JP4216697B2

JP4216697B2 - 無線中継方法および装置

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Publication number: JP4216697B2
Application number: JP2003395179A
Authority: JP
Inventors: 卓真西村; 俊司稲田; 久幸丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: JP2005159709A

Description

本発明は、同一無線チャネルでの無線中継方法および装置に関する。

従来の無線中継装置はGPS人工衛星から受信するGPS信号をベースとして、監視センターとデータ送受信を行なっている。特許文献１には複数の車載装置のそれぞれに、時刻をずらして位置情報発報時刻を設定することで、各車載装置から送信されるデータの衝突発生を回避する移動体管理装置が開示されている。

特開平10−63997号公報（段落００２０−００２４、図１、図３）

上記の従来技術では、各無線中継装置が無線伝送を行なっているとき、新たに無線中継装置を増設または停止させた場合に、通常の無線通信を継続して行うことについての考慮がない。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、無線中継装置が無線伝送を行なっているとき、伝送フレームを中断させること無く無線中継装置の増減を可能にする無線中継方法および装置を提供することにある。また、各無線中継装置が一致したデータを周期的に共有することができる無線中継装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、無線通信を行う各無線中継装置が一致した時刻情報を有し、無線伝送フレームの送信割り当て時間を無線中継装置毎に排他的に設けて無線伝送フレームを送受信する無線中継方法において、各無線中継装置が送受信を継続しているときに、無線中継装置の増設／停止の必要から各無線中継装置の送信割り当て時間を変更する場合、各無線中継装置の変更後の送信割り当て時間とその変更を適用する変更時刻を各無線中継装置に通知し、前記変更時刻に到達した時に前記送信割り当て時間の変更を行うことを特徴とする。

また、前記無線中継装置の送信周期を、無線通信を行う全ての無線中継装置の送信割り当て時間の総和として設定するとともに、各無線中継装置の送信周期が一定になるように前記送信割り当て時間を設定することを特徴とする
これによれば、送信割り当て時間の変更を適用する時刻を、あらかじめ無線通信を行う全ての無線中継装置に通知してから、送信割り当て時間の変更を行うことで、通常の無線通信を維持し、無線中継装置の送信周期を一定に保ったまま通信を行う無線中継装置の装置数を増減できる。

本発明の無線通信装置は、無線通信を行う各無線中継装置が一致した時刻情報を有し、無線伝送フレームの送信割り当て時間を無線中継装置毎に排他的に設けて無線伝送フレームを送受信するものにおいて、前記送信割り当て時間の変更を通知する無線中継装置は、時分割変更要求フレームの送信と、時分割変更要求フレームの応答である時分割変更許可フレームの受信と、による応答確認を全ての無線中継装置に対して行い、各無線中継装置の送信割り当て時間を前記時分割変更要求フレームに含まれる時分割変更時刻になると更新することを特徴とする。

また、増設する無線中継装置は、起動後に無線伝送フレームの受信のみ行い、送信元アドレスと送信割り当て時間を認識し、既に起動している無線中継装置が送信する増設局起動フレームを受信すると、増設局起動フレームに含まれる自局の運用開始時刻にて無線伝送フレームの送受信を開始することを特徴とする。

また、無線通信を停止する無線中継装置は、他の無線中継装置から送信された運用停止フレームを受信すると、運用停止フレームに含まれる停止時刻にて無線伝送フレームの送受信を停止することを特徴とする。

さらに、無線伝送フレームの宛先がブロードキャストアドレスである共通情報伝送フレームを受信すると、共通情報伝送フレームのデータ部を自無線中継装置の記憶部に格納して、無線通信を行う全ての無線中継装置と周期的に一致したデータを共有することを特徴とする。

これにより、無線通信を行う全ての無線中継装置の送信割り当て時間の変更を同期させ、無線中継装置間の無線通信を維持しつつ送信割り当て時間の効率化を図ることができる。また、無線通信を行う全ての無線中継装置が一致したデータを共有することができる。

