JP2007104174A

JP2007104174A - 端末、省電力無線通信システム及び省電力端末の通信方法

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Publication number: JP2007104174A
Application number: JP2005289761A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Nishiyama; 博仁西山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-03
Also published as: JP4704877B2

Abstract

【課題】必要な状態になると、通常通信とは別の無線手段を用いて相手の通信端末の無線通信機能を有効な状態にし、必要性がなくなると通信機能を無効にして省電力化する。
【解決手段】本発明の省電力端末は、自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持つ端末１１において、上記スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、この検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する無線回路部４０と、上記無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるよう動作指示するマイクロコンピュータ（マイコン）５０と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線センサーネットワーク・システム等の遠隔地に置かれた装置間において、システムの実用性を損なわないで装置の消費電力を低減した省電力技術に関するものである。

多地点にバッテリ駆動のセンサー端末を配置し、無線ネットワークにより端末同士を相互接続して、異常検出を行ったり、環境モニタリングを行うシステムをセンサーネットワーク・システムと呼んでいる。こうしたセンサーネットワーク・システムでは、センサー端末同士を相互接続するための無線通信規格として、Ｚｉｇｂｅｅ規格がある。
このＺｉｇｂｅｅ規格では、前記システムを広範囲に敷設できるように、マルチホッピング通信に関する規定があり、無線が直接届かない距離に配置された端末間であっても、間に配置された中継端末がパケットを中継することで、通信が可能な方式をとっている。
このようなシステムでは、センサー端末は、Ｚｉｇｂｅｅ規格では、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅと呼ばれており、異常があった場合など通信要求があった場合だけ、通信機能を有効にし、それ以外の場合は通信機能を停止することでバッテリ駆動による長時間動作を実現している。
一方、中継端末は、Ｚｉｇｂｅｅ規格においては、Ｒｏｕｔｅｒと呼ばれている。Ｒｏｕｔｅｒは、非同期に発生し得るＥｎｄＤｅｖｉｃｅからの通信要求を中継するために、常時、無線通信機能を有効にしておくことが求められている。従ってその電源はバッテリでは消耗が激しいので、商用電源等により外部から電力を供給する必要がある。
更に、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅにおいても、非同期に無線パケット受信を行う必要があるシステムでは、常時無線通信機能を有効にしておく必要がある。例えば、多地点に様々に異常を検出するセンサーを配置した異常検出システムにおいて、ある特定のセンサーから異常が通知された場合、他のセンサーの情報を読み出すことができれば、発生した異常状態の詳細をより詳しく知ることが可能になる。このような通信は、異常を検出していないＥｎｄＤｅｖｉｃｅにとっては、全くの非同期に発生する通信である。このような非同期の通信を可能にするためには、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅは、常時無線通信機能を常に有効にする必要がある。

例えば、特許文献１の無線ＬＡＮ端末は、無線端末に関する低電力手法を示したものであるが、低電力効果が得られるのは、イベントに同期して通信を行う端末側だけであり、しかも端末の意思だけで電源投入と通信開始を決めていて、サーバ側からの起動については触れられていないし、構成上、サーバ側からの起動が出来ない。更にサーバ側、すなわち非同期に通信を受け付ける側は、常時通信機能を有効にしておく必要ある。この点は、前記、センサー端末と中継端末の関係や、前記、異常検出システムの例に示した「異常を検出していないＥｎｄＤｅｖｉｃｅ」と同じであり、バッテリを用いた場合は、長時間動作が不可能である。
しかしながら、無線センサーネットワークは、屋外等、インフラ設備の整っていない場所に設置されることある。このような場合、中継端末についても省電力で電力供給をバッテリで行うことができれば、中継端末の設置場所に制限がなくなり、しかも低コストでシステムの構築を行うことが可能となる。
特開２００４−１５３３５９号公報

