JP2009261013A - 無線通信方法、無線端末装置、及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線端末装置が電源の起動／遮断によって動作状態と休止状態を繰り返す間欠動作により消費電力削減を図るシステムにおいて、基地局から情報を無線端末装置に確実に伝える通信方法及びそれに用いる基地局を提供すること。
【解決手段】計測を行なうセンサを備え、動作状態と休止状態を繰り返す間欠動作の無線端末装置NOD10aと基地局BAS20aとの間で行なう通信方法であって、基地局において無線端末装置に与えるコマンド或いはデータ等の基地局情報を保存し（s130）、無線端末装置を休止状態から動作状態に切り替えて（s150）からセンサからの情報を基地局に送信し（s161）、センサ情報を送信するために動作状態にある無線端末装置に、基地局において保存されている基地局情報を応答信号に結合して送信し（s181）、基地局情報及びセンサ情報の送信が終了してから無線端末装置を休止状態（s220）に戻す。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、無線端末装置と基地局の間で行なう通信方法に係わり、特に、基地局から無線端末装置にコマンド等の情報を与えるための通信方法に関する。

近年、生活のあらゆる場所に半導体集積回路装置が配備される共に、情報端末装置をいつでもどこででも利用することができるシステム、即ちユビキタスなシステムが実現されつつある。

携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area Network）端末は、そのようなシステムに用いられる情報端末装置の例である。これらは、携帯型であり、電池を内蔵するため、電池の消耗を抑えることが求められ、装置が低消費電力化される。例えば、低消費電力化のために、通信距離に応じて送信電力を変化させる携帯電話機が特許文献１に開示されている。

また、ＩＣチップとアンテナを搭載した無線タグや非接触型のＩＣカードは、情報端末装置の別の例であるが、最近、身近に用いられるようになってきた。これら無線タグやＩＣカードは、固有のデータを備え、リーダライタ（質問器）に同データを提供するが、電源を持たず、リーダライタ（質問器）から発射される電磁波を受信し、整流して得られる電力を電源として利用する。従って、得られる電力は微弱であり、そのため、回路が低消費電力化される。低消費電力・低電圧動作のメモリを利用可能にするため、整流電力を２分して用いるようにした非接触型ＩＣカードの例が特許文献２に開示されている。

携帯型ではないが、省電力化のために必要なときだけ装置を起動し、センサ情報を間欠的に送信するようにした無線端末装置の例が特許文献３に開示されている。

特開２０００−２２４１０５号公報 特開平１１−７３４８１号公報 特開平１１−２８７８１８号公報

上記の情報端末装置はいずれも情報の発信が可能な装置であるが、携帯電話や無線ＬＡＮは、基地局から情報を受け取るために、送信時以外は常に受信系の装置に電源を与え受信動作状態にあり、省電力化に限界がある。また、無線タグや非接触型ＩＣカードは、リーダライタ（質問器）から発射される電磁波無しに、自ら情報を発信することができない。更に、間欠送信の無線端末装置は、送信のときだけ電源が投入されるので、通常の受信を行なうことができない。

いま、情報端末装置で必要なときに自ら情報を間欠的に送信し、かつ同情報端末装置において基地局からのコマンドやデータの受信も可能な通信方法が実現すれば、高度な情報活用が可能となる。そのような情報活用のモデルとして、例えば、センサを搭載した情報端末装置が無線機能を持ち、無線によってネットワークを形成することで効率よくセンサ情報を伝達するワイヤレスセンサネットワーク（以下、センサネットと略す）が挙げられる。

センサネットを実現するためのセンサ機能付情報端末装置として、半導体集積回路装置を用いて装置を小型化、低消費電力化することが効果的である。そのように、無線端末装置において、センサや無線機能が低消費電力で動作可能であると無線端末装置に電源（又は電池）を内蔵することが可能となり、配線を設けることなく装置の設置を簡単化することができるようになる。

しかし、内蔵する電源の容量には限りがあるから、センサ機能付無線端末装置の徹底的な消費電力削減が望まれる。基本的に、必要なときだけ無線端末装置を起動し、不要なときには電源を遮断などにより動作を休止するという間欠動作が欠かせない。そのような間欠動作によって情報をセンサ機能付無線端末装置から基地局に伝達する通信方法の例を図２０に示すことができる。通信方法は、センサ機能付無線端末装置（NOD）10が無線で基地局（BAS）20に接続され、基地局20がネットワークを介してサーバ（SRV）40に接続される通信システムにおいて実行される。

無線端末装置10は、電池などの小型電源を含んでおり、電池交換を可能な限り減らしたいという理由から、センサを用いてデータを計測する場合や基地局へデータを送信する以外は、計測や通信を行なう領域への電源を遮断することとする。これによって電力消費が抑えられる。ただし、上記領域への電源を遮断された休止期間に無線端末装置10は、基地局20との無線通信は不可能になる。

電源投入は、例えば時間等、何らかの事象（イベント）の発生によって行なわれる。事象が時間である場合、無線端末装置10は時計を内蔵し、所定の時間が来たら上記領域に電源を投入する。従って、時計には電源が常時投入されており、電源が遮断されて上記領域が停止状態であっても、無線端末装置10は停止にはならず、休止状態、即ちスリープ状態になる。

図２０において、無線端末装置10は、休止期間になると、電源を遮断され、スリープ状態に遷移する（s110）。その後、例えば時間等の何らかのイベント（s140）が生じると、電源が供給されて無線端末装置10が起動する（s150）。

この後、無線端末装置10は、センサ144を用いてデータ計測をする、或いは演算装置を用いてデータ計算をするなどの作業を経て、無線で必要な情報を送信するための通信フレームを作成する（s160）。無線端末装置10は、作成した通信フレームを用いて情報データを基地局20に送信する（s161）。

基地局20は、受け取った通信情報に受け取りエラーが無いかをチェックし（s170）、無線端末装置10及びサーバ40と通信を行なうための通信フレームを作成（s180）する。

