図面 (/)

技術 無線通信システム、及び無線通信方法

出願人 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明者 児島史秀
出願日 2019年3月19日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-051083
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-155864
状態 未査定
技術分野 移動無線通信システム
主要キーワード 基本間隔 本通信方式 下位デバイス 上位デバイス 下位リンク ツリー型ネットワーク 取得頻度 被制御端末
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことができる。

解決手段

無線通信システム1は、第1設定手段と、第2設定手段と、第1送受信手段と、第2送受信手段とを備えることを特徴とする。第1設定手段は、複数のデバイス2、3に含まれる第1デバイス3−1及び第2デバイス2の間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレームSF1、及びデータの第1通信方式M1を、第1デバイス3−1の上位に配置された第2デバイス2が設定する。第2設定手段は、第1設定手段のあと、第1通信方式M1に基づき、第1デバイス3−1、及び複数のデバイス2、3に含まれる第3デバイス3−3の間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレームSF2、及び第1通信方式M1とは異なる第2通信方式M2を、第3デバイス3−3の上位に配置された第1デバイス3−1が設定する。

概要

背景

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、かつ低出力デジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格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、例えば図6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(図6ではノード72−1〜72−4)とを含む複数のデバイスにより構成されたツリー型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伝送することが行われている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。

図7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及び各ノード72は、それぞれ基本間隔T(単位:時間t)内においてアクティブ期間通信期間T1(単位:時間t))と、スリープ期間T2(単位:時間t)とを含むスーパーフレーム割り当てられている。通信期間T1においては、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移行することで、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。

例えばノード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を介してCS71に送信される経路となる。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D81〜D83を送信する。

このような規則の下で、図7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。

上記のような無線通信技術は、IoT時代において様々な分野で注目を集めている。例えば農業分野では、上記技術を用いることで、水管理業務の効率向上等が期待されている。農場等の広大サービスエリアを確保するために、例えばSUN(Smart Utility Network)システムで活用されている無線電波多段中継するマルチホップ通信等が、本分野への適用形態として重要な技術の1つとして挙げられる。

SUNは、ガス、水道、電気メータ等の検針データの収集を、それぞれのメータに取り付けられた無線機による無線通信を介して、効率的に行う技術である。例えば戸建て、又は集合住宅各戸に上記無線通信型のメータが取り付けられ、それぞれの無線機から送信された検針データが、SUNサービスエリア内で収集制御局(CS71)に集約される。

SUNの効用として、例えば従来の検針作業コストの軽減が考えられるが、自動化によって取りこぼしのない確実な検針プロセスが遂行されること、治安上の改善効果をもたらすこと等の効果も注目されている。さらには、SUNを双方向通信インフラとして活用することにより、消費マネージメント等の付加的サービスを含む、より汎用的なネットワークマネジメント支える手段として機能することも期待されている。

概要

ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことができる。無線通信システム1は、第1設定手段と、第2設定手段と、第1送受信手段と、第2送受信手段とを備えることを特徴とする。第1設定手段は、複数のデバイス2、3に含まれる第1デバイス3−1及び第2デバイス2の間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレームSF1、及びデータの第1通信方式M1を、第1デバイス3−1の上位に配置された第2デバイス2が設定する。第2設定手段は、第1設定手段のあと、第1通信方式M1に基づき、第1デバイス3−1、及び複数のデバイス2、3に含まれる第3デバイス3−3の間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレームSF2、及び第1通信方式M1とは異なる第2通信方式M2を、第3デバイス3−3の上位に配置された第1デバイス3−1が設定する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

収集制御局と、前記収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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システムであって、複数の前記デバイスに含まれる第1デバイス及び第2デバイスの間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレーム、及び前記データの第1通信方式を、前記第1デバイスの上位に配置された前記第2デバイスが設定する第1設定手段と、前記第1設定手段のあと、前記第1通信方式に基づき、前記第1デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第3デバイスの間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレーム、及び前記第1通信方式とは異なる第2通信方式を、前記第3デバイスの上位に配置された前記第1デバイスが設定する第2設定手段と、前記第1デバイス及び前記第2デバイスが、前記第1通信方式を介して、前記データを送受信する第1送受信手段と、前記第1デバイス及び前記第3デバイスが、前記第2通信方式を介して、前記データを送受信する第2送受信手段と、を備えることを特徴とする無線通信システム。

請求項2

前記第1スーパーフレームは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの間における前記データの送受信を実行できる第1通信期間を有し、前記第2スーパーフレームは、前記第1デバイス及び前記第3デバイスの間における前記データの送受信を実行できる第2通信期間を有し、前記第2通信期間は、前記第1通信期間と離間する期間を示すことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。

請求項3

前記第2通信方式を、前記第2通信方式とは異なる第3通信方式に変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の無線通信システム。

請求項4

前記変更手段は、前記第1デバイスよりも上位の前記デバイスにより設定された1つ以上の通信方式のうち1つが、前記第2通信方式に変更されたとき、前記第1デバイス及び前記第3デバイスの間における通信に設定された前記第2通信方式を、前記第1デバイスが前記第3通信方式に変更することを特徴とする請求項3記載の無線通信システム。

