JP6470207B2 - 中継機および無線システム - Google Patents

Description

本発明は、中継機および無線システムに関し、電文を中継送信する技術に関する。

複数の無線装置によって構成されるマルチホップ通信システムが広く用いられている。マルチホップ通信システムでは、１つの無線装置から送信された電文（パケット）が他の無線装置によって中継送信され、宛先の無線装置で受信される。マルチホップ通信システムの通信経路には、複数の無線装置のうちいずれかを基幹ノードとし、その他の無線装置を中継ノードまたは末端ノードとするツリー形状のものがある。基幹ノードはツリー形状の根幹をなす。中継ノードはツリー形状における分岐点または分岐のない中継点をなし、末端ノードはツリー形状における末端をなす。

また、マルチホップ通信システムの通信経路には、複数のノードが網目状に結ばれたメッシュ形状のものがある。メッシュ形状の通信経路は、ツリー形状の通信経路において、中継ノードまたは末端ノードを他のノードに接続し、通信経路を追加したものに相当する。

マルチホップ通信システムによれば、基幹ノードが、複数の末端ノードから情報を収集するシステムを構成することができる。このような情報収集システムでは、例えば、オフィスや集合住宅等の建造物に散在して配置された末端ノードに、電力量計、ガスメータ等の計測器が設けられる。また、畑、果樹園等の農地に散在して配置された末端ノードに温度センサ、湿度センサ等のセンサが設けられた情報収集システムもある。各末端ノードは、自らに接続された計測器やセンサから計測データを取得する。

基幹ノードは、計測データの送信を要求するポーリング要求電文を中継ノードを介して末端ノードに送信する。ポーリング要求電文を受信した末端ノードは、計測データを含む応答電文を中継ノードを介して基幹ノードに送信する。これによって、基幹ノードは各末端ノードから計測データを収集する。

以下の特許文献１には、マルチホップ通信システムが記載されている。このシステムにおける複数のノード間の通信経路はメッシュ形状を有する。各ノードから基幹ノードに至る通信経路は複数通りあり、その中から通信状況が良好であるものが選択される。特許文献２には、複数のノードを備える無線通信システムが記載されている。各ノードは、他のノードとの間で無線通信を行い、ノード間で情報を送受信するためのルーティングテーブルを生成する。各ノードは、ルーティングテーブルに従う通信経路で電文を送受信する。

特開２０１１−２２３４４２号公報 特開２００９−４９７５号公報

基幹ノードが、複数の末端ノードから情報を収集するシステムでは、末端ノードの数が増加すると、各末端ノードから情報を収集するのに長時間を要し、基幹ノードおよび中継ノードで消費される電力が増加することがある。

本発明は、ポーリング要求電文および応答電文を送受信するために要される電力を低減することを目的とする。あるいは、本発明は、複数の無線装置から迅速に情報を収集することを目的とする。

本発明は、電文を中継送信する中継機において、ポーリング要求電文であって、送信先の装置に対する指令情報を含むポーリング要求電文を受信するポーリング要求受信部と、前記ポーリング要求電文を送信するポーリング要求送信部と、前記ポーリング要求電文が送信された後に、省電力期間だけ前記中継機を省電力モードに設定する省電力モード設定部と、前記ポーリング要求電文を受信した無線装置から送信された応答電文を、前記省電力期間が経過した後に受信する応答受信部と、前記応答電文を送信する応答送信部と、を備え、前記ポーリング要求電文は、１つまたは複数の無線装置による中継経路を示すルーティング情報を含み、前記省電力モード設定部は、前記ポーリング要求受信部で受信された前記ポーリング要求電文に含まれる前記ルーティング情報に基づいて、前記送信先の装置との間に介在する中継ノード数を求め、当該中継ノード数に基づいて、前記省電力期間を決定することを特徴とする。

本発明に係る中継機は、無線回路および制御部を備えてもよい。制御部はプロセッサ等の演算処理デバイスを備え、プログラムによって電文に対する処理を実行するものであってもよい。この場合、制御部は無線回路と共に、ポーリング要求受信部、ポーリング要求送信部、応答受信部および応答送信部を構成してもよい。また、制御部は、省電力モード設定部を構成してもよい。

望ましくは、前記ポーリング要求電文は、前記中継経路における宛先をなす宛先無線装置であって、前記送信先の装置としての複数の子機に対して同報中継送信を行う宛先無線装置を特定する情報を含み、前記宛先無線装置に対し、複数の前記子機に対する同報中継送信を行わせる。

