(57)【要約】【課題】  妨害電波が存在する環境下においても、簡易な構成、機能によって、無線通信の成功率を高めることができる無線通信装置を提供する。【解決手段】  本発明による受信側の無線通信装置は、妨害電波である可能性が高い到来電波の受信電力を測定する受信電力測定手段と、到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあることを捉えて、対向する無線通信装置へデータ送信を要求するデータ送信要求手段とを有する。ここで、データ送信要求手段は、対向する無線通信装置からの送信データを受信した際の受信電力から得た基準受信電力を記憶している基準受信電力記憶部を有し、測定された最近の測定受信電力を、基準受信電力を基準として解析することにより、到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあるか否かを判別する。【選択図】      図３
2012090052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する無線通信装置からの送信データを受信する無線通信装置において、
到来電波の受信電力を測定する受信電力測定手段と、
到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあることを捉えて、対向する上記無線通信装置へデータ送信を要求するデータ送信要求手段と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
上記データ送信要求手段は、対向する上記無線通信装置からの送信データを受信した際の受信電力から得た基準受信電力を記憶している基準受信電力記憶部を有し、上記受信電力測定手段が測定した最近の測定受信電力を、上記基準受信電力を基準として解析することにより、到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあるか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
上記受信電力測定手段が測定した到来電波の受信電力値と、有意なデータの受信状況とに基づいて、当該無線通信装置が妨害電波の環境下にあるか否かを判別する妨害電波環境判別手段を備え、
上記妨害電波環境判別手段は、
当該無線通信装置が妨害電波の環境下にあるときに、上記データ送信要求手段を動作状態にすると共に、対向する上記無線通信装置へ、データ送信の要求を待ってデータ送信を行うことを指示し、
当該無線通信装置が妨害電波の環境下にないときに、上記データ送信要求手段を動作停止状態にすると共に、対向する上記無線通信装置へ、データ送信の要求を待たずにデータ送信を実行しても良いことを指示する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信装置に対向し、請求項３に記載の無線通信装置へ、送信データを送信可能な無線通信装置であって、
請求項３に記載の無線通信装置から、データ送信の要求を待ってデータ送信を行うことが指示されたときには、送信データがあっても、請求項３に記載の無線通信装置からデータ送信の要求が与えられるのを待って送信データを上記無線受信装置へ送信させると共に、請求項３に記載の無線通信装置から、データ送信の要求を待たずにデータ送信を実行しても良いことが指示されたときには、送信データが生じたときに直ちに請求項３に記載の無線通信装置へ送信させる送信制御手段を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
第１の無線通信装置が送信した送信データを第２の無線通信装置が受信する無線通信システムにおいて、
上記第２の無線通信装置として、請求項１に記載の無線通信装置を適用したことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
対向する無線通信装置からの送信データを受信する無線通信装置に搭載された無線通信プログラムであって、
コンピュータを、
到来電波の受信電力の測定する受信電力測定手段と、
到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあることを捉えて、対向する上記無線通信装置へデータ送信を要求するデータ送信要求手段と
して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、システム及びプログラムに関し、特に、ジャミング（意図的な妨害電波）があるような通信環境が悪い状況においてもロバストに通信できるようにしようとしたものである。
【背景技術】
【０００２】
ジャミングがあるような通信環境では、通信に失敗することが多い。図１は、通信が失敗するジャミング環境の例を示したものである。
【０００３】
ジャミングノードＪは、ノードＳとノードＲから構成される無線通信ネットワークで利用される搬送波周波数と同じ周波数の正弦波電波（妨害電波）を放射し続けている。例えば、ジャミングノードＪが設置される場所は屋外（フィールド）である。ノードＲは、ジャミングの影響範囲内に位置している一方、ノードＳは、ジャミングの影響範囲外に位置しているとする。
【０００４】
ノードＳがノードＲにデータを送信しようとする場合において、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を採用していると、ノードＳはまずキャリアセンスを行い、周囲に電波を出しているノードがないか確認する。ノードＳには妨害電波は届いていないので、ノードＳは、ノードＲに対してアソシエーション（ＭＡＣ層（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌａｙｅｒ）レベルでの接続）要求を行う。しかし、ノードＲは、妨害電波の影響で受信に失敗し、アソシエーションができない。そこで、ノードＳは、ランダムな時間（バックオフ時間）だけ待って再度アソシエーションを試みるが、これも失敗する可能性が高い。妨害電波により、無線通信ネットワークのスループットが著しく低下する。
【０００５】
以上では、ジャミングの場合の課題を説明したが、意図的ではない妨害電波が生じている状況においても同様なスループットの低下という課題を生じる。
