TWI472257B - Communication system, communication terminal and communication method - Google Patents

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TWI472257B
TWI472257B TW101149243A TW101149243A TWI472257B TW I472257 B TWI472257 B TW I472257B TW 101149243 A TW101149243 A TW 101149243A TW 101149243 A TW101149243 A TW 101149243A TW I472257 B TWI472257 B TW I472257B
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Yuya Takatsuka
Takahisa Yamauchi
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

通信系統、通信終端及通信方法
本發明係關於通信系統、通信終端及通信方法。
在遙測(telemetering)或大規模工廠內的監測(monitoring)等，使用特定小電力無線的大規模網路(network)中的資料(data)收集被研究中。在該等網路中，使用以IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4予以規格化的PHY(物理層)/MAC(Medium Access Control)，藉由多躍程(multi-hop)，大範圍地由多數終端收集資料。在以IEEE802.15.4予以規格化的無線存取方式亦即CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式中，在各個終端傳送封包(packet)之前，進行回退(back off)時間的待機與無線通道(channel)的載波感測(carrier sense)。接著，若藉由載波感測而確認出通道為使用中(通道忙碌(channel busy))時，再次進行回退時間的待機(參照非專利文獻1)。
另一方面，將集中控制型的存取(access)方式與自律分散控制型的存取方式，按每個無線台，而且按每個無線通道，以分時所適用的存取方式已被提出(參照例如專利文獻1)。在該存取方式中，若作為親局而發揮功能時，係按照自局 的控制來送信信號，若作為子局而發揮功能時，則按照親局的控制來送信信號。無線台係與其他無線台直接，或者透過其他一個以上的無線台來進行通信。藉此實現低延遲、低延遲變動、高生產量(throughput)、高QoS的保證。
以進行分時控制的其他方式而言，在包括基地台、中繼台及加入者台的系統中，以競爭(contention)期間與非競爭(contention free)期間構成上行(upstream)的媒體存取(media access)控制方式已被提出(參照例如專利文獻2)。在該媒體存取控制方式中，係在競爭期間由加入者台使資料被傳送至中繼台，在非競爭期間，由中繼台對基地台傳送資料。藉此，可進行透過中繼台的加入者台與基地台的通信。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2002-325273號公報
【專利文獻2】日本特開2007-6199號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】IEEE，“IEEE Std IEEE802.15.4”，Sept.2006
如上所述，以使網路中的干擾減輕的習知技術而言，已有CSMA/CA方式、或藉由分時來切換存取方式或可通信的連結(link)的方式等被提出。但是，在CSMA/CA方式中，會有隨著終端數、通信頻率的增加，干擾會增加的問題。
另一方面，藉由分時來切換存取方式或可通信的連結的方式係以關於與通信對象直接通信的單躍程(single-hop)或經由1個中繼台的2躍程(hop)的網路者為多，關於3躍程以上的多躍程環境加以研究者則較少。此外，適用於3躍程以上的多躍程環境，使全終端以分時進行動作時，亦有至彼此不會干擾的終端的通信為止進行禁止的情形，通信效率會降低。此外，藉由通信區(area)來切換集中控制及分散控制時，會有在集中控制與分散控制的交界附近發生干擾的問題。
本發明係鑑於上述情形而研創者，目的在獲得在多躍程環境中，若集中控制與分散控制混合存在時，可使生產量提升，此外，可使集中控制與分散控制的交界附近的干擾減輕的通信系統、通信終端及通信方法。
為解決上述課題，以達成目的，本發明係一種通信系統，其係包括複數通信終端，可設定：實施按照母終端的控制來實施通信的集中控制的集中控制區、及實施藉由自律分散控制來實施通信的分散控制的分散控制區的通信系統，其特徵在於：將包含位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述通信終端的前述通信終端的終端模式(mode)，設定為以分時進行通信的分時控制模式，將前述分時控制模式以外的前述集中控制區內的前述通信終端設定為集中控制模式，將前述分時控制模式以外的前述分散控制區內的前述通信終端設定為分散控制模式，被設定為前述分時控制模式的前述通信終 端係在被許可通信的通信期間進行送信，被設定為前述集中控制模式的前述通信終端、及被設定為前述分散控制模式的前述通信終端係未依存於前述通信期間來進行通信。
本發明之通信系統、通信終端及通信方法係達到在多躍程環境中，若集中控制與分散控制混合存在時，可使生產量提升，此外可使集中控制與分散控制的交界附近的干擾減輕的效果。
1‧‧‧控制部
2‧‧‧無線部
3‧‧‧天線
4‧‧‧通信區管理部
5‧‧‧終端模式管理部
6‧‧‧送信期間管理部
7‧‧‧通信管理部
10、20、20-1~20-7‧‧‧終端
第1圖係顯示實施形態1之終端之構成例圖。
第2圖係顯示實施形態1之通信系統之構成例圖。
第3圖係用以詳加說明第2圖所示構成例中的特定路徑圖。
第4圖係顯示集中控制區內之終端之通信序列(sequence)之一例圖。
第5圖係顯示分散控制區內之通信序列之一例圖。
第6圖係顯示實施形態2之終端之構成例圖。
第7圖係顯示由分散控制網路切換成集中/分散控制混合存在網路之切換順序之一例的流程圖(flow chart)。
第8圖係顯示由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路之切換順序之一例的流程圖。
第9圖係顯示實施形態2之通信系統之網路拓樸(network topology)之一例圖。
第10圖係顯示各終端在一定期間所傳送的封包數之一例圖。
第11圖係顯示來自各終端之收信資料數與該終端之躍程數之一例圖。
第12圖係顯示實施形態3之通信系統之構成例圖。
以下根據圖示，詳加說明本發明之通信系統、通信終端及通信方法之實施形態。其中，並非藉由該實施形態來限定本發明。
實施形態1.