本発明の関連技術は、電文を中継送信する中継機において、ポーリング要求電文であって、送信先の子機に対する指令情報を含むポーリング要求電文を受信するポーリング要求受信部と、前記ポーリング要求電文を送信するポーリング要求送信部とを備え、前記ポーリング要求電文は、１つまたは複数の無線装置による中継経路を示すルーティング情報と、前記中継経路における宛先である宛先無線装置であって、複数の前記子機に対して同報中継送信を行う宛先無線装置を特定する情報と、を含み、前記ポーリング要求送信部は、前記宛先無線装置を特定する情報が前記中継機を特定する情報と一致する場合に、複数の前記子機に対する同報送信を行い、各前記子機は、前記ポーリング要求電文を受信したタイミングを基準としたタイミングスロットで応答データ電文を送信し、前記中継機は、さらに、複数の前記子機から送信された複数の前記応答データ電文を受信する応答電文受信部と、複数の前記応答データ電文のそれぞれから、前記指令情報に応じた応答データを抽出するデータ抽出部と、複数の前記応答データ電文のそれぞれから抽出された前記応答データを含む応答電文を生成する応答電文生成部と、前記応答電文を送信する応答送信部と、を備えることを特徴とする。

本発明の関連技術に係る中継機は、無線回路および制御部を備えてもよい。制御部は、プロセッサ等の演算処理デバイスを備え、プログラムによって電文に対する処理を実行するものであってもよい。この場合、制御部は無線回路と共に、ポーリング要求受信部およびポーリング要求送信部を構成してもよい。

本発明の関連技術に係る中継機を無線回路および制御部を備えるものとした場合、制御部は応答電文生成部を構成し、制御部は無線回路と共に、応答送信部を構成してもよい。

望ましくは、前記同報送信が終了してから最初に前記応答データ電文を受信するまでの時間帯に、前記中継機を省電力モードに設定する省電力モード設定部を備える。

本発明の関連技術に係る中継機は、無線回路および制御部を備え、制御部が省電力モード設定部を構成するものとしてもよい。

望ましくは、前記中継機においては、前記応答電文は、前記ルーティング情報が示す中継経路を逆方向とした中継経路を示す情報を含む。

本発明の関連技術は、前記中継機と共に用いられる無線システムにおいて、複数の前記子機を備え、各前記子機は、前記ポーリング要求電文を受信する受信部と、前記ポーリング要求電文に含まれる前記指令情報に従って前記応答データを生成し、前記応答データ電文を生成する電文生成部と、前記応答データ電文を送信する送信部と、を備え、各前記子機が備える前記送信部は、互いに異なるタイムスロットであって、各前記子機で前記ポーリング要求電文が受信されたタイミングを基準としたタイムスロットで、前記応答データ電文を送信することを特徴とする。

各子機は、無線回路および制御部を備えてもよい。制御部は、プロセッサ等の演算処理デバイスを備え、プログラムによって電文に対する処理を実行するものであってもよい。この場合、制御部が無線回路と共に、受信部および送信部を構成してもよい。制御部は電文生成部を構成してもよい。

本発明によれば、ポーリング要求電文および応答電文を送受信するために要される電力を低減することができる。あるいは、本発明によれば、複数の無線装置から迅速に情報を収集することができる。

情報収集システムの構成を示す図である。 各装置が実行する処理のタイミングを示す図である。 ポーリング要求電文の構成を示す図である。 計測データ電文の構成を示す図である。 応答電文の構成を示す図である。 親機のハードウエアの例を示す図である。 子機のハードウエアの例を示す図である。 中継機のハードウエアの例を示す図である。 情報収集システムを応用した計測システムを示す図である。

図１には本発明の実施形態に係る情報収集システムの構成が示されている。情報収集システムは、制御装置１０、親機１２、中継機１４−０〜１４−３、および子機グループ１６−１〜１６−３を備えている。各子機グループ１６−ｉ（ｉ＝１〜３）は、複数の子機１８ｉ−ｊ（ｊ＝１、２、・・・・）から構成されている。親機１２、各中継機１４−０〜１４−３、および子機１８ｉ−ｊは、電波によって電文を送受信する無線装置である。

各装置には電文を送受信する際に各装置を特定するためのＩＤ（IDentification）が割り当てられている。本実施形態では親機１２にＩＤとして符号「Ｐ」が割り当てられている。また、中継機１４−０〜１４−３には、それぞれ、ＩＤとして符号「０」、「１」、「２」および「３」が割り当てられている。

図１では、有線による通信経路が実線によって、無線による通信経路が破線によって示されている。無線による通信経路は、通信経路の一端側の装置が他端側の装置でない装置から送信された電文を受信したとしても、その電文に対する処理を実行しないことによって形成される。

親機１２は制御装置１０に有線接続されている。親機１２は情報収集システムにおける基幹ノードである。親機１２と中継機１４−０との間には無線による通信経路が形成されている。また、中継機１４−０と各中継機１４−ｉとの間にも無線による通信経路が形成されている。すなわち、中継機１４−０は、親機１２および中継機１４−ｉとの間の中継ノードである。中継機１４−ｉは末端ノードであるが、子機グループ１６−ｉに属する複数の子機に対して電文の同報送信を行う。ここで同報送信とは、１つの電文を複数の子機に宛てて送信する通信形態をいう。

