JP2010166217A - 無線通信装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】使用チャンネルでの電波干渉を回避し、常時安定した無線通信を行い得る無線通信装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】ネットワークデバイスと無線通信を行う無線通信装置１０において、電界強度のスキャンタイミングを定期的に決定するタイマ４と、スキャンタイミングで電界強度を定期的にスキャンする第１の通信部Ｃ１と、ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第２の通信部Ｃ２と、第１の通信部Ｃ１によりスキャンされた電界強度に基づいて通信状況の最適なチャンネルを決定し、当該決定されたチャンネルの情報を前記ビーコンに含ませる制御部３と、を備えた無線通信装置１０とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置及びプログラムに関する。

無線通信により用いられる周波数帯は、例えば通信規格「IEEE802.15」の場合、２．４[ＧＨｚ]帯である。無線通信は、２．４[ＧＨｚ]帯を１６チャンネルに分割した何れか一のチャンネルにより行われる。
何れのチャンネルを使用するかについては、コーディネータによりスキャンされる各チャンネルの電界強度に基づいて決定される。

ここで、コーディネータとはネットワークの立ち上げを行うノードをいい、ノードとはネットワークを構成する一つ一つの要素をいう。また、コーディネータと無線通信を行ってビーコンの送受信を行うノードをここではネットワークデバイスというものとする。

コーディネータによりスキャンされた各チャンネルの電界強度のうち、電界強度の最も小さいチャンネルがコーディネータとネットワークデバイスとの間の無線通信で使用するチャンネル（以下、使用チャンネル）として決定される。
電界強度の最も小さいチャンネルは、チャンネル同士の電波干渉が最も小さく、通信状況が最適なチャンネルである。電界強度の最も小さいチャンネルを使用チャンネルとすることで、通信速度の低下や接続の途切れを回避し得る。

特許文献１によれば、所望局の電界強度と干渉局の電界強度との比によって、使用チャンネルの割り当てを行う技術が開示されている。

特開平１１−８８２５６号公報

しかし、特許文献１の技術では、割り当てられた使用チャンネルは無線通信中、常に電波干渉が小さく通信状況が最適であるとは限らない。割り当て時には使用チャンネルとして最適であっても、他チャンネルの使用状況やその他無線通信の環境等によって、通信速度の低下や接続の途切れが生じる。

本発明の課題は、使用チャンネルでの電波干渉を回避し、常時安定した無線通信を行い得る無線通信装置及びプログラムを提供することである。

本発明によれば、
ネットワークデバイスと無線通信を行う無線通信装置において、
定期的に電界強度のスキャンタイミングを決定するタイマと、
前記スキャンタイミングで電界強度を定期的にスキャンする第１の通信部と、
前記ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第２の通信部と、
前記第１の通信部によりスキャンされた電界強度に基づいて通信状況の最適なチャンネルを決定し、当該決定されたチャンネルの情報を前記ビーコンに含ませる制御部と、
を備えた無線通信装置が提供される。

また、本発明によれば、
ネットワークデバイスと無線通信を行う無線通信装置に内蔵のコンピュータを、
定期的に電界強度のスキャンタイミングを決定するタイマ手段、
前記スキャンタイミングで電界強度を定期的にスキャンする第１の通信手段、
前記ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第２の通信手段、
前記スキャンされた電界強度に基づいて通信状況の最適なチャンネルを決定し、当該決定されたチャンネルの情報を前記ビーコンに含ませる制御手段、
として機能させるプログラムが提供される。

本発明によれば、使用チャンネルを適宜切り替え可能であり、電波干渉を回避して常時安定した通信速度又は接続状態を確保することができる。

無線通信システムを示す図である。 無線通信装置の内部構成を示す図である。 無線通信システムの通信処理を示すフロー図である。 チャンネル情報送信処理を示すフロー図である。 無線通信装置の処理を詳細に示すフロー図である。 スキャン結果の一例を示す図である。

図１に、本実施形態における無線通信システム１００を示す。
無線通信システム１００は、有線ＬＡＮ（Local Area Network）に接続された無線通信装置１０と、一又は複数のネットワークデバイス２０とを備えて構成される。
無線通信システム１００は、無線通信装置１０とネットワークデバイス２０との間で例えば、通信規格「IEEE802.15」を用いた無線ＰＡＮ（Personal Area Network）によりビーコンの送受信を行う。