また、基地局20はサーバ40に、無線端末装置10から受け取ったデータをサーバ40に送り、データベース41の情報更新要求を行ない（s182）、サーバ40内にあるデータベースの情報更新（s210）を行なう。このとき、基地局20とサーバ40の間の通信はTCP／IPなどが基本となっており、このデータベース更新要求s182をTCP／IPで通信することにより基地局20からサーバ40にデータが送られ、続いてサーバ40から基地局20にデータを正確に受け取ったことに対する応答として応答（Acknowledge、以下ACKと略す）信号が返信される仕組みが組み込まれている。基地局20は、サーバ40からこのACK信号を受け取ると、無線端末装置10へ情報を正確に受け取ったことに対する応答であるACK信号を送る（s1811）。

無線端末装置10は基地局20からACK信号（s1811）を受け取ると、ACK信号が正確かどうかのエラーチェック（s190）を行ない、確実に受け取っていれば再度電源を遮断してスリープ状態（s220）に遷移する。

無線端末装置10の通信シーケンスにおいて、ステップs110からステップs140の期間は電源遮断して停止している。ステップS140からステップs220の間は電源が供給されて動作している。更にステップs140からステップs160において、センサ計測や演算装置の演算作業が行なわれる。ステップs161は送信状態にあり、その後のステップs170からステップs190まではACK信号s1811を受信するための受信状態にある。

以上により、計測データ等の情報が基地局に間欠動作によって伝達される。しかしながら、高度な情報活用を可能ならしめる基地局からのコマンドやデータの無線端末装置における受信は実現されない。

本発明の目的は、無線端末装置が電源の起動／遮断によって動作状態と休止状態を繰り返す間欠動作により消費電力削減を図るシステムにおいて、基地局から情報を無線端末装置に確実に伝える通信方法及びそれに用いる基地局を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の通信方法は、計測を行なうセンサを備え、動作状態と休止状態を繰り返す間欠動作の無線端末装置と基地局との間で行なう通信方法であって、基地局において無線端末装置に与える第１の情報を保存し、無線端末装置を休止状態から動作状態に切り替えてから上記センサからの第２の情報を上記基地局に送信し、第２の情報を送信するために動作状態にある無線端末装置に、基地局において保存されている上記第１の情報を送信し、上記第１及び第２の情報の送信が終了してから上記無線端末装置を休止状態に戻すことを特徴とする。

第１の情報は、例えば、無線端末装置に与えるコマンド或いはデータ等である。無線端末装置が送信を行なうために動作状態になるまで、第１の情報は基地局に保存され、無線端末装置が動作状態にあるときに第１の情報が基地局から無線端末装置に送信されるので、第１の情報を無線端末装置に確実に伝えることが可能になる。

本発明によれば、センサ機能付無線端末装置が基地局へセンサ情報を伝えるために無線通信する際に、センサ機能付無線端末装置が電源の起動/遮断を繰り返す間欠動作により消費電力削減を図るシステムにおいて、基地局或いはサーバ或いは表示端末装置からのコマンド或いはデータを基地局で保存し、センサ機能付無線端末装置が起動している間に確実に伝えることで、低電力かつ信頼性及び精度の高い無線送受信を実現する。

本発明に係る通信方法の実施形態１を説明するための通信システムの構成図。 実施形態１で用いられるセンサ機能付無線端末装置を説明するための構成図。 実施形態１で用いられる基地局の例を説明するための構成図。 実施形態１で用いられる基地局の別の例を説明するための構成図。 本発明に係る通信方法の実施形態１を説明するためのシーケンス図。 本発明に係る通信方法の実施形態１を説明するための別のシーケンス図。 本発明に係る通信方法の実施形態１を説明するための更に別のシーケンス図。 本発明に係る通信方法の実施形態２に用いられるセンサ機能付無線端末装置を説明するための構成図。 本発明に係る通信方法の実施形態２を説明するためのシーケンス図。 本発明に係る通信方法の実施形態３を説明するためのシーケンス図。 本発明のセンサ情報予測の例を説明するための図。 本発明の通信方法における登録作業の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法における基地局切替作業の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法におけるモード変更作業の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法におけるモード変更作業の別の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法におけるメモリ内容提示作業の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法におけるリセット及び終了作業の例を説明するためのシーケンス図。 本発明の通信方法において用いる通信フレームの例を説明するための構成図。 図１６の通信フレームの物理層ヘッダを説明するための構成図。 図１６の通信フレームのマック層ヘッダを説明するための構成図。 図１６の通信フレームのネットワーク層ヘッダを説明するための構成図。 間欠動作のセンサ機能付無線端末装置を用いて行なう通信方法の例を説明するためのシーケンス図。

以下、本発明に係る通信方法及び基地局を図面に示した幾つかの実施形態を参照して更に詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図１に実施形態１の通信方法を実行するための通信システムの例を示す。通信システムは、複数のセンサ機能付無線端末装置（NOD）10a〜10fと複数の基地局（BAS）20a、20bとインターネット（INT）30とサーバ（SRV）40と表示端末装置（TRM）50から構成される。

サーバ40はデータベース（DBS）41を含む。無線端末装置10a〜10cは、基地局20aと信号（com）60a〜60cによって無線通信を行ない、無線端末装置10d〜10fは、基地局20bと信号60d〜60fによって無線通信を行ない、基地局20a、20bとサーバ40と表示端末装置50は、それぞれ信号71〜74を用いてインターネット30を介して通信を行なう。

センサ機能付無線端末装置10は、間欠動作によってセンサの計測結果やデータ等の情報（第２の情報）を基地局20に送信する。携帯電話や無線LANにおいては、端末はほとんど常に受信待ち受け状態にあり、基地局はいつでも端末に対して送信を始めることができる。これに対し、本実施形態においては、間欠動作のセンサ機能付無線端末装置10への基地局20からのコマンド或いはデータ等の情報（第１の情報）の送信が、電源が供給されて無線端末装置10受信状態にある期間を利用してはじめて実現される。そして、間欠動作を行なうセンサ機能付無線端末装置10のために、基地局20は、電源が供給されて受信状態になる期間が訪れるまで、送信すべきデータを基地局20で記憶、保存しておく。

