(57)【要約】【課題】回路規模を抑えた、より簡素で効率の良い光無線通信装置を提供する。【解決手段】光無線ハブ１００は光回線が空きの場合にバースト状の光回線空き信号を複数の光無線ノード２００の全てに送信して光回線空き信号の休止期間で光無線ノードからの光受信を監視し、光無線ノードは光無線ハブへの送信データが有る場合に光回線空き信号の休止期間でそのデータを送信するとともに、光無線ハブからの衝突通知信号を監視し、光無線ハブは、光回線空き信号の休止期間で受信したデータを解読できない場合に通信データと異なるパターンの衝突通知信号を複数の光無線ノードの全てに送信し、データ送信中及び衝突通知信号監視中の光無線ノードは、衝突通知信号を受信した場合にデータ送信を中断して衝突処理を行う。【選択図】　　　　図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光無線ハブと複数の光無線ノードとの間で光回線を介して、波長、変調方式、変調速度が同じ信号により半二重光無線通信を行う光無線通信装置であって、
前記光無線ハブは、前記光回線が空きの場合に、バースト状の光回線空き信号を前記複数の光無線ノードの全てに送信して前記光回線空き信号の送信されていない休止期間で前記光無線ノードからの信号の受信を監視し、
前記光無線ノードは、前記光無線ハブへの送信データがある場合に、前記休止期間で前記送信データを送信するとともに、前記光無線ハブから異常を報知する信号である衝突通知信号の受信を監視し、
前記光無線ハブは、前記休止期間で受信した前記送信データを解読し、解読できない場合に前記送信データと異なるパターンの前記衝突通知信号を前記複数の光無線ノードに送信し、
前記光無線ノードは、前記送信データを送信中及び前記衝突通知信号監視中に前記衝突通知信号を受信した場合、前記送信データの送信を中断して衝突処理を行うことを特徴とする光無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光無線ハブと複数の光無線ノードとの間で半二重光無線通信を行う光無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光無線通信装置として、例えば特開２００１−２４６６５号公報に示されるように天井に取り付けた光無線ハブと、ＰＣやＷＳが接続された光無線ノードとの間で光無線通信を行って、各光無線ノードに接続されているＰＣやＷＳ、あるいはスイッチングハブなどといった通信端末と別の光無線ノードに接続された別の通信端末との間の通信を中継したり、又は光無線ハブに接続された幹線などのネットワークと光無線ノードに接続された通信端末との間の通信を中継したりするシステムが知られている。
【０００３】
ここで、光無線ハブは、複数の散らばって配置される光無線ノードに対して広い光無線通信エリアを実現するため、通信光を広角に発光している。そのため、これらの光が壁面などの構造物に反射して光無線ハブ自身に戻る現象が生じる。そこで、光無線ハブと光無線ノードが光無線通信に使用する光周波数、光変調方式、変調速度が同一の仕様としているシステムでは、この反射の影響を回避する必要がある。
【０００４】
さらに、光無線ハブの反射光の問題については、上述の特開２００１−２４６６５号公報でも触れられているように、反射光予測・打消し回路を適用してこれを回避する手法は、データ変調速度が数１０Ｍｂ／ｓ以上となると現実的ではなくなる。例えば光無線信号の変調速度が１００Ｍｂ／ｓの場合、その基本周波数の１波長は
３００，０００［ｋｍ］／１００［ＭＨｚ］＝３．０［ｍ］
以下であるので、たかだか距離１．５ｍ先で反射した戻り光は１波長の位相差となる。つまり実際に起こり得る戻り光は、さまざまな位相を想定しなければならず、それぞれの位相・振幅の光に対応した反射光予測・打消し回路が必要となり回路規模が膨らんでしまう。よって現実的な回避手法は困難である。
【０００５】
そこで、上記の特開２００１−２４６６５号公報では、光無線ハブと光無線ノードとの間で半二重で光通信を行う方法を提案している。図１５は従来の半二重の光通信方法を示している。まず、ハブは光回線が空きの場合には図１５（１）に示すようにリンク信号をバースト状に光空間（すなわち配下の全てのノード）に送出する。リンク信号は光回線空きを示すとともにノード側の同期用となり、リンク信号を休止する期間は、ハブの光受信可能期間（ノードの光送信可能期間）である。図１５（２）はハブが光回線空き状態において幹線ネットワークから受信した通信データをノードに中継する場合を示し、リンク信号に続けてそのデータを送信し、データ送信終了後にリンク信号を再開する。
【０００６】
