JP4981176B2 - データ中継システムおよび動作時刻割り当て方法 - Google Patents

Description

本発明は、遠距離に配置された装置間または多数の装置間のデータ中継を行うデータ中継システムおよび動作時刻割り当て方法に関する。

メディアアクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）の一方式としてＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）方式がある。ＴＤＭＡ方式では、Master（親局）と複数のSlave（子局）間で通信を行う場合のアクセス制御であり、各局は時分割でメディア（ケーブル、無線、電力線など）にアクセスする。ＴＤＭＡ方式は、複数のSlaveを効率よく収容できるという特徴がある。

しかし、ＴＤＭＡ方式はMasterとSlave間の通信を前提としており、遠距離の装置間にＴＤＭＡ方式を適用して通信を行うためには、たとえば遠距離でもMasterとSlaveの間を信号が減衰しない光ファイバで装置間を接続すれば通信が可能である。しかし、無線や電力線を用いる場合、信号の減衰が光ファイバに比べて大きいため、MasterとSlaveが遠距離となる通信システムでは、そのままではＴＤＭＡ方式を適用した通信ができない。このため、遠距離で通信を行うためには、MasterとSlave間の信号を中継する必要がある。

また、一般的にMasterが扱えるSlaveの台数には限りがあり、その台数を超えてSlaveと通信するためには、Master-Slaveを多段に構成して中継する必要がある。たとえば、ＰＬＣ（Power Line Communication：電力線通信）により多数の電力計のメータ値を通知する自動検針システムでは、中継器をMasterとして収容可能な多数のSlaveを収容し、これらの中継器をさらに全体のMasterが収容する構成をとり、Slaveがメータ値をそれぞれ中継器経由でMasterに通知する。

一方、無線ＬＡＮやＰＬＣのように限られた周波数チャネルしか使えない場合、同一周波数が割り当てられたノード間の距離が十分でないことが多く、干渉が発生する。この干渉の発生を避けるため、同一周波数を使用してＴＤＭＡ方式で中継する方法が下記特許文献１で提案されている。

下記特許文献１では、中継器がMaster局として動作するMaster動作とSlave局として動作するSlave動作と休止動作とをＴＤＭＡフレーム時間毎に切替えて行うことにより、単一周波数を用いても干渉が起きない中継方法を提案している。たとえば、ＴＤＭＡのフレームの３フレーム時間単位にMasterと中継器Ａと中継器Ａに接続された中継器Ｂとが、順番に自装置が収容しているSlaveに対してMaster局としての動作を行う。このように順番に動作することにより、同一周波数でも干渉することなく通信が可能な方式を提案している。

また、下記特許文献１では、全体の動作周期の中で、各装置に均等にＴＤＭＡシステム（Masterと中継装置、または、中継装置とSlave、などで構成されるMaster-Slaveシステム）を１回ずつ動作させるのではなく、特定のＴＤＭＡシステムに複数回動作させることで、そのＴＤＭＡシステムの動作頻度を上げ、そのシステム内の装置のスループットを向上させる方法も提案されている。さらに、下記特許文献１では、動作時刻が記述された動作テーブルを、最上位のMasterから配下の中継器およびSlaveに通知することで動作時刻を動的に変更する方法も提案されている。

国際公開第０８／００７４１８号

しかしながら、上記従来の特許文献１に記載の技術によれば、均等にMaster動作およびSlave動作を１回ずつ動作させる方法では、通信トラヒック状況に応じた通信ができず、効率的な通信を実現できるとは限らない、という問題があった。

また、上記従来の特許文献１に記載の技術の動的に動作時刻を変更する方法は、動作時刻を変更する際には動作テーブルを全ての動作に通知した後、新動作テーブルへの切り替えタイミングを全ての装置に通知してから切り替える方式としている。このため、動作時刻の切り替えに時間がかかる、という問題があった。中継装置を追加するようにネットワークが構成変更される場合には、変更に時間がかかっても影響を受けるのは追加される装置だけであり、問題はない。しかし、通信トラヒック量に応じて動的に動作時刻を変更したい場合には、切り替えに時間がかかると、その間にトラヒック量が変わる可能性があり、適切に変更できない可能性がある。このため、通信トラヒック量の変化が問題とならない程度に、できるだけ短時間で変更する必要がある。

また、上記従来の特許文献１に記載の技術では、動的に動作時刻を変更する場合に、各ＴＤＭＡシステムにどのように動作時刻を割り当てるかについては示されていない。したがって、通信トラヒック状況に応じた適切な動作時刻を割り当てられるとは限らない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信トラヒック状況に応じて動的に動作時刻の割り当ての切り替えを行い、また、その切り替え時間を短くすることができるデータ中継システムおよび動作時刻割り当て方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ＴＤＭＡによる親局として機能する親局装置と、ＴＤＭＡによる子局として機能する子局装置と、前記親局装置と前記子局装置の通信を中継し、また、前記親局装置を親局とするＴＤＭＡシステムである上位ＴＤＭＡシステムにおいては子局としての機能し、また、前記子局装置を子局とするＴＤＭＡシステムである下位ＴＤＭＡシステムにおいては親局として機能する中継装置と、を備えるデータ中継システムであって、前記親局装置は、上位ＴＤＭＡシステムおよび下位ＴＤＭＡシステムに対しシステムごとに１回ずつ動作時間帯を静的割り当て時間帯として割り当て、また、所定の割当て周期から前記動作時間帯を除いた時間帯を動的割り当て時間帯とし、前記静的割り当て時間帯における前記中継装置との通信状況に基づいて前記動的割り当て時間帯を前記下位ＴＤＭＡシステムの動作時間帯として割り当て、割り当て結果を前記中継装置に送信し、前記中継装置は、受信した前記割り当て結果に基づいて自装置に割り当てられた時間帯を抽出し、その時間帯に親局として動作することを特徴とする。

