WO2011089983A1 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

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WO2011089983A1
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久保田　仁
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三菱電機株式会社
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    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of each communication device in a conventional communication system.
  • the communication device 2 uses the communication device for the surrounding communication devices 1, 3, and 5.
  • a route search message for 4 is transmitted.
  • the communication device 4 that has received the route search message addressed to itself transmits a route search response message to the transmission source communication device 2.
  • the communication devices 1, 3, and 5 that have received the route search message other than those addressed to themselves transfer the received route search message to the surrounding communication devices (communication devices 2 to 4 in the case of the communication device 5).
  • the transmission medium A collision of frames (transmission data, message data) is likely to occur on the (wireless communication line), and the route search response message transmitted from the communication device 4 may not be correctly received by the communication device 2 at the destination.
  • FIG. 8 is a diagram showing frame transmission timing in a conventional communication apparatus.
  • IEEE 802.11e which is a wireless LAN standard
  • the transmission timing of various frames varies depending on the type of frame. Further, by providing a random transmission waiting time for each communication device, occurrence of frame collision on the transmission medium is suppressed.
  • Frame transmission interval in medium access method in which communication terminals access communication media using CSMA / CA method (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)
  • CSMA / CA method Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
  • IFS frame interval
  • wireless communication timing wireless communication timing
  • a short frame interval (SIFS) used when transmitting an Ack signal for a certain frame as IFS, and a central control frame used when transmitting a polling frame transmitted from any access point to each terminal Interval (PIFS), frame interval for distributed control (DIFS) used at the time of data frame transmission, and frame transmission interval (AIFS) that can set different frame intervals according to access category (AC) that is the priority of the frame are defined ing.
  • SIFS short frame interval
  • PIFS terminal Interval
  • DIFS distributed control
  • AIFS frame transmission interval
  • AC access category
  • the communication terminals 1 and 3 to 5 that have received the route search message transmitted from the communication device 2 at the same time receive the route search message (forwarding) and the route search response message (next frame) at almost the same time. ) Trying to send.
  • the frame (A) of the communication device (A) is transmitted even when the slot time of another communication device (B) is reached. Is not completed yet, the communication device (B) refrains from transmitting the frame (B) to be transmitted. After the transmission of the frame (A) is completed, the communication device (B) receives an allocation of an arbitrary slot time in the next contention window that is newly set after the frame (A).
  • the conventional contention window is provided with SIFS, PIFS, and DIFS for the busy media that is the previous transmission frame, and the corresponding contention window is provided with a long transmission standby time. Slot time is provided.
  • the iFS with the i-th priority is provided for the previous busy media
  • the corresponding contention window is shorter than that for SIFS, PIFS, and DIFS, and less slot time is provided.
  • the slot time of the contention window corresponding to SIFS, PIFS, and DIFS and the slot time of the contention window corresponding to AIFS are provided at a partially overlapping timing, and the next frame is actually transmitted.
  • a high priority frame may be transmitted after a relatively low priority frame transmitted after AIFS.
  • the corresponding contention window is shorter than that of the i-th priority AIFS, and an even smaller slot time is provided.
  • the slot time of the contention window corresponding to the i-th AIFS with the priority and the slot time of the contention window corresponding to the j-th AIFS with the priority are set at a partially overlapping timing, When actually transmitting the next frame, a frame having a relatively high priority may be transmitted after a frame having a low priority transmitted after the j-th AIFS.
  • contention windows with different lengths are set based on the priority of the frames, but because the contention windows provided in the frames with different priorities are provided at a timing that partially overlaps, There is a problem that high priority frames are not always transmitted preferentially.
  • the present invention has been made in view of the above, and is provided at a timing in which contention windows provided in frames having different priorities do not overlap each other, so that a high priority frame is always transmitted with priority. It is an object of the present invention to obtain a communication system and a communication method.
  • a communication system includes a first communication terminal, a second communication terminal, and a third communication terminal, and the first communication
  • the terminal transmits message data destined for the third communication terminal to a plurality of communication terminals
  • the second communication terminal receives the message data, confirms the destination of the received message data, and confirms If the destination address is confirmed to be not its own communication terminal, the received message data is transferred to the other communication terminal, and the third communication terminal receives the message data and confirms the destination of the received message data. If it is confirmed that the confirmed destination is its own communication terminal, response data corresponding to the received message data is sent to the first communication terminal that is the transmission source of the received message data.
  • the response data is set to have a higher priority for transmission than the message data to be transferred, and the time from when the message data is received until the corresponding response data is transmitted is the message data. Is shorter than the time from when the message is received until the message data is transferred.
  • FIG. 1 is a diagram showing frame transmission timing in the communication apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of each communication device in the communication system to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing data transmitted by each communication device in the communication system to which the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of each communication device in a conventional communication system.
  • FIG. 8 is a diagram showing frame transmission timing in a conventional communication apparatus.
  • FIG. FIG. 1 is a diagram showing frame transmission timing in the communication apparatus (communication terminal) of the present invention.
  • the transmission interval until the next frame (for example, Ack frame) for the busy media (previous frame) is T0, and the next frame such as a route search response message for the busy media is transmitted ( (Transmission time) interval T1, CW1 ⁇ Ts contention window, which is the transmission standby time for the next frame such as a route search response message, etc.
