無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法

無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法
【專利摘要】本發明提供了一種無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法。一種收集終端能夠與第一終端和第二終端進行無線通信，并包括故障檢測通知單元和傳送單元。故障檢測通知單元檢測來自第一終端的數據未送達。當檢測到數據未送達時，傳送單元通過向所述第二終端傳送使得第二終端轉變為可通信狀態的信息，來使得第二終端在預定時間段內轉變為可通信狀態，其中該預定時間段在向收集終端的數據傳送的周期內并且在第一終端與第二終端之間是共同的。
【專利說明】
無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法
技術領域
[0001]本文討論的實施例涉及一種無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法。
【背景技術】
[0002]傳統上，在農業、基礎設施等領域中，已使用如下無線通信網絡:其中，建立到主干網絡的連接的收集終端(例如，網關)通過與多個無線終端進行直接通信來從所述多個無線終端收集感測數據。在這種無線通信網絡中，無線終端周期性地向收集終端傳送均包含感測數據的分組(packet)。當檢測到連續發生來自某一無線終端的分組未送達時，收集終端確定該無線終端發生故障。在該情況下，有效的是，無線通信網絡識別故障的原因，以便從發生的故障開始恢復。
[0003]作為用于識別故障的原因的方法，例如，日本特開專利公布第54-110702號提供了一種方法，通過該方法，故障檢測終端經由中繼終端向故障終端傳送數據，以接收來自故障終端的響應。根據該方法，當對應于收集終端的故障檢測終端能夠從故障終端接收響應信號時，確定故障的發生是由故障終端與故障檢測終端之間的無線鏈路故障引起的。相反地，當故障檢測終端不能從故障終端接收響應信號時，確定故障的發生是由故障終端自身的缺陷引起的。
[0004]此外，作為上述無線通信網絡的示例，在通過使用單跳來定期地收集感測數據的傳感器網絡中，每個無線終端在其傳送數據時從休眠模式轉變成活動模式，并且在完成傳送之后轉變回休眠模式。此外，活動模式的周期在無線終端之間不一定同步。由于此原因，會難以經由沒有經受故障的無線終端向經受故障的無線終端傳送數據。為了應對該問題，例如，日本特開專利公布第2011-223419號提出了下述方法:通過該方法，收集終端向網絡中的所有無線終端傳送同步信號，使得無線終端彼此同時地在活動模式與休眠模式之間周期性地來回轉變。
[0005]通過如上所述那樣周期性地關于無線終端設置共同活動時段，變得可以為了故障檢測目的而執行終端間通信。然而，根據該方法，始終設置用于故障檢測目的的共同活動時段，但是周期性地，而與其他終端是否發生故障無關。因此，無線終端的電力消耗水平增大。具體地，當考慮到從收集終端發送的同步信號的傳送和接收、由終端之間的直接通信引起的信號沖突、以及在重新傳送過程中所涉及的時間延遲時，共同活動時段可以是長的。例如，當無線終端的數量為100時，共同活動時段可以是130ms或更長的時間段。
[0006]因此，在本發明的實施例的一方面中，一個目的是提供能夠減少電力消耗的無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法。

【發明內容】

[0007]根據實施例的一方面，一種無線通信系統包括無線通信設備以及能夠與無線通信設備進行無線通信的第一終端和第二終端。無線通信設備包括:檢測單元，其檢測來自第一終端的數據未送達；以及第一傳送單元，當檢測到數據未送達時，第一傳送單元向第二終端傳送使得第二終端轉變為可通信狀態的信息。第一終端包括第一轉變單元，當未能接收到響應于數據傳送而發出的響應信號時，第一轉變單元使得第一終端在數據傳送的周期內的預定時間段內轉變為可通信狀態。第二終端包括第二轉變單元，在接收到信息時，第二轉變單元使得第二終端在第一終端與第二終端之間共同的預定時間段內轉變為可通信狀態。
【附圖說明】
[0008]圖1是示出根據實施例的無線通信系統的配置的圖；
[0009]圖2是用于說明相關技術的問題的圖；
[0010]圖3是用于說明根據實施例的故障檢測方法的圖；
[0011 ]圖4是示出收集終端的功能配置的框圖；
[0012]圖5是示出無線終端的功能配置的框圖；
[0013]圖6是示出收集終端的硬件配置的框圖；
[0014]圖7是用于說明根據實施例的收集終端所執行的故障檢測通知處理的流程圖；
[0015]圖8是用于說明無線終端所執行的故障檢測時段設置處理的流程圖；
[0016]圖9是用于說明根據第一變型示例的故障檢測方法的圖；
[0017]圖10是用于說明根據第二變型示例的故障檢測方法的圖；
[0018]圖11是用于說明根據第二變型示例的收集終端所執行的故障檢測通知處理的流程圖；
[0019]圖12是用于說明在使用不同周期傳送數據時利用MAC_ACK信號的故障通知的問題的圖；
[0020]圖13是用于說明根據第三變型示例的故障檢測方法的圖；
[0021]圖14是用于說明根據第四變型示例的故障檢測方法的圖；
[0022]圖15A是示出根據第四變型示例的、六個無線終端表現為從屬于收集終端的無線通信系統的圖；
[0023]圖15B是示出根據第四變型示例的、來自每個無線終端的感測數據和虛數據(dummy data)的傳送周期的表；
[0024]圖15C是用于說明根據第四變型示例的用于分配虛數據傳送周期的方法的圖；
[0025]圖16是用于說明根據第四變型示例的收集終端所執行的虛數據傳送周期分配處理的流程圖；以及
[0026]圖17是用于說明無線通信系統的有益效果的圖。
【具體實施方式】
