JP2019102841A - 無線通信端末および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線ネットワークの通信能力を有効に活用して、無線通信端末における無線フレームの滞留時間を短縮する。【解決手段】無線通信端末１は、定期的にビーコン信号を送信する。また、無線通信端末１は、無線フレームを送信する場合、送信対象の無線フレームの自無線通信端末１における滞留時間を計測する。そして、送信先の無線通信端末１からビーコン信号を受信した場合に、この計測した滞留時間を送信対象の無線フレームに含めて、この無線フレームを送信先の無線通信端末１に送信する。また、無線通信端末１は、無線フレームを受信した場合、この無線フレームに含まれている滞留時間に基づいてビーコン信号の送信タイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）に好適な無線通信技術に関する。

ネットワークを介して装置間で情報のやり取りを行うことにより、各装置が自律的な制御や動作を行うＭ２Ｍが普及している。Ｍ２Ｍの通信では、通信制御が単純であることが求められる。このため、Ｍ２Ｍの通信には、非同期の無線通信方式が採用されることが多い。非特許文献１には、無線通信端末の消費電力を低減することができる非同期の無線通信方式が開示されている。

非特許文献１において、各無線通信端末は、ビーコン信号送信、起動状態、および休止状態を周期的に繰り返す。そして、送信元の無線通信端末は、送信先の無線通信端末からビーコン信号を受信すると、送信先の無線通信端末に、この無線通信端末が休止状態に移行する前に無線フレームを送信する。一方、送信先の無線通信端末は、起動状態中に、送信元の無線通信端末から無線フレームを受信する。

Ｅｎ−Ｙｉ Ａ． Ｌｉｎ， Ｊａｎ Ｍ． Ｒａｂａｅｙ ａｎｄ Ａｄａｍ Ｗｏｌｉｓｚ， "Ｐｏｗｅｒ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｒｅｎｄｅｚ−ｖｏｕｓ Ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ Ｄｅｎｓｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｅｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ, ２００４

しかしながら、非特許文献１に記載の非同期の無線通信方式は、ツリー構造のトポロジの無線ネットワークにおいて各無線通信端末の無線フレームをコンセントレータ（ツリー構造の頂点に位置する無線通信端末）に集約するような利用形態、例えば、コンセントレータ以外の無線通信端末が、自無線通信端末に接続された電気、ガス、水道等の計器から取得した検針データを含む無線フレームを、無線ネットワークのツリー構造上、自無線通信端末の上流側に位置する無線通信端末を経由してコンセントレータに送信し、コンセントレータが、他の無線通信端末から受信した無線フレームに含まれている検針データを、コンセントレータに接続された検針データ収集装置に送信する検針データ収集システムに適用された場合、つぎのような問題がある。

すなわち、コンセントレータ以外の無線通信端末からコンセントレータへ送信される無線フレーム（以下、上り無線フレームという）と、コンセントレータからコンセントレータ以外の無線通信端末へ送信される無線フレーム（以下、下り無線フレームという）と、を比較した場合、上り無線フレームの通信量が圧倒的に多くなる。

しかし、非特許文献１に記載の非同期の無線通信方式は、ビーコン信号送信、起動状態、休止状態を周期的に繰り返すのみであり、送受信する無線フレームが上り無線フレームであるか、下り無線フレームであるかを考慮しない。このため、上り無線フレームに割り当てられる通信帯域が不足して、各無線通信端末における上り無線フレームの滞留時間が長くなる一方、下り無線フレームに通信帯域が過剰に割り当てられ、無線ネットワークの通信能力を有効に活用できない可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、無線ネットワークの通信能力を有効に活用して、無線通信端末における無線フレームの滞留時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明において、無線通信端末は、定期的にビーコン信号を送信する。また、無線フレームを送信する場合、この無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を計測する。そして、送信先の無線通信端末からビーコン信号を受信した場合、計測した滞留時間を送信対象の無線フレームに含めて、この無線フレームを送信先の無線通信端末に送信する。一方、無線フレームを受信した場合、この無線フレームに含まれている滞留時間に基づいてビーコン信号の送信タイミングを調整する。

例えば、本発明の無線通信端末は、
無線フレームを送受信する無線通信端末であって、
定期的にビーコン信号を送信するビーコン信号送信手段と、
送信対象の無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を計測する滞留時間計測手段と、
送信先の無線通信端末からビーコン信号を受信した場合に、前記送信対象の無線フレームに前記滞留時間計測手段により計測された滞留時間を含めて、当該無線フレームを前記送信先の無線通信端末に送信する無線フレーム送信手段と、
送信元の無線通信端末から無線フレームを受信した場合に、当該無線フレームに含まれている滞留時間に基づいて、前記ビーコン信号送信手段における前記ビーコン信号の送信タイミングを調整する送信タイミング調整手段と、を備えている。

