低電力ノード管理のための磁場通信方法
【課題】磁場通信低周波帯の無線ネットワークの通信性能と効率を改善した低電力ノード管理のための磁場通信方法を提供する。
【解決手段】１つのＭＦＡＮ−Ｃと少なくとも１つのＭＦＡＮ−Ｎとで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、物理層フレームをプリアンブルと、ヘッダーと、ペイロードとで構成し、前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列とで構成してなる。前記ウェイクアップビット列は、ＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時に、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加されることが望ましい。前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されることが望ましい。
【解決手段】１つのＭＦＡＮ−Ｃと少なくとも１つのＭＦＡＮ−Ｎとで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、物理層フレームをプリアンブルと、ヘッダーと、ペイロードとで構成し、前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列とで構成してなる。前記ウェイクアップビット列は、ＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時に、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加されることが望ましい。前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されることが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁場通信低周波帯の無線ネットワークの通信性能と効率を改善した低電力ノード管理のための磁場通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、磁場通信低周波帯の無線ネットワーク（Magnetic Field Area Network；MFAN）とは、低周波帯（30KHz〜300KHz）で磁場信号を用いて情報を送受信する無線ネットワークである。無線通信の動作中心周波数は１２８ＫＨｚであり、変調方式として主に２相位相偏移（Binary Phase Shift Keying；BPSK）方式を用いる。データレートを多様化するためにマンチェスター（Manchester）符号化と非ゼロ復帰レベル（Non-Return-to-Zero Level；NRZ-L）符号化を使用することにより数メートルの距離で数Ｋｂｐｓのデータレートを提供する。
【０００３】
一方、ＭＦＡＮに参与した機器はその役目によってＭＦＡＮ−Ｃ（Coordinator）とＭＦＡＮ−Ｎ（Node）とに分けられる。１つのＭＦＡＮの中にはただ１つのＭＦＡＮ−Ｃだけが存在し、ＭＦＡＮ−Ｃを中心として多数のＭＦＡＮ−Ｎ装置がネットワークを形成する。ＭＦＡＮ−ＣはＭＦＡＮ−Ｎの接続及び解除を管理する。ＭＦＡＮでは時間分割多重接続（Time Division Multiple Access；TDMA）方式を使用する。ＭＦＡＮ−ＣがＭＦＡＮにおける接続を管理して、ＭＦＡＮ−Ｎの接続時、ＭＦＡＮ−Ｃの判断に従って時間資源が分配される。このようなＭＦＡＮ技術はセンサーネットワーク、ホームネットワーク及び建設、農業、交通など応用サービス分野に適用することができる。
【０００４】
このようなＭＦＡＮと関連して、本出願人は、発明の名称「磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法」の韓国特許出願（出願番号10-2008-131920；特許文献１及び２参照。以下、「従来例」という。）を以前に出願したことがある。
【０００５】
前述の従来例は、従来のＭＦＡＮではデータレートや符号化方式が固定されていて効率的な通信を行うことができないという問題点に鑑み、周辺環境に応じて可変的なデータレートや符号化方式で無線通信を行うことができるように物理層を構成する方法を提案している。前述の従来例では物理層のフレームフォーマットを大きく三つの構成要素、即ちプリアンブルと、ヘッダーとペイロードとで構成している。パケットが伝送される時にまずプリアンブルが伝送され、次いでヘッダーが伝送され、最後にペイロードが伝送される。最下位ビット（Least Significant Bit；LSB）から伝送が行われる。一方、プリアンブルは、図１に示すように、従来の一般要求フォーマットや一般応答フォーマットのフレーム開始（Start Of Frame；SOF）フィールドと同様の機能を行う。このようなプリアンブルは、また最下位ビットから最上位ビット（Most Significant Bit；MSB）の順からなるが、例えば、ユーザーによって長さが指定される０、４、８又は１２ビットの「０」数列、４ビットの「００００」数列、及び、４ビットの「１０１０」数列からなることができる。つまり、ユーザー指定数列が０ビットである場合は、ユーザー指定数列が存在しないことになって、プリアンブルは４ビットの「００００」数列と４ビットの「１０１０」数列とからなる。
【０００６】
一方、従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法において、全てのＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃから伝送するキャリア周波数を検出してウェイクアップを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国出願公開第２０１０−０７３２８９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０−０７４３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前述のような従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｎが別途のウェイクアップ信号によらず、単にキャリア周波数を検出してウェイクアップされるため、例えば他のＭＦＡＮ−ＮがＭＦＡＮ−Ｃに伝送するキャリアによってもウェイクアップされる等、無駄に、また頻繁にウェイクアップされることになって、ＭＦＡＮ−Ｎの電力消費が多くなる問題点があった。
【０００９】
さらに、従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｃの動作過程でエラーが続けて発生しても、その過程を適切に中止させる手続きが用意されていないため、電力消費が多くなる問題点があった。
【００１０】
本発明は前述の問題点を解決するために案出されたものであって、磁場通信低周波帯の無線ネットワークの通信性能と効率を改善した低電力ノード管理のための磁場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】
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明に係る低電力ノード管理のための磁場通信方法は、１つのＭＦＡＮ−Ｃと少なくとも１つのＭＦＡＮ−Ｎとで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、物理層フレームをプリアンブルとヘッダーとペイロードとで構成し、前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列で構成してなる。
【００１２】
前述の構成において、前記ウェイクアップビット列はＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加するのが望ましい。
【００１３】
前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されるのが望ましい。