  • the contention window that is the transmission waiting time for the next frame such as a route search message is CW2 ⁇ Ts, and the slot times constituting the contention window are each Ts, T0 ⁇ T1 and T1 It is assumed that the condition + Ts ⁇ CW1 ⁇ T2 is satisfied. That is, the priority (priority) is set in the order of the next frame such as the Ack frame, the next frame such as the route search response message, and the next frame such as the route search message.
  • the next frame such as the route search response message is preferentially transmitted over the next frame, and the next frame such as the Ack frame is preferentially transmitted over the next frame such as the route search response message.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of each communication device in the communication system to which the present invention is applied.
  • the communication devices 1 to 5 access a communication medium (wireless communication) by the CSMA / CA method, and are waiting (usually) to receive a transmission signal transmitted from a certain communication device.
  • a communication medium wireless communication
  • transmission of the transmission signal scheduled to be transmitted from itself is refrained, and when it is confirmed that transmission of the transmission signal from a certain communication device is completed, the transmission signal of its own is transmitted.
  • the communication device 2 transmits a route search message (frame) in order to search for a communication route with the communication device 4.
  • the communication devices 1, 3 to 5 receive the route search message.
  • the communication devices 1, 3, and 5 confirm the destination of the received route search message, and if it is determined that the route search message is not addressed to itself, the communication device 1, 3, 5 transfers the received route search message to surrounding communication devices.
  • the communication device 4 confirms the destination of the received route search message and finds that it is a route search message addressed to itself, the communication device 4 sends a route search response message (measurement data or the like) corresponding to the received route search message to the communication terminal. Reply to 2.
  • the system of the present invention includes a communication device 1 (10), a communication device 2 (20), a communication device 3 (30), a communication device 4 (40), and a communication device 5 (50).
  • the communication device 2 (20) is a transmission source of the route search message, and transmits the route terminal message to the communication terminal 4 (40).
  • the communication terminal 1 (10), the communication terminal 3 (30), and the communication terminal 5 (50) receive the route search message transmitted from the communication device 2 (20), the communication terminal 1 (10), the communication terminal 3 (30), and the communication terminal 5 (50) may not be route search messages sent to themselves. Yes, route search message (transfer) is forwarded to surrounding communication devices.
  • the communication terminal 4 (40) receives the route search message transmitted from the communication device 2 (20), it is understood that the communication terminal 4 (40) is the route search message sent to itself (destination), and the communication terminal 2 (20: A route search response message is returned to the transmission source.
  • the communication device of the present invention finds that it is not a route search message addressed to itself, it will forward the received route search message to surrounding communication devices.
  • Each may be provided with an identification number, and when a frame with the same identification number is received again, further forwarding may be avoided. Further, a receivable time (period) may be set for frames having the same identification number. As a result, it is possible to avoid a sudden increase in the number of frames to be transmitted and a wasteful communication line.
  • the timing of transfer of the route search message by the communication devices 1, 3, and 5 with respect to the route search message (busy media) transmitted from the communication device 2 is T2 + CW2 ⁇ Ts time after the time T2 has elapsed after receiving the busy media. Timing based on each slot time in the contention window is assigned to each communication device. On the other hand, the transmission timing of the route search response message by the communication device 4 is assigned a timing based on each slot time in the contention window up to T1 + CW1 ⁇ Ts time after the lapse of T1 time after receiving busy media.
  • T1 + CW1 ⁇ Ts time is earlier (shorter) than the T2 time that is the transfer timing of the route search message by the communication devices 1, 3, 5; It is always implemented (transmitted) before the transfer of the route search message by 3 and 5.
  • the communication device 4 sends a route search response message in response to the received route search message for a predetermined period (T1 to T1 + CW1).
  • T1 to T1 + CW1 a predetermined period
  • the communication devices 1, 3, and 5 start the route search message at a timing (T2 to T2 + CW2 ⁇ Ts) later than the response timing of the route search response message (T1 to T1 + CW1 ⁇ Ts).
  • the communication device 4 When the communication device 4 responds (starts transmission) a route search response message to the communication device 2, the communication devices 1, 3, and 5 detect that the route search response message is being transmitted, and the communication device 4 The transfer of the route search message is suspended until the transmission of the route search response message is completed.
  • the present invention can be utilized in a data collection system such as an automatic meter reading system using an ad hoc network.
  • a data collection system such as an automatic meter reading system using an ad hoc network.
  • the following points are considered. 1.
  • There is usually one communication terminal that transmits a route search response message and there is basically no route search response message transmitted from a plurality of communication terminals (almost at the same time). In addition, there is a low possibility that the present communication system and other communication systems compete.
  • the route search message arrives at the destination (target) communication terminal, the route search message does not need to be further relayed to another communication terminal. Therefore, it is more necessary to prioritize transmission of the route search response message than to transfer the route search message.
  • the high-priority route The search response message can be transmitted reliably (from the communication device 4 to the communication device 2).
  • FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the second embodiment.
  • the transmission interval of the next frame for example, Ack frame
  • the transmission interval of the next frame is T0
  • the time until transmission of the next frame such as a route search response message for the busy medium is T1
  • the contention window is CW1 ⁇ Ts, which is the transmission waiting time for the next frame such as the route search response message
  • the (time) interval until the next frame such as the route search message for busy media is transmitted is T2.