ここで、センサ機能付無線端末装置10及び基地局20の構成を以下に説明する。

図２にセンサ機能付無線端末装置10の構成を示す。無線端末装置10は、電源領域（POW）110、常時起動領域（CNT）120、イベント起動領域（EVT）140、電源スイッチ（SWT）130を含んで構成される。イベント（事象）は、例えば、センサが温度計で定期的に温度計測結果を送信する場合は送信の時間が到来したこと、即ち時間であり、センサが地震計の場合は地震発生である。イベントは他にも様々なものを想定することができる。例えば、常時起動領域120に光を含む電磁波のセンサを備えておき、光を含む電磁波および無線通信信号そのものをセンサ機能付無線端末装置10にイベントとして与えてもよい。更に、温度、湿度、照度、加速度、など一般にセンシング可能な物理量の一定値（スレッショルド）や変化量をイベントとすることもできる。

電源領域110は、電源ソース（SRS）111及び電源管理装置（PCT）112から構成される。常時起動領域120は、イベント起動装置（TIM）121及びメモリ（MEM）122から構成される。イベント起動領域140は、送信装置（TX）1411と受信装置（RX）1412を含む無線装置（RF）141、演算装置（CPU）142、読み出し専用メモリ（ROM）1431とランダムアクセスメモリ（RAM）1432からなるメモリ（MEM）143、センサ（SNS）144から構成される。

電源領域110は、電源電圧psup151を常時起動領域120と電源スイッチ130に供給する。それによって、常時起動領域120は常時電源が供給されて起動している。電源スイッチ130は、制御信号cnt161に応じて電源電圧psup151を供給電源電圧psup152として、イベント起動領域140へ供給又は遮断する。常時起動領域120は、電源スイッチ130への制御信号cnt161を生成すると共に、イベント起動領域140との間で制御信号cnt162、cnt163を送受信し、データや制御信号をやりとりする。イベント起動領域140においては、電源電圧psup152が供給されたときに、センサ144が情報を計測し、演算装置142がデータ処理を行ない、メモリ143が動作制御及びデータ管理を行ない、無線装置141が無線通信を行なう。電源電圧psup152が絶たれたときは、これらの動作は停止される。

無線端末装置10の間欠動作は、イベント起動領域140が電源を供給された動作状態と電源を遮断された停止状態とを繰り返し、それによって無線端末装置10が動作状態と休止状態（スリープ状態）を繰り返すことによって行なわれる。

イベント起動領域140のイベント起動装置121は、常に電源が供給されて動作しており、イベントを判断してイベント動作領域140への電源供給を電源スイッチ130経由で制御する。イベント起動装置121が判断するイベントは、時間の他に、何らかの検出機能による検出結果でもよい。またメモリ122は、無線端末装置10の初回起動後、電源ソース111が電源を供給できなくなるまでは常時動作をしており、イベント起動領域140で得られた必要な情報を電源遮断時に退避する役目も持つ。

以上の構成により、センサ機能付無線端末装置10は、イベントに応じた間欠動作を行なうことが可能となり、消費電力の削減が果たされる。

次に、基地局20の構成を図３に示す。基地局20は、無線装置（RF）210とアンテナ（ANT）240と制御装置（CPU）221とメモリ（MEM）220とインタフェース（IF）231とを含んで構成される。

無線装置210は、送信装置（TX）211と受信装置（RX）212とからなる。また、メモリ220は、読み出し専用メモリ（ROM）222とランダムアクセスメモリ（RAM）223とから構成される。基地局20は、センサ機能付無線端末装置10との間でアンテナ240を介して無線によってデータ通信を行ない、他の基地局20やサーバ40などとの間でインタフェース231を介して有線によってデータ通信を行なう。サーバ40から送られてきたコマンド或いはデータは、無線通信によって無線端末装置10に与えられるまで、基地局20内のメモリ220に蓄えられる。更に、後で詳述するが、メモリ220に蓄えられたコマンド或いはデータは、無線端末装置10に応答信号を返送する際にその応答信号に結合され、無線端末装置10に送られる。このようなコマンド或いはデータの蓄積及び送信の制御を、読み出し専用メモリ222に格納されている通信制御プログラム（COMPG）224に従って制御装置221が実行する。

基地局20は、図４に示すように、無線装置を２個設ける構成にすることが可能である。無線装置210及び無線装置211が備えられる。センサ機能付無線端末装置10との間の通信で、受信感度の良い方のアンテナを用いることにより、電波伝播の厳しい環境において通信の信頼性を維持することが可能になる。

或いは、通信に使う周波数帯を２個の無線装置で変えることにより、２個のセンサ機能付無線端末装置10と同時に通信を行なうようにしても良い。その他、２個の無線装置のうち片方をノードとの通信に用い、他方を基地局同士の通信に用いるようにしても良い。

なお、基地局20とサーバ40の間の通信に用いられるデータフレームの構造は、次のようになる。まず、TCP/IPによってカプセル化される。最も簡単な実装では無線通信に用いたフレームをそのまま用いればよい。或いは、簡単なフォーマット変換を行ないテキスト形式にしたものでもよい。高度な実装では、ＸＭＬ（eXtensible Markup Language）のように構造化されたテキスト形式のフォーマットに変換される。

以上に説明した間欠動作を行なうセンサ付無線端末装置10aに対して基地局20a或いはサーバ40から情報を伝達する通信シーケンスの例を図５Ａに示す。無線端末装置10aがイベントに応じて電源を供給、遮断して動作と停止を繰り返す間欠動作において、基地局20aは、無線端末装置10aに与えるコマンド或いはデータなどの情報を保持し、無線端末装置10aが起動状態にあるときに確実に情報を送信する。

無線端末装置10aがスリープ状態（s110）にある間に、例えば、サーバ40が無線端末装置10aを制御するためのコマンドを生成（s120）した場合、コマンドは基地局20aに送られる（s121）。基地局20aは、そのコマンドを記憶して待機する（s130）。

