WO2018083958A1 - 無線通信方法及びシステム、無線通信プログラム - Google Patents

無線通信方法及びシステム、無線通信プログラム Download PDF

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WO2018083958A1
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史秀 児島
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国立研究開発法人情報通信研究機構
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention provides a tree-type network in which one or more nodes having a collection control station as a root are arranged, and data is transmitted and received between nodes in accordance with a periodic standby communication period designated by a higher-order node.
  • the present invention relates to a wireless communication method and system, and a wireless communication program.
  • FIG. 8 shows an example of a time chart when data from lower nodes 72-3 and 72-4 is transmitted to the CS 71.
  • Each of the CS 71 and each node 72 is assigned an active period (communication period) T1 and a sleep period T2 within a basic interval (intermittent standby period) T.
  • Wireless communication can be performed in the communication period T1, and in the sleep period T2, the receiving side shifts to the sleep state and cannot perform wireless communication with each other.
  • the sleep period T2 By intentionally providing the sleep period T2 within the basic interval T, power consumption can be reduced, and as a result, power consumption of the entire system can be suppressed.
  • the node 72-3 When data is transmitted from the node 72-3 to the CS 71, the node 72-3 is relayed from the node 72-1 to become the CS 71 path.
  • the upper node 72-1 is a master and the lower node 72-3 is a slave.
  • the CS 71 as an upper node is a master and the lower node 72-1 is a slave.
  • the higher order master determines the timing of the communication period T1 in the basic interval T
  • the lower order slave determines the data in accordance with the timing of the communication period T1 determined on the master side. Will be sent.
  • the node 72-3 first transmits the data D81 generated at the timing t91 in accordance with the communication period T1 of the node 72-1 as the master starting at the timing t92.
  • the node 72-1 that has received the data D81 transmits the data D81 in accordance with the communication period T1 of the CS 71 as the master starting at the timing t93.
  • the CS 71 can receive the data D81 within the communication period T1 set by itself.
  • the node 72-4 when data is transmitted from the node 72-4 to the CS 71, the node 72-4 is relayed from the node 72-1 to become the CS 71 path.
  • the node 72-4 transmits the data D82 generated at the timing t94 in accordance with the communication period T1 of the node 72-1 as the master starting at the timing t95.
  • the node 72-1 that has received the data D82 transmits the data D82 in accordance with the communication period T1 of the CS 71 as the master starting at timing t96.
  • the CS 71 can receive the data D82 within the communication period T1 set by itself.
  • the CS 71 can collect all data from each node 72 in the tree network based on the above-described wireless communication processing operation method.
  • the control system from the CS 71 when the node 72 plays a role as an actuator, for example, when a control system for performing control to stop the valve or performing control to close the gas pipe is added, the control system from the CS 71 is used. Control data for controlling this may be transmitted to the node 72 by downlink data communication. Also in this downlink data communication, the data of the control system is basically downlink data communicated in accordance with the communication period T1 determined by a higher-order node. If the control system data D83 is downlink-communicated from CS 71 to node 72-4, CS 71 transmits data D83 generated at timing t97 to node 72-1 in accordance with communication period T1 starting at timing t93. To do. In addition, the node 72-1 that has received the data D83 transmits the data D83 to the node 72-4 in accordance with the communication period T1 that starts at the timing set at t95.
  • this control system data D83 sometimes requires an emergency stop of the valve or an emergency control to stop the gas pipe, and the so-called urgent data D83 must be transmitted to the node 72. There is also.
  • the sleep period T2 transmits data. It is necessary to wait, and it takes time for the data D83 to reach the desired node 72. The more urgent the data D83 is, the more serious control delay is caused.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to arrange one or more nodes rooted at the collection control station and designated by a higher-order node.
  • the object of the present invention is to arrange one or more nodes rooted at the collection control station and designated by a higher-order node.
  • a tree-type network that transmits and receives data between nodes according to a periodic standby communication period, while maintaining the power-saving performance of the entire system, more urgent data is sent from the collection control station to the nodes.
  • the present invention relates to a wireless communication method and system capable of quickly performing downlink data communication, and a wireless communication program.
  • the present inventors have arranged one or more nodes rooted in the collection control station, and in accordance with a periodic standby communication period designated by a higher-order node.
  • a tree-type network that transmits and receives data between nodes, at least one node is pre-assigned as a controlled terminal, and the collection control station, the controlled terminal, and all nodes arranged on these routes are used as control support terminals.
  • a wireless communication method and system for controlling at least downlink data communication from the collection control station to the controlled terminal to control the time ratio of the communication period in the controlled terminal and a wireless communication program have been invented.
  • one or more nodes rooted at the soot collection control station are arranged, and data between nodes is matched with a periodic standby communication period designated by a higher-order node.
  • a wireless communication method in a tree-type network for performing transmission / reception at least one node is pre-assigned as a controlled terminal, and the collection control station, the controlled terminal, and all nodes arranged on these paths are controlled support terminals And at least downlink data communication from the collection control station to the controlled terminal is controlled to increase the time ratio of the communication period in the controlled terminal.
