本申请基于并要求于2017年3月17日提交的在先的日本专利申请no.2017-053465的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。
实施例大致涉及无线通信系统和无线通信方法。
背景技术：
通常，无线网状网络被使用，其中，以网状模式连接多个无线节点。例如，使用时分通信系统作为这种无线网状网络的通信系统。
在时分通信系统中，由于可以容易地控制使每个无线节点处于休眠状态的时间，可以实现无线网状网络的省电。另外，通过将传输周期内的早期时间分配给具有大量跳的无线节点的传输时间，实现了平滑的中继传输。
然而，这类传统的无线网状网络具有在传输周期内可以将传输时间分配到的跳数的上限值。
因此，传统的网状无线网络对网络能够覆盖的区域大小有限制。
技术实现要素：
本发明的实施例是提供一种具有大覆盖面积的无线电通信系统，包括在该无线电通信系统中的无线电通信装置，和无线电通信方法。
根据一个实施例提供了一种包括集中器和多个无线通信装置的无线通信系统。
多个无线通信装置包括：第一无线通信装置，其具有到集中器的第一跳数；第二无线通信装置，其具有与第一跳数不同的到集中器的第二跳数；以及第三无线通信装置，其具有与第一跳数和第二跳数不同的到集中器的第三跳数。在第一帧周期中包括的多个子帧当中的第一子帧中，第一无线通信装置发送第一数据，第二无线通信装置发送第二数据，而第三无线通信装置接收第二数据。在第一帧周期的下一个第二帧周期中包括的多个子帧当中与所述第一子帧不对应的第二子帧中，第三无线通信装置发送第二数据，而且第三无线通信装置在所述第一帧期间不发送第三数据。
附图说明
图1是图示了无线通信系统的配置示例的图；
图2是图示了无线通信系统的网络拓扑的示意图；
图3是图示了时帧的配置的图；
图4是图示了集中器的配置的图；
图5是图示了集中器和无线通信装置的硬件配置的图；
图6是图示了无线通信装置的配置的图；
图7是图示了无线通信装置的另一配置的图；
图8是图示了子帧号与发送信息的无线节点的跳数之间的关系的图；
图9是图示了无线通信装置的初始操作的流程图；
图10是图示了无线通信装置的正常操作的流程图；
图11是图示了时帧示例的图；
图12是图示了在图11中图示的时帧中特定无线通信装置的操作示例的图；
图13是图示了在图11中图示的时帧中特定无线通信装置的操作示例的图；
图14是图示了另一时帧与每个跳数的无线节点的每个子帧中的发送/接收之间的示意关系的图；
图15是图示了另一时帧和特定无线通信装置的操作示例的图；
图16是图示了在图15中图示的时帧与每个跳数的无线节点的每个子帧号中的发送/接收之间的示意关系的图；
图17是图示了另一时帧与特定无线通信装置的操作示例的图；和
图18是图示了在图17中图示的时帧与每个跳数的无线节点的每个子帧号中的发送/接收之间的示意关系的图。
具体实施例
在下文中，参照附图对本发明的实施例进行说明。
(第一实施例)
<系统配置>
图1是图示了根据本实施例的无线通信系统的配置示例的图。如图1中所图示，该无线通信系统包括多个无线通信装置1和集中器2。无线通信系统配置无线网状网络或无线多跳网络并且使用时分通信系统执行通信，所述无线网状网络或无线多跳网络将无线通信装置1做为无线节点，将集中器2作为根节点。
在该无线通信系统中，集中器2和布置在预定范围中的无线通信装置1可以通过无线通信相互通信。例如，无线通信装置1可以安装诸如温度传感器或加速度传感器的任意传感器，并且可以无线地发送由传感器获取的测量信息。由每个无线通信装置1发送的信息(数据)通过其他无线通信装置1或直接地被发送到集中器2。集中器2收集从每个无线通信装置1发送的信息。在协议中执行的从无线通信装置1到集中器2的信息传输被称为上行链路通信。例如，集中器2是具有无线通信功能的服务器。虽然图中未图示，但是集中器2可以以有线或无线协议被连接到另一个服务器，并且所收集的信息可以被发送到该服务器。
图2是图示了在图1中图示的无线通信系统的网络拓扑的示意图。在图2中，字母表示每个无线节点(无线通信装置1)，根表示根节点(集中器2)，而箭头表示上行链路通信中的信息传输路径。箭头的起点表示信息的传输源，而箭头的终点表示要被发送到那里的信息目的地。
在下面描述的描述中，每个无线通信装置1都将被称为无线节点x，而集中器2将被称为根节点。x对应于图中所图示的字母。直到信息被无线节点x发送并且被根节点接收为止，由无线节点x和其他无线节点执行的传输次数将被称为无线节点x的跳数。根节点的跳数为零。比无线节点x更靠近根节点的一侧(即，到根节点的跳数更小的一侧)将被称为上游侧，而比无线节点x更远离根节点的一侧(即，到根节点的跳数更大的一侧)将被称为下游侧。另外，在向/从无线节点x发送/接收信息的无线节点和根节点当中，安置在上游侧或根节点上的无线节点将被称为父节点，而安置在下游侧上的无线节点将被称为子节点。例如，在图2所图示的情况下，无线节点“a”的父节点是根节点，其子节点是无线节点“c”和“d”。
由无线节点x接收的信息从子节点(父节点)向父节点(子节点)的传输被称为中继。当执行中继时，有可能无线节点x的信息在传输中被添加到接收的信息。在本实施例中，虽然将描述其中信息从下游侧被发送到上游侧的上行链路通信，但是也可以应用下行链路通信。
<时帧的配置>
