WO2011024432A1

WO2011024432A1 - 短距離無線通信システム及び方法

Info

Publication number: WO2011024432A1
Application number: PCT/JP2010/005180
Authority: WO
Inventors: 黒田正博
Original assignee: 独立行政法人情報通信研究機構
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2011-03-03
Also published as: CN102598814B; US20120244807A1; JP2011055123A; US9282574B2; IN2012DN02777A; CN102598814A; JP5470649B2

Abstract

　特に各センサのタイマー精度が異なる場合においても、センサ側でのデータ待ちの機会を極力少なくすることにより、センサ側の消費出力を低減させる。　コーディネータ３により、各センサ２から予め受信した情報に基づいて、スーパーフレームを構成する各スロットに対して上記各センサを時系列順に割り当て、割り当てられたスロットを各センサ２に通知し、センサ２により、データをコーディネータ３へ送信する際に、コーディネータからビーコンを受信することなく通知されたスロットのタイミングで同期要求を行う。

Description

短距離無線通信システム及び方法

　複数のセンサと一のコーディネータとの間で無線信号を送受信する短距離無線通信システムに関し、特に小型のセンサを人体に装着して人体の治療や診断を行う短距離無線通信システムに関する。

　近年における医療では、人体に電子デバイス（センサ）を装着して、人体の治療や診断を行うケースが増加している。このため、人体に装着されたセンサとコーディネータとの間で無線通信リンクを確立して無線通信を行うボディ・エリア・ネットワーク（BAN）システムに関する研究も注目を浴びている。中でもリアルタイムに患者の検査データを取得するため、通信の高速化、利用しやすさ、信頼性に焦点を当てたBANシステムの構築も進展しつつある。

　従来のボディ・エリア・ネットワーク（BAN）は、パーソナル・エリア・ネットワーク（PAN）向け短距離無線ネットワーク仕様IEEE802.15.4 のネットワーク第２層（Media Access Control, MAC）を用いている。このMAC は、Time Division Multiple Access (TDMA)方式での同期タイミングを取る場合、それぞれのセンサが持っている正確なシーケンスナンバー（カウンタ）を基本に、そのカウンタ数でもってコーディネータとの同期を取る方式がとられている。このようなカウンタ機能を持ったデバイスは電力消費が大きく、2000mAH 程度の単三電池で動作させるようなセンサを想定している。ところで、この200mAH程度のボタン電池で動作するセンサの場合、このようなシーケンスナンバーを生成するハードウェア機構を持っていない場合もあり、IEEE802.15.4におけるMACを用いた通信を実現することができないという問題点があった。

　また、IEEE802.15.4におけるTDMA同期方式では、コーディネータ側からのビーコン（同期メッセージ）をセンサ側が受信してタイミングを取る。しかし、係る方式では、センサ側が常にビーコンの受信待ちとなり、その分電力消費が大きくなるという問題点があった。

　なお従来より、このBANへの適用を想定した短距離無線通信システムもいくつか提案されている（例えば、特許文献１、２、非特許文献１参照。）。短距離無線通信システムは一般的に１００メートル以内の距離を想定した無線通信（Bluetooth,IrDA,IrSimple,IrSS,NFC,Piconet,UWB,Wibree,Wireless USB,Zigbee）であるが、センサ内でのシーケンスナンバー生成が不要で、しかもBANを構成する各センサのタイマー精度が異なる場合でも、センサ側でのデータ待ちの機会を極力少なくし、センサ側の消費電力を低減する方法は、従来より提案されていなかった。

特表２００８－５０３９８０号公報特開２００６－１０９４３３号公報

IEEE Std 802.15.4 2006

　本発明は、上述した従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特に小型のセンサを人体に装着して人体の治療や診断を行うBANを始めとした短距離無線通信システム及び方法において、特に各センサのタイマー精度が異なる場合においても、センサ側でのデータ待ちの機会を極力少なくすることにより、センサ側の消費出力を低減させることが可能な短距離無線通信システム及び方法を提供することにある。

　本発明は、上述した課題を解決するために、複数のセンサと少なくとも一のコーディネータとの間で無線信号を送受信する短距離無線通信システムにおいて、コーディネータは、各センサから予め受信した情報に基づいて、スーパーフレームを構成する各スロットに対して各センサを割り当て、割り当てられたスロットを各センサに通知し、センサは、データをコーディネータへ送信する際に、コーディネータからビーコンを受信することなく、コーディネータから得た同期メッセージ再送タイミングを示すスーパーフレーム数に該当するスロットのタイミングで同期要求を行うことを特徴とする。

　また、本発明は、各センサに実装されているタイマーの精度が異なる場合でも、それぞれのセンサがコーディネータと最少の同期メッセージ交換数で同期タイミングのずれを修正することを技術的特徴としたものである。

