無線ネットワークシステム
【課題】パケットの衝突や各無線装置での消費電力の増大を回避すると共に、基幹装置から各無線装置のセンサに対する観測条件の変更の要求と、該要求に対する応答とを確実に送受信する。
【解決手段】無線ネットワークシステム１０において、各無線装置１６は、要求情報を下り方向に送信するためのタイムスロット５８と、要求情報に対する応答情報を上り方向に送信するためのタイムスロット６０とでは、常時、通信可能状態にあり、一方で、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継するときにも通信可能状態となる。
【解決手段】無線ネットワークシステム１０において、各無線装置１６は、要求情報を下り方向に送信するためのタイムスロット５８と、要求情報に対する応答情報を上り方向に送信するためのタイムスロット６０とでは、常時、通信可能状態にあり、一方で、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継するときにも通信可能状態となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の無線端末（基幹装置及び複数の無線装置）によりツリー状の無線ネットワークを構築し、該無線ネットワーク内の隣接する無線端末間でパケットを中継することにより、電波が直接届かない無線端末間での通信を実現するマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムが提案されている。
【０００３】
このような無線ネットワークシステムでは、無線ネットワークに参加する無線装置の数が多くなることに起因してパケットの衝突が発生するおそれがある。また、各無線装置は電池で駆動するタイプが多いので、消費電力の増大を回避できることが望ましい。
【０００４】
そこで、特許文献１には、送信元の無線端末からの中継回数に応じて、パケットを送信すべきタイミングを決定することにより、パケットの衝突の発生を抑制することが提案されている。また、特許文献２には、周囲の無線端末間で次回のパケットの送信開始タイミングと該パケットの送信量とを事前に通知し合う間欠受信処理を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５７６３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術では、事前に通知し合う送信信号中に次回の送信開始タイミング等を含める必要があるので、送信可能なデータ量が抑制されるという問題がある。これに対しては、予め特定された受信タイミングで無線装置が通信可能状態（起床状態）になってパケットを受信し、一方で、それ以外のタイミングで該無線装置が通信待機状態（スリープ状態）になれば、上記の問題を解決できるものと考えられる。この場合には、前記受信タイミングに対して高精度の時刻同期を行う必要がある。
【０００７】
ところで、上述した無線ネットワークシステムを各無線装置の設定場所の状況を観測するセンサネットワークシステムに適用する場合に、各無線装置は、センサを備えると共に、該センサが検出したセンサ情報を基幹装置に向けて送信するセンサノードとしてそれぞれ機能し、一方で、基幹装置は、各センサノードからのセンサ情報を収集するゲートノードとして機能する。
【０００８】
この場合、前記ゲートノードと前記各センサノードとの間で、あるいは、前記各センサノード間でパケットを送受信するフレームは、前記各センサノード（無線装置）から前記ゲートノード（基幹装置）への上り方向に各センサ情報を確実に送信するため、該フレームにおける前記上り方向の時間帯が冗長な構成とされている。そのため、前記フレームによりパケットの送受信を行うセンサネットワークシステムでは、上述した高精度な時刻同期は必要とされず、多少の時刻同期のずれは許容されている。特に、電波の到達性を向上するために、低い周波数（低い通信速度）で無線通信を行うセンサネットワークシステムでは、そのような傾向が顕著である。また、前記基幹装置は、特定の無線装置に対してセンサの観測条件を変更するための要求を前記基幹装置から各無線装置への下り方向に送信し、一方で、前記要求に対して前記観測条件を変更した旨の応答を前記特定の無線装置から得たい場合もある。
【０００９】
具体的に、前記センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化（移動）して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、当該センサノードの起床タイミングをゲートノードから前記センサノードに予め報知しておく必要がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生し、また、無線装置間の中継経路が動的に変化するようなシステムであっても、パケットの衝突や各無線装置での消費電力の増大を回避できると共に、基幹装置から前記各無線装置のセンサに対する観測条件の変更の要求と、該要求に対する応答とを確実に送受信することが可能となる無線ネットワークシステム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】
本発明に係る無線ネットワークシステムは、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線装置は、センサをそれぞれ備え、
前記基幹装置と前記無線装置との間で、あるいは、前記各無線装置間でパケットを送受信するフレームは、
前記各無線装置のうち少なくとも１つの無線装置のセンサに対する要求を、前記基幹装置から前記各無線装置への下り方向に送信可能な下り方向通信スロットと、
前記要求を受信した前記少なくとも１つの無線装置が、前記要求に対する応答を前記各無線装置から前記基幹装置への上り方向に送信可能な第１の上り方向通信スロットと、
前記各無線装置に割り当てられ、自己のセンサが検出したセンサ情報を前記各無線装置が前記上り方向にそれぞれ送信するための複数の第２の上り方向通信スロットと、
から構成され、
前記各無線装置は、それぞれ、
前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットでは、常時、通信可能状態にあり、
一方で、前記複数の第２の上り方向通信スロットのうち、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態となる
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下り方向通信スロット及び第１の上り方向通信スロットでは、常時、各無線装置が通信可能状態になるため、基幹装置からの要求に対して確実に応答することが可能となる。また、前記各無線装置は、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで当該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態になり、一方で、それら以外の時間帯では通信待機状態になる。
【００１３】
これにより、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生するようなシステムや、無線装置間の中継経路が動的に変化するシステムであっても、最小限の通信可能状態を維持しつつ、前記基幹装置から下り方向へのパケット（前記要求）の送信や、上り方向へのパケット（前記応答、前記センサ情報）の送信又は中継を行うことが可能となる。この結果、パケットの衝突や前記各無線装置での消費電力の増大を回避できると共に、前記基幹装置から前記各無線装置のセンサに対する観測条件の変更の要求と、該要求に対する応答とを確実に送受信することが可能となる。
【００１４】
特に、センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、下り方向通信スロットにて当該センサノードに起床タイミングを報知し、それに対する前記センサノードからの応答を第１の上り方向通信スロットでゲートノードに送信すればよい。これにより、起床タイミングの報知を別途に送信する必要がないので、中継経路が動的に変化しても下り方向及び上り方向の送信や中継を効率よく行うことが可能となる。
