JP2010206589A - 無線通信デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】受信アンテナを順次切り替える方式としてマルチパスフェージングを回避すると共に、その際のデータの取り逃しをなくす。
【解決手段】起動後、データの受信に最初に成功した際に（ｔ２点）、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶する。データの受信に最初に成功した際の受信タイミングｔｒ０とデータの送信周期Ｔとからデータの次の送信タイミングｔｒｎ（ｔｒ１，ｔｒ２，ｔｒ３，ｔｒ４）を求める。この求めた次の送信タイミングを含む±αの期間、データの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、メッシュネットワーク構造の無線通信システムに用いて好適な無線通信デバイスに関するものである。

近年、無線通信を利用して、環境計測・監視・制御などを行うシステムが増加している。この環境計測・監視・制御などを行う無線通信システムでは、対象エリアが比較的広い、又は、対象エリア内に無線通信の障害物が多々存在する場合が多い。このような場合、対象エリアをカバーするためには、受信器と送信器の設置位置や電波状況等の環境により直接通信できなくても、他のデバイスを中継して通信を行うことができる無線通信ネットワークを利用することが有利である。

この種の無線通信ネットワークとして、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標））プロトコルを利用した無線通信ネットワーク（例えば、特許文献１、２参照）など、メッシュネットワークが提案されている。このメッシュネットワークでは、コーディネータとルータとの間の双方向の通信を直接通信圏内にある他のルータを中継して行うもので、１つの通信経路がマルチパスフェージングの影響を受けて通信不能に陥ったとしても、他の通信経路を探索して通信を継続することができる技術である。なお、マルチパスフェージングとは、複数の通信電波反射経路の間に発生する位相差により受信電波が打ち消され、受信ができなくなる現象をいう。また、このメッシュネットワークにおいて、最下層のルータには無線センサなどのエンドデバイスが接続される。

このメッシュネットワークにおいて、ネットワーク上の末端に置かれるエンドデバイスはネットワーク内に多数設置され、また、電池により動作するためにその構成を可能な限り簡略して設計され、例えば通信に関すると、送信専用のアンテナ１本とし、ルータに対して送信のみ可能で、受信はできない構成とされることが一般的である。このため、設置環境において人の移動などによりマルチパスフェージングが生じていると、ルータとの間を通信を継続して行うことができなくなる。

特許文献３には、通信ノードが複数の送信アンテナを有し、１つの送信アンテナで他の通ノードとの通信が不可能になった場合に他の送信アンテナに切り替えて、他の通信ノードとの通信を継続する技術が示されており、受信アンテナについても同様にして逐次切り替える方式としてもよい旨の記載がある。

この特許文献３には、受信アンテナを逐次切り替える方式とする場合の具体的な方法については言及されていないが、受信アンテナを所定間隔で順次切り替えて、他の通信ノードから送信されてくるデータを受信する方式とすることが一般的である。この方式を上述したメッシュネットワークにおけるルータとエンドデバイスとの間の通信に適用した場合、ルータにおける受信アンテナを所定間隔で切り替えて、エンドデバイスから所定の周期で送られてくるデータを受信することになる。

例えば、図５に示すように、ルータ１が２つの受信アンテナＡとＢを有するものとした場合、この受信アンテナＡとＢとを所定間隔で交互に切り替えて受信に使用するアンテナとして選択し、エンドデバイス２から所定周期Ｔで送られてくるデータを選択した使用アンテナで受信するようにする。この場合、エンドデバイス２と受信アンテナＡとの間にマルチパスフェージングが生じても、エンドデバイス２からのデータを受信アンテナＢで受信することができる。

特開２００６−５９２８号公報 特開２００６−４２３７０号公報 特開２００６−３５２４３６号公報

しかしながら、ルータにおける受信アンテナを順次切り替えてエンドデバイスからのデータを受信する方式とした場合、エンドデバイスとの通信ができない方の受信アンテナを使用アンテナとして選択している期間、エンドデバイスと通信することができず、エンドデバイスからのデータを取り逃がすという問題がある。

