JP2009189018A - 無線通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】最適な通信ができる無線通信ネットワークシステムを提供することを目的とするものである。
【解決手段】マスタ機２ａ，２ｂ，２ｃがそれぞれスレーブ機との無線通信路情報を周期的にモニタリングすると共に、サーバー機１にそのデータを収集させておき、スレーブ機である移動機４ａから発生する通信要求に対して、サーバー機１がその要求に最適なマスタ機および無線通信路を選択し、そのマスタ機との通信を可能にするように構成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は無線を用いてデータ転送を行う無線通信ネットワークシステムに係り、特にブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）による無線通信ネットワークシステムに関するものである。

従来の無線通信ネットワークシステムとしては、図１２に示すものがある。図１２（ａ）〜（ｄ）は従来の無線通信ネットワークシステムのネットワーク状態を示す説明図である。

図１２（ａ）において、Ｍはマスタ機、Ｓ１は第１のスレーブ機、Ｓ２は第２のスレーブ機、Ｓ３は第３のスレーブ機であり、マスタ機Ｍと第１〜第３のスレーブ機Ｓ１〜Ｓ３が接続されている。この時マスタ機Ｍは第１〜第３のスレーブ機Ｓ１〜Ｓ３からの受信レベルＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信電界強度）をモニタリングしてマスタ機Ｍの内部のＲＳＳＩ監視部（図示せず）に記憶させる。また第１〜第３のスレーブ機Ｓ１〜Ｓ３においてもマスタ機Ｍと自機を除く他のスレーブ機の受信レベルＲＳＳＩをモニタリングし、自機内のＲＳＳＩ監視部（図示せず）に記憶する。

この時、図１２（ｂ）に示すように電波を遮断する障害物０がマスタ機Ｍと第１のスレーブ機Ｓ１の間に介在すると、マスタ機Ｍと第１のスレーブ機Ｓ１の通信接続が切断される。マスタ機Ｍは第１のスレーブ機Ｓ１からのＲＳＳＩが通信を維持できないレベルであることを検出し、他のスレーブ機Ｓ２，Ｓ３に対して、第１のスレーブ機Ｓ１からのＲＳＳＩが通信可能なレベルを検出しているものが存在するか問い合わせる。

例えば、図１２（ｃ）に示すように第２のスレーブ機が第１のスレーブ機Ｓ１と通信可能なレベルのＲＳＳＩを検出していると、マスタ機Ｍはスレーブ機Ｓ２に対してマスタ／スレーブ変換を要求し、マスタ機Ｍは第４のスレーブ機Ｓ４となり、第２のスレーブ機Ｓ２は新しいマスタ機Ｍとなる。

新しいマスタ機Ｍは第１のスレーブ機Ｓ１および第３のスレーブ機Ｓ３と接続してピコネットの通信が回復される。

また、ブルートゥースを用いた場合、図１２（ｄ）に示すようにＰ１は第１のピコネット、Ｍ１は第１のピコネットにおけるマスタ機、Ｓ１〜Ｓ３は第１のピコネットＰ１のスレーブ機、これらのスレーブ機Ｓ１〜Ｓ３はマスタ機Ｍ１と接続される。Ｐ２は第２のピコネット、Ｍ２は第２のピコネットにおけるマスタ機、Ｓ４〜Ｓ６は第２のピコネットＰ２のスレーブ機、これらのスレーブ機Ｓ４〜Ｓ６はマスタ機Ｍ２と接続される。そして第１のピコネットＰ１の内のスレーブ機Ｓ３を第２のピコネットＰ２のマスタ機Ｍ２へ接続させればＳ３を経由点として、第１のピコネットＰ１と第２のピコネットＰ２が接続される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−２７１３４２号公報

