JP4749282B2 - Wireless communication system, communication control method, and communication node - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システム及び通信制御方法並びに通信ノードに関し、特に、移動を行う通信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)を実現する無線通信システム及び通信制御方法並びに通信ノードに関する。 The present invention relates to a wireless communication system, a communication control method, and a communication node, and more particularly, wireless communication for realizing low power consumption media access control (MAC) when a moving communication node exchanges data bidirectionally. The present invention relates to a system, a communication control method, and a communication node.
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。 Reduction of power consumption of wireless hardware in a wireless device is an important requirement. Examples of applications that particularly require a power saving mechanism in a wireless communication system include an active electronic tag system and a sensor network system. These active electronic tags and sensor nodes in sensor networks are required to be portable and easy to install / flexible, and are usually battery-powered nodes incorporating a small battery.
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、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。 Applications such as these active electronic tag systems and sensor network systems are characterized by low traffic. In the active electronic tag system, usually, small data including the ID (identification information) of the active electronic tag itself is transmitted. In sensor network systems as well, sensor nodes often perform intermittent transmission of small sensing data.
アクティブ電子タグシステムにおいては、情報の交換は電子タグからのデータ送信をリーダが受信するという形で行われる。通常、アクティブ電子タグは他のアクティブ電子タグとの関係性を持たないため、ランダムに送信されるアクティブ電子タグからの情報を受信するために、リーダは、受信器を常時起動しておく必要がある。また、アクティブ電子タグシステムでは、各アクティブ電子タグが独立して動作するので、複数のアクティブ電子タグの同時データ送信によるデータ衝突が発生することも考えられる。 In the active electronic tag system, information exchange is performed in such a way that a reader receives data transmission from the electronic tag. Normally, an active electronic tag does not have a relationship with other active electronic tags. Therefore, in order to receive information from an active electronic tag that is randomly transmitted, the reader must always activate the receiver. is there. Further, in the active electronic tag system, since each active electronic tag operates independently, a data collision may occur due to simultaneous data transmission of a plurality of active electronic tags.
昨今の通信の利用形態の多様化に応えるには、通信に双方向性を持たせることが重要である。しかしながら、アクティブ電子タグシステムでは、電子タグからリーダへの片方向通信が行われるため、単純に双方向通信を行うために電子タグとリーダ/ライタを1つにしたようなノードを用いたとしても、受信器が常時起動されていることにより消費電力の低減が困難であることや、アクセス制御(衝突回避制御)の点で課題が残る。 In order to respond to the recent diversification of communication usage forms, it is important to provide bidirectional communication. However, in the active electronic tag system, since one-way communication from the electronic tag to the reader is performed, even if a node such as a single electronic tag and reader / writer is used for simple bidirectional communication, However, it is difficult to reduce power consumption because the receiver is always activated, and problems remain in terms of access control (collision avoidance control).
上述のような無線機器における消費電力の低減は重要な要件であり、従来、いくつかの解決方法が提案されている。上記の解決方法の一例としては、例えば、センサネットワークなどの低トラフィックネットワークにおいては、データの送受信がなく無線回路(無線通信機能)が使用されていない場合、無線回路をオフ(スリープ状態)にすることが挙げられる。現在、このような解決方法として、IEEE802.15.4で定義されているMAC層を使用するZigBee(ジグビー:登録商標)が提案されている。 Reduction of power consumption in the wireless device as described above is an important requirement, and several solutions have been proposed. As an example of the above solution, for example, in a low-traffic network such as a sensor network, when there is no data transmission / reception and the wireless circuit (wireless communication function) is not used, the wireless circuit is turned off (sleep state). Can be mentioned. At present, ZigBee (registered trademark) using a MAC layer defined in IEEE 802.15.4 has been proposed as such a solution.
IEEE802.15.4ではビーコンモードと呼ばれる同期モードを用いた場合、制御装置となるコーディネータから送信されるビーコンによって各ノードが同期する。また、ZigBeeでは、図1に図示されているようにスーパーフレームを定義し、ビーコン間隔をスーパーフレーム期間より大きくすることで、休止期間(Inactive period:非アクティブ期間)を定義することができる。これにより、同期したすべてのノードは、この休止期間中はスリープ状態となることが可能となる。このように、スーパーフレームによる同期スケジュールに従ってデータの送信が行われることで、各ノードでデータが受信される。 In IEEE 802.15.4, when a synchronization mode called a beacon mode is used, each node is synchronized by a beacon transmitted from a coordinator serving as a control device. In ZigBee, a superframe is defined as shown in FIG. 1, and an inactive period (inactive period) can be defined by making the beacon interval larger than the superframe period. This allows all synchronized nodes to go to sleep during this pause period. In this way, data is transmitted according to the synchronization schedule using the superframe, whereby the data is received at each node.
IEEE802.15.4では、図1に示すように、スーパーフレーム期間を16個のスロット(タイムスロット)に分割している。データを送信する際には、ノードはスロットを選択してスロット内部でCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式)を用いた送信を行うことで、このシステムに存在するノードの数が増えた場合であっても、ノード間におけるデータ送信の機会をなるべく公平に保てるようになる。 In IEEE 802.15.4, as shown in FIG. 1, the superframe period is divided into 16 slots (time slots). When transmitting data, a node selects a slot and performs transmission using CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) inside the slot. Even when the number of nodes existing in the node increases, the opportunity of data transmission between the nodes can be kept as fair as possible.
また、スーパーフレーム期間の後半には、GTS(Guaranteed Time Slot:保証されたタイムスロット)が定義されている。このGTSは、コーディネータが特定のノードに対してスロットを優先的に使用することを保証する期間である。したがって、GTSでの通信による使用が許された特定のノード以外の各ノードに対しては、このGTSにおける通信は許されない。図1に示されているように、GTSの長さは、ノードがコーディネータとネゴシエーションをすることで割り当てられ、この結果、送信データの衝突を回避した通信が行われるようになる。 In the latter half of the superframe period, a GTS (Guaranteed Time Slot) is defined. This GTS is a period for guaranteeing that the coordinator preferentially uses a slot for a specific node. Therefore, communication in this GTS is not allowed for each node other than a specific node permitted to use by communication in GTS. As shown in FIG. 1, the length of the GTS is assigned by the node negotiating with the coordinator, and as a result, communication avoiding collision of transmission data is performed.
しかしながら、IEEE802.15.4では、スーパーフレーム内でGTSとして使えるスロットは限られているため、スロット予約を要求するノード数が増加した場合には、スロット予約を要求したすべてのノードが単一のスーパーフレーム期間内でGTSの割り当てを受けることは困難となる。この場合、スロット予約を受けられなかったノードは、次のスーパーフレーム期間まで待たなくてはならない。また、コーディネータからGTSの割り当てを受け、コーディネータが電波の届く範囲に存在するノードにGTSを割り当てたことが通知される仕組みである以上、ネットワークトポロジはスター型に限定される。スター型トポロジは構成に柔軟性を欠くため、移動するノードが通信を実施する際のトポロジの仮定として使用するには不向きであるという欠点がある。 However, in IEEE 802.15.4, the number of slots that can be used as GTSs in a superframe is limited, so when the number of nodes that request slot reservation increases, all the nodes that requested slot reservation have a single slot. It becomes difficult to receive GTS allocation within the superframe period. In this case, the node that has not received the slot reservation must wait until the next superframe period. Further, the network topology is limited to the star type as long as the GTS is assigned from the coordinator and the coordinator is notified that the GTS is assigned to a node existing in a range where radio waves reach. Since the star topology lacks flexibility in configuration, it has a drawback that it is not suitable for use as a topology assumption when a moving node performs communication.
以上のように、IEEE802.15.4においてスロット予約を実施するためには、単一のスーパーフレーム期間内でのスロット予約に使用できるスロット数に制限が存在している。また、IEEE802.15.4では、スロット予約をマネージメントするコーディネータの存在が必要であり、その結果、ネットワークの構成上の制約(ネットワークトポロジの制約)が存在している。 As described above, in order to implement slot reservation in IEEE 802.15.4, there is a limit to the number of slots that can be used for slot reservation within a single superframe period. IEEE 802.15.4 requires a coordinator to manage slot reservation, and as a result, there are restrictions on the network configuration (network topology restrictions).
また、ZigBeeのスーパーフレームでの通信とは異なり、ビーコンによるシステム同期を行わないビーコンレスソリューションにおける低消費電力化に係る技術が、下記の特許文献1に開示されている(図2参照)。この特許文献1に開示されている技術では、各受信ノードは、監視周期TPL及び監視期間TLに関してTL≪TPLとした場合には、周期的に一定の時間だけ起動して、エアインタフェースを監視する。 Also, unlike ZigBee superframe communication, a technique related to low power consumption in a beaconless solution that does not perform system synchronization using beacons is disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 2). In the technique disclosed in Patent Document 1, each receiving node is periodically activated for a fixed time when T L << T PL with respect to the monitoring period T PL and the monitoring period T L. Monitor the interface.