  • CW2 ⁇ Ts is the contention window that is the transmission waiting time for the next frame such as a route search message
  • Ts is the multiple slot times that constitute the contention window.
  • the route search message (frame) is relayed (transferred to surrounding communication devices) by a plurality of communication devices, contention (of various frames) is likely to occur during the relay. That is, since the route search message received by each communication terminal is to be transmitted to another communication terminal at substantially the same time, there is a possibility of contention (collision) of route search messages transmitted from each communication terminal. Increases very much. Therefore, it is desirable to increase the number of slots in the contention window (CW2). By setting the contention window slot number CW2 to be large (large), the possibility of collision of the route search message is suppressed, and it becomes easy to reliably transmit the route search message to the target communication device.
  • the route search response message is transmitted from one communication device that is the destination of the route search message, the probability of contention is low. Therefore, a decrease in the throughput of the route search response message can be suppressed by setting the number of slots CW1 in the contention window of the route search response message to be small (less).
  • the start of the contention window of the route search message is delayed from the end of the contention window of the route search response message, and the slot number CW2 of the contention window of the route search message is set to the contention window of the route search response message.
  • the route search message can be transmitted more reliably without reducing the throughput of the route search response message.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the transmission interval from the busy media (previous frame) to the next frame (for example, an Ack frame) is T0, and a unicast frame is transmitted in one (direction) to the busy media.
  • the transmission interval from the busy media (previous frame) to the next frame for example, an Ack frame
  • the interval is T3
  • the contention window that is the transmission waiting time for unicast frames is CW3 ⁇ Ts
  • the transmission interval of broadcast frames that transmit frames in multiple (directions) to busy media is T4
  • the transmission waiting time for broadcast frames When a certain contention window is CW4 ⁇ Ts and a plurality of slot times constituting the contention window are Ts, T0 ⁇ T3 and T3 + Ts ⁇ CW3 ⁇ T4.
  • a route search message related to the communication device 4 is broadcast to the communication devices around the communication device 2. Then, the communication devices 1, 3, 5 that have received the route search message that is not addressed further forward (broadcast) the received route search message to surrounding communication devices, and have received the route search message addressed to itself. The communication device 4 transmits a route search response message to the communication device 2 by unicast.
  • a route search response message with a high priority is communicated with a unicast frame
  • a route search message with a low priority is communicated with a broadcast frame
  • the beginning of the contention window for the broadcast frame (low priority) is By delaying from the end of the contention window for the (high priority) unicast frame, a route search response message with a high priority can be transmitted reliably.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating frame transmission timing in the communication apparatus according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 6, the transmission interval until the next frame (for example, Ack frame) with respect to the busy medium (previous frame) is T0, and the transmission of the unicast frame is transmitted in one (direction) with respect to the busy medium.
  • the next frame for example, Ack frame
  • T0 the transmission interval until the next frame (for example, Ack frame) with respect to the busy medium (previous frame)
  • the transmission of the unicast frame is transmitted in one (direction) with respect to the busy medium.
  • the interval is T3, the contention window that is the transmission waiting time for unicast frames is CW3 ⁇ Ts, the transmission interval of broadcast frames that transmit frames in multiple (directions) to busy media is T4, and the transmission waiting time for broadcast frames
  • T3 the contention window that is the transmission waiting time for unicast frames
  • T4 the transmission interval of broadcast frames that transmit frames in multiple (directions) to busy media
  • T4 the transmission waiting time for broadcast frames
  • a broadcast frame is used when (frame) is transmitted to many communication apparatuses.
  • This communication system is used for transmission of a route search message for network management. In the transmission of the route search message, a relatively long delay is allowed.
  • Unicast frames make it easy to confirm the arrival of a message to the destination communication device using an Ack signal or the like. If it is detected that the message has not reached the destination communication device, the message is resent. By doing so, it is possible to improve the message arrival rate to the destination communication device.
  • the unicast frame is used when (frame) is transmitted to a specific communication device.
  • This communication system is used for transmission of a route search response message for network management and transmission / reception of automatic meter reading data.
  • the route search response message and the automatic meter reading data in this communication system be transmitted with as little delay as possible. Further, when collecting automatic meter reading data (between the transmission source and other communication terminals), the possibility that a unicast frame is simultaneously transmitted from each communication terminal is not so high.
  • the number of slots in the contention window of the unicast frame is set to be small (small)
  • the frame transmission interval of the unicast frame can be shortened, and the throughput of the unicast frame can be improved.
  • the communication device 2 searches for a communication route to the communication device 4, if a route search message related to the communication device 4 is broadcasted to communication devices around the communication device 2, The communication device 4 that has received the route search message transmits the route search response message to the communication device 2 by unicast, and the communication devices 1, 3, and 5 that have received the route search message that is not addressed to itself receive the route search message. Is broadcast and transferred to surrounding communication devices.
  • the start end of the contention window of the unicast frame is delayed from the end of the contention window of the broadcast frame, and the slot number CW2 of the contention window of the broadcast frame is set to the number of slots of the contention window of the unicast frame.

