JP2014082694A - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コリジョンが発生する可能性を低減することが可能な無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信部１０１は、複数の端末と接続する。検知部１０３は、無線通信部が接続している端末を検知する。送信タイミング決定部１０４は、検知部１０３が検知した端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定する。メッセージ生成部１０５は、送信タイミング決定部１０４が決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、およびプログラムに関する。

通信網を介してデータを送信する場合、同時に複数のデータが送信されると、コリジョンが発生してデータの送信が失敗することがある。この場合、送信に失敗したデータが再送され、データの遅延、通信効率の低下、および消費電力の増大が発生する。

これに対して、データを送信するタイミングを調整することで、コリジョンの影響を低減する技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。

具体的には、特許文献１には、親機が、親機の存在を子機に通知するための起動信号を分割し、分割した複数の起動信号を間隔をおいて子機へ順次送信する検針データ収集システムが開示されている。

また、特許文献２には、マルチホップ無線通信を用いて検針データと検針データ以外の汎用データとを送信する各端末が、検針データを送信する際に、１度に送信するフレーム数を制限し、検針データのデータ量が所定のフレーム数を超えた場合には一定の時間送信を休止した後、残りの検針データを送信する検針データ収集システムが開示されている。

このように、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、特定の装置が送信するデータが分散して送信されるため、コリジョンが発生した場合の遅延時間を低減することが可能になる。

特開２０１２−０１５８７９号公報 特開２０１１−０８２６７２号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、親機や各端末が、他の端末におけるデータの送信タイミングを考慮せずに、自立的に送信タイミングを決定しているので、複数の端末におけるデータの送信タイミングが重なることでコリジョンが発生してしまうことがある。このため、コリジョンが発生する可能性を低減することができないことがあった。

具体的には、特許文献１に記載の技術では、１つの端末が送信するデータ間の送信間隔は調整されるが、複数の端末が送信するデータ間の送信間隔は調整されない。また特許文献２に記載の技術では、マルチホップ無線通信でデータを送信するシステムを前提としているため、複数の端末が同じ基地局に対してデータを送信することで、コリジョンが発生することは考慮されていない。

本発明の目的は、コリジョンが発生する可能性を低減することの可能な無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、およびプログラムを提供することである。

本発明による無線通信装置は、複数の端末と接続する通信部と、前記通信部が接続している前記端末を検知する検知部と、前記検知部が検知した前記端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定するタイミング決定部と、前記タイミング決定部が決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信するタイミング指示部と、を備える。

本発明による無線通信システムは、複数の端末と、前記複数の端末と接続された無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置は、前記複数の端末と接続する通信部と、前記通信部が接続している前記端末を検知する検知部と、前記検知部が検知した前記端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定するタイミング決定部と、前記タイミング決定部が決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信するタイミング指示部とを有する。

本発明による無線通信方法は、無線通信装置と接続された複数の端末を検知し、前記検知した端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定し、前記決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信する。

本発明によるプログラムは、複数の端末と接続されたコンピュータに、前記複数の端末を検知する手順と、前記検知した端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定する手順と、前記決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信する手順と、を実行させる。

本発明によれば、コリジョンが発生する可能性を低減することが可能である。

本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成図である。 本発明の比較例の無線通信システムにおいて各検針端末がランダムに検針データを送信した場合に起こりうる事象を説明するための説明図である。 図１の無線通信システムにおける基地局の構成図である。 図１の無線通信システムにおける各検針端末の送信タイミングを調整する方法の一例を示す説明図である。 図１の検針端末の構成図である。 図３の基地局の動作例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成図である。図１に示す無線通信システム１０は、基地局１００と、複数の検針端末ＭＲと、複数の一般端末ＭＳとを有する。なお、以下では、検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳは、端末と総称することもある。

基地局１００は、検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳと無線通信網（図示せず）を介して接続される。基地局１００は、検針データを検針端末ＭＲから受信する。また基地局１００は、検針データ以外の汎用データを一般端末ＭＳから受信する。

検針端末ＭＲは、所定の周期で検針データを基地局１００に向けて送信する第１の端末の一例である。検針端末ＭＲは、計量器を有し、計量器のメータを検針することで検針データを生成する。検針端末ＭＲの有する計量器は、例えば、電気、ガス、または水道の使用量を計量する。ここで計量器のメータが示す値は、使用量の累積値である。検針データはこの累積値と検針した日時を含む。検針端末ＭＲは、時間を計る時計を有し、所定の周期で検針データを生成して基地局１００に向けて送信する。

一般端末ＭＳは、検針データ以外のデータである汎用データを基地局１００との間で送受信する第２の端末の一例である。一般端末ＭＳは、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、携帯電話、テレビ受像機などの情報処理装置である。また、一般端末ＭＳは、上記に例示した情報処理装置の他にも、通信機能を搭載した、冷蔵庫、オーブンレンジ、冷暖房機器などであってもよい。

