JP5868551B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の場所に設置されたそれぞれのセンサからの情報を収集する無線通信システム及び無線通信方法に関する。

従来の無線通信システムは、アクセスポイントと複数の端末とを備える。アクセスポイントは、互いに送受信することができる端末同士をグループ化して、それぞれのグループ内で隠れ端末を存在させないようにするため、複数のグループを作成する。例えば、複数の端末をグループＡとグループＢとにグループ化する。そして、アクセスポイントは、グループ毎に通信区間と待機区間とを割り当てて、それぞれのグループ毎に端末との通信を行う。

グループＡとグループＢとの通信を切替える方法としては、ＲＴＳ／ＣＴＳパケットを用いる。グループＡに属するいずれかの端末は、グループＡに対する送信許可を求めるため、アクセスポイントに対してＲＴＳパケットを送信する。アクセスポイントは、グループＡに対する送信許可としてＣＴＳパケットを返信する。グループＡに属する端末は、受信したＣＴＳパケットから、グループＡの通信区間であると判断する。グループＡに属する端末は、通信区間であると判断した場合、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に従って、通信区間が終了するまでアクセスポイントとの間でデータ通信を行う。

ＷＯ２００５/０６７２１３（例えば、段落００２０、００２３、００２４、００３３、００３４及び図４）

従来の無線通信システムにおいて、互いに送信した電波を受信することができない端末同士が、同時に送受信を行うことで干渉を起こす場合がある。このような問題を、隠れ端末問題という。特許文献１では、隠れ端末同士を別のグループに分離する目的でグループ分けが行われる。このため、グループ内の端末数に隔たりができる可能性がある。すなわち、特許文献１では、グループ内の端末数の疎密により、全体の通信効率が低下するといった課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、アクセスポイントが端末（以下の説明においてノードという。）からの情報収集を効率的に行うことを目的とする。

この発明に係る無線通信システムは、機器のデータを収集する複数のノードと、複数のノードから前記データを収集するアクセスポイントとを備える。アクセスポイントは、各ノードにおける近隣ノードが発信する近隣ノード受信電力情報に基づいて、複数のノードを、互いに送信した電波を受信することができるノードからなり、かつ、輻輳を回避するためのアクセス方式による無線の干渉回避が効率的に動作する数以下のノードからなる複数のグループにグループ分けをする。アクセスポイントは、複数のノードに対して各々のノード自身が所属するグループに係る情報を通知する。アクセスポイントは、グループ毎に送信権を与えるポーリングパケットを送信する。複数のノードは、受信したポーリングパケットから自身が所属するグループに対して送信権が与えられたことを判断した場合、前記アクセス方式により当該グループ内の他のノードとの干渉を回避しつつ、アクセスポイントにデータをパケットとして送信する。

本発明によれば、上記のような構成により、ノードからの情報収集を効率的に行うことができる。

実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係るＡＰのハードウェア構成を示す図である。 実施の形態１に係るノードのハードウェア構成を示す図である。 実施の形態１に係るノード群を構築する通信フェーズを示す図である。 実施の形態１に係るノード群を生成する前の状態を示す図である。 実施の形態１に係るノード群生成条件により暫定的に生成したノード群を示す図である。 実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る群ポーリングパケットのフィールド構成を示す図である。 実施の形態１に係る群ポーリングパケットによるノードからの情報収集の通常通信シーケンスを示す図である。 実施の形態２に係るＡＰとノード間での通信に失敗した場合の通信シーケンスを示す図である。 実施の形態３に係るＡＰとノード間での通信に失敗し、かつ、通信に失敗したノードに複数回送信をさせる帯域がない場合の通信シーケンスを示す図である。

実施の形態１
以下に、実施の形態１に係る無線通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態１により、この発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る無線通信システムは、１つのアクセスポイント（以下の説明においてＡＰ１という。）と複数のノード２により構成されている。実施の形態１において、複数のノード２は、任意の数のノード２から構成されている。各ノード２は、それぞれセンサ情報を持つ。センサ情報とは、例えばノード２が電力計の場合、ノード２が設置された機器について測定した消費電力のことである。例えばノード２が温度計の場合、ノード２が設置された機器について測定した温度のことである。例えばノード２が流量計の場合、ノード２が設置された機器について測定した流量のことである。ＡＰ１は、各ノード２の持つセンサ情報を収集する。また、これら複数のノード２は、メッシュ構成（ノード２が相互に通信を行う、網の目（メッシュ）状のネットワーク構成）からなるメッシュネットワークを形成する。なお、本発明のセンサがノード２に相当し、情報収集装置がＡＰ１に相当する。

図１に示すように、各ノード２は、複数のノード２で構成されるグループ（以下の説明においてノード群２０という。）に分けられている。なお、実施の形態１において、ノード群２０とは、ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄのことをいう。また、実施の形態１に係る無線通信システムにおいて、複数のノード２を各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに分けるためのノード群生成条件は後述する。

本実施の形態１では、後述のパケットの「宛先」指定は、使用するネットワーク層のプロトコル（例えば、Internet Protocol）での「宛先」を指している。ネットワーク層とは、ＯＳＩ参照モデルにおける７階層のうち、第３層のことを表している。さらに、本実施の形態１では、図１に示すノード群２０Ａを構成する複数のノード２と、ノード群２０Ｂを構成する複数のノード２とは、ＡＰ１と直接パケットの送受を行うものとする。ノード群２０Ｃを構成する複数のノード２と、ノード群２０Ｄを構成する複数のノード２は、マルチホップ転送によりＡＰ１とパケットの送受を行うものとする。本実施の形態１において、マルチホップ転送されるパケットは、後述する無線通信システムのルーティング経路に基づいて、各ノード２によりマルチホップ転送される。

次に、実施の形態１に係る原理を説明する。工場やプラントなどにおいて、ノード２は、工場内に設置された工作機械の周辺などに、広い範囲で大量に設置される。そして、これらのノード２が工作機械の動作状況などの情報を周期的に収集する。工場内の工作機械が多数設置されている場合などは、ノード２を工作機械の台数に応じて増やすことになる。そのため、無線通信システムは大規模なネットワークとなる。一例として、工場内の最大需要電力（以下の説明においてデマンドという。）が、電力会社との契約電力値を超えないようにするため、工作機械などの負荷設備の動作を制御する場合を説明する。この例において、形成されたネットワークの各ノード２は、工作機械などの負荷設備の消費電力の情報を収集する。

上述の例の場合、ＡＰ１は、特小無線などの狭帯域無線を使用して、工作機械などの負荷設備の消費電力の情報を、各ノード２から収集する。なお、複数のノード２は、例えばメッシュネットワークを形成する。

各ノード２とＡＰ１との通信を制御する方式としては、ポーリング通信制御方式がある。ポーリング通信制御方式において、ＡＰ１は、直接通信可能な各ノード２に対して、ノード２毎にデータ送信要求パケット（以下の説明においてポーリングパケットという。）を送信する。ＡＰ１からポーリングパケットを受信した各ノード２は、ポーリングパケットに従って、収集した機器の消費電力などのセンサ情報をＡＰ１に送信する。大規模工場などに多数のノード２が設置されている場合、多数のノード２からＡＰ１への通信の競合（輻輳）を回避するために、ポーリング通信制御方式が利用される。

しかし、ＡＰ１が多数のノード２から情報を収集する場合、ポーリング通信制御方式においては、ＡＰ１が、工作機械などの負荷設備の消費電力の情報を、各ノード２から収集するため、大量のポーリングパケットを多数のノード２に送信する必要がある。また、ＡＰ１が、特小無線などの狭帯域無線を使用して、工作機械などの負荷設備の消費電力の情報を、各ノード２から収集する場合、各ノード２からの通信の競合による影響だけでなく、大量のポーリングパケットにより狭帯域無線の帯域が圧迫されることになる。

これに対し、上述した特許文献１の無線通信システムでは、複数のノード２同士をグループ化し、ＡＰ１が、１つのＣＴＳパケット（このＣＴＳパケットはポーリングパケットに相当する）を、複数のノード２に対して送信する。このポーリングパケットは、特定のグループに属するノード２に対してのみ、送信権を付与するものである。このような構成とすれば、結果的にＡＰ１が送信するポーリングパケット数を減らすことができ、ポーリングパケットによる帯域の圧迫を抑制できる。

