JP2015177516A - 無線装置およびそれにおいて実行されるプログラム - Google Patents

無線装置およびそれにおいて実行されるプログラム Download PDF

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悠希 渡邉
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晃朗 長谷川
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良男 武内
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博之 四方
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Abstract

【課題】ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調可能な無線装置を提供する。
【解決手段】無線装置が1つの無線フレームPPDUを送信すると、無線フレームPPDU1、無線フレームPPDU2および無線フレームPPDU1,PPDU2間のスペースSPが生成される。そして、無線装置は、無線フレームPPDU1のフレーム長Lと、スペースSPの長さLと、無線フレームPPDU2のフレーム長Lとの少なくとも1つによってウェイクアップIDを表わしてウェイクアップIDを送信する。
【選択図】図5

Description

この発明は、無線装置およびそれにおいて実行されるプログラムに関するものである。
無線センサーネットワークにおいて、センサーノードは、省電力のために、殆どの時間帯にスリープしている。通信の発生時、相手ノードを迅速に起動させるために、ウェイクアップ受信機が提案されている。
各種のウェイクアップ受信方式がセンサーネットワークのために提案されている(非特許文献1)。ウェイクアップ受信機の設計には、(1)電波の受信信号強度が一定閾値を越えると、ノード本体を起動し、コストを抑えながらも誤って起動する確率も高い受信機、(2)IDをウェイクアップ信号に埋め込んで、IDが正しくマッチングする場合のみ起動し、誤起動の確率を抑制できるが、IDを受信するために回路が複雑になる受信機、およびこれら(1),(2)と異なるポリシーがある。また、殆どの場合、ウェイクアップ信号は、新たに設計されるので、それを送信するための専用送信機が必要になる。
ウェイクアップIDをフレーム長によって表わすことが提案されている(非特許文献2)。センサーネットワークにおいては、送信レートが低いので、1バイトによって調整できるフレーム長の幅は限られている。一定長さのIDを送信するためには、長いフレームを使用するか、複数のフレームを送信することが必要になる。更に、センサーネットワークの場合、一回の通信では、データサイズが小さいので、ウェイクアップ制御のためのオーバーヘッドが目立つようになる。また、センサーネットワークでは、チャネル占有率の制限があって、ウェイクアップ用のフレームと、データフレームとを送信するために、送信ノードは、長く動作することが必要になり、消費電力が大きくなる虞がある。
また、ウェイクアップIDを複数の無線LANフレーム長に変調し、複数の無線LANフレームをバースト的に送信することが提案されている(非特許文献3)。
Ilker Demirkol, Cem Ersoy, and Ertan Onur, Wake-up Receivers for Wireless Sensor Networks; Benefits and Challenges, IEEE Wireless Communications 2009, pp.88-96. Kameswari Chebrolu and Ashutosh Dhekene, Esense: Communication through Energy Sensing, MobiCom’09, pp.85-96. Suhua Tang, Hiroyuki Yomo, Yoshihisa Kondo, and Sadao Obana, "Exploiting burst transmission and partial correlation for reliable wake-up signaling in Radio-On-Demand WLANs," in Proc. IEEEICC2012, Ottawa, Canada, Jun. 2012, pp.6476-6481.
しかし、非特許文献1に記載された手法では、IDを識別する場合、専用のウェイクアップ送信機が必要である。また、非特許文献2では、フレーム長変調が用いられているが、これをセンサーノードに適用する場合、効率がよくない。更に、非特許文献3に記載されたバースト送信機能をそのままセンサーノードへ適用することはできない。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調可能な無線装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調可能なプログラムを提供することである。
この発明の実施の形態によれば、無線装置は、生成手段と、送信手段とを備える。生成手段は、任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDを生成する。送信手段は、1つの無線フレームの送信に応じて生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように第1および第2の無線フレームを送信する。そして、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表される。
この発明の実施の形態による無線装置は、1つの無線フレームの送信に応じて1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように第1および第2の無線フレームを送信する。そして、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表される。その結果、1つの無線フレームを送信すれば、第1のフレーム長、第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによってウェイクアップIDを送信できる。
従って、ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調できる。
また、この発明の実施の形態によれば、無線装置は、受信手段と、検出手段と、起動手段とを備える。受信手段は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線装置から送信された第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する。検出手段は、受信電波に基づいて第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する。起動手段は、検出手段によって検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する。
この発明の実施の形態による無線装置は、第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、起動状態へ移行する。
従って、効率良くフレーム長変調されたウェイクアップIDによって無線装置を起動させることができる。
更に、この発明の実施の形態によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムは、任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDの送信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、ウェイクアップIDを生成する第1のステップと、1つの無線フレームの送信に応じて1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように第1および第2の無線フレームを送信する第2のステップとをコンピュータに実行させ、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表される。
この発明の実施の形態によるプログラムをコンピュータに実行させることによって、1つの無線フレームの送信に応じて1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1および第2の無線フレームは、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように送信される。そして、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表される。その結果、1つの無線フレームを送信すれば、第1のフレーム長、第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによってウェイクアップIDを送信できる。
従って、ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調できる。
