JPWO2013125061A1 - 通信システム、通信端末および通信方法 - Google Patents

Abstract

集中制御エリア内の端末２０と分散制御エリア内の端末２０のうちの少なくとも一部の端末の端末モードを、時分割で通信を行う時分割制御モードに設定し、時分割制御モード以外の集中制御エリア内の端末２０を集中制御モードに設定し、時分割制御モード以外の分散制御エリア内の端末２０を分散制御モードに設定し、時分割制御モードに設定された端末２０は、通信が許可された通信期間に送信を行い、集中制御モードに設定された端末２０および分散制御モードに設定された端末２０は、通信期間に依存せずに通信を行う。

Description

本発明は、通信システム、通信端末および通信方法に関する。

テレメータリングや大規模工場内のモニタリングなど、特定小電力無線を使用した大規模ネットワークにおけるデータ収集が検討されている。これらのネットワークでは、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１５．４で規格化されているＰＨＹ（物理層）／ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が使用され、マルチホップにより広範囲、多数の端末からデータを収集する。ＩＥＥＥ８０２．１５．４で規格化されている無線アクセス方式であるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式では、各々の端末がパケット送信に先立ってバックオフ時間の待機と無線チャネルのキャリアセンスを行う。そして、キャリアセンスによりチャネルが使用中（チャネルビジー）であることを確認した場合は、再度バックオフ時間の待機を行う（非特許文献１参照）。

一方、集中制御型のアクセス方式と自律分散制御型のアクセス方式を、無線局毎、且つ、無線チャネル毎に時分割で適用するアクセス方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアクセス方式では、親局として機能する場合は自局の制御に従い信号を伝送し、子局として機能する場合は親局の制御に従い信号を伝送する。無線局は、他の無線局と直接、または、他の一つ以上の無線局を介することで通信する。これにより、低遅延、低遅延ゆらぎ、高スループット、高いＱｏＳの保証を実現する。

時分割制御を行う他の方式として、基地局、中継局および加入者局を備えるシステムにおいて、アップストリームをコンテンション期間とコンテンションフリー期間で構成するメディアアクセス制御方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このメディアアクセス制御方式では、コンテンション期間には加入者局から中継局にデータが送信され、コンテンションフリー期間に中継局から基地局へデータが送信される。これにより、中継局を介した加入者局と基地局の通信を可能にしている。

特開２００２−３２５２７３号公報 特開２００７−６１９９号公報

ＩＥＥＥ，"ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ＩＥＥＥ８０２．１５．４"，Ｓｅｐｔ． ２００６

上記のように、ネットワークにおける干渉を軽減させる従来技術として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式や、時分割により、アクセス方式や通信可能なリンクを切替える方式などが提案されている。しかしながら、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、端末数、通信頻度の増加に伴い干渉が増加するという問題がある。

一方、時分割によりアクセス方式や通信可能なリンクを切替える方式は、通信相手と直接通信するシングルホップや１つの中継局を経由する２ホップのネットワークに関するものが多く、３ホップ以上のマルチホップ環境について検討されているものは少ない。また、３ホップ以上のマルチホップ環境に適用し、全端末を時分割で動作させると、互いに干渉しない端末の通信まで禁止してしまう場合もあり、通信効率が低下する。さらに、通信エリアにより集中制御と分散制御を切替えた場合、集中制御と分散制御の境界付近において干渉が発生するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチホップ環境において、集中制御と分散制御が混在する場合にスループットを向上させ、さらに、集中制御と分散制御の境界付近における干渉を軽減させることができる通信システム、通信端末および通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の通信端末を備え、親端末の制御に従い通信を実施する集中制御を実施する集中制御エリアと自律分散制御により通信を実施する分散制御を実施する分散制御エリアとを設定可能な通信システムであって、前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記通信端末を含む前記通信端末の端末モードを、時分割で通信を行う時分割制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記集中制御エリア内の前記通信端末を集中制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記分散制御エリア内の前記通信端末を分散制御モードに設定し、前記時分割制御モードに設定された前記通信端末は、通信が許可された通信期間に送信を行い、前記集中制御モードに設定された前記通信端末および前記分散制御モードに設定された前記通信端末は、前記通信期間に依存せずに通信を行う、ことを特徴とする。

本発明にかかる通信システム、通信端末および通信方法は、マルチホップ環境において、集中制御と分散制御が混在する場合にスループットを向上させ、さらに、集中制御と分散制御の境界付近における干渉を軽減させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の端末の構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。 図３は、図２に示した構成例における特定の経路について詳細を説明するための図である。 図４は、集中制御エリア内の端末の通信シーケンスの一例を示す図である。 図５は、分散制御エリア内の通信シーケンスの一例を示す図である。 図６は、実施の形態２の端末の構成例を示す図である。 図７は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替え手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替え手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、実施の形態２の通信システムのネットワークトポロジの一例を示す図である。 図１０は、一定期間に各端末が送信するパケット数の一例を示す図である。 図１１は、各端末からの受信データ数と当該端末のホップ数の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態３の通信システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信システム、通信端末および通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる端末（通信端末）の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の端末は、制御部１、無線部２、アンテナ３、通信エリア管理部４、端末モード管理部５、及び送信期間管理部６を備える。

アンテナ３は、他の端末と無線通信するためのアンテナであり、送信信号を無線部２から受け取り電波として送出し、受信信号を無線部２へ渡す。無線部２は、制御部１から受け取った送信データに基づいて変調等を行って送信信号を生成し、受信信号の復調等を行い得られた受信データを制御部１へ渡す。制御部１は、送受信データの制御を行い、送信データを無線部２へ渡し、受信データを無線部２から受信する。また、通信エリア管理部４、端末モード管理部５、送信期間管理部６と連携し、適切な送信タイミング、通信方式を選択する。

