時間差アクセス方式を利用した無線通信システム及び無線通信方法
【課題】基地局と複数の端末との間の無線チャネルアクセスの競合を回避可能にしつつ、端末での電力消費を抑制可能な無線通信システム及び無線通信方法を提供する。
【解決手段】通信システム１０はビーコンを送信する基地局１と複数の端末２Ａ〜２Ｃとを備える。ビーコン周期Ｔはビーコン区間Ｔｂと通信区間Ｔｃとからなる。基地局は、通信区間内のスロットＴｓを、予約状態の端末の次周期以降のデータ送信のために割り当てる予約スロットと、予約状態に無い端末のデータ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分する。予約の無い端末は、基地局から受信したビーコンに付加された未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、データ送信の際にはランダムバックオフを行う。これに対し、予約有りの端末は、予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とする。
【解決手段】通信システム１０はビーコンを送信する基地局１と複数の端末２Ａ〜２Ｃとを備える。ビーコン周期Ｔはビーコン区間Ｔｂと通信区間Ｔｃとからなる。基地局は、通信区間内のスロットＴｓを、予約状態の端末の次周期以降のデータ送信のために割り当てる予約スロットと、予約状態に無い端末のデータ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分する。予約の無い端末は、基地局から受信したビーコンに付加された未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、データ送信の際にはランダムバックオフを行う。これに対し、予約有りの端末は、予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信方式に改良を施した無線通信システムに関し、より具体的には、基地局と複数の端末との間の無線チャネルアクセスの競合を回避可能にしつつ、端末での電力消費を抑制可能な無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低酸素社会や持続的社会の実現に向け、電気などのエネルギー利用の効率化のための情報通信技術の利用に関する研究開発が、日本国内外を問わず活発化している。特に、国土レベルでの広範なエリアに存在する多数の端末が生成するデータ流をインターネット経由でデータセンタ等へ配送する通信システムでは、各端末とインターネット・ゲートウェイとを接続する省資源・省電力型の無線センサデータ中継網の構築が要望されている。
【０００３】
例えば、電力利用の最適化を目的とするスマートグリッド（次世代送電網）、スマートメータ（通信機能を備えた電気、ガス、水道などの自動検針装置）が注目を集めているが、このようなシステムやサービスで観測を行うエリアは、一般に広域であり、田園地域や人口密集地域など様々な環境が含まれる。対象エリアに複数の基地局を配置し、周辺の各端末から観測データを受け取る。端末は、静止した物体に固定的に配置される場合と鳥獣、歩行者、自転車、車などの移動体に取り付けられる場合とが想定される。このように、端末は、電力を常に供給できる場所に置かれているわけではない。従って、多数の端末における電力エネルギーと無線通信帯域とを効率的に利用しながらデータ配送を行うための無線センサデータ中継網の構築が望まれる。
【０００４】
端末と基地局との間の無線通信に関する従来技術として、無線ＬＡＮが挙げられる。無線ＬＡＮでは基地局のことをアクセスポイントと呼ぶ。周辺の端末がアクセスポイントと通信を行う。この際、端末から同時にデータが送信されることによるアクセス競合を制御するため、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれる技術が利用される（非特許文献１を参照）。無線ＬＡＮの通信環境では、通常、各端末は独立に動作し、必要時にアクセスポイントへアクセスする。
【０００５】
しかしながら、スマートグリッドやスマートメータ等の無線通信システムでは、基地局からビーコンを受信した全ての端末が一斉に基地局へアクセスすることになる。このため、無線ＬＡＮに比べて、無線チャネルアクセスの集中・競合が生じ、送信処理時間の増大ひいては各端末等のシステム構成機器での消費電力の浪費につながることが予想される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】マシュー・ガスト（Matthew Gast）、「８０２．１１無線ネットワーク管理 第２版」、株式会社オライリー・ジャパン、２００６年１１月１７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基地局と複数の端末との間の無線チャネルアクセスの競合を回避可能にしつつ、端末での電力消費を抑制可能な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。言い換えれば、各端末における電力エネルギーと無線通信帯域とを効率的に利用しながら基地局と各端末との間のデータ配送を行う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】
【０００８】
すなわち、本発明は、例えば、以下の構成・特徴を備えるものである。
（態様１）
一定時間長のスロット単位に分割可能なビーコン周期を有したビーコンを送信する少なくとも１つの基地局と、
前記基地局と時刻同期し、かつ、前記ビーコン周期を共有する複数の端末と、
を備えた無線通信システムであって、
前記ビーコン周期は、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、を含み、
前記基地局は、前記データの送信に成功した前記端末には確認応答を通知することで前記端末が予約状態であることを通知し、かつ、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分し、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末は、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを行うのに対し、
前記予約状態に有る前記端末は、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信システム。
（態様２）
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットが付加されており、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含むことを特徴とする態様１に記載の無線通信システム。
（態様３）
前記端末は、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理し、
前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットが前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定され、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含むことを特徴とする態様１に記載の無線通信システム。
（態様４）
前記基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコン送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行い、前記端末は、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機し、
前記端末は、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、
前記端末は、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機することを特徴とする態様１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。
（態様５）
少なくとも１つの基地局から複数の端末に向けて、一定時間長のスロット単位に分割されたビーコン周期を有したビーコンを送信し、
前記端末では、前記基地局と時刻同期させ、かつ、前記ビーコン周期を共有させ、
前記基地局にて、前記ビーコン周期を、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、に少なくとも区分し、
前記基地局に、前記データの送信に成功した前記端末に向けて確認応答を通知させることで前記端末が予約状態であることを通知させ、
前記基地局にて、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分させ、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末では、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを実行させるのに対し、
前記予約状態に有る前記端末では、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信方法。
（態様６）
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットを付加し、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含ませることを特徴とする態様５に記載の無線通信方法。
（態様７）
前記端末には、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理させ、
前記基地局から前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットを前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定し、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含ませることを特徴とする態様５に記載の無線通信方法。
（態様８）
前記基地局が、初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行うよう前記基地局に設定し、
前記端末には、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機させ、
前記端末が、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、かつ、
前記端末が、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、かつ、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機するよう前記端末に設定することを特徴とする態様５〜７のいずれかに記載の無線通信方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無線通信システム及び無線通信方法によれば、上述のように、データ送信に成功したか否かの情報を基に端末を予約状態に有るか無いかに区分し、予約状態に有る端末には当該端末だけに割り当てられた予約スロットで次周期以降のデータ送信を許可し、未予約状態の端末には未予約区間にてデータ送信を許可するとともに、予約状態に有る端末のデータ送信はランダムバックオフのスキップ（省略）を可能とさせるものである。従って、基地局と各端末との間の無線チャネルアクセスの競合を排除もしくは回避可能となるとともに、各端末での毎回のデータ送信時間の短縮及び、消費電力の削減が図られる。なお、予約スロットでデータ送信を行っても外部からの電波の干渉でバックオフが中断したり、隠れ端末によるデータ送信との衝突により、最大再送回数以内であってもデータ送信に想定以上の時間が掛り、データ送信が予約スロット内で完了せず、その後のスロットでもデータ再送が続くことも考えられる。この場合、その後のスロットを予約していた端末は結果として、予約スロットでは送信が開始できず、送信開始が遅れることになる。そのような場合でも、無線チャネルアクセスの競合は限定的なものであり、上述の発明の効果は期待できる。
【００１０】
本発明の好適な態様では、基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフの後にビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングでビーコン送信を行う。一方、端末は初期状態ではビーコン区間に亘って待機してビーコン受信を試みるが、ビーコン受信タイミングの検出も毎回行う。一定回数同じビーコン受信タイミングで基地局からのビーコン受信が出来ていることを確認すると、ビーコン待機時刻をビーコン受信タイミングに整合した時刻に設定する。なお、一定回数同じタイミングでのビーコン受信が確認できない場合には初期状態に戻る。このような好適な構成により、端末にて毎回行われるビーコン待機に要する時間及び消費電力を大幅に短縮及び削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る無線通信システムの概略を説明した図である。
【図２】ビーコン送受信とデータ送受信とのタイミングを示した図である。
【図３】本発明の時間差アクセス方式１の処理の一例を示した図である。（実施例１）
【図４】本発明の時間差アクセス方式１の処理の別例を示した図である。（実施例１）
【図５】本発明の時間差アクセス方式２の処理の一例を示した図である。（実施例２）
【図６】本発明の端末におけるビーコン受信待機処理の一例を示した図である。
【図７】基地局の機能ブロック図である。
【図８】端末の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施態様に何等限定されるものではない。なお、各図において同一又は対応する要素には同一符号を用いる。
