(57)【要約】【課題】アドホック無線通信システムにおいて、使用する無線通信方式全体に影響を及ぼす大規模な障害が発生した場合においても高信頼な無線通信を提供する。【解決手段】端末１００、アクセスポイント２００、中継局（３００Ａ−３００Ｃ）がそれぞれ複数の無線方式を実装し、ネットワークの通信路を決めるコーディネータ４００に対してそれぞれが自局周辺の通信路の状況を測定した通信路情報５００を通知する。通信路状況を把握したコーディネータ４００は、端末１００、アクセスポイント２００間の複数の無線方式による複数ルートの設定、及び各中継区間でどの無線方式を用いて通信を行うかを指示し、各中継局（３００Ａ−３００Ｃ）はその指示に従って測定データ５０３を伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々、複数の無線方式を実装した端末、中継局、及びアクセスポイントを有し、さらに、前記各端末と前記アクセスポイント間の通信ルートを設定する機能を持つ少なくとも１つの無線通信制御装置を備えたアドホック無線通信システムにおいて、
前記無線通信制御装置は、前記端末から前記中継局を経由して前記アクセスポイントに至る通信ルートとして、該通信ルートの通信路状況に応じて、周波数や変調方式の異なる無線通信方式を用いた複数の通信ルートを設定する機能を持ち、
該無線通信制御装置から指定された前記複数の通信ルートにより、前記各端末と前記アクセスポイント間での無線通信を行い、前記端末から前記アクセスポイントに同じ情報を送信する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記端末と前記アクセスポイントと前記中継局が、各々、自局周辺の通信ルートの通信路状況を通信路情報として前記無線通信制御装置に通知する機能を持ち、
前記無線通信制御装置は、前記通信路情報に基づき、前記端末と前記中継局とを経由した中継区間において、所定の基準を満たす複数の異なる無線方式を組み合わせた複数の通信ルートを指定する機能を持つ
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記端末、前記アクセスポイント及び前記中継局に、各々、前記異なる無線方式が実装されており、
前記無線通信制御装置は、前記通信路状況に関する通信路情報に基づき、前記端末から複数の中継区間を経て前記アクセスポイントに至る前記通信ルートの設定を行い、かつ、前記各中継区間で前記無線方式のどれを用いて通信を行うかを決定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記無線通信制御装置は、
前記複数の通信ルート間で中継局が重複して使用されないようにして前記通信ルートの設定を行い、
前記アクセスポイントは、前記端末から受信した前記情報の内容を確認し、前記複数の通信ルートを介して受信した同じ内容の複数の情報を１つの情報として統合する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項３において、
前記無線通信制御装置は、前記端末の位置を推定し、前記通信路状況を考慮せずに該端末と前記アクセスポイント間を前記異なる無線方式により接続したルートを複数求め、該全てのルートをデフォルトルートとしてルート情報ＤＢに登録する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項５において
前記デフォルトルートは、1つの通信方式、若しくは複数の無線方式の混在により構成され、
前記デフォルトルートの数は、前記端末から送信される前記情報の重要度に応じて予め設定されている
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項５において
前記無線通信制御装置は、前記通信路の情報に基づき、前記ルート情報ＤＢに保持された前記デフォルトルートの中から、所定の基準値を満たす所定の数のデフォルトルートを選定し、前記通信ルートとして指定、若しくは更新する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項５において
前記無線通信制御装置は、前記通信ルートの決定において、前記端末が最初に送信する複数の前記中継局が、該端末からみて一定角度以上異なる方向になるようにして複数のルートを設定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項１において、
前記端末、前記アクセスポイント及び前記中継局は、自局周辺の通信ルートの通信路状況を測定する通信環境測定機能を有し、
前記通信環境測定機能により測定される通信路のパラメータは、受信した信号電力の強度、雑音電力、リンク品質、通信路の実効スループット、及び、レイテンシの少なくとも１つを含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１において、
複数の前記無線通信制御装置を備え、
前記端末、前記アクセスポイント及び前記中継局は、自局周辺の通信路状況を測定し通信路情報として最寄りの前記無線通信制御装置に通知する機能を持ち、
前記各無線通信制御装置は、隣接する無線通信制御装置同士で受信した前記通信路情報を共有することで全ての前記無線通信制御装置が同じ内容の通信路情報を共有し、
該共有の通信路情報に基づいて、前記通信ルートの状況に応じた前記複数の無線方式が使用されるルートを決定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
アドホック無線通信システムのための無線通信制御装置であって、前記無線通信システムが、各々、複数の異なる無線方式を実装した端末、中継局、及びアクセスポイントを備えたものにおいて、
前記無線通信制御装置は、前記各端末と前記アクセスポイント間の通信ルートを設定する機能を持ち、
前記端末、前記アクセスポイント、及び前記中継局から、各々、自局周辺の通信ルートの通信路情報に関する通知を受け、
前記通信路情報に基づき、前記端末から前記中継局を経由して前記アクセスポイントに至る通信ルートとして、周波数や変調方式の異なる無線通信方式を用いた複数の通信ルートを設定する機能を有する
ことを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記無線通信システムが複数の無線通信制御装置を有しており、
前記各無線通信制御装置は、最寄りの前記端末、前記アクセスポイント又は前記中継局から、前記自局周辺の通信ルートの通信路情報に関する通知を受け、
