中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法
【課題】無線機器の消費電力を低減することである。
【解決手段】無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とを中継する。ノード２０は、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノード２０の通信可能時間を決定する。通知部１３は、制御部１２により決定された通信可能時間をノード２０に通知する。
【解決手段】無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とを中継する。ノード２０は、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノード２０の通信可能時間を決定する。通知部１３は、制御部１２により決定された通信可能時間をノード２０に通知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線方式の多様化に伴い、無線機器の適用分野が拡大している。標準化が進む近距離無線方式として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、ＢＡＮ（Body Area Network）等がある。ＢＡＮとは、人体表面（ウェアラブル）や体内（インプラント）から、ヘルスケアや医療で活用するための生体情報を収集する人体無線網であり、ＢＡＮでは、体温計、心拍計、ペースメーカ、内視鏡といった医療機器への適用が検討されている。このような医療機器に、ＢＡＮ等の無線通信機能を適用することで、独居老人の健康状態の見守りや孤島住民への遠隔医療といったサービスを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５２１８７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、ＢＡＮの搭載が想定される医療機器のうち、特にペースメーカや内視鏡といった埋込み式の医療機器は、取替えが容易ではない。また、電池交換には手術を伴うこともあり、患者への負担も大きい。このため、特に、埋込み式の医療機器では、電池交換をすることなく、長期間（例えば、数年程度）連続して使用可能であることが望ましい。医療機器を長期間使用可能とするためには、医療機器に適用される無線機器についても、消費電力を低減する必要がある。
【０００５】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、無線機器の消費電力を低減することのできる中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する中継装置は、一つの態様において、第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する。中継装置において、受信部と制御部と通知部とを有する。受信部は、前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する。制御部は、前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する。通知部は、前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する。
【発明の効果】
【０００７】
本願の開示する中継装置の一つの態様によれば、無線機器の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、医療機器に無線機器が適用されたネットワークを示す図である。
【図２】図２は、ＢＡＮにおける省電力制御を説明するための図である。
【図３】図３は、ＷｉＭＡＸにおける省電力制御を説明するための図である。
【図４】図４は、ＢＡＮとＷｉＭＡＸとを用いたネットワークの構成を示す図である。
【図５】図５は、無線通信システムの機能的構成を示す図である。
【図６】図６は、ハブのネットワーク管理部の保持する省電力情報テーブルの初期状態を示す図である。
【図７】図７は、無線通信システムにおける省電力への移行シーケンスを説明するための図である。
【図８】図８は、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱフォーマットの一例を示す図である。
【図９】図９は、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰフォーマットの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、無線通信システムにおける時刻換算処理を説明するための図である。
【図１１】図１１は、無線通信システムにおけるフレーム番号換算処理を説明するための図である。
【図１２】図１２は、Connection Assignmentフォーマットの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、無線通信システムにおける省電力中のシーケンスを説明するための図である。
【図１４】図１４は、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤフォーマットの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、無線通信システムにおける省電力からの復帰シーケンスを説明するための図である。
【図１６】図１６は、本実施例に係る技術を所定の条件下で実施した場合における効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、医療機器に無線機器が適用されたネットワークを示す図である。図１に示すように、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）ネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とは、ハブ１０を介して接続されている。ＢＡＮネットワークＮ２は、人体各部に複数のノードＭ１〜Ｍ１０が配設されることによって構成されている。ハブ１０は、ＢＡＮにおけるコーディネータであり、人体に装着されることによってＢＡＮ内で基地局として機能する。また、ハブ１０は、各ノードＭ１〜Ｍ１０から収集された情報を、ＷｉＭＡＸや携帯電話網の広域通信手段を用いて、遠隔地のデータベースに転送する。複数のノードＭ１〜Ｍ１０は、例えば、体温計、心拍計、ペースメーカ、内視鏡、血圧計、脳波測定器といった医療機器である。各ノードＭ１〜Ｍ１０は、コーディネータの指示するタイミングで、各種信号やデータの送受信を行う。
【００１１】
ＢＡＮ及びＷｉＭＡＸの各通信方式は、それぞれ、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．６及びＩＥＥＥ８０２．１６により標準化されている。図２は、ＢＡＮにおける省電力制御を説明するための図である。図２に示すように、ＢＡＮでは、スリープ状態とウェイクアップ状態とが規定されており、ハブ１０は、各ノードＭ１〜Ｍ３に対してウェイクアップする周期を指定する。各ノードＭ１〜Ｍ３は、スリープ状態において、データ送受信を行わないため、省電力状態に遷移する。また、ハブ１０は、配下にある全てのノードＭ１〜Ｍ３がスリープ状態にあるとき、これら全てのノードＭ１〜Ｍ３との間で送受信を行わないため、省電力状態に遷移する（インアクティブ期間）。一方、各ノードＭ１〜Ｍ３は、ウェイクアップ状態において、アップリンク及びダウンリンクの監視を行う。なお、アップリンクは、ノードＭ１〜Ｍ３からハブ１０に向かう方向であり、ダウンリンクは、ハブ１０からノードＭ１〜Ｍ３に向かう方向である。上述の省電力制御では、ノードＭ１〜Ｍ３は、ウェイクアップ状態では、各自ノードが発信制御するアップリンクデータが無い場合でも、ハブ１０の発信制御するダウンリンクデータの監視を行う必要がある。
【００１２】
続いて、図３は、ＷｉＭＡＸにおける省電力制御を説明するための図である。図３に示すように、ＷｉＭＡＸでは、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１に接続された通信端末は、スリーピングウィンドウとリスニングウィンドウとを管理する。すなわち、通信端末は、基地局からの指示に従い、スリーピングウィンドウ及びリスニングウィンドウを開始及び終了する。ここで、スリーピングウィンドウの時間幅は、２フレーム（１０ｍｓ）〜１０２４フレーム（５１２０ｍｓ）であり、リスニングウィンドウの時間幅は、最大６４フレーム（３２０ｍｓ）である。通信端末は、スリーピングウィンドウ期間中には、ダウンリンク（基地局から端末方向）にデータが発生しないことが確実なため、自端末内でアップリンク（端末から基地局方向）にデータが発生しない場合には、省電力状態に遷移する。これに対し、通信端末は、リスニングウィンドウ期間中は、ダウンリンクデータの発生を待ち受けていなければならない。
【００１３】
