JP6163729B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信装置に関し、例えば、スマートメータに適用し得るものである。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇ（非特許文献１）では、一般的な無線データ通信のためのＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｓｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ；媒体アクセス制御）プロトコル規格（以下、「１５．４通常プロトコル」と呼ぶ）を規定している。ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ（非特許文献２）では、上記規格を様々なアプリケーションに対応させるための拡張規格を規定しており、拡張規格の中に、省電力データ通信のための規格として、ＣＳＬ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ）及びＲＩＴ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｉｎｉｔｉａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を規定している。省電力データ通信のための拡張規格を、以下では「ＣＳＬプロトコル」と呼ぶこととする。

図７は、１５．４通常プロトコルに係る状態遷移図である。１５．４通常プロトコルでは、受信待ちにおける状態は「１５．４受信待ち状態」ＳＴ１１の１つしかない。送信の際には「１５．４送信状態」ＳＴ１２となり、フレーム送信を実施する。フレームを受信しているときには「１５．４受信状態」ＳＴ１３となる。なお、初期状態は「１５．４受信待ち状態」ＳＴ１１である。

図８は、ＣＳＬプロトコルに係る状態遷移図である。ＣＳＬプロトコルでは、受信待ちの状態として、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１と「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２の２つの状態があり、一定期間の経過毎にこれら２つの状態間ＳＴ２１及びＳＴ２２間で遷移する。送信時には「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３となり、送信先のノードが「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１のときにフレームが届くように、ＣＳＬ独自の方法でフレーム送信を実施する。フレーム受信をしているときには「ＣＳＬ受信状態」ＳＴ２４となる。「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１及び「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２は、他ノードからのフレームを受信できる状態か否かが異なる。初期状態は「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２である。

１５．４通常プロトコルとＣＳＬプロトコルとは、異なるＭＡＣプロトコルであって、フレーム送信方法及び受信待ち時の動作などが違う。そのため、１５．４通常プロトコルを採用しているノードとＣＳＬプロトコルを採用しているノードとの間では通信できない。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇはスマートメータのための無線通信規格として制定されたものである。スマートメータの情報は、有用なので、ＦＡＮ（Ｆｉｅｌｄ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＨＡＮ（Ｈｏｍｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの複数のネットワーク経由で、データセンターなどに収集される。

ＦＡＮは、規模が大きく、ＭＡＣレイヤでのレイテンシが重要なので「１５．４通常プロトコル」を利用している。逆に、ＨＡＮは、省電力機能が重要なので「ＣＳＬプロトコル」を利用している。どちらのネットワークにも属する必要がある場合、スマートメータは、複数のＭＡＣプロトコルを利用できる必要がある。

１つの無線ノード（無線通信装置、例えば、スマートメータ）で複数のＭＡＣプロトコルを動作させる場合、図９に示すように、通常は、動作させる数の無線通信部１０１−１、１０１−２を無線ノード１００に用意することが考えられる。その理由の一つは、１つの無線通信部で複数のＭＡＣプロトコルを適用して通信を実施することが難しいからである。１つの無線通信部で複数のＭＡＣプロトコルを動作させることは通常実施しない。ＭＡＣプロトコル毎に無線通信部１０１−１、１０１−２を用意することにより、それぞれの無線通信部１０１−１、１０１−２は独立して動作するので、結果として１つの装置で複数のＭＡＣプロトコルを同時に利用できる。

図９の構成及び動作を、以下に、簡単に説明する。

無線ノード１００は、装置制御部１０６と、２つの無線通信部１０１−１、１０１−２を有する。図９で示している無線通信部１０１−１、１０１−２はそれぞれ、ＭＡＣレイヤ及び物理レイヤの処理を行う部分として書き出している。第１の無線通信部１０１−１は、１５．４通常プロトコル制御部１０２及びフレーム通信部１０３を有する。第２の無線通信部１０１−２は、ＣＳＬプロトコル制御部１０４及びフレーム通信部１０５を有する。

装置制御部１０６は、ノード全体の様々な制御を行うものであるが、以下では、本発明の特徴と関係する制御について説明する（本発明の特徴と無関係な制御の説明は省略する）。装置制御部１０６は、フレーム送信時には、１５．４通常プロトコルを適用して送信するかＣＳＬプロトコルを適用して送信するかを判断し（例えば、他ノードが対応できるＭＡＣプロトコル情報を管理しており、今回の送信フレームの宛先ノードに応じて適用するＭＡＣプロトコルを決定する）、判断の結果に応じて、送信するフレームを１５．４通常プロトコル制御部１０２若しくはＣＳＬプロトコル制御部１０４へ渡す機能と、１５．４通常プロトコルで受信したフレームを１５．４プロトコル制御部１０２から受け取る機能と、ＣＳＬプロトコルで受信したフレームをＣＳＬプロトコル制御部１０４から受け取る機能などを担っている。

