专利名称：无线通信系统、无线通信控制方法和无线通信装置的制作方法
技术领域：
本文讨论的实施方式涉及无线通信系统、无线通信控制方法和无线通信装置。
背景技术：
最近几年，经由多个中继节点连接到目的地节点的多跳无线通信系统备受关注。在多跳无线通信系统中，各节点使用CSMA/CA (Carrier Sense Multiple AccesswithCollision Avoidance:带碰撞避免的载波侦听多址访问)方案自主地进行通信。在CSMA/CA中，在进行通信之前，各节点执行载波侦听，并且监视RSSI (ReceivedSignal Strength Indication:接收信号强度指示)。随后,在检测到等于或者小于特定值的RSSI或者未检测到RSSI的情况下，各节点确定其它节点没有进行发送，并且该节点进行数据发送。然而，在这个方法中，与位于可以与目的地节点进行直接通信的范围内的节点发生数据冲突，并且难以检测到发送节点发送载波侦听。也就是说，在发送节点和从发送节点的接收功率等于或者小于阈值的节点(在下文称为“隐藏终端”)之间发生分组冲突，并且例如，发生分组无法到达目的地的现象。作为在这种无线通信系·统中有效发送分组的技术，例如，已知各节点请求用于时间分配的时隙中的通信时间区域并且基于跳转数量唯一地确定分配时间的技术。另外，已知可以通过一跳与目的地节点进行通信的节点使用时分复用方案发送分组而其它节点在与时分时隙不同的区域中使用CSMA/CA方案发送分组的技术。专利文件1:日本特开N0.2008-228178号公报专利文件2:日本特开N0.2011-188095号公报然而，在相关技术中，在通过从目的地节点的相同跳数发送分组的节点之间分组冲突的可能性高，并且用于生成节点的成本变得更高，因此存在难以抑制分组冲突的问题。例如，在基于跳转数量唯一地确定分配时间的技术中，通过从目的地节点的相同跳转数量向目的地节点发送分组的全部节点在相同时刻开始分组发送。因此，在相同跳转中隐藏终端关系的节点之间发生分组冲突的可能性高。另外，在使用时分复用方案的技术中，在一个节点中安装有时分复用方案和CSMA/CA方案二者，因此成本变得更高。因此，本发明的实施方式的一个方面的目的是提供可以抑制分组冲突的无线通信系统、无线通信控制方法和无线通信装置。
发明内容
根据本发明的方面，一种无线通信系统，在该无线通信系统中多个节点形成多跳无线网络，其中，各节点包括:第一发送单元，该第一发送单元向目的地节点发送表示本节点是要请求分组发送的节点的注册分组；以及第二发送单元，该第二发送单元在从所述目的地节点报告的发送时间内向所述目的地节点发送分组，并且所述目的地节点包括:计算单元，该计算单元从所述各节点接收注册分组，并且针对经过能够与所述目的地节点直接通信的邻节点的各路径，计算在各路径中发生的业务量；分配单元，该分配单元基于所述计算单元计算出的所述各路径的业务量，向所述各路径分配发送分组的发送时间；以及报告单元，该报告单元向所述各节点报告所述分配单元分配的所述发送时间。
图1是例示了根据第一实施方式的无线通信系统的整体构造示例的图；图2是例示了根据第一实施方式的网关和节点的硬件构造示例的图；图3是例示了根据第一实施方式的节点的构造的功能框图；图4是例示了注册分组的格式示例的图；图5是例示了根据第一实施方式的网关的构造的功能框图；图6是例示了 分配报告分组的格式示例的图；图7是例示了根据第一实施方式的GW执行的处理的流程的流程图；图8是例示了根据第一实施方式的无线通信系统执行的处理顺序的图；图9是例示了根据第一实施方式的无线通信系统执行的处理顺序的图；图10是例示了具体节点构造示例的图；图11是例示了具体发送时间分配示例的图；图12是用于说明在使用相关技术的情况下的平均冲突率的图；图13是用于说明在使用第一实施方式的情况下的平均冲突率的图；以及图14是例示了计算结果的图。
具体实施例方式将参照
优选实施方式。并且，本发明不限于这些实施方式。[a]第一实施方式整体构造示例图1是例示了根据第一实施方式的无线通信系统的整体构造示例的图。如图1所例示，在该无线通信系统中，有线网络5和无线多跳网络6经由网关装置(GW) 10连接。另夕卜，图1中例示的装置的附图标记仅仅是示例并且不限于这些。有线网络5是用于根据IP (因特网协议)等执行数据通信的IP网络，并且包括连接到GW 10的管理服务器5a。管理服务器5a是收集在无线多跳网络6中检测到的数据并且执行无线多跳网络6的各节点的电源管理和异常检测的服务器装置。Gff 10是收集来自无线多跳网络6中的各节点的数据并且将数据发送到管理服务器5a的装置，并且具有执行无线通信的功能和使用LAN (局域网)等执行通信的功能。无线多跳网络6是用形成点对点(ad-hoc)网络的多个节点构造成的无线网络。在图1的情况下，无线多跳网络6由节点八、8、(:、03、？、6、!1、1、1和1(构成。图1例示的各节点是使用CSMA/CA方案发送分组的无线通信终端。另外，各节点在该节点内部或者外部具有诸如电量计、加速度传感器和温度传感器的各种传感器。另外，各节点向GW 10发送包括各个传感器所感测到的值的传感器值的数据分组。在此，节点A是可以与GW 10直接通信的邻节点，节点B是经由节点A向GWlO发送数据的节点，而节点C和D是依次经由节点B和A向GW 10发送数据的节点。另外，节点E是可以与GW 10直接通信的邻节点，节点F是经由节点E向GW 10发送数据的节点，而节点G是依次经由节点F和E向GW 10发送数据的节点。另外，节点H是可以与GW 10直接通信的邻节点，节点I和K是经由节点H向GW 10发送数据的节点，而节点J是依次经过节点I和H向GW 10发送数据的节点。