図４は、ＢＡＮとＷｉＭＡＸとを用いたネットワークの構成を示す図である。図４に示すように、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とは、ゲートウェイを介して接続されている。ＷｉＭＡＸネットワークＮ１には、各ノードＭ１、Ｍ２との間で各種信号及びデータの送受信を行う通信端末４０が接続されている。また、ＢＡＮネットワークＮ２は、ノードＭ１、Ｍ２を配下に有する。以下、本実施例では、図４に示すようなネットワーク間の連携により、各ノードＭ１、Ｍ２の消費電力を低減するシステム及び方法について説明する。
【００１４】
まず、本願の開示する一実施例に係る無線通信システムの構成を説明する。図５は、本実施例に係る無線通信システム１の機能的構成を示す図である。図５に示すように、無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
【００１５】
受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。受信部１１は、省電力制御部１１ａと省電力情報通知部１１ｂとを有する。省電力制御部１１ａは、ＷｉＭＡＸの通信プロトコルにより規定される通常の省電力制御に加えて、後述のネットワーク管理部１２ａから通知される指示に基づき省電力制御を行う。省電力情報通知部１１ｂは、ＷｉＭＡＸの通信プロトコルにより規定される省電力情報として、省電力状態（スリープ状態、ウェイクアップ状態等）と省電力期間とを後述のネットワーク管理部１２ａに通知する。
【００１６】
制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノード２０のウェイクアップ時間をノード毎に決定する。制御部１２は、受信部１１により受信される省電力情報の変更に伴い、ウェイクアップ時間を更新する。制御部１２は、ＢＡＮネットワークＮ２における時間単位を、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１における時間単位と共通の時間単位となるように変換する制御を行う。制御部１２は、ネットワーク管理部１２ａとフレーム番号換算部１２ｂとタイマ管理部１２ｃとを有する。ネットワーク管理部１２ａは、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１及びＢＡＮネットワークＮ２について省電力情報（省電力状態、省電力期間）を保持すると共に、収集された省電力情報を基に、省電力制御部１１ａ及び省電力制御部１３ａに対して省電力指示を通知する。フレーム番号換算部１２ｂは、絶対時間情報を、各無線ネットワークＮ１、Ｎ２で管理されるフレーム番号に変換する。タイマ管理部１２ｃは、現在時刻を管理し、各無線ネットワークＮ１、Ｎ２に対して現在時刻を提供する。
【００１７】
通知部１３は、制御部１２により決定されたウェイクアップ時間をノード２０に通知する。通知部１３は、省電力制御部１３ａと省電力情報通知部１３ｂとを有する。省電力制御部１３ａは、ＢＡＮの通信プロトコルにより規定される通常の省電力制御に加えて、上述のネットワーク管理部１２ａから通知される指示に基づき省電力制御を行う。省電力情報通知部１３ｂは、ＢＡＮの通信プロトコルにより規定される省電力情報として、省電力状態（スリープ状態、ウェイクアップ状態等）と省電力期間とをネットワーク管理部１２ａに通知する。
【００１８】
ノード２０は、通信部２１と制御部２２とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。通信部２１は、ハブ１０の通知部１３から通知されるウェイクアップ時間を受信する。制御部２２は、通信部２１により受信されたウェイクアップ時間に基づき、ノード２０の省電力制御を行う。なお、図５では、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノードのうち、ノード２０の構成を代表的に説明したが、ハブ１０には、図１に示したように複数のノードが接続されており、ノード３０を含む他のノードについてもノード２０と同様の構成を有する。
【００１９】
次に、本実施例における無線通信システム１の動作を説明する。前提として、以下の説明では、ＷｉＭＡＸ基地局からハブを経由してノードに向かう方向の通信をダウンリンクとし、ノードからハブ経由でＷｉＭＡＸ基地局に向かう方向の通信をアップリンクとする。また、省電力情報テーブルとの整合を図るため、以下、必要に応じて、受信部１１を「ＷｉＭＡＸデバイス」と記し、通知部１３及び通信部２１を「ＢＡＮデバイス」と記すものとする。
【００２０】
図６は、ハブ１０のネットワーク管理部１２ａの保持する省電力情報テーブルの初期状態を示す図である。図６に示すように、省電力情報テーブル１２１ａには、デバイスの状態、スリープ開始の時刻、スリープ終了の時刻、上位デバイス、及び下位デバイスが、デバイス及び当該デバイスからみた方向毎に、更新可能に格納されている。初期状態では、ＷｉＭＡＸデバイス（Ｄｅｖ０）、ＢＡＮデバイス（Ｄｅｖ１）の何れのデバイスについても、各方向の「状態」として“アクティブ”が設定されており、「スリープ開始」及び「スリープ終了」の時刻は空欄となっている。また、ダウンリンクの場合、データは、ＷｉＭＡＸ基地局から、ＷｉＭＡＸデバイス、ＢＡＮデバイス、ノードへと流れるため、ＷｉＭＡＸデバイスは、ＢＡＮデバイスの上位デバイスである。したがって、ダウンリンクについては、Ｄｅｖ０の「下位デバイス」として“Ｄｅｖ１”が、Ｄｅｖ１の「上位デバイス」として“Ｄｅｖ０”が、設定されている。一方、アップリンクの場合、データは、逆方向に流れるため、ＢＡＮデバイスがＷｉＭＡＸデバイスの上位デバイスとなる。したがって、Ｄｅｖ０の「上位デバイス」として“Ｄｅｖ１”が、Ｄｅｖ１の「下位デバイス」として“Ｄｅｖ０”が、設定されている。
【００２１】
図７は、無線通信システム１における省電力への移行シーケンスを説明するための図である。ハブ１０の省電力制御部１１ａは、省電力制御に際し、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージとＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージとを用いて、スリーピングウィンドウ開始時刻及び終了時刻を確定する。ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージ１１１ａのフォーマットの一例を図８に示す。また、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージ１１１ｂのフォーマットの一例を図９に示す。
【００２２】
まず、Ｓ１では、ＷｉＭＡＸ基地局から、ハブ１０宛に、図８に示したＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージと図９に示したＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージとが送信される。省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスタートフレームが送信されると（Ｓ２）、時刻換算処理によって、時間単位がフレームから「時間」に変換される（Ｓ３）。省電力制御部１１ａは、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージに含まれる“Start＿frame＿number”に基づき、フレーム番号換算部１２ｂから、時間単位の変換されたスリープ開始時間を取得する（Ｓ４）。
【００２３】
図１０は、無線通信システム１における時刻換算処理を説明するための図である。時刻換算処理は、Ｓ３において、フレーム番号換算部１２ｂにより実行される。この時刻換算処理は、現在フレーム番号、フレーム長、変換対象フレーム番号をインプット情報とし、変換後の時刻をアウトプット情報として実行される。フレーム番号換算部１２ｂは、変換対象のフレーム番号から現在のフレーム番号を減算し、その結果をＡとする（Ｖ１）。次に、フレーム番号換算部１２ｂは、入力されたフレーム長をＡに乗算し、その結果をＢとする（Ｖ２）。そして、フレーム番号換算部１２ｂは、タイマ管理部１２ｃから現在時刻を取得すると（Ｖ３）、この現在時刻に上記Ｂを加算し、その結果をアウトプットとする（Ｖ４）。
【００２４】
Ｓ２〜Ｓ４の各処理は、スリープ終了時間についても同様に実行される。すなわち、省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及び“Min-sleeping interval”が送信される（Ｓ５）。フレーム番号換算部１２ｂは、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージに含まれる“initial-sleep window”から、初期のスリープ時間を取得し、上記スリープ開始時間と当該スリープ時間との和によりスリープ終了時間を取得する。この終了時間の時間単位は、上述の時刻換算処理によって、フレームから「時間」に変換される（Ｓ６）。その後、フレーム番号換算部１２ｂは、時間単位の変換されたスリープ終了時間を省電力制御部１１ａに送信し、省電力制御部１１ａはこれを取得する（Ｓ７）。
【００２５】
省電力制御部１１は、Ｓ４で入力されたスリープ開始時間とＳ７で入力されたスリープ終了時間とにデバイス名を付加し、これらの情報を省電力情報として、省電力情報通知部１１ｂによりネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｓ８、Ｓ９）。ネットワーク管理部１２ａは、通知された省電力情報により、省電力情報テーブルを更新する（Ｓ１０）。その結果、省電力情報テーブルは、図６の省電力情報テーブル１２１ａに示した状態から、図７に示す省電力情報テーブル１２１ｂの状態に遷移する。
