JP2014110461A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】特に互いに異なる無線通信ネットワーク間における接続を容易に実現することが可能な無線通信システムを提供する。
【解決手段】デバイス３間の通信周波数を周波数ホッピング方式により時間帯毎に切り替えて無線通信を行う際に、デバイス３ｂは、時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定し、当該固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返し、デバイス３ａは、周波数ホッピング方式に基づいて接続要求信号の通信周波数と同一の通信周波数に切り換えたときに当該接続要求信号を読み取り、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含めた接続応答信号をデバイス３ｂに対して送信することにより、デバイス３間で同期を取り、通信リンクを確立する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信周波数を周波数ホッピング方式により時間帯毎に切り替えて無線通信を行う複数のデバイスを有する無線通信システムに関するものである。

従来より周波数ホッピング方式に基づいて無線通信を行うネットワークシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この周波数ホッピング方式は、デバイスとコーディネータ間の通信周波数を時間帯毎に切り替えて無線通信を行う方式である。いわゆる周波数ホッピング・スペクトラム拡散に基づいて、コーディネータとデバイス間で無線通信を行う。この周波数ホッピングでは、送信側と受信側でホッピングシーケンスやホッピングパターンを設定し、それに従って一定の通信帯域の中で高速に通信周波数を切り替えて通信を行う。

例えば図６は、ある無線通信ネットワーク４０ａにおける一のデバイスのホッピングパターンの例を示している。無線通信ネットワーク４０ａでは、使用する周波数チャネルが、チャネル＃０〜チャネル＃Ｎ（Ｎは、１以上の整数）でホッピングさせつつ、当該無線通信ネットワーク４０ａ内のコーディネータとデバイス間で無線通信を行う。

チャネル＃０〜チャネル＃Ｎまで順にホッピングさせることによりチャネルホッピングがちょうど１周することになる。チャネル＃Ｎまで到達した後、再びチャネル＃０に戻ってチャネルホッピングを行う。このホップする周波数をホッピングチャンネルといい、そのチャネル数をホッピングチャネル数という。

つまり、無線通信ネットワーク４０ａ内のコーディネータとデバイス間においてこのようなホッピングのルールを設定しておき、ある時点において互いに無線通信を行う場合に、当該時点においてホッピングしている周波数チャネルを使用することができるようにしておく。このホッピングチャネル数が多いほど、通信妨害や通信干渉に強くなり、また通信の秘匿性を向上させることが可能となる。ホッピングチャンネルの一部にノイズが存在した場合でも、高速に通信周波数を切替えるため、かかるノイズにより通信が妨害されるのを防止することが可能となる。

特開２０１２−１７５３８８号公報

ところで、上述の如き周波数ホッピング方式を採用する無線通信ネットワーク４０ａにおいて、同様の周波数ホッピング方式を採用する他の無線通信ネットワーク４０ｂとの間で無線通信を望む場合がある。かかる場合において、他の無線通信ネットワーク４０ｂにおける他のデバイスが、無線通信ネットワーク４０ａにおける一のデバイスと全く同一の周波数ホッピングパターンになっているとは限らず、例えば図６に示すように互いに異なる周波数ホッピングパターンになっている場合もありえる。互いに異なる無線通信ネットワーク４０間のデバイスにおいて無線通信を行うためには、互いに同期を取る上でも使用する周波数チャネルを合わせる必要がある。

しかしながら、図６のように互いに異なる無線通信ネットワーク４０のデバイス間でそれぞれの周波数ホッピングを継続して行うだけでは、たまたま同時期に同一の周波数チャネルをホッピングするケースを除いて、なかなか両者間において周波数チャネルが一致しない。このため、互いに異なる無線通信ネットワーク４０間のデバイスで早期に同期を取ることができず、通信リンクを確立することができなくなるという問題点があった。

特に、無線通信ネットワーク４０ａのデバイス側では、その相手側の無線通信ネットワーク４０ｂのデバイスがいかなる周波数ホッピングパターンを採用しているのかは分からない場合が多い。このため、無線通信ネットワーク４０ａのデバイス側において自らの周波数ホッピングパターンを相手側に合わせたくても、当該相手側のホッピングパターンが不知であることから、それを実現することができないという問題点があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、デバイス間の通信周波数を周波数ホッピング方式により時間帯毎に切り替えて無線通信を行う複数の無線通信ネットワークを有する無線通信システムにおいて、特に互いに異なるデバイス間における接続を容易に実現することが可能な無線通信システムを提供することにある。

