(57)【要約】【課題】マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、伝送期限に応じた優先制御を可能にすること。【解決手段】  無線基地局と無線端末局との間で無線通信を実施するための無線通信装置であって、送信するデータの通信時間に関わる情報を格納する格納部と、送信の優先順位ごとに準備された複数の送信キュー部と、格納部に格納された通信時間に関わる情報に応じて、複数の送信キュー部から一つの送信キューを決定する送信キュー振り分け部と、送信キュー部に対して送信の開始を指示する送信制御部と、送信キュー部から得られたデータをフレーム構成して送信する送信部とから構成され、格納部のデータの通信時間に関わる情報が、通信時間に余裕のない情報の場合に送信の優先順位の高い送信キュー部を用いた信号送信処理が実施されると共に、送信部からのデータフレーム内にデータの通信時間に関わる情報が含まれる。【選択図】図１
2011130140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局と無線端末局との間で無線通信を実施するための無線通信装置であって、
送信するデータの通信時間に関わる情報を格納する格納部と、送信の優先順位ごとに準備された複数の送信キュー部と、前記格納部に格納された通信時間に関わる情報に応じて、前記複数の送信キュー部から一つの送信キューを決定する送信キュー振り分け部と、前記送信キュー部に対して送信の開始を指示する送信制御部と、前記送信キュー部から得られたデータをフレーム構成して送信する送信部とから構成され、
前記格納部のデータの通信時間に関わる情報が、通信時間に余裕のない情報の場合に送信の優先順位の高い送信キュー部を用いた信号送信処理が実施されると共に、
前記送信部からのデータフレーム内に前記データの通信時間に関わる情報が含まれることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
第１項記載の無線通信装置において、
前記格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信完了するまでのタイムリミットであることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
第２項記載の無線通信装置において、
他の無線通信装置から受信したデータフレーム内の前記タイムリミットデータを参照し、当該タイムリミット内での信号伝送が困難である場合に、前記送信部からの当該データの転送を阻止し、あるいは当該データの利用を停止することを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
第２項記載の無線通信装置において、
前記格納部からの信号を入力し、現時刻から前記格納部からのデータに含まれるタイムリミットを減算した残りタイムリミットから優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成するＶＬＡＮタグ生成部を備え、
前記送信キュー振り分け部において、残りタイムリミットが短いほど送信の優先順位の高い送信キューを選択するとともに、
前記送信部からのデータフレーム内に前記データの通信時間に関わる情報として、前記タイムリミットと、ＶＬＡＮタグが含まれることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
第２項ないし第４項のいずれかに記載の無線通信装置において、
前記タイムリミットは、リアルタイム性の要求されるデータは短くされ、リアルタイム性が要求されないデータは長く設定するかあるいは無設定とされることを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
第１項記載の無線通信装置において、
前記格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信する送信リミット回数であり、
前記送信キュー振り分け部は、データの送信リミット回数に応じて複数の送信キューから１つの送信キューを選択し、送信リミット回数が少ないほど、優先度が高い送信キューへ振り分けるとともに、
前記送信部では送信の都度送信リミット回数を減らしていくことを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
第６項記載の無線通信装置において、
通信完了するまでの無線中継数であるマルチホップ数を保持し、マルチホップ数を前記送信制御部に出力するマルチホップ数保持部を付加し、
前記送信制御部は、マルチホップ数と送信リミット回数を比較し、送信リミット回数がマルチホップ数より少ない場合、送信キューからの送信を阻止することを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
第１項記載の無線通信装置において、
前記格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信する送信リミット回数であり、
前記格納部からの信号を入力し、現時刻から前記格納部からのデータに含まれる送信リミット回数から優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成するＶＬＡＮタグ生成部を備え、
前記送信キュー振り分け部において、ＶＬＡＮタグに含まれる優先度が高いほど送信の優先順位の高い送信キューを選択するとともに、
前記送信部からのデータフレーム内に前記データの通信時間に関わる情報として、前記送信リミット回数と、ＶＬＡＮタグが含まれることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
中継局を介して、無線基地局から無線端末局へアクチュエータ操作信号を伝送し、無線端末局から無線基地局へセンサ信号を伝送する産業用途の無線通信システムにおいて、
リアルタイム性の要求されるデータの伝送は、信号伝送の優先度を、リアルタイム性が要求されないデータの場合の優先度よりも高く設定されて伝送されることを特徴とする無線通信システムの優先制御方法。
【請求項１０】
第９項記載の無線通信システムの優先制御方法において、