【００２６】
Ｓ９でネットワーク管理部１２ａの取得した省電力情報の変更は、省電力情報通知部１３ｂを介して、省電力制御部１３ａに通知される（Ｓ１１、Ｓ１２）。すなわち、Ｓ１１では、ネットワーク管理部１２ａは、更新されたデバイス情報における下位デバイスを参照し、下位のデバイスであるＤｅｖ１（ＢＡＮデバイス）に対して、省電力情報が更新されたことを通知する。Ｓ１２では、省電力制御部１３ａは、省電力情報通知部１３ｂを介して当該通知を受ける。省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブルの内、Ｄｅｖ１（ＢＡＮデバイス）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）を参照し、スリープ開始時間とスリープ終了時間とを取得する（Ｓ１３）。
【００２７】
省電力制御部１３ａは、現在フレーム番号、フレーム長、及びＳ１３で取得されたスリープ開始時間を、フレーム番号換算部１２ｂに通知する（Ｓ１４）。フレーム番号換算部１２ｂは、現在フレーム番号を、ＢＡＮ内で管理するためのスーパーフレーム番号に換算する。図１１は、無線通信システム１におけるフレーム番号換算処理を説明するための図である。フレーム番号換算処理は、Ｓ１５において、フレーム番号換算部１２ｂにより実行される。このフレーム番号換算処理は、現在フレーム番号、フレーム長、変換対象時刻をインプット情報とし、変換後のフレーム番号をアウトプット情報として実行される。フレーム番号換算部１２ｂは、タイマ管理部１２ｃから現在時刻を取得すると（Ｗ１）、変換対象時刻から現在時刻を減算し、その結果をＣとする（Ｗ２）。フレーム番号換算部１２ｂは、入力されたフレーム長でＣを除算することによりＤを求め（Ｗ３）、現在フレーム番号＋Ｄをアウトプットとする（Ｗ４）。フレーム番号換算部１２ｂは、当該アウトプットを監視し（Ｗ５）、オーバーフローしている場合には（Ｗ５；Ｙｅｓ）、Ｗ４におけるアウトプットである「現在フレーム番号＋Ｄ」から最大フレーム番号と１とを減算し、その結果をアウトプットに変更する（Ｗ６）。なお、Ｗ４におけるアウトプットにオーバーフローがない場合には（Ｗ５；Ｎｏ）、Ｗ６の処理は省略し、フレーム番号換算処理は終了する。
【００２８】
Ｓ１６では、フレーム番号換算部１２ｂは、Ｓ１５で換算されたスリープ開始フレーム番号を省電力制御部１３ａに通知する。スリープ終了フレームについても、スリープ開始フレームと同様の処理が実行される。スリープ終了フレームに関するＳ１７〜Ｓ１９の各処理では、上述したＳ１４〜Ｓ１６の各処理とそれぞれ同様の処理が実行されるため、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
省電力制御部１３ａは、Ｓ１５でスーパーフレーム単位に換算されたスリープ開始フレーム番号とスリープ終了フレーム番号とを、Connection Assignmentメッセージにより、各ノード２０、３０に送信する（Ｓ２０、Ｓ２１）。図１２は、Connection Assignmentメッセージ１１１ｃのフォーマットの一例を示す図である。Connection Assignmentメッセージにおいて、スリープ開始フレーム番号はWakeup Phaseフィールドに設定され、スリープ終了フレーム番号はWakeup Periodフィールドに設定されて送信される。各ノード２０、３０は、上記Connection Assignmentメッセージを受信すると、当該メッセージに含まれるWakeup Phase、Wakeup Periodの各フィールドの値を参照して、共にスリープ状態に遷移する。
【００３０】
図１３は、無線通信システム１における省電力中のシーケンスを説明するための図である。まず、Ｔ１では、ＷｉＭＡＸ基地局から、ハブ１０宛に、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージが送信される。ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ１１１ｄのフォーマットの一例を図１４に示す。省電力制御部１１ａは、リスニングウィンドウの実行中に、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージを受信する。省電力制御部１１ａは、省電力制御を継続する場合には、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージにより、Negative Indicationを受信する。省電力制御を継続する場合、省電力制御部１１ａは、ＷｉＭＡＸのプロトコルに従い、スリープ時間を算出する（Ｔ２）。このスリープ時間は、前回のスリープフレーム数×２の算定式により算出される。
【００３１】
省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスリープ開始フレームが送信されると（Ｔ３）、時刻換算処理によって、時間単位がフレームから「時間」に変換される（Ｔ４）。時刻換算処理については、図１０を参照して上述したため、その詳細な説明は省略する。省電力制御部１１ａは、フレーム番号換算部１２ｂから、時間単位の変換されたスリープ開始時間を取得する（Ｔ５）。
【００３２】
Ｔ６〜Ｔ８の各処理は、スリープ終了時間についても同様に実行される。すなわち、省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスリープ終了フレームが送信される（Ｔ６）。フレーム番号換算部１２ｂは、このスリープ終了フレームにより、スリープ終了時間を取得する。この終了時間の時間単位は、上述の時刻換算処理によって、フレームから「時間」に変換される（Ｔ７）。その後、フレーム番号換算部１２ｂは、時間単位の変換されたスリープ終了時間を省電力制御部１１ａに送信し、省電力制御部１１ａはこれを取得する（Ｔ８）。
【００３３】
省電力制御部１１は、Ｔ５で入力されたスリープ開始時間とＴ８で入力されたスリープ終了時間とにデバイス名を付加し、これらの情報を省電力情報として、省電力情報通知部１１ｂによりネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｔ９、Ｔ１０）。ネットワーク管理部１２ａは、通知された省電力情報により、省電力情報テーブルを更新する（Ｔ１１）。その結果、省電力情報テーブルは、図７の省電力情報テーブル１２１ｂに示した状態から、図１３に示す省電力情報テーブル１２１ｃの状態に遷移する。
【００３４】
Ｔ１０でネットワーク管理部１２ａの取得した省電力情報の変更は、省電力情報通知部１３ｂを介して、省電力制御部１３ａに通知される（Ｔ１２、Ｔ１３）。すなわち、Ｔ１２では、ネットワーク管理部１２ａは、更新されたデバイス情報における下位デバイスを参照し、下位のデバイスであるＤｅｖ１（ＢＡＮデバイス）に対して、省電力情報が更新されたことを通知する。Ｔ１３では、省電力制御部１３ａは、省電力情報通知部１３ｂを介して当該通知を受ける。省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブルの内、Ｄｅｖ１（ＢＡＮデバイス）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）を参照し、スリープ開始時間とスリープ終了時間とを取得する（Ｔ１４）。
【００３５】
省電力制御部１３ａは、現在フレーム番号、フレーム長、及びＴ１４で取得されたスリープ開始時間を、フレーム番号換算部１２ｂに通知する（Ｔ１５）。フレーム番号換算部１２ｂは、現在フレーム番号を、ＢＡＮ内で管理するためのスーパーフレーム番号に換算する（Ｔ１６）。フレーム番号換算処理については、図１１を参照して上述したため、その詳細な説明は省略する。Ｔ１７では、フレーム番号換算部１２ｂは、Ｔ１６で換算されたスリープ開始フレーム番号を省電力制御部１３ａに通知する。スリープ終了フレームに関しても、スリープ開始フレームと同様の処理が実行される。スリープ終了フレームに関するＴ１８〜Ｔ２０の各処理では、上述したＴ１５〜Ｔ１７の各処理とそれぞれ同様の処理が実行されるため、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
省電力制御部１３ａは、Ｔ２０においてスリープ終了フレーム番号を受信すると、タイマ割込みにより、前回のスリープ状態（アップリンクの監視のみ実行中）から、アクティブ状態（ダウンリンク送信可能な状態）に移行する。省電力制御部１３ａは、Ｔ１６でスーパーフレーム単位に換算されたスリープ開始フレーム番号とスリープ終了フレーム番号とを、Connection Assignmentメッセージにより、各ノード２０、３０に送信する（Ｔ２１、Ｔ２２）。各ノード２０、３０は、上記Connection Assignmentメッセージを受信すると、当該メッセージに含まれるWakeup Phase、Wakeup Periodの各フィールドの値に従い、再びスリープ状態に遷移する。
【００３７】