しかし、互いに送信した電波を受信することができるノード同士をグループ化するという条件のみでノード群２０に分けた場合、ノード群２０を構成するノード２の数について、各ノード群２０間で隔たりができる可能性がある。すなわち、ノード群２０毎のノード２の数の疎密により、全体の通信効率が低下してしまう。

次に、実施の形態１に係るＡＰ１及びノード２のハードウェア構成を説明する。ここでは、ノード群２０の構築に係るハードウェア構成および動作について、図２、図３および図４を参照して説明する。

図２及び図４は、本発明の実施の形態１に係るＡＰ１のハードウェア構成及び動作を示す図である。図２において、ノード間受信電力格納ユニット１１は、各ノード２から収集した近隣ノード受信電力情報を格納する。近隣ノード受信電力情報とは、各ノード２における、近隣の他のノード２が発信する電波の受信電力情報である。

図２において、ノード群情報生成ユニット１２は、ノード間受信電力格納ユニット１１に格納された近隣ノード受信電力情報を基に、第１のノード群生成条件、第２のノード群生成条件により、複数のノード２を各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに分け、ノード群２０を生成する。このノード群生成条件は、後述にて詳細に説明する。またノード群情報生成ユニット１２は、各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄについて、後述の群ポーリングパケット同報ノードを選択する。

図２において、ノード群情報格納ユニット１３は、ノード群情報生成ユニット１２が生成したノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄについてのノード群情報を格納する。ノード群情報については、後述にて説明する。

図２において、送信パケット生成ユニット１４は、図４に示す近隣ノード受信電力情報要求パケット３２１を生成する。近隣ノード受信電力情報要求パケット３２１とは、ＡＰ１が、近隣ノード受信電力情報の送信を各ノード２に要求するパケットである。

また送信パケット生成ユニット１４は、図４に示す群ＩＤ通知パケット３３１を生成する。群ＩＤ通知パケット３３１は、所属群情報を各ノード２に通知するパケットである。所属群情報とは、「群ＩＤ」と後述の「送信方式制御ビットマップフィールド４２の参照位置」のことである。群ＩＤとは、ノード群２０を識別する識別子のことである。

図２において、無線送信ユニット１５は、送信パケット生成ユニット１４が生成した近隣ノード受信電力情報要求パケット３２１または群ＩＤ通知パケット３３１を送信する。

図２において、無線受信ユニット１６は、受信したパケットを受信パケット処理ユニット１７に送る。受信パケット処理ユニット１７は、図４に示す近隣ノード受信電力情報応答パケット３２２をノード２から受信した場合、その情報をノード間受信電力格納ユニット１１に格納する。

図３および図４は、本発明の実施の形態１に係るノード２のハードウェア構成および動作を示す図である。図３において、送信データ格納ユニット２１は、ＡＰ１に送信するデータを送信データとして格納する。

図３において、近隣ノード受信電力情報格納ユニット２２は、近隣の他のノード２が発信する電波の受信電力の情報、すなわち、近隣ノード受信電力情報を格納する。

図３において、送信パケット生成ユニット２３は、近隣ノード受信電力情報格納ユニット２２の情報を基に、図４に示す近隣ノード受信電力情報応答パケット３２２を生成する。

図３において、通信パラメータ格納ユニット２４は、後述の通信パラメータを格納する。無線送信ユニット２５は、送信パケット生成ユニット２３が生成した近隣ノード受信電力情報応答パケット３２２を送信する。パケットを送信する際、無線送信ユニット２５は、通信パラメータ格納ユニット２４の通信パラメータを基に、パケットの送信制御（ＣＳＭＡ／ＣＡ制御等）を行う。

図３において、無線受信ユニット２６は、受信したパケットを受信パケット処理ユニット２７に送る。受信パケット処理ユニット２７は、図４に示す近隣ノード受信電力情報要求パケット３２１をＡＰ１から受信した場合、近隣ノード受信電力要求を送信パケット生成ユニット２３に通知する。また受信パケット処理ユニット２７は、図４に示す群ＩＤ通知パケット３３１をＡＰ１から受信した場合、通知された所属群情報を群情報格納ユニット２８に格納する。

図３において、群情報格納ユニット２８は、受信パケット処理ユニット２７から通知された所属群情報を格納する。

次に、ノード群２０を構築する手順について、図３、図４、図５、図６及び図７を参照して説明する。図４は、実施の形態１に係るノード群２０を構築するためのノード群構築フェーズ３を示す図である。図４に示すように、ノード群構築フェーズ３は、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１、近隣ノード受信電力情報収集フェーズ３２、群ＩＤ通知フェーズ３３から構成される。

図４において、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１は、既存のルーティングプロトコルによりＡＰ１と全ノード２のネットワークトポロジを生成するフェーズである。ネットワークトポロジ生成フェーズ３１において、全てのノード２は、互いにパケットの送受信を行う。パケットを送受信するにあたり、ルーティングプロトコルは、既存の無線通信システム用のプロトコルとしてＲＩＰまたはＡＯＤＶ等の方式を使用する。このようにして、ネットワークのルーティング経路が構築され、ネットワークトポロジが生成される。

このとき、各ノード２は、図３に示すように、全ての受信したパケットに係るノードＩＤと受信電力を、近隣ノード受信電力情報格納ユニット２２に格納する。ノードＩＤは、各ノード２を識別する識別子のことであり、ノード２がパケットを送信する際に当該パケットに付与される。図４において、各ノード２は、受信したパケットに係るノードＩＤと受信電力から、当該パケットの送信主のノード２に係る近隣ノード受信電力情報を取得する。すなわち、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１において、各ノード２は、近隣ノード受信電力情報を収集し、近隣ノード受信電力情報格納ユニット２２に格納する。

図４に示すように、近隣ノード受信電力情報収集フェーズ３２において、ＡＰ１は、全ノード２に対して近隣ノード受信電力情報要求パケット３２１を送信する。これに対し、各ノード２は、近隣ノード受信電力情報応答パケット３２２をＡＰ１に送信する。ＡＰ１は、各ノード２から近隣ノード受信電力情報応答パケット３２２を受信することにより、全ノード２が持つ近隣ノード受信電力情報を収集する。

図４において、群ＩＤ通知フェーズ３３では、ＡＰ１のノード群情報生成ユニット１２が、ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを生成する。ノード群情報生成ユニット１２は、収集した近隣ノード受信電力情報を基に、ノード群生成条件に基づいてノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを生成する。

ノード群生成条件について、図５、図６を参照して具体的に説明する。図５は、ノード群２０を生成する前の状態を示す図である。図５に示す状態において、ノード２は、まだノード群２０毎に分けられていない。ノード群情報生成ユニット１２は、近隣ノード受信電力情報に基づき、ノード２同士が互いに送信した電波を受信できるか否かを判断する。図５において、点線は、ノード２同士が互いに送信した電波を受信できる範囲を示す。つまり、ノード２は、図５の同じ点線内に位置する各ノード２と、直接通信を行うことができる。

第１のステップとして、ＡＰ１は上記の判断結果から、暫定的に各ノード群２０を生成する。図６は、第１のステップにおいて生成した暫定的なノード群２０を示す図である。ＡＰ１は、例えば、図６-（ａ）、図６-（ｂ）、または図６-（ｃ）のような分け方により、複数のノード２を、ノード群２０毎に分ける。図５、図６に示すように、図６-（ａ）、図６-（ｂ）、図６-（ｃ）のいずれの分け方においても、各ノード群２０内のノード２同士は、互いに送信した電波を受信することができる。

次に第２のステップとして、ＡＰ１は、上記暫定的に生成した各ノード群２０につき、さらに、Listen Before Talk（以下の説明においては、ＣＳＭＡ／ＣＡとする）が効率的に動作する数以下にノード数を制限することにより、最終的に各ノード群２０を決定する。図６-（ａ）において、ノード群２０Ａ（ａ）、２０Ｂ（ａ）、２０Ｃ（ａ）、２０Ｄ（ａ）内の各ノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を行うことにより、自身が所属するノード群２０内の他のノード２との輻輳の回避を効率的に行うことができる。

