(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチホップ無線通信システムにおいて、干渉波や障害物等により通信経路または周波数チャネルが遮断された場合に遮断原因を適切に判断し最適な切替手段を選択する。【解決手段】通信疎通率または電波受信強度のレベルが良好の場合には切替必要無と判断し、通信疎通率または電波受信強度のレベルが劣悪な周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が閾値より小さく、かつ全通信周波数チャネル内にデータ通信に使用しているチャネルよりも通信疎通率または電波受信強度のレベルが良好なチャネルが存在する場合にはチャネル切替を実行し、通信疎通率または電波受信強度のレベルが劣悪な周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が閾値以上でありかつ代替経路内の疎通無チャネル数の割合が前記閾値以下である場合には通信経路切替を実行する。【選択図】図１９
2014207587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホップ無線通信システムにおける複数の無線通信装置の通信を制御するための基地局無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の通信、前記複数の無線通信装置同士の通信を実行するための通信経路、周波数チャネル、通信タイミングおよび通信品質の情報を格納するためのメモリと、
時分割多重アクセスを実行し、通信を制御するプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、前記１サイクル毎に、
(a)前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、
(b)前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、
(c)前記複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、
(d)前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、通信周波数チャネルまたは通信経路を変更する通信制御処理とを、
前記各処理に各々設定された所定の制限時間内で実行する手段を有し、
前記各々の所定の制限時間内に一の処理が未処理又は完了していない場合には、前記１サイクルの次のサイクルにおいて、前記未処理又は完了していない処理のうち完了していない部分の処理を実行することにより、システム内の各通信経路および周波数チャネルについての品質情報をデータ通信運用中に監視し、
その監視結果に基づいて通信経路または／および周波数チャネルを一のものから他のものへ切替えることを特徴とする基地局無線通信装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記通信品質計測処理において、前記複数の無線通信装置に対して通信疎通率、電波受信強度を含む通信品質情報の測定を要求する手段と、
前記通信品質データ取得処理において、前記要求に応じて前記複数の無線通信装置において測定された前記通信疎通率、電波受信強度を含む通信品質情報を前記複数の無線通信装置から受信する手段と、
前記通信制御処理において前記受信した通信疎通率および電波受信強度を含む通信品質情報に基づいて、前記複数の無線通信装置それぞれについて、第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、第1の通信経路から第2の通信経路への切替、または切替必要無のいずれか一つの判断を行う手段を有することを特徴とする請求項１に記載の基地局無線通信装置。
【請求項３】
前記通信制御処理において、通信疎通率または電波受信強度のレベルの少なくとも一つが第１の所定値以上の場合には前記切替の必要無しと判断し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルの少なくとも一つが第２の所定値以下である周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が所定の第１の閾値より小さく、かつ、全通信周波数チャネル内に通信疎通率または電波受信強度のレベルが前記第１の所定値以上のチャネルが少なくとも一つ存在する場合には、その第１の所定値以上のチャネルへのチャネル切替を実行し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルの少なくとも一つが前記第２の所定値以下である周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が前記閾値以上であり、かつ、代替経路内の疎通無チャネル数の割合が前記第１の閾値より小さい場合には、通信経路切替を実行することで、第1の通信経路から第2の通信経路への切替よりも、第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替を優先することを特徴とする請求項２に記載の基地局無線通信装置。
【請求項４】
前記プロセッサは前記通信データ取得処理における通信エラー率を監視し、
前記通信エラー率が第２の閾値以下である場合には、前記通信データ取得処理、前記通信品質データ取得処理および前記通信制御処理の実行期間の全てを通信品質計測処理の実行期間に割り当て、
第3の所定値以上の統計データ量を蓄積したと判断できるまで前記通信品質計測処理を繰り返し、
前記所定値以上の統計データ量を蓄積したと判断した場合には、前記通信品質データ取得処理および前記通信制御処理を実行することにより、周波数チャネルまたは通信経路のうちの少なくとも一方の切り替えを行う手段を有することを特徴とする請求項３に記載の基地局無線通信装置。
【請求項５】
前記通信品質計測処理において、計測すべき周波数チャネル数が第4の所定値以上の場合には計測を実行する周波数チャネルの数を前記第4の所定値未満に減らす手段を有することを特徴とする請求項３に記載の基地局無線通信装置。
【請求項６】
計測すべき全周波数チャネルのうち、チャネル番号の小さいほうから順番に、全周波数チャネルを複数のグループに分け、各グループの中から少なくとも１つの周波数チャネルを含むように計測する周波数チャネルを選択する手段を有することを特徴とする請求項５に記載の基地局無線通信装置。
【請求項７】
前記通信品質計測処理において、計測すべき通信経路数が第5の所定値よりも多い場合には計測を実行する通史経路の数を前記第5の所定値未満に減らす手段を有することを特徴とする請求項３に記載の基地局無線通信装置。
【請求項８】
マルチホップ無線通信システムにおける複数の無線通信装置の通信を制御するための基地局無線通信装置であって、
前記複数の無線通信装置の通信、前記複数の無線通信装置同士の通信を実行するための通信経路、周波数チャネル、通信タイミングおよび通信品質の情報を格納するためのメモリと、
時分割多重アクセスを実行し、通信を制御するプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、前記１サイクル毎に、
(a)前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、
(b)前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、
(c)前記複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、
(d)前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、通信周波数チャネルまたは通信経路を変更する通信制御処理とを、
前記各処理に各々設定された所定の制限時間内で実行する手段を有し、
前記各々の所定の制限時間内に一の処理が未処理又は完了していない場合には、前記１サイクルの次のサイクルにおいて、前記未処理又は完了していない処理を実行することにより、システム内の各通信経路および周波数チャネルについての品質情報をデータ通信運用中に監視し、
その監視結果に基づいて通信経路または／および周波数チャネルを一のものから他のものへ切替えることを特徴とする基地局無線通信装置と、
複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末とを有し、