[0027]將參照【附圖說明】優選實施例。本文所公開的無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法不限于示例性實施例。
[0028]圖1是示出根據實施例的無線通信系統I的配置的圖。如圖1所示，無線通信系統I包括收集終端10和多個無線終端20a至20c。無線通信系統I構成傳感器網絡(sensornetwork)，其中收集終端10從多個無線終端20a至20c定期收集感測數據。例如，當在由無線終端20中的一個或多個執行的數據傳送中發生故障時，例如當收集終端10接收數據連續失敗時，無線通信系統I分析故障的原因以便有效地進行恢復。更具體地，無線通信系統I判斷故障的原因在于經受故障的無線終端20自身的缺陷，還是在于設置在無線終端20與收集終端10之間的無線鏈路的故障(例如，堵塞、干擾、噪聲等)。在以下部分中，將說明圖1所示的無線終端20b發生故障的示例。此外，在以下部分中，經受故障的無線終端20b可以被稱為故障終端。
[0029]作為用于判斷故障的原因的方法，例如，作為廣播傳送，收集終端10向多個無線終端20a至20c傳送響應請求信號。當沒有經受故障的正常的無線終端20a和20c接收到來自收集終端10的響應請求信號時，無線終端20a和20c各自轉播(rebroadcast)所接收的響應請求信號。關于經受故障的無線終端20b，當無線終端20b自身沒有缺陷時，無線終端20b從存在于無線終端20b的通信范圍R20b內的另一無線終端(S卩，無線終端20a)接收響應請求信號。此后，無線終端20b經由無線終端20a向收集終端10發送響應回復信號，作為回復。當在自轉播起的預定時間段內從經受故障的無線終端20b接收到響應回復信號時，收集終端10能夠確定故障的原因在于設置在無線終端20b與收集終端10之間的無線鏈路的故障。相比之下，當故障的原因在于無線終端20b自身的缺陷時，因為甚至經由無線終端20a也沒有從無線終端20b接收到響應回復信號，所以收集終端10能夠在經過了預定時間段之后確定故障的原因在于無線終端20b自身的缺陷。
[0030]在這種情況下，為了使得傳感器網絡中的無線終端20a至20c能夠在安裝位置處在長時間段內執行感測處理，設計能夠節省電力的配置是有效的。更具體地，為了節省電力，無線終端20a至20c中的每一個執行間歇操作，在該間歇操作中，當無線終端要從其傳送數據時，無線終端從不允許傳送/接收的休眠模式(節電模式)轉變為允許傳送/接收的活動模式，以及當完成數據的傳送/接收時，無線終端轉變回休眠模式。然而，在這種情況下，如上所述，通過經受故障的無線終端20b與沒有經受故障的無線終端20a之間的通信來實現對故障的原因的判斷。由于此原因，為了判斷故障的原因，設置了這兩個終端同時處于活動模式的共同活動時段。
[0031]圖2是用于說明相關技術的問題的圖。如圖2所示，收集終端10使得無線終端20a至20c通過下述方式周期性地執行間歇操作:指定對無線終端20a至20c而言共同的用于故障檢測目的的活動時段(下文中，“故障檢測活動時段”)，將無線終端20a至20c周期性傳送數據分組所使用的活動時段除外。例如，在數據分組的每個傳送周期內，在周期的開頭部分中設置故障檢測活動時段。作為數據分組的傳送周期的開頭部分的替選，可以用任何其他定時設置故障檢測活動時段(例如，在末尾部分中)，只要可以避免與無線終端20a至20c周期性地傳送數據分組所使用的活動時段沖突即可。
[0032]如圖2所示，例如，當在兩個連續周期(圖2所示的傳送周期Tl和T2)內無線終端20b的數據傳送連續失敗時，收集終端10檢測到無線終端20b發生了故障。在圖2所示的示例中，在傳送周期T2結束的時間Fl處，收集終端10檢測到無線終端20b的數據傳送連續失敗。此夕卜，收集終端10在檢測到故障發生之后的傳送周期T4內的共同活動時段期間向無線終端20a至20c傳送響應請求信號。當沒有經受故障的正常的無線終端20a和20c接收到響應請求信號時，無線終端20a和20c通過執行廣播傳送或單播傳送來向無線終端20b傳遞響應請求信號。
[0033]當接收到響應請求信號時，無線終端20b經由信號已被傳送到的其他無線終端當中的、與無線終端20b鄰接的無線終端(在圖1中的示例中為無線終端20a)向收集終端10發送響應回復信號，作為回復。當收集終端10在自傳送響應請求信號起經過預定時間段之前從無線終端20b接收到響應回復信號時，收集終端10確定發生的故障是無線鏈路故障。相比之下，當收集終端10在自傳送響應請求信號起經過預定時間段之前沒有從無線終端20b接收到響應回復信號時，收集終端10確定發生的故障是由無線終端20b自身的缺陷引起的。然而，根據該故障檢測方法，在所有傳送周期中的每一個內設置共同活動時段，而與是否發生了故障無關。由于此原因，甚至當無線終端20a至20c尚未發生故障時，無線終端20a至20c總是周期性地轉變成活動模式。結果，無線終端20a至20c的電力消耗水平增大。
[0034]為了應對這種情況，根據本實施例的無線通信系統I沒有為無線終端20a至20c設置周期性共同活動時段。此外，當收集終端10檢測到無線終端20b數據傳送的故障時，收集終端10向沒有經受故障的無線終端20a和20b提供指示已發生故障的信息。通知信息包括指定故障檢測共同活動時段的信息。在由收集終端10通知的共同活動時段期間，沒有經受故障的無線終端20a和20b轉變為活動模式。相比之下，經受故障的無線終端20b基于響應于數據傳送而沒有接收到ACK信號等的連續發生來檢測其數據傳送故障，并在預先指定的共同活動時段內轉變為活動模式。此外，在共同活動時段期間，通過執行上述終端間通信來判斷故障的原因。
[0035]在這種情況下，收集終端10可以例如通過下述方式向無線終端20a和20b提供關于故障的發生和共同活動時段的信息:將該信息添加到響應于從沒有經受故障的無線終端20a和20c發送的傳送信息而發出的響應信號中。響應信號可以是例如媒體訪問控制(MAC)層中的ACK信號。