通信エリア管理部４は、自端末が存在する通信エリア（集中制御エリアまたは分散制御エリア）について管理し、自端末が存在する通信エリアを判断して設定する。端末モード管理部５は、自端末の端末モードを管理し、自端末の端末モードを集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードのうちのいずれかに設定する。送信期間管理部６は、自端末の送信可能タイミングを管理し、時分割で動作する場合に送信可否を判断する。

図２は、本実施の形態において想定する通信システムの構成例を示す図である。なお、図２に示す通信システムの構成は一例であり、本実施の形態のアクセス制御方式及び端末を適用する通信システムの構成は図２の例に限定されない。図２に示すように、ネットワークは複数の端末（端末１０および端末２０）で構成され、端末２０で発生したデータは直接、または、他の端末２０が中継することで、端末１０に送信される。なお、図２では、図の簡略化のため１つの端末２０について符号を付しているが、端末１０以外の図２に示したそれぞれの丸は、符号を付していないものも端末２０である。端末２０は、図１に構成を例示した本実施の形態の端末である。

端末１０（データ収集端末）はデータを収集する任意の端末であり、通信システムを構成する端末２０のうちの１つとして選択してもよいし、端末２０としての機能以外の特定機能を含むＧａｔｅｗａｙのようなものを使用することも可能である。また、端末１０は、集中制御において各端末２０の送信を制御する親端末として機能する。なお、ここでは、各端末２０から端末１０への経路は構築済みとする。経路構築の方法に制約はなく、マルチホップネットワークにおける通常の経路構築方法を用いることができる。各端末２０は、経路構築により端末１０からのホップ数を把握し、端末モード管理部５は、端末１０からのホップ数を保持しているとする。

また、ネットワークは端末１０を中心に、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２が設定されている。集中制御エリアＡ１内の通信は特定の端末が通信を集中制御することにより、互いの通信が干渉しない通信を行う。分散制御エリアＡ２では、各端末が自律分散的に動作する。そのため、送信タイミングや隠れ端末問題により、互いに干渉する可能性がある。

図３は、図２に示した構成例における特定の経路について詳細を説明するための図である。図３の端末１０は、他の端末からデータを収集する端末であり、端末２０は、端末１０へ直接、または、他の端末を経由してデータを送信する。なお、図３では、２つの端末にのみ符号を付しているが、その間の丸も端末２０を示している。端末２０を示す丸のなかには、端末１０からのホップ数が記載されている。

図３に示すように、ここでは、端末１０からＮ（Ｎは１以上の整数）ホップ目までの端末は集中制御エリアＡ１内であるとし、Ｎ＋１ホップ目以降の端末２０を分散制御エリアＡ２内であるとする。端末２１は、端末２０のうちの１つであり、端末１０からＮホップ目となり、集中制御エリアＡ１内の分散制御エリアＡ２との境目に位置する端末である。

図４は、集中制御エリアＡ１内の端末（端末１０および端末２０）の通信シーケンスの一例を示す図である。以降、各端末間のリンクにおいて、端末１０側の端末を上位端末、末端側の端末を下位端末とする。図４に示すように、集中制御エリアＡ１内の上位端末が集中制御エリアＡ１内の下位端末にＰＯＬＬＩＮＧを送信することで通信を開始する（ステップＳ１）。ＰＯＬＬＩＮＧにはＤＡＴＡを要求する下位端末の識別子を含む。

ＰＯＬＬＩＮＧを受信した下位端末の内、指定された識別子の端末が上位端末へＤＡＴＡを送信する（ステップＳ２）。なお、ＰＯＬＬＩＮＧを受信した下位端末が送信するデータを保持していない場合、ペイロードを含まないＮＵＬＬ ＤＡＴＡを送信することも、何も応答しないことも可能とする。なお、本実施の形態では、ＮＵＬＬ ＤＡＴＡを送信するとして説明する。ＤＡＴＡ、または、ＮＵＬＬ ＤＡＴＡを受信した上位端末は、必要に応じてＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｇｅｍｅｎｔ）を返信することで通信を完了する（ステップＳ３）。図４ではＡＣＫを単独パケットとして送信しているが、次に送信するＰＯＬＬＩＮＧにＡＣＫ情報を含んで送信することにより、送信パケット数を削減することも可能である。なお、図３において集中制御エリアＡ１の最も下位端末となるＮホップ目の端末（以下、Ｎホップ端末という）は、自端末からのＰＯＬＬＩＮＧは送信しない。

集中制御エリアＡ１内の各端末がＰＯＬＬＩＮＧを送信するタイミングは、集中制御エリアＡ１内の他の通信と干渉しないタイミングとする。他の通信と干渉しないタイミングで送信するための制御としては、データを収集する端末１０が集中制御エリア内Ａ１全体の通信を制御しても良いし、各端末が集中制御エリアＡ１内の端末と予め送信タイミングに関する情報を交換することで、自端末のＰＯＬＬＩＮＧ送信タイミングを制御しても良く、集中制御エリア内で互いの通信が干渉しないポーリング通信を行う方法については限定しない。また、上記では、各端末が直接通信する下位端末との通信をそれぞれＰＯＬＬＩＮＧにより集中制御する方法について説明したが、端末１０が集中制御エリア内の任意の端末宛にＰＯＬＬＩＮＧを送信し、集中制御エリア内の端末が宛先の端末までＰＯＬＬＩＮＧを転送するようにしても良い。

図５は、分散制御エリアＡ２内の通信シーケンスの一例を示す図である。各端末２０はＣＳＭＡ／ＣＡで動作し、送信するデータを保持する下位端末は、ランダムに決定されるバックオフ時間の待機とキャリアセンスを行う。キャリアセンスによりチャネルがあいていると判断した場合、下位端末は上位端末へＤＡＴＡを送信する（ステップＳ１１）。ＤＡＴＡを受信した上位端末は、必要に応じてＡＣＫを返信することで通信を完了する（ステップＳ１２）。なお、詳細動作は非特許文献１に記載されている。