一方、送信元ノードはこのTPL期間中にウェークアップ信号(WU)を出力し、これによりすべての受信ノードは、自身の受信期間であるTL中に当該ウェークアップ信号に対応したデータが送信されることを把握する。また、ウェークアップ信号に送信開始の時刻に関する情報(時間ポインタ)が含まれる場合には、起動時間(データの送信開始時刻)を把握することが可能である。 On the other hand, the transmission source node outputs a wake-up signal (WU) during this TPL period, whereby all the receiving nodes transmit data corresponding to the wake-up signal during its own reception period TL. Grasp that. In addition, when the wakeup signal includes information (time pointer) regarding the transmission start time, it is possible to grasp the activation time (data transmission start time).
さらに、ウェークアップ信号に乗せて送信される情報として、ウェークアップ信号にあて先アドレスが含まれる場合には、このウェークアップ信号を受信した該当ノードのみが受信部を起動することで、他のノードの起動時間を減少させることが可能となる。さらに、通信のたびに通信終了時刻と該当ノードの次の監視期間の通信開始時刻を相互にやり取りすることで、各ノードのサンプリングスケジュールをテーブル情報として保持しておき、監視周期TPLの期間必要であるウェークアップ信号の送信時間を短くすることが可能となる。 Furthermore, when the destination address is included in the wake-up signal as the information transmitted on the wake-up signal, only the corresponding node that has received this wake-up signal activates the receiving unit, so that the activation time of the other nodes is increased. It becomes possible to decrease. Furthermore, by exchanging the communication end time and the communication start time of the next monitoring period for each node for each communication, the sampling schedule of each node is held as table information, and a period of the monitoring cycle TPL is required. It is possible to shorten the transmission time of the wakeup signal.
また、特許文献1に開示されているシステムには、複数のノードの受信器の起動時間を合わせることで、送信したデータが優先的に受信される仕組みが存在している。さらに、ウェークアップ信号を送出することで、データ送信の開始時刻をノードが要求する時刻に指定することが可能であり、データ送信の優先制御の仕組みも存在している。 Further, the system disclosed in Patent Document 1 has a mechanism for preferentially receiving transmitted data by matching the activation times of receivers of a plurality of nodes. Furthermore, by sending a wake-up signal, it is possible to designate the start time of data transmission as the time requested by the node, and there is a mechanism for priority control of data transmission.
しかしながら、特許文献1に開示されているシステムにおいては、テーブル情報を得るまでは監視周期TPLの期間にウェークアップ信号が送信される必要があり、特許文献1に示唆されているように、この期間は、送信元ノードの電力が消費されるだけでなく、相当な時間周期の間、無線チャンネルが占有されてしまい、これにより、他のノードが他のウェークアップ信号を送信することが妨害されるか、あるいは他の進行中の伝送において衝突が生じることがある。特に、不特定の多数の無線ノードが移動しながら通信を行う場合、最初のテーブル構成までは、ウェークアップ信号を用いた長い期間のやりとりが必要とされる機会が増えると考えられる。 However, in the system disclosed in Patent Document 1, it is necessary to transmit a wake-up signal during the period of the monitoring cycle TPL until the table information is obtained. Does not only consume the power of the source node, but also occupies the radio channel for a considerable period of time, which prevents other nodes from transmitting other wake-up signals Or, collisions may occur in other ongoing transmissions. In particular, when communication is performed while a large number of unspecified wireless nodes move, it is considered that there are more opportunities for long-term exchange using a wake-up signal until the first table configuration.
したがって、上述の特許文献1に開示されているシステムにおいては、データ送信の優先制御を実施するためには、長いチャンネル占有期間とデータ送信開始までの長い設定時間とが必要となる。
無線通信システムにおける省電力化を実現するため、例えば、定期的なデータ送信によるデータ伝達手法(無線タグ(RFID:Radio Frequency Identification)やアクティブ電子タグの利用、定期的なブロードキャストを利用したALOHA(アロハ)方式による通信など)が、通信相手のノード(以下、CN:Correspondent Nodeと記載)を特定しない無線近距離通信での複数のノードへの簡易なデータ送信手段として有効である。特に、定期的なデータ送信によるデータ伝達手法は、移動を行うノード(以下、MN:Mobile Nodeと記載)間における通信に有効である。その有効性は、簡易プロトコルによって通信を行うことで交換されるメッセージ数を低減させることや、送信データ量を小さくすることでデータ送受信時間を短縮し、省電力化やデータ交換開始及び終了処理の高速化を実現できることにある。 In order to realize power saving in a wireless communication system, for example, a data transmission method using periodic data transmission (RFID (Radio Frequency Identification), use of an active electronic tag, ALOHA (Aloha) using periodic broadcast) ) Communication) is effective as a simple data transmission means to a plurality of nodes in wireless short-range communication that does not specify a communication partner node (hereinafter referred to as CN: Correspondent Node). In particular, the data transmission method based on periodic data transmission is effective for communication between moving nodes (hereinafter referred to as MN: Mobile Node). Its effectiveness is to reduce the number of messages exchanged by communicating with a simple protocol, reduce the amount of data to be transmitted, shorten the data transmission / reception time, save power, and start and end data exchange processing. It is to realize high speed.
短いデータ(小さなデータ量のデータ)を定期的に送信する場合、1回のデータ送受信によって2つのノード間で交換可能な情報量には限度がある。このとき、複数回のデータ送受信が行われることによって伝達される情報量を増加させることは可能であるが、この場合には、データ送信の衝突を起こさずに無線通信路の保証が行われる仕組みが必要となる。しかしながら、簡易プロトコルは、データ送信の衝突が起きる可能性を回避する仕組みを有しておらず、無線通信路の確保(確実な保証)を行うことができない。 When short data (small amount of data) is periodically transmitted, there is a limit to the amount of information that can be exchanged between two nodes by one data transmission / reception. At this time, it is possible to increase the amount of information transmitted by performing multiple times of data transmission / reception, but in this case, a mechanism for guaranteeing a wireless communication path without causing a data transmission collision Is required. However, the simple protocol does not have a mechanism for avoiding the possibility of a data transmission collision, and cannot secure a wireless communication path (reliable guarantee).
また、IEEE802.15.4には、上述のように、スーパーフレーム期間内においてGTSによるスロットの保証が定義されているが、単一のスーパーフレーム期間内において、スロット予約に使用できるスロット数に制限(上限)があるという問題が存在している。また、スロット予約をマネージメントするコーディネータの存在が必要なので、ネットワークに構成上の制約が発生するという問題も存在している。IEEE802.15.4で制約されるネットワークトポロジは、特に、MN間でP2P(ピアトゥピア:Peer to Peer)によるデータ送受信を行う場合には不向きである。 In addition, IEEE 802.15.4 defines GTS slot guarantees within a superframe period as described above, but limits the number of slots that can be used for slot reservation within a single superframe period. There is a problem of (upper limit). In addition, since a coordinator for managing slot reservation is necessary, there is a problem that configuration restrictions occur in the network. The network topology restricted by IEEE802.15.4 is not suitable particularly when data transmission / reception is performed between MNs by P2P (Peer to Peer).
また、特許文献1に開示されているシステムでは、ウェークアップ信号を定義して、周辺ノードの受信器の起動時間を一律に同期させることにより、データの送信及び受信に関する保証を実現することが可能であるが、あるノードがデータ送信を開始する前に送信するウェークアップ信号によってチャンネルが占有されるチャンネル占有時間(ウェークアップ信号の送信からデータの送信までの期間)が長いという問題がある。そのため、送信ノードが増加した場合には、チャンネルが占有される機会が多くなるため、結果的にデータ送信の保証が困難となってしまう。また、MN間でのデータ送受信に着目すると、ウェークアップ信号の送信からデータの送信までの期間が長いので、1つのMNがデータ送信を行うためにウェークアップ信号でチャンネルを占有している間に伝播可能圏外へと移動してしまう(すなわち、MN間で通信が不可能になってしまう)場合がある。 Further, in the system disclosed in Patent Document 1, it is possible to realize guarantees for data transmission and reception by defining a wake-up signal and uniformly synchronizing the activation times of the receivers of the peripheral nodes. However, there is a problem that a channel occupation time (a period from transmission of a wakeup signal to transmission of data) in which a channel is occupied by a wakeup signal transmitted before a certain node starts data transmission is long. For this reason, when the number of transmission nodes increases, there are many opportunities for the channel to be occupied, and as a result, it is difficult to guarantee data transmission. Also, focusing on data transmission / reception between MNs, the period from the transmission of a wakeup signal to the transmission of data is long, so that propagation is possible while one MN occupies a channel with a wakeup signal to perform data transmission. In some cases, the MN moves outside the service area (that is, communication between MNs becomes impossible).