請求項１記載の無線通信システムは、２以上のデバイス間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、通信周波数を周波数ホッピング方式により時間帯毎に切り替えて無線通信を行う第１のデバイス及び第２のデバイスを備え、上記第１のデバイスは、第２のデバイスと通信を行う際に、上記時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定し、当該固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返し、上記第２のデバイスは、上記周波数ホッピング方式に基づいて上記接続要求信号の通信周波数と同一の通信周波数に切り換えたときに当該接続要求信号を読み取り、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含めた接続応答信号を上記第１のデバイスに対して送信することにより、上記第１のデバイスとの間で同期を取り、通信リンクを確立することを特徴とする。

請求項２記載の無線通信システムは、請求項１記載の発明において、上記第２のデバイスは、上記接続要求信号の検出期間を上記時間帯毎に短縮化し、上記第１のデバイスは、上記第２のデバイスにおける上記短縮時間に応じて上記接続要求信号の送信頻度を増加させることを特徴とする。

請求項３記載の無線通信システムは、請求項１又は２記載の発明において、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに周波数ホッピングパターンを合致させて上記通信リンクを確立するか、又は何れか一方から指定された周波数チャネルに基づいて上記通信リンクを確立することを特徴とする。

請求項４記載の無線通信システムは、請求項３記載の発明において、上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、更に第３のデバイスとの間で同様に通信リンクを確立する際において、上記合致させた周波数ホッピングパターンとは異なる他の周波数ホッピングパターンで互いに合致させて上記通信リンクを確立することを特徴とする。

請求項５記載の無線通信システムは、請求項１又は２記載の発明において、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、上記接続要求信号又は接続応答信号の何れかに含められた時間情報に基づいて、互いの周波数ホッピングのタイミングや開始時間を合わせることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、周波数ホッピング方式を採用する無線通信ネットワーク間において、互いに無線通信を望む場合に、一の無線通信ネットワークにより、時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定し、当該固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返す。そして、他の無線通信ネットワークは、上記周波数ホッピング方式に基づいて接続要求信号の通信周波数と同一の通信周波数に切り換えたときに当該接続要求信号を読み取り、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含めた接続応答信号を送信する。これにより、一の無線通信ネットワークは相手側の周波数ホッピングに関する情報を読み取ることができ、互いに同期を取ることが可能となる。これにより、周波数ホッピング方式を採用する無線通信ネットワーク間において、互いに無線通信を望む場合に、通信リンクの確立を容易に実現することが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。 無線通信ネットワークにおけるホッピングパターンを示す図である。 本発明を適用した無線通信システムの動作例を示すフローチャートである。 図３のステップＳ１２、Ｓ１３における詳細なタイムチャートである。 無線通信ネットワークによる接続要求信号の検出期間を短縮化する例を示す図である。 一般的な無線通信ネットワークにおけるホッピングパターンを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明を適用した無線通信システム１の構成例を示している。この無線通信システム１は、２つのデバイス３ａを備えている。 上述した図１に示す無線通信システム１では、あくまで２つのデバイス３ａ、３ｂから構成されている場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、３以上のデバイス３からなるものであってもよい。

この無線通信システム１は、例えばＴＶwhite space の帯域において用いられるものであるが、これに限定されるものではなく、他のいかなる帯域においても使用することが可能となる。

デバイス３は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）や、携帯電話等を初めとした各種携帯情報端末等で構成される。デバイス３は、少なくともＷＰＡＮにおいて他のデバイス３同士で無線パケット通信を行うことができ、更には他のデバイス３を介して更なる他のデバイス３との間で無線パケット通信を行う。

これら２つのデバイス３ａ、３ｂは、周波数ホッピング方式により、それぞれ通信を行う。この周波数ホッピング方式は、デバイス３間の通信周波数を時間帯毎に切り替えて無線通信を行う方式である。いわゆる周波数ホッピング・スペクトラム拡散に基づいて、デバイス３間で無線通信を行う。この周波数ホッピングでは、送信側と受信側でホッピングシーケンスやホッピングパターンを設定し、それに従って一定の通信帯域の中で高速に通信周波数を切り替えて通信を行う。