另外，位于GW 10可以检测到无线电波的位置处的邻节点(诸如节点A)被称为“ I跳节点”，而除I跳节点之外的其它节点被称为“多跳节点”。另外，各节点与邻节点交换包括自身所保持的路径信息的诸如HELLO分组的控制消息，从而自治地更新路径信息并且形成到目的地节点的路径。在此，各节点可以动态地自动生成路径信息或者可以例如由管理员手动地更新路径信息。在这种无线多跳网络中，各节点向GW 10发送表示本节点(local node)请求发送分组的节点的注册分组。另外，各节点在从GW 10报告的发送时间内向GW 10发送分组。Gff 10从各节点接收注册分组并且计算在通过可以与GW 10直接通信的邻节点的各路径中要发生的业务量。另外，GW 10基于针对各路径计算出的业务量向各路径分配发送分组的发送时间。另外，GW 10向各节点报告所分配的发送时间。因而，根据第一实施方式的GW 10可以向包括邻节点的各路径分配发送时间。另夕卜，各节点可以在从GW 10分配的发送时间的范围内进行分组发送。也就是说，由于向大业务量的节点分配不同的资源，所以即使在隐藏终端关系中也可以降低分组冲突概率，并且可以提高容量。结果，可以抑制分组冲 突。硬件构造图2是例示了根据第一实施方式的网关和节点的硬件构造示例的图。另外，网关和节点具有相似构造，并且将在以下作为终端I说明。终端I包括天线la、RF处理单元lb、A/D转换单元lc、基带处理单元Id、处理器le、存储器If和D/A转换单元lg。天线Ia是向目的地发送与数据相对应的作为无线电波的信号并且接收与数据相对应的作为无线电波的信号的硬件。另外，示例性硬件仅仅是示例并且不限于此，并且可以包括诸如调制单元的硬件。另外，除了图2例示的硬件，GW 10包括例如连接到有线网络的接口。RF处理单元Ib例如是将天线Ia接收到的RF信号转换为IF信号等，将其放大，随后将结果输出到A/D转换单元Ic的电路。另外，例如，RF处理单元Ib是将从D/A转换单元Ig输入的数字信号转换为RF信号等，将其放大，随后使结果从天线Ia输出的电路。例如，A/D转换单元Ic是将从RF处理单元Ib输入的诸如IF信号的模拟信号转换为数字信号并且将其输出到基带处理单元Id的电路。基带处理单元Id是对从A/D转换单元Ic输入的数字信号进行解调处理或者误差校正处理的电路。另外，基带处理单元Id对从处理器Ie输入的数据执行例如调制处理并且将结果输出到D/A转换单元lg。处理器Ie是诸如CPU (中央处理单元)和DSP (数字信号处理器)的处理器并且管理终端I的总体控制。该处理器Ie对从基带处理单元Id输出的数字信号进行例如图3或者图5中例示的各功能单元所执行的处理。另外，处理器Ie生成作为发送对象的数据并且将其输出到基带处理单元Id。存储器If是存储例如处理器Ie执行的程序、处理器Ie所使用的数据、以及各种信息的存储装置。例如，存储器If存储图3中例示的分配信息存储单元57中存储的信息或者图5中例示的按路径业务量存储单元12中存储的信息。D/A转换单元Ig是将从基带处理单元Id输出的数字信号转换为模拟信号并且将其输出到RF处理单元Ib的电路。节点构造图3是例示了根据第一实施方式的节点的构造的功能框图。图1中例示的各节点具有相似的构造，因此将各节点作为节点50进行说明。另外，此处例示的各处理单元仅仅是示例，并不限于此。如图3所例示的，节点50包括分组类型判定单元51、转发处理单元52、连接GW确定单元53和注册分组生成单元54。另外，节点50包括分配信息读取单元55、分配信息转发处理单元56、分配信息存储单元57、发送定时确定单元58、用户数据处理单元59、分组生成单元60和分组发送单元61。分组类型判定单元51是判定接收到的分组的类型并且将接收到的分组输出至与该类型相对应的处理单元的处理单元。例如，分组类型判定单元51提取接收到的分组的报头中所包括的表示分组类型的信息。随后，在识别符表示分组类型是“分配报告”的情况下，分组类型判定单元51将接收到的分组输出到分配信息读取单元55。另外，在识别符表示分组类型是诸如“HELLO”的控制消息的情况下，分组类型判定单元51将接收到的分组输出到连接GW确定单元53。另外，在识别符表示分组类型是单播并且目的地不是本节点的转发对象分组的情况下，分组类型判定单元51将接收到的分组输出到转发处理单元52。也就是说，转发对象分组从分组类型判定单元51输出到转发处理单元52。另外，路径信息分组从分组类型判定单元51输出到连接GW确定单元53。分配报告分组从分组类型判定单元51输出到分配信息读取单元55。指向本节点的数据分组从分组类型判定单元51输出到用户数据处理单元59。转发处理单 元52执行将从分组类型判定单元51输入的转发对象分组转发到指向目的地的邻节点的处理。例如，在接收到从受控节点发送的数据分组的情况下，转发处理单元52将数据分组转发到指向GW 10的路径节点。该转发处理单元52转发诸如传感器数据分组和注册分组的单播分组。另外，由于分配报告分组是广播分组，所以一旦接收到分配报告分组，重新发送该分配报告分组。因此，分配报告分组不经过转发处理单元52。在说明转发方法的示例时，转发处理单元52将例如输入分组的报头中所包括的“相邻目的地”重写到与本节点相邻的转发目的地节点的地址信息中，将“相邻发送源”重写到本节点的地址信息中并且将其输出到分组发送单元61。也就是说，转发处理单元52不重写表示最终目的地或者分组生成源的全局信息，而重写表示转发目的地或者转发源的局部信息(local information)并且将结果转发到下一节点。