JP5841462B2 - ゲートウェイ無線通信装置、無線通信システム、及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゲートウェイ無線通信装置、無線通信システム、及び通信制御方法に関する。

設置容易性、低コスト、運用容易性という観点から無線通信に対する需要が高まっている。特に、産業分野では、従来有線での接続によるケーブル設置工数やコスト面での課題を解決し、かつ移動性や取り扱いやすさを兼ね備えた無線通信に対する期待は高い。

しかし、産業用途特有の高度な要求の前に、産業分野への無線の普及はあまり進んでいないのが現状である。そのため無線通信固有の問題を解決し、有線通信と同等以上の信頼性を確保することが必要になる。

これに対し、例えば特許文献１は、信頼性を向上させるための技術として、無線通信環境の変化に追従して信頼性の高い通信を維持するための通信設定に変更しながら通信を行う手法についての開示している。

また、非特許文献1は、時分割多重方式（TDMA: Time Division Multiple Access）を用いて、システム内の他の無線機からの電波干渉を回避すると共に、周波数ホッピングで通信周波数を毎回ランダムに変更しながら通信を行い、電波干渉発生率を下げた通信を可能にする方式について開示している。

特開２０１１−９９７５

ＩＳＡ１００．１１ａ標準規格

上述のような従来の無線通信技術では、他の無線方式からの干渉や機器等からのノイズの影響により通信途絶が生じた際に、通信環境に追従して通信周波数設定を変更する手法で通信途絶を回避し信頼性の確保を行っている。

しかしながら、上述のような従来の無線通信技術では、通信品質を測定し、通信品質についての十分な統計情報が蓄積するまでは通信周波数設定を変更することができず、周波数設定に遅延が発生するだけでなく、通信データ伝送自体にも遅延が発生してしまう。

また、従来の無線通信では電波干渉の発生により受信応答（Ａｃｋ）が消失し、１つの無線局の送信キュー内に複数の宛先へのパケットが溜まってしまうと、Ａｃｋを受信して送信キューから削除されるまで同一宛先あてパケットの送信が終了しない。このため、通信データの伝送遅延が発生するという課題がある。

さらに、従来の無線通信技術では、各パケット送信直前に通信周波数の電波使用状況をチェック（キャリアセンス）し、パケットの競合による通信途絶を回避している。ところが、複数の無線局が同じタイムスロットにおいて同じ周波数で通信を行うことで通信失敗時に発生する再送遅延時間を短縮するシェアドスロット方式とキャリアセンスを用いたとしてもシステム内パケット競合を完全に回避することができない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、通信データの伝送の遅延発生を防止する技術を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明によるゲート無線通信装置は、時分割多重アクセス及びチャネルホッピングを実行して複数の無線通信装置と通信するが、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、当該サイクル毎に、(i)複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、(ii)複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、(iii)複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、(iv)通信品質データ取得処理によって取得した通信品質データに基づいて、ホッピング周波数を変更するチャネル切替処理と、を実行する。また、通信データ取得処理、通信品質計測処理、通信品質データ取得処理、及びチャネル切替処理は、１サイクルにおいて、それぞれの処理に設定された制限時間に基づいて、順次切り替えられながら、実行される。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本発明の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。

本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本発明の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。

本発明によれば、通信データを伝送する際に発生しうる遅延を効果的に防止することができるようになる。

本発明の無線通信システムの概略構成例を示す図である。 第１無線局１の概略構成例を示す図である。 第２及び第３無線局の概略構成例を示す図である。 第１無線局１のルーティングテーブル例を示す図である。 ホッピングパターンテーブル例を示す図である。 スーパーフレームテーブル例を示す図である。 タイムスロット内の構成例を示す図である。 第１乃至第３無線局間で実行されるメッセージ送受信処理を説明するためのシーケンス図 本発明によるマルチホップ通信の方式を示す図である。 通信データ取得手順９０１及び通信品質データ取得手順９０３におけるメッセージ送受信処理のシーケンスを説明するための図である。 通信データ取得手順及び通信品質データ取得手順における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。 通信品質取得手順における通信品質取得処理のシーケンスを説明するための図である。 通信品質計測手順９０２における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。 通信品質計測手順９０２における第２無線局１０の動作を説明するためのフローチャートである。 各チャネルの干渉発生率の例を示す図である。 チャネル切替手順９０４におけるメッセージ処理シーケンスを説明するためのフローチャートである。 チャネル切替手順９０４における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。 図１７におけるチャネルｃｈ切替判断ルーチン（Ｓ１２０２）の詳細を説明するためのフローチャートである。 第１無線局１が作成するチャネル毎の通信品質表の例を示す図である。 段階的閾値判定の概念を説明するための図である。 通信品質が劣悪時のチャネル毎の通信品質表の例を示す図である。 第３の実施形態によるスーパーフレームの構造例を示す図である。 第４の実施形態における無線通信システムの概略構成例を示す図である。 チャネルの分類例を示す図である。 第４の実施形態によるホッピングパターン構成例を示す図である。 シェアドスロットを説明するための図である。 第５及び第６の実施形態におけるメッセージ送受信シーケンスを説明するための図である。 スーパーフレームテーブルをシェアする第２通信局１０Ａ及びと第２無線局１０Ｂのタイムスロットの構成例を示す図である。 第６の実施形態による、に送信キュー１０３の設定例を示す図である。 送信キューが保持するパケット管理表の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

本実施形態では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

更に、本発明の実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。

なお、以後の説明では「テーブル」形式によって本発明の各情報について説明するが、これら情報は必ずしもテーブルによるデータ構造で表現されていなくても良く、リスト、ＤＢ、キュー等のデータ構造やそれ以外で表現されていても良い。そのため、データ構造に依存しないことを示すために「テーブル」、「リスト」、「ＤＢ」、「キュー」等について単に「情報」と呼ぶことがある。

以下では、「制御部（プロセッサということもできる）」を主語（動作主体）として本発明の実施形態における各処理について説明を行うことがあるが、プロセッサはメモリ及び通信ポート（通信制御装置）を用いながら所定の処理（フローチャートに対応するプログラム）を実行するため、各処理（プログラム）を主語とした説明としてもよい。

（１）第1の実施形態
＜マルチホップ無線通信システムの概要＞
図１は、本発明の実施形態による、アドホックネットワークにおけるマルチホップ無線通信システムの概要を示す図である。

当該マルチホップ無線通信システムは、データ要求コマンドを送信する第１無線局１と、データ要求コマンドに応じてデータ送信を行う第３無線局１００Ａ乃至Ｃと、データ要求コマンド及びデータを第３無線局１００Ａ乃至Ｃ及び第１無線局１に中継し、また自身の持つデータを第１無線局１に送信する第２無線局１０Ａ乃至Ｂと、を有している。

ここでは説明の簡略化のために、第２及び第３無線局の数をそれぞれ２台及び３台としているが、構成する各機器の台数に制限はない。また、マルチホップ数に関しても制限はない。本発明の実施形態では、説明の重複を避けるために第３無線局１００宛のデータ要求に対し第２無線局１０は中継機として機能している例を示しているが、第２無線局１０宛のデータ要求の場合はセンサデータを送信する端末として機能する。