　また本発明によれば、さらに、センサとコーディネータのタイマーのずれ（ドリフト）を自動補正することにより、同期メッセージのやり取り数をさらに少なくすることを技術的特徴としたものである。即ち、このセンサとコーディネータの時刻のずれを経過時間に比例した一次関数で表現できることから、この関数をセンサとコーディネータとの間での初期化手続き中、或いはデータ送信中に生成し、この関数を用いて同期に至るまでの時間を長くする。

　上述した構成からなる本発明によれば、割り当てられたスロットの通知を受けた各センサは、データをコーディネータへ送信する際に、従来より行われていたビーコンの受信待ちを行うことなく、あくまでセンサ側主導で、通知された同期メッセージ再送信タイミングを示すスーパーフレーム数に該当するスロットのタイミングで同期要求を行う。各センサは、自らが割り当てられたスロットのタイミング以外の時間は特段受信待ち状態としないように設定することができる。

　本方式により、センサとコーディネータとの間での同期メッセージ数を減らすことができ、ひいてはセンサ側での無線受信待ち時間を少なくできる事から、データ受信待ち時の電力消費を抑えることができる。

　本発明はユビキタス型の小型センサ群とそのデータ集約ノード（コーディネータ）からなるBANで、小型センサからデータをコーディネータに送るにあたって、確実にセンサからコーディネータに届くようにするために、時分割でそれぞれのセンサがデータ送信を行う。このとき、データ送信のタイミングを調整するにあたって、同期メッセージ交換をセンサとコーディネータで行うことになる。センサ側においては同期メッセージを得る際にはデータ受信待ちとなる。このデータ受信待ちは電力消費量が多くなるが、本発明は、この同期受信待ち回数を少なくすることでボタン電池の電力消費量を低減させ、センサの長時間連続利用を実現することが可能となる。

　通常の同期では毎スーパーフレームごとに行う方式であるが、それぞれのセンサが内蔵するタイマーの精度が異なっている場合でも、必要な時だけ同期する方式とする事により、データ受信回数を大幅に減らすことができる。なお、時分割方式を採用することにより、コーディネータがセンサ群からデータを得る場合、それらデータの受信順序が保たれているため、それぞれのセンサから送られてくるデータ間の関係を容易に識別することが可能となる。

本発明を適用した短距離無線通信システムの構成図である。センサとコーディネータとの間で行われるデータ通信方式について説明するための図である。ＭＡＣ論理チャネルとこれを構成するスーパーフレーム（ＧＴＳ）について説明するための図である。サンプリング周期イメージを示す図である。コーディネータとセンサとの間で実際に同期を行う際のタイムチャートである。コーディネータとセンサとの間で実際に同期を行う際のフローチャートである。同期タイミングの調整を図る上でのフローチャートである。インクリメンタルデータの送信時におけるタイムチャートである。リセットの処理動作に基づく再同期のフローチャートである。再同期カウントの考え方について説明するための図である。

　以下、本発明を実施するための形態として、複数のセンサと少なくとも一のコーディネータとの間で無線信号を送受信する短距離無線通信システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

　本発明を適用した短距離無線通信システム１は、いわゆるボディ・エリア・ネットワーク（BAN）として適用されるものであって、図１に示すように人体に装着され、又は埋設(インプラント)されるセンサ２の集合で構成されるセンサ群２０と、これらセンサ群２０を構成する各センサ２との間で確立した無線通信リンクに基づいて無線信号を送受信する少なくとも一のコーディネータ３とから構成されている。各センサ２において検出された体内外の情報は、それぞれ無線通信によりコーディネータ３に送られる。コーディネータ３は、これら各センサ２から送られてくる体内外情報をユーザに伝達する。

　この短距離無線通信システム１は、実際にセンサ２とコーディネータ３との間でデータ同期をとる上で、キャリアセンス（Carrier Sense）機能を持っていないセンサ２をも含めて、センサ２側主導で、センサ２とコーディネータ３との間のデータ送受タイミングの同期を取る。このセンサ２はBANを管理するコーディネータ３との間でデータ送受信同期を取るが、そのセンサ２が持っているタイマーの精度が異なる場合でも、コーディネータとそれぞれのセンサと最少の同期メッセージ交換数で同期タイミングのずれを補正するものである。

　センサ２は、無線により通信する機能を有する小型センサであって、望ましくはバッテリーで動作可能な２４時間以上連続動作可能なセンサとして構成されるが、これに限定されるものではない。また、このセンサ２は、現時点における人体の傾きを検出するための動加速度センサ、或いは心臓の脈を計測する心拍計測センサ又は心電計、或いは微小圧力測定デバイスを用いた血圧センサ、或いは気管音等を測定する呼吸センサ、又は血中酸素飽和測定センサ、又は血糖値測定センサの何れかであってもよい。

