JP2008193247A - 無線通信システムに適用される親端末の通信方法、親端末装置およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】近隣の電波状態を測定・監視することなしに、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理を可能にする親端末の通信方法を提供する。
【解決手段】本通信方法は、親端末100に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するチャネル決定ステップと、自ネットワークに参加している子端末200に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信ステップと、要求データおよび返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理ステップと、チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、選択可能な無線チャネルのいずれかをチャネル情報に基づいて変更チャネルとして選択し、選択した変更チャネルを返信データの受信が確認された子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル変更ステップと、を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線通信システムに適用される親端末の通信方法、親端末装置およびプログラムに係り、特に、選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムに適用される、親端末の通信方法、親端末装置およびプログラムに関する。
近年、セキュリティ管理を始めとして、空調・照明・室温管理、電気・ガスメータのテレメタリング、生産現場・倉庫での流通管理、家庭での電気製品の遠隔制御等、センサを用いた無線ネットワークの適用範囲が拡大している。そして、このような無線センサネットワークのアプリケーションを実現するための通信方式として、Bluetooth(Bluetooth SIG, Inc.の登録商標;以下同様)よりも低速で伝送距離も短いが、代わりに省電力でコストも低い短距離無線通信規格であるZigBee(Koninklijke Philips Electronics N. V.の登録商標;以下同様)が普及しつつある。ZigBeeでは、物理層のインターフェースにIEEE802.15.4が用いられ、無線LAN規格のIEEE802.11bと同じ2.4GHz帯の周波数帯域が16チャネルに分割されて用いられる。
ZigBeeが用いられる2.4GHz帯は、「ジャンクバンド」とも呼ばれるほど、無線LANを始めとする様々な通信方式で用いられている。このため、例えばセキュリティ管理製品の展示会場等、不特定多数の無線端末が存在する通信環境では、限られた数のチャネルを共用する複数のネットワークが混在し、隣接するネットワーク間で同一のチャネルが使用されると混信が生じて通信不能となる場合がある。よって、このような通信環境下では、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理が必要となる。
このような通信環境下でのネットワークの確立に関して、下記特許文献1には、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式を用いて親端末と子端末との間で通信を行う無線LANシステムで、トラフィックの集中によるスループット悪化を低減する方法が開示されている。下記特許文献1等に開示されている方法では、親端末の起動時に使用可能なチャネルの電波状態を測定して最適チャネルが決定された上で、定期的に自ネットワークの送信を停止させて、子端末が分散して近隣の電波状態を監視することで通信環境の変化に応じて最適チャネルが選択される。
特開2001−237856号公報
しかしながら、上記方法では、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理のために、近隣の電波状態を測定・監視する手段が必要とされる。換言すれば、限られた数のチャネルを共用する通信環境下では、近隣の電波状態を測定・監視する手段なしには、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理を行うことができない。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、近隣の電波状態を測定・監視することなしに、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理をすることができる、新規かつ改良された、親端末の通信方法、親端末装置およびプログラムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点によれば、選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムに適用される親端末の通信方法が提供される。本通信方法は、親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するチャネル決定ステップと、親端末のネットワークに参加している子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信ステップと、要求データおよび返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理ステップと、チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、チャネル情報に基づいて選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した変更チャネルを返信データの受信が確認された子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御ステップと、を含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するので、複数の無線ネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。また、チャネルを変更する必要性があると判断し、チャネル情報に基づいて変更チャネルを選択し、選択した変更チャネルを自ネットワークに参加している子端末に通知した上でチャネルを変更するので、親端末および子端末が最適なチャネルに自動的に移動される。