このような従来の無線通信ネットワークシステムにおいては、すべてのスレーブ機がマスタ機Ｍおよび同ネットワークに属する他のスレーブ機のＲＳＳＩをモニタする必要があるため、すべてのスレーブ機にＲＳＳＩの検出および監視する機能が必要になると共にマスタ機へのロール変換にも随時応じなければならないため、すべてのスレーブ機にマスタ機と同等かそれ以上のＣＰＵ処理性能が求められる。また上記で説明したスキャッタネットを用いれば、第１のピコネットＰ１の内部のスレーブ機から第２のピコネットＰ２の内部のスレーブ機への通信が可能になるが、その接続手順については具体的に決められていない。

本発明は特にブルートゥースにおける無線通信方式において、ピコネットおよびスキャッタネットにおけるスレーブ機とマスタ機間、スキャッタネットに含まれる任意のピコネットに含まれるスレーブ機とスキャッタネットに含まれる任意のピコネットに含まれるスレーブ間の通信において、最適な通信ができる無線通信ネットワークシステムを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、スレーブ機と、このスレーブ機に接続される複数のマスタ機と、この複数のマスタ機に接続されるサーバー機とを備え、前記複数のマスタ機のみがスレーブ機との間の通信電界強度を観測し、この観測された通信電界強度の情報を前記サーバー機に送信し、このサーバー機は前記通信電界強度の情報をもとに前記スレーブ機と複数のマスタ機のいずれかの最適な通信ルートを前記スレーブ機に伝えるようにした無線通信ネットワークシステムであり、全てのスレーブ機はマスタ機とスレーブ機間の通信において最適な通信ルートを選択することができる。

請求項２に記載の発明は、スレーブ機と複数のマスタ機のいずれか１つの間において、所定の通信電界強度を満足しない場合は、前記スレーブ機と別のマスタ機とが接続され、さらに前記別のマスタ機とサーバー機が接続されるようにした請求項１に記載の無線通信ネットワークシステムであり、全てのスレーブ機はサーバー機と接続できる少なくとも１つのマスタ機との接続が維持できる。

請求項３に記載の発明は、無線端末がロール変換等の機能変換を行った場合であっても、請求項１に記載の発明を実現し、全てのスレーブ機は最小限の処理負担で、マスタ機とスレーブ機間の通信において最適な通信ルートを選択することができる。

請求項４に記載の発明は、スレーブ機は移動可能である請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステムであり、スレーブ機は無線通信ネットワークシステムに含まれる少なくとも１つのマスタ機と通信可能であれば、その位置によらず無線通信ネットワークシステムを利用できる。

以上のように本発明は、スレーブ機と、このスレーブ機に接続される複数のマスタ機と、この複数のマスタ機に接続されるサーバー機とを備え、前記複数のマスタ機はスレーブ機間の通信電界強度と通信データのビットエラーレートの情報を定期的に観測し、この定期的に観測された通信電界強度と通信データのビットエラーレートの情報を前記サーバー機に定期的に送信し、前記スレーブ機からの通信要求が前記サーバー機に届けられるとこのサーバー機は前記通信電界強度と通信データのビットエラーレートの情報をもとに前記スレーブ機と複数のマスタ機のいずれかの最適な通信ルートを前記スレーブ機に伝えるようにした無線通信ネットワークシステムであり、全てのスレーブ機はマスタ機とスレーブ機間の通信において最適な通信ルートを選択することができる。

本発明の実施の形態における無線通信ネットワークシステムについて図を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の無線通信ネットワークシステムの構成を示す模式図である。

図１において、１はブルートゥースのサーバー機、２ａ〜２ｃはブルートゥースのマスタ機、３ａ〜３ｃはブルートゥースのスレーブ機である中継機、４ａはブルートゥースのスレーブ機である移動機（以下、移動端末と称する）からなる。

図１において、サーバー機１は中継機３ａ〜３ｃとピコネットＰ１を形成し、マスタ機２ａは中継機３ａおよび移動端末４ａとピコネットＰ２を形成し、マスタ機２ｂは中継機３ｂおよび移動端末４ａとピコネットＰ３を形成し、マスタ機２ｃは中継機３ｃとピコネットＰ４を形成している。

