JP6020994B2

JP6020994B2 - データ送受信方法

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Publication number: JP6020994B2
Application number: JP2012162410A
Authority: JP
Inventors: 史秀児島; 原田　博司; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: JP2014023085A; CN104488311B; US9699726B2; EP2876929A1; WO2014016878A1; CN104488311A; EP2876929B1; US20150208348A1; EP2876929A4; IN2015DN00584A

Description

本発明は、電力の消費を効果的に抑制することのできるデータ送受信方法に関するものである。

ワイヤレスパーソナルエリアネットワークは、個人の作業環境にあるデバイスと、その周辺にあるデバイスとの相互接続を可能にする近距離ネットワークである。

近年、こうしたワイヤレスパーソナルエリアネットワークにおいて、小型で安価であり、かつ低出力のデジタル無線通信を行うことのできる、IEEE802.15.4の規格に準拠する通信デバイスが用いられている。

IEEE802.15.4の規格に準拠するネットワークは、大別すると、ＦＦＤ（Full Function Device）とＲＦＤ（Reduced Function Device）の２種類のデバイスから構成されている。

ＦＦＤは、自らが属するパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）に加入しようとする新規デバイスに対するＰＡＮへの加入承認機能および他のデバイスとの通信において用いられるスーパーフレームの定義機能を有する全機能搭載型デバイスである。このようなＦＦＤのうち、各ネットワーク中に１つ存在し、ネットワーク全体のＩＤを決める機能を更に有するものを、ＰＡＮコーディネータという。

ＲＦＤは、ＦＦＤが有する上記加入承認機能およびスーパーフレームの定義機能を有していないデバイスであり、これらの機能を有していない以外は、ＦＦＤと同じ機能を有する機能制限型デバイスである。

図１１は、ＦＦＤおよびＲＦＤにより構成されるネットワークのトポロジーを示す模式図である。図１１に示すように、こうしたネットワークのトポロジーとして、スター型ネットワーク（図１１（Ａ））、ピアツーピアネットワーク（図１１（Ｂ））等のトポロジーが存在する。

スター型ネットワークは、ＰＡＮコーディネータおよび複数のＦＦＤまたはＲＦＤにより構成される。全てのデバイス間にはマスター・スレイブの関係が構築されている（特許文献１参照）。そして、上位に位置するマスターであるＦＦＤから、下位にあるスレイブであるＦＤＤまたはＲＦＤに対し、定期的に同期用信号（ビーコン）が送信されることで、マスター・スレイブ間の同期が確立され、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式による情報の送受信が行われる。

一方、ピアツーピアネットワークは、ＰＡＮコーディネータ、および複数のＦＦＤまたはＲＦＤにより構成される点は上述したスター型ネットワークと同様であるが、全てのデバイスは対等、すなわち、デバイス間にマスター・スレイブの関係が構築されないという点で異なっている。ピアツーピアネットワークを構成する各デバイス間では、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式による情報の送受信が行われる。

上述した２つのネットワークトポロジーのうち、スター型ネットワークについて更に詳細に説明する。図１２は、従来のスター型ネットワークにおける情報の送受信方法を示す図である。

図１２に示すように、従来のスター型ネットワークにおいては、マスターデバイスからのビーコン信号によりマスター・スレイブ間で同期が確立されるとともに、ビーコン信号の間隔（Beacon Interval、ＢＩ）がＴＤＭＡ周期として確立される。

ＴＤＭＡ周期は、スレイブデバイスが起動し情報の送受信が行われるアクティブ期間と、スレイブデバイスがスリープモードとなる非アクティブ期間により構成されている。

アクティブ期間は、スーパーフレーム長（Superframe Duration、ＳＤ）として定義され、コンテンションアクセス期間（Contention Access Period、ＣＡＰ）と、コンテンションフリーアクセス期間（Contention Free Access Period、ＣＦＰ）とにより構成されている。

ＣＡＰは、マスターデバイスと、通信を行いうる全てのスレイブデバイスとの間で、情報の送受信が許可される期間である。

一方、ＣＦＰは、マスターデバイスが割り当てた唯一のスレイブデバイスに対してのみ、情報の送受信が許可される期間である。ＣＦＰ内では、各スレイブデバイスは、自らに割り当てられたスロットであるＧＴＳ（Guaranteed Time Slot）内においてのみマスターデバイスへの情報の送受信を行うことができる。

デバイス間のデータフレームの送受信は、全て上述したＣＡＰまたはＣＦＰ内でのみ行われる。

非アクティブ期間は、ＢＩのうち、上述したアクティブ期間、すなわちＳＤ以外の時間であり、上述したように、非アクティブ期間においてスレイブデバイスはスリープモードとなる。そのため、ＢＩに占めるＳＤが長くなると、その分非アクティブ期間は短くなるとともに、スレイブデバイスはスリープモードにならず、起動し続けることになる。