この無線通信システム１０において、複数の端末が同時に基地局１００にアクセスした場合、データ間のコリジョンが発生してしまうことがある。

図２は、本発明の比較例の無線通信システムにおいて各検針端末がランダムに検針データを送信した場合に起こりうる事象を説明するための説明図である。図２には、各検針端末ＭＲが検針データの送信を試みるタイミングと、無線通信網へのアクセスタイミングであるＲａｎｇｉｎｇ Ｔｉｍｅと、各検針端末ＭＲが検針データを実際に送信するタイミングとが示されている。

図２に示したように、各検針端末ＭＲがランダムに検針データを送信した場合、各検針端末ＭＲ間において検針データの送信タイミングが集中してしまう場合がある。検針データの送信タイミングが集中した場合、検針データ間でコリジョンが発生する可能性が高まるとともに、図示しない一般端末ＭＳの送信する汎用データおよび検針データ間でコリジョンが発生する可能性も高まってしまう。

このとき一般端末ＭＳの送信する汎用データには、例えば通話機能による音声データなど、リアルタイム性の要求が高いデータが含まれる場合がある。リアルタイム性の要求が高いデータに対して遅延が生じた場合、サービス品質が著しく低下してしまう。これに対して検針データは、リアルタイム性の要求が低いデータであり、データが多少遅延してもサービス品質の点で問題とならないことが多い。そこで基地局１００は、一般端末ＭＳの送信する汎用データの送信タイミングは調整せず、検針端末ＭＲの送信する検針データの送信タイミングを、複数の検針端末ＭＲ間で検針データが間隔をあけて送信されるように調整する。

次に図３は、本実施形態にかかる基地局１００の構成図である。図３に示す基地局１００は、無線通信部１０１と、検知部１０３と、記憶部１０２と、送信タイミング決定部１０４と、メッセージ生成部１０５とを有する。

無線通信部１０１は、複数の端末と無線通信網を介して接続し、データを送受信する。なお無線通信部１０１は、例えば無線通信技術の規格の１つであるＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）に準拠した通信インタフェースである。ＷｉＭＡＸに準拠した通信インタフェースでは、同時にアクセスすることのできる端末数に制限が設けられている。このため、ＷｉＭＡＸに準拠した通信インタフェースである無線通信部１０１に対して、制限数以上の端末が同時にアクセスすると、コリジョンが発生する。

記憶部１０２は、検針端末情報を記憶する。検針端末情報は、無線通信部１０１に接続された検針端末ＭＲの識別情報を含む。

検知部１０３は、無線通信部１０１が接続している端末を検知する。検知部１０３は、例えば検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳが送信する識別情報に基づいて、接続している端末が検針端末ＭＲであるか又は一般端末ＭＳであるかを区別する。検知部１０３は、検知した端末のうち検針端末ＭＲの識別情報を含む検針端末情報を生成して記憶部１０２に記憶させる。また検知部１０３は、検針端末情報を生成する度に、記憶部１０２に記憶された検針端末情報を更新する。

送信タイミング決定部１０４は、記憶部１０２に記憶された検針端末情報に含まれる識別情報の数をカウントすることで、検知部１０３が検知した検針端末ＭＲの数を求める。送信タイミング決定部１０４は、求めた検針端末ＭＲの数に基づいて、所定の送信期間内で各検針端末ＭＲが検針データを送信するタイミングを決定する。

ここで図４は、本実施形態にかかる無線通信システム１０の基地局１００が各検針端末ＭＲの送信タイミングを決定する方法の具体例を示す説明図である。図４では、基地局１００に検針端末ＭＲとして、検針端末ＭＲ１〜ＭＲ７が接続されているものとしている。

送信タイミング決定部１０４は、所定の送信期間と、カウントした検針端末ＭＲの数とに基づいて、送信期間内で各検針端末ＭＲの送信タイミングが分散するように、各送信タイミングを決定する。

具体的には、送信タイミング決定部１０４は、送信期間を検針端末ＭＲの数で除算した時間Ｔを求める。そして送信期間中において、各検針端末ＭＲが時間Ｔ毎に順次検針データを送信するように、各検針端末ＭＲの送信タイミングを割り当てる。例えば送信タイミング決定部１０４は、送信期間の開始時刻ｔ１を検針端末ＭＲ１の送信タイミングとすると、検針端末ＭＲ２の送信タイミングをｔ１＋Ｔとし、検針端末ＭＲ３の送信タイミングをｔ１＋２Ｔとする。検針端末ＭＲ４〜７についても同様に送信タイミングが決定される。