＜第1無線局の概略構成＞
図２は、第１無線局（第１の無線装置、基地局、或いはゲートウェイ装置とも言う）１の概略構成例を示す図である。第１無線局１は、アンテナ１０１と、送受信機１０２と、送信キュー１０３を含む制御部（プロセッサ）１０４と、ルーティングテーブル１０５と、ホッピングテーブル１０６と、スーパーフレームテーブル１０７と、外部装置インターフェース（ＩＦ）１０８と、を有する。

制御部（プロセッサ）１０４は、通信品質管理及びパケット送受信管理を行い、パケット生成タイミングになると、第２及び第３無線局１０及び１００宛にデータ要求パケットを生成する。また、制御部１０４は、生成したパケットを送信キュー１０３に蓄積する。そして、制御部１０４は、スーパーフレームテーブル１０７に記述されたタイミングに従って、ホッピングテーブル１０６に記載の周波数を用い、ルーティングテーブル１０５に記述されている宛先に対するパケットとして送受信機１０２及びアンテナ１０１を介して無線送信する。なお、ここで、スーパーフレームは、図６のような複数のタイムスロットから構成される通信の周期単位を示す情報である。また、後述するルーティングテーブル１０５、ホッピングテーブル１０６、及びスーパーフレームテーブル１０７は、制御部１０４により書き換えることができる。

さらに、制御部１０４は、外部装置ＩＦ１０８を介して、ＰＣ等の外部装置に対して、受信データを送信したり、外部装置から自身（制御部１０４）のパラメータを書き換えたりすることができる。

＜第２及び第３の無線局の概略構成＞
図３は、第２及び第３無線局１０Ａ乃至Ｂ及び１００Ａ乃至Ｃの概略構成例を示す図である。第２及び第３無線局１０Ａ乃至Ｂ及び１００Ａ乃至Ｃはそれぞれ、アンテナ２０１と、送受信機２０２と、送信キュー２０３を含む制御部（プロセッサ）２０４と、ルーティングテーブル２０５と、ホッピングテーブル２０６と、スーパーフレームテーブル２０７と、センサインターフェース（ＩＦ）２０８と、センサ２０９と、を有する。

センサ（画像センサ（ＣＣＤ等）、温度センサ、湿度センサ、角速度センサ、加速度センサ等）２０９よって取得されたセンサデータは、センサＩＦ２０８を介して制御部２０４内の送信キュー２０３に入力される。

制御部２０４は、アンテナ２０１及び送受信機２０２より、第１無線局１或いは第２無線局１０Ａ乃至Ｂ（第３無線局１００Ａ乃至Ｃの制御部２０４の場合）からのデータ要求コマンドを受信すると、後述のルーティングテーブル２０５、ホッピングテーブル２０６、及びスーパーフレームテーブル２０７を参照し、送信キュー２０３内のパケットを送受信機２０２及びアンテナ２０１を介して、要求先の無線局に送信する。なお、制御部２０４は、アンテナ２０１及び送受信機２０２が受信する第１無線局１からの切替コマンドに応答して、ルーティングテーブル２０５、ホッピングテーブル２０６、及びスーパーフレームテーブル２０７を書き換えることができるようになっている。

＜ルーティングテーブルの構成＞
図４は、第１無線局１が保持するルーティングテーブル１０５の構成例を示す図である。ルーティングテーブル１０５は、パケットの宛先４０１と転送先４０２の情報を保持している。パケットの宛先４０１は、所望のパケットを伝送する最終目的地（無線局）の情報を示し、パケットの転送先４０２は、当該所望のパケットを直接伝送する先（無線局）の情報を示している。転送先４０２に伝送されたパケットは、そこを経由して最終目的地である宛先４０１に伝送される。

当該テーブルを保持する無線局は、宛先から次に送信すべき転送先を判断し、転送先宛にパケット送信することで正しい経路で宛先へパケットを伝送することができるようになっている。

なお、第２無線局及び第３無線局が保持するルーティングテーブル２０５についても図４と同様に宛先と転送先のアドレス等の情報で構成されている。

＜ホッピングパターンテーブルの構成＞
図５は、ホッピングパターンテーブル１０６及び２０６の構成例を示す図である。ホッピングパターンテーブル１０６及び２０６は、タイムスロット毎に用いるチャネル番号の情報を保持しており、このチャネル番号（ホッピング周波数）の情報は、後述のように、第１無線局１によって適宜書き換えられるようになっている。

各無線局は、送信先或いは受信先との間で設定されたホッピングパターンテーブルを参照し、タイムスロットごとにチャネルを変更しながら、送受信に割り当てられたタイムスロットになると、そのタイムスロットで定められたチャネルで送受信を行う。

図５の例は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格で定められた２．４ＧＨｚ帯のｃｈ１１−２５を使用する場合を前提として例示しているが、チャネル番号そのものでなくても、通信周波数と対応可能な指標であればよい。

＜スーパーフレームテーブルの構成＞
図６は、スーパーフレームテーブル１０７及び２０７の構成例を示す図である。スーパーフレームテーブル１０７及び２０７は、タイムスロット番号６０１と、チャネル番号６０２と、送受信リンク６０３と、を構成情報として含んでおり、送受信リンクの繰り返し単位を表している。なお、図６の例では、２３タイムスロットが１つのスーパーフレームとして構成されることが示されているが、タイムスロット数は適宜設定可能である。

チャネル番号６０２は、図５に例示されるホッピングパターンを周期的に繰り返すことでスーパーフレーム内の各タイムスロット番号６０１に割り当てられている。

送受信リンク６０３は、送信リンク７０１及び受信リンク７０２に割り当てられたタイムスロットにおいて、割り当てられたチャネルを用いて送信及び受信を行うことを示している。

＜タイムスロットの構造＞
図７は、各タイムスロットの構成例を示す図である。タイムスロットは１０ｍｓ程度を想定しており、送信リンク７０１の場合と受信リンク７０２の場合で構成が異なる。

送信リンク７０１の場合は、無線局は、データ送信７０４の前に必ずキャリアセンス７０３を行い、通信周波数の電波の存在をチェックする。ここで、キャリアセンスとは、周囲の無線局が同じチャネルの電波を出しているか否かチェックする動作である。

検出した電波の強度がある閾値を超えると、当該無線局は、当該チャネルで、当該タイムスロットにおいて送信予定のデータ送信７０４を回避する。一方、電波強度が閾値以内であれば、無線局は、キャリアセンス７０３に続いてデータ送信７０４を行い、次いで応答受信７０５に備える。

受信リンク７０２の場合は、無線局は、データ受信７０６を行った後、応答送信７０７を行う。

ここで、送信リンク７０１においては、無線局は、送信タイムスロットが来る度に、キャリアセンス７０３を実行し、式（１）によって定義される干渉発生率を累計しながら通信を行う。

干渉発生率＝キャリアセンスにより送信を回避した回数／送信試行回数・・・（１）
干渉発生率は、各無線局の通信チャネルごとの値であり、各無線局の制御部１０４に蓄積され、通信機会ごとに更新される。つまり、干渉発生率は、無線局の数×チャネル数分の情報として蓄積される。

なお、本実施形態では、通信品質の指標として式（１）で定義される干渉発生率を例示しているが、例えば受信電波強度や誤り訂正実行回数、通信断絶回数、パケット損失率など他の指標でも良い。