１５．４通常プロトコル制御部１０２は、装置制御部１０６の制御下で、１５．４通常プロトコルに則ってフレーム送信をフレーム通信部１０３へ依頼する機能と、フレーム通信部１０３で受信したフレームを１５．４通常プロトコルに則って処理して装置制御部１０６へ必要な情報を通知する機能を担っている。１５．４通常プロトコル制御部１０２における状態遷移は、上述した図７に示した通りである。

ＣＳＬプロトコル制御部１０４は、装置制御部１０６の制御下で、ＣＳＬプロトコルに則ってフレーム送信をフレーム通信部１０５へ依頼する機能と、フレーム通信部１０５で受信したフレームをＣＳＬプロトコルに則って処理して装置制御部１０６へ必要な情報を通知する機能を担っている。ＣＳＬプロトコル制御部１０４における状態遷移は、上述した図８に示した通りである。

フレーム通信部１０３及びフレーム通信部１０５はそれぞれ、１５．４通常プロトコル若しくはＣＳＬプロトコルで適用するフレームフォーマット（後述する図４参照）に沿ったフレームの送受信を実施する機能を担っている。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇ ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ

しかしながら、複数種類のＭＡＣプロトコルに対応できる無線通信装置を、図９に示すように構成した場合には、無線通信部を複数用意することになり、装置全体が大形、高価なものとなってしまう。

そのため、複数のＭＡＣプロトコルに対応できる小型、安価な無線通信装置が望まれている。

第１の本発明は、第１及び第２のＭＡＣプロトコルが利用可能な無線通信装置において、唯一具備する無線通信部が、（１）上記第１及び第２のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行うＭＡＣプロトコル制御部と、（２）上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信すると共に、上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームとフレームフォーマットが共通な、上記第２のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信するフレーム通信部とを有し、（３）上記ＭＡＣプロトコル制御部は、上記第１のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移と上記第２のＭＡＣプロトコルの状態遷移とを連絡する遷移状態を有して、上記第１及び上記第２のＭＡＣプロトコルを融合させたマルチＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行い、（４）さらに、上記ＭＡＣプロトコル制御部は、上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信状態及びフレーム送信状態と、上記第２のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信待ち状態、フレーム受信状態及びフレーム送信状態と、上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信待ち状態であって上記第２のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信休止状態でもある連絡遷移状態を、取り得る状態としていることを特徴とする。

第２の本発明は、第１及び第２のＭＡＣプロトコルが利用可能な無線通信装置において、唯一具備する無線通信部が、（１）上記第１及び第２のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行うＭＡＣプロトコル制御部と、（２）上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信すると共に、上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームとフレームフォーマットが共通な、上記第２のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信するフレーム通信部とを有し、（３）上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム送信状態におけるフレーム送信で失敗し、再送を実施するまでの期間である再送待ち時間が、上記第２のＭＡＣプロトコルに係る相前後するフレーム受信待ち状態の間隔である受信待ち遷移周期と同じ若しくは受信待ち遷移周期より長いことを特徴とする。

本発明によれば、複数のＭＡＣプロトコルに対応できる小型、安価な無線通信装置を提供できる。

実施形態の無線通信装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の無線通信装置内のマルチＭＡＣプロトコル制御部におけるＭＡＣプロトコル制御に係る状態遷移図である。 ＣＳＬプロトコルに従った省電力データ通信の様子を示すタイミングチャートである。 ＩＥＥＥ８０２．１５．４のデータフレームで規定されたパケット構造（フレームフォーマット）を示す説明図である。 実施形態の無線通信装置における「１５．４送信状態」での特有な処理を示すフローチャートである。 実施形態の無線通信装置におけるフレームの再送タイミングを制御する処理を示すフローチャートである。 １５．４通常プロトコルに係る状態遷移図である。 ＣＳＬプロトコルに係る状態遷移図である。 従来の考えられる無線ノードの構成を示すブロック図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による無線通信装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

ここで、実施形態の無線通信装置は、１５．４通常プロトコルに則ったフレーム通信にも、ＣＳＬプロトコルに則ったフレーム通信にも対応しなければならない装置である。実施形態の無線通信装置は、例えば、ＦＡＮを構成するノードにもＨＡＮを構成するノードにもなり得るものである。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態の無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す一部の構成部分は、ハードウェアによって形成されても良く、また、ＣＰＵが実行するソフトウェア（ファームウェアなどを含む）として形成されても良いが、機能的には図１で表すことができる。

