JP6630816B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本開示は無線通信システムに関し、例えば親局と子局間で通信が完了する独立したサブシステムが複数集合する無線通信システムに適用可能である。

複数の無線通信装置によって無線通信システムを構成するような場合、無線通信システム維持に必要なビーコンが一定間隔で送信される。

特開２００７−５８５９号公報

無線通信システムが複数の無線通信サブシステム（サブシステム）が隣接する場合、ビーコン等が隣接するサブシステム間で干渉することがある。
本開示の課題は隣接するサブシステム間の干渉を低減する無線通信システムを提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、無線通信システムは、親局と複数の子局で構成されるサブシステムを複数備える。前記複数のサブシステムのそれぞれにおいて、前記親局と前記子局とは複数のサブフレームで構成されるスーパーフレームでデータの送受信を行う。前記複数のサブフレームのそれぞれは、前記親局が前記子局にビーコンを送信する第１タイムスロットと、前記親局が前記第１タイムスロットの直前に他サブシステムのキャリアを検知する第２タイムスロットと、前記親局が前記子局にデータを送信する第３タイムスロットと、前記子局が前記親局にデータを送信する第４タイムスロットと、を備える。

上記無線通信システムによれば、サブシステム間の干渉を低減することができる。

実施形態に係る無線通信システムの構成図 実施形態に係るサブフレームおよびスーパーフレームの構成図 実施形態に係る無線通信システムにおいて異なる無線通信サブシステムが隣接している様子を示す図 隣接する無線通信サブシステムのビーコンを検知した場合を説明するための図 隣接する無線通信サブシステムのデータを検知した場合を説明するための図 別の実施形態に係るサブフレームの構成図 射撃訓練システムを説明するための図 図７の車両を上から見た図 実施例に係る現示器および受光器の構成図 実施例に係るサブフレームの構成図 リンクアップ時のサブフレーム周期を示す図 状態データのキャリアを検出する場合を説明するための図 ビーコンのキャリアを検出する場合を説明するための図 データ干渉が発生する場合のＡＲＱ再送について説明するための図（ＡＲＱ再送で干渉が発生する場合） 図１４Ａの拡大図 データ干渉が発生する場合のＡＲＱ再送について説明するための図（ＡＲＱ再送で干渉が発生しない場合） 図１５Ａの拡大図 データ干渉が発生する場合のＡＰＬ再送について説明するための図 図１６Ａの拡大図 ビーコンと状態データの干渉時のリンクアップ再起動を説明するための図 図１７Ａの拡大図 図１７Ａの拡大図 ビーコン同士の干渉時のリンクアップ再起動を説明するための図 図１８Ａの拡大図 図１８Ａの拡大図 隠れ端末問題を説明するための図 ビーコン送信時の隠れ端末問題の解消を説明するための図 図２０Ａの拡大図 図２０Ａの拡大図 リンクアップ後の同期保護を説明するための図 同一タイミングの車両が合流する場合を説明するための図 同一タイミングの車両が合流する場合を説明するための図 変形例に係るサブフレームの構成図 変形例に係るサブフレームによるリンクアップ処理を説明するための図 図２４Ａの拡大図 実施例に係るサブフレームによるリンクアップ処理を説明するための図 図２５Ａの拡大図

以下、実施形態、実施例および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

図１は実施形態に係る無線通信システムの構成図である。本実施形態の無線通信システム１は、１つの親局（コーディネータ）１０と複数の子局（エンドデバイス）２０とを含み、各子局２０と親局１０とが、それぞれ無線接続され、直接通信を行うように構成される。つまり、親局１０を中心とするスター型の構成である。なお、本実施形態でいう親局とは、同期信号（本実施形態では、後述するビーコン）を無線送信することにより、子局となる他局に無線送信のタイミングを指示する機能を有する無線局を意味する。

図１の例では、１つの親局（ＣＤ）１０とｎ（ｎ：２以上の整数）個の子局２０とから、無線通信システム１が構成される。なお、子局２０の数を１とする構成も可能である。第１子局２０（１）、・・・、第ｎ子局２０（ｎ）を代表して説明するときは、子局２０と称する。以降の説明で、第１子局２０（１）を第１エンドデバイス（ＥＤ１）、・・・、第ｎ子局２０（ｎ）を第ｎエンドデバイス（ＥＤｎ）と称することもある。

本実施形態に係る無線通信システムでは、標準規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４に従い、ＴＤＭＡ方式の無線通信を行う。すなわち、親局１０と子局２０との間で、スーパーフレームに従って、時分割方式の無線通信を行う。