従来の無線センサーネットワークは前記のように構成されており、サーバ側から端末のバッテリのオン・オフを自由に指定できず、サーバからの非同期の通信を許すとすれば、端末における十分な省電力が図れないと言う課題がある。
また従来のシステムでは、中継端末を含めて、通信が必要になった時から、通信終了時までのみ電源が投入される、木目細かな制御ができず、省電力が十分でない、という課題がある。

本発明は、前記の問題を解決するためのものであり、特に、Ｚｉｇｂｅｅ規格について、次の二つの手段により低電力化を実現する。
まず、第一として、無線通信において送信側が、非同期に無線通信を行う場合、通信機能が有効になっていないデータリンクレベルの通信端末を、Ｚｉｇｂｅｅ通信とは別の無線手段を用いることにより、その通信端末の無線通信機能を有効な状態にさせる。
第二として、第一の手段で通信機能が有効になった端末が、通信機能を有効にしておくべき期間を判定し、通信機能を有効にしておく必要が無いと判断した場合は、すばやく通信機能を無効にすることで、省電力化を図る。
ここで、通信機能を有効にした状態とは、例えばＺｉｇｂｅｅ規格で定められた通信フレームを送受信できる状態のことを示す。

この発明に係る省電力端末は、自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持つ端末において、
上記スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、この検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する無線回路部と、
上記無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるよう動作指示するマイクロコンピュータ（マイコン）と、を備えた。

この発明の省電力端末は上記のように構成されており、非同期の端末と他の装置間であっても、通常のパケットと区別してウェークアップ信号をやり取りして、容易にまた間違いなく相手をアクティブ・モードにして、通信が終ると直ちに元のスリープ状態に戻して、省電力となる効果がある。

実施の形態１．
以下、自身での判断だけでなく、他からの指示でアクティブ・モードに切り替わる、本発明における無線通信装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態におけるシステム構成を示したものであり、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅ（エンドデバイス）Ａ１１およびＥｎｄＤｅｖｉｃｅ（エンドデバイス）Ｂ１２は、それぞれの設置された地点について温度を測定し、もし温度異常を検出した場合は、ホストに対してＺｉｇｂｅｅ通信を用いて接続している温度センサーで測定して異常通知を行う。ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２は、ホスト３１と物理的に電波が届かない距離に設置されており、間に設置されたＲｏｕｔｅｒ（ルータ、中継器）２１がパケット中継を行うことでホストと通信を行うものとする。
ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２、Ｒｏｕｔｅｒ２１はバッテリにより電力供給されており、サーバであるホスト３１は、商用電源により電力供給されているものとする。
ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ（端末）１１、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ（端末）１２、Ｒｏｕｔｅｒ２１の各無線端末は、ＳＬＥＥＰ（スリープ）・モードとＡＣＴＩＶＥ（アクティブ）・モードの２つのモードを備える。ＳＬＥＥＰモードは、Ｚｉｇｂｅｅの通信機能が無効になっている状態であり、ＡＣＴＩＶＥモードは有効になっている状態である。

まず、ＳＬＥＥＰモードにおけるエンドデバイスやルータの、各無線端末の動作について説明する。
各無線端末は、自身の通信要求が無い状態では、ＳＬＥＥＰモードにモード設定される。ＳＬＥＥＰモードでは、周期的に端末をアクティブにして通信を行うためのＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検波する動作を行う。
ところで、無線端末は温度異常が発生しているかどうかを、定期的に温度センサーを読み取ることで監視している。そして例えば異常現象が起こると、直ちにセンサーの値を送信する。本実施の形態においては、この検波処理を行う間隔を示す検波周期Ｔｃは、全端末共通であり、例えば１００ｍｓとする。ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の信号長Ｔｗは検波周期Ｔｃと最小検波時間Ｔｗｄ（ｍｉｎ）の和である。本実施例では、Ｔｗｄ（ｍｉｎ）を５ｍｓと定義する。