第1圖係顯示本發明之終端(通信終端)之實施形態1之構成例圖。如第1圖所示，本實施形態之終端係包括：控制部1、無線部2、天線(antenna)3、通信區管理部4、終端模式管理部5、及送信期間管理部6。
天線3係用以與其他終端進行無線通信的天線，由無線部2作為接收電波來送出送信信號，將收信信號交給無線部2。無線部2係根據由控制部1所接收到的送信資料，進行調變等而生成送信信號，將進行收信信號之解調等所得的收信資料交給控制部1。控制部1係進行收送信資料的控制，且將送信資料交給無線部2，由無線部2接收收信資料。此外，與通信區管理部4、終端模式管理部5、送信期間管理部6合作，來選擇適當的送信時序(timing)、通信方式。
通信區管理部4係針對存在自身終端的通信區(集中控制區或分散控制區)進行管理，判斷存在自身終端的通信 區且進行設定。終端模式管理部5係管理自身終端的終端模式，將自身終端的終端模式設定為集中控制模式、分散控制模式、分時控制模式之中之任一者。送信期間管理部6係管理自身終端之可送信時序，若以分時進行動作時即判斷可否送信。
第2圖係顯示在本實施形態中所假想之通信系統之構成例圖。其中，第2圖所示之通信系統之構成為一例，本實施形態之存取控制方式及適用終端之通信系統之構成並非限定於第2圖之例。如第2圖所示，網路係由複數終端(終端10及終端20)所構成，在終端20所發生的資料係直接或者其他終端20進行中繼，藉此被送信至終端10。其中，在第2圖中，為簡化圖示，針對1個終端20標註符號，但是終端10以外之第2圖所示之各個圓圈，未標註符號者亦為終端20。終端20係在第1圖例示構成之本實施形態之終端。
終端10(資料收集終端)係收集資料的任意終端，可選擇作為構成通信系統之終端20之中的1個，亦可使用包含作為終端20之功能以外的特定功能之如Gateway般者。此外，終端10係在集中控制中作為控制各終端20之送信的母終端而發揮功能。其中，在此，由各終端20對終端10的路徑係設為已建構完畢。路徑建構的方法並沒有制約，可使用多躍程網路中的一般路徑建構方法。各終端20係藉由路徑建構來掌握來自身終端10的躍程數，終端模式管理部5係設為保持來自身終端10的躍程數。
此外，網路係以終端10為中心，設定集中控制區A1與分散控制區A2。集中控制區A1內的通信係特定的終端 集中控制通信，藉此進行彼此的通信不會干擾的通信。在分散控制區A2中，各終端自律分散式進行動作。因此，因送信時序或隱藏終端問題，有彼此干擾的可能性。
第3圖係用以詳加說明第2圖所示之構成例中的特定路徑的圖。第3圖的終端10係由其他終端收集資料的終端，終端20係對終端10直接或者經由其他終端來傳送資料。其中，在第3圖中係僅對2個終端標註符號，但是其間的圓圈亦表示終端20。表示終端20的圓圈之中係記載離終端10的躍程數。
如第3圖所示，在此係由終端10至第N個(N為1以上的整數)躍程的終端係設為在集中控制區A1內，將第N+1個躍程以後的終端20設為在分散控制區A2內。終端21係終端20之中的1個，由終端10為第N個躍程，為位於集中控制區A1內之與分散控制區A2之交界線的終端。
第4圖係顯示集中控制區A1內之終端(終端10及終端20)之通信序列之一例圖。之後，在各終端間的連結中，將終端10側的終端設為上位終端，末端側的終端設為下位終端。如第4圖所示，集中控制區A1內的上位終端對集中控制區A1內的下位終端傳送POLLING，藉此開始通信(步驟(step)S1)。在POLLING係包含要求DATA的下位終端的識別碼。
已接收到POLLING的下位終端之中，所被指定的識別碼的終端對上位終端傳送DATA(步驟S2)。其中，若未保持已接收到POLLING的下位終端所傳送的資料時，傳送不包含酬載(payload)的NULL DATA亦可能未作任何響應。其 中，在本實施形態中，設為傳送NULL DATA來作說明。接收到DATA、或NULL DATA的上位終端係視需要，將ACK(Acknowlegement)進行回信而完成通信(步驟S3)。在第4圖中係將ACK作為單獨封包來進行送信，但是在接下來傳送的POLLING包含ACK資訊來進行傳送，藉此亦可刪減送信封包數。其中，在第3圖中，集中控制區A1之成為最下位終端的第N個躍程的終端(以下稱為N躍程終端)並不傳送來自自身終端的POLLING。
集中控制區A1內的各終端傳送POLLING的時序係設為不會干擾集中控制區A1內的其他通信的時序。以用以在不會干擾其他通信的時序進行送信的控制而言，係可由收集資料的終端10控制集中控制區內A1全體的通信，亦可藉由各終端與集中控制區A1內的終端預先交換關於送信時序的資訊，來控制自身終端的POLLING送信時序，關於在集中控制區內進行彼此通信不會干擾的POLLING通信的方法，並未限定。此外，在上述中係說明分別藉由POLLING，將與各終端直接通信的下位終端的通信進行集中控制的方法，但是終端10給集中控制區內的任意終端傳送POLLING，集中控制區內的終端轉送POLLING至收訊端的終端。
第5圖係顯示分散控制區A2內之通信序列之一例圖。各終端20係在CSMA/CA進行動作，保持所傳送的資料的下位終端係進行隨機(random)決定的回退時間的待機與載波感測。藉由載波感測而判斷出有通道閒置時，下位終端係對上位終端傳送DATA(步驟S11)。已接收到DATA的上位終端 係視需要回信ACK，藉此完成通信(步驟S12)。其中，詳細動作係記載在非專利文獻1。
