JP2013005419A - 通信システム、パケット送信装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】長いプリアンブルを使用することなく通信を行って短い処理時間で通信が可能な通信システム等を提供することを目的とする。
【解決手段】送信端末は、受信端末の受信間隔情報を記憶しておき、記憶された受信間隔情報が示す受信間隔（ａ）よりも短い時間で受信可能なプリアンブル１０１及びデータ１０２を含むパケットを送信する（ｃ）。受信端末は、受信間隔情報が示す受信間隔で送信端末から送信されたパケットを受信する（ａ）。
【選択図】図４

Description

本発明は、パケットを端末間で授受する通信システム、パケット送信装置及びプログラムに関する。

パケットを端末間で授受する通信システムにおいては、受信端末の間欠受信間隔よりも長い時間を要して受信される長いプリアンブルを用いて、確実に通信できるようになっている。

これに対し、パケットのプリアンブルを変更する技術としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１には、通信が失敗した際にリカバーできるようにするために、通信が正常に終了しなかった場合に、プリアンブル信号の長さを変更し、当該プリアンブル信号をデータに付加して送信する、ことが記載されている。

また、端末の消費電力を低減するために間欠通信を行う技術としては、下記の特許文献２に記載されたものが知られている。この特許文献２には、送信機が、起動信号の後にパケットを複数回繰り返し送信し、受信機が、起動信号を検出するために第一の時間間隔で間欠受信動作し、起動信号を検出後は第二の時間間隔で上記パケットを検出することが記載されている。

特開平９−６５４６４号公報 特開２００８−５４２６３号公報

しかしながら、上述した従来の技術における長いプリアンブルは、通常のプリアンブルよりはるかに長いので、送信時に時間がかかるという問題がある。

例えば、ロングプリアンブル送信は、１０００ｍｓｅｃの時間を要し、通常のプリアンブル送信は、数１０ｍｓｅｃの時間を要する。このため、無線端末が複数の端末に順にコマンドを送信する場合や、送信に失敗した場合に再送した場合などには、長い送信時間が係ってしまう。すると、次のコマンドを送るまで時間がかかり、即時応答性が悪くなったり、タイムアウト処理等で送信できないことが発生するという課題があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、長いプリアンブルを使用することなく通信を行って短い処理時間で通信が可能な通信システム、パケット送信装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る通信システムは、送信端末と受信端末とを含む通信システムにおいて、前記送信端末は、前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部とを有し、前記受信端末は、前記受信間隔情報が示す受信間隔で前記送信端末から送信されたパケットを受信する受信部を有することを特徴とする。

第１の発明に係る通信システムであって、第２の発明は、前記送信端末の受信端末にパケットを送信するリトライ回数を、前記プリアンブルの長さとリトライ回数の積が前記受信端末の受信間隔よりも長くなるように設定していることを特徴とする。

第１又は第２の発明に係る通信システムであって、第３の発明は、前記送信端末は、前記受信端末の受信間隔情報を、他の無線端末から受信することを特徴とする。

上記の課題を解決する第４の発明に係るパケット送信装置は、受信端末と通信可能なパケット送信装置において、前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部とを有することを特徴とする。

上記の課題を解決する第５の発明に係るパケット送信装置のプログラムは、受信端末と通信可能なパケット送信装置のプログラムであって、前記パケット送信装置のコンピュータを、前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部として機能させる。

本発明によれば、受信端末の受信間隔を予め設定しておき、当該受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信するので、長いプリアンブルを使用することなく通信を行って短い処理時間で通信が可能となる。

本発明の一実施形態として示す無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおけるコントローラの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおけるワイヤレススイッチの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおいて、（ａ）は受信端末の受信間隔、（ｂ）は比較例としての無線通信システムの送信動作、（ｃ）本実施形態の無線通信システムの送信動作、を説明する図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおいて再送が発生しないときの送信端末及び間欠受信端末の動作を説明するシーケンス図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおいて再送が発生したときの送信端末及び間欠受信端末の動作を説明するシーケンス図である。 本発明の一実施形態として示す無線通信システムにおいて、他の無線端末によって受信間隔情報を取得するときの送信端末及び間欠受信端末の動作を説明するシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の実施形態として示す無線通信システムは、例えば図１に示すように構成される。この無線通信システムは、送信端末としてのコントローラ１と、受信端末としてのワイヤレススイッチ２とを有する。なお、図１では、コントローラ１に接続された端末がワイヤレススイッチ２のみである場合を示しているが、複数のワイヤレススイッチやその他のセンサが接続されているものとする。この無線通信システムは、コントローラ１がワイヤレススイッチ２との間で通信を行って、ワイヤレススイッチ２の状態を監視して、ON/OFF状態や電力管理の表示、ON/OFFのリモート制御などを行うシステムである。