  • a wireless communication method according to the first aspect of the invention, wherein an increase in the time ratio of the communication period is determined based on at least an allowable delay time in downlink data communication from the collection control station to the controlled terminal. It is characterized by determining.
  • the wireless communication method according to the first or second aspect, wherein the amount of increase in the time ratio of the communication period is determined from the collection control station according to the number of nodes between controlled terminals.
  • a wireless communication method according to any one of the first to third aspects, wherein the emergency uplink data communication is performed from the controlled terminal to the collection control station. It is characterized by using a communication period with an increased time ratio.
  • the wireless communication system wherein one or more nodes having a collection control station as a root are arranged, and data transmission / reception between nodes is performed in accordance with a periodic standby communication period designated by a higher-order node.
  • the collection control station, the controlled terminal, and all nodes arranged on these routes are: It is specified as a control support terminal, and the controlled terminal is controlled to increase the time ratio of the communication period for at least downlink data communication from the collection control station to the controlled terminal. .
  • at least one node is assigned in advance as a controlled terminal, and the collection control station, the controlled terminal, and all nodes arranged on these routes are used as control support terminals.
  • the computer is caused to perform control so as to increase a time ratio of the communication period in the controlled terminal. .
  • the present invention having the above-described configuration, it is possible to perform downlink data communication more quickly from the collection control station to the controlled terminal. Even if data for downlink data communication is urgent, the data can be transmitted to a node as a controlled terminal without waiting until the sleep period elapses. Various controls in the node to be performed are quickly executed. As a result, it is possible to prevent a serious control delay caused by a delay in transmission of emergency data from the collection control station to the node as the controlled terminal.
  • the ratio of the control support terminal to the total number of nodes is very small. Only such a control support terminal increases the time ratio of the communication period, and the other nodes consume the entire wireless communication system by increasing the sleep period without increasing the time ratio of the communication period as in the past. The electric power does not increase so much, and the power saving performance can be maintained similarly.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a network that conforms to the IEEE 802.15.4 standard.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the problem of a prior art.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a wireless communication system 1 to which the present invention is applied.
  • the wireless communication system 1 includes, as wireless communication terminals, nodes 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 rooted at a collection control station (Collection Station: hereinafter referred to as CS) 2, and a so-called tree A type topology is adopted.
  • CS Collection Control Station
  • the lower node 3 performs uplink data communication toward the higher node 3 and CS2.
  • the higher order node 3 and CS 2 perform downlink data communication toward the lower order node 3.
  • CS2 is the highest-level master device and collects data transmitted from each node 3-1 to 3-4 by upstream data communication.
  • the CS 2 also plays a role as a central control unit for controlling the entire wireless communication system 1 and performs downlink data communication of control data to a specific node 3.
  • Node 3 is a generic name for devices capable of transmitting and receiving data such as data transmission and relay, and is a communication device compliant with the IEEE 802.15.4 standard, for example.
  • the node 3 may be embodied as a sensor that senses predetermined data and transmits the data wirelessly, such as a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a wearable terminal, a notebook personal computer (PC), or the like. It may be embodied as a terminal device capable of wireless communication.
  • the node 3 may include a control system such as an actuator. In such a case, for example, it is embodied as a device that can perform control for stopping a valve, control a robot, or perform control for stopping gas. If the node 3 is embodied as an actuator including a control system, various control operations are executed based on the control data transmitted from the CS 2 via the other nodes 3 via the downlink data. It becomes.
  • the present invention is not limited to this. That is, the node 3 arranged in the lower link of the CS 2 may have a tree structure configured by any branching pattern as long as the data is collected by the CS 2. It may be configured.
  • At least one of the nodes 3 is assigned as a controlled terminal.
  • the controlled terminal is a node that is embodied as an actuator or the like including a control system in the node 3, and is a node to which urgent control data may be transmitted from the CS2.
  • the urgent control data here is control data for urgently stopping the valve or control data for urgently stopping the gas pipe.
  • This allocation of controlled terminals may be performed manually by an administrator or user of the wireless communication system 1 in advance, or as a controlled terminal on the CS 2 side based on information sent from each node 3. You may make it identify automatically. In such a case, the case requiring urgency is classified in advance, and if the information sent from the node 3 is included in the case requiring urgency, this is specified as the controlled terminal. Also good. Other than this, it may be determined whether or not the terminal is a controlled terminal based on information sent from the node 3. For example, when CS2 identifies that a signal received from a certain node 3 is a unique signal sent from a robot, it identifies that there is a possibility of sending urgent control data, and You may make it allocate as a controlled terminal.
  • the CS 2 and controlled terminals and all nodes arranged on these routes are specified as control support terminals.
  • the communication method differs between the wireless communication between the control support terminals and the wireless communication between the other routes.
  • FIG. 3 shows a time chart in the case where data is transmitted from the node 3-5 to the CS 2 by relaying the node 3-2 between the nodes 3 other than the control support terminal.