【０００６】
従来、スループットの低下を抑える各種の方法が提案されており、以下では、５種類の方法を簡単に説明する。
【０００７】
非特許文献１には、大規模な無線メッシュネットワークにおいてジャミングが発生したエリアを回避するように経路を再構築することが記載されている。
【０００８】
非特許文献２には、アンテナを複数もって中央回路で合成し、最も信号対雑音比のよい信号を選択するダイバーシチ技術について記載されている。
【０００９】
特許文献１には、スペクトル拡散通信システムで用いられる無線通信装置がビット誤り率測定部を備え、ビット誤り率が高くなった場合に通信チャネル（周波数帯）を変更することが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、制御基地局と有線で繋がった複数のリモート基地局を備え、あるリモート基地局で所定強度以上の無線信号を検知手段が検知した場合に、当該リモート基地局を分離することが記載されている。
【００１１】
特許文献３には、電子レンジによる周期的かつ間欠的な妨害電波がある環境において、送信データを妨害電波の休止期間に収まる長さのパケットに分割し、１つのパケットにつき（同じパケットを）４〜５回ずつ重複して連続的に送信することにより、休止期間の間に少なくとも１回は当該パケットの送信に成功するようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１０１００６
【特許文献２】特開２００４−０２３１４２
【特許文献３】特開２００２−３１９９０６
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ａｎｔｈｏｎｙ  Ｗｏｏｄ、  Ｊｏｈｎ  Ａ．  Ｓｔａｎｋｏｖｉｃ、  “Ｄｅｎｉａｌ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、３５（１０）：５４−６２、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００２
【非特許文献２】横山光雄著、「移動通信技術の基礎」、１９９４年１２月、日刊工業新聞社発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非特許文献１の記載方法では、ジャミングによる被害域にあるノードを通信先としたい場合には通信を実行できず、ジャミングによるスループットの低下という課題を解決することはできない。
【００１５】
非特許文献２に記載のダイバーシチ技術は、受信電力の一時的落ち込みを補うことにより品質の劣化を防ぐ技術であるが、妨害電波の落ち込みも補うことになり、ジャミングによるスループットの低下という課題をいつも解決できるとは限らない。
【００１６】
特許文献１の記載方法では、利用可能な周波数帯域（通信チャネル）の全てに妨害電波を出されている場合は機能しない方法である。
【００１７】
特許文献２の記載方法は、リモート基地局を複数設置することを要し、システム全体が大形、複雑なものとなり、コストも大きくなる。
【００１８】
特許文献３の記載方法は、電子レンジからの妨害電波の対策であり、ジャミングノードが休止期間のない連続的な妨害電波を放射するような場合には十分な効果を期待できない。
【００１９】
そのため、妨害電波が存在する環境下においても、簡易な構成、機能によって、無線通信の成功率を高めることができる無線通信装置、システム及びプログラムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の本発明は、対向する無線通信装置からの送信データを受信する無線通信装置において、到来電波の受信電力を測定する受信電力測定手段と、到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあることを捉えて、対向する上記無線通信装置へデータ送信を要求するデータ送信要求手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
第２の本発明は、対向する無線通信装置へ、送信データを送信可能な無線通信装置であって、対向する無線通信装置から、データ送信の要求を待ってデータ送信を行うことが指示されたときには、送信データがあっても、対向する無線通信装置からデータ送信の要求が与えられるのを待って送信データを対向する無線受信装置へ送信させると共に、対向する無線通信装置から、データ送信の要求を待たずにデータ送信を実行しても良いことが指示されたときには、送信データが生じたときに直ちに対向する無線通信装置へ送信させる送信制御手段を有することを特徴とする。
【００２２】
第３の本発明は、第１の無線通信装置が送信した送信データを第２の無線通信装置が受信する無線通信システムにおいて、上記第２の無線通信装置として、第１の本発明の無線通信装置を適用したことを特徴とする。
【００２３】
第４の本発明は、対向する無線通信装置からの送信データを受信する無線通信装置に搭載された無線通信プログラムであって、コンピュータを、到来電波の受信電力の測定する受信電力測定手段と、到来電波の受信電力が落ち込み期間内にあることを捉えて、対向する上記無線通信装置へデータ送信を要求するデータ送信要求手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、妨害電波が存在する環境下においても、簡易な構成、機能によって、無線通信の成功率を高めることができる無線通信装置、システム及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来において通信が失敗するジャミング環境例を示す説明図である。