図２に、本実施形態における無線通信装置１０の内部構成を示す。
無線通信装置１０は、Ｉ／Ｆ部１、バッファ２、制御部３、タイマ４、記憶部５、ＳＷ６、アンテナＡＮＴ、第１の通信部Ｃ１、第２の通信部Ｃ２、第３の通信部Ｃ３等を備えて構成される。また、各部はバスＢＳで接続されており、有線ＬＡＮはＩ／Ｆ部１と接続されている。

Ｉ／Ｆ部１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のバスインターフェイスにより構成され、有線ＬＡＮからのデータを入力してバッファに出力する。

バッファ２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリにより構成され、Ｉ／Ｆ部１から出力されるデータを入力して一時的に記憶する。
バッファ２に一時的に記憶されるデータは、ビーコンによりネットワークデバイス２０へ送信されることになる。

制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ、ＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成され、記憶部５との協働により無線通信装置１０の各部を集中制御する。
制御部３により行われる処理については、図３以降のフロー図を参照して後述する。

タイマ４は、定期的に電界強度のスキャンタイミングを決定する。具体的には、タイマ４は電界強度のスキャンタイミングを計時し、計時時間がスキャンタイミングに達した際に、その旨を通知する信号を制御部３に出力する。
タイマ４は、無線通信装置１０とネットワークデバイス２０との間の無線通信時間に応じて、複数回スキャンタイミングを決定する。

記憶部５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の不揮発性メモリにより構成され、各種プログラム及び各種データを記憶する。各種データには、例えばスキャン結果（図６参照）が含まれる。

ＳＷ６は、第１の通信部Ｃ１、第２の通信部Ｃ２及び第３の通信部Ｃ３とアンテナＡＮＴとの間に設置され、アンテナＡＮＴと接続する通信部（Ｃ１〜Ｃ３）を切り替える。
なお、アンテナＡＮＴが通信部（Ｃ１〜Ｃ３）と対応して複数設置されるとしてもよく（例えば、アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３）、この場合ＳＷ６は設置されない。

第１の通信部Ｃ１は、図示しない復調回路、ＲＦ（Radio Frequency）回路等を備えて構成される。
第１の通信部Ｃ１は、タイマ４により決定されるスキャンタイミングで、定期的に電界強度をスキャンする。本実施形態では、第１の通信部Ｃ１は１１〜２６チャンネル（１６チャンネル分）の電界強度をスキャンし、これを予め定められた回数だけ（例えば３０回）行う。
第１の通信部Ｃ１は、スキャン結果を記憶部５に出力する。

第２の通信部Ｃ２及び第３の通信部Ｃ３は、図示しない変調回路、復調回路、ＲＦ回路等を備えて構成される。
第２の通信部Ｃ２及び第３の通信部Ｃ３は、データの符号化により構成されるビーコンを変調してネットワークデバイス２０に送信する。
また、第２の通信部Ｃ２及び第３の通信部Ｃ３は、ビーコンを復調して記憶部５に出力する。
その他、図示しない入力部や表示部等を備えるとしてもよい。

図３を参照して、無線通信システム１００の通信処理について説明する。
制御部３は、第２の通信部Ｃ２により、ネットワークデバイス２０との間でネットワークを確立する（ステップＳ１）。
制御部３は、チャンネル情報の送信処理を行う（ステップＳ２）。

図４を参照して、チャンネル情報の送信処理について説明する。
制御部３は、第１の通信部Ｃ１により、予め定められたスキャンすべきチャンネル（以下、スキャンチャンネル）の電界強度を予め定められた回数（以下、スキャン回数）だけスキャンする（ステップＳ２１）。
本実施形態では、スキャンチャンネルを１１〜２６チャンネルの１６チャンネル分とし、スキャン回数を３０回とする。

制御部３は、スキャン結果に基づいて、電波干渉が少なく通信状況の最適なチャンネルを決定し、決定したチャンネルの情報（以下、チャンネル情報）を第２の通信部Ｃ２及び第３の通信部Ｃ３に出力する（ステップＳ２２ａ、Ｓ２２ｂ）。

