JP2008219384A - 無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノード、及び、無線ネットワーク - Google Patents

無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノード、及び、無線ネットワーク Download PDF

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Abstract

【課題】複数のノードが直線的に配置される場合に、簡単な構成かつ簡単な制御で、アンテナ指向性を変化させ、中継ノードの無線エリアを調整できるようにする。
【解決手段】本発明の無線エリア調整システムは、所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信手段と、それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、複数のアンテナ素子のいずれかと無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ手段と、1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出手段と、動作状態検出手段により近傍ノードの非動作が検出された場合、無線通信手段の無線送信出力値を上げると共に、非動作の近傍ノード側に設けられた非通電のアンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノード、及び、無線ネットワークに関し、例えば、無線マルチホップネットワークを構成するノード及び無線ネットワークに適用し得る。
例えば、無線マルチホップネットワークにおいて、ネットワークを構成する中継ノードが故障等を起こすと、通信データの転送処理がうまく行われず、無線通信機能が一時的に不全となる。
このような問題を解決する方法として、例えば、特許文献1に開示される技術を用いることができる。特許文献1には、アレーアンテナ装置のアンテナ指向性を制御する技術が開示されている。
特許文献1に記載の技術は、無線信号が入出力される放射素子と、この放射素子から所定間隔だけ離れて設けられた、無線信号が入出力されない少なくとも1個以上の非励振素子と、上記各非励振素子に接続された可変リアクタンス素子とを備え、上記可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることで、アレーアンテナ装置の指向性を変化させるというものである。
つまり、特許文献1に記載のアレーアンテナ装置を中継ノードに搭載させることで、近傍ノードが故障を起こした場合でも、故障した近傍ノードの無線サービスエリアをカバーできるように、アンテナ指向性を変えることができる。このように、中継ノードの無線エリアの形状を変更することで、故障等の事態に対して適切に対応できる。
特開2001−24431号公報
しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術は、一般的に、直線的に配置される中継ノードに適用するには、構成が複雑であり、又複雑な制御が必要となるという問題が生じる。
そのため、中継ノードが直線的に配置される場合に、簡単な構成かつ簡単な制御で、アンテナ指向性を変化させ、中継ノードの無線エリア範囲を調整することができる無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノード、及び、無線ネットワークが求められている。
かかる課題を解決するために、第1の本発明の無線エリア調整システムは、(1)所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信手段と、(2)それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、複数のアンテナ素子のいずれかと無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ手段と、(3)1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出手段と、(4)動作状態検出手段により近傍ノードの非動作が検出された場合、無線通信手段の無線送信出力値を上げると共に、非動作の近傍ノード側に設けられた非通電のアンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整手段とを備えることを特徴とする。
第2の本発明の無線エリア調整方法は、無線通信手段、アンテナ手段、動作状態検出手段及びエリア範囲調整手段を備え、(1)無線通信手段が、所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信工程と、(2)アンテナ手段が、それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、複数のアンテナ素子のいずれかと無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ工程と、(3)動作状態検出手段が、1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出工程と、(4)エリア範囲調整手段が、動作状態検出手段により近傍ノードの非動作が検出された場合、無線通信手段の無線送信出力値を上げると共に、非動作の近傍ノード側に設けられた非通電のアンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整工程とを有することを特徴とする。
