JP2011151616A - 無線送信機の製造方法、無線送信機及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】単方向無線通信システムにおける無線送信パラメーターを適切に設定できる無線送信機の製造方法、無線送信機及び電子機器等の提供。
【解決手段】無線送信機の製造方法では、無線システムの要求仕様を入力設定し、要求仕様に基づいて無線送信パラメーターのパラメーター設定を行い、設定された無線送信パラメーターを、無線送信機の記憶部に記憶させる。パラメーター設定では、無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信タイミングをランダムな遅延時間だけ遅延させる際の最大遅延時間のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターとを、要求仕様に基づいて設定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、無線送信機の製造方法、無線送信機及び電子機器等に関する。

いわゆるユビキタスネットワークの実現のために、各センサーが無線送信機を内蔵した多数のセンサーを設置し、無線受信機との間で単方向無線通信を行うシステムが脚光を浴びている。このような単方向無線通信システムにおいて送信の衝突回避を実現する従来技術としては、特許文献1に開示されている技術が知られている。

この特許文献１の従来技術では、単位時間あたりの送信回数の逆数又はデータの平均送信間隔として設定されている主間隔に対してランダムな遅延時間だけ遅延させたタイミングで、無線送信機がデータを送信する。また衝突時のデータ補償方法として、過去に送信したデータを現在の送信データに含ませている。

しかしながら、この従来技術では、主間隔、ランダム遅延時間、過去データ数を適切に設定しないと、逆に送信の衝突が増加したり、電池寿命が低下し、多様なシステムへの展開が困難になることが判明した。例えば、主間隔が１ｓｅｃ、ランダム遅延時間が９９０ｍｓ、端末台数が１５０台、過去データ数を３とした場合に、データ損失率は１８％程度と悪く、また過去データ数が１である場合と比べると、電池寿命は１０％程度悪化してしまう。

また、各無線送信機が同期をとらずに、キャリアセンスやＡＣＫの受信も行わない単方向無線通信においては、所定のランダム送信を行った場合でも衝突によるデータの損失を完全には避けることはできず、パケット損失によるシステムの影響は非常に大きい。そこで、現時点で送信する最新データに加えて、過去の複数回分のデータを付加することで、データの損失を補償し、送信の信頼性を飛躍的に向上させることができる。このとき、過去データは測定時よりも所定時間遅れて無線受信機に到達してしまう問題があるが、特許文献１の従来技術ではこの点については何ら考慮されていなかった。

特開２００５−１１７５７８号公報

本発明の幾つかの態様によれば、単方向無線通信システムにおける無線送信パラメーターを適切に設定できる無線送信機の製造方法、無線送信機及び電子機器等を提供できる。

また本発明の幾つかの態様によれば、データ損失が少なく長電池寿命化等が可能になる無線送信機の製造方法、無線送信機及び電子機器等を提供できる。

本発明の一態様は、無線システムの要求仕様を入力設定し、前記要求仕様に基づいて無線送信パラメーターのパラメーター設定を行い、設定された前記無線送信パラメーターを、無線送信機の記憶部に記憶させると共に、前記パラメーター設定では、無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信タイミングをランダムな遅延時間だけ遅延させる際の最大遅延時間のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターとを、前記要求仕様に基づいて設定する無線送信機の製造方法に関係する。

本発明の一態様によれば、無線システムの要求仕様が入力設定され、この要求仕様に基づいて、送信時間間隔、最大遅延時間、過去データ数などの無線送信パラメーターの設定が行われる。そして、設定された無線送信パラメーターを無線送信機の記憶部に記憶させることで、無線送信パラメーターに基づき無線送信動作を行う無線送信機が製造される。このようにすれば、送信時間間隔、最大遅延時間、過去データ数などの単方向無線通信システムにおける無線送信パラメーターを、要求仕様に応じて適切に設定できる無線送信機の製造方法を実現できる。

また本発明の一態様では、無線送信のデータ到達時間、データ損失率及び電池寿命の少なくとも１つについての要求仕様を入力設定し、前記データ到達時間、前記データ損失率及び前記電池寿命の少なくとも１つについての要求仕様が満たされるように、前記送信時間間隔のパラメーター、前記最大遅延時間のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを設定してもよい。

このようにすれば、データ到達時間やデータ損失率や電池寿命などの要求仕様を満足するように、送信時間間隔や最大遅延時間や過去データ数のパラメーターを設定することが可能になる。

また本発明の一態様では、前記最大遅延時間に対するデータ損失率の特性に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定してもよい。

このようにすれば、最大遅延時間のパラメーターを設定することで、データ損失率の改善等を図れる。

また本発明の一態様では、前記送信時間間隔をＸとし、前記最大遅延時間をＹとした場合に、Ｘ≧Ｋ×Ｙである場合には、前記最大遅延時間の変化に対する前記データ損失率の平均値の飽和点に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定してもよい。

このようにすれば、Ｘ≧Ｋ×Ｙである場合には、データ損失率の平均値の飽和点を考慮して最大遅延時間のパラメーターを設定することで、データ損失率の改善等を図れる。

また本発明の一態様では、Ｘ＜Ｋ×Ｙである場合には、前記最大遅延時間に対する前記データ損失率の最大値の特性に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定してもよい。

このようにすれば、Ｘ＜Ｋ×Ｙである場合には、データ損失率の最大値特性を考慮した最大遅延時間のパラメーター設定を実現できる。

また本発明の一態様では、前記過去データ数の変化に対するデータ損失率の飽和点に基づいて、前記過去データ数のパラメーターを設定してもよい。

このようにすれば、データ損失率の飽和点に応じた適切な数に、過去データ数を設定できる。

また本発明の一態様では、前記飽和点又は前記過去データ数とデータ到達時間の平均値の比例関係における第１の変動点により決まる下限値と、前記過去データ数と前記データ到達時間の最大値の比例関係における第２の変動点により決まる上限値との間の範囲内において、前記過去データ数のパラメーターを設定してもよい。

このようにすれば、飽和点や第１の変動点により決まる下限値と、第２の変動点により決まる上限値の間の範囲で、過去データ数を決定できる。

また本発明の一態様では、前記要求仕様は満たされたと判断されたが、前記飽和点に対応する個数よりも前記過去データ数が大きいと判断された場合には、前記過去データ数を小さくするパラメーター設定を行ってもよい。

このようにすれば、飽和点に対して過去データ数にマージンがある場合に、過去データ数を小さくすることで、データ到達時間や電池寿命等を改善できる。

また本発明の一態様では、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターを設定し、設定された前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターが、前記要求仕様を満たさないと判断された場合には、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターを再設定してもよい。

このようにすれば、設定された送信時間間隔や過去データ数のパラメーターを再設定する調整を行って、要求仕様を満たす適切なパラメーターを得ることが可能になる。

また本発明の一態様では、無線送信のデータ到達時間及び電池寿命についての要求仕様を入力設定し、前記データ到達時間及び前記電池寿命の要求仕様が満たされないと判断された場合に、前記送信時間間隔のパラメーターを再設定してもよい。

このようにすれば、最初の設定ではデータ到達時間や電池寿命の要求仕様を満足しなかった場合にも、送信時間間隔のパラメーターを再設定することで、データ到達時間や電池寿命の要求仕様を満足させることが可能になる。

また本発明の一態様では、無線送信のデータ損失率についての要求仕様を入力設定し、前記データ損失率の要求仕様が満たされないと判断された場合に、前記過去データ数のパラメーターを再設定してもよい。

このようにすれば、最初の設定ではデータ損失率の要求仕様を満足しなかった場合にも、過去データ数のパラメーターを再設定することで、データ損失率の要求仕様を満足させることが可能になる。

また本発明の一態様では、無線送信機の端末台数についての要求仕様を入力設定し、前記端末台数の要求仕様が満たされるように、前記送信時間間隔のパラメーター、前記最大遅延時間のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを設定してもよい。

このようにすれば端末台数に応じた適切な無線送信パラメーターの設定が可能になる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の製造方法により製造された無線送信機に関係する。

また本発明の他の態様は、無線送信パラメーターを記憶する記憶部と、前記無線送信パラメーターの設定処理を行うパラメーター設定部と、前記無線送信パラメーターに基づいて無線送信の送信タイミングを設定する送信タイミング設定部と、設定された前記送信タイミングで無線送信するための処理を行う無線処理部とを含み、前記記憶部は、無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターとを記憶し、前記パラメーター設定部は、無線送信機の端末台数に応じて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行う無線送信機に関係する。

