JP5626349B2 - 無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビーコン信号を送信する無線通信装置と、ビーコン信号を受信して時間同期を取る無線通信装置とを含む無線通信システム、ならびに、このような無線通信システムに利用される、無線通信装置および無線通信方法に関する。

電池駆動される子無線装置を有する無線通信システムにおいては、子無線装置の電力消費を抑えるために、子無線装置が間欠的に受信待ち受けすることが一般的である。子無線装置が間欠的に受信待ち受けする無線通信システムとしては、同期方式と呼ばれる無線通信システムがある。

このシステムでは、親無線装置が定期的にビーコン信号を送信し、子無線装置がビーコン信号を定期的に受信して、親無線装置の時計に自局の時計を合わせる。そして、子無線装置は、所定のタイミングで、親無線装置からのポーリングデータを受信待受けする。この方式は、子無線装置の省電力化に有効である（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の技術においては、親無線装置は、固有の装置アドレスとは別に、固有装置アドレス長よりも短い、親無線装置が任意に作成した符号を装置識別符号として、ビーコン信号に重畳して送信する。ビーコン信号には、固有の装置アドレスと、親無線装置が任意に作成した符号とが含まれている。

また、親無線装置と子無線装置との間のデータ通信時には、親無線装置が任意に作成した符号を装置識別符号として用いる。これにより、データ通信の信号長を短くして、効率的な通信を行う。

しかしながら、特許文献１による方法では、ビーコン信号に、固有の装置アドレス、および、親無線装置が任意に作成した符号の両方を重畳させており、ビーコン信号長が長くなる。このため、ビーコン信号の送受信のための消費電力が大きくなるという課題がある。

特に、ガス等の検針データの自動検針を行う無線通信システムにおいて、データ通信の頻度は、月に１回〜１日１回程度と低い。その一方で、１０年間電池交換を必要としない低消費電力化も要望される。このような無線通信システムに用いる無線通信装置においては、頻繁に行われるビーコン信号の送受信に要する電力が電池寿命に大きく寄与するので、ビーコン信号の信号長の短縮化が要望されている。

また、このような無線通信システムにおいては、システムコストを削減するために、１つの親無線装置に多数の子無線装置を収容することが望まれている。このため、親無線装置と子無線装置との間に、中継無線装置を多数設ける通信システムが提案されている。中継無線装置は、親無線装置の代わりに、子無線装置に対してビーコン信号を送信して、中継伝送を行う。

この結果、１つの親無線装置を有する無線通信システムにおいて、ビーコン信号を送信する中継無線装置の数が多くなると、ビーコン信号をユニークに識別するためのビーコン識別符号のビット数が多くなり、ビーコン信号長が長くなるという課題がある。

特開２００８−１１３１４号公報

本発明は、送信するビーコン信号長を短くして消費電力の増大を防ぎつつ、ビーコン信号をユニークに識別できる無線通信装置および無線通信方法を提供するものである。

無線通信装置は、少なくとも下位機器と通信を行う。下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成部と、ビーコン信号作成部によって作成されたビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン信号送信部とを備えている。また、ビーコン信号作成部が作成するビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、ビーコン識別符号の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む。

また、無線通信方法は、少なくとも下位機器と通信を行う。下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成ステップと、ビーコン信号作成ステップによって作成されたビーコン信号を、定期的に下位機器に送信するビーコン信号送信ステップとを備えている。ビーコン信号作成ステップにおいて作成されるビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、ビーコン識別符号の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む。

図１Ａは、本発明の実施の形態における、親無線装置の構成を示すブロック図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態における、中継無線装置の構成を示すブロック図である。 図１Ｃは、本発明の実施の形態における、子無線装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態における、無線通信システムの構成を示す図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態における、無線通信システムが管理する基本スロット構成を示す図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態における、無線通信システムが管理する基本スロット構成のうち、リンク接続用スロット（Ｌ）の構成を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態における、親無線装置、中継無線装置、中継無線装置および子無線装置の間のスロット位置関係を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットを示す図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットの繰返しフレームの構成を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態における、上位機器から送信されるリンク接続信号、および、上位機器から送信されるリンク接続信号を受信キャリアセンスする下位機器のキャリアセンスタイミングを示す図である。 図７Ａは、本発明の実施の形態における、データ通信用スロットで送受信されるデータ通信用信号のフォーマットを示す図である。 図７Ｂは、本発明の実施の形態における、データ通信用信号の、レイヤ３フレームの構成を示す図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態におけるルート情報の構成を示す図である。 図８Ｂは、本発明の実施の形態における、スロット位置情報のビット構成を示す図である。 図８Ｃは、本発明の実施の形態における、中継無線装置情報のビット構成を示す図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態における、ビーコン信号の信号構成を示す図である。 図９Ｂは、本発明の実施の形態における、ビーコンＩＤの構成を示す図である。

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）
図１Ａは、本発明の実施の形態における、親無線装置１０１の構成を示すブロック図であり、図１Ｂは、同実施の形態における、中継無線装置２０１の構成を示すブロック図であり、図１Ｃは、同実施の形態における、子無線装置３０１の構成を示すブロック図である。

まず、親無線装置１０１の構成の概要について説明する。

図１Ａに示すように、親無線装置１０１は、アンテナ１、送受信部２、ビーコン送信部３、リンク接続部４、ルート情報解析作成部５、制御部７、タイミング情報送信部６および記憶部８を備えている。

制御部７は、親無線装置１０１（無線通信装置）全体の時間管理や、各部の制御を行う。また、制御部７は、ビーコン信号作成部として機能し、後述するビーコン信号の作成を行う。

送受信部２は、アンテナ１を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

次に、中継無線装置２０１の構成の概要について説明する。

図１Ｂに示すように、中継無線装置２０１は、アンテナ１１、送受信部１２、ビーコン送信部１３、ビーコン受信部１４、リンク接続部１５、タイミング情報解析部１６および制御部１７を備えている。

制御部１７は、中継無線装置２０１（無線通信装置）全体の時間管理や、各部の制御を行う。また、制御部１７は、ビーコン信号作成部として機能し、後述するビーコン信号の作成を行う。

送受信部１２は、アンテナ１１を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

次に、子無線装置３０１の構成の概略について説明する。

図１Ｃに示すように、子無線装置３０１は、アンテナ２１、送受信部２２、ビーコン受信部２３、リンク接続部２４、タイミング情報送信部２５、制御部２６および記憶部２７を備えている。

制御部２６は、子無線装置３０１全体の時間管理や、各部の制御を行う。

送受信部２２は、アンテナ２１を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

図２は、本発明の実施の形態における、無線通信システム４００の構成を示す図である。

図２に示したように、無線通信システム４００は、親無線装置１０１と、中継無線装置２０１ａ〜ｃ（これらをまとめて中継無線装置２０１とも記す）と、子無線装置３０１ａ〜ｉ（これらをまとめて子無線装置３０１とも記す）とを備えている。

無線通信システム４００の動作の概要について説明する。

親無線装置１０１は、子無線装置３０１ａ〜ｃと直接通信を行うことができるが、子無線装置３０１ｄ〜ｉとは電波状況が悪い等の理由で、直接通信を行うことができないものとする。

そこで、親無線装置１０１は、中継無線装置２０１ａを介して、子無線装置３０１ｄ〜ｆと通信を行う。親無線装置１０１は、子無線装置３０１ｇ〜ｉとは、中継無線装置２０１ａを経由し、さらに中継無線装置２０１ｂを経由して通信を行う。

親無線装置１０１からは、ビーコン信号と呼ばれる、時計合わせのための信号が定期的に送信されている。親無線装置１０１と直接つながる子無線装置３０１ａ〜ｃ、および中継無線装置２０１ａは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、親無線装置１０１の時計と同期を取る。

ここで、親無線装置１０１を上位機器とし、上位機器である親無線装置１０１と直接つながる、子無線装置３０１ａ〜ｃおよび中継無線装置２０１ａを下位機器と定義する。

同様に、子無線装置３０１ｄ〜ｆおよび中継無線装置２０１ｂに対しては、中継無線装置２０１ａが親無線装置として働き、中継無線装置２０１ａが、時計合わせのためのビーコン信号を定期的に送信する。中継無線装置２０１ａに直接つながる子無線装置３０１ｄ〜ｆ、および中継無線装置２０１ｂは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、中継無線装置２０１ａの時計と同期を取る。ここでは、上位機器は中継無線装置２０１ａであり、下位機器は中継無線装置２０１ａに直接つながる、子無線装置３０１ｄ〜ｆ、および中継無線装置２０１ｂである。

