JP2005244395A - 無線通信の障害予測方法および無線通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定された複数の無線通信端末装置の間で通信を行う場合に、新規の構造物の建設等による通信障害を未然に防止するために、通信障害の発生を予測する。
【解決手段】 第１の無線通信端末装置に受信される第２の無線通信端末装置からの通信の受信強度を測定し、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である初期平均値を求め、現在の受信強度が、初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回ることを検知する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線通信の障害予測方法および無線通信端末装置に関し、詳しくは複数の無線通信端末装置を無線で接続した無線ネットワークにおける無線通信端末装置間の受信強度を監視して、通信障害を未然に防止する無線通信端末装置および無線通信の障害予測方法に関する。

近年、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などの情報伝達速度の高速化に伴なって無線伝送の速度も高速化が進んでおり、無線周波数帯域も高速の情報伝送に必要な高い周波数領域へ拡大されつつある。しかし、周波数が高くなればなるほど電波の直進性が顕著になるので、相手無線機が障害物によって見通せないときには通信困難となる場合が多くなる。

従来、上記のように障害物によって通信困難となった場合は、無線通信が出来ないレベルに達したときにはじめて通信障害を検知する通信端末装置や通信手段が一般的に知られている。

従来技術として警備端末装置の発明に関し、無線回線の基地局からの電界強度を監視して、その電界強度が所定値より低下すると通信不能の警報を発生する技術がある。（例えば特許文献1参照）
特開平1０−１９０８９０

従来、固定の無線通信端末装置同士の通信における無線通信システムは、運用開始後に無線通信端末装置間において、新規の構造物の建設、森林の成長などより、伝送路損失が無線通信のできないレベルまでに達したときに通信障害を検知していた。そして通信障害を受けて調査員が現場確認を行って復旧方法を検討するになっていた。その場合復旧のために中継用無線機の設置が必要であったりすると、直ちには復旧出来ず、長期間通信できない等の問題があった。

本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、通信障害を未然に防止するために、通信障害の発生を予測する無線通信の障害予測方法および無線通信端末装置を提供することである。

本発明の無線通信の障害予測方法は、複数の無線通信端末装置の間で無線にて通信を行う無線通信方法であって、第１の無線通信端末装置に受信される第２の無線通信端末装置からの通信の受信強度を測定し、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である初期平均値を求め、現在の受信強度が、初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回ることを検知することができるようにした。この方法にすれば、現在の受信強度が初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回るようになると無線通信端末装置が通信障害の予測情報を発し、通信障害を未然に防止することができる。

現在の受信強度として、受信強度の移動平均値を用いてよい。そのようにすれば、大型車両などが通信経路上に駐停車した場合などの短期間の受信強度低下では、無線通信端末装置が通信障害の予測情報を発する事が無いので、恒久的な無線通信経路上の通信障害と区別できるようになり、通信障害を未然に防止することができる。

初期平均値と閾値との差である所定値は、初期平均値と通信可能な最低受信強度との差の25％から75％の値にすることができる。そのようにすれば、無線通信端末装置が通信障害の予測情報を発し、通信障害となるまでに相当の期間が見込まれるので、無線中継局を設置するなどの対応策を講じる事ができる。

本発明の無線通信端末装置は、他の無線通信端末装置との間で無線にて通信を行う無線通信端末装置であって、他の無線通信端末装置からの通信の受信強度を測定する手段と、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である前記受信強度の初期平均値を求める手段と、現在の前記受信強度が、前記初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回ることを検知する手段を備える。この装置よれば、現在の受信強度が、初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回るようになると無線通信端末装置が通信障害の予測情報を発し、通信障害を未然に防止することができる。

本発明によれば、無線通信端末装置間における、新規の構造物の建設、森林の成長などよる通信障害を予測することにより、通信障害を未然に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、無線通報システムの全体構成を示す。無線通報システム1は、無線通信端末装置Ｌ1〜Ｌ6とセンタＳ1とを備える。無線通信端末装置Ｌ1〜Ｌ6は相互に通信可能な位置関係にあるもの同士の間で無線通信する。無線通信端末装置Ｌ1とセンタS1とには、それぞれモデムS3が設けられている。無線通信端末装置Ｌ1とセンタS1とは一般公衆回線Ｓ2を介してお互いに接続されている。

無線通信端末装置Ｌ1〜Ｌ6は、無線機と端末装置（データ・ターミナル・イクイップメント。以下、ＤＴＥという）とから構成されている。無線機の仕様は、例えば、周波数300〜400MＨz、半二重通信方式、空中線電力0.1W〜数Wであり、この場合の伝送期待距離は１ｋｍ〜３ｋｍである。

