(57)【要約】【課題】複数チャネルの中から通信に用いるチャネルを決定するチャネルネゴシエーションの処理を短縮化する。【解決手段】送信ノードから受信ノードに対して無線送信を行う無線通信システムであって、前記送信ノードは、利用可能なチャネルを検出し、送信に用いる１つまたは複数のチャネルを決定する送信チャネル決定手段と、所定の識別情報を含む送信データを、前記送信チャネル決定手段によって決定された１つまたは複数のチャネルで送信する送信手段と、を有し、前記受信ノードは、複数のチャネルからデータを受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した受信データに、前記所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定手段と、前記判定手段によって前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データのうち、少なくとも１つの受信データを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された受信データを処理する処理手段と、を有する。【選択図】図２
2015165606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ノードから受信ノードに対して無線送信を行う無線通信システムであって、
前記送信ノードは、
利用可能なチャネルを検出し、送信に用いる１つまたは複数のチャネルを決定する送信チャネル決定手段と、
所定の識別情報を含む送信データを、前記送信チャネル決定手段によって決定された１つまたは複数のチャネルで送信する送信手段と、
を有し、
前記受信ノードは、
複数のチャネルからデータを受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信した受信データに、前記所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データのうち、少なくとも１つの受信データを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された受信データを処理する処理手段と、
を有する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記判定手段は、受信データに前記所定の識別情報が含まれるか否かを常時判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記選択手段は、所定の基準にしたがって最も通信品質の良い受信データを選択する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記所定の識別情報は、前記送信ノードまたは前記受信ノードの個体識別情報である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
複数のチャネルからデータを受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信した受信データに、所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データのうち、少なくとも１つの受信データを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された受信データを処理する処理手段と、
を有する、ことを特徴とする無線受信機。
【請求項６】
前記判定手段は、受信データに前記所定の識別情報が含まれるか否かを常時判定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線受信機。
【請求項７】
前記選択手段は、所定の基準にしたがって最も通信品質の良い受信データを選択する、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の無線受信機。
【請求項８】
前記所定の識別情報は、自ノードあるいは通信相手ノードの個体識別情報である、
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の無線受信機。
【請求項９】
送信ノードから受信ノードに対して無線送信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記送信ノードが、利用可能なチャネルを検出し、送信に用いる１つまたは複数のチャネルを決定する送信チャネル決定ステップと、
前記送信ノードが、所定の識別情報を含む送信データを、前記送信チャネル決定ステッ
プにおいて決定された１つまたは複数のチャネルで送信する送信ステップと、
前記受信ノードが、複数のチャネルからデータを受信する受信ステップと、
前記受信ノードが、前記受信ステップにおいて受信した受信データに、前記所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定ステップと、
前記受信ノードが、前記判定ステップにおいて前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データのうち、少なくとも１つの受信データを選択する選択ステップと、