[0036]在本實施例中，收集終端10通過使用MAC層中的ACK信號(下文中，“MAC_ACK信號”)來提供關于故障的發生的通知。圖3是用于說明根據實施例的故障檢測方法的圖。如圖3所示，在沒有檢測到無線終端20b的故障的情況下，收集終端10通過將MAC_ACK信號布置成包含指示沒有發生故障的信息，響應于從無線終端20a和20c中的每一個向其傳送的數據來發送MAC_ACK信號作為回復。此外，當無線終端20b的數據傳送連續失敗時，收集終端10檢測到無線終端20b的故障。此后，收集終端10通過將MAC_ACK信號布置成包含指示已發生故障的信息和指示共同活動時段C14的定時的信息，響應于從無線終端20a和20c中的每一個向其傳送的數據來發送MAC_ACK信號作為回復。
[0037]當經受故障的無線終端20b接收MAC_ACK信號連續失敗時，無線終端20b檢測到其已發生故障，并轉變為活動模式。在這種情況下，可以預先布置無線終端20b轉變為活動模式的時間段，以與沒有經受故障的無線終端20a和20c的共同活動時段C14至少部分地重疊。替選地，無線終端20b轉變為活動模式的時間段可以是在無線終端20b檢測到故障的發生的傳送周期T13之后的傳送周期T14的整個時段。當接收到包含關于故障的發生的信息的MAC_ACK信號時，沒有經受故障的無線終端20a和20c根據由MAC_ACK信號中包含的信息指定的共同活動時段C14的定時而轉變為活動模式。采用這些布置，可以通過執行終端間通信來判斷故障的原因。
[0038]圖4是示出收集終端10的功能配置的框圖。如圖4所示，收集終端10包括接收單元
11、故障檢測通知單元12、故障原因判斷單元13以及傳送單元14。這些構成元件連接到一起，以能夠在任一方向或兩個方向上輸入和輸出信號和數據。
[0039]接收單元11從從屬于其的無線終端20a至20c中的任意無線終端接收數據信號和響應回復信號。故障檢測通知單元12由于因沒有接收到數據的連續發生而被觸發，檢測到被判斷為接收數據連續失敗的無線終端20b發生故障，并且向沒有經受故障的無線終端20a和20c通知故障的發生和共同活動時段。故障原因判斷單元13通過執行終端間通信來判斷故障的原因。更具體地，當響應回復信號經由無線終端20a等作為對尋址到無線終端20b的響應請求信號的回復到達時，故障原因判斷單元13確定故障的原因是收集終端10與無線終端20b之間的無線鏈路故障。相比之下，當沒有響應回復信號經由無線終端20a等作為對尋址到無線終端20b的響應請求信號的回復到達時，故障原因判斷單元13確定故障的原因是無線終端20b的缺陷。傳送單元14將作為從無線終端20a至20c接收的數據的響應的MAC_ACK信號傳送至從屬于傳送單元14的無線終端20a至20c，并且還將響應請求信號傳送至無線終端20a至20c。
[0040]圖5是示出無線終端20的功能配置的框圖。例如，無線終端20a至20c中的每一個具有圖5所示的功能配置。如圖5所示，例如，無線終端20包括接收單元21、故障檢測時段設置單元22、間歇操作定時器23、故障檢測單元24以及傳送單元25。這些構成元件連接到一起，以能夠在任一方向或兩個方向上輸入和輸出信號和數據。
[0041 ]接收單元21接收來自收集終端10的MAC_ACK信號和響應請求信號。當MAC_ACK信號包含指示共同活動時段的信息時，故障檢測時段設置單元22基于指示共同活動時段的信息來設置故障檢測活動時段。當其無線終端20或另一終端已發生故障時，間歇操作定時器23將預定時間段(例如，30ms至100ms)設置為無線終端20在活動模式下進行操作的時間段。當連續地未能接收響應于向收集終端10傳送的數據而發出的MAC_ACK信號時，故障檢測單元24檢測到其無線終端發生故障。傳送單元25向收集終端10傳送尋址到收集終端10的數據以及作為響應請求信號的響應的響應回復信號。
[0042]接著，將說明硬件配置。圖6是示出收集終端10的硬件配置的框圖。如圖6所示，收集終端10在其硬件方面包括處理器10a、存儲器10b、射頻(RF)電路1c以及由液晶顯示器(LCD)等構成的顯示裝置1d C3RF電路1c包括天線A。收集終端10的接收單元11和傳送單元14由例如RF電路1c實現，并被配置成接收感測數據、響應回復信號、終端鄰接信息等，或者傳送MAC_ACK信號、響應請求信號、虛數據傳送分配信息等。故障檢測通知單元12和故障原因判斷單元13由處理器1a實現，并且被配置成執行諸如檢測故障的發生、生成故障通知信息、判斷故障的原因等的處理，其中處理器1a由例如中央處理單元(CPU)、數字信號處理器(DSP)等構成。存儲器1b由例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)、閃存等構成，并被配置成在其中存儲無線終端20的傳送歷史、鄰接關系、數據傳送周期等。無線終端20的硬件配置與上述收集終端10的硬件配置相同。因此，將省略其詳細說明和圖。
[0043]接著，將說明根據本實施例的無線通信系統I所執行的操作。
[0044]圖7是用于說明根據本實施例的收集終端10所執行的故障檢測通知處理的流程圖。在步驟SI，收集終端10中包括的故障檢測通知單元12監視從無線終端20a至20c接收數據的歷史。此外，故障檢測通知單元12判斷是否存在指示無線終端20的數據傳送連續失敗多少次的計數(下文中，“連續傳送失敗計數”)大于閾值n(其中，η為自然數)的任何無線終端20。可以根據來自實際系統的請求來適當地設置和改變閾值η。
[0045]當存在連續傳送失敗計數大于閾值η的至少一個無線終端20(步驟S1:是)時，故障檢測通知單元12確定無線終端20已發生故障(例如，在本實施例中為無線終端20b)。此后，故障檢測通知單元12將指示故障的發生的信息和指示共同活動時段的信息添加到MAC_ACK信號中，以作為回復發送到沒有經受故障的無線終端20a和20c(步驟S2)。隨后，故障檢測通知單元12向故障原因判斷單元13通知故障的發生(步驟S3)。相反地，當不存在連續傳送失敗計數大于閾值η的無線終端20(步驟S1:否)時，故障檢測通知單元12確定任何無線終端20沒有發生故障。此后，故障檢測通知單元12將指示沒有發生故障的信息添加到MAC_ACK信號中，以作為回復發送到無線終端20a和20c(步驟S4)。在該情況下，省略上述步驟S3的處理。
