无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法
【专利摘要】本发明提供了一种无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。一种收集终端能够与第一终端和第二终端进行无线通信，并包括故障检测通知单元和传送单元。故障检测通知单元检测来自第一终端的数据未送达。当检测到数据未送达时，传送单元通过向所述第二终端传送使得第二终端转变为可通信状态的信息，来使得第二终端在预定时间段内转变为可通信状态，其中该预定时间段在向收集终端的数据传送的周期内并且在第一终端与第二终端之间是共同的。
【专利说明】
无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法
技术领域
[0001]本文讨论的实施例涉及一种无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
【背景技术】
[0002]传统上，在农业、基础设施等领域中，已使用如下无线通信网络:其中，建立到主干网络的连接的收集终端(例如，网关)通过与多个无线终端进行直接通信来从所述多个无线终端收集感测数据。在这种无线通信网络中，无线终端周期性地向收集终端传送均包含感测数据的分组(packet)。当检测到连续发生来自某一无线终端的分组未送达时，收集终端确定该无线终端发生故障。在该情况下，有效的是，无线通信网络识别故障的原因，以便从发生的故障开始恢复。
[0003]作为用于识别故障的原因的方法，例如，日本特开专利公布第54-110702号提供了一种方法，通过该方法，故障检测终端经由中继终端向故障终端传送数据，以接收来自故障终端的响应。根据该方法，当对应于收集终端的故障检测终端能够从故障终端接收响应信号时，确定故障的发生是由故障终端与故障检测终端之间的无线链路故障引起的。相反地，当故障检测终端不能从故障终端接收响应信号时，确定故障的发生是由故障终端自身的缺陷引起的。
[0004]此外，作为上述无线通信网络的示例，在通过使用单跳来定期地收集感测数据的传感器网络中，每个无线终端在其传送数据时从休眠模式转变成活动模式，并且在完成传送之后转变回休眠模式。此外，活动模式的周期在无线终端之间不一定同步。由于此原因，会难以经由没有经受故障的无线终端向经受故障的无线终端传送数据。为了应对该问题，例如，日本特开专利公布第2011-223419号提出了下述方法:通过该方法，收集终端向网络中的所有无线终端传送同步信号，使得无线终端彼此同时地在活动模式与休眠模式之间周期性地来回转变。
[0005]通过如上所述那样周期性地关于无线终端设置共同活动时段，变得可以为了故障检测目的而执行终端间通信。然而，根据该方法，始终设置用于故障检测目的的共同活动时段，但是周期性地，而与其他终端是否发生故障无关。因此，无线终端的电力消耗水平增大。具体地，当考虑到从收集终端发送的同步信号的传送和接收、由终端之间的直接通信引起的信号冲突、以及在重新传送过程中所涉及的时间延迟时，共同活动时段可以是长的。例如，当无线终端的数量为100时，共同活动时段可以是130ms或更长的时间段。
[0006]因此，在本发明的实施例的一方面中，一个目的是提供能够减少电力消耗的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法。
【发明内容】
[0007]根据实施例的一方面，一种无线通信系统包括无线通信设备以及能够与无线通信设备进行无线通信的第一终端和第二终端。无线通信设备包括:检测单元，其检测来自第一终端的数据未送达；以及第一传送单元，当检测到数据未送达时，第一传送单元向第二终端传送使得第二终端转变为可通信状态的信息。第一终端包括第一转变单元，当未能接收到响应于数据传送而发出的响应信号时，第一转变单元使得第一终端在数据传送的周期内的预定时间段内转变为可通信状态。第二终端包括第二转变单元，在接收到信息时，第二转变单元使得第二终端在第一终端与第二终端之间共同的预定时间段内转变为可通信状态。
【附图说明】
[0008]图1是示出根据实施例的无线通信系统的配置的图；
[0009]图2是用于说明相关技术的问题的图；
[0010]图3是用于说明根据实施例的故障检测方法的图；
[0011 ]图4是示出收集终端的功能配置的框图；
[0012]图5是示出无线终端的功能配置的框图；
[0013]图6是示出收集终端的硬件配置的框图；
[0014]图7是用于说明根据实施例的收集终端所执行的故障检测通知处理的流程图；
[0015]图8是用于说明无线终端所执行的故障检测时段设置处理的流程图；
[0016]图9是用于说明根据第一变型示例的故障检测方法的图；
[0017]图10是用于说明根据第二变型示例的故障检测方法的图；
[0018]图11是用于说明根据第二变型示例的收集终端所执行的故障检测通知处理的流程图；
[0019]图12是用于说明在使用不同周期传送数据时利用MAC_ACK信号的故障通知的问题的图；
[0020]图13是用于说明根据第三变型示例的故障检测方法的图；
[0021]图14是用于说明根据第四变型示例的故障检测方法的图；
[0022]图15A是示出根据第四变型示例的、六个无线终端表现为从属于收集终端的无线通信系统的图；
[0023]图15B是示出根据第四变型示例的、来自每个无线终端的感测数据和虚数据(dummy data)的传送周期的表；
[0024]图15C是用于说明根据第四变型示例的用于分配虚数据传送周期的方法的图；
[0025]图16是用于说明根据第四变型示例的收集终端所执行的虚数据传送周期分配处理的流程图；以及
[0026]图17是用于说明无线通信系统的有益效果的图。
【具体实施方式】
[0027]将参照【附图说明】优选实施例。本文所公开的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法不限于示例性实施例。