【００１４】
コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、低電力ノード管理のための磁場通信方法が実行可能なプログラムを格納することができる。
【００１５】
コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、低電力ノード管理のための磁場通信方法が実行可能なプログラムを格納することができ、ここでウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｎがウェイクアップ信号によってのみ節電状態から活性化状態に切り替わるため、従来のキャリア周波数の検出によるウェイクアップ方式に比してＭＦＡＮ−Ｎの電力消費が減る。
【００１７】
さらに、ウェイクアップビット列をＡＳＫ方式で変調するため、ＭＦＡＮ−Ｎの電力消費を減らすことができる。またＭＦＡＮ−ＣやＭＦＡＮ−Ｎの動作過程でエラーやアドレス不一致などが所定の回数以上発生した場合に、その過程を強制的に中止させることで電力消費を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法に係る物理層のフレームフォーマットを示した図である。
【図２】ＭＦＡＮの時間的構成要素であるスーパーフレームの構造図である。
【図３】ＭＦＡＮの物理的構成要素であるネットワークの構造図である。
【図４】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係る物理層のフレームフォーマットである。
【図５】本発明のＭＦＡＮにおける物理層フレームのプリアンブルフォーマットである。
【図６】ＡＳＫ変調方式を説明するための図である。
【図７】ＢＰＳＫ変調方式を説明するための図である。
【図８】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてプリアンブルの符号化及び変調方式を説明するための図である。
【図９】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてＭＦＡＮ−Ｃの状態遷移図である。
【図１０】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面及び詳細な説明において、特別な事情がないかぎり、同じ図面番号は同じ要素、特徴及び構造を意味する。これら構成要素の相対的な大きさや説明は、明確性、図解及び便宜のために誇張される場合もある。
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００２１】
ＭＦＡＮを構成する重要な構成要素は時間的要素と物理的要素とに分けられる。時間的要素は要求区間と、応答区間と非活性区間とで構成されるスーパーフレームのことを言い、物理的要素はＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとで構成されるネットワークを意味する。物理的要素の最も基本となる要素はノードである。ノードの種類にはネットワークを管理するＭＦＡＮ−Ｃとネットワークの構成要素であるＭＦＡＮ−Ｎがある。
【００２２】
ＭＦＡＮで最初に決定しなければならないノードはＭＦＡＮ−Ｃであり、ＭＦＡＮ−Ｃが要求区間で要求パケットを伝送することによりＭＦＡＮのスーパーフレームが始まる。ＭＦＡＮ−Ｃは通信領域内のＭＦＡＮ−Ｎの構成、合流、分離、解除及び送受信区間を管理する役目をする。ＭＦＡＮは通信領域内で１つのチャンネルを使うことができるので１つのネットワークだけが存在する。ＭＦＡＮ内でＭＦＡＮ−Ｃを除いた残りのノードはＭＦＡＮ−Ｎになる。ＭＦＡＮ−Ｃと各ＭＦＡＮ−Ｎとの間は１：１で繋がっており、ＭＦＡＮに参与したノードらはその役目によってＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとに分けられるが、全てのノードはＭＦＡＮ−Ｃ又はＭＦＡＮ−Ｎの役目をすることができる。
【００２３】
図２はＭＦＡＮの時間的構成要素であるスーパーフレームの構造を示す。ＭＦＡＮで活用することができる時間的要素は、時間分割多重接続（TDMA）方式でのタイムスロット（Time Slot）である。ＭＦＡＮ−Ｃは応答区間でデータを伝送するＭＦＡＮ−Ｎのグループを管理し、選択されたグループのＭＦＡＮ内のＭＦＡＮ−Ｎによってタイムスロットは自律的に管理される。ＭＦＡＮスーパーフレームの構造は図２に示すように、要求区間と、応答区間と、非活性区間とからなり、要求区間と応答区間の長さは可変的である。スーパーフレームはＭＦＡＮ−Ｃが要求区間で応答要求パケットを伝送することで始まる。応答要求パケットには応答区間の間に応答パケットを伝送することができるＭＦＡＮ−Ｎに関する情報が含まれており、ＭＦＡＮ−Ｎは応答要求パケット内の情報を用いて応答区間の間に応答パケットを伝送する。
【００２４】
要求区間は、ＭＦＡＮ−Ｃが応答区間の間に応答フレームを伝送するためのＭＦＡＮ−Ｎに関する情報を持っている応答要求フレームを伝送する区間である。
【００２５】
応答区間は、ＭＦＡＮ−Ｃの応答要求に応じてＭＦＡＮ−Ｎが応答フレームを伝送することができる区間であり、ＭＦＡＮ内のＭＦＡＮ−Ｎの個数によっていくつかのタイムスロットに分けられる。各タイムスロットの長さは応答フレームの長さと受信確認フレームの長さによって可変的である。スロット番号は分割されたタイムスロットの手順によって決められ、各タイムスロットで伝送するＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃによって割り当てられる。ＭＦＡＮ−Ｃは応答区間の使用のために特定グループに応答区間を割り当てて、割り当てられたグループのノードらは応答区間を通じて自律的にデータフレームを伝送する。
【００２６】
次に、非活性区間は、一定の時間の間に応答パケットを伝送するノードがなければ始まり、ＭＦＡＮ−Ｃの要求がなくてもノードらがデータを伝送することができる区間である。この区間はＭＦＡＮ−Ｃが要求パケットを送信する前まで持続する。
【００２７】
図３はＭＦＡＮの物理的構成要素であるネットワークの構造を示す。ＭＦＡＮを構成する物理的要素は、ＭＦＡＮ−Ｃを中心とするスター型トポロジーネットワークでのＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとを含むノードである。ＭＦＡＮはＭＦＡＮ−Ｃを中心として各々のＭＦＡＮ−Ｎとデータを伝送することができるネットワークであり、ＭＦＡＮの基本構成要素はノードである。ノードはその役目によってＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとに分けられる。ＭＦＡＮ−ＣはＭＦＡＮ全体を管理し、１つのネットワークの中にただ１つだけが存在しなければならない。ＭＦＡＮ−Ｃは応答要求パケットを全てのＭＦＡＮ−Ｎに同時にブロードキャスティングすることによりＭＦＡＮ−Ｎを制御する。ＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃの統制に従って応答パケットを送受信しなければならない。
【００２８】
一方、ＭＦＡＮでは各々のＭＦＡＮ−Ｎを区別するためにＭＦＡＮ ＩＤ、ＵＩＤ（Unique IDentifier）、グループアドレス及びノードアドレスなどのアドレス体系を使用する。ＭＦＡＮ ＩＤはＭＦＡＮを区別する固有ＩＤとして、その値は他のＭＦＡＮのIＤと重なることのない唯一の値であって、ＭＦＡＮが持続する間その値は維持される。ＵＩＤは６４ビットで構成された固有識別子として、グループアドレスと、ＩＣ生産者コードと、ＩＣ生産者シリアル番号とで構成される。ＭＦＡＮ−ＮはＵＩＤによって区別される。グループアドレスは分類されたＭＦＡＮ−Ｎグループの識別子として、パケット伝送時にグループ単位でデータ伝送要求をすることができて、衝突を最小化にするための方法に活用され、０x００〜０x２Ｆの値を持つ。ノードアドレスはＵＩＤの代わりに各ノードを区別するために使用する識別子として、ネットワークの合流時、ＭＦＡＮ−Ｃによって割り当てられる１６ビットのアドレスである。