[0046]圖8是用于說明無線終端20所執行的故障檢測時段設置處理的流程圖。例如，無線終端20在每個數據傳送時段內的數據傳送時間從休眠模式轉變為活動模式，并在向收集終端10傳送數據之后開始該流程圖中所示的處理。
[0047]首先，故障檢測單元24基于是否連續地未接收到響應于從無線終端20傳送的數據信號而發出的MAC_ACK信號，判斷其無線終端20是否發生故障(步驟Sll)。當其無線終端20發生故障(步驟Sll:是)時，故障檢測時段設置單元22按照使得無線終端20在預定時間段內處于活動模式的方式來設置間歇操作定時器23(步驟S12)。預定時間段可以是例如從檢測到故障的時間之后的數據傳送周期開始持續10ms的時間段。此后，當經過了為間歇操作定時器23設置的時間段時，無線終端20轉變回休眠模式(步驟S13)。
[0048]當其無線終端20沒有發生故障(步驟Sll:否)時，故障檢測單元24基于接收到的MAC_ACK信號中包含的信息來判斷其他無線終端20是否發生故障(步驟S14)。當其他無線終端20中的至少一個發生故障(步驟S14:是)時，故障檢測時段設置單元22執行步驟S12的處理。相反地，當其他無線終端20中的任何終端沒有發生故障(步驟S14:否)時，無線終端20執行步驟S13的處理。
[0049]如上面所說明的，無線通信系統I包括收集終端10以及能夠與收集終端10進行無線通信的無線終端20a和20b。收集終端10包括故障檢測通知單元12和傳送單元14。故障檢測通知單元12檢測到來自無線終端20b的數據未送達預定次數(例如，三次)。當檢測到來自無線終端20b的數據未送達時，故障檢測通知單元12確定無線終端20b已發生故障。此后，傳送單元14向無線終端20a傳送指示已發生故障的信息以及使得無線終端20a轉變為可通信狀態(例如，活動狀態)的信息。無線終端20b包括故障檢測時段設置單元22。當未能接收響應于向收集終端1的數據傳送而發出的響應信號(例如，MAC_ACK信號)預定次數(例如，三次)時，故障檢測時段設置單元22確定無線終端20b已發生故障。此外，無線終端20b中包括的故障檢測時段設置單元22使得無線終端20b在數據傳送周期內的預定時間段(例如，共同活動時段)內轉變為可通信狀態。無線終端20a包括故障檢測時段設置單元22。無線終端20a中包括的故障檢測時段設置單元22接收指示已發生故障的信息以及使得無線終端20a轉變為可通信狀態的信息。此后，在接收到這些信息時，無線終端20a中包括的故障檢測時段設置單元22使得無線終端20a在無線終端20a與無線終端20b之間共同的預定時間段內轉變為可通信狀態。
[0050]在根據本實施例的無線通信系統I中，僅在傳感器網絡中發生通信故障時(將在傳送數據時除外)，無線終端20a至20c中的每一個轉變為活動模式。因此，可以避免不必要地轉變為活動模式。采用這些布置，可以防止無線終端20a至20c浪費電力，同時可以識別故障的原因。結果，可以實現能夠節省電力的配置。
[0051]此外，在無線通信系統I中，可以將指示另一無線終端20發生故障的信息以及使得無線終端20進入可通信狀態的信息添加到響應于來自無線終端20a的定期傳送數據而發出的響應信號(例如，MAC_ACK信號)中。采用該布置，收集終端10能夠通過使用現有信號來向無線終端20a傳送指示另一無線終端20發生故障的信息以及使得無線終端20進入可通信狀態的信息。換言之，收集終端10不需要提供用于傳送上述信息的單獨途徑，并且由此減少了處理負荷和電力消耗。
[0052]上述信息還可以包含經受故障的終端(例如，無線終端20b)的識別信息。采用該布置，正常的無線終端(例如，無線終端20a和20c)中的每一個能夠容易地且迅速地識別在發生故障時所接收的響應請求信號被傳輸到的無線終端。
[0053]由此，已說明了本公開的一個示例性實施例。接著，將說明上述實施例的變型示例。
[0054]第一變型示例
[0055]在下述任何變型模式中可以實現根據以上實施例的無線通信系統I。圖9是用于說明根據第一變型示例的故障檢測方法的圖。在上述實施例中，作為用于向正常的無線終端20a和20c通知故障的發生和共同活動時段的指定的方法，收集終端10使用MAC_ACK信號;然而，還可接受使用信標信號來替代MAC_ACK信號，如圖9所示。信標信號是用于校正無線終端20a至20c之間的時間差的時間同步信號。換言之，可以將指示其他無線終端20發生故障的信息以及使得無線終端20轉變為可通信狀態的信息添加到時間同步信號(例如，信標信號)中。采用該布置，甚至在不存在來自無線終端20a和20b的數據傳送的時間段期間，收集終端10能夠以期望定時且按照自發方式提供關于故障的發生和共同活動時段的指定的通知。結果，可以實現能夠以較高靈活水平節省電力的配置。
[0056]在這種情況下，在無線終端20a至20c接收來自收集終端10的信標信號所使用的活動時段包括例如時間段11和時間段t2 ο時間段11例如為實際上傳送和接收信標信號的時間段。時間段t2是用于防止可由收集終端10與無線終端20a至20c之間的時間差引起的任何接收故障的裕度(margin)時段。當使用電氣與電子工程師協會(IEEE)802.15.4標準時，時間段tl需要為例如1.36ms，從而以10kbps的傳送速率傳送具有最小大小(17個字節)的信標信號。此外，裕度時段t2需要為6ms，這是因為以10分鐘為周期使用1ppm定時器的無線終端可以具有例如最大6ms的時間差。由于此原因，在無線終端20a至20c中的每個終端中所記錄的信標接收時間段之前和之后，設置至少6ms的裕度。因此，用于接收來自收集終端10的信標信號的活動時段被布置為13.36ms或更長。
[0057]第二變型示例