特開平０６−２３２８９０号公報

ところで、従来のデータ送受信方法においては、下位のデバイスから上位のデバイスに順次データフレームが中継される場合、各デバイスから送信されたデータフレームはそれぞれ別個に中継されていた。そのため、あるデバイスから他のデバイスに複数のデータフレームが送信される場合でも、送信元および送信先が同一であるにも関わらず各データフレームに同一の同期部やヘッダ部（以下冗長部という。）が設けられていた。こうして冗長部が重複することで、データフレームの送受信に長時間を要し、各デバイスの起動時間が長くなることで、電力が浪費されていた。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、電力の浪費を抑制することのできるデータ送受信方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上述した課題を解決するために、電力の浪費を効果的に抑制することのできるデータ送受信方法を発明した。

本願請求項１に係るデータ送受信方法は、マスターデバイスと少なくとも１つのスレイブデバイスとの間で行われるデータ送受信方法であって、前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスの間で送受信されるデータフレームは、同期のための信号を規定する同期部と、少なくとも１つのペイロードと、前記ペイロードの数および前記ペイロード毎のペイロード長を規定する結合情報ヘッダとを含むペイロード部と、前記ペイロード部全体のペイロード長を規定するヘッダ部と、を有して構成され、前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスとの間で所定の同期情報に基づき同期を確立する同期工程と、前記同期の確立後、データフレームを受信する受信工程と、受信した前記データフレームから前記ペイロードを抽出するペイロード抽出工程と、抽出した前記ペイロードを、他のデバイスから受信した他のデータフレームから抽出した他のペイロードまたは自機が生成した新規ペイロードと結合し、新たなペイロード部を生成するペイロード部生成工程と、新たな同期部および新たなヘッダ部を生成するヘッダ部生成工程と、生成した前記新たな同期部および前記新たなヘッダ部を、前記新たなペイロード部に結合して新たなデータフレームを生成するデータフレーム生成工程と、生成した前記新たなデータフレームを送信する送信工程と、を行うことを特徴とする。

また、本願請求項２に係るデータ送受信方法は、請求項１に記載のデータ送受信方法であって、前記同期工程において、前記データフレームを受信するデバイスは、定期的に短時間の待ち受けを繰り返すとともに、前記データフレームを送信するデバイスは、前記所定の同期情報として、データフレームの送信タイミングを示す第１の同期用信号を前記データフレームの送信前に連続して送信する、ことを特徴とする。

また、本願請求項３に係るデータ送受信方法は、請求項１に記載のデータ送受信方法であって、前記同期工程において、全てのデバイスは、前記所定の同期情報として、データフレームの受信タイミングを示す第２の同期用信号を定期的に送信し、前記データフレームを送信するデバイスは、前記データフレームを受信するデバイスから前記第２の同期用信号を受信する、ことを特徴とする。

また、本願請求項４に係るデータ送受信方法は、請求項１に記載のデータ送受信方法であって、前記同期工程において、前記所定の同期情報は前記マスターデバイスから送信されるビーコン信号であり、前記同期の確立後に、前記同期を保持した状態で前記マスターデバイスからの前記ビーコン信号の頻度が低下される頻度低下工程を更に有することを特徴とする。

また、本願請求項５に係るデータ送受信方法は、請求項１乃至４の何れか１項記載のデータ送受信方法であって、確立した前記同期に基づいて前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスとの間でデータフレームの送受信を行うコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）を設定するＣＡＰ設定工程と、前記ＣＡＰ内に前記データフレームの送受信が完了しない場合、前記ＣＡＰ後も前記データフレームの送受信を延長して行う延長工程と、を更に有することを特徴とする。

また、本願請求項６に係るデータ送受信方法は、請求項１乃至５の何れか１項記載のデータ送受信方法であって、前記スレイブデバイスは、接続する前記マスターデバイスを所定の基準により決定することを特徴とする。

本願請求項１に係る発明によれば、同期部やヘッダ部などの冗長部を削減することができ、データ送受信に要する時間を削減することができる。そして、データ送受信に要する時間を削減することで、各デバイスの起動時間を短くすることができ、電力の消費を抑制することができる。

本願請求項２に係る発明によれば、それぞれのデバイスは定期的に起動し短時間の待ち受けを行うとともに、待ち受けの時間以外はスリープモードに移行できることから、電力の浪費を効果的に抑制し、省電力化を図ることができる。また、従来のデータ送受信方法のように定期的にビーコン信号を送信する必要が無く、必要に応じてウェイクアップフレームを送信するだけでよいため、電力の浪費を効果的に抑制し、更に省電力化を図ることができる。

本願請求項３に係る発明によれば、同期用信号の送信直後に送受信が開始されるため、送受信開始までのタイムロスが無い。そのため、アクティブ期間を短くし、非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができ、デバイスの起動時間を短くすることができるため、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

本願請求項４に係る発明によれば、ビーコン間隔によるマスター・スレイブ間の同期の確立時にのみマスターデバイスからビーコン信号が送信され、同期が確立された後は、ビーコン信号の送信頻度が低下される。そのため、同期確立後の不要なビーコン信号の送受信による電力消費を効果的に抑制することができる。

本願請求項５に係る発明によれば、ＣＡＰを従来のデータ送受信方法よりも短くすることができるため、アクティブ期間を短くし、その分非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができるため、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

