JP5174625B2 - 無線中継装置 - Google Patents

Description

この発明は、データを無線中継する無線中継装置に関する。

効率的な無線中継伝送を行うために、隣接する端末の送受信時刻を合わせ、同期通信し通信時間以外の通信電源を切断し、電力消費を削減する手法が開示されている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−１１６４０８号公報

従来の同期通信の手法では、位置が既知であったり、設置を固定化し、中継通信の順番は既に確定されていることが前提であった。しかし、数多くのセンサを設置する場合、個々の位置を計測したり、通信確認して設置することは、導入コストが嵩むという課題がある。また、故障センサの交換や、新たなセンサの追加に対し、中継情報を手動で交換しなければならず、運用面での課題があった。本発明はこれを解決するもので、無秩序に存在する多数のセンサ（無線中継装置）に対し、中継経路と中継順番を自立的に確立し、伝送効率および省電力効果が高い中継通信を実現する無線中継装置を提供することを目的とする。

この発明の無線中継装置は、
無線で受信したデータを無線中継する複数の無線中継装置を備えた無線中継ネットワークシステムで使用される前記無線中継装置において、
前記無線中継装置は、
装置用電源が投入されるとフリーステートとなり、
フリーステートからモニタステートに遷移し、
モニタステートからシンクロステートに遷移すると共に、
（１）前記フリーステートでは、
予め設定された一定の送信周期Ｐごとにアラームを発生し、アラーム発生に伴ってネットワークへの参入を要求するネットワーク参入要求コマンドを送信し、送信した前記ネットワーク参入要求コマンドへの応答である要求応答コマンドを受信した場合にはモニタステートに遷移し、
（２）モニタステートでは、
フリーステートと同じ一定の前記送信周期Ｐで引き続きアラームを発生すると共に、他の無線中継装置から前記ネットワーク参入要求コマンドを受信した場合には直前に発生したアラームから前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時までに経過した経過時間Ｄと前記送信周期Ｐとに基づいて、前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時から次回のアラーム発生までの残存期間が予め設定されている中継ギャップαを超えるかどうかを判定し、
前記残存期間が前記中継ギャップαを超えると判定した場合には受信した前記ネットワーク参入要求コマンドに対する応答であって、次回のアラーム発生時を起点として次回のアラーム発生前の前記中継ギャップαの期間内における前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信のタイミングを示す再送信タイミング情報を含み、かつ、前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信を要求する再送信要求応答を送信し、
前記残存期間が前記中継ギャップα以下と判定した場合には前記要求応答コマンドを送信すると共に、
モニタステートに遷移してから所定の回数のアラーム発生のときにシンクロステートに遷移し、
（３）シンクロステートでは、
シンクロステートに遷移する契機となったアラームに対して次回のアラームの発生タイミングを前記遷移する契機となったアラームの発生時点から前記送信周期Ｐより前記中継ギャップαの１倍と２倍とのいずれかを差し引いた期間の経過後として設定し、設定後は前記遷移する契機となったアラームに対して次回の次回のアラームから前記送信周期Ｐごとにアラームを発生し、他の無線中継装置からデータを受信した場合には受信直前のアラーム発生時点から前記中継ギャップαを経過した後に、受信した前記データを送信することを特徴とする。

この発明により、中継経路と中継順番とを自立的に確立すると共に、伝送効率の高い通信システムを形成する無線中継装置を提供できる。

実施の形態１．
以下の実施の形態は、Ａｄ−Ｈｏｃマルチホップ通信における、特に中継ノード（無線中継装置）の無線機能のバッテリ長期動作を可能とするルート構築および通信制御方式に関する実施形態である。

図１〜図７を参照して実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１における無線中継装置１のブロック図である。図２は、複数の無線中継装置（装置という場合がある）を配置した無線中継ネットワークシステム１００の確立を示す図である。実施の形態１の無線中継ネットワークシステム１００は、分散する多数の測定対象をセンサ（無線中継装置）によって定期的に測定し、その結果を中継を含む短距離無線通信によって末端に配置するサーバ２０へ伝送するシステムである。無線中継ネットワークシステム１００では、各無線中継装置は以下に説明するように、自動的に中継通信（中継ルート）を確立し、短時間でデータをサーバ２０に収集し、また無線中継装置の省電力化を実現することができる。

（システムでやりとりされるコマンドの種類）
実施の形態１の無線中継ネットワークシステム１００では、次のコマンドがやりとりされる。
（ａ）「ネットワーク参入要求コマンド」：
ＦＲＥＥステート（後述する）の装置から発信されるコマンドである。
（ｂ）「ディレイ応答コマンド」（再送信要求応答）：
ネットワーク参入要求コマンドに対する応答の１つで、これを受信した装置（端末）は、このコマンドに含まれる値だけ時間遅延してネットワーク参入要求コマンドを再送する。
（ｃ）「参入応答コマンド」（要求応答コマンド）：
ネットワーク参入要求コマンドに対する応答の１つであり、これを受信した装置（端末）は、ＭＯＮＩＴＯＲステート（後述する）に遷移する。

