特許 7065505 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】

(24)【登録日】2022-04-28

(45)【発行日】2022-05-12

(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 56/00 20090101AFI20220502BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20220502BHJP

【ＦＩ】

H04W56/00 130

H04W84/18

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018064493

(22)【出願日】2018-03-29

(65)【公開番号】P2019176394

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2021-02-12

【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）平成２９年度、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

(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

【審査官】永田 義仁

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２１５５８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０２３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６１５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４２６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】Benjamin A. Rolfe et al.，"Proposed text for MLME-SCAN changes"，IEEE P802.15-06-0192-02-004a，[online]，2006年04月24日，インターネット<URL:https://mentor.ieee.org/802.15/dcn/06/15-06-0192-04-004a-proposed-text-mlme-scan-changes.doc>，[検索日２０２２年３月２５日]

【文献】Fumihide Kojima et al.，"Research, development and testbed on Smart Utility Networks by IEEE standard"，IEEE 802. 15-11-0633-01-0000，[online]，2011年09月19日，インターネット<URL:https://mentor.ieee.org/802.15/dcn/11/15-11-0633-01-0000-monday-tutorial-presentation-nict.pdf>，[２０２２年３月２５日]

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｗ４／００－９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

収集制御局と、前記収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、
複数の前記デバイスに含まれる第１デバイスから、前記第１デバイスの下位として同期する第１下位デバイスを含む複数の下位デバイスに対し、同期信号を送信し、
前記第１下位デバイスが前記同期信号の受信を困難と判断したとき、前記第１下位デバイスから前記第１デバイスに対し、受信が困難である状態を知らせる救援信号を送信し、
前記救援信号に基づき、前記第１デバイスから複数の前記下位デバイスに対し、新たな同期状態を設定するための救援同期信号の送信を促す指示信号を送信し、
前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信し、
前記第１下位デバイスが受信した前記救援同期信号を送信した救援デバイスと、前記第１下位デバイスとの同期状態を維持すること
を特徴とする無線通信方法。

【請求項2】

前記第１デバイスから前記指示信号を送信する頻度は、前記第１デバイスから前記同期信号を送信する頻度よりも高いこと
を特徴とする請求項１記載の無線通信方法。

【請求項3】

前記救援信号は、前記第１デバイス、及び前記第１デバイスの上位として同期する上位デバイスに対して送信、又は、前記第１デバイスを介して前記上位デバイスに対して送信され、
前記救援信号に基づき、前記上位デバイスから、前記上位デバイスの下位として同期する１つ以上の第２デバイス及び前記第１デバイスに対し、前記指示信号を送信し、
前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイス、及び前記第２デバイスの下位として同期する１つ以上の第２下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信すること
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】

前記第１デバイスから前記指示信号を送信する頻度は、前記上位デバイスから前記指示信号を送信する頻度よりも高いこと
を特徴とする請求項３記載の無線通信方法。

【請求項5】

前記救援信号の送信から前記救援同期信号を前記第１下位デバイスが受信するまでの間、前記第１下位デバイスの受信状態を連続的に維持すること
を特徴とする請求項１～４の何れか１項記載の無線通信方法。

【請求項6】

収集制御局と、前記収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、
複数の前記デバイスに含まれる第１デバイスから、前記第１デバイスの下位として同期する第１下位デバイスを含む複数の下位デバイスに対し、同期信号を送信する同期信号送信手段と、
前記第１下位デバイスが前記同期信号の受信を困難と判断したとき、前記第１下位デバイスから前記第１デバイスに対し、受信が困難である状態を知らせる救援信号を送信する救援信号送信手段と、
前記救援信号に基づき、前記第１デバイスから複数の前記下位デバイスに対し、新たな同期状態を設定するための救援同期信号の送信を促す指示信号を送信する指示信号送信手段と、
前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信する救援同期信号送信手段と、
前記第１下位デバイスが受信した前記救援同期信号を送信した救援デバイスと、前記第１下位デバイスとの同期状態を維持する再同期手段と、
を備え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、収集制御局と、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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、例えば図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（図１１ではノード７２－１～７２－４）とを含む複数のデバイス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（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】

