JP5457989B2

JP5457989B2 - Wireless communication system

Info

Publication number: JP5457989B2
Application number: JP2010225847A
Authority: JP
Inventors: 弘通後藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: JP2012080455A

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless communication system.

従来、近距離通信無線に関する規格であるＩＥＥＥ８０２．１５規格にしたがって、ビーコン信号を先頭に設けたスーパーフレームを用いて、親ノードと子ノードとの間の通信を行う無線通信システムがある（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, there is a wireless communication system that performs communication between a parent node and a child node using a superframe provided with a beacon signal in accordance with the IEEE 802.15 standard, which is a standard for short-range communication wireless (for example, Patent Document 1).

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、基本的にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance）を採用しているが、ＣＳＭＡ／ＣＡの問題点を克服するために、スーパーフレームＳＦ１を用いている。 In the IEEE 802.15.4 standard, CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) is basically employed, but superframe SF1 is used to overcome the problems of CSMA / CA.

スーパーフレームＳＦ１は、図５（ａ）に示すように、１６個のタイムスロットで構成された仮想的な通信時間割りであり、ネットワーク上の各ノードは、任意の時間ではなく、所定のタイミングにのみ送受信可能となる。１６個のタイムスロットは、親ノードから子ノードへの下り方向のスロット数「１」のビーコン信号スロットＴＳ０と、競合アクセススロットＴＳａと、保証タイムスロットＴＳｂ（ＧＴＳ：Guaranteed Time Slot）とで構成される。競合アクセススロットＴＳａは、スロット数「８〜１５」で構成され、保証タイムスロットＴＳｂはスロット数「０〜７」で構成される。図５（ａ）では、競合アクセススロットＴＳａを１スロット〜９スロット、保証タイムスロットＴＳｂを１０スロット〜１５スロットで構成している。 As shown in FIG. 5A, the super frame SF1 is a virtual communication time schedule composed of 16 time slots, and each node on the network is not at an arbitrary time but at a predetermined timing. Only can be sent and received. The 16 time slots are configured by a beacon signal slot TS0 having a number of slots “1” in the downlink direction from the parent node to the child node, a contention access slot TSa, and a guaranteed time slot TSb (GTS: Guaranteed Time Slot). The The contention access slot TSa is composed of the number of slots “8 to 15”, and the guaranteed time slot TSb is composed of the number of slots “0 to 7”. In FIG. 5A, the contention access slot TSa is composed of 1 to 9 slots, and the guaranteed time slot TSb is composed of 10 to 15 slots.

なお、ビーコン信号スロットＴＳ０の出現周期（ビーコン信号の送信周期）であるビーコン周期Ｌ１は、
Ｌ１＝１５．３６ｍｓ×２^Ｎ（０≦ビーコンオーダＮ≦１４） ………（１）式
となる。 The beacon period L1 which is the appearance period of the beacon signal slot TS0 (the transmission period of the beacon signal) is
L1 = 15.36 ms × 2 ^N (0 ≦ beacon order N ≦ 14) (1)

また、スーパーフレームＳＦ１において、ビーコン信号スロットＴＳ０、競合アクセススロットＴＳａ、保証タイムスロットＴＳｂの各タイムスロットからなるスーパーフレーム期間Ｌ２は、
Ｌ２＝１５．３６ｍｓ×２^Ｍ（０≦スーパーフレームオーダＭ≦１４） ……（２）式
となる。 Further, in the superframe SF1, the superframe period L2 including the time slots of the beacon signal slot TS0, the contention access slot TSa, and the guaranteed time slot TSb is
L2 = 15.36 ms × 2 ^M (0 ≦ superframe order M ≦ 14) (2)

また、スーパーフレーム期間Ｌ２が終了してから、次のビーコン信号スロットＴＳ０が開始されるまでは不活性期間Ｔｃとなる。 In addition, after the superframe period L2 ends, the inactive period Tc starts from the start of the next beacon signal slot TS0.

ビーコン信号スロットＴＳ０は、スーパーフレームＳＦ１の先頭のスロットであり、ビーコンフレーム（ビーコン信号）が親ノードから子ノードへ送信され、親ノード−子ノード間の通信同期に用いられる。 The beacon signal slot TS0 is the first slot of the super frame SF1, and a beacon frame (beacon signal) is transmitted from the parent node to the child node and used for communication synchronization between the parent node and the child node.

競合アクセススロットＴＳａは、ビーコン信号スロットＴＳ０に続くＣＡＰ（Contention Access Period）である競合アクセス期間Ｔａ内で利用でき、通信路に一定時間継続して信号が流れていなければ送信可能になるＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う。この競合アクセススロットＴＳａは、どのノードも自由に使用できるが、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって他のノードと競合する必要があるので、データ伝送の遅延時間を保証できない。 The contention access slot TSa can be used within a contention access period Ta, which is a CAP (Contention Access Period) following the beacon signal slot TS0, and can be transmitted if no signal continuously flows through the communication path for a certain period of time. Communicate using the method. This contention access slot TSa can be freely used by any node, but since it is necessary to compete with other nodes by the CSMA / CA method, the delay time of data transmission cannot be guaranteed.

保証タイムスロットＴＳｂは、コーディネータである親ノードから許可を得た子ノードのみが使用できるタイムスロットであり、ＣＦＰ（Contention Free Period）である非競合アクセス期間Ｔｂ内で利用できる。保証タイムスロットＴＳｂは、コーディネータから許可を得たノードのみが使用できるので、信号の衝突を避けることができ、ＱｏＳ（Quality of Service）を確保したデータ伝送が可能になる。 The guaranteed time slot TSb is a time slot that can be used only by a child node that has obtained permission from the parent node that is a coordinator, and can be used within a non-contention access period Tb that is a CFP (Contention Free Period). Since the guaranteed time slot TSb can be used only by a node that has received permission from the coordinator, signal collision can be avoided, and data transmission with QoS (Quality of Service) ensured.

現状のＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、スタートポロジのネットワークでのみビーコンフレームを利用でき、子ノード２Ｂから親ノード１Ｂへのデータ伝送は、図６に示すように、プッシュ型のデータ伝送となる。 In the current IEEE 802.15.4 standard, a beacon frame can be used only in a star topology network, and data transmission from the child node 2B to the parent node 1B is push-type data transmission as shown in FIG.

図６において、親ノード１Ｂは、ビーコン周期Ｌ１で、ビーコンフレームを送信する（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。子ノード２Ｂは、このビーコンフレームを受信して、スーパーフレームＳＦ１との同期をとり、さらにはスーパーフレームＳＦ１の各タイムスロットの割り付け状況を把握する。そして、子ノード２Ｂは、競合アクセススロットＴＳａまたは保証タイムスロットＴＳｂを利用して、データ伝送を行う（Ｓ１０３）。なお、図６、図７において、親ノード１、子ノード２と表記しているが、親ノード１は、従来の親ノード１Ｂだけでなく、後述の親ノード１Ａを含み、子ノード２は、従来の子ノード２Ｂだけでなく、後述の子ノード２Ａを含むものとする。 In FIG. 6, the parent node 1B transmits a beacon frame at the beacon period L1 (S101, S102). The child node 2B receives this beacon frame, synchronizes with the super frame SF1, and further grasps the allocation status of each time slot of the super frame SF1. Then, the child node 2B performs data transmission using the contention access slot TSa or the guaranteed time slot TSb (S103). 6 and 7, the parent node 1 includes not only the conventional parent node 1B but also a parent node 1A, which will be described later. It is assumed that not only the conventional child node 2B but also a child node 2A described later is included.