例えば図２は、デバイス３ａにおけるホッピングパターンの例を示している。デバイス３ａでは、使用する周波数チャネルが、チャネル＃０〜チャネル＃Ｎ（Ｎは、１以上の整数）でホッピングさせつつ、無線通信を行う。

同様にデバイス３ｂにおけるホッピングパターンも図２に示す。デバイス３ｂでは、使用する周波数チャネルが、チャネル＃０〜チャネル＃Ｎ（Ｎは、１以上の整数）でホッピングさせつつ、デバイス３間で無線通信を行う。

デバイス３ａ、３ｂともに、チャネル＃０〜チャネル＃Ｎのうち、所定の順序で周波数チャネルをホッピングさせることによりチャネルホッピングがちょうど１周することになる。

つまり、それぞれのデバイス３とデバイス３間においてこのようなホッピングのルールを設定しておき、ある時点において互いに無線通信を行う場合に、当該時点においてホッピングしている周波数チャネルを使用することができるようにしておく。このホッピングチャネル数が多いほど、通信妨害や通信干渉に強くなり、また通信の秘匿性を向上させることが可能となる。ホッピングチャンネルの一部にノイズが存在した場合でも、高速に通信周波数を切替えるため、かかるノイズにより通信が妨害されるのを防止することが可能となる。

ところで、上述の如き周波数ホッピング方式を採用するデバイス３ａにおいて、同様の周波数ホッピング方式を採用する他のデバイス３ｂとの間で無線通信を望む場合がある。かかる場合において、他のデバイス３ｂが、デバイス３ａと全く同一の周波数ホッピングパターンになっているとは限らず、例えば図２に示すように互いに異なる周波数ホッピングパターンになっている場合もありえる。互いに異なるデバイス３間において無線通信を行うためには、互いに同期を取る上でも使用する周波数チャネルを合わせる必要がある。

かかる場合において、本発明では、図３に示すようなフローチャートに基づいて同期を取ることになる。この図３に示すフローチャートでは、デバイス３ｂ側からデバイス３ａに対して通信を試みる場合を例にとり説明をするが、その逆の場合も同様のプロセスに基づくことは勿論である。

先ずステップＳ１１において、デバイス３ｂは、デバイス３ａとの間で通信を試み、通信リンクの確立を試みることとする。かかる場合には、ステップＳ１２へ移行し、デバイス３ｂは、時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定する。

次にステップＳ１３へ移行し、デバイス３ｂは、固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返し実行する。この接続要求信号の送信間隔は、一定の時間間隔のものであってもよいし、不定の時間間隔とされていてもよい。

図４は、このステップＳ１２、Ｓ１３におけるタイムチャートを示している。デバイス３ｂは、時間帯毎に切り替える通信周波数のうち、例えばチャネル＃４に固定するものとする。デバイス３ｂは、この固定したチャネル＃４の周波数帯域の接続要求信号を繰り返し送信する。

デバイス３ａは、このようなチャネル＃４の帯域からなる接続要求信号を受信し続ける。チャネル＃４以外の周波数チャネルをホッピングしている場合には、その接続要求信号を読み取ることができない。しかしながら、デバイス３ａが、同じチャネル＃４をホッピングしている場合には、接続要求信号を読み取ることが可能となる。

通常、この周波数ホッピングの間隔は一定である場合が多い。このため、デバイス３ｂは、このような接続要求信号の送信を、その周波数ホッピング間隔に応じた間隔ｔで繰り返し送信することにより、受信側のデバイス３ａ側で、同一のチャネルの場合に当該接続要求信号を漏らさずに読み取ることが可能となる。

ステップＳ１４において、受信側のデバイス３ａ側で接続要求信号を読み取ることができた場合には、当該デバイス３ａは、デバイス３ｂから通信リンクの確立を要求されていることを識別することが可能となる。そして、このデバイス３ａは、ステップＳ１５へ移行し、同じチャネル＃４で接続応答信号を送信する。この接続応答信号には、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含める。周波数ホッピングに関する情報としては、例えば、このデバイス３ａが図４に示すチャネル＃の順序で周波数ホッピングを行う旨の情報等である。デバイス３ｂは、かかる接続応答信号を受信して読み取る。このデバイス３ｂは、固定したチャネル＃４で、接続要求信号の送信を繰り返しているため、チャネル＃４の周波数の信号を送受信可能な状態となっている。このため、デバイス３ａからチャネル＃４の接続応答信号を受信した場合には、これを読み取ることが可能となる。