本発明の他の態様によれば、記憶部は、送信時間間隔や過去データ数のパラメーターを記憶する。そして無線送信機の端末台数に応じて、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理が行われる。このようにすれば、端末台数に応じた適切な無線送信パラメーターの設定処理が可能になり、例えば端末台数が増減等した場合にも、これに対応することが可能になる。

また本発明の他の態様では、前記パラメーター設定部は、無線送信のデータ到達時間の仕様範囲内において、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行ってもよい。

このようにすれば、端末台数が増減等した場合にも、データ到達時間に対する要求仕様を満たしながら、送信時間間隔のパラメーターや過去データ数のパラメーターを変化させる設定処理を行って、これに対応できるようになる。

また本発明の他の態様では、前記記憶部は、前記端末台数についてのスケジュール情報を記憶し、前記パラメーター設定部は、前記スケジュール情報に基づいて前記端末台数を判断して、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行ってもよい。

このようにすれば、記憶部に記憶されるスケジュール情報に基づいて端末台数を判断して、送信時間間隔のパラメーターや過去データ数のパラメーターを変化させる設定処理を実現できるようになる。

また本発明の他の態様は、無線送信パラメーターを記憶する記憶部と、前記無線送信パラメーターの設定処理を行うパラメーター設定部と、前記無線送信パラメーターに基づいて無線送信の送信タイミングを設定する送信タイミング設定部と、設定された前記送信タイミングで無線送信するための処理を行う無線処理部と、検出部とを含み、前記記憶部は、無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターを記憶し、前記パラメーター設定部は、前記検出部からの検出情報に基づいて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行う無線送信機に関係する。

本発明の他の態様によれば、記憶部は、無線送信の送信時間間隔や過去データ数のパラメーターを記憶する。そして検出部により取得された検出情報に基づいて、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理が行われる。このようにすれば、検出部により取得された検出情報に応じた適切なパラメーター設定処理を実現できる。

また本発明の他の態様では、前記検出部は、電池電圧の情報、センサーからのセンサー情報及びタイマーからの時間情報の少なくとも１つの情報を、前記検出情報として取得し、前記パラメーター設定部は、前記電池電圧の情報、前記センサー情報及び前記時間情報の少なくとも１つに基づいて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行ってもよい。

このようにすれば、検出部により取得された電池電圧の情報、センサー情報及び時間情報の少なくとも１つに応じた適切なパラメーター設定処理を実現できる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の無線送信機を含む電子機器に関係する。

単方向無線通信のシステム構成例。 本実施形態の無線送信機の構成例。 本実施形態の無線受信機の構成例。 本実施形態の電子機器の構成例。 送信時間間隔、最大遅延時間の説明図。 図６（Ａ）はパケットのフレーム構成例であり、図６（Ｂ）はデータ部の詳細例。 本実施形態の手法の説明図。 単方向無線通信における送信衝突の説明図。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は最大遅延時間とデータ損失率との関係を示す特性図。 本実施形態の手法が適用される第１の事例の説明図。 過去データ数と電池寿命との関係を示す特性図。 本実施形態の手法が適用される第２の事例の説明図。 最大遅延時間と動作時間との関係を示す特性図。 最大遅延時間を送信時間間隔とほぼ等しくする適用例。 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は最大遅延時間とデータ損失率の最大値との関係を示す特性図。 図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は最大遅延時間とデータ損失率の最大値との関係を示す特性図。 本実施形態の手法が適用される第３の事例の説明図。 過去データ数とデータ損失率及びデータ到達時間の平均値との関係を示す特性図。 過去データ数に対するデータ損失率の飽和点についての説明図。 過去データ数とデータ到達時間の最大値との関係を示す特性図。 図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は端末台数とデータ損失率の平均値や最大値との関係を示す特性図。 図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は端末台数に基づく無線送信パラメーターの設定手法の説明図。 図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）は検出部で取得された検出情報に基づく無線送信パラメーターの設定手法の説明図。 過去データ数と電池寿命の関係を示す特性図。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．単方向無線通信システム
図１に本実施形態の単方向無線通信のシステム構成例を示す。この単方向無線通信システムでは、例えば１台の無線受信機ＣＲに対して複数台の無線送信機ＣＴ１〜ＣＴＮが設けられる。

センサーネットワークにおいては、無線受信機はデータ収集サーバーに設けられ、各無線送信機は、センサーによりデータを測定するセンサー端末（センサーネットワーク端末）に設けられる。そしてセンサー端末により測定されたデータは、各無線送信機により送信され、データ収集サーバーの無線受信機が受信する。

本実施形態の単方向無線通信システムでは、センサー端末の省電力化や小型化を実現するために、センサー端末には受信回路が設けられておらず、無線送信機から無線受信機に対して単方向でデータが送信される。

図２に本実施形態の製造方法により製造される無線送信機（無線タグ、無線機）の構成例を示す。この無線送信機は、アンテナ１０、送信回路２０、処理部３０、記憶部４０を含む。なお本実施形態の無線送信機は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば本実施形態では無線送信機が受信回路を有しないものとして主に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、無線送信機は少なくとも送信機能を有していればよく、受信機能（受信回路）を有していてもよい。例えば近接無線などによる無線受信回路を無線送信機に設けてもよい。

アンテナ１０はインダクター素子などにより実現される。送信回路２０は、パワーアンプやプリアンプなどのアナログ回路を有し、アンテナ１０に送信信号を出力する。

処理部３０は、無線通信のための各種の処理を行うものであり、ＡＳＩＣのロジック回路やプロセッサなどにより実現できる。記憶部４０は、無線通信のための各種のデータやパラメーターを記憶するものであり、ＲＡＭ、不揮発性メモリー、或いはマスクＲＯＭなどにより実現できる。

記憶部４０はパラメーター記憶部４２を有する。このパラメーター記憶部４２（記憶部４０）は、無線送信パラメーターを記憶する。無線送信パラメーターは、例えば後述するように無線送信の送信時間間隔のパラメーターや、無線送信タイミングをランダムな遅延時間だけ遅延させる際の最大遅延時間のパラメーターや、無線送信されるパケットに付加（設定）される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターなどである。

処理部３０は、パラメーター設定部３２、送信タイミング設定部３４、無線処理部３６を含む。

パラメーター設定部３２は、無線送信パラメーター（無線通信パラメーター）の設定処理を行う。例えばパラメーター記憶部４２から無線送信パラメーターを読み出したり、読み出した無線送信パラメーターを変更するなどの処理を行う。

具体的には後述するように、パラメーター設定部３２は、無線送信機の端末台数に応じて、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行う。この場合に端末台数に応じて最大遅延時間のパラメーターを変化させてもよい。また無線送信のデータ到達時間の仕様範囲内において、送信時間間隔（最大遅延時間）のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことが望ましい。また記憶部４０が端末台数についてのスケジュール情報（時間管理情報）を記憶する場合には、パラメーター設定部３２は、このスケジュール情報に基づいて端末台数を判断して、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行ってもよい。

或いは、パラメーター設定部３２は、検出部により取得された検出情報に基づいて、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行う。具体的には、検出部が、電池電圧の情報、センサー情報及び時間情報の少なくとも１つを検出情報として取得した場合に、電池電圧の情報、センサー情報及び時間情報の少なくとも１つに基づいて、送信時間間隔のパラメーター及び過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行う。この場合に検出情報に基づいて最大遅延時間のパラメーターを変化させてもよい。

送信タイミング設定部３４は、無線送信パラメーターに基づいて無線送信の送信タイミングを設定する処理を行う。例えば無線送信パラメーターに基づいてカウンター回路（不図示）を制御し、無線送信タイミングを指示する信号等を生成して、無線処理部３６に出力する。

無線処理部３６は種々の無線処理を行う。例えば送信タイミング設定部３４により設定された送信タイミングで無線送信するための処理を行う。例えば送信データやヘッダなどを有するパケットを生成し、生成されたパケットを送信回路２０によりアンテナ１０を介して無線送信するための処理を行う。

図３に無線受信機の構成例を示す。この無線受信機は、アンテナ６０、受信回路７０、処理部８０、記憶部９０、外部Ｉ／Ｆ（インターフェース）部１００を含む。なお本実施形態の無線受信機は図３の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

アンテナ６０はインダクター素子などにより実現される。受信回路７０は、低ノイズアンプ、ミキサー回路、フィルター回路などのアナログ回路を有し、アンテナ６０から入力される受信信号の増幅処理やフィルター処理などを行う。