図２は実施形態に係るサブフレームおよびスーパーフレームの構成図である。サブフレーム（Sub Frame）は、親局１０と各子局２０が、それぞれフレームを送信することができる期間（タイムスロット）を定めるものである。図３に示すサブフレーム３０は、ビーコン（beacon）送信（ＴＳｂ）３１、第１コーディネータ(coordinator)データ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、・・・、第ｍコーディネータデータ送信（ＴＳｃｍ）３２（ｍ）、第１エンドデバイス(end device)データ送信（ＴＳ１）３３（１）、・・・、第ｎエンドデバイスデータ送信（ＴＳｎ）３３（ｎ）、キャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４の各タイムスロット（Time Slot：ＴＳ）を含むように構成される。これらのタイムスロット数は、親局１０と子局２０の間で送信されるデータ量や子局２０の数により決定される。親局１０と子局２０との間のデータ送受信は、複数（ｋ個）のサブフレーム３０で構成されるスーパーフレーム（Supper Frame）３００を、周期的に繰り返して行われる。第１サブフレーム（ＳＢＦ１）３０（１）のキャリア周波数（ｆ１）、第２サブフレーム（ＳＢＦ２）３０（２）のキャリア周波数（ｆ２）、・・・、第ｋサブフレーム（ＳＢＦｋ）のキャリア周波数（ｆｋ）はそれぞれ異なるようにしたり、ｋ個をいくつかのグループに分けてグループ内はキャリア周波数が異なるようにしたりして、隣接する無線通信システムとの干渉を低減する。

１タイムスロットにおいて、１フレームの送信が可能である。各タイムスロットの長さは、１フレームの最大データ長に基づき、このデータの無線送信に必要となる時間として決定される。各タイムスロットの長さは、一律でなくてもよい。なお、あるタイムスロットと次のタイムスロットとの間には、ガードタイム（不図示）が設けられる。ガードタイムは、異なるタイムスロットの信号間の干渉防止のために設けられ、ガードタイム中に送受信の切替が行われる。１フレームには、１又は複数のパケットが含まれる。フレームとは、ヘッダと送信データとフッタとを含むもので、ヘッダには、当該フレームの送信元アドレスと送信先アドレスとを収容可能である。また、フッタには、通信誤り検出用のデータが含まれる。

ビーコン送信（ＴＳｂ）３１は、親局（コーディネータ）１０がビーコン（同期基準信号）を含むフレームを出力するタイムスロットである。親局１０と子局２０は、それぞれ、ビーコン送信３１で出力される同期基準信号を基準に同期をとり、自局がデータ送信又は受信できるタイムスロットを算出する。

第１コーディネータデータ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、・・・、第ｍコーディネータデータ送信（ＴＳｃｍ）３２（ｍ）は、それぞれ、親局（コーディネータ）１０から子局（エンドデバイス）２０へデータ送信できるタイムスロットである。ｍは、親局１０から子局２０へ送信するデータ量に応じて決定される。親局１０から送信するデータ量が少ない無線通信システムでは、ｍ＝１とすることも可能である。第１コーディネータデータ送信３２（１）、・・・、第ｍコーディネータデータ送信３２（ｍ）を代表して説明するときは、コーディネータデータ送信３２と称する。本実施形態では、１つのコーディネータデータ送信３２（例えば、第１コーディネータデータ送信３２（１））において、複数の子局２０へのデータを、１フレーム内に多重することができる。

第１エンドデバイスデータ送信３３（１）、・・・、第ｎエンドデバイスデータ送信３３（ｎ）は、それぞれ、子局（エンドデバイス）２０（１）〜２０（ｎ）から親局１０（コーディネータ）へデータ送信できるタイムスロットである。例えば、エンドデバイスデータ送信３３（１）は、子局２０（１）、つまりエンドデバイス１からコーディネータ１０へデータ送信できるタイムスロットＴＳ１であり、エンドデバイスデータ送信３３（ｎ）は、子局２０（ｎ）、つまりエンドデバイスｎからコーディネータ１０へデータ送信できるタイムスロットＴＳｎである。なお、エンドデバイスの数ｎ＝１の場合は、エンドデバイスデータ送信３３の数を１とすることができる。第１エンドデバイスデータ送信３３（１）、・・・、第ｎエンドデバイスデータ３３（ｎ）を代表して説明するときは、エンドデバイスデータ送信３３と称する。

キャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４は、隣接する無線通信システムのビーコン送信またはデータ送信を検出するタイムスロットである。キャリアセンス３４の機能について以下説明する。

図３は実施形態に係る無線通信システムにおいて異なる無線通信サブシステムが隣接している様子を示す図である。図４は隣接する無線通信サブシステムのビーコンをセンスした場合を示すタイミング図である。図５は隣接する無線通信サブシステムのデータをセンスした場合を示すタイミング図である。ここでは、親局１０Ａ、第１子局２０Ａ（１）、・・・、第ｎ子局２０Ａ（ｎ）が無線通信サブシステム（以下、単に「サブシステム」という。）１Ａを構成し、親局１０Ｂ、第１子局２０Ｂ（１）、・・・、第ｎ子局２０Ｂ（ｎ）がサブシステム１Ｂを構成している。サブシステム１Ａ、１Ｂは図１の無線通信システム１と同様な構成である。サブシステム１Ｂの子局の数はサブシステム１Ａと異なってもよい。

サブシステム１Ａおよびサブシステム１Ｂの少なくとも一方が移動することにより、サブシステム１Ｂを構成する親局１０Ｂ、第１子局２０Ｂ（１）、第７子局２０Ｂ（７）、第ｎ子局２０Ｂ（ｎ）はサブシステム１Ａの親局１０Ａからの電波が受信できる位置にいることがある。このとき、図４に示すように、サブシステム１Ａのビーコンタイミングとサブシステム１Ｂのビーコンタイミングとが重なっていると、例えば第１子局２０Ｂ（１）の位置においてビーコンの衝突が生じる。また、図５に示すように、サブシステム１Ａのビーコンタイミングとサブシステム１Ｂのデータ送信のタイミングとが重なっていると、例えば第１子局２０Ｂ（１）の位置においてデータの干渉が生じる。

