JP2006237840A - 無線通信端末および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリアセンス方式で無線通信を行うにあたって、隠れ端末を高い精度で判定できるようにする。
【解決手段】 各端末装置１において、通信状態判定部４が送信および受信時における無線通信部２での通信状態を判定し、ログ生成部が、エラー無く送受信できたかどうかの判定結果を、時計部５で得られた時刻情報と対応付けて、送信状態管理ログおよび受信状態管理ログを生成し、記憶部７に記憶させる。そして、信号処理部３は、生成された送信状態管理ログを無線通信部２を介して他端末と交換するとともに、他端末から受信した送信状態管理ログを記憶部７に記憶している受信状態管理ログと比較し、自機で受信エラーが発生した際、他の複数の端末で送信エラーが発生していた場合は、自機を中継端末として、それらの他の端末は互いに隠れ端末の関係にあると判定し、外部へ報知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信端末および無線通信システムに関し、特に多くの端末を中継端末として順にパケットを転送してゆく、いわゆるマルチホップ通信に好適に実施されるものに関する。

前記のように多くの端末を経由して通信を行う場合、各端末が任意のタイミングで通信を開始すると、パケットが衝突してしまい、通信不能に陥ることがある。このため、キャリアセンスによって、周囲の端末が通信していないかを確認し、通信していない場合に通信を開始することが広く行われている。

たとえば、図６で示すようなシステム構成の場合、キャリアセンス方式無線通信端末である各無線通信端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、他の端末が通信している間は通信を行わない。しかしながら、この図６の例では、各無線通信端末Ａ，Ｂ，Ｄは、無線通信端末Ｃを囲むように配置されており、端末Ｃは、他の端末Ａ，Ｂ，Ｄの電波到達範囲ＬＡ，ＬＢ，ＬＤ内にあり、それらの何れとも通信可能である。一方、端末Ａと端末Ｂ，Ｄとは通信範囲になく、端末Ｂと端末Ｄとも通信範囲になく、それらは互いに他端末が通信を行っているか否かを認識できない隠れ端末の関係となっている。

したがって、通信を開始するにあたって、各無線通信端末Ａ，Ｂ，Ｄがキャリアセンスを行っても、端末Ｃからのキャリアしか検知できず、たとえば図６で示すように、端末Ａと端末Ｂとの何れか一方が端末Ｃへの送信を開始してから、それを知らずに、隠れ端末の関係にある何れか他方も送信を開始してしまうと、端末Ｃでパケットの衝突が発生し、データを正しく受信できなくなってしまう。

そこで、このような問題を解決するために、特許文献１には、パケットを送信する際に、前回の送受信時刻から現在までの時間差のデータがパケットに含めて送信され、受信した側では、それを自機のデータと比較することで、不一致であれば、通信相手先が自機以外と通信しており、隠れ端末の可能性があると判定するようにした無線通信システムが提案されている。
特開平７−６６８０５号公報

しかしながら、上述の従来技術では、親機に対して多くの端末の１：Ｎの関係なら問題ないが、通信相手先の端末が、さらに遠方の端末と通信して、その遠方の端末と自機との間に入る中継端末のような設置状況でも、隠れ端末として判定してしまうので、判定精度が低いという問題がある。図６の例では、端末Ｃが中継端末に該当し、他の各端末Ａ，Ｂ，Ｄは、この端末Ｃを介してしか相互に通信を行うことはできない。

特に、多くの端末を中継端末として順にパケットを転送してゆく、いわゆるマルチホップ通信の場合には、たとえば一直線上に所定の通信可能距離を隔てて配置された端末装置において、或る端末にとって、隣接端末の１つ先の端末は自機と直接通信を行うことができないけれども、隣接端末とは通信を行うことができるので、それらは正規の端末であるにも拘わらず、前記隠れ端末に見えてしまうことになる。