各端末では、端末モード管理部５が、図３に示すように端末モードを設定する。本実施の形態では、端末モードは、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードの３つである。各端末は、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界となる端末２１（以下、境界端末という）の（端末１０からの）ホップ数と各端末の境界端末からのホップ数とに基づいて、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードの３つのモードのうちいずれかの端末モードに設定する。なお、境界端末の端末１０からのホップ数、すなわちＮは、あらかじめ設定されるまたは端末１０から通知される等により、各端末２０が把握しているとする。

集中制御モードに設定する端末は、端末１０からＮ−３ホップまでの端末であり、これらの端末は常に集中制御（図４に示した手順）により通信を行う。

分散制御モードに設定する端末は、端末１０からＮ＋４ホップ以上の端末であり、常に分散制御（図５に示した手順）により通信を行う。

時分割制御モードに設定する端末は、集中制御モード、分散制御モード以外の端末であり、端末１０からのホップ数がＮ−２ホップからＮ＋３ホップまでの端末とする。各端末は自身が属する通信エリアの通信シーケンス（集中制御または分散制御）に従い通信するが、自端末から通信を開始可能なリンクは時分割により制御する。各端末は同期しているとし、各端末の送信期間管理部６は、一般通信期間と境界通信期間を所定の規則にしたがって時分割で切替え、各通信期間で許可されているリンクのみ通信するよう送信を制御する。

本実施の形態において、一般通信期間とは、同一通信エリア内（集中制御エリアＡ１内、または分散制御エリアＡ２内）の通信が可能な期間を示し、境界通信期間とは、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２間の通信が可能な期間を示す。以降、端末１０からＭ（Ｍは１以上の整数）ホップ目の端末をＭホップ端末と表記する（例えば、端末１０からＮ−１ホップ目の端末２０をＮ−１ホップ端末とする）。一般通信期間に通信可能なリンクは、Ｎ−２ホップ端末とＮ−１ホップ端末間、Ｎ−１ホップ端末とＮホップ端末間、Ｎ＋１ホップ端末とＮ＋２ホップ端末間、Ｎ＋２ホップ端末とＮ＋３ホップ端末間とし、Ｎ＋１ホップ端末からのＤＡＴＡ送信を禁止する。なお、Ｎ−２ホップ端末とＮ−１ホップ端末間、Ｎ−１ホップ端末とＮホップ端末間は集中制御エリアＡ１に属するため、図４に示す集中制御により通信を行う。また、Ｎ＋１ホップ端末とＮ＋２ホップ端末間、Ｎ＋２ホップ端末とＮ＋３ホップ端末間は分散制御エリアＡ２に属するため、図５に示す分散制御により通信を行う。

一方、境界通信期間に通信可能なリンクはＮホップ端末とＮ＋１ホップ端末間とし、Ｎ−２ホップ端末、Ｎ−１ホップ端末からのＰＯＬＬＩＮＧ送信、Ｎ＋２ホップ端末、Ｎ＋３ホップ端末からのＤＡＴＡ送信を禁止する。なお、このリンクは分散制御エリアに属するため、図５に示す分散制御により通信を行う。ただし、このリンクの通信は集中制御による通信も可能とする。

また、集中制御モードおよび分散制御モードの端末では、一般通信期間、境界通信期間のいずれにおいても通信可能である。

本実施の形態では、ホップ数に基づいて、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードを設定する例を説明したが、ホップ数だけではなく受信電力を考慮して端末モードを設定することも可能である。例えば、時分割制御モードに設定する端末を、Ｎホップ端末とＮ＋１ホップ端末間の通信に干渉を与える可能性のある端末とする。集中制御エリア内でＮホップ端末とＮ＋１ホップ端末間の通信に干渉する端末は、Ｎホップ端末の通信範囲内でありかつデータ収集端末側の端末（端末Ａとする）と、端末Ａの通信範囲内でありかつデータ収集端末側の端末と、であり、これらに該当する端末を時分割制御モードに設定する。具体的には、例えば、Ｎホップ端末および端末Ａは、各端末２０からの受信電力を測定し、これに基づいて通信範囲内の端末を判定する。そして、これらの判定結果（または受信電力の測定結果）をデータ収集端末へ送信し、データ収集端末が判定結果に基づいて、集中制御エリア内でＮホップ端末とＮ＋１ホップ端末間の通信に干渉する端末を決定して、当該端末に時分割制御モードを設定するよう指示する。これにより、端末ＡのＰＯＬＬＩＮＧ、ＤＡＴＡ送信による干渉を回避できる。一方、分散制御エリアＡ２内でＮホップ端末とＮ＋１ホップ端末間通信に干渉する端末は、Ｎ＋１ホップ端末の通信範囲内でありかつ末端側の端末（端末Ｂとする）と、端末Ｂの通信範囲内でありかつ末端側の端末と、とであり、同様にこれらに該当する端末を時分割制御モードに設定する。これにより、端末ＢのＤＡＴＡ、ＡＣＫ送信による干渉を回避できる。

本実施の形態では、時分割制御モードは自端末からの通信開始のみを時分割により制御するため、自端末に割り当てられた通信期間外であっても、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＤＡＴＡ送信やＤＡＴＡに対するＡＣＫ送信は行っていた。しかし、自端末に割り当てられた通信期間外は、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＤＡＴＡ送信やＤＡＴＡに対するＡＣＫ送信を含む全ての通信を禁止するようにすることで、時分割制御モードを設定する端末をＮ−１ホップ端末、Ｎホップ端末、Ｎ＋１ホップ端末、Ｎ＋２ホップ端末に限定することもできる。