【００１３】
（無線通信システムの構成の概略）
図１は、本発明に係る無線通信システム１０の概略を説明した図である。本発明の無線通信システム１０は、図１に示すように、少なくとも、複数の端末（図示では、符号２Ａ，２Ｂ，２Ｃで示した３つの端末）と、自己の通信圏（図示では破線で示した円）内に存在する端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの間でデータの送受信を行う基地局１と、から構成される。なお、図示しないが基地局１が複数存在してもよく、この場合は、基地局１同士がランダムバックオフとキャリアセンスによりビーコン衝突の可能性を低減することが可能であることが好ましい。なお、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、鳥獣や車両等の移動体に装着されていてもよいし、静止物体に装着されていてもよい。
【００１４】
（ビーコン送受信のタイミング及びデータ送受信のタイミング）
基地局１は、図１及び図２に示すように、通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに向けて一定の周期Ｔ（以下、「ビーコン周期」とも呼ぶ。）でビーコンを送信する。このビーコン周期Ｔのうち最初の一定時間は、基地局１がビーコンを送信するとともに通信圏内の各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃがビーコンを受信するために要する時間Ｔｂ（以下、「ビーコン区間」とも呼ぶ。）に使用され、残りの時間を各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのデータ送信と基地局１から各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃへの確認応答が行われる時間Ｔｃ（以下、「通信区間」とも呼ぶ。）に使用される。なお、各区間Ｔｂ，Ｔｃに要する時間長さをそれぞれ「ビーコン区間長」と「通信区間長」と呼ぶことにする。
【００１５】
つまり、基地局１と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとは時刻同期しており、基準となるビーコン周期タイミングを共有する。このビーコン周期はビーコンの送受信を行うビーコン区間Ｔｂと、通信区間Ｔｃと、からなる（図２参照）。
【００１６】
（ＣＳＭＡ／ＣＡ通信方式の利用とその問題点）
端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃと基地局１との間の通信にはＣＳＭＡ／ＣＡをベースとした無線通信方式を用いる。しかしながら、従来のＣＳＭＡ／ＣＡをままでは、以下のような問題が発生する。
【００１７】
ビーコンを受信できた端末（例えば、２Ａ）は基地局１へ直前の周期で取得したデータを送信する。一方、端末２Ａがビーコンを受信できなかった場合、直前の周期で取得したデータは端末２Ａ内のメモリ等に蓄積され、次の周期以降にまとめて送信される。なお、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは所定数までのデータを一つのパケットにまとめて送信することが可能である。一つの基地局１の通信圏内に多数の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが存在する場合は、一斉に送信処理を開始すると通信区間内でアクセス競合（他の端末が送信中の際の送信終了待ち、隠れ端末によるパケット衝突・再送など）が発生してしまい、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃがデータの送信処理を完了するまでに時間が掛ってしまう。また、これに伴い各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃでの消費電力も増加する。
【００１８】
なお、ＣＳＭＡ／ＣＡの無線通信方式では、端末２Ａから基地局１へデータの送信に際して、一定時間及びランダムバックオフ（以下、単に「バックオフ」とも呼ぶ。）の時間を付与し、これらの時間に基地局１が他の端末２Ｂ，２Ｃからの電波を受信しているか否かの検出（すなわち、キャリアセンス）を行う。端末２Ａがキャリアを検出した場合、バックオフ時間の進行を一時中断し、所定時間経過した後に再度キャリアセンスを行う。
【００１９】
一方、端末２Ａがキャリアを検出しなかった場合、当該端末２Ａにてデータ送信処理が開始され、基地局１へデータを送信する。端末２Ａは、データ送信後、基地局１からの確認応答（Acknowledgement、以下、「ＡＣＫ」とも呼ぶ。）を待つ。ＡＣＫが端末２Ａに通知されればデータ送信は成功であり、一方、所定時間経過しても端末２ＡにＡＣＫが通知されなければ、当該端末２Ａは送信不調とみなしてデータ再送を行う。任意に決めた回数、データ再送を繰り返してもＡＣＫが基地局１から端末２Ａへ通知されなければ、端末２Ａは、データ送信の失敗と判断して当該通信区間Ｔｃにおける基地局１へのアクセスを終了する。
【００２０】
以上のように、従来のＣＳＭＡ／ＣＡを利用した無線通信方式では、端末２Ａは、基地局１へのデータ送信を試みる度毎に、一定時間と、バックオフ時間（以下、「送信準備時間」とも呼ぶ。）と、データ送信開始からＡＣＫが通知されるまでの時間（以下、「実質送信時間」とも呼ぶ。）と、を合わせた時間が使用される。この実質送信時間は一定値というわけではなく、データ再送回数が多い程、大きい値となる。
【００２１】
このように、通信区間Ｔｃでは複数の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが基地局１に同時にアクセスすることができないため、本発明では、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが基地局１にデータ送信を行うタイミングに関して以下に詳述するように端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃ毎に時間差を付けることで、効率的なデータ送信と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおける消費電力の大幅な削減を達成できる。
【実施例１】
【００２２】
（時間差アクセス方式１）
本発明の実施例１に係る時間差アクセス方式を以下に説明する。図３は、実施例１における各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのアクセスを説明した図である。
【００２３】
通信区間Ｔｃは、所定の時間（以下に定義する「スロット長」）を有した複数の時間枠Ｔｓ（以下、「スロット」と呼ぶ。）に分割され、各スロットＴｓには順番に番号（以下、「スロット番号」と呼ぶ。）が付される。
【００２４】
ここで、スロット長は、実質送信時間の最小値（すなわち、再送無しである端末から基地局へデータが送られた場合の時間）と最大値（すなわち、任意に定めた最大再送回数でデータが送られた場合の時間）の間で自由に選択可能な時間である。このスロット長は、基地局１ないしは本通信システム１０外のデータセンタ３等の外部装置で選択・設定することができ、ビーコン周期Ｔの長さと、ビーコン区間長と、通信区間長と、ともに基地局１から端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知される。なお、スロット長は、原則、上述の実質送信時間からなるが、上述の送信準備時間を含めるようにスロット長を設定してもよい。また、後述の予約区間内のスロットと未予約区間内のスロットとでは、異なるスロット長を有するように設定してもよい。
【００２５】
ビーコン周期Ｔの中のビーコン区間Ｔｂに続く通信区間Ｔｃを上述のスロット長で区切ると、図３に示すように、スロット番号がそれぞれ１，２，３，・・・，ｎと表示可能なｎ個のスロットＴｓに分けることができる。
【００２６】
（予約スロットと未予約スロット）
これらのスロットＴｓは、本発明の無線通信システム１０が稼働中には、後述する予約された端末（図３では、２Ａ，２Ｂ）に割り当てられる予約スロットと、未だ予約が成されていない端末２Ｃに割り当てられる未予約スロットと、に分けられる。本発明のシステム１０の起動開始時でかつどの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃからも基地局１へのアクセスが未だ成功していないような初期状態では、全てのスロットＴｓが未予約スロットとなる。
【００２７】
（端末の予約）
ここで、ある端末（例えば、２Ａ）のためのスロットＴｓの予約とは、当該端末２Ａから基地局１へのデータ送信処理の開始から完了までの実質送信時間（開始時期、完了時期、開始から送信まで時間長）の予約が当該スロットＴｓにおいて設定されている状態を意味する。なお、本発明では、実質送信時間に加え送信準備時間も含めて必要なスロットを予約する方法も許容する。この場合は予約スロットにおいてもランダムバックオフを省略しない。
【００２８】
実施例１では、予約スロットが複数（ｋ個）存在し、このうちの最大スロット番号をｋとするとき、番号１〜番号ｋまでの最初のスロット区間を予約区間に設定するとともに、番号（ｋ＋１）〜番号ｎまでの残りのスロット区間を未予約区間に設定する。なお、基地局１は、ｋの値もビーコンに含めて通信圏内の各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知する。
【００２９】
（実質送信時間が最大の場合）
仮に、スロット長をデータ実質送信時間の最大値とした場合を例に取り、通信区間Ｔｃ内の処理を説明する。ここでは、実質送信時間の最大値をその最小値の３倍とする。
【００３０】
先ず、初期状態では、通信区間Ｔｃは全て区間が未予約区間となっている。つまり、全てのスロットＴｓが未予約スロットである。言い換えれば、どの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃも予約された（予約スロットが付与された）状態では無いため、どの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃも基地局１へデータ送信を行う場合には、通常のＣＳＭＡ／ＣＡに基づく送信処理を開始する。この際、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃの送信開始時刻は未予約区間内でランダムに選択される。図３では、最初のビーコン周期Ｔにおいて、ランダムバックオフ（図示では符号ＲＢ）の結果、端末２Ａがスロット番号２に相当する時間帯（スロット）において再送処理無しでデータ送信に成功し、端末２Ｂがスロット番号５に相当するスロットにおいて二回の再送処理後にデータ送信に成功した例を示す。なお、図示しないが、端末２Ｃはデータ送信に失敗したとする。
【００３１】
端末２Ａ，２Ｂから送信されたデータの受信に基地局１が成功すると、基地局１はこれらの端末２Ａ，２Ｂに対して予約スロットを割り当てる。この予約スロットは、基地局１が各端末２Ａ，２Ｂからデータを受信した時点で予約されていない最小番号のスロットＴｓが割り当てられる。例えば、図３の例では、最初にデータ送信に成功した端末２Ａには、次周期以降のデータ送信のために番号１（ｒ＝１）の予約スロットが割り当てられる一方、その次にデータ送信に成功した端末２Ｂには、次周期以降のデータ送信のために番号２（ｒ＝２）の予約スロットが割り当てられる。
【００３２】
データ送信に成功した端末２Ａ，２Ｂには、基地局１にてデータ受信が確認され次第、基地局１から確認応答（図示ではＡＣＫ）が返信される。実施例１の時間差アクセス方式では、基地局１は、当該端末２Ａ，２Ｂへ割り当てられた予約スロット番号ｒ（図示の例では、ｒ＝１、ｒ＝２）もＡＣＫが保有する情報に含めて、当該端末２Ａ，２Ｂに通知する。
【００３３】
今回の通信区間Ｔｃが終了すると、基地局１は、データ受信に成功した端末２Ａ，２Ｂの数、すなわち、予約スロットの最大の番号ｋ（図示の例では、ｋ＝２）が判明するために、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃ内における予約区間を決定できる。これを予約区間（ｋ＝２）の情報をビーコンに付加して、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに送信する。なお、図３に示す例では、次周期以降の通信区間Ｔｃは、始めの時間（図示では番号１，２のスロットＴｓ）が予約区間として使用され、残りの時間（図示では番号３〜ｎのスロットＴｓ）が未予約区間として使用される。
【００３４】
なお、通信区間ＴｃにＡＣＫが返信された端末２Ａ，２Ｂは自身に割り当てられた予約スロットを認識できるため、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃでは予約区間（１〜ｋ）の当該予約スロット（端末２Ａの場合は１番目（ｒ＝１）の予約スロット、端末２Ｂの場合は２番目（ｒ＝２）の予約スロット）にてデータ送信処理を開始する。この際、未予約状態でのデータ送信に必須であったバックオフは行わない（つまり、バックオフ時間をゼロに設定する）。これにより、端末（例えば、２Ａ）は他の端末２Ｂ，２Ｃと基地局１との通信状態を確認する必要が無くなり、実質送信時間にだけ電源を起動（ＯＮに）させれば良いため、電力消費を大幅に削減することが可能になる。
【００３５】
また、図示しないが、端末（例えば、２Ｃ）が現周期における予約スロットでの基地局１とのデータ通信に失敗した場合、最大回数再送後は、ＡＣＫが所定時間経過しても当該端末２Ｃに通知されないため、端末２Ｃはデータ通信の失敗を認識して未予約状態（初期状態）に戻り、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃでは予約区間後に設けられた未予約区間にてデータ送信を行う。具体的には、前回（初期状態）と同様に端末２Ｃはバックオフ（図３の符号ＲＢを参照）を事前に行い、未予約区間において、データ送信を試みる（図３の番号６のスロットを参照）。