更に、この発明の実施の形態によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムは、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線装置から送信された第1および第2の無線フレームの受信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する第1のステップと、受信電波に基づいて第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する第2のステップと、第2のステップにおいて検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する第3のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
この発明の実施の形態によるプログラムをコンピュータに実行させることによって、無線装置は、第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、起動状態へ移行する。
従って、効率良くフレーム長変調されたウェイクアップIDによって無線装置を起動させることができる。
ウェイクアップIDをフレーム長に効率良く変調できる。
この発明の実施の形態1による無線装置の構成を示す概略図である。 図1に示すウェイクアップ信号受信機の構成図である。 ビット値とフレーム長との関係およびビット値とスペース長との関係を示す対応表を示す図である。 IEEE802.15.4gの無線通信方式における無線フレームのフォーマットを示す図である。 実施の形態1においてウェイクアップIDをフレーム長変調する方法を説明するための図である。 図2に示すマッチング回路におけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。 包絡線検波およびビット判定の概念図である。 隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態1におけるフローチャートである。 無線センサーネットワークの構成図である。 実施の形態2による無線装置の構成を示す概略図である。 図10に示すウェイクアップ信号受信機の構成図である。 実施の形態2においてウェイクアップIDをフレーム長に変調する方法を説明するための図である。 図11に示すマッチング回路におけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。 隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態2におけるフローチャートである。 実施の形態3による無線装置の構成を示す概略図である。 図15に示すウェイクアップ信号受信機の構成図である。 実施の形態3においてウェイクアップIDをフレーム変調する方法を説明するための図である。 図16に示すマッチング回路におけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。 隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態3におけるフローチャートである。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による無線装置の構成を示す概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による無線装置10は、アンテナ1と、ウェイクアップ信号受信機2と、データ通信モジュール3と、MCU(Micro Controller Unit)4と、電源5,6とを備える。無線装置10は、例えば、IEEE802.15.4gの無線通信方式に従って920MHzの周波数帯で無線通信を行う。
アンテナ1は、ウェイクアップ信号受信機2およびデータ通信モジュール3に接続される。
ウェイクアップ信号受信機2は、電源5から供給される電力によって、常時、駆動される。ウェイクアップ信号受信機2は、無線装置10をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDを含むウェイクアップ信号をアンテナ1を介して受信する。そして、ウェイクアップ信号受信機2は、その受信したウェイクアップ信号の受信電波に基づいて、後述する方法によって、ウェイクアップIDを取得する。その後、ウェイクアップ信号受信機2は、その取得したウェイクアップIDが無線装置10の識別情報(ID)に一致すると判定すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。一方、ウェイクアップ信号受信機2は、その取得したウェイクアップIDが無線装置10のIDに一致しないと判定したとき、起動信号DRVを生成しない。
データ通信モジュール3は、電源6から電力が供給されると、スリープ状態から起動状態へ移行し、電源6からの電力が停止されると、起動状態からスリープ状態へ移行する。
データ通信モジュール3は、電源6からの電力によって起動状態へ移行し、かつ、MCU4からデータを受けると、無線装置10からシンクまでの経路上において、シンク側で無線装置10に隣接する無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップ信号を後述する方法によって生成する。そして、データ通信モジュール3は、その生成したウェイクアップ信号をアンテナ1を介して送信する。その後、データ通信モジュール3は、MCU4から受けたデータを含むパケットを生成し、その生成したパケットをIEEE802.15.4gのMR−FSK変調方式によって変調する。そして、データ通信モジュール3は、その変調したパケットをアンテナ1を介して送信する。そうすると、データ通信モジュール3は、パケットの送信を完了したことを示す完了通知CMPを生成してMCU4へ出力する。
データ通信モジュール3は、起動状態において、アンテナ1を介してパケットを受信し、その受信したパケットを復調する。そして、データ通信モジュール3は、パケットの宛先が無線装置10である場合、パケットからデータを取り出し、その取り出したデータをMCU4へ出力する。一方、データ通信モジュール3は、パケットの宛先が無線装置10以外であるとき、パケットをMR−FSK変調方式によって変調し、その変調したパケットをアンテナ1を介して送信する。即ち、データ通信モジュール3は、パケットの宛先が無線装置10以外であるとき、パケットを転送する。
MCU4は、電源6から電力を受けると、スリープ状態から起動状態へ移行し、電源6からの電力が停止されると、起動状態からスリープ状態へ移行する。MCU4は、電源6によって起動状態へ移行すると、温度、湿度、照度、電気使用状況およびCO濃度等を検出し、その検出した温度等をデータとしてデータ通信モジュール3へ出力する。
MCU4は、完了通知CMPをデータ通信モジュール3から受けると、電力の供給を停止するための指示信号COM_OFFを生成して電源6へ出力する。
電源5は、電力をウェイクアップ信号受信機2に供給する。電源6は、起動信号DRVをウェイクアップ信号受信機2から受けると、オンされ、電力をデータ通信モジュール3およびMCU4へ供給する。また、電源6は、指示信号COM_OFFをデータ通信モジュール3から受けると、オフされ、データ通信モジュール3およびMCU4への電力の供給を停止する。
なお、実施の形態1においては、データ通信モジュール3およびMCU4へ電力が供給されていない状態を「スリープ状態」と言い、データ通信モジュール3およびMCU4へ電力が供給されている状態を「起動状態」と言う。実施の形態1においては、ウェイクアップ信号受信機2は、常に、電源5から電力を供給されており、スリープ状態および起動状態とは、無関係である。
図2は、図1に示すウェイクアップ信号受信機2の構成図である。図2を参照して、ウェイクアップ信号受信機2は、BPF(Band Pass Filter)21と、包絡線検波器22と、ビット判定器23と、フレーム長検出器24と、マッチング回路25とを含む。
BPF21は、アンテナ1を介して電波を受信し、その受信した受信電波から無線フレームの周波数を有する信号を抽出する。そして、BPF21は、その抽出した信号を包絡線検波器22へ出力する。
包絡線検波器22は、BPF21から受けた無線フレームを一定周期(例えば、10μs)ごとに包絡線検波し、その検波した検波信号をビット判定器23へ出力する。
ビット判定器23は、包絡線検波器22から受けた検波信号を“0”または“1”のビット値に変換し、その変換後のビット列をフレーム長検出器24へ出力する。
フレーム長検出器24は、ビット判定器23から受けたビット列に基づいて、無線フレームのフレーム長と、無線フレーム長間のスペースの長さとを検出する。より具体的には、フレーム長検出器24は、“1”のビット値の個数Nと“0”のビット値の個数Nとを累計する。そして、フレーム長検出器24は、個数Nに一定周期を乗算してフレーム長FLを検出し、個数Nに一定周期を乗算してスペースの長さSLを検出する。その後、フレーム長検出器24は、その検出したフレーム長FLおよびスペースの長さSLをマッチング回路25へ出力する。
マッチング回路25は、フレーム長検出器24から出力されるフレーム長FLおよびスペースの長さSLを待ち受ける。そして、マッチング回路25は、後述する方法によって、待ち受けているフレーム長FLおよびスペースの長さSLを検知したか否かを判定する。
マッチング回路25は、後述する方法によって、待ち受けているフレーム長FLおよびスペースの長さSLを検知したと判定したとき、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。一方、マッチング回路25は、待ち受けているフレーム長FLおよびスペースの長さSLの少なくとも1つを検知しなかったとき、起動信号DRVを生成しない。
図3は、ビット値とフレーム長との関係およびビット値とスペース長との関係を示す対応表を示す図である。図3の(a)を参照して、対応表TBL1は、ビット値とフレーム長とを含む。ビット値およびフレーム長は、相互に対応付けられる。