本発明の目的は、隠れ端末を高い精度で判定することができる無線通信端末および無線通信システムを提供することである。

本発明の無線通信端末によれば、キャリアセンス方式で無線通信を行うにあたって、通信状態判定部で、送信および受信時における無線通信部での通信状態を判定し、エラー無く送受信できたかどうかの判定結果を、時計部で得られた時刻情報と対応付けて、ログ生成部は送信状態管理ログおよび受信状態管理ログを生成する。具体的には、前記通信状態の判定は、受信時には、他の端末から送信されてきたパケットを受信パケットとして取得し、その受信パケットの状態から、通常終了したのか、または異常終了したのかを判定し、送信時には、他端末への送信パケットの送信が通常終了したのか、または再送したのかを判定する。

そして、信号処理部は、生成された送信状態管理ログを無線通信部を介して他端末と交換するとともに、前記他端末から受信した送信状態管理ログを記憶部に記憶している受信状態管理ログと比較し、自機で受信エラーが発生した際、他の複数の端末で送信エラーが発生していた場合は、自機を中継端末として、それらの他の端末は互いに隠れ端末の関係にあると判定し、外部へ報知する。隠れ端末の関係にある端末では、中継の経路を切換えたり、送信のタイムスロットを規制するなどして、パケットの衝突を未然に防止することができる。

このようにして、自機でパケットの衝突が生じた端末のみを隠れ端末として判定するので、隣接端末の１つ先の端末など、正規の中継の経路の端末を隠れ端末と誤判定してしまうようなことはなく、キャリアセンス方式の無線通信システムを設置した後、隠れ端末を高い精度で判定することができ、通信環境の改善を図ることができる。

また、本発明の無線通信端末では、信号処理部は、送信状態管理ログを他端末と交換する際に、現在時刻情報をパケットに組込んで送出する。

したがって、時刻同期を取ることなく、他端末から受信した送信状態管理ログの時刻情報と、記憶部に記憶している受信状態管理ログの時刻情報とを比較することができ、構成を簡略化することができる。

さらにまた、本発明の無線通信端末では、前記信号処理部部は、無線通信部の出力から、実際に送受信する端末に限らず、キャリアセンス可能な周辺の総ての端末に関して、キャリアセンスできた時刻情報を、その端末に関する情報（アドレスやＩＤなど）に対応付けてキャリアセンスリストを生成し、前記送信状態管理ログに加えて、前記キャリアセンスリストを送出する。

したがって、各端末からのキャリアセンスリストを照合することで、各端末がどのように配置されていて、どのような経路で通信を行っているのかを推定することができ、より正確に隠れ端末を検出することができる。

また、本発明の無線通信システムは、親端末に、前記の無線通信端末を複数備えて成り、通信パケットが各端末を順に転送されてゆくマルチホップ通信の無線通信システムである。

したがって、少なくとも一部の端末は中継端末として機能し、その中継端末の周囲の端末にとっては自機がキャリアセンスできない隠れ端末が潜んでいる可能性が高くなるので、本発明が特に効果的である。

さらにまた、本発明の無線通信システムは、各無線通信端末でそれぞれ判定している隠れ端末の状況に変化が生じたときには、その隠れ端末に関する情報（アドレスやＩＤなど）を親端末に送信するので、親端末で隠れ端末を一元管理して、隠れ端末による影響を一層確実に除去することができる。

また、本発明の無線通信システムでは、前記各無線通信端末は、隠れ端末リストを有し、中継端末として機能するときに他の端末から送信されてきた隠れ端末リストに自機の作成した隠れ端末リストを合成して、順に次の端末へ送信する。

したがって、末端側の端末から親端末側になるにつれて前記隠れ端末リストが大きくなり、それぞれの端末が親端末へ隠れ端末リストを送信するのに比べて、トラヒックを削減することができる。