そこで、サブシステム１Ａがキャリアセンス３４においてサブシステム１Ｂのビーコン送信またはデータ送信（コーディネータデータ送信またはエンドデバイスデータ送信）を検出した場合は、検出したキャリアセンス３４の次のビーコン送信３１において、親局１０Ａはビーコン送信を行なわず、所定サブフレーム数ずらしビーコン送信を行い、親局１０Ｂとのビーコンの衝突または親局１０Ａのビーコン送信とサブシステム１Ｂのデータ送信との干渉を回避する。

図６は別の実施形態に係るサブフレームの構成図である。図６に示すサブフレーム３０は、ビーコン送信（ＴＳｂ）３１、第１コーディネータデータ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、・・・、第ｍコーディネータデータ送信（ＴＳｃｍ）３２（ｍ）、第１エンドデバイスデータ送信（ＴＳ１）３３（１）、・・・、第１エンドデバイスデータ送信（ＴＳｎ）３３（ｎ）、キャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４の各タイムスロットを含むように構成される。ビーコン送信（ＴＳｂ）３１、第１コーディネータデータ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、・・・、第ｍコーディネータデータ送信（ＴＳｃｍ）３２（ｍ）、第１エンドデバイスデータ送信（ＴＳ１）３３（１）、・・・、第ｎエンドデバイスデータ送信（ＴＳｎ）３３（ｎ）のそれぞれ直前のタイムスロットにキャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４が配置される。

実施形態に係る無線通信システムを射撃訓練システムに適用した例を以下に説明する。実施形態に係る無線通信システムは射撃訓練システムに限定されるものではなく、無線通信システムが隣接する複数の無線通信サブシステムで構成されるシステムに適用可能である。

図７は射撃訓練システムを説明するための図である。図８は図７の車両を上から見た図である。射撃訓練システムは、受光器（子局）１１１（１）〜１１１（８）と現示器（親局）１１２とを備える車両１１０と、レーザ送信器１２０と、を備える。受光器１１１（１）〜１１１（８）を代表して説明するときは受光器１１１と称す。なお、受光器１１１は、図８の例では８個であるが、８個に限られるものではない。また、受光器１１１と現示器１１２は、車両の他にも、ヘリコプター、船舶、人員、建屋などに設置することが可能である。

射撃訓練においては、実弾を使用せずに模擬弾として、レーザ送信器１２０から発射されるレーザ光線１２１を使用する。レーザ光線１２１には、発射情報として、当該レーザ光線１２１を発射したレーザ送信器１２０の識別子（ＩＤ）、火器の種別、弾種などの情報が含まれる。

車両１１０に取り付けられた受光器１１１は、レーザ光線１２１を検出することにより、当該受光器１１１が被弾したとみなす被弾検出を行う。すなわち、受光器１１１は、レーザ光線１２１を検出すると、レーザ光線１２１に含まれる発射情報を読み取り、被弾情報とともに現示器１１２へ無線送信する。被弾情報とは、被弾による損耗の程度を示す損耗区分や、損耗部位（被弾位置）などの情報である。

現示器１１２は受光器１１１から被弾情報を受信すると、その内容に応じて、発光、発音、発煙のうち１つ以上を用いて、被弾状況の現示、つまり被弾状況の出力を行う。

この射撃訓練システムにおいては、複数の受光器１１１にて被弾検出を行った後、被弾情報を現示器１１２へ無線送信し、現示器１１２で現示するまでの時間は、概ね１００ｍｓ以下とする必要がある。また、無線送信時のデータ誤りなどによる被弾情報の紛失は、正常な訓練に影響を及ぼすので、その場合は、確実にデータ再送されることが必要である。

そこで、この射撃訓練システムにおいて、受光器（子局）と現示器（親局）間のデータ伝送に、標準規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４の無線通信方式を用いる。標準規格ＩＥＥＥ８０２．１５．４には、無線ネットワークのデータリンク層（ＭＡＣ層）に関し、ＴＤＭＡをベースとした通信方式（アクセス方式やデータ伝送シーケンス等）の仕様が制定されている。

上記規格に従いＴＤＭＡ方式の無線通信を行う場合、例えば、親局と子局の間でデータ送信を行う場合、親局と子局がそれぞれフレーム送信できるタイムスロットは、１スーパーフレーム内にそれぞれ予め設定されており、親局と子局は、それぞれ設定されたタイムスロットにおいて送信を行う。スーパーフレームは、親局と子局がそれぞれフレーム送信することができるタイムスロットを定める時間軸上の構造を示すものである。

図９は実施例に係る現示器および受光器の構成図である。図９に示すように、現示器（コーディネータ）１１２は、無線モジュール１１と表示部１５と電池１６とを備える。無線モジュール１１は制御部１２と送受信部１３と記憶部１４とを備える。送受信部１３は、受光器１１１との間で電波を送受信するためのアンテナ１３ａを含む。電池１６は、現示器１１２の各構成部へ電源供給する。

