JP2003264510A

JP2003264510A - 光無線通信システム

Info

Publication number: JP2003264510A
Application number: JP2002065231A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawabe; 浩司川邊; Yoshitake Furukawa; 芳毅古川; Hiroki Yokoyama; 浩樹横山; Hiroyuki Oka; 弘幸岡; Daisuke Uchida; 大祐内田; Kazunori Hirozawa; 一憲広沢; Kazuchika Hibiya; 一親日比谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】光中継機と光ノードを介して光無線により双
方向通信を行うシステムにおいて、光中継機と光ノード
の受光、発光とも広指向角にした場合でも、光ノードの
移動に伴うアドレステーブルからの消失を防止し、移動
体とのネットワークを有線と同等に維持できるようにす
る。【解決手段】情報フレームの切替え機能を有した複数
の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２を天井などに配置し、該光中
継機ＡＰ１、ＡＰ２と双方向通信を行う光ノードを台車
などの移動体に載置し、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２から光
ノードへの通信エリア範囲を該光ノードから光中継機Ａ
Ｐ１、ＡＰ２への通信エリア範囲より外側に広くなるよ
うに設定する。また、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２は、所定
エリア内で他の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２と互いの通信エ
リア範囲が一部重なるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光無線により双方
向通信のネットワークを構成するシステム、特に移動体
に設置された光ノードと有線系ネットワークの複数の光
中継機とを介して情報フレームのやり取りを行う光無線
通信システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、赤外線を利用した光無線ネットワ
ーク（ＬＡＮ）が提唱され、既に実用化されてきてい
る。図３はこのような赤外線を利用した光無線ネットワ
ークの概略のシステム構成を示す図である。

【０００３】図３のシステムにおいて、建物の天井ある
いは壁上部にアクセスポイントとなる複数の光中継機Ａ
Ｐが配置されている。この光中継機ＡＰは、スイッチン
グハブ（ＨＵＢ）と呼ばれる中継装置１を介して不図示
の幹線ネットワークへ接続されており、建物内に配置さ
れた光ノードＲＮとの間で光無線による双方向通信を行
う。また、各光ノードＲＮには、情報処理装置としてパ
ソコン等のコンピュータＰＣが接続されている。

【０００４】上記光中継機ＡＰと光ノードＲＮはそれぞ
れ受光部及び発光部を備えており、互いに双方向で光無
線通信を行うが、光中継機ＡＰは複数の光ノードＲＮと
通信することで単独でも機能するが、通常有線系（固定
系）のネットワークに接続されて、大規模な通信システ
ム（幹線システム）の一部を構成する。そして、物理的
にも、ネットワーク構成的にも、光ノードＲＮの自由な
移動を可能とする極めて柔軟な通信サービスを提供す
る。

【０００５】また、光ノードＲＮは、通常１台のコンピ
ュータＰＣ等が接続されているが、このコンピュータＰ
Ｃ等との間のインターフェースは、汎用有線ＬＡＮの形
式が用いられることが多い。このため、コンピュータＰ
Ｃ等を有線接続と同じ通信条件で容易に移設できる便宜
（モバイル環境）を得ることができる。このとき、光ノ
ードＲＮに接続されるコンピュータＰＣ等は複数の場合
もあり、またコンピュータＰＣ等内に光送受信のインタ
ーフェースを内蔵し、システム構成の簡略化を図ること
もできる。

【０００６】図４は上述の光中継機ＡＰと光ノードＲＮ
の受光及び発光の配光サービスエリア（通信エリア）を
示す図である。なお、以下の説明では便宜上、光中継機
ＡＰが発光した信号光を光ノードＲＮが受光する通信方
向を「下り」、逆の通信方向を「上り」とする。

【０００７】図４に示すように、光中継機ＡＰは受光、
発光とも広指向角を持たせることで設置の自由度を向上
させているのが通常である。光ノードＲＮ側では受光、
発光ともレンズなどを用いて狭い指向角にすることで、
受光においては感度を、発光においてはそのパワーを向
上させ、投入電力に対する到達距離比の向上を図ってい
る。

【０００８】何れにしても、上りと下りの配光（通信可
能エリア）は一致していることが望ましい。これは、双
方向ネットワーク（ＬＡＮ）である以上、相手に情報を
送れても受け取れなければ意味をなさず、また無駄な情
報が届くことは全体の情報輻輳が助長されることにな
り、パフォーマンスが低下することから有害である。ま
た、電力効率の面からも受発光のエリア一致が望まし
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の光無線通信システムにあっては、光ノードに接
続されるコンピュータが移動可能とはいえ、ある動かな
い場所で使用されることを前提にして成り立っている。
したがって、移動しながらも通信する必要がある場合、
例えばコンピュータが搬送車及びロボットなどの移動体
に搭載された場合、光ノードの指向角が狭いことが問題
となる。その対処としては、以下の二つが考えられる。（１）光ノードの受光部に例えば分割フォトダイードな
どを用い、光中継機を常にその受発光の正面にくるよう
に自動サーボ機構を付ける。（２）光ノードの受光、発光とも広指向角とする。