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Abstract

　この発明に係る通信システムは、第一の通信端末と、第二の通信端末と、第三の通信端末とを有し、第一の通信端末は第三の通信端末を宛先としたメッセージデータを複数の通信端末に対して送信し、第二の通信端末は、メッセージデータを受信し、宛先が自身ではないことを確認すると、受信したメッセージデータを転送し、第三の通信端末は、メッセージデータを受信し、宛先が自身であることを確認すると、受信したメッセージデータに対応する応答データを、受信したメッセージデータの送信元である第一の通信端末に対して送信し、応答データは、転送されるメッセージデータよりも送信の優先順位が高く設定されており、メッセージデータが受信されてから対応する応答データが送信されるまでの時間は、メッセージデータが受信されてからメッセージデータを転送するまでの時間よりも短い。

Description

通信システム及び通信方法
　この発明は、複数の通信装置を有する通信システムにおいて、送信するフレームの種類に応じて異なる優先度が設けられており、この優先度に基づき、各種フレームが送信及び転送されるものである。
　図７は、従来の通信システムにおける各通信装置の動作を示す図である。
　従来の経路探索方法では、アドホックネットワークにおいて、ある通信装置２から他の通信装置４に対して通信経路を探す場合、通信装置２は、周辺の通信装置１、３、５に対して当該通信装置４に対する経路探索メッセージを送信する。自身宛の経路探索メッセージを受信した通信装置４は、送信元の通信装置２に対して経路探索応答メッセージを送信する。また、自身宛以外の経路探索メッセージを受信した通信装置１、３、５は、受信した経路探索メッセージを周辺の通信装置（通信装置５の場合は通信装置２～４）に対して転送する。
　このように、ある通信装置２が送信した経路探索メッセージを受信した複数の通信装置１、３～５は、同じタイミングで経路探索メッセージ、又は、経路探索応答メッセージを送信しようとするため、伝送媒体（無線通信回線）上でフレーム（送信データ、メッセージデータ）の衝突が発生しやすく、通信装置４から送信される経路探索応答メッセージが、目的地の通信装置２で正しく受信されない可能性がある。
　図８は、従来の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　無線LANの標準規格であるIEEE　802.11eでは、フレームの種別により、各種フレームの送信タイミングに差異を持たせている。また、通信装置毎にランダムな送信待ち時間を設けることにより、伝送媒体上でのフレームの衝突の発生を抑えている。
　CSMA/CA方式（Carrier　Sense　Multiple　Access/Collision　Avoidance：搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式）により、通信端末が通信媒体にアクセスする媒体アクセス方式（無線LAN標準規格　IEEE　802.11e）では、フレームの送信間隔（フレーム間隔（IFS））を複数定義することにより、フレームの種別による媒体アクセス（無線通信タイミング）の優先制御を行う。
　IEEE　802.11eでは、IFSとして、あるフレームに対するAck信号の送信時に用いられる短フレーム間隔（SIFS）、任意のアクセスポイントから各端末に対して送信されるポーリング用のフレーム送信時に用いられる集中制御用フレーム間隔（PIFS）、データフレームの送信時に用いられる分散制御用フレーム間隔（DIFS）、及び、フレームの優先度であるアクセスカテゴリ（AC）によって異なるフレーム間隔が設定できるフレーム送信間隔（AIFS）が定義されている。
　このように、フレームの種別によって、フレームの送信間隔に差異が設けられ、フレームの優先度が高いものほど早いタイミングで送信されることにより、送信するフレームの種別によって優先制御が行われている。
　図７のように、通信装置２から送信された経路探索メッセージを同時期に受信した通信端末１、３～５は、ほぼ同時期に経路探索メッセージ（転送）や経路探索応答メッセージ（次のフレーム）を送信しようとしている。これら通信端末１、３～５は、通信装置２から送信された経路探索メッセージ（データフレーム、ビジーメディア）に対して、DIFS又はAIFSの経過後、予め定められた複数のスロットタイムからなるコンテンションウインドウの範囲内で、それぞれ異なるスロットタイムが割り当てられる。そして、そのスロットタイムに基づき、各通信端末が送信しようとしている次のフレームを送信する。このように、各通信端末に異なるスロットタイムを割り当て、各通信端末に異なるランダムな送信待機時間を設けることにより、複数の通信端末が同じタイミングでデータフレームを送信してしまうことから生じる複数のフレームの衝突の発生を抑えている。
　なお、ある通信装置（Ａ）が割り当てられたスロットタイムでフレーム（Ａ）を送信した後、他の通信装置（Ｂ）のスロットタイムになっても通信装置（Ａ）のフレーム（Ａ）の送信がまだ完了していない場合、通信装置（Ｂ）は送信する予定のフレーム（Ｂ）の送信を差し控える。通信装置（Ｂ）は、フレーム（Ａ）の送信完了後、このフレーム（Ａ）の後に改めて設定される次のコンテンションウインドウ内の任意のスロットタイムの割り当てを受けることになる。
　また、従来技術におけるコンテンションウインドウの設け方は、先の送信フレームであるビジーメディアに対してSIFS、PIFS、DIFSを設けると、対応するコンテンションウインドウには長い送信待機時間が設けられ、多くのスロットタイムが設けられる。
　先のビジーメディアに対して優先度がi番目のAIFSを設けると、対応するコンテンションウインドウは、SIFS、PIFS、DIFSの時よりも短く、より少ないスロットタイムを設ける。しかし、SIFS、PIFS、DIFSに対応するコンテンションウインドウのスロットタイムと、AIFSに対応するコンテンションウインドウのスロットタイムとは、一部重複するタイミングで設けられており、実際に次のフレームを送信する際には、優先度の高いフレームが、AIFSの後に送信する優先度の比較的低いフレームよりも後に送信されることが起こり得る。
