JP6583497B1 - 無線通信装置、無線通信プログラム、及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】事前にネットワークトポロジが把握できないマルチホップ無線通信システムにおいてもノードを効率的に省電力化できる無線通信装置を提供する。【解決手段】制御パケットによりネットワークトポロジを構築し、構築されたネットワークトポロジに従いデータパケットの伝送を行うマルチホップ無線ネットワークを構成する無線通信装置１０において、基地局又は他の無線通信装置とパケットの送受信を行う無線信号送受信部１０２と、基地局又は他の無線通信装置から受信したビーコンパケットを基に、他の無線通信装置のデータパケット送信時刻に、無線信号送受信部１０２をスリープさせるか否かの判定を行うスリープ制御判定部１０４と、スリープ制御判定部１０４の判定の結果に基づき、無線信号送受信部１０２のスリープ制御を行うタイマ部１０５とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信プログラム、及び無線通信システムに関し、例えば、無線マルチホップセンサネットワークに適用し得る。

従来、基地局と移動体で構成される無線通信システムとしては、ノードが定期的に基地局にデータを送信するセンサネットワークシステムが知られている。なお、以下では、無線通信システムを構成する移動体（移動局）や基地局等の通信装置を総称して「ノード」とも呼ぶものとする。

従来、センサネットワークシステムに特定小電力無線を用いる場合、使用する周波数帯の特性や送信出力の制限により、ノード間の通信距離が十分に確保できない場合が存在する。そのため、従来のセンサネットワークシステムでは、一つの基地局で管理されるエリア内のすべてのノードが、基地局と直接通信できるとは限らない。

そこで、このようなセンサネットワークシステムでは、各ノードは自身と直接通信可能なエリア内に存在する他のノード（以下、「隣接ノード」とも呼ぶ）にデータを伝送し、さらに、そのデータを受信したノードが隣接ノードにデータを伝送するというマルチホップ無線通信でデータ伝送が行われる。以下、マルチホップ無線通信が採用されたネットワークシステムを「マルチホップ無線通信システム」とも呼ぶ。

ところで、一般的なセンサネットワークでは、各ノードは電池駆動である場合が多く、省電力で動作することが求められる。省電力化の手法として、例えば、各ノードの無線通信送受信部（以下、「ＲＦ」とも呼ぶ）をスリープさせることが有効である。

ＲＦをスリープさせるために、例えば特許文献１では各ノードをスリープさせるための２種類の制御パケット（スリープ用ビーコン及びアウェイク用ビーコン）を送信することにより、スリープ状態を制御する方式を提案している。この方式ではスリープ用ビーコンを受信したノードは、一定時間ＲＦをスリープさせた後、アウェイク用ビーコンによりスリープ状態から復帰させることで省電力化を実現している。

また、特許文献２では、自身の電池残量を基にスリープに入るか否かを決定する方式が提案されている。この方式では電池残量が一定の閾値以下になったノードが自ノードの送信タイミングまでスリープすることで省電力化を実現している。

特許第３８７７７２２号公報 特許第５０６５９７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方式は、２種類の制御パケットを送信するためネットワークへの負荷が大きくなる。そのため、多数ノードを収容し、高頻度にデータパケットの伝送がなされるネットワークにおいては、その負荷は無視できないものになる。以下、具体例を挙げて説明を行うが、マルチホップ通信において、データパケットの送信先ノードを親ノード、送信元ノードを「子ノード」とも呼び、さらにその子ノードを「孫ノード」、子ノード以下を総称して「下位ノード」とも呼ぶ。

特許文献１に記載の方式では、子ノードのデータパケット送信タイミング時に、親ノードがスリープから復帰しているためには、スリープ用ビーコンを送信するノードが事前にネットワークトポロジを把握している必要がある。しかし、一般的に、マルチホップ無線通信システムでは、ネットワークトポロジを構築する前に、自ノードをデータパケットの送信先とするノードが誰であるかを事前に知ることができない。そのため、このようなマルチホップ無線通信システムにおいて特許文献１の方式は有用ではない。

また、特許文献２の方式においても、ノードはネットワークトポロジと関係なくスリープ状態に入るため、上記理由により、親ノードは子ノードからのデータパケットを受信できなくなる恐れがあり、マルチホップ無線通信システムにおいて有用ではない。