各子機は温度センサ、湿度センサ、水位センサ、照度センサ等のセンサ２１を備えている。図１には、各子機について種類が異なる２つのセンサ２１が示されているが、各子機は、１つまたは種類が異なる３個以上のセンサを備えていてもよい。各子機は、センサ２１によって計測データを取得する。

制御装置１０が、子機グループ１６−ｉに属する各子機から計測データを収集する処理の概要について説明する。図２には、制御装置１０、親機１２、中継機１４−０、中継機１４−ｉ、および子機１８ｉ−１〜１８ｉ−３が実行する処理のタイミングが示されている。各装置から下方向に伸びている軸は時間軸である。

制御装置１０は、子機に対して計測データの送信を要求するポーリング要求電文を親機１２に送信する（Ｓ１）。このポーリング要求電文は子機に対する指令を含むものであるが、一旦、中継機１４−ｉを宛先とする。親機１２は中継機１４−０にポーリング要求電文を中継送信し（Ｓ２）、中継機１４−０は中継機１４−ｉにポーリング要求電文を中継送信する（Ｓ３）。中継機１４−ｉは、自らに宛てられたポーリング要求電文を受信したことを認識すると、そのポーリング要求電文を子機１８ｉ−１〜１８ｉ−３に同報中継送信する（Ｓ４）。各子機は、ポーリング要求電文に対する応答データ電文として、次のように計測データ電文を生成し送信する。

各子機は、ポーリング要求電文を受信したことを認識すると、ポーリング要求電文に含まれる指令情報に従い、計測データを含む計測データ電文を生成する。各子機は、同一の子機グループに属する複数の子機と送信時間帯が重ならないように、中継機１４−ｉを宛先として計測データ電文を送信する（Ｓ５−１〜Ｓ５−３）。すなわち、ポーリング要求電文が各子機に送信された時刻から時間τだけ経過した時刻以降には、複数のタイムスロットを含む応答時間帯Ｒｓが定められている。各子機は、ポーリング要求電文を受信したタイミングに基づいて、複数のタイムスロットのうち自らに割り当てられたタイムスロットを認識し、そのタイムスロットで計測データ電文を送信する（Ｓ５−１〜Ｓ５−３）。各子機がタイムスロットを認識する処理は、ポーリング要求電文に含まれている制御情報に基づいて行われる。すなわち、ステップＳ５−１〜Ｓ５−３を実行するに際し、各子機は制御情報を参照し、ポーリング要求電文を受信したタイミングを基準として、自らが計測データを送信すべきタイムスロットを認識する。

中継機１４−ｉは、各子機から受信した計測データ電文から計測データを抽出する。そして、親機１２を宛先とし、各計測データを含む応答電文を生成し送信する（Ｓ６）。中継機１４−０は親機１２に応答電文を中継送信する（Ｓ７）。親機１２は、自らに宛てられた応答電文を受信すると、その応答電文を制御装置１０に送信する（Ｓ８）。制御装置１０は、応答電文に含まれる各計測データを取得する。

このように、情報収集システムでは、制御装置１０からポーリング要求電文が送信され、親機１２、中継機１４−０および１４−ｉによる中継送信を介して、データ収集対象の子機グループ１６−ｉに属する各子機にポーリング要求電文が送信される。ポーリング要求電文を受信した各子機からは計測データ電文が中継機１４−ｉに送信され、中継機１４−ｉは各計測データを１つの応答電文に含ませて送信する。応答電文は、中継機１４−０および親機１２の中継送信によって制御装置１０に送信される。制御装置１０は、応答電文に含まれる各計測データを取得する。

このような処理によれば、制御装置１０から中継機１４−ｉに対しては、中継機１４−ｉを宛先としたポーリング要求電文が送信され、ポーリング要求電文を受信した中継機１４−ｉが、複数の子機に対してポーリング要求電文を同報中継送信する。そして、中継機１４−ｉは、複数の子機のそれぞれから回収した計測データを１つの応答電文に纏めて制御装置１０に送信する。したがって、親機１２および各中継機が、複数の子機のそれぞれに対して個別にポーリング要求電文を送信する場合に比べて、計測データの収集が迅速に行われ、さらには、情報収集システムで伝送される電文の数が少なくなる。

次に、各電文の構成と各装置が実行する具体的な処理について説明する。図３には、ポーリング要求電文の構成が示されている。ポーリング要求電文は、送信元ＩＤ記述部２０、ネクストホップＩＤ記述部２２、種別情報記述部２４およびペイロード情報記述部２６を含む。送信元ＩＤ記述部２０には電文の送信元の装置のＩＤが記述される。ネクストホップＩＤ記述部２２には、送信元の装置に通信経路上で隣接し、ポーリング要求電文を受信すべき装置のＩＤが記述される。種別情報記述部２４には電文の種別を示す情報が記述される。図３に示される例では、電文がポーリング要求電文であることを示す情報が記述される。

