JP5480789B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。

コーディネータである親ノードとエンドデバイスである子ノードとが互いに通信を行う無線通信システムが従来からある（例えば、特許文献１参照）。

特に、近年では、近距離通信無線に関する規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた無線通信システムがある（特許文献２参照）。このような無線通信システムでは、ビーコン信号を先頭に設けたスーパーフレームを用いられ、図１１に示す親ノード１Ｂと複数の子ノード２Ｂとの間で通信を行う。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、基本的にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance）を採用しているが、ＣＳＭＡ／ＣＡの問題点を克服するために、図１２に示すスーパーフレームＳＦ１を用いている。

スーパーフレームＳＦ１は、図１２に示すように、１６個のタイムスロットで構成された仮想的な通信時間割りであり、ネットワーク上の各ノードは、任意の時間ではなく、所定のタイミングにのみ送受信可能となる。１６個のタイムスロットは、親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへの下り方向のスロット数「１」のビーコン信号スロットＴＳ１と、競合アクセススロットＴＳ２と、保証タイムスロットＴＳ３（ＧＴＳ：Guaranteed Time Slot）とで構成される。競合アクセススロットＴＳ２と保証タイムスロットＴＳ３とは、親ノード１Ｂと子ノード２Ｂとの間で双方向の通信を行うことができるデータ用スロットＴＳｄを構成する。そして、競合アクセススロットＴＳ２は、スロット数「８〜１５」で構成され、保証タイムスロットＴＳ３はスロット数「０〜７」で構成される。

なお、ビーコン信号スロットＴＳ１の出現周期（ビーコン信号の送信周期）を、ビーコン周期Ｌ１と称す。

また、スーパーフレームＳＦ１において、ビーコン信号スロットＴＳ１、競合アクセススロットＴＳ２、保証タイムスロットＴＳ３の各タイムスロットからなる期間を、スーパーフレーム期間Ｌ２と称す。

また、スーパーフレーム期間Ｌ２が終了してから、次のビーコン信号スロットＴＳ１が開始されるまでは不活性期間Ｔｃとなる。

ビーコン信号スロットＴＳ１は、スーパーフレームＳＦ１の先頭のスロットであり、ビーコン信号が親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへ送信され、親ノード１Ｂ−子ノード２Ｂ間の通信同期に用いられる。

競合アクセススロットＴＳ２は、ビーコン信号スロットＴＳ１に続くＣＡＰ（Contention Access Period）である競合アクセス期間Ｔａ内で利用でき、通信フィールドに一定時間継続して信号が流れていなければ送信可能になるＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う。

この競合アクセススロットＴＳ２を用いて行われるＣＳＭＡ／ＣＡ方式通信の概略を、図１３を用いて説明する。まず、ある子ノード２Ｂ（２１Ｂ）が親ノード１Ｂとの間で通信を行っているときに、他の子ノード２Ｂ（２２Ｂ）が親ノード１Ｂとの間で通信を試みようとした場合、子ノード２２Ｂは、通信開始前に通信フィールドの通信状況を調べる（ｔ１０１）。そして、他の子ノード２Ｂ（この場合、子ノード２１Ｂ）が親ノード１Ｂとの間で送受信する信号が存在すれば、子ノード２２Ｂは、ランダムに設定されるバックオフ時間Ｔ１０１（送信待ち時間）が経過した後、再び通信フィールドの通信状況を調べる（ｔ１０２）。そして、子ノード２２Ｂは、通信フィールドに他の子ノード２Ｂが親ノード１Ｂとの間で送受信する信号が存在しなければ、待機時間Ｔ１０２が経過した後に、親ノード１Ｂへデータを送信する。上記バックオフ時間Ｔ１０１は、再送回数が増えるにつれて長い時間に設定される。

この競合アクセススロットＴＳ２は、どのノードも自由に使用できるが、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって他のノードと競合する必要がある。而して、バックオフ時間による伝送遅延が発生する虞があり、データ伝送の遅延時間を保証できない。

そこで、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による伝送遅延の発生を避けるために、保証タイムスロットＴＳ３を用いた通信方式が定義されている。

保証タイムスロットＴＳ３は、コーディネータである親ノード１Ｂから許可を得た子ノード２Ｂのみが使用できるタイムスロットであり、ＣＦＰ（Contention Free Period）である非競合アクセス期間Ｔｂ内で利用できる。保証タイムスロットＴＳ３は、親ノード１Ｂから許可を得た子ノード２Ｂのみが使用できるので、信号の衝突を避けることができ、ＱｏＳ（Quality of Service）を確保したデータ伝送が可能になる。

