CN104429122B - 无线通信装置、无线通信系统、计算机可读取的记录介质以及无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本实施方式的无线通信装置是与其它装置构筑多跳无线网络并以一定的周期进行无线通信的装置(10，10A)，具备：无线部，经由天线进行无线信号的发送接收；存储部，存储表示许可所述无线信号的发送接收的时间段的时间分配信息；通信控制部，依照所述时间分配信息控制所述无线信号的发送接收；以及时间分配补记部，在与所述其它装置之间共享所述时间分配信息，对所述时间分配信息的空闲时间段分配该无线通信装置的所述发送接收任务并进行补记。

Description

无线通信装置、无线通信系统、计算机可读取的记录介质以及 无线通信方法

技术领域

本发明的实施方式涉及构筑多跳无线网络来进行无线通信的无线通信装置、无线通信系统、计算机可读取的记录介质以及无线通信方法。

背景技术

已知无线通信装置彼此不仅直接通信，而且经由其它无线通信装置来与更广范围的无线通信装置进行通信的多跳无线网络。在该多跳无线网络中，在各个无线通信装置以独自的定时(timing)进行无线发送的情况下，在发送时间偶然一致时引起通信的冲突，不能正常地进行发送接收，需要重发。作为防止该通信的冲突的技术，已知时间分配同步通信方式。

在该时间分配同步通信方式中，通过参加通信的无线通信装置彼此只在事先约定的时间段进行发送或者接收，由此能够避免同一网络内的无线通信装置彼此的通信冲突，能够抑制与通信冲突时的重发相伴的突发性的通信所需时间的延长。由于该特征，在对数据的最大更新周期有限制的控制系统用无线网络等领域中，进展着时间分配同步通信方式的应用。

作为时间分配同步通信方式的一例，有专利文献1。在专利文献1中，公开如下技术：通过使发送接收定时与固定长度的分配时间段相匹配地进行通信，由此能够进行在无线通信装置间没有冲突的同步通信，并且通过使发送接收部仅启动所需的时间段，从而能够降低功耗量。

专利文献1：日本特开2011-176888号公报

发明内容

但是，当在时间分配同步通信方式的网络整体中能够使用的无线信道(无线通信带宽)被限定为一个带宽的情况下，需要在一个多跳无线网络整体中共享一个时间分配。在该条件下，在多跳无线网络的时间分配循环一周的所需时间(称为1周期时间)中，成立“1周期时间＝网络的总发送接收任务数×分配用单位时间”的关系。由于网络上的通信数据每隔1周期时间被更新，所以成为数据更新周期＝1周期时间。

在此，在无线通信装置分散在广大区域的网络中，存在即使位于相互远方的无线通信装置同时进行发送也不可能引起通信冲突这样的结构。但是在上述那样的以往的时间分配同步通信方式中，即使在不可能引起相互通信冲突的结构下，各装置也不在同一时间进行发送，所以存在1周期时间与装置台数成比例地变长这样的问题。

本实施方式的目的在于提供一种无线通信装置、无线通信系统、计算机可读取的记录介质以及无线通信方法，能够自律地制作避免了网络内的通信冲突的发送接收时间表(schedule)，在无线通信装置分散于广大区域的结构中能够缩短通信周期。

本实施方式的无线通信装置，是与其它装置构筑多跳无线网络并以一定周期进行无线通信的装置，该无线通信装置具备：无线部，经由天线进行无线信号的发送接收；存储部，将表示许可所述无线信号的发送接收的时间段的时间分配信息进行存储；通信控制部，按照所述时间分配信息对所述无线信号的发送接收进行控制；以及时间分配补记部，在与所述其它装置之间共享所述时间分配信息，对所述时间分配信息的空闲时间段分配该无线通信装置的所述发送接收任务并进行补记。

