JP2007005991A - 省電力無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】動作頻度が少なくかつ動作時間がほぼ予定される、遠隔地の状態を検出するセンサーネットワークにおいて、不要な時間帯の起動時間が多くなり、端末装置の省電力化に不十分であるという課題があった。
【解決手段】制御局として機能する親局と非制御局として機能する子局とからなる無線通信システムにおいて、既定時刻において親局はすべての子局から前記子局通信予定格納テーブルに格納された当該子局の通信予定情報を収集し、前記収集された子局の全ての通信予定に相対する親局の通信予定テーブルを作成し、自分の配下の子局に親局通信予定情報を通達した後、親局、子局双方は、その後各々当該局の通信予定時刻になる迄の間は前記通信タイマ部及び通信制御部の必要最小限の回路のみ動作させ、前記通信予定テーブルに記載された必要な通信時刻にのみ通信に必要な回路を動作させて通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は無線通信システムの通信方式に係り、バッテリー駆動などによる通信端末装置の省電力化を図るものである。

従来の省電力化を図った無線通信システムの例としては、多チャンネルアクセス式無線システムにおける間欠通信方法がある（例えば、特許文献１参照）。図９、図１０は、前記特許文献１に記載された従来の無線通信システムを示すものである。

図９−１において、無線端末３０ａには間欠動作用タイマ３５により一定間隔で付勢信号４１が生成され、この付勢信号により通信制御部３４は送信部３２、受信部３３の電源を入れ通信動作を間欠タイミングＯＮ３９の期間に起動する、そして予め定めた時間ｔｏｎを経過した後次の付勢信号がくるまでの間前記送信部３２、受信部３３の電源を切断する間欠動作を行う。同時に、図１０に示す端末装置の通信動作を示すチャート上で、端末間通信の開始する期間３７（発呼または着呼）、または終了する期間３８において、通信端末３０ａ、３０ｂ間で時刻同期をとることにより、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）のような多チャンネルアクセス式無線通信システムにおいて、通信の開始時刻を合わせることができるというものである。
特許第３２４１８６５号公報（第５頁図１、第６項図２）

しかしながら、前記従来の構成では元来が人同士の通話などの用途に用いるために、前記特許文献１の例で示されるように間欠通信の間隔が毎６０秒という周期で起動し、不定期な通話要求に応えるものである。一方、近年使われるようになってきた無線通信を用いて遠隔地の状態を検出するというセンサーネットワークのような用途として、動作頻度が少なく（例えば１日に数回）かつ動作時間がほぼ予定されるという場合には、このような周期的な間欠動作では不要な時間帯の起動時間が多くなり、端末装置の省電力化に不十分であるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、制御局として機能する親局と非制御局として機能する子局とからなる無線通信システムにおいて、親局、子局双方は、定められた必要な動作時刻にのみ通信に必要な回路を動作させ、それ以外の時間帯には、時刻タイマ等の時間管理に必要な回路のみを動作させて、バッテリー駆動などによる通信端末装置の省電力化を図るものである。

上記従来の課題を解決するために、請求項１の無線通信システムは、制御局として機能する親局と非制御局として機能する子局とからなる無線通信システムにおいて、親局は時刻を管理する時刻タイマと、子局の通信予定を収集する通信予定収集部と前記通信予定収集部によって集められた子局の通信予定から親局の通信予定を作成し格納する親局通信予定テーブルを具備し、子局は時刻を管理する時刻タイマと、自分の通信予定を設定する通信予定設定部と、前記通信予定設定部によって設定された通信予定を格納する子局通信予定格納テーブルと、前記親局から配布される親局通信予定を格納する親局通信予定テーブルを具備し、親局と子局の必要な通信の開始に先立って、子局は既定時刻の前に、前記通信予定設定部によって自分の通信予定を設定して前記子局通信予定格納テーブルに格納しておき、既定時刻において親局はすべての子局から前記子局通信予定格納テーブルに格納された当該子局の通信予定情報を収集し、前記収集された子局の全ての通信予定に相対する親局の通信予定テーブルを作成し、自分の配下の子局に親局通信予定情報を通達した後、親局、子局双方は、その後各々当該局の通信予定時刻になる迄の間は前記通信タイマ部及び通信制御部の必要最小限の回路のみ動作させ、前記通信予定テーブルに記載された必要な通信時刻にのみ通信に必要な回路を動作させて通信を行う。