在各終端中，終端模式管理部5如第3圖所示設定終端模式。在本實施形態中，終端模式係集中控制模式、分散控制模式、分時控制模式之3種。各終端係根據成為集中控制區A1與分散控制區A2的交界的終端21(以下稱為交界終端)的(離終端10的)躍程數與離各終端的交界終端的躍程數，設定為集中控制模式、分散控制模式、分時控制模式之3個模式之中任一終端模式。其中，離交界終端的終端10的躍程數，亦即N係預先設定或者由終端10通知等，藉此由各終端20予以掌握。
設定為集中控制模式的終端係由終端10至N-3躍程為止的終端，該等終端係恒為藉由集中控制(第4圖所示之順序)進行通信。
設定為分散控制模式的終端係由終端10為N+4躍程以上的終端，恒為藉由分散控制(第5圖所示之順序)進行通信。
設定為分時控制模式的終端係集中控制模式、分散控制模式以外的終端，離終端10的躍程數設為由N-2躍程至N+3躍程的終端。各終端係按照本身所屬之通信區的通信序列(集中控制或分散控制)進行通信，但是可由自身終端開始通信的連結係藉由分時來進行控制。各終端係設為同步，各終端的送信期間管理部6係將一般通信期間與交界通信期間按照預定的規則而以分時進行切換，以僅在各通信期間所被許可的 連結進行通信的方式控制送信。
在本實施形態中，一般通信期間係表示同一通信區內(集中控制區A1內、或分散控制區A2內)可進行通信的期間，交界通信期間係表示集中控制區A1與分散控制區A2間可進行通信的期間。以下將由終端10為第M個(M為1以上的整數)躍程的終端表記為M躍程終端(例如將由終端10為第N-1個躍程的終端20設為N-1躍程終端)。在一般通信期間可進行通信的連結係設為N-2躍程終端與N-1躍程終端間、N-1躍程終端與N躍程終端間、N+1躍程終端與N+2躍程終端間、N+2躍程終端與N+3躍程終端間，禁止來自N+1躍程終端的DATA傳送。其中，N-2躍程終端與N-1躍程終端間、N-1躍程終端與N躍程終端間由於屬於集中控制區A1，因此藉由第4圖所示之集中控制進行通信。此外，N+1躍程終端與N+2躍程終端間、N+2躍程終端與N+3躍程終端間由於屬於分散控制區A2，因此藉由第5圖所示之分散控制進行通信。
另一方面，可在交界通信期間進行通信的連結係設為N躍程終端與N+1躍程終端間，禁止來自N-2躍程終端、N-1躍程終端的POLLING傳送、來自N+2躍程終端、N+3躍程終端的DATA傳送。其中，該連結係屬於分散控制區，因此藉由第5圖所示之分散控制來進行通信。但是，該連結的通信亦可進行藉由集中控制所為之通信。
此外，在集中控制模式及分散控制模式的終端中，係在一般通信期間、交界通信期間的任一者均可進行通信。
在本實施形態中，係說明根據躍程數，來設定集 中控制模式、分散控制模式、分時控制模式之例，但是不僅躍程數，亦可考慮收信電力來設定終端模式。例如將設定為分時控制模式的終端設為可能對N躍程終端與N+1躍程終端間的通信造成干擾的終端。在集中控制區內干擾N躍程終端與N+1躍程終端間的通信的終端係在N躍程終端的通信範圍內且為資料收集終端側的終端(設為終端A)、及在終端A的通信範圍內且為資料收集終端側的終端，將符合該等的終端設定成分時控制模式。具體而言，例如N躍程終端及終端A係測定來自各終端20的收信電力，根據此來判定通信範圍內的終端。接著，將該等判定結果(或收信電力的測定結果)傳送至資料收集終端，資料收集終端根據判定結果，決定在集中控制區內干擾N躍程終端與N+1躍程終端間的通信的終端，對該終端指示設定分時控制模式。藉此，可回避因終端A的POLLING、DATA傳送所造成的干擾。另一方面，在分散控制區A2內干擾N躍程終端與N+1躍程終端間通信的終端係在N+1躍程終端的通信範圍內且為末端側的終端(設為終端B)、及為終端B的通信範圍內且為末端側的終端，同樣地將符合該等的終端設定為分時控制模式。藉此，可回避因終端B的DATA、ACK傳送所造成的干擾。
在本實施形態中，分時控制模式係僅將來自自身終端的通信開始，藉由分時進行控制，因此即使為被分配給自身終端的通信期間外，亦進行對POLLING的DATA傳送或對DATA的ACK傳送。但是，被分配至自身終端的通信期間外，亦可禁止包含對POLLING的DATA傳送或對DATA的ACK傳 送的所有通信，藉此將設定分時控制模式的終端限定為N-1躍程終端、N躍程終端、N+1躍程終端、N+2躍程終端。
此外，判斷出分散控制區的通信少時，亦可將N+3躍程終端由分時控制模式變更為分散控制模式，在N+2躍程終端發生干擾時，藉由重送來對應，藉此刪減設定為分時控制模式的終端。如上所示，可依干擾的狀況等，使設為分時控制模式的終端的範圍，小於第3圖所示之由N-2躍程終端至N+3躍程終端為止的範圍，亦可相反地比第3圖所示之範圍為更大。
此外，在交界通信期間，禁止N躍程終端的通信範圍內的終端的POLLING傳送、對POLLING的DATA響應，藉此可減輕來自鄰接路徑的干擾。
本實施形態中的集中控制區A1內的終端至接收POLLING為止並未傳送DATA，因此在各終端的緩衝區(buffer)(未圖示)係蓄積有至接收POLLING為止所發生的資料或由下位終端所接收到的DATA。此外，在設定為分時控制模式的終端中，亦蓄積有在自身終端的通信期間外所發生的資料或由下位終端所接收到的DATA。因此，藉由被蓄積在緩衝區的封包的集約傳送(聚合(aggregate)傳送)或連續傳送(叢發(burst)傳送)，亦可回避標頭耗用(header overhead)的刪減、或緩衝區溢位(buffer overflow)。