图3是图示了时分通信系统的图。在时分通信系统中，对应于无线通信系统的一个循环的操作时间被预先设置。该操作时间将被称为帧(周期)。该无线通信系统可以重复一个循环的操作。
多个帧中的每一个包括n个子帧。在此，n是大于“1”的自然数的正值。子帧是一个或多个无线节点的操作时间。例如，无线节点在分配的子帧中向父节点发送信息。另外，在帧中可以包括未作为操作时间被分配给每个无线节点的子帧。此外，例如，时隙可以被定义为小于子帧的时间单位，并且子帧可以由预定数量的时隙来配置。该实施例还涉及一种分配每个无线节点的传输子帧的方法，并且稍后将描述该方法的细节。
<集中器配置>
将参照图4描述根据本实施例的对无线通信系统进行配置的集中器的配置。无线通信系统的无线通信装置1发送信号，该信号是用于测量通信定时的参考，并且根据本实施例集中器2收集从无线通信装置1发送的信息。图4是图示了集中器2的配置的图。
集中器2包括发送器/接收器21、传输信息生成器22、信息收集器23、控制信息生成器24、传输资源确定器25和帧信息存储器26。
发送器/接收器21执行对从无线信号生成的电信号的预定信号处理，并提取接收信息，从而接收该无线信号。
发送器/接收器21可以包括能够发送或接收无线信号的发送器/接收器天线。该天线将接收到的无线信号转换成电信号，并且将由发送器/接收器生成的电信号转换成无线信号，并且发送转换的无线信号。接收信息可以至少包括传输源节点的跳数、传感器信息、节点id和中继信息，以及目的地节点的节点id。节点id是配置无线通信系统的每个无线通信装置1的标识符。中继信息是由传输源节点中继的其他无线节点的信息。目的地节点是无线节点或根节点，其是传输源节点发送信息的目的地。信号处理包括ad转换的处理，根据预定通信协议的解码等。
另外，发送器/接收器21对传输信息生成器22生成的传输信息进行预定信号处理，将处理的传输信息转换成电信号，并且发送该电信号。传输信息可以包括自身节点的跳数、帧信息、时间信息、节点id和确认响应信息。如上所述，帧信息是无线通信系统的帧、子帧等的设置信息。时间信息可以是标准时间，或者可以是从开始无线通信系统的操作起以帧为单位计数的帧号。时间信息可以包括帧中的子帧号或者从子帧开头直到开始传输所经过的时间的信息，并且可以包括与按照比子帧更短的时间定义的单位相关的类似信息。信号处理包括da转换的处理，根据预定通信协议的编码等。
信息收集器23存储由发送器/接收器21接收的接收信息。存储时的数据格式可以是任意格式。
控制信息生成器24基于存储在帧信息存储器26中的帧信息生成帧信息和时间信息。在将时间信息设置为标准时间的情况下，可以手动地或使用通过另一有线或无线网络(未图示)与网络时间协议(ntp)或精确时间协议(ptp)同步的时间来设置时间信息，或者在提供具有无线控制时钟的接收器的情况下，可以使用与无线控制时钟同步的时间。
传输信息生成器22基于由控制信息生成器24生成的时间信息和帧信息来生成传输信息。另外，基于存储在信息收集器23中的接收信息，传输信息生成器22可以生成确认响应信息并且将生成的确认响应信息包括在传输信息中。例如，确认响应信息是这样的序列，该序列中的相应位被设置为每个无线节点，以根据来自每个无线节点对上一次帧号的接收结果，具有一一对应关系。由传输信息生成器22生成的传输信息可以由发送器/接收器21发送到如图2中所图示的网络或其外部网络。
基于由控制信息生成器24生成的帧信息，传输资源确定器25确定自身节点向其发送传输信息的传输子帧。其细节稍后将详细描述。另外，在使用多个频率信道的情况下，可以使用任何方法来选择用于发送/接收的频率信道。
帧信息可以提前寄存在集中器2中，或者可以通过另一有线或无线网络从外部寄存和更新。子帧数n是帧中包含的子帧数量。当帧长度被定义并且子帧数n被给出时，子帧长度是确定的。另外，当子帧长度被定义并且子帧数n被给出时，帧长度是确定的。此外，在时隙长度被定义为小于子帧的时间单位的情况下，可以通过将时隙长度作为参考，基于子帧中包括的时隙数的信息来确定帧长度或子帧长度。
另外，可以提前寄存多个帧信息，并且可以根据无线通信系统的操作时间或标准时间来自动执行在帧信息之间的切换，或者可以根据无线通信系统的状态来执行在帧信息当中的切换。例如，可以在开始无线通信系统的操作时采用第一设置，并且当通过监视收集信息而获取的参与无线通信系统的无线通信装置的数量变成预定数量或更多时，可以采用第二设置。实践中，将第一设置中的子帧数设置为比第二设置中的子帧数小得多可以使初始的网络建立时间更短。
如果希望提高传感信息的采样频率或传感信息的粒度，则可以减少子帧数以便响应于扩展通信容量。另一方面，如果希望就像夜间操作一样执行省电，则可以增加子帧数。
当集中器2改变帧信息时，除了更新的帧信息之外，在从集中器发送的信号中还必须包含应用开始时间的信息，以通知整个无线通信系统。
接下来，将参照图5来描述集中器2的硬件配置。集中器2由计算机装置来配置。计算机装置包括中央处理单元(cpu)104、输入接口102、图形处理设备103、通信接口101、主存储设备105和外部存储设备106，并且这些组件通过总线互连。
cpu104执行主存储设备上的无线通信程序。在此，无线通信程序是实现上述的集中器2的每个功能配置的程序。当cpu104执行无线通信程序时，集中器2的每个功能配置都可以实现。