図６-（ｂ）において、ノード群２０Ａ（ｂ）は、ノード群２０Ａ（ｂ）に所属するノード２の数が多い。このため、ノード群２０Ａ（ｂ）内のノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を効率的に行うことができない。ノード群２０Ｂ（ｂ）、２０Ｃ（ｂ）内のノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を行うことにより、自身が所属するノード群２０Ｂ（ｂ）、２０Ｃ（ｂ）内の他のノード２との輻輳の回避を効率的に行うことができる。

図６-（ｃ）において、ノード群２０Ａ（ｃ）は、ノード群２０Ａ（ｃ）に所属するノード２の数が多い。このため、ノード群２０Ａ（ｃ）内のノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を効率的に行うことができない。ノード群２０Ｂ（ｃ）、２０Ｃ（ｃ）、２０Ｄ（ｃ）内のノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を行うことにより、自身が所属するノード群２０Ｂ（ｃ）、２０Ｃ（ｃ）、２０Ｄ（ｃ）内の他のノード２との輻輳の回避を効率的に行うことができる。

このため、ＡＰ１は、上記暫定的に生成した各ノード群２０の分け方のうち、図６-（ａ）に示す分け方を選択する。

このようにして、ノード群情報生成ユニット１２は、全ノード２について図１に示すようなＣＳＭＡ／ＣＡ通信を効率的に行えるノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを生成する。

以上のように、実施の形態１において、上述のノード群生成条件は、次のとおりである。第１のノード群生成条件は、ＡＰ１が、互いに直接送信した電波を直接受信することができる複数のノード２からなるノード群２０を生成する。第２のノード群生成条件は、各ノード群２０において、輻輳を回避するためのアクセス方式であるＣＳＭＡ／ＣＡによる無線の干渉回避が効率的に動作する数以下にノード２の数を制限する。第１のノード群生成条件と、第２のノード群生成条件とに従い、制限されたノード数からなるノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを生成する。つまり、ＡＰ１は、複数のノード２を、上記の第１のノード群生成条件、第２のノード群生成条件に従い、各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに分ける。

なお、上記の第２のステップにおいて、ノード群２０に所属するノード２の数が多い場合でも、当該ノード群２０内のノード２同士は、互いに送信した電波を受信することができるならば、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信により輻輳を回避することができる。しかし、ノード群２０内のノード２の数が多い場合、当該ノード群２０内の各ノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信を効率的に行うことができない。この場合、当該ノード群２０内の各ノード２は、通信の輻輳を回避するために時間を要してしまう。このため、ＡＰ１は、無線通信システムにおける各ノード２から効率的に情報収集を行うことができない。よって、上記の第２のステップにおいて、ＡＰ１は、ＣＳＭＡ／ＣＡによる輻輳の回避を効率的に行うことができる数以下にノード群２０内のノード２の数を制限する。

ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの生成後、ＡＰ１は、ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ毎に送信権を与える群ポーリングパケット４を送信する。また各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４に従って、ＡＰ１と通信を行う。なお、群ポーリングパケットは図８に示すとおりである。

群ポーリングパケット４とは、ＡＰ１が、各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに送信権を与えるために送信するポーリングパケットのことである。群ポーリングパケット４は、送信権を与える特定のノード群２０に係る群ＩＤを有している。

図７において、ノード群生成条件に基づいてノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを生成した後、ノード群情報生成ユニット１２は、各ノード群２０のそれぞれについて、群ポーリングパケット同報ノードを選択する。

群ポーリングパケット同報ノードとは、ＡＰ１から受信した群ポーリングパケット４を、ノード群２０内の他のノード２に同報するノード２のことである。ノード群情報生成ユニット１２は、各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄにおいて、近隣ノード受信電力の最低値が最も高いノード２またはＡＰ１を、群ポーリングパケット同報ノードとして選択する。つまり、ノード群情報生成ユニット１２は、各ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄにおいて、各ノード２の内、近接するノード２間での通信状態が最適なノード２またはＡＰ１を、群ポーリングパケット同報ノードとして選択する。

群ポーリングパケット同報ノードの選択について、以下においてさらに詳細に説明する。図７は、図１の無線通信システムの構成をさらに詳細に説明するための図である。図７において、点線は、ＡＰ１が直接通信できるノード２の範囲を示す。つまり、ＡＰ１は、図７の点線内に位置する各ノード２と、直接通信を行うことができる。

図７において、生成されたノード群２０には、３つの種類がある。すなわち、(1)ＡＰ１と直接通信できるノード２のみからなるノード群２０Ａ、２０Ｂ、(2)ＡＰ１と直接通信できるノード２Ａと直接通信できないノード２Ｂとを含むノード群２０Ｃ、(3)ＡＰ１と直接通信できないノード２のみからなるノード群２０Ｄ、の３つである。

図７において、ノード群２０Ａ及びノード群２０Ｂは、(1)ＡＰ１が直接通信可能なノード２のみからなるノード群２０である。このため、本実施の形態１において、ＡＰ１自身がノード群２０Ａ及びノード群２０Ｂの群ポーリングパケット同報ノードとなる。

図７において、ノード群２０Ｃは、(2)ＡＰ１が直接通信可能なノード２Ａと直接通信できないノード２Ｂとを含むノード群２０である。またノード群２０Ｄは、(3)ＡＰ１と直接通信出来ないノード２のみからなるノード群２０である。このため、ノード群２０Ｃ及びノード群２０Ｄにおいては、当該ノード群２０に所属するノード２の中から、群ポーリングパケット同報ノードを選択する。本実施の形態１において、図７に示すノード２Ｘが、ノード群２０Ｃに所属するノード２のうち、近隣ノード受信電力の最低値が最も高いノード２である。また、図７に示すノード２Ｙが、ノード群２０Ｄに所属するノード２のうち、近隣ノード受信電力の最低値が最も高いノード２である。よって、ノード群情報生成ユニット１２は、図７に示す各ノード２Ｘ、２Ｙを、ノード群２０Ｃ及びノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードとして選択する。

図３および図４において、群ポーリングパケット同報ノードの選択後、ＡＰ１は、群ＩＤ通知パケット３３１を使用して、各ノード２に対し、自身が所属するノード群２０に係る群ＩＤを通知する。各ノード２は、群ＩＤ通知パケット３３１を受信すると、自身が所属するノード群２０の群ＩＤを、群情報格納ユニット２８に格納する。

以上のような手順により、実施の形態１に係る無線通信システムは、無線通信システムに係るノード群２０を構築する。上記ノード群構築フェーズ３は、無線通信システムの初期化時のほか、ノード２の追加、削除があった際に実行される。

次に、ＡＰ１が送信する群ポーリングパケット４について、図８を参照して説明する。実施の形態１に係る無線通信システムにおいて、各ノード２は、ＡＰ１が送信する群ポーリングパケット４に従って通信を行う。図８は、ＡＰ１の送信パケット生成ユニット１４が生成する群ポーリングパケット４の、フィールド構成を示す図である。

図８において、群ＩＤフィールド４１は、ポーリング対象のノード群２０を示すフィールドである。ノード２は、ＡＰ１から群ポーリングパケット４を受信した場合、群ＩＤフィールド４１に示された群ＩＤが、自身が所属するノード群２０の群ＩＤと一致するか否かを判断する。一致する場合、ノード２は、受信した群ポーリングパケット４が、自身が所属するノード群２０宛ての群ポーリングパケット４であると判断する。これにより、ノード２は、自身が所属するノード群２０に対し、送信権が与えられたと判断する。

図８において、送信方式制御ビットマップフィールド４２は、該当ノード群２０に所属する各ノード２の送信方式を制御するフィールドである。送信方式制御ビットマップフィールド４２は、該当ノード群２０を構成するノード２毎の制御ビットマップ４２１から構成される。各制御ビットマップ４２１は、該当ノード２の送信方式を示す。各ノード２は、自身に係る制御ビットマップ４２１に示されている送信方式に従い、データを送信する。なお、各制御ビットマップ４２１は、該当ノード２の送信方式ビットマットフィールド４２の参照位置という。