另外，指定转发目的地节点的路径信息由例如连接GW确定单元53 (以下描述)生成并且存储在例如存储器中。连接GW确定单元53是基于与邻节点交换的路径信息确定连接目的地的GW的处理单元。另外，连接GW确定单元53是用确定用于向连接目的地GW进行发送的第一转发目的地节点的处理单元。也就是说，连接GW确定单元53确定识别代表终端(以下描述)的代表终端ID。在接收到分配信息的情况下，该代表终端ID是识别自身装置所属的组的信息。例如，连接GW确定单元53从分组类型判定单元51所输入的各HELLO分组提取路径信息并且将其存储在存储器等中。随后，连接GW确定单元53从提取的路径信息中确定作为连接目的地的GW 10并且向注册分组生成单元54报告确定了 GW10。另外，连接GW确定单元53根据提取的路径信息生成路由表并且将其存储在存储器等中。另外，连接GW确定单元53可以使用跳转数量或者路径质量，确定连接目的地GW并且生成路由表。作为示例，在从邻节点接收到报告GW 10是连接目的地的分组的情况下，连接GW确定单元53确定连接目的地GW。另外，连接GW确定单元53可以使用路径信息等生成拓扑信息，并且确定拓扑信息的路由节点为连接目的地GW。另外，连接GW确定单元53可以以更小跳转数量的路径顺序确定到连接目的地GW的路径或者以HELLO分组等报告的路径质量的顺序确定到连接目的地GW的路径。注册分组生成单元54是生成包括节点50要发送的业务量的注册分组的处理单元。例如，当连接GW确定单元53确定了连接目的地GW时，注册分组生成单元54生成注册分组并且将其输出到分组发送单元61。在此，将说明所生成的注册分组。图4是例示了注册分组的格式示例的图。如图4所例示的，注册分组包括“相邻目的地、相邻发送源、最终目的地、注册分组发送源、分组类型和要发生的业务量”。“相邻目的地”是表示转发目的地节点的地址信息，并且例如，在节点50的邻节点是节点A的情况下，存储节点A的地址信息。“相邻发送源”是表示转发源节点的地址信息，并且例如，在节点50向节点A转发从节点C接收到的注册分组的情况下，存储节点50的地址信息。在转发定时重写这些“相邻目的地”和“相邻发送源”。“最终目的地”是表示注册分组的目的地的信息并且存储GW 10的地址信息。“注册分组发送源”存储生成注册分组的节点的地址信息。“分组类型”存储指定分组类型的识别符并且在注册分组的情况下存储“注册”。“要发生的业务量”表示节点50要发送的数据量并且例如存储比特数。另外，例如管理者把要发生的业务量保持在存储器等中。分配信息读取单元55是从分组类型判定单元51输出的分配报告分组读取本节点可以发送数据的时间段的处理单元。例如，分配信息读取单元55从分配报告分组读取诸如发送开始之后60秒到120秒之间的时间段的信息，并且将其存储在分配信息存储单元57中作为可以进行发送的时间段。分配信息转发处理单元56是执行将接收到的分配信息转发到受控节点的处理的处理单元。例如，分配信息转发处理单元56使用分配信息读取单元55读取的分配信息生成分配报告分组。此时，分配信息转发处理单元56广播相邻目的地和最终目的地并且将各区域的代表终端ID变更为自身装置的ID。分配信息存储单元57是存储分配信息读取单元55所存储的时间段的存储单元。另外，分配信息存储单元57存储无线多跳网络的各节点共同保持的发送开始时间。作为示例，分配信息存储单元57存储例如10:00、11:00或者12:00作为包括传感器数据的分组的发送开始时间。发送定时确定单元58是检测本节点的分组发送开始时间的处理单元。例如，当信息存储在分配信息存储单元57中时，发送定时确定单元58读取所存储的发送开始时间和可以进行发送的时间段。随后，发送定时确定单元58在分配的发送时间中确定随机时刻作为发送定时，监 视节点50测得的时间信息，并且当本节点中到了可以进行发送的时间时，指示分组生成单元60生成分组。随后，当可以进行发送的时间段已过去时，发送定时确定单元58使分组生成单元60结束分组生成。
当使用上述示例进行说明时，在检测到是10:00的情况下，发送定时确定单元58等待直到经过了作为分配给本节点的时间的60秒，也就是直至10:01。随后，当检测到10:01时，发送定时确定单元58指示分组生成单元60生成分组。此后，当检测到10:02时，发送定时确定单元58使分组生成单元60结束分组生成。用户数据处理单元59是从例如节点50中保持的传感器或者连接到节点50外部的传感器获取传感器值的处理单元。例如，用户数据处理单元59执行各种应用，获取传感器感测到的值并且将其输出到分组生成单元60。分组生成单元60是生成包括传感器值的数据分组的处理单元。例如，分组生成单元60从用户数据处理单元59接收传感器值。随后，在发送定时确定单元58给出了生成分组的指示的情况下，分组生成单元60生成包括传感器值的数据分组并且将结果输出到分组发送单元61。在此之后，在发送定时确定单元58给出了结束分组生成的指示的情况下，分组生成单元60结束数据分组生成。分组发送单元61是向目的地发送各种分组的处理单元。例如，分组发送单元61将从转发处理单元52输入的转发对象分组、从注册分组生成单元54输入的注册分组、从分组生成单元60输入的数据分组和从分配信息转发处理单元56输入的分配报告分组发送到目的地。另外，当发送各分组时，分组发送单元61执行载波侦听，检查信道是否可用，然后执行发送。Gff 构造图5是例示了根据第一实施方式的网关的构造的功能框图。此处例示的各处理单元仅仅是示例，并不限于此。如图5中所例示的，GW 10包括分组类型判定单元10a、转发处理单元10b、按路径计数单元11、按路径业 务量存储单元12、发送时间分配单元13、分配信息生成单元14、用户数据处理单元15和分组发送单元16。