ペイロード情報記述部２６は、ルーティング情報記述部２８および指令情報記述部３０を含む。ルーティング情報記述部２８および指令情報記述部３０には、それぞれ、ルーティング情報および指令情報が記述される。ルーティング情報は、送信源の装置から宛先の装置に至るまでの通信経路を、各装置のＩＤによって示したものである。すなわち、ルーティング情報は、送信源の装置、中継経路、および宛先の装置を特定する情報である。

例えば、中継機１４−１が宛先である場合には、親機１２から中継機１４−０を経て中継機１４−１に至る通信経路によってポーリング要求電文が中継機１４−１に送信される。そのため、ルーティング情報は、電文を送信する順にＩＤを配列した符号列「Ｐ、０、１」となる。同様に、中継機１４−２が宛先である場合には、ルーティング情報は符号列「Ｐ、０、２」となり、中継機１４−３が宛先である場合には、ルーティング情報は符号列「Ｐ、０、３」となる。

指令情報記述部３０は、子機指定情報記述部３２、センサ指定情報記述部３４および制御情報記述部３６を含む。子機指定情報記述部３２およびセンサ指定情報記述部３４には、各子機に計測データを取得させるための情報として、それぞれ、子機指定情報およびセンサ指定情報が記述される。子機指定情報は、計測データの回収対象となる子機を指定する情報である。

例えば、中継機１４−１が宛先である場合には、計測データの回収対象となり得る子機は、子機グループ１６−１に属する子機である。このうち、子機１８１−１および１８１−２のみを計測データの回収対象とする場合には、子機指定情報はＩＤ「１８１−１」および「１８１−２」を含むものとなる。

センサ指定情報は、計測データの回収対象とするセンサを指定する情報である。例えば、計測データの回収対象である子機が、温度センサ、湿度センサ、水位センサおよび照度センサを備えている場合、これらのセンサのうちいずれから計測データを取得すべきかが指定される。計測データの回収対象とする子機が複数ある場合には、センサ指定情報は、各子機ごとに個別にセンサを指定する情報であってもよい。

例えば、子機指定情報によって子機１８１−１および１８１−２が指定される場合、センサ指定情報は、子機１８１−１に対しては温度センサのみを指定し、子機１８１−２に対しては温度センサ、湿度センサおよび水位センサを指定する情報であってもよい。

制御情報記述部３６には、計測データの回収対象とする子機を制御するための制御情報が記述される。制御情報には、応答時間帯を規定する情報や、応答時間帯に含まれるタイムスロットを各子機に割り当てる情報が含まれる。応答時間帯を規定する情報としては、例えば、ポーリング要求電文を受信してから応答時間帯が開始されるまでの時間を規定する情報がある。タイムスロットを割り当てる情報としては、各タイムスロットを識別する番号を子機に対して割り当てる情報がある。

制御装置１０、親機１２、各中継機および各子機が、図３に示されるポーリング要求電文に対して実行する処理について図２を参照しつつ説明する。ここで説明する処理によって、図２のステップＳ１〜Ｓ４に示されるようにポーリング要求電文が中継送信される。

最初に情報収集システムを形成する各装置は通信経路を形成する処理を実行し、制御装置１０は経路情報を記憶する。通信経路を形成する処理には、例えば、無線装置の相互間で通信経路形成用の電文を送受信し、自らに隣接する無線装置を探索する処理がある。特開２０１３−２４３５１９号公報には、マルチホップ通信システムにおいて通信経路を形成する処理が記載されている。また、経路情報は、ユーザの操作によって制御装置に記憶されてもよい。

制御装置１０は、種別情報記述部２４に電文がポーリング要求電文であることを示す情報を記述して、ポーリング要求電文を生成する。制御装置１０は、ポーリング要求電文における送信元ＩＤ記述部２０に親機１２のＩＤ「Ｐ」を記述する。また、ネクストホップＩＤ記述部２２に中継機１４−０のＩＤ「０」を記述し、ルーティング情報記述部２８には、ルーティング情報として符号列「Ｐ、０、ｉ」を記述する。制御装置１０は、さらに、計測データを回収すべき子機およびセンサを指定するための所定の情報を指令情報記述部３０に記述する。制御装置１０は、所定の情報を記述したポーリング要求電文を親機１２に送信する。親機１２は、ポーリング要求電文を制御装置１０から受信し、そのポーリング要求電文を送信する。

なお、制御装置１０がポーリング要求データを生成する代わりに、親機１２がポーリング要求データを生成してもよい。この場合、制御装置１０は、ポーリング要求電文を生成し送信すべき旨の指令情報を親機１２に送信する。親機１２は、指令情報に従い、ポーリング要求電文を生成し送信する。