[0028]图1是示出根据实施例的无线通信系统I的配置的图。如图1所示，无线通信系统I包括收集终端10和多个无线终端20a至20c。无线通信系统I构成传感器网络(sensornetwork)，其中收集终端10从多个无线终端20a至20c定期收集感测数据。例如，当在由无线终端20中的一个或多个执行的数据传送中发生故障时，例如当收集终端10接收数据连续失败时，无线通信系统I分析故障的原因以便有效地进行恢复。更具体地，无线通信系统I判断故障的原因在于经受故障的无线终端20自身的缺陷，还是在于设置在无线终端20与收集终端10之间的无线链路的故障(例如，堵塞、干扰、噪声等)。在以下部分中，将说明图1所示的无线终端20b发生故障的示例。此外，在以下部分中，经受故障的无线终端20b可以被称为故障终端。
[0029]作为用于判断故障的原因的方法，例如，作为广播传送，收集终端10向多个无线终端20a至20c传送响应请求信号。当没有经受故障的正常的无线终端20a和20c接收到来自收集终端10的响应请求信号时，无线终端20a和20c各自转播(rebroadcast)所接收的响应请求信号。关于经受故障的无线终端20b，当无线终端20b自身没有缺陷时，无线终端20b从存在于无线终端20b的通信范围R20b内的另一无线终端(S卩，无线终端20a)接收响应请求信号。此后，无线终端20b经由无线终端20a向收集终端10发送响应回复信号，作为回复。当在自转播起的预定时间段内从经受故障的无线终端20b接收到响应回复信号时，收集终端10能够确定故障的原因在于设置在无线终端20b与收集终端10之间的无线链路的故障。相比之下，当故障的原因在于无线终端20b自身的缺陷时，因为甚至经由无线终端20a也没有从无线终端20b接收到响应回复信号，所以收集终端10能够在经过了预定时间段之后确定故障的原因在于无线终端20b自身的缺陷。
[0030]在这种情况下，为了使得传感器网络中的无线终端20a至20c能够在安装位置处在长时间段内执行感测处理，设计能够节省电力的配置是有效的。更具体地，为了节省电力，无线终端20a至20c中的每一个执行间歇操作，在该间歇操作中，当无线终端要从其传送数据时，无线终端从不允许传送/接收的休眠模式(节电模式)转变为允许传送/接收的活动模式，以及当完成数据的传送/接收时，无线终端转变回休眠模式。然而，在这种情况下，如上所述，通过经受故障的无线终端20b与没有经受故障的无线终端20a之间的通信来实现对故障的原因的判断。由于此原因，为了判断故障的原因，设置了这两个终端同时处于活动模式的共同活动时段。
[0031]图2是用于说明相关技术的问题的图。如图2所示，收集终端10使得无线终端20a至20c通过下述方式周期性地执行间歇操作:指定对无线终端20a至20c而言共同的用于故障检测目的的活动时段(下文中，“故障检测活动时段”)，将无线终端20a至20c周期性传送数据分组所使用的活动时段除外。例如，在数据分组的每个传送周期内，在周期的开头部分中设置故障检测活动时段。作为数据分组的传送周期的开头部分的替选，可以用任何其他定时设置故障检测活动时段(例如，在末尾部分中)，只要可以避免与无线终端20a至20c周期性地传送数据分组所使用的活动时段冲突即可。
[0032]如图2所示，例如，当在两个连续周期(图2所示的传送周期Tl和T2)内无线终端20b的数据传送连续失败时，收集终端10检测到无线终端20b发生了故障。在图2所示的示例中，在传送周期T2结束的时间Fl处，收集终端10检测到无线终端20b的数据传送连续失败。此夕卜，收集终端10在检测到故障发生之后的传送周期T4内的共同活动时段期间向无线终端20a至20c传送响应请求信号。当没有经受故障的正常的无线终端20a和20c接收到响应请求信号时，无线终端20a和20c通过执行广播传送或单播传送来向无线终端20b传递响应请求信号。
[0033]当接收到响应请求信号时，无线终端20b经由信号已被传送到的其他无线终端当中的、与无线终端20b邻接的无线终端(在图1中的示例中为无线终端20a)向收集终端10发送响应回复信号，作为回复。当收集终端10在自传送响应请求信号起经过预定时间段之前从无线终端20b接收到响应回复信号时，收集终端10确定发生的故障是无线链路故障。相比之下，当收集终端10在自传送响应请求信号起经过预定时间段之前没有从无线终端20b接收到响应回复信号时，收集终端10确定发生的故障是由无线终端20b自身的缺陷引起的。然而，根据该故障检测方法，在所有传送周期中的每一个内设置共同活动时段，而与是否发生了故障无关。由于此原因，甚至当无线终端20a至20c尚未发生故障时，无线终端20a至20c总是周期性地转变成活动模式。结果，无线终端20a至20c的电力消耗水平增大。
[0034]为了应对这种情况，根据本实施例的无线通信系统I没有为无线终端20a至20c设置周期性共同活动时段。此外，当收集终端10检测到无线终端20b数据传送的故障时，收集终端10向没有经受故障的无线终端20a和20b提供指示已发生故障的信息。通知信息包括指定故障检测共同活动时段的信息。在由收集终端10通知的共同活动时段期间，没有经受故障的无线终端20a和20b转变为活动模式。相比之下，经受故障的无线终端20b基于响应于数据传送而没有接收到ACK信号等的连续发生来检测其数据传送故障，并在预先指定的共同活动时段内转变为活动模式。此外，在共同活动时段期间，通过执行上述终端间通信来判断故障的原因。
[0035]在这种情况下，收集终端10可以例如通过下述方式向无线终端20a和20b提供关于故障的发生和共同活动时段的信息:将该信息添加到响应于从没有经受故障的无线终端20a和20c发送的传送信息而发出的响应信号中。响应信号可以是例如媒体访问控制(MAC)层中的ACK信号。