例えばノード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を介してＣＳ７１に送信される経路となる。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。

【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。このようなデバイス間の中継通信を想定する経路選択制御を採用することで、無線通信距離の限界によるサービスエリアの制限を回線することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１５－１９８３３３号公報

【文献】特開２０１４－２３０８５号公報

【文献】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、上述した特許文献１～３を含む従来のツリー型トポロジでは、スリープ期間Ｔ２の割り当てに伴い、デバイス間における通信の遅延を引き起こすことがある。特に、ノード７２の移動等によって同期状態の維持が困難となる場合、経路選択制御に不可欠な経路選択情報の更新が速やかに行われず、無線ネットワークにおける性能の劣化が懸念として挙げられる。

【0010】

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、経路選択制御に不可欠な経路選択情報の更新を速やかに行うことが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】

【0011】

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、収集制御局と、収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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を開発した。無線通信方法は、複数のデバイスに含まれる第１デバイスから、第１デバイスの下位として同期する第１下位デバイスを含む複数の下位デバイスに対し、同期信号を送信し、第１下位デバイスが同期信号の受信を困難と判断したとき、第１下位デバイスから第１デバイスに対し、受信が困難である状態を知らせる救援信号を送信し、救援信号に基づき、第１デバイスから複数の下位デバイスに対し、新たな同期状態を設定するための救援同期信号の送信を促す指示信号を送信し、指示信号に基づき、第１下位デバイスとは異なる複数の下位デバイスのそれぞれから、第１下位デバイスに対し、救援同期信号を送信し、第１下位デバイスが受信した救援同期信号を送信した救援デバイスと、第１下位デバイスとの同期状態を維持することを特徴とする。

【0012】

請求項１に記載の無線通信方法は、収集制御局と、前記収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、複数の前記デバイスに含まれる第１デバイスから、前記第１デバイスの下位として同期する第１下位デバイスを含む複数の下位デバイスに対し、同期信号を送信し、前記第１下位デバイスが前記同期信号の受信を困難と判断したとき、前記第１下位デバイスから前記第１デバイスに対し、受信が困難である状態を知らせる救援信号を送信し、前記救援信号に基づき、前記第１デバイスから複数の前記下位デバイスに対し、新たな同期状態を設定するための救援同期信号の送信を促す指示信号を送信し、前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信し、前記第１下位デバイスが受信した前記救援同期信号を送信した救援デバイスと、前記第１下位デバイスとの同期状態を維持することを特徴とする。

【0013】

請求項２に記載の無線通信方法は、請求項１記載の発明において、前記第１デバイスから前記指示信号を送信する頻度は、前記第１デバイスから前記同期信号を送信する頻度よりも高いことを特徴とする。

【0014】

請求項３に記載の無線通信方法は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記救援信号は、前記第１デバイス、及び前記第１デバイスの上位として同期する上位デバイスに対して送信、又は、前記第１デバイスを介して前記上位デバイスに対して送信され、前記救援信号に基づき、前記上位デバイスから、前記上位デバイスの下位として同期する１つ以上の第２デバイス及び前記第１デバイスに対し、前記指示信号を送信し、前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイス、及び前記第２デバイスの下位として同期する１つ以上の第２下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信することを特徴とする。

【0015】

請求項４に記載の無線通信方法は、請求項３記載の発明において、前記第１デバイスから前記指示信号を送信する頻度は、前記上位デバイスから前記指示信号を送信する頻度よりも高いことを特徴とする。

【0016】

請求項５に記載の無線通信方法は、請求項１～４の何れか１項記載の発明において、前記救援信号の送信から前記救援同期信号を前記第１下位デバイスが受信するまでの間、前記第１下位デバイスの受信状態を連続的に維持することを特徴とする。