附图说明

图1是示出第1实施方式的无线通信系统的结构例的图。

图2是第1实施方式的无线通信装置的功能框图。

图3是第1实施方式的无线通信装置(主调停装置)的功能框图。

图4A是示出本无线通信系统与外部系统的连接例的图。

图4B是示出外部系统的网络结构例的图。

图5是示出时间分配信息的一例的图。

图6是示出已分配到无线通信装置A为止的时间分配信息的图。

图7是示出加上了无线通信装置A的影响下装置的信息的时间分配信息的图。

图8是示出已分配到无线通信装置C为止的时间分配信息的图。

图9是示出加上了无线通信装置C的影响下装置的信息的时间分配信息的图。

图10是示出已分配到无线通信装置D为止的时间分配信息的图。

图11是示出第2实施方式的无线通信装置(主调停装置)的功能结构的框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本实施方式的无线通信装置、无线通信系统以及无线通信方法。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的无线通信系统的结构例的图。该无线通信系统被构成为包含多个无线通信装置A～J的多跳型的无线网络(多跳无线网络)。如图1所示，各无线通信装置通过存在于相互的电波到达范围内的无线通信装置彼此，自律地构筑无线通信路径。在此，设为构成该无线通信系统的无线通信装置B～J由后述的无线通信装置10构成，无线通信装置A作为由后述的无线通信装置10A构成的主调停装置工作。此外，图1在网络构造上示出了以无线通信装置A为中心的树型拓扑，但除了树型以外也可以构成各无线通信装置A～J通过多个通信路径相互连接的网状(mesh)型拓扑。

图2是无线通信装置10的功能框图。无线通信装置10具有无线部11、控制部12、时间分配存储部13、计时部14以及天线部15。关于自律地构筑多跳无线网络的无线网络构筑功能，既可以设为包含于控制部12的构成，也可以设为在无线通信装置10内的其它部位具备的构成。

无线部11经由天线部15，在存在与本装置的电波到达范围内的其它无线通信装置之间进行无线信号的发送接收。时间分配存储部13存储表示无线信号的发送接收任务的执行定时的时间分配信息。时间分配信息在属于该系统的无线通信装置之间共享。即，多跳无线网络内的全部无线通信装置持有共同的时间分配信息。计时部14生成在无线信号的发送接收任务的执行定时的控制中使用的基准时间。

控制部12包括通信控制部121、影响范围确认部122以及时间分配补记部123。通信控制部121对在上述时间分配信息中登记的全部发送接收任务的实施所需的1周期时间进行管理。影响范围确认部122为了确认存在于本装置的电波到达范围的其它无线通信装置的存在，在无线通信装置之间进行通信，获取影响装置的信息。另外，关于由各无线通信装置得到的影响装置的信息，通过基于无线网络构筑功能的无线通信装置间通信，在实施时间调停之前由全部无线通信装置共享。时间分配补记部123基于由全部无线通信装置共享的上述影响装置的信息，向时间分配信息补记分配发送接收任务的时间段。

图3是作为主调停装置工作的无线通信装置10A的功能框图。无线通信装置10A与无线通信装置10的结构同样地具有无线部11、控制部12、时间分配存储部13、计时部14以及天线部15，进而具有主调停装置设定部16和外部网络部17。

主调停装置设定部16安装为包含物理开关、与本装置外的通信单元的功能，被设定为主调停装置的无线通信装置10A作为本系统的时间调停过程的主调停装置工作。另外，关于作为时间调停过程的主调停装置工作的无线通信装置10A，也可以通过无线通信装置彼此的通信，按照例如设定为装置编号最新的无线通信装置等的一定的规则，不伴随主调停装置设定部16等的人为操作而自律地设定。

外部网络部17是与本系统外的连接接口。无线通信装置10A具有该外部网络部17，从而作为系统内与系统外的数据发送接收的网关发挥作用。

图4A示出本系统与系统外的关系。作为系统外的要素，有外部网络30和经由外部网络30连接于本系统的外部系统40。外部网络30经由作为主调停装置工作的无线通信装置10A连接于本系统。

图4B示出了外部系统40与本系统的网络结构例。如图4B所示，外部系统40可以包括1个以上的控制装置。这样的多跳无线网络例如能够用于社会基础设施领域的控制系统用途。对于各无线通信装置A～J，例如连接有传感器、电动机等输入输出装置。例如，外部系统40的各控制装置能够经由外部网络30从无线通信装置A～J收集传感器信息，基于该传感器信息，将用于控制电动机等的控制信号经由外部网络30发送给无线通信装置A～J。

接下来，说明这样构成的无线通信系统的时间调停过程。无线通信装置10、10A按照在无线通信装置之间共享的时间分配信息上填入各无线通信装置的发送接收任务的时间调停过程，进行没有通信冲突的无线通信。