【００２９】
図４は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係る物理層のフレームフォーマットである。図４に示すように、本発明によるＭＦＡＮの各々の物理層フレームは３つの構成要素、即ち、従来と同様のプリアンブル（preamble）、ヘッダー（head）及びペイロード（payload）で構成される。パケットが伝送される時に、まずプリアンブルが伝送され、次いでヘッダーが伝送され、最後にペイロードが伝送される。最下位ビットから伝送が行われる。
【００３０】
図５は本発明のＭＦＡＮにおける物理層フレームのプリアンブルフォーマットである。図５に示すように、本発明に係るプリアンブルは従来とは異なり、２部分、即ち［００００００００］の８ビットからなるウェイクアップビット列（wakeup sequence）及び［００００００００００００］の１２ビット列と繋がる［１０１０］の４ビット列からなる同期ビット列（synchronization sequence）で構成される。前述の構成で、ウェイクアップビット列はＭＦＡＮ−ＣがＭＦＡＮ−Ｎに対して、後述する節電状態から活性化状態に入ることを所望する時にのみ存在することができる。同期ビット列はパケットの認識と、シンボルタイミングと、キャリア周波数の推定用に使われる。プリアンブルは下記の表１で定義されているＴＹＰＥ０方式で符号化される。
【００３１】
次に、ヘッダーは図４に示すように、データレート及び符号化、ペイロードデータの長さの２つのデータ領域と、８ビットのヘッダー検査数列とからなり、これについては下記の表１に整理されている。ヘッダーはＬＳＢから伝送されるため、データレート及び符号化のＬＳＢが最初に伝達され、ヘッダー検査数列の最上位ビットが最後に伝達される。ヘッダーは下記の表２に定義されているＴＹＰＥ０方式で符号化される。
【００３２】
【表１】
【００３３】
一方、データレート及び符号化方式は総８種で定義されているが、表２のように３ビットで表される。
【００３４】
【表２】
【００３５】
次いで、変調方式について説明する。本発明によれば、従来とは異なり、プリアンブルのウェイクアップビット列と同期ビット列を異なる変調方式を用いて変調、即ち、ウェイクアップビット列は振幅偏移（Amplitude Shift Keying；ASK）変調方式を用いて変調し、残りの同期ビット列は従来と同様にＢＰＳＫ変調方式を用いて変調している。
【００３６】
図６はＡＳＫ変調方式を説明するための図面である。図６に示すように、符号化された直列入力データは、２つのＡＳＫの信号配置点（コンステレーションポイント；constellation point）のうち１つを表す数に変換される（wc=2πf_c及びf_cはＭＦＡＮのキャリア周波数である）。
【００３７】
図７はＢＰＳＫ変調方式を説明するための図面である。図７に示すように、符号化された直列入力データは、２つのＢＰＳＫの信号配置点のうち１つを表す数に変換される（wc=2πf_c及びf_cはＭＦＡＮのキャリア周波数である）。
【００３８】
図８は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてプリアンブルの符号化及び変調方式を説明するための図面である。図８に示すように、プリアンブルビット列はＴＹＰＥ ０を用いて符号化された後、ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調される一方、同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調される。このように、プリアンブルのウェイクアップビット列をＡＳＫ方式を用いて変調する理由は、ウェイクアップ信号を低電力で簡単に区別するためである。即ち、ウェイクアップ信号をＢＰＳＫ方式で変調する場合は、ＭＦＡＮ−Ｎがウェイクアップビット列を検出するためには位相を区別する内部ブロックを駆動しなければならず、これに伴って電力消費が増加するのに対し、ウェイクアップ信号をＡＳＫ方式で変調する場合は、前記の位相区別ブロックを駆動させなくても、つまり大きな電力を消費せずに信号の高低によって簡単にウェイクアップビット列を検出することができるからである。
【００３９】
以下、本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係るＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図について説明する。
【００４０】
図９は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法において、ＭＦＡＮ−Ｃの状態遷移図である。図９に示すように、まずＭＦＡＮ−Ｃが待機（standby）状態でキャリアを検出する間、ＭＦＡＮ−Ｎからパケットが受信されるとパケット分析（packet analysis）状態へ遷移する（Ｓ１０)。この時、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したデータパケットの目的地アドレスとが一致すると、ＭＦＡＮ−Ｃはパケット生成（packet generation）状態（Ｓ１１）へ遷移してＤＡ（Data receiving Acknowledgement；データ受信確認）パケットを生成した後、ＭＦＡＮ−Ｎに送信する。以後、ＭＦＡＮ−Ｃは待機状態（Ｓ１２）に復帰する。
【００４１】
一方、パケット分析状態でＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したデータパケットの目的地アドレスとが一致しないか、データパケットにエラーが発生した場合は、ＭＦＡＮ−Ｃはすぐ待機状態（Ｓ１３）に復帰する。パケット分析状態で受信した応答パケットにエラーが発生したり、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信した応答パケットの目的地アドレスとが一致しないと、ＭＦＡＮ−Ｃはパケット生成状態でＳＱ（Response Request：応答要求）パケットを再生成してＭＦＡＮ−Ｎに再伝送する。もし、このようなエラーが連続して発生する場合は、パケット分析状態の手続きが要求される回数（最大Ｎ）、例えば３回くらい繰り返して実行（Ｓ１４）される。この状態で、手続きがＮ＋１回に至る時、ＭＦＡＮ−ＣはＳＱパケットの再伝送をこれ以上繰り返して行うことは無駄だと判断して、電力消費を減らすためにパケット分析状態から待機状態（Ｓ１３）に復帰する。
【００４２】
一方、上位システムなどから任意のシステム命令（system command）を受信する場合に、ＭＦＡＮ−Ｃは待機状態からパケット生成状態（Ｓ１５）へ遷移して該当する要求パケットを伝送した後、待機状態（Ｓ１６）に復帰する。この状態で、システム命令にエラーが発生したり、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したシステム命令の目的地アドレスとが一致しないと、ＳＱパケットを伝送した後、待機状態（Ｓ１７）に復帰する。
【００４３】
図１０は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法において、ＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図である。図１０に示すように、全てのＭＦＡＮ−Ｎは持続的にキャリアをチェックする。ＭＦＡＮ−Ｎは電源がオンになると、節電（hibernation）状態（Ｓ２０）に入る。この状態で、ウェイクアップ 信号（ビット列）が検出されると、ＭＦＡＮ−Ｎは活性化（activation）状態（Ｓ２１）へ遷移する。この状態で、ＳＱパケットが受信されると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット分析状態に入って受信したＳＱパケットを分析する。
【００４４】