【００１０】上記（１）の場合は、自動制御のために非
常に複雑な機構部と制御回路系が必要になり、容積、重
量、消責電力が増大し、移動体用途としては大きな問題
となる。更に、コスト的にも問題となる。

【００１１】また、致命的なのは複数の光中継機を使っ
て広い可動エリアを実現しようとすると、光ノードにお
いて現在通信している光中継機とは別の光中継機の位置
を確実に認識する検知系を更に具備しなければ光中継機
の切替え（ハンドオーバー）ができない。すなわち、複
数の光中継機によるシステム拡張が実現できないという
問題がある。

【００１２】そこで、上記（２）の光ノード側の受発光
の配光を光中継機のように広くする方法が有効と考えら
れる。図５の（ａ）、（ｂ）にその具体例、つまり移動
体用に拡張した光配光例を示す。同図中、ＡＰ１、ＡＰ
２は光中継機、ＲＮ１はコンピュータＰＣ１に接続され
た光ノードで、自律歩行型ロボットとして構成された移
動体２に載置されている。ＰＣ２は幹線ネットワーク側
のコンピュータである。

【００１３】空間を伝播する光は拡散して伝達されるの
で、そのエネルギーは距離により指数的に減衰してゆ
く。したがって、広いサービスエリアを実現しようとす
れば、複数の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２を配置し、そのエ
リアを広げることが有効と考えられる。

【００１４】ここで図示した配光は便宜上のもので、実
際には次のことが前提となる。ａ）明確な通信エリア境界線はなく、例えば通信エラー
レートがある値以下のエリアという基準で定義される。
すなわち、通信できるかどうかが不確かな領域が存在す
るが、わかりやすくするため明確な境界線があるものと
して説明する。ｂ）双方向通信であるので、上り伝送と下り伝送があ
り、それぞれ送り側の送信パワーと受け側の受光感度で
通信エリア（距離）が定まり、現実的には「上り通信エ
リア」と「下り通信エリア」は同一にはならない（図６
参照）。

【００１５】以上のことで通信上の問題が発生するが、
以下このことについて、図６と表１を用いて説明する。
図６は配光の詳細を示す図、表１はその配光のエリア区
分別の内容を示したものである。図６中、３は幹線ネッ
トワークを示している。

【００１６】

【表１】図６において、光ノード側はすでに受発光の広指向角化
がなされており、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２と光ノードＲ
Ｎ１の双方の性能の結果として、図示のエリア特性が得
られたものとする。

【００１７】複数の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２を用いて広
い通信エリアを得るためには、できるだけ光中継機ＡＰ
１とＡＰ２の設置間隔を広くかつ、途中に通信できない
エリアがないようにオーバーラップさせることが必要と
なる。ここで、そのオーバーラップさせたエリア（図６
のｃ、ｄ、ｅ）に光ノードＲＮ１がある場合を考える。

【００１８】上り伝送に関しては、光ノードＲＮ１より
発光された信号光は光中継機ＡＰ１あるいはＡＰ２のど
ちらかで受光され、幹線ネットワーク３に伝送される。
複数の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２からの信号が同時に幹線
ネットワーク３に流れると、そこでデータの衝突が発生
し、破壊するおそれがある。このため、幹線ネットワー
ク３への接続は、記憶バッファを備えた中継装置１を介
して伝送することが有効である。

【００１９】中継装置１には、どの方向からいつフレー
ム（データ）が届いても破壊されることなく受信し、か
つ、そのフレームの送り元、届け先のアドレスを管理す
る機能があり、受け手の存在するポートのみにフレーム
を送信することができる。したがって、上り伝送に関し
ては複数の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２のエリアが重なって
いることによる致命的な障害は発生しない。

【００２０】ところが、下り伝送に関しては、幹線ネッ
トワーク３から流れてきたフレームは中継装置１の機能
により受け手の存在する光中継機ＡＰ１あるいはＡＰ２
に対して伝送することになるが、受け手が移動体２にあ
る場合、過去に上りフレームがあった光中継機ＡＰ１あ
るいはＡＰ２に対して伝送しても、受取るべき光ノード
ＲＮ１がすでに移動していてそのエリア内に存在しない
可能性があるという問題が発生する。