請求項5

前記第2設定手段のあと、前記第1通信方式及び前記第2通信方式のうち1つ以上に基づき、前記第3デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第4デバイスの間における通信のタイミングに関する第3スーパーフレーム、並びに、前記第1通信方式及び前記第2通信方式のうち1つ以上とは異なる第4通信方式を、前記第4デバイスの上位に配置された前記第3デバイスが設定する第3設定手段と、前記第3デバイス及び前記第4デバイスが、前記第4通信方式を介して、前記データを送受信する第3送受信手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の無線通信システム。

請求項6

収集制御局と、前記収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、複数の前記デバイスに含まれる第1デバイス及び第2デバイスの間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレーム、及び前記データの第1通信方式を、前記第1デバイスの上位に配置された前記第2デバイスが設定する第1設定ステップと、前記第1設定ステップのあと、前記第1通信方式に基づき、前記第1デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第3デバイスの間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレーム、及び前記第1通信方式とは異なる第2通信方式を、前記第3デバイスの上位に配置された前記第1デバイスが設定する第2設定ステップと、前記第1デバイス及び前記第2デバイスが、前記第1通信方式を介して、前記データを送受信する第1送受信ステップと、前記第1デバイス及び前記第3デバイスが、前記第2通信方式を介して、前記データを送受信する第2送受信ステップと、を備えることを特徴とする無線通信方法。

技術分野

0001

本発明は、収集制御局と、収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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システム、及び無線通信方法に関するものである。

背景技術

0002

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、かつ低出力デジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格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、例えば図6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(図6ではノード72−1〜72−4)とを含む複数のデバイスにより構成されたツリー型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伝送することが行われている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。

0003

図7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及び各ノード72は、それぞれ基本間隔T(単位:時間t)内においてアクティブ期間通信期間T1(単位:時間t))と、スリープ期間T2(単位:時間t)とを含むスーパーフレーム割り当てられている。通信期間T1においては、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移行することで、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。

0004

例えばノード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を介してCS71に送信される経路となる。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D81〜D83を送信する。

0005

このような規則の下で、図7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。

0006

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。

0007

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。

0008

上記のような無線通信技術は、IoT時代において様々な分野で注目を集めている。例えば農業分野では、上記技術を用いることで、水管理業務の効率向上等が期待されている。農場等の広大サービスエリアを確保するために、例えばSUN(Smart Utility Network)システムで活用されている無線電波多段中継するマルチホップ通信等が、本分野への適用形態として重要な技術の1つとして挙げられる。

0009

SUNは、ガス、水道、電気メータ等の検針データの収集を、それぞれのメータに取り付けられた無線機による無線通信を介して、効率的に行う技術である。例えば戸建て、又は集合住宅各戸に上記無線通信型のメータが取り付けられ、それぞれの無線機から送信された検針データが、SUNサービスエリア内で収集制御局(CS71)に集約される。

0010

SUNの効用として、例えば従来の検針作業コストの軽減が考えられるが、自動化によって取りこぼしのない確実な検針プロセスが遂行されること、治安上の改善効果をもたらすこと等の効果も注目されている。さらには、SUNを双方向通信インフラとして活用することにより、消費マネージメント等の付加的サービスを含む、より汎用的なネットワークマネジメント支える手段として機能することも期待されている。

0011

特開2018−78356号公報

先行技術

0012

F. Kojima and H. Harada, "Superframe Division Multi-Hop Data Collection with Aggregation on Wi-SUN Profile for ECHONET Lite," Conf. Rec. 2014IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops, pp. 116-121

発明が解決しようとする課題

0013

ここで、上述した特許文献1及び非特許文献1を含む従来のツリー型トポロジでは、マルチホップ通信網内で同一の通信方式(例えば周波数チャネル等)を用いる。このため、各ノード72間で送受信される各データの衝突が懸念として挙げられている。

0014

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、ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことができる無線通信システム、及び無線通信方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、収集制御局と、収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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システム、及び無線通信方法を開発した。無線通信システムは、第1設定手段と、第2設定手段と、第1送受信手段と、第2送受信手段とを備えることを特徴とする。第1設定手段は、複数のデバイスに含まれる第1デバイス及び第2デバイスの間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレーム、及びデータの第1通信方式を、第1デバイスの上位に配置された第2デバイスが設定する。第2設定手段は、第1設定手段のあと、第1通信方式に基づき、第1デバイス、及び複数のデバイスに含まれる第3デバイスの間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレーム、及び第1通信方式とは異なる第2通信方式を、第3デバイスの上位に配置された第1デバイスが設定する。第1送受信手段は、第1デバイス及び第2デバイスが、第1通信方式を介して、データを送受信する。第2送受信手段は、第1デバイス及び第3デバイスが、第1通信方式とは異なる第2通信方式を介して、データを送受信する。

