WO2012032742A1 - 無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法 Download PDF

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Abstract

 少なくとも下位機器と通信を行う無線通信装置であって、下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成部と、ビーコン信号作成部によって作成されたビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン信号送信部とを備えている。また、ビーコン信号作成部が作成するビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、ビーコン識別符号の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む。

Description

無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法

 本発明は、ビーコン信号を送信する無線通信装置と、ビーコン信号を受信して時間同期を取る無線通信装置とを含む無線通信システム、ならびに、このような無線通信システムに利用される、無線通信装置および無線通信方法に関する。

 電池駆動される子無線装置を有する無線通信システムにおいては、子無線装置の電力消費を抑えるために、子無線装置が間欠的に受信待ち受けすることが一般的である。子無線装置が間欠的に受信待ち受けする無線通信システムとしては、同期方式と呼ばれる無線通信システムがある。

 このシステムでは、親無線装置が定期的にビーコン信号を送信し、子無線装置がビーコン信号を定期的に受信して、親無線装置の時計に自局の時計を合わせる。そして、子無線装置は、所定のタイミングで、親無線装置からのポーリングデータを受信待受けする。この方式は、子無線装置の省電力化に有効である(例えば、特許文献1を参照)。

 特許文献1に記載の技術においては、親無線装置は、固有の装置アドレスとは別に、固有装置アドレス長よりも短い、親無線装置が任意に作成した符号を装置識別符号として、ビーコン信号に重畳して送信する。ビーコン信号には、固有の装置アドレスと、親無線装置が任意に作成した符号とが含まれている。

 また、親無線装置と子無線装置との間のデータ通信時には、親無線装置が任意に作成した符号を装置識別符号として用いる。これにより、データ通信の信号長を短くして、効率的な通信を行う。

 しかしながら、特許文献1による方法では、ビーコン信号に、固有の装置アドレス、および、親無線装置が任意に作成した符号の両方を重畳させており、ビーコン信号長が長くなる。このため、ビーコン信号の送受信のための消費電力が大きくなるという課題がある。

 特に、ガス等の検針データの自動検針を行う無線通信システムにおいて、データ通信の頻度は、月に1回~1日1回程度と低い。その一方で、10年間電池交換を必要としない低消費電力化も要望される。このような無線通信システムに用いる無線通信装置においては、頻繁に行われるビーコン信号の送受信に要する電力が電池寿命に大きく寄与するので、ビーコン信号の信号長の短縮化が要望されている。

 また、このような無線通信システムにおいては、システムコストを削減するために、1つの親無線装置に多数の子無線装置を収容することが望まれている。このため、親無線装置と子無線装置との間に、中継無線装置を多数設ける通信システムが提案されている。中継無線装置は、親無線装置の代わりに、子無線装置に対してビーコン信号を送信して、中継伝送を行う。

 この結果、1つの親無線装置を有する無線通信システムにおいて、ビーコン信号を送信する中継無線装置の数が多くなると、ビーコン信号をユニークに識別するためのビーコン識別符号のビット数が多くなり、ビーコン信号長が長くなるという課題がある。

特開2008-11314号公報

 本発明は、送信するビーコン信号長を短くして消費電力の増大を防ぎつつ、ビーコン信号をユニークに識別できる無線通信装置および無線通信方法を提供するものである。

 無線通信装置は、少なくとも下位機器と通信を行う。下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成部と、ビーコン信号作成部によって作成されたビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン信号送信部とを備えている。また、ビーコン信号作成部が作成するビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、ビーコン識別符号の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む。

 また、無線通信方法は、少なくとも下位機器と通信を行う。下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成ステップと、ビーコン信号作成ステップによって作成されたビーコン信号を、定期的に下位機器に送信するビーコン信号送信ステップとを備えている。ビーコン信号作成ステップにおいて作成されるビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、ビーコン識別符号の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む。

図1Aは、本発明の実施の形態における、親無線装置の構成を示すブロック図である。 図1Bは、本発明の実施の形態における、中継無線装置の構成を示すブロック図である。 図1Cは、本発明の実施の形態における、子無線装置の構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の実施の形態における、無線通信システムの構成を示す図である。 図3Aは、本発明の実施の形態における、無線通信システムが管理する基本スロット構成を示す図である。 図3Bは、本発明の実施の形態における、無線通信システムが管理する基本スロット構成のうち、リンク接続用スロット(L)の構成を示す図である。 図4は、本発明の実施の形態における、親無線装置、中継無線装置、中継無線装置および子無線装置の間のスロット位置関係を示す図である。 図5Aは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットを示す図である。 図5Bは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットの繰返しフレームの構成を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態における、上位機器から送信されるリンク接続信号、および、上位機器から送信されるリンク接続信号を受信キャリアセンスする下位機器のキャリアセンスタイミングを示す図である。 図7Aは、本発明の実施の形態における、データ通信用スロットで送受信されるデータ通信用信号のフォーマットを示す図である。 図7Bは、本発明の実施の形態における、データ通信用信号の、レイヤ3フレームの構成を示す図である。 図8Aは、本発明の実施の形態におけるルート情報の構成を示す図である。 図8Bは、本発明の実施の形態における、スロット位置情報のビット構成を示す図である。 図8Cは、本発明の実施の形態における、中継無線装置情報のビット構成を示す図である。 図9Aは、本発明の実施の形態における、ビーコン信号の信号構成を示す図である。 図9Bは、本発明の実施の形態における、ビーコンIDの構成を示す図である。

 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

 (実施の形態)
 図1Aは、本発明の実施の形態における、親無線装置101の構成を示すブロック図であり、図1Bは、同実施の形態における、中継無線装置201の構成を示すブロック図であり、図1Cは、同実施の形態における、子無線装置301の構成を示すブロック図である。

 まず、親無線装置101の構成の概要について説明する。

 図1Aに示すように、親無線装置101は、アンテナ1、送受信部2、ビーコン送信部3、リンク接続部4、ルート情報解析作成部5、制御部7、タイミング情報送信部6および記憶部8を備えている。

 制御部7は、親無線装置101(無線通信装置)全体の時間管理や、各部の制御を行う。また、制御部7は、ビーコン信号作成部として機能し、後述するビーコン信号の作成を行う。

 送受信部2は、アンテナ1を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

 次に、中継無線装置201の構成の概要について説明する。

 図1Bに示すように、中継無線装置201は、アンテナ11、送受信部12、ビーコン送信部13、ビーコン受信部14、リンク接続部15、タイミング情報解析部16および制御部17を備えている。

 制御部17は、中継無線装置201(無線通信装置)全体の時間管理や、各部の制御を行う。また、制御部17は、ビーコン信号作成部として機能し、後述するビーコン信号の作成を行う。

 送受信部12は、アンテナ11を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

 次に、子無線装置301の構成の概略について説明する。

 図1Cに示すように、子無線装置301は、アンテナ21、送受信部22、ビーコン受信部23、リンク接続部24、タイミング情報送信部25、制御部26および記憶部27を備えている。

 制御部26は、子無線装置301全体の時間管理や、各部の制御を行う。

 送受信部22は、アンテナ21を介して無線通信を行うための、無線送受信回路で構成されている。

 図2は、本発明の実施の形態における、無線通信システム400の構成を示す図である。

 図2に示したように、無線通信システム400は、親無線装置101と、中継無線装置201a~c(これらをまとめて中継無線装置201とも記す)と、子無線装置301a~i(これらをまとめて子無線装置301とも記す)とを備えている。

 無線通信システム400の動作の概要について説明する。

 親無線装置101は、子無線装置301a~cと直接通信を行うことができるが、子無線装置301d~iとは電波状況が悪い等の理由で、直接通信を行うことができないものとする。

