JP5457989B2 - 無線通信システム - Google Patents

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本発明は、無線通信システムに関するものである。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−３２４３６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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）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）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。 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。 （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。 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。 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。 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。 （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。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 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
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 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を特徴とする請求項１または２記載の無線通信システム。
4. 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を特徴とする請求項２記載の無線通信システム。

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