図２は、端末の無線回路部４０を中心に示したブロック構成図である。また図３は、端末であるＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１と端末であるＲｏｕｔｅｒ２１の動作を説明するための説明図である。更に図４は、それらの両端末の動作フローを示すフローチャートである。
これらの図において、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検波処理は、時刻ｔ１、ｔ２等の、検波周期Ｔｃでマイクロコンピュータ（マイコン）５０が周波数変換回路４２および、電波強度検出回路４５を起動し、マイコン５０が電波強度を読み取ることにより実施する。マイコン５０は、電波強度を読み取った結果、電波強度が一定レベル以上にない場合は、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検出しなかったものとして、図３の時刻ｔ１とｔ２のように、全ての無線回路ブロックを停止状態にする。ＳＬＥＥＰモードでは、前記動作を繰り返すことになる。この動作では、電波強度をモニタすることだけを実施すればよいため、一般の無線パケットの受信処理とは異なって同期回路や復調回路は停止状態にすることが可能である。また、電波強度をモニタする処理は、同期処理や復調処理が必要なく、短時間で処理を行うことが可能であるため、消費電力を非常に小さくすることが可能である。
一方、時刻ｔ４のように、電波強度レベルが一定以上の場合は、継続して電波強度をモニタする。その結果、最小検波時間Ｔｗｄ（ｍｉｎ）から最大検波時間Ｔｗｄ（ｍａｘ）＝Ｔｃ＋Ｔｗｄ（ｍｉｎ）の期間、継続して電波強度が一定レベル以上であった場合に、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検波したと判定する。ここでは例として、Ｔｗｄ（ｍａｘ）は、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号長に最小検波時間を加えた時間と同じとする。
最小検波時間Ｔｗｄ（ｍｉｎ）は、Ｚｉｇｂｅｅ規格に定義されているフレームの信号長より長く設定することで、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号とＺｉｇｂｅｅ通信の信号を区別することを可能とする。当然、相手が検出できるよう、検波周期Ｔｃ以上の長さでなくてはいけない。また、こうして設定した所定の最大検波時間Ｔｗｄ（ｍａｘ）を超えて電波強度が一定レベル以上の信号については、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号以外のノイズ等によるものと判断することができる。このように、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検出条件に電波強度だけでなく、検出期間を加えることにより、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の誤検出の確率を非常に小さいものにすることが可能になる。

次に、各無線端末のＳＬＥＥＰモードからＡＣＴＩＶＥモードへ変化について、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡで温度異常を検出した場合について説明する。
図３は、このときの様子を時系列に示したものである。
図４（ｂ）において、Ｒｏｕｔｅｒ２１は、ＳＬＥＥＰモードであり、検波周期Ｔｃ＝１００ｍｓで検波処理を行い、ｔ１やｔ２で信号を検波しない場合は、Ｓ７１とＳ７２で、速やかに処理を中断する動作を繰り返している。
あるとき図４（ａ）のＳ６３で、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１が、温度異常を検出すると、自身の動作モードをＳＬＥＥＰモードからＡＣＴＩＶＥモードに切り替え、Ｓ６４においてデータリンクレベルの通信相手、すなわち、Ｒｏｕｔｅｒ２１に時刻ｔ３でＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信する。
Ｒｏｕｔｅｒ２１は、このＷＡＫＥ−ＵＰ信号をＳ７２で検出し、検波期間が、Ｔｗｄ（ｍｉｎ）＝５ｍｓからＴｗｄ（ｍａｘ）＝１０５ｍｓであった場合に、Ｓ７４で自身の動作モードをＡＣＴＩＶＥモードに変更して、データを中継する。
以上の処理により、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１とＲｏｕｔｅｒ２１は、Ｚｉｇｂｅｅの通信規格に従った通信を実施することが可能になる。本実施の形態におけるシステムでは、この状態でＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、ホスト３１に対して温度異常通知を行う。