無線端末装置10aは、時間などのイベント（s140）が生じると電源を供給して起動（s150）し、センサ144を用いてデータ計測を行なったり演算処理をしたりして、基地局20aにデータを送信するための通信フレームを作成（s160）する。作成した通信フレームによって、データは基地局20aに送信（s161）される。

基地局20aは、受け取ったデータが正しく受け取られているかをチェック（s170）し、無線端末装置10aとサーバ40に応答するための通信フレームを作成する（s180）。それとともに、基地局20aは無線端末装置10aから与えられたセンサデータをサーバ40に与えるためにデータベース更新要求s182の通信を行なう。サーバ40は内蔵するデータベース41のデータを更新（s210）する。このとき、基地局20とサーバ40の間の通信はTCP／IPなどが基本となっており、このデータベース更新要求s182をTCP／IPで通信することにより基地局20からサーバ40にデータが送られ、続いてサーバ40から基地局20にデータを正確に受け取ったことに対する応答としてACK信号が返信される仕組みが組み込まれている。

基地局20は、サーバ40からこのACK信号を受け取ると、無線端末装置10へ情報を正確に受け取ったことに対する応答であるACK信号を送るが、基地局20aにはサーバ40からのコマンドが保存されているので、基地局20aは、ACK信号にこのコマンド情報を結合させてACKコマンド（s181）とし、これを無線端末装置10aに送信する。

無線端末装置10aは、ACKコマンド（s181）を受け取り、正しく情報を受け取ることができたかエラーチェック（s190）を行なった後、サーバ40から送られてきたコマンドを実行（s200）する。コマンドが正常に実行されると、応答信号としてACK信号（s201）を基地局20aに送信し、無線端末装置10aは再び電源遮断をしてスリープ状態（s220）に遷移する。

基地局20aはACK信号を受け取るとエラーチェック（s230）を行ない、通信フレームを作成（s240）してサーバ40に対して無線端末装置10aのACK信号をサーバ40へのACK（s241）として転送する。

なお、上記の通信シーケンスにおける無線端末装置10aの作業の詳細や無線端末装置10aが作成する通信フレームの詳細は、以降の他の実施形態にも共通するので、後で纏めて説明することとする。

以上の通信シーケンスに従うと、間欠動作にあるセンサ機能付無線端末装置10aが受信状態にあるステップs170からステップs190の間に、基地局20aが送信を行なうことにより、確実に無線端末装置10aにコマンドやデータなどの情報を伝えることができる。

即ち、センサ機能付無線端末装置10aの消費電力を削減するために間欠動作を行なっている場合、表示端末装置50又はサーバ40又は基地局20aから無線端末装置10aを制御するためのコマンドや無線端末装置10aに与えるデータなどの情報を伝達するために、一度基地局20aにおいてコマンド或いはデータを保存し、無線端末装置10aがセンサ情報を送信したことに対する応答のACK信号にコマンド或いはデータを結合させて返信することで、精度よく、信頼性の高い情報伝達が可能となる。

センサ機能付無線端末装置10が、例えば物流商品に取り付けられ、商品の温度履歴追跡に用いられる場合、温度の時間変化は緩やかなのでセンサによる測定頻度は低い。しかしながら、対象商品が移動する場合があり、基地局20との無線通信が距離的に厳しい場合には、他の無線端末装置10を経由して基地局20までデータを届けるマルチホップ機能が重要になる。一方、土中に埋め込んで水分量を計測し、土砂災害の可能性を検出する応用の場合は、対象が移動することはない。しかしながら、雨の量などによって測定頻度を常に変化させる必要がある。

これらの例のように、対象物が移動する/しない、或いは測定頻度を変化させる、といったように、センサ機能付無線端末装置10の動作状態或いは性能を動的に変化させる必要がある場合には、本発明のように無線端末装置10にコマンドを与えてその動作を制御することが不可欠となる。

以上の説明、及びこれ以降の説明では、センサ機能付無線端末装置10と基地局20の間の通信は、必ずしも無線通信とは限らない。例えば、有線通信においても同様の通信シーケンスを実行することが可能である。また、通信システムが複数のセンサ機能付無線端末装置10と複数の基地局20から構成され、インターネット30やサーバ40、表示端末装置50などが存在しないようなシステムにおいても同様の通信シーケンスを実行することが可能である。なお、センサ機能付無線端末装置10が送信する情報は、計測するセンサ情報に限るものではなく、例えば予め装置が有している識別子（ID）などの情報も含まれる。

なお、携帯電話や無線ＬＡＮに代表されるような、間欠動作を行なわない従来の通信シーケンスでは、データやコマンドがエンドツーエンドで伝送された場合に、ACK信号もデータやコマンドと逆方向にエンドツーエンドで伝送される。図５Ａに示した通信シーケンスにおいても、センサ機能付無線端末装置10aからサーバ40の間のことをエンドツーエンドということができる。コマンドがコマンド送信s121及びACKコマンド送信s181によりサーバ40からセンサ機能付無線端末装置10aに伝えられ、このコマンドに対してACKがACK信号s201及びACK転送s241によって逆にセンサ機能付無線端末装置10aからサーバ40に伝えられる。

このようなシーケンスでは、コマンドを発行するサーバ40は、コマンド送信s121を行なってからACKをACK転送s241によって受け取るまでの比較的長い期間、受信状態にあるが、サーバ40は常時起動しているので問題は無い。しかし、センサ機能付無線端末装置10aは電力削減が問われるので、例えば、基地局20aへのデータ送信s161からACKコマンド受信s181までの受信状態の時間短縮は望ましいこととなる。ここで、上述のように、基地局20aとサーバ40の間の通信はTCP／IPなどが基本となっており、データベース更新要求s182をTCP／IPで通信を行なった後にサーバ40から基地局20aにACKが返信される仕組みが組み込まれている。そのため、センサ機能付無線端末装置10aがデータをデータ送信s161によって送信した後、基地局20aは、すぐにACKコマンド送信s181によって返信を行ない、そのあとでデータベース更新要求s182をサーバ40に送ることが可能である。そのようなシーケンスを採用した通信の例を図５Ｂに示す。このように、ACK返送を区間毎に分割することで、データ送信後のACK受信待ち受け時間が短くなり、起動時間を短縮することが可能になる。結果として、間欠動作を行なうセンサ機能付無線端末装置10aの間欠通信動作による低電力化の効果をさらに高めることができる。