　また、先のビジーメディアに対して優先度がj番目のAIFSが設けられると、対応するコンテンションウインドウは、優先度がi番目のAIFSの時よりもさらに短く、さらに少ないスロットタイムが設けられる。しかし、優先度がi番目のAIFSに対応するコンテンションウインドウのスロットタイムと、優先度がj番目のAIFSに対応するコンテンションウインドウのスロットタイムとは、一部重複するタイミングで設定されており、実際に次のフレームを送信する際には、優先度の比較的高いフレームが、優先度がj番目のAIFSの後に送信する優先度の低いフレームよりも後に送信されることが起こり得る。
ＩＥＥＥ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　８０２．１１
　このように、フレームの優先度に基づき長さの異なるコンテンションウインドウが設定されるが、優先度の異なるフレームにそれぞれ設けられているコンテンションウインドウが一部重複するタイミングで設けられているため、高い優先度のフレームが必ずしも優先的に送信されるとは限らないという問題点がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、優先度の異なるフレームにそれぞれ設けられたコンテンションウインドウが重複することのないタイミングで設けられ、高い優先度のフレームが必ず優先的に送信されるようにする通信システム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、この発明にかかる通信システムは、第一の通信端末と、第二の通信端末と、第三の通信端末とを有し、第一の通信端末は、第三の通信端末を宛先としたメッセージデータを複数の通信端末に対して送信し、第二の通信端末は、メッセージデータを受信し、この受信したメッセージデータの宛先を確認し、確認した宛先が自身の通信端末ではないことを確認すると、受信したメッセージデータを、他の通信端末に転送し、第三の通信端末は、メッセージデータを受信し、この受信したメッセージデータの宛先を確認し、確認した宛先が自身の通信端末であることを確認すると、受信したメッセージデータに対応する応答データを、受信したメッセージデータの送信元である第一の通信端末に対して送信し、応答データは、転送されるメッセージデータよりも送信のための優先順位が高く設定されており、メッセージデータが受信されてから対応する応答データが送信されるまでの時間は、メッセージデータが受信されてから当該メッセージデータを転送するまでの時間よりも短いものである。
　本発明にかかる通信システムによれば、優先順位（優先度）の高いデータの転送を優先順位の低いデータの転送よりも必ず先に実行できるという効果を奏する。
図１は、本発明の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。 図２は、本発明を適用した通信システムにおける各通信装置の動作を示す図である。 図３は、本発明を適用した通信システムにおける各通信装置が送信するデータを示す概要図である。 図４は、本発明の実施形態２の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。 図５は、本発明の実施形態３の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。 図６は、本発明の実施形態４の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。 図７は、従来の通信システムにおける各通信装置の動作を示す図である。 図８は、従来の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　以下に、本発明にかかる通信システム及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、この発明の通信装置（通信端末）におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　図１に示すように、ビジーメディア（先のフレーム）に対する次のフレーム（例えば、Ackフレーム等）までの送信間隔をT0、ビジーメディアに対する経路探索応答メッセージ等の次のフレームを送信するまでの（送信時間）間隔をT1、経路探索応答メッセージ等の次のフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW1×Ts、ビジーメディアに対する経路探索メッセージ等の次のフレームを送信するまでの（送信時間）間隔をT2、経路探索メッセージ等の次のフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW2×Ts、コンテンションウインドウを構成する複数のスロットタイムをそれぞれTsとした場合、T0<T1、且つ、T1+Ts×CW1<T2、の条件が成り立つものとする。
　つまり、Ackフレーム等の次のフレーム、経路探索応答メッセージ等の次のフレーム、経路探索メッセージ等の次のフレーム、の順に優先度（優先順位）が高く設定されており、経路探索メッセージ等の次のフレームよりも経路探索応答メッセージ等の次のフレームが優先的に送信され、この経路探索応答メッセージ等の次のフレームよりもAckフレーム等の次のフレームが優先的に送信されるものである。
　図２は、この発明を適用した通信システムにおける各通信装置の動作を示す図である。
　通信装置１～５は、CSMA/CA方式により通信媒体（無線通信）にアクセスするものであり、ある通信装置から送信された送信信号を受信すべく（通常は）待機しており、ある通信装置から送信された送信信号を受信すると自身から送信する予定の送信信号の送信を控え、ある通信装置からの送信信号の送信が終了したことを確認すると、自身の送信信号を送信するものである。
