JP6299074B2 - 無線通信ネットワークシステム、無線通信端末、および、無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信端末に間欠動作周期調整装置を設けることにより同期用ビーコンの送信タイミングが複数の非同期通信端末間で近接しないようにすることで同期用ビーコンが非受信となる事態を避ける無線通信ネットワークシステム、無線通信端末、および、無線通信方法に関し、特に無線による監視制御装置に適用するに有利な無線通信ネットワークシステム、無線通信端末、および、無線通信方法に関する。

従来の無線通信ネットワークシステム、とりわけ間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークシステムにおける各通信端末は、各通信端末が非同期に間欠動作（同期用ビーコン送信）を行っており、同期用ビーコンの衝突が発生しない限りは定周期で間欠動作を行っていた。

図６は、従来から知られている間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法の一例を示すタイミング図である。また図７Ａは、間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法（受信端末動作）を説明するフローチャートである。また図７Ｂは、間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法（送信端末動作）を説明するフローチャートである。

図６と図７Ａとにより受信端末１ａ側の動作をまず説明する。
ステップＳ５１では、図６に示す受信端末１ａの動作期間（ＴＴ＋ＴＲ）において、図示せざる制御部は送信期間ＴＴにおいて電力を無線送信部（図示せず）に供給することにより、無線送信部を送信状態Ｔ１１に移行させる。受信端末１ａが送信状態Ｔ１１である期間ＴＴのときにＩＤ通知信号Ｐ１１を送信端末１ｂに送信する。ＩＤ通知信号は通信端末固有のコードであり、通信端末を識別するためのデータを含んでいる。

ステップＳ５２では、受信端末１ａの制御部は送信期間ＴＴに続く受信期間ＴＲおいて、こんどは電力を無線受信部（図示せず）に供給することにより、無線受信部を受信状態Ｒ１１に移行させる。送信端末１ｂから送信される送信信号Ｐ１２を待ち受ける。送信信号Ｐ１２は目的とする通信端末に転送するデータを有している。

ステップＳ５３では、受信端末１ａの制御部は、一定期間ＴＴの送信状態Ｔ１１とそれに続く一定期間ＴＲの受信状態Ｒ１１の後に無線送信部（図示せず）および無線受信部（図示せず）の電源を切断することにより、スリープ期間ＴＳに移行させるとともに、受信端末１ａの制御部自体もスリープ状態となる。

このように、受信端末１ａの制御部は、一定期間ＴＴの送信状態Ｔ１１とそれに続く一定期間ＴＲの受信状態Ｒ１１をスリープ期間ＴＳだけ間隔を空けながら間欠的に駆動を繰り返す（ステップＳ５１〜Ｓ５３の処理を繰り返す）。

次に、図６と図７Ｂとにより送信端末１ｂ側の動作を説明する。
送信端末１ｂ側では、図６に示す送信事象Ｊ１１が発生するまで送信端末１ｂの制御部（図示せず）は、無線送信部（図示せず）および無線受信部（図示せず）の電源を切断するとともに、送信端末１ｂの制御部自体はスリープ状態に移行している。

ステップＳ５４では、図６に示す送信事象Ｊ１１が発生したことで、送信端末１ｂの制御部は無線受信部（図示せず）に電力を供給し、無線受信部を一定時間ＴＷだけ受信待ち状態Ｒ１２に移行させる。

ステップＳ５５では、目的の通信端末からＩＤ通知信号を受信したかを判定する。つまり、受信待ち状態Ｒ１２となっている送信端末１ｂによってＩＤ通知信号Ｐ１１が受信されると、送信端末１ｂは、ＩＤ通知信号Ｐ１１に含まれる受信端末の識別コードに基づいて、その受信端末が送信相手であるかどうかを判断する。ステップＳ５１で説明したように、受信端末１ａの無線送信部（図示せず）が送信状態Ｔ１１に移行され、無線送信部はＩＤ通知信号Ｐ１１を送信し、受信待ち状態Ｒ１２となっている送信端末１ｂにより受信端末１ａより送信されたＩＤ通知信号Ｐ１１が受信されるとステップＳ５７に移行する。受信できないときはステップＳ５６に移行する。

ステップＳ５６では、受信待ち状態Ｒ１２の最大待ち時間ＴＷの間にＩＤ通知信号Ｐ１１が受信されたかを判定する。ＴＷ時間の範囲内であれば再びステップＳ５５に移行する。ＴＷ時間外（タイムアウト）であればステップＳ５８に移行する。