本願請求項６に係る発明によれば、優先度が所定の基準により決定されることで、迅速なＰＡＮの構築が可能となる。

第１の実施形態に係るデータ送受信方法において用いられるスーパーフレームを示す図である。第１の実施形態に係るデータ送受信方法におけるネットワークトポロジーが構築される様子を示すシーケンスチャートである。第１の実施形態に係るデータ送受信方法におけるデータ中継の様子を示す図である。第２の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。第２の実施形態に係るデータ送受信方法における、各メーターに設けられた無線機の構造を示す図である。第２の実施形態に係るデータ送受信方法において用いられるデータのフレーム構造を示す図である。第２の実施形態に係るデータ送受信方法におけるデータ結合の様子を示す模式図である。第２の実施形態に係るデータ送受信方法におけるフレームの送信プロセスを示すフローチャートである。第３の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。第４の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。ＦＦＤおよびＲＦＤにより構成されるネットワークのトポロジーを示す模式図である。従来のスター型ネットワークにおける情報の送受信方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態に係るデータ送受信方法は、いずれも図１１（Ａ）に示すスター型ネットワークにおけるデータの送受信に用いられるものを例に説明しているが、本発明はこれに限られず、ツリー型ネットワーク等、デバイス間でマスター・スレイブの関係が構築されるトポロジーであれば適用することができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るデータ送受信方法について説明する。図１は、第１の実施形態に係るデータ送受信方法において用いられるスーパーフレームを示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係るデータ送受信方法では、アクティブ期間を定義するＳＤはＣＡＰのみにより構成されている。

そして、本実施形態に係るデータ送受信方法では、データフレームの送受信はＣＡＰ内で開始されるが、ＣＡＰ内で完了する必要は無く、データフレームの送受信がＣＡＰ内で完了しなかった場合、データフレームの送受信を行っているデバイスに関しては、ＣＡＰ終了後もデータの送受信をその完了まで継続することができる。なお、ＣＡＰ終了時にデータの送受信を行っていないデバイスについては、ＣＡＰ終了時にスリープモードになる。

そのため、ＣＡＰを従来のデータ送受信方法よりも短くすることができ、アクティブ期間を短くし、その分非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができるため、デバイスの起動時間を短くすることができ、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態に係るデータ送受信方法では、ビーコン間隔による同期の確立時にマスターデバイスからビーコン信号が送信され、同期が確立された後は、ビーコン信号の送信頻度が低下される。具体的には、同期の確立後は、同期の確立時のビーコン間隔の数分の１の頻度に低下されるか、あるいはビーコン信号の送信が停止され必要に応じて送信が再開される。

そのため、同期確立後の不要なビーコン信号の送受信による電力消費を効果的に抑制することができる。なお、図１において、最初のビーコン信号による同期確立の様子は省略されている。

次に、第１の実施形態に係るデータ送受信方法におけるネットワークトポロジーの構築について説明する。図２は、第１の実施形態に係るデータ送受信方法におけるネットワークトポロジーが構築される様子を示すシーケンスチャートである。なお、図２では、本実施例に係るデータ送受信方法の適用例として、無線ネットワークを通じて下位のメーターから上位のメーターを介して、ＰＡＮコーディネータとして機能するＳＵＮ収集局である収集メーターＣＳ（Collection Station）に各種情報が収集されるメーターネットワークを例に説明する。

図２に示す無線ネットワークは、収集メーターＣＳ、メーターＭ１、メーターＭ２、メーターＭ３の４つのメーターにより構成される。収集メーターＣＳは最上位のマスターデバイスであり、メーターＭ１およびＭ２は収集メーターＣＳに対するスレイブデバイスとなり、メーターＭ３は、メーターＭ１に対するスレイブデバイスとなる。このネットワークにおいて、ネットワークトポロジーの構築は、まず、収集メーターＣＳの電源が投入され、収集メーターＣＳがアクティブスキャンを行うことにより開始される（ステップＳ１）。

次に、収集メーターＣＳは、ＰＡＮＩＤおよび自身のスーパーフレームを定義し、ＰＡＮを立ち上げる（ステップＳ２）。

次に、メーターＭ１の電源が投入され、メーターＭ１によるアクティブスキャンが行われる（ステップＳ３）。

メーターＭ１によるアクティブスキャンでは、まず、メーターＭ１が、スキャンリクエストをブロードキャストする（ステップＳ４）。

そして、メーターＭ１からブロードキャストされたスキャンリクエストの受信可能範囲内にあるＦＦＤである収集メーターＣＳは、受信したスキャンリクエストに対する応答（スキャン応答）をメーターＭ１にユニキャストする（ステップＳ４）。メーターＭ１がこのスキャン応答を受信することで、メーターＭ１は収集メーターＣＳを発見するとともに、収集メーターＣＳが自機に対するマスターデバイスとなり得る可能性のあるデバイスであることを認識し、メーターＭ１のアクティブスキャンは終了する。

次に、メーターＭ１は、収集メーターＣＳのＰＡＮへのアソシエーションを開始する（ステップＳ６）。

メーターＭ１のアソシエーションでは、まず、メーターＭ１は、マスターデバイスとなり得る収集メーターＣＳに対して、アソシエーションリクエストをユニキャストする（ステップＳ７）。

