JP2007208824A

JP2007208824A - 近距離無線データ通信装置

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Publication number: JP2007208824A
Application number: JP2006027253A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Kimura; 貞弘木村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: JP4690898B2; TWI338483B; US7840183B2; TW200803366A; US20070213091A1

Abstract

【課題】無線ＵＳＢ等の近距離無線データ通信装置において、通信占有区間の割り当ておよび通信占有区間内部での通信レートを制御することで、ＱｏＳ機能ならびに省エネ機能を実現する。
【解決手段】ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信装置であって、上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の近距離無線データ通信装置に関する。

無線技術の発達に伴い、従来有線で接続されていたものが無線での接続に変化しているケースが多く見られる。例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）はIEEE802.3（the Institute of Electrical and Electronic Engineers 802.3）に代表されるイーサーネットでの接続が主流であったが、近年はIEEE802.11系統に代表される無線ＬＡＮでの接続が多くの情報通信機器で採用されている。

この流れは、ＬＡＮに限らず、より近距離の通信であるＰＡＮ（Personal Area Network）にも広がっている。その一例として、ＵＳＢが挙げられる。ＵＳＢは現在、安価でかつ安定したＰＡＮ構築ができるため、広く普及している。このＵＳＢの手軽さをさらに高めるために、無線ＵＳＢ（Ｗ（Wireless）−ＵＳＢ）の要求が高まっている。無線ＵＳＢはその特性から今後オーディオ・ビジュアルの分野での需要が高まるのではないかと予測される。

無線ＵＳＢではＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多重アクセス）方式が採用されている。ＴＤＭＡの代表的な例としてＰＨＳ（Personal Handy phone System）が挙げられるが、ＰＨＳでのＴＤＭＡ方式は使用するタイムスロットが固定になっており、エラーによりデータレートが下がるとＱｏＳ（Quality of Service）が確保できなくなり、この方式をそのまま無線ＵＳＢに適応すると通信品質に問題が生じる場合がある。これは無線ＵＳＢでの通信がＰＨＳにおける音声通話とは異なり、大容量かつリアルタイム性を必要とする多種多様なアプリケーションで使用されると予測されるためである。

無線ＬＡＮにおいてはIEEE802.11eの規格によりＱｏＳの概念が導入されており、転送レートの保障がなされている。この技術の応用として、特許文献１、２などがある。しかしながら、無線ＵＳＢでのＱｏＳは未だ確立されておらず、これを解決する手法が必要である。

無線ＵＳＢの通信は、図１に示すようなスーパーフレーム（Superframe）内で行われる。スーパーフレームはビーコンピリオド（BP）と通信タイムスロットの基本単位である２５６個のＭＡＳ（Media Access Slot）群から構成される65msecの区間である。無線ＵＳＢで通信する場合、このＭＡＳを任意の個数占有してＤＲＰ（Distributed Reservation Protocol）を構成し、この通信占有区間内部で送受信を行う。このＤＲＰを効率的に割り当てるものとして特許文献３が挙げられる。ただし、これは無線ＵＳＢを使用する上位層のアプリケーション間での調停に関するもので、前述のＱｏＳを満足するものではない。

また、特許文献４には、親機と子機との間で回線のビジー状態によって通話ができなくなることを回避したデジタル無線通信システムが開示されている。しかし、データ転送におけるＱｏＳを満足するものではない。
特開２００５−２５２８９７号公報特表２００４−５１２７０５号公報特開２００４−３６４２５７号公報特開平１１−１４６４５４号公報

上述したように、無線ＵＳＢではＱｏＳが確立されておらず、安定した通信を行うことが困難であった。

また、この種の通信装置ではバッテリー駆動とされることも多いことから、消費電力を削減することが要望されている。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、無線ＵＳＢ等の近距離無線データ通信装置において、通信占有区間の割り当ておよび通信占有区間内部での通信レートを制御することで、ＱｏＳ機能ならびに省エネ機能を実現することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信装置であって、上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する手段を備える近距離無線データ通信装置を要旨としている。

また、請求項２に記載されるように、請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、当該装置内部に予め用意されているテーブルを使用し、上記通信占有区間内部の通信レートに応じて上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを変更し、通信帯域を一定に保つようにすることができる。