図１に示すように、無線中継装置１は、無線送受信部１１、時間管理部１２、無線機能電源制御部１３、ステート管理部１４を備える。無線中継装置１は、実際はセンサを備え、計測値をデータ化する手段を実装するが、ここでは通信のみに言及し、その説明は省略する。

（無線送受信部１１）
無線送受信部１１は、他の無線中継装置から無線送信されるデータあるいはコマンドを受信して無線中継装置へ渡し、また、ステート管理部１４の指示によりデータあるいはコマンドを送信する。

（時間管理部１２）
時間管理部１２は、無線送受信のスケジュール管理や、時間計測の機能を有し、ステート管理部１４の指示によって時間経過をカウントし、所定の時間にアラームを発する。時間管理部１２は、時間情報をステート管理部１４へ渡し、また、アラームを発生してステート管理部１４、無線機能電源制御部１３へ送る。時間管理部１２は、以下の条件によってアラームを発生する。
（ａ）システム全体で固定化された送信周期Ｐに対し、前回のアラームから時間Ｐ経過後。
（ｂ）無線送受信部１１が他の装置からディレイ応答コマンドを受信した場合、コマンドに含まれる後述の遅延値（Ｐ−Ｄ−α）に対し、前回のアラームから前記遅延値（Ｐ−Ｄ−α）の経過後。
（ｃ）ＭＯＮＩＴＯＲステートからＳＹＮＣステートに遷移する過程において、前回のアラームから時間（Ｐ−α）経過後（Ｐは送信周期、αは後述の中継ギャップである）

（無線機能電源制御部１３）
無線機能電源制御部１３は、無線送受信部１１用の「電源」を制御する機能を有し、ステート管理部１４からの切断指示によって無線送受信部１１への電源供給を停止し、また時間管理部１２のアラーム（起床指令）によって無線送受信部１１への電源供給を開始する。

（ステート管理部１４）
ステート管理部１４は、無線送受信部１１からのコマンドや、時間管理部１２からのアラームによって装置の状態を管理する機能を有する。ステート管理部１４は、無線送受信部１１の受信した受信データに含まれるコマンドやび時間管理部１２からのアラームによって、自身のステートを変化させる。そして、ステートに応じて、無線送受信部１１へコマンドの送信指示し、また時間管理部１２へのアラーム時間設定を実行し、無線機能電源制御部１３へ無線送受信部１１への電源供給の停止を指示する機能等を有する。ステート管理部１４は、装置の電源が投入された初期状態ではＦＲＥＥステート（フリーステート）であり、ＭＯＮＩＴＯＲステート（モニタステート）、ＳＹＮＣステート（シンクロステート）と遷移する。各ステートの内容は次の様である。
（ａ）ＦＲＥＥステート：周期的に無線送受信部１１の電源をＯＮにして、「ネットワーク参入要求コマンド」を発信し、応答の有無を確認し、ステート管理部１４による切断指示で無線送受信部１１の電源をＯＦＦにすることを繰り返す。
（ｂ）ＭＯＮＩＴＯＲステート：常時、無線送受信部１１の電源はＯＮであり、他の無線中継装置からのコマンドを受信可能な状態である。なお、ＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移後、１送信周期Ｐの経過後にＳＹＮＣステートに遷移する。
（ｃ）ＳＹＮＣステート：時間管理部１２からのアラームで無線機能電源制御部１３は周期的に無線送受信部１１の電源をＯＮにし、他の無線中継装置からのデータを受信し、この受信データと自身のデータとを送信し、ステート管理部１４の指示により無線機能電源制御部１３は無線送受信部１１の電源をＯＦＦにすることを繰り返す。なお、図１には、ステート管理部１４から時間管理部１２にタイムアウト設定の矢印が出ている。この矢印は次の意味である、後述の動作説明では「ステート管理部１４はディレイ応答コマンドに付加しているディレイ値を時間管理部１２へ伝える」が、これ示していると共に、また、後述の動作説明では「ＳＹＮＣステートへ遷移した最初だけ、時間管理部１２が次のアラームまでの時間を「Ｐ−α」に設定する」が、この設定指示を意味する。つまり、時間管理部１２は、送信周期Ｐに従い時間を計時しアラームを発するが、時間補正の指示はステート管理部１４からこの矢印により指示されることを示している。ステート管理部１４は中継ギャップαを保有しており、時間管理部１２のアラーム発生タイミングを修正する機能を有する。

今、図２のように無線中継装置１を１ａ〜１ｄとして４台並べ、無線中継装置１ａをサーバ２０と接続した構成を考える。隣接する装置間は通信距離内に収まっているものとする。この構成を例に、各装置の装置用電源の投入から、装置１ｂ〜１ｄのデータを定期的に収集する通信方式が確立するまでの処理を説明する。なおサーバ２０と接続している装置１ａはＭＯＮＩＴＯＲステートを維持するように予め設定されている。

