JP2010206576A - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロードキャストを行なう際に、無線端末装置の消費電力を抑えつつ、ネットワークトラフィックの増大や通信効率の低下を防止すること。
【解決手段】複数の無線端末装置と無線中継装置とがノンビーコンモードで無線通信を行う無線通信システムにおいて、無線中継装置が複数の無線端末装置にブロードキャストを行なう場合、無線中継装置は、ビーコンモードへ無線接続モードを切り替える第１の指示信号を送信する。無線端末装置は、第１の指示信号を受信した場合、無線接続モードをビーコンモードに切り替える。無線中継装置は、複数の無線端末装置がビーコンモードに切り替わった後にブロードキャストを行い、ブロードキャストが完了した後にノンビーコンモードに切り替えさせる第２の指示信号を送信する。無線端末装置は、第２の指示信号を受信した場合、無線接続モードをノンビーコンモードに切り替える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

無線ＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）に関する無線接続モードとして、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ではビーコンモードとノンビーコンモードとの２つのモードが規定されている。

ビーコンモードは、無線中継装置が所定の周期で定期的にビーコン（Beacon）信号を送信し、全ての無線端末装置がビーコン信号を受信し、受信したビーコン信号に同期して無線端末装置が動作するものである。

例えば、データ送信する前にスリープモードから立ち上がり、ビーコン信号の受信待ちを行い、ビーコン信号を受信した直後のみデータ送信を行い、ビーコン信号を受信できない場合には再びスリープモードへ移行する端末装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−３０１００６号公報

しかしながら、ビーコンモードでは、全ての無線端末装置が定期的に受信動作を行うため、無線端末装置は、通信の要否に関わらず、定期的にスリープモードから立ち上がり、ウェイクアップ状態になり、ビーコンの受信を行わなければならない。そのため、無線端末装置が無駄に電力を消費してしまうという問題がある。

一方、ノンビーコンモードは、無線端末装置が必要に応じて無線中継装置に送信要求（データリクエスト信号）を送信し、無線中継装置がデータリクエスト信号に応じてデータを送信するものである。そのため、ノンビーコンモードでは、無線端末装置は、必要な時のみウェイクアップ状態になり、通信を行うので、ビーコンモードに比べ消費電力を削減できる。

スター型の無線通信システムにおいて、ノンビーコンモードを用いて無線中継装置から全ての無線端末装置へ同一のデータを送信する（ブロードキャスト）する場合、無線中継装置は、無線端末装置毎のデータリクエスト信号に応じてデータを送信することとなる。この場合、無線端末装置の数の増加や、送信するデータサイズが大きくなることに伴って、ネットワークトラフィックが増大し、通信効率が低下するという問題が生じる。

この問題を解決する方策として、全ての無線端末装置をウェイクアップ状態且つ受信待機状態とし、無線中継装置から送信するデータのアドレスをブロードキャストアドレスとして送信することが考えられる。しかし、この方策では、全ての無線端末装置それぞれをウェイクアップ状態且つ受信待機状態にしなければならず、さらに、全ての無線端末装置をブロードキャストデータの送信完了までウェイクアップ状態且つ受信待機状態に保ち続けなければならないため、無線端末装置の消費電力が増大するという問題が生じる。

本発明の課題は、上記問題に鑑みて、ブロードキャストを行なう際に、無線端末装置の消費電力を抑えつつ、ネットワークトラフィックの増大や通信効率の低下を防止することである。

以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数の無線端末装置と、無線中継装置と、を備え、ノンビーコンモードで無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記無線中継装置は、前記複数の無線端末装置と無線通信を行う第１通信部と、前記複数の無線端末装置にブロードキャストを行なう場合、前記ノンビーコンモードからビーコンモードへ無線接続モードを切り替える第１の指示信号を送信させ、前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わった後に前記ブロードキャストを行わせ、前記ブロードキャストが完了した後に前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替えさせる第２の指示信号を送信させる第１制御部と、を有し、前記無線端末装置は、前記無線中継装置と無線通信を行う第２通信部と、前記無線中継装置から前記第１の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替え、前記ビーコンモードに切り替わった後に前記第２の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替える第２制御部と、を有すること、を特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の無線通信システムにおいて、前記第１の指示信号は、前記複数の無線端末装置に送信するためのデータが無いことを示すビーコン信号が送信された後に送信されるメッセージ信号に含まれていること、を特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の無線通信システムにおいて、前記第２の指示信号は、前記ブロードキャストを行うためのビーコン信号が送信されてブロードキャストが完了した後に送信されるビーコン信号であること、を特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、前記無線中継装置は、接続される前記複数の無線端末装置それぞれ固有の情報が示された端末情報を記憶する端末情報記憶部を有し、前記第１制御部は、前記第１の指示信号を受信した前記無線端末装置のデータリクエスト信号に含まれる端末情報を取得し、前記端末情報記憶部に記憶されている端末情報に該当する端末情報を取得した場合には、前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わったと判別する、ことを特徴としている。