本発明にかかるデータ中継システムおよび動作時刻割り当て方法は、Master装置が全体動作周期のはじめの動作周期で全中継装置と通信し、その全体動作周期内の次の動作周期以降を動的な動作時刻の割り当て対象とし、中継装置との通信状況に基づいて、動的割り当て対象の動作時刻を自装置および各中継装置に割り当て、その割り当て結果を、動的割り当て対象の動作時刻のはじめにビーコンに含めて各中継装置に通知するようにしたので、通信トラヒック状況に応じて動的に動作時刻の割り当ての切り替えを行い、また、その切り替え時間を短くすることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかるデータ中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の動作時刻割り当ての別の一例を示す図である。 図３は、図１に示した中継システムの動作割り当て例を示す図である。 図４は、Ｎ＝３の場合の動作割り当ての一例を示す図である。 図５は、動作時刻を通知するタイミングを説明するための図である。 図６は、図３の動作例の場合の動作時刻情報の一例を示す図である。 図７は、図４の動作例の場合の動作時刻情報の一例を示す図である。 図８は、本発明にかかる実施の形態２の動作時刻割り当て方法により割り当てた動作時刻の一例を示す図である。 図９は、本発明にかかる実施の形態３の動作時刻の通知方法の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態１と同様の構成のデータ中継システムに実施の形態３の割り当て方法を適用した例を示す図である。

本発明にかかるデータ中継システムおよび動作時刻割り当て方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるデータ中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態のデータ中継システムは、ＴＤＭＡ方式におけるMaster装置であるMaster１０と、ＴＤＭＡ方式における中継装置であるRepeater（リピータ、以後REPと略記）２０，３０，４０，５０，６０と、RepeaterのSlave装置として機能するSlave２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３，６１〜６３と、で構成される。なお、図１では、Slaveの台数をREPあたり３台としているが、ＴＤＭＡ方式で収容可能な最大のSlave台数までSlave台数が増えた場合でも、以下で説明する動作と同様の動作を実行することができる。

REP２０，３０，４０，５０，６０は、Master装置として機能するMaster動作とSlave装置として機能するSlave動作の両方の動作を実行する装置で、Master動作とSlave動作を時間に応じて切替えて実行する。

また、図１のすべての装置は単一周波数Ｆ１で動作することとする。このため、干渉を避けるため、ＴＤＭＡのMaster動作をする装置はＴＤＭＡの１フレーム時間毎に１台のみとする。具体的には、Master１０をMaster装置としREP２０，３０，４０，５０，６０をSlave装置として動作する１つのＴＤＭＡシステム１０１と、REP２０，３０，４０，５０，６０のそれぞれをMaster装置とし、REP２０，３０，４０，５０，６０が収容するSlave２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３，６１〜６３をSlave装置とする５つのＴＤＭＡシステム１０２〜１０６と、の６つの個別のＴＤＭＡシステムがそれぞれ割り当てられた時間帯ごとに動作する。

本実施の形態のデータ中継システムの動作周期は、Master台数とREP台数の合計数（すなわち、ＴＤＭＡシステムの数）をフレーム時間に乗じた６フレーム時間とする。ここで、動作周期の６フレーム時間をフレーム時間単位で順に、時刻１，時刻２，時刻３，時刻４，時刻５，時刻６と呼ぶこととする。従来の技術では、たとえば、この６フレーム時間で１回ずつ各ＴＤＭＡシステムに動作時間を割り当てている。たとえば、Master１０，REP２０，３０，４０，５０，６０がそれぞれMaster動作する時刻を、時刻１，時刻２，時刻３，時刻４，時刻５，時刻６に割り当てる。しかし、たとえば、この状態で、REP３０の配下のSlave３１〜３３のみがMaster１０と通信を行い他のREP配下のSlaveが一切通信を行っていない場合には、時刻１と時刻３のみ通信データが流れ、時刻２、４、５、６には通信データが流れないことになる。

従って、システム全体として効率的に通信が行えていないことになる。これに対し、通信状況に応じて動作時刻を動的に変更することができると、通信の効率が向上し、遅延時間が短くなる。たとえば、この場合は、時刻２、４、５、６もREP３０のＴＤＭＡシステムの動作時間（REP３０がMaster動作する時間）とすることができれば、６動作周期に１回だけ動作していた場合よりも遅延時間を短く、スループットも大きくすることができる。

そこで、本実施の形態では、以下のように、通信状況に応じて動作時刻を動的に変更することとする。なお、動作時刻割当てについては、以下の注意が必要である。
ａ）ＴＤＭＡシステムでは、ＴＤＭＡのSlaveとして機能する装置（以下、Slave動作装置という）はMasterとして機能する装置（以下、Master動作装置という）のクロックに同期する必要がある。そのため、ＴＤＭＡシステムではMaster動作装置がＴＤＭＡ周期を示す信号（ビーコン）を送信し、Slave動作装置がビーコンを受信することによりMaster動作装置に同期（クロック同期）する。従って、本実施の形態では、動的に動作時刻を割り当てる場合に、末端のSlave２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３，６１〜６３が同期はずれをおこさないように、通信データの有無に関わらず全REPに所定の時間間隔で動作タイミングを割り当て、ビーコンを送信して同期はずれを防止する必要がある。
ｂ）クロック同期の目的以外にも、REP-Slave間の通信データ有無を把握するために、時々全REPに動作時刻を割り当てる必要がある。
ｃ）動作周期を動的に変更するためには、一番上位のMaster１０およびREPがMaster動作装置として機能するときの動作時刻を決定し、その決定結果をREP２０，３０，４０，５０，６０に伝える必要があり、この通知方法を規定する必要がある。
ｄ）ｃ）の動作時刻の通知に時間がかかると、通信状況が変化する（新たに通信開始する装置が出てくる）可能性があるため、早く通知することが望ましい。