各無線端末が、ＡＣＴＩＶＥモードからＳＬＥＥＰモードへモード切り替えをする条件は、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１とホスト３１間の通信が完了したことである。本実施の形態における、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１やホスト３１のように、アプリケーション間通信を実施している端末は、アプリケーションプログラムが通信要求の有無を把握しているため、通信が完了したことを容易に知り得ることが可能である。従ってＳ６６の検出は容易であり、Ｓ６７でＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１はスリープ・モードに戻る。
しかしながら、Ｒｏｕｔｅｒ２１は、単純にパケット中継をしているだけなので、通信の完了を知り得ることが難しい。Ｒｏｕｔｅｒ２１のモード切り替えのタイミングは、例えば、Ｚｉｇｂｅｅの通信フレームを送受信しなくなってから一定時間経過後としてもよいが、この方法は、通信が完了してから、少なくとも一定時間はＡＣＴＩＶＥモードに留まることになるため、無駄な電力を消費ことになる。

そこで、本実施の形態では、Ｒｏｕｔｅｒ２１が通信の開始と通信の終了を認識することで、ＡＣＴＩＶＥモードに留まる期間を必要十分にする方法について述べる。
ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、ホストとの通信の第一番目、すなわち、温度異常通知を送信する前に、ホストに対してＣＯＮＮＥＣＴメッセージを送信する。ＣＯＮＮＥＣＴメッセージは、アプリケーションレベルの通信である。ＣＯＮＮＥＣＴメッセージは、Ｒｏｕｔｅｒ２１が中継することでホスト３１に転送される。Ｒｏｕｔｅｒ２１はＣＯＮＮＥＣＴメッセージを中継する際に内容を参照し、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡとホスト間でＬＩＮＫが確立したと認識しこれを接続したリンクとしてメモリ５１に記憶する。
ＬＩＮＫは、ＯＳＩ（ＯｐｅｎＳｙｓｔｅｍｓＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）７階層のトランスポート層レベルについて管理する。例えば、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１とホスト３１間でＬＩＮＫが確立している状態で、さらに、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２からホスト３１へＲｏｕｔｅｒ２１経由でＣＯＮＮＥＣＴメッセージが送信された場合、Ｒｏｕｔｅｒ２１は、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２とホスト３１間もＬＩＮＫが確立したと認識し、これもメモリ５１に異なるリンクとして記憶する。

Ｒｏｕｔｅｒ２１は、自身が関係するＬＩＮＫが１つでも確立している期間は、つまりメモリ５１上にリンクが一つでも記憶されている間は、ＡＣＴＩＶＥモードを維持するものとする。
ＬＩＮＫが確立した状態において、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、ホスト３１に対して温度異常通知等、システム動作を行う。
全てのシステム動作が終わったら、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴメッセージをＳ６５でホスト３１に送信する。ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡは、ＤＩＳＣＯＮＮＣＥＴメッセージの送信処理が完了した時点で、Ｓ６７として自身の動作モードをＳＬＥＥＰモードに切り替える。
Ｒｏｕｔｅｒ２１は、ＣＯＮＮＥＣＴメッセージと同様に、ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴメッセージを中継する際にモニタし、ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴメッセージを中継する処理が完了したＳ７４の段階で、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１とホスト３１間のＬＩＮＫが切れたことを認識しメモリから削除する。そしてＲｏｕｔｅｒ２１は、自身が関係する全てのＬＩＮＫが切れたＳ７４の場合に、Ｓ７５で自身のモードをＳＬＥＥＰモードに切り替える。

なお、ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴメッセージの送信は、ホスト３１からＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１等に対して送信してもよい。
最後に、通信に関係しないＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２の動作について説明する。ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２は、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１が送信するＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検出すると、自身の動作モードをＡＣＴＩＶＥモードに切り替える。
ＡＣＴＩＶＥモードに切り替えた後、ある一定期間待っても、自身が関係するＬＩＮＫが確立しない場合は、自身の動作モードをＳＬＥＥＰモードに切り替える。
前記のように、区別して検出が可能な起動信号を送ってＡＣＴＩＶＥモードにして、特別の終了信号でＳＬＥＥＰモードに切り替えることで、省電力な中継器と端末を実現できる効果がある。