伝送するデータに送信時刻の情報を含み、無線基地局と無線端末局との間の信号伝送に要した時間を実測し、所望時間内の伝送ができない場合にこの伝送を無効にすることを特徴とする無線通信システムの優先制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有線ネットワークに接続された無線基地局であるゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰと、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰから順次無線回線で接続された複数の中継局であるルータＲＴと、ルータＲＴから無線回線で接続された複数の無線端末局であるステーションＳＴＡとにより構成され、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰ、ルータＲＴ、および、ステーションＳＴＡ間でデータフレームのマルチホップ伝送をおこなう無線通信装置、および無線通信システムの優先制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用途の通信において、末端に設けられたセンサのデータ取得や、アクチュエータの制御のために、中央の有線ネットワークに接続可能な位置まで無線通信が利用されることがある。図１３には、係る無線通信システムの全体構成が示されている。
【０００３】
この場合に中央の有線ネットワークに接続する無線基地局をゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰと呼び、末端に設けられたセンサやアクチュエータに接続する無線端末局をステーションＳＴＡと呼ぶ。ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰとステーションＳＴＡ間で直接無線通信が不可能な場合は、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰとステーションＳＴＡ間を必要に応じて複数の無線中継局により中継する。無線中継局をルータＲＴと呼ぶ。
【０００４】
図１３の無線通信システムが適用される産業用途の通信として、例えば発電所構内における監視制御のための通信が考えられる。従来の発電所構内の監視制御装置では、中央に中央操作盤が設置され、末端の各種センサあるいはアクチュエータとの間に配線が敷設されて、有線による監視制御が実行されていた。図１３の構成は、中央操作盤と末端の各種センサあるいはアクチュエータとの間を無線化し、配線は末端の無線端末局であるステーションＳＴＡとセンサやアクチュエータの間のみとした構成ということができる。
【０００５】
なお、発電所の場合に無線端末局であるステーションＳＴＡは、ボイラ関連制御、タービン関連制御、発電機関連制御といった単位でステーションＳＴＡを構成することがあるため、複数ステーションとされることが多い。さらに、ステーションＳＴＡの設置される場所が互いに相違することから、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰとステーションＳＴＡ間の無線中継局であるルータＲＴの個数、あるいはルータＲＴの経路も相違するのが通常である。
【０００６】
この場合の産業用途の通信では、データごとに伝送に要する時間に伝送期限が設けられることがある。例えば、末端のセンサの出力を中央に伝送して表示、監視し、中央からアクチュエータの操作信号を伝送する場合に、伝送されるデータ自身の変化が低速なデータであれば伝送期限を長く設定してもよいが、伝送されるデータ自身の変化が高速なデータは伝送期限を短く設定する必要がある。つまり、緊急性の高いデータとそうでないデータとでは、伝送に要する時間の伝送期限を可変とすべきである。
【０００７】
しかし、図１３のように複数の無線中継局により中継する場合、データの伝送に要する時間にばらつきが生じやすく、伝送期限内に伝送することが困難な場合がある。そこで、データフレームごとに優先順位を付け、優先順位に応じて優先度の高いデータフレームを優先的に送信する優先制御が必要となる。
【０００８】
非特許文献１の無線通信規格ＩＥＥＥ８０２．１１eでは、音声や映像の様にリアルタイム性が要求されるデータを高品質に伝送するための優先制御が提案されている。これは、データフレームを４種類のアクセスカテゴリーに分類し、各アクセスカテゴリーに設定した優先度に応じてキャリアセンス時間を差別化して送信することで優先制御する方法である。
【０００９】
特許文献１では、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰと各ルータＲＴとの間でマルチホップ数に応じたデータフレームの優先制御が提案されている。これは、受信したデータフレームのうちリアルタイムトラフィックであるデータフレームについて、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰに向かうデータフレームであれば、その送信元からのマルチホップ数を検出し、また、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰから遠ざかる下りのデータフレームであれば、その送信先までのマルチホップ数を検出し、検出したマルチホップ数に応じてキャリアセンス時間を差別化して送信することで優先制御する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３３５９４３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ，“Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ (ＭＡＣ) Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓ”，ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１−２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
産業用途の通信において、非特許文献１や特許文献１の優先制御を適用することは可能である。しかし、これらの従来技術では複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきは考慮されていない。例えば、再送によって生じる再送時間のばらつきや、トラフィックの偏りにより生じる送信待ち時間のばらつきは考慮されていない。