この時、ＳＱパケットの目的地アドレス、グループIＤ及びＭＦＡＮ−ＮのノードIＤが一致すると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット生成状態（Ｓ２３）へ遷移してＭＦＡＮ−Ｃに応答パケットを送信した後、待機状態（Ｓ２４）へ遷移する。一方、ＳＱパケットの目的地アドレス、グループIＤ及びＭＦＡＮ−ＮのノードIＤが一致しないと、すぐ節電状態（Ｓ２５）に復帰する。待機状態でキャリア検出を遂行（Ｓ２６）する間に自分のノードに対するＳＡ（response acknowledgement；応答確認）パケットを受信した場合は、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ２７）に復帰する反面、他のノードに対するＳＡパケットを受信した場合は、パケット生成状態へ遷移（Ｓ２８）する。
【００４５】
待機状態でスロットナンバーが割り当てられず、タイムアウト周期が経過する時は、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ２９）にすぐ復帰する反面、スロットナンバーが割り当てられる時は、タイムアウト周期の経過回数が連続して最大Ｎ回になるまでパケット生成状態（Ｓ３０）へ遷移して応答パケットを生成して再伝送し、待機状態でスロットナンバーが割り当てられ、タイムアウト周期の経過回数がＮ＋１回になる時は、これ以上の反復的な応答パケット生成は無駄だと判断して電力消費を減らすために節電状態（Ｓ３１）に復帰する。もし待機状態でキャリア検出を行う間にＳＱパケットを受信すると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット分析状態（Ｓ３２）へ遷移する。
【００４６】
一方、システムのインターラプトが発生すると、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態から活性化状態（Ｓ３３）へ遷移する。この場合、ＭＦＡＮ−Ｎがシステムからデータを受信すると、パケット生成状態（Ｓ３４）に移動してデータパケットを生成した後にＭＦＡＮ−Ｃに伝送し、その後、パケット生成状態から待機状態（Ｓ３５）へ遷移する。この状態で、もしＤＡパケットが受信されると、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ３６）に復帰する。
【００４７】
もしＤＡパケットがタイムアウト周期の間に受信されないと、ＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃにデータパケットを再生成して再伝送した後にパケット生成状態から待機状態（Ｓ３７）に入るが、このようにＤＡパケットがタイムアウト周期が経過するまでに受信されないことが連続して発生すると、パケット生成状態の手続きが要求される回数（最大Ｎ）、例えば３回くらい繰り返して実行される。手続きがＮ＋１回に至る時、ＭＦＡＮ−Ｎは待機状態から節電状態（Ｓ３８）に復帰する。
【００４８】
（シンボル及び略語の定義）
ＡＱ：association request − 合流要求
ＡＳ：association response − 合流応答
ＡＳＡ：association response acknowledgement − 合流応答確認
ＡＳＣ：association status check − 合流状態チェック
ＡＳＱ：association status request − 合流状態要求
ＡＳＳ：association status response − 合流状態応答
ＡＳＳＡ：association status response acknowledgement − 合流状態応答確認
【００４９】
ＤＡ：data receiving acknowledgement − データ受信確認
ＤＡＱ：disassociation request − 分離要求
ＤＡＳ：disassociation response − 分離応答
ＤＡＳＡ：disassociation response acknowledgement − 分離応答確認
ＤＱ：data request − データ要求
ＤＳ：data response − データ応答
ＤＳＡ：data response acknowledgement − データ応答確認
ＬＳＢ：least significant bit − 最下位ビット
ＭＦＡＮ：Magnetic Field Area Network − 磁場通信低周波帯の無線ネットワーク
ＭＦＡＮ−Ｃ：Magnetic Field Area Network Coordinator − 磁場通信ネットワークコーディネーター
ＭＦＡＮ−Ｎ：Magnetic Field Area Network Node − 磁場通信ネットワークノード
ＳＡ：response acknowledgement − 応答確認
ＳＱ：response request − 応答要求
ＵＩＤ：unique identifier − 固有識別子
【００５０】
以上で説明した工程、機能、方法及び/又はソフトウェアは、プロセッサがプログラム命令を実行又は遂行させるコンピューターによってインストールしたプログラム命令を含む１つ以上のコンピューターで読み取り可能な記録媒体に記録、格納又は固定されることができる。媒体はプログラム命令、データファイル、データ構造のようなものの単独又は組合を含むこともできる。媒体とプログラム命令は特別に設計されたか、構成されたものであることもあり、又は、コンピューターソフトウェア分野の当業者に広く知られているか、入手することができるものであることもある。コンピューターで読み取り可能な媒体はハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープのような磁気媒体と、ＣＤ-ＲＯＭディスクとＤＶＤのような光媒体と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリーのようにプログラム命令を格納し、且つ遂行するために特別に構成されたハードウェアデバイスなどを含む。プログラム命令としては、コンパイラによって生成された機械コード及び翻訳機を使ってコンピューターによって実行することができる高級コードが含まれたファイルを含む。上述したハードウェアデバイスは上記動作及び方法を遂行するために１つ又はその以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成するか、又はその逆に構成することができる。また、コンピューターで読み取り可能な記録媒体はネットワークを通じて連結されたコンピューターシステムの間に分散されることができ、コンピューターで読み取り可能なコード又はプログラム命令は、分散された形態で実行されることができる。
【００５１】
以上のように、多様な事例を説明したが、これに限られず、多様に変形して実施することができる。例えば、前述した技法などが異なる順序で遂行されるか、及び/又は、記述したシステムに用いられた部品、アーキテクチャー、デバイス又は回路が他の方法で組合されたり、及び/又は他の部品やそれらの均等物で代替又は補充されても所望する結果が得られる。よって、その他のイムプリメンテーションは本発明の請求項の範囲に含まれる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁場通信低周波帯の無線ネットワークの通信性能と効率を改善した低電力ノード管理のための磁場通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、磁場通信低周波帯の無線ネットワーク（Magnetic Field Area Network；MFAN）とは、低周波帯（30KHz〜300KHz）で磁場信号を用いて情報を送受信する無線ネットワークである。無線通信の動作中心周波数は１２８ＫＨｚであり、変調方式として主に２相位相偏移（Binary Phase Shift Keying；BPSK）方式を用いる。データレートを多様化するためにマンチェスター（Manchester）符号化と非ゼロ復帰レベル（Non-Return-to-Zero Level；NRZ-L）符号化を使用することにより数メートルの距離で数Ｋｂｐｓのデータレートを提供する。
【０００３】