実施の形態２．
先の実施の形態では、Ｚｉｇｂｅｅの通信チャネルを用いて、しかし定義をされた周期、及びノイズ、とは識別可能な、別の周期のＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信する方式を説明した。
Ｚｉｇｂｅｅの物理層は、複数のチャネルが定義されている。これを利用して本実施の形態では、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信、検波するチャネルと、Ｚｉｇｂｅｅの通信をするチャネルを別々のチャネルに割り当ててもよい。
ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信、検波するチャネルと、Ｚｉｇｂｅｅの通信を行うチャネルを別々のチャネルにすることで、長時間無線帯域を使用するＷＡＫＥ−ＵＰ信号が、Ｚｉｇｂｅｅ通信を妨げることが無いため、更に通信効率を向上できる効果がある。

実施の形態３．
実施の形態１で述べた方法では、ある端末がＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信すると、それを検波した全ての端末が一旦ＡＣＴＩＶＥモードに切り替わってしまい、システム動作上必要のない端末もＡＣＴＩＶＥモードになってしまう。そこで、本実施の形態では、無線端末間で時刻同期が成立している場合に、タイムスロットを用いることで、システム動作上、ＡＣＴＩＶＥモードにする必要がある端末だけをＡＣＴＩＶＥモードにするシステムについて述べる。
時刻同期は、例えば、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用する方法や、特定の端末が時刻の送信元となり時刻情報を無線パケット通信を用いて配信する方法がある。本実施の形態では、時刻同期の精度は±Ｔｅ（＝２．５ｍｓ）以下、最大ジッタＴｊ（＝５ｍｓ）とする。

図５は、本実施の形態を示すシステムの構成図である。ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ〜Ｃは、それぞれの設置された地点について温度を測定し、もし温度異常を検出した場合は、ホストに対してＺｉｇｂｅｅ通信を用いて異常通知を行う。ホスト３２は、あるＥｎｄＤｅｖｉｃｅから温度異常通知を受けた場合、異常通知のあったＥｎｄＤｅｖｉｃｅから最も近い位置に配置されているＥｎｄＤｅｖｉｃｅの温度情報を読み出すことで、周辺情報も含めて異常状態を評価する。本実施の形態では、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１が温度異常を通知し、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１から最も近い位置にＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２が配置されている場合について説明する。また各無線端末はバッテリにより電力供給されているものとする。

次に、図６を用いて各端末が共有するタイムスロットについて説明する。本実施の形態では、タイムスロットは、Ｓｈ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの４つのタイムスロットを定義する。各タイムスロットの間には、各端末間の時刻同期誤差によって生じるＷＡＫＥ−ＵＰ信号の緩衝を防ぐため最大ジッタの時間幅Ｔｊを有する緩衝防止時間幅ＧＡＰが配置されている。
Ｓｈは、ホスト宛てにＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信するためのタイムスロットであり、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、それぞれ、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＣ宛てにＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信する為のタイムスロットである。
各タイムスロットの時間長Ｔｓは、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の信号長Ｔｗと同じである。
各無線端末は、自身宛てのＷＡＫＥ−ＵＰ信号が送られてくるタイムスロットのタイムスロット開始時刻から時間同期誤差によるジッタＴｊ経過した時刻に、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検波を実施する。即ち図６のｔ１２ないしｔ１４、ｔ２２ないしｔ２４に検波処理を行う。検波期間がＴｗｄ（ｍｉｎ）以上Ｔｗｄ（ｍａｘ）以下の場合に、自身の動作モードをＳＬＥＥＰモードからＡＣＴＩＶＥモードに切り替える。Ｔｗｄ（ｍａｘ）は、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号長Ｔｗと同じである。