【００１３】
そこで、本発明は、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを考慮し、伝送期限に応じた優先制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、無線基地局と無線端末局との間で無線通信を実施するための無線通信装置であって、送信するデータの通信時間に関わる情報を格納する格納部と、送信の優先順位ごとに準備された複数の送信キュー部と、格納部に格納された通信時間に関わる情報に応じて、複数の送信キュー部から一つの送信キューを決定する送信キュー振り分け部と、送信キュー部に対して送信の開始を指示する送信制御部と、送信キュー部から得られたデータをフレーム構成して送信する送信部とから構成され、格納部のデータの通信時間に関わる情報が、通信時間に余裕のない情報の場合に送信の優先順位の高い送信キュー部を用いた信号送信処理が実施されると共に、送信部からのデータフレーム内にデータの通信時間に関わる情報が含まれる。
【００１５】
また、格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信完了するまでのタイムリミットとするのがよい。
【００１６】
また、他の無線通信装置から受信したデータフレーム内のタイムリミットデータを参照し、当該タイムリミット内での信号伝送が困難である場合に、送信部からの当該データの転送を阻止し、あるいは当該データの利用を停止するのがよい。
【００１７】
また、格納部からの信号を入力し、現時刻から格納部からのデータに含まれるタイムリミットを減算した残りタイムリミットから優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成するＶＬＡＮタグ生成部を備え、送信キュー振り分け部において、残りタイムリミットが短いほど送信の優先順位の高い送信キューを選択するとともに、送信部からのデータフレーム内にデータの通信時間に関わる情報として、タイムリミットと、ＶＬＡＮタグが含まれるのがよい。
【００１８】
また、タイムリミットは、リアルタイム性の要求されるデータは短くされ、リアルタイム性が要求されないデータは長く設定するかあるいは無設定とされるのがよい。
【００１９】
また、格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信する送信リミット回数であり、送信キュー振り分け部は、データの送信リミット回数に応じて複数の送信キューから１つの送信キューを選択し、送信リミット回数が少ないほど、優先度が高い送信キューへ振り分けるとともに、送信部では送信の都度送信リミット回数を減らしていくのがよい。
【００２０】
また、通信完了するまでの無線中継数であるマルチホップ数を保持し、マルチホップ数を前記送信制御部に出力するマルチホップ数保持部を付加し、
送信制御部は、マルチホップ数と送信リミット回数を比較し、送信リミット回数がマルチホップ数より少ない場合、送信キューからの送信を阻止するのがよい。
【００２１】
また、格納部のデータの通信時間に関わる情報とは、このデータを送信する送信リミット回数であり、格納部からの信号を入力し、現時刻から格納部からのデータに含まれる送信リミット回数から優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成するＶＬＡＮタグ生成部を備え、送信キュー振り分け部において、ＶＬＡＮタグに含まれる優先度が高いほど送信の優先順位の高い送信キューを選択するとともに、送信部からのデータフレーム内にデータの通信時間に関わる情報として、送信リミット回数と、ＶＬＡＮタグが含まれるのがよい。
【００２２】
前記課題を解決するために、本発明は、中継局を介して、無線基地局から無線端末局へアクチュエータ操作信号を伝送し、無線端末局から無線基地局へセンサ信号を伝送する産業用途の無線通信システムにおいて、リアルタイム性の要求されるデータの伝送は、信号伝送の優先度を、リアルタイム性が要求されないデータの場合の優先度よりも高く設定されて伝送される無線通信システムの優先制御方法である。
【００２３】
また、伝送するデータに送信時刻の情報を含み、無線基地局と無線端末局との間の信号伝送に要した時間を実測し、所望時間内の伝送ができない場合にこの伝送を無効にするのがよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、伝送期限の差し迫ったデータフレームを優先的に伝送することにより、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限内にデータフレームを伝送する確率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るタイムリミットを格納したデータフレーム構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る送信キュー振り分け部において、タイムリミットから送信キューを振り分ける手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る所用伝送時間測定部を備えた無線通信装置を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＶＬＡＮタグ生成部を備えた無線通信装置を示す構成図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るＶＬＡＮタグを付加したデータフレーム構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部を備えた無線通信装置を示す構成図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る送信リミット回数を格納したデータフレーム構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る送信キュー振り分け部において、送信リミット回数から送信キューを振り分ける手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部と、マルチホップ数保持部とを備えた無線通信装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部と、ＶＬＡＮタグ生成部とを備えた無線通信装置を示す構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る送信リミット回数と、ＶＬＡＮタグとを付加したデータフレーム構成を示す図である。