一方、ＭＦＡＮに参与した機器はその役目によってＭＦＡＮ−Ｃ（Coordinator）とＭＦＡＮ−Ｎ（Node）とに分けられる。１つのＭＦＡＮの中にはただ１つのＭＦＡＮ−Ｃだけが存在し、ＭＦＡＮ−Ｃを中心として多数のＭＦＡＮ−Ｎ装置がネットワークを形成する。ＭＦＡＮ−ＣはＭＦＡＮ−Ｎの接続及び解除を管理する。ＭＦＡＮでは時間分割多重接続（Time Division Multiple Access；TDMA）方式を使用する。ＭＦＡＮ−ＣがＭＦＡＮにおける接続を管理して、ＭＦＡＮ−Ｎの接続時、ＭＦＡＮ−Ｃの判断に従って時間資源が分配される。このようなＭＦＡＮ技術はセンサーネットワーク、ホームネットワーク及び建設、農業、交通など応用サービス分野に適用することができる。
【０００４】
このようなＭＦＡＮと関連して、本出願人は、発明の名称「磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法」の韓国特許出願（出願番号10-2008-131920；特許文献１及び２参照。以下、「従来例」という。）を以前に出願したことがある。
【０００５】
前述の従来例は、従来のＭＦＡＮではデータレートや符号化方式が固定されていて効率的な通信を行うことができないという問題点に鑑み、周辺環境に応じて可変的なデータレートや符号化方式で無線通信を行うことができるように物理層を構成する方法を提案している。前述の従来例では物理層のフレームフォーマットを大きく三つの構成要素、即ちプリアンブルと、ヘッダーとペイロードとで構成している。パケットが伝送される時にまずプリアンブルが伝送され、次いでヘッダーが伝送され、最後にペイロードが伝送される。最下位ビット（Least Significant Bit；LSB）から伝送が行われる。一方、プリアンブルは、図１に示すように、従来の一般要求フォーマットや一般応答フォーマットのフレーム開始（Start Of Frame；SOF）フィールドと同様の機能を行う。このようなプリアンブルは、また最下位ビットから最上位ビット（Most Significant Bit；MSB）の順からなるが、例えば、ユーザーによって長さが指定される０、４、８又は１２ビットの「０」数列、４ビットの「００００」数列、及び、４ビットの「１０１０」数列からなることができる。つまり、ユーザー指定数列が０ビットである場合は、ユーザー指定数列が存在しないことになって、プリアンブルは４ビットの「００００」数列と４ビットの「１０１０」数列とからなる。
【０００６】
一方、従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法において、全てのＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃから伝送するキャリア周波数を検出してウェイクアップを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国出願公開第２０１０−０７３２８９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０−０７４３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前述のような従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｎが別途のウェイクアップ信号によらず、単にキャリア周波数を検出してウェイクアップされるため、例えば他のＭＦＡＮ−ＮがＭＦＡＮ−Ｃに伝送するキャリアによってもウェイクアップされる等、無駄に、また頻繁にウェイクアップされることになって、ＭＦＡＮ−Ｎの電力消費が多くなる問題点があった。
【０００９】
さらに、従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｃの動作過程でエラーが続けて発生しても、その過程を適切に中止させる手続きが用意されていないため、電力消費が多くなる問題点があった。
【００１０】
本発明は前述の問題点を解決するために案出されたものであって、磁場通信低周波帯の無線ネットワークの通信性能と効率を改善した低電力ノード管理のための磁場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】
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明に係る低電力ノード管理のための磁場通信方法は、１つのＭＦＡＮ−Ｃと少なくとも１つのＭＦＡＮ−Ｎとで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、物理層フレームをプリアンブルとヘッダーとペイロードとで構成し、前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列で構成してなる。
【００１２】
前述の構成において、前記ウェイクアップビット列はＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加するのが望ましい。
【００１３】
前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されるのが望ましい。
【００１４】
コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、低電力ノード管理のための磁場通信方法が実行可能なプログラムを格納することができる。
【００１５】
コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、低電力ノード管理のための磁場通信方法が実行可能なプログラムを格納することができ、ここでウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法によれば、ＭＦＡＮ−Ｎがウェイクアップ信号によってのみ節電状態から活性化状態に切り替わるため、従来のキャリア周波数の検出によるウェイクアップ方式に比してＭＦＡＮ−Ｎの電力消費が減る。
【００１７】
さらに、ウェイクアップビット列をＡＳＫ方式で変調するため、ＭＦＡＮ−Ｎの電力消費を減らすことができる。またＭＦＡＮ−ＣやＭＦＡＮ−Ｎの動作過程でエラーやアドレス不一致などが所定の回数以上発生した場合に、その過程を強制的に中止させることで電力消費を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の磁場通信低周波帯の無線ネットワーク通信方法に係る物理層のフレームフォーマットを示した図である。
【図２】ＭＦＡＮの時間的構成要素であるスーパーフレームの構造図である。
【図３】ＭＦＡＮの物理的構成要素であるネットワークの構造図である。
【図４】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係る物理層のフレームフォーマットである。
【図５】本発明のＭＦＡＮにおける物理層フレームのプリアンブルフォーマットである。
【図６】ＡＳＫ変調方式を説明するための図である。
【図７】ＢＰＳＫ変調方式を説明するための図である。
【図８】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてプリアンブルの符号化及び変調方式を説明するための図である。
【図９】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてＭＦＡＮ−Ｃの状態遷移図である。
【図１０】本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面及び詳細な説明において、特別な事情がないかぎり、同じ図面番号は同じ要素、特徴及び構造を意味する。これら構成要素の相対的な大きさや説明は、明確性、図解及び便宜のために誇張される場合もある。
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００２１】