前記基地局無線通信装置が、前記基地局無線通信装置、複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末における通信処理を制御する無線通信方法であって、
前記通信データ取得処理において、
前記基地局無線通信装置は前記複数の無線通信端末に対してデータ取得要求を送信し、
前記複数の無線通信装置は前記データ取得要求を前記複数の無線通信中継局を中継して受信し、前記複数の無線通信装置はそれに応答して通信データを前記基地局無線通信装置に送信し、
前記通信品質計測処理において、前記基地局無線通信装置は前記複数の無線通信端末に対して通信品質計測用パケットを全周波数チャネルおよび全通信経路に対し送信し、前記複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末は通信品質計測用パケットの送受信を行うことにより前記通信品質を計測し、
前記通信品質データ取得処理において、前記基地局無線通信装置は、前記複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末に対して通信品質データ取得要求を送信し、前記複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末は前記通信品質データ取得要求を受信し、前記複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末はそれに応答して前記計測して得られた通信品質データを前記基地局無線通信装置に送信し、
前記通信制御処理において、前記基地局無線通信装置は、前記複数の無線通信中継器および複数の無線通信端末から受信した前記通信品質データに基づいて前記複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末に対し第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、第1の通信経路から第2の通信経路への切替、または切替えが不要を判断し、
切替の対象となる前記無線通信装置に対して切替要求信号を送信し、前記切替の対象となる無線通信装置は前記切替要求信号を受信し、前記切替の対象となる無線通信装置はそれに応答して切替対象となるテーブルの情報を書換えることで通信制御を実現することにより、システム内の各通信経路および周波数チャネルについての品質情報をデータ通信運用中に監視し、監視結果に基づいて通信経路および周波数チャネルを切替えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
前記通信品質計測処理において、前記プロセッサは、前記複数の無線通信装置に対して通信疎通率、電波受信強度を含む通信品質情報を測定するように要求し、
前記通信品質データ取得処理において、前記要求に応じて前記複数の無線通信装置において測定された前記通信疎通率、電波受信強度を含む通信品質情報の信号を前記複数の無線通信装置から受信し、
前記通信制御処理において前記受信した通信疎通率の信号および電波受信強度の信号に基づいて、前記複数の無線通信装置のそれぞれについて、第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、第1の通信経路から第2の通信経路への切替、または切替不要の判断をすることを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記通信制御処理において通信疎通率または電波受信強度のレベルが第１の所定値以上の場合には切替不要と判断し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルが第２の所定値未満の周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が所定の閾値より小さく、かつ、全通信周波数チャネル内にデータ通信に使用しているチャネルよりも通信疎通率または電波受信強度のレベルが前記第１の所定値以上のチャネルが存在する場合にはチャネル切替を実行し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルが前記第２の所定値未満の周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が前記所定の閾値以上であり、かつ、代替経路内の疎通無チャネル数の割合が前記所定の閾値未満である場合には、通信経路切替を実行することで、第1の通信経路から第2の通信経路への切替よりも第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替を優先することを特徴とする請求項９に記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記通信データ取得処理における通信エラー率を監視し、その通信エラー率が前記第2の閾値未満になると、通信データ取得手順、通信品質データ取得手順および通信制御手順の実行期間を、全て通信品質計測処理の実行期間に割り当て、
第3の所定値以上の統計量が蓄積したと判断できるまで、前記通信品質計測処理を繰り返し、
前記第3の所定値以上の統計量が蓄積されたと判断した場合には、前記通信品質データ取得処理および前記通信制御処理を実行して第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、または第1の通信経路から第2の通信経路の切替を行い、通常の手順を繰り返すことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【請求項１２】
前記通信品質計測処理において、計測すべき周波数チャネル数が第4の所定値以上の場合には計測を実行する周波数チャネルの数を前記第4の所定値未満に減らすことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【請求項１３】
計測すべき全周波数チャネルのうち、チャネル番号の小さいほうから順番に全周波数チャネルを複数のグループに分け、
各グループの中から、少なくとも１つの周波数チャネルを含むように、計測する周波数チャネルを選択することを特徴とする請求項１２に記載無線通信方法。
【請求項１４】
前記通信品質計測処理において、計測すべき通信経路数が第5の所定値以上の場合には計測を実行する通信経路の数を前記第5の所定値未満に減らすことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
【請求項１５】
複数の無線通信装置を有するマルチホップ無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置同士の通信を実行するための通信経路、周波数チャネル、通信タイミング、および通信品質の情報を格納するメモリと、
時分割多重アクセスを実行し、通信を制御するプロセッサとを有し、前記プロセッサは、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、当該サイクル毎に
(a)前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、
(b)前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、
(c)前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、通信周波数チャネルまたは通信経路を変更する通信制御処理とを、
各処理に設定された所定の制限時間内で実行し、その処理が一のサイクルにおける前記制限時間内に完了しない場合には、次のサイクルで前記完了しなかったの処理のうち完了していない部分の処理を実行することにより、システム内の各通信経路および周波数チャネルについての品質情報をデータ通信運用中に監視し、監視結果に基づいて通信経路および周波数チャネルを切替えることを特徴とするマルチホップ無線通信システム。
【請求項１６】
前記通信品質計測処理において、無線通信システム内の1ホップで接続可能な他の複数の無線通信装置に対して通信品質計測用パケットを送受信することで通信疎通率、電波受信強度を含む通信品質情報を測定する手段を有し、
