KR20140116192A

KR20140116192A - 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법

Info

Publication number: KR20140116192A
Application number: KR1020147022210A
Authority: KR
Inventors: 유야 다카츠카; 다카히사 야마우치
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-10-01
Also published as: TWI472257B; WO2013125061A1; JP5627816B2; KR101580073B1; DE112012005907T5; DE112012005907B4; CN104041173A; CN104041173B; TW201342974A; JPWO2013125061A1; US9232539B2; US20140376527A1

Abstract

집중 제어 에어리어내의 단말(20)과 분산 제어 에어리어내의 단말(20) 중 적어도 일부의 단말의 단말 모드를, 시분할로 통신을 행하는 시분할 제어 모드로 설정하고, 시분할 제어 모드 이외의 집중 제어 에어리어내의 단말(20)을 집중 제어 모드로 설정하고, 시분할 제어 모드 이외의 분산 제어 에어리어내의 단말(20)을 분산 제어 모드로 설정하고, 시분할 제어 모드로 설정된 단말(20)은, 통신이 허가된 통신 기간에 송신을 행하고, 집중 제어 모드로 설정된 단말(20) 및 분산 제어 모드로 설정된 단말(20)은, 통신 기간에 의존하지 않고 통신을 행한다.

Description

통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법{COMMUNICATION SYSTEM, COMMUNICATION TERMINAL, AND COMMUNICATION METHOD}

본 발명은, 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법에 관한 것이다.

텔레미터링(telemetering)이나 대규모 공장내의 모니터링 등, 특정 소전력 무선을 사용한 대규모 네트워크에 있어서의 데이터 수집이 검토되고 있다. 이러한 네트워크에서는, IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4로 규격화되어 있는 PHY(물리층)/MAC(Medium Access Control)가 사용되어, 멀티 홉에 의해 광범위의, 다수의 단말로부터 데이터를 수집한다. IEEE 802.15.4로 규격화되어 있는 무선 액세스 방식인 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식에서는, 각각의 단말이 패킷 송신에 앞서 백 오프(back-off) 시간의 대기와 무선 채널의 캐리어 감지를 행한다. 그리고, 캐리어 감지에 의해 채널이 사용 중(채널 비지(Busy))인 것을 확인했을 경우에는, 재차 백 오프 시간의 대기를 행한다(비특허 문헌 1 참조).

한편, 집중 제어형의 액세스 방식과 자율 분산 제어형의 액세스 방식을, 무선국마다, 또한, 무선 채널마다 시분할로 적용하는 액세스 방식이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 액세스 방식에서는, 친국(親局)으로서 기능하는 경우에는 국 자신의 제어에 따라 신호를 전송하고, 자국(子局)으로서 기능하는 경우에는 친국의 제어에 따라 신호를 전송한다. 무선국은, 다른 무선국과 직접, 또는, 다른 하나 이상의 무선국을 거침으로써 통신한다. 이에 의해, 저 지연, 저 지연 변동, 고 스루풋(throughput), 높은 QoS의 보증을 실현한다.

시분할 제어를 행하는 다른 방식으로서, 기지국, 중계국 및 가입자국을 구비하는 시스템에 있어서, 업스트림을 컨텐션 기간과 컨텐션 프리(contention-free) 기간으로 구성하는 미디어 액세스 제어 방식이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 미디어 액세스 제어 방식에서는, 컨텐션 기간에는 가입자국으로부터 중계국으로 데이터가 송신되고, 컨텐션 프리 기간에 중계국으로부터 기지국으로 데이터가 송신된다. 이에 의해, 중계국을 거친 가입자국과 기지국의 통신을 가능하게 하고 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 일본 특개 제2002－325273호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개 제2007－6199호 공보

(비특허 문헌)

비특허 문헌 1 : IEEE, "IEEE Std IEEE802.15.4", Sept.2006

상기와 같이, 네트워크에 있어서의 간섭을 경감시키는 종래 기술로서, CSMA/CA 방식이나, 시분할에 의해, 액세스 방식이나 통신 가능한 링크를 전환하는 방식 등이 제안되어 있다. 그러나, CSMA/CA 방식에서는, 단말 수, 통신 빈도의 증가에 따라 간섭이 증가한다고 하는 문제가 있다.

한편, 시분할에 의해 액세스 방식이나 통신 가능한 링크를 전환하는 방식은, 통신 상대와 직접 통신하는 싱글 홉이나 1개의 중계국을 경유하는 2 홉의 네트워크에 관한 것이 많고, 3 홉 이상의 멀티 홉 환경에 대해 검토되어 있는 것은 적다. 또한, 3 홉 이상의 멀티 홉 환경에 적용하여, 모든 단말을 시분할로 동작시키면, 서로 간섭하지 않는 단말의 통신까지 금지해 버리는 경우도 있어, 통신 효율이 저하한다. 또한, 통신 에어리어에 의해 집중 제어와 분산 제어를 전환한 경우, 집중 제어와 분산 제어의 경계 부근에 있어서 간섭이 발생한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 멀티 홉 환경에 있어서, 집중 제어와 분산 제어가 혼재하는 경우에 스루풋을 향상시키고, 또한, 집중 제어와 분산 제어의 경계 부근에 있어서의 간섭을 경감시킬 수 있는 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 복수의 통신 단말을 구비하며, 친(親)단말의 제어에 따라 통신을 실시하는 집중 제어를 실시하는 집중 제어 에어리어와 자율 분산 제어에 의해 통신을 실시하는 분산 제어를 실시하는 분산 제어 에어리어를 설정할 수 있는 통신 시스템으로서, 상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 통신 단말을 포함하는 상기 통신 단말의 단말 모드를, 시분할로 통신을 행하는 시분할 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 집중 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 분산 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 분산 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말은, 통신이 허가된 통신 기간에 송신을 행하고, 상기 집중 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말 및 상기 분산 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말은, 상기 통신 기간에 의존하지 않고 통신을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법은, 멀티 홉 환경에 있어서, 집중 제어와 분산 제어가 혼재하는 경우에 스루풋을 향상시키고, 또한, 집중 제어와 분산 제어의 경계 부근에 있어서의 간섭을 경감시킬 수 있다고 하는 효과를 얻는다.

도 1은, 실시 형태 1의 단말의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시 형태 1의 통신 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 구성예에 있어서의 특정의 경로에 대해 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 집중 제어 에어리어내의 단말의 통신 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 분산 제어 에어리어내의 통신 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시 형태 2의 단말의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 8은, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는, 실시 형태 2의 통신 시스템의 네트워크 토폴로지의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 일정 기간에 각 단말이 송신하는 패킷 수의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은, 각 단말로부터의 수신 데이터 수와 상기 단말의 홉 수의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3의 통신 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명에 따른 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법의 실시 형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명에 따른 단말(통신 단말)의 실시 형태 1의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 단말은, 제어부(1), 무선부(2), 안테나(3), 통신 에어리어 관리부(4), 단말 모드 관리부(5), 및 송신 기간 관리부(6)를 구비한다.