【００１５】
また、前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットは、前記第２の上り方向通信スロットのように前記各無線装置に割り当てられた固有のスロットではなく、どの無線装置でもパケットの送受信が可能なスロットであるため、前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットの存在によって前記第２の上り方向通信スロットの個数が必要以上に減少することを抑制することができる。
【００１６】
さらに、フレームが前記下り方向通信スロット、前記第１の上り方向通信スロット及び前記第２の上り方向通信スロットから構成されているので、前記基幹装置は、特定の無線装置に対して前記要求を送信しつつ、その一方で、前記各無線装置から定時観測によるセンサ情報を収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る無線ネットワークシステムの概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る無線ネットワークシステムを構成するクラスタの概略構成図である。
【図３】図１及び図２の無線装置のブロック図である。
【図４】スーパーフレームの基本構成を示す説明図である。
【図５】データフレームの構成を示す説明図である。
【図６】基幹装置と各無線装置との間のパケットの送受信を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る無線ネットワークシステムの好適な実施形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０は、図１に示すように、基本的には、基幹装置１２を根元として、複数の無線装置（図１では、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのみ図示）によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムである。この場合、基幹装置１２は、無線１４を介して第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃと接続され、第１無線装置１６ａは、無線１８を介して第２無線装置１６ｂと接続されている。なお、参照符号の１３は、基幹装置１２のアンテナであり、参照符号の１５ａ〜１５ｃは、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのアンテナである。さらに、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃは、センサ４２ａ〜４２ｃをそれぞれ有する。
【００２０】
また、図２に示すように、無線ネットワークシステム１０は、実際には、１つの基幹装置１２及び複数の無線装置１６を備え、これらが所定の間隔ｄで配置されたクラスタ２４を複数備えており、１つのクラスタ２４では、基幹装置１２を根元に、無線１４、１８を介して、各無線装置１６がツリー状に形成されている。これにより、基幹装置１２から無線１４、１８を介して各無線装置１６の方向（下り方向）にパケットを送信し、一方で、各無線装置１６から無線１８、１４を介して基幹装置１２の方向（上り方向）にパケットを送信することで、電波が直接届かない無線端末間での通信が可能となる。
【００２１】
なお、図２において、１つのクラスタ２４は、１６個の無線端末（１つの基幹装置１２及び１５個の無線装置１６）から構成されているが、１つのクラスタ２４に収容される無線端末の個数は、図２に示す個数に限定されないことは勿論である。また、各無線装置１６（第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃ）は、図３に示すように、受信部２８、解析部３０、タイミング割当部３２、記憶部３４、タイミング設定部３６、送信制御部３８、送信部４０、及び、センサ４２（４２ａ〜４２ｃ）をそれぞれ有する。この場合、各無線装置１６は、センサ４２が検出したセンサ情報を、該センサ情報を検出した時刻（絶対時刻）と共に基幹装置１２に向けて送信するセンサノードとして機能し、基幹装置１２は、各センサノードからのセンサ情報及び絶対時刻を収集するゲートノードとして機能する。従って、無線ネットワークシステム１０は、各センサノードから収集したセンサ情報及び絶対時刻に基づき、各センサノードの設置場所の状況（例えば、地滑り、地震）を観測するセンサネットワークシステムに適用される。
【００２２】
上述した無線ネットワークシステム１０の基本構成及び機能や、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間での無線によるパケットの送受信に関わる基本的な動作については、例えば、特開２００８−２２８１７６号公報に開示されているので、これらの詳細については、説明を省略する。
【００２３】
本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、基幹装置１２及び各無線装置１６間でのパケットの送受信、及び、各無線装置１６間でのパケットの送受信は、該パケットをフレーム中の所定のスロットで送信（中継）することにより行われる。
【００２４】
図４は、パケットを送受信するスーパーフレーム５０の基本構成を示す説明図であり、図５は、スーパーフレーム５０中のデータフレーム５６の構成を示す説明図である。
【００２５】
スーパーフレーム５０は、図４に示すように、所定時間間隔で繰り返されるフレームであり、１つのスーパーフレーム５０は、Ｌ個のフレーム５２から構成される。この場合、１つのスーパーフレーム５０中の最初のフレーム５２は、基幹装置１２と無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間で、各無線装置１６を制御するパケットを送受信するための制御フレーム５４として割り当てられる。一方、制御フレーム５４以降の２番目からＬ番目までの（Ｌ−１）個のフレーム５２は、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間でデータ（例えば、センサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻）を送受信するためのデータフレーム５６として割り当てられる。
【００２６】
データフレーム５６は、図５に示すように、基幹装置１２から各無線装置１６の方向（下り方向）へのパケットの通信に用いられるタイムスロット（下り方向通信スロット）５８と、各無線装置１６から基幹装置１２の方向（上り方向）へのパケットの通信に用いられるタイムスロット（第１の上り方向通信スロット）６０及びタイムスロット（第２の上り方向通信スロット）６２とから構成されている。
【００２７】
タイムスロット５８、６０、６２により時分割されたデータフレーム５６中、最初のｎ個のタイムスロット（１番目〜ｎ番目のスロット）は、タイムスロット５８、６０に交互に割り当てられ、ｎ個のタイムスロット以降の複数のタイムスロット（（ｎ＋１）番目〜ｍ番目のスロット）は、タイムスロット６２として割り当てられている。
【００２８】
この場合、各タイムスロット５８は、基幹装置１２から各無線装置１６のうち少なくとも１つの無線装置１６に対して、該無線装置１６が備えるセンサ４２の観測条件を変更するための要求情報（例えば、手動観測要求や観測動作条件の設定変更）を下り方向に常時送信可能なスロットである。また、各タイムスロット６０は、前記要求情報を受信した少なくとも１つの無線装置１６から基幹装置１２に対して、前記要求情報に基づいてセンサ４２の観測条件を変更した旨の応答情報を上り方向に常時送信可能なスロットである。従って、各タイムスロット５８、６０は、常時、各無線装置１６が通信可能であると共に、共通に使用することができるスロットである。
【００２９】