本実施の形態１の送信方式は、ノード２からＡＰ１への送信回数を１回とする。なお、本実施の形態１の説明において、変調方式、復調方式は特定されるものでなく、いかなる変調方式、復調方式でもよい。

図８において、ポーリング周期フィールド４３は、該当ノード群２０の情報収集周期（以下の説明において「ポーリング周期」という。）を示すフィールドである。ポーリング周期とは、ＡＰ１が群ポーリングパケット４を送信する周期のことであり、ノード群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ毎に定められている。つまり、ポーリング周期フィールド４３には、送信権を与えるノード群２０に係るポーリング周期が示されている。ポーリング周期フィールド４３に示されているポーリング周期は、後述のＡＰ１のポーリング周期格納ユニット１８に格納された該当ノード群２０のポーリング周期と同じである。

図８において、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータフィールド４４は、該当ノード群２０内のノード２が使用するＣＳＭＡ／ＣＡの通信パラメータを示すフィールドである。ＡＰ１は、ノード群２０のノード数、使用する無線帯域幅などを考慮して、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを最適なパラメータにセットする。ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータフィールド４４は、各ノード群２０を構成するノード２の追加・削除等、その他ノード２の数が変わるなどの場合、送信されるフィールドである。

次に、図２、図３、図７および図８において、ＡＰ１がノード２から情報収集をする際に使用するハードウェアの構成について、説明する。なお、ＡＰ１及びノード２における各ユニットは、以下に説明する構成、機能に加え、前述のノード群２０の構築に係る構成、機能をも備えている。

図２および図８において、ノード群情報生成ユニット１２は、群ＩＤと、送信方式制御ビットマップフィールド４２におけるノード２毎の制御ビットマップ４２１と、ノード群２０のノード数に応じた最適なＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータと、を生成する。

図２および図８において、ノード群情報格納ユニット１３は、ノード群情報生成ユニット１２が生成したノード群情報である（１）群ＩＤ、（２）各ノード群２０の構成ノード２、（３）ノード２毎の制御ビットマップ４２１、（４）各ノード群２０のＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、（５）各ノード群２０の群ポーリングパケット同報ノードの情報を格納する。

図２および図８において、ポーリング周期格納ユニット１８は、ノード群２０毎のポーリング周期を格納する。送信パケット生成ユニット１４は、ポーリング周期格納ユニット１８に格納された周期に従い、各ノード群２０に対する群ポーリングパケット４を生成する。

なお、図２および図７において、送信パケット生成ユニット１４は、ＡＰ１と直接通信できるノード２のみからなるノード群２０Ａ、２０Ｂに対して送信権を与える場合、宛先を同報とする群ポーリングパケット４を生成する。ＡＰ１と直接通信できないノード２を含むノード群２０Ｃ、２０Ｄに送信権を与える場合、送信パケット生成ユニット１４は、該当ノード群２０Ｃ、２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードであるノード２Ｘ、２Ｙを宛先とする群ポーリングパケット４を生成する。

図２および図８において、無線送信ユニット１５は、送信パケット生成ユニット１４が生成した群ポーリングパケット４をノード２に送信する。

図２において、データ収集履歴格納ユニット１９は、過去数回分の各ノード２からのデータ収集履歴を保持する。このデータ収集履歴は、各ノード２から送信されるデータの受信の成否に係る情報を含んでいる。

図２において、ＡＰ１の受信パケット処理ユニット１７は、ノード２から受信したパケットがデータ送信パケットである場合、データ収集履歴格納ユニット１９の情報を更新する。

図３および図８において、受信パケット処理ユニット２７は、自身を宛先とする群ポーリングパケット４を受信した場合、群ポーリングパケット同報要求を送信パケット生成ユニット２３に通知する。その後、受信パケット処理ユニット２７は、群ポーリングパケット４内のＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、ポーリング周期及び自身に係る制御ビットマップ４２１を、通信パラメータ格納ユニット２４に格納する。その後、受信パケット処理ユニット２７は、データ送信要求を送信パケット生成ユニット２３に通知する。

図３および図８において、受信パケット処理ユニット２７は、宛先が同報であって、かつ、自身が所属するノード群２０に対する群ポーリングパケット４を受信した場合、群ポーリングパケット４内のＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、ポーリング周期及び自身に係る制御ビットマップ４２１を、通信パラメータ格納ユニット２４に格納する。それから、受信パケット処理ユニット２７は、データ送信要求を送信パケット生成ユニット２３に通知する。

図３および図８において、送信パケット生成ユニット２３は、受信パケット処理ユニット２７からの通知が群ポーリングパケット同報要求である場合、受信した群ポーリングパケット４の宛先を同報に書き換えたパケットを生成する。また、送信パケット生成ユニット２３は、受信パケット処理ユニット２７からの通知がデータ送信要求である場合、送信データ格納ユニット２１から送信データを取得し、データ送信パケットを生成する。

図３および図８において、無線送信ユニット２５は、群ポーリングパケット４の宛先を同報に書き換えたパケットまたはデータ送信パケットを送信する。パケットを送信する際、無線送信ユニット２５は、通信パラメータ格納ユニット２４の通信パラメータを使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。

次に、実施の形態１に係る無線通信システムの動作を、図７、図８及び図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態１に係る、群ポーリングパケット４によるノード２からの情報収集の通常通信シーケンスを示す図である。

図９において、ＡＰ１は、まずノード群２０Ａに対して送信権を与える。図７および図８において、ＡＰ１は、ノード群２０Ａのノード数に応じた最適なＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを生成する。ＡＰ１は、ノード群２０Ａに所属するノード２毎に制御ビットマップ４２１を生成する。そしてＡＰ１は、ノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット４を生成する。この群ポーリングパケット４は、上記のＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを持つＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータフィールド４４、及びノード２毎の制御ビットマップ４２１を持つ送信方式制御ビットマップフィールド４２を有している。また、ＡＰ１は、ノード群２０Ａの群ポーリングパケット同報ノードである。このため、図９に示すように、ＡＰ１は、ノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット４を同報する（５１１）。

図７および図９において、ノード群２０Ａに所属する各ノード２は、受信パケットの宛先及び群ＩＤから、自身が所属するノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット４を受信したと判断する。各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４における、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータフィールド４４の情報を使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。各ノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御にもとづき、送信の可否を判断する。また、各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４における、送信方式制御ビットマップフィールド４２の自身に係る制御ビットマップ４２１に記載されている送信方式に従い、データ送信パケットをＡＰ１に送信する（５１２）。

図７および図９において、次に、ＡＰ１は、ノード群２０Ｂに対する群ポーリングパケット４を生成する。この群ポーリングパケット４は、ノード群２０Ｂのノード数に応じた最適なＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、及びノード群２０Ｂに所属するノード２毎の制御ビットマップ４２１を有している。また、ＡＰ１は、ノード群２０Ｂの群ポーリングパケット同報ノードである。このため、図９に示すように、ＡＰ１は、ノード群２０Ｂに対する群ポーリングパケット４を同報する（５２１）。

ノード群２０Ｂに所属するノード２は、受信パケットの宛先及び群ＩＤから、自身が所属するノード群２０Ｂに対する群ポーリングパケット４を受信したと判断する。各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４が持つＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。また、各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４における自身に係る制御ビットマップ４２１に記載されている送信方式に従い、データ送信パケットをＡＰ１に送信する（５２２）。

次に、図９において、ＡＰ１は、ノード群２０Ｃに対する群ポーリングパケット４を生成する。図７及び図８において、この群ポーリングパケット４は、ノード群２０Ｃのノード数に応じた最適なＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、及びノード群２０Ｃに所属するノード２毎の制御ビットマップ４２１を有している。また、ノード群２０Ｃは、ＡＰ１が直接通信可能なノード２と直接通信できないノード２とを含むノード群２０である。このため図９に示すように、ＡＰ１は、ノード群２０Ｃに対する群ポーリングパケット４を、ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノードを宛先として送信する（５３１）。

ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノードは、ＡＰ１と直接通信できないノード２である。よって、ＡＰ１が送信した群ポーリングパケット４は、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノードにマルチホップ転送される（５３２）。ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノードは、自身を宛先とする群ポーリングパケット４を受信した場合、受信した群ポーリングパケット４の宛先を同報に書き換える。ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノードは、宛先を同報に書き換えた群ポーリングパケット４を、ノード群２０Ｃに所属する他のノード２に同報する（５３３）。

群ポーリングパケット同報ノードを含む、ノード群２０Ｃに所属するノード２は、受信した群ポーリングパケット４が持つＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。また、各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４における自身に係る制御ビットマップ４２１に記載されている送信方式に従い、ＡＰ１を宛先としたデータ送信パケットを送信する（５３４）。データ送信パケットは、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ＡＰ１にマルチホップ転送される（５３５）。

それから、図９において、ＡＰ１は、ノード群２０Ｄに対する群ポーリングパケット４を生成する。図７及び図８において、この群ポーリングパケット４は、ノード群２０Ｄのノード数に応じた最適なＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、及びノード群２０Ｄに所属するノード２毎の制御ビットマップ４２１を有している。また、ノード群２０Ｄは、ＡＰ１と直接通信出来ないノード２のみからなるノード群２０Dである。このため図９に示すように、ＡＰ１は、ノード群２０Ｄに対する群ポーリングパケット４を、ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードを宛先として送信する（５４１）。

ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードは、ＡＰ１と直接通信できないノード２である。よって、ＡＰ１が送信した群ポーリングパケット４は、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードにマルチホップ転送される（５４２）。ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードは、自身を宛先とする群ポーリングパケット４を受信した場合、受信した群ポーリングパケット４の宛先を同報に書き換える。ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノードは、宛先を同報に書き換えた群ポーリングパケット４を、ノード群２０Ｄに所属する他のノード２に同報する（５４３）。

群ポーリングパケット同報ノードを含む、ノード群２０Ｄに所属するノード２は、受信した群ポーリングパケット４が持つＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。また、各ノード２は、受信した群ポーリングパケット４における自身に係る制御ビットマップ４２１に記載されている送信方式に従い、ＡＰ１を宛先としたデータ送信パケットを送信する（５４４）。データ送信パケットは、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ＡＰ１にマルチホップ転送される（５４５）。

なお、各ノード群２０内において行うＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータを使用した通信（５１２、５２２、５３４、５４４）とマルチホップ転送（５３２、５３５、５４２、５４５）とで使用する無線の周波数帯は、異なる周波数帯を使用する。これにより、各ノード群２０内におけるＣＳＭＡ／ＣＡ通信とマルチホップ転送との干渉を回避できる。

以降、ＡＰ１は、ポーリング周期格納ユニット１８に格納されたポーリング周期に従い、上記通信シーケンスで、各ノード群２０に群ポーリングパケット４を送信し、各ノード群２０から周期的にデータを取得する。

このように、ＡＰ１は、ノード群２０毎に送信権を与えるための群ポーリングパケット４を周期的に送信する。群ポーリングパケット４を受信したノード２は、群ＩＤが上記の予めＡＰ１から送付された群ＩＤと一致する場合、自身が所属するノード群２０に対して送信権が与えられことを判断する。各ノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡにより自身が所属するノード群２０内の他のノード２との干渉を互いに回避しながら、ＡＰ１にデータ送信パケットを送信する。これにより、ポーリングパケットを使用することに伴う処理時間の増加および使用する無線帯域の圧迫を抑制すると共に、大規模な無線通信システム上の全ノード２から効率的に情報収集を行うことができる。

また、ＡＰ１は、ＡＰ１と直接通信できないノード２を含むノード群２０との間で通信を行う場合、群ポーリングパケット同報ノードを宛先とする群ポーリングパケット４を送信する。自身を宛先とする群ポーリングパケット４を受信した群ポーリングパケット同報ノードは、受信した群ポーリングパケット４の宛先を同報に書き換える。また、群ポーリングパケット同報ノードは、宛先を同報に書き換えた群ポーリングパケット４を、自身が所属するノード群２０内の他のノード２に同報する。当該ノード群２０内のノード２は、ＡＰ１にデータ送信パケットを送信する。群ポーリングパケット４及びデータ送信パケットは、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ノード２により宛先のノード２またはＡＰ１へとマルチホップ転送される。よって、ＡＰ１と直接通信できないノード２が存在するような場合でも、無線通信システム上の全ノード２から情報収集を行うことができる。

また、ユーザーが、ＡＰ１のポーリング周期格納ユニット１８に、ノード群２０毎に異なるポーリング周期を登録しても良い。これにより、ノード群２０毎に異なる周期でデータを収集することも可能になる。

さらに、ポーリング周期フィールド４３は、ＡＰ１が該当ノード群２０に対して群ポーリングパケット４を送信する周期の情報を含んでいる。各ノード２は、通知された周期の情報を利用して、次の群ポーリングパケット４の送信までの時間を取得する。そして、ＣＳＭＡ／ＣＡによるデータ送信パケットの送信後、各ノード２は、次の群ポーリングパケット４が送信される時間まで待機状態になる。これにより、ノード２の消費電力を抑制することができる。

なお、実施の形態１において、ＡＰ１が、ＡＰ１と直接通信できないノード２を含むノード群２０との間で通信を行う場合、マルチホップ転送によりパケットの送受を行うものとして説明したが、これに限るものではない。すなわち、図７において、ノード群２０Ｃに所属するノード２Ａは、ＡＰ１と直接通信可能であるため、データ送信パケットをＡＰ１へ直接送信する。また、ＡＰ１と直接通信できないノード２Ｂは、ＡＰ１を宛先としたデータ送信パケットを送信する。ノード２Ｂが送信するこのデータ送信パケットに関しては、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたルーティング経路に従い、ＡＰ１にマルチホップ転送されるものとする。このような構成とすることにより、ノード群２０Ｃから効率的に情報収集を行うことができる。

実施の形態２
次に、実施の形態２に係る無線通信システムについて説明する。実施の形態１に記載したように、工場やプラント内の広い範囲に多数のノード２を設置し、大規模な無線通信システムを形成する場合を考える。この場合において、ＡＰ１とノード２間での通信は、特小無線などの狭帯域無線を使用して、ＡＰ１がノード２から情報を収集する。

なお、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様、ＡＰ１はノード２が検知した機器の消費電力を収集する。また、この場合、無線通信システムはデマンドが契約電力値を超えないように負荷設備を制御する。

ここで、多数のノード２から周期的に情報を収集するためには、多数のパケットをＡＰ１とノード２間で送受信しなければならない。しかし、狭帯域無線は、利用可能な帯域が小さいため、無線通信システムにおいて、ＡＰ１とノード２間での通信に失敗した場合、ＡＰ１がノード２に対して再送処理を実施しないことがある。この場合、無線通信システムでは、次周期で収集したノード２からの情報を使って、通信に失敗した情報を補完する方式等が採用されている。

しかし、一般的に、上記の再送処理を行わない無線通信システムは、再送処理を行う無線通信システムと比較すると、同一ノード２からの無線通信が連続して失敗する確率が高くなる。ＡＰ１と同一ノード２間での通信が数回連続して失敗した場合、デマンド制御に影響が出る。よって、再送処理を行わない無線通信システムにおいて、ＡＰ１と同一ノード２間での通信が連続して失敗する確率を低減させる必要がある。そこで、実施の形態２では、ＡＰ１が、群ポーリングパケット４を使用して、各ノード２の送信方式制御を行う。

次に、実施の形態２に係る無線通信システムの動作を、図２、図３、図７、図８及び図１０を参照して説明する。実施の形態１と同一または同等の手段に関しては、ここでは説明を省略する。また、本実施の形態２により、この発明が限定されるものではない。