この保証タイムスロットＴＳ３を使用するためには、親ノード１Ｂの許可を得るための手続が必要となる。さらに、保証タイムスロットＴＳ３の使用後は、保証タイムスロットＴＳ３を開放するための手続が必要となる。これは、保証タイムスロットＴＳ３は、この保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられた子ノード２Ｂの通信を保証するものであるが、他の子ノード２Ｂの通信を阻害してしまう。したがって、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間は厳格に制御する必要がある。

親ノード１Ｂ−子ノード２Ｂ間で行われる保証タイムスロットＴＳ３の使用要求、開放要求の処理について、図１４、図１５（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。なお、以下では、スーパーフレームＳＦ１の並びを識別するために、スーパーフレームＳＦ１０１、ＳＦ１０２、ＳＦ１０３、．．．の符号を順に付す。

まず、子ノード２Ｂは、スーパーフレームＳＦ１０１の競合アクセススロットＴＳ２を用いて、ＧＴＳ使用要求Ｓ１０１を親ノード１Ｂへ送信する（図１５（ａ））。

ＧＴＳ使用要求Ｓ１０１を受信した親ノード１Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０２の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ１０２に含まれるスロット割付情報に、ＧＴＳ使用許可通知を設定する（図１５（ｂ））。

ビーコン信号Ｓ１０２を受信した子ノード２Ｂは、ＧＴＳ使用許可通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の開始タイミングを把握する。そして、子ノード２Ｂは、スーパーフレームＳＦ１０２の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、親ノード１Ｂへデータ信号Ｓ１０３を送信し、親ノード１Ｂとの間で通信を行う（図１５（ｃ））。

そして、親ノード１Ｂとの通信が完了した子ノード２Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０３の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ１０４を親ノード１Ｂへ送信する（図１５（ｄ））。

ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ１０４を受信した親ノード１Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０４の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ１０５に含まれるスロット割付情報に、ＧＴＳ使用権開放通知を設定する。ビーコン信号Ｓ１０５を受信した子ノード２Ｂは、ＧＴＳ使用権開放通知に基づいて、保証タイムスロットＴＳ３の使用を終了する（図１５（ｅ））。

そして、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがって、ある子ノード２Ｂ（２１Ｂ）から他の子ノード２Ｂ（２２Ｂ）へデータを送信する場合の動作を、図１６（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。

まず、子ノード２１Ｂは、子ノード２２Ｂ宛のデータＳ１１０を親ノード１Ｂへ送信し（図１６（ａ））、親ノード１Ｂは、子ノード２１Ｂから受信した子ノード２２Ｂ宛のデータＳ１１０を蓄積する（図１６（ｂ））。

そして、親ノード１Ｂが送信するビーコン信号Ｓ１１１は、この蓄積データの有無を子ノード２Ｂへ知らせるためのペンディング情報を含んでいる。この場合、子ノード２２Ｂ宛のデータを蓄積している旨のペンディング情報を含んだビーコン信号Ｓ１１１が、親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへ送信される（図１６（ｃ））。

子ノード２２Ｂは、親ノード１Ｂに自己宛の蓄積データがあるので、親ノード１Ｂに対して、データ送信要求Ｓ１１２を送信する（図１６（ｄ））。

データ送信要求Ｓ１１２を受信した親ノード１Ｂは、蓄積データＳ１１３を子ノード２２Ｂへ送信し、子ノード２２Ｂは、親ノード１Ｂから蓄積データＳ１１３を受信する（図１６（ｅ））。

上記のように、ある子ノード２Ｂ（２１Ｂ）から他の子ノード２Ｂ（２２Ｂ）へデータを送信する場合、親ノード１Ｂが中継動作を行う。これは、子ノード２Ｂは通常、スリープ状態にあり、受信したビーコン信号に基づいて、自己宛のデータがあると判断した場合にのみ起動してデータを受信するシステムを構成するための仕組みである。而して、データの宛先である子ノード２Ｂがスリープ状態にある場合、親ノード１Ｂがデータを蓄積しておく。

この仕組みは、保証タイムスロットＴＳ３を用いた場合も同様であり、図１４、図１７（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。

まず、子ノード２１Ｂは、スーパーフレームＳＦ１０１の競合アクセススロットＴＳ２を用いて、最終送信先アドレスに子ノード２２Ｂのアドレスを設定したＧＴＳ使用要求Ｓ１２１を親ノード１Ｂへ送信する（図１７（ａ））。

ＧＴＳ使用要求Ｓ１２１を受信した親ノード１Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０２の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ１２２に含まれるスロット割付情報に、子ノード２１Ｂ，２２ＢへのＧＴＳ使用許可通知を設定する。この場合、子ノード２１Ｂ，２２Ｂには、互いに異なる保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられる。ビーコン信号Ｓ１２２を受信した子ノード２１Ｂ，２２Ｂは、ＧＴＳ使用許可通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の開始タイミングを把握する（図１７（ｂ））。

