次に本発明について図面を参照して説明す� ��。
(第1の実施の形態)
 図6は無線通信システムの一構成例を示すブ ロック図である。

 図6に示す無線通信システムは、ノードCH1 を親ノードとする第1のネットワーク1と、ノ� ��ドCH2を親ノードとする第2のネットワーク2� �を有する構成である。第1のネットワーク1は 子ノードCM1~CM4を備え、第2のネットワーク2は 子ノードCM5~CM7を備えている。第1のネットワ� ��ク1の子ノードCM4は、第2のネットワーク2の� ��ノードCH2としても動作する。図6では第1の� �ットワーク1が4台の子ノードを備え、第2の� �ットワーク2が3台の子ノードを備えた例を示 しているが、各ネットワークの子ノードの数 は何台であってもよい。

 図7は図6に示したノードの一構成例を示� �ブロック図である。

 図7に示すように、ノードは、アンテナ装 置11、無線通信部12、電源装置13、メモリ14、C PU15及びセンサ16を備えている。

 CPU16は、例えばメモリ14に格納されたプロ グラムにしたがってノード全体の動作を制御 する。

 メモリ14は自ノードから送信すべきデー� �あるいは他のノードから受信したデータが� �納される。

 センサ16は、例えば本発明の無線通信シ� �テムを環境調査で利用する場合、各ノード� �周辺環境(気温、湿度、気圧、位置等)を測定 するために用いられる。センサ16は、無線通� ��システムの利用環境に応じて適宜設けられ� ��ものであり、無くてもかまわない。

 電源装置13は、ノードが備える各装置(無� ��通信部12、メモリ14、CPU15及びセンサ16等)に� ��して所要の電源電圧を供給する。

 無線通信部12は、送信するデータを変調� �てRF(無線周波数)信号に周波数変換し、送信� ��必要な電力まで増幅する送信する送信部121� ��、受信したRF信号を増幅し、ベースバンド� �号に周波数変換して復調する受信部122と、� �ータの送信時は送信部121からのRF信号をアン テナ装置11へ出力し、データの受信時はアン� ��ナ装置11で受信したRF信号を受信部122へ出力 する切替部123と、送信部121及び受信部122で実 施する周波数変換に必要なローカル信号を生 成する発振器124と、送受信するデータに対し て所要の処理(符号化や復号化、誤り訂正処� �等)を実行すると共に、上述したSlotted CSMA-CA 方式にしたがって無線通信部12の通信動作を� ��御する通信制御部125と、送信部121、受信部1 22、発振器124及び通信制御部125対する電力供� ��を制御する電源制御部126とを有する構成で� ��る。

 送信部121は、周知の変調回路や周波数変� ��で用いるミキサ、RF信号を増幅する電力増� �器等で構成される。また、受信部122は、周� �の復調回路や周波数変換で用いるミキサ、� �信したRF信号を増幅する低雑音増幅器等で構 成される。通信制御部125は、A/D(Analog to Digit al)変換器やD/A(Digital to Analog)変換器、メモリ 、各種の論理回路等から成るLSIやDSPによって 構成される。電源制御部126は、各種の論理回 路を組み合わせることで実現できる。なお、 A/D変換やD/A変換を除く通信制御部125の機能や 電源制御部126の機能は、CPU14がプログラムに� ��たがって実行する処理で実現することも可� ��である。

 一般に、無線通信システムが備える各ノ� ��ドでは、データを送受信している期間だけ� ��なくデータの受信を待ち受けている期間で� ��、上記受信部122、発振器124及び通信制御部1 25に電源電圧が供給されているため電力を消� ��する。そのため、上述したIEEE802.15.4では子� ��ードに休止状態の期間を設けることで子ノ� ��ドの電力消費を低減している。

 本実施形態では、ビーコン信号間の予め� ��定された所定の期間内で、子ノードからデ� ��タの送信予定の有無を通知するための予定� ��知信号を親ノードに送信する。予定通知信� ��は、データの送信予定がある場合にのみ子� ��ードから親ノードに送信してもよく、デー� ��の送信予定がある場合と無い場合の両方で� ��ノードから親ノードに送信してもよい。但� ��、送信予定がある場合の予定通知信号と送� ��予定が無い場合の予定通知信号とは、CAP内� ��異なるスロットに同期して送信する。