以上のような問題に鑑みて、事前にネットワークトポロジが把握できないマルチホップ無線通信システムにおいてもノードを効率的にスリープ状態に移行させ省電力化できる無線通信装置、無線通信プログラム、及び無線通信システムが望まれている。

第１の本発明は、ビーコンパケットによりネットワークトポロジを構築し、構築されたネットワークトポロジに従いデータパケットの伝送を行うマルチホップ無線ネットワークを構成する無線通信装置において、（１）基地局又は他の無線通信装置とパケットの送受信を行う無線信号送受信部と、（２）前記基地局又は前記他の無線通信装置から受信したビーコンパケットを基に、前記他の無線通信装置のデータパケット送信時刻に、前記無線信号送受信部をスリープさせるか否かの判定を行うスリープ制御判定部と、（３）前記スリープ制御判定部の判定の結果に基づき、前記無線信号送受信部のスリープ制御を行うタイマー部とを有し、（４）前記スリープ制御判定部は、前記他の無線通信装置が送信したビーコンパケットに記載されているスリープ制御情報を基に、前記他の無線通信装置がデータパケットをマルチホップ通信で前記基地局まで届けるまでに自身が参加するか否によって判定を行うことを特徴とする。

第２の本発明の無線通信プログラムは、ビーコンパケットによりネットワークトポロジを構築し、構築されたネットワークトポロジに従いデータパケットの伝送を行うマルチホップ無線ネットワークを構成する無線通信装置に搭載されるコンピュータを、（１）基地局又は他の無線通信装置とパケットの送受信を行う無線信号送受信部と、（２）前記基地局又は前記他の無線通信装置から受信したビーコンパケットを基に、前記他の無線通信装置のデータパケット送信時刻に、前記無線信号送受信部をスリープさせるか否かの判定を行うスリープ制御判定部と、（３）前記スリープ制御判定部の判定の結果に基づき、前記無線信号送受信部のスリープ制御を行うタイマー部として機能させ、（４）前記スリープ制御判定部は、前記他の無線通信装置が送信したビーコンパケットに記載されているスリープ制御情報を基に、前記他の無線通信装置がデータパケットをマルチホップ通信で前記基地局まで届けるまでに自身が参加するか否によって判定を行うことを特徴とする。

第３の本発明は、マルチホップネットワークを構成する無線通信装置を複数備える無線通信システムにおいて、前記無線通信装置として、第１の本発明の無線通信装置を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、事前にネットワークトポロジが把握できないマルチホップ無線通信システムにおいてもノードを効率的にスリープ状態に移行させ省電力化できる。

実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示すブロック図である。 実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）の一例を示す図（その１）である。 実施形態に係るスーパーフレームの構成を示す図である。 実施形態に係る下り通信期間の一例を示す説明図（その１）である。 実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）で用いられるＴＤＭＡフレームの構造（上り通信期間）について示す説明図である。 実施形態に係る下り通信期間の一例を示す説明図（その２）である。 実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）の一例を示す図（その２）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、無線通信プログラム、及び無線通信システムの一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図２は、実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）の一例を示す全体構成図である。

無線通信システム１には、無線マルチホップネットワークであるネットワークＮを構成するノードとして基地局２０（図２中の「ＢＳ」は基地局を示している）と無線通信装置１０が配置されているものとする。

基地局２０はネットワークＮ全体（各無線通信装置１０）を管理するノードであるものとする。無線通信システム１に配置される各装置の数は限定されないものであるが、この実施形態の無線通信システム１では、１個の基地局２０と、ｎ個の無線通信装置１０（１０−１〜１０−ｎ）が配置されているものとして説明する。また、図２において、直線で結ばれている各ノードは、直接無線通信可能であることが示されている。

無線通信システム１内の各ノードが対応する無線通信の物理仕様については限定されないものであるが、例えば、種々の移動体通信網と同様の物理構成を適用することができる。

なお、無線通信システム１（ネットワークＮ）の通信方式については、（Ａ−１−３）において、説明を行う。

（Ａ−１−２）無線通信装置１０の詳細な構成
次に、無線通信装置１０の機能的構成について図１を用いて説明する。

図１は、実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示すブロック図である。

図１に示すように、無線通信装置１０は、アンテナ１０１、無線信号送受信部１０２、データ処理部１０３、スリープ制御判定部１０４、タイマー部１０５、パケット生成部１０６、及びネットワーク管理部１０７を有している。また、無線通信装置１０は、外部システム３０に接続されている。