[0036]在本实施例中，收集终端10通过使用MAC层中的ACK信号(下文中，“MAC_ACK信号”)来提供关于故障的发生的通知。图3是用于说明根据实施例的故障检测方法的图。如图3所示，在没有检测到无线终端20b的故障的情况下，收集终端10通过将MAC_ACK信号布置成包含指示没有发生故障的信息，响应于从无线终端20a和20c中的每一个向其传送的数据来发送MAC_ACK信号作为回复。此外，当无线终端20b的数据传送连续失败时，收集终端10检测到无线终端20b的故障。此后，收集终端10通过将MAC_ACK信号布置成包含指示已发生故障的信息和指示共同活动时段C14的定时的信息，响应于从无线终端20a和20c中的每一个向其传送的数据来发送MAC_ACK信号作为回复。
[0037]当经受故障的无线终端20b接收MAC_ACK信号连续失败时，无线终端20b检测到其已发生故障，并转变为活动模式。在这种情况下，可以预先布置无线终端20b转变为活动模式的时间段，以与没有经受故障的无线终端20a和20c的共同活动时段C14至少部分地重叠。替选地，无线终端20b转变为活动模式的时间段可以是在无线终端20b检测到故障的发生的传送周期T13之后的传送周期T14的整个时段。当接收到包含关于故障的发生的信息的MAC_ACK信号时，没有经受故障的无线终端20a和20c根据由MAC_ACK信号中包含的信息指定的共同活动时段C14的定时而转变为活动模式。采用这些布置，可以通过执行终端间通信来判断故障的原因。
[0038]图4是示出收集终端10的功能配置的框图。如图4所示，收集终端10包括接收单元
11、故障检测通知单元12、故障原因判断单元13以及传送单元14。这些构成元件连接到一起，以能够在任一方向或两个方向上输入和输出信号和数据。
[0039]接收单元11从从属于其的无线终端20a至20c中的任意无线终端接收数据信号和响应回复信号。故障检测通知单元12由于因没有接收到数据的连续发生而被触发，检测到被判断为接收数据连续失败的无线终端20b发生故障，并且向没有经受故障的无线终端20a和20c通知故障的发生和共同活动时段。故障原因判断单元13通过执行终端间通信来判断故障的原因。更具体地，当响应回复信号经由无线终端20a等作为对寻址到无线终端20b的响应请求信号的回复到达时，故障原因判断单元13确定故障的原因是收集终端10与无线终端20b之间的无线链路故障。相比之下，当没有响应回复信号经由无线终端20a等作为对寻址到无线终端20b的响应请求信号的回复到达时，故障原因判断单元13确定故障的原因是无线终端20b的缺陷。传送单元14将作为从无线终端20a至20c接收的数据的响应的MAC_ACK信号传送至从属于传送单元14的无线终端20a至20c，并且还将响应请求信号传送至无线终端20a至20c。
[0040]图5是示出无线终端20的功能配置的框图。例如，无线终端20a至20c中的每一个具有图5所示的功能配置。如图5所示，例如，无线终端20包括接收单元21、故障检测时段设置单元22、间歇操作定时器23、故障检测单元24以及传送单元25。这些构成元件连接到一起，以能够在任一方向或两个方向上输入和输出信号和数据。
[0041 ]接收单元21接收来自收集终端10的MAC_ACK信号和响应请求信号。当MAC_ACK信号包含指示共同活动时段的信息时，故障检测时段设置单元22基于指示共同活动时段的信息来设置故障检测活动时段。当其无线终端20或另一终端已发生故障时，间歇操作定时器23将预定时间段(例如，30ms至100ms)设置为无线终端20在活动模式下进行操作的时间段。当连续地未能接收响应于向收集终端10传送的数据而发出的MAC_ACK信号时，故障检测单元24检测到其无线终端发生故障。传送单元25向收集终端10传送寻址到收集终端10的数据以及作为响应请求信号的响应的响应回复信号。
[0042]接着，将说明硬件配置。图6是示出收集终端10的硬件配置的框图。如图6所示，收集终端10在其硬件方面包括处理器10a、存储器10b、射频(RF)电路1c以及由液晶显示器(LCD)等构成的显示装置1d C3RF电路1c包括天线A。收集终端10的接收单元11和传送单元14由例如RF电路1c实现，并被配置成接收感测数据、响应回复信号、终端邻接信息等，或者传送MAC_ACK信号、响应请求信号、虚数据传送分配信息等。故障检测通知单元12和故障原因判断单元13由处理器1a实现，并且被配置成执行诸如检测故障的发生、生成故障通知信息、判断故障的原因等的处理，其中处理器1a由例如中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)等构成。存储器1b由例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、闪存等构成，并被配置成在其中存储无线终端20的传送历史、邻接关系、数据传送周期等。无线终端20的硬件配置与上述收集终端10的硬件配置相同。因此，将省略其详细说明和图。
[0043]接着，将说明根据本实施例的无线通信系统I所执行的操作。
[0044]图7是用于说明根据本实施例的收集终端10所执行的故障检测通知处理的流程图。在步骤SI，收集终端10中包括的故障检测通知单元12监视从无线终端20a至20c接收数据的历史。此外，故障检测通知单元12判断是否存在指示无线终端20的数据传送连续失败多少次的计数(下文中，“连续传送失败计数”)大于阈值n(其中，η为自然数)的任何无线终端20。可以根据来自实际系统的请求来适当地设置和改变阈值η。
[0045]当存在连续传送失败计数大于阈值η的至少一个无线终端20(步骤S1:是)时，故障检测通知单元12确定无线终端20已发生故障(例如，在本实施例中为无线终端20b)。此后，故障检测通知单元12将指示故障的发生的信息和指示共同活动时段的信息添加到MAC_ACK信号中，以作为回复发送到没有经受故障的无线终端20a和20c(步骤S2)。随后，故障检测通知单元12向故障原因判断单元13通知故障的发生(步骤S3)。相反地，当不存在连续传送失败计数大于阈值η的无线终端20(步骤S1:否)时，故障检测通知单元12确定任何无线终端20没有发生故障。此后，故障检测通知单元12将指示没有发生故障的信息添加到MAC_ACK信号中，以作为回复发送到无线终端20a和20c(步骤S4)。在该情况下，省略上述步骤S3的处理。