 親ノードは、ビーコン信号の送信が終了� ��ると、予め設定された所定期間だけ子ノー� ��から送信される予定通知信号を待ち受け、� ��定通知信号を受信すると、該予定通知信号� ��基づいて各子ノードからのデータの送信予� ��の有無を判別する。そして、自ノードが管� ��するネットワーク内の全ての子ノードから� ��データの送信予定が無く、また自ノードか� ��子ノードへのデータの送信予定も無い場合� ��休止状態に遷移する。

 図6に示すノードCH2のように、親ノード及 び子ノードの両方として動作するノードは、 親ノードとして動作する第2のネットワーク2� ��各子ノードCM5~CM7からのデータの送信予定が 無く、自ノードの送信予定が無く、さらに子 ノードとして動作する第1のネットワーク1の� ��ノードCH1からのデータの送信予定が無い場� ��に休止状態に遷移すればよい。

 ここで、ノード(親ノード及び子ノード)� �休止状態とは、例えば図7に示したCPU15から� �指示にしたがって、電源制御部126の制御に� �り無線通信部12が備える送信部121、受信部122 、発振器124及び通信制御部125に対する電力供 給が全て停止している状態を指す。休止状態 では、送信部121、受信部122、発振器124及び通 信制御部125だけでなく、センサ16に対する電� ��供給も停止してよい。また、個別のタイマ� ��等を備えている場合は、CPU15に対する電力� �給も停止してよい。休止状態において電力� �給を停止する構成要素は、本実施形態の無� �通信システムの利用環境や装置構成に応じ� �適宜設定すればよい。

 子ノードから送信する予定通知信号には� ��例えば図3に示したデータフレームと同様の フレーム構成を用いる。但し、予定通知信号 では、図3に示したデータペイロード(Data Payl oad)が不要であるため、該データペイロード� �領域に予定通知信号を送信する子ノードを� �別するための識別符号を格納してもよい。� �の場合、親ノードは、予定通知信号を送信� �た子ノードを識別できるため、該子ノード� �の通信が終了した時点で休止状態に遷移で� �る。ネットワーク内に子ノードが1台しかな� ��場合は、予定通知信号に子ノードの識別符� ��を含める必要はない。また、後述するよう� ��親ノードが予定通知信号の有無のみを判断� ��る場合も予定通知信号に子ノードの識別符� ��を含める必要はない。

 次に第1の実施の形態の無線通信システム の通信動作について図8を用いて説明する。� �下に説明するノードの通信動作は、無線通� �部12が備える通信制御部125及び電源制御部126 により実行されるものとする。同様に、後述 する第2の実施の形態及び第3の実施の形態お� ��ても、ノードの通信動作については無線通� ��部12が備える通信制御部125及び電源制御部12 6により実行されるものとする。

 図8は、複数の子ノードのうち、1台の子� �ードのみCAP内でデータを送信する例である� �図8は、図6に示した第1のネットワーク1が備� ��る親ノードCH1及び子ノードCM1を例にして本� ��施例の無線通信システムの通信動作を示し� ��いるが、各CAP内でデータを送信する子ノー� ��が1台のみであれば、他の親ノードやその配 下の子ノードにも適用できる。

 図8に示す「RX」はノードが受信状態にあ� ��ことを示し、「TX」はノードが送信状態に� �ることを示し、「IDLE」はノードが休止状態� ��あることを示している。また、図8に示す「 c」はノードがCCAを実行している状態を示し� �「BO」はノードがバックオフ状態であること を示している。また、図8に示す「s」はSIFSの 期間であり、「t」は送信状態と受信状態の� �り替えに要する期間(ターンアラウンド期間) であり、「w」はノードが休止状態から送受� �状態に遷移するのに要する起動時間である� �

 まず、子ノードCM1から親ノードCH1に対す� ��データの送信予定がある場合の通信動作に� ��いて図8の(a)を用いて説明する。

 図8の(a)に示すように、子ノードCM1は、受 信状態において親ノードCH1からビーコン信号 を受信すると、送信状態に遷移してデータの 送信予定を通知するための予定通知信号を送 信する。

 親ノードCH1は、ビーコン信号の送信が終� ��すると、受信状態に遷移して予め設定され� ��所定の期間だけ子ノードから送信される予� ��通知信号を待ち受ける。ここでは、子ノー� ��CM1から予定通知信号を受信するため、受信� ��態を維持して子ノードCM1から続いて送信さ� ��るデータを待ち受ける。

 子ノードCM1は、予定通知信号を送信する� ��バックオフ状態に遷移し、バックオフ期間� ��経過するとCCAを実行し、空きチャネルがあ� ��場合は送信状態に遷移してデータを送信す� ��。

 親ノードCH1は、受信したデータフレーム� ��ACKの返送要求が含まれているか否かを検知� ��、ACKの返送要求が含まれている場合は送信� ��態に遷移して該データフレームを送信した� ��ノードCM1にACKを返送する。

 子ノードCM1は、送信すべきデータが無く� ��った時点で受信状態に遷移し、ACKを受信し� ��親ノードCH1によるデータフレームの受信成� ��を確認した後、休止状態に遷移する。この� ��き、子ノードCM1は休止状態を次のビーコン� ��号の受信時刻まで継続する。

 親ノードCH1は、予定通知信号に含まれる� ��別符号によりその送信元(子ノードCM1)を判� �し、該子ノードCM1からのさらなるデータ送� �が無いと判断した時点で休止状態に遷移す� �。このとき、親ノードCH1は休止状態を次の� �ーコン信号の送信時刻まで継続する。子ノ� �ドCM1からのデータ送信の有無は、上述した� �うに子ノードCM1から受信したデータフレー� �のフレームコントロールフィールドのフレ� �ムペンディング(Frame pending)の値で判別でき� ��(図4参照)。

 次に、子ノードCM1及び親ノードCH1共にデ� ��タの送信予定がない場合の通信動作につい� ��図8の(b)を用いて説明する。

 図8の(b)に示すように、子ノードCM1は、親 ノードCH1から受信したビーコン信号のペンデ ィングアドレスフィールド(Pending Address Field )に自ノードの識別符号が有るか否かを検知� �る。そして、ペンディングアドレスフィー� �ドに自ノードの識別符号が無く、自ノード� �の送信予定が無いと判断したとき、休止状� �に遷移する。このとき、子ノードCM1は休止� �態を次のビーコン信号の受信時刻まで継続� �る。

 親ノードCH1は、ビーコン信号の送信が終� ��すると、受信状態に遷移して予め設定され� ��所定の期間だけ子ノードから送信される予� ��通知信号を待ち受ける。ここでは、子ノー� ��CM1からの予定通知信号が確認できないため� ��上記所定の期間が経過した時点で親ノード� ��休止状態に遷移する。このとき、親ノードC H1は休止状態を次のビーコン信号の送信時刻� ��で継続する。

 本実施形態の無線通信システムによれば� ��親ノードに休止状態の期間を設けることが� ��能になるため、親ノードの電力消費を低減� ��きる。

 以上説明した親ノード及び子ノードCM1の� ��信時における状態遷移を示すと図9のように なる。

 図9に示すように、ノードが送信状態(TX)� �あるとき、無線通信部12では、発振器124、通 信制御部125及び送信部121がオンしている(電� �電圧が供給されている)。また、ノードが受� ��状態(RX)にあるとき、あるいはCCAを実行して いるとき、無線通信部12では、発振器124、通� ��制御部125及び受信部122がオンしている。ま� ��、ノードがバックオフ状態(BO)あるいは休止 状態からの起動状態にあるとき(w)、無線通信 部12では、発振器124及び通信制御部125がオン� ��ている。ノードが休止状態(IDLE)にあるとき� ��無線通信部12では、発振器124、通信制御部12 5、送信部121及び受信部122がすべてオフして� �る。