各中継機は、ポーリング要求電文を受信し、ネクストホップＩＤ記述部２２に記述されているＩＤ（ネクストホップＩＤ）が、自らのＩＤと一致するか否かを判定する。そして、ネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致しないときは、そのポーリング要求電文に対する処理を終了する。一方、ネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致するときは、中継機は、ルーティング情報によって示される宛先ＩＤが自らのＩＤと一致するか否かを判定する。そして、宛先ＩＤが自らのＩＤに一致しないときは、送信元ＩＤ記述部２０のＩＤを自らのＩＤに書き換え、ネクストホップＩＤ記述部２２のＩＤを自らに隣接する装置のＩＤに書き換えて、ポーリング要求電文を中継送信する。なお、ネクストホップＩＤ記述部２２のＩＤを書き換える際には、中継機は、ルーティング情報を参照することで、自らに隣接する装置のＩＤを取得する。

ネクストホップＩＤが自らのＩＤと一致し、かつ、宛先ＩＤが自らのＩＤと一致する中継機は、次のような同報中継送信を実行する。すなわち、中継機は、ポーリング要求電文における送信元ＩＤ記述部２０のＩＤを自らのＩＤに書き換え、さらに、ネクストホップＩＤ記述部２２のＩＤを子機同報ＩＤに書き換えて、ポーリング要求電文を送信する。ここで、子機同報ＩＤは、同報中継送信の対象となる複数の子機に対して共通に割り当てられたＩＤである。例えば、子機グループ１６−２を構成する総ての子機を同報中継送信の対象とする場合には、子機グループ１６−２を構成する総ての子機に対して共通に割り当てられた子機同報ＩＤがネクストホップＩＤ記述部２２に記述される。

ネクストホップＩＤとして子機同報ＩＤが記述されたポーリング要求電文を受信した各子機は、その子機同報ＩＤが自らに割り当てられているか否かを判定する。子機同報ＩＤが自らに割り当てられていないときは、その子機はポーリング要求電文に対する処理を終了する。一方、子機同報ＩＤが自らに割り当てられているときは、その子機は指令情報に従った処理を実行する。すなわち、子機指定情報によって、計測データを回収すべき子機として指定されている場合、子機はセンサ指定情報を参照し、センサ指定情報によって指定されるセンサから計測データを取得する。そして、１種類のセンサによる計測データ、または、複数種類のセンサによる各計測データを含む計測データ電文を生成する。子機は、ポーリング要求電文の送信元の中継機に計測データ電文を送信する。一方、子機指定情報によって、計測データを回収すべき子機として指定されていない場合は、その子機はポーリング要求電文に対する処理を終了する。

図４には、各子機が送信する計測データ電文の構成が示されている。計測データ電文は、中継機ＩＤ記述部３８、取得状態記述部４０、センサデータ記述部４２を備える。中継機ＩＤ記述部３８には、計測データ電文の送信先の中継機のＩＤが記述される。取得状態記述部４０には、計測データが問題なく取得されたセンサを識別する取得状態情報が記述される。すなわち、センサからは不完全な動作等によって精度が不十分な計測データが取得される場合があり、十分な精度を有する計測データが取得されたセンサが取得状態情報によって特定される。センサデータ記述部４２には、Ｌ個のセンサから取得された計測データ１〜計測データＬが記述される。

図２のステップＳ５−１〜Ｓ５−３において、子機グループ１６−ｉに属する各子機は、中継機１４−ｉのＩＤ「ｉ」を中継機ＩＤとして記述し、各計測データを記述した計測データ電文を送信する。この際、各子機は、ポーリング要求電文に含まれていた制御情報を参照し、応答時間帯Ｒｓに含まれる複数のタイムスロットのうち自らに割り当てられたタイムスロットを認識し、そのタイムスロットにおいて計測データ電文を送信する。

図５には応答電文の構成が示されている。応答電文は、送信元ＩＤ記述部４４、ネクストホップＩＤ記述部４６、種別情報記述部４８およびペイロード情報記述部５０を含む。送信元ＩＤ記述部４４、ネクストホップＩＤ記述部４６および種別情報記述部４８は、それぞれ、図３に示されているポーリング要求電文が含む送信元ＩＤ記述部２０、ネクストホップＩＤ記述部２２および種別情報記述部２４と同様の機能を有する。ただし、種別情報記述部４８には、応答電文であることを示す情報が記述される。

ペイロード情報記述部５０は、ルーティング情報記述部５２および応答情報記述部５４を含む。ルーティング情報記述部５２および応答情報記述部５４には、それぞれ、ルーティング情報および応答情報が記述される。応答電文におけるルーティング情報は、ポーリング要求電文におけるルーティング情報と同様の様式を有する。

例えば、親機１２が宛先である場合には、中継機１４−１から中継機１４−０を経て親機１２に至る通信経路によって応答電文が親機１２に送信される。ルーティング情報は、電文を送信する順にＩＤを配列した符号列「１、０、Ｐ」となる。同様に、中継機１４−２から中継機１４−０を経て親機１２に至る通信経路についてのルーティング情報は符号列「２、０、Ｐ」となり、中継機１４−３から中継機１４−０を経て親機１２に至る通信経路についてのルーティング情報は符号列「３、０、Ｐ」となる。後述のように、各中継機は、ポーリング要求情報に含まれていたルーティング情報を応答電文に援用する。