さらに、子無線装置３０１ｇ〜ｉおよび中継無線装置２０１ｃに対しては、中継無線装置２０１ｂが親無線装置として働き、中継無線装置２０１ｂが、時計合わせのためのビーコン信号を定期的に送信する。中継無線装置２０１ｂに直接つながる子無線装置３０１ｇ〜ｉ、および中継無線装置２０１ｃは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、中継無線装置２０１ｂの時計と同期を取る。ここでは、上位機器は中継無線装置２０１ｂであり、下位機器は中継無線装置２０１ｂに直接つながる、子無線装置３０１ｇ〜ｉ、および中継無線装置２０１ｃである。

無線通信システム４００は、時間軸を複数のスロットに分割して通信を行う。

図３Ａは、本発明の実施の形態における、無線通信システム４００が管理する基本スロット構成を示す図である。

ここで、基本スロットは、Ｔ１秒で構成され、この基本スロットが時間軸上で繰返される。基本スロット長Ｔ１は、例えば２秒である。基本スロットは、さらに、下位スロット１２０および上位スロット１２１の２つのスロットを含む。下位スロット長および上位スロット長は、それぞれＴ１の半分の時間（例えば１秒）である。

下位スロット１２０は、下位機器と通信を行うためのスロットであり、上位スロット１２１は、上位機器と通信を行うためのスロットである。下位スロット１２０は、さらに、３つのスロットに分割されている。下位スロット１２０は、ビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１、リンク接続用スロット（Ｌ）３２、データ通信用スロット（Ｄ）３３を含む。

同様に、上位スロット１２１も、３つのスロットに分割されている。上位スロット１２１は、ビーコン受信用スロット（ＢＲ）３４、リンク接続用スロット（Ｌ）３５、および、データ通信用スロット（Ｄ）３６を含む。

上位機器は、ビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１を用いて、下位機器に定期的にビーコン信号を送信する。上位機器は、ビーコン信号を、ビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１で毎回送信するようにしてもよいし、複数のビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１毎に送信するようにしてもよい。ビーコン信号を、ビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１の２つ毎に送信するように設定すれば、Ｔ１＝２秒とした場合、ビーコン送信間隔は４秒となる。

下位機器は、ビーコン受信用スロット（ＢＲ）３４において、定期的に上位機器からのビーコン信号を受信する。ビーコン信号を受信する間隔は、ビーコン信号の送信間隔の整数倍に設定することができる。例えば、ビーコン送信間隔を２秒とした場合、その２５６倍に設定すれば、ビーコン受信間隔＝８分３２秒となる。

リンク接続用スロット（Ｌ）３２，３５は、上位機器と下位機器とが、リンク接続のための通信を行うスロットである。データ通信用スロット（Ｄ）３３，３６は、上位機器と下位機器とが、リンク接続後に、データのやり取りを行うための通信を行うスロットである。

図３Ｂは、本発明の実施の形態における、無線通信システム４００が管理する基本スロット構成のうち、リンク接続用スロット（Ｌ）３２，３５の構成を示す図である。

図３Ｂに示したように、リンク接続用スロット（Ｌ）３２，３５は、それぞれ、下位発呼用スロット３７、および上位応答／上位発呼用スロット３８を含んでいる。下位発呼用スロット３７は、下位機器からリンク接続を行いたいときに、下位機器がリンク接続要求信号を送信するためのスロットである。また、上位応答／上位発呼用スロット３８は、下位機器からのリンク接続要求信号に対して、上位機器が応答を返すためのスロット、または、上位機器からリンク接続を行いたいときに、上位機器がリンク接続要求信号を送信するためのスロットである。なお、Ｔ２は、下位発呼用スロット３７のスロット長を示し、Ｔ３は、上位応答／上位発呼用スロット３８のスロット長を示している。

ここで、親無線装置１０１または中継無線装置２０１による、ビーコン送信について説明する。ビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１でのビーコン送信は、親無線装置１０１のビーコン送信部３、または、中継無線装置２０１のビーコン送信部１３によって行われる。

次に、中継無線装置２０１または子無線装置３０１による、ビーコン受信について説明する。ビーコン受信用スロット（ＢＲ）３４でのビーコン受信は、中継無線装置２０１のビーコン受信部１４、または、子無線装置３０１のビーコン受信部２３によって行われる。

また、リンク接続用スロット（Ｌ）３２，３５におけるリンク接続通信は、親無線装置１０１のリンク接続部４、中継無線装置２０１のリンク接続部１５、または、子無線装置３０１のリンク接続部２４によって行われる。

図４は、本発明の実施の形態における、親無線装置１０１、中継無線装置２０１ａ、中継無線装置２０１ｂおよび子無線装置３０１ｇの間のスロット位置関係を示す図である。なお、ここでは一例として、親無線装置１０１と子無線装置３０１ｇとの間の通信を用いて説明を行うが、親無線装置１０１と他の子無線装置３０１との通信も同様に行うことができる。

図４において、その最上行は、親無線装置１０１の管理するスロットを示す。上から二行目は、中継無線装置２０１ａが管理するスロットを示す。上から三行目は、中継無線装置２０１ｂが管理するスロットを示す。最下行は、子無線装置３０１ｇが管理するスロットを示す。

なお、図４において、スロット４３に示す「下」という表記は、図３Ａに示した下位スロット１２０をさしている。同様に、スロット４４に示すような「上」という表記は、図３Ａに示した上位スロット１２１をさしている。

基本スロット４２は、下位スロット１２０であるスロット４３および上位スロット１２１であるスロット４４を含むスロットである。基本スロット４２には「１」から「２５６」までのスロット番号が順番に付与されており、スロット番号「２５６」の次の基本スロット４２には、スロット番号「１」が付与される。以下、スロット番号の付与が繰り返される。

図４において、ビーコン信号４１は、１つおきの、基本スロット４２の下位スロット１２０中のビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１から送信される。したがって、ビーコン送信間隔Ｔ５＝２×Ｔ１となる。Ｔ１＝２秒とすれば、Ｔ５＝４秒となる。

親無線装置１０１から送信されるビーコン信号は、中継無線装置２０１ａで定期的に受信される。中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１のスロット番号「１」から送信されるビーコン信号４１を受信する。ビーコン信号４１には、スロット番号「１」に対応したビーコン番号「１」が乗っている。

中継無線装置２０１ａは、ビーコン番号「１」のビーコン信号４１を受信すると、親無線装置１０１のスロット番号「１」の下位スロット１２０の先頭位置が、中継無線装置２０１ａのスロット番号「２５５」の上位スロット１２１の先頭位置となるように、スロットを構成しなおす（時間同期、時計合わせ）。

そして、中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１と同様に、奇数番目のスロット番号のところでビーコン信号４６を送信する。

以下同様に、下位機器は、上位機器のスロット番号「１」から送信されるビーコン信号を受信して、上位機器のタイミングに同期して自局のスロットを構成しなおす。下位機器が、上位機器のビーコン信号を受信する間隔Ｔ４は、基本スロット２５６個毎であるので、Ｔ４＝８分３２秒である。

図４において、スロットにハッチングを施している上位スロット１２１の中のビーコン受信用スロット（ＢＲ）３４で、ビーコン受信が行われている。なお、子無線装置３０１ｇにつながる下位機器は存在しないので、子無線装置３０１ｇは、ビーコン信号の送信を行わない。

さらに詳しく説明する。中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１から送信されるビーコン番号「１」のビーコン信号４１を、中継無線装置２０１ａのスロット番号「２５５」で受信する。中継無線装置２０１ａは、中継無線装置２０１ａのスロット番号「１」の下位スロット１２０から、ビーコン番号「１」のビーコン信号４６を送信する。

親無線装置１０１のスロット番号「３」から送信されるビーコン信号４５は、中継無線装置２０１ａのスロット番号「１」の上位スロットのタイミングで送信されていることになる。すなわち、中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１がビーコン信号４５を送信する直前である、中継無線装置２０１ａのスロット番号「１」の下位スロット１２０のビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１でビーコン信号４６を送信する。