 そこで、親無線装置101は、中継無線装置201aを介して、子無線装置301d~fと通信を行う。親無線装置101は、子無線装置301g~iとは、中継無線装置201aを経由し、さらに中継無線装置201bを経由して通信を行う。

 親無線装置101からは、ビーコン信号と呼ばれる、時計合わせのための信号が定期的に送信されている。親無線装置101と直接つながる子無線装置301a~c、および中継無線装置201aは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、親無線装置101の時計と同期を取る。

 ここで、親無線装置101を上位機器とし、上位機器である親無線装置101と直接つながる、子無線装置301a~cおよび中継無線装置201aを下位機器と定義する。

 同様に、子無線装置301d~fおよび中継無線装置201bに対しては、中継無線装置201aが親無線装置として働き、中継無線装置201aが、時計合わせのためのビーコン信号を定期的に送信する。中継無線装置201aに直接つながる子無線装置301d~f、および中継無線装置201bは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、中継無線装置201aの時計と同期を取る。ここでは、上位機器は中継無線装置201aであり、下位機器は中継無線装置201aに直接つながる、子無線装置301d~f、および中継無線装置201bである。

 さらに、子無線装置301g~iおよび中継無線装置201cに対しては、中継無線装置201bが親無線装置として働き、中継無線装置201bが、時計合わせのためのビーコン信号を定期的に送信する。中継無線装置201bに直接つながる子無線装置301g~i、および中継無線装置201cは、送信されたビーコン信号を定期的に捕捉して、中継無線装置201bの時計と同期を取る。ここでは、上位機器は中継無線装置201bであり、下位機器は中継無線装置201bに直接つながる、子無線装置301g~i、および中継無線装置201cである。

 無線通信システム400は、時間軸を複数のスロットに分割して通信を行う。

 図3Aは、本発明の実施の形態における、無線通信システム400が管理する基本スロット構成を示す図である。

 ここで、基本スロットは、T1秒で構成され、この基本スロットが時間軸上で繰返される。基本スロット長T1は、例えば2秒である。基本スロットは、さらに、下位スロット120および上位スロット121の2つのスロットを含む。下位スロット長および上位スロット長は、それぞれT1の半分の時間(例えば1秒)である。

 下位スロット120は、下位機器と通信を行うためのスロットであり、上位スロット121は、上位機器と通信を行うためのスロットである。下位スロット120は、さらに、3つのスロットに分割されている。下位スロット120は、ビーコン送信用スロット(BT)31、リンク接続用スロット(L)32、データ通信用スロット(D)33を含む。

 同様に、上位スロット121も、3つのスロットに分割されている。上位スロット121は、ビーコン受信用スロット(BR)34、リンク接続用スロット(L)35、および、データ通信用スロット(D)36を含む。

 上位機器は、ビーコン送信用スロット(BT)31を用いて、下位機器に定期的にビーコン信号を送信する。上位機器は、ビーコン信号を、ビーコン送信用スロット(BT)31で毎回送信するようにしてもよいし、複数のビーコン送信用スロット(BT)31毎に送信するようにしてもよい。ビーコン信号を、ビーコン送信用スロット(BT)31の2つ毎に送信するように設定すれば、T1=2秒とした場合、ビーコン送信間隔は4秒となる。

 下位機器は、ビーコン受信用スロット(BR)34において、定期的に上位機器からのビーコン信号を受信する。ビーコン信号を受信する間隔は、ビーコン信号の送信間隔の整数倍に設定することができる。例えば、ビーコン送信間隔を2秒とした場合、その256倍に設定すれば、ビーコン受信間隔=8分32秒となる。

 リンク接続用スロット(L)32,35は、上位機器と下位機器とが、リンク接続のための通信を行うスロットである。データ通信用スロット(D)33,36は、上位機器と下位機器とが、リンク接続後に、データのやり取りを行うための通信を行うスロットである。

 図3Bは、本発明の実施の形態における、無線通信システム400が管理する基本スロット構成のうち、リンク接続用スロット(L)32,35の構成を示す図である。

 図3Bに示したように、リンク接続用スロット(L)32,35は、それぞれ、下位発呼用スロット37、および上位応答/上位発呼用スロット38を含んでいる。下位発呼用スロット37は、下位機器からリンク接続を行いたいときに、下位機器がリンク接続要求信号を送信するためのスロットである。また、上位応答/上位発呼用スロット38は、下位機器からのリンク接続要求信号に対して、上位機器が応答を返すためのスロット、または、上位機器からリンク接続を行いたいときに、上位機器がリンク接続要求信号を送信するためのスロットである。なお、T2は、下位発呼用スロット37のスロット長を示し、T3は、上位応答/上位発呼用スロット38のスロット長を示している。

 ここで、親無線装置101または中継無線装置201による、ビーコン送信について説明する。ビーコン送信用スロット(BT)31でのビーコン送信は、親無線装置101のビーコン送信部3、または、中継無線装置201のビーコン送信部13によって行われる。

 次に、中継無線装置201または子無線装置301による、ビーコン受信について説明する。ビーコン受信用スロット(BR)34でのビーコン受信は、中継無線装置201のビーコン受信部14、または、子無線装置301のビーコン受信部23によって行われる。

 また、リンク接続用スロット(L)32,35におけるリンク接続通信は、親無線装置101のリンク接続部4、中継無線装置201のリンク接続部15、または、子無線装置301のリンク接続部24によって行われる。

 図4は、本発明の実施の形態における、親無線装置101、中継無線装置201a、中継無線装置201bおよび子無線装置301gの間のスロット位置関係を示す図である。なお、ここでは一例として、親無線装置101と子無線装置301gとの間の通信を用いて説明を行うが、親無線装置101と他の子無線装置301との通信も同様に行うことができる。

 図4において、その最上行は、親無線装置101の管理するスロットを示す。上から二行目は、中継無線装置201aが管理するスロットを示す。上から三行目は、中継無線装置201bが管理するスロットを示す。最下行は、子無線装置301gが管理するスロットを示す。

 なお、図4において、スロット43に示す「下」という表記は、図3Aに示した下位スロット120をさしている。同様に、スロット44に示すような「上」という表記は、図3Aに示した上位スロット121をさしている。

 基本スロット42は、下位スロット120であるスロット43および上位スロット121であるスロット44を含むスロットである。基本スロット42には「1」から「256」までのスロット番号が順番に付与されており、スロット番号「256」の次の基本スロット42には、スロット番号「1」が付与される。以下、スロット番号の付与が繰り返される。

 図4において、ビーコン信号41は、1つおきの、基本スロット42の下位スロット120中のビーコン送信用スロット(BT)31から送信される。したがって、ビーコン送信間隔T5=2×T1となる。T1=2秒とすれば、T5=4秒となる。

 親無線装置101から送信されるビーコン信号は、中継無線装置201aで定期的に受信される。中継無線装置201aは、親無線装置101のスロット番号「1」から送信されるビーコン信号41を受信する。ビーコン信号41には、スロット番号「1」に対応したビーコン番号「1」が乗っている。

 中継無線装置201aは、ビーコン番号「1」のビーコン信号41を受信すると、親無線装置101のスロット番号「1」の下位スロット120の先頭位置が、中継無線装置201aのスロット番号「255」の上位スロット121の先頭位置となるように、スロットを構成しなおす(時間同期、時計合わせ)。

 そして、中継無線装置201aは、親無線装置101と同様に、奇数番目のスロット番号のところでビーコン信号46を送信する。

 以下同様に、下位機器は、上位機器のスロット番号「1」から送信されるビーコン信号を受信して、上位機器のタイミングに同期して自局のスロットを構成しなおす。下位機器が、上位機器のビーコン信号を受信する間隔T4は、基本スロット256個毎であるので、T4=8分32秒である。

