JP2016134755A - 通信システム、及び、通信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定的な通信経路を確保できる通信システムを提供する。
【解決手段】 親機と無線通信網を構築する複数の子機を含む通信システムであって、各子機は、自己から親機への通信経路で自己以外の子機を中継する中継回数と、通信経路に含まれる自己以外の子機及び親機の間の各通信区間における信号強度とを表すデータが格納される格納部と、通信システムに新たに追加される子機から探索信号を受信すると、中継回数に第１単位時間を乗じて得る第１時間と、各通信区間における信号強度に第１単位時間の１００分の１以下の第２単位時間を乗じて得る第２時間とを加算して第３時間を求める時間計算部と、探索信号の受信から第３時間が経過すると応答信号を送信する送信部とを含み、通信システムに新たに追加される子機は、複数の子機から応答信号を受信すると、最初に応答信号を送信した子機を中継する通信経路を親機と自己との間の通信経路として設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム、及び、通信機に関する。

従来より、各無線局のホップ数情報取得手段が接続可能無線局からホップ数情報を取得し、上位接続先無線局選定手段が基地局に直接接続できる場合には基地局を上位接続先無線局として選定するマルチホップ無線ネットワークがある。基地局に直接接続できない場合には接続可能無線局の中から、ホップ数情報により得られるホップ数が最小となる１つの接続可能無線局を上位接続先無線局として選定し、信号転送手段が送信信号または子無線局から受信した信号を上位接続先無線局へ、または基地局に直接接続できる場合は基地局へ転送する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３７７６４号公報

ところで、ホップ数が最小となる１つの接続可能無線局を上位接続先無線局として選定しようとする場合に、ホップ数が最小となる接続可能無線局が複数存在する場合もあり得る。

また、選定した接続可能無線局との間の通信における信号強度、又は、選定した接続可能無線局と基地局との間の通信における信号強度が比較的小さく、十分な通信品質の確保が困難であるような場合には、通信経路としての安定性に欠けるおそれがある。

そこで、安定的な通信経路を確保できる通信システム、及び、通信機を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の通信システムは、親機と、前記親機に接続されて無線通信網を構築する複数の子機とを含む通信システムであって、前記複数の子機は、それぞれ、自己から前記親機への通信経路において自己以外の前記子機を中継する中継回数と、前記前記通信経路に含まれる、自己以外の１又は複数の前記子機、及び前記親機の間の各通信区間における信号強度とを表すデータが格納される格納部と、前記通信システムに新たに追加される子機から探索信号を受信すると、前記格納部の前記データに含まれる中継回数に第１単位時間を乗じて得る第１時間と、前記各通信区間における信号強度を表す数値に、前記第１単位時間の１００分の１以下の第２単位時間を乗じて得る第２時間とを加算して第３時間を求める時間計算部と、前記探索信号の受信から前記第３時間が経過すると、前記探索信号に対する応答信号を送信する送信部と、を含み、前記通信システムに新たに追加される子機は、複数の前記子機から前記応答信号を受信すると、最初に前記応答信号を送信した子機を中継する通信経路を前記親機と自己との間の通信経路として設定する。

安定的な通信経路を確保できる通信システム、及び、通信機を提供することができる。

実施の形態の通信システムの親機と子機を配置した例示的な状態を示す図である。 実施の形態の通信システムの親機と子機を配置した例示的な状態を示す図である。 実施の形態の通信システムに含まれる通信機１００を示す図である。 実施の形態の通信機１００に対する親機４００を示す図である。 通信機のメモリ１１５に格納されるパラメータデータを示す図である。 子機Ｄ３の探索信号に対して、子機Ｄ１、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ５が応答信号を送信する場合のタイムチャートを示す図である。 子機が親機と直接接続できない場合に、通信機１００が行う処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の通信システム、及び、通信機を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の通信システムの親機と子機を配置した例示的な状態を示す図である。

実施の形態の通信機は、子機として用いるものである。親機はコーディネータであるため、アルファベットのＣを用いて示す。また、子機はエンドデバイスであるため、アルファベットのＤを用いて示す。図１では、１つの親機Ｃ１と、６つの子機Ｄ１〜Ｄ６が存在している。

ここでは、親機Ｃ１と子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６とが存在する通信システムに、新たに子機Ｄ３を追加する場合に、子機Ｄ３と親機Ｃ１との間の通信経路をどのように設定するかについて説明する。

また、以下では、親機と子機との間、又は、子機同士の間で通信可能な区間（以下、通信区間と称す）が確立されている場合に、親機と子機、又は、子機同士の間の通信区間を実線で示す。また、実線に付す数字は、各通信区間における信号強度をＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)値(ｄＢｍ)で表す。ＲＳＳＩ値は受信信号の強度を表すため、各通信区間における強度は通信区間における受信側が受信した受信信号の信号強度で表される。

