JP2007158710A - 端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法 - Google Patents

端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】動的にメッシュ型ネットワークを構成することが可能な無線通信システムにおいて、消費電力を抑えることができる端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法を提供する。
【解決手段】端末装置に、他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する手段と、前記接続要求信号の送信電力を可変に制御し、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定する手段を備えることにより達成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、メッシュネットワークを構成する端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法に関する。
無線ネットワークシステムにおいて、個々の無線端末は、十分な通信距離を保つため、ある一定の送信出力レベルで電波を発する。
例えば、一般的な、無線ＬＡＮ、ブルーツース(Bluetooth)などにより構成される無線ネットワークシステムでは、無線端末の通信距離は数十メートル以上、例えば１００ｍ程度である。したがって、親機を中心として、該親機に各子機が接続されるスター型ネットワークでは、その通信距離自体が、親機を中心としたネットワークを構成できる最大通信範囲となる。
例えば、図１に示すように、２台の子機（端末Ａ、端末Ｂ）と１台の親機とから構成される無線通信ネットワークにおいて、親機を中心に半径１００ｍが電波の届く範囲である場合、この範囲がネットワークを形成できる最大の領域となる。このような、スター型ネットワークにおいて、ネットワークの範囲を広げるためには、親機の電波の届く範囲を広げるしか方法がない。このようなネットワークでは、１ｍ先の端末と通信を行う場合でも１００ｍ送信できる送信電力で電波が送信される。
このようなスター型ネットワークにおいて、親局−子局間の無線データ通信の無線出力をその一対の局間で電波が届き得る最小レベルに設定することにより、無線出力の余剰による無駄な電力消費を抑制できる（例えば、特許文献１参照）。
一方、センサネットワークなどに適用される無線ネットワークは、スター型ネットワークとは異なり、メッシュ型ネットワークを形成する。
このメッシュ型ネットワークでは、各無線端末は、個々の無線端末にデータを中継する機能、すなわちホッピング機能が備えられている。このようなデータを中継することにより形成されるネットワーク、すなわちメッシュ型ネットワークの通信可能範囲は、図２に示すように、無線ＬＡＮなどのスター型ネットワークとは異なり、個々の無線端末の通信距離には依存しない。
すなわち、個々の無線端末がホッピング機能を備えているため、通信可能範囲は、個々の無線端末の距離以上である。例えば、図２に示すように、親機まで端末１から一気に親機と通信する必要はなく、端末１、端末２、端末３、端末４、親機と、データは中継される。したがって、広域のネットワークを構築することが可能となる。
特開平１０−１０７８００号公報
しかし、上述した背景技術には、以下に示すような問題がある。
メッシュ型ネットワークを構成する無線端末は、無線ＬＡＮなどの無線端末と同様、ある一定の出力レベルに固定されている。そのため、個々の無線端末の通信距離は広範囲におよぶものの、無線端末自身が消費する電力は大きくなるという問題が発生する。特に、低消費電力を謳うセンサネットワークにおいては、出力時の消費電力を抑えることが重要な課題となる。
実際の環境では、各無線端末の配置が任意であり、配置された各端末間の距離は、通信距離の限界より短い場合が多い。
例えば、図３に示すように、端末１と端末２の距離が８ｍ程度である場合、端末１は通信距離を常時１００ｍ確保する必要はない。１００ｍの通信距離を確保するためには、常時高い送信出力レベルで電波を発する必要があり、端末１は必要以上に電力を消費する。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑み、動的にメッシュ型ネットワークを構成することが可能な無線通信システムにおいて、消費電力を抑えることができる端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明にかかる端末装置は、他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成手段と、前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御手段とを備え、前記送信電力制御手段は、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定することを特徴の１つとする。