本実施の形態では、以上のａ）〜ｄ）を考慮して各ＴＤＭＡシステムに動作周期を割り当てる。図１には、各ＴＤＭＡシステム１０２〜１０６に、それぞれ２倍の動作周期（＝１２フレーム時間）内で、動作を割り当てられる時刻（動作時刻）を数値で示している。左側の（）内の数値は、最初（１周期目）の動作周期時間で動作する時刻（フレーム時間単位）を示し、右側の（）に２回目の動作周期の動作時刻を示している。

図１に示した例では、Master１０は１回目の動作周期（１周期目）の時刻１で動作し、２回目の動作周期（２周期目）では時刻１、３、５でMaster動作を行う（ＴＤＭＡシステム１０１に動作時刻が割り当てられる）ため、１２フレーム時間で４フレーム時間動作する。REP２０は１回目の動作周期の時刻２でMaster動作を行い（ＴＤＭＡシステム１０２に動作時刻が割り当てられる）、２回目の動作周期ではいずれの時刻もMaster動作を行わないため、１２フレーム時間で１フレーム時間動作する。同様にREP４０，REP５０，REP６０（ＴＤＭＡシステム１０４，１０５，１０６に対応）も１２フレーム時間で１フレーム時間Master動作を行う。REP３０は１回目の動作周期の時刻３でMaster動作を行い（ＴＤＭＡシステム１０３に動作時刻が割り当てられる）、２回目の動作周期では時刻２、４、６で動作するため、１２フレーム時間で４フレーム時間動作する。

これに対し、１動作周期で１回ずつ各ＴＤＭＡシステムに動作時刻を割り当てる従来技術の場合には、各ＴＤＭＡシステムは、１２フレーム時間で２フレーム時間動作することになる。本実施の形態では、従来技術に比べ、REP３０配下のSlave３１〜３３とMaster１０間の通信の動作回数が増えるため、REP３０配下のSlave３１〜３３通信では、送信できるデータ量（スループット）が多く、遅延時間も小さくできる。すなわち、本実施の形態では、各REPとそのREPの配下のSlaveとの間で、所定のしきい値以上のデータ量の通信が行われている場合に、そのREPとSlaveが属するＴＤＭＡシステムに動作時刻を優先して割り当てる。

ただし、この場合、REP２０、４０、５０、６０配下のSlaveとMaster１０との通信については、動作回数が減るためスループットと遅延の性能は悪くなるが、これらの通信頻度が小さい場合には、本実施の形態の動作時刻割り当ての方が、一定の量の通信を早く終わらせることができる。たとえば、転送に４フレーム時間を要するファイルをSlave３１からMaster１０に転送する場合、６フレーム時間に１フレーム時間しか動作できない場合には、６×４＝２４フレーム時間かかるが、本実施の形態では、１２フレーム時間で４フレーム時間割り当てられるため、１２フレーム時間でファイル転送が完了する。

図２は、本実施の形態の動作時刻割り当ての別の一例を示す図である。図２の例では、REP４０とその配下のSlave４１〜４３としきい値以上のデータ量の通信を行い、また、REP６０とその配下のSlave６１〜６３もしきい値以上のデータ量の通信を行い、それ以外のREPとSlave間では、通信が行われていないか、しきい値未満の通信のみ行われている場合に動作時刻を割り当てた例である。図２では、図１と同様に、ＴＤＭＡシステムごとに、左側の（）内の数値は、１周期目の動作周期時間で動作する時刻を示し、右側の（）に２回目の動作周期の動作時刻を示している。図２の場合には、ＴＤＭＡ１０４とＴＤＭＡ１０６に２周目で２回ずつ動作周期が割り当てられており、ＴＤＭＡシステム１０２，１０３，１０５には、２周目の動作時刻割り当てはない。

このように、本実施の形態では、通信が発生している装置が属するＴＤＭＡシステムに対して動作周期を多く割り当てることにより、スループットと遅延時間の性能を向上することが可能となる。

以上、動作時刻の割当てに応じた動作、効果について説明したが、つぎに、動作時刻の割当て方法と各装置への通知方法について説明する。まず、動作時刻割り当て方法について説明する。この動作割り当ては、Master１０が行うこととする。

（１）全体動作周期をＮ回の動作周期とし、全体動作周期であるＮ回の動作周期うち１回（１周期）は必ず全ＴＤＭＡシステムに動作時刻を割り当てる。これは図１および図２の各ＴＤＭＡシステムに示した割り当て時刻のうち、左側の（）内の時刻に対応する割り当てである。なお、図１，図２の例では、Ｎ＝２としているが、Ｎは後述のようにクロック同期性能に基づいて決定する。また、図１，図２の例では、１周目で全ＴＤＭＡシステムに１回ずつ動作時刻を割り当てているが、これに限らず、１周目以外でＮ回に１回の割り当てを行ってもよい。