【0017】

請求項６に記載の無線通信システムは、収集制御局と、前記収集制御局を根として２以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、複数の前記デバイスに含まれる第１デバイスから、前記第１デバイスの下位として同期する第１下位デバイスを含む複数の下位デバイスに対し、同期信号を送信する同期信号送信手段と、前記第１下位デバイスが前記同期信号の受信を困難と判断したとき、前記第１下位デバイスから前記第１デバイスに対し、受信が困難である状態を知らせる救援信号を送信する救援信号送信手段と、前記救援信号に基づき、前記第１デバイスから複数の前記下位デバイスに対し、新たな同期状態を設定するための救援同期信号の送信を促す指示信号を送信する指示信号送信手段と、前記指示信号に基づき、前記第１下位デバイスとは異なる複数の前記下位デバイスのそれぞれから、前記第１下位デバイスに対し、前記救援同期信号を送信する救援同期信号送信手段と、前記第１下位デバイスが受信した前記救援同期信号を送信した救援デバイスと、前記第１下位デバイスとの同期状態を維持する再同期手段と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

上述した構成からなる本発明によれば、指示信号に基づき、第１下位デバイスとは異なる複数の下位デバイスのそれぞれから、第１下位デバイスに対し、救援同期信号を送信する。また、第１下位デバイスが受信した救援同期信号を送信した救援デバイスと、第１下位デバイスとの同期状態を維持する。すなわち、第１下位デバイスと第１デバイスとの同期状態が困難となる場合においても、第１下位デバイスが救援同期信号を受信することで、第１下位デバイスと救援デバイスとの新たな同期状態を確立する。このため、第１下位デバイスにおける経路選択情報の更新を速やかに行うことができる。これにより、無線ネットワークにおける性能の劣化を抑制することが可能となる。

【0019】

また、上述した構成からなる本発明によれば、第１デバイスから指示信号を送信する頻度は、第１デバイスから同期信号を送信する頻度よりも高い。このため、第１下位デバイスと第１デバイスとの同期状態が困難となる場合に、通常時に同期信号を送信する頻度よりも高い頻度で指示信号を送信することができる。これにより、第１下位デバイスの新たな同期を確立する時間を大幅に短縮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、救援信号は、上位デバイスに対して送信、又は、第１デバイスを介して上位デバイスに対して送信される。また、救援信号に基づき、上位デバイスから、１つ以上の第２デバイス及び第１デバイスに対し、指示信号を送信する。このため、救援同期信号を送信するデバイスの数を大幅に増加させることができる。これにより、第１下位デバイスの新たな同期を確立する時間をさらに短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、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】図２は、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】図３は、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】図４（ａ）は、第１実施形態におけるノード間の同期状態の例を示す図であり、図４（ｂ）は、第１実施形態における救援信号送信手段の一例を示す図である。

【図5】図５（ａ）は、第１実施形態における指示信号送信手段の一例を示す図であり、図５（ｂ）は、第１実施形態における救援同期信号送信手段の一例を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態における再同期手段の一例を示す図である。

【図7】図７（ａ）は、第１実施形態における同期信号が送信される第１期間の一例を示す図であり、図７（ｂ）は、第１実施形態における指示信号が送信される第２期間の一例を示す図である。

【図8】図８は、第１実施形態におけるノードが移動する範囲の一例を示す図である。

【図9】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２実施形態における救援信号送信手段の一例を示す図である。

【図10】図１０は、第２実施形態における指示信号送信手段の一例を示す図である。

【図11】図１１は、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】図１２は、従来技術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】

【0022】

（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システム１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、収集制御局（Collection Station：以下ＣＳという。）２と、ＣＳ２を根として２以上に亘り配置された無線端末のノード３（３－１、３－２、・・・３－ｋ（ｋは整数））とを含む複数のデバイスを備え、いわゆるツリー型のトポロジ（ツリー型ネットワーク）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。