输入接口102是用于从诸如键盘或鼠标之类的输入设备向集中器输入操作信号的设备。不包括这种输入接口102的计算机装置也可以是值得考虑的。
图形处理设备103是基于通过cpu处理的图片图像信号或视频图像信号在显示设备上显示图片图像或视频图像的设备，显示设备诸如是液晶显示器(lcd)、crt(布劳恩管)或等离子体显示器(pdp)。然而，集中器2的计算机装置可以不一定包括图形处理设备。
通信接口101是集中器2与无线节点进行无线通信的设备。发送器/接收器21的功能配置通过无线通信接口被实现。
当无线通信程序被执行时，主存储设备105存储无线通信程序、执行无线通信程序所需的数据、根据无线通信程序的执行生成的数据等。无线通信程序被扩展在主存储设备105上并被执行。例如，主存储设备105是ram、dram或sram，但不限于此。主存储设备105可以存储诸如无线通信程序、中继信息、帧信息、节点id、跳数、父节点、子节点等的信息。另外，主存储设备105可以存储计算机装置的各种中间件以及os、bios。
外部存储设备106存储无线通信程序、执行无线通信程序所需的数据、根据无线通信程序的执行生成的数据等。当执行无线通信程序时，主存储设备105读取这样的程序或数据。例如，外部存储设备106是硬盘、光盘、闪速存储器或磁带，但不限于此。外部存储设备106可以存储诸如无线通信程序、中继信息、帧信息、节点id、跳数、父节点、子节点等的信息。
另外，无线通信程序可以被提前安装到计算机装置，或者可以通过另一有线或无线网络被发送到集中器2并且被安装到计算机装置。
<无线通信装置的配置>
将参照图6来描述配置根据本实施例的无线通信系统的无线通信装置的配置。根据本实施例的无线通信装置1自动实现稍后将要描述的传输时间分配。图6是图示了无线通信装置1的配置的图。
在下文中，将该无线通信装置1称为自身节点，将向自身节点发送信息的无线节点称为传输源节点，将自身节点向其发送信息的无线节点称为作为目的地节点。
无线通信装置1包括发送器/接收器11、目的地确定器12、中继信息存储器13、传输信息生成器14、目的地节点确定器16、发送/接收资源确定器17、帧信息存储器18和休眠控制器15。
发送器/接收器11可以包括发送器/接收器天线。发送器/接收器天线发送或接收无线信号。发送器/接收器天线将接收到的无线信号转换成电信号，并且将要发送的电信号转换成无线信号。通过对从发送器/接收器天线输入的电信号进行预定的信号处理，并且从接收到的无线信号中提取接收信息，发送器/接收器11接收该接收信息。接收信息可以包括跳数、传感器信息、节点id、传输源节点的中继信息和目的地节点的节点id。
另外，发送器/接收器11对由传输信息生成器14生成的传输信息执行预定的信号处理，将处理的传输信息转换成电信号，并且将转换后的电信号输出到发送器/接收器天线。以这种方式，发送器/接收器11发送传输信息。传输信息可以包括自身节点的跳数、节点id和自身节点的中继信息以及目的地节点的节点id。信号处理包括da转换的处理，根据预定的通信协议进行编码，等等。
目的地确定器12从发送器/接收器11获取接收信息，并且确定接收信息的目的地是否是自身节点。在接收信息的目的地节点的节点id是自身节点的节点id的情况下，目的地确定器12确定接收信息的目的地是自身节点。
中继信息存储器13将目的地被目的地确定器12确定为自身节点的接收信息临时存储为中继信息。
基于存储在中继信息存储器13中的中继信息，传输信息生成器14生成传输信息。通过将自身节点的跳数、传感器信息和节点id、目的地节点的节点id等信息添加到中继信息，传输信息被生成。由传输信息生成器14生成的传输信息被发送器/接收器11发送。
不管无线通信装置1在其被供电期间的操作状态如何，休眠控制器15都起作用。休眠控制器15对时间进行计数，并且基于所计数的时间、由目的地节点确定器16确定的自身节点的跳数和存储在帧信息存储器18中的帧信息，在休眠状态和唤醒状态之间的控制无线通信装置1的操作状态。
休眠状态是无线通信装置1在其停止执行算术运算和通信功能的情况下只执行时间计数的状态。在休眠状态期间，由于不执行信息的发送/接收，所以无线通信装置1的功耗降低。在下文中，将无线节点能够发送或接收信息的状态称为唤醒状态。
另外，无线通信装置1从唤醒状态向休眠状态的转变将被称为“休眠”，并且从休眠状态到唤醒状态的转变将被称为“唤醒”。
基于由发送器/接收器11接收的接收信息，目的地节点确定器16确定传输信息的目的地节点。在上行链路通信的情况下，目的地节点是父节点。例如，目的地节点确定器16将在接收信息的跳数比自身节点的跳数小1的无线节点当中具有最高信号强度的无线节点确定为目的地节点。
另外，基于所确定的目的地节点，目的地节点确定器16确定自身节点的跳数。例如，目的地节点确定器16通过使用上述方法来确定目的地节点，并且将比目的地节点的跳数大1的跳数确定为自身节点的跳数。
基于帧信息，发送/接收资源确定器17确定自身节点发送传输信息的时间。稍后将描述其细节。帧信息可以被提前寄存在无线通信装置1中，或者可以通过无线通信被寄存和更新。可以提前寄存多个帧信息，并且可以根据无线通信系统的操作时间或标准时间进行自动切换，或者先前描述的集中器2可以通知其整个无线通信系统。在执行这种通知的情况下，基于时间信息，不仅应用帧信息和新的帧信息，应用开始时间信息也被获取。帧信息被存储在帧信息存储器13中。