次に、メーターＭ１からのアソシエーションリクエストを受信した収集メーターＣＳは、アソシエーション応答をメーターＭ１にユニキャストする（ステップＳ８）。このアソシエーション応答をメーターＭ１が受信することで、収集メーターＣＳをマスターデバイスとするメーターＭ１のＰＡＮへのアソシエーションが完了する。

こうして収集メーターＣＳとメーターＭ１との間でアソシエーションが完了することで、両者間でデータの送受信を行うことができる（ステップＳ９）。

次に、メーターＭ２の電源が投入され、メーターＭ２によるアクティブスキャンが行われる（ステップＳ１１）。

メーターＭ２によるアクティブスキャンでは、まず、メーターＭ２が、スキャンリクエストをブロードキャストする（ステップＳ１２）。

そして、メーターＭ２からブロードキャストされたスキャンリクエストの受信可能範囲にあるＦＦＤである収集メーターＣＳとメーターＭ１は、スキャンリクエストを受信すると、スキャン応答をメーターＭ２にユニキャストする（ステップＳ１３）。メーターＭ２がこのスキャン応答を受信することで、メーターＭ２はマスターデバイスとなり得る収集メーターＣＳとメーターＭ１を発見する。なお、マスターデバイスとなり得るデバイスが複数ある場合、デバイスは、所定の基準に基づきマスターデバイスとする優先度の高いデバイスの認識を行う。本実施形態においては、メーターＭ２は、マスターデバイスとなり得る２つのメーターのうち、収集メーターＣＳがより優先度の高いデバイスであることを所定の基準に基づき認識する。こうしてメーターＭ２によるアクティブスキャンは終了する。

この優先度は、収集メーターＣＳへの距離や、スキャンリクエストを発したデバイスからの距離、またはスキャン応答を送信した順番等の所定の基準に基づき決定される。本実施形態においては、収集メーターＣＳへの距離に応じて優先度が決定され、収集メーターＣＳ自身が最も優先度の高いデバイスとなっている。このように、優先度が所定の基準により決定されることで、迅速なＰＡＮの構築が可能となる。

次に、メーターＭ２は、収集メーターＣＳのＰＡＮへのアソシエーションを開始する（ステップＳ１４）。

メーターＭ２のアソシエーションでは、まず、メーターＭ２は、上記優先度の高いデバイスである収集メーターＣＳに、アソシエーションリクエストをユニキャストする（ステップＳ１５）。

次に、メーターＭ２からのアソシエーションリクエストを受信した収集メーターＣＳは、アソシエーション応答をメーターＭ２にユニキャストする（ステップＳ１６）。このアソシエーション応答をメーターＭ２が受信することで、収集メーターＣＳをマスターデバイスとする、メーターＭ２のＰＡＮへのアソシエーションが完了する。

こうして収集メーターＣＳとメーターＭ２との間ではアソシエーションが完了することで、両者間でデータの送受信を行うことができる（ステップＳ１７）。

次に、メーターＭ３の電源が投入され、メーターＭ３によるアクティブスキャンが行われる（ステップＳ２１）。

メーターＭ３のアクティブスキャンでは、まず、メーターＭ３が、スキャンリクエストをブロードキャストする（ステップＳ２２）。

そして、メーターＭ３からブロードキャストされたスキャンリクエストの受信可能範囲内にあるメーターＭ１は、スキャンリクエストを受信すると、スキャン応答をメーターＭ３にユニキャストする（ステップＳ２３）。そして、メーターＭ３がこのスキャン応答を受信することで、メーターＭ３はマスターデバイスとなり得るデバイスであるメーターＭ１を発見し、メーターＭ３のアクティブスキャンは終了する。

次に、メーターＭ３は、収集メーターＣＳのＰＡＮへのアソシエーションを開始する（ステップＳ１４）。

メーターＭ３のアソシエーションでは、まず、メーターＭ３は、マスターデバイスとなり得るメーターＭ１に、アソシエーションリクエストをユニキャストする（ステップＳ２５）。

次に、メーターＭ３からのアソシエーションリクエストを受信したメーターＭ１は、アソシエーション応答をメーターＭ３にユニキャストする（ステップＳ２６）。このアソシエーション応答をメーターＭ３が受信することで、メーターＭ１をマスターデバイスとするメーターＭ３のＰＡＮへのアソシエーションが完了する。

こうしてメーターＭ１とメーターＭ３との間でアソシエーションが完了することで、両者間のデータの送受信を行うことができる（ステップＳ２７）。

次に、本実施形態に係るデータ送受信方法における、データ中継の例について説明する。図３は、本実施形態に係るデータ送受信方法におけるデータ中継の様子を示す図である。

図３に示すように、本実施形態に係るデータ送受信方法では、マスターデバイスとしての収集メーターＣＳと、これに対するスレイブデバイスとしてのメーターＭ１またはＭ２とのデータの送受信は、収集メーターＣＳにより定められるスーパーフレームに従って行われる。また、マスターデバイスとしてのメーターＭ１と、これに対するスレイブデバイスとしてのメーターＭ３またはＭ４とのデータの送受信は、メーターＭ１により定められるスーパーフレームに従って行われる。