第3の本発明の無線エリア調整プログラムは、コンピュータに、(1)所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信手段、(2)それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、複数のアンテナ素子のいずれかと無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ手段、(3)1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出手段、(4)動作状態検出手段により近傍ノードの非動作が検出された場合、無線通信手段の無線送信出力値を上げると共に、非動作の近傍ノード側に設けられた非通電のアンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整手段として機能させるものである。
第4の本発明のノードは、第1の本発明の無線エリア調整システムを備えるものである。
第5の本発明の無線ネットワークは、複数のノード間で無線データを送受信し合い無線転送を行なう無線ネットワークにおいて、上記各ノードが、第4の本発明の無線装置に相当するものであることを特徴とする。
本発明によれば、簡単な構成かつ簡単な制御で、アンテナ指向性を変化させ、中継ノードの無線サービスエリアを調整することができる。
(A)第1の実施形態
以下、本発明の無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノード、及び、無線ネットワークの第1の実施形態を図面を参照して説明する。
第1の実施形態では、無線マルチホップネットワークにおいて、近傍ノードが故障を起こし非動作状態である場合に、近傍ノードの無線エリアをカバーし、無線転送を維持制御する無線転送制御システムに、本発明の無線エリア調整システム、無線エリア調整方法、無線エリア調整プログラム、ノードを適用する場合を説明する。
(A−1)第1の実施形態の構成
図1は、第1の実施形態の無線転送制御システム1の全体的な構成を示す構成図である。
第1の実施形態の無線転送制御システム1は、少なくとも3台以上の無線装置を有して構成されるものであり、図1では、説明便宜上、5台の無線装置11〜15を有する場合を示す。また、図1に示す無線転送制御システム1は、複数の無線装置11〜無線装置15が、ほぼ直線的に配置されているものとする。
なお、直線的に配置されるとは、ある無線装置が備える、2個以上のアンテナ部を結ぶ直線延長上に、他の無線装置の2個のアンテナ部を結んだ直線が重なるように、無線装置が配置されていることをいう。
また、以下では、説明便宜上、図1の左方向をa側方向と表現し、図1の右方向をb側方向と表現して説明する。
無線装置11〜無線装置15のそれぞれは、近傍に存在する1又は複数の無線装置(以下では、近傍ノードともいう)との間で、所定の無線通信方式に従って無線通信を行なうものである。
また、無線装置11〜無線装置15は、それぞれ同じ構成を備えるものであり、自装置におけるa側に備えた無線信号の捕捉・放射を行なうa側アンテナ部105aと、自装置におけるb側に備えた無線信号の捕捉・放射を行なうb側アンテナ部105bとを備えるものである。
図2は、無線装置11〜無線装置15の内部構成を示す構成図である。無線装置11〜無線装置15の内部構成はそれぞれ同じものであるため、図2では、説明便宜上、無線装置11の内部構成を例に挙げて示す。
図2において、無線装置11の主な内部構成は、故障検出部101、故障対応制御部102、無線通信部103、アンテナスイッチ部104、a側アンテナ部105a、b側アンテナ部105b、キャパシタスイッチ部106a、キャパシタスイッチ部106b、キャパシタ107a、キャパシタ107b、シールドケース108、を少なくとも有して構成される。
故障検出部101は、無線通信部103による近傍ノードとの間ヘルスチェックパケットの授受を監視し、近傍ノードの故障検出を行なうものである。また、故障検出部101は、近傍ノードの故障検出結果を故障対応制御部102に通知するものである。なお、故障検出部101による故障検出方法については動作の項において詳細に説明する。また、故障検出部101は、無線通信部103と図示しないユーザ部との間に介在するものであって、無線通信部103及びユーザ部の間でユーザパケットの授受を行なう。
故障対応制御部102は、故障検出部101からの近傍ノードの故障検出結果に応じて、アンテナ指向性を制御するものである。これにより、自装置11から見て、故障した近傍ノードが存在する方向(a側方向又はb側方向)の無線サービスエリアを拡大するように変形することができる。この故障対応制御部102による制御方法についても動作の項において詳細に説明する。
無線通信部103は、所定の無線通信方式に従って、無線通信を実現するものである。無線通信部103は、近傍ノードの故障検出のために、近傍ノードとの間でヘルスチェックパケットを送受信を行なう。また、無線通信部103は、受信したユーザパケットを図示しないユーザ部に与えたり、ユーザ部からのユーザパケットを送信したりする。さらに、無線通信部103は、故障対応制御部102により、無線通信に係る送信出力が制御される。