さらに、分散制御エリアの通信が少ないと判断した場合、Ｎ＋３ホップ端末を時分割制御モードから分散制御モードに変更し、Ｎ＋２ホップ端末で干渉が発生した場合に再送により対応するようにすることで、時分割制御モードに設定する端末を削減してもよい。このように、干渉の状況などにより時分割制御モードとする端末の範囲を、図３に示すＮ−２ホップ端末からＮ＋３ホップ端末までの範囲より小さくしてもよいし、図３に示す範囲より逆に大きくしてもよい。

また、境界通信期間において、Ｎホップ端末の通信範囲内の端末のＰＯＬＬＩＮＧ送信、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＤＡＴＡ応答を禁止することで、隣接経路からの干渉を軽減することができる。

本実施の形態における集中制御エリアＡ１内の端末は、ＰＯＬＬＩＮＧを受信するまではＤＡＴＡを送信しないため、各端末のバッファ（図示せず）には、ＰＯＬＬＩＮＧを受信するまでに発生したデータや下位端末からの受信したＤＡＴＡが蓄積される。また、時分割制御モードに設定した端末においても、自端末の通信期間外に発生したデータや下位端末から受信したＤＡＴＡが蓄積される。そこで、バッファに蓄積されたパケットの集約送信（アグリゲート送信）や、連続送信（バースト送信）により、ヘッダオーバヘッドの削減や、バッファオーバフローを回避することも可能である。

以上のように、本実施の形態では、マルチホップ環境において、端末１０付近を集中制御エリアＡ１、その先を分散制御エリアＡ２とすることで、通信パケット量が増加するデータ収集端末付近の干渉を抑制し、スループットを向上させることができる。また、各端末を、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードに分類し、集中制御エリアＡ１内と分散制御エリアＡ２内で互いに干渉しない端末２０（集中制御モード、分散制御モードに設定した端末２０）を常に通信可能とすることで、通信効率を向上させることができる。さらに、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界付近の端末を時分割制御モードに設定し、境界リンク（集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界を跨ぐリンク）の通信とそれ以外の通信を時分割で動作させることにより、集中制御エリアと分散制御エリアの境界付近における干渉を軽減し、スループットを向上させることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明にかかる端末の実施の形態２の機能構成例を示す図である。本実施の形態の端末は、実施の形態１の図１で示した端末の構成に通信管理部７を追加している。通信管理部７は、自端末が受信したパケットのＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）、送信したＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡ受信割合など、通信品質に関する管理を行う。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

本実施の形態の通信システムの構成は、第１の実施の形態の図２に示した構成と同様とする。図２における端末２０は、図６に示した本実施の形態の端末となる。端末１０は、図６に示した本実施の形態の端末でもよいし、端末２０としての機能以外の特定機能を含むＧａｔｅｗａｙのようなものを使用してもよい。ただし、本実施の形態では、図２と同様の集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２とで構成される集中・分散制御混在ネットワーク（混在ネットワーク構成）と、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の区別をせずに全端末が分散制御で動作する分散制御ネットワーク（分散制御ネットワーク構成）との２つのネットワーク構成を状況に応じて切替える。

集中・分散制御混在ネットワークを構成している場合の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。分散制御ネットワークを構成している場合の本実施の形態の動作は、通常の分散制御ネットワークと同様である。

図７は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替え手順の一例を示すフローチャートである。まず、通信システムが分散制御ネットワークに設定されているとし、各端末（端末１０および端末２０）は分散制御モードに設定され、実施の形態１で示した分散制御により通信を行う（ステップＳ２１）。

データ収集端末（端末１０）では、通信管理部７が、受信パケットのＰＥＲを測定する（ステップＳ２２）。データ収集端末は、測定した一定期間のＰＥＲが予め決めておいた閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２３）。ＰＥＲが閾値を超えていない場合（ステップＳ２３ Ｎｏ）、ステップＳ２２へ戻る。ＰＥＲが閾値を超えていた場合（ステップＳ２３ Ｙｅｓ）、データ収集端末の通信管理部７は通信システム内のネットワークが混雑していると判断し、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替えを決定し、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替えを通知する切替通知をブロードキャストする（ステップＳ２４）。

なお、ブロードキャスト範囲は通信システム全体としてもよいが、ブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。ネットワーク切替通知には、切替え後のネットワーク種別（集中・分散制御混在ネットワーク）、集中制御エリアと分散制御エリアの境界となる端末のデータ収集端末からのホップ数Ｎと、一般通信期間と境界通信期間を示す値を含む。一般通信期間と境界通信期間の値は、例えば、一般通信期間と境界通信期間の時分割制御を開始する時刻、各期間の長さとする。なお、一般通信期間と境界通信期間を示す値は、これに限定されず、各期間の切替えタイミングがわかる値であればよい。また、ここでは、各端末２０が端末モードを設定するための情報（設定情報）として、集中制御エリアと分散制御エリアの境界となる端末のデータ収集端末からのホップ数Ｎを通知しているが、各端末２０が自端末の端末モードを決定するための情報はこれに限定されない（例えば、各端末モードごとに対応するホップ数を通知する等でもよい）。

切替通知を受信した端末では、当該通知に基づいて、通信エリア管理部４が自端末の通信エリアを設定する（ステップＳ２５）。具体的には、データ収集端末からの切替通知を受信した端末のうち、データ収集端末からＮホップ端末までの端末は通信エリアを集中制御エリアＡ１に設定し、Ｎ＋１ホップ以降の端末は通信エリアを分散制御エリアＡ２に設定する。また、データ収集端末からＮ−３ホップ端末までの端末は集中制御モード、Ｎ＋４ホップ以降の端末は分散制御モード、Ｎ−２からＮ＋３ホップ端末までの端末は時分割制御モードに設定する。以降、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードの各端末の動作は実施の形態１と同様である。