안테나(3)는, 다른 단말과 무선 통신하기 위한 안테나이며, 송신 신호를 무선부(2)로부터 수취하여 전파로서 송출하고, 수신 신호를 무선부(2)에 전달한다. 무선부(2)는, 제어부(1)로부터 수취한 송신 데이터에 근거하여 변조 등을 행하여 송신 신호를 생성하고, 수신 신호의 복조 등을 행하여 얻어진 수신 데이터를 제어부(1)에 전달한다. 제어부(1)는, 송수신 데이터의 제어를 행하여, 송신 데이터를 무선부(2)에 전달하고, 수신 데이터를 무선부(2)로부터 수신한다. 또한, 통신 에어리어 관리부(4), 단말 모드 관리부(5), 송신 기간 관리부(6)와 제휴하여, 적절한 송신 타이밍, 통신 방식을 선택한다.

통신 에어리어 관리부(4)는, 단말 자신이 존재하는 통신 에어리어(집중 제어 에어리어 또는 분산 제어 에어리어)에 대해 관리하고, 단말 자신이 존재하는 통신 에어리어를 판단하여 설정한다. 단말 모드 관리부(5)는, 단말 자신의 단말 모드를 관리하고, 단말 자신의 단말 모드를 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드 중 어느 하나로 설정한다. 송신 기간 관리부(6)는, 단말 자신의 송신 가능 타이밍을 관리하고, 시분할로 동작하는 경우에 송신 가부를 판단한다.

도 2는, 본 실시 형태에 있어서 상정하는 통신 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2에 나타내는 통신 시스템의 구성은 일례이며, 본 실시 형태의 액세스 제어 방식 및 단말을 적용하는 통신 시스템의 구성은 도 2의 예로 한정되지 않는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 네트워크는 복수의 단말(단말(10) 및 단말(20))로 구성되고, 단말(20)에서 발생한 데이터는 직접, 또는, 다른 단말(20)이 중계함으로써, 단말(10)에 송신된다. 또한, 도 2에서는, 도면의 간략화를 위해 1개의 단말(20)에 대해 부호를 부여하고 있지만, 단말(10) 이외의 도 2에 나타낸 각각의 원은, 부호를 부여하지 않은 것도 단말(20)이다. 단말(20)은, 도 1에 구성을 예시한 본 실시 형태의 단말이다.

단말(10)(데이터 수집 단말)은 데이터를 수집하는 임의의 단말로서, 통신 시스템을 구성하는 단말(20) 중 하나로서 선택해도 좋고, 단말(20)로서의 기능 이외의 특정 기능을 포함하는 Gateway와 같은 것을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 단말(10)은, 집중 제어에 있어서 각 단말(20)의 송신을 제어하는 친단말로서 기능한다. 또한, 여기에서는, 각 단말(20)로부터 단말(10)로의 경로는 구축 완료된 상태로 한다. 경로 구축의 방법에 제약은 없고, 멀티 홉 네트워크에 있어서의 통상의 경로 구축 방법을 이용할 수 있다. 각 단말(20)은, 경로 구축에 의해 단말(10)로부터의 홉 수를 파악하고, 단말 모드 관리부(5)는, 단말(10)로부터의 홉 수를 유지하고 있는 것으로 한다.

또한, 네트워크는 단말(10)을 중심으로, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2가 설정되어 있다. 집중 제어 에어리어 A1내의 통신은 특정의 단말이 통신을 집중 제어함으로써, 서로의 통신이 간섭하지 않는 통신을 행한다. 분산 제어 에어리어 A2에서는, 각 단말이 자율 분산적으로 동작한다. 그 때문에, 송신 타이밍이나 히든(hidden) 단말 문제에 의해, 서로 간섭할 가능성이 있다.

도 3은, 도 2에 나타낸 구성예에 있어서의 특정의 경로에 대해 상세를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 단말(10)은, 다른 단말로부터 데이터를 수집하는 단말로서, 단말(20)은, 단말(10)에 직접, 또는, 다른 단말을 경유하여 데이터를 송신한다. 또한, 도 3에서는, 2개의 단말에만 부호를 부여하고 있지만, 그 사이의 원도 단말(20)을 나타내고 있다. 단말(20)을 나타내는 원 속에는, 단말(10)로부터의 홉 수가 기재되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 여기에서는, 단말(10)로부터 N(N은 1 이상의 정수) 홉째까지의 단말은 집중 제어 에어리어 A1내인 것으로 하고, N＋1 홉째 이후의 단말(20)을 분산 제어 에어리어 A2내인 것으로 한다. 단말(21)은, 단말(20) 중 하나이며, 단말(10)로부터 N 홉째로 되고, 집중 제어 에어리어 A1내의 분산 제어 에어리어 A2와의 경계선에 위치하는 단말이다.

도 4는, 집중 제어 에어리어 A1내의 단말(단말(10) 및 단말(20))의 통신 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다. 이후, 각 단말 사이의 링크에 있어서, 단말(10)측의 단말을 상위 단말, 말단측의 단말을 하위 단말로 한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 집중 제어 에어리어 A1내의 상위 단말이 집중 제어 에어리어 A1내의 하위 단말에 POLLING을 송신함으로써 통신을 개시한다(스텝 S1). POLLING에는 DATA를 요구하는 하위 단말의 식별자를 포함한다.

POLLING을 수신한 하위 단말 중, 지정된 식별자의 단말이 상위 단말에 DATA를 송신한다(스텝 S2). 또한, POLLING을 수신한 하위 단말이 송신할 데이터를 유지하고 있지 않은 경우, 페이로드를 포함하지 않은 NULL DATA를 송신하는 것도, 아무것도 응답하지 않는 것도 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, NULL DATA를 송신하는 것으로 하여 설명한다. DATA, 또는, NULL DATA를 수신한 상위 단말은, 필요에 따라서 ACK(Acknowlegement)를 회신함으로써 통신을 완료한다(스텝 S3). 도 4에서는 ACK를 단독 패킷으로서 송신하고 있지만, 다음에 송신하는 POLLING에 ACK 정보를 포함하여 송신함으로써, 송신 패킷 수를 삭감하는 것도 가능하다. 또한, 도 3에 있어서 집중 제어 에어리어 A1의 가장 하위 단말로 되는 N 홉째의 단말(이하, N 홉 단말이라고 함)은, 단말 자신으로부터의 POLLING은 송신하지 않는다.