なお送信タイミング決定部１０４は、記憶部１０２に記憶された検針端末情報が更新される毎に、各検針端末ＭＲの送信タイミングを決定する。なお検針端末情報は、無線通信部１０１が接続している検針端末ＭＲが変化する毎に更新されるため、送信タイミング決定部１０４は、無線通信部１０１が接続している検針端末ＭＲが変化する毎に、各検針端末ＭＲの送信タイミングを決定することとなる。

図３の説明に戻る。メッセージ生成部１０５は、送信タイミング決定部１０４が決定した送信タイミングで検針データを送信する旨の送信指示を各端末に送信するタイミング指示部の一例である。具体的にはメッセージ生成部１０５は、送信タイミング決定部１０４が決定した送信タイミングで検針データを送信する旨の送信指示メッセージを生成し、生成した送信指示メッセージを無線通信部１０１を介して各検針端末ＭＲに送信することで、各検針端末ＭＲに送信タイミングを指示する。なおメッセージ生成部１０５は、全ての検針端末ＭＲに対して送信タイミング指示メッセージを生成してもよいし、各検針端末ＭＲが検針データを送信するタイミングが変更された場合のみ送信タイミング指示メッセージを生成してもよい。

次に図５は、本実施形態にかかる検針端末の構成図である。図５に示す検針端末ＭＲは、計量器２０１と、検針データ生成部２０２と、無線通信部２０３とを有する。

計量器２０１は、電気、ガス、または水道などの使用量の累積値を計量する。

検針データ生成部２０２は、計量器２０１を検針して使用量を示す検針データを生成する。検針データ生成部２０２は、生成した検針データを無線通信部２０３を介して基地局１００に送信する。検針データ生成部２０２は、所定の検針間隔で計量器２０１を検針する。また検針データ生成部２０２は、生成した検針データを、通常、所定の周期で定期的に基地局１００に向けて送信する。また基地局１００から送信タイミング指示メッセージを受信した場合、検針データ生成部２０２は、送信タイミング指示メッセージに応じて送信タイミングを調整し、基地局１００から指示された送信タイミングで検針データを送信する。

無線通信部２０３は、基地局１００と無線通信網を介して接続する。無線通信部２０３は、検針データ生成部２０２から入力された検針データを基地局１００に送信する。また無線通信部２０３は、基地局１００から送信タイミング指示メッセージを受信し、受信した送信タイミング指示メッセージを検針データ生成部２０２に入力する。

次に図６は、本実施形態にかかる基地局の動作例について説明するためのフローチャートである。

まず検知部１０３は、基地局１００と接続されている検針端末ＭＲを検知する（ステップＳ１００）。そして検知部１０３は、検知した検針端末ＭＲが前回検知した検針端末ＭＲから変化したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

基地局１００と接続されている検針端末ＭＲが変化した場合、検知部１０３は、今回の検知結果に基づいて、記憶部１０２に記憶された検針端末情報を更新し、その後、検針端末情報が更新された旨の更新終了情報を送信タイミング決定部１０４に送信する（ステップＳ１１０）。一方、基地局１００と接続されている検針端末ＭＲが変化しない場合、ステップＳ１００の処理に戻る。

送信タイミング決定部１０４は、更新終了情報を受信すると、検針端末情報に含まれる、検針端末ＭＲの識別情報をカウントすることで、基地局１００と接続された検針端末ＭＲの数を求める（ステップＳ１１５）。そして送信タイミング決定部１０４は、求めた検針端末ＭＲの数に基づいて、各検針端末ＭＲの送信タイミングを決定する（ステップＳ１２０）。

そしてメッセージ生成部１０５は、送信タイミング決定部１０４が決定した送信タイミングで検針データを送信する旨の送信指示を各検針端末ＭＲに送信することで、送信タイミングを指示する（ステップＳ１２５）。

以上説明したように、本実施形態によれば、基地局１００と接続された複数の端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングが決定される。これにより、基地局１００と接続された複数の端末間でデータを送信するタイミングが重なることを抑制することが可能になるので、コリジョンが発生する可能性を低減することが可能になる。

また、コリジョンが発生する可能性が低減されることにより、本実施形態にかかる無線通信システム１０は、高い通信効率を維持すること、および検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳの消費電力を低減することが可能になる。コリジョンが発生してデータの送信に失敗した場合、送信に失敗したデータが再送される。このためコリジョンが発生した場合には通信効率が低下するとともに、検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳがデータを再送することに伴う電力が余分に消費されていた。これに対してコリジョンが発生する可能性が低減されることにより、データが再送される可能性が低減されるため、高い通信効率を維持すると共に、消費電力を低減することが可能になる。