ステップＳ５７では、受信端末１ａが送信相手であると確認されれば、送信端末１ｂは送信状態Ｔ１２に移行し、送信信号Ｐ１２を受信端末１ａに送信する。一方、ステップＳ５８では、スリープ処理へ移行する。つまり、送信端末１ｂの制御部は、次の送信事象までスリープ状態になる。

図８は、従来の無線通信ネットワークシステムにおける通信が不成功となる要因を説明するためのタイムチャートを示す図である。図８におけるタイミングチャートでは、通信端末１におけるデータ送信要求の発生で通信端末１がデータ送信端末となり、通信端末１のデータを目的とする通信端末２に送信するにあたり定周期で間欠的に送信されてくる通信端末２からの同期用ビーコンが非通信端末(この例では通信端末４，３)からの同期用ビーコンの送信直後であるため通信端末１で受信できないことによる通信不成功の例を表している。

すなわち、図８の例では、データ送信端末である通信端末１を除く複数の通信端末２〜４の同期用ビーコンの送信１回目で、非通信候補である通信端末４、通信端末３および通信候補である通信端末２から同期用ビーコンが時を措かずに同期用ビーコンが送付される。しかして、通信端末１では、最先に送られてくる非通信候補である通信端末４の同期用ビーコンの受信処理を直ちに始めて該同期用ビーコンが示す端末ＩＤが目的の通信端末２であるか否かを処理するため、その後に送信されてくる通信候補である通信端末２からの同期用ビーコンを受信することができない。

同期用ビーコンは、通信端末２ないし４から定周期で送信されてくるため、同期用ビーコンの送信２回目、同期用ビーコンの送信３回目、・・・、同期用ビーコンの送信X回目を経過しても上記と同様、通信候補である通信端末２からの同期用ビーコンを受信することができない。こうして送信X回目を過ぎるとタイムアウトとなって通信確立ができずに通信不成功として処理されることになる。なお、上記同期用ビーコンの送信回数Xは、既定により“X = 5”と設定されている。

上記のような通信が不成功となる要因は、定周期で送られてくる非通信候補端末からの同期用ビーコンの直後に、同じく定周期で通信候補端末が同期用ビーコンを送信しても、データ送信端末が非通信候補端末からの同期用ビーコンの受信処理を最先に始めるため、通信候補端末の同期用ビーコンを長期間（間欠周期のX倍以上）受信することが出来ず、通信が不成功となってしまうものである。このように、送信端末のデータ送信要求を起点に、送信端末が同期用ビーコンを待ち受け、送信端末が受信端末からの同期用ビーコンを受信した直後にデータ送信を行う無線通信ネットワークシステムでは、図８に示されるケースでは既定により送信X回目を過ぎると通信確立ができずタイムアウト処理となって通信が失敗となる。つまり、折角、低電力消費を謳う無線通信ネットワークシステムを採用しても通信が不成功となってしまうケースがいつまでも続くのであれば、低電力消費の有効性が失われる、という問題があった。

下記特許文献１は、一定期間制御パケット（例．ビーコン信号）を受信しない場合に、所定期間内受信されたペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断して通信路に周期的に出現する制御パケットを一定期間受信しない段階において、ネットワーク上で制御パケットが衝突しているために制御パケットを受信できない可能性があるとして、制御パケットの衝突の有無を判断し、制御パケットが衝突していると判断した場合、複数の端末の中の１つの端末に対して、制御パケットの送信タイミングを遅らせる（例．１パケット分）指示を行い、指示を受けた１つの端末から送信される制御パケットは、複数の端末の中の他の端末から送信される制御パケットより後に送信されるので、複数の端末の中の１つの端末から制御パケットを受信できるようにした無線通信システムが記載されている。

再表２００９／１３０９０６号公報

上記した特許文献１は、一定期間制御パケットを受信しない場合に、所定期間内受信されたペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断して通信路に周期的に出現する制御パケットを一定期間受信しない段階において、ネットワーク上で制御パケットが衝突しているために制御パケットを受信できない可能性があるとして、制御パケットの衝突の有無を判断し、制御パケットが衝突していると判断した場合、複数の端末の中の１つの端末に対して、制御パケットの送信タイミングを遅らせる指示を行うことでパケットの衝突回避を行うものである。しかし、一定期間制御パケットを受信しない場合に、所定期間内受信されたペイロード部が不完全な複数の制御パケットのヘッダ部に含まれる送信元アドレスに同一でないものが含まれているか否かを判断してパケットの衝突か否かを判断しているためにパケットの衝突を判断するまでに相当の時間を要し、かつ判断した側から複数の端末の一つに制御パケットを遅らせる指示を出さなければならず、制御が複雑でかつ制御パケットの受信までに相当の時間を要するという問題がある。