請求項２の無線通信システムは、上記親局と子局との必要な通信時の度に、親局から親局時刻タイマ情報を子局に配布し、子局は前記親局タイマ情報により子局タイマの時刻修正を行う。

請求項３の無線通信システムは、上記子局の通信予定テーブルにおいて、必要な通信の時間間隔が予め定めた時間より長い時間のスリープ間隔がある場合には、当該のスリープ期間に親局から親局時刻タイマ情報を子局に配布し、子局は前記親局タイマ情報により子局タイマの修正を行うための通信予定を設ける。

本発明の請求項１の無線通信システムによれば、制御局として機能する親局と非制御局として機能する子局とからなる無線通信システムにおいて、親局、子局双方は、定められた必要な動作時刻にのみ通信に必要な回路を動作させ、それ以外の時間帯には、時刻タイマ等の時間管理に必要な回路のみを動作させることにより、バッテリー駆動などによる通信端末装置の省電力化を図ることができる。

本発明の請求項２の無線通信システムによれば、親局と子局の通信開始時刻の精度を高めることができる。

本発明の請求項３の無線通信システムによれば、端末装置内の基準クロック回路の性能精度として比較的安価な部品を用いることが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線通信システムの主要構成図である。

親局１は、自分の配下の子局の通信予定を収集する通信予定収集部８と収集された全ての子局の通信予定から親局の動作予定を作成して親局通信予定テーブル７に格納する、また通信時刻タイマ６により通信予定時刻の管理を行う。子局２ａは、自分の必要な動作時間予定を設定するための通信予定設定部１０と作成した子局の通信予定を格納する子局通信予定テーブル９、また親局から配布される親局通信予定を格納する親局通信予定テーブル７’、及び時刻管理のための時刻タイマ６’を有する。ここでは、一例として子局２ａと子局２ｂの２つの子局からなる例として説明する。

次に、図２〜図６を用いて動作を説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における無線通信システムの始まりの動作シークエンスを示す。親局１は、子局２ａと子局２ｂの必要な動作に先立って、基準時刻（ここでは０：００）に各々の子局にそれらの動作予定を問い合わせる為の通信１２，１３を行う。

一方、子局２ａ及び子局２ｂは、基準時刻に先立って、通信予定設定部１０により自局の動作予定を設定しておく。図３（１）は、子局２ａ及び子局２ｂの動作予定を示している。子局２ａは１２：００〜１２：１０の間の動作予定１４と１８：００〜１８：１０の動作予定１５を有する。また子局２ｂは、１２：０５〜１２：１５の間の動作予定１６と１９：００〜１９：１５の動作予定１７を有するとする。図３（２）に、子局２ａの通信予定テーブルを示す。テーブル内容の構成例としては同図に示すようにタスク番号、開始時刻、終了時刻を記載するが、毎日の繰り返しかどうかの繰り返しパラメータを設定しても良い。

親局１は、図２の動作によって、図３（１）及び図３（２）に示す子局の動作予定を収集し、全ての子局の動作予定をカバーする親局の動作予定を作成する。図４（１）及び図４（２）に親局の動作予定を示す。子局２ａの動作予定１４と子局２ｂの動作予定１６は時間帯が重なっているので、親局１の動作予定は、動作予定１８として時間帯を１２：００から１２：１５に設定する。そして、子局２ａの動作予定１５と子局２ｂの動作予定１７はそれぞれ独立して親局の動作予定１９、２０として設定する。親局の通信予定テーブルの構成例としては図４（２）に示すようにタスク番号、開始時刻、終了時刻を記載するが、毎日の繰り返しかどうかの繰り返しパラメータを設定しても良く、通信相手の情報を記載しておいても良い。