上述した収集メーターＣＳとメーターＭ１またはＭ２とのデータの送受信、およびメーターＭ１とスレイブデバイスとしてのメーターＭ３またはＭ４とのデータの送受信においては、いずれも図１において説明したように、アクティブ期間を定義するＳＤは、ＣＡＰのみにより構成されている。そして、本実施形態に係るデータ送受信方法では、データフレームの送受信はＣＡＰ内で開始される一方、ＣＡＰ内で完了する必要は無く、データフレームの送受信がＣＡＰ内で完了しなかった場合、ＣＡＰ終了後もデータの送受信はその完了まで継続して行われる。

このように、本実施形態に係るデータ送受信方法においては、ＣＡＰを従来のデータ送受信方法よりも短くすることができるため、アクティブ期間を短くし、その分非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができるため、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態に係るデータ送受信方法では、ビーコン間隔によるマスター・スレイブ間の同期の確立時にのみマスターデバイスからビーコン信号が送信され、同期が確立された後は、ビーコン信号の送信は停止される。

そのため、同期確立後の不要なビーコン信号の送受信による電力消費を効果的に抑制することができる。なお、ビーコン信号の送信は、同期が保てなくなった場合等に、必要に応じて再開されるようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るデータ送受信方法について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。なお、図４では、図２と同様に、無線ネットワークを通じて下位のメーターから上位のメーターを介して、ＰＡＮコーディネータとして機能する収集メーターＣＳに各種情報が収集されるメーターネットワークを例に説明している。

図４に示す無線ネットワークは、収集メーターＣＳおよびメーターＭ１〜Ｍ１０の１１個のメーターにより構成される。本実施形態に係るデータ送受信方法では、上述した第１の実施形態に係るデータ送受信方法において、最下位のメーターから収集メーターＣＳに向けて順次データが中継、収集される度に、新たに同期部やヘッダ部を作成すると共に、これらのデータに各メーターからのペイロードが結合される。

これにより、同期部やヘッダ部などの冗長部を削減することができ、データ送受信に要する時間を削減することができる。そして、データ送受信に要する時間を削減することで、第１の実施形態においてＣＡＰ終了後にデータ送受信を行っているデバイスについてもより早くスリープモードにすることができ、電力の消費を抑制することができる。

図５は、実施形態に係るデータ送受信方法における、各メーターに設けられた無線機の構造を示す図である。

メーターの無線機１は、無線部１０、通信制御部２０および上位層処理部３０を備えて構成されている。

無線部１０は、受信用アンテナ１１を介してデータを受信する受信部１２、送信用アンテナ１３を介してデータを送信する送信部１４、各種データをバッファするメインバッファ１５、およびメインバッファ１５と送信部１４との間に設けられ、メインバッファ１５から送信部１４に送られる送信データをバッファする送信バッファ１６を有している。

通信制御部２０は、無線部１０と上位層処理部３０との間に設けられ、無線部１０による無線通信全体を制御する。通信制御部２０は、受信用アンテナ１１を介して受信部１２が受信した下位のメーターからのデータに含まれるペイロードを抽出し、当該ペイロードのそれぞれについて行われるべき処理を判定し、当該判定結果に応じて各ペイロードをメインバッファ１５や上位層処理部３０に送信する。また、通信制御部２０は、各ペイロードが後述する送信バッファ条件を満たしているか否かについての判定を行う。

上位層処理部３０は、受信したデータに各種処理を加えるとともに、新たなペイロード等、データの送受信に関する各種データの生成を行う。

次に、本実施形態に係るデータ送受信方法において用いられるデータのフレーム構造について説明する。図６は、本実施形態に係るデータ送受信方法において用いられるデータのフレーム構造を示す図である。

本実施形態において、データフレーム４０は、その先頭から、同期部４１０、ヘッダ部４２０およびペイロード部４３０が結合して構成されている。

同期部４１０は、既知ビット列からなり、送信信号に挿入され、受信側でこれを検出することによってフレーム同期が確立される。

ヘッダ部４２０は、結合されているペイロード全体の長さを示すペイロード全長等の制御情報を表している。

ペイロード部４３０は、その先頭から、結合情報ヘッダ４３１、１または複数のペイロード４３２ａ、４３２ｂ、…４３２ｎが結合して構成されている。

結合情報ヘッダ４３１は、ペイロード部４３０に含まれるペイロードの数を表すペイロード数情報４３３と、ペイロード４３５ａ、４３５ｂ、…、４３５ｎそれぞれの長さを示すペイロード長情報４３２ａ、４３２ｂ、…、４３２ｎとが結合して構成されている。ペイロード数情報４３３とペイロード長情報４３２ａ、４３２ｂ、…、４３２ｎとはそれぞれ固定長であるが、結合情報ヘッダ４３１全体の長さは、データフレーム４０に含まれるペイロードの数に応じてペイロード長情報４３２ａ、４３２ｂ、…、４３２ｎの数が変わるため、可変長となっている。