そして、子ノード２１Ｂは、スーパーフレームＳＦ１０２の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、子ノード２２Ｂ宛のデータ信号Ｓ１２３を親ノード１Ｂへ送信する。親ノード１Ｂは、子ノード２１Ｂから受信した子ノード２２Ｂ宛のデータを蓄積する（図１７（ｃ））。

そして、親ノード１Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０３の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ１２４に含まれるペンディング情報に、子ノード２２Ｂ宛のデータを蓄積している旨を設定する（図１７（ｄ））。

子ノード２２Ｂは、親ノード１Ｂに自己宛の蓄積データがあるので、スーパーフレームＳＦ１０３の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、データ送信要求Ｓ１２５を親ノード１Ｂへ送信する（図１７（ｅ））。

データ送信要求Ｓ１２５を受信した親ノード１Ｂは、蓄積データＳ１２７を子ノード２２Ｂへ送信し、子ノード２２Ｂは、親ノード１Ｂから蓄積データＳ１２７を受信する（図１７（ｆ））。

また、ビーコン信号Ｓ１２４を受信した子ノード２１Ｂは、スーパーフレームＳＦ１０３の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ１２６を親ノード１Ｂへ送信している（図１７（ｅ））。

ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ１２６を受信した親ノード１Ｂは、次周期のスーパーフレームＳＦ１０４の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ１２８に含まれるスロット割付情報に、ＧＴＳ使用権開放通知を設定する。ビーコン信号Ｓ１２８を受信した子ノード２１Ｂ，２２Ｂは、ＧＴＳ使用権開放通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の使用を終了する（図１７（ｇ））。

特開平８−９４５５号公報 特開２０１０−１９３１６４号公報

上記背景技術は、特にトラフィックの少ない無線通信システムにおいて、子ノード２Ｂの消費電力を抑えるために有効な手段である。

しかしながら、親ノード１Ｂが子ノード２Ｂ間の通信を中継する構成では、通信経路が長くなり、子ノード２Ｂ間の通信を完了するまでの時間が長くなってしまう。特に、火災警報のように緊急性の高いデータを子ノード２Ｂ間で授受する場合に、この伝送遅延が問題となる。

例えば、図１７（ａ）〜（ｇ）に示す保証タイムスロットＴＳ３を用いた子ノード２Ｂ間の通信では、図１４に示すスーパーフレームＳＦ１０１〜ＳＦ１０３の３周期に亘る期間Ｔ１１１が最短の通信時間となる。また、子ノード２Ｂ間で授受されるデータ量が大きく、１つのスーパーフレームＳＦ１のみではデータ授受が完了しない場合、ＧＴＳ使用権開放通知の送信タイミングが遅れるため、通信時間はさらに長くなる。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、親ノードと子ノードとで構成されながら、子ノード間の通信における伝送遅延を抑制することができる無線通信システムを提供することにある。

本発明の無線通信システムは、複数の子ノードと、前記子ノードの各々との間で無線通信を行う親ノードとで構成され、前記親ノードと前記子ノードとは、前記親ノードから前記子ノードへの下り方向の通信を行うビーコン信号スロットと、前記親ノードと前記子ノードとの間で双方向の通信を行うことができるデータ用スロットとで構成される送信フレームを用いて、無線通信を行い、前記親ノードは、前記ビーコン信号スロット内でビーコン信号を送信し、前記子ノードは、前記ビーコン信号を受信した時点を基準にして、前記データ用スロットを用いて前記親ノードとの間で通信を行う無線通信システムにおいて、前記データ用スロットの各々は、複数の前記子ノードが互いに競合する競合アクセススロットと、予め割り付けられた前記子ノードのみが利用することができる保証タイムスロットとのいずれか一方で構成され、第１の前記子ノードは、第２の前記子ノードに対してデータを送信する場合、前記親ノードに対して保証タイムスロット使用要求を送信し、この保証タイムスロット使用要求を受信した前記親ノードは、前記ビーコン信号を用いて前記保証タイムスロットを前記第１，第２の子ノードに割り付け、前記第１，第２の子ノードは、前記割り付けられた前記保証タイムスロットを用いて、前記第１の子ノードが前記第２の前記子ノードに対してデータを直接送信することを特徴とする。

この発明において、前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットを前記第１，第２の子ノードが使用できる使用期間を設定し、この使用期間が経過した前記保証タイムスロットを開放することが好ましい。

この発明において、前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットの前記使用期間を、予め決められた一定時間に設定することが好ましい。

この発明において、前記第１の子ノードは、前記第２の子ノード宛に送信するデータ量に関する情報を、前記親ノードに対して送信する前記保証タイムスロット使用要求に付加し、前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットの前記使用期間を、前記データ量に関する情報に基づいて設定することが好ましい。