応答情報は、取得台数記述部５６および子機情報記述部５８を含む。取得台数記述部５６には、計測データの回収対象とした子機の台数が記述される。子機情報記述部５８には、Ｍ個の子機から送信された子機情報１〜子機情報Ｍが記述される。各子機情報は、図４に示される計測データ電文から中継機ＩＤ３８を取り除いたものに相当する。

各子機、各中継機、親機１２および制御装置１０が、図５に示される応答電文に対して実行する処理について図２を参照しつつ説明する。ここで説明する処理によって、図２のステップＳ６〜Ｓ８に示されるように応答電文が中継送信される。

ステップＳ６〜Ｓ８に示される中継送信を実行するため、中継機１４−ｉはステップＳ４でポーリング要求電文を送信すると共に、ポーリング要求電文に含まれていたルーティング情報を記憶する。

中継機１４−ｉは、電文が応答電文であることを示す情報を種別情報記述部４８に記述して、応答電文を生成する。中継機１４−ｉは、応答電文における送信元ＩＤ記述部４４に中継機１４−ｉのＩＤ「ｉ」を記述し、ネクストホップＩＤ記述部４６に自らに隣接する中継機１４−０のＩＤ「０」を記述する。中継機１４−ｉは、ステップＳ４と共に記憶されたルーティング情報につき中継送信方向を逆にしたものをルーティング情報記述部５２に記述する。中継機１４−ｉは、各子機から受信した計測データ電文から計測データを抽出する。そして、各計測データに基づいて応答情報を生成し、応答情報記述部５４に記述する。中継機１４−ｉは、所定の情報を記述した応答電文を送信する。

ポーリング要求電文に対する処理と同様の処理によって、中継機１４−０は親機１２に応答電文を中継送信する。親機１２は、自らに宛てられた応答電文を受信すると、その応答電文を制御装置１０に送信する。制御装置１０は、応答電文に含まれる各計測データを取得する。

親機１２および中継機の省電力モードでの動作について図２を参照して説明する。親機１２および中継機は、電文の送受信を行う通常モードと、電文の送受信を行わず消費電力が低減される省電力モードのいずれかのモードで動作する。親機１２および中継機は、電文の送受信を行う通信回路、動作タイミングを規定するクロック回路等を備えている。省電力モードでは、通信回路への供給電力が遮断され、クロック回路等、必要最小限の回路のみに電力が供給される。

親機１２は、ステップＳ２でポーリング要求電文を送信した後、ステップＳ７で応答電文を受信する前までの省電力期間の間、省電力モードで動作する。中継機１４−０は、ステップＳ３でポーリング要求電文を送信した後、ステップＳ６で応答電文を受信する前までの省電力期間の間、省電力モードで動作する。中継機１４−ｉは、ステップＳ４でポーリング要求電文を送信した後、応答時間帯Ｒｓが始まる前までの省電力期間の間、省電力モードで動作する。

親機１２の省電力期間は、ポーリング要求電文に含まれるルーティング情報に基づいて設定される。すなわち、親機１２は、ポーリング要求電文に含まれていたルーティング情報に基づいて、宛先の装置との間に介在する中継ノード数Ｒを求める。図２に示される例では、宛先である中継機１４−ｉと親機１２との間に中継ノードとして中継機１４−０が介在するため、中継ノード数Ｒは１である。

親機１２は、中継ノード数Ｒに電文送信時間ｔを乗じた値を２倍し、宛先の装置が計測データを取得するのに要するデータ取得時間Ｔを加算し、さらに所定のマージン時間δを減算することで、省電力期間の時間長Ｔｓを求める。すなわち、次の（数１）に基づいて省電力期間の時間長Ｔｓを求め、省電力期間を設定する。

（数１）Ｔｓ＝２・Ｒ・ｔ＋Ｔ−δ

電文送信時間ｔは、送信側の装置が電文を送信してから、受信側の装置で受信されるまでに必要とされる時間である。本実施形態では、受信側の装置が、所定の時間間隔で間欠的に電文を受信してもよい。この場合、送信側の装置が電文を送信したとしても、受信側で電文が受信されるまでに、その時間間隔が要されることがある。

データ取得時間Ｔは、ステップＳ４についての電文送信時間ｔ、ステップＳ４が完了した時刻から応答時間帯Ｒｓが開始するまでの時間τ、応答時間帯Ｒｓの時間長、およびステップＳ６についての電文送信時間ｔを併せた時間である。

マージン時間δは、送信側の装置から電文が送信されたときに、通信状況によっては受信側の装置が省電力モードから通常モードに切り替わっていない状態となることを回避する時間である。マージン時間δは、例えば、実験またはシミュレーションによって定められる。通信状況によってはマージン時間δを０としてもよい。