図７は、端末とホスト３２の動作を示すフローチャートである。
図８は、ジッタが５ｍｓで、ホスト３２、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＣ１３の各端末の基準時刻に対する同期誤差が、それぞれ、＋２．５、−２．５ｍｓ、−２．５ｍｓ、０ｍｓの場合の検波タイミングを示したものである。
ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の信号長Ｔｗは、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検出時間の最小値Ｔｗｄ（ｍｉｎ）を保証するように決定する。全ての端末同士の組合せで、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号送信と、検波を実施するためには、次の２つの条件を満足すればよい。
条件１）基準時刻に対して−Ｔｅの誤差を持った端末が送信するＷＡＫＥ−ＵＰ信号を、＋Ｔｅの誤差を持った端末がＴｗｄ（ｍｉｎ）の期間検波できること。
条件２）基準時刻に対して＋Ｔｅの誤差を持った端末が送信するＷＡＫＥ−ＵＰ信号を、−Ｔｅの誤差を持った端末がＴｗｄ（ｍｉｎ）の期間検波できること。
Ｔｗｄ（ｍｉｎ）＝５ｍｓとすると、本実施の形態において、上記条件を満たすためには以下となる。
Ｔｗ≧２＊Ｔｊ＋Ｔｗｄ（ｍｉｎ）＝１５ｍｓ
なお、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信タイミングは、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の宛て先である端末のタイムスロットの開始時刻である。

具体的なシステム動作例について述べる。
図５におけるシステムにおいて、初期状態は全ての無線端末はＳＬＥＥＰ状態である。ホスト３２、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＣ１３の基準時刻に対する時刻同期誤差は、図６に示すように、それぞれ、＋２．５ｍｓ、−２．５ｍｓ、−２．５ｍｓ、０ｍｓであったとする。
この状態から、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１が温度異常を検出すると、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、Ｓ８４でＡＣＴＩＶＥモードに遷移する。そして、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信して、ホスト３２をＳ９３でＡＣＴＩＶＥモードにする。
図８は、その過程を時系列に示したものである。
まず、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、自端末の時刻に基づいて、タイムスロットＳｈの開始時刻Ｔｈ０を待ち、時刻Ｔｈ０から１５ｍｓの期間、Ｓ８４でＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信する。ここで、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１の時刻は、時刻同期誤差−２．５ｍｓを持っている。従って、基準時刻からみたＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信期間は、時刻Ｔｈ０−２．５ｍｓからＴｈ０＋１２．５ｍｓである。なお、図８に示す時刻は、基準時刻で表記している。

次に、ホスト３２はホストの時刻で、時刻Ｔｈ０から時刻同期誤差によるジッタ時間Ｔｊ（＝５ｍｓ）経過した時刻に、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検波を開始する。ここで、ホストの時刻は、基準時刻に対して＋２．５ｍｓの誤差を持っている。従って、前記、検波を開始する時刻は、基準時刻に置き換えると、Ｔｈ０＋７．５ｍｓである。
検波処理によって、なにも信号を検波しない場合は、すみやかに処理を打ち切るが、この場合はＳ９２で、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１が送信しているＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検波しているので、Ｓ９３で検波処理を継続する。ＷＡＫＥ−ＵＰ信号は、先に述べたように、基準時刻について、時刻Ｔｈ０＋１２．５ｍｓまで出力されているため、ホストの検波期間は５ｍｓである。ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検波しなくなった時点で、ホストは検波期間を評価し、検波期間がＴｗｄ（ｍｉｎ）以上Ｔｗｄ（ｍａｘ）以下であるため、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を検波したものと見なし、ホスト３２は、自端末の動作モードをＳＬＥＥＰモードからＡＣＴＩＶＥモードに切り替える。この時点で、ホスト３２とＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、Ｚｉｇｂｅｅの通信が可能になる。なお、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＣ１３は、当該期間において、検波を実施しないので、ＳＬＥＥＰモードのままである。