一方、複数のタイムスロット６２は、各無線装置１６にそれぞれ割り当てられ、各無線装置１６は、自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を自己に割り当てられたタイムスロット６２で上り方向にそれぞれ送信する。また、各無線装置１６は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継することも可能である。従って、各無線装置１６は、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態（起床状態）となり、一方で、それ以外のタイムスロット６２では通信待機状態（スリープ状態）となる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０の動作及び効果について、図６を参照しながら説明する。
【００３１】
図６は、基幹装置１２（図１及び図２参照）と各無線装置１６（ＳＮ１〜ＳＮ６）との間のパケットの送受信を説明するためのシーケンス図である。
【００３２】
ここでは、基幹装置１２をＧＢ、第１無線装置１６ａをＳＮ１、第２無線装置１６ｂをＳＮ２、第２無線装置１６ｂから無線１８を介して下り方向に順次接続される無線装置１６をＳＮ３〜ＳＮ６として説明する。また、データフレーム５６における（ｍ−５）番目〜ｍ番目の６個のスロット（タイムスロット６２）は、ＳＮ１〜ＳＮ６から上り方向にセンサ情報及び絶対時刻を送信するためのスロットとしてそれぞれ割り当てられているものとして説明する。従って、これらのタイムスロット６２は、ホップ数（基幹装置１２からの中継回数）に応じてＳＮ１〜ＳＮ６に割り当てられたスロットである。
【００３３】
ＧＢ（基幹装置１２）、ＳＮ１（第１無線装置１６ａ）、ＳＮ２（第２無線装置１６ｂ）及びＳＮ３〜ＳＮ６間で通信が確立された状態で、先ず、基幹装置１２は、データフレーム５６中の最初のタイムスロット５８（データフレーム５６中の１番目のスロット）でセンサ４２ａの観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３４】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８（図３参照）がアンテナ１５ａを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶すると共に、前記要求情報に基づいてセンサ４２ａの観測条件を変更させる。解析部３０は、センサ４２ａが観測条件を変更したことを確認したときに、前記要求情報に対する応答情報を生成して、タイミング割当部３２に通知する。タイミング割当部３２は、前記要求情報を受信したタイムスロット５８の次のタイムスロット６０（２番目のスロット）を前記応答情報の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記応答情報を基幹装置１２に送信する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、第１無線装置１６ａのセンサ４２ａが前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００３５】
次に、基幹装置１２は、（ｎ−３）番目のタイムスロット５８（（ｎ−３）番目のスロット）で第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂの観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３６】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット５８を第２無線装置１６ｂに前記要求情報を中継するスロットとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット５８にてアンテナ１５ａから無線１８を介して前記要求情報を第２無線装置１６ｂに中継する。
【００３７】
第２無線装置１６ｂでは、受信部２８がアンテナ１５ｂを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶すると共に、前記要求情報に基づいてセンサ４２ｂの観測条件を変更させる。解析部３０は、センサ４２ｂが観測条件を変更したことを確認したときに、前記要求情報に対する応答情報を生成して、タイミング割当部３２に通知する。タイミング割当部３２は、前記要求情報を受信したタイムスロット５８の次のタイムスロット６０（（ｎ−２）番目のスロット）を前記応答情報の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ｂから無線１８を介して前記応答情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３８】
第１無線装置１６ａは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記応答情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記応答情報を記憶し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット６０を基幹装置１２に前記応答情報を中継するスロットとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記応答情報を基幹装置１２に中継する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂが前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００３９】
次に、基幹装置１２は、（ｎ−１）番目のタイムスロット５８（（ｎ−１）番目のスロット）で第２無線装置１６ｂの下り方向に接続された無線装置１６（ＳＮ３）のセンサ４２の観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００４０】
この場合、第１無線装置１６ａでは、前述した第２無線装置１６ｂへの要求情報の中継処理と同様に、基幹装置１２からの要求情報を第２無線装置１６ｂに中継し、第２無線装置１６ｂでは、第１無線装置１６ａ内での前記中継処理と同様の中継処理を行って、基幹装置１２から第１無線装置１６ａを介して中継された前記要求情報を無線装置１６（ＳＮ３）に中継する。
【００４１】
該無線装置１６では、前述した第１無線装置１６ａ及び第２無線装置１６ｂにおける応答情報の生成処理及び送信処理と同様に、受信した前記要求情報に基づいてセンサ４２の観測条件を変更し、変更した観測条件に基づく応答情報を生成して、生成した前記応答情報をｎ番目のタイムスロット６０（ｎ番目のスロット）で第２無線装置１６ｂに送信する。第２無線装置１６ｂは、前述した第１無線装置１６ａでの応答情報の中継処理と同様に、該無線装置１６からの応答情報を第１無線装置１６ａに中継し、第１無線装置１６ａでは、無線装置１６から第２無線装置１６ｂを介して中継された前記応答情報を基幹装置１２に中継する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、無線装置１６（ＳＮ３）のセンサ４２が前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００４２】
以上のようにして各センサ４２ａ、４２ｂ、４２の観測条件がそれぞれ変更された後に、基幹装置１２は、（ｎ＋１）番目のタイムスロット６２（（ｎ＋１）番目のスロット）以降、各無線装置１６からのセンサ情報を収集することが可能となる。
【００４３】
すなわち、（ｍ−５）番目のタイムスロット６２（データフレーム５６中の（ｍ−５）番目のスロット）にて、第１無線装置１６ａのセンサ４２ａは、検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信制御部３８を介して送信部４０に出力し、タイミング割当部３２は、該タイムスロット６２にてセンサ情報及び絶対時刻を送信することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を基幹装置１２に送信する。これにより、基幹装置１２は、第１無線装置１６ａからセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４４】
