JP4988472B2 - 無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義してアクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置に関する。
本発明は特に、定期的にデータを送信しながら移動を行う無線通信装置（ノード）が双方向にデータ交換する場合の低消費電力メディアアクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）に関する。

無線機器における無線ハードウェアの消費電力の低減は、重要な要求事項である。無線通信システムにおいて、特に省電力メカニズムが必要とされるアプリケーションの例としては、アクティブ電子タグシステムやセンサネットワークシステムなどが挙げられる。これらのアクティブ電子タグやセンサネットワークにおけるセンサノードなどは、携帯性、設置の容易／柔軟性が求められており、通常は小型の電池を内蔵した電池式ノードである。これらのアクティブ電子タグシステムやセンサネットワークシステムなどのアプリケーションは、低トラフィックを特徴としている。アクティブ電子タグシステムでは、通常はアクティブ電子タグ自身のＩＤ（識別情報）を含む小さなデータの送信が行われる。また、非特許文献１に示されるようなＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を用いたセンサネットワークシステムにおいても、センサノードは、小さなセンシングデータの間欠的な送信を行うことが多い。
近距離無線通信規格として下記の非特許文献１に示されるようなＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、ビーコン信号を同期信号として一定周期内の所定期間をアクティブ期間（スーパーフレーム期間）、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う。また、他の従来例として下記の特許文献１には、多数の無線通信ノードが基地局や制御局などの他のノードを介することなく直接非同期の無線通信を行うアドホック通信システムとして、各無線通信ノードが送信するビーコン信号の直後に受信区間を設け、残りを未使用期間とする方法が提案されている。また、下記の特許文献２には、各無線通信ノードが送信するビーコン信号を同期信号として一定周期のスーパーフレーム期間を設定する場合に、ビーコン信号を送信するタイムスロットを決定する方法が提案されている。

ところで、交差点、電車の中、被災地での避難場所などに、移動ノードを所持する人が密集することで移動ノードが密集して存在している場合、相互にデータ交換を行うと送信タイミングが同一となって、データ送信エラーを起こす衝突が発生しやすくなることが課題となる。

省電力無線通信を可能とする非特許文献１では、衝突の発生を回避する手段として二つの手法が定義されている。一つは、各ノードに、送信に使用することを選択したタイムスロット内にてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を実施させることで、チャネル（タイムスロット）の空きを確認してから送信させる手法である。このチャネルの空き状態を確認する処理をＣＣＡ（Clear Channel Assessment）と呼ぶ。ＣＣＡによって無線通信を行っているノードを検知した時には送信をやめることで、衝突の発生を回避することができる。図１２はＣＳＭＡ／ＣＡにより空きタイムスロットを検出して送信する手順を示す。最初のアクティブ期間ＡＰ１（タイムスロット＝０，１〜７）では、ノード１はノード２、３に対してタイムスロット＝１でデータを送信し、ノード２はノード１、３に対してタイムスロット＝４でデータを送信し、ノード３はノード１、２に対してタイムスロット＝６でデータを送信している。次のアクティブ期間ＡＰ２（タイムスロット＝０，１〜７）では、ノード３はノード１、２に対してタイムスロット＝１でデータを送信し、ノード２はノード１、３に対してタイムスロット＝５でデータを送信し、ノード１はノード１、３に対してタイムスロット＝７でデータを送信している。

二つには、タイムスロットの予約を要求してきたノードに対して、コーディネータが各ノードに対してタイムスロットの割り当てを実施することで、衝突発生の回避を保証する手法である。非特許文献１では、ネットワークの立ち上げと維持、各ノードの送信タイミングの指定などを行うコーディネータの制御下にノードを置くネットワーク構成を取ることができる。この場合、各ノードはコーディネータの指示するタイミングでデータを送信するので衝突を発生しない。

