JP5347857B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビーコン信号を送信する親無線端末と前記ビーコン信号を受信し親無線端末と時間同期を取る１つないし複数の子無線端末から構成される無線システムに利用できる無線通信装置であって、子無線端末が先に設置され、後から親無線端末が設置された場合であっても、子無線端末が親無線端末のビーコンを検出してシステムに参入できる無線通信装置に関するものである。

ビーコンを送信する親無線端末からなる通信システムは、無線ＬＡＮや固定無線アクセス（ＦＷＡ：Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）事業者が提供する無線ネットワークシステム等で用いられている。一般に通信システムはインフラに相当する親無線端末が設置された後に、子無線端末が設置される場合がほとんどである。そして子無線端末が前記通信システムに参入し、親無線端末とＩＤの付与や交換する方法として例えば特許文献１や特許文献２がある。

特許文献１によれば、子無線端末は複数の親無線端末から送信される前記ビーコン信号を受信し最適な通信品質状態にある親無線端末に対して無線通信システムへの参入要求を送信し親機との間でネゴシエーションを行い親機からＩＰアドレスの付与を受けて通信システムに参入する、というものである。

また特許文献２によれば、子無線端末は親無線端末からのビーコン信号を一定時間内に受信しなかったと判断したときに、無線通信部に供給されている電力を遮断することにより親無線端末の存在を確認できなくなったときには無線通信を中止して省電力化を図る、というものである。

また公衆の移動通信システムなどにおいては親無線端末からのビーコン信号を受信できなくなった場合にはどれかの親無線端末からのビーコン信号を検出するまで子無線端末は連続受信状態を保持し、前記検出したビーコン信号を送信した親無線端末の通信システムに参入するという方法が取られている場合がある。

特開２００７−１８１２３１号公報 特開２００９−１３５７０８号公報

しかしながら、特許文献１は親無線端末が先に設置されていることを前提にしており、先に子無線端末を設置し、その後親無線端末を設置した場合についての記述はなく、先に設置された子無線端末が後から設置された親無線端末の通信システムへ参入するのに課題があった。

またビーコン信号を検出するまで子無線端末は連続受信状態を保持し、前記検出したビーコン信号を送信した親無線端末の通信システムに参入するという方法では子無線端末は連続受信状態にあるため、子無線端末の消費電力が大きくなるという課題があった。

また特許文献２には親無線端末のビーコン信号を受信できなくなったときには無線通信
を中止することが記載されているが、前記親無線機のビーコン信号が復活した場合や別の親無線機が設置された場合にどのように親無線機の通信システムに参入するのかという記述はなく前記親無線端末の無線システムへの参入に課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成、方法により先に子無線端末が設置された後に親無線端末が設置された場合であっても前記親無線端末の通信システムに即座に参入することができ、かつ子無線端末が前記通信システムに参入するまでの間の消費電力を低減できる無線通信装置、無線通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

自局の存在を知らせるビーコン信号を生成するビーコン生成手段と、前記ビーコン生成手段を起動してビーコンを定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記ビーコン信号の長さに比べ１０倍以上長くかつ自局の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成された無線通信装置である。

そして、省電力化のために間欠受信状態にある子無線端末に親無線端末の存在を知らせることができ、子無線端末は前記親無線端末の通信システムに参入することができることとなる。

本発明の無線通信装置、無線通信方法、及びプログラムを用いることにより、子無線端末が先に設置され、後から親無線端末が設置された場合であっても子無線端末の消費電力を増大させることなく前記子無線端末は前記親無線端末が設置されるとすぐに前記親無線端末の通信システムに参入することができる。

本発明の第一の実施の形態における無線システムの構成図 本発明の第一の実施の形態におけるビーコン信号送受信のシーケンス図 本発明の第一の実施の形態におけるスロット構成を示す図 本発明の第一の実施の形態における端末発呼信或いはポーリング信号フォーマットを示す図 本発明の第一の実施の形態における起動信号送信にかかわる無線通信装置の構成図 本発明の第一の実施の形態における起動信号受信にかかわる無線通信装置の構成図 本発明の第一の実施の形態における起動信号送受信のシーケンス図 本発明の第一の実施の形態における起動信号フォーマットを示す図 本発明の第二の実施の形態における起動信号送信のシーケンス図 本発明の第二の実施の形態における無線通信装置動作を示すフロー図 本発明の第二の実施の形態における無線通信装置動作を示すフロー図

第１の発明は、自局の存在を知らせるビーコン信号を生成するビーコン生成手段と、前記ビーコン生成手段を起動してビーコンを定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記ビーコン信号の長さに比べ１０倍以上時間的に長くかつ自局の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成された無線通信装置である。

そして、子無線端末が先に設置され省電力化のために間欠受信状態にあり、後から親無
線端末が設置された場合であっても子無線端末に親無線端末の存在を知らせることができよって子無線端末は前記親無線端末の通信システムに参入することができることとなる。