本発明の無線探索システムは、無線中継装置を備える複数の自走探索局を用いて目標物を探索するシステムにおいて、共通情報伝送フレームのデータ部を自装置の記憶部に転写する無線中継装置と、自走のための動力手段と、目標物を検出する探索センサと、探索対象エリアの記憶手段と、前記無線中継装置により無線通信を行う全ての無線中継装置が共有する探索状況データの記憶手段とを有し、既に探索を終えた位置座標のデータと、発見した目標物の座標のデータとを含む探索状況データを、所定の周期以内に全ての自走探索局が共有することを特徴とする。

本発明によれば、送信割り当て時間の変更を適用する時刻をあらかじめ無線通信を行う全ての無線中継装置に通知してから、送信割り当て時間の変更を行う。これにより、通常の無線伝送フレームの送受信を停止させることなく、無線通信を行う無線中継装置を増設または停止できる効果がある。また、自局の送信割り当て時間以外の時刻は送信を停止して受信のみ行い、各無線中継装置が一致したデータを共有するための識別子がついた無線伝送フレームをブロードキャストするので、各無線中継装置が一致したデータを共有できる効果がある。

本発明の第一の実施例を図１〜図５により説明する。図１は無線中継装置のブロック図を示す。ここでの無線中継装置は同一チャネルでの半二重無線通信を行う。

線中継装置100と無線中継装置200と無線中継装置300は同一の構成である。無線中継装置100と無線中継装置200と無線中継装置300は、接続装置からのデータと無線からのデータを中継し、接続装置170と接続装置270接続装置370の間の通信を行う。

無線中継装置100は、無線中継装置200と一致した時刻をＧＰＳ衛星90から受信するGPS受信部110と、内部時計111を有している。さらに無線からのデータを送受信する無線インタフェース部112、有線からのデータを送受信する有線インタフェース部124、無線インタフェース部112と有線インタフェース部124を制御する制御部123を有している。

接続装置170から接続装置270へ送信されるデータは、有線インタフェース部124へ送出される。無線中継装置100の有線インタフェース部124は送出されたデータを受信し、無線伝送フレーム生成部114へ転送する。無線伝送フレーム生成部114は有線からのデータに自局アドレス118と宛先アドレスを付加し、無線伝送フレームのフォーマットに変換して、送信部113へ転送する。

自局アドレス118は、無線中継装置ごとに固有の値であり、同じアドレスの無線中継装置は他に存在しない。通信相手である無線中継装置の宛先アドレスが不明な場合、宛先をブロードキャストアドレスにして通信相手の認識をするARPプロトコルのようなアドレス解決処理が実行される。

無線中継装置100と無線中継装置200には、互いに排他的な送信割り当て時間と、送信割り当て時間の総和に基く送信周期が時分割設定部117により割り当てられている。制御部123は、自局の送信割り当て時間以外の間は送信部113を停止し、無線中継装置200との無線伝送フレームの送信衝突を回避し、受信部122を常に動作状態にする。受信部122は受信した無線伝送フレームを有線伝送フレーム生成部122に転送する。有線伝送フレーム生成部122は、転送された無線伝送フレームの宛先が自局またはブロードキャストアドレスのとき、有線インタフェース部124に無線伝送フレームを転送する。

本発明に特徴的な、無線通信を行う無線中継装置が一致したデータを共有する処理は、有線インタフェース部124が備える共有情報伝送フレーム認識部122により行なわれる。

図２は本実施例によるフレームフォーマットを示す。図２(ｅ)に、共通情報伝送フレーム50のフォーマットを示す。共有情報伝送フレーム50には、無線通信を行う全ての無線中継装置が受信するブロードキャストアドレスを宛先アドレス51とする。また、送信元アドレス53、フレームの異常を検出するためのFCS56がある。また、自無線伝送フレームが、共有情報伝送フレームであることを示す共有情報伝送フレーム識別情報54が含まれる。

共有情報伝送フレーム認識部125は、受信したフレームが共有情報伝送フレーム識別情報54であれば、記憶部126にデータを転写する。接続装置170は、記憶部126をリードし接続装置270と一致したデータを保持することができる。

これによれば、自局の送信割り当て時間以外の時刻は送信を停止して受信のみ行う。各無線中継装置が一致したデータを共有するための無線伝送フレームの宛先をブロードキャストアドレスにすることで、各無線中継装置が一致したデータを共有できる効果がある。