分组类型判定单元IOa是判定接收到的分组的类型并且将接收到的分组输出到与该类型相对应的处理单元的处理单元。例如，分组类型判定单元IOa提取表示接收到的分组的报头中所包括的分组类型的信息。随后，在识别符表示分组类型是“注册分组”的情况下，分组类型判定单元IOa将接收到的分组输出到按路径计数单元11。随后，在识别符表示分组类型是“数据分组”的情况下，分组类型判定单元51将接收到的分组输出到转发处理单元10b。转发处理单元IOb是把从分组类型判定单元IOa输出的数据分组转发到管理服务器5a等的处理单元。例如，在接收到从各节点发送的诸如传感器数据的数据分组的情况下，转发处理单元IOb将接收到的分组转发到管理服务器5a。另外，转发处理单元IOb将从管理服务器5a发送的分组转发到各节点。按路径计数单元11是计算各路径的业务量并且将其存储在按路径业务量存储单元12中的处理单元。更具体而言，按路径计数单元11计算各I跳节点的业务量。也就是说，按路径计数单元11使用经过I跳节点的多个节点作为一组，计算无线多跳网络中各组的业务量。在图1的情况下，作为经过节点A的路径，按路径计数单元11使用节点A、B、C和D作为一组来计算业务量。类似地，作为经过节点E的路径，按路径计数单元11使用节点E、F和G作为一组来计算业务量。类似地，作为经过节点H的路径，按路径计数单元11使用节点H、1、J和K作为一组来计算业务量。接着，将说明业务量的计算示例。按路径计数单元11计算从各节点A、B、C和D接收到的注册分组的“要发生的业务量”中存储的比特数之和作为业务量。作为另一示例，按路径计数单元11可以计算经由节点A接收的注册分组数量作为业务量。对于图1中的经过节点A的组，业务量被计算为4。另外，按路径计数单元11可以按照接收到的注册分组的“相邻发送源”识别注册分组经过哪个I跳节点。返回图5，按路径业务量存储单元12是存储按路径计数单元11存储的按路径业务量的存储单元。例如，按路径业务量存储单元12存储包括节点A的路径的业务量是350比特数量，包括节点E的路径的业务量是200比特数量，而包括节点H的路径的业务量是450比特数量。作为另一个示例，在使用节点数量的情况下，按路径业务量存储单元12存储包括节点A的路径的业务量是4，包括节点E的路径的业务量是3并且包括节点H的路径的业务量是4。发送时间分配单元13是用于基于按路径计数单元11计算出的各路径的业务量，向各路径分配分组发送的发送时间的处理单元。更具体地，发送时间分配单元13参照按路径业务量存储单元12中存储的信息，在可以向GW 10发送数据的时间段范围内，以业务量越多的路径具有越多的发送时间的方式分配发送时间。例如，假定GW 10可以接收数据的时间段是5分钟，包括节点A的路径的业务量是350比特数量，包括节点E的路径的业务量是200比特数量，而包括节点H的路径的业务量是450比特数量。在此情况下，发送时间分配单元13计算节点A的组的业务量与全部业务量的比为“350/( 350+200+450)=0.35”。类似地，发送时间分配单元13计算节点E的组的业务量与全部业务量的比为“200/(350+200+450)=0.2”。类似地，发送时间分配单元13计算节点H的组的业务量与全部业务量的比为“450/(350+200+450)=0.45”。随后，在GW 10可以接收数据的5分钟(300秒)中，发送时间分配单元13计算节点A的组可以执行发送的时间段为“300秒X0.35=105秒”。类似地，在GW 10可以接收数据的5分钟(300秒)中，发送时间分配单元13计算节点E的组可以执行发送的时间段为“300秒X0.2=60秒”。类似地，在GW 10可以接收数据的5分钟(300秒)中，发送时间分配单元13计算节点H的组可以执行发送的时间段为“300秒X0.45=135秒”。结果，发送时间分配单元13向节点A的组分配从发送开始到105秒的时间段。另夕卜，发送时间分配单元13向节点E的组分配从发送开始之后105秒起到165秒的时间段。另外，发送时间分配单元13向节点H的组分配从发送开始之后165秒起到300秒的时间段。随后，发送时间分配单元13向分配信息生成单元14报告分配给各路径的时间段。分配信息生成单元14是生成向各节点报告发送时间分配单元13所分配的发送时间的分配报告分组的处理单元。更具体地，分配信息生成单元14生成包括从发送时间分配单元13报告的按路径发送时间的分组，并且将这些分组输出到分组发送单元13。在此，将说明分配报告分组。图6是例示了分配报告分组的格式示例的示图。如图6所例示，分配报告分组包括“相邻目的地、相邻发送源、最终目的地、分组发送源、分组类型和各区域的代表终端ID/分配时间”。“相邻目的地”是表示转发目的地节点的地址信息，并且例如，在从GW 10进行发送的情况下，存储广播地址。“相邻发送源”是表示转发源节点的地址信息。在转发定时重写这些“相邻目的地”和“相邻发送源”。“最终目的地”是表示分配报告分组的目的地的信息并且存储例如广播地址。“分组发送源”存储生成分配报告分组的GW 10的地址信息。“分组类型”存储指定分组类型的识别符并且在分配报告分组的情况下存储“分配报告”。“各区域的代表终端ID”是I跳节点的地址信息并且由例如按照I跳节点的数量来准备“各区域的代表终端ID”。“分配时间”存储从分配信息生成单元14报告的发送时间。例如，在以上示例的情况中，“各区域的代表终端ID”存储“节点A的地址信息”并且“分配时间”存储“从发送开始之后O秒起到105秒”的时间段。