　また、このセンサ２は、イヤリングのように被験者の耳に装着して、連続血圧、血流、心拍数等を計測するものであってもよいし、リストバンドのように被験者の手首に装着していわゆる腕時計型血圧計として具体化されるものであってもよい。また、このセンサ２は、アクセサリの一部として実装することにより、人体に装着するようにしてもよいし、ベルトに実装することにより、被験者の歩数、体位、腹囲、呼吸等を測定するようにしてもよい。

　何れの構成においても、このコーディネータ２は、何れもボタン型電池で動作する小型のデバイスで構成されており、また実装されているＣＰＵ（Central Processing Unit）も８ビット以下で構成されるものであってもよい。

　コーディネータ３は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯情報端末等のように、ＣＰＵによる制御の下、各種プログラムに基づいて制御を実行可能なデバイスで構成されている。このコーディネータ３は、センサ２との間で無線信号を送受信するための各種機能並びにアンテナが実装されている。

　このようなセンサ２とコーディネータ３との間では、例えば図２(a)に示すようなネットワーク構成下でデータ通信を行う。即ち、このセンサ２とコーディネータ３とは、物理層（ＰＨＹ層）、ＭＡＣ層、アプリケーション層を有するプロトコルスタックに基づき、通信リンクを確立していく。図２(b)は、このプロトコルスタックに基づいて生成したフレームデータの構成を示している。アプリケーションデータは、ＭＡＣ層において分割され、ＭＡＣフレーム毎にＰＨＹフレームに挿入し、相手に送信する形態をとる。

　本発明では、ＭＡＣ層に以下の３種類の論理チャネルを規定する。この論理チャネルは、ランダムアクセスチャネル（RALC）、ＭＡＣデータ専用チャネル（MCLC）、データアクセス専用チャネル（DTLC）に大別することが可能となる。

　ランダムアクセスチャネル（RALC）は、センサ２が立ち上がりBANに加入する時に、コーディネータ３と同期を取るために使用するチャネルである。センサ２はどのタイミングで立ち上がりBANに加入するか分からない状態にあるため、コーディネータ３側はこのチャネルに割当てられた論理チャネルを常に監視する。コーディネータ３側はRALCにすべてのセンサ２と共通の固定論理チャネルRANDOM_CHANNEL_ADDRESS(例えば0x123456等)を設定し、センサ２からの受信を監視する。センサ２は立ち上がった後、このRANDOM_CHANNEL_ADDRESSをRALCに設定し、BANへの加入要求コマンドを送信する。

　また、ＭＡＣデータ専用チャネル（MCLC）は、センサ２からコーディネータ３への加入要求コマンドを除いて、センサ２とコーディネータ３間のコマンド送受信を行う論理チャネルである。MCLCはn 個のGTS(Guaranteed Time Slot)に分割したスーパーフレーム単位で管理する。センサ２のBANへの加入時は、コーディネータ３と同期を取り、コーディネータ３からセンサ２に割当てたGTSでデータ通信を行う。センサ２は自分のDevice-IDに割当てられたスロット（GTS）のタイミングでMCLCを通して、コマンドの送受信を行う。なお、MCLCとDTLCチャネルは同一論理チャネルでも良い。

　データアクセス専用チャネル（DTLC）は、BANへの加入済み（コーディネータと同期済み）の複数のセンサ２とコーディネータ３との間のデータ送受信を行うためのチャネルである。センサ２は自分のDevice-IDに割当てられたGTSのタイミングで、本DTLCでデータ送受信を行う。

　図３に示すように、コーディネータ３は管理対象のＮ個のセンサ２それぞれにスロット３１を割り当て、そのスロット３１内でコーディネータ３と該当センサ２との間でデータの送受信を行う。

　例えば図４のサンプリング周期イメージに示すように、コーディネータ３は、スーパーフレーム周期（ＳＩ）でスロットＬ＿１～Ｌ＿ｎを構成したとき、これら各スロットＬ＿１～Ｌ＿ｎに対して、センサ２＿１～２＿ｎを割り当てる。即ち、スロットＬ＿１にはセンサ２＿１が、またスロットＬ＿２にはセンサ２＿２が順次割り当てられ、またスロットＬ＿Ｎ（ここでＮは、１、２、・・・・、ｎまでのいずれかの整数を表す）には、センサ２＿Ｎがそれぞれ割り当てられる。

　コーディネータ３は、このスロットＬ＿１～Ｌ＿ｎを順次監視し、各スロットＬ＿１～Ｌ＿ｎに割り当てられたセンサ２＿１～２＿ｎとの間で無線信号の送受信を行う。ちなみに、このスーパーフレーム周期（SI）は、以下の式（１）によって決められる。