집중 제어 에어리어 A1내의 각 단말이 POLLING을 송신하는 타이밍은, 집중 제어 에어리어 A1내의 다른 통신과 간섭하지 않는 타이밍으로 한다. 다른 통신과 간섭하지 않는 타이밍에서 송신하기 위한 제어로서는, 데이터를 수집하는 단말(10)이 집중 제어 에어리어내 A1 전체의 통신을 제어해도 좋고, 각 단말이 집중 제어 에어리어 A1내의 단말과 미리 송신 타이밍에 관한 정보를 교환함으로써, 단말 자신의 POLLING 송신 타이밍을 제어해도 좋고, 집중 제어 에어리어내에서 서로의 통신이 간섭하지 않는 폴링 통신을 행하는 방법에 대해서는 한정하지 않는다. 또한, 상기에서는, 각 단말이 직접 통신하는 하위 단말과의 통신을 각각 POLLING에 의해 집중 제어하는 방법에 대해 설명했지만, 단말(10)이 집중 제어 에어리어내의 임의의 단말에 POLLING을 송신하고, 집중 제어 에어리어내의 단말이 행선지의 단말까지 POLLING을 전송하도록 해도 좋다.

도 5는, 분산 제어 에어리어 A2내의 통신 시퀀스의 일례를 나타내는 도면이다. 각 단말(20)은 CSMA/CA에서 동작하고, 송신할 데이터를 유지하는 하위 단말은, 랜덤으로 결정되는 백 오프 시간의 대기와 캐리어 감지를 행한다. 캐리어 감지에 의해 채널이 비어 있다고 판단했을 경우, 하위 단말은 상위 단말에 DATA를 송신한다(스텝 S11). DATA를 수신한 상위 단말은, 필요에 따라서 ACK를 회신함으로써 통신을 완료한다(스텝 S12). 또한, 상세 동작은 비특허 문헌 1에 기재되어 있다.

각 단말에서는, 단말 모드 관리부(5)가, 도 3에 나타낸 바와 같이 단말 모드를 설정한다. 본 실시 형태에서는, 단말 모드는, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드의 3개이다. 각 단말은, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계로 되는 단말(21)(이하, 경계 단말이라고 함)의 (단말(10)로부터의) 홉 수와 각 단말의 경계 단말로부터의 홉 수에 근거하여, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드의 3개의 모드 중 어느 하나의 단말 모드로 설정한다. 또한, 경계 단말의 단말(10)로부터의 홉 수, 즉 N은, 미리 설정되거나 또는 단말(10)로부터 통지되는 등에 의해, 각 단말(20)이 파악하고 있는 것으로 한다.

집중 제어 모드로 설정하는 단말은, 단말(10)로부터 N-3 홉까지의 단말로서, 이러한 단말은 항상 집중 제어(도 4에 나타낸 순서)에 의해 통신을 행한다.

분산 제어 모드로 설정하는 단말은, 단말(10)로부터 N＋4 홉 이상의 단말로서, 항상 분산 제어(도 5에 나타낸 순서)에 의해 통신을 행한다.

시분할 제어 모드로 설정하는 단말은, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드 이외의 단말로서, 단말(10)로부터의 홉 수가 N－2 홉으로부터 N＋3 홉까지의 단말로 한다. 각 단말은 자신이 속하는 통신 에어리어의 통신 시퀀스(집중 제어 또는 분산 제어)에 따라 통신하지만, 단말 자신으로부터 통신을 개시할 수 있는 링크는 시분할에 의해 제어한다. 각 단말은 동기하고 있는 것으로 하고, 각 단말의 송신 기간 관리부(6)는, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간을 소정의 규칙에 따라 시분할로 전환하여, 각 통신 기간에 허가되어 있는 링크만 통신하도록 송신을 제어한다.

본 실시 형태에 있어서, 일반 통신 기간이란, 동일 통신 에어리어내(집중 제어 에어리어 A1내, 또는 분산 제어 에어리어 A2내)의 통신이 가능한 기간을 나타내고, 경계 통신 기간이란, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2 사이의 통신이 가능한 기간을 나타낸다. 이후, 단말(10)로부터 M(M은 1 이상의 정수) 홉째의 단말을 M 홉 단말이라고 표기한다(예를 들면, 단말(10)로부터 N-1 홉째의 단말(20)을 N－1 홉 단말로 함). 일반 통신 기간에 통신 가능한 링크는, N－2 홉 단말과 N－1 홉 단말 사이, N－1 홉 단말과 N 홉 단말 사이, N＋1 홉 단말과 N＋2 홉 단말 사이, N＋2 홉 단말과 N＋3 홉 단말 사이로 하고, N＋1 홉 단말로부터의 DATA 송신을 금지한다. 또한, N－2 홉 단말과 N－1 홉 단말 사이, N－1 홉 단말과 N 홉 단말 사이는 집중 제어 에어리어 A1에 속하기 때문에, 도 4에 나타내는 집중 제어에 의해 통신을 행한다. 또한, N＋1 홉 단말과 N＋2 홉 단말 사이, N＋2 홉 단말과 N＋3 홉 단말 사이는 분산 제어 에어리어 A2에 속하기 때문에, 도 5에 나타내는 분산 제어에 의해 통신을 행한다.

한편, 경계 통신 기간에 통신 가능한 링크는 N 홉 단말과 N＋1 홉 단말 사이로 하여, N－2 홉 단말, N－1 홉 단말로부터의 POLLING 송신, N＋2 홉 단말, N＋3 홉 단말로부터의 DATA 송신을 금지한다. 또한, 이 링크는 분산 제어 에어리어에 속하기 때문에, 도 5에 나타내는 분산 제어에 의해 통신을 행한다. 단, 이 링크의 통신은 집중 제어에 의한 통신도 가능하게 한다.

또한, 집중 제어 모드 및 분산 제어 모드의 단말에서는, 일반 통신 기간, 경계 통신 기간 중 어느 하나에 있어서도 통신 가능하다.

본 실시 형태에서는, 홉 수에 근거하여, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드를 설정하는 예를 설명했지만, 홉 수뿐만이 아니라 수신 전력을 고려하여 단말 모드를 설정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 시분할 제어 모드로 설정하는 단말을, N 홉 단말과 N＋1 홉 단말 사이의 통신에 간섭을 인가할 가능성이 있는 단말로 한다. 집중 제어 에어리어내에서 N 홉 단말과 N＋1 홉 단말 사이의 통신에 간섭하는 단말은, N 홉 단말의 통신 범위내이고 또한 데이터 수집 단말측의 단말(단말 A로 함)과, 단말 A의 통신 범위내이고 또한 데이터 수집 단말측의 단말이며, 이들에 해당하는 단말을 시분할 제어 모드로 설정한다. 구체적으로는, 예를 들면, N 홉 단말 및 단말 A는, 각 단말(20)로부터의 수신 전력을 측정하고, 이것에 근거하여 통신 범위내의 단말을 판정한다. 그리고, 이러한 판정 결과(또는 수신 전력의 측정 결과)를 데이터 수집 단말에 송신하고, 데이터 수집 단말이 판정 결과에 근거하여, 집중 제어 에어리어내에서 N 홉 단말과 N＋1 홉 단말 사이의 통신에 간섭하는 단말을 결정하고, 상기 단말에 시분할 제어 모드를 설정하도록 지시한다. 이에 의해, 단말 A의 POLLING, DATA 송신에 의한 간섭을 회피할 수 있다. 한편, 분산 제어 에어리어 A2내에서 N 홉 단말과 N＋1 홉 단말 사이 통신에 간섭하는 단말은, N＋1 홉 단말의 통신 범위내이고 또한 말단측의 단말(단말 B로 함)과, 단말 B의 통신 범위내이고 또한 말단측의 단말이며, 마찬가지로 이들에 해당하는 단말을 시분할 제어 모드로 설정한다. 이에 의해, 단말 B의 DATA, ACK 송신에 의한 간섭을 회피할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 시분할 제어 모드는 단말 자신으로부터의 통신 개시만을 시분할에 의해 제어하기 때문에, 단말 자신에 할당된 통신 기간이어도, POLLING에 대한 DATA 송신이나 DATA에 대한 ACK 송신은 행하고 있었다. 그러나, 단말 자신에 할당된 통신 기간 이외에는, POLLING에 대한 DATA 송신이나 DATA에 대한 ACK 송신을 포함하는 모든 통신을 금지하도록 함으로써, 시분할 제어 모드를 설정하는 단말을 N－1 홉 단말, N 홉 단말, N＋1 홉 단말, N＋2 홉 단말로 한정할 수도 있다.