請求項５記載の発明は、複数の無線端末装置と無線中継装置とがノンビーコンモードで無線通信を行う無線通信方法において、前記無線中継装置が前記複数の無線端末装置にブロードキャストを行なう場合、前記無線中継装置が前記ノンビーコンモードからビーコンモードへ無線接続モードを切り替える第１の指示信号を送信する第１工程と、前記無線端末装置が前記第１の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替える第２工程と、前記無線中継装置が前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わった後に前記ブロードキャストを行わせ、前記ブロードキャストが完了した後に前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替えさせる第２の指示信号を送信する第３工程と、前記無線端末装置が前記ビーコンモードに切り替わった後に前記第２の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替える第４工程と、を備えたこと、を特徴としている。

本発明によれば、ブロードキャストを行なう際に、無線端末装置の消費電力を抑えつつ、ネットワークトラフィックの増大や通信効率の低下を防止することができる。

無線通信システムの概略構成図である。 無線中継装置の概略構成図である。 ビーコンフレームの例を示す図である。 フレームコントロールの例を示す図である。 ＰＡフィールドの例を示す図である。 ブロードキャストデータのフレームの例を示す図である。 無線端末装置の概略構成図である。 無線中継装置において実行されるブロードキャスト実行処理のフローチャートである。 無線中継装置において実行されるブロードキャスト実行処理のフローチャートである（図８の続き）。 無線端末装置において実行される無線接続モード切替処理のフローチャートである。 無線中継装置により第１〜３無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わる処理を示すシーケンス図である。 無線中継装置により第１〜３無線端末装置がビーコンモードに切り替わった後、ブロードキャストが実行される処理を示すシーケンス図である。 ブロードキャストデータの送信完了後に無線中継装置により第１〜３無線端末装置がビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わる処理を示すシーケンス図である。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、この発明にはこの実施の形態に限定されるものではない。また、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。

まず、構成を説明する。
図１に、本実施の形態における無線通信システムＡの概略構成図を示す。
図１に示すように、無線通信システムＡは、通信ネットワークＮを介して他の無線中継装置又は外部装置と接続された無線中継装置１と、無線中継装置１と無線を介して接続される複数の無線端末装置２と、を備えており、ノンビーコンモードで無線通信を行うものである。

本実施の形態における無線通信システムＡは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の規格に準拠する無線ＰＡＮとする。この場合、無線中継装置１がＰＡＮコーディネータ、無線端末装置２がネットワークデバイス、に相当するものである。

図２に、無線中継装置１の概略構成図を示す。
図２に示すように、無線中継装置１は、制御部１０、記憶部１１、端末情報用メモリ１２、ビーコン送信タイマ１３、無線送信部１４、無線受信部１５、ＳＷ（切替部）１６、Ｉ／Ｆ（InterFace）部１７、バッファ１８、アンテナ１９等を備え、各部が電気的に接続されている。

制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。制御部１０は、記憶部１１や端末情報用メモリ１２に記憶されている各種プログラム、各種テーブルやデータ等の中から指定されたプログラム、テーブルやデータを読み出し、ＲＡＭ又は記憶部１１や端末情報用メモリ１２のワークエリアに展開し、上記プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ内又は記憶部１１や端末情報用メモリ１２の所定の領域に格納するとともに、無線中継装置１内の各部に指示して、無線中継装置１の動作全般を統括的に制御する。

また、制御部１０は、記憶部１１に記憶されているブロードキャスト実行処理プログラムや各種必要なデータ、端末情報用メモリ１２に格納されている端末情報等を読み出し、ブロードキャスト実行処理を実行させ、第１制御部として機能する。

ブロードキャスト実行処理では、無線中継装置１に接続されている複数の無線端末装置にブロードキャストが行なわれる場合、第１の指示信号が送信され、複数の無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わった後にブロードキャストが行われ、ブロードキャストが完了した後に第２の指示信号が送信されるものである。

第１の指示信号は、無線端末装置の無線接続モードをノンビーコンモードからビーコンモードへ切り替えさせる指示（ビーコン切替指示）を示す信号である。本実施の形態での第１の指示信号は、全ての無線端末装置に送信するためのデータが無いことを示すビーコン信号（フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０）が送信された後に送信されるメッセージ信号に含まれる。

第２の指示信号は、無線端末装置の無線接続モードをビーコンモードからノンビーコンモードに切り替えさせる信号である。本実施の形態での第２の指示信号は、ブロードキャストを行うためのビーコン信号（フレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０）が送信されブロードキャストが完了した後に送信されるビーコン信号（フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０）である。

制御部１０は、ブロードキャスト実行処理が実行される際には、定期的にビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を無線送信部１４により定期的に送信させる。ビーコン信号とは、無線中継装置１から一定間隔で送信されるパケットであり、無線通信システムＡに接続される無線端末装置２と無線中継装置１とをそれぞれ同期させるためのものである。

図３に、本実施の形態におけるビーコンフレームの例を示す。
図３に示すように、ビーコン信号は、ＭＨＲ（ＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダ）領域Ｂ１と、ＭＡＣペイロード領域Ｂ２と、ＭＦＲ（ＭＡＣ Footer）領域Ｂ３とを有している。