第1の識別子および選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルが決定されるようにしてもよい。かかる方法によれば、第1の識別子および選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルを決定するので、複数の無線ネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。
要求データが送信された子端末の数(Ns)に対する返信データの受信が確認された子端末の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値を超えない場合には、チャネルを変更する必要性があると判断されるようにしてもよい。かかる方法によれば、上記割合が所定の閾値を超えない場合にチャネルを変更する必要性があると判断するので、チャネル衝突の発生頻度が高いチャネルに対しては、チャネルを変更する必要性があると判断される。
チャネル制御ステップでは、上記割合の高いチャネルが優先的に選択されるようにしてもよい。かかる方法によれば、上記割合の高いチャネルを優先的に選択するので、チャネル変更に際して、チャネル衝突の発生頻度が低いチャネルが優先的に選択される。
親端末のネットワークに参加するために、親端末に固有の第2の識別子に基づいて、選択可能な無線チャネル上で親端末の使用チャネルが子端末により検索されるようにしてもよい。かかる方法によれば、親端末に固有の第2の識別子に基づいて親端末の使用チャネルが検索されるので、親端末のネットワークに参加する子端末により所望の親端末が容易にアクセスされる。
また、本発明の第2の観点によれば、選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムに適用される親端末装置が提供される。本親端末装置は、自ネットワークに参加している子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信部と、要求データおよび返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理部と、自らに固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定し、かつ、チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、チャネル情報に基づいて選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した変更チャネルを返信データの受信が確認された子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、チャネル制御部が親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するので、複数の無線ネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。また、チャネル制御部が、チャネルを変更する必要性があると判断し、チャネル情報に基づいて変更チャネルを選択し、選択した変更チャネルを自ネットワークに参加している子端末に通知した上でチャネルを変更するので、親端末および子端末が最適なチャネルに自動的に移動される。
チャネル制御部が第1の識別子および選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルを決定するようにしてもよい。かかる構成によれば、第1の識別子および選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルを決定するので、複数のネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。
要求データが送信された子端末の数(Ns)に対する返信データの受信が確認された子端末の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値を超えない場合には、チャネル制御部がチャネルを変更する必要性があると判断するようにしてもよい。かかる構成によれば、上記割合が所定の閾値を超えない場合にチャネルを変更する必要性があると判断するので、チャネル衝突の発生頻度が高いチャネルに対しては、チャネルを変更する必要性があると判断される。
チャネル変更に際して、チャネル制御部が上記割合の高いチャネルを優先的に選択するようにしてもよい。かかる構成によれば、上記割合の高いチャネルを優先的に選択するので、チャネル変更に際して、チャネル衝突の発生頻度が低いチャネルが優先的に選択される。