  • Each of CS2 and each of the nodes 3-2 and 3-5 is assigned an active period (communication period) T1 and a sleep period T2 within a basic interval (intermittent standby period) T.
  • Wireless communication can be performed in the communication period T1, and in the sleep period T2, the receiving side shifts to the sleep state and cannot perform wireless communication with each other.
  • the sleep period T2 By intentionally providing the sleep period T2 within the basic interval T, power consumption can be reduced, and as a result, power consumption of the entire system can be suppressed.
  • the upper node 3-2 is the master and the lower node 3 is between the node 3-5 and the higher node 3-2. -5 is the slave relationship.
  • CS2 as a higher node is a master and the lower node 3-2 is a slave.
  • the higher order master determines the timing of the communication period T1 in the basic interval T
  • the lower order slave determines the data in accordance with the timing of the communication period T1 determined on the master side. Will be sent.
  • the node 3-5 first transmits the data D21 generated at the timing t11 in accordance with the communication period T1 starting at the timing t12 of the node 3-2 as the master. To do.
  • the node 3-2 that has received the data D21 transmits the data D21 in accordance with the communication period T1 of the CS2 as the master that starts at the timing t13.
  • the CS 2 can receive the data D21 within the communication period T1 set by itself.
  • the time ratio of the communication period T1 is increased within the basic interval T as shown in FIG. To shorten.
  • the amount of increase in the communication period may be any value, but as shown in FIG. 4, the entire basic interval T may be assigned to the communication period T1 and the sleep period may be set to zero. Further, as shown in FIG. 4, the communication period T1 may be set shorter than the basic interval T by setting the end points Ts1 to Ts3 or the like. In such a case, the end points Ts1 to Ts3 are the start points of the sleep period.
  • control data when control data is transmitted from CS2 to the node 3-4, this control support terminal CS2 transmits this to the node 3-4 via the node 3-1.
  • the control support terminals (CS2, node 3-1, node 3-4) will be described by taking as an example the case where all basic intervals are allocated to the communication period and the sleep period is set to 0 as shown in the time chart of FIG. . With the time ratio of the active communication period increased in this way, the control data D22 is downlink data communicated from the CS 2 to the node 3-4.
  • the CS2 generates this data D22 at timing t14 and transmits it to the node 3-1. Since all the basic intervals are allocated to the communication period, the node 3-1 can receive the data D22 at the timing t14, and can transmit the data D22 to the node 3-4 at the same timing t14. Since all the basic intervals are also allocated to the communication period in the node 3-4, the data D22 can be received at this timing t14.
  • the present invention it becomes possible to perform downlink data communication of data D22 from CS2 to node 3-4 more quickly. Even if the data D22 is urgent, it is possible to transmit the data D22 to the node 3-4 as the controlled terminal without waiting until the sleep period elapses.
  • the various controls in the node 3-4 performed in this manner are executed quickly. As a result, it is possible to prevent a serious control delay caused by a delay in transmission of data D22 from CS2 to node 3-4 as a controlled terminal.
  • the data D23 when the data D23 is transmitted from the node 3-4 to CS2 between these control support terminals (CS2, node 3-1, node 3-4), this time ratio is increased. You may make it carry out using a communication period.
  • CS2, node 3-1, and node 3-4 are not specified as control support terminals, and the time ratio of the communication period is not increased.
  • the data D23 may be transmitted in accordance with the communication period. In such a case, as shown in FIG. 5, the data D23 generated by the node 3-4 at the timing t15 is transmitted to the node 3-1 in the communication period starting at the timing t16. Then, the node 3-1 transmits the data D23 in the communication period starting at the timing t17 designated by CS2.
  • the number of nodes 3 that need to send control data that is particularly urgent is only a few of the total number of nodes. Therefore, the ratio of the control support terminal to the total number of nodes is very small. Only such a control support terminal increases the time ratio of the communication period T1 as described above, and for the other nodes 3 by increasing the sleep period without increasing the time ratio of the communication period T1 as in the prior art. Thus, the power consumption of the entire wireless communication system 1 does not increase so much, and the power saving performance can be continuously maintained.
  • the increase amount of the communication period T1 shown in FIG. 4 may be determined based on the allowable delay time until transmission from CS2 to the node 3 of the controlled terminal.
  • the allowable delay time referred to here is a delay time allowed for sending control data requiring urgency from the CS 2 to the node 3 of the controlled terminal.
  • This allowable delay time may be defined as, for example, within seconds from the time when the control data is generated in the CS 2 as a start time.
  • the wireless communication system 1 identifies the allowable delay time based on information transmitted from the controlled terminal when the control support terminal is actually specified, and determines the increase amount of the communication period T1 based on the allowable delay time. It may be.
  • the information transmitted from each of the controlled terminals may be grasped, and the amount of increase may be different between the controlled terminals.