子ノード２Ｂは、親ノード１Ｂに対するデータ送信用の保証タイムスロットＴＳｂが割り付けられている場合、非競合アクセス期間Ｔｂ内の保証タイムスロットＴＳｂを利用することによって、他の子ノードと競合することなく、親ノード１Ｂへデータ送信できる。 When the guaranteed time slot TSb for data transmission to the parent node 1B is allocated, the child node 2B uses the guaranteed time slot TSb in the non-contention access period Tb without conflicting with other child nodes. , Data can be transmitted to the parent node 1B.

しかし、子ノード２Ｂは、保証タイムスロットＴＳｂを利用することができない場合、競合アクセス期間Ｔａ内の競合アクセススロットＴＳａを利用して、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う必要がある。この場合のＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、クリアチャンネルの判定を行うが、データの送信開始タイミングは、スーパーフレームＳＦ１のスロット開始時刻と合わせなければならない。 However, when the guaranteed time slot TSb cannot be used, the child node 2B needs to perform communication by the CSMA / CA method using the contention access slot TSa within the contention access period Ta. In this case, the CSMA / CA method determines the clear channel, but the data transmission start timing must be matched with the slot start time of the superframe SF1.

また、オプションとして、親ノード１Ｂは、子ノード２Ｂからのデータを受信した場合、ＡＣＫ信号を子ノード２Ｂへ返送してもよい（Ｓ１０４）。 As an option, when the parent node 1B receives data from the child node 2B, the parent node 1B may return an ACK signal to the child node 2B (S104).

次に、親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへのデータ伝送は、図７に示すように、プル型のデータ伝送となる。 Next, the data transmission from the parent node 1B to the child node 2B is a pull-type data transmission as shown in FIG.

図７において、親ノード１Ｂは、ビーコン周期Ｌ１で、ビーコンフレームを送信する（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。子ノード２Ｂは、このビーコンフレームを受信して、スーパーフレームＳＦ１との同期をとり、ビーコンフレーム内に記述されているペンディング情報を解読する。親ノード１Ｂは、子ノード２Ｂ宛のデータ（蓄積データ）を一時格納しており、ペンディング情報とは、この蓄積データの有無を子ノード２Ｂへ知らせるための情報である。子ノード２Ｂは、親ノード１Ｂに自己宛の蓄積データがある場合、親ノード１Ｂに対して、データ送信要求を送信する（Ｓ１１３）。 In FIG. 7, the parent node 1B transmits a beacon frame at the beacon period L1 (S111, S112). The child node 2B receives this beacon frame, synchronizes with the super frame SF1, and decodes pending information described in the beacon frame. The parent node 1B temporarily stores data (accumulated data) addressed to the child node 2B, and the pending information is information for notifying the child node 2B of the presence or absence of the accumulated data. The child node 2B transmits a data transmission request to the parent node 1B when there is stored data addressed to itself in the parent node 1B (S113).

親ノード１Ｂは、データ送信要求を受信した後に、受信動作から送信動作への切替に必要な１２シンボル（０．１９２ｍｓ）が経過した時点において、ＡＣＫ信号を子ノード２Ｂへ返信する（Ｓ１１４）。さらに、親ノード１Ｂは、ＡＣＫ信号に続いて、蓄積データを子ノード２Ｂへ送信する（Ｓ１１５）。子ノード２Ｂは、親ノード１Ｂから蓄積データを受信した後に、ＡＣＫ信号を親ノード１Ｂへ返信する（Ｓ１１６）。親ノード１Ｂは、子ノード２ＢからＡＣＫ信号を受信すると、子ノード２Ｂ宛の蓄積データを削除する。 The parent node 1B returns an ACK signal to the child node 2B when 12 symbols (0.192 ms) necessary for switching from the reception operation to the transmission operation have elapsed after receiving the data transmission request (S114). Further, the parent node 1B transmits the accumulated data to the child node 2B following the ACK signal (S115). After receiving the accumulated data from the parent node 1B, the child node 2B returns an ACK signal to the parent node 1B (S116). When the parent node 1B receives the ACK signal from the child node 2B, the parent node 1B deletes the stored data addressed to the child node 2B.

上記のような親ノード１Ｂおよび子ノード２Ｂによって構成される無線通信システムの例として、火災警報システムがある。図８は、火災警報システムの構成例を示し、１台の親ノード１Ｂが監視装置を構成し、複数台の子ノード２Ｂが火災感知器を構成している。 A fire alarm system is an example of a wireless communication system including the parent node 1B and the child node 2B as described above. FIG. 8 shows a configuration example of the fire alarm system, in which one parent node 1B constitutes a monitoring device, and a plurality of child nodes 2B constitute a fire detector.

親ノード１Ｂは、図９（ａ）に示すように、電源部１０１と、制御部１０２と、無線送受信部１０３と、表示操作部１０４と、アンテナ１０５とを備える。電源部１０１は、商用電源を駆動電源に変換する機能を有し、親ノード１Ｂの各部に駆動電源を供給する。制御部１０２は、親ノード１Ｂの各部の動作を監視制御するとともに、子ノード２Ｂとの間で授受される各信号の作成、解析を行う。無線送受信部１０３は、アンテナ１０５を介して、無線信号を送受信する変復調機能を有する。表示操作部１０４は、タッチパネル機能を有する液晶画面、および火災の発生を報知する警報音を鳴動するスピーカ装置等で構成され、各種操作を行うとともに、火災の発生状況を表示、音声報知する。 As shown in FIG. 9A, the parent node 1B includes a power supply unit 101, a control unit 102, a wireless transmission / reception unit 103, a display operation unit 104, and an antenna 105. The power supply unit 101 has a function of converting commercial power into drive power, and supplies drive power to each unit of the parent node 1B. The control unit 102 monitors and controls the operation of each unit of the parent node 1B, and creates and analyzes each signal exchanged with the child node 2B. The wireless transmission / reception unit 103 has a modulation / demodulation function for transmitting / receiving a wireless signal via the antenna 105. The display operation unit 104 includes a liquid crystal screen having a touch panel function and a speaker device that sounds an alarm sound for notifying the occurrence of a fire. The display operation unit 104 performs various operations and displays the sound of the occurrence of the fire and notifies the sound.

子ノード２Ｂは、図９（ｂ）に示すように、電池部２０１と、制御部２０２と、無線送受信部２０３と、火災感知部２０４と、音声出力部２０５と、電源スイッチ２０６と、アンテナ２０７とを備える。電池部２０１は、子ノード２Ｂの各部に駆動電源を供給する。制御部２０２は、子ノード２Ｂの各部の動作を監視制御するとともに、親ノード１Ｂとの間で授受される各信号の作成、解析を行う。無線送受信部２０３は、アンテナ２０７を介して、無線信号を送受信する変復調機能を有する。火災感知部２０４は、熱および煙の少なくとも一方を検出することによって、火災の発生を検知する。音声出力部２０５は、火災の発生を報知する警報音を鳴動する機能を有する。電源スイッチ２０６は、電池部２０１から無線送受信部２０３への電源供給を導通・遮断する。 As shown in FIG. 9B, the child node 2B includes a battery unit 201, a control unit 202, a wireless transmission / reception unit 203, a fire detection unit 204, a sound output unit 205, a power switch 206, and an antenna 207. With. The battery unit 201 supplies driving power to each unit of the child node 2B. The control unit 202 monitors and controls the operation of each unit of the child node 2B, and creates and analyzes each signal exchanged with the parent node 1B. The wireless transmission / reception unit 203 has a modulation / demodulation function for transmitting / receiving a wireless signal via the antenna 207. The fire detection unit 204 detects the occurrence of a fire by detecting at least one of heat and smoke. The audio output unit 205 has a function of sounding an alarm sound that notifies the occurrence of a fire. The power switch 206 conducts / cuts off the power supply from the battery unit 201 to the wireless transmission / reception unit 203.