0016

請求項1に記載の無線通信システムは、収集制御局と、前記収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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システムであって、複数の前記デバイスに含まれる第1デバイス及び第2デバイスの間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレーム、及び前記データの第1通信方式を、前記第1デバイスの上位に配置された前記第2デバイスが設定する第1設定手段と、前記第1設定手段のあと、前記第1通信方式に基づき、前記第1デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第3デバイスの間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレーム、及び前記第1通信方式とは異なる第2通信方式を、前記第3デバイスの上位に配置された前記第1デバイスが設定する第2設定手段と、前記第1デバイス及び前記第2デバイスが、第1通信方式を介して、前記データを送受信する第1送受信手段と、前記第1デバイス及び前記第3デバイスが、前記第2通信方式を介して、前記データを送受信する第2送受信手段と、を備えることを特徴とする。

0017

請求項2に記載の無線通信システムは、請求項1記載の発明において、前記第1スーパーフレームは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの間における前記データの送受信を実行できる第1通信期間を有し、前記第2スーパーフレームは、前記第1デバイス及び前記第3デバイスの間における前記データの送受信を実行できる第2通信期間を有し、前記第2通信期間は、前記第1通信期間と離間する期間を示すことを特徴とする。

0018

請求項3に記載の無線通信システムは、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記第2通信方式を、前記第2通信方式とは異なる第3通信方式に変更する変更手段をさらに備えることを特徴とする。

0019

請求項4に記載の無線通信システムは、請求項3記載の発明において、前記変更手段は、前記第1デバイスよりも上位の前記デバイスにより設定された1つ以上の通信方式のうち1つが、前記第2通信方式に変更されたとき、前記第1デバイス及び前記第3デバイスの間における通信に設定された前記第2通信方式を、前記第1デバイスが前記第3通信方式に変更することを特徴とする。

0020

請求項5に記載の無線通信システムは、請求項1〜請求項4の何れかに記載の発明において、前記第2設定手段のあと、前記第1通信方式及び前記第2通信方式のうち1つ以上に基づき、前記第3デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第4デバイスの間における通信のタイミングに関する第3スーパーフレーム、並びに、前記第1通信方式及び前記第2通信方式のうち1つ以上とは異なる第4通信方式を、前記第4デバイスの上位に配置された前記第3デバイスが設定する第3設定手段と、前記第3デバイス及び前記第4デバイスが、前記第4通信方式を介して、前記データを送受信する第3送受信手段と、をさらに備えることを特徴とする。

0021

請求項6に記載の無線通信方法は、収集制御局と、前記収集制御局を根として2以上に亘り配置されたノードと、を含む複数のデバイス間における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であって、複数の前記デバイスに含まれる第1デバイス及び第2デバイスの間における通信のタイミングに関する第1スーパーフレーム、及び前記データの第1通信方式を、前記第1デバイスの上位に配置された前記第2デバイスが設定する第1設定ステップと、前記第1設定ステップのあと、前記第1通信方式に基づき、前記第1デバイス、及び複数の前記デバイスに含まれる第3デバイスの間における通信のタイミングに関する第2スーパーフレーム、及び前記第1通信方式とは異なる第2通信方式を、前記第3デバイスの上位に配置された前記第1デバイスが設定する第2設定ステップと、前記第1デバイス及び前記第2デバイスが、前記第1通信方式を介して、前記データを送受信する第1送受信ステップと、前記第1デバイス及び前記第3デバイスが、前記第2通信方式を介して、前記データを送受信する第2送受信ステップと、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0022

第1発明〜第5発明によれば、第1送受信手段は、第1デバイス及び第2デバイスが、第1通信方式を介して、データを送受信する。また、第2送受信手段は、第1デバイス及び第3デバイスが、第2通信方式を介して、データを送信する。このため、異なる通信方式を介して、各デバイス間においてデータを送受信することができる。これにより、ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことが可能となる。

0023

また、第1発明〜第5発明によれば、第2設定手段は、第1設定手段のあと、第2スーパーフレーム、及び第2通信方式を、第3デバイスの上位に配置された第1デバイスが設定する。このため、第1デバイスは、第1設定手段で設定された第1通信方式との衝突を考慮して、第2通信方式を設定することができる。これにより、各データの衝突を防ぐための通信方式を、容易に設定することが可能となる。

0024

特に、第2発明によれば、第2通信期間は、第1通信期間と離間する期間を示す。このため、第1デバイスは、各通信方式を介して送受信される各データを、異なるタイミングで送受信することができる。これにより、通信に用いるノードの数の増加や、ノードに新たな機能を付与させることなく、ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことが可能となる。

0025

特に、第3発明によれば、変更手段は、第2通信方式を、第3通信方式に変更する。このため、第1デバイス及び第3デバイス間の通信環境が変更した場合や、第3デバイスと送受信するデータの種類が変更した場合等に応じて、通信方式を変更することができる。これにより、外部環境の変化等が発生した場合においても、ノード間で送受信される各データの衝突を継続して防ぐことが可能となる。