前記各無線通信制御装置は、隣接する前記無線通信制御装置同士で受信した前記通信路情報を共有することで全ての前記無線通信制御装置が同じ内容の通信路情報を共有し、
前記各無線通信制御装置は、該共有の通信路情報に基づいて、前記通信ルートの状況に応じた前記複数の無線方式が使用されるルートを決定し、最寄りの前記端末又は前記中継局に通知する
ことを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記無線通信制御装置は、ルート情報ＤＢを備えており、
前記端末の位置を推定し、前記通信路情報を考慮せずに該端末と前記アクセスポイント間を前記異なる無線方式により接続したルートを複数求め、該求めた全てのルートをデフォルトルートとして前記ルート情報ＤＢに登録する
ことを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記無線通信制御装置が、前記端末、前記アクセスポイント及び前記中継局から通知される通信路情報は、通信路のパラメータとして、受信した信号電力の強度、雑音電力、リンク品質、通信路の実効スループット、及び、レイテンシの少なくとも１つを含み、
前記無線通信制御装置は、前記通信路の情報に基づき、前記ルート情報ＤＢに保持された前記デフォルトルートの中から、所定の基準値を満たす所定の数のデフォルトルートを選定し、前記通信ルートとして指定、若しくは更新する
ことを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記無線通信制御装置が前記通信路の無線方式を選択する基準は、前記受信した信号電力の強度が高い、若しくは、前記雑音電力が低いことである
ことを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記無線通信制御装置が前記通信路の無線方式を選択する基準は、パケットエラーレートが低い、若しくは、伝搬遅延が小さい
ことであることを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記無線通信制御装置が前記通信路の無線方式を選択する基準は、信号電力対雑音電力比が大きい、若しくは送信パケット数とそれに対するＡｃｋ信号の数の差が少ない
ことであることを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項１８】
アドホック無線通信システムのための無線送受信機であって、
前記アドホック無線通信システムが、各々、複数の異なる無線方式を実装した端末、各々中継局として機能する複数の前記無線送受信機、及びアクセスポイントを備えたものにおいて、
前記無線送受信機は、各々、
自局周辺の通信路状況を測定する機能と、
前記端末から該各無線送受信機を経由して前記アクセスポイントに至る通信ルート通信ルートとして、周波数や変調方式の異なる無線通信方式を用いた複数の通信ルートを設定する機能と、
前記通信路状況の状況に応じて、前記複数の無線方式の中で最適の通信ルートと通信方式を選択して、前記端末と前記アクセスポイント間において複数の経路で同じ内容の情報のアドホック通信を行う機能とを有する
ことを特徴とする無線送受信機。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記無線送受信機は、前記端末の位置を推定し、前記通信路状況を考慮せずに該端末と前記アクセスポイント間を前記異なる無線方式により接続したルートを複数求め、該求めた全てのルートをデフォルトルートとしてルート情報ＤＢに登録し、
前記通信路の情報に基づき、前記ルート情報ＤＢに保持された前記デフォルトルートの中から、所定の基準値を満たす所定の数のデフォルトルートを選定し、前記通信ルートとして指定、若しくは更新する
ことを特徴とする無線送受信機。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記無線送受信機は、自局周辺の通信ルートの通信路状況を測定する通信環境測定機能を有し、
前記通信環境測定機能により測定される通信路のパラメータは、受信した信号電力の強度、雑音電力、リンク品質、通信路の実効スループット、及び、レイテンシの少なくとも１つを含み、
前記通信路の情報に基づき、前記ルート情報ＤＢに保持された前記デフォルトルートの中から、所定の基準値を満たす所定の数のデフォルトルートを選定し、前記通信ルートとして指定、若しくは更新する
ことを特徴とする無線送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信制御装置及び無線送受信機並びにそれらを用いた無線通信システムに係り、特に、複数の無線中継局を経由して端末からアクセスポイントまでデータを送信するアドホック無線通信機器及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮや携帯電話などの個人向け無線通信システムの普及に続き、産業分野での無線通信に対する需要が高まっている。例えばプラントなどの製造業の現場では多くの機器が有線で制御されているため、新たな機器を設置する場合においてはその機器に制御情報を伝達するためのケーブルの設置工事が必須となる。このため設置機器本体のコストに加え、ケーブルの設置工事のコスト、さらに工事期間中に製造ラインを止めなければならないことによる損失が発生する。これらの制御情報を無線で送ることができればコストを大幅に軽減することができる。産業分野への無線応用を実現するためには、従来の有線通信と同等以上の信頼性の確保が必要となる。
【０００３】
これに対し、特許文献1のように同じ内容のデータを複数の経路で送信するルートダイバーシティにより通信の途絶を防ぎ、信頼性を確保する手段がある。
【０００４】
また特許文献２や特許文献３では複数のパスで符号を変えた通信を行うことで冗長性を高め、信頼性を得ている。また急激な通信路環境の変化に対しては特許文献４では通信路の状況に応じてルートを切り替えることにより対応している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９５１７９号公報
【特許文献２】特開２００８−１４８２９９号公報
【特許文献３】特表２００４−５３８６９０号公報