中継機１４−０の省電力期間も、親機１２の省電力期間と同様に設定される。すなわち、中継機１４−０は、ポーリング要求電文に含まれるルーティング情報に基づき、（数１）に従って省電力期間の時間長Ｔｓを求め、省電力期間を設定する。

ここでは、親機１２と宛先の中継機との間に、中継ノードとして１つの中継機が介在する例について説明した。中継ノードとして２つ以上の中継機が介在する場合にも、中継ノードとしての各中継機は、ポーリング要求電文に含まれるルーティング情報に基づき、（数１）に従って省電力期間の時間長Ｔｓを求め、省電力期間を設定する。

また、宛先の中継機は、ポーリング要求電文に含まれる制御情報を参照し、ポーリング要求電文を送信してから、応答時間帯Ｒｓが開始する前までの時間を求め、省電力期間を設定する。

なお、図２には示されていないが、各子機は、ポーリング要求電文を受信してから計測データ電文を送信する前までの間に省電力期間を設定し、省電力モードで動作してもよい。この場合各子機は、ポーリング要求電文に含まれる制御情報に基づいて、省電力期間を設定する。

このように、情報収集システムを構成する各装置が省電力期間を設定し、省電力期間において省電力モードで動作することで、各装置で消費される電力が低減される。これによって、各装置をバッテリで動作させる等、各装置の電源供給源についての設計自由度が高まる。

図６には、親機１２のハードウエアの構成例が示されている。親機１２は、無線回路６６、制御部６４、および通信ポート６８を備える。通信ポート６８は制御部６４を制御装置に有線接続し、制御装置から出力された電文を制御部６４に出力し、制御部６４から出力された電文を制御装置に出力する。無線回路６６は電文を受信し、その電文を制御部６４に出力する。また、無線回路６６は制御部６４から出力された電文を送信する。制御部６４は、プロセッサ等の演算処理デバイスを備え、自らに記憶されたプログラムによって、電文に対する処理を実行する。無線回路６６および制御部６４によって、上述の通信回路が構成される。また、制御部６４内部には、上述のクロック回路が含まれている。

図７には、子機１８のハードウエアの構成例が示されている。子機１８は、無線回路７２、制御部７０、および第１センサ７４−１〜７４−Ｌを備える。無線回路７２および制御部７０は、それぞれ、図６に示された無線回路６６および制御部６４と同様の構成および機能を有している。第１センサ７４−１〜第Ｌセンサ７４−Ｌは、例えば、温度センサ、湿度センサ、水位センサ、照度センサである。各センサは、計測データを制御部７０に出力する。

図８には、中継機１４のハードウエアが示されている。中継機１４は、無線回路７６および制御部７８を備える。無線回路７６および制御部７８は、それぞれ、図６に示された無線回路６６および制御部６４、または、図７に示された無線回路７２および制御部７０と同様の構成および機能を有している。

なお、親機１２、中継機１４および子機１６は、無線回路、制御部、通信ポートおよび各センサを備えた共通のハードウエアで構成されてもよい。

図９には、情報収集システムを応用した計測システムが示されている。このシステムは、田畑、果樹園等の農地において、温度、湿度、水位、照度等を計測するシステムとして用いられてもよい。計測システムは、制御装置１０および複数の無線装置を備えている。複数の無線装置は、無線装置グループＡ〜Ｄに分けられている。各無線装置グループには、９台の無線装置が含まれており、「１」〜「９」の符号が付されている。以下、無線装置グループＡに属する９台の無線装置を、無線装置Ａ１〜Ａ９のように表し、無線装置グループＢに属する９台の無線装置を、無線装置Ｂ１〜Ｂ９のように表す。無線装置グループＣおよびＤに属する各無線装置についても同様である。

計測システムを構成する複数の無線装置はメッシュ状の通信経路を形成し、各無線装置は通信経路のノードとなっている。図９には通信経路が破線によって示されている。無線装置Ａ１は、計測システムの親機となり、制御装置１０と有線接続されている。

各無線装置は、通信経路における対等なノードとしての機能を有する一方で、各無線装置グループの中心に示されている無線装置は、同報中継送信を行う中継機としての機能を有する。すなわち、無線装置グループＡの中心に示されている無線装置Ａ５は中継機としての機能を有し、その周囲に示されている無線装置Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ９、Ａ８、Ａ７およびＡ４は、上述の子機としての機能を有する。無線装置グループＢの中心に示されている無線装置Ｂ５は中継機としての機能を有し、その周囲に示されている無線装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ６、Ｂ９、Ｂ８、Ｂ７およびＢ４は子機としての機能を有する。無線装置グループＣおよびＤについても、無線装置グループＢと同様である。

制御装置１０が無線装置Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ９、Ａ８、Ａ７およびＡ４から計測データを収集する場合、無線装置Ａ５を宛先として、例えば、制御装置１０、無線装置Ａ１、無線装置Ａ５の順にポーリング要求電文が送信される。無線装置Ａ５は、ポーリング要求電文を子機としての各無線装置に同報中継送信し、各無線装置から計測データ電文を受信する。無線装置Ａ５から制御装置１０へは、無線装置Ａ１、制御装置１０の順に応答電文が送信される。