制御部１２は、現示器１１２の各構成部や現示器１１２全体の動作を制御する。また、制御部１２は、受光器１１１に対して無線送信を行うときに、記憶部１４に記憶したスーパーフレームのタイムスロットのタイミングに基づき、状態データ、運用設定データ等のデータやＡＣＫデータを送信するタイミングを決定する。また、制御部１２は、受光器１１１に対し、データやＡＣＫデータを送信するタイムスロットを検出するためのビーコンを、送受信部１３から送信させる。つまり、制御部１２は、受光器１１１がデータやＡＣＫデータを送信するタイミングを、受光器１１１へ通知する。なお、ＡＣＫデータとは、確認応答（肯定応答ともいう）データ、つまり、送信側から送信されたデータを受信側で正常に受信したことを示すために、受信側から送信側へ送られる肯定的な応答のデータのことである。

送受信部１３は、制御部１２からの制御に従い、受光器１１１との間でデータやＡＣＫデータを、無線により送信又は受信する。

記憶部１４は、スーパーフレームのタイムスロットのタイミングを記憶する。また、記憶部１４は、制御部１２からの制御に従い、受光器１１１から受信したデータの保持や、受光器１１１へ送信するデータの保持を行う。受光器１１１へ送信するデータは、例えば、制御部１２から入力される。

表示部１５は、各種情報を出力する出力部で、受光器１１１から受信した情報を表示する。例えば、表示部１５は音を発する発音部１５１と光を発する発光部１５２と煙を発する発煙部１５３とを備え、受光器１１１から受信した情報に応じて、発音、発光、発煙等の出力を行う。表示部１５に入力される情報は、記憶部１４に保持される。

受光器（エンドデバイス）１１１は、無線モジュール２１と、受光部２５と、電池２６と、を備える。無線モジュール２１は制御部２２と送受信部２３と記憶部２４とを備える。送受信部２３は、現示器１１２との間で電波を送受信するためのアンテナ２３ａを含む。電池２６は、受光器１１１の各構成部へ電源供給する。

制御部２２は、受光器１１１の各構成部や受光器１１１全体の動作を制御する。また、制御部２２は、受光部２５から入力された情報を、現示器１１２へ無線送信するよう制御する。また、制御部２２は、現示器１１２に対して無線送信を行うときに、記憶部２４に記憶したスーパーフレームのタイムスロットのタイミングに基づき、データやＡＣＫデータを送信するタイミングを決定する。

送受信部２３は、制御部２２からの制御に従い、現示器１１２との間でデータやＡＣＫを、無線により送信又は受信する。

記憶部２４は、現示器１１２から受信したビーコンに基づき、スーパーフレームのタイムスロットのタイミングを記憶する。また、記憶部２４は、制御部２２からの制御に従い、現示器１１２から受信したデータの保持や、現示器１１２へ送信するデータの保持を行う。現示器１１２へ送信するデータは、例えば、受光部２５から入力される。

受光部２５は、各種情報の入力を受け付ける入力部である。例えば、受光部２５は、レーザ光線を受光して、該受光したレーザ光線に含まれる情報を、制御部２２へ出力する。受光部２５に入力された情報は、記憶部２４に保持される。

制御部１２、制御部２２は、それぞれ、ハードウエア構成としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と各制御部の動作プログラム等を格納するメモリとを備えている。ＣＰＵは、上記動作プログラムに従って動作する。

記憶部１４、記憶部２４は、それぞれ、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（read only memory）等）や磁気ディスク等により構成される。

例えば、射撃訓練システムの例では、子局２０は、レーザ光線を受光し、該受光したレーザ光線に含まれる情報を取得して、該取得した情報を現示器へ無線送信する受光器である。また、親局１０は、複数の受光器とそれぞれ直接的に通信接続され、複数の受光器からそれぞれ無線送信された情報を受信して、該受信した情報に基づく出力を行う現示器である。

図１０は実施例に係るサブフレームの構成図である。図１０に示すサブフレーム３０は、ビーコン（beacon）送信（ＴＳｂ）３１、第１コーディネータ(coordinator)データ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、第２コーディネータ送信（ＴＳｃ２）３２（２）、第１エンドデバイス(end device)データ送信（ＴＳ１）３３（１）、・・・、第８エンドデバイスデータ送信（ＴＳ８）３３（８）、キャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４の各タイムスロット（Time Slot：ＴＳ）を含むように構成される。よって、実施例のサブフレームは実施形態のサブフレームにおいて、ｍ＝２、ｎ＝８の場合である。

各タイムスロットの時間は、例えば、
ｔＴＳｃｓ＝０．９ｍｓ
ｔＴＳｂ ＝０．９ｍｓ
ｔＴＳｃ１＝ｔＴＳｃ２＝２．８ｍｓ
ｔＴＳ１＝ｔＴＳ２＝・・・＝ｔＴＳ８＝１．２７ｍｓ
ｔＧＴ＝０．２ｍｓ
ｔＳＤ＝１９．９６ｍｓ
である。