親局１が自分の配下の子局に対する動作予定テーブルを作成したら、通信２１により全ての子局に対して自分の動作予定テーブルを配布し、子局からの通信予定が登録されたことを通知する。その後、親局１、並びに子局２ａ、２ｂは各々各自の動作予定時刻になるまで、時刻タイマ部６、６’、及び通信制御部５、５’の必要な回路等のみを動作させてスリープ状態に入る。そして、親局は動作予定１８、子局２ａは動作予定１４の時刻１２：００に起動し、必要な通信を行う。子局２ｂは少し遅れて１２：０５より通信を行う。なお、同じ時間帯での複数局の並列通信方法としては、時分割多重通信などの方法で可能である。これに続いて、子局２ａの動作予定１５、子局２ｂの動作予定１７が実行される。そして、次の基準時刻０：００になると、親局からの動作予定収集２１が実行され次のサイクルの通信動作が実行される。以上の通信動作の全体の様子を図５に示す。

なお、この際子局２ａ、子局２ｂはお互いに自分の通信予定外の親局の動作予定を知ることができ、たとえばアクセス方式として周知のＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）を用いた場合など、次の親局による子局の予定収集時刻（ここでは毎０時）を待たずに予定外の通信を行うことも可能となる。

また、以上の動作説明を図６に手順図の形で示す。手順Ｐ１〜手順Ｐ５において、親局１と子局２ａ、２ｂの動作予定テーブルを作成配布し、手順Ｐ６〜Ｐ８において各々必要な時間帯に起動して必要な通信動作を行い、手順Ｐ９で最後のタスクかどうかを判定して、次の初期動作時刻まで手順Ｐ１とＰ２を実行して、次の動作サイクルが始まる。

以上のように、親局、子局のそれぞれの通信動作予定の必要な時間帯にのみ、通信動作をさせることにより、バッテリー駆動による通信端末の低消費電力化を図ることができる。

（実施の形態２）
図７〜図８は、本発明の実施の形態２の無線通信システムの動作説明図である。

図１に示した親局の時刻タイマ６と子局の時刻タイマ６’は、それぞれの装置内に具備する基準発振器を用いて時間を計数するが、その精度は使用する部品の性能によって左右される。そして、高い精度を確保しようとすると高価なものとなってしまう。

このため、本発明では親局と子局との必要な通信毎に親局の時刻情報を子局に伝えて、子局側のタイマを親局のそれに合わせる時刻修正により、子局との時刻の誤差を押さえることができる。

そして、この誤差の大きさは前記時刻修正を行う時間間隔に依存する。例えば、比較的低価格な発振器として温度補償を行わない水晶発振器の場合、その周波数安定度は近年ではおよそ±４０ｐｐｍ程度の性能を有している。この場合、１２時間の時間経過で１．７秒のずれ（誤差）が発生する。定時刻における温度情報の観測など、アプリケーションによっては、このずれが問題となる。

このため、予めこの許容誤差の限界値を定めておき、子局の通信動作予定の時間間隔がこの許容値を超えてしまう様な場合に、親局との間で時刻同期をとることにより、限界誤差の範囲内に収めることができる。

まず、子局の基準発振器の安定度をＳ、動作時間間隔をＴとすれば、時間誤差Ｄは、（式−１）で表現できる。

Ｄ＝Ｔ×Ｓ −−−−−− （式−１）
例として、子局の基準発振器の安定度を±４０ｐｐｍとし、時間誤差として１秒を確保する為には、（式−１）を変形して、Ｔ＝Ｄ／Ｓ＝１／（４０×１０^―６）＝２５０００（秒）＝６．９４（時間）以内で時刻同期を行う必要がある。よってこの場合、所定のスリープ動作間隔の例として６．５時間以内とすれば良い。

これを図７に示す子局２ａの動作予定に適用すると、動作間隔はｔ１＝１２時間、ｔ２＝ｔ３＝６時間である。この場合、動作間隔ｔ１期間では上記の限界同期時間間隔を超えているので、子局の動作予定１４で、親局との時刻誤差が１秒を超えてしまう。これを防ぐため、図８（１）のように親局、子局それぞれに６：００の親局動作予定２２、子局動作予定２３を追加設定する。図８（２）に、動作時刻の精度確保の為の動作を追加した親局の動作予定表を示す。通常の動作予定タスク２、および３に加えて、タスク１に時刻同期の為の通信動作予定２１ｂが追加されている。このようにすることにより、１２時間の動作間隔ｔ１が、動作間隔６時間の動作間隔ｔ１１とｔ１２となり、前記の追加通信予定の動作において親局からの時刻情報を子局に配布して時刻修正を行うことにより、所定の起動時間誤差の１秒以下とさせることができる。