また、（ｍ−４）番目のタイムスロット６２（（ｍ−４）番目のスロット）にて、第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂは、検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信制御部３８を介して送信部４０に出力し、一方で、タイミング割当部３２は、該タイムスロット６２にてセンサ情報及び絶対時刻を送信することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ｂから無線１８を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を第１無線装置１６ａに送信する。
【００４５】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２及び送信制御部３８を介して送信部４０に前記センサ情報及び前記絶対時刻を出力し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット６２にて基幹装置１２に前記センサ情報及び前記絶対時刻を中継することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を基幹装置１２に中継する。これにより、基幹装置１２は、第２無線装置１６ｂから第１無線装置１６ａを介して中継されたセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４６】
同様にして、（ｍ−３）番目のタイムスロット６２（（ｍ−３）番目のスロット）では、ＳＮ３から第２無線装置１６ｂ（ＳＮ２）及び第１無線装置１６ａ（ＳＮ１）を介してＳＮ３のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、（ｍ−２）番目のタイムスロット６２（（ｍ−２）番目のスロット）では、ＳＮ４からＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ４のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、（ｍ−１）番目のタイムスロット６２（（ｍ−１）番目のスロット）では、ＳＮ５からＳＮ４、ＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ５のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、ｍ番目のタイムスロット６２（ｍ番目のスロット）では、ＳＮ６からＳＮ５、ＳＮ４、ＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ６のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集される。これにより、基幹装置１２は、各タイムスロット６２にてＳＮ３〜ＳＮ６からのセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、基幹装置１２と無線装置１６との間で、あるいは、各無線装置１６間でパケットを送受信するためのデータフレーム５６は、各無線装置１６のうち少なくとも１つの無線装置１６のセンサ４２に対する要求情報を下り方向に送信可能なタイムスロット５８と、要求情報を受信した少なくとも１つの無線装置１６が、要求情報に対する応答情報を上り方向に送信可能なタイムスロット６０と、各無線装置１６に割り当てられ、各無線装置１６がセンサ情報及び絶対時刻を上り方向にそれぞれ送信するための複数のタイムスロット６２とから構成されている。この場合、各無線装置１６は、それぞれ、タイムスロット５８、６０では、常時、通信可能状態にあり、一方で、複数のタイムスロット６２のうち、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を中継するときにのみ通信可能状態となる。
【００４８】
このように、タイムスロット５８、６０では、常時、各無線装置１６が通信可能状態になるため、基幹装置１２からの要求情報に対して確実に応答情報を基幹装置１２に送信することが可能となる。また、各無線装置１６は、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を中継するときにのみ通信可能状態になり、一方で、それら以外の時間帯（タイムスロット６２）では通信待機状態になる。
【００４９】
そのため、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生するようなシステムや、無線装置１６間の中継経路が動的に変化するシステムであっても、最小限の通信可能状態を維持しつつ、基幹装置１２から下り方向への要求情報の受信や、上り方向への応答情報やセンサ情報及び絶対時刻の送信又は中継を行うことが可能となる。この結果、パケットの衝突や各無線装置１６での消費電力の増大を回避できると共に、基幹装置１２から各無線装置１６のセンサ４２に対する観測条件の変更を示す要求情報と、該要求情報に対する応答情報とを確実に送受信することが可能となる。
【００５０】
特に、センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、タイムスロット５８にて当該センサノードに起床タイミングを報知し、それに対する前記センサノードからの応答をタイムスロット６０でゲートノードに送信すればよい。これにより、起床タイミングの報知を別途に送信する必要がないので、中継経路が動的に変化しても下り方向及び上り方向の送信や中継を効率よく行うことが可能となる。
【００５１】
また、タイムスロット５８、６０は、タイムスロット６２のように各無線装置１６に割り当てられた固有のスロットではなく、どの無線装置１６でもパケットの送受信が可能なスロットであるため、タイムスロット５８、６０の存在によってデータフレーム５６中のタイムスロット６２の個数が必要以上に減少することを抑制することができる。
【００５２】
さらに、データフレーム５６がタイムスロット５８、６０、６２から構成されているので、基幹装置１２は、特定の無線装置１６に対して要求情報を送信しつつ、各無線装置１６から定時観測によるセンサ情報を収集することができる。
【００５３】
上記の説明では、基幹装置１２、第１無線装置１６ａ及び第２無線装置１６ｂ間での処理について説明したが、基幹装置１２及び第３無線装置１６ｃ間、基幹装置１２及び他の無線装置１６間、第１無線装置１６ａ及び他の無線装置１６間、第３無線装置１６ｃ及び他の無線装置１６間でも同様の処理を行うことが可能である。
【００５４】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…無線ネットワークシステム １２…基幹装置
１４、１８…無線 １６、１６ａ〜１６ｃ…無線装置
２４…クラスタ ４２、４２ａ〜４２ｃ…センサ
５０…スーパーフレーム ５６…データフレーム
５８、６０、６２…タイムスロット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の無線端末（基幹装置及び複数の無線装置）によりツリー状の無線ネットワークを構築し、該無線ネットワーク内の隣接する無線端末間でパケットを中継することにより、電波が直接届かない無線端末間での通信を実現するマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムが提案されている。
【０００３】
このような無線ネットワークシステムでは、無線ネットワークに参加する無線装置の数が多くなることに起因してパケットの衝突が発生するおそれがある。また、各無線装置は電池で駆動するタイプが多いので、消費電力の増大を回避できることが望ましい。
【０００４】