类似地，“各区域的代表终端ID”存储“节点E的地址信息”并且“分配时间”存储“从发送开始之后105秒起到165秒”的时间段。类似地，“各区域的代表终端ID”存储“节点H的地址信息”并且“分配时间”存储“从发送开始之后165秒起到300秒”的时间段。返回图5，用户数据处理单元15是执行各种应用并且生成各种分组的处理单元。例如，用户数据处理单元15生成报告本节点是连接目的地GW的分组和控制各节点或者连接到各节点的传感器的电源的分组，并且将这些分组输出到分组发送单元16。分组发送单元16是发送从分配信息生成单元14输入的分配报告分组和从用户数据处理单元15输入的各种分组的处理单元。例如，当发送各分组时，分组发送单元16执行载波侦听，确认信道可用之后发送上述各种分组。处理流程接着，将说明无线通信系统中的处理流程。在此，将说明GW 10中执行的处理和在无线通信系统中执行的处理序列的流程。Gff执行的处理流程图7是例示了根据第一实施方式的GW执行的处理流程的流程图。如图7所例示，当在业务量测量时间段接收到注册分组时(S101中为肯定且S102中为肯定)，GW 10的按路径计数单元11测量业务量(103)并且返回S101。另外，每次接收到注册分组时，Gff 10的按路径计数单元11针对注册分组中包括的各“相邻发送源”计算要存储在按路径业务量存储单元12中的业务量。另外，当不在业务量测量时间段(S101为否定)，业务量测量时间段结束(S104为肯定)并且接收到注册分组(S105为肯定)时，按路径计数单元11将分配时间复位(S106)。随后，在开始业务量测量之后(S107)，按路径计数单元11返回到SlOl并且重复随后处理。另外，当在业务量测量时间段结束的状态下未接收到注册分组(S104为否定)时，按路径计数单元11结束业务量测量(S108)。之后，发送时间分配单元13基于按路径计数单元11计算出的各路径的业务量，向各路径分配用于分组发送的发送时间(S109)。随后，分配信息生成单元14生成向各节点报告发送时间分配单元13所分配的发送时间的分配报告分组(S110)。随后，在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S111)，分组发送单元16向各节点发送分配信息生成单元14所生成的分配报告分组(S112)。另外，可以在从新节点接收到注册分组的情况下执行图7中的处理。另外，图7中的处理可以周期性地执 行，可以在任意定时执行或者在检测到了添加或删除节点的情况下执行。
顺序图8和图9是例示了根据第一实施方式的无线通信系统中执行的处理顺序。另外，在图8和图9中，尽管I跳节点和经由该I跳节点向GW 10发送数据的受控节点分开例示，但是这两个节点都采用图3例示的构造，因此将使用图3中说明的处理单元和附图标记来进行说明。如图8所示，I跳节点的分组发送单元61与可以通过一跳进行通信的GW 10以及各受控节点交换包括路径信息的HELLO分组并且形成路径信息(S201到S203)。随后，连接GW确定单元53基于所形成的路径信息等确定作为连接目的地的GW 10(S204)。此后，注册分组生成单元54生成包括本节点要发送的业务量的注册分组(S205)。随后，在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S206)，分组发送单元61向GW 10发送注册分组(S207和S208)。Gff 10的按路径计数单元11基于从I跳节点发送的注册分组计算经过I跳节点的各路径的业务量，并且将其存储在按路径业务量存储单元12中(S209)。也就是说，按路径计数单元11从注册分组提取“相邻发送源”和“要发生的业务量”，计算经过I跳节点的各路径的业务量之和并且将结果存储在按路径业务量存储单元12中。另外，不仅仅GW 10，而且与I跳节点可以直接通信的受控节点也接收从I跳节点发送的注册分组。然而，由于注册分组中包括的“最终目的地”或者“相邻目的地”不存储本节点的地址信息，所以受控节点判定接收到的注册分组为不转发的分组并且丢弃接收到的注册信息。
另外，受控节点的分组发送单元61与可以通过一跳通信的I跳节点以及各受控节点交换包括路径信息的HELLO分组并且形成路径信息(S210和S211)。随后，受控节点的连接GW确定单元53基于所形成的路径信息等确定作为连接目的地的GW10(S212)。此后，受控节点的注册分组生成单元54生成包括本节点要发送的业务量的注册分组(S213)。随后，在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S214)，受控节点的分组发送单元61向GW 10发送所生成的注册分组(S215和S216)。在I跳节点的分组类型判定单元51将从受控节点接收的注册分组判定为转发对象并且分组发送单元61执行载波侦听并且确认通道可用(S217)之后，执行S218和S219。也就是说，在转发处理单元52执行转发处理之后，分组发送单元61将注册分组转发到目的地 GW 10。此时，I跳节点的转发处理单元52用邻节点的地址信息重写“相邻目的地”并且用本节点的地址信息进一步重写“相邻发送源”。另外，不仅仅在I跳节点中，而且在可以与受控节点直接通信的其它受控节点中接收到从受控节点发送的注册分组。然而，如上所述，由于注册分组中包括的“最终目的地”或者“相邻目的地”不存储本节点的地址信息，所以其它受控节点将接收到的注册分组判定为不转发的分组并且丢弃接收到的注册信息。Gff 10的按路径计数单元11基于从I跳节点发送的注册分组计算经过I跳节点的各路径的业务量，并且将其存储在按路径业务量存储单元12中(S220)。