CN105939185A - 无线通信装置以及系统 - Google Patents

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CN105939185A CN201510648372.XA CN201510648372A CN105939185A CN 105939185 A CN105939185 A CN 105939185A CN 201510648372 A CN201510648372 A CN 201510648372A CN 105939185 A CN105939185 A CN 105939185A
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Abstract

本发明提供一种低功耗的无线通信装置以及系统。一个实施方式涉及的无线通信装置具备收发部和定时决定部。收发部收发信息，并向第1方向以及第2方向发送信息。定时决定部以使向第1方向的发送间隔比向第2方向的发送间隔长的方式决定收发部发送信息的定时。

Description

无线通信装置以及系统
技术领域
本发明的实施方式涉及无线通信装置以及系统。
背景技术
以往利用了将多个无线节点连接成网状的无线通信系统。作为该无线通信系统的通信方式，例如采用了时分通信方式。在时分通信方式中，能够容易地控制使各无线节点休眠的定时(timing)，因此能够使无线通信系统节能。
然而，在以往的时分通信方式中，以同一频度进行了上行链路(Uplink)以及下行链路(Downlink)的发送。因此，在上行链路所要求的发送频度和下行链路所要求的发送频度不同的情况下，产生了多余发送了信息、功耗增大这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-239778号公报
专利文献2：日本特开2008-22558号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明提供一种低功耗的无线通信装置以及系统。
用于解决问题的手段
一个实施方式涉及的无线通信装置具备收发部和定时决定部。收发部收发信息，向第1方向以及第2方向发送信息。定时决定部以使向第1方向的发送间隔比向第2方向的发送间隔长的方式决定收发部发送信息的定时。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的无线通信系统的构成的一例的图。
图2是将图1以网络拓扑的形态来表示的图。
图3是说明时分通信方式的图。
图4是说明第1实施方式涉及的时隙的分配方法的图。
图5是说明第1实施方式涉及的时隙的分配方法的图。
图6是说明单向通信帧中的时隙的分配方法的图。
图7是说明双向通信帧中的时隙的分配方法的图。
图8是说明双向通信帧中的时隙的分配方法的图。
图9是说明双向通信帧中的时隙的分配方法的图。
图10是说明双向通信帧中的时隙的分配方法的图。
图11是说明发送间隔的设定方法的图。
图12是表示第1实施方式涉及的无线通信装置的功能构成的图。
图13是说明收发部的工作定时的图。
图14是表示无线通信部的硬件构成的框图。
图15是表示单向通信帧中的无线通信装置的工作的流程图。
图16是表示单向通信帧中的无线通信装置的工作的一例的图。
图17是表示双向通信帧中的无线通信装置的工作的流程图。
图18是表示双向通信帧中的无线通信装置的工作的一例的图。
图19是表示双向通信帧中的无线通信装置的工作的另一例的图。
图20是表示单向通信帧中的无线通信装置的工作的另一例的图。
图21是表示单向通信帧中的无线通信装置的工作的另一例的图。
图22是表示第2实施方式涉及的无线通信装置的工作状态的状态转换图。
图23是表示状态1下的无线通信装置的工作的图。
图24是表示状态2下的无线通信装置的工作的图。
图25是表示状态3下的无线通信装置的工作的图。
附图标记说明
1：无线通信装置，2：集中装置，11：收发天线，12：无线通信部，13：收发部，14：目的地判定部，15：中继信息存储部，16：发送信息生成部，17：发送目标节点决定部，18：定时决定部，19：帧判定部，20：发送时隙决定部，21：帧信息存储部，22：休眠控制部，100：计算机装置，101：CPU，102：输入装置，103：显示装置，104：通信装置，105：存储装置，106：总线
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先，参照图1～图21对第1实施方式涉及的无线通信系统进行说明。图1是表示本实施方式涉及的无线通信系统的构成的一例的图。如图1所示，该无线通信系统具备多个无线通信装置1和集中装置2。无线通信系统构成以无线通信装置1为无线节点并以集中装置2为根节点的无线网状网络，通过时分通信方式进行通信。
在该无线通信系统中，配置在预定范围内的无线通信装置1以及集中装置2能够互相进行无线通信。无线通信装置1例如搭载温度传感器、加速度传感器等任意的传感器，以无线方式发送由传感器测定出的信息。各无线通信装置1发送出的信息经由其他的无线通信装置或直接发送到集中装置2。集中装置2将从各无线通信装置发送的信息进行集中。集中装置例如是具备无线通信功能的服务器。
