮＤ１は、送信するパケットを準備する時、パケット（ＴＸ）に自装置のカウント値を格納して送信する。続いて、パケットを中継する無線通信装置ＮＤ２は、無線通信装置ＮＤ１からのパケット（ＲＸ）を受信し、受信したパケットに格納されているカウント値で自装置のカウント値を更新する。これにより、無線通信装置ＮＤ１と無線通信装置ＮＤ２とで、カウント値、言い換えれば時刻を同期することが可能になる。
【0023】
詳細には、無線通信装置ＮＤ１は、例えば、時刻ｔ０でパケットを準備し、遅延時間Δｔｄを経たのち、時刻ｔ１でパケットの送信を完了する。遅延時間Δｔｄは、このパケットの送信処理に要する遅延時間であり、例えば、パケットの準備を開始した時刻からパケットの送信を完了する時刻までの時間である。一方、無線通信装置ＮＤ２は、時刻ｔ１でパケットの受信を完了し、その時刻でカウント値を同期する。したがって、無線通信装置ＮＤ１からのパケットに格納される理想的なカウント値は、時刻ｔ１でのカウント値である。
【0024】
ここで、無線通信装置ＮＤ１が、仮に、パケットを準備する時刻である時刻ｔ０におけるカウント値をパケットに格納すると、理想値である時刻ｔ１に対して遅延時間Δｔｄ分の誤差が生じ得る。そこで、無線通信装置ＮＤ１は、例えば、この遅延時間Δｔｄを予測遅延時間として予め定めておき、時刻ｔ０で、当該予測遅延時間を反映させたカウント値、すなわち時刻ｔ１により近いカウント値をパケットに格納することが望ましい。ただし、遅延時間Δｔｄが十分に短い場合には、必ずしも予測遅延時間を反映させる必要はない。
【0025】
無線通信装置ＮＤ２は、無線通信装置ＮＤ１からのパケット（ＲＸ）に格納されるカウント値に基づいて自装置のカウント値を更新したのち、当該パケットを他の無線通信装置（例えばＮＤ３）へ送信する。この際にも、無線通信装置ＮＤ１の場合と同様の遅延時間Δｔｄが生じ得る。したがって、遅延時間Δｔｄが問題となる場合、無線通信装置ＮＤ２は、無線通信装置ＮＤ１の場合と同様に、更新したカウント値に予測遅延時間を反映させ、当該予測遅延時間を反映させたカウント値、すなわち時刻ｔ２により近いカウント値を、送信するパケット（ＴＸ）に格納することが望ましい。すなわち、無線通信装置ＮＤ２は、無線通信装置ＮＤ１からのパケットに格納されているカウント値を書き換えることが望ましい。
【0026】
以降同様にして、パケットが後段の装置へ中継される度に、送信側の装置と受信側の装置の間で、時刻の同期が行われる。その結果、図２に示したようなアクティブ期間Ｔａおよびスリープ期間Ｔｓに基づく通信制御を高精度に行うことが可能になる。すなわち、同期ズレに伴うパケットのロス等を防止することで通信の信頼性を高めつつ、スリープ期間Ｔｓによって消費電力を低減することが可能になる。なお、ここでは、例えば、無線通信装置ＮＤ１が時刻ｔ１に対応するカウント値を送信したが、代わりに、無線通信装置ＮＤ２が無線通信装置ＮＤ１からの時刻ｔ０でのカウント値を受けて、時刻ｔ１に対応するカウント値を予測することも可能である。
【0027】
＜無線通信装置の概略＞
図４は、本発明の実施の形態１の無線通信装置の構成例を示す概略図である。図４に示す無線通信装置ＮＤは、演算処理部１０と、発振器１１と、カウンタ１２と、メモリ１３と、無線通信インタフェース１４と、アンテナ１５と、電源コントローラ１６とを備える。演算処理部１０は、代表的には、メモリ１３に保持されるプログラムを実行するプロセッサ等で実現される。ただし、演算処理部１０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現されてもよい。演算処理部１０は、例えば、パケットの送受信制御や、パケットのベースベンド処理等に加えて、無線通信装置ＮＤの役割に応じた所定の処理を行う。
図４は、本発明の実施の形態１の無線通信装置の構成例を示す概略図である。図４に示す無線通信装置ＮＤは、演算処理部１０と、発振器１１と、カウンタ１２と、メモリ１３と、無線通信インタフェース１４と、アンテナ１５と、電源コントローラ１６とを備える。演算処理部１０は、代表的には、メモリ１３に保持されるプログラムを実行するプロセッサ等で実現される。ただし、演算処理部１０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現されてもよい。演算処理部１０は、例えば、パケットの送受信制御や、パケットのベースベンド処理等に加えて、無線通信装置ＮＤの役割に応じた所定の処理を行う。
【0028】
発振器１１は、例えば、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等で構成され、クロック信号ＣＫを生成する。カウンタ１２は、発振器１１からのクロック信号ＣＫに応じて、カウント値ｔ［ｘ］を順次更新する。カウンタ１２は、レジスタ等に保持するカウント値ｔ［ｘ］を演算処理部１０からのカウント値ｔ［ｙ］で更新することが可能となっている。メモリ１３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）と不揮発メモリとの組み合わせで構成される。メモリ１３は、図２に示したような、アクティブ期間Ｔａとスリープ期間（非アクティブ期間）Ｔｓとを定めたスケジュールデータ２１を保持する。