図２は本発明のマスタ機の回路構成を示すブロック図である。１１は信号を送信または受信するアンテナ、１２はデータから変調周波数に変換または微弱な信号を増幅および復調するＲＦ部、１３はベースバンド部、エコーキャンセラ１４、主制御部（ＣＰＵ）１５、記憶手段１６、リンク制御部１７から構成される。

ＲＦ部１２は、その送信側において、ベースバンド部１３から受取った送信すべきパケットデータを２．４［ＧＨｚ］帯の無線周波数信号に変調してアンテナ１１より送信出力させる。またＲＦ部１２の受信側においては、送られてきた受信信号をアンテナ１１で受信し、増幅、復調してベースバンド部１３へ出力すると共に、パケットデータ中に含まれている受信レベルを表すＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信電界強度）信号をＲＳＳＩ検出手段１２ａで検出してリンク制御部１７のＲＳＳＩ監視手段１７ａへ出力する。ベースバンド部１３は、その送信側で送信すべき情報から所定のフォーマットに従ったパケットデータを作成してＲＦ部１２へ出力し、受信データの誤り率を表すＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ビット誤り率）をＢＥＲ検出手段１２ｂで検出して、リンク制御部１７のＢＥＲ監視手段１７ｂへ出力し、受信情報を抽出してリンク制御部１７へ出力する。リンク制御部１７は、この回路におけるネットワーク接続時のリンク制御と管理とを行うもので、特にＲＳＳＩ監視手段１７ａおよびＢＥＲ監視手段１７ｂでは図２に示すように他の各機器からの受信信号中から抽出したＲＳＳＩとＢＥＲとを通信路情報テーブルＴ１に更新記憶しておくことで、それぞれとの機器との間の通信路品質を把握することができる。主制御部（ＣＰＵ）１５は記憶手段１６に格納されるプログラムに従い、リンク制御部１７、ベースバンド部１３を制御およびデータ通信を行う。記憶手段１６にはマスタ処理を実行するプログラムと、接続するスレーブ機を管理するための端末管理テーブルＴ２を保持する。なお、図２はマスタ機としての動作に必要な構成であるが、スレーブ機としても使用してもよい。

（表１）に示すＲＳＳＩ監視手段１７ａおよびＢＥＲ監視手段１７ｂにそれぞれ記憶される情報を併合した通信路情報テーブルの構成を示すもので、ここでは具体的事例として、図１におけるマスタ機２ａが保持する内容を示す。通信路情報テーブルにおける識別子は図１と対応させるため図番号を用いたがブルートゥース機器を一意に識別するもの（たとえばブルートゥース・アドレス）が実際には使用される。

（表２）はその端末管理テーブルＴ２の構成を示すもので、ここでは図１におけるマスタ機２ａが保持する内容を示す。（表２）におけるデバイスは接続するスレーブ機がデータ通信を利用する移動端末であるか中継点に利用される中継機であるかを示し、接続状態をそのスレーブ機との接続状態を示す。そしてブルートゥースでは非同期通信を行うＡＣＬリンクと、同期通信を行うＳＣＯリンクとが存在するためそれらの接続リンク状態を示すと共にサーバー機へのステップ数（以下、ＳＴＥＰ数とする）はそのスレーブ機を通ってサーバー機へ到達するまでに経由する中継点数を示すものである。

図３は本発明のスレーブ機に使用される通信端末のブロック図である。アンテナ２１、ＲＦ部２２、ベースバンド部２３、主制御部（ＣＰＵ）２４、記憶手段２５から構成される。ＲＦ部２２についてＲＳＳＩ，ＢＥＲを検出する手段を持たないことを除き、それぞれの動作については図２のマスタ機と同様であるため省略する。

次に本発明の実施の形態１における各機器の動作について説明する。

図４はマスタ機における主制御部１５が実行する処理内容を示すフローチャートである。この処理内容は所定の周期ごとに繰り返し実行される。

以下、その処理内容を順を追って説明する。

まず、マスタ機と接続するスレーブ機との通信路を前記に説明した方法によりモニタリングを行い、ステップＳ５１に示すようにその情報により（表１）に示す通信路情報テーブルを更新し、ステップＳ５２に示すようにＲＳＳＩが所定の基準値以下のスレーブ機が検知されたかどうかを判断し、基準値以下のスレーブ機が検知されれば、ステップＳ５３に示すようにサーバー機１に向けてそのスレーブ機との通信が絶たれた旨のハンドオーバー通知パケットを送信する。