この発明において、前記送信フレームは、前記ビーコン信号スロット、前記保証タイムスロット、前記競合アクセススロットの順に並んで構成されることが好ましい。

この発明において、前記親ノードは、前記送信フレーム内に複数の前記保証タイムスロットが存在する場合、いずれかの前記保証タイムスロットが開放された後、この開放された前記保証タイムスロットの位置に後方の保証タイムスロットをシフトさせることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、親ノードと子ノードとで構成されながら、子ノード間の通信における伝送遅延を抑制することができるという効果がある。

実施形態１の無線通信システムの全体構成を示す構成図である。 同上の子ノードから親ノードへのデータ伝送モデルを示すシーケンス図である。 同上の親ノードから子ノードへのデータ伝送モデルを示すシーケンス図である。 同上のスーパーフレームを用いた通信を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の子ノード間における直接通信の手順を示す概略図である。 実施形態２の子ノード間における直接通信の手順を示す概略図である。 実施形態３のスーパーフレームを用いた通信を示す図である。 実施形態４のスーパーフレームを示すフォーマット図である。 同上のスーパーフレームにおけるタイムスロットのシフト前の状態を示すフォーマット図である。 同上のスーパーフレームにおけるタイムスロットのシフト後の状態を示すフォーマット図である。 従来の無線通信システムの全体構成を示す構成図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがったスーパーフレームを示すフォーマット図である。 ＣＳＭＡ／ＣＡ方式通信の概略を示すタイムチャート図である。 同上のスーパーフレームを用いた通信を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の親ノード−子ノード間における保証タイムスロットを用いた通信の手順を示す概略図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の子ノード間における通信の手順を示す概略図である。 （ａ）〜（ｇ）同上の子ノード間における保証タイムスロットを用いた通信の手順を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の無線通信システムの構成を示し、親ノード１Ａと、複数の子ノード２Ａとで構成される。

そして、この通信システムは、通常、近距離通信無線に関する規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがって、ビーコン信号を先頭に設けたスーパーフレームＳＦ１を用いて、親ノード１Ａと子ノード２Ａとの間の通信を行う。

スーパーフレームＳＦ１は、図１２に示すように、１６個のタイムスロットで構成された仮想的な通信時間割りであり、ネットワーク上の各ノードは、任意の時間ではなく、所定のタイミングにのみ送受信可能となる。１６個のタイムスロットは、親ノード１Ａから子ノード２Ａへの下り方向のスロット数「１」のビーコン信号スロットＴＳ１と、競合アクセススロットＴＳ２と、保証タイムスロットＴＳ３（ＧＴＳ：Guaranteed Time Slot）とで構成される。競合アクセススロットＴＳ２と保証タイムスロットＴＳ３とは、親ノード１Ａと子ノード２Ａとの間で双方向の通信を行うことができるデータ用スロットＴＳｄを構成する。競合アクセススロットＴＳ２は、スロット数「８〜１５」で構成され、保証タイムスロットＴＳ３はスロット数「０〜７」で構成される。このようなスーパーフレームＳＦ１は、本発明の送信フレームに相当する。

なお、ビーコン信号スロットＴＳ１の出現周期（ビーコン信号の送信周期）を、ビーコン周期Ｌ１と称す。

また、スーパーフレームＳＦ１において、ビーコン信号スロットＴＳ１、競合アクセススロットＴＳ２、保証タイムスロットＴＳ３の各タイムスロットからなる期間を、スーパーフレーム期間Ｌ２と称す。

また、スーパーフレーム期間Ｌ２が終了してから、次のビーコン信号スロットＴＳ１が開始されるまでは不活性期間Ｔｃとなる。

ビーコン信号スロットＴＳ１は、スーパーフレームＳＦ１の先頭のスロットであり、ビーコン信号が親ノード１Ａから子ノード２Ａへ送信され、親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間の通信同期に用いられる。

このビーコン信号は、ビーコン周期情報、スロット割付情報、ペンディング情報、スロット幅情報等を含んでいる。

ビーコン周期情報は、ビーコン周期Ｌ１を設定する。

スロット割付情報は、競合アクセススロットＴＳ２、保証タイムスロットＴＳ３等の情報である。例えば、競合アクセススロットＴＳ２および保証タイムスロットＴＳ３のスロット数、保証タイムスロットＴＳ３を割り付けられた子ノード２Ａのアドレス、保証タイムスロットＴＳ３の開始スロット等である。

さらに、親ノード１Ａは、子ノード２Ａ宛のデータ（蓄積データ）を一時格納しており、ペンディング情報とは、この蓄積データの有無を子ノード２Ａへ知らせるための情報である。具体的には、親ノード１Ａが一時格納しているメッセージの数、およびその宛先アドレスが、例えばペンディングアドレスリストとして格納される。

スロット幅情報は、タイムスロットの時間長さを設定し、スーパーフレームＳＦ１では、全ての子ノード２Ａが効率的に通信できる時間長さに設定されている。このスロット幅情報は、ビーコン周期Ｌ１、ビーコン周期Ｌ１内において各スロットを利用可能な活性期間、スロット数の各情報に基づいて作成してもよい。