图2是将图1的无线通信系统示意性地以网络拓扑的形态来表示的图。在图2中，字母表示各无线节点(无线通信装置1)，根表示根节点(集中装置2)。在以下的说明中，将各无线通信装置称为无线节点X，将集中装置2称为根节点。X与图中的字母对应。
另外，将相对于某无线节点X而接近根节点(到根节点的跳数小)的一侧称为上游侧，将相对于某无线节点X而离根节点远(到根节点的跳数大)的一侧称为下游侧。进而，将在与无线节点X之间收发信息的上游侧的无线节点或根节点称为父节点，将下游侧的无线节点称为子节点。图2的箭头表示无线节点间的关系，箭头的起点成为子节点，箭头的尖端成为父节点。例如，在图2中，无线节点B的父节点为根节点，子节点为无线节点E、F、G。
另外，将无线节点X向父节点(子节点)发送从子节点(父节点)接收到的信息这一情况称为中继。对于中继，也包括在无线节点X接收到的信息中附加传感器信息等无线节点X的信息而发送这一情况。进而，将从下游侧向上游侧(向第1方向)发送信息称为上行链路的发送，将从上游侧向下游侧(向第2方向)发送信息称为下行链路的发送。
图3是说明时分通信方式的图。在时分通信方式中，预先设定了无线通信系统的一个周期的工作时间。将该工作时间称为帧(frame)。无线通信系统通过使该帧反复来进行工作。
各帧被时间分割成多个时隙(slot)。各时隙被分配给一个或多个无线节点。无线节点在被分配的时隙的期间发送信息。例如，在图3中，第1个时隙被分配给无线节点C，第3个时隙被分配给无线节点A，第5个时隙被分配给无线节点B。该情况下，无线节点C在各帧的第1个时隙的期间发送信息。此外，帧也可以包含未被分配给各无线节点的时隙。
在此，参照图4～图10对本实施方式涉及的无线通信系统中的时隙的分配方法进行说明。图4以及图5是说明本实施方式涉及的时隙的分配方法的图。在图4以及图5中，示出了无线网状网络的一例和为了上行链路的发送而分配给各无线节点的时隙。
在图4的无线网状网络中，在帧中时间越早的时隙，被分配给在信息的传送路径中越靠后的无线节点。具体而言，从无线节点V起的信息的传送路径为无线节点V、R、N、L、I、E、B、根节点，相对于此，时隙按根节点、无线节点B、E、I、L、N、R、V的顺序而分配。
在如此分配了时隙的情况下，从无线节点V发送出的信息被无线节点R中继之前的等待时间t1约为1帧。另外，对于以后的各无线节点而言也会产生同样的等待时间。因此，在图4的无线网状网络中，无线节点V发送出的信息被传送到根节点之前的信息传送时间成为数帧。
与此相对，在图5的无线网状网络中，在帧中时间越早的时隙，被分配给在信息的传送路径中越靠前的无线节点。具体而言，从无线节点V起的信息的传送路径为无线节点V、R、N、L、I、E、B、根节点，相对于此，时隙按无线节点V、R、N、L、I、E、B、根节点的顺序而分配。
在如此分配了时隙的情况下，从无线节点V发送出的信息被无线节点R中继之前的等待时间t1为数时隙。另外，对于以后的各无线节点而言，同样等待时间也成为数时隙。作为结果，在图5的无线网状网络中，无线节点V发送出的信息被传送到根节点之前的信息传送时间成为1帧以内。
在本实施方式涉及的无线通信系统中，如图5的无线网状网络所示时隙被分配给各无线节点。即，在帧中时间越早的时隙，被分配给在信息的传送路径中越靠前的无线节点。在传送路径中靠前的无线节点是指上行链路中的下游侧的无线节点，下行链路中的上游侧的无线节点。
为了实现这样的时隙分配，在本实施方式中，对时隙设定无线节点的排序(rank)值R。无线节点的排序值R是指从无线节点到根节点的跳数、即信息的发送次数。
在此，图6是说明本实施方式涉及的时隙的分配方法的图。例如，在图6中，无线节点A因为跳数为1次故而排序值成为1，无线节点D因为跳数为2次故而排序值成为2。因为图6的无线通信系统中的最大跳数为N，所以各无线节点的排序值成为1～N中的任意的值。
在本实施方式中，对帧设定多个时隙组，对各时隙组设定排序值R。时隙组是指包含连续的多个时隙的期间。以使各时隙组不重叠的方式对帧设定最大跳数N个以上的时隙组。例如，在帧被时间分割为300个时隙且最大跳数N＝10的情况下，能够设定10个包含连续的30个时隙的时隙组。此外，各时隙组所包含的时隙的数量可以相同，也可以不同。
在各时隙组，分别设定上述的排序值R。排序值R的设定方法在上行链路的情况和下行链路的情况下不同。图6示出了用于上行链路的发送的排序值R的设定方法。
如图6所示，在上行链路的情况下，在帧中时间越早的时隙组，被设定越大的排序值R，时间越晚的时隙组，被设定越小的排序值R。例如，对图6所示的帧的第1个时隙组设定了排序值N，对最后的时隙组设定了排序值1。
与此相对，用于下行链路的发送的排序值R，按与上行链路的情况相反的顺序设定给各时隙组。即，在下行链路的情况下，在帧中时间越早的时隙组，被设定越小的排序值R，时间越晚的时隙组，被设定越大的排序值R。
在本实施方式中，各时隙被分配给具有与对包含各时隙的时隙组设定的排序值R相同的排序值的无线节点。例如，设定了上行链路的排序值N的第1个时隙组(R＝N用时隙组)所包含的时隙，在上行链路的发送时分别被分配给具有排序值N的无线节点K、L、M。
通过如此分配时隙，在帧中时间越早的时隙被分配给了在上行链路的信息的传送路径中越位于下游侧的无线节点。同样，在帧中时间越早的时隙被分配给了在下行链路的信息的传送路径中越位于上游侧的无线节点。