図１５は、無線通信システム１における省電力からの復帰シーケンスを説明するための図である。省電力制御部１１ａは、リスニングウィンドウの実行中にＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤ（Positive Indication）を受信すると（Ｕ１）、ＷｉＭＡＸの省電力状態を解除する（Ｕ２）。すなわち、省電力制御部１１ａは、デバイス名と省電力の解除指示とを含む省電力情報を、省電力情報通知部１１ｂを介して、ネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｕ３、Ｕ４）。ネットワーク管理部１２ａは、この省電力情報に基づき、省電力情報テーブルを更新する（Ｕ５）。この更新処理に伴い、ＷｉＭＡＸデバイスのダウンリンクにおける状態フィールドは、従前のパワーセービング状態（図１３参照）から、アクティブ状態（図６に示した初期状態）に変更される。
【００３８】
ネットワーク管理部１２ａは、省電力情報テーブル１２１ｄを参照して、状態の更新されたデバイス（Ｄｅｖ０のＷｉＭＡＸデバイス）の下位デバイス（Ｄｅｖ１のＢＡＮデバイス）を特定し、そのデバイス宛に省電力情報の変更を通知する（Ｕ６、Ｕ７）。また、省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブル１２１ｄを参照して、自デバイス（Ｄｅｖ１）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）がアクティブ状態であることを確認する。そして、省電力制御部１３ａは、タイマ割込みにより、前回のスリープ状態（アップリンクの監視のみ実行中の状態）からアクティブ状態（ダウンリンク送信の可能な状態）に移行する。すなわち、省電力制御部１３ａは、Connection Assignmentメッセージ１１１ｃ（図１２参照）におけるWakeup PhaseフィールドとWakeup Periodフィールドとに、省電力状態への移行前の値を設定することで、省電力状態から通常状態に遷移する（Ｕ８）。
【００３９】
Connection Assignmentメッセージは、ノード２０、３０宛に送信され（Ｕ９、Ｕ１０）、各ノード２０、３０は、Connection Assignmentメッセージの上記各フィールドの値に従い、通常の動作に復帰する（Ｕ１１）。
【００４０】
以上説明したように、無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とを中継する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する各ノードのウェイクアップ時間をノード毎に決定する。通知部１３は、制御部１２により決定されたウェイクアップ時間を各ノードに通知する。ノード２０は、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する。ノード２０は、通信部２１と制御部２２とを有する。通信部２１は、通知部１３から通知されるウェイクアップ時間を受信する。制御部２２は、通信部２１により受信されたウェイクアップ時間に基づき、省電力制御を行う。すなわち、無線通信システム１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力制御プロトコルの情報から、ＢＡＮネットワークＮ２の使用が必要となる時間帯を予測する。そして、無線通信システム１は、この予測結果に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２のノード２０がスリープすることのできる時間をスケジュールする。換言すれば、無線通信システム１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１及びＢＡＮネットワークＮ２という異種ネットワーク間において、省電力情報を共有し連携を図る。これにより、無線通信システム１は、ＢＡＮネットワークＮ２のインタフェースのスリープ時間を一定区間保障することができる。その結果、ハブ１０ひいてはその配下のノード２０、すなわち無線通信システム１全体の消費電力が低減される。
【００４１】
続いて、図１６を参照して、本実施例に係る無線通信システム１の奏する具体的な効果について説明する。図１６では、次の（１）〜（３）の条件を設定するものとする。（１）スリープとウェイクアップの単位（Beacon Period）を１００ｍｓ、各ノードのウェイクアップ周期を３とする。つまり、２００ｍｓ毎にウェイクアップする場合を想定する。（２）ＷｉＭＡＸにおけるスリーピングウィンドウとリスニングウィンドウとの比を、１０００ｍｓ：２００ｍｓとする。（３）消費電力は、スリーピング時：リスニング時（ＷｉＭＡＸ側）＝スリープ時：ウェイクアップ時（ＢＡＮ側）＝１０：２４０とする。かかる条件下において、単位時間（１２００ｍｓ）における従来の消費電力Ｐｂ、及び本実施例における消費電力Ｐａを算出する。
【００４２】
ウェイクアップ時における１００ｍｓ毎の消費電力をｘとすると、スリープ時における１００ｍｓ毎の消費電力は、１０／２４０ｘにより表される。したがって、従来の消費電力は、Ｐｂ＝（８×１０／２４０ｘ）＋（４×ｘ）＝４．３３ｘとなり、本実施例の消費電力は、Ｐａ＝（１１×１０／２４０ｘ）＋（１×ｘ）＝１．４６ｘとなる。これにより、本実施例による消費電力は、従来の３３．７％となり、約６６％の電力低減効果が推定される。
【００４３】
上記実施例では、ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１側からの省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２側の省電力制御を行うものとした。しかしながら、ハブ１０は、これとは反対に、ＢＡＮネットワークＮ２側からの省電力情報に基づき、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１側の省電力制御を行うものとしてもよい。これにより、ハブ１０は、ＢＡＮネットワークＮ２から収集した省電力情報をＷｉＭＡＸネットワークＮ１に反映させることができるので、ＷｉＭＡＸ側のデバイスの省電力状態や省電力期間を、ノード２０の省電力状態や省電力期間と同調させることができる。したがって、上記実施例とは逆に、ＷｉＭＡＸデバイスのスリープ時間がＢＡＮデバイスのスリープ時間と比較して短い場合にも、対応可能となる。その結果、省電力制御の柔軟性が高まる。
【００４４】
なお、上述及び図示した各構成部は、機能上の概念的なものであり、物理的には、必ずしも上述及び図示のように構成されている必要はない。例えば、ハブ１０において、受信部１１と通知部１３とは統合されていてもよいし、受信部１１及び通知部１３の有する省電力制御部と省電力情報通知部とについても、統合されてもよい。また、上記実施例では、ハブ１０の制御部１２において、ネットワーク管理部１２ａとフレーム番号換算部１２ｂとタイマ管理部１２ｃとは、別体で構成されるものとしたが、これら各部の機能を一体化して１つの装置にもたせてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 無線通信システム
１０ ハブ
１１ 受信部
１１ａ 省電力制御部
１１ｂ 省電力情報通知部
１２ 制御部
１２ａ ネットワーク管理部
１２ｂ フレーム番号換算部
１２ｃ タイマ管理部
１３ 通知部
１３ａ 省電力制御部
１３ｂ 省電力情報通知部
２０、３０ ノード
２１ 通信部
２２ 制御部
４０ 通信端末
Ｎ１ ＷｉＭＡＸネットワーク
Ｎ２ ＢＡＮネットワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線方式の多様化に伴い、無線機器の適用分野が拡大している。標準化が進む近距離無線方式として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、ＢＡＮ（Body Area Network）等がある。ＢＡＮとは、人体表面（ウェアラブル）や体内（インプラント）から、ヘルスケアや医療で活用するための生体情報を収集する人体無線網であり、ＢＡＮでは、体温計、心拍計、ペースメーカ、内視鏡といった医療機器への適用が検討されている。このような医療機器に、ＢＡＮ等の無線通信機能を適用することで、独居老人の健康状態の見守りや孤島住民への遠隔医療といったサービスを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５２１８７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、ＢＡＮの搭載が想定される医療機器のうち、特にペースメーカや内視鏡といった埋込み式の医療機器は、取替えが容易ではない。また、電池交換には手術を伴うこともあり、患者への負担も大きい。このため、特に、埋込み式の医療機器では、電池交換をすることなく、長期間（例えば、数年程度）連続して使用可能であることが望ましい。医療機器を長期間使用可能とするためには、医療機器に適用される無線機器についても、消費電力を低減する必要がある。