また、請求項３に記載されるように、請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、転送するデータの情報量に応じて、上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを通信可能な最小値に設定するようにすることができる。

また、請求項４に記載されるように、請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、対向通信機器との距離に応じて、上記通信占有区間内部の通信レートもしくは上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを変更するようにすることができる。

また、請求項５に記載されるように、請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、対向通信機器との距離に応じて、送出電力を変更するようにすることができる。

また、請求項６に記載されるように、ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信方法であって、上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する工程を備える近距離無線データ通信方法として構成することができる。

また、請求項７に記載されるように、ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信装置を制御するプログラムであって、上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する手段としてコンピュータを動作させる近距離無線データ通信制御プログラムとして構成することができる。

本発明にあっては、無線ＵＳＢ等の近距離無線データ通信装置において、通信占有区間の割り当ておよび通信占有区間内部での通信レートを制御することで、ＱｏＳ機能ならびに省エネ機能を実現することができる。

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。

＜第１の実施例＞
図２は本発明の第１の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。

図２において、無線ＵＳＢ装置は、送信情報（例えばＭＰＥＧ（Moving Picture Coding Experts Group）ストリーム）を保持している上位アプリケーション１と、上位アプリケーション１からデータを受け取り、必要な転送帯域を算出制御する転送帯域確保制御部２と、物理層でのリンクレートを決定するリンクレート制御部３と、ＤＲＰの割り当て制御を行うＤＲＰ割り当て制御部４と、無線ＵＳＢにおける論理データの送受信、再送制御および各種手続きを制御するＵＳＢプロトコル制御部５と、無線ＵＳＢで物理層を形成しＲＦ（Radio Frequency）ブロックを含むマルチバンドＯＦＤＭ処理部６と、無線電波の送受信を行うアンテナ７とを含んでいる。

動作にあっては、まず、転送帯域確保制御部２は上位アプリケーション１から転送データをもらい、そのデータを転送するために必要な帯域を算出する。例えば、ＭＰＥＧストリームの転送の場合、予めＭＰＥＧの最大データレートに対してマージンを確保するために３０％多く見積もって帯域を算出する。

次に、転送帯域確保制御部２は、ＤＲＰ区間を予め固定しておき、その情報をＤＲＰ割り当て制御部４に設定すると同時に、そのデータが固定したＤＲＰ区間内で転送できるだけの物理層でのリンクレートを決定し、リンクレート制御部３に設定する。設定内容は、無線送受信において、割り当てＤＲＰがＡ（ＭＡＳ換算でＡ個分）で、かつ物理層でのリンクレートがＸと言う状態となる。

この状態で、転送帯域確保制御部２は上位アプリケーション１からのデータをＵＳＢプロトコル制御部５に渡す。ＵＳＢプロトコル制御部５は設定されたＤＲＰ（Ａ）とリンクレート（Ｘ）で送信する手続きを行い、マルチバンドＯＦＤＭ処理部６を介してアンテナ７より送信を行う。この際、対向通信機器との間でパケットロスなどによる通信エラーが発生した場合、ＵＳＢプロトコル制御部５は再送手続きを行い、再送回数を転送帯域確保制御部２にフィードバックする。

この無線送信において、エラーがほとんどなく、再送が予め設定されている回数（最大データレートに対してマージンを３０％確保した値より算出）以下の場合、転送帯域確保制御部２はリンクレート、ＤＲＰ割り当てを維持する。

しかし、再送回数が設定回数を上回った場合、転送帯域確保制御部２は、装置内部に予め格納されているＤＲＰ−リンクレート補正テーブルに従い、リンクレートおよびＤＲＰの割り当てを変更する。図３はＤＲＰ−リンクレート補正テーブルの例を示す図であり、必要帯域に応じてリンクレートと必要ＤＲＰ個数とが対応付けられている。

リンクレートおよびＤＲＰの割り当ての変更として、転送帯域確保制御部２はリンクレートを例えば480Mbpsから200Mbpsにするようにリンクレート制御部３に伝える。さらに同テーブルにより、転送帯域確保制御部２はＤＲＰ割り当て制御部４に対し、ＤＲＰの割り当てを200Mbpsでの必要ＤＲＰ個数である３を設定する様にＤＲＰ割り当て制御部４に伝える。