【００３６】
このように、実施例１の方式では、データ送信に成功した（予約状態の）端末２Ａ，２Ｂについては、これらの端末２Ａ，２Ｂが次周期以降のデータ送信に必要とされる時間・時刻を順序立てながら次周期以降の通信区間Ｔｃの最初の部分（予約区間）に集め、通信区間Ｔｃの残りの部分を他の未予約状態の端末２Ｃのデータ送信に割り当てようとするものである。
【００３７】
（実質送信時間が最小の場合）
また、実施例１のスロット長をデータ実質送信時間の最小値とした場合を、図４を参照しながら以下に説明する。
【００３８】
初期状態（未予約状態）にある端末（例えば、２Ａ）は、図４に示すように、最初の通信区間Ｔｃ（区間全体が未予約区間）のあるスロット（番号２）において、一定時間とバックオフ時間（図示ではＲＢ）経過後に再送処理無く基地局１へ最初にデータ送信に成功したと仮定する。この場合、端末２Ａがデータ処理に要した時間は、最小の実質送信時間（つまりスロット長）と同等であるため、スロット一個分（スロット番号２）の時間が使用されたことになる。従って、最初にデータ受信を成功した端末２Ａに対して、基地局１は次周期Ｔ以降の通信のための予約スロット番号ｒ（ｒ＝１）を割り当て、ＡＣＫの返信により当該番号ｒを端末２Ａに通知する。
【００３９】
次に、未予約状態の端末２Ｂが、最初の周期Ｔの通信区間Ｔｃにおいて、バックオフ（ＲＢ）の後、再送処理を２回行った上で基地局１とのデータ送信に成功したと仮定する。この場合、端末２Ｂがデータ処理に要した時間は、スロット長の３個分に相当するため、スロット番号５、６、７のスロット３個分の時間が使用されたことになる。従って、次にデータ受信を成功した端末２Ｂに対して、基地局１は次周期以降の通信のための予約スロット番号ｒ（ｒ＝２〜４）を割り当て、ＡＣＫの返信により当該番号ｒを端末２Ｂに通知する。なお、図示しないが、この通知の際に、一つの端末（図示では２Ｂ）に付与する予約スロット数に上限（例えば、２）を持たせ、データ処理に要したスロット数が上限を超えた場合には上限数以下（例えば、２個）のスロットを予約するようにしてもよい。これにより、ある端末２Ｂでは、たまたま現周期でデータ再送２回を要したが、通常は再送１回で済むような場合は、無駄な予約スロットの発生を抑えることができる。
【００４０】
今回の通信区間Ｔｃでデータ送信が成功した端末が２Ａ、２Ｂのみだったとした場合、基地局１では、予約スロットの最大番号ｋを４に設定し、次周期以降のスロット番号１〜ｋに相当する区間を予約区間に設定し、スロット番号ｋ＋１〜ｎに相当する区間を未予約区間として設定する。基地局１は、通信区間長を決定するスロット番号の最大値ｎの他、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロット番号ｒの最大値ｋもビーコン情報に含めて、通信圏内の各端末２Ａ、２Ｂに通知することになる。
【００４１】
従って、次周期以降、端末２Ａと端末２Ｂとは、それぞれバックオフ（ＲＢ）させる事無く、予約区間の各々の予約スロット番号（ｒ＝１と、ｒ＝２〜４と、）にて基地局１へのデータ送信を行うようになる。一方、未予約状態のその他の端末２Ｃが基地局１の通信圏内にあるときは、端末２Ｃは、予約区間の終了した後の未予約区間のスロット番号５〜ｎまでの間のいずれかの時間帯（図４ではスロット番号６）で、バックオフ（ＲＢ）を行った上で基地局１へのデータ送信を試みることになる。
【００４２】
スロット長を上述の実質送信時間の最大値に設定した場合と比較すると、この時間を最小値に設定した場合は、再送無くデータ送信に成功した端末２Ａや（再送があったとしても）最大再送回数よりも小さい再送回数でデータ送信に成功した端末２Ｂでは、次周期以降に毎回使用される実質送信時間をさらに短縮できること（ひいては端末２Ａ、２Ｂでの消費電力をさらに抑制できること）がメリットになる。
【実施例２】
【００４３】
（時間差アクセス方式２）
次に、別の実施例（実施例２）に係る時間差アクセス方式を説明する。図５は、実施例２における各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのアクセスを説明した図である。
【００４４】
ここでは、実施例２にて特徴的な事項について説明を行い、実施例１と共通する事項については説明を省略する。なお、実施例２では、スロット長を実質送信時間の最小値に設定した場合を仮定する。
【００４５】
通信区間Ｔｃは、実施例１で定義したようなスロット長を有するスロットＴｓによってｎ個に分割される。実施例２では、基地局１が通信区間Ｔｃ内のスロットＴｓの個数ｎとその予約状態に対応したビットマップＢＭを保持することを特徴とする。ビットマップＢＭは、例えば、予約スロットを１で表し、未予約スロットを０で表すことで全て表示することが可能になる。初期状態では、通信区間Ｔｃ全体は未予約区間であるため、ビットマップＢＭは、０がｎ個並んだ（０００００００・・・０）と表示できる。基地局１は、ビーコン周期Ｔ毎に、通信区間Ｔｃの通信状態を反映したビットマップＢＭを更新し、これをビーコン情報に含め、通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知する。
【００４６】
実施例１と同様に、初期状態では端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはランダムに送信処理を開始する。図５に示す例では、初期状態にあった端末２ＡがバックオフＲＢを行い、再送処理無く、未予約区間のスロット番号２でデータ送信を成功したとする。一方、初期状態にあった端末２Ｂが、バックオフＲＢを行い、スロット番号５の時点から基地局１とのアクセスを開始し、再送処理を２回繰り返した後でデータ送信を成功したとする。つまり、スロット番号５，６、７の時間帯でデータ送信に成功したことになる。基地局１は端末２Ａ，２Ｂからのデータの受信に成功すると、当該端末２Ａ，２ＢにＡＣＫを返信する。ＡＣＫを返された端末２Ａ，２Ｂはデータ送信が成功したスロットＴｓを予約スロットとして次周期以降、維持することになる。端末２Ａの場合はスロット番号２を予約スロット番号ｒ（ｒ＝２）として維持され、端末２Ｂの場合は５、６、及び７のスロット番号を予約スロット番号ｒ（ｒ＝５〜７）として維持される。なお、図示しないが、仮にデータ送信に失敗した端末２Ｃがあった場合には、端末２Ｃには所定時間経過しても基地局１からＡＣＫが通知されないため、端末２Ｃは未予約状態に戻る。
【００４７】
一方、基地局１は、データ送信に成功する度毎に、ビットマップＢＭの対応箇所を予約スロットに設定（つまり、０から１に変更）する。通信区間Ｔｃでデータ送信が成功した端末２Ａ，２Ｂがこれら以外に無ければ、通信区間Ｔｃの終了後、基地局１にてビットマップＢＭは（０１００１１１０・・・０）に更新される。すなわち、実施例２の場合、次周期以降の通信区間Ｔｃにおいては、実施例１の場合と異なり、予約区間と未予約区間とが不規則かつ交互に並ぶことになる。なお、実施例１の場合では、予約区間と未予約区間とはそれぞれ１つだけ存在する。
【００４８】
基地局１は、以上のように更新したビットマップＢＭをビーコンに含め、次周期のビーコン区間Ｔｂに基地局１の通信圏内の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知されることになる。既に予約状態に設定された端末２Ａ，２Ｂは、上述のようにＡＣＫの通知により次周期以降に自己が基地局１へデータ送信すべきタイミングが決定されているため、ビットマップＢＭの更新情報は余り意味を持たない。しかしながら、未予約状態のままの端末２Ｃにとっては、ビットマップＢＭの更新情報は、端末２Ｃが予約区間を避けながら未予約区間にて基地局１へアクセスを行うために必要不可欠となる。
【００４９】
端末２Ｃはバックオフ（図５では符号ＲＢ）を事前に行い、ビットマップＢＭに指定された未予約区間（図５では番号４の未予約スロット）に行き当たれば、データ送信を試みる。端末２Ｃが仮にバックオフ中に予約区間（の予約スロット）に行き当たってしまった場合は、バックオフタイマーを一時中断し、未予約区間で再開するように処理できるようにしてもよい（以下、「仮想キャリアセンス」とも呼ぶ。）。
【００５０】
（ビーコン受信待機）
ところで、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはビーコン区間Ｔｂにおいて（通常、ビーコン区間Ｔｂに亘って）受信待機を行う。ビーコン区間Ｔｂは隣接する基地局１の数などによってそのビーコン区間長が設定されている。受信待機時間が長くなる程、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは電力を消費する結果となる。
【００５１】
これに対処するため、本発明では、ビーコン区間Ｔｂを以下のように設定することが好ましい。例えば、複数の基地局（例えば、符号１Ａ及び１Ｂ、図６を参照）が隣接していると仮定する。本発明の好ましい態様では、どの基地局１Ａ，１Ｂにおいても最初のビーコン送信は、ビーコン送信中の他の基地局１Ｂ，１Ａが無いことを確認（キャリアセンス）しつつ、ランダムバックオフを行った上で行うものとする。しかしながら、ビーコン送信が成功した基地局１Ａ，１Ｂでは、この成功したタイミングで次のビーコン周期Ｔ以降のビーコン送信を行うこととする。
【００５２】
一方、基地局（例えば、１Ｂ）の通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、初期状態ではビーコン区間Ｔｂ全体に亘って受信待機を行うものとする。また端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはビーコン（図６では、破線の矢印）を受信するタイミング（以下、「ビーコン受信タイミング」とも呼ぶ。）を毎回検出する。端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが一定回数連続して前周期Ｔのビーコン受信タイミングと同一のタイミングでビーコンを正しく受信できた場合は、その後の周期Ｔ以降は、このビーコン受信タイミングに合わせて受信待機時刻を設定する（図６を参照）。
【００５３】
これに対して、ビーコン受信タイミングでのビーコン受信が一定回数連続しないようであれば、その次の周期Ｔも、ビーコン区間Ｔｂの開始から終了までを受信待機時刻を設定する。つまり、初期状態と変わらない受信待機時刻（ビーコン区間Ｔｂ）が維持される。
【００５４】
以上のような方法によれば、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃのビーコン待機時間をほぼビーコン受信時間に整合させることができ、ビーコン待機時間を最小限にすることができる。従って、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃのビーコン区間Ｔｂにおける消費電力も格段に抑制することが可能になる。
【００５５】
（基地局の機能ブロック図）
次に、上述の時間差アクセス方式を実現可能にする無線通信システム１０の構成要素について詳述する。図７は、基地局１における論理的な構成を示す機能ブロック図である。
【００５６】
図７に示すように、基地局１には、制御情報設定部１０２、同期クロック１０３、ビーコンタイミング作成部１０４、ビーコン情報作成部１０５、無線送信機１０６、無線受信機１０７、データ蓄積部１０８、データ送信部１０９、予約スロット管理部１１０、確認応答作成部１１１などが設けられる。この制御情報設定部１０２では、ビーコン周期Ｔ、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長など基地局１と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとのアクセスに必要な情報が設定され、蓄積される。基地局１には制御情報通信部１０１が設けられても良く、これにより、基地局１は、上記情報の一部若しくは全部、又は上記情報の設定必要な補足情報をデータセンタ３等の外部装置から獲得できるようになり、基地局１構成の簡素化が図られる。
【００５７】
また、ビーコンタイミング作成部１０４は、制御情報設定部１０２や同期クロック１０３からビーコン周期Ｔ等の情報や時刻情報を取得して端末２に向けてビーコンを送信するタイミングを決定し、この結果を無線通信機１０７に送る。このタイミングを決定する際に、ビーコン送信中の他の基地局１が無いか否かをキャリアセンスし、バックオフを行う。さらに、上述のように、ビーコン区間Ｔｂ内のあるタイミングでビーコン送信に成功した場合、次周期以降のビーコン送信タイミングを当該タイミングに設定することが好ましい。
【００５８】
また、ビーコン情報作成部１０５は、制御情報設定部１０２から取得した幾つかの情報をビーコンに包含（付加）させる。ビーコンに含められる情報には、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長の他、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロットの最大番号ｋや初期状態或いは更新されたビットマップＢＭの情報が挙げられる。これらの情報は、ビーコン情報作成部１０５から無線送信機１０６に送られる。無線送信機１０６は、ビーコンタイミング作成部１０４で決定されたタイミングで、ビーコン情報作成部１０５で作成された情報を含んだビーコンを端末２に向けて送信する。また、基地局１が端末（例えば、２Ａ）からのデータ受信に成功すると、無線送信機１０６は、確認応答（ＡＣＫ）を端末２Ａに送信する。
【００５９】
端末２から送られたデータは、無線受信機１０７で受信され、データ蓄積部１０８にて蓄積される。図７に示す例では、基地局１は、データ送信部１０９を有し、蓄積されたデータをデータセンタ３に送信する。
【００６０】
