JP2019041375A - 通信装置、通信システム、通信方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す図である。図1を参照しながら、本実施形態に係る通信システム1の全体構成について説明する。
図2は、実施形態に係る通信端末のハードウェア構成の一例す示す図である。図2を参照しながら、本実施形態に係る通信端末10のハードウェア構成について説明する。
図3は、実施形態に係るゲートウェイのハードウェア構成の一例を示す図である。図3を参照しながら、本実施形態に係るゲートウェイ20のハードウェア構成について説明する。
次に、図1に示す通信システム1内の通信端末10およびゲートウェイ20の無線通信における通信可能距離、および、データ送信に要する時間について説明する。
図4は、実施形態に係る通信システムの機能ブロックの構成の一例を示す図である。図4を参照しながら、本実施形態に係る通信システム1の機能ブロックの構成について説明する。
図5は、実施形態に係る通信端末の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作の一例を示すフローチャートである。図6は、実施形態に係る通信端末の各動作状態でのデータの送信タイミングの一例を示す図である。図7は、実施形態に係る通信端末の通信データのフレーム構成の一例を示す図である。図5〜図7を参照しながら、本実施形態に係る通信端末10の各動作状態への移行処理および各動作状態での動作について説明する。
まず、通信端末10の電力管理部103は、通信端末10の電力残量W(電力管理ブロック500が通信制御ブロック600に対して電力供給可能な電力残量)を取得する。そして、通信端末10の判定部104は、電力管理部103により取得された電力残量Wに対して閾値判定を行う。閾値判定の結果、電力残量Wが閾値Wt1以上である場合(ステップS11:Wt1≦W)、ステップS12へ移行し、電力残量Wが閾値Wt2以上、閾値Wt1未満である場合(ステップS11:Wt2≦W<Wt1)、ステップS22へ移行し、電力残量Wが閾値Wt2未満である場合(ステップS11:W<Wt2)、ステップS26へ移行する。
通信端末10の動作状態管理部105は、判定部104により電力残量Wが閾値Wt1以上であると判定された場合、通信端末10の動作状態を中継状態に移行させる。そして、ステップS13へ移行する。
通信端末10のデータ変更部106は、図7に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、中継状態で送信され、かつ、中継が不要である旨の情報(図7の例では、ビット「00」(通常状態送信または中継状態送信))に変更する。また、データ変更部106は、図7に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末10を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、通信端末10の送信部102は、通信端末10の動作状態が中継状態であるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部106により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ20に対して無線送信する。そして、ステップS14へ移行する。
通信端末10の受信待機管理部107は、送信部102によるデータの無線送信後、他の通信端末10から中継するデータを受信するために待機する受信待機状態に移行させる。この場合、通信端末10のタイマ部109は、通信端末10が受信待機状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部109は、受信待機状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップS13における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップS15へ移行する。
通信端末10が受信待機状態において、受信部101によって、他の通信端末10から無線送信されたデータを無線受信した場合(ステップS15:Yes)、ステップS16へ移行し、無線受信していない場合(ステップS15:No)、ステップS19へ移行する。
通信端末10のデータ変更部106は、受信部101により他の通信端末10からデータが無線受信された場合、その受信したデータのヘッダ部の制御ビットが、他の通信端末10の動作状態が節電状態でありデータの中継を要求している旨(図7の例では、ビット「01」(中継要求))(第1の情報)を示すか否かを判定する。受信したデータのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示す場合(ステップS16:Yes)、ステップS17へ移行し、中継要求を示さない場合(ステップS16:No)、データ変更部106は、受信されたデータは中継する必要がないと判断し、ステップS18へ移行する。ここで、データのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示す場合、後述するように、当該データは、動作状態が節電状態の他の通信端末10から無線受信されたデータであることを示す。
データ変更部106は、受信部101により他の通信端末10から無線受信されたデータの制御ビットを、当該データが中継された旨を示す情報(図7の例では、ビット「10」(中継済み))(第2の情報)に変更する。この場合、データ変更部106は、無線受信されたデータについて、制御ビット以外のヘッダ部の情報、およびペイロード部の情報は変更しない。これによって、同じデータが中継状態の通信端末10によって繰り返し中継されることを防ぐことができる。そして、送信部102は、通信端末10の動作状態が中継状態であり電力残量にも余裕があるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部106により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ20に対して再送信(中継して送信)する。これによって、節電状態の他の通信端末10から無線送信され、データレートが通常のデータレートよりも高くて到達性の低いデータが、中継状態の通信端末10によって中継されることにより、到達性の高い通常のデータレートで中継して送信されるため、通信品質の低下を抑制することができる。そして、ステップS19へ移行する。