また、図８に示す定周期で同期用ビーコンを送信する無線通信システムにあっては、非通信候補端末からの同期用ビーコンの直後に通信候補端末からの同期用ビーコンが送信される場合には、データ送信端末が通信候補の通信端末からの同期用ビーコンを長期間（間欠周期のX倍以上）受信することができないという問題が発生するため、受信端末となる通信端末における同期用ビーコンの送信タイミングが重ならないようにする工夫が望まれていた。

そこで本発明の目的は、通信端末に間欠動作周期調整装置を設けることにより同期用ビーコンの送信タイミングが複数の非同期通信端末間で近接しないようにすることで同期用ビーコンが非受信となる事態を避ける無線通信ネットワークシステム、無線通信端末、および、無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の無線通信ネットワークシステムは、無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおいて、
前記無線通信端末のそれぞれは、無線通信装置、論理中継数記憶装置、通信候補判定装置、および、間欠動作周期調整装置を有し、該間欠動作周期調整装置は、各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
前記無線通信端末のそれぞれは、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
前記データ送信要求の発生によって自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送する無線通信端末は、前記無線通信装置で他の複数の無線通信端末からの前記端末ＩＤパケットの送信を待ち受け、前記無線通信装置が前記他の複数の無線通信端末のいずれかから前記端末ＩＤパケットを受信したら、受信した前記端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するか否かを判定し、判定結果が目的の無線通信端末と一致するものでない場合には、次回以降に送信される他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットを再度待ち受け、再び端末ＩＤパケットを受信したら、受信した端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に再び渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するものであると判定した場合には、前記目的の無線通信端末に情報を転送し、一方、
自らが転送元の無線通信端末とならなかった無線通信端末は、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作周期調整装置の前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算した値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線通信装置に指示することを特徴とする。

また上記目的を達成するために本発明の無線通信端末は、無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信端末であって、
該無線通信端末は、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
該無線通信端末は、少なくとも、無線送信部と、無線受信部と、送受切替え部と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、
無線端末全体を制御する前記制御部は、
データ送信制御部と、間欠動作制御部と、前記無線通信ネットワークシステムにおける各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルとを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
自らが転送元の無線通信端末とならなかった場合には、前記データ送信制御部は、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作制御部を介して前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算した値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線送信部に指示する、ことを特徴とする。

また上記目的を達成するために本発明の無線通信方法は、無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信方法において、
前記無線通信端末のそれぞれは、無線通信装置、論理中継数記憶装置、通信候補判定装置、および、間欠動作周期調整装置を有し、該間欠動作周期調整装置は、各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
前記無線通信端末のそれぞれは、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
前記無線通信端末は、自らが転送元の無線通信端末とならなかった場合には、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作周期調整装置の前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算したタイミング値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線通信装置に指示する、ことを特徴とする。

上記において、前記無線通信端末は、前記データ送信要求の発生によって自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送する場合には、前記無線通信装置で他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットの送信を待ち受け、前記無線通信装置が前記他の複数の無線通信端末のいずれかから前記端末ＩＤパケットを受信したら、受信した前記端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するか否かを判定し、判定結果が目的の無線通信端末と一致するものでない場合には、次回以降に送信される他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットを再度待ち受け、再び端末ＩＤパケットを受信したら、受信した端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に再び渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するものであると判定した場合には、前記目的の無線通信端末に情報を転送する、ことを特徴とする。

本発明によれば、通信端末に間欠動作周期調整装置を設けることにより同期用ビーコンの送信タイミングが複数の通信端末間で近接しないようにすることで同期用ビーコンが非受信となる事態を避けることができる。本発明は、無線による監視制御装置に適用するに有利な間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークシステムにおいて有効であり、当該無線ネットワークシステムの特徴である低電力消費を維持することができる。