即，如图5的无线网络所示，能够将在帧中时间越早的时隙分配给在信息的传送路径中越靠前的无线节点。因此，根据本实施方式涉及的无线通信系统，能够在上行链路以及下行链路这两方将信息传送时间缩短为1帧以内。
以下，将仅进行下行链路或上行链路的发送的帧称为单向通信帧，将一起进行上行链路以及下行链路的发送的帧称为双向通信帧。单向通信帧中的时隙的分配方法如上述那样。在此，参照图7～图10进一步对双向通信帧中的时隙的分配方法进行详细说明。图7～图10是说明双向通信帧中的时隙的分配方法的图。
在本实施方式中，在双向通信帧的情况下，对于任意的排序值R，上行链路的排序值R+1和下行链路的排序值R-1被设定给不同的时隙组。同样，对于任意的排序值R，上行链路的排序值R-1和下行链路的排序值R+1被设定给不同的时隙组。
由此，例如，图7的第3个时隙组仅设定了上行链路的排序值5，第4个时隙组仅设定了下行链路的排序值3。另外，图7的第7个时隙组仅设定了上行链路的排序值3，第8个时隙组仅设定了下行链路的排序值5。这是为了防止排序值差2的无线节点间的无线信号的干涉。
例如，在帧的第1个时隙组，排序值7的无线节点和排序值1的无线节点同时发送无线信号。然而，由于排序值7的无线节点和排序值1的无线节点分离，所以它们的无线信号不干涉。
与此相对，在帧的第3个时隙组，排序值5的无线节点和排序值3的无线节点同时发送无线信号的情况下，由于排序值5的无线节点和排序值3的无线节点接近，所以它们的无线信号有可能会干涉。
然而，如图7所示，若将上行链路的排序值5和下行链路的排序值3设定给不同的时隙组，则排序值5的无线节点和排序值3的无线节点会在不同的定时发送无线信号，因此能够防止无线信号的干涉。因此，能够抑制由于无线信号的干涉而导致的通信质量的降低。
这样的排序值的设定方法，不仅能够在如图7所示最大跳数N为奇数(N＝7)的情况下进行，在如图8所示最大跳数N为偶数(N＝8)的情况下也同样能够进行。
另外，在排序值差3也有可能会导致无线信号干涉的情况下，对于任意的排序值R，将上行链路的排序值R和下行链路的排序值R+3或排序值R-3设定给不同的时隙组即可。由此，能够防止排序值差3的无线节点间的无线信号的干涉。
进而，在图7以及图8中，将上行链路的排序值R和下行链路的排序值R设定给了不同的时隙组，但也可以如图9以及图10所示设定给同一时隙组。
该情况下，在设定了上行链路的排序值R以及下行链路的排序值R的时隙组，由具有排序值R的无线节点同时进行上行链路以及下行链路的发送。例如，在图9的情况中，排序值4的无线节点L在被分配的时隙同时进行向无线节点I的上行链路的发送和向无线节点N、O的下行链路的发送。如此，通过将上行链路的排序值R以及下行链路的排序值R分配给同一时隙组，能够减少时隙组的数量并缩短帧。
接着，参照图11对本实施方式涉及的无线通信系统中的发送间隔的设定方法进行说明。在本实施方式中，如图11所示，下行链路的发送按每个帧来进行，上行链路的发送按每M个帧来进行。M为2以上的任意的整数。即，使包括1个双向通信帧和M-1个单向通信帧这M个帧的周期反复。
在该无线通信系统中，若将1帧的时间设为F，则各无线节点X以F间隔进行下行链路的发送，以F×M间隔进行上行链路的发送。即，上行链路的发送间隔被设定为比下行链路的发送间隔长。这是由于设想在上行链路发送传感器信息而在下行链路发送无线通信系统的控制信息之故。
一般而言，传感器信息的信息量比控制信息的信息量大，而要求的发送频度低。因此，若按每个帧来进行上行链路以及下行链路的发送，则可能会产生控制信息的发送频度不足、或者按要求的发送频度以上发送了传感器信息而导致无线通信系统的功耗增大这样的问题。
因此，在本实施方式中，以能够按要求的发送频度来发送控制信息的方式设定1帧的时间F。例如，在要求每5分钟发送控制信息的情况下，1帧的时间F被设定为5分钟以下。
另外，由上行链路发送的信息量越大，则进行上行链路的发送的发送间隔被设定为越长。即，在将由上行链路发送的信息量设为v1而将由下行链路发送的信息量设为v2(<v1)的情况下，v1/v2越大则设定越大的M。
通过如此设定上行链路以及下行链路的发送间隔，能够在满足控制信息的发送频度的要求的同时减少信息量大的上行链路的发送，能够降低无线通信装置以及系统的功耗。
此外，在由上行链路发送的信息量比由下行链路发送的信息量少的情况下，按每个帧来进行上行链路的发送并按每M个帧来进行下行链路的发送即可。另外，在由上行链路要求的发送频度比由下行链路要求的发送频度高的情况下，根据由上行链路要求的发送频度来设定1帧的时间F即可。
接着，参照图12以及图13对构成本实施方式涉及的无线通信系统的无线通信装置1的构成进行说明。本实施方式涉及的无线通信装置1自动地实现上述那样的时隙的分配。图12是表示无线通信装置1的功能构成的图。如图12所示，无线通信装置1具备收发天线11和无线通信部12。
以下，将无线通信装置1称为本节点，将向本节点发送信息的无线节点称为发送源节点，将本节点发送信息的无线节点称为发送目标节点。另外，将被设定了排序值R的时隙组称为时隙组R。
收发天线11收发无线信号。收发天线11将所接收到的无线信号转换成电信号而输入到无线通信部12，将从无线通信部12输出的电信号转换成无线信号而发送。
无线通信部12具备收发部13、目的地判定部14、中继信息存储部15、发送信息生成部16、发送目标节点决定部17、定时决定部18、帧信息存储部21和休眠控制部22。