そこで、特許文献１には、送信元の無線端末からの中継回数に応じて、パケットを送信すべきタイミングを決定することにより、パケットの衝突の発生を抑制することが提案されている。また、特許文献２には、周囲の無線端末間で次回のパケットの送信開始タイミングと該パケットの送信量とを事前に通知し合う間欠受信処理を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５７６３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術では、事前に通知し合う送信信号中に次回の送信開始タイミング等を含める必要があるので、送信可能なデータ量が抑制されるという問題がある。これに対しては、予め特定された受信タイミングで無線装置が通信可能状態（起床状態）になってパケットを受信し、一方で、それ以外のタイミングで該無線装置が通信待機状態（スリープ状態）になれば、上記の問題を解決できるものと考えられる。この場合には、前記受信タイミングに対して高精度の時刻同期を行う必要がある。
【０００７】
ところで、上述した無線ネットワークシステムを各無線装置の設定場所の状況を観測するセンサネットワークシステムに適用する場合に、各無線装置は、センサを備えると共に、該センサが検出したセンサ情報を基幹装置に向けて送信するセンサノードとしてそれぞれ機能し、一方で、基幹装置は、各センサノードからのセンサ情報を収集するゲートノードとして機能する。
【０００８】
この場合、前記ゲートノードと前記各センサノードとの間で、あるいは、前記各センサノード間でパケットを送受信するフレームは、前記各センサノード（無線装置）から前記ゲートノード（基幹装置）への上り方向に各センサ情報を確実に送信するため、該フレームにおける前記上り方向の時間帯が冗長な構成とされている。そのため、前記フレームによりパケットの送受信を行うセンサネットワークシステムでは、上述した高精度な時刻同期は必要とされず、多少の時刻同期のずれは許容されている。特に、電波の到達性を向上するために、低い周波数（低い通信速度）で無線通信を行うセンサネットワークシステムでは、そのような傾向が顕著である。また、前記基幹装置は、特定の無線装置に対してセンサの観測条件を変更するための要求を前記基幹装置から各無線装置への下り方向に送信し、一方で、前記要求に対して前記観測条件を変更した旨の応答を前記特定の無線装置から得たい場合もある。
【０００９】
具体的に、前記センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化（移動）して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、当該センサノードの起床タイミングをゲートノードから前記センサノードに予め報知しておく必要がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生し、また、無線装置間の中継経路が動的に変化するようなシステムであっても、パケットの衝突や各無線装置での消費電力の増大を回避できると共に、基幹装置から前記各無線装置のセンサに対する観測条件の変更の要求と、該要求に対する応答とを確実に送受信することが可能となる無線ネットワークシステム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】
本発明に係る無線ネットワークシステムは、基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線装置は、センサをそれぞれ備え、
前記基幹装置と前記無線装置との間で、あるいは、前記各無線装置間でパケットを送受信するフレームは、
前記各無線装置のうち少なくとも１つの無線装置のセンサに対する要求を、前記基幹装置から前記各無線装置への下り方向に送信可能な下り方向通信スロットと、
前記要求を受信した前記少なくとも１つの無線装置が、前記要求に対する応答を前記各無線装置から前記基幹装置への上り方向に送信可能な第１の上り方向通信スロットと、
前記各無線装置に割り当てられ、自己のセンサが検出したセンサ情報を前記各無線装置が前記上り方向にそれぞれ送信するための複数の第２の上り方向通信スロットと、
から構成され、
前記各無線装置は、それぞれ、
前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットでは、常時、通信可能状態にあり、
一方で、前記複数の第２の上り方向通信スロットのうち、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態となる
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下り方向通信スロット及び第１の上り方向通信スロットでは、常時、各無線装置が通信可能状態になるため、基幹装置からの要求に対して確実に応答することが可能となる。また、前記各無線装置は、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで当該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態になり、一方で、それら以外の時間帯では通信待機状態になる。
【００１３】
これにより、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生するようなシステムや、無線装置間の中継経路が動的に変化するシステムであっても、最小限の通信可能状態を維持しつつ、前記基幹装置から下り方向へのパケット（前記要求）の送信や、上り方向へのパケット（前記応答、前記センサ情報）の送信又は中継を行うことが可能となる。この結果、パケットの衝突や前記各無線装置での消費電力の増大を回避できると共に、前記基幹装置から前記各無線装置のセンサに対する観測条件の変更の要求と、該要求に対する応答とを確実に送受信することが可能となる。
【００１４】
特に、センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、下り方向通信スロットにて当該センサノードに起床タイミングを報知し、それに対する前記センサノードからの応答を第１の上り方向通信スロットでゲートノードに送信すればよい。これにより、起床タイミングの報知を別途に送信する必要がないので、中継経路が動的に変化しても下り方向及び上り方向の送信や中継を効率よく行うことが可能となる。
【００１５】
また、前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットは、前記第２の上り方向通信スロットのように前記各無線装置に割り当てられた固有のスロットではなく、どの無線装置でもパケットの送受信が可能なスロットであるため、前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットの存在によって前記第２の上り方向通信スロットの個数が必要以上に減少することを抑制することができる。
【００１６】
さらに、フレームが前記下り方向通信スロット、前記第１の上り方向通信スロット及び前記第２の上り方向通信スロットから構成されているので、前記基幹装置は、特定の無線装置に対して前記要求を送信しつつ、その一方で、前記各無線装置から定時観測によるセンサ情報を収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る無線ネットワークシステムの概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る無線ネットワークシステムを構成するクラスタの概略構成図である。
【図３】図１及び図２の無線装置のブロック図である。
【図４】スーパーフレームの基本構成を示す説明図である。
【図５】データフレームの構成を示す説明図である。
【図６】基幹装置と各無線装置との間のパケットの送受信を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る無線ネットワークシステムの好適な実施形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０は、図１に示すように、基本的には、基幹装置１２を根元として、複数の無線装置（図１では、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのみ図示）によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムである。この場合、基幹装置１２は、無線１４を介して第１無線装置１６ａ及び第３無線装置１６ｃと接続され、第１無線装置１６ａは、無線１８を介して第２無線装置１６ｂと接続されている。なお、参照符号の１３は、基幹装置１２のアンテナであり、参照符号の１５ａ〜１５ｃは、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃのアンテナである。さらに、第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃは、センサ４２ａ〜４２ｃをそれぞれ有する。