受信信号は、ある子機が探索信号を送信した場合に探索信号を受信した他の１又は複数の子機が送信し、探索信号を送信した子機によって受信される応答信号のことである。探索信号と応答信号は、パケット形式のデータを含む信号である。

図１では、親機Ｃ１と子機Ｄ１との間の通信区間の信号強度は−４０ｄＢｍ、親機Ｃ１と子機Ｄ４との間の通信区間の信号強度は−９０ｄＢｍ、親機Ｃ１と子機Ｄ６との間の通信区間の信号強度は−７０ｄＢｍである。これら以外に、親機Ｃ１を含む通信区間は存在しない。これは、子機Ｄ１、Ｄ４、Ｄ６以外の子機は親機Ｃ１とは直接通信しないことを意味し、新たに追加される子機Ｄ３も親機Ｃ１とは直接通信しない。

また、子機Ｄ１とＤ２との間の通信区間の信号強度は−４０ｄＢｍ、子機Ｄ１とＤ３との間の通信区間の信号強度は−８０ｄＢｍ、子機Ｄ２とＤ３との間の通信区間の信号強度は−４０ｄＢｍ、子機Ｄ３とＤ４との間の通信区間の信号強度は−３０ｄＢｍ、子機Ｄ３とＤ５との間の通信区間の信号強度は−２０ｄＢｍ、子機Ｄ５とＤ６との間の通信区間の信号強度は−７０ｄＢｍである。これら以外の組みあわせの子機同士の間の通信区間は存在しない。

このような状態では、新たに追加した子機Ｄ３から親機Ｃ１までの通信経路の候補としては、（１）子機Ｄ３から子機Ｄ１を経て親機Ｃ１に至る経路、（２）子機Ｄ３から子機Ｄ２とＤ１を経て親機Ｃ１に至る経路、（３）子機Ｄ３から子機Ｄ４を経て親機Ｃ１に至る経路、（４）子機Ｄ３から子機Ｄ５とＤ６を経て親機Ｃ１に至る経路の４通りの経路が考えられる。

これらの４つの経路（１）〜（４）は、子機Ｄ３以外の子機を中継する回数（中継局数）と各通信区間のＲＳＳＩ値とが異なるため、最も安定性の高い経路を選択することが望ましい。

中継回数が少なく、かつ、ＲＳＳＩ値が比較的高い通信区間を含む通信経路は、経路（１）〜（４）の中では、子機Ｄ３から子機Ｄ１を経て親機Ｃ１に至る経路（１）である。これは、経路（２）及び（４）よりも中継回数が少なく、かつ、経路（２）のＲＳＳＩ値（−３０ｄＢｍと−９０ｄＢｍ）と比べると、経路（１）のＲＳＳＩ値（−４０ｄＢｍと−８０ｄＢｍ）の方がバランスが良いからである。換言すれば、経路（２）の−９０ｄＢｍの通信経路よりも、経路（１）の−８０ｄＢｍの通信経路の方が安定した通信が可能だからである。

なお、通信経路の選択は、上述のような選択手法に限らず、例えば、通信経路に含まれる各通信区間のＲＳＳＩ値の二乗和を求めて、二乗和が最大の通信経路を選択するようにしてもよい。

次に、図２を用いて、図１とは異なる状況について検討する。

図２は、実施の形態の通信システムの親機と子機を配置した例示的な状態を示す図である。

図２では、１つの親機Ｃ１と、９つの子機Ｄ１〜Ｄ９が存在している。

ここでは、親機Ｃ１と子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６〜Ｄ９とが存在する通信システムに、新たに子機Ｄ３を追加した場合を想定し、子機Ｄ３が探索信号を送信したところ、子機Ｄ３の周囲に存在する子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９が子機Ｄ３に応答信号を送信しようとしている状態であることとする。

それぞれの子機からの応答信号は、キャリアセンスという方式に基づき、ある１つの子機が応答信号を送信している間は、他の子機は待機し、ある１つの子機の応答信号の送信が完了した後に、他の子機が順番に応答信号を送信するようになっている。これは、複数の応答信号のパケットデータが重複してしまうと、正確なデータ通信を行うことができなくなるからである。

キャリアセンスは、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９が互いに通信可能である場合に機能するが、例えば、子機Ｄ１とＤ９が互いに通信できない場合には、一方の子機が他方の子機の通信状態を把握できないため、子機Ｄ１とＤ９が同時に応答信号の送信を開始するおそれがある。また、子機Ｄ１とＤ９が同時に送信を行わないまでも、子機Ｄ１の応答信号の通信が完了する前に、子機Ｄ９が応答信号を送信してしまうおそれがある。このような場合には、複数の応答信号のパケットデータが部分的に重複し、正確なデータ通信を行えなくなるおそれがある。