＜メッセージ送受信処理＞
図８は、第１無線局１、第２無線局１０及び第３無線局１００の間で実行されるメッセージ送受信処理を説明するためのシーケンスフローである。

第１無線局１は、第３無線局１００宛データ要求を第２無線局１０に送信する（シーケンス８０１）。１００宛データ要求受信した第２無線局１０は、ルーティングテーブル２０５に従い、第３無線局１００宛データ要求を送信する（シーケンス８０２)。

１００宛データ要求を受信した第３無線局１００は、第１無線局宛にセンサデータを応答として送信する（シーケンス８０３）。

第３無線局１００から応答を受信した第２無線局１０は、第１無線局１宛に当該センサデータを中継する（シーケンス８０４）。

各データ要求（シーケンス８０１及び８０２）及びセンサデータ（シーケンス８０３及び８０４）を受信した無線局は、その都度応答（Ａｃｋ）を当該要求やセンサデータの送信元に対して返信する（シーケンス８０５、８０６、８０７、及び８０８）。

各無線局は、Ａｃｋを受信することにより、送信キュー１０３や２０３から当該パケットを消去する。

このように、ゲートウェイ無線局（第１無線局）が、中継無線局（例えば、第２無線局１０）を介して宛先無線局（例えば、第３無線局）と通信することにより、より遠くの無線局にアクセスしてデータを取得することができるようになる。なお、中継無線局は１つに限られるものではなく、複数の無線局を中継して、宛先無線局にアクセスするようにしても良い。

＜マルチホップ通信＞
図９は、本発明によるマルチホップ通信の方式を示す図である。当該マルチホップ通信では、アプリケーションに応じたデータ取得周期（サイクル）に合わせて通信期間を４つに分け、それぞれ通信データ取得手順９０１、通信品質計測手順９０２、通信品質データ取得手順９０３、チャネル切替手順９０４としている。そして、第１無線局と、第２及び第３無線局はそれぞれ協働しながら、１回のデータ取得タイミングにおいて、これらの手順を１セットの処理として連続的に実行するようにしている。しかも、各手順の実行時間（制限時間）はＴ（ｓ）に制限されている。なお、この実行時間Ｔは、可変時間として設定しても良い。つまり、各手順に対して異なる実行時間を設定しても良いし、処理開始時は各手順で同一の実行時間を設定しておき、データの取得状況に応じて（取得や処理が進んでいる手順は短く設定し、取得や処理が遅れている手順には長い時間を割り当てる）可変制御するようにしても良い。ただし、この場合でも４つの手順の実行時間の合計は一定（４Ｔ）に保つことが望ましい。また、通信品質データ取得手順９０３およびチャネル切替手順９０４を定められたサイクル数ごと（例えば、数１０サイクル）に一度実行し通信品質データを十分に蓄積してもよい。この場合は通信品質データ取得手順の実行直後（チャネル切替手順９０４の直前）に第１無線局以外の無線局は、第１無線局が取得した通信品質データをメモリから削除することで初期化する。これにより任意の期間における電波状況から通信チャネルを設定できる。

通信データ取得手順９０１では、主にセンサデータ等の送受信が行われる。通信品質計測手順９０２では、当該通信環境におけるチャネルごとの前述の干渉発生率が無線局ごとに測定される。通信品質データ取得手順９０３では、各無線局が測定した通信品質データを第１無線局１が収集する。チャネル切替手順９０４では、第１無線局１が通信品質データ取得手順９０３で取得したチャネル情報を基に干渉の少ないチャネルだけから構成されるホッピングパターンを作成し、各無線局に新ホッピングパターンへの変更を指示する。上述のように、各手順には制限時間Ｔ９０５が設けられている。これにより、各手順が終了していなくとも次の手順に進むため、各手順の遅延が他の手順の遅延に影響を及ぼさなくなるため、周期的に安定したデータ取得実行が可能になる。

ここで、Ｔの値は一例として数秒程度（４ｓなど）を想定しており、図６のスーパーフレームのタイムスケールの例である２５０ｍｓに比べて大きな値であり、時間Ｔ内に１０〜２０個程度のスーパーフレームが格納されることを想定している。

＜通信データ取得手順及び通信品質データ取得手順のシーケンス＞
図１０は、通信データ取得手順９０１及び通信品質データ取得手順９０３におけるメッセージ送受信処理のシーケンスを説明するための図である。説明の簡略化のため、図１０では第１無線局１と第２無線局１０のメッセージフローを示しているが、第３無線局１００を含めてマルチホップを行った場合も同様の説明で代用できる。図１０における「データ」とは通信データまたは通信品質データのことを意味する。

図１０では、第１無線局１が通信手順開始１００５（前の手順（図９の例では、チャネル切替手順９０４）の終了）を判断し、第２無線局に対しデータ要求を送信する（シーケンス１００１）。

第２無線局１０は、第１無線局１からのデータ要求を受信すると、即座に応答を返し（シーケンス１００３）、第１無線局１への送信リンクでデータを送信する（シーケンス１００２）。

第１無線局１は、第２無線局１０からデータを受信すると、即座に応答を送信する（シーケンス１００４）。

通信手順開始１００５から制限時間Ｔ９０５が経過すると、通信手順終了（シーケンス１００６）となるが、通信データ取得手順９０１及び通信品質データ取得手順９０３それぞれが全て終了していなくても次の手順に移行する。これにより、以降の手順の開始／終了時間に影響を及ぼすことなく定期的な手順の実行が可能になる。なお、当該サイクル（例えば、サイクル９０６）で未取得の通信データ（センサデータ）及び通信品質データ（干渉発生率）は、次のサイクル（例えば、サイクル９０７）で取得される。

＜通信データ取得手順及び通信品質データ取得手順における第１無線局の動作＞
図１１は、通信データ取得手順及び通信品質データ取得手順における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。通信データ取得手順９０１及び通信品質データ取得手順９０３では第１無線局１は、制御部（プロセッサ）１０４を用いて以下の動作を行う。

制御部１０４は、手順開始１０１１であると判断すると、まずタイマを作動させ、手順開始からの時間を継続的に計測する（Ｓ１０１１)。

次に、制御部１０４は、第２及び第３無線局１０及び１００宛にデータ要求パケットを生成（Ｓ１０１２）し、送信リンク７０１が来るまで送信機会待ち（Ｓ１０１３）、送信機会チェック処理（Ｓ１０１４）を繰り返しながら待機する。ここで、データ要求パケットは複数個のパケットをまとめて生成することも可能である。

送信機会が来ると、制御部１０４は、データ要求パケットを送信し（Ｓ１００５）、データ受信待ちに移行する（Ｓ１０１６）。

そして、制御部１０４は、経過時間が制限時間Ｔ以内であるかを確認する（Ｓ１０１７）。Ｔ以内であれば、制御部１０４は、データ受信の確認を行い（Ｓ１０１８)、Ｔ以上であれば次の手順へ移行する（Ｓ１０２１)。現在実行の手順が通信データ取得手順９０１であれば、通信品質計測手順９０２に移行し、通信品質データ取得手順９０３であれば、チャネル切替手順９０４に移行する。

データ受信確認（Ｓ１０１８）でデータを受信していなければ、制御部１０４は、処理をデータ受信待ち（Ｓ１０１６）に戻し、受信していれば再び制限時間Ｔ以内であるかを確認する（Ｓ１０１９）。Ｓ１０１９において制限時間Ｔを超えていると判断された場合、処理は即座に次の手順へ移行する（Ｓ１０２１)。