前記通信制御処理において前記受信した通信疎通率および電波受信強度に基づいて、前記複数の無線通信装置の第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、第1の通信経路から第2の通信経路への切替、または切替不要の判断することを特徴とする請求項１４に記載のマルチホップ無線通信システム。
【請求項１７】
前記通信制御処理において通信疎通率または電波受信強度のレベルが第１の所定値以上の場合には切替不要と判断し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルが第２の所定値未満の周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が所定の閾値より小さく、かつ、全通信周波数チャネル内にデータ通信に使用しているチャネルよりも通信疎通率または電波受信強度のレベルが前記第１の所定値以上チャネルが存在する場合にはチャネル切替を実行し、
前記通信疎通率または電波受信強度のレベルが前記第２の所定値未満の周波数チャネル数の全周波数チャネル数に対する割合が前記所定の閾値以上であり、かつ、代替経路内の疎通無チャネル数の割合が前記所定の閾値未満である場合には通信経路切替を実行することで、第1の通信経路から第2の通信経路への切替よりも、第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替を優先することを特徴とする請求項１５に記載のマルチホップ無線通信システム。
【請求項１８】
基地局無線通信装置、複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末を有し、前記基地局無線通信装置が、前記基地局無線通信装置、複数の無線通信中継局および複数の無線通信端末における通信処理を制御する無線通信システムであって、
前記複数の無線通信装置の通信、前記複数の無線通信装置同士の通信を実行するための通信経路、周波数チャネル、通信タイミングおよび通信品質の情報を格納するためのメモリと、
時分割多重アクセスを実行し、通信を制御するプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、前記１サイクル毎に、
(a)前記複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、
(b)前記複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、
(c)前記複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、
(d)前記通信品質データ取得処理によって取得した前記通信品質データに基づいて、通信周波数チャネルまたは通信経路を変更する通信制御処理とを、
前記各処理に各々設定された所定の制限時間内で実行する手段を有し、
前記通信データ取得処理において、
前記基地局無線通信装置は前記複数の無線通信端末に対してデータ取得要求を送信し、
前記複数の無線通信装置は前記データ取得要求信号を前記複数の無線通信中継局を中継して受信し、
前記複数の無線通信装置は前記データ取得要求信号の受信に応答して通信データを前記基地局無線通信装置に送信し、
前記通信品質計測処理において、各無線通信装置は1ホップで接続可能な他の複数の無線通信装置に対して通信品質計測用パケットを全周波数チャネルおよび全通信経路に対し受信することで通信疎通率や電波受信強度を含む通信品質情報を計測する手段を有し、
前記通信制御処理において、前記各無線通信装置は、計測した前記通信品質データに基づいて前記各無線通信装置は自身の設定について、第1の周波数チャネルから第2の周波数チャネルへの切替、第1の通信経路から第2の通信経路への切替、または切替不要の判断を行い、切替対象となるテーブルの情報を書換えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１９】
無線通信ネットワーク内の通信経路内の全無線端末間における通信疎通率または通信エラー率を無線通信ネットワーク内の無線機がそれぞれ計測し、無線基地局が前記全通信路の通信疎通率または通信エラー率情報を収集し、収集結果を用いて送信元から送信先までの複数ある通信周波数チャネルおよび通信経路ごとの通信エラー率と伝送遅延時間をそれぞれ計算し、計算結果に基づいて通信エラー率と伝送遅延時間を最小にする通信周波数チャネルまたは通信経路を選択することを特徴とする請求項１８に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、基地局無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法およびマルチホップ無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
設置容易性、低コスト、運用容易性という観点から無線通信に対する需要が高まっている。特に、産業分野では、従来有線での接続によるケーブル設置工数やコスト面での課題を解決し、かつ移動性や取り扱いやすさを兼ね備えた無線通信に対する期待は高い。
【０００３】
しかし、産業用途特有の高度な要求の前に、産業分野への無線の普及はあまり進んでいないのが現状である。そのため無線通信固有の問題を解決し、有線通信と同等以上の信頼性を確保することが必要になる。特に無線固有の問題として、本質的に伝搬環境の動的変化に弱い点が挙げられる。たとえば、無線システム設置時には存在しなかった無線システムが新設され電波干渉を受け通信性能が低下する、伝搬路に障害物が設置され無線経路の一部が寸断される、または人の移動/往来等により一時的に伝搬環境が悪化して通信断絶が発生するなどである。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献１は、無線経路および周波数チャネルごとの通信品質(干渉発生率、通信エラー率)を測定し、最適な周波数チャネルを含む無線経路を選択する手法について開示している。また特許文献２は、通信している周波数の通信品質情報を把握し、通信品質の悪い周波数チャネルまたは無線経路を切替えて、通信品質を改善させようとする手法についての開示している。特許文献３には、各周波数帯(例えば、750MHz帯(f1)、2.4GHz帯(f2)、5GHz帯(f3))での通信手段を持ち、事前にf1で通信できる経路(r1)、f1およびf2で通信できる経路(r2)、f1、f2、およびf3で通信できる経路(r3)を無線基地局に登録しておき、f1で通信中に通信障害が発生したらr2に切り替え、r2でさらに通信障害が発生したらr3に順次切り替えることで、周波数帯の低いほうから通信経路を構築し、通信障害が発生するたびに順次周波数の高い通信経路に切り替えていく手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０３５０６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３６１５号公報
【特許文献３】特開２００８−００６８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような従来の無線通信技術では、通信品質の劣化または通信障害の発生をトリガにして、通信品質の良い周波数チャネルおよび通信経路に切り替える、さらには順次周波数チャネルまたは通信経路を切り替えることにより無線通信の通信品質を改善を行い、無線通信の信頼性の確保を行っている。
【０００７】
しかしながら、上述のような従来の無線通信技術(特許文献１)では、通信品質の良い通信周波数チャネルを最優先に選択するため、通信品質劣化の原因が他の無線システムからの干渉波なのか、通信経路に出現した障害物なのかを区別することができない。そのため例えば、干渉波の発生が原因であり、通信経路を変更せずに周波数チャネルのみを変更すればよい場合でも通信経路が変更されて、かえって通信遅延が増大してしまうという課題がある。さらには、障害物の発生が原因であるため通信経路の変更をする必要がある場合でも通信経路を変更せず、干渉発生率の低い通信周波数を選択することにより通信不可能になってしまう。
【０００８】
また、従来の無線通信(特許文献２)では1周波数チャネルおよび1通信経路に対する通信品質情報を無線基地局が収集し、通信品質が劣悪の場合には他の周波数チャネルおよび通信経路に切り替えることにより通信品質の改善を図っているが、切替先の周波数チャネルや通信経路の通信品質情報に基づいた切替でないため、切り替え後に必ずしも通信品質が改善しないという課題がある。