次に、本発明に特徴的な送信割り当て時間の変更処理について説明する。図２の(ａ)と(ｂ)に、無線中継装置の送信割り当て時間の設定変更を行う、無線伝送フレームのフレームフォーマットを示す。

(ａ)の時分割変更要求フレームには、宛先アドレス11、送信元アドレス12、フレーム長13、フレームの異常を検出するためのFCS16がある。また、無線局を増設、または停止させるときに、無線中継装置の送信割り当て時間を更新させるための、時分割変更後の送信割り当て時間情報、時分割変更時刻情報15が含まれる。また、自無線伝送フレームが時分割要求フレームであることを示す時分割変更要求フレーム識別情報14が含まれる。

(ｂ)の時分割変更許可フレームには、宛先アドレス21、送信元アドレス22、フレーム長23、フレームの異常を検出するためのFCS25がある。また、自無線伝送フレームが時分割変更許可フレームであることを示す時分割変更許可フレーム識別情報24が含まれる。

時分割変更要求フレーム10は、時分割変更要求フレーム生成部115が生成するもので、無線通信を行う全ての無線中継装置に、時分割情報の変更時刻と、送信割り当て時間と、を通知するために発行される。時分割変更許可フレーム20は、時分割変更許可フレーム生成部116が生成するもので、時分割変更要求フレーム10に対する回答である。無線中継装置100は、時分割変更要求フレーム10と時分割変更許可フレーム20を時分割変更処理フレーム認識部121で識別する。

図３Ａ，Ｂに制御部123が行う無線中継装置の増設と停止の処理を示す流れ図、図4に時分割の変更と無線中継装置の増設と停止を示すシーケンス、図5に無線中継装置の増設と停止に伴う時分割の変更を示すタイミングチャートを示す。

たとえば図５(ａ)に示すように、無線中継装置100が無線中継装置200との無線通信を行なっているときに、時分割変更開始時刻になると、自局の送信割り当て時間を変更し、無線中継装置300の送信割り当て時間を設定する。無線局300は増設局運用開始時刻になると、無線伝送フレームの送信を開始する。

図２(ｃ)は増設局起動フレーム30のフレームフォーマットを示す。増設局起動フレーム30には、増設要求宛先アドレス31、送信元アドレス32、フレーム長33、フレームの異常を検出するためのFCS35がある。また、自無線伝送フレームが増設局起動フレームであることを示す増設局起動フレーム識別情報34と、増設局が運用を開始する時刻を示す増設局の運用開始時刻情報35が含まれる。

無線中継装置300は、自局起動モード認識部119と同じ機能により起動後、自局が増設局であることを認識すると、無線伝送フレームの送信待ち状態になり、増設局起動フレーム30の受信待ちとなる。

図２(ｆ)に、増設局許可フレーム60のフレームフォーマットを示す。増設局許可フレーム60には、宛先アドレス61、送信元アドレス62、フレーム長63、フレームの異常を検出するためのFCS65がある。また、自無線伝送フレームが増設局許可フレームであることを示す増設局許可フレーム識別情報64が含まれる。

増設局許可フレーム60は、増設局起動フレーム30に対する応答フレームであり、増設局起動フレーム30を送信した無線中継装置は、増設局許可フレーム60を受信することで、増設局の起動を認識する。

ユーザは増設局を起動するとき、無線通信管理部180から増設局起動コマンドを発行する。制御部123は増設局起動コマンドを受けつけると、図３Ａのように増設局起動処理を開始する。なお、図１では無線通信管理部180は無線中継装置100のみに設けられているが、通常は他の無線中継装置200、300にも設けられ、増設／停止のコマンドの発行が可能である。

図３Ａは制御部が行う増設局起動処理のフローチャートである。制御部123は、時分割変更宛先リストの初期化を行なって（ｓ２０１）、無線通信を行う全ての無線中継装置への時分割の変更通知が未完であることを認識する。時分割変更宛先リストは無線インタフェース部112内に設けられている。

次に、通常送信フレームの有無を判定する（ｓ２０２）。フレームが無ければ（ｎｏ）、通信管理装置180の設定にしたがい、時分割変更後の送信割り当て時間情報、時分割変更時刻情報15を設定して（ｓ２０３，ｓ２０４）、時分割要求送信フレーム10を送信する（ｓ２０５）。