図５Ｂは、サーバ40からコマンド送信s121が行なわれる例であるが、図２０に示したように、コマンド送信s121はなく、センサ機能付無線端末装置10がデータ送信を行なう場合にも、上記の時間短縮のシーケンスを採用することができる。そのようなシーケンスの例を図５Ｃに示す。センサ機能付無線端末装置10がデータをデータ送信s161によって送信した後、基地局20は、すぐにACKコマンド送信s181によって返信を行ない、そのあとでデータベース更新要求s182をサーバ40に送る。コマンド送信s121がない場合でも、データ送信後のACK受信待ち受け時間が短くなり、起動時間を短縮することが可能になる。

＜実施形態２＞
図１に示した通信システムにおいて、センサ機能付無線端末装置10は、計測対象によっては、センサによる計測と情報の無線通信を同時に行なうのでなく、例えば、計測を数回行ない、無線通信を1回行なう、というシーケンスを繰り返すように動作してもよい。その場合、計測動作や無線通信動作の間について、連続して起動していてもよいし、スリープを取り入れて間欠動作にしてもよい。実施形態２では、間欠動作でサーバ40からコマンドを受け取る場合の通信方法が示される。

まず、本実施形態で用いられるセンサ機能付無線端末装置10の構成を図６に示す。センサ機能付無線端末装置10は、電源領域（POW）110、常時起動領域（CNT）120、イベント起動領域（EVT）1401、複数の電源スイッチ（SWT）1301、（SWT）1302を含んで構成される。読み出し専用メモリ（ROM）222とランダムアクセスメモリ（RAM）223とから構成される。電源領域110は、電源ソース（SRS）111及び電源管理装置（PCT）112から構成される。常時起動領域120は、イベント起動装置（TIM）121及びメモリ（MEM）122から構成される。イベント起動領域1401は、送信装置（TX）1411と受信装置（RX）1412を含む無線装置（RF）141、演算装置（CPU）142、読み出し専用メモリ（ROM）1431とランダムアクセスメモリ（RAM）1432からなるメモリ（MEM）143、センサ（SNS）143から構成される。

電源領域110は、電源電圧psup151を常時起動領域120と電源スイッチ1301、1302に供給する。電源スイッチ1301、1302は、制御信号cnt161に応じて電源電圧psup151を電源電圧psup1521及び電源電圧psup1522としてイベント起動領域1401へ供給したり遮断したりする。

イベント起動領域1401は、電源スイッチ1301により電源電圧psup1521の電源供給を受ける無線装置141の領域と、電源スイッチ1302により電源信号psup1522の電源供給を受ける無線装置141以外の低周波装置（LF）145の領域に分かれている。

常時起動領域120は電源スイッチ130の制御信号cnt161を生成すると共に、イベント起動領域1401との間で制御信号cnt162、cnt163を送受信し、データや制御信号のやりとりを行なう。

イベント起動領域1401においては、電源電圧psup1522が供給されたときに、センサ144が情報を計測し、演算装置142がデータ処理を行ない、メモリ143が動作制御及びデータ管理を行なう。また、電源電圧psup1521が供給されたときに、無線装置RF141が無線通信を行なう。電源電圧psup1521、1522が絶たれたときは、これらの動作は停止される。

無線端末装置10における間欠動作は、電源を供給された動作状態と電源を遮断された停止状態とを繰り返すイベント動作領域140の間欠動作によって行なわれる。電源供給及び遮断の制御は、無線装置RF141と低周波装置145とで別々に行なうことができる。

イベント起動装置121は、常に電源を供給されて動作しており、イベントを判断してイベント動作領域1401への電源供給を電源スイッチ1301、1302経由で制御する。イベント起動装置121が判断するイベントは、時間の他に、何らかの計測機能による計測結果でもよい。また、メモリ122は、センサ機能付無線端末装置10の初回起動後、電源ソース111が電源を供給できなくなるまでは常時動作をしており、イベント起動領域1401で得られた必要な情報を電源遮断時に退避する役目も持つ。

本構成により、センサ機能付無線端末装置10は、複数のイベントに応じた間欠動作を行なうことが可能となる。センサ144による計測にかかる消費電力と、無線装置141による無線通信にかかる消費電力とは異なる。例えばもし、無線通信の消費電力が大きければ、センサ測定頻度を増やし無線通信の頻度を減らすことで消費電力削減が可能となる。これらセンサ測定頻度並びに無線通信頻度は、基地局20又はサーバ40からのコマンドにより制御することが可能である。

以上の構成の通信システムにおいて実行される通信方法を図７に示す通信シーケンスを用いて説明する。図７は、センサ機能付無線端末装置（NOD）10aと基地局（BAS）20aとサーバ（SRV）40との間の通信状態を示している。

センサ機能付無線端末装置10aが電源遮断によりスリープ状態にある間（s110）に、サーバ40又は基地局20aからコマンドやデータが生成されると、基地局20aは一時的にそれらコマンドやデータを保存する（s120、s121、s130）。

無線端末装置10aは、イベントaによって計測動作（s1410a）を行なう。計測動作は、イベントa（s1411）、起動a（s1412）、メモリ書込（s1413）、スリープ遷移（s1414）によって行なわれる。計測情報が電源遮断で消滅してしまうのを防ぐため、スリープの遷移前に計測データは常時起動している領域に移される。

何回かのデータ取得の後、別のイベントb（s1421）により起動b（s1422）して計測データが集められ、続いて、通信フレームが作成されて通信準備（s1423）が行なわれる。作成された通信フレームによって、データは基地局20aに送信（s161）される。