  • the allowable delay time in the controlled terminal may be set based on information acquired from the controlled terminal, but may be input in advance to the CS2 side via a user or a system administrator. Good. Further, after the wireless communication system 1 is in operation, the CS 2 may make an inquiry to each node 3 each time, and the allowable delay time may be calculated by identifying the data included in the response. In such a case, it is first determined whether the data sent from the node 3 is data specific to the actuator having the control system, and if it is data specific to the actuator, the details are analyzed.
  • the time until the valve is closed, the flow rate of the fluid flowing through the pipe provided with the valve, and the size of the pipe Or the like, and an allowable delay time may be set based on the acquired data.
  • the wireless communication system 1 may further determine the amount of increase in the time ratio of the communication period T1 from CS2 according to the number of nodes between controlled terminals. For example, in the example of FIG. 2, the number of nodes between CS 2 and nodes 3-4 as controlled terminals is 1. As the number of nodes between the CS2 and the controlled terminal increases, the urgent data reaches the node 3 of the controlled terminal from the CS2. Conversely, as the number of nodes between the controlled terminals from CS2 increases, the arrival time of control data requiring urgency to the controlled terminal is increased by increasing the amount of increase in the time ratio of the communication period T1. Is possible.
  • the communication period with an increased time ratio is given priority. It may be used.
  • the node 3-4 as a controlled terminal has a control function as an actuator and a sensing function for detecting various data
  • an emergency that leads to a failure such as a plosive sound, noise, loose screws, etc.
  • Data may be detected.
  • the node 3-4 When such emergency data is detected at t18, the node 3-4 generates data D24 based on the detected data and transmits it to the node 3-1.
  • the node 3-1 performs uplink data communication of the data D24 to CS2.
  • the control support terminal Since the time ratio of the communication period T1 has been increased in advance, the control support terminal temporarily increases the communication period T1 to the basic interval T, so that the emergency data D24 generated at t18 is the sleep period. It is possible to immediately send to CS2 without waiting.

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Abstract

システム全体の省電力性は維持しつつ、収集制御局からノードに対して緊急性を要するデータをより迅速に下りデータ通信することを目的とする。ＣＳ２を根とした一以上のノード３が配置され、より上位のノー３ドにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード３間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、少なくとも一のノード３を被制御端末として予め割り当てると共に、ＣＳ２及び被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノード３を制御支援端末として特定し、ＣＳ２から被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、制御支援端末における通信期間の時間割合を増大させるように制御する。

Description

無線通信方法及びシステム、無線通信プログラム
　本発明は、収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法及びシステム、無線通信プログラムに関するものである。