本発明の実施形態に係る送信端末と受信端末の構成概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る間欠動作周期調整装置内に納められる要素の値のテーブル例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークの間欠通信方法（受信端末動作）を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークの間欠通信方法（送信端末動作）を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線通信端末のハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークシステムの構成例を示す図である。 従来から知られている間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法の一例を示すタイミング図である。 間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法（受信端末動作）を説明するフローチャートである。 間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークの間欠通信方法（送信端末動作）を説明するフローチャートである。 従来の無線通信ネットワークシステムにおける通信が不成功となる要因を説明するためのタイムチャートを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る送信端末と受信端末の構成概要を示す図である。図１において、通信端末Ａ(10)は、データ送信要求15が生起したことで送信端末となり、通信端末Ｂ(20)および通信端末Ｃ(30)からの同期用ビーコンを待ち受ける。通信端末Ａ(10)は、データ送信要求15が生起しなければ、通信端末Ｂ(20)および通信端末Ｃ(30)の間欠動作周期調整装置21，31と同様に間欠動作周期調整装置11が調整する動作周期で同期用ビーコンを送信する。通信端末Ｂ(20)および通信端末Ｃ(30)は、データ送信要求が図１に示した時点では生起しないものとしているが、実際には、通信端末Ａ(10)と同様、データ送信要求が生起するとも限らず、その時は通信端末の配置関係は図１の例と同じになるとは限らない。つまり、通信端末Ａ(10)、通信端末Ｂ(20)および通信端末Ｃ(30)は、図５に示す無線通信ネットワークの構成要素をなすものであって、図５には示されていない、さらに多くの通信端末によって無線通信ネットワークが構成される。なお、以降の説明では、断りなしに通信端末を単に“無線端末”と称することもあるが、同義のものとして使用する。

図１に示す例では、通信端末Ｂ(20)を通信候補通信端末、通信端末Ｃ(30)を非通信候補通信端末、であるとする。通信候補通信端末および非通信候補通信端末については、図８に示したものと同様であるが、本発明においては、図８を例にとると、同期用ビーコンの送信回数が最大で２回までは同期用ビーコンが近接することが許容されるが、同期用ビーコンの送信回数３回目には同期用ビーコンが近接することが無いようにされている。これについては後述する。

図１において、送信端末としての通信端末Ａ(10)は、間欠動作周期調整装置11、無線通信装置12、通信候補判定装置13および論理中継数記憶装置14を有して構成される。通信端末Ａ(10)は、受信端末としての通信端末Ｂ(20)の無線通信装置22から端末IDパケット(同期用ビーコン)23を受信する。また通信端末Ａ(10)は、受信端末としての通信端末Ｃ(30)の無線通信装置32から端末IDパケット(同期用ビーコン)33を受信する。

通信端末Ａ(10)では、通信端末Ｃ(30)の無線通信装置32から同期用ビーコン33を受信すると、通信候補判定装置13に受信した端末IDを渡す。通信候補判定装置13は渡された端末IDについて論理中継数記憶装置14を参照して該端末IDが所定の論理中継数を有する目的の通信すべき通信端末と一致するか否かを判定し、その結果を通信候補判定装置13に返送する。図１の例では、通信候補判定装置13は、返送された情報を基に通信端末Ｃ(30)が通信候補通信端末と一致しないと判定し、無線通信装置12にその判定結果を返す。その結果、通信端末Ａ(10)から通信端末Ｃ(30)へはデータは送信されずに通信処理を終了する。

一方、通信端末Ａ(10)が通信端末Ｂ(20)の無線通信装置22から同期用ビーコン23を受信すると、通信候補判定装置13に受信した端末IDを渡す。通信候補判定装置13は渡された端末IDについて論理中継数記憶装置14を参照して該端末IDが所定の論理中継数を有する目的の通信候補と一致する通信端末であるか否かを判定し、その結果を通信候補判定装置13に返送する。図１の例では、通信候補判定装置13は、返送された情報を基に通信端末Ｂ(20)が通信候補と一致する通信端末であると判定し、無線通信装置12にその判定結果を返す。その結果、通信端末Ａ(10)から通信端末Ｂ(20)にデータが送信されて通信処理を終了する。

以上の説明では、通信端末Ｃ(30)の無線通信装置32からの同期用ビーコン33の受信処理直後に通信端末Ｂ(20)の無線通信装置22から同期用ビーコン23を受信しないものとして説明したが、通信端末Ｃ(30)の無線通信装置32からの同期用ビーコン33の受信処理直後に通信端末Ｂ(20)の無線通信装置22から同期用ビーコン23を受信したとしても、最大で２回までの同期用ビーコンの受信を行うことを許容しても３回目には目的とする通信端末Ｂ(20)の無線通信装置22から同期用ビーコン23を受信することができるので、図８に示すような通信が不成功になる事態を避けることができる。これについては後述する。

なお、図１では通信端末Ｂ(20)および通信端末Ｃ(30)が受信端末としてのみ機能するとして、間欠動作周期調整装置21，31および無線通信装置22，32が示されているだけであるが、実際には通信端末Ａ(10)と同様に、通信候補判定装置および論理中継数記憶装置を有する。また通信端末Ａ(10)における間欠動作周期調整装置11も通信端末Ａ(10)がデータ送信端末となったことに基づいて受信端末として同期用ビーコンの送信動作をしないようにしている。