“00”のビット値は、2400μsのフレーム長FL0に対応付けられ、“01”のビット値は、2480μsのフレーム長FL1に対応付けられ、“10”のビット値は、2560μsのフレーム長FL2に対応付けられ、“11”のビット値は、2640μsのフレーム長FL3に対応付けられる。
図3の(b)を参照して、対応表TBL2は、ビット値とスペース長とを含む。ビット値およびスペース長は、相互に対応付けられる。
“00”のビット値は、20μsのスペース長SL0に対応付けられ、“01”のビット値は、40μsのスペース長SL1に対応付けられ、“10”のビット値は、60μsのスペース長SL2に対応付けられ、“11”のビット値は、80μsのスペース長SL3に対応付けられる。
データ通信モジュール3は、対応表TBL1,TBL2を保持している。
図4は、IEEE802.15.4gの無線通信方式における無線フレームのフォーマットを示す図である。
図4を参照して、IEEE802.15.4gの無線通信方式は、Mode switch無しのモードMODE1と、Mode switch有りのモードMODE2とを有する。モードMODE1は、デフォルトのモードである。モードMODE1では、無線フレームは、PPDUからなる。また、モードMODE2では、無線フレームは、PPDU1,PPDU2からなる。
PPDUは、Preambleと、SFD(Start-of-Frame Delimiter)と、PHRと、PSDU(Protocol Service Data Unit)とを含む。
Preambleには、2FSKまたは4FSKの変調方式を示すビット列が格納される。SFDには、フレームの始まりを示すビット列が格納される。PHRは、物理ヘッダであり、mode switchの有無を示すMS、およびFCS(Frame Check Sum)Type等が格納される。PSDUは、物理層のペイロードであり、データが格納される。
PPDU1は、Preamble1と、SFD1と、PHR1とを含む。Preamble1は、上述したPreambleと同じであり、4〜1000octetの範囲に設定される長さを有する。SFD1は、上述したSFDと同じである。PHR1は、PPDU2の送信モード(変調方式およびデータレート)を指定する。
PPDU2は、Preamble2と、SFD2と、PHR2と、PSDUとを含む。Preamble2は、上述したPreambleと同じであり、SFD2は、上述したSFDと同じである。PHR2は、物理ヘッダである。PSDUは、物理層のペイロードであり、データが格納される。Preamble2およびSFD2は、オプションであり、設定されなくてもよい。PSDUの長さは、可変である。
PPDU1とPPDU2との間には、0〜100μsの範囲に設定可能な遅延が存在する。
上述したように、Preamble1は、4〜1000octetの範囲の長さを有するので、PPDU1の長さは、可変である。また、PSDUの長さは、可変であるので、PPDU2の長さも可変である。
PPDU1、PPDU2、およびPPDU1とPPDU2との間のスペースは、モードMODE2でPPDUを送信した場合に自動的に生成される。
図5は、実施の形態1においてウェイクアップIDをフレーム長変調する方法を説明するための図である。図5を参照して、PPDU1は、Lのフレーム長を有し、PPDU1とPPDU2との間のスペースは、Lの長さを有し、PPDU2(PHR2およびPSDUからなる)は、Lのフレーム長を有する。
は、CCA period(例えば、160μs)よりも短くされる。CCA periodは、IEEE802.15.4gの通信方式に従って無線フレームを送信する場合、各無線装置がキャリアセンスに用いる期間である。
実施の形態1においては、ウェイクアップIDは、フレーム長L,Lおよびスペースの長さLによって表わされる。
ウェイクアップIDは、6ビットのビット値aによって表わされる。データ通信モジュール3は、ウェイクアップID(a)をフレーム長変調する場合、aをa,a,aに分割し、その分割したaを対応表TBL1を参照してフレーム長Lに変換し、aを対応表TBL2を参照してスペースの長さLに変換し、aを対応表TBL1を参照してフレーム長Lに変換する。これによって、フレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lからなるウェイクアップ信号が生成される。
データ通信モジュール3は、ウェイクアップ信号を生成すると、フレーム長Lを有する無線フレームWF1と、フレーム長Lを有する無線フレームWF2とを生成する。そして、データ通信モジュール3は、その生成した無線フレーム長WF1をアンテナ1を介して送信し、無線フレーム長WF1の送信完了からスペースの長さLに相当する時間が経過すると、無線フレーム長WF2をアンテナ1を介して送信する。これによって、ウェイクアップ信号が送信される。
図6は、図2に示すマッチング回路25におけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。
図6を参照して、マッチング回路25は、最初、IDLE状態にあり、フレーム長Lを検知すると、スペースの長さLを待ち受ける状態S1へ移行する。
そして、マッチング回路25は、状態S1において、スペースの長さLを検知しないとき、フレーム長Lを破棄してIDLE状態へ戻る。
一方、マッチング回路25は、状態S1において、スペースの長さLを検知すると、フレーム長Lを待ち受ける状態S2へ移行する。
その後、マッチング回路25は、状態S2において、フレーム長Lを検知しないとき、フレーム長Lおよびスペースの長さLを破棄してIDLE状態へ戻る。
一方、マッチング回路25は、状態S2において、フレーム長Lを検知すると、状態S3へ移行し、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。その後、マッチング回路25は、フレーム長L,Lおよびスペースの長さLを破棄してIDLE状態に戻る。
このように、マッチング回路25は、フレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長LをそれぞれIDLE状態、状態S1および状態S2で待ち受け、それぞれの状態で待ち受けているフレーム長またはスペースの長さを検知すると、次のフレーム長またはスペースの長さを待ち受ける状態へ移行することを繰り返し実行することによって、フレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lを検知する。そして、マッチング回路25は、フレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lの全てを検知すると、ウェイクアップIDが無線装置10のIDに一致したと判定し、起動信号DRVを生成する。一方、マッチング回路25は、フレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lの少なくとも1つを検知しないとき、それまでに検知したフレーム長または/およびスペースの長さを破棄してIDLE状態へ戻る。
図7は、包絡線検波およびビット判定の概念図である。図7を参照して、ウェイクアップ信号受信機2の包絡線検波器22は、無線フレームWF1、スペースSPおよび無線フレームWF2をBPF21から順次受ける。無線フレームWF1は、例えば、2400(μs)のフレーム長Lを有し、スペースSPは、例えば、80μsの長さLを有し、無線フレームWF2は、例えば、2560μsのフレーム長Lを有する((a)参照)。
包絡線検波器22は、まず、無線フレームWF1の包絡線EVL1を検出し、その検出した包絡線EVL1を10(μs)毎に検波し、検波値I〜I240を検出する。次に、包絡線検波器22は、スペースSPの包絡線EVL2を検出し、その検出した包絡線EVL2を10(μs)毎に検波し、検波値I241〜I248を検出する。最後に、包絡線検波器22は、無線フレームWF2の包絡線EVL3を検出し、その検出した包絡線EVL3を10(μs)毎に検波し、検波値I249〜I505を検出する。((b)参照)。
そして、包絡線検波器22は、検波値I〜I240,I241〜I248,I249〜I505をビット判定器23へ順次出力する。ビット判定器23は、検波値I〜I240をビット判定し、“111・・・111”のビット列B1を得る。次に、包絡線検波器22は、検波値I241〜I248をビット判定し、“000・・・000”のビット列B2を得る。最後に、ビット判定器23は、検波値I249〜I505をビット判定し、“111・・・1110”のビット列B3を得る。
そして、ビット判定器23は、B1=“111・・・111”,B2=“000・・・000”,B3=“111・・・1110”のビット列をフレーム長検出器24へ出力する。
フレーム長検出器24は、“111・・・111”のビット列B1の先頭から“1”のビット値の個数を累積し、“240”の累積値を検出する。そして、フレーム長検出器24は、ビット列B2の先頭の“0”に応じて“1”の個数のカウントを停止し、“0”の個数をカウントし始める。その後、フレーム長検出器24は、“000・・・000”のビット列の先頭から“0”のビット値の個数を累積し、“8”の累積値を検出する。そして、フレーム長検出器24は、ビット列B3の先頭の“1”に応じて“0”の個数のカウントを停止し、“1”の個数をカウントし始める。その後、フレーム長検出器24は、“111・・・111”のビット列の先頭から“1”のビット値の個数を累積し、“256”の累積値を検出する。そして、フレーム長検出器24は、257個目の検波値I505(=0)に応じて、“1”の個数のカウントを停止する。