【０００９】
さらに、従来の無線通信技術(特許文献３)では、通信障害が発生するたびに通信周波数帯を切り替えることで通信品質改善を試み、通信品質が改善しない場合には通信経路を切り替えることで再度通信品質改善を試みているが、切り替え先の周波数帯および通信経路が必ずしも通信品質の良い切り替え先である保証がないため、通信障害発生時には通信復旧まで時間が掛かり、かつ復旧時間が保証されないという課題がある。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、通信データの伝送の信頼性向上および通信障害発生時の復旧遅延時間を保証する技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明によるマルチホップ無線通信システムは、時分割多重アクセスを実行してシステム内の複数の無線通信装置と通信するが、データ取得タイミングと次のデータ取得タイミングとの間の期間を１サイクルとして、当該サイクル毎に、
(a)複数の無線通信装置から通信データを取得するための通信データ取得処理と、
(b)複数の無線通信装置における通信品質を計測するための通信品質計測処理と、
(c)複数の無線通信装置において計測されたそれぞれの通信品質データを取得するための通信品質データ取得処理と、
(d)通信品質データ取得処理によって取得した通信品質データに基づいて、通信周波数および通信経路を変更する通信手段切替処理とを実行する。
【００１２】
また、通信データ取得処理、通信品質計測処理、通信品質データ取得処理、及び通信手段切替処理は、１サイクルにおいて、それぞれの処理に設定された制限時間に基づいて、順次切り替えられながら、実行される。
【００１３】
さらに、通信品質計測処理では全通信経路、全周波数チャネルの通信品質を計測し、基地局、中継器および端末が保持する。通信品質データ取得処理および通信手段切替処理では基地局または中継局/端末において各経路ごとに通信疎通無チャネル数の通信周波数チャネル数に対する割合を算出し、現行経路の疎通無チャネルの割合が閾値未満であれば、干渉波が発生したと判断し当該経路内で周波数チャネルの変更を行う。閾値以上であれば、当該経路内に障害物が出現したと判断し、他経路に疎通無チャネルの割合が閾値以下の経路が存在すればその経路に切り替える。閾値以下の経路が他に存在しなければ経路切替は行わず、当該経路内での周波数チャネルのうち通信品質が最良の周波数チャネルに切り替える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低エラーな通信を維持するために周波数チャネルおよび通信経路を変更する手段を持つマルチホップ無線通信システムにおいて、周波数チャネル切替または通信経路切替を最適に選択/適用することができる。
【００１５】
このため、無駄な周波数チャネル変更や不用意な通信経路切替による通信遅延増大を回避し、通信の信頼性を向上できるだけでなく、運用中に通信品質計測を行いながら通信を実行できるため通信障害時の短時間での復旧を保障することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の無線通信システムの概略構成例を示す図である。
【図２】基地局１および中継局１０の概略構成例を示す図である。
【図３】端末１００の概略構成例を示す図である。
【図４】基地局１の通信経路テーブル例を示す図である。
【図５】中継局１０の通信経路テーブル例を示す図である。
【図６】端末１００の通信経路テーブル例を示す図である。
【図７】基地局１の周波数チャネルテーブル例を示す図である。
【図８】中継局１０の周波数チャネルテーブル例を示す図である。
【図９】端末１００の周波数チャネルテーブル例を示す図である。
【図１０】基地局１の通信タイミングテーブル例を示す図である。
【図１１】中継局１０の通信タイミングテーブル例を示す図である。
【図１２】端末１００の通信タイミングテーブル例を示す図である。
【図１３】本発明の無線通信システムにおけるデータ通信フロー例を示す図である。
【図１４】本発明の無線通信システムにおける通信内容の時間別構成例を示す図である。
【図１５】基地局１の通信品質情報テーブル例を示す図である。
【図１６】中継局１０Ａ、１０Ｂの通信品質情報テーブル例を示す図である。
【図１７】中継局１０Ｃ、１０Ｄの通信品質情報テーブル例を示す図である。
【図１８】端末１００の通信品質情報テーブル例を示す図である。
【図１９】制御部における切替対象選択フローの例を示す図である。
【図２０】干渉波が発生している場合の本発明の無線通信システム概略構成例を示す図である。
【図２１】図２０の干渉発生条件における基地局１の通信品質情報テーブルの例を示す図である。
【図２２】周波数チャネル切替後の基地局１と中継局１０Ａの周波数チャネルテーブル例を示す図である。
【図２３】障害物が出現している場合の本発明の無線通信システム概略構成例を示す図である。
【図２４】図２３の障害物発生条件における基地局１の通信品質情報テーブルの例を示す図である。
【図２５】通信経路切り替え後の基地局１および端末１００Ａの通信経路テーブルの例を示す図である。
【図２６】通信制御手順におけるテーブル変更指示の伝送に関するタイムチャート例を示す図である。
【図２７】複数の周波数チャネルからスキャンチャネルを選択している例を示す図である。
【図２８】実施例６を説明するための、無線ネットワークを示す図である。
【図２９】実施例６に関する図であり、優先経路内の周波数チャネルを切り替えるか、代替経路に切り替えるかを決定を行う動作を説明するためのフローチャートである。
【図３０】実施例６に関する図であり、優先経路内の周波数チャネルを切り替えるか、代替経路に切り替えるかを決定を行う動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１８】
更に、本発明の実施例は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。
【００１９】
なお、以後の説明では「テーブル」形式によって本発明の各情報について説明するが、これら情報は必ずしもテーブルによるデータ構造で表現されていなくても良く、リスト、ＤＢ、キュー等のデータ構造やそれ以外で表現されていても良い。そのため、データ構造に依存しないことを示すために「テーブル」、「リスト」、「ＤＢ」、「キュー」等について単に「情報」と呼ぶことがある。
【００２０】
以下では、「制御部（プロセッサということもできる）」を主語（動作主体）として本発明の実施形態における各処理について説明を行うことがあるが、プロセッサはメモリ及び通信ポート（通信制御装置）を用いながら所定の処理（フローチャートに対応するプログラム）を実行するため、各処理（プログラム）を主語とした説明としてもよい。
【実施例１】
【００２１】
＜マルチホップ無線通信システムの概要＞
図１は、実施例１に係るアドホックネットワークにおけるマルチホップ無線通信システムの概要を示す図である。
【００２２】
当該マルチホップ無線通信システムは、データ要求コマンドを送信する基地局１と、データ要求コマンドに応じてデータ送信を行う端末１００A乃至Cと、データ要求コマンド及びデータを端末１００A乃至C及び基地局１に中継する中継局１０A乃至Dと、を有している。
【００２３】
ここでは説明の一般化のために、中継局及び端末の数をそれぞれ４台及び３台としているが、構成する各機器の台数に制限はない。また、マルチホップ数に関しても制限はない。本発明の実施形態では、説明の重複を避けるために基地局１の端末１００宛のデータ要求に対し中継局１０は中継器として機能し、受信した端末１００はデータ中継局１０を介して基地局１に伝送するを例を示しているが、端末１００が自律的に中継局１０を介して基地局１にデータを転送するマルチホップ無線通信システムであってもよい。
【００２４】
＜無線局(基地局、中継局)の概略構成＞
図２は、基地局(或いはゲートウェイ装置とも言う)１、中継局(或いはルーター装置とも言う)１０、および端末(或いは端末局、端局、端末装置とも言う)１００の概略構成例を示す図である。アンテナ１０１と、送受信器１０２と、制御部（プロセッサ）１０３と、通信経路テーブル１０４と、周波数チャネルテーブル１０５と、通信タイミングテーブル１０６と、通信品質情報テーブル１０７と、外部装置インターフェース(Ｉ/Ｆ)１０８とを有する。
【００２５】