[0046]图8是用于说明无线终端20所执行的故障检测时段设置处理的流程图。例如，无线终端20在每个数据传送时段内的数据传送时间从休眠模式转变为活动模式，并在向收集终端10传送数据之后开始该流程图中所示的处理。
[0047]首先，故障检测单元24基于是否连续地未接收到响应于从无线终端20传送的数据信号而发出的MAC_ACK信号，判断其无线终端20是否发生故障(步骤Sll)。当其无线终端20发生故障(步骤Sll:是)时，故障检测时段设置单元22按照使得无线终端20在预定时间段内处于活动模式的方式来设置间歇操作定时器23(步骤S12)。预定时间段可以是例如从检测到故障的时间之后的数据传送周期开始持续10ms的时间段。此后，当经过了为间歇操作定时器23设置的时间段时，无线终端20转变回休眠模式(步骤S13)。
[0048]当其无线终端20没有发生故障(步骤Sll:否)时，故障检测单元24基于接收到的MAC_ACK信号中包含的信息来判断其他无线终端20是否发生故障(步骤S14)。当其他无线终端20中的至少一个发生故障(步骤S14:是)时，故障检测时段设置单元22执行步骤S12的处理。相反地，当其他无线终端20中的任何终端没有发生故障(步骤S14:否)时，无线终端20执行步骤S13的处理。
[0049]如上面所说明的，无线通信系统I包括收集终端10以及能够与收集终端10进行无线通信的无线终端20a和20b。收集终端10包括故障检测通知单元12和传送单元14。故障检测通知单元12检测到来自无线终端20b的数据未送达预定次数(例如，三次)。当检测到来自无线终端20b的数据未送达时，故障检测通知单元12确定无线终端20b已发生故障。此后，传送单元14向无线终端20a传送指示已发生故障的信息以及使得无线终端20a转变为可通信状态(例如，活动状态)的信息。无线终端20b包括故障检测时段设置单元22。当未能接收响应于向收集终端1的数据传送而发出的响应信号(例如，MAC_ACK信号)预定次数(例如，三次)时，故障检测时段设置单元22确定无线终端20b已发生故障。此外，无线终端20b中包括的故障检测时段设置单元22使得无线终端20b在数据传送周期内的预定时间段(例如，共同活动时段)内转变为可通信状态。无线终端20a包括故障检测时段设置单元22。无线终端20a中包括的故障检测时段设置单元22接收指示已发生故障的信息以及使得无线终端20a转变为可通信状态的信息。此后，在接收到这些信息时，无线终端20a中包括的故障检测时段设置单元22使得无线终端20a在无线终端20a与无线终端20b之间共同的预定时间段内转变为可通信状态。
[0050]在根据本实施例的无线通信系统I中，仅在传感器网络中发生通信故障时(将在传送数据时除外)，无线终端20a至20c中的每一个转变为活动模式。因此，可以避免不必要地转变为活动模式。采用这些布置，可以防止无线终端20a至20c浪费电力，同时可以识别故障的原因。结果，可以实现能够节省电力的配置。
[0051]此外，在无线通信系统I中，可以将指示另一无线终端20发生故障的信息以及使得无线终端20进入可通信状态的信息添加到响应于来自无线终端20a的定期传送数据而发出的响应信号(例如，MAC_ACK信号)中。采用该布置，收集终端10能够通过使用现有信号来向无线终端20a传送指示另一无线终端20发生故障的信息以及使得无线终端20进入可通信状态的信息。换言之，收集终端10不需要提供用于传送上述信息的单独途径，并且由此减少了处理负荷和电力消耗。
[0052]上述信息还可以包含经受故障的终端(例如，无线终端20b)的识别信息。采用该布置，正常的无线终端(例如，无线终端20a和20c)中的每一个能够容易地且迅速地识别在发生故障时所接收的响应请求信号被传输到的无线终端。
[0053]由此，已说明了本公开的一个示例性实施例。接着，将说明上述实施例的变型示例。
[0054]第一变型示例
[0055]在下述任何变型模式中可以实现根据以上实施例的无线通信系统I。图9是用于说明根据第一变型示例的故障检测方法的图。在上述实施例中，作为用于向正常的无线终端20a和20c通知故障的发生和共同活动时段的指定的方法，收集终端10使用MAC_ACK信号;然而，还可接受使用信标信号来替代MAC_ACK信号，如图9所示。信标信号是用于校正无线终端20a至20c之间的时间差的时间同步信号。换言之，可以将指示其他无线终端20发生故障的信息以及使得无线终端20转变为可通信状态的信息添加到时间同步信号(例如，信标信号)中。采用该布置，甚至在不存在来自无线终端20a和20b的数据传送的时间段期间，收集终端10能够以期望定时且按照自发方式提供关于故障的发生和共同活动时段的指定的通知。结果，可以实现能够以较高灵活水平节省电力的配置。
[0056]在这种情况下，在无线终端20a至20c接收来自收集终端10的信标信号所使用的活动时段包括例如时间段11和时间段t2 ο时间段11例如为实际上传送和接收信标信号的时间段。时间段t2是用于防止可由收集终端10与无线终端20a至20c之间的时间差引起的任何接收故障的裕度(margin)时段。当使用电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.4标准时，时间段tl需要为例如1.36ms，从而以10kbps的传送速率传送具有最小大小(17个字节)的信标信号。此外，裕度时段t2需要为6ms，这是因为以10分钟为周期使用1ppm定时器的无线终端可以具有例如最大6ms的时间差。由于此原因，在无线终端20a至20c中的每个终端中所记录的信标接收时间段之前和之后，设置至少6ms的裕度。因此，用于接收来自收集终端10的信标信号的活动时段被布置为13.36ms或更长。
[0057]第二变型示例