【００２１】更に、ここで上りと下りのエリア不一致が
問題となる。

【００２２】すなわち、図６に示すエリア区分（ａ）と
（ｇ）は片方向しか伝送できないので、ＬＡＮとしては
サービスエリア外である。エリア区分（ｂ）と（ｆ）は
一つの光中継機ＡＰ１あるいはＡＰ２とのみ双方向で伝
送可能であり、正常なサービスエリアとして問題ない。

【００２３】エリア区分（ｄ）は両方の光中継機ＡＰ
１、ＡＰ２と双方向で伝送可能であり、中継装置１がど
ちらの光中継機ＡＰ１あるいはＡＰ２を選択して送信し
ても受信可能であり、送信（発光）したフレームは必ず
幹線ネットワーク３に届く。

【００２４】エリア区分（ｅ）は送信（発光）したフレ
ームは光中継機ＡＰ２にしか届かず、中継装置３の機能
で下りは光中継機ＡＰ２が選択される。したがって、光
中継機ＡＰ２と双方向通信可能である。

【００２５】最も問題となるのがエリア区分（ｃ）であ
る。ここでは送信（発光）したフレームは光中継機ＡＰ
１、ＡＰ２の両方に届く。そうすると、中継装置１の機
能で光ノードＲＮ１を有する移動体２がどちらのエリア
内にあるかが管理テーブル上不定になる（どちらか遅れ
て認識した方に下りフレームを送信することになる）。

【００２６】ところが、光中継機ＡＰ２の下りエリアの
外であるので、フレームが光中継機ＡＰ２から送信（発
光）された場合、フレームは光ノードＲＮ１には届かな
い。すなわち、二つの光中継機ＡＰ１、ＡＰ２のオーバ
ーラップしたエリアであるにも関わらず、通信に障害が
発生するという問題がある。

【００２７】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、光中継機と光ノードの受光、発光とも広
指向角にした場合でも、光ノードの移動に伴うアドレス
テーブルからの消失を防止し、移動体とのネットワーク
を有線と同等に維持できるようにし、また複数の光中継
機の通信エリアが重なった場合でも正常なネットワーク
が稼動な光無線通信システムを提供することを目的とし
ている。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光無線通信
システムは、光無線により双方向通信のネットワークを
構成するシステムであって、情報フレームの切替え機能
を有した複数の光中継機と、該光中継機と双方向通信を
行う移動可能な光ノードとを有し、前記光中継機から光
ノードへの通信エリア範囲を該光ノードから光中継機へ
の通信エリア範囲より外側に広くなるように設定したも
のである。

【００２９】また、上記光ノードに接続された情報処理
装置から定期的に自局アドレスを含む情報フレームを光
無線により光中継機へ送信するようにしたものであり、
更に、光中継機は、所定エリア内で他の光中継機と互い
の通信エリア範囲が一部重なるように配置したものであ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面につ
いて説明する。本実施例では、前述のように光中継機も
光ノードも受光、発光とも広指向角にし、かつ光中継機
を複数オーバーラップさせながら隣接させて設置した場
合においても、次の条件を満足するようにしている。ａ）光ノードの移動に伴うアドレステーブルからの消失
を防止し、移動体とのネットワークを有線と同等に維持
できるようにする。ｂ）オーバーラップ部で発生する前述の不具合を解消
し、複数の光中継機のサービスエリアが重なった場合で
も正常にネットワークが稼動するようにする。

【００３１】このため、本実施例では次のような構成を
とっている。１）下りエリアは必ず上りエリアより外側に広くなるよ
うに配光を設定する。すなわち、上りで通信できるエリ
アは下りは確実に通信できるように改定する。２）移動体の光ノードからは最大移動速度に見合う間隔
で定期的にフレームを発光（送信）する。その定期的な
送信の間隔は、移動体の最大速度とエリアのオーバーラ
ップ量より適宜選択する。あるいは、逆に最大速度とサ
ービスエリアの大きさによりオーバーラップ量を設定す
る。

【００３２】図１は本発明の実施例の構成を示す図であ
り、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２の配光の詳細を示してい
る。図に示すように、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２の上り
（受光）の通信エリアは必ず下り（発光）の通信エリア
より狭く改定している。こうすることで、上り信号の伝
達が可能なエリアでは必ず下り信号の伝達が可能である
ことが保証される。

【００３３】具体的には、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２の発
光素子の数、発光パワーを上げ、指向特性を広げる。逆
に、光ノード側の発光指向特性を狭くする（光パワーを
弱くする）。あるいは、光中継機ＡＰ１、ＡＰ２の受光
部にフィールドストップ（絞り）を設置するようにして
も良く、何れの方法でも、また組み合わせても良い。こ
うすることで、表２に示すように、オーバーラップ部に
おける障害を排除することができる。