図１５（３）はハブが光回線空き状態においてノードから通信データを受信する場合を示している。まず、あるノードがリンク信号休止期間において送信許可要求を送信し、ハブがこれを受信してＯＫであればリンク信号を中断して送信許可応答を送信し、送信許可要求を送信したノードがこの送信許可応答を受信すると通信データを送信する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、ハブ−ノード間で通信データを送信する前に送信許可要求と送信許可応答をやり取りするので、複雑な通信手続き方法を考案・実装しなければならず、光無線ハブ、光無線ノードとも回路規模が拡大するという問題がある。さらに、通信確立手続きを行うためデータ送受信までの時間のオーバーヘッドが大きくなる。また、回線空きを示すリンク信号が配下の全てのノードに送出されるので、複数のノードがリンク信号休止期間において同時に送信許可要求を送信すると、ハブはこの送信許可要求を解読できない。
【０００８】
そこで本発明は、回路規模を抑えた、より簡素で効率の良い光無線通信装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、光無線ノードが、光無線ハブへの送信データが有る場合に光回線空き信号の休止期間でそのデータを送信するとともに、光無線ハブからの衝突通知信号を監視し、光無線ハブが光回線空き信号の休止期間で受信したデータを解読できない場合に通信データと異なるパターンの衝突通知信号を複数の光無線ノードの全てに送信し、データ送信中及び衝突通知信号監視中の光無線ノードが衝突通知信号を受信した場合にデータ送信を中断して衝突処理を行うようにしたものである。衝突処理では、自機に接続されているＰＣなどの端末に対してそのデータ送信を中止させるか、その送信データを受け取っていったんメモリに記憶する。
【００１０】
すなわち本発明によれば、光無線ハブと複数の光無線ノードとの間で光回線を介して、波長、変調方式、変調速度が同じ信号により半二重光無線通信を行う光無線通信装置であって、
前記光無線ハブは、前記光回線が空きの場合に、バースト状の光回線空き信号を前記複数の光無線ノードの全てに送信して前記光回線空き信号の送信されていない休止期間で前記光無線ノードからの信号の受信を監視し、
前記光無線ノードは、前記光無線ハブへの送信データがある場合に、前記休止期間で前記送信データを送信するとともに、前記光無線ハブから異常を報知する信号である衝突通知信号の受信を監視し、
前記光無線ハブは、前記休止期間で受信した前記送信データを解読し、解読できない場合に前記送信データと異なるパターンの前記衝突通知信号を前記複数の光無線ノードに送信し、
前記光無線ノードは、前記送信データを送信中及び前記衝突通知信号監視中に前記衝突通知信号を受信した場合、前記送信データの送信を中断して衝突処理を行うことを特徴とする光無線通信装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１、図２はそれぞれ、本発明に係る光無線通信装置の光無線ハブ、光無線ノードの一実施の形態を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示す光無線ハブ（単にハブともいう）１００においては、自身が光無線受信中でもなく、光無線受信した通信データを光無線伝送空間や幹線ネットワークに中継中でもなく、かつ、光無線送信すべき通信データがある場合には、これを光無線信号として光無線伝送空間に送出する。ハブ１００はまた、自身が光無線送信すべき信号がなく、かつ、図２に示す光無線ノード（単にノードともいう）２００からの光無線信号を検出しない場合は、光リンク信号（光無線回線の空き通知と光無線ノードの光無線同期のための信号）を間欠送信する。これにより、発光休止期間には光無線ハブ１００は光伝送空間を監視し、また、光無線ノード２００は光送信可能となる。
【００１３】
ハブ１００はまた、光無線送信すべき信号がなく、かつ、光無線ノード２００からの光無線信号を検出した場合はリンク信号を休止して光無線受信を優先する。同時にこの光無線受信信号の復号を行い、通信データとして認識した場合は、光信号を受信し終えるまで発光を行わないで受信する。一方、通信データと認識できなかった（復号できない、又は所定の形式のデータ列とならない）場合には、光信号の受信を中断して異常を報知する信号（衝突通知）を配下の光無線ノート群２００に光無線送信する。
【００１４】