[0058]在上述实施例中，当检测到无线终端20b发生故障时，收集终端10还向不与无线终端20b邻接(S卩，不与无线终端20b直接通信)的无线终端20c提供关于故障的发生和共同活动时段的指定的通知。相比之下，在第二变型示例中，收集终端10没有向不与被检测为经受故障的无线终端20b邻接的无线终端20c提供通知和指定，而是仅向与被检测为经受故障的无线终端20b邻接的无线终端20a提供通知和指定。与被检测为经受故障的无线终端20b邻接的无线终端20a在下文中将被称作邻接终端。此后，在指定的共同活动时段期间，作为邻接终端的无线终端20a与经受故障的无线终端20b执行终端间通信。
[0059]图10是用于说明根据第二变型示例的故障检测方法的图。在第二变型示例中，收集终端10观测指示无线终端20a至20c是否能够彼此通信的邻接关系，并且从从属于收集终端10的无线终端20a至20c当中，收集终端10仅使得作为故障终端的无线终端20b以及能够与该故障终端直接通信的邻接终端20a转变为活动模式。因此，如图10所示，在传送周期T34中，收集终端10仅向无线终端20a，而不向无线终端20c，传送响应请求信号。在接收到响应请求信号时，无线终端20a转变为活动模式。相比之下，无线终端20b由于没有接收到MAC_ACK信号而检测到自身故障，并在开始传送周期T34之后转变为活动模式，结果，在无线终端20a和20b之间设置用于故障检测目的的共同活动时段。
[0060]接着，将在关注与上述实施例的差别的情况下说明上述第二变型示例中的收集终端10所执行的操作。图11是用于说明根据第二变型示例的收集终端10所执行的故障检测通知处理的流程图。由于图11中的一些处理与在说明根据上述实施例的操作时提到的图7中的那些处理相同，所以将使用具有相同最后数字的附图标记来提及相同步骤，并且将省略其详细说明。更具体地，图11中的步骤S21至S24的处理分别对应于图7中的步骤SI至S4的处理。
[0061 ]首先，当存在数据传送的连续传送失败计数大于阈值η的至少一个无线终端20(步骤S21:是)时，故障检测通知单元12确定无线终端20已发生故障，并且基于上述邻接关系来提取关于与故障终端邻接的无线终端20的信息(步骤S25)。在图1所示的示例中，故障检测通知单元12检测到例如无线终端20b发生故障，并且基于上述邻接关系来提取关于与无线终端20b处于邻接关系的无线终端20a的信息。此后，故障检测通知单元12之后将指示故障的发生的信息和指示共同活动时段的信息添加到MAC_ACK信号中，以作为回复发送到被提取为无线终端20b的邻接终端的无线终端20a(步骤S22)。在这种情况下，故障检测通知单元12将指示没有发生故障的信息添加到MAC_ACK信号中，以作为回复发送到不与无线终端20b邻接的无线终端20c。
[0062]如上面所说明的，在根据第二变型示例的无线通信系统I中，无线终端20a和20b由于其之间的距离短且电场强度高而能够彼此通信，如图1所示。然而，无线终端20b和20c以及无线终端20a和20c由于其之间的距离过长而难以彼此通信。由于此原因，甚至当无线终端20b发生故障时，无线终端20c难以与无线终端20b进行终端间通信，并且无线终端20c转变为活动模式不会有助于对故障的原因的判断。由于此原因，收集终端10基于无线终端20a至20c之间的邻接关系来识别无线终端20b的邻接终端，并通过将邻接终端识别为能够参与故障检测处理的无线终端20来仅使邻接终端转变为活动模式。此外，当发送MAC_ACK信号时，收集终端10仅将指示发生故障的信息添加到寻址到作为邻接终端的无线终端20a的MAC_ACK信号中，并将指示没有发生故障的信息添加到寻址到不作为邻接终端的无线终端20c的MAC_ACK信号中。换言之，无线终端20a是能够与无线终端20b进行终端间通信的无线终端(例如，邻接终端)。采用该布置，可以避免以下情况:未有助于对故障的原因的判断的无线终端20c徒然转变为活动模式。因此，可以使得无线终端20c能够进一步节省电力。
[0063]第二变型示例基于以下假设:对于经受故障的无线终端20b，仅存在一个邻接终端(无线终端20a)。然而，当存在两个或更多个邻接终端时，收集终端10可以基于每个邻接终端的剩余电池寿命来选择要通知发生故障的无线终端。换言之，收集终端10可以从多个邻接终端之中选择具有最大剩余电池电量(charge)的无线终端20，以仅向所选择的无线终端20提供关于故障的发生和共同活动时段的指定的通知。采用该布置，仅具有充足的剩余电池电量的无线终端20转变为活动模式。因此，可以降低一些无线终端20由于电池寿命不足而停止操作的风险。结果，可以改进无线通信系统I的可靠性。
[0064]第三变型示例
[0065]当在大区域中构造网络(诸如，收集终端10收集用于农业的温度和湿度数据或气量表的仪表读数数据的传感器网络)时，存在如下可能:一些无线终端(传感器)可具有针对数据分组的不同传送周期。图12是用于说明在使用不同周期来传送数据时使用MAC_ACK信号的故障通知的问题的图。图12示出了无线终端20a和20c的数据分组传送周期为无线终端20b的传送周期的五倍的示例。当具有较短周期的无线终端20b发生故障时，收集终端10在例如传送周期T43内检测到无线终端20b的故障，这是因为连续地未能接收从无线终端20b发送的数据。此外，无线终端20b自身还在例如传送周期T43内检测到无线终端20b发生故障，这是因为连续地未能接收从收集终端10发送的MAC_ACK信号。然而，如图12所示，如果正常的无线终端20a和20c在传送周期T43内没有传送数据，则收集终端10不能够通过向正常的无线终端20a和20c发送MAC_ACK信号作为回复来向正常的无线终端20a和20c通知故障。因此，无线终端20a和20c在随后的传送周期T44内不会转变为活动模式。换言之，可能出现以下情况:虽然已检测到故障的无线终端20b在传送周期T44开始时已转变为活动模式，但是其他正常的无线终端20a和20c尚未转变为活动模式。结果，出现了在传送周期T44内不可以设置共同活动时段的问题。