次に、本発明の間欠動作周期調整装置の構成および動作について説明する。各通信端末は自らが同期用ビーコンを送信する際に、間欠動作周期調整装置(図１の図示番号21,31参照)の内容に基づいて間欠動作周期を調整する。

図２は、本発明の実施形態に係る間欠動作周期調整装置内に納められる要素の値のテーブル例を示す図である。図２に示すテーブルは、端末IDと要素とで構成されたマトリクスから成り、マトリクスの各交点には要素の値が格納されている。つまり、各通信端末は、起動された後、自身が送信通信端末になっていない場合には、図２のテーブルに示す各自の端末IDの各要素の値にしたがって同期用ビーコンの送信タイミングを以下に示す所定の式(２)により遅延させる。そして図２に示すテーブルにより任意の２端末の同期用ビーコンの間隔が近接する期間は、間欠周期の（X-Y-1）回分に留まり、次回の間欠周期では近接しないように設定することができる。ここでXは、同期用ビーコンの再送回数の最大値であるが、このXは図８に示された従来の同期用ビーコンの最大再送回数と定義された値より小さい値に設定されている。また、Yは、Xが同期用ビーコンの最大再送回数にならないように設定するための余裕度を示している。そしてX,Yともに１以上の整数である。これについては以下で説明する。

一例として、図１に示した間欠動作周期調整装置21,31は、端末IDごとα個の要素(図２の“index”参照)を持ち、任意の連続した間欠周期の（X-Y）個の要素の値の並び(図２参照)が重複しないものとする。間欠動作周期調整装置21,31はα個の要素(図２の“index”参照)を順に参照してその時の要素の値(図２の“index”と“ID番号”とのマトリクスの交点参照)に比例して次の間欠動作を遅延させる。

いま、要素の最大値をβ、ネットワークに存在する端末の最大個数をγとし、間欠周期の(X-Y)個の並びは下記の式(１)を満たす最大値として定義される。

_β+1 C _X-Y-1< γ < _β+1 C _X-Y （１）

上記式(１)の意味する内容は、要素の最大値βに１加算した数(β+1)の中から間欠周期の(X-Y-1)個の並びを選ぶ組合せの数＜γ(ネットワークに存在する端末総数)＜要素の最大値βに１加算した数(β+1)の中から間欠周期の(X-Y)個の並びを選ぶ組合せの数にγが納まれば、ネットワークにおいて最大でも間欠周期の（X-Y-1）個の要素の値の並びしか重複しないように設定することができることを意味している。こうして設定された要素の値が図２のテーブルのマトリクス交点に配置されたものになる。

このことは、同期用ビーコンの衝突が発生しない場合においても、任意の２端末の同期用ビーコンの間隔が近接する期間は、最大でも間欠周期の（X-Y-1）回分となり、次回の間欠周期（X-Y）回目では近接しないため、通信不成功となる同期用ビーコンの近接を確実に避けることが出来る。

いま、要素α= 8、要素の最大値β= 10、ネットワークに存在する端末の最大個数γ= 65とし、間欠周期調整装置21,31の内容を任意の連続した３個の要素の値が重複しないものとした場合には、(X-Y)= 3、(X-Y-1)= 2 となり、上記した式(１)を満足する。

その場合には、２回（(X-Y-1)= 2）連続で近接することはあっても、３回（(X-Y)= 3）連続で近接することがないように要素の値の並びを図２のテーブルに設定することができる。そして遅延時間は下記の式(２)のように表せる。

遅延時間 = (T /100)×要素の値 (２)
ここでTは、従前の例における同期用ビーコンの送信周期(定周期、例えば5秒)
図２のテーブルの内容は実際には各端末IDごとに作成されており、要素の値は、当該テーブルの要素の項目を順に参照して読み出すたびに変わるように設定されていることから、遅延時間が要素を順に参照するごとに変化する。したがって、次回の同期用ビーコンの送出タイミングは、定周期に設定されている同期用ビーコンの送出タイミングTに前記遅延時間が加算された分だけ遅延されて次回における送出タイミングが決定される。

これにより、余裕度Yを１とすると同期用ビーコンのタイミングが間欠周期で２回連続で近接することはあっても、間欠周期が３回連続で近接することはないため、X =４であれば通信が不成功になる事態を避けることが出来る。すなわち従前の例におけるX =５と比較して少なくとも間欠周期１回は減らすことができる。

図３Ａは、本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークの間欠通信方法（受信端末動作）を説明するフローチャートである。また図３Ｂは、本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークの間欠通信方法（送信端末動作）を説明するフローチャートである。なお、本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークも上記した図７Ａ及び図７Ｂに示した間欠的に受信端末を駆動するタイプの無線通信ネットワークである。