[0058]在上述實施例中，當檢測到無線終端20b發生故障時，收集終端10還向不與無線終端20b鄰接(S卩，不與無線終端20b直接通信)的無線終端20c提供關于故障的發生和共同活動時段的指定的通知。相比之下，在第二變型示例中，收集終端10沒有向不與被檢測為經受故障的無線終端20b鄰接的無線終端20c提供通知和指定，而是僅向與被檢測為經受故障的無線終端20b鄰接的無線終端20a提供通知和指定。與被檢測為經受故障的無線終端20b鄰接的無線終端20a在下文中將被稱作鄰接終端。此后，在指定的共同活動時段期間，作為鄰接終端的無線終端20a與經受故障的無線終端20b執行終端間通信。
[0059]圖10是用于說明根據第二變型示例的故障檢測方法的圖。在第二變型示例中，收集終端10觀測指示無線終端20a至20c是否能夠彼此通信的鄰接關系，并且從從屬于收集終端10的無線終端20a至20c當中，收集終端10僅使得作為故障終端的無線終端20b以及能夠與該故障終端直接通信的鄰接終端20a轉變為活動模式。因此，如圖10所示，在傳送周期T34中，收集終端10僅向無線終端20a，而不向無線終端20c，傳送響應請求信號。在接收到響應請求信號時，無線終端20a轉變為活動模式。相比之下，無線終端20b由于沒有接收到MAC_ACK信號而檢測到自身故障，并在開始傳送周期T34之后轉變為活動模式，結果，在無線終端20a和20b之間設置用于故障檢測目的的共同活動時段。
[0060]接著，將在關注與上述實施例的差別的情況下說明上述第二變型示例中的收集終端10所執行的操作。圖11是用于說明根據第二變型示例的收集終端10所執行的故障檢測通知處理的流程圖。由于圖11中的一些處理與在說明根據上述實施例的操作時提到的圖7中的那些處理相同，所以將使用具有相同最后數字的附圖標記來提及相同步驟，并且將省略其詳細說明。更具體地，圖11中的步驟S21至S24的處理分別對應于圖7中的步驟SI至S4的處理。
[0061 ]首先，當存在數據傳送的連續傳送失敗計數大于閾值η的至少一個無線終端20(步驟S21:是)時，故障檢測通知單元12確定無線終端20已發生故障，并且基于上述鄰接關系來提取關于與故障終端鄰接的無線終端20的信息(步驟S25)。在圖1所示的示例中，故障檢測通知單元12檢測到例如無線終端20b發生故障，并且基于上述鄰接關系來提取關于與無線終端20b處于鄰接關系的無線終端20a的信息。此后，故障檢測通知單元12之后將指示故障的發生的信息和指示共同活動時段的信息添加到MAC_ACK信號中，以作為回復發送到被提取為無線終端20b的鄰接終端的無線終端20a(步驟S22)。在這種情況下，故障檢測通知單元12將指示沒有發生故障的信息添加到MAC_ACK信號中，以作為回復發送到不與無線終端20b鄰接的無線終端20c。
[0062]如上面所說明的，在根據第二變型示例的無線通信系統I中，無線終端20a和20b由于其之間的距離短且電場強度高而能夠彼此通信，如圖1所示。然而，無線終端20b和20c以及無線終端20a和20c由于其之間的距離過長而難以彼此通信。由于此原因，甚至當無線終端20b發生故障時，無線終端20c難以與無線終端20b進行終端間通信，并且無線終端20c轉變為活動模式不會有助于對故障的原因的判斷。由于此原因，收集終端10基于無線終端20a至20c之間的鄰接關系來識別無線終端20b的鄰接終端，并通過將鄰接終端識別為能夠參與故障檢測處理的無線終端20來僅使鄰接終端轉變為活動模式。此外，當發送MAC_ACK信號時，收集終端10僅將指示發生故障的信息添加到尋址到作為鄰接終端的無線終端20a的MAC_ACK信號中，并將指示沒有發生故障的信息添加到尋址到不作為鄰接終端的無線終端20c的MAC_ACK信號中。換言之，無線終端20a是能夠與無線終端20b進行終端間通信的無線終端(例如，鄰接終端)。采用該布置，可以避免以下情況:未有助于對故障的原因的判斷的無線終端20c徒然轉變為活動模式。因此，可以使得無線終端20c能夠進一步節省電力。
[0063]第二變型示例基于以下假設:對于經受故障的無線終端20b，僅存在一個鄰接終端(無線終端20a)。然而，當存在兩個或更多個鄰接終端時，收集終端10可以基于每個鄰接終端的剩余電池壽命來選擇要通知發生故障的無線終端。換言之，收集終端10可以從多個鄰接終端之中選擇具有最大剩余電池電量(charge)的無線終端20，以僅向所選擇的無線終端20提供關于故障的發生和共同活動時段的指定的通知。采用該布置，僅具有充足的剩余電池電量的無線終端20轉變為活動模式。因此，可以降低一些無線終端20由于電池壽命不足而停止操作的風險。結果，可以改進無線通信系統I的可靠性。
[0064]第三變型示例
[0065]當在大區域中構造網絡(諸如，收集終端10收集用于農業的溫度和濕度數據或氣量表的儀表讀數數據的傳感器網絡)時，存在如下可能:一些無線終端(傳感器)可具有針對數據分組的不同傳送周期。圖12是用于說明在使用不同周期來傳送數據時使用MAC_ACK信號的故障通知的問題的圖。圖12示出了無線終端20a和20c的數據分組傳送周期為無線終端20b的傳送周期的五倍的示例。當具有較短周期的無線終端20b發生故障時，收集終端10在例如傳送周期T43內檢測到無線終端20b的故障，這是因為連續地未能接收從無線終端20b發送的數據。此外，無線終端20b自身還在例如傳送周期T43內檢測到無線終端20b發生故障，這是因為連續地未能接收從收集終端10發送的MAC_ACK信號。然而，如圖12所示，如果正常的無線終端20a和20c在傳送周期T43內沒有傳送數據，則收集終端10不能夠通過向正常的無線終端20a和20c發送MAC_ACK信號作為回復來向正常的無線終端20a和20c通知故障。因此，無線終端20a和20c在隨后的傳送周期T44內不會轉變為活動模式。換言之，可能出現以下情況:雖然已檢測到故障的無線終端20b在傳送周期T44開始時已轉變為活動模式，但是其他正常的無線終端20a和20c尚未轉變為活動模式。結果，出現了在傳送周期T44內不可以設置共同活動時段的問題。