図１において、実施形態の無線通信装置２００は、無線通信部２０１と装置制御部２０４とを有している。

装置制御部２０４は、図９に示した装置制御部１０６とほぼ同様な機能を担っているが、この実施形態の場合、ＭＡＣプロトコル制御部が一つしかないために、装置制御部１０６と以下のような点で異なっている。装置制御部２０２は、フレーム送信時には、１５．４通常プロトコルを適用して送信するかＣＳＬプロトコルを適用して送信するかを判断する。この実施形態の装置制御部１０６は、判断の結果を明確にして、送信するフレームをマルチＭＡＣプロトコル制御部２０２へ渡す。また、装置制御部２０４は、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２が１５．４通常プロトコルに則って受信したフレームを受け取ると共に、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２がＣＳＬプロトコルに則って受信したフレームを受け取る。このフレームの受領時には、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２から適用されたＭＡＣプロトコルの情報も併せて受け取る。

無線通信部２０１は、ＭＡＣレイヤ及び物理レイヤの処理を行う部分であり、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２とフレーム通信部２０３とを有する。この実施形態の場合、図９に示した装置とは異なり、１５．４通常プロトコルにもＣＳＬプロトコルにも対応できる唯一の無線通信部２０１が設けられている。

マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、１５．４通常プロトコル若しくはＣＳＬプロトコルに則った制御を実施するものである。例えば、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、装置制御部２０４から適用するＭＡＣプロトコルが明記されたフレームの送信要求が与えられた際には、明記された１５．４通常プロトコル若しくはＣＳＬプロトコルを適用してフレーム送信を実施するように制御する。

図２は、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２におけるＭＡＣプロトコル制御に係る状態遷移図であり、上述した図７及び図８における同一状態には同一符号を付して示している。マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、図２に示すような状態遷移ルールに従って、ＭＡＣプロトコル制御を実施する。

マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２におけるＭＡＣプロトコル制御に係る状態遷移は、図７に示した１５．４通常プロトコルの状態遷移と図８に示したＣＳＬプロトコルの状態遷移とを融合させたものである。融合方法は、ＣＳＬプロトコルにおける「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２と１５．４通常プロトコルの「１５．４受信待ち状態」ＳＴ１１とを兼ね備えた「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０を設け、この「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０を介して、１５．４通常プロトコルの状態遷移と１５．４通常プロトコルの状態遷移とを連結したものである。なお、図２における初期状態は「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０である。この明細書においては、上述のように、１５．４通常プロトコルの状態遷移とＣＳＬプロトコルの状態遷移とを融合させた状態遷移に従った制御を行うＭＡＣプロトコルを「マルチＭＡＣプロトコル」と呼んでいる。

図３は、ＣＳＬプロトコルに従った省電力データ通信の様子を示すタイミングチャートである。

ＣＳＬ受信休止状態ＳＴ２２において送信ようとするトラフィックが生じたノード（送信ノード）は、ＣＳＬ送信状態ＳＴ２３に遷移し、送信の起動要求を送信しては宛先からの起動応答を確認する動作を繰り返す。宛先のノード（受信ノード）は、間欠的に（周期Ｔで）、ＣＳＬ受信待ち状態ＳＴ２１になり、その間はＣＳＬ受信休止状態ＳＴ２２をとる。受信ノードがＣＳＬ受信待ち状態ＳＴ２１のときに起動要求を受信すると、ＣＳＬ受信状態ＳＴ２４に遷移し、起動応答を送信ノードに返信し、それに応じて送信ノードが送信したデータフレームを順次受信し、送信された全てのデータフレームの受信が完了すると、ＡＣＫ信号を送信ノードに送信した後、ＣＳＬ受信休止状態ＳＴ２２に遷移する。

図３から明らかなように、ＣＳＬ受信待ち状態ＳＴ２１間のＣＳＬ受信休止状態ＳＴ２２としてかなりの時間を割いて省電力化を計っている。ＣＳＬ受信休止状態ＳＴ２２としてかなりの時間が割かれているため、実施形態のように、ＣＳＬプロトコルにおける「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２が、１５．４通常プロトコルの「１５．４受信待ち状態」ＳＴ１１を兼ねるようにしても、１５．４通常プロトコルのフレーム送信方式で送信されたフレームを適切に受信することができる。また、図３から明らかなように、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０に割かれている待ち時間（言い換えると、「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２に割かれている休止時間）が経過したときには、ＣＳＬ受信待ち状態ＳＴ２１に遷移するので、ＣＳＬプロトコルを適用している他のノードからＣＳＬプロトコルの「ＣＳＬ送信状態」でフレームが送信されても、そのＣＳＬプロトコルのフレームを受信することができる。