このように構成することにより、通信状況に応じて送信出力レベルを制御することができ、メッシュ型ネットワークを維持したまま、個々の端末装置の消費電力を低減することができる。
また、本発明にかかる無線通信システムは、複数の端末装置を備え、前記端末装置は、他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成手段と、前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御手段とを備え、前記送信電力制御手段は、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定することを特徴の１つとする。
このように構成することにより、各端末装置は、通信状況に応じて送信出力レベルを制御することができ、メッシュ型ネットワークを維持したまま、個々の端末装置の消費電力を低減することができる。
また、本発明の送信電力設定方法は、他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成ステップと、前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御ステップと、前記接続要求信号を送信する接続要求信号送信ステップと、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定する送信信号設定ステップとを有することを特徴の１つとする。
このようにすることにより、通信状況に応じて送信出力レベルを制御することができ、メッシュ型ネットワークを維持したまま、個々の端末装置の消費電力を低減することができる。
本発明の実施例によれば、動的にメッシュ型ネットワークを構成することが可能な無線通信システムにおいて、消費電力を抑えることができる端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法を実現できる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
本実施例にかかる無線通信システムについて、図４を参照して説明する。
本実施例にかかる無線通信システムは、複数の端末装置１００（１００１、１００２、１００３）を備える。複数の端末装置１００は、メッシュ型ネットワークを構成し、隣接した端末装置同士で通信を行う。
このメッシュ型ネットワークでは、個々の端末装置の通信距離は、常時数十ｍ以上有している必要はなく、隣接した中継を行う端末装置までの距離を確保できれば、ネットワークとして十分機能する。したがって、本実施例にかかる無線通信システムにおいては、端末装置の通信距離を抑えることにより、個々の端末装置の消費電力を抑える。
例えば、図４に示すように、端末装置１００１は、送信出力レベルを最小値から徐々に上げて、接続要求信号を送信する。端末装置１００１は、８ｍ届く送信出力レベルで送信した場合、端末装置１００２からの応答信号を受信する。その結果、端末装置１００１と端末装置１００２は、８ｍ届く送信出力レベルで通信を行う。
また、端末装置１００２は端末装置１００３と通信を行う場合は、送信出力レベルをさらに上げ、７０ｍ届く送信出力レベルで送信した場合、端末装置１００３からの応答信号を受信する。その結果、端末装置１００２と端末装置１００３は、７０ｍ届く送信出力レベルで通信を行う。
次に、本実施例にかかる端末装置１００について、図５を参照して説明する。
端末装置１００は、送受信部１０２と、送受信部１０２と接続された制御部１０４と、制御部１０４と接続された送信電力制御部１０６および接続要求信号生成部１０８とを備える。
送受信部１０２は、他の端末装置に対して接続要求信号を送信し、該接続要求信号に対する応答信号を受信する。また、送受信部１０２は、他の端末装置から接続要求信号を受信した場合、その応答信号を、該他の端末装置に送信する。
送信電力制御部１０６は、接続要求信号の送信出力レベル（送信電力）を制御する。例えば、無線送信チップ、例えばＲＦ−ＩＣなどの出力設定を変更することにより、送信出力レベルを変更する。また、パワーアンプなどの出力設定を変更することにより、送信出力レベルを変更するようにしてもよい。また、出力を制御することが可能な回路を用いて、出力設定を変更するようにしてもよい。
一例として、発信元の端末装置１００１が、隣接する端末装置１００２と接続を行う場合について、図６を参照して説明する。図６において、破線は端末装置１００１の通信範囲を示す。送信電力制御部１０６は、送信出力レベルを徐々に大きくして、端末装置１００２からの応答を検索する。