基地局20aは、受け取ったデータが正しく受け取られているかをチェック（s170）し、無線端末装置10aとサーバ40に応答するための通信フレームを作成する（s180）。このとき、基地局20aにはサーバ40からのコマンドが保存されているので、基地局20aは、無線端末装置10aに返信するACK信号にこのコマンド情報を結合させてACKコマンド（s181）として無線端末装置10aに送信する。それとともに、基地局20aは、無線端末装置10aから与えられたセンサデータをサーバ40に与えるために通信（s182）を行なう。サーバ40は、内蔵するデータベース（DBS）41のデータを更新（s210）する。

無線端末装置10aは、ACKコマンド（s181）を受け取り、正しく情報を受け取ることができたかのエラーチェック（s190）を行なった後、サーバ40から送られてきたコマンドを実行（s200）する。コマンドが正常に実行されると、応答信号としてACK（s201）を基地局20aに送信し、無線端末装置10aは再び電源遮断をしてスリープ状態（s220）に遷移する。

基地局20aは、ACK信号を受け取るとエラーチェック（s230）を行ない、通信フレームを作成（s240）してサーバ40に対して無線端末装置10aのACK信号をACK（s241）として転送する。

センサによる計測にかかる消費電力と、無線装置による無線通信にかかる消費電力とは異なる。例えばもし、無線通信の消費電力が大きければ、センサ測定s1410の頻度を増やし無線通信s1420〜s220の頻度を減らすことで消費電力削減が可能となる。これらセンサ測定頻度並びに無線通信頻度は、基地局20若しくはサーバ40からのコマンドにより制御することが可能である。

＜実施形態３＞
計測値を予測するようにして無線通信の頻度を減らすようにした実施形態３を図８に示す。本実施形態では、センサ機能付無線端末装置（NOD）10aと基地局（BAS）20aの間の通信シーケンスを採り上げる。初めの計測送信（s1610a）がエラーチェック（s190）、スリープ遷移（s110）、イベント（s140）、起動（s150）、通信フレーム作成（s160）によるシーケンスによって行なわれる。エラーチェックs190は、前回の基地局20aから返信されるACK信号に対するチェックを示す。以降の計測送信（s1610b、s1610c）のシーケンスが同様に構成される。

無線端末装置10aは、スリープ遷移s110からイベントs140までの間が電源遮断で停止した状態にあり、イベントs140から次の計測送信（s1610b）のスリープ遷移までが電源を供給され動作している状態になる。

基地局20aは、無線端末装置10aからセンサデータ（s161）を送信されると、受け取り誤りのエラーチェック（s170）を行ない、応答信号のために通信フレームを作成（s180）し、ACK信号を返信（s1811）する。この作業を何回か繰り返してセンサデータを蓄積すると、データの変化を予測できるようになる。

データ変化の予測は、基地局20aにおいて行なわれる。基地局20aは、繰り返し送られたセンサデータs161を受けてエラーチェックs170を行ない、続いて予測計算を行なう（s1710）。予測結果から以降のデータの予測が可能と判断された場合、基地局20aは、無線端末装置10aに、次は計測のみ複数回行ない、その後計測送信（s1610c）を行なう命令のコマンドをACK信号に含めてACKコマンド（s181）を送信する。

この予測機能は、基地局20aではなく、無線端末装置10aに備えることが可能である。予測結果は、無線端末装置10a及び基地局20aの双方が持つ。予測がされた後は、イベントに応じてセンサ計測を行なう際に予測とはずれているかを判断する。予測と外れていなければデータの送信は不要に成る。

この間、無線端末装置10aは、センサ計測だけをイベント毎に行なう。センサ計測だけの計測（s1410c、s1410d、s1410e）は、例えばイベント（s140）、起動（s150）、スリープ遷移（s110）によって構成することができる。測定値が予測よりもずれた場合、或いは定期的な連絡として送信が必要な場合に、無線端末装置10aからデータs161を送信し、基地局20aがエラーチェックs170と通信フレーム作成s180を行なう。基地局20aは最後にACK信号s1811を無線端末装置10a戻す。

データ予測の方法を図９を用いて説明する。図９において、縦軸がセンサデータの値となり、横軸が時間となっている。この例では、センサデータは温度であり、イベントが時間となっている。図９のように、計測している温度の時間変化が予測可能な変化であり、温度の変化が例えば以下の式で予測される場合、

最低２回データの値が得られれば、変数Ａ、Ｂの値が分かり、温度変化の予測ができるようになる。

センサ機能付無線端末装置10aと基地局20aは、間欠動作においても送受信可能となっているので、上式のうち変数Ａ、Ｂを無線端末装置10aと基地局20aで共有することができる。無線端末装置10aでは、上式と測定結果が同じである期間は無線通信を行なわず、予測値と測定結果が異なる場合に無線通信で測定データの授受を行なう。このようにして予測に基づいて無線通信頻度を下げることにより、消費電力削減を行なうことが可能になる。

ここで、以上の各実施形態で共通する、基地局20からのコマンドによってセンサ機能付無線端末装置10が行なう作業のシーケンスを図１０〜図１５を用いて説明する。作業は、代表的には、登録作業、基地局切替作業、モード変更作業、メモリ書換作業、メモリ内容提示作業、リセット及び終了作業がある。

無線端末装置（NOD）10aの登録作業は、図１０に示すシーケンスで行なうことができる。登録作業は、基地局（BAS）20aがセンサ機能付無線端末装置10aからデータ（s161）を受け取った際に、無線端末装置10aが未登録であることを認識した場合に行なわれる。未登録が認識されると、基地局20aは、ACKコマンド（s181）により無線端末装置10aに対して次の登録通知（s1823）が届けられるまで受信状態で待機しておくように命令を出す。一方で、基地局20aは、サーバ（SRV）40に対して登録要求（s1821）を送り、サーバ40が無線端末装置10aの登録（s2101）を終えると登録通知（s1822）を受け取り、無線端末装置10aに登録通知s1823を送る。登録通知s1823を受け取った無線端末装置10aはスリープ状態（s220）に移る。