图5示出时间分配信息的一例。时间分配信息50示出属于本系统的无线通信装置10、10A共享的、发送接收任务的执行定时。各个发送接收任务分别在时间分配信息50中的时间段51中实施。被分配到各自的时间段51的发送接收任务不对相互的无线通信带来影响。

另外，各无线通信装置10、10A在实施时间调停之前，通过基于无线网络构筑功能的无线通信装置间通信来掌握由无线网络构筑功能构筑的无线通信路径。特别是，作为主调停装置工作的无线通信装置10A掌握无线网络中的全部无线路径。例如，在图1中，无线通信装置A掌握能够分别与无线通信装置B、C以及D进行无线通信的情况，另外掌握在无线通信装置D的前方连接有无线通信装置E、F以及I的情况。

在时间调停过程中，首先，作为主调停装置工作的无线通信装置10A实施针对时间分配信息50的时间段51的分配。无线通信装置A的时间分配补记部123将本装置需要分配时间段的、与具有与本装置的无线通信路径的无线通信装置B、C以及D的发送接收任务分配到时间分配信息中的未分配的时间段中。

图6示出在未分配的时间段中分配完了作为无线通信装置A需要分配的发送接收任务的、无线通信装置A与无线通信装置B、C、D之间的发送接收任务的状态。在此，无线通信装置A在时间分配信息50中，除了发送接收任务以外，还可以对各发送接收任务加上受到影响的无线通信装置10(以下，称为影响下装置)的信息。

图7示出加上影响下装置的信息的情况下的时间分配信息的一例。在图7的时间分配信息50中，对于分配到各时间段51中的发送接收任务，追加有影响下装置的信息52。例如，对于从左端第2个发送接收任务A→C，记载有在图1中处于发送侧装置A以及接收侧装置C的电波到达范围内的无线通信装置的信息。例如，在从无线通信装置A发送时受到无线发送的影响(在以相同的定时发送的情况下成为通信冲突、或者在以相同的定时接收的情况下会接收来自无线通信装置A的电波)的无线通信装置B、C、D及E、以及在无线通信装置C接收时有可能对无线接收带来影响(在以相同的定时发送的情况下成为通信冲突、或者在以相同的定时接收的情况下会接收来自无线通信装置C的电波)的无线通信装置A、H及G的全部，作为影响下装置的信息52被登记在时间分配信息中。

说明登记影响下装置的信息52的过程。各无线通信装置10的控制部12的影响范围确认部122为了确认存在于图1中的电波到达范围内的其它无线通信装置10，在无线通信装置10之间进行通信。接收到从发送侧的无线通信装置10的影响范围确认部122发送的所在通知信号的其它无线通信装置10通过本装置的影响范围确认部122登记发送源装置的信息(影响装置的信息)。另外，关于各无线通信装置10中具备的影响装置的信息，通过基于无线网络构筑功能的无线通信装置间通信而在实施时间调停之前在全部无线通信装置中共享。无线通信装置A的时间分配补记部123能够基于在全部无线通信装置中共享的上述影响装置的信息，追加上述的发送时以及接收时的影响下装置的信息52。

接下来，作为主调停装置工作的无线通信装置10A在结束发送接收任务的分配时，对于具有与本装置的无线通信路径的无线通信装置，传达时间分配信息。然后，被传达的各无线通信装置对于时间分配信息，进行本装置需要分配的发送接收任务的追加分配。然后，分配之后，将已分配的时间分配信息返回给无线通信装置10A。

在图1的例子中，无线通信装置A结束对时间分配信息分配发送接收任务时，对无线通信装置B传达时间分配信息。在此，无线通信装置B的时间分配补记部123掌握需要分配的发送接收任务A→B、B→A已经登记完毕的情况，将时间分配信息存储到时间分配存储部13，并且将时间分配信息返回给A。

接下来，无线通信装置A对无线通信装置C传达时间分配信息。如图8所示，无线通信装置C的时间分配补记部123掌握发送接收任务A→C、C→A已经登记在时间分配信息中的情况，将尚未登记的发送接收任务C→H、H→C、C→G、G→C分别补记到时间分配信息的空闲时间段中。另外，图9示出加上了无线通信装置C的影响下装置的信息的时间分配信息。然后，无线通信装置C将时间分配信息保存到时间分配存储部13中，并且将补记的时间分配信息返回给无线通信装置A。