前記受信ノードが、前記選択ステップにおいて選択された受信データを処理する処理ステップと、
を含む、ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
無線受信機が行う無線通信方法であって、
複数のチャネルからデータを受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信した受信データに、前記所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データのうち、少なくとも１つの受信データを選択する選択ステップと、
前記選択ステップにおいて選択された受信データを処理する処理ステップと、
を含む、ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の無線通信方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の無線通信方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関連し、特に無線通信における通信チャネルの確立に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術の普及やセンサネット技術の標準化に伴い、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）分野における無線技術の応用が進められている（特許文献1など）。
制御のための通信には高い信頼性と低遅延性が求められ、通信を無線化する際にも十分な信頼性と通信の低遅延を確保することが求められる。
【０００３】
多チャネルの中からキャリアセンスによって送信チャネルを決定する現状の無線プロトコルでは無線接続確立に時間を要し、十分な信頼性と通信の低遅延が得られない。したがって、現状の無線プロトコルをＦＡ分野での無線通信に用いることは難しい。
【０００４】
センサネットワークに使用することが想定されているＩＥＥＥ８０２．１５．４のプロトコルを例にとって説明する。このプロトコルでは、送受信ノードが使用するチャネルを決定するために、送信ノードが１チャネルごとにキャリアセンスを行って、通信チャネルを決定する。送信ノードは、受信ノードに対して通信を確立するための通信チャネル情報を送信し、受信ノードはＡＣＫ（肯定応答）を返す。送信ノードは、受信ノードからのＡＣＫを確認すると通信が確立したと判断し、データの送受信を開始する。このように、１チャネルごとにキャリアセンスを行い、通信チャネルを決定して通信を行うプロトコルでは、データ送信開始までに多大な時間を要してしまう。また、送信チャネルが決定したあとに、何らかの影響で通信が途絶した場合は、再び同じ処理を繰り返す必要があり、制御通信のリアルタイム性が保証されないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような課題を考慮して、本発明は、複数チャネルの中から通信に用いるチャネルを決定するチャネルネゴシエーションの処理を短縮化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、送信ノードから受信ノードに対して無線送信を行う無線通信システムであって、送信ノードが、所定の識別情報を含む送信データを1つまたは複数のチャネルで送信し、受信ノードは、複数のチャネルについて上
記所定の識別情報を含む送信データが存在するか判別し、そのような送信データが発見されたら受信すべきチャネルを決定して受信するという構成を採用する。
【０００８】
より具体的には、本態様の無線通信システムにおける送信ノードは、利用可能なチャネルを検出し、送信に用いる１つまたは複数のチャネルを決定する送信チャネル決定手段と、所定の識別情報を含む送信データを、前記送信チャネル決定手段によって決定された１つまたは複数のチャネルで送信する送信手段と、を有する。また、本態様の無線通信システムにおける受信ノードは、複数のチャネルからデータを受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した受信データに、前記所定の識別情報が含まれるか否か判定する判定手段と、前記判定手段によって前記所定の識別情報が含まれると判定された受信データの
うち、少なくとも１つの受信データを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された受信データを処理する処理手段と、を有する。
【０００９】
このような構成を採用することで、所定の識別情報を送信するだけで、チャネルネゴシエーションを行うことができ、チャネルネゴシエーションの時間がほぼなくなり、応答速度の低遅延化が図れる。また、複数のチャネルを用いて同時に同じデータを送信することも可能なので、他ノードやノイズなどによる妨害を受けにくく、信頼性と応答速度の向上が図れる。
【００１０】