最初は、端末装置１００１の通信範囲が狭いため、該通信範囲には端末装置１００２は含まれない。徐々に送信出力レベルを上げた結果、端末装置１００１の通信範囲が徐々に広がり、端末装置１００２をその範囲に含むようになる。端末装置１００２は、端末装置１００１から送信された接続要求信号を受信すると、その応答信号を端末装置１００１に送信する。
送信電力制御部１０６は、端末装置１００２からの応答信号を受信した場合、その応答信号に対応する接続要求信号を送信した送信出力レベルを、常時発する送信出力レベルに設定する。ここでは、送信出力レベル、すなわち送信電力を徐々に上げた場合であるため、最初に応答信号を受信した場合の送信電力が、端末装置１００２と通信を確保できる最低限の送信電力となる。
また、送信電力制御部１０６は、最大の送信電力から徐々に下げて接続要求信号を送信するようにしてもよい。この場合、応答信号を受信できなくなる前の送信電力に設定する。
また、送信電力制御部１０６は、所定回数ランダムに送信電力を決定し、応答信号を受信できた送信電力のうちの最小値に設定するようにしてもよい。
このようにすることにより、発信側端末装置１００１と、受信側端末装置１００２との距離が、発信側端末装置１００１の送信出力レベルの限界以下であるならば、端末装置１００１の消費電力を低減することができる。
例えば、図７に示すように、発信側端末装置１００１の送信出力レベルの限界が１００ｍである場合に、発信側端末装置１００１と、受信側端末装置１００２との距離が８ｍである場合には、８ｍの送信を確保できる送信電力で済むため、消費電力を低減できる。
また、送信電力を徐々に上げた場合に、送信電力の限界値となっても応答信号を受信できない場合には、端末装置１００１には隣接する端末装置がないことになる。この場合、端末装置１００１は、ネットワークに参加することはできない。
例えば、図８に示すように、発信側端末装置１００１の送信出力レベルの限界が１００ｍである場合に、発信側端末装置１００１と受信側端末装置１００２との距離が１００ｍ以上である場合には、端末装置１００１は、送信電力の限界値で接続要求信号を送信しても、該接続要求信号の応答信号を受信できない。このため、ネットワークに参加することはできない。
また、送信電力制御部１０６は、他の端末装置からの接続要求信号を受信した場合に、該接続要求信号に含まれる送信電力を示す情報を参照し、該送信電力を示す情報に基づいて、応答信号の送信電力を決定し、その送信電力に設定する。このように、本実施例にかかる端末装置では、接続要求信号を送信する自端末装置における送信電力が設定される前に、受信側の端末装置における送信電力が決定される。このようにすることにより、接続要求信号に対する応答信号を送信する段階から、無線通信システム全体の消費電力を低減することができる。
接続要求信号生成部１０８は、他の端末装置に対して接続の要求を行う信号を生成する。この接続要求信号には、宛先となる端末装置のアドレス、この接続要求信号の送信電力を示す情報が格納される。
制御部１０４は、上述した各部の制御を行う。
このように、全ての端末装置が、送信出力レベルを動的に制御しながら、ネットワークを構築する。すなわち、個々の端末装置は通信状況に応じて適正な送信出力レベルを設定する。その結果、無線通信システム全体としての消費電力を低減することができる。
例えば、図９を参照して説明する。図９において、破線で示される円は、該円の中心に位置する端末装置の通信範囲を示す。端末装置１００１から１００７は、互いに隣接する端末装置との間で送信電力を決定する。隣接する端末装置間の距離が小さい場合には、低い送信電力となるため小円となる。その結果、隣接する端末装置間での送信電力が最適化（最小化）され、無線通信システム全体としての消費電力を低減できる。
次に、本実施例にかかる端末装置１００の動作について説明する。
ここでは、発信側の端末装置１００１と受信側の端末装置１００２に分けて説明する。
最初に、発信側の端末装置１００１の動作について、図１０を参照して説明する。
制御部１０４は、接続要求を行うか否かを判断する（ステップＳ１００２）。
接続要求を行わない場合（ステップＳ１００２：ＮＯ）、ステップＳ１００２に戻る。
一方、接続要求を行う場合（ステップＳ１００２：ＹＥＳ）、送信電力制御部１０６は、送信電力Ｐを決定する（ステップＳ１００４）。例えば、送信電力制御部１０６は、送信電力を最小値に設定する。
接続要求信号生成部１０８は、送信制御部１０６において決定された送信電力を示す情報を含む接続要求信号を生成する（ステップＳ１００６）。
送受信部１０２は、生成した接続要求信号を、送信電力Ｐで送信する（ステップＳ１００８）。
次に、制御部１０４は、接続要求信号に対する応答信号が、送受信部１０２において受信されたか否かを判断する（ステップＳ１０１０）。
応答信号が受信された場合（ステップＳ１０１０：ＹＥＳ）、送信電力制御部１０６は、送信電力を設定する（ステップＳ１０１２）。
一方、所定の時間経過しても応答信号が受信されない場合（ステップＳ１０１０：ＮＯ）、送信電力制御部１０６は、送信電力を所定の値だけ増加させて、新たな送信電力とし（ステップＳ１０１４）、ステップＳ１００４に戻る。