図４は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４のデータフレームで規定されたパケット構造（フレームフォーマット）を示す説明図である。この規定によるフレームフォーマットでは、フレームは、プリアンブルとＭＡＣサブレイヤとでなる。プリアンブルは、プリアンブル・シーケンスとフレームデリミタ開始位置とフレーム長とでなる。ＭＡＣサブレイヤは、フレームコントロールと、シーケンス番号と、アドレス情報と、データと、ＦＣＳとでなる。アドレス情報は、送信元のＰＡＮ＿ＩＤ（＝Ｐａｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩＤ；ノードがどのネットワークに属しているかを識別するためのＩＤ）及びアドレスと、宛先のＰＡＮ＿ＩＤ及びアドレスとでなる。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇで規定された１５．４通常プロトコルも、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅで規定されたＣＳＬプロトコルも、より上位の規定であるＩＥＥＥ８０２．１５．４を準拠しており、従って、１５．４通常プロトコル及びＣＳＬプロトコルのフレームフォーマットは共通している。１５．４通常プロトコル及びＣＳＬプロトコルのフレームフォーマットが共通していることにより、唯一の無線通信部２０１によって、１５．４通常プロトコル及びＣＳＬプロトコルに対応できる。

なお、「１５．４通常プロトコル」に係るフレーム送信の際には、ＰＡＮ＿ＩＤや後述する通信チャネルに「１５．４通常プロトコル」を適用する場合のＰＡＮ＿ＩＤや通信チャネルを設定し、「ＣＳＬプロトコル」に係るフレーム送信の際には、ＰＡＮ＿ＩＤや後述する通信チャネルに「ＣＳＬプロトコル」を適用する場合のＰＡＮ＿ＩＤや通信チャネルを設定する。ＰＡＮ＿ＩＤの設定は、後述する１５．４送信状態処理部２０２ｅやＣＳＬ送信状態処理部２０２ｆが行い、通信チャネルの設定は、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２からの情報を受けてフレーム通信部２０３が行う。

また、各受信待ち状態ＳＴ３０、ＳＴ２１では、ＰＡＮ＿ＩＤや後述する通信チャネルを対応するＭＡＣプロトコルの設定にして、フレームを待ち受けることを要する。

以上から明らかなように、無線通信部２０１が、図２に示す状態遷移図に示す状態遷移の制御（ＭＡＣプロトコル制御）を行うマルチＭＡＣプロトコル制御部２０２を有するので、１つの無線通信部２０１で「１５．４通常プロトコル」と「ＣＳＬプロトコル」の２つのＭＡＣプロトコルに対応することができる。

図２に示すように、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２におけるＭＡＣプロトコル制御に係る状態は、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０、「１５．４送信状態」ＳＴ１２、「１５．４受信状態」ＳＴ１３、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１、「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３、「ＣＳＬ受信状態」ＳＴ２４の計６状態がある。マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａ、ＣＳＬ受信待ち状態処理部２０２ｂ、ＣＳＬ受信状態処理部２０２ｃ、１５．４受信状態処理部２０２ｄ、１５．４送信状態処理部２０２ｅ、ＣＳＬ送信状態処理部２０２ｆを有する。

１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａは、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０における処理を担当するものであるが、基本的には、１５．４通常プロトコルにおける受信待ち状態（「１５．４受信待ち状態」ＳＴ１１）の処理を実行するものである。従って、１５．４受信待ち状態処理部２０２ａは、フレーム通信部２０３から１５．４通常プロトコルに則ったフレームの受信起動があったときには１５．４受信状態処理部２０２ｄに処理権を移譲し、装置制御部２０４から１５．４通常プロトコルに則ったフレームの送信起動があったときには１５．４送信状態処理部２０２ｅに処理権を移譲する。この実施形態の場合、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａは、装置制御部２０４からＣＳＬプロトコルに則ったフレームの送信起動があったときにはＣＳＬ送信状態処理部２０２ｆに処理権を移譲し、１５．４受信待ち状態ＳＴ１１になった時点から、フレームの受信起動も送信起動もなく所定時間を経過したときには、ＣＳＬ受信待ち状態処理部２０２ｂに処理権を移譲するという、「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２における処理も行う。