また、基地局１の予約スロット管理部１１０では、制御情報設定部１０２と同期クロック１０３とから端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとのアクセスに必要な情報と時刻情報を得ながら、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃからのデータ送信に対する無線受信機１０７のデータ受信の度毎に予約スロットの状況（例えば、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロットの最大番号ｋや上述のビットマップＢＭ）を更新する。予約スロットの更新状況に関する情報は、次のビーコン周期Ｔの開始までにビーコン情報作成部１０５に送られ、ビーコン情報に付加される。
【００６１】
また、基地局１の確認応答作成部１１１では、端末（例えば、２Ａ）から送信されたデータを基地局１が受信したことを当該端末２Ａに通知する確認応答（ＡＣＫ）を作成する。なお、上述の実施例１で示したように、この確認応答作成部１１１にて、予約スロット管理部１１０で当該端末２Ａに割り当てられた予約スロット情報を、ＡＣＫに付加させて、これを無線送信機１０６に送るようにしてもよい。
【００６２】
（端末の機能ブロック図）
図８は、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおける論理的な構成を示す機能ブロック図である。端末（例えば、２Ａ）は、制御情報設定部２０１、同期クロック２０２、ビーコン受信タイミング検出部２０３、ビーコン待機時刻設定部２０４、無線受信機２０５、無線送信機２０６、送信データ管理部２０７、確認応答分析部２０８、予約スロット管理部２０９、送信スロット報告部２１０、ビーコン情報分析部２１１、予約スロット設定部２１２、未予約スロット設定部２１３、データ送信タイミング作成部２１４などを備える。
【００６３】
端末２Ａは、無線受信機２０５にて基地局１から送信されたビーコンを受信する。ビーコンを受信した無線受信機２０５は、ビーコンに含められていた情報のうち、ビーコン周期Ｔ、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長などの更新情報を、ビーコン情報分析部２１１を介して制御情報設定部２０１に送る。なお、制御情報設定部２０１は初期状態でもこれらのパラメータの初期情報を保有する。
【００６４】
また、端末２Ａは、上述の好適なビーコン受信待機処理を行うため、ビーコン受信タイミング検出部２０３とビーコン待機時刻設定部２０４とを備えることが好ましい。これにより、ビーコン受信タイミング検出部２０３は、端末２Ａが上述のようにビーコン区間長のどのタイミングでビーコン受信を行っているか、一定回数連続しているか否かを検出・判定することができる。また、ビーコン待機時刻設定部２０４は、初期状態では、制御情報設定部２０１にあるビーコン区間長をビーコン待機時刻として設定するが、ビーコン受信タイミング検出部２０３より一定回数連続して同じタイミングでビーコン受信が行われていることを通知されると、そのビーコン受信タイミングと整合したビーコン待機時刻を設定する。設定されたビーコン待機時刻が通知された無線受信機２０５は、次の周期Ｔ以降、ビーコン待機時刻に対応した動作を行うことができる。
【００６５】
また、端末２Ａは無線送信機２０６を介して送信データ管理部２０７で蓄積していたデータを基地局１に向けて送信する。
【００６６】
実施例１の方式で端末２Ａがデータ送信に成功すると、当該端末２Ａに割り当てられた次周期以降の予約スロット番号ｒを含んだ確認応答（ＡＣＫ）が基地局１から送信される。確認応答は無線受信機２０５を介して確認応答分析部２０８に送られる。確認応答分析部２０８は、ＡＣＫに含められた予約スロット番号ｒを確認し、この番号ｒを予約スロット管理部２０９に報告する。一方、データ送信の不調の場合は、一定時間経過しても端末２Ａは無線受信機２０５にてＡＣＫを受信しないために、無線送信機２０６からデータ再送を行う。このデータ再送を何度か繰り返してもＡＣＫ受信出来ない場合、データ送信に失敗したとして確認応答分析部２０８を介して予約スロット管理部２０９に予約失敗（未予約状態）を通知する。
【００６７】
一方、実施例２の方式では、無線送信機２０６は、データ送信を行う度に送信スロット報告部２１０がその実質送信時間帯を確認し、データ送信に要したスロット番号を予約スロット管理部２０９に報告する。その後、データ送信に成功すると、実施例１の場合と同様に基地局１から確認応答が無線受信機２０５を介して確認応答分析部２０８に送られる。なお、実施例２の方式では、予約された端末２Ａのための予約スロット番号ｒに関する情報はＡＣＫに付加されていない。従って、端末２Ａがデータ送信に成功したこと（次周期以降に予約されたこと）のみが予約スロット管理部２０９に伝えられる。
【００６８】
しかしながら、実施例２の場合、予約スロット管理部２０９では、確認応答分析部２０８からのデータ送信成功の通知だけでなく、送信スロット報告部２１０からデータ送信成功の際に使用された送信スロットも報告されているので、この送信スロットを当該端末２Ａのための次周期以降の予約スロットとして割り当てることができる。
【００６９】
一方、データ送信の不調の場合は、一定時間経過しても端末２Ａは無線受信機２０５にてＡＣＫを受信しないために、無線送信機２０６からデータ再送を行う。データ再送後にＡＣＫの受信に成功した場合は、上述のように確認応答分析部２０８から当該端末２Ａが予約された旨が予約スロット管理部２０９に通知され、送信スロット報告部２１０からは最初のデータ送信から最後のデータ再送にまで要した送信スロットが予約スロット管理部２０９に通知される。このデータ再送を何度か繰り返してもデータ送信出来ない場合、データ送信に失敗したとして確認応答分析部２０８を介して予約スロット管理部２０９に予約失敗（未予約状態）を通知する。
【００７０】
上述したように、あるビーコン周期Ｔの通信区間Ｔｂにて当該端末２Ａのデータ送信が終了（成功或いは失敗の場合も含めて）すると、次のビーコン周期Ｔのビーコン区間Ｔｂにおいて、基地局１から再度、ビーコンが端末２Ａへ向けて送信される。端末２Ａは、無線受信機２０５を介して受信したビーコンが含んでいる情報をビーコン情報分析部２１１に送る。ビーコン情報分析部２１１では、基地局１で更新されたビーコン情報を取得して、制御情報設定部２０１に送るとともに、基地局１で更新された通信区間Ｔｃを構成するスロットの予約状態（例えば、予約スロットの最大番号ｋやビットマップＢＭの状態）に関する情報も検出し、この検出結果を未予約スロット選択部２１３に送る。
【００７１】
予約スロット管理部２０９では、先のビーコン周期Ｔが終了するまでに当該端末２Ａが予約されているか否かの情報が与えられている。予約有りの場合は、予約スロット設定部２１２にて次周期以降の予約区間において当該端末２Ａがデータ送信すべき予約スロットを設定する。一方、予約無し（初期状態も含む。）の場合は、未予約スロット設定部２１３にて、次周期以降の未予約区間において当該端末２Ａがデータ送信すべき送信スロットを設定する。未予約区間については、最新の予約スロット最大番号ｋやビットマップ情報がビーコン情報分析部２１１から未予約スロット設定部２１３に通知されている。このように、未予約スロット設定部２１３は、未予約区間で空いているスロットを選択するわけであるが、その選択の際には、キャリアセンスやバックオフの送信準備時間を含める。
【００７２】
データ送信タイミング作成部２１４では、予約スロット設定部２１２或いは未予約スロット設定部２１３から通知された情報（予約スロットや未予約スロットに関する情報）を基に、次周期以降に当該端末２Ａ（より詳細には送信データ管理部２０７）に蓄積されたデータを送信するタイミング（送信スロット）を決定し、無線送信機２０６に通知する。無線送信機２０６はこの送信スロットにて基地局１へのデータ送信を行うことになる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の無線通信技術は、集中豪雨による土石流・土砂崩れなどの検知、交通事故防止、児童見守り、強盗・密漁防止、大規模災害時の遭難者・被災者の捜索・把握等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。
【００７４】
また、本発明の無線通信技術は、生育状況把握と温度湿度管理の自動化等による生産性向上等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。
【００７５】
また、本発明の無線通信技術は、電気・ガス・水道使用量のリアルタイム把握と利用最適化制御、産業廃棄物・汚水などの不法投棄監視、人的環境破壊の防止、山火事の検知、気象観測、大気・河川汚染の監視、野生動植物の生息環境調査、里山・山林保全等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。従って、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００７６】
１ 基地局
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 端末
１０ 無線通信システム
Ｔ ビーコン周期
Ｔｂ ビーコン区間
Ｔｃ 通信区間
Ｔｓ スロット
ｒ 予約スロット番号
ｋ 予約スロット番号の最大値
ＢＭ ビットマップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信方式に改良を施した無線通信システムに関し、より具体的には、基地局と複数の端末との間の無線チャネルアクセスの競合を回避可能にしつつ、端末での電力消費を抑制可能な無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低酸素社会や持続的社会の実現に向け、電気などのエネルギー利用の効率化のための情報通信技術の利用に関する研究開発が、日本国内外を問わず活発化している。特に、国土レベルでの広範なエリアに存在する多数の端末が生成するデータ流をインターネット経由でデータセンタ等へ配送する通信システムでは、各端末とインターネット・ゲートウェイとを接続する省資源・省電力型の無線センサデータ中継網の構築が要望されている。
【０００３】
例えば、電力利用の最適化を目的とするスマートグリッド（次世代送電網）、スマートメータ（通信機能を備えた電気、ガス、水道などの自動検針装置）が注目を集めているが、このようなシステムやサービスで観測を行うエリアは、一般に広域であり、田園地域や人口密集地域など様々な環境が含まれる。対象エリアに複数の基地局を配置し、周辺の各端末から観測データを受け取る。端末は、静止した物体に固定的に配置される場合と鳥獣、歩行者、自転車、車などの移動体に取り付けられる場合とが想定される。このように、端末は、電力を常に供給できる場所に置かれているわけではない。従って、多数の端末における電力エネルギーと無線通信帯域とを効率的に利用しながらデータ配送を行うための無線センサデータ中継網の構築が望まれる。
【０００４】
端末と基地局との間の無線通信に関する従来技術として、無線ＬＡＮが挙げられる。無線ＬＡＮでは基地局のことをアクセスポイントと呼ぶ。周辺の端末がアクセスポイントと通信を行う。この際、端末から同時にデータが送信されることによるアクセス競合を制御するため、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれる技術が利用される（非特許文献１を参照）。無線ＬＡＮの通信環境では、通常、各端末は独立に動作し、必要時にアクセスポイントへアクセスする。
【０００５】
しかしながら、スマートグリッドやスマートメータ等の無線通信システムでは、基地局からビーコンを受信した全ての端末が一斉に基地局へアクセスすることになる。このため、無線ＬＡＮに比べて、無線チャネルアクセスの集中・競合が生じ、送信処理時間の増大ひいては各端末等のシステム構成機器での消費電力の浪費につながることが予想される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】マシュー・ガスト（Matthew Gast）、「８０２．１１無線ネットワーク管理 第２版」、株式会社オライリー・ジャパン、２００６年１１月１７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基地局と複数の端末との間の無線チャネルアクセスの競合を回避可能にしつつ、端末での電力消費を抑制可能な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。言い換えれば、各端末における電力エネルギーと無線通信帯域とを効率的に利用しながら基地局と各端末との間のデータ配送を行う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】
【０００８】
すなわち、本発明は、例えば、以下の構成・特徴を備えるものである。
（態様１）
一定時間長のスロット単位に分割可能なビーコン周期を有したビーコンを送信する少なくとも１つの基地局と、
前記基地局と時刻同期し、かつ、前記ビーコン周期を共有する複数の端末と、
を備えた無線通信システムであって、
前記ビーコン周期は、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、を含み、
前記基地局は、前記データの送信に成功した前記端末には確認応答を通知することで前記端末が予約状態であることを通知し、かつ、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分し、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末は、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを行うのに対し、
前記予約状態に有る前記端末は、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信システム。
（態様２）
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットが付加されており、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含むことを特徴とする態様１に記載の無線通信システム。