図３は無線中継ネットワークシステム１００における通信方式が確立する過程を示すフローである。また、図４は図３に、さらに、無線送受信部１１の電源のＯＮ／ＯＦＦ状態を加えたフローである。図４の電源ＯＮ、電源ＯＦＦの記載が無線送受信部１１の電源ＯＮ／ＯＦＦ状態を示している。以下の動作は、図３、図４を参照して説明する。特に図４を参照して説明する。

初期状態として、サーバ２０と接続している装置１ａはＭＯＮＩＴＯＲステートを示し、その他の装置はＦＲＥＥステートを示す。ＦＲＥＥステートの装置１ｂ〜１ｄは、各自非同期にて定期的にネットワークへの参入を要求するネットワーク参入要求コマンドを発信する。なお、発信元の装置を明確にするため、例えば装置１ｂの発信したコマンドを「ネットワーク参入要求コマンド（１ｂ）」のように記載する。

（ＦＲＥＥステート：ネットワーク参入要求コマンドの発信）
図５は、ＦＲＥＥステートにおけるネットワーク参入要求コマンドの発信を説明するシーケンスである。ＦＲＥＥステートでは、時間管理部１２は送信周期Ｐをカウントし、アラームを発する（Ｓ０１）。このアラームは無線機能電源制御部１３及びステート管理部１４に通知される。無線機能電源制御部１３はアラームを受信すると無線電源をＯＮにし（Ｓ０２）、無線送受信部１１が活性化する（Ｓ０３）。同時にアラームを受信したステート管理部１４から無線送受信部１１にネットワーク参入要求コマンドの送信指示が与えられ（Ｓ０４）、無線送受信部１１は、ネットワーク参入要求コマンドを発信する（Ｓ０５）。無線送受信部１１は、もし応答を受信するとステート管理部１４に通知する。ステート管理部１４は応答を待つための所定の時間（予め設定されている）だけ待ち、この設定期間に応答が返送されなければ無線機能電源制御部１３に切断指示を出し（Ｓ０６）、無線機能電源制御部１３に無線電源をＯＦＦさせる（Ｓ０７）。

ＦＲＥＥステートでは、アラーム発生で無線送受信部１１用の電源がＯＮとなりネットワーク参入要求コマンドが発信され、応答を受信できなければアラーム発生から設定期間経過の後、無線送受信部１１用の電源がＯＦＦとなる。この様子を図４の装置１ｃ、装置１ｄのＦＲＥＥステートに示している。図４において、「黒丸印」はアラーム発生のタイミングを示し、「黒三角印」は送信タイミングを示している。

無線中継装置１は、送信周期Ｐでアラームを発生することが前提である。図５に示すように、ＦＲＥＥステート、ＭＯＮＩＴＯＲステートではアラーム発生タイミング（黒丸印）とデータ送信タイミング（黒三角印）は同一であり（物理的にはタイムラグはある）、ＳＹＮＣステートではアラーム発生後、中継ギャップαを経過した時点でデータ送信タイミングとなり、データ送信後に無線送受信部１１の電源をＯＦＦにする。すなわち無線中継ネットワークシステム１００の特徴は、装置を中継ギャップαでデータ中継する中継方式を自動的に確立することにより迅速なデータ中継を可能とする共に、ＳＹＮＣステートでは中継ギャップα以外の期間は無線送受信部１１の電源をＯＦＦとすることで省電力化を図る点にある。

（ネットワーク参入要求コマンドへの応答）
ネットワーク参入要求コマンドに応答できる装置は、ＭＯＮＩＴＯＲステートにある装置のみである。装置１ａはＭＯＮＩＴＯＲステートにあるため、装置１ｂのネットワーク参入要求コマンドに応答する。装置１ａは、装置１ｂへ参入応答を返す。

この時点（装置１ｂがネットワーク参入要求を発信した時点）で、装置１ｃ、装置１ｄもネットワーク参入要求コマンドを発しているが、受信範囲に存在する装置１ｂ〜１ｄはＦＲＥＥステートにあり、自身のネットワーク参入要求コマンド送信以外のときは無線送受信部１１の電源がＯＦＦになっている。また無線中継装置は、ＦＲＥＥステート中に他の装置からコマンドやデータを受信しても、これを無視し、自身からネットワークへの参入要求コマンドを送信し、その応答コマンドのみを受信する。そのためＦＲＥＥステートの装置からは応答は返らない。

（装置１ｂ：ＭＯＮＩＴＯＲステートへの遷移）
図６は図３のフローを構成要素間のシーケンスとして表した図である。図４、図６を参照して、装置がＦＲＥＥステートからＭＯＮＩＴＯＲステート、ＳＹＮＣステートへと遷移する場合を説明する。

装置１ｂの無線送受信部１１ｂは、装置１ａから「参入応答コマンド（１ａ）」を受信し（Ｓ１１）、この「参入応答コマンド（１ａ）」をステート管理部１４ｂへ伝える（Ｓ１２）。ステート管理部１４ｂは「参入応答コマンド（１ａ）」を受けると、ＦＲＥＥステートからＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移する（Ｓ１２−１）。ＭＯＮＩＴＯＲステートでは、ステート管理部１４ｂは無線機能電源制御部１３ｂへ無線電源ＯＦＦを指示しない。このため、無線送受信部１１ｂは機能している。