ＭＦＡＮを構成する重要な構成要素は時間的要素と物理的要素とに分けられる。時間的要素は要求区間と、応答区間と非活性区間とで構成されるスーパーフレームのことを言い、物理的要素はＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとで構成されるネットワークを意味する。物理的要素の最も基本となる要素はノードである。ノードの種類にはネットワークを管理するＭＦＡＮ−Ｃとネットワークの構成要素であるＭＦＡＮ−Ｎがある。
【００２２】
ＭＦＡＮで最初に決定しなければならないノードはＭＦＡＮ−Ｃであり、ＭＦＡＮ−Ｃが要求区間で要求パケットを伝送することによりＭＦＡＮのスーパーフレームが始まる。ＭＦＡＮ−Ｃは通信領域内のＭＦＡＮ−Ｎの構成、合流、分離、解除及び送受信区間を管理する役目をする。ＭＦＡＮは通信領域内で１つのチャンネルを使うことができるので１つのネットワークだけが存在する。ＭＦＡＮ内でＭＦＡＮ−Ｃを除いた残りのノードはＭＦＡＮ−Ｎになる。ＭＦＡＮ−Ｃと各ＭＦＡＮ−Ｎとの間は１：１で繋がっており、ＭＦＡＮに参与したノードらはその役目によってＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとに分けられるが、全てのノードはＭＦＡＮ−Ｃ又はＭＦＡＮ−Ｎの役目をすることができる。
【００２３】
図２はＭＦＡＮの時間的構成要素であるスーパーフレームの構造を示す。ＭＦＡＮで活用することができる時間的要素は、時間分割多重接続（TDMA）方式でのタイムスロット（Time Slot）である。ＭＦＡＮ−Ｃは応答区間でデータを伝送するＭＦＡＮ−Ｎのグループを管理し、選択されたグループのＭＦＡＮ内のＭＦＡＮ−Ｎによってタイムスロットは自律的に管理される。ＭＦＡＮスーパーフレームの構造は図２に示すように、要求区間と、応答区間と、非活性区間とからなり、要求区間と応答区間の長さは可変的である。スーパーフレームはＭＦＡＮ−Ｃが要求区間で応答要求パケットを伝送することで始まる。応答要求パケットには応答区間の間に応答パケットを伝送することができるＭＦＡＮ−Ｎに関する情報が含まれており、ＭＦＡＮ−Ｎは応答要求パケット内の情報を用いて応答区間の間に応答パケットを伝送する。
【００２４】
要求区間は、ＭＦＡＮ−Ｃが応答区間の間に応答フレームを伝送するためのＭＦＡＮ−Ｎに関する情報を持っている応答要求フレームを伝送する区間である。
【００２５】
応答区間は、ＭＦＡＮ−Ｃの応答要求に応じてＭＦＡＮ−Ｎが応答フレームを伝送することができる区間であり、ＭＦＡＮ内のＭＦＡＮ−Ｎの個数によっていくつかのタイムスロットに分けられる。各タイムスロットの長さは応答フレームの長さと受信確認フレームの長さによって可変的である。スロット番号は分割されたタイムスロットの手順によって決められ、各タイムスロットで伝送するＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃによって割り当てられる。ＭＦＡＮ−Ｃは応答区間の使用のために特定グループに応答区間を割り当てて、割り当てられたグループのノードらは応答区間を通じて自律的にデータフレームを伝送する。
【００２６】
次に、非活性区間は、一定の時間の間に応答パケットを伝送するノードがなければ始まり、ＭＦＡＮ−Ｃの要求がなくてもノードらがデータを伝送することができる区間である。この区間はＭＦＡＮ−Ｃが要求パケットを送信する前まで持続する。
【００２７】
図３はＭＦＡＮの物理的構成要素であるネットワークの構造を示す。ＭＦＡＮを構成する物理的要素は、ＭＦＡＮ−Ｃを中心とするスター型トポロジーネットワークでのＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとを含むノードである。ＭＦＡＮはＭＦＡＮ−Ｃを中心として各々のＭＦＡＮ−Ｎとデータを伝送することができるネットワークであり、ＭＦＡＮの基本構成要素はノードである。ノードはその役目によってＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎとに分けられる。ＭＦＡＮ−ＣはＭＦＡＮ全体を管理し、１つのネットワークの中にただ１つだけが存在しなければならない。ＭＦＡＮ−Ｃは応答要求パケットを全てのＭＦＡＮ−Ｎに同時にブロードキャスティングすることによりＭＦＡＮ−Ｎを制御する。ＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃの統制に従って応答パケットを送受信しなければならない。
【００２８】
一方、ＭＦＡＮでは各々のＭＦＡＮ−Ｎを区別するためにＭＦＡＮ ＩＤ、ＵＩＤ（Unique IDentifier）、グループアドレス及びノードアドレスなどのアドレス体系を使用する。ＭＦＡＮ ＩＤはＭＦＡＮを区別する固有ＩＤとして、その値は他のＭＦＡＮのIＤと重なることのない唯一の値であって、ＭＦＡＮが持続する間その値は維持される。ＵＩＤは６４ビットで構成された固有識別子として、グループアドレスと、ＩＣ生産者コードと、ＩＣ生産者シリアル番号とで構成される。ＭＦＡＮ−ＮはＵＩＤによって区別される。グループアドレスは分類されたＭＦＡＮ−Ｎグループの識別子として、パケット伝送時にグループ単位でデータ伝送要求をすることができて、衝突を最小化にするための方法に活用され、０x００〜０x２Ｆの値を持つ。ノードアドレスはＵＩＤの代わりに各ノードを区別するために使用する識別子として、ネットワークの合流時、ＭＦＡＮ−Ｃによって割り当てられる１６ビットのアドレスである。
【００２９】
図４は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係る物理層のフレームフォーマットである。図４に示すように、本発明によるＭＦＡＮの各々の物理層フレームは３つの構成要素、即ち、従来と同様のプリアンブル（preamble）、ヘッダー（head）及びペイロード（payload）で構成される。パケットが伝送される時に、まずプリアンブルが伝送され、次いでヘッダーが伝送され、最後にペイロードが伝送される。最下位ビットから伝送が行われる。
【００３０】
図５は本発明のＭＦＡＮにおける物理層フレームのプリアンブルフォーマットである。図５に示すように、本発明に係るプリアンブルは従来とは異なり、２部分、即ち［００００００００］の８ビットからなるウェイクアップビット列（wakeup sequence）及び［００００００００００００］の１２ビット列と繋がる［１０１０］の４ビット列からなる同期ビット列（synchronization sequence）で構成される。前述の構成で、ウェイクアップビット列はＭＦＡＮ−ＣがＭＦＡＮ−Ｎに対して、後述する節電状態から活性化状態に入ることを所望する時にのみ存在することができる。同期ビット列はパケットの認識と、シンボルタイミングと、キャリア周波数の推定用に使われる。プリアンブルは下記の表１で定義されているＴＹＰＥ０方式で符号化される。
【００３１】
次に、ヘッダーは図４に示すように、データレート及び符号化、ペイロードデータの長さの２つのデータ領域と、８ビットのヘッダー検査数列とからなり、これについては下記の表１に整理されている。ヘッダーはＬＳＢから伝送されるため、データレート及び符号化のＬＳＢが最初に伝達され、ヘッダー検査数列の最上位ビットが最後に伝達される。ヘッダーは下記の表２に定義されているＴＹＰＥ０方式で符号化される。
【００３２】
【表１】
【００３３】
一方、データレート及び符号化方式は総８種で定義されているが、表２のように３ビットで表される。
【００３４】
【表２】
【００３５】
次いで、変調方式について説明する。本発明によれば、従来とは異なり、プリアンブルのウェイクアップビット列と同期ビット列を異なる変調方式を用いて変調、即ち、ウェイクアップビット列は振幅偏移（Amplitude Shift Keying；ASK）変調方式を用いて変調し、残りの同期ビット列は従来と同様にＢＰＳＫ変調方式を用いて変調している。
【００３６】
図６はＡＳＫ変調方式を説明するための図面である。図６に示すように、符号化された直列入力データは、２つのＡＳＫの信号配置点（コンステレーションポイント；constellation point）のうち１つを表す数に変換される（wc=2πf_c及びf_cはＭＦＡＮのキャリア周波数である）。
【００３７】