　SI(ms)=Min{センサ２＿１の送信間隔t₁,センサ２＿２の送信間隔t₂,…,センサ２＿ｎの送信間隔t_n}・・・・・・・・・（１）

　即ち、このスーパーフレーム周期（SI）は、最も送信間隔の短いセンサ２に合わせて設定される。

　また、センサ２の送信間隔t_Nは、センサ２の性質に基づくものであるが、以下の式（２）を満たすものとする。

　センサ２の送信間隔t_N(ms)=N*SI・・・・・・・・・（２）

　次に、それぞれのセンサ２に割り当てられるスロットＬ＿Ｎの長さであるが、これはセンサ２に割り当てられた時間間隔内にデータ送受信する必要があり、以下の式（３）を満たす必要がある。センサ２からの送信では、その送信手続きのオーバーヘッドからなるスロット間ギャップTgを除いた値が、実際の送信できる時間間隔となる。センサ２並びにコーディネータ３は、この時間間隔内にデータ送信を完了させることとなる。

　スロット幅(ms)=SI/最大収容センサ数(ms)-Tg×２・・・・・・・・・（３）

　センサ２が立ち上がり、本発明を適用した短距離無線通信システム１に係るBANに加入する時には、コーディネータ３と同期を取る必要がある。同期はセンサ２とコーディネータ３との双方向通信により、コーディネータ３が空きスロット、スロット間ギャップTg、及び再同期SIカウント数等をセンサ２側に通知する。そして、この情報等に基づき、センサ２とコーディネータ３との間で、割り当てスロットＬ＿ｎを利用し、上述したスロット幅でデータ送信を行う。

　このコーディネータ３とセンサ２との間で実際に同期を行う際には、図５のタイムチャート並びに図６のフローチャートに基づいて実行する。ちなみに、以下のフローチャートでは、アプリケーション層を“ＡＰＰ”と表示し、ＭＡＣ層を“ＭＡＣ”と表示し、物理層を“ＰＨＹ”と表示する。

　先ず、ステップＳ１１においてアプリケーション層からＭＡＣ層、物理層に至るまで通信開始の設定を行う。このステップＳ１１のプロセスは、センサ２側、コーディネータ３側においてそれぞれ実行される。その結果、センサ２側、コーディネータ３側においてそれぞれ通信可能な状態にセットされることになる。

　次に、センサ２側のアプリケーション層から発せられた送信のリクエストが物理層へ通知され、センサ２側の物理層から、コーディネータ３側の物理層に至るまで、無線通信リンクを介してこの送信リクエストが送信される（ステップＳ１２）。このセンサ２側の物理層と、コーディネータ３側の物理層との無線通信は、ＲＡＬＣにより送られる。

　次にステップＳ１３において、コーディネータ３内において、物理層において受信した送信リクエストに基づき、この物理層からＭＡＣ層に向けてスロットの割り当てを要求するための通知を行う。コーディネータ３側のＭＡＣ層では、ステップＳ１４においてセンサ２のためのスロットの割り当てを行う。次にステップＳ１５に移行し、コーディネータ３側のＭＡＣ層からアプリケーション層に向けて、ステップＳ１４において割り当てたスロットを通知する。また、ステップＳ１６へ移行し、コーディネータ３側のＭＡＣ層から物理層に向けて、ステップＳ１４において割り当てたスロットを通知する。

　次にステップＳ１７へ移行し、コーディネータ３側の物理層からセンサ２側の物理層に至るまで、無線通信リンクを介してこの送信リクエストに対する応答を送る（ステップＳ１７）。このセンサ２側の物理層と、コーディネータ３側の物理層との無線通信リンクは、ＲＡＬＣに基づくものである。この応答の情報としては、ステップＳ１４において割り当てられたスロットに関する情報が含まれる。

　次にスロットＳ１８へ移行し、センサ２側における物理層からＭＡＣ層に至るまで、応答に含まれているスロットの情報を通知する。次にステップＳ１９において再同期タイマーのリセットを行う。次にセンサ２側においてＭＡＣ層からアプリケーション層に向けて、自身の割り当てられたスロットを確認的に通知する。

　以上のフローを経て、センサ２とコーディネータ３との間で同期をとることができ、またセンサ２とコーディネータ３との間で無線通信を開始することが可能となる。

　上述したステップＳ１４のスロットの割り当てにおいて、コーディネータ３は、ステップＳ１２において予め受信した情報に基づいて、図５に示すようにスーパーフレーム（ＳＩ）を構成するスロットＬ＿ｎに対してセンサ２を時系列順に割り当てる。