（装置１ｂ：ＭＯＮＩＴＯＲステート（無線送受信部１１ｂの電源ＯＮ））
ここで装置１ｃから「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」が発信されると、装置１ｂの無線送受信部１１ｂは、この「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」を受信し（Ｓ１３）、ステート管理部１４ｂに渡す（Ｓ１４）。ステート管理部１４ｂは、無線送受信部１１ｂから「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」を受けとると、時間管理部１２ｂから前回アラームを発してから現在までの時間から「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」の受信までの時間を読み出し、これを「計測値Ｄ」とする（Ｓ１５）。ステート管理部１４ｂは、自身の保有する送信周期Ｐから計測値Ｄを減じ、さらに中継ギャップとして定義されている値α（ステート管理部１４が保有）を減じた値を評価する（Ｓ１６）。

（Ｐ−Ｄ−α＞０のとき）：
すなわち、ステート管理部１４ｂは、「Ｐ−Ｄ−α」が、０より大きければ、無線送受信部１１ｂへ「ディレイ応答コマンド（１ｂ）」（再送信要求応答）の送信を指示し、「Ｐ−Ｄ−α」をディレイ値（再送信タイミング情報）としてコマンドに付加し無線送受信部１１ｂに送信させる。
（Ｐ−Ｄ−α≦０のとき）：
もし「Ｐ−Ｄ−α」が０以下であれば、ステート管理部１４ｂは、無線送受信部１１ｂへ「参入応答コマンド（１ｂ）」の送信を指示する。なお、時間管理部１２ｂを周期Ｐからのダウンカウンタでアラーム時間をカウントしている場合は、カウント値を取り出すと「Ｐ−Ｄ」が得られるので、この値からαを減じた値で評価しても良い。「Ｐ−Ｄ」は「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」受信時から次のアラーム発生までの残存時間である。「Ｐ−Ｄ−α」の評価は残存時間「Ｐ−Ｄ」と中継ギャップαとの比較を意味する。つまり、「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」の受信タイミングが、アラーム発生タイミングを起点として発生前、中継ギャップα以内に入るかどうかを評価している。

（装置１ｃ）
図３の場合では、装置１ｃは、「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」に対して「ディレイ応答コマンド（１ｂ）」を受信する（Ｓ１７，Ｓ１８）。無線送受信部１１ｃは、ステート管理部１４ｃに「ディレイ応答コマンド（１ｂ）」を渡す（Ｓ１９）。ステート管理部１４ｃは、「ディレイ応答コマンド（１ｂ）」に付加しているディレイ値を時間管理部１２ｃへ伝える（Ｓ２０）。時間管理部１２ｃは、前回のアラームから与えられたディレイ値だけ遅延し（Ｓ２１）、再びアラームを発する（Ｓ２２）。このアラームで無線機能電源制御部１３ｃが無線電源をＯＮにする（Ｓ２３）。ステート管理部１４ｃからの送信指示により（Ｓ２４）、無線送受信部１１ｃは、「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」を再び送信する（Ｓ２５）。すなわち、装置１ｃの前回の参入要求コマンド送信時（Ｓ１３）から「Ｐ−Ｄ−α」の時間経過後に「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」が再送（Ｓ２５）される。

（装置１ｂ）
ここで装置１ｂの無線送受信部１１ｂは「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」を受信し（Ｓ２６）、ステート管理部１４ｂに通知する（Ｓ２７）。ステート管理部１４ｂは、この時点での「Ｐ−Ｄ−α」を評価する（Ｓ２８，Ｓ２９）。前回の「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」は、アラームから時間Ｄ経過後に受信し、そこからＰ−Ｄ−α経過後に再び受信したので、今回のＤは、Ｄ＋（Ｐ−Ｄ−α）＝Ｐ−αと等しい。したがって、Ｐ−Ｄ−α＝Ｐ−（Ｐ−α）−α＝０となる。Ｐ−Ｄ−α＝０であるので、ステート管理部１４ｂは、無線送受信部１１ｂへ「参入応答コマンド（１ｂ）」の送信を指示し（Ｓ３０）、無線送受信部１１ｂが「参入応答コマンド（１ｂ）」を送信する（Ｓ３１）。

（装置１ｃ）
装置１ｃの無線送受信部１１ｃは、「参入応答コマンド（１ｂ）」を受信し（Ｓ３２）、これをステート管理部１４ｃへ伝える（Ｓ３３）。ステート管理部１４ｃは「参入応答コマンド（１ｂ）」を受け取ると、ＦＲＥＥステートからＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移する（Ｓ３３−１）。以後、装置１ｂと同様に、装置１ｃは装置１ｄの「ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）」を受信し（Ｓ３４）、ディレイ応答（１ｃ）、参入応答（１ｃ）を送信する。装置１ｄは、参入応答（１ｃ）を受信すると、ＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移する。