Ｓ１０１９において制限時間Ｔ以内であると判断されると、制御部１０４は、未処理無線局があるか否かチェックすることにより、データ要求パケット生成の必要性を判断する（Ｓ１０２０）。データパケット生成の必要があれば、制御部１０４は、データ要求パケット生成からの処理（Ｓ１０１２）を繰り返し、必要がなければ、制限時間Ｔまで待機する（Ｓ１０２２）
制限時間Ｔになったら、次の手順へ移行する（Ｓ１０２１）。

＜通信品質取得手順のシーケンス＞
図１２は、通信品質取得手順における通信品質取得処理のシーケンスを説明するための図である。

通信品質計測手順９０２では、第１無線局１が、通信品質計測用パケット送信要求を第２無線局１０に対して送信する（シーケンス１１０１）。

通信品質計測用パケット送信要求を受信した第２無線局１０は、応答を第１無線局１に返送する（シーケンス１１０２）。

そして、第２無線局１０は、送信リンクタイムスロット内でキャリアセンス１１０４を実行し（シーケンス１１０４）、通信品質計測用パケットを送信する（シーケンス１１０３）。ここで、通信品質計測用パケットとは、宛先に実際には存在しない仮想無線局のアドレスを記述した通信品質計測用パケットのことである。従って、当該パケットに対する受信先がなくても良い。

また、通信手順開始１００５から制限時間Ｔ９０５が経過すると、通信手順終了となる（シーケンス１００６）。なお、通信データ取得手順９０１及び通信品質データ取得手順９０３と同様に、通信品質計測処理における全ての処理が終了していなくても、次の手順（通信品質データ取得手順９０３）に移行する。これにより、以降の手順の開始／終了時間に影響を及ぼすことなく定期的な手順の実行が可能になる。

＜通信品質データ取得手順における第１無線局の動作＞
図１３は、通信品質計測手順９０２における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。

制御部１０４は、手順開始と同時にタイマの動作を開始し（Ｓ１１１１）、通信品質計測用パケット送信要求を生成する（Ｓ１１１２）。

制御部１０４は、生成した通信品質計測用パケット送信要求を送信キュー１０３に入れ、送信機会か否かを判断しながら、送信機会を待つ（Ｓ１１１３及びＳ１１１４）。

送信機会が来ると、制御部１０４は、通信品質計測用パケット送信要求を第２無線局１０に送信する（Ｓ１１１５）。

次に、制御部１０４は、制限時間Ｔ以内であるか確認を行った後（Ｓ１１１６）、Ｔ以内であれば次の通信品質計測用パケットを生成し（Ｓ１１１２）、上記処理（Ｓ１１１３ないしＳ１１１６）を繰り返す。

そして、制限時間Ｔを越えていたら、制御部１０４は、即座に、処理を次の手順（通信品質データ取得手順９０３）に移行させる(Ｓ１１１７）。

＜通信品質データ取得手順における第２無線局の動作＞
図１４は、通信品質計測手順９０２における第２無線局１０の動作を説明するためのフローチャートである。

第２無線局１０の制御部２０４は、第１無線局１から通信品質計測用パケット送信要求を受信する（Ｓ１１２１）と、送信機会か否かを判断しながら送信機会を待つ（Ｓ１１２２及びＳ１１２３）。

送信機会が来ると、制御部２０４は、スーパーフレームテーブル２０７を参照し（Ｓ１１２８）、キャリアセンスチャネルを決定後（Ｓ１１２９）、キャリアセンスを行う（Ｓ１１２４）。

続いて、制御部２０４は、受信電波強度からキャリア検出判定を行う（Ｓ１１２５）。キャリアを検出した場合、制御部２０４は、上記式（１）により、自身の保持する干渉発生率を更新する（Ｓ１１２７）。

一方、キャリア未検出の場合には、制御部２０４は、通信品質計測用パケットを送信した上で（Ｓ１１２６）、干渉発生率を更新する（Ｓ１１２７）。

以上の処理によって取得・更新された通信品質（干渉発生率）は、図１５に示されるような干渉発生率管理テーブルに保持され、逐次変化する情報として管理される。

＜チャネル切替手順のシーケンス＞
図１６は、チャネル切替手順９０４におけるメッセージ処理シーケンスを説明するための図である。

第１無線局１は、通信手順開始（シーケンス１００５）であると判断すると、第２無線局１０にチャネル切替要求を送信する（シーケンス１３０１）。

第２無線局１０は、チャネル切替要求を受信すると、それに対する応答を返信し（シーケンス１３０３）、チャネル切替要求１３０１に含まれるチャネル変更情報に従って、チャネル変更を行う（シーケンス１３０２）。

また、通信手順開始から制限時間Ｔ９０５が経過すると、通信手順が終了となる（シーケンス１００６）。上述同様、必要なチャネル切替処理が全て終了していなくても、処理は次の手順（通信データ取得手順９０１）に移行する。これにより、以降の手順の開始／終了時間に影響を及ぼすことなく定期的な手順の実行が可能になる。

＜チャネル切替手順における第１無線局の動作＞
図１７は、チャネル切替手順９０４における第１無線局１の動作を説明するためのフローチャートである。

制御部１０４は、手順開始と共にタイマを動作させて経過時間を計測する（Ｓ１２０１）。

次に、制御部１０４は、チャネル切替判断ルーチン（図１８参照）を実行し（Ｓ１２０２）、それによって生成された新ホッピングパターンを用いて、チャネル切替要求パケットを生成する（Ｓ１２０３）。

そして、制御部１０４は、送信機会か否かを判断しながら、送信機会待ちし（Ｓ１２０４及びＳ１２０５）、送信機会が来るとチャネル切替要求パケットを送信する（Ｓ１２０６）。

その後、制御部１０４は、制限時間Ｔ内であるか否か判断し（Ｓ１２０７）、制限時間Ｔを超えていれば、即座に次の手順（通信データ取得手順９０１）に処理を移行する（１２０９）。

Ｓ１２０７において、制限時間Ｔ以内であると判断した場合、制御部１０４は、未送信端末の有無を確認する（Ｓ１２０８）。

未送信端末があれば、制御部１０４は、チャネル切替要求パケット生成を繰り返し（Ｓ１２０３）、未送信端末がなければ、制限時間Ｔまで待機し（Ｓ１２１０)、次の手順（通信データ取得手順９０１）に処理を移行する（Ｓ１２０９）。

また、第１無線局が各無線局に対する通信品質取得後に、各端末が通信品質情報をメモリから削除することで、一定期間内のチャネル情報だけを第１無線局に送信することができる。これにより、無線環境が変化したとしても変化前の情報をメモリから削除するため、無線環境の変化に早期に対応することができる。

＜チャネル切替判断処理の詳細＞
図１８は、図１７のチャネル切替判断ルーチン（Ｓ１２０２）の詳細を説明するためのフローチャートである。

まず、制御部１０４は、通信品質データ取得手順９０３で受信した各無線局の干渉発生率に対し、閾値判定を行う（Ｓ１２１１）。つまり、各干渉率の値と予め設定された閾値が比較され、閾値を超えるか否か判定される。