[0066]为了应对该问题，在第三变型示例中，存在于同一网络中的所有无线终端20a至20c与具有最短周期的无线终端20b(在本变型示例中为无线终端20b)的周期同步地在每个数据传送周期内传送虚数据。图13是用于说明根据第三变型示例的故障检测方法的图。如图13所示，在第三变型示例中，在传送周期T52和T53期间，例如，具有较长传送周期的无线终端20c向收集终端10传送各自与具有最短传送周期的无线终端20b的传送周期中的不同传送周期对应的虚数据D52a和D53a。类似地，具有甚至更长的传送周期的无线终端20a向收集终端10传送各自与具有最短传送周期的无线终端20b的传送周期中的不同传送周期对应的虚数据D52b和D53b。收集终端10通过将指示是否发生故障的信号添加到响应于虚数据D52a、D52b、D53a和D53b而发出的响应信号(MAC_ACK信号)中来发送回复。采用该布置，收集终端10能够向从其传送了虚数据的正常的无线终端20a和20c提供关于故障的发生和共同活动时段的指定的通知。因为此后执行的处理与上述实施例中的处理相同，所以将省略其说明。
[0067]用于传送虚数据的无线终端20a和20c使用的活动时段中的每一个均包括虚数据自身的传送时段以及响应信号(MAC_ACK信号)的接收时段。例如，当使用IEEE 802.15.4标准时，需要用于传送具有最小大小的15字节虚数据的传送时段在10kbps速率下为1.36ms。此外，因为响应信号(MAC_ACK信号)的大小与虚数据的大小基本上相同，所以需要接收时段为大约1.36ms。因此，取至少大约2.7ms作为活动时段。上述的虚数据例如是通过从帧中排除有效载荷部分而获得的数据(即，仅具有开头部分的数据)。
[0068]如上面所说明的，无线终端20a包括传送单元25。当无线终端20a具有与能够与收集终端10进行无线通信的其他无线终端20b和20c的数据传送周期不同的数据传送周期时，传送单元25通过使用在无线终端20b与20c之间具有最短数据传送周期的无线终端20b的数据传送周期来向收集终端10传送虚数据。收集终端10包括传送单元14。当检测到来自无线终端20b的数据未送达时，传送单元14通过将使得无线终端20a转变为可通信状态(例如，活动状态)的信息添加到响应于上述虚数据而发出的响应信号(例如，MAC_ACK信号)中，来向无线终端20a传送该信息。
[0069]根据第三变型示例的故障检测方法可适用于无线通信系统I，在无线通信系统I中，在无线终端20a至20c之间数据传送周期相互不同。换言之，甚至当网络中的无线终端20a至20c的传送周期彼此不同时，收集终端10能够识别无线终端20a至20c中的任何终端发生故障的原因。
[0070]在第三变型示例中，传送周期不是最短的无线终端20a和20c被布置成在除了用于传送感测数据(定期传送数据)的周期之外的所有周期中的每个周期内传送虚数据。因此，活动时段变得更长，并且会担心电力消耗增加。然而，因为虚数据的传送时段通常短于共同活动时段，所以正常的无线终端20a和20c在活动模式下进行操作的时间段不一定是长的，因此，电力消耗低于相关示例中的电力消耗。
[0071]第四变型示例
[0072]在第三变型示例中，以如下方式配置收集终端10:将从两个正常的无线终端(20a和20c)传送虚数据的定时分配给经受故障的无线终端20b的所有传送周期中的每个传送周期。然而，本公开不限于该示例。例如，可以以如下方式分配关于无线终端20b的所有传送周期传送虚数据的定时:在无线终端20b的每个传送周期内执行至少一次传送。图14是用于说明根据第四变型示例的故障检测方法的图。如图14所示，在第四变型示例中，收集终端10观测从属于其的无线终端20a至20c之间的邻接关系。此外，收集终端10根据具有最短传送周期的无线终端20b的传送周期(周期I)和无线终端20b的邻接终端的数量来针对无线终端20a至20c指定虚数据的传送周期和传送定时。
[0073]例如，当具有最短传送周期的无线终端20b的传送周期为10分钟、同时与无线终端20b邻接的无线终端的数量为“2”时，收集终端10指定两个邻接终端的周期，使得每20分钟传送一次虚数据。在图14所示的示例中，两个邻接终端为无线终端20a和20c。换言之，收集终端10将每个20分钟时段分成从O分钟到10分钟的第一时段和从10分钟到20分钟的第二时段。此后，收集终端10将第一时段分配给无线终端20c以及将第二时段分配给无线终端20a。结果，收集终端10能够按照使得在具有最短传送周期的无线终端20b的任何传送周期内至少一个邻接终端传送数据(例如，虚数据或感测数据)的方式分配虚数据的传送。在图14所示的示例中，无线终端20b的传送周期为“I”，而与无线终端20b邻接的无线终端(20a和20c)的数量为“2”。因此，收集终端10指示无线终端20a和20dl过使用“2( = I X 2)”的传送周期来传送虚数据。因为此后执行的处理与在以上的第三变型示例中的处理相同，所以将省略其说明。
[0074]图15A是示出根据第四变型示例的六个无线终端20a至20f被呈现为从属于收集终端10的无线通信系统2的图。在以下部分中，将通过使用图15A所示的无线通信系统2的示例来更具体地说明根据第四变型示例的故障检测方法。
[0075]首先，收集终端10按感测数据传送周期的长度的升序来对无线终端20a至20f进行排序。图15B是示出根据第四变型示例的每个无线终端的感测数据和虚数据的传送周期的表。如图158所示，因为按升序排列的感测数据的传送周期对应于无线终端2013、206、2(^、20c、20a和20d，所以将无线终端20a至20f排序为所述的顺序。在这种情况下，当无线终端20中的两个或更多个相互具有针对感测数据的相同传送周期时，按邻接的无线终端20的数量的升序对这些无线终端20进行排序。在图15B所示的示例中，由于针对无线终端20c、20a和20d的感测数据的传送周期全部为“10”，所以如图15A所示，按邻接终端(S卩，无线终端20c、20a和20d)的数量的升序对这些无线终端进行排序。