受光器１１１と現示器１１２とのリンクアップ（通信接続確立時）について図１１を用いて説明する。図１１はリンクアップ時のサブフレーム周期を示す図である。

サブフレーム＃１において、現示器１１２は、キャリアを検出しない場合、ビーコンを受光器１１１に送信する。受光器１１１は自己の親局のビーコンを受信し、同期を完了する。

サブフレーム＃２において、受光器１１１は現示器１１２に状態データを送信する。現示器１１２は状態データを受信する。なお、図１１以降の図面では状態データは実線矢印で表している。

サブフレーム＃３において、現示器１１２は受光器１１１にＡＣＫデータを送信する。受光器１１１はＡＣＫデータを受信する。なお、図１１以降の図面ではＡＣＫデータは破線矢印で表している。

サブフレーム＃ｎにおいて、現示器１１２は受光器１１１に運用設定データを送信する。受光器１１１は運用設定データを受信し、現示器１１２にＡＣＫデータを送信する。リンクアップを完了する。なお、図１１以降の図面では運用設定データは実線矢印で表している。

上記射撃訓練システムでは、独立した通信を行うサブシステムは親局１台と子局８台であり、１サブシステムにおける無線通達エリアには約９台のサブシステムが存在する。チャネル数は４〜８で、確実に運用中に干渉が発生することが想定される。そこで運用を、リンクアップ（接続確立時）と運用（通常運用）の２パターンに分け、それぞれにおいて干渉を避けるための方式を説明する。なお、以下の説明では、４チャネルの周波数ホッピングとして、スーパーフレームは４種類の周波数のサブフレームで構成されている。

キャリアを検出する場合のビーコンの送信タイミングについて図１２、１３を用いて説明する。図１２は隣接するサブシステムの状態データのキャリアを検出する場合を説明するための図である。図１３は隣接するサブシステムのビーコンのキャリアを検出する場合を説明するための図である。

図１２に示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＣ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＢ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＡのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＡのサブフレームとは一部重なっている。図１２に示すように、Ａ車両の親局は子局にビーコン送信するタイミングの前のキャリアセンスでＢ車両の子局が親局に送信する状態データのキャリアを検出する。そこで、Ａ車両の親局はビーコン送信のタイミングを８サブフレーム遅らせて、干渉を回避する。Ａ車両の子局はビーコン未受信につき基準チャネルでビーコン待ちを継続する。

図１３に示すＡサブシステム（Ａ車両）およびＢサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＡのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＡのサブフレームとは一部重なっている。図１３に示すように、Ａ車両の親局は子局にビーコン送信するタイミングの前のキャリアセンスでＢ車両の親局が子局に送信するビーコンのキャリアを検出する。そこで、Ａ車両の親局はビーコン送信のタイミング（スーパフレームの開始）を８サブフレーム遅らせて、干渉を回避する。Ａ車両の子局はビーコン未受信につき基準チャネルでビーコン待ちを継続する。

隣接するサブシステム間でデータ干渉が発生する場合のＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）再送について図１４Ａ、１４Ｂ、１５Ａ、１５Ｂを用いて説明する。図１４ＡはＡＲＱ再送で干渉が発生するがリンクアップが完了する場合のタイミング図である。図１４Ｂは図１４Ａの拡大図である。図１５ＡはＡＲＱ再送では干渉が発生せずリンクアップが完了する場合のタイミング図である。図１５Ｂは図１５Ａの拡大図である。

図１４Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＢのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＢのサブフレーム、およびＡ車両の周波数がｆＤのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＤのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図１４Ｂに示すように、Ａ車両の子局から親局への状態データの送信と、Ｂ車両の親局はから子局へのＡＣＫデータの送信および子局から親局への状態データ送信が干渉する。車両Ａの第１、６〜８子局（ＥＤ１，６〜８）がＡＲＱ再送になるが、親局から子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ１，２）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、運用データを受信することでリンクアップ完了とする。Ｂ車両の子局５〜７がＡＲＱ再送になるが、親局から子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ１，２）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、運用データを受信することでリンクアップを完了する。

図１５Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＢのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＢのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図１５Ｂに示すように、Ａ車両の子局から親局への状態データの送信と、Ｂ車両の親局はから子局へのＡＣＫデータの送信が干渉する。Ａ車両の第７，８子局（ＥＤ７、８）がＡＲＱ再送になり、状態データが送信されてリンクアップ完了とする。Ｂ車両の第１〜４子局がＡＲＱ再送になり、状態データが送信されてリンクアップを完了とする。

データ干渉発生時にアプリケーション層からの再送指示（ＡＰＬ再送）によりリンクアップ完了が可能なタイミングについて図１６Ａ、１６Ｂを用いて説明する。図１６ＡはＡＰＬ再送によりリンクアップが完了するタイミング図である。図１６Ｂは図１６Ａの拡大図である。