光無線ノード２００は、光無線受信した受信信号を通信データと認識した場合には、これを自身につながれたＰＣなどへと中継する処理を優先するか、もしくは通信データを自身にいったん記憶して中継するなどして光無線ハブ１００からの送信を妨げることなく、かつ、その通信データが喪失しないよう中継処理を行う。ノード２００はまた、光無線受信したが、通信データと認識できなかった場合や、異常通知として認識した場合で、かつ、前記ＰＣから通信データを送信されてきている場合、自身が光無線ハブへと光無線送信中であればこれを中止し、前記ＰＣとの間で衝突処理を行って通信端末の送信を中止させるか、もしくは自身に通信データを一時記憶する。光無線ハブ１００から通信データや異常通知といった光無線通信がなく（リンク信号の間欠発光のみ）、かつ、ＰＣから通信データが送信されて来るなど光無線ハブ１００に送信すべき通信データがある場合は、光無線ハブ１００の出すリンク信号の休止期間をねらって通信データを光無線伝送路へと送信開始し、光無線ハブ１００の発光休止を常に確認しながら自身の光無線送信を行う。
【００１５】
図１に示す光無線ハブ１００は、図２に示す光無線ノード２００からの光無線送信データを受信して記憶した後、光無線伝送空間に折り返し送信するタイプであり、光無線ノード２００からの光無線送信信号を受信手段１０１により受信し、データ抽出手段１０２によりデータを抽出してデータ記憶手段１０３に記憶した後、合成部１０８を経由して送信手段１０９により光無線伝送空間に折り返し送信する。
【００１６】
また、図１に示す光無線ハブ１００は、光無線受信の状態を検波手段１０４を経由して通信判定／制御手段１０５により判断し、光無線を受信しているが、その通信データを正しく復号できない場合（複数の光無線ノード２００からの同時送信による衝突などによる）は、衝突通知生成手段１０６により衝突通知信号を発生して光無線送信する。また、光無線ノード２００から送信が来るのを待機している状態（通常の状態）では、リンク信号生成手段１０７によりリンク信号を生成して光リンク信号を間欠発光する。なお、光無線ハブ１００は、自身が発光している期間は受信手段１０１の受信する信号は関知しない。
【００１７】
ここで、図３に示す光無線ハブ１００ａは、幹線ネットワークなどと接続して、幹線ネットワークと光無線ノード２００との間の通信を中継したり、同一の光無線通信エリア内にある光無線ノード２００同士の間の通信を中継をするタイプであり、図１に示す構成に対して幹線ネットワーク用の受信手段１１０、データ抽出手段１１１、データ記憶手段１１２、ジャム信号生成手段１１３、送信手段１１４が追加されている。
【００１８】
図２に示す光無線ノード２００は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やワークステーション（ＷＳ）などといった通信装置と接続し、通信装置から送信されてくる通信データを受信手段２０１、データ抽出手段２０２、データ記憶手段２０３、送信手段２０４により光無線ハブ１００へと中継したり、光無線ハブ１００から送信されてくる光無線通信データを受信手段２０６、データ／通知抽出手段２０８、合成部２１１、送信手段２１２によりＰＣなどへと中継する。
【００１９】
また光無線ノード２００は光無線ハブ１００への送信中に受信手段２０６の受信する光無線信号を検波手段２０７、通信判定／制御手段２０５により監視し、自身の光無線送信が正しく行われているか否かを判断し、状況に合わせて光無線通信や通信端末との通信の制御を行う。このとき、光無線ハブ１００への送信データと光無線ハブ１００からの受信データが衝突した場合には、ＰＣなどへジャム生成手段２１０によりジャムを通知する。
【００２０】
ここで、図４は従来例の光無線ハブ１００’の構成例を示すブロック図であり、図５は従来例の光無線ノード２００’の構成例を示すブロック図である。図４に示す従来例の光無線ハブ１００’では、衝突通知は行わず、光無線ノード２００’からの接続要求を通信要求抽出手段１２１により抽出し、これに対する接続許可を要求応答生成手段１２２により生成して返答する。幹線ネットワークとの接続するタイプについては説明を簡単にするため省略する。
【００２１】
図５に示す従来例の光無線ノード２００’では、光無線ハブ１００’ヘ送信すべき通信データがある場合には、光無線回線の空きを確認して通信要求生成手段２２１により接続要求を行い、光無線ハブ１００’により許可を受けてからデータを送信する（要求応答抽出手段２２２）。許可が返答されない場合や、許可の内容を解析した結果、自分宛てでない場合は送信することができない。この場合、通信端末が行っているデータ送信を、衝突・抑圧制御によって抑圧する。
【００２２】
図６、図７は本発明の光無線通信で使用する信号フォーマットの例を示す。本発明の信号フォーマットは、
（１）ハブ１００−ノード２００間の通信データ用のＥｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）フレームと、
（２）ハブ１００がノード２００に衝突通知信号を送信するための独自パターンと、
（３）ハブ１００がノード２００に光リンク信号を送信するためのアイドル信号（バースト信号）