次に、競合アクセススロットＴＳ２は、ビーコン信号スロットＴＳ１に続くＣＡＰ（Contention Access Period）である競合アクセス期間Ｔａ内で利用でき、通信路に一定時間継続して信号が流れていなければ送信可能になるＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う。この競合アクセススロットＴＳ２は、どのノードも自由に使用できるが、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって他のノードと競合する必要があるので、データ伝送の遅延時間を保証できない。

保証タイムスロットＴＳ３は、コーディネータである親ノード１Ａから許可を得た子ノード２Ａのみが使用できるタイムスロットであり、ＣＦＰ（Contention Free Period）である非競合アクセス期間Ｔｂ内で利用できる。保証タイムスロットＴＳ３は、親ノード１Ａから許可を得た子ノード２Ａのみが使用できるので、信号の衝突を避けることができ、ＱｏＳ（Quality of Service）を確保したデータ伝送が可能になる。

現状のＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、子ノード２Ａから親ノード１Ａへのデータ伝送は、図２に示すように、プッシュ型のデータ伝送となる。

図２において、親ノード１Ａは、ビーコン周期Ｌ１で、ビーコン信号を送信する（Ｓ１）。子ノード２Ａは、このビーコン信号を受信して、スーパーフレームＳＦ１との同期をとり、さらにはスーパーフレームＳＦ１の各タイムスロットの割り付け状況を把握する。そして、子ノード２Ａは、競合アクセススロットＴＳ２または保証タイムスロットＴＳ３を利用して、データ伝送を行う（Ｓ２）。

子ノード２Ａは、親ノード１Ａに対するデータ送信用の保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられている場合、非競合アクセス期間Ｔｂ内の保証タイムスロットＴＳ３を利用することによって、他の子ノードと競合することなく、親ノード１Ａへデータ送信できる。

しかし、子ノード２Ａは、保証タイムスロットＴＳ３を利用することができない場合、競合アクセス期間Ｔａ内の競合アクセススロットＴＳ２を利用して、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う必要がある。この場合のＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、クリアチャンネルの判定を行う。

次に、親ノード１Ａから子ノード２Ａへのデータ伝送は、図３に示すように、プル型のデータ伝送となる。

図３において、親ノード１Ａは、ビーコン周期Ｌ１で、ビーコン信号を送信する（Ｓ１１）。子ノード２Ａは、このビーコン信号を受信して、スーパーフレームＳＦ１との同期をとり、ビーコン信号内に記述されているペンディング情報を解読する。親ノード１Ａは、子ノード２Ａ宛のデータ（蓄積データ）を一時格納しており、ペンディング情報は、この蓄積データの有無を子ノード２Ａへ知らせるための情報である。子ノード２Ａは、親ノード１Ａに自己宛の蓄積データがある場合、競合アクセススロットＴＳ２または保証タイムスロットＴＳ３を利用して、親ノード１Ａに対して、データ送信要求を送信する（Ｓ１２）。

親ノード１Ａは、データ送信要求を受信した後に、ＡＣＫ信号を子ノード２Ａへ返信する（Ｓ１３）。さらに、親ノード１Ａは、ＡＣＫ信号に続いて、蓄積データを子ノード２Ａへ送信する（Ｓ１４）。子ノード２Ａは、親ノード１Ａから蓄積データを受信した後に、ＡＣＫ信号を親ノード１Ａへ返信する（Ｓ１５）。親ノード１Ａは、子ノード２ＡからＡＣＫ信号を受信すると、子ノード２Ａ宛の蓄積データを削除する。

そして、上記子ノード２Ａから親ノード１Ａへのデータ伝送と、上記親ノード１Ａから子ノード２Ａへのデータ伝送とを用いることによって、子ノード２Ａが、親ノード１Ａを介して他の子ノード２Ａへデータを送信することができる。すなわち、親ノード１Ａが、子ノード２Ａ同士の通信を中継することが可能となる。

この親ノード１Ａによる子ノード２Ａ同士の通信の中継処理は、緊急性を要しない通信に対して、競合アクセススロットＴＳ２を用いて行われる。すなわち、子ノード２Ａ−２Ａ間の通信に緊急性がない場合、従来と同様にＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがって、競合アクセススロットＴＳ２を用いた親ノード１Ａによる中継処理が行われる。

一方、子ノード２Ａ同士の通信に緊急性が求められる場合は、保証タイムスロットＴＳ３を用いて、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信が行われる。

以下、図１に示す子ノード２Ａを個別に識別するために、子ノード２１Ａ〜２６Ａの符号を付し、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信について、図４、図５（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。ここでは、子ノード２１Ａが子ノード２２Ａ宛のデータを送信する場合を例示する。なお、スーパーフレームＳＦ１の並びを識別するために、スーパーフレームＳＦ１１、ＳＦ１２、ＳＦ１３、．．．の符号を順に付す。