【０００５】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、無線機器の消費電力を低減することのできる中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する中継装置は、一つの態様において、第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する。中継装置において、受信部と制御部と通知部とを有する。受信部は、前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する。制御部は、前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する。通知部は、前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する。
【発明の効果】
【０００７】
本願の開示する中継装置の一つの態様によれば、無線機器の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、医療機器に無線機器が適用されたネットワークを示す図である。
【図２】図２は、ＢＡＮにおける省電力制御を説明するための図である。
【図３】図３は、ＷｉＭＡＸにおける省電力制御を説明するための図である。
【図４】図４は、ＢＡＮとＷｉＭＡＸとを用いたネットワークの構成を示す図である。
【図５】図５は、無線通信システムの機能的構成を示す図である。
【図６】図６は、ハブのネットワーク管理部の保持する省電力情報テーブルの初期状態を示す図である。
【図７】図７は、無線通信システムにおける省電力への移行シーケンスを説明するための図である。
【図８】図８は、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱフォーマットの一例を示す図である。
【図９】図９は、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰフォーマットの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、無線通信システムにおける時刻換算処理を説明するための図である。
【図１１】図１１は、無線通信システムにおけるフレーム番号換算処理を説明するための図である。
【図１２】図１２は、Connection Assignmentフォーマットの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、無線通信システムにおける省電力中のシーケンスを説明するための図である。
【図１４】図１４は、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤフォーマットの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、無線通信システムにおける省電力からの復帰シーケンスを説明するための図である。
【図１６】図１６は、本実施例に係る技術を所定の条件下で実施した場合における効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する中継装置、無線通信システム、及び無線通信方法が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、医療機器に無線機器が適用されたネットワークを示す図である。図１に示すように、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）ネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とは、ハブ１０を介して接続されている。ＢＡＮネットワークＮ２は、人体各部に複数のノードＭ１〜Ｍ１０が配設されることによって構成されている。ハブ１０は、ＢＡＮにおけるコーディネータであり、人体に装着されることによってＢＡＮ内で基地局として機能する。また、ハブ１０は、各ノードＭ１〜Ｍ１０から収集された情報を、ＷｉＭＡＸや携帯電話網の広域通信手段を用いて、遠隔地のデータベースに転送する。複数のノードＭ１〜Ｍ１０は、例えば、体温計、心拍計、ペースメーカ、内視鏡、血圧計、脳波測定器といった医療機器である。各ノードＭ１〜Ｍ１０は、コーディネータの指示するタイミングで、各種信号やデータの送受信を行う。
【００１１】
ＢＡＮ及びＷｉＭＡＸの各通信方式は、それぞれ、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１５．６及びＩＥＥＥ８０２．１６により標準化されている。図２は、ＢＡＮにおける省電力制御を説明するための図である。図２に示すように、ＢＡＮでは、スリープ状態とウェイクアップ状態とが規定されており、ハブ１０は、各ノードＭ１〜Ｍ３に対してウェイクアップする周期を指定する。各ノードＭ１〜Ｍ３は、スリープ状態において、データ送受信を行わないため、省電力状態に遷移する。また、ハブ１０は、配下にある全てのノードＭ１〜Ｍ３がスリープ状態にあるとき、これら全てのノードＭ１〜Ｍ３との間で送受信を行わないため、省電力状態に遷移する（インアクティブ期間）。一方、各ノードＭ１〜Ｍ３は、ウェイクアップ状態において、アップリンク及びダウンリンクの監視を行う。なお、アップリンクは、ノードＭ１〜Ｍ３からハブ１０に向かう方向であり、ダウンリンクは、ハブ１０からノードＭ１〜Ｍ３に向かう方向である。上述の省電力制御では、ノードＭ１〜Ｍ３は、ウェイクアップ状態では、各自ノードが発信制御するアップリンクデータが無い場合でも、ハブ１０の発信制御するダウンリンクデータの監視を行う必要がある。
【００１２】
続いて、図３は、ＷｉＭＡＸにおける省電力制御を説明するための図である。図３に示すように、ＷｉＭＡＸでは、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１に接続された通信端末は、スリーピングウィンドウとリスニングウィンドウとを管理する。すなわち、通信端末は、基地局からの指示に従い、スリーピングウィンドウ及びリスニングウィンドウを開始及び終了する。ここで、スリーピングウィンドウの時間幅は、２フレーム（１０ｍｓ）〜１０２４フレーム（５１２０ｍｓ）であり、リスニングウィンドウの時間幅は、最大６４フレーム（３２０ｍｓ）である。通信端末は、スリーピングウィンドウ期間中には、ダウンリンク（基地局から端末方向）にデータが発生しないことが確実なため、自端末内でアップリンク（端末から基地局方向）にデータが発生しない場合には、省電力状態に遷移する。これに対し、通信端末は、リスニングウィンドウ期間中は、ダウンリンクデータの発生を待ち受けていなければならない。
【００１３】
図４は、ＢＡＮとＷｉＭＡＸとを用いたネットワークの構成を示す図である。図４に示すように、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とは、ゲートウェイを介して接続されている。ＷｉＭＡＸネットワークＮ１には、各ノードＭ１、Ｍ２との間で各種信号及びデータの送受信を行う通信端末４０が接続されている。また、ＢＡＮネットワークＮ２は、ノードＭ１、Ｍ２を配下に有する。以下、本実施例では、図４に示すようなネットワーク間の連携により、各ノードＭ１、Ｍ２の消費電力を低減するシステム及び方法について説明する。
【００１４】
まず、本願の開示する一実施例に係る無線通信システムの構成を説明する。図５は、本実施例に係る無線通信システム１の機能的構成を示す図である。図５に示すように、無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
【００１５】
受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。受信部１１は、省電力制御部１１ａと省電力情報通知部１１ｂとを有する。省電力制御部１１ａは、ＷｉＭＡＸの通信プロトコルにより規定される通常の省電力制御に加えて、後述のネットワーク管理部１２ａから通知される指示に基づき省電力制御を行う。省電力情報通知部１１ｂは、ＷｉＭＡＸの通信プロトコルにより規定される省電力情報として、省電力状態（スリープ状態、ウェイクアップ状態等）と省電力期間とを後述のネットワーク管理部１２ａに通知する。
【００１６】
制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノード２０のウェイクアップ時間をノード毎に決定する。制御部１２は、受信部１１により受信される省電力情報の変更に伴い、ウェイクアップ時間を更新する。制御部１２は、ＢＡＮネットワークＮ２における時間単位を、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１における時間単位と共通の時間単位となるように変換する制御を行う。制御部１２は、ネットワーク管理部１２ａとフレーム番号換算部１２ｂとタイマ管理部１２ｃとを有する。ネットワーク管理部１２ａは、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１及びＢＡＮネットワークＮ２について省電力情報（省電力状態、省電力期間）を保持すると共に、収集された省電力情報を基に、省電力制御部１１ａ及び省電力制御部１３ａに対して省電力指示を通知する。フレーム番号換算部１２ｂは、絶対時間情報を、各無線ネットワークＮ１、Ｎ２で管理されるフレーム番号に変換する。タイマ管理部１２ｃは、現在時刻を管理し、各無線ネットワークＮ１、Ｎ２に対して現在時刻を提供する。
【００１７】