このように、結合情報ヘッダ４３１は、結合しているペイロード数に応じて可変長となっているが、結合情報ヘッダ４３１の先頭部分にペイロード数を示す固定長のフィールドであるペイロード数情報４３３が存在するため、結合しているペイロード数に関わらず、正しく全体が読み取られる。

次に、上述したデータフレーム４０を用いたデータ結合方法について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係るデータ送受信方法におけるデータ結合の様子を示す模式図である。なお、図７において示されているのは、収集メーターＣＳ、すなわちＰＡＮコーディネータではなく、その下位にありデータを中継するＦＦＤとしてのメーターを例にしたデータ結合処理である。また、上位層処理部３０、受信部１２、通信制御部２０、メインバッファ１５、送信バッファ１６および送信部１４については、図５を用いて説明した構成と同様であるため、ここではこれらの構成についての説明は省略する。

図７に示すように、まず、上位層処理部３０においてメーター自身の収集データ等に基づくペイロード４３５ｘのデータを生成するとともに、受信部１２が、受信用アンテナ１１を介して、下位のメーターからデータフレーム４０ａ、４０ｂ、４０ｃを受信する。

ここで、受信部１２が受信したデータフレーム４０ａは、図６を用いて説明した本実施形態に係るデータフレームと同様に、その先頭から同期部４１０ａ、ヘッダ部４２０ａ、ヘッダ結合部４３１ａ、ペイロード４３５ａおよびペイロード４３５ｂが結合して構成されている。これと同様に、データフレーム４１ｂは、その先頭から同期部４１０ｂ、ヘッダ部４２０ｂ、ヘッダ結合部４３１ｂおよびペイロード４３５ｃが結合して構成されている。また、データフレーム４０ｃは、その先頭から同期部４１０ｃ、ヘッダ部４２０ｃ、ヘッダ結合部４３１ｃ、ペイロード４３５ｄおよびペイロード４３５ｅが結合して構成されている。

こうして自機の上位層処理部３０で生成されたペイロード４３５ｘと、受信部１２により下位のメーターから受信されたデータフレーム４０ａ、４０ｂ、４０ｃに含まれるペイロード４３５ａ、４３５ｂ、４３５ｃ、４３５ｄおよび４３５ｅは、通信制御部２０に送信される（ステップＳ３１）。

通信制御部２０は、各ペイロード４３５ｘ、４３５ａ、４３５ｂ、４３５ｃ、４３５ｄおよび４３５ｅのそれぞれについて、更に上位のメーターに送信するものであるか、または自機で処理するものであるか等、各ペイロードに対して行うべき処理を判定し、必要に応じて自機の他の構成に送信する。なお、この判定に必要なデータは、各ペイロード内に組み込まれている。

図７に示す例では、通信制御部２０により、ペイロード４３５ｂを除く全てのペイロード４３５ｘ、４３５ａ、４３５ｃ、４３５ｄおよび４３５ｅについては上位のメーターに中継し、ペイロード４３５ｂについては自機の上位層処理部３０に送信され、そこでの処理に供されるものであると判定されている。

次に、通信制御部２０は、判定結果に応じて各ペイロードを自機の他の構成に送信する（ステップＳ３２）。ここでは、通信制御部２０は、ペイロード４３５ｘ、４３５ａ、４３５ｃ、４３５ｄおよび４３５ｅを上位のメーターに中継すべくメインバッファ１５に送信するとともに、ペイロード４３５ｂについては上位層処理部３０に送信している。

次に、メインバッファ１５に送信されたペイロード４３５ｘ、４３５ａ、４３５ｃ、４３５ｄおよび４３５ｅに対し、通信制御部２０は、送信バッファ条件を満たすか否かについての判定を行う。

送信バッファ条件とは、各ペイロードが送信バッファ１６に送信され、送信部１４から上位のメーターに送信されるために満たすべき条件を規定している。この送信バッファ条件として、具体的には、最初に送信されたペイロードの送信先と他の全てのペイロードの送信先とが同一であるか否か、送信バッファ１６内のペイロード数が所定の上限を超えないか否か、送信バッファ１６内の前ペイロードの合計容量が所定の上限を超えないか否か、等の条件が挙げられる。

図７に示す例では、通信制御部２０による判定の結果、メインバッファ１５に送信されたペイロードのうち、ペイロード４３５ｘおよび４３５ｅについて、送信バッファ条件を満たさないと判定されているため、送信バッファ１６には送信されず、放置される。

一方、通信制御部２０による判定の結果、送信バッファ条件を満たすと判定されたペイロード４３５ａ、４３５ｃおよび４３５ｄについては、メインバッファ１５から送信バッファ１６に送信される（ステップＳ３３）。

次に、送信バッファに送信されたペイロード４３５ａ、４３５ｃおよび４３５ｄは、さらに送信部１４に送信され、上位層処理部３０により新たに生成された同期部４１０ｚ、ヘッダ部４２０ｚおよび結合情報ヘッダ４３１ｚと結合され、新たなデータフレーム４０ｚが生成される（ステップＳ３４）。なお、この場合、結合情報ヘッダ４３１には、各ペイロードペイロード４３５ａ、４３５ｃおよび４３５ｄについてのペイロード数情報と、各ペイロード長情報が含まれることになる。