【図１３】本発明の無線通信システムの全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明においては、二つの異なる観点から発明を構成している。その一つは、データの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する為の対策であり、二つ目はそのようにしても伝送期限までにデータフレームを伝送することが困難になった場合の対策である。前者の対策を図１、図５、図７、図１１に示し、後者の対策を図４、図１０に示している。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置１０１を示す構成図であり、先に述べたように、データの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する為の対策を示している。
【００２８】
なお、無線通信装置とは、図１３の全体構成において、無線基地局であるゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰ、中継局であるルータＲＴ、無線端末局であるステーションＳＴＡが、それぞれこれに相当する。
【００２９】
無線通信装置１０１は、送信対象のデータを送信するとき、その送信元である送信装置か、その送信先である受信装置か、いずれかに分類される。つまり、無線通信装置１０１は、送信装置および受信装置双方の構成要素を併せて有しており、例えば、送信対象のデータが、無線通信装置Ａ→無線通信装置Ｂ→無線通信装置Ｃの順に転送されるとき、無線通信装置Ｂは、無線通信装置Ａからみたときには受信装置として動作し、無線通信装置Ｃからみたときには送信装置として動作する。このことから、以下の説明では、送信対象のデータの送信に着目したときの、送信装置側の処理、および、受信装置側の処理をそれぞれ説明する。
【００３０】
無線通信装置１０１は、アンテナ１０２と、無線受信処理部１０３と、キャリアセンス部１０４と、送信制御部１０５と、復調部１０６と、無線フレーム受信処理部１０７と、受信データ抽出部１０８と、タイムリミット格納部１０９と、送信キュー（ＱＵＥＵＥ）振り分け部１１０と、２つ以上の送信キュー １１１と、無線フレーム生成部１１２と、変調部１１３と、無線送信処理部１１４とを有する。なお、前記した各処理部は、実装に応じてアナログまたは、ディジタルの電子回路、もしくは、ＬＳＩに組み込まれたＣＰＵにより実行されるファームウェアなどで実現される。
【００３１】
まず、受信装置側の処理を説明する。無線受信処理信部１０３は、アンテナ１０２を介して受信した無線信号が入力され、周波数変換、フィルタリング、直行検波、ＡＤ変換およびシンボルタイミング同期検出を含む受信処理を実施する。また、無線受信処理部１０３には、送信時以外は常に無線信号が入力されており、無線信号の受信信号強度を表すＲＳＳＩ信号がキャリアセンス部１０４へ出力される。
【００３２】
キャリアセンス部１０４は、受信信号強度ＲＳＳＩ信号を基に周波数チャネルの使用状態を判定し、判定結果を送信制御部１０５に出力する。キャリアセンス部１０４では、受信信号強度ＲＳＳＩ信号が予め定めた閾値以下であった場合、周波数チャネルはアイドル状態と判定し、閾値を越える場合、周波数チャネルはビジー状態と判定する。
【００３３】
無線受信処理部１０３においてシンボルタイミング同期を検出した場合、受信処理したベースバンド信号が復調部１０６に出力される。復調部１０６は、ベースバンド信号を復調処理し、受信フレームとして無線フレーム受信処理部１０７に出力する。
【００３４】
無線フレーム受信処理部１０７では、受信フレームに格納されているフレーム制御情報を基に受信フレームを適切な処理部へ出力する。ここでは、データフレーム以外のフレームの処理について詳細を省略する。受信したデータフレームの宛先アドレスが該当無線通信装置１０１のアドレスと一致した場合、受信フレームを受信データ抽出部１０８に出力し、一致しない場合、受信フレームを破棄する。
【００３５】
受信データ抽出部１０８は、受信フレームのヘッダ等を除去して受信データを抽出し、無線通信装置１０１の上位レイヤ、または、接続している有線ネットワークへ出力する。ただし、後述するタイムリミットに関しては、有線ネットワークに接続された無線基地局であるゲートウェイアクセスポイント（ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰ）、もしくは、無線端末局であるステーション（ステーションＳＴＡ）で有線ネットワーク、もしくは、センサやアクチュエータにデータを出力する場合にのみ除去する。
【００３６】
次に、以下の説明では、送信装置側の処理を説明する。
【００３７】
図１の実施例において、格納部１０９は、送信するデータの通信時間に関わる情報を格納する格納部であり、具体的には送信するデータの通信時間に関わる情報としてタイムリミットを利用した実施例であるので、ここでは格納部１０９をタイムリミット格納部１０９ということにする。なお、送信するデータの通信時間に関わる情報としてタイムリミットを利用した実施例は、他に図４、図５がある。
【００３８】
タイムリミット格納部１０９は、無線通信装置１０１の上位レイヤ、または、接続している有線ネットワークから送信するデータを受け取り、データの種類と現時刻から決定したタイムリミットをデータに付加し、送信キュー振り分け部１１０に出力する。
【００３９】
ここで、タイムリミットはリアルタイム性の要求されるデータは短く、リアルタイム性が要求されないデータは長く設定する。例えば、リアルタイム性が要求されるデータには、現時刻＋100msをタイムリミットに設定し、リアルタイム性が要求されないデータには、現時刻＋10sをタイムリミットに設定する。なお、リアルタイム性が要求されないデータには、タイムリミットを設定しなくても良い。タイムリミットにおいて現時刻に加算する時間は、１種類からデータの種類数まで複数用意しても良い。
【００４０】