【図２】固定基地局と時速５．７ｋｍ程度で移動する移動局が受信する電波の受信電力の変動を、仲上・ライスフェージングモデルを利用してシミュレーションした結果を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態の無線通信装置における機能的な受信構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の無線通信装置における機能的な送信構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態の無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の無線通信装置における機能的な受信構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態の無線通信システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（Ａ）各実施形態に共通な考え方
無線通信では、送信アンテナから放出されたエネルギーが空間を伝搬する過程で、一部は受信アンテナに直接届く場合（直接波）もあれば、散乱・透過・吸収を繰り返して届く場合（素波）もある。この現象はフェージングと呼ばれている。特に、移動通信では、受信局が移動しているため、素波・直接波の伝搬路長がリアルタイムに（時々刻々と）変動し、それにより位相のずれもリアルタイムに変動する。この結果、受信電力も、リアルタイムに変動することになる。図２に基地局（固定）と時速５．７ｋｍ程度で移動する移動局が受信する電波の受信電力の変動を、仲上・ライスフェージングモデルを利用してシミュレーションした結果を示す。但し、直接波はないと仮定している。また、変調方式がＧＭＳＫ変調方式であり、受信側で遅延検波方式を採用するとしている。
【００２７】
本発明、言い換えると、各実施形態は、受信電力のリアルタイムな変動に着目した発明である。本発明の各実施形態は、妨害電波もフェージングによって受信電力が変動するので、妨害電波の受信電力が妨害にならないという条件を満たしたときに、隙を見て通信を行うものである。これにより、アソシエーション失敗→リトライ→失敗→…を繰り返す場合に比べてスループットの向上が期待できる。例えば、図２における受信電力が妨害電波の受信電力とみなした場合において、その谷部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、…においては、正規の信号を通信しても妨害電波が悪影響を与えることはない。
【００２８】
なお、ここで想定するノードは、上述した移動局ではなく静止したノードである（但し、移動局であっても良い）。しかし、電波伝搬に影響する物体（ビル、山、木、人、自動車等）が、風や太陽熱、経済活動等によって変動しているため、やはり伝搬路長は変動し、受信電力は変動する。
【００２９】
一般に、通信において、妨害電波を含むノイズ信号の受信強度よりも正規の信号の受信強度が十分高ければ、受信誤りを起こす確率が低いことが知られている。すなわち、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が高くなればなるほど、ビット誤り率（ＢＥＲ；Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）は減少してゆく。
【００３０】
一方、実際の通信では、フェージング現象によって電波の受信強度も時間と共に変動する。従って、ジャミングのような環境におかれても、変動するＳ／Ｎ比が十分高くなる短期間に通信期間を合わせて通信するようにすれば、誤りなく通信できると期待できる。
【００３１】
しかし、Ｓ／Ｎ比は直接測定できない量である。そこで、本発明の各実施形態では、ジャミングの影響範囲内に位置しているノードＲ（上述した図１参照）が妨害電波の受信電力をウォッチして、妨害電波の受信電力が、変動するＳ／Ｎ比が十分高くなる短期間を表していると捉えて良い所定条件を満たすと判断できる場合に、ノードＲがノードＳに情報要求パケットを送信する。図１のような場合では、ノードＳは、ジャミングの影響下にないため、ノードＲからの情報要求パケットを正しく受信し、直ちにノードＲに所望の情報パケット（データパケット）を送信する。ここで、上述した所定条件の充足性の判断には、例えば、正規ノードＳからの受信電力を処理して得た予め記憶しておいた基準受信電力（例えば平均値）との比較や、時系列解析の結果等を利用することが含まれる。
【００３２】
ノードＲにおいては、２つの受信波（ジャミング信号と正規の信号）の包絡線変動は独立であるので、Ｓ／Ｎ比が高くなる期間が生じることが期待できる。受信電力変動（包絡線変動）が、パケットを送受信している時間に対して、十分ゆっくりであれば、パケットを送る間、Ｓ／Ｎ比が高い状態が維持され、ビット誤りが起こらなくなると期待される。例えば、通信速度１００［ｋｂｐｓ］の場合、パケット長が２００［バイト］のパケットを伝送するのにおよそ１６［ｍｓ］かかる。その他、オーバヘッド時間として、暗号化やヘッダ生成等の時間を加味する必要がある。暗号通信では、動作速度が５［ＭＨｚ］のＺ８０マイクロコンピュータで７［ｍｓ］（暗号化）〜１０［ｍｓ］（復号化）かかるとのデータがある。ヘッダ生成の処理量も、同程度の処理量と仮定する。近年のマイクロコンピュータを考慮し、マイクロコンピュータの動作速度を上述したＺ８０マイクロコンピュータの４倍の２０［ＭＨｚ］程度と仮定する。このような仮定下では、オーバヘッド時間は、（１０＋１０）／４＝５［ｍｓ］になると期待できる。
【００３３】
よって１パケット当たりの伝送所要時間は１６＋５＝２１［ｍｓ］である。１パケット当たりの伝送所要時間を多めに見積もって２５［ｍｓ］とした場合において、Ｓ／Ｎ比が十分高い時間をＴＨＩＧＨ［ｍｓ］で表わすと、この期間ＴＨＩＧＨ［ｍｓ］に伝送できるパケット数ＮＰＫＴ［ｐａｃｋｅｔｓ］は、以下の（１）式で与えられる。
【００３４】
ＮＰＫＴ＝ＴＨＩＧＨ／２５  ［ｐａｃｋｅｔｓ］  …（１）
時間ＴＨＩＧＨ［ｍｓ］そのものを検出することはできないが、時間ＴＨＩＧＨ［ｍｓ］が始まったことや、時間ＴＨＩＧＨ［ｍｓ］内であることなどは、所定条件の設定によって検出できる。パケット数ＮＰＫＴが１以上になるような状況において、この所定条件を充足することにより、ノードＲがノードＳに情報要求パケットを送信して、ノードＳから情報パケットを送信させた場合、妨害電波が生じている環境下にあっても、その情報パケットをノードＲが有効に受信できる可能性は非常に高くなる。
【００３５】
（Ｂ）第１の実施形態
以下、本発明による無線通信装置、システム及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００３６】