同様に、中継無線装置２０１ｂは、中継無線装置２０１ａが送信するビーコン信号４６の直前である、中継無線装置２０１ｂのスロット番号「２５５」の下位スロット１２０のビーコン送信用スロット（ＢＴ）３１で、ビーコン信号４７を送信する。

以上述べたように、親無線装置１０１が送信するビーコン信号４５の直前のスロット位置で、下位の中継無線装置２０１aはビーコン信号４６を送信する。また、上位の中継無線装置２０１ａが送信するビーコン信号４６の直前のスロット位置で、下位の中継無線装置２０１ｂはビーコン信号４７を送信する。

ここで、親無線装置１０１から、子無線装置３０１ｇに対して、データを送る場合について説明する。中継無線装置２０１ａおよび中継無線装置２０１ｂは、すべての上位スロット１２１中の上位応答／上位発呼用スロット３８において、受信キャリアセンス動作を行っている。

受信キャリアセンス動作とは、受信レベルが所定のレベル以上であるかどうかを検出して、受信レベルが所定のレベル未満であれば、受信キャリアセンス動作を中止して待機状態に移行する動作である。一方、受信レベルが所定レベル以上であれば、上位機器からのリンク接続信号の受信を行う動作を行う。したがって、親無線装置１０１は、子無線装置３０１ｇ宛のデータ送信要求が、例えばスロット番号「５」の時間に発生した場合、スロット番号「６」の下位スロット１２０中の上位応答／上位発呼用スロット３８でリンク接続信号を送信する。

中継無線装置２０１ａは、スロット番号「４」の上位スロット１２１中の上位応答／上位発呼用スロット３８で受信キャリアセンスを行っており、親無線装置１０１からのリンク接続信号をキャリアセンスした後に、受信する。

図５Ａは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットを示す図である。また、図５Ｂは、その繰返しフレーム５１〜５６の構成を示す図である。

リンク接続信号は、ｎ個の繰返しフレーム５１〜５６と、本体フレーム５７とより構成されている。繰返しフレーム５１〜５６のそれぞれは、ビットのサンプリング位置を決めるためのビット同期信号５８、フレームに含まれるデータの先頭を検出するためのフレーム同期信号５９、各種制御情報が乗っている制御信号６０、および、機器を識別するための識別符号（以下、識別符号のことをＩＤと記す）を短縮した簡易ＩＤ６１から構成されている。

ここで、ＩＤは、例えば６４ビットで示される情報であり、簡易ＩＤ６１は、ＩＤを４分割した、１６ビットで示される情報である。ＩＤを４分割したうち、どの１６ビットを簡易ＩＤ６１としたかという情報は、制御信号６０に乗っている。

リンク接続信号の、繰返しフレーム長はＴ６である。したがって、ｎ個の繰返しフレーム長Ｔ７は、Ｔ７＝ｎ×Ｔ６となる。そして、繰返しフレーム５１〜５６には、繰返しフレーム番号が「１」〜「ｎ」まで付与されており、制御信号６０には、その繰返しフレーム番号が乗っている。

繰返しフレーム５１〜５６は、図５Ａに示すように、繰返しフレーム番号の大きな繰返しフレームから順に送信され、１つずつ繰返しフレーム番号がディクリメントしていき、本体フレームの直前の繰返しフレーム５６の番号は「１」となる。

図６は、本発明の実施の形態における、上位機器から送信されるリンク接続信号、および、上位機器から送信されるリンク接続信号を受信キャリアセンスする下位機器のキャリアセンスタイミングを示す図である。

図６において、一段目（ａ）には、リンク接続信号のタイミングを示し、二段目（ｂ−１）には、上位機器と下位機器との時計がずれていない場合を示し、三段目（ｂ−２）には、上位機器の時計に対して下位機器の時計が進んでいる場合を示し、最下段（ｂ−３）には、上位機器の時計に対して下位機器の時計が遅れている場合を示している。

図６において、下位機器の上位応答／上位発呼用スロット３８の先頭位置７０が示されている。また、下位機器の受信キャリアセンスタイミング７１が示されている。受信キャリアセンスタイミングは、上位応答／上位発呼用スロット３８の先頭位置７０から、Ｔ８＝Ｔ７／２の時間に設定される。このように設定すれば、上位機器と下位機器との時計ずれΔＴが、−Ｔ８＜＝ΔＴ＜＝Ｔ８の範囲であれば、図６に示すように、リンク接続信号の繰返しフレーム１〜ｎまでのどこかで、受信キャリアセンスを行って、本体フレームを受信することができる。

上位機器と下位機器との時計の最大相対誤差を±１００ｐｐｍとして、下位機器が、図４に示すようにＴ４＝５１２秒毎に時計合わせを行うとすると、最大±５１．２ｍｓ、お互いの時計がずれることになる。したがって、Ｔ８＞＝５１．２ｍｓになるように、リンク接続信号の繰返しフレーム送信回数ｎを設定すれば受信が失敗することはない。

しかしながら、図４において、親無線装置１０１から子無線装置３０１ｇ宛のデータ送信要求が、例えばスロット番号「５」の時間に発生した場合、スロット番号「６」の下位スロット１２０中の上位応答／上位発呼用スロット３８でリンク接続用信号を送信する。中継無線装置２０１ａは、スロット番号「４」の上位スロット１２１中の上位応答／上位発呼用スロット３８で、受信キャリアセンスを行っており、親無線装置１０１からのリンク接続信号をキャリアセンスした後、受信する。

下位機器である中継無線装置２０１ａは、ビーコン信号４１のタイミングで時計合わせを行っているため、スロット番号「４」の位置では時計誤差はほとんどない。したがって、リンク接続信号の繰返しフレームの送信回数は、ずれが５１．２ｍｓであることを考慮した回数送信することは無駄が多く、消費電力を増大させてしまう可能性がある。

そこで、ビーコン信号４１で時計合わせを行った時間から計測して、受信キャリアセンスを行うタイミングまでの時間に応じて、リンク接続信号中の繰返しフレームの送信回数を可変にする。例えば、ビーコン信号４１で時計合わせを行った時間から計測して、受信キャリアセンスを行うタイミングまでの時間はスロット番号と相関があるため、スロット番号に応じて、リンク接続信号中の繰返しフレームの送信回数を可変にする。

親無線装置１０１が、スロット番号「ｘ」でリンク接続信号を送信する場合には、親無線装置１０１は、Ｔ７＞＝ｘ／２５６×（±５１．２ｍｓ）となるように繰返しフレーム送信回数を設定する。例えば、スロット番号「４」の位置でリンク接続信号を送信する場合は、Ｔ７＞＝±０．８ｍｓとなるので、繰返しフレーム長Ｔ６が、０．８ｍｓより長い場合は、繰返し送信回数を１回以上とすればよい。

繰返しフレーム５１〜５６の送信回数を可変にした場合、図６における時間Ｔ７も可変になる。したがって、受信キャリアセンスタイミングであるＴ８が固定であると、親無線装置１０１と中継無線装置２０１ａとの間の時計誤差ΔＴ＝０の場合に、Ｔ７のセンターに受信キャリアセンスタイミング７１がこないこととなる。

これは、時計誤差ΔＴが、正の場合と負の場合で誤差範囲の許容に差があることを意味しており好ましいとはいえない。そこで、時計誤差ΔＴ＝０の場合に、受信キャリアセンスタイミング７１が、Ｔ７のセンターに来るように、受信キャリアセンスタイミング時間Ｔ８がＴ８＝Ｔ７／２となるように、Ｔ７に連動してＴ８も可変にする。

ここで、Ｔ７は、スロット番号より知ることができる。すなわち、受信キャリアセンスを行うスロット番号位置が、親無線装置１０１のスロット番号に換算した場合に「ｘ」であったとする。この場合、リンク接続信号のＴ７は、Ｔ７＞＝ｘ／２５６×（±５１．２ｍｓ）であることが分かる。

上述の例では、Ｔ８をスロット番号に基づいて可変とする例を説明した。別の方法としては、Ｔ８を固定値にし、その代わりに、図６に示すリンク接続信号の送信開始位置を可変にすることができる。上位機器からのリンク接続信号は、図３Ａのリンク接続用スロット（Ｌ）３２の中の上位応答／上位発呼用スロット３８の中で送信される。ここでは、リンク接続信号の送信を開始するタイミングをスロット番号に基づいて可変とする。