センサ機能付無線端末装置（NOD）10aの基地局切替作業は、図１０及び図１１のシーケンスで行なうことができる。無線端末装置10aが移動して対応する基地局（BAS）20aが変更になる場合、無線端末装置10aのID（識別子）を基地局20aの登録情報で認識するのであれば、図１０の登録作業を再度行なうことで基地局切替が可能となる。

また、周波数チャネルの異なる基地局（BAS）20aが分散している場合は、図１１のように、無線端末装置（NOD）10aが近くの基地局20aの周波数チャネルを探索して基地局20aを切り替える。図１１では、はじめ無線端末装置10aが基地局20aと通信周波数チャネルが異なるために送信データ（s161、s1611）が届けられない。無線端末装置10aはデータを送るとACK信号が応答されるのを受信状態で待つ。ある程度の時間以上ACKが戻らなければ、再度送信を試みる。この再送を何度か行なって、それでもACKが届けられなければ、チャネルを自動的に切り替える（s1614）。ACK（s1811）を受け取るまでチャネルの切替作業を続ける。

センサ機能付無線端末装置（NOD）10aのモード変更作業は、図１２及び図１３のシーケンスで行なうことができる。間欠動作から常時受信モードへの変更は、図１２のシーケンスで行なわれる。基地局（BAS）20a或いはサーバ（SRV）40からのACKコマンド（s181）によって常時受信時ノードへの変更を命令する。常時受信モード（s2201）は受信状態で待機する。

常時受信モードから間欠動作への変更は、図１３のシーケンスで行なわれる。センサ機能付無線端末装置（NOD）10aが常時受信状態にあるときは、基地局（BAS）20aは、サーバ（SRV）40からのコマンドデータ或いは基地局20a自身のコマンドデータを保存することなく直接、無線端末装置10aにコマンドを伝えることができる（s1211）。コマンドs1211を受けた無線端末装置10aは、スリープ状態（s220）となり、間欠動作に戻る。

センサ機能付無線端末装置（NOD）10aのメモリ書換作業は、図５のシーケンスで行なうことができる。メモリ内容の書換は、図５のコマンド転送（s181）のときに、メモリ書換のコマンドを与えればよい。

センサ機能付無線端末装置（NOD）10aのメモリ内容提示作業は、図１４のシーケンスで行なうことができる。この場合は、サーバ（SRV）40や基地局（BAS）20aからのACKコマンド（s181）に対して、データ（s1613）としてメモリ内容を提示する。

センサ機能付無線端末装置（NOD）10aのリセット及び終了作業は、図１５のシーケンスで行なうことができる。無線端末装置10aを終了或いはリセットさせる場合は、基地局（BAS）20aやサーバ（SRV）40からのコマンドで対応可能であり、最後にスリープ遷移に移る代わりにリセット又は終了作業（s2202）を行なう。

次に、図１６〜図１９を用いて、通信が行なわれる際に作成される通信フレームの例を説明する。図１６に示すように、通信フレームは、物理層ヘッダ（f10）、マック層ヘッダ（f20）、ネットワーク層ヘッダ（f30）、ペイロード（f40）、マック層トレーラ（f50）から構成される。

物理層ヘッダf10は、図１７に示すように、信号同期をとるためのプリアンブル（f11）、データの開始を示すスタート（f12）、全フレームの長さを示すフレーム長（f13）、物理層ヘッダ部分の誤り検出機能（f14）から構成される。フレーム長f13に関する情報を持つため、通信フレームの長さを可変にできる。

マック層ヘッダf20は、図１８に示すように、プロトコルのバージョンを示すプロトコルタイプ（f21）、センサ機能付無線端末装置のID若しくはアドレス情報を示すアドレス（f22）、無線通信時に時間情報を含めるためのタイムスタンプ（f23）から構成される。プロトコルタイプf21を持つことにより、異なる複数のプロトコルを同一通信システムの中で共存させることができる。ID/アドレス情報f22はセンサ機能付無線端末装置10のものだけを有する。これは、無線端末装置10が移動する度に通信対象となる基地局20は変更されるため、通信フレーム内は無線端末装置10の情報だけでよく、通信フレームを短くすることができる。更に無線端末装置の管理を基地局、サーバ、表示端末装置のどこでも自由に行なえる。タイムスタンプ情報f23はセンサ機能付無線端末装置自身がタイマを持っており、その情報が用いられる。基地局20或いはサーバ40との時間誤差は常に計測されているため、必要なときにはデータ計測や送信を行なった時間を換算することが可能である。

ネットワーク層ヘッダf30は、図１９に示すように、間欠動作、常時受信動作といったモードを変更するためのモード（f31）、メッセージがデータ/ACK/コマンド/ACKコマンド/登録等のどれであるかを示すメッセージタイプ（f32）、シーケンス番号（f33）、暗号（f34）から構成される。シーケンス番号f33は、ID/アドレスf22やタイムスタンプf23等と組み合わせることで、同じ情報が重複して基地局20、サーバ40、表示端末装置50で用いられることを防ぐ。シーケンス番号f33は、同一の条件における測定データを送信する際には同じ番号にしたり、データを送信する際には必ず番号を更新するなど、必要に応じて使い分けることができる。

ペイロードf40は、暗号f34において暗号に関する指示が含まれている場合、暗号化/複合化される。通常は暗号化が不要な通信システムにおいて、特別な条件で暗号化が必要になるなど、システム運用中に動的に暗号化を混ぜることが可能となる。

マック層トレーラf50は、物理層ヘッダf10を除く全てのフレームに関して誤り検出を行なう。

10…センサ機能付無線端末装置、20…基地局、30…インターネット、40…サーバ、41…データベース、50…表示端末装置、110…電源領域、111…電源ソース、112…電源管理装置、120…常時起動領域、121…イベント起動装置、122，143，220…メモリ、130，1301，1302…電源スイッチ、140，1401…イベント起動領域、141，210…無線装置、144…センサ、211，1411…送信装置、212，1412…受信装置、221…制御装置、1412…演算装置、222，1431…読み出し専用メモリ、223，1432…ランダムアクセスメモリ、231…インタフェース。