　近年、ワイヤレスネットワークにおいて、小型で安価であり、かつ低出力のデジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスが用いられている。IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークでは、図７に示すように、収集制御局であるＣＳ（Collection station）７１と、１つ以上のノード７２－１～７２－４とにより構成されたツリー型のトポロジが採用されている。 ツリー型トポロジでは、より下位のノード７２が、より上位のノード７２やＣＳ７１に向けて、必要に応じてデータをリレーすることが行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。
　図８は、下位のノード７２－３、７２－４からのデータをＣＳ７１へ送信する場合におけるタイムチャートの例を示している。ＣＳ７１並びに各ノード７２は、それぞれ基本間隔（間欠待受周期）Ｔ内においてアクティブ期間（通信期間）Ｔ１と、スリープ期間Ｔ２とが割り当てられている。通信期間Ｔ１において無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては受信側がスリープ状態に移行することで互いに無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。
　ノード７２－３からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２－３からノード７２－１を中継させてＣＳ７１の経路となる。かかる場合には、ノード７２－３とこれよりも上位にあるノード７２－１との間では、上位のノード７２－１がマスター、下位のノード７２－３がスレーブの関係となる。同様にノード７２－１とＣＳ７１との間では、上位のノードとしてのＣＳ７１がマスター、下位のノード７２－１がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係においてより上位のマスターが基本間隔Ｔにおける通信期間Ｔ１のタイミングを決定し、より下位のスレーブがこのマスター側において決定された通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。
　このような規則の下で、図８において先ずノード７２－３は、タイミングｔ９１において生成したデータＤ８１を、タイミングｔ９２において開始するマスターとしてのノード７２－１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８１を受信したノード７２－１は、タイミングｔ９３において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８１を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
　同様に、ノード７２－４からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード７２－４からノード７２－１を中継させてＣＳ７１の経路となる。ノード７２－４は、タイミングｔ９４において生成したデータＤ８２を、タイミングｔ９５において開始するマスターとしてのノード７２－１の通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ８２を受信したノード７２－１は、タイミングｔ９６において開始するマスターとしてのＣＳ７１の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ８２を送信する。これによりＣＳ７１は、このデータＤ８２を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
　ＣＳ７１は、上述した無線通信の処理動作方法に基づいて、ツリー型ネットワークにおける各ノード７２からのデータを全て収集することが可能となる。
特開２０１５－１９８３３３号公報 特開２０１４－２３０８５号公報
　ところで、上述した従来のツリー型トポロジでは、ノード７２がセンサ等のように各種データをセンシングし、これをＣＳ７１において収集する場合には、特に一刻一秒を争う緊急性の高いデータではない場合が殆どであるため、上述したようにより上位のノード７２やＣＳ７１によって定義される周期的な待ち受け用の通信期間Ｔ１に合わせてデータを送信することで特段問題が生じることは無い。
　一方、ノード７２が例えばアクチュエータとしての役割を担う場合、即ちバルブを停止させる制御を行ったり、ガス管を閉める制御を行うためのいわゆる制御系が加わるものである場合には、ＣＳ７１からかかる制御系のノード７２に対してこれを制御するための制御系データを下りデータ通信する場合がある。この下りデータ通信においても基本的にはより上位のノードにより決められた通信期間Ｔ１に合わせて制御系のデータが下りデータ通信されることとなる。仮にＣＳ７１からノード７２－４に対して制御系のデータＤ８３を下り通信する場合、ＣＳ７１は、ｔ９７のタイミングにおいて生成したデータＤ８３をタイミングｔ９３において開始する通信期間Ｔ１に合わせてノード７２－１へ送信する。またこのデータＤ８３を受信したノード７２－１は、自ら設定したｔ９５のタイミングにおいて開始する通信期間Ｔ１に合わせてデータＤ８３をノード７２－４に対して送信することとなる。
　しかしながら、この制御系のデータＤ８３は、時には緊急でバルブを停止したり、緊急でガス管を止める制御が求められる場合もあり、いわゆる緊急性を要するデータＤ８３をノード７２に送信しなければならない場合もある。かかる場合には、上述のように、より上位のマスターとしてのノード７２やＣＳ７１により決められた周期的な待ち受け用の通信期間Ｔ１に合わせてデータを送信すると、少なくともスリープ期間Ｔ２はデータの送信を待機しなければならず、当該データＤ８３が所望のノード７２に到達するまでに時間を要してしまう。データＤ８３が緊急性の高いものであるほど、深刻な制御遅延を引き起こしてしまうこととなる。
　このため、システム全体の省電力性は維持しつつ、ＣＳ７１からノード７２に対して緊急性を要するデータＤ８３をより迅速に下りデータ通信することにより、遅延制御に陥るのを防止することが可能な無線通信方法が従来から望まれていた。
　そこで本発明は、上述した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、収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおいて、システム全体の省電力性は維持しつつ、収集制御局からノードに対して緊急性を要するデータをより迅速に下りデータ通信することが可能な無線通信方法及びシステム、無線通信プログラムに関するものである。
　本発明者らは、上述した問題点を解決するために、収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおいて、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、収集制御局及び被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、収集制御局から被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、被制御端末における通信期間の時間割合を増大させるように制御する無線通信方法及びシステム、無線通信プログラムを発明した。
