JP6690465B2 - 無線通信システム、および、無線機の送信タイミング分散方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサネットワークなどで使われる低消費電力な無線アクセス方式の一つであるＲＩＴ（Receiver Initiated Transmission：受信機始動送信）でのデータ送信タイミング分散技術に関する。

ＲＩＴ(受信機始動送信)は、IEEE802.15.4eで定義される無線アクセス方式である。
具体的に説明すると、ＲＩＴ(受信機始動送信)は、センサネットワーク等、電池で駆動する無線機に提供される低消費電力通信のためのアクセス方式である。

図５に示すとおり、ＲＩＴに基づく全ての無線機は、特定の周期でビーコンを同報送信している。ビーコンには、送信した無線機を識別するためのＩＤ（識別符号）が格納されており、どの無線機(受信機)が送信したビーコンであるかを識別可能になっている。

そしてビーコン送信後に短時間の受信待ち状態となる。無線機は消費電力を抑えるために、ビーコン送信と受信待ち状態以外の時間は、無線機の送受信機能を停止(スリープ)するようにしている。

図６は、ＲＩＴによってデータ送信する仕組みを説明する図である。図６に示すようにデータ送信機は、送信要求が生成されると、ビーコンの連続受信待ち状態となる。
ビーコンの連続受信待ち状態でデータ受信機からのビーコンを受信すると、受信したビーコン内に格納されているＩＤ（識別符号）からデータ送信機はデータを送信したい相手かどうかを判定し、データを送信する場合は、データ受信機のビーコン送信後のデータ受信待ち状態をめがけてデータを送信する。

これにより、データ送信機は、データ受信機にデータを送信することができる。またデータ受信機は、データ送信機からデータを受信することができる。
図７は、ＲＩＴによってデータ送信する複数のデータ送信機が存在した場合におけるデータ送信の衝突例を示す図である。

図７において、データを送信しようとする無線機が複数存在し、複数のデータ送信機Ａ，Ｂが同じタイミングでビーコンを受信したものとすると、それに応じてデータ送信機Ａ，Ｂが同じタイミングでデータを送信することになる。

すると、複数のデータ送信機Ａ，Ｂが送信したデータの送信タイミングが一致して、データが衝突するため、データ受信機では送信された送信機Ａのデータおよび送信機Ｂのデータを受信できないことになる。

つまり、データ送信機Ａ，Ｂが送信したデータについて、データ受信機では受信タイミングが一致してしまい、その結果、データ送信機Ａ，Ｂが送信したデータを正しく受信することが困難になる。

下記特許文献１には、直接通信可能な無線端末間でのデータ通信に移行するまでの間に、識別信号を送信した無線端末は、リンク確立要求が衝突したかを検出し、リンク確立要求が衝突した場合には、識別信号を送信した無線端末から衝突検出信号を送信するとともに受信状態を延長し、一方、データを送信したい無線端末は、衝突検出信号を受信した後はタイミングをばらつかせてリンク確立要求の再送信を行うようにして、リンク確立要求の再送信するタイミングがデータを送信したい無線端末ごとにばらつかせて、リンク確立要求の衝突を回避して正常にデータ送受信を行える確率を向上させる無線通信システムが記載されている。

特開２０１１−０６１６８２号公報

ＲＩＴでは、図７に示すように、データを送信しようとする無線機が複数存在し、複数のデータ送信機が同じタイミングでデータ受信機からのビーコンを受信すると、それに応じてデータを送信する。

すると、複数のデータ送信機が送信したデータの送信タイミングが一致して、データが衝突する可能性がある。
データ受信機において、受信タイミングの一致した複数のデータを正しく受信することは困難である。

そこで本発明の目的は、ＲＩＴ(受信機始動送信)を使ってデータを送信する複数の無線機が略同時に送信要求し、ビーコンを同じタイミングで受信したとしても受信不能となる確率を低減することができる無線通信システム、および、無線機の送信タイミング分散方法を提供するものである。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、ＲＩＴ(受信機始動送信)によってデータを送受信する複数の無線機から成る無線通信システムにおいて、
データを受信する無線機は、定期的に発信するビーコンに該ビーコンの発信毎に更新されるシリアルナンバーを格納する手段を有し、
データを送信する無線機は、送信するデータの要因に応じた重複レベルを記憶する手段を有し、
前記データを送信する無線機は、前記データを受信する無線機から受信した前記ビーコンのシリアルナンバーと、送信するデータの要因に応じて記憶された前記重複レベルとによってデータを送信するか取り止めるかを決定する、ことを特徴とする。

上記態様において、
前記重複レベルは、複数の無線機において同じタイミングで送信が発生する確率によって決められており、
無線機において同じタイミングで送信が発生する可能性がある場合は、データ送信する確率を低減してデータ送信する、ことを特徴とする。