図７はＢＰＳＫ変調方式を説明するための図面である。図７に示すように、符号化された直列入力データは、２つのＢＰＳＫの信号配置点のうち１つを表す数に変換される（wc=2πf_c及びf_cはＭＦＡＮのキャリア周波数である）。
【００３８】
図８は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法においてプリアンブルの符号化及び変調方式を説明するための図面である。図８に示すように、プリアンブルビット列はＴＹＰＥ ０を用いて符号化された後、ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調される一方、同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調される。このように、プリアンブルのウェイクアップビット列をＡＳＫ方式を用いて変調する理由は、ウェイクアップ信号を低電力で簡単に区別するためである。即ち、ウェイクアップ信号をＢＰＳＫ方式で変調する場合は、ＭＦＡＮ−Ｎがウェイクアップビット列を検出するためには位相を区別する内部ブロックを駆動しなければならず、これに伴って電力消費が増加するのに対し、ウェイクアップ信号をＡＳＫ方式で変調する場合は、前記の位相区別ブロックを駆動させなくても、つまり大きな電力を消費せずに信号の高低によって簡単にウェイクアップビット列を検出することができるからである。
【００３９】
以下、本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法に係るＭＦＡＮ−ＣとＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図について説明する。
【００４０】
図９は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法において、ＭＦＡＮ−Ｃの状態遷移図である。図９に示すように、まずＭＦＡＮ−Ｃが待機（standby）状態でキャリアを検出する間、ＭＦＡＮ−Ｎからパケットが受信されるとパケット分析（packet analysis）状態へ遷移する（Ｓ１０)。この時、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したデータパケットの目的地アドレスとが一致すると、ＭＦＡＮ−Ｃはパケット生成（packet generation）状態（Ｓ１１）へ遷移してＤＡ（Data receiving Acknowledgement；データ受信確認）パケットを生成した後、ＭＦＡＮ−Ｎに送信する。以後、ＭＦＡＮ−Ｃは待機状態（Ｓ１２）に復帰する。
【００４１】
一方、パケット分析状態でＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したデータパケットの目的地アドレスとが一致しないか、データパケットにエラーが発生した場合は、ＭＦＡＮ−Ｃはすぐ待機状態（Ｓ１３）に復帰する。パケット分析状態で受信した応答パケットにエラーが発生したり、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信した応答パケットの目的地アドレスとが一致しないと、ＭＦＡＮ−Ｃはパケット生成状態でＳＱ（Response Request：応答要求）パケットを再生成してＭＦＡＮ−Ｎに再伝送する。もし、このようなエラーが連続して発生する場合は、パケット分析状態の手続きが要求される回数（最大Ｎ）、例えば３回くらい繰り返して実行（Ｓ１４）される。この状態で、手続きがＮ＋１回に至る時、ＭＦＡＮ−ＣはＳＱパケットの再伝送をこれ以上繰り返して行うことは無駄だと判断して、電力消費を減らすためにパケット分析状態から待機状態（Ｓ１３）に復帰する。
【００４２】
一方、上位システムなどから任意のシステム命令（system command）を受信する場合に、ＭＦＡＮ−Ｃは待機状態からパケット生成状態（Ｓ１５）へ遷移して該当する要求パケットを伝送した後、待機状態（Ｓ１６）に復帰する。この状態で、システム命令にエラーが発生したり、ＭＦＡＮ−ＣのノードIＤと受信したシステム命令の目的地アドレスとが一致しないと、ＳＱパケットを伝送した後、待機状態（Ｓ１７）に復帰する。
【００４３】
図１０は本発明の低電力ノード管理のための磁場通信方法において、ＭＦＡＮ−Ｎの状態遷移図である。図１０に示すように、全てのＭＦＡＮ−Ｎは持続的にキャリアをチェックする。ＭＦＡＮ−Ｎは電源がオンになると、節電（hibernation）状態（Ｓ２０）に入る。この状態で、ウェイクアップ 信号（ビット列）が検出されると、ＭＦＡＮ−Ｎは活性化（activation）状態（Ｓ２１）へ遷移する。この状態で、ＳＱパケットが受信されると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット分析状態に入って受信したＳＱパケットを分析する。
【００４４】
この時、ＳＱパケットの目的地アドレス、グループIＤ及びＭＦＡＮ−ＮのノードIＤが一致すると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット生成状態（Ｓ２３）へ遷移してＭＦＡＮ−Ｃに応答パケットを送信した後、待機状態（Ｓ２４）へ遷移する。一方、ＳＱパケットの目的地アドレス、グループIＤ及びＭＦＡＮ−ＮのノードIＤが一致しないと、すぐ節電状態（Ｓ２５）に復帰する。待機状態でキャリア検出を遂行（Ｓ２６）する間に自分のノードに対するＳＡ（response acknowledgement；応答確認）パケットを受信した場合は、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ２７）に復帰する反面、他のノードに対するＳＡパケットを受信した場合は、パケット生成状態へ遷移（Ｓ２８）する。
【００４５】
待機状態でスロットナンバーが割り当てられず、タイムアウト周期が経過する時は、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ２９）にすぐ復帰する反面、スロットナンバーが割り当てられる時は、タイムアウト周期の経過回数が連続して最大Ｎ回になるまでパケット生成状態（Ｓ３０）へ遷移して応答パケットを生成して再伝送し、待機状態でスロットナンバーが割り当てられ、タイムアウト周期の経過回数がＮ＋１回になる時は、これ以上の反復的な応答パケット生成は無駄だと判断して電力消費を減らすために節電状態（Ｓ３１）に復帰する。もし待機状態でキャリア検出を行う間にＳＱパケットを受信すると、ＭＦＡＮ−Ｎはパケット分析状態（Ｓ３２）へ遷移する。
【００４６】
一方、システムのインターラプトが発生すると、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態から活性化状態（Ｓ３３）へ遷移する。この場合、ＭＦＡＮ−Ｎがシステムからデータを受信すると、パケット生成状態（Ｓ３４）に移動してデータパケットを生成した後にＭＦＡＮ−Ｃに伝送し、その後、パケット生成状態から待機状態（Ｓ３５）へ遷移する。この状態で、もしＤＡパケットが受信されると、ＭＦＡＮ−Ｎは節電状態（Ｓ３６）に復帰する。
【００４７】
もしＤＡパケットがタイムアウト周期の間に受信されないと、ＭＦＡＮ−ＮはＭＦＡＮ−Ｃにデータパケットを再生成して再伝送した後にパケット生成状態から待機状態（Ｓ３７）に入るが、このようにＤＡパケットがタイムアウト周期が経過するまでに受信されないことが連続して発生すると、パケット生成状態の手続きが要求される回数（最大Ｎ）、例えば３回くらい繰り返して実行される。手続きがＮ＋１回に至る時、ＭＦＡＮ−Ｎは待機状態から節電状態（Ｓ３８）に復帰する。
【００４８】
（シンボル及び略語の定義）
ＡＱ：association request − 合流要求
ＡＳ：association response − 合流応答
ＡＳＡ：association response acknowledgement − 合流応答確認
ＡＳＣ：association status check − 合流状態チェック
ＡＳＱ：association status request − 合流状態要求
ＡＳＳ：association status response − 合流状態応答