そして、子ノード２Ｂでは、火災感知部２０４が火災を検知した場合、音声出力部２０５が警報音を鳴動させるとともに、無線送受信部２０３が、火災発生を通知する火災発生信号を親ノード１Ｂへ送信する。火災発生信号を受信した親ノード１Ｂでは、表示操作部１０４が火災の発生状況を表示、音声報知するとともに、無線送受信部１０３が、火災を検知していない他の子ノード２Ｂへ警報信号を送信する。そして、親ノード１Ｂから警報信号を受信した他の子ノード２Ｂも、音声出力部２０５が警報音を鳴動させることによって、複数の子ノード２Ｂが一斉に警報音を鳴動させるので、火災の発生を迅速且つ確実に報知することができる。 In the child node 2B, when the fire detection unit 204 detects a fire, the audio output unit 205 sounds an alarm sound, and the wireless transmission / reception unit 203 transmits a fire occurrence signal notifying the occurrence of a fire to the parent node 1B. To do. In the parent node 1B that has received the fire occurrence signal, the display operation unit 104 displays the status of the fire occurrence and provides voice notification, and the wireless transmission / reception unit 103 transmits an alarm signal to the other child node 2B that has not detected the fire. To do. The other child node 2B that has received the alarm signal from the parent node 1B also causes the plurality of child nodes 2B to sound the alarm sound all at once by the sound output unit 205 sounding the alarm sound. Notification can be made promptly and reliably.

この子ノード２Ｂから親ノード１Ｂへの火災発生信号の送信は、上記図６のデータ伝送モデルにしたがって行われる。また、親ノード１から子ノード２Ｂへの警報信号の送信は、上記図７のデータ伝送モデルにしたがって行われる。 The transmission of the fire occurrence signal from the child node 2B to the parent node 1B is performed according to the data transmission model of FIG. The alarm signal is transmitted from the parent node 1 to the child node 2B according to the data transmission model shown in FIG.

ここで、子ノード２Ｂは、電池部２０１による電池駆動であり、電池寿命を長くするために、火災感知部２０４が火災を検知していない間は、電源スイッチ２０６をオフにして、電池部２０１から無線送受信部２０３への電源供給を遮断しておく。すなわち、火災を検知していない間は、所謂スリープモードに移行して、省電力動作を行う。そして、火災感知部２０４が火災を検知した場合、電源スイッチ２０６がオンして、電池部２０１から無線送受信部２０３への電源供給路を導通させ、子ノード２Ｂは、スリープモードから通常モードに移行する。電池部２０１から駆動電源を供給された無線送受信部２０３は、制御部２０２からの指示によって、火災発生信号を送信する。 Here, the child node 2B is battery-driven by the battery unit 201. In order to extend the battery life, the battery switch 201 is turned off by turning off the power switch 206 while the fire detection unit 204 does not detect a fire. Power supply to the wireless transmission / reception unit 203 is cut off. That is, while a fire is not detected, the operation shifts to a so-called sleep mode to perform a power saving operation. When the fire detection unit 204 detects a fire, the power switch 206 is turned on, the power supply path from the battery unit 201 to the wireless transmission / reception unit 203 is conducted, and the child node 2B shifts from the sleep mode to the normal mode. To do. The wireless transmission / reception unit 203 supplied with the driving power from the battery unit 201 transmits a fire occurrence signal according to an instruction from the control unit 202.

また、スーパーフレームＳＦ１のビーコン信号スロットＴＳ０内で親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへ送信されるビーコンフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがって、図３（ｂ）に示す構造を有する。スーパーフレームＳＦ１で用いるビーコンフレームは、フレームコントロール領域３１、シーケンス領域３２、アドレス領域３３、ＭＡＣ層データペイロード領域３４、チェックサム領域３５の各フィールドからなる。 Also, the beacon frame transmitted from the parent node 1B to the child node 2B within the beacon signal slot TS0 of the super frame SF1 has a structure shown in FIG. 3B in accordance with the IEEE 802.15.4 standard. The beacon frame used in the super frame SF1 includes fields of a frame control area 31, a sequence area 32, an address area 33, a MAC layer data payload area 34, and a checksum area 35.

ＭＡＣ層データペイロード領域３４は、さらに、スーパーフレーム領域３４１、ＧＴＳ領域３４２、ペンディング領域３４３、ビーコンペイロード領域３４４で構成されている。 The MAC layer data payload area 34 further includes a super frame area 341, a GTS area 342, a pending area 343, and a beacon payload area 344.

スーパーフレーム領域３４１は、スーパーフレームＳＦ１およびビーコンを定義する情報が格納されている。具体的には、ビーコン周期Ｌ１を決めるビーコンオーダＮ、スーパーフレーム期間Ｌ２を決めるスーパーフレームオーダＭ、競合アクセス期間Ｔａ内の競合アクセススロットＴＳａのスロット数等の各情報が、スーパーフレーム領域３４１に格納される。 The super frame area 341 stores information defining the super frame SF1 and the beacon. Specifically, information such as the beacon order N that determines the beacon period L1, the superframe order M that determines the superframe period L2, and the number of contention access slots TSa within the contention access period Ta is stored in the superframe area 341. Is done.

ＧＴＳ領域３４２は、定義された保証タイムスロットＴＳｂの情報が格納されている。具体的には、保証タイムスロットＴＳｂのデータ伝送方向、割り付けられたノードのアドレス、開始スロット、使用されるスロット数等の各情報が、ＧＴＳ領域３４２に格納される。 The GTS area 342 stores information on the defined guaranteed time slot TSb. Specifically, information such as the data transmission direction of the guaranteed time slot TSb, the address of the assigned node, the start slot, the number of slots used, and the like are stored in the GTS area 342.

ペンディング領域３４３は、親ノード１Ｂのペンディング情報が格納されている。親ノード１Ｂは、子ノード２Ｂ宛のデータ（蓄積データ）を一時格納しており、ペンディング情報とは、この蓄積データの有無を子ノード２Ｂへ知らせるための情報である。具体的には、親ノード１Ｂが一時格納しているメッセージの数、およびその宛先アドレスが、例えばアドレスリストとして格納される。 The pending area 343 stores pending information of the parent node 1B. The parent node 1B temporarily stores data (accumulated data) addressed to the child node 2B, and the pending information is information for notifying the child node 2B of the presence or absence of the accumulated data. Specifically, the number of messages temporarily stored in the parent node 1B and its destination address are stored as an address list, for example.

ビーコンペイロード領域３４４は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、使い方を特に規定していない。 The beacon payload area 344 does not particularly define how to use it in the IEEE 802.15.4 standard.

そして、子ノード２Ｂは、受信したビーコンフレームのスーパーフレーム領域３４１に格納されているビーコンオーダＮを上記（１）式に適用することで、ビーコンフレームの送信タイミングを把握できる。そして、子ノード２Ｂは、ビーコン周期Ｌ１毎にスリープモードから通常モードに移行する。この通常モード時において子ノード２Ｂは、例えば、ビーコンフレーム内に記述されているペンディング情報を解読する。子ノード２Ｂは、親ノード１Ｂに自己宛の蓄積データ（例えば、警報信号）がある場合、親ノード１Ｂに対してデータ送信要求を送信し、親ノード１Ｂから蓄積データ（例えば、警報信号）を取得する。 And child node 2B can grasp | ascertain the transmission timing of a beacon frame by applying the beacon order N stored in the super frame area | region 341 of the received beacon frame to said (1) Formula. Then, the child node 2B shifts from the sleep mode to the normal mode every beacon period L1. In this normal mode, the child node 2B decodes the pending information described in the beacon frame, for example. The child node 2B transmits a data transmission request to the parent node 1B when the parent node 1B has stored data (for example, an alarm signal) addressed to itself, and the stored data (for example, an alarm signal) is transmitted from the parent node 1B. get.