図４に示すように、無線中継装置200が時分割変更要求フレーム10を受信すると、無線中継装置200は応答として時分割変更許可フレーム20を送信する。送受信の応答が失敗した場合は、時分割変更処理のリトライまたは中断を判定する（ｓ２０９）。

時分割変更許可フレームを受信して（ｓ２０６）送受信の応答が完了すると、時分割変更宛先リストのうち完了した宛先の無線中継装置を完了済みに更新する（ｓ２０７）。無線通信を行う全ての無線中継装置への時分割変更通知が完了していれば（ｓ２０８）、時分割変更処理は終了し、時分割変更要求フレーム10の時分割変更時刻15にて、時分割設定部117の送信割り当て時間の設定を更新する。

時分割の変更時刻後（ｓ２１０）、図５のように無線局300の送信割り当て時間が設けられる。制御部123は、通常送信フレームの有無を判定し（ｓ２１１）、フレームが無ければ、増設局の運用開始時刻情報35を設定し、増設局起動フレーム30を送信する（ｓ２１２）。無線局300は、増設局起動フレーム30に含まれる増設局の運用開始時刻情報35により自局の運用開始時刻を認識し、運用開始時刻になると、増設局許可フレーム60を送信して無線通信を開始する。制御部123は増設局許可フレーム60を受信すると（ｓ２１３）、増設局起動処理が終了する。

無線中継装置の停止は、無線通信管理部180が発行する無線中継局の停止コマンドにより、停止させる無線中継装置宛に無線中継装置が運用停止フレームを送信することで行う。

図２(ｄ)に、運用停止要求フレーム40のフレームフォーマットを示す。運用停止フレーム40には、停止局アドレス41、送信元アドレス42、フレーム長43、フレームの異常を検出するためのFCS45がある。また、自無線伝送フレームが運用停止要求フレームであることを示す運用停止要求フレーム識別情報44と、運用を停止する時刻を示す運用停止時刻情報45が含まれる。

図２(ｇ)に、運用停止許可フレーム70のフレームフォーマットを示す。運用停止許可フレーム70には、停止局アドレス71、送信元アドレス72、フレーム長73、フレームの異常を検出するためのFCS75がある。また、自無線伝送フレームが運用停止フレームであることを示す運用停止フレーム識別情報74が含まれる。

図３Ｂは制御部123が行う運用停止処理のフローチャートである。ユーザは運用局を停止するとき、無線通信管理部180から運用局停止コマンドを発行する。ここでは、無線局200を停止する場合について説明する。

制御部123が運用局停止コマンドを受けつけると、運用局停止処理を開始する。制御部123は、通常送信フレームの有無を判定し（ｓ２２１）、通常送信フレームがなければ、停止させる無線局200の運用停止時刻情報45を設定し（ｓ２２２）、運用停止要求フレーム40を送信する（ｓ２２３）。無線局200は、運用局停止フレーム40に含まれる運用停止時刻情報45により自局の運用停止時刻を認識し、運用停止時刻になると、運用局停止許可フレーム70を送信して無線通信を停止する。

制御部123は、運用局停止許可フレーム70を受信すると（ｓ２２４）、運用停止時刻までウェイトする（ｓ２２５）。その後、時分割変更宛先リストの初期化を行なって（ｓ２２６）、無線通信を行う全ての無線中継装置への時分割の変更通知が未完であることを認識する。これにより、制御部123は無線通信を行う無線中継装置300への時分割の変更通知が未完であることを認識する。

制御部123は通常送信フレームの有無を判定する（ｓ２２８）。フレームが無ければ、通信管理装置180の設定にしたがい、時分割変更後の送信割り当て時間情報、時分割変更時刻情報15を設定し（ｓ２２９、ｓ２３０）、時分割要求送信フレーム10を送信する（ｓ２３１）。

図４に示すように、無線中継装置300が時分割変更要求フレーム10を受信すると、無線中継装置300は応答として時分割変更許可フレーム20を送信する。送受信の応答が失敗した場合、時分割変更処理のリトライまたは中断を判定する（ｓ２２７）。時分割変更要求フレーム、時分割許可フレームの送受信の応答が完了すると（ｓ２３２）、時分割変更宛先リストのうち完了した宛先の無線中継装置を完了済みに更新する（ｓ２３４）。無線通信を行う全ての無線中継装置への時分割変更通知が完了していれば（ｓ２３５）、時分割変更処理は終了し、時分割変更要求フレーム10の時分割変更時刻15にて、時分割設定部117の送信割り当て時間の設定を更新する。時分割の変更時刻後、図５のように無線局200の送信割り当て時間が削除される。