まず、子ノード２１Ａは、スーパーフレームＳＦ１１の競合アクセススロットＴＳ２を用いて、最終送信先アドレスに子ノード２２Ａのアドレスを設定したＧＴＳ使用要求Ｓ２１を親ノード１Ａへ送信する（図５（ａ））。このＧＴＳ使用要求が、本発明の保証タイムスロット使用要求に相当する。

ＧＴＳ使用要求Ｓ２１を受信した親ノード１Ａは、次周期のスーパーフレームＳＦ１２の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ２２に含まれるスロット割付情報に、子ノード２１Ａ，２２ＡへのＧＴＳ使用許可通知を設定する。この場合、子ノード２１Ａ，２２Ａには、同一の保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられる。ビーコン信号Ｓ２２を受信した子ノード２１Ａ，２２Ａは、ＧＴＳ使用許可通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の開始タイミングを把握する（図５（ｂ））。

そして、子ノード２１Ａは、スーパーフレームＳＦ１２の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、データ信号Ｓ２３を子ノード２２Ａへ直接送信する（図５（ｃ））。

子ノード２２Ａとの間の通信を完了した子ノード２１Ａは、次周期のスーパーフレームＳＦ１３の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ２４を親ノード１Ａへ送信する（図５（ｄ））。

ＧＴＳ使用権開放要求Ｓ２４を受信した親ノード１Ａは、次周期のスーパーフレームＳＦ１４の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ２５に含まれるスロット割付情報に、ＧＴＳ使用権開放通知を設定する。ビーコン信号Ｓ２５を受信した子ノード２１Ａ，２２Ａは、ＧＴＳ使用権開放通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の使用を終了し、この保証タイムスロットＴＳ３が開放される（図５（ｅ））。すなわち、本実施形態における子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信では、通信完了時に、子ノード２ＡがＧＴＳ使用権開放通知を親ノード１Ａへ送信することによって、保証タイムスロットＴＳ３が開放される。

このように、本実施形態では、保証タイムスロットＴＳ３を使用する緊急性の高い通信を、子ノード２Ａ−２Ａ間において行う場合、親ノード１Ａが中継することなく、子ノード２Ａ−２Ａ間でデータを直接授受する。したがって、本無線通信システムでは、親ノード１Ａと子ノード２Ａとで構成されながら、子ノード２Ａ−２Ａ間の通信における伝送遅延を抑制することができる。

例えば、図５（ａ）〜（ｅ）に示す保証タイムスロットＴＳ３を用いた子ノード２Ａ間の通信では、図４に示すスーパーフレームＳＦ１１〜ＳＦ１２の２周期に亘る期間Ｔ１１が最短の通信時間となる。したがって、図１４に示すスーパーフレームＳＦ１０１〜ＳＦ１０３の３周期に亘る期間Ｔ１１１が最短の通信時間となる従来技術に比べて、伝送遅延を抑制することができる。

なお、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、ビーコン信号に含まれるスロット割付情報に、子ノード２Ａに割り付ける保証タイムスロットＴＳ３の通信方向（送信方向または受信方向）が設定される。しかし、本通信システムでは、子ノード２Ａが、スロット割付情報に規定された保証タイムスロットＴＳ３の通信方向を無視することによって、子ノード２Ａ−２Ａ間において、いずれの子ノード２Ａにおいてもデータ送信、データ受信の両方が可能となる。

（実施形態２）
本実施形態の無線通信システムは、実施形態１と同様の構成を備えており、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態は、データ送信に緊急性が求められる場合における子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信において、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を予め決められた一定期間に設定するものである。以下、子ノード２１Ａ−２２Ａ間の直接通信について、図４、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

まず、子ノード２１Ａは、スーパーフレームＳＦ１１の競合アクセススロットＴＳ２を用いて、最終送信先アドレスに子ノード２２Ａのアドレスを設定したＧＴＳ使用要求Ｓ３１を親ノード１Ａへ送信する（図６（ａ））。

ＧＴＳ使用要求Ｓ３１を受信した親ノード１Ａは、次周期のスーパーフレームＳＦ１２の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ３２に含まれるスロット割付情報に、子ノード２１Ａ，２２ＡへのＧＴＳ使用許可通知を設定する。この場合、子ノード２１Ａ，２２Ａには、同一の保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられる。ビーコン信号Ｓ２２を受信した子ノード２１Ａ，２２Ａは、ＧＴＳ使用許可通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の開始タイミングを把握する（図６（ｂ））。