すなわち、子機Ｄ１とＤ９のように互いに通信できない子機が存在すると、キャリアセンス方式であっても、複数の子機がほぼ同時に送信を開始することにより、正確なデータ通信を行えなくなるおそれがある。

また、子機には、探索信号を送信した場合に、周囲の子機から応答信号を受信するための期間として、応答待機期間が設定されている。

しかしながら、キャリアセンスによって周囲の子機が応答信号を送信する場合、応答信号を送信する順番は早い者勝ちで決まるため、特に、子機の数が多いような場合には、応答待機期間が終了する前に応答信号を送信できない子機が生じうる。

そして、このように応答信号を送信できない子機が、探索信号を送った子機から親機への最良の通信経路に含まれる場合が有り得る。

すなわち、このように応答待機期間が終了する前に応答信号を送信できない子機が生じる場合には、最良ではない通信経路が設定されることが有り得るため、適切なデータ通信を行えなくなるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、このような場合においても、最適なデータ通信を行えるようにすることで、安定的な通信経路を確保できる通信システムを提供する。

以下、図２において、子機Ｄ３が送信した探索信号に応じて、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９が子機Ｄ３にほぼ同時に送信を開始するおそれがある場合に、子機Ｄ３と親機Ｃ１との間の通信経路をどのように設定するかについて説明する。

また、ここでは、子機Ｄ３にとって最も安定した通信経路は、子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る経路であることとする。このため、以下では、どのようにして子機Ｄ３から子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る経路が設定されるかについて説明する。

図３は、実施の形態の通信システムに含まれる通信機１００を示す図である。通信機１００は、子機として用いられるものであり、例えば、図３（Ａ）又は（Ｂ）のような構成で実現される。

図３（Ａ）に示す通信機１００は、ＭＣＵ(Micro Computer Unit)１１０、ＲＦ(Radio Frequency)回路１２０、及びアンテナ１３０を含む。ＭＣＵ１１０は、上述のような通信経路の設定処理を行うとともに、通信経路を設定した後は、親機との間の通信に必要な処理を行う。ＲＦ回路１２０は、ＭＣＵ１１０とアンテナ１３０との間でデータを高周波に変換するための回路である。アンテナ１３０は、どのような形式のアンテナであってもよく、例えば、モノポールアンテナ又はダイポールアンテナ等を用いることができる。

図３（Ａ）に示す通信機１００は、ホストコンピュータ（ＨＯＳＴ）２００に接続されており、ホストコンピュータ２００には電源２５０が接続されている。ホストコンピュータ２００は、ＭＣＵ１１０が処理を実行するにあたり、コマンドの送信等を行う。

図３（Ｂ）に示す通信機１００は、ＭＣＵ１１０、ＲＦ回路１２０、及びアンテナ１３０を含む。ＭＣＵ１１０は、上述のような通信経路の設定処理を行うとともに、通信経路を設定した後は、親機との間の通信に必要な処理を行う。図３（Ｂ）に示す通信機１００には、ホストコンピュータ２００（図３（Ａ）参照）は接続されておらず、電源２５０が直接接続されている。図３（Ｂ）に示す通信機１００では、すべての処理はＭＣＵ１１０が行う。

また、図３（Ｂ）に示す通信機１００には、センサ３００が接続されている。センサ３００は、例えば、温度センサ等である。このようにセンサ３００として温度センサが接続されている通信機１００を図１に示す子機Ｄ１〜Ｄ６として用いれば、子機Ｄ１〜Ｄ６を設置したエリア内の複数のポイントにおける温度を測定し、親機Ｃ１でデータ収集を行うことができる。

また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すＭＣＵ１１０は、図３（Ｃ）に示す機能部を含む。ＭＣＵ１１０は、検出部１１１、設定部１１２、時間計算部１１３、通信部１１４、メモリ１１５を有する。

検出部１１１は、通信機１００が通信システムに既に組み込まれている場合に、通信システムに新たに設置される他の通信機１００から通信部１１４が受信する探索信号を検出する。

また、検出部１１１は、通信機１００が新たに通信システムに設置される場合に、通信部１１４が発信する探索信号に対する他の通信機１００からの応答信号を検出する。検出部１１１は、このようにして通信機１００と無線で通信可能な他の通信機１００を検出する。

設定部１１２は、通信機１００が新たに通信システムに設置される場合に、検出部１１１によって最初に検出される他の通信機１００を介して親機４００まで接続される経路を通信経路として設定する。

時間計算部１１３は、検出部１１１によって他の通信機１００から受信した探索信号が検出されると、メモリ１１５に格納されるデータに含まれる中継回数に第１単位時間を乗じて得る第１時間と、各通信区間における信号強度ＲＳＳＩ値に、第２単位時間を乗じて得る第２時間とを加算して待機時間Ｔを求める。待機時間Ｔは、第３時間の一例である。