（ＳＹＮＣステートへの遷移）
装置１ｂ〜１ｄは、ＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移した次の送信周期Ｐのアラーム発生でＳＹＮＣステートへ遷移する。

本アラーム発生時（この状態は、ＭＯＮＩＴＯＲステートとみてもよい）、無線送受信部１１は、自身のデータを送信する。これは、センサで計測したデータでも良いが、同期が確立されたことをサーバ２０へ知らせるコマンドであっても良い。ＭＯＮＩＴＯＲステートにて何のネットワーク参入要求も受信しなかった装置は、本アラーム発生時に自身が終端であることを示す「ルート完了コマンド」をサーバ２０へ通知すれば、各装置を伝達しサーバ２０へ終端までの同期が確立されたことを知らせることができる。

このように、無線中継装置１は、ＭＯＮＩＴＯＲステート中に自身の送信周期に達した場合、自身のデータを送信する。

ここで、ＭＯＮＩＴＯＲステートからＳＹＮＣステートへ遷移した最初だけ、時間管理部１２は次のアラームまでの時間を「Ｐ−α」に設定する。「Ｐ−α」を図４の装置１ｂに破線で示しているが、これは、自身が参入応答した装置が送信するデータを受信するタイミング調整のためである。
（１）図４に示すように、無線送受信部１１のＳＹＮＣステートでは、電源ＯＦＦ状態の場合にアラーム発生にて、無線機能電源制御部１３は時間管理部１２からアラームを受け取ると無線送受信部１１の電源をＯＮにし、まずは隣接装置からのデータを受信し、
（２）ステート管理部１４も時間管理部１２からアラームを受け取るので保持している中継ギャップαと時間管理部１２からの時間情報とからαの経過を判定する。
（３）ステート管理部１４はアラーム発生から中継ギャップα経過後に隣接装置からのデータと自身のデータとの送信指示を無線送受信部１１にすると共に、送信指示後には切断指令を無線機能電源制御部１３に送信することにより、無線機能電源制御部１３を介して無線送受信部１１の電源をＯＦＦにする。これを送信周期Ｐごとに繰り返す。すなわちＳＹＮＣステートでは、アラーム発生で無線送受信部１１がＯＮとなるとともに、そのタイミングで装置１ｃからデータを受信し、中継ギャップαの経過後に受信したデータと自己の計測データとを送信すると共に送信後（中継ギャップα経過後）に無線送受信部１１の電源をＯＦＦにする。

以上の処理により、無秩序に設置された装置は、一筆書きに中継ルートが形成され、終端からサーバ２０へ近づく方向に、中継ギャップαの間隔でデータが伝送される。各装置は、自身が送信する直前に隣接ノードからデータを受け、自身のデータを含めて送信するので、サーバ２０から離れた装置のデータが少ない遅延でサーバ２０へ伝達される。また、受信と送信のタイミングが近接し、他の時間は無線通信機能を停止できるため、電力消費が抑えられ、とくにバッテリ動作する装置のバッテリ長時間動作を可能とすることができる。

（一筆書き中継ルートの形成）
ここで一筆書き中継ルートの形成を具体的に説明しておく。参入応答コマンドを出した装置からのデータを受信する場合などにはＩＤ識別を利用することも考えられるが、ＩＤ識別なくルート構築できるのが無線中継ネットワークシステム１００の特徴である。
これは、
（１）「各装置は必ず１つの装置からのネットワーク参入要求コマンドのみに応答する」、
（２）「受信範囲に、複数の参入要求（ネットワーク参入要求コマンド）が聞こえた場合でも、最初に聞こえた装置へ応答を返し、他の装置には応答を返さない」、
（３）「応答を帰した相手からの送信タイミングを知っている」、
ことから実現される。
例えば、図７（ａ）のように、通信範囲に２つのノードが存在している場合を例に説明すると、装置１は、装置２と装置３の要求が聞こえる。もし装置３が先に要求を出していたら、装置１は装置３に応答を返えす。装置３は、装置２，装置４が見える（ネットワーク参入要求コマンドを受信可能）が、装置２の要求が先に聞こえたらなら装置２に応答を返えす。装置２は装置４の要求が聞こえるので、装置４へ応答を返えす。すると、時間軸に対し、装置４，装置２，装置３の順に送信される。装置２は装置４が送信しはじめるタイミングで無線機能をＯＮに、自身の送信後にＯＦＦとするので、装置３の送信は聞こえない。装置３は装置２が送信しはじめるタイミングでＯＮにするので、その前の装置４の送信は聞こえない。このように、ＯＦＦしている時間の無線が聞こえないことで、識別なく通信の中継できる。

なお、このルールでは、図７（ｂ）のようなことも想定される。つまり、装置３がＭＯＮＩＴＯＲステートのとき、たまたま装置４が先に要求し、応答する。装置４は装置２と装置５の要求のうち、装置５が先に要求し応答すると、装置２は装置５に参入しなければならないが、通信範囲を超えているため、孤立する。これを助けるのが後述する実施の形態２である。例えば装置３のＲＥＭＯＮＩＴＯＲ中に装置２の要求を受信、装置３は装置２に応答すると同時に装置４には再参入を指示、装置４は装置５に再参入を指示し、装置１→装置３→装置２→装置４→装置５のルートができあがる。