図１６Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＢ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＣ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＢのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＢのサブフレーム、およびＡ車両の周波数がｆＤのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＤのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図１６Ｂに示すように、Ａ車両の子局から親局への状態データの送信と、Ｂ車両の親局から子局への運用設定データの送信が干渉する。Ａ車両の第４〜７子局（ＥＤ４〜７）がＡＲＱ再送になるが、親局から子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ１，２）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、運用データを受信することでリンクアップ完了とする。Ｂ車両の親局から子局への運用設定データがＡＲＱ再送になるが、子局から親局へのＡＣＫデータ（ＥＤ４〜７）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、親局にて運用設定データのＡＲＱリトライオーバ時はアプリケーション層による再送処理を実施する。再送タイミングは乱数による遅延時間により決定する。これは、同一の周波数ホッピング（ＦＨ）の車両で同タイミング再送での再干渉を防ぐ為である。

なお、子局でのＡＰＬ再送において、各子局にて乱数取得を実施した場合、子局再送タイミングに違いが生じ、それぞれの再送データと親局からのＡＣＫデータで多くのサブフレームを使用することとなり、結果として再干渉が発生する割合が高くなる。この対策として、子局からの再送データは１サブフレームまたは連続した２サブフレームとなるように調整する必要がある。車両毎にユニークな番号割付となっているＰＡＮ−ＩＤより遅延時間テーブルを参照して遅延時間を決定する。遅延時間テーブルの設定値は、ＰＡＮ−ＩＤにより決定するＦＨパターンとなるべく一致しない構成とする。

ビーコン干渉時に無線モジュール再起動によりリンクアップ完了を可能とするタイミングについて図１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを用いて説明する。図１７Ａは干渉したサブシステムの一方のみが再起動によりリンクアップを完了する場合のタイミング図である。図１７Ｂ、１７Ｃは図１７Ａの拡大図である。図１７Ｂの次に図１７Ｃが繋がり、図１７Ｂの右側部分と図１７Ｃの左側部分は重複している。図１８Ａは干渉したサブシステムの両方が再起動によりリンクアップを完了する場合のタイミング図である。図１８Ｂ、１８Ｃは図１８Ａの拡大図である。図１８Ｂの次に図１８Ｃが繋がる。

図１７Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＣ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＢ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＡのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＡのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図１７Ｂに示すように、Ａ車両の親局から子局へのビーコンの送信と、Ｂ車両の子局から親局への状態データの送信が干渉する。Ａ車両の子局はビーコンを受信できず、状態データ送信が不可となる。一方、Ｂ車両の第１子局（ＥＤ１）がＡＲＱ再送になり、状態データが送信されてリンクアップ完了とする。そこで、図１７Ｃに示すように、Ａ車両の親局は、ビーコン送信後、所定時間（例えば３秒）経過しても運用データの送信未完了を検出すると、これをトリガにリンクアップ処理を再起動する。この再起動処理は制御部１２から送受信部１３に動作停止要求を送信後、乱数値による遅延時間後に動作開始要求を送信することで実施する。子局はビーコン未受信につき基準チャネルでビーコン待ちを継続する。

図１８Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化する。Ａ車両のすべての周波数のサブフレームとＢ車両のすべての周波数のサブフレームとが重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図１８Ｂに示すように、Ａ車両の親局から子局へのビーコンの送信と、Ｂ車両の親局から子局へのビーコンの送信が干渉する。Ａ車両の子局およびＢ車両の子局はビーコンを受信できず、状態データ送信が不可となる。そこで、図１８Ｃに示すように、Ａ車両の親局およびＢ車両の親局は、ビーコン送信後、所定時間（例えば３秒）経過しても運用データの送信未完了を検出すると、これをトリガにリンクアップ処理を再起動する。この再起動処理は制御部１２から送受信部１３に動作停止要求を送信後、乱数値による遅延時間後に動作開始要求を送信することで実施する。乱数値による遅延時間後に動作開始要求を送信することで、図１８Ｃに示すように、Ａ車両の親局とＢ車両の親局のビーコン送信のタイミングはずらすことができる。子局はビーコン未受信につき基準チャネルでビーコン待ちを継続する。

ビーコン送信時の隠れ端末問題について図１９、図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを用いて説明する。図１９はビーコン送信時の隠れ端末問題が発生する車両の位置関係を示す図である。図２０Ａはビーコン送信時の隠れ端末問題を説明するためのタイミング図である。図２０Ｂ、２０Ｃは図２０Ａの拡大図である。図２０Ｂの次に図２０Ｃが繋がる。

図１９に示すように、Ａ車両１１０Ａの親局１１２ＡにはＢ車両のキャリアが届かないが、Ａ車両１１０Ａの第４子局１１１Ａ（４）、第５子局１１１Ａ（５）にはＢ車両のキャリアが届くことがある。親局が隣接サブシステムとの干渉を認知しないでその子局が隣接サブシステムと干渉することを隠れ端末問題という。