这样，作为主调停装置工作的无线通信装置10A对具有与本装置的无线通信路径的无线通信装置，按照与本装置的连接顺序将时间分配信息传达给各无线通信装置，在各无线通信装置中向时间分配信息分配发送接收任务。在图1的例子中，当最后由无线通信装置G完成时间分配信息的补记时，网络末端的无线通信装置E、F、H、I、J的发送接收任务全部已被分配，完成系统整体的时间分配信息。在完成时间分配信息之后，属于系统的无线通信装置10当在时间分配信息中记载的时间段中登记有与自身关联的发送接收任务时，进行关联的发送接收处理。由以上的结构，实现在系统内没有冲突的无线通信。

在此，无线通信装置10的时间分配补记部123在对时间分配信息分配发送接收任务时，能够对已经完成发送接收分配的同一时间段重叠地分配不与影响下装置的信息52相关的发送接收任务。关于该情况的分配过程，使用图9进行说明。

图9示出结束了到无线通信装置C为止的分配的时间分配信息。在此，对无线通信装置D传达时间分配信息。无线通信装置D掌握在时间分配信息中已经登记有发送接收任务A→D以及D→A的情况，将尚未登记的发送接收任务D→E、E→D、D→F、F→D、D→I以及I→D分别登记到时间分配信息中。在此，无线通信装置D的时间分配补记部123从时间分配信息检索发送接收任务D→E(发送侧装置D、接收侧装置E)未被记载在影响下装置的信息52中的时间段51。结果，检测出C→H、H→C、C→G以及G→C这4个时间段在影响下装置的信息52中没有被登记无线通信装置D以及E的任意一个。这表示即使在该时间段同时实施任务D→E也不会相互影响相互的无线通信。同样，在图1中也表现为无线通信装置D与无线通信装置E的无线传播范围完全不与无线通信装置C、H以及G重叠。

因此，无线通信装置D能够对4个时间段C→H、H→C、C→G以及G→C中的某一处重叠分配发送接收任务D→E。在重叠分配的情况下，时间分配补记部123将影响下装置的信息52根据重叠分配的结果进行修正。图10示出完成了到无线通信装置D为止的分配的时间分配信息。在图10中可知，相对于图9，在4个时间C→H、H→C、C→G以及G→C中重叠配置发送接收任务，并追加有该时间段的影响下装置的信息52。

如以上所述，根据第1实施方式，在定周期无线通信系统中的、自律地制作时间分配的过程中，通过无线通信装置彼此掌握处于相互不冲突的关系的发送接收，从而能够制作避免了通信冲突的发送接收时间表。进而，在无线通信装置中具备影响范围确认部，在时间分配信息中包含通信影响下装置的信息，从而能够制作将多个发送接收任务重叠到同一时间段中的发送接收时间表。由此，与不重叠的情况相比，能够缩短全部发送接收任务的实施所需的1周期时间。因此，能够自律地制作避免了网络内的通信冲突的发送接收时间表，在无线通信装置分散于广大区域的结构中，能够实现能够缩短通信周期的无线通信系统。

(第2实施方式)

图11所示的第2实施方式的无线通信装置(主调停装置)10A除了图3的结构以外具备最大更新周期输入部124。最大更新周期输入部124作为包括与本装置外的通信单元的功能，是从本装置外输入最大更新周期的功能，该最大更新周期成为在时间分配信息中登记的全部发送接收任务的实施所需的1周期时间的限制条件。

在以上的结构中，作为主调停装置的无线通信装置10A的通信控制部121将在时间分配信息中登记的全部发送接收任务的实施所需的1周期时间与最大更新周期进行比较，判定根据分配的结果生成的时间分配信息的1周期时间是否超过所设定的最大更新周期。

另外，如在第1实施方式中叙述那样，作为主调停装置的无线通信装置10A通过无线网络构筑功能掌握全部无线通信路径。当在时间分配制作时不向同一时间段重叠的情况下，在1周期时间中成立“1周期时间＝网络的总发送接收任务数×分配用单位时间”的关系，所以作为主调停装置工作的无线通信装置10A能够在制作时间分配信息之前判定不进行重叠分配的情况下的1周期时间(时间分配信息的总所需时间)是否超过所设定的最大更新周期。