通知部１３は、制御部１２により決定されたウェイクアップ時間をノード２０に通知する。通知部１３は、省電力制御部１３ａと省電力情報通知部１３ｂとを有する。省電力制御部１３ａは、ＢＡＮの通信プロトコルにより規定される通常の省電力制御に加えて、上述のネットワーク管理部１２ａから通知される指示に基づき省電力制御を行う。省電力情報通知部１３ｂは、ＢＡＮの通信プロトコルにより規定される省電力情報として、省電力状態（スリープ状態、ウェイクアップ状態等）と省電力期間とをネットワーク管理部１２ａに通知する。
【００１８】
ノード２０は、通信部２１と制御部２２とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。通信部２１は、ハブ１０の通知部１３から通知されるウェイクアップ時間を受信する。制御部２２は、通信部２１により受信されたウェイクアップ時間に基づき、ノード２０の省電力制御を行う。なお、図５では、ＢＡＮネットワークＮ２を構成するノードのうち、ノード２０の構成を代表的に説明したが、ハブ１０には、図１に示したように複数のノードが接続されており、ノード３０を含む他のノードについてもノード２０と同様の構成を有する。
【００１９】
次に、本実施例における無線通信システム１の動作を説明する。前提として、以下の説明では、ＷｉＭＡＸ基地局からハブを経由してノードに向かう方向の通信をダウンリンクとし、ノードからハブ経由でＷｉＭＡＸ基地局に向かう方向の通信をアップリンクとする。また、省電力情報テーブルとの整合を図るため、以下、必要に応じて、受信部１１を「ＷｉＭＡＸデバイス」と記し、通知部１３及び通信部２１を「ＢＡＮデバイス」と記すものとする。
【００２０】
図６は、ハブ１０のネットワーク管理部１２ａの保持する省電力情報テーブルの初期状態を示す図である。図６に示すように、省電力情報テーブル１２１ａには、デバイスの状態、スリープ開始の時刻、スリープ終了の時刻、上位デバイス、及び下位デバイスが、デバイス及び当該デバイスからみた方向毎に、更新可能に格納されている。初期状態では、ＷｉＭＡＸデバイス（Ｄｅｖ０）、ＢＡＮデバイス（Ｄｅｖ１）の何れのデバイスについても、各方向の「状態」として“アクティブ”が設定されており、「スリープ開始」及び「スリープ終了」の時刻は空欄となっている。また、ダウンリンクの場合、データは、ＷｉＭＡＸ基地局から、ＷｉＭＡＸデバイス、ＢＡＮデバイス、ノードへと流れるため、ＷｉＭＡＸデバイスは、ＢＡＮデバイスの上位デバイスである。したがって、ダウンリンクについては、Ｄｅｖ０の「下位デバイス」として“Ｄｅｖ１”が、Ｄｅｖ１の「上位デバイス」として“Ｄｅｖ０”が、設定されている。一方、アップリンクの場合、データは、逆方向に流れるため、ＢＡＮデバイスがＷｉＭＡＸデバイスの上位デバイスとなる。したがって、Ｄｅｖ０の「上位デバイス」として“Ｄｅｖ１”が、Ｄｅｖ１の「下位デバイス」として“Ｄｅｖ０”が、設定されている。
【００２１】
図７は、無線通信システム１における省電力への移行シーケンスを説明するための図である。ハブ１０の省電力制御部１１ａは、省電力制御に際し、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージとＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージとを用いて、スリーピングウィンドウ開始時刻及び終了時刻を確定する。ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージ１１１ａのフォーマットの一例を図８に示す。また、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージ１１１ｂのフォーマットの一例を図９に示す。
【００２２】
まず、Ｓ１では、ＷｉＭＡＸ基地局から、ハブ１０宛に、図８に示したＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＥＱメッセージと図９に示したＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージとが送信される。省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスタートフレームが送信されると（Ｓ２）、時刻換算処理によって、時間単位がフレームから「時間」に変換される（Ｓ３）。省電力制御部１１ａは、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージに含まれる“Start＿frame＿number”に基づき、フレーム番号換算部１２ｂから、時間単位の変換されたスリープ開始時間を取得する（Ｓ４）。
【００２３】
図１０は、無線通信システム１における時刻換算処理を説明するための図である。時刻換算処理は、Ｓ３において、フレーム番号換算部１２ｂにより実行される。この時刻換算処理は、現在フレーム番号、フレーム長、変換対象フレーム番号をインプット情報とし、変換後の時刻をアウトプット情報として実行される。フレーム番号換算部１２ｂは、変換対象のフレーム番号から現在のフレーム番号を減算し、その結果をＡとする（Ｖ１）。次に、フレーム番号換算部１２ｂは、入力されたフレーム長をＡに乗算し、その結果をＢとする（Ｖ２）。そして、フレーム番号換算部１２ｂは、タイマ管理部１２ｃから現在時刻を取得すると（Ｖ３）、この現在時刻に上記Ｂを加算し、その結果をアウトプットとする（Ｖ４）。
【００２４】
Ｓ２〜Ｓ４の各処理は、スリープ終了時間についても同様に実行される。すなわち、省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及び“Min-sleeping interval”が送信される（Ｓ５）。フレーム番号換算部１２ｂは、ＭＯＢ＿ＳＬＰ−ＲＳＰメッセージに含まれる“initial-sleep window”から、初期のスリープ時間を取得し、上記スリープ開始時間と当該スリープ時間との和によりスリープ終了時間を取得する。この終了時間の時間単位は、上述の時刻換算処理によって、フレームから「時間」に変換される（Ｓ６）。その後、フレーム番号換算部１２ｂは、時間単位の変換されたスリープ終了時間を省電力制御部１１ａに送信し、省電力制御部１１ａはこれを取得する（Ｓ７）。
【００２５】
省電力制御部１１は、Ｓ４で入力されたスリープ開始時間とＳ７で入力されたスリープ終了時間とにデバイス名を付加し、これらの情報を省電力情報として、省電力情報通知部１１ｂによりネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｓ８、Ｓ９）。ネットワーク管理部１２ａは、通知された省電力情報により、省電力情報テーブルを更新する（Ｓ１０）。その結果、省電力情報テーブルは、図６の省電力情報テーブル１２１ａに示した状態から、図７に示す省電力情報テーブル１２１ｂの状態に遷移する。
【００２６】
Ｓ９でネットワーク管理部１２ａの取得した省電力情報の変更は、省電力情報通知部１３ｂを介して、省電力制御部１３ａに通知される（Ｓ１１、Ｓ１２）。すなわち、Ｓ１１では、ネットワーク管理部１２ａは、更新されたデバイス情報における下位デバイスを参照し、下位のデバイスであるＤｅｖ１（ＢＡＮデバイス）に対して、省電力情報が更新されたことを通知する。Ｓ１２では、省電力制御部１３ａは、省電力情報通知部１３ｂを介して当該通知を受ける。省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブルの内、Ｄｅｖ１（ＢＡＮデバイス）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）を参照し、スリープ開始時間とスリープ終了時間とを取得する（Ｓ１３）。
【００２７】
省電力制御部１３ａは、現在フレーム番号、フレーム長、及びＳ１３で取得されたスリープ開始時間を、フレーム番号換算部１２ｂに通知する（Ｓ１４）。フレーム番号換算部１２ｂは、現在フレーム番号を、ＢＡＮ内で管理するためのスーパーフレーム番号に換算する。図１１は、無線通信システム１におけるフレーム番号換算処理を説明するための図である。フレーム番号換算処理は、Ｓ１５において、フレーム番号換算部１２ｂにより実行される。このフレーム番号換算処理は、現在フレーム番号、フレーム長、変換対象時刻をインプット情報とし、変換後のフレーム番号をアウトプット情報として実行される。フレーム番号換算部１２ｂは、タイマ管理部１２ｃから現在時刻を取得すると（Ｗ１）、変換対象時刻から現在時刻を減算し、その結果をＣとする（Ｗ２）。フレーム番号換算部１２ｂは、入力されたフレーム長でＣを除算することによりＤを求め（Ｗ３）、現在フレーム番号＋Ｄをアウトプットとする（Ｗ４）。フレーム番号換算部１２ｂは、当該アウトプットを監視し（Ｗ５）、オーバーフローしている場合には（Ｗ５；Ｙｅｓ）、Ｗ４におけるアウトプットである「現在フレーム番号＋Ｄ」から最大フレーム番号と１とを減算し、その結果をアウトプットに変更する（Ｗ６）。なお、Ｗ４におけるアウトプットにオーバーフローがない場合には（Ｗ５；Ｎｏ）、Ｗ６の処理は省略し、フレーム番号換算処理は終了する。
【００２８】
Ｓ１６では、フレーム番号換算部１２ｂは、Ｓ１５で換算されたスリープ開始フレーム番号を省電力制御部１３ａに通知する。スリープ終了フレームについても、スリープ開始フレームと同様の処理が実行される。スリープ終了フレームに関するＳ１７〜Ｓ１９の各処理では、上述したＳ１４〜Ｓ１６の各処理とそれぞれ同様の処理が実行されるため、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