ＤＲＰ−リンクレート補正テーブルは必ず、
必要帯域 ≦ リンクレート × 必要ＤＲＰ個数
の制約を満たすものである。従って、リンクレートが低下しても、必要帯域は保障される。

このように、リンクレートが減少した分を、転送時間（ＤＲＰ）にて補うため、全体の転送量の送信帯域が確保され、安定したデータ転送が行えるものである。

＜第２の実施例＞
図４は本発明の第２の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。

図４において、無線ＵＳＢ装置は、送信情報（例えばＭＰＥＧストリーム）を保持している上位アプリケーション１と、上位アプリケーション１からデータを受け取り、必要な転送帯域を算出制御する転送帯域確保制御部２と、物理層でのリンクレートを決定するリンクレート制御部３と、ＤＲＰの割り当て制御を行うＤＲＰ割り当て制御部４と、無線ＵＳＢにおける論理データの送受信、再送制御および各種手続きを制御するＵＳＢプロトコル制御部５と、無線ＵＳＢで物理層を形成しＲＦブロックを含むマルチバンドＯＦＤＭ処理部６と、無線電波の送受信を行うアンテナ７とを含んでいる。

動作にあっては、送信データの対象であるＭＰＥＧストリームが可変レートにてコーディングされているものとすると、転送帯域確保制御部２は上位アプリケーション１から転送ＭＰＥＧデータをもらい、そのフレームに対するコーディングレート（可変値）を読み出す。このコーディングレートの値をリンクレート制御部３に設定すると同時に、そのコーディングレートにて転送した場合に必要となる最小のＤＲＰを算出し、ＤＲＰ割り当て制御部４に設定する。

この状態で、転送帯域確保制御部２は上位アプリケーション１からのデータをＵＳＢプロトコル制御部５にデータを渡す。ＵＳＢプロトコル制御部５は設定されたＤＲＰとリンクレートで送信する手続きを行い、マルチバンドＯＦＤＭ処理部６を介してアンテナ７より送信を行う。

この様にＤＲＰを最小にすることで、図５に示すようにスーパーフレーム64msec中の送信ＤＲＰ区間以外はスリープすることができるため、省エネ効果が期待できる。

＜第３の実施例＞
図６は本発明の第３の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。

図６において、無線ＵＳＢ装置は、送信情報を保持している上位アプリケーション１と、上位アプリケーション１からデータを受け取り、必要な転送帯域を算出制御する転送帯域確保制御部２と、物理層でのリンクレートを決定するリンクレート制御部３と、ＤＲＰの割り当て制御を行うＤＲＰ割り当て制御部４と、無線ＵＳＢにおける論理データの送受信、再送制御および各種手続きを制御するＵＳＢプロトコル制御部５と、無線ＵＳＢで物理層を形成しＲＦブロックを含むマルチバンドＯＦＤＭ処理部６と、無線電波の送受信を行うアンテナ７とを含んでいる。

動作にあっては、まず、転送帯域確保制御部２は対向通信機器の情報を取得するために、ＵＳＢプロトコル制御部５に対向通信機器情報要求を出す。ＵＳＢプロトコル制御部５はこの要求が来た時点で、対向通信機器との距離を測定するためのパケットを送信し、対向機器とのやり取りを行い（実際には距離を測定するプロトコル処理を行う）、距離を計測する。ＵＳＢプロトコル制御部５は測定した距離情報を対向通信機器情報として転送帯域確保制御部２に通知する。

転送帯域確保制御部２はこの距離情報と予め内部に設定されている距離テーブル（対向通信機器の距離に対して、送受信エラーが最適になるように設定されている）を参照し、設定すべきリンクレートとＤＲＰを決定する。この決定したリンクレートをリンクレート制御部３に、ＤＲＰをＤＲＰ割り当て制御部４に設定する。図７は距離テーブルの例を示す図であり、必要帯域（この例では400Mbps）に応じて、対抗通信機器との距離とリンクレートと必要ＤＲＰ個数とが対応付けられている。