【0023】

ＣＳ２は、最上位のマスターデバイスであり、各ノード３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。

【0024】

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、例えば農業等の分野において、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。

【0025】

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の下に複数のノード３（図１ではノード３－１、３－２、３－３、３－４、３－５、３－６）が配置されている場合を例にとり説明をする。なお、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。

【0026】

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。

【0027】

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内において通信期間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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

本実施形態の無線通信システム１は、例えば図４に示すように、ノード３－１（第１デバイス）と、ノード３－１の下位として同期する複数の下位ノード３１（図４ではノード３－３、３－４、３－６、３－７、３－８、３－９：下位デバイス）とを備える。本実施形態の無線通信システム１は、同期信号送信手段と、救援信号送信手段と、指示信号送信手段と、救援同期信号送信手段と、再同期手段とを備える。

【0031】

同期信号送信手段は、ノード３－１から下位ノード３１に対し、同期信号Ｂ１（ビーコン）を送信する。同期信号Ｂ１は、各下位ノード３１に割り当てられた通信期間Ｔ１内に送信される。

【0032】

例えば図４（ａ）に示すように、ノード３－１の送信可能範囲Ｒ１内に下位ノード３１が配置される場合において、下位ノード３１が同期信号Ｂ１を受信する。このため、下位ノード３１は、同期信号Ｂ１を受信することができる。これにより、ノード３－１と、下位ノード３１との同期状態を維持することができる。なお、図４の実線矢印は、同期状態を示し、各下位ノード３１（ノード３－３、３－４、３－６、３－７、３－８、３－９）が、ノード３－１と同期状態を維持していることを示す。

【0033】

救援信号送信手段は、例えば図４（ｂ）に示すように、ノード３－３（第１下位デバイス）が同期信号Ｂ１の受信を困難と判断したとき、ノード３－３からノード３－１に対し、救援信号Ｓ１を送信する。救援信号Ｓ１は、ノード３－３が同期信号Ｂ１の受信が困難である状態を知らせる信号である。

【0034】

救援信号送信手段は、例えばノード３－３の移動に伴い、ノード３－１の送信可能範囲Ｒ１から外れた場合に行われる。例えばノード３－３における送信可能範囲Ｒ２内にノード３－１が配置される場合、ノード３－３から送信された救援信号Ｓ１を、ノード３－１が受信する。なお、救援信号送信手段は、上述したノード３－３の移動のほか、例えば配置環境の変化やノード３－３の不具合等によって、従来の無線ネットワークが切断される、又は切断されることを予見した場合に行われてもよい。

【0035】

救援信号Ｓ１は、例えばノード３－３に割り当てられた通信期間Ｔ１のタイミングに合わせて送信される。即ち救援信号Ｓ１は、例えば通信期間Ｔ１内に送信される。このため、ノード３－１は、ノード３－３との同期状態と同様のタイミングで無線通信を行うことができる。これにより、ノード３－１は、ノード３－３から送信された救援信号Ｓ１を確実に受信することができる。

【0036】

指示信号送信手段は、救援信号送信手段の後に行われる。指示信号送信手段は、例えば図５（ａ）に示すように、救援信号Ｓ１に基づき、ノード３－１から複数の下位ノード３１に対し、指示信号Ｓ２を送信する。指示信号Ｓ２は、新たな同期状態を設定するための救援同期信号Ｓ３の送信を促すための信号である。指示信号Ｓ２は、通信期間Ｔ１内に送信される。

【0037】

指示信号送信手段は、例えばノード３－１が救援信号Ｓ１を受信することで行われる。ノード３－１は、例えば指示信号Ｓ２を一時的に送信する。このため、指示信号Ｓ２は、緊急時のみ送信されるように設定できるとともに、同期信号Ｂ１に比べて高い頻度で送信することができる。これにより、従来における使用電力の抑制を極力維持した上で、指示信号送信手段を行うことができる。なお、上述した送信の「頻度」に関しては、後述する。