また、特許文献１には、周辺ノードがデータを送信しているタイミングを記録し、データ送信タイミングの衝突を避けて自ノードのデータ送信のタイミングを決定する手法が開示されている。この手法は、一定の周期（スーパーフレーム）でデータを送信するノード間でデータ交換を行うシステムであり、データ送信開始前にスーパーフレーム内でのスキャンを行い、周辺ノードがデータを送信しているタイミングを避けて自ノードのデータ送信のタイミングを決定する。以降、決定した送信タイミングでデータ送信を実行し続ける。また、送信タイミングが周辺ノードと異なればよいので、スーパーフレームの開始位置の同期を必要としていない。
ＩＥＥＥ８０２．１５．４ 特開２００６−１２１３３２号公報（要約書）

しかしながら、上記の手法は、移動を行う通信ノードが双方向にデータ交換する通信システムにおいてノードが密集している場合には、必ずしも適用できる手法ではない。非特許文献１における一つ目の手法は、送信タイミングを各ノードのランダム性に依存して選択しているので、分散制御での送信を可能としている。しかし、一回のアクティブ期間内のタイムスロット数の倍のノードが相互の伝播範囲内に存在した場合に、通信が全くできない状態となる可能性がある。同一タイムスロット内において同一タイミングでＣＣＡを実施した２つのノードの組が、タイムスロットの数だけ存在すると、そのアクティブ期間内では通信が可能であったノードが存在できないことになる。これは、同一の無線伝播範囲内に密集して存在するノードの数が増えれば増えるほど、通信が不可能となる可能性が高まる。

非特許文献１における二つ目の手法は、送信路を保証しているので、コーディネータからタイムスロットの割り当てを受けたノードは確実にデータを送信できる。しかし、この保証機能は、ネットワークトポロジがコーディネータを中心としたスター型である場合に限定されている。ノードが移動することでノードの存在位置を固定できない通信システムにおいては、コーディネータという特殊な機能を持つノードを常に近隣に持つことはできない。また、コーディネータが移動ノードの近隣に常に存在したとしてもノードが移動する通信システムにおいてスター型トポロジの構成を行うことは非常に困難である。スター型トポロジを形成するための制御データの交換においても衝突を回避できなくては、データ送信を開始するができないことが問題となる。

また、データ送信のたびにタイムスロットの割り当てをコーディネータから受けなくてはならない。したがって、移動ノードがタイムスロットの割り当てを受けるために行うデータ交換においても衝突を回避できなくては、データ送信を開始することができないという問題を生じる。

特許文献１における手法では、データを送信するノードが増え続けると、スーパーフレーム内での送信タイミングの空きが少なくなり、データを送信できないノードが発生する。また、同時にスキャンを行い、同じ送信タイミングを選択したノード同士は、それ以降必ず送信衝突が発生する。したがって、移動するノードが集まり、ノードの通信可能範囲内の密集度が上がった場合に、データ送信要求を持つノードに対する送信機会を減らしてしまう。また、繰り返し送信衝突を発生していても、送信タイミングを変更する仕組みを持たないので、受信エラーを起こしたデータを再度送信する機会を持つことができない。

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、低消費電力を実現する移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができ、また、送信を停止するノードを増やすことで一度に送信を試みるノードの数を減らすことができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信方法において、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出するステップと、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長するステップとを、
備えたことを特徴とする。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信方法において、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出するステップと、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、衝突広告メッセージを現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに送信するステップとを、
備えたことを特徴とする。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおいて、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長する手段とを、
備えたことを特徴とする。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおいて、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、衝突広告メッセージを現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに送信する手段とを、
備えたことを特徴とする。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、
前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長する手段とを、
備えた構成とした。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また本発明は上記目的を達成するために、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記複数の無線通信装置であって、
前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに衝突広告メッセージを送信する手段とを、
備えた構成とした。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また、衝突を検出した前記無線通信装置が、前記衝突広告メッセージを前記所定のタイムスロットに加えて、現在のアクティブ期間においてデータを送信する他のタイムスロットに前記データととともに送信することを特徴とする。
この構成により、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができる。