省電力制御部１３ａは、Ｓ１５でスーパーフレーム単位に換算されたスリープ開始フレーム番号とスリープ終了フレーム番号とを、Connection Assignmentメッセージにより、各ノード２０、３０に送信する（Ｓ２０、Ｓ２１）。図１２は、Connection Assignmentメッセージ１１１ｃのフォーマットの一例を示す図である。Connection Assignmentメッセージにおいて、スリープ開始フレーム番号はWakeup Phaseフィールドに設定され、スリープ終了フレーム番号はWakeup Periodフィールドに設定されて送信される。各ノード２０、３０は、上記Connection Assignmentメッセージを受信すると、当該メッセージに含まれるWakeup Phase、Wakeup Periodの各フィールドの値を参照して、共にスリープ状態に遷移する。
【００３０】
図１３は、無線通信システム１における省電力中のシーケンスを説明するための図である。まず、Ｔ１では、ＷｉＭＡＸ基地局から、ハブ１０宛に、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージが送信される。ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ１１１ｄのフォーマットの一例を図１４に示す。省電力制御部１１ａは、リスニングウィンドウの実行中に、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージを受信する。省電力制御部１１ａは、省電力制御を継続する場合には、ＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージにより、Negative Indicationを受信する。省電力制御を継続する場合、省電力制御部１１ａは、ＷｉＭＡＸのプロトコルに従い、スリープ時間を算出する（Ｔ２）。このスリープ時間は、前回のスリープフレーム数×２の算定式により算出される。
【００３１】
省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスリープ開始フレームが送信されると（Ｔ３）、時刻換算処理によって、時間単位がフレームから「時間」に変換される（Ｔ４）。時刻換算処理については、図１０を参照して上述したため、その詳細な説明は省略する。省電力制御部１１ａは、フレーム番号換算部１２ｂから、時間単位の変換されたスリープ開始時間を取得する（Ｔ５）。
【００３２】
Ｔ６〜Ｔ８の各処理は、スリープ終了時間についても同様に実行される。すなわち、省電力制御部１１ａからフレーム番号換算部１２ｂに、現在のフレーム番号、フレーム長、及びスリープ終了フレームが送信される（Ｔ６）。フレーム番号換算部１２ｂは、このスリープ終了フレームにより、スリープ終了時間を取得する。この終了時間の時間単位は、上述の時刻換算処理によって、フレームから「時間」に変換される（Ｔ７）。その後、フレーム番号換算部１２ｂは、時間単位の変換されたスリープ終了時間を省電力制御部１１ａに送信し、省電力制御部１１ａはこれを取得する（Ｔ８）。
【００３３】
省電力制御部１１は、Ｔ５で入力されたスリープ開始時間とＴ８で入力されたスリープ終了時間とにデバイス名を付加し、これらの情報を省電力情報として、省電力情報通知部１１ｂによりネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｔ９、Ｔ１０）。ネットワーク管理部１２ａは、通知された省電力情報により、省電力情報テーブルを更新する（Ｔ１１）。その結果、省電力情報テーブルは、図７の省電力情報テーブル１２１ｂに示した状態から、図１３に示す省電力情報テーブル１２１ｃの状態に遷移する。
【００３４】
Ｔ１０でネットワーク管理部１２ａの取得した省電力情報の変更は、省電力情報通知部１３ｂを介して、省電力制御部１３ａに通知される（Ｔ１２、Ｔ１３）。すなわち、Ｔ１２では、ネットワーク管理部１２ａは、更新されたデバイス情報における下位デバイスを参照し、下位のデバイスであるＤｅｖ１（ＢＡＮデバイス）に対して、省電力情報が更新されたことを通知する。Ｔ１３では、省電力制御部１３ａは、省電力情報通知部１３ｂを介して当該通知を受ける。省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブルの内、Ｄｅｖ１（ＢＡＮデバイス）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）を参照し、スリープ開始時間とスリープ終了時間とを取得する（Ｔ１４）。
【００３５】
省電力制御部１３ａは、現在フレーム番号、フレーム長、及びＴ１４で取得されたスリープ開始時間を、フレーム番号換算部１２ｂに通知する（Ｔ１５）。フレーム番号換算部１２ｂは、現在フレーム番号を、ＢＡＮ内で管理するためのスーパーフレーム番号に換算する（Ｔ１６）。フレーム番号換算処理については、図１１を参照して上述したため、その詳細な説明は省略する。Ｔ１７では、フレーム番号換算部１２ｂは、Ｔ１６で換算されたスリープ開始フレーム番号を省電力制御部１３ａに通知する。スリープ終了フレームに関しても、スリープ開始フレームと同様の処理が実行される。スリープ終了フレームに関するＴ１８〜Ｔ２０の各処理では、上述したＴ１５〜Ｔ１７の各処理とそれぞれ同様の処理が実行されるため、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
省電力制御部１３ａは、Ｔ２０においてスリープ終了フレーム番号を受信すると、タイマ割込みにより、前回のスリープ状態（アップリンクの監視のみ実行中）から、アクティブ状態（ダウンリンク送信可能な状態）に移行する。省電力制御部１３ａは、Ｔ１６でスーパーフレーム単位に換算されたスリープ開始フレーム番号とスリープ終了フレーム番号とを、Connection Assignmentメッセージにより、各ノード２０、３０に送信する（Ｔ２１、Ｔ２２）。各ノード２０、３０は、上記Connection Assignmentメッセージを受信すると、当該メッセージに含まれるWakeup Phase、Wakeup Periodの各フィールドの値に従い、再びスリープ状態に遷移する。
【００３７】
図１５は、無線通信システム１における省電力からの復帰シーケンスを説明するための図である。省電力制御部１１ａは、リスニングウィンドウの実行中にＭＯＢ＿ＴＲＦ−ＩＮＤ（Positive Indication）を受信すると（Ｕ１）、ＷｉＭＡＸの省電力状態を解除する（Ｕ２）。すなわち、省電力制御部１１ａは、デバイス名と省電力の解除指示とを含む省電力情報を、省電力情報通知部１１ｂを介して、ネットワーク管理部１２ａに通知する（Ｕ３、Ｕ４）。ネットワーク管理部１２ａは、この省電力情報に基づき、省電力情報テーブルを更新する（Ｕ５）。この更新処理に伴い、ＷｉＭＡＸデバイスのダウンリンクにおける状態フィールドは、従前のパワーセービング状態（図１３参照）から、アクティブ状態（図６に示した初期状態）に変更される。
【００３８】
ネットワーク管理部１２ａは、省電力情報テーブル１２１ｄを参照して、状態の更新されたデバイス（Ｄｅｖ０のＷｉＭＡＸデバイス）の下位デバイス（Ｄｅｖ１のＢＡＮデバイス）を特定し、そのデバイス宛に省電力情報の変更を通知する（Ｕ６、Ｕ７）。また、省電力制御部１３ａは、省電力情報テーブル１２１ｄを参照して、自デバイス（Ｄｅｖ１）の上位デバイスとして設定されているデバイス（Ｄｅｖ０）がアクティブ状態であることを確認する。そして、省電力制御部１３ａは、タイマ割込みにより、前回のスリープ状態（アップリンクの監視のみ実行中の状態）からアクティブ状態（ダウンリンク送信の可能な状態）に移行する。すなわち、省電力制御部１３ａは、Connection Assignmentメッセージ１１１ｃ（図１２参照）におけるWakeup PhaseフィールドとWakeup Periodフィールドとに、省電力状態への移行前の値を設定することで、省電力状態から通常状態に遷移する（Ｕ８）。
【００３９】
Connection Assignmentメッセージは、ノード２０、３０宛に送信され（Ｕ９、Ｕ１０）、各ノード２０、３０は、Connection Assignmentメッセージの上記各フィールドの値に従い、通常の動作に復帰する（Ｕ１１）。
【００４０】