 なお、上記説明では、データの送信予定が� ��る場合にのみ子ノードCM1から親ノードCH1へ� ��定通知信号を送信する例を示しているが、� ��信予定がある場合と送信予定が無い場合の� ��方で子ノードCM1から親ノードCH1へ予定通知� ��号を送信しても同様の効果が得られる。
(第2の実施の形態)
 図10は第2の実施の形態の無線通信システム� ��通信動作の一例を示す模式図である。

 第2の実施の形態の無線通信システムは、 データの送信予定がある子ノードが複数存在 し、それら複数の子ノードから親ノードに予 定通信信号が同時に送信される例である。図 10は、説明を簡単にするために、2台の子ノー ドCM1及びCM2でデータの送信予定があり、それ ら子ノードCM1及びCM2から親ノードCH1に同時に 予定通信信号が送信される例を示している。

 第1の実施の形態と同様に、図10に示す「R X」はノードが受信状態にあることを示し、� �TX」はノードが送信状態にあることを示し、 「IDLE」はノードが休止状態にあることを示� �ている。また、図10に示す「c」はノードがCC Aを実行している状態を示し、「BO」はノード がバックオフ状態であることを示している。 また、図10に示す「s」はSIFSの期間であり、� �t」は送信状態と受信状態の切り替えに要す� ��期間(ターンアラウンド期間)であり、「w」� ��ノードが休止状態から送受信状態に遷移す� ��のに要する起動時間である。

 データの送信予定がある子ノードが複数� ��在する場合、1対多通信であるビーコン信号 の受信を契機に各子ノードから予定通知信号 を送信すると、それらの予定通知信号が衝突 し、親ノードでは送信された予定通知信号の 内容を判別することができない。そのため、 第2の実施の形態では、親ノードは受信電力� �度を測定することで子ノードからの予定通� �信号の有無のみを判別する。そして、予定� �知信号が有ると判断した場合は、受信した� �ータフレームのフレームペンディングの値� �より子ノードで送信すべきデータが無くな� �たことを検知しても、休止状態に遷移する� �となく次のビーコン信号の送信時刻まで受� �状態を維持する。一方、予定通知信号が確� �できない場合は、予定通知信号が送信され� �べき所定の期間が経過した時点で休止状態� �遷移する。本実施形態は、データの送信予� �が有る場合にのみ子ノードから親ノードへ� �定通知信号を送信する場合にのみ適用でき� �。

 ノードの構成及びノードの状態遷移は、� ��1の実施の形態と同様であるため、その説明 は省略する。

 図10に示すように、子ノードCM1及びCM2か� �親ノードCH1に対するデータの送信予定があ� �場合、子ノードCM1及びCM2は、受信状態にお� �て親ノードCH1からビーコン信号を受信する� �、送信状態に遷移してデータの送信予定を� �知するための予定通知信号を送信する。

 親ノードCH1は、ビーコン信号の送信が終� ��すると、受信状態に遷移して予め設定され� ��所定の期間だけ子ノードから送信される予� ��通知信号を待ち受ける。ここでは、子ノー� ��CM1及び子ノードCM2からの予定通知信号が衝� ��するため、親ノードCH1は予定通知信号の内� ��を判別できない。

 親ノードCH1は、ビーコン信号の送信が終� ��すると、予め設定された所定の期間の受信� ��波強度を測定し、該受信電波強度の値によ� ��て子ノードからの予定通知信号の有無を判� ��する。

 親ノードCH1は、受信電波強度の値によっ� ��予定通知信号が有ることを検知すると、受� ��状態を維持して子ノードCM1及びCM2から送信� ��れるデータを待ち受ける。

 子ノードCM1は、予定通知信号を送信する� ��バックオフ状態に遷移し、バックオフ期間� ��経過するとCCAを実行し、空きチャネルがあ� ��場合は送信状態に遷移してデータを送信す� ��。

 親ノードCH1は、受信したデータフレーム� ��ACKの返送要求が含まれているか否かを検知� ��、ACKの返送要求が含まれている場合は送信� ��態に遷移して該データフレームを送信した� ��ノードCM1にACKを返送する。