アンテナスイッチ部104は、a側アンテナ部105a及びb側アンテナ部bと、無線通信部103との間に介在するものであり、故障対応制御部102の制御の下、無線通信部103との接続を、a側アンテナ部105a又はb側アンテナ部105bのいずれかに切り替えるものである。
a側アンテナ部105a及びb側アンテナ部105bは、それぞれ所定の無線周波数に同調する接地型モノポールアンテナであり、電気的な絶縁とインピーダンス整合を保ちながら、シールドケース108に固着されているものである(例えば、シールドケース108の厚さ方向に貫通して支持されて固定されている)。また、a側アンテナ部105aとb側アンテナ部105bとは、それぞれ所定の距離だけ離されて設けられている。
キャパシタスイッチ部106aは、シールドケース108に固着されるa側アンテナ部105aの一端と、キャパシタ107aとの間に介在し、故障対応制御部102の制御の下、a側アンテナ部105aとキャパシタ107aとの接続を切り替えるものである。
キャパシタスイッチ部106bも、キャパシタスイッチ部106aと同様に、シールドケース108に固着されるb側アンテナ部105bの一端と、キャパシタ107bとの間に介在し、故障対応制御部102の制御の下、b側アンテナ部105bとキャパシタ107bとの接続を切り替えるものである。
キャパシタ107aは、接地電位であるシールドケース108とキャパシタスイッチ部106aとの間に設けられ、キャパシタスイッチ部106aによる接続切替により、a側アンテナ部105aと接続するものである。キャパシタ107aがa側アンテナ部105a(この場合、a側アンテナ部105aは非給電側となる)と接続すると、非給電のa側アンテナ部105aの電気長が、給電のb側アンテナ部105bの電気長より短くなり、a側アンテナ部105aを導波器として機能させることができる。
キャパシタ107bは、接地電位であるシールドケース108とキャパシタスイッチ部106bとの間に設けられ、キャパシタスイッチ部106bによる接続切替により、b側アンテナ部105bと接続するものである。キャパシタ107bがb側アンテナ部105b(この場合、b側アンテナ部105bは非給電側となる)と接続すると、非給電のb側アンテナ部105bの電気長が、給電のa側アンテナ部105aの電気長より短くなり、b側アンテナ部105bを導波器として機能させることができる。
シールドケース108は、無線装置11全体を包み込み、接地電位とみなせるものであり、a側アンテナ105a及びb側アンテナ105bだけが露出する構造となっている。
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の無線装置11における無線転送制御処理の動作を図面を参照しながら説明する。
図3は、故障検出部101で実施する故障検出処理フローチャートである。なお、図3に示す処理は、図示しないプログラムディスパッチャにより振り分けられた所定の処理スロット毎の処理をハードウェア資源が実行する仕組みとなっている。
また、図4は、故障対応制御部102で実施する処理情報である故障対応制御情報202の内容を説明する説明図である。
図3において、まず、無線装置11〜15の故障検出部101は、故障検出の検出動作状態201が、健常状態であるか又は既に故障検出状態であるかを判断する(ステップS301)。
検出動作状態201が既に故障検出状態である場合、この処理を終了する。
一方、故障検出の検出動作状態201が健常状態である場合、所定時間内に、a側に存在する近傍ノードからのパケットが到来したか否かを判断し(ステップS302)、到来パケットがなければステップS303へ移行し、到来パケットがあればステップS306へ処理を進める。
ステップS303では、a側の近傍ノードの健常状態を確認するために、ヘルスチェックパケットをa側の近傍ノードヘ送出し(ステップS303)、a側の近傍ノードからの応答を待つ(ステップS304)。
そして、a側の近傍ノードからヘルスチェックパケットの応答があった場合(ステップS304)、a側の近傍ノードは正常に動作しているものと判断し、処理をステップS306に移行する。
一方、a側の近傍からヘルスチェックパケットの応答がない場合(ステップS304)、a側の近傍ノードは何らかの故障を起こしていると判断し、検出動作状態201をa側近傍ノード故障状態として、故障対応制御部102に通知する(ステップS305)。
ステップS306では、所定時間内に、b側に存在する近傍ノードからのパケットが到来したか否かを判断し(ステップS306)、到来パケットがなければステップS307へ移行し、到来パケットがあれば、この処理を終了する。
ステップS307では、b側の近傍ノードの健常状態を確認するために、ヘルスチェックパケットをb側の近傍ノードヘ送出し(ステップS307)、b側の近傍ノードからの応答を待つ(ステップS308)。
そして、b側の近傍ノードからヘルスチェックパケットの応答があった場合(ステップS308)、この処理を終了する。
一方、b側の近傍からヘルスチェックパケットの応答がない場合(ステップS308)、b側の近傍ノードは何らかの故障を起こしていると判断し、検出動作状態201をb側近傍ノード故障状態として、故障対応制御部102に通知する(ステップS309)。