また本実施形態では、送信期間内で各端末の送信タイミングが分散するように、各送信タイミングが決定される。これにより、送信期間内でデータが送信されるタイミングが分散するため、より確実にコリジョンが発生する可能性を低減することが可能である。

また本実施形態では、基地局１００と接続される端末は、計量器を検針して生成される検針データを送信する検針端末ＭＲと、検針データ以外のデータを送信する一般端末ＭＳとを含む。そして基地局１００と接続される端末のうち、検針端末ＭＲの数に基づいて送信タイミングが決定され、各検針端末ＭＲに送信タイミングが指示される。リアルタイム性の要求が高いデータの送信タイミングが調整されると、リアルタイム性の要求が高いデータに遅延が発生してサービス品質が低下することがあるが、本実施形態では、リアルタイム性の要求が低い検針データについてのみ送信タイミングが調整される。したがって、サービス品質を低下させる可能性を抑制しつつ、コリジョンが発生する可能性を低減することが可能になる。

また本実施形態では、無線通信部１０１が接続している端末が変化する毎に、送信タイミングが決定される。これにより、システム構成に変化が生じた場合であっても、確実にコリジョンが発生する可能性を低減することが可能になる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記実施形態では、基地局１００が検針端末ＭＲおよび一般端末ＭＳと接続される無線通信システムについて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、一般端末ＭＳが含まれず、検針端末ＭＲと基地局１００とで構成された無線通信システムに対して、本技術を適用することもできる。

また、上記実施形態では、検針データを送信する検針端末ＭＲの送信タイミングを調整することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。検針データと同様に、リアルタイム性の要求が低いデータ全般に対して、本発明を適用して送信タイミングを調整することが可能である。

また、上記実施形態では、検知部１０３が記憶部１０２に記憶された検針端末情報を更新する毎に送信タイミング決定部１０４に更新終了情報を送信することで、送信タイミング決定部１０４が検針端末情報の更新を検知することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば送信タイミング決定部１０４が定期的に記憶部１０２に記憶された検針端末情報を監視することで、検針端末情報の更新を検知してもよい。

また、上記実施形態では、検針データとして使用量の累積値である検針値を送信することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば検針データは、検針値から求められる、特定期間の使用量であってもよい。この場合、検針データ生成部２０２は、取得した検針値を記憶し、前回の検針値と今回の検針値との差分をとることで、使用量を得ることができる。

また、上記実施形態では、無線通信システム１０と、無線通信システム１０に含まれる基地局１００および検針端末ＭＲの装置構成と、基地局１００における無線通信方法について説明したが、基地局１００および検針端末ＭＲそれぞれの機能を実現するための手順を記述したプログラムや、当該プログラムを記憶した記録媒体を提供することも可能である。

１００ 基地局（無線通信装置）
１０１ 無線通信部
１０２ 記憶部
１０３ 検知部
１０４ 送信タイミング決定部（タイミング決定部）
１０５ メッセージ生成部（タイミング指示部）
ＭＲ 検針端末（第１の端末）
２０１ 計量器
２０２ 検針データ生成部
２０３ 無線通信部
ＭＳ 一般端末（第２の端末）

Claims (7)

1. 複数の端末と接続する通信部と、
   前記通信部が接続している前記端末を検知する検知部と、
   前記検知部が検知した前記端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定するタイミング決定部と、
   前記タイミング決定部が決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信するタイミング指示部と、を備える無線通信装置。
2. 前記タイミング決定部は、所定の送信期間内で各端末の送信タイミングが分散するように、各送信タイミングを決定する、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記端末は、計量器を検針して生成される検針データを送信する第１の端末と、前記検針データ以外のデータを送信する第２の端末とを含み、
   前記タイミング決定部は、前記端末のうちの前記第１の端末の数に基づいて、各第１の端末の送信タイミングを決定し、
   前記タイミング指示部は、前記送信指示を各第１の端末に送信する、請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記タイミング決定部は、前記無線通信部が接続している端末が変化する毎に、前記送信タイミングを決定する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 複数の端末と、
   前記複数の端末と接続された無線通信装置と、を備え、
   前記無線通信装置は、
   前記複数の端末と接続する通信部と、
   前記通信部が接続している前記端末を検知する検知部と、
   前記検知部が検知した前記端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定するタイミング決定部と、
   前記タイミング決定部が決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信するタイミング指示部と、を有する無線通信システム。
6. 無線通信装置と接続された複数の端末を検知し、
   前記検知した端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定し、
   前記決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信する、無線通信方法。
7. 複数の端末と接続されたコンピュータに、
   前記複数の端末を検知する手順と、
   前記検知した端末の数に基づいて、各端末がデータを送信する送信タイミングを決定する手順と、
   前記決定した送信タイミングでデータを送信する旨の送信指示を各端末に送信する手順と、を実行させるためのプログラム。

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