 図4において、スロットにハッチングを施している上位スロット121の中のビーコン受信用スロット(BR)34で、ビーコン受信が行われている。なお、子無線装置301gにつながる下位機器は存在しないので、子無線装置301gは、ビーコン信号の送信を行わない。

 さらに詳しく説明する。中継無線装置201aは、親無線装置101から送信されるビーコン番号「1」のビーコン信号41を、中継無線装置201aのスロット番号「255」で受信する。中継無線装置201aは、中継無線装置201aのスロット番号「1」の下位スロット120から、ビーコン番号「1」のビーコン信号46を送信する。

 親無線装置101のスロット番号「3」から送信されるビーコン信号45は、中継無線装置201aのスロット番号「1」の上位スロットのタイミングで送信されていることになる。すなわち、中継無線装置201aは、親無線装置101がビーコン信号45を送信する直前である、中継無線装置201aのスロット番号「1」の下位スロット120のビーコン送信用スロット(BT)31でビーコン信号46を送信する。

 同様に、中継無線装置201bは、中継無線装置201aが送信するビーコン信号46の直前である、中継無線装置201bのスロット番号「255」の下位スロット120のビーコン送信用スロット(BT)31で、ビーコン信号47を送信する。

 以上述べたように、親無線装置101が送信するビーコン信号45の直前のスロット位置で、下位の中継無線装置201aはビーコン信号46を送信する。また、上位の中継無線装置201aが送信するビーコン信号46の直前のスロット位置で、下位の中継無線装置201bはビーコン信号47を送信する。

 ここで、親無線装置101から、子無線装置301gに対して、データを送る場合について説明する。中継無線装置201aおよび中継無線装置201bは、すべての上位スロット121中の上位応答/上位発呼用スロット38において、受信キャリアセンス動作を行っている。

 受信キャリアセンス動作とは、受信レベルが所定のレベル以上であるかどうかを検出して、受信レベルが所定のレベル未満であれば、受信キャリアセンス動作を中止して待機状態に移行する動作である。一方、受信レベルが所定レベル以上であれば、上位機器からのリンク接続信号の受信を行う動作を行う。したがって、親無線装置101は、子無線装置301g宛のデータ送信要求が、例えばスロット番号「5」の時間に発生した場合、スロット番号「6」の下位スロット120中の上位応答/上位発呼用スロット38でリンク接続信号を送信する。

 中継無線装置201aは、スロット番号「4」の上位スロット121中の上位応答/上位発呼用スロット38で受信キャリアセンスを行っており、親無線装置101からのリンク接続信号をキャリアセンスした後に、受信する。

 図5Aは、本発明の実施の形態における、リンク接続信号の電文フォーマットを示す図である。また、図5Bは、その繰返しフレーム51~56の構成を示す図である。

 リンク接続信号は、n個の繰返しフレーム51~56と、本体フレーム57とより構成されている。繰返しフレーム51~56のそれぞれは、ビットのサンプリング位置を決めるためのビット同期信号58、フレームに含まれるデータの先頭を検出するためのフレーム同期信号59、各種制御情報が乗っている制御信号60、および、機器を識別するための識別符号(以下、識別符号のことをIDと記す)を短縮した簡易ID61から構成されている。

 ここで、IDは、例えば64ビットで示される情報であり、簡易ID61は、IDを4分割した、16ビットで示される情報である。IDを4分割したうち、どの16ビットを簡易ID61としたかという情報は、制御信号60に乗っている。

 リンク接続信号の、繰返しフレーム長はT6である。したがって、n個の繰返しフレーム長T7は、T7=n×T6となる。そして、繰返しフレーム51~56には、繰返しフレーム番号が「1」~「n」まで付与されており、制御信号60には、その繰返しフレーム番号が乗っている。

 繰返しフレーム51~56は、図5Aに示すように、繰返しフレーム番号の大きな繰返しフレームから順に送信され、1つずつ繰返しフレーム番号がディクリメントしていき、本体フレームの直前の繰返しフレーム56の番号は「1」となる。

 図6は、本発明の実施の形態における、上位機器から送信されるリンク接続信号、および、上位機器から送信されるリンク接続信号を受信キャリアセンスする下位機器のキャリアセンスタイミングを示す図である。

 図6において、一段目(a)には、リンク接続信号のタイミングを示し、二段目(b-1)には、上位機器と下位機器との時計がずれていない場合を示し、三段目(b-2)には、上位機器の時計に対して下位機器の時計が進んでいる場合を示し、最下段(b-3)には、上位機器の時計に対して下位機器の時計が遅れている場合を示している。

 図6において、下位機器の上位応答/上位発呼用スロット38の先頭位置70が示されている。また、下位機器の受信キャリアセンスタイミング71が示されている。受信キャリアセンスタイミングは、上位応答/上位発呼用スロット38の先頭位置70から、T8=T7/2の時間に設定される。このように設定すれば、上位機器と下位機器との時計ずれΔTが、-T8<=ΔT<=T8の範囲であれば、図6に示すように、リンク接続信号の繰返しフレーム1~nまでのどこかで、受信キャリアセンスを行って、本体フレームを受信することができる。

 上位機器と下位機器との時計の最大相対誤差を±100ppmとして、下位機器が、図4に示すようにT4=512秒毎に時計合わせを行うとすると、最大±51.2ms、お互いの時計がずれることになる。したがって、T8>=51.2msになるように、リンク接続信号の繰返しフレーム送信回数nを設定すれば受信が失敗することはない。

 しかしながら、図4において、親無線装置101から子無線装置301g宛のデータ送信要求が、例えばスロット番号「5」の時間に発生した場合、スロット番号「6」の下位スロット120中の上位応答/上位発呼用スロット38でリンク接続用信号を送信する。中継無線装置201aは、スロット番号「4」の上位スロット121中の上位応答/上位発呼用スロット38で、受信キャリアセンスを行っており、親無線装置101からのリンク接続信号をキャリアセンスした後、受信する。

 下位機器である中継無線装置201aは、ビーコン信号41のタイミングで時計合わせを行っているため、スロット番号「4」の位置では時計誤差はほとんどない。したがって、リンク接続信号の繰返しフレームの送信回数は、ずれが51.2msであることを考慮した回数送信することは無駄が多く、消費電力を増大させてしまう可能性がある。

 そこで、ビーコン信号41で時計合わせを行った時間から計測して、受信キャリアセンスを行うタイミングまでの時間に応じて、リンク接続信号中の繰返しフレームの送信回数を可変にする。例えば、ビーコン信号41で時計合わせを行った時間から計測して、受信キャリアセンスを行うタイミングまでの時間はスロット番号と相関があるため、スロット番号に応じて、リンク接続信号中の繰返しフレームの送信回数を可変にする。

 親無線装置101が、スロット番号「x」でリンク接続信号を送信する場合には、親無線装置101は、T7>=x/256×(±51.2ms)となるように繰返しフレーム送信回数を設定する。例えば、スロット番号「4」の位置でリンク接続信号を送信する場合は、T7>=±0.8msとなるので、繰返しフレーム長T6が、0.8msより長い場合は、繰返し送信回数を1回以上とすればよい。

 繰返しフレーム51~56の送信回数を可変にした場合、図6における時間T7も可変になる。したがって、受信キャリアセンスタイミングであるT8が固定であると、親無線装置101と中継無線装置201aとの間の時計誤差ΔT=0の場合に、T7のセンターに受信キャリアセンスタイミング71がこないこととなる。

 これは、時計誤差ΔTが、正の場合と負の場合で誤差範囲の許容に差があることを意味しており好ましいとはいえない。そこで、時計誤差ΔT=0の場合に、受信キャリアセンスタイミング71が、T7のセンターに来るように、受信キャリアセンスタイミング時間T8がT8=T7/2となるように、T7に連動してT8も可変にする。