【0038】

救援同期信号送信手段は、指示信号送信手段の後に行われる。救援同期信号送信手段は、例えば図５（ｂ）に示すように、指示信号Ｓ２に基づき、ノード３－３とは異なる複数の下位ノード３１のそれぞれから、ノード３－３に対し、救援同期信号Ｓ３を送信する。救援同期信号Ｓ３は、各下位ノード３１と同期状態を設定するための信号であり、例えば下位ノード３１毎に異なる同期状態を設定するための情報を含んでもよい。

【0039】

救援同期信号手段は、例えば下位ノード３１が指示信号Ｓ２を受信することで行われる。例えばノード３－４（救援デバイス）における送信可能範囲Ｒ３内にノード３－３が配置される場合、ノード３－４から送信された救援同期信号Ｓ３を、ノード３－３が受信する。

【0040】

下位ノード３１は、例えば救援同期信号Ｓ３を一時的に送信する。救援同期信号Ｓ３は、例えば各下位ノード３１によって異なる周期や頻度で送信されてもよい。

【0041】

なお、ノード３－３は、例えば救援信号Ｓ１の送信から救援同期信号Ｓ３を受信するまでの間、受信状態を連続的に維持してもよい。この場合、基本間隔Ｔに依存しない間隔で救援同期信号Ｓ３が送信されたときにおいても、ノード３－３が容易に救援同期信号Ｓ３を受信することが可能となる。

【0042】

再同期手段は、救援同期信号手段の後に行われる。再同期信号手段は、例えば図６に示すように、ノード３－３が受信した救援同期信号Ｓ３を送信したノード３－４と、ノード３－３との同期状態を維持する。このとき、ノード３－３は、ノード３－１との同期状態を維持していない。

【0043】

これにより、ノード３－３の上位は、ノード３－１からノード３－４に変更される。なお、再同期手段では、例えばノード３－４からノード３－３に対し、任意の期間毎に救援同期信号Ｓ３を送信してもよい。

【0044】

上述した各手段が実行されることにより、本実施形態の無線通信システム１の動作が終了する。また、上述した各手段を方法として行うことで、本実施形態の無線方法を行うことができる。これにより、ノード３－３の無線ネットワークからの脱落が回避される。

【0045】

本実施形態によれば、指示信号Ｓ２に基づき、ノード３－３（第１下位デバイス）とは異なる複数の下位ノード３１（下位デバイス）のそれぞれから、ノード３－３に対し、救援同期信号Ｓ３を送信する。また、ノード３－３が受信した救援同期信号Ｓ３を送信したノード３－４（救援デバイス）と、ノード３－３との同期状態を維持する。すなわち、ノード３－３とノード３－１（第１デバイス）との同期状態が困難となる場合においても、ノード３－３が救援同期信号Ｓ３を受信することで、ノード３－３とノード３－４との新たな同期状態を確立する。このため、ノード３－３における経路選択情報の更新を速やかに行うことができる。これにより、無線ネットワークにおける性能の劣化を抑制することが可能となる。

【0046】

例えば図８に示すように、ノード３－３が範囲Ｐ１内で移動した場合、ノード３－１の送信可能範囲Ｒ１内に留まるため、ノード３－１との同期状態は維持される。これに対し、ノード３－３が範囲Ｐ２、範囲Ｐ３、又は範囲Ｐ４内で移動した場合、ノード３－１の送信可能範囲Ｒ１から外れ、ノード３－１との同期状態が困難となる（従来のシステム）。このとき、本実施形態を適用することで、ノード３－３が範囲Ｐ２、又は範囲Ｐ３内で移動した場合においても、下位ノード３１（例えばノード３－４、又はノード３－９）との新たな同期状態を維持することができる。即ち、本実施形態によれば、従来に比べて、範囲Ｐ２及び範囲Ｐ３に移動した場合における無線ネットワークの脱落可能性を低減することが可能となる。例えば、範囲Ｐ２＝範囲Ｐ３＝６０°、範囲Ｐ４＝１２０°で示される場合、本実施形態における無線ネットワークの脱落可能性は、５０％（（６０°＋６０°）／（６０°＋６０°＋１２０°））改善できる。これにより、無線ネットワークにおける性能の劣化を抑制することが可能となる。