そして、制御部１０４は、品質悪（閾値を超える）のチャネルが存在するか否か判定する（Ｓ１２１２）。品質の悪いチャンネルが存在しなければ、制御部１０４は、制限時間Ｔが経過するまで待機し（Ｓ１２１８）、処理を次の手順（通信データ取得手順）に移行させる（Ｓ１２１９）。品質の悪いチャンネルが無ければ、現状のホッピングパターンを更新する必要がないからである。

一方、品質の悪いチャンネルが存在する場合、制御部１０４は、チャネル毎の通信品質表（図１９参照）を作成する（Ｓ１２１３）。図１９に示す例では図１５のような干渉発生率の表に対して、閾値２０％と設定した場合の通信品質が○×で示されている。

次に、制御部１０４は、品質の悪いチャネルを品質の良いチャネルで置き換えて（Ｓ１２１４）、無線局毎に新ホッピングパターンを生成する（Ｓ１２１５）。

続いて、制御部１０４は、制限時間Ｔ以内であるかを確認し（Ｓ１２１１）、Ｔ以内であれば未処理端末確認（Ｓ１２１６）を行い、未処理端末がなくなるまでＳ１２１１からの処理を繰り返す。また、未処理端末が無くなれば、処理はＳ１２０３（図１７）に移行する。

一方、制限時間Ｔを越えていたら、制御部１０４は、図１７のＳ１２０３以降の処理を実行せずに、次の手順（通信データ取得手順）に処理を移行させる（Ｓ１２１９）。この場合、判断済の無線局（端末）についての更新ホッピングパターンは図示しないメモリに保持され、次のサイクルで続きのチャネル切替判断処理がさらに実行される。

（２）第２の実施形態
本発明の第２の実施形態では、チャネル切替手順９０４において閾値判定を段階的に行い、その都度ホッピングパターンを更新する。図２０は、第２の実施形態による段階的閾値判定の例を示す図である。

干渉発生率の閾値判定を最終的に２０％で行う場合であっても、判定基準を４０％→３０％→２０％と段階的に変更しながら閾値判定を実行する。具体的には、制御部１０４は、閾値４０％、３０％、２０％でそれぞれ閾値判定し、それぞれ新ホッピングパターンを生成し（Ｓ１２１５）、チャネル切替要求パケット送信（Ｓ１２０６）により、第２無線局１０のホッピングパターンを書き換える。

そして、制御部１０４は、制限時間Ｔ以内か判断し（Ｓ１２０７）、Ｔ以内であれば、さらに、未処理端末判定（Ｓ１２０８）を実行し、未処理部分の３０％、２０％分のホッピングパターンも順次書き換える。

以上のように段階的に切り替えるのは次のような理由からである。つまり、第１無線局１からのチャネル切替要求（シーケンス１３０１）は第２無線局１０で受信されたが、その応答（シーケンス１３０３）が第１無線局１に到達しないという状態が発生することがある。このような場合には、第１無線局１は変更前のホッピングパターンを使用し、第２無線局は新ホッピングパターンを使用することになる。

例えば、図２１のように品質の悪いチャネルがチャネルの大半を占めるような場合には、第１無線局１がチャネル切替要求１３０１を再送したとしても切り替えたチャネル数が多いため、一定期間通信途絶してしまい、チャネル切替の復旧に時間がかかる。

しかし、本実施形態のように閾値判定及びチャネル切替を段階的に行うことで、第１無線局１と第２無線局１０のホッピングパターンに差異が生じても通信途絶を最小限に食い止めることができる。

（３）第３の実施形態
本発明の第３の実施形態では、通信データ取得手順９０１、通信品質計測手順９０２、通信品質データ取得手順９０３、チャネル切替手順９０４の１セットの処理において、スーパーフレーム内に品質計測専用のタイムスロット１４０１及び１４０２を設けている。

図２２は、第３の実施形態によるスーパーフレームの構造例を示す図である。図２２において、品質計測専用のタイムスロット１４０１及び１４０２以外のタイムスロットは、前述のように、通信環境に応じてホッピングパターンを切り替える。

一方、品質計測専用タイムスロット１４０１及び１４０２では、ホッピングパターンが切り替わっても帯域内の全チャネルを用いてホッピングを行うようにする。

ホッピングパターンが切り替わると、通信計測手順９０２では切り替わった後のホッピングパターンに含まれているチャネルしか品質を計測することができないため、品質悪と判断したチャネルが後に品質良になった場合にホッピングパターンに含めることができなかった。しかし、品質計測専用タイムスロット１４０１及び１４０２を導入することでチャネルの再利用が可能になるので、効率の良い通信を行うことができる。なお、品質計測専用タイムスロット１４０１及び１４０２での動作は通信品質計測手順９０２と同様である。なお、品質計測専用タイムスロットの数は２つに限定されるものではない。

（４）第４の実施形態
本発明の第４の実施形態は、マルチホップ通信システムに関する。図２３は、第４の実施形態による通信システムの構成例を示す図である。ここでは、説明のために、図２３のように５ホップのマルチホップ通信の例を示すが、これに限定されるものではない。図２３は、第１無線局１と第２〜第６無線局（参照番号１０Ａ、１００Ａ、１０００Ａ、１００００Ａ、及び１０００００Ａ）が通信区間０〜４（参照番号２３０１、２３０２、２３０３、２３０４、及び２３０５）を介してマルチホップ通信を行う無線通信システムを示している。

本実施形態では、チャネル切替手順９０４でホッピングパターンを変更する際に、第１無線局１の制御部１０４は、図２４に例示するようにチャネルを５つに分類し（Ｇｒｏｕｐ_Ａ乃至Ｅ）、各分類に属するチャネル間の変更のみ許可する。例えばＧｒｏｕｐ_Ａであればチャネル１１、１６、及び２１の間だけでチャネルの変更が行われる。ここで、チャネル番号１１−２５は第１の実施形態で例示した、２．４ＧＨｚ帯の無線チャネルである。図２４のチャネル１、６、及び１１は、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮの低周波数帯（ｃｈ１）、中周波数帯（ｃｈ６）、及び高周波数帯（ｃｈ１１）を示している。このように、チャネルを分類し、Ｇｒｏｕｐに属するチャネル間でのみチャネル変更を許可することで、例えば低周波数側で干渉が発生した場合には周波数の離れた高周波数側（もしくは中周波数側）に変更できる。よって、干渉源としての無線ＬＡＮ（例）の干渉を抑えたホッピングパターンを構成することができ、パケット再送を抑制して通信の低遅延化を図ることができる。

また、チャネルの分類を行うことで、図２５のように、第１無線局１の制御部１０４は、通信区間０〜４（参照番号２３０１乃至２３０５）に対するホッピングパターンを作成する際に、Ｇｒｏｕｐ_Ａのチャネル→Ｇｒｏｕｐ_Ｂのチャネル→・・・→Ｇｒｏｕｐ_Ｅのチャネルのようにホッピングパターン選ぶことによって、各通信区間０〜４（２３０１乃至２３０５）で同時に異なる周波数で通信を行うことが可能になるため通信の効率化を図ることができる。図２５によれば、例えば、通信区間０では、各タイムスロットにおいて、チャネル１１→２２→１８→１４→・・・→１３→２４→２０の順でチャネルを用いて通信する。通信区間１では、各タイムスロットにおいて、チャネル２２→１８→１４→２５→・・・→２４→２０→１１の順でチャネルを用いて通信する。通信区間２乃至４でも図２５を参照して同様に使用チャネルを決めることができる。