制御部３は、チャンネル情報をビーコンに含ませる（ステップＳ２３）。
制御部３は、第２の通信部Ｃ２により、チャンネル情報を含むビーコンをネットワークデバイス２０に送信する（ステップＳ２４）。

ネットワークデバイス２０は、第２の通信部Ｃ２から送信されたビーコンを受信し（ステップＳ２５）、受信したビーコンに含まれるチャンネル情報を図示しない記憶部に記憶する（ステップＳ２６）。

無線通信システム１００は、ステップＳ２１〜Ｓ２６の処理を一又は複数回行った後、チャンネル情報の送信処理を終了する。
説明の便宜上、無線通信システム１００は、図４に示す処理を終えた後に図３に示す処理に戻る（ステップＳ３に戻る）ことにしているが、実際には通信処理中（図３参照）に定期的にチャンネル情報の送信処理（図４参照）を行う。具体的には、無線通信システム１００は、後述する図３のステップＳ３〜Ｓ９の処理と既述した図４のステップＳ２１〜Ｓ２６とを並行して行う。

図３に戻り、制御部３は第２の通信部Ｃ２により、ネットワークデバイス２０とビーコンの送受信を行う（ステップＳ３）。
ビーコンの送受信に使用される使用チャンネルは、ネットワークデバイス２０が記憶するチャンネル情報（図４：ステップＳ２６参照）に含まれるチャンネルである。

制御部３は、第２の通信部Ｃ２とネットワークデバイス２０との間で電波干渉を検知すると（ステップＳ４）、ビーコンの送受信に使用する通信部を第２の通信部Ｃ２から第３の通信部Ｃ３に切り替える（ステップＳ５）。
一方、ネットワークデバイス２０は、電波干渉を検知すると図示しない記憶部に記憶されるチャンネル情報に基づいて、チャンネルを切り替える（ステップＳ６）。

なお、制御部３は、使用チャンネルの電界強度が大きくなってきた場合、或いはネットワークデバイス２０からＡＣＫを受信するまでに長時間経過した場合等に、電波干渉を検知する。
また、ネットワークデバイス２０は、ビーコンを第２の通信部Ｃ２に送信できない場合等に電波干渉を検知する。

制御部３は、第３の通信部Ｃ３により、ビーコンをネットワークデバイス２０に送信する（ステップＳ７）。
制御部３は、第３の通信部Ｃ３により、ネットワークデバイス２０との間でネットワークを確立し（ステップＳ８）、ネットワークデバイス２０とビーコンの送受信を行う（ステップＳ９）。

制御部３は、再びチャンネル情報の送信処理を開始し（ステップＳ１０）、第３の通信部Ｃ３とネットワークデバイス２０との間でビーコンの送受信を完了すると通信処理を終了する。
なお、ここでは説明の便宜のため、再びチャンネル情報の送信処理を行うとしたが、既述したように、チャンネル情報の送信処理（図４参照）は通信処理（図３参照）と並行して行われる。

図５を参照して、無線通信装置１０の処理について詳細に説明する。
図５に示す処理は、図３、図４に示した処理のうち、無線通信装置１０が行う詳細な処理である。

制御部３は、記憶部５に記憶されている初期設定を読み出す（ステップＳ３１）。
初期設定には、スキャンチャンネル、スキャン回数、閾値の設定が含まれる。

図４の説明で既述したように、スキャンチャンネルとはスキャンすべきチャンネルをいう。スキャン回数とはスキャンすべき回数をいい、初期設定されているスキャンチャンネルの電界強度を全てスキャンした場合のスキャン回数を１回とする。また、閾値とは電波干渉の大小を判断する基準値であって、任意に設定可能である。

本実施形態では、初期設定のスキャンチャンネルを「１１〜２６チャンネル」、スキャン回数を「３０回」、閾値を「１２」とする。

制御部３は、第２の通信部Ｃ２により、アソシエーションを開始して（ステップＳ３２）、ネットワークデバイス２０とネットワークを確立する（ステップＳ３３）。

制御部３は、第１の通信部Ｃ１により、ステップＳ３１で読み出した初期設定に基づいて電界強度をスキャンする（ステップＳ３４）。
制御部３は、第１の通信部Ｃ１によりスキャンしたスキャン結果を記憶部５に記憶する（ステップＳ３５）。