本実施例の無線中継装置によれば、無線通信を行う各無線中継装置が一致した時刻情報を有する。無線伝送フレームの送信割り当て時間を各無線中継装置が排他的に設けることができるので、同一無線チャネルの無線伝送フレームが同時に複数送信されることで生じる電波干渉を抑えることができる。

増設の指示を受けた無線中継装置は、増設する無線中継装置の送信時間を割り当てるとともに、増設後の各無線中継装置の送信割り当て時間を設定し、各無線中継装置の送信割り当て時間を増設後の設定に合わせて変更させる。変更後の送信割り当て時間と変更を適用する時刻を含む無線伝送フレームの応答確認は、無線通信をする全ての無線中継装置に対して行い、変更後の時刻に増設局を起動させる。これにより、無線通信を行う全ての無線中継装置の送信割り当て時間の変更を同期させ、無線中継装置間の無線通信を維持しつつ増設局の運用を開始することができる。

このように、送信割り当て時間の変更を適用する時刻をあらかじめ無線通信を行う全ての無線中継装置に通知してから、送信割り当て時間の変更を行う。これにより、通常の無線伝送フレームの送受信を停止させることなく、無線通信を行う無線中継装置を増設または停止できる効果がある。

次に、本発明の無線中継装置を適用した無線探索システムを説明する。図６は本発明の無線探索システムの一構成例で、複数の自動探索局でエリア内を探索する。自走探索局480は、自走探索局580、680、と同一の構成であり、自走機能を備えた無線局群が互いに協調して、被災地での行方不明者や、地雷、原子炉内部の損傷部位等、目標物の自動探索作業を行う。

自走探索局480は、上記の無線中継装置400と、全体探索状況記憶部401と、探索センサ部402と、自走動力部403とからなる構成である。各無線中継装置は、GPS信号により自局の位置情報を得て、探索するエリアに対し探索センサを走査して目標物を探索する。各無線中継装置は、図２(ｅ)の共通情報伝送フレーム50により、各局が探索センサを走査し終えた領域と、自局の位置情報を随時更新し、共通情報伝送フレーム50のデータ55として送信することにより、記憶部126にデータ55を転写する。

各無線中継装置は、未探索の領域をリアルタイムで認識するので、探索する領域を他の装置から指示されることなく、自律的に未探索の領域を探索することができる。また、各無線中継装置がすでに探索済みの領域を重複して探索することを防ぐことができる。

無線局の動力源となるエネルギーが不足してきた無線局は、エネルギーが十分な状態にある別の局と交替する必要が生じる。このとき、エネルギーが不足した局を停止させ、エネルギーが十分な局を起動する必要があり、前述の増設と停止処理により、通常の無線通信を維持しつつ、無線局の増設または停止を行う。また、全探索領域にたいし、無線局の数が不足していると判断したユーザが、無線局を増設する場合にも、前述の増設処理により通常の無線通信を維持しつつ無線局を増設することができる。

全体探索状況記憶部401は、記憶部126のデータを定期的に複写して各無線中継装置の探索状況のデータベースを作成し、探索エリアの地図情報上に走査結果を示した探索結果をリアルタイムで作成する。

本実施例の無線探索システムによれば、複数の自動探索局が互いに現在位置や探索済み地域のデータを交換しながら自律的に探索を進めることができる。また、自動探索局の増減を通常の無線通信動作を維持しながら行えるので、データの連続性を維持すると共に作業効率を向上できる。

本発明の一実施例による無線中継装置の構成を示すブロック図。無線伝送フレームのフレームフォーマットを示す説明図。時分割の変更処理（増設）を示す流れ図。時分割の変更処理（停止）を示す流れ図。時分割の変更処理を示すシーケンス。時分割の変更を示すタイミングチャート。本発明の無線探索システムの構成図。