【特許文献４】特開２０１０−３５０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の無線通信では、他の無線方式からの干渉や産業用機器、電車、家庭用電気機器その他からの電磁雑音の影響や、通信経路への物体の侵入による物理的な遮蔽等により、無線通信システムの使用エリアにおいて、使用している無線方式の通信周波数帯域の全体に影響するような通信障害が発生した場合に、信頼性を確保する手段がなかった。例えば、複数の経路を用いてデータを伝送するルートダイバーシティ方式では、使用している通信方式全体に影響が及ぶような障害が発生した場合、全てのルートが影響を受けるため、十分な信頼性を得られなかった。またルート間で使用する符号や拡散率などの通信パラメータを変更する方式でも、周波数やチャネル、変調方式などの通信方式自体の変更は行われないため、使用する周波数帯全域に障害が発生すると通信が途絶してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、アドホック無線通信システムにおいて、使用する無線通信方式全体に影響を及ぼす大規模な障害が発生した場合においても、高信頼な無線通信を確保できる無線通信制御装置や無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的なものの一例を示すと、次の通りである。本発明の無線通信システムは、各々、複数の無線方式を実装した端末、中継局、及びアクセスポイントを有し、さらに、前記各端末と前記アクセスポイント間の通信ルートを設定する機能を持つ少なくとも１つの無線通信制御装置を備えたアドホック無線通信システムにおいて、前記無線通信制御装置は、前記端末から前記中継局を経由して前記アクセスポイントに至る通信ルートとして、該通信ルートの通信路状況に応じて、周波数や変調方式の異なる無線通信方式を用いた複数の通信ルートを設定する機能を持ち、該無線通信制御装置から指定された前記複数の通信ルートにより、前記各端末と前記アクセスポイント間での無線通信を行い、前記端末から前記アクセスポイントに同じ情報を送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アドホック無線通信システムにおいて、1つの無線方式全体に及ぶような広範囲な障害が発生した場合においても、周波数や変調方式が異なる別の無線通信方式を併用して同じデータを送信しているため、通信の途絶を生じることなくデータを伝送することができる。これにより、有線通信に匹敵する高信頼の無線通信を実現することができ、通信ケーブルの設置コストの減少や設置工事の期間短縮、また柔軟なシステム拡張が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第1の実施例の、システム構成例を示す図。
【図２Ａ】第1の実施例の、通信路状況ＤＢの例を示す図。
【図２Ｂ】通信障害時の動作説明図である。
【図３】第1の実施例の、端末の構成例を示す図。
【図４】第1の実施例の、アクセスポイントの構成例を示す図。
【図５】第1の実施例の、中継局の構成例を示す図。
【図６】第1の実施例の、コーディネータの構成例を示す図。
【図７】第1の実施例において、パケットがルーティング情報を含む場合のシステムの動作例を示す図。
【図８】第1の実施例において、パケットがルーティング情報を含む場合のメッセージフロー例を示す図。
【図９】第1の実施例において、中継局がルーティング情報を持つ場合のシステムの動作例を示す図。
【図１０】第1の実施例における、ルート決定手順を示す図。
【図１１Ａ】第1の実施例における、代替路設定の例を示す図。
【図１１Ｂ】第1の実施例における、代替路設定の例を示す図。
【図１２】第1の実施例における、ルート変更手順を示す図。
【図１３】第1の実施例における、通信途絶時の代替路設定手順を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施形態の、システム構成を示す図。
【図１５】本発明の第３の実施形態の、システム構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の無線通信システムによれば、端末、アクセスポイント間での通信で複数の中継局を経由するアドホック通信で、端末、アクセスポイント、中継局がそれぞれ複数の無線方式を実装したシステムにおいて、端末、アクセスポイント間に複数のルートを設定し、同じ内容のデータを送信する。このときそれぞれのルートでのデータ中継に対し、通信路の状況に応じた無線方式を選択することで、例え1つの通信方式全体に影響が及ぶような大規模な通信障害が発生しても必ず通信が届くようにする。ルートの設定及び各中継区間でどの無線方式を用いて通信を行うかは、各中継局の通信路状況を把握したコーディネータ（無線通信制御装置）が指示し、各中継局はその指示に従って信号を伝達する。また複数のルート間で中継局が重複して使わないようにすることで、中継局の故障や遮蔽などにより通信が途絶することを防ぐ。
【００１２】
上記のシステムにおいて、同一エリア内にコーディネータが複数存在する場合は、隣接コーディネータ間でデータ共有を行うことで、同じエリア内に存在する全コーディネータがエリア内の通信路状況を全て把握することにより、適切なルート指示を行う。
【００１３】
また各中継局がそれぞれ個別に自局周辺の通信路状況を把握し、それぞれの中継局で最適な転送先と使用する通信方式を設定することでコーディネータなしで複数の無線方式を用いたルートダイバーシティを実現することもできる。
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。なお以下の説明で述べる通信方式とは、例えば、無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１a方式やＩＥＥＥ８０２．１１ｂ方式、ＺｉｇｂｅｅやＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ）方式、ＩＳＡ１００．１１ａ方式を示す。さらに、特定小電力無線などを使用しても良い。
【００１５】