【0047】

ここで、上述したノード３－１から同期信号Ｂ１及び指示信号Ｓ２を送信する頻度について説明する。ここで、「頻度」とは、一定期間における各信号Ｂ１、Ｓ２を送信する回数を示す。例えば各信号Ｂ１、Ｓ２が所定の周期毎に送信される場合、周期の短い場合を高い「頻度」として示すことができる。また、例えば各信号Ｂ１、Ｓ２が一定期間においてランダムに送信される場合、送信される合計回数の多い場合、又は送信される周期の平均が短い場合を高い「頻度」として示すことができる。以下、図７を用いて各信号Ｂ１、Ｓ２を所定の周期毎に送信する場合について説明する。

【0048】

例えば図７（ａ）に示すように、同期信号送信手段は、ノード３－１から下位ノード３１に対し、同期信号Ｂ１を第１期間Ｔｂ１毎に送信する。ノード３－１は、例えば基本間隔Ｔのｍ倍（ｍは２以上の整数）の時間を第１期間Ｔｂ１として、同期信号Ｂ１を周期的に送信する（図７（ａ）では、基本間隔Ｔの２倍）。この場合、同期信号Ｂ１を送信する頻度は、基本間隔Ｔ（一定期間）に対して０．５回で表される。

【0049】

例えば図７（ｂ）に示すように、指示信号送信手段は、ノード３－１から複数の下位ノード３１に対し、指示信号Ｓ２を第２期間Ｔｂ２毎に送信する。ノード３－１は、例えば基本間隔Ｔのｎ倍（ｎは１以上の整数）の時間を第２期間Ｔｂ２として、指示信号Ｓ２を周期的に送信する（図７（ｂ）では、基本間隔Ｔの１倍）。この場合、指示信号Ｓ２を送信する頻度は、基本間隔Ｔ（一定期間）に対して１回で表される。

【0050】

上記のように、本実施形態によれば、ノード３－１（第１デバイス）から指示信号Ｓ２を送信する頻度は、ノード３－１から同期信号Ｂ１を送信する頻度よりも高い。このため、ノード３－３とノード３－１との同期状態が困難となる場合に、通常時に同期信号Ｂ１を送信する頻度よりも高頻度で指示信号Ｓ２を送信することができる。これにより、ノード３－３の新たな同期を確立する時間を大幅に短縮することが可能となる。

【0051】

なお、例えばノード３－１から指示信号Ｓ２及び同期信号Ｂ１の少なくとも何れかが一定期間（例えば基本間隔Ｔ）においてランダムに送信される場合においても、指示信号Ｓ２を送信する頻度は、同期信号Ｂ１を送信する頻度よりも高くすることができる。このため、上記と同様に、ノード３－３の新たな同期を確立する時間を大幅に短縮することが可能となる。

【0052】

また、救援信号Ｓ１及び救援同期信号Ｓ３に関しても、例えば基本間隔Ｔのｐ倍（ｐは１以上の整数）で周期的に送信するほか、ランダムに送信してもよい。救援信号Ｓ１及び救援同期信号Ｓ３の送信される頻度は、同期信号Ｂ１の送信される頻度よりも高くすることができる。このため、上記と同様に、ノード３－３の新たな同期を確立する時間を大幅に短縮することが可能となる。

【0053】

（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システム１について詳細に説明する。上述した実施形態と、第２実施形態との違いは、ノード３－１の上位デバイス（図９ではＣＳ２）が救援信号Ｓ１を受信する点である。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。