또한, 분산 제어 에어리어의 통신이 적다고 판단했을 경우, N＋3 홉 단말을 시분할 제어 모드로부터 분산 제어 모드로 변경하여, N＋2 홉 단말에서 간섭이 발생했을 경우에 재송에 의해 대응하도록 함으로써, 시분할 제어 모드로 설정하는 단말을 삭감해도 좋다. 이와 같이, 간섭의 상황 등에 의해 시분할 제어 모드로 하는 단말의 범위를, 도 3에 나타내는 N－2 홉 단말로부터 N＋3 홉 단말까지의 범위보다 작게 해도 좋고, 도 3에 나타내는 범위보다 반대로 크게 해도 좋다.

또한, 경계 통신 기간에 있어서, N 홉 단말의 통신 범위내의 단말의 POLLING 송신, POLLING에 대한 DATA 응답을 금지함으로써, 인접 경로로부터의 간섭을 경감할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서의 집중 제어 에어리어 A1내의 단말은, POLLING을 수신할 때까지는 DATA를 송신하지 않기 때문에, 각 단말의 버퍼(도시하지 않음)에는, POLLING을 수신하기까지 발생한 데이터나 하위 단말로부터의 수신한 DATA가 축적된다. 또한, 시분할 제어 모드로 설정한 단말에 있어서도, 단말 자신의 통신 기간 이외에 발생한 데이터나 하위 단말로부터 수신한 DATA가 축적된다. 그래서, 버퍼에 축적된 패킷의 집약 송신(애그리게이트(aggregate) 송신)이나, 연속 송신(버스트 송신)에 의해, 헤더 오버헤드의 삭감이나, 버퍼 오버플로우를 회피하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 멀티 홉 환경에 있어서, 단말(10) 부근을 집중 제어 에어리어 A1, 그 앞을 분산 제어 에어리어 A2로 함으로써, 통신 패킷량이 증가하는 데이터 수집 단말 부근의 간섭을 억제하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 단말을, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드로 분류하여, 집중 제어 에어리어 A1내와 분산 제어 에어리어 A2내에서 서로 간섭하지 않는 단말(20)(집중 제어 모드, 분산 제어 모드로 설정한 단말(20))을 항상 통신 가능하게 함으로써, 통신 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계 부근의 단말을 시분할 제어 모드로 설정하고, 경계 링크(집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계를 걸치는 링크)의 통신과 그 이외의 통신을 시분할로 동작시킴으로써, 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어의 경계 부근에 있어서의 간섭을 경감하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

(실시 형태 2)

도 6은, 본 발명에 따른 단말의 실시 형태 2의 기능 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 단말은, 실시 형태 1의 도 1에서 나타낸 단말의 구성에 통신 관리부(7)를 추가하고 있다. 통신 관리부(7)는, 단말 자신이 수신한 패킷의 PER(Packet Error Rate), 송신한 POLLING에 대한 NULL DATA 수신 비율 등, 통신 품질에 관한 관리를 행한다. 실시 형태 1과 마찬가지의 기능을 갖는 구성요소는, 실시 형태 1과 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과 상이한 부분을 중심으로 설명한다.

본 실시 형태의 통신 시스템의 구성은, 제 1 실시 형태의 도 2에 나타낸 구성과 마찬가지로 한다. 도 2에 있어서의 단말(20)은, 도 6에 나타낸 본 실시 형태의 단말이 된다. 단말(10)은, 도 6에 나타낸 본 실시 형태의 단말이라도 좋고, 단말(20)로서의 기능 이외의 특정 기능을 포함하는 Gateway와 같은 것을 사용해도 좋다. 단, 본 실시 형태에서는, 도 2와 마찬가지의 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2로 구성되는 집중·분산 제어 혼재 네트워크(혼재 네트워크 구성)와, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 구별을 하지 않고 모든 단말이 분산 제어로 동작하는 분산 제어 네트워크(분산 제어 네트워크 구성)의 2개의 네트워크 구성을 상황에 따라 전환한다.

집중·분산 제어 혼재 네트워크를 구성하고 있는 경우의 본 실시 형태의 동작은, 실시 형태 1과 마찬가지이다. 분산 제어 네트워크를 구성하고 있는 경우의 본 실시 형태의 동작은, 통상의 분산 제어 네트워크와 마찬가지이다.

도 7은, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 우선, 통신 시스템이 분산 제어 네트워크로 설정되어 있는 것으로 하여, 각 단말(단말(10) 및 단말(20))은 분산 제어 모드로 설정되고, 실시 형태 1에서 나타낸 분산 제어에 의해 통신을 행한다(스텝 S21).

데이터 수집 단말(단말(10))에서는, 통신 관리부(7)가, 수신 패킷의 PER을 측정한다(스텝 S22). 데이터 수집 단말은, 측정한 일정 기간의 PER이 미리 결정해 둔 임계치를 넘었는지 여부를 판단한다(스텝 S23). PER이 임계치를 넘지 않은 경우(스텝 S23 No), 스텝 S22로 복귀한다. PER이 임계치를 넘고 있었던 경우(스텝 S23 Yes), 데이터 수집 단말의 통신 관리부(7)는 통신 시스템내의 네트워크가 혼잡하고 있다고 판단하여, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환을 결정하고, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환을 통지하는 전환 통지를 브로드캐스트한다(스텝 S24).

또한, 브로드캐스트 범위는 통신 시스템 전체로 해도 좋지만, 브로드캐스트 범위를 N＋3 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다. 네트워크 전환 통지에는, 전환 후의 네트워크 종별(집중·분산 제어 혼재 네트워크), 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어의 경계로 되는 단말의 데이터 수집 단말로부터의 홉 수 N과, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간을 나타내는 값을 포함한다. 일반 통신 기간과 경계 통신 기간의 값은, 예를 들면, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간의 시분할 제어를 개시하는 시각, 각 기간의 길이로 한다. 또한, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간을 나타내는 값은, 이것으로 한정되지 않고, 각 기간의 전환 타이밍을 알 수 있는 값이면 좋다. 또한, 여기에서는, 각 단말(20)이 단말 모드를 설정하기 위한 정보(설정 정보)로서, 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어의 경계로 되는 단말의 데이터 수집 단말로부터의 홉 수 N을 통지하고 있지만, 각 단말(20)이 단말 자신의 단말 모드를 결정하기 위한 정보는 이것으로 한정되지 않는다(예를 들면, 각 단말 모드마다 대응하는 홉 수를 통지하는 등이라도 좋음).