符号の説明

90…GPS衛星、100…無線中継装置、110…GPS受信部、111…内部時計、112…無線インタフェース部、113…送信部、114…無線伝送フレーム生成部、115…時分割変更要求フレーム生成部、116…時分割許可フレーム生成部、117…時分割設定部、118…自局アドレス、119…自局起動モード認識部、120…コマンド認識部、121…時分割変更処理フレーム認識部、122…有線伝送フレーム生成部、123…制御部、124…有線インタフェース部、125…共有情報伝送フレーム認識部、126…記憶部、150…GPSアンテナ、160…無線中継伝送用アンテナ、170…接続装置、180…無線通信管理部、200…無線中継装置、250…GPSアンテナ、260…無線中継伝送用アンテナ、270…接続装置、300…無線中継装置、350…GPSアンテナ、360…無線中継伝送用アンテナ、370…接続装置。

Claims

無線通信を行う複数の無線中継装置が一致した時刻情報を有し、無線伝送フレームを送受信する無線中継方法において、
各無線中継装置が互いに排他的な送信割り当て時間を設定されて送受信を継続しているときに、無線中継装置の増設／停止の必要から各無線中継装置の送信割り当て時間を変更する場合、１つの無線中継装置から変更後の送信割り当て時間とその変更を適用する時分割変更時刻を他の各無線中継装置に通知し、該通知に対し他の全ての無線中継装置からの応答があり、かつ前記時分割変更時刻に到達した時に、前記１つの無線中継装置が前記送信割り当て時間の変更を行い、該変更された送信割り当て時間に基づいて新たな無線中継装置の増設または稼働中の無線中継装置の停止を可能にすることを特徴とする無線中継方法。
請求項１において、前記無線中継装置の送信周期を、無線通信を行う全ての無線中継装置の送信割り当て時間の総和として設定するとともに、各無線中継装置の送信周期が一定になるように前記送信割り当て時間を設定することを特徴とする無線中継方法。
無線通信を行う複数の無線中継装置が一致した時刻情報を有し、無線伝送フレームを送受信する無線中継装置において、
互いに排他的な送信割り当て時間とその総和に基づく送信周期を設定する時分割設定部と、
送受信を継続しているときに、ユーザからの無線中継装置の増設／停止の要求を受け付けると、変更後の送信割り当て時間とその変更を適用する時分割変更時刻を含む時分割変更要求フレームを発行する無線伝送フレーム生成部と、
前記時分割変更要求フレームを他の各無線中継装置に通知し、該通知に対し他の全ての無線中継装置からの応答があり、かつ前記時分割変更時刻に到達した時に、前記送信割り当て時間の変更を行い、該変更された送信割り当て時間に基づいて新たな無線中継装置の増設または稼働中の無線中継装置の停止を可能にする制御部を設けることを特徴とする無線中継装置。
請求項３において、増設する無線中継装置は、起動後に無線伝送フレームの受信のみ行い、送信元アドレスと送信割り当て時間を認識し、既に起動している無線中継装置が送信する増設局起動フレームを受信すると、増設局起動フレームに含まれる自局の運用開始時刻にて無線伝送フレームの送受信を開始することを特徴とする無線中継装置。
請求項３において、無線通信を停止する無線中継装置は、他の無線中継装置から送信された運用停止フレームを受信すると、運用停止フレームに含まれる停止時刻にて無線伝送フレームの送受信を停止することを特徴とする無線中継装置。
請求項３乃至５のいずれかに記載の無線中継装置において、
無線伝送フレームの宛先がブロードキャストアドレスである共通情報伝送フレームを受信すると、共通情報伝送フレームのデータ部を自無線中継装置の記憶部に格納して、無線通信を行う全ての無線中継装置と周期的に一致したデータを共有することを特徴とする無線中継装置。
無線中継装置を備える複数の自走探索局を用いた目標物の無線探索システムにおいて、
前記無線中継装置が請求項６に記載の無線中継装置と、自走のための動力手段と、目標物を検出する探索センサと、探索対象エリアの記憶手段と、前記無線中継装置により無線通信を行う全ての無線中継装置が共有する探索状況データの記憶手段とを有し、既に探索を終えた位置座標のデータと、発見した目標物の座標のデータとを含む探索状況データを、所定の周期以内に全ての自走探索局が共有することを特徴とする無線探索システム。