【0054】

第２実施形態の無線通信システム１は、例えば図９に示すように、ノード３－１と、複数の下位ノード３１と、ＣＳ２（上位デバイス）とを備え、例えば１つ以上のノード３－２（図９ではノード３－２ａ、ノード３－２ｂ：第２デバイス）と、ノード３－２の下位として同期する１つ以上の下位ノード３２（図９ではノード３－２ａの下位としてノード３－５、３－１０、３－１１：第２下位デバイス）とを備えてもよい。即ち、第２実施形態の無線通信方法は、上述した実施形態に加え、ノード３－１の上位デバイスとの間でも実行される。なお、以下の説明では、ノード３－１の上位デバイスがＣＳ２として説明するが、例えばノード３－１とＣＳ２との間に任意の数のノード３が同期されてもよく、ノード３－１に対して少なくとも１つ以上の上位ノードを備えていればよい。

【0055】

救援信号手段は、例えば図９（ａ）に示すように、ノード３－３からノード３－１、及びノード３－１の上位として同期するＣＳ２に対し、救援信号Ｓ１が送信される。この場合、救援信号Ｓ１は、ノード３－３に割り当てられた通信期間Ｔ１のタイミングに合わせて送信されるほか、通信期間Ｔ１とは異なるタイミングにより（例えば連続的、又はランダムに）送信されてもよい。これにより、例えばＣＳ２の通信期間Ｔ１が、ノード３－３に割り当てられた通信期間Ｔ１とは異なるタイミングの場合においても、短期間で救援信号Ｓ１をＣＳ２に受信させることができる。

【0056】

救援信号手段は、例えば図９（ｂ）に示すように、ノード３－３からノード３－１を介してＣＳ２に対し、救援信号Ｓ１が送信されてもよい。この場合、救援信号Ｓ１は、ノード３－１に割り当てられた通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてＣＳ２に送信されることで、ノード３－１を介して確実にＣＳ２に受信させることができる。

【0057】

指示信号手段は、例えば図１０に示すように、救援信号Ｓ１に基づき、ＣＳ２から複数のノード３－２及びノード３－１に対し、指示信号Ｓ５を送信する。指示信号Ｓ５は、上述した指示信号Ｓ２と同様に、新たな同期状態を設定するための救援同期信号Ｓ３の送信を促すための信号である。ＣＳ２は、例えば指示信号Ｓ５を一時的に送信する。また、指示信号Ｓ５は、第３期間毎に周期的に送信されるほか、例えばランダムに送信される。第３期間は、例えば基本間隔Ｔのｑ倍（ｑは１以上の整数）であり、例えば第１期間Ｔｂ１よりも短い。

【0058】

その後、指示信号Ｓ５を受信したノード３－１、３－２から、下位ノード３１、３２に対してそれぞれ指示信号Ｓ５１、Ｓ５２を送信する。なお、各ノード３－１、３－２は、例えば受信した指示信号Ｓ５に基づき、ノード３－３に対して直接救援同期信号Ｓ３を送信してもよい。

【0059】

指示信号手段では、例えばノード３－１は、ノード３－３から受信した救援信号Ｓ１と、ＣＳ２から受信した指示信号Ｓ５とに基づき、下位ノード３１に対して指示信号Ｓ５１を送信する。この場合、例えば指示信号Ｓ５の情報を優先して指示信号Ｓ５１を送信するほか、例えば上記と同様に、救援信号Ｓ１の情報を優先して指示信号Ｓ２を送信してもよい。例えばノード３－１は、指示信号Ｓ５が送信される周期と、救援信号Ｓ１が送信される周期とを比較し、指示信号Ｓ５１の種類を選択してもよい。