以下の説明では端末が測定した、温度、圧力、ガス濃度、光、音等の測定データの送受信を想定している。これにより、本発明のアドホック無線通信システムを、都市の集中監視ネットワーク、電力機器やプラントなどの異常監視システム、消費エネルギー監視装置、作業現場における予知保全システム、交通機関の運行管理システム、ビルの空調、照明制御装置、ビルの入退室管理システムや警備システム等に適用できる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、工場内における産業機器や病院内における医療用機器等、各種のアクチュエータの制御や位置検出等、機器の制御情報の送受信など、広い分野に適用できる。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第1の実施形態になる無線通信システムの構成例を図１に示す。本実施例のアドホック無線通信システムは、各々が複数の無線方式を実装した複数の端末１００と、少なくとも１つのアクセスポイント（基地局）２００と、複数の中継局３００と、各端末１００とアクセスポイント２００間の複数の通信ルートを設定する機能を持つコーディネータ（無線通信制御装置）４００からなるアドホック無線通信システムである。各端末１００、アクセスポイント２００、及び中継局３００は、各々、自局周辺の通信路状況を測定してコーディネータ４００に通知する機能を持つ。コーディネータ４００は、各機器間の経路（中継区間）の通信状況に応じて複数の無線方式を採用した通信ルート（複数の中継区間）を指定し各端末１００や中継局３００に通知し、この指定された通信ルートで複数の無線方式が使用されて同時に無線通信がなされる。
【００１７】
無線通信システム内の全ての端末１００、中継局（３００Ａ−３００Ｃ）、及び、アクセスポイント２００の各デバイスは、「通信環境測定機能」を備えており、自局周辺の通信路の状況を測定、監視し、変化が生じたらコーディネータ４００に“通信路情報”５００を送る。この「通信環境測定機能」により求められる通信路のパラメータとしては、受信した信号電力の強度のインジケータ（ＲＳＳＩ）の他に雑音電力、リンク品質インジケータ（ＬＱＩ：Link Quality Identifier）、通信路の実効スループット、レイテンシなどがある。これらの情報は、無線方式がその通信路に適しているかを判定するのに利用される。
【００１８】
コーディネータ４００は、それら“通信路情報”５００による報告結果を、図２Ａのように通信路状況ＤＢ４０６に登録し、その測定結果に応じて通信路の利用判定を行う。例えば、受信した信号電力と雑音電力の比（ＳＮ比）が一定値以下の通信路をＢもしくはＣ、一定値以上ならばＡというように判定する。
【００１９】
コーディネータ４００は、通信ルートの状況の判定結果に応じて、信頼度が高い例えば利用判定Ａの通信ルートの採用を決定し、各デバイスへ指示する。なお、通信路状況ＤＢ４０６を含むコーディネータ４００の構成に関しては図６で説明する。
【００２０】
コーディネータ４００は、アドホック通信システムにおいて、この“通信路情報”５００に基づいて、端末１００、アクセスポイント２００間に、常時、所定の基準を満たす複数のルートを確保し、同じデータを送信可能に制御する。コーディネータ４００は、物理的な通信環境、例えば、端末、中継局、アクセスポイント間の距離の長短、等の状況に応じて夫々、各機器間において各無線方式の特徴を生かした最適な複数の通信方式を設定する。
【００２１】
そして、例えば、ある通信ルートに利用判定Ａの通信ルートとして、図２Ｂに示したように、２．４ＧＨzのＺｉｂＢｅｅ方式が使用されている状態で、他の無線方式からの電波や、機器からの電磁雑音の影響等により通信障害が発生したとき、通信障害の程度により、ＺｉｂＢｅｅ方式の周波数帯域の一部チャンネルのみに影響がある場合と、全周波数帯域に影響するような場合とがある。これらの通信障害の程度は“通信路情報”５００により判定できるので、例えば利用判定Ｃとなった通信ルートに関して、コーディネータ４００は、通信障害の影響が無く利用判定がＡ又はＢの他のルート、例えば、同じ周波数帯域の他のチャンネル、あるいは他の周波数帯域、もしくは他の変調方式、を新たな通信ルートとして採用し、各デバイスへ指示する。
【００２２】
端末１００は、コーディネータ４００により指示された複数の経路に従って測定データ５０３をアクセスポイント２００まで送る。
【００２３】
一例を挙げると、アクセスポイント２００が工場内のロボットアーム、端末１００が温度センサであり、無線通信により同じ“測定データ”すなわち同じ温度センサによる測定データを、複数の無線方式による複数のルートを経由して、所定時間間隔で同じデータをアクセスポイント２００に送信する。送信される測定データには、温度センサによる測定時刻の情報も含まれる。
【００２４】
本発明では、同じ端末で測定されたデータ同じ種類の、例えば温度、圧力に関する情報やデータを、各々、温度、圧力に関する“同じ情報”もしくは“同じデータ”と定義する。なお、無線方式によって“測定データ”の通信速度は異なるので、端末１００である特定の時刻に測定された温度に関する“測定データ”であっても複数の中継区間を経てアクセスポイント２００に到達する時刻は異なる可能性が大きい。アクセスポイント２００では、これら時間間隔の異なる複数の“同じデータ”を、各測定時刻毎に、例えば温度に関する“測定データ”として１つに纏め、広域ネットワーク２０９を介して上位の制御装置２２０へ送信する。
【００２５】
次に、端末１００の構成例を図３に示す。端末１００は、必要なデータを測定するためのセンサ１０８を接続するセンサＩ／Ｆ１０６、センサの測定や通信を制御する端末制御部１０５、端末制御部１０５の指示を受けてセンサデータの送信やシステム接続のためのメッセージを作成するメッセージ作成部１０３、作成したメッセージの各通信方式に対応したフォーマットへの変換および受信したメッセージの各方式共通のフォーマットへの変換を行うメッセージ変換部１０２、複数の通信方式で受信されたメッセージ内容のなかで内容が同じものを統合するメッセージ統合部１０４、及び前記「通信環境測定機能」により端末周辺の通信環境を測定する通信環境測定部１０７から構成される。また、端末１００は、複数の無線方式の送受信機（１０９Ａ−１０９Ｄ）と接続可能で、それぞれの送受信機１０９に対応したインタフェース（Ｉ／Ｆ）１０１Ａ−１０１Ｄをもつ。さらに、電源やその制御部も備えている。上記各部の機能は、例えば、マイクロコンピュータのメモリに保持されたプログラムを実行することで実現され、あるいは制御される。
【００２６】