なお、送信待ちの１５．４プロトコルに則ったフレームデータやＣＳＬプロトコルに則ったフレームデータは、装置制御部２０４及びマルチＭＡＣプロトコル制御部２０２のいずれでバッファリングしておくようにしても良い。

ＣＳＬ受信待ち状態処理部２０２ｂは、基本的には、ＣＳＬプロトコルにおける受信待ち状態（「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１）の処理を実行するものである。従って、ＣＳＬ受信待ち状態処理部２０２ｂは、フレーム通信部２０３からＣＳＬプロトコルに則ったフレームの受信起動があったときにはＣＳＬ受信状態処理部２０２ｃに処理権を移譲する。ＣＳＬプロトコルでは、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１において所定時間が経過したときには、「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２に遷移することになっているが、この実施形態の場合、ＣＳＬ受信待ち状態処理部２０２ｂは、ＣＳＬプロトコルに則ったフレームの受信起動もなく所定時間を経過したときには、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａに処理権を移譲する。

ＣＳＬ受信状態処理部２０２ｃは、基本的には、ＣＳＬプロトコルにおける受信状態（「ＣＳＬ受信状態」ＳＴ２４）の処理を実行するものである。但し、この実施形態の場合、「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２が存在しないので、ＣＳＬ受信状態処理部２０２ｃは、ＣＳＬプロトコルに則ったフレームの受信処理が完了したときには、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａに処理権を移譲する。

１５．４受信状態処理部２０２ｄは、基本的には、１５．４通常プロトコルにおける受信状態（「１５．４受信状態」ＳＴ１３）の処理を実行するものであり、１５．４通常プロトコルに則ったフレームの受信処理が完了したときには、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａに処理権を移譲する。

１５．４送信状態処理部２０２ｅは、基本的には、１５．４通常プロトコルにおける送信状態（「１５．４送信状態」ＳＴ１２）の処理を実行するものであり、１５．４通常プロトコルに則ったフレームの送信処理が完了したときには、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａに処理権を移譲する。

ＣＳＬ送信状態処理部２０２ｆは、基本的には、ＣＳＬプロトコルにおける送信状態（「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３）の処理を実行するものである。但し、この実施形態の場合、「ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ２２が単独では存在しないので、ＣＳＬ送信状態処理部２０２ｆは、ＣＳＬプロトコルに則ったフレームの送信処理が完了したときには、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａに処理権を移譲する。

フレーム通信部２０３は、１５．４通常プロトコルに係るフレームの送受信やＣＳＬプロトコルに係るフレームの送受信を行うものである。１５．４通常プロトコル及びＣＳＬプロトコルの無線チャネルとして同じ無線チャネルを適用しても良いが、この実施形態では、１５．４通常プロトコルに則ったフレームの通信用の無線チャネルと、ＣＳＬプロトコルに則ったフレームの通信用の無線チャネルとが異なるものとしている。例えば、無線チャネルがキャリア周波数で区別されるものであれば、１５．４通常プロトコルに則ったフレームの通信時のキャリア周波数と、ＣＳＬプロトコルに則ったフレームの通信時のキャリア周波数とが異なる。フレーム送信時には、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２による無線チャネルの設定に従って、フレーム通信部２０３はフレームの送信を行う。また、フレームの受信待ち状態では、フレーム通信部２０３は、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２からの設定に従って、１５．４通常プロトコルに係る無線チャネル又はＣＳＬプロトコルに係る無線チャネルのいずれかの無線チャネルのフレームを待ち受ける。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態の無線通信装置２００の動作を、主に図２の状態遷移図を参照しながら説明する。

無線通信装置２００は、通常、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０を取っており、前回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１から所定時間（以下、この所定期間を「ＣＳＬ受信待ち状態周期」と呼ぶ；図３のＴ参照）が経過すると、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１に遷移し、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１に割かれている所定時間の間に、ＣＳＬプロトコルに係るフレームの受信起動の要求が他ノードから到来しない場合には、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０に戻る。すなわち、フレームの送受信が必要ない場合には、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０及び「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１間で交互に遷移する。

「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１の際には、ＣＳＬプロトコル用のフレーム通信設定（通信チャネルの設定やＰＡＮ＿ＩＤの設定）になっており、「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３の他ノードから送信されたフレームが受信可能であり、そのようなフレームの受信起動が到来した場合には、無線通信装置２００は、「ＣＳＬ受信状態」ＳＴ２４に遷移してフレームの受信を行い、フレーム受信が完了すると、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０へ戻る。ここでの「フレーム受信完了」とは、ＣＳＬプロトコルに則ってフレームを正常に受信した場合だけでなく、受信エラーが生じてその受信動作を終了させる場合も含む。後者の例としては、ＦＣＳを利用したチェックで誤りが検出された場合を挙げることができる。