Ｚｉｇｂｅｅ通信が可能になった段階で、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、ＣＯＮＮＥＣＴメッセージをホストに送信し、ＬＩＮＫを確立する。その後、温度異常の通知等のシステム動作を実施し、システム動作が完了したら、ＤＩＳＣＯＮＮＥＣＴメッセージを送信し、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１は、自身の動作モードをＳＬＥＥＰモードに切り替える。
なお、Ｚｉｇｂｅｅの通信が可能になったら、タイムスロットに拘りなくＺｉｇｂｅｅのパケットを送受信する。このとき、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２やＥｎｄＤｅｖｉｃｅＣ１３のスロットに対してもＺｉｇｂｅｅのパケットを送信するが、Ｚｉｇｂｅｅのパケット長がＴｗｄ（ｍｉｎ）未満であり、検波時間がＴｗｄ（ｍｉｎ）に達しないのでＷＡＫＥ−ＵＰ信号検波とは見なされない。
ホストは、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１から温度異常情報を受け取った場合に、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２に対して温度情報を読み取るように、システム的にプログラミングされているので、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１からＤＩＳＣＯＮＮＣＥＴメッセージを受け取ってもＳＬＥＥＰモードに遷移せずに、ＡＣＴＩＶＥモードを維持する。

次に、ホスト３２は、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２の温度情報を読み取るために、Ｓ９４でタイムスロットＳｂにＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信する。このステップは１度だけであり、以後のデータ受信ではこのステップは無く、Ｓ９３でデータを受信する。この場合の時間経過を図９に示す。
ホスト３２は、自端末の時刻に基づいて、タイムスロットＳｂの開始時刻Ｔｂ０を待ち、時刻Ｔｂ０から１５ｍｓの期間、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信する。ここで、ホストの時刻は、時刻同期誤差＋２．５ｍｓを持っている。従って、基準時刻からみたＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信期間は、時刻Ｔｂ０＋２．５ｍｓからＴｂ０＋１７．５ｍｓである。
次に、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２は自身の時刻で、時刻Ｔｂ０から時刻同期誤差によるジッタ時間Ｔｊ（＝５ｍｓ）経過した時刻に、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検波を開始する。ここで、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２の時刻は、基準時刻に対して−２．５ｍｓの誤差を持っている。従って、前記、検波を開始する時刻は、基準時刻に置き換えると、Ｔｂ０＋２．５ｍｓである。
これにより、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＢ１２は、基準時刻について、Ｔｂ０＋２．５ｍｓよりＴｂ０＋１７．５ｍｓまでの検波を行うこととなり、その期間１５ｍｓは、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の検波条件に合うことから、自身の動作モードをＡＣＴＩＶＥモードに切り替える。
以後、ＥｎｄＤｅｖｉｃｅＡ１１とホスト３２の関係と同様の手順により、ＬＩＮＫ確立、温度情報の読み出し、ＬＩＮＫ切断の処理を行い、Ｓ９６でスリープ・モードに戻る。

本実施の形態のように、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の送信および検波を、タイムスロットを用いて実施すると、システム動作に関係の無い端末をＡＣＴＩＶＥモードにすることが無く、かつ、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号の信号長も短くすることが可能であるため、さらに、消費電力を小さく抑えることが可能である。
なお、本実施の形態において、ＷＡＫＥ−ＵＰ信号を送信、検波するチャネルと、Ｚｉｇｂｅｅ通信に利用するチャネルを異なるチャネルとすれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
また前記の各実施の形態では、無線回路部の全てをハードウェアとして説明したが、一部の機能をプログラムで記述してマイコンで読取り実行し、図４や図７で示す機能を実現する方法としてもよい。

この発明の実施の形態１における省電力無線通信システムの構成を示す図である。実施の形態１における無線回路部を中心とする端末の構成図である。実施の形態１におけるスリープ・モードとウェークアップ動作を説明する図である。実施の形態１における端末と中継器の動作を示すフロー図である。この発明の実施の形態２における省電力無線通信システムの構成を示す図である。実施の形態３における各端末の検波処理のタイミングを示す図である。実施の形態３における端末とホストの動作を示すフロー図である。実施の形態３における端末によるウェークアップ動作を説明する図である。実施の形態３におけるホストによるウェークアップ動作を説明する図である。