処理部８０は、無線通信のための各種の処理を行うものであり、ＡＳＩＣのロジック回路やプロセッサなどにより実現できる。記憶部９０は、無線通信のためのデータやパラメーターを記憶するものであり、ＲＡＭ、不揮発性メモリー、或いはマスクＲＯＭなどにより実現できる。外部Ｉ／Ｆ部１００は、外部デバイスとのインターフェース処理を行うものである。

処理部８０は無線処理部８２を含む。無線処理部８２は種々の無線処理を行う。例えばアンテナ６０を介して受信したパケットを解析し、パケットに設定されるデータを抽出する処理などを行う。

図４に本実施形態の無線送信機を有する電子機器（センサー端末、端末）の構成例を示す。この電子機器は、センサー２１０、検出回路２２０、無線送信機２３０、電源部２４０を含む。なお本実施形態の電子機器は図４の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

センサー２１０は、例えば煙センサー、光センサー、人感センサー、圧力センサー、生体センサー或いはジャイロセンサーなどである。検出回路２２０は、センサー２１０（物理量トランスデューサ）からのセンサー信号に基づいて検出処理（物理量の検出処理）を行い、測定データを出力する。無線送信機２３０は、検出回路２２０からの測定データを無線により送信する。電源部２４０は、検出回路２２０や無線送信機２３０などに電源を供給するものであり、電池（乾電池、バッテリー）などにより実現できる。

２．通信プロトコル
一般的に、無線を利用したネットワークにおけるプロトコルの場合、送信を開始する前にキャリアセンスを行い、他の端末が送信を行っていないことを確認してから送信を開始する。

しかしながら、前述のように本実施形態では、低消費電力化のために端末側（センサー端末側）に受信回路を設けないシステムを採用しているため、キャリアセンスを行うことができない。このため、自身以外の他の端末が現在どのような状態にあるのかを確認する方法がなく、各端末は一方的に送信を実行する。このため、システムの全端末が無秩序に送信を繰り返すことになり、送信の衝突が多発してシステム全体のスループットが著しく低下するおそれがある。

例えば、各端末に設けられる本実施形態の無線送信機は、図５に示すように一定の送信時間間隔Ｘ毎に１回のパケットを送出する。初回の送信タイミング（動作開始時間Ｓ）は、端末の電源が投入されたタイミングによって決まるため、他の端末や時刻等とは全く無関係に非同期に送信が行われる。このため、初回の送信タイミングが偶然に一致してしまった端末が複数存在する場合、これらの端末の送信は毎回必ず衝突することとなり、送信がいつまでも完了しない端末が多数発生してしまう。

一般的なプロトコルの場合、送信が確実に行われた際には、受信側が送信側に対してＡＣＫを送出し、送信側がこれを受信することにより、通信が確実に行われたことを双方が認識する。しかしながら本実施形態では、端末側に受信回路を設けていないため、ＡＣＫを受信することができず、端末は自身の送信が確実に行われたかを確認する方法を持たない。このため、端末数の増加などによりパケットの損失が多発した場合、システム全体として通信の品質が著しく損なわれるおそれがある。

このため本実施形態では、前述のように送信がいつまでも完了しない端末の発生を回避し、確実な送信を確保するための通信プロトコルを提案する。

端末側に設けられる無線送信機は、一定の送信時間間隔X毎に１回の送信を行う。このため前述のように、同じタイミングで送信を開始した無線送信機は、その後は常に送信の衝突を繰り返すため、送信が完了しなくなる。

そこで本実施形態では図５に示すように、最大遅延時間Ｙの範囲内において無線送信タイミングＴＭをランダムな遅延時間Ｔ（０≦Ｔ≦Ｙ）だけ遅延させる。即ち無線送信を開始する前に遅延時間Ｔ（sec）を設け、この遅延時間Ｔを最大遅延時間Ｙの範囲内でランダムに変化させる。遅延時間Ｔの開始タイミングは例えば各送信時間間隔Ｘの最初のタイミングである。ランダムな遅延時間Ｔは例えば乱数（疑似乱数）を用いて生成できる。また図５では無線送信されるデータを測定するタイミングは、無線送信タイミングＴＭとほぼ同じタイミング（直前のタイミング）になっている。

このようなランダムな遅延時間Ｔを設けることで、無線送信タイミングＴＭは、送信を試みる毎に最大遅延時間Ｙの範囲内で変化することとなり、送信を同時に開始したことが原因で送信が常に衝突する端末の発生を回避できる。この場合でも、パケットの送信に要する時間をＴＰとした場合に、最大遅延時間Ｙを、Ｘ＞Ｙ＋ＴＰの範囲で設定することにより、送信時間間隔Ｘに１回の送信は保障されることとなる。

また、送信側（センサー端末、無線送信機）は受信側（データ収集サーバー、無線受信機）からＡＣＫを受信することができないため、自身の送信が完了したか否かを確認することができない。このため、送信の衝突などにより送信が完了しなかった場合には、その際に送信しようとしたデータは失われてしまうことになる。つまり、パケット損失による影響は非常に大きなものとなる。

そこで本実施形態では、１回の送信でデータの転送が完了しなかった場合に対応するために、送信パケットの中に現時点で送信を行う最新データに加えて、過去のＰ回分の過去データをパケットに付加して送信を行う。ここで過去データ数Ｐは、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を表す。これにより、送信にＰ回失敗しても受信側にはデータが到達することとなり、送信の信頼性を飛躍的に向上できる。

図６（Ａ）に無線送信機により送信されるパケットのフレーム構成例を示し、図６（Ｂ）にデータ部の詳細例を示す。

図６（Ａ）に示すようにパケットは、プリアンブル、フレーム同期、無線送信機ＩＤ、データ部、誤り検出のフィールドを有する。また図６（Ｂ）に示すようにデータ部は、現在データＣＤＡ、過去データＰＤＡ１〜ＰＤＡＰのフィールドを有する。現在データＣＤＡのフィールドには、今回の測定時刻と今回の測定データが設定される。過去データＰＤＡ１のフィールドには、前回の測定時刻と前回の測定データが設定され、過去データＰＤＡ２のフィールドには、前々回の測定時刻と前々回の測定データが設定される。そして過去データＰＤＡＰのフィールドには、Ｐ回前の測定時刻とＰ回前の測定データが設定される。このように無線送信機により送信されるパケットには、現在データＣＤＡに加えて、Ｐ個の過去データＰＤＡ１〜ＰＤＡＰが付加（設定）されており、このＰが過去データ数になる。

３．無線送信パラメーター
以上のように本実施形態では、送信時間間隔Ｘ、最大遅延時間Ｙ、過去データ数Ｐなどの無線送信パラメーターを導入することで、単方向無線通信システムに最適な通信プロトコルを実現している。

しかしながら、このような送信時間間隔Ｘ、最大遅延時間Ｙ、過去データ数Ｐなどの無線送信パラメーターを導入したとしても、これらの無線送信パラメーターを適切に設定しないと、逆に送信の衝突が増加したり電池寿命が低下するなどの問題が生じ、多様なシステムへの展開が困難になる。

そこで本実施形態では、無線システムの要求仕様（システム要求）を入力設定（入力）し、要求仕様に基づいて無線送信パラメーターのパラメーター設定を行い、設定された無線送信パラメーターを、無線送信機の記憶部（パラメーター記憶部）に記憶（格納、記憶設定）させることで、単方向無線通信システムに最適な無線送信機を製造方法を実現する。そして、このパラメーター設定において、無線送信の送信時間間隔Ｘのパラメーターや、無線送信タイミングをランダムな遅延時間だけ遅延させる際の最大遅延時間Ｙのパラメーターや、無線送信されるパケットに付加される過去データ数Ｐのパラメーターを、要求仕様に基づいて設定する。即ち、入力された要求仕様を満たすようにこれらのパラメーターの値を決定する。

そして従来技術には無かったデータ到達時間の概念を新たに導入し、各パラメーターの関連特性を活用することで、システムに応じたパラメーターの最適値を容易に導出し、多様なシステムへの単方向通信方式の応用を可能にしている。

図７に、本実施形態のパラメーター設定手法の一例を示す。本実施形態では、このようなパラメーター設定手法で決定されたパラメーターを無線送信機の記憶部に記憶させることで、単方向無線通信システムに最適な無線送信機を製造している。

なお、以下では本実施形態のパラメーター設定手法の概要について説明し、その詳細については後述する。また本実施形態のパラメーター設定手法は図７に示す手法に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