收发部13接收来自发送源节点的信息。即，收发部13对从收发天线11输入的电信号实施预定的信号处理，取得信息。信号处理包括AD变换和/或按照预定的通信协议的解码等处理。收发部13接收的信息包括发送源节点的排序值、节点ID、中继信息以及发送目标节点的节点ID。
节点ID是构成无线通信系统的各无线通信装置的标识符。中继信息是发送源节点中继的来自其他无线节点的信息。在上行链路的情况下，中继信息包含传感器信息。在下行链路的情况下，中继信息包含控制信息。发送目标节点是成为发送源节点发送信息的发送目标(目的地)的无线节点。
图13是说明收发部13的工作定时的图。在图13中，示出了具有排序值7的无线节点U的工作定时。
在上行链路的情况下，收发部13在设定了比本节点的排序值R大1的排序值R+1的时隙组R+1的期间进行接收。例如，无线节点U的收发部13在设定了上行链路的排序值8的第1个时隙组的期间进行接收。由此，收发部13接收来自包含子节点的下游侧的无线节点的信息。基于从子节点接收到的信息，通过发送信息生成部16生成上行链路的发送信息。
另外，在上行链路的情况下，收发部13在设定了比本节点的排序值R小1的排序值R-1的时隙组R-1的期间进行接收。例如，无线节点U的收发部13在设定了上行链路的排序值6的第3个时隙组的期间进行接收。由此，收发部13接收来自包含父节点的上游侧的无线节点的信息。基于从上游侧的无线节点接收到的信息，通过发送目标节点决定部17更新父节点。
另一方面，在下行链路的情况下，收发部13在设定了比本节点的排序值R小1的排序值R-1的时隙组R-1的期间进行接收。例如，无线节点U的收发部13在设定了下行链路的排序值6的第9个时隙组的期间进行接收。由此，收发部13接收来自包含父节点的上游侧的无线节点的信息。基于从父节点接收到的信息，通过发送信息生成部16生成下行链路的发送信息。
另外，在下行链路的情况下，收发部13在设定了比本节点的排序值R大1的排序值R+1的时隙组R+1的期间进行接收。例如，无线节点U的收发部13在设定了下行链路的排序值8的第11个时隙组的期间进行接收。由此，收发部13接收来自包含子节点的下游侧的无线节点的信息。基于从下游侧的无线节点接收到的信息，通过发送目标节点决定部17更新子节点。
另外，收发部13向发送目标节点发送发送信息。即，收发部13对发送信息生成部16生成的发送信息实施预定的信号处理而转换成电信号，并输出到收发天线11。信号处理包括DA转换和/或按照预定的通信协议的编码等处理。发送信息包含本节点的排序值、节点ID、中继信息以及发送目标节点的节点ID。
在上行链路的情况下，收发部13在设定了与本节点的排序值R相同的上行链路的排序值R的时隙组R所包含的发送时隙的期间进行发送。例如，无线节点U的收发部13在设定了上行链路的排序值7的第2个时隙组所包含的发送时隙的期间进行发送。由此，收发部13将从子节点接收到的信息中继给父节点。
另外，在下行链路的情况下，收发部13在设定了与本节点的排序值R相同的下行链路的排序值R的时隙组R所包含的发送时隙的期间进行发送。例如，无线节点U的收发部13在设定了下行链路的排序值7的第10个时隙组所包含的发送时隙的期间进行发送。由此，收发部13将从父节点接收到的信息中继给子节点。
此外，通过后述的发送时隙决定部20从时隙组R所包含的多个时隙中决定收发部13进行发送的发送时隙。
目的地判定部14取得收发部13接收到的信息，判定接收信息的发送目标(目的地)是否为本节点。目的地判定部14在接收信息所包含的发送目标节点的节点ID为本节点的节点ID的情况下，判定为接收信息的目的地为本节点。
中继信息存储部15将通过目的地判定部14将本节点判定为目的地的接收信息暂时存储为中继信息。
发送信息生成部16基于中继信息存储部15所存储的中继信息来生成发送信息。发送信息通过在中继信息中附加本节点的排序值和/或节点ID等信息而生成。另外，在上行链路的情况下，在中继信息中承载本节点的传感器信息等。由发送信息生成部16生成的发送信息如上所述通过收发部13来发送。
发送目标节点决定部17基于收发部13接收到的信息来决定发送信息的发送目标节点。在上行链路的情况下，发送目标节点成为父节点，在下行链路的情况下，发送目标节点成为子节点。发送目标节点决定部17决定出的发送目标节点的节点ID被附加于发送信息。
发送目标节点决定部17例如参照收发部13接收到的信息的发送源节点的排序值，将排序值比本节点的排序值小1的无线节点中的、无线信号的信号强度最大的无线节点决定为父节点。
发送目标节点决定部17例如参照收发部13接收到的信息的发送源节点的排序值，将收发部13接收到的信息的排序值比本节点的排序值大1的无线节点中的、无线信号的信号强度最大的无线节点决定为子节点。
另外，发送目标节点决定部17例如也可以参照收发部13接收到的信息的发送目标节点的节点ID，将以本节点为发送目标的无线节点决定为子节点。
定时决定部18以使上行链路的发送间隔比下行链路的发送间隔长的方式决定收发部13发送发送信息的定时、即发送时隙。如图12所示，定时决定部18具备帧判定部19和发送时隙决定部20。
帧判定部19判定当前的帧的种类(双向通信帧或单向通信帧)。帧判定部19例如能够通过对双向通信帧的开始时刻以及结束时刻与当前时刻进行比较来判定是否为双向通信帧。双向通信帧的开始时刻和/或结束时刻既可以预先设定，也可以包含在由下行链路接收到的控制信息中。