制御部３は、初期設定されているスキャンチャンネルの電界強度を全てスキャンしたか否か判断する（ステップＳ３６）。
初期設定されているスキャンチャンネルとは、ここでは１１〜２６チャンネルである。

初期設定されているスキャンチャンネルの電界強度を全てスキャンしていない場合（ステップＳ３６；Ｎ）、制御部３は、ステップＳ３４に移行する。

初期設定されているスキャンチャンネルの電界強度を全てスキャンした場合（ステップＳ３６；Ｙ）、制御部３は、初期設定されているスキャン回数だけスキャンを行ったか否か判断する（ステップＳ３７）。
初期設定されているスキャン回数とは、ここでは３０回である。

初期設定されているスキャン回数だけスキャンを行っていない場合（ステップＳ３７；Ｎ）、制御部３は、ステップＳ３４に移行する。

初期設定されているスキャン回数だけスキャンを行った場合（ステップＳ３７；Ｙ）、制御部３は、スキャン結果を記憶部５に記憶して、第１の通信部Ｃ１による電界強度のスキャンを終了する（ステップＳ３８）。

図６に、スキャン結果の一例を示す。
行Ａ１は、スキャンチャンネルのチャンネル番号を示しており、本実施形態のスキャンチャンネルは１１〜２６チャンネルである。
列Ｂ１は、スキャン回数を示しており、本実施形態のスキャン回数は３０回である。
列Ｂ２は、２０チャンネルの電界強度をスキャン回数ごとに示しており、例えばスキャン回数が２０回目の電界強度は「０」である。

行Ａ２は、全スキャン回数のうち、閾値以下の電界強度が測定された回数を示している。ここでの閾値は「１２」である。例えば２０チャンネルの場合、閾値以下の電界強度が測定された回数は２５回である。
閾値以下の回数が多いほど、電波干渉が少なく、通信状況が最適なチャンネルであるといえる。

行Ａ３は、全スキャン回数で測定された電界強度の平均値を示している。例えば２０チャンネルの場合、電界強度の平均値は「１０」である。平均値が小さいほど通信状況が安定しているチャンネルといえる。

行Ａ４は、通信状況が最適なチャンネルとして決定された一のチャンネル番号を示している。本実施形態では、閾値以下の回数が最も多く、かつ電界強度の平均値が最も小さい２０チャンネルが決定されている。

図５に戻り、制御部３は、スキャン結果に基づいて、閾値以下の電界強度が測定された回数が最も多い一又は複数のチャンネルを選択する（ステップＳ３９）。

制御部３は、選択したチャンネルが複数あるか否か判断する（ステップＳ４０）。
複数ない場合（ステップＳ４０；Ｎ）、制御部３は、ステップＳ４４に移行する。
図６に示すスキャン結果によれば、制御部３は２０チャンネルのみを選択し、ステップＳ４４に移行する。

複数ある場合（ステップＳ４０；Ｙ）、制御部３は、選択した複数のチャンネルのうち、電界強度の平均値が最も小さいチャンネルを選択する（ステップＳ４１）。

制御部３は、選択したチャンネルが複数あるか否か判断する（ステップＳ４２）。
複数ない場合（ステップＳ４２；Ｎ）、制御部３は、ステップＳ４４に移行する。
複数ある場合（ステップＳ４２；Ｙ）、制御部３は、チャンネル番号が最も小さいチャンネルを選択する（ステップＳ４３）。

制御部３は、選択したチャンネルを通信状況の最適なチャンネルとして決定する（ステップＳ４４）。
制御部３は、決定したチャンネルの情報を含むチャンネル情報を第２の通信部Ｃ２に報知する（ステップＳ４５）。
同様に、制御部３は、チャンネル情報を第３の通信部Ｃ３に報知する（ステップＳ４６）。

制御部３は、第２の通信部Ｃ２により、チャンネル情報を含ませたビーコンをネットワークデバイス２０に送信する（ステップＳ４７）。
制御部３は、スキャン結果（図６参照）を記憶部５から削除して（ステップＳ４８）、無線通信装置の処理を終了する。
なお、第２の通信部Ｃ２とネットワークデバイス２０との間で継続して無線通信が行われている場合、制御部３はステップＳ３１に移行して、再度上記の処理を行う。