发送/接收资源确定器17可以在确定传输时间之前执行同步过程。在此，同步过程是将由自身节点计数的时间与其他无线节点计数的时间进行同步的过程。
例如，基于传输源节点的跳数和节点id以及由发送器/接收器接收的接收信息中包含的帧信息，发送/接收资源确定器17获取传输源节点的传输时间。发送/接收资源确定器17可以通过比较第一时间和由自身节点计数的第二时间来执行同步过程，第一时间是通过将根据自身节点的发送器/接收器11的信号处理时间添加到传输时间而获得的。在同步过程中，校正值可以被添加到第二时间或从第二时间减去，该校正值基于第一时间和第二时间之差或者基于晶体帧荡器的频率漂移的计算结果，该计算结果通过使用针对第一时间和第二时间的经过时间之差的采样值的最小二乘法得到。替代地，也可以使用任何其他方法来计算校正值。另外，无线信号从传输源节点传播所需的时间可以被添加到校正值或从校正值中减去。
图7图示了无线通信装置的配置，其中，将传感器进一步安装在图6中所图示的无线通信装置1中从而获取传感器信息。无线通信装置1进一步包括传感器信息生成器19和传感器信息存储器20。传感器信息生成器19通过将发送/接收资源确定器17确定的传输时隙用作参考，来确定获取传感器信息的时间。传感器信息生成器19在上面描述的定时处从外部传感器设备获取传感器信息。传感器信息存储器20存储上述的传感器信息。基于存储在中继信息存储器13中的中继信息和存储在传感器信息存储器20中的传感器信息，传输信息生成器14生成传输信息。可以通过添加跳数、传感器信息、以及自身节点的节点id、目的地节点的节点id等等信息来生成传输信息。由传输信息生成器14生成的传输信息被发送器/接收器11发送。无线通信装置1的其他功能块与之前参照图6描述的收集装置2的功能块相似。因此，因此省略其说明。
因为无线通信装置1的硬件配置与图5中所图示的集中器2的硬件配置相似，所以省略其说明。另外，无线通信程序可以提前安装到无线通信装置1的计算机装置，或者可以通过经由无线通信向无线通信装置1发送而安装到计算机装置。
当cpu104执行无线通信程序时，可以实现上述的无线通信装置1的每个功能配置。
<传输时间的确定>
根据本实施例的无线节点的传输时间分配方法将被描述。用于该传输的频率信道可以使用任何方法来确定。
<传输子帧的确定>
基于由目的地节点确定器确定的自身节点的跳数、存储在帧信息存储器中的帧信息等，发送/接收资源确定器17选择子帧。
图8图示了发送信息的无线节点的跳数的条件和根据本实施例的传输子帧号的示例。在将上行链路通信用作主题的本实施例中，通过子帧数n配置的帧内的子帧号以降序从(n-1)开始到“0”来分配。
当由hj表示无线节点j的跳数时，用等式(1)来表示被分配到无线节点j的传输子帧号tj。
[数值表达式1]
tj＝hj％n(1)
在此，(a％b)表示当a为被除数，b为除数时的余数。
<子帧内的传输定时>
如上所述，发送/接收资源确定器17在被分配用于传输的子帧中发送信息。该子帧可以被进一步划分成时隙，该时隙是更小的时间单元。在这种情况下，发送/接收资源确定器17可以将被分配用于传输的子帧中包括的一个时隙分配为传输时隙。
例如，在通过与无线节点数相同或更多的时隙数来配置子帧，并且每个时隙被唯一地分配而没有依据无线节点id的任何重叠的情况下，发送/接收资源确定器17可以在如上所述确定的传输子帧内与自身节点id对应的时隙中发送信息。或者，发送/接收资源确定器17可以在与子节点的节点id或被中继和发送的数据的生成源节点的节点id对应的时隙中发送信息。
另外，在时隙被唯一地分配到节点id的情况下，并且在图10所图示的步骤s10中生成传感信息的情况下，集中器可以更准确地记录包含在接收信号中的传感信息的生成时间。更具体地，在由接收信号的传输源添加的帧号当中，分配到节点id的时隙可以被记录为传感信息的生成时间。
另一方面，在子帧未被划分成时隙的情况下，可以通过不使用上述的非竞争型多址系统，而是通过使用竞争型接入系统来发送信息。竞争型接入系统的代表性示例包括具有冲突避免的载波侦听多路访问(csma/ca)。
<子节点接收时间的确定>
发送/接收资源确定器确定用于从子节点接收信息的子帧号rj。可以通过用子节点的跳数(hj+1)取代在等式(1)中表示的跳数hj，用等式(2)将子帧号rj作为子节点的传输子帧来计算。
[数值表达式2]
rj＝(hj+1)％n(2)
然而，计算子节点接收子帧号rj的方法不限于等式(2)，而是可以使用将子节点接收子帧号rj计算为这样的余数计算结果的方法，该余数计算结果通过将传输子帧号tj加1获得的值除以子帧数n来获得，或者可以使用在(tj+1)<n时计算rj＝(tj+1)以及在(tj+1)＝n时rj＝0的方法。相反，可以首先计算子节点接收子帧号rj，然后可以通过使用rj作为参考来计算传输子帧号tj。
在子帧被进一步划分成作为更小的时间单位的时隙，以及时隙被进一步分配的情况下，根据传输时隙分配规则来确定用于接收子节点的传输信号的时隙。在存在多个子节点的情况下，为每个子节点确定时隙。
而且，在以小于子帧的时间单位来计算接收时间的情况下，在子节点的传输子帧周期中连续形成接收状态的情况下，或者在使用非竞争型多址系统来执行传输的情况下，不需要执行上述计算。
<父节点接收时间的确定>