第２の発明は、自局の存在を知らせるビーコン信号を生成するビーコン生成手段と、前記ビーコン生成手段を起動してビーコンを定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、前記ビーコン信号の長さに比べ１０倍以上時間的に長くかつ自局の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成された無線通信装置より送信された前記ビーコン信号或いは前記起動信号を受信する無線通信装置であって、
前記ビーコン信号を受信できないときは前記起動信号の時間長より短い周期の間欠受信動作に移行して間欠的に前記起動信号の検出動作を行い、前記起動信号を受信した場合は前記間欠受信動作を中断して受信を継続し前記ビーコン信号の捕捉動作を行う構成とした無線通信装置である。

そして、子無線端末は消費電力を増大させることなく前記親無線端末が設置されるとすぐに前記親無線端末の通信システムに参入することができる。

第３の発明は、起動信号送信手段は、電源投入時に起動し前記起動信号を送信することを特徴とした無線通信装置である。

そして、親無線端末が設置され動作を開始するとすぐに起動信号を送信することができ、子無線端末を遅延なくシステムに参入させることができる。

第４の発明は、起動信号送信手段は、定期的に起動し前記起動信号を送信することを特徴とした無線通信装置である。

そして、子無線端末が起動信号の受信を見逃しても次のタイミングで送信される起動信号を受信することができ、子無線端末をシステムに参入させることができる。

第５の発明は、起動信号送信手段は、外部からの指示に基づき起動し前記起動信号を送信することを特徴とした無線通信装置である。

そして、親無線端末につながるセンターサーバからの指示で起動信号を送信させることができ、子無線端末をシステムに参入させることができる。

第６の発明は、間欠受信動作周期の整数倍の時間の間に起動信号を受信できない場合は前記間欠周期以上の時間受信動作を継続しビーコン信号の捕捉動作を行う構成とした無線通信装置である。

そして、長時間起動信号を受信できない場合は一時的に連続受信状態でビーコン信号の補足を行うことができ、前記起動信号の受信を見逃しても子無線端末はシステムに参入することができる。

第７の発明は、起動信号は、プリアンブル信号と起動信号であることを示す識別信号を含むブロックを単位ブロックとし前記単位ブロックを複数回繰り返す構成とした無線通信装置である。

そして、起動信号の補足において、雑音や起動信号以外の信号であるか起動信号であるかの識別を短時間で行うことができ、子無線端末の省電力化に寄与することができる。

第８の発明は、請求項１〜６のいずれか１の発明に記載の無線通信装置の少なくとも一
部をコンピュータに実現させるためのプログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、等のハードリソースを協働させて本発明の少なくとも一部を簡単なハードウェアで実現できる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

第９の発明は、ビーコン信号の長さに比べ１０倍以上時間的に長くかつ自局の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信ステップと、前記起動信号送信ステップを実行後自局の存在を知らせるビーコン信号を生成するビーコン生成手段を起動してビーコンを定期的に送信するビーコン送信ステップとからなる無線通信方法である。

そして、子無線端末が先に設置され省電力化のために間欠受信状態にあり、後から親無線端末が設置された場合であっても子無線端末に親無線端末の存在を知らせることができよって子無線端末は前記親無線端末の通信システムに参入することができることとなる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず最初に親無線端末がすでに設置され子無線端末が親無線端末の通信システムに参入あるいは参入済みの動作について説明する。

図１は本発明の無線通信装置を用いたシステムの一例である。同図において、１０１は親無線端末、１０２〜１０４は親無線端末１０１に属する子無線端末、２０１は親無線端末１０１に属する中継無線端末、２０２〜２０４は中継無線端末２０１に属する子無線端末、３０１は中継無線端末２０１に属する中継無線端末、３０２〜３０４は中継無線端末３０１に属する子無線端末、４０１は中継無線端末３０１に属する中継無線端末である。

親無線端末１０１、中継無線端末２０１、３０１、４０１はビーコン信号を定期的に送信し、親無線端末１０１、中継無線端末２０１、３０１、４０１のそれぞれに属する各子無線端末は前記ビーコン信号を受信することにより各無線端末は親無線端末１０１、中継無線端末２０１、３０１、４０１の時計に同期を取ることができる。そして各子無線端末は属する親無線端末１０１、中継無線端末２０１、３０１、４０１が送信するタイミングで間欠受信を行い、属する親無線端末１０１、中継無線端末２０１、３０１、４０１が受信するタイミングで端末発呼通信を行うことができる。

以下、図１及び図２を参照しながら本発明の無線通信装置の動作について説明する。図２（Ａ）は親無線端末１０１が定期的に送信するビーコン信号の様子を示す図である。親無線端末１０１は図２（Ａ）に示すように時間Ｔ１秒ごとにビーコン信号１とビーコン信号２を交互に送信する。