本実施例の無線通信システムで用いられる複数の通信方式とその搬送周波数、及び変調方式の一例を挙げると次の通りである。IEEE 802.11a方式では5GHzの周波数帯域、IEEE 802.11b方式では2.4GHzの周波数帯域が用いられる。なお、IEEE 802.11a方式では5.150〜5.350GHzの周波数帯域が８のチャンネルに区分して割り当てられている。また、IEEE 802.11b方式では、2.400〜2.4835GHzの周波数帯域が5MHzずつ区分して14のチャンネルに割り当てられている。変調方式として、IEEE802.11aには、直交波周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等が用いられる。IEEE 802.11b方式では、変調方式としてDSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum)により信号を拡散した後、二位相偏移変調(BPSK：binary phase-shift keying)、四位相偏移変調方式（QPSK：Quadrature Phase Shift Keying）、あるいは相補符号変調（CCK ：Complementary Code Keying）のいずれかの変調方式を使用してデータを送信している。
【００２７】
また、Zigbee方式では、868MHz、915MHz、2.4GHzの３つの周波数帯域が用いられる。例えば、Zigbee方式の915MHz帯域は、902MHz〜928MHzの周波数帯域が２MHzずつ区分して１０のチャンネルに割り当てられている。変調方式には、OQPSK等が用いられる。
【００２８】
そのほか、UWBでは3.1GHz〜10.6GHzの広い周波数帯に拡散して送受信が行なわれる。その他、13.56MHzの周波数帯域を用いるNFC方式もある。
【００２９】
本発明の無線通信システムでは、コーディネータ（無線通信制御装置）４００が、各デバイス間の経路（複数の中継区間）と、これらの１つあるいは複数の無線通信方式、換言すると、周波数帯域や変調方式の組み合わせを適宜選択し、障害がある場合はこれらの組み合わせを変更することによって、システム内において常に最適な通信路を確保する。
【００３０】
例えば、図２Ｂの例に示したように、通信経路に使用中のZigbee方式の2.4GHzの周波数帯域に通信障害が発生したとしても、同じ2.4GHzの周波数帯域でかつその幅の広いIEEE 802.11b方式も同時に通信経路として使用中であれば、後者の通信路が通信障害の影響を受けずに継続して確保される。
【００３１】
端末１００は、起動時に直接、もしくは中継局３００を通じてコーディネータ４００に“端末登録依頼”５０１を送信する。その後コーディネータ４００からアクセスポイント２００までのルート（複数の中継区間）を示した“通信ルート指示”５０２を受信する。以後、指示されたルートで“測定データ”５０３をアクセスポイント２００に送信する。また端末周辺の通信路環境の状況を監視し、変化が生じた場合はコーディネータ４００に“通信路情報”５００を送る。端末１００や中継局３００周辺の通信路環境に変化に応じて、コーディネータ４００からの“ルート変更指示”が送られてきたら、ルートの変更を行う。
【００３２】
次に、アクセスポイント２００の構成例を図４に示す。アクセスポイント２００は、複数の通信方式の送受信機２１０（２１０Ａ−２１０Ｄ）と接続可能で、それぞれの送受信機に対応したインタフェース（Ｉ／Ｆ）２０１（２０１Ａ−２０１Ｄ）をもつ。また、アクセスポイント２００は広域ネットワーク２０９に接続するための出力Ｉ／Ｆ２０８をもつ。またアクセスポイント２００は端末１００やコーディネータ４００から受信した各種無線方式のメッセージを共通のフォーマットや別の無線方式のフォーマットに変換するメッセージ変換部２０２、複数の経路で送られてきた同じ内容のメッセージを統合するメッセージ統合部２０４、送られてきたメッセージの内容を判断し必要に応じて統計処理や複数測定結果の統合を行うデータ処理部２０５、端末やコーディネータに送信するメッセージを作成するメッセージ作成部２０３を持つ。さらに、アクセスポイント２００の周辺の通信環境を測定する通信環境測定部２１１を備えている。また、自局に接続している端末の情報を保持する端末情報ＤＢ２０７や電源を持つ。これら各部の動作は制御部２０６により制御される。上記各部の機能は、例えば、マイクロコンピュータのメモリに保持されたプログラムを実行することで実現され、あるいは制御される。
【００３３】
アクセスポイント２００は、端末１００から受け取った“測定データ”５０３を必要に応じてネットワークを経由して外部アプリケーションに提供する。また通信環境測定部２１１により、接続した通信機器を通じて自局周辺の伝搬路環境を測定し、コーディネータ４００に“通信路情報”５００を送信する。
【００３４】
本発明の中継局３００の構成例を、図５に示す。中継局３００は複数の通信方式の送受信機（３０５Ａ−３０５Ｄ）を接続可能で、それぞれの送受信機に対応したＩ／Ｆ３０１をもつ。また中継局３００は端末１００やコーディネータ４００・アクセスポイント２００から受信した各種無線方式のメッセージを共通のフォーマットや別の無線方式のフォーマットに変換するメッセージ変換部３０２、受信したメッセージの転送先を記録した通信経路ＤＢ３０４、メッセージの転送や通信路環境の測定を制御する制御部３０３からなる。さらに、中継局３００の周辺の通信環境を測定する通信環境測定部３０６や電源を備えている。上記各部の機能は、例えば、マイクロコンピュータのメモリに保持されたプログラムを実行することで実現され、あるいは制御される。
【００３５】
中継局３００は端末１００や他の中継局３００より送られてきた“測定データ”５０３をコーディネータ４００より指定された通信経路に従って転送する。また、通信環境測定部３０６により、接続した通信機器を通じて自局周辺の伝搬路環境を測定し、コーディネータ４００に“通信路情報”５００を送信する。
【００３６】
次に、コーディネータ４００の構成例を、図６に示す。コーディネータ４００は複数の通信方式の送受信機４０８（４０８Ａ〜４０８Ｄ）を接続可能で、それぞれの送受信機に対応したＩ／Ｆ４０１（４０１Ａ〜４０１Ｄ）をもつ。またコーディネータ４００は、端末１００、アクセスポイント３００、あるいは中継局２００から受信した各種無線方式のメッセージを共通のフォーマットや別の無線方式のフォーマットに変換するメッセージ変換部４０２を持つ。またコーディネータは、端末１００、アクセスポイント２００間の通信路状況を記録した通信路状況ＤＢ４０６（図２Ａ）、端末１００やアクセスポイント２００、中継局３００から送られてきた“通信路情報”５００の内容を通信路状況ＤＢ４０６に登録するメッセージ処理部４０４、通信路状況ＤＢ４０６の内容に応じて端末１００とアクセスポイント２００間の通信ルートを作成するルート作成部４０５、作成した通信ルートを端末１００、アクセスポイント２００、及び中継局３００に通知するためのメッセージを作成するメッセージ作成部４０３を持つ。また、複数の無線通信方式を組み合わせて使用することにより、端末１００からアクセスポイント２００までの選択可能な複数の経路（通信ルート）を登録するルート情報ＤＢ４０７や電源をもつ。上記各部の機能は、例えば、マイクロコンピュータのメモリに保持されたプログラムを実行することで実現され、あるいは制御される。