通信部１１４は、他の通信機１００から探索信号を受信してから時間計算部１１３によって計算される待機時間Ｔが経過すると、探索信号に対する応答信号を送信する。通信部１１４は、送信部の一例である。

また、通信部１１４は、通信機１００が新たに通信システムに設置される場合に、自己の通信機１００と通信可能な他の通信機１００を検出部１１１が検出するために、探索信号としてのビーコン信号をアンテナ１３０から発信する。ビーコン信号の内容はパケット形式のデジタル信号である。

メモリ１１５は、メモリ１１５を含む通信機１００から親機に至るまでの通信経路における中継回数と、通信経路に含まれる各通信区間のＲＳＳＩ値とを表すパラメータデータを格納する。また、メモリ１１５は、待機時間Ｔを計算する計算式を表すデータと、通信機１００のＩＤ(Identification：識別子)とを格納しており、ＩＤは探索信号と応答信号に含められる。

図４は、実施の形態の通信機１００に対する親機４００を示す図である。

親機４００は、無線装置であり、ＭＣＵ(Micro Computer Unit)４１０、ＲＦ(Radio Frequency)回路４２０、及びアンテナ４３０を含む。ＭＣＵ４１０は、上述のような通信経路の設定処理によって通信経路が設定された後は、子機としての通信機１００との間の通信に必要な処理を行う。ＲＦ回路４２０は、ＭＣＵ４１０とアンテナ４３０との間でデータを高周波に変換するための回路である。アンテナ４３０は、どのような形式のアンテナであってもよく、例えば、モノポールアンテナ又はダイポールアンテナ等を用いることができる。

親機４００は、ホストコンピュータ（ＨＯＳＴ）５００に接続されており、ホストコンピュータ５００には電源５５０が接続されている。ホストコンピュータ５００は、ＭＣＵ４１０が処理を実行するにあたり、コマンドの送信等を行う。

図５は、通信機のメモリ１１５に格納されるパラメータデータを示す図である。

メモリ１１５に格納されるパラメータデータは、中継回数、区間１のＲＳＳＩ値、及び区間２のＲＳＳＩ値を表すデータを含むテーブル形式のデータである。

区間１とは、通信機１００から次の中継局になる通信機１００又は親機４００までの通信区間であり、例えば、図１に示す子機Ｄ３から子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路でデータを送信する場合では、子機Ｄ３から見て１番目の通信区間である子機Ｄ１と子機Ｄ３との間の通信区間である。また、区間１のＲＳＳＩ値は、区間１のＲＳＳＩ値を表す。例えば、図１に示す子機Ｄ１と子機Ｄ３との間の通信区間のＲＳＳＩ値である。

区間２とは、区間１の次の通信区間であり、例えば、図１に示す子機Ｄ３から子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路でデータを送信する場合では、子機Ｄ１と親機Ｃ１との間の通信区間である。区間２のＲＳＳＩ値は、区間２のＲＳＳＩ値を表す。例えば、図１に示す子機Ｄ１と親機Ｃ１との間の通信区間のＲＳＳＩ値である。
中継回数は、ある通信機１００から見て次の中継局になる通信機１００が、最終の通信相手（図１などの例では親機Ｃ１）との間の通信を行うために要する中継回数である。例えば、図１に示す子機Ｄ３から子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路でデータを送信する場合では、子機Ｄ１は親機Ｃ１と直接通信可能であるため、子機Ｄ１の中継回数は「０」である。一方、図１に示す子機Ｄ３から子機Ｄ２、子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路でデータを送信する場合では、子機Ｄ２と親機Ｃ１との通信を子機Ｄ１が中継するため、子機Ｄ２の中継回数は「１」となる。

図５には、説明の便宜上、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４〜Ｄ９についての中継回数、区間１のＲＳＳＩ値、及び区間２のＲＳＳＩ値を表すパラメータデータをまとめて示すが、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４〜Ｄ９の各々のメモリ１１５に格納されるパラメータデータは、各々の子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４〜Ｄ９が親機Ｃ１までの通信経路として設定している通信経路における中継回数、区間１のＲＳＳＩ値、及び区間２のＲＳＳＩ値だけである。

すなわち、子機Ｄ１が親機Ｃ１と直接的に通信する通信経路を設定している場合には、子機Ｄ１のメモリ１１５に格納されるのは、図５に示す子機Ｄ１の列に含まれる、子機Ｄ１−親機Ｃ１間の通信経路におけるデータ、すなわち、中継回数は「０回」、区間１のＲＳＳＩ値は「−４０」ｄＢｍ、区間２は存在しないため、区間２のＲＳＳＩ値は「なし」というデータのみである。