制御装置１０が無線装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ６、Ｂ９、Ｂ８、Ｂ７およびＢ４から計測データを収集する場合、無線装置Ｂ５を宛先として、制御装置１０、無線装置Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ５の順にポーリング要求電文が送信される。無線装置Ｂ５は、ポーリング要求電文を子機としての各無線装置に同報中継送信し、各無線装置から計測データ電文を受信する。無線装置Ｂ５から制御装置１０へは、無線装置Ｂ２、Ｂ１、Ａ３、Ａ２、Ａ１制御装置１０の順に応答電文が送信される。

制御装置１０が無線装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ６、Ｃ９、Ｃ８、Ｃ７およびＣ４から計測データを収集する場合、無線装置Ｃ５を宛先として、制御装置１０、無線装置Ａ１、Ａ４、Ａ７、Ｃ１、Ｃ４、Ｃ５の順にポーリング要求電文が送信される。無線装置Ｃ５は、ポーリング要求電文を子機としての各無線装置に同報中継送信し、各無線装置から計測データ電文を受信する。無線装置Ｃ５から制御装置１０へは、無線装置Ｃ４、Ｃ１、Ａ７、Ａ４、Ａ１制御装置１０の順に応答電文が送信される。

制御装置１０が無線装置Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ６、Ｄ９、Ｄ８、Ｄ７およびＤ４から計測データを収集する場合、無線装置Ｄ５を宛先として、制御装置１０、無線装置Ａ１、Ａ５、Ａ９、Ｃ３、Ｄ１、Ｄ５の順にポーリング要求電文が送信される。無線装置Ｄ５は、ポーリング要求電文を子機としての各無線装置に同報中継送信し、各無線装置から計測データ電文を受信する。無線装置Ｄ５から制御装置１０へは、無線装置Ｄ１、Ｃ３、Ａ９、Ａ５、Ａ１、制御装置１０の順に応答電文が送信される。

なお、ここでは、中継機としての無線装置の周囲の無線装置から計測データを収集する処理に説明した。制御装置１０は、中継機としての無線装置から計測データを取得してもよい。この場合、無線装置は、自らを宛先とするポーリング要求電文を受信したときは、自らが備えるセンサから計測データを取得し、応答電文にその計測データを含ませて送信する。

１０ 制御装置、１２ 親機、１４−０〜１４−３ 中継機、１６−１〜１６−３ 子機グループ、１８１−１〜１８１−３，１８２−１，１８２−２，１８３−１，１８３−２ 子機、２１ センサ、２０，４４ 送信元ＩＤ記述部、２２，４６ ネクストホップＩＤ記述部、２４，４８ 種別情報記述部、２６，５０ ペイロード情報記述部、２８，５２ ルーティング情報記述部、３０ 指令情報記述部、３２ 子機指定情報記述部、３４ センサ指定情報記述部、３６ 制御情報記述部、３８ 中継機ＩＤ記述部、４０，６０ 取得状態記述部、４２，６２ センサデータ記述部、５４ 応答情報記述部、５６ 取得台数記述部、５８ 子機情報記述部、６４，７０，７８ 制御部、６６，７２，７６ 無線回路、６８ 通信ポート、７４−１〜７４−Ｌ 第１センサ〜第Ｌセンサ。

Claims (3)

1. 電文を中継送信する中継機において、
   ポーリング要求電文であって、送信先の装置に対する指令情報を含むポーリング要求電文を受信するポーリング要求受信部と、
   前記ポーリング要求電文を送信するポーリング要求送信部と、
   前記ポーリング要求電文が送信された後に、省電力期間だけ前記中継機を省電力モードに設定する省電力モード設定部と、
   前記ポーリング要求電文を受信した無線装置から送信された応答電文を、前記省電力期間が経過した後に受信する応答受信部と、
   前記応答電文を送信する応答送信部と、を備え、
   前記ポーリング要求電文は、
   １つまたは複数の無線装置による中継経路を示すルーティング情報を含み、
   前記省電力モード設定部は、
   前記ポーリング要求受信部で受信された前記ポーリング要求電文に含まれる前記ルーティング情報に基づいて、前記送信先の装置との間に介在する中継ノード数を求め、当該中継ノード数に基づいて、前記省電力期間を決定することを特徴とする中継機。
2. 請求項１に記載の中継機において、
   前記ポーリング要求電文は、
   前記中継経路における宛先をなす宛先無線装置であって、前記送信先の装置としての複数の子機に対して同報中継送信を行う宛先無線装置を特定する情報を含み、
   前記宛先無線装置に対し、複数の前記子機に対する同報中継送信を行わせることを特徴とする中継機。
3. 請求項１または請求項２に記載の中継機において、
   前記応答電文は、
   前記ルーティング情報が示す中継経路を逆方向とした中継経路を示す情報を含むことを特徴とする中継機。

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