（２）Master１０は、（１）の割り当てにより必ず配下の全REPと通信ができる（図１、図２では左側の（）の時刻１）ため、その通信に基づいて、上り（REP２０，３０，４０，５０，６０→Master１０の方向）または下り（Master１０→REP２０，３０，４０，５０，６０の方向）の通信が行われた（しきい値以上のデータ量の通信が行われた）REPを把握する。

（３）Master１０は、全体動作周期（Ｎ×６フレーム）のうち、（１）で各ＴＤＭＡシステムに１回ずつ割り当てた以外の動作時間（（Ｎ−１）回分の動作周期（６フレーム））は、（２）で把握した通信状況に基づいて通信を行っているREPとMaster１０にあらかじめ定めておいた順番に基づいて順番に動作時刻を割り当てる（図１，図２では、各ＴＤＭＡシステムに示した割り当て時刻のうち、右側の（）内の時刻に対応する割り当て）。すなわち、本実施の形態では、この（Ｎ−１）回分の動作周期について、通信状況に応じて動的に割り当てを行う。なお、Master１０が各REPに動作時刻を伝えるために、動的割り当てを行う動作周期のうち、時刻１はMaster１０の動作時刻とする。

（４）そして、Master１０は、（３）で最後に割り当てたREP番号（REPの識別番号）を記憶しておき、次の動的な割り当て周期では、その番号の次のREPから順番に割り当てる。

（５）（２）で把握した結果に基づいて、どのREPとも通信が発生していない（どのREPとのしきい値以上のデータ量の通信が行われていない）場合は、全REPに対して均等に動作時刻を割り当てる。

ここで、（１）で説明したＮの値は、ＴＤＭＡシステムの同期性能（クロック同期性能）に基づいて決定する値である。ＴＤＭＡ方式では、Master動作装置（REPのMaster動作も含む）が、同期のために各フレーム時間の先頭でビーコンという信号を送信する。配下のSlave装置（REPのSlave動作も含む）は、ビーコンを受信し、ビーコンに基づいてMaster装置のクロックに同期する。中継装置がなく、休止期間がない場合は毎フレーム時間ごとにビーコンを受信可能であるが、中継装置があり間欠的に動作する場合は、ビーコンを受信しないフレーム時間がある。この間は、Slave動作装置は自走のクロックで動作することになるためビーコンを受信しないと、徐々にMasterとの同期がずれていく。ここでは、同期誤差が許容範囲以内となる最長のビーコン受信間隔を同期性能とする。同期性能は、クロックを生成する水晶発信機の精度、装置周囲の環境温度などに依存する。図１および図２の例では、Ｎ＝２とすることで、少なくとも６×２＝１２フレーム時間に１回はSlaveがビーコンを受信できるような動作時刻割当てとしている。

図３は、図１に示した中継システムの動作割り当て例を示す図である。図３の横方向は、Master動作として機能する装置（Master１０と各REP）を示し、縦方向は動作周期を示し、各マスにはそれぞれの装置がMaster動作を行う動作時刻をフレーム単位で示している。

図３の例では、１周期目と２周期目では図１と同様の割り当てが行われており、３周期目と４周期目は図２と同様の割り当てが行われている。Ｎ＝２としているため、１周期目と２周期目、３周期目と４周期目、５周期目と６周期目と２周期で全体動作周期を構成している。１周期目、３周期目、５周期目、７周期目、９周期目は、上記の（１）に示したように全ＴＤＭＡシステムに順番に１回ずつ動作時刻を割り当てている。

ここでは、Master１０は１周期目の時刻１での各REPとの通信により、配下のREPのうちREP３０のみがMaster１０と通信していることを把握したとする。Master１０は、その把握結果に基づいて、２周期目は、上記の（３）に示したように、Master１０とREP３０に時刻１から時刻６までを交互に割り当てる。

そして、Master１０は、３周期目での時刻１の各REPとの通信により、配下のREPのうちREP４０とREP６０のみがMaster１０と通信していることを把握したとする。Master１０は、その把握結果に基づいて、４周期目は、Master１０とREP４０とREP６０とで時刻１から時刻６までを順番に割り当てる。

つぎに、Master１０は、５周期目での時刻１の各REPとの通信により、REP２０とREP４０とREP５０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、６周期目は、その把握結果に基づいて、Master１０とREP２０とREP４０とREP５０との４台の装置に時刻１から時刻６までを順に割り当てる。このとき、６周期目では、REP２０で割り当てが終了するため、REP２０の識別番号を記憶しておく。

Master１０は、７周期目の時刻１での各REPとの通信により、REP２０とREP５０とREP６０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、８周期目は、その把握結果に基づいて、Master１０とREP２０とREP５０とREP６０との４台の装置に時刻１から時刻６までを順に割り当てる。このとき、６周期目ではREP２０で割当て完了と記憶しているため、時刻１にはMaster１０を割り当て、時刻２以降はREP２０の次のREP５０から割り当てていく。

Master１０は、９周期目の時刻１での各REPとの通信により、どのREPとも通信していないことを把握したとする。Master１０は、１０周期目は、その把握結果に基づいて、（５）で説明したように、９周期目と同様に全てのREPに１回ずつ動作周期を割り当てる。

図３はＮ＝２の場合であるが、Ｎ＝３の場合について以下に説明する。図４は、Ｎ＝３の場合の動作割り当ての一例を示す図である。図４の例でも動作周期は６とし、中継システムの構成は図１と同様とする。Ｎ＝３であるため、全体動作周期は、３動作周期となり、動的な割り当てとしては６×（３−１）＝１２フレーム分の時刻分の割当てを行う。