ＭＨＲ領域Ｂ１には、フレームコントロールＢ１１、アドレス領域Ｂ１２等が含まれている。ＭＡＣペイロード領域Ｂ２には、ＳＳ（Superframe Specification）Ｂ２１、ＧＴＳ（Guaranteed Time Slot）フィールドＢ２２、ＰＡ（Pending Address）フィールドＢ２３、ビーコンペイロードＢ２４等が含まれている。

図４に、フレームコントロールＢ１１の例を示す。
図４に示すように、フレームコントロールＢ１１には、フレームタイプＢ１１ａ、フレームペンディングＢ１１ｂ、ＡＣＫリクエストＢ１１ｃ、ＰＡＮ ＩＤ圧縮Ｂ１１ｄ、フレームバージョンＢ１１ｅ等が含まれている。
フレームペンディングＢ１１ｂが０の場合には、全ての無線端末装置に対して送信すべきデータが無いことを示し、１の場合には、いずれかの無線端末装置に対して送信すべきデータがあることを示している。

図５に、ＰＡフィールドＢ２３の例を示す。
図５に示すように、ＰＡフィールドＢ２３には、ペンディングアドレス仕様を示す領域（ペンディングアドレス仕様領域）Ｂ２３ａとアドレスリストＢ２３ｂが含まれている。
ペンディングアドレス仕様領域Ｂ２３ａには、Number of Short Address Pendingの領域Ｂ２３ａ１、Number of Extended Address Pendingの領域Ｂ２３ａ２等が含まれている。このペンディングアドレス仕様領域Ｂ２３ａには、無線中継装置からのデータ送信先となる無線端末装置の情報が含まれる。このペンディングアドレス仕様領域Ｂ２３ａが０の場合には、データ送信先となる無線端末装置がないことを示している。

図６に、ブロードキャストを行なう際のブロードキャストデータのフレームの例を示す。図６に示すように、ブロードキャストデータのフレームは、ＭＨＲ領域Ｄ１と、ＭＡＣペイロード領域Ｄ２と、ＭＦＲ領域Ｄ３とを有している。

ＭＨＲ領域Ｄ１には、フレームコントロールＤ１１、アドレス領域Ｄ１２等が含まれている。また、ＭＡＣペイロード領域Ｄ２には、データペイロードＤ２１が含まれ、このデータペイロードＤ２１にブロードキャストする際のデータが格納される。

アドレス領域Ｄ１２には、宛先ＰＡＮ ＩＤの領域Ｄ１２ａ、宛先アドレス領域Ｄ１２ｂ、送信元ＰＡＮ ＩＤの領域Ｄ１２ｃ、送信元アドレス領域Ｄ１２ｄ等が含まれている。ブロードキャストが実行される際には、宛先アドレス領域Ｄ１２ｂにブロードキャストアドレス（０ｘＦＦＦＦ）が設定される。

記憶部１１は、磁気的、光学的記録媒体又は半導体等の電気的に消去及び書き換えが可能な不揮発性メモリで構成されており、無線中継装置１に固定的に設けられたもの又は着脱自在に装着されるものである。また、記憶部１１には、制御部１０により実行される各種プログラム及びこれらプログラムで使用される各種テーブルやデータ等が予め記憶されている。

端末情報用メモリ１２は、電気的に消去及び書き換えが可能なメモリで構成されている。端末情報用メモリ１２には、無線中継装置１と接続される無線端末装置２それぞれ固有の情報が示されたノードアドレス等の端末情報が記憶されており、端末情報記憶部として機能する。

ビーコン送信タイマ１３は、ビーコン信号の送信間隔を計時するタイマであり、計時時間が送信間隔に達した（ビーコン送信タイミング）ことを示すビーコン送信タイミング信号を制御部１０に出力する。

無線送信部１４は、変調回路やＲＦ（Radio Frequency）回路等を備えており、パケットの送信電力の調整を行うと共に、制御部１０からの指示に応じて送信するデータの符号化を行なってパケットを構成し、構成したパケットの変調を行い、アンテナ１９を介して無線端末装置２へパケットの送信を行う。

無線受信部１５は、復調回路やＲＦ回路等を備えており、パケットの受信感度の調整を行うと共に、アンテナ１９を介して受信したパケットの復調を行い、復調したパケットの解析を行って得られたデータを制御部１０に出力する。

ＳＷ１６は、アンテナ１９と無線送信部１４又は無線受信部１５との間に設けられており、制御部１０からの指示に従って、無線送信部１４からのパケットの送信又はアンテナ１９からのパケットの受信を切替える。

Ｉ／Ｆ部１７は、所定の通信方式により通信ネットワークＮを介して接続されている他の無線中継装置１又は外部装置と通信を行うための通信制御を行う。

バッファ１８は、有線Ｉ／Ｆ１７を介して受信したデータを一時的に記憶する。

アンテナ１９は、設定された送信電力に応じてパケットの送信、又は設定された受信感度に応じてパケットの受信を行なう。無線送信部１４、無線受信部１５、ＳＷ１６、アンテナ１９により、複数の無線端末装置と無線通信を行う第１通信部が実現される。