図２０Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＢ、ｆＡ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＢ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＡのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＡのサブフレームとは重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図２０Ｂに示すように、Ａ車両の第４子局、第５子局の親局からのビーコン受信と、Ｂ車両の親局から子局へのビーコンの送信が干渉する。Ｂ車両のタイミングによっては、Ａ車両の第４子局、第５子局の親局からのビーコン受信と、Ｂ車両の運用データ等の送信が干渉する場合（不図示）もある。Ａ車両の第４子局、第５子局はビーコンを受信できず、状態データ送信が不可となる。また、第４子局、第５子局ではビーコン未受信でＡＲＱ再送も行われない。そこで、Ａ車両の親局はビーコン送信後、所定時間（例えば３秒）経過しても運用データ送信の未完了を検出すると、これをトリガにリンクアップ処理を再起動する。この再起動処理は制御部１２から送受信部１３に動作停止要求を送信後、乱数値による遅延時間後に動作開始要求を送信することで実施する。干渉発生子局はビーコン未受信につき基準チャネルでビーコン待ちを継続する。その他子局は同期開始後、所定時間（例えば３秒）経過しても運用データの未受信を検出すると、これをトリガに基準チャネルでビーコン待ちに移行する。

リンクアップ後の同期保護について図２１、２２Ａ、２２Ｂを用いて説明する。図２１はキャリアセンスによってビーコンが送信されなかった場合のタイミング図である。図２２Ａ、２２Ｂは同一タイミングの車両が合流した場合のタイミング図である。図２２Ａの次に図２２Ｂが繋がる。

図２１に示すように、Ａ車両の親局はセンススロットで他サブシステムのキャリアを検出してビーコンを送信できない場合、８サブフレームずらしてビーコンを送信する。Ａ車両の子局は同期中なら次回ビーコンを受信する。子局がビーコンを受信できなければ８サブフレーム間隔でビーコンを送信し続ける。子局は前回ビーコン受信から２スーパーフレームの期間で新規ビーコン受信が発生しなかった場合に同期はずれとして基準チャネルでのビーコン待ちに移行する。

図２２Ａに示すように、Ａ車両に同一タイミングのＢ車両が合流する場合、Ａ車両のビーコンとＢ車両のビーコンは衝突し続け、子局のビーコン未受信が続く。これにより、子局非同期が発生し、ビーコン待ちへ移行する。親局はKeep-Aliveデータを子局に送信するが、このとき全子局は非同期になっていると応答はない。１０分毎に親局より送信するKeep-Aliveデータに対する子局からの応答未受信により無線モジュールを再起動する。これは、リンクアップ再起動と同様の処理である。

実施例では、ビーコン送信前にキャリアセンスを行い、検出した場合は規定したフレームをずらすことで、他のサブシステムとの衝突を避けることができる。また、リンクアップ時を設け、所定時間内に接続が成立しなかったらリセット（再起動）することにより、再度リンクアップを行うことでサブシステムのビーコン送信タイミングをずらすことができ、それにより場合によっては常に送信タイミングが重なることによって全く通信ができない状態を避けることができる。また、隠れ端末問題を解消することができる。

＜変形例＞
図２３は変形例に係るサブフレームの構成図である。図２３に示すサブフレーム３０Ａは、図６に対応するもので、ビーコン送信（ＴＳｂ）３１、第１コーディネータデータ送信（ＴＳｃ１）３２（１）、第２コーディネータ送信（ＴＳｃ２）３２（２）、第１エンドデバイスデータ送信（ＴＳ１）３３（１）、・・・、第８エンドデバイスデータ送信（ＴＳ８）３３（８）、キャリアセンス（ＴＳｃｓ）３４の各タイムスロットを含むように構成される。ＴＳｃｓはＴＳｂおよび各ＴＳｃ１、ＴＳｃ２、ＴＳ１、・・・、ＴＳ８の前に配置される。よって、変形例のサブフレームは実施形態のサブフレームにおいて、ｍ＝２、ｎ＝８の場合である。

タイムスロットの時間は、例えば、
ｔＴＳｃｓ＝０．２ｍｓ
ｔＴＳｂ ＝０．９ｍｓ
ｔＴＳｃ１＝ｔＴＳｃ２＝２．８ｍｓ
ｔＴＳ１＝ｔＴＳ２＝・・・＝ｔＴＳ８＝１．２７ｍｓ
ｔＧＴ＝０．２ｍｓ
ｔＳＤ＝２３．２６ｍｓ
である。

変形例の効果について図２４Ａ、２４Ｂ、２５Ａ、２５Ｂを用いて説明する。図２４Ａは変形例に係るサブフレームによるリンクアップ処理のタイミング図である。図２４Ｂは図２４Ａの拡大図である。図２５Ａは実施例に係るサブフレームによるリンクアップ処理のタイミング図である。図２５Ｂは図２５Ａの拡大図である。

図２４Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）ではサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）ではサブフレームの周波数がｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＢのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＢのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図２４Ｂに示すように、Ａ車両の第１子局から親局への状態データ（ＥＤ１）の送信と、Ｂ車両の親局はから子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ２）の送信が干渉する。親局、子局とも送信データ（ビーコン含む）が発生している場合、該当タイムスロットの直前のキャリアセンス（ＴＳｃｓ）で他局のキャリアを検出したならば送信を次サブフレームに延期（以下、Ts_Kickという。）する。