如以上所示，在本實施形態中，在多躍程環境中，藉由將終端10附近設為集中控制區A1、將其前方設為分散控制區A2，來抑制通信封包量增加的資料收集終端附近的干擾，可使生產量提升。此外，將各終端分類成集中控制模式、 分散控制模式、分時控制模式，使在集中控制區A1內與分散控制區A2內彼此不會干擾的終端20(設定為集中控制模式、分散控制模式的終端20)可經常通信，藉此可使通信效率提升。此外，將集中控制區A1與分散控制區A2的交界附近的終端設定為分時控制模式，使交界連結(跨越集中控制區A1與分散控制區A2的交界的連結)的通信及除此之外的通信以分時進行動作，藉此可減輕集中控制區與分散控制區的交界附近的干擾，而使生產量提升。
實施形態2.
第6圖係顯示本發明之終端之實施形態2之功能構成例圖。本實施形態之終端係在實施形態1之第1圖所示之終端之構成追加通信管理部7。通信管理部7係進行自身終端所接收到的封包的PER(Packet Error Rate)、對所傳送出的POLLING的NULL DATA接收比例等關於通信品質的管理。具有與實施形態1同樣功能的構成要素係標註與實施形態1相同的符號且省略重複說明。在本實施形態中，以與實施形態1為不同的部分為中心來進行說明。
本實施形態之通信系統之構成係形成為與第1實施形態之第2圖所示構成相同。第2圖中的終端20係成為與第6圖所示之本實施形態之終端。終端10係可為第6圖所示之本實施形態之終端，亦可使用如包含作為終端20的功能以外的特定功能的Gateway般者。但是，在本實施形態中，視狀況來切換由與第2圖相同的集中控制區A1與分散控制區A2所構成之集中/分散控制混合存在網路(混合存在網路構 成)、及未區別集中控制區A1及分散控制區A2，而全部終端以分散控制進行動作的分散控制網路(分散控制網路構成)的2個網路構成。
構成集中/分散控制混合存在網路時之本實施形態之動作係與實施形態1相同。構成分散控制網路時之本實施形態的動作係與平常的分散控制網路相同。
第7圖係顯示由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路的切換順序之一例的流程圖。首先，通信系統被設定為分散控制網路，各終端(終端10及終端20)被設定為分散控制模式，藉由實施形態1所示之分散控制來進行通信(步驟S21)。
在資料收集終端(終端10)，通信管理部7測定收信封包的PER(步驟S22)。資料收集終端係判斷所測定出的一定期間的PER是否超過預先決定的臨限值(步驟S23)。若PER未超過臨限值時(步驟S23 No)，返回至步驟S22。若PER超過臨限值時(步驟S23 Yes)，資料收集終端的通信管理部7係判斷通信系統內的網路呈混亂，決定由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路，對通知由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路的切換通知進行廣播(broadcast)(步驟S24)。
其中，廣播範圍亦可形成為通信系統全體，但是藉由使廣播範圍至N+3躍程終端為止，可刪減因廣播所致之耗用。在網路切換通知係包含：切換後的網路類別(集中/分散控制混合存在網路)、離成為集中控制區與分散控制區之交界 的終端的資料收集終端的躍程數N、及表示一般通信期間與交界通信期間的值。一般通信期間與交界通信期間的值係例如設為開始一般通信期間與交界通信期間的分時控制的時刻、各期間的長度。其中，表示一般通信期間與交界通信期間的值並非侷限於此，若為可知各期間的切換時序的值即可。此外，在此係通知離成為集中控制區與分散控制區之交界的終端的資料收集終端的躍程數N，作為各終端20用以設定終端模式的資訊(設定資訊)，但是各終端20用以決定自身終端之終端模式的資訊並非侷限於此(例如，亦可為通知按各終端模式所對應的躍程數等)。
在已接收到切換通知的終端中，係根據該通知，通信區管理部4設定自身終端的通信區(步驟S25)。具體而言，已接收到來自資料收集終端的切換通知的終端之中，由資料收集終端至N躍程終端的終端係將通信區設定為集中控制區A1，N+1躍程以後的終端係將通信區設定為分散控制區A2。此外，由資料收集終端至N-3躍程終端的終端係設定為集中控制模式，N+4躍程以後的終端係設定為分散控制模式，由N-2至N+3躍程終端的終端係設定為分時控制模式。之後，集中控制模式、分散控制模式、分時控制模式的各終端的動作係與實施形態1相同。
第8圖係顯示由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路之切換順序之一例的流程圖。首先，通信系統係設為被設定在集中/分散控制混合存在網路，各終端係按照所被設定的自身終端的終端模式，按照在實施形態1中所示 之動作來進行通信(步驟S31)。
資料收集終端的通信管理部7係測定對POLLING的NULL DATA的比例(步驟S32)。
資料收集終端係判斷所測定到的一定期間的對POLLING的NULL DATA的比例是否超過預先決定的臨限值(步驟S33)。若該比例未超過臨限值時(步驟S33 No)，即返回至步驟S32。若該比例超過臨限值時(步驟S33 Yes)，資料收集終端係判斷通信系統內的網路閒置，決定由集中/分散控制混合存在網路切換至分散控制網路，對通知由集中/分散控制混合存在網路切換至分散控制網路的切換通知進行廣播(步驟S34)。其中，此時亦可藉由使廣播範圍至N+3躍程終端為止來刪減藉由廣播所致之耗用。在網路切換通知係包含切換後的網路類別(分散控制網路)。
在接收到來自資料收集終端的網路切換通知的終端中，係按照切換通知，通信區管理部4設定自身終端的通信區(步驟S35)。具體而言，由資料收集終端至N躍程終端的終端係將通信區變更為分散控制區A2。此外，在由終端10至N+3躍程終端的終端中，係將終端模式設定為分散控制模式。