また、前記衝突広告メッセージは、前記衝突を検出したタイムスロットを示すタイムスロット識別情報を含み、
前記衝突広告メッセージを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、自身が前回送信したタイムスロットと前記衝突広告メッセージ内のタイムスロット識別情報が一致しない場合に、次回の送信を停止することを特徴とする。
この構成により、送信を停止するノードを増やすことで一度に送信を試みるノードの数を減らすことができる。

本発明によれば、低消費電力を実現する移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができ、また、送信を停止するノードを増やすことで一度に送信を試みるノードの数を減らすことができる。この結果、自律的にノードに送信の機会を増やし、ノードが密集している状態でも送信の成功率を上げることができる。また、送信衝突によって受信されなかったデータの再送機会を得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を示す説明図である。本発明では、一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間ＡＰ、残りをスリープ（インアクティブ）期間ｉＡＰと定義してアクティブ期間ＡＰを複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置（ノード）の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う際、複数のノードの各々が各タイムスロットにおける衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージ１を次のアクティブ期間ＡＰの複数のタイムスロットの所定のタイムスロット（図１ではタイムスロット＝０）に送信するとともに、次のアクティブ期間ＡＰを伸長する。

また、衝突広告メッセージ１を送信するノードは、次のアクティブ期間ＡＰにおいてＣＳＭＡによりランダムに検出した空きタイムスロット（図１ではタイムスロット＝６）に、自データに加えて衝突広告メッセージ１（図１の０、ｉ、ii、iii）含むパケット２を送信する。また、伸長されたアクティブ期間ＡＰにおいて衝突が検出されなくなると、伸長されたアクティブ期間ＡＰを元の長さに戻す（縮退）。

図２は衝突広告メッセージ１のフォーマット例を示す構成図である。衝突広告メッセージ１は、メッセージの種類を示すタイプ（Type）（例えばType＝１）と、衝突を起こしたタイムスロットを示す衝突スロットと、この衝突広告メッセージ１を連続で送信した回数（Report No.）と、送信元のノードＩＤの各フィールドにより構成されている。衝突スロットのフィールドは、一例としてタイムスロット数と同じビット数で構成して、衝突を起こしたタイムスロット位置をビット＝１，衝突を起こしていないタイムスロット位置をビット＝０のビットマップで示す。これにより、衝突広告メッセージ１を受信したノードは、前回データを送信したタイムスロットで衝突が発生したかを知得することができる。

＜第１の実施の形態＞
図３、図４、図５は、第１の実施の形態のノードの動作を説明するためのフローチャートである。図３において、まず、パケット送信を停止中か否かを判断し（ステップＳ１）、停止中であればステップＳ２に進み、他方、停止中でなければステップＳ５に分岐する。ステップＳ２では図４に詳しく示すパケット受信処理を実行し、次いでタイムスロットのタイミングが最終スロットか否かを判断し（ステップＳ３）、最終タイムスロットのタイミングでなければステップＳ１に戻り、他方、最終タイムスロットのタイミングであればステップＳ４に進んで図５に詳しく示す伸長制御処理を実行し、次いでステップＳ１に戻る。１つのアクティブ期間ＡＰ内の各タイムスロットで検出される衝突及び各タイムスロットで受信する衝突広告メッセージの処理結果のすべてを利用して伸長制御処理（ステップＳ４）を行うため、ステップＳ３での判定を実施する。

次に、図４を参照してステップＳ２のパケット受信処理を詳しく説明する。まず、衝突を検出したか否かを判断し（ステップＳ３１）、検出した場合にはステップＳ３２に進み、他方、検出していなければステップＳ３５に分岐する。ステップＳ３２では衝突を検出したタイムスロットを記録し、次いでそのタイムスロットが現在のアクティブ期間ＡＰの最初のタイムスロット（＝０）か否かを判断する（ステップＳ３３）。そして、タイムスロット＝０であれば次のアクティブ期間ＡＰを一定の長さに伸長し（ステップＳ３４）、次いで終了する。他方、タイムスロット＝０でなければそのまま終了する。