0026

特に、第4発明によれば、変更手段は、第1デバイスよりも上位のデバイスにより設定された1つ以上の通信方式のうち1つが、第2通信方式に変更されたときに実行される。このため、上位側のデバイスに設定された通信方式が、下位デバイスに対して設定した通信方式と同様の方式に変更された場合においても、下位デバイスに対して設定した通信方式を円滑に変更することができる。これにより、通信方式の変更に伴う各データの衝突を、容易に防ぐことが可能となる。

0027

特に、第5発明によれば、第3設定手段は、第1通信方式及び第2通信方式に基づき、第4通信方式を第3デバイスが設定する。このため、第3デバイスは、直接設定された第2通信方式を考慮して第4通信方式を設定するほか、直接設定されていない上位側の第1通信方式についても考慮した上で、第4通信方式を設定することもできる。これにより、各デバイスの接続される階層が増加した場合においても、各データの衝突を防ぐことが可能となる。

0028

第6発明によれば、第1送受信ステップは、第1デバイス及び第2デバイスが、第1通信方式を介して、データを送受信する。また、第2送受信ステップは、第1デバイス及び第3デバイスが、第2通信方式を介して、データを送信する。このため、異なる通信方式を介して、各デバイス間においてデータを送受信することができる。これにより、ノード間で送受信される各データの衝突を防ぐことが可能となる。

0029

また、第6発明によれば、第2設定ステップは、第1設定ステップのあと、第2スーパーフレーム、及び第2通信方式を、第3デバイスの上位に配置された第1デバイスが設定する。このため、第1デバイスは、第1設定ステップで設定された第1通信方式との衝突を考慮して、第2通信方式を設定することができる。これにより、各データの衝突を防ぐための通信方式を、容易に設定することが可能となる。

図面の簡単な説明

0030

図1は、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。
図2は、1つ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。
図3(a)は、デバイス間におけるデータの送受信時の一例を示すタイムチャートであり、図3(b)は、ノードの通信状態の一例を示すタイムチャートである。
図4(a)は、デバイス間におけるデータの送受信時の他の例を示すタイムチャートであり、図4(b)は、ノードの通信状態の他の例を示すタイムチャートである。
図5は、本発明が適用される無線通信システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。
図6は、IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークの一例を示す図である。
図7は、従来技術について説明するための図である。

実施例

0031

(実施形態:無線通信システム)
以下、本発明の実施形態としての無線通信システム1について詳細に説明する。図1は、本実施形態の無線通信システム1の例を示す模式図である。無線通信システム1は、収集制御局(Collection Station:以下CSという。)2と、CS2を根として2以上に亘り配置された無線端末のノード3(3−1、3−2、・・・3−n(nは整数))とを含む複数のデバイス2、3を備え、いわゆるツリー型のトポロジ(ツリー型ネットワーク)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。

0032

CS2は、最上位マスターデバイスであり、各ノード3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。

0033

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、取得したデータを無線により送信するセンサとして具現化されるほか、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もよい。

0034

本実施形態の無線通信システム1では、例えば屋外農業無線網等のシステムとして用いられる。かかる場合には、バルブを停止する制御を行ったり、農業用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。

0035

本実施形態の無線通信システム1は、例えば図1に示すように、CS2の下位(下位リンク)として複数のノード3(図1ではノード3−1、3−2、3−3、3−4、3−5、3−6)が配置される。なお、CS2の下位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、いかなる枝分かれパターンで構成されるツリー構造とされてもよく、また1以上のいかなる数のノード3が配置されてもよい。

0036

本実施形態の無線通信システム1では、例えば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てもよい。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。

0037

図3は、各デバイス2、3間におけるデータDの送受信時の一例を示し、図3(a)は、ノード3−3からノード3−1を中継させてCS2へデータDを送信する一例を示すタイムチャートであり、図3(b)は、ノード3−1の通信状態の一例を示すタイムチャートである。なお、例えばCS2からノード3−1を中継させてノード3−3へデータDを送信する場合、基本的な動作は図3(a)及び下記説明と同様のため、説明を省略する。

0038

例えばノード3−3からCS2に向けてデータDを送信する場合には、ノード3−3とノード3−1との間では、上位のノード3−1がマスター、下位のノード3−3がスレーブの関係となる。同様に、ノード3−1とCS2との間では、上位のCS2がマスター、下位のノード3−1がスレーブの関係となる。

0039

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、マスター及びスレーブ間における通信のタイミングに関するスーパーフレームSFを設定する。即ち、スーパーフレームSFは、上位のデバイス2、3により生成され、下位のデバイス3との通信接続確立する際に設定される。

0040

スーパーフレームSFは、基本間隔Tと、通信期間T1とを有し、公知の構成を示す。このため、スレーブがマスター側において割り当てられた通信期間T1のタイミングに合わせて、データDを送信することとなる。

0041

図3(a)に示すように、CS2及びノード3−1の間には、第1スーパーフレームSF1が設定され、ノード3−1及びノード3−3の間には、第2スーパーフレームSF2が設定される。