スロット番号が大きくなると、Ｔ７が大きくなるので、リンク接続信号の送信を開始するタイミングを早くして、Ｔ７のセンターが受信キャリアセンスタイミングの位置に来るようにする。

上述のように、親無線装置１０１のスロット番号「５」で発生したデータ通信要求に続き、親無線装置１０１は、スロット番号「６」で中継無線装置２０１ａとリンク接続およびデータ通信を行い、中継無線装置２０１ａにデータを伝送する。

中継無線装置２０１ａは、同様の動作で、中継無線装置２０１ａのスロット「４」で親無線装置１０１より受信したデータを、スロット「５」で中継無線装置２０１ｂに伝送する。中継無線装置２０１ｂは、スロット「３」で中継無線装置２０１ａからのデータを受信する。

子無線装置３０１ｇは、電力削減のため、４スロット毎に受信キャリアセンスを行っている。子無線装置３０１ｇが受信キャリアセンスを行っているスロット番号は、親無線装置１０１より送信されて、中継無線装置２０１ａおよび中継無線装置２０１ｂで中継伝送される、子無線装置３０１ｇ宛の信号に含まれるルート情報から知ることができる。ルート情報の詳細については後述する。

ここで、ルート情報を解析した結果、子無線装置３０１ｇが受信キャリアセンスを行っているスロット番号が、「１」、「５」、「９」、・・・・であったとする。したがって、中継無線装置２０１ｂは、子無線装置３０１ｇが受信キャリアセンスで待ち受けている、子無線装置３０１ｇのスロット番号「５」に対応する中継無線装置２０１ｂのスロット番号「７」の下位スロットで、リンク接続信号およびデータを送信する。中継無線装置２０１ｂが、子無線装置３０１ｇとリンク接続を行う動作も図６で説明した動作と同様である。

次に、子無線装置３０１ｇから親無線装置１０１に対して、データを送る場合について説明する。下位機器から上位機器への送信が発生した場合、下位機器は上位機器が送信するビーコン信号を受信し、ビーコン信号が受信されたビーコン受信用スロット（ＢＲ）３４の直後のリンク接続用スロット（Ｌ）３５中の下位発呼用スロット３７で、図５Ａに示すリンク接続信号を送信する。

具体的に説明する。子無線装置３０１ｇは、中継無線装置２０１ｂのビーコン信号を受信する動作を行う。中継無線装置２０１ｂからのビーコン信号は、２スロット毎＝４秒毎に送信されているので、子無線装置３０１ｇは、データ送信の要求が発生してから４秒以内に、中継無線装置２０１ｂのビーコン信号を受信することができる。

例えば、図４において、子無線装置３０１ｇのスロット番号「２５２」のところでデータ送信要求が発生した場合、中継無線装置２０１ｂからのビーコン番号「２５５」のビーコン信号４７を、子無線装置３０１ｇのスロット番号「２５３」で受信する。そして、中継無線装置２０１ｂから受信したビーコン番号「２５５」のビーコン信号４７によって、子無線装置３０１ｇは時計合わせを行う。

そして、子無線装置３０１ｇは、スロット番号「２５３」の上位スロット４８の中の、図３Ａに示すリンク接続用スロット（Ｌ）３５の位置を補正して、リンク接続信号を中継無線装置２０１ｂに送信し、リンク接続動作を行う。

中継無線装置２０１ｂでは、中継無線装置２０１ｂのスロット番号「２５５」の下位スロット１２０で、子無線装置３０１ｇとリンク接続動作を行うことになる。子無線装置３０１ｇから中継無線装置２０１ｂへのリンク接続信号の送受信動作についても、図６で説明した動作と同じである。リンク接続信号の構成は図６に示す信号と同じであるが、時計誤差がほとんどないため、繰返しフレームの送信回数は少なくてよい。

リンク接続完了後、子無線装置３０１ｇは、リンク接続を行った、同じ上位スロット４８の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３６で、親無線装置１０１宛の信号を送信する。中継無線装置２０１ｂは、親無線装置１０１に対応する下位スロット１２０の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３３で、親無線装置１０１宛の信号を受信する。

次に、中継無線装置２０１ｂは、中継無線装置２０１ａが送信するビーコン信号４６を、中継無線装置２０１ｂのスロット番号「２５５」で受信し、受信したビーコン信号４６によって時計合わせを行う。中継無線装置２０１ｂは、スロット番号「２５５」の上位スロット１２１の中の、リンク接続用スロット（Ｌ）３５の位置を補正し、リンク接続信号を中継無線装置２０１ａに送信して、リンク接続動作を行う。

中継無線装置２０１ａでは、スロット番号「１」の下位スロットで、中継無線装置２０１ｂとリンク接続動作を行うことになる。そして、リンク接続完了後、中継無線装置２０１ｂは、リンク接続を行った同じ上位スロット１２１の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３６で、親無線装置１０１宛の信号を送信する。そして、中継無線装置２０１ａは、中継無線装置２０１ｂに対応する下位スロット１２０の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３３で、親無線装置１０１宛の信号を受信する。

同様に、中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１が送信するビーコン信号４５を、中継無線装置２０１ａのスロット番号「１」で受信し、受信したビーコン信号４５によって時計合わせを行う。中継無線装置２０１ａは、スロット番号「１」の上位スロット１２１の中の、リンク接続用スロット（Ｌ）３５の位置を補正して、リンク接続信号を親無線装置１０１に送信し、リンク接続動作を行う。

親無線装置１０１では、親無線装置１０１のスロット番号「３」の下位スロット１２０で中継無線装置２０１ａとリンク接続動作を行うことになる。そして、リンク接続完了後、中継無線装置２０１ａは、リンク接続を行った同じ上位スロット１２１の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３６で、親無線装置１０１宛の信号を送信する。

そして、親無線装置１０１は、中継無線装置２０１ａに対応する下位スロット１２０の中のデータ通信用スロット（Ｄ）３３で、親無線装置１０１宛の信号を受信する。

上述したように、下位機器からのビーコン信号送信のすぐ後のスロットで、上位機器からのビーコン信号が送信されている。このため、子無線装置３０１ｇから発生した親無線装置１０１宛の信号を、親無線装置１０１まで中継伝送するにあたって、大きく遅延することなく効率的に中継伝送することができる。

ここで、上述した無線通信システム４００において、子無線装置３０１の電源がＯＮされ、無線通信システム４００に参入するときの動作について説明する。子無線装置３０１は、所定の時間受信動作を行い、ビーコン信号の受信を行う。子無線装置３０１は、所定時間内に複数のビーコン信号を受信した場合、受信したビーコン信号の受信レベル、および、受信したビーコン信号を送信している中継無線装置２０１の中継段数情報を用いて、どのビーコン信号に自局の時計を合わせるかを決定する。

図２の構成において、例えば、子無線装置３０１ｇは、中継無線装置２０１ｂのビーコン信号を受信して時計あわせを行う。そして、子無線装置３０１ｇは、ビーコン信号に続くリンク接続スロット（Ｌ）３５の中の下位発呼用スロット３７で、図５Ａに示すリンク接続信号を、中継無線装置２０１ｂ宛に送信する。繰返しフレーム数は「５」である。

そして、子無線装置３０１ｇは、上位応答／上位発呼用スロット３８で、中継無線装置２０１ｂからの、リンク接続を許可する応答信号を受信する。ここまでの動作で、中継無線装置２０１ｂと子無線装置３０１ｇとの間で、リンク接続が確立する。

次に、子無線装置３０１ｇは、最終宛先として親無線装置１０１宛の参入要求信号を、データ通信用スロット（Ｄ）３６で、リンク接続が確立している中継装置２０１ｂ宛に、参入要求信号を送信して中継を依頼する。

図７Ａは、本発明の実施の形態における、データ通信用スロット（Ｄ）３６で送受信される、データ通信用信号のフォーマットを示す図である。また、図７Ｂは、そのレイヤ３フレーム８５の構成を示す図である。

子無線装置３０１ｇは、図７Ａに示すデータ通信用信号を、中継無線装置２０１ｂに送信する。データ通信用信号は、ビット同期信号８０、フレーム同期信号８１、制御信号８２、リンク相手のＩＤ８３、自局ＩＤ８４およびレイヤ３フレーム８５を含む。ここで、中継無線装置２０１ｂに送信される信号中の、リンク相手のＩＤ８３は、中継無線装置２０１ｂのＩＤであり、自局ＩＤは、子無線装置３０１ｇのＩＤである。