例えば、図６に示すように、エンドデバイス２の送信周期Ｔと同じ周期Ｔで、ルータ１におけるアンテナＡとアンテナＢとの切り替えを行っているものとする。ここで、エンドデバイス２と受信アンテナＡとの間にマルチパスフェージングが生じ、エンドデバイス２からのデータを受信アンテナＡで受信することができなくなったとする。この場合、受信アンテナＡを使用アンテナとして選択している時は毎回、エンドデバイス２から送信されてくるデータを受信することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、受信アンテナを順次切り替える方式としてマルチパスフェージングを回避するとともに、その際のデータの取り逃しをなくすことができる無線通信デバイスを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、複数の受信アンテナを有し、これら受信アンテナを所定間隔で順次切り替えて、送信デバイスから所定の送信周期で送られてくるデータを受信する無線通信デバイスにおいて、送信デバイスからのデータの送信周期を記憶する送信周期記憶手段と、起動後、送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際に、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶する受信成功アンテナ記憶手段と、送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングと送信デバイスからのデータの送信周期とから送信デバイスからのデータの次の送信タイミングを次々に求める送信タイミング演算手段と、この送信タイミング演算手段によって求められた次の送信タイミングを含む前後の所定期間、送信デバイスからのデータの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替える受信アンテナ強制切替手段とを設けたものである。

この発明によれば、送信デバイスをエンドデバイスとした場合、起動後、エンドデバイスからのデータの受信に最初に成功した時に、そのデータの受信に成功した受信アンテナが受信成功アンテナとして記憶される。例えば、受信アンテナとしてＡとＢの２つの受信アンテナを有するものとした場合、起動後、受信アンテナＡと受信アンテナＢとを交互に切り替えて、エンドデバイスからのデータを受信する。ここで、エンドデバイスと受信アンテナＡとの間にマルチパスフェージングが生じており、受信アンテナＡを使用アンテナとして選択している時にはエンドデバイスからのデータを受信することができず、受信アンテナＢを使用アンテナとして選択している時にエンドデバイスからのデータを受信することができたとすると、受信アンテナＢが受信成功アンテナとして記憶される。

そして、エンドデバイスからのデータの受信に最初に成功した時の受信タイミングと送信デバイスからのデータの送信周期とから、エンドデバイスからのデータの次の送信タイミングが次々に求められ、この求められた次の送信タイミングを含む前後の所定期間、エンドデバイスからのデータの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでなければ、そのアンテナが受信成功アンテナに一時的に切り替えられる。すなわち、受信アンテナＢが受信成功アンテナとして記憶されていた場合、次の送信タイミングで使用アンテナとして選択されるアンテナが受信アンテナＡであれば、その送信タイミングを含む前後の所定期間、そのアンテナが受信成功アンテナである受信アンテナＢに一時的に切り替えられる。

本発明によれば、起動後、送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際に、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶し、送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングと送信デバイスからのデータの送信周期とから送信デバイスからのデータの次の送信タイミングを次々に求め、この求めた次の送信タイミングを含む前後の所定期間、送信デバイスからのデータの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替えるようにしたので、送信デバイスがデータを送信するタイミングでは常に受信成功アンテナが使用アンテナとして選択されるものとなり、受信アンテナを順次切り替える方式としてマルチパスフェージングを回避すると共に、その際のデータの取り逃しをなくすことができるようになる。

本発明に係る無線通信デバイスを用いた無線通信システムの一実施の形態の概略を示す構成図である。 この無線通信システムにおけるルータが有する受信アンテナ強制切り替え機能を説明するためのタイムチャートである。 この無線通信システムにおけるルータが有する受信アンテナ強制切り替え機能を説明するためのフローチャートである。 この無線通信システムにおけるルータの要部の機能ブロック図である。 複数の受信アンテナを有するルータとエンドデバイスとを用いた無線通信システムを例示する図である。 この無線通信システムにおいてルータにおける受信アンテナを順次切り替えてエンドデバイスからのデータを受信する方式とした場合の問題を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る無線通信デバイスを用いた無線通信システムの一実施の形態の概略を示す構成図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態において、ルータ１のメモリには、エンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔが記憶されている。また、ルータ１は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能として受信アンテナ強制切り替え機能を有している。