0042

第1スーパーフレームSF1は、第1基本間隔Tcsと、第1通信期間T1csとを有する。第1スーパーフレームSF1は、CS2により生成され、CS2及びノード3−1の間の通信条件として設定される。CS2及びノード3−1の間の同期方法として、例えば同期信号Bcsが用いられる。同期信号Bcsは、CS2から生成され、ノード3−1に対して周期的に送信される。

0043

第2スーパーフレームSF2は、第2基本間隔Td1と、第2通信期間T1d1とを有する。第2スーパーフレームSF2は、ノード3−1により生成され、ノード3−1及びノード3−3の間の通信条件として設定される。ノード3−1及びノード3−3の間の同期方法として、例えば同期信号Bd1が用いられる。同期信号Bd1は、ノード3−1から生成され、ノード3−3に対して周期的に送信される。

0044

図3(a)に示したデータ通信の一例では、先ずノード3−3は、タイミングt1においてデータDを生成し、マスターとしてのノード3−1に設定された第2通信期間T1d1に合わせて、データDを送信する。その後、データDを受信したノード3−1は、マスターとしてのCS2に設定された第1通信期間T1csに合わせて、データDを送信する。これにより、CS2は、第1通信期間T1csに基づいて、データDを受信することが可能となる。

0045

本実施形態の無線通信システム1は、デバイス2、3間における通信毎に、異なる通信方式Mを介してデータDの送受信を行うことができる。例えばCS2及びノード3−1の間において、第1通信方式M1を介して、データDが送受信される。また、ノード3−1及びノード3−3の間において、第1通信方式M1とは異なる第2通信方式M2を介して、データDが送受信される。

0046

CS2は、例えば第1スーパーフレームSF1を設定するタイミングと同時に、第1通信方式M1を設定する。ノード3−1は、例えば第2スーパーフレームSF2を設定するタイミングと同時に、第2通信方式M2を設定する。

0047

ノード3−1は、例えば設定された第1通信方式M1に基づき、第1通信方式M1に対して障害が発生し難い通信方式Mを、第2通信方式M2として設定することができる。通信方式Mは、無線通信で用いられる公知の通信方法を示し、例えばASK(Amplitude-Shift Keying)、PSK(Phase-Shift Keying)、FSK(Frequency Shift-Keying)、及びQAM(Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式を含む。通信方式Mは、例えば変調時に用いられるチャネル等を示し、例えば周波数チャネル、コードチャネル時間チャネルPN符号(Pseudo Noise)、及び周波数ホッピングパターンの少なくとも何れかを含んでもよい。特に、通信方式Mとして周波数チャネルが用いられる場合、通信に影響する雑音を考慮した設定ができるため、他の通信方式を用いる場合に比べて通信環境の向上を図ることが可能となる。第1通信方式M1及び第2通信方式M2は、例えば予め設定された基本通信方式Msに含まれ、ノード3の端末機種、送受信されるデータDの種類や取得頻度、ノード3の位置、ノード3の通信環境等のようなノード3の通信条件に応じて任意に設定できる。

0048

例えば図3(b)に示すように、ノード3−1の通信状態として、第1通信可能期間Ta、第2通信可能期間Tb、及びスリープ期間Tsが割り当てられる。第1通信可能期間Taは、CS2とのデータDの送受信が可能な期間を示す。第2通信可能期間Tbは、ノード3−3とのデータDの送受信が可能な期間を示す。

0049

第1通信可能期間Taが割り当てられるタイミングは、第1通信期間T1csの開始するタイミングに対応する。第2通信可能期間Tbが割り当てられるタイミングは、第2通信期間T1d1の開始するタイミングに対応する。

0050

例えば、各通信期間T1cs、T1d1の期間を超えてデータDの送受信が必要となる場合は、各通信可能期間Taは、各通信期間T1cs、T1d1の期間よりも長くてもよい。この場合、例えば第1通信可能期間Taは第1送受信期間Tadを有し、第2通信可能期間Tbは第2送受信期間Tbdを有する。

0051

スリープ期間Tsは、CS2及びノード3−3とのデータDの送受信を行わない期間を示す。スリープ期間Tsを設けることで、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。

0052

本実施形態の無線通信システム1では、1つのデバイス(例えばノード3−1)において、異なる通信方式M1、M2を介してデータDを送受信する際、時間で分割される。即ち、第1通信可能期間Ta及び第2通信可能期間Tbは、時間で分割され、互いに重なる時間を有しない。このため、第2通信期間T1d1は、第1通信期間T1csと離間する期間を示し、ノード3−1及びノード3−3の間の通信が、ノード3−1及びCS2の間の通信とは異なる時間に行われる。このため、ノード3−1は、各通信方式M1、M2の切替を行うことで、容易にCS2及びノード3−3のそれぞれとのデータDの送受信を容易に実現することができる。