ステップＳ３１において衝突を検出していなければ、ステップＳ３５においてそのタイムスロットがタイムスロット＝０か否かを判断し、タイムスロット＝０であればステップＳ３６に進み、他方、タイムスロット＝０でなければステップＳ４１に分岐する。ステップＳ３６では衝突広告メッセージ１を受信したか否かを判断し、受信した場合にはステップＳ３７に進み、他方、受信していない場合にはそのまま終了する。ステップＳ３７では次のアクティブ期間ＡＰを一定の長さに伸長し、次いで、受信した衝突広告メッセージ１（図１の衝突スロットのフィールド）に、前のアクティブ期間ＡＰで自ノードの衝突発生が記載されているか否かを判断する（ステップＳ３８）。そして、衝突発生が記載されている場合にはそのまま終了し、他方、記載されていない場合には、パケット送信を停止するアクティブ期間ＡＰの数を決定し（ステップＳ３９）、次いでパケット送信を停止し（ステップＳ４０）、次いで終了する。

ステップＳ３５においてそのタイムスロットがタイムスロット＝０でない場合、ステップＳ４１において、受信したパケットのデータ部分を処理し、次いで衝突広告メッセージ１を含んだパケット２を受信したか否かを判断する（ステップＳ４２）。そして、受信した場合にはステップＳ４３に進み、他方、受信していない場合にはそのまま終了する。ステップＳ４３では次のアクティブ期間ＡＰを一定の長さに伸長し、次いで、受信した衝突広告メッセージ１に、前のアクティブ期間ＡＰで自ノードの衝突発生が記載されているか否かを判断する（ステップＳ４４）。そして、衝突発生が記載されている場合にはそのまま終了し、他方、記載されていない場合には、パケット送信を停止するアクティブ期間ＡＰの数を決定し（ステップＳ４５）、次いでパケット送信を停止し（ステップＳ４６）、次いで終了する。

次に、図５を参照してステップ４の伸長制御処理を詳しく説明する。まず、パケット受信処理（ステップ２）によって、次のアクティブ期間ＡＰを伸長するかしないかを判定し（ステップＳ５１、Ｓ５２）、伸長する場合にはステップＳ５３に進み、他方、伸長しない場合にはステップＳ５５に分岐する。ステップＳ５３では衝突広告メッセージ１を生成し、次いで次のアクティブ期間ＡＰを一定の長さに伸長し（ステップＳ５４）、次いで終了する。ステップＳ５５では次のアクティブ期間ＡＰを通常の長さで実施し、次いで衝突広告メッセージ１を現在送信中か否かを判定する（ステップＳ５６）。そして、衝突広告メッセージ１を送信中であれば衝突広告メッセージ１の送信を停止し（ステップＳ５７）、次いで衝突広告メッセージ１のReport No.を０にし（ステップＳ５８）、次いで終了する。ステップＳ５６において衝突広告メッセージ１を送信中でなければそのまま終了する。

次に、図１に戻ってステップＳ５以下について説明する。ステップＳ１においてパケット送信を停止中の場合、アクティブ期間ＡＰを伸長中か否かを判断する（ステップＳ５）。そして、伸長中であれば、伸長したアクティブ期間ＡＰ内でパケットを送信するタイムスロットを決定し（ステップＳ６）、次いでステップＳ８に進む。他方、ステップＳ５においてアクティブ期間ＡＰを伸長中でなければ、伸長していないアクティブ期間ＡＰ内でパケットを送信するタイムスロットを決定し（ステップＳ７）、次いでステップＳ８に進む。