本態様において、受信ノードの判定手段は、受信データに上記の識別情報が含まれるか否かを常時判定することが好ましい。このようにすれば、どのタイミングで送信ノードからデータが送信されても受信することが可能である。常時判定を行うためには、例えば、受信信号に対してフーリエ変換を常時施して各チャネルの受信データを取得すればよい。なお、フーリエ変換を常時施す代わりに、送信ノードからトリガ信号が送信されたことを検知した場合に、フーリエ変換を開始するようにしても構わない。
【００１１】
本態様において、受信ノードの選択手段は、所定の基準にしたがって最も通信品質のよい受信データを選択することが好ましい。ここでの基準は任意であってよいが、例えば、ＰＥＲ（パケットエラー率）や受信強度などの受信状況を表す基準とすることができる。このようにすれば、受信状況の良いチャネルでデータの送受信が可能となる。
【００１２】
本態様において、上記の所定の識別情報として、送信ノードまたは受信ノードの個体識別情報、もしくはそれらの双方の組合せを採用することができる。この識別情報は、送信ノードと受信ノードとを関連付ける情報であるので、あらかじめ定められた情報であれば任意の情報であって構わないが、個体識別情報を用いることが簡便である。
【００１３】
なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する無線通信システムあるいは無線通信装置（受信ノード、送信ノード）として捉えることができる。また、本発明は上記処理の少なくとも一部を含む無線通信方法、またはその方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、あるいは当該コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えることもできる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数チャネルの中から通信に用いるチャネルを決定するチャネルネゴシエーションの処理を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態にかかる送信ノードおよび受信ノードの機能構成を示すブロック図。
【図２】実施形態にかかる受信ノードの構成例を示す図。
【図３】送信ノードによるデータ送信処理の流れを示すフローチャート。
【図４】受信ノードによるデータ受信処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
＜構成＞
図１は、本実施形態にかかる送信ノードおよび受信ノードの機能構成を示すブロック図である。送信ノードおよび受信ノードはいずれも、無線通信装置を備えるコンピュータである。ＣＰＵ（Central Processor Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）などが有形で非一時的な記憶装置に格納されたプログラムを実行すること、あるいは、電子回路によって、図1に示すような各種の機能部が実現される。
【００１８】
送信ノード１０は、識別情報記憶部１１、データ処理部１２、送信チャネル決定部１３、無線送信部１４を有する。
【００１９】
識別情報記憶部１１は、送信ノード１０と受信ノード２０との間の通信を特定するための識別情報が格納される。識別情報は、送信ノード１０と受信ノード２０のペアを特定できれば任意の情報であって構わないが、例えば、送信ノード１０の個体識別情報、受信ノード２０の個体識別情報、あるいは、これら２つの個体識別情報を連結したものなどを採用可能である。なお、通信相手のノードが複数存在する場合には、通信相手ごとの識別情報が識別情報記憶部１１に格納される。
【００２０】
データ処理部１２は、受信ノード２０に対して送信するデータを生成して、無線送信部１４にその送信データを送る。また、データ処理部１２は、データを送信する際に用いるチャネルを決定するように、送信チャネル決定部１３に依頼する。
【００２１】
送信チャネル決定部１３は、データ処理部１２からの依頼に基づき、データ送信に用いるチャネルを決定する機能部である。送信チャネル決定部１３は、複数のチャネルについてキャリアセンスを実行し、空いているチャネルのうち１つまたは複数を送信チャネルとして決定する。具体的には、送信チャネル決定部１３は、アンテナ１５から受信される信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施して各チャネルの信号を取り出し、電波法の基準などに基づいて空きチャネルを決定する。送信チャネル決定部１３は、空きチャネルの中から所定の基準に基づいて送信チャネルを決定する。例えば、全ての空きチャネルを送信チャネルとして決定してもよいし、所定数のチャネルを送信チャネルとして決定してもよい。本実施形態では、隣接したチャネルの中から最大６個のチャネルを送信チャネルとして選択する。
【００２２】
無線送信部１４は、データ処理部１２が生成した送信データを、送信チャネル決定部１３によって決定された送信チャネルにて、無線信号として送信する。なお、無線送信部１４は、データ処理部１２から送られる送信データに、識別情報記憶部１１に格納されている識別情報を付与して、決定された送信チャネル上で送信する。この際、複数の送信チャネルが送信チャネル決定部１３によって選択されている場合には、これら複数のチャネルを用いて同時にデータ送信を行う。