なお、上記説明において、無線機能電源制御部１３は無線送受信部１１の電源ＯＮ／ＯＦＦのみを制御しているが、さらに詳細な管理を行うこともできる。例えば無線送受信部１１の送信機能、受信機能を個別に制御することで、更なる省電力化が可能となる。また、無線送受信部１１だけでなく、ステート管理部１４の機能も停止することができる。すなわち、無線中継装置において電力供給を受けて動作する各動作部について、フリーステートとシンクロステートとにおいては、アラームが発生から次回のアラーム発生前の所定の期間だけ、前記動作部のうちの予め指定された前記動作部に電力を供給する制御を実行する電源制御部を設けることもできる。

なお実施の形態１では、例えば図４に示すように、ＳＹＮＣステートにおいて装置１ｂが装置１ｃからデータを受信するタイミングと装置１ｂでアラームを発生するタイミング（すなわち無線送受信部１１が活性化するタイミング）とは、説明上、同一である。しかし、これは説明のわかりやすさのためであり、実際には、装置１ｂのアラーム発生のタイミングは、装置１ｃからの送信タイミングに対して余裕をもたせて、はやめとしてもよいのは当然である。

また、ＭＯＮＩＴＯＲステートからＳＹＮＣステートへ遷移した最初のアラーム時間を、Ｐ−２αに設定すると、消費電力は増加するが、隣接する装置が受信するデータを傍受することができる。万が一、隣接装置が故障し、データ中継不能となっても、傍受したデータにより、故障した装置のデータ以外の中継伝送を継続することができる。

また、上記のＭＯＮＩＴＯＲステートにおいて「Ｐ−Ｄ−α＞０」の場合には「Ｐ−Ｄ−α」をディレイ値として付加したがこれは一例である。前記残存期間が前記中継ギャップαを超えると判定した場合（「Ｐ−Ｄ−α＞０」の場合）には、次回のアラーム発生時を起点として次回のアラーム発生前の中継ギャップαの期間内におけるネットワーク参入要求コマンドの再送信がされるタイミングを指示するディレイ値であればよい。

実施の形態２．
次に図８〜図１０を参照して実施の形態２を説明する。実施の形態１では通信システムの初期動作について説明したが、実施の形態２では、既に稼動している通信システム（無線中継システム）へ新たな装置が参加する場合の処理を説明する。

図８、図９は、新たな装置が参加する場合の構成を示し、図９は通信フローを示す。

ネットワークに参入していない装置１ｄは、実施の形態１と同様、ＦＲＥＥステートにて「ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）」の発信を繰り返す。一方、通信運用している装置１ｂ、１ｃは、定期的に「ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート」に遷移する。ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート（リモニタステート）はステート管理部１４から無線機能電源制御部１３への電源ＯＦＦ指示が発生しない。このため、無線送受信部１１は受信可能となる。よって、装置１ｄのネットワーク参入要求を受信できる。「ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート」とは、ＳＹＮＣステートから定期的にＭＯＮＩＴＩＯステートに遷移することであるが、この場合には後述のようにディレイ応答等が「ＭＯＮＩＴＩＯステート」と異なる。

図８では装置１ｂが「ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート」に遷移した場合において装置１ｄの「ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）」を受信した場合を示した。

（装置１ｂ：ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート）
動作は実施の形態１の「ＭＯＮＩＴＯＲステート」と類似であるが、ＭＯＮＩＴＯＲステートと異なる点は次の点である。すなわち、「ＭＯＮＩＴＯＲステート」ではネットワーク参入要求コマンドを受信した際の評価が「Ｐ−Ｄ−α＞０」の場合には、「Ｐ−Ｄ−α」を付加した。しかし、ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステートでは評価が「Ｐ−Ｄ−α＞０」の場合には「２Ｐ−Ｄ−α」をディレイ応答（第２再送信要求応答）に付加するディレイ値（第２再送信タイミング情報）とする点である。これは、従来接続されている装置１ｃとの通信干渉を防ぐためである。また、ステート管理部１４ｂは、「ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）」を受信した場合には、ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステートをさらに１周期（送信周期Ｐ）延長する。逆にいえば、１周期（送信周期Ｐ）の間にネットワーク参入要求コマンドを受信しない場合は、１周期でＲＥＭＯＮＩＴＯＲステートを終了してＳＹＮＣステートに遷移し、再び、定期的にＳＹＮＣステートからＲＥＭＯＮＩＴＯＲステートに遷移する。

（装置１ｂ：ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）の再受信）
装置１ｂでは、「２Ｐ−Ｄ−α」後に装置１ｄから「ネットワーク参入要求コマンド（１ｄ）」を再受信した時には「Ｐ−Ｄ−α」の評価は０となり、ステート管理部１４ｂは、「参入応答コマンド（１ｂ）」を返すことになる。