（Ｂ−１）第１の実施形態の構成
第１の実施形態の無線通信システムは、複数の第１の実施形態の無線通信装置から構成されている。
【００３７】
第１の実施形態の無線通信装置は、正規の信号に関して送受信可能なものであっても良く、正規の信号に関して受信専用のものであっても良く、正規の信号に関して送信専用のものであっても良い。
【００３８】
図３は、送受信可能な無線通信装置における機能的な受信構成、若しくは、受信専用の無線通信装置の機能的構成を示すブロック図である。受信機能を有する無線通信装置は、アンテナ、前置電力増幅器などのハードウェアで構成しなければならない部分を有するが、ソフトウェア（プログラム）で実現できる部分もあり、その部分をソフトウェアで構成したとしても、機能的には図３で表わすことができる。以下では、図３で示す構成を有する装置を、無線受信装置と呼ぶことにする。
【００３９】
図４は、送受信可能な無線通信装置における機能的な送信構成、若しくは、送信専用の無線通信装置の機能的構成を示すブロック図である。送信機能を有する無線通信装置は、アンテナ、電力増幅器などのハードウェアで構成しなければならない部分を有するが、ソフトウェア（プログラム）で実現できる部分もあり、その部分をソフトウェアで構成したとしても、機能的には図４で表わすことができる。以下では、図４で示す構成を有する装置を、無線送信装置と呼ぶことにする。
【００４０】
図３において、第１の実施形態に係る無線受信装置１０は、基準受信電力記憶部１１、受信電力測定部１２、時系列解析部１３、情報要求メッセージ生成部１４、送受信部１５及び一般データ処理部１６を有する。
【００４１】
基準受信電力記憶部１１は、１ホップで通信可能な隣接ノード（中継装置を介することなく直接通信できる無線送信装置）のそれぞれについて、予め妨害電波がない状況で測定しておいた基準受信電力を記憶しているものであり、例えば、メモリユニット等に浮動少数形式で基準受信電力を記憶する。基準受信電力は、例えば、隣接ノードのそれぞれについて予め測定しておいた平均受信電力（や平均受信電力にオフセットを付けた電力）である。基準受信電力記憶部１１は、記憶する基準受信電力を受信電力測定部１２の測定結果を利用して形成するものであっても良く、オペレータ等が外部装置を用いて測定し、情報処理装置（例えば、パソコン）などを用いて計算させて得た基準受信電力を、情報処理装置等からの転送や当該無線受信装置１０へのキー入力によって無線受信装置１０に入力させるものであっても良い。
【００４２】
この第１の実施形態は、無線受信装置１０が、自己への送信権を有する隣接ノード（無線送信装置２０）を後述する情報要求パケットで通知する方式を採用しており、送信可能な隣接ノードを、例えば、全ての隣接ノードで巡回的に変化させるものである。このように送信権を付与する隣接ノードを変化させるため、基準受信電力も、各隣接ノード毎に記憶しておく必要があり、後述する受信電力測定部１２、時系列解析部１３、情報要求メッセージ生成部１４及び送受信部１５も、その時点で送信権の付与候補となっている隣接ノードに応じた処理を行う。
【００４３】
受信電力測定部１２は、通信に利用している周波数帯（チャネル）の現在の受信電力を測定し、その瞬時値を記憶するものである。受信電力測定部１２は、例えば、現在から所定期間前までの測定受信電力を記憶しているものである。当該無線受信装置１０が、複数のチャネル（周波数帯）に対応している場合であれば、複数のチャネルの受信電力を並行的に計測するようにしても良く、これから情報を送信させようとする隣接ノードに係るチャネルの受信電力だけを計測するようにしても良い。受信電力測定部１２は、例えば、受信電界強度（ＲＳＳＩ；Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）測定回路とレジスタとで構成できる。
【００４４】
時系列解析部１３は、受信電力測定部１２において測定された対象チャネル（送信元候補の隣接ノードとの通信チャネル）の受信電力の時系列を、記憶されている送信元候補の隣接ノードの基準受信電力をも適用して解析するものである。時系列解析部１３は、対象チャネルに対する妨害電波の受信電力が小さく変動した、Ｓ／Ｎ比が十分高くなる短期間にあることを判別するための所定条件を満たしているか否かを評価するものである。時系列解析部１３は、例えば、プログラムメモリに展開されたプログラム（プログラムコード）を中心に構成することができ、プログラムコードの記述を表現すると、現在から所定期間前までのＲＳＳＩ値（受信電力）をＲＳＳＩレジスタ（受信電力レジスタ）から読み取り、メモリユニットに記憶されている基準受信電力値と比較し、所定条件を満たしているか否かを判定するものである。
【００４５】
そして、時系列解析部１３は、所定条件を満たす場合には、情報要求メッセージ生成部１４の処理を起動する（ソフトウェア的な表現を用いると、情報要求メッセージ生成部１４を構成する処理ルーチンに処理を移行する）。但し、起動後、所定時間（以下、通信許容時間と呼ぶ）Ｔ０が経過した場合には、再び、当該時系列解析部１３に処理が戻ってくるようになされている。
【００４６】
時系列解析部１３は、無線送信装置２０の送信制御部２２と概ね並列的に動作する（後述する図６参照）。
【００４７】
情報要求メッセージ生成部１４は、自己に処理が移行してきたときに、その時点で送信元候補となっている隣接ノードに、情報（データ）の送信を要求する（言い換えると送信権を付与した）情報要求メッセージを生成して送受信部１５に渡すものである。情報要求メッセージ生成部１４は、例えば、所定のフォーマットに従って、情報送信を要求するメッセージを生成し、所定の隣接ノードのアドレスを宛先として指定して送信用のアプリケーションプログラムインタフェース（ＡＰＩ）関数を呼び出すプログラムとして実装され、呼び出されたＡＰＩ関数が情報要求パケットを生成させる。
【００４８】
送受信部１５は、通信を行うための種々のハードウェアやソフトウェアからなり、隣接ノードとの間でパケット通信を実行するものである。無線受信装置１０の送受信部１５は、第１の実施形態の特徴との関係から言えば、情報要求パケットを送信し、それに応じた情報パケットを受信するものである。送受信部１５は、例えば、他のプログラムに通信機能を提供するためのアプリケーションプログラムインタフェースも備え、これにより、例えば、情報要求メッセージをパケット化して送信させるものである。