【0029】
無線通信インタフェース１４は、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）等で構成され、アンテナ１５を介して無線通信を行う。無線通信インタフェース１４は、スケジュールデータ２１とカウンタ１２のカウント値ｔ［ｘ］とから得られるアクティブ期間Ｔａで、外部とパケットを通信する、すなわちパケットの送信または受信を行う。詳細には、例えば、演算処理部１０が、スケジュールデータ２１およびカウント値ｔ［ｘ］に基づいてアクティブ期間Ｔａを判別し、この期間で無線通信インタフェース１４を介してパケットの通信を行う。
【0030】
電源コントローラ１６は、例えば、電源管理ＩＣ等で構成され、無線通信装置ＮＤ全体の電源を管理する。その一つとして、電源コントローラ１６は、スケジュールデータ２１とカウント値ｔ［ｘ］とから得られるスリープ期間Ｔｓで、無線通信インタフェース１４への供給電力を遮断する。詳細には、例えば、演算処理部１０が、スケジュールデータ２１およびカウント値ｔ［ｘ］に基づいてスリープ期間Ｔｓを判別し、この期間を電源コントローラ１６へ指示すればよい。これにより、特に消費電力が大きいユニットとなる無線通信インタフェース１４において、消費電力を低減することが可能になる。
【0031】
ここで、演算処理部１０は、同期コントローラ２０を有する。同期コントローラ２０は、例えば、図３の無線通信装置ＮＤ２のように、外部から受信したパケットを外部へ送信するリレーとして動作する場合、次のような処理を行う。すなわち、同期コントローラ２０は、外部からのパケットを受信する受信動作時に、受信したパケットに格納される同期データ値、ここではカウント値に基づいて更新するカウント値ｔ［ｙ］を定め、当該カウント値ｔ［ｙ］でカウンタ１２のカウント値ｔ［ｘ］を更新する。そして、同期コントローラ２０は、外部へパケットを送信する送信動作時に、当該更新したカウント値ｔ［ｙ］に基づいて同期データ値を定め、定めた同期データ値を、送信するパケットに格納する。
【0032】
また、同期コントローラ２０は、外部から自装置宛のパケットを受信するターゲットとして動作する場合、前述した受信動作時の処理のみを行う。一方、同期コントローラ２０は、例えば、図３の無線通信装置ＮＤ１のように、自装置で生成したパケットを外部へ送信するイニシエータとして動作する場合、次のような処理を行う。すなわち、同期コントローラ２０は、送信動作時に、自装置のカウンタ１２のカウント値ｔ［ｘ］に基づいて同期データ値を定め、当該定めた同期データ値を、送信するパケットに格納する。
【0033】
なお、図４の無線通信装置ＮＤは、特に、図１に示したＢＴメッシュの無線通信システムにおける各ノードに適用されて有益なものとなる。ただし、当該無線通信装置ＮＤの適用先は、ＢＴメッシュに限らず、他の無線通信システム、言い換えれば無線通信ネットワークであってもよい。この場合、特に、時刻同期の観点から、適用先を、フラッディング方式を用いたネットワークにするとよい。また、明細書では、無線通信ネットワークへの適用を前提とするが、実施の形態１の通信方式は、場合によっては、有線通信ネットワークに適用することも可能である。
【0034】
＜通信方式の詳細＞
［ノードのネットワーク上の役割］
図５は、図４の無線通信装置が担うネットワーク上の役割の一例を説明する図である。図５において、複数の無線通信装置（ノード）ＮＤ１～ＮＤ３のそれぞれは、イニシエータＩＮＩ、リレーＲＬＹ、またはターゲットＴＧＴのいずれか一つの役割を担う。イニシエータＩＮＩは、通信の起点となる役割を担う。リレーＲＬＹは、パケットを中継する役割を担う。ターゲットＴＧＴは、通信の終点となる役割を担う。
［ノードのネットワーク上の役割］
図５は、図４の無線通信装置が担うネットワーク上の役割の一例を説明する図である。図５において、複数の無線通信装置（ノード）ＮＤ１～ＮＤ３のそれぞれは、イニシエータＩＮＩ、リレーＲＬＹ、またはターゲットＴＧＴのいずれか一つの役割を担う。イニシエータＩＮＩは、通信の起点となる役割を担う。リレーＲＬＹは、パケットを中継する役割を担う。ターゲットＴＧＴは、通信の終点となる役割を担う。
【0035】
各ノードＮＤのネットワーク上の役割は、固定では無く、適宜、変更され得る。図５の例では、あるアクティブ期間Ｔａにおいて、ノードＮＤ１，ＮＤ２，ＮＤ３は、それぞれ、リレーＲＬＹ、イニシエータＩＮＩ、ターゲットＴＧＴの役割を担っている。一方、所定のアクティブ期間Ｔａで役割変更が行われると、その後のアクティブ期間Ｔａにおいて、ノードＮＤ１，ＮＤ２，ＮＤ３は、それぞれ、イニシエータＩＮＩ、ターゲットＴＧＴ、リレーＲＬＹの役割を担う。