無線通信装置１０は、ハードウェア的な無線通信インタフェース（例えば、アンテナ１０１等）を除く他は、コンピュータにプログラム（実施形態に係る無線通信プログラム）をインストールすることにより実現するようにしてもよく、その場合でも機能的構成は、図１のように示すことができる。

無線通信装置１０は、外部システム３０から供給されたデータを、基地局２０宛に送信し、基地局２０を送信元とするパケットを受信した場合には、当該パケットのデータを外部システム３０に供給する。例えば、外部システム３０がセンサ（例えば、温度、湿度、人間の脈拍等のバイタルサインを検知するセンサ）である場合、無線通信装置１０は、外部システム３０から検知結果（センサデータ）が供給されると、当該検知結果（センサデータ）を挿入したパケットを基地局２０宛に送信する。なお、無線通信装置１０において、外部システム３０（アプリケーション）の構成は限定されないものである。また、無線通信装置１０では、内部のコンピュータで実行されるアプリケーションで発生するデータの送信を行う構成としてもよい。

アンテナ１０１は、他のノード（他の無線通信装置１０及び基地局２０）との無線信号の送受信を行う。

無線信号送受信部１０２は、アンテナ１０１を用いて無線信号を送受信する処理を行う。具体的には、無線信号送受信部１０２はアンテナ１０１で受信した信号の復調とその信号に含まれるパケットの受信を行う。無線信号送受信部１０２は、受信したパケットに含まれるデータをデータ処理部１０３に送付する。また、無線信号送受信部１０２は、パケット生成部１０６から送られてきたパケットを変調して無線信号に変換し、アンテナ１０１を用いて当該無線信号の送信を開始する。

データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２で受信したパケット（受信した無線信号を復調して得られたパケット）を処理する。データ処理部１０３は、無線信号送受信部１０２で得られたパケットの種類を判別する処理を行う。データ処理部１０３は、例えば、受信したパケットがビーコンパケットである場合には、ビーコンパケット内に記載されている、スリープ制御に必要な情報（他の無線通信装置１０の親ノード情報、データパケットの送信タイミング情報等）はスリープ制御判定部１０４に、ネットワークの管理に必要な情報はネットワーク管理部１０７に供給する。そして、データ処理部１０３は、受信したパケットのデータが、外部システム３０に供給するデータ（例えば、基地局２０からのセンサデータ送信指示のコマンド）である場合には、当該データを外部システム３０に供給する。

スリープ制御判定部１０４は、データ処理部１０３から送られてきたスリープ制御に必要な情報を基に無線信号送受信部１０２をスリープさせるか否かの判定を行う。さらに、スリープ制御判定部１０４は無線信号送受信部１０２をスリーブさせると判断した場合には、スリープ開始時間とスリープ時間に関する情報をタイマー部１０５に渡す。なお、スリープ制御の詳しい動作については、動作の項で詳述する。

タイマー部１０５は、スリープ制御判定部１０４から送付された情報を基に無線信号送受信部１０２のスリープ制御（スリープ及びスリープからの復帰）を行う。

ネットワーク管理部１０７は、データ処理部１０３から送付された情報を基に親ノードを決定する、ビーコンパケット送信時刻を決定するなどのネットワークを管理するための機能を果たし、ビーコンパケットの送信、またはデータパケットの送信の際に送信先に関する情報とネットワーク管理に必要な情報をパケット生成部１０６に送る。

パケット生成部１０６は、ネットワーク管理部１０７から送られてきた情報と外部システム３０から供給されてきた情報を挿入したパケットを生成（供給されてきたデータのパケット化）し、生成したパケットを無線信号送受信部１０２に供給する。

（Ａ−１−３）無線通信システム１（ネットワークＮ）の通信方式ついて
次に、無線通信システム１（ネットワークＮ）における各ノード間の通信方式について説明する。

無線通信システム１（ネットワークＮ）では、基地局２０を起点としたマルチホップの最大数（以下、「最大ホップ数」と呼ぶものとする）が定められているものとする。以下では、予め無線通信システム１（ネットワークＮ）に適用される最大ホップ数を「ｋ」と表すものとする。

無線通信システム１（ネットワークＮ）における最大ホップ数を決定する方法は限定されないものであるが、例えば、基地局２０が管理するエリアのサイズやデータ送信周期等の通信条件に応じて予め設定（例えば、ネットワーク管理者等のオペレータにより各ノードに設定）するようにしてもよい。