【００２３】
受信ノード２０は、識別情報記憶部２１、無線受信部２２、識別情報検出部２３、受信チャネル決定部２４、データ受信部２５を有する。
【００２４】
識別情報記憶部２１には、送信ノード１０と受信ノード２０との間の通信を特定するための識別情報が格納される。識別情報については既に説明したので、詳しい説明は省略する。
【００２５】
無線受信部２２は、利用される可能性がある全てのチャネルの信号をアンテナから受信し、各チャネル上の受信データを取り出す機能部である。識別情報検出部２３は、利用される可能性がある全てのチャネルの受信データについて、識別情報記憶部２１に格納されている識別情報を有するデータが存在するかどうか検出する機能部である。受信チャネル
決定部２４は、識別情報が存在するチャネルのうち、所定の品質基準に基づいて最も受信状況がよいチャネルを決定する機能部である。データ受信部２５は、受信チャネル決定部２４によって決定されたチャネル上の受信データを、次の処理を行う機能部に対して受け渡す機能部である。
【００２６】
受信ノード２０の構成例について、図２を参照して更に説明する。アンテナから受信された信号は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３１によってデジタル信号に変換され、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）３２によって、各チャネルの信号が取り出される。各チャネルの信号は、それぞれ、識別情報検出部３３、電力算出部３４、チャネル切替部３５に入力される。
【００２７】
識別情報検出部３３は、全てのチャネルの受信信号について、識別情報記憶部２１に格納されている識別情報が含まれるかどうかを常時監視する。すなわち、送信ノード１０が送信に利用する可能性がある全てのチャネルについてＦＦＴ処理を施し、それぞれのチャネルに識別情報が含まれるかを、常に監視する。識別情報が検出された場合には、どのチャネルで識別情報が検出されたかをチャネル切替部３５へ通知する。
【００２８】
電力算出部３４は、それぞれのチャネルの受信強度を算出して、受信強度をチャネル切替部３５へ通知する。チャネル切替部３５は、識別情報検出部３３によって識別情報が含まれると判断されたチャネルのうちから、１つのチャネルを選択する。この選択の基準は、電力算出部３４によって算出された受信強度が最も高いチャネルとする。なお、ここでは受信強度を基準として用いたが、パケットエラー率（ＰＥＲ）などの品質基準を用いてチャネルを選択してもよい。チャネル切替部３５は、このようにして選択したチャネルの受信信号をデータ受信部２５へ送り、データ受信部２５は受信信号に対して復調処理などを施す。
【００２９】
なお、図１と図２の比較において、ＡＤＣ３１およびＦＦＴ３２が無線受信部２２に相当し、識別情報検出部３３が識別情報検出部２３に相当し、電力算出部３４およびチャネル切替部３５が受信チャネル決定部２４に相当する。
【００３０】
＜処理＞
次に、送信ノード１０および受信ノード２０において行われるデータ送信処理およびデータ受信処理について説明する。まず、図３を参照して、送信ノード１０が行うデータ送信処理について説明する。
【００３１】
データ処理部１２が、受信ノード２０に対してデータを送信すると判断すると、送信チャネル決定部１３に対して送信チャネルの決定を依頼する。送信チャネル決定部１３は、この依頼を受けて、仕様上利用可能な全てのチャネルのキャリアセンスを実行して空きチャネルを検出する（Ｓ１１）。キャリアセンス処理では、所定の期間のあいだ受信強度が閾値以下のチャネルが空きチャネルであると判定される（Ｓ１１）。送信チャネル決定部１３は、空きチャネルの中から実際に通信に用いるチャネルを１つまたは複数決定する（Ｓ１２）。例えば、送信チャネル決定部１３は、所定数（例えば６）を上限として、できるだけ多くの連続（隣接）したチャネルを選択するようにする。送信チャネル決定部１３が決定した送信チャネルは、無線送信部１４に通知される。
【００３２】
データ処理部１２が受信ノード２０に対して送信するデータは、無線送信部１４に渡される。無線送信部１４は、データ処理部１２から受け取ったデータの先頭に、識別情報記憶部１１に格納されている識別情報を付与した送信データを生成する（Ｓ１３）。そして、無線送信部１４は、生成した送信データを、送信チャネル決定部１３によって決定された送信チャネルの全てから同時に送信する（Ｓ１４）。
【００３３】
次に、図４を参照して、受信ノード２０が行うデータ受信処理について説明する。無線受信部２２は、アンテナから電波を受信する（Ｓ２１）と、受信信号に対して高速フーリエ変換処理を施して、送信ノード１０が送信する可能性のある全てのチャネルの信号を抽出する（Ｓ２２）。識別情報検出部２３は、各チャネルの受信データに識別情報検出部２３に格納されているものと一致する識別情報が含まれるか判断する（Ｓ２３）。いずれのチャネルについても、一致する識別情報が含まれない場合（Ｓ２３−ＮＯ）には、ステップＳ２１へ戻る。
【００３４】