ステップＳ１６においてデバイス３ｂは、この接続応答信号の内容を読み取ることにより、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を読み取ることができる。具体的には、デバイス３ｂは、通信相手側のデバイス３ａにおける周波数ホッピングパターンをこの接続応答信号を通じて識別することが可能となる。この接続応答信号としては、例えばＭＡＣアドレスや、個々のデバイスに設定されているＩＤ等を介して、このようなチャネル情報を識別するようにしてもよい。

次にステップＳ１７へ移行し、デバイス３ｂは、相手側のデバイス３ａとの間で同期の確立を試みる。このデバイス３ｂは、上述したように、デバイス３ａにおける周波数ホッピングパターンを読み取ることができていることから、これに合わせて自らの周波数ホッピングパターンを設定することができる。その結果、デバイス３ａ、３ｂ間において互いの周波数ホッピングパターンを同一の時間軸においてそろえることも可能となる。また、上述した接続要求信号又は接続応答信号の何れかに周波数ホッピングの時間やフレーム開始時間等を初めとした時間情報を含めておくようにしてもよい。これにより、当該時間情報を読み取った相手側のデバイス３は、ホッピングのタイミングや開始時間を合わせることが可能となる。

次にステップＳ１８へ移行し、これら周波数ホッピングパターンが互いに合致したデバイス３ａ、３ｂ間で通信を開始する。なお、両者間の通信を終了させた後に、周波数ホッピングをあえて変更した場合には、これを元に戻すようにしてもよい。

なお、上述した例では、周波数ホッピングのパターンをデバイス３ａ、３ｂ間で互いに一致させる場合を例に挙げているが、これに限定されるものではない。例えば、デバイス３ａ、３ｂの何れか一方の側から、互いに通信する周波数チャネルを指定し、これ以降は、その指定した周波数チャネルを使用して互いに無線通信するようにしてもよい。またこのとき、通信時間も指定するようにしてもよい。デバイス３ａ、３ｂは、通信時間の指定があった場合に、当該指定された時間で互いに無線通信する。なお、一方の側から通信時間や周波数チャネルの指定があった場合において、他方でそれを受け入れるか、拒むかを決定して返信するようにしてもよいことは勿論である。

このように本発明を適用した無線通信システム１では、周波数ホッピング方式を採用するデバイス３ａ、３ｂ間において、互いに無線通信を望む場合に、一のデバイス３ｂにより、時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定し、当該固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返す。そして、他のデバイス３ａは、上記周波数ホッピング方式に基づいて接続要求信号の通信周波数と同一の通信周波数に切り換えたときに当該接続要求信号を読み取り、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含めた接続応答信号を送信する。これにより、一のデバイス３ｂは相手側の周波数ホッピングに関する情報を読み取ることができ、互いに同期を取ることが可能となる。これにより、周波数ホッピング方式を採用するデバイス３ａ、３ｂ間において、互いに無線通信を望む場合に、通信リンクの確立を容易に実現することが可能となる。

なお、本発明では、デバイス３ａ、デバイス３ｂの何れか一方が、他の図示しないデバイス３との間で上述と同様に周波数ホッピングに基づき通信を確立する場合もある。仮に、デバイス３ａ、デバイス３ｂとの間で、チャネル＃１、＃２、＃５、＃６の順で周波数ホッピングを行うように設定した場合に、デバイス３ａ又はデバイス３ｂと、他の図示しないデバイス３との間では、これと異なるホッピングパターン（例えば、チャネル＃３、＃１、＃６、＃８）に設定するようにしてもよい。このように他のデバイス３との間で同様に通信リンクを確立する際において、デバイス３ａ、３ｂ間で合致させた周波数ホッピングパターンとは異なる他の周波数ホッピングパターンで互いに合致させて通信リンクを確立することで、互いの通信リンク間での通信の独立性が担保されることとなる。