制御信号８２には、リンク相手のＩＤ８３から、レイヤ３フレーム８５の最終までの信号長の情報が入っている。したがって、制御信号８２を受信解析することにより、どこまでの信号を受信したらよいか知ることができる。

図７Ｂに示したように、レイヤ３フレーム８５は、最終宛先まで中継伝送されるフレーム信号である。すなわち、図２に示す子無線装置３０１ｇから送信されたレイヤ３フレーム８５は、中継無線装置２０１ｂおよび中継無線装置２０１ａを中継経由して、親無線装置１０１に送られる。

認証コード８６は、レイヤ３フレーム８５が正規のフレームであるかどうかをチェックするためのコードである。ルート情報８７には、子無線装置３０１ｇから親無線装置１０１までのルート情報が、各中継無線装置２０１で作成され、親無線装置１０１に送られる。レイヤ３ＩＤ８８には、最初の送信元である子無線装置３０１ｇのＩＤが入る。アプリケーションデータ８９は、親無線装置１０１に伝送したいアプリケーションに関連するデータである。

図８Ａは、本発明の実施の形態におけるルート情報８７の構成を示す図である。

ルート情報８７は、８バイトデータで構成され、最初の１バイト目から７バイト目までには、子無線装置３０１ｇから親無線装置１０１までの中継ルート上にある、中継無線装置２０１の情報（中継無線装置情報９０）が入る。子無線装置３０１ｇは、自局の属する中継無線装置２０１ｂ宛に、図７Ａに示すデータ通信用信号を送信する。ルート情報８７は、各段の中継無線装置２０１の有するテーブル番号およびスロット位置情報９１を含む。

このとき、ルート情報８７の８バイト目であるスロット位置には、子無線装置３０１ｇが中継無線装置２０１ｂからの信号を受信待ち受ける、すなわち受信キャリアセンスしているスロット位置情報９１が入る。

図８Ｂは、本発明の実施の形態における、スロット位置情報９１のビット構成を示す図である。スロット位置情報９１は図８Ｂに示したように、８ビットで構成されている。

スロット位置情報９１の、各ビットの意味について説明する。

ビットＤ７〜Ｄ６は「０」の固定値である。ビットＤ５〜Ｄ４の２ビットは、無線通信システム４００内の中継無線装置２０１および子無線装置３０１の間欠受信周期ｍを示している。通常、中継無線装置２０１の場合はｍ＝１、すなわちすべてのスロットで受信待ち受けしている。ｍ＝２の場合は２スロット毎に受信待ち受けしていることを示す。

ビットＤ３〜Ｄ０の４ビットは、センターポーリング、すなわち上位機器である中継無線装置２０１からの信号を受信待ち受けするスロット位置番号ｙを示す。スロット位置番号ｙとは、以下に定義する基準スロット番号から数えて（ｙ−１）番目のスロットであることを示している。ここでｙ＝１〜間欠受信周期ｍの範囲となる。

基準スロット番号の定義は、「基準スロット番号＝ａ×ｍ＋１」である。ここでａ＝０〜（スロット数２５５／間欠受信周期ｍ）までの整数である。すなわち、基準スロットは、図４に示すスロット番号１、ｍ＋１、２×ｍ＋１・・・・とｍスロット毎に存在することになる。

したがって、受信待ちうけしているスロット番号ｘは、「受信待ち受けしているスロット番号ｘ＝基準スロット番号＋スロット位置番号ｙ−１」となる。そして、子無線装置３０１は、スロット位置情報９１で、子無線装置３０１の間欠受信周期ｍとスロット位置番号ｙとの２つの情報を親無線装置１０１に送信する。そして、親無線装置１０１において子無線装置３０１のルート情報テーブルが作成される。

間欠受信周期ｍは、無線通信システム４００において共通の値を用いることが望ましいが、子無線装置３０１毎に異なってもかまわない。スロット位置番号ｙは、各子無線装置３０１が任意に設定する。子無線装置３０１で作成するルート情報８７は、スロット位置情報９１だけであり、１バイト目から７バイト目までの中継無線装置情報には「０ｘ００」を挿入する。なお、送信元が中継無線装置２０１の場合には「０ｘＦＦ」を入れる。

このような、子無線装置３０１における間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報９１の作成および送信は、タイミング情報送信部２５により行われる。そしてスロット位置情報９１に関わる情報は記憶部２７に記憶される。

子無線装置３０１が、参入時にスロット位置を決定する利点は、親無線装置１０１宛に参入要求信号を送信した後、親無線装置１０１からの参入許可信号を受信する、間欠受信待ち受けスロットを自分で決めている点にある。これにより、子無線装置３０１は、間欠受信待ち受けスロットまで待機状態で待つことができる。

ここで、無線通信システム４００における、ルート情報の管理の概要について説明する。子無線装置３０１は、自局の属する中継無線装置２０１のスロット位置情報だけを管理している。中継無線装置２０１は、自局の直下にいる中継無線装置２０１をテーブルとして管理し、テーブル番号と、自局の直下にいる中継無線装置２０１との対応が取れるように管理している。

親無線装置１０１は、子無線装置３０１のスロット位置情報、および、子無線装置３０１までのルートに存在する、中継無線装置２０１のテーブル番号情報を管理している。

図８Ｃは、本発明の実施の形態における、中継無線装置情報９０のビット構成を示す図である。

中継無線装置情報９０のビット構成について説明する。「Ｄ７」は、上位機器から下位機器への通信の場合と、下位機器から上位機器への通信の場合とで、その意味合いが異なる。上位機器から下位機器への通信の場合には、「Ｄ７」は、テーブル番号の削除要求の有無を示し、削除要求は親無線装置１０１が行う。一方、下位機器から上位機器への通信の場合には、「Ｄ７」は、各中継無線装置２０１が保有するテーブルが、満杯かどうかを識別する識別子となる。

「Ｄ６」も、上位機器から下位機器への通信の場合と、下位機器から上位機器への通信の場合とで、その意味合いが異なる。上位機器から下位機器への通信の場合には、「０」に固定されている。一方、下位機器から上位機器への通信の場合には、「Ｄ６」は、直下の中継無線装置２０１がテーブルになく、今回初めてテーブルに登録した中継無線装置２０１であるかどうかを示す識別子となる。

「Ｄ５」〜「Ｄ０」の６ビットは、中継ルートにある中継無線装置２０１が管理する、直下の中継無線装置２０１のテーブル番号を示す。管理できるテーブル番号は、「６３」までである。このようにして、テーブル番号「０」を除いて、テーブル番号「１」〜「６３」までの６３個の中継無線装置２０１を管理することができる。

子無線装置３０１からのルート情報８７を受信した中継無線装置２０１は、受信したルート情報８７のうち、自局の段数目に相当するバイトを解析する。例えば、中継無線装置２０１ｂは、２段目であるので、２バイト目を解析する。解析結果が「０ｘ００」であれば、送信元が中継無線装置２０１ｂに属する、子無線装置３０１ｇ〜ｉいずれかからの中継要求であると解釈する。解析結果が「０ｘＦＦ」であれば、送信元は中継無線装置２０１ｃであると解釈する。

子無線装置３０１ｇ〜ｉからの中継要求であれば、中継無線装置２０１ｂは、テーブル番号「０」を、自局の属する段数目のバイト、すなわち２バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」に設定する。図２の例では子無線装置３０１ｇからの中継要求であるので、２バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」にテーブル番号「０」を設定する。

仮に、解析結果が「０ｘＦＦ」であれば、中継要求が中継無線装置２０１ｃからであると判断し、この中継無線装置２０１ｃに対応するテーブル番号を、自局の属する段数目のバイトの、「Ｄ５」〜「Ｄ０」に設定する。

中継要求が、中継無線装置２０１ｃからであるにも関わらず、自局が管理するテーブルに中継装置情報２０１ｃがない場合は、テーブルに、その中継無線装置２０１ｃを登録して、登録したテーブル番号を、自局の属する段数目のバイトの、「Ｄ５」〜「Ｄ０」に設定する。