本発明の無線通信端末は、以上のように、キャリアセンス方式で無線通信を行うにあたって、送信および受信時における通信状態を判定し、その判定結果を時刻情報と対応付けて送信状態管理ログおよび受信状態管理ログを生成し、その生成された送信状態管理ログを他端末と交換するとともに、他端末から受信した送信状態管理ログを自機の受信状態管理ログと比較し、自機で受信エラーが発生した際、他の複数の端末で送信エラーが発生していた場合は、自機を中継端末として、それらの他の端末は互いに隠れ端末の関係にあると判定し、外部へ報知する。

それゆえ、自機でパケットの衝突が生じた端末のみを隠れ端末として判定するので、隣接端末の１つ先の端末など、正規の中継の経路の端末を隠れ端末と判定してしまうようなことはなく、キャリアセンス方式の無線通信システムを設置した後、隠れ端末を高い精度で判定することができ、通信環境の改善を図ることができる。

また、本発明の無線通信システムは、以上のように、親端末に、前記の無線通信端末を複数備えて成り、通信パケットが各端末を順に転送されてゆくマルチホップ通信の無線通信システムである。

それゆえ、少なくとも一部の端末は中継端末として機能し、その中継端末の周囲の端末にとっては自機がキャリアセンスできない隠れ端末が潜んでいる可能性が高くなるので、本発明が特に効果的である。

図１は本発明の実施の一形態に係る無線通信システムにおける端末装置１の機能的構成を示すブロック図である。この端末装置１は、前述の図６における端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして使用され、無線通信システムを構成する。この端末装置１は、末端の端末装置（図６の例では端末Ａ，Ｂ，Ｄ）としてだけではなく、中継端末（図６の例では端末Ｃ）としても機能することができる。この端末装置１は、無線通信部２と、信号処理部３と、通信状態判定部４と、時計部５と、ログ生成部６と、記憶部７とを備えて構成される。この端末装置１には、図示しない温度や湿度などのセンサが接続されて前記センサに予め定める周期でセンシングを行わせ、そのセンシング結果を親端末や他の端末に、予め定める周期で、またはその親端末や他の端末からのポーリングに応答して送信したり、或いは図示しない各種の負荷機器が接続され、親端末からの制御信号に応答して前記負荷機器の制御を行う。

無線通信部２は、前記親端末や他の端末と通信可能であり、信号処理部３からのベースバンド信号を無線信号に変換し、また受信された無線信号を前記ベースバンド信号に変換して信号処理部３へ出力する無線信号処理部８と、前記親端末や他の端末との間で、前記無線信号を送受信するアンテナ９とを備えて構成される。

時計部５は、たとえばネットワークタイミングサーバなどからの時刻情報に基づいて刻時動作を行い、信号処理部３やログ生成部６からの要求に応じて、その時点での時刻情報を返信する。しかしながら、その時刻情報は絶対的なものに限らず、システム内で用いられる相対的なものでもよく、各端末間で後述するように送受信の時刻を比較できるものであればよい。

信号処理部３は、親端末や他の端末から送信されてきたパケットを受信パケットとして取得するとともに、親端末や他の端末への送信パケットを生成する。具体的には、前記センサのセンシング結果などを通信パケット形式に組立てを行って無線信号処理部８へ出力し、また無線信号処理部８で受信された通信パケットからデータ情報を再生し、必要に応じて前記センサや負荷機器を制御する。

通信状態判定部４は、前記受信パケットの状態から、通常終了したか、または通信エラーがあって異常終了したかを表す受信状態情報を生成するとともに、送信パケットの送信が通常終了したか再送したかを示す送信状態情報を生成する。この通信状態判定部４によって、送信および受信のたびに判定された情報は、ログ生成部６に与えられ、時計部５からの時刻情報と合わせて、送り先および送信状態が、送信状態管理ログおよび受信状態管理ログとして記憶部７に記憶される。