之后，Gff 10的发送时间分配单元13基于按路径计数单元11计算出的各路径的业务量，向各路径分配用于分组发送的发送时间(S221)。随后，分配信息生成单元14生成向各节点报告发送时间分配单元13分配的发送时间的分配报告分组(S222)。此后，分组发送单元16执行载波侦听并且确认信道可用(S223)，接着执行分配信息生成单元14生成的分配报告分组的广播发送(S224和S225)。已接收到这个分配报告分组的I跳节点的分配信息读取单元55从接收到的分配报告分组的“各区域的代表终端ID/分配时间”提取指向本节点的信息，并且将其存储在分配信息存储单元57中(S226)。另外，I跳节点的分配信息转发处理单元56生成分配报告分组，并且在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S227)，分组发送单元61向受控节点发送接收到的分配报告分组(S228和S229)。此时，I跳节点的分配信息转发处理单元56可以删除与本节点的受控节点无关的其它组的“各区域的代表终端ID/分配时间”。另外，用本节点的地址信息重写“相邻发送源”。在此，类似地，尽管除了可以与I跳节点直接通信的受控节点之外，还在GW 10和I跳节点的其它受控节点中接收从I跳节点发送的分配报告分组，但是如果没有与GW 10和I跳节点的其它受控节点有关的信息，则分配报告分组被丢弃。另外，受控节点的分配信息读取单元55从接收自I跳节点的分配报告分组的“各区域的代表终端ID/分配时间”提取指向本节点的信息，并且将其存储在分配信息存储单元57中(S230)。在此，受控节点将接收到的分配报告分组中包括的“各区域的代表终端ID/分配时间”识别为分配给本节点的发送时间。另外，在分配报告分组中存在多项“各区域的代表终端ID/分配时间”的情况下，受控节点可以将与预先存储的I跳节点的地址信息相对应的“各区域的代表终端ID”相关联的“分配时间”识别为发送时间。另外，受控节点可以包括相邻父节点的地址而不是I跳节点的地址。在此情况下，分配报告分组的“各区域的代表终端ID”是发送源终端的地址。随后，如图9所例示，I跳节点的发送定时确定单元58检测到是分配给本节点的发送时间(S301)。接着，分组生成单元60生成包括传感器值的数据分组(S302)。随后，在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S303)，分组发送单元61向GW 10发送数据分组(S304和S305)。另外，尽管在GW 10之外接收到了该数据分组，但是由于以上说明的相同原因，该数据分组被丢弃。另外，受控 节 点的发送定时确定单元58检测到是分配给本节点的发送时间(S306 )。接着，分组生成单元60生成包括传感器值的数据分组(S307 )。随后，在执行载波侦听并且确认信道可用之后(S308)，分组发送单元61向GW 10发送数据分组(S309和S310)。另外，尽管在I跳节点之外接收到了该数据分组，但是由于以上说明的相同原因，该数据分组被丢弃。此后，在I跳节点的分组类型判定单元51将从受控节点接收到的数据分组判定作为转发对象，分组发送单元61执行载波侦听并且确认通道可用(S311)，随后，执行S312和S313。也就是说，在转发处理单元52中执行转发处理之后，分组发送单元61将数据分组转发到目的地GW 10。具体示例接着，将使用图10和图11说明以上发送时间分配的具体示例。在此，将说明基于节点的数量分配发送时间的示例。图10是例示了具体节点排列示例的图。图11是例示了具体发送时间分配示例的图。图10中例示的无线通信系统包括多个节点和GW。在多个节点中，节点A、B、C、D、E、F和G是可以与GW直接通信的I跳节点。另外，两个节点连接到节点A，作为经由节点A向GW发送分组的节点A的受控节点。类似地，三个节点连接到节点A，作为经由节点B向Gff发送分组的节点B的受控节点。类似地，两个节点连接到节点C，作为经由节点C向GW发送分组的节点C的受控节点。类似地，一个节点连接到节点D，作为经由节点D向GW发送分组的节点D的受控节点。节点E、F和G不具有受控节点。在这种状态下，当各节点被设置在预定位置并被激活时，各节点与邻节点交换包括路径信息的HELLO分组，以形成路径信息或者确定连接GW。例如，节点A与可以与本节点直接通信的各节点以及GW交换HELLO分组。随后，在确定连接目的地GW之后，各节点向GW发送注册分组。例如，各I跳节点向GW直接发送注册分组。另外，I跳节点用表明它是经过本节点的注册分组的“本节点地址信息”重写从本节点的受控节点接收到的注册分组的“相邻发送源”，接着将其转发到GW。此后，GW基于从各节点接收到的注册分组向各节点分配发送时间。例如，GW发现有三个注册分组经过节点A，四个注册分组经过节点B，三个注册分组经过节点C以及两个注册分组经过节点D。另外，Gff发现一个注册分组经过节点E、F和G中的每一个。由此，GW执行发送时间分配，使得节点B的组的发送时间最长，随后依次是节点A的组、节点C的组、节点D的组、节点E的组、节点F的组和节点G的组。图11例示了这种发送时间分配的结果。如图11所例示，GW将整个发送时间T的范围内的、从发送开始之后O秒到tl秒的时间段分配给节点A的组作为发送时间。另外，GW将从发送开始之后tl秒起到t2秒的时间段分配给节点B的组作为发送时间。GW将从发送开始之后t2秒起到t3秒的时间段分配给节点C的组作为发送时间。GW将从发送开始之后t3秒起到t4秒的时间段分配给节点D的组作为发送时间。此外，GW将其余时间分配给不具有受控节点的节点E、F和G。由此，可以基于随着受控节点的数量变得越多则向G更W发送的业务量越多的假定，分配发送时间。