こうして送信部１４において新たに生成されたデータフレーム４０ｚは、送信用アンテナ１３（図５参照）を介して上位のメーターに送信される。

次に、図７を用いて説明したデータ結合について、図８を用いて更に詳細に説明する。図８は、本実施形態に係るデータ送受信方法におけるフレームの送信プロセスを示すフローチャートである。通信制御部２０からメインバッファ１５に各ペイロードが送信されると（図７のステップＳ３３参照）、通信制御部２０により図８に示すフレームの送信プロセスが開始される。

フレームの送信プロセスは、メインバッファ１５内の全ペイロードデータについて、通信制御部２０による送信予定時刻や送信バッファ条件のチェックが行われていない状態から開始される（ステップＳ４０）。

通信制御部２０は、フレームの送信プロセスの開始後、メインバッファ１５内における未チェックのペイロードの有無を確認する（ステップＳ４１）。

メインバッファ１５内に未チェックのペイロードがある場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、通信制御部２０は、メインバッファ１５内にある未チェックペイロードのうち、送信予定時刻が最も早いものを選出する（ステップＳ４２）。

次に、通信制御部２０は、ステップＳ４２において選出されたペイロードの送信予定時刻が、現在時刻より前であるか否かについて判定する（ステップＳ４３）。

選出されたペイロードの送信予定時刻が現在時刻より前である場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、選出されたペイロードが送信バッファ条件を満たすか否かに適合するか否かについて判定する（ステップＳ４４）。

選出されたペイロードが送信バッファ条件を満たす場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、通信制御部２０は選出したペイロードをメインバッファ１５から送信バッファ１６に移動し（ステップＳ４５）、再びステップＳ４１に戻り、メインバッファ１５内の未チェックのペイロードの有無を確認する。

一方、選出されたペイロードの送信予定時刻が現在時刻より前である場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、および選出されたペイロードが送信バッファ条件を満たしていない場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、通信制御部２０は、選出されたペイロードをチェック済みのものとして放置する（ステップＳ４６）。

また、上述したステップＳ４１に戻り、メインバッファ１５内から未チェックのペイロードが無くなった場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、すなわち、メインバッファ１５内の全てのペイロードのチェックが完了した場合、通信制御部２０は、送信バッファ１６内のペイロードの有無を確認する（ステップＳ４７）。

送信バッファ１６内にペイロードがある場合（ステップＳ４７：Ｙｅｓ）、送信バッファ１６内のペイロードは送信部１４に送信される。送信部１４は、新たに上位層処理部３０により生成された同期部４１０、ヘッダ部４２０および結合情報ヘッダ４３１とこれらのペイロードを結合して新たなデータフレームを生成し、送信用アンテナ１３を介して上位のメーターに送信し（ステップＳ４８）、一連のフレーム送信プロセスが終了する。また、送信バッファ１４内にペイロードが無い場合（ステップＳ４７：Ｎｏ）、すなわち、未送信のペイロードが無くなった場合にも、一連のフレーム送信プロセスが終了する。

上述した第２の実施形態に係るデータ送受信方法によると、１または複数のスレイブデバイスや、自機が生成した複数のペイロードについて、元の同期部やヘッダ部を削除するとともに、当該複数のペイロードについてこれを新たに生成した同期部やヘッダ部と結合し、新たなデータフレームとして上位のマスターデバイスに送信される。

これにより、同期部やヘッダ部などの冗長部を削減することができ、データ送受信に要する時間を削減することができる。また、データ送受信に要する時間を削減することで、第１の実施形態においてＣＡＰ終了後にデータ送受信を行っているデバイスについてもより早くスリープモードにすることができ、電力の消費を抑制することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るデータ送受信方法の第３の実施形態について説明する。

図９は、第３の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。

本実施形態では、各デバイスは定期的な短時間の待ち受けを繰り返し、それ以外の時間はスリープモードとなる。また、データを送信するデバイスは、データフレームの送信に先立ち、連続する複数の同期用信号（ウェイクアップフレーム）の送信を行う。

ウェイクアップフレームは、その後に送信されるデータフレームの同期情報、すなわち、当該ウェイクアップフレームの送信からデータフレームの送信までの時間に関する情報や、送信先のデバイスを指定する情報等を含んでいる。

そして、上述した定期的に繰り返される待ち受けを行っている間にデータ送信元であるデバイスから送信されるウェイクアップフレームを受信したデバイスは、当該ウェイクアップフレームに含まれる同期情報に基づき、当該データ送信開始時にスリープモードから復帰し、データフレームの受信に備える。この後のデータの送受信については、上述した第１の実施形態と同様に行われるため、ここではその説明は省略する。

一方、ウェイクアップフレームを受信できなかったデバイス、または、ウェイクアップフレームを受信したが送信先として指定されなかったデバイスは、上記データフレームの送信中、スリープモードになる。

上述した本実施形態に係るデータ送受信方法によると、それぞれのデバイスは定期的に起動し短時間の待ち受けを行うとともに、待ち受けの時間以外はスリープモードに移行できることから、電力の浪費を効果的に抑制し、省電力化を図ることができる。