　請求項１に記載の無線通信方法は、 収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記被制御端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御することを特徴とする。
　請求項２記載の無線通信方法は、請求項１記載の発明において、上記通信期間の時間割合の増大量を上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信における許容遅延時間に基づいて決定することを特徴とする。
　請求項３記載の無線通信方法は、請求項１又は２記載の発明において、上記通信期間の時間割合の増大量を上記収集制御局から被制御端末間のノード数に応じて決定することを特徴とする。
　請求項４記載の無線通信方法は、請求項１～３のうち何れか１項記載の発明において、上記被制御端末から上記収集制御局に向けて緊急の上りデータ通信を行う場合には、上記時間割合を増大させた通信期間を使用することを特徴とする。
　請求項５記載の無線通信システムは、収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型の無線通信システムにおいて、少なくとも一のノードが被制御端末として予め割り当てられた場合には、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードは、制御支援端末として特定され、上記被制御端末は、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記通信期間の時間割合を増大させるように制御されることを特徴とする。
　請求項６記載の無線通信プログラムは、 収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信プログラムにおいて、少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記被制御端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御することをコンピュータに実行させることを特徴とする。
　上述した構成からなる本発明によれば、収集制御局から被制御端末に対してデータをより迅速に下りデータ通信することが可能となる。仮に下りデータ通信するデータが緊急性を要するものである場合においても、スリープ期間が経過するまで待機すること無く当該データを被制御端末としてのノードに送信することが可能となり、当該データに基づいて行われるノードにおける各種制御が迅速に実行させることとなる。その結果、収集制御局から被制御端末としてのノードへの緊急用のデータの送信が遅れることによる深刻な制御遅延を引き起こしてしまうことを防止することができる。
　このとき、急性を要する制御用のデータを送る必要があるノードは、全体のノード数の中で僅かに過ぎない。従って、全ノード数に対する、制御支援端末の割合は、非常に小さいものとなる。このような制御支援端末のみ通信期間の時間割合を増大させ、それ以外のノードについては従来と同様に通信期間の時間割合を増大させることなくスリープ期間を長く取ることにより、無線通信システム全体の消費電力はそれほど上昇することなく、同様に省電力性は維持し続けることが可能となる。
本発明が適用される無線通信システムの例を示す模式図である。 一のノードを被制御端末として割り当てた場合における制御支援端末の特定例を示す図である。 制御支援端末以外のノード間の上りデータ通信時のタイムチャートである。 基本間隔内において通信期間の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間を短縮する例を示す図である。 収集制御局からあるノードに対して緊急用の制御データを送信する場合におけるタイムチャートである。 被制御端末のノードから収集制御局に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合におけるタイムチャートである。 IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークの例を示す図である。 従来技術の問題点について説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態としての無線通信方法について詳細に説明する。 図１は、本発明が適用される無線通信システム１の例を示す模式図である。無線通信システム１は、無線通信端末として、収集制御局（Collection Station：以下ＣＳという。）２を根としたノード３－１、３－２、３－３、３－４とを備え、いわゆるツリー型のトポロジが採用されている。 この無線通信システム１では、より下位のノード３が、より上位のノード３やＣＳ２に向けて上りデータ通信を行う。また無線通信システム１では、より上位のノード３やＣＳ２が、より下位のノード３に向けて下りデータ通信する。
　ＣＳ２は、最上位のマスターデバイスであり、各ノード３－１～３－４から上りデータ通信により送信されてくるデータを収集する。また、ＣＳ２は、この無線通信システム１全体を制御するための中央制御部としての役割も担い、ある特定のノード３に対して制御系のデータを下りデータ通信する。
　ノード３は、データの発信や中継等を始めとしたデータの送受信を行うことが可能なデバイスの総称であり、例えばIEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスである。ノード３は、所定のデータをセンシングしてこれを無線により送信するセンサとして具現化されるものもあれば、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のような無線通信が可能な端末装置として具現化されるものであってもよい。またこのノード３はアクチュエータのような制御系を含むものであってもよい。かかる場合には、例えばバルブを停止する制御を行ったり、ロボットの制御を行ったり、ガスを停止するための制御を行うことを可能とするデバイスとして具現化される。ノード３が制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであれば、ＣＳ２から他のノード３を介して下りデータ通信されてくる制御用のデータに基づき、各種制御動作を実行していくこととなる。
　本実施の形態においては、図１に示す無線通信システム１に示すように、ＣＳ２の下に４つのノード３－１、３－２、３－３、３－４、３－５が配置されている場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではない。即ち、ＣＳ２の下位リンクに配置されるノード３は、ＣＳ２にデータを収集させるものであれば、いかなる枝分かれのパターンで構成されるツリー構造とされていてもよく、また１以上のいかなるノード数で構成されていてもよい。