コントローラ１は、図２に示すように、記憶部１１、制御部１２、通信Ｉ／Ｆ１３を含む。コントローラ１は、記憶部や通信Ｉ／Ｆ回路、ＣＰＵ及びプログラムを含むコンピュータであり、ＣＰＵがプログラムを実行する。これにより、コントローラ１のプログラムは、後述するようにプリアンブル長及びリトライ回数を制御して間欠受信端末との間で通信を行うことができる。

記憶部１１は、受信端末としてのワイヤレススイッチ２の受信間隔情報を記憶している。この記憶部１１は、システム設定時に、システム設定者の操作を受け付けてワイヤレススイッチ２の受信間隔情報を記憶しても良く、予め記憶していても良い。制御部１２は、記憶部１１に記憶された受信間隔情報を用いて、通信Ｉ／Ｆ１３の通信動作を制御する。通信Ｉ／Ｆ１３は、記憶部１１に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する。すなわち通信Ｉ／Ｆ１３は、通常に送信する長いプリアンブルをＮ等分して、Ｎ回送信する。例えば、長いプリアンブルを１／３の長さの短いプリアンブルを含むパケットを、３回に亘って送信する。これにより、通信Ｉ／Ｆ１３は、ワイヤレススイッチ２のスイッチ状態をコントローラ１に送信する要求コマンドを含むパケット（要求パケット）を送信する。

ワイヤレススイッチ２は、図３に示すように、スイッチ状態センサ２１、通信Ｉ／Ｆ２２を含む。スイッチ状態センサ２１は、現状におけるスイッチ状態を検出する。このスイッチ状態センサ２１によって検出されたスイッチ状態は、通信Ｉ／Ｆ２２によってコントローラ１に送信される。通信Ｉ／Ｆ２２は、受信間隔情報が示す受信間隔でコントローラ１から送信された要求パケットを受信する。そして、通信Ｉ／Ｆ２２は、当該要求パケットに応答して、スイッチ状態報告パケットをコントローラ１に送信する。

このワイヤレススイッチ２は、例えば、電池の電力によって駆動する電池駆動端末である。ワイヤレススイッチ２は、電池電力の消費を押さえるために、通常状態においては、休止状態となっている。そして、ワイヤレススイッチ２は、予め設定した受信間隔情報に従って間欠受信可能状態となり、コントローラ１からの要求パケットを受信可能となる。

つぎに、上述した無線通信システムにおいて、コントローラ１とワイヤレススイッチ２とが通信を行う具体例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）はワイヤレススイッチ２が起動して要求パケットを受信可能となるタイミングを示す。図４（ｂ）は従来の無線通信システムにおいて長いプリアンブルを使用していた場合の通信を示す。図４（ｃ）は、本実施形態における無線通信システムにおいて短いプリアンブルを使用した場合の通信を示す。

このような無線通信システムにおいて、ワイヤレススイッチ２は、図４（ａ）に示すように、所定の間隔Ｔごとに休止状態から起動して、所定の受信可能期間だけ、コントローラ１からの要求パケットが受信可能な状態となる。

この無線通信システムにおいて、ワイヤレススイッチ２の受信間隔、パケットのプリアンブル長、パケットの再送回数は予め設定されている。

例えば、比較例としての従来の無線通信システムにおいては、ワイヤレススイッチ２の間欠受信間隔は１０００ｍｓｅｃであり、コントローラ１が送信するパケットのプリアンブル長は１１００ｍｓｅｃで受信可能である。また、比較例としての無線通信システムにおけるパケットの再送回数は３回である。