図７に、無線端末装置２の概略構成図を示す。
図７に示すように、無線端末装置２は、制御部２０、記憶部２１、メモリ２２、起動用タイマ２３、電源制御部２４、表示制御部２５ａ、表示部２５ｂ、無線送信部２６、無線受信部２７、ＳＷ（切替部）２８、アンテナ２９等を備え、各部が電気的に接続されている。また、無線端末装置２は、バッテリＢを備え、電源制御部２４からの制御信号に応じてバッテリＢから各部へ電力が供給される。

制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、記憶部２１に記憶されている各種プログラム、各種テーブルやデータの中から指定されたプログラム、テーブルやデータを読み出し、ＲＡＭ内又は記憶部２１内のワークエリアに展開し、上記プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ又は記憶部２１の所定の領域に格納するとともに、無線端末装置２内の各部に指示して、無線端末装置２の動作全般を統括的に制御する。

また、制御部２０は、記憶部２１に記憶されている無線接続モード切替処理プログラムや各種必要なデータ読み出し、無線接続モード切替処理を実行し、第２制御部として機能する。

無線接続モード切替処理では、無線中継装置から第１の指示信号が受信されると、無線端末装置の無線接続モードがノンビーコンモードからビーコンモードに切り替えられ、ビーコンモードに切り替えられた後に第２の指示信号が受信された場合、無線接続モードがビーコンモードからノンビーコンモードに切り替えられる。

記憶部２１は、磁気的、光学的記録媒体又は半導体等の電気的に消去及び書き換えが可能な不揮発性メモリで構成されており、無線端末装置２に固定的に設けられたもの又は着脱自在に装着されるものである。また、記憶部２１には、制御部２０により実行される各種プログラム及びこれらプログラムで使用される各種テーブルやデータ等が予め記憶されている。

メモリ２２は、電気的に消去及び書き換えが可能な不揮発性メモリで構成されている。メモリ２２には、自己を識別する端末識別情報（例えば、ノードアドレス）や、受信したデータ等が記憶される。

起動用タイマ２３は、予め設定された任意の起動タイミング、又は、制御部２０により算出された起動タイミングを計時するタイマであり、起動タイミングに達した旨を示す起動タイミング信号を制御部２０に出力する。

電源制御部２４は、制御部２０からの指示に従い、無線端末装置２全体の電源を制御し、無線端末装置２内の各部にバッテリＢからの電力を供給する。

バッテリＢは、例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池や、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池等である。

表示制御部２５ａは、制御部２０から入力される表示指示に従って、各種情報を表示部２５ｂに表示させる。

表示部２５ｂは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等によって構成され、表示制御部２５ａから入力される信号に応じて各種画面をディスプレイ上に表示する。

無線送信部２６は、変調回路やＲＦ（Radio Frequency）回路等を備えており、パケットの送信電力の調整を行うと共に、制御部２０からの指示に応じて送信するデータの符号化を行なってパケットを構成し、構成したパケットの変調を行い、アンテナ２９を介して無線中継装置１へパケットの送信を行う。

無線受信部２７は、復調回路やＲＦ回路等を備えており、パケットの受信感度の調整を行うと共に、アンテナ２９を介して受信したパケットの復調を行い、復調したパケットの解析を行って得られたデータを制御部２０に出力する。

ＳＷ２８は、アンテナ２９と無線送信部２６又は無線受信部２７との間に設けられており、制御部２０からの指示に従って、無線送信部２６からのパケットの送信又はアンテナ２９からのパケットの受信を切替える。

アンテナ２９は、設定された送信電力に応じてパケットの送信、又は設定された受信感度に応じてパケットの受信を行なう。無線送信部２６、無線受信部２７、ＳＷ２８、アンテナ２９により、無線中継装置と無線通信を行う第２通信部が実現される。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
図８及び図９に、無線中継装置１において実行されるブロードキャスト実行処理のフローチャートを示す。なお、図８及び図９に示す処理は、無線中継装置１内の制御部１０と各部との協働により実行されるものである。

制御部１０は、ブロードキャストを実行する際、まず、ビーコンフレームの設定を行なう（ステップＳ１）。ステップＳ１でのビーコンフレームの設定は、フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０に設定するものである。

制御部１０は、ステップＳ１で設定したビーコン信号を無線送信部１４により送信させ（ステップＳ２）、全ての無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わったか否かを判別する（ステップＳ３）。

制御部１０は、本処理の実行開始後に、ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を受信した無線端末装置から受信したデータリクエスト信号に含まれる端末情報を取得する。ステップＳ３では、端末情報用メモリ１２に記憶されている全ての端末情報に該当する端末情報を取得した場合には、全ての無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わったと判別するものである。

全ての無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わっていない場合（ステップＳ３；ＮＯ）、制御部１０は、ノンビーコンモードの無線端末装置からデータリクエスト信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ４）。