図７では、まずシステムの要求仕様を入力する（ステップＳ１）。要求仕様の例としては、データ到達時間Ｒ、データ損失率Ｌ、電池寿命Ｂ、電池容量Ｃ、或いは端末台数Ｎなどを想定できる。なお本実施形態の要求仕様はこれに限定されるものではなく、その一部の要求仕様（例えば電池容量、端末台数）を省略したり、他の要求仕様を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

次に、要求仕様への影響が最も高いと考えられる送信時間間隔Ｘの値を最初に設定する（ステップＳ２）。具体的には、なるべく大きな初期値にＸを設定する。

次に、Ｘ≧Ｋ×Ｙ（Ｋ≧２）とする必要があるか否かを判断する（ステップＳ３）。即ち、送信時間間隔Ｘを最大遅延時間Ｙに対して十分に大きくする必要があるか（Ｘ≧Ｋ×Ｙ）、或いはそれ以外（Ｘ＜Ｋ×Ｙ）であるかを判断する。Ｘ≧Ｋ×Ｙとなるか否かは，例えば後述するように、本実施形態の手法が適用されるアプリケーション等に応じて判断される。

そしてＸ≧Ｋ×Ｙである場合には、最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの平均値の飽和点に基づいて、最大遅延時間Ｙのパラメーターを設定する（ステップＳ４）。ここで最大遅延時間Ｙの変化に応じて変化するデータ損失率Ｌの平均値の最小値をＭＩＮとし、最大値をＭＡＸとした場合に、飽和点は、例えばＭＩＮ＋（ＭＡＸ−ＭＩＮ）×１５％と定義することができる。例えば飽和点は、データ損失率Ｌの平均値の変化が所定の基準変動幅内になる点である。

一方、Ｘ＜Ｋ×Ｙである場合には、最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの最大値の特性に基づいて、最大遅延時間Ｙのパラメーターを設定する（ステップＳ５）。

次に、過去データ数Ｐのパラメーターを設定する（ステップＳ６）。具体的には、過去データ数Ｐに対するデータ損失率Ｌの飽和点又は過去データ数Ｐとデータ到達時間Ｒの平均値との比例関係が崩れる第１の変動点から、ＰとＲの最大値の比例関係が崩れる第２の変動点までの範囲内で、過去データ数Ｐを設定する。

次に、以上のように設定された無線送信パラメーター（Ｘ、Ｙ又はＰ）により特定されるデータ到達時間Ｒが、ステップＳ１で入力された要求仕様の範囲内か否かを判断し（ステップＳ７）、要求仕様範囲内ではないと判断された場合には送信時間間隔Ｘのパラメーターを再設定する（ステップＳ８）。例えばステップＳ２での設定値よりも小さな値にＸを再設定する。また、設定された無線送信パラメーターにより特定されるデータ損失率Ｌが、ステップＳ１で入力された要求仕様の範囲内か否かを判断し（ステップＳ９）、要求仕様範囲内ではないと判断された場合には、過去データ数Ｐのパラメーターを再設定する（ステップＳ１０）。同様に、電池寿命Ｂが要求仕様範囲内か否かを判断し（ステップＳ１１）、要求仕様範囲内ではないと判断された場合には、送信時間間隔Ｘのパラメーターを再設定する（ステップＳ８）。

そして、これらのＲ、Ｌ、Ｂ等の要求仕様を満たしていると判断された場合には、過去データ数Ｐに対するデータ損失率Ｌの飽和点に対してマージンはあるか否かを判断する（ステップＳ１２）。そして、マージンがある場合には、データ損失率Ｌの飽和点付近まで過去データ数Ｐを小さくして、データ到達時間Ｒと電池寿命Ｂを改善させて、パラメーターの値を最終決定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。

以上のように本実施形態では、無線送信のデータ到達時間Ｒ、データ損失率Ｌ及び電池寿命Ｂの少なくとも１つについての要求仕様を入力設定する（Ｓ１）。そしてＲ、Ｌ、Ｂの少なくとも１つについての要求仕様が満たされるように、送信時間間隔Ｘ、最大遅延時間Ｙ、過去データ数Ｐのパラメーターの少なくとも１つを設定する（Ｓ２〜Ｓ１１）。このようにすることで要求仕様に沿ったＸ、Ｙ、Ｐなどの無線送信パラメーターを得ることが可能になる。

また本実施形態では、最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの特性に基づいて、Ｙのパラメーターを設定している（Ｓ４、Ｓ５）。具体的には、Ｘ≧Ｋ×Ｙである場合には、Ｙの変化に対するＬの平均値の飽和点に基づいて、最大遅延時間のパラメーターを設定する（Ｓ４）。一方、Ｘ＜Ｋ×Ｙである場合には、Ｙに対するＬの最大値の特性に基づいて、Ｙのパラメーターを設定する（Ｓ５）。こうすることで、システムのアプリケーションに応じた最適な値にＸ、Ｙのパラメーターを設定できる。

また本実施形態では、過去データ数Ｐの変化に対するデータ損失率Ｌの飽和点に基づいて、過去データ数のパラメーターを設定する（Ｓ６）。具体的には、Ｐに対するＬの飽和点又はＰとＲの平均値の比例関係における第１の変動点により決まる下限値と、ＰとＲの最大値の比例関係における第２の変動点により決まる上限値との間の範囲内において、過去データ数Ｐのパラメーターを設定する。このようにすることで、過去データ数Ｐを最適な値に設定できる。

この場合に、Ｒ、Ｌ、Ｂの要求仕様は満たされたと判断されたが、Ｐに対するＬの飽和点に対応する個数よりも、Ｐが大きいと判断された場合には、過去データ数Ｐを小さくするパラメーター設定を行う（Ｓ１２、Ｓ１３）。このようにすれば、マージンの範囲内でＰを小さくすることで、データ到達時間Ｒや電池寿命Ｂを改善することが可能になる。

また本実施形態では、Ｘ、Ｐのパラメーターを設定し（Ｓ２、Ｓ６）、設定されたＸ、Ｐのパラメーターが、要求仕様を満たさないと判断された場合には、Ｘ、Ｐのパラメーターを再設定する（Ｓ８、Ｓ１０）。具体的には、データ到達時間Ｒ及び電池寿命Ｂの要求仕様が満たされないと判断された場合に、送信時間間隔Ｘのパラメーターを再設定する（Ｓ８）。またデータ損失率Ｌの要求仕様が満たされないと判断された場合に、過去データ数Ｐのパラメーターを再設定する（Ｓ１０）。このように要求仕様を満たすようにＸとＰの設定と再設定を繰り返すことで、Ｘ、Ｐを最適な値に収束させることが可能になる。

更に、無線送信機の端末台数Ｎについての要求仕様が入力設定される場合には（Ｓ１）、端末台数Ｎの要求仕様が満たされるように、Ｘ、Ｙ及びＰのパラメーターの少なくとも１つを設定してもよい。

なお、図７等で説明する本実施形態のパラメーター設定手法で設定された無線送信パラメーターを、無線送信機の記憶部に記憶させる手法としては、様々な手法を想定できる。例えば、設定された無線送信パラメーターを、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリー（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＭＯＮＯＳ）に書き込んで記憶させてもよい。この場合には、公知の半導体製造方法（半導体製造プロセス）で無線送信機の集積回路装置（ＩＣ）を製造し、製造された集積回路装置に内蔵される不揮発性メモリーに対して、設定された無線送信パラメーターを書き込んで記憶させればよい。また、無線送信パラメーターを、マスクＲＯＭに記憶させるようにしてもよい。この場合には、無線送信パラメーターを記憶するマスクＲＯＭが組み込まれた集積回路装置のマスクを使用して、公知の半導体製造方法で無線送信機の集積回路装置を製造すればよい。

４．パラメーター設定手法の詳細
次に、図７でその概要を説明した本実施形態のパラメーター設定手法の詳細について説明する。

上述のように本実施形態では、送信タイミングを決定する送信時間間隔Ｘのパラメーターと、ランダムな送信遅延時間の最大幅を規定する最大遅延時間Ｙのパラメーターと、送信データに含まれる過去データの数Ｐのパラメーターを、システム要件を満たすように（特にデータ損失率が低く長電池寿命になるように）、各パラメーターの関連特性に基づき操作して決定している。