0053

なお、例えば図4に示すように、スリープ期間Tsが割り当てられなくてもよい。この場合においても、第2通信期間T1d1は、第1通信期間T1csと離間する期間を示し、ノード3−1及びノード3−3の間の通信が、ノード3−1及びCS2の間の通信とは異なる時間に行われる。このため、ノード3−1は、各通信方式M1、M2の切替を行うことで、容易にCS2及びノード3−3のそれぞれとのデータDの送受信を容易に実現することができる。

0054

(実施形態:無線通信システムの動作)
次に、本実施形態の無線通信システム1における動作の一例について、図5を参照して説明する。図5は、本実施形態における無線通信システム1におけるタイミングチャートの一例を示す。

0055

本実施形態の無線通信システム1は、第1設定手段S101と、第2設定手段S102と、第1送受信手段S110と、第2送受信手段S120とを備える。

0056

<第1設定手段S101>
第1設定手段S101は、例えばノード3−1(第1デバイス)及びCS2(第2デバイス)の間における第1スーパーフレームSF1、及び第1通信方式M1を、ノード3−1の上位に配置されたCS2が設定する。CS2は、例えばノード3−1から接続の要求に関する接続情報を受信する。CS2は、接続情報に基づき、第1スーパーフレームSF1の生成、及び第1通信方式M1を選択し、第1スーパーフレームSF1及び第1通信方式M1に関する情報をノード3−1に送信する。これにより、CS2及びノード3−1の間における通信条件を設定することができる。

0057

<第1送受信手段S110>
第1送受信手段S110は、ノード3−1及びCS2が、第1通信方式M1を介して、データDを送受信する。ノード3−1及びCS2は、第1スーパーフレームSF1の有する第1通信期間T1cs内に、第1通信方式M1を介してデータDの送受信を実行する。

0058

<第2設定手段S102>
第2設定手段S102は、例えば第1設定手段S101のあと、CS2が設定した第1通信方式M1に基づき実行される。第2設定手段S102は、ノード3−1及びノード3−3(第3デバイス)の間における第2スーパーフレームSF2、及び第2通信方式M2を、ノード3−3の上位に配置されたノード3−1が設定する。ノード3−1は、例えばノード3−3から接続の要求に関する接続情報を受信する。ノード3−1は、接続情報に基づき、第2スーパーフレームSF2の生成、及び第2通信方式M2を選択し、第2スーパーフレームSF2及び第2通信方式M2に関する情報をノード3−3に送信する。これにより、ノード3−1及びノード3−3の間における通信条件を設定することができる。

0059

<第2送受信手段S120>
第2送受信手段S120は、ノード3−1及びノード3−3が、第2通信方式M2を介して、データDを送受信する。ノード3−1及びノード3−3は、第2スーパーフレームSF2の有する第2通信期間T1d1内に、第2通信方式M2を介してデータDの送受信を実行する。

0060

なお、第2通信期間T1d1は、第1通信期間T1csと離間する期間を示し、例えばノード3−1は、各通信方式M1、M2を各通信期間T1cs、T1d1毎に切り替えることで、CS2及びノード3−1とデータDを送受信する時間を分割することができる。また、例えば各スーパーフレームSF1、SF2は、例えばスリープ期間Tsを有してもよい。

0061

<変更手段S103>
本実施形態の無線通信システム1は、例えば変更手段S103を備えてもよい。変更手段S103は、ノード3−1及びノード3−3の間に用いられる第2通信方式M2を、第3通信方式M3に変更する。第3通信方式M3は、第2通信方式M2とは異なり、例えば第1通信方式M1とも異なるように設定してもよい。

0062

ノード3−1は、例えばノード3−3から受信したデータDや接続情報等に基づき、ノード3−3とのデータDの送受信に用いる第2通信方式M2を第3通信方式M3に変更し、設定する。変更手段S103を実行したあと、例えば第3送受信手段S130として、ノード3−1及びノード3−3は、第3通信方式M3を介して、データDの送受信を実行する。なお、変更手段S103では、第2スーパーフレームSF2は変更しなくてもよい。

0063

変更手段S103は、例えばCS2及びノード3−1の間における通信に設定された第1通信方式M1を、CS2が第2通信方式M2に変更したときに実行されてもよい。この場合、例えば第1通信方式M1から第2通信方式M2へ変更する情報をノード3−1が取得する。そして、取得した情報に基づいて、ノード3−1及びノード3−3の間における通信に設定された第2通信方式M2を、ノード3−1が第3通信方式M3に変更する。

0064

なお、変更手段S103は、例えば特定のデバイス3よりも上位側のデバイス2、3により設定された1つ以上の通信方式Mのうち1つが、特定のデバイス3が設定した通信方式Mと同様の通信方式Mに変更されたときに実行されてもよい。この場合、変更手段S103では、特定のデバイス3及び下位デバイス3の間における通信に設定された通信方式Mを、特定のデバイス3が他の通信方式に変更することができる。即ち、変更手段S103は、特定のデバイス3と直接接続されていない上位のデバイス2、3が設定した通信方式Mについても考慮することができる。