Master１０は、１周期目の時刻１での各REPとの通信により、REP３０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、その把握結果に基づいて、２周期目からの１２個の時刻（フレーム）分を、Master１０とREP３０で時刻１から時刻１２まで交互に割り当てる。図４では、２周期目と３周期目をこの１２時刻分とし、時刻１〜時刻６を２周期目とし、時刻７〜時刻１２を３周期目として示している。

Master１０は、４周期目の時刻１での各REPとの通信により、REP４０とREP６０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、この把握結果に基づいて、５周期目および６周期目を、Master１０とREP４０とREP６０で時刻１から時刻１２までを順に割り当てる。

Master１０は、７周期目の時刻１でMaster１０はREP２０とREP４０とREP５０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、この把握結果に基づいて、８周期目および９周期目は、Master１０、REP２０、REP４０、REP５０の４台の装置に時刻１から時刻１２までを順に割り当てる。このとき、９周期目ではREP５０で割り当てが終了するため、REP５０の識別番号を記憶しておく。

Master１０は、１０周期目の時刻１でMaster１０はREP２０とREP５０とREP６０のみと通信していることを把握したとする。Master１０は、この把握結果に基づいて、１１周期目および１２周期目は、Master１０、REP２０、REP５０、REP６０の４台の装置に時刻１から時刻１２までを順に割り当てる。このとき、９周期目で割り当てを終了したREP５０の識別番号を記憶しているため、時刻２以降はREP５０の次のREP６０から割り当てていく（時刻１はMaster１０が各REPに動作時刻を伝えるために、Master１０の動作時刻とする必要がある。）。

Master１０は、１３周期目の時刻１でどのREPとも通信していないことを把握したとする。１４周期目および１５周期目は、Master１０と全REPに対して順番に１回ずつ動作時刻を割り当てる。

以上の動作により、通信が発生しているREPの属するＴＤＭＡシステムに対して多くの動作時刻を割り当てることができる。なお、Master１０は、最初の周期の時刻１で把握した通信状況に基づいて割り当てた動的な割り当て結果を、次の周期で各REPが通信するまでに各REPに通知する必要がある。つぎに、この各REPへの動作時刻通知方法について説明する。

（１）全体の動作時刻は、上述のように最上位のMaster１０が決定する。これは全REPと通信可能な最初の周期の時刻１での情報に基づいて決定された結果である。

（２）Master１０は、２動作周期目の時刻１は、必ずMaster１０の動作時間として割り当て、ここでビーコンに（Ｎ−１）×動作周期分（たとえば、図１のＮ＝２の場合には、時刻１から時刻１２までの１２時刻にそれぞれ対応する割り当て先の装置の情報）の動作時刻情報を含めて送信する。各REPはクロック同期のためにビーコンを受信するが、ビーコンに含まれる（Ｎ−１）×動作周期分の動作時刻情報に基づいて自装置の動作時刻を知る。

（３）各Slaveは、毎時刻（毎フレーム）、自装置に対応するREP（自装置の上位REP）からのビーコンが送信されたか否かを監視し、自装置に対応するREPのビーコンが受信できたときにクロック同期および通信の動作を行う。

図５は、図３の動作例の場合に、動作時刻を通知するタイミングを説明するための図である。図５のＴＤＭＡシステム１０１に対応して記載されている２つの（）内の動作時刻のうち、左側の（）内の矩形で囲んだ時刻１（１周期目の時刻）で、上述のとおり各REPとの通信状況を把握し、右側の（）内の矩形で囲んだ時刻１で、ビーコンにより２周期目の時刻２以降の動作時刻情報を各REPに通知する。

図６は、図３の動作例の場合の、動作時刻情報の一例を示す図である。図６の縦方向は各周期を表し、横方向は、Master１０がビーコンに含めて通知する動作時刻情報を示している。図６の斜線で塗りつぶした欄に相当する時刻１で、Master１０がビーコンに含めて動作時刻情報を送信する。図６の各周期の情報は、図３の各周期の割り当て結果を時刻順並べた情報となる。この例では、Ｎ＝２であるため、１回の送信では、動作時刻情報として、（２−１）×６＝６時刻分の情報が送信されることになる。また、２周期目，４周期目，６周期目，…などの動的に割り当てを行った結果をビーコンに含めて通知する必要があるが、１周期目，３周期目，５周期目，…などの１回ずつ順に割り当てられている周期については、ビーコンに含めて通知しなくてもよい。

図７は、図４の動作例の場合の、動作時刻情報の一例を示す図である。図４の例では、Ｎ＝３であるため、動作時刻情報は（３−１）×６＝１２時刻分の情報となる。ただし、１周期目のように全REPとの通信を行う周期は６時刻分となる。図７の斜線で塗りつぶした欄に相当する時刻１で、Master１０がビーコンに含めて動作時刻情報を送信する。３、６、９、１２、１５周期目については、２、５、８、１１、１４周期目で、時刻７〜時刻１２として動作時刻情報を送信するため、ビーコンに動作時刻情報を挿入しない。このため、図７では３、６、９、１２、１５周期目を（）書きとしている。