さらに、親ノード１Ｂは、一定時間毎（例えば２４時間毎）に、子ノード２Ｂへ生存確認要求を送信する。子ノード２Ｂは、生存確認要求の送信周期毎に、電源スイッチ２０６がオンして、電池部２０１から無線送受信部２０３への電源供給路を導通させ、スリープモードから通常モードに移行する。そして、子ノード２Ｂは、生存確認要求に対してＡＣＫ信号を返信した後、再びスリープモードに移行する。 Further, the parent node 1B transmits a survival confirmation request to the child node 2B at regular time intervals (for example, every 24 hours). The child node 2B turns on the power switch 206 at every transmission period of the survival confirmation request, turns on the power supply path from the battery unit 201 to the wireless transmission / reception unit 203, and shifts from the sleep mode to the normal mode. Then, the child node 2B returns the ACK signal in response to the survival confirmation request, and then shifts to the sleep mode again.

特開２００４−３２４３６号公報JP 2004-32436 A

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがうと、データ内容の取得を目的としない生存確認についても、図７に示す親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへのデータ伝送のシーケンス（ステップＳ１１３〜Ｓ１１６）を実行しなければならない。 According to the IEEE 802.15.4 standard, the data transmission sequence (steps S113 to S116) from the parent node 1B to the child node 2B shown in FIG. I must.

すなわち、現状の生存確認では、子ノード２Ｂから親ノード１Ｂへのデータ送信要求（Ｓ１１３）、親ノード１Ｂから子ノード２ＢへのＡＣＫ信号の返信（Ｓ１１４）、親ノード１Ｂから子ノード２Ｂへのデータ送信（Ｓ１１５）、子ノード２Ｂから親ノード１ＢへのＡＣＫ信号の返信（Ｓ１１６）が必要となっている。すなわち、現状の生存確認に要する時間は長くなり、子ノード２Ｂが通常モードで動作する期間も長くなる。したがって、子ノード２Ｂの駆動電源である電池の消費電流量も大きくなり、電池交換のサイクルが短くなってしまう。 That is, in the current survival confirmation, a data transmission request from the child node 2B to the parent node 1B (S113), a reply of an ACK signal from the parent node 1B to the child node 2B (S114), and from the parent node 1B to the child node 2B Data transmission (S115) and return of an ACK signal from the child node 2B to the parent node 1B (S116) are required. That is, the time required for the current existence confirmation becomes longer, and the period during which the child node 2B operates in the normal mode also becomes longer. Therefore, the current consumption of the battery that is the driving power source of the child node 2B is also increased, and the battery replacement cycle is shortened.

また、ステップＳ１１３における子ノード２Ｂから親ノード１Ｂへのデータ送信要求を、競合アクセススロットＴＳａを用いて行った場合、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いているため、通信路に信号が流れている場合は送信不可能となり、待機する必要がある。そして、子ノード２Ｂは、この待機している間も通常モードで動作する必要があり、電池部２０１の消費電流量が大きくなる。例えば図５（ｂ）は、子ノード２Ｂが競合アクセス期間Ｔａの全期間に亘って通常モードで動作した場合の消費電流の波形を示す。 Further, when the data transmission request from the child node 2B to the parent node 1B in step S113 is performed using the contention access slot TSa, since the CSMA / CA method is used, a signal is flowing through the communication path. It becomes impossible to send and it is necessary to wait. Then, the child node 2B needs to operate in the normal mode while waiting, and the current consumption of the battery unit 201 increases. For example, FIG. 5B shows a waveform of current consumption when the child node 2B operates in the normal mode over the entire contention access period Ta.

また、ステップＳ１１３における子ノード２Ｂから親ノード１Ｂへのデータ送信要求を、保証タイムスロットＴＳｂを用いて行った場合、競合アクセス期間Ｔａも通常モードで動作する必要があり、電池部２０１の消費電流量が大きくなる。例えば図５（ｃ）は、子ノード２Ｂが１０スロットの保証タイムスロットＴＳｂを用いてデータ送信要求を行った場合の消費電流の波形を示す。 When the data transmission request from the child node 2B to the parent node 1B in step S113 is performed using the guaranteed time slot TSb, the contention access period Ta needs to operate in the normal mode, and the current consumption of the battery unit 201 The amount increases. For example, FIG. 5C shows a waveform of current consumption when the child node 2B makes a data transmission request using the guaranteed time slot TSb of 10 slots.

このように、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがって動作する従来の無線通信システムにおいて生存確認を行う場合、電池動作する子ノード２Ｂは、通常モードで動作する期間が長く、スリープモードで動作する期間が短くなり、電池寿命が短くなっていた。 As described above, when performing survival confirmation in a conventional wireless communication system that operates according to the IEEE 802.15.4 standard, the child node 2B that operates on a battery has a long period of operation in the normal mode and a period of operation in the sleep mode. The battery life was shortened.

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、生存確認を行う場合、電池動作する子ノードがスリープモードで動作する期間が長く、電池寿命を長くすることができる無線通信システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and the purpose of the present invention is to provide a wireless communication that can extend the battery life when the survival check is performed in which the child node that operates on the battery operates in the sleep mode. To provide a system.

本発明の無線通信システムは、複数の子ノードと、前記子ノードの各々との間で無線通信を行う親ノードとで構成され、前記親ノードと前記子ノードとは、少なくとも、前記親ノードから前記子ノードへの下り方向の通信を行うビーコン信号スロットと、複数の前記子ノードが互いに競合する競合アクセススロットとで構成される第１の送信フレームを用いて、無線通信を行い、前記親ノードは、前記ビーコン信号スロット内でビーコン信号を送信し、前記子ノードは、前記ビーコン信号を受信した時点を基準にして、前記親ノードとの間で通信を行うスロットを決定する無線通信システムにおいて、前記親ノードは、前記ビーコン信号スロットと、このビーコン信号スロットに続いて設けられて、予め割り付けられたいずれか１つの前記子ノードのみが利用することができる保証タイムスロットとを含むとともに、前記競合アクセススロットを含まない第２の送信フレームを用いて、前記子ノードに受信確認信号の返信を要求する生存確認要求、および前記生存確認要求の送信先となる前記子ノードの各々に対する前記保証タイムスロットの割り付け状況を示す割付情報を前記ビーコン信号スロット内で送信し、前記第２の送信フレームの前記保証タイムスロットの数を、前記生存確認要求の送信先となる前記子ノードの数と同数に設定し、前記子ノードは、前記生存確認要求を受信した場合、自己に割り付けられた前記保証タイムスロット内で、前記受信確認信号を前記親ノードへ返信することを特徴とする。 The wireless communication system of the present invention includes a plurality of child nodes and a parent node that performs wireless communication with each of the child nodes, and the parent node and the child node are at least from the parent node. Wireless communication is performed using a first transmission frame composed of a beacon signal slot that performs downlink communication to the child node and a contention access slot in which a plurality of child nodes compete with each other, and the parent node Transmits a beacon signal in the beacon signal slot, and the child node determines a slot to communicate with the parent node based on the time when the beacon signal is received. The parent node includes the beacon signal slot and any one of the children allocated in advance following the beacon signal slot. A survival confirmation request that requests a return of a reception confirmation signal to the child node using a second transmission frame that includes a guaranteed time slot that can be used only by a node and does not include the contention access slot, and The allocation information indicating the allocation status of the guaranteed time slot for each of the child nodes that are the transmission destinations of the survival confirmation request is transmitted in the beacon signal slot, and the number of the guaranteed time slots of the second transmission frame is set. , The same number of child nodes as the transmission destination of the survival confirmation request is set, and when the child node receives the survival confirmation request, the reception confirmation is performed within the guaranteed time slot allocated to the child node. A signal is returned to the parent node.