0065

これにより、本実施形態の無線通信システム1の動作は終了する。なお、上述した各送受信手段S110、S120、S130の実行される回数は、任意である。また、各手段S101、S102、S103において説明した「接続情報」とは、例えば各ノード3の端末機種に関する情報、ノード3が取得するデータDの種類や取得頻度に関する情報、ノード3の位置情報、ノード3の通信環境に関する情報等のようなノード3の通信条件を含んでもよく、スーパーフレームSF及び通信方式Mを設定するために必要な情報を含む。

0066

なお、上述した各設定手段S101、S102と同様に、例えばノード3−3の下位に配置されたノード3(図1のノード3−6:第4デバイス)に対して、設定手段(第3設定手段)を実施してもよい。この場合、第3設定手段は、第2設定手段S102のあと、CS2及びノード3−1が設定した各通信方式M1、M2のうち1つ以上に基づき、ノード3−3及びノード3−6の間におけるスーパーフレームSF(第3スーパーフレーム)、及び通信方式M(第4通信方式)を、ノード3−6の上位に配置されたノード3−3が設定する。この場合、第4通信方式は、第1通信方式M1及び第2通信方式M2のうち1つ以上とは異なる。このため、ノード3−3は、ノード3−1により直接設定された第2通信方式M2に加え、直接設定されていない上位側の第1通信方式M1についても考慮した上で、第4通信方式を設定することができる。即ち、本実施形態の無線通信システム1では、ノード3間の通信方式Mを設定する際、上位側で設定された1つ以上の通信方式Mを考慮して設定することができる。なお、第1通信方式M1に関する情報は、例えば第2通信方式M2を介して、ノード3−1からデータDとして取得する。

0067

上記のほか、例えば第3設定手段では、ノード3−1が設定した第2通信方式M2のみに基づき、第3スーパーフレーム及び第4通信方式が設定されてもよい。この場合、ノード3−3が第1通信方式M1に関する情報を取得する必要が無いため、容易に第4通信方式等を設定することができ、第4通信方式を設定する際の自由度を高めることが可能となる。

0068

なお、上述した各設定手段S101、S102のまえに、例えば下位デバイスから上位デバイス(例えばノード3−1からCS2、又はノード3−3からノード3−1)に対する生存確認情報等を送信してもよい。生存確認情報は、例えば下位のデバイスが存在することを上位デバイスに知らせるための情報である。この場合、生存確認情報を取得した上位デバイスから下位デバイス(例えばCS2からノード3−1、又はノード3−1からノード3−3)に対して、同期信号Bcs、Bd1等が送信されてもよい。

0069

本実施形態の無線通信システム1によれば、第1送受信手段S110は、ノード3−1(第1デバイス)及びCS2(第2デバイス)が、第1通信方式M1を介して、データDを送受信する。また、第2送受信手段S120は、ノード3−1及びノード3−3(第3デバイス)が、第2通信方式M2を介して、データDを送信する。このため、異なる通信方式M1、M2を介して、各デバイス2、3間においてデータDを送受信することができる。これにより、ノード3間で送受信される各データDの衝突を防ぐことが可能となる。

0070

また、本実施形態の無線通信システム1によれば、第2設定手段S102は、第1設定手段S101のあと、第2スーパーフレームSF2、及び第2通信方式M2を、ノード3−3の上位に配置されたノード3−1が設定する。このため、ノード3−1は、第1設定手段S101で設定された第1通信方式M1との衝突を考慮して、第2通信方式M2を設定することができる。これにより、各データDの衝突を防ぐための通信方式Mを、容易に設定することが可能となる。

0071

また、本実施形態の無線通信システム1によれば、第2通信期間T1d1は、第1通信期間T1csと離間する期間を示す。このため、ノード3−1は、各通信方式M1、M2を介して送受信される各データDを、異なるタイミングで送受信することができる。これにより、通信に用いるノード3の数の増加や、ノード3に新たな機能を付与させることなく、ノード3間で送受信される各データDの衝突を防ぐことが可能となる。

0072

また、本実施形態の無線通信システム1によれば、変更手段S103は、第2通信方式M2を、第3通信方式M3に変更する。このため、ノード3−1及びノード3−3間の通信環境が変更した場合や、ノード3−3と送受信するデータDの種類が変更した場合等に応じて、通信方式Mを変更することができる。これにより、外部環境の変化等が発生した場合においても、ノード3間で送受信される各データDの衝突を継続して防ぐことが可能となる。

0073

また、本実施形態の無線通信システム1によれば、変更手段S103は、特定のデバイス3(第1デバイス)よりも上位のデバイス2、3により設定された1つ以上の通信方式Mのうち1つが、第2通信方式M2に変更されたときに実行される。このため、上位側のデバイス2、3に設定された通信方式Mが、下位デバイス3に対して設定した通信方式Mと同様の方式に変更された場合においても、下位デバイス3に対して設定した通信方式Mを円滑に変更することができる。これにより、通信方式Mの変更に伴う各データDの衝突を、容易に防ぐことが可能となる。