また上記態様において、
前記重複レベルは、複数の無線機において同じタイミングで送信が発生する確率によって決められており、
全ての無線機が同じタイミングで送信が発生する可能性が高い場合は、あるタイミングでデータ送信する無線機は１台であるようにされる、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の別の態様は、ＲＩＴ(受信機始動送信)によってデータを送受信する複数の無線機から成る無線通信システムにおける無線機の送信タイミング分散方法であって、
データを受信する無線機は、定期的に発信するビーコンに該ビーコンの発信毎に更新されるシリアルナンバーを格納し、
データを送信する無線機は、送信するデータの要因に応じた重複レベルを記憶し、
前記データを送信する無線機は、前記データを受信する無線機から受信した前記ビーコンのシリアルナンバーと、送信するデータの要因に応じて記憶された前記重複レベルとによってデータを送信するか取り止めるかを決定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＲＩＴ(受信機始動送信)を使ってデータを送信する複数の無線機が略同時に送信要求し、ビーコンを同じタイミングで受信したとしても受信不能となる確率を低減することができる。

また本発明によれば、ＲＩＴによってデータを送受信する複数の無線機から成る無線通信システムにおいて、複数の無線機がデータを同時に送信する可能性が高いときは、データの送信タイミングが一致する確率を下げることによって、データを受信する無線機で受信タイミングが一致してデータを正しく受信できない可能性を低減させることができる。

本発明の実施形態に係る無線機の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態で用いる無線フォーマット例を示す図である。 本発明の実施形態に係る送信重複レベルの例を示す図である。 本発明の実施形態に係るデータ送信判定処理を説明するフロー図である。 無線機が定期的にビーコンを送信し、ビーコン送信後に短時間の受信待ち状態に移行するＲＩＴ無線アクセス方式を説明する図である。 ＲＩＴによってデータ送信する仕組みを説明する図である。 ＲＩＴによってデータ送信する複数のデータ送信機が存在した場合におけるデータ送信の衝突例を示す図である。

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無線機の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の実施形態に係る無線機１０は、センサ等のデータ発生部(不図示)からのデータを処理して無線送受信部１４にデータを受け渡し、またアンテナ１５を経て無線送受信部１４が受信したデータを受け取って処理するデータ処理部１１を有している。

また無線機１０は、無線データの送受信とビーコンの送受信におけるそれぞれのタイミングを制御しながら信号の送受信を行う無線送受信部１４を有している。
さらに無線機１０は、後に説明するように、送信重複レベルをテーブル形式で記憶する送信重複レベル記憶部１２を有している。

また無線機１０は、他の無線機から受信したビーコンと送信重複レベル記憶部１２の重複レベルとを利用してデータを送信するか否かを判定する送信判定部１３を有している。
なお、図示はしていないが、ＲＩＴでは低消費電力の通信が可能となるため、無線機の電源は電池を用いることができる。しかし電源は電池に限定されず、太陽光発電装置から得られる電源や汎用のライン電源から得られるものでも構わない。

また本発明に係る無線通信を可能にする無線通信システムは、直接無線通信が可能な範囲内に、図１に示す無線機１０が３台以上存在していて、図５に示すようなビーコン送信を周期的に繰り返し、データ送信機によるデータ送信要求が発生した際には、図６に示すようなＲＩＴによるデータの送受信シーケンスを実行してデータ送信が行われる。

図２は、本発明の実施形態で用いる無線フォーマット例を示す図である。本発明で使用する無線フォーマットとして、図２(ａ)に示されるビーコンフォーマットと、図２(ｂ)に示されるデータフォーマットとが例示されている。

図２(ａ)に示されるビーコンフォーマットには、ビーコンを送信するごとに更新されるシリアルナンバー(番号)１１１が格納されている。ビーコンは、自機を除くいずれの無線機でも受信する同報信号であるため、フォーマット内に宛先ＩＤは格納されていない。

一方で、ビーコンを送信した無線機を示す送信元ＩＤ１１２がフォーマット内に格納されている。フォーマット内のコマンド１１３には、ビーコンであることを示す記号が格納されている。

図２(ｂ)に示されるデータフォーマットには、特定の相手向けのデータであることを示す宛先ＩＤ１２１と、どの無線機が送信したデータかを示す送信元ＩＤ１２２が格納される。

コマンド１２３には、データであることを示す記号が格納されている。さらにペイロード１２４には、送信したいデータそのもの、例えば、センサデータなどが格納される。
図３は、本発明の実施形態に係る送信重複レベルの例を示す図である。すなわち、データの送信タイミングが重なる可能性が高いかどうかを示す送信重複レベル１３１と、その送信重複レベルに対応する要因例１３２及び送信判定例の内容１３３を示すテーブルである。

図３において、例えば、送信重複レベル１３１が“１”で要因例１３２が“ポーリング通信”は、唯一の受信機が複数のデータ送信機に一つずつ問いかけてデータを集めるような通信である。