【0036】
［スケジュールデータの設定方法］
複数のノードＮＤに、図２および図４に示した共通のスケジュールデータ２１を設定する方法として、例えば、次のような方法が挙げられる。第１の方法として、システム管理者が、予め、複数のノードＮＤのメモリ１３に共通のスケジュールデータ２１を格納しておく方法が挙げられる。第２の方法として、対象のノードＮＤをＢＴメッシュに参加させるためのプロビジョニングと呼ばれる手続きを行う際に、プロビジョナーが、対象のノードＮＤにスケジュールデータ２１を通知する方法が挙げられる。
複数のノードＮＤに、図２および図４に示した共通のスケジュールデータ２１を設定する方法として、例えば、次のような方法が挙げられる。第１の方法として、システム管理者が、予め、複数のノードＮＤのメモリ１３に共通のスケジュールデータ２１を格納しておく方法が挙げられる。第２の方法として、対象のノードＮＤをＢＴメッシュに参加させるためのプロビジョニングと呼ばれる手続きを行う際に、プロビジョナーが、対象のノードＮＤにスケジュールデータ２１を通知する方法が挙げられる。
【0037】
第３の方法として、予め定めた所定の手続きに基づいて、ＢＴメッシュ全体で共通のスケジュールデータ２１を動的に変更・共有する方法が挙げられる。具体的には、スケジュールデータ２１を変更したいノードＮＤが、ＢＴメッシュを用いて他のノードＮＤに変更後の共通のスケジュールデータ２１を伝達する方法が挙げられる。なお、第１～第３の方法は、適宜、組み合わせて用いることも可能である。
【0038】
［スケジュールデータの詳細］
図６は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、スケジュールデータの詳細な一例を説明するタイミングチャートである。前述したように、スケジュールデータ２１では、カウント値によってアクティブ期間Ｔａとスリープ期間（非アクティブ期間）Ｔｓとが定められる。図６の例では、カウンタ１２は、クロック信号ＣＫに応じて、カウント値ｔ［ｘ］を０～ｎの範囲で巡回的に＋１ずつインクリメントしている。そして、スケジュールデータ２１では、アクティブ期間Ｔａは、０～ｍのカウント値ｔ［ｘ］の範囲に定められ、スリープ期間Ｔｓは、“ｍ＋１”～ｎのカウント値ｔ［ｘ］の範囲に定められる。この場合、スケジュールデータ２１は、ｍの値と、ｎの値とによって適宜変更され得る。
図６は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、スケジュールデータの詳細な一例を説明するタイミングチャートである。前述したように、スケジュールデータ２１では、カウント値によってアクティブ期間Ｔａとスリープ期間（非アクティブ期間）Ｔｓとが定められる。図６の例では、カウンタ１２は、クロック信号ＣＫに応じて、カウント値ｔ［ｘ］を０～ｎの範囲で巡回的に＋１ずつインクリメントしている。そして、スケジュールデータ２１では、アクティブ期間Ｔａは、０～ｍのカウント値ｔ［ｘ］の範囲に定められ、スリープ期間Ｔｓは、“ｍ＋１”～ｎのカウント値ｔ［ｘ］の範囲に定められる。この場合、スケジュールデータ２１は、ｍの値と、ｎの値とによって適宜変更され得る。
【0039】
各ノードＮＤは、スケジュールデータ２１と、カウンタ１２のカウント値ｔ［ｘ］と、に基づいて、アクティブ期間Ｔａとスリープ期間Ｔｓとを判別する。そして、各ノードＮＤは、アクティブ期間Ｔａでパケットを通信する。一方、各ノードＮＤは、スリープ期間Ｔｓではパケットの通信を行わず、無線通信インタフェース１４への供給電力を遮断することで、省電力モードで動作する。
【0040】
［初期同期の動作］
図７は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、初期同期に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。図７において、全てのノードＮＤ１，ＮＤ２は、システムリセット後、アクティブ期間Ｔａ１で動作する。当該アクティブ期間Ｔａ１において、送信側のノードＮＤ１が最初のパケットＰＫ１ａを送信し、受信側のノードＮＤ２が当該最初のパケットＰＫ１ａを受信することで、ノードＮＤ１とノードＮＤ２とは同期を確立する（ステップＳ１０１）。
図７は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、初期同期に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。図７において、全てのノードＮＤ１，ＮＤ２は、システムリセット後、アクティブ期間Ｔａ１で動作する。当該アクティブ期間Ｔａ１において、送信側のノードＮＤ１が最初のパケットＰＫ１ａを送信し、受信側のノードＮＤ２が当該最初のパケットＰＫ１ａを受信することで、ノードＮＤ１とノードＮＤ２とは同期を確立する（ステップＳ１０１）。