このような比較例としての無線通信システムは、図４（ｂ）に示すように、プリアンブル１０１’が長い。コントローラ１はプリアンブル１０１’及び送信データ１０２’を含むパケットを送信し、当該パケットは何らかの原因によってワイヤレススイッチ２では受信されないとする。例えば、図４（ｂ）のように、通常は、時刻ｔ１でパケットのプリアンブル１０１‘が受信され、ワイヤレススイッチ２は、送信データ１０２’を受信するまで受信可能状態となり、受信データ１０２‘を受信する。しかし、ノイズや遮蔽物で電波環境が悪化して、受信データ１０２‘を受信できない。この後、コントローラ１は、パケットを再送する。すると、このパケットは、時刻ｔ３から時刻ｔ４に亘って受信される。

一方、本実施形態における無線通信システムにおいて、ワイヤレススイッチ２の間欠受信間隔は５００ｍｓｅｃとし、コントローラ１が送信するパケットのプリアンブル長は５５０ｍｓｅｃで受信可能とする。また、本実施形態としての無線通信システムにおけるパケットの再送回数は６回とした。

この再送回数（リトライ回数）は、プリアンブルの長さとリトライ回数の積がワイヤレススイッチ２の受信間隔よりも長くなるように設定されている。これにより、リトライを含めれば確実にワイヤレススイッチ２への通信を行うことができる。

このような無線通信システムは、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１にて、コントローラ１からワイヤレススイッチ２にプリアンブル１０１及び送信データ１０２を含むパケットを送信する。このパケットは、比較例としての無線通信システムよりも半分の受信時間で受信できるので、送信時間は半減できる。

このように１回のパケット送信によってワイヤレススイッチ２が要求パケットを受信できる場合、図５に示すように、送信端末としてのコントローラ１からスイッチ状態を取得する要求パケット（Switch Status Get）（Ｓ１ｂ）を送信する。この要求パケットＳ１ｂと共にプリアンブルＳ１ａは送信される。この要求パケット（Ｓ１ａ）をワイヤレススイッチ２が受信すると、ワイヤレススイッチ２は、コントローラ１に対してＡＣＫ（Ｓ２）をコントローラ１に返信する。その後、ワイヤレススイッチ２は、自己のスイッチ状態を含むスイッチ状態報告パケット（Switch Status Report）（Ｓ３）をコントローラ１に送信する。コントローラ１は、スイッチ状態報告パケット（Ｓ３）を受信すると、ＡＣＫ（Ｓ４）をワイヤレススイッチ２に返信する。

時刻ｔ１から送信したパケットが何らかの原因によってワイヤレススイッチ２で受信されなかったとする。その後、コントローラ１は、パケットの再送を行い、プリアンブル１０１Ａ及び送信データ１０２Ａを含むパケット、プリアンブル１０１Ｂ及び送信データ１０２Ｂを含むパケットの順に送信する。２回に亘ってパケットを送信した場合、時刻ｔ３からｔ４に亘ってパケットを送信する必要がある。この場合、パケットの送信時間は、比較例としての無線通信システムと同じとなる。

また、コントローラ１は、図６に示すように、プリアンブルＳ１１ａ、Ｓ１２ａと要求パケット（Ｓ１１ｂ）、（Ｓ１２ｂ）に対するＡＣＫが送信されない場合には、３回目のプリアンブルＳ１３ａ、要求パケット（Ｓ１３ｂ）を送信するよう動作する。

例えば、ノイズ等により無線の電波環境が一時的に悪くなった場合で、１回目でパケット送信が成功する確率が９０％、２回目でパケット送信が成功する確率が９％、三回目でパケット送信が成功する確率が１％であったとする。この場合、比較例としての無線通信システムは、平均して１２２１ｍｓｅｃの送信時間を要する。

すなわち、比較例としての無線通信システムの場合、平均送信時間として、
1100×0.9+(1100*2*0.09)+(1100*3*0.01) = 1,221msec
の時間を要する。

一方、本実施形態の無線通信システムの場合、１回目と２回目、３回目と４回目、５回目と６回目で各通信が成功する確率が同じとすると、
550*0.45 + 550*2*0.45 + 550*3*0.045 + 550*4*0.045 +550*5*0.005 + 550*6*0.005 = 946msec
の送信時間となる。したがって、本実施形態の無線通信システムによれば、ワイヤレススイッチ２の受信間隔よりも短くするようプリアンブルのデータ長を設定し、且つ、再送回数を増やす。これにより、１つのパケットを送信するために必要とされる送信時間を短縮できる。

