JP2019004223A - 無線通信装置および無線通信装置の通信モードを制御するためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信において、通信速度の低下を抑制しつつ接続の切断を抑制する技術を提供すること。【解決手段】無線通信装置（４００Ｍ）は、複数のチャンネルで他の無線通信装置（４００Ｓ）と通信可能に構成され、第１符号強度で通信する第１モードと第１符号強度よりも強い第２符号強度で通信する第２モードとで通信可能な通信モジュール（４２０Ｍ）と、受信信号強度を測定する強度測定部（４２６Ｍ）と、空きチャンネルを検出するチャンネル検出部（４２８Ｍ）と、強度測定部により測定された他の無線通信装置から受信した信号の強度と、複数のチャンネルのうちチャンネル検出部により検出された空いているチャンネルの数とに基づいて通信モジュールの通信モードを第１モードと第２モードとの間で切り替える制御装置（４１０Ｍ）とを備える。【選択図】図４

Description

この開示は、無線通信装置に関し、より特定的には、無線通信装置の通信モードを切り替える技術に関する。

近年、ＩｏＴ（Internet of Things）の推進により、様々な通信の無線化が進められている。また昨年、ＩｏＴ向けの通信規格として、Bluetooth（登録商標）5.0が発表された（非特許文献１）。

このBluetooth5.0は、従来の通信モードに比べて伝送距離が長い新たな通信モードを有している。より具体的には、この新たな通信モードは、従来よりも強い符号強度で通信することにより、長い伝送距離を実現する。

"Bluetooth Core Specification v5.0"、［online］、［平成２９年５月２４日検索］、インターネット〈URL：https://www.bluetooth.org/DocMan/handlers/DownloadDoc.ashx?doc_id=421043〉

無線通信は電波を利用して通信を行なう技術である。そのため、他の電波の干渉および距離に従う信号強度の減衰の影響等を受けて、接続が切断されることがある。

この課題に対し符号強度が強い信号を用いて通信を行なうことが考えられる。しかしながら、符号強度が強い信号は、符号化率が低い。そのため、符号強度が強い信号を用いて通信を行なった場合、通信速度が低いという別の課題が生じる。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、無線通信において、通信速度の低下を抑制しつつ接続の切断を抑制する技術を提供することである。

ある実施形態に従う無線通信装置は、複数のチャンネルで他の無線通信装置と通信可能に構成され、第１符号強度で通信する第１モードと第１符号強度よりも強い第２符号強度で通信する第２モードとで通信可能な通信モジュールと、他の無線通信装置から受信した信号の強度を測定する強度測定部と、チャンネルごとの信号強度に基づいて、複数のチャンネルのうち空いているチャンネルを検出するチャンネル検出部と、強度測定部により測定された他の無線通信装置から受信した信号の強度と、複数のチャンネルのうちチャンネル検出部により検出された空いているチャンネルの数とに基づいて通信モジュールの通信モードを第１モードと第２モードとの間で切り替える制御装置とを備える。

ある実施形態に従う無線通信装置は、通信速度の低下を抑制しつつ、接続の切断を抑制し得る。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

関連技術に従う無線通信装置の構成を説明する図である。 Bluetooth5.0で設けられるＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）の各ＰＨＹの特徴を説明するための図である。 無線通信装置１００Ａと無線通信装置１００Ｂとの通信について説明するための図である。 実施形態に従う無線通信システムの構成を表すブロック図である。 無線通信装置４００Ｍから無線通信装置４００Ｓまでの距離が遠いために通信が切断したことを表す図である。 電波の干渉により通信が切断したことを表す図である。 マスターが通常モードからロングレンジモードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。 スレーブが通常モードからロングレンジモードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。 マスターがロングレンジモードから通常モードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。

以下、この技術的思想の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される実施形態および変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

［関連技術］
まず、図１〜図３を用いて関連技術に従う無線通信装置１００の課題について説明する。図１は、関連技術に従う無線通信装置１００の構成を説明する図である。無線通信装置１００は、制御装置１１０と、通信モジュール１２０とを有する。

制御装置１１０は、その機能構成としてＰＨＹ（物理層）指示部１１２を含む。通信モジュール１２０は、通信回路１２１と、ＰＨＹ設定部１２２とを含む。

通信モジュール１２０は、Bluetooth5.0の規格に従い通信可能に構成される。図２を用いてBluetooth5.0の特徴について説明する。

図２は、Bluetooth5.0で設けられるＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）の各ＰＨＹの特徴を説明するための図である。

図２に示されるように、Bluetooth5.0は、前方誤り訂正を実行しない第１ＰＨＹ（物理層）と、前方誤り訂正を実行する第２ＰＨＹとを有する。以下、第１ＰＨＹに従う通信モードを通常モードと規定し、第２ＰＨＹに従う通信モードをロングレンジモードと規定する。

ロングレンジモードは、符号化率が１／２の通信モード（以下「第１ロングレンジモード」とも言う）と、符号化率が１／８の通信モード（以下、「第２ロングレンジモード」とも言う）とを含む。