４．１ 最大遅延時間のパラメーター設定
まず最大遅延時間Ｙのパラメーター設定について説明する。例えば図８においてＡ１の部分を拡大したものがＡ２であり、Ａ３に示すように無線送信機ＣＴ１とＣＴ４では送信が衝突しており、データ損失が発生している。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）に、最大遅延時間Ｙの変化に対するデータ損失率Ｌの平均値の変化特性を示す。図９（Ａ）は端末台数が１００台、図９（Ｂ）は端末台数が２００台の場合でのデータ損失率Ｌの平均値を、シミュレーションにより求めたものである。送信の繰り返し時間である送信時間間隔Ｘを１ｓｅｃ（秒）として、最大遅延時間Ｙを９００ｍｓ（ｍｓｅｃ）まで変化させると共に、過去データ数Ｐを１から５まで１ずつ増加させた場合を示している。図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、所定回数（例えば５回）のシミュレーションを行い、全ての無線送信機のデータ損失率Ｌの平均値を求めている。図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、データ損失率Ｌの平均値は、過去データ数Ｐを多くすればするほど小さくなり、データ損失率が改善する。

本実施形態では、前述の図７のステップＳ３、Ｓ４で説明したように、Ｘ≧Ｋ×Ｙであり、ＸがＹに対して十分に大きいとする場合には、最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの平均値の飽和点に基づいてＹを決定する。この際にＬの最大値特性も考慮してＹを決定してもよい。

例えば図９（Ａ）ではＢ１に示す丸印が飽和点に相当し、図９（Ｂ）ではＢ２に示す丸印が飽和点に相当する。図９（Ａ）、図９（Ｂ）において、最大遅延時間Ｙを変化させたときのデータ損失率Ｌの平均値の最小値をＭＩＮとし、最大値をＭＡＸとしたとする。この場合に本実施形態では、データ損失率Ｌの平均値が例えばＭＩＮ＋（ＭＡＸ−ＭＩＮ）×１５％になる点（但し特異点は除く）を飽和点と定義する。ここで（ＭＡＸ−ＭＩＮ）はＬの平均値の変動幅に相当する。

最大遅延時間Ｙが飽和点に対応する時間よりも短い場合には、データ損失率Ｌは極度に悪化する。一方、最大遅延時間Ｙを飽和点に対応する時間よりも長くしても、データ損失率Ｌは飽和しているため、それほど改善しない。例えば図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、最大遅延時間Ｙを例えば１００〜２００ｍｓよりも大きくしても、データ損失率Ｌはそれほど小さくならず、改善しない。従って、このようにＸ≧Ｋ×Ｙである場合には、飽和点に基づいて最大遅延時間Ｙを決定する。例えば最大遅延時間Ｙを、飽和点に対応する時間よりも長くすると共に、例えば飽和点に対応する時間に近い値（例えば２００ｍｓ）に設定する。

ここでＸ≧Ｋ×Ｙとなるアプリケーションの事例は、例えば図１０に示すような事例である。図１０では、Ｃ１〜Ｃ４に示すように、一定の測定間隔でのデータ測定を必要とし、且つ、低消費電力化のためにデータ測定と無線送信を連続的に動作させて効率化を図っている。例えば図１０のＣ５に示す部分を拡大したものがＣ６である。Ｃ７に示す待機期間（スタンバイ、スリープ）では、無線送信機は低速クロックで動作しており、低消費電力モードになっている。一方、Ｃ８に示す通常動作期間が開始すると、Ｃ９に示すように高速クロックが起動し、Ｃ１０に示すようにセンサーによりデータ測定を行った後に、Ｃ１１に示すように測定データを無線送信する。そして無線送信が完了すると、高速クロック動作から低速クロック動作に切り替わり、Ｃ１２に示すように待機期間に移行する。

図１０に示す事例では、Ｃ１３に示すように、Ｘに対してＹを十分に小さくする必要があり、Ｘ≧Ｋ×Ｙの関係になる。従って、上述のように最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの平均値の飽和点に基づいてＹを決定する（図７のステップＳ４）。

なお図１１は、過去データ数Ｐと電池寿命Ｂの関係を示すものであり、過去データ数Ｐが多くなるほど、送信データが多くなるため、電池寿命Ｂは短くなる。また図１０のＣ１０、Ｃ１１に示すようにデータ測定と無線送信を連続的に実行して低消費電力化を図ることで、これらを非連続で実行した場合に比べて、図１１に示すように電池寿命Ｂを全体的に長くすることが可能になる。

また図１２のアプリケーションの事例に示すように、水晶振動子等を用いたマイコンのタイマー機能を使用し、低消費動作となるように送信タイミングを生成する場合、タイマーの割込み処理回数は可能な限り少ない方がよい。例えば、送信時間間隔Ｘの範囲内に、送信タイミングを判断するための複数回のタイマー割込み処理が入る場合に、送信タイミングの最大遅延時間であるＹを小さくすれば、タイマーの割り込み処理回数が減り、低消費電力化のために望ましい。このような事例でも、送信時間間隔Ｘに対して最大遅延時間Ｙを小さくし、Ｙに対するデータ損失率Ｌの平均値の飽和点に基づいてＹを決定する。なお図１３は最大遅延時間Ｙと動作時間の関係を示す図であり、過去データ数Ｐが多くなるほど消費電力が増えて、動作時間が短くなる。また最大遅延時間Ｙが長くなることでも、若干ではあるが動作時間は短くなる。

Ｘ≧Ｋ×Ｙ以外の場合、即ちＸ＜Ｋ×Ｙの場合には、最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの最大値の特性に基づいてＹを決定する（図７のステップＳ５）。特に送信時間間隔Ｘに対する最大遅延時間Ｙの設定値に制限がない場合には、図１４に示すように、ＹはＸにほぼ等しいとしてＹを決定する。

図１５（Ａ）〜図１６（Ｂ）に、最大遅延時間Ｙの変化に対するデータ損失率Ｌの最大値の変化特性を示す。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は端末台数が２５台、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は端末台数が１０台である場合でのデータ損失率Ｌの最大値を、シミュレーションにより求めたものである。なお図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の各ポイントの近似曲線を引いたものであり、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）の各ポイントの近似曲線を引いたものである。

ここでデータ損失率の最大値は、１回のシミュレーションにおいてデータ損失が最大であった無線送信機（端末）のデータ損失率を抽出し、５回の平均を求めたものである。平均値だけでなく最大値についても評価を行うのは、本実施形態の単方向無線通信システムにおいて特徴的な常時衝突の無線送信機に見られるように、データ損失率が異常に高い無線送信機の存在についても評価するためである。

即ち図９（Ａ）、図９（Ｂ）のようなデータ損失率の平均値だけであると、システムの全体としてのデータ損失率は評価できるが、データ損失率が異常に高い無線送信機については見逃してしまう。例えばセンサーの測定フィールドに多数のセンサーを配置し、測定フィールドでの湿度や温度を全体的に観測するようなアプリケーションでは、データ損失率の平均値だけを考慮すれば十分である。しかしながら、センサーの測定フィールドから、測定データが異常値を示すポイントを見つけ出すようなアプリケーションでは、データ損失率の平均値だけでは不十分であり、データ損失率の最大値についても評価する必要がある。

また図９（Ａ）、図９（Ｂ）の平均値の特性では、飽和点を超えると、最大遅延時間を長くしてもデータ損失率はほとんど変化しなくなる。従って、Ｘ≧Ｋ×Ｙとなるようなアプリケーションでは、データ損失率の平均値の飽和点に基づいて最大遅延時間を決定すればよい。

一方、図１５（Ａ）〜図１６（Ｂ）の最大値の特性では、最大遅延時間が長くなるほどデータ損失率は小さくなり、データ損失率が改善する。従って、Ｘ＜Ｋ×Ｙとなるようなアプリケーションでは、図９（Ａ）、図９（Ｂ）のような飽和点は考慮せずに、データ損失率の最大値の特性に基づいて最大遅延時間を決定すればよい。具体的には図１４に示すように、最大遅延時間Ｙを、送信時間間隔Ｘとほぼ等しい時間に設定して、データ損失率を最小に設定することが望ましい。例えば送信時間間隔Ｘが１ｓｅｃである場合には、最大遅延時間Ｙを例えば９００ｍｓ以上に設定する。