制御部(プロセッサ)１０３は、通信品質管理及びパケット送受信管理を行い、パケット生成タイミングになると、端末１００宛にデータ要求パケットを生成する。
【００２６】
そして、制御部１０３は、通信タイミングテーブル１０６に記述されたタイミングに従って、周波数チャネルテーブル１０５に記載の周波数を用い、通信経路テーブル１０４に記述されている宛先に対するパケットとして送受信機１０２及びアンテナ１０１を介して無線送信する。
【００２７】
なお、ここで、通信タイミングテーブル１０６は、図１０乃至図１２のような複数のタイムスロットから構成されるスーパーフレームという通信の周期単位を示す情報である。また、後述する通信経路テーブル１０４、周波数チャネルテーブル１０５、通信タイミングテーブル１０６、及び通信品質情報テーブル１０７は、制御部１０３により書き換えることができる。さらに制御部１０３は通信品質情報テーブル１０７に基づき、後述する通信経路テーブル１０４や周波数チャネルテーブル１０５、通信タイミングテーブル１０６の変更/書き換え内容を決定することができる。
【００２８】
さらに、制御部１０３は、外部装置ＩＦ１０８を介して、ＰＣ等の外部装置に対して、データを送受信したり、外部装置から自身(制御部１０３)および各テーブル１０４乃至１０７のパラメータ/設定値を書き換えたりすることができる。
【００２９】
＜端末の概略構成＞
図３は、端末１００A乃至Cの概略構成例を示す図である。端末１００A乃至Cはそれぞれ、アンテナ２０１と、送受信機２０２と、制御部(プロセッサ)２０３と、通信経路テーブル２０４と、周波数チャネルテーブル２０５と、通信タイミングテーブル２０６と、通信品質情報テーブル２０７と、センサインターフェース(ＩＦ)２０８と、センサ２０９と、を有する。センサ（画像センサ（ＣＣＤ等）、温度センサ、湿度センサ、角速度センサ、加速度センサ等）２０９よって取得されたセンサデータは、センサＩＦ２０８を介して制御部２０３に入力される。
【００３０】
制御部２０３は、アンテナ２０１及び送受信機２０２より、基地局１からのデータ要求コマンドを受信すると、後述の通信経路テーブル２０４、周波数チャネルテーブル２０５、及び通信タイミングテーブル２０６を参照し、パケットを送受信機２０２及びアンテナ２０１を介して、基地局１宛てに送信する。
【００３１】
なお、制御部２０３は、アンテナ２０１及び送受信機２０２が受信する基地局１からの各種切替コマンドに応答して、通信経路テーブル２０４、周波数チャネルテーブル２０５、及び通信タイミングテーブル２０６を書き換えることができるようになっている。
【００３２】
＜通信経路テーブルの構成＞
図４乃至図６は、それぞれ基地局１、中継器１０、および端末１００が保持する通信経路テーブル１０４および２０４の構成例を示す図である。通信経路テーブル１０４および２０４は、パケットの宛先と転送先の情報を保持している。パケットの宛先は、所望のパケットを伝送する最終目的地(無線局)のアドレス情報を示し、パケットの転送先は、当該所望のパケットを直接伝送する先(無線局)のアドレス情報を示している。転送先に伝送されたパケットは、そこを経由して最終目的地である宛先に伝送される。
【００３３】
当該テーブルを保持する無線局は、宛先から次に送信すべき転送先を判断し、転送先宛にパケット送信することで正しい経路で宛先へパケットを伝送することができるようになっている。
【００３４】
図４乃至図６の例では、基地局１から端末１００A宛てのパケットは１→１０A→１００A、１００B宛てのパケットは１→１０B→１０C→１００B、１００C宛てのパケットは１→１０D→１００Cと伝送されるようになっており、各端末１００から１宛てのパケットは上記経路の逆で伝送される例を示している。
【００３５】
＜周波数チャネルテーブルの構成＞
図７乃至図９は、周波数チャネルテーブル１０５及び２０５の構成例を示す図である。周波数チャネルテーブル１０５及び２０５は、通信先との通信に用いるチャネル番号の情報を保持しており、このチャネル番号の情報は、後述のように基地局１または自端末(中継器１０、端末１００)によって適宜書き換えられるようになっている。
【００３６】
周波数チャネルテーブル１０５及び２０５には、下り通信(基地局１から端末１００へ向かう方向)と上り通信(端末１００から基地局１へ向かう方向)ごとに送受信先と使用する周波数ch(チャネル)が記載されており、各無線局は、送信先或いは受信先との間で設定された周波数チャネルで送受信を行う。
【００３７】
図７乃至図９の例では、１→１０A→１００Aの経路では周波数チャネル#１、１→１０B→１０C→１００Bの経路では周波数チャネル#２、１→１０D→１００Cの経路では周波数チャネル#３を使用するように記載されている。
【００３８】
＜通信タイミングテーブルの構成＞
図１０乃至図１２は、通信タイミングテーブル１０６及び２０６の構成例を示す図である。通信タイミングテーブル１０６及び２０６は、タイムスロット番号と、送信先と、受信先と、を構成情報として含んでおり、送受信の繰り返し単位を表している。
【００３９】
図１０乃至図１２のような複数のタイムスロットから構成され、送受信の繰り返し単位となる通信フレームのことをスーパーフレームという。各無線局は図１０乃至図１２の通信タイミングテーブルに記載のタイムスロットにて、記載された送信先または受信先に対しパケットを送信または受信することで通信を行う。
【００４０】
なお、図の例ではタイムスロット#１−#４にて基地局１から端末１００Aに対しデータ要求パケットを送信し、それに応じて端末１００Aが基地局１に対しデータを送信するまでの通信が行われ、同様にタイムスロット#５乃至#１０では基地局１⇔端末１００Bの通信、#１１乃至#１４では基地局１⇔端末１００Dの通信が行われる。
【００４１】
なお、タイムスロット長は通信周波数帯(例えば、４００MHｚ帯、９００MHｚ帯、２．４GHｚ帯、５GHｚ帯)によって物理的な原因で異なるが、数[ms]から数１００[ms]を想定している。タイムスロット#１５―２０は優先経路での通信(図４−６に記載の経路)では使用しないが、代替経路に切替える必要が生じた場合に使用するタイムスロットである。
【００４２】
＜メッセージ送受信処理＞
図１３は、基地局１、中継局１０及び端末１００の間で実行されるメッセージ送受信処理を説明するための通信シーケンスフローである。
【００４３】
基地局１は、端末１００宛データ要求を中継局１０に送信する(１３０１、１３０３、１３０６)。１００宛データ要求を受信した中継局１０は、通信経路テーブル１０４に従い、端末１００宛データ要求を送信する(１３０２、１３０４、１３０５、１３０７)。端末１００宛データ要求を受信した端末１００は、基地局１宛にセンサデータを送信する(１３３１、１３３３、１３３６)。端末１００からデータを受信した中継局１０は、基地局１宛に当該センサデータを中継する(１３３２、１３３４、１３３５、１３３７)。
【００４４】
各データ要求(１３０１乃至１３０７)及びセンサデータ(１３３１乃至１３３７)を受信した無線局は、その都度応答(Ａｃｋ)を当該要求やセンサデータの送信元に対して返信する(１３１１乃至１３２４)。各無線局は、Ａｃｋを受信することにより、制御部１０３及び２０３から当該パケットを消去する。
【００４５】
このように、基地局１が、中継局１０を介して宛先端末１００と通信することにより、より遠くの無線局にアクセスしてデータを取得することができるようになる。さらに複数の中継局を中継して、宛先端末にアクセスするようにしても良い。
【００４６】
＜通信内容の時間別構成＞
図１４は、本発明によるマルチホップ通信内容の時間別構成を示す図である。当該マルチホップ通信では、アプリケーションに応じたデータ取得周期(サイクル)に合わせて周期的通信フレーム１４０５を４つに分け、それぞれ通信データ取得手順１４０１、通信品質計測手順１４０２、通信品質データ取得手順１４０３、通信制御手順１４０４としている。
【００４７】
そして、基地局１と、中継局１０及び端末１００はそれぞれ時刻同期を取り、協動しながら１回のデータ取得タイミングにおいて、これらの手順を１セットの処理として連続的に実行するようにしている。しかも、各手順の実行時間(制限時間)はT[s]に制限されている。
【００４８】
なお、この実行時間Tは、可変時間として設定しても良い。
【００４９】
つまり、各手順に対して異なる実行時間を設定しても良いし、処理開始時は各手順で同一の実行時間を設定しておき、データの取得状況に応じて（取得や処理が進んでいる手順は短く設定し、取得や処理が遅れている手順には長い時間を割り当てる）可変制御するようにしても良い。