また、子機Ｄ２が子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路を設定している場合には、子機Ｄ２のメモリ１１５に格納されるのは、図５に示す子機Ｄ２の列に含まれる、子機Ｄ２−子機Ｄ１−親機Ｃ１間の通信経路におけるデータ、すなわち、中継回数は「１回」、区間１のＲＳＳＩ値は「−４０」ｄＢｍ、区間２のＲＳＳＩ値は「−４０」ｄＢｍというデータのみである。

次に、互いに通信できない子機が存在する場合、又は、応答待機期間が終了する前に応答信号を送信できない子機が生じる場合においても、適切なデータ通信を行える通信経路を確保する手法について説明する。

前提として、図５に示すように、子機Ｄ３に対して、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４〜Ｄ９についての中継回数、区間１のＲＳＳＩ値、及び区間２のＲＳＳＩ値が得られていることとする。また、子機Ｄ３にとって最良の通信経路は、子機Ｄ１を中継して親機Ｃ１に至る通信経路であることとする。

実施の形態１の通信システムでは、子機として用いる通信機１００の時間計算部１１３が、次の式（１）に従って、探索信号の受信から応答信号の送信までに待機する待機時間Ｔを計算し、待機時間Ｔの経過後に応答信号を送信する。

Ｔ＝（ガードバンド）＋（中継回数）×１秒＋（第１区間のＲＳＳＩ値）×１ミリ秒＋（第２区間のＲＳＳＩ値）×１ミリ秒 （１）
ここで、（ガードバンド）は、待機時間Ｔに一律に付与される待ち時間であり、ここでは一例として、１０ミリ秒に設定される。

（中継回数）は、パラメータデータに含まれる中継回数である。中継回数に１秒を乗じた時間が待機時間Ｔに加算される。中継回数に１秒を乗じた時間は、第１時間の一例であり、中継回数に乗じられる１秒は、第１単位時間の一例である。

（第１区間のＲＳＳＩ値）は、パラメータデータに含まれる第１区間のＲＳＳＩ値であり、ここでは一例として、ｄＢｍ単位で表した場合の絶対値を用いる。例えば、−４０ｄＢｍである場合は、絶対値である４０を用いる。第１区間のＲＳＳＩ値に１ミリ秒を乗じた時間は、第２時間の一例であり、第１区間のＲＳＳＩ値に乗じられる１ミリ秒は、第２単位時間の一例である。

（第２区間のＲＳＳＩ値）は、パラメータデータに含まれる第２区間のＲＳＳＩ値であり、ここでは一例として、ｄＢｍ単位で表した場合の絶対値を用いる。これは第１区間のＲＳＳＩ値と同様である。第２区間のＲＳＳＩ値に１ミリ秒を乗じた時間は、第２時間の一例であり、第２区間のＲＳＳＩ値に乗じられる１ミリ秒は、第２単位時間の一例である。

このような待機時間Ｔを求める式（１）では、親機までの各通信区間におけるＲＳＳＩ値よりも、中継回数に大きな重みを付けるために、第２単位時間（１ミリ秒）よりも第１単位時間（１秒）を長く設定している。

これは、なるべく中継回数が少ない子機を選択するという選択条件を優先し、その次に、親機までの各通信区間におけるＲＳＳＩ値が良好であるという選択条件を用いて、子機を取捨選択するためである。なお、ここでは、ＲＳＳＩ値が良好であることは、ＲＳＳＩ値の絶対値が小さいことに相当する。

ここで、子機Ｄ６は、子機Ｄ３とは直接通信できないため、待機時間Ｔを算出する対象から除外して考えてよい。図２に示す状況では、子機Ｄ３に応答信号を送信することがないからである。

また、子機Ｄ７は中継回数が多く、式（１）によって求められる待機時間が最大になるため、除外して考えてよい。

また、子機Ｄ８とＤ９は、応答待機期間に応答信号を送信できなかったこととする。

すなわち、ここでは、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５がどのような順番で子機Ｄ３に応答信号を送信するかについて検討する。

子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５がそれぞれ記憶するパラメータデータに基づいて待機時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５を計算すると、次のようになる。待機時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５は、それぞれ、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５のパラメータデータに基づいて、式（１）によって求まる待機時間である。

Ｔ１＝１０ミリ秒＋０回×１秒＋４０ミリ秒＋０ミリ秒 ＝ ５０ミリ秒
Ｔ２＝１０ミリ秒＋１回×１秒＋４０ミリ秒＋４０ミリ秒＝１０８１ミリ秒
Ｔ４＝１０ミリ秒＋０回×１秒＋９０ミリ秒＋０ミリ秒 ＝ １００ミリ秒
Ｔ５＝１０ミリ秒＋１回×１秒＋７０ミリ秒＋７０ミリ秒＝１１５０ミリ秒
従って、待機時間Ｔ１、Ｔ４、Ｔ２、Ｔ５の順に長くなる待機時間が設定され、子機Ｄ１、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ５の順に応答信号を送信することになる。