Claims (13)

1. 無線端末装置は、センサデータの計測を行なうセンサと、上記センサデータの送信を行なう無線装置とを有し、
   上記センサは、第１の動作状態と第１の休止状態とを繰り返し、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行して上記計測を行なった後、上記第１の休止状態に移行し、
   上記無線装置は、第２の動作状態と第２の休止状態とを繰り返し、複数回の上記第１の動作状態に基づいて上記第２の休止状態から上記第２の動作状態に移行し、上記複数回の第１の動作状態における上記計測の後に続けて、上記センサデータを複数回分まとめて基地局へ送信し、
   上記基地局は、上記センサデータを受信して、上記無線端末装置に与える情報を上記無線端末装置に送信し、
   上記無線端末装置が上記無線端末装置に与える情報を受信した後、上記無線装置は上記第２の動作状態から上記第２の休止状態に移行する無線通信方法。
2. 請求項１に記載の無線通信方法であって、
   上記無線装置は、上記複数回の第１の動作状態における上記センサの上記計測の動作に重ならないように、上記センサデータを複数回分まとめて上記基地局へ送信する無線通信方法。
3. 請求項１に記載の無線通信方法であって、
   上記センサは、上記無線端末装置が検知する物理量の値又はその変化量に基づいて、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行する無線通信方法。
4. 請求項１に記載の無線通信方法であって、
   上記無線端末装置又は上記基地局は、上記センサによる計測の結果を予測し、
   上記無線端末装置は、上記センサによる計測の結果が上記予測された計測の結果と一致する場合には、上記センサデータを送信しない無線通信方法。
5. 第１の動作状態と第１の休止状態とを繰り返し、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行してセンサデータの計測を行なった後、上記第１の休止状態に移行するセンサと、
   第２の動作状態と第２の休止状態とを繰り返し、複数回の上記第１の動作状態に基づいて上記第２の休止状態から上記第２の動作状態に移行し、上記複数回の第１の動作状態における上記計測の後に続けて、上記センサデータを複数回分まとめて基地局へ送信する無線装置と、を有し、
   上記無線装置は、上記センサデータを受けて上記基地局から送信される上記無線端末装置に与える情報を受信した後、上記第２の動作状態から上記第２の休止状態に移行する無線端末装置。
6. 請求項５に記載の無線端末装置であって、
   上記無線装置は、上記複数回の第１の動作状態における上記センサの上記計測の動作に重ならないように、上記センサデータを複数回分まとめて上記基地局へ送信する無線端末装置。
7. 請求項５に記載の無線端末装置であって、
   上記センサは、上記無線端末装置が検知する物理量の値又はその変化量に基づいて、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行する無線端末装置。
8. 請求項５に記載の無線端末装置であって、
   上記無線端末装置は、上記センサによる計測の結果を予測し、上記センサによる計測の結果が上記予測された計測の結果と一致する場合には、上記センサデータを送信しない無線端末装置。
9. センサデータの計測を行なうセンサと、上記センサデータの送信を行う第１の無線装置とを有する無線端末装置と、
   上記無線端末装置と無線通信を行なうための第２の無線装置と、上記第２の無線装置を制御する制御装置とを有する基地局と、から構成される無線通信システムであって、
   上記センサは、第１の動作状態と第１の休止状態とを繰り返し、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行して上記計測を行なった後、上記第１の休止状態に移行し、
   上記第１の無線装置は、第２の動作状態と第２の休止状態とを繰り返し、複数回の上記第１の動作状態に基づいて上記第２の休止状態から上記第２の動作状態に移行し、上記複数回の第１の動作状態における上記計測の後に続けて、上記センサデータを複数回分まとめて上記基地局へ送信し、
   上記第２の無線装置は、上記センサデータを受信し、
   上記制御装置は、上記無線端末装置に与える情報を送信するように上記第２の無線装置を制御し、
   上記無線端末装置が上記無線端末装置に与える情報を受信した後、上記第１の無線装置は上記第２の動作状態から上記第２の休止状態に移行する無線通信システム。
10. 請求項９に記載の無線通信システムであって、
    上記第１の無線装置は、上記複数回の第１の動作状態における上記センサの上記計測の動作に重ならないように、上記センサデータを複数回分まとめて上記基地局へ送信する無線通信システム。
11. 請求項９に記載の無線通信システムであって、
    上記センサは、上記無線端末装置が検知する物理量の値又はその変化量に基づいて、上記第１の休止状態から上記第１の動作状態に移行する無線通信システム。
12. 請求項９に記載の無線通信システムであって、
    上記無線端末装置又は上記基地局は、上記センサによる計測の結果を予測し、
    上記無線端末装置は、上記センサによる計測の結果が上記予測された計測の結果と一致する場合には、上記センサデータを送信しない無線通信システム。
13. 基地局と無線通信を行なう無線端末装置であって、
    電源装置と、
    上記無線通信を行なうための無線装置と、
    センサと、
    上記センサで計測したセンサデータの処理を行なう演算装置と、
    上記電源装置から、上記無線装置、上記センサ及び上記演算装置への電源供給を制御する起動制御回路とを有し、
    上記起動制御回路は、上記電源装置から、上記無線装置、上記センサ及び上記演算装置への電源供給を開始して、上記センサによる計測、上記演算装置による処理及び上記無線装置による上記処理されたセンサデータの上記基地局への送信を実施し、
    上記起動制御回路は、上記電源装置から常時電源が供給されるとともに、上記センサデータの送信を受けて上記基地局から送信される上記センサデータが上記基地局で受信されたことを示す第１の信号と上記無線端末装置に対するコマンドを示す第２の信号とを上記無線装置が受信すると、上記起動制御回路以外への電源供給を遮断する無線端末装置。

Images