发送时隙决定部20基于帧判定部19判定出的帧的种类和帧信息来决定发送时隙。帧信息是上述那样的无线通信系统中的帧、时隙以及时隙组等的设定信息。帧信息既可以预先登记于无线通信装置1，也可以通过无线通信进行登记以及更新。帧信息存储于帧信息存储部21。
发送时隙决定部20首先从帧判定部19取得判定结果。发送时隙决定部20在当前的帧是单向通信帧的情况下，基于本节点的排序值R以及帧信息来选择下行链路的时隙组R。接着，发送时隙决定部20从时隙组R所包含的时隙中决定发送时隙。
另外，发送时隙决定部20在当前的帧是双向通信帧的情况下，基于本节点的排序值R以及帧信息，分别选择下行链路的时隙组R和上行链路的时隙组R。接着，发送时隙决定部20从上行链路以及下行链路的时隙组R所包含的时隙中分别决定上行链路以及下行链路的发送时隙。
发送时隙决定部20例如使用本节点的节点ID，由此能够从时隙组R中决定发送时隙。具体而言，对各时隙组所包含的时隙预先分配构成无线通信系统的各无线节点的节点ID并作为帧信息存储于帧信息21即可。例如，在无线通信系统包括具有节点ID1～20的20个无线节点的情况下，以包含被分配了节点ID1～20的20个时隙的方式预先设定各时隙组，发送时隙决定部20将时隙组R中的被分配了本节点的节点ID的时隙决定为发送时隙即可。此外，从时隙组R中决定发送时隙的方法并不限于此。
定时决定部18通过如此决定发送时隙对无线通信装置1分配了与本节点的排序值相应的发送时隙。由此，能够自动地实现上述那样的时隙的分配。
此外，定时决定部18也可以在决定发送时隙之前进行同步处理。同步处理是指使由本节点计数的时刻在与其他的无线节点之间同步的处理。
定时决定部18例如基于收发部13接收到的接收信息所包含的发送源节点的排序值以及节点ID和帧信息，取得发送源节点的发送时刻(发送时隙)。定时决定部18能够通过对在该发送时刻加上由本节点的收发部13进行的信号处理时间而得到的时刻与由本节点计数的时刻进行比较来进行同步处理。此时，也可以加上从发送源节点传播无线信号所需要的时间来进行同步处理。
休眠控制部22在接通电源的期间，与无线通信部12的工作状态无关而发挥功能。休眠控制部22对时间进行计数，基于所计数的时间、本节点的排序值、帧信息和发送时隙决定部20决定出的发送时隙，将收发部13的工作状态在休眠状态与起床状态之间进行控制。
休眠状态是指使收发部13停止收发信息的状态。在休眠状态下，不进行信息的收发，因此无线通信装置1的功耗降低。起床状态是指收发部13能够收发信息的状态。以下，将收发部13从起床状态转换到休眠状态称为“休眠”，将从休眠状态转换到起床状态称为“起床”。
休眠控制部22在收发部13不收发信息的期间，使收发部13休眠，在收发部13收发信息的期间，使收发部13起床。具体而言，休眠控制部22在发送时隙决定部20决定出的发送时隙的期间使收发部13起床。另外，休眠控制部22基于计数的时间、本节点的排序值、帧信息和发送时隙决定部20决定出的发送时隙来判定收发部13接收信息的期间，在收发部13进行接收的期间使收发部13起床。休眠控制部22在其他的期间使收发部13休眠。
接着，参照图14对无线通信装置1的硬件构成进行说明。如图14所示，无线通信装置1由计算机100构成。计算机100具备CPU(中央运算装置)101、输入装置102、显示装置103、通信装置104和存储装置105，它们通过总线106相互连接。
CPU101是计算机100的控制装置以及运算装置。CPU101基于从经由总线106连接的各装置(例如，输入装置102、通信装置104、存储装置105)输入的数据和/或程序来进行运算处理，将运算结果和/或控制信号输出到经由总线106连接的各装置(例如，显示装置103、通信装置104、存储装置105)。
具体而言，CPU101执行计算机100的OS(操作系统)、无线通信程序等，控制构成计算机100的各装置。无线通信程序是使计算机100实现无线通信部12的上述的各功能构成的程序。通过CPU101执行无线通信程序，计算机100作为无线通信装置1发挥功能。
输入装置102是用于向计算机100输入信息的装置。输入装置102例如是键盘、鼠标以及触摸面板，但并不限于此。此外，无线通信装置1也可以是不具备输入装置102的构成。
显示装置103是用于显示图像和/或影像的装置。显示装置103例如是LCD(液晶显示器)、CRT(布朗管)以及PDP(等离子体显示器)，但并不限于此。接收信息和/或发送信息可以显示于显示装置103。此外，无线通信装置1也可以是不具备显示装置103的构成。
通信装置104是用于供计算机100以无线或有线方式与外部装置(其他的无线节点等)通信的装置。通信装置104例如是调制解调器(modem)、集线器(hub)以及路由器(router)，但并不限于此。接收信息、发送信息以及帧信息等信息能够经由通信装置104从外部装置输入。收发部13能够使用通信装置104来构成。另外，收发天线11也可以包含于通信装置104。
存储装置105是存储计算机100的OS、无线通信程序、无线通信程序的执行所需的数据以及通过无线通信程序的执行而生成的数据等的存储介质。存储装置105包括主存储装置和外部存储装置。主存储装置例如是RAM、DRAM、SRAM，但并不限于此。另外，外部存储装置是硬盘、光盘、闪速存储器以及磁带，但并不限于此。中继信息存储部15和/或帧信息存储部21能够使用存储装置105来构成。