「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０の際には、１５．４通常プロトコル用のフレーム通信設定（通信チャネルの設定やＰＡＮ＿ＩＤの設定）になっており、「１５．４送信状態」ＳＴ１２の他ノードから送信されたフレームが受信可能であり、そのようなフレームの受信起動が到来した場合には、無線通信装置２００は、「１５．４受信状態」ＳＴ１３に遷移してフレームの受信を行い、フレーム受信が完了すると、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０へ戻る。ここでの「フレーム受信完了」とは、１５．４通常プロトコルに則ってフレームを正常に受信した場合だけでなく、受信エラーが生じてその受信動作を終了させる場合も含む。

「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０の際に、装置制御部２０４から、１５．４通常プロトコルを適用してのフレーム送信要求があれば、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、「１５．４送信状態」ＳＴ１２に遷移させて、基本的には、１５．４通常プロトコルに則ったフレーム送信を実施し、フレーム送信の完了後、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０へ戻る。このフレーム送信時においては、１５．４通常プロトコル用の送信に係るフレーム通信設定（通信チャネルの設定やＰＡＮ＿ＩＤの設定）を行ってから、フレーム送信を実施する。ここでの「フレーム送信完了」とは、１５．４通常プロトコルに則ってフレームを正常に送信できた場合だけでなく、エラーが生じて送信動作を終了させる場合も含む。例えば、フレーム送信後に宛先ノードからのＡＣＫ信号を所定時間だけ待っていたが、到来しないようなエラーが生じたときもフレーム送信を終了させる。

この実施形態の場合、１５．４送信状態処理部２０２ｅが実行する「１５．４送信状態」ＳＴ１２における処理に関し、以下のような特有な処理が含まれている。

特有な処理は、フレーム送信完了時点を推定し、その推定結果に応じて、フレーム送信の実行有無を決定する処理である。図５は、この特有な処理を示すフローチャートである。

「１５．４送信状態」ＳＴ１２に遷移すると、まず、開始時にフレーム送信完了の時点を推定し（ステップＳ１００）、推定したフレーム送信完了時点が、前回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１から「ＣＳＬ受信待ち状態周期」だけ経過させた次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時点より前であるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。

なお、時点間の比較ではなく、フレーム送信が完了するまでの期間と、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時点に移行するための残り期間との比較を行うようにしても良い。フレーム送信の完了時点（完了までの期間）の推定には、フレームの「フレーム長から算出する方法」、「予め定めておいた所定期間を利用して求める方法」、「今までのフレーム長の中の最大フレーム長を適用して算出する方法」などのいずれを適用するようにしても良い。また、上記では、「１５．４送信状態」ＳＴ１２に遷移してから図５に示す処理を行うものを示したが、「１５．４送信状態」ＳＴ１２に遷移することなく、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０における処理として、図５に示す処理を実行するようにしても良い。

推定したフレーム送信完了時点が、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時点より前である場合には、宛先ノードに向けてフレームを実際に送信する（ステップＳ１０２）。

これに対して、推定したフレーム送信完了時点が、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時点以降である場合には、フレームを実際に送信することなく、送信エラー（この場合の送信エラーを擬制送信エラーと呼ぶこともある）を設定して、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０に戻る（ステップＳ１０３）。この場合の擬制送信エラーも、装置制御部２０４などの上位レイヤの装置へ通知する。上位レイヤ装置へ通知する際に、一般的な送信エラーではなく、擬制送信エラーであることを明確にして通知することが好ましい。

図５に示す処理により、フレーム送信のために、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移がスキップされるようなことを未然に防止することができる。言い換えると、ＣＳＬプロトコルの規定に違反するようなことを回避することができる。

「１５．４送信状態」ＳＴ１２で送信エラーや擬制送信エラーが生じたときには、フレームの再送を行う。

「１５．４送信状態」ＳＴ１２が送信エラー（擬制送信エラーを除く）で終わった場合には、１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａが、フレームの再送タイミングを制御する。図６は、この制御処理を示すフローチャートである。なお、フレームの再送タイミングの制御を、上位レイヤに係る処理部（装置制御部２０４やそれより上位の処理部）が実行するようにしても良い。

１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部２０２ａは、再送待ち時間をタイマの計時時間として設定した後（ステップＳ１５０）、再送待ち時間を計時させ（ステップＳ１５１）、再送待ち時間の計時が終了したときに、フレームの再送（送信）を開始させるため、「１５．４送信状態」ＳＴ１２に遷移させる（ステップＳ１５２）。