また、ＲＳＳＩが所定の受信レベル以下であるスレーブ機がなかった場合においてもステップＳ５１で得たデータで端末管理テーブルを更新し、ステップＳ５４に示すように（表２）に示す端末管理テーブルを最新の状態に更新する。そしてステップＳ５５に示すようにステップＳ５１で得た通信路情報をサーバー機に向けて転送する。以上の処理を繰り返し実行することによりマスタ機が形成するそれぞれのピコネットとの状態、通信路品質情報をサーバー機に集中させる。

次に、スレーブ機である中継機の処理について説明する。スレーブ機である中継機は、接続される第１のマスタ機から受信したデータを接続される他の第２のマスタ機へ転送する働きをする。転送先は受信したパケットに明示されるか、明示されない場合はサーバー機へ向けて転送するものとする。

図５はサーバー機１の主制御部２４が実行する処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ６１に示すようにサーバー機はスレーブ機から送信されるパケットを受信すると、ステップＳ６２に示すようにそれが通信路情報を含んだパケットの場合は通信路情報更新処理、ステップＳ６３に示すようにそれが通信を要求するパケットの場合は通信路構築処理、ステップＳ６４に示すようにそれがハンドオーバーを通知するパケットの場合はハンドオーバー対応処理を行う。

次に、サーバー機１が行う処理内容について説明する。

通信路情報更新処理はサーバー機１が備える記憶手段１６に（表３）および（表４）のスレーブ機端末管理テーブルおよび通信路情報テーブルの形式で記憶し、更新させる処理である。（表３）に示すスレーブ機端末処理テーブルはデータ通信の発着信点となる移動端末が接続するマスタ機とその間の通信路情報および接続状態を記憶し、更新するものであり、（表４）に示す通信路情報テーブルは無線通信ネットワークの構成および通信路情報を記憶し、更新するものである。（表３）に示す具体事例として、図１に示す通信状態におけるサーバー機１が保持する内容を示す。

通信路構築処理における処理内容は移動端末より通信を要求するパケットをサーバー機が受信すると、スレーブ機端末管理テーブルおよび通信路情報テーブルＴ１を参照してその移動端末が通信を行う最適なマスタ機を選択し、その移動端末に対して選択されたマスタ機と通信を行うよう要求する旨のパケットを送信する処理である。

図６はハンドオーバー対応処理における処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ８１に示すようにハンドオーバーを通知するパケットを受信すると、ステップＳ８２に示すようにそのパケットに含まれる情報によりハンドオーバーが発生した移動端末に関する（表３）の登録情報を更新し、ステップＳ８３に示すようにその移動端末にもっとも近いマスタ機を（表３）の登録情報により検索する。その結果ステップＳ８４に示すように得られた少なくとも１つのマスタ機にハンドオーバーした移動端末と接続するような命令パケットを送信する処理内容である。

次に、図１の構成におけるハンドオーバー処理について、図１および図７を用いて説明する。図７は実施の形態１における無線通信ネットワークシステムの構成を示す模式図である。

マスタ機２ｂがスレーブ機である移動端末４ａの移動や通信路間の障害物等により移動端末４ａからのＲＳＳＩレベルが通信を維持できないレベルを検出すると、マスタ機２ａはサーバー機１に対してハンドオーバー通知パケットを送信する。それを受けたサーバー機１は（表３）の情報によりスレーブ機４ａに近傍の他のマスタ機２ｃを特定し、スレーブ機４ａと接続するようなハンドオーバー要求を行う。要求を受けたマスタ機２ｃはスレーブ機４ａに接続要求信号を送信してスレーブ機４ａがそれを受けることによりスレーブ機４ａはマスタ機２ｃに接続される。