此外，计算机100可以具备一个或多个CPU101、输入装置102、显示装置103、通信装置104以及存储装置105，也可以连接打印机、扫描仪等外围设备。
另外，无线通信部12既可以由单个计算机100构成，也可以作为包括相互连接的多个计算机100的系统而构成。
进而，无线通信程序既可以预先存储于计算机100的存储装置105，也可以存储于CD-ROM等存储介质，还可以上传到因特网上。无论哪种情况，都能够通过将无线通信程序安装于计算机100并执行来构成无线通信装置1。
进而，温度传感器、加速度传感器等任意的传感器既可以与计算机100直接连接，也可以经由通信装置104以无线或有线方式连接。
接着，参照图15～图21对本实施方式涉及的无线通信装置1的各帧中的工作进行说明。以下，设为在帧的开始时刻，收发部13处于休眠状态，父节点以及子节点已经决定。当新的帧开始时，首先，帧判定部19判定当前的帧的种类。判定方法如上所述。
首先，参照图15以及图16对单向通信帧中的无线通信装置1的工作进行具体说明。图15是表示单向通信帧中的工作的流程图。以下，设为无线通信装置1是具有排序值7的无线节点U。
在步骤S1中，发送时隙决定部20从设定了本节点的排序值7的下行链路的时隙组7中决定下行链路的发送时隙。然后，无线通信装置1待机直到下行链路的时隙组6开始为止。
在步骤S2中，收发部13在下行链路的时隙组6的期间接收信息。具体而言，当下行链路的时隙组6开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始信息的接收。由此，收发部13接收来自具有排序值6的上游侧的无线节点的信息。对于收发部13接收到的信息，通过目的地判定部14判定发送目标节点，从父节点发送的发往本节点的信息被存储于中继信息存储部15。收发部13在下行链路的时隙组6结束时结束信息的接收，休眠控制部22使收发部13休眠。
在步骤S3中，发送目标节点决定部17基于收发部13在步骤S2中接收到的信息，决定新的父节点。父节点的决定方法如上所述。由此，能够根据最新的通信状态来更新父节点。
在步骤S4中，发送信息生成部16基于中继信息存储部15所存储的中继信息来生成发送信息。发送信息的生成方法如上所述。然后，无线通信装置1待机直到通过步骤S1决定出的发送时隙为止。
在步骤S5中，收发部13向子节点发送发送信息。具体而言，当下行链路的发送时隙开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始发送信息的发送。由此，从父节点接收到的信息被中继给子节点。当发送时隙结束时，收发部13结束信息的发送，休眠控制部22使收发部13休眠。另外，中继信息存储部15所存储的中继信息被删除。然后，无线通信装置1待机直到下行链路的时隙组8开始为止。
在步骤S6中，收发部13接收信息。具体而言，当下行链路的时隙组8开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始信息的接收。由此，收发部13接收来自具有排序值8的下游侧的无线节点的信息。收发部13在下行链路的时隙组8结束时结束信息的接收，休眠控制部22使收发部13休眠。
在步骤S7中，发送目标节点决定部17基于收发部13在步骤S6中接收到的信息来决定新的子节点。子节点的决定方法如上所述。由此，能够根据最新的通信状态来更新子节点。然后，无线通信装置1待机直到下一个帧开始为止。
接着，参照图17以及图18对双向通信帧中的无线通信装置1的工作进行具体说明。图17是表示双向通信帧中的工作的流程图。
在步骤S1中，发送时隙决定部20从设定了本节点的排序值7的下行链路的时隙组7中决定下行链路的发送时隙。另外，发送时隙决定部20从设定了本节点的排序值7的上行链路的时隙组7中决定上行链路的发送时隙。
接着，在步骤S8中，收发部13在上行链路的时隙组8的期间接收信息。具体而言，当上行链路的时隙组8开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始信息的接收。由此，收发部13接收来自具有排序值8的下游侧的无线节点的信息。对于收发部13接收到的信息，通过目的地判定部14判定发送目标节点，从子节点发送的发往本节点的信息被存储于中继信息存储部15。收发部13在上行链路的时隙组8结束时，结束信息的接收，休眠控制部22使收发部13休眠。
在步骤S9中，发送目标节点决定部17基于收发部13在步骤S8中接收到的信息来决定新的子节点。子节点的决定方法如上所述。由此，能够根据最新的通信状态来更新子节点。
在步骤S10中，发送信息生成部16基于中继信息存储部15所存储的中继信息来生成发送信息。发送信息的生成方法如上所述。然后，无线通信装置1待机，直到由步骤S1决定出的上行链路的发送时隙为止。
在步骤S11中，收发部13向父节点发送发送信息。具体而言，当上行链路的发送时隙开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始发送信息的发送。由此，从子节点接收到的信息被中继给父节点。当发送时隙结束时，收发部13结束信息的发送，休眠控制部22使收发部13休眠。另外，中继信息存储部15所存储的中继信息被删除。然后，无线通信装置1待机，直到上行链路的时隙组6开始为止。