发送/接收资源确定器17可以计算父节点的传输时间，并且在该时间处接收父节点的传输信号。通过接收父节点的传输信号并参考其内容，可以检查自身节点的传输信号被父节点接收了，被中继并且被发送到更上游侧，并且它可以被用作执行重传的确定标准。
发送/接收资源确定器17确定用于接收父节点的传输的子帧号uj。通过用父节点的跳数(hj-1)来替代等式(1)中表示的跳数hj，可以用公式(3)计算子帧号uj作为父节点的传输子帧。
[数值表达式3]
uj＝(hj-1)％n(3)
然而，计算父节点接收子帧号uj的方法不限于等式(3)，而是可以使用将父节点接收子帧号uj计算为这样的余数计算结果的方法，该余数计算结果通过从传输子帧号tj减1获得的值除以子帧数n来获得，或者可以使用在(tj-1)大于或等于零时计算uj＝(tj-1)以及在(tj-1)＝-1时计算uj＝(n-1)的方法。相反，可以首先计算父节点接收子帧号uj，然后可以通过使用uj作为参考或者使用子节点接收子帧号rj作为参考来计算传输子帧号tj。
在子帧被进一步划分成作为更小的时间单位的时隙，并且时隙被进一步分配的情况下，根据传输时隙分配规则来确定用于接收父节点的传输信号的时隙。在存在多个父节点的情况下，为每个父节点确定时隙。另外，在父节点是根节点的情况下，可以通过将根节点发送的参考信号的传输时间用作参考来确定接收时间，而不执行上述的计算过程。例如，在根节点的参考信号是父节点的传输信号的情况下，由于参考信号被周期性地发送，通过使用从参考信号先前作为参考被接收的时间起的帧周期之后的时间，来确定接收时间，其中所述帧周期在包含在帧信息中。
然而，关于以小于子帧的时间单位计算的接收时间，如果在父节点的传输子帧周期期间连续形成接收状态，并且如果使用非竞争型的多址系统来执行传输，则不需要执行该计算。
<关于连接接收时间>
另外，可以布置用于连接接收的周期。在此，连接接收是由最近参与网络的无线节点向父节点发送的信号。父节点根据连接接收来识别子节点，并且可以以时隙为单位来切换接收状态。
例如，用于连接接收的子帧是接收子节点的传输信号的子帧rj的前一个子帧，用于连接接收的子帧号vj可以使用自身节点的跳数hj通过以下等式(4)来计算。
[数值表达式4]
vj＝(hj+2)％n(4)
计算连接接收子帧号vj的方法不限于等式(4)。换言之，也可以使用这样的计算的结果，该计算应用将传输子帧号tj加2的值除以子帧数n而获得的余数。
连接接收的子帧可以是在tj之前的三个子帧或与rj相同的子帧，并且可以有可能设置连接接收的多个子帧。
通过将vj设置为比rj更早的子帧，可以从该帧开始子节点的信号的接收。通过设置用于连接接收的多个子帧，可以增加对于每一帧可接受接收连接的子节点的数量。
另外，可以在所有帧或一部分帧中固定地布置专用周期。专用周期可以是从帧的开始起的预定周期，从帧的结束起的预定周期或任何其它预定周期。
根据上述的子帧设置，除非存在通信错误，否则每个无线节点可以以小于(跳数h×子帧数n)的网络延迟时间，向上向集中器发送传输信号。
另外，在接收到父节点的传输信号的情况下，尽管需要与上行链路通信的情况相比更长的时间，但还是可以在下行链路方向上发送诸如帧信息之类的控制信息。
<包含发送/接收时间的确定的特定示例>
<无线通信装置的初始操作>
接下来，将对根据本实施例的无线通信装置1的操作进行描述。图9是图示了无线通信装置1的初始操作——即输入电能时执行的操作——的流程图。在下面呈现的描述中，假设无线通信装置1提前存储帧信息和节点id。
在步骤s1中，发送器/接收器11开始接收过程，并且确定是否从电能输入起已经过去了一帧。在电能输入之后马上实现的对帧长的设置可以是与集中器发出的系统设置值不同的值。直到一帧过去，发送器/接收器11才继续该接收过程。由发送器/接收器11执行的确定不限于一帧。在发送器/接收器11在经过一帧之前(步骤s1中的否)接收到接收信息(步骤s2中的“是”)的情况下，过程进入步骤s3。
在步骤s3中，目的地节点确定器获取由发送器/接收器11接收到的接收信息，并且存储接收信息的传输源节点的节点id、跳数和无线信号的接收信号强度(rssi)(步骤s3)。
无线通信装置1重复上述步骤s1至s3的操作，直到从电能输入起过去了一帧为止。当过去了一帧时(步骤s1中的“是”)，过程进入步骤s4。
在步骤s4中，基于所存储的传输源节点的节点id、跳数和无线信号的接收信号强度，目的地节点确定器16确定目的地节点(父节点)(步骤s4)。如上所述，目的地节点确定器16可以将具有最小跳数和最高接收信号强度的传输源节点确定为目的地节点(父节点)。另外，目的地节点确定器16将比目的地节点(父节点)的跳数大1的跳数确定为自身节点的跳数。
在上面呈现的描述中，虽然确定目的地节点的方法是基于接收信号强度时，确定目的地节点的方法不限于此。例如，可以确定具有较少跳数的节点被更容易地选择为目的地节点。
另外，在接收信息中包括可用电量信息的情况下，诸如传输源节点的电池剩余量或根据供电设备的发电量，可以确定具有较大的电量的节点更容易被选择为目的地节点。
此外，在传输源节点的消耗电量或与其对应的信息被包含在接收信息中的情况下，可以确定具有较小消耗电量的节点更容易被选择为目的地节点。
另外，可以通过结合上述两种或多种信息来确定目的地节点，并且可以使用任何方法来确定目的地节点。