の３種類で構成されている。すなわち、例としてＩＥＥＥ　８０２．３　Ｅｄｉｔｉｏｎ　１９９８規格のうち、いわゆる１００ＢＡＳＥ−Ｘ　（Ｆａｓｔ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ））規格の信号を流用することで、１００ＢＡＳＥ−Ｘとの接続親和性の良い光無線ネットワークを構築できる。例えば衝突通知信号は短いパケットとして定義し、そのビットパターンを独自形状とすることで通常の通信データグラムとの判別を可能にしている。
【００２３】
図７（１）に示すように、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）パケット（フレームとも呼称する）の先頭部分は、プリアンブルと呼ばれる所定のビットパターンを持つので、衝突通知信号は図７（２）に示すように、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）フレームと異なるパターンを与えれば判別が容易となる。光リンク信号については、図６、図７（３）に示すように、１００ＢＡＳＥ−Ｘのアイドル信号を流用したが、こちらは、もともとビットパターンが定義されていない（つまり復号することはないが、検波は可能）。この光リンク信号は光無線ノード２００が光無線ハブ１００と光無線通信の同期をとるためや、光無線ノード２００が光無線回線の空きを確認したり、光無線送信をするきっかけを判断するためなど（光軸のずれを判断するためなど）に使用する。
【００２４】
図７（１）に示したようにＥｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）フレームは、所定のプリアンブルパターンで始まるので、光無線ハブ１００の光無線受信においても、検波・復号した通信データの先頭部分が図７（１）に示す所定のパターンであるかどうかを判別すれば、光無線ノード２００からの通信データが正しく受信できているかどうか判断することができる。ここで、所定のパターンとなっていない場合は、衝突通知を行って通信が成立していないことを光無線ノード２００に通知することができる。
【００２５】
図８は本発明の光無線ハブ１００、光無線ノード２００における受信手段１０１、２０６及び検波手段１０４、２０７を詳しく示すブロック図であり、検波手段１０４、２０７は検波回路１０４ａと復号回路１０４ｂにより構成されている。検波回路１０４ａは図７に示す各パターンの包絡線を検出し、復号回路１０４ｂは図７に示す各パターンを復号する。
【００２６】
図９はハブ１００の検波回路１０４ａの検波信号と復号回路１０４ｂの復号データの３つの組み合わせによって行う処理を場合分けした表である。すなわち
（１）検波あり、かつ、復号ありの場合には、「光受信中」と判断し、「光受信」処理を実行する。
（２）検波あり、かつ、復号なしの場合には、「衝突中又は受信強度弱」と判断し、「衝突通知」処理を実行する。
（３）検波なし（かつ、復号なし）の場合には、「回線空き」と判断し、「待機」処理（光回線空き信号送出）を実行する。
【００２７】
図１０は本発明の実施の形態において、光無線ノード２００から光無線ハブ１００への送信が正常に行われた場合（折り返し配信の場合）の通信手続きを示す図である。まず、ハブ１００が光回線が空きの場合にリンク信号をバースト状に光空間（すなわち配下の全てのノード）に送出している状態で、ある１つのノード２００のみが「送信すべきデータあり」、「光回線空き確認」の場合にデータ送信を行うと、ハブ１００は「光受信検出」、「データ認識」の場合にデータ受信を開始する。そして、データ受信を終了すると受信データを配下の光無線ノード群２００に送信する。
【００２８】
図１１は従来例において、光無線ノード２００’から光無線ハブ１００’への送信が正常に行われた場合の通信手続きを示す図であり、通信データの送受に先立ち、光無線ハブと光無線ノードとの間で光無線接続手続きが行われる。しかし、特に光無線ノード２００’においては送信許可要求（接続要求）を作成、送信しなければならない。また、許可要求を送った後に光無線ハブ１００’からの応答を所定時間の間、待たなければならない。さらに、応答があった場合には自己に対する許可かどうかを判定しなければならない。また、光無線ハブ１００’においては光無線ノード２００’からの許可要求を認識しなければならない。さらに、要求に対する許可を作成、返答しなければならない。
【００２９】
図１２は本発明の実施の形態において、光無線ノード２００から光無線ハブ１００への送信が、光無線ハブ１００からの衝突通知によって中断される場合の通信手続きを示す図である。ハブ１００が光回線が空きの場合にリンク信号をバースト状に光空間（すなわち配下の全てのノード）に送出している状態で、ある複数のノードがリンク信号休止期間において同時にデータを送信すると、ハブ１００は光受信データを認識できず、衝突通知を光空間（すなわち配下の全てのノード）に送出する。データ送信中の光無線ノード２００は、これを検出するとデータ送信を中断する。同時にＰＣ側との通信では、▲１▼衝突処理を行ってＰＣ側の送信を抑圧するか、もしくは、▲２▼ＰＣの送信する通信データを光無線ノード２００がいったん記憶する、といった処理を行えばよい。