（態様３）
前記端末は、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理し、
前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットが前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定され、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含むことを特徴とする態様１に記載の無線通信システム。
（態様４）
前記基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコン送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行い、前記端末は、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機し、
前記端末は、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、
前記端末は、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機することを特徴とする態様１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。
（態様５）
少なくとも１つの基地局から複数の端末に向けて、一定時間長のスロット単位に分割されたビーコン周期を有したビーコンを送信し、
前記端末では、前記基地局と時刻同期させ、かつ、前記ビーコン周期を共有させ、
前記基地局にて、前記ビーコン周期を、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、に少なくとも区分し、
前記基地局に、前記データの送信に成功した前記端末に向けて確認応答を通知させることで前記端末が予約状態であることを通知させ、
前記基地局にて、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分させ、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末では、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを実行させるのに対し、
前記予約状態に有る前記端末では、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信方法。
（態様６）
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットを付加し、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含ませることを特徴とする態様５に記載の無線通信方法。
（態様７）
前記端末には、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理させ、
前記基地局から前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットを前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定し、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含ませることを特徴とする態様５に記載の無線通信方法。
（態様８）
前記基地局が、初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行うよう前記基地局に設定し、
前記端末には、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機させ、
前記端末が、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、かつ、
前記端末が、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、かつ、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機するよう前記端末に設定することを特徴とする態様５〜７のいずれかに記載の無線通信方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無線通信システム及び無線通信方法によれば、上述のように、データ送信に成功したか否かの情報を基に端末を予約状態に有るか無いかに区分し、予約状態に有る端末には当該端末だけに割り当てられた予約スロットで次周期以降のデータ送信を許可し、未予約状態の端末には未予約区間にてデータ送信を許可するとともに、予約状態に有る端末のデータ送信はランダムバックオフのスキップ（省略）を可能とさせるものである。従って、基地局と各端末との間の無線チャネルアクセスの競合を排除もしくは回避可能となるとともに、各端末での毎回のデータ送信時間の短縮及び、消費電力の削減が図られる。なお、予約スロットでデータ送信を行っても外部からの電波の干渉でバックオフが中断したり、隠れ端末によるデータ送信との衝突により、最大再送回数以内であってもデータ送信に想定以上の時間が掛り、データ送信が予約スロット内で完了せず、その後のスロットでもデータ再送が続くことも考えられる。この場合、その後のスロットを予約していた端末は結果として、予約スロットでは送信が開始できず、送信開始が遅れることになる。そのような場合でも、無線チャネルアクセスの競合は限定的なものであり、上述の発明の効果は期待できる。
【００１０】
本発明の好適な態様では、基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフの後にビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングでビーコン送信を行う。一方、端末は初期状態ではビーコン区間に亘って待機してビーコン受信を試みるが、ビーコン受信タイミングの検出も毎回行う。一定回数同じビーコン受信タイミングで基地局からのビーコン受信が出来ていることを確認すると、ビーコン待機時刻をビーコン受信タイミングに整合した時刻に設定する。なお、一定回数同じタイミングでのビーコン受信が確認できない場合には初期状態に戻る。このような好適な構成により、端末にて毎回行われるビーコン待機に要する時間及び消費電力を大幅に短縮及び削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る無線通信システムの概略を説明した図である。
【図２】ビーコン送受信とデータ送受信とのタイミングを示した図である。
【図３】本発明の時間差アクセス方式１の処理の一例を示した図である。（実施例１）
【図４】本発明の時間差アクセス方式１の処理の別例を示した図である。（実施例１）
【図５】本発明の時間差アクセス方式２の処理の一例を示した図である。（実施例２）
【図６】本発明の端末におけるビーコン受信待機処理の一例を示した図である。
【図７】基地局の機能ブロック図である。
【図８】端末の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施態様に何等限定されるものではない。なお、各図において同一又は対応する要素には同一符号を用いる。
【００１３】
（無線通信システムの構成の概略）
図１は、本発明に係る無線通信システム１０の概略を説明した図である。本発明の無線通信システム１０は、図１に示すように、少なくとも、複数の端末（図示では、符号２Ａ，２Ｂ，２Ｃで示した３つの端末）と、自己の通信圏（図示では破線で示した円）内に存在する端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの間でデータの送受信を行う基地局１と、から構成される。なお、図示しないが基地局１が複数存在してもよく、この場合は、基地局１同士がランダムバックオフとキャリアセンスによりビーコン衝突の可能性を低減することが可能であることが好ましい。なお、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、鳥獣や車両等の移動体に装着されていてもよいし、静止物体に装着されていてもよい。
【００１４】
（ビーコン送受信のタイミング及びデータ送受信のタイミング）
基地局１は、図１及び図２に示すように、通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに向けて一定の周期Ｔ（以下、「ビーコン周期」とも呼ぶ。）でビーコンを送信する。このビーコン周期Ｔのうち最初の一定時間は、基地局１がビーコンを送信するとともに通信圏内の各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃがビーコンを受信するために要する時間Ｔｂ（以下、「ビーコン区間」とも呼ぶ。）に使用され、残りの時間を各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのデータ送信と基地局１から各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃへの確認応答が行われる時間Ｔｃ（以下、「通信区間」とも呼ぶ。）に使用される。なお、各区間Ｔｂ，Ｔｃに要する時間長さをそれぞれ「ビーコン区間長」と「通信区間長」と呼ぶことにする。
【００１５】
つまり、基地局１と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとは時刻同期しており、基準となるビーコン周期タイミングを共有する。このビーコン周期はビーコンの送受信を行うビーコン区間Ｔｂと、通信区間Ｔｃと、からなる（図２参照）。
【００１６】
（ＣＳＭＡ／ＣＡ通信方式の利用とその問題点）
端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃと基地局１との間の通信にはＣＳＭＡ／ＣＡをベースとした無線通信方式を用いる。しかしながら、従来のＣＳＭＡ／ＣＡをままでは、以下のような問題が発生する。
【００１７】
ビーコンを受信できた端末（例えば、２Ａ）は基地局１へ直前の周期で取得したデータを送信する。一方、端末２Ａがビーコンを受信できなかった場合、直前の周期で取得したデータは端末２Ａ内のメモリ等に蓄積され、次の周期以降にまとめて送信される。なお、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは所定数までのデータを一つのパケットにまとめて送信することが可能である。一つの基地局１の通信圏内に多数の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが存在する場合は、一斉に送信処理を開始すると通信区間内でアクセス競合（他の端末が送信中の際の送信終了待ち、隠れ端末によるパケット衝突・再送など）が発生してしまい、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃがデータの送信処理を完了するまでに時間が掛ってしまう。また、これに伴い各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃでの消費電力も増加する。
【００１８】
なお、ＣＳＭＡ／ＣＡの無線通信方式では、端末２Ａから基地局１へデータの送信に際して、一定時間及びランダムバックオフ（以下、単に「バックオフ」とも呼ぶ。）の時間を付与し、これらの時間に基地局１が他の端末２Ｂ，２Ｃからの電波を受信しているか否かの検出（すなわち、キャリアセンス）を行う。端末２Ａがキャリアを検出した場合、バックオフ時間の進行を一時中断し、所定時間経過した後に再度キャリアセンスを行う。
【００１９】
一方、端末２Ａがキャリアを検出しなかった場合、当該端末２Ａにてデータ送信処理が開始され、基地局１へデータを送信する。端末２Ａは、データ送信後、基地局１からの確認応答（Acknowledgement、以下、「ＡＣＫ」とも呼ぶ。）を待つ。ＡＣＫが端末２Ａに通知されればデータ送信は成功であり、一方、所定時間経過しても端末２ＡにＡＣＫが通知されなければ、当該端末２Ａは送信不調とみなしてデータ再送を行う。任意に決めた回数、データ再送を繰り返してもＡＣＫが基地局１から端末２Ａへ通知されなければ、端末２Ａは、データ送信の失敗と判断して当該通信区間Ｔｃにおける基地局１へのアクセスを終了する。
【００２０】
以上のように、従来のＣＳＭＡ／ＣＡを利用した無線通信方式では、端末２Ａは、基地局１へのデータ送信を試みる度毎に、一定時間と、バックオフ時間（以下、「送信準備時間」とも呼ぶ。）と、データ送信開始からＡＣＫが通知されるまでの時間（以下、「実質送信時間」とも呼ぶ。）と、を合わせた時間が使用される。この実質送信時間は一定値というわけではなく、データ再送回数が多い程、大きい値となる。
【００２１】
このように、通信区間Ｔｃでは複数の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが基地局１に同時にアクセスすることができないため、本発明では、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが基地局１にデータ送信を行うタイミングに関して以下に詳述するように端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃ毎に時間差を付けることで、効率的なデータ送信と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおける消費電力の大幅な削減を達成できる。
【実施例１】
【００２２】
（時間差アクセス方式１）
本発明の実施例１に係る時間差アクセス方式を以下に説明する。図３は、実施例１における各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのアクセスを説明した図である。