當由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路時，集中控制區A1與分散控制區A2的範圍亦可預先決定，但是亦可按照網路狀況來決定。以一例而言，說明按照網路狀況來決定成為集中控制區A1與分散控制區A2之交界的N躍程終端的方法。
第9圖係顯示本實施形態之通信系統之網路拓樸 之一例圖。終端10係在路徑建構時，保持對各終端20的路徑資訊。在此終端20-1、20-2、...、20-10係第2圖所示之終端20之中的各1個。終端10的通信管理部7係根據由終端20-1、20-2、...、20-10所接收到的DATA的傳送源與所保持的通信路徑，算出各終端20-1、20-2、...、20-10在一定期間所接收的封包數(包含中繼)。
終端10的通信管理部7係在所算出的各終端的收信封包數超過臨限值的終端之中，將躍程數最多的終端20-1、20-2、...、20-10設為基準終端。接著，將至成為基準終端的躍程數+1躍程的終端20-1、20-2、...、20-10設為集中控制區A1。其中，所算出的一定期間、臨限值為任意。
例如，在第9圖所示之拓樸中，在一定期間，各終端所傳送的封包數為第10圖所示之值時，終端10係根據來自各終端20-1、20-2、...、20-10的收信資料，來算出第11圖所示之結果。第10圖係顯示在一定期間各終端20-1、20-2、...、20-10所傳送之封包數之一例圖。第11圖係顯示來自各終端20-1、20-2、...、20-10的收信資料(DATA)數(亦包含所中繼的資料)與該終端之躍程數(來自終端10的躍程數)之一例圖。
在此，若將收信封包數的臨限值設為10，藉由第11圖，終端20-1、20-3會超過臨限值。接著，終端20-1、20-3之中躍程數最多的終端為20-3，將至在終端20-3的躍程數加算1的3躍程終端為止設為集中控制區A1。此外，上述中係根據終端10所接收到的封包數，算出將資料進行中繼的終端 20-1、20-2、...、20-10的收信封包數，但是亦可由各終端20-1、20-2、...、20-10個別測定一定期間的收信封包數，將測定結果傳送至終端10，根據終端10所接收到的測定值來決定集中控制區。
由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路時，亦可預先決定一般通信期間與交界通信期間，但是亦可按照網路狀況來決定。例如，終端10係與集中控制區與分散控制區的決定方法同樣地，算出N躍程終端的一定期間的收信封包數。終端10係將N躍程終端之中收信封包數最多的終端20設為基準終端，在基準終端中，將可轉送收信封包的時間分配在交界通信期間。轉送收信封包所需的傳送時間係可由收信封包的總資料尺寸(data size)與通信速度來算出。例如，若判斷出在30秒鐘所測定出的封包的轉送耗費10秒時，亦可一般通信期間與交界通信期間係將3比1的比例設為基準，考慮封包數的不均，來變更比例。此外，在上述之例中亦可由終端10所接收到的封包數來決定一般通信期間與交界通信期間的比例，但是與集中控制區與分散控制區的決定方法同樣地，各終端測定收信封包數，且將測定資訊傳送至終端10，終端10根據該等測定資訊來決定比例。
此外，在本實施形態中，係在分散控制網路與集中/分散控制混合存在網路進行切換，但是亦可在集中/分散控制混合存在網路進行動作中，按照網路的狀況，變更集中控制區A1與分散控制區A2的交界。例如，第3圖中的N-1躍程終端計測對POLLING傳送的NULL DATA的比例。藉由該 計測，若NULL DATA的比例超過臨限值時，判斷出網路通信量已減少，N-1躍程終端係對資料收集終端10通知要求集中控制區縮小的交界變更要求。此外，N躍程終端係測定由N+1躍程終端所接收的DATA的PER，若超過臨限值時，判斷出網路通信量已增加，對資料收集終端10通知要求集中控制區A1擴大的交界變更要求。
接著，已接收到集中控制區A1與分散控制區A2的交界變更要求的資料收集終端10係傳送與由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路時為同樣的網路切換通知。在網路切換通知係包含離成為新的集中控制區A1與分散控制區A2之交界的終端的資料收集終端的躍程數N來進行送信，藉此在各終端20係可進行所被通知的變更(集中控制區A1與分散控制區A2之間的變更)。其中，若使網路切換通知的廣播範圍縮小集中控制區A1時，係設為至N+3躍程終端為止，若使其擴大時，則設為至N+4躍程終端為止，藉此可刪減因廣播所致之耗用。
此外，在集中/分散控制混合存在網路進行動作中，亦可按照網路的狀況，來變更一般通信期間與交界通信期間的比例。例如，第3圖中的N+1躍程終端係若被儲存在緩衝區的資料在交界通信期間中未完全傳送時，將要求交界通信期間的擴大的通信期間變更要求通知資料收集終端。此外，集中區的終端20係監視自身終端的緩衝區，若超過臨限值時，將要求一般通信期間的擴大的通信期間變更要求通知資料收集終端。接收到交界通信期間、一般通信期間的通信期間變更要 求的資料收集終端係使所被指定的通信期間變更要求增加。此外，若增加時，若超過臨限值，使其中一方的通信期間減少。決定出一般通信期間與分散通信期間的值的資料收集終端係傳送與由分散控制網路切換至集中/分散控制混合存在網路時同樣的網路切換通知。在網路切換通知係包含新的一般通信期間與分散通信期間的值。其中，藉由將網路切換通知的廣播範圍設為至N+3躍程終端為止，可刪減因廣播所致之耗用(overhead)。