また、本発明の無線通信方法は、
複数の無線通信端末間で無線フレームを送受信する無線通信方法であって、
前記複数の無線通信端末各々は、
定期的にビーコン信号を送信し、
前記無線フレームの送信元となる場合に、
前記無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を計測し、
送信先となる他の前記無線通信端末から前記ビーコン信号を受信した場合に、前記無線フレームに当該無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を含めて、当該無線フレームを前記送信先となる他の前記無線通信端末に送信し、
前記無線フレームの送信先となる場合に、
送信元となる他の前記無線通信端末から前記無線フレームを受信し、
当該無線フレームに含まれている滞留時間に基づいて、定期的に送信する前記ビーコン信号の送信タイミングを調整する。

本発明によれば、受信した無線フレームに含まれている滞留時間に基づいてビーコン信号の送信タイミングを調整するので、送信元における無線フレームの滞留時間が短くなるように、送信先のビーコン信号の送信タイミングを調整することができる。これにより、無線ネットワークの通信能力を有効に活用して、無線通信端末における無線フレームの滞留時間を短縮することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る無線ネットワークシステムの概略構成図である。 図２は、無線通信端末１の概略機能構成図である。 図３は、無線通信端末１の動作を説明するためのフロー図である。 図４は、図３に示す無線フレーム受信処理Ｓ２００を説明するためのフロー図である。 図５は、図３に示す無線フレーム送信処理Ｓ３００を説明するためのフロー図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る無線ネットワークシステムにおける無線フレームのやり取りの一例を表すタイミング図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る無線ネットワークシステムにおける無線フレームのやり取りの一例を表すタイミング図であり、図６の続きである。

以下に、本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る無線ネットワークシステムの概略構成図である。

図示するように、本実施の形態に係る無線ネットワークシステムは、ツリー構造のトポロジを構成する複数の無線通信端末１−１〜１−６（以下、単に無線通信端末１とも称する）を備えている。

ツリー構造の頂点に位置する無線通信端末１（以下、コンセントレータとも称する）を除く各無線通信端末１は、家庭、施設等の各所に設置され、自無線通信端末１に接続されている電気、ガス、水道等の計器２から取得した検針データを含む無線フレーム、およびツリー構造上、自無線通信端末１の一つ下流側に位置する無線通信端末１から受信した無線フレームを、自無線通信端末１の一つ上流側に位置する無線通信端末１に送信する。コンセントレータとして機能する無線通信端末１は、ツリー構造上、自無線通信端末１の一つ下流側に位置する無線通信端末１から受信した無線フレームに含まれている検針データを、自無線通信端末１に接続された収集サーバ３に送信する。

なお、図１では、ツリー構造上、無線通信端末１−１が頂点に位置してコンセントレータとして機能し、その一つ下流側に無線通信端末１−２、１−３が位置している。また、無線通信端末１−２の一つ下流側には無線通信端末１−４、１−５が位置する一方、無線通信端末１−３の一つ下流側には無線通信端末１−６が位置している。

図２は、無線通信端末１の概略機能構成図である。

図示するように、無線通信端末１は、無線インターフェース部１０と、機器インターフェース部１１と、カウンタ部１２と、ビーコン信号送信部１３と、送信フレームバッファ部１４と、滞留時間計測部１５と、無線フレーム送信部１６と、無線フレーム受信部１７と、主制御部１８と、を備えている。

無線インターフェース部１０は、非同期の無線通信方式により他の無線通信端末１と無線通信するためのインターフェースである。

機器インターフェース部１１は、コンセントレータとして機能する無線通信端末１−１以外の無線通信端末１−２〜１−６では、計器２を接続するためのインターフェースであり、コンセントレータとして機能する無線通信端末１−１では、収集サーバ３と通信するためのインターフェースである。

カウンタ部１２は、所定のタイムスロット（例えば２００ｍｓ）の経過を計測し、このタイムスロットの経過を検出する毎に、タイムスロット番号のカウント値を一つインクリメントする。そして、タイムスロット番号のカウント値が、後述のビーコン信号送信周期を構成する複数のタイムスロットにおける最大タイムスロット番号を超えたならば、タイムスロット番号のカウント値を初期値にリセットしてカウントを継続する。