通信端末10の強度取得部110は、受信部101により無線受信された他の通信端末10からのデータのヘッダ部の制御ビットが中継要求を示していない場合、当該データの送信元である他の通信端末10のアドレス(送信元アドレス)、および当該データの信号強度(受信電波強度)を取得する。そして、強度取得部110は、取得した送信元アドレスと、受信電波強度とを対応付けて、記憶部112に記憶させる。そして、ステップS19へ移行する。
タイマ部109により計測されている受信待機状態に移行してからの経過時間が所定時間(受信待機期間)に達した場合(ステップS19:Yes)、ステップS20へ移行し、経過時間が受信待機期間に達していない場合(ステップS19:No)、ステップS14へ戻る。
受信待機管理部107は、タイマ部109により計測されている受信待機状態に移行してからの経過時間が受信待機期間に達した場合、受信待機状態を解除する。そして、ステップS21へ移行する。
通信端末10の送信条件設定部111は、強度取得部110により取得された送信元アドレスおよび受信電波強度に基づいて、自身(通信端末10)の動作状態が節電状態である場合に、データを無線送信するときの送信条件を設定する。送信条件設定部111による送信条件の具体的な設定方法は、上述した通りである。そして、中継状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップS11から繰り返し実行される。
動作状態管理部105は、判定部104により電力残量Wが閾値Wt2以上、閾値Wt1(>Wt2)未満であると判定された場合、通信端末10の動作状態を通常状態に移行させる。そして、ステップS23へ移行する。
データ変更部106は、図7に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、通常状態で送信され、かつ、中継が不要である旨の情報(図7の例では、ビット「00」(通常状態送信または中継状態送信))に変更する。また、データ変更部106は、図7に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末10を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、送信部102は、通信端末10の動作状態が通常状態であるため、到達性の高い通常のデータレートで、データ変更部106により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ20に対して無線送信する。そして、ステップS24へ移行する。
通信端末10のスリープ管理部108は、送信部102によるデータの無線送信後、上述の中継状態における受信待機状態のようなデータの中継動作および送受信動作を行わないスリープ状態に移行させる。この場合、タイマ部109は、通信端末10がスリープ状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部109は、スリープ状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップS23における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップS25へ移行する。
スリープ管理部108は、タイマ部109により計測されているスリープ状態に移行してからの経過時間が所定時間に達した場合、スリープ状態を解除する。そして、通常状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップS11から繰り返し実行される。
動作状態管理部105は、判定部104により電力残量Wが閾値Wt2未満であると判定された場合、通信端末10の動作状態を節電状態に移行させる。そして、ステップS27へ移行する。
データ変更部106は、図7に示すように、ヘッダ部およびペイロード部で構成された無線送信しようとするデータのヘッダ部の制御ビットを、節電状態で送信され、かつ、中継を要求する旨の情報(図7の例では、ビット「01」(中継要求))に変更する。また、データ変更部106は、図7に示すように、無線送信しようとするデータのヘッダ部のシーケンス番号に、当該データの順番を規定する番号を割り当て、ヘッダ部の送信元アドレスに、通信端末10を一意に識別するためのアドレスを割り当て、さらに、ヘッダ部の宛先アドレスに、データの送信先を示すアドレスを割り当てる。そして、送信部102は、通信端末10の動作状態が節電状態であるため、到達性は低いがデータレートが通常のデータレートよりも高い状態で、データ変更部106により制御ビットが変更されたデータを、ゲートウェイ20に対して無線送信する。この場合、節電状態における送信部102による無線送信処理に要する時間は、通常のデータレートよりも高いデータレートであるため、中継状態および通常状態における無線送信処理に要する時間よりも短くなる。そして、ステップS28へ移行する。
通信端末10のスリープ管理部108は、送信部102によるデータの無線送信後、上述の中継状態における受信待機状態のようなデータの中継動作および送受信動作を行わないスリープ状態に移行させる。この場合、タイマ部109は、通信端末10がスリープ状態に移行されてからの経過時間の計測を開始する。なお、タイマ部109は、スリープ状態への移行後からの経過時間ではなく、ステップS27における無線送信処理の開始後からの経過時間の計測を行うものとしてもよい。そして、ステップS29へ移行する。
スリープ管理部108は、タイマ部109により計測されているスリープ状態に移行してからの経過時間が所定時間に達した場合、スリープ状態を解除する。そして、節電状態での一通りの動作を終了し、以降、ステップS11から繰り返し実行される。