【００４９】
一般データ処理部１６は、上述した第１の実施形態に特有な処理以外の、一般的なデータ処理などを実行するものである。一般データ処理部１６は、例えば、情報要求パケットを受信した隣接ノードが送信した情報パケットに挿入されているデータの受信処理を実行する。
【００５０】
図４において、第１の実施形態に係る無線送信装置２０は、情報処理部２１、送信制御部２２及び送受信部２３を有する。
【００５１】
情報処理部２１は、一般的な情報処理を行うものであり、必要に応じて、データを隣接ノード（隣接ノードが中継する場合を含む）へ送信を行うことがある。
【００５２】
送信制御部２２は、情報処理部２１が送信しようとするデータを一時的に保持し、情報要求パケットの受信を待ってから、送受信部２３に転送するものである。送信制御部２２は、例えば、宛先となる隣接ノード毎に区別してデータを保持する。送信制御部２２は、例えば、送信データへのポインタを引数として情報処理部２１から呼び出され、送受信部２３から情報要求パケットを受信するまで待機状態となり、情報要求パケットを受信した場合に上記送信データを送受信部２３に転送するプログラムとして実装される。但し、送信制御部２２は、送信を開始してから所定の時間が経過するか、送受信部２３から送信エラーを示す信号が与えられた場合には、送信処理を中断して、送信要求待ち状態になる。
【００５３】
送受信部２３は、通信を行うための種々のハードウェアやソフトウェアからなり、隣接ノードとの間でパケット通信を実行するものである。無線送信装置２０の送受信部２３は、第１の実施形態の特徴との関係から言えば、情報要求パケットを受信し、それに応じた情報パケットを送信するものである。送受信部２３は、例えば、他のプログラムに通信機能を提供するためのアプリケーションプログラムインタフェースを備えている。
【００５４】
（Ｂ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の無線通信システムの動作を、図５のフローチャートをも参照しながら、説明する。
【００５５】
無線送信装置２０においては、情報処理部２１が送信データを生成し、送信制御部２２に渡す（ステップＳ１）。送信制御部２２は、送信データが与えられると、情報要求パケットが送信データの宛先の無線受信装置１０から届くまで、送信データを保持する（ステップＳ２）。
【００５６】
一方、無線受信装置１０においては、送信元候補として、図５に示した無線送信装置２０が設定されているときには、受信電力測定部１２が無線送信装置２０の送信チャネルに係る周波数帯の受信電力を測定しており、時系列解析部１３は、現在から所定期間前までの瞬時受信電力ＰＲ（ｔ）〜ＰＲ（ｔ−Ｎ・ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）について、Ｎ＋１個の不等式でなる（２）式に示す所定条件を満たすか否かを判別する（ステップＳ５１）。
【００５７】
ＰＲ（ｔ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）
ＰＲ（ｔ−ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）
…
ＰＲ（ｔ−Ｎ・ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）  …（２）
（２）式において、時間ＴＩＮＴＥＲＶＡＬは受信電力の測定間隔であり、ＰＲ：Ｓは図５の無線送信装置２０から図５の無線受信装置１０への送信に係る基準受信電力である。また、ＮはＮ≧１の整数である。さらに、ｆ（・）は、基準受信電力ＰＲ：Ｓを閾値に変換するための任意の関数である。関数ｆ（ｘ）として、ｆ（ｘ）＝ｘを適用しても良く、この場合は基準受信電力ＰＲ：Ｓをそのまま閾値として利用する。また、関数ｆ（ｘ）として、ｆ（ｘ）＝ｘ＋ａを適用しても良く（ａは正又は負の実数）、この場合は基準受信電力ＰＲ：Ｓにオフセットａを加えたものを閾値として利用する。さらに、関数ｆ（ｘ）として、ｆ（ｘ）＝ｂｘを適用しても良く（ｂは正の実数）、この場合は基準受信電力ＰＲ：Ｓをｂ倍したものを閾値として利用する。なお、基準受信電力記憶部２１には、基準受信電力ではなく、関数ｆ（ｘ）を適用して変換した後の値を記憶しておくようにしても良い。
【００５８】
上述したＮの値が小さいと、妨害電波の電力が小さいと判断するための期間が短く、判断が甘く、情報パケットの送信時には妨害電波の電力が大きくなって送信エラーとなる確率が高くなる。また、Ｎの値が大きいと、妨害電波の電力が小さいと判断するための期間が長くなって正しく判断できるが、その判断に割かれる時間が長くなって、情報パケットの送受信にかかる時間を圧迫する恐れもある。そこで、シミュレーションなどによって適切なＮの値を定めるようにすれば良い。この際のシミュレーションとして、ネットワークに存在する通信に供する以外の無線通信装置からジャミング信号を送信させ、Ｎを変化させながら、所定条件の充足性を確認し、充足と判断したときに、情報パケットが有効に通信し得た割合を算出してＮを定めるようにしても良い。
【００５９】
また、基準受信電力ＰＲ：Ｓを閾値に変換する際に利用するパラメータａやｂは、上述のように固定値を適用しても良いが、無線受信装置１０の周囲状況に応じた値を適用するようにしても良い。例えば、妨害電波の平均受信電力を計測し、基準受信電力と妨害電波の平均受信電力との差電力の所定割合をパラメータａの値に設定するようにしても良い。また例えば、妨害電波の平均受信電力を計測し、基準受信電力に対する妨害電波の平均受信電力の比の所定割合をパラメータｂの値に設定するようにしても良い。
【００６０】
（２）式に示す所定条件は、所定期間前の時点から現在まで継続して、瞬時受信電力が閾値ｆ（ＰＲ：Ｓ）以下であることを求める条件になっている。
【００６１】