また、無線通信システム１（ネットワークＮ）では、ネットワークに参加する無線通信装置１０は、自身の親ノードを決定するための通信期間（以下、「下り通信期間」と呼ぶ）と、親ノード宛にデータパケットを送信しマルチホップ通信で基地局２０までデータを伝送するための通信期間（以下、「上り通信期間」と呼ぶ）からなるものとする。下り通信期間と上り通信期間からなる構成を「スーパーフレーム構成」と呼び、その構成図は図３である。

図４は、実施形態に係る下り通信期間の一例を示す説明図である。図４では、下り通信期間は、時間で区切られ、スロット化（スロットＳＬ１〜スロットＳＬＫに分割）されている。図４において、スロットＳＬ１では、基地局２０は、ビーコンパケットの送信を行う。ビーコンパケットには、例えば、パスコストやリンクコスト等の親ノードの決定に必要な情報が含まれているものとする。

図４において、スロットＳＬ１は基地局２０がビーコンを送信する時間、スロットＳＬ２は１ホップノードがビーコンを送信する時間、スロットＳＬ３は２ホップノードがビーコンを送信する時間を表している。スロットＳＬ２〜スロットＳＬＫでは、該当ホップ数の全ノードがビーコン送信可能な時間が用意されているものとする。また、図４において、最大ホップ数はＫホップとしている。

以下、図２のネットワークＮの構成を例に挙げながら、各スロットＳＬにおける処理の概要を説明する。

スロットＳＬ１において、基地局２０からのビーコンパケットを受信したノード（無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２）は基地局２０を親ノードとし、自身は１ホップノードとなる。次に、１ホップノード（無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２）は、次のスロット（スロットＳＬ２）においてビーコンパケットの送信を行う。スロットＳＬ２において、ビーコンパケットを受信したノード（無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４）は２ホップノードとなり、スロットＳＬ２の期間に受信したビーコンパケットの送信元ノードから親ノードを選択する。

以上の動作を繰り返すことで、ネットワークＮに参加する全てのノードが自身のホップ数と親ノードを決定することができる。

また、無線通信装置１０では、所定のアルゴリズム（ルーティング方式）により、それぞれの親ノード（基地局２０宛にデータ送信する際の直接の転送先のノード）が決定（トポロジが決定）される。なお、基地局２０と直接無線通信可能な無線通信装置１０の親ノードは基地局２０となる。また、各無線通信装置１０において、親ノードを決定するアルゴリズムについては限定されないものである。例えば、各無線通信装置１０は、到着が最も早いビーコンパケットの送信元ノードを親ノードにしてもよいし、ビーコンパケットの受信信号強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）が高いノードを親ノードにしてもよい。

上り通信期間は、時分割多元アクセス方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を採用しており、ネットワークＮに参加する各ノードに所定のスロットが割り当てられているものとする。

図５は、実施形態に係る無線通信システム（ネットワーク）で用いられるＴＤＭＡフレームの構造（上り通信期間の構成例）について示す説明図である。

以下では、任意の識別子ｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）の無線通信装置１０を無線通信装置１０−ｉと表すものとする。また、以下では、ホップ数がｋの無線通信装置１０−ｉから送信したパケットが基地局２０まで到達するまでの各ホップを、無線通信装置１０−ｉ側から順に、ホップｋ、ホップｋ−１、…、ホップ１と表すものとする。

図５では、１サイクル分のＴＤＭＡフレームＦ内部のスロット構成を左から右に時系列順に図示している。

ＴＤＭＡフレームＦにおいては、参加するノードはｎ台あり、ノードの最大ホップ数がｋホップであることが考慮された構造となっている必要がある。具体的には、図５に示すように、ＴＤＭＡフレームＦには、時系列順にｎ個のスロットＴＳ（スロットＴＳ１、ＴＳ２、…、ＴＳｎ）が設けられている。

例えば、ホップ数がｋの無線通信装置１０−ｉから送出されたパケットは、ホップｋ（無線通信装置１０−ｉから無線通信装置１０−ｉの親ノードへ送信）、ホップｋ−１（無線通信装置１０−ｉの親ノードからまたさらにその親ノードへ転送）、…、と繰り返し転送され、最終的にホップ１で最終目的先である基地局２０に転送される。