なお図９（Ａ）、図９（Ｂ）の平均値及び図１５（Ａ）〜図１６（Ｂ）の最大値のいずれの場合でも、過去データ数Ｐのパラメーターの導入によりデータ損失率が大幅に改善していることが認められ、Ｐが大きくなるにつれてデータ損失率は減少する。しかしながら、過去データ数Ｐが例えば５以上である場合、Ｐを大きくしてもその改善の幅はわずかとなる。これは、過去データ数Ｐを大きくすることによりパケットが連続して損失してもリカバーできる一方で、Ｐの増加にともないパケット長が長くなり，衝突の確率が上昇してしまうためであると考えられる。

Ｘ＜Ｋ×Ｙとなるアプリケーションの事例は、例えば図１７に示すような事例である。図１７は、Ｄ１〜Ｄ４に示すように一定の測定間隔でのデータ測定を必要とする。しかしながら、Ｄ１とＤ５に示すように無線送信とデータ測定が非連続であり、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８に示すように送信タイミングの遅延時間に揺らぎが生じても良い場合である。

例えば図１７のＤ９を拡大したものがＤ１０であり、Ｄ１１、Ｄ１２に示すようにデータ測定と無線送信が非連続になっている。即ちＤ１１のデータ測定とＤ１２の無線送信の間に、Ｄ１３に示す低速クロック動作の待機期間が存在する。

この図１７のような事例では、Ｘ＜Ｋ×Ｙとなり、上述のように最大遅延時間Ｙに対するデータ損失率Ｌの最大値の特性に基づいてＹを決定する（図７のステップＳ５）。具体的には、最大遅延時間Ｙを送信時間間隔Ｘとほぼ等しい値に設定する。

なお、消費電力の観点から図１０と図１７の事例を比較した場合、図１７ではＤ１４に示す高速クロックの起動期間の分だけ消費電力が増える。即ち図１０ではデータ測定と無線送信が連続的に実行されるため、図１７のＤ１４に示すような高速クロック起動期間は不要になるが、図１７では、データ測定と無線送信が非連続になるため、無線送信を行うためのＤ１４に示す高速クロック起動期間が必要になる。従って、図１１に示すように、データ測定と無線送信が連続的である図１０の事例に比べて、データ測定と無線送信が非連続である図１７の事例は電力消費が大きくなり、電池寿命が短くなる。

４．２ データ到達時間
本実施形態では、従来技術では考慮されていなかったデータ到達時間の概念を導入している。

例えば図９（Ａ）、図９（Ｂ）等に示すように、送信パケットに過去データを付加し、この過去データ数を多くすればするほど、データ損失率は小さくなり、データ損失率が改善する。

しかしながら、送信パケットに過去データを付加して、過去データ数を増やすと、過去データが測定時よりも所定時間遅れて無線受信機に到達してしまうという問題が生じる。そこで本実施形態では、システムの要求仕様としてデータ到達時間を新たに導入し、データ損失率や電池寿命の要求仕様のみならず、データ到達時間の要求仕様も満たすように、無線送信パラメーターを設定する。

例えばデータ到達時間Ｒは、送信時間間隔Ｘと過去データ数Ｐにより決定される特徴を持つが、この時、データ損失率Ｌと電池寿命Ｂも決定される。よって、本実施形態では、データ到達時間Ｒとデータ損失率Ｌと電池寿命Ｂの関係性も考慮して、送信時間間隔Ｘ、過去データ数Ｐ等の無線送信パラメーターの値を決定する。

具体的には、データ到達時間Ｒは、過去データ数Ｐや送信時間間隔Ｘと比例関係にあり、ＰやＸを増加させるとＲも増加する。特にＲ（最大値）＝Ｐ×Ｘになる。

例えば図１８に、過去データ数Ｐとデータ損失率Ｌ及びデータ到達率Ｒとの関係を示す。図１８のＥ１が過去データ数Ｐの変化に対するデータ損失率Ｌ（平均値）の変化特性であり、Ｅ２が過去データ数Ｐの変化に対するデータ到達時間Ｒ（平均値）の変化特性である。なお、送信時間間隔Ｘは１ｓｅｃとし、最大遅延時間Ｙを９９０ｍｓに設定している。また図１８のＥ１、Ｅ２では端末台数を変化させている。

図１８のＥ１に示すように、過去データ数Ｐを増加させると、データ損失率Ｌも小さくなる。但し、過去データ数Ｐの増加に対するデータ損失率Ｌの変化は、Ｅ３に示すように飽和し、飽和点を超えた場合にはＰを増加させてもＬはほとんど変化しなくなる。特に、この飽和傾向は端末台数が少ない場合に顕著になる。

例えば図１９のＦ１に示す丸印が飽和点に相当する。図１９において、過去データ数Ｐを変化させたときのデータ損失率Ｌ（平均値）の最小値をＭＩＮとし、最大値をＭＡＸとしたとする。この場合に本実施形態では、データ損失率Ｌ（平均値）が例えばＭＩＮ＋（ＭＡＸ−ＭＩＮ）×１５％になる点（但し特異点は除く）を飽和点と定義する。

また図１８のＥ２に示すように、過去データ数Ｐとデータ到達時間Ｒは比例関係にあり、過去データ数Ｐを増加させると、それに比例してデータ到達時間Ｒも増加する。但し、図１８のＥ４に示すように、過去データ数Ｐが増加すると、この比例関係は崩れる傾向にあり、特に端末台数が少ない場合に、この傾向が強くなる。これは、端末台数が少ない場合には、元々、送信が衝突する頻度が少なく、１回の送信で送信側から受信側にデータが到達する場合が多いからである。このため、過去データ数Ｐを増やしても、データ到達時間Ｒはそれほど増えなくなる。

また図１８のＥ４では、まず初めにデータ到達時間Ｒの平均値特性においてＰとＲの比例関係が崩れ、次に図２０のＧ１に示すように、データ到達時間Ｒの最大値特性においてもＰとＲの比例関係が崩れる傾向にある。

４．３ 具体的なパラメーター設定手法
さて、単方向無線通信システムにおいては、データ損失率Ｌが低くなり、端末の電池寿命Ｂが長くなることが望ましい。

そしてデータ損失率Ｌを低くしたい場合には、送信時間間隔Ｘを大きくしたり（影響度大）、図１８のＥ１に示すように過去データ数Ｐを大きくすればよい（影響度大）。

一方、電池寿命Ｂを長くしたい場合には、送信時間間隔Ｘを大きくしたり（影響度大）、図１１に示すように過去データ数Ｐを小さくしたり（影響度中）、最大遅延時間Ｙを小さくすればよい（影響度中）。

前述した図７の手法は、このようにデータ損失率Ｌを低くすると共に電池寿命Ｂを長くするパラメーター設定手法の例である。

まず、図７のステップＳ１で要求仕様を入力した後、ステップＳ２に示すように、例えばデータ到達時間Ｒの要求仕様の範囲内で、データ損失率Ｌ及び電池寿命Ｂの両方に影響が大きい送信時間間隔Ｘを、大きめな値に設定する。即ち、Ｘを大きくすると、Ｘと比例関係にあるＲも大きくなるが、Ｒが要求仕様を超えた大きな値にならない範囲内で、Ｘをなるべく大きな値に設定する。

次に、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５において、前述した手法により最大遅延時間Ｙを決定する。

次に、ステップＳ６において、データ到達時間Ｒが過去データ数Ｐ及び送信時間間隔Ｘと比例関係にある事と、図１９のＦ１に示すデータ損失率Ｌの飽和点を踏まえて、Ｐを決定する。

そして、ステップＳ７〜Ｓ１１に示すように、データ到達時間Ｒ、データ損失率Ｌ、電池寿命Ｂが、ステップＳ１で入力した要求仕様の範囲内になければ、送信時間間隔Ｘや過去データ数Ｐを再調整する。具体的には、例えばＸを小さくし、Ｐを大きくする。

最後にステップＳ１２、Ｓ１３で、Ｒ、Ｌ、Ｂが要求仕様の範囲内であり、データ損失率Ｌが飽和点に対してマージンがあれば、過去データ数Ｐを小さくすることで、電池寿命Ｂとデータ到達時間Ｒを改善させる。

次に図７のステップＳ６の過去データ数Ｐの設定手法について、更に詳細に説明する。

図１８のＥ２に示すように過去データ数Ｐに対してデータ到達時間Ｒは比例特性を示す。一方、図１８のＥ１に示すように、過去データ数Ｐに対してデータ損失率Ｌは、べき乗の特性を示し、図１８のＥ３、図１９のＦ１に示すようにＰの増加に対してＬは飽和する。従って、この飽和点に基づいて過去データ数Ｐを決定することで、データ到達時間Ｒを最小値に設定して、Ｒに対する要求仕様を満たすことが可能になる。