ＡＳＳＡ：association status response acknowledgement − 合流状態応答確認
【００４９】
ＤＡ：data receiving acknowledgement − データ受信確認
ＤＡＱ：disassociation request − 分離要求
ＤＡＳ：disassociation response − 分離応答
ＤＡＳＡ：disassociation response acknowledgement − 分離応答確認
ＤＱ：data request − データ要求
ＤＳ：data response − データ応答
ＤＳＡ：data response acknowledgement − データ応答確認
ＬＳＢ：least significant bit − 最下位ビット
ＭＦＡＮ：Magnetic Field Area Network − 磁場通信低周波帯の無線ネットワーク
ＭＦＡＮ−Ｃ：Magnetic Field Area Network Coordinator − 磁場通信ネットワークコーディネーター
ＭＦＡＮ−Ｎ：Magnetic Field Area Network Node − 磁場通信ネットワークノード
ＳＡ：response acknowledgement − 応答確認
ＳＱ：response request − 応答要求
ＵＩＤ：unique identifier − 固有識別子
【００５０】
以上で説明した工程、機能、方法及び/又はソフトウェアは、プロセッサがプログラム命令を実行又は遂行させるコンピューターによってインストールしたプログラム命令を含む１つ以上のコンピューターで読み取り可能な記録媒体に記録、格納又は固定されることができる。媒体はプログラム命令、データファイル、データ構造のようなものの単独又は組合を含むこともできる。媒体とプログラム命令は特別に設計されたか、構成されたものであることもあり、又は、コンピューターソフトウェア分野の当業者に広く知られているか、入手することができるものであることもある。コンピューターで読み取り可能な媒体はハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープのような磁気媒体と、ＣＤ-ＲＯＭディスクとＤＶＤのような光媒体と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリーのようにプログラム命令を格納し、且つ遂行するために特別に構成されたハードウェアデバイスなどを含む。プログラム命令としては、コンパイラによって生成された機械コード及び翻訳機を使ってコンピューターによって実行することができる高級コードが含まれたファイルを含む。上述したハードウェアデバイスは上記動作及び方法を遂行するために１つ又はその以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成するか、又はその逆に構成することができる。また、コンピューターで読み取り可能な記録媒体はネットワークを通じて連結されたコンピューターシステムの間に分散されることができ、コンピューターで読み取り可能なコード又はプログラム命令は、分散された形態で実行されることができる。
【００５１】
以上のように、多様な事例を説明したが、これに限られず、多様に変形して実施することができる。例えば、前述した技法などが異なる順序で遂行されるか、及び/又は、記述したシステムに用いられた部品、アーキテクチャー、デバイス又は回路が他の方法で組合されたり、及び/又は他の部品やそれらの均等物で代替又は補充されても所望する結果が得られる。よって、その他のイムプリメンテーションは本発明の請求項の範囲に含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの低周波帯の無線ネットワーク（ＭＦＡＮ−Ｃ）と少なくとも１つの低周波帯の無線ノード（ＭＦＡＮ−Ｎ）とで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、
物理層フレームをプリアンブルと、ヘッダーと、ペイロードとで構成し、
前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列とで構成してなる低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項２】
前記ウェイクアップビット列は、ＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時に、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加されることを特徴とする請求項１記載の低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項３】
前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されることを特徴とする請求項２記載の低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項３のうちいずれか一項の低電力ノード管理のための磁場通信方法を行うプログラムが収録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
１つの低周波帯の無線ネットワーク（ＭＦＡＮ−Ｃ）と少なくとも１つの低周波帯の無線ノード（ＭＦＡＮ−Ｎ）とで構成された低周波帯の無線ネットワークで行われるが、
物理層フレームをプリアンブルと、ヘッダーと、ペイロードとで構成し、
前記プリアンブルをウェイクアップビット列と同期ビット列とで構成してなる低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項２】
前記ウェイクアップビット列は、ＭＦＡＮ−Ｎを節電状態から活性化状態へ遷移させようとする時に、ＭＦＡＮ−Ｃから伝送するフレームのプリアンブルだけに付加されることを特徴とする請求項１記載の低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項３】
前記ウェイクアップビット列はＡＳＫ方式で変調され、前記同期ビット列はＢＰＳＫ方式で変調されることを特徴とする請求項２記載の低電力ノード管理のための磁場通信方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項３のうちいずれか一項の低電力ノード管理のための磁場通信方法を行うプログラムが収録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２１７３７２（Ｐ２０１１−２１７３７２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０３５９（Ｐ２０１１−７０３５９）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（５９９０２８３６４）電子部品研究院 (28)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】６８ Ｙａｔａｐ−ｄｏｎｇ， Ｂｕｎｄａｎｇ−ｇｕ， Ｓｅｏｎｇｎａｍ−ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４６３−８１６， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（５９９０２８３６４）電子部品研究院 (28)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】６８ Ｙａｔａｐ−ｄｏｎｇ， Ｂｕｎｄａｎｇ−ｇｕ， Ｓｅｏｎｇｎａｍ−ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４６３−８１６， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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