　実際には、このＳＩを構成するスロットＬの数はｎ個であり、各スロットＬの幅は、（３）式に基づいて計算される。最初にセンサ２側から、上述したステップＳ１２に示すリクエストが行われる。この図５の例では、コーディネータ３は、RALC経由でリクエストをスロットＬ＿１相当のタイミングで受信する。次にコーディネータ３は、ステップＳ１４においてセンサ２へのスロットを割り当てるが、この例では、スロットＬ＿２を割り当てたものとする。コーディネータ３は、この割り当てたスロットＬ＿２をセンサ２へ通知する。センサ２は、このコーディネータ３から受信した情報から、自身がスロットＬ＿２に割り当てられたことを知ることができる。そして、ステップＳ１９のタイマーリセットを行い、受信待ちのタイミングをスロットＬ＿２に合わせる。そして、この割り当てスロットの通知を受けたあと、コーディネータ３からの受信待ち状態を解除する。即ち、以降のセンサ２と、コーディネータ３との無線通信は、ビーコンレスで行われることになる。この解除状態とすることにより、センサ２における消費電力を低減することが可能となる。

　センサ２は、次のＳＩ以降において、受信待ちタイミングをスロットＬ＿２に合わせる。このためには、送信タイミングとしては、オフセット分＋スロット幅×スロット数、に応じた時間が経過した後、コーディネータ３に対してデータを送信可能な時間帯となる。また、次のＳＩ以降のデータ送信時間帯は、ＳＩの間隔で順次設定されていくことになる。その結果、センサ２は、自身に割り当てられたスロットＬ２＿２のみデータ送信を行うタイミングとしておくことが可能となる。そして、センサ２は、この通知されたスロットＬ２＿２のタイミングでコーディネータ３に同期要求を行い、実データをコーディネータ３へ送信することになる。

　上述のような処理動作を、一のセンサ２のみならず、他の複数のセンサ２に対しても同様に行っていくことになる。その結果、ＳＩを構成する各スロットＬ＿１～Ｌ＿ｎにセンサ２＿１～２＿ｎを時系列順に割り当て、この割り当てたスロットＬ＿１～Ｌ＿ｎを各センサ２＿１～２＿ｎに通知する。

　そして、割り当てられたスロットＬ＿１～Ｌ＿ｎの通知を受けた各センサ２＿１～２＿ｎは、データを上記コーディネータへ送信する際に、上記通知された再同期SIカウント数に該当するスロットのタイミングで同期要求を行う。各センサ２＿１～２＿ｎは、自らが割り当てられたスロットのタイミング以外の時間は送信時間となる。その結果、短距離無線通信システム１全体の消費電力を低減させることが可能となる。

　コーディネータ３は、自身のリアルタイムクロック（ＲＴＣ）と、センサ２のＲＴＣの精度の違いを計算した上で、同期タイミングの調整を図る。センサ２とコーディネータ３との間では、それぞれのデバイスが保持しているＲＴＣがずれてくるが、各デバイスが想定している割り当てスロット幅の許容範囲を超えると、センサ２から送信されたデータをコーディネータ３が受信できなくなる。このため、スーパーフレーム周期（SI）を再度設定する必要がある。IEEE802.15.4におけるＭＡＣ等は、コーディネータ３からのスーパーフレーム毎のビーコンにより同期する方式が採用されている。これに対して本発明では、RALC経由でのセンサ２のBAN(association)加入後、そのセンサ２からMCLC経由で固定長バイトサイズのインクリメンタルデータをSIでの毎該当スロット内で送り続け、コーディネータ３側でそのデータに抜けが発生するまでSI数をカウントする。そして、データ抜けが発生したタイミングで、センサ２にRALC経由でそのカウント数―ｎ（n：正数）を送る。理想的にはカウント数―１であるが、RTCの精度のばらつきなどを考慮すると、ｎはカウント数の５％程度の運用になる場合もある。

　図７は、かかる同期タイミングの調整を図る上でのフローチャートである。先ずセンサ２側においてアプリケーション層からＭＡＣ層に向けて、同期タイミングの調整を行うための要求を通知する。かかる要求を受けたＭＡＣ層において、センサ２のＲＴＣに基づいて順次インクリメンタルデータを生成し、物理層に向けてこのインクリメンタルデータの送信命令を行う（ステップＳ２２）。センサ２側物理層では、かかる送信命令を受けて、上記生成したインクリメンタルデータを、無線通信リンクを介してコーディネータ３側へ送信する（ステップＳ２３）。コーディネータ３側の物理層では、センサ２からインクリメンタルデータを受信し、ＭＡＣ層に対して確認要求を行う（ステップＳ２４）。ＭＡＣ層では、かかる確認要求を受けてインクリメンタルデータがスロット内で受信できたか否かの確認を行う（ステップＳ２５）。即ち、このステップＳ２５では、センサ２に対してスーパーフレーム毎にスロットで受信できたか否かを確認する。そして、このステップＳ２２～Ｓ２５の動作を繰り返し実行していく。このとき、インクリメンタルデータのカウンタは一ずつ増加させていく。また、このインクリメンタルデータの送信間隔はＳＩとする。