また、無線通信システム１（ネットワークＮ）の各無線通信装置１０に割り当てるスロットＴＳの割り当て方式は限定されないものである。例えば、基地局２０は、ネットワークＮにノードが参加してきた順に番号の早いスロットを割り当ててもよい。さらに、基地局２０によって割り当てられたスロット番号を各ノードへ周知する方法は限定されないものである。例えば、ネットワークＮに参加した際に基地局２０から通知されるようにしてもよい。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態の無線通信システム１の動作（スリープ制御処理）を説明する。

ネットワークＮでは、図２に示すようなトポロジで基地局２０、無線通信装置１０−１〜１０−５が配置／接続されているものとして説明する。すなわち、最大ホップ数は３ホップ、ノード数は５である。

また、図２のネットワークＮにおいて、上り通信期間は図６のように定義されているものとする。即ち、スロットＳＬ１〜スロットＳＬ５には、無線通信装置１０−１〜無線通信装置１０−５がそれぞれ割り当てられているものとする。

スーパーフレームが開始すると下り通信期間のスロットＳＬ１の時間に基地局２０はビーコンをブロードキャストする。ビーコンにはスーパーフレームの構成に関する情報（上り通信開始の時間）や親ノード決定に必要な情報が含まれている。

無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２は、基地局２０と直接通信可能なエリア内にいるためビーコンパケットを受信する。無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２は、基地局２０を親ノードとする１ホップノードとなる。

次に、無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２は、下り通信期間のスロットＳＬ２の時間内にビーコンをブロードキャストする。

ここで、無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２のビーコンには、下位ノードが親ノード決定に必要な情報（例えば基地局２０までのパスコスト）の他に、自身の親ノードに関する情報（無線通信装置１０−１及び無線通信装置１０−２の場合、基地局２０が親ノードであることの情報）と、上り通信期間における自身の送信タイミングに関する情報（例えば無線通信装置１０−１の場合、スロットＳＬ１が送信タイミングであること）を記載する。

無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４は、スロットＳＬ２の時間内に、無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２からのビーコンを受信し、親ノードを決定する所定のアルゴリズムに従い親ノードを決定する。この実施形態では、図７に示すように、無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４の親ノードはそれぞれ無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２であるとしている。

なお、この時点では、無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２は無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４が子ノードであることは認知していない。ここで、無線通信装置１０−１に着目すると、無線通信装置１０−１はスロットＳＬ２において自身のビーコンを送信の他に、無線通信装置１０−２のビーコンの受信も行う。

無線通信装置１０−２のビーコンを受信すると、無線通信装置１０−１のデータ処理部１０３は無線通信装置１０−２のビーコンに記載されているスリープ制御に関する情報である、無線通信装置１０−２の親ノード情報と上り通信期間における送信タイミングをスリープ制御判定部１０４に送付する。

スリープ制御判定部１０４は、データ処理部１０３から送付された親ノードに関する情報から自身が無線通信装置１０−２の親ノードではなく、無線通信装置１０−２が自身宛にデータパケットを送信することがないことを知る。この場合、スリープ制御判定部１０４は、無線通信装置１０−２の上り通信期間における送信タイミング（図６のスロットＴＳ２）において、スリープしてもよいと判断する。タイマー部１０５は、スリープ制御判定部１０４の判定した結果に従い、上り通信期間のスロットＴＳ２の時間に無線信号送受信部１０２をスリープさせるタイマーをセットする。

次に、無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４は、下り通信期間のスロットＳＬ３の時間内に上記同様にビーコンをブロードキャストする。無線通信装置１０−５は、無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４からのビーコンを受信し、図７に示すように無線通信装置１０−３を親ノードとする。

この際、無線通信装置１０−５が無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４のビーコンを基に自身のホップ数と親ノードを決定する一方、無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２も無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４のビーコンを受信する。

ここで改めて、無線通信装置１０−１に着目すると、無線通信装置１０−１のスリープ制御判定部１０４は、データ処理部１０３から送付された親ノードに関する情報から自身が無線通信装置１０−３の親ノードであることを知る。この場合、無線通信装置１０−１は無線通信装置１０−３の上り通信期間における送信タイミングにおいて、スリープしていてはいけないと判断する。

同様に、無線通信装置１０−１が無線通信装置１０−４のビーコンを受信すると、スリープ制御判定部１０４は、自身が無線通信装置１０−４の親ノードでないことを知り、無線通信装置１０−４の上り通信期間における送信タイミング（図６のスロットＴＳ４）において、スリープしてもよいと判断する。そして、タイマー部１０５は、スリープ制御判定部１０４の判定した結果に従い、上り通信期間のスロットＴＳ４の時間に無線信号送受信部１０２をスリープさせるタイマーをセットする。