 ここで、T7は、スロット番号より知ることができる。すなわち、受信キャリアセンスを行うスロット番号位置が、親無線装置101のスロット番号に換算した場合に「x」であったとする。この場合、リンク接続信号のT7は、T7>=x/256×(±51.2ms)であることが分かる。

 上述の例では、T8をスロット番号に基づいて可変とする例を説明した。別の方法としては、T8を固定値にし、その代わりに、図6に示すリンク接続信号の送信開始位置を可変にすることができる。上位機器からのリンク接続信号は、図3Aのリンク接続用スロット(L)32の中の上位応答/上位発呼用スロット38の中で送信される。ここでは、リンク接続信号の送信を開始するタイミングをスロット番号に基づいて可変とする。

 スロット番号が大きくなると、T7が大きくなるので、リンク接続信号の送信を開始するタイミングを早くして、T7のセンターが受信キャリアセンスタイミングの位置に来るようにする。

 上述のように、親無線装置101のスロット番号「5」で発生したデータ通信要求に続き、親無線装置101は、スロット番号「6」で中継無線装置201aとリンク接続およびデータ通信を行い、中継無線装置201aにデータを伝送する。

 中継無線装置201aは、同様の動作で、中継無線装置201aのスロット「4」で親無線装置101より受信したデータを、スロット「5」で中継無線装置201bに伝送する。中継無線装置201bは、スロット「3」で中継無線装置201aからのデータを受信する。

 子無線装置301gは、電力削減のため、4スロット毎に受信キャリアセンスを行っている。子無線装置301gが受信キャリアセンスを行っているスロット番号は、親無線装置101より送信されて、中継無線装置201aおよび中継無線装置201bで中継伝送される、子無線装置301g宛の信号に含まれるルート情報から知ることができる。ルート情報の詳細については後述する。

 ここで、ルート情報を解析した結果、子無線装置301gが受信キャリアセンスを行っているスロット番号が、「1」、「5」、「9」、・・・・であったとする。したがって、中継無線装置201bは、子無線装置301gが受信キャリアセンスで待ち受けている、子無線装置301gのスロット番号「5」に対応する中継無線装置201bのスロット番号「7」の下位スロットで、リンク接続信号およびデータを送信する。中継無線装置201bが、子無線装置301gとリンク接続を行う動作も図6で説明した動作と同様である。

 次に、子無線装置301gから親無線装置101に対して、データを送る場合について説明する。下位機器から上位機器への送信が発生した場合、下位機器は上位機器が送信するビーコン信号を受信し、ビーコン信号が受信されたビーコン受信用スロット(BR)34の直後のリンク接続用スロット(L)35中の下位発呼用スロット37で、図5Aに示すリンク接続信号を送信する。

 具体的に説明する。子無線装置301gは、中継無線装置201bのビーコン信号を受信する動作を行う。中継無線装置201bからのビーコン信号は、2スロット毎=4秒毎に送信されているので、子無線装置301gは、データ送信の要求が発生してから4秒以内に、中継無線装置201bのビーコン信号を受信することができる。

 例えば、図4において、子無線装置301gのスロット番号「252」のところでデータ送信要求が発生した場合、中継無線装置201bからのビーコン番号「255」のビーコン信号47を、子無線装置301gのスロット番号「253」で受信する。そして、中継無線装置201bから受信したビーコン番号「255」のビーコン信号47によって、子無線装置301gは時計合わせを行う。

 そして、子無線装置301gは、スロット番号「253」の上位スロット48の中の、図3Aに示すリンク接続用スロット(L)35の位置を補正して、リンク接続信号を中継無線装置201bに送信し、リンク接続動作を行う。

 中継無線装置201bでは、中継無線装置201bのスロット番号「255」の下位スロット120で、子無線装置301gとリンク接続動作を行うことになる。子無線装置301gから中継無線装置201bへのリンク接続信号の送受信動作についても、図6で説明した動作と同じである。リンク接続信号の構成は図6に示す信号と同じであるが、時計誤差がほとんどないため、繰返しフレームの送信回数は少なくてよい。

 リンク接続完了後、子無線装置301gは、リンク接続を行った、同じ上位スロット48の中のデータ通信用スロット(D)36で、親無線装置101宛の信号を送信する。中継無線装置201bは、親無線装置101に対応する下位スロット120の中のデータ通信用スロット(D)33で、親無線装置101宛の信号を受信する。

 次に、中継無線装置201bは、中継無線装置201aが送信するビーコン信号46を、中継無線装置201bのスロット番号「255」で受信し、受信したビーコン信号46によって時計合わせを行う。中継無線装置201bは、スロット番号「255」の上位スロット121の中の、リンク接続用スロット(L)35の位置を補正し、リンク接続信号を中継無線装置201aに送信して、リンク接続動作を行う。

 中継無線装置201aでは、スロット番号「1」の下位スロットで、中継無線装置201bとリンク接続動作を行うことになる。そして、リンク接続完了後、中継無線装置201bは、リンク接続を行った同じ上位スロット121の中のデータ通信用スロット(D)36で、親無線装置101宛の信号を送信する。そして、中継無線装置201aは、中継無線装置201bに対応する下位スロット120の中のデータ通信用スロット(D)33で、親無線装置101宛の信号を受信する。

 同様に、中継無線装置201aは、親無線装置101が送信するビーコン信号45を、中継無線装置201aのスロット番号「1」で受信し、受信したビーコン信号45によって時計合わせを行う。中継無線装置201aは、スロット番号「1」の上位スロット121の中の、リンク接続用スロット(L)35の位置を補正して、リンク接続信号を親無線装置101に送信し、リンク接続動作を行う。

 親無線装置101では、親無線装置101のスロット番号「3」の下位スロット120で中継無線装置201aとリンク接続動作を行うことになる。そして、リンク接続完了後、中継無線装置201aは、リンク接続を行った同じ上位スロット121の中のデータ通信用スロット(D)36で、親無線装置101宛の信号を送信する。

 そして、親無線装置101は、中継無線装置201aに対応する下位スロット120の中のデータ通信用スロット(D)33で、親無線装置101宛の信号を受信する。

 上述したように、下位機器からのビーコン信号送信のすぐ後のスロットで、上位機器からのビーコン信号が送信されている。このため、子無線装置301gから発生した親無線装置101宛の信号を、親無線装置101まで中継伝送するにあたって、大きく遅延することなく効率的に中継伝送することができる。

 ここで、上述した無線通信システム400において、子無線装置301の電源がONされ、無線通信システム400に参入するときの動作について説明する。子無線装置301は、所定の時間受信動作を行い、ビーコン信号の受信を行う。子無線装置301は、所定時間内に複数のビーコン信号を受信した場合、受信したビーコン信号の受信レベル、および、受信したビーコン信号を送信している中継無線装置201の中継段数情報を用いて、どのビーコン信号に自局の時計を合わせるかを決定する。

 図2の構成において、例えば、子無線装置301gは、中継無線装置201bのビーコン信号を受信して時計あわせを行う。そして、子無線装置301gは、ビーコン信号に続くリンク接続スロット(L)35の中の下位発呼用スロット37で、図5Aに示すリンク接続信号を、中継無線装置201b宛に送信する。繰返しフレーム数は「5」である。

 そして、子無線装置301gは、上位応答/上位発呼用スロット38で、中継無線装置201bからの、リンク接続を許可する応答信号を受信する。ここまでの動作で、中継無線装置201bと子無線装置301gとの間で、リンク接続が確立する。

 次に、子無線装置301gは、最終宛先として親無線装置101宛の参入要求信号を、データ通信用スロット(D)36で、リンク接続が確立している中継装置201b宛に、参入要求信号を送信して中継を依頼する。