전환 통지를 수신한 단말에서는, 상기 통지에 근거하여, 통신 에어리어 관리부(4)가 단말 자신의 통신 에어리어를 설정한다(스텝 S25). 구체적으로는, 데이터 수집 단말로부터의 전환 통지를 수신한 단말 중, 데이터 수집 단말로부터 N 홉 단말까지의 단말은 통신 에어리어를 집중 제어 에어리어 A1로 설정하고, N＋1 홉 이후의 단말은 통신 에어리어를 분산 제어 에어리어 A2로 설정한다. 또한, 데이터 수집 단말로부터 N-3 홉 단말까지의 단말은 집중 제어 모드, N＋4 홉 이후의 단말은 분산 제어 모드, N－2로부터 N＋3 홉 단말까지의 단말은 시분할 제어 모드로 설정한다. 이후, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드의 각 단말의 동작은 실시 형태 1과 마찬가지이다.

도 8은, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 우선, 통신 시스템은 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 설정되어 있는 것으로 하고, 각 단말은 설정된 단말 자신의 단말 모드에 따라, 실시 형태 1에서 나타낸 동작에 따라 통신을 행한다(스텝 S31).

데이터 수집 단말의 통신 관리부(7)는, POLLING에 대한 NULL DATA의 비율을 측정한다(스텝 S32).

데이터 수집 단말은, 측정한 일정 기간의 POLLING에 대한 NULL DATA의 비율이 미리 결정해 둔 임계치를 넘었는지 여부를 판단한다(스텝 S33). 상기 비율이 임계치를 넘지 않은 경우(스텝 S33 No), 스텝 S32로 복귀한다. 상기 비율이 임계치를 넘고 있었던 경우(스텝 S33 Yes), 데이터 수집 단말은 통신 시스템내의 네트워크가 비어 있다고 판단하여, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환을 결정하고, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환을 통지하는 전환 통지를 브로드캐스트한다(스텝 S34). 또한, 이 경우도 브로드캐스트 범위를 N＋3 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다. 네트워크 전환 통지에는, 전환 후의 네트워크 종별(분산 제어 네트워크)을 포함한다.

데이터 수집 단말로부터의 네트워크 전환 통지를 수신한 단말에서는, 전환 통지에 따라, 통신 에어리어 관리부(4)가 단말 자신의 통신 에어리어를 설정한다(스텝 S35). 구체적으로는, 데이터 수집 단말로부터 N 홉 단말까지의 단말은 통신 에어리어를 분산 제어 에어리어 A2로 변경한다. 또한, 단말(10)로부터 N＋3 홉 단말까지의 단말에서는 단말 모드를 분산 제어 모드로 설정한다.

분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 전환할 때, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 범위는 미리 결정해 둘 수도 있지만, 네트워크 상황에 따라 결정하는 것도 가능하다. 일례로서, 네트워크 상황에 따라 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계로 되는 N 홉 단말을 결정하는 방법을 설명한다.

도 9는, 본 실시 형태의 통신 시스템의 네트워크 토폴로지의 일례를 나타내는 도면이다. 단말(10)은 경로 구축시, 각 단말(20)로의 경로 정보를 유지한다. 여기에서는, 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)은, 도 2에 나타낸 단말(20) 중 각각 1개이다. 단말(10)의 통신 관리부(7)는, 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)로부터 수신한 DATA의 송신원과 유지하는 통신 경로에 근거하여, 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)이 일정 기간에 수신하는 패킷 수(중계를 포함함)를 산출한다.

단말(10)의 통신 관리부(7)는, 산출한 각 단말의 수신 패킷 수가 임계치를 넘은 단말 중, 가장 홉 수가 많은 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)을 기준 단말로 한다. 그리고, 기준 단말의 홉 수＋1 홉으로 되는 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)까지를 집중 제어 에어리어 A1로 한다. 또한, 산출하는 일정 기간, 임계치는 임의로 한다.

예를 들면, 도 9에 나타내는 토폴로지에 있어서 일정 기간에 각 단말이 송신하는 패킷 수가 도 10에 나타내는 값인 경우, 단말(10)은 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)로부터의 수신 데이터에 근거하여, 도 11에 나타내는 결과를 산출한다. 도 10은, 일정 기간에 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)이 송신한 패킷 수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11은, 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)로부터의 수신 데이터(DATA) 수(중계한 데이터도 포함함)와 상기 단말의 홉 수(단말(10)로부터의 홉 수)의 일례를 나타내는 도면이다.

여기서, 수신 패킷 수의 임계치를 10으로 했을 경우, 도 11에 의하면, 단말(20－1, 20－3)이 임계치를 초과한다. 그리고, 단말(20－1, 20－3) 중 가장 홉 수가 많은 단말은 (20－3)이며, 단말(20－3)의 홉 수에 1을 가산한 3 홉 단말까지를 집중 제어 에어리어 A1로 한다. 또한, 상기에서는 단말(10)이 수신한 패킷 수에 근거하여, 데이터를 중계하는 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)의 수신 패킷 수를 산출했지만, 각 단말(20－1, 20－2,…, 20－10)이 일정 기간에 있어서의 수신 패킷 수를 개별적으로 측정하고, 측정 결과를 단말(10)에 송신하고, 단말(10)이 수신한 측정값을 기본으로 집중 제어 에어리어를 결정해도 좋다.