そうすると、フレーム長検出器24は、“240”の累積値に周期(=10μs)を乗算して2400μsのフレーム長Lを検出し、“8”の累積値に周期(=10μs)を乗算して80μsのスペースの長さLを検出し、“256”の累積値に周期(=10μs)を乗算して2560μsのフレーム長Lを検出する。
このように、ウェイクアップ信号受信機2は、受信電波を包絡線検波し、その包絡線検波した検波値をビット判定してビット列を検出し、その検出したビット列における“1”または“0”の累積値に周期を乗算してフレーム長L,Lおよびスペースの長さLを検出する。
図8は、隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態1におけるフローチャートである。
図8を参照して、無線通信が隣接する2つの無線装置間で開始されると、送信元の無線装置は、タイマーまたはイベントをトリガーとしてスリープ状態から起動状態へ移行する(ステップS1)。
そして、送信元の無線装置は、無線通信を開始するか否かを判定する(ステップS2)。この場合、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、MCU4からデータを受けると、無線通信を開始すると判定し、MCU4からデータを受けないとき、無線通信を開始しないと判定する。
ステップS2において、無線通信を開始すると判定されると、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、送信先のMACアドレスのハッシュ値を演算して6ビットからなるウェイクアップIDを生成する(ステップS3)。なお、データ通信モジュール3は、送信先のMACアドレスを予め保持している。
その後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、対応表TBL1,TBL2を参照してウェイクアップIDをフレーム長L、スペースSPの長さLおよびフレーム長Lに変換する(ステップS4)。
そして、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、Mode Switch有りのモードMODE2において、無線フレームPPDUを送信する(ステップS5)。
そうすると、無線フレームPPDUから無線フレームPPDU1、スペースSPおよび無線フレームPPDU2が生成される。そして、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、その生成された無線フレームPPDU1、スペースSPおよび無線フレームPPDU2の長さをそれぞれL,L,Lに設定して無線フレームPPDU1,PPDU2をアンテナ1を介して順次送信する(ステップS6)。この場合、データ通信モジュール3は、Preamble1の長さを調整してPPDU1の長さをLに設定し、無線フレームPPDU1の送信後、スペースの長さLに相当する時間が経過してから無線フレームPPDU2を送信することによってスペースの長さをLに設定し、PSDUの長さを調整してPPDU2の長さをLに設定する。
その後、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2は、アンテナ1を介して無線フレームPPDU1,PPDU2をスペースの長さLに相当する時間間隔で順次受信する(ステップS7)。
そして、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2は、無線フレームPPDU1、スペースSPおよび無線フレームPPDU2の受信電波を包絡線検波し、上述した方法によって、フレーム長L,Lおよびスペースの長さLを検出する(ステップS8)。
その後、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2は、L,L,Lを順次検知したか否かを判定する(ステップS9)。
ステップS9において、L,L,Lを順次検知したと判定されたとき、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2は、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。
そうすると、送信先の無線装置において、電源6は、起動信号DRVに応じてオンされ、データ通信モジュール3およびMCU4へ電力を供給する。これによって、送信先の無線装置は、スリープ状態から起動状態へ移行する(ステップS10)。
その後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、MCU4から受けたデータを含むパケットを生成し、その生成したパケットをMR−FSK変調方式によって変調し、その変調したパケットをアンテナ1を介して送信する(ステップS11)。
そして、送信先の無線装置において、データ通信モジュール3は、アンテナ1を介してパケットを受信し(ステップS12)、その受信したパケットを復調し、その復調したパケットからデータを取り出す。その後、送信先の無線装置において、データ通信モジュール3は、データをMCU4へ出力し、MCU4は、データをデータ通信モジュール3から受ける。そうすると、データ通信モジュール3は、その受信したデータに対する応答であるACKフレームを生成し、その生成したACKフレームをアンテナ1を介して送信する(ステップS13)。
そして、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、ACKフレームを受信し(ステップS14)、送信先の無線装置がデータを受信したことを確認する。そうすると、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、完了通知CMPを生成してMCU4へ出力する。送信元の無線装置において、MCU4は、完了通知CPMを受けると、指示信号COM_OFFを生成して電源6へ出力する。送信元の無線装置において、電源6は、MCU4からの指示信号COM_OFFに応じてオフされ、データ通信モジュール3およびMCU4への電力の供給が停止される。これによって、送信元の無線装置は、起動状態からスリープ状態へ移行する(ステップS15)。
そして、ステップS9において、L,L,Lを順次検知しなかったと判定されたとき、またはステップS15の後、一連の動作は、終了する。
図9は、無線センサーネットワークの構成図である。図9を参照して、無線センサーネットワークWSNは、シンクSkと、無線装置Nd1〜Nd9とを備える。無線装置Nd1〜Nd9は、固定位置に配置され、例えば、碁盤目状のトポロジー構造を形成する。そして、無線装置Nd1は、シンクSkに接続される。
無線装置Nd1〜Nd9の各々は、図1に示す無線装置10と同じ構成からなる。そして、無線装置Nd1〜Nd9の各々は、自己からシンクSkまでの経路が予め格納されている。従って、無線装置Nd1〜Nd9の各々は、自己が検出した温度等のデータをシンクSkへ送信するときの経路を知っている。また、無線装置Nd1〜Nd9の各々は、基本的に、スリープ状態にあり、タイマーまたはイベントをトリガーとしてスリープ状態から起動状態へ移行して無線通信を行い、無線通信が終了すると、起動状態からスリープ状態へ移行する。
例えば、無線装置Nd9がデータをシンクSkへ送信する場合、無線装置Nd9からシンクSkまでの経路は、例えば、無線装置Nd9→無線装置Nd6→無線装置Nd5→無線装置Nd2→無線装置Nd1→シンクSkからなるものとする。
そうすると、無線装置Nd9は、図8に示すフローチャートに従ってデータを含むパケットを無線装置Nd6へ送信する。その後、無線装置Nd6は、図8に示すフローチャートに従ってデータを含むパケットを無線装置Nd5へ送信する。そして、無線装置Nd5は、図8に示すフローチャートに従ってデータを含むパケットを無線装置Nd2へ送信する。引き続いて、無線装置Nd2は、図8に示すフローチャートに従ってデータを含むパケットを無線装置Nd1へ送信する。最後に、無線装置Nd1は、無線装置Nd2から受信したパケットをシンクSkへ送信する。この場合、無線装置Nd1は、シンクSkへウェイクアップ信号を送信することなく、図8に示すステップS11,S14,S15のみを実行する。シンクSkは、常時、起動状態にあるからである。そして、シンクSkは、無線装置Nd1からパケットを受信し、その受信したパケットを復調してデータを取り出す。これによって、無線装置Nd9からシンクSkへデータを送信する動作が終了する。
なお、無線装置Nd9以外の無線装置Nd2〜Nd8も、上述した動作によって、データをシンクSkへ送信する。無線装置Nd1は、データを検出すると、図8に示すステップS11,S14,S15のみを実行して、その検出したデータをシンクSkへ送信する。
上述したように、実施の形態1においては、無線装置10は、ウェイクアップIDをフレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lに変換し、Mode Switch有りのモードMODE2で無線フレームPPDUの送信を開始すると、無線フレームPPDUから生成された無線フレームPPDU1、スペースSPおよび無線フレームPPDU2の長さをそれぞれフレーム長L、スペースの長さLおよびフレーム長Lに設定してウェイクアップ信号を送信する。
従って、ウェイクアップIDを効率良く変調できる。
なお、上記においては、6ビットのウェイクアップID(=a)の2ビットaおよび2ビットaを同じ対応表TBL1を用いてそれぞれL,Lに変換すると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、2ビットaおよび2ビットaをそれぞれ異なる対応表を用いてL,Lに変換してもよい。