図６は、子機Ｄ３の探索信号に対して、子機Ｄ１、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ５が応答信号を送信する場合のタイムチャートを示す図である。図６には、子機Ｄ３が探索信号を送信するタイミングと、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５が応答信号を送信するタイミングを示す。横軸は時刻ｔを表す。

図６に示すように、時刻ｔ０に子機Ｄ３が探索信号を送信し終えると、時刻ｔ０から待機時間Ｔ１が経過した時刻ｔ１に子機Ｄ１が応答信号を送信し始める。また、時刻ｔ０から待機時間Ｔ４が経過した時刻ｔ２に子機Ｄ４が応答信号を送信し始め、時刻ｔ０から待機時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３に子機Ｄ２が応答信号を送信し始め、時刻ｔ０から待機時間Ｔ５が経過した時刻ｔ４に子機Ｄ５が応答信号を送信し始める。

このように、式（１）によって設定される待機時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５は、子機Ｄ１の待機時間Ｔ１が最も短いため、子機Ｄ３から送信される探索信号に応じて、子機Ｄ１の応答信号が最初に送信されることになる。

上述したように、子機Ｄ１は、子機Ｄ３に対して、親機Ｃ１に至る最良の通信経路を中継する子機である。

式（１）は、最良の通信経路を中継する子機についての待機時間Ｔが最も短くなるように、中継回数とＲＳＳＩ値とに重み付けを行っている。

子機Ｄ３から見ると、最初に応答信号を受信する子機Ｄ１は待機時間Ｔ１が最も短いため、Ｄ１が中継回数の短く、且つ各通信区間におけるＲＳＳＩ値の良好な子機であると見なすことができる。従って、実施の形態の通信システムでは、式（１）に従って計算される待機時間Ｔが最も短い子機を、通信システムに新たに組み込まれる子機の中継先として選択すればよい。

なお、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５が応答信号を送信している間には、他の子機は応答信号を送信しないように、キャリアセンスと同様に設定すればよい。

図７は子機が親機と直接接続できない場合に、通信機１００が行う処理を示すフローチャートである。図７（Ａ）に示すフローは、通信機１００が通信システムに新たに設定される際に実行する処理を表し、図７（Ｂ）に示すフローは、通信システムに新たな通信機１００が設置される際に、既に通信システムに組み込まれている通信機１００が実行する処理を表す。

図７（Ａ）に示すように、通信機１００が通信システムに設定される際には、設定される通信機１００のＭＣＵ１１０は、探索信号を送信する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理は、ＭＣＵ１１０の通信部１１４が実行し、ＲＦ回路１２０にて無線送信する。探索信号に含められる通信機１００のＩＤは、メモリ１１５に格納されている。

次に、ＭＣＵ１１０は、他の通信機から応答信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理は、ＭＣＵ１１０の検出部１１１が実行する。応答信号には、応答信号を送信した通信機１００のＩＤと、応答信号を送信した通信機１００がメモリ１１５に格納するパラメータデータが含まれる。なお、ステップＳ１２の処理は、応答信号を受信するまで繰り返し実行される。

ＭＣＵ１１０は、応答信号を受信した（Ｓ１２：ＹＥＳ）と判定すると、応答信号を送信した通信機１００を中継先とする親機までの通信経路を設定する（ステップＳ１３）。応答信号を送信した通信機１００の判別は、応答信号に含まれる通信機１００のＩＤに基づいて行えばよい。先に説明した通り、最初に応答信号を送信する他の通信機は待機時間が短いため、応答時間中継回数が少なく且つＲＳＳＩ値が良好と考えられる。そこで、ステップＳ１３では、最初に応答信号を送信した他の通信機を中継先として設定すればよい。

ＭＣＵ１１０は、ステップＳ１２で受信した応答信号に含まれるパラメータデータに含まれる中継回数を１回増やすとともに、受信した応答信号のＲＳＳＩ値を区間１のＲＳＳＩ値として追加することにより、自己の通信機１００のパラメータデータを作成し、メモリ１１５に格納する（ステップＳ１４）。なお、区間２のＲＳＳＩ値は、応答信号に含まれる、応答信号を送信する通信機の区間１のＲＳＳＩ値を用いることができる。

ステップＳ１３及びＳ１４の処理は、ＭＣＵ１１０の設定部１１２が実行する。

ＭＣＵ１１０は、ステップＳ１２で応答信号を受信した通信機１００に、自己の通信機１００が設定した通信経路に含まれたことを通知する（ステップＳ１５）。これは、例えば、図２で子機Ｄ３が通信システムに新たに組み込まれるときに、子機Ｄ３のＭＣＵ１１０がステップＳ１２で子機Ｄ１から応答信号を受信したと判定した場合に、ステップＳ１５において、子機Ｄ１に子機Ｄ３の親機Ｃ１への通信経路に子機Ｄ１が含まれたことを通知する処理である。