なお、本発明では、デバイス３の電源を投入した際に、隣接したノードや他のデバイス３に対して自己のアドレス、チャネル機能、容量、同期タイミング等を即座に伝送する機能を持たせるようにしてもよい。即ち、上述した図３のフローを電源投入時に実行するようにしてもよい。このような伝送に加えて各ノードにおいても、隣接するデバイス３の検出に努めるようにしてもよい。これらの情報の伝送を試みることで、互いに無線通信をより好適に行うことが可能となる。

ノードや隣接する他のデバイス３等における検出動作や伝送動作をより増加させるために、これらの検出動作や伝送動作を同時期に行うようにしてもよい。上述した例では、検出動作は、ステップＳ１３の接続要求信号の送信に該当するが、これらの動作を定期的に行うようにしてもよい。即ち、上述の例では、デバイス３ｂによる、検出動作のための接続要求信号をｔ秒毎に行うものであれば、相手側のデバイス３ｂについても信号の受信時期をその時間軸に合わせるようにしてもよい。

また本発明では、検出側のデバイス３ａ側において、上述した接続要求信号の検出期間をより短くすることにより、消費電力の低減を図ることも可能となる。例えば、図５に示すように、デバイス３ａによる接続要求信号の検出期間を、一つの周波数チャネルの期間につき、１／２まで短縮化するものとする。かかる場合には、接続要求信号の送信側であるデバイス３ｂ側において、接続要求信号を通常の２倍送るようにしてもよい。かかる場合には、デバイス３ｂにおける接続要求信号の送信間隔が通常の１／２となる。これにより、デバイス３ａにおける消費電力を低減させつつ、接続要求信号の受信を逃がすことなく、しっかりとこれを捕捉することが可能となる。

また、これと同様にデバイス３ａによる接続要求信号の検出期間を、一つの周波数チャネルの期間につき、１／ｘまで短縮化するようにした場合には、デバイス３ｂ側において、接続要求信号を通常のｘ倍送るようにし、その送信間隔が通常の１／ｘ倍にするように設定をする。

即ち、この例では、デバイス３ａ側において、接続要求信号の検出期間を各周波数チャネルの時間帯毎に短縮化し、デバイス３ｂは、デバイス３ａにおける短縮時間に応じて接続要求信号の送信頻度を増加させるものであればよい。

また、本発明は、ブロードキャスト、ユニキャスト共に適用可能であることは勿論である。

１ 無線通信システム
２ デバイス
３ コーディネータ
１０ 無線通信ネットワーク
４０ 無線通信ネットワーク

Claims (5)

1. ２以上のデバイス間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   通信周波数を周波数ホッピング方式により時間帯毎に切り替えて無線通信を行う第１のデバイス及び第２のデバイスを備え、
   上記第１のデバイスは、第２のデバイスと通信を行う際に、上記時間帯毎に切り替える通信周波数のうち何れか１つに固定し、当該固定した通信周波数からなる接続要求信号の送信を繰り返し、
   上記第２のデバイスは、上記周波数ホッピング方式に基づいて上記接続要求信号の通信周波数と同一の通信周波数に切り換えたときに当該接続要求信号を読み取り、同期を取るために必要な周波数ホッピングに関する情報を含めた接続応答信号を上記第１のデバイスに対して送信することにより、上記第１のデバイスとの間で同期を取り、通信リンクを確立すること
   を特徴とする無線通信システム。
2. 上記第２のデバイスは、上記接続要求信号の検出期間を上記時間帯毎に短縮化し、
   上記第１のデバイスは、上記第２のデバイスにおける上記短縮時間に応じて上記接続要求信号の送信頻度を増加させること
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに周波数ホッピングパターンを合致させて上記通信リンクを確立するか、又は何れか一方から指定された周波数チャネルに基づいて上記通信リンクを確立すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
4. 上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、更に第３のデバイスとの間で同様に通信リンクを確立する際において、上記合致させた周波数ホッピングパターンとは異なる他の周波数ホッピングパターンで互いに合致させて上記通信リンクを確立すること
   を特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
5. 上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、上記接続要求信号又は接続応答信号の何れかに含められた時間情報に基づいて、互いの周波数ホッピングのタイミングや開始時間を合わせること
   を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。

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