図２５Ａに示すＡサブシステム（Ａ車両）では図２４Ａと同様にサブフレームの周波数がｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、ｆＡ、ｆＢ、ｆＣ、ｆＤ、・・・という順序で変化し、Ｂサブシステム（Ｂ車両）では図２４Ａと同様にサブフレームの周波数がｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、ｆＤ、ｆＣ、ｆＢ、ｆＡ、・・・という順序で変化する。Ａ車両の周波数がｆＢのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＢのサブフレーム、およびＡ車両の周波数がｆＤのサブフレームとＢ車両の周波数がｆＤのサブフレームとは一部重なっており、破線部分で干渉が発生する。

図２５Ｂに示すように、Ａ車両の子局から親局への状態データの送信と、Ｂ車両の親局はから子局へのＡＣＫデータの送信および子局から親局への状態データ送信が干渉する。Ａ車両の第１、６〜８子局（ＥＤ１，６〜８）がＡＲＱ再送になるが、親局から子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ１，２）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、運用設定データを受信することでリンクアップ完了とする。Ｂ車両の第５〜７子局がＡＲＱ再送になるが、親局から子局へのＡＣＫデータ（ＣＤ１，２）も干渉してリトライオーバとなる。しかし、運用設定データを受信することでリンクアップ完了とする。

変形例ではＡＲＱ再送が回避できるが、実施例ではＡＲ再送やＡＲＱリトライオーバが発生する。これにより、Ｂ車両では、変形例の方が実施例よりも１サブフレーム早くリンクアップが完了する。一方、実施例では、スーパーフレームが変形例よりも短くなる分、連射時のリアルタイム性については変形例よりも優れている。また、実施例では、子局においてもデータ送信前にキャリアセンスを行わないので、省電力化については変形例よりも優れている。

変形例によれば、親局だけでなく子局もキャリアセンスすることにより、子局の送信時にキャリアを検出した場合は次のビーコン送信タイミングまで待つことで、リアルタイム性は少し遅れるが、データの衝突がなくなるので、データのロストが減少し、結果としてはデータの到達率を上げることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１・・・無線通信システム
１Ａ・・・無線通信サブシステム
１Ｂ・・・無線通信サブシステム
１１０・・・車両
１０、１０Ａ、１０Ｂ・・・親局
１１２・・・現示器（親局）
１１・・・無線モジュール
１２・・・制御部
１３・・・送受信部
１３ａ・・・アンテナ
１４・・・記憶部
１５・・・表示部
１５１・・・発音部
１５２・・・発光部
１５３・・・発煙部
１６・・・電池
２０、２０Ａ、２０Ｂ・・・子局
１１１・・・受光器（子局）
２１・・・無線モジュール
２２・・・制御部
２３・・・送受信部
２３ａ・・・アンテナ
２４・・・記憶部
２５・・・受光部
２６・・・電池
３０・・・サブフレーム
３１・・・ビーコン送信
３２・・・コーディネータデータ送信
３３・・・エンドデバイスデータ送信
３４・・・キャリアセンス
３００・・・スーパーフレーム

Claims (6)

1. 車両に搭載された親局と複数の子局で構成されるサブシステムを複数備え、
   前記複数のサブシステムのそれぞれにおいて、前記親局と前記子局とは複数のサブフレームで構成されるスーパーフレームでデータの送受信を行い、
   前記複数のサブフレームのそれぞれは、
   前記親局が前記子局にビーコンを送信する第１タイムスロットと、
   前記親局が前記第１タイムスロットの直前に他サブシステムのキャリアを検知する第２タイムスロットと、
   前記親局が前記子局にデータを送信する第３タイムスロットと、前記子局が前記親局にデータを送信する第４タイムスロットと、
   を備え、
   前記親局が前記第２タイムスロットで前記他サブシステムのキャリアを検知した場合、当該サブフレームでのビーコンの送信を取止め、所定数のサブフレーム後のサブフレームの前記第２タイムスロットで前記他サブシステムのキャリアの有無を調べ、前記複数の子局からのリンクアップが完了して前記他サブシステムのキャリアが未検出になるまで繰り返し、未検出になったらビーコンの送信を行う無線通信システム。
2. 請求項１において、
   前記親局と前記子局との通信接続確立処理において、前記親局はビーコン送信後、所定時間内に運用データの送信未完了を検出すると、前記通信接続確立処理を再起動する無線通信システム。
3. 請求項１において、
   前記第４タイムスロットは、前記子局の状態データを前記親局に送信するタイムスロットであり、
   前記第３タイムスロットは、前記親局が前記状態データを受信したことを示すＡＣＫデータを前記子局に送信するタイムスロットである
   無線通信システム。
4. 請求項１において、
   前記第３タイムスロットは、前記親局が運用設定データを前記子局に送信するタイムスロットであり、
   前記第４タイムスロットは、前記子局が前記運用設定データを受信したことを示すＡＣＫデータを前記親局に送信するタイムスロットである無線通信システム。
5. 請求項１において、
   前記スーパーフレーム内の前記複数のサブフレームのキャリア周波数は異なる無線通信システム。
6. 請求項１において、
   前記複数のサブフレームのそれぞれは、さらに、
   前記第３タイムスロットの直前に他サブシステムのキャリアを検知する第５タイムスロットと、
   前記第４タイムスロットの直前に他サブシステムのキャリアを検知する第６タイムスロットと、
   を備える無線通信システム。

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