　本発明を適用した無線通信システム１では、これらノード３のうち、少なくとも一のノード３を被制御端末として割り当てる。この被制御端末とは、ノード３のうち、制御系を含むアクチュエータ等として具現化されるものであり、かつ緊急性を要する制御用データがＣＳ２から送信される可能性のあるノードとする。ここでいう緊急性を要する制御用データとは、緊急でバルブを停止するための制御データや、緊急でガス管を止めるための制御データである。
　この被制御端末の割り当ては、無線通信システム１の管理者やユーザ等が予め人為的に行うようにしてもよいし、各ノード３から送られてくる情報に基づいてＣＳ２側において被制御端末として自動的に特定するようにしてもよい。かかる場合には、緊急性を要するケースを予め類型化しておき、ノード３から送られてくる情報が緊急性を要するケースに含まれるものであれば、これを被制御端末として特定するようにしてもよい。これ以外には、ノード３から送られてくる情報に基づいて被制御端末であるか否かを判別するようにしてもよい。例えばＣＳ２があるノード３から受信した信号がロボットから送られてくる特有の信号等であることを識別した場合、緊急性を要する制御用データを送付する可能性があることを識別し、これを被制御端末として割り当てるようにしてもよい。
　無線通信システム１では、ＣＳ２及び被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定する。図２に示す例ではノード３－４を被制御端末として割り当てた場合、ＣＳ２、ノード３－１、ノード３－４を制御支援端末として特定されることとなる。本発明においては、この制御支援端末間の無線通信と、それ以外の経路間の無線通信との間で、通信の方式が互いに異なる。
　図３は、制御支援端末以外のノード３間として、ノード３－５からノード３－２を中継させてＣＳ２へデータを上りデータ通信する場合におけるタイムチャートを示している。ＣＳ２並びに各ノード３－２、３－５は、それぞれ基本間隔（間欠待受周期）Ｔ内においてアクティブ期間（通信期間）Ｔ１と、スリープ期間Ｔ２とが割り当てられている。通信期間Ｔ１において無線通信を行うことが可能となり、スリープ期間Ｔ２においては受信側がスリープ状態に移行することで互いに無線通信を行うことができなくなる。あえて基本間隔Ｔ内においてスリープ期間Ｔ２を設けることにより消費電力を節減することができ、ひいてはシステム全体の使用電力を抑えること可能となる。
　ノード３－５からＣＳ７１に向けてデータを送信する場合には、ノード３－５とこれよりも上位にあるノード３－２との間では、上位のノード３－２がマスター、下位のノード３－５がスレーブの関係となる。同様にノード３－２とＣＳ２との間では、上位のノードとしてのＣＳ２がマスター、下位のノード３－２がスレーブの関係となる。このようなマスターとスレーブとの関係においてより上位のマスターが基本間隔Ｔにおける通信期間Ｔ１のタイミングを決定し、より下位のスレーブがこのマスター側において決定された通信期間Ｔ１のタイミングに合わせてデータを送信することとなる。
　このような規則の下で、図３に示すように先ずノード３－５は、タイミングｔ１１において生成したデータＤ２１を、マスターとしてのノード３－２のタイミングｔ１２において開始する通信期間Ｔ１に合わせて送信する。このデータＤ２１を受信したノード３－２は、タイミングｔ１３において開始するマスターとしてのＣＳ２の通信期間Ｔ１に合わせて当該データＤ２１を送信する。これによりＣＳ２は、このデータＤ２１を自ら設定した通信期間Ｔ１内において受信することが可能となる。
　これに対して、制御支援端末（ＣＳ２、ノード３－１、ノード３－４）については、図４に示すように基本間隔Ｔ内において通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、その分においてスリープ期間を短縮する。この通信期間の増大量はいかなるものであってもよいが、図４に示すように基本間隔Ｔ全てを通信期間Ｔ１に割り当ててスリープ期間を０にしてもよい。また図４に示すように通信期間Ｔ１を終点Ｔｓ１～Ｔｓ３等に設定することで基本間隔Ｔよりも短くするようにしてもよい。かかる場合には終点Ｔｓ１～Ｔｓ３がスリープ期間の始点となる。
　ここでＣＳ２からノード３－４に対して制御データを送信する場合には、この制御支援端末であるＣＳ２からノード３－１を介してノード３－４へこれを送信することとなるが、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３－１、ノード３－４）については図５のタイムチャートに示すように基本間隔全てを通信期間に割り当ててスリープ期間を０にする場合を例に取り説明をする。このようにアクティブな通信期間の時間割合を増大させた状態で、ＣＳ２からノード３－４に対して制御用のデータＤ２２を下りデータ通信する。
　ＣＳ２はタイミングｔ１４においてこのデータＤ２２を生成し、これをノード３－１へ送信する。ノード３－１は基本間隔全てが通信期間に割り当てられているため、タイミングｔ１４においてデータＤ２２を受信することができ、同じタイミングｔ１４において当該データＤ２２をノード３－４へ送信することができる。ノード３－４も基本間隔全てが通信期間に割り当てられているため、データＤ２２をこのタイミングｔ１４において受信することができる。
　このため、本発明によれば、ＣＳ２からノード３－４に対してデータＤ２２をより迅速に下りデータ通信することが可能となる。仮にデータＤ２２が緊急性を要するものである場合においても、スリープ期間が経過するまで待機すること無くデータＤ２２を被制御端末としてのノード３－４に送信することが可能となり、当該データＤ２２に基づいて行われるノード３－４における各種制御が迅速に実行させることとなる。その結果、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３－４へのデータＤ２２の送信が遅れることによる深刻な制御遅延を引き起こしてしまうことを防止することができる。
　ちなみに、これら制御支援端末（ＣＳ２、ノード３－１、ノード３－４）間において、ノード３－４からＣＳ２に向けてデータＤ２３を上りデータ通信を行う場合には、この時間割合を増大させた通信期間を利用して行うようにしてもよい。また図５に示すようにＣＳ２、ノード３－１、ノード３－４が制御支援端末として特定されておらず、通信期間の時間割合を増大されていない場合を仮定し、マスター側から指定された通信期間に合わせてデータＤ２３を送信するようにしてもよい。かかる場合には、図５に示すようにタイミングｔ１５においてノード３－４が生成したデータＤ２３を、タイミングｔ１６において開始する通信期間においてノード３－１へ上りデータ通信する。そしてノード３－１は、ＣＳ２により指定されたタイミングｔ１７において開始する通信期間においてデータＤ２３を送信することとなる。
　特に緊急性を要する制御用のデータを送る必要があるノード３は、全体のノード数の中で僅かに過ぎない。従って、全ノード数に対する、制御支援端末の割合は、非常に小さいものとなる。このような制御支援端末のみ上述したように通信期間Ｔ１の時間割合を増大させ、それ以外のノード３については従来と同様に通信期間Ｔ１の時間割合を増大させることなくスリープ期間を長く取ることにより、無線通信システム１全体の消費電力はそれほど上昇することなく、同様に省電力性は維持し続けることが可能となる。