ビーコン信号１は２×Ｔ１秒毎のタイミングで即座に送信される。一方、ビーコン信号２はビーコン信号１の送信タイミングからＴ１秒後のタイミングを基点にランダムな時間Ｔ３秒（ただし、Ｔ３秒＜Ｔ２秒＜Ｔ１秒とする）待って送信される。例えばＴ１は４秒、Ｔ２は１００ｍ秒、Ｔ３は１０ｍ秒×ｎ、ｎは０〜９の間の整数でランダムに選ばれる。またビーコン信号１及び２の送信時間は１０ｍｓ以下に設定されている。

子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は図２（Ａ）に示すビーコン信号を受信する。最初子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はどのタイミングでビーコン信号が送信されるか分からないためＴ１秒以上の時間にわたり受信動作を継続する。Ｔ１秒以上の時間、受信動作を継続すれば必ずビーコン信号１或いはビーコン信号２を
受信することができる。また、Ｔ１秒以上の時間、受信動作を継続すれば親無線端末１０１からのビーコン信号を受信する以外に、中継無線端末２０１、３０１、４０１からのビーコン信号を受信する場合も考えられる。複数のビーコン信号を受信した場合は、ビーコン信号レベルが所定レベル以上であって、中継段数の最も少ない無線端末のビーコン信号に時計を合わせる。例えば、中継無線端末４０１⇒中継無線端末３０１⇒中継無線端末２０１⇒親無線端末１０１の順番で中継段数が少なくなっていく。親無線端末１０１は中継段数０でありもっとも中継段数が少ない。

ビーコン信号２を受信した場合にはランダムな時間Ｔ３秒の遅延がある。ビーコン信号２を受信して親無線端末１０１のビーコン信号１の送信タイミングに同期を取る子無線端末１０２〜１０４にとってランダムな時間Ｔ３がいくつなのか分からないとＴ１ごとのビーコン信号１或いはビーコン信号２の送信タイミングの基点が分からない。そこでビーコン信号２を送信する親無線端末１０１はビーコン信号２の信号フォーマットの中にランダムな遅延時間Ｔ３がいくつであるかという情報を挿入してビーコン信号２を送信する。そしてビーコン信号２を受信する子無線端末１０２〜１０４はビーコン信号２の信号フォーマット中に含まれるランダムな遅延時間Ｔ３の情報を用いてＴ３秒を補正してＴ１秒のタイミングの基点を算出することができる。上記動作により子無線端末１０２〜１０４は親無線端末１０１のビーコン送信タイミングＴ１秒に同期することができる。そしてビーコン信号１が送信されるタイミングで間欠受信動作を行い、ビーコン信号１を受信する。

図２（Ｂ）に親無線端末１０１が送信するビーコン信号と子無線端末１０２〜１０４が前記ビーコン信号を受信するタイミングの動作を示す。図２（Ｂ）（１）に示すように親無線端末１０１はビーコン信号１とビーコン信号２を交互に送信する。子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は図２（Ｂ）（２）に示すようにビーコン信号１のタイミングの整数倍の周期で間欠受信している。そしてビーコン信号１を検出した場合は次の間欠受信タイミングでビーコン信号１の検出動作を行う。もしビーコン信号１が検出できなかった時は、次のビーコン信号２のタイミングで起き上がりビーコン信号２を受信し、同期を取り直す。

ここで、図１に示すシステムが親無線端末１０１の近傍に複数あった場合を考える。各システムは同期しておらず、各システムから送信されるビーコン信号は非同期状態にある。ビーコン信号送信間隔Ｔ１は４秒、ビーコン送信時間は１０ｍ秒とするとビーコン送信のデューティ比は１／４００であり、各システムから送信されるビーコン信号同士が非同期であってもぶつかる確率は低い。しかしながら各システムのビーコン送信間隔Ｔ１には若干の時計誤差があるため時間経過とともに徐々に各システムから送信されるビーコン信号のタイミングがずれていき、いつかビーコン信号送信のタイミングが一致してしまうことが考えられる。

一度タイミングが一致すると時計誤差でタイミングがずれていくまで長時間にわたりビーコン信号１が衝突状態になる。しかしながらビーコン信号２はランダムな遅延時間Ｔ３で送信されるため例え各システムのビーコン送信タイミングが一致してしまった場合でもビーコン信号２が衝突する確率は低くなる。そしてビーコン信号２が連続して衝突する確率はもっと低くなる。すなわち、たとえ各システムのビーコン送信タイミングが一致してしまい、ビーコン信号１が衝突して検出できない状態が続いた場合でも、ビーコン信号２は衝突しないため各親無線端末１０１に属する子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は親無線端末１０１のビーコン信号２を検出して親無線端末１０１の時計に同期させることができる。

図２（Ｃ）はビーコン信号の信号フォーマットとビーコン受信方法を説明する図である。図２（Ｃ）の（１）はビーコン信号の信号フォーマット、図２（Ｃ）の（２）はビーコ
ン受信方法である。図２（Ｃ）の（１）のビーコン信号フォーマットは図２（Ａ）に示すＴ１秒毎に送信されるビーコン信号１及び２の信号フォーマットである。図２（Ｃ）の（２）に示す受信方法は図２（Ｂ）の（１）のタイミングでビーコン信号１或いはビーコン信号２を受信する時の受信方法である。