図８は、集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替え手順の一例を示すフローチャートである。まず、通信システムは集中・分散制御混在ネットワークに設定されているとし、各端末は設定された自端末の端末モードに応じて、実施の形態１で示した動作に従い通信を行う（ステップＳ３１）。

データ収集端末の通信管理部７は、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を測定する（ステップＳ３２）。

データ収集端末は、測定した一定期間のＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合が予め決めておいた閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３３）。当該割合が閾値を超えていない場合（ステップＳ３３ Ｎｏ）、ステップＳ３２へ戻る。当該割合が閾値を超えていた場合（ステップＳ３３ Ｙｅｓ）、データ収集端末は通信システム内のネットワークが空いていると判断し、集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替えを決定し、集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替えを通知する切替通知をブロードキャストする（ステップＳ３４）。なお、この場合もブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。ネットワーク切替通知には、切替え後のネットワーク種別（分散制御ネットワーク）を含む。

データ収集端末からのネットワーク切替通知を受信した端末では、切替通知に従って、通信エリア管理部４が自端末の通信エリアを設定する（ステップＳ３５）。具体的には、データ収集端末からＮホップ端末までの端末は通信エリアを分散制御エリアＡ２に変更する。また、端末１０からＮ＋３ホップ端末までの端末では端末モードを分散制御モードに設定する。

分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへ切替える際、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の範囲は予め決めておくこともできるが、ネットワーク状況に応じて決定することも可能である。一例として、ネットワーク状況に応じて集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界となるＮホップ端末を決定する方法を説明する。

図９は、本実施の形態の通信システムのネットワークトポロジの一例を示す図である。端末１０は経路構築時、各端末２０への経路情報を保持する。ここでは、端末２０−１，２０−２，…，２０−１０は、図２に示した端末２０のうちのそれぞれ１つである。端末１０の通信管理部７は、各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０から受信したＤＡＴＡの送信元と保持する通信経路に基づいて、各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０が一定期間に受信するパケット数（中継を含む）を算出する。

端末１０の通信管理部７は、算出した各端末の受信パケット数が閾値を超えた端末の内、最もホップ数が多い端末２０−１，２０−２，…，２０−１０を基準端末とする。そして、基準端末のホップ数＋１ホップとなる端末２０−１，２０−２，…，２０−１０までを集中制御エリアＡ１とする。なお、算出する一定期間、閾値は任意とする。

例えば、図９に示すトポロジにおいて一定期間に各端末が送信するパケット数が図１０に示す値の場合、端末１０は各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０からの受信データに基づいて、図１１に示す結果を算出する。図１０は、一定期間に各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０が送信したパケット数の一例を示す図である。図１１は、各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０からの受信データ（ＤＡＴＡ）数（中継したデータも含む）と当該端末のホップ数（端末１０からのホップ数）の一例を示す図である。

ここで、受信パケット数の閾値を１０とした場合、図１１によれば、端末２０−１，２０−３が閾値を超過する。そして、端末２０−１，２０−３のうち最もホップ数が多い端末は２０−３であり、端末２０−３のホップ数に１を加算した３ホップ端末までを集中制御エリアＡ１とする。また、上記では端末１０が受信したパケット数に基づいて、データを中継する端末２０−１，２０−２，…，２０−１０の受信パケット数を算出したが、各端末２０−１，２０−２，…，２０−１０が一定期間における受信パケット数を個別に測定し、測定結果を端末１０へ送信し、端末１０が受信した測定値を基に集中制御エリアを決定しても良い。

分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへ切替える際、一般通信期間と境界通信期間を予め決めておくこともできるが、ネットワークの状況に応じて決定することも可能である。例えば、端末１０は、集中制御エリアと分散制御エリアの決定方法と同様に、Ｎホップ端末の一定期間における受信パケット数を算出する。端末１０はＮホップ端末の内、最も受信パケット数が多い端末２０を基準端末とし、基準端末において受信パケットを転送可能な時間を境界通信期間に割り当てる。受信パケットの転送に必要な送信時間は、受信パケットの総データサイズと通信速度から算出可能である。例えば、３０秒間に測定したパケットの転送に１０秒かかると判断した場合、一般通信期間と境界通信期間は３対１の割合を基準とし、パケット数の揺らぎを考慮し、割合を変更しても良い。また、上記の例では端末１０が受信したパケット数から一般通信期間と境界通信期間の割合を決定したが、集中制御エリアと分散制御エリアの決定方法と同様、各端末が受信パケット数を測定し、測定情報を端末１０へ送信して、端末１０がこれらの測定情報に基づいて割合を決定しても良い。

また、本実施の形態では、分散制御ネットワークと集中・分散制御混在ネットワークとで切替えを行うが、集中・分散制御混在ネットワークで動作中に、ネットワークの状況に応じて集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界を変更することも可能である。例えば、図３におけるＮ−１ホップ端末が、ＰＯＬＬＩＮＧ送信に対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を計測する。この計測により、ＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合が閾値を超えた場合、ネットワークの通信量が減少したと判断し、Ｎ−１ホップ端末は集中制御エリアの縮小を要求する境界変更要求をデータ収集端末１０へ通知する。また、Ｎホップ端末はＮ＋１ホップ端末から受信するＤＡＴＡのＰＥＲを測定し、閾値を超えた場合、ネットワークの通信量が増加したと判断し、集中制御エリアＡ１の拡大を要求する境界変更要求をデータ収集端末１０へ通知する。