この発明において、前記親ノードは、前記第２の送信フレームを用いて、前記ビーコン信号スロット内で、前記生存確認要求の送信周期を示す確認周期情報を送信し、前記子ノードは、消費電力を抑制して動作するスリープモードと、消費電力を抑制することなく動作する通常モードとのいずれかのモードで動作し、前記生存確認要求の送信周期に同期して前記スリープモードから前記通常モードに移行することが好ましい。 In the present invention, the parent node transmits confirmation period information indicating a transmission period of the survival confirmation request in the beacon signal slot using the second transmission frame, and the child node reduces power consumption. Operates in one of a sleep mode that operates while suppressing power consumption and a normal mode that operates without suppressing power consumption, and shifts from the sleep mode to the normal mode in synchronization with the transmission cycle of the survival confirmation request It is preferable to do.

この発明において、前記生存確認要求は、前記ビーコン信号のビーコンペイロードに格納されることが好ましい。 In the present invention, the survival confirmation request is preferably stored in a beacon payload of the beacon signal.

この発明において、前記生存確認要求および前記確認周期情報は、前記ビーコン信号のビーコンペイロードに格納されることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the survival confirmation request and the confirmation cycle information are stored in a beacon payload of the beacon signal.

以上説明したように、本発明では、生存確認を行う場合、電池動作する子ノードがスリープモードで動作する期間が長く、電池寿命を長くすることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, when performing the survival check, there is an effect that the child node that operates on the battery has a long period of operation in the sleep mode, and the battery life can be extended.

（ａ）は実施形態の無線通信システムの全体構成を示す構成図であり、（ｂ）は、生存確認に用いるスーパーフレームを示すフォーマット図である。(A) is a block diagram which shows the whole structure of the radio | wireless communications system of embodiment, (b) is a format figure which shows the super frame used for survival confirmation. （ａ）は実施形態の親ノードの構成を示すブロック図であり、（ｂ）は実施形態の子ノードの構成を示すブロック図である。(A) is a block diagram showing a configuration of a parent node of the embodiment, and (b) is a block diagram showing a configuration of a child node of the embodiment. （ａ）は実施形態のビーコンフレームを示すフォーマット図であり、（ｂ）は従来のビーコンフレームを示すフォーマット図である。(A) is a format diagram which shows the beacon frame of embodiment, (b) is a format diagram which shows the conventional beacon frame. 実施形態の親ノード−子ノード間における生存確認処理のデータ伝送モデルを示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the data transmission model of the survival confirmation process between the parent node of the embodiment. （ａ）は従来のスーパーフレームを示すフォーマット図であり、（ｂ）（ｃ）は電池の消費電流を示す波形図である。(A) is a format figure which shows the conventional super frame, (b) (c) is a wave form diagram which shows the consumption current of a battery. 従来の子ノードから親ノードへのデータ伝送モデルを示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the data transmission model from the conventional child node to a parent node. 従来の親ノードから子ノードへのデータ伝送モデルを示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the data transmission model from the conventional parent node to a child node. 従来の無線通信システムの全体構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the conventional radio | wireless communications system. （ａ）は従来の親ノードの構成を示すブロック図であり、（ｂ）は従来の子ノードの構成を示すブロック図である。(A) is a block diagram which shows the structure of the conventional parent node, (b) is a block diagram which shows the structure of the conventional child node.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態の無線通信システムの構成を示し、親ノード１Ａと、複数の子ノード２Ａとで構成される。なお、本実施形態では、火災警報システムを例示し、１台の親ノード１Ａが監視装置を構成し、複数台の子ノード２Ａが火災感知器を構成している。 (Embodiment)
FIG. 1A shows the configuration of the wireless communication system of the present embodiment, which is composed of a parent node 1A and a plurality of child nodes 2A. In this embodiment, a fire alarm system is exemplified, and one parent node 1A constitutes a monitoring device, and a plurality of child nodes 2A constitute a fire detector.

親ノード１Ａは、図２（ａ）に示すように、電源部１１と、制御部１２と、無線送受信部１３と、表示操作部１４と、アンテナ１５とを備える。電源部１１は、商用電源を駆動電源に変換する機能を有し、親ノード１Ａの各部に駆動電源を供給する。制御部１２は、親ノード１Ａの各部の動作を監視制御するとともに、子ノード２Ａとの間で授受される各信号の作成、解析を行う。無線送受信部１３は、アンテナ１５を介して、無線信号を送受信する変復調機能を有する。表示操作部１４は、タッチパネル機能を有する液晶画面、および火災の発生を報知する警報音を鳴動するスピーカ装置等で構成され、各種操作を行うとともに、火災の発生状況を表示、音声報知する。 As shown in FIG. 2A, the parent node 1A includes a power supply unit 11, a control unit 12, a wireless transmission / reception unit 13, a display operation unit 14, and an antenna 15. The power supply unit 11 has a function of converting commercial power into drive power, and supplies drive power to each unit of the parent node 1A. The control unit 12 monitors and controls the operation of each unit of the parent node 1A, and creates and analyzes each signal exchanged with the child node 2A. The wireless transmission / reception unit 13 has a modulation / demodulation function for transmitting / receiving a wireless signal via the antenna 15. The display operation unit 14 includes a liquid crystal screen having a touch panel function, a speaker device that sounds an alarm sound for notifying the occurrence of a fire, and performs various operations and displays a sound occurrence status and an audio notification.

子ノード２Ａは、図２（ｂ）に示すように、電池部２１と、制御部２２と、無線送受信部２３と、火災感知部２４と、音声出力部２５と、電源スイッチ２６と、アンテナ２７とを備える。電池部２１は、子ノード２Ａの各部に駆動電源を供給する。制御部２２は、子ノード２Ａの各部の動作を監視制御するとともに、親ノード１Ａとの間で授受される各信号の作成、解析を行う。無線送受信部２３は、アンテナ２７を介して、無線信号を送受信する変復調機能を有する。火災感知部２４は、熱および煙の少なくとも一方を検出することによって、火災の発生を検知する。音声出力部２５は、火災の発生を報知する警報音を鳴動する機能を有する。電源スイッチ２６は、電池部２１から無線送受信部２３への電源供給を導通・遮断する。 As shown in FIG. 2B, the child node 2A includes a battery unit 21, a control unit 22, a wireless transmission / reception unit 23, a fire detection unit 24, an audio output unit 25, a power switch 26, and an antenna 27. With. The battery unit 21 supplies driving power to each unit of the child node 2A. The control unit 22 monitors and controls the operation of each unit of the child node 2A, and creates and analyzes each signal exchanged with the parent node 1A. The wireless transmission / reception unit 23 has a modulation / demodulation function for transmitting / receiving a wireless signal via the antenna 27. The fire detection unit 24 detects the occurrence of a fire by detecting at least one of heat and smoke. The audio output unit 25 has a function of sounding an alarm sound that notifies the occurrence of a fire. The power switch 26 conducts / cuts off the power supply from the battery unit 21 to the wireless transmission / reception unit 23.