ビーコン信号の信号フォーマットは”１０１０・・・・・”の繰り返しからなる冗長ビットと、ビーコン信号１或いはビーコン信号２から構成されている。なおビーコン信号１或いはビーコン信号２の信号フォーマットは図に記載していないが、”１０１０・・・・・”の繰り返しからなるビット同期信号と、データの先頭を見つけるためのフレーム同期信号と、時計同期を取るための制御信号とから成り立っている。冗長ビット長はＴ４秒である。

子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１が親無線端末１０１のビーコン信号１を検出して時計同期を取ったとしても次のビーコン信号１を受信するまでの間に親無線端末１０１に内蔵されている時計と子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１がそれぞれ内蔵している時計との間で若干時計誤差が生じる。

一般に無線端末に内蔵される時計の基準発振源として水晶振動子を用いて発生させた水晶発振信号が用いられる。前記水晶振動子で発振させた発振周波数誤差は温度変化等を考慮すると最大±１００ｐｐｍである。さらにビーコン信号を送信する無線端末の発振周波数誤差が最大±１００ｐｐｍであり、前記ビーコン信号を受信する無線端末の発振周波数誤差も最大±１００ｐｐｍであるとすると、ビーコン信号送信側とビーコン信号受信側の相対発振周波数誤差は最大±２００ｐｐｍである。

例えばＴ１＝４秒、ビーコン信号１は２×Ｔ１＝８秒ごとに送信され、子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は８×Ｔ１＝３２秒ごとに前記ビーコン信号１を受信したとすると３２秒間における親無線端末１０１と子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１との間の最大時計誤差は３２秒×±２００ｐｐｍ＝±６．４ｍ秒である。そこで±６．４ｍ秒の最大時計誤差が発生したとしてもビーコン信号１を確実に受信できるように子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はビーコン信号１の送信タイミングより６．４ｍ秒早めに送受信手段１２の電源をＯＮしタイムアウト時間Ｔ６を設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ６秒間、間欠受信動作を繰り返す。

最大時計誤差をＸとした場合、Ｘは子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１がビーコン信号１を受信する受信周期によって変わってくる。前記受信周期は２×Ｔ１×Ｎ（Ｎは任意の整数）であり、最大時計誤差±ＸはＸ＝２×Ｔ１×Ｎ×２００ｐｐｍで計算される。従ってビーコン信号１を受信する前記受信周期を考慮し、子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はビーコン信号１の送信タイミングより前記計算式で計算される最大時計誤差Ｘだけ早めに送受信手段１２の電源をＯＮするように設定し、タイムアウト時間をＴ６に設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ６秒間、間欠受信動作を繰り返す。Ｔ５＜Ｔ４に設定されている。

Ｔ６は最大時計誤差±Ｘを考慮して２×Ｘ＜Ｔ６に設定される。子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はＴ６秒の間に必ず長さＴ４の冗長ビットを検出しビーコン信号１を受信できる。そして子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はＴ４の冗長ビットを検出するとタイムアウト時間Ｔ６をキャンセルし受信を継続する。ビーコン信号１は１０ｍ秒程度であり、消費電流を考慮し最大時計誤差±Ｘは一般にビーコン信号１の長さ１０ｍ秒より小さく設定される。よってＴ６のタイムアウト時間もビーコン信号１の長さ１０ｍ秒のせいぜい２倍までである。

次に、ビーコン信号１が受信できなくてビーコン信号２を受信する場合について考える。ビーコン信号２の冗長ビットもＴ４の長さである。そして子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は、ビーコン信号１受信の場合と同様に、最大時計誤差±Ｘを吸収するため子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はビーコン信号１の送信タイミングより最大時計誤差Ｘだけ早めに送受信手段１２の電源をＯＮしタイムアウト時間Ｔ７を設定する。そしてＴ５秒間隔でＴ７秒間、間欠受信動作を繰り返す。Ｔ５＜Ｔ４に設定されている。Ｔ７は最大時計誤差±Ｘ＋ランダム遅延時間の最大値Ｔ２を考慮して（２×Ｘ＋Ｔ２）＜Ｔ７に設定される。子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１はＴ７秒の間に必ず長さＴ４の冗長ビットを検出しビーコン信号２を受信できる。本例ではＴ２は最大９０ｍ秒であり、Ｘは１０ｍ秒程度であるのでＴ７は１１０ｍ秒より少し大きな値に設定される。

なお図２（Ｃ）に示すビーコン送信タイミングとビーコン受信タイミングは、ビーコン信号送信側である親無線端末１０１とビーコン受信側である子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１との間の相対時計誤差が零の場合であり、前記相対誤差が零でない場合はビーコン送信タイミングがビーコン受信タイミングに対して最大時計誤差±Ｘの間で前後にずれる。