[0066]為了應對該問題，在第三變型示例中，存在于同一網絡中的所有無線終端20a至20c與具有最短周期的無線終端20b(在本變型示例中為無線終端20b)的周期同步地在每個數據傳送周期內傳送虛數據。圖13是用于說明根據第三變型示例的故障檢測方法的圖。如圖13所示，在第三變型示例中，在傳送周期T52和T53期間，例如，具有較長傳送周期的無線終端20c向收集終端10傳送各自與具有最短傳送周期的無線終端20b的傳送周期中的不同傳送周期對應的虛數據D52a和D53a。類似地，具有甚至更長的傳送周期的無線終端20a向收集終端10傳送各自與具有最短傳送周期的無線終端20b的傳送周期中的不同傳送周期對應的虛數據D52b和D53b。收集終端10通過將指示是否發生故障的信號添加到響應于虛數據D52a、D52b、D53a和D53b而發出的響應信號(MAC_ACK信號)中來發送回復。采用該布置，收集終端10能夠向從其傳送了虛數據的正常的無線終端20a和20c提供關于故障的發生和共同活動時段的指定的通知。因為此后執行的處理與上述實施例中的處理相同，所以將省略其說明。
[0067]用于傳送虛數據的無線終端20a和20c使用的活動時段中的每一個均包括虛數據自身的傳送時段以及響應信號(MAC_ACK信號)的接收時段。例如，當使用IEEE 802.15.4標準時，需要用于傳送具有最小大小的15字節虛數據的傳送時段在10kbps速率下為1.36ms。此外，因為響應信號(MAC_ACK信號)的大小與虛數據的大小基本上相同，所以需要接收時段為大約1.36ms。因此，取至少大約2.7ms作為活動時段。上述的虛數據例如是通過從幀中排除有效載荷部分而獲得的數據(即，僅具有開頭部分的數據)。
[0068]如上面所說明的，無線終端20a包括傳送單元25。當無線終端20a具有與能夠與收集終端10進行無線通信的其他無線終端20b和20c的數據傳送周期不同的數據傳送周期時，傳送單元25通過使用在無線終端20b與20c之間具有最短數據傳送周期的無線終端20b的數據傳送周期來向收集終端10傳送虛數據。收集終端10包括傳送單元14。當檢測到來自無線終端20b的數據未送達時，傳送單元14通過將使得無線終端20a轉變為可通信狀態(例如，活動狀態)的信息添加到響應于上述虛數據而發出的響應信號(例如，MAC_ACK信號)中，來向無線終端20a傳送該信息。
[0069]根據第三變型示例的故障檢測方法可適用于無線通信系統I，在無線通信系統I中，在無線終端20a至20c之間數據傳送周期相互不同。換言之，甚至當網絡中的無線終端20a至20c的傳送周期彼此不同時，收集終端10能夠識別無線終端20a至20c中的任何終端發生故障的原因。
[0070]在第三變型示例中，傳送周期不是最短的無線終端20a和20c被布置成在除了用于傳送感測數據(定期傳送數據)的周期之外的所有周期中的每個周期內傳送虛數據。因此，活動時段變得更長，并且會擔心電力消耗增加。然而，因為虛數據的傳送時段通常短于共同活動時段，所以正常的無線終端20a和20c在活動模式下進行操作的時間段不一定是長的，因此，電力消耗低于相關示例中的電力消耗。
[0071]第四變型示例
[0072]在第三變型示例中，以如下方式配置收集終端10:將從兩個正常的無線終端(20a和20c)傳送虛數據的定時分配給經受故障的無線終端20b的所有傳送周期中的每個傳送周期。然而，本公開不限于該示例。例如，可以以如下方式分配關于無線終端20b的所有傳送周期傳送虛數據的定時:在無線終端20b的每個傳送周期內執行至少一次傳送。圖14是用于說明根據第四變型示例的故障檢測方法的圖。如圖14所示，在第四變型示例中，收集終端10觀測從屬于其的無線終端20a至20c之間的鄰接關系。此外，收集終端10根據具有最短傳送周期的無線終端20b的傳送周期(周期I)和無線終端20b的鄰接終端的數量來針對無線終端20a至20c指定虛數據的傳送周期和傳送定時。
[0073]例如，當具有最短傳送周期的無線終端20b的傳送周期為10分鐘、同時與無線終端20b鄰接的無線終端的數量為“2”時，收集終端10指定兩個鄰接終端的周期，使得每20分鐘傳送一次虛數據。在圖14所示的示例中，兩個鄰接終端為無線終端20a和20c。換言之，收集終端10將每個20分鐘時段分成從O分鐘到10分鐘的第一時段和從10分鐘到20分鐘的第二時段。此后，收集終端10將第一時段分配給無線終端20c以及將第二時段分配給無線終端20a。結果，收集終端10能夠按照使得在具有最短傳送周期的無線終端20b的任何傳送周期內至少一個鄰接終端傳送數據(例如，虛數據或感測數據)的方式分配虛數據的傳送。在圖14所示的示例中，無線終端20b的傳送周期為“I”，而與無線終端20b鄰接的無線終端(20a和20c)的數量為“2”。因此，收集終端10指示無線終端20a和20dl過使用“2( = I X 2)”的傳送周期來傳送虛數據。因為此后執行的處理與在以上的第三變型示例中的處理相同，所以將省略其說明。
[0074]圖15A是示出根據第四變型示例的六個無線終端20a至20f被呈現為從屬于收集終端10的無線通信系統2的圖。在以下部分中，將通過使用圖15A所示的無線通信系統2的示例來更具體地說明根據第四變型示例的故障檢測方法。
[0075]首先，收集終端10按感測數據傳送周期的長度的升序來對無線終端20a至20f進行排序。圖15B是示出根據第四變型示例的每個無線終端的感測數據和虛數據的傳送周期的表。如圖158所示，因為按升序排列的感測數據的傳送周期對應于無線終端2013、206、2(^、20c、20a和20d，所以將無線終端20a至20f排序為所述的順序。在這種情況下，當無線終端20中的兩個或更多個相互具有針對感測數據的相同傳送周期時，按鄰接的無線終端20的數量的升序對這些無線終端20進行排序。在圖15B所示的示例中，由于針對無線終端20c、20a和20d的感測數據的傳送周期全部為“10”，所以如圖15A所示，按鄰接終端(S卩，無線終端20c、20a和20d)的數量的升序對這些無線終端進行排序。