对于较多业务的节点，分配与业务量相对应的区域。对于较少业务量的节点，分配整个发送区域减去已分配时间之后的区域。由此，从属于节点A、B、C和D的节点发送的分组可以没有冲突地到达Gl另外，从不具有受控节点的节点E、F和G发送的分组可以避免与从其它节点发送的业务发生冲突，并且可以防止由于过量分配区域分类引起的分配信息膨胀。另外，可以按照任意方式设置发送从哪个组开始，例如按照从较小的装置号码开始。另外，在图10和图11中，根据受控节点的数量分配发送时间，因此不具有受控节点的节点E、F和G被作为同一组处理。然而，在基于要发送的比特数量分配发送时间的情况下，可以向各节点而不是由不具有受控节点的节点组合在一起定义的一个组分配发送时间。效果接着，将使用图12到图14说明以上实施方式的优点。图12是用于说明在使用相关技术的情况下的平均冲突率的图。图13是用于说明在使用第一实施方式的情况下的平均冲突率的图。图14是例示了计算结果的图。如图12所例示，在相关技术的情况下，全部节点在表示可以进行发送的时间段的整个分配窗口宽度(Tall)的范围内同时执行载波侦听，并且执行分组发送。因此，整个Tall是在可以进行发送的时间段中存在冲突可能性的持续时间。另外，如图13所 例示，在采用第一实施方式的情况下，在表示可以进行发送的时间段的整个分配窗口宽度(Tall)中，分配给各组的时间段是Ta，而其余时间段是Tb=Tall-Ta0该Ta是仅仅由被分配了该发送时间的组的节点执行分组发送的时间段，因此是可以抑制分组冲突的时间段(无冲突区域)。另外，Tb是不具有受控节点的节点同时执行分组发送的时间段，因此，是存在分组冲突的可能性的时间段(冲突区域)。也就是说，当比较图12和图13时，发现在使用第一实施方式的情况下，与相关技术相比，可以通过时间段Ta减少分组冲突的可能性。在此，将说明仿真结果。在此，节点的数量增加并且节点密度固定。另外，不具有受控节点的节点的数量(即，不是中继站的节点的数量)是固定的，与区域增加无关。另外，具有受控节点的节点的数量(即，是中继站的节点的数量)随着区域增加而增加。在这种条件下，图14例示了平均分组冲突率和总节点数量的比较结果。在此，在图14中，假设表示总发送时间的整个分配时隙是2000，总节点数量是(A) + (B)，(A)是作为中继站的节点的数量，(B)是100 (固定值)，表示不是中继站的节点的数量。如图14所例示，在相关技术中，随着节点数量增加冲突概率增加。这是因为，如图12所例示，即使节点的数量增加，Tall也不改变，因此分组冲突的概率简单增加。与之相t匕，在采用第一实施方式的情况下，随着节点的数量增加，冲突概率减小，因此可以将概率抑制到相关技术中的约三分之一。因此，如图13所例示，在Tall是固定值的情况下，随着节点的数量增加，无冲突区域Ta增加。如上所述，根据所公开的无线通信系统，可以降低在从目的地节点通过相同跳数发送分组的节点之间的分组冲突的可能性。另外，根据所公开的无线通信系统，在各节点只采用CSMA/CA方案而不采用时分复用方案，因此可以抑制用于生成节点的成本。由此，可以以低成本抑制分组冲突。[b]第二实施方式尽管以上描述了本发明的实施方式，但是除了以上实施方式，还可以按照各种形式实现本发明。因此，下面将 说明不同的实施方式。目的地节点尽管在以上实施方式中描述了目的地节点是GW装置的示例，但是本发明不限于此，并且可以使用任意节点作为目的地。注册分组的中继方法尽管在以上实施方式中描述了各节点向GW发送注册分组并且I跳节点向GW转发从受控节点接收到的注册分组的示例，但是本发明不限于此。例如，I跳节点可以临时保持从受控节点接收到的注册分组并且把这些注册分组作为一个注册分组一起发送到GW。作为具体示例，图1例示的节点A临时保持从节点B、C和D接收到的注册分组。在此之后，节点A的注册分组生成单元54向GW发送一个注册分组，所述一个注册分组包括含有本节点的注册分组的四个注册分组。此时，节点A的注册分组生成单元54向GW发送包括节点的数量是4、在各节点中要发生的业务量或者在这些节点中要发生的业务量之和的值的报告的注册分组。由此，可以减少与注册分组发送有关的无线资源消耗。分配报告分组的中继方法另外，在I跳节点中，即使在向受控节点转发从GW接收的分配报告分组的情况下，可以减少分组容量。例如，GW向各I跳节点发送包括分配给各I跳节点的发送时间(即，各组的发送时间)的分配报告分组。随后，I跳节点的转发处理单元52从分配报告分组删除与本节点的组的发送时间不同的发送时间，并且分组发送单元61可以向受控节点发送已经删除了与本节点的组的发送时间不同的发送时间的分配报告分组。在此，分组发送单元61可以把分配报告分组按原样发送给受控节点。另外，I跳节点可以根据是否与本节点的地址信息相关联，来检测分配给本节点的组的发送时间。由此，可以减少与分配报告分组发送有关的无线资源消耗。重新计算尽管在以上实施方式中描述了在从新节点接收到新注册分组的情况下GW重新计算发送时间分配的情况下的示例，但是本发明不限于此。例如，可以周期性地执行，在检测到节点增多或者检测到节点减少的情况下执行，在发生路径变更的情况下执行，或者可以任意地设置。作为具体示例，在从I跳节点接收到的注册分组的数量与先前不同的情况下，GW检测到节点增多或者减少。另外，GM基于周期性地被发送和接收到的HELLO分组形成路径，并且在当前形成的路径信息与先前路径信息不同的情况下，检测到发生路径变更。发送时间内的分组发送例如，各节点的分组发送单元可以按照分组的类型控制在从GM分配的发送时间内发送的分组。