ここで、発電所の場合を例にとってリアルタイム性の要求されるデータとは如何なるものかを説明する。例えば、無線端末局から無線基地局に伝送するセンサ信号であれば、センサ信号が急激に増加あるいは減少しているときがこれに相当し、長期間に亘って信号レベルが変化しないような場合にはリアルタイム性は低くても良い。また、無線基地局から無線端末局に弁のアクチュエータ操作信号を伝送する場合に、オンオフ弁を開閉制御するタイミングのときであるとか、制御弁を急激に開放あるいは閉成する時には、リアルタイム性が要求されることになる。
【００４１】
ただし、すでに送信するデータにタイムリミットが付加されている場合、新たにタイムリミットを付加しない。例えば、ステーションＳＴＡでタイムリミットを付加した場合、中継局であるルータ（ルータＲＴ）で新たにタイムリミットを付加することはしない。タイムリミットは、データに付加後、データと同様に扱う。
【００４２】
送信キュー振り分け部１１０は、データのタイムリミットから現時刻を減算した時間と１つ以上の閾値を比較し、複数の送信キュー １１１ａ〜１１１ｎの中から１つの送信キュー １１１を選択し、該当送信キュー １１１へデータを出力する。タイムリミットから現時刻を減算した時間が短いデータほど、優先度が高い送信キュー １１１へ振り分け、タイムリミットから現時刻を減算した時間が長いデータほど、優先度が低い送信キュー １１１へ振り分ける。
【００４３】
送信キュー １１１は、データが入力されると、送信制御部１０５に対してデータが入力されたことを通知する。あるいは、送信キュー １１１は、蓄積しているデータ数、データサイズ、およびデータの宛先アドレス等の蓄積データに関する情報を送信制御部１０５へ逐次出力する。
【００４４】
送信制御部１０５は、送信キュー １１１から入力された蓄積データに関する情報とキャリアセンス部１０４から入力されたキャリアセンス結果に基づき、送信処理を開始するか否かを判定する。
【００４５】
つまり、送信キュー １１１にデータが蓄積されている状態で、データが蓄積されている送信キュー １１１に設定された時間継続して周波数チャネルがアイドル状態であった場合に送信処理開始と判定する。それ以外の場合は、送信処理を開始しない。なお、送信キュー １１１に設定された時間とは、固定の送信間隔時間とランダム時間であるバックオフ時間で構成されており、送信キュー １１１の優先度に応じてそれぞれの時間を設定する。
【００４６】
また、送信制御部１０５は送信処理開始と判定すると、該当送信キュー １１１に対してデータを出力するように送信指令を出力する。送信キュー １１１は送信指令に応じて蓄積されているデータのうち先頭のデータを無線フレーム生成部１１２に出力する。
【００４７】
無線フレーム生成部１１２は、送信キュー １１１から入力されたデータに対して、受信局アドレス、送信局アドレス等の制御情報で構成されるヘッダ、および、誤り訂正符号を付加した無線データフレームを生成し、変調部１１３へ出力する。変調部１１３は、無線データフレームを変調処理し、無線送信処理部１１４へ出力する。無線送信部１１４は、ＤＡ変換、周波数変換、フィルタリング、および、電力増幅を含む送信処理を実施し、アンテナ１０２から無線信号として送信する。
【００４８】
以下、図２と図３を参照して、タイムリミットを格納したデータフレーム構成と、タイムリミットから送信キューを振り分ける方法を説明する。まず、図２は、本発明の一実施形態に係るタイムリミットを格納したデータフレーム構成を示す図である。
【００４９】
この図において、データフレームＤは、ヘッダ部ＤＨとデータ部ＤＤに分かれている。ヘッダ部ＤＨには、受信局アドレス、送信局アドレス等の制御情報が格納され、データ部ＤＤには、送信するデータであるユーザデータ部ＤＤ３と、有線フレームの宛先アドレスや、送信元アドレス、およびタイプ情報などの有線ヘッダ情報部ＤＤ１と、タイムリミット部ＤＤ２を格納する。なお、リアルタイム性を要求されず、タイムリミットを設定しないデータに関しては、タイムリミットを格納する位置の全てのビットを１にするなど、タイムリミットを設定しないことが分かるようにする。
【００５０】
図３は、本発明の一実施形態に係る送信キュー振り分け部１１０において、タイムリミット部ＤＤ２から送信キューを振り分ける手順を示すフローチャートである。
【００５１】
図３のフロチャートにおいては、まずステップＳ１０１において、データ部のタイムリミット部ＤＤ２に記述されたタイムリミットから、現時刻を減算し、残りタイムリミットを算出する。
【００５２】
次に、ステップＳ１０２において、残りタイムリミットと閾値を比較し、比較結果を基に振り分ける送信キューを決定し、データを該当送信キューへ出力する。閾値は用意した送信キューの数から１つ少ない個数用意する。図では、送信キューの数をＮとし、閾値の個数を（Ｎ−１）とした場合を示す。閾値の設定は、閾値１が最も短く、閾値（Ｎ−１）まで順に長くなるように設定する。
【００５３】
例えば、残りタイムリミットが閾値１未満の場合は、ステップＳ１０３において、送信キュー １にデータを出力し、残りタイムリミットが閾値１以上かつ閾値２未満の場合は、ステップＳ１０４において、送信キュー ２にデータを出力する。閾値２から閾値（Ｎ−１）まで同様の処理を実施し、残りタイムリミットが閾値（Ｎ−１）以上の場合は、ステップＳ１０５において、送信キュー Ｎにデータを出力する。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、伝送期限の差し迫ったデータフレームを優先的に伝送することにより、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する確率を向上させることが可能となる。
【００５５】
本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る所用伝送時間測定部２０２を備えた無線通信装置２０１を示す構成図であり、伝送期限までにデータフレームを伝送することが困難になった場合の対策である。
【００５６】
然るに、どのような場合に伝送期限までにデータフレームを伝送することが困難になるかということを前記の発電所の例で説明する。無線端末局あるいは無線基地局では相当数の信号を送受信しているが、この中にはセンサ信号が急激に増減し、あるいは各種弁を開閉する必要性を生じるものがある。例えばプラントの一部に異常が発生し、この部分との信号の授受に優先度を高くして通信を行う必要を生じている一方で、プラントの他の部分は正常に機能していることがある。このときには、正常に機能しているプラント部分の通信が所定時間以内に行なえない可能性が出てくる。しかしながらプランと全体としては、正常部分の通信を犠牲にしても、異常発生部分の通信を確保する必要がある。