唯一の受信機は、一つのデータ送信機との通信が終了して次のデータ送信機に問いかけてゆく通信方式であり、このポーリング通信方式であればデータ送信のタイミングが一致することはない。

送信重複レベル１３１が“２”で要因例１３２が“端末発呼通信”は、データ送信機が非同期にデータ受信機へデータを送信する通信である。
端末発呼通信の一例である電池消耗などのアラーム発呼は、非同期であってもめったに通信が発生しないため、データ送信のタイミングが一致する可能性はあるが、きわめて低いと判断される。

送信重複レベル１３１が“３”で要因例１３２が“同一事由による端末発呼通信”は、多数のデータ送信機が同じタイミングでデータ送信する可能性が高い通信である。
例えば、火災発生を検出して温度データを発呼するセンサ発呼、地震の揺れを検出して震度情報を発呼するセンサ発呼、停電復帰を検出して発呼するスマートメーター発呼などに基づく通信である。

図４は、本発明の実施形態に係るデータ送信判定処理を説明するフロー図である。
本発明では、データ送信要求が発生した時に、要求と同時に送信重複レベルが設定されるので、図４に示す処理フローを辿ることで、どの送信重複レベルによる通信なのかが明らかとなる。

データ送信要求が発生するとデータ送信機は、ビーコン連続受信待ち状態（ステップＳ１１）になり、周辺無線機からのビーコン送信待ちになる。
周辺無線機からビーコンを受信する（ステップＳ１２）と、当該ビーコンに格納されたＩＤ(識別符号)（図２(ａ)参照）の内容から送信したい相手かどうかの判定を行う。

ビーコンを送信してきた受信機が、送信したい相手の場合（ステップＳ１２：Yes）は、ビーコンに格納されているシリアルナンバーと送信重複レベルとに応じてデータを送信する確率を低下させる必要があるか否かを判断してどのタイミングでデータを送信するかを決定する。どのタイミングでデータを送信するかは下記に示すようにして決定される。

１）レベル１（ステップＳ１３：Yes）
送信要求に応じて必ずデータを送信する（ステップＳ１４）。
２）レベル２（ステップＳ１３：No，ステップＳ１５：Yes）
（受信したビーコンのシリアルナンバー）％４ ＝ （自身のＩＤ）％４のときに データを送信する（ステップＳ１４）。
ここで、％は剰余を示す。（自身のＩＤ）％４はいつも同じであるため、送信要 求の４回に１回はデータを送信することになる。
３）レベル３（ステップＳ１５：No，ステップＳ１７：Yes）
（受信したビーコンのシリアルナンバー）％（無線機総数） ＝ （自身のＩＤ） のときにデータを送信する（ステップＳ１４）。
ここで各無線機のＩＤは、１〜無線機総数までで、重複しないものとする。シリ アルナンバーに対してデータを送信する無線機は１台に限定される。

１０ 無線機
１１ データ処理部
１２ 送信重複レベル記憶部
１３ 送信判定部
１４ 無線送受信部
１５ アンテナ
１１１ シリアルナンバー
１１２、１２２ 送信元ＩＤ
１１３、１２３ コマンド
１２１ 宛先ＩＤ
１２４ ペイロード
１３１ 送信重複レベル
１３２ 要因例
１３３ 送信判定例

Claims (4)

1. ＲＩＴ(受信機始動送信)によってデータを送受信する複数の無線機から成る無線通信システムにおいて、
   データを受信する無線機は、定期的に発信するビーコンに該ビーコンの発信毎に更新されるシリアルナンバーを格納する手段を有し、
   データを送信する無線機は、送信するデータの要因に応じた重複レベルを記憶する手段を有し、
   前記データを送信する無線機は、前記データを受信する無線機から受信した前記ビーコンのシリアルナンバーと、送信するデータの要因に応じて記憶された前記重複レベルとによってデータを送信するか取り止めるかを決定する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記重複レベルは、複数の無線機において同じタイミングで送信が発生する確率によって決められており、
   無線機において同じタイミングで送信が発生する可能性がある場合は、データ送信する確率を低減してデータ送信する、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記重複レベルは、複数の無線機において同じタイミングで送信が発生する確率によって決められており、
   全ての無線機が同じタイミングで送信が発生する可能性が高い場合は、あるタイミングでデータ送信する無線機は１台であるようにされる、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. ＲＩＴ(受信機始動送信)によってデータを送受信する複数の無線機から成る無線通信システムにおける無線機の送信タイミング分散方法であって、
   データを受信する無線機は、定期的に発信するビーコンに該ビーコンの発信毎に更新されるシリアルナンバーを格納し、
   データを送信する無線機は、送信するデータの要因に応じた重複レベルを記憶し、
   前記データを送信する無線機は、前記データを受信する無線機から受信した前記ビーコンのシリアルナンバーと、送信するデータの要因に応じて記憶された前記重複レベルとによってデータを送信するか取り止めるかを決定する、
   ことを特徴とする無線機の送信タイミング分散方法。
   

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