このように、本実施の形態では、動作周期のＮ倍を全体動作周期とし、Master１０が全体動作周期のはじめの動作周期で全REPと通信し、その全体動作周期内の次の動作周期以降を動的な動作時刻の割り当て対象とし、REPとの通信状況に基づいて、動的割り当て対象の動作時刻をMaster１０およびREP２０，３０，４０，５０，６０に割り当てるようにした。また、その割り当て結果を、動的割り当て対象の動作時刻のはじめにビーコンに含めて各REPに通知するようにした。このため、通信状態に応じて動的に動作時刻を割り当てることができ、従来技術よりもスループット、遅延を改善することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる実施の形態２の動作時刻割り当て方法により割り当てた動作時刻の一例を示す図である。本実施の形態のデータ中継システムの構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様に実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態１では、Master１０が各REPとの通信状況をモニタし、Master１０が、その通信状況に基づいて自律的に判断して動作時刻を割り当てる方法としたが、本実施の形態では、以下に示すように動作割り当てを行う。本実施の形態の動作周期は実施の形態１と同様に６フレームとする。

（１）実施の形態１と同様に、全体動作周期をＮ回の動作周期とし、全体動作周期であるＮ回の動作周期のうち、１回（１周期）は必ず全ＴＤＭＡシステムに動作時刻を割り当てる。

（２）Master１０は、（１）の割り当てにより、時刻１（（１）で割り当てる動作周期のMaster１０には時刻１を割り当てるとする）で全REPと通信ができる。各REPは上り方向データを送信する際に、送信しきれないデータがあった場合、残りのデータ量（上りデータ量）を一緒に通知する。

（３）Master１０は、（２）のREPからの通知（上りデータ量）と、自身が保持する下りデータ量に基づいてREP毎の下りデータ量と、に基づいてREP毎の上りデータ量と下りのデータ量を把握する。

（４）Master１０は、全体動作周期のうち、（１）で割り当て済みの１周期分を除く（Ｎ−１）回分の動作周期について、（３）で把握した上りデータ量と下りのデータ量の合計が多い順に各REPに動作時刻を割り当てる。

図８では、２周期目までの動作時刻を図中に各ＴＤＭＡシステムに対応して示している。右側の（）内が１周期目の割り当て時刻を示し、左側の（）内が２周期目の割り当て時刻を示す。最初の周期は、図５との場合と同じく全REPに動作周期を割り当てる。このとき実施の形態１では、各REPからMaster１０には送信したいデータがある場合はそのデータのみを送信していたが、本実施の形態では、上述のように、送信データに加えて、送信したいデータがどの程度残っているかどうかをMaster１０に知らせるために残りのデータ量をあわせて送信する。送信したいデータが残っていない場合は「０」を通知する。

この残りのデータ量については、各REPが、自装置の送信バッファに残っているデータサイズを通知してもよいし、各REPがMaster動作して配下のSlaveと通信するときに、そのREPが収容するSlaveからも同様にSlaveの送信バッファに残っているデータサイズを通知させるようにし、REPが各Slaveから通知された残りデータサイズを合計し、さらに、REPの送信バッファに残っているデータサイズを加えてデータ量として通知するようにしてもよい。

また、図８では、REPが階層化されておらず、REPの配下はSlaveだけであるが、REPの配下にさらにREPが収容されて、その配下にSlaveが収容されるような多段構成の場合に、末端のSlaveから通知される残りデータサイズとREP自身の残りデータサイズを合計して上位のREPに通知し、上位REPが下位REPから通知された合計のデータサイズに自身の送信バッファに残っているデータサイズを加えることで、配下の装置の残りデータサイズをすべて合計した結果をデータ量として通知するようにしてもよい。

図８では、１周期目の時刻１でREP４０とREP６０との通信しかなく、時刻１でREP４０からMaster１０に通知されるデータ量が「１００」であり、REP６０から通知されるデータ量が「２００」であり、下りデータは「０」であった場合の割り当ての例を示している。このようなデータ量の場合、Master１０は、２周期目でREP６０にREP４０よりも動作時刻を多く割当てるようにし、この割り当て結果を２周期目の時刻１でビーコンに動作時刻情報を入れて送信する。図８では、２周期目として、REP４０に時刻２を割り当て、REP６０に時刻３、５、６と割り当て、他のREP（REP２０，３０，５０）には２周期目では割り当てなしとしている。

なお、割り当て結果を各REPに通知する動作時刻通知方法は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態の以上説明した動作以外の動作は実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、各REPが送信すべき上りデータ量をMaster１０に通知し、Master１０は、その上りデータ量と自身が管理する下りデータ量とに基づいて動的割り当て対象の動作周期について割り当てを行うようにした。このため、通信の有無だけにより通信状況を把握する実施の形態１に比べ、データ量に応じたより適切な割り当てを行うことができ、スループット、遅延の性能を実施の形態１よりも向上させることができる。

実施の形態３．
図９は、本発明にかかる実施の形態３の動作時刻の通知方法の一例を示す図である。本実施の形態のデータ中継システムは、実施の形態１とデータ中継システムからREP２０，REP６０とそれぞれの配下のSlaveを削除しているが、それ以外は実施の形態１のデータ中継システムと同様である。なお、図９では、REP３０およびREP５０の配下のSlaveを図示していないが、REP３０およびREP５０にも実施の形態１と同様に配下のSlaveが存在する。ビーコン７１，７４は、それぞれMaster１０，REP４０が送信するビーコンを示している。実施の形態１と同様に実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態２では、各REPからMaster１０へのデータ量の通知を、Master１０の動作時刻として割り当てられた時刻１で上りデータと一緒に通知するとしたが、本実施の形態では、各REPからMaster１０へのデータ量の通知の方法を実施の形態２から変更する。本実施の形態の動作時刻割り当て方法を以下に示す。