さらに、本発明の第3の観点によれば、選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムにおける親端末に用いられるプログラムが提供される。本プログラムは、親端末を、自ネットワークに参加している子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信手段、要求データおよび返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理手段、親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定し、かつ、チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、チャネル情報に基づいて選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した変更チャネルを返信データの受信が確認された子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御手段、として機能させることを特徴とする。
かかる構成によれば、チャネル制御手段が親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するので、複数の無線ネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。また、チャネル制御手段が、チャネルを変更する必要性があると判断し、チャネル情報に基づいて変更チャネルを選択し、選択した変更チャネルを自ネットワークに参加している子端末に通知した上でチャネルを変更するので、親端末および子端末が最適なチャネルに自動的に移動される。
以上説明したように、本発明によれば、近隣の電波状態を測定・監視することなしに、チャネル衝突の回避やチャネル変更の処理を可能にする、親端末の通信方法、親端末装置およびプログラムを提供することができる。
以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図1は、ZigBeeのネットワークモデルを示す説明図である。図1に示すように、ZigBeeネットワークは、親端末100となるコーディネータ(ZC)100、ルータ(ZR)150、および子端末200となるエンドデバイス(ZED)200で構成され、スター型のトポロジとメッシュ型のトポロジとを融合したクラスタツリー型のネットワークである。親端末100およびルータ150は、PAN(Personal Area Network)コーディネータの機能を有し、スターリンク(クラスタ)を形成する。同時に、親端末100とルータ150との間でメッシュリンクを形成することで、マルチホップネットワークが構成される。一方、子端末200は、親端末100やルータ150にスターリンクで接続することで、ネットワークに参加する。子端末200は、接続したルータ150を介してマルチホップ通信を行うことで、ネットワークに接続されている他のデバイスと通信できる。
図2は、ZigBeeの一般的なシステム構成を概略的に示すブロック図である。ZigBeeのプロトコル構成は、例えば、IEEE802.15.4の物理層およびデータリンク層を用いて、その上位にネットワーク層、トランスポート層、セッション層、プレゼンテーション層およびアプリケーション層が規格化されている。
ZigBee端末100、200は、通常の無線LAN端末と同様に、アンテナ110に接続された無線部120、無線部120に接続された復調部130および変調部140、記憶部150、各プロトコル層の構成160、170等を含む。無線部120は、IEEE802.15.4規格に準拠し、アンテナ110に対して2.4GHzの無線信号を送受信する回路で構成され、出力側に復調部130、入力側に変調部140が各々に接続される。復調部130は、IF(Intermediate
Frequency)インターフェースにより無線部120から取込まれた受信データを復調し、復調データを出力する回路であり、変調部140は、IQデータとして入力された変調データを変調信号に変調し、無線部120に出力する回路である。復調部130の出力側および変調部140の入力側に物理層160が接続される。物理層160は、IEEE802.15.4規格に準拠し、受信時には復調データを復調部130から取込み、送信時には変調データを変調部140に出力する回路である。物理層160には、例えば送受信データや作業データ等を格納する記憶部150がRAM(Random
Access Memory)等により構成されて接続される。
物理層160には、受信電力測定やリンク品質通知、チャネルの使用状況を確認するCSMA−CA等のデータ送受信機能を有するデータ送受信制御部165が設けられる。データ送受信制御部165の仕様は、例えば、周波数が2.4GHz、チャネル数が16、変調方式がO−QPSK(オフセット四位相偏移変調)、拡散方式がDSSS(直接拡散方式)、データレートが250kbit/sである。一方、図2中にプロトコル層170で一括して示される各プロトコル層では、データリンク層がデータフォーマット処理層であるMAC(Media Access Control)層を有し、ネットワーク層がネットワーク上に接続された2ノード間でのデータ転送管理を行う。トランスポート層が通信管理を行い、セッション層が通信の開始から終了までの管理を行う。そして、プレゼンテーション層がアプリケーション層とセッション層との間のインターフェース管理を行う。プロトコル層の構成は、例えば、無線部120等の回路構成部と同一のLSI(大規模集積回路)上に物理層160が実装され、その集積回路に接続されたCPU等に他のプロトコル層170が実装される場合もある。
ここで、本実施形態に係る親端末100は、従来のZigBee端末に対して、少なくとも、データ送受信機能、チャネル情報管理機能、チャネル制御機能を有するものである。