そして、信号処理部３は、生成された送信状態管理ログを無線通信部２を介して他端末と定期的に交換するとともに、前記他端末から受信した送信状態管理ログを記憶部７に記憶している受信状態管理ログと比較し、自機で受信エラーが発生した際、他の複数の端末で送信エラーが発生していた場合は、自機を中継端末として、それらの他の端末は互いに隠れ端末の関係にあると判定し、記憶部７の隠れ端末判定リストに登録するとともに、その隠れ端末判定リストを親端末や他の端末などの外部へ報知する。

たとえば、図６の例において、図２で示すようなタイミングで通信が行われ、同図に示すような通信状態であった場合、受信側となっていた端末Ｃが自身で作成した受信状態管理ログは図３（ａ）で示すようになり、送信側となっていた端末Ａ，Ｂから送信されてきた送信状態管理ログは図３（ｂ）で示すようになる。その送信状態管理ログを図２で示すように交換して得られた隠れ端末判定リストは、図３（ｃ）で示すようになる。

したがって、たとえば図６の例において、中継端末となる自機Ｃからは、状態管理ログが交換できた、各端末Ａ，Ｂ，Ｄが見えていても、各端末Ａ，Ｂ，Ｄ間では互いに見えておらず、これを隠れ端末の関係にあると判定する。これによって、自機Ｃからの送信パケットは、他の端末Ａ，Ｂ，Ｄにおいてキャリアセンスによって検知することができ、それらの端末Ａ，Ｂ，Ｄからの発信が休止されてパケットの衝突が起こらないが、前記隠れ端末の関係にある端末Ａ，Ｂ，Ｄから送信が行われる場合は、他の端末が発信してしまい、パケットの衝突が起こる可能性があっても、それらの端末Ａ，Ｂ，Ｄが互いに隠れ端末の関係にあることを判定することで、中継の経路を切換えたり、送信のタイムスロットを規制するなどして、パケットの衝突を未然に防止することができる。

図４は、端末装置１の通常送信時の動作を詳しく説明するためのフローチャートであり、前記送信状態管理ログおよび受信状態管理ログの蓄積動作を示す。ステップＰ１で送信モードとなると、ステップＰ２で送信タイマをスタートさせ、ステップＰ３ではそのカウント値が予め定められた送信期間以内であるか否かが判断され、送信期間を経過していないときにはステップＰ４に移ってキャリアセンスを行い、他の端末からのキャリアが検出されているときにはステップＰ３に戻る。したがって、ステップＰ３において送信期間を経過したときには、前記送信期間内で通信可能にならず、ステップＰ５で送信失敗として処理を終了する。

ステップＰ４で他の端末からのキャリアが検出されていないときにはステップＰ６に移り、送信すべきパケットの送信処理を行い、ステップＰ７で完了すると、ステップＰ８で、その時刻を後のログに添付すべき時刻として記録する。

こうして、送信すべきパケットの送信を終了すると、ステップＰ９で受信モードとなり、ステップＰ１０でタイマをクリアして受信タイマとしてスタートさせ、ステップＰ１１ではそのカウント値が予め定められた受信期間以内であるか否かが判断され、受信期間を経過していないときにはステップＰ１２に移る。ステップＰ１２ではキャリアセンスを行い、他の端末からのキャリアが検出されているときには、ステップＰ１３でさらにビット同期を行い、同期が取れるとステップＰ１４で自機宛のパケットであるか否かが判断され、自機宛であるときにはステップＰ１５で送信は正常に終了したと判断して、ステップＰ１６で、ステップＰ８において記録された時刻を添付して、送信状態管理ログ１１に、送信先アドレスおよび通信状態が正常であったことを表すデータを書込む。