[0076]此后，收集终端10检查在排序结果中位于第一位的无线终端20b的所有感测数据传送周期的每一个期间是否执行来自邻接终端的至少一次数据传送。图15C是说明根据第四变型示例的用于分配虚数据传送周期的方法的图。在无线终端20b的所有感测数据传送周期当中，当存在从任何邻接终端没有传送数据的至少一个周期时，收集终端10将虚数据的传送周期和传送定时分配给与无线终端20b邻接的无线终端20c、20a和20d。虚数据的传送周期例如为图15B中用阴影线所示的周期3。虚数据的传送定时例如为在周期开始之后的3分钟。相反地，当无线终端20b的所有感测数据传送周期具有来自邻接终端的至少一次数据传送时，收集终端10对在排序结果中处于下一位的无线终端20e执行相同处理。当对于无线终端20a至20f中的全部无线终端的数据传送周期完成更新处理时，收集终端10结束一系列处理。
[0077]例如，如图15B所示，因为无线终端20a和20d传送虚数据，这意味着在无线终端20e的传送周期内已经存在来自邻接的无线终端20a和20d的虚数据传送。由于此原因，虽然无线终端20f与无线终端20e邻接，但是无线终端20f不需要传送任何虚数据。因此，无线终端20f的虚数据传送周期被设置为“空”。
[0078]图16是用于说明根据第四变型示例的收集终端10所执行的虚数据传送周期分配处理的流程图。
[0079]首先，收集终端10中包括的故障原因判断单元13按感测数据传送周期的长度的升序对从属于其的所有无线终端20进行排序(步骤S31)。随后，故障原因判断单元13将I设置为指示终端的数量的变量i的初始值(步骤S32)。故障原因判断单元13判断在当前时间点的变量i的值是否等于或小于总终端数(在第四变型示例中为“6”)。
[0080]当变量i的值等于或小于总终端数(步骤S33:是)时，故障原因判断单元13判断在第i个无线终端20的所有数据传送周期中的每个数据传送周期内是否存在来自在排序结果中处于第i位的无线终端20的邻接终端的至少一次数据传送(步骤S34)。在第i个无线终端20的所有数据传送周期当中，当存在从邻接终端中的任何邻接终端没有传送数据的至少一个周期(步骤S34:否)时，故障原因判断单元13将虚数据传送周期分配给对应于数据传送周期的第i个无线终端20的邻接终端的这样的周期(步骤S35)。此后，故障原因判断单元13使终端i的数量递增1(步骤S36)并再次执行步骤S33的处理。
[0081]相反地，当在第i个无线终端20的所有数据传送周期中的每一个内存在来自邻接终端的至少一次数据传送(步骤S34:是)时，省略上述步骤S35的处理。当变量i的值大于总终端数(步骤S33:否)时，收集终端10结束一系列虚数据传送周期分配处理。
[0082]如上面所说明的，收集终端10包括故障原因判断单元13。故障原因判断单元13根据数据传送周期和无线终端20的数量，按照如下方式来确定无线终端20的虚数据传送周期:关于多个无线终端20a至20f当中的具有最短数据传送周期的无线终端20b的数据传送周期，从能够与无线终端20b进行终端间通信的无线终端20c、20a和20d传送上述虚数据。无线终端20c、20a和20d中的每一个均包括传送单元25，传送单元25通过使用由故障原因判断单元13确定的虚数据传送周期来向收集终端10传送虚数据。
[0083]采用这些布置，至少一个邻接终端在具有最短传送周期的无线终端20b的任何周期内传送数据。因此，甚至当具有最短传送周期的无线终端20b发生故障时，收集终端10也能够迅速地向邻接终端通知故障的发生。此外，收集终端10还能够以穷尽的方式向每个无线终端20的邻接终端通知无线通信系统2中所包括的任何无线终端20发生故障。此外，不同于第三变型示例，关于具有最短周期的无线终端20的数据传送周期，如果至少一个无线终端20在每个传送周期内处于活动状态就是足够的。由于此原因，从无线终端20传送虚数据的频率较低。结果，使得正常的无线终端20转变为活动模式的次数减少，并且因此可以实现能够进一步节省电力的配置。此外，通过转变为活动模式而消耗电力的无线终端20均匀分布，而不是以单个终端为中心。因此，可以避免如下情况:仅特定无线终端20在早期阶段消耗电力以及停止工作。
[0084]如上面所说明的，仅当终端之一发生了故障时，无线终端20才转变为共同的活动模式。因此，可以显著降低判断故障的原因所用的电力。图17是用于说明无线通信系统I和2的有益效果的图。如图17所示，在相关方法中，每传送周期L的活动时段(ms)为LI(时间裕度+信标长度)+L2(数据长度+ACK长度)+L3(时间裕度+故障诊断部分长度)。相比之下，根据第一变型示例，活动时段减小至L1+L2，而根据上述实施例，活动时段减小至L2。例如，当假设对应于10分钟的传送周期和1ppm的定时器精度水平的时间裕度为“12ms”、而假设在网络中的无线终端的数量为100时所需的故障诊断部分长度为“131ms”时，相关示例中的活动时段为“166ms”。相比之下，在第一变型示例中，活动时段减小至“23ms”。此外，根据本实施例，活动时段减小至“10ms”那样短。此外，当用纽扣电池的寿命来计算效率时，在相关示例中电池的寿命为大约一年，而根据上述实施例和变型示例电池的寿命延长至大约五年到十年。
[0085]在示例性实施例和变型示例中，假设无线通信网络为传感器网络。然而，只要无线终端在网络中执行间歇操作，无线通信系统I和2就可应用于任何其他网络，诸如自组织网络或网状网络。此外，除了农业用地的温度和湿度数据或气量计的仪表读数数据之外，收集终端10从无线终端20收集的数据可以是测量土壤含水量的数据或用于生物学研究的测量数据。
[0086]此外，无线终端不一定为传感器节点；可以将无线通信系统I和2的故障原因判断技术应用于进行无线通信的各种类型的通信装置，诸如平板终端、智能电话、便携式电话、个人数字助理(PDA)等。为了判断故障的原因，收集终端10判断故障的原因在于无线终端自身的缺陷还是无线链路的故障。然而，当无线终端不能经由其任何邻接终端向收集终端10传送响应回复信号时，存在以下可能:除了有缺陷的无线终端之外，即使无线终端自身没有缺陷，无线终端也可能由于存在阻挡物等而处于不能够与任何其他无线终端进行无线通信的状态。因此，当收集终端10没有从无线终端接收到响应回复信号时，系统管理者等可以通过视觉上检查在其安装位置等的无线终端，以补充的方式检查无线终端实际上是否有缺陷。采用该布置，可以更准确地识别故障的原因。