以下、図３示すフローチャートに従って、ルータ１が有する受信アンテナ強制切り替え機能について説明する。ルータ１は、起動後（ステップＳ１０１）、受信アンテナの順次切替を開始する（ステップＳ１０２）。この実施の形態では、エンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔと同じ周期で受信アンテナＡ１と受信アンテナＡ２とを交互に切り替えて、切り替えた方（選択した方）のアンテナを受信に使用するアンテナとする。

ルータ１は、この受信アンテナＡ１と受信アンテナＡ２との順次切替を開始した後、エンドデバイス２からのデータの受信を待つ（ステップＳ１０３）。そして、エンドデバイス２からのデータを受信すると（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、すなわちステップＳ１０１での起動後、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功すると、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶する（ステップＳ１０４）。また、そのデータの受信タイミングをエンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングｔｒ０として記憶する（ステップＳ１０５）。

ここで、エンドデバイス２と受信アンテナＡとの間にマルチパスフェージングが生じており、受信アンテナＡを使用アンテナとして選択している時にはエンドデバイス２からのデータを受信することができず（図２：ｔ１点）、受信アンテナＢを使用アンテナとして選択している時にエンドデバイス２からのデータを受信することができたとすると（図２：ｔ２点）、受信アンテナＢが受信成功アンテナとして記憶される。また、この時の受信タイミングｔ２がエンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功したた際の受信タイミングｔｒ０として記憶される。

ルータ１は、この受信成功アンテナおよび受信タイミングｔｒ０の記憶後、メモリに記憶されているエンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔを読み出し（ステップＳ１０５）、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した時の受信タイミングｔｒ０とエンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔとから、エンドデバイス２からのデータの次の送信タイミングｔｒｎ（＝ｔｒ１）を求める（ステップＳ１０７）。

そして、予め定められている所定の時間幅をαとし、現時刻が送信タイミングｔｒ１−αに達した時に（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、使用アンテナとして選択されているアンテナが受信成功アンテナか否かをチェックする（ステップＳ１０９）。図２に示した例では、受信成功アンテナが受信アンテナＢとして記憶されており、現時刻が送信タイミングｔｒ１−αに達した時には、受信アンテナＡが使用アンテナとして選択されている。このため、ルータ１は、受信成功アンテナではないと判断する。

ルータ１は、受信成功アンテナではないと判断すると（ステップＳ１０９のＮＯ）、現在の使用アンテナとして選択されている受信アンテナＡを強制切替前アンテナとして記憶したうえ（ステップＳ１１０）、受信アンテナＡから受信アンテナＢへ使用アンテナを強制的に切り替える（ステップＳ１１１）。そして、現時刻が送信タイミングｔｒ１＋αに達した時に（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、使用アンテナをステップＳ１１１で記憶した強制切替前アンテナである受信アンテナＡに戻す（ステップＳ１１３）。

これにより、次の送信タイミングｔｒ１では、送信タイミングｔｒ１を含む前後の±αの期間の間だけ、一時的に受信アンテナＢが使用アンテナとされ、エンドデバイス２からのデータが受信されるものとなる。

そして、ルータ１は、次の送信タイミングｔｒｎをｔｒｎ＝ｔｒｎ＋Ｔとして求め（ステップＳ１１４）、ステップＳ１０８に戻る。この場合、次の送信タイミングｔｒ２をｔｒ２＝ｔｒ１＋Ｔとして求め、ステップＳ１０８に戻る。

そして、現時刻が送信タイミングｔｒ２−αに達した時に（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、使用アンテナとして選択されているアンテナが受信成功アンテナか否かをチェックする（ステップＳ１０９）。この場合、受信成功アンテナが受信アンテナＢとして記憶されており、現時刻が送信タイミングｔｒ２−αに達した時には、受信アンテナＢが使用アンテナとして選択されている。このため、ルータ１は、受信成功アンテナであると判断する。

ルータ１は、受信成功アンテナであると判断すると（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、次の送信タイミングｔｒ３をｔｒ３＝ｔｒ２＋Ｔとして求め（ステップＳ１１４）、ステップＳ１０８に戻る。

そして、現時刻が送信タイミングｔｒ３−αに達した時に（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、使用アンテナとして選択されているアンテナが受信成功アンテナか否かをチェックする（ステップＳ１０９）。この場合、受信成功アンテナが受信アンテナＢとして記憶されており、現時刻が送信タイミングｔｒ３−αに達した時には、受信アンテナＡが使用アンテナとして選択されている。このため、ルータ１は、受信成功アンテナではないと判断し、ステップＳ１１０以下の処理へと進み、送信タイミングｔｒ３を含む前後の±αの期間の間だけ、一時的に受信アンテナＢを使用アンテナとする。