データ送受信機能は、自ネットワークに参加している子端末200に確認応答の返信を要求するデータを定期的に送信し、子端末200から確認応答の返信データを受信するものである。データ送受信機能では、自ネットワークに参加している子端末200のネットワーク識別子に基づいて、該当する子端末200に確認応答の返信を要求する要求データが、親端末100のデータ送受信制御部165、変調部140、無線部120およびアンテナ110等を介して定期的に送信される。そして、子端末200から送信された返信データが、親端末100のアンテナ110、無線部120、復調部130およびデータ送受信制御部165等を介して受信される。ここで、自ネットワークに参加している子端末200のネットワーク識別子は、例えば親端末100の記憶部150等に確保された記憶領域にネットワーク情報として記憶され、必要に応じてデータ送受信制御部165を含む他の構成部によりアクセスされる。
チャネル情報管理機能は、要求データおよび返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するものである。チャネル情報管理機能では、親端末100により送信された要求データおよび受信された返信データの送受信状況等がチャネル情報として、例えば親端末100のデータ送受信制御部165等により管理される。ここで、チャネル情報は、例えば親端末100の記憶部150等に確保された記憶領域に記憶され、必要に応じてデータ送受信制御部165を含む他の構成部によりアクセスされる。
チャネル制御機能は、第1に、固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するものである。チャネル制御機能では、起動時のチャネルが、親端末100に固有の第1の識別子に基づいて、親端末100のデータ送受信制御部165により決定される。ここで、識別子情報は、例えば親端末100の記憶部150等に確保された記憶領域にネットワーク情報として記憶され、必要に応じてデータ送受信制御部165を含む他の構成部によりアクセスされる。
チャネル制御機能は、第2に、チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、チャネル情報に基づいて選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した変更チャネルを返信データの受信が確認された子端末200に通知し、無線チャネルを変更するものである。チャネル制御機能では、チャネル情報に基づいて、チャネルを変更する必要性があると判断された場合には、データ送受信制御部165等によって、選択可能な無線チャネルのいずれかが選択され、返信データの受信が確認された子端末200に通知された後に、チャネルが変更される。ここで、返信データの受信が確認された子端末200に関する情報は、チャネル情報として管理されている。
ネットワーク情報およびチャネル情報は、親端末100の記憶部150に限定されず、他の構成部に確保された記憶領域に記憶されるようにしてもよい。ここで、自ネットワークに参加している子端末200のネットワーク識別子に関する情報は、ネットワーク接続情報の変更に応じて逐次最新の状態に更新される。また、要求データおよび返信データの送受信状況に関する情報は、例えば所定の時間が経過した後等、必要に応じて古い履歴から破棄されるので、記憶領域の確保が容易となる。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る無線通信システムが適用される通信環境を示す説明図である。なお、図3中では、便宜的にルータ(ZR)150の表示が省略されている。図2に示す通信環境では複数のZigBeeネットワーク300、400が存在し、互いのネットワーク300、400内で交信される無線信号が混在する電波状態にある。すなわち、複数のネットワーク300、400を構成する端末100、200が混在しており、各ネットワーク300、400で使用するチャネルの選択に応じては、一方のネットワーク(例えばネットワーク300)を構成するZigBee端末100,200が他方のネットワーク(例えばネットワーク400)を構成するZigBee端末100,200の無線信号を受信可能な状態にある。
図4および図5は、第1の実施形態に係る無線通信システムの通信方法を示すシーケンス図であり、図4がネットワーク確立時のシーケンスを示し、図5がネットワーク確立後のシーケンスを示している。以下では、図4および図5を主に参照しながら、本実施形態に係る無線通信システムの通信方法について説明する。
ネットワークの確立に際して、まず、無線通信システムを構成する親端末100(ZC)100が自らに固有の第1の識別子に基づいて起動時のチャネルを決定する(S100)。ここで、第1の識別子は、例えば、IEEE802.11規格の無線LANのネットワーク識別子の1つとして用いられるESSID(Extended Service Set
IDentifier)である。ESSIDは、複数のネットワークとの交信が可能となる「混信」を避けるために、親端末100に固有に割当てられたネットワーク名のようなものであり、最大32文字までの英数字で任意に構成される。
図6は、ESSIDに基づく起動時のチャネル決定の方法を例示するフロー図である。起動時のチャネル決定に際しては、まず、ESSIDが数値化情報に変換される。図6に示す例では、ESSIDを構成する英数字の英字部のみがアスキーコードに変換(ASC数値化)される。アスキーコードでは、英大文字「A」〜「Z」が65〜90、英小文字「a」〜「z」が97〜122に各々に対応する。本例では、ESSID「Oki20061130」を構成する英字部「O」、「k」、「i」が数値79、107、105の各々に変換される。次に、ESSIDを構成する英字部の変換値および数字部の数値から合計値が算出される。本例では、79+107+105+2+6+1+1+3=304の合計値がESSIDの数値化情報として得られる。最後に、ESSIDの数値化情報がZigBeeで選択可能なチャネル数16で除算されて剰余値が算出される。本例では、ESSIDの数値化情報304をチャネル数16で除算した剰余値0が算出される。そして、この剰余値を引数として、予め定義されたチャネル割当てテーブル等(例えば、引数0、1、2...にチャネル11、12、13...を割当てる。)に基づいて、起動時のチャネルが11に決定される。