次に、図１と図３Ａとにより受信端末、すなわち通信端末ＢおよびＣの動作をまず説明する。その際、図４の無線端末の構成及び図６のタイムチャートを適宜参照するものとする。

ステップＳ１では、間欠動作周期調整装置22，32から要素の値を読出して遅延時間を計算する。遅延時間の計算は、通信端末ＢおよびＣがそれぞれ上記した式(２)に基づいて行う。また要素の値の読出しは、要素（図２に示すテーブルのその時点における“index”）と端末IDにより決定される。たとえば、通信端末Ｂの端末IDが“２”で図２のテーブルの“index”が“４”であれば、要素の値は、“10”となる。この要素の値“10”を上記した式(２)の「要素の値」に代入することで、遅延時間を求めることができる。

ステップＳ２では、図１に示す受信端末の動作期間（ＴＴ＋ＴＲ）において、送信状態制御部205は送信期間ＴＴにおいて電力を無線送信回路203に供給することにより、無線送信回路203を送信状態Ｔ１１に移行させる。受信端末が送信状態Ｔ１１である期間ＴＴのときにＩＤ通知信号Ｐ１１を送信端末、すなわち通信端末Ａに送信する。ＩＤ通知信号は通信端末固有のコードであり、ここでは“同期用ビーコン”に相当する。

ステップＳ３では、受信端末の受信状態制御部206は送信期間ＴＴに続く受信期間ＴＲにおいて、電力を無線受信回路204に供給することにより、無線受信回路204を受信状態Ｒ１１に移行させる。そして送信端末、すなわち通信端末Ａから送信される送信信号Ｐ１２を待ち受ける。送信信号Ｐ１２は目的とする通信端末に転送するデータを有している。

ステップＳ４では、受信端末の送信状態制御部205及び受信状態制御部206は、一定期間ＴＴの送信状態Ｔ１１とそれに続く一定期間ＴＲの受信状態Ｒ１１の後に無線送信回路203および無線受信回路204の電源を切断することにより、スリープ期間ＴＳに移行させるとともに、受信端末の各状態制御部205，206自体がスリープ状態となる。

このように、受信端末の送信状態制御部205及び受信状態制御部206は、一定期間ＴＴの送信状態Ｔ１１とそれに続く一定期間ＴＲの受信状態Ｒ１１をスリープ期間ＴＳだけ間隔を空けながら間欠的に駆動を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す）。

次に、図１と図３Ｂとにより送信端末、すなわち通信端末Ａの動作を説明する。その際、図４の無線端末の構成及び図６のタイムチャートを適宜参照するものとする。
通信端末Ａ側では、図６に示す送信事象Ｊ１１（図１にデータ送信要求15）が発生するまで送信状態制御部205及び受信状態制御部206は、無線送信回路203および無線受信回路204の電源を切断するとともに、送信端末の各状態制御部205，206自体はスリープ状態に移行している。

ステップＳ５では、図６に示す送信事象Ｊ１１（図１にデータ送信要求15）が発生したことで、送信端末、すなわち通信端末Ａの受信状態制御部206は無線受信回路204に電力を供給し、無線受信回路204を一定時間ＴＷだけ受信待ち状態Ｒ１２に移行させる。

ステップＳ６では、目的の通信端末、ここでは通信端末Ｂ、からＩＤ通知信号(同期用ビーコン)を受信したかを判定する。つまり、受信待ち状態Ｒ１２となっている送信端末、すなわち通信端末ＡによってＩＤ通知信号(同期用ビーコン)Ｐ１１が受信されると、送信端末、すなわち通信端末Ａは、ＩＤ通知信号Ｐ１１に含まれる受信端末の識別コードに基づいて、その受信端末が送信相手であるかどうかを判断する。

ステップＳ１で説明したように、受信端末の無線送信回路203が送信状態Ｔ１１に移行され、無線送信回路203はＩＤ通知信号(同期用ビーコン)Ｐ１１を送信し、受信待ち状態Ｒ１２となっている送信端末、すなわち通信端末Ａにより受信端末から送信されたＩＤ通知信号(同期用ビーコン)Ｐ１１が受信されとステップＳ８に移行する。受信できないときはステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、受信待ち状態Ｒ１２の最大待ち時間ＴＷの間にＩＤ通知信号Ｐ１１が受信されたかを判定する。ＴＷ時間の範囲内であれば再びステップＳ６に移行する。ＴＷ時間外（タイムアウト）であればステップＳ９に移行する。

ステップＳ８では、受信端末が送信相手であると確認されれば、送信端末、すなわち通信端末Ａは送信状態Ｔ１２に移行し、送信信号Ｐ１２を受信端末に送信する。一方、ステップＳ９では、スリープ処理へ移行する。つまり、送信端末の各状態制御部205，206は、次の送信事象までスリープ状態になる。