【0041】
全てのノードＮＤ１，ＮＤ２は、同期を確立したのちのアクティブ期間Ｔａ２において、任意のタイミングでパケットＰＫ２ａの通信が可能である（ステップＳ１０２）。また、同期を確立したのちの各アクティブ期間では、常にパケットの通信が行われる必要はなく、パケットの通信が行われないアクティブ期間Ｔａ３があってもよい（ステップＳ１０３）。
【0042】
［同期の維持］
図８は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期の維持に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。例えば、図４の発振器１１からのクロック信号ＣＫには、ノードＮＤ毎に偏差があるため、パケットの送受信が行われない時間が続くと、同期ズレ、すなわちカウント値ｔ［ｘ］のズレが生じ得る。そして、この同期ズレが過大になると、ノードＮＤ間での正常なパケットの通信が困難となるおそれがある。
図８は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期の維持に伴う動作例を説明するタイミングチャートである。例えば、図４の発振器１１からのクロック信号ＣＫには、ノードＮＤ毎に偏差があるため、パケットの送受信が行われない時間が続くと、同期ズレ、すなわちカウント値ｔ［ｘ］のズレが生じ得る。そして、この同期ズレが過大になると、ノードＮＤ間での正常なパケットの通信が困難となるおそれがある。
【0043】
そこで、例えば、図５で述べたイニシエータＩＮＩ等に、最大送信間隔等を設定することが望ましい。イニシエータＩＮＩとなるノードＮＤ１は、例えば、送信すべきパケットが存在しない場合には、最大送信間隔を超えないようダミーのパケットＰＫｄ等を送信する（ステップＳ２００）。このようにして定期的に同期を再確立することで、各ノードＮＤ１，ＮＤ２は、同期を維持することができる。
【0044】
［パケットのフォーマット］
図９は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、パケットのフォーマットの一例を示す概略図である。ＢＴメッシュ規格で用いられる従来のパケット、言い換えればメッセージは、送信元アドレスを含むヘッダフィールド２５と、宛先アドレス（ＤＳＴ）フィールド２６と、“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ（Protocol Data Unit）”のフィールド２７と、ＭＩＣ（Message Integrity Check）フィールド２８とを備える。
図９は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、パケットのフォーマットの一例を示す概略図である。ＢＴメッシュ規格で用いられる従来のパケット、言い換えればメッセージは、送信元アドレスを含むヘッダフィールド２５と、宛先アドレス（ＤＳＴ）フィールド２６と、“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ（Protocol Data Unit）”のフィールド２７と、ＭＩＣ（Message Integrity Check）フィールド２８とを備える。
【0045】
ＢＴメッシュ規格では、“Ｕｐｐｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ”層で暗号化された“Ｕｐｐｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ａｃｃｅｓｓ ＰＤＵ”が“Ｌｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ”層で１個のパケットに収まるように分割され、分割されたＰＤＵが“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ”となる。“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ”は、宛先アドレス（ＤＳＴ）と合わせて“Ｎｅｔｗｏｒｋ”層で暗号化される。ＭＩＣフィールド２８は、ＰＤＵが正しく暗号化されているかをチェックするためのフィールドである。
【0046】