なお、図6に示すチャネル決定方法は、あくまでも一例を示すものである。よって、例えば、ESSIDとは異なる識別子に基づく方法、異なる数値化方法、異なるチャネル割当方法およびそれらの組合せ等の変形例も当然のごとく考えられる。いずれにしても、親端末100が自らに固有の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定することで、隣接する複数の無線ネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。
起動時のチャネルが決定されると、次に、無線通信システムを構成する各子端末200(ZED1...ZEDn)200が、自らが参加を希望する親端末100に固有の第2の識別子に基づいて、選択可能なチャネル上で親端末100の使用チャネルを検索し、親端末100に対する参加処理を行う(S110〜S118)。ここで、第2の識別子は、例えば、無線LANのネットワーク識別子の1つとして用いられるPANID(Personal Area Network IDentifier)である。
図7は、PANIDに基づくチャネル検索の方法を例示するフロー図である。チャネル検索は、2.4GHz帯の周波数帯域を16分割したチャネル11〜26(周波数帯域2、405〜2、480kHzの5kHz毎のチャネル)に対して行われる。チャネル検索に際しては、まず、チャネルの想定値iiが例えば11に設定される(S112)。次に、参加を希望する親端末100のPANIDが想定チャネルii上に存在するか否かが調査される(S114)。希望するPANIDが想定チャネルii上に存在する場合には、想定チャネルiiのチャネル情報(例えば、チャネル11に相当する周波数2、405kHz)が親端末100のチャネル情報として取得される(S116)。一方、希望するPANIDが存在しない場合には、チャネルの想定値iiが例えば12に変更された上で、変更された想定チャネルii上に該当するPANIDが存在するか否かが再び調査される(S114、S115)。子端末200は、参加を希望する親端末100のチャネル情報が取得されれば、当該親端末100に対する参加処理を行う(S118)。
なお、図7に示すチャネル検索方法は、あくまでも一例を示すものである。よって、ネットワークの使用環境に応じて予め定義可能な(例えば、参加を希望する親端末100のPANIDが存在する可能性が高いことが既知である)チャネルにチャネルの想定値iiが設定されるという変形例も考えられる。いずれにしても、親端末100に固有の識別子に基づいて親端末100の使用チャネルを検索することで、親端末100のネットワークに参加する子端末200が所望のネットワークに容易にアクセスできる。
図8は、第1の実施形態に係る無線通信システムの親端末で実行されるネットワーク確立後の通信方法を示すフロー図である。以下では、図5とともに図8を参照しながら、ネットワーク確立後の無線通信システムの通信方法について説明する。
親端末100と子端末200との間でネットワークが確立されると、自ネットワークへの参加を確認するために、親端末100が自ネットワークに参加している子端末200に対して確認応答の返信を要求するデータを所定の周期iで送信する(S120〜S123)。なお、要求データの送信回数は、周期i毎に初期化され、送信毎にカウントされる(S121、S123)。ここで、自ネットワークに参加している子端末200は、ネットワーク情報として記憶されている子端末200のネットワーク識別子等に基づいて特定される。親端末100の要求データに対して、要求データを受信した子端末200が確認応答のデータを返信する(S130、S132)。ここで、確認応答のデータとしては、ZigBee仕様が適用されるアプリケーション(APS)層のACK(送信先から送信元に送信される肯定的な確認応答)が用いられる。通信距離(約10〜75m)の短いZigBeeでは、不足する通信距離を他の端末を介して延長(マルチホップ)することができるので、ネットワークのルート全体で通信が可能となる。一方、ZigBee仕様が適用されないMAC層のACKは、通信距離の延長に対応していないので、子端末200の返信データが親端末100に到達しない場合があるため、APS層ACKが用いられる。
親端末100は、APS層ACKの受信状況に応じて使用チャネルの電波状態を把握する。親端末100は、APS層ACKの受信が確認された子端末200(例えばZED1)が自ネットワークに参加しており(または通信可能な状態にあり)、受信が確認されなかった子端末200(例えばZEDn)が参加していない(または一時的に通信不能な状態にある)ことを認識する。また、親端末100は、受信が確認されなかった子端末200から返信されたAPS層ACKを含む通信信号が、隣接するZigBeeネットワークの通信信号との間で生じたチャネル衝突等の通信障害により喪失されたものとみなす。親端末100は、要求データの送信時点から所定の時間jが経過する間に、特定の子端末200からAPS層ACKの受信が確認できない場合には、当該子端末200に要求データを再送信する(S140〜S142)。そして、親端末100は、要求データの再送信を所定の回数kに亘って試行する間に、当該子端末200からAPS層ACKの受信が確認できない場合には、当該子端末200と通信不能な状態にあるとみなす(S150、S160)。そして、親端末100は、子端末200との間で行われる要求データおよび返信データの送受信状況の詳細をチャネル情報として記憶する。