いずれかのチャネルについて、一致する識別情報を含む受信信号がある場合（Ｓ２３−ＹＥＳ）には、そのようなチャネルが複数あるか判定する（Ｓ２４）。複数のチャネルについて一致する識別情報が含まれる場合（Ｓ２４−ＹＥＳ）には、これら複数のチャネルの中から、最も受信状況が良いチャネルを受信チャネルとして選択する（Ｓ２５）。一方、一致する識別情報が含まれるチャネルが１つだけの場合（Ｓ２４−ＮＯ）には、そのチャネルが受信チャネルとして決定される。
【００３５】
そして、データ受信部２５は、選択されたチャネルのデータを、次の処理を行う機能部に対して受け渡す（Ｓ２６）。
【００３６】
＜本実施形態の作用・効果＞
本実施形態によれば、チャネルネゴシエーションを数ビットのデータ（識別情報）を送信するだけで行うことでき、チャネルネゴシエーションに要する時間を短縮化することができる。したがって、送受信ノード間での通信チャネルの確立が短時間で行え、無線通信においてより低遅延な通信を行うことができる。
【００３７】
また、通信チャネルの確立が高速で行えるので、通信中にチャネルが途絶した場合であっても、迅速にチャネルの再確立が行えるので、通信の低遅延化の点でも有利である。
【００３８】
また、送信ノードから複数のチャネルを用いて同一のデータを同時に送信するため、他ノードからの妨害を受けにくく、信頼性の向上も図れる。
【００３９】
＜変形例＞
上記の実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、送信ノードにおける送信チャネルの決定は任意の基準にしたがって行われても良い。例えば、空きチャネルの全てのチャネルを利用するようにしても良いし、隣接しない複数のチャネルを利用するようにしても良い。
【００４１】
また、受信ノードでは最も受信状況の良いチャネルを１つ選択して受信するようにしているが、受信状況の良い複数のチャネルを選択して、これら複数のチャネルの受信信号を用いて受信処理を行っても構わない。
【００４２】
また、受信ノードにおいて各チャネルの信号を抽出する際にＦＦＴを採用しているが、それ以外の手法によって各チャネルの信号を抽出しても良い。例えば、チャネルごとに異なるバンドパスフィルタを適用するようにしても良い。
【００４３】
上記の実施形態では、受信ノード２０がＦＦＴを常時行う例を説明したが、ＦＦＴは必ずしも常時行う必要はない。例えば、送信ノード１０は、データを送信する際にトリガ信
号（基準信号）を送信するようにし、受信ノード２０は、トリガ信号を受信したらＦＦＴを開始するようにしてもよい。トリガ信号は、任意の信号であって良く、例えば所定の強度以上の電波とすることができる。受信ノード２０は、送信ノード１０が送信する可能性のある全ての周波数の受信電力を監視し、所定の強度以上の電波を感知すると、それをトリガとしてＦＦＴを開始するように構成すればよい。このようなハードウェア構成を採用すれば、ＦＦＴを常時行わなくて良いので、受信ノードにおける消費電力を削減することができる。なお、ＦＦＴを常に実行するが、待機時はＦＦＴの周波数分解能を落として、送信ノード１０が送信する可能性のあるチャネル全体の周波数成分を算出するようにして、計算量を抑えておき、所定の強度以上の電波を感知すると、それをトリガとして各チャネルを対象としたＦＦＴ処理を開始するようにしても良い。このようなソフトウェア構成を採用しても、受信ノードにおける消費電力を削減することができる。
【００４４】
上記の実施形態では、送信ノード１０から受信ノード２０へ一方向の通信が行われるものとして説明した。しかしながら、２つの無線通信装置間で双方向の通信が行われるように構成しても良い。この場合、２つの無線通信装置は、上記の送信ノード１０および受信ノード２０の機能を全て含むように構成することが好ましい。なお、本発明の手法によって送信が行われた場合に、受信側は同様の手法によって応答を送信しても良いし、受信側が選択したチャネルのみを用いて応答を送信しても良い。また、送受信を繰り返し行う場合に、上記で説明した手法を毎回用いて通信を行っても良いし、受信側が選択したチャネルのみを用いて通信を行っても良い。
【００４５】
また、上記の実施形態で説明した手法は、具体的な無線通信方式によらずに、複数の周波数チャネルの中から利用チャネルを選択して通信を行う任意の無線通信方式に適用可能であることは明らかであろう。例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４（Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標））や、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ（無線ＬＡＮ）などの通信方式に本手法を適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：送信ノード
１１：識別情報記憶部  １２：データ処理部
１３：送信チャネル決定部  １４：無線送信部
２０：受信ノード
２１：識別情報記憶部  ２２：無線受信部  ２３：識別情報検出部
２４：受信チャネル決定部  ２５：データ受信部
【図１】
2015165606.tif 000003
【図２】
2015165606.tif 000004
【図３】
2015165606.tif 000005
【図４】
2015165606.tif 000006