　仮に、通信装置２は、通信装置４との間の通信経路を探すため、経路探索メッセージ（フレーム）を送信するものとする。
　通信装置２が経路探索メッセージを送信すると、通信装置１、３～５は当該経路探索メッセージを受信する。通信装置１、３、５は、受信した経路探索メッセージの宛先を確認し、自身宛の経路探索メッセージでないことが分かると、その受信した経路探索メッセージを周りの通信装置に対して転送する。通信装置４は、受信した経路探索メッセージの宛先を確認し、自身宛の経路探索メッセージであることが分かると、その受信した経路検索メッセージに対応する経路探索応答メッセージ（計測データ等）を通信端末２に対して返信する。
　なお、同様の動作について、図３にも示す。
　本発明のシステムは、通信装置１（１０）と通信装置２（２０）と通信装置３（３０）と通信装置４（４０）と通信装置５（５０）とから構成される。この時、通信装置２（２０）が経路探索メッセージの送信元となっており、通信端末４（４０）に対して経路端末メッセージを送信している。通信端末１（１０）、通信端末３（３０）及び通信端末５（５０）は、通信装置２（２０）から送信された経路探索メッセージを受信すると、自身に送付された経路探索メッセージでないことが分かり、周りの通信装置に対して経路探索メッセージ（転送）を転送する。一方、通信端末４（４０）は、通信装置２（２０）から送信された経路探索メッセージを受信すると、自身（宛先）に送付された経路探索メッセージであることが分かり、通信端末２（２０：送信元）に対して経路探索応答メッセージを応答する。
　なお、この発明の通信装置は、自身宛の経路探索メッセージでないことが分かると、その受信した経路探索メッセージを周りの通信装置に対して転送することにしているが、経路探索メッセージ等のフレームにはそれぞれ識別番号が設けられ、同じ識別番号のフレームを再び受信した場合には更なる転送を控えるようにしてもよい。また、同じ識別番号のフレームに関しては受信可能な時間（期間）を設定してもよい。これにより、送信するフレームの急増、通信回線の無駄な混雑を回避することができる。
　通信装置２から送信された経路探索メッセージ（ビジーメディア）に対する通信装置１、３、５による経路探索メッセージの転送のタイミングは、ビジーメディアの受信後T2時間経過後、T2+CW2×Ts時間までのコンテンションウインドウ内の各スロットタイムに基づくタイミングが各通信装置に割り当てられる。一方、通信装置４による経路探索応答メッセージの送信タイミングは、ビジーメディアの受信後T1時間経過後、T1+CW1×Ts時間までのコンテンションウインドウ内の各スロットタイムに基づくタイミングが割り当てられる。なお、T1+CW1×Ts時間は、通信装置１、３、５による経路探索メッセージの転送タイミングであるT2時間よりも早い（短い）ため、通信装置４による経路探索応答メッセージは、通信装置１、３、５による経路探索メッセージの転送よりも、必ず先に実施（送信）される。
　つまり、通信装置１、３～５が通信装置２から送信された経路探索メッセージを受信すると、通信装置４は受信した経路探索メッセージに応答する経路探索応答メッセージを所定の期間（T1～T1+CW1×Ts）内に返信開始し、通信装置１、３、５は経路探索応答メッセージの返信タイミング（T1～T1+CW1×Ts）よりも遅いタイミング（T2～T2+CW2×Ts）で経路探索メッセージの転送を開始する。このため、通信装置４が返信する経路探索応答メッセージは、通信装置１、３、５が転送する経路探索メッセージと競合（衝突）することなく、通信装置２に送信することができる。
　なお、通信装置４が経路探索応答メッセージを通信装置２に対して応答（送信開始）すると、通信装置１、３、５はこの経路探索応答メッセージが送信中であることを検出し、通信装置４がこの経路探索応答メッセージを送信完了するまで、経路探索メッセージの転送を保留する。
　この発明は、アドホックネットワークを用いた自動検針システム等のデータ収集システムに活用することができる。このようなシステムで利用するためには、以下の点が考慮される。
１．経路探索応答メッセージを送信する通信端末は通常１台であり、複数の通信端末から（ほぼ同時期に）経路探索応答メッセージが送信されることは基本的に無い。また、本通信システムと他の通信システムとが競合する可能性は低い。
２．経路探索メッセージが宛先（目的）の通信端末に届いた場合、この経路探索メッセージは（中継されて）更に他の通信端末に転送される必要は無い。そのため、経路探索メッセージを転送することよりも、経路探索応答メッセージの送信を優先する必要性の方が高い。そして、この経路探索応答メッセージを送信する際には、他の通信端末から送信される経路探索メッセージと競合（衝突）しないように制御する。
　そのため、各通信端末からは、同時にフレームが送信されて、複数のフレームが衝突しないように、フレーム間隔(T1,T2)やコンテンションウインドウ(CW1×Ts,CW2×Ts)を設定しなければならない。
　このように、優先度の低い経路探索メッセージ（フレーム）に関するコンテンションウインドウの始端を、優先度の高い経路探索応答メッセージ（フレーム）のコンテンションウインドウの終端よりも遅らせることにより、優先度の高い経路探索応答メッセージを確実に（通信装置４から通信装置２に）送信することができる。
実施の形態２．
　図４は、実施形態２の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　図４に示すように、ビジーメディア（先のフレーム）に対する次のフレーム（例えば、Ackフレーム）の送信間隔をT0、ビジーメディアに対する経路探索応答メッセージ等の次のフレームを送信するまでの（時間）間隔をT1、経路探索応答メッセージ等の次のフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW1×Ts、ビジーメディアに対する経路探索メッセージ等の次のフレームを送信するまでの（時間）間隔をT2、経路探索メッセージ等の次のフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW2×Ts、コンテンションウインドウを構成する複数のスロットタイムをそれぞれTsとした場合、T0<T1、T1+Ts×CW1<T2、且つ、CW1<CW2、の条件が成り立つものとする。