在步骤S12中，收发部13接收信息。具体而言，当上行链路的时隙组6开始时，休眠控制部22使收发部13起床，收发部13开始信息的接收。由此，收发部13接收来自具有排序值6的上游侧的无线节点的信息。收发部13在上行链路的时隙组6结束时，结束信息的接收，休眠控制部22使收发部13休眠。
在步骤S13中，发送目标节点决定部17基于收发部13在步骤S12中接收到的信息来决定新的父节点。父节点的决定方法如上所述。由此，能够根据最新的通信状态来更新父节点。然后，无线通信装置1待机，直到下行链路的时隙组6开始为止。
然后，当下行链路的时隙组6开始时，进行步骤S2～S7的处理。步骤S2～S7与单向通信帧的工作同样。
如以上的说明那样，本实施方式涉及的无线通信装置1以及系统通过根据要发送的信息量来设定上行链路和下行链路的发送间隔，能够在满足发送频度的要求的同时减少信息量大的上行链路的发送频度，能够使功耗降低。
另外，无线通信系统将在帧中时间越早的时隙分配给在信息的传送路径中越靠前的无线节点，因此能够将信息传送时间缩短为1帧以内。进而，无线通信装置能够自动地实现上述那样的时隙的分配。
此外，在以上的说明中，向第1方向的发送是上行链路的发送，向第2方向的发送是下行链路的发送，但在由上行链路发送的信息量比由下行链路发送的信息量少的情况下可以反过来。该情况下，按每个帧来进行上行链路的发送并按每M个帧来进行下行链路的发送即可。
另外，如图19所示，收发部13在双向通信帧中可以不进行下行链路的时隙组R+1的期间的接收处理(步骤S6)。该情况下，子节点的更新基于通过上行链路的时隙组R+1的期间的接收处理(步骤S8)而接收到的信息来进行即可。
同样，收发部13在双向通信帧中可以不进行上行链路的时隙组R-1的期间的接收处理(步骤S12)。该情况，父节点的更新基于通过下行链路的时隙组R-1的期间的接收处理(步骤S2)而接收到信息来进行即可。
进而，如图20所示，收发部13在单向通信帧中可以不进行下行链路的时隙组R+1的期间的接收处理(步骤S6)。该情况下，子节点的更新在单向通信帧中不进行而在双向通信帧中进行即可。
另外，进而，如图21所示，收发部13在单向通信帧中可以取代进行下行链路的时隙组R-1的期间的接收处理(步骤S2)而仅在父节点的发送时隙的期间进行接收处理。该情况下，父节点的更新在单向通信帧中不进行而在双向通信帧中进行即可。
如此，通过减少收发部13进行接收处理的期间并增加休眠状态的期间，能够使无线通信装置1以及系统进一步节能。
(第2实施方式)
接着，参照图21～图25对第2实施方式涉及的无线通信装置以及系统进行说明。在本实施方式中，无线通信装置1具有单向通信帧中的多个工作状态。工作状态根据接收是否成功而在状态间进行转换。其他的构成与第1实施方式同样。以下，对单向通信帧中的无线通信装置1的工作进行说明。
图22是表示本实施方式涉及的无线通信装置1的单向通信帧中的工作状态的转换的状态转换图。如图22所示，无线通信装置1具有状态1～状态3这3个工作状态。各状态下收发部13进行接收处理的定时不同。
如图21所示，状态1是收发部13仅在父节点的发送时隙的期间接收信息的工作状态。在状态1下，不进行父节点以及子节点的更新。状态1由于无线通信装置1起床的期间成为最短(2个时隙)，所以无线通信装置1的功耗成为最小。
如图22所示，在收发部13在父节点的发送时隙的期间接收成功的情况下，工作状态继续状态1。即，在下一个单向通信帧中无线通信装置1也在状态1下工作。
然而，无线通信在其性质上未必成功，有时也会因衰落(fading)、遮蔽(shadowing)等原因而失败。衰落是指由于无线信号随时间变动而导致接收电力落后的现象。这可能在例如因无线节点的移动而导致无线信号减弱、相对于噪声而得不到所需要的电力的情况下产生。另外，遮蔽是指由于在无线节点间存在某种障碍物而导致接收电力减弱的现象。
因此，如图22所示，在收发部13在父节点的发送时隙的期间接收失败的情况下，工作状态从状态1转换到状态2。
状态2是收发部13持续接收直到本节点的发送时隙的开始为止的工作状态。无线通信装置1在状态1下在父节点的发送时隙的结束时刻接收失败了的情况下，不转移到休眠状态而直接转换到状态2。
如图23所示，在收发部13在本节点的发送时隙的开始之前从其他的无线节点的接收成功的情况下，收发部13结束接收而休眠。然后，无线通信装置1将接收成功的无线节点决定为新的父节点。在图23的情况下，父节点从无线节点R更新为无线节点S。另外，基于接收成功的信息来生成发送信息。
如此，在状态2下接收成功的情况下，工作状态从状态2转换到状态1。即，下一个单向通信帧中的无线通信装置1的工作状态成为状态1。
与此相对，如图24所示，在收发部直到本节点的发送时隙的开始为止从其他的无线节点的接收失败的情况下，无线通信装置1在本节点的发送时隙的期间发送发送信息。该发送信息不包含来自父节点的中继信息。如此，在状态2下接收失败的情况下，工作状态从状态2转换到状态3。即，下一个单向通信帧中的无线通信装置1的工作状态成为状态3。
如图25所示，状态3是收发部13在包含父节点的发送时隙的时隙组即下行链路的时隙组R-1的期间接收信息的工作状态。
在状态3下，在收发部13在时隙组R-1的期间从其他的无线节点的接收成功的情况下，无线通信装置1从接收成功的无线节点中决定新的父节点。另外，基于从新的父节点接收到的信息来生成发送信息。
如此，在状态3下接收成功的情况下，工作状态从状态3转换到状态1。即，下一个单向通信帧中的无线通信装置1的工作状态成为状态1。