図8は、実施形態に係る通信端末の通常状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。図9は、実施形態に係る通信端末の節電状態でのデータの送信時の通信経路を説明する図である。図8および図9を参照しながら、本実施形態に係る通信端末10の通常状態および節電状態でのデータの送信時の通信経路について説明する。
図11は、実施形態に係るゲートウェイのデータの受信時の重複確認処理の一例を示すフローチャートである。上述の図8および図9に示したように、通信端末10から無線送信されたデータについて、同じデータ(正確には、図7に示す制御ビット以外のデータが同じであるデータを示すが、以下、単に「同じデータ」と称するものとする)が、ゲートウェイ20によって無線受信される場合がある。例えば、図9において、ゲートウェイ20が通信可能範囲402内にある場合、通信端末10bから無線送信されたデータは、直接、ゲートウェイ20によって無線受信される場合と、通信端末10aを中継してゲートウェイ20によって無線受信される場合とがあり、この場合、ゲートウェイ20は同じデータを重複して受信することになる。また、通信可能範囲402内に、複数の中継状態の通信端末10が存在する場合、通信端末10bから無線送信されたデータは、1の中継状態の通信端末10により中継されてゲートウェイ20によって無線受信される場合と、他の中継状態の通信端末10により中継されてゲートウェイ20によって無線受信される場合とがあり、この場合も、ゲートウェイ20は同じデータを重複して受信することになる。このように重複して受信するような環境にある場合、ゲートウェイ20においては、既に受信したデータを重複して受信したデータを破棄する処理が必要となる。そこで、図11を参照しながら、本実施形態に係るゲートウェイ20のデータの受信時の重複確認処理について説明する。
ゲートウェイ20の受信部201は、通信端末10から無線送信されるデータを無線受信可能な状態となっている。受信部201により通信端末10からのデータを無線受信した場合(ステップS31:Yes)、ステップS32へ移行し、通信端末10からデータが無線受信されない場合(ステップS31:No)、受信部201は、データを無線受信するまで待機する。
ゲートウェイ20の判定部203は、受信部201により無線受信されたデータのヘッダ部の送信元アドレスおよびシーケンス番号(図7参照)を確認し、記憶部205に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号とそれぞれ同一であるか否かを判定することによって、無線受信されたデータが既に受信済みであるか否かを判定する。無線受信されたデータの送信元アドレスおよびシーケンス番号が、記憶部205に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号とそれぞれ同一である場合(すなわち、無線受信されたデータが既に受信済みである場合)(ステップS32:Yes)、ステップS33へ移行する。一方、無線受信されたデータの送信元アドレスおよびシーケンス番号が、記憶部205に記憶された送信元アドレスおよびシーケンス番号と少なくともいずれかが異なる場合(すなわち、無線受信されたデータが受信済みでない場合)(ステップS32:No)、ステップS34へ移行する。
ゲートウェイ20のデータ処理部204は、受信部201により無線受信されたデータが既に受信済みである場合、当該データを破棄する。そして、重複確認処理を終了する。
データ処理部204は、受信部201により無線受信されたデータが受信済みでない場合、以後、受信部201により無線受信されたデータが受信済みであるか否かを判定するために、記憶部205に、当該データの送信元アドレスおよびシーケンス番号を記憶させる。そして、ステップS35へ移行する。
データ処理部204は、受信部201により無線受信されたデータを受理する。具体的には、データ処理部204は、当該データを宛先アドレスに送信する必要があると判断し、当該データに対してプロトコル変換等の処理を行い、処理後のデータを、通信システム1内の無線通信ネットワーク外のネットワーク(インターネット等)に送信する。そして、重複確認処理を終了する。
10、10a〜10c 通信端末
20 ゲートウェイ
101 受信部
102 送信部
103 電力管理部
104 判定部
105 動作状態管理部
106 データ変更部
107 受信待機管理部
108 スリープ管理部
109 タイマ部
110 強度取得部
111 送信条件設定部
112 記憶部
201 受信部
202 送信部
203 判定部
204 データ処理部
205 記憶部
301 送信区間
302 スリープ区間
303 送信区間
304 スリープ区間
305 送信区間
306 受信待機区間
307 中継区間
401、402 通信可能範囲
411、412 通信可能範囲
500 電力管理ブロック
501 充電池
502 太陽電池
503 電力制御IC
504 内部バス
600 通信制御ブロック
601 MPU
602 RAM
603 フラッシュROM
604 通信モジュール
605 アンテナ
606 メインクロック
607 サブクロック
608 タイマ
609 内部バス
700 電力線
801 CPU
802 RAM
803 ROM
804 無線通信モジュール
805 アンテナ
806 ネットワークI/F
807 バス
Claims (12)
- 通信装置であって、
前記通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得部と、
前記通信装置のデータを無線送信する第1の送信部と、
前記取得部により取得された前記残量が第1の閾値より大きい場合、第1の動作条件により前記第1の送信部からデータが無線送信され、かつ、前記第1の送信部による無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第1の動作状態に切り替え、前記残量が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さい場合、前記第1の動作条件よりも消費電力が小さい第2の動作条件により前記第1の送信部からデータが無線送信され、無線送信される該データに対して中継を要求する第1の情報を含める第2の動作状態に切り替える第1の切替部と、
を備え、