通常モードの信号は、前方誤り訂正符号を含まないため、符号強度が弱い。一方、ロングレンジモードの信号は前方誤り訂正符号を含むため、通常モードの信号よりも符号強度が強い。そのため、ロングレンジモードは通常モードよりも最大通信距離が長い。また、第２ロングレンジモードの信号の符号強度は、第１ロングレンジモードの信号の符号強度よりも強い。

通常モードのデータレートは１Ｍｂｐｓ（bit per second）、第１ロングレンジモードのデータレートは５００Ｋｂｐｓ、第２ロングレンジモードのデータレートは１２５Ｋｂｐｓである。なお、Bluetooth5.0は、データレートが２ＭｂｐｓのＰＨＹも有する。

図１を再び参照して、通信モジュール１２０は、上記説明した複数の通信モードのうち１の通信モードに従い他の装置と通信する。

ＰＨＹ指示部１１２は、図示しないユーザインターフェイス（例えばボタン）からの入力、または図示しないメモリに格納される設定等に従い、上記説明した複数の通信モードのうち１の通信モードを特定する。ＰＨＹ指示部１１２は、特定した情報をＰＨＹ設定部１２２に出力する。

ＰＨＹ設定部１２２は、ＰＨＹ指示部１１２から入力された情報に基づいて、他の装置との通信に用いる１の通信モードを設定する。通信回路１２１は、設定された通信モードに従い、他の装置と通信する。

上記の場合、通信モジュール１２０は、通信を確立した他の装置と基本的には１の通信モードに従い通信する。このような無線通信装置１００の課題について図３を用いて説明する。

図３は、無線通信装置１００Ａと無線通信装置１００Ｂとの通信について説明するための図である。無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂの構成は、上記説明した無線通信装置１００の構成と同じである。

ある局面において、位置３００にいる無線通信装置１００Ａは、位置３１０にいる無線通信装置１００Ｂと通常モード（第１ＰＨＹ）に従い通信している。この状態において、無線通信装置１００Ｂが位置３２０に移動する。

通常モードにおける最大通信距離（理論的には１００ｍ）は、位置３００と位置３２０との間の距離よりも長い。そのため、無線通信装置１００Ａおよび位置３２０にいる無線通信装置１００Ｂは、ロングレンジモードで互いに通信しなければならない。

しかしながら、関連技術に従う無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂは、通信モードを自動で切り替える構成を有していない。そのため、無線通信装置１００Ａは、位置３２０にいる無線通信装置１００Ｂと通信できない。

他の局面において、無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂがロングレンジモードで通信している場合もある。この場合、無線通信装置１００Ａは、無線通信装置１００Ｂが位置３１０から位置３２０に移動した場合であっても、無線通信装置１００Ｂとの通信接続を維持できる。

しかし、無線通信装置１００Ａは、通常モードの通信範囲内に無線通信装置１００Ｂがいる場合であっても、通常モードよりも通信速度が遅いロングレンジモードで無線通信装置１００Ｂと通信しなければならない。

また、Bluetoothは２．４ＧＨｚ帯（ＩＳＭ帯：Industry Science Medical Band）を無線ＬＡＮ（Local Area Network）と共有する。そのため、無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂの通信は、他の電波の干渉の影響を受け得る。したがって、仮に無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂの間の距離が通常モードの範囲内であったとしても、他の電波の干渉が大きい場合、無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂは、ロングレンジモードで通信する必要がある。

しかしながら、関連技術に従う無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂは、通信モードを自動で切り替える構成を有していない。つまり、無線通信装置１００Ａおよび１００Ｂは、他の電波の干渉が大きい場合であっても通常モードでの通信を維持するため、頻繁に通信に失敗する。

上記のような課題を解決するために、実施形態に従う無線通信装置は通信モードを自動で切り替えるための構成を有する。より具体的には、この無線通信装置は、通常モードで他の装置と通信可能であると判断した場合には通常モードで通信し、通常モードで通信不能であると判断した場合に通信モードをロングレンジモードに切り替える。これにより、実施形態に従う無線通信装置は通信速度の低下を抑制しつつ接続の切断を抑制する。以下、このような無線通信装置の具体的な構成および制御について説明する。

［実施形態］
（無線通信装置の構成）
図４は、実施形態に従う無線通信システム４の構成を表すブロック図である。無線通信システム４は、無線通信装置４００Ｍと無線通信装置４００Ｓとを含む。無線通信装置４００Ｍと無線通信装置４００Ｓとは互いに通信する。なお、無線通信装置４００Ｍの構成と無線通信装置４００Ｓの構成とは同じである。そのため、以下では代表例として無線通信装置４００Ｍの構成について説明する。

無線通信装置４００Ｍは、制御装置４１０Ｍと、通信モジュール４２０Ｍと、記憶装置４３０Ｍとを有する。通信モジュール４２０Ｍは、Bluetooth5.0の規格に従い通信可能に構成される。

制御装置４１０Ｍは、記憶装置４３０Ｍに格納される制御プログラムを読み込んで実行することにより、ＰＨＹ指示部４１２Ｍおよび切替制御部４１４Ｍとして機能する。

ＰＨＹ指示部４１２Ｍは、切替制御部４１４Ｍから入力された情報に基づいて１の通信モードを表す情報を通信モジュール４２０Ｍに出力する。

切替制御部４１４Ｍは、通信モジュール４２０Ｍから入力された情報に基づいて、無