以上説明したルート情報８７は、中継無線装置２０１ｂから中継無線装置２０１ａに伝送される。そして、中継無線装置２０１ａにおいても、中継無線装置２０１ｂと同様に、ルート情報８７の解析作成処理を行う。そして、中継無線装置２０１ａの属する、１段目に対応する１バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」に、中継無線装置２０１ｂに対応するテーブル番号を設定する。そして、中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１に対して、作成したルート情報８７を送信する。

中継無線装置２０１ａ、および、中継無線装置２０１ｂにおける、子無線装置間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報９１を含めた、ルート情報８７の解析および作成は、タイミング情報解析部１６で行われる。

親無線装置１０１では、下位機器から送られたルート情報８７を解析することにより、子無線装置３０１ｇまでの中継ルートを知ることができる。すなわち、ルート情報８７の１バイト目には、中継無線装置２０１ａが管理する中継無線装置２０１ｂのＩＤに対応したテーブル番号が入力されている。また、ルート情報８７の２バイト目のテーブル情報は、テーブル番号「０」であるので、送信元が子無線装置３０１ｇ〜ｉであることを示している。

そして、ルート情報８７の８バイト目には、送信元である子無線装置３０１ｇの間欠受信周期ｍと、スロット位置番号ｙの情報とが入力されている。送信元である子無線装置３０１ｇのＩＤは、図７Ｂに示したレイヤ３ＩＤ８８から知ることができる。

親無線装置１０１における、中継無線装置情報９０の解析および作成は、ルート情報解析作成部５で行われる。また、子無線装置３０１における、間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報９１の作成および送信は、タイミング情報送信部２５により行われる。そしてスロット位置情報９１および中継無線装置情報９０を含むルート情報８７に関する情報は、記憶部２７に記憶される。

このように、親無線装置１０１は、無線通信システム４００に属する、すべての子無線装置３０１ａ〜ｉのルート情報を、子無線装置３０１ａ〜ｉそれぞれが、参入時に親無線装置１０１に送信する信号に含まれるルート情報８７から知ることができ、ルート情報のテーブルを作成することができる。

次に、親無線装置１０１が子無線装置３０１ｇに対してポーリングデータを送る場合を例として説明する。親無線装置１０１は、自局の有するルート情報のテーブルを参照して、子無線装置３０１ｇまでの中継ルートおよび子無線装置３０１ｇの間欠受信周期ｍおよびスロット位置番号ｙを含むルート情報８７を作成する。

親無線装置１０１は、下位スロット１２０のリンク接続スロット（Ｌ）３２中の上位応答／上位発呼用スロット３８で、中継無線装置２０１ａ宛に、図５Ａに示すリンク接続信号を送信する。中継無線装置２０１ａは、すべての上位応答／上位発呼用スロット３８で間欠受信待ち受けしているので、親無線装置１０１から自局宛のリンク接続信号を受信することができる。

中継無線装置２０１ａは、データ通信用スロット（Ｄ）３６で親無線装置１０１から送信される、図７Ａに示すデータ通信用信号を受信し、レイヤ３フレーム８５に含まれるレイヤ３ＩＤ８８を確認する。中継無線装置２０１ａは、データ通信用信号が自局宛でなければ、中継要求であるとして、ルート情報８７の１バイト目（図８Ｃの中継無線装置情報９０のビット構成参照）を解析する。１バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」ビットに書かれているテーブル番号が「０」であれば、自局の直下に属する子無線装置３０１ｄ〜ｆ宛であることを示す。

この例では、子無線装置３０１ｇ宛の信号であるため、１バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」ビットに書かれているテーブル番号は、中継無線装置２０１ｂのＩＤが記載されているテーブル番号である。したがって、中継無線装置２０１ａは、１バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」ビットに書かれているテーブル番号から、自局の保有するテーブルを参照して、次の中継先である中継無線装置２０１ｂのＩＤを知ることができる。

中継無線装置２０１ａは、親無線装置１０１と同様な手順で、中継無線装置２０１ｂとリンク接続を行い、中継無線装置２０１ｂに、データ通信用信号を中継送信する。中継無線装置２０１ｂは、上述した中継無線装置２０１ａと同様な解析動作を行い、ルート情報８７の２バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」ビットに書かれているテーブル番号を確認する。２バイト目の「Ｄ５」〜「Ｄ０」ビットに書かれているテーブル番号は、「０」であるので、自局の直下の子無線装置３０１ｇ〜ｉ宛であると認識する。

中継無線装置２０１ｂは、自局の直下の子無線装置３０１ｇのＩＤを、受信したデータ通信用信号中に含まれるレイヤ３ＩＤ８８によって知ることができる。レイヤ３ＩＤ８８には、最終宛先である子無線装置３０１ｇのＩＤが書かれている。

中継無線装置２０１ｂは、ルート情報８７の８バイト目のスロット位置情報９１を解析し、子無線装置３０１ｇの間欠受信周期ｍおよびスロット位置番号ｙを知ることができる。中継無線装置２０１ｂは、上述したように、間欠受信周期ｍおよびスロット位置番号ｙから、子無線装置３０１ｇが間欠受信待ち受けしているスロットを計算する。そのスロットで、中継無線装置２０１ｂは、子無線装置３０１ｇとリンク接続を行い、データ通信用信号を中継送信する。

レイヤ３フレーム８５は、親無線装置１０１で作成されて、中継無線装置２０１ａおよび中継無線装置２０１ｂでは、何ら変更されずにそのまま子無線装置３０１ｇに中継伝送される。そして、子無線装置３０１ｇは、親無線装置１０１からのアプリケーションデータ８９を受け取ることができる。

以上説明したように、子無線装置３０１の受信待ち受けスロット情報は、親無線装置１０１から、通信時の信号に乗せて送られてくる。これにより、中継無線装置２０１は、自局の直下の中継無線装置２０１だけを管理するテーブルを持つだけでよく、自局の直下の子無線装置の情報を持つ必要がない。したがって、自局の直下に属する子無線装置３０１の装置数に制限を設ける必要がない。言い換えると、自局の持つテーブルを小さくできる。

さらに、親無線装置１０１においても、子無線装置３０１までのルート情報を格納するテーブルを小さくできる。例えば、親無線装置１０１は、直下の中継無線装置２０１ａのＩＤを管理する必要はあるが、直下でない中継無線装置２０１ｂのＩＤを直接管理する代わりに、中継無線装置２０１ａが管理している中継無線装置２０１ｂのテーブル番号を管理すればよい。各中継無線装置２０１が管理する最大の中継無線装置数を「６３」とすれば、必要とするテーブル数は「６３」となり、テーブル番号は、６ビットの情報で充分である。したがって、中継無線装置２０１一台あたり、６４ビットの管理が６ビットの管理で済むことになる。

また、データ通信用信号に乗せられるルート情報としては、中継ルートの中継無線装置２０１のＩＤではなく、ＩＤに対応したテーブル番号であるため、ルート情報のバイト数を小さくできる。例えば、各中継無線装置２０１が管理する最大の中継無線装置２０１数を「６３」とすれば、６ビットの情報で１段あたりの中継ルートを設定できる。

一般に、無線通信装置を指定するためのＩＤは、６４ビットのように多くのビット数を必要とする。したがって、ルート情報として中継ルートの中継無線装置２０１のＩＤを送る方法を用いると、ルート情報が非常に大きくなり、通信に無駄が生じる。これに対して、本実施の形態で示したように、テーブル番号をルート情報として伝送する方法によれば、ルート情報を小さくでき、効率的な通信を行うことができる。

本実施の形態では、親無線装置１０１が子無線装置３０１ｇのスロット位置情報を記憶管理しているが、中継無線装置２０１ｂが管理することもできる。その場合には、中継無線装置２０１ｂのテーブルが大きくなるが、ルート情報８７の８バイト目のスロット位置情報９１が不要となる利点がある。

次に、本実施の形態におけるビーコン信号の信号構成について説明する。

図９Ａは、本発明の実施の形態における、ビーコン信号の信号構成を示す図である。

ビーコン信号４１，４５，４６，４７は、冗長信号９０１、ビット同期信号９０２、フレーム同期信号９０３、制御信号９０４およびビーコンＩＤ９０５を有している。ビット同期信号９０２は、ビット「１」およびビット「０」の繰返しから構成される、８ビットの符号列である。フレーム同期信号９０３は、７ビットのＰＮ符号に１ビット追加した８ビットの符号列であり、制御信号９０４の先頭位置を示すための信号である。制御信号９０４は、ビーコン信号の送信間隔やビーコン番号およびビーコン信号を送信している中継無線装置２０１の中継段数を示す情報を含んでいる。