ステップＳ８では図４のステップＳ３１、Ｓ３２の処理に基づいて衝突広告メッセージ１を送信するか否かを判断し、送信する場合にはステップＳ９に進み、他方、送信しない場合にはステップＳ１８に分岐する。ステップＳ９ではタイムスロットのタイミングがタイムスロット＝０か否かを判断し、タイムスロット＝０のタイミングであればステップＳ１０に進み、他方、タイムスロット＝０のタイミングでなければステップＳ１２に分岐する。ステップＳ１０では衝突広告メッセージ１を送信し、次いで衝突広告メッセージ連続送信回数（Report No.）に１を加算し（ステップＳ１１）、次いでステップＳ２１に進む。

ステップＳ９においてタイムスロット＝０のタイミングでない場合、自ノードの送信タイムスロットのタイミングか否かを判断し（ステップＳ１２）、そうであればステップＳ１３に進み、他方、そうでなければステップＳ１７に分岐する。ステップＳ１３ではReport No.＝１か否かを判断し、そうであれば衝突広告メッセージ１とデータを含めたパケット２を送信し（ステップＳ１４）、次いでReport No.に１を加算し（ステップＳ１５）、次いでステップＳ２１に進む。ステップＳ１３においてReport No.＝１でない場合、データを含めたパケットを送信し（ステップＳ１６）、次いでステップＳ２１に進む。ステップＳ１２において自ノードの送信タイムスロットのタイミングでない場合、図４に詳しく示すパケット受信処理を実行し（ステップＳ１７）、次いでステップＳ２１に進む。

ステップＳ８において衝突広告メッセージ１を送信しない場合、自ノードの送信タイムスロットのタイミングか否かを判断し（ステップＳ１８）、そうであればデータを含めたパケットを送信し（ステップＳ１９）、次いでステップＳ２１に進む。他方、自ノードの送信タイムスロットのタイミングでない場合、図４に詳しく示すパケット受信処理を実行し（ステップＳ２０）、次いでステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では最終タイムスロットのタイミングか否かを判断し、そうでなければステップＳ８に戻り、他方、そうであればステップＳ２２に進んで図５に詳しく示す伸長制御処理を実行し、次いでステップＳ１に戻る。

図６は第１の実施の形態の動作例を示す。まず、最初のアクティブ期間ＡＰ１の長さは通常の長さ（タイムスロット＝０，１〜７）であり、タイムスロット＝１、２、３、５で周辺ノードが送信したパケットが衝突したことを検出した場合を示す。この場合には、図４に示す受信処理では、衝突を検出したタイムスロット＝１、２、３、５を記録し、また、次のアクティブ期間ＡＰ２を一定の長さ（タイムスロット＝０，１〜１５）に伸長することを決定する。また、図５に示す伸長制御処理では衝突広告メッセージ１を生成し、また、次のアクティブ期間ＡＰ２を一定の長さ（タイムスロット＝０，１〜１５）に伸長する。

次のアクティブ期間ＡＰ２では、図３に示す処理では、ステップＳ８〜Ｓ１１において衝突広告メッセージ１をタイムスロット＝０で送信し、また、衝突広告メッセージ１とデータを含むパケット２をタイムスロット＝６で送信する。次いでこのアクティブ期間ＡＰ２で衝突が検出された場合には、次のアクティブ期間ＡＰ３（タイムスロット＝０，１〜１５）のタイムスロット＝０で衝突広告メッセージ１が送信され、また、このアクティブ期間ＡＰ３で衝突が検出されなかった場合には、次のアクティブ期間ＡＰ４が元の長さ（タイムスロット＝０，１〜７）に戻され、タイムスロット＝０では衝突広告メッセージ１の送信が停止される。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、衝突を検出した場合に次のアクティブ期間ＡＰを長くしたが、第２の実施の形態では、衝突を検出した場合に現在のアクティブ期間ＡＰを長くしている。図７〜１０を参照して第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、通常のアクティブ期間ＡＰ内のタイムスロット数及び伸長したアクティブ期間ＡＰ内のタイムスロット数にそれぞれ（タイムスロット＝０，１〜７）と（タイムスロット＝０，１〜１５）のように具体的な数字を規定しているが、本実施の形態はこの数での実施に限定されない．まず、図７では、図３に示すステップＳ５とステップＳ６の間にステップＳ５ａが追加され、また、ステップＳ９とステップＳ１０、Ｓ１２の間にステップＳ９ａが追加され、さらに、ステップＳ２１ａの処理が図３に示すステップＳ２１と少し異なる。ステップＳ５においてアクティブ期間ＡＰを伸長中か否かを判断すると、伸長中であればステップＳ５ａに進み、送信タイムスロットが未決定か否かを判断する。そして、未決定の場合にはステップＳ６に進んで、伸長したアクティブ期間ＡＰ内でパケットを送信するタイムスロットを決定し、次いでステップＳ８に進む。他方、ステップＳ５ａにおいて送信タイムスロットが未決定でない場合にはそのままステップＳ８に進む。