　経路探索メッセージ（フレーム）は、複数の通信装置によって中継（周りの通信装置に転送）されるため、中継時に（各種フレームの）競合が発生し易い。
　つまり、各通信端末が受信した経路探索メッセージは、ほぼ同時期に他の通信端末に対して送信しようとされるため、各通信端末から送信される経路探索メッセージの競合（衝突）の可能性が非常に高まる。そのため、コンテンションウインドウ（CW2）のスロット数は大きくすることが望ましい。
　コンテンションウインドウのスロット数CW2を大きく（多く）設定することにより、経路探索メッセージの衝突の可能性が抑制され、経路探索メッセージを目的の通信装置まで確実に伝達することが容易となる。
　一方、経路探索応答メッセージは、経路探索メッセージの宛先となる１台の通信装置から送信されるため、競合の発生する確率は低い。
　従って、経路探索応答メッセージのコンテンションウインドウのスロット数CW1を小さく（少なく）設定することにより、経路探索応答メッセージのスループットの低下を抑制することができる。
　このように、経路探索メッセージのコンテンションウインドウの始端を、経路探索応答メッセージのコンテンションウインドウの終端より遅らせ、且つ、経路探索メッセージのコンテンションウインドウのスロット数CW2を経路探索応答メッセージのコンテンションウインドウのスロット数CW1より大きく（多く）設定することにより、経路探索応答メッセージのスループットを低下させること無く、経路探索メッセージをより確実に送信することができる。
実施の形態３．
　図５は、実施形態３の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　図５に示すように、ビジーメディア（先のフレーム）に対する次のフレーム（例えば、Ackフレーム）までの送信間隔をT0、ビジーメディアに対して一（方向）にフレームを送信するユニキャストフレームの送信間隔をT3、ユニキャストフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW3×Ts、ビジーメディアに対して複数（方向）にフレームを送信するブロードキャストフレームの送信間隔をT4、ブロードキャストフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW4×Ts、コンテンションウインドウを構成する複数のスロットタイムをTsとした場合、T0<T3、且つ、T3+Ts×CW3<T4、とする。
　図２のように、通信装置２が、通信装置４への通信経路を探す場合、通信装置２の周辺の通信装置に対して、通信装置４に関する経路探索メッセージをブロードキャストで送信する。すると、自身宛ではない経路探索メッセージを受信した通信装置１、３、５は、受信した経路探索メッセージを周辺の通信装置に対してさらに転送（ブロードキャスト）し、自身宛の経路探索メッセージを受信した通信装置４は、経路探索応答メッセージをユニキャストで通信装置２に送信する。
　このように、優先度の高い経路探索応答メッセージをユニキャストフレームで、また、優先度の低い経路探索メッセージをブロードキャストフレームで通信し、（優先度の低い）ブロードキャストフレームに関するコンテンションウインドウの始端を、（優先度の高い）ユニキャストフレームに関するコンテンションウインドウの終端より遅らせることにより、優先度の高い経路探索応答メッセージを確実に送信することができる。
実施の形態４．
　図６は、実施形態４の通信装置におけるフレーム送信タイミングを示す図である。
　図６に示すように、ビジーメディア（先のフレーム）に対する次のフレーム（例えば、Ackフレーム）までの送信間隔をT0、ビジーメディアに対して一（方向）にフレームを送信するユニキャストフレームの送信間隔をT3、ユニキャストフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW3×Ts、ビジーメディアに対して複数（方向）にフレームを送信するブロードキャストフレームの送信間隔をT4、ブロードキャストフレームに関する送信待機時間であるコンテンションウインドウをCW4×Ts、コンテンションウインドウを構成する複数のスロットタイムをTsとした場合、T0<T3、T3+Ts×CW3<T4、且つ、CW3<CW4、の条件が成り立つものとする。
　ブロードキャストフレームは、送信先の通信装置へのメッセージの到達確認が困難であるが、コンテンションウインドウのスロット数を大きく（多く）設定することにより、ブロードキャストフレームの衝突の可能性を低下させることができる。このように、ブロードキャストフレームの衝突の可能性を低下させることにより、送信先の通信装置へのメッセージの到達率を向上させることができる。また、ブロードキャストフレームは、多くの通信装置に対して（フレーム）送信する際に用いられる。本通信システムでは、ネットワーク管理用の経路探索メッセージの送信に利用される。この経路探索メッセージの送信では、比較的遅延が許容される。
　ユニキャストフレームは、Ack信号等による宛先の通信装置へのメッセージの到達確認が容易であり、送信先の通信装置に対してメッセージが到達しなかったことを検知した場合には、当該メッセージを再送することにより、送信先の通信装置へのメッセージの到達率を向上させることができる。また、ユニキャストフレームは、特定の通信装置に対して（フレーム）送信する際に用いられる。本通信システムでは、ネットワーク管理用の経路探索応答メッセージの送信や自動検針データの送受の際に利用される。また、本通信システムにおける経路探索応答メッセージや自動検針データの送信では、できるだけ遅延が無いように送信されることが好ましい。また、（送信元と他の通信端末との間での）自動検針データを収集する際においては、ユニキャストフレームが各通信端末から同時に送信される可能性はあまり高くない。