其中，使用對PER、POLLING的NULL DATA的比例，作為本實施形態中的各種切換的基準，但是若為BER(Bit Error Rate)、RSSI(Reseave Signal Strength Indiator)、SINR(Signal Interference Noise Ratio)等可判斷網路狀況者，則未特別限定。此外，若未送回對POLLING的NULL DATA時，亦可使用未送回DATA的比例。
其中，在上述說明中係根據封包數來決定，但是亦可根據所接收到的資料尺寸來決定。此外，亦可考慮各路徑的分歧狀況、終端數來判斷切換。
如以上所示，在本實施形態中，係按照網路狀況來切換分散控制網路及集中/分散控制混合存在網路，藉此若網路閒置時，各終端進行分散控制，藉此可減輕因集中控制所致之處理負荷。另一方面，網路混亂時，係將封包增加的資料收集終端附近進行集中控制，藉此可抑制資料收集終端附近的干擾。
此外，在集中/分散控制混合存在網路進行動作 中，藉由按照網路狀況來變更集中控制區、分散控制區的交界、與一般通信期間、交界通信期間的比例，可避免因緩衝區溢位所造成的封包損失(packet loss)。
此外，即使在未對應集中控制的終端參加網路的情形下，亦可藉由切換成僅有分散控制的網路來對應。
實施形態3.
第12圖係顯示本發明之通信系統之實施形態3之構成例圖。本實施形態之終端(終端10及終端20)之構成係與實施形態2相同。以下說明與實施形態2不同的部分。
在本實施形態中，資料收集終端(終端10)與各終端20的通信路徑之中，僅有特定的通信路徑，形成為使集中控制及分散控制混合存在的集中/分散控制混合存在網路，對象路徑以外的通信係藉由分散控制來進行動作。
在作為分散控制網路來進行動作的狀態中，資料收集終端係與實施形態2同樣地計測PER。但是，在本實施形態中，係計測對資料收集終端傳送封包的每個終端20的PER。資料收集終端係若所測定到的PER超過臨限值時，僅有在路徑上具有所超過的終端20的路徑(特定路徑)，由分散控制網路切換成集中/分散控制混合存在網路。
若切換成集中/分散控制混合存在網路，資料收集終端係與實施形態2同樣地，將網路切換通知進行廣播。其中，藉由將網路切換通知的廣播範圍設為至N+3躍程終端為止，可刪減因廣播所致之耗用。在網路切換通知係包含切換網路的對象路徑的N-2~N+3躍程終端的識別碼。接收到網路切 換通知的切換對象路徑上的終端20係與實施形態2同樣地，設定集中控制區與分散控制區，此外，設定集中控制模式、分散控制模式、分時控制模式。各終端模式中的動作係與實施形態1相同。
另一方面，接收到網路切換通知之對象路徑上以外的終端20係當接收到POLLING時，若為非為給自身終端處的POLLING時，係以在一定期間禁止通信的方式進行動作。藉此，在相同區內，藉由利用分散控制而進行動作的終端的送信，避免集中控制的通信受到干擾的狀況。因POLLING所致之通信停止期間可為預先決定的值，亦可在進行傳送的POLLING包含通信禁止期間。
在本實施形態中，切換成集中/分散控制混合存在網路的特定路徑亦可以資料收集終端為中心而形成為複數路徑。此時，可將上述網路切換通知傳送路徑數份，亦可包含切換成1個網路切換通知的複數路徑資訊。
資料收集終端係按每個形成為集中/分散控制混合存在網路的路徑，測定對POLLING的NULL DATA的比例，若超過臨限值時，將對象路徑由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路。由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路係與實施形態2同樣地，藉由資料收集終端傳送網路切換通知來進行。網路切換通知係與由分散控制網路對集中/分散控制混合存在網路的切換同樣地，包含將網路進行切換的對象路徑的N-2~N+3躍程終端的識別碼來進行廣播。其中，藉由將廣播範圍設為至N+3躍程終端為止，可刪減因廣播 所致之耗用。接收到網路切換通知的對象路徑上的終端係將自身終端模式設定為分散控制模式。其中，若將複數路徑由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路時，亦可在網路切換通知包含複數路徑資訊。
在本實施形態中，係使用PER作為進行對集中/分散控制混合存在網路的切換的切換基準，使用對POLLING之NULL DATA的比例作為由集中/分散控制混合存在網路切換成分散控制網路的切換基準，但是該等基準若為與實施形態2同樣地為BER或SINR等可判斷通信品質者，則未特別限定。此外，若未送回對POLLING的NULL DATA時，亦可使用未送回DATA的比例。此外，亦可考慮各路徑的分歧狀況、終端數來判斷切換。
如以上所示，在本實施形態中，係僅在特定路徑混合存在集中控制及分散控制，藉此可刪減因集中控制所致之控制負荷、因分時動作所致之控制負荷變高的終端。此外，在通信頻率較多的路徑混合存在集中控制及分散控制，藉此可減輕資料收集終端附近的干擾，且可使生產量提升。
【產業上可利用性】
如以上所示，本發明之通信系統、通信終端及通信方法係有用於集中控制及自律分散控制混合存在的通信系統，尤其適於進行多躍程通信的通信系統。

Claims (31)

  1. 一種通信系統，其係包括複數通信終端，可設定：實施按照母終端的控制來實施通信的集中控制的集中控制區、及實施藉由自律分散控制來實施通信的分散控制的分散控制區的通信系統，其特徵在於：將包含位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述通信終端的前述通信終端的終端模式，設定為以分時進行通信的分時控制模式，將前述分時控制模式以外的前述集中控制區內的前述通信終端設定為集中控制模式，將前述分時控制模式以外的前述分散控制區內的前述通信終端設定為分散控制模式，被設定為前述分時控制模式的前述通信終端係在被許可通信的通信期間進行送信，被設定為前述集中控制模式的前述通信終端、及被設定為前述分散控制模式的前述通信終端係未依存於前述通信期間來進行通信。