また、上記においては、ウェイクアップIDをL,L,Lに変換すると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、実施の形態1においては、n(nは2以上の整数)個のMode Switch有りのフレームを使用し、L,L,L,L,L,L,・・・,L3n−2,L3n−1,L3nによってウェイクアップIDおよび制御情報(例えば、起動後の動作チャネル)を送信してもよい。この場合、無線装置10は、制御情報とフレーム長との対応表を保持しており、その保持している対応表を参照して制御情報をフレーム長に変換する。
更に、無線装置10の動作は、プログラムによって実行されてもよい。この場合、無線装置10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を備える。そして、送信元の無線装置において、ROMは、図8に示すステップS1〜S6,S11,S14,S15からなるプログラムA、および対応表TBL1,TBL2を格納する。送信元の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムAを読み出して実行するとともに、RAMを用いてMACアドレスのハッシュ値を演算してウェイクアップIDを求め、ROMに格納された対応表TBLを読み出してウェイクアップIDをL,L,Lに変換する。また、送信先の無線装置において、ROMは、図8に示すステップS7〜S10,S12,S13からなるプログラムBを格納する。そして、送信先の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムBを読み出して実行し、RAMを用いて“1”または“0”の累積値に周期を乗算してL,L,Lを検出する。
従って、プログラムAは、送信元の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムであり、プログラムBは、送信先の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムである。
[実施の形態2]
図10は、実施の形態2による無線装置の構成を示す概略図である。図10を参照して、実施の形態2による無線装置10Aは、図1に示す無線装置10のウェイクアップ信号受信機2をウェイクアップ信号受信機2Aに代え、データ通信モジュール3をデータ通信モジュール3Aに代えたものであり、その他は、無線装置10と同じである。
実施の形態2においては、ウェイクアップIDは、上述したフレーム長L,Lおよびスペースの長さLのうち、フレーム長Lおよびスペースの長さLによって表わされる。そして、本来の送信すべきデータは、無線フレームPPDU2のPSDUに格納される。
ウェイクアップ信号受信機2Aは、アンテナ1に接続される。ウェイクアップ信号受信機2Aは、電源5から供給された電力によって駆動される。ウェイクアップ信号受信機2Aは、上述した方法によって、無線フレームPPDU1の受信電波およびスペースSPの受信電波を包絡線検波し、フレーム長Lおよびスペースの長さLを順次検知すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。ウェイクアップ信号受信機2Aについてのその他の説明は、ウェイクアップ信号受信機2についての説明と同じである。
データ通信モジュール3Aは、アンテナ1に接続される。データ通信モジュール3Aは、電源6からの電力の供給によってスリープ状態から起動状態へ移行すると、無線フレームPPDU2のPSDUに格納されたデータを取り出してMCU4へ出力する。データ通信モジュール3Aは、その他、データ通信モジュール3と同じ機能を果たす。
図11は、図10に示すウェイクアップ信号受信機2Aの構成図である。図11を参照して、ウェイクアップ信号受信機2Aは、図2に示すウェイクアップ信号受信機2のフレーム長検出器24をフレーム長検出器24Aに代え、マッチング回路25をマッチング回路25Aに代えたものであり、その他は、ウェイクアップ信号受信機2と同じである。
フレーム長検出器24Aは、ビット判定器23からビット列B1=“111・・・111”およびビット列B4=“000・・・0001”を受ける。そして、フレーム長検出器24Aは、その受けたビット列B1=“111・・・111”およびビット列B4の先頭の“0”に基づいて、上述した方法によってフレーム長Lを検出する。また、フレーム長検出器24Aは、ビット列B4=“000・・・0001”に基づいて、“0”の個数をカウントし、“8”の累積値を取得する。そして、フレーム長検出器24Aは、9個目のビット値が“1”であるので、“0”の個数のカウントを停止し、“8”の累積値に周期(=10μs)を乗算して80μsのスペースの長さLを検出する。
そうすると、フレーム長検出器24Aは、フレーム長Lおよびスペースの長さLをマッチング回路25Aへ順次出力する。
マッチング回路25Aは、フレーム長検出器24Aから出力されたフレーム長Lおよびスペースの長さLを順次検知すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。一方、マッチング回路25Aは、少なくともフレーム長Lおよびスペースの長さLのいずれかを検知しないとき、起動信号DRVを生成しない。
図12は、実施の形態2においてウェイクアップIDをフレーム長に変調する方法を説明するための図である。
図12を参照して、実施の形態2においては、無線フレームPPDU2は、Preamble2と、SFD2と、PHR2と、PSDUとを含む。ウェイクアップIDは、上述したフレーム長Lおよびスペースの長さLによって表わされる。従って、実施の形態2においては、ウェイクアップIDは、4ビットのビット値によって表わされる。
そして、実施の形態2においても、無線フレームPPDU2は、無線フレームPPDU1の送信後、スペースの長さLに相当する時間が経過した後に送信される。この場合、無線フレームPPDU2のPSDUは、本来の送信すべきデータを含む。
このように、実施の形態2においては、データは、ウェイクアップIDとともに送信される。
無線装置10Aのウェイクアップ信号受信機2Aは、無線フレームPPDU1を受信し、スペースの長さLに相当する時間が経過すると、無線フレームPPDU2を受信し始める。そして、ウェイクアップ信号受信機2Aは、無線フレームPPDU2のPreamble2を受信しているときに、上述した方法によってフレーム長Lおよびスペースの長さLを順次検知すると、起動信号DRVを電源6へ出力する。そして、電源6は、起動信号DRVに応じてオンされ、データ通信モジュール3AおよびMCU4へ電力を供給する。
そうすると、無線装置10Aは、Preamble2の受信中に、スリープ状態から起動状態へ移行する。そして、無線装置10Aのデータ通信モジュール3Aは、起動状態へ移行すると、無線フレームPPDU2のSFD2、PHR2およびPSDUを順次受信し、その受信電波を復調してデータを取得する。
図13は、図11に示すマッチング回路25AにおけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。
マッチング回路25Aは、最初、IDLE状態にあり、フレーム長Lを検知すると、スペースの長さLを待ち受ける状態S1へ移行する。そして、マッチング回路25Aは、状態S1において、スペースの長さLを検知しないとき、フレーム長Lを破棄してIDLE状態へ戻る。
一方、マッチング回路25Aは、状態S1において、スペースの長さLを検知すると、状態S2へ移行し、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。その後、マッチング回路25Aは、フレーム長Lおよびスペースの長さLを破棄してIDLE状態に戻る。
このように、マッチング回路25Aは、フレーム長LをIDLE状態で待ち受け、IDLE状態で待ち受けているフレーム長を検知すると、次のスペースの長さLを待ち受ける状態へ移行することによって、フレーム長Lおよびスペースの長さLを検知する。そして、マッチング回路25Aは、フレーム長Lおよびスペースの長さLの全てを検知すると、ウェイクアップIDが無線装置10AのIDに一致したと判定し、起動信号DRVを生成する。一方、マッチング回路25Aは、フレーム長Lおよびスペースの長さLの少なくとも一方を検知しないとき、起動信号DRVを生成しない。
図14は、隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態2におけるフローチャートである。
図14に示すフローチャートは、図8に示すフローチャートのステップS4をステップS4A,S4Bに代え、ステップS6をステップS6Aに代え、ステップS7をステップS7Aに代え、ステップS8をステップS8Aに代え、ステップS9をステップS9Aに代え、ステップS12をステップS12Aに代え、ステップS11を削除したものであり、その他は、図8に示すフローチャートと同じである。
図14を参照して、一連の動作が開始されると、上述したステップS1〜ステップS3が順次実行される。
そして、ステップS3の後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3Aは、対応表TBL1,TBL2を参照して、ウェイクアップIDをフレーム長Lおよびスペースの長さLに変換する(ステップS4A)。
引き続いて、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3Aは、PSDUにデータを含めて無線フレームPPDUを生成する(ステップS4B)。
その後、上述したステップS5が実行される。ステップS5の後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3Aは、無線フレームPPDUから生成された無線フレームPPSU1およびスペースSPの長さをそれぞれL,Lに設定して無線フレームPPDU1,PPDU2を順次送信する(ステップS6A)。