【００２３】
通信区間Ｔｃは、所定の時間（以下に定義する「スロット長」）を有した複数の時間枠Ｔｓ（以下、「スロット」と呼ぶ。）に分割され、各スロットＴｓには順番に番号（以下、「スロット番号」と呼ぶ。）が付される。
【００２４】
ここで、スロット長は、実質送信時間の最小値（すなわち、再送無しである端末から基地局へデータが送られた場合の時間）と最大値（すなわち、任意に定めた最大再送回数でデータが送られた場合の時間）の間で自由に選択可能な時間である。このスロット長は、基地局１ないしは本通信システム１０外のデータセンタ３等の外部装置で選択・設定することができ、ビーコン周期Ｔの長さと、ビーコン区間長と、通信区間長と、ともに基地局１から端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知される。なお、スロット長は、原則、上述の実質送信時間からなるが、上述の送信準備時間を含めるようにスロット長を設定してもよい。また、後述の予約区間内のスロットと未予約区間内のスロットとでは、異なるスロット長を有するように設定してもよい。
【００２５】
ビーコン周期Ｔの中のビーコン区間Ｔｂに続く通信区間Ｔｃを上述のスロット長で区切ると、図３に示すように、スロット番号がそれぞれ１，２，３，・・・，ｎと表示可能なｎ個のスロットＴｓに分けることができる。
【００２６】
（予約スロットと未予約スロット）
これらのスロットＴｓは、本発明の無線通信システム１０が稼働中には、後述する予約された端末（図３では、２Ａ，２Ｂ）に割り当てられる予約スロットと、未だ予約が成されていない端末２Ｃに割り当てられる未予約スロットと、に分けられる。本発明のシステム１０の起動開始時でかつどの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃからも基地局１へのアクセスが未だ成功していないような初期状態では、全てのスロットＴｓが未予約スロットとなる。
【００２７】
（端末の予約）
ここで、ある端末（例えば、２Ａ）のためのスロットＴｓの予約とは、当該端末２Ａから基地局１へのデータ送信処理の開始から完了までの実質送信時間（開始時期、完了時期、開始から送信まで時間長）の予約が当該スロットＴｓにおいて設定されている状態を意味する。なお、本発明では、実質送信時間に加え送信準備時間も含めて必要なスロットを予約する方法も許容する。この場合は予約スロットにおいてもランダムバックオフを省略しない。
【００２８】
実施例１では、予約スロットが複数（ｋ個）存在し、このうちの最大スロット番号をｋとするとき、番号１〜番号ｋまでの最初のスロット区間を予約区間に設定するとともに、番号（ｋ＋１）〜番号ｎまでの残りのスロット区間を未予約区間に設定する。なお、基地局１は、ｋの値もビーコンに含めて通信圏内の各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知する。
【００２９】
（実質送信時間が最大の場合）
仮に、スロット長をデータ実質送信時間の最大値とした場合を例に取り、通信区間Ｔｃ内の処理を説明する。ここでは、実質送信時間の最大値をその最小値の３倍とする。
【００３０】
先ず、初期状態では、通信区間Ｔｃは全て区間が未予約区間となっている。つまり、全てのスロットＴｓが未予約スロットである。言い換えれば、どの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃも予約された（予約スロットが付与された）状態では無いため、どの端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃも基地局１へデータ送信を行う場合には、通常のＣＳＭＡ／ＣＡに基づく送信処理を開始する。この際、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃの送信開始時刻は未予約区間内でランダムに選択される。図３では、最初のビーコン周期Ｔにおいて、ランダムバックオフ（図示では符号ＲＢ）の結果、端末２Ａがスロット番号２に相当する時間帯（スロット）において再送処理無しでデータ送信に成功し、端末２Ｂがスロット番号５に相当するスロットにおいて二回の再送処理後にデータ送信に成功した例を示す。なお、図示しないが、端末２Ｃはデータ送信に失敗したとする。
【００３１】
端末２Ａ，２Ｂから送信されたデータの受信に基地局１が成功すると、基地局１はこれらの端末２Ａ，２Ｂに対して予約スロットを割り当てる。この予約スロットは、基地局１が各端末２Ａ，２Ｂからデータを受信した時点で予約されていない最小番号のスロットＴｓが割り当てられる。例えば、図３の例では、最初にデータ送信に成功した端末２Ａには、次周期以降のデータ送信のために番号１（ｒ＝１）の予約スロットが割り当てられる一方、その次にデータ送信に成功した端末２Ｂには、次周期以降のデータ送信のために番号２（ｒ＝２）の予約スロットが割り当てられる。
【００３２】
データ送信に成功した端末２Ａ，２Ｂには、基地局１にてデータ受信が確認され次第、基地局１から確認応答（図示ではＡＣＫ）が返信される。実施例１の時間差アクセス方式では、基地局１は、当該端末２Ａ，２Ｂへ割り当てられた予約スロット番号ｒ（図示の例では、ｒ＝１、ｒ＝２）もＡＣＫが保有する情報に含めて、当該端末２Ａ，２Ｂに通知する。
【００３３】
今回の通信区間Ｔｃが終了すると、基地局１は、データ受信に成功した端末２Ａ，２Ｂの数、すなわち、予約スロットの最大の番号ｋ（図示の例では、ｋ＝２）が判明するために、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃ内における予約区間を決定できる。これを予約区間（ｋ＝２）の情報をビーコンに付加して、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに送信する。なお、図３に示す例では、次周期以降の通信区間Ｔｃは、始めの時間（図示では番号１，２のスロットＴｓ）が予約区間として使用され、残りの時間（図示では番号３〜ｎのスロットＴｓ）が未予約区間として使用される。
【００３４】
なお、通信区間ＴｃにＡＣＫが返信された端末２Ａ，２Ｂは自身に割り当てられた予約スロットを認識できるため、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃでは予約区間（１〜ｋ）の当該予約スロット（端末２Ａの場合は１番目（ｒ＝１）の予約スロット、端末２Ｂの場合は２番目（ｒ＝２）の予約スロット）にてデータ送信処理を開始する。この際、未予約状態でのデータ送信に必須であったバックオフは行わない（つまり、バックオフ時間をゼロに設定する）。これにより、端末（例えば、２Ａ）は他の端末２Ｂ，２Ｃと基地局１との通信状態を確認する必要が無くなり、実質送信時間にだけ電源を起動（ＯＮに）させれば良いため、電力消費を大幅に削減することが可能になる。
【００３５】
また、図示しないが、端末（例えば、２Ｃ）が現周期における予約スロットでの基地局１とのデータ通信に失敗した場合、最大回数再送後は、ＡＣＫが所定時間経過しても当該端末２Ｃに通知されないため、端末２Ｃはデータ通信の失敗を認識して未予約状態（初期状態）に戻り、次のビーコン周期Ｔ以降の通信区間Ｔｃでは予約区間後に設けられた未予約区間にてデータ送信を行う。具体的には、前回（初期状態）と同様に端末２Ｃはバックオフ（図３の符号ＲＢを参照）を事前に行い、未予約区間において、データ送信を試みる（図３の番号６のスロットを参照）。
【００３６】
このように、実施例１の方式では、データ送信に成功した（予約状態の）端末２Ａ，２Ｂについては、これらの端末２Ａ，２Ｂが次周期以降のデータ送信に必要とされる時間・時刻を順序立てながら次周期以降の通信区間Ｔｃの最初の部分（予約区間）に集め、通信区間Ｔｃの残りの部分を他の未予約状態の端末２Ｃのデータ送信に割り当てようとするものである。
【００３７】
（実質送信時間が最小の場合）
また、実施例１のスロット長をデータ実質送信時間の最小値とした場合を、図４を参照しながら以下に説明する。
【００３８】
初期状態（未予約状態）にある端末（例えば、２Ａ）は、図４に示すように、最初の通信区間Ｔｃ（区間全体が未予約区間）のあるスロット（番号２）において、一定時間とバックオフ時間（図示ではＲＢ）経過後に再送処理無く基地局１へ最初にデータ送信に成功したと仮定する。この場合、端末２Ａがデータ処理に要した時間は、最小の実質送信時間（つまりスロット長）と同等であるため、スロット一個分（スロット番号２）の時間が使用されたことになる。従って、最初にデータ受信を成功した端末２Ａに対して、基地局１は次周期Ｔ以降の通信のための予約スロット番号ｒ（ｒ＝１）を割り当て、ＡＣＫの返信により当該番号ｒを端末２Ａに通知する。
【００３９】
次に、未予約状態の端末２Ｂが、最初の周期Ｔの通信区間Ｔｃにおいて、バックオフ（ＲＢ）の後、再送処理を２回行った上で基地局１とのデータ送信に成功したと仮定する。この場合、端末２Ｂがデータ処理に要した時間は、スロット長の３個分に相当するため、スロット番号５、６、７のスロット３個分の時間が使用されたことになる。従って、次にデータ受信を成功した端末２Ｂに対して、基地局１は次周期以降の通信のための予約スロット番号ｒ（ｒ＝２〜４）を割り当て、ＡＣＫの返信により当該番号ｒを端末２Ｂに通知する。なお、図示しないが、この通知の際に、一つの端末（図示では２Ｂ）に付与する予約スロット数に上限（例えば、２）を持たせ、データ処理に要したスロット数が上限を超えた場合には上限数以下（例えば、２個）のスロットを予約するようにしてもよい。これにより、ある端末２Ｂでは、たまたま現周期でデータ再送２回を要したが、通常は再送１回で済むような場合は、無駄な予約スロットの発生を抑えることができる。
【００４０】
今回の通信区間Ｔｃでデータ送信が成功した端末が２Ａ、２Ｂのみだったとした場合、基地局１では、予約スロットの最大番号ｋを４に設定し、次周期以降のスロット番号１〜ｋに相当する区間を予約区間に設定し、スロット番号ｋ＋１〜ｎに相当する区間を未予約区間として設定する。基地局１は、通信区間長を決定するスロット番号の最大値ｎの他、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロット番号ｒの最大値ｋもビーコン情報に含めて、通信圏内の各端末２Ａ、２Ｂに通知することになる。
【００４１】
従って、次周期以降、端末２Ａと端末２Ｂとは、それぞれバックオフ（ＲＢ）させる事無く、予約区間の各々の予約スロット番号（ｒ＝１と、ｒ＝２〜４と、）にて基地局１へのデータ送信を行うようになる。一方、未予約状態のその他の端末２Ｃが基地局１の通信圏内にあるときは、端末２Ｃは、予約区間の終了した後の未予約区間のスロット番号５〜ｎまでの間のいずれかの時間帯（図４ではスロット番号６）で、バックオフ（ＲＢ）を行った上で基地局１へのデータ送信を試みることになる。
【００４２】
スロット長を上述の実質送信時間の最大値に設定した場合と比較すると、この時間を最小値に設定した場合は、再送無くデータ送信に成功した端末２Ａや（再送があったとしても）最大再送回数よりも小さい再送回数でデータ送信に成功した端末２Ｂでは、次周期以降に毎回使用される実質送信時間をさらに短縮できること（ひいては端末２Ａ、２Ｂでの消費電力をさらに抑制できること）がメリットになる。
【実施例２】
【００４３】
（時間差アクセス方式２）
次に、別の実施例（実施例２）に係る時間差アクセス方式を説明する。図５は、実施例２における各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃから基地局１へのアクセスを説明した図である。
【００４４】
ここでは、実施例２にて特徴的な事項について説明を行い、実施例１と共通する事項については説明を省略する。なお、実施例２では、スロット長を実質送信時間の最小値に設定した場合を仮定する。
【００４５】
通信区間Ｔｃは、実施例１で定義したようなスロット長を有するスロットＴｓによってｎ個に分割される。実施例２では、基地局１が通信区間Ｔｃ内のスロットＴｓの個数ｎとその予約状態に対応したビットマップＢＭを保持することを特徴とする。ビットマップＢＭは、例えば、予約スロットを１で表し、未予約スロットを０で表すことで全て表示することが可能になる。初期状態では、通信区間Ｔｃ全体は未予約区間であるため、ビットマップＢＭは、０がｎ個並んだ（０００００００・・・０）と表示できる。基地局１は、ビーコン周期Ｔ毎に、通信区間Ｔｃの通信状態を反映したビットマップＢＭを更新し、これをビーコン情報に含め、通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知する。
【００４６】
実施例１と同様に、初期状態では端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはランダムに送信処理を開始する。図５に示す例では、初期状態にあった端末２ＡがバックオフＲＢを行い、再送処理無く、未予約区間のスロット番号２でデータ送信を成功したとする。一方、初期状態にあった端末２Ｂが、バックオフＲＢを行い、スロット番号５の時点から基地局１とのアクセスを開始し、再送処理を２回繰り返した後でデータ送信を成功したとする。つまり、スロット番号５，６、７の時間帯でデータ送信に成功したことになる。基地局１は端末２Ａ，２Ｂからのデータの受信に成功すると、当該端末２Ａ，２ＢにＡＣＫを返信する。ＡＣＫを返された端末２Ａ，２Ｂはデータ送信が成功したスロットＴｓを予約スロットとして次周期以降、維持することになる。端末２Ａの場合はスロット番号２を予約スロット番号ｒ（ｒ＝２）として維持され、端末２Ｂの場合は５、６、及び７のスロット番号を予約スロット番号ｒ（ｒ＝５〜７）として維持される。なお、図示しないが、仮にデータ送信に失敗した端末２Ｃがあった場合には、端末２Ｃには所定時間経過しても基地局１からＡＣＫが通知されないため、端末２Ｃは未予約状態に戻る。
【００４７】