【００２０】
また、図２に示すように、無線ネットワークシステム１０は、実際には、１つの基幹装置１２及び複数の無線装置１６を備え、これらが所定の間隔ｄで配置されたクラスタ２４を複数備えており、１つのクラスタ２４では、基幹装置１２を根元に、無線１４、１８を介して、各無線装置１６がツリー状に形成されている。これにより、基幹装置１２から無線１４、１８を介して各無線装置１６の方向（下り方向）にパケットを送信し、一方で、各無線装置１６から無線１８、１４を介して基幹装置１２の方向（上り方向）にパケットを送信することで、電波が直接届かない無線端末間での通信が可能となる。
【００２１】
なお、図２において、１つのクラスタ２４は、１６個の無線端末（１つの基幹装置１２及び１５個の無線装置１６）から構成されているが、１つのクラスタ２４に収容される無線端末の個数は、図２に示す個数に限定されないことは勿論である。また、各無線装置１６（第１〜第３無線装置１６ａ〜１６ｃ）は、図３に示すように、受信部２８、解析部３０、タイミング割当部３２、記憶部３４、タイミング設定部３６、送信制御部３８、送信部４０、及び、センサ４２（４２ａ〜４２ｃ）をそれぞれ有する。この場合、各無線装置１６は、センサ４２が検出したセンサ情報を、該センサ情報を検出した時刻（絶対時刻）と共に基幹装置１２に向けて送信するセンサノードとして機能し、基幹装置１２は、各センサノードからのセンサ情報及び絶対時刻を収集するゲートノードとして機能する。従って、無線ネットワークシステム１０は、各センサノードから収集したセンサ情報及び絶対時刻に基づき、各センサノードの設置場所の状況（例えば、地滑り、地震）を観測するセンサネットワークシステムに適用される。
【００２２】
上述した無線ネットワークシステム１０の基本構成及び機能や、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間での無線によるパケットの送受信に関わる基本的な動作については、例えば、特開２００８−２２８１７６号公報に開示されているので、これらの詳細については、説明を省略する。
【００２３】
本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、基幹装置１２及び各無線装置１６間でのパケットの送受信、及び、各無線装置１６間でのパケットの送受信は、該パケットをフレーム中の所定のスロットで送信（中継）することにより行われる。
【００２４】
図４は、パケットを送受信するスーパーフレーム５０の基本構成を示す説明図であり、図５は、スーパーフレーム５０中のデータフレーム５６の構成を示す説明図である。
【００２５】
スーパーフレーム５０は、図４に示すように、所定時間間隔で繰り返されるフレームであり、１つのスーパーフレーム５０は、Ｌ個のフレーム５２から構成される。この場合、１つのスーパーフレーム５０中の最初のフレーム５２は、基幹装置１２と無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間で、各無線装置１６を制御するパケットを送受信するための制御フレーム５４として割り当てられる。一方、制御フレーム５４以降の２番目からＬ番目までの（Ｌ−１）個のフレーム５２は、基幹装置１２と各無線装置１６との間、及び、各無線装置１６間でデータ（例えば、センサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻）を送受信するためのデータフレーム５６として割り当てられる。
【００２６】
データフレーム５６は、図５に示すように、基幹装置１２から各無線装置１６の方向（下り方向）へのパケットの通信に用いられるタイムスロット（下り方向通信スロット）５８と、各無線装置１６から基幹装置１２の方向（上り方向）へのパケットの通信に用いられるタイムスロット（第１の上り方向通信スロット）６０及びタイムスロット（第２の上り方向通信スロット）６２とから構成されている。
【００２７】
タイムスロット５８、６０、６２により時分割されたデータフレーム５６中、最初のｎ個のタイムスロット（１番目〜ｎ番目のスロット）は、タイムスロット５８、６０に交互に割り当てられ、ｎ個のタイムスロット以降の複数のタイムスロット（（ｎ＋１）番目〜ｍ番目のスロット）は、タイムスロット６２として割り当てられている。
【００２８】
この場合、各タイムスロット５８は、基幹装置１２から各無線装置１６のうち少なくとも１つの無線装置１６に対して、該無線装置１６が備えるセンサ４２の観測条件を変更するための要求情報（例えば、手動観測要求や観測動作条件の設定変更）を下り方向に常時送信可能なスロットである。また、各タイムスロット６０は、前記要求情報を受信した少なくとも１つの無線装置１６から基幹装置１２に対して、前記要求情報に基づいてセンサ４２の観測条件を変更した旨の応答情報を上り方向に常時送信可能なスロットである。従って、各タイムスロット５８、６０は、常時、各無線装置１６が通信可能であると共に、共通に使用することができるスロットである。
【００２９】
一方、複数のタイムスロット６２は、各無線装置１６にそれぞれ割り当てられ、各無線装置１６は、自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を自己に割り当てられたタイムスロット６２で上り方向にそれぞれ送信する。また、各無線装置１６は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継することも可能である。従って、各無線装置１６は、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態（起床状態）となり、一方で、それ以外のタイムスロット６２では通信待機状態（スリープ状態）となる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０の動作及び効果について、図６を参照しながら説明する。
【００３１】
図６は、基幹装置１２（図１及び図２参照）と各無線装置１６（ＳＮ１〜ＳＮ６）との間のパケットの送受信を説明するためのシーケンス図である。
【００３２】
ここでは、基幹装置１２をＧＢ、第１無線装置１６ａをＳＮ１、第２無線装置１６ｂをＳＮ２、第２無線装置１６ｂから無線１８を介して下り方向に順次接続される無線装置１６をＳＮ３〜ＳＮ６として説明する。また、データフレーム５６における（ｍ−５）番目〜ｍ番目の６個のスロット（タイムスロット６２）は、ＳＮ１〜ＳＮ６から上り方向にセンサ情報及び絶対時刻を送信するためのスロットとしてそれぞれ割り当てられているものとして説明する。従って、これらのタイムスロット６２は、ホップ数（基幹装置１２からの中継回数）に応じてＳＮ１〜ＳＮ６に割り当てられたスロットである。
【００３３】
ＧＢ（基幹装置１２）、ＳＮ１（第１無線装置１６ａ）、ＳＮ２（第２無線装置１６ｂ）及びＳＮ３〜ＳＮ６間で通信が確立された状態で、先ず、基幹装置１２は、データフレーム５６中の最初のタイムスロット５８（データフレーム５６中の１番目のスロット）でセンサ４２ａの観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３４】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８（図３参照）がアンテナ１５ａを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶すると共に、前記要求情報に基づいてセンサ４２ａの観測条件を変更させる。解析部３０は、センサ４２ａが観測条件を変更したことを確認したときに、前記要求情報に対する応答情報を生成して、タイミング割当部３２に通知する。タイミング割当部３２は、前記要求情報を受信したタイムスロット５８の次のタイムスロット６０（２番目のスロット）を前記応答情報の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記応答情報を基幹装置１２に送信する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、第１無線装置１６ａのセンサ４２ａが前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００３５】