例えば、図２に示した無線通信システム４００においては、中継無線装置２０１ｂの中継段数は「２」であるので、制御信号９０４の中継段数情報には「２」が入っている。冗長信号９０１は、ビット同期信号と同様にビット「１」およびビット「０」の繰返しから構成される５６ビットの符号列である。冗長信号９０１は、ビーコン信号を受信する受信側におけるビット同期信号検出等の受信性能に余裕を持たせるために挿入している。

次に、ビーコンＩＤ９０５の構成について説明する。

図９Ｂは、本発明の実施の形態におけるビーコンＩＤ９０５の構成を示す図である。

ビーコンＩＤ９０５は、自装置の通信用ＩＤよりも符号長が短く、かつ、ビーコンＩＤ９０５の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含んでいる。

一例として、ビーコンＩＤ９０５は、１６ビットで構成されている。ビーコンＩＤの１６ビットは、８ビットの上位ビット９０６と、８ビットの下位ビット９０７とで構成されている。一方、図７Ａおよび図７Ｂに示す、データ通信用信号に用いる、リンク相手のＩＤ８３、自局ＩＤ８４およびレイヤ３ＩＤ８８は、６４ビット構成である。これらのＩＤは、各無線装置を識別するためのものであり、ユニーク性が要求される。

したがって、これらのＩＤは、一般的に、同じＩＤが２重に付与されないように工場において書込み付与されて、しっかりと管理されている。そして、無線装置の累計生産台数が非常に大きくなっても対処できるように、各ＩＤは、６４ビットのように長いビット列で構成されている。

図７Ａおよび図７Ｂに示すデータ通信用信号においては、アプリケーションデータが例えば１０００バイトと長いので、ＩＤが６４ビットであっても通信の効率にあまり影響しない。さらに、ガス自動検針システム等の用途においては、データ通信の頻度は月１回程度、多くても１日１回程度である。したがって、仮にアプリケーションデータ長が短く、ＩＤのデータ長が通信効率に影響したとしても、トラフィックや送受信の電力消費への影響は小さい。

一方、図９Ａに示すビーコン信号は、例えば４秒ごとに送信される信号である。したがって、ビーコン信号長が長くなると、トラフィックの増大およびビーコン信号の送受信のために消費される電力が大きくなる。そこで、本実施の形態では、ビーコン信号長を短くしても、ＩＤのユニーク性に大きな影響の出ない方法を用いている。

以下、無線通信システム４００における中継無線装置２０１ｂが送信するビーコン信号に用いるビーコンＩＤ９０５を例として、その生成方法について説明する。なお、ビーコンＩＤ９０５の生成や照合管理は、ビーコン信号作成部である、親無線装置１０１の制御部１７または中継無線装置２０１の制御部２６で行われる。

図９Ｂに示したように、ビーコンＩＤ９０５の上位ビット９０６としては、データ通信用に用いられる中継無線装置２０１ｂを識別するための６４ビットのＩＤのうち、下位８ビットを使用する。ここで、下位８ビットを使用するのは、通常、６４ビットのＩＤのうち、下位ビットの方が、上位ビットと比較して、ユニーク性が高いためである。ビーコンＩＤ９０５は、自装置の通信用ＩＤの一部を含んでいればよい。また、自装置の通信用ＩＤのうち、最下位からの所定桁数を含んでいればよい。

そして、下位ビット９０７としては、中継無線装置２０１ｂが乱数等を利用して任意に作成した８ビットの符号列を使用する。

このビーコンＩＤ９０５の情報は、中継無線装置２０１ｂが中継無線装置２０１ａの下に参入したときに、中継無線装置２０１ａを介して、親無線装置１０１に送信される。

親無線装置１０１では、自局の有するテーブルを参照し、同じビーコンＩＤ９０５がすでに登録されているかどうかを確認して、未登録であれば、ビーコンＩＤ９０５をテーブルに登録する。もし、参入要求のあったビーコンＩＤ９０５と同じビーコンＩＤが、すでに登録されている場合には、親無線装置１０１は、中継無線装置２０１ｂに対して、ビーコンＩＤ９０５の変更要求を送信する。

中継無線装置２０１ｂは、親無線装置１０１からビーコンＩＤ９０５の変更要求を受信すると、再度乱数などを利用して下位８ビットの符号列を生成しなおして、下位ビット９０７とする。そして、再度、親無線装置１０１に対してビーコンＩＤ９０５を送信する。

このような動作により、親無線装置１０１に属する、すべての中継無線装置２０１が送信するビーコンＩＤ９０５が、ユニークに保たれる。これに対して、ビーコンＩＤ９０５を構成する上位ビット９０６および下位ビット９０７として、ともにデータ通信用ＩＤの一部を使用した場合を想定する。この場合に、親無線装置１０１において、中継無線装置２０１から送信されたビーコンＩＤ９０５がすでに登録されていると判定され、ビーコンＩＤ９０５の変更要求を出したとする。この場合でも、中継無線装置２０１ｂは、ビーコンＩＤ９０５を変更することができず、システム内のビーコンＩＤ９０５のユニーク性を担保できない。これは、ビーコンＩＤ９０５として、データ通信用ＩＤの一部をそのまま使用しており、変更することが不可能なためである。

なお、上述の例では、上位ビット９０６として、中継無線装置２０１ｂのデータ通信用ＩＤの一部を使用したが、親無線装置１０１のデータ通信用ＩＤの一部、たとえば最下位からの所定桁数を使用することもできる。この場合は、親無線装置１０１に属するすべての中継無線装置２０１が、上位ビット９０６として、親無線装置１０１のデータ通信用ＩＤの一部を使用することになる。

この方法の利点は、ビーコンＩＤ９０５中の上位ビット９０６を認識することにより、ビーコン信号の送信元の属する親無線装置１０１を知ることができる点である。

図２に示した無線通信システム４００において、例えば子無線装置３０１ｅが、当初、中継無線装置２０１ａの下に属していたが、中継無線装置２０１ａからのビーコン信号を受信できなくなった場合を想定する。このような場合、子無線装置３０１ｅの属する中継無線装置２０１を変更する必要が生じたとき、以前と同じ親無線装置１０１の下の、中継無線装置２０１ｂ，２０１ｃ等のビーコン信号を受信して、その中継無線装置２０１ｂ，２０１ｃに属することが望ましい。このとき、上位ビット９０６により親無線装置１０１に属する中継無線装置２０１を識別することが可能である。

さらに、ビーコンＩＤ９０５のユニーク性を強固にするために、複数のビーコンＩＤ９０５、例えば、第一のビーコンＩＤおよび第二のビーコンＩＤを用いることも可能である。第一のビーコンＩＤおよび第二のビーコンＩＤは、その上位ビット９０６を同じ符号列として、下位ビット９０７を任意に作成して符号列を異ならせる。

そして、第一のビーコンＩＤと第二のビーコンＩＤとを、ある規則にしたがって使い分ける。以下、規則の一例を説明する。

図４で説明したように、ビーコン信号には「１」〜「２５５」までのビーコン番号が付与されている。ビーコン番号「１」のビーコン信号から、ビーコン番号「２５５」までのビーコン信号には、第一のビーコンＩＤを使用する。そして、第一のビーコンＩＤを有するビーコン番号「２５５」の次の、ビーコン番号「１」のビーコン信号から、次のビーコン番号「２５５」までのビーコン信号について、第二のビーコンＩＤを使用する。さらに、その次のビーコン番号「１」のビーコン信号から、次のビーコン信号「２５５」までのビーコン信号については、第一のビーコンＩＤを使用する。

このように、ビーコン番号の１周期Ｔ４毎に、第一のビーコンＩＤと第二のビーコンＩＤとを切り換えて使用する。

第一のビーコンＩＤと第二のビーコンＩＤとを切り換えて用いる方法の利点は以下の通りである。下位機器は、ビーコン番号「１」のビーコン信号を受信して、上位機器の時計に自局の時計を合わせる。仮に、第一のビーコンＩＤがユニークでない場合、自局がビーコン番号「１」のビーコン信号を受信するタイミングで第一のビーコンＩＤを受信すると、本来受信すべきでない（ユニークでない）ビーコン信号を受信してしまう可能性がある。