なお、図２のネットワークトポロジ（ネットワークＮ）では、無線通信装置１０−１は無線通信装置１０−２、無線通信装置１０−３、無線通信装置１０−４からのビーコンを受信することができたため、スリープするか否かの判定を行うことができた。ただし、無線通信装置１０−１が或るノードが送信するビーコンを受信できなかった場合、そのノードの上り通信期間における送信タイミングでは自身が中継先として指定されているかもしれないと判断し、スリープを行わない。

ここまで、スリープ制御の具体例として、無線通信装置１０−１を例に挙げて説明を行なった。無線通信装置１０−１がスリープ制御を行う場合、対象となるビーコンの送信元ノード（基地局２０を除く）は、下位ノードか自身と同じホップ数のノードであった。しかし、親ノードを含む上位ノードからのビーコンを受信した場合に対しても、スリープ制御は有効である。以下、無線通信装置１０−３を例に挙げて説明を行う。

無線通信装置１０−３が無線通信装置１０−１からのビーコンを受信すると、親ノードを決定する動作を行うと共に、データ処理部１０３はスリープ制御判定部１０４にスリープ制御に関する情報を送付する。スリープ制御判定部１０４は、無線通信装置１０−１が自身より上位ノードであり、無線通信装置１０−１の親ノードが基地局２０であることから無線通信装置１０−１のデータ送信タイミング（図６のスロットＴＳ１）では自身が参加する必要がないことを知り、スリープしてもよいと判断する。そして、タイマー部１０５は、スリープ制御判定部１０４の判定した結果に従い、上り通信期間のスロットＴＳ１の時間に無線信号送受信部１０２をスリープさせるタイマーをセットする。

上記の手順を経ることで、無線通信装置１０−３は、上位ノードである無線通信装置１０−１、無線通信装置１０−２のデータ送信タイミングでもスリープすることが可能となる。

以上に述べた方式を用いることで、事前にネットワークトポロジを把握することができないマルチホップ無線ネットワークであっても、無線通信装置１０の無線信号送受信部１０２をスリープさせ省電力化を実現することが可能である。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

この実施形態の無線通信システム１（ネットワークＮ）では、無線通信装置１０は、他のノードからビーコンを受信した際、上り通信期間内における他のノードに割り当てられたスロットにおいて、ネットワークに参加する必要がない場合には、そのスロットでは無線信号送受信部１０２をスリープすることとした。

仮に、無線通信装置１０が、スリープ制御を行わない場合を想定する。無線通信装置１０は自身がどのノードの親ノードであるか、又どのノードの親ノードではないかが分からないため、いつ自身宛にデータパケットが到達するか不明である。そのため、無線通信装置１０は、上り通信期間中すべての時間、無線信号送受信部１０２を待機状態にしておかなければならなくなり、消費電力の増大を招くことになる。

この実施形態では、自身が中継に参加する必要がないと判明している場合には、効率よく無線信号送受信部１０２をスリープさせることができるようになるため、ノードの省電力化を実現することが可能となる。

また、この実施形態の無線通信システム１（ネットワークＮ）では、ノードをスリープさせるための専用のビーコンを送信するのではなく、ネットワークトポロジを構成するために必ず送信されるビーコンを利用しているため、専用のビーコンを送信する場合に比べて、ネットワークに与える負荷が小さくなる。その結果、システムはスループットを向上させることができ、ノードの収容台数の増加や、パケットの頻繁な送信が可能となる。

さらに、無線通信システム１では、基地局２０が全ノードのスリープタイミングを計算して指定する集中制御型の方式とは異なり、各ノードが各々の判断でスリープ制御を行う分散制御型の方式であるため、基地局２０の負担を削減することができる。集中制御型では、各ノードのスリープタイミングを各ノードに周知するためにネットワークに負荷を与えるが、その負荷も発生しない。

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｂ−１）上記の実施形態では、対象とする無線マルチホップネットワーク（ネットワークＮ）に、下り通信期間と上り通信期間からなるスーパーフレーム構成を採用し、スロット化された下り通信期間とＴＤＭＡで制御される上り通信期間を用いる例を示したが、本発明を適用するネットワークはこのような無線マルチホップネットワークに限定するものではなく、例えば、各ノードがビーコンを送信し、データ送信タイミングがビーコン送信タイミングを基に決定できるネットワーク構成であればよい。