本発明は、上記の問題に鑑み、双方向の通信が可能な小型無線ノードを含む無線通信システムにおいて、移動する多数の小型無線ノードが通信を行う際の電力消費量の低減や、効率的なアクセス制御を実現するために送信機会の保証を行う無線通信システム及び通信制御方法並びに通信ノードを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a wireless communication system including a small wireless node capable of bidirectional communication, and can reduce power consumption when a large number of small wireless nodes moving perform communication. An object of the present invention is to provide a radio communication system, a communication control method, and a communication node that guarantee a transmission opportunity to realize access control.
上記の目的を達成するため、本発明の無線通信システムは、複数の無線ノードによって構成されており、前記複数の無線ノードがデータの送受信を行うことが可能な複数の固定長のタイムスロットで構成されたアクティブ期間と、前記無線ノードの送受信部が休止状態である非アクティブ期間とが一定周期で繰り返される無線通信システムであって、
前記無線ノードが、任意のアクティブ期間の任意のタイムスロットでパケットを送信する際に、次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットを予約するように構成されている。
この構成により、双方向の通信が可能な小型無線ノードを含む無線通信システムにおいて、移動する多数の小型無線ノードが通信を行う際の電力消費量の低減や、効率的なアクセス制御を実現するために送信機会の保証を行うことが可能となる。
In order to achieve the above object, the wireless communication system of the present invention includes a plurality of wireless nodes, and includes a plurality of fixed-length time slots in which the plurality of wireless nodes can transmit and receive data. A wireless communication system in which an active period and a non-active period in which a transceiver of the wireless node is in a dormant state are repeated at a constant cycle,
When the wireless node transmits a packet in an arbitrary time slot in an arbitrary active period, the wireless node is configured to reserve a time slot in communication in the next active period.
With this configuration, in a wireless communication system including a small wireless node capable of two-way communication, in order to reduce power consumption and perform efficient access control when a large number of moving small wireless nodes perform communication. It is possible to guarantee transmission opportunities.
また、上記の構成に加えて、本発明の無線通信システムは、前記任意のアクティブ期間の任意のタイムスロットで前記パケットを送信することが可能なタイムスロットと同一位置に存在する次のアクティブ期間のタイムスロットが、前記次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットとして予約されるように構成されている。
この構成により、複数のアクティブ期間において、同一の無線ノードによってデータ送信が行われる場合、同一のタイムスロットが選択されるようになり、特定の無線ノードとデータ送信のタイムスロットとの関係が明確となる。
In addition to the above-described configuration, the wireless communication system of the present invention may have a next active period in the same position as a time slot in which the packet can be transmitted in an arbitrary time slot in the arbitrary active period. A time slot is configured to be reserved as a time slot in the communication during the next active period.
With this configuration, when data transmission is performed by the same radio node in a plurality of active periods, the same time slot is selected, and the relationship between a specific radio node and the data transmission time slot is clarified. Become.
また、上記の構成に加えて、本発明の無線通信システムは、前記タイムスロットの予約を行った前記無線ノードは、前記次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットの先頭から前記パケットを送信するための処理を行うように構成されている。
この構成により、タイムスロットの予約を行った無線ノードによる通信が優先的に行われるようにすることが可能となる。
In addition to the above configuration, the wireless communication system of the present invention is configured so that the wireless node that has made a reservation for the time slot transmits the packet from the beginning of the time slot in the communication during the next active period. It is configured to perform processing.
With this configuration, it is possible to preferentially perform communication by the wireless node that has reserved the time slot.
また、上記の構成に加えて、本発明の無線通信システムは、前記無線ノードが、他の無線ノードから前記タイムスロットの予約の要求を含むパケットを受信した場合には、前記他の無線ノードによって予約の要求が行われている前記タイムスロットを避けて、データ送信のためのタイムスロットを選択するように構成されている。
この構成により、タイムスロットの予約を宣言するパケットが周辺の他ノードに通知されることで、その通知を受けたノードは予約済みのタイムスロットの使用を控えることが可能となる。
In addition to the above configuration, the wireless communication system according to the present invention may be configured such that when the wireless node receives a packet including a request for reservation of the time slot from another wireless node, the wireless node A time slot for data transmission is selected while avoiding the time slot in which a reservation request is made.
With this configuration, a packet declaring the reservation of a time slot is notified to other peripheral nodes, so that the node that has received the notification can refrain from using the reserved time slot.
また、上記の構成に加えて、本発明の無線通信システムは、前記無線ノードが、他の無線ノードから前記タイムスロットの予約の要求を含むパケットを受信しなかった場合には、前記他の無線ノードとデータ送信が衝突しないように前記データ送信が可能なタイムスロットを探索するように構成されている。
この構成により、タイムスロットの予約を宣言するパケットを受信しなかった無線ノードは、自身のデータ送信のためのタイムスロットを探索することでデータを送信できるようになる。
In addition to the above configuration, the wireless communication system of the present invention may be configured such that when the wireless node does not receive a packet including a request for reservation of the time slot from another wireless node, the other wireless node It is configured to search for a time slot in which the data transmission is possible so that the node and the data transmission do not collide.
With this configuration, a wireless node that has not received a packet declaring time slot reservation can transmit data by searching for a time slot for its own data transmission.
また、本発明によれば、無線通信システムと同様に、通信制御方法及び通信ノードも提供される。 Further, according to the present invention, a communication control method and a communication node are also provided as in the case of a wireless communication system.
本発明は、上記の問題に鑑み、双方向の通信が可能な小型無線ノードを含む無線通信システムにおいて、移動する多数の小型無線ノードが通信を行う際の電力消費量の低減や、効率的なアクセス制御を実現するために送信機会の保証を行う無線通信システム及び通信制御方法並びに通信ノードを提供することを目的とする。また、特に本発明によれば、無線部の動作期間及び休止期間のスケジュールの同期が取れている多数のノード間でのデータ交換の際に、複数の起動期間にまたがってデータ送信を行う機会を事前に確保することで、データ送信に関して複数の動作期間にわたって他ノードとの送信衝突を避けることができるようになり、さらに、無線部の休止期間を確保して電力消費量を低減させることができるようになる。 In view of the above problems, the present invention is a wireless communication system including a small wireless node capable of bidirectional communication, and can reduce power consumption when a large number of small wireless nodes moving perform communication. An object of the present invention is to provide a radio communication system, a communication control method, and a communication node that guarantee a transmission opportunity to realize access control. In particular, according to the present invention, when data exchange is performed between a large number of nodes in which the schedule of the operation period and the suspension period of the radio unit is synchronized, an opportunity to perform data transmission over a plurality of activation periods is provided. By securing in advance, it becomes possible to avoid transmission collision with other nodes over a plurality of operation periods regarding data transmission, and further, it is possible to secure a pause period of the radio unit and reduce power consumption. It becomes like this.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図3には、本発明の実施の形態における複数のノード1〜4を含む無線通信ネットワークが模式的に図示されている。図3において、複数のノード1〜4のそれぞれは、各ノード1〜4の周辺(無線伝播範囲内)に存在する他のノードと直接通信を行うことが可能な無線通信ノードである。また、各ノード1〜4は、移動を行うことでその通信可能なノードを変えることが可能となる。なお、ノード1〜4は、移動を行ってもよく、あるいは固定設置されていてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 schematically shows a wireless communication network including a plurality of nodes 1 to 4 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3, each of the plurality of nodes 1 to 4 is a wireless communication node capable of directly communicating with other nodes existing around each node 1 to 4 (within the wireless propagation range). Also, each node 1 to 4 can change its communicable node by moving. The nodes 1 to 4 may move or may be fixedly installed.
ノード1〜4は、上述のように無線通信を行うノードであり、それぞれが無線部の受信器(以下、Rxと記載することもある)の起動及び休止を自動的に行うノードである。この起動及び休止のスケジュールに関しては、各ノード間で同期を取ることによって、各ノードが同一のスケジュールを持つことが可能となる。 The nodes 1 to 4 are nodes that perform wireless communication as described above, and each is a node that automatically activates and deactivates a receiver of a wireless unit (hereinafter also referred to as Rx). With respect to the activation and suspension schedules, each node can have the same schedule by synchronizing the nodes.