そして、子ノード２Ａでは、火災感知部２４が火災を検知した場合、音声出力部２５が警報音を鳴動させるとともに、無線送受信部２３が、火災発生を通知する火災発生信号を親ノード１Ａへ送信する。火災発生信号を受信した親ノード１Ａでは、表示操作部１４が火災の発生状況を表示、音声報知するとともに、無線送受信部１３が、火災を検知していない他の子ノード２Ａへ警報信号を送信する。そして、親ノード１Ａから警報信号を受信した他の子ノード２Ａも、音声出力部２５が警報音を鳴動させることによって、複数の子ノード２Ａが一斉に警報音を鳴動させるので、火災の発生を迅速且つ確実に報知することができる。 In the child node 2A, when the fire detection unit 24 detects a fire, the audio output unit 25 sounds an alarm sound, and the wireless transmission / reception unit 23 transmits a fire occurrence signal notifying the occurrence of a fire to the parent node 1A. To do. In the parent node 1A that has received the fire occurrence signal, the display / operation unit 14 displays the status of the fire occurrence and provides voice notification, and the radio transmission / reception unit 13 transmits an alarm signal to the other child node 2A that has not detected the fire. To do. The other child node 2A that has received the alarm signal from the parent node 1A also causes the plurality of child nodes 2A to sound the alarm sound all at once by the sound output unit 25 sounding the alarm sound. Notification can be made promptly and reliably.

ここで、子ノード２Ａは、電池部２１による電池駆動であり、電池寿命を長くするために、火災感知部２４が火災を検知していない間は、電源スイッチ２６をオフにして、電池部２１から無線送受信部２３への電源供給を遮断しておく。すなわち、火災を検知していない間は、所謂スリープモードに移行して、省電力動作を行う。そして、火災感知部２４が火災を検知した場合、電源スイッチ２６がオンして、電池部２１から無線送受信部２３への電源供給路を導通させ、子ノード２Ａは、スリープモードから通常モードに移行する。電池部２１から駆動電源を供給された無線送受信部２３は、制御部２２からの指示によって、火災発生信号を送信する。 Here, the child node 2A is driven by the battery unit 21, and in order to extend the battery life, the battery switch 21 is turned off by turning off the power switch 26 while the fire detection unit 24 does not detect a fire. Power supply to the wireless transmission / reception unit 23 is cut off. That is, while a fire is not detected, the operation shifts to a so-called sleep mode to perform a power saving operation. When the fire detection unit 24 detects a fire, the power switch 26 is turned on, the power supply path from the battery unit 21 to the wireless transmission / reception unit 23 is conducted, and the child node 2A shifts from the sleep mode to the normal mode. To do. The wireless transmission / reception unit 23 supplied with the driving power from the battery unit 21 transmits a fire occurrence signal according to an instruction from the control unit 22.

そして、子ノード２Ａから親ノード１Ａへの火災発生信号の送信は、従来と同様に、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがった図６のデータ伝送モデルにしたがって行われる。また、親ノード１Ａから子ノード２Ａへの警報信号の送信も、従来と同様に、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがった図７のデータ伝送モデルにしたがって行われる。 Then, the transmission of the fire occurrence signal from the child node 2A to the parent node 1A is performed according to the data transmission model of FIG. 6 according to the IEEE 802.15.4 standard, as in the prior art. Also, the alarm signal is transmitted from the parent node 1A to the child node 2A according to the data transmission model of FIG. 7 in accordance with the IEEE 802.15.4 standard, as in the prior art.

さらに、親ノード−子ノード間における上記火災発生信号、上記警報信号の送受信は、従来と同様に、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格にしたがった図５（ａ）のスーパーフレームＳＦ１を用いている。なお、スーパーフレームＳＦ１が、本発明の第１の送信フレームに相当する。 Further, transmission / reception of the fire occurrence signal and the alarm signal between the parent node and the child node uses the super frame SF1 of FIG. 5A according to the IEEE 802.15.4 standard, as in the past. Superframe SF1 corresponds to the first transmission frame of the present invention.

本実施形態において、ビーコン信号スロットＴＳ０内で親ノード１Ａから子ノード２Ａへ送信されるビーコンフレーム（本発明のビーコン信号に相当する）は、図３（ａ）に示す構造を有する。スーパーフレームＳＦ１のビーコン信号スロットＴＳ０においても、図３（ａ）のビーコンフレームが用いられる。このビーコンフレームは、従来と同様に（図３（ｂ）参照）、フレームコントロール領域３１、シーケンス領域３２、アドレス領域３３、ＭＡＣ層データペイロード領域３４、チェックサム領域３５の各フィールドからなる。さらに、ＭＡＣ層データペイロード領域３４も、従来と同様に、スーパーフレーム領域３４１、ＧＴＳ領域３４２、ペンディング領域３４３、ビーコンペイロード領域３４４で構成されている。 In the present embodiment, a beacon frame (corresponding to a beacon signal of the present invention) transmitted from the parent node 1A to the child node 2A within the beacon signal slot TS0 has the structure shown in FIG. The beacon frame shown in FIG. 3A is also used in the beacon signal slot TS0 of the super frame SF1. This beacon frame includes fields of a frame control area 31, a sequence area 32, an address area 33, a MAC layer data payload area 34, and a checksum area 35, as in the conventional case (see FIG. 3B). Further, the MAC layer data payload area 34 includes a super frame area 341, a GTS area 342, a pending area 343, and a beacon payload area 344, as in the conventional case.

そして、子ノード２Ａは、従来と同様に、受信したビーコンフレームのスーパーフレーム領域３４１に格納されているビーコンオーダＮを上記（１）式に適用することで、ビーコン周期Ｌ１を求めて、ビーコンフレームの送信タイミングを把握できる。そして、子ノード２Ａは、ビーコン周期Ｌ１毎にスリープモードから通常モードに移行する。この通常モード時において子ノード２Ａは、例えば、ビーコンフレーム内に記述されているペンディング情報を解読する。子ノード２Ａは、親ノード１Ａに自己宛の蓄積データ（例えば、警報信号）がある場合、親ノード１Ａに対してデータ送信要求を送信し、親ノード１Ａから蓄積データ（例えば、警報信号）を取得する。 Then, the child node 2A obtains the beacon period L1 by applying the beacon order N stored in the superframe region 341 of the received beacon frame to the above equation (1), as in the conventional case, and determines the beacon frame L1. The transmission timing can be grasped. Then, the child node 2A shifts from the sleep mode to the normal mode every beacon period L1. In this normal mode, the child node 2A decodes pending information described in a beacon frame, for example. The child node 2A transmits a data transmission request to the parent node 1A when the parent node 1A has stored data (for example, an alarm signal) addressed to itself, and receives the stored data (for example, an alarm signal) from the parent node 1A. get.

さらに、親ノード１Ａは、一定時間毎（例えば２４時間毎）に、子ノード２Ａへ生存確認要求を送信する。子ノード２Ａは、生存確認要求の送信周期毎に、電源スイッチ２６がオンして、電池部２１から無線送受信部２３への電源供給路を導通させ、スリープモードから通常モードに移行する。そして、子ノード２Ａは、生存確認要求に対してＡＣＫ信号を返信した後、再びスリープモードに移行する。 Furthermore, the parent node 1A transmits a survival confirmation request to the child node 2A at regular time intervals (for example, every 24 hours). The child node 2A turns on the power switch 26 every transmission cycle of the survival confirmation request, makes the power supply path from the battery unit 21 to the wireless transmission / reception unit 23 conductive, and shifts from the sleep mode to the normal mode. Then, the child node 2A returns the ACK signal in response to the survival confirmation request, and then shifts to the sleep mode again.

以下、この親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間で行われる生存確認処理について説明する。 Hereinafter, the survival confirmation process performed between the parent node 1A and the child node 2A will be described.