そして、親端末100は、要求データが送信された子端末200の数(Ns)に対するAPS層ACKの受信が確認された子端末200の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値lを超えない場合には、使用チャネル上で他のZigBeeネットワークとの間でチャネル衝突等の通信障害が発生しているとみなす(S162)。そして、親端末100は、使用チャネルの障害状況や情報の更新時間等をチャネル情報として記憶する。
以上で説明したように、親端末100が使用チャネル上でチャネル衝突等の通信障害の発生を認識する一連の処理(S120〜S162)は、複数のパラメータi,j,k,l、すなわち、要求データの送信周期i、返信データの受信確認時間j、要求データの再送回数k、通信障害の発生を擬制する閾値l、により調整される。ここで、各パラメータは、予め固定値として設定されてもよく、またはネットワークの使用環境に応じて定義可能な可変値として設定されてもよい。また、送信周期iおよび確認時間jは、再送回数kや閾値lに応じて変化するように設定されてもよい。また、再送回数kや閾値lは、例えば、近隣の電波状態が悪化した場合には、再送回数kを増加させ、閾値lを減少させる等、選択可能なチャネルのチャネル情報に応じて変化するように設定されてもよい。
図9は、チャネル情報を記憶するためのテーブルの一部を例示する説明図である。図9に示すテーブルは、ネットワークの確立時から使用されたチャネルのチャネル番号と、対応するエラー割合(Ns/Nrに相当する。)、エラー割合から算出されるチャネル選択の優先度およびチャネル情報の更新時間等のチャネル情報を含む。ここで、テーブルに示す優先度は、使用されたチャネル間でエラー割合や更新時間を対比することで算出される。なお、前述したように、チャネル情報は、図9に示すテーブル中の情報以外にも、親端末100と子端末200との間で行われる要求データおよび返信データの送受信状況の詳細を含む。
以上のように、親端末100は、要求データおよび返信データの送受信状況を管理することで、電波状態を監視することなしに、使用チャネルの電波状態を把握することがきる。
親端末100は、使用チャネル上で通信障害が発生していないと判断すれば、ネットワーク処理を継続し、所定の周期iの経過後に、自ネットワークに参加している子端末200に対して再び自ネットワークへの参加を確認する(S120〜S162)。一方、親端末100は、使用チャネル上で通信障害が発生していると判断すれば、以下のようなチャネル変更の処理を行う(S170〜S174)。
チャネル変更の処理に際して、親端末100は、まず、変更後のチャネルを選択する(S170)。変更チャネルの選択方法としては、まず、無線LAN(IEEE802.11b)のチャネル構成上で使用頻度の少ないチャネル15、20、25、26を降順もしくは昇順で優先的に割当てることができる。次に、チャネル情報に含まれるチャネルから、エラー割合が所定の閾値以下であるチャネルまたは優先度が高いチャネルを優先的に割当てることができる。または、使用可能なチャネルを単純に昇順もしくは降順に割当てることもできる。あるいは、これらの選択方法を組合せることで、最適な変更チャネルを選択するようにしてもよい。
変更チャネルを選択すると、親端末100は、通信可能な各子端末200に対して、選択した変更チャネルのチャネル情報を通知する(S172)。なお、変更チャネルのチャネル情報とともに使用チャネルを変更する旨を通知するようにしてもよい。チャネル変更を通知された各子端末200は、親端末100と適切な同期をとった上で、使用チャネルから変更チャネルへのチャネル変更を親端末100とともに行う(S174、S180)。
一方、APS層ACKの受信が確認されずに通信不能であるとみなされた子端末200は、チャネル変更を通知されないので、親端末100のチャネル変更後には従前のネットワークに参加できなくなる。このため、通信不能であるとみなされた子端末200は、親端末100との通信が所定の時間m以上に亘って途絶えたことを判断すると、図7で示したように、親端末100に固有の第2の識別子に基づいてチャネル検索を行う(S190、S192)。子端末200は、参加を希望する親端末100の第2の識別子が所定のチャネル上に存在することを確認すると、親端末100に対する参加処理を行い、ネットワークを再び確立する(S194)。
これにより、親端末100に固有の第2の識別子に基づいて親端末100のチャネルを検索するので、返信データの受信が確認されなかった子端末200が、親端末100のネットワークに再び参加するために所望の親端末100に容易にアクセスできる。
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、親端末100に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するので、複数のZigBeeネットワークに同一のチャネルが割当てられ難くなる。また、チャネルを変更する必要性があると判断し、チャネル情報に基づいて変更チャネルを選択し、選択した変更チャネルを自ネットワークに参加している子端末200に通知した上でチャネルを変更するので、親端末100および子端末200が最適なチャネルに自動的に移動される。よって、近隣の電波強度を測定・監視する手段なしに、複数のZigBeeネットワーク間でチャネル衝突の回避やチャネル変更の処理を行うことができる。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る無線通信システムが適用される通信環境を示す説明図である。図10に示す通信環境では複数のZigBeeネットワーク300、400およびBluetoothや無線LAN等の無線端末550を含む無線ネットワーク500が存在し、互いのネットワーク内300、400、500で交信される無線信号が混在する電波状態にある。すなわち、複数のネットワーク300、400、500を構成する端末100、200、550が混在しており、各ネットワーク300、400、500で使用するチャネルの選択に応じては、一方のネットワーク(例えばネットワーク300)を構成するZigBee端末100、200が他方のネットワーク(例えばネットワーク400、500)を構成するZigBeeおよび/またはBluetoothや無線LAN等の端末100、200、550の無線信号を受信可能な状態にある。