一方、基地局１は、データ送信に成功する度毎に、ビットマップＢＭの対応箇所を予約スロットに設定（つまり、０から１に変更）する。通信区間Ｔｃでデータ送信が成功した端末２Ａ，２Ｂがこれら以外に無ければ、通信区間Ｔｃの終了後、基地局１にてビットマップＢＭは（０１００１１１０・・・０）に更新される。すなわち、実施例２の場合、次周期以降の通信区間Ｔｃにおいては、実施例１の場合と異なり、予約区間と未予約区間とが不規則かつ交互に並ぶことになる。なお、実施例１の場合では、予約区間と未予約区間とはそれぞれ１つだけ存在する。
【００４８】
基地局１は、以上のように更新したビットマップＢＭをビーコンに含め、次周期のビーコン区間Ｔｂに基地局１の通信圏内の端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃに通知されることになる。既に予約状態に設定された端末２Ａ，２Ｂは、上述のようにＡＣＫの通知により次周期以降に自己が基地局１へデータ送信すべきタイミングが決定されているため、ビットマップＢＭの更新情報は余り意味を持たない。しかしながら、未予約状態のままの端末２Ｃにとっては、ビットマップＢＭの更新情報は、端末２Ｃが予約区間を避けながら未予約区間にて基地局１へアクセスを行うために必要不可欠となる。
【００４９】
端末２Ｃはバックオフ（図５では符号ＲＢ）を事前に行い、ビットマップＢＭに指定された未予約区間（図５では番号４の未予約スロット）に行き当たれば、データ送信を試みる。端末２Ｃが仮にバックオフ中に予約区間（の予約スロット）に行き当たってしまった場合は、バックオフタイマーを一時中断し、未予約区間で再開するように処理できるようにしてもよい（以下、「仮想キャリアセンス」とも呼ぶ。）。
【００５０】
（ビーコン受信待機）
ところで、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはビーコン区間Ｔｂにおいて（通常、ビーコン区間Ｔｂに亘って）受信待機を行う。ビーコン区間Ｔｂは隣接する基地局１の数などによってそのビーコン区間長が設定されている。受信待機時間が長くなる程、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは電力を消費する結果となる。
【００５１】
これに対処するため、本発明では、ビーコン区間Ｔｂを以下のように設定することが好ましい。例えば、複数の基地局（例えば、符号１Ａ及び１Ｂ、図６を参照）が隣接していると仮定する。本発明の好ましい態様では、どの基地局１Ａ，１Ｂにおいても最初のビーコン送信は、ビーコン送信中の他の基地局１Ｂ，１Ａが無いことを確認（キャリアセンス）しつつ、ランダムバックオフを行った上で行うものとする。しかしながら、ビーコン送信が成功した基地局１Ａ，１Ｂでは、この成功したタイミングで次のビーコン周期Ｔ以降のビーコン送信を行うこととする。
【００５２】
一方、基地局（例えば、１Ｂ）の通信圏内にある端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、初期状態ではビーコン区間Ｔｂ全体に亘って受信待機を行うものとする。また端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃはビーコン（図６では、破線の矢印）を受信するタイミング（以下、「ビーコン受信タイミング」とも呼ぶ。）を毎回検出する。端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃが一定回数連続して前周期Ｔのビーコン受信タイミングと同一のタイミングでビーコンを正しく受信できた場合は、その後の周期Ｔ以降は、このビーコン受信タイミングに合わせて受信待機時刻を設定する（図６を参照）。
【００５３】
これに対して、ビーコン受信タイミングでのビーコン受信が一定回数連続しないようであれば、その次の周期Ｔも、ビーコン区間Ｔｂの開始から終了までを受信待機時刻を設定する。つまり、初期状態と変わらない受信待機時刻（ビーコン区間Ｔｂ）が維持される。
【００５４】
以上のような方法によれば、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃのビーコン待機時間をほぼビーコン受信時間に整合させることができ、ビーコン待機時間を最小限にすることができる。従って、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃのビーコン区間Ｔｂにおける消費電力も格段に抑制することが可能になる。
【００５５】
（基地局の機能ブロック図）
次に、上述の時間差アクセス方式を実現可能にする無線通信システム１０の構成要素について詳述する。図７は、基地局１における論理的な構成を示す機能ブロック図である。
【００５６】
図７に示すように、基地局１には、制御情報設定部１０２、同期クロック１０３、ビーコンタイミング作成部１０４、ビーコン情報作成部１０５、無線送信機１０６、無線受信機１０７、データ蓄積部１０８、データ送信部１０９、予約スロット管理部１１０、確認応答作成部１１１などが設けられる。この制御情報設定部１０２では、ビーコン周期Ｔ、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長など基地局１と端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとのアクセスに必要な情報が設定され、蓄積される。基地局１には制御情報通信部１０１が設けられても良く、これにより、基地局１は、上記情報の一部若しくは全部、又は上記情報の設定必要な補足情報をデータセンタ３等の外部装置から獲得できるようになり、基地局１構成の簡素化が図られる。
【００５７】
また、ビーコンタイミング作成部１０４は、制御情報設定部１０２や同期クロック１０３からビーコン周期Ｔ等の情報や時刻情報を取得して端末２に向けてビーコンを送信するタイミングを決定し、この結果を無線通信機１０７に送る。このタイミングを決定する際に、ビーコン送信中の他の基地局１が無いか否かをキャリアセンスし、バックオフを行う。さらに、上述のように、ビーコン区間Ｔｂ内のあるタイミングでビーコン送信に成功した場合、次周期以降のビーコン送信タイミングを当該タイミングに設定することが好ましい。
【００５８】
また、ビーコン情報作成部１０５は、制御情報設定部１０２から取得した幾つかの情報をビーコンに包含（付加）させる。ビーコンに含められる情報には、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長の他、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロットの最大番号ｋや初期状態或いは更新されたビットマップＢＭの情報が挙げられる。これらの情報は、ビーコン情報作成部１０５から無線送信機１０６に送られる。無線送信機１０６は、ビーコンタイミング作成部１０４で決定されたタイミングで、ビーコン情報作成部１０５で作成された情報を含んだビーコンを端末２に向けて送信する。また、基地局１が端末（例えば、２Ａ）からのデータ受信に成功すると、無線送信機１０６は、確認応答（ＡＣＫ）を端末２Ａに送信する。
【００５９】
端末２から送られたデータは、無線受信機１０７で受信され、データ蓄積部１０８にて蓄積される。図７に示す例では、基地局１は、データ送信部１０９を有し、蓄積されたデータをデータセンタ３に送信する。
【００６０】
また、基地局１の予約スロット管理部１１０では、制御情報設定部１０２と同期クロック１０３とから端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃとのアクセスに必要な情報と時刻情報を得ながら、各端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃからのデータ送信に対する無線受信機１０７のデータ受信の度毎に予約スロットの状況（例えば、予約区間と未予約区間とを区分する予約スロットの最大番号ｋや上述のビットマップＢＭ）を更新する。予約スロットの更新状況に関する情報は、次のビーコン周期Ｔの開始までにビーコン情報作成部１０５に送られ、ビーコン情報に付加される。
【００６１】
また、基地局１の確認応答作成部１１１では、端末（例えば、２Ａ）から送信されたデータを基地局１が受信したことを当該端末２Ａに通知する確認応答（ＡＣＫ）を作成する。なお、上述の実施例１で示したように、この確認応答作成部１１１にて、予約スロット管理部１１０で当該端末２Ａに割り当てられた予約スロット情報を、ＡＣＫに付加させて、これを無線送信機１０６に送るようにしてもよい。
【００６２】
（端末の機能ブロック図）
図８は、端末２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおける論理的な構成を示す機能ブロック図である。端末（例えば、２Ａ）は、制御情報設定部２０１、同期クロック２０２、ビーコン受信タイミング検出部２０３、ビーコン待機時刻設定部２０４、無線受信機２０５、無線送信機２０６、送信データ管理部２０７、確認応答分析部２０８、予約スロット管理部２０９、送信スロット報告部２１０、ビーコン情報分析部２１１、予約スロット設定部２１２、未予約スロット設定部２１３、データ送信タイミング作成部２１４などを備える。
【００６３】
端末２Ａは、無線受信機２０５にて基地局１から送信されたビーコンを受信する。ビーコンを受信した無線受信機２０５は、ビーコンに含められていた情報のうち、ビーコン周期Ｔ、ビーコン区間長、通信区間長、スロット長などの更新情報を、ビーコン情報分析部２１１を介して制御情報設定部２０１に送る。なお、制御情報設定部２０１は初期状態でもこれらのパラメータの初期情報を保有する。
【００６４】
また、端末２Ａは、上述の好適なビーコン受信待機処理を行うため、ビーコン受信タイミング検出部２０３とビーコン待機時刻設定部２０４とを備えることが好ましい。これにより、ビーコン受信タイミング検出部２０３は、端末２Ａが上述のようにビーコン区間長のどのタイミングでビーコン受信を行っているか、一定回数連続しているか否かを検出・判定することができる。また、ビーコン待機時刻設定部２０４は、初期状態では、制御情報設定部２０１にあるビーコン区間長をビーコン待機時刻として設定するが、ビーコン受信タイミング検出部２０３より一定回数連続して同じタイミングでビーコン受信が行われていることを通知されると、そのビーコン受信タイミングと整合したビーコン待機時刻を設定する。設定されたビーコン待機時刻が通知された無線受信機２０５は、次の周期Ｔ以降、ビーコン待機時刻に対応した動作を行うことができる。
【００６５】
また、端末２Ａは無線送信機２０６を介して送信データ管理部２０７で蓄積していたデータを基地局１に向けて送信する。
【００６６】
実施例１の方式で端末２Ａがデータ送信に成功すると、当該端末２Ａに割り当てられた次周期以降の予約スロット番号ｒを含んだ確認応答（ＡＣＫ）が基地局１から送信される。確認応答は無線受信機２０５を介して確認応答分析部２０８に送られる。確認応答分析部２０８は、ＡＣＫに含められた予約スロット番号ｒを確認し、この番号ｒを予約スロット管理部２０９に報告する。一方、データ送信の不調の場合は、一定時間経過しても端末２Ａは無線受信機２０５にてＡＣＫを受信しないために、無線送信機２０６からデータ再送を行う。このデータ再送を何度か繰り返してもＡＣＫ受信出来ない場合、データ送信に失敗したとして確認応答分析部２０８を介して予約スロット管理部２０９に予約失敗（未予約状態）を通知する。
【００６７】
一方、実施例２の方式では、無線送信機２０６は、データ送信を行う度に送信スロット報告部２１０がその実質送信時間帯を確認し、データ送信に要したスロット番号を予約スロット管理部２０９に報告する。その後、データ送信に成功すると、実施例１の場合と同様に基地局１から確認応答が無線受信機２０５を介して確認応答分析部２０８に送られる。なお、実施例２の方式では、予約された端末２Ａのための予約スロット番号ｒに関する情報はＡＣＫに付加されていない。従って、端末２Ａがデータ送信に成功したこと（次周期以降に予約されたこと）のみが予約スロット管理部２０９に伝えられる。
【００６８】
しかしながら、実施例２の場合、予約スロット管理部２０９では、確認応答分析部２０８からのデータ送信成功の通知だけでなく、送信スロット報告部２１０からデータ送信成功の際に使用された送信スロットも報告されているので、この送信スロットを当該端末２Ａのための次周期以降の予約スロットとして割り当てることができる。
【００６９】
一方、データ送信の不調の場合は、一定時間経過しても端末２Ａは無線受信機２０５にてＡＣＫを受信しないために、無線送信機２０６からデータ再送を行う。データ再送後にＡＣＫの受信に成功した場合は、上述のように確認応答分析部２０８から当該端末２Ａが予約された旨が予約スロット管理部２０９に通知され、送信スロット報告部２１０からは最初のデータ送信から最後のデータ再送にまで要した送信スロットが予約スロット管理部２０９に通知される。このデータ再送を何度か繰り返してもデータ送信出来ない場合、データ送信に失敗したとして確認応答分析部２０８を介して予約スロット管理部２０９に予約失敗（未予約状態）を通知する。
【００７０】
上述したように、あるビーコン周期Ｔの通信区間Ｔｂにて当該端末２Ａのデータ送信が終了（成功或いは失敗の場合も含めて）すると、次のビーコン周期Ｔのビーコン区間Ｔｂにおいて、基地局１から再度、ビーコンが端末２Ａへ向けて送信される。端末２Ａは、無線受信機２０５を介して受信したビーコンが含んでいる情報をビーコン情報分析部２１１に送る。ビーコン情報分析部２１１では、基地局１で更新されたビーコン情報を取得して、制御情報設定部２０１に送るとともに、基地局１で更新された通信区間Ｔｃを構成するスロットの予約状態（例えば、予約スロットの最大番号ｋやビットマップＢＭの状態）に関する情報も検出し、この検出結果を未予約スロット選択部２１３に送る。
【００７１】
予約スロット管理部２０９では、先のビーコン周期Ｔが終了するまでに当該端末２Ａが予約されているか否かの情報が与えられている。予約有りの場合は、予約スロット設定部２１２にて次周期以降の予約区間において当該端末２Ａがデータ送信すべき予約スロットを設定する。一方、予約無し（初期状態も含む。）の場合は、未予約スロット設定部２１３にて、次周期以降の未予約区間において当該端末２Ａがデータ送信すべき送信スロットを設定する。未予約区間については、最新の予約スロット最大番号ｋやビットマップ情報がビーコン情報分析部２１１から未予約スロット設定部２１３に通知されている。このように、未予約スロット設定部２１３は、未予約区間で空いているスロットを選択するわけであるが、その選択の際には、キャリアセンスやバックオフの送信準備時間を含める。