【００５７】
図４の無線通信装置２０１は、図１の無線通信装置１０１に所用伝送時間測定部２０２を加えた構成であり、構成の追加により、送信制御部１０５の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。
【００５８】
所用伝送時間測定部２０２は、無線通信装置２０１が直接、もしくは、ルータＲＴを経由して接続しているゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰや、ステーションＳＴＡまでの時間を測定する機能を有し、測定した結果を送信制御部１０５に出力する。
【００５９】
この場合に、図２に示したデータは、例えば、データ部ＤＤのタイムリミットを格納する部分ＤＤ２に優先度が最も低くなるように設定したタイムリミットを格納し、ユーザデータを格納する部分ＤＤ３に送信時刻として現時刻を格納し、宛先アドレスを格納する部分ＤＨに所用伝送時間を測定するゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰや、ステーションＳＴＡのアドレスを設定し、送信元アドレスに自局アドレスを設定した所用伝送時間測定フレームを定期的に生成し、最も優先度が低い送信キューに出力する。なおここで、設定するタイムリミットを短く設定し、優先度を高くしても良い。
【００６０】
所用伝送時間測定フレームを受信したルータＲＴは、通常のデータと同様に転送する。宛先アドレスに設定された無線通信装置が所用伝送時間測定フレームを受信した場合、該当無線通信装置は、送信元アドレスと宛先アドレスとを入れ替えるとともに、返送フレームであることを表す識別子を付与する。
【００６１】
返送フレームであることを表す識別子が付与された自局宛の所用伝送時間測定フレームを受信した無線通信装置２０１は、無線フレーム受信処理部１０７から所用伝送時間測定部２０２へ所要伝送時間測定フレームを出力する。
【００６２】
所用伝送時間測定部２０２は、所要伝送時間測定フレームを受信した時刻からデータ部に格納された送信時刻を減算し、減算した結果を所用伝送時間測定フレーム生成時に設定した宛先の無線通信装置までの往復の所用伝送時間として算出する。さらに、往復の所用伝送時間の半分を宛先の無線通信装置までの所用伝送時間として、送信制御部１０５に出力する。
【００６３】
図４の送信制御部１０５は、送信キュー １１１に蓄積されたデータの宛先アドレスと、タイムリミットを保持し、現時刻からタイムリミットを減算した残りタイムリミットが、所用伝送時間測定部２０２から入力された所用伝送時間より短くなった場合、送信キュー １１１から該当データを削除する。ここで、比較する所用伝送時間に予め設定した時間を差し引き、残りタイムリミットより差し引いた結果が短くなった場合に、送信キューから該当データを削除するようにしても良い。他の処理内容は、図１と同様である。
【００６４】
また、所用伝送時間測定部２０２を実装せず、送信制御部１０５において、現時刻がタイムリミットを超えた場合に、送信キューから該当データを削除するようにしても良い。
【００６５】
以上説明した本実施形態によれば、伝送期限を超える見込み、もしくは伝送期限を超過したデータを削除することにより無駄なトラフィックを軽減し、他のデータフレームが伝送期限内に伝送する確率を向上させることが可能となる。
【００６６】
本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の一実施形態に係るＶＬＡＮタグ生成部３０２を備えた無線通信装置３０１を示す構成図であり、データの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する為の対策を示している。
【００６７】
図５の無線通信装置３０１は、図１の無線通信装置１０１にＶＬＡＮタグ生成部３０２を加えた構成であり、構成の追加により、送信キュー振り分け部１１０の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。
【００６８】
ＶＬＡＮタグ生成部３０２は、現時刻からデータに付加されたタイムリミットを減算した残りタイムリミットから優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成し、データに付加する。ここで、残りタイムリミットが短いほど優先度を高く設定する。ＶＬＡＮタグを付加したデータを送信キュー振り分け部１１０に出力する。
【００６９】
図５の送信キュー振り分け部１１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅと同様に、ＶＬＡＮタグに含まれる優先度情報を参照し、振り分ける送信キュー １１１を決定し、該当送信キュー １１１へデータを出力する。
【００７０】
以下、図６を参照して、ＶＬＡＮタグを付加したデータフレーム構成を説明する。図６は、本発明の一実施形態に係るＶＬＡＮタグを付加したデータフレーム構成を示す図である。
【００７１】
図６のデータフレームは、ヘッダ部ＤＨとデータ部ＤＤに分かれ、ヘッダ部ＤＨには、受信局アドレス、送信局アドレス等の制御情報が格納され、データ部ＤＤには、送信するデータであるユーザデータＤＤ３と、有線フレームの宛先アドレスや、送信元アドレス、およびタイプ情報などの有線ヘッダ情報ＤＤ１と、ＶＬＡＮタグ情報ＤＤ４と、タイムリミットＤＤ３を格納する。
【００７２】
以上説明した本実施形態によれば、伝送期限の差し迫ったデータフレームを優先的に伝送することにより、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する確率を向上させることが可能となる。また、ＶＬＡＮタグを利用することにより、規格準拠の無線通信装置にタイムリミット格納部１０９とＶＬＡＮタグ生成部３０２、もしくはこれらの処理部に相当する外部装置を加えるだけで、本効果を実現可能となる。
【００７３】
本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部４０２を備えた無線通信装置４０１を示す構成図であり、データの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する為の対策を示している。