所定期間前の時点から現在までの間に、１つでも閾値ｆ（ＰＲ：Ｓ）を超えた瞬時受信電力（測定受信電力）があると、時系列解析部１３は、所定条件が満たされていないと判別する。このときには、図５では省略しているが、時系列解析部１３は、次に測定された瞬時受信電力の入力を待ち受けることになる。この際、時系列解析部１３は、送信元候補の無線送信装置を今まで送信元候補だった無線送信装置２０としても良く、また、送信元候補の無線送信装置を今まで送信元候補だった無線送信装置２０から他の無線送信装置に切り替えるようにしても良い。
【００６２】
（２）式に示す所定条件が満たされた場合、時系列解析部１３は情報要求メッセージ生成部１４に処理を移行すし、情報要求メッセージ生成部１４は、情報要求メッセージを生成し、宛先が無線送信装置２０であることと共に、送受信部１５に与え、送受信部１５から情報要求パケットを送信させる（ステップＳ５２）。無線受信装置１０においては、かかる処理が実行された後、図示しない内部タイマに時間Ｔ０がセットされ、この時間Ｔ０が経過するまでは、無線送信装置２０からの情報パケット（送信データ）を受け付ける受信処理に処理が移行する（図５ではこの処理もステップＳ５２で表わしている）。
【００６３】
ここで、時間Ｔ０は、無線受信装置１０が情報要求パケットを無線送信装置２０に送信し、それに応じて、無線送信装置２０が情報パケットを無線受信装置１０へ送信し、それを受信した無線受信装置１０が受信応答（ＡＣＫ）パケットを無線送信装置２０へ送信し、受信応答パケットを無線送信装置２０が受信する、情報パケットを送受信するための一連に動作を確保するために十分な時間に選定されている。
【００６４】
内部タイマによる時間Ｔ０の計時が終了すると、再び、時系列解析部１３に処理が戻され、（２）式に示す所定条件の成立判別が実行される（ステップＳ５３）。このタイミングにおいて、時系列解析部１３は、情報パケットの送信元候補の無線送信装置を今まで送信元候補だった無線送信装置２０としても良く、また、送信元候補の無線送信装置を今まで送信元候補だった無線送信装置２０から他の無線送信装置に切り替えるようにしても良い。情報パケットの受信を送信元無線送信装置の切替条件としても良く、また、新たにステップＳ５１の処理に移行したことを送信元無線送信装置の切替条件としても良い。
【００６５】
無線送信装置２０の送信制御部２２は、無線受信装置１０からの情報要求パケットを受信すると、保持しておいた送信データを送受信部２３に渡して情報パケットを無線受信装置１０に宛てて送信させる（ステップＳ３、Ｓ４）。かかる処理と共に、無線送信装置２０においては、送信制御部２２が内部タイマに時間Ｔ０をセットし、計時させる（図５ではこの処理もステップＳ４で表わしている）。送信制御部２２は、このタイマ値が０になるか、若しくは、送受信部２３から送信エラーが与えられると、送信待ち状態に移行する（ステップＳ５）。送信エラーは、例えば、ＭＡＣ層において無線受信装置１０からの受信応答パケットを確認できなかった場合に生起される。
【００６６】
第１の実施形態の無線通信システムは、無線送信装置２０（Ｓ）及び無線受信装置１０（Ｒ）の他にジャミング装置Ｊが存在し、無線送信装置２０（Ｓ）、無線受信装置１０（Ｒ）及びジャミング装置Ｊが、上述した図１のような位置関係にあるときに、特に、有効と機能するものである。
【００６７】
仮に、ジャミング装置Ｊが存在せず、妨害電波が放射されていない状況では、妨害電波の電力変動の落ち込みを検出する、（２）式に示す所定条件は常に成り立ち、無線受信装置１０は、受信電力の時系列解析を行う毎に、無線送信装置２０に情報要求パケットを送出し、無線送信装置２０からの情報パケットを受信することができる。
【００６８】
一方、ジャミング装置Ｊが存在しても、無線受信装置１０（Ｒ）に到達する妨害電波の電力は変動し、（２）式に示す所定条件を充足する期間も間欠的に生じ、無線受信装置１０は、受信電力の時系列解析を行うことにより、このような間欠的な期間を捉えて、無線送信装置２０に情報要求パケットを送出し、無線送信装置２０からの情報パケットを受信することができる。
【００６９】
（Ｂ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、無線受信装置及び無線送信装置が上述した処理を繰り返し行うことにより、受信時のＳ／Ｎ比が良好となるタイミングを最大限に活用して、無線送信装置から無線受信装置にデータを送信することができる。因みに、従来のＣＳＭＡ／ＣＡのバックオフアルゴリズムでは、送信エラーが発生するとランダム時間だけ待機してから再送するので、Ｓ／Ｎ比が悪いときに送信するケースが重なると、再送とバックオフを繰り返すことになる。第１の実施形態では、送信が成功し易いＳ／Ｎ比となるタイミングで送信をするため、再送とバックオフを繰り返すことによる時間的なロスを軽減し、結果としてスループットが向上することが期待される。
【００７０】
（Ｃ）第２の実施形態
次に、本発明による無線通信装置、システム及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００７１】
第１の実施形態は、無線受信装置が、ジャミング攻撃が行われているか否かに関係なく、妨害電波の受信電力を監視して、無線送信装置からの送信タイミングを定めるものであった。この第２の実施形態は、無線受信装置が、ジャミング攻撃が行われているときだけ、妨害電波の受信電力を監視して、無線送信装置からの送信タイミングを定めるものである。言い換えると、第２の実施形態では、ジャミング攻撃が行われていないときには、無線送信装置における送信制御も、無線受信装置における情報要求パケットの送信制御も実行しない。
【００７２】
（Ｃ−１）第２の実施形態の構成
図６は、第２の実施形態における無線受信装置１０Ａの構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図３との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【００７３】
図６において、第２の実施形態における無線受信装置１０Ａは、第１の実施形態の構成に加えて、ジャミング検知部１７を有する。
【００７４】
ジャミング検知部１７以外の構成要素、すなわち、基準受信電力記憶部１１、受信電力測定部１２、時系列解析部１３、情報要求メッセージ生成部１４、送受信部１５及び一般データ処理部１６は、第１の実施形態とほぼ同様に機能するものである。但し、時系列解析部１３は、その動作、動作停止がジャミング検知部１７によって制御されるものであり、初期状態では動作停止状態になっている。また、送受信部１５は、ジャミング検知部１７の制御下で、ジャミング宣言パケットを送信するものである。