以上述べたようにＴ６はビーコン信号１を受信する場合のタイムアウト時間、Ｔ７はビーコン信号２を受信する場合のタイムアウト時間である。

以上説明したように子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は時計誤差±Ｘより少し長めのＴ６秒の間、Ｔ５秒毎に間欠受信をすればビーコン信号１同士の衝突がない限りビーコン信号１を確実に検出できるため、ビーコン信号１受信のために起きている時間を短くでき電力の消費を抑えることができる。

そして、ある期間ビーコン信号１が衝突して検出できなかったときのみ最大時計誤差±Ｘ＋ランダム遅延時間の最大値Ｔ２より少し長めのＴ７秒の間、Ｔ５秒毎に間欠受信することになるが、ビーコン信号２を受信に行く回数はビーコン信号１を受信に行く回数に比べ非常に小さい。さらにビーコン信号２を受信する場合もＴ５秒毎の間欠受信を行うため全体の電力消費に与えるビーコン信号２の受信の影響は微々たるものである。

以上説明したように、親無線端末１０１の近傍に複数の非同期なシステムが存在し、たまたまビーコン送信タイミングが一致してしまった場合であっても、ビーコン信号２の存在により親無線端末１０１に属する子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は親無線端末１０１と時計同期を取ることができる。そして通常は一定の周期Ｔ２で送信されるビーコン信号１により時計同期を取るように構成されているため電力消費を抑えることができる。すなわち妨害に強いことと電力消費を抑えることの両立を図ることができる。

次に中継無線端末２０１は親無線端末１０１に時計同期を取るとともに、親無線端末１０１と同様の方法でビーコン信号を送信する。図３は親無線端末１０１と中継無線端末２０１、３０１、４０１のビーコン送信の関係を示す図である。

各無線端末は上位用スロットと下位用スロットの２種類のスロットを有している。親無線端末１０１は上位がないので下位用スロットのみである。上位用スロットは上位の無線端末との通信のためのスロット、下位用スロットは下位の無線端末との通信のためのスロットである。親無線端末１０１の下位用スロットで通信を行う無線端末は子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１である。親無線端末１０１の下位用スロットの位置に子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１の上位用スロットが同期している。以
下同様に図３（Ａ）に示す関係になっている。

上位用（或いは下位用）スロットの構成を図３（Ｂ）に示す。スロット長は例えば２秒である。そしてスロットはさらにビーコンスロット、子機発呼スロット、ポーリングスロットの３つのスロットから構成されている。例えばビーコンスロットは１００ｍ秒、子機発呼スロットは９００ｍ秒、ポーリングスロットは１０００ｍ秒である。ビーコン信号１及びビーコン信号２は下位用スロットの中のビーコンスロットから送信され、上位用スロットの中のビーコンスロットで受信される。ビーコン信号１は前記ビーコンスロットの先頭で送信され、ビーコン信号２はビーコンスロット１００ｍ秒の中でランダムなタイミングで送信される。

ビーコン信号１及びビーコン信号２が送信されるタイミングを図３（Ａ）に示す。例えば、親無線端末１０１がビーコン信号１を送信し、中継無線端末２０１が送信されたビーコン信号１を受信すると時計同期を親無線端末１０１に合わせスロットのタイミングを補正する。そして中継無線端末２０１は次の下位用スロットでビーコン信号１を送信する。ビーコン信号１とビーコン信号２は下位用スロットを用いて交互に送信される。以下同様の動作で下位の中継無線端末は上位の中継無線端末からのビーコン信号を受信し時計同期を取ってスロットのタイミングを補正し、下位に対してビーコン信号を送信する。

子無線端末に発呼が生じデータを上位の無線端末に送りたい場合は、子機発呼スロットの先頭で子機発呼信号の送信を開始する。上位の親無線端末１０１或いは中継無線端末２０１、３０１、４０１は下位の無線端末からの子機発呼信号を受信できるように下位用スロットの中の子機発呼スロットの先頭の子機発呼信号が送信されるタイミングで間欠受信を行い、子機発呼信号がないと判断した場合には即座に受信を中止する。中継無線端末２０１、３０１、４０１で下位の無線端末より子機発呼信号を受信した場合には上位の親無線端末１０１或いは上位の中継無線端末に対して次の上位用スロットの中の子機発呼スロットの先頭で前記受信した子機発呼信号を上位に送信する。このようにして例えば子無線端末４０１で発生した子機発呼信号は中継無線端末３０１に送られ、さらに中継無線端末３０１は前記子機発呼信号を中継無線端末２０１を介して親無線端末１０１に送ることができることとなる。

親無線端末１０１からのポーリング信号を子無線端末３０１に送りたい場合について説明する。親無線端末１０１は下位用スロットの中のポーリングスロットの先頭でポーリング信号の送信を開始する。子無線端末１０２〜１０４及び中継無線端末２０１は親無線端末１０１からのポーリング信号を受信できるように上位用スロットの中のポーリングスロットの先頭のポーリング信号が送信されるタイミングで間欠受信を行い、ポーリング信号がないと判断した場合には即座に受信を中止する。ポーリング信号を受信した中継無線端末２０１は下位用スロットの中のポーリングスロットの先頭でポーリング信号の送信を開始する。以下同様の動作で中継無線端末３０１を介して子無線端末３０１にポーリング信号が送られる。