【0060】

例えばノード３－１は、上述した実施形態と同様に、救援信号Ｓ１を受信したとき、第２期間毎に指示信号Ｓ２を送信する。また、ノード３－１は、第３期間毎に指示信号Ｓ５を受信する。このとき、第２実施形態によれば、第２期間Ｔｂ２が第３期間よりも短くすることができる。即ち、ノード３－１から指示信号Ｓ２を送信する頻度は、ＣＳ２から指示信号Ｓ５を送信する頻度よりも高い。この場合、ノード３－１は指示信号Ｓ２を優先的に送信する。このため、ノード３－３の同期状態を短時間で確立できる可能性の高い条件を優先的に実行することができる。これにより、ノード３－３の無線ネットワークからの脱落が回避又は脱落する時間を削減することが可能となる。

【0061】

例えばノード３－２ａは、救援信号Ｓ１を受信しない。このため、ノード３－２ａは、受信した指示信号Ｓ５に基づき、下位ノード３２に対して指示信号Ｓ５２を送信する。

【0062】

例えばノード３－２ｂは、救援信号Ｓ１を受信せず、下位にノード３と同期していない。この場合、ノード３－２ｂは、救援同期信号送信手段において、指示信号Ｓ５に基づき、ノード３－３に対して救援同期信号Ｓ３を送信してもよい。

【0063】

救援同期信号送信手段では、上述した実施形態と同様に、ノード３－３とは異なる下位ノード３１、及び下位ノード３２のそれぞれから、ノード３－３に対し、救援同期信号Ｓ３を送信する。救援同期信号Ｓ３は、各下位ノード３１、３２と同期状態を設定するための信号であり、例えば下位ノード３１、３２毎に異なる同期状態を設定するための情報を含んでもよい。

【0064】

その後、上述した実施形態と同様に、再同期手段が行われる。上述した各手段が実行されることにより、第２実施形態の無線通信システム１の動作が終了する。また、上述した各手段を方法として行うことで、第２実施形態の無線方法を行うことができる。これにより、ノード３－３の無線ネットワークからの脱落が回避される。

【0065】

第２実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、指示信号Ｓ２に基づき、ノード３－３（第１下位デバイス）とは異なる複数の下位ノード３１（下位デバイス）のそれぞれから、ノード３－３に対し、救援同期信号Ｓ３を送信する。また、ノード３－３が受信した救援同期信号Ｓ３を送信したノード３－４（救援デバイス）と、ノード３－３との同期状態を維持する。すなわち、ノード３－３とノード３－１（第１デバイス）との同期状態が困難となる場合においても、ノード３－３が救援同期信号Ｓ３を受信することで、ノード３－３とノード３－４との新たな同期状態を確立する。このため、ノード３－３における経路選択情報の更新を速やかに行うことができる。これにより、無線ネットワークにおける性能の劣化を抑制することが可能となる。

【0066】

第２実施形態によれば、救援信号Ｓ１は、ＣＳ２（上位デバイス）に対して送信、又は、ノード３－１を介してＣＳ２に対して送信される。また、救援信号Ｓ１に基づき、ＣＳ２から、複数のノード３－２及びノード３－１に対し、指示信号Ｓ５を送信する。このため、救援同期信号Ｓ３を送信するノード３（デバイス）の数を大幅に増加させることができる。これにより、ノード３－１（第１下位デバイス）の新たな同期を確立する時間をさらに短縮することが可能となる。

【符号の説明】

【0067】

１ 無線通信システム
２，７１ ＣＳ
３，７２ ノード
３１，３２ 下位ノード
Ｂ１ 同期通信
Ｄ データ
Ｐ１～Ｐ４ 範囲
Ｒ１～Ｒ３ 送信可能範囲
Ｓ１ 救援信号
Ｓ２，Ｓ５ 指示信号
Ｓ３ 救援同期信号
Ｔ 基本間隔
Ｔ１ 通信期間
Ｔ２ スリープ期間
Ｔｂ１ 第１期間
Ｔｂ２ 第２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】