子機Ｄ１への通知は、例えば、子機Ｄ１の識別子と、通信経路に含まれたことを表すビットとを含むパケットデータを送信することによって行えばよい。

以上により、通信経路が設定され、パラメータデータが作成される。

なお、親機も他の通信機と同様に探索信号に対して応答信号を送信する対応となっている場合には、通信システムに設定された通信機が親機と直接接続できる状況では、通信機はステップＳ１２で親機の応答信号も受けることになる。この場合、通信機は受信した応答信号に含まれているＩＤに基づいて親機との直接の通信が可能と判断できるので、中継先となる他の通信機を設定することなく、親機との直接の通信経路を設定すればよい。

また、通信機１００が既に通信システムに組み込まれていて、通信システムに新たな通信機１００が設置される場合には、既に通信システムに組み込まれている通信機１００のＭＣＵ１１０は、図７（Ｂ）に示す処理を行う。

ＭＣＵ１１０は、新たな通信機からの探索信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ２１）。探索信号は、パケットデータの探索信号用のビットのフラグが‘１’に設定されているため、ＭＣＵ１１０は、受信するデータのパケットデータの探索信号用のビットのフラグを読み取ることにより、探索信号を受信したかどうかを判定することができる。

ステップＳ２１の処理は、ＭＣＵ１１０の検出部１１１が実行する。なお、ステップＳ２１の処理は、応答信号を受信するまで繰り返し実行され、例えば一定時間ごとに行う。

ＭＣＵ１１０は、探索信号を受信した（Ｓ２１：ＹＥＳ）と判定すると、式（１）に基づいて自身の待機時間Ｔを計算する（ステップＳ２２）。待機時間Ｔの計算には、自身が格納するパラメータデータを用いる。

ＭＣＵ１１０は、探索信号を受信してから、ステップＳ２２で計算した待機時間Ｔが経過すると、応答信号を送信する（ステップＳ２３）。

ＭＣＵ１１０は、以上で処理を終了する（エンド）。

応答信号の送信に応じて、新たな通信機より親機への通信経路に含まれたことが通知（ステップＳ１５の通知）された場合には、通信機は、自身を新たな通信機と親機との通信経路に組み込む設定などを必要に応じて行うことができる。

以上、実施の形態の通信システムによれば、親機までの各通信区間におけるＲＳＳＩ値よりも、中継回数に大きな重みを付けを行って求める待機時間Ｔを用いて、通信システムに新たに組み込まれる子機が中継点として接続する子機を選択するため、通信システムに新たに組み込まれる子機に、親機までの最良の通信経路を設定することができる。

従って、実施の形態によれば、安定的な通信経路を確保できる通信システムを提供することができる。

なお、以上では、親機までの各通信区間におけるＲＳＳＩ値よりも、中継回数に大きな重みを付けるために、第１単位時間を１秒に設定し、第２単位時間を１ミリ秒に設定する形態について説明した。

しかしながら、第１単位時間と第２単位時間は、これらの時間に限られるものではなく、上述した式（１）と同じ順番の待機時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５が計算できる値であれば、第１単位時間と第２単位時間の時間を任意の時間に設定してもよい。

また、以上では、式（１）で求まる待機時間Ｔを用いて、子機が応答信号を送信するまでの待機時間を設定する形態について説明したが、式（１）の代わりに、次に示す式（２）で求まる待機時間Ｔ１０を用いてもよい。

Ｔ１０＝（ガードバンド）＋（中継回数）×１秒×（重み）＋｛（第１区間のＲＳＳＩ値）^２×１ミリ秒｝^１／２＋｛（第２区間のＲＳＳＩ値）^２×１ミリ秒｝^１／２ （２）
（重み）は、（中継回数）×１秒で求まる第１時間について付けられる重みである。

｛（第１区間のＲＳＳＩ値）^２×１ミリ秒｝^１／２と｛（第２区間のＲＳＳＩ値）^２×１ミリ秒｝^１／２は、それぞれ、第１区間のＲＳＳＩ値と第２区間のＲＳＳＩ値の絶対値に１ミリ秒を掛けた第２時間の二乗和である。

子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５のパラメータデータに基づいて待機時間Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１５を計算すると、次のようになる。待機時間Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ１５は、それぞれ、子機Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５のパラメータデータに基づいて、式（２）によって求まる待機時間である。