ビーコン信号送信部１３は、主制御部１８の指示に従い、カウンタ部１２で計測されたタイムスロット番号のカウント値がビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号に到達したタイミングで無線インターフェース部１０からビーコン信号を送信する。これにより、ビーコン信号は、所定のビーコン信号送信周期毎に無線インターフェース部１０から送信される。

送信フレームバッファ部１４には送信対象の無線フレームがバッファリングされる。

滞留時間計測部１５は、カウンタ部１２を参照し、送信対象の無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされてからのタイムスロット番号のカウント値インクリメント数を、送信フレームバッファ部１４におけるこの無線フレームの滞留時間として計測する。

無線フレーム送信部１６は、無線インターフェース部１０を介して、送信フレームバッファ部１４にバッファリングされている無線フレームの送信先の無線通信端末１からビーコン信号を受信した場合に、送信先の無線通信端末１が起動状態から休止状態に移行する前に、この無線フレームを無線インターフェース部１０から送信する。

ここで、送信フレームバッファ部１４にバッファリングされている無線フレームが上り無線フレーム（ツリー構造上、自無線通信端末１の上流側に位置する他の無線通信端末１を送信先とする無線フレーム）である場合、無線フレーム送信部１６は、この無線フレームに、滞留時間計測部１５で計測されたこの無線フレームの滞留時間を付加して送信する。一方、送信フレームバッファ部１４にバッファリングされている無線フレームが下り無線フレーム（ツリー構造上、自無線通信端末１の下流側に位置する他の無線通信端末１を送信先とする無線フレーム）である場合、無線フレーム送信部１６は、この無線フレームに滞留時間「０」を付加して送信する。

無線フレーム受信部１７は、無線インターフェース部１０を介して、自無線通信端末１を送信先とする無線フレームを他の無線通信端末１から受信し、この無線フレームに格納されているデータパケットおよび滞留時間を抽出する。

主制御部１８は、無線通信の起動状態、休止状態を制御するとともに、無線通信端末１の各部を統括的に制御する。

また、主制御部１８は、機器インターフェース部１１に計器２が接続されている場合、この計器２から取得した検針データを含み、収集サーバ３を送信先とするデータパケットを格納した上り無線フレームを生成して送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。また、機器インターフェース部１１に収集サーバ３が接続されている場合、収集サーバ３より受信した制御データを含み、この制御データとともに収集サーバ３より指定された計器２を送信先とするデータパケットを格納した下り無線フレームを生成して送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。

また、主制御部１８は、無線フレーム受信部１７により自無線通信端末１宛ての無線フレームから抽出されたデータパケットの送信先が収集サーバ３である場合、機器インターフェース部１１に収集サーバ３が接続されているならば、このデータパケットを機器インターフェース部１１から収集サーバ３に送信し、機器インターフェース部１１に計器２が接続されているならば、このデータパケットを格納した上り無線フレームを生成して送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。また、無線フレーム受信部１７により自無線通信端末１宛ての無線フレームから抽出されたデータパケットの送信先が計器２である場合、送信先の計器２が機器インターフェース部１１に接続されているならば、このデータパケットを機器インターフェース部１１から送信先の計器２に送信し、送信先の計器２が機器インターフェース部１１に接続されていないならば、このデータパケットを格納した下り無線フレームを生成して送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。

また、主制御部１８は、無線フレーム受信部１７により自無線通信端末１宛ての無線フレームから抽出された滞留時間に基づいて、ビーコン信号送信部１３のビーコン信号送信タイミングを規定するビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を変更する。

図３は、無線通信端末１の動作を説明するためのフロー図である。

このフローは、無線通信端末１に電源が投入されることにより開始される。

まず、主制御部１８は、機器インターフェース部１１およびカウンタ部１２を除く各部１０、１３〜１７を停止して、自無線通信端末１の無線通信を休止状態に移行する（Ｓ１００）。それから、主制御部１８は、カウンタ部１２のカウント値を初期値にリセットして（Ｓ１０１）、カウンタ部１２にタイムスロットのカウントを開始させる（Ｓ１０２）。これより、カウンタ部１２は、所定のタイムスロット（例えば２００ｍｓ）の経過を計測し、このタイムスロットの経過を検出する毎に、タイムスロット番号のカウント値を一つインクリメントする。そして、タイムスロット番号のカウント値が、ビーコン信号送信周期を構成する複数のタイムスロットにおける最大タイムスロット番号を超えたならば、タイムスロット番号のカウント値を初期値にリセットしてカウントを継続する。