図１０は、ＡＰ１とノード２間での通信に失敗した場合の通信シーケンスを示す図である。なお、本実施の形態２では、図８に示すように、制御ビットマップ４２１は２ビットで構成され、ＡＰ１が、４種類の送信方式を指定する。ここで、４種類の送信方式とは、図８に示すとおり、（１）「00：送信停止」、（２）「01：１回送信（通常）」、（３）「10：２回送信」、（４）「11：３回送信」をいう。

実施の形態２では、図７に示すとおり、ＡＰ１がノード群２０Ａに所属する各ノード２と通信する場合について説明する。ノード群２０Ａは、図７および図１０に示すように、ＡＰ１と直接通信が可能な複数のノード２ａ〜ノード２ｎで構成される。また、実施の形態１で説明したとおり、ＡＰ１は、ノード群２０Ａの群ポーリングパケット同報ノードである。このため、図１０に示すように、ノード群２０Ａからの情報収集において、ＡＰ１は、ノード２ａ〜ノード２ｎに対して、群ポーリングパケット４を同報する（６１）。

図３、図７および図１０において、ノード群２０Ａに所属する各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４の宛先及び群ＩＤから、自身が所属するノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット４であると判断する。各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４における、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、ポーリング周期及び自身に係る制御ビットマップ４２１の情報を、通信パラメータ格納ユニット２４に格納する。なお、ここでの自身に係る制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示す「01：１回送信（通常）」である。各ノード２ａ〜ノード２ｎは、図３に示す通信パラメータ格納ユニット２４に格納した情報を使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。また、図１０において、各ノード２ａ〜ノード２ｎは、データ送信パケットをＡＰ１に送信する。

図２において、ＡＰ１は、群ポーリングパケット４の送信後、各ノード２ａ〜ノード２ｎから送信されるデータの受信の成否を、データ収集履歴格納ユニット１９に保持する。図１０に示すように、ＡＰ１は、ノード２ｂからのデータ送信パケットの受信に失敗している（６２）。このためＡＰ１は、群ポーリングパケット４におけるノード２ｂの制御ビットマップ４２１の情報を、変更する（６３）。なお、ここでの変更後におけるノード２ｂの制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示す「10：２回送信」である。また、ＡＰ１は、ポーリング周期の次周期における群ポーリングパケット４の送信時に、ノード２ａ〜ノード２ｎに対し、変更した群ポーリングパケット４を、同一のポーリング周期において２回送信する（以下この説明において「２連送」という）（６４）。

ノード群２０Ａ内の各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４における、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、及び自身に係る制御ビットマップ４２１の情報を使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、データ送信パケットをＡＰ１に送信する。

一方、ノード２ｂは、変更された制御ビットマップ４２１の情報が指示されている。なお、この変更された制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示すとおり「10：２回送信」である。このため、ノード２ｂは、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を２回行い、同一のデータ送信パケットを２回送信する（６５）。ＡＰ１は、ノード群２０Ａを除くノード群２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄのポーリング周期に影響しない範囲内（以下の説明において「余剰帯域の範囲内」という。）において、複数のノード２ａ〜ノード２ｎに対し、送信方式制御を行う。なお、ここでの送信方式制御とは、制御ビットマップ４２１の変更、および群ポーリングパケット４の２連送をいう。

また、ＡＰ１は、ノード２ｂから、データ送信パケットを２回受信できた場合、次のポーリング周期の群ポーリングパケット４を使って、該当ノード２ｂの送信方式を変更する。なお、この変更後の送信方式とは、通常送信「01：１回送信（通常）」をいう。また、ＡＰ１は、ノード２ａ〜ノード２ｎへの群ポーリングパケット４の２連送をやめる。つまり、ＡＰ１が、ポーリング周期の前周期において通信に失敗したノード２ｂから送信パケットを正常に受信できた場合、ＡＰ１は、通信シーケンスを通常のシーケンスにもどす。

このように、群ポーリングパケット４を使用して各ノード群２０に送信権を与える無線通信システムにおいて、ＡＰ１が、群ポーリングパケット４を使用して、複数のノード２に対して送信方式の変更の指示等を行う。前周期でデータ受信に失敗したノード２がある場合、ＡＰ１は、余剰帯域を使用して、上記の送信方式制御を行う。よって、再送処理を行わない無線通信システムでも、同一ノード２からの情報収集が連続して失敗する確率を低減することができる。また、他のノード群２０のポーリング周期に影響を与えることなく、特定ノード２からのデータ収集が連続して失敗する確率を低減できる。

上記の送信方式制御において、ＡＰ１は、前回データ収集に失敗したノード２が所属するノード群２０に対して群ポーリングパケット４を２連送する。これにより、当該ノード２が、前周期のポーリング周期においてＡＰ１が送信した群ポーリングパケット４を受信できなかった場合に、当該ノード２からの情報収集の失敗を防ぐことができる。

ＡＰ１は、前回データ収集に失敗したノード２の制御ビットマップ４２１を、図８に示すとおり「10：２回送信」に変更をする。この変更に従い、当該ノード２は、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を２回行い、同一のデータ送信パケットを２回送信する。これにより、ＡＰ１が、前回の周期において当該ノード２が送信したデータ送信パケットを受信できなかった場合に、当該ノード２からの情報収集の失敗を防ぐことができる。

実施の形態３
次に、実施の形態３に係る無線通信システムを、図２、図３、図７、図８及び図１１を参照して説明する。実施の形態１または実施の形態２と同一または同等の手段に関しては、ここでは説明を省略する。また本実施の形態３により、この発明が限定されるものではない。

図１１は、ＡＰ１とノード２間での通信に失敗し、かつ、通信に失敗したノード２に複数回送信をさせる帯域がない場合の通信シーケンスを示す図である。この場合、通信に失敗したノード２に複数回送信をさせるならば、無線通信システムは、他のノード群２０のポーリング周期を守れない。

なお、本実施の形態３では、図８に示すように、制御ビットマップ４２１は２ビットで構成され、ＡＰ１が、４種類の送信方式を指定する。ここで、４種類の送信方式とは、図８に示すとおり、（１）「00：送信停止」、（２）「01：１回送信（通常）」、（３）「10：２回送信」、（４）「11：３回送信」をいう。

実施の形態３では、図７に示すとおり、ＡＰ１がノード群２０Ａに所属する各ノード２と通信する場合について説明する。ノード群２０Ａは、図７および図１１に示すように、ＡＰ１と直接通信が可能な複数のノード２ａ〜ノード２ｎで構成される。また、実施の形態１で説明したとおり、ＡＰ１は、ノード群２０Ａの群ポーリングパケット同報ノードである。このため、図１１に示すように、ノード群２０Ａからの情報収集において、ＡＰ１は、ノード２ａ〜ノード２ｎに対して、群ポーリングパケット４を同報する（７１）。

図３、図７および図１１において、ノード群２０Ａに所属する各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４の宛先及び群ＩＤから、自身が所属するノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット４であると判断する。各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４における、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、ポーリング周期及び自身に係る制御ビットマップ４２１の情報を、通信パラメータ格納ユニット２４に格納する。なお、ここでの自身に係る制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示す「01：１回送信（通常）」である。各ノード２ａ〜ノード２ｎは、通信パラメータ格納ユニット２４に格納した情報を使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。また、図１１において、各ノード２ａ〜ノード２ｎは、データ送信パケットをＡＰ１に送信する。

図２において、ＡＰ１は、群ポーリングパケット４の送信後、各ノード２ａ〜ノード２ｎから送信されるデータの受信の成否を、データ収集履歴格納ユニット１９に保持する。図１１に示すように、ＡＰ１は、ノード２ｂからのデータ送信パケットの受信に失敗している（７２）。このためＡＰ１は、群ポーリングパケット４におけるノード２ｂの制御ビットマップ４２１の情報を、変更する（７３）。なお、ここでの変更後におけるノード２ｂの制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示す「10：２回送信」である。また、ＡＰ１は、ポーリング周期の次周期における群ポーリングパケット４の送信時に、ノード２ａ〜ノード２ｎに対し、変更をした群ポーリングパケット４を２連送する（７４）。