符号の説明

１１エンド・デバイスＡ、１２エンド・デバイスＢ、１３エンド・デバイスＣ、２１ルータ、３１，３２ホスト（サーバ）、４０無線回路部、４１アンテナ、４２周波数変換回路、４３ＩＦフィルタ、４４同期／復調回路、４５電波強度検出回路、５０マイクロコンピュータ（マイコン）、５１メモリ、Ｓ６１，Ｓ７１，Ｓ８１，Ｓ９１検波処理ステップ、Ｓ６２，Ｓ７２，Ｓ８２，Ｓ９２ウェークアップ信号検出ステップ、Ｓ６５アクティブモードで動作するステップ、Ｓ７３アクティブモードで中継するステップ、Ｓ８５アクティブモードで動作するステップ、Ｓ９３アクティブモードで動作するステップ。

Claims

自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持つ端末において、
上記スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、該検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する無線回路部と、
上記無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるよう省電力動作指示するマイクロコンピュータ（マイコン）と、を備えたことを特徴とする端末。
マイコンは、送信要求が必要になることを検出し、該検出により無線回路部を起動してウェークアップ信号の送信を指示し、
無線回路部は、上記ウェークアップ信号の送信時間長として、システムでの定められたフレーム長以上で、所定の最大検波時間以下の時間長だけウェークアップの特定信号を送信することを特徴とする請求項１記載の端末。
無線回路部は、ウェークアップの特定信号の受信時間長として、システムでの定められたフレーム長以上で、所定の最大検波時間以下の時間長だけウェークアップの特定信号の受信を検出すると、マイコンはアクティブ・モードへの動作指示を行うことを特徴とする請求項１記載の端末。
端末が、他の端末からの通信をホストであるサーバ側への方向で、またはその逆方向である上記サーバ側から上記他の端末への方向でパケットを中継する場合は、
マイコンは上記中継に先だって上記パケットをモニタして、上記他の端末とサーバ間の接続状態をリンクとしてメモリに記憶して該リンクを監視し、該監視しているリンクが一つでもメモリにあると、アクティブ・モードを続けることを特徴とする請求項１記載の端末。
無線回路部は、ウェークアップ信号の送信チャネルとして、アクティブ・モード時にパケットを送受信するチャネルとは異なるチャネルを用いることを特徴とする請求項２記載の端末。
端末は、交信相手端末またはサーバと専用の通信路としてのスロットを設けて交信を行い、
無線回路部は、送信要求が必要になると、特定の専用のスロットによりウェークアップ信号を送信することを特徴とする請求項２記載の端末。
自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持ち、該スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、該検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する端末にある無線回路部と、上記端末にある無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるよう動作指示し、送信要求が必要になることを検出し、該検出により上記端末にある無線回路部を起動してウェークアップ信号の送信を指示する端末にあるマイクロコンピュータ（端末にあるマイコン）と、を備えた端末と、
自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持ち、該スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、該検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する中継器にある無線回路部と、上記中継器にある無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードに動作モードの変更をおこなう中継器にあるマイコン、とを備えた中継器と、で構成されることを特徴とする省電力無線通信システム。
自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持ち、該スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、該検波処理で所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出する端末にある無線回路部と、上記端末にある無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるよう動作指示し、送信要求が必要になることを検出し、該検出により上記端末にある無線回路部を起動してウェークアップの特定信号の送信を指示する端末マイクロコンピュータ（端末マイコン）と、を備えた端末と、
自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持ち、該スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行い、該検波処理で上記ウェークアップ信号を検出するサーバにある無線回路部と、上記サーバにある無線回路部が上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードに動作モードの変更をおこなうサーバマイコン、とを備えたサーバと、で構成されることを特徴とする省電力無線通信システム。
自身の構成要素の一部のみが動作するスリープ・モードを持つ端末の通信方法において、
上記スリープ・モードにおいては、周期的に受信電波の検波処理を行うステップと、
所定の電波強度で所定時間長のウェークアップ信号を検出するステップと、
上記ウェークアップ信号を検出したことで上記一部以外の構成要素を起動して上記スリープ・モードからデータ通信が出来るアクティブ・モードになるステップと、
を備えたことを特徴とする省電力端末の通信方法。