【００５０】
ただし、この場合でも４つの手順の実行時間の合計は一定(４T)に保つことが望ましい。
【００５１】
また、通信品質データ取得手順１４０３および通信制御手順１４０４を定められたサイクル数ごと(例えば、数１０サイクル)に一度実行し通信品質データを十分に蓄積してもよい。この場合は通信品質データ取得手順１４０３および通信制御手順１４０４を実行しないサイクルでは、たとえば通信データ取得手順１４０１にT[s]を、残りの３T[s]をすべて通信品質計測手順１４０２に割り当てるなどして通信品質データの精度を上げることができる。
【００５２】
また、通信品質データ取得手順１４０３の実行直後(通信制御手順１４０４の直前)に各無線局は、通信品質データをメモリから削除することで初期化する。これにより任意の期間における電波状況から通信チャネルを設定できる。
【００５３】
なお、各手順における無線通信内容は図１３のデータ要求/データ送信のシーケンスと同様のシーケンスにて、基地局１からの通信種別(データ要求、通信品質パケット、品質データ要求、周波数チャネル/通信経路制御パケット)に依存して決定される。または、基地局１、中継局１００、および端末１００は時刻同期を取っているので、各無線局の制御部１０３および２０３内で時刻管理を行い、定められた時刻に各通信手順(１４０１乃至１４０４)の開始/終了を制御するようにしてもよい。
【００５４】
通信データ取得手順１４０１では、主に図１３シーケンスに従ったセンサデータ等の送受信が行われる。通信品質計測手順１４０２では、通信品質測定用パケットを全通信経路で送受信させることにより、各周波数チャネルでの通信品質情報(通信疎通(PER：Packet Error Rate)、受信電波強度(RSSI：Received Signal Strength Indicator)など)を各通信路/無線局ごとに測定する。通信品質データ取得手順１４０３では、各無線局が測定した通信品質データを基地局１が通信品質データ要求を送信することにより収集する。
【００５５】
各無線局が自律的に周波数チャネル/通信経路を決定する場合は、通信品質データ取得手順は省略してもよい。通信制御手順１４０４では、基地局１が通信品質データ取得手順１４０３で取得した通信品質情報を基に、通信品質が劣悪な通信経路または周波数チャネルを判断し、該当する通信経路または周波数チャネルを切り替えるべく、通信経路テーブル(１０４、２０４)または周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)の変更指示を無線パケットで伝送する。
【００５６】
各無線局が自律的に周波数チャネル/通信経路を決定する場合は、通信品質が劣悪と判断した通信経路の各無線局間(１：１)で通信経路テーブル(１０４、２０４)または周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)の変更指示のやりとりを行う。
【００５７】
上述のように、各手順には制限時間Tが設けられている。これにより、各手順が終了していなくとも次の手順に進むため、各手順の遅延が他の手順の遅延に影響を及ぼさなくなるため、周期的に安定したデータ取得実行が可能になる。
【００５８】
ここで、Tの値は一例として数秒〜数１０秒程度(１４ｓなど)を想定しており、図１０乃至図１２のスーパーフレームのタイムスケールの例である１．４ｓに比べて大きな値であり、時間T内に１０個程度のスーパーフレームが格納されることを想定している。
【００５９】
＜通信品質計測手順＞
通信品質計測手順１４０２では、基地局１からのポーリングと端末１００の基地局１への返信を行う中で、通信品質計測用パケットを全通信経路および全周波数チャネルに渡って送受信し、各無線局は図１５乃至図１８に示す通信品質情報テーブル(１０７、２０７)を得る。
【００６０】
通信品質情報テーブル(１０７、２０７)はテーブルを保持している無線局ID、通信品質計測用パケットの通信先、周波数チャネル番号、通信品質計測用パケットによる通信疎通率[％]、および受信電波強度(RSSI)[dBm]からなる。
【００６１】
ここで通信疎通率とは、通信品質計測用パケットでの通信回数に対する応答受信回数の割合ことである。疎通がなかった場合および通信品質データを回収できなかった分は、通信疎通率は0[％]となり、RSSIの値は空欄となる。後述するが、本手順はあらかじめ設定された手順で動作し、計測のための通信経路テーブル(１０４、２０４)の変更および周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)の変更は基地局１、中継局１０および端末１００間の時刻同期を前提として、各無線局間で協調的に行われる。また、通信シーケンス自体は各種テーブル(１０４乃至１０７、２０４乃至１０７)および図１３に従って行う。
【００６２】
なお、通常は通信品質計測手順(１４０２)では制限時間(Ｔ)が過ぎると、十分な統計データが蓄積されたか否かを基地局１の制御部１０３で判断し、統計データが十分でなくても強制的に次の手順(通信品質データ取得手順１４０３)に移行する。
【００６３】
統計データの十分性は制御部１０３にて通信品質計測用パケットの発行回数が一定値以上に達したか否かで判断する。高品質計測が十分でない部分については、次の周期的通信フレーム移行で順次補足し、制御部１０３が十分な統計量が蓄積されたと判断するまでは、通信品質データ取得手順１４０３および通信制御手順１４０４には移行しない。その場合は、通信品質データ取得手順１４０３および通信制御手順１４０４を実行する予定であった期間については、通信データ取得手順１４０１を実行するように基地局１の制御部１０３をプログラムしてもよいし、休止期間としてプログラムしても良い。十分な統計量に達すると、通信品質データ取得手順１４０３、通信制御手順１４０４を実行する。
【００６４】
＜通信データ取得/通信品質データ取得/通信制御手順＞
通信データ取得手順１４０１、通信品質データ取得手順１４０３、および通信制御手順１４０４は通信シーケンス自体には差がなく、各種テーブル(１０４乃至１０７、２０４乃至２０７)および図１３に従って行う。基地局１からの通信要求種別(データ要求、通信品質データ要求、および通信制御要求)の区別により、異なる手順として分類される。
【実施例２】
【００６５】
実施例２では、通信品質データ取得手順１４０３にて基地局１が取得する全無線局の通信経路および周波数チャネル情報(図１５乃至図１８)から、通信制御手順１４０４にて、干渉波による通信障害と障害物による通信障害を区別可能な方法で、品質の劣悪な通信経路または周波数チャネルを良品質なものに切替える。
＜周波数チャネル/通信経路切替の選択アルゴリズム＞
通信品質データ取得手順１４０３にて基地局１が取得した通信品質データ(図１５乃至図１８)をもとに基地局１の制御部１０３で、図１９に示す切替対象選択フローに従うアルゴリズムで通信経路の切替、周波数チャネルの切替、または切替なしを選択する。
【００６６】
切替対象選択フローにより、目的端末１００までの経路を複数持つ無線局(基地局１または中継局１０)に対しては通信経路切替または周波数チャネル切替のうち最適な切替方法が提供され、複数の経路を持たない場合は、周波数チャネル切替を実行する。また、通信品質が十分であると判断された場合には、切替なしが選択される。
【００６７】
図１９の切替対象選択フローについて説明する。図１９のフローは基地局１(または中継局１０、端末１００)の制御部１０３にて実行され、通信品質データ(図１５乃至図１８)を基に無線機ＩＤごとに実行される。例えば、基地局１では図１５乃至図１８の通信品質データを全て保持しており、図１５に示す基地局１自身の通信品質情報テーブルについての切替対象選択フロー(図１９)が終了すると、次に図１６に示す中継局１０Ａの通信品質情報テーブルについての切替対象選択フロー(図１９)に移行する。これを順次全ての無線機ＩＤについて実行する。
【００６８】
各無線機ＩＤの通信品質情報テーブルについての切替対象選択フロー(図１９)について説明する。通信品質データ取得手順１４０３が完了すると現行の通信経路および周波数チャネルの通信疎通率(n[％]：図１５乃至図１８の通信品質データ)がある閾値x[％]以上であるかどうかを判定する(Ｓ１９０１)。
【００６９】
x[％]は通信疎通率の良/不良を判定する閾値であり、例えば９５％等の値を設定する。
【００７０】