ノンビーコンモードの無線端末装置からデータリクエスト信号を受信していない場合（ステップＳ４；ＮＯ）、制御部１０は、ステップ８の処理に進む。

ノンビーコンモードの無線端末装置からデータリクエスト信号を受信した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、制御部１０は、ＡＣＫ信号を送信し（ステップＳ５）、ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を送信する（ステップＳ６）。

制御部１０は、ステップＳ６で送信したメッセージ信号を受信した無線端末装置からＡＣＫ信号を受信したか否かを判別し（ステップＳ７）、ＡＣＫ信号を受信していない場合（ステップＳ７；ＮＯ）、ステップＳ７の処理に戻る。

ステップＳ４；ＮＯ後、又は、ＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、制御部１０は、ビーコン送信タイミングか否かを判別する（ステップＳ８）。ビーコン送信タイミングでない場合（ステップＳ８；ＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４の処理に戻る。ビーコン送信タイミングである場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部１０は、ステップＳ２の処理に戻る。

全ての無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わった場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、全ての無線端末装置がビーコンモードに切り替え完了であると判断する（ステップＳ９）。

ステップＳ１〜Ｓ９までの処理が、無線中継装置によって、ノンビーコンモードの無線端末装置をビーコンモードに切り替える処理となる。

制御部１０は、ステップＳ９後、ビーコンフレームの設定変更を行なう（ステップＳ１０）。ステップＳ１０でのビーコンフレームの設定変更は、フレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０に設定するものである。

制御部１０は、ブロードキャストデータの設定を行なう（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、例えば、データフレームのアドレス領域の宛先アドレスがブロードキャストアドレス（０ｘＦＦＦＦ）に設定され、データペイロードにブロードキャストする際に送信するデータが格納される。

制御部１０は、ステップＳ１１後、ビーコン送信タイミングか否かを判別し（ステップＳ１２）、ビーコン送信タイミングでない場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、ステップＳ１２の処理に戻る。

ビーコン送信タイミングである場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳ１０で設定したビーコン信号を無線送信部１４により送信させ（ステップＳ１３）、ステップＳ１１で設定したブロードキャストデータを無線送信部１４により送信させる（ステップＳ１４）。

制御部１０は、ブロードキャストする全てのデータがブロードキャストデータとして送信が完了したか否かを判別する（ステップＳ１５）。ブロードキャストする全てのデータがブロードキャストデータとして送信が完了していない場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ１１の処理に戻る。

ブロードキャストする全てのデータがブロードキャストデータとして送信が完了した場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、制御部１０は、ブロードキャストデータの送信が完了と判断する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１０〜Ｓ１６までの処理が、無線中継装置によって、ビーコンモードに切り替わった無線端末装置にブロードキャストデータを送信する処理となる。

制御部１０は、ステップＳ１６後、ビーコンフレームの設定変更を行なう（ステップＳ１７）。ステップＳ１７でのビーコンフレームの設定変更は、フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０に設定するものである。

制御部１０は、ステップＳ１７後、ビーコン送信タイミングか否かを判別し（ステップＳ１８）、ビーコン送信タイミングでない場合（ステップＳ１８；ＮＯ）、ステップＳ１８の処理に戻る。

ビーコン送信タイミングである場合（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳ１７で設定したビーコン信号を無線送信部１４により送信させ（ステップＳ１９）、無線端末装置からメッセージ信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で受信するメッセージ信号は、ビーコンモードからノンビーコンモードへ切り替えが完了した旨を示す情報が含まれているものである。

メッセージ信号を受信しない場合（ステップＳ２０；ＮＯ）、制御部１０は、ビーコン送信タイミングか否かを判別する（ステップＳ２１）。ビーコン送信タイミングでない場合（ステプＳ２１；ＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２０の処理に戻る。ビーコン送信タイミングである場合（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、制御部１０は、ステップＳ１９の処理に戻る。

メッセージ信号を受信した場合（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、制御部１０は、ＡＣＫ信号を送信させ（ステップＳ２２）、全ての無線端末装置がビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わったか否かを判別する（ステップＳ２３）。

制御部１０は、ステップＳ２０で受信したメッセージ信号に含まれる端末情報を取得している。ステップＳ２３では、端末情報用メモリ１２に記憶されている全ての端末情報に該当する端末情報に対応する無線端末装置から、ノンビーコンモードからビーコンモードに切替が完了したことを示す情報が含まれたメッセージ信号を受信した場合、無線端末装置全てがビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わったと判別するものである。

全ての無線端末装置がビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わっていない場合（ステップＳ２３；ＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２１の処理に進む。全ての無線端末装置がビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わった場合（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、制御部１０は、ビーコン信号の送信を停止し（ステップＳ２４）、本処理を終了する。

図１０に、無線端末装置２において実行される無線接続モード切替処理のフローチャートを示す。なお、図１０に示す処理は、無線端末装置２内の制御部２０と各部との協働により実行されるものである。

制御部２０は、予め設定された任意のタイミングで各部を起動（Ｗａｋｅ ｕｐ）させ（ステップＳ３１）、データリクエスト信号を無線送信部２６により無線中継装置１に送信させる（ステップＳ３２）。