作为示例，对于本节点生成的数据分组，各节点的分组发送单元可以控制该数据分组在从GW分配的发送时间内发送。也就是说，即使不在从GW分配的发送时间中，各节点也可以转发从其它节点接收的分组或者发送在本节点生成的注册分组。另外，对于在本节点生成的注册分组和数据分组，各节点可以控制他们在从GW分配的发送时间内发送。系统另外，在本实施方式中说明的各处理中，可以手动地执行作为自动执行的处理而说明的全部或者部分处理。另选地，通过已知方法，可以自动执行作为手动执行的处理而说明的全部或者部分处理。除此之外，对于包括以上说明和附图中例示的处理过程、控制过程、特定名称和各种数据或者参数的`信息，如果没有相反规定，则可以任意地改变他们。另外，各装置中的各例示部件是功能概念，并且不总是要求按照附图中例示地那样来物理地构造他们。也就是说，各装置中的分布/集成的具体形式不限于附图中例示的那些。也就是说，根据各种负载或者使用状态，可以通过在任意单元中功能地或者物理地分布或者集成他们中的全部或者部分来形成他们。例如，可以把分组生成单元60和分组发送单元61集成在一起。此外，在各装置中执行的各处理功能中的任意部分或者全部可以由CPU和CPU分析和执行的程序来实现，或者可以通过有线逻辑电路实现为硬件。根据在本申请中公开的无线通信系统、无线通信控制方法和无线通信装置的一个方面，具有可以抑制分组冲突的优点。
权利要求
1.一种无线通信系统，在该无线通信系统中多个节点形成多跳无线网络，其中， 各节点包括: 第一发送单元，该第一发送单元向目的地节点发送表示本节点是要请求分组发送的节点的注册分组；以及 第二发送单元，该第二发送单元在从所述目的地节点报告的发送时间内向所述目的地节点发送分组，并且 所述目的地节点包括: 计算单元，该计算单元从所述各节点接收注册分组，并且针对经过能够与该目的地节点直接通信的邻节点的各路径，计算在各路径中要发生的业务量； 分配单元，该分配单元基于所述计算单元计算出的各路径的业务量，向各路径分配发送分组的发送时间；以及 报告单元，该报告单元向各节点报告所述分配单元分配的发送时间。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述目的地节点的所述分配单元在能够向所述目的地节点发送数据的时间段的范围内分配所述发送时间，使得对于从所述邻节点接收到的所述注册分组的数量或者要从所述各节点发送的数据量之和大于预定值的各路径设置多的发送时间。
3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中，所述各节点中的所述邻节点还包括:报告单元，该报告单元向经过本节点向所述目的地节点发送分组的受控节点报告从所述目的地节点接收到的发送时间中分配给本节点的发送时间。
4.根据权利要 求1所述的无线通信系统，其中，所述各节点中的所述邻节点的所述第一发送单元生成下述分组，并向所述目的地节点发送所生成的分组，其中该分组集合了从经由本节点向所述目的地节点发送分组的各受控节点接收到的注册分组中所包含的信息。
5.根据权利要求1所述的无线通信系统，其中， 在到所述目的地节点的路径变更的情况下，所述各节点的所述第一发送单元向所述目的地节点发送所述注册分组，并且 在从所述多个节点中的一个节点接收所述注册分组的情况下，所述目的地节点的所述分配单元使用在接收到所述注册分组之后的预定时间段内接收到的注册分组，向所述各路径分配发送分组的发送时间。
6.一种无线通信系统中的无线通信控制方法，在该无线通信系统中多个节点形成多跳无线网络，其中， 各节点执行以下步骤: 向目的地节点发送表示本节点是要请求分组发送的节点的注册分组；以及 在从所述目的地节点报告的发送时间内向所述目的地节点发送分组，并且 所述目的地节点执行以下步骤: 从所述各节点接收注册分组，并且针对经过能够与所述目的地节点直接通信的邻节点的各路径，计算在各路径中要发生的业务量； 基于所述各路径的计算出的业务量，向所述各路径分配发送分组的发送时间；以及 向所述各节点报告所分配的发送时间。
7.一种无线通信装置，该无线通信装置包括:第一发送单元，该第一发送单元向多跳无线网络中的目的地节点发送表示本节点是要请求分组发送的节点的注册分组；以及 第二发送单元，该第二发送单元在从所述目的地节点报告的发送时间内向所述目的地节点发送分组。
8.一种无线通信装置，该无线通信装置包括: 接收单元，该接收单元从形成多跳无线网络的各节点接收表示所述各节点是要请求分组发送的节点的注册分组； 计算单元，该计算单元基于所述接收单元接收到的注册分组，针对经过能够与本节点直接通信的邻节点的各路径，计算各路径中要发生的业务量； 分配单元，该分配单元基于所述计算单元计算出的所述各路径的业务量，向所述各路径分配发送分组的发送时间；以及 报告单元，该报告单元向·所述各节点报告所述分配单元分配的发送时间。
全文摘要
本发明涉及无线通信系统、无线通信控制方法和无线通信装置。各节点向目的地节点发送表示本节点是要请求分组发送的节点的注册分组。各节点在从目的地节点报告的发送时间内向目的地分组发送分组。目的地节点从各节点接收注册分组，并且针对经过能够与目的地节点直接通信的邻节点的各路径，计算在各路径中要发生的业务量。目的地节点基于各路径的计算出的业务量向各路径分配发送分组的发送时间并且向各节点报告所分配的发送时间。
文档编号H04W74/00GK103249165SQ201210497440
公开日2013年8月14日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年2月7日
发明者藤田裕志, 温允, 尾崎一幸 申请人:富士通株式会社