これに対して、ステップＰ１２で他の端末からのキャリアが検出されなかったとき、ステップＰ１３でビット同期が取れなかったとき、またはステップＰ１４で自機宛のパケットでなかったときはステップＰ９に戻って受信モードを継続し、ステップＰ１１で規定の受信期間を経過したときにはステップＰ１７に移り、送信は行えなかったと判断して、ステップＰ１８で、ステップＰ８において記録された時刻を添付して、送信状態管理ログ１１に、送信先アドレスおよび通信状態が異常であったことを表すデータを書込む。

また、ステップＰ１１〜Ｐ１４からステップＰ９に戻る際に、受信エラーが発生している場合には、ステップＰ１９で、ステップＰ８において記録された時刻を添付して、受信状態管理ログ１２に、送信先アドレスおよび通信状態が異常であったことを表すデータを書込む。

さらにまた、ステップＰ１３でビット同期が取れたときには、ステップＰ２０において送信元のアドレスを判定し、ステップＰ２１で新規の送信元であるときには、記憶部７に、ステップＰ８において記録された時刻を添付して、自機でキャリアセンス可能な端末のリストであるキャリアセンスリストログ１３に書込む。

図５は、上述のようにして蓄積された送信状態管理ログの交換動作を説明するためのフローチャートである。先ずステップＳ１で送信状態管理ログの要求信号の送信モードとなり、ステップＳ２でキャリアセンスなどによって要求の送信可否を判断し、送信不可の場合はステップＳ３で送信失敗として処理を終了し、送信可能な場合はステップＳ４で前記要求信号を送信する。

続いて、ステップＳ５で他端末からの応答信号の受信モードに切換わり、ステップＳ６で前記応答信号が受信されたか否かを判断し、受信されないとステップＳ７で前記要求信号の送信失敗として処理を終了し、受信されるとステップＳ８で前記要求信号の送信成功とする。

前記応答信号が受信されても、ステップＳ９でそのまま受信モードを継続して送信状態管理ログの受信待ちとなり、ステップＳ１０で受信されないとステップＳ１１で受信失敗として処理を終了し、受信されるとステップＳ１２で、一旦送信状態管理ログの受信成功とする。

続いて、ステップＳ１３で自機からの応答信号の送信モードに切換わり、ステップＳ１４で送信可否を判断し、送信不可の場合はステップＳ１５で送信状態管理ログの受信失敗として処理を終了し、送信可能な場合はステップＳ１６で前記応答信号を返信して送信状態管理ログの受信完了とする。

こうして送信状態管理ログ１１を交換した各端末装置１は、自機の受信状態管理ログ１２とログデータを相互に比較分析し、前記隠れ端末判定リストを作成する。

このようにして、自機でパケットの衝突が生じた端末のみを隠れ端末として判定するので、隣接端末の１つ先の端末など、正規の中継の経路の端末を隠れ端末と誤判定してしまうようなことはなく、キャリアセンス方式の無線通信システムを設置した後、隠れ端末を高い精度で判定することができ、通信環境の改善を図ることができる。

また、信号処理部３は、送信状態管理ログ１１を交換して隠れ端末判定リストを作成すると、それを交換するようにしてもよく、またキャリアセンスリストログ１３を生成すると、それを交換するようにしてもよい。前記隠れ端末判定リストを交換することで、各端末は、他の端末にどのような隠れ端末が存在するのかを知ることができ、ログ交換が直接できない端末の隠れ端末リストを知ることができる。たとえば、親端末がこれらの隠れ端末リストを収集すれば、システム全体の隠れ端末関係を把握することができる。なお、前記隠れ端末リストは、変化があった時のみ交換することが好ましい。

一方、実際に送受信する端末に限らず、キャリアセンス可能な周辺の総ての端末に関して、キャリアセンスできた時刻情報を、その端末に関する情報（アドレスやＩＤなど）に対応付けてキャリアセンスリストログ１３を生成し、交換して自機のキャリアセンスリストログ１３と照合することで、各端末がどのように配置されていて、どのような経路で通信を行っているのかを推定することができ、より正確に隠れ端末を検出することができる。