  2. 如申請專利範圍第1項之通信系統，其中，以離前述母終端的躍程數成為N(N為1以上的整數)躍程以下的前述通信終端來構成集中控制區，以來自前述母終端的躍程數為N+1躍程以上的前述通信終端來構成分散控制區。
  3. 如申請專利範圍第2項之通信系統，其中，將離前述母終端的躍程數為N-3躍程以下的前述通信終端設定為前述集中控制模式，將離前述母終端的躍程數為N+4躍程以上的 前述通信終端設定為分散控制模式，將離前述母終端的躍程數為N-2躍程至N+3躍程的前述通信終端設定為分時控制模式。
  4. 如申請專利範圍第2項之通信系統，其中，前述終端模式設定時，根據前述通信終端中的收信電力，求出在離母終端的躍程數為N躍程的前述通信終端、與離前述母終端的躍程數為N+1躍程的前述通信終端之間的通信造成干擾的前述通信終端，將該通信終端設定為分時控制模式。
  5. 如申請專利範圍第2項之通信系統，其中，將離母終端的躍程數為N躍程的前述通信終端與前述離母終端的躍程數為N+1躍程的前述通信終端設為交界終端，在前述分時控制模式中，將許可前述交界終端間的通信的交界通信期間、與許可前述交界終端間以外的通信的一般通信期間分時進行切換。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之通信系統，其中，以前述集中控制模式或前述分時控制模式進行動作中，將被蓄積在緩衝區的資料以自身終端的送信機會進行集約傳送或連續傳送。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之通信系統，其中，可切換：具有前述集中控制區與前述分散控制區之二者的混合存在網路構成、及所有前述通信終端藉由前述分散控制進行動作的分散控制網路構成，根據在前述通信終端所被測定到的通信品質，切換前述混 合存在網路構成與前述分散控制網路構成。
  8. 如申請專利範圍第6項之通信系統，其中，可切換：具有前述集中控制區與前述分散控制區之二者的混合存在網路構成、及所有前述通信終端藉由前述分散控制進行動作的分散控制網路構成，根據在前述通信終端所被測定到的通信品質，切換前述混合存在網路構成與前述分散控制網路構成。
  9. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，以分散控制網路構成進行動作中，前述母終端係測定與前述通信終端之間的通信品質，若該通信品質超過預定的臨限值時，決定切換成前述混合存在網路構成，若決定出該切換時，對包含用以設定終端模式的設定資訊的網路切換通知進行廣播，已接收到該網路切換通知的前述通信終端係根據前述設定資訊來設定自身終端的終端模式。
  10. 如申請專利範圍第8項之通信系統，其中，以分散控制網路構成進行動作中，前述母終端係測定與前述通信終端之間的通信品質，若該通信品質超過預定的臨限值時，決定切換成前述混合存在網路構成，若決定出該切換時，對包含用以設定終端模式的設定資訊的網路切換通知進行廣播，已接收到該網路切換通知的前述通信終端係根據前述設定資訊來設定自身終端的終端模式。
  11. 如申請專利範圍第9項之通信系統，其中，前述母終端係決定將與前述通信品質超過預定的臨限值的前述通信終端 相對應的路徑由前述分散控制網路構成切換成前述混合存在網路構成，傳送包含識別作為切換對象的對象路徑的資訊的前述網路切換通知，已接收到該網路切換通知的對象路徑上的前述通信終端係根據前述設定資訊來設定終端模式，非為已接收到該網路切換通知的對象路徑上的前述通信終端係若接收到非為給自身終端的POLLING時，在一定期間禁止通信。
  12. 如申請專利範圍第10項之通信系統，其中，前述母終端係決定將與前述通信品質超過預定的臨限值的前述通信終端相對應的路徑由前述分散控制網路構成切換成前述混合存在網路構成，傳送包含識別作為切換對象的對象路徑的資訊的前述網路切換通知，已接收到該網路切換通知的對象路徑上的前述通信終端係根據前述設定資訊來設定終端模式，非為已接收到該網路切換通知的對象路徑上的前述通信終端係若接收到非為給自身終端的POLLING時，在一定期間禁止通信。
  13. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，以前述混合存在網路構成進行動作中，前述母終端係測定藉由與前述通信終端之間的前述集中控制所致之通信的通信品質，若該通信品質超過預定的臨限值時，決定切換成前述分散控制網路構成，若決定出該切換時，對網路切換通知進行廣播，接收到該網路切換通知的前述通信終端係將自身終端的模式設定為分散控制模式。
  14. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，前述母終端係 根據由前述通信終端所接收到的封包與路徑資訊，算出按每個前述通信終端，在一定期間，前述通信終端所接收的包含中繼的收信資料量，在所算出的收信資料量超過預定的臨限值的前述通信終端之中，以來自前述母終端的躍程數為最多的終端為基準，來決定前述集中控制區的範圍。
  15. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，前述通信終端係測定在一定期間所接收的包含中繼的收信資料量，將所測定到的收信資料量通知前述母終端，在所被通知到的收信資料量超過預定的臨限值的前述通信終端之中，以離前述母終端的躍程數為最多的終端為基準，來決定前述集中控制區的範圍。