【００３７】
コーディネータ４００は、端末１００からの“端末登録依頼”５０１を受けて、その端末１００が接続するアクセスポイント２００と、端末１００からアクセスポイント２００までの通信ルートを示した“通信ルート指示”５０２を送る。またコーディネータ４００は端末１００、アクセスポイント２００、及び中継局３００から送られてきた“通信路情報”５００の内容を判断し、通信ルートの変更が必要な場合は端末１００へ“ルート変更指示”を送る。
【００３８】
次に、本実施例の無線通信システムの動作例を図７に、そのときのメッセージフローを図８に示す。  
端末１００は、起動（Ｓ００１）すると、最寄りのコーディネータ４００に“端末登録依頼”５０１を送信する（Ｓ００２）。このとき端末１００から直接コーディネータ４００に”端末登録依頼”５０１を送信する代わりに、最寄りの中継局３００に向けてブロードキャストを行い、中継局３００が、端末１００からのメッセージ内容が“端末登録依頼”５０１であることを確認してコーディネータ４００に転送する方法も可能である。端末１００からの“端末登録依頼”５０１を受け取ったコーディネータ４００は、その端末１００が接続するアクセスポイント２００を決定し、推定される端末の位置に基づいて端末１００とアクセスポイント２００を繋ぐ通信ルートを複数策定し（Ｓ００３）、端末１００にその内容を示した“通信ルート指示”５０２を送る（Ｓ００４）。
【００３９】
ここで述べる通信ルートとは、端末１００からアクセスポイント２００までの間に経由する中継局３００と、その間の通信路で使用する通信方式を合わせた指示である。たとえば端末１００から中継局Ａ（３００Ａ）を経由してアクセスポイント２００に接続するというルート指示の例としては、端末から中継局Ａの間はＺｉｇｂｅｅ、中継局Ａからアクセスポイントまでの間はIEEE802.11bを使用して通信を行うというように、経路と通信方式を合わせて指示する。このルートの策定方法については別途詳述する。
【００４０】
コーディネータ４００からの“通信ルート指示”５０２を受信した端末１００は、指定された複数の通信ルートに対して、同じ内容の“測定データ”５０３を送信する（Ｓ００５）。この“測定データ”５０３にはルーティングの情報も含まれており、これを受けた中継局３００は“測定データ”５０３内のルーティング情報に基づいて端末１００からの測定データ”５０３をアクセスポイント２００まで転送する。アクセスポイント２００には端末１００から同じ内容、すなわち測定時刻が同じ複数の“測定データ”５０３−１，５０３−２，−、あるいは通信方式の差による時間間隔の異なる複数の“測定データ”が複数送られてくるので、アクセスポイント２００は複数の“測定データ”の内容を確認し、同じ内容、換言すると、温度のように同じ種類で測定時刻が同じのものを統合し同じ“測定データ”５０３とする（Ｓ００６）。ルート内の通信路環境に変化が生じた場合はルートを再設定する（Ｓ００７）。端末１００が動作を停止する場合は、起動時と同様の方法でコーディネータ４００に対して“登録削除依頼”５０５を送信する（Ｓ００８）。“登録削除依頼”５０５を受けたコーディネータ４００はその端末１００に関する通信路の情報を削除する（Ｓ００９）。
【００４１】
また、図９のように、中継局３００へのルーティング情報の通知において、コーディネータ４００から直接関係する中継局３００にルーティング情報を通知することで、端末１００が送信するパケット内にルーティング情報を含めない方法も本発明の１つの手段である。すなわち、端末１００が起動（Ｓ２０１）すると、コーディネータに登録通知を行い（Ｓ２０２）、これを受けて、コーディネータ４００が端末から基地局（アクセスポイント）２００までの第1のルートを決定し（Ｓ２０３）、第1のルートに含まれる中継局にルート内容を通知する（Ｓ２０４）。以下、同様にして、コーディネータが端末１００から基地局２００までの第Nのルートを決定し（Ｓ２０５）、第Nのルートに含まれる中継局３００にルート内容を通知する（Ｓ２０６）。さらに、コーディネータ４００が端末１００に、決定したルート内容を通知し（Ｓ２０７）、端末１００は決定したルートによる通信を開始する（Ｓ２０８）。
【００４２】
また、複数のルート１〜Ｎを指示された端末１００が、アクセスポイント２００に送信するデータの内容を分割して複数のルートに分けて送信し、受信したアクセスポイントがそれらのデータを統合して内容を復調しデータを統合するようにしても良い。これにより、通信過程でのデータ流出を防ぐことができる。
【００４３】
次に、図１０に、コーディネータ４００での通信ルート決定の手順を示す。端末１００からの“端末登録依頼”５０１を受信した場合（Ｓ３０１）、コーディネータ４００はまずその端末１００の位置を推定する（Ｓ３０２）。端末の位置推定方法としては、たとえば端末１００からの信号がどの中継局３００で受信されたかという中継局の組み合わせから推定できる。あるいは中継局３００やアクセスポイント２００で受信された端末１００からの信号の信号強度から推定できる。次に、その端末の位置からアクセスポイント２００までのルートを複数（１〜Ｎ）求める（Ｓ３０３）。ルートを求める方法は，例えば特許文献４に記載されているアドホックネットワークでの通信路決定方法が挙げられる。ただし本発明では複数求められたルートを１つに絞り込むことをせず、そのまま全てのルートをデフォルトルートとしてコーディネータのルート情報ＤＢ４０７に登録する。ここでのデフォルトルートとは、通信路の環境を考慮せずに端末１００とアクセスポイント２００間を接続したルートのことである。このとき、デフォルトルートは1つの通信方式で設定する方法と、複数の無線方式の混在を許可する方法があるが、両方法とも本発明の実施形態に含まれる。
【００４４】
コーディネータ４００が、端末１００、アクセスポイント２００間に設定するルートの数は、端末１００が設置された環境に応じてシステム管理者が任意に設定しておく。このとき端末１００から送信されるデータの重要度に応じてルートの数を増減してもよい。
【００４５】
端末１００とアクセスポイント２００間のルートを策定するとき、コーディネータ４００はまずルート情報ＤＢ４０７よりデフォルトルートを１つ選ぶ（Ｓ３０４）。次に、このデフォルトルートに含まれる通信路の情報を通信路状況ＤＢ４０６で確認し、通信路の利用判定処理を行って通信路状況ＤＢ４０６に登録、更新し、この通信路状況ＤＢから、通信路の判定値が一定の基準値以下のものをピックアップする（Ｓ３０５）。基準値は通信の重要度に応じてシステムが設定する。