以上の処理により、近傍ノードの故障検出が行われる。なお、ヘルスチェックパケットへの応答機能は、全てのノードに備えているものとする。
続いて、故障対応制御部102による制御動作を図4の故障対応制御情報202を用いて説明する。
故障対応制御部102は、図4に示す故障対応制御情報202を参照しながら、故障検出部101からの検出動作状態201の内容に応じた制御を行なう。
つまり、故障検出部101からの検出動作状態201が「健常状態」である場合、アンテナスイッチ部104設定は、接続不問、すなわちa側接続でもb側接続でもよい。キャパシタスイッチ部106a設定及びキャパシタスイッチ部106b設定は共に、OFF設定とし、無線通信部103の送信出力設定はノーマルパワーであるP(W)出力を設定する。この制御の結果、アンテナスイッチ部104が選択接続したアンテナを用いて通常の無線送受信が行われる。
一方、故障検出部101の動作状態201が「a側近傍ノード故障検出状態」である場合は、アンテナスイッチ部104設定はb側接続とし、キャパシタスイッチ部106a設定はONとし、キャパシタスイッチ部106b設定はOFFとする。そして、無線通信部103の送信出力は、ノーマルパワーであるP(W)に、無線サービスエリア拡張分パワーであるΔP(W)を加えたP+ΔP(W)に設定する。この結果、a側アンテナ部105aが非給電の電気長短縮アンテナとなり導波器として機能し、b側アンテナ部105bには給電が行われ放射器として機能するため、a側近傍ノード方向へ指向性が向いた広い無線サービスエリアをカバーするようになる。
また、故障検出部101の動作状態201が「b側近傍ノード故障検出状態」である場合は、アンテナスイッチ部104設定はa側接続とし、キャパシタスイッチ部106a設定はOFFとし、キャパシタスイッチ部106b設定はONとする。そして、無線通信部103の送信出力はP+ΔP(W)に設定する。この結果、b側アンテナ部105bが非給電の電気長短縮アンテナとなり導波器として機能し、a側アンテナ部105aには給電が行われ放射界として機能するため、b側近傍ノード方向へ指向性が向いた広い無線サービスエリアをカバーするようになる。
例えば、図1において、無線装置13が故障ノードであるとすると、無線装置12の故障検出部101の検出動作状態201は「b側近傍ノード故障検出状態」となるから、実線21で示すb側近傍ノード方向へ指向性が向いた広い無線サービスエリアをカバーする。
一方、無線装置14の故障検出部101の検出動作状態201は「a側近傍ノード故障検出状態」となるから、破線22で示すa側近傍ノード方向へ指向性が向いた広い無線サービスエリアをカバーするようになる。
これにより、無線装置13の近傍ノードである無線装置12及び無線装置14が、無線装置13が担っていた無線サービスエリアを補なってカバーすることができるので、ネットワーク機能不全に陥ることを防止できる。
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、故障検出部101が、ユーザパケットのトラフィック監視機能及びヘルスチェック機能により近傍ノードの故障検出状態を判断し、故障対応制御部102が、所定の故障対応制御情報202を参照して、故障検出部101の故障検出状態に応じた制御を行なうことにより、近傍ノードが故障ノードの無線サービスエリアをカバーすることができるので、ネットワーク機能不全に陥ることを防止できる。
また、第1の実施形態によれば、簡便な装置構成のアンテナ制御により、中継ノード故障に対応することができる。
(B)他の実施形態
第1の実施形態の無線装置の内部構成は、図2に示す構成に限定されず、実現可能な構成を広く適用することができる。例えば、図5は、無線装置の内部構成の変形例である。図5では、キャパシタ107cを1個とし、キャパシタスイッチ部106bを1個とした場合の構成例を示す。また、この場合の故障対応制御情報202cは図6のようになり簡略化できる。この場合、第1の実施形態と同様の効果に加えて、装置構成をさらに小さくすることができる。
第1の実施形態で無線サービスエリアを拡張する際、無線通信部103の送信出力値をP(W)からP+ΔP(W)にする場合を例に挙げて説明した。このΔP(W)については、大きさが徐々に大きくなるように複数の値を予め用意しておき、多段階的に送信出力値を増大させるようにしてもよい。この場合、図3に示す処理を繰り返し、その繰り返し回数に応じて、増大させる値を決定するようにしてもよい。
第1の実施形態では、無線マルチホップネットワークを想定して説明したが、無線マルチホップネットワークに限定されず、無線装置に広く適用することができる。
また、第1の実施形態では、近傍ノードが故障した場合の補償処理として説明したが、これに限らず、例えば、無線装置の初期配置又は配置変更等の際にも適用することができる。
第1の実施形態の無線装置の機能は、ハードウェア資源(例えばCPU等)が処理プログラムを実行することで実現されるソフトウェア処理による場合を説明したが、可能であれば、ハードウェア処理により実現するようにしてもよい。
第1の実施形態の無線転送制御システムの全体構成を示す構成図である。 第1の実施形態の無線装置の内部構成を示す構成図である。 第1の実施形態を故障検出処理を示すフローチャートである。 第1の実施形態の故障対応制御情報の内容を示す説明図である。 変形実施形態の無線装置の内部構成を示す構成図である。 変形実施形態の故障対応制御情報の内容を示す説明図である。