　このため、ユニキャストフレームのコンテンションウインドウのスロット数を小さく（少なく）設定した場合でも、送信先の通信装置へのメッセージの高い到達率を得ることが可能となる。
　また、ユニキャストフレームのコンテンションウインドウのスロット数を小さく（少なく）設定することにより、ユニキャストフレームのフレーム送信間隔を短縮することが可能となり、ユニキャストフレームのスループットを向上させることが可能となる。
　図２のように、通信装置２が、通信装置４への通信経路を探す場合、通信装置２の周辺の通信装置に対して、通信装置４に関する経路探索メッセージをブロードキャストで送信すると、自身宛の経路探索メッセージを受信した通信装置４は、経路探索応答メッセージをユニキャストで通信装置２に送信し、自身宛ではない経路探索メッセージを受信した通信装置１、３、５は、受信した経路探索メッセージを周辺の通信装置に対してブロードキャストして転送する。
　このように、ユニキャストフレームのコンテンションウインドウの始端を、ブロードキャストフレームのコンテンションウインドウの終端より遅らせ、且つ、ブロードキャストフレームのコンテンションウインドウのスロット数CW2を、ユニキャストフレームのコンテンションウインドウのスロット数CW1よりも大きく（多く）設定し、そして、優先度の高い経路探索応答メッセージをユニキャストフレームで、また、優先度の低い経路探索メッセージをブロードキャストフレームで送信することにより、経路探索応答メッセージのスループットを低下させること無く、経路探索応答メッセージをより確実に送信することができる。
　１０　通信端末１、２０　通信端末２、３０　通信端末３、４０　通信端末４、５０　通信端末５。

Claims (5)

  1. 　第一の通信端末と、第二の通信端末と、第三の通信端末とを有し、
    　前記第一の通信端末は、前記第三の通信端末を宛先としたメッセージデータを複数の通信端末に対して送信し、
    　前記第二の通信端末は、前記メッセージデータを受信し、この受信したメッセージデータの宛先を確認し、確認した宛先が自身の通信端末ではないことを確認すると、前記受信したメッセージデータを、他の通信端末に転送し、
    　前記第三の通信端末は、前記メッセージデータを受信し、この受信したメッセージデータの宛先を確認し、確認した宛先が自身の通信端末であることを確認すると、前記受信したメッセージデータに対応する応答データを、前記受信したメッセージデータの送信元である前記第一の通信端末に対して送信し、
    　前記応答データは、転送されるメッセージデータよりも送信のための優先順位が高く設定されており、
    　メッセージデータが受信されてから対応する応答データが送信されるまでの時間は、メッセージデータが受信されてから当該メッセージデータを転送するまでの時間よりも短い
    　ことを特徴とする通信システム。
  2. 　ある通信端末でメッセージデータが受信されてから対応する応答データが送信されるまでの時間は、送信間隔(T1)を経てコンテンションウインドウ(CW1×Ts)が設けられており、
    　他の通信端末でメッセージデータが受信されてから当該メッセージデータを転送するまでの時間は、送信間隔(T2)を経てコンテンションウインドウ(CW2×Ts)が設けられており、
    　前記応答データのコンテンションウインドウ(CW1×Ts)の終端のタイミングは、前記メッセージデータを転送する際のコンテンションウインドウ(CW2×Ts)の始端のタイミングよりも早い
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 　コンテンションウインドウ(CW*×Ts)は、所定の時間間隔(スロットタイム(Ts))をスロット数(CW*)分だけ設けるものであり、
    　前記応答データのコンテンションウインドウ(CW1×Ts)のスロット数(CW1)は、前記メッセージデータを転送する際のコンテンションウインドウ(CW2×Ts)のスロット数(CW2)よりも少ない
    　ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  4. 　メッセージデータの送信には、複数の通信端末に送信可能なブロードキャストフレームを用い、
    　メッセージデータに対応する応答データの送信には、一の通信端末に送信するユニキャストフレームを用いる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  5. 　第一の通信端末は、第三の通信端末を宛先としたメッセージデータを複数の通信端末に対して送信し、
    　第二の通信端末は、前記メッセージデータを受信して、この受信したメッセージデータの宛先を確認して、確認した宛先が自身の通信端末ではないことを確認すると、前記受信したメッセージデータを、他の通信端末に転送し、
    　第三の通信端末は、前記メッセージデータを受信して、この受信したメッセージデータの宛先を確認して、確認した宛先が自身の通信端末であることを確認すると、前記受信したメッセージデータに対応する応答データを、前記受信したメッセージデータの送信元である前記第一の通信端末に対して送信し、
    　前記応答データは、転送されるメッセージデータよりも優先順位が高く設定され、
    　メッセージデータが受信されてから対応する応答データを送信するまでの時間は、メッセージデータが受信されてから当該メッセージデータを転送するまでの時間よりも短い
    　ことを特徴とする通信システムにおける通信方法。
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