ステップS6Aの後、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Aは、無線フレームPPDU1,PPDU2をスペースの長さLに相当する時間間隔で受信を開始する(ステップS7A)。
そして、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Aは、無線フレームPPDU2のPreamble2の受信中に、無線フレームPPDU1およびスペースSPの受信電波を包絡線検波し、フレーム長Lおよびスペースの長さLを検出する(ステップS8A)。
そうすると、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Aは、L,Lを検知したか否かを判定する(ステップS9A)。
ステップS9Aにおいて、L,Lを検知したと判定されたとき、上述したステップS10が実行される。
送信元の無線装置において、データ通信モジュール3Aは、起動状態へ移行すると、無線フレームPPDU2のSFD2,PHR2,PSDUの受信を開始するとともにSFD2,PHR2,PSDUの受信を完了し、SFD2,PHR2,PSDUを復調してPSDUからデータを取得する(ステップS12A)。その後、上述したステップS13〜ステップS15が順次実行される。
そして、ステップS9Aにおいて、L,Lの少なくとも1つを検知しなかったと判定されたとき、またはステップS15の後、一連の動作は、終了する。
このように、実施の形態2においては、無線フレームPPDU1,PPDU2の一回の送信によって、ウェイクアップIDと本来の送信すべきデータとを送信するので、一回の送信で、送信先を起動状態へ移行させることができるとともにデータを送信先へ送信できる。
その他、実施の形態1において説明した効果を得ることができる。
実施の形態2においては、無線センサーネットワークWSNを構成する各無線装置Nd2〜Nd9は、図14に示すフローチャートに従ってデータをシンクSkへ送信する。
なお、無線装置10Aの動作は、プログラムによって実行されてもよい。この場合、無線装置10Aは、CPU、ROMおよびRAMを備える。そして、送信元の無線装置において、ROMは、図14に示すステップS1〜S3,S4A,S4B,S5,S6A,S14,S15からなるプログラムC、および対応表TBL1,TBL2を格納する。送信元の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムCを読み出して実行するとともに、RAMを用いてMACアドレスのハッシュ値を演算してウェイクアップIDを求め、ROMに格納された対応表TBLを読み出してウェイクアップIDをL,Lに変換する。また、送信先の無線装置において、ROMは、図14に示すステップS7A,S8A,S9A,S10,S12A,S13からなるプログラムDを格納する。そして、送信先の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムDを読み出して実行し、RAMを用いて“1”または“0”の累積値に周期を乗算してL,Lを検出する。
従って、プログラムCは、送信元の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムであり、プログラムDは、送信先の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムである。
実施の形態2におけるその他の説明は、実施の形態1における説明と同じである。
[実施の形態3]
図15は、実施の形態3による無線装置の構成を示す概略図である。図15を参照して、実施の形態3による無線装置10Bは、図1に示す無線装置10のウェイクアップ信号受信機2をウェイクアップ信号受信機2Bに代え、電源5を電源5Aに代えたものであり、その他は、無線装置10と同じである。
実施の形態3においては、ウェイクアップIDは、上述したフレーム長L,Lおよびスペースの長さLのうち、スペースの長さLおよびフレーム長Lによって表わされる。
ウェイクアップ信号受信機2Bは、アンテナ1に接続される。ウェイクアップ信号受信機2Bは、電源5Aから電力が供給されるとスリープ状態から受信機起動状態へ移行し、電源5Aからの電力の供給が停止されると、受信機起動状態からスリープ状態へ移行する。
ウェイクアップ信号受信機2Bは、受信機起動状態へ移行すると、BPFおよび包絡線検波器を介してキャリアセンスを行い、信号の有無を検知する。そして、ウェイクアップ信号受信機2Bは、信号がなければ、直ぐにスリープ状態へ移行する。一方、ウェイクアップ信号受信機2Bは、信号を検知すると、受信を続け、受信電波に基づいて、上述した方法によってスペースの長さLおよびフレーム長Lを検出する。その後、ウェイクアップ信号受信機2Bは、スペースの長さLおよびフレーム長Lを連続して検知すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。そして、ウェイクアップ信号受信機2Bは、スリープ状態へ移行する。
電源5Aは、タイマーを内蔵しており、タイマーからの時刻に応じて周期的にオンされ、電力をウェイクアップ信号受信機2Bへ供給する。
図16は、図15に示すウェイクアップ信号受信機2Bの構成図である。図16を参照して、ウェイクアップ信号受信機2Bは、図2に示すウェイクアップ信号受信機2に信号検知部26を追加したものであり、その他は、ウェイクアップ信号受信機2と同じである。
信号検知部26は、しきい値RSSI_thを保持している。信号検知部26は、BPF21および包絡線検波器22を介してキャリアセンスを行い、受信電波の受信信号強度RSSIを検出する。そして、信号検知部26は、受信信号強度RSSIがしきい値RSSI_th以上であるとき、信号を検知したと判定し、受信した受信電波をビット判定器23へ導く。一方、信号検知部26は、受信信号強度RSSIがしきい値RSSI_thよりも低いとき、信号を検知しなかったと判定し、受信電波をビット判定器23へ導かない。
なお、しきい値RSSI_thは、例えば、−90dBmに設定される。
図17は、実施の形態3においてウェイクアップIDをフレーム変調する方法を説明するための図である。
図17を参照して、実施の形態3においては、無線フレームPPDU2は、実施の形態1と同じように、PHR2とPSDUとからなる。ウェイクアップIDは、上述したスペースの長さLおよびフレーム長Lによって表わされる。従って、実施の形態3においても、ウェイクアップIDは、4ビットのビット値によって表わされる。
Preamble1は、Tの長さを有する。その結果、無線フレームPPDU1の長さは、Preamble1の長さTよりも長い。従って、無線フレームPPDU1,PPDU2が送信されると、ウェイクアップ信号受信機2Bは、必ず、無線フレームPPDU1,PPDU2の送信を検知できる。Tは、例えば、10000μsに設定される。
ウェイクアップ信号受信機2Bは、周期Tで起動状態へ移行し、信号の有無を検知する。信号がなければ、ウェイクアップ信号受信機2Bは、直ぐにスリープ状態へ移行する。その結果、ウェイクアップ信号受信機2Bは、タイミングt1で信号を検知しなくても、タイミングt2で信号を検知する。そして、ウェイクアップ信号受信機2Bは、タイミングt2で信号を検知すると、受信を続け、受信電波に基づいてスペースの長さLおよびフレーム長Lを検出する。
なお、実施の形態3においては、スリープ状態、受信機起動状態(ウェイクアップ信号受信機2Bのみが起動している状態)、および無線装置起動状態(ウェイクアップ信号受信機2B、データ通信モジュール3およびMCU4が起動している状態)の3つの状態がある。スリープ状態とは、ウェイクアップ信号受信機2B、データ通信モジュール3およびMCU4に電力が供給されていない状態(即ち、ウェイクアップ信号受信機2B、データ通信モジュール3およびMCU4が動作を停止している状態)を言う。また、受信機起動状態とは、ウェイクアップ信号受信機2Bが周期的に起動して信号の有無を検知し、信号が無ければ、直ぐにスリープ状態へ移行し、信号が有れば、ウェイクアップIDのマッチングを行う状態を言う。更に、無線装置起動状態とは、ウェイクアップ信号受信機2B、データ通信モジュール3およびMCU4に電力が供給されている状態(即ち、ウェイクアップ信号受信機2B、データ通信モジュール3およびMCU4が動作している状態)を言う。
図18は、図16に示すマッチング回路25におけるウェイクアップIDの検出方法を説明するための図である。
図18を参照して、マッチング回路25は、最初、IDLE状態にあり、信号を検知すると、スペースの長さLを待ち受ける状態S1へ移行する。そして、マッチング回路25は、状態S1において、スペースの長さLを検知しないとき、IDLE状態へ戻る。
一方、マッチング回路25は、状態S1において、スペースの長さLを検知すると、フレーム長Lを待ち受ける状態S2へ移行する。
その後、マッチング回路25は、状態S2において、フレーム長Lを検知しないとき、スペースの長さLを破棄してIDLE状態へ戻る。
一方、マッチング回路25は、状態S2において、フレーム長Lを検知すると、状態S3へ移行し、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。その後、マッチング回路25は、スペースの長さLおよびフレーム長Lを破棄してIDLE状態に戻る。
ウェイクアップ信号受信機2BのBPF21は、無線フレームPPDU1のPreamble1の途中から受信電波を受けるので、包絡線検波器22は、図7に示す包絡線EVL1の途中から検波値をビット判定器23へ出力する。
そして、ビット判定器23は、少なくとも検波値I240〜I505をビット判定したビット列B5,B6をフレーム長検出器24へ出力する。ビット列B5は、B5=[1000・・・000]からなり、ビット列B6は、B6=[111・・・1110]からなる。