  16. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，前述母終端係由位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述通信終端亦即交界終端算出在一定期間所接收的包含中繼的收信資料量，根據在前述交界終端之中為收信資料量最多的前述交界終端中的前述收信資料量，來決定前述通信期間。
  17. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述通信終端亦即交界終端係測定在一定期間所接收的包含中繼的收信資料量，且將所測定到的收信資料量通知前述母終端，在所被通知的收信資料量之中，根據收信資料量最多的前述交界終端中的前述收信資料量來決定前述通信期間。
  18. 如申請專利範圍第14項之通信系統，其中，將前述收信資 料量設為收信封包數。
  19. 如申請專利範圍第15項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信封包數。
  20. 如申請專利範圍第16項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信封包數。
  21. 如申請專利範圍第17項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信封包數。
  22. 如申請專利範圍第14項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信資料尺寸。
  23. 如申請專利範圍第15項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信資料尺寸。
  24. 如申請專利範圍第16項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信資料尺寸。
  25. 如申請專利範圍第17項之通信系統，其中，將前述收信資料量設為收信資料尺寸。
  26. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之通信系統，其中，由位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述集中控制區內的前述通信終端亦即交界終端直接接收資料的前述集中控制區內的前述通信終端係測定與該交界終端之間的通信品質，若所測定到的通信品質超過預定的臨限值時，對前述母終端要求縮小前述集中控制區，該交界終端係測定與前述分散控制區內的交界終端之間的通信品質，若所測定到的通信品質超過預定的臨限值時，對前述母終端要求擴大前述集中控制區，前述母終端係根據前述集中 控制區的縮小或前述集中控制區的擴大的要求，來傳送變更前述集中控制區的範圍的網路切換通知。
  27. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之通信系統，其中，位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述分散控制區內的前述通信終端亦即交界終端與前述集中控制區內的前述通信終端監視自身終端的緩衝區，若緩衝區量超過預定的臨限值時，即通知前述母終端，前述母終端係根據該通知來變更前述通信期間。
  28. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，在求取前述通信品質時，考慮資料尺寸。
  29. 如申請專利範圍第7項之通信系統，其中，將前述通信品質設為對PER、BER、RSSI、SINR、POLLING之資料響應比例之中至少1個以上。
  30. 一種通信終端，其係包括複數通信終端，可設定：實施按照母終端的控制來實施通信的集中控制的集中控制區、及實施藉由自律分散控制來實施通信的分散控制的分散控制區的通信系統中的前述通信終端，其特徵在於包括：終端模式管理部，其係在集中控制模式、與分散控制模式、與藉由分時而在自身終端被許可通信的通信期間進行通信的分時控制模式之中設定任一者作為終端模式；及送信期間管理部，其係管理在自身終端被許可通信的前述通信期間，若設定前述分時控制模式時，按照前述通信期間來管理來自自身終端之送信的可否， 在前述集中控制模式中，係未依存於前述通信期間來實施藉由前述集中控制所為之送信，在前述分散控制模式中，係未依存於前述通信期間，藉由前述分散控制來實施送信。
  31. 一種通信方法，其係包括複數通信終端，可設定：實施按照母終端的控制來實施通信的集中控制的集中控制區、及實施藉由自律分散控制來實施通信的分散控制的分散控制區的通信系統中的通信方法，其特徵在於包含：模式設定步驟，其係將包含位於前述集中控制區與前述分散控制區的交界的前述通信終端的前述通信終端的終端模式，設定為分時進行通信的分時控制模式，將前述分時控制模式以外的前述集中控制區內的前述通信終端設定為集中控制模式，將前述分時控制模式以外的前述分散控制區內的前述通信終端設定為分散控制模式；分時送信步驟，其係被設定為前述分時控制模式的前述通信終端在通信被許可的通信期間進行送信；及非分時送信步驟，其係被設定為前述集中控制模式的前述通信終端及被設定為前述分散控制模式的前述通信終端未依存於前述通信期間來進行通信。
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