本発明の実施の形態における各ノード1〜4は、無線通信処理を行う際に、パケットの送信と受信とを同時には行わないように構成されているノードである。すなわち、本発明の実施の形態における各ノード1〜4は、パケットの送信中にはパケットの受信を行わず、パケットの受信中にはパケットの送信を行わないことを示す。ただし、各ノード1〜4は、本発明に係る無線通信処理を行う場合に、パケットの送信と受信とを同時には行わないように構成されているにすぎず、無線通信においてパケット送信及びパケット受信を同時に行う機能を持ち合わせていてもよい。なお、本明細書では、各ノードが1回の送信機会に送信する情報の単位を「パケット」と呼ぶことにする。 Each of the nodes 1 to 4 in the embodiment of the present invention is a node configured not to simultaneously transmit and receive a packet when performing wireless communication processing. That is, each of the nodes 1 to 4 in the embodiment of the present invention indicates that the packet is not received while the packet is being transmitted, and the packet is not transmitted while the packet is being received. However, each of the nodes 1 to 4 is configured not to perform packet transmission and reception at the same time when performing wireless communication processing according to the present invention, and packet transmission and packet reception in wireless communication. You may have the function to perform simultaneously. In the present specification, a unit of information transmitted by each node in one transmission opportunity is referred to as a “packet”.
また、図4には、本発明の実施の形態におけるノードが通信チャンネルを使用して無線通信を行う場合に用いられる無線部の受信器Rxの起動及び休止のスケジュールの具体例を示すタイムスロット構成が図示されている。なお、図4において、Rxが起動する期間をAP(Active Period:アクティブ期間)とし、Rxが休止する時間をiAP(inActive Period:非アクティブ期間)としている。APでは、ノードはRxを起動して、自ノードの周辺に存在する周辺ノードからのパケットをすべて受信する。一方、iAPでは、ノードはRxを休止しているので、周辺ノードからのパケットを受信しない。また、各ノード間でAPの開始位置を合わせることで、各ノードのRxの起動スケジュールを同期化することが可能である。 FIG. 4 also shows a time slot configuration showing a specific example of the activation and suspension schedules of the receiver Rx of the radio unit used when the node according to the embodiment of the present invention performs radio communication using a communication channel. Is shown. In FIG. 4, the period in which Rx is activated is AP (Active Period), and the period in which Rx is paused is iAP (inActive Period). In the AP, the node activates Rx and receives all packets from the peripheral nodes existing around the node. On the other hand, in iAP, the node does not receive the packet from the peripheral node because the node is inactive Rx. In addition, by matching the AP start position between the nodes, it is possible to synchronize the Rx activation schedule of each node.
また、本明細書では、着目したある特定の時間で通信を行っているAPをcAP(current AP)と呼び、cAPの1つ前のAPをpAP(previous AP)と呼ぶことにする。さらに、cAPの後に訪れるAPをnAP(next AP)と呼ぶことにする。 Also, in this specification, an AP that performs communication at a specific time of interest is referred to as cAP (current AP), and an AP immediately before cAP is referred to as pAP (previous AP). Furthermore, an AP that visits after the cAP will be referred to as nAP (next AP).
また、各ノードは、APにおいて、無線部の送信器(以下、Txと記載することもある)を起動してパケットを送信する。このパケットの送信に使用できる時間は、APが複数の期間で分けられているスロット(タイムスロット)の形で設定されている。各ノードは、パケットを送信する際にはスロットを選択して、選択されたスロットにおいてパケット送信を開始する。また、本発明に係るノードは、一度選択したスロットを予約することで、APが来るたびに同一のスロットを続けて使用できる機能を有している。この機能については後述する。なお、本発明の実施の形態では、スロットの選択方法の一例として、パケット送信前にランダムにスロットを選択する方法を挙げているが、スロット選択方法は特に限定されるものではない。また、図4においては、APは10個のスロットに分けられているが、この分割数は特定の値に制限されるものではない。 In addition, each node activates a transmitter of the wireless unit (hereinafter also referred to as Tx) in the AP and transmits a packet. The time that can be used for transmission of this packet is set in the form of a slot (time slot) in which the AP is divided into a plurality of periods. Each node selects a slot when transmitting a packet, and starts packet transmission in the selected slot. Further, the node according to the present invention has a function of reserving a slot once selected so that the same slot can be continuously used every time an AP comes. This function will be described later. In the embodiment of the present invention, as an example of the slot selection method, a method of randomly selecting a slot before packet transmission is described, but the slot selection method is not particularly limited. In FIG. 4, the AP is divided into 10 slots, but the number of divisions is not limited to a specific value.
選択されたスロット内におけるパケット送信には、例えばCSMA/CAが用いられる。CSMA/CAは、使用するチャンネル(周波数)での通信前に一定時間の受信を行うことで、他ノードがパケットを送信するタイミングとの衝突を避けることが可能となる。これはCCA(Clear Channel Assessment)と呼ばれる。CCAの実施中に同一チャンネル上で電波を受信することがなければ、他ノードがそのチャンネル上でパケットを送信していないと判断される。本発明の実施の形態においても、パケット送信前に、スロットを使用している他ノードの存在の有無を検知するためにCCAが行われる。CCAによってチャンネルが使用されていないことが検知された場合に、ノードはデータ送信を開始する。 For example, CSMA / CA is used for packet transmission in the selected slot. In CSMA / CA, it is possible to avoid a collision with a timing at which another node transmits a packet by performing reception for a predetermined time before communication on a channel (frequency) to be used. This is called CCA (Clear Channel Assessment). If no radio wave is received on the same channel during CCA, it is determined that another node is not transmitting a packet on that channel. Also in the embodiment of the present invention, CCA is performed to detect the presence / absence of another node using a slot before packet transmission. When the CCA detects that the channel is not used, the node starts data transmission.
CCAを行う際には、スロット内部において、CCAを開始する位置をスロット開始位置からずらすようにする。各ノードによってCCAが開始される位置を同一とした場合には、自ノードがCCAに成功しても、同時にCCAを行っていた他ノードも同様にCCAに成功したならば、通信チャンネルの使用タイミングが衝突してしまうことになる。この衝突の確率を低減させるために、CCAを開始する位置を変えられることが望ましい。これにより、複数のノードがパケット送信に同一スロットを使用することを選択した場合であっても、CCAを開始する位置をランダムに変えることで送信タイミングの衝突確率を低減させることが可能となる。あるスロットにおいて相対的に早い位置でCCAを開始してチャンネルの空きを確認したノードがチャンネルを使用している場合、同一スロットの相対的に遅い位置でCCAを開始したノードは、このチャンネルが使用されていることを検知できるので、チャンネル使用タイミングの衝突が避けられる。 When performing CCA, the position where CCA is started is shifted from the slot start position within the slot. When the position where CCA is started by each node is the same, even if the own node succeeds in CCA, if other nodes that have performed CCA at the same time also succeed in CCA, the use timing of the communication channel Will collide. In order to reduce the probability of this collision, it is desirable to be able to change the position where the CCA starts. Accordingly, even when a plurality of nodes select to use the same slot for packet transmission, it is possible to reduce the transmission timing collision probability by randomly changing the position where CCA is started. If a node that has started CCA at a relatively early position in a slot and has confirmed the availability of the channel is using a channel, the node that started CCA at a relatively late position in the same slot is used by this channel. Since it is possible to detect that the channel is being used, collision of channel use timing can be avoided.
図4には、CCAの開始位置として選択可能な4つのスロットw0〜w3が定義されているWP(Waiting Period for CCA:CCA待機時間)が図示されている。各ノードは、パケット送信を行う際にはパケットを送信するスロットを選択したうえで、更にWPをランダムに選択する。例えば、WPとしてw0を選択したノードと、w2を選択したノードとが存在する場合には、w0を選択したノードが優先的にパケットを送信することが可能である。このとき、w0を選択したノードが、スロット開始位置を基準としてw0だけ経過した位置からパケットを送信するので、w2を選択したノードは、w2の位置でCCAを開始してチャンネルが使用中であることを検知する。この結果、w2を選択したノードからは、選択したスロット内でパケット送信は行われない。 FIG. 4 shows a WP (Waiting Period for CCA) in which four slots w0 to w3 that can be selected as CCA start positions are defined. Each node selects a slot for transmitting a packet and then further selects a WP at random when performing packet transmission. For example, when a node that has selected w0 as a WP and a node that has selected w2 exist, the node that has selected w0 can transmit a packet preferentially. At this time, since the node that has selected w0 transmits a packet from the position where w0 has elapsed with reference to the slot start position, the node that has selected w2 starts CCA at the position of w2 and the channel is in use. Detect that. As a result, packets are not transmitted from the node that has selected w2 within the selected slot.