【００４６】
ある無線方式がその通信路に適しているか否かを判定し選択する基準値の例を挙げると次の通りである。ルート作成部４０５において、これらの例のいずれか１つ又は複数の条件を同時に満たす無線方式が、通信路に適した無線方式として選択される。  
（１）受信信号電力が所定値よりも高い。  
（２）雑音電力が所定値よりも低い。  
（３）パケットエラーレートが所定値よりも低い。  
（４）伝搬遅延が所定値よりも小さい。  
（５）信号電力対雑音電力の比（ＳＮ比）が所定値よりも大きい。  
（６）送信パケット数とそれに対するＡｃｋ信号の数の差が所定値よりも少ない。
【００４７】
次に、ピックアップされた通信路の代替となる通信路を通信路状況ＤＢ４０６より求める（Ｓ３０６）。
【００４８】
例えば、図１１Ａのように、中継局３００Ａと中継局３００Ｂを結ぶ通信路の途中に存在する障害物により通信障害が発生し、中継局３００Ｂから送られてきた“通信路情報”５００に基づくこの通信路の判定値が基準値以下である場合を想定する。この場合、コーディネータ４００のルート作成部４０５は、ルート情報ＤＢ４０７に登録されているデフォルトルートを検索し、図１１Ｂのように、中継局３００Ａと中継局３００ＢをＺｉｇｂｅｅで結ぶ通信路の代替として、上記基準値を満たし、この通信路に置換可能なルートとして、中継局３００Ａと中継局３００ＣをIEEE802.11aで結ぶ通信路と、中継局３００Ｃと中継局３００ＢをIEEE802.11bで結ぶ通信路とを組み合わせた迂回ルートを採用することを決定し、デフォルトルートを代替する。同様にして、全てのピックアップされた通信路に対して代替路を設定することができたら、それを端末１００からアクセスポイント２００までの１つのルートとする。
【００４９】
次に、コーディネータ４００は別のデフォルトルートをルート情報ＤＢ４０７より選択する（Ｓ３１０）。この通信路に対して、既に決定されたルートに含まれる通信路もピックアップする（Ｓ３０９）。これらのピックアップされた通信路に対して、同様に代替路を設定する（Ｓ３０９）さらにこのルートに含まれる通信路の情報を通信路状況ＤＢ４０６で確認し、通信路の判定値が一定の基準値以下のものをピックアップする（Ｓ３０５）。これに対しても同様に代替通信路を定めて新しいルートを決定する（Ｓ３０６）さらにこの作業を必要なルート数が確保されるまで繰り返される（Ｓ３０７）。  
必要なルート数が確保できたら、その内容を“通信ルート指示”５０２として端末１００に通知する（Ｓ３１１）。
【００５０】
また、コーディネータ４００でのルート決定において、ある端末１００が最初に送信する複数の中継局３００が、その端末１００からみて一定角度以上異なる方向になるように複数のルートを設定することで、その端末１００周辺の一部が障害物により遮蔽されるような事態が発生しても通信が完全に途絶しないようにしても良い。
【００５１】
次に、図１２を用いて、ルート内の通信路に変化が生じた場合のルート変更手順を説明する。端末、アクセスポイント、中継局はそれぞれが関係する通信路の状況を常に監視し、変化が生じたらコーディネータに“通信路情報”５００として報告する。コーディネータ４００は通信路情報を受信したら（Ｓ４０２）その内容を通信路状況ＤＢ４０６に登録し、変化が生じた通信路の状態に対して改めて判定を行う（Ｓ４０３）。その通信路が使用中で、かつ通信の維持に問題が生じると判断された場合は、ルート作成部４０５がルート情報ＤＢ４０７に登録されている上記基準値を満たす複数のデフォルトルートを検索し、その通信路に対する代替通信路を用いた新たなルートを策定し（Ｓ４０５）、関連する端末１００に“ルート変更指示”を送信する（Ｓ４０６）。端末１００はルート変更指示”を受けて、複数の通信方式の送受信機の、いずれかによる新たなルートを用いて通信を行う。これにより、実質的にシステム内における複数の通信経路による通信の途絶を回避し、有線通信に匹敵する高信頼の無線通信を実現することができる。
【００５２】
このとき、一時的に大きな通信障害が発生しているなどの理由により、当該通信システム内に適当な複数の代替路が存在しなかった場合は、一時的に公共の通信システムや、別用途の通信システムを用いてデータ伝送を行い、障害から回復次第、ルートを再設定するのも１つの手法である。
【００５３】
次に、図１３を用いて、端末１００と中継局３００間もしくは端末１００とアクセスポイント２００間での通信が途絶した場合の処理について説明する。端末１００が通信中、送信先からのAck信号が一定回数以上連続で受信できなかった場合（Ｓ５０１）、端末１００は通信が途絶したと判断する。このとき端末は、それまでの通信で使用していたものとは異なる通信方式を選択し（Ｓ５０２）、途絶した通信路の状況を記載した“通信ルート変更依頼”を周囲のコーディネータ４００に向けてブロードキャストする（Ｓ５０３）。
【００５４】
このとき、直接コーディネータ４００に送信せず、中継局３００、アクセスポイント２００を経由してコーディネータ４００に送っても良い。
【００５５】
コーディネータ４００は、ルート情報ＤＢ４０７に登録されているデフォルトルートを検索し、問題が発生した通信路に対する代替通信路を設定した“ルート変更指示”を端末１００に送る。端末１００はコーディネータ４００からの“ルート変更指示”を受信後、新ルートを用いて通信を行う（Ｓ５０５）。また端末が“ルート変更依頼”送信後、一定期間内に“ルート変更指示”を受け取れなかった場合は、通信方式を変更して再度“ルート変更依頼”を送信する。端末はこの過程を、ルート変更指示を受け取るまで繰り返す。
【００５６】
本実施例によれば、1つの無線方式の一部のみならず、その無線方式の全体に及ぶような広範囲な障害が発生した場合においても、周波数帯域や変調方式が異なる別の無線通信方式を併用して同じデータを同時に複数の経路で送信可能なように、無線通信方式を構成している。そのため、広範囲な障害の発生時でも、通信の途絶を生じることなくデータを継続して伝送することができる。これにより、有線通信に匹敵する高信頼の無線通信を実現することができる。また、無線方式なので、通信ケーブルの設置コストの減少や設置工事の期間短縮を図ることができる。さらに、柔軟なシステム拡張も可能となる。
【実施例２】
【００５７】