フレーム長検出器24は、ビット列B5において、ビット値が“1”から“0”に変化すると、“0”の個数をカウントし始め、“8”の累積値を検出する。そして、フレーム長検出器24は、ビット列B6の先頭のビット値“1”に応じて“0”のカウントを停止し、“1”の個数をカウントし始め、“256”の累積値を検出する。その後、フレーム長検出器24は、ビット値が“1”から“0”に変化すると、“1”の個数のカウントを停止する。
そうすると、フレーム長検出器24は、“8”の累積値に周期(=10μs)を乗算してスペースの長さLを検出する。また、フレーム長検出器24は、“256”の累積値に周期(=10μs)を乗算してフレーム長Lを検出する。
図19は、隣接する2つの無線装置間における無線通信の動作を説明するための実施の形態3におけるフローチャートである。
図19にフローチャートは、図8に示すフローチャートのステップS6とステップS7との間にステップS14〜ステップS16を追加し、ステップS4をステップS4Cに代え、ステップS6をステップS6Bに代え、ステップS8をステップS8Bに代え、ステップS9をステップS9Bに代えたものであり、その他は、図8に示すフローチャートと同じである。
図19を参照して、一連の動作が開始されると、上述したステップS1〜ステップS3が順次実行される。
そして、ステップS3の後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、上述した方法によって、ウェイクアップIDをスペースの長さLおよびフレーム長Lに変換する(ステップS4C)。
その後、上述したステップS5が実行される。そして、ステップS5の後、送信元の無線装置において、データ通信モジュール3は、無線フレームPPDUから生成されたスペースSPおよび無線フレームPPDU2の長さをそれぞれL,Lに設定して無線フレームPPDU1,PPDU2を順次送信する(ステップS6B)。
ステップS6Bの後、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Bは、周期Tで起動し(ステップS14)、上述した方法によって信号を検知したか否かを判定する(ステップS15)。
ステップS15において、信号を検知しなかったと判定されたとき、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Bは、スリープ状態へ移行する(ステップS16)。その後、一連の動作は、ステップS14へ移行し、ステップS15において、信号を検知したと判定されるまで、ステップS14〜ステップS16が繰り返し実行される。
そして、ステップS15において、信号を検知したと判定されると、上述したステップS7が実行される。
その後、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Bは、無線フレームPPDU1、スペースSPおよび無線フレームPPDU2の受信電波を包絡線検波し、スペースの長さLおよびフレーム長Lを検出する(ステップS8B)。
そして、送信先の無線装置において、ウェイクアップ信号受信機2Bは、L,Lを順次検知したか否かを判定する(ステップS9B)。
ステップS9Bにおいて、L,Lを順次検知したと判定されたとき、上述したステップS10〜ステップS15が順次実行される。
そして、ステップS9Bにおいて、L,Lの少なくとも1つを検知しなかったと判定されたとき、またはステップS15の後、一連の動作は、終了する。
このように、実施の形態3においては、ウェイクアップ信号受信機2Bは、周期Tで起動し、信号が無ければ、直ぐにスリープ状態へ移行するので、ウェイクアップ信号受信機2Bの消費電力を上述したウェイクアップ信号受信機2,2Aの消費電力よりも低減できる。即ち、無線装置10Bの消費電力を上述した無線装置10,10Aの消費電力よりも低減できる。
実施の形態3においては、その他、実施の形態1において説明した効果を得ることができる。
実施の形態3においては、無線センサーネットワークWSNを構成する各無線装置Nd2〜Nd9は、図19に示すフローチャートに従ってデータをシンクSkへ送信する。
なお、無線装置10Bの動作は、プログラムによって実行されてもよい。この場合、無線装置10Bは、CPU、ROMおよびRAMを備える。そして、送信元の無線装置において、ROMは、図19に示すステップS1〜S3,S4C,S5,S6B,S11,S14,S15からなるプログラムE、および対応表TBL1,TBL2を格納する。送信元の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムEを読み出して実行するとともに、RAMを用いてMACアドレスのハッシュ値を演算してウェイクアップIDを求め、ROMに格納された対応表TBLを読み出してウェイクアップIDをL,Lに変換する。また、送信先の無線装置において、ROMは、図19に示すステップS14〜S16,S7,S8B,S9B,S10,S12,S13からなるプログラムFを格納する。そして、送信先の無線装置において、CPUは、ROMからプログラムFを読み出して実行し、RAMを用いて“1”または“0”の累積値に周期を乗算してL,Lを検出する。
従って、プログラムEは、送信元の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムであり、プログラムFは、送信先の無線装置の動作をコンピュータ(CPU)に実行させるためのプログラムである。
実施の形態3におけるその他の説明は、実施の形態1における説明と同じである。
上述した実施の形態2においては、ウェイクアップIDをフレーム長Lおよびスペースの長さLによって表わすことについて説明した。また、上述した実施の形態3では、ウェイクアップIDをスペースの長さLおよびフレーム長Lによって表わすことについて説明した。
従って、この発明の実施の形態においては、ウェイクアップIDをフレーム長L,Lによって表わしてもよい。この場合、ウェイクアップ信号受信機は、フレーム長Lを検知した後にフレーム長Lを検知すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。
また、この発明の実施の形態においては、ウェイクアップIDをフレーム長L,Lおよびスペースの長さLのいずれかによって表わしてもよい。この場合、ウェイクアップIDは、2ビットのビット値からなる。しかし、対応表TBL1,TBL2のビット値を4ビットにすれば、4ビットのビット値からなるウェイクアップIDをL,L,Lのいずれかに変換でき、対応表TBL1,TBL2のビット値を8ビットにすれば、8ビットのビット値からなるウェイクアップIDをL,L,Lのいずれかに変換でき、一般的には、対応表TBLのビット値のビット数をm(mは2以上の整数)ビットにすることによって、mビットのビット値からなるウェイクアップIDをL,L,Lのいずれかに変換できる。そして、ウェイクアップIDをLに変換するときの対応表、ウェイクアップIDをLに変換するときの対応表およびウェイクアップIDをLに変換するときの対応表は、相互に同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、ウェイクアップ信号受信機は、L,L,Lのいずれかを検出するとともに、L,L,Lのいずれかを検知すると、起動信号DRVを生成して電源6へ出力する。
このように、この発明の実施の形態においては、ウェイクアップIDは、フレーム長L,Lおよびスペースの長さLの少なくとも1つによって表わされていればよい。
上記においては、無線フレームPPDU1と無線フレームPPDU2との間に設定されるスペースSPの長さLは、IEEE802.15.4gにおけるCCA periodの長さよりも短いと説明した。そして、無線通信方式によっては、CCA periodを無視してACKのような無線フレームを送信する場合がある。このような無線通信方式が存在する無線通信環境においては、スペースの長さLを用いずにウェイクアップIDをフレーム長L,Lによって表わし、無線フレームPPDU1,PPDU2を連続して送信することにより、ウェイクアップ信号に他の無線フレームが割り込むことを防止できる。
また、スペースの長さLを用いた場合、CCA periodの期間にACKフレームが割り込む可能性がある。
しかし、データフレームとデータフレームのACKフレームとの間のIFSは、240μsの長さを有する。CCA periodは、920MHz以外の周波数では160μsである。従って、920MHz以外の周波数を使用する場合、CCA periodを160μsに設定すれば、CCA periodは、IFSよりも短いので、ACKフレームがウェイクアップ信号に割り込むことを防止できる。
更に、キャリアセンスをせずに無線フレームを送信する端末が存在する可能性もある。ARIB STD−T108には、チャネル1〜5,62〜67に対して、キャリアセンスをしないで無線フレームを送信すると記載されている。しかし、ARIB STD−T108には、チャネル24〜61(902.5MHz〜928.1MHz)に対しては、少なくとも128μs以上のキャリアセンスの期間が必要であると記載されている。従って、この発明の実施の形態による無線装置が920〜928MHzの周波数を用いて無線通信を行なえば、全ての無線装置がキャリアセンスを行うことになり、他の無線フレームがウェイクアップ信号に割り込むのを防止できる。
また、チャネル1〜5に対してキャリアセンスを行わない無線装置が存在しても、それらの無線装置の送信デューティが非常に低い(0.1%以下)ので、ウェイクアップ信号のスペースの長さLの期間に割り込んで無線フレームを送信する確率は、非常に低い。従って、他の無線フレームがウェイクアップ信号に割り込む確率は、非常に低くなり、実際上、問題にならない。