　従って本発明によれば、システム全体の省電力性は維持しつつ、ＣＳ２からノード３への緊急性を要するデータをより迅速に下りデータ通信することが可能となる。
　なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図４に示す通信期間Ｔ１の増大量をＣＳ２から被制御端末のノード３へ送信するまでの許容遅延時間に基づいて決定するようにしてもよい。ここでいう許容遅延時間とは、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要する制御用のデータを送る上で許容される遅延時間である。この許容遅延時間は、例えばＣＳ２において制御用のデータを生成した時点を開始時として何秒以内等のように定義されるものであってもよい。無線通信システム１は、実際に制御支援端末の特定時において被制御端末から送信される情報に基づいて許容遅延時間を識別し、当該許容遅延時間に基づいて通信期間Ｔ１の増大量を決定するようにしてもよい。特に被制御端末が複数存在する場合には、それぞれから送信されてくる情報を把握し、当該被制御端末間において互いに増大量を異ならせるようにしてもよい。
　ちなみに被制御端末における許容遅延時間は、当該被制御端末から取得した情報に基づいて設定するようにしてもよいが、予めＣＳ２側にユーザ又はシステム管理者を介して入力されるものであってもよい。また無線通信システム１が稼動後にＣＳ２が各ノード３に都度問合せをし、その応答に含まれるデータを識別することで許容遅延時間を算出するようにしてもよい。かかる場合には、ノード３から送られてくるデータが、制御系を有するアクチュエータ特有のデータか否かを先ず判別し、アクチュエータ特有のデータであればその詳細を分析する。例えば、ノード３がアクチュエータであってバルブを閉める制御を担うものであれば、そのバルブが閉まるまでの時間や、そのバルブが設けられた管体を流れる流体の流速、更にはその管体のサイズ等のデータを取得し、これに基づいて許容遅延時間を設定するようにしてもよい。かかる場合には、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量は、許容遅延時間が長くなるにつれて短くなるように設定することが望ましい。
　また無線通信システム１は、通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を決定する上で更にＣＳ２から被制御端末間のノード数に応じて決定するようにしてもよい。例えば図２の例では、ＣＳ２から被制御端末としてのノード３－４間のノード数は、１となる。このＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるほど、ＣＳ２から被制御端末のノード３に緊急性を要するデータが到達するのが遅くなってしまう。逆にこのＣＳ２から被制御端末間のノード数が多くなるにつれて、この通信期間Ｔ１の時間割合の増大量を長くすることにより、被制御端末への緊急性を要する制御データの到達時間を速めることが可能となる。
　更に本発明によれば、図６に示すように、被制御端末のノード３からＣＳ２に向けて非常に緊急の上りデータ通信を行う場合には、時間割合が増大された通信期間を優先的に使用するようにしてもよい。例えば被制御端末としてのノード３－４がアクチュエータとしての制御機能を持つと共に、各種データを検出するセンシング機能を備えるものである場合において、例えば破裂音やノイズ、ネジの緩み等、故障に繋がる緊急用のデータが検出される場合がある。このような緊急用のデータがｔ１８において検出された場合には、ノード３－４は、これに基づくデータＤ２４を生成してノード３－１に送信する。ノード３－１は、係るデータＤ２４をＣＳ２へ上りデータ通信する。
　制御支援端末は、通信期間Ｔ１の時間割合が予め増大されていることから、仮に通信期間Ｔ１を基本間隔Ｔまで時間割合を増大させることにより、ｔ１８において生成された緊急用のデータＤ２４はスリープ期間において特に待機することなく即座にＣＳ２に送ることが可能となる。
１　無線通信システム
２　ＣＳ
３　ノード

Claims (6)

  1. 収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信方法において、
    　少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、
    　上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御すること
    　を特徴とする無線通信方法。
  2. 　上記通信期間の時間割合の増大量を上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信における許容遅延時間に基づいて決定すること
    　を特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
  3. 　上記通信期間の時間割合の増大量を上記収集制御局から被制御端末間のノード数に応じて決定すること
    　を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信方法。
  4. 　上記被制御端末から上記収集制御局に向けて緊急の上りデータ通信を行う場合には、上記時間割合を増大させた通信期間を使用すること
    　を特徴とする請求項１～３のうち何れか１項記載の無線通信方法。
  5. 収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型の無線通信システムにおいて、
    　少なくとも一のノードが被制御端末として予め割り当てられた場合には、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードは、制御支援端末として特定され、
    　上記制御支援端末は、上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記通信期間の時間割合を増大させるように制御されること
    　を特徴とする無線通信システム。
  6. 収集制御局を根とした一以上のノードが配置され、より上位のノードにより指定された周期的な待ち受け用の通信期間に合わせてノード間のデータの送受信を行うツリー型ネットワークにおける無線通信プログラムにおいて、
    　少なくとも一のノードを被制御端末として予め割り当てると共に、上記収集制御局及び上記被制御端末並びにこれらの経路上に配置された全てのノードを制御支援端末として特定し、
    　上記収集制御局から上記被制御端末への少なくとも下りデータ通信については、上記制御支援端末における上記通信期間の時間割合を増大させるように制御することをコンピュータに実行させることを特徴とする無線通信プログラム。
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