ＤＴＥは、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）やパソコンなどであり、インターフェイスはRS-232Cに準拠したものである。ＤＴＥには、図示しないが、工場の設備監視やマンホールポンプの状態監視をするためのセンサーなどの入力機器や、制御機器をドライブする出力機器が接続されている。

例えば、無線通信端末装置Ｌ5と無線通信端末装置Ｌ3の間で、建造物の新設や森林の成長などがあると、伝送路の損失が増大して無線通信における受信強度が徐々に低下し、最終的に通信不能に陥る。そこで定期的に受信強度を測定して無線通信端末装置Ｌ5と無線通信端末装置Ｌ3の間の受信強度が、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である初期平均値よりも所定値だけ小さい閾値を下回り低下すると、無線通信端末装置L3は通信障害の予測情報を送信し、送信された通信障害の予測情報は、無線通信端末装置Ｌ3→無線通信端末装置Ｌ2→無線通信端末装置Ｌ1と、無線中継され、一般公衆回線Ｓ2を介してセンタＳ1へ報知される。

図2は、本発明の課題を説明する図である。図2−aは、無線通信端末装置L3と無線通信端末装置L5との間の無線通信経路上でビル等の建造物が途中まで建設されている様子を示している。

建設の初期の段階では建造物の高さが低いので、伝送路損失がなく受信強度の低下も発生しないが、建造物の高さが徐々に増すにしたがって、伝送路損失も徐々に増大し受信強度の低下が発生していく。

そして、受信強度が初期平均値よりも所定値だけ小さい閾値を下回り低下すると、無線通信端末装置L3は通信障害の予測情報を送信する。そして無線通信端末装置L3の送信した予測情報がL2、L1、公衆回線Ｓ2を経てセンタS 1に報知されたことを受けて、図2−ｂのように、伝送路損失がない場所に中継用の無線通信端末装置を設置する事になる。

次に、図３を参照して受信強度の変化に基づく通信障害の検知について説明する。図３はいずれかの無線通信端末装置における受信強度の変化を示す図である。縦軸は受信強度Ｘ、横軸は時間経過である。実線は受信強度Xの変化を示し、破線は移動平均値Ｓａｖを示している。

移動平均値Ｓａｖとは、受信強度Ｘの測定値（ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・ｘｎ）が次々に得られるとき、ある時刻における測定値から過去に連続する一定個数の測定値を対象とした算術平均である。本実施形態での一定個数とは、例えば、対象期間を30日とし、その間、1時間毎に測定することにより７２０回としている。即ち、２４（回／日）×３０（日）＝７２０。よって各移動平均値は、１回目が（ｘ1、ｘ２、ｘ３、・・・ｘ７２０）／７２０、２回目が（ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・・ｘ７２１）／７２０、３回目が（ｘ3、ｘ4、ｘ5、・・・ｘ７２２）／７２０となる。

図３の場合、運用開始時である時間ｔ0における受信強度をＳoとし、ｔ0から３０日経過後の時点をｔ1として、ｔ0からｔ1までの間の平均値を初期平均値Ｓｖとする。ｔ1からある時間経過後のｔ2において、通信経路上で構造物の建設が開始され、そののち構造物が出来ていくにしたがって受信強度Ｘが実線のように低下し、移動平均値Ｓａｖも破線のように低下していく。建設が進み構造物が高く、大きくなることにより、ｔ３時点で受信強度Ｘが初期平均値Ｓｖから所定値Ａだけ小さい閾値を下回り、通信障害の発生を予測することになる。

この閾値は、通信可能な最低受信強度レベルから初期平均値Ｓｖまでの範囲内にある値で、通信障害の発生を予測するための基準レベルとなる。

この閾値が通信可能な最低受信強度Ｓｎの近傍にあると、受信強度Ｘが閾値を下回り通信障害の発生を予測した時点から通信障害が発生するまでの期間が少ないことになるので、別の無線通信端末装置を中継器として設置するなどの対応をする時間的余裕がなくなる。したがってこの閾値は最低受信強度レベルよりもある程度以上大きいことが好ましい。