この実施形態の場合、送信エラー（擬制送信エラーを除く）時の再送待ち時間として、「ＣＳＬ受信待ち状態周期」若しくはそれより長い時間を適用する。これにより、再送前に、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１へ遷移することを保証し、再送時に、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１になっていないようにし、更なる再送を防止するようにする（すなわち、再送回数を抑えるようにする）。

「１５．４送信状態」ＳＴ１２が擬制送信エラーで終わった場合における再送処理も、上述した図６の処理とほぼ同様である。しかしながら、適用する再送待ち時間が、一般的な送信エラー時における再送待ち時間と異なっている。例えば、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１へ遷移し、その次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１においてフレームの受信起動がなくて「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０に戻ると仮定し、その仮定下における「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０へ戻る時点までを、擬制送信エラー時における再送待ち時間として設定するようにすれば良い。このように、擬制送信エラー時における再送待ち時間を、一般的な送信エラー時の再送待ち時間と異なるようにしたのは、仮に、擬制送信エラー時の再送待ち時間として、「ＣＳＬ受信待ち状態周期」を設定した場合には、フレーム再送処理時おいても、推定したフレーム送信（再送）完了時点が、次回の「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時点以降となって、再び擬制送信エラーとして扱うようになるためである。

「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０の際に、装置制御部２０４から、ＣＳＬプロトコルを適用してのフレーム送信要求があれば、基本的には、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２は、「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３に遷移させて、ＣＳＬプロトコルに則ったフレーム送信を実施し、フレーム送信の完了後、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０へ戻る。このフレーム送信時においては、ＣＳＬプロトコル用の送信に係るフレーム通信設定（通信チャネルの設定やＰＡＮ＿ＩＤの設定）を行ってから、フレーム送信を実施する。

なお、図２では、「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０から「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３に遷移する場合のみを示しているが、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１において、ＣＳＬプロトコルを適用してのフレーム送信要求があれば、「ＣＳＬ送信状態」ＳＴ２３に遷移させるようにしても良い。この場合、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１から「１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態」ＳＴ３０への復帰を待たずに、ＣＳＬプロトコルに則ったフレーム送信を実施できるようになる。

（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、１つの無線通信部を用いて、１５．４通常プロトコル及びＣＳＬプロトコルといった２つのＭＡＣプロトコルに対応することができる。その結果、実施形態の無線通信装置を小型、安価なものとすることができる。

（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

上記実施形態においては、再送待ち時間が固定時間であるものを示したが、オペレータが外部から設定可能とするようにしても良い。設定値は、任意であるが、上述したように、当該無線通信装置における「ＣＳＬ受信待ち状態周期」を設定することは好ましい。また、外部設定としても、そのときのデフォルト時間を当該無線通信装置における「ＣＳＬ受信待ち状態周期」を設定することは好ましい。

上記実施形態においては、フレーム再送に待ち時間以外の条件を設定していないものを示したが、フレーム再送時刻が、１５．４フレームの宛先ノードがＣＳＬ受信待ち状態にない時刻になっていることを条件とするようにしても良い。宛先ノードの「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移時刻までの残り時間を調べる機能を用いて、宛先ノードがＣＳＬ受信待ち状態にない時刻を確認するようにすれば良い。ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅのノードは、ＭＡＣレイヤを管理するための情報をＭＡＣ ＰＩＢ（ＰＡＮ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ）というデータベースで管理しており、この設定値を、制御チャネルを利用して調べる機能がＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅで規定されている。

上記実施形態においては、「１５．４受信状態」ＳＴ１３の最中に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達しても「ＣＳＬ受信待ち状態」Ｔ２１に遷移させず、「１５．４送信状態」ＳＴ１２の最中に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達しないようにフレームの送信（再送）タイミングを操作するものを示したが、これに代えて、「１５．４送信状態」ＳＴ１２又は「１５．４受信状態」ＳＴ１３の最中に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達した場合には、フレームの送信又は受信を中断して、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１に遷移させるようにしても良い。

このような変形実施形態によれば、ＣＳＬプロトコルに則って他ノードが送信したフレームを確実に受信することができるようになる。

上述のようなフレームの送信又は受信を中断する具体的な方法としては、以下のような方法を挙げることができる。

第１は、現状態が「１５．４送信状態」ＳＴ１２であろうと「１５．４受信状態」ＳＴ１３であろうと、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達すると、現状態を中断させて、「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１へ遷移させる。

第２は、現状態が「１５．４受信状態」ＳＴ１３の場合に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達すると現状態を中断させるが、現状態が「１５．４送信状態」ＳＴ１２の場合に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達しても、現状態を継続させて「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移をスキップさせる。