そして、集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界変更要求を受信したデータ収集端末１０は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替え時と同様のネットワーク切替通知を送信する。ネットワーク切替通知には、新たな集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の境界となる端末のデータ収集端末からのホップ数Ｎを含んで送信することで、各端末２０では通知された変更（集中制御エリアＡ１と分散制御エリアＡ２の間の変更）を行うことができる。なお、ネットワーク切替通知のブロードキャスト範囲を、集中制御エリアＡ１を縮小させる場合はＮ＋３ホップ端末、拡大させる場合はＮ＋４ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。

また、集中・分散制御混在ネットワークで動作中に、ネットワークの状況に応じて一般通信期間と境界通信期間の割合を変更することも可能である。例えば、図３におけるＮ＋１ホップ端末は、バッファに格納されているデータが境界通信期間中に送信しきれない場合、境界通信期間の拡大を要求する通信期間変更要求をデータ収集端末へ通知する。また、集中エリアの端末２０は自端末のバッファを監視し、閾値を超えた場合に一般通信期間の拡大を要求する通信期間変更要求をデータ収集端末へ通知する。境界通信期間、一般通信期間の通信期間変更要求を受信したデータ収集端末は、指定された通信期間変更要求を増加させる。また、増加させた場合に閾値を超える場合、一方の通信期間を減少させる。一般通信期間と分散通信期間の値を決定したデータ収集端末は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替え時と同様のネットワーク切替通知を送信する。ネットワーク切替通知には、新たな一般通信期間と分散通信期間の値を含む。なお、ネットワーク切替通知のブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。

なお、本実施の形態における各種切替えの基準として、ＰＥＲ、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を使用したが、ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）、ＲＳＳＩ（Ｒｅｓｅａｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉａｔｏｒ）、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）など、ネットワーク状況を判断できるものなら特に限定しない。また、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡを返さない場合、ＤＡＴＡが返信されない割合を使用しても良い。

なお、上記説明ではパケット数を基に決定したが、受信したデータサイズを基に決定することも可能である。さらに、各経路の分岐状況、端末数を考慮し、切替えを判断しても良い。

以上のように、本実施の形態では、ネットワーク状況に応じて分散制御ネットワークと集中・分散制御混在ネットワークを切替えることにより、ネットワークがすいている場合は各端末が分散制御することで、集中制御による処理負荷を軽減できる。一方、ネットワークが混雑しているときは、パケットが増加するデータ収集端末付近を集中制御にすることで、データ収集端末付近における干渉を抑制できる。

さらに、集中・分散制御混在ネットワークで動作中、ネットワーク状況に応じて集中制御エリア、分散制御エリアの境界と、一般通信期間、境界通信期間の割合を変更することで、バッファオーバフローによるパケットロスを回避できる。

また、集中制御に対応しない端末がネットワークに参加した場合においても、分散制御のみのネットワークに切替えることで対応できる。

実施の形態３．
図１２は、本発明にかかる通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。本実施の形態の端末（端末１０および端末２０）の構成は実施の形態２と同様である。以下、実施の形態２と異なる部分を説明する。

本実施の形態では、データ収集端末（端末１０）と各端末２０の通信経路の内、特定の通信経路のみ、集中制御と分散制御を混在させた集中・分散制御混在ネットワークとし、対象の経路以外の通信は分散制御により動作する。

分散制御ネットワークとして動作している状態では、データ収集端末は実施の形態２と同様にＰＥＲを計測する。ただし、本実施の形態では、データ収集端末へパケットを送信する端末２０毎のＰＥＲを計測する。データ収集端末は、測定したＰＥＲが閾値を超えた場合、超過した端末２０を経路上に持つ経路（特定の経路）のみ、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへ切替える。

集中・分散制御混在ネットワークへ切替える場合、データ収集端末は実施の形態２と同様に、ネットワーク切替通知をブロードキャストする。なお、ネットワーク切替通知のブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。ネットワーク切替通知には、ネットワークを切替える対象経路のＮ−２〜Ｎ＋３ホップ端末の識別子を含む。ネットワーク切替通知を受信した切替え対象経路上の端末２０は、実施の形態２と同様に、集中制御エリアと分散制御エリアを設定し、さらに、集中制御モード、分散制御モード、時分割制御モードを設定する。各端末モードにおける動作は実施の形態１と同様である。

一方、ネットワーク切替通知を受信した、対象経路上以外の端末２０は、ＰＯＬＬＩＮＧを受信した際、自端末宛でないＰＯＬＬＩＮＧであった場合は一定期間、通信を禁止するように動作する。これにより、同じエリア内で分散制御により動作している端末の送信により、集中制御の通信が干渉を受ける状況を回避する。ＰＯＬＬＩＮＧによる通信停止期間は、予め決めた値でも良いし、送信するＰＯＬＬＩＮＧに通信禁止期間を含めるようにしても良い。

本実施の形態において集中・分散制御混在ネットワークへ切替える特定の経路は、データ収集端末を中心に複数の経路としても良い。この場合、上記のネットワーク切替通知を経路数分送信しても良いし、１つのネットワーク切替通知に切替える複数の経路情報を含んでも良い。

データ収集端末は、集中・分散制御混在ネットワークとした経路毎にＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を測定し、閾値を超えた場合、対象の経路を集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへ切替える。集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替えは、実施の形態２と同様にデータ収集端末がネットワーク切替通知を送信することにより行う。ネットワーク切替通知は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替えと同様、ネットワークを切替える対象経路のＮ−２〜Ｎ＋３ホップ端末の識別子を含み、ブロードキャストする。なお、ブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減することができる。ネットワーク切替通知を受信した対象経路上の端末は、自端末モードを分散制御モードに設定する。なお、複数の経路を集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへ切替える場合、ネットワーク切替通知に複数の経路情報を含むことも可能である。