具体的には、初期平均値Ｓｖと閾値との差である所定値Aは、初期平均値と通信可能な最低受信強度Ｓｎとの差の約２５％から７５％の値にする事が好ましい。そういう値とすることで中継器として別の無線通信端末装置を設置するなどの対応が充分に可能となる。しかしながら、受信強度Xがより遅く低下する場合には、通信障害の発生が予測されてから無線通信端末装置を追加設置するなどの対応が充分に可能な時間を確保できる限り、通信可能な最低受信強度Ｓｎにより近い値を閾値とする事もできる。

以上、通信障害が発生する事を予測するために受信強度Xを検知する場合について説明したが、受信強度Ｘを移動平均値Ｓａｖに置き換えて、通信障害の発生を予測することも可能である。

以下に、移動平均値を用いて、通信障害の発生を予測する効果を説明する。

図３示すｔx時点のB点において、大型車両が通信経路上に駐停車した場合を想定すると、短期間の受信強度低下が発生することになる。こういった場合は先の例では受信強度の低下により通信障害の発生を予測することになってしまうが、短期間の駐停車により通信障害の予測情報が発せられることは好ましくない。受信強度値Ｘに代えて移動平均値Ｓａｖ用いると、Ｂ点前後における受信強度値Ｘのような急激な値の変化がなくなるので、大型車両が通信経路上に駐停車した場合は検出する事が無くなり、本来の目的である通信経路上における構造物のみを検知できるようになる。図3では、移動平均値Ｓａｖが所定値Ａだけ小さい閾値を下回ったｔ4時点で通信障害の予測情報が発せられる。

図４は無線通信システム１に用いられる無線通信端末装置Lの構成を示すブロック図である。

この無線通信端末装置Lは無線機２とＤＴＥ3から構成されている。

無線機２は、アンテナ２０と、送信部２１と、受信部２２と、制御部２３と、通信インターフェイス２４とを備える。送信時には、通信インターフェイス２４を介したＤＴＥ３からの指令によって、制御部２３は送信部２１によるアンテナ２０からの送信制御する。受信時には、制御部２３は、アンテナ２０、受信部２２を経て受信した情報を通信インターフェイス２４を介して、ＤＴＥ３へ送信する。

ＤＴＥ３は、通信インターフェイス３１と、ＣＰＵ３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、通信インターフェイス３５とを備える。

ＣＰＵ３２はＲＯＭ３３に格納されたプログラムにより、図5に示す処理を実行するとともに、通信インターフェイス３1を介して無線機２を制御する。さらに、ＣＰＵ３２は、通信インターフェイス３５を介して、図1に示すセンタＳ１と通信する。またＣＰＵ３２は送信データおよび受信データをＲＡＭ３４に対して読み書きする。

但し、通信インターフェイス３５を搭載したＤＴＥは、図1に示すように無線通信端末装置L1だけであり、無線通信端末装置L2からＬ6のように、センタＳ１との接続がないＤＴＥに通信インターフェイス３５は不要である。

次に、受信強度の低下による通信傷害の予測についての具体的な処理を図5と図6のフローチャートを参照して説明する。図5は、例えば図1の無線通信端末装置Ｌ3が無線通信端末装置Ｌ5の受信強度を測定するケースにおける、処理を示すフローチャートである。

まず始めに、ステップｎ1において、初期値の測定回数Nに1を設定する。次に、ステップｎ2において、受信強度Ｘの測定値をメモリに記録し、ステップｎ3においては、受信強度Ｘの測定値の平均値Ｓａを演算する。

ステップｎ4においては、初めて測定開始してから所定の初期値回数まで達したかを判定する。初期値回数に到達したら、テップｎ7でそのときの平均値Ｓａを、初期平均値Ｓｖとして登録する。

ステップｎ4において、所定の初期値回数に到達していなければ、ステップｎ5に進み測定回数NにN+1を設定する。ステップｎ6において一定時間が経過するまで、例えば1時間待機してステップｎ2へ進む。

所定の初期値回数は、例えば、対象期間を30日とし、その間、1時間毎に測定する場合は、７２０回となる。即ち、２４（回／日）× ３０（日）＝７２０（回）。

対象期間は、１週間から数ヶ月までの範囲で設定することが好ましい。１週間より短い期間とすれば、１回の測定値のウエイトが大きくなるので、１回の測定値の変動が大きな状況では、初期平均値の誤差が発生する。また反対に数ヶ月より長い期間とした場合は、変動は吸収されるが、初期値回数達するまでの長い期間が終わるまで受信強度の低下を検知を始めることができない。