在步骤s4中，当父节点被确定时，之后可以执行对父节点的连接请求。在连接请求中，在父节点的接收时间处发送至少包含自身节点id的信息。
另外，在从步骤s1到步骤s4的路径中，在执行父节点确定过程的条件不满足的情况下，过程可以再次返回到步骤s1。例如，上述条件是：不存在针对这样的传输源节点的候选，该传输源节点成为父节点而没有在经过一帧后至少接收一次信息；或者被接收和存储的传输源节点中没有一个满足跳数或接收信号强度的标准。
<无线通信装置的正常操作>
接下来，将参考图10来描述根据本实施例的无线通信装置1的操作。另外，图11图示了子帧数为5，并且通过10个时隙将子帧配置为时帧的特定示例的情况。如图11所图示，子帧内的时隙分别与节点id相对应地被分配而没有任何重复。在上述分配中，根据在图2中所图示的通信网络拓扑中图示的每个无线节点的跳数，执行传输的时隙被涂成黑色。在图11中，以阴影线示出在其中从根节点发送参考信号的时隙。另外，作为特定的通信网络拓扑和中继路径，为了描述起见，假定了在图2所图示的示例中描述的那些通信网络拓扑和中继路径。图12图示了跳数为5的无线节点h的操作。在这种情况下，传输子帧号tj＝0，子节点接收子帧号rj＝1，父节点接收子帧号uj＝4。
图10是流程图，其图示了对应于一帧的根据本实施例的无线通信装置1的正常操作。如图10所图示，在开始操作的时刻，假设无线通信装置1处于休眠状态。通过使无线通信装置1处于休眠状态，能够降低无线通信装置1的功耗。
在步骤s5中，基于计数时间、自身节点的跳数和帧信息，休眠控制器15确定子帧rj是否已经开始。休眠控制器15重复该确定，直到子帧rj开始(步骤s5中的否)。当子帧rj开始时，过程进入步骤s6。
在步骤s6中，休眠控制器15唤醒无线通信装置1。以这种方式，发送器/接收器11开始接收过程。
在步骤s7中，无线通信装置1判断子帧rj是否已经结束。直到子帧结束为止，发送器/接收器11继续该接收过程。
在步骤8中，如果发送器/接收器11在子帧结束之前接收寻址到自身节点的接收信息(步骤8中的“是”)，则过程进入步骤s9。如果不这样，则过程返回到步骤7。目的地确定器12执行这样的确定，即确定接收信息是否寻址到自身节点或者接收信息的目的地节点是否是自身节点。在这里，即使接收信息是没有寻址到自身节点，在传输源节点的跳数大于hj的情况下也可以对接收信息进行接收。对没有寻址到自身节点的信号的中继传输改善了中继传输的冗余性，并且为无线通信系统的高可靠性做出了贡献。
在步骤s9中，中继信息存储器13将寻址到自身节点的接收信息存储为中继信息。无线通信装置1重复上述步骤s7至s9的操作直到子帧rj结束，从而接收传输源节点(子节点)的接收信息(中继信息)。然后，当子帧rj结束时(步骤s7中的“是”)，过程进入步骤s10。在此，尽管分配到跳数hj的用于传输的子帧tj被描述为与子帧rj的结束同时开始，但是子帧rj和子帧tj之间可以存在周期。
在步骤s10中，传输信息生成器将诸如节点id、传感器信息以及自身节点的跳数等信息添加到存储在中继信息存储器中存储的中继信息，由此生成传输信息。在传输信息生成器14生成传输信息之后，可以去除存储在中继信息存储器13中的信息。
在步骤s10中，在传输信息由传输信息生成器14生成之后，过程进行到步骤s11。
1919202020212121无线通信装置1处于休眠状态，直到传输时隙开始为止。
此后，在步骤12中，当传输时隙开始时，休眠控制器15唤醒无线通信装置1。因此，当无线通信装置1转入唤醒状态时，发送器/接收器11将传输信息发送到目的地节点(父节点)。在传输时隙结束之后，过程进行到步骤s13。
在步骤s13中，休眠控制器使无线通信装置1处于休眠状态，直到子帧uj开始为止。此后，当子帧tj结束，并且子帧uj开始时，休眠控制器15唤醒无线通信装置1。以这种方式，发送器/接收器11开始接收过程。
在步骤s14中，无线通信装置1判断子帧uj是否结束。直到子帧uj结束为止，发送器/接收器11继续接收过程。
在步骤s15中，如果发送器/接收器11在子帧uj结束之前(步骤s14中的否)接收到跳数(hj-1)的无线节点的传输信息(步骤15中的“是”)，则过程前进到下一步骤s16。如果不是这样，则过程返回到步骤14。
在步骤s16中，发送/接收资源确定器16存储接收信息的传输源节点的无线信号的接收信号强度(rssi)、节点id和跳数(hj-1)。无线通信装置1重复上述步骤s14至s16的操作直到子帧uj结束，从而接收目的节点(父节点)的传输信息。然后，当子帧uj结束时(步骤s14中的“是”)，过程进入步骤s17。
在步骤s17中，目的地节点确定器17基于所存储的节点id、跳数和接收信号强度来确定目的地节点(父节点)。例如，目的地节点确定器将具有最高接收信号强度的无线节点确定为目的地节点。
根据上述步骤s14至s17，可以将目的地节点(父节点)更新为针对每一帧具有最大接收信号强度的无线节点。因此，同样在向无线通信系统添加新的无线节点的情况下，无线通信装置1可以向最优的父节点发送传输信息。在父节点被确定之后，无线通信装置1被使得处于休眠状态(步骤s18)。在没有更新传输节点的情况下，可以省略步骤s14至s17的一部分。
另外，在步骤s15和s16中，虽然未图示，但是接收到父节点的传输信号，并且可以检查自身节点的传输信息的到达。