以下では、本実施形態に係る無線通信システムの通信方法について説明するが、第1の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図11は、第2の実施形態に係る無線通信システムの通信方法(ネットワーク確立後)を示すシーケンス図である。
第1の実施形態と同様に、本実施形態に係る無線通信システムでも、まず、親端末100と子端末200との間でネットワークが確立される。親端末100と子端末200との間でネットワークが確立されると、自ネットワークへの参加を確認するために、親端末100が自ネットワークに参加している子端末200に対して確認応答の返信を要求する要求データを所定の周期iで送信する(S220、S222)。親端末100の要求データに対して、要求データを受信した子端末200が確認応答のデータであるAPS層ACKを返信する(S230、S232)。
親端末100は、APS層ACKの受信状況に応じて使用チャネルの電波状態を把握する。親端末100は、APS層ACKの受信が確認された子端末200(例えばZED1)が自ネットワークに参加しており(または通信可能な状態にあり)、受信が確認されなかった子端末200(例えばZEDn)が参加していない(または一時的に通信不能な状態にある)ことを認識する。また、親端末100は、受信が確認されなかった子端末200から返信されたAPS層ACKを含む通信信号が、隣接するZigBeeおよび/または他の無線ネットワークの通信信号との間で生じたチャネル衝突等の通信障害により喪失されたものとみなす。親端末100は、要求データの送信時点から所定の時間jが経過する間に、特定の子端末200からAPS層ACKの受信が確認できない場合には、当該子端末200に要求データを再送信する(S240、S242)。そして、親端末100は、要求データの再送信を所定の回数kに亘って試行する間に、当該子端末200からAPS層ACKの受信が確認できない場合には、当該子端末200と通信不能な状態にあるとみなす(S250、S260)。そして、親端末100は、子端末200との間で行われる要求データおよび返信データの送受信状況の詳細をチャネル情報として記憶する。
そして、親端末100は、要求データが送信された子端末200の数(Ns)に対するAPS層ACKの受信が確認された子端末200の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値lを超えない場合には、使用チャネル上で他のZigBeeまたは他の無線ネットワークとの間でチャネル衝突等の通信障害が発生しているとみなす(S262)。そして、親端末100は、使用チャネルの障害状況や情報の更新時間等をチャネル情報として記憶する。
親端末100は、使用チャネル上で通信障害が発生していないと判断すれば、ネットワーク処理を継続し、所定の周期iの経過後に、自ネットワークに参加している子端末200に対して再び自ネットワークへの参加を確認する(S220〜S262)。一方、親端末100は、使用チャネル上で通信障害が発生していると判断すれば、第1の実施形態と同様にチャネル変更の処理を行う(S270〜S274)。
以上説明したように、本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、近隣の電波強度を測定・監視する手段なしに、ZigBeeネットワーク間に限定されない、ZigBeeネットワークとBluetoothや無線LAN等の無線ネットワークとの間でチャネル衝突の回避やチャネル変更の処理を行うことができる。
本発明に基づく方法は、コンピュータプログラムの形式で実現されるようにしてもよい。この場合、コンピュータプログラムは、例えば親端末100のデータ送受信制御部165上で実行可能であって、本発明に基づく方法を実行するためにプログラミングされている。この場合、本発明がコンピュータプログラムによって実行されるので、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムによる実行に適した方法と同様に、本発明を表す。コンピュータプログラムは、例えば親端末100の記憶部150上またはコンピュータ読取可能な媒体上に記憶されている。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、前述の説明では、親端末100から送信された要求データおよび子端末200からの受信が確認された返信データの送受信状況に応じて、使用チャネルの電波状態を監視し、必要に応じて使用チャネルの変更処理を行う通信方法について、ZigBee端末の場合を事例として説明した。しかし、本発明は、ZigBee端末に限定されず、親端末に子端末が参加する方式を用いた他の無線端末にも同様に適用可能なものである。
ZigBeeのネットワークモデルを示す説明図である。 ZigBeeの一般的なシステム構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る無線通信システムが適用される通信環境を示す説明図である。 第1の実施形態に係る無線通信システムの通信方法(ネットワーク確立時)を示すシーケンス図である。 第1の実施形態に係る無線通信システムの通信方法(ネットワーク確立後)を示すシーケンス図である。 ESSIDに基づく起動時のチャネル決定の方法を例示するフロー図である。 PANIDに基づくチャネル検索の方法を例示するフロー図である。 第1の実施形態に係る無線通信システムの親端末で実行されるネットワーク確立後の通信方法を示すフロー図である。 チャネル情報を記憶するためのテーブルの一部を例示する説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る無線通信システムが適用される通信環境を示す説明図である。 第2の実施形態に係る無線通信システムの通信方法(ネットワーク確立後)を示すシーケンス図である。