　図８は、かかるインクリメンタルデータの送信時におけるタイムチャートを示している。センサ２からインクリメンタルデータＤを順次送信する。このインクリメンタルデータＤを送信するセンサ２に対してスロットＬ＿２が割り当てられる場合を前提としたとき、このスロットＬ＿２に対してセンサ２側から順次インクリメンタルデータＤを送信していく。このインクリメンタルデータは、データＤ＿１、データＤ＿２、・・・・・、データＤ＿ｋ－１、データＤ＿ｋの順で順次送信していく。また、このインクリメンタルデータＤ＿１～Ｄ＿ｋの送信間隔は、センサ２側の持つＲＴＣに基づいて生成したものである。

　コーディネータ３は、このようなインクリメンタルデータＤ＿１～Ｄ＿ｋをスロットＬ＿２により受信していく。インクリメンタルデータＤ＿１～Ｄ＿ｋは、センサ側２の持つＲＴＣに基づくＳＩの間隔で送られるため、コーディネータ３もこのインクリメンタルデータＤ＿１～Ｄ＿ｋをＳＩ間隔で受信していくことになる。各インクリメンタルデータＤ＿１～Ｄ＿ｋは、コーディネータ３側のＳＩ（ＳＩ＿１、ＳＩ＿２、・・・・、ＳＩ＿ｋ－１、ＳＩ＿ｋ）で順次受信していくことになる。

　しかしながら、このコーディネータ３側において設定されるＳＩは、あくまでコーディネータ３自身のＲＴＣに基づくものである。コーディネータ３のＲＴＣが、センサ２のＲＴＣと必ずしも同一精度とは限らず、僅かなズレが発生している場合も多い。このような場合、スロットＬ＿２におけるインクリメンタルデータＤの受信位置が、インクリメンタルデータＤのカウンタの増加に応じて徐々にずれることになる。図８に示す例では、インクリメンタルデータＤ＿ｋ－1までは、ＳＩ＿ｋ－1のスロットＬ＿２により受信することができるが、インクリメンタルデータＤ＿ｋは、ＳＩ＿ｋのスロットＬ＿２により受信することができない。

　即ち、コーディネータ３側のＲＴＣと、センサ２側のＲＴＣのズレにより、送信回数がｋ回目のインクリメンタルデータＤ＿ｋからは、コーディネータ３側で受信できなくなることを意味している。このため、通常の実データをセンサ２からコーディネータ３へ送信する際においても、同様にｋ回目からはコーディネータ３側において受信できなくなることを意味している。

　このため、図７のステップＳ２２～２４のプロセスを通じてインクリメンタルデータＤを繰り返し送信し、ステップＳ２５の受信確認を繰り返し行うことにより、何回目からコーディネータ３側においてインクリメンタルデータを受信できなくなったかを識別することが可能となる。ここで送信回数がｋ回目で受信できなくなった場合、かかるインクリメンタルデータのデータ抜けが発生するのがＳＩ＿ｋであることから、かかるｋをコーディネータ３側において容易にカウントすることが可能となる。そして、データ抜けが発生したタイミングで、ステップＳ２６においてリセット回数を算出する。このリセット回数は、データ抜けが発生した回数ｋ－ｘ（ここでｘは正数）で表される。即ち、このリセット回数は、データ抜けが発生した回数ｋよりも少ない数で表される。

　次に、コーディネータ３は、このリセット回数をセンサ２へと通知する。実際には、ステップＳ２７においてＭＡＣ層から物理層に向けて応答要求をする。コーディネータ３側の物理層は、ステップＳ２８においてRALC経由でセンサ２側の物理層との間で確立した無線通信リンクを通じて、リセット回数を送信する。センサ２側の物理層は、この受信したリセット回数を、ＭＡＣ層へ通知し、さらにＭＡＣ層は、アプリケーション層へこのリセット回数を通知することになる。

　このようにしてリセット回数を受信したセンサ２は、リセット回数分のデータ送信を行った後、ＲＴＣをリセットすればよいことが分かる。即ち、センサ２側においてリセット回数分のデータ送信後、ＲＴＣをリセットする動作を繰り返し実行することにより、コーディネータ３側においてデータ抜けが生じるのを防止することが可能となる。

　さらに、このセンサ２とコーディネータ３のタイマーそのもののずれ（ドリフト）を自動補正することにより、同期メッセージの送受信数をさらに少なくすることができる。センサ２側とコーディネータ３側の時刻のずれは、経過時間に比例した一次関数で表現できることから、センサ２とコーディネータ３との間での初期化手続き中、あるいはデータ送信中に、この関数を生成して同期に至るまでの経過時間を長くすることができる。この方式により、センサ２とコーディネータ３との間での同期メッセージ数を減らし、センサ２側での無線受信待ち回数を少なくすることで、データ受信待ち時の電力消費をさらに抑えることができる。