[0087]在上述示例性实施例和变型示例中，不一定如附图所示的那样物理上配置无线通信系统I和2的构成元件。换言之，设备的分布和集成的具体模式不限于图中所示的模式。可接受根据各种负荷和使用状态来以任意单位在功能上或物理上分布或集成设备的全部或部分。例如，图5所示的故障检测时段设置单元22和间歇操作定时器23可以被集成到一起来作为一个构成元件。相反地，图4所示的故障原因判断单元13可以被分布到例如如下部分中:通过执行终端间通信来判断故障的原因的部分、以及根据最短数据传送周期和邻接终端的数量来确定邻接终端的虚数据传送周期的部分。此外，存储器1b可以经由网络或线缆被连接，作为收集终端10的外部装置。
[0088]此外，在上面的描述中，针对各个示例性实施例和变型示例中的每一个说明各个配置和操作。然而，根据示例性实施例和变型示例的无线通信系统I和2中的每一个还可以包括任何其他实施例或变型示例所特有的任何构成元件。可接受以任意模式将任何示例性实施例与变型示例组合在一起，诸如不仅组合两个示例，而且组合三个或更多个示例。例如，根据第一变型示例的使用信标信号的故障通知功能不仅适用于该实施例，还适用于第二变型示例。此外，只要无线通信系统I和2均能够在彼此不冲突的情况下运行，无线通信系统I和2还可以均包括在上述示例性实施例以及第一至第四变型示例中说明的全部构成元件。
[0089]根据本公开内容的无线通信系统、无线通信设备和无线通信方法中的至少一个方面，可以降低电力消耗。
【主权项】
1.一种无线通信系统，包括无线通信设备以及能够与所述无线通信设备进行无线通信的第一终端和第二终端，其中， 所述无线通信设备包括: 检测单元，其检测来自所述第一终端的数据未送达；以及 第一传送单元，当检测到所述数据未送达时，所述第一传送单元向所述第二终端传送使得所述第二终端转变为可通信状态的信息，以及 所述第一终端包括第一转变单元，当未能接收到响应于数据传送而发出的响应信号时，所述第一转变单元使得所述第一终端在所述数据传送的周期内的预定时间段内转变为可通信状态，并且 所述第二终端包括第二转变单元，在接收到所述信息时，所述第二转变单元使得所述第二终端在所述第一终端与所述第二终端之间共同的所述预定时间段内转变为所述可通信状态。2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，使得转变为所述可通信状态的所述信息被添加到响应于从所述第二终端传送的数据而发出的响应信号中。3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，使得转变为所述可通信状态的所述信息被添加到从所述无线通信设备向所述第二终端传送的同步信号中。4.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述第二终端是能够与所述第一终端进行终端间通信的无线终端。5.根据权利要求1所述的无线通信系统，包括:包含所述第一终端和所述第二终端的多个无线终端，其中， 所述无线终端中的每一个还包括第二传送单元，所述第二传送单元在所述多个无线终端当中具有最短数据传送周期的这样的无线终端的数据传送周期内，向所述无线通信设备传送虚数据，并且 当检测到所述数据未送达时，所述第一传送单元通过将使得转变为所述可通信状态的所述信息添加到响应于所述虚数据而发出的响应信号中，向所述无线终端传送所述信息。6.根据权利要求1所述的无线通信系统，包括:包含所述第一终端和所述第二终端的多个无线终端，其中， 所述无线通信设备还包括确定单元，为了确保在所述多个无线终端当中具有最短数据传送周期的这样的无线终端的数据传送周期内从能够与这样的无线终端进行无线通信的所述无线终端中的另一无线终端传送所述虚数据，所述确定单元根据所述数据传送周期和所述无线终端的数量来确定来自所述另一无线终端的虚数据的传送周期，并且 所述另一无线终端包括第二传送单元，当接收到关于所述确定单元所确定的所述虚数据的传送周期的指示时，所述第二传送单元在所指示的传送周期内向所述无线通信设备传送所述虚数据。7.一种无线通信设备，所述无线通信设备能够与第一终端和第二终端进行无线通信，所述无线通信设备包括: 检测单元，其检测来自所述第一终端的数据未送达；以及 传送单元，当检测到所述数据未送达时，所述传送单元通过向所述第二终端传送使得所述第二终端转变为可通信状态的信息，来使得所述第二终端在预定时间段内转变为所述可通信状态，其中所述预定时间段处于向所述无线通信设备的数据传送的周期内并且在所述第一终端与所述第二终端之间是共同的。8.—种由无线通信系统实现的无线通信方法，所述无线通信系统包括无线通信设备以及能够与所述无线通信设备进行无线通信的第一终端和第二终端，其中所述无线通信设备执行如下处理: 检测来自所述第一终端的数据未送达;并且 当检测到所述数据未送达时，向所述第二终端传送使得所述第二终端转变为可通信状态的信息，以及 当未能接收到响应于数据传送而发出的响应信号时，所述第一终端执行使得所述第一终端在所述数据传送的周期内的预定时间段内转变为可通信状态的处理，并且 在接收到所述信息时，所述第二终端执行使得所述第二终端在所述第一终端与所述第二终端之间共同的所述预定时间段内转变为所述可通信状态的处理。
【文档编号】H04W24/04GK106060857SQ201610182852
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月28日 公开号201610182852.6, CN 106060857 A, CN 106060857A, CN 201610182852, CN-A-106060857, CN106060857 A, CN106060857A, CN201610182852, CN201610182852.6
【发明人】温允, 藤田裕志
【申请人】富士通株式会社