【００７４】
図７の実施例において、格納部４０２は、送信するデータの通信時間に関わる情報を格納する格納部であり、具体的にはここでは送信するデータの通信時間に関わる情報として送信リミット回数を利用した実施例であるので、ここでは格納部４０２を送信リミット回数格納部４０２ということにする。
【００７５】
図７の無線通信装置４０１は、図１の無線通信装置１０１のタイムリミット格納部１０９を無くし、送信リミット回数格納部４０２を加えた構成であり、構成の変更により、送信キュー振り分け部１１０と、無線フレーム生成部１１２の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。
【００７６】
送信リミット回数格納部４０２は、無線通信装置１０１の上位レイヤ、または、接続している有線ネットワークから送信するデータを受け取り、データの種類と現時刻から決定した送信リミット回数をデータに付加し、送信キュー振り分け部１１０に出力する。
【００７７】
ここで、送信リミット回数はリアルタイム性の要求されるデータには少なく、リアルタイム性が要求されないデータは多く設定する。例えば、リアルタイム性が要求されるデータには、送信リミット回数を１０回に設定し、リアルタイム性が要求されないデータには、送信リミット回数を１００回に設定する。なお、リアルタイム性が要求されないデータには、送信リミット回数を設定しなくても良い。送信リミット回数の設定は、１種類からデータの種類数まで複数用意しても良い。
【００７８】
ただし、すでに送信するデータに送信リミット回数が付加されている場合、新たに送信リミット回数を付加しない。例えば、発信源であるステーションＳＴＡで送信リミット回数を付加した場合、中継局であるルータＲＴで新たに送信リミット回数を付加することはしない。送信リミット回数はデータに付加後、データと同様に扱う。
【００７９】
図７の送信キュー振り分け部１１０は、データの送信リミット回数と１つ以上の閾値を比較し、複数の送信キューから１つの送信キューを選択し、該当送信キューへデータを出力する。送信リミット回数が少ないほど、優先度が高い送信キューへ振り分け、送信リミット回数が多いほど、優先度が低い送信キューへ振り分ける。
【００８０】
図７の無線フレーム生成部１１２は、送信キュー １１１から入力されたデータに対して、無線通信装置の宛先アドレス、送信元アドレス等の制御情報で構成されるヘッダ、および、誤り訂正符号を付加した無線データフレームを生成し、変調部１１３へ出力する。このとき、送信リミット回数を１回分減らす。
【００８１】
以下、図８と図９を参照して、送信リミット回数を格納したデータフレーム構成と、送信リミット回数から送信キューを振り分ける方法を説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る送信リミット回数を格納したデータフレーム構成を示す図である。
【００８２】
データフレームは、ヘッダ部ＤＨとデータ部ＤＤに分かれ、ヘッダ部ＤＨには、受信局アドレス、送信局アドレス等の制御情報が格納され、データ部ＤＤには、送信するデータであるユーザデータＤＤ３と、有線フレームの宛先アドレスや、送信元アドレス、およびタイプ情報などの有線ヘッダ情報ＤＤ１と、送信リミット回数ＤＤ５を格納する。また、リアルタイム性を要求されず、送信リミット回数を設定しないデータに関しては、送信リミット回数を格納する位置の全てのビットを１にするなど、送信リミット回数を設定しないことが分かるようにする。
【００８３】
図９は、本発明の一実施形態に係る送信キュー振り分け部１１０において、送信リミット回数から送信キューを振り分ける手順を示すフローチャートである。
【００８４】
ステップＳ４０１において、送信リミット回数と閾値を比較し、比較結果を基に振り分ける送信キュー １１１を決定し、データを該当送信キュー １１１へ出力する。閾値は用意した送信キュー １１１の数から１つ少ない個数用意する。
【００８５】
図では、送信キュー １１１の数をＮとし、閾値の個数を（Ｎ−１）とした場合を示す。閾値の設定は、閾値１が最も少なく、閾値（Ｎ−１）まで順に多くなるように設定する。送信リミット回数が閾値１未満の場合は、ステップＳ４０２において送信キュー １にデータを出力し、残り送信リミット回数が閾値１以上かつ閾値２未満の場合は、ステップＳ４０３において送信キュー ２にデータを出力する。閾値２から閾値（Ｎ−１）まで同様の処理を実施し、送信リミット回数が閾値（Ｎ−１）以上の場合は、ステップＳ４０４において送信キュー Ｎにデータを出力する。
【００８６】
以上説明した本実施形態によれば、送信回数制限の差し迫ったデータフレームを優先的に伝送することにより、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する確率を向上させることが可能となる。また、タイムリミットを利用する場合と比較して、処理数が少なく、時刻同期の精度が低い場合にも本効果を実現可能である。
【００８７】
本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部４０２と、マルチホップ数保持部５０２とを備えた無線通信装置５０１を示す構成図であり、伝送期限までにデータフレームを伝送することが困難になった場合の対策である。
【００８８】
図１０の無線通信装置５０１は、図７の無線通信装置４０１にマルチホップ数保持部５０２を加えた構成であり、構成の追加により、送信制御部１０５の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図７と同様である。
【００８９】
マルチホップ数保持部５０２は、無線通信装置５０１が直接、もしくは、ルータＲＴを経由して接続しているゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰや、ステーションＳＴＡまでのマルチホップ数を保持し、送信制御部１０５からマルチホップ数の問い合わせがあった場合に、該当する無線通信装置までのマルチホップ数を送信制御部１０５に出力する。
【００９０】