また、従来のデータ送受信方法のように定期的にビーコン信号を送信する必要が無く、必要に応じてウェイクアップフレームを送信するだけでよいため、電力の浪費を効果的に抑制し、更に省電力化を図ることができる。

また、ＣＡＰを従来のデータ送受信方法よりも短くすることができるため、アクティブ期間を短くし、その分非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができ、デバイスの起動時間を短くすることができるため、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態に係るデータ送受信方法についても、第２の実施形態に係るデータ送受信方法において行われていたように、１または複数のスレイブデバイスから受信したペイロードや、自機が生成した複数のペイロードについて、データフレームから元の同期部やヘッダ部を削除するとともに、当該複数のペイロードについてこれを新たに生成した同期部やヘッダ部と結合し、新たなデータフレームとして上位のマスターデバイスに送信してもよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係るデータ送受信方法の第４の実施形態について説明する。

図１０は、第４の実施形態に係るデータ送受信方法を示す図である。

本実施形態に係るデータ送受信方法においては、図１０に示すように、全てのデバイスが、定期的にデータ受信を行う時間帯を示す同期用信号（RIT data requestコマンド）の送信を行うとともに、各同期用信号の送信に連続して、短時間の待ち受けを行う。

そして、データを送信するデバイスは、データの送信先となるデバイスの上記同期用信号に基づき、データの受信が行われる時間帯を認識し、当該時間帯にデータの送信を開始する。

データの送受信開始後の送信側および受信側のデバイスの動作については上述した第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明は省略する。

上述した本実施形態に係るデータ送受信方法によると、ＲＩＴ送信直後に送受信が開始されるため、送受信開始までのタイムロスが無い。また、第１の実施形態と同様に、ＣＡＰを従来のデータ送受信方法よりも短くすることができる。

そのため、アクティブ期間を短くし、その分非アクティブ期間、すなわちデバイスがスリープモードでいられる期間を長くすることができ、デバイスの起動時間を短くすることができるため、デバイスの電力消費を効果的に抑制することができる。

１無線機
１０無線部
１１受信用アンテナ
１２受信部
１３送信用アンテナ
１４送信部
１５メインバッファ
１６送信バッファ
２０通信制御部
３０上位層処理部
４０データフレーム
４１０同期部
４２０ヘッダ部
４３０ペイロード部
４３１結合情報ヘッダ
４３２ペイロード長情報
４３３ペイロード数情報
４３５ペイロード

Claims

マスターデバイスと少なくとも１つのスレイブデバイスとの間で行われるデータ送受信方法であって、
前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスの間で送受信されるデータフレームは、同期のための信号を規定する同期部と、少なくとも１つのペイロードと、前記ペイロードの数および前記ペイロード毎のペイロード長を規定する結合情報ヘッダとを含むペイロード部と、前記ペイロード部全体のペイロード長を規定するヘッダ部と、を有して構成され、
前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスとの間で所定の同期情報に基づき同期を確立する同期工程と、
前記同期の確立後、データフレームを受信する受信工程と、
受信した前記データフレームから前記ペイロードを抽出するペイロード抽出工程と、
抽出した前記ペイロードを、他のデバイスから受信した他のデータフレームから抽出した他のペイロードまたは自機が生成した新規ペイロードと結合し、新たなペイロード部を生成するペイロード部生成工程と、
新たな同期部および新たなヘッダ部を生成するヘッダ部生成工程と、
生成した前記新たな同期部および前記新たなヘッダ部を、前記新たなペイロード部に結合して新たなデータフレームを生成するデータフレーム生成工程と、
生成した前記新たなデータフレームを送信する送信工程と、
を行うことを特徴とするデータ送受信方法。
前記同期工程において、
前記データフレームを受信するデバイスは、定期的に短時間の待ち受けを繰り返すとともに、
前記データフレームを送信するデバイスは、前記所定の同期情報として、データフレームの送信タイミングを示す第１の同期用信号を前記データフレームの送信前に連続して送信する、
ことを特徴とする請求項１記載のデータ送受信方法。
前記同期工程において、
全てのデバイスは、前記所定の同期情報として、データフレームの受信タイミングを示す第２の同期用信号を定期的に送信し、
前記データフレームを送信するデバイスは、前記データフレームを受信するデバイスから前記第２の同期用信号を受信する、
ことを特徴とする請求項１記載のデータ送受信方法。
前記同期工程において、
前記所定の同期情報は前記マスターデバイスから送信されるビーコン信号であり、
前記同期の確立後に、前記同期を保持した状態で前記マスターデバイスからの前記ビーコン信号の送信頻度が低下される頻度低下工程を更に有することを特徴とする請求項１記載のデータ送受信方法。
確立した前記同期に基づいて前記マスターデバイスと前記スレイブデバイスとの間でデータフレームの送受信を行うコンテンションアクセス期間（ＣＡＰ）を設定するＣＡＰ設定工程と、
前記ＣＡＰ内に前記データフレームの送受信が完了しない場合、前記ＣＡＰ後も前記データフレームの送受信を延長して行う延長工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のデータ送受信方法。
前記スレイブデバイスは、接続する前記マスターデバイスを所定の基準により決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載のデータ送受信方法。