また、ステップＳ９においてタイムスロットのタイミングがタイムスロット＝０か否かを判断して、タイムスロット＝０のタイミングでなければステップＳ９ａに進み、タイムスロット＝７であり、かつ衝突広告メッセージ連続送信回数（Report No.）が０か否かを判断する。そして、もしそうであればステップＳ１０に進んで衝突広告メッセージ１を送信し、他方、そうでなければステップＳ１２に分岐する。また、ステップＳ２１ａの処理では、最終タイムスロット（＝６もしくは１５）か否かを判断し、そうでなければステップＳ８に戻り、他方、そうであればステップＳ２２に進む。他の処理は図３と同じであるので、説明を省略する。なお、ステップＳ２１ａにおいて、タイムスロット６を最終タイムスロットと判定するタイムスロットとして挙げているのは、通常のアクティブ期間の長さ（タイムスロット＝０，１〜７）の先頭のタイムスロット０と最後のタイムスロット７を衝突広告メッセージの送信に使用する所定のタイムスロットとしているためである。

図８に示すパケット受信処理では、ステップＳ３４ａ、Ｓ３７ａ、Ｓ４３ａの処理がそれぞれ図４に示すステップＳ３４、Ｓ３７、Ｓ４３と異なり、今のアクティブ期間ＡＰを一定の長さ（タイムスロット＝０〜１５）に伸長する。他の処理は図４と同じであるので、説明を省略する。また、図９に示す伸長制御処理では、ステップＳ５４ａの処理が図５に示すステップＳ５４と異なり、また、ステップＳ５４ａの後にステップＳ５９、Ｓ６０が追加されている。ステップＳ５４ａでは今のアクティブ期間ＡＰを一定の長さ（タイムスロット＝０〜１５）に伸長し、次いでタイムスロット＝７か否かを判断する（ステップＳ５９）。タイムスロット＝７の場合には、伸長した分のアクティブ期間ＡＰ内でパケット送信スロットを決定し（ステップＳ６０）、次いで終了する。他方、タイムスロット＝７でない場合にはそのまま終了する。他の処理は図５と同じであるので、説明を省略する。

図１０は第２の実施の形態の動作例として、最初のアクティブ期間ＡＰ１の最初の長さ（タイムスロット＝０，１〜７）において、タイムスロット＝１、２、３、５で周辺ノードが送信したパケットが衝突したことを検出した場合を示す。この場合には、図７に示す受信処理では、ステップＳ３２において衝突を検出したタイムスロット＝１、２、３、５を記録し、また、ステップＳ３４ａにおいて今のアクティブ期間ＡＰ１を一定の長さ（タイムスロット＝０，１〜１５）に伸長する。そして、伸長した今のアクティブ期間ＡＰ１のタイムスロット＝７で衝突広告メッセージ１を送信し、また、タイムスロット＝１３で衝突広告メッセージ１とデータを含むパケット２を送信する。次いでこのアクティブ期間ＡＰ１で衝突が検出された場合には、次のアクティブ期間ＡＰ２（タイムスロット＝０，１〜１５）のタイムスロット＝０で衝突広告メッセージ１が送信され、また、このアクティブ期間ＡＰ２で衝突が検出されなかった場合には、次のアクティブ期間ＡＰ３が元の長さに戻され、タイムスロット＝０では衝突広告メッセージ１の送信が停止される。