このようにして、ルータ１は、起動後、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した際に、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶し、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングｔｒ０とエンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔとからエンドデバイス２からのデータの次の送信タイミングｔｒｎを次々に求め、この求めた次の送信タイミングｔｒｎを含む前後の±αの期間、エンドデバイス１からのデータを受信するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替える。

これにより、エンドデバイス２がデータを送信するタイミングでは常に受信成功アンテナが使用アンテナとして選択されるものなり、受信アンテナを順次切り替える方式としてマルチパスフェージングを回避するとともに、その際のデータの取り逃しをなくすことができるようなる。

図４にルータ１の要部の機能ブロック図を示す。ルータ１は、起動後、受信アンテナＡと受信アンテナＢの順次切替を行う受信アンテナ順次切替部１Ａと、エンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔを記憶する送信周期記憶部１Ｂと、起動後、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した際に、そのデータの受信に成功した受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶する受信成功アンテナ記憶部１Ｃと、エンドデバイス２からのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングｔｒ０とエンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔとからエンドデバイス２からのデータの次の送信タイミングｔｒｎを次々に求める送信タイミング演算部１Ｄと、送信タイミング演算部１Ｄによって求められた次の送信タイミングｔｒｎを含む前後の±αの期間、エンドデバイス２からのデータの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替える受信アンテナ強制切替部１Ｅとを備えている。

なお、上述した実施の形態では、エンドデバイス２を１つとした例で説明したが、エンドデバイス２は複数台存在する場合もある。この場合、ルータ１は、上述と同様にして、それぞれのエンドデバイス２について、受信成功アンテナを記憶し、次の送信タイミングを含む前後の±αの期間、エンドデバイス２からのデータの受信に使用するアンテナが受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを受信成功アンテナに一時的に切り替える。

また、上述した実施の形態では、受信アンテナＡと受信アンテナＢとの切替周期をエンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔと同じとしたが、必ずしも同じ周期としなくてもよく、エンドデバイス２からのデータの送信周期Ｔよりも長い周期としてもよく、短い周期としてもよい。

また、上述した実施の形態では、ルータ１に設ける受信アンテナを受信アンテナＡと受信アンテナＢの２つとしたが、さらに多くの受信アンテナを設けた場合にも同様に構成することが可能である。

本発明の無線通信デバイスは、通信幹線を無線化したメッシュネットワーク構造の中規模、大規模の監視制御システムなど様々な分野で利用することが可能である。具体的には、ＶＡＶ（可変風量調節）による居室内空調システムへの利用などが考えられる。

１…ルータ、Ａ，Ｂ…受信アンテナ、２…エンドデバイス、１Ａ…受信アンテナ順次切替部、１Ｂ…送信周期記憶部１Ｂ、１Ｃ…受信成功アンテナ記憶部、１Ｄ…送信タイミング演算部、１Ｅ…受信アンテナ強制切替部。

Claims (1)

1. 複数の受信アンテナを有し、これら受信アンテナを所定間隔で順次切り替えて、送信デバイスから所定の送信周期で送られてくるデータを受信する無線通信デバイスにおいて、
   前記送信デバイスからのデータの送信周期を記憶する送信周期記憶手段と、
   起動後、前記送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際に、そのデータの受信に成功した前記受信アンテナを受信成功アンテナとして記憶する受信成功アンテナ記憶手段と、
   前記送信デバイスからのデータの受信に最初に成功した際の受信タイミングと前記送信デバイスからのデータの送信周期とから前記送信デバイスからのデータの次の送信タイミングを次々に求める送信タイミング演算手段と、
   この送信タイミング演算手段によって求められた次の送信タイミングを含む前後の所定期間、前記送信デバイスからのデータの受信に使用するアンテナが前記受信成功アンテナでない場合、そのアンテナを前記受信成功アンテナに一時的に切り替える受信アンテナ強制切替手段と
   を備えることを特徴とする無線通信デバイス。

Images