図４は、図１に示した本発明の実施形態に係る無線通信端末のハードウェア構成を示す図である。図４に示す無線通信端末200は、アンテナ201、送受信切替部202、無線送信回路203、無線受信回路204、送信状態制御部205、受信状態制御部206、データ送信制御部207、間欠動作制御部208、要素値格納テーブル209、端末ＩＤパケット判定部210、電源（電池）211、電源ライン212、スイッチ213、スイッチ214とから成る。

送信状態制御部205、受信状態制御部206、データ送信制御部207、間欠動作制御部208及び端末ＩＤパケット判定部210は、図示のＣＰＵ220等が、内蔵の又は不図示の外部メモリ等の記憶装置に予め記憶されている所定のアプリケーションプログラムを読み出し・実行することにより実現される各種機能部である。なお、要素値格納テーブル209は、図２に示されるα個の要素の値を格納するテーブルであって、端末ＩＤごとにα個の要素（インデックス）対応に要素の値を格納しており、間欠動作制御部208が同期用ビーコンを送信指示するとき要素値格納テーブル209を参照してその時点における要素の値を読出し、所定の係数を読出した要素の値に乗算して得られる遅延時間を既定のタイミング値（T）に加算することで次回の同期用ビーコンの送信タイミングを決定し、決定した送信タイミングで送信状態制御部205を制御して同期用ビーコンを送信するようにしている。図１に示す無線通信装置22,32は、同期用ビーコンの送信に係る構成のみを抜粋して表示したものであって、図４におけるアンテナ201、送受信切替部202、無線送信回路203、送信状態制御部205、データ送信制御部207の機能を有していることに相当する。

なお、データ送信制御部207は、図１に示す通信候補判定装置13の機能を有しており、図４には示していない論理中継数記憶装置にアクセスして受信した端末ＩＤパケット（同期用ビーコン）が通信候補の端末ＩＤを含んでいるか否かを判定して通信候補の端末に対してデータを送信するように制御する。

図５は、本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークシステムの構成例を示す図である。図５において本発明の実施形態に係る無線通信ネットワークシステムは、通信開始前にあらかじめ各通信端末で相互に位置情報を遣り取りして各通信端末の位置関係を図１に示した論理中継数記憶装置内に格納するようにした通信端末Ａないし通信端末Ｄより構成されている。

図５の場合、ネットワークトポロジーとしてはメッシュ型であるが、端末Ａと端末Ｄの間は、無線端末に与えられている送信電力では直接通信路が設定できないものとされ、端末Ｄは端末Ｂを中継端末としてデータの送受信を行うものとしている。その意味では、図５の無線通信ネットワークシステムは、メッシュ型構造が完全なものに該当せず、いわばメッシュ型構造が不完全な部類のものである。

そして各端末は、例えば図１に示す通信端末Ａ(10)内に設けられている論理中継数記憶装置14内に、無線通信ネットワークシステムにおける固有の識別番号をＩＤ番号として保持するとともに送信する転送データ（データは通常はパケット化されている）が宛先の通信端末に到達するまでに要する通信回数を論理中継数として記憶するようにしている。

図５の中段に示される、(ａ)ないし(ｄ)は、各端末の論理中継数記憶装置内に格納されるＩＤ番号及び論理中継数の内容を示すものである。一例として、通信端末Ａ（端末ID = 1）の論理中継数について説明すると、１回の中継数でパケットの転送が可能な端末として、通信端末Ｂ（端末ID = 2）、通信端末Ｃ（端末ID = 3）がある。また、少なくとも２回の中継数でパケットの転送が可能な通信端末として、通信端末Ｄ（端末ID = 4）がある。なお、通信端末Ｂ〜Ｄについても、上記通信端末Ａ（端末ID = 1）と同様に、ＩＤ番号及び論理中継数を各通信端末の論理中継数記憶装置内に記憶している。

図５に示す無線通信ネットワークシステム内に新たな通信路が設定されたときや、今まで有効であった通信路が無効になった場合には、各端末がそれぞれ管理している上記の論理中継数を更新する。

またパケットの中継数が増える場合、その途中で障害物等が原因で引き起こされる通信障害により一時的に通信路が途絶し、パケットが相手先まで転送されない場合がある。このような場合に対処するために、各直接通信路の間でパケットの転送が正常に行われたときに、パケットを受信した方の端末は、パケットを送信した端末に対してパケットを受信した旨の返答を送信する。この技術は通常に実施されているので、ここではこれ以上の説明を差し控える。