例えば図１８において端末台数が２０台である場合には、図１８のＥ５に示すように、データ損失率Ｌは過去データ数がＰ＞２になってもほとんど変化せず、飽和している。従って、Ｐを２より大きくしても、あまり意味がない。一方、Ｐを大きくすると、それに比例してデータ到達時間Ｒも増加し、Ｒの要求仕様を満たさなくなるおそれがある。従って、このような場合には、データ損失率Ｌの飽和点に基づいて過去データ数Ｐを決定する。具体的には、端末台数が２０台である場合には例えばＰ＝２に決定する。

また、送信の衝突が少ない条件下では、上述のデータ損失率Ｌの飽和特性に加えて、過去データ数の増加にしたがってデータ到達時間Ｒの比例関係が次第に崩れ、Ｒも飽和傾向を示す。具体的には、図１８のＥ４に示すように、まずデータ到達時間Ｒの平均値特性にその傾向が現れ、その後、図２０のＧ１に示すように、最大値特性においてもＲ＝Ｐ×Ｘの比例関係が崩れる。これらの過去データ数Ｐの効果を判断する指標として、Ｌの飽和点やＲの平均値の第１の変動点から、Ｒの最大値の第２の変動点の間の値を目安に、Ｐを決定する。即ち飽和点や第１の変動点を下限値とし、第２の変動点を上限値とし、この下限値と上限値の間の範囲でＰを決定する。

例えば図１８において端末台数が２０台である場合に、Ｌの飽和点やＲの平均値の第１の変動点から決まる下限値は、Ｐ＝２程度であり、Ｒの最大値の第２の変動点から決まる上限値は、Ｐ＝４程度である。従って、Ｐ＝２〜４の範囲でＰの値を決定する。こうすることで、データ損失率Ｌを低くしながらデータ到達時間Ｒを短くできる値に、過去データ数Ｐを決定できる。

５．端末台数や検出情報に応じたパラメーター設定
本実施形態では、無線送信機の端末台数Ｎや検出部からの検出情報に基づいて、送信時間間隔Ｘ（最大遅延時間Ｙ）及び過去データ数Ｐの少なくとも１つのパラメーターの設定処理を行ってもよい。このパラメーター設定処理は、無線送信機の製造時に行って記憶部（パラメーター記憶部）に記憶させてもよいし、無線送信機の動作時に行ってもよい。

図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）に、端末台数Ｎとデータ損失率Ｌの平均値や最大値の関係を示す。図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は、Ｘ＝１ｓｅｃ、Ｙ＝９００ｍｓに設定し、端末台数Ｎを２０台から１００台まで変化させた場合のデータ損失率Ｌの平均値や最大値をシミュレーションにより求めたものである。例えば過去データ数Ｐを５以上に設定すれば、端末台数Ｎが６０台程度までは、データ損失率Ｌの平均値及び最大値を共に０．０５（５％）以下に抑えることが可能になる。

そして図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）に示すように、端末台数Ｎが増加すると、データ損失率Ｌも増加してしまう。そこで、端末台数Ｎに応じて、無線送信パラメーターを設定することで、このようなデータ損失率Ｎの増加等を抑止するパラメーター設定手法を実現する。

図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に、このようなパラメーター設定手法の一例を示す。例えば図２２（Ａ）に示すように、端末台数Ｎが増加すると（ステップＳ２１）、Ｎの増加によりデータ損失率Ｌが増加する（ステップＳ２２）。従って、この場合には、データ到達時間Ｒの要求仕様範囲内において、送信時間間隔Ｘを減少（Ｙを減少）させると共に過去データ数Ｐを増加させるパラメーター設定を行う（ステップＳ２３）。即ち、前述のように過去データ数Ｐを増加させることでデータ損失率Ｌを減少させることができるが、Ｐが増加するとデータ到達時間Ｒも増加してしまい、要求仕様を満たさなくなるおそれがある。従って、Ｐを増加させてＬを減少させると共に、Ｘを減少させてＲが要求仕様を満たすようにパラメーターの調整を行う。これにより、ステップＳ２２で増加したデータ損失率Ｌが、データ到達時間の要求仕様を満たす範囲内で減少し、増加前の元の値に戻る（ステップＳ２４）。このとき、送信時間間隔Ｘが減少することで、電池寿命Ｂも減少する。なおステップＳ２３で、送信時間間隔Ｘは変化させずに、過去データ数Ｐだけを増加させてもよい。

また図２２（Ｂ）に示すように、端末台数Ｎが減少すると（ステップＳ３１）、Ｎの減少によりデータ損失率Ｌが減少する（ステップＳ３２）。従って、この場合には、データ到達時間Ｒの仕様範囲内において送信時間間隔Ｘを増加（Ｙを増加）させると共に過去データ数Ｐを減少させるパラメーター設定を行う（ステップＳ３３）。これにより、ステップＳ３２で減少したデータ損失率Ｌが増加し、減少前の元の値に戻る（ステップＳ３４）。この場合に送信時間間隔Ｘが増加することにより、図２２（Ａ）のステップＳ２４で減少した電池寿命Ｂを増加させることが可能になる。即ち、端末台数Ｎの増加時に減少した電池寿命Ｂを、端末台数Ｎの減少時に補填して補うことが可能になる。

以上のようにすれば、端末台数Ｎが増減した場合にも、データ損失率Ｌを一定に保てるようになる。また電池寿命Ｂについても一定に保つことが可能になる。

なお、端末台数は、例えば無線送信機の記憶部４０に記憶される端末台数のスケジュール情報に基づいて判断してもよい。

例えば、決められたスケジュールにしたがって端末台数Ｎが増減する事が予め分かっている場合には、端末台数Ｎのスケジュール情報（時間又は時間帯の情報に端末台数の情報が関連づけられた情報）を無線送信機（記憶部）に記憶しておく。具体的には、無線送信機を有するセンサー端末（電子機器、端末）の製造時や設置時やユーザの携帯時に、端末台数Ｎの増減を示すスケジュール情報を、無線送信機に記憶させておき、記憶されたスケジュール情報に基づいて、無線送信パラメーターの変更処理を行う。例えば工場の室内管理において、稼働時間帯については厳密な管理が必要であり、工場の各場所に設置された全てのセンサー端末を動作させる必要があるが、稼働時間外では、全てのセンサー端末を動作させる必要はない。従って、稼働時間外では、センサー端末のうちの例えば半数だけを動作させる。従って、稼働時間帯では端末台数が多くなる一方で、稼働時間外では端末台数が少なくなるが、各センサー端末の無線送信機は、スケジュール情報に基づいて、このような端末台数の変化を知ることが可能になる。

図２３（Ａ）に本実施形態の無線送信機の他の構成例を示す。図２３（Ａ）では、無線送信機は、図２の構成に加えて、検出部５０を有する。この検出部５０は、無線送信パラメーターを設定するための検出情報を取得（検出）する。具体的には、検出部５０は、電子機器（センサー端末）の電源部２４０からの電池電圧情報（電源情報）や、センサー２１０からのセンサー情報や、タイマー２０５（時間計測部）からの時間情報（時間計測情報）を、検出情報として取得する。そしてパラメーター設定部３２は、検出部５０からの検出情報（電池電圧情報、センサー情報、時間情報）に基づいて、例えば送信時間間隔（最大遅延時間）のパラメーターや過去データ数のパラメーターの設定処理（調整処理）を行う。

例えば図２３（Ｂ）に電池電圧情報に基づくパラメーター設定手法の例を示す。まず電池の電圧が低下したか否かを判断する（ステップＳ４１）。即ち、検出部５０が電源部２４０から取得した電池電圧情報に基づいて電池電圧の低下を判断する。具体的には所定のしきい値電圧を設定して、電池の電圧がこのしきい値電圧を下回ったか否かを判断する。そして、電池の電圧低下が検出された場合には、送信時間間隔Ｘ（最大遅延時間Ｙ）を増加させたり、過去データ数Ｐを減少させる（ステップＳ４２）。これにより電池寿命Ｂが増加するようになる（ステップＳ４３）。 図２３（Ｂ）の手法によれば、無線送信機の長時間の使用により電池電圧が低下した場合にも、この電池電圧の低下を検出して、送信時間間隔Ｘを増加させたり過去データ数Ｐを減少させることで、電池寿命Ｂを延ばすことが可能になる。