ただし、複数のノードがw0を選択した場合には、パケット送信の衝突が起こってしまうことになる。この状況を避けるため、本発明においては、あるAPでスロット予約の要求を出しているノードのみがnAPでw0を選択できるようにすることで、nAPにおけるw0のチャンネルが優先的に使用されるようになる。なお、図4では、WPの数をw0〜w3の4つとしているが、任意の個数を規定することが可能である。また、w1からw3のWPの選択の一例としてランダムな選択を採用することも可能であるが、その他の任意の選択方法を用いてもよい。 However, when a plurality of nodes select w0, a packet transmission collision occurs. In order to avoid this situation, in the present invention, only a node that has issued a slot reservation request at a certain AP can select w0 at the nAP so that the channel of w0 at the nAP is used preferentially. become. In FIG. 4, the number of WPs is four, w0 to w3, but any number can be defined. Also, random selection can be adopted as an example of selection of WP from w1 to w3, but any other selection method may be used.
また、図5には、3つのノード1〜3のそれぞれが、従来の技術に基づいてスロット予約を行わずにパケットを送信する際のタイミングチャートの一例が図示されている。なお、ここでは、ノード1〜3は相互に無線通信が可能な距離に存在しているとする。 FIG. 5 shows an example of a timing chart when each of the three nodes 1 to 3 transmits a packet without performing slot reservation based on the conventional technology. Here, it is assumed that the nodes 1 to 3 exist at a distance that allows wireless communication with each other.
本発明の実施の形態では、ノードの消費電力の低減を目的として、ノードの実効的な動作時間となるAPを短い時間とするために、各ノードがパケットの送信を行うためのスロットも短い時間に設定される。そのため、単一スロットで送信可能な上限のデータ量には制限がある。これは、例えばIP通信において、MTU(Max Transfer Unit:最大転送ユニット)が小さいと表現される通信路に酷似している。 In the embodiment of the present invention, for the purpose of reducing the power consumption of a node, in order to make the AP, which is the effective operation time of the node, a short time, the slot for each node to transmit a packet is also a short time. Set to Therefore, there is a limit on the upper limit data amount that can be transmitted in a single slot. This is very similar to a communication path expressed as having a small MTU (Max Transfer Unit) in IP communication, for example.
なお、各ノードは、APの複数のスロットを使用してパケット送信を行うことも可能である。複数のスロットの使用は、例えば、単一スロットでは送信しきれないデータの送信を行う場合や、同一のデータを冗長に(重複して)送信することでデータ伝播の信頼性を向上させる場合などに行われる。 Each node can also transmit a packet using a plurality of slots of the AP. Use of multiple slots, for example, when transmitting data that cannot be transmitted in a single slot, or when improving the reliability of data propagation by transmitting the same data redundantly (overlapping) To be done.
このような送信形態の要求は、本発明が扱っているMACよりも上位層からの要求とする。例えば、ノードIDと共に様々な属性情報(位置情報、温度情報、趣味情報などの上位層で取り扱われる情報)を送信するという要求を上位層から受けた際に、パケットによって送信されるデータ量が単一のスロットのみでは送信を完了することが困難なデータ量である場合には、複数のスロットを使用したパケット送信が行われる。このとき、複数のスロットを用いてパケットを送信することで上位層からの要求を満たすことが可能となる。 A request for such a transmission form is a request from a layer higher than the MAC handled by the present invention. For example, when a request for transmitting various attribute information (information handled by an upper layer such as position information, temperature information, hobby information, etc.) along with the node ID is received from the upper layer, the amount of data transmitted by the packet is simply reduced. When the amount of data is difficult to complete with only one slot, packet transmission using a plurality of slots is performed. At this time, a request from an upper layer can be satisfied by transmitting a packet using a plurality of slots.
図5において、最初のAP(AP1)では、ノード1はスロット1を使用してパケットを送信している。同様に、ノード2はスロット4を使用し、ノード3はスロット8を使用して、それぞれパケットを送信している。
In FIG. 5, in the first AP (AP1), the node 1 uses the slot 1 to transmit a packet. Similarly,
また、2番目のAP(AP2)では、ノード1はスロット9を使用し、ノード2はスロット5を使用し、ノード3はスロット0を使用してパケットを送信している。なお、図5では、ノード1〜3はスロット予約を行っておらず、同一のノードがAPごとに異なるスロットを使用してもよい。また、スロット予約を行うノードとスロット予約を行わないノードとが同一の無線通信システム内に混在してもよい。
In the second AP (AP2), node 1 uses slot 9,
また、3番目のAP(AP3)において、ランダムにスロット選択を行った結果、ノード1はスロット1を選択して他ノードとの送信衝突を起こさなかったが、ノード2及びノード3はスロット8を同時に選択して、それぞれからのパケット送信が衝突を起こしてしまった場合を想定する。
As a result of randomly selecting a slot in the third AP (AP3), node 1 selected slot 1 and did not cause a transmission collision with other nodes, but
このような送信衝突は、異なるノード(ノード2及びノード3)で同一のWPが選択された場合に起こり得るものであり、CCAの実施を開始するWPが有限である(すなわち、CCA待機時間が有限のWPのスロットから選択される)以上、このような送信衝突を完全に回避することは不可能である。また、単一ノードの送信機会の増加や、パケット送信を行うノード数の増加に伴って、このような送信衝突が生じる機会は増える。なお、送信衝突は、ノードがパケット送信を1回しか行わない場合であっても複数回のパケット送信を行う場合であっても同様に起こる。このように、異なるノード間におけるパケットの送信衝突は、AP内で使用するスロットの認識をノード間で共有することができていないために起こっている。
Such a transmission collision can occur when the same WP is selected in different nodes (
図6には、本発明の実施の形態において、3つのノード1〜3のそれぞれがスロット予約を行ってパケットを送信する際のタイミングチャートの一例が図示されている。ノード1〜3は相互に無線通信が可能な距離にいるとする。なお、ここでは、ノード1〜3は相互に無線通信が可能な距離に存在しているとする。 FIG. 6 shows an example of a timing chart when each of the three nodes 1 to 3 performs slot reservation and transmits a packet in the embodiment of the present invention. It is assumed that the nodes 1 to 3 are at a distance that allows wireless communication with each other. Here, it is assumed that the nodes 1 to 3 exist at a distance that allows wireless communication with each other.
図6において、最初のAP(AP1)では、ノード1はスロット1を使用してパケット送信を行っている。パケット送信に際しては、CCAの実施によってチャンネルの空きが確認される。ノード1がスロット1で送信したパケットは、ノード2及びノード3で受信される。なお、CCAでチャンネルの使用が検出された場合には、ノード1はスロット1でのパケット送信を断念して別のスロットにおけるパケット送信を試みる。
In FIG. 6, in the first AP (AP1), the node 1 uses the slot 1 for packet transmission. At the time of packet transmission, channel availability is confirmed by performing CCA. A packet transmitted by node 1 in slot 1 is received by
ここで、ノード1は、例えば、単一スロットにおけるパケット送信では完了しないだけの送信データを有しており、nAP(次のAP2)以降に引き続きパケット送信を行う要求を持っているとする。このとき、上述の図5に示す送信方法を試みると送信衝突を起こす可能性があるため、本発明では、AP1での最初のパケット送信の際にAP2でのスロット予約を行うことで送信衝突を避けるようにする。 Here, for example, it is assumed that the node 1 has transmission data that is not completed by packet transmission in a single slot, and has a request to continue packet transmission after nAP (next AP2). At this time, if the transmission method shown in FIG. 5 described above is attempted, there is a possibility of causing a transmission collision. Therefore, in the present invention, the slot reservation at AP2 is performed at the time of the first packet transmission at AP1, thereby causing the transmission collision. Try to avoid it.
スロット予約は、CCAによってチャンネル使用が検知されずにパケット送信が成功したスロットに対して行われる。スロット予約を行うために、ノードは、例えば図7に示すパケットフォーマットに含まれるスロット予約指示子フィールド701(後述)を有効としてパケット送信することで、パケット送信に使用したスロットを予約する要求を他ノードに示すことが可能となる。 The slot reservation is performed for a slot in which packet transmission is successful without detecting channel use by the CCA. In order to make a slot reservation, the node transmits a packet request with the slot reservation indicator field 701 (described later) included in the packet format shown in FIG. It becomes possible to show to the node.