制御部２０は、データリクエスト信号を送信した無線中継装置からＡＣＫ信号を受信したか否かを判別し（ステップＳ３３）、ＡＣＫ信号を受信していない場合（ステップＳ３３；ＮＯ）、ステップＳ３３の処理に戻る。

ＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ３３；ＹＥＳ）、制御部２０は、ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ３４）。ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を受信していない場合（ステップＳ３４；ＮＯ）、制御部２０は、データ信号を受信し（ステップＳ３５）、ＡＣＫ信号を送信させ（ステップＳ３６）、スリープ状態に移行する（ステップＳ３７）。
即ち、ステップＳ３１〜Ｓ３７は、一般的なノンビーコンモードの処理である。

ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を受信した場合（ステップＳ３４）、制御部２０は、無線接続モードをビーコンモードに切り替え（ステップＳ３８）、ＡＣＫ信号を送信させ（ステップＳ３９）、ビーコン信号の受信を待機させる（ステップＳ４０）。

制御部２０は、ビーコン信号を受信したか否かを判別し（ステップＳ４１）、ビーコン信号を受信していない場合（ステップＳ４１；ＮＯ）、ステップＳ４１の処理に戻る。

ビーコン信号を受信した場合（ステップＳ４１；ＹＥＳ）、受信したビーコン信号の検査を行う（ステップＳ４２）。ステップＳ４２では、受信したビーコン信号に基づいて起動タイミングの算出や、フレームペンディング及びペンディングアドレス仕様の値が解析される。

制御部２０は、受信したビーコン信号に基づいてブロードキャストが完了したか否かを判別する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３では、ステップＳ４１で受信したビーコン信号の直前に受信したビーコン信号では、フレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０だったものが、ステップＳ４１で受信したビーコン信号では、フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０に変化した場合には、ブロードキャスト完了と判別される。

ブロードキャストが完了していない場合（ステップＳ４３；ＮＯ）、制御部２０は、ブロードキャストデータの受信待機か否かを判別する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４では、フレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０である場合には、ブロードキャストデータの受信待機と判別される。

ブロードキャストデータの受信待機でない場合（ステップＳ４４；ＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ４６の処理に進む。ブロードキャストデータの受信待機である場合（ステップＳ４４；ＹＥＳ）、制御部２０は、ブロードキャストデータの受信を待機し、ブロードキャストデータを受信したか否かを判別する（ステップＳ４５）。

ブロードキャストデータを受信しない場合（ステップＳ４５；ＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ４５の処理に戻る。

ステップＳ４４；ＮＯ後、又は、ブロードキャストデータを受信した場合（ステップＳ４５；ＹＥＳ）、制御部２０は、スリープ状態に移行する（ステップＳ４６）。

制御部２０は、ステップＳ４２で算出した起動タイミングか否かを判別する（ステップＳ４７）。起動タイミングでない場合（ステップＳ４７；ＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ４７の処理に戻る。起動タイミングである場合（ステップＳ４７；ＹＥＳ）、制御部２０は、各部を起動させ（ステップＳ４８）、ステップＳ４０の処理に戻る。

ステップＳ３４；ＹＥＳ〜ステップＳ４８は、ノンビーコンモードの無線端末装置がビーコンモードに切り替わった際のビーコンモードの処理である。

ブロードキャストが完了した場合（ステップＳ４３；ＹＥＳ）、制御部２０は、無線接続モードをノンビーコンモードへ切り替え（ステップＳ４９）、ビーコンモードからノンビーコンモードに切替完了を示す情報が含まれたメッセージ信号を送信させる（ステップＳ５０）。

制御部２０は、ステップＳ５０のメッセージ信号を送信した無線中継装置からＡＣＫ信号を受信したか否かを判別し（ステップＳ５１）、ＡＣＫ信号を受信していない場合（ＳテップＳ５１；ＮＯ）、ステップＳ５１の処理に戻る。

ＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ５１；ＹＥＳ）、制御部２０は、スリープ状態に移行し（ステップＳ５２）、本処理を終了する。

ステップＳ４３〜Ｓ５２は、ビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わった際のノンビーコンモードの処理である。

図１１〜図１３を参照して、本実施の形態の例を説明する。
図１１〜図１３では、無線中継装置に３台の無線端末装置（第１〜３無線端末装置）が接続されているものとする。無線中継装置が第１〜３無線端末装置に対してブロードキャストを行なう場合の例とする。

図１１は、無線中継装置により第１〜３無線端末装置がノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わる処理を示すシーケンス図である。

図１１に示すように、無線中継装置は、まず、フレームペンディング（ＦＰ）＝０、ペンディングアドレス仕様（ＰＡ）＝０、に設定したビーコン信号を定期的に送信する（ステップＳ１０１）。