　また、センサ２からコーディネータ３に実データを送信する前に、上述したフローを通じて、センサ２側においてリセット回数を予め取得することができる。このため、実データ２を送る際に、センサ２側からコーディネータ３に対して、再同期を行うことも可能となる。

　図９は、かかるリセットの処理動作に基づく再同期のフローチャートである。先ず、ステップＳ４１において、リセット回数に至ったため、再同期を行うための要求をアプリケーション層からＭＡＣ層へ、さらにＭＡＣ層から物理層へ送る。次にMCLCを通じてセンサ２からコーディネータ３へ再同期の要求を送信し、コーディネータ３内において物理層からＭＡＣ層にむけて再同期の指示を行う。ＭＡＣ層において、コーディネータ３側で持つＲＴＣをリセットする（ステップＳ４４）。

　次に再同期の返信をＭＡＣ層から物理層へ通知する（ステップＳ４５）。次にコーディネータ３の物理層からセンサ２の物理層に向けてMCLCを通じて再同期の返信を行う（ステップＳ４６）。センサ２側では、物理層からＭＡＣ層へ再同期の指示を行い（ステップＳ４７）、このＭＡＣ層においてＲＴＣのリスタート、即ちリセットを行う（ステップＳ４８）。次に、ステップＳ４９において、ＭＡＣ層からアプリケーション層に向けて、再同期の確認の連絡を行う。

　この再同期SIカウント数は、上述したオンライン設定の他に、一度計測したカウント数をセンサ２がBAN加入時にあらかじめ設定する方法もある。しかし、かかる方法の場合、センサ２のタイマー品質が一定に保たれている必要がある。再同期ＳＩカウント数は実測で、192ms、SIでは、再同期SIカウント数1500で動作するが、１つの評価指標として、再同期SIカウント数を200程度にしておく方法もある。

　またセンサ２側とコーディネータ３側の間のタイマードリフトは異なるが、そのドリフトが経過時間の一次関数であることに着目したオフセットを設けるようにしてもよい。この一次関数F(t)は下記の（４）式等により表すことができる。

　F(t)=F(Σ^M _k=1(Tc,k-Tsn,k)/M,t)=αt+β ・・・・・・・・（４）

　この式（４）は、スロットタイミングを決めるRTC値（時間）の進み具合そのものを進めたり遅らせたりする補正を行うことで、再同期SIカウント数をさらに延ばすことを行うためのものである。

　この再同期カウントの考え方について説明をする。例えば図１０に示すように、ＳＩ＿１、・・・、ＳＩ＿３、・・とＳＩが連続する場合を考える。このＳＩ＿１は、ｔ０から始まってｔ１で終了する区間[ｔ０、ｔ１]で定義されるものであり、このＳＩ＿３は、ｔ２から始まってｔ３で終了する区間[ｔ２、ｔ３]で定義されるものである。このとき、ｔ１は図１０に示すようにｔ０+ＳＩ＿１×再同期ＳＩカウント数で定義され、ｔ３は、ｔ２＋ＳＩ＿３×再同期ＳＩカウント数で定義される。

　このとき、ＳＩ＿１とＳＩ＿３において、ドリフトが発生する結果、このＳＩ＿１とＳＩ＿３の長さが少しずつずれてしまう。このズレは、一次関数として表すことが可能となる。

　例えば、ＳＩ＿１と比較して、ＳＩ＿３が長くなっているのであれば、[ｔ０、ｔ３]の間に、ＳＩ＿３－ＳＩ＿１の時間が遅れていることとなる。即ち、[ｔ０、ｔ３]の間で、ＳＩを計算するＲＴＣの時間をＳＩ＿３－ＳＩ＿１の分について速くすることにより、[ｔ０、ｔ３]の区間においてドリフトに伴う時間のズレを補正することが可能となる。

　即ち、コーディネータ３は、自身のＲＴＣと、センサ２のＲＴＣとの差分値を式（４）に示す比例定数αおよびβを用いた一次関数に基づいて再同期タイミングを決定するものであればよい。ここでβは、通常０である。しかし初期化処理時におけるブレが発生する場合があることから、このブレの分を上記βに反映させるようにしてもよい。

　各ＳＩについても同様に、上述の如き思想に基づいてＲＴＣについてドリフト補正を行うことができ、これは上述の如き一次関数を用いて実現することが可能となる。

　ちなみに、この再同期タイミングの補正は、コーディネータ３側において、自身のＲＴＣと、センサ２のＲＴＣとの差分値を比例定数αした一次関数に基づいて再同期タイミングを決定するようにしてもよいし、センサ２側において、センサ２自身のＲＴＣと、コーディネータ３のＲＴＣとの差分値を比例定数αとβを用いた一次関数に基づいて、センサ２自身のＲＴＣを補正するようにしてもよい。