図１１は本発明に係る無線通信装置（ノード）１０の構成を示す。各タイムスロット上のキャリアは無線アンテナ１１を経由して受信され、次いで無線受信手段１２により復調されて衝突検知手段１３と、受信スロット解析手段１５と衝突広告メッセージ解析手段１６に印加される。各タイムスロット上のキャリアの衝突は衝突検知手段１３で検知され、検知された衝突発生スロット１８ａは情報記憶手段１８に記憶される。また、各タイムスロット上の受信スロットは受信スロット解析手段１５で解析され、また、衝突広告メッセージ１は衝突広告メッセージ解析手段１６で解析される。「アクティブ期間伸長の制御手段」１４は、衝突検知手段１３で検知された衝突発生スロット１８ａと、受信スロット解析手段１５で解析された受信スロットと、衝突広告メッセージ解析手段１６で解析された衝突広告メッセージ解析手段１６で解析された衝突広告メッセージ１に基づいてアクティブ期間を伸長するか否かを判断してアクティブ期間の長さ１８ｃを決定し、この決定されたアクティブ期間の長さ１８ｃは情報記憶手段１８に記憶される。また、「パケット送信停止の制御手段」１７は衝突広告メッセージ解析手段１６で解析された衝突広告メッセージ１に基づいてパケット送信停止期間１８ｂを決定し、この決定されたパケット送信停止期間１８ｂは情報記憶手段１８に記憶される。

情報記憶手段１８に記憶されている衝突発生スロット１８ａと、パケット送信停止期間１８ｂとアクティブ期間の長さ１８ｃに基づいて、「データ送信用スロットの決定手段」１９はデータ送信用のタイムスロットを決定し、また、衝突広告メッセージ生成手段２１は衝突広告メッセージ１を生成する。生成された衝突広告メッセージ１は「衝突広告メッセージの送信制御手段２２により、衝突広告メッセージ１の前述した送信タイムスロット＝０，７で送信されるように送信タイミングが制御される。また、「データを含むパケットの生成手段」２０は、「データ送信用スロットの決定手段」１９により決定されたタイムスロットで「データを含むパケット」が、また、「衝突広告メッセージ１及びデータを含むパケット２」が生成される。この「データを含むパケット」と「衝突広告メッセージ１及びデータを含むパケット２」は、無線送信手段２３により変調されて無線アンテナ１１を経由して送信される。

なお、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブ ル・プロセッサーを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。例えば、バイオ技術の適用などが可能性としてあり得る。

本発明は、移動ノードが密集した状態で衝突が発生した場合に自律的に送信の機会を増やすことができ、また、送信を停止するノードを増やすことで一度に送信を試みるノードの数を減らすことができるという効果を有し、無線通信ネットワークの小型の電池式ノード、特に交換するデータの小さい電子タグシステムのほか、他のネットワーク機器に適用することができる。

本発明に係る無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を示す説明図 本発明に係る衝突広告メッセージの構成を示す説明図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート 図３のパケット受信処理を詳しく説明するためのフローチャート 図３の伸長制御処理を詳しく説明するためのフローチャート 第１の実施の形態の動作例を示す説明図 本発明に係る無線通信装置の第２の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート 図７のパケット受信処理を詳しく説明するためのフローチャート 図７の伸長制御処理を詳しく説明するためのフローチャート 第２の実施の形態の動作例を示す説明図 本発明に係る無線通信装置の第１、第２の実施の形態を示すブロック図 ＣＳＭＡ／ＣＤにより空きタイムスロットを検出して送信する手順を示す説明図