つぎに、主制御部１８は、カウンタ部１２のカウント値がビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号に到達したならば（Ｓ１０３でＹＥＳ）、停止中の各部１０、１３〜１７を起動して、自無線通信端末１の無線通信を起動状態に移行する（Ｓ１０４）。それから、ビーコン信号送信部１３にビーコン信号の送信を指示する。これを受けて、ビーコン信号送信部１３は、無線インターフェース部１０からビーコン信号を送信する（Ｓ１０５）。これにより、ビーコン信号が所定のビーコン信号送信周期毎に無線インターフェース部１０から送信される。また、主制御部１８は、無線インターフェース部１０を介して他の無線通信端末１からビーコン信号を受信したときのカウンタ部１２のカウント値をビーコン信号受信スロットのタイムスロット番号として登録する処理を開始する（Ｓ１０６）。

つぎに、自無線通信端末１の無線通信の起動状態において、無線フレーム受信部１７は、無線インターフェース部１０を介して、自無線通信端末１を送信先とする無線フレームを他の無線通信端末１から受信すると（Ｓ１０７でＹＥＳ）、後述の無線フレーム受信処理を実施する（Ｓ２００）。

また、自無線通信端末１の無線通信の起動状態において、主制御部１８は、他の無線通信端末１を送信先とする送信用の無線フレームを作成すると（Ｓ１０８でＹＥＳ）、後述の無線フレーム送信処理を実施する（Ｓ３００）。なお、送信用の無線フレームには、機器インターフェース部１１を介して自無線通信端末１に接続されている計器２から取得した検針データを含み、収集サーバ３を送信先とするデータパケット、機器インターフェース部１１を介して自無線通信端末１に接続されている収集サーバ３から受け取った制御データを含み、他の無線通信端末１に接続されている計器２を送信先とするデータパケット、あるいは、無線フレーム受信部１７により自無線通信端末１宛ての無線フレームから抽出され、収集サーバ３または他の無線通信端末１に接続されている計器２を送信先とするデータパケットが格納される。

また、自無線通信端末１の無線通信の起動状態において、主制御部１８は、カウンタ部１２のカウント値が休止状態移行スロットのタイムスロット番号に到達すると（Ｓ１０９でＹＥＳ）、機器インターフェース部１１およびカウンタ部１２を除く各部１０、１３〜１７を停止して、自無線通信端末１の無線通信を休止状態に移行する（Ｓ１１０）。ここで、休止状態移行スロットのタイムスロット番号は、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号に、所望の起動状態継続時間に相当するタイムスロット数を加算した値（この値が最大タイムスロット番号より大きいならば、この値から最大タイムスロット番号＋１を減算した値をタイムスロット番号の初期値に加算した値）に設定される。

図４は、図３に示す無線フレーム受信処理Ｓ２００を説明するためのフロー図である。

まず、無線フレーム受信部１７は、無線インターフェース部１０を介して他の無線通信端末１より受信した自無線通信端末１宛ての無線フレームから滞留時間を抽出する（Ｓ２０１）。そして、抽出した滞留時間を主制御部１８に渡す。

これを受けて、主制御部１８は、無線フレーム受信部１７から受け取った滞留時間が「０」であるならば（Ｓ２０２でＹＥＳ）、Ｓ２０５に進む。

一方、主制御部１８は、無線フレーム受信部１７から受け取った滞留時間が「０」以外の自然数であるならば（Ｓ２０２でＮＯ）、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号から滞留時間（滞留時間に相当するタイムスロット数）を減算して、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を変更する（Ｓ２０３）。

ここで、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号から滞留時間を減算した値がタイムスロット番号の初期値より小さいならば、この減算値と初期値との差分を最大タイムスロット番号＋１から減算して、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を変更する。

ただし、変更後のビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号が登録済みのビーコン信号受信スロットのタイムスロット番号のいずれかと重複する場合には、これら登録済みのビーコン信号受信スロットのタイムスロット番号のいずれとも重複しなくなるまで、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号をインクリメントすることにより、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を変更する。

それから、主制御部１８は、変更後のビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号に、所望の起動状態継続時間に相当するタイムスロット数を加算して、休止状態移行スロットのタイムスロット番号を変更する（Ｓ２０４）。