上記においては、各種の無線装置について説明した。そして、各種の無線装置は、データをシンクへ送信する場合、任意の無線装置を起動させてデータを送信する。従って、この発明の実施の形態による無線装置Aは、任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDを生成する生成手段と、1つの無線フレームの送信に応じて1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように第1および第2の無線フレームを送信する送信手段とを備え、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表されていればよい。
また、この発明の実施の形態による無線装置Bは、無線装置Aから送信された第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する受信手段と、受信電波に基づいて第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する検出手段と、検出手段によって検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する起動手段とを備えていればよい。
また、上記においては、無線装置の動作をコンピュータに実行させる各種のプログラムについて説明した。従って、この発明の実施の形態によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムは、任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDの送信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、ウェイクアップIDを生成する第1のステップと、1つの無線フレームの送信に応じて1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、第1の無線フレームと第2の無線フレームとの間の通信間隔がスペースの長さになるように第1および第2の無線フレームを送信する第2のステップとをコンピュータに実行させ、ウェイクアップIDは、第1の無線フレームの第1のフレーム長、第2の無線フレームの第2のフレーム長およびスペースの長さの少なくとも1つによって表されていればよい。
また、この発明の実施の形態によれば、コンピュータに実行させるためのプログラムは、無線装置Aから送信された第1および第2の無線フレームの受信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する第1のステップと、受信電波に基づいて第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する第2のステップと、第2のステップにおいて検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する第3のステップとをコンピュータに実行させればよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、無線装置およびそれにおいて実行されるプログラムに適用される。
1 アンテナ、2,2A,2B ウェイクアップ信号受信機、3,3A データ通信モジュール、4 MCU、5,5A,6 電源、10,10A,10B 無線装置、21 BPF、22 包絡線検波器、23 ビット判定器、24,24A フレーム長検出器、25,25A マッチング回路、26 信号検知部。

Claims (12)

  1. 任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDを生成する生成手段と、
    1つの無線フレームの送信に応じて前記1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、前記第1の無線フレームと前記第2の無線フレームとの間の通信間隔が前記スペースの長さになるように前記第1および第2の無線フレームを送信する送信手段とを備え、
    前記ウェイクアップIDは、前記第1の無線フレームの第1のフレーム長、前記第2の無線フレームの第2のフレーム長および前記スペースの長さの少なくとも1つによって表される、無線装置。
  2. 前記ウェイクアップIDは、前記第1のフレーム長および前記スペースの長さによって表され、
    前記第2の無線フレームは、前記任意の無線装置へ送信すべきデータを含む、請求項1に記載の無線装置。
  3. 前記ウェイクアップIDは、前記スペースの長さおよび前記第2のフレーム長によって表され、
    前記第1の無線フレームのプリアンブルの長さは、前記任意の無線装置において前記ウェイクアップIDを受信する受信機が信号検知のためにスリープ状態から起動状態へ周期的に移行するときの周期に用いられる、請求項1に記載の無線装置。
  4. 前記スペースの長さは、当該無線装置が無線通信に用いるシステムにおいて設定され、かつ、無線フレームが送信されない間隔よりも短い、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線装置から送信された前記第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する受信手段と、
    前記受信電波に基づいて前記第1のフレーム長、前記スペースの長さおよび前記第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する起動手段とを備える無線装置。
  6. 前記受信手段は、前記第1の無線フレームのプリアンブルの長さに相当する周期でスリープ状態から起動状態へ移行して受信電波の有無を検知する、請求項5に記載の無線装置。
  7. 任意の無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるためのウェイクアップIDの送信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記ウェイクアップIDを生成する第1のステップと、
    1つの無線フレームの送信に応じて前記1つの無線フレームから生成された第1の無線フレーム、スペースおよび第2の無線フレームに基づいて、前記第1の無線フレームと前記第2の無線フレームとの間の通信間隔が前記スペースの長さになるように前記第1および第2の無線フレームを送信する第2のステップとをコンピュータに実行させ、
    前記ウェイクアップIDは、前記第1の無線フレームの第1のフレーム長、前記第2の無線フレームの第2のフレーム長および前記スペースの長さの少なくとも1つによって表される、コンピュータに実行させるためのプログラム。
  8. 前記ウェイクアップIDは、前記第1のフレーム長および前記スペースの長さによって表され、
    前記第2の無線フレームは、前記任意の無線装置へ送信すべきデータを含む、請求項7に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  9. 前記ウェイクアップIDは、前記スペースの長さおよび前記第2のフレーム長によって表され、
    前記第1の無線フレームのプリアンブルの長さは、前記任意の無線装置において前記ウェイクアップIDを受信する受信機が信号検知のためにスリープ状態から起動状態へ周期的に移行するときの周期に用いられる、請求項7に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  10. 前記スペースの長さは、当該無線装置が無線通信に用いるシステムにおいて設定され、かつ、無線フレームが送信されない間隔よりも短い、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
  11. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線装置から送信された前記第1および第2の無線フレームの受信動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記第1および第2の無線フレームの受信電波を受信する第1のステップと、
    前記受信電波に基づいて前記第1のフレーム長、前記スペースの長さおよび前記第2のフレーム長の少なくとも1つを検出する第2のステップと、
    前記第2のステップにおいて検出された第1のフレーム長、スペースの長さおよび第2のフレーム長の少なくとも1つを検知すると、当該無線装置をスリープ状態から起動状態へ移行させるための起動信号を生成する第3のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
  12. 前記第1のステップにおいて、前記第1の無線フレームのプリアンブルの長さに相当する周期で前記受信電波の有無が検知される、請求項11に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106779017A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 北京握奇智能科技有限公司 一种复合通行卡及其通信方法
EP3512262A4 (en) * 2016-09-09 2020-04-29 Meizu Technology Co., Ltd. WIRELESS LOCAL AREA COMMUNICATION METHOD, RECEIVER, ACCESS POINT, AND STATION

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