该检查可以基于父节点的传输信号中包括的数据当中的传输源节点id是否与自身节点的节点id匹配，或者基于父节点的传输信号中包括的表示接收结果的字段是否处于接收成功状态，来执行，并且可以使用任何方法。在不能检查自身节点的传输信息的到达的情况下，可以重新发送该传输信号。可以在下一帧或相同帧内的另一子帧的传输时间处来执行重传。
在步骤s17中，当更新目的地节点(父节点)时，休眠控制器使无线通信装置1处于休眠状态。如上所述，对应于一帧的无线通信装置1的正常操作结束。
虽然在图10的描述中没有呈现，但是可以在步骤s10中执行自身节点的传感器信息的获取。另外，可以唤醒无线通信装置1以便获取传感器信息。
在图10所图示的流程图的操作中，如图12中所图示，虽然在子节点和父节点的传输子帧周期期间连续地形成接收状态，但是接收状态可以仅仅在子节点和父节点的传输时隙中形成。换句话说，在包括子节点的传输时隙的子帧当中，在除了子节点的传输时隙之外的时隙中，可以使无线通信装置1处于休眠状态。
另外，在包含父节点的传输时隙的子帧中，在除了父节点的传输时隙之外的时隙中，可以使无线通信装置1处于休眠状态。
以这种方式，可以进一步降低功耗。然而，因为需要识别子节点，为了指定子节点的传输时隙，因此应该最初安排用于其连接接收的某个时间段。在图13所图示的情况下图示了一个示例，其中，在等式(4)中确定的子帧号vj的时隙中形成用于连接接收的接收状态，该时隙对应自身节点的节点id。
图14示意地图示了在子帧数n为4(子帧号＝3、2、1和0)并且跳数为7(h＝0、1、2、3、4、5和6)的情况下，每一跳数的无线节点的每个子帧号中的发送/接收的关系。
换言之，在该图中，圆点示出了在图1或图2中所图示的节点(无线通信装置1)或根(集中器2)，实线箭头示出了从具有某个跳数的某个节点到具有另外的跳数的另外的节点或根的传输。因此，另外的节点或根从该某个节点接收信息。
虚线示出上行链路通信和下行链路通信的示例。单点线表示上行链路通信的信息流，双点线表示下行链路通信的信息流。
例如，在第一帧的子帧号“2”中，跳数为“2”的无线通信装置1和跳数为“6”的无线通信装置1分别发送各自的信息。跳数为“2”的无线通信装置1发送的信息在第一帧内通过跳数为“1”的无线通信装置1被集中器2接收。另一方面，跳数为“6”的无线通信装置1在第一帧中发送的信息在接下来的第二帧中被集中器2接收。例如，跳数为“6”的无线通信装置1在第一帧中发送的信息在第二帧的子帧号“3”中被中继到跳数为“3”的无线通信装置1。该信息在第二帧的子帧号“1”中被中继到跳数为“1”的无线通信装置1，并且最终被中继到集中器2。
以这种方式，在第一帧中包括的第一子帧中，第一无线通信装置1发送第一数据，而第二无线通信装置1发送第二数据。第一无线通信装置1和第二无线通信装置1的跳数彼此不同。第三无线通信装置1在第一帧的第零子帧中接收第二无线通信装置1的第二数据，并且在接下来的第二帧的第三子帧中发送第二数据。第三无线通信装置1的跳数与第一无线通信装置1和第二无线通信装置1的跳数不同。例如，第三无线通信装置1的跳数大于第一无线通信装置的跳数，并且小于第二无线通信装置的跳数。
第一帧中包括的多个子帧与第二帧中包括的多个子帧彼此对应。例如，第一帧中包括的子帧的数量与第二帧中包括的子帧的数量相同。
然而，例如，第一帧的第零子帧中的接收的开始时间和第二帧的第三子帧中的发送的开始时间彼此不同。因此，第二帧的第三子帧不对应于第一帧的第零子帧。
第一数据与第二数据不同。然而，第一数据和第二数据可以部分地具有共同的数据部分。
例如，在第三无线通信装置1在第二帧的第三子帧中发送的信息中，除了从第二无线通信装置1接收的信息之外，还可以包含其他信息。例如，其他信息是由第三无线通信装置1生成的信息。
第一无线通信装置在第一帧的第二子帧中发送的信息被集中器2或无线通信系统中包括的另外的无线通信装置接收。第三无线通信装置在第二帧的第三子帧中发送的信息被集中器2或无线通信系统或中包括的另外的无线通信装置接收。
在第一帧中包括的第二子帧的接下来的第一子帧中，第四无线通信装置发送从第一无线通信装置接收到的第一数据，而第五无线通信装置发送从第二无线通信装置接收到的第二数据。第四无线通信装置的跳数比第一无线通信装置的跳数少1，并且第四无线通信装置是第一无线通信装置的父节点。第五无线通信装置的跳数比第二无线通信装置的跳数少1，并且第五无线通信装置是第二无线通信装置的父节点。
在第一帧中包括的第一子帧的接下来的第零子帧中，集中器2可以发送从第一无线通信装置接收到的信息，并且第六无线通信装置可以发送从第二无线通信装置接收到的信息。
随着第一帧中包括的多个子帧的进行，发送信息的无线通信装置的跳数每次减少1。
在本实施例中，如果第二子帧是第一帧中包括的第一个子帧，则在第一帧的前一帧的多个子帧当中的最后一个子帧中，第一无线通信装置1接收第一数据并且第二无线通信装置1接收第二数据。另一方面，如果第二子帧是第一帧的第二个或后续子帧(即，不是第一帧的第一子帧)，则在第一帧的第二子帧的前一子帧中，第一无线通信装置1接收第一数据并且第二无线通信装置1接收第二数据。
在图14所图示的情况下，传统上说，尽管“3”的跳数是上限。然而，根据本实施例，在无线通信系统中可以允许“4”或更多的跳数。因此，安置在较远位置处的无线节点(无线通信装置)可以参与网络，并且因此可以增加网络的覆盖区域。