次に、基幹装置１２は、（ｎ−３）番目のタイムスロット５８（（ｎ−３）番目のスロット）で第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂの観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３６】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット５８を第２無線装置１６ｂに前記要求情報を中継するスロットとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット５８にてアンテナ１５ａから無線１８を介して前記要求情報を第２無線装置１６ｂに中継する。
【００３７】
第２無線装置１６ｂでは、受信部２８がアンテナ１５ｂを介して前記要求情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記要求情報を記憶すると共に、前記要求情報に基づいてセンサ４２ｂの観測条件を変更させる。解析部３０は、センサ４２ｂが観測条件を変更したことを確認したときに、前記要求情報に対する応答情報を生成して、タイミング割当部３２に通知する。タイミング割当部３２は、前記要求情報を受信したタイムスロット５８の次のタイムスロット６０（（ｎ−２）番目のスロット）を前記応答情報の送信タイミングとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ｂから無線１８を介して前記応答情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００３８】
第１無線装置１６ａは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記応答情報を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２を介して記憶部３４に前記応答情報を記憶し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット６０を基幹装置１２に前記応答情報を中継するスロットとして設定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６０にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記応答情報を基幹装置１２に中継する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂが前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００３９】
次に、基幹装置１２は、（ｎ−１）番目のタイムスロット５８（（ｎ−１）番目のスロット）で第２無線装置１６ｂの下り方向に接続された無線装置１６（ＳＮ３）のセンサ４２の観測条件を変更するための要求情報を第１無線装置１６ａに送信する。
【００４０】
この場合、第１無線装置１６ａでは、前述した第２無線装置１６ｂへの要求情報の中継処理と同様に、基幹装置１２からの要求情報を第２無線装置１６ｂに中継し、第２無線装置１６ｂでは、第１無線装置１６ａ内での前記中継処理と同様の中継処理を行って、基幹装置１２から第１無線装置１６ａを介して中継された前記要求情報を無線装置１６（ＳＮ３）に中継する。
【００４１】
該無線装置１６では、前述した第１無線装置１６ａ及び第２無線装置１６ｂにおける応答情報の生成処理及び送信処理と同様に、受信した前記要求情報に基づいてセンサ４２の観測条件を変更し、変更した観測条件に基づく応答情報を生成して、生成した前記応答情報をｎ番目のタイムスロット６０（ｎ番目のスロット）で第２無線装置１６ｂに送信する。第２無線装置１６ｂは、前述した第１無線装置１６ａでの応答情報の中継処理と同様に、該無線装置１６からの応答情報を第１無線装置１６ａに中継し、第１無線装置１６ａでは、無線装置１６から第２無線装置１６ｂを介して中継された前記応答情報を基幹装置１２に中継する。基幹装置１２は、前記応答情報の受信により、無線装置１６（ＳＮ３）のセンサ４２が前記要求情報に基づいて観測条件を変更したことを把握することができる。
【００４２】
以上のようにして各センサ４２ａ、４２ｂ、４２の観測条件がそれぞれ変更された後に、基幹装置１２は、（ｎ＋１）番目のタイムスロット６２（（ｎ＋１）番目のスロット）以降、各無線装置１６からのセンサ情報を収集することが可能となる。
【００４３】
すなわち、（ｍ−５）番目のタイムスロット６２（データフレーム５６中の（ｍ−５）番目のスロット）にて、第１無線装置１６ａのセンサ４２ａは、検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信制御部３８を介して送信部４０に出力し、タイミング割当部３２は、該タイムスロット６２にてセンサ情報及び絶対時刻を送信することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を基幹装置１２に送信する。これにより、基幹装置１２は、第１無線装置１６ａからセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４４】
また、（ｍ−４）番目のタイムスロット６２（（ｍ−４）番目のスロット）にて、第２無線装置１６ｂのセンサ４２ｂは、検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信制御部３８を介して送信部４０に出力し、一方で、タイミング割当部３２は、該タイムスロット６２にてセンサ情報及び絶対時刻を送信することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ｂから無線１８を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を第１無線装置１６ａに送信する。
【００４５】
第１無線装置１６ａでは、受信部２８がアンテナ１５ａを介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を受信すると、解析部３０は、タイミング割当部３２及び送信制御部３８を介して送信部４０に前記センサ情報及び前記絶対時刻を出力し、一方で、タイミング割当部３２は、今回のタイムスロット６２にて基幹装置１２に前記センサ情報及び前記絶対時刻を中継することを決定し、送信制御部３８及びタイミング設定部３６に通知する。送信部４０は、送信制御部３８からの制御に従って、タイミング設定部３６が指定したタイムスロット６２にてアンテナ１５ａから無線１４を介して前記センサ情報及び前記絶対時刻を基幹装置１２に中継する。これにより、基幹装置１２は、第２無線装置１６ｂから第１無線装置１６ａを介して中継されたセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４６】