そして、子ノード２１Ａは、スーパーフレームＳＦ１２の保証タイムスロットＴＳ３を用いて、データ信号Ｓ３３を子ノード２２Ａへ直接送信する（図６（ｃ））。

本実施形態の親ノード１Ａは、子ノード２１Ａ，２２Ａに割り付けた保証タイムスロットＴＳ３を子ノード２１Ａ，２２Ａが使用することができる使用期間Ｔ１１を、スーパーフレームＳＦ１の１周期に固定している。図４では、スーパーフレームＳＦ１２の１周期を、使用期間Ｔ１１に設定している。

而して、親ノード１Ａは、次周期のスーパーフレームＳＦ１３の先頭に設けたビーコン信号スロットＴＳ１内のビーコン信号Ｓ３４に含まれるスロット割付情報に、ＧＴＳ使用権開放通知を設定する。ビーコン信号Ｓ３４を受信した子ノード２１Ａ，２２Ａは、ＧＴＳ使用権開放通知に基づいて、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳ３の使用を終了し、この保証タイムスロットＴＳ３が開放される（図６（ｄ））。

このように、本実施形態では、保証タイムスロットＴＳ３を使用して行われる子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信において、親ノード１Ａが、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を予め決められた一定期間に設定している。そして、親ノード１Ａは、一定期間が経過した後に、ＧＴＳ使用権開放通知を送信する。したがって、子ノード２Ａは、親ノード１Ａに対してＧＴＳ使用権開放要求を送信する必要がなく、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信に要する通信時間を短縮することができる。

また、子ノード２Ａ−２Ａ間で授受されるデータは、その最大データ量を予め推定できるので、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間は、この最大データ量の授受が完了する一定期間に予め設定されており、スーパーフレームＳＦ１の１周期に限定されない。すなわち、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間は、子ノード２Ａ−２Ａ間で授受される最大データ量に基づいて、スーパーフレームＳＦ１の複数周期に予め設定されてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の無線通信システムは、実施形態２における保証タイムスロットＴＳ３の使用期間の設定方法が異なる。

本実施形態の子ノード２１Ａは、子ノード２２Ａへ送信するデータ量に基づいて、データを送信完了するために必要なスロット数を導出し、この導出したスロット数の情報（スロット数情報）を含んだＧＴＳ使用要求を親ノード１Ａへ送信する。親ノード１Ａは、このＧＴＳ使用要求に含まれるスロット数情報を参照して、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を設定する。

したがって、送信するデータ量が大きい場合には、スーパースロットＳＦ１の複数周期に亘って、保証タイムスロットＴＳ３を子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信に割り付けることになる。この場合、例えば図７に示すように、スーパースロットＳＦ１の複数周期が保証タイムスロットＴＳ３の使用期間Ｔ１２となる。

また、スーパースロットＳＦ１の１周期内における複数の保証タイムスロットＴＳ３を、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信に割り付ければ、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を、スーパースロットＳＦ１の１周期に収めることが可能になる場合もある。

このように、本実施形態では、保証タイムスロットＴＳ３を使用して行われる子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信において、親ノード１Ａが、子ノード２Ａ−２Ａ間で授受されるデータ量に基づいて保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を設定している。したがって、子ノード２Ａは、親ノード１Ａに対してＧＴＳ使用権開放要求を送信する必要がなく、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信に要する通信時間を短縮することができる。

さらに、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間は、実際に授受されるデータ量に基づいて設定されるので、子ノード２Ａ−２Ａ間のデータ授受を確実に完了させることができる。さらには、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を、実際に授受するデータ量に応じて短くでき、子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信に要する通信時間を、より短縮することができる。

また、子ノード２１Ａは、子ノード２２Ａへ送信するデータ量の情報（送信データ量情報）を含んだＧＴＳ使用要求を親ノード１Ａへ送信してもよい。この場合、親ノード１Ａは、このＧＴＳ使用要求に含まれる送信データ量情報を参照して、子ノード２１Ａがデータを送信完了するために必要なスロット数を導出し、この導出したスロット数に基づいて、保証タイムスロットＴＳ３の使用期間を設定する。

なお、上述のスロット数情報、送信データ量情報が、本発明の第２の子ノード宛に送信するデータ量に関する情報に相当する。

（実施形態４）
本実施形態の無線通信システムは、実施形態１乃至３いずれかと同様の構成を備えており、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、図１２に示すスーパーフレームＳＦ１を用いる。このスーパーフレームＳＦ１は、ビーコン信号スロットＴＳ１、競合アクセススロットＴＳ２、保証タイムスロットＴＳ３の順に並んで構成されている。

一方、本実施形態では、図８に示すスーパーフレームＳＦ２を用いる。このスーパーフレームＳＦ２は、ビーコン信号スロットＴＳ１、保証タイムスロットＴＳ３、競合アクセススロットＴＳ２の順に並んで構成されている。