さらにＡＰ１は、上記の変更等と同時に、図２に示すＡＰ１内のデータ収集履歴格納ユニット１９を参照する。ＡＰ１は、ポーリング周期の前周期以前において、ノード２ｎとの通信に数回連続して成功していると判断する。このためＡＰ１は、群ポーリングパケット４におけるノード２ｎの制御ビットマップ４２１の情報を、変更する（７５）。なお、ここでの変更後におけるノード２ｎの制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示す「00：送信停止」である。これにより、ポーリング周期の次周期において、ノード２ｎは、送信を一時停止する。よって、ポーリング周期の前周期以前において、ＡＰ１とノード２ｎ間の通信に使用していた帯域は、ポーリング周期の次周期において、余剰帯域となる。ノード２ｂは、ポーリング周期の次周期において、この余剰帯域を使用して、ＡＰ１と通信を行うことができる。

ノード群２０Ａ内の各ノード２ａ〜ノード２ｎは、受信した群ポーリングパケット４における、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータ、及び自身に係る制御ビットマップ４２１の情報を使用して、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、データ送信パケットをＡＰ１に送信する。

一方、ノード２ｂは、変更された制御ビットマップ４２１の情報が指示されている。なお、この変更された制御ビットマップ４２１の情報とは、図８に示すとおり「10：２回送信」である。このため、ノード２ｂは、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を２回行い、同一のデータ送信パケットを２回送信する（７６）。またノード２ｎは、データ送信パケットを送信しない（７７）。ＡＰ１は、複数のノード２ａ〜ノード２ｎに対し、送信方式制御を行う。なお、ここでの送信方式制御とは、ノード２ｂ及びノード２ｎの制御ビットマップ４２１の変更、および群ポーリングパケット４の２連送をいう。

また、ＡＰ１は、ノード２ｂから、データ送信パケットを２回受信できた場合、次のポーリング周期の群ポーリングパケット４を使って、ノード２ｂ及びノード２ｎの送信方式を変更する。なお、この変更後の送信方式とは、ノード２ｂ及びノード２ｎの両方において、通常送信「01：１回送信（通常）」をいう。また、ＡＰ１は、ノード２ａ〜ノード２ｎへの群ポーリングパケット４の２連送をやめる。つまり、ＡＰ１が、ポーリング周期の前周期において通信に失敗したノード２ｂから送信パケットを正常に受信できた場合、ＡＰ１は、通信シーケンスを通常のシーケンスにもどす。

このように、群ポーリングパケット４を使用して各ノード群２０に送信権を与える無線通信システムにおいて、ＡＰ１が、群ポーリングパケット４を使用して、複数のノード２に対して送信方式の変更の指示等を行う。前周期でデータ受信に失敗したノード２がある場合、ＡＰ１は、上記の送信方式制御を行う。よって、再送処理を行わない無線通信システムにおいて、前回データ収集に失敗したノード２に複数回送信をさせる帯域が足りない場合でも、同一ノード２からの情報収集が連続して失敗する確率を低減することができる。

また、ＡＰ１は、図８に示す送信方式制御ビットマップフィールド４２を使用して、ノード２毎の送信または送信停止を指示するようにしても良い。このような構成とすることで、同一ノード群２０内の各ノード２から異なる周期で情報を収集することもできる。

なお、実施の形態２及び実施の形態３において、図８に示すように、制御ビットマップ４２１は２ビットで構成され、ＡＰ１が、４種類の送信方式を指定していた。また、４種類の送信方式とは、図８に示すとおり、（１）「00：送信停止」、（２）「01：１回送信（通常）」、（３）「10：２回送信」、（４）「11：３回送信」のことであった。しかし、実施の形態２及び実施の形態３の送信方式の指定は、これに限るものではない。例えば、制御ビットマップ４２１のビット数は、４ビットもしくはそれ以上としてもよい。実施の形態２及び実施の形態３の送信方式の指定は、変調方式の指定により行ってもよい。

また、実施の形態２及び実施の形態３において、ＡＰ１は、群ポーリングパケット４を、前回データ収集に失敗したノード２を含むノード群２０に対し、２連送していたが、これに限るものでもない。使用する狭帯域無線の帯域に余剰帯域があるならば、ＡＰ１は、群ポーリングパケット４を、３連送またはそれ以上送信する構成としても良い。

また、実施の形態２及び実施の形態３において、図７、図１０及び図１１に示すとおり、ＡＰ１が、ＡＰ１と直接通信が可能なノード２ａ〜ノード２ｎで構成されるノード群２０Ａと通信する場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、図７において、ＡＰ１と直接通信できないノード２Ｂを含むノード群２０Ｃと通信する場合でも良い。さらに、図７において、ＡＰ１と直接通信できないノード２のみから構成されるノード群２０Ｄと通信する場合でも良い。

この場合、ＡＰ１と各ノード２との間で直接送受信できないパケットについては、ネットワークトポロジ生成フェーズ３１で構築されたネットワークのルーティング経路に基づいて、各ノード２によりマルチホップ転送される。その他の事項については、これまでの説明内容のとおりである。

１ ＡＰ（アクセスポイント）、１１ ノード間受信電力格納ユニット、１２ ノード群情報生成ユニット、１３ ノード群情報格納ユニット、１４ 送信パケット生成ユニット、１５ 無線送信ユニット、１６ 無線受信ユニット、１７ 受信パケット処理ユニット、１８ ポーリング周期格納ユニット、１９ データ収集履歴格納ユニット、２ ノード、２Ａ ノード、２Ｂ ノード、２Ｘ ノード、２Ｙ ノード、２ａ ノード、２ｂ ノード、２ｎ ノード、２０ ノード群、２０Ａ ノード群、２０Ｂ ノード群、２０Ｃ ノード群、２０Ｄ ノード群、２０Ａ（ａ） ノード群、２０Ｂ（ａ） ノード群、２０Ｃ（ａ） ノード群、２０Ｄ（ａ） ノード群、２０Ａ（ｂ） ノード群、２０Ｂ（ｂ） ノード群、２０Ｃ（ｂ） ノード群、２０Ａ（ｃ） ノード群、２０Ｂ（ｃ） ノード群、２０Ｃ（ｃ） ノード群、２０Ｄ（ｃ） ノード群、２１ 送信データ格納ユニット、２２ 近隣ノード受信電力情報格納ユニット、２３ 送信パケット生成ユニット、２４ 通信パラメータ格納ユニット、２５ 無線送信ユニット、２６ 無線受信ユニット、２７ 受信パケット処理ユニット、２８ 群情報格納ユニット、３ ノード群構築フェーズ、３１ メッシュネットワークトポロジ生成フェーズ、３２ 近隣ノード受信電力情報収集フェーズ、３２１ 近隣ノード受信電力情報要求パケット、３２２ 近隣ノード受信電力情報応答パケット、３３ 群ＩＤ通知フェーズ、３３１ 群ＩＤ通知パケット、４ 群ポーリングパケット、４１ 群ＩＤフィールド、４２ 送信方式制御ビットマップフィールド、４２１ 制御ビットマップ、４３ ポーリング周期フィールド、４４ ＣＳＭＡ／ＣＡ通信パラメータフィールド、５１１ ノード群２０Ａに対する群ポーリングパケット、５１２ ノード群２０Ａのノードの応答、５２１ ノード群２０Ｂに対する群ポーリングパケット、５２２ ノード群２０Ｂのノードの応答、５３１ ノード群２０Ｃの群ポーリングパケット同報ノード宛ての群ポーリングパケット、５３２ マルチホップ転送される群ポーリングパケット、５３３ ノード群２０Ｃのノードに同報される群ポーリングパケット、５３４ ノード群２０Ｃのノードの応答、５３５ ノード群２０Ｃのノードの応答のマルチホップ転送、５４１ ノード群２０Ｄの群ポーリングパケット同報ノード宛ての群ポーリングパケット、５４２ マルチホップ転送される群ポーリングパケット、５４３ ノード群２０Ｄのノードに同報される群ポーリングパケット、５４４ ノード群２０Ｄのノードの応答、５４５ ノード群２０Ｄのノードの応答のマルチホップ転送、６１ ノード２ａ〜ノード２ｎに同報される群ポーリングパケット、６２ ノード２ｂからの応答の受信失敗、６３ ノード２ｂに「２回送信」を指示、６４ 群ポーリングパケットの２連送、６５ ノード２ｂが２回送信、７１ ノード２ａ〜ノード２ｎに同報される群ポーリングパケット、７２ ノード２ｂからの応答の受信失敗、７３ ノード２ｂに「２回送信」を指示、７４ 群ポーリングパケットの２連送、７５ ノード２ｎに「送信停止」を指示、７６ ノード２ｂが２回送信、７７ ノード２ｎが送信停止