しかしながら、Ｔ４秒後の、次のビーコン番号「１」のビーコン信号を受信するタイミングにおいて、第二のビーコンＩＤを受信することにより、正規の（ユニークな）ビーコン信号を受信することができる。つまり、第一のビーコンＩＤと第二のビーコンＩＤが共にユニークでなく、かつ、ビーコン送信タイミングが同じでない限り、他者のビーコン信号を、自局が受信すべきビーコン信号として、間違えて受信することがない。

次に、中継無線装置２０１が、無線通信システム４００への参入時に、親無線装置１０１にビーコンＩＤ９０５を知らせる方法について説明する。

ビーコンＩＤ９０５の下位ビット９０７は、中継無線装置２０１が作成した任意の符号列であり、上位ビット９０６はデータ通信用ＩＤの下位８ビットを使用したものである。データ通信用ＩＤは６４ビットであり、工場出荷時にユニークに割り振られている。工場出荷時に割り当てられた６４ビットの上位８ビットを、ビーコンＩＤ９０５の下位ビット９０７と置き換えものを新たなデータ通信用ＩＤとする。

そして、中継無線装置２０１は、６４ビットの新たなデータ通信用ＩＤを親無線装置１０１に対して、レイヤ３ＩＤ８８として送信する。これにより、親無線装置１０１は、中継無線装置２０１から送信されたレイヤ３ＩＤ８８の上位８ビットから、ビーコンＩＤ９０５の中の下位ビット９０７を知ることができる。また、親無線装置１０１は、同様に、ビーコンＩＤ９０５の上位ビット９０６をレイヤ３ＩＤ８８の下位８ビットから知ることができる。

ビーコンＩＤ９０５として、第一のビーコンＩＤと第二のビーコンＩＤとを有する場合には、工場出荷時に割り当てられたデータ通信用ＩＤの上位１６ビットを第一のビーコンＩＤの下位ビット９０７と第二のビーコンＩＤの下位ビット９０７の合計１６ビットと置き換え、レイヤ３ＩＤ８８とする。

このような方法により、親無線装置１０１は、送られたレイヤ３ＩＤ８８によってビーコンＩＤ９０５を知ることができ、参入時の通信効率を上げることができる。

なお、本実施の形態の説明においては、無線通信システム４００が、親無線装置１０１、中継無線装置２０１、子無線装置３０１の３種類の無線装置を含むことを前提として説明した。しかしながら、無線通信システムが、親無線装置１０１および中継無線装置２０１、親無線装置１０１および子無線装置３０１、または、中継無線装置２０１および子無線装置３０１を含む構成であってもよい。子無線装置３０１と中継無線装置２０１との関係で見れば、中継無線装置２０１は、上位機器である親無線装置１０１となる。

また、本実施の形態においては、無線通信システム４００を構成する親無線装置１０１、中継無線装置２０１、および子無線装置３０１それぞれが、ハードウェアによって構成されているとして説明した。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではない。各構成要素の少なくとも一部の機能を、ソフトウェアを用いて記述し、コンピュータによって実行させることにより実現することも可能である。このような場合、記録媒体に記録したり通信回線を用いたプログラムの配信をおこなうことにより、プログラムの配布、更新やそのインストール作業を簡易に行うことができる。

以上述べたように、本発明によれば、送信するビーコン信号長を短くして消費電力の増大を防ぎつつ、ビーコン信号をユニークに識別できる。よって、ビーコン信号を送信する無線通信装置と、ビーコン信号を受信して時間同期を取る無線通信装置とを含む無線通信システム、ならびに、このような無線通信システムに利用される、無線通信装置および無線通信方法等として有用である。

１，１１，２１ アンテナ
２，１２，２２ 送受信部
３，１３ ビーコン送信部
４，１５，２４ リンク接続部
５ ルート情報解析作成部
６，２５ タイミング情報送信部
７，１７，２６ 制御部
８，２７ 記憶部
１４，２３ ビーコン受信部
１６ タイミング情報解析部
３１ ビーコン送信用スロット（ＢＴ）
３２，３５ リンク接続用スロット（Ｌ）
３３，３６ データ通信用スロット（Ｄ）
３４ ビーコン受信用スロット（ＢＲ）
３７ 下位発呼用スロット
３８ 上位応答／上位発呼用スロット
４１，４５，４６，４７ ビーコン信号
４２ 基本スロット
４３，４４ スロット
４８，１２１ 上位スロット
５１〜５６ 繰り返しフレーム
５７ 本体フレーム
５８，８０，９０２ ビット同期信号
５９，８１，９０３ フレーム同期信号
６０，８２，９０４ 制御信号
６１ 簡易ＩＤ
７０ 先頭位置
７１ 受信キャリアセンスタイミング
８３ リンク相手のＩＤ
８４ 自局ＩＤ
８５ レイヤ３フレーム
８６ 認証コード
８７ ルート情報
８８ レイヤ３ＩＤ
８９ アプリケーションデータ
９０ 中継無線装置情報
９１ スロット位置情報
１０１ 親無線装置
１２０ 下位スロット
２０１ａ〜ｃ 中継無線装置
３０１ａ〜ｉ 子無線装置
９０１ 冗長信号
９０５ ビーコンＩＤ
９０６ 上位ビット
９０７ 下位ビット

Claims (10)

1. 少なくとも下位機器と通信を行う無線通信装置であって、
   前記下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成部と、
   前記ビーコン信号作成部によって作成された前記ビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン送信部とを備え、
   前記ビーコン信号作成部が作成する前記ビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、
   前記ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、前記ビーコン識別符号の少なくとも一部に、前記ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む、
   無線通信装置。
2. 前記ビーコン識別符号は、前記自装置の通信用識別符号の一部をさらに含む、
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ビーコン識別符号は、前記自装置の通信用識別符号のうち、最下位からの所定桁数を含む、
   請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記ビーコン識別符号は、上位機器である親無線装置の通信用識別符号の一部をさらに含む、
   請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記ビーコン識別符号は、前記親無線装置の通信用識別符号のうち、最下位からの所定桁数を含む、
   請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記ビーコン信号作成部は、前記ビーコン識別符号として、第一のビーコン識別符号および第二のビーコン識別符号を作成し、
   前記ビーコン送信部は、前記ビーコン信号を送信するときに、所定の規則に従って、前記第一のビーコン識別信号および前記第二のビーコン識別信号のいずれかを送信する
   請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 前記ビーコン信号作成部は、前記ビーコン信号に、互いに異なるビーコン番号を付与し、
   前記ビーコン信号は、
   所定の周期毎に前記ビーコン番号を繰り返し、前記所定の周期内に送信されるビーコン信号が前記第一のビーコン識別符号を含み、前記所定の周期の次の周期において送信されるビーコン信号が前記第二のビーコン識別符号を含むように構成される、
   請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記ビーコン送信部は、前記ビーコン識別符号を、上位機器に送信し、
   前記ビーコン信号作成部は、前記上位機器から前記ビーコン識別符号の変更要求を受信した場合に、前記ビーコン識別符号を再度作成する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
9. 無線通信システムであって、
   請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の無線通信装置と、
   上位機器である、制御部および送受信部を有する親無線装置とを備え、
   前記無線通信装置の前記ビーコン送信部は、前記ビーコン識別符号を、前記親無線装置に送信し、
   前記親無線装置の前記制御部は、すでに別の無線通信装置によって、前記ビーコン識別符号が登録されているか否かを判定し、
   前記親無線装置の前記送受信部は、前記制御部が、前記ビーコン識別符号が登録されていると判定した場合に、前記ビーコン識別符号の変更要求を前記無線通信装置に送信し、
   前記無線通信装置の前記ビーコン信号作成部は、前記無線通信装置から前記変更要求を受信した場合に、前記ビーコン識別符号を再度作成する、
   無線通信システム。
10. 少なくとも下位機器と通信を行う無線通信方法であって、
    前記下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成ステップと、
    前記ビーコン信号作成ステップによって作成された前記ビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン信号送信ステップとを備え、
    前記ビーコン信号作成ステップにおいて作成される前記ビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、
    前記ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、前記ビーコン識別符号の少なくとも一部に、前記ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む、
    無線通信方法。

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