ここで、休止状態移行スロットのタイムスロット番号に所望の起動状態継続時間に相当するタイムスロット数を加算した値が最大タイムスロット番号より大きいならば、この値から最大タイムスロット番号＋１を減算した値をタイムスロット番号の初期値に加算して、休止状態移行スロットのタイムスロット番号を変更する。それから、Ｓ２０５に進む。

Ｓ２０５において、無線フレーム受信部１７は、無線インターフェース部１０を介して他の無線通信端末１より受信した自無線通信端末１宛ての無線フレームからデータパケットを抽出する。そして、抽出したデータパケットを主制御部１８に渡す。

これを受けて、主制御部１８は、無線フレーム受信部１７から受け取ったデータパケットの送信先を解析する（Ｓ２０６）。そして、データパケットの送信先が機器インターフェース部１１を介して自無線通信端末１に接続されている機器（計器２あるいは収集サーバ３）であるならば（Ｓ２０６で「接続機器」）、主制御部１８は、機器インターフェース部１１を介して自無線通信端末１に接続されている機器に、このデータパケットを送信する（Ｓ２０７）。

一方、データパケットの送信先が機器インターフェース部１１を介して自無線通信端末１に接続されている機器以外の機器（他の無線通信端末１に接続されている機器）であるならば（Ｓ２０６で「接続機器以外」）、主制御部１８は、このデータパケットを格納し、他の無線通信端末１を送信先とする送信用の無線フレームを作成する（Ｓ２０８）。ここで、無線フレームの送信先は、データパケットの送信先が収集サーバ３であるならば、ツリー構造上、自無線通信端末１より一つ上流側に位置する無線通信端末１とし、データパケットの送信先が計器２であるならば、ツリー構造上、自無線通信端末１より一つ下流側に位置する無線通信端末１とする。

図５は、図３に示す無線フレーム送信処理Ｓ３００を説明するためのフロー図である。

まず、主制御部１８は、送信対象の無線フレームを送信フレームバッファ部１４にバッファリングする（Ｓ３０１）。これを受けて、滞留時間計測部１５は、カウンタ部１２を参照し、送信対象の無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされてからのタイムスロット番号のカウント値のインクリメント数を、送信フレームバッファ部１４におけるこの無線フレームの滞留時間として計測する（Ｓ３０２）。

つぎに、主制御部１８は、無線インターフェース部１０が、送信対象の無線フレームの送信先である他の無線通信端末１のビーコン信号を受信するのを待つ（Ｓ３０３）。そして、送信対象の無線フレームの送信先である他の無線通信端末１のビーコン信号を受信したならば（Ｓ３０３でＹＥＳ）、送信フレームバッファ部１４に送信対象の無線フレームの出力を指示する。これを受けて、送信フレームバッファ部１４は、送信対象の無線フレームを無線フレーム送信部１６に出力する。

つぎに、無線フレーム送信部１６は、送信フレームバッファ部１４から送信対象の無線フレームを受け取ると、この無線フレームが上り無線フレーム、すなわち、ツリー構造上、自無線通信端末１より一つ上流側に位置する無線通信端末１を送信先とする無線フレームであるか否かを判断する（Ｓ３０４）。

送信対象の無線フレームが上り無線フレームである場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、無線フレーム送信部１６は、送信対象の無線フレームに、滞留時間として滞留時間計測部１５の計測値を追加し（Ｓ３０５）、この無線フレームを無線インターフェース部１０から送信する（Ｓ３０７）。

一方、送信対象の無線フレームが下り無線フレームである場合（Ｓ３０４でＮＯ）、無線フレーム送信部１６は、送信対象の無線フレームに滞留時間「０」を追加して（Ｓ３０６）、この無線フレームを無線インターフェース部１０から送信する（Ｓ３０７）。

図６および図７は、本実施の形態に係る無線ネットワークシステムにおける無線フレームのやり取りの一例を表すタイミング図である。

ここでは、無線通信端末１−１、１−３、１−６間における無線フレームのやり取りを例示している。図において、符号１００〜１０２は、それぞれ、無線通信端末１−１、１−３、１−６における無線フレームの送受信タイミングであり、いずれも時間経過をタイムスロットで表している。また、無線通信端末１のビーコン信号送信周期を１０個のタイムスロットで構成している。

まず、無線通信端末１−６のビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「１」とする。無線通信端末１−６において、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「２」）で収集サーバ３宛てのデータパケットが格納され、自無線通信端末１−６より一つ上流側に位置する無線通信端末１−３を送信先とする無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたものとする。無線通信端末１−６は、無線通信端末１−３のビーコン信号を受信するまで、無線フレームを送信フレームバッファ部１４に滞留させる。ここで、タイムスロット番号「４」のタイムスロットのときに、無線通信端末１−３がＳ１１で送信するビーコン信号を受信したものとする。これを受けて、無線通信端末１−６は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「５」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「２」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１０）。