図6において、このスロット予約指示子が有効となったパケット(AP1のスロット1でノード1から送信されたパケット)を受信したノード2及びノード3は、ノード1がAP2でスロット1を引き続き使用する要求を持っていることを検知する。そして、ノード2及びノード3は、AP2でスロット1を使用しないようにすることによって、ノード1によるスロット1を使用したパケットに係る送信衝突が起こらないようにする。
In FIG. 6, the
また、AP1でスロット予約指示子を有効にしてパケットを送信したノード1は、AP2のスロット1におけるパケット送信に際してCCAを開始するWPをw0とする。これによって、ノード1はAP2において、スロット1を優先的に使用することが可能となる。
In addition, the node 1 that has transmitted the packet with the slot reservation indicator enabled in AP1 sets the WP for starting CCA at the time of packet transmission in the slot 1 of AP2 to w0. As a result, the node 1 can preferentially use the slot 1 in the
さらに、ノード1はAP3におけるスロット予約を行う場合には、AP2においてAP3のスロット1の使用を予約し、AP3においてもスロット1のw0でCCAを開始して、パケット送信を行う。このように、ノードは、送信要求のあるデータを送信し終えるまで同一のスロットの予約を実施し続けることが可能である。また、AP3において送信要求を持つすべてのデータの送信が完了した場合には、ノード1は、次のAPであるAP4でのパケット送信は行わない。そのため、AP3で送信するパケットのスロット予約指示子を無効にすることで、ノード1は、AP4でのスロット1の使用を予約しないことを他ノードに通知することが可能となる。 Further, when making a slot reservation at AP3, node 1 reserves the use of slot 1 of AP3 at AP2, and also starts a CCA at w0 of slot 1 at AP3 to transmit a packet. In this way, the node can continue to reserve the same slot until the transmission of data with a transmission request is completed. Further, when transmission of all data having a transmission request is completed in AP3, node 1 does not perform packet transmission in AP4 which is the next AP. Therefore, by disabling the slot reservation indicator of the packet transmitted by AP3, node 1 can notify other nodes that it does not reserve the use of slot 1 by AP4.
なお、図6には、ノード1が、cAPにおけるパケット送信時にnAPの同一ナンバーのスロット(スロット1)を予約することで、AP2及びAP3のスロット1を優先的に使用する場合が図示されているが、同様に、ノード2はスロット4の予約、ノード3はスロット8の予約をそれぞれ行ってパケットを送信する場合が図示されている。
FIG. 6 illustrates a case where node 1 preferentially uses slot 1 of AP2 and AP3 by reserving a slot (slot 1) of the same number of nAPs when transmitting a packet in cAP. However, similarly, the
次に、図6におけるスロット予約を可能にするパケットフォーマットの一例について説明する。図7には、本発明の実施の形態において、ノードがスロット予約を行う場合に使用されるパケットフォーマットの一例が図示されている。図7に図示されているパケットフォーマットは、スロット予約指示子フィールド701、送信元ノードIDフィールド702、データフィールド703を有している。
Next, an example of a packet format that enables slot reservation in FIG. 6 will be described. FIG. 7 shows an example of a packet format used when a node makes a slot reservation in the embodiment of the present invention. The packet format shown in FIG. 7 has a slot
図7において、スロット予約指示子フィールド701は、パケット送信に使用しているスロットと同一スロットをnAPでも使用することを他ノードに通知するフィールドである。すなわち、ノードは、スロット予約指示子フィールド701に、nAPにおけるスロット予約を示す情報を挿入することでスロット予約を行う。なお、スロット予約指示子フィールド701は、例えば、スロット予約を行うかスロット予約を行わないかの2種類の情報を指示するためのフラグ(有効/無効)によって実現可能であるが、スロット予約指示子フィールド701に予約するスロットのスロット番号を挿入できるようにしてもよい。
In FIG. 7, a slot
また、送信元ノードIDフィールド702は、パケットを送信したノードのID(識別情報)が記載されるフィールドである。パケットを受信したノードは、送信元ノードIDフィールド702内のノードのIDを参照することによって、パケットを送信したノードを識別することが可能となる。
また、データフィールド703は、ノードが送信する要求を持つデータを挿入するためのフィールドである。1つのパケット内のデータフィールドには、ノードの属性情報(例えば位置情報)などの完結した情報が付与されることが望ましい。なお、完結したデータを複数に分割して複数のパケットのデータフィールド703に付与された複数のパケットを受信したノードが、分割されたデータを完結したデータとして再合成する機能を持つ場合には、1つのパケットのデータフィールド703に付与するデータが完結していなくてもよい。
The source
A
次に、本発明の実施の形態における各ノードが、他ノードによって行われたスロット予約の状況を管理するために保持しているデータ受信テーブルの一例について説明する。図8は、本発明の実施の形態における各ノードが、他ノードによって行われたスロット予約の状況を管理するために保持しているデータ受信テーブルの一例を示す図である。 Next, an example of a data reception table held by each node in the embodiment of the present invention for managing the status of slot reservation performed by another node will be described. FIG. 8 is a diagram showing an example of a data reception table held by each node in the embodiment of the present invention for managing the status of slot reservation performed by other nodes.
各ノードは、他ノードによるスロット予約の状況を管理するため、図8に図示されているようなデータ受信テーブルを保持している。図8に図示されているデータ受信テーブルは、受信したパケットを送信したノードのID(ノードID)、パケットを受信したスロット(受信スロット)、パケットを送信したノードが予約をしているスロットの番号(予約スロット)により構成される。 Each node holds a data reception table as shown in FIG. 8 in order to manage the status of slot reservation by other nodes. The data reception table shown in FIG. 8 includes the ID of the node that transmitted the received packet (node ID), the slot that received the packet (reception slot), and the slot number reserved by the node that transmitted the packet. (Reserved slot).
データ受信テーブルに保持される情報は、任意のノードからパケットを受信した際に取得可能な情報である。なお、図8には、本発明の実施の形態において、ノード2からnAPにおけるスロットを予約する旨を示すパケットをスロット2で受信し、ノード3からnAPにおけるスロットを予約する旨を示すパケットをスロット5で受信し、ノード4からnAPにおけるスロットを予約しない旨を示すパケットをスロット8で受信した場合に構築されるデータ受信テーブルが図示されている。本発明の実施の形態では、スロット予約を行うノード(図8におけるノード2及びノード3)とスロット予約を行わないノード(図8におけるノード4)とが混在することを許しているので、データ受信テーブルには、nAPのスロットの予約情報が含まれている予約スロットのエントリと、nAPのスロットの予約情報が含まれていない予約スロットのエントリとが存在し得る。
The information held in the data reception table is information that can be acquired when a packet is received from an arbitrary node. In FIG. 8, in the embodiment of the present invention, a packet indicating that a slot in nAP is reserved from
また、データ受信テーブルの内容は、APが終了するまでに受信したすべてのパケットに係る情報によって構成されるので、APの開始時にはpAPでのパケット受信状況がデータ受信テーブルに含まれている。各ノードは、pAPでのパケット受信時のデータ受信テーブルの内容を利用して、cAPでのパケット送信のスロット選択を行うように構成されている。 Further, since the contents of the data reception table are configured by information relating to all packets received until the AP is terminated, the packet reception status at the pAP is included in the data reception table at the start of the AP. Each node is configured to select a slot for packet transmission with cAP using the contents of the data reception table when a packet is received with pAP.
また、図9には、図6の通信が行われる際のノード1におけるデータ受信テーブルの変遷が図示されている。図6の通信のAP1開始時においては、AP1より前のAPでパケットを受信していないので、各ノードのデータ受信テーブル内には何の情報も保持されていない。そのため、AP1でスロット選択を行う際には、各ノードは、スロット選択に際して何も参照すべき情報がないままスロット選択を行う。なお、AP1開始時にデータ受信テーブルにスロット予約に関する情報が保持されている場合には、他ノードによって予約されたスロット以外のスロット(すなわち、予約されていないスロット)から、自身がパケット送信に使用するためのスロットを選択する。 Further, FIG. 9 shows the transition of the data reception table in the node 1 when the communication of FIG. 6 is performed. At the time of starting AP1 in the communication of FIG. 6, since no packet is received by the AP before AP1, no information is held in the data reception table of each node. Therefore, when performing slot selection at AP1, each node performs slot selection without any information to be referred to at the time of slot selection. When information regarding slot reservation is held in the data reception table at the start of AP1, the slot itself uses it for packet transmission from slots other than slots reserved by other nodes (that is, slots not reserved). Select a slot for.
続くAP2及びAP3の開始時においては、データ受信テーブルには、AP1でのパケット受信状況からノード2及びノード3に関する内容が保持されている。ノード1は、AP2及びAP3の開始時にデータ受信テーブルを参照することによって、ノード2がスロット4を予約しており、ノード3がスロット8を予約していることを把握することが可能である。
At the start of subsequent AP2 and AP3, the data reception table holds the contents related to
また、AP3においてノード1がノード2及びノード3から受信したパケットには、スロット予約を行わない旨が示されているので、AP4の開始時においては、ノード2及びノード3の予約スロットに関するエントリは空欄となり、これによって、スロット予約が行われていない旨が把握可能である。なお、不図示であるが、AP4でパケットの送受信が行われなかった場合には、AP5の開始時における各ノードのデータ受信テーブルには、AP1の開始時におけるデータ受信テーブルと同様に何の情報も保持されない状態となる。
In addition, since the packet received by the node 1 from the
次に、本発明の実施の形態におけるノードの動作について説明する。図10には、本発明の実施の形態におけるパケット送受信動作の一例を示すフローチャートが図示されている。また、図11には、図10のステップS1003のスロット選択処理(予約有り)に対応する、本発明の実施の形態におけるスロット選択(予約有り)の動作の一例を示すフローチャートが図示されている。また、図12には、図10のステップS1004のスロット選択処理(予約無し)に対応する、本発明の実施の形態におけるスロット選択(予約無し)の動作の一例を示すフローチャートが図示されている。 Next, the operation of the node in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a packet transmission / reception operation according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of slot selection (reserved) in the embodiment of the present invention corresponding to the slot selection processing (reserved) of step S1003 of FIG. FIG. 12 is a flowchart showing an example of the operation of slot selection (no reservation) in the embodiment of the present invention corresponding to the slot selection process (no reservation) in step S1004 of FIG.