本実施の形態では、集中・分散制御混在ネットワークへの切替えを行う切替え基準としてＰＥＲを使用し、集中・分散制御混在ネットワークから分散制御ネットワークへの切替え基準として、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を使用したが、これらの基準は、実施の形態２と同様にＢＥＲやＳＩＮＲなど、通信品質を判断できるものなら特に限定しない。また、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡを返さない場合、ＤＡＴＡが返信されない割合を使用しても良い。さらに、各経路の分岐状況、端末数を考慮し、切替えを判断しても良い。

以上のように、本実施の形態では、特定経路にのみ集中制御と分散制御を混在させることにより、集中制御による制御負荷、時分割動作による制御負荷が高まる端末を削減することができる。また、通信頻度が多い経路に集中制御と分散制御を混在させることにより、データ収集端末付近における干渉を軽減し、スループットを向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる通信システム、通信端末および通信方法は、集中制御と自律分散制御が混在する通信システムに有用であり、特に、マルチホップ通信を行う通信システムに適している。

１ 制御部
２ 無線部
３ アンテナ
４ 通信エリア管理部
５ 端末モード管理部
６ 送信期間管理部
７ 通信管理部
１０，２０，２０−１〜２０−７ 端末

また、集中・分散制御混在ネットワークで動作中に、ネットワークの状況に応じて一般通信期間と境界通信期間の割合を変更することも可能である。例えば、図３におけるＮ＋１ホップ端末は、バッファに格納されているデータが境界通信期間中に送信しきれない場合、境界通信期間の拡大を要求する通信期間変更要求をデータ収集端末へ通知する。また、集中エリアの端末２０は自端末のバッファを監視し、閾値を超えた場合に一般通信期間の拡大を要求する通信期間変更要求をデータ収集端末へ通知する。境界通信期間、一般通信期間の通信期間変更要求を受信したデータ収集端末は、指定された通信期間を増加させる。また、増加させた場合に閾値を超える場合、一方の通信期間を減少させる。一般通信期間と分散通信期間の値を決定したデータ収集端末は、分散制御ネットワークから集中・分散制御混在ネットワークへの切替え時と同様のネットワーク切替通知を送信する。ネットワーク切替通知には、新たな一般通信期間と分散通信期間の値を含む。なお、ネットワーク切替通知のブロードキャスト範囲をＮ＋３ホップ端末までとすることで、ブロードキャストによるオーバヘッドを削減できる。

なお、本実施の形態における各種切替えの基準として、ＰＥＲ、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡの割合を使用したが、ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉａｔｏｒ）、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）など、ネットワーク状況を判断できるものなら特に限定しない。また、ＰＯＬＬＩＮＧに対するＮＵＬＬ ＤＡＴＡを返さない場合、ＤＡＴＡが返信されない割合を使用しても良い。

１ 制御部
２ 無線部
３ アンテナ
４ 通信エリア管理部
５ 端末モード管理部
６ 送信期間管理部
７ 通信管理部
１０，２０，２０−１〜２０−１０ 端末

Claims (22)