ここで、実施の形態１で用いるパケットは、従来のパケットのフォーマットをそのまま利用し、“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ”のフィールド２７内に、同期データ値、ここでは、カウント値を格納するためのフィールド２７ａが設けられる。この例では、フィールド２７ａのサイズは、４オクテット（３２ビット）となっている。これに伴い、従来における最大１２８オクテットの“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ”のフィールド２７は、最大１２４オクテットの“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＰＤＵ”のフィールド２７ｂとして用いられる。各ノードＮＤは、送信動作時には、フィールド２７ａに同期データ値を格納し、受信動作時には、フィールド２７ａに格納された同期データ値を取得する。
【0047】
［カウント値を用いた同期方法（１）］
図１０は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、カウント値を用いた同期方法の動作例を示すタイミングチャートである。この例では、全てのノードＮＤ１～ＮＤ３は、同期開始前の状態から始まっている。ステップＳ３０１において、ノードＮＤ１は、同期データ値（カウント値）“１０１”を格納したパケットを送信する。ノードＮＤ１からのパケットを受信したノードＮＤ２，ＮＤ３は、当該パケットに格納される同期データ値“１０１”で、自ノードのカウント値を更新することで、ノードＮＤ１に同期する。
図１０は、実施の形態１の無線通信システムにおいて、カウント値を用いた同期方法の動作例を示すタイミングチャートである。この例では、全てのノードＮＤ１～ＮＤ３は、同期開始前の状態から始まっている。ステップＳ３０１において、ノードＮＤ１は、同期データ値（カウント値）“１０１”を格納したパケットを送信する。ノードＮＤ１からのパケットを受信したノードＮＤ２，ＮＤ３は、当該パケットに格納される同期データ値“１０１”で、自ノードのカウント値を更新することで、ノードＮＤ１に同期する。
【0048】
その後、ある程度の期間が経過すると、ノードＮＤ１～ＮＤ３のカウント値には誤差が生じ得る。ステップＳ３０２では、この誤差が生じている状態で、ノードＮＤ３は、同期データ値“５０７”を格納したパケットを送信する。ノードＮＤ３からのパケットを受信したノードＮＤ２は、そのままでは“５０６”となる自ノードのカウント値を、受信したパケットに格納される同期データ値“５０７”で更新することで、ノードＮＤ３に同期する。同様に、ノードＮＤ３からのパケットを受信したノードＮＤ１は、そのままでは“５０８”となる自ノードのカウント値を、受信したパケットに格納される同期データ値“５０７”で更新することで、ノードＮＤ３に同期する。
【0049】
なお、各ノードＮＤ１～ＮＤ３の同期コントローラ２０は、送信するパケットに格納する同期データ値を、カウント値そのものではなく、予め定めた基準のカウント値との差分値を用いて定めてもよい。具体例として、同期コントローラ２０は、例えば、図６において、ｍ／２のカウント値を基準のカウント値として、この基準のカウント値との差分値を同期データ値に定めてもよい。その結果、同期データ値の取り得る範囲を約半分程度に狭めることが可能になり、ひいては、図９に示したフィールド２７ａのサイズを小さくすることが可能になる。
【0050】
［同期データ値の詳細］
同期データ値は、図３で述べたように、予測遅延時間を反映させないカウント値であってよく、望ましくは、予測遅延時間を反映させたカウント値であってよい。ここでは、予測遅延時間を反映させたカウント値を用いる場合について詳細に説明する。図１１Ａは、実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期データ値に伴う処理方法の一例を説明するタイミングチャートである。図１１Ｂは、図１１Ａとは異なる処理方法の一例を説明するタイミングチャートである。
同期データ値は、図３で述べたように、予測遅延時間を反映させないカウント値であってよく、望ましくは、予測遅延時間を反映させたカウント値であってよい。ここでは、予測遅延時間を反映させたカウント値を用いる場合について詳細に説明する。図１１Ａは、実施の形態１の無線通信システムにおいて、同期データ値に伴う処理方法の一例を説明するタイミングチャートである。図１１Ｂは、図１１Ａとは異なる処理方法の一例を説明するタイミングチャートである。
【0051】
図１１Ａでは、イニシエータＩＮＩとして動作するノードＮＤ１のカウント値を基準として同期が確立される。まず、ノードＮＤ１は、自ノードでのパケットの送信処理に要する予測遅延時間Δｔｄ［０］を反映して定めた同期データ値ｔ［１］’を、送信するパケット（ＴＸ）に格納して後段へ送信する。
【0052】
詳細には、ノードＮＤ１は、パケット、詳細には図９のフィールド２７ａを準備した時刻ｔ０での自ノードのカウント値ｔ［０］に、予測遅延時間Δｔｄ［０］を加えることで、予測遅延時間Δｔｄ［０］を反映させた同期データ値ｔ［１］’を定める。予測遅延時間Δｔｄ［０］は、例えば、パケットを準備した時刻ｔ０からパケットの送信を完了する時刻ｔ１までの時間である。これにより、同期データ値ｔ［１］’、すなわちカウント値は、時刻ｔ１でのカウント値ｔ［１］にほぼ等しくなる。