まず、親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間における生存確認処理は、図１（ｂ）に示すスーパーフレームＳＦ２を用いている。なお、スーパーフレームＳＦ２が、本発明の第２の送信フレームに相当する。 First, the survival confirmation process between the parent node 1A and the child node 2A uses a superframe SF2 shown in FIG. Superframe SF2 corresponds to the second transmission frame of the present invention.

スーパーフレームＳＦ２は、１６個のタイムスロットで構成された仮想的な通信時間割りであり、ネットワーク上の各ノードは、任意の時間ではなく、所定のタイミングにのみ送受信可能となる。１６個のタイムスロットは、親ノード１Ａから子ノード２Ａへの下り方向のスロット数「１」のビーコン信号スロットＴＳ０と、スロット数「０〜１５」の保証タイムスロットＴＳｂ（ＧＴＳ：Guaranteed Time Slot）とで構成される。図１（ｂ）では、保証タイムスロットＴＳｂを１スロット〜６スロットで構成している。 The super frame SF2 is a virtual communication time schedule composed of 16 time slots, and each node on the network can transmit and receive only at a predetermined timing, not at an arbitrary time. The 16 time slots are a beacon signal slot TS0 having a slot number “1” in the downlink direction from the parent node 1A to the child node 2A, and a guaranteed time slot TSb (GTS: Guaranteed Time Slot) having a slot number “0 to 15”. It consists of. In FIG. 1B, the guaranteed time slot TSb is composed of 1 to 6 slots.

また、ビーコン信号スロットＴＳ０、保証タイムスロットＴＳｂの各タイムスロットからなるスーパーフレーム期間Ｌ２が終了してから、次のスーパーフレームＳＦ１，ＳＦ２のビーコン信号スロットＴＳ０が開始されるまでは不活性期間Ｔｃとなる。 Further, after the superframe period L2 including the time slots of the beacon signal slot TS0 and the guaranteed time slot TSb ends, the inactive period Tc is maintained until the beacon signal slot TS0 of the next superframes SF1 and SF2 is started. Become.

ビーコン信号スロットＴＳ０は、スーパーフレームＳＦ２の先頭のスロットであり、ビーコンフレームが親ノード１Ａから子ノード２Ａへ送信され、親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間の通信同期に用いられる。 The beacon signal slot TS0 is the first slot of the super frame SF2, and a beacon frame is transmitted from the parent node 1A to the child node 2A and used for communication synchronization between the parent node 1A and the child node 2A.

保証タイムスロットＴＳｂは、コーディネータである親ノード１Ａから許可を得た子ノード２Ａのみが使用できるタイムスロットであり、ＣＦＰ（Contention Free Period）である非競合アクセス期間Ｔｂ内で利用できる。保証タイムスロットＴＳｂは、コーディネータから許可を得たノードのみが使用できるので、信号の衝突を避けることができ、ＱｏＳ（Quality of Service）を確保したデータ伝送が可能になる。 The guaranteed time slot TSb is a time slot that can be used only by the child node 2A that has obtained permission from the parent node 1A that is the coordinator, and can be used within a non-contention access period Tb that is a CFP (Contention Free Period). Since the guaranteed time slot TSb can be used only by a node that has received permission from the coordinator, signal collision can be avoided, and data transmission with QoS (Quality of Service) ensured.

そして、スーパーフレームＳＦ２のビーコン信号スロットＴＳ０においても、スーパーフレームＳＦ１と同様に、図３（ａ）に示すビーコンフレームが用いられる。スーパーフレームＳＦ２のビーコン信号スロットＴＳ０内で親ノード１Ａから子ノード２Ａへ送信されるビーコンフレームは、ビーコンペイロード領域３４４に、生存確認領域３４４ａと、ビーコン周期領域３４４ｂとを設けている。すなわち、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、使い方を特に規定していないビーコンペイロード領域３４４を利用している。 Also in the beacon signal slot TS0 of the super frame SF2, the beacon frame shown in FIG. 3A is used as in the super frame SF1. The beacon frame transmitted from the parent node 1A to the child node 2A within the beacon signal slot TS0 of the super frame SF2 has a survival confirmation area 344a and a beacon period area 344b in the beacon payload area 344. That is, the IEEE 802.15.4 standard uses a beacon payload area 344 that does not specifically define how to use it.

親ノード１Ａの制御部１２は、生存確認を行う場合、生存確認領域３４４ａに「１」を格納して、生存確認専用のスーパーフレームＳＦ２を用いる。また、親ノード１Ａの制御部１２は、生存確認を行わない場合、生存確認領域３４４ａに「０」を格納し、スーパーフレームＳＦ１を用いて、上記火災発生信号および警報信号等の送受信を行う。 When confirming the existence, the control unit 12 of the parent node 1A stores “1” in the existence confirmation area 344a and uses the superframe SF2 dedicated to the existence confirmation. Further, when the survival confirmation is not performed, the control unit 12 of the parent node 1A stores “0” in the survival confirmation area 344a, and transmits and receives the fire occurrence signal, the alarm signal, and the like using the superframe SF1.

ビーコン周期領域３４４ｂは、生存確認領域３４４ａに「１」を格納したビーコンフレームの送信周期を設定する。すなわち、生存確認処理の実行周期を設定している。 The beacon period area 344b sets a transmission period of a beacon frame in which “1” is stored in the survival confirmation area 344a. That is, the execution cycle of the survival confirmation process is set.

なお、ビーコンペイロード領域３４４において、「１」を設定した生存確認領域３４４ａが、本発明の生存確認要求に相当する。また、ビーコンペイロード領域３４４において、ビーコン周期領域３４４ｂが、本発明の確認周期情報に相当する。 In the beacon payload area 344, the survival confirmation area 344a in which “1” is set corresponds to the survival confirmation request of the present invention. In the beacon payload area 344, the beacon period area 344b corresponds to the confirmation period information of the present invention.

そして、このようなスーパーフレームＳＦ２を用いて、図４のデータ伝送モデルにしたがって、親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間の生存確認処理が行われる。 Then, using such a superframe SF2, a survival confirmation process between the parent node 1A and the child node 2A is performed according to the data transmission model of FIG.

まず、親ノード１Ａは、生存確認領域３４４ａに「１」を格納したビーコンフレームを、スーパーフレームＳＦ２を用いて送信する（Ｓ１，Ｓ２）。このスーパーフレームＳＦ２における保証タイムスロットＴＳｂのスロット数は、生存確認を行う子ノード２Ａ（生存確認要求の送信先となる子ノード２Ａ）の台数と同数に設定される。したがって、スーパーフレームＳＦ２のスーパーフレーム期間Ｌ２は、生存確認を行うために必要な最短期間に設定される。すなわち、スーパーフレームＳＦ２の不活性期間Ｔｃが長くなって、子ノード２Ａが、生存確認のための通信に要する期間が短縮され、電池部２４の消費電流量を低減させることが可能となる。 First, the parent node 1A transmits a beacon frame in which “1” is stored in the survival confirmation area 344a by using the superframe SF2 (S1, S2). The number of guaranteed time slots TSb in this superframe SF2 is set to be the same as the number of child nodes 2A (child node 2A that is the transmission destination of the survival confirmation request) that performs survival confirmation. Therefore, the super frame period L2 of the super frame SF2 is set to the shortest period necessary for performing the survival check. That is, the inactive period Tc of the superframe SF2 is lengthened, the period required for the child node 2A to perform communication for survival confirmation is shortened, and the current consumption amount of the battery unit 24 can be reduced.