無線通信端末１−３の当初のビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「２」とする。無線通信端末１−３は、ビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「２」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「３」）において、無線通信端末１−６がＳ１０で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットが格納され、自無線通信端末１−３より一つ上流側に位置する無線通信端末１−１を送信先とする無線フレームを、送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。その後、無線通信端末１−３は、無線通信端末１−１のビーコン信号を受信するまで無線フレームを送信フレームバッファ部１４に滞留させるとともに、この無線フレームに付加されている滞留時間（タイムスロット数「２」）に基づいてビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「２」から「０」に変更する。

ここで、タイムスロット番号「６」のタイムスロットのときに、無線通信端末１−１がビーコン信号を受信したものとする。これを受けて、無線通信端末１−３は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「７」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「３」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１１）。

無線通信端末１−１の当初のビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「９」とする。無線通信端末１−１は、ビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「９」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「０」）において、無線通信端末１−３がＳ１１で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットを、自無線通信端末１−１に接続されている収集サーバ３に送信する。また、この無線フレームに付加されている滞留時間（タイムスロット数「３」）に基づいて、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「９」から「６」に変更する（Ｓ１２）。

以上のＳ１０〜Ｓ１２により、無線通信端末１−３の送信フレームバッファ部１４にバッファリングされた無線フレームが無線通信端末１−１に送られ、それまでに要したタイムスロット数は「８」である。

つぎに、無線通信端末１−６において、ビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「１」）の次のタイムスロット（タイムスロット番号「２」）で収集サーバ３宛てのデータパケットが格納され、自無線通信端末１−６より一つ上流側に位置する無線通信端末１−３を送信先とする無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたものとする。

ここで、無線通信端末１−３のビーコン信号送信スロットが変更されたことにより、無線通信端末１−６は、無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたタイムスロット（タイムスロット番号「２」）のときに、無線通信端末１−３が送信するビーコン信号を受信する。これを受けて、無線通信端末１−６は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「３」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「０」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１３）。

無線通信端末１−３は、変更されたビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「０」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「１」）において、無線通信端末１−６がＳ１３で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットが格納され、自無線通信端末１−３より一つ上流側に位置する無線通信端末１−１を送信先とする無線フレームを、送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。その後、無線通信端末１−３は、無線通信端末１−１のビーコン信号を受信するまで、無線フレームを送信フレームバッファ部１４に滞留させる。また、この無線フレームに付加されている滞留時間がタイムスロット数「０」なので、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号は、変更されずに「０」のままとなる。

ここで、タイムスロット番号「３」のタイムスロットのときに、無線通信端末１−１が送信するビーコン信号を受信したものとする。これを受けて、無線通信端末１−３は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「４」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「２」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１４）。

つぎに、無線通信端末１−１は、変更されたビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「６」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「７」）において、無線通信端末１−３がＳ１４で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットを、自無線通信端末１−１に接続されている収集サーバ３に送信する。また、この無線フレームに付加されている滞留時間（タイムスロット数「２」）に基づいて、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を「６」から「４」に変更する（Ｓ１５）。

以上のＳ１３〜Ｓ１５により、無線通信端末１−３の送信フレームバッファ部１４にバッファリングされた無線フレームが無線通信端末１−１によって受信され、それまでに要したタイムスロット数は「５」である。

つぎに、無線通信端末１−６において、ビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「１」）の次のタイムスロット（タイムスロット番号「２」）で収集サーバ３宛てのデータパケットが格納され、自無線通信端末１−６より一つ上流側に位置する無線通信端末１−３を送信先とする無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたものとする。

ここで、無線通信端末１−６は、無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたタイムスロット（タイムスロット番号「２」）のときに、無線通信端末１−３が送信するビーコン信号を受信する。これを受けて、無線通信端末１−６は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「３」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「０」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１６）。

無線通信端末１−３は、変更されたビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「０」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「１」）において、無線通信端末１−６がＳ１６で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットが格納され、自無線通信端末１−３より一つ上流側に位置する無線通信端末１−１を送信先とする無線フレームを、送信フレームバッファ部１４にバッファリングする。また、この無線フレームに付加されている滞留時間がタイムスロット数「０」なので、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号は、変更されずに「０」のままとなる。