初期値平均値Ｓｖを決定した後は、ステップｎ8において、受信強度Ｘの測定値をメモリに記録する。

続いて、ステップｎ9において、初期値平均値Ｓｖから受信強度Ｘを差し引く演算をおこなう。その結果が、所定値Ａに等しいかそれよりも大きければ、受信強度が低下したと判断して、ステップｎ11において、通信障害の予測情報を発生する。ステップｎ９において、その演算結果が所定値Ａよりも小さければ、ステップｎ10において一定時間が経過するまで、例えば1時間の待機し、待機後はステップn８へ進む。

図６は、例えば図1の無線通信端末装置Ｌ3が無線通信端末装置Ｌ5の受信強度を測定するケースでの、受信強度の移動平均を用いた通信障害の予測についての処理を示すフローチャートである。但し、この処理において、図5と共通するステップに関しては、同一の番号を付与し説明を省略する。

ステップn８Aにおいて、移動平均値Ｓａｖを求める演算をおこなう。受信強度値Ｘに代えて移動平均値Ｓａｖ用いることにより、例えば通信経路上における大型車両の駐停車に起因して受信強度Xが変化するような急激な値の変化がなくなるので、本来の目的である、通信経路上における構造物等を検知できるようになる。

次に、ステップｎ9Ａにおいて、初期値平均値Ｓｖから移動平均値Ｓａｖを差し引く演算をおこなう。その結果が、所定値Ａに等しいかそれよりも大きければ、移動平均値Ｓａｖが低下したと判断して、ステップｎ11において、通信障害の予測情報を発生する。ステップｎ９において、その演算結果が所定値Ａよりも小さければ、ステップｎ10において一定時間が経過するまで、例えば1時間待機し、待機後はステップn８へ進む。

以上の説明では、無線通信端末装置自身が受信強度の低下を検知し、通報するものであったが、各無線通信端末装置は受信強度データの値を中継通報して、受信強度低下の検知はセンタＳ1で処理し通報を行うこともできる。

本発明は、無線通信端末装置間における、新規の構造物の建設、森林の成長などよる通信障害を予測することにより、通信障害を未然に防止することができるため、無線通信の障害予測方法および無線通信端末装置に関し、詳しくは複数の無線通信端末装置を無線で接続した無線ネットワークにおける無線通信端末装置間の受信強度を監視して、通信障害を未然に防止する無線通信端末装置および無線通信の障害予測方法に好適である。

本発明の一実施形態である無線通信端末装置を用いた通信システムを示す概略説明図である。 本発明の課題についての説明図である。 受信強度およびその移動平均値の変化を示す図である。 無線通信端末装置の構成を示すブロック図である。 受信強度の低下による通信障害の予測についての処理を示すフローチャートである。 受信強度の移動平均を用いた通信障害の予測についての処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 無線通信端末装置通報システム
Ｌ１〜Ｌ７ 無線通信端末装置
Ｓ1 センタ
Ｓ2 一般公衆回線
Ｓ3 モデム
２ 無線機
３ 端末装置
２０ アンテナ
２１ 送信部
２２ 受信部
２３ 制御部
２４ 通信インターフェイス
３１ 通信インターフェイス
３２ ＣＰＵ
３３ ＲＯＭ
３４ ＲＡＭ
３５ 通信インターフェイス

Claims (6)

1. 複数の無線通信端末装置の間で無線にて通信を行う無線通信方法であって、第１の無線通信端末装置に受信される第２の無線通信端末装置からの通信の受信強度を測定し、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である初期平均値を求め、現在の前記受信強度が、前記初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回ることを検知する無線通信の障害予測方法。
2. 前記現在の前記受信強度が、受信強度の移動平均値である請求項１記載の無線通信の障害予測方法。
3. 前記初期平均値と前記閾値との差である前記所定値は、前記初期平均値と前記通信可能な最低受信強度との差の２５％から７５％の値である請求項１または２記載の無線通信の障害予測方法。
4. 他の無線通信端末装置との間で無線にて通信を行う無線通信端末装置であって、他の無線通信端末装置からの通信の受信強度を測定する手段と、測定を開始してから所定期間の前記受信強度の平均値である前記受信強度の初期平均値を求める手段と、現在の前記受信強度が、前記初期平均値よりも所定値だけ小さく、通信可能な最低受信強度よりも大きい閾値を下回ることを検知する手段を備えた無線通信端末装置。
5. 前記現在の前記受信強度が、受信強度の移動平均値である請求項４記載の無線通信端末装置。
6. 前記初期平均値と前記閾値との差である前記所定値は、前記初期平均値と前記通信可能な最低受信強度との差の２５％から７５％の値である請求項４または５記載の無線通信端末装置。

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