【００７５】
ジャミング検知部１７は、ジャミング攻撃下の状態にあるか（ジャミング状態）否か（非ジャミング状態）を判別するものである。無線受信装置１０Ａの電源オン時には、ジャミング検知部１７が内部管理する状態フラグは非ジャミング状態を示すものとなっている。ジャミング検知部１７は、受信電力測定部１２によって計測された受信電力が何らかの電波（単なるノイズではない電波）の到来を示しているが、送受信部１５において、有意なパケットを受信していない場合に、ジャミング状態と判断する。ここで、有意なパケットを受信していないとは、例えば、プリアンブルがない（無変調波）電波を受信していることや、所定のパケットフォーマットをしていないために廃棄されるパケットを受信していることや、セキュリティ機能としてメッセージ認証を行っている場合において当該認証に失敗したパケットを受信していることなどを含んでいる。
【００７６】
ジャミング検知部１７は、ジャミング状態であると判断すると、状態フラグをジャミング状態を表すものにさせ、また、時系列解析部１３を動作状態にさせ、さらに、送受信部１５に対して、ジャミング状態を宣言するメッセージを与えて、ジャミング宣言パケットを１ホップの隣接ノード（無線送信装置）に送信させるようにする。ジャミング宣言パケットは、全ての１ホップ隣接ノードにブロードキャストするものであっても良く、ジャミング攻撃に係る周波数帯を通信チャネルとしている１又は複数の１ホップ隣接ノードにマルチキャストするものであっても良い。
【００７７】
ジャミング検知部１７は、ジャミング状態において、受信電力測定部１２によって計測された受信電力の値が、何らかの電波の到来を示していないと捉えることができる値を所定時間続けた場合に、非ジャミング状態と判断する。何の電波も到来していない状態では、受信電力が非常に低くなるため、十分に低い閾値を設けて、ジャミング検知部１７は、これより下回っているかどうかでジャミング状態から非ジャミング状態への遷移を判定する。ジャミング検知部１７は、非ジャミング状態へ遷移したと判断した場合には、状態フラグを非ジャミング状態を表すものにさせ、また、時系列解析部１３を動作停止状態にさせ、さらに、送受信部１５に対して、ジャミング状態の解除を宣言するメッセージを与えて、ジャミング解除パケットを１ホップの隣接ノード（無線送信装置）に送信させるようにする。
【００７８】
第２の実施形態における無線送信装置（２０Ａ）も、その機能的構成は、第１の実施形態に係る図４で表わすことができる。但し、第２の実施形態の場合、送信制御部２２は、以下の点が第１の実施形態のものと異なっている。
【００７９】
送信制御部２２は、初期状態では、送信データの一時保持を行わず、情報処理部２１から与えられた送信データを直ちに送受信部１５に渡す。
【００８０】
送信制御部２２は、無線受信装置１０Ａが送信したジャミング宣言パケットを受信した場合には、その無線受信装置１０Ａへの送信データを一時保持するように切り替わる。すなわち、この切替えにより、送信制御部２２は、情報要求パケットの受信を待って一時保持した送信データを送受信部２３に与えることになる。
【００８１】
送信制御部２２は、無線受信装置１０Ａが送信したジャミング解除パケットを受信した場合には、その無線受信装置１０Ａへの送信データを一時保持しないように切り替わる。すなわち、この切替えにより、送信制御部２２は、その無線受信装置１０Ａへの送信データを一時保持することなく直ちに送受信部１５に渡すようになる。
【００８２】
（Ｃ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の無線通信システムの動作を、図７のフローチャートをも参照しながら、説明する。なお、図７では、ジャミング装置３０の動作をも併せて記載している。
【００８３】
無線受信装置１０Ａ（図１のノードＲ参照）は、初期状態においては、時系列解析部１３を動作停止状態にしており（Ｔ１）、無線送信装置２０Ａ（図１のノードＳ参照）も無線受信装置１０Ａへの送信制御は行っていない。
【００８４】
このような状況において、ジャミング装置３０（図１のノードＪ参照）が無変調波（例えば、単なる正弦波電波）を出し始め（ステップＳ１０１）、無線受信装置１０Ａがジャミング信号の影響を受け始めたとする。このとき、無線受信装置１０Ａのジャミング検知部１７は、受信電力測定部１２が何らかの電波を受信しているが、送受信部１５において有意なパケットを受信していないため、ジャミング状態にあると判断し（ステップＳ１５１）、時系列解析部１３を動作状態にさせると共に（ステップＳ１５２）、送受信部１５に対してジャミング宣言メッセージを与えて、ジャミング宣言パケットを１ホップ隣接ノード（無線送信装置２０Ａ他）に送信させる（ステップＳ１５３）。
【００８５】
無線送信装置２０Ａの送信制御部２２は、無線受信装置１０Ａが送信したジャミング宣言パケットを受信した場合（ステップＳ２０１）、ジャミング環境下にある無線受信装置１０Ａに対して、送信データを一時保持しながら情報要求パケットを待ち受けて送受信部２３に渡す送信制御を行う（ステップＳ２０２）。
【００８６】
ジャミング装置３０がジャミング攻撃を終了させると（ステップＳ１０２）、無線受信装置１０Ａのジャミング検知部１７は、ジャミング状態で、受信電力測定部１２によって計測された受信電力の値が、何らかの電波の到来を示していないと捉えることができる値を所定時間続けるので、非ジャミング状態に持ったと判断する（ステップＳ１５４）。これにより、ジャミング検知部１７は、時系列解析部１３を動作停止状態にさせると共に（ステップＳ１５５）、送受信部１５に対してジャミング解除メッセージを与えて、ジャミング解除パケットを１ホップ隣接ノード（無線送信装置２０Ａ他）に送信させる（ステップＳ１５６）。
【００８７】
無線送信装置２０Ａの送信制御部２２は、無線受信装置１０Ａが送信したジャミング解除パケットを受信した場合（ステップＳ２０３）、無線受信装置１０Ａに対して実行するようにしていた送信制御を解除し、無線受信装置１０Ａへの送信データを一時保持することなく直ちに送受信部１５に渡すようにする（ステップＳ２０４）。