ここで、無線通信端末１−１のビーコン信号送信スロットが変更されたことにより、無線通信端末１−３は、無線フレームが送信フレームバッファ部１４にバッファリングされたタイムスロット（タイムスロット番号「１」）のときに、無線通信端末１−１が送信するビーコン信号を受信する。これを受けて、無線通信端末１−３は、次のタイムスロット（タイムスロット番号「２」）において、無線フレームに、この無線フレームの送信フレームバッファ部１４における滞留時間（タイムスロット数「０」）を付加して、この無線フレームを送信する（Ｓ１７）。

つぎに、無線通信端末１−１は、変更されたビーコン信号送信スロット（タイムスロット番号「４」）でビーコン信号を送信し、ビーコン信号送信スロットの次のタイムスロット（タイムスロット番号「５」）において、無線通信端末１−３がＳ１７で送信した上述の無線フレームを受信する。そして、この無線フレームに格納されているデータパケットが収集サーバ３宛てなので、このデータパケットを、自無線通信端末１−１に接続されている収集サーバ３に送信する。また、この無線フレームに付加されている滞留時間がタイムスロット数「０」なので、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号は、変更されずに「４」のままとなる。

以上のＳ１６〜Ｓ１８により、無線通信端末１−３の送信フレームバッファ部１４にバッファリングされた無線フレームが無線通信端末１−１によって受信され、それまでに要したタイムスロット数は「３」である。

これにより、無線通信端末１−３の送信フレームバッファ部１４にバッファリングされた無線フレームが無線通信端末１−１によって受信されるまでに要するタイムスロット数が「８」から「３」に短縮され、その後、このタイムスロット数は、「３」で安定する（Ｓ１９〜Ｓ２１）。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態において、無線通信端末１は、定期的にビーコン信号を送信する。具体的には、複数のタイムスロットで構成されるビーコン送信周期毎に、ビーコン信号送信スロットが到来したタイミングでビーコン信号を送信する。また、無線通信端末１は、無線フレームを送信する場合、送信対象の無線フレームの自無線通信端末１における滞留時間を計測する。具体的には、送信対象の無線フレームの自無線通信端末１における滞留時間をタイムスロット単位で計測する。そして、送信先の無線通信端末１からビーコン信号を受信すると、計測した滞留時間を送信対象の無線フレームに含めて、この無線フレームを送信先の無線通信端末１に送信する。また、無線通信端末１は、無線フレームを受信した場合、この無線フレームに含まれている滞留時間に基づいて、ビーコン信号の送信タイミングを調整する。具体的にはビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を、受信した無線フレームに含まれている滞留時間が示すタイムスロット数分だけ前倒しする。

このため、本実施の形態によれば、送信元における無線フレームの滞留時間が短くなるように、送信先のビーコン信号の送信タイミングを調整することができ、これにより、無線ネットワークの通信能力を有効に活用して、無線通信端末１における無線フレームの滞留時間を短縮することができる。

また、本実施の形態において、無線通信端末１は、他の複数の無線通信端末１とともに、ツリー構造のトポロジの無線ネットワークシステムを構成しており、ツリー構造上、送信先の無線通信端末１が自無線通信端末１の一つ上流側に位置する場合に、送信対象の無線フレームの自無線通信端末１における滞留時間の計測結果をこの無線フレームに含めて、送信先の無線通信端末１に送信している。

このため、ツリー構造のトポロジの無線ネットワークにおいて、下り無線フレームに過剰に割り当てられている通信帯域の一部を上り無線フレームに割り当てて、上り無線フレームの通信帯域が不足するのを防止することができ、これにより、無線ネットワークの通信能力を有効に活用することができる。

また、本実施の形態において、無線通信端末１は、原則として、ビーコン信号送信スロットから休止状態移行スロットまでを起動状態とし、休止状態移行スロットの次のタイムスロットからビーコン信号送信スロットの一つ前のスロットまでを休止状態としている。また、無線通信端末１は、送信先の無線通信端末１からビーコン信号を受信した場合に、送信先の無線通信端末１が起動状態から休止状態に移行する前に、送信対象の無線フレームを送信先の無線通信端末に送信する。これにより、無線通信に与える影響を抑制しつつ、無線ネッワークシステムの省電力化を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態において、無線通信端末１は、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号の変更後、所定時間を経過するまでは、新たに受信した無線フレームに滞留時間の計測値が付加されている場合でも、この滞留時間の計測値に基づいてビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号を変更する処理を実施しないようにしてもよい。このようにすることにより、ビーコン信号送信スロットのタイムスロット番号が頻繁に変更され、無線フレームの伝送タイミングが頻繁に切り替わって、無線ネットワークが不安定になるのを防止することができる。