非競合アクセス期間Ｔｂ内で設定可能な保証タイムスロットＴＳ３は複数ある。さらには、子ノード２１Ａ−２２Ａ間の直接通信、子ノード２３Ａ−２４Ａ間の直接通信、子ノード２５Ａ−２６Ａ間の直接通信のように、異なる通信経路で構成される子ノード２Ａ−２Ａ間の直接通信が同時に発生する場合もある。このような場合、子ノード２１Ａ−２２Ａ間の直接通信、子ノード２３Ａ−２４Ａ間の直接通信、子ノード２５Ａ−２６Ａ間の直接通信には、互いに異なる保証タイムスロットＴＳ３が割り付けられる。そして、保証タイムスロットＴＳ３の開放タイミングは、通信経路毎に異なる。したがって、ある保証タイムスロットＴＳ３が開放されると、非競合アクセス期間Ｔｂ内に競合アクセス期間Ｔａが現れる場合がある。

すなわち、スーパーフレームＳＦ２においては、図９に示すように、非競合アクセス期間Ｔｂ内の保証タイムスロットＴＳ３が開放されて、非競合アクセス期間Ｔｂ内に競合アクセス期間Ｔａが現れる。このような状態では、前方の保証タイムスロットＴＳ３１と後方の保証タイムスロットＴＳ３２との間に、競合アクセススロットＴＳ２が存在しており、後方の保証タイムスロットＴＳ３２を用いた通信タイミングが遅れてしまう。

そこで、親ノード１Ａは、図１０に示すように、前方の保証タイムスロットＴＳ３１に続いて後方の保証タイムスロットＴＳ３２が現れるように、後方の保証タイムスロットＴＳ３２を前方にシフトさせる。

このように、本実施形態では、図８に示すスーパーフレームＳＦ２を用いて、開放された保証タイムスロットＴＳ３の位置に、後方の保証タイムスロットＴＳ３２をシフトさせている。したがって、後方の保証タイムスロットＴＳ３２を用いた通信タイミングが前方にシフトされて早くなり、保証タイムスロットＴＳ３２を用いた通信を短時間で完了させることができる。而して、子ノード２Ａ−２Ａ間の通信における伝送遅延のさらなる抑制と、省消費電力化とを図ることができる。

１Ａ 親ノード
２Ａ（２１Ａ〜２６Ａ） 子ノード
ＳＦ１（ＳＦ１１，ＳＦ１２，．．．） スーパーフレーム
ＴＳ１ ビーコン信号スロット
ＴＳ２ 競合アクセススロット
ＴＳ３ 保証タイムスロット

Claims (6)

1. 複数の子ノードと、前記子ノードの各々との間で無線通信を行う親ノードとで構成され、
   前記親ノードと前記子ノードとは、前記親ノードから前記子ノードへの下り方向の通信を行うビーコン信号スロットと、前記親ノードと前記子ノードとの間で双方向の通信を行うことができるデータ用スロットとで構成される送信フレームを用いて、無線通信を行い、
   前記親ノードは、前記ビーコン信号スロット内でビーコン信号を送信し、前記子ノードは、前記ビーコン信号を受信した時点を基準にして、前記データ用スロットを用いて前記親ノードとの間で通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記データ用スロットの各々は、複数の前記子ノードが互いに競合する競合アクセススロットと、予め割り付けられた前記子ノードのみが利用することができる保証タイムスロットとのいずれか一方で構成され、
   第１の前記子ノードは、第２の前記子ノードに対してデータを送信する場合、前記親ノードに対して保証タイムスロット使用要求を送信し、
   この保証タイムスロット使用要求を受信した前記親ノードは、前記ビーコン信号を用いて前記保証タイムスロットを前記第１，第２の子ノードに割り付け、前記第１，第２の子ノードは、前記割り付けられた前記保証タイムスロットを用いて、前記第１の子ノードが前記第２の前記子ノードに対してデータを直接送信する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットを前記第１，第２の子ノードが使用できる使用期間を設定し、この使用期間が経過した前記保証タイムスロットを開放することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットの前記使用期間を、予め決められた一定時間に設定することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記第１の子ノードは、前記第２の子ノード宛に送信するデータ量に関する情報を、前記親ノードに対して送信する前記保証タイムスロット使用要求に付加し、
   前記親ノードは、前記第１，第２の子ノードに割り付けた前記保証タイムスロットの前記使用期間を、前記データ量に関する情報に基づいて設定する
   ことを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
5. 前記送信フレームは、前記ビーコン信号スロット、前記保証タイムスロット、前記競合アクセススロットの順に並んで構成されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の無線通信システム。
6. 前記親ノードは、前記送信フレーム内に複数の前記保証タイムスロットが存在する場合、いずれかの前記保証タイムスロットが開放された後、この開放された前記保証タイムスロットの位置に後方の保証タイムスロットをシフトさせることを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。

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