【００８８】
（Ｃ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によっても、無線受信装置がジャミング状態（ジャミング環境下）にあるときには、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００８９】
第２の実施形態によれば、この効果に加え、以下の効果を奏することができる。第１の実施形態の場合、無線受信装置がジャミング環境下にないとき、情報要求パケットが無駄に飛び交うことになる。一方、第２の実施形態においては、ジャミング状態にあるか否かを判断するジャミング検知部を設けて、ジャミング状態にあるときだけ、無線受信装置が妨害電波の電力の落ち込みを監視してそのことを無線送信装置へ伝え、無線送信装置が送信制御を行いながらその通知を受けたときに送信データを送信するようにしたので、情報要求パケットが無駄にしかも頻繁に飛び交う問題を解決することができる。
【００９０】
（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００９１】
上記各実施形態の説明では言及しなかったが、無線受信装置及び無線送信装置は、共に固定装置であっても良く、共に移動可能な装置であっても良く、一方だけが移動可能な装置であっても良い。
【００９２】
本発明を適用可能な無線通信システムの用途は限定されない。また、無線通信システムが適用している変調方式も限定されず、その無線受信装置が適用している検波方式も限定されない。
【００９３】
上記各実施形態の説明では、妨害電波が意図的な妨害電波であるジャミング波の場合を説明したが、意図的ではない妨害電波があるような環境下においても、本発明を適用することができる。特許請求の範囲における「妨害電波」はジャミング波に限定されるものではない。
【００９４】
上記各実施形態の説明では、無線受信装置が送信する情報要求パケットの宛先には個別の無線送信装置のアドレスを挿入するものを示したが、妨害電波の電力の落ち込み期間で情報パケットを送信可能ならば、情報要求パケットの宛先にマルチキャスト又はブロードキャストを指示する情報を挿入し、この情報要求パケットを受信した複数の無線送信装置間で送信権を調停（例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による）させるようにしても良い。このような場合であれば、基準受信電力記憶部１１に、各隣接ノードについて測定して得た複数の平均受信電力を統合した値（例えば、平均受信電力の平均値や平均受信電力の中の最小値）を記憶させておくようにしても良い。
【００９５】
上記各実施形態では、妨害電波の電力変動における落ち込み期間を検出するための所定条件が、（２）式に示す条件であるものを示したが、妨害電波の電力の落ち込み期間を検出可能ならば、他の条件を適用するようにしても良い。例えば、（３）式や（４）式の条件を適用するようにしても良い。
【００９６】
例えば、（３）式は、現在より古い妨害電波の瞬時値ほど判定を緩くした条件である。但し、αは正の実数。
【００９７】
ＰＲ（ｔ）≦ＰＲ：Ｓ
ＰＲ（ｔ−ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ＰＲ：Ｓ＋α
…
ＰＲ（ｔ−Ｎ・ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ＰＲ：Ｓ＋Ｎ・α  …（３）
また例えば、（４）式は、（２）式の条件部分に、現在、電力変動が小さい方に向かっていることを把握する変化傾向の条件部分をも加えた条件である。
【００９８】
ＰＲ（ｔ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）
ＰＲ（ｔ−ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）
…
ＰＲ（ｔ−Ｎ・ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦ｆ（ＰＲ：Ｓ）
ＰＲ（ｔ）−ＰＲ（ｔ−ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦０
ＰＲ（ｔ−ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）−ＰＲ（ｔ−２・ＴＩＮＴＥＲＶＡＬ）≦０  …（４）
上記各実施形態では、時系列解析部の処理が、情報要求パケットを送出するか否かを決めるものであったが、より多くの事項を決定するようにしても良い。
【００９９】
例えば、（２）式における閾値を２段階（但し、２段階以上設けても良い）設け、全ての受信電力の瞬時値が小さい方の閾値以下の場合には、固定長の情報パケットを２パケット送信することを要求する情報要求パケットを送信し、小さい方の閾値より大きい受信電力の瞬時値はあるが全ての受信電力の瞬時値が大きい方の閾値以下の場合には、固定長の情報パケットを１パケット送信することを要求する情報要求パケットを送信するようにしても良い。
【０１００】
また例えば、（２）式における閾値を２段階設け、緩い方の閾値の条件を満足する場合に、仮の情報要求パケットを送信し、無線送信装置に送信の予備的動作を開始させておき、シビアな方の閾値の条件を満足する場合に、真の情報要求パケットを送信して、情報パケットを送信させるようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、１０Ａ…無線受信装置、１１…基準受信電力記憶部、１２…受信電力測定部、１３…時系列解析部、１４…情報要求メッセージ生成部、１５…送受信部、１６…一般データ処理部、１７…ジャミング検知部、２０、２０Ａ…無線送信装置、２１…情報処理部、２２…送信制御部、２３…送受信部。
【図１】
2012090052.tif 000003
【図２】
2012090052.tif 000004
【図３】
2012090052.tif 000005
【図４】
2012090052.tif 000006
【図５】
2012090052.tif 000007
【図６】
2012090052.tif 000008
【図７】
2012090052.tif 000009