図４（Ａ）は子機発呼信号或いはポーリング信号フォーマット図である。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の信号フォーマットの中の繰り返しヘッダーの構成要素を示す図である。

子機発呼信号或いはポーリング信号は繰り返しヘッダーに続いてビット同期信号、フレーム同期信号、データという構成である。前記データの中には制御信号や送信元や送信先を示す識別符号（以下ＩＤと呼ぶ）なども含まれる。

図４（Ｂ）に示すように繰り返しヘッダーはビット同期信号、フレーム同期信号、簡易ＩＤを構成要素とし、前記構成要素を複数回繰り返し伝送する構成である。簡易ＩＤはＩ
Ｄを簡略化し短縮したものである。例えばＩＤは４８ビット、簡易ＩＤはＩＤの下１バイトを取った８ビットである。

子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４にとってビーコン信号１の受信はビーコン信号１が送信される複数回に１回ごとの受信である。ビーコン信号１の受信は時計同期のためであるのでそれほど頻繁に受信を行う必要はない。

例えばビーコン信号１送信周期８秒として１００回ビーコン信号１が送信されるごとにビーコン信号１の受信を行った場合、８００秒毎の受信となる。それに対してポーリング信号の受信はリアルタイム性を考慮した場合間欠受信周期をできるだけ短くしたい。すなわち上位用スロット毎のタイミングである４秒周期で間欠受信動作を行う。

子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４は電池で駆動される場合が考えられ電力消費を抑えることが重要である。そこで、４秒周期の間欠受信においてキャリア検出動作を行いキャリアがないときには即座に受信を中断したい。しかしながら親無線端末１０１や上位の中継無線端末との間で時計誤差があるとキャリア検出動作を行ったタイミングがポーリング信号の送信タイミングとずれている場合があり、その場合キャリア検出できないこととなり、通信が失敗する。それを回避するのが繰り返しヘッダーの役目である。

繰り返しヘッダーの長さはビーコン受信により時計同期を行う周期８００秒の間の最大時計誤差Ｘより長く設定される。そして時計誤差がない状態においては繰り返しヘッダーの真ん中でキャリア検出するように受信タイミングが設定されている。このように設定することにより最大時計誤差±Ｘが発生しても繰り返しヘッダーのどこかでキャリア検出を行い、簡易ＩＤにより概略的に受信すべき信号かどうかを判断できる。

中継無線端末２０１、３０１、４０１及び親無線端末１０１は一般にＡＣ電源であり、消費電力を気にする必要はないが、子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４と同様に繰り返しヘッダーのところでキャリア検出するように構成している。

次に本発明のポイントである先に子無線端末が設置されていて、後から親或いは中継無線端末が設置された場合について図７を参照しながら説明する。具体例として図１において子無線端末３０２が設置されているが中継無線端末３０１が未設置の場合について考える。図７（Ａ）は子無線端末３０２の動作を説明するシーケンス図、図７（Ｂ）は中継無線端末３０１の動作を説明するシーケンス図である。

子無線端末３０２は親無線端末１０１及び中継無線端末２０１が送信するビーコン信号を受信することができない場所に設置されている。子無線端末３０２はビーコン信号を受信できないため親無線端末１０１や中継無線端末２０１の時計とは独立に子無線端末３０２に内蔵された時計により、間欠受信周期Ｔ１０で間欠受信動作を行っている。

図７（Ａ）において（１）が間欠受信周期Ｔ１０で行う間欠受信を示している。間欠受信周期Ｔ１０は消費電力を低減するために少なくともビーコン信号の信号長に比べ１０倍以上長い時間に設定されている。例えばビーコン信号長が１０ｍ秒程度であるのに対し、間欠受信周期Ｔ１０は１００ｍ秒に設定されている。またＴ１０はビーコン送信間隔Ｔ１と同じにしても良いし、Ｔ１の整数倍であっても良い。

上記状態において中継無線端末３０１が設置された場合について説明する。中継無線端末３０１が設置され中継無線端末３０１の電源がＯＮし動作を開始すると中継無線端末３０１は最初に起動信号を送信する。図７（Ｂ）において、（５）は中継無線端末３０１の
電源がＯＮしたタイミングを示し、（６）が起動信号の送信を示している。起動信号（６）の信号長はＴ１１であり、Ｔ１１＞Ｔ１０に設定されている。そのため、子無線端末３０２は間欠受信動作のタイミングで必ず前記起動信号（６）を受信することができる。（２）は子無線端末３０２が起動信号（６）を受信したことを示している。子無線端末３０２は起動信号（６）を受信し終わっても受信を継続して起動信号（６）に続いて中継無線端末３０１より送信されるビーコン信号（７）の補足を行う。そしてビーコン信号（７）を補足すると子無線端末３０２は参入要求信号（３）を中継無線端末３０１に送信する。中継無線端末３０１は子無線端末３０２からの参入要求信号（３）を受信（８）すると子無線端末３０２に対して参入許可やＩＤの割り当て等の応答信号（９）を送信する。子無線端末３０２は応答信号（９）を受信（４）することにより中継無線端末３０１につながる形で図１のシステムに参入することができる。