図１０の送信制御部１０５は、送信キュー １１１にデータが入力された場合、入力されたデータの宛先アドレスの無線通信装置までのマルチホップ数をマルチホップ数保持部５０２に問い合わせ、該当する無線通信装置までのマルチホップ数を取得する。取得したマルチホップ数と送信リミット回数を比較し、送信リミット回数が取得したマルチホップ数より少ない場合、送信キュー １１１から該当データを削除する。他の処理内容は、図７と同様である。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば、伝送期限を超える見込みのデータを削除することにより無駄なトラフィックを軽減し、他のデータフレームが伝送期限内に伝送する確率を向上させることが可能となる。また、タイムリミットを利用する場合と比較して、処理数が少なく、時刻同期の精度が低い場合にも本効果を実現可能である。
【００９２】
本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係る送信リミット回数格納部４０２と、ＶＬＡＮタグ生成部３０２とを備えた無線通信装置６０１を示す構成図であり、データの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する為の対策を示している。
【００９３】
図１１の無線通信装置６０１は、図７の無線通信装置４０１にＶＬＡＮタグ生成部３０２を加えた構成であり、構成の追加により、送信キュー振り分け部１１０の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図７と同様である。
【００９４】
図１１のＶＬＡＮタグ生成部３０２は、送信リミット回数から優先度を決定し、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄ規格で規定されるＶＬＡＮタグを生成し、データに付加する。送信リミット回数が少ないほど優先度を高く設定する。ＶＬＡＮタグを付加したデータを送信キュー振り分け部１１０に出力する。
【００９５】
図１１の送信キュー振り分け部１１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅと同様に、ＶＬＡＮタグに含まれる優先度情報を参照し、振り分ける送信キュー １１１を決定し、該当送信キュー １１１へデータを出力する。
【００９６】
以下、図１２を参照して、ＶＬＡＮタグを付加したデータフレーム構成を説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る送信リミット回数と、ＶＬＡＮタグとを付加したデータフレーム構成を示す図である。
【００９７】
データフレームは、ヘッダ部ＤＨとデータ部ＤＤに分かれ、ヘッダ部ＤＨには、受信局アドレス、送信局アドレス等の制御情報が格納され、データ部ＤＤには、送信するデータであるユーザデータＤＤ３と、有線フレームの宛先アドレスや、送信元アドレス、およびタイプ情報などの有線ヘッダ情報ＤＤ１と、ＶＬＡＮタグ情報ＤＤ４と、送信リミット回数ＤＤ５を格納する。
【００９８】
以上説明した本実施形態によれば、送信回数制限の差し迫ったデータフレームを優先的に伝送することにより、複数の無線中継局により中継する場合に生じるデータの伝送に要する時間のばらつきを緩和し、伝送期限までにデータフレームを伝送する確率を向上させることが可能となる。また、ＶＬＡＮタグを利用することにより、規格準拠の無線通信装置に送信リミット回数格納部４０２と、ＶＬＡＮタグ生成部３０２、もしくは、これらの処理部に相当する外部装置を加えるだけで、本効果を実現可能となる。また、タイムリミットを利用する場合と比較して、処理数が少なく、時刻同期の精度が低い場合にも本効果を実現可能である。
【００９９】
以上、本発明についての種々の実施例を紹介したが、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記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。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。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、ゲートウェイアクセスポイントＧＷ−ＡＰ、ルータＲＴ、および、ステーションＳＴＡ間でデータフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、伝送期限までにデータフレームを伝送する確率を向上させる効果があり、既定時間内にデータ伝送することが求められる産業用途の無線通信システムに適用すると特に効果的であり、その工業的価値は、大である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１  無線通信装置
１０２  アンテナ
１０３  無線受信処理部
１０４  キャリアセンス部
１０５  送信制御部
１０６  復調部
１０７  無線フレーム受信処理部
１０８  受信データ抽出部
１０９  タイムリミット格納部
１１０  送信キュー振り分け部
１１１  送信キュー
１１２  無線フレーム生成部
１１３  変調部
１１４  無線送信処理部
２０１  無線通信装置
２０２  所用伝送時間測定部
３０１  無線通信装置
３０２  ＶＬＡＮタグ生成部
４０１  無線通信装置
４０２  送信リミット回数格納部
５０１  無線通信装置
５０２  マルチホップ数保持部
６０１  無線通信装置
ＧＷ−ＡＰ  ゲートウェイアクセスポイント（無線基地局）
ＲＴ  ルータ（無線中継局）
ＳＴＡ  ステーション（無線端末局）
ＤＨ  ヘッダ部
ＤＤ  データ部
ＤＤ１  有線ヘッダ情報
ＤＤ２  タイムリミット
ＤＤ３  ユーザデータ
ＤＤ４  ＶＬＡＮタグ
ＤＤ５  送信リミット回数
【図１】
2011130140.tif 000003
【図２】
2011130140.tif 000004
【図３】
2011130140.tif 000005
【図４】
2011130140.tif 000006
【図５】
2011130140.tif 000007
【図６】
2011130140.tif 000008
【図７】
2011130140.tif 000009
【図８】
2011130140.tif 000010
【図９】
2011130140.tif 000011
【図１０】
2011130140.tif 000012
【図１１】
2011130140.tif 000013
【図１２】
2011130140.tif 000014
【図１３】
2011130140.tif 000015