（１）実施の形態１と同様に、全体動作周期をＮ回の動作周期とし、全体動作周期であるＮ回の動作周期のうち、１回（１周期）は必ず全ＴＤＭＡシステムに動作時刻を割り当てる。

（２）各REPは、（１）で割り当てられた自装置の動作時刻で、ビーコン内にMaster１０に送信したいデータの有無およびデータ量を入れ、そのビーコンを送信する。

（３）Master１０は、（２）で各REPが送信したビーコンを受信し、ビーコンに含まれるデータの有無およびデータ量に基づいて各REPがMaster１０と通信する必要の有無と、通信する場合のデータ量を把握する。従来技術および実施の形態１、２では、（１）で割り当てた動作時刻のうち自装置に割り当てられた時間帯以外（各REPの動作時刻として割り当てられた時間帯）では、Master１０は一切動作しなかったが、本実施の形態では、ビーコン受信を行うことになる。

（４）Master１０は、自身が把握しているREP毎の下りデータの有無および下りデータ量と、（３）で把握したREP毎の上りデータの有無およびデータ量と、に基づいて合計のデータ量が多い順番にREPの動作時刻を割り当てる。

動作時刻通知方法は、実施の形態１と同様である。図９を用いてビーコン情報の使用方法について詳細に説明する。Master１０がMaster動作する時刻で、配下のREPが同期できるようにビーコン７１を送信する。REP３０，REP４０，REP５０は、ビーコン７１を同時に受信する。

一方、各REP自身が、Master動作を行う場合、配下のSlaveが同期できるようにビーコンを配下のSlaveに対して送信する。図９では、REP４０が送信するビーコン７４を示しているが、REP３０およびREP５０も同様に自装置がMaster動作する動作時刻で、配下のSlaveにビーコンを送信する。

従来技術および実施の形態１、２では、各REPがMaster動作する場合、その動作時刻でデータを送受信する対象の装置は配下のSlaveだけであった。図９の例では、REP４０がMaster動作を行う時刻では、REP４０は、Slave４１、４２、４３とのみ通信していた。しかし、REP４０とMaster１０は距離的には通信できる位置関係にあるため、REP４０が送信するビーコン７４をMaster１０は受信することが可能である。本実施の形態は、このようにREPが送信するビーコンを、Master１０が受信して利用するところに特長がある。

また、ビーコンの中に、実施の形態２でデータ送信時にあわせて送信していた残りデータのデータ量を入れるところに本実施の形態の特長がある。図１０は、実施の形態１と同様の構成のデータ中継システムに本実施の形態の割り当て方法を適用した例を示す図である。図１０を用いて、本実施の形態の動作について詳細に説明する。

図１０は、ＴＤＭＡシステムごとに２周期目までの動作時刻を図中に示している。最初の周期（図中の左側の（）内）は図５の例と同様に全REPに動作周期を割り当てる。このとき実施の形態１および２では、Master１０は１周期目については時刻１しか動作しないが、本実施の形態では、Master１０は１周期目の時刻２〜６で各REPが送信するビーコンをモニタする。

１周期目の時刻２〜６では、各REPが自装置に割り当てられた動作時刻でビーコンを送信する。このとき、各REPは、Master１０宛に送信したい残りデータ量の合計をビーコンの中にいれて送信する。Master１０は時刻２〜６で、各REPから送信されるビーコンを受信し、ビーコンに含まれるデータ量に基づいてREPごとの上りデータ量を知ることができる。そして１周期目の時刻６のビーコンを受信してから、２周期目の時刻１で自身がビーコンを送信するまでの間に、つぎの動作周期（この場合は２周期目）の動作時刻割当てを実施の形態２と同様に実施する。そして、実施の形態２と同様に、２周期目の時刻１で自身がMaster動作を行うときに、ビーコンに動作時刻割当て情報を入れて送信する。本実施の形態の以上のべた以外の動作は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、このような動作を行うことで、１周期目の時刻２〜６で上りデータ量の把握ができるため、１周期目の時刻１で上りデータ量を把握する実施の形態２と比べてより遅い時刻で通知することができ、より最新の情報を通知することができる。

また、実施の形態２では、時刻１でMaster１０とREPで上り方向の通信が発生した場合は残りデータ量を上りデータとともに通知できるが、REP数が多い場合、または、１REPあたりのデータ量が多いREPが存在する場合、時刻１の１フレーム時間内で上りデータ量を送信できないREPが生じる可能性がある。この場合、Master１０は、１周期目の時刻１でその上りデータ量を送信できなかったREPは残りの上りデータ量はないと判断することになるが、実際にはそのREPには残りの上りデータが存在していることになる。

これに対し本実施の形態では、REPの送信するビーコンに情報を入れて送信しているため、Master１０は１周期目の時刻２〜６で、他のREPの通信の影響を受けないため、各REPの残りデータ量を必ず把握することができる。

なお、以上の説明では、ビーコンに残りの上りデータ量を入れるとしたが、実施の形態１のようにデータ有無のみを入れることとし、実施の形態１と同様の動作時刻の割り当てを行うようにしてもよい。この場合は、ビーコンに追加する情報は１ビットでよい。また、残りデータ量を入れる場合は、たとえば、上限値を４０９５バイト（４０９５以上の場合も４０９５バイトと通知）として１バイト単位で通知する場合には１２ビット（２¹²＝４０９６）を必要とする。