まず、ノードは既にスロット予約を行っているか否かを確認する(ステップS1001)。なお、上述のように、複数のスロットにわたってデータ送信を行う場合に、ノードはnAPにおける送信スロットの予約を行うことが可能であるが、例えば、新たなデータ送信を行う場合などを始めとして、基本的にはスロット予約は行われていない状態にある。 First, the node checks whether a slot reservation has already been made (step S1001). As described above, when data transmission is performed over a plurality of slots, a node can make a reservation for a transmission slot in nAP. For example, the basic operation starts when new data transmission is performed. Specifically, slot reservation is not performed.
スロット予約が行われていない場合には、ノードは、送信すべきデータが存在し、かつ複数のスロットにわたるデータ送信処理を行う必要があるか否かを判断して、スロット予約を行うか否かを決定する(ステップS1002)。 If slot reservation is not performed, the node determines whether there is data to be transmitted and whether or not it is necessary to perform data transmission processing over a plurality of slots, and determines whether or not to perform slot reservation. Is determined (step S1002).
ステップS1002において、スロット予約を行う必要があると判断された場合には、スロット選択処理(予約有り)を行い(ステップS1003)、一方、スロット予約を行う必要がないと判断された場合には、スロット選択処理(予約無し)を行う(ステップS1004)。 If it is determined in step S1002 that slot reservation is necessary, slot selection processing (reserved) is performed (step S1003). On the other hand, if it is determined that slot reservation is not required, Slot selection processing (no reservation) is performed (step S1004).
ここで、図11及び図12を参照しながら、ステップS1003のスロット選択処理(予約有り)と、ステップS1004のスロット選択処理(予約無し)とについて説明する。 Here, with reference to FIGS. 11 and 12, the slot selection process (with reservation) in step S1003 and the slot selection process (without reservation) in step S1004 will be described.
ステップS1003のスロット選択処理(予約有り)では、例えば図11に図示されている処理が行われる。図11において、まず、ノードはpAPでデータを送信したか否かを確認する(ステップS1101)。pAPでデータ送信を行っている場合には、ノードは、パケット送信のため、pAPで予約したスロット(pAPにおける送信スロット)を選択し(ステップS1102)、さらにWPとしてw0を選択する(ステップS1103)。 In the slot selection process (reserved) in step S1003, for example, the process illustrated in FIG. 11 is performed. In FIG. 11, first, the node checks whether or not data has been transmitted by pAP (step S1101). If data transmission is performed by pAP, the node selects a slot reserved by pAP (transmission slot in pAP) for packet transmission (step S1102), and further selects w0 as WP (step S1103). .
一方、pAPでデータ送信を行っていない場合には、pAPで他ノードからデータを受信したか否かを確認する(ステップS1104)。なお、このステップS1104の確認は、上述のデータ受信スロットを参照することによって実施可能である。 On the other hand, if data transmission is not performed by pAP, it is confirmed whether data is received from another node by pAP (step S1104). The confirmation in step S1104 can be performed by referring to the data reception slot described above.
pAPでデータ受信を行っている場合には、ノードは、データ受信テーブルを参照し、pAPで予約されているスロット(すなわち、各ノードによって指定されている予約スロット)を避けて、cAPで使用する送信スロットを選択して(ステップS1105)、選択したスロットにおいてw0を避けてWPを選択する(ステップS1106)。 When data is received by pAP, the node refers to the data reception table and avoids a slot reserved by pAP (that is, a reserved slot specified by each node) and uses it by cAP. A transmission slot is selected (step S1105), and WP is selected avoiding w0 in the selected slot (step S1106).
一方、pAPでデータ受信を行っていない場合には、ノードは、送信スロットを例えばランダムに選択して(ステップS1107)、選択したスロットにおいてw0を避けてWPを選択する(ステップS1108)。 On the other hand, when data is not received by pAP, the node randomly selects a transmission slot, for example (step S1107), and selects WP avoiding w0 in the selected slot (step S1108).
そして、それぞれの場合において送信スロット及びWPが選択された後、ノードは、cAPでの送信スロットをnAPでも使用するか否かを判断する(ステップS1109)。このステップS1109における判断は、例えば上位層から渡された送信データ量に基づいて行われる。そして、例えば複数のスロットにわたってパケット送信を行う必要がある場合には、パケットのスロット予約指示子を有効にして、nAPにおけるスロット予約を行う(ステップS1110)。一方、例えば複数のスロットにわたってパケット送信を行う必要がない場合には、パケットのスロット予約指示子を無効にする(ステップS1111)。 Then, after the transmission slot and WP are selected in each case, the node determines whether to use the transmission slot in cAP also in nAP (step S1109). The determination in step S1109 is made based on, for example, the amount of transmission data passed from the upper layer. For example, when it is necessary to transmit a packet over a plurality of slots, the slot reservation indicator of the packet is validated and slot reservation in nAP is performed (step S1110). On the other hand, for example, when it is not necessary to transmit a packet over a plurality of slots, the slot reservation indicator of the packet is invalidated (step S1111).
また、ステップS1004のスロット選択処理(予約無し)では、例えば図12に図示されている処理が行われる。図12において、まず、ノードはpAPでデータを受信したか否かを確認する(ステップS1201)。 In the slot selection process (no reservation) in step S1004, for example, the process illustrated in FIG. 12 is performed. In FIG. 12, first, the node checks whether or not data has been received by pAP (step S1201).
pAPでデータ受信を行っている場合には、ノードは、データ受信テーブルを参照し、pAPで予約されているスロット(すなわち、各ノードによって指定されている予約スロット)を避けて、cAPで使用する送信スロットを選択して(ステップS1202)、選択したスロットにおいてw0を避けてWPを選択する(ステップS1203)。 When data is received by pAP, the node refers to the data reception table and avoids a slot reserved by pAP (that is, a reserved slot specified by each node) and uses it by cAP. A transmission slot is selected (step S1202), and WP is selected avoiding w0 in the selected slot (step S1203).
一方、pAPでデータ受信を行っていない場合には、ノードは、送信スロットを例えばランダムに選択して(ステップS1204)、選択したスロットにおいてw0を避けてWPを選択する(ステップS1205)。 On the other hand, when data is not received by pAP, the node randomly selects a transmission slot, for example (step S1204), and selects WP avoiding w0 in the selected slot (step S1205).
そして、それぞれの場合において送信スロット及びWPが選択された後、ノードは、パケットのスロット予約指示子を無効にすることによって、スロット予約を行わない旨を示す(ステップS1206)。 After the transmission slot and WP are selected in each case, the node indicates that slot reservation is not performed by invalidating the slot reservation indicator of the packet (step S1206).
図10において、ノードは、ステップS1003のスロット選択処理(予約有り)又はステップS1004のスロット選択処理(予約無し)を行った後、起動スケジュールに沿ったタイミング(例えばAPが開始されるタイミング)でRxを起動する(ステップS1005)とともに、起動からの経過時間(例えば所定時間T1だけ経過したか否か)を監視する(ステップS1006)。 In FIG. 10, after performing the slot selection process (with reservation) in step S1003 or the slot selection process (without reservation) in step S1004, the node performs Rx at a timing according to the activation schedule (for example, the timing at which the AP is started). Is activated (step S1005), and an elapsed time since activation (for example, whether or not a predetermined time T1 has elapsed) is monitored (step S1006).
Rxを起動してからまだ所定時間T1経過していない場合には、ノードは、ステップS1003のスロット選択処理(予約有り)又はステップS1004のスロット選択処理(予約無し)で選択した送信スロットになったか否かを監視する(ステップS1007)。ここで、送信スロットではない場合には、他ノードからパケットが送られてくるかどうかを監視する(ステップS1008)。他ノードからパケットを受信しなかった場合には、ステップS1006に戻って監視処理を継続する。一方、他ノードからパケットを受信した場合には、ノードは、受信したパケット情報をデータ受信テーブルに記録した後(ステップS1009)、ステップS1006に戻って監視処理を継続する。 If the predetermined time T1 has not elapsed since the activation of Rx, has the node reached the transmission slot selected in the slot selection process (reserved) in step S1003 or the slot selection process (no reservation) in step S1004? Whether or not is monitored (step S1007). If it is not a transmission slot, it is monitored whether a packet is sent from another node (step S1008). If no packet is received from another node, the process returns to step S1006 to continue the monitoring process. On the other hand, when a packet is received from another node, the node records the received packet information in the data reception table (step S1009), and then returns to step S1006 to continue the monitoring process.