1. 複数の通信端末を備え、親端末の制御に従い通信を実施する集中制御を実施する集中制御エリアと自律分散制御により通信を実施する分散制御を実施する分散制御エリアとを設定可能な通信システムであって、
   前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記通信端末を含む前記通信端末の端末モードを、時分割で通信を行う時分割制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記集中制御エリア内の前記通信端末を集中制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記分散制御エリア内の前記通信端末を分散制御モードに設定し、
   前記時分割制御モードに設定された前記通信端末は、通信が許可された通信期間に送信を行い、
   前記集中制御モードに設定された前記通信端末および前記分散制御モードに設定された前記通信端末は、前記通信期間に依存せずに通信を行う、ことを特徴とする通信システム。
2. 前記親端末からのホップ数がＮ（Ｎは１以上の整数）ホップ以下となる前記通信端末で集中制御エリアを構成し、前記親端末からのホップ数がＮ＋１ホップ以上の前記通信端末で分散制御エリアを構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記親端末からのホップ数がＮ−３ホップ以下の前記通信端末を前記集中制御モードに設定し、前記親端末からのホップ数がＮ＋４ホップ以上の前記通信端末を分散制御モードに設定し、前記親端末からのホップ数がＮ−２ホップからＮ＋３ホップまでの前記通信端末を時分割制御モードに設定する、特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記端末モードの設定時に、前記通信端末における受信電力に基づいて、親端末からのホップ数がＮホップの前記通信端末と前記親端末からのホップ数がＮ＋１ホップの前記通信端末との間の通信に干渉を与える前記通信端末を求め、当該通信端末を時分割制御モードに設定することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 親端末からのホップ数がＮホップの前記通信端末と前記親端末からのホップ数がＮ＋１ホップの前記通信端末とを境界端末とし、
   前記時分割制御モードでは、前記境界端末間の通信を許可する境界通信期間と、前記境界端末間以外の通信を許可する一般通信期間と、を時分割で切替えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
6. 前記集中制御モードまたは前記時分割制御モードで動作中に、バッファに蓄積されたデータを自端末の送信機会に集約送信または連続送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信システム。
7. 前記集中制御エリアと前記分散制御エリアとの両方を有する混在ネットワーク構成と、
   全ての前記通信端末が前記分散制御により動作する分散制御ネットワーク構成と、を切替え可能とし、
   前記通信端末において測定された通信品質に基づいて前記混在ネットワーク構成と前記分散制御ネットワーク構成とを切替えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の通信システム。
8. 分散制御ネットワーク構成で動作中に、前記親端末は、前記通信端末との間の通信品質を測定し、当該通信品質が所定の閾値を超えた場合に前記混在ネットワーク構成への切替えを決定し、この切替えを決定した場合、端末モードを設定するための設定情報を含むネットワーク切替通知をブロードキャストし、このネットワーク切替通知を受信した前記通信端末は、前記設定情報に基づいて自端末の端末モードを設定することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記親端末は、前記通信品質が所定の閾値を超えた前記通信端末に対応する経路を前記分散制御ネットワーク構成から前記混在ネットワーク構成への切替えを決定し、切替え対象となる対象経路を識別する情報を含む前記ネットワーク切替通知を送信し、当該ネットワーク切替通知を受信した対象経路上の前記通信端末は、前記設定情報に基づいて端末モードを設定し、当該ネットワーク切替通知を受信した対象経路上でない前記通信端末は、自端末宛でないＰＯＬＬＩＮＧを受信した場合、一定期間、通信を禁止することを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記混在ネットワーク構成で動作中に、前記親端末は、前記通信端末との間の前記集中制御による通信の通信品質を測定し、当該通信品質が所定の閾値を超えた場合に前記分散制御ネットワーク構成への切替えを決定し、この切替えを決定した場合、ネットワーク切替通知をブロードキャストし、このネットワーク切替通知を受信した前記通信端末は、自端末のモードを分散制御モードに設定することを特徴とする請求項７、８または９に記載の通信システム。
11. 前記親端末は、前記通信端末から受信したパケットと経路情報とに基づいて、前記通信端末ごとに一定期間に前記通信端末が受信する中継を含む受信データ量を算出し、算出した受信データ量が所定の閾値を超えた前記通信端末のうち、前記親端末からのホップ数が最も多い端末を基準に、前記集中制御エリアの範囲を決定することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の通信システム。
12. 前記通信端末は、一定期間に受信する中継を含む受信データ量を測定し、測定した受信データ量を前記親端末へ通知し、通知された受信データ量が所定の閾値を超えた前記通信端末のうち、前記親端末からのホップ数が最も多い端末を基準に、前記集中制御エリアの範囲を決定することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の通信システム。
13. 前記親端末は、前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記通信端末である境界端末が一定期間に受信する中継を含む受信データ量を算出し、前記境界端末のうち最も受信データ量が多い前記境界端末における前記受信データ量に基づいて前記通信期間を決定することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
14. 前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記通信端末である境界端末は、一定期間に受信する中継を含む受信データ量を測定し、測定した受信データ量を前記親端末へ通知し、通知された受信データ量のうち最も受信データ量が多い前記境界端末における前記受信データ量に基づいて前記通信期間を決定することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
15. 前記受信データ量を受信パケット数とすることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の通信システム。
16. 前記受信データ量を受信データサイズとすることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の通信システム。
17. 前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記集中制御エリア内の前記通信端末である境界端末からデータを直接受信する前記集中制御エリア内の前記通信端末は、当該境界端末との間の通信品質を測定し、測定した通信品質が所定の閾値を超えた場合に前記親端末に対して前記集中制御エリアの縮小を要求し、当該境界端末は、前記分散制御エリア内の境界端末との間の通信品質を測定し、測定した通信品質が所定の閾値を越えた場合に前記親端末に対して前記集中制御エリアの拡大を要求し、前記親端末は、前記集中制御エリアの縮小または前記集中制御エリアの拡大の要求に基づいて、前記集中制御エリアの範囲を変更するネットワーク切替通知を送信することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の通信システム。
18. 前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記分散制御エリア内の前記通信端末である境界端末と前記集中制御エリア内の前記通信端末とが自端末のバッファを監視し、バッファ量が所定の閾値を超えた場合に前記親端末へ通知し、前記親端末は、この通知に基づいて前記通信期間を変更することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の通信システム。
19. 前記通信品質を求める際にデータサイズを考慮することを特徴とする請求項７〜１０、１７のいずれか１つに記載の通信システム。
20. 前記通信品質を、ＰＥＲ、ＢＥＲ、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ポーリングに対するデータ応答割合のうち少なくとも１つ以上とすることを特徴とする請求項７〜１０、１７、１９のいずれか１つに記載の通信システム。
21. 複数の通信端末を備え、親端末の制御に従い通信を実施する集中制御を実施する集中制御エリアと自律分散制御により通信を実施する分散制御を実施する分散制御エリアとを設定可能な通信システムにおける前記通信端末であって、
    端末モードとして、集中制御モードと、分散制御モードと、時分割により自端末に通信が許可された通信期間に通信を行う時分割制御モードとのうちいずれか１つを設定する端末モード管理部と、
    自端末に通信が許可された前記通信期間を管理し、前記時分割制御モードが設定されている場合に、前記通信期間に応じて自端末からの送信の可否を管理する送信期間管理部と、
    を備え、
    前記集中制御モードでは、前記通信期間に依存せず前記集中制御による送信を実施し、前記分散制御モードでは、前記通信期間に依存せず前記分散制御により送信を実施する、ことを特徴とする通信端末。
22. 複数の通信端末を備え、親端末の制御に従い通信を実施する集中制御を実施する集中制御エリアと自律分散制御により通信を実施する分散制御を実施する分散制御エリアとを設定可能な通信システムにおける通信方法であって、
    前記集中制御エリアと前記分散制御エリアの境界に位置する前記通信端末を含む前記通信端末の端末モードを、時分割で通信を行う時分割制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記集中制御エリア内の前記通信端末を集中制御モードに設定し、前記時分割制御モード以外の前記分散制御エリア内の前記通信端末を分散制御モードに設定するモード設定ステップと、
    前記時分割制御モードに設定された前記通信端末が、通信が許可された通信期間に送信を行う時分割送信ステップと、
    前記集中制御モードに設定された前記通信端末および前記分散制御モードに設定された前記通信端末が、前記通信期間に依存せずに通信を行う非時分割送信ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。

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