或いは、センサー２１０から取得されたセンサー情報が所定のしきい値を超えた場合に、無線送信パラメーターを変更してもよい。例えばセンサー２１０が異常値を検出し、通信の緊急度が高まった場合に、多少のデータ損失は犠牲にしてでも、データ到達時間Ｒを短くし、通信のリアルタイム性を向上させるために、例えば送信時間間隔Ｘを短くし、過去データ数Ｐを小さくするパラメーター変更を行う。

或いは、タイマー２０５からの時間情報（年月日や時刻の情報）に基づいて、無線送信パラメーターを変更してもよい。例えば前述のように時間帯に応じて端末台数が変化する場合には、タイマー２０５からの時間情報に基づいて現在の時間帯を判断して、端末台数に応じた無線送信パラメーターの変更処理を行う。或いは、データの信頼性の確保が重要な時間帯や時間では、データ損失率Ｌを低くするパラメーター設定処理を行う。一方、多少のデータ損失は犠牲にしても通信の緊急度が高い時間帯や時間では、データ到達時間Ｒを短くするパラメーター設定処理を行う。こうすることで、時間帯や時間に応じた適切なパラメーター設定処理を実現できるようになる。

なお図２４に、過去データ数Ｐと電池寿命Ｂの関係を示す。図２４では、端末側の受信回路を省略した場合と受信回路を搭載してキャリア検出を行う場合の電池寿命を、シミュレーションにより求めている。ここでは、電池は一般的なコイン電池を想定している。

図２４に示すように、本実施形態の無線通信システムのように端末側の受信回路を省略するシステムでは、過去データ数がＰ＝１である場合の電池寿命Ｂが約４５００時間となり、Ｐ＝１０の場合の約２８００時間まで、Ｐの増加に伴い電池寿命Ｂが減少する。これは、過去データ数Ｐの増加によりパケット長が長くなり、その結果、送信状態が長くなることにより消費電力が増加するためである。最大遅延時間Ｙに関しては、送信タイミングをずらしているだけであるため、ほとんど影響が見られないが、Ｙの増加に対してわずかに電池寿命の減少が起きている。これは、システムのセンサー端末のスリープ状態を計測するタイマーの最大設定値が例えば２５０ｍｓであり、Ｙの値がこれを超える場合に、スリープ状態からいったん復帰する必要があるため、これに要する微弱な電力が増加するためである。受信回路を有する場合では、Ｐ＝１で電池寿命は約１３００時間、Ｐ＝１０で約１１００時間になり、受信回路を持たない本実施形態の場合と比較すると３．５倍から２．５倍の差が認められる。このため、受信回路の省略により、省電力化が実現されていることが理解される。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また無線送信機の製造手法、無線送信機や電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。

ＣＲ 無線受信機、ＣＴ１〜ＣＴＮ 無線送信機、
Ｘ 送信時間間隔、Ｙ 最大遅延時間、Ｐ 過去データ数、Ｌ データ損失率、
Ｒ データ到達時間、Ｂ 電池寿命、Ｎ 端末台数、
１０ アンテナ、２０ 送信回路、３０ 処理部、３２ パラメーター設定部、
３４ 送信タイミング設定部、３６ 無線処理部、４０ 記憶部、
４２ パラメーター記憶部、５０ 検出部、
６０ アンテナ、７０ 受信回路、８０ 処理部、
８２ 無線処理部、９０ 記憶部、１００ 外部Ｉ／Ｆ部、２０５ タイマー、
２１０ センサー、２２０ 検出回路、２３０ 無線送信機、２４０ 電源部

Claims (19)

1. 無線システムの要求仕様を入力設定し、
   前記要求仕様に基づいて無線送信パラメーターのパラメーター設定を行い、
   設定された前記無線送信パラメーターを、無線送信機の記憶部に記憶させると共に、
   前記パラメーター設定では、
   無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、
   無線送信タイミングをランダムな遅延時間だけ遅延させる際の最大遅延時間のパラメーターと、
   無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターとを、
   前記要求仕様に基づいて設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
2. 請求項１において、
   無線送信のデータ到達時間、データ損失率及び電池寿命の少なくとも１つについての要求仕様を入力設定し、
   前記データ到達時間、前記データ損失率及び前記電池寿命の少なくとも１つについての要求仕様が満たされるように、前記送信時間間隔のパラメーター、前記最大遅延時間のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記最大遅延時間に対するデータ損失率の特性に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
4. 請求項３において、
   前記送信時間間隔をＸとし、前記最大遅延時間をＹとした場合に、
   Ｘ≧Ｋ×Ｙである場合には、前記最大遅延時間の変化に対する前記データ損失率の平均値の飽和点に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
5. 請求項４において、
   Ｘ＜Ｋ×Ｙである場合には、前記最大遅延時間に対する前記データ損失率の最大値の特性に基づいて、前記最大遅延時間のパラメーターを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記過去データ数の変化に対するデータ損失率の飽和点に基づいて、前記過去データ数のパラメーターを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
7. 請求項６において、
   前記飽和点又は前記過去データ数とデータ到達時間の平均値の比例関係における第１の変動点により決まる下限値と、前記過去データ数と前記データ到達時間の最大値の比例関係における第２の変動点により決まる上限値との間の範囲内において、前記過去データ数のパラメーターを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
8. 請求項６又は７において、
   前記要求仕様は満たされたと判断されたが、前記飽和点に対応する個数よりも前記過去データ数が大きいと判断された場合には、前記過去データ数を小さくするパラメーター設定を行うことを特徴とする無線送信機の製造方法。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターを設定し、
   設定された前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターが、前記要求仕様を満たさないと判断された場合には、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターを再設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
10. 請求項９において、
    無線送信のデータ到達時間及び電池寿命についての要求仕様を入力設定し、
    前記データ到達時間及び前記電池寿命の要求仕様が満たされないと判断された場合に、前記送信時間間隔のパラメーターを再設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
11. 請求項９又は１０において、
    無線送信のデータ損失率についての要求仕様を入力設定し、
    前記データ損失率の要求仕様が満たされないと判断された場合に、前記過去データ数のパラメーターを再設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    無線送信機の端末台数についての要求仕様を入力設定し、
    前記端末台数の要求仕様が満たされるように、前記送信時間間隔のパラメーター、前記最大遅延時間のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを設定することを特徴とする無線送信機の製造方法。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする無線送信機。
14. 無線送信パラメーターを記憶する記憶部と、
    前記無線送信パラメーターの設定処理を行うパラメーター設定部と、
    前記無線送信パラメーターに基づいて無線送信の送信タイミングを設定する送信タイミング設定部と、
    設定された前記送信タイミングで無線送信するための処理を行う無線処理部とを含み、
    前記記憶部は、
    無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターとを記憶し、
    前記パラメーター設定部は、
    無線送信機の端末台数に応じて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことを特徴とする無線送信機。
15. 請求項１４において、
    前記パラメーター設定部は、
    無線送信のデータ到達時間の仕様範囲内において、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことを特徴とする無線送信機。
16. 請求項１４又は１５において、
    前記記憶部は、
    前記端末台数についてのスケジュール情報を記憶し、
    前記パラメーター設定部は、
    前記スケジュール情報に基づいて前記端末台数を判断して、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことを特徴とする無線送信機。
17. 無線送信パラメーターを記憶する記憶部と、
    前記無線送信パラメーターの設定処理を行うパラメーター設定部と、
    前記無線送信パラメーターに基づいて無線送信の送信タイミングを設定する送信タイミング設定部と、
    設定された前記送信タイミングで無線送信するための処理を行う無線処理部と、
    検出部とを含み、
    前記記憶部は、
    無線送信の送信時間間隔のパラメーターと、無線送信されるパケットに付加される過去データの数を示す過去データ数のパラメーターを記憶し、
    前記パラメーター設定部は、
    前記検出部からの検出情報に基づいて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことを特徴とする無線送信機。
18. 請求項１７において、
    前記検出部は、
    電池電圧の情報、センサーからのセンサー情報及びタイマーからの時間情報の少なくとも１つの情報を、前記検出情報として取得し、
    前記パラメーター設定部は、
    前記電池電圧の情報、前記センサー情報及び前記時間情報の少なくとも１つに基づいて、前記送信時間間隔のパラメーター及び前記過去データ数のパラメーターの少なくとも１つを変化させるパラメーター設定処理を行うことを特徴とする無線送信機。
19. 請求項１３乃至１８のいずれかに記載の無線送信機を含むことを特徴とする電子機器。

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