 子ノードCM1は、送信すべきデータが無く� ��った時点で受信状態に遷移し、ACKを受信し� ��親ノードCH1によるデータフレームの受信成� ��を確認した後、休止状態に遷移する。この� ��き子ノードCM1は休止状態を次のビーコン信� ��の受信時刻まで継続する。

 子ノードCM2は、予定通知信号を送信する� ��バックオフ状態に遷移し、バックオフ期間� ��経過するとCCAを実行し、空きチャネルがあ� ��場合は送信状態に遷移してデータを送信す� ��。

 親ノードCH1は、受信したデータフレーム� ��ACKの返送要求が含まれているか否かを検知� ��、ACKの返送要求が含まれている場合は送信� ��態に遷移して該データフレームを送信した� ��ノードCM2にACKを返送する。

 子ノードCM2は、送信すべきデータが無く� ��った時点で受信状態に遷移し、ACKを受信し� ��親ノードCH1によるデータフレームの受信成� ��を確認した後、休止状態に遷移する。この� ��き子ノードCM2は休止状態を次のビーコン信� ��の受信時刻まで継続する。

 親ノードCH1は、子ノードCM1及びCM2から送� ��されたデータフレームのフレームペンディ� ��グの値により子ノードCM1及びCM2で送信すべ� ��データが無くなったことを検知できる。し� ��しながら、ここでは子ノードCM1及びCM2から� ��信された予定通知信号の内容を判別できて� ��ないため、休止状態に遷移することなく次� ��ビーコン信号の送信時刻まで受信状態を維� ��する。

 子ノードCM1、子ノードCM2及び親ノードCH1� ��にデータの送信予定がない場合、子ノードC M1及びCM2は、親ノードCH1から受信したビーコ� ��信号のペンディングアドレスフィールド(Pen ding Address Field)に自ノードの識別符号が有る か否かを検知する。そして、ペンディングア ドレスフィールドに自ノードの識別符号が無 く、自ノードへの送信予定が無いと判断した とき、休止状態に遷移する。このとき子ノー ドCM1及びCM2は休止状態を次のビーコン信号の 受信時刻まで継続する。

 親ノードCH1は、ビーコン信号の送信が終� ��すると、受信状態に遷移して予め設定され� ��所定の期間だけ子ノードから送信される予� ��通知信号を待ち受ける。ここでは、子ノー� ��CM1及びCM2からの予定通知信号が無いため、� ��記所定の期間が経過した時点で親ノードは� ��止状態に遷移する。このとき親ノードCH1は� ��止状態を次のビーコン信号の送信時刻まで� ��続する。

 なお、複数の子ノードから予定通知信号� ��同時に送信することで衝突が発生しても、� ��ノードの電波強度の違いによって親ノード� ��いずれか1つの子ノードの予定通知信号を確 認できてしまうことがある。その場合、第1� �実施の形態のように予定通知信号を確認し� �子ノードとの通信が終了した時点で親ノー� �が休止状態に遷移すると、データの送信予� �がある他の子ノードでは次のビーコン信号� �受信するまで親ノードと通信できない通信� �延が発生する。

 本実施形態では、親ノードが受信電波強� ��の値により予定通知信号の有無のみ判別し� ��予定通知信号が有る場合は予定通知信号を� ��認した子ノードとの通信が終了しても休止� ��態に遷移しない。そのため、データの送信� ��定があり、かつ親ノードで予定通知信号が� ��認されなかった子ノードでも通信遅延が発� ��することなく親ノードにデータを送信でき� ��。

 本実施形態の無線通信システムによれば、� ��ータの送信予定がある子ノードが複数存在� ��、それら複数の子ノードから親ノードに予� ��通信信号が同時に送信される場合でも、第1 の実施の形態と同様に、親ノードに休止状態 の期間を設けることが可能になるため、親ノ ードの電力消費を低減できる。
(第3の実施の形態)
 図11及び図12は第3の実施の形態の無線通信� �ステムの通信動作の一例を示す模式図であ� �。