このように、本実施の形態では、各REPが１周期目で自装置に割り当てられた動作時刻で送信するビーコンに残りの上りデータ量を含めて送信し、Master１０がそのビーコンを受信して、ビーコンに含まれる上りデータ量に基づいて動作時刻の割り当てを行うようにした。このため、実施の形態１、２と比較して、全REPの通信状況を必ず把握することができ、また、実施の形態２に比べ、より最新の上りデータ量を反映することができる。したがって、スループット、遅延の性能を実施の形態１および２より向上させることができる。

以上のように、本発明にかかるデータ中継システムおよび動作時刻割り当て方法は、遠距離に配置された装置間または多数の装置間のデータ中継システムに有用であり、特に、ＴＤＭＡ方式を採用するデータ中継システムに適している。

１０ Master
２０，３０，４０，５０，６０ REP
２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３，６１〜６３ Slave
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ ＴＤＭＡシステム
７１，７４ ビーコン

Claims (7)

1. ＴＤＭＡによる親局として機能する親局装置と、ＴＤＭＡによる子局として機能する子局装置と、前記親局装置と前記子局装置の通信を中継し、また、前記親局装置を親局とするＴＤＭＡシステムである上位ＴＤＭＡシステムにおいては子局としての機能し、また、前記子局装置を子局とするＴＤＭＡシステムである下位ＴＤＭＡシステムにおいては親局として機能する中継装置と、を備えるデータ中継システムであって、
   前記親局装置は、上位ＴＤＭＡシステムおよび下位ＴＤＭＡシステムに対しシステムごとに１回ずつ動作時間帯を静的割り当て時間帯として割り当て、また、所定の割当て周期から前記動作時間帯を除いた時間帯を動的割り当て時間帯とし、前記静的割り当て時間帯における前記中継装置との通信状況に基づいて前記動的割り当て時間帯を前記下位ＴＤＭＡシステムの動作時間帯として割り当て、割り当て結果を前記中継装置に送信し、
   前記中継装置は、受信した前記割り当て結果に基づいて自装置に割り当てられた時間帯を抽出し、その時間帯に親局として動作することを特徴とするデータ中継システム。
2. 前記通信状況を、前記上位ＴＤＭＡシステムに割り当てられた静的割り当て時間帯における前記親局装置と前記中継装置との間の送受信データの有無とすることを特徴とする請求項１に記載のデータ中継システム。
3. 前記中継装置は、前記静的割り当て時間帯のうち自装置に割り当てられた時間帯に送信するクロック同期のためのビーコンを用いて前記親局装置への送信データの有無を送信し、
   前記親局装置は、各中継装置から送信されるビーコンに基づいて前記送受信データの有無を求めることを特徴とする請求項２に記載のデータ中継システム。
4. 前記通信状況を、前記上位ＴＤＭＡシステムに割り当てられた静的割り当て時間帯における前記中継装置の配下の子局装置から前記親局装置へ送信すべきデータの残量である上りデータ量と、前記親局装置が保持しているその子局装置宛てのデータの残量である下りデータ量と、の合計のデータ量とし、
   前記中継装置は、前記上りデータ量を前記親局装置への送信データとともに送信し、
   前記親局装置は、前記合計のデータ量が所定のしきい値を超える中継装置に対して前記動的割り当て時間帯を割り当てることを特徴とする請求項１に記載のデータ中継システム。
5. 前記通信状況を、前記上位ＴＤＭＡシステムに割り当てられた静的割り当て時間帯における前記中継装置の配下の子局装置から前記親局装置へ送信すべきデータの残量である上りデータ量と、前記親局装置が保持しているその子局装置宛てのデータの残量である下りデータ量と、の合計のデータ量とし、
   前記中継装置は、前記静的割り当て時間帯のうち自装置に割り当てられた時間帯に送信するクロック同期のためのビーコンを用いて前記上りデータ量を送信し、
   前記親局装置は、各中継装置から送信されるビーコンに基づいて前記上りデータ量を求めることを特徴とする請求項１に記載のデータ中継システム。
6. 前記親局装置は、クロック同期のためのビーコンを用いて前記割り当て結果を送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のデータ中継システム。
7. ＴＤＭＡによる親局として機能する親局装置と、ＴＤＭＡによる子局として機能する子局装置と、前記親局装置と前記子局装置の通信を中継し、また、前記親局装置を親局とするＴＤＭＡシステムである上位ＴＤＭＡシステムにおいては子局としての機能し、また、前記子局装置を子局とするＴＤＭＡシステムである下位ＴＤＭＡシステムにおいては親局として機能する中継装置と、を備えるデータ中継システムにおける動作時刻割り当て方法であって、
   前記親局装置が、上位ＴＤＭＡシステムおよび下位ＴＤＭＡシステムに対しシステムごとに１回ずつ動作時間帯を静的割り当て時間帯として割り当る静的割り当てステップと、
   前記親局装置が、所定の割当て周期から前記動作時間帯を除いた時間帯を動的割り当て時間帯とし、前記動的割り当て時間帯を前記静的割り当て時間帯における前記中継装置との通信状況に基づいて前記下位ＴＤＭＡシステムの動作時間帯として割り当てる動的割り当てステップと、
   前記親局装置が、前記割り当て結果を前記中継装置に送信する割り当て結果送信ステップと、
   前記中継装置が、受信した前記割り当て結果に基づいて自装置に割り当てられた時間帯を抽出し、その時間帯に親局として動作する動作ステップと、
   を含むことを特徴とする動作時刻割り当て方法。

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