【００３４】

【表２】なお、隣り合う光中継機ＡＰの通信エリアの輻輳範囲
は、移動体２の移動速度や光中継機ＡＰの設置間隔、光
中継機ＡＰの設置高さと光ノードとの距離、システムの
無線強度に応じて適宜設定される。

【００３５】図２は光ノードが移動する場合の例を示す
図である。情報処理装置であるコンピュータＰＣ１に接
続された光ノードＲＮ１は、台車などの移動体２に載置
されている。また、情報フレームの切替え機能を有した
光中継機ＡＰ１、ＡＰ２は、建物の天井や壁などに配置
されている。なお、その他の構成は従来例と同様である
ので、説明は省略する。

【００３６】ここで、光ノードＲＮ１からの定期発光
（送信）について説明する。通常、ＬＡＮ（コンピュー
タどうしのネットワーク通信）において、すべての情報
伝達はフレームと呼ばれる情報のかたまりを単位として
行われる。一つのフレームには必ず送り手と受け手のそ
れぞれの固有のアドレスが付加されている。したがっ
て、光ノードＲＮ１に接続されたコンピュータＰＣ１上
のソフトで定期的に自局アドレスを含む情報フレームを
送信すれば、スイッチングハブである中継装置１にて、
常に光ノードＲＮ１の所在を管理することが可能にな
る。

【００３７】例えば、図２に示すように、移動体２が光
中継機ＡＰ２からＡＰｌの方向に進行していて、エリア
区分（ｃ）と（ｄ）の境界に存在するとする。仮に、下
りの最小エリアと上りの最大エリアの距離の最小値が５
０ｃｍで、移動体２の最大移動速度が２５ｃｍ／ｓであ
るとすれば、光中継機ＡＰ２の下り伝送が届かなくなる
までに最低２秒時間の余裕がある。その間は中継装置１
が光中継機ＡＰ２に向かって送信すれば、フレームは光
ノードＲＮ１に届く。

【００３８】そこで、光ノードＲＮ１から１秒間に１回
上りフレームを発光することにすれば、上記エリア内で
は発光信号は光中継機ＡＰ２には届かず、かつ光中継機
ＡＰｌには必ず届くので、中継装置１におけるテーブル
の書き換えが確実に行われることになる。

【００３９】また、他のエリア区分については従来例と
同様であり、問題なく双方向通信を行うことができる。

【００４０】なお、上記の実施例においては、中継装置
１は複数の光中継機ＡＰ１、ＡＰ２を統括する機能を有
する一つのネットワーク装置として横成した例で説明し
たが、それぞれの光中継機ＡＰ１、ＡＰ２の有線側ポー
トにスイッチングハブ（ＨＵＢ）の機能を内蔵し、分散
構成とすることも可能である。

【００４１】また、光ノードＲＮが搭載される移動体２
は、図２及び図５に示すような自律歩行型ロボットに限
られず、車や飛行機など光無線通信を行う他の移動体に
も本発明は適用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光中継機と光ノードの受光、発光とも広指向角にした場
合でも、光ノードの移動に伴うアドレステーブルからの
消失を防止し、移動体とのネットワークを有線と同等に
維持できるようになる。

【００４３】また、複数の光中継機の通信エリアが重な
った場合でも、正常なネットワークが稼動になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図

【図２】実施例の光ノードが移動する場合の例を示す
説明図

【図３】光無線ネットワークのシステム構成を示す図

【図４】光中継機と光ノードの配光エリアを示す説明
図

【図５】移動体用に拡張した配光例を示す図

【図６】従来の配光の詳細を示す説明図

【符号の説明】

１中継装置２移動体３幹線ネットワークＡＰ１光中継機ＡＰ２光中継機ＲＮ１光ノードＰＣ１コンピュータ（情報処理装置）

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月９日（２００２．４．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川芳毅東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者横山浩樹東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者岡弘幸東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者内田大祐東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者広沢一憲東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内 (72)発明者日比谷一親東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 5K002 AA05 AA06 BA04 DA04 DA05 DA91 FA03 5K033 DA19 DA20 DB18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光無線により双方向通信のネットワーク
を構成するシステムであって、情報フレームの切替え機
能を有した複数の光中継機と、該光中継機と双方向通信
を行う移動可能な光ノードとを有し、前記光中継機から
光ノードへの通信エリア範囲を該光ノードから光中継機
への通信エリア範囲より外側に広くなるように設定した
ことを特徴とする光無線通信システム。
【請求項２】光ノードに接続された情報処理装置から
定期的に自局アドレスを含む情報フレームを光無線によ
り光中継機へ送信するようにしたことを特徴とする請求
項１記載の光無線通信システム。
【請求項３】光中継機は、所定エリア内で他の光中継
機と互いの通信エリア範囲が一部重なるように配置した
ことを特徴とする請求項１または２記載の光無線通信シ
ステム。