なお、参入要求信号（３）の送信は図３における子機発呼スロットで行う。そして応答信号（９）の送信は子機発呼スロットの中で行っても良いし、ポーリングスロットで行っても良い。

図８（Ａ）は起動信号（６）の信号フォーマットを示している。起動信号（６）は単位ブロックの繰り返しから構成されている。単位ブロックは図８（Ｂ）に示すように「１０１０１０・・・」のように「０」と「１」の繰り返しからなるビット同期信号と呼ばれるプリアンブル信号とデータの頭を示すフレーム同期信号と識別信号から構成されている。識別信号は起動信号であることを示す信号である。

なお識別信号として中継無線端末あるいは親無線端末であることを示す機器種別情報などのように受信した子無線端末が起動信号であると認識できる情報を含んだ信号であればよい。

またフレーム同期信号の符号パターンを工夫し起動信号独自の符号パターンとして受信側で前記符号パターンを検出すれば起動信号であると認識できるようにすることもできる。フレーム同期信号の符号パターンで起動信号であると認識できるようにした場合にはフレーム同期信号に続く識別信号は省略可能である。

中継無線端末３０１の電源がＯＮするタイミングで起動信号を送信する例で説明したが、他のタイミングで起動信号を送信することもできる。図９は中継無線端末３０１が動作開始後、定期的に起動信号を送信する場合のシーケンス図である。同図において（７）がＴ１ごとに送信されるビーコン信号、（６）が起動信号である。起動信号（６）はＴ１２ごとに送信される。Ｔ１２はＴ１の整数倍に設定されている。そして例えばＴ１２は１日という長い時間である。

また起動信号（６）が送信されるタイミングは、親無線端末１０１或いは親無線端末１０１が接続されているセンターサーバ（図１には図示していない）からの指示を中継無線端末３０１が受けたときに送信するようにしてもよい。

また子無線端末３０２は、図７（Ａ）に示すように起動信号（６）を受信できるまで間欠受信周期Ｔ１０で間欠受信動作（１）を行っている。図７（Ａ）の例では子無線端末３０２は起動信号（６）を受信しているが、間欠受信周期Ｔ１０の整数倍の時間待っても起動信号（６）を受信できないときにはビーコン信号送信間隔Ｔ１よりも長い時間受信動作を行い、ビーコン信号の捕捉を試みる。すなわち起動信号（６）を受信できなければ、間欠受信周期Ｔ１０の整数倍の時間周期Ｔ１１（図示せず）でビーコン信号送信間隔Ｔ１よりも長い時間受信動作を行い、ビーコン信号の捕捉を試みる動作を行う。

図５、図６は以上説明した本発明の無線通信装置の動作を実現するためのブロック構成図の一例である。起動信号を送信する親無線端末１０１或いは中継無線端末２０１、３０１、４０１は図５に示すブロック構成を搭載している。また起動信号を受信する子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４、及び中継無線端末２０１、３０１、４０１は図３に示すブロック構成を搭載している。

図５に示す無線通信装置の各手段とその動作について説明する。１はアンテナ、２は送受信手段、３はビーコン生成手段、４はスロット制御手段、５は起動信号送信手段、６は制御手段である。制御手段７は無線通信装置全体の時間管理や各手段の制御を行う。スロット制御手段は図２に示すビーコン信号１やビーコン信号２の送信タイミングなどの送信スロット制御を行う。ビーコン生成手段３はスロット制御手段４の制御の元にビーコン信号１やビーコン信号２を生成し、送受信手段２を介して送信する。起動信号送信手段５は制御手段６からの指示で図８に示す起動信号を送受信手段２を介して送信する。制御手段６の指示で起動信号送信手段５から送信される起動信号は図７及び図９に示す（６）である。

次に図６に示す無線通信装置の各手段とその動作について説明する。１１はアンテナ、１２は送受信手段、１３はビーコン受信手段、１４はビーコン受信手段、１５は間欠受信制御手段、１６は起動信号受信手段、１７は制御手段である。制御手段１７は無線通信装置全体の時間管理や各手段の制御を行う。起動信号を受信できるまでは間欠受信手段１５の動作により図７或いは図９に示すＴ１０秒ごとの間欠受信動作（１）を行う。起動信号受信手段は、間欠受信手段１５の動作で間欠受信動作（１）を行ったときに起動信号（６）があるかどうかの検出を行い、起動信号（６）を受信する動作を行う。そして起動信号（６）を受信した場合は制御手段１７を介して間欠受信手段１５の動作を停止しビーコン受信制御手段１４及びビーコン受信手段１３を動作させてビーコン信号の補足動作を行う。