　なお、本発明は、センサ２について人体に装着するウェアラブルセンサを前提に説明をしたが、これに限定されるものではなく、人体以外の他のいかなるセンサとして適用されるものであってもよい。

１　短距離無線通信システム
２　センサ
３　コーディネータ

Claims

　複数のセンサと少なくとも一のコーディネータとの間で無線信号を送受信する短距離無線通信システムにおいて、
　上記コーディネータは、上記各センサから予め受信した情報に基づいて、スーパーフレームを構成する各スロットに対して上記各センサを時系列順に割り当て、上記割り当てられたスロットを上記各センサに通知し、
　上記センサは、データを上記コーディネータへ送信する際に、上記コーディネータからビーコンを受信することなく上記通知されたスロットのタイミングで同期要求を行うこと
　を特徴とする短距離無線通信システム。
　上記コーディネータは、自身のリアルタイムクロック（ＲＴＣ）と、上記センサのＲＴＣとの差に基づいてリセット回数を算出し、更にこの算出したリセット回数を上記センサへ送信し、
　上記センサは、上記コーディネータから受信した上記リセット回数まで当該センサのＲＴＣを増加させた後、上記コーディネータに対して再同期要求を行うこと
　を特徴とする請求項１記載の短距離無線通信システム。
　上記コーディネータは、上記センサのＲＴＣに基づいて順次生成されたインクリメンタルデータをスーパーフレーム毎に受信し、そのインクリメンタルデータが当該センサに割り当てられたスロットから逸脱するまでのインクリメンタル回数に基づいてリセット回数を算出すること
　を特徴とする請求項２記載の短距離無線通信システム。
　上記コーディネータは、自身のＲＴＣと、上記センサのＲＴＣとの差分値を比例定数αとした一次関数に基づいて再同期タイミングを決定すること
　を特徴とする請求項２又は３記載の短距離無線通信システム。
　請求項２又は３記載の短距離無線通信システムであって、センサ自身のＲＴＣと、上記コーディネータＲＴＣとの差分値を比例定数αとした一次関数に基づいて、センサ自身のＲＴＣを補正することを特徴とする短距離無線通信システム。
　上記センサは、人体に装着可能なウェアラブルセンサであること
　を特徴とする請求項１～５のうち何れか１項記載の短距離無線通信システム。
　請求項１～６のうち何れか１項記載の短距離無線通信システムに用いられることを特徴とするセンサ。
　複数のセンサと一のコーディネータとの間で無線信号を送受信する短距離無線通信方法において、
　上記コーディネータにより、上記各センサから予め受信した情報に基づいて、スーパーフレームを構成する各スロットに対して上記各センサを時系列順に割り当て、上記割り当てられたスロットを上記各センサに通知し、
　上記センサにより、データを上記コーディネータへ送信する際に、上記コーディネータからビーコンを受信することなく上記通知されたスロットのタイミングで同期要求を行うこと
　を特徴とする短距離無線通信方法。
　上記コーディネータにより、自身のリアルタイムクロック（ＲＴＣ）と、上記センサのＲＴＣとの差に基づいてリセット回数を算出し、更にこの算出したリセット回数を上記センサへ送信し、
　上記センサにより、上記コーディネータから受信した上記リセット回数まで当該センサのＲＴＣを増加させた後、上記コーディネータに対して再同期要求を行うこと
　を特徴とする請求項８記載の短距離無線通信方法。
　上記コーディネータにより、上記センサのＲＴＣに基づいて順次生成されたインクリメンタルデータをスーパーフレーム毎に受信し、そのインクリメンタルデータが当該センサに割り当てられたスロットから逸脱するまでのインクリメンタル回数に基づいてリセット回数を算出すること
　を特徴とする請求項９記載の短距離無線通信方法。
　上記コーディネータにより、自身のＲＴＣと、上記センサのＲＴＣとの差分値を比例定数αとした一次関数に基づいて再同期タイミングを決定すること
　を特徴とする請求項９又は１０記載の短距離無線通信方法。
　請求項９又は１０記載の短距離無線通信方法であって、センサ自身のＲＴＣと、上記コーディネータのＲＴＣとの差分値を比例定数αとした一次関数に基づいて、センサ自身のＲＴＣを補正することを特徴とする短距離無線通信方法。
　人体に装着されるウェアラブルセンサとしての上記センサとの間で上記無線信号を送信すること
　を特徴とする請求項８～１２のうち何れか１項記載の短距離無線通信方法。