0074

また、本実施形態の無線通信システム1によれば、第3設定手段は、第1通信方式M1及び第2通信方式M2に基づき、第4通信方式をノード3−3が設定する。このため、ノード3−3は、直接設定された第2通信方式M2を考慮して第4通信方式を設定するほか、直接設定されていない上位側の第1通信方式M1についても考慮した上で、第4通信方式を設定することもできる。これにより、各デバイス2、3の接続される階層が増加した場合においても、各データDの衝突を防ぐことが可能となる。

0075

なお、例えば図1に示すように、CS2の下位に複数のノード(図1ではノード3−1、3−2)が配置される場合、第1設定手段S101において、各ノード3−1、3−2に対して同一の第1スーパーフレームSF1、及び第1通信方式M1を、CS2が設定してもよい。

0076

また、上記の場合、第2設定手段S102において、ノード3−2の下位に配置されたノード3−5に対して、各スーパーフレームSF1、SF2とは異なるスーパーフレームSF、及び各通信方式M1、M2とは異なる通信方式Mを、ノード3−2が設定してもよいほか、例えば第2スーパーフレームSF2、及び第2通信方式M2を、ノード3−2が設定してもよい。

0077

上記に加え、第2設定手段S102において、ノード3−1に配置された複数のノード(図1ではノード3−3、3−4)に対して同一の第2スーパーフレームSF2、及び第2通信方式M2を、ノード3−1が設定してもよい。

0078

上記のように、本実施形態の無線通信システム1では、1つの上位デバイス2、3に対して、複数の下位デバイス3が配置されたツリー型ネットワークにおいて、階層毎に異なる通信方式Mを設定できる。このため、例えば階層毎に条件の異なる多重化方式を実現できるほか、階層毎に種類の異なる多重化方式を実現することができ、各データDの衝突を容易に防ぐことが可能となる。なお、多重化方式として、例えばTDMA(Time Division Multiple Access)、FDMA(Frequency Division Multiple Access)、CDMA(Code Division Multiple Access)等が挙げられる。

0079

本実施形態の無線通信方法として、上述した第1設定手段S101と、第2設定手段S102と、第1送受信手段S110と、第2送受信手段S120との代わりに、第1設定ステップと、第2設定ステップと、第1送受信ステップと、第2送受信ステップとを備えることで、上述した内容と同様に、異なる通信方式M1、M2を介して、各デバイス2、3間においてデータDを送受信することができる。これにより、ノード3間で送受信される各データDの衝突を防ぐことが可能となる。

0080

また、本実施形態の無線通信方法として、上述した各手段S103、S130の代わりに、各ステップを備えることで、上述した効果を得ることもできる。

0081

なお、上述した各デバイス2、3として、例えばCPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、保存部と、送受信部とを備え、各構成が内部バスに接続される公知の電子機器が用いられてもよい。CPUは、デバイス2、3における動作や、設定されたスーパーフレームSFに基づくデータDの送受信等を制御する。ROMは、CPUの動作コードを格納する。RAMは、CPUの動作時に使用される作業領域である。保存部は、データD等の各種情報が保存される。保存部として、例えばHDD(Hard Disk Drive)や、SSD(Solid State Drive)等の公知の記憶媒体が用いられる。送受信部は、アンテナ等を介して他のデバイス2、3に対してデータDを送受信する。各デバイスに2、3より実行される送受信部等の各機能は、CPUが、RAMを作業領域として、保存部等に記憶されたプログラムを実行することにより実現することができる。

0082

1 :無線通信システム
2、71 :CS(デバイス)
3、72 :ノード(デバイス)
Bcs、Bd1 :同期信号
D、D81、D82:データ
S101 :第1設定手段
S102 :第2設定手段
S103 :変更手段
S110 :第1送受信手段
S120 :第2送受信手段
S130 :第3送受信手段
M :通信方式
SF:スーパーフレーム
T :基本間隔
T1 :通信期間
T2、Ts :スリープ期間
Ta :第1通信可能期間
Tb :第2通信可能期間

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社NTTドコモの「 ユーザ端末及び無線通信方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】ビーム回復手順の実施が想定される場合に、RLMを適切に制御すること。本発明の一態様に係るユーザ端末は、仮想の下り制御チャネルに関する情報を受信する受信部と、前記情報に基づいて、下り制... 詳細

  • 株式会社NTTドコモの「 ユーザ端末及び無線通信方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】同期信号ブロックを利用する無線通信システムにおいて制御チャネルの設定領域の情報を適切に通知するために、本発明のユーザ端末の一態様は、制御リソースセットの構成を示す所定ビット情報を含む... 詳細

  • 株式会社NTTドコモの「 端末、無線通信方法及び基地局」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】マルチキャリア波形を有するUL信号を適切に送信するために、ユーザ端末は、連続する周波数リソースにわたるマルチキャリア波形を有する上り信号を、上り共有チャネルを用いて送信する送信部と、... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