【0053】
リレーＲＬＹとして動作するノードＮＤ２は、ノードＮＤ１がパケット（ＴＸ）の送信が完了した時刻ｔ１で、当該パケット（ＲＸ）の受信を完了する。そして、ノードＮＤ２は、当該時刻ｔ１において、受信したパケット（ＲＸ）に格納される同期データ値ｔ［１］’で自ノードのカウント値を更新する。その結果、ノードＮＤ２のカウント値ｔ［１］’は、ノードＮＤ１のカウント値ｔ［１］に同期する。
【0054】
その後、ノードＮＤ２は、当該更新したカウント値ｔ［１］’に、自ノードでのパケットの送信処理に要する予測遅延時間Δｔｄ［１］を反映させることで同期データ値ｔ［２］’を定める。詳細には、ノードＮＤ２は、更新したカウント値ｔ［１］’に、予測遅延時間Δｔｄ［１］を加えることで同期データ値ｔ［２］’を定める。予測遅延時間Δｔｄ［１］は、例えば、パケットの受信を完了した時刻ｔ１から当該受信したパケットの送信、すなわち中継を完了する時刻ｔ２までの時間である。これにより、同期データ値ｔ［２］’、すなわちカウント値は、時刻ｔ２でのカウント値ｔ［２］にほぼ等しくなる。そして、ノードＮＤ２は、当該定めた同期データ値ｔ［２］’を、送信するパケット（ＴＸ）に格納して後段へ送信する。
【0055】
以降同様にしてパケットが順次中継されることで、例えば、ノードＮＤ２からのパケットを受信したノード（例えばＮＤ３）のカウント値は、ノードＮＤ２のカウント値、ひいては、ノードＮＤ１のカウント値に同期する。そして、最終的に、ターゲットＴＧＴとして動作するノードＮＤｎのカウント値も、前段の全てのノードＮＤのカウント値に同期する。その結果、送信処理に要する遅延時間を反映した高精度な同期が実現できる。
【0056】
図１１Ｂでは、図１１Ａの場合と同様に、イニシエータＩＮＩとして動作するノードＮＤ１のカウント値を基準として同期が確立される。ただし、図１１Ｂでは、図１１Ａの場合と異なり、予測遅延時間が、送信動作時ではなく、受信動作時に反映される。以下、図１１Ａとの違いに着目して説明を行う。
【0057】
まず、ノードＮＤ１は、図１１Ａの場合と異なり、パケットを準備した時刻ｔ０での自ノードのカウント値ｔ［０］を同期データ値に定め、送信するパケット（ＴＸ）に格納する。そして、ノードＮＤ１は、図１１Ａの場合と同じく、時刻ｔ１でパケットの送信を完了する。一方、ノードＮＤ２は、ノードＮＤ１から受信したパケット（ＲＸ）に格納される同期データ値ｔ［０］に、送信側のノードＮＤ１でのパケットの送信処理に要する予測遅延時間Δｔｄ［０］を反映させることで同期データ値を変更する。そして、ノードＮＤ２は、当該変更した同期データ値で自ノードのカウント値を更新する。
【0058】
詳細には、ノードＮＤ２は、受信したパケット（ＲＸ）に格納される同期データ値ｔ［０］に、予測遅延時間Δｔｄ［０］を加えることで同期データ値をｔ［０］からｔ［１］’に変更する。変更した同期データ値ｔ［１］’、すなわち、カウント値は、図１１Ａの場合と同様に、時刻ｔ１でのカウント値ｔ［１］にほぼ等しくなる。そして、ノードＮＤ２は、当該変更した同期データ値ｔ［１］’で自ノードのカウント値を更新する。その結果、ノードＮＤ２のカウント値ｔ［１］’は、ノードＮＤ１のカウント値ｔ［１］に同期する。
【0059】
その後、ノードＮＤ２は、当該変更した同期データ値ｔ［１］’を、送信するパケット（ＴＸ）に格納し、後段へ送信する。以降同様にして、ターゲットＴＧＴとして動作するノードＮＤｎに向けて、順次、パケットの中継が行われる。その際には、同様にして、受信側のノードＮＤによって予測遅延時間が反映させることで、送信処理に要する遅延時間を反映した高精度な同期が実現できる。
【0060】
なお、各ノードＮＤの同期コントローラ２０は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示した予測遅延時間Δｔｄ［０］，Δｔｄ［１］，…を様々な方法で定めることができる。例えば、同期コントローラ２０は、予測遅延時間を予め定めた固定値に定めてもよい。詳細には、無線通信システム全体で共通の固定値を定める方法や、ノード毎に固有の固定値を定める方法が挙げられる。固定値の大きさは、例えば、シミュレーションや実測等に基づいて定められる。また、同期コントローラ２０は、予測遅延時間を、パケット長に応じた可変値や、自ノードＮＤの動作状態に応じた可変値に定めてもよい。前者に関し、同期コントローラ２０は、例えば、パケット長が長くなるほど所定の比例係数で増加するような可変値を定めてもよい。
【0061】
＜実施の形態１の主要な効果＞
以上、実施の形態１の方式では、スリープ期間を含むスケジュールに基づいて通信制御が行われると共に、時刻同期の仕組みが設けられる。その結果、代表的には、消費電力の低減が実現可能になり、特に、ＢＴメッシュ等のメッシュネットワークにおいて有益な効果が得られる。例えば、図１のＢＴメッシュでは、ロウパワーノードＩ～Ｍのみならず、通常ノードＡ～Ｈ，Ｎ，ＴおよびリレーノードＱ，Ｒ，Ｓの消費電力を低減できる。