符号の説明
1…無線転送制御システム、11〜15…無線装置、101…故障検出部、102…故障対応制御部、103…無線通信部、104…アンテナスイッチ部、105a…a側アンテナ部、105b…b側アンテナ部、106a、106b、106c…キャパシタスイッチ部、107a、107b、107c…キャパシタ、108…シールドケース。

Claims (7)

  1. 所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信手段と、
    それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、上記複数のアンテナ素子のいずれかと上記無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ手段と、
    1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、上記各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出手段と、
    上記動作状態検出手段により上記近傍ノードの非動作が検出された場合、上記無線通信手段の上記無線送信出力値を上げると共に、非動作の上記近傍ノード側に設けられた非通電の上記アンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の上記近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整手段と
    を備えることを特徴とする無線エリア調整システム。
  2. 上記アンテナ手段が、
    接地導体と接続するキャパシタと、
    上記エリア範囲調整手段の指示に応じて、接地導体と絶縁を保ちつつ固着された上記複数のアンテナ素子のいずれかと上記キャパシタとの接続切替をするキャパシタ用切替部と
    を有することを特徴とする請求項1に記載の無線エリア調整システム。
  3. 上記エリア範囲調整手段が、予め制御内容が設定された対応制御情報を参照し、上記動作状態検出手段による検出動作状態に応じた制御内容を決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線エリア調整システム。
  4. 無線通信手段、アンテナ手段、動作状態検出手段及びエリア範囲調整手段を備え、
    上記無線通信手段が、所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信工程と、
    上記アンテナ手段が、それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、上記複数のアンテナ素子のいずれかと上記無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ工程と、
    上記動作状態検出手段が、1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、上記各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出工程と、
    上記エリア範囲調整手段が、上記動作状態検出手段により上記近傍ノードの非動作が検出された場合、上記無線通信手段の上記無線送信出力値を上げると共に、非動作の上記近傍ノード側に設けられた非通電の上記アンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の上記近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整工程と
    を有することを特徴とする無線エリア調整方法。
  5. コンピュータに、
    所定の無線送信出力値で無線通信を行なう無線通信手段、
    それぞれ所定距離だけ離れて設けられた複数のアンテナ素子を有し、上記複数のアンテナ素子のいずれかと上記無線通信手段とを接続切替可能なアンテナ手段、
    1又は複数の近傍ノードとの間の通信状況に基づいて、上記各近傍ノードの動作状態を検出する動作状態検出手段、
    上記動作状態検出手段により上記近傍ノードの非動作が検出された場合、上記無線通信手段の上記無線送信出力値を上げると共に、非動作の上記近傍ノード側に設けられた非通電の上記アンテナ素子を導波器として機能させ、非動作の上記近傍ノード側の無線エリアを調整するエリア範囲調整手段
    として機能させる無線エリア調整プログラム。
  6. 請求項1〜3のいずれかに記載の無線エリア調整システムを備えることを特徴とするノード。
  7. 複数のノード間で無線データを送受信し合い無線転送を行なう無線ネットワークにおいて、上記各ノードが、請求項6に記載の無線装置に相当するものであることを特徴とする無線ネットワーク。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016048827A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 沖電気工業株式会社 子局、音響制御方法および音響制御システム

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