분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 전환하여, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간을 미리 결정해 둘 수도 있지만, 네트워크의 상황에 따라 결정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 단말(10)은, 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어의 결정 방법과 마찬가지로, N 홉 단말의 일정 기간에 있어서의 수신 패킷 수를 산출한다. 단말(10)은 N 홉 단말 중, 가장 수신 패킷 수가 많은 단말(20)을 기준 단말로 하여, 기준 단말에 있어서 수신 패킷을 전송할 수 있는 시간을 경계 통신 기간에 할당한다. 수신 패킷의 전송에 필요한 송신 시간은, 수신 패킷의 총 데이터 사이즈와 통신 속도로부터 산출 가능하다. 예를 들면, 30초간에 측정한 패킷의 전송에 10초 걸린다고 판단했을 경우, 일반 통신 기간과 경계 통신 기간은 3대 1의 비율을 기준으로 하여, 패킷 수의 변동을 고려하여, 비율을 변경해도 좋다. 또한, 상기의 예에서는 단말(10)이 수신한 패킷 수로부터 일반 통신 기간과 경계 통신 기간의 비율을 결정했지만, 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어의 결정 방법과 마찬가지로, 각 단말이 수신 패킷 수를 측정하고, 측정 정보를 단말(10)에 송신하고, 단말(10)이 이러한 측정 정보에 근거하여 비율을 결정해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는, 분산 제어 네트워크와 집중·분산 제어 혼재 네트워크에서 전환을 행하지만, 집중·분산 제어 혼재 네트워크에서 동작 중에, 네트워크의 상황에 따라 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계를 변경하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 3에 있어서의 N-1 홉 단말이, POLLING 송신에 대한 NULL DATA의 비율을 계측한다. 이 계측에 의해, NULL DATA의 비율이 임계치를 넘었을 경우, 네트워크의 통신량이 감소했다고 판단하여, N－1 홉 단말은 집중 제어 에어리어의 축소를 요구하는 경계 변경 요구를 데이터 수집 단말(10)에 통지한다. 또한, N 홉 단말은 N＋1 홉 단말로부터 수신하는 DATA의 PER을 측정하여, 임계치를 넘었을 경우, 네트워크의 통신량이 증가했다고 판단하여, 집중 제어 에어리어 A1의 확대를 요구하는 경계 변경 요구를 데이터 수집 단말(10)에 통지한다.

그리고, 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계 변경 요구를 수신한 데이터 수집 단말(10)은, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환시와 마찬가지의 네트워크 전환 통지를 송신한다. 네트워크 전환 통지에는, 새로운 집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 경계로 되는 단말의 데이터 수집 단말로부터의 홉 수 N을 포함하여 송신함으로써, 각 단말(20)에서는 통지된 변경(집중 제어 에어리어 A1과 분산 제어 에어리어 A2의 사이의 변경)을 행하는 수 있다. 또한, 네트워크 전환 통지의 브로드캐스트 범위를, 집중 제어 에어리어 A1를 축소시키는 경우에는 N＋3 홉 단말, 확대시키는 경우에는 N＋4 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다.

또한, 집중·분산 제어 혼재 네트워크에서 동작 중에, 네트워크의 상황에 따라 일반 통신 기간과 경계 통신 기간의 비율을 변경하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 3에 있어서의 N＋1 홉 단말은, 버퍼에 저장되어 있는 데이터가 경계 통신 기간 중에 송신할 수 없는 경우, 경계 통신 기간의 확대를 요구하는 통신 기간 변경 요구를 데이터 수집 단말에 통지한다. 또한, 집중 에어리어의 단말(20)은 단말 자신의 버퍼를 감시하여, 임계치를 넘었을 경우에 일반 통신 기간의 확대를 요구하는 통신 기간 변경 요구를 데이터 수집 단말에 통지한다. 경계 통신 기간, 일반 통신 기간의 통신 기간 변경 요구를 수신한 데이터 수집 단말은, 지정된 통신 기간 변경 요구를 증가시킨다. 또한, 증가시켰을 경우에 임계치를 넘는 경우, 한쪽의 통신 기간을 감소시킨다. 일반 통신 기간과 분산 통신 기간의 값을 결정한 데이터 수집 단말은, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환시와 마찬가지의 네트워크 전환 통지를 송신한다. 네트워크 전환 통지에는, 새로운 일반 통신 기간과 분산 통신 기간의 값을 포함한다. 또한, 네트워크 전환 통지의 브로드캐스트 범위를 N＋3 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 각종 전환의 기준으로서, PER, POLLING에 대한 NULL DATA의 비율을 사용했지만, BER(Bit Error Rate), RSSI(Reseave Signal Strength Indiator), SINR(Signal Interference Noise Ratio) 등, 네트워크 상황을 판단할 수 있는 것이라면 특히 한정하지 않는다. 또한, POLLING에 대한 NULL DATA를 반환하지 않은 경우, DATA가 회신되지 않은 비율을 사용해도 좋다.

또한, 상기 설명에서는 패킷 수를 기본으로 결정했지만, 수신한 데이터 사이즈를 기본으로 결정하는 것도 가능하다. 또한, 각 경로의 분기 상황, 단말 수를 고려하여, 전환을 판단해도 좋다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 네트워크 상황에 따라 분산 제어 네트워크와 집중·분산 제어 혼재 네트워크를 전환하는 것에 의해, 네트워크가 비어 있는 경우에는 각 단말이 분산 제어함으로써, 집중 제어에 의한 처리 부하를 경감할 수 있다. 한편, 네트워크가 혼잡하고 있을 때에는, 패킷이 증가하는 데이터 수집 단말 부근을 집중 제어로 함으로써, 데이터 수집 단말 부근에 있어서의 간섭을 억제할 수 있다.

또한, 집중·분산 제어 혼재 네트워크에서 동작 중, 네트워크 상황에 따라 집중 제어 에어리어, 분산 제어 에어리어의 경계와, 일반 통신 기간, 경계 통신 기간의 비율을 변경함으로써, 버퍼 오버플로우에 의한 패킷 손실을 회피할 수 있다.

또한, 집중 제어에 대응하지 않은 단말이 네트워크에 참가했을 경우에 있어서도, 분산 제어만의 네트워크로 전환함으로써 대응할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 12는, 본 발명에 따른 통신 시스템의 실시 형태 3의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 단말(단말(10) 및 단말(20))의 구성은 실시 형태 2와 마찬가지이다. 이하, 실시 형태 2와 상이한 부분을 설명한다.

본 실시 형태에서는, 데이터 수집 단말(단말(10))과 각 단말(20)의 통신 경로 중, 특정의 통신 경로만, 집중 제어와 분산 제어를 혼재시킨 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 하여, 대상 경로 이외의 통신은 분산 제어에 의해 동작한다.

분산 제어 네트워크로서 동작하고 있는 상태에서는, 데이터 수집 단말은 실시 형태 2와 마찬가지로 PER을 계측한다. 단, 본 실시 형태에서는, 데이터 수집 단말에 패킷을 송신하는 단말(20)마다의 PER을 계측한다. 데이터 수집 단말은, 측정한 PER이 임계치를 넘었을 경우, 초과한 단말(20)을 경로상에 갖는 경로(특정의 경로)만, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 전환한다.

집중·분산 제어 혼재 네트워크로 전환하는 경우, 데이터 수집 단말은 실시 형태 2와 마찬가지로, 네트워크 전환 통지를 브로드캐스트한다. 또한, 네트워크 전환 통지의 브로드캐스트 범위를 N＋3 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다. 네트워크 전환 통지에는, 네트워크를 전환하는 대상 경로의 N－2∼N＋3 홉 단말의 식별자를 포함한다. 네트워크 전환 통지를 수신한 전환 대상 경로상의 단말(20)은, 실시 형태 2와 마찬가지로, 집중 제어 에어리어와 분산 제어 에어리어를 설정하고, 또한, 집중 제어 모드, 분산 제어 모드, 시분할 제어 모드를 설정한다. 각 단말 모드에 있어서의 동작은 실시 형태 1과 마찬가지이다.