なお、ここでは通信チャネルはＩＥＥＥ８０２．１５．４の２．４ＧＨｚ帯チャネルを用い、干渉源としては同周波数帯の無線ＬＡＮを例に挙げて説明したが、通信周波数帯及び干渉源は他の周波数帯でも可能である。また、本実施形態では、通信チャネルを５つに分類しているが、他の分類数でも可能である。

（５）第５の実施形態
第５の実施形態は、同じタイムスロットを複数の通信局がシェアして使用する、すなわち複数の通信局が同じスーパーフレームテーブル２０７を持つ場合（シェアドスロット）の処理に関するものである。ここで、複数の通信局とは、第２無線局内の通信局１０でもよいし、第１無線局から２ホップ先の第３無線局１００でもよい。また、第２無線局１０及び第３無線局１００を含む複数無線局でもよく、台数に限りはないものとする。

説明の簡単のため、図２６に示されるように、第２無線局１０Ａ及び１０Ｂが同じスーパーフレームテーブルを保持する場合を例として考える。同じタイムスロットにおける送受信を複数の通信局がシェアしている場合、システム内でのパケットの衝突が起こる場合がある。本実施形態では、これを回避するため、図２７に示すように、あらかじめ制御部１０４に設定した順序で各通信局１０Ａ及び１０Ｂにデータ要求１６１１を送信するようにする。

＜データ送受信処理のシーケンス＞
図２７は、第５の実施形態で想定されるデータ送受信処理シーケンスの例を説明するため図である。

図２７において、第１無線局１は、第２無線局１０Ａへデータ要求を送信し（シーケンス１６１１）、第２無線局１０Ａからの応答を受信し（シーケンス１６１２）、最終的にデータの返信を待つ（シーケンス１６１３）。しかし、この間、第２無線局１０Ａは第１無線局１からのデータ受信応答１６１４がないことがあり、この場合には第２無線局１０Ａはデータの再送を繰り返すことになる。また、第１無線局１は、第２無線局１０Ａからデータを受信した（シーケンス１６１３）時点で、第２無線局１０Ｂに対してデータ要求を送信し（シーケンス１６１５）、第２無線局１０Ｂのデータを収集する（シーケンス１６１７）。ここで、データ要求送信（シーケンス１６１１及び１６１５）及びデータ送受信（シーケンス１６１３及び１６１８）は、第１の実施形態で例示したデータ要求（通信データ要求及び通信品質データ要求送受信シーケンス）及びデータ送信（通信データ及び通信品質データ送受信シーケンス）であってもよい。

＜タイムスロットの構成＞
図２８は、第５の実施形態による、スーパーフレームテーブルをシェアする第２通信局１０Ａ及び１０Ｂのタイムスロットの構成例を示す図である。本実施形態では、第１の実施形態（図７参照）と異なり、第２通信局１０Ａ及び１０Ｂの制御部２０４は、時間差をもってキャリアセンスを実行するようにしている。この時間差は、図２８に示されるように、キャリアセンス１７０１開始時間に対するオフセット１７０７と、キャリアセンス１７０４開始時間に対するオフセット１７０８の間に設けられるものである。

例えば、電波干渉により、第２無線局１０Ａが、図２７の応答の受信（シーケンス１６１４）に失敗した場合、第２無線局１０Ａの送信キュー２０３内にはデータパケット１６１３が残存し、次の送信機会で再送される。しかし、データパケットはシーケンス１６１３によって第１無線局１に届いているため、第１無線局１は、第２無線局１０Ｂ宛てのデータ要求を送信する（シーケンス１６１５）。これに対し、第２無線局１０Ｂは、第１無線局１宛てにデータを送信する（シーケンス１６１７）。

ところが、図２６のように、第２無線局１０Ａと第２無線局１０Ｂは同じスーパーフレームテーブル２０７を持っている。このため、第２無線局１０Ａによるデータの再送タイミング（シーケンス１６１３のタイミング）と第２無線局１０Ｂによるデータの送信タイミング（シーケンス１６１７のタイミング）が重なり、パケットの衝突が起こってしまう。

そこで、図２８に示されるように、第２無線局１０Ａと第２無線局１０Ｂの間で、キャリアセンス１７０１開始時間に対するオフセット１７０７と、キャリアセンス１７０４開始時間に対するオフセット１７０８の間に時間差を設ける。これにより、第２無線局１０Ａによるデータの再送タイミング（シーケンス１６１３のタイミング）と第２無線局１０Ｂによるデータの送信タイミング（シーケンス１６１７のタイミング）が重なったとしても、第２無線局１０Ｂの方が先にパケット送信を行う。よって、第２無線局１０Ａは、キャリアセンス１７０１により第２無線局１０Ｂによるデータの送信１７０５（シーケンス１６１７に相当）を検知し、データ送信１７０２（シーケンス１６１３：データの再送）を回避することができ、パケット衝突による第２無線局１０Ｂのデータパケット送信１７０５（シーケンス１６１７に相当）の遅延を低減することができる。第２無線局１０Ａのデータは、シーケンス１６１３によって既に第１無線局１に到達しているので、パケット衝突を回避しながら通信断絶による遅延のない送受信が可能になる。

（６）第６の実施形態
第６の実施形態は、第１無線局１の制御部１０４の送信キュー１０３に対し、各無線局への送信順番の逆順でパケット送信の優先度を設定することに関する。上述の第５の実施形態では、第２無線局１０Ａに対する送受信の後に第２無線局１０Ｂへの送受信を行っているが、第６の実施形態では、第１無線局１の送信キュー１０３において、第２無線局１０Ｂのパケット送信の優先度を第２無線局１０Ａよりも高く設定する。

＜送信キューの設定＞
図２９は、第６の実施形態による、送信キュー１０３の設定例を示す図である。

上記優先度制御がないと、図２７において、電波干渉等により第２無線局１０Ａに対するデータ要求（シーケンス１６１１）への応答（シーケンス１６１２）を第１無線局１が受信失敗した場合、第２無線局１０Ａからのデータ（シーケンス１６１３）は受信されるが、データ要求（シーケンス１６１１によって送信すべき要求）は第１無線局１の送信キュー１０３に残存したままになる。

しかし、第１無線局１は、第２無線局１０Ａのデータをシーケンス１６１３によって受信しているため、送信キュー１０３に第２無線局１０Ｂ宛てのデータ要求（シーケンス１６１５によって送信すべき要求）を格納する。従って、送信キュー１０３には、第２無線局１０Ａ宛てデータ要求（シーケンス１６１１で送信されるべき要求）と第２無線局１０Ｂ宛てデータ要求（シーケンス１６１５で送信されるべき要求）が共存する。このため、第２無線局１０Ａ宛てデータ要求が、シーケンス１６１１によって先に送信されることになり、同じ宛先（第２無線局１０Ａ）へのデータ要求が重複してしまう。

そこで、図２９のように、第１無線局１の送信キュー１０３にて、第２無線局１０Ｂのパケット送信の優先度を１０Ａよりも高く設定する。これにより、第１無線局１がデータ要求（シーケンス１６１１で送信すべき要求）に対する応答（シーケンス１６１２で受け取るべき応答）の受信を失敗し、第２無線局１０Ａ宛てデータ要求（シーケンス１６１１で送信すべき要求）と第２無線局１０Ｂ宛てデータ要求（シーケンス１６１５で送信すべき要求）が共存してしまった場合でも、第２無線局１０Ｂ宛てデータ要求（シーケンス１６１５で送信すべき要求）を先に送信することができる。なお、図３０に、送信キュー１０３が保持するパケット管理表を示す。