【００３０】
図１３は従来例において、光無線ノード２００’から光無線ハブ１００’ヘの送信が、光無線ノード２００’同士の衝突により中断される場合の通信手続きを示す図である。光無線ハブ１００’と光無線ノード２００’との間で光無線接続手続きが成立しないため、通信データの送受が行われない。
【００３１】
図１４は本発明の実施の形態において、光無線ハブ１００、１００ａが光無線送信を行う期間と休止する期間を表した模式図で、通信の状態によって場合分けしたものである。図１４（１）は光無線回線の空き通知と光無線ノード２００の同期のためのリンク信号を示し、所定周期の間欠パルスである。ハブ１００は光受信信号をリンク信号の送信期間では関知せず、休止期間では監視して受信すれば受信処理を行う。ノード２００はリンク信号により光無線回線の空きを検知し、リンク信号の休止期間で送信データがあれば送信し、また、衝突通知を監視する。
【００３２】
図１４（２）は、１００ａの光無線ハブがリンク信号を送信中に図３に示す幹線ネットワークから受信したデータを配下の光無線ノード２００に中継する場合を示し、リンク信号を中断してその後に中継データを光無線ノード２００に送信し、送信終了後にリンク信号の間欠送信を再開する。
【００３３】
図１４（３）は光無線ノード２００からの通信データを正常に受信した場合を示し、リンク信号を送信中であれば休止してデータ受信を行い、受信終了後にリンク信号の間欠送信を再開する。図１４（４）は光受信及び検波なし、又は光受信拒否（ハブ内部処理優先など）の場合を示し、光無線ノード２００が光無線送信を開始してもリンク信号を休止しない。図１４（５）は衝突の場合を示し、光受信及び検波しても「復号できない」、「復号データが正しくない」場合に衝突と判断する。この原因は、複数の送信光が重畳されていたり、充分な受信強度が得られていないなどである。
【００３４】
図１５は従来例において、光無線ハブ１００’が光無線送信を行う期間と休止する期間を表した模式図で、通信の状態によって場合分けしたものである。図１５（１）、（２）、（４）はそれぞれ図１４（１）、（２）、（４）と同じである。図１５（３）に示す光無線受信時には、データ通信に先立って送信許可要求／送信許可応答をやり取りする。図１５（５）に示す衝突時には、ハブ１００’は光受信信号を検波したが、送信許可要求を復号できず受信を中断する。又は、ハブ１００’は送信許可を応答したが、送信したノード２００’は自分に対する許可と判断できず、データ送信を取り止める。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光無線ハブと光無線ノードとの間で半二重通信を実現するために通信データの送受に先立ち光無線接続手続きを行わないので、回路規模を抑えた、より簡素で効率の良い光無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光無線通信装置の光無線ハブの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光無線通信装置の光無線ノードの一実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る光無線通信装置の光無線ハブの変形例を示すブロック図である。
【図４】従来の光無線ハブを示すブロック図である。
【図５】従来の光無線ノードを示すブロック図である。
【図６】本発明に係る通信信号の種類を示す説明図である。
【図７】図６の通信信号のビットパターンを示す説明図である。
【図８】図１、図２の検波手段の構成を示すブロック図である。
【図９】ハブの検波手段の検波結果及び復号結果に応じた処理を示す説明図である。
【図１０】本発明の正常時の光通信手順を示す説明図である。
【図１１】従来の正常時の光通信手順を示す説明図である。
【図１２】本発明の衝突時の光通信手順を示す説明図である。
【図１３】従来の衝突時の光通信手順を示す説明図である。
【図１４】本発明の光通信信号を示す説明図である。
【図１５】従来の光通信信号を示す説明図である。
【符号の説明】
１００　光無線ハブ
１０４，２０７　検波手段
１０５，２０５　通信判定／制御手段
１０６　衝突通知生成手段
１０７　リンク信号生成手段
２００　光無線ノード
【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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