以上のように、この無線通信システムによれば、ワイヤレススイッチ２の受信間隔を予め設定しておき、当該受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する。これにより、比較例としての無線通信システムのように長いプリアンブルを使用することなく通信を行って、短い処理時間で通信が可能となる。すなわち、本実施形態の無線通信システムでは、リトライが生じる回数が増える可能性があるが、一回で通信ができる場合もあり、無線通信システム中に間欠受信端末が存在する場合であっても、システム全体としては時間当たりの通信量の期待値を高めることができる。

また、この無線通信システムによれば、無線通信システム中に間欠受信端末としてのワイヤレススイッチ２が複数台存在する場合であっても、順次にスイッチ状態の取得等を行う場合は、コントローラ１における処理時間の短縮が可能となる。

つぎに、本発明を適用した他の無線通信システムについて説明する。

この無線通信システムは、間欠受信端末への送信端末Ｂが、受信端末の受信間隔情報を、他の無線端末である送信端末Ａから受信するものである。送信端末Ｂは、受信端末の受信間隔情報を送信端末Ａから事前に受信している場合もあるし、要求パケット（Ｓ２１）に情報が入っている場合の両方で実現可能である。送信端末Ａは、システム設定時に、システム設定者の操作を受け付けて間欠受信端末の受信間隔情報を記憶しても良く、予め記憶していても良い。なお、送信端末Ａがコントローラ１に相当する。

このような無線通信システムは、図７に示すように、送信端末Ａは要求パケット（Ｓ２１）を送信端末Ｂに送信し、当該送信端末ＢからＡＣＫ（Ｓ２２）を受信する。そして、送信端末Ｂは、要求パケット（Ｓ２３ｂ）、（Ｓ２４ｂ）を送信してもＡＣＫが返送されず、３回目の要求パケット（Ｓ２５ｂ）によってＡＣＫ（Ｓ２６）を受信する。その後、送信端末Ｂは、送信端末Ａへ転送成功通知（Ｓ２７）を送信する。送信端末Ａは、ＡＣＫ（Ｓ２８）を返信する。その後、間欠受信端末は、スイッチ状態報告パケット（Ｓ２９）を送信端末Ｂに送信する。送信端末Ｂは、スイッチ状態報告パケット（Ｓ３０）を送信端末Ａに転送する。

その後、送信端末ＡはＡＣＫ（Ｓ３１）を送信端末Ｂに送信する。その後、送信端末Ｂは転送成功通知（Ｓ３２）を転送し、間欠受信端末は送信端末ＢにＡＣＫ（Ｓ３３）を返信する。

このように、送信端末Ａが送信端末Ｂを介して間欠受信端末と通信する場合であっても、送信端末Ｂは送信端末Ａから受信間隔情報を取得できる。これにより、各端末に受信間隔情報を有していない場合であっても、ホップ通信に対応して、間欠受信端末から通信を行うことができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ コントローラ
２ ワイヤレススイッチ
１１ 記憶部
１２ 制御部
１３ 通信Ｉ／Ｆ
２１ スイッチ状態センサ
２２ 通信Ｉ／Ｆ

Claims (5)

1. 送信端末と受信端末とを含む通信システムにおいて、
   前記送信端末は、前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部とを有し、
   前記受信端末は、前記受信間隔情報が示す受信間隔で前記送信端末から送信されたパケットを受信する受信部を有すること
   を特徴とする通信システム。
2. 前記送信端末の受信端末にパケットを送信するリトライ回数を、前記プリアンブルの長さとリトライ回数の積が前記受信端末の受信間隔よりも長くなるように設定していることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記送信端末は、前記受信端末の受信間隔情報を、他の無線端末から受信することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
4. 受信端末と通信可能なパケット送信装置において、
   前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部と
   を有することを特徴とするパケット送信装置。
5. 受信端末と通信可能なパケット送信装置のプログラムであって、
   前記パケット送信装置のコンピュータを、
   前記受信端末の受信間隔情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された受信間隔情報が示す受信間隔よりも短い時間で受信可能なプリアンブルを含むパケットを送信する送信部
   として機能させるためのパケット送信装置のプログラム。

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