以上のように、本実施形態によれば、定期的に電界強度をスキャンして、チャンネル情報を定期的にネットワークデバイスに送信することができる。

また、無線通信中に電波干渉が生じた場合、チャンネル情報に含まれるチャンネルに切り替えることで電波干渉を回避し、無線通信を継続することができる。

また、スキャン結果に基づいて、閾値以下の回数が最も多いチャンネルを通信状況の最適なチャンネルとしてチャンネル情報に含ませることができる。

また、閾値以下の回数が最も多いチャンネルが２以上ある場合には、電界強度の平均値が最も小さいチャンネルを通信状況の最適なチャンネルとしてチャンネル情報に含ませることができる。

また、電界強度の平均値が最も小さいチャンネルが２以上ある場合には、チャンネル番号の最も小さいチャンネルを通信状況の最適なチャンネルとしてチャンネル情報に含ませることができる。

また、通信部を３つ備える無線通信装置としてもよい。
具体的には、電界強度をスキャンする第１の通信部Ｃ１と、チャンネル情報を送信する第２の通信部Ｃ２と、ビーコンを送受信する第３の通信部Ｃ３とを備えた無線通信装置１０としてもよい。第２の通信部Ｃ２が電波干渉発生後も継続してチャンネル情報をネットワークデバイス２０に送信することができ、チャンネルの切り替えを適確に行うことができる。

１００ 無線通信システム
１０ 無線通信装置
１ Ｉ／Ｆ部
２ バッファ
３ 制御部
４ タイマ
５ 記憶部
６ ＳＷ
ＡＮＴ アンテナ
Ｃ１ 第１の通信部
Ｃ２ 第２の通信部
Ｃ３ 第３の通信部
２０ ネットワークデバイス

Claims (7)

1. ネットワークデバイスと無線通信を行う無線通信装置において、
   定期的に電界強度のスキャンタイミングを決定するタイマと、
   前記スキャンタイミングで電界強度を定期的にスキャンする第１の通信部と、
   前記ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第２の通信部と、
   前記第１の通信部によりスキャンされた電界強度に基づいて通信状況の最適なチャンネルを決定し、当該決定されたチャンネルの情報を前記ビーコンに含ませる制御部と、
   を備えた無線通信装置。
2. 前記制御部は、前記第２の通信部によるビーコンの送受信中に電波干渉を検知した場合、使用中のチャンネルを前記決定した通信状況の最適なチャンネルに切り替える請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１の通信部は、複数のチャンネルの電界強度を複数回スキャンし、
   前記制御部は、前記第１の通信部によりスキャンされた電界強度に基づいて、予め定められた閾値以下の電界強度を測定した回数が最も多いチャンネルを前記通信状況の最適なチャンネルとして決定する請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記制御部は、前記決定された通信状況の最適なチャンネルが２以上ある場合、当該決定された２以上のチャンネルのうち、前記複数回スキャンして測定された電界強度の平均値が最も小さいチャンネルを前記通信状況の最適なチャンネルとして改めて決定する請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記制御部は、前記決定された通信状況の最適なチャンネルが２以上ある場合、当該決定された２以上のチャンネルのうち、チャンネル番号が最も小さいチャンネルを前記通信状況の最適なチャンネルとして改めて決定する請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第３の通信部を更に備え、
   前記制御部は、前記第２の通信部によるビーコンの送受信中に電波干渉を検知した場合、使用中のチャンネルを前記決定した通信状況の最適なチャンネルに切り替え、当該切り替えたチャンネルにおいて前記第３の通信部により前記ビーコンを継続して送受信し、当該切り替える前のチャンネルにおいて前記第２の通信部により当該切り替えたチャンネルの情報を含むビーコンを継続して送信する請求項１〜５の何れか一項に記載の無線通信装置。
7. ネットワークデバイスと無線通信を行う無線通信装置に内蔵のコンピュータを、
   定期的に電界強度のスキャンタイミングを決定するタイマ手段、
   前記スキャンタイミングで電界強度を定期的にスキャンする第１の通信手段、
   前記ネットワークデバイスとビーコンの送受信を行う第２の通信手段、
   前記スキャンされた電界強度に基づいて通信状況の最適なチャンネルを決定し、当該決定されたチャンネルの情報を前記ビーコンに含ませる制御手段、
   として機能させるプログラム。

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