以上のように、第６の実施形態での場面設定例では、第１無線局１と第２無線局１０Ａとのデータ通信は完了しているので、第２無線局１０Ｂの通信終了後に再度第２無線局１０Ａとの通信が発生しても問題は無い。したがって、通信の重複を回避することができ、通信断絶による遅延のない送受信が可能になる。

本実施形態では、第１無線局１と第２無線局１０Ａ及び１０Ｂとの通信について例示したが、第２無線局１０Ａ及び１０Ｂと第３無線局１００Ａ乃至１００Ｃとの通信についても同様の制御を行うことで送受信に伴う遅延を低減することができる。

（７）まとめ
（i）本発明による通信システムは、発電所、ビル、工場（各サイト）等内の異常等の監視を実現するために適用される。第１無線局（ゲートウェイ無線通信装置）は、第２及び第３無線局（複数の無線通信装置）からデータ（例えば、各サイトに設置されたセンサデータ）を受信し、そのデータを基に各サイトにおける異常の有無を監視する。

本発明によれば、通信環境の変化に追従して通信設定を変化させながら低遅延な無線通信を提供することができるだけでなく、通信の効率化のために同じタイムスロットを複数の無線局で共有して通信を行う方式を用いた場合でも低遅延通信を実現することができる。それにより産業用途として要求される高度な信頼性要求に応え、設置コストの低減、工期短縮、柔軟なシステムの構築を実現することができる。

（ii）第１の実施形態では、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、１サイクル内で通信データ取得処理、通信品質計測処理、通信品質データ取得処理、チャネル切替処理のそれぞれが実行される（図９参照）。ただし通信品質データ取得とチャネル切替処理については毎サイクルごとではなく、定められたサイクルごとに実行しても良い。それぞれの処理には制限時間Ｔが設定されており、その制限時間Ｔが満了すると次の処理（例えば、通信データ取得処理から通信品質計測処理）に移行するようになっている。それぞれの処理においては、制限時間は同じ期間に設定されていても良いし、異なる期間として設定されていても良い。このように、各通信処理（手順ということもできる）を実施する期間及び期限を設け、期限内に完了しなくても次の手順に移行することで、他の手順の遅延によってそれ以外の手順、特に通信データ取得手順の遅延がなくなり、一定時間間隔で安定した通信を行うことができるようになる。

制限時間Ｔが来た場合には、実行中の処理を中断して次の処理に移行するが、中断したために複数の無線局において未実行の処理が残っている場合（例えば、全ての無線局から通信品質データ（例えば、干渉発生率）を取得していない場合）には、次のデータ取得タイミングから始まる次のサイクルにおいて未実行の処理を前回のサイクルでの中断箇所から続行するようにする。このようにすることにより、複数のサイクルで各処理の実行を重ねていくうちに十分な統計データを取得すべきデータの種類に偏りなく蓄積することができるようになる。つまり、通信データ取得処理のみで一定の時間を費やしてしまうと、通信品質データを十分に取得できない事態が発生してしまう可能性がある。この場合、使用チャネルの通信状態が良くなくても別のチャネルに切り替えることができず、通信処理の遅延に繋がってしまう。本発明によれば、チャネル切替のために必要な処理をバランスよく実行することができるため、このような或る特定の処理の実行の偏りによる通信時間の遅延を回避することができるようになる。

（iii）第２の実施形態では、チャネル切替処理において、取得した通信品質データを段階的に設定された複数の閾値と比較することにより、段階的にホッピング周波数を変更してチャネル切り替えを実行するようにしている。このようにすることにより、通信状態が悪いチャネルから順次チャネルを変更することができ、比較的低い閾値より悪い通信品質のチャネルを全て変更する場合よりも通信途絶の危険性を防止することができる。よって、チャネル切替の復旧処理を実行しなくても済むので、システムに掛かる負荷を軽減することができる。

（iv）第３の実施形態では、ホッピングパターンを記述するスーパーフレーム内に品質計測専用のタイムスロットを設けて、品質計測処理を制御する。つまり、当該品質計測専用のタイムスロットでは、ホッピングパターンに示されるチャネルだけでなく、全てのチャネルにおける品質を計測するようにする。これにより、一旦は通信品質が悪化したと判断されたチャネルであっても後に品質が良好になった場合には、直ぐにそのチャネルを再利用することが可能となる。

（v）第４の実施形態では、第１無線局と第２無線局との間、及び、第２無線局と第３無線局（さらに、第ｋ無線局と第（ｋ＋１）無線局）との間に通信区間が構成されている（図２３参照）。また、各チャネルはグルーピングされており（図２４）、同じグループからのチャネルを連続して使用することはなく、また、同じタイムスロットで同じグループからのチャネルが使用されることがないようになっている。つまり、各通信区間において使用する複数のチャネルグループの順番を予め決定しておき、それぞれのグループ内で決められたチャネルを１つ選択することにより、各通信区間におけるチャネル切替処理を実行する。このようにすることにより、第ｋ無線局が設置場所の環境（近くに無線ＬＡＮが存在する等）に対応して干渉を回避することができ、また、各無線区間における通信の効率化を図ることが可能となる。

（vi）第５の実施形態では、第１無線局から各第２無線局に送信する送信タイムスロットが、キャリアセンス期間と、タイムスロット先頭部からキャリアセンス期間開始までの期間を規定するオフセット期間と、を含んでおり、同一のチャネルを使用する少なくとも２つの無線局との通信を実行する場合には、タイムスロットにおけるオフセット期間の長さに差異を設けている。具体的には、少なくとも２つの無線局のうちデータを取得する順序が遅い方の無線局におけるオフセット期間を短く設定する。このようにすることにより、先に送信した無線局のパケットをキャリアセンスによって検知することができるようになるため、パケットの競合が発生しなくなる。つまり、少なくとも２つの無線局（１０Ａ及び１０Ｂ）へのデータ送信が衝突する場合、第１無線局からデータを取得する順序が早い方の無線局（１０Ａ）への応答が当該無線局で受信できなかったとしても、データを取得する順序が遅い方の無線局（１０Ｂ）からのデータを受信するので、チャネルを共有する少なくとも２つの無線局のパケット衝突を回避することができるようになる。

（vii）第６の実施形態では、同一のチャネルを使用する少なくとも２つの無線局（１０Ａ及び１０Ｂ）と第１無線局との通信を実行する場合、送信キューに蓄積された送信パケットの送信処理に優先順位をつけるようにする。より具体的には、少なくとも２つの無線局のうちデータを取得する順序が遅い方の無線局に対して送信するパケットの送信処理の優先度を高く設定する。つまり、少なくとも２つの無線局に対して送信すべき両方のパケットが送信キューに存在する場合、データを取得する順序が遅い方の無線局（１０Ｂ）に対するパケット送信を優先して処理する。このようにすることにより、通信の重複及びパケットの停滞を回避することができ、よって、通信の効率化、及び遅延のない通信処理を実現することができるようになる。