また、上記の実施の形態において、図２に示す無線通信端末１の機能構成は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積ロジックＩＣによりハード的に実現されるものでもよいし、あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの計算機によりソフトウエア的に実現されるものでもよい。または、ＣＰＵ、メモリ、ＨＤＤ等の補助記憶装置、およびモデム、無線アダプタ等の通信インターフェースを備えたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の汎用コンピュータにおいて、ＣＰＵが所定のプログラムを補助記憶装置からメモリ上にロードして実行することにより実現されるものでもよい。

１，１−１〜１−６：無線通信端末 ２：計器 ３：収集サーバ １０：無線インターフェース部 １１：機器インターフェース部 １２：カウンタ部 １３：ビーコン信号送信部 １４：送信フレームバッファ部 １５：滞留時間計測部 １６：無線フレーム送信部 １７：無線フレーム受信部 １８：主制御部

Claims (5)

1. 無線フレームを送受信する無線通信端末であって、
   定期的にビーコン信号を送信するビーコン信号送信手段と、
   送信対象の無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を計測する滞留時間計測手段と、
   送信先の無線通信端末からビーコン信号を受信した場合に、前記送信対象の無線フレームに前記滞留時間計測手段により計測された滞留時間を含めて、当該無線フレームを前記送信先の無線通信端末に送信する無線フレーム送信手段と、
   送信元の無線通信端末から無線フレームを受信した場合に、当該無線フレームに含まれている滞留時間に基づいて、前記ビーコン信号送信手段における前記ビーコン信号の送信タイミングを調整する送信タイミング調整手段と、を備えている
   ことを特徴とする無線通信端末。
2. 請求項１に記載の無線通信端末であって、
   前記ビーコン信号送信手段は、
   複数のタイムスロットで構成される周期毎に、前記複数のタイムスロットのうちの一つであるビーコン信号送信スロットが到来したタイミングで前記ビーコン信号を送信し、
   前記滞留時間計測手段は、
   前記送信対象の無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を前記タイムスロット単位で計測し、
   前記送信タイミング調整手段は、
   前記ビーコン信号送信スロットの位置を、受信した前記無線フレームに含まれている滞留時間が示すタイムスロット数分だけ前倒しする
   ことを特徴とする無線通信端末。
3. 請求項１または２に記載の無線通信端末であって、
   前記無線通信端末は、
   他の複数の無線通信端末とともに、ツリー構造のトポロジの無線ネットワークを構成しており、
   前記無線フレーム送信手段は、
   前記無線ネットワークのツリー構造上、前記送信先の無線通信端末が自無線通信端末の上流側に位置する場合に、前記送信対象の無線フレームに前記滞留時間計測手段により計測された滞留時間を含めて、当該無線フレームを前記送信先の無線通信端末に送信する
   ことを特徴とする無線通信端末。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信端末であって、
   自無線通信端末の状態を、前記ビーコン信号送信手段による前記ビーコン信号の送信タイミングから、次の前記ビーコン信号の送信タイミングよりも前に到来する所定のタイミングまでを起動状態とし、前記所定のタイミングから次の前記ビーコン信号の送信タイミングまでを休止状態とする状態制御手段をさらに有し、
   前記無線フレーム送信手段は、
   前記送信先の無線通信端末から前記ビーコン信号を受信した場合に、前記送信先の無線通信端末が前記起動状態から前記休止状態に移行する前に、前記送信対象の無線フレームを前記送信先の無線通信端末に送信する
   ことを特徴とする無線通信端末。
5. 複数の無線通信端末間で無線フレームを送受信する無線通信方法であって、
   前記複数の無線通信端末各々は、
   定期的にビーコン信号を送信し、
   前記無線フレームの送信元となる場合に、
   前記無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を計測し、
   送信先となる他の前記無線通信端末から前記ビーコン信号を受信した場合に、前記無線フレームに当該無線フレームの自無線通信端末における滞留時間を含めて、当該無線フレームを前記送信先となる他の前記無線通信端末に送信し、
   前記無線フレームの送信先となる場合に、
   送信元となる他の前記無線通信端末から前記無線フレームを受信し、
   当該無線フレームに含まれている滞留時間に基づいて、定期的に送信する前記ビーコン信号の送信タイミングを調整する
   ことを特徴とする無線通信方法。
   

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