以上、実施の形態１の方式では、スリープ期間を含むスケジュールに基づいて通信制御が行われると共に、時刻同期の仕組みが設けられる。その結果、代表的には、消費電力の低減が実現可能になり、特に、ＢＴメッシュ等のメッシュネットワークにおいて有益な効果が得られる。例えば、図１のＢＴメッシュでは、ロウパワーノードＩ～Ｍのみならず、通常ノードＡ～Ｈ，Ｎ，ＴおよびリレーノードＱ，Ｒ，Ｓの消費電力を低減できる。
【0062】
また、時刻同期に関しては、例えば、ネットワーク全体の時刻を管理する単一の管理ノードを設けて時刻同期を実現するような方式ではなく、複数のノード間で行われる通常の通信を利用して時刻同期を実現する方式を用いている。このため、障害への耐性を高めることができ、また、管理ノードで用いられる同期専用のパケット等を新たに規定する必要もない。
【0063】
さらに、スケジュールを任意に定めることができるため、ネットワーク全体で生じるトラフィックや消費電力を適宜平準化することが可能になる。詳細には、例えば、ネットワーク全体に含まれるノードを２つのセグメントに分け、一方のセグメントがアクティブ期間である場合に、他方のセグメントがスリープ期間となるようにスケジュールを定めることが可能になる。
【0064】
（実施の形態２）
＜通信有効期間について＞
図１２は、実施の形態２の無線通信システムにおいて、実際の通信有効期間の一例を示すタイミングチャートである。例えば、図１１Ａ等に示したような通信方式を用いて同期を確立した場合であっても、同期データ値に反映されている予測遅延時間の誤差や、カウンタ１２の誤差等により、実際には、図１２に示されるように、各ノードＮＤ間でアクティブ期間の時刻にズレが生じ得る。その結果、全部ではなく一部のノードＮＤがアクティブとなる期間が生じ、この期間は、通信不可期間Ｔｉ１，Ｔｉ２となる。
＜通信有効期間について＞
図１２は、実施の形態２の無線通信システムにおいて、実際の通信有効期間の一例を示すタイミングチャートである。例えば、図１１Ａ等に示したような通信方式を用いて同期を確立した場合であっても、同期データ値に反映されている予測遅延時間の誤差や、カウンタ１２の誤差等により、実際には、図１２に示されるように、各ノードＮＤ間でアクティブ期間の時刻にズレが生じ得る。その結果、全部ではなく一部のノードＮＤがアクティブとなる期間が生じ、この期間は、通信不可期間Ｔｉ１，Ｔｉ２となる。
【0065】
一方、通信不可期間Ｔｉ１，Ｔｉ２での無駄なパケットの送信を避けるためには、各ノードＮＤ１～ＮＤ３のアクティブ期間内に予測遅延時間の誤差を考慮したマージン期間を設ける必要がある。このマージン期間は、例えば、送信を禁止し、受信のみを許可する受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２に定められる。そして、アクティブ期間から受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２を除いた期間がノードＮＤ１～ＮＤ３毎の送受信可能期間Ｔｒｘに定められる。通信有効期間Ｔｖは、実際にパケットの送受信が可能な期間であり、複数のノードＮＤ１～ＮＤ３の送受信可能期間Ｔｒｘの論理積によって定められる。
【0066】
受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２は、ノードＮＤ１～ＮＤ３毎に、システムの要求に応じて十分な期間に設定される。ただし、アクティブ期間に占める受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２の割合が大きくなるほど、通信効率が低下し、消費電力の観点からも非効率となる。このため、受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２を短縮して、通信有効期間Ｔｖを拡大することが望まれる。
【0067】
＜通信有効期間の拡大方法＞
図１３および図１４は、実施の形態２の無線通信システムにおいて、通信有効期間の拡大方法の一例を説明するタイミングチャートである。概略的には、図４の同期コントローラ２０は、前回のアクティブ期間でパケットＰＫｙを受信した時刻でのカウント値ｔ［ｎ－１］と今回のアクティブ期間でパケットＰＫｘを受信した時刻でのカウント値ｔ［ｎ］とに基づいて受信間隔Δｔ［ｎ］を計測する。また、同期コントローラ２０は、カウント値ｔ［ｎ－１］と、パケットＰＫｘに格納される同期データ値ｔ［ｎ］’とに基づいてパケットＰＫｘを送信した他ノードＮＤｘが認識している受信間隔Δｔ［ｎ］’を算出する。