 図7Aは、本発明の実施の形態における、データ通信用スロット(D)36で送受信される、データ通信用信号のフォーマットを示す図である。また、図7Bは、そのレイヤ3フレーム85の構成を示す図である。

 子無線装置301gは、図7Aに示すデータ通信用信号を、中継無線装置201bに送信する。データ通信用信号は、ビット同期信号80、フレーム同期信号81、制御信号82、リンク相手のID83、自局ID84およびレイヤ3フレーム85を含む。ここで、中継無線装置201bに送信される信号中の、リンク相手のID83は、中継無線装置201bのIDであり、自局IDは、子無線装置301gのIDである。

 制御信号82には、リンク相手のID83から、レイヤ3フレーム85の最終までの信号長の情報が入っている。したがって、制御信号82を受信解析することにより、どこまでの信号を受信したらよいか知ることができる。

 図7Bに示したように、レイヤ3フレーム85は、最終宛先まで中継伝送されるフレーム信号である。すなわち、図2に示す子無線装置301gから送信されたレイヤ3フレーム85は、中継無線装置201bおよび中継無線装置201aを中継経由して、親無線装置101に送られる。

 認証コード86は、レイヤ3フレーム85が正規のフレームであるかどうかをチェックするためのコードである。ルート情報87には、子無線装置301gから親無線装置101までのルート情報が、各中継無線装置201で作成され、親無線装置101に送られる。レイヤ3ID88には、最初の送信元である子無線装置301gのIDが入る。アプリケーションデータ89は、親無線装置101に伝送したいアプリケーションに関連するデータである。

 図8Aは、本発明の実施の形態におけるルート情報87の構成を示す図である。

 ルート情報87は、8バイトデータで構成され、最初の1バイト目から7バイト目までには、子無線装置301gから親無線装置101までの中継ルート上にある、中継無線装置201の情報(中継無線装置情報90)が入る。子無線装置301gは、自局の属する中継無線装置201b宛に、図7Aに示すデータ通信用信号を送信する。ルート情報87は、各段の中継無線装置201の有するテーブル番号およびスロット位置情報91を含む。

 このとき、ルート情報87の8バイト目であるスロット位置には、子無線装置301gが中継無線装置201bからの信号を受信待ち受ける、すなわち受信キャリアセンスしているスロット位置情報91が入る。

 図8Bは、本発明の実施の形態における、スロット位置情報91のビット構成を示す図である。スロット位置情報91は図8Bに示したように、8ビットで構成されている。

 スロット位置情報91の、各ビットの意味について説明する。

 ビットD7~D6は「0」の固定値である。ビットD5~D4の2ビットは、無線通信システム400内の中継無線装置201および子無線装置301の間欠受信周期mを示している。通常、中継無線装置201の場合はm=1、すなわちすべてのスロットで受信待ち受けしている。m=2の場合は2スロット毎に受信待ち受けしていることを示す。

 ビットD3~D0の4ビットは、センターポーリング、すなわち上位機器である中継無線装置201からの信号を受信待ち受けするスロット位置番号yを示す。スロット位置番号yとは、以下に定義する基準スロット番号から数えて(y-1)番目のスロットであることを示している。ここでy=1~間欠受信周期mの範囲となる。

 基準スロット番号の定義は、「基準スロット番号=a×m+1」である。ここでa=0~(スロット数255/間欠受信周期m)までの整数である。すなわち、基準スロットは、図4に示すスロット番号1、m+1、2×m+1・・・・とmスロット毎に存在することになる。

 したがって、受信待ちうけしているスロット番号xは、「受信待ち受けしているスロット番号x=基準スロット番号+スロット位置番号y-1」となる。そして、子無線装置301は、スロット位置情報91で、子無線装置301の間欠受信周期mとスロット位置番号yとの2つの情報を親無線装置101に送信する。そして、親無線装置101において子無線装置301のルート情報テーブルが作成される。

 間欠受信周期mは、無線通信システム400において共通の値を用いることが望ましいが、子無線装置301毎に異なってもかまわない。スロット位置番号yは、各子無線装置301が任意に設定する。子無線装置301で作成するルート情報87は、スロット位置情報91だけであり、1バイト目から7バイト目までの中継無線装置情報には「0x00」を挿入する。なお、送信元が中継無線装置201の場合には「0xFF」を入れる。

 このような、子無線装置301における間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報91の作成および送信は、タイミング情報送信部25により行われる。そしてスロット位置情報91に関わる情報は記憶部27に記憶される。

 子無線装置301が、参入時にスロット位置を決定する利点は、親無線装置101宛に参入要求信号を送信した後、親無線装置101からの参入許可信号を受信する、間欠受信待ち受けスロットを自分で決めている点にある。これにより、子無線装置301は、間欠受信待ち受けスロットまで待機状態で待つことができる。

 ここで、無線通信システム400における、ルート情報の管理の概要について説明する。子無線装置301は、自局の属する中継無線装置201のスロット位置情報だけを管理している。中継無線装置201は、自局の直下にいる中継無線装置201をテーブルとして管理し、テーブル番号と、自局の直下にいる中継無線装置201との対応が取れるように管理している。

 親無線装置101は、子無線装置301のスロット位置情報、および、子無線装置301までのルートに存在する、中継無線装置201のテーブル番号情報を管理している。

 図8Cは、本発明の実施の形態における、中継無線装置情報90のビット構成を示す図である。

 中継無線装置情報90のビット構成について説明する。「D7」は、上位機器から下位機器への通信の場合と、下位機器から上位機器への通信の場合とで、その意味合いが異なる。上位機器から下位機器への通信の場合には、「D7」は、テーブル番号の削除要求の有無を示し、削除要求は親無線装置101が行う。一方、下位機器から上位機器への通信の場合には、「D7」は、各中継無線装置201が保有するテーブルが、満杯かどうかを識別する識別子となる。

 「D6」も、上位機器から下位機器への通信の場合と、下位機器から上位機器への通信の場合とで、その意味合いが異なる。上位機器から下位機器への通信の場合には、「0」に固定されている。一方、下位機器から上位機器への通信の場合には、「D6」は、直下の中継無線装置201がテーブルになく、今回初めてテーブルに登録した中継無線装置201であるかどうかを示す識別子となる。

 「D5」~「D0」の6ビットは、中継ルートにある中継無線装置201が管理する、直下の中継無線装置201のテーブル番号を示す。管理できるテーブル番号は、「63」までである。このようにして、テーブル番号「0」を除いて、テーブル番号「1」~「63」までの63個の中継無線装置201を管理することができる。

 子無線装置301からのルート情報87を受信した中継無線装置201は、受信したルート情報87のうち、自局の段数目に相当するバイトを解析する。例えば、中継無線装置201bは、2段目であるので、2バイト目を解析する。解析結果が「0x00」であれば、送信元が中継無線装置201bに属する、子無線装置301g~iいずれかからの中継要求であると解釈する。解析結果が「0xFF」であれば、送信元は中継無線装置201cであると解釈する。

 子無線装置301g~iからの中継要求であれば、中継無線装置201bは、テーブル番号「0」を、自局の属する段数目のバイト、すなわち2バイト目の「D5」~「D0」に設定する。図2の例では子無線装置301gからの中継要求であるので、2バイト目の「D5」~「D0」にテーブル番号「0」を設定する。

 仮に、解析結果が「0xFF」であれば、中継要求が中継無線装置201cからであると判断し、この中継無線装置201cに対応するテーブル番号を、自局の属する段数目のバイトの、「D5」~「D0」に設定する。

 中継要求が、中継無線装置201cからであるにも関わらず、自局が管理するテーブルに中継装置情報201cがない場合は、テーブルに、その中継無線装置201cを登録して、登録したテーブル番号を、自局の属する段数目のバイトの、「D5」~「D0」に設定する。