在第2实施方式中，能够设为如下结构：在对各无线通信装置10中的时间分配信息分配发送接收任务时，预想到没有重叠的1周期时间超过最大更新周期的情况下，进行发送接收任务的重叠分配，在不超过的情况下不进行重叠分配。关于是否实施重叠分配的判断，既可以在从作为主调停装置工作的无线通信装置10A接收时间分配信息时，作为由无线通信装置10A进行的判断的结果接收重叠分配实施指令，也可以根据各无线通信装置掌握的无线通信路径以及时间分配信息来判断可否实施重叠分配。

如以上所述，根据第2实施方式，即使在系统中存在最大更新周期的限制的情况下，也通过直到全部发送接收任务的实施所需的1周期时间低于最大更新周期为止，在时间分配信息的同一时间分配中分配多个发送接收任务，即，例如，重叠分配不与时间分配信息的该时间段的影响下装置相当的装置间的发送接收任务，从而能够进行低于最大更新周期并且没有冲突的通信。由此，在存在最大更新周期的限制的多跳无线网络中，能够提供不减少向多跳无线网络的参加装置数量就能自动制作满足限制的时间分配并进行通信的定周期无线通信系统。

此外，说明了若干实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限制发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，并且包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围中。

Claims (9)

1.一种无线通信装置，是与其它装置构筑多跳无线网络并以一定的周期进行无线通信的装置，该无线通信装置具备：

无线部，经由天线进行无线信号的发送接收；

存储部，将表示许可所述无线信号的发送接收的时间段的时间分配信息进行存储；

通信控制部，按照所述时间分配信息对所述无线信号的发送接收进行控制；以及

时间分配补记部，在与所述其它装置之间共享所述时间分配信息，对所述时间分配信息的空闲时间段分配该无线通信装置的所述发送接收任务并进行补记，

所述无线通信装置作为主调停装置工作，最先开始所述发送接收任务的分配，按照电波到达范围内的相邻装置的顺序进行所述发送接收任务的分配。

2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置还具备影响范围确认部，该影响范围确认部获取用于确认在电波到达范围中存在的其它装置的存在的影响装置的信息，

所述时间分配补记部基于所述影响装置的信息，针对一个时间段分配多个所述发送接收任务。

3.根据权利要求1或2所述的无线通信装置，其特征在于，

所述时间分配信息针对分配所述发送接收任务的每个时间段还包含所述发送接收任务的影响下装置的信息，

所述时间分配补记部基于所述影响下装置的信息，以不引起通信冲突的方式进行所述发送接收任务的分配。

4.根据权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于，

所述时间分配补记部针对已分配所述发送接收任务的时间段，重叠分配不与所述时间分配信息的该时间段的所述影响下装置相当的装置之间的发送接收任务。

5.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置还具备输入所述时间分配信息应满足的最大更新周期的最大更新周期输入部，

所述通信控制部判定所述时间分配信息的总所需时间是否超过所述最大更新周期。

6.根据权利要求5所述的无线通信装置，其特征在于，

所述通信控制部在所述时间分配信息的总所需时间超过所述最大更新周期的情况下，直到所述时间分配信息的总所需时间低于所述最大更新周期为止，对于已分配所述发送接收任务的时间段，重叠分配不与所述时间分配信息的该时间段的影响下装置相当的装置之间的发送接收任务。

7.一种无线通信系统，具备多个权利要求1至6中的任一项所述的无线通信装置。

8.一种计算机可读取的记录介质，执行权利要求1至6中的任一项所述的无线通信装置的各部的处理。

9.一种无线通信方法，是在与其它装置构筑多跳无线网络并以一定的周期进行无线通信的装置中使用的方法，包括：

经由天线进行无线信号的发送接收；

存储表示许可所述无线信号的发送接收的时间段的时间分配信息；

依照所述时间分配信息控制所述无线信号的发送接收；

在多个所述无线通信装置间共享所述时间分配信息，对所述时间分配信息的空闲时间段分配该无线通信装置的所述发送接收任务并进行补记；

主调停装置最先开始所述发送接收任务的分配，按照电波到达范围内的相邻装置的顺序进行所述发送接收任务的分配。