图14图示了这样一种装置，其中，跳数为4或更多的无线节点的传输信号通过帧被中继并且被发送。将作为传输子帧的子帧号“3”确定为帧开始时间点的无线节点维持将要被中继和发送的信号。因为子帧数n是4，所以具有跳数为4的不同点的无线节点将相同的子帧确定为传输子帧。
在本实施例中，上行链路通信被用作主题，并且子帧号以降序来指派。因此，上行链路通信的信息流顺利地进行到h＝0的集中器，下行链路通信的信息流每帧仅进行一跳。
<时帧中的变化>
图15图示了根据本实施例的另一示例，其中，一帧中的子帧数n为2。在此，跳数h为5(h＝5)的节点h在子帧号“0”中从子节点和父节点接收发送信号，并且在子帧号“1”中发送自身节点的传输信号。
图15图示了一种情况，其中，每四帧一次地执行连接接收，在需要连接接收的时隙中执行休眠操作。在此，用于执行连接接收的帧数被定义为超帧。超帧中的帧数信息可以作为帧信息的一部分被分发，或者可以被无线设备存储。基于将帧号除以帧数而获得的余数，子节点可以确定用于连接接收的帧。在图15中所图示的连接接收的示例中，虽然无线节点仅在特定时隙中执行连接接收，但是多个无线节点可以在所有子帧或整个帧中执行接收，并且请求连接的无线节点可以通过使用竞争型接入系统来执行传输。
可以不像上面呈现的描述那样，不在特定帧中执行连接接收，而是例如可以在分配到根节点的时隙中执行。可以在分配给自身节点的传输的子帧内的根节点的时隙中执行用于连接接收的接收，或者，可以在由图15中的“接收(子/父)”表示的子帧内的自身节点的时隙中，或在任何其他子帧的根节点的时隙中，执行用于连接接收的接收。通过在不停止正常发送/接收的情况下执行连接接收，可以避免通信容量的降低。
图16示意性地图示了在子帧数n为2的情况下，每个跳数的无线节点的每个子帧号中的发送/接收的关系。在图15中所图示的连接接收的帧没有被图示。在子帧数n为2的这种情况下，上行链路通信和下行链路通信的网络延迟时间相等。
图17图示了子帧数n为1的情况的示例，作为根据本实施例的另一帧的示例。此时，跳数h为5的节点h在帧号0中接收子节点和父节点的传输信号，并且发送自身节点的传输信号。类似于在图中15所图示的情况，图17图示了这样一个呈现，其中，设置帧数为4的超帧并且执行连接接收。
图18示意性地图示了在子帧数n为1的情况下，每个跳数的无线节点的每个子帧号中的发送/接收的关系。在图17中图示的连接接收的子帧被省略。
在子帧数n为1的情况下，因为与所有跳数对应的无线节点在每个子帧中执行发送/接收，所以在不出现通信错误的情况下的网络延迟是子帧数n＝2或更小，并且取决于该子帧内的传输时间。例如，当子节点的传输时间早于子帧内的父节点的传输时间时，在同一子帧内执行上行链路通信的中继传输。
另一方面，当子节点的传输时间晚于父节点的传输时间时，在下一个子帧中执行上行链路通信的中继传输。在下行链路通信的情况下，形成相反的关系。
在此，在系统操作时间之后或者在预定时间处，可以改变用于无线节点的帧周期或传输周期过程中的子帧数(例如，n＝1，2或4)。
如上所述，通过改变子帧数n，能够有效地调整无线节点的通信频率，并且能够提高系统吞吐量和省电。通过将子帧数n设置为2或更少，将上行链路通信作为主题的无线通信系统中的下行链路通信的网络延迟可以被配置为与上行链路通信相同。
<中继传输中基于信息老化的丢弃过程>
虽然传输源节点是发送传输信号的无线节点，但是传输源节点被定义为生成信息的节点。
在发送器/接收器接收的接收信息中包括传输源节点的跳数hk的情况下，通过使用传输源节点的跳数hk、自身节点的跳数hj和帧数n，发送器/接收器资源确定器用等式(5)，来计算直到信息被无线通信系统中的自身节点接收为止所需的网络延迟帧号l。
[数值表达式5]
l＝[(hk-hj)/n](5)
在等式(5)中，[·]表示地板函数。无线节点可以将通过从当前帧号减去所需的网络延迟帧号l而获得的值与接收信号中包含的生成帧号进行比较，并且在差是预定值或更大时，丢弃该接收信息而不将其设置为中继传输目标。在下一帧中执行重传的情况下，根据本实施例的差对应于总的重传次数。通过丢弃其总的重传次数为预定数或更大的信息，可以减少施加到网络的负载。
<与下行链路通信的对应>
在本实施例中，虽然已经描述了将上行链路通信作为主题的无线通信系统，但是该实施例也可以通过以升序附加子帧号而被应用到将下行链路通信作为主题的无线通信系统。
换句话说，如在图14中所图示，无线通信装置1发送的信息可以与父节点中的接收一起被子节点接收。在被分配的子帧中，除了寻址到的父节点的信息之外，无线通信装置1还发送寻址到子节点的信息。例如，通过将某一帧中从父节点接收的信息在下一帧中向子节点发送，实现了下行链路通信。在下行链路通信中，随着每个帧的进行，发送信息的无线通信装置的跳数每次增加1。
根据本实施例，其跳数是子帧数或更大的无线装置可以参与网络，并且可以增加覆盖区域。此外，通过将子帧的数量设置得较小，可以提高频率的使用效率，并且能够提高系统的吞吐量。
本发明不限于上述实施例，而是可以在不脱离本概念的范围中改变构成要素。另外，根据上述实施例中公开的多个构成要素的适当组合，可以形成各种发明。例如，可以从实施例中所说明的所有构成元件中移除若干构成元素。此外，可以适当地组合相互不同的实施例的构成元素。