Ｓ１９０１にて「n ≧ x」であった場合、十分に品質の良い無線通信が可能として切替なし(Ｓ１９０２)とする。一方「n ＜ x」であった場合には、代替経路があるか否かでフローが異なる(Ｓ１９０３)。
【００７１】
代替経路がある、すなわち図１５乃至図１８において当該無線機ＩＤに対し複数の通信先が記載されている場合にはＳ１９０４のフローへ移行する。
【００７２】
代替経路が存在しない場合には、現行経路の周波数チャネルで通信疎通率n[％]以上のチャネルがあるか否かをチェックし(Ｓ１９０５)、ない場合は切替なし(Ｓ１９０２)、ある場合は現行経路内でのチャネル切替(Ｓ１９０７)を実施する。Ｓ１９０３のフローで代替経路が存在する場合には、まず現行経路内の周波数チャネルのうち疎通無チャネル数の割合を算出し、ある閾値ｍ[％]以下であれば通信障害の原因は干渉波と判断し、前述のＳ１９０５の判定を行った後、切替なし(Ｓ１９０２)またはチャネル切替(Ｓ１９０７)を実施する。
【００７３】
ここで、疎通無とは疎通率がy[％]以下の状態のことと定義する。mおよびyの値は例えばそれぞれ７０[％]、２０[％]等の値である。一方、Ｓ１９０４にて疎通無チャネル数の割合がm以上であった場合は周波数チャネルがほとんど使えない状況になっていることを意味し、その原因は障害物もしくは無線機間の距離の増大によるものと判断し、代替経路についても同様に疎通無チャネル数の割合をチェックする(Ｓ１９０６)。
【００７４】
ここで、疎通無チャネルの割合がmより大きければ、代替経路も障害物等により遮断されていると判断し、経路の切替は行わず、Ｓ１９０５の判定を経て切替なし(Ｓ１９０２)またはチャネル切替(Ｓ１９０７)を実施する。一方で、疎通無チャネルの割合がm以下であれば代替経路に切替えるメリットがあると判断し、通信経路切替(Ｓ１９０８)を実施する。
【００７５】
ここで、現行経路とあるが本システムには基地局１から宛先端末１００最小ホップ数で通信できる経路を予めデフォルト経路として通信経路テーブル(図４−６)に記載しておき、順次これを書換えながら通信を行う。
＜周波数チャネル/通信経路切替の選択アルゴリズムの効果例＞
周波数チャネル/通信経路切替の選択アルゴリズムの効果について例を挙げて説明する。
【００７６】
図２０には基地局１から端末１００Ａへの通信を例示しており、基地局１と中継局１０Ａの間の経路に干渉波が発生したことにより、基地局１が通信品質データ取得手順１４０３で取得する基地局１→中継局１０Ａ、および基地局１→中継局１０Ｂの通信品質データは図２１のように、基地局１→中継局１０Ａの経路のch１の通信疎通率が劣悪になっている。
【００７７】
現行経路は、図７の周波数チャネルテーブルに従いデフォルト経路すなわち中継局１０Ａを経由する経路をch１で通信しているとし、図１９にてx = ８０[％]、y = ２０[％]、m = ７０[％]に設定したとすると、経路を切替えずに図２２に示すように基地局１および中継局１０Ａの周波数チャネルテーブルを書き換える(書換え前は図７、８)ことにより周波数チャネルをch２に切替える(Ｓ１９０７)ことになる。
【００７８】
本アルゴリズムを用いることにより、優先経路に通信障害が発生した場合、ホップ数の多い代替経路(基地局→中継局１０Ｂ…)内に通信疎通率が１００％の周波数チャネルが存在していたとしても、ホップ数の少ない優先経路内で、ある程度の疎通率の周波数チャネルを用いて通信することで、経路切替を選択した時の通信遅延の増加を回避している。本アルゴリズムは通信障害が発生した時、極力通信経路は切替えずに周波数チャネルを切替えることで通信品質を維持しようとする。
【００７９】
図２３には図２０と同様に基地局１から端末１００Ａへの通信を例示しており、基地局１と中継局１０Ａの間の経路に障害物が出現したことにより、基地局１が通信品質データ取得手順１４０３で取得する基地局１→中継局１０Ａ、および基地局１→中継局１０Ｂの通信品質データは図２４のように、基地局１→中継局１０Ａの経路の通信疎通率が全周波数チャネルに渡り劣悪になっている。
【００８０】
現行経路は、デフォルト経路すなわち中継局１０Ａを経由する経路をch１で通信しているとし、図１９にてx = ８０[％]、y = ２０[％]、m = ７０[％]に設定したとすると、基地局１→中継局１０Ａの経路は障害物が発生したと判断し、優先経路(基地局１→中継局１０Ａ)をあきらめ、代替経路(基地局１→中継局１０Ｂ)のch２or３での通信に切替える。具体的には、例えば基地局１および端末１００Ａの通信経路テーブル(図４、６)を図２５のように書換えることにより、代替経路での通信が可能となる。
【００８１】
本アルゴリズムでは通信障害が発生した場合に、優先経路(ホップ数が最小の経路)における周波数チャネル切替を最優先に行うが、優先経路の通信品質が著しく劣悪な場合には通信経路を切替えることで、基地局１と目的端末１００との通信を維持する。
＜通信制御手順のシーケンスフロー＞
通信制御手順１４０４における通信フローを上記図２０−２２および図２３−２５の例の場合について説明する。
【００８２】
図２６に周波数チャネル切替が発生した場合の通信制御手順のフロー(a)および、通信経路切替が発生した場合の通信制御手順のフロー(b)を示す。
【００８３】
周波数チャネルの場合は、図１０の通信タイミングテーブルの通信タイミングで中継局１０Ａに対し周波数チャネルテーブル変更要求(２７０１)を送信し、受信した中継局１０Ａは応答(２７１１)を返した後、周波数チャネルテーブルを図２２のように書き換える。
【００８４】
基地局１は応答(２７１１)を受信して初めて自身の周波数チャネルテーブルを図２２のように書き換える。応答(２７１１)がない場合には、変更要求が届かなかったと判断し、書換えをキャンセルする。中継局１０Ａでは変更要求受信後、応答(２７１１)を返した後に周波数チャネルテーブルを書き換えることにより、応答(２７１１)が変更後の周波数チャネルで送信されてしまうことを回避できる。
【００８５】
通信経路切替が発生した場合(図２６(b))には、基地局１は端末１００Ａに対し、切替前の経路で通信経路テーブル変更要求(２７０２、２７０３)を送信する。基地局１は中継局１０Ａからの応答(２７１２)を受信したら通信経路テーブルを図４から図２５(１)のように書き換える。端末１００Ａは通信経路テーブル変更要求２７０３を受信したら、図６から図２５(１００Ａ)のように通信経路テーブルを書き換える。これにより、通信経路を切替えることができる。
【００８６】
通信制御手順１４０４での変更内容は、通信制御手順１４０４の期間の終了直前に敵意要されるものとし、それ以前は切替前のテーブルを用いる。
【実施例３】
【００８７】
実施例４では、基地局１の制御部１０３にて通信データ取得手順１４０１における通信エラー率(端末１００へのデータ要求パケット発行回数に対する回収データ数の割合)を監視し、一定の閾値(例えば５０％)以下になると、図１４の通信データ取得手順(１４０１)、通信品質データ取得手順(１４０３)および通信制御手順(１４０４)の期間を、全て通信品質計測手順１４０２実行期間に割り当て、基地局１の制御部１０３が十分な統計量が蓄積したと判断する(すなわち、通信品質計測用パケット発行回数が一定値以上に達する)まで、通信品質計測手順１４０２を繰り返すように制御部１０３をプログラムする。
【００８８】
十分な統計量が蓄積されたと制御部１０３が判断すると、通信品質データ取得手順１４０３および通信制御手順１４０４を実行して高速スキャンモードから脱出する。
【００８９】
この高速スキャン方式により、通信エラー率が高くシステム維持に支障が発生するような場合に、通信障害復旧を最優先したオペレーションが可能になり、最短時間で通信障害から復旧することが可能になる。
【実施例４】
【００９０】
実施例４は、通信品質計測手順１４０２にて全周波数チャネルおよび全通信経路について通信品質を計測する際、対象となる周波数チャネル数が一定数(例えば２０チャネル)以上の場合には通信品質計測(スキャン)対象の周波数チャネル数を削減するように基地局１の制御部１０３にプログラムする。
【００９１】
図２７に周波数チャネルの削減例を示す。図２７の例ではスキャンする周波数チャネルを３ch置きに設定することにより、スキャン時間を１/３に短縮することが可能である。
【００９２】
これより通信品質計測手順に要する時間を短縮することができ、短時間で通信障害から復旧することが可能になる。
【００９３】