 以上説明したルート情報87は、中継無線装置201bから中継無線装置201aに伝送される。そして、中継無線装置201aにおいても、中継無線装置201bと同様に、ルート情報87の解析作成処理を行う。そして、中継無線装置201aの属する、1段目に対応する1バイト目の「D5」~「D0」に、中継無線装置201bに対応するテーブル番号を設定する。そして、中継無線装置201aは、親無線装置101に対して、作成したルート情報87を送信する。

 中継無線装置201a、および、中継無線装置201bにおける、子無線装置間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報91を含めた、ルート情報87の解析および作成は、タイミング情報解析部16で行われる。

 親無線装置101では、下位機器から送られたルート情報87を解析することにより、子無線装置301gまでの中継ルートを知ることができる。すなわち、ルート情報87の1バイト目には、中継無線装置201aが管理する中継無線装置201bのIDに対応したテーブル番号が入力されている。また、ルート情報87の2バイト目のテーブル情報は、テーブル番号「0」であるので、送信元が子無線装置301g~iであることを示している。

 そして、ルート情報87の8バイト目には、送信元である子無線装置301gの間欠受信周期mと、スロット位置番号yの情報とが入力されている。送信元である子無線装置301gのIDは、図7Bに示したレイヤ3ID88から知ることができる。

 親無線装置101における、中継無線装置情報90の解析および作成は、ルート情報解析作成部5で行われる。また、子無線装置301における、間欠受信待ち受けタイミングであるスロット位置情報91の作成および送信は、タイミング情報送信部25により行われる。そしてスロット位置情報91および中継無線装置情報90を含むルート情報87に関する情報は、記憶部27に記憶される。

 このように、親無線装置101は、無線通信システム400に属する、すべての子無線装置301a~iのルート情報を、子無線装置301a~iそれぞれが、参入時に親無線装置101に送信する信号に含まれるルート情報87から知ることができ、ルート情報のテーブルを作成することができる。

 次に、親無線装置101が子無線装置301gに対してポーリングデータを送る場合を例として説明する。親無線装置101は、自局の有するルート情報のテーブルを参照して、子無線装置301gまでの中継ルートおよび子無線装置301gの間欠受信周期mおよびスロット位置番号yを含むルート情報87を作成する。

 親無線装置101は、下位スロット120のリンク接続スロット(L)32中の上位応答/上位発呼用スロット38で、中継無線装置201a宛に、図5Aに示すリンク接続信号を送信する。中継無線装置201aは、すべての上位応答/上位発呼用スロット38で間欠受信待ち受けしているので、親無線装置101から自局宛のリンク接続信号を受信することができる。

 中継無線装置201aは、データ通信用スロット(D)36で親無線装置101から送信される、図7Aに示すデータ通信用信号を受信し、レイヤ3フレーム85に含まれるレイヤ3ID88を確認する。中継無線装置201aは、データ通信用信号が自局宛でなければ、中継要求であるとして、ルート情報87の1バイト目(図8Cの中継無線装置情報90のビット構成参照)を解析する。1バイト目の「D5」~「D0」ビットに書かれているテーブル番号が「0」であれば、自局の直下に属する子無線装置301d~f宛であることを示す。

 この例では、子無線装置301g宛の信号であるため、1バイト目の「D5」~「D0」ビットに書かれているテーブル番号は、中継無線装置201bのIDが記載されているテーブル番号である。したがって、中継無線装置201aは、1バイト目の「D5」~「D0」ビットに書かれているテーブル番号から、自局の保有するテーブルを参照して、次の中継先である中継無線装置201bのIDを知ることができる。

 中継無線装置201aは、親無線装置101と同様な手順で、中継無線装置201bとリンク接続を行い、中継無線装置201bに、データ通信用信号を中継送信する。中継無線装置201bは、上述した中継無線装置201aと同様な解析動作を行い、ルート情報87の2バイト目の「D5」~「D0」ビットに書かれているテーブル番号を確認する。2バイト目の「D5」~「D0」ビットに書かれているテーブル番号は、「0」であるので、自局の直下の子無線装置301g~i宛であると認識する。

 中継無線装置201bは、自局の直下の子無線装置301gのIDを、受信したデータ通信用信号中に含まれるレイヤ3ID88によって知ることができる。レイヤ3ID88には、最終宛先である子無線装置301gのIDが書かれている。

 中継無線装置201bは、ルート情報87の8バイト目のスロット位置情報91を解析し、子無線装置301gの間欠受信周期mおよびスロット位置番号yを知ることができる。中継無線装置201bは、上述したように、間欠受信周期mおよびスロット位置番号yから、子無線装置301gが間欠受信待ち受けしているスロットを計算する。そのスロットで、中継無線装置201bは、子無線装置301gとリンク接続を行い、データ通信用信号を中継送信する。

 レイヤ3フレーム85は、親無線装置101で作成されて、中継無線装置201aおよび中継無線装置201bでは、何ら変更されずにそのまま子無線装置301gに中継伝送される。そして、子無線装置301gは、親無線装置101からのアプリケーションデータ89を受け取ることができる。

 以上説明したように、子無線装置301の受信待ち受けスロット情報は、親無線装置101から、通信時の信号に乗せて送られてくる。これにより、中継無線装置201は、自局の直下の中継無線装置201だけを管理するテーブルを持つだけでよく、自局の直下の子無線装置の情報を持つ必要がない。したがって、自局の直下に属する子無線装置301の装置数に制限を設ける必要がない。言い換えると、自局の持つテーブルを小さくできる。

 さらに、親無線装置101においても、子無線装置301までのルート情報を格納するテーブルを小さくできる。例えば、親無線装置101は、直下の中継無線装置201aのIDを管理する必要はあるが、直下でない中継無線装置201bのIDを直接管理する代わりに、中継無線装置201aが管理している中継無線装置201bのテーブル番号を管理すればよい。各中継無線装置201が管理する最大の中継無線装置数を「63」とすれば、必要とするテーブル数は「63」となり、テーブル番号は、6ビットの情報で充分である。したがって、中継無線装置201一台あたり、64ビットの管理が6ビットの管理で済むことになる。

 また、データ通信用信号に乗せられるルート情報としては、中継ルートの中継無線装置201のIDではなく、IDに対応したテーブル番号であるため、ルート情報のバイト数を小さくできる。例えば、各中継無線装置201が管理する最大の中継無線装置201数を「63」とすれば、6ビットの情報で1段あたりの中継ルートを設定できる。

 一般に、無線通信装置を指定するためのIDは、64ビットのように多くのビット数を必要とする。したがって、ルート情報として中継ルートの中継無線装置201のIDを送る方法を用いると、ルート情報が非常に大きくなり、通信に無駄が生じる。これに対して、本実施の形態で示したように、テーブル番号をルート情報として伝送する方法によれば、ルート情報を小さくでき、効率的な通信を行うことができる。

 本実施の形態では、親無線装置101が子無線装置301gのスロット位置情報を記憶管理しているが、中継無線装置201bが管理することもできる。その場合には、中継無線装置201bのテーブルが大きくなるが、ルート情報87の8バイト目のスロット位置情報91が不要となる利点がある。

 次に、本実施の形態におけるビーコン信号の信号構成について説明する。

 図9Aは、本発明の実施の形態における、ビーコン信号の信号構成を示す図である。

 ビーコン信号41,45,46,47は、冗長信号901、ビット同期信号902、フレーム同期信号903、制御信号904およびビーコンID905を有している。ビット同期信号902は、ビット「1」およびビット「0」の繰返しから構成される、8ビットの符号列である。フレーム同期信号903は、7ビットのPN符号に1ビット追加した8ビットの符号列であり、制御信号904の先頭位置を示すための信号である。制御信号904は、ビーコン信号の送信間隔やビーコン番号およびビーコン信号を送信している中継無線装置201の中継段数を示す情報を含んでいる。