同様にして、（ｍ−３）番目のタイムスロット６２（（ｍ−３）番目のスロット）では、ＳＮ３から第２無線装置１６ｂ（ＳＮ２）及び第１無線装置１６ａ（ＳＮ１）を介してＳＮ３のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、（ｍ−２）番目のタイムスロット６２（（ｍ−２）番目のスロット）では、ＳＮ４からＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ４のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、（ｍ−１）番目のタイムスロット６２（（ｍ−１）番目のスロット）では、ＳＮ５からＳＮ４、ＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ５のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集され、ｍ番目のタイムスロット６２（ｍ番目のスロット）では、ＳＮ６からＳＮ５、ＳＮ４、ＳＮ３、ＳＮ２及びＳＮ１を介してＳＮ６のセンサ４２のセンサ情報及び絶対時刻が基幹装置１２に収集される。これにより、基幹装置１２は、各タイムスロット６２にてＳＮ３〜ＳＮ６からのセンサ情報及び絶対時刻を収集することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態に係る無線ネットワークシステム１０において、基幹装置１２と無線装置１６との間で、あるいは、各無線装置１６間でパケットを送受信するためのデータフレーム５６は、各無線装置１６のうち少なくとも１つの無線装置１６のセンサ４２に対する要求情報を下り方向に送信可能なタイムスロット５８と、要求情報を受信した少なくとも１つの無線装置１６が、要求情報に対する応答情報を上り方向に送信可能なタイムスロット６０と、各無線装置１６に割り当てられ、各無線装置１６がセンサ情報及び絶対時刻を上り方向にそれぞれ送信するための複数のタイムスロット６２とから構成されている。この場合、各無線装置１６は、それぞれ、タイムスロット５８、６０では、常時、通信可能状態にあり、一方で、複数のタイムスロット６２のうち、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を中継するときにのみ通信可能状態となる。
【００４８】
このように、タイムスロット５８、６０では、常時、各無線装置１６が通信可能状態になるため、基幹装置１２からの要求情報に対して確実に応答情報を基幹装置１２に送信することが可能となる。また、各無線装置１６は、自己に割り当てられたタイムスロット６２で自己のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を送信するとき、又は、他の無線装置１６に割り当てられたタイムスロット６２で当該他の無線装置１６のセンサ４２が検出したセンサ情報及び絶対時刻を中継するときにのみ通信可能状態になり、一方で、それら以外の時間帯（タイムスロット６２）では通信待機状態になる。
【００４９】
そのため、高精度の時刻同期を必要とせず、多少の時刻同期のずれが発生するようなシステムや、無線装置１６間の中継経路が動的に変化するシステムであっても、最小限の通信可能状態を維持しつつ、基幹装置１２から下り方向への要求情報の受信や、上り方向への応答情報やセンサ情報及び絶対時刻の送信又は中継を行うことが可能となる。この結果、パケットの衝突や各無線装置１６での消費電力の増大を回避できると共に、基幹装置１２から各無線装置１６のセンサ４２に対する観測条件の変更を示す要求情報と、該要求情報に対する応答情報とを確実に送受信することが可能となる。
【００５０】
特に、センサネットワークシステム内で、センサノードが動的に変化して、１つのセンサノードとゲートノードとの間の中継経路が変化することにより、これまで通信待機状態であったセンサノードを前記中継経路を構成するセンサノードとして機能させる場合には、タイムスロット５８にて当該センサノードに起床タイミングを報知し、それに対する前記センサノードからの応答をタイムスロット６０でゲートノードに送信すればよい。これにより、起床タイミングの報知を別途に送信する必要がないので、中継経路が動的に変化しても下り方向及び上り方向の送信や中継を効率よく行うことが可能となる。
【００５１】
また、タイムスロット５８、６０は、タイムスロット６２のように各無線装置１６に割り当てられた固有のスロットではなく、どの無線装置１６でもパケットの送受信が可能なスロットであるため、タイムスロット５８、６０の存在によってデータフレーム５６中のタイムスロット６２の個数が必要以上に減少することを抑制することができる。
【００５２】
さらに、データフレーム５６がタイムスロット５８、６０、６２から構成されているので、基幹装置１２は、特定の無線装置１６に対して要求情報を送信しつつ、各無線装置１６から定時観測によるセンサ情報を収集することができる。
【００５３】
上記の説明では、基幹装置１２、第１無線装置１６ａ及び第２無線装置１６ｂ間での処理について説明したが、基幹装置１２及び第３無線装置１６ｃ間、基幹装置１２及び他の無線装置１６間、第１無線装置１６ａ及び他の無線装置１６間、第３無線装置１６ｃ及び他の無線装置１６間でも同様の処理を行うことが可能である。
【００５４】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…無線ネットワークシステム １２…基幹装置
１４、１８…無線 １６、１６ａ〜１６ｃ…無線装置
２４…クラスタ ４２、４２ａ〜４２ｃ…センサ
５０…スーパーフレーム ５６…データフレーム
５８、６０、６２…タイムスロット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線装置は、センサをそれぞれ備え、
前記基幹装置と前記無線装置との間で、あるいは、前記各無線装置間でパケットを送受信するフレームは、
前記各無線装置のうち少なくとも１つの無線装置のセンサに対する要求を、前記基幹装置から前記各無線装置への下り方向に送信可能な下り方向通信スロットと、
前記要求を受信した前記少なくとも１つの無線装置が、前記要求に対する応答を前記各無線装置から前記基幹装置への上り方向に送信可能な第１の上り方向通信スロットと、
前記各無線装置に割り当てられ、自己のセンサが検出したセンサ情報を前記各無線装置が前記上り方向にそれぞれ送信するための複数の第２の上り方向通信スロットと、
から構成され、
前記各無線装置は、それぞれ、
前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットでは、常時、通信可能状態にあり、
一方で、前記複数の第２の上り方向通信スロットのうち、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態となる
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。
【請求項１】
基幹装置を根元として複数の無線装置によりツリー状に形成されたマルチホップ無線ネットワーク方式の無線ネットワークシステムにおいて、
前記各無線装置は、センサをそれぞれ備え、
前記基幹装置と前記無線装置との間で、あるいは、前記各無線装置間でパケットを送受信するフレームは、
前記各無線装置のうち少なくとも１つの無線装置のセンサに対する要求を、前記基幹装置から前記各無線装置への下り方向に送信可能な下り方向通信スロットと、
前記要求を受信した前記少なくとも１つの無線装置が、前記要求に対する応答を前記各無線装置から前記基幹装置への上り方向に送信可能な第１の上り方向通信スロットと、
前記各無線装置に割り当てられ、自己のセンサが検出したセンサ情報を前記各無線装置が前記上り方向にそれぞれ送信するための複数の第２の上り方向通信スロットと、
から構成され、
前記各無線装置は、それぞれ、
前記下り方向通信スロット及び前記第１の上り方向通信スロットでは、常時、通信可能状態にあり、
一方で、前記複数の第２の上り方向通信スロットのうち、自己に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで自己のセンサが検出したセンサ情報を送信するとき、又は、他の無線装置に割り当てられた第２の上り方向通信スロットで該他の無線装置のセンサが検出したセンサ情報を中継するときにのみ通信可能状態となる
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２３３０７３（Ｐ２０１０−２３３０７３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９９７１（Ｐ２００９−７９９７１）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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