（Ｂ−２）上記の実施形態では、スリープ制御判定部１０４が行うスリープ制御の判定に親ノードの情報を用いたが、ビーコンパケットに基地局までのルート情報が含まれている場合には、ルート情報を判定基準に用いてもよい。

（Ｂ−３）上記の実施形態では、或る特定のノード（図２の無線通信装置１０−１、図６の無線通信装置１０−３）に本発明を適用する例を示したが、対象とするネットワークＮに参加するすべてのノードに本発明を適用してもよい。

（Ｂ−４）上記の実施形態では、親子の関係にあるノード間、または同一ホップ数にあるノード間に対して本発明を適用したが、孫ノード以下の下位ノードからのビーコンに対して本発明を適用してもよいし、親ノード以上の上位ノードからのビーコンに対して本発明を適用してもよい。

（Ｂ−５）上記の実施形態では、特定の時間、無線信号送受信部１０２をスリープさせるために本発明を適用したが、上り通信期間は無線信号送受信部１０２を常にスリープ状態で待機させ、通信のためにスリープ状態から復帰させる時間を決定するために本発明を適用してもよい。

１…無線通信システム、１０（１０−１〜１０−５）…無線通信装置、２０…基地局、３０…外部システム、１０１…アンテナ、１０２…無線信号送受信部、１０３…データ処理部、１０４…スリープ制御判定部、１０５…タイマー部、１０６…パケット生成部、１０７…ネットワーク管理部、Ｆ…ＴＤＭＡフレーム、Ｎ…ネットワーク。

Claims (8)

1. ビーコンパケットによりネットワークトポロジを構築し、構築されたネットワークトポロジに従いデータパケットの伝送を行うマルチホップ無線ネットワークを構成する無線通信装置において、
   基地局又は他の無線通信装置とパケットの送受信を行う無線信号送受信部と、
   前記基地局又は前記他の無線通信装置から受信したビーコンパケットを基に、前記他の無線通信装置のデータパケット送信時刻に、前記無線信号送受信部をスリープさせるか否かの判定を行うスリープ制御判定部と、
   前記スリープ制御判定部の判定の結果に基づき、前記無線信号送受信部のスリープ制御を行うタイマー部とを有し、
   前記スリープ制御判定部は、前記他の無線通信装置が送信したビーコンパケットに記載されているスリープ制御情報を基に、前記他の無線通信装置がデータパケットをマルチホップ通信で前記基地局まで届けるまでに自身が参加するか否によって判定を行う
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記スリープ制御は、前記スリープ制御判定部から通知された時刻に前記無線信号送受信部をスリープさせ、前記スリープ制御判定部から通知された期間経過後又は通知された時刻に前記無線信号送受信部をスリープから復帰させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記スリープ制御情報には、前記他の無線通信装置の親局に関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記スリープ制御情報には、前記他の無線通信装置のホップ数に関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記スリープ制御情報には、前記他の無線通信装置のデータパケットの送信タイミングに関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. 前記スリープ制御情報には、前記他の無線通信装置の前記基地局までのルートに関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. ビーコンパケットによりネットワークトポロジを構築し、構築されたネットワークトポロジに従いデータパケットの伝送を行うマルチホップ無線ネットワークを構成する無線通信装置に搭載されるコンピュータを、
   基地局又は他の無線通信装置とパケットの送受信を行う無線信号送受信部と、
   前記基地局又は前記他の無線通信装置から受信したビーコンパケットを基に、前記他の無線通信装置のデータパケット送信時刻に、前記無線信号送受信部をスリープさせるか否かの判定を行うスリープ制御判定部と、
   前記スリープ制御判定部の判定の結果に基づき、前記無線信号送受信部のスリープ制御を行うタイマー部として機能させ、
   前記スリープ制御判定部は、前記他の無線通信装置が送信したビーコンパケットに記載されているスリープ制御情報を基に、前記他の無線通信装置がデータパケットをマルチホップ通信で前記基地局まで届けるまでに自身が参加するか否によって判定を行う
   ことを特徴とする無線通信プログラム。
8. マルチホップネットワークを構成する無線通信装置を複数備える無線通信システムにおいて、前記無線通信装置として、請求項１〜６のいずれかに記載の無線通信装置を適用したことを特徴とする無線通信システム。

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