符号の説明
100 親端末
200 子端末
300、400 ZigBeeネットワーク
500 ZigBee以外の無線ネットワーク

Claims (10)

  1. 選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムに適用される前記親端末の通信方法であって、
    前記親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定するチャネル決定ステップと、
    前記親端末のネットワークに参加している前記子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、前記子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信ステップと、
    前記要求データおよび前記返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理ステップと、
    前記チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、前記チャネル情報に基づいて前記選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した前記変更チャネルを前記返信データの受信が確認された前記子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。
  2. 前記第1の識別子および前記選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルが決定されることを特徴とする、請求項1に記載の通信方法。
  3. 前記要求データが送信された前記子端末の数(Ns)に対する前記返信データの受信が確認された前記子端末の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値を超えない場合には、前記チャネルを変更する必要性があると判断されることを特徴とする、請求項1に記載の通信方法。
  4. 前記チャネル制御ステップでは、前記割合の高いチャネルが優先的に選択されることを特徴とする、請求項3に記載の通信方法。
  5. 前記親端末のネットワークに参加するために、前記親端末に固有の第2の識別子に基づいて、前記選択可能な無線チャネル上で前記親端末の使用チャネルが前記子端末により検索されることを特徴とする、請求項1に記載の通信方法。
  6. 選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムに適用される親端末装置であって、
    自ネットワークに参加している前記子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、前記子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信部と、
    前記要求データおよび前記返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理部と、
    自らに固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定し、かつ、前記チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、前記チャネル情報に基づいて前記選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した前記変更チャネルを前記返信データの受信が確認された前記子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御部と、
    を備えることを特徴とする親端末装置。
  7. 前記チャネル制御部が前記第1の識別子および前記選択可能な無線チャネルの数に応じて起動時の無線チャネルを決定することを特徴とする、請求項6に記載の親端末装置。
    記載の親端末。
  8. 前記要求データが送信された前記子端末の数(Ns)に対する前記返信データの受信が確認された前記子端末の数(Nr)の割合(Nr/Ns)が所定の閾値を超えない場合には、前記チャネル制御部が前記チャネルを変更する必要性があると判断することを特徴とする、請求項6に記載の親端末装置。
  9. 前記チャネル変更に際して、前記チャネル制御部が前記割合の高いチャネルを優先的に選択することを特徴とする、請求項8に記載の親端末装置。
  10. 選択可能な複数の通信チャネルを介して親端末と子端末との間で通信を行う無線通信システムにおける親端末に用いられるプログラムであって、前記親端末を、
    自ネットワークに参加している前記子端末に確認応答の返信を要求する要求データを定期的に送信し、前記子端末から確認応答の返信データを受信するデータ送受信手段、
    前記要求データおよび前記返信データの送受信状況をチャネル情報として管理するチャネル情報管理手段、
    親端末に固有の第1の識別子に基づいて起動時の無線チャネルを決定し、かつ、前記チャネル情報に基づいて前記チャネル情報に基づいてチャネルを変更する必要性があると判断した場合には、前記選択可能な無線チャネルのいずれかを変更チャネルとして選択し、選択した前記変更チャネルを前記返信データの受信が確認された前記子端末に通知し、無線チャネルを変更するチャネル制御手段、
    として機能させるためのプログラム。
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