その結果、図７に示すような新たなネットワークシステムの構成が形成される。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における無線通信ネットワークシステムについて図を用いて説明する。図８は本発明の実施の形態２における無線通信ネットワークシステムを説明するための説明図である。実施の形態２では実施の形態１で示した無線通信ネットワークシステムにおける具体的な通信手段について説明する。

図８に示すように、１台のマスタ機（図示せず）と複数台のスレーブ機からなる第１のピコネット１０１、第２のピコネット１０２、第３のピコネット１０３、および第４のピコネット１０４が存在し、第１のピコネット１０１は第２のピコネット１０２および第３のピコネット１０３と接続し、第４のピコネット１０４は第２のピコネット１０２および第３のピコネット１０３と接続することによりスキャッタネット１００を形成している。スキャッタネット１００にはサーバー機１０が接続されており、スレーブ機である移動機４１ａは第１のピコネット１０１および第２のピコネット１０２に接続され、スレーブ機である移動機４２ａは第３のピコネット１０３および第４のピコネット１０４に接続されている。サーバー機１０および各ピコネットのマスタ機は実施の形態１で説明した図４および図５の処理を行う。

図８において、各ピコネットを形成するマスタ機はそれぞれにおいて、第１の実施の形態で説明したのと同様に、所定周期ごとに接続するスレーブ機との通信路をモニタリングしサーバー機１０にそれらの情報を集中させる。サーバー機１０には（表３）に示した場合と同様にスキャッタネット１００を形成する無線通信ネットワーク構成および通信路情報を記憶し、更新する。

以上の構成において、スレーブ機である移動機４１ａがスレーブ機である移動機４２ａに対しての通信を要求するときの通信手順について説明する。

図９は本発明の通信を要求するスレーブ機である移動機の通信処理を示すフローチャートである。ステップＳ１１１に示すように、通信を要求するスレーブ機である移動機４１ａは接続する第１のピコネット１０１のマスタ機または第２のピコネット１０２のマスタ機に対して、通信を要求する相手先としてのスレーブ機である移動機４２ａの識別子とこれから通信を行うアプリケーションまたは通信コンテンツ種別を含むような通信開始要求パケットを送信する。そしてステップ１１２に示すように、通信路の構築が完了したことをマスタ機から受信し、ステップ１１３に示すように、通信路となるマスタ機に対してデータ通信を開始する。そしてステップ１１４に示すように、通信が終了すれば通信終了をマスタ機に送信して通信を完了させる処理となる。

図１０は本発明の通信路構築処理における処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１２１に示すようにサーバー機は通信を要求するパケットを受信すると、ステップＳ１２２に示すようにそのパケットに含まれる情報を入力として、最適通信路選択ルーチンを実行し、その結果ステップＳ１２３に示すように求められた通信路において中継機となるマスタ機に対して通信路の確保を要求する通信路構築要求パケットを送信する。そしてステップＳ１２４に示すようにサーバー機はそれらの応答を一定期間待ち、要求パケットを送信したそれぞれのマスタ機からの応答を受信し、ステップＳ１２５に示すように要求を拒否する応答があればその拒否要因を除くように再度通信路選択ルーチンを実行させる。ステップＳ１２６に示すように以上の動作を繰り返してすべての応答が受信できればステップＳ１２７に示すように通信路が構築できた旨の完了パケットをデータ通信の発信点となる移動端末に対して送信する処理である。

また、図１１は最適通信路選択ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１３１に示すように本ルーチンに入力されるパラメータは通信要求元移動機の識別子、通信相手先移動機の識別子と使用する通信アプリケーション（コンテンツ）の種別であり、Ｓ１３２に示すようにそのアプリケーション種別から最適通信路計算に必要なパラメータを得る。パラメータはサーバー機が保持するもので、例えば（表５）におけるアプリケーションテーブルＴ４のような形態であり、アプリケーション、コンテンツの識別子により、重み付けされるパラメータとしてのアプリケーションに必要なリアルタイム性、通信に必要な正確性などを決定している。ステップＳ１３３に示すようにそのパラメータにより（表３）および（表４）に示す通信路情報から通信要求元移動機と通信相手先移動機間で構築可能な通信路を計算し、ステップＳ１３４に示すようにもっとも最適な通信路を選択する処理内容になっている。