図１３および図１４は、実施の形態２の無線通信システムにおいて、通信有効期間の拡大方法の一例を説明するタイミングチャートである。概略的には、図４の同期コントローラ２０は、前回のアクティブ期間でパケットＰＫｙを受信した時刻でのカウント値ｔ［ｎ－１］と今回のアクティブ期間でパケットＰＫｘを受信した時刻でのカウント値ｔ［ｎ］とに基づいて受信間隔Δｔ［ｎ］を計測する。また、同期コントローラ２０は、カウント値ｔ［ｎ－１］と、パケットＰＫｘに格納される同期データ値ｔ［ｎ］’とに基づいてパケットＰＫｘを送信した他ノードＮＤｘが認識している受信間隔Δｔ［ｎ］’を算出する。
【0068】
そして、同期コントローラ２０は、自ノードＮＤの計測に基づく受信間隔Δｔ［ｎ］と他ノードＮＤｘの認識に基づく受信間隔Δｔ［ｎ］’との誤差をゼロに近づけるように、スケジュールデータ２１を補正する。これにより、複数のノードＮＤ間で、実際上のスケジュールの誤差を低減することができる。その結果、受信限定期間Ｔｒ１，Ｔｒ２を短く定めることができ、通信有効期間Ｔｖを拡大することが可能になる。
【0069】
詳細には、図１３において、他ノードＮＤｘからのパケットＰＫｘを受信した時の自ノードＮＤの時刻をｔ［ｎ］とし、他ノードＮＤｙからのパケットＰＫｙを受信した時の自ノードＮＤの時刻をｔ［ｎ－１］とする。他ノードＮＤｙと他のノードＮＤｘとは、同一ノードであってもよい。なお、自ノードＮＤの時刻は、自ノードのカウント値と等価である。
【0070】
パケットＰＫｘに格納されている同期データ値（カウント値）をｔ［ｎ］’とする。自ノードＮＤが時刻ｔ［ｎ－１］でパケットＰＫｙを受信してから時刻ｔ［ｎ］でパケットＰＫｘを受信するまでの間隔をΔｔ［ｎ］とする。間隔Δｔ［ｎ］は、自ノードＮＤが実際に計測した受信間隔となる。パケットＰＫｙを受信した時刻ｔ［ｎ－１］からパケットＰＫｘに格納される同期データ値が表す時刻ｔ［ｎ］’までの間隔をΔｔ［ｎ］’とする。間隔Δｔ［ｎ］’は、他ノードＮＤｘが認識している受信間隔を意味する。
【0071】
また、式（１）に示されるように、他ノードＮＤｘの認識に基づく受信間隔Δｔ［ｎ］’と自ノードの計測に基づく受信間隔Δｔ［ｎ］との差分値を誤差ｅ［ｎ］とする。式（２）に示されるように、自ノードの計測に基づく受信間隔Δｔ［ｎ］に対する誤差ｅ［ｎ］の比を誤差比率ｅ［ｎ］’とする。そして、同期コントローラ２０は、式（３）に示されるように、パケットを受信する毎に誤差比率ｅ［ｎ］’を算出し、過去Ｍ回分の誤差比率ｅ［ｎ］’の平均誤差値Ｅ［ｎ］を算出する。
【0072】
【数1】
【0073】
【数2】
【0074】
【数3】
【0075】
ここで、図１４に示されるように、アクティブ期間とスリープ期間の一周期をＴとすると、自ノードＮＤのカウント値に基づく周期Ｔには、他ノードと比較して、平均的に、周期Ｔに対して平均誤差値Ｅ［ｎ］を乗じた誤差が生じていると推定できる。そこで、同期コントローラ２０は、式（４）に示されるように、この推定誤差Ｔ・Ｅ［ｎ］をキャンセルするように周期Ｔを補正することで、補正後周期Ｔ’を算出する。
【0076】
【数4】
【0077】
そして、同期コントローラ２０は、この補正後周期Ｔ’に基づいてスケジュールデータ２１を補正する。例えば、同期コントローラ２０は、推定誤差Ｔ・Ｅ［ｎ］を、アクティブ期間とスレーブ期間とに比例分配すればよい。なお、誤差を推定する際のアルゴリズムは移動平均に限らず、デジタル信号処理による種々のアプローチを適用可能である。
【0078】
＜実施の形態２の主要な効果＞
以上、実施の形態２の方式を用いることで、通信有効期間を拡大することができる。その結果、実施の形態１で述べた各種効果に加えて、更なる消費電力の低減等が実現可能になる。
以上、実施の形態２の方式を用いることで、通信有効期間を拡大することができる。その結果、実施の形態１で述べた各種効果に加えて、更なる消費電力の低減等が実現可能になる。
【0079】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0080】
１１ 発振器
１２ カウンタ
１３ メモリ
１４ 無線通信インタフェース
１６ 電源コントローラ
２０ 同期コントローラ
２１ スケジュールデータ
ＣＫ クロック信号
ＩＮＩ イニシエータ
ＮＤ 無線通信装置
ＰＫ パケット
ＲＬＹ リレー
ＴＧＴ ターゲット
Ｔａ アクティブ期間
Ｔｓ スリープ期間（非アクティブ期間）
ｔ［ｘ］ カウント値
Δｔｄ［ｎ］ 予測遅延時間
１２ カウンタ
１３ メモリ
１４ 無線通信インタフェース
１６ 電源コントローラ
２０ 同期コントローラ
２１ スケジュールデータ
ＣＫ クロック信号
ＩＮＩ イニシエータ
ＮＤ 無線通信装置
ＰＫ パケット
ＲＬＹ リレー
ＴＧＴ ターゲット
Ｔａ アクティブ期間
Ｔｓ スリープ期間（非アクティブ期間）
ｔ［ｘ］ カウント値
Δｔｄ［ｎ］ 予測遅延時間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】