以上説明したように、無線通信システム１は、ハブ１０とノード２０とを有する。ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１とＢＡＮネットワークＮ２とを中継する。ハブ１０は、受信部１１と制御部１２と通知部１３とを有する。受信部１１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力情報を受信する。制御部１２は、受信部１１により受信された省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する各ノードのウェイクアップ時間をノード毎に決定する。通知部１３は、制御部１２により決定されたウェイクアップ時間を各ノードに通知する。ノード２０は、ＢＡＮネットワークＮ２を構成する。ノード２０は、通信部２１と制御部２２とを有する。通信部２１は、通知部１３から通知されるウェイクアップ時間を受信する。制御部２２は、通信部２１により受信されたウェイクアップ時間に基づき、省電力制御を行う。すなわち、無線通信システム１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１の省電力制御プロトコルの情報から、ＢＡＮネットワークＮ２の使用が必要となる時間帯を予測する。そして、無線通信システム１は、この予測結果に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２のノード２０がスリープすることのできる時間をスケジュールする。換言すれば、無線通信システム１は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１及びＢＡＮネットワークＮ２という異種ネットワーク間において、省電力情報を共有し連携を図る。これにより、無線通信システム１は、ＢＡＮネットワークＮ２のインタフェースのスリープ時間を一定区間保障することができる。その結果、ハブ１０ひいてはその配下のノード２０、すなわち無線通信システム１全体の消費電力が低減される。
【００４１】
続いて、図１６を参照して、本実施例に係る無線通信システム１の奏する具体的な効果について説明する。図１６では、次の（１）〜（３）の条件を設定するものとする。（１）スリープとウェイクアップの単位（Beacon Period）を１００ｍｓ、各ノードのウェイクアップ周期を３とする。つまり、２００ｍｓ毎にウェイクアップする場合を想定する。（２）ＷｉＭＡＸにおけるスリーピングウィンドウとリスニングウィンドウとの比を、１０００ｍｓ：２００ｍｓとする。（３）消費電力は、スリーピング時：リスニング時（ＷｉＭＡＸ側）＝スリープ時：ウェイクアップ時（ＢＡＮ側）＝１０：２４０とする。かかる条件下において、単位時間（１２００ｍｓ）における従来の消費電力Ｐｂ、及び本実施例における消費電力Ｐａを算出する。
【００４２】
ウェイクアップ時における１００ｍｓ毎の消費電力をｘとすると、スリープ時における１００ｍｓ毎の消費電力は、１０／２４０ｘにより表される。したがって、従来の消費電力は、Ｐｂ＝（８×１０／２４０ｘ）＋（４×ｘ）＝４．３３ｘとなり、本実施例の消費電力は、Ｐａ＝（１１×１０／２４０ｘ）＋（１×ｘ）＝１．４６ｘとなる。これにより、本実施例による消費電力は、従来の３３．７％となり、約６６％の電力低減効果が推定される。
【００４３】
上記実施例では、ハブ１０は、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１側からの省電力情報に基づき、ＢＡＮネットワークＮ２側の省電力制御を行うものとした。しかしながら、ハブ１０は、これとは反対に、ＢＡＮネットワークＮ２側からの省電力情報に基づき、ＷｉＭＡＸネットワークＮ１側の省電力制御を行うものとしてもよい。これにより、ハブ１０は、ＢＡＮネットワークＮ２から収集した省電力情報をＷｉＭＡＸネットワークＮ１に反映させることができるので、ＷｉＭＡＸ側のデバイスの省電力状態や省電力期間を、ノード２０の省電力状態や省電力期間と同調させることができる。したがって、上記実施例とは逆に、ＷｉＭＡＸデバイスのスリープ時間がＢＡＮデバイスのスリープ時間と比較して短い場合にも、対応可能となる。その結果、省電力制御の柔軟性が高まる。
【００４４】
なお、上述及び図示した各構成部は、機能上の概念的なものであり、物理的には、必ずしも上述及び図示のように構成されている必要はない。例えば、ハブ１０において、受信部１１と通知部１３とは統合されていてもよいし、受信部１１及び通知部１３の有する省電力制御部と省電力情報通知部とについても、統合されてもよい。また、上記実施例では、ハブ１０の制御部１２において、ネットワーク管理部１２ａとフレーム番号換算部１２ｂとタイマ管理部１２ｃとは、別体で構成されるものとしたが、これら各部の機能を一体化して１つの装置にもたせてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 無線通信システム
１０ ハブ
１１ 受信部
１１ａ 省電力制御部
１１ｂ 省電力情報通知部
１２ 制御部
１２ａ ネットワーク管理部
１２ｂ フレーム番号換算部
１２ｃ タイマ管理部
１３ 通知部
１３ａ 省電力制御部
１３ｂ 省電力情報通知部
２０、３０ ノード
２１ 通信部
２２ 制御部
４０ 通信端末
Ｎ１ ＷｉＭＡＸネットワーク
Ｎ２ ＢＡＮネットワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する受信部と、
前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する制御部と、
前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する通知部と
を有することを特徴とする中継装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記受信部により受信される前記省電力情報の変更に伴い、前記通信可能時間を更新することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の無線ネットワークにおける時間単位を、前記第１の無線ネットワークにおける時間単位に変換することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項４】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する受信部と、
前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する制御部と、
前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する通知部と
を有する中継装置と、
前記第２の無線ネットワークを構成すると共に、
前記通知部から通知される通信可能時間を受信する通信部と、
前記通信部により受信された通信可能時間に基づき、省電力制御を行う制御部と
を有する無線装置と
を有する無線通信システム。
【請求項５】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置が、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信し、
受信された前記省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定し、
決定された前記通信可能時間を前記各無線装置に通知する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する受信部と、
前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する制御部と、
前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する通知部と
を有することを特徴とする中継装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記受信部により受信される前記省電力情報の変更に伴い、前記通信可能時間を更新することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の無線ネットワークにおける時間単位を、前記第１の無線ネットワークにおける時間単位に変換することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項４】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信する受信部と、
前記受信部により受信された省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定する制御部と、
前記制御部により決定された通信可能時間を前記各無線装置に通知する通知部と
を有する中継装置と、
前記第２の無線ネットワークを構成すると共に、
前記通知部から通知される通信可能時間を受信する通信部と、
前記通信部により受信された通信可能時間に基づき、省電力制御を行う制御部と
を有する無線装置と
を有する無線通信システム。
【請求項５】
第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークとを中継する中継装置が、
前記第１の無線ネットワークの省電力情報を受信し、
受信された前記省電力情報に基づき、前記第２の無線ネットワークを構成する各無線装置の通信可能時間を無線装置毎に決定し、
決定された前記通信可能時間を前記各無線装置に通知する
ことを特徴とする無線通信方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１６０８９３（Ｐ２０１２−１６０８９３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０２７（Ｐ２０１１−１９０２７）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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