（viii）本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。

さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。

最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。

さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。

加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、データを管理する機能を有するコンピュータ化ストレージシステムに於いて、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。明細書と具体例は典型的なものに過ぎず、本発明の範囲と精神は後続する請求範囲で示される。

１・・・第１無線局
１０・・・第２無線局
１００・・・第３無線局
１０００・・・第４無線局
１００００・・・第５無線局
１０００００・・・第６無線局
１０１、２０１・・・アンテナ
１０２、２０２・・・送受信機
１０３、２０３・・・送信キュー
１０４、２０４・・・制御部
１０５、２０５・・・ルーティングテーブル
１０６、２０６・・・ホッピングテーブル
１０７、２０７・・・スーパーフレームテーブル
１０８・・・外部装置インターフェース（ＩＦ）
２０８・・・センサインターフェース（ＩＦ）
２０９・・・センサ
７０１・・・送信リンク
７０２・・・受信リンク
７０３・・・キャリアセンス
７０４・・・データ送信
７０５・・・応答受信
７０６・・・データ受信
７０７・・・応答送信
１４０１、１４０２・・・測定タイムスロット用リンク
１５０１、１５０３、１５０５、１５０６、１５０８、１５１０・・・送信リンク
１５０２、１５０４、１５０７、１５０９・・・受信リンク
１７０１・・・第２無線局１０Ａのキャリアセンス期間
１７０２・・・第２無線局１０Ａのデータ送信期間
１７０３・・・第２無線局１０Ａの応答受信
１７０４・・・第２無線局１０Ｂのキャリアセンス期間
１７０５・・・第２無線局１０Ｂのデータ送信
１７０６・・・第２無線局１０Ｂの応答受信

Claims (9)

1. 無線通信システムにおける複数の無線通信装置の通信を制御するためのゲートウェイ無線通信装置であって、
   前記複数の無線通信装置との通信及び前記複数の無線通信装置同士の通信を実行するためのホッピングパターンの情報を格納するメモリと、
   時分割多重アクセス及びチャネルホッピングを実行し、通信を制御するプロセッサと、を有し、
   前記プロセッサは、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、当該サイクル毎に、(i)前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、(ii)前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、(iii)前記複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、(iv)前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、前記ホッピングパターンを変更するチャネル切替処理と、を実行することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
2. 請求項１において、
   前記プロセッサは、前記通信データ取得処理、前記通信品質計測処理、前記通信品質データ取得処理、及び前記チャネル切替処理のそれぞれに設定された制限時間に基づいて、それぞれの処理を切り替えながら実行することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
3. 請求項２において、
   前記プロセッサは、前記制限時間が来た場合には、実行中の処理を中断して次の処理に移行し、中断したために前記複数の無線通信装置において未実行の処理が残っている場合には、次のサイクルにおいて前記未実行の処理を続行することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
4. 請求項１において、
   前記プロセッサは、前記通信品質計測処理において、前記複数の無線通信装置に対して干渉発生率を測定するように要求し、前記通信品質データ取得処理において、前記要求に応じて前記複数の無線通信装置において測定された前記干渉発生率を前記複数の無線通信装置から受信し、前記チャネル切替処理において前記受信した干渉発生率に基づいて、前記複数の無線通信装置のホッピングパターンを変更するか否か判断することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
5. 請求項１において、
   前記プロセッサは、前記チャネル切替処理において、前記取得した通信品質データを段階的に設定された複数の閾値と比較することにより、段階的にホッピングパターンを変更してチャネル切り替えを実行することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
6. 請求項１において、
   前記ゲートウェイ無線通信装置と複数の無線通信装置の間の通信区間、及び、前記複数の無線通信装置間の通信区間が構成され、
   前記メモリは、前記ホッピングパターンの情報として、ホッピングパターンの組み合わせによって決められた複数のチャネルグループの情報を格納し、
   前記プロセッサは、前記通信区間において使用する前記複数のチャネルグループの順番を決定し、それぞれのグループ内で決められたチャネルを１つ選択することにより、前記通信区間におけるチャネル切替処理を実行することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
7. 請求項１において、
   前記メモリは、最終的な通信先の情報である宛先無線通信装置の情報と、当該宛先無線通信装置との通信を中継する転送先の情報である転送先無線通信装置の情報と、を格納し、
   前記プロセッサは、前記通信データ取得処理、前記通信品質データ取得処理、前記通信品質計測処理、及びチャネル切替処理において、それぞれの処理に対応する要求を前記転送先無線通信装置に送信し、前記宛先無線通信装置からの応答データを前記転送先無線通信装置から取得することを特徴とするゲートウェイ無線通信装置。
8. 請求項１に記載のゲートウェイ無線通信装置と、複数の無線通信装置と、を有し、前記ゲートウェイ無線通信装置が、前記ゲートウェイ無線通信装置及び前記複数の無線通信装置における通信処理を制御する無線通信システムであって、
   前記通信データ取得処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記複数の無線通信装置に対してデータ取得要求を送信し、前記複数の無線通信装置は、前記データ取得要求を受信し、それに応答して通信データを前記ゲートウェイ無線通信装置に送信し、
   前記通信品質計測処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記複数の無線通信装置に対して通信品質計測要求を送信し、前記複数の無線通信装置は、前記通信品質計測要求を受信し、それに応答してキャリアセンスすることにより通信品質を計測し、
   前記通信品質データ取得処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記複数の無線通信装置に対して通信品質データ取得要求を送信し、前記複数の無線通信装置は、前記通信品質データ取得要求を受信し、それに応答して前記計測して得られた通信品質データを前記ゲートウェイ無線通信装置に送信し、
   前記チャネル切替処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記複数の無線通信装置から受信した前記通信品質データに基づいて前記複数の無線通信装置における通信のチャネルを切り替えるか否か判断し、チャネル切り替えの対象となる無線通信装置に対してチャネル切替要求を送信し、前記対象となる無線通信装置はチャネル切替要求を受信し、それに応答して通信に使用するチャネルを切り替えることを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項１に記載のゲートウェイ無線通信装置と、複数の無線通信装置と、を有する無線通信システムにおける通信制御方法であって、
   前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置が、前記複数の無線通信装置に対してデータ取得要求を送信し、前記複数の無線通信装置が、前記データ取得要求を受信し、それに応答して通信データを前記ゲートウェイ無線通信装置に送信し、
   前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置が、前記複数の無線通信装置に対して通信品質計測要求を送信し、前記複数の無線通信装置が、前記通信品質計測要求を受信し、それに応答してキャリアセンスすることにより通信品質を計測し、
   前記複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置が、前記複数の無線通信装置に対して通信品質データ取得要求を送信し、前記複数の無線通信装置が、前記通信品質データ取得要求を受信し、それに応答して前記計測して得られた通信品質データを前記ゲートウェイ無線通信装置に送信し、
   前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、ホッピングパターンを変更するチャネル切替処理において、前記ゲートウェイ無線通信装置が、前記複数の無線通信装置から受信した前記通信品質データに基づいて前記複数の無線通信装置における通信のチャネルを切り替えるか否か判断し、チャネル切り替えの対象となる無線通信装置に対してチャネル切替要求を送信し、前記対象となる無線通信装置がチャネル切替要求を受信し、それに応答して通信に使用するチャネルを切り替えることを特徴とする通信制御方法。

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