周波数チャネル数を削減したことにより、全周波数をスキャンすることができないため干渉波および障害物に対する感度は低下するが、図２７のように通信周波数帯域全体をカバーできるようにスキャンする周波数チャネルを設定することにより、そのリスクを最小限に抑えることが可能である。
【実施例５】
【００９４】
実施例５は、通信経路または周波数チャネルの切替の選択アルゴリズム図１９を基地局１ではなく中継局１０および端末１００が自律的に実行し、当該中継局１０および端末１００の保持する通信経路テーブル(１０４、２０４)または周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)を自身で書き換えることにより、自立分散的に周波数チャネル切替および通信経路切替を実行することにより、周波数チャネルや通信経路を変更するための制御パケットの削減を図ることができ、通信オーバーヘッドの削減が可能である。
【００９５】
本実施例では図１４における通信品質データ取得手順１４０３は存在せず、周期的通信フレーム１４０５は、通信データ取得手順１４０１、通信品質計測手順１４０２および通信制御手順１４０４で構成される。
【００９６】
通信品質計測手順１４０２では各無線局はこの期間の間に可能な限り隣接無線局との間の無線通信を全周波数チャネルにて実施することにより、通信疎通率および受信電波強度を取得する。取得した通信疎通率および受信電波強度情報から図１９のアルゴリズムを各無線局制御部(１０３、２０３)で実行し、周波数チャネル切替または通信経路切替の判断を行う。
【００９７】
通信制御手順１４０４では、中継局１０および端末１００は自身の通信経路テーブル(１０４、２０４)または周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)を図２５または図２２のように書き換えるが、周波数チャネルテーブル(１０５、２０５)を書き換える際には図２６(a)のフローに従う。
【００９８】
なお、デフォルトのテーブルとして前記実施例と同様に図４−１２を各無線局が保持しているものとする。
【００９９】
これにより、中継局１０および端末１００は自立分散的に干渉波や障害物を最適に回避するように周波数チャネル切替および通信経路切替を実行することが可能になる。
【０１００】
さらに周波数チャネルや通信経路を変更するための制御パケットの削減を図ることができ、通信オーバーヘッドの削減が可能である。
【実施例６】
【０１０１】
実施例６では、説明の簡略化のため図２８に示すような無線ネットワークを用いて説明する。基地局１から端末100への無線通信を行う際に、通信経路に電波干渉または障害物などによる通信障害が発生した場合に基地局が通信周波数切替または通信経路切替のうち最適な方を選択して通信手段の切替を行う方法を提示する。具体的には図２８で、通信の初期は有線経路による通信が行われているものとし、通信障害が発生した場合、優先経路(1ホップ)内で通信周波数を変更するか、または基地局１から端末１００へ通信する通信経路２通りのうち代替経路(4ホップ)へ切り替えるか、の判断基準を提供する。
実施例１の通信品質データ取得手順にて、基地局１は無線ネットワーク内の全端末の間の通信疎通率を取得し、取得した通信疎通率に基づいて、図２９に示すフローチャートに基づいて優先経路内の周波数チャネルを切り替える(S2904)か、代替経路に切り替える(S2905)かを決定する。まず、通信疎通率から代替経路の伝送遅延時間と優先経路の伝送遅延時間を計算する(S2901, S2902)。1−通信疎通率(通信エラー率)がある値(例えば10-4)となる遅延時間を優先経路ではtp、代替経路ではtaと定義すると、tp < taとなる周波数チャネルが優先経路内の通信路Aに存在する場合には周波数チャネルの切替を選択し(S2904)、存在しない場合には代替経路への切り替えを選択する(S2905)。
下記前提条件のもと、優先経路と代替経路の通信エラー率と伝送遅延時間の関係を計算した結果を図３０に示す。通信路Aの通信エラー率が0.5以下である周波数チャネルが通信路Aに存在すれば、代替経路で通信を行うよりも通信品質が良くなることが期待されるため、実施例１の通信制御手順にて優先経路の通信路Aの周波数チャネルを切り替える。存在しない場合には代替経路に切り替える。
・前提条件
(1)通信路B-Gではどの周波数チャネルでも通信エラー率=一定(=0.1)。
(2)通信路Aのみ干渉波や障害物による通信エラー率の変動あり。
(3)通信路Aの通信エラー率をPa(変数)と表記。
(4) 1通信路あたりの通信時間は100ms(例)。
（その他）
（i）本発明による通信システムは、発電所、ビル、工場（各サイト）、家庭等内のデータ等の監視および制御を実現するために適用される。基地局は端末（複数の無線通信装置）からデータ（例えば、各サイトに設置されたセンサデータ）を受信し、そのデータを基に各サイトにおける装置等の状態を監視し必要に応じて制御を実施する。
【０１０２】
本発明によれば、通信環境の変化に追従して通信設定を変化させながら低遅延な無線通信を提供することができる。それにより産業用途として要求される高度な信頼性要求に応え、設置コストの低減、工期短縮、柔軟なシステムの構築を実現することができる。
（ii）本発明は、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。
【０１０３】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【０１０４】
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。
【０１０５】
さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。
【０１０６】
最後に、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した教授に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益であることが判るかもしれない。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
【０１０７】
例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本発明は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点に於いて限定の為ではなく説明の為である。本分野にスキルのある者には、本発明を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることが解るであろう。例えば、記述したソフトウェアは、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。
【０１０８】
さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。
【０１０９】
加えて、本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、データを管理する機能を有するコンピュータ化ストレージシステムに於いて、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。
【符号の説明】
【０１１０】
１・・・基地局
１０・・・中継局
１００・・・端末
１０１、２０１・・・アンテナ
１０２、２０２・・・送受信機
１０３、２０３・・・制御部
１０４、２０４・・・通信経路テーブル
１０５、２０５・・・周波数チャネルテーブル
１０６、２０６・・・通信タイミングテーブル
１０７、２０７・・・通信品質情報テーブル
１０８・・・外部装置インターフェース（ＩＦ）
２０８・・・センサインターフェース（ＩＦ）
２０９・・・センサ
１３０１−１３０７・・・データ要求
１３１１−１３２４・・・応答
１３３１−１３３７・・・データ
１４０１・・・通信データ取得手順
１４０２・・・通信品質計測手順
１４０３・・・通信品質データ取得手順
１４０４・・・通信制御手順
１４０５・・・周期的通信フレーム
２７０１、２７０２、２７０３・・・周波数チャネルテーブル変更要求
２７１１、２７１２、２７１３・・・応答
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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