（装置１ｂ：装置１ｃからのデータ受信）
また、装置１ｂは「ＲＥＭＯＮＩＴＯＲステート」中に装置１ｃから「中継データ（１ｃ）」を受信する。この場合、ステート管理部１４ｂは「中継データ（１ｃ）」を受信すると、シンクロステートからフリーステートへの遷移を指示する「再参入指示コマンド（１ｂ）」を発信する。

（装置１ｃ）
装置１ｃは「再参入指示コマンド（１ｂ）」を受信すると、「ＦＲＥＥステート」へ遷移する。なお、「ＦＲＥＥステート」へ遷移した最初のアラームは、周期Ｐに「＋２α」以上の値を加算した時間をカウントすることが望ましい。これにより、近隣の通信との衝突を回避することができる。「ＦＲＥＥステート」に遷移した装置１ｃは、実施の形態１と同様、「ネットワーク参入要求コマンド（１ｃ）」を発信する。これは、「ＭＯＮＩＴＯＲステート」に遷移した装置１ｄに受信され、ディレイ応答で時間調整され、参入応答で装置１ｄと中継ルートが接続される。このように、新たな装置に対し、自立的にネットワークを切断し、新規装置を加えた中継ルートを構築することができる。

実施の形態３．
図１０は、無線中継装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図１０を参照して無線中継装置１のハードウェア構成を簡単に説明する。

図１０は、コンピュータで実現される無線中継装置１のハードウェア資源の一例を示す図である。図１０において、無線中継装置１は、プログラムを実行するＣＰＵ８１０（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ８１０は、バス８２５を介してＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）８１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）８１２、アンテナ８１８を有する通信部８１６、センサ８１７、フラッシュメモリ８２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。フラッシュメモリ８２０の代わりに、磁気ディスク装置でもよい。

ＲＡＭ８１２は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ８１１、フラッシュメモリ８２０、磁気ディスク装置等の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、格納装置あるいは記憶部の一例である。

フラッシュ８２０には、オペレーティングシステム８２１（ＯＳ）、プログラム群８２３、ファイル群８２４が記憶されている。プログラム群８２３のプログラムは、ＣＰＵ８１０、オペレーティングシステム８２１により実行される。

上記プログラム群８２３には、以上に説明した実施の形態の説明において「〜部」として説明した機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ８１０により読み出されて実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

以上の実施の形態では無線中継装置１について説明したが、無線中継装置１は、無線中継方法として把握することも可能である。

実施の形態１における無線中継装置１のブロック図。 実施の形態１における無線中継ネットワークシステム１００の構成図。 実施の形態１における通信方式の確立過程を説明するフロー。 図３の装置の無線送受信部の電源ＯＮ／ＯＦＦ状態をさらに説明する図。 実施の形態１におけるＦＲＥＥステートのフローを示す図。 実施の形態１におけるＭＯＮＩＴＯＲステートとＳＹＮＣステートとの通信を示すフロー。 実施の形態１における通信ルートの成立を説明する図。 実施の形態２における新たな装置が参加する場合を示す図。 実施の形態２における通信フローを示す図。 実施の形態３における無線中継装置１のハードウェア資源を示す図。

符号の説明

１ 無線中継装置、１１ 無線送受信部、１２ 時間管理部、１３ 無線機能電源制御部、１４ ステート管理部、２０ サーバ、１００ 無線中継ネットワークシステム。

Claims (12)