次に、受信側の端末装置１００２の動作について、図１１を参照して説明する。
最初に、制御部１０４は、送受信部１０２において接続要求信号が受信されたか否かを判断する（ステップＳ１１０２）。
接続要求信号が受信されない場合（ステップＳ１１０２：ＮＯ）、ステップＳ１１０２に戻る。
一方、接続要求信号が受信された場合（ステップＳ１１０２：ＹＥＳ）、送信電力制御部１０６は、受信された接続要求信号に格納されている送信電力を示す情報に基づいて、送信電力を決定する（ステップＳ１１０４）。例えば、送信電力制御部１０６は、送信電力を示す情報を参照し、その送信電力に設定する。
次に、送受信部１０２は、決定された送信電力で、接続要求信号に対する応答信号を送信する（ステップＳ１１０６）。
上述した実施例においては、低消費電力に特化したメッシュ型ネットワークを構成する場合について説明したが、消費電力を意識しないスター型ネットワークにおいても、通信状況により適正な出力レベルを設定する手段として適用できる。
また、本実施例にかかる端末装置をセンサー、例えば防犯センサーに付加し、各センサーに付加された端末装置間でデータを中継させることにより、防犯センサーの情報を集中管理することができる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明にかかる端末装置および無線通信システム並びに送信電力設定方法は、無線ネットワークシステムに適用できる。
スター型ネットワークの構成を示す説明図である。 メッシュ型ネットワークを示す説明図である。 メッシュ型ネットワークの問題点を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる無線通信ネットワークシステムを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置を示すブロック図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示すフロー図である。 本発明の一実施例にかかる端末装置の動作を示すフロー図である。
符号の説明
１００、１００１、１００２、１００３、１００４、１００５、１００６、１００７ 端末装置

Claims (5)

  1. 他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成手段と、
    前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御手段と
    を備え、
    前記送信電力制御手段は、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定することを特徴とする端末装置。
  2. 請求項１に記載の端末装置において：
    前記接続要求信号生成手段は、接続要求信号の送信電力を示す情報を接続要求信号に格納し、
    前記送信電力制御手段は、他の端末装置から接続要求信号を受信した場合に、該接続要求信号に格納された送信電力を示す情報に基づいて、応答信号の送信電力を決定することを特徴とする端末装置。
  3. 複数の端末装置を備え、
    前記端末装置は、
    他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成手段；
    前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御手段；
    を備え、
    前記送信電力制御手段は、前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定することを特徴とする無線通信システム。
  4. 他の端末装置に対して接続要求を行うための接続要求信号を生成する接続要求信号生成ステップ；
    前記接続要求信号の送信電力を可変に制御する送信電力制御ステップ；
    前記接続要求信号を送信する接続要求信号送信ステップ；
    前記接続要求信号に対する応答信号を受信した場合に、応答信号に対応する接続要求信号の送信電力のうちの最小値に、送信電力を設定する送信信号設定ステップ；
    を有することを特徴とする送信電力設定方法。
  5. 請求項４に記載の送信電力設定方法において：
    接続要求信号の送信電力を示す情報を、対応する接続要求信号に格納する送信電力情報格納ステップ；
    他の端末装置から接続要求信号を受信した場合に、該接続要求信号に格納された送信電力を示す情報に基づいて、応答信号の送信電力を決定する応答信号送信電力決定ステップ；
    応答信号を送信する応答信号送信ステップ；
    を有することを特徴とする送信電力設定方法。
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