与此相对，在收发部13在时隙组R-1的期间从其他的无线节点的接收失败的情况下，无线通信装置1在本节点的发送时隙的期间发送发送信息。该发送信息不包含来自父节点的中继信息。如此，在状态3下接收失败的情况下，工作状态继续状态3。即，下一个单向发送帧中的无线通信装置1的工作状态成为状态3。
此外，在状态3下，收发部13可以不限于时隙组R-1而在多个时隙组或者整个帧进行接收，并决定新的父节点。
如以上的说明，本实施方式涉及的无线通信装置1在通信状态良好的情况下，在状态1下继续工作。因此，能够降低无线通信装置1的功耗。另外，即使在接收失败的情况下，通过在状态2或状态3下进行工作，也能够决定新的父节点，并维持通信。
此外，本发明并不限定于上述各实施方式本身，能够在实施阶段在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。另外，通过适当组合上述各实施方式所公开的多个构成要素，能够形成各种发明。另外，例如，也考虑从各实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素而得到的结构。进而，也可以适当组合不同的实施方式所记载的构成要素。

Claims (17)

1.一种无线通信装置，具备：
收发部，其收发信息，并向第1方向以及第2方向发送所述信息；和
定时决定部，其以使向所述第1方向的发送间隔比向所述第2方向的发送间隔长的方式决定所述收发部发送所述信息的定时。
2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
向所述第1方向发送的信息量比向所述第2方向发送的所述信息量多。
3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
向所述第1方向以及所述第2方向的所述发送间隔，基于向所述第1方向以及所述第2方向发送的信息量而设定。
4.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
向所述第1方向的发送是上行链路的发送，向所述第2方向的发送是下行链路的发送。
5.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
所述定时决定部具备：
帧判定部，其判定当前的帧是进行向所述第1方向以及所述第2方向的发送的双向通信帧还是仅进行向所述第2方向的发送的单向通信帧；和
发送时隙决定部，其基于与到根节点为止的跳数相应的本节点的排序值，从被时间分割为多个时隙的所述帧决定所述收发部发送所述信息的发送时隙。
6.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
所述收发部按每M个帧向所述第1方向发送所述信息，按每个帧向所述第2方向发送所述信息，所述M为2以上的整数。
7.根据权利要求5所述的无线通信装置，其中，
所述帧设定了多个包含连续的多个所述时隙的时隙组，
所述各时隙组设定了彼此不同的所述排序值，
所述发送时隙决定部从设定了所述本节点的所述排序值的所述时隙组所包含的所述时隙中决定所述发送时隙。
8.根据权利要求7所述的无线通信装置，其中，
所述帧分别设定了用于向所述第1方向的发送的所述排序值和用于向所述第2方向的发送的所述排序值。
9.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，
时间越早的所述时隙组，设定了用于向所述第1方向的发送的越大的所述排序值。
10.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，
时间越早的所述时隙组，设定了用于向所述第2方向的发送的越小的所述排序值。
11.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，
在所述双向通信帧中，用于所述第1方向的所述排序值R+1和用于所述第2方向的所述排序值R-1被设定给不同的所述时隙组。
12.根据权利要求7所述的无线通信装置，其中，
在所述单向通信帧中，所述收发部在设定了比所述本节点的所述排序值小1的所述排序值的所述时隙组的期间接收所述信息。
13.根据权利要求7所述的无线通信装置，其中，
在所述单向通信帧中，所述收发部在父节点的所述发送时隙的期间接收所述信息。
14.根据权利要求13所述的无线通信装置，其中，
所述收发部在所述父节点的所述发送时隙的期间所述信息的接收失败了的情况下，继续所述信息的接收直到所述本节点的所述发送时隙为止。
15.根据权利要求14所述的无线通信装置，其中，
所述收发部在到所述本节点的所述发送时隙为止所述信息的接收失败了的情况下，在下一个所述单向通信帧中，在包含所述父节点的所述发送时隙的所述时隙组的期间接收所述信息。
16.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，
还具备使由所述收发部进行的所述信息的收发停止的休眠控制部。
17.一种无线通信系统，具备：
权利要求1所述的所述无线通信装置；和
对来自所述无线通信装置的所述信息进行集中的集中装置。
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