Ｔ１１＝１０ミリ秒＋０回×１秒×２＋４０ミリ秒＝ ５０ミリ秒
Ｔ１２＝１０ミリ秒＋１回×１秒×２＋９０ミリ秒＝２０６６ミリ秒
Ｔ１４＝１０ミリ秒＋０回×１秒×２＋５６ミリ秒＝ １００ミリ秒
Ｔ１５＝１０ミリ秒＋１回×１秒×２＋９９ミリ秒＝２１０９ミリ秒
従って、待機時間Ｔ１１、Ｔ１４、Ｔ１２、Ｔ１５の順に長くなる待機時間が設定され、子機Ｄ１、Ｄ４、Ｄ２、Ｄ５の順に応答信号を送信することになり、式（１）を用いて待機時間Ｔ１、Ｔ４、Ｔ２、Ｔ５を設定した場合と同様の結果が得られる。

このため、式（２）で求まる待機時間Ｔ１０を用いても、通信システムに新たに組み込まれる子機に、親機までの最良の通信経路を設定することができ、安定的な通信経路を確保できる通信システムを提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の通信システム、及び、通信機について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

Ｃ１ 親機
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９ 子機
１００ 通信機
１１０ ＭＣＵ
１２０ ＲＦ回路
１３０ アンテナ
１１１ 検出部
１１２ 設定部
１１３ 時間計算部
１１４ 通信部
１１５ メモリ
４００ 親機
４１０ ＭＣＵ
４２０ ＲＦ回路
４３０ アンテナ

Claims (8)

1. 親機と、前記親機に接続されて無線通信網を構築する複数の子機とを含む通信システムであって、
   前記複数の子機は、それぞれ、
   自己から前記親機への通信経路において自己以外の前記子機を中継する中継回数と、前記通信経路に含まれる、自己以外の１又は複数の前記子機、及び前記親機の間の各通信区間における信号強度とを表すデータが格納される格納部と、
   前記通信システムに追加される子機から探索信号を受信すると、前記格納部の前記データに含まれる中継回数に第１単位時間を乗じて得る第１時間と、前記各通信区間における信号強度を表す数値に、前記第１単位時間による前記第１時間への重み付け度合よりも重み付け度合の低い第２単位時間を乗じて得る第２時間とを加算して第３時間を求める時間計算部と、
   前記探索信号の受信から前記第３時間が経過すると、前記探索信号に対する応答信号を送信する送信部と、
   を含み、
   前記通信システムに追加される子機は、複数の前記子機から前記応答信号を受信すると、最初に前記応答信号を送信した子機を中継する通信経路を前記親機と自己との間の通信経路として設定する、通信システム。
2. 前記時間計算部は、前記中継回数に前記第２単位時間を乗じ、さらに第１の重みを乗じて前記第１時間を求める、請求項１記載の通信システム。
3. 前記通信システムに追加される子機は、最初に前記応答信号を送信した子機を中継する通信経路を前記親機と自己との間の通信経路として設定すると、当該中継する子機に、自己の通信経路に含まれることを表すデータを送信する、請求項１又は２記載の通信システム。
4. 前記通信システムに追加される子機は、
   前記格納部と、
   前記時間計算部と、
   前記送信部と
   を含む、請求項１乃至３のいずれか一項記載の通信システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の前記通信システムに前記子機として用いられる通信機であって、
   前記格納部と、
   前記時間計算部と、
   前記送信部と
   を含む、通信機。
6. 通信先の通信機と直接、あるいは他の通信機を介して通信可能な通信機において、
   自己から前記通信先の通信機への通信経路において他の通信機が中継する中継回数と、前記通信経路に含まれる前記他の通信機と自己との間、及び前記他の通信機と更に他の通信機との間の通信区間における信号強度と、を表すデータが格納される格納部と、
   前記格納部に格納される中継回数に第１単位時間を乗じて得る第１時間と、前記各通信区間における信号強度を表す数値に、前記第１単位時間による前記第１時間への重み付け度合よりも重み付け度合の低い第２単位時間を乗じて得る第２時間とを加算して第３時間を求める時間計算部と、
   ある他の通信機からの探索信号の受信から前記第３時間が経過したときに、前記探索信号に対する応答信号を送信する送信部と、を備えることを特徴とする、通信機。
7. 通信先の通信機と直接、あるいは他の通信機を介して通信可能な通信機において、
   他の通信機に向けて探索信号を送信する送信部と、
   前記探索信号に対して他の通信機から送信される応答信号を受信する受信部と、
   前記応答信号に基づいて、自己から前記通信先の通信機への通信経路において他の通信機が中継する中継回数と、前記通信経路に含まれる前記他の通信機と自己との間、及び前記他の通信機と更に他の通信機との間の通信区間における信号強度と、を表すデータを生成する制御部と、
   前記生成されたデータを格納する格納部と、
   を有することを特徴とする、通信機。
8. 前記制御部は、前記応答信号を初めに送信した他の通信機を、前記通信先の通信機との通信時の中継先として設定することを特徴とする、請求項６又は７記載の通信機。

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