第３は、現状態が「１５．４送信状態」ＳＴ１２の場合に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達すると現状態を中断させて送信エラーとするが、現状態が「１５．４受信状態」ＳＴ１２の場合に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達しても、現状態を継続させて「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移をスキップさせる。

第４は、「１５．４受信状態」ＳＴ１３の最中に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達すると現状態を中断させて「ＣＳＬ受信待ち状態」Ｔ２１に遷移させ、「１５．４送信状態」ＳＴ１２の最中に「ＣＳＬ受信待ち状態」ＳＴ２１への遷移タイミングに到達しないようにフレームの送信（再送）タイミングを操作する。

なお、１回程度のスキップでは、実際上、ＣＳＬプロトコルに則った通信にほとんど悪影響を与えることがない。

上記実施形態の方法も含めた５種類の方法からいずれか一つをオペレータが設定可能とするようにしても良い。このような設定内容は、例えば、装置制御部２０４を介して、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２に設定される。

また、例えば、アプリケーション（プログラム）に、上述した５つの方法の中から適用する方法を記述しており、適用する方法を、上位レイヤの処理部が装置制御部２０４を介して、マルチＭＡＣプロトコル制御部２０２に設定するようにしても良い。

上記実施形態では、「マルチＭＡＣプロトコル」に対応している無線通信装置を示したが、上位レイヤ若しくは外部から、「マルチＭＡＣプロトコル」、「１５．４通常プロトコル」、「ＣＳＬプロトコル」のいずれを適用するかを設定し得るようにしても良い。選択可能なＭＡＣプロトコルもこれら３種類に限定されず、他の規格などで規定されているＭＡＣプロトコルが含まれていても良い。

上記説明では、本発明に係る無線通信装置の用途例としてスマートメータに言及したが、本発明に係る無線通信装置の用途がスマートメータに限定されないことは勿論である。

また、上記実施形態では、２つのＭＡＣプロトコルが、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇが規定の「１５．４通常プロトコル」と、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅが規定の省電力データ通信のための「ＣＳＬプロトコル」であるものを示したが、２つのＭＡＣプロトコルは、上記と同様な関係にあるものであればこれに限定されるものではない。

２００…無線通信装置、２０１…無線通信部、２０２…マルチＭＡＣプロトコル制御部、２０２ａ…１５．４受信待ち・ＣＳＬ受信休止状態処理部、２０２ｂ…ＣＳＬ受信待ち状態処理部、２０２ｃ…ＣＳＬ受信状態処理部、２０２ｄ…１５．４受信状態処理部、２０２ｅ…１５．４送信状態処理部、２０２ｆ…ＣＳＬ送信状態処理部、２０３…フレーム通信部、２０４…装置制御部。

Claims (2)

1. 第１及び第２のＭＡＣプロトコルが利用可能な無線通信装置において、
   上記第１及び第２のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行うＭＡＣプロトコル制御部と、
   上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信すると共に、上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームとフレームフォーマットが共通な、上記第２のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信するフレーム通信部と
   を有する一つの無線通信部を備え、
   上記ＭＡＣプロトコル制御部は、上記第１のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移と上記第２のＭＡＣプロトコルの状態遷移とを連絡する遷移状態を有して、上記第１及び上記第２のＭＡＣプロトコルを融合させたマルチＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行い、
   さらに、上記ＭＡＣプロトコル制御部は、上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信状態及びフレーム送信状態と、上記第２のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信待ち状態、フレーム受信状態及びフレーム送信状態と、上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信待ち状態であって上記第２のＭＡＣプロトコルに係るフレーム受信休止状態でもある連絡遷移状態を、取り得る状態としている
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 第１及び第２のＭＡＣプロトコルが利用可能な無線通信装置において、
   上記第１及び第２のＭＡＣプロトコルに従った状態遷移及び現状態での処理を行うＭＡＣプロトコル制御部と、
   上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信すると共に、上記第１のＭＡＣプロトコルに則ったフレームとフレームフォーマットが共通な、上記第２のＭＡＣプロトコルに則ったフレームを通信するフレーム通信部と
   を有する一つの無線通信部を備え、
   上記第１のＭＡＣプロトコルに係るフレーム送信状態におけるフレーム送信で失敗し、再送を実施するまでの期間である再送待ち時間が、上記第２のＭＡＣプロトコルに係る相前後するフレーム受信待ち状態の間隔である受信待ち遷移周期と同じ若しくは受信待ち遷移周期より長い
   ことを特徴とする無線通信装置。

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