1. 無線で受信したデータを無線中継する複数の無線中継装置を備えた無線中継ネットワークシステムで使用される前記無線中継装置において、
   前記無線中継装置は、
   装置用電源が投入されるとフリーステートとなり、
   フリーステートからモニタステートに遷移し、
   モニタステートからシンクロステートに遷移すると共に、
   （１）前記フリーステートでは、
   予め設定された一定の送信周期Ｐごとにアラームを発生し、アラーム発生に伴ってネットワークへの参入を要求するネットワーク参入要求コマンドを送信し、送信した前記ネットワーク参入要求コマンドへの応答である要求応答コマンドを受信した場合にはモニタステートに遷移し、
   （２）モニタステートでは、
   フリーステートと同じ一定の前記送信周期Ｐで引き続きアラームを発生すると共に、他の無線中継装置から前記ネットワーク参入要求コマンドを受信した場合には直前に発生したアラームから前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時までに経過した経過時間Ｄと前記送信周期Ｐとに基づいて、前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時から次回のアラーム発生までの残存期間が予め設定されている中継ギャップαを超えるかどうかを判定し、
   前記残存期間が前記中継ギャップαを超えると判定した場合には受信した前記ネットワーク参入要求コマンドに対する応答であって、次回のアラーム発生時を起点として次回のアラーム発生前の前記中継ギャップαの期間内における前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信のタイミングを示す再送信タイミング情報を含み、かつ、前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信を要求する再送信要求応答を送信し、
   前記残存期間が前記中継ギャップα以下と判定した場合には前記要求応答コマンドを送信すると共に、
   モニタステートに遷移してから所定の回数のアラーム発生のときにシンクロステートに遷移し、
   （３）シンクロステートでは、
   シンクロステートに遷移する契機となったアラームに対して次回のアラームの発生タイミングを前記遷移する契機となったアラームの発生時点から前記送信周期Ｐより前記中継ギャップαの１倍と２倍とのいずれかを差し引いた期間の経過後として設定し、設定後は前記遷移する契機となったアラームに対して次回の次回のアラームから前記送信周期Ｐごとにアラームを発生し、他の無線中継装置からデータを受信した場合には受信直前のアラーム発生時点から前記中継ギャップαを経過した後に、受信した前記データを送信することを特徴とする無線中継装置。
2. 前記無線中継装置は、
   フリーステートにおいて前記ネットワーク参入要求コマンドの送信後に前記他の前記無線中継装置から前記再送信要求応答を受信した場合には前記再送信要求応答に含まれる前記再送信タイミング情報に従って自身のアラームを発生し、発生したアラームに伴って前記ネットワーク参入要求コマンドを再び送信すると共に、前記再送信タイミング情報に従って発生したアラームの次回のアラームから前記送信周期Ｐで発生することを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
3. 前記無線中継装置は、
   モニタステートにおいてアラームが発生した場合にはアラームの発生に伴って、所定の自身のデータを送信することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無線中継装置。
4. 前記無線中継装置は、
   シンクロステートにおいてデータを受信した場合には、受信データと所定の自身のデータとを送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線中継装置。
5. 前記無線中継装置は、
   モニタステートに遷移した場合には、モニタステートに遷移した後の最初のアラームの発生のときにシンクロステートに遷移することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線中継装置。
6. 前記無線中継装置は、
   モニタステートにおいて所定回数のアラームが発生しても前記ネットワーク参入要求コマンドを受信しなかった場合には、ルートの末端であることを通知するルート完了コマンドを送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線中継装置。
7. 前記無線中継装置は、
   シンクロステート状態にある場合にはシンクロステートからリモニタステートに所定の周期で定期的に遷移し、
   リモニタステートでは、
   シンクロテートと同じ一定の前記送信周期Ｐで引き続きアラームを発生すると共にリモニタステートに遷移後の最初の前記送信周期Ｐの間に他の無線中継装置から前記ネットワーク参入要求コマンドを受信しない場合には最初の前記送信周期Ｐの終了時の最初のアラーム発生でシンクロステートに遷移し、
   最初の前記送信周期Ｐの間に他の無線中継装置から前記ネットワーク参入要求コマンドを受信した場合には直前に発生したアラームから前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時までに経過した経過時間Ｄと前記送信周期Ｐとに基づいて、前記ネットワーク参入要求コマンドの受信時から次回のアラーム発生までの残存期間が予め設定されている中継ギャップαを超えるかどうかを判定し、
   前記残存期間が前記中継ギャップαを超えると判定した場合には受信した前記ネットワーク参入要求コマンドに対する応答であって、次回の次回のアラーム発生時を起点として前記次回の次回のアラーム発生前の前記中継ギャップαの期間内における前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信のタイミングを示す第２再送信タイミング情報を含み、かつ、前記ネットワーク参入要求コマンドの再送信を要求する第２再送信要求応答を送信し、
   前記残存期間が前記中継ギャップα以下と判定した場合には前記要求応答コマンドを送信して、前記次回の次回のアラーム発生でシンクロステートに遷移することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無線中継装置、
8. 前記無線中継装置は、
   フリーステートにおいて前記ネットワーク参入要求コマンドの送信後に前記他の前記無線中継装置から前記第２再送信要求応答を受信した場合には前記第２再送信要求応答に含まれる前記第２再送信タイミング情報に従って自身のアラームを発生し、発生したアラームに伴って前記ネットワーク参入要求コマンドを再び送信すると共に、前記第２再送信タイミング情報に従って発生したアラームの次回のアラームから前記送信周期Ｐで発生することを特徴とする請求項７記載の無線中継装置。
9. 前記無線中継装置は、
   リモニタステートにおいて他の無線中継装置から前記ネットワーク参入要求コマンドとは異なる所定のデータを受信した場合には、シンクロステートからフリーステートへの遷移を指示する再参入指示コマンドを送信することを特徴とする請求項８記載の無線中継装置。
10. 前記無線中継装置は、
    シンクロステートにおいて他の無線中継装置から前記再参入指示コマンドを受信した場合には、フリーステートに遷移すると共にシンクロテートと同じ一定の前記送信周期Ｐで引き続きアラームを発生することを特徴とする請求項９記載の無線中継装置。
11. 前記無線中継装置は、
    電力供給を受けて動作する複数の動作部を備え、
    前記無線中継装置は、
    フリーステートとシンクロステートとにおいては、アラーム発生から次回のアラーム発生前の所定の期間だけ、前記動作部のうちの予め指定された前記動作部に電力を供給する制御を実行することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の無線中継装置。
12. 前記無線中継装置は、
    前記動作部として無線の送受信を行う無線送受信部を備え、
    前記予め指定された前記動作部として、前記無線送受信部への電力供給を制御することを特徴とする請求項１１記載の無線中継装置。

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