なお、図５で示す送信状態管理ログの交換処理は、図６において、各端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれで行われてもよいけれども、予め末端の端末であるのか、中継端末であるのかを設定可能な場合は、中継端末（図６の例では端末Ｃ）に設定された端末のみで行うようにして、作成された隠れ端末判定リストを、末端の端末（図６の例では端末Ａ，Ｂ，Ｄ）に送信するようにしてもよい。そのように構成することで、送信状態管理ログの交換に伴うトラヒックおよび演算処理を削減することができるとともに、末端の端末が保有する隠れ端末判定リストを、より正確なものにすることができる。

また、マルチホップ通信システムでは、中継端末に設定された端末がそれぞれ前記隠れ端末判定リストを作成し、それを親端末側に順に送信して、順次リストを合成するようにしてもよい。そのように構成することで、少ないトラヒックで、親端末で隠れ端末を一元管理して、隠れ端末による影響を一層確実に除去することができる。

さらにまた、信号処理部３は、前記送信状態管理ログを他端末と交換する際に、現在時刻情報をパケットに組込んで送出するようにしてもよい。そのように構成することで、時刻同期を取ることなく、他端末から受信した送信状態管理ログの時刻情報と、記憶部７に記憶している受信状態管理ログの時刻情報とを比較することができ、構成を簡略化することができる。

本発明の実施の一形態に係る無線通信システムにおける端末装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の端末装置の通信フローを示す図である。 各端末装置で作成される受信状態管理ログ、送信状態管理ログおよび隠れ端末判定リストの一例を示す図である。 端末装置の通常送信時の動作を詳しく説明するためのフローチャートであり、前記送信状態管理ログおよび受信状態管理ログの蓄積動作を示す。 送信状態管理ログの交換動作を説明するためのフローチャートである。 無線通信システムの一構成例を示す図である。

符号の説明

１ 端末装置
２ 無線通信部
３ 信号処理部
４ 通信状態判定部
５ 時計部
６ ログ生成部
７ 記憶部
８ 無線信号処理部
９ アンテナ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 端末

Claims (6)

1. キャリアセンス方式の無線通信端末において、
   時刻情報を取得する時計部と、
   送信および受信時の通信状態を判定する通信状態判定部と、
   前記通信状態判定部での判定結果を前記時刻情報と対応付けた送信状態管理ログおよび受信状態管理ログを生成するログ生成部と、
   前記受信状態管理ログを記憶するログ記憶部と、
   前記送信状態管理ログを他端末と交換するとともに、前記他端末から受信した送信状態管理ログを記憶部に記憶している受信状態管理ログと比較し、自機で受信エラーが発生した際、他の複数の端末で送信エラーが発生していた場合は、それらの他の端末は隠れ端末の関係にあると判定し、外部へ報知する信号処理部とを含むことを特徴とする無線通信端末。
2. 前記信号処理部は、前記送信状態管理ログを他端末と交換する際に、現在時刻情報をパケットに組込んで送出することを特徴とする請求項１記載の無線通信端末。
3. 前記信号処理部は、無線通信部の出力から、自機でキャリアセンスできた端末に関する情報を、キャリアセンスできた時刻情報と対応付けたキャリアセンスリストを生成し、前記送信状態管理ログに加えて、前記キャリアセンスリストを送出することを特徴とする請求項１または２記載の無線通信端末。
4. 親端末に、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信端末を複数備えて成り、通信パケットが各端末を順に転送されてゆくことを特徴とするマルチホップ通信の無線通信システム。
5. 前記各無線通信端末は、それぞれで判定している隠れ端末の状況に変化が生じたときには、その隠れ端末に関する情報を親端末に送信することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 前記各無線通信端末は、隠れ端末リストを有し、中継端末として機能するときに他の端末から送信されてきた隠れ端末リストに自機の作成した隠れ端末リストを合成して、次の端末へ送信することを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。

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