한편, 네트워크 전환 통지를 수신한, 대상 경로상 이외의 단말(20)은, POLLING을 수신했을 때, 단말 자신이 수신처가 아닌 POLLING이었던 경우에는 일정 기간, 통신을 금지하도록 동작한다. 이에 의해, 동일한 에어리어내에서 분산 제어에 의해 동작하고 있는 단말의 송신에 의해, 집중 제어의 통신이 간섭을 받는 상황을 회피한다. POLLING에 의한 통신 정지 기간은, 미리 결정한 값으로도 좋고, 송신하는 POLLING에 통신 금지 기간을 포함하도록 해도 좋다.

본 실시 형태에 있어서 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 전환하는 특정의 경로는, 데이터 수집 단말을 중심으로 복수의 경로로 해도 좋다. 이 경우, 상기의 네트워크 전환 통지를 경로 개수만큼 송신해도 좋고, 1개의 네트워크 전환 통지로 전환하는 복수의 경로 정보를 포함해도 좋다.

데이터 수집 단말은, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로 한 경로마다 POLLING에 대한 NULL DATA의 비율을 측정하고, 임계치를 넘었을 경우, 대상의 경로를 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로 전환한다. 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환은, 실시 형태 2와 마찬가지로 데이터 수집 단말이 네트워크 전환 통지를 송신함으로써 행한다. 네트워크 전환 통지는, 분산 제어 네트워크로부터 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환과 마찬가지로, 네트워크를 전환하는 대상 경로의 N－2∼N＋3 홉 단말의 식별자를 포함하여, 브로드캐스트한다. 또한, 브로드캐스트 범위를 N＋3 홉 단말까지로 함으로써, 브로드캐스트에 의한 오버헤드를 삭감할 수 있다. 네트워크 전환 통지를 수신한 대상 경로상의 단말은, 단말 자신 모드를 분산 제어 모드로 설정한다. 또한, 복수의 경로를 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로 전환하는 경우, 네트워크 전환 통지에 복수의 경로 정보를 포함하는 것도 가능하다.

본 실시 형태에서는, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로의 전환을 행하는 전환 기준으로서 PER을 사용하고, 집중·분산 제어 혼재 네트워크로부터 분산 제어 네트워크로의 전환 기준으로서, POLLING에 대한 NULL DATA의 비율을 사용했지만, 이러한 기준은, 실시 형태 2와 마찬가지로 BER나 SINR 등, 통신 품질을 판단할 수 있는 것이라면 특히 한정하지 않는다. 또한, POLLING에 대한 NULL DATA를 반환하지 않은 경우, DATA가 회신되지 않은 비율을 사용해도 좋다. 또한, 각 경로의 분기 상황, 단말 수를 고려하여, 변환을 판단해도 좋다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 특정 경로에만 집중 제어와 분산 제어를 혼재시키는 것에 의해, 집중 제어에 의한 제어 부하, 시분할 동작에 의한 제어 부하가 높아지는 단말을 삭감할 수 있다. 또한, 통신 빈도가 많은 경로에 집중 제어와 분산 제어를 혼재시키는 것에 의해, 데이터 수집 단말 부근에 있어서의 간섭을 경감하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

이상과 같이, 본 발명에 따른 통신 시스템, 통신 단말 및 통신 방법은, 집중 제어와 자율 분산 제어가 혼재하는 통신 시스템에 유용하고, 특히, 멀티 홉 통신을 행하는 통신 시스템에 적합하다.

1 : 제어부 2 : 무선부
3 : 안테나 4 : 통신 에어리어 관리부
5 : 단말 모드 관리부 6 : 송신 기간 관리부
7 : 통신 관리부 10, 20, 20－1∼20－7 : 단말