１０ 通信端末Ａ(データ送信端末)
１１、２１、３１ 間欠動作周期調整装置
１２、２２、３２ 無線通信装置
１３ 通信候補判定装置
１４ 論理中継数記憶装置
１５ データ送信要求
２０ 通信端末Ｂ(通信候補)
２３ 端末ＩＤパケット(同期用ビーコン)
３０ 通信端末Ｃ(非通信候補)
３３ 端末ＩＤパケット(同期用ビーコン)

Claims (4)

1. 無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおいて、
   前記無線通信端末のそれぞれは、無線通信装置、論理中継数記憶装置、通信候補判定装置、および、間欠動作周期調整装置を有し、該間欠動作周期調整装置は、各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
   前記無線通信端末のそれぞれは、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
   前記データ送信要求の発生によって自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送する無線通信端末は、前記無線通信装置で他の複数の無線通信端末からの前記端末ＩＤパケットの送信を待ち受け、前記無線通信装置が前記他の複数の無線通信端末のいずれかから前記端末ＩＤパケットを受信したら、受信した前記端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するか否かを判定し、判定結果が目的の無線通信端末と一致するものでない場合には、次回以降に送信される他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットを再度待ち受け、再び端末ＩＤパケットを受信したら、受信した端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に再び渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するものであると判定した場合には、前記目的の無線通信端末に情報を転送し、一方、
   自らが転送元の無線通信端末とならなかった無線通信端末は、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作周期調整装置の前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算した値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線通信装置に指示することを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
2. 無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信端末であって、
   該無線通信端末は、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
   該無線通信端末は、少なくとも、無線送信部と、無線受信部と、送受切替え部と、アンテナと、無線端末全体を制御する制御部とを備え、
   無線端末全体を制御する前記制御部は、
   データ送信制御部と、間欠動作制御部と、前記無線通信ネットワークシステムにおける各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルとを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
   自らが転送元の無線通信端末とならなかった場合には、前記データ送信制御部は、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作制御部を介して前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算した値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線送信部に指示する、ことを特徴とする無線通信端末。
3. 無線通信端末をメッシュ状に配置し、各無線通信端末は情報を中継・転送することで宛先の無線通信端末に情報を伝達する無線通信ネットワークシステムにおける無線通信方法において、
   前記無線通信端末のそれぞれは、無線通信装置、論理中継数記憶装置、通信候補判定装置、および、間欠動作周期調整装置を有し、該間欠動作周期調整装置は、各無線通信端末に割り当てられた各端末ＩＤ毎に作成された要素値格納テーブルを有し、該要素値格納テーブルは、所定の個数の要素に対してそれぞれ異なる値を不規則に設定して記憶するテーブルであり、前記要素の値の並びが、いずれの２つの端末ＩＤ間においても所定の回数を超えて重複することがないように設定されており、
   前記無線通信端末のそれぞれは、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生しなければ、間欠的に端末ＩＤパケットを送信するようにスリープ状態から間欠的に駆動され、一方、自らの無線通信端末においてデータ送信要求が発生した場合には、自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送するように駆動され、
   前記無線通信端末は、自らが転送元の無線通信端末とならなかった場合には、端末ＩＤパケットの送信を行うためにスリープ状態から間欠的に駆動される度に、前記間欠動作周期調整装置の前記要素値格納テーブルの要素を順に参照してその時の要素の値を読み出し、読み出した前記要素の値に所定の係数を乗算したタイミング値を遅延時間として既定のタイミング値に加算した端末ＩＤパケットの送信タイミングで前記端末ＩＤパケットを送信するよう前記無線通信装置に指示する、ことを特徴とする無線通信方法。
4. 前記無線通信端末は、前記データ送信要求の発生によって自らが転送元の無線通信端末となって情報を目的の無線通信端末に情報転送する場合には、前記無線通信装置で他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットの送信を待ち受け、前記無線通信装置が前記他の複数の無線通信端末のいずれかから前記端末ＩＤパケットを受信したら、受信した前記端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するか否かを判定し、判定結果が目的の無線通信端末と一致するものでない場合には、次回以降に送信される他の複数の無線通信端末からの端末ＩＤパケットを再度待ち受け、再び端末ＩＤパケットを受信したら、受信した端末ＩＤパケットから端末ＩＤを抽出して前記通信候補判定装置に再び渡し、該通信候補判定装置は渡された前記端末ＩＤを前記論理中継数記憶装置に照会して前記端末ＩＤが所定の論理中継数を有する目的の無線通信端末と一致するものであると判定した場合には、前記目的の無線通信端末に情報を転送する、ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。