 例えば、図2に示した無線通信システム400においては、中継無線装置201bの中継段数は「2」であるので、制御信号904の中継段数情報には「2」が入っている。冗長信号901は、ビット同期信号と同様にビット「1」およびビット「0」の繰返しから構成される56ビットの符号列である。冗長信号901は、ビーコン信号を受信する受信側におけるビット同期信号検出等の受信性能に余裕を持たせるために挿入している。

 次に、ビーコンID905の構成について説明する。

 図9Bは、本発明の実施の形態におけるビーコンID905の構成を示す図である。

 ビーコンID905は、自装置の通信用IDよりも符号長が短く、かつ、ビーコンID905の少なくとも一部に、ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含んでいる。

 一例として、ビーコンID905は、16ビットで構成されている。ビーコンIDの16ビットは、8ビットの上位ビット906と、8ビットの下位ビット907とで構成されている。一方、図7Aおよび図7Bに示す、データ通信用信号に用いる、リンク相手のID83、自局ID84およびレイヤ3ID88は、64ビット構成である。これらのIDは、各無線装置を識別するためのものであり、ユニーク性が要求される。

 したがって、これらのIDは、一般的に、同じIDが2重に付与されないように工場において書込み付与されて、しっかりと管理されている。そして、無線装置の累計生産台数が非常に大きくなっても対処できるように、各IDは、64ビットのように長いビット列で構成されている。

 図7Aおよび図7Bに示すデータ通信用信号においては、アプリケーションデータが例えば1000バイトと長いので、IDが64ビットであっても通信の効率にあまり影響しない。さらに、ガス自動検針システム等の用途においては、データ通信の頻度は月1回程度、多くても1日1回程度である。したがって、仮にアプリケーションデータ長が短く、IDのデータ長が通信効率に影響したとしても、トラフィックや送受信の電力消費への影響は小さい。

 一方、図9Aに示すビーコン信号は、例えば4秒ごとに送信される信号である。したがって、ビーコン信号長が長くなると、トラフィックの増大およびビーコン信号の送受信のために消費される電力が大きくなる。そこで、本実施の形態では、ビーコン信号長を短くしても、IDのユニーク性に大きな影響の出ない方法を用いている。

 以下、無線通信システム400における中継無線装置201bが送信するビーコン信号に用いるビーコンID905を例として、その生成方法について説明する。なお、ビーコンID905の生成や照合管理は、ビーコン信号作成部である、親無線装置101の制御部17または中継無線装置201の制御部26で行われる。

 図9Bに示したように、ビーコンID905の上位ビット906としては、データ通信用に用いられる中継無線装置201bを識別するための64ビットのIDのうち、下位8ビットを使用する。ここで、下位8ビットを使用するのは、通常、64ビットのIDのうち、下位ビットの方が、上位ビットと比較して、ユニーク性が高いためである。ビーコンID905は、自装置の通信用IDの一部を含んでいればよい。また、自装置の通信用IDのうち、最下位からの所定桁数を含んでいればよい。

 そして、下位ビット907としては、中継無線装置201bが乱数等を利用して任意に作成した8ビットの符号列を使用する。

 このビーコンID905の情報は、中継無線装置201bが中継無線装置201aの下に参入したときに、中継無線装置201aを介して、親無線装置101に送信される。

 親無線装置101では、自局の有するテーブルを参照し、同じビーコンID905がすでに登録されているかどうかを確認して、未登録であれば、ビーコンID905をテーブルに登録する。もし、参入要求のあったビーコンID905と同じビーコンIDが、すでに登録されている場合には、親無線装置101は、中継無線装置201bに対して、ビーコンID905の変更要求を送信する。

 中継無線装置201bは、親無線装置101からビーコンID905の変更要求を受信すると、再度乱数などを利用して下位8ビットの符号列を生成しなおして、下位ビット907とする。そして、再度、親無線装置101に対してビーコンID905を送信する。

 このような動作により、親無線装置101に属する、すべての中継無線装置201が送信するビーコンID905が、ユニークに保たれる。これに対して、ビーコンID905を構成する上位ビット906および下位ビット907として、ともにデータ通信用IDの一部を使用した場合を想定する。この場合に、親無線装置101において、中継無線装置201から送信されたビーコンID905がすでに登録されていると判定され、ビーコンID905の変更要求を出したとする。この場合でも、中継無線装置201bは、ビーコンID905を変更することができず、システム内のビーコンID905のユニーク性を担保できない。これは、ビーコンID905として、データ通信用IDの一部をそのまま使用しており、変更することが不可能なためである。

 なお、上述の例では、上位ビット906として、中継無線装置201bのデータ通信用IDの一部を使用したが、親無線装置101のデータ通信用IDの一部、たとえば最下位からの所定桁数を使用することもできる。この場合は、親無線装置101に属するすべての中継無線装置201が、上位ビット906として、親無線装置101のデータ通信用IDの一部を使用することになる。

 この方法の利点は、ビーコンID905中の上位ビット906を認識することにより、ビーコン信号の送信元の属する親無線装置101を知ることができる点である。

 図2に示した無線通信システム400において、例えば子無線装置301eが、当初、中継無線装置201aの下に属していたが、中継無線装置201aからのビーコン信号を受信できなくなった場合を想定する。このような場合、子無線装置301eの属する中継無線装置201を変更する必要が生じたとき、以前と同じ親無線装置101の下の、中継無線装置201b,201c等のビーコン信号を受信して、その中継無線装置201b,201cに属することが望ましい。このとき、上位ビット906により親無線装置101に属する中継無線装置201を識別することが可能である。

 さらに、ビーコンID905のユニーク性を強固にするために、複数のビーコンID905、例えば、第一のビーコンIDおよび第二のビーコンIDを用いることも可能である。第一のビーコンIDおよび第二のビーコンIDは、その上位ビット906を同じ符号列として、下位ビット907を任意に作成して符号列を異ならせる。

 そして、第一のビーコンIDと第二のビーコンIDとを、ある規則にしたがって使い分ける。以下、規則の一例を説明する。

 図4で説明したように、ビーコン信号には「1」~「255」までのビーコン番号が付与されている。ビーコン番号「1」のビーコン信号から、ビーコン番号「255」までのビーコン信号には、第一のビーコンIDを使用する。そして、第一のビーコンIDを有するビーコン番号「255」の次の、ビーコン番号「1」のビーコン信号から、次のビーコン番号「255」までのビーコン信号について、第二のビーコンIDを使用する。さらに、その次のビーコン番号「1」のビーコン信号から、次のビーコン信号「255」までのビーコン信号については、第一のビーコンIDを使用する。

 このように、ビーコン番号の1周期T4毎に、第一のビーコンIDと第二のビーコンIDとを切り換えて使用する。

 第一のビーコンIDと第二のビーコンIDとを切り換えて用いる方法の利点は以下の通りである。下位機器は、ビーコン番号「1」のビーコン信号を受信して、上位機器の時計に自局の時計を合わせる。仮に、第一のビーコンIDがユニークでない場合、自局がビーコン番号「1」のビーコン信号を受信するタイミングで第一のビーコンIDを受信すると、本来受信すべきでない(ユニークでない)ビーコン信号を受信してしまう可能性がある。

 しかしながら、T4秒後の、次のビーコン番号「1」のビーコン信号を受信するタイミングにおいて、第二のビーコンIDを受信することにより、正規の(ユニークな)ビーコン信号を受信することができる。つまり、第一のビーコンIDと第二のビーコンIDが共にユニークでなく、かつ、ビーコン送信タイミングが同じでない限り、他者のビーコン信号を、自局が受信すべきビーコン信号として、間違えて受信することがない。