前記第1の送信部は、前記通信装置が前記第1の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第1の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第1の動作条件によって中継して送信する通信装置。 - 前記第1の切替部により前記第1の動作状態に切り替えられている場合、他の通信装置から無線受信したデータの受信電波強度を取得する強度取得部と、
前記第1の切替部により前記第2の動作状態に切り替えられた場合における前記第2の動作条件を、前記強度取得部により取得された前記受信電波強度に基づいて設定する設定部と、
をさらに備えた請求項1に記載の通信装置。 - 前記設定部は、最低受信感度が、前記強度取得部により取得された前記受信電波強度のうち少なくともいずれかよりも小さくなるような拡散率によってデータを無線送信するような前記第2の動作条件に設定する請求項2に記載の通信装置。
- 前記第1の送信部は、前記通信装置が前記第2の動作状態である場合、前記第2の動作条件として、前記第1の動作条件のデータレートよりも高いデータレートでデータを送信する請求項1〜3のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記通信装置が前記第1の動作状態以外の状態である場合、前記第1の送信部による無線送信中以外では、データの送受信を行わないスリープ状態に切り替える第2の切替部を、さらに備えた請求項1〜4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記第1の切替部は、前記残量が前記第2の閾値より大きく前記第1の閾値より小さい場合、前記第1の動作条件により前記第1の送信部からデータが無線送信され、かつ、前記第1の送信部による無線送信中以外では前記第2の切替部により前記スリープ状態に切り替えられる第3の動作状態に切り替える請求項5に記載の通信装置。
- 前記通信装置が前記第2の動作状態である場合、
前記第1の送信部は、前記第2の動作条件として、前記第1の動作条件のデータレートよりも高いデータレートでデータを送信し、
前記第2の切替部は、前記スリープ状態とする期間を、前記第3の動作状態における前記スリープ状態の期間よりも長くする請求項6に記載の通信装置。 - 前記第1の送信部は、前記通信装置が前記第1の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第1の情報を含むデータを無線受信した場合、該第1の情報を、中継済みを示す第2の情報に置換して該データを中継する請求項1〜7のいずれか一項に記載の通信装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の通信装置と、
前記通信装置からデータを無線受信して、該データに含まれる宛先アドレスが示す装置で受信されるように、該データを送信する中継装置と、
を含む通信システム。 - 前記中継装置は、
前記通信装置からデータを受信する受信部と、
前記受信部によりデータが受信された場合、該データを一意に識別する識別情報に基づいて、該データと同一のデータが既に受信されたか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって、前記受信部により受信されたデータと同一のデータが既に受信されていると判定された場合、該受信部により受信されたデータを破棄する処理部と、
前記判定部によって、前記受信部により受信されたデータと同一のデータが受信されていないと判定された場合、該受信部により受信されたデータを、該データに含まれる宛先アドレスが示す装置で受信されるように送信する第2の送信部と、
を備えた請求項9に記載の通信システム。 - 通信装置の通信方法であって、
前記通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得ステップと、
取得した前記残量が第1の閾値より大きい場合、第1の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、かつ、データの無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第1の動作状態に切り替え、前記残量が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さい場合、前記第1の動作条件よりも消費電力が小さい第2の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、無線送信する該データに対して中継を要求する第1の情報を含める第2の動作状態に切り替える切替ステップと、
前記通信装置が前記第1の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第1の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第1の動作条件によって中継して送信する送信ステップと、
を有する通信方法。 - コンピュータに、
通信装置の動作に利用される電力を供給する電力供給部から供給される前記電力の残量を取得する取得ステップと、
取得した前記残量が第1の閾値より大きい場合、第1の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、かつ、データの無線送信中以外では他の通信装置からのデータを無線受信して中継するための受信待機状態となる第1の動作状態に切り替え、前記残量が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さい場合、前記第1の動作条件よりも消費電力が小さい第2の動作条件により前記通信装置のデータを無線送信し、無線送信する該データに対して中継を要求する第1の情報を含める第2の動作状態に切り替える切替ステップと、
前記通信装置が前記第1の動作状態のときに、前記受信待機状態中に前記他の通信装置から前記第1の情報を含むデータを無線受信した場合、該データを前記第1の動作条件によって中継して送信する送信ステップと、
を実行させるためのプログラム。
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