Claims (14)

1. 機器のデータを収集する複数のノードと、
   前記複数のノードが持つ前記データを収集するアクセスポイントとを備え、
   前記アクセスポイントは、各ノードにおける近隣ノードが発信する電波の受信電力情報である近隣ノード受信電力情報に基づいて、前記複数のノードを、互いに送信した電波を受信することができるノードからなり、かつ、輻輳を回避するためのアクセス方式による無線の干渉回避が効率的に動作する数以下のノードからなる複数のグループにグループ分けをし、
   前記アクセスポイントは、前記複数のノードに対して各々のノード自身が所属するグループに係る情報を通知し、
   前記アクセスポイントは、前記グループ毎に送信権を与えるポーリングパケットを送信し、
   前記複数のノードは、受信した前記ポーリングパケットから自身が所属するグループに対して送信権が与えられたことを判断した場合、前記アクセス方式により当該グループ内の他のノードとの干渉を回避しつつ、前記アクセスポイントに前記データをパケットとして送信する無線通信システムにおいて、
   前記アクセスポイントは、前記複数のグループのうち前記アクセスポイントと直接通信できないノードを含むグループについて、当該グループ内のノードから前記ポーリングパケットの送信対象であるノードを選択し、前記送信対象であるノードを宛先として前記ポーリングパケットを送信し、
   前記送信対象であるノードは、前記ポーリングパケットを自身が所属するグループ内の他のノードに対して同報し、当該グループ内のノードは、前記アクセス方式により当該グループ内の他のノードとの干渉を回避しつつ、前記アクセスポイントを宛先とするパケットとして前記データを送信し、
   前記アクセスポイントまたは前記複数のノードが自身と直接通信できない相手を宛先とするパケットを送信する場合、前記複数のノードは、受信した当該パケットを予め決められた経路に従いマルチホップ転送する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記アクセスポイントは、前記複数のグループに対して前記ポーリングパケットを周期的に送信し、
   前回の周期で情報収集に失敗したノードがある場合、
   前記ポーリングパケットを使用して前記情報収集に失敗したノードの送信方式の変更を指示するとともに、前記情報収集に失敗したノードが所属するグループに対して当該ポーリングパケットを連送し、
   前記情報収集に失敗したノードは、受信した前記ポーリングパケットで指示された前記送信方式に従ってパケットを送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記アクセスポイントは、各グループに所属するノードの数に応じた前記アクセス方式の通信パラメータを前記グループ毎に生成し、
   前記ポーリングパケットを使用して前記グループに所属する各ノードに前記通信パラメータを指示し、
   前記ノードは、受信した前記ポーリングパケットで指示された前記通信パラメータを使用して前記アクセス方式によるパケットの送信を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記アクセスポイントは、余剰帯域を使用して前記情報収集に失敗したノードの前記送信方式の変更を指示し、
   帯域が足りない場合、前記ポーリングパケットを使用して情報収集に連続して成功したノードの送信の停止を指示する
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記ノードは、前記アクセス方式によるパケットの送信とマルチホップ転送とで異なるチャンネルを使用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記アクセスポイントは、前記ポーリングパケットを使用して前記グループに所属する各ノードに次の前記ポーリングパケットの送信までの時間を通知し、
   前記ノードは、前記アクセス方式によるパケットの送信後、通知された次の前記ポーリングパケットの送信まで待機状態になる
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記アクセスポイントは、前記ポーリングパケットを使用して前記ノード毎に送信または送信停止を指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 機器のデータを収集する複数のノードから、前記複数のノードが持つ前記データを収集するアクセスポイントが、各ノードにおける近隣ノードが発信する電波の受信電力情報である近隣ノード受信電力情報を収集するステップと、
   前記アクセスポイントが、前記近隣ノード受信電力情報に基づいて、前記複数のノードを、互いに送信した電波を受信することができるノードからなり、かつ、輻輳を回避するためのアクセス方式による無線の干渉回避が効率的に動作する数以下のノードからなる複数のグループにグループ分けをするステップと、
   前記アクセスポイントが、前記複数のノードに対して各々のノード自身が所属するグループに係る情報を通知するステップと、
   前記アクセスポイントが、前記グループ毎に送信権を与えるポーリングパケットを送信するステップと、
   前記複数のノードが、受信した前記ポーリングパケットから自身が所属するグループに対して送信権が与えられたことを判断するステップと、
   前記複数のノードが、前記アクセス方式により当該グループ内の他のノードとの干渉を回避しつつ、前記アクセスポイントに前記データをパケットとして送信するステップと
   を有する無線通信方法において、
   前記アクセスポイントが、前記複数のグループのうち前記アクセスポイントと直接通信できないノードを含むグループについて、当該グループ内のノードから前記ポーリングパケットの送信対象であるノードを選択するステップと、
   前記アクセスポイントが、前記送信対象であるノードを宛先として前記ポーリングパケットを送信するステップと、
   前記送信対象であるノードが、前記ポーリングパケットを自身が所属するグループ内の他のノードに対して同報するステップと、
   当該グループ内のノードが、前記アクセス方式により当該グループ内の他のノードとの干渉を回避しつつ、前記アクセスポイントを宛先とするパケットとして前記データを送信するステップと、
   前記アクセスポイントまたは前記複数のノードが自身と直接通信できない相手を宛先とするパケットを送信する場合、前記複数のノードが、受信した当該パケットを予め決められた経路に従いマルチホップ転送するステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。
9. 前記アクセスポイントが、前記複数のグループに対して前記ポーリングパケットを周期的に送信するステップと、
   前回の周期で情報収集に失敗したノードがある場合、前記アクセスポイントが、前記ポーリングパケットを使用して前記情報収集に失敗したノードの送信方式の変更を指示するとともに、前記情報収集に失敗したノードが所属するグループに対して当該ポーリングパケットを連送するステップと、
   前記情報収集に失敗したノードが、受信した前記ポーリングパケットで指示された前記送信方式に従ってパケットを送信するステップと
   を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
10. 前記アクセスポイントが、各グループに所属するノードの数に応じた前記アクセス方式の通信パラメータを前記グループ毎に生成するステップと、
    前記アクセスポイントが、前記ポーリングパケットを使用して前記グループに所属する各ノードに前記通信パラメータを指示するステップと、
    前記ノードが、受信した前記ポーリングパケットで指示された前記通信パラメータを使用して前記アクセス方式によるパケットの送信を行うステップと
    を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
11. 前記アクセスポイントが、余剰帯域を使用して前記情報収集に失敗したノードの前記送信方式の変更を指示するステップと、
    帯域が足りない場合、前記アクセスポイントが、前記ポーリングパケットを使用して情報収集に連続して成功したノードの送信の停止を指示するステップと
    を有することを特徴とする請求項９に記載の無線通信方法。
12. 前記ノードは、前記アクセス方式によるパケットの送信とマルチホップ転送とで異なるチャンネルを使用する
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
13. 前記アクセスポイントが、前記ポーリングパケットを使用して前記グループに所属する各ノードに次の前記ポーリングパケットの送信までの時間を通知するステップと、
    前記ノードが、前記アクセス方式によるパケットの送信後、通知された次の前記ポーリングパケットの送信まで待機状態になるステップと
    を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
14. 前記アクセスポイントが、前記ポーリングパケットを使用して前記ノード毎に送信または送信停止を指示するステップ
    を有することを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。

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