 次に、中継無線装置201が、無線通信システム400への参入時に、親無線装置101にビーコンID905を知らせる方法について説明する。

 ビーコンID905の下位ビット907は、中継無線装置201が作成した任意の符号列であり、上位ビット906はデータ通信用IDの下位8ビットを使用したものである。データ通信用IDは64ビットであり、工場出荷時にユニークに割り振られている。工場出荷時に割り当てられた64ビットの上位8ビットを、ビーコンID905の下位ビット907と置き換えものを新たなデータ通信用IDとする。

 そして、中継無線装置201は、64ビットの新たなデータ通信用IDを親無線装置101に対して、レイヤ3ID88として送信する。これにより、親無線装置101は、中継無線装置201から送信されたレイヤ3ID88の上位8ビットから、ビーコンID905の中の下位ビット907を知ることができる。また、親無線装置101は、同様に、ビーコンID905の上位ビット906をレイヤ3ID88の下位8ビットから知ることができる。

 ビーコンID905として、第一のビーコンIDと第二のビーコンIDとを有する場合には、工場出荷時に割り当てられたデータ通信用IDの上位16ビットを第一のビーコンIDの下位ビット907と第二のビーコンIDの下位ビット907の合計16ビットと置き換え、レイヤ3ID88とする。

 このような方法により、親無線装置101は、送られたレイヤ3ID88によってビーコンID905を知ることができ、参入時の通信効率を上げることができる。

 なお、本実施の形態の説明においては、無線通信システム400が、親無線装置101、中継無線装置201、子無線装置301の3種類の無線装置を含むことを前提として説明した。しかしながら、無線通信システムが、親無線装置101および中継無線装置201、親無線装置101および子無線装置301、または、中継無線装置201および子無線装置301を含む構成であってもよい。子無線装置301と中継無線装置201との関係で見れば、中継無線装置201は、上位機器である親無線装置101となる。

 また、本実施の形態においては、無線通信システム400を構成する親無線装置101、中継無線装置201、および子無線装置301それぞれが、ハードウェアによって構成されているとして説明した。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではない。各構成要素の少なくとも一部の機能を、ソフトウェアを用いて記述し、コンピュータによって実行させることにより実現することも可能である。このような場合、記録媒体に記録したり通信回線を用いたプログラムの配信をおこなうことにより、プログラムの配布、更新やそのインストール作業を簡易に行うことができる。

 以上述べたように、本発明によれば、送信するビーコン信号長を短くして消費電力の増大を防ぎつつ、ビーコン信号をユニークに識別できる。よって、ビーコン信号を送信する無線通信装置と、ビーコン信号を受信して時間同期を取る無線通信装置とを含む無線通信システム、ならびに、このような無線通信システムに利用される、無線通信装置および無線通信方法等として有用である。

 1,11,21  アンテナ
 2,12,22  送受信部
 3,13  ビーコン送信部
 4,15,24  リンク接続部
 5  ルート情報解析作成部
 6,25  タイミング情報送信部
 7,17,26  制御部
 8,27  記憶部
 14,23  ビーコン受信部
 16  タイミング情報解析部
 31  ビーコン送信用スロット(BT)
 32,35  リンク接続用スロット(L)
 33,36  データ通信用スロット(D)
 34  ビーコン受信用スロット(BR)
 37  下位発呼用スロット
 38  上位応答/上位発呼用スロット
 41,45,46,47  ビーコン信号
 42  基本スロット
 43,44  スロット
 48,121  上位スロット
 51~56  繰り返しフレーム
 57  本体フレーム
 58,80,902  ビット同期信号
 59,81,903  フレーム同期信号
 60,82,904  制御信号
 61  簡易ID
 70  先頭位置
 71  受信キャリアセンスタイミング
 83  リンク相手のID
 84  自局ID
 85  レイヤ3フレーム
 86  認証コード
 87  ルート情報
 88  レイヤ3ID
 89  アプリケーションデータ
 90  中継無線装置情報
 91  スロット位置情報
 101  親無線装置
 120  下位スロット
 201a~c  中継無線装置
 301a~i  子無線装置
 901  冗長信号
 905  ビーコンID
 906  上位ビット
 907  下位ビット

Claims (10)

  1. 少なくとも下位機器と通信を行う無線通信装置であって、
    前記下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成部と、
    前記ビーコン信号作成部によって作成された前記ビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン送信部とを備え、
    前記ビーコン信号作成部が作成する前記ビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、
    前記ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、前記ビーコン識別符号の少なくとも一部に、前記ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む、
    無線通信装置。
  2. 前記ビーコン識別符号は、前記自装置の通信用識別符号の一部をさらに含む、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記ビーコン識別符号は、前記自装置の通信用識別符号のうち、最下位からの所定桁数を含む、
    請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 前記ビーコン識別符号は、上位機器である親無線装置の通信用識別符号の一部をさらに含む、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  5. 前記ビーコン識別符号は、前記親無線装置の通信用識別符号のうち、最下位からの所定桁数を含む、
    請求項4に記載の無線通信装置。
  6. 前記ビーコン信号作成部は、前記ビーコン識別符号として、第一のビーコン識別符号および第二のビーコン識別符号を作成し、
    前記ビーコン送信部は、前記ビーコン信号を送信するときに、所定の規則に従って、前記第一のビーコン識別信号および前記第二のビーコン識別信号のいずれかを送信する
    請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の無線通信装置。
  7. 前記ビーコン信号作成部は、前記ビーコン信号に、互いに異なるビーコン番号を付与し、
    前記ビーコン信号は、
    所定の周期毎に前記ビーコン番号を繰り返し、前記所定の周期内に送信されるビーコン信号が前記第一のビーコン識別符号を含み、前記所定の周期の次の周期において送信されるビーコン信号が前記第二のビーコン識別符号を含むように構成される、
    請求項6に記載の無線通信装置。
  8. 前記ビーコン送信部は、前記ビーコン識別符号を、上位機器に送信し、
    前記ビーコン信号作成部は、前記上位機器から前記ビーコン識別符号の変更要求を受信した場合に、前記ビーコン識別符号を再度作成する、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の無線通信装置。
  9. 無線通信システムであって、
    請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の無線通信装置と、
    上位機器である、制御部および送受信部を有する親無線装置とを備え、
    前記無線通信装置の前記ビーコン送信部は、前記ビーコン識別符号を、前記親無線装置に送信し、
    前記親無線装置の前記制御部は、すでに別の無線通信装置によって、前記ビーコン識別符号が登録されているか否かを判定し、
    前記親無線装置の前記送受信部は、前記制御部が、前記ビーコン識別符号が登録されていると判定した場合に、前記ビーコン識別符号の変更要求を前記無線通信装置に送信し、
    前記無線通信装置の前記ビーコン信号作成部は、前記無線通信装置から前記変更要求を受信した場合に、前記ビーコン識別符号を再度作成する、
    無線通信システム。
  10. 少なくとも下位機器と通信を行う無線通信方法であって、
    前記下位機器の時計を同期させるためのビーコン信号を作成するビーコン信号作成ステップと、
    前記ビーコン信号作成ステップによって作成された前記ビーコン信号を、定期的に前記下位機器に送信するビーコン信号送信ステップとを備え、
    前記ビーコン信号作成ステップにおいて作成される前記ビーコン信号は、ビーコン識別符号を含み、
    前記ビーコン識別符号は、自装置の通信用識別符号よりも符号長が短く、かつ、前記ビーコン識別符号の少なくとも一部に、前記ビーコン信号作成部が任意に作成した符号を含む、
    無線通信方法。
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