第１無線端末装置が任意の起動タイミングで起動し（ステップＳ１０２）、データリクエスト信号を無線中継装置に送信する。無線中継装置は、第１無線端末装置にＡＣＫ信号を送信し、ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を送信する。第１無線端末装置は、無線中継装置からＡＣＫ信号を受信した後にメッセージ信号を受信すると、無線接続モードをノンビーコンモードからビーコンモードに切り替え、ＡＣＫ信号を無線中継装置に送信する。そして、第１無線端末装置は、無線中継装置から送信される次のビーコン信号の受信を待機する（ステップＳ１０３）。

無線中継装置は、第１〜３無線端末装置の全てがビーコンモードに切り替わっていないため、ビーコン送信タイミングのときに、再度、フレームペンディング＝０、ペンディングアドレ仕様＝０のビーコン信号を送信する（ステップＳ１０４）。

第１無線端末装置は、ビーコン信号を受信すると、受信したビーコン信号のフレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０であることから、スリープ状態に移行する（ステップＳ１０５）。その後、第１無線端末装置は、ビーコン信号が送信されるタイミングに合わせて、起動・ビーコン受信待機・ビーコン検査・スリープの処理を行う。

第２無線端末装置、第３無線端末装置が任意のタイミングで起動した場合には、第１無線端末装置と同様にビーコンモードに切り替わる。即ち、ビーコン信号が送信されるタイミングに応じて起動し、ビーコン信号を受信後にスリープ状態となる。

図１２は、無線中継装置により第１〜３無線端末装置がビーコンモードに切り替わった後、ブロードキャストが実行される処理を示すシーケンス図である。

無線中継装置は、フレームペンディング（ＦＰ）＝１、ペンディングアドレス仕様（ＰＡ）＝０、に設定変更したビーコン信号を送信する（ステップＳ１１１）。また、ビーコン信号送信後にブロードキャストデータを送信する（Ｓ１１２）。

第１〜３無線端末装置は、ビーコン信号を受信すると、受信したビーコン信号のフレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０であることから、ブロードキャストデータの受信を待機する（ステップＳ１１３）。その後、第１〜３無線端末装置は、ブロードキャストデータを受信し、スリープ状態となる（Ｓ１１４）。

ブロードキャストする全てのデータがブロードキャストデータとして送信完了するまでは、複数のビーコン周期に渡ってＳ１１１〜Ｓ１１４の処理が連続的に繰り返し実行される。

図１３は、ブロードキャストデータの送信完了後に無線中継装置により第１〜３無線端末装置がビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わる処理を示すシーケンス図である。

無線中継装置は、フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０、に設定変更したビーコン信号を送信する（ステップＳ１２１）。

第１〜３無線端末装置は、受信したビーコン信号のフレームペンディングが１から０、ペンディングアドレス仕様が０から０に変化したことを検出し、ブロードキャストが完了したと判別する。そして、第１〜３無線端末装置は、それぞれ無線接続モードをビーコンモードからノンビーコンモードに切り替え、メッセージ信号を送信する（ステップＳ１２２）。

無線中継装置は、第１〜３無線端末装置からメッセージ信号を受信すると、ＡＣＫ信号を送信する。第１〜３無線端末装置は、送信したメッセージ信号に対するＡＣＫ信号を受信すると、スリープ状態に移行する（ステップＳ１２３）。

無線中継装置は、第１〜３無線端末装置の全てからメッセージ信号を受信し、第１〜３無線端末装置の全てがビーコンモードからノンビーコンモードに切り替わったと判別すると、ビーコン信号の送信を停止する。

以上のように、本実施の形態によれば、無線中継装置がブロードキャストを行なう際、一時的にノンビーコンモードの無線端末装置全てをビーコンモードに切り替えた後、ブロードキャストデータを送信し、ブロードキャスト完了後、無線端末装置全てをノンビーコンモードに切り替えて元の無線接続モードに戻すことにより、ビーコン周期に応じて周期的に起動した全ての無線端末装置が同一のブロードキャストデータを受信することができる。

そのため、全ての無線端末装置がブロードキャストデータの送信完了まで受信待機状態に保ち続けなる必要がなくなり、無線端末装置の省電力化を図ることができる。
また、同時期に同一のブロードキャストデータを無線端末装置が受信するため、無線端末装置の数が増加したり、送信するデータサイズが大きくなることに伴うことによるネットワークトラフィックの増大や通信効率の低下を防止したりすることができる。
従って、ブロードキャストを行なう際に、無線端末装置の消費電力を抑えつつ、ネットワークトラフィックの増大や通信効率の低下を防止することができる。

更に、複数の無線端末装置全てに送信するためのデータが無いことを示すビーコン信号（フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０）が送信された後に送信されるメッセージ信号にビーコン切替指示を含めることにより、無線通信の規格変更を行なわずとも、ビーコンモードで用いられる信号を使用してノンビーコンモードからビーコンモードへ無線接続モードを切り替える指示を実現できる。

また、ブロードキャストを行うためのビーコン信号（フレームペンディング＝１、ペンディングアドレス仕様＝０）と、ブロードキャストが完了した後に送信されるビーコン信号（フレームペンディング＝０、ペンディングアドレス仕様＝０）とを用いることにより、無線通信の規格変更を行なわずとも、ビーコン信号を使用して、ビーコンモードからノンビーコンモードに切り替えさせる指示を実現できる。