一方、送信スロットになった場合には、ステップS1003のスロット選択処理(予約有り)又はステップS1004のスロット選択処理(予約無し)で選択したWPのタイミングでCCAを実施し(ステップS1010)、チャンネルが空いているか否かを確認する(ステップS1011)。ステップS1012でチャンネルが空いていることが確認された場合には、ノードはパケット送信処理を行った後(ステップS1012)、ステップS1006に戻って監視処理を継続する。 On the other hand, when the slot becomes a transmission slot, CCA is performed at the timing of the WP selected in the slot selection process (reserved) in step S1003 or the slot selection process (no reservation) in step S1004 (step S1010). It is confirmed whether or not it is free (step S1011). If it is confirmed in step S1012 that the channel is free, the node performs packet transmission processing (step S1012), and then returns to step S1006 to continue monitoring processing.
一方、ステップS1011においてチャンネルが空いていない場合には、データ受信テーブルを参照してpAPの時点で既に他ノードに予約されているスロットを避け、CCA失敗以降のスロットの中からcAPでの送信スロットを選択する(ステップS1013)。さらに、cAPで選択した送信スロットにおいて、w0を避けて、例えばランダムにWPを選択する(ステップS1014)。 On the other hand, if the channel is not free in step S1011, refer to the data reception table to avoid slots that are already reserved for other nodes at the time of pAP, and transmit slots in cAP from slots after CCA failure. Is selected (step S1013). Further, in the transmission slot selected by cAP, for example, WP is randomly selected avoiding w0 (step S1014).
また、ノードは、cAPでの送信スロットをnAPでも使用するか否かを判断する(ステップS1015)。そして、例えば複数のスロットにわたってパケット送信を行う必要がある場合には、パケットのスロット予約指示子を有効にして、nAPにおけるスロット予約を行う(ステップS1016)。一方、例えば複数のスロットにわたってパケット送信を行う必要がない場合には、パケットのスロット予約指示子を無効にする(ステップS1017)。そして、ステップS1016又はS1017においてパケットのスロット予約指示子の有効/無効を決定した後、ステップS1006に戻って監視処理を継続する。 Further, the node determines whether or not to use the transmission slot in cAP also in nAP (step S1015). For example, when it is necessary to transmit a packet over a plurality of slots, the slot reservation indicator of the packet is validated and slot reservation in nAP is performed (step S1016). On the other hand, for example, when there is no need to transmit a packet over a plurality of slots, the slot reservation indicator of the packet is invalidated (step S1017). Then, after determining whether the slot reservation indicator of the packet is valid / invalid in step S1016 or S1017, the process returns to step S1006 to continue the monitoring process.
また、ステップS1006において、Rxを起動してから所定時間T1が経過した場合には、ノードはRxを停止する(ステップS1018)。なお、このRxの停止は、例えば起動スケジュールに沿って所定時間T2だけ行われた後、再度ステップS1001から始まる処理に戻る。これにより、Rxの起動がパケットの送受信に必要な期間に限定され、Rxの消費電力を抑えることが可能となる。 In step S1006, when a predetermined time T1 has elapsed since activation of Rx, the node stops Rx (step S1018). Note that the stop of Rx is performed only for a predetermined time T2 in accordance with the activation schedule, for example, and then returns to the process starting from step S1001. As a result, activation of Rx is limited to a period required for packet transmission / reception, and power consumption of Rx can be suppressed.
次に、図13を参照しながら、本発明の実施の形態におけるノードの機能について説明する。図13は、本発明の実施の形態におけるノードの構成の一例を示すブロック図である。なお、図13では、ノードの各機能がブロックによって図示されているが、各ブロックによって表されている機能は、ハードウェア及び/又はソフトウェアによって実現可能である。 Next, the function of the node in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a node in the embodiment of the present invention. In FIG. 13, each function of the node is illustrated by a block, but the function represented by each block can be realized by hardware and / or software.
図13に図示されているノード1300は、送信器(Tx)1301及び受信器(Rx)1302を有する無線部1310、制御部1303、ID蓄積部1304、データ受信テーブル保持部1305、クロック1306、給電部1307により構成されている。
A
送信器1301は、無線を介して自身のIDを含むフレームを外部に送信する機能を有している。なお、上述のように、送信器1301におけるID送信はブロードキャストによって行われる。また、受信器1302は、他のP2PタグやGWが同様に送信しているIDを含むフレームを受信する機能を有している。
The
また、制御部1303は、このノード1300の動作を制御する機能を有している。制御部1303は、例えば、クロック1306から得られるクロック信号に基づいて、送信器1301におけるID送信のタイミングを制御する機能を有している。また、制御部1303は、受信器1302で受信した他のP2PタグのIDをID蓄積部1304に蓄積する機能を有している。また、制御部1303は、受信したパケットの内容や受信したパケットのスロット番号などに基づいて、データ受信テーブルにおける情報の読み出し/書き込みを行う機能を有している。また、制御部1303は、上述の図10〜図12に図示されている動作の制御を行う機能も有している。
The
また、ID蓄積部1304は、受信器1302で受信した他のP2PタグのIDを蓄積する機能を有している。なお、ID蓄積部1304にIDが蓄積される際、例えば、その時点における時刻情報がIDと共に記録されてもよい。また、データ受信テーブル保持部1305は、上述のデータ受信テーブル(図8、図9を参照)を保持する機能を有している。
The
また、クロック1306は、送信器1301におけるフレーム送信や受信部1302におけるフレーム受信のタイミングを把握するためのクロック信号を出力する機能を有している。また、給電部1307は、ノード1300内に内蔵されている電源であり、例えばノード1300の筐体内に実装されている電池である。
The
本発明は、無線通信システムにおける各無線ノードの消費電力の低減や、効率的なアクセス制御を実現することが可能であり、無線ネットワークシステムに適用可能であり、特に、各通信ノードにおける省電力化が重要な電子タグシステムやセンサネットワークシステムなどに適用可能である。 The present invention can reduce power consumption of each wireless node in a wireless communication system and can realize efficient access control, and can be applied to a wireless network system, and in particular, power saving in each communication node. Is applicable to an electronic tag system or a sensor network system.
701 スロット予約指示子フィールド
702 送信元ノードIDフィールド
703 データフィールド
1300 ノード
1301 送信器(Tx)
1302 受信器(Rx)
1303 制御部
1304 ID蓄積部
1305 データ受信テーブル保持部
1306 クロック
1307 給電部
1310 無線部
701 Slot
1302 Receiver (Rx)
1303
Claims (15)
前記無線ノードが、任意のアクティブ期間の任意のタイムスロットでパケットを送信する際に、次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットを予約するように構成されている無線通信システム。 It is composed of a plurality of wireless nodes, and an active period composed of a plurality of fixed-length time slots in which the plurality of wireless nodes can transmit and receive data, and a transceiver unit of the wireless node is in a dormant state A wireless communication system in which a certain inactive period is repeated at a constant cycle,
A wireless communication system configured to reserve a time slot in communication in the next active period when the wireless node transmits a packet in an arbitrary time slot in an arbitrary active period.
前記無線ノードが、任意のアクティブ期間の任意のタイムスロットでパケットを送信mする際に、次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットを予約する通信制御方法。 It is composed of a plurality of wireless nodes, and an active period composed of a plurality of fixed-length time slots in which the plurality of wireless nodes can transmit and receive data, and a transceiver unit of the wireless node is in a dormant state A communication control method in a wireless communication system in which a certain inactive period is repeated at a constant cycle,
A communication control method for reserving a time slot in communication in the next active period when the wireless node transmits a packet in an arbitrary time slot in an arbitrary active period.
任意のアクティブ期間の任意のタイムスロットでパケットを送信する際に、次のアクティブ期間の通信におけるタイムスロットを予約するように構成されている通信ノード。 A communication node that communicates in synchronization with an active period composed of a plurality of fixed-length time slots capable of transmitting and receiving data,
A communication node configured to reserve a time slot in communication of the next active period when transmitting a packet in an arbitrary time slot of an arbitrary active period.
When a packet including a request for reservation of the time slot is not received from another radio node, the time slot capable of transmitting the data is searched so that the data transmission does not collide with the other radio node. The communication node according to claim 14, which is configured.
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