 第3の実施の形態の無線通信システムは、 第1の実施の形態や第2の実施の形態で示した� ��ードと背景技術で示したノードが混在する� ��である。

 ノードの構成及びノードの状態遷移は、� ��1の実施の形態と同様であるため、その説明 は省略する。

 図11は、親ノードCH1のみが第1の実施の形� ��や第2の実施の形態で示したノードであり、 子ノードCM1及びCM2が背景技術で示したノード である場合の各ノードの通信動作例を示して いる。

 また、図12は、親ノードCH1及び子ノードCM 2が第1の実施の形態や第2の実施の形態で示し たノードであり、子ノードCM1が背景技術で示 したノードである場合の各ノードの通信動作 例を示している。図12に示す例では、ビーコ� ��信号の受信終了後、子ノードCM1で最初に発� ��するバックオフが0スロットに相当する期間 となっている。

 図11で示すように動作するシステム構成� �は、子ノードCM1及びCM2から予定通知信号が� �信されず、親ノードCH1は予定通知信号を確� �することができない。

 また、図12で示すように動作するシステ� �構成では、子ノードCM1でデータの送信予定� �有り、子ノードCM2でデータの送信予定が無� �場合、子ノードCM2からの予定通知信号が無� �ために親ノードがビーコン信号を送信した� �後に休止状態に遷移すると、子ノードCM1は� �ノードへデータを送信できなくなってしま� �。

 したがって、本実施形態の無線通信システ� ��では、以下に示す3つの対処方法のいずれか を採用する。
(1)親ノードは、子ノードからの予定通知信号 の有無にかかわらず休止状態に遷移しない。 この場合、背景技術で示した無線通信システ ムと同様に動作する。
(2)背景技術で示した子ノードと通信するため の専用のスロットを設け、該子ノードとの通 信はその専用スロットを用いて実行する。親 ノードは、子ノードからの予定通知信号が無 い場合でも該専用スロットの期間では休止状 態に遷移しない。他のスロットの期間では子 ノードからのデータの送信予定が無ければ休 止状態に遷移する。
(3)親ノードCH1は、子ノードからの予定通知信 号が無い場合、ビーコン信号の送信終了後、 予め設定した一定期間が経過した後に休止状 態に遷移する。背景技術で示した子ノードは その一定期間内に親ノードへデータを送信す ることで通信が可能になる。

 図12に示すように動作するシステム構成� �は、ビーコン信号の受信直後に子ノードCM2� �ら予定通知信号が送信されれば、子ノードCM 1はCCAによりチャネルが使用中であることを� �知し、再びバックオフ状態へ戻る。

 したがって、ビーコン信号の送受信が終� ��してから2スロット以内に予定通知信号の送 信を開始すれば、第1の実施の形態や第2の実� ��の形態で示したノードと背景技術で示した� ��ードが混在しても不都合が生じることはな� ��。親ノードの電力消費を低減する観点から� ��子ノードによるデータの送信予定が無い場� ��は、親ノードCH1をビーコン信号の送信終了� ��できるだけ早く休止状態に遷移させること� ��好ましい。その点からも予定通知信号はビ� ��コン信号の送受信が終了してから2スロット 以内に送信するのが好ましい。

 本実施形態の無線通信システムによれば� ��本発明のノードと背景技術で示したノード� ��混在する場合でも、上記(2)または(3)で示し� ��方法を採用することで、第1の実施の形態と 同様に、親ノードに休止状態の期間を設ける ことが可能になるため、親ノードの電力消費 を低減できる。

 なお、第1の実施の形態~第3の実施の形態� ��は、IEEE802.15.4を適用した無線通信システム� ��例にして本発明の無線通信システムの通信� ��作を説明したが、本発明はIEEE802.11等のIEEE80 2.15.4以外の通信プロトコルを採用する無線通 信システムに適用しても同様の効果を得るこ とができる。

 この出願は、2007年7月24日に出願された特 願2007-192020号を基礎とする優先権を主張し、� ��の開示の全てをここに取り込む。