以上のように、親局、子局のそれぞれの通信動作予定の必要な時間帯にのみ通信動作をさせて通信端末の低消費電力化を図るような無線通信システムにおいて、無線端末装置の基準発振器として安価な部品を用いた場合にも、その性能に応じて親局との時刻修正の為の通信動作を設定することにより、所望の時刻精度を確保でき、通信開始精度を向上させ効率的な通信を行うことができる。

本発明にかかる省電力無線通信システムは、通信一般の省電力動作方法として活かすことができ、例えば有線通信であるイーサネット（登録商標）や同軸ケーブルネットワークで接続する通信装置のモデムなどにも応用できる。

本発明の実施の形態１における無線通信システムの主要構成図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの子局の通信予定の問合せ図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの子局の通信予定スケジュール／通信予定テーブル図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの親局の通信予定スケジュール／通信予定テーブル図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの親局／子局の通信動作図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの親局／子局の動作手順図 本発明の実施の形態２おける無線通信システムの子局の通信予定スケジュール図 （１）本発明の実施の形態２における無線通信システムの親局／子局の通信予定スケジュール図、（２）本発明の実施の形態２における無線通信システムの親局の通信予定テーブル図 従来の無線通信システムの主要構成図 従来の無線通信システムの動作説明図

符号の説明

１ 親局
２ａ 子局１
２ｂ 子局２
４ 送受信部
５ 通信制御部
６，６’ 時刻タイマ
７ 親局通信予定テーブル
８ 通信予定収集部
９ 子局通信予定テーブル
１０ 通信予定設定部
１１ 子局の動作予定収集通信
１４，１５ 子局１（２ａ）の動作スケジュール
１６，１７ 子局２（２ｂ）の動作スケジュール
１８，１９，２０ 親局の動作スケジュール
２２，２３ 追加された親局，子局の動作スケジュール

Claims (3)

1. 制御局として機能する親局と非制御局として機能する子局とからなる無線通信システムにおいて、親局は時刻を管理する時刻タイマと、子局の通信予定を収集する通信予定収集部と前記通信予定収集部によって集められた子局の通信予定から親局の通信予定を作成し格納する親局通信予定テーブルを具備し、子局は時刻を管理する時刻タイマと、自分の通信予定を設定する通信予定設定部と、前記通信予定設定部によって設定された通信予定を格納する子局通信予定格納テーブルと、前記親局から配布される親局通信予定を格納する親局通信予定テーブルを具備し、親局と子局の必要な通信の開始に先立って、子局は既定時刻の前に、前記通信予定設定部によって自分の通信予定を設定して前記子局通信予定格納テーブルに格納しておき、既定時刻において親局はすべての子局から前記子局通信予定格納テーブルに格納された当該子局の通信予定情報を収集し、前記収集された子局の全ての通信予定に相対する親局の通信予定テーブルを作成し、自分の配下の子局に親局通信予定情報を通達した後、親局、子局双方は、その後各々当該局の通信予定時刻になる迄の間は前記通信タイマ部及び通信制御部の必要最小限の回路のみ動作させ、前記通信予定テーブルに記載された必要な通信時刻にのみ通信に必要な回路を動作させて通信を行う無線通信システム。
2. 上記親局と子局との必要な通信時の度に、親局から親局時刻タイマ情報を子局に配布し、子局は前記親局タイマ情報により子局タイマの時刻修正を行う請求項１に記載の無線通信システム。
3. 上記子局の通信予定テーブルにおいて、必要な通信の時間間隔が予め定めた時間より長い時間のスリープ間隔がある場合には、当該のスリープ期間に親局から親局時刻タイマ情報を子局に配布し、子局は前記親局タイマ情報により子局タイマの修正を行うための通信予定を設ける請求項２に記載の無線通信システム。

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