[0076]此后，收集終端10檢查在排序結果中位于第一位的無線終端20b的所有感測數據傳送周期的每一個期間是否執行來自鄰接終端的至少一次數據傳送。圖15C是說明根據第四變型示例的用于分配虛數據傳送周期的方法的圖。在無線終端20b的所有感測數據傳送周期當中，當存在從任何鄰接終端沒有傳送數據的至少一個周期時，收集終端10將虛數據的傳送周期和傳送定時分配給與無線終端20b鄰接的無線終端20c、20a和20d。虛數據的傳送周期例如為圖15B中用陰影線所示的周期3。虛數據的傳送定時例如為在周期開始之后的3分鐘。相反地，當無線終端20b的所有感測數據傳送周期具有來自鄰接終端的至少一次數據傳送時，收集終端10對在排序結果中處于下一位的無線終端20e執行相同處理。當對于無線終端20a至20f中的全部無線終端的數據傳送周期完成更新處理時，收集終端10結束一系列處理。
[0077]例如，如圖15B所示，因為無線終端20a和20d傳送虛數據，這意味著在無線終端20e的傳送周期內已經存在來自鄰接的無線終端20a和20d的虛數據傳送。由于此原因，雖然無線終端20f與無線終端20e鄰接，但是無線終端20f不需要傳送任何虛數據。因此，無線終端20f的虛數據傳送周期被設置為“空”。
[0078]圖16是用于說明根據第四變型示例的收集終端10所執行的虛數據傳送周期分配處理的流程圖。
[0079]首先，收集終端10中包括的故障原因判斷單元13按感測數據傳送周期的長度的升序對從屬于其的所有無線終端20進行排序(步驟S31)。隨后，故障原因判斷單元13將I設置為指示終端的數量的變量i的初始值(步驟S32)。故障原因判斷單元13判斷在當前時間點的變量i的值是否等于或小于總終端數(在第四變型示例中為“6”)。
[0080]當變量i的值等于或小于總終端數(步驟S33:是)時，故障原因判斷單元13判斷在第i個無線終端20的所有數據傳送周期中的每個數據傳送周期內是否存在來自在排序結果中處于第i位的無線終端20的鄰接終端的至少一次數據傳送(步驟S34)。在第i個無線終端20的所有數據傳送周期當中，當存在從鄰接終端中的任何鄰接終端沒有傳送數據的至少一個周期(步驟S34:否)時，故障原因判斷單元13將虛數據傳送周期分配給對應于數據傳送周期的第i個無線終端20的鄰接終端的這樣的周期(步驟S35)。此后，故障原因判斷單元13使終端i的數量遞增1(步驟S36)并再次執行步驟S33的處理。
[0081]相反地，當在第i個無線終端20的所有數據傳送周期中的每一個內存在來自鄰接終端的至少一次數據傳送(步驟S34:是)時，省略上述步驟S35的處理。當變量i的值大于總終端數(步驟S33:否)時，收集終端10結束一系列虛數據傳送周期分配處理。
[0082]如上面所說明的，收集終端10包括故障原因判斷單元13。故障原因判斷單元13根據數據傳送周期和無線終端20的數量，按照如下方式來確定無線終端20的虛數據傳送周期:關于多個無線終端20a至20f當中的具有最短數據傳送周期的無線終端20b的數據傳送周期，從能夠與無線終端20b進行終端間通信的無線終端20c、20a和20d傳送上述虛數據。無線終端20c、20a和20d中的每一個均包括傳送單元25，傳送單元25通過使用由故障原因判斷單元13確定的虛數據傳送周期來向收集終端10傳送虛數據。
[0083]采用這些布置，至少一個鄰接終端在具有最短傳送周期的無線終端20b的任何周期內傳送數據。因此，甚至當具有最短傳送周期的無線終端20b發生故障時，收集終端10也能夠迅速地向鄰接終端通知故障的發生。此外，收集終端10還能夠以窮盡的方式向每個無線終端20的鄰接終端通知無線通信系統2中所包括的任何無線終端20發生故障。此外，不同于第三變型示例，關于具有最短周期的無線終端20的數據傳送周期，如果至少一個無線終端20在每個傳送周期內處于活動狀態就是足夠的。由于此原因，從無線終端20傳送虛數據的頻率較低。結果，使得正常的無線終端20轉變為活動模式的次數減少，并且因此可以實現能夠進一步節省電力的配置。此外，通過轉變為活動模式而消耗電力的無線終端20均勻分布，而不是以單個終端為中心。因此，可以避免如下情況:僅特定無線終端20在早期階段消耗電力以及停止工作。
[0084]如上面所說明的，僅當終端之一發生了故障時，無線終端20才轉變為共同的活動模式。因此，可以顯著降低判斷故障的原因所用的電力。圖17是用于說明無線通信系統I和2的有益效果的圖。如圖17所示，在相關方法中，每傳送周期L的活動時段(ms)為LI(時間裕度+信標長度)+L2(數據長度+ACK長度)+L3(時間裕度+故障診斷部分長度)。相比之下，根據第一變型示例，活動時段減小至L1+L2，而根據上述實施例，活動時段減小至L2。例如，當假設對應于10分鐘的傳送周期和1ppm的定時器精度水平的時間裕度為“12ms”、而假設在網絡中的無線終端的數量為100時所需的故障診斷部分長度為“131ms”時，相關示例中的活動時段為“166ms”。相比之下，在第一變型示例中，活動時段減小至“23ms”。此外，根據本實施例，活動時段減小至“10ms”那樣短。此外，當用紐扣電池的壽命來計算效率時，在相關示例中電池的壽命為大約一年，而根據上述實施例和變型示例電池的壽命延長至大約五年到十年。
[0085]在示例性實施例和變型示例中，假設無線通信網絡為傳感器網絡。然而，只要無線終端在網絡中執行間歇操作，無線通信系統I和2就可應用于任何其他網絡，諸如自組織網絡或網狀網絡。此外，除了農業用地的溫度和濕度數據或氣量計的儀表讀數數據之外，收集終端10從無線終端20收集的數據可以是測量土壤含水量的數據或用于生物學研究的測量數據。
[0086]此外，無線終端不一定為傳感器節點；可以將無線通信系統I和2的故障原因判斷技術應用于進行無線通信的各種類型的通信裝置，諸如平板終端、智能電話、便攜式電話、個人數字助理(PDA)等。為了判斷故障的原因，收集終端10判斷故障的原因在于無線終端自身的缺陷還是無線鏈路的故障。然而，當無線終端不能經由其任何鄰接終端向收集終端10傳送響應回復信號時，存在以下可能:除了有缺陷的無線終端之外，即使無線終端自身沒有缺陷，無線終端也可能由于存在阻擋物等而處于不能夠與任何其他無線終端進行無線通信的狀態。因此，當收集終端10沒有從無線終端接收到響應回復信號時，系統管理者等可以通過視覺上檢查在其安裝位置等的無線終端，以補充的方式檢查無線終端實際上是否有缺陷。采用該布置，可以更準確地識別故障的原因。