本発明の第２の実施形態になる無線通信システムの構成例を、図１４に示す。第２の実施形態では、システム内に複数のコーディネータＡ，Ｂ，Ｎ（４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｎ）を持つ。初期設定において全ての中継局３００は最寄りのコーディネータ４００に重複無く登録される。また隣接するコーディネータ４００Ａ，Ｂ同士は直接、もしくは中継局３００を通じてルート及び通信路状況に関する通信路情報を“通信路同期”５０７で交換することで、全コーディネータ４００（Ａ，Ｂ，Ｎ）は同じルート情報ＤＢ４０７と通信路状況ＤＢ４０６を共有する。端末１００の登録時には、全てのコーディネータ４００の間で、端末１００に到達するまでに経由する中継局３００の数を比較し、最も経由した中継局の数が少ないコーディネータ４００がその端末１００のルート決定、ルート変更を担当する。すなわち、全てコーディネータ４００が同じ内容の通信路情報を共有し、この通信路情報に基づいて、ある端末１００に関し、最も経由した中継局の数が少ないコーディネータ４００がその端末１００のルートの決定、変更を行う。
【００５８】
本実施例によれば、第1の実施形態と同様に、複数の中継局５１０に向けてデータを送信し、最終的に同時に複数のルートでアクセスポイント２００まで“測定データ”５０３が転送される。周波数帯域や変調方式が異なる別の無線通信方式を併用して同じデータを同時に複数の経路で送信可能なように、無線通信方式を構成しているため、広範囲な障害の発生時でも、通信の途絶を生じることなくデータを継続して伝送することができる。これにより、有線通信に匹敵する高信頼の無線通信を実現することができる。また、全てコーディネータ４００が同じ内容の通信路状況を共有するので、端末１００からアクセスポイント２００までの距離が長くても通信が可能になり、広範囲の通信が可能になる。また、より多くのルート候補から、最適なルートを選定することが可能となる。さらに、いずれか１つのコーディネータ４００に障害が発生しても、他のコーディネータにより機能を維持できる。
【実施例３】
【００５９】
本発明の第３の実施形態のシステム構成を、図１５に示す。第３の実施例では、システム内にはコーディネータは存在しない。その代わりに、システム内の複数の中継局５１０（Ａ〜Ｅ）を構成する無線送受信機は、コーディネータに相当する機能を有する。すなわち、各無線送受信機５１０は、ルート情報ＤＢを備えており、端末１００の位置を推定し、通信路状況を考慮せずに端末とアクセスポイント間を異なる無線方式により接続したルートを複数求め、これら全てのルートをデフォルトルート（ルーティング情報）としてルート情報ＤＢに登録する。端末１００、アクセスポイント２００及び各無線送受信機（中継局）５１０は、自局周辺の通信ルートの通信路状況を測定する通信環境測定機能を有し、この通信環境測定機能により測定される通信路のパラメータには、受信した信号電力の強度、雑音電力、リンク品質、通信路の実効スループット、及び、レイテンシの少なくとも１つを含む。各中継局５１０は、隣接中継局及びアクセスポイント２００のルーティング情報と自ら測定した通信路情報に基づいていずれかの端末１００からのメッセージの転送先と使用する通信方式を決定し“測定データ”５０３の転送を行う。通信路環境に変化が生じた場合も、各中継局５１０が個別に通信路の使用可否を判断し、通信に適さないと判断した場合は自ら隣接中継局までの代替通信路を策定して“測定データ”５０３を転送する。
【００６０】
端末１００は、第1の実施形態と同様に、複数の中継局５１０に向けてデータを送信し、最終的に同時に複数のルートでアクセスポイント２００まで“測定データ”５０３が転送される。転送の途中、1つの中継局５１０が異なるルートで２回以上同じデータの転送を受けた場合、既に他のルートに組み込まれていることを示す情報を付与してデータの送信元の中継局にメッセージを送り返す。送り返された中継局は別の通信路を選択して再度データを転送する。
【００６１】
本実施例によれば、周波数帯域や変調方式が異なる別の無線通信方式を併用して同じデータを同時に複数の経路で送信可能なように、無線通信方式を構成しているため、広範囲な障害の発生時でも、通信の途絶を生じることなくデータを継続して伝送することができる。これにより、有線通信に匹敵する高信頼の無線通信を実現することができる。また、コーディネータ無しに、広範囲の通信が可能になる。
【符号の説明】
【００６２】
１００  端末
１０１  通信インタフェース
１０２  メッセージ変換部
１０３  メッセージ作成部
１０４  メッセージ統合部
１０５  端末制御部
１０６  センサインタフェース
１０７  通信環境測定部
１０８  センサ
１０９  無線送受信機
２００  アクセスポイント（基地局）
２０１  通信インタフェース
２０２  メッセージ変換部
２０３  メッセージ作成部
２０４  メッセージ統合部
２０５  データ処理部
２０６  制御部
２０７  端末情報データベース
２０８  出力インタフェース
２０９  広域ネットワーク
２１０  無線送受信機
３００  中継局
３０１  通信インタフェース
３０２  メッセージ変換部
３０３  制御部
３０４  通信経路ＤＢ
３０５  無線送受信機
４００  コーディネータ
４０１  通信インタフェース
４０２  メッセージ変換部
４０３  メッセージ作成部
４０４  メッセージ処理部
４０５  ルート作成部
４０６  通信路状況データベース
４０７  ルート情報データベース
４０８  無線送受信機
５００  通信路情報
５０１  端末登録依頼
５０２  通信ルート指示
５０３  測定データ
５０５  登録削除依頼
５１０  ルーティング機能を持った中継局。
【図１】
2012004891.tif 000003
【図２Ａ】
2012004891.tif 000004
【図２Ｂ】
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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】
2012004891.tif 000012
【図１０】
2012004891.tif 000013
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2012004891.tif 000015
【図１２】
2012004891.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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