また、ビーコン切替指示を含むメッセージ信号を受信した無線端末装置のデータリクエスト信号に含まれる端末情報と、端末情報用メモリに記憶されている端末情報とに基づいて、複数の無線端末装置全てがノンビーコンモードからビーコンモードに切り替わったと判別することができる。

１ 無線中継装置
２ 無線端末装置
１０ 制御部
１１ 記憶部
１２ 端末情報用メモリ
１３ ビーコン送信タイマ
１４ 無線送信部
１５ 無線受信部
１６ ＳＷ
１７ Ｉ／Ｆ部
１８ バッファ
１９ アンテナ
２０ 制御部
２１ 記憶部
２２ メモリ
２３ 起動用タイマ
２４ 電源制御部
２５ａ 表示制御部
２５ｂ 表示部
２６ 無線送信部
２７ 無線受信部
２８ ＳＷ
２９ アンテナ
Ａ 無線通信システム
Ｂ バッテリ
Ｂ１ ＭＨＲ領域
Ｂ２ ＭＡＣペイロード領域
Ｂ３ ＭＦＲ領域
Ｂ１１ フレームコントロール
Ｂ１１ａ フレームタイプ
Ｂ１１ｂ フレームペンディング
Ｂ１１ｃ ＡＣＫリクエスト
Ｂ１１ｄ ＰＡＮ ＩＤ圧縮
Ｂ１１ｅ フレームバージョン
Ｂ１２ アドレス領域
Ｂ２１ ＳＳ
Ｂ２２ ＧＴＳフィールド
Ｂ２３ ＰＡフィールド
Ｂ２３ａ ペンディングアドレス仕様領域
Ｂ２３ａ１ Number of Short Address Pendingの領域
Ｂ２３ａ２ Number of Extended Address Pendingの領域
Ｂ２３ｂ アドレスリスト
Ｂ２４ ビーコンペイロード
Ｄ１ ＭＨＲ領域
Ｄ２ ＭＡＣペイロード領域
Ｄ３ ＭＦＲ領域
Ｄ１１ フレームコントロール
Ｄ１２ アドレス領域
Ｄ１２ａ 宛先ＰＡＮ ＩＤの領域
Ｄ１２ｂ 宛先アドレス領域
Ｄ１２ｃ 送信元ＰＡＮ ＩＤの領域
Ｄ１２ｄ 送信元アドレス領域
Ｄ２１ データペイロード
Ｎ 通信ネットワーク

Claims (5)

1. 複数の無線端末装置と、無線中継装置と、を備え、ノンビーコンモードで無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記無線中継装置は、
   前記複数の無線端末装置と無線通信を行う第１通信部と、
   前記複数の無線端末装置にブロードキャストを行なう場合、前記ノンビーコンモードからビーコンモードへ無線接続モードを切り替える第１の指示信号を送信させ、前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わった後に前記ブロードキャストを行わせ、前記ブロードキャストが完了した後に前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替えさせる第２の指示信号を送信させる第１制御部と、を有し、
   前記無線端末装置は、
   前記無線中継装置と無線通信を行う第２通信部と、
   前記無線中継装置から前記第１の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替え、前記ビーコンモードに切り替わった後に前記第２の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替える第２制御部と、を有すること、
   を特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１の指示信号は、
   前記複数の無線端末装置に送信するためのデータが無いことを示すビーコン信号が送信された後に送信されるメッセージ信号に含まれていること、
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第２の指示信号は、
   前記ブロードキャストを行うためのビーコン信号が送信されてブロードキャストが完了した後に送信されるビーコン信号であること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 前記無線中継装置は、
   接続される前記複数の無線端末装置それぞれ固有の情報が示された端末情報を記憶する端末情報記憶部を有し、
   前記第１制御部は、
   前記第１の指示信号を受信した前記無線端末装置のデータリクエスト信号に含まれる端末情報を取得し、前記端末情報記憶部に記憶されている端末情報に該当する端末情報を取得した場合には、前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わったと判別する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 複数の無線端末装置と、無線中継装置と、がノンビーコンモードで無線通信を行う無線通信方法において、
   前記無線中継装置が前記複数の無線端末装置にブロードキャストを行なう場合、前記無線中継装置が前記ノンビーコンモードからビーコンモードへ無線接続モードを切り替える第１の指示信号を送信する第１工程と、
   前記無線端末装置が前記第１の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替える第２工程と、
   前記無線中継装置が前記複数の無線端末装置が前記ノンビーコンモードから前記ビーコンモードに切り替わった後に前記ブロードキャストを行わせ、前記ブロードキャストが完了した後に前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替えさせる第２の指示信号を送信する第３工程と、
   前記無線端末装置が前記ビーコンモードに切り替わった後に前記第２の指示信号を受信した場合、前記無線接続モードを前記ビーコンモードから前記ノンビーコンモードに切り替える第４工程と、
   を備えたこと、を特徴とする無線通信方法。

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