子ノード２Ａは、このビーコンフレームを受信して、スーパーフレームＳＦ２との同期をとり、さらにはスーパーフレームＳＦ２の各タイムスロットの割り付け状況を把握した後に、保証タイムスロットＴＳｂを利用して、ＡＣＫ信号の返信を行う（Ｓ３）。なお、このステップＳ３で返信するＡＣＫ信号が、本発明の受信確認信号に相当する。 The child node 2A receives this beacon frame, synchronizes with the superframe SF2, and further grasps the allocation status of each time slot of the superframe SF2, and then uses the guaranteed time slot TSb to generate an ACK signal. Is returned (S3). The ACK signal returned in step S3 corresponds to the reception confirmation signal of the present invention.

具体的に、子ノード２Ａは、受信したビーコンフレームの生存確認領域３４４ａを参照して、生存確認領域３４４ａに「１」が設定されていれば、生存確認要求であると認識する。次に、子ノード２Ａは、受信したビーコンフレームのＧＴＳ領域３４２において定義されている保証タイムスロットＴＳｂの情報を参照し、自己に割り付けられた保証タイムスロットＴＳｂを用いて、ＡＣＫ信号を返信する。親ノード１Ａは、子ノード２ＡからＡＣＫ信号を受信することによって、ネットワーク内における子ノード２Ａの生存確認を行うことができる。なお、ビーコンフレームのＧＴＳ領域３４２が、本発明において、生存確認要求の送信先となる子ノードの各々に対する保証タイムスロットの割り付け状況を示す割付情報に相当する。 Specifically, the child node 2A refers to the survival confirmation area 344a of the received beacon frame, and recognizes that it is a survival confirmation request if “1” is set in the survival confirmation area 344a. Next, the child node 2A refers to the information on the guaranteed time slot TSb defined in the GTS area 342 of the received beacon frame, and returns an ACK signal using the guaranteed time slot TSb allocated to itself. The parent node 1A can confirm the existence of the child node 2A in the network by receiving the ACK signal from the child node 2A. In the present invention, the GTS area 342 of the beacon frame corresponds to allocation information indicating the allocation status of guaranteed time slots for each child node that is the transmission destination of the survival confirmation request.

また、子ノード２Ａは、ステップＳ３におけるＡＣＫ信号の返信を完了した時点で、通常モードからスリープモードに移行することによって、スリープモードの期間を長くして、電池部２４の消費電流量をより低減させることが可能となる。 Further, when the child node 2A completes the return of the ACK signal in step S3, the child node 2A shifts from the normal mode to the sleep mode, thereby extending the sleep mode period and further reducing the current consumption of the battery unit 24. It becomes possible to make it.

また、子ノード２Ａは、保証タイムスロットＴＳｂを用いて、生存確認のＡＣＫ信号を返信するので、他の子ノード２Ａと競合することなく、親ノード１ＡへＡＣＫ信号を返信できる。すなわち、生存確認要求を再送することなく、生存確認処理を短期間で完了させることができる。したがって、子ノード２Ａは、電池部２４の消費電流量をより低減させることが可能となる。 Further, since the child node 2A returns the ACK signal of the survival confirmation using the guaranteed time slot TSb, the ACK signal can be returned to the parent node 1A without competing with the other child nodes 2A. That is, the survival confirmation process can be completed in a short period without resending the survival confirmation request. Therefore, the child node 2A can further reduce the amount of current consumption of the battery unit 24.

また、親ノード１Ａ−子ノード２Ａ間の生存確認処理に用いられる図４のデータ伝送モデルは、従来の生存確認処理に用いられる伝送モデル（図７参照）に比べて、ステップ数が少なく、簡略化されている。したがって、子ノード２Ａは、生存確認のための通信に要する期間が短縮され、電池部２４の消費電流量をより低減させることが可能となる。 Further, the data transmission model of FIG. 4 used for the survival confirmation process between the parent node 1A and the child node 2A has a smaller number of steps and is simpler than the transmission model (see FIG. 7) used for the conventional survival confirmation process. It has become. Therefore, the child node 2A can shorten the period required for communication for survival confirmation, and can further reduce the current consumption amount of the battery unit 24.

さらに、子ノード２Ａは、受信したビーコンフレームのビーコン周期領域３４４ｂを参照することによって、スーパーフレームＳＦ２を用いた生存確認処理の実行周期を把握できる。したがって、生存確認処理の実行周期毎にスリープモードから通常モードに移行することが可能となる。 Furthermore, the child node 2A can grasp the execution period of the survival confirmation process using the superframe SF2 by referring to the beacon period area 344b of the received beacon frame. Therefore, it is possible to shift from the sleep mode to the normal mode at every execution period of the survival confirmation process.

このように、本実施形態では、生存確認専用のスーパーフレームＳＦ２（図１（ｂ）参照）と、生存確認要求を含むビーコンフレーム（図３（ａ）参照）を用いて、生存確認処理を行う。而して上記のように、生存確認を行う場合に、生存確認のための通信に要する期間が短縮され、電池動作する子ノード２Ａがスリープモードで動作する期間を長くし、電池寿命を長くすることができる無線通信システムを提供することができるのである。 As described above, in this embodiment, the existence confirmation process is performed using the superframe SF2 dedicated to existence confirmation (see FIG. 1B) and the beacon frame including the existence confirmation request (see FIG. 3A). . Thus, as described above, when performing survival confirmation, the period required for communication for survival confirmation is shortened, the period during which the child node 2A that operates on the battery operates in the sleep mode, and the battery life increases. It is possible to provide a wireless communication system that can perform the above-described operation.

１Ａ親ノード
２Ａ子ノード
ＳＦ２スーパーフレーム（第２の送信フレーム）
ＴＳ０ビーコン信号スロット
ＴＳｂ保証タイムスロット
Ｔｂ非競合アクセス期間
Ｔｃ不活性期間
Ｌ１ビーコン周期
Ｌ２スーパーフレーム期間 1A Parent node 2A Child node SF2 Super frame (second transmission frame)
TS0 Beacon signal slot TSb Guaranteed time slot Tb Non-contention access period Tc Inactive period L1 Beacon period L2 Superframe period

Claims

A plurality of child nodes and a parent node that performs wireless communication with each of the child nodes,
The parent node and the child node include at least a beacon signal slot that performs downlink communication from the parent node to the child node, and a contention access slot in which a plurality of the child nodes compete with each other. Wireless communication using 1 transmission frame,
Wireless communication in which the parent node transmits a beacon signal in the beacon signal slot, and the child node determines a slot for communication with the parent node with reference to the time when the beacon signal is received. In the system,
The parent node includes the beacon signal slot and a guaranteed time slot that is provided subsequent to the beacon signal slot and can be used only by any one of the child nodes allocated in advance. Using a second transmission frame that does not include an access slot, a survival confirmation request for requesting a return of a reception confirmation signal to the child node, and the guaranteed time slot for each of the child nodes to which the survival confirmation request is transmitted Is transmitted in the beacon signal slot, and the number of the guaranteed time slots of the second transmission frame is set to be the same as the number of the child nodes to which the survival confirmation request is transmitted. And
When the child node receives the existence confirmation request, the child node returns the reception confirmation signal to the parent node within the guaranteed time slot assigned to the child node.

The parent node transmits confirmation period information indicating a transmission period of the existence confirmation request in the beacon signal slot using the second transmission frame,
The child node operates in one of a sleep mode that operates while suppressing power consumption and a normal mode that operates without suppressing power consumption, and is synchronized with a transmission period of the survival confirmation request. The wireless communication system according to claim 1, wherein the wireless communication system shifts from a sleep mode to the normal mode.

The wireless communication system according to claim 1 or 2, wherein the survival confirmation request is stored in a beacon payload of the beacon signal.

The wireless communication system according to claim 2, wherein the survival confirmation request and the confirmation cycle information are stored in a beacon payload of the beacon signal.