この距離テーブルは対向通信機器の距離に対して、送受信エラーが最適になるように設定されているため、通信エラーの発生確率が最適値となり、パケットロスの少ない通信環境が構築できる。

＜第４の実施例＞
図８は本発明の第４の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。

図８において、無線ＵＳＢ装置は、送信情報を保持している上位アプリケーション１と、上位アプリケーション１からデータを受け取り、必要な転送帯域を算出制御する転送帯域確保制御部２と、物理層でのリンクレートを決定するリンクレート制御部３と、ＤＲＰの割り当て制御を行うＤＲＰ割り当て制御部４と、無線ＵＳＢにおける論理データの送受信、再送制御および各種手続きを制御するＵＳＢプロトコル制御部５と、無線ＵＳＢで物理層を形成しＲＦブロックを含むマルチバンドＯＦＤＭ処理部６と、無線電波の送受信を行うアンテナ７とを含んでいる。

転送帯域確保制御部２はこの距離情報と予め内部に設定されている距離テーブル（対向通信機器の距離に対して、送受信エラーが最小になるように設定されている）を参照し、設定すべきリンクレートとＤＲＰさらに送信レベルを決定する。この決定したリンクレートをリンクレート制御部３に、ＤＲＰをＤＲＰ割り当て制御部４に、送信レベルをマルチバンドＯＦＤＭ処理部６に設定する。図９は距離テーブルの例を示す図であり、必要帯域（この例では400Mbps）に応じて、対抗通信機器との距離とリンクレートと必要ＤＲＰ個数と送信レベルとが対応付けられている。

この距離テーブルは対向通信機器の距離に対して、送受信エラーが最適になるように設定されているため、通信エラーの発生確率が最適値となり、パケットロスの少ない通信環境が構築でき、かつ適切な送信レベルが設定されているため、ＲＦでの消費電流の削減が期待できる。すなわち、対向通信機器との距離に応じてリンクレートとＤＲＰを最適にすることにより、パケットロスの少ない通信環境が構築できると同時に、送信レベルを極力抑えることができるため、省エネ効果が期待できる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

無線ＵＳＢのスーパーフレームの構成例を示す図である。本発明の第１の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。ＤＲＰ−リンクレート補正テーブルの例を示す図である。本発明の第２の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。スーパーフレームにおけるスリープ可能区間の例を示す図である。本発明の第３の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。距離テーブルの例を示す図である。本発明の第４の実施例にかかる無線ＵＳＢ装置の構成例を示す図である。距離テーブルの例を示す図である。

符号の説明

１上位アプリケーション
２転送帯域確保制御部
３リンクレート制御部
４ＤＲＰ割り当て制御部
５ＵＳＢプロトコル制御部
６マルチバンドＯＦＤＭ処理部
７アンテナ

Claims

ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信装置であって、
上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する手段を備えたことを特徴とする近距離無線データ通信装置。
請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、
当該装置内部に予め用意されているテーブルを使用し、上記通信占有区間内部の通信レートに応じて上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを変更し、通信帯域を一定に保つことを特徴とする近距離無線データ通信装置。
請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、
転送するデータの情報量に応じて、上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを通信可能な最小値に設定することを特徴とする近距離無線データ通信装置。
請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、
対向通信機器との距離に応じて、上記通信占有区間内部の通信レートもしくは上記通信占有区間を形成するスロットの割り当てを変更することを特徴とする近距離無線データ通信装置。
請求項１に記載の近距離無線データ通信装置において、
対向通信機器との距離に応じて、送出電力を変更することを特徴とする近距離無線データ通信装置。
ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信方法であって、
上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する工程を備えたことを特徴とする近距離無線データ通信方法。
ビーコンピリオド中にビーコンを送信もしくは受信し、ビーコンピリオド間のスーパーフレーム中に通信占有区間を任意に割り当てが可能で、上記通信占有区間により所定のプロトコルに従って通信を行う近距離無線データ通信装置を制御するプログラムであって、
上記通信占有区間の通信レートおよび上記通信占有区間を形成するスロット数を動的に設定・変更する手段としてコンピュータを動作させることを特徴とする近距離無線データ通信制御プログラム。