符号の説明

１ 衝突広告メッセージ
２ 衝突広告メッセージとデータを含むパケット
１０ 無線通信装置（ノード）
１１ 無線アンテナ
１２ 無線受信手段
１３ 衝突検知手段
１４ アクティブ期間伸長の制御手段
１５ 受信スロット解析手段
１６ 衝突広告メッセージ解析手段
１７ パケット送信停止の制御手段
１８ 情報記憶手段
１８ａ 衝突発生スロット
１８ｂ パケット送信停止期間
１８ｃ アクティブ期間の長さ
１９ データ送信用スロットの決定手段
２０ データを含むパケットの生成手段
２１ 衝突広告メッセージ生成手段
２２ 衝突広告メッセージの送信制御手段
２３ 無線送信手段

Claims (12)

1. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信方法において、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出するステップと、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長するステップとを、
   備えたことを特徴とする無線通信方法。
2. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信方法において、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出するステップと、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、衝突広告メッセージを現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに送信するステップとを、
   備えたことを特徴とする無線通信方法。
3. 前記衝突を検出した前記無線通信装置が、前記衝突広告メッセージを前記所定のタイムスロットに加えて、現在のアクティブ期間においてデータを送信する他のタイムスロットに前記データととともに送信することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
4. 前記衝突広告メッセージは、前記衝突を検出したタイムスロットを示すタイムスロット識別情報を含み、
   前記衝突広告メッセージを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、自身が前回送信したタイムスロットと前記衝突広告メッセージ内のタイムスロット識別情報が一致しない場合に、次回の送信を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の無線通信方法。
5. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長する手段とを、
   備えたことを特徴とする無線通信システム。
6. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
   前記複数の無線通信装置の各々が、前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、衝突広告メッセージを現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに送信する手段とを、
   備えたことを特徴とする無線通信システム。
7. 前記衝突を検出した前記無線通信装置が、前記衝突広告メッセージを前記所定のタイムスロットに加えて、現在のアクティブ期間においてデータを送信する他のタイムスロットに前記データととともに送信することを特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信システム。
8. 前記衝突広告メッセージは、前記衝突を検出したタイムスロットを示すタイムスロット識別情報を含み、
   前記衝突広告メッセージを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、自身が前回送信したタイムスロットと前記衝突広告メッセージ内のタイムスロット識別情報が一致しない場合に、次回の送信を停止することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の無線通信システム。
9. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、
   前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
   前記衝突を検出した場合に、衝突広告メッセージを次のアクティブ期間の前記複数のタイムスロットの所定のタイムスロットに送信するとともに、前記次のアクティブ期間を伸長する手段とを、
   備えた無線通信装置。
10. 一定周期のスーパーフレーム期間内の任意の期間をアクティブ期間、残りをスリープ期間と定義して前記アクティブ期間を複数のタイムスロットに分割し、複数の無線通信装置の各々が各タイムスロットを使用して時分割で双方向通信を行う無線通信システムにおける前記複数の無線通信装置であって、
    前記各タイムスロットにおける衝突を検出する手段と、
    前記衝突を検出した場合に、現在のアクティブ期間を伸長するとともに、衝突広告メッセージを現在のアクティブ期間の所定のタイムスロットに送信する手段とを、
    備えた無線通信装置。
11. 前記衝突を検出した前記無線通信装置が、前記衝突広告メッセージを前記所定のタイムスロットに加えて、現在のアクティブ期間においてデータを送信する他のタイムスロットに前記データととともに送信することを特徴とする請求項９又は１０に記載の無線通信装置。
12. 前記衝突広告メッセージは、前記衝突を検出したタイムスロットを示すタイムスロット識別情報を含み、
    前記衝突広告メッセージを受信した前記複数の無線通信装置の各々が、自身が前回送信したタイムスロットと前記衝突広告メッセージ内のタイムスロット識別情報が一致しない場合に、次回の送信を停止することを特徴とする請求項９から１０のいずれか１つに記載の無線通信装置。