Claims

복수의 통신 단말을 구비하며, 친(親)단말의 제어에 따라 통신을 실시하는 집중 제어를 실시하는 집중 제어 에어리어와 자율 분산 제어에 의해 통신을 실시하는 분산 제어를 실시하는 분산 제어 에어리어를 설정할 수 있는 통신 시스템으로서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 통신 단말을 포함하는 상기 통신 단말의 단말 모드를, 시분할로 통신을 행하는 시분할 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 집중 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 분산 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 분산 제어 모드로 설정하고,
상기 시분할 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말은, 통신이 허가된 통신 기간에 송신을 행하고,
상기 집중 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말 및 상기 분산 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말은, 상기 통신 기간에 의존하지 않고 통신을 행하는
것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 친단말로부터의 홉 수가 N(N은 1 이상의 정수) 홉 이하로 되는 상기 통신 단말로 집중 제어 에어리어를 구성하고, 상기 친단말로부터의 홉 수가 N＋1 홉 이상의 상기 통신 단말로 분산 제어 에어리어를 구성하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 친단말로부터의 홉 수가 N－3 홉 이하의 상기 통신 단말을 상기 집중 제어 모드로 설정하고, 상기 친단말로부터의 홉 수가 N＋4 홉 이상의 상기 통신 단말을 분산 제어 모드로 설정하고, 상기 친단말로부터의 홉 수가 N－2 홉으로부터 N＋3 홉까지의 상기 통신 단말을 시분할 제어 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 단말 모드의 설정시에, 상기 통신 단말에 있어서의 수신 전력에 근거하여, 친단말로부터의 홉 수가 N 홉인 상기 통신 단말과 상기 친단말로부터의 홉 수가 N＋1 홉인 상기 통신 단말의 사이의 통신에 간섭을 일으키는 상기 통신 단말을 구하고, 상기 통신 단말을 시분할 제어 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 2 항에 있어서,
친단말로부터의 홉 수가 N 홉인 상기 통신 단말과 상기 친단말로부터의 홉 수가 N＋1 홉인 상기 통신 단말을 경계 단말로 하고,
상기 시분할 제어 모드에서는, 상기 경계 단말 사이의 통신을 허가하는 경계 통신 기간과, 상기 경계 단말 사이 이외의 통신을 허가하는 일반 통신 기간을 시분할로 전환되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집중 제어 모드 또는 상기 시분할 제어 모드로 동작 중에, 버퍼에 축적된 데이터를 단말 자신의 송신 기회에 집약 송신 또는 연속 송신하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어를 모두 갖는 혼재 네트워크 구성과,
모든 상기 통신 단말이 상기 분산 제어에 의해 동작하는 분산 제어 네트워크 구성을 전환 가능하게 하고,
상기 통신 단말에 있어서 측정된 통신 품질에 근거하여 상기 혼재 네트워크 구성과 상기 분산 제어 네트워크 구성을 전환하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항에 있어서,
분산 제어 네트워크 구성으로 동작 중에, 상기 친단말은, 상기 통신 단말과의 사이의 통신 품질을 측정하고, 상기 통신 품질이 소정의 임계치를 넘었을 경우에 상기 혼재 네트워크 구성으로의 전환을 결정하고, 이 전환을 결정했을 경우, 단말 모드를 설정하기 위한 설정 정보를 포함하는 네트워크 전환 통지를 브로드캐스트하고, 이 네트워크 전환 통지를 수신한 상기 통신 단말은, 상기 설정 정보에 근거하여 단말 자신의 단말 모드를 설정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 친단말은, 상기 통신 품질이 소정의 임계치를 넘은 상기 통신 단말에 대응하는 경로를 상기 분산 제어 네트워크 구성으로부터 상기 혼재 네트워크 구성으로 전환하는 것을 결정하고, 전환 대상이 되는 대상 경로를 식별하는 정보를 포함하는 상기 네트워크 전환 통지를 송신하고, 상기 네트워크 전환 통지를 수신한 대상 경로상의 상기 통신 단말은, 상기 설정 정보에 근거하여 단말 모드를 설정하고, 상기 네트워크 전환 통지를 수신한 대상 경로상에 있지 않은 상기 통신 단말은, 단말 자신이 수신처가 아닌 POLLING을 수신했을 경우, 일정 기간, 통신을 금지하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼재 네트워크 구성으로 동작 중에, 상기 친단말은, 상기 통신 단말과의 사이의 상기 집중 제어에 의한 통신의 통신 품질을 측정하고, 상기 통신 품질이 소정의 임계치를 넘었을 경우에 상기 분산 제어 네트워크 구성으로의 전환을 결정하고, 이 전환을 결정했을 경우, 네트워크 전환 통지를 브로드캐스트하고, 이 네트워크 전환 통지를 수신한 상기 통신 단말은, 단말 자신의 모드를 분산 제어 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친단말은, 상기 통신 단말로부터 수신한 패킷과 경로 정보에 근거하여, 상기 통신 단말마다 일정 기간에 상기 통신 단말이 수신하는 중계를 포함하는 수신 데이터량을 산출하고, 산출한 수신 데이터량이 소정의 임계치를 넘은 상기 통신 단말 중, 상기 친단말로부터의 홉 수가 가장 많은 단말을 기준으로, 상기 집중 제어 에어리어의 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 단말은, 일정 기간에 수신하는 중계를 포함하는 수신 데이터량을 측정하고, 측정한 수신 데이터량을 상기 친단말에 통지하고, 통지된 수신 데이터량이 소정의 임계치를 넘은 상기 통신 단말 중, 상기 친단말로부터의 홉 수가 가장 많은 단말을 기준으로, 상기 집중 제어 에어리어의 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 친단말은, 상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 통신 단말인 경계 단말이 일정 기간에 수신하는 중계를 포함하는 수신 데이터량을 산출하고, 상기 경계 단말 중 가장 수신 데이터량이 많은 상기 경계 단말에 있어서의 상기 수신 데이터량에 근거하여 상기 통신 기간을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 통신 단말인 경계 단말은, 일정 기간에 수신하는 중계를 포함하는 수신 데이터량을 측정하고, 측정한 수신 데이터량을 상기 친단말에 통지하고, 통지된 수신 데이터량 중 가장 수신 데이터량이 많은 상기 경계 단말에 있어서의 상기 수신 데이터량에 근거하여 상기 통신 기간을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 데이터량을 수신 패킷 수로 하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신 데이터량을 수신 데이터 사이즈로 하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말인 경계 단말로부터 데이터를 직접 수신하는 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말은, 상기 경계 단말과의 사이의 통신 품질을 측정하고, 측정한 통신 품질이 소정의 임계치를 넘었을 경우에 상기 친단말에 대해서 상기 집중 제어 에어리어의 축소를 요구하고, 상기 경계 단말은, 상기 분산 제어 에어리어내의 경계 단말과의 사이의 통신 품질을 측정하고, 측정한 통신 품질이 소정의 임계치를 넘었을 경우에 상기 친단말에 대해서 상기 집중 제어 에어리어의 확대를 요구하고, 상기 친단말은, 상기 집중 제어 에어리어의 축소 또는 상기 집중 제어 에어리어의 확대의 요구에 근거하여, 상기 집중 제어 에어리어의 범위를 변경하는 네트워크 전환 통지를 송신하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 분산 제어 에어리어내의 상기 통신 단말인 경계 단말과 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말이 단말 자신의 버퍼를 감시하고, 버퍼량이 소정의 임계치를 넘었을 경우에 상기 친단말에 통지하고, 상기 친단말은, 이 통지에 근거하여 상기 통신 기간을 변경하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 10 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 품질을 구할 때에 데이터 사이즈를 고려하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 7 항 내지 제 10 항, 제 17 항, 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통신 품질을, PER, BER, RSSI, SINR, 폴링에 대한 데이터 응답 비율 중 적어도 1개 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
복수의 통신 단말을 구비하며, 친단말의 제어에 따라 통신을 실시하는 집중 제어를 실시하는 집중 제어 에어리어와 자율 분산 제어에 의해 통신을 실시하는 분산 제어를 실시하는 분산 제어 에어리어를 설정할 수 있는 통신 시스템에 있어서의 상기 통신 단말로서,
단말 모드로서, 집중 제어 모드와, 분산 제어 모드와, 시분할에 의해 단말 자신에 통신이 허가된 통신 기간에 통신을 행하는 시분할 제어 모드 중 어느 하나를 설정하는 단말 모드 관리부와,
단말 자신에 통신이 허가된 상기 통신 기간을 관리하여, 상기 시분할 제어 모드가 설정되어 있는 경우에, 상기 통신 기간에 따라 단말 자신으로부터의 송신의 가부를 관리하는 송신 기간 관리부를 구비하며,
상기 집중 제어 모드에서는, 상기 통신 기간에 의존하지 않고 상기 집중 제어에 의한 송신을 행하고, 상기 분산 제어 모드에서는, 상기 통신 기간에 의존하지 않고 상기 분산 제어에 의해 송신을 행하는
것을 특징으로 하는 통신 단말.
복수의 통신 단말을 구비하며, 친단말의 제어에 따라 통신을 실시하는 집중 제어를 실시하는 집중 제어 에어리어와 자율 분산 제어에 의해 통신을 실시하는 분산 제어를 실시하는 분산 제어 에어리어를 설정할 수 있는 통신 시스템에 있어서의 통신 방법으로서,
상기 집중 제어 에어리어와 상기 분산 제어 에어리어의 경계에 위치하는 상기 통신 단말을 포함하는 상기 통신 단말의 단말 모드를, 시분할로 통신을 행하는 시분할 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 집중 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 집중 제어 모드로 설정하고, 상기 시분할 제어 모드 이외의 상기 분산 제어 에어리어내의 상기 통신 단말을 분산 제어 모드로 설정하는 모드 설정 스텝과,
상기 시분할 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말이, 통신이 허가된 통신 기간에 송신을 행하는 시분할 송신 스텝과,
상기 집중 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말 및 상기 분산 제어 모드로 설정된 상기 통신 단말이, 상기 통신 기간에 의존하지 않고 통신을 행하는 비(非)시분할 송신 스텝을 포함하는
것을 특징으로 하는 통신 방법.