図１０は図５に示す本発明の無線通信装置動作を示すフローチャートの一例である。以下図１０に従いその動作を再度説明する。

まず、無線通信装置の電源がＯＮされると（ステップ１１０）、起動信号送信手段５は図７に示す起動信号（６）を送受信手段２に対して送信し（ステップ１１１）、その後にビーコン信号（７）を送信する（ステップ１１２）。

ビーコン信号（７）の送信を終えると、送受信手段２は受信状態に移行し、参入要求信号（３）があるかどうかの受信動作（８）を行う（ステップ１１３）。ステップ１１３において、送受信手段２が参入要求信号（３）を受信した場合は、送受信手段２は応答信号（９）を送信する（ステップ１１４）。

ステップ１１３において、参入要求信号（３）を受信できなかった場合は、ビーコン定期送信モードに移行する（ステップ１１５）。ビーコン定期送信モードとは、図２に示すビーコン信号を周期Ｔ１で定期的に送信するモードである。

図１１は図６に示す本発明の無線通信装置動作を示すフローチャートの一例である。以下図１１に従いその動作を再度説明する。

まず、無線通信装置の電源がＯＮされると（ステップ１２０）、送受信手段１２は図２に示す定期的に送信されるビーコン信号を受信するためにＴ１秒以上の時間、受信動作を継続しビーコン信号の補足を行う（ステップ１２１）。ステップ１２１でビーコン捕捉動作を行っている期間にビーコン信号があるかどうかの検出を行う（ステップ１２２）。そ
して、ステップ１２２において、ビーコン受信手段１３がビーコン信号を検出した場合は、送受信手段１２を介して参入要求信号（３）を送信し（ステップ１２３）、受信状態に移行し、応答信号（９）のための受信動作（４）を行い（ステップ１２４）、その後ビーコン定期受信モードに移行する（ステップ１２５）。

ビーコン定期受信モードとは、図２に示すビーコン信号に同期して定期的にビーコン信号を受信するモードである。

また、ステップ１２２において、ビーコン受信手段１３がビーコン信号を検出しない場合は、送受信手段１２は図７（Ａ）に示すように周期Ｔ１０で間欠受信動作を行う。そして間欠受信動作においてステップ１２２の判定を行う（ステップ１２６）。

本発明の無線通信装置、無線通信方法はガス自動検針システムなどに用いることができる。子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４にはガスメータが接続され、親無線端末１０１からのポーリング通信により子無線端末１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４に接続されたガスメータのガス検針データを親無線端末１０１に収集することができる。そして収集されたガス検針データを親無線端末１０１に接続された公衆回線を用いてセンター装置に送ることができる。また中継無線端末２０１、３０１、４０１も子無線端末としての機能を有しガスメータが接続されてもよい。

ガスメータは１０年ごとに定期的に取替えを行う。ガスメータの取替えにあわせて子無線端末を設置していき、ガスメータへの子無線端末がある程度進んだ段階において親無線端末などのインフラを整備していく手順が考えられている。このような設置手順において本発明の無線通信装置、無線通信方法、及びプログラムは大変有用である。

以上のように本発明にかかる無線通信装置、無線通信方法、及びプログラムは、子無線端末が先に設置され、後から親無線端末が設置された場合であっても子無線端末の消費電力を増大させることなく前記子無線端末は前記親無線端末が設置されるとすぐに前記親無線端末の通信システムに参入することができる無線通信システムを構築できる。

１ アンテナ
２ 送受信手段
３ ビーコン生成手段
４ スロット制御手段
５ 起動信号送信手段
６ 子機発呼通信手段
７ 制御手段
１１ アンテナ
１２ 送受信手段
１３ ビーコン受信手段
１４ ビーコン受信制御手段
１５ 間欠受信手段
１６ 起動信号受信手段
１７ 制御手段
１０１ 親無線端末
１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４ 子無線端末

Claims (2)

1. 自局の存在を知らせるビーコン信号を生成するビーコン生成手段と、
   前記ビーコン生成手段を起動してビーコンを定期的に送信するタイミングを制御するスロット制御手段と、
   前記ビーコン信号の長さに比べ１０倍以上長くかつ自局の存在を知らせる信号である起動信号を送信する起動信号送信手段とで構成された無線通信装置より送信された前記ビーコン信号或いは前記起動信号を受信する無線通信装置であって、
   前記ビーコン信号を受信できないときは前記起動信号の時間長より短い周期の間欠受信動作に移行して間欠的に前記起動信号の検出動作を行い、
   前記起動信号を受信した場合は前記間欠受信動作を中断して受信を継続し前記ビーコン信号の捕捉動作を行う構成とし、
   間欠受信動作周期の整数倍の時間の間に起動信号を受信できない場合は前記間欠受信動作周期以上の時間受信動作を継続しビーコン信号の捕捉動作を行う構成とした無線通信装置。
2. 起動信号は、プリアンブル信号と起動信号であることを示す識別信号を含むブロックを単位ブロックとし前記単位ブロックを複数回繰り返す構成とした請求項１記載の無線通信装置。

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