[0087]在上述示例性實施例和變型示例中，不一定如附圖所示的那樣物理上配置無線通信系統I和2的構成元件。換言之，設備的分布和集成的具體模式不限于圖中所示的模式。可接受根據各種負荷和使用狀態來以任意單位在功能上或物理上分布或集成設備的全部或部分。例如，圖5所示的故障檢測時段設置單元22和間歇操作定時器23可以被集成到一起來作為一個構成元件。相反地，圖4所示的故障原因判斷單元13可以被分布到例如如下部分中:通過執行終端間通信來判斷故障的原因的部分、以及根據最短數據傳送周期和鄰接終端的數量來確定鄰接終端的虛數據傳送周期的部分。此外，存儲器1b可以經由網絡或線纜被連接，作為收集終端10的外部裝置。
[0088]此外，在上面的描述中，針對各個示例性實施例和變型示例中的每一個說明各個配置和操作。然而，根據示例性實施例和變型示例的無線通信系統I和2中的每一個還可以包括任何其他實施例或變型示例所特有的任何構成元件。可接受以任意模式將任何示例性實施例與變型示例組合在一起，諸如不僅組合兩個示例，而且組合三個或更多個示例。例如，根據第一變型示例的使用信標信號的故障通知功能不僅適用于該實施例，還適用于第二變型示例。此外，只要無線通信系統I和2均能夠在彼此不沖突的情況下運行，無線通信系統I和2還可以均包括在上述示例性實施例以及第一至第四變型示例中說明的全部構成元件。
[0089]根據本公開內容的無線通信系統、無線通信設備和無線通信方法中的至少一個方面，可以降低電力消耗。
【主權項】
1.一種無線通信系統，包括無線通信設備以及能夠與所述無線通信設備進行無線通信的第一終端和第二終端，其中， 所述無線通信設備包括: 檢測單元，其檢測來自所述第一終端的數據未送達；以及 第一傳送單元，當檢測到所述數據未送達時，所述第一傳送單元向所述第二終端傳送使得所述第二終端轉變為可通信狀態的信息，以及 所述第一終端包括第一轉變單元，當未能接收到響應于數據傳送而發出的響應信號時，所述第一轉變單元使得所述第一終端在所述數據傳送的周期內的預定時間段內轉變為可通信狀態，并且 所述第二終端包括第二轉變單元，在接收到所述信息時，所述第二轉變單元使得所述第二終端在所述第一終端與所述第二終端之間共同的所述預定時間段內轉變為所述可通信狀態。2.根據權利要求1所述的無線通信系統，其中，使得轉變為所述可通信狀態的所述信息被添加到響應于從所述第二終端傳送的數據而發出的響應信號中。3.根據權利要求1所述的無線通信系統，其中，使得轉變為所述可通信狀態的所述信息被添加到從所述無線通信設備向所述第二終端傳送的同步信號中。4.根據權利要求1所述的無線通信系統，其中，所述第二終端是能夠與所述第一終端進行終端間通信的無線終端。5.根據權利要求1所述的無線通信系統，包括:包含所述第一終端和所述第二終端的多個無線終端，其中， 所述無線終端中的每一個還包括第二傳送單元，所述第二傳送單元在所述多個無線終端當中具有最短數據傳送周期的這樣的無線終端的數據傳送周期內，向所述無線通信設備傳送虛數據，并且 當檢測到所述數據未送達時，所述第一傳送單元通過將使得轉變為所述可通信狀態的所述信息添加到響應于所述虛數據而發出的響應信號中，向所述無線終端傳送所述信息。6.根據權利要求1所述的無線通信系統，包括:包含所述第一終端和所述第二終端的多個無線終端，其中， 所述無線通信設備還包括確定單元，為了確保在所述多個無線終端當中具有最短數據傳送周期的這樣的無線終端的數據傳送周期內從能夠與這樣的無線終端進行無線通信的所述無線終端中的另一無線終端傳送所述虛數據，所述確定單元根據所述數據傳送周期和所述無線終端的數量來確定來自所述另一無線終端的虛數據的傳送周期，并且 所述另一無線終端包括第二傳送單元，當接收到關于所述確定單元所確定的所述虛數據的傳送周期的指示時，所述第二傳送單元在所指示的傳送周期內向所述無線通信設備傳送所述虛數據。7.一種無線通信設備，所述無線通信設備能夠與第一終端和第二終端進行無線通信，所述無線通信設備包括: 檢測單元，其檢測來自所述第一終端的數據未送達；以及 傳送單元，當檢測到所述數據未送達時，所述傳送單元通過向所述第二終端傳送使得所述第二終端轉變為可通信狀態的信息，來使得所述第二終端在預定時間段內轉變為所述可通信狀態，其中所述預定時間段處于向所述無線通信設備的數據傳送的周期內并且在所述第一終端與所述第二終端之間是共同的。8.—種由無線通信系統實現的無線通信方法，所述無線通信系統包括無線通信設備以及能夠與所述無線通信設備進行無線通信的第一終端和第二終端，其中所述無線通信設備執行如下處理: 檢測來自所述第一終端的數據未送達;并且 當檢測到所述數據未送達時，向所述第二終端傳送使得所述第二終端轉變為可通信狀態的信息，以及 當未能接收到響應于數據傳送而發出的響應信號時，所述第一終端執行使得所述第一終端在所述數據傳送的周期內的預定時間段內轉變為可通信狀態的處理，并且 在接收到所述信息時，所述第二終端執行使得所述第二終端在所述第一終端與所述第二終端之間共同的所述預定時間段內轉變為所述可通信狀態的處理。
【文檔編號】H04W24/04GK106060857SQ201610182852
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月28日 公開號201610182852.6, CN 106060857 A, CN 106060857A, CN 201610182852, CN-A-106060857, CN106060857 A, CN106060857A, CN201610182852, CN201610182852.6
【發明人】溫允, 藤田裕志
【申請人】富士通株式會社