【００７２】
データ送信タイミング作成部２１４では、予約スロット設定部２１２或いは未予約スロット設定部２１３から通知された情報（予約スロットや未予約スロットに関する情報）を基に、次周期以降に当該端末２Ａ（より詳細には送信データ管理部２０７）に蓄積されたデータを送信するタイミング（送信スロット）を決定し、無線送信機２０６に通知する。無線送信機２０６はこの送信スロットにて基地局１へのデータ送信を行うことになる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の無線通信技術は、集中豪雨による土石流・土砂崩れなどの検知、交通事故防止、児童見守り、強盗・密漁防止、大規模災害時の遭難者・被災者の捜索・把握等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。
【００７４】
また、本発明の無線通信技術は、生育状況把握と温度湿度管理の自動化等による生産性向上等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。
【００７５】
また、本発明の無線通信技術は、電気・ガス・水道使用量のリアルタイム把握と利用最適化制御、産業廃棄物・汚水などの不法投棄監視、人的環境破壊の防止、山火事の検知、気象観測、大気・河川汚染の監視、野生動植物の生息環境調査、里山・山林保全等を目的とした通信システムへの応用が考えられる。従って、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００７６】
１ 基地局
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 端末
１０ 無線通信システム
Ｔ ビーコン周期
Ｔｂ ビーコン区間
Ｔｃ 通信区間
Ｔｓ スロット
ｒ 予約スロット番号
ｋ 予約スロット番号の最大値
ＢＭ ビットマップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定時間長のスロット単位に分割可能なビーコン周期を有したビーコンを送信する少なくとも１つの基地局と、
前記基地局と時刻同期し、かつ、前記ビーコン周期を共有する複数の端末と、
を備えた無線通信システムであって、
前記ビーコン周期は、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、を含み、
前記基地局は、前記データの送信に成功した前記端末には確認応答を通知することで前記端末が予約状態であることを通知し、かつ、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分し、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末は、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを行うのに対し、
前記予約状態に有る前記端末は、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットが付加されており、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記端末は、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理し、
前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットが前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定され、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコン送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行い、前記端末は、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機し、
前記端末は、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、
前記端末は、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
少なくとも１つの基地局から複数の端末に向けて、一定時間長のスロット単位に分割されたビーコン周期を有したビーコンを送信し、
前記端末では、前記基地局と時刻同期させ、かつ、前記ビーコン周期を共有させ、
前記基地局にて、前記ビーコン周期を、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、に少なくとも区分し、
前記基地局に、前記データの送信に成功した前記端末に向けて確認応答を通知させることで前記端末が予約状態であることを通知させ、
前記基地局にて、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分させ、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末では、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを実行させるのに対し、
前記予約状態に有る前記端末では、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットを付加し、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含ませることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記端末には、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理させ、
前記基地局から前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットを前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定し、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含ませることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記基地局が、初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行うよう前記基地局に設定し、
前記端末には、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機させ、
前記端末が、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、かつ、
前記端末が、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、かつ、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機するよう前記端末に設定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１】
一定時間長のスロット単位に分割可能なビーコン周期を有したビーコンを送信する少なくとも１つの基地局と、
前記基地局と時刻同期し、かつ、前記ビーコン周期を共有する複数の端末と、
を備えた無線通信システムであって、
前記ビーコン周期は、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、を含み、
前記基地局は、前記データの送信に成功した前記端末には確認応答を通知することで前記端末が予約状態であることを通知し、かつ、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分し、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末は、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを行うのに対し、
前記予約状態に有る前記端末は、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットが付加されており、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記端末は、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理し、
前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットが前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定され、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報は、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局は初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコン送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行い、前記端末は、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機し、
前記端末は、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、
前記端末は、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
少なくとも１つの基地局から複数の端末に向けて、一定時間長のスロット単位に分割されたビーコン周期を有したビーコンを送信し、
前記端末では、前記基地局と時刻同期させ、かつ、前記ビーコン周期を共有させ、
前記基地局にて、前記ビーコン周期を、前記基地局と前記端末との間で前記ビーコンを送受信するビーコン区間と、前記基地局と前記端末との間で前記端末に蓄積されたデータを送受信する通信区間と、に少なくとも区分し、
前記基地局に、前記データの送信に成功した前記端末に向けて確認応答を通知させることで前記端末が予約状態であることを通知させ、
前記基地局にて、前記通信区間内の前記スロットを、前記予約状態の前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる予約スロットと、前記予約状態に無い前記端末の次周期以降の前記データ送信のために割り当てる未予約スロットと、に区分させ、かつ、前記ビーコンに前記未予約スロットに関する情報を付加させ、
前記予約状態に無い前記端末では、前記基地局から受信した前記ビーコンに付加された前記未予約スロットからランダムに選択したスロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフを実行させるのに対し、
前記予約状態に有る前記端末では、前記予約スロットにてデータ送信開始時刻を設定し、前記データ送信の際にはランダムバックオフの省略を可能とすることを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
前記端末に通知される前記確認応答には、前記端末に割り当てられた前記予約スロットを付加し、かつ、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間における前記予約スロットの最大番号を含ませることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記端末には、データ送信開始時刻を前記通信区間の前記スロットの開始時刻に合わせた送信スロットを逐次管理させ、
前記基地局から前記端末への前記確認応答の通知によって、前記送信スロットを前記端末に割り当てられた前記予約スロットに設定し、
前記ビーコンに付加された前記未予約スロットに関する前記情報には、前記通信区間において設定された前記予約スロットと前記未予約スロットとからなるビットマップを含ませることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記基地局が、初期状態では、一定時間とランダムバックオフ時間との後に前記ビーコンを送信し、この送信に成功すると、次周期以降は前周期と同じタイミングで前記ビーコン送信を行うよう前記基地局に設定し、
前記端末には、初期状態では前記ビーコン区間に亘って前記ビーコン受信のために待機させ、
前記端末が、前記ビーコンを受信するためのビーコン受信タイミングを検出し、かつ、
前記端末が、前記ビーコン受信を繰り返し、前記ビーコン周期において検出した前記ビーコン受信タイミングが前回の前記周期での前記ビーコン受信タイミングと同一か否かを判定し、かつ、
前記端末が、複数回連続して同一の前記判定が得られた場合には、前記ビーコン受信タイミングに整合した時間だけ待機するよう前記端末に設定することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の無線通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９２１０（Ｐ２０１３−９２１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１３２７（Ｐ２０１１−１４１３２７）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【Ｆターム（参考）】
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