通信路の構築が完了した旨の応答パケットを受信したスレーブ機である移動機は、通信路となるマスタ機に対してデータ通信を開始する。

本発明の無線通信ネットワークシステムの構成を示す模式図 本発明のマスタ機の回路構成を示すブロック図 本発明のスレーブ機に使用される通信端末のブロック図 マスタ機における主制御部が実行する処理内容を示すフローチャート サーバー機の主制御部が実行する処理内容を示すフローチャート ハンドオーバー対応処理における処理内容を示すフローチャート 実施の形態１における無線通信ネットワークシステムの構成を示す模式図 本発明の実施の形態２における無線通信ネットワークシステムを説明するための説明図 本発明の通信を要求するスレーブ機移動機の通信処理を示すフローチャート 本発明の通信路構築処理における処理内容を示すフローチャート 本発明の最適通信路選択ルーチンを示すフローチャート （ａ）〜（ｄ）従来の無線通信ネットワークシステムを示す模式図

１ サーバー機
２ａ〜２ｃ マスタ機
３ａ〜３ｃ スレーブ機中継機
４ａ スレーブ機移動機
１０ サーバー機
１１ アンテナ
１２ ＲＦ部
１２ａ ＲＳＳＩ検出手段
１２ｂ ＢＥＲ検出手段
１３ ベースバンド部
１４ エコーキャンセラ
１５ 主制御部（ＣＰＵ）
１６ 記憶手段
１７ リンク制御部
１７ａ ＲＳＳＩ監視手段
１７ｂ ＢＥＲ監視手段
２１ アンテナ
２２ ＲＦ部
２３ ベースバンド部
２４ 主制御部（ＣＰＵ）
２５ 記憶手段
４１ａ，４２ａ スレーブ機である移動機
１００ スキャッタネット
１０１ 第１のピコネット
１０２ 第２のピコネット
１０３ 第３のピコネット
１０４ 第４のピコネット
Ｔ１ 通信路情報テーブル
Ｔ２ 端末管理テーブル
Ｔ４ アプリケーションテーブル
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ マスタ機
Ｏ 障害物
Ｓ１〜Ｓ６ スレーブ機
Ｐ１，Ｐ２ ピコネット

Claims (4)

1. スレーブ機と、
   このスレーブ機に接続される複数のマスタ機と、
   この複数のマスタ機に接続されるサーバー機とを備え、
   前記複数のマスタ機のみがスレーブ機との間の通信電界強度を観測し、
   この観測された通信電界強度の情報を前記サーバー機に送信し、
   前記サーバー機は前記通信電界強度の情報をもとに前記スレーブ機と前記複数のマスタ機の最適な通信ルートを決定し、
   この最適な通信ルート上のマスタ機が、前記スレーブ機と接続する無線通信ネットワークシステム。
2. スレーブ機と複数のマスタ機のいずれか１つの間において、所定の通信電界強度を満足しない場合は、
   前記スレーブ機と別のマスタ機とが接続され、
   さらに前記別のマスタ機とサーバー機が接続されるようにした請求項１に記載の無線通信ネットワークシステム。
3. スレーブ機のみになれる限定無線端末と、サーバー機又はマスタ機又はスレーブ機になれる複数の多機能無線端末と、を備えた無線通信ネットワークシステムであって、
   マスタ機となっている多機能無線端末のみが、限定無線端末との通信路品質を観測し、
   この観測された通信路品質の情報をサーバー機となっている多機能無線端末に送信し、
   前記サーバー機となっている多機能無線端末は、前記通信路品質の情報をもとに、前記限定無線端末がいずれの多機能無線端末に接続すべきかを決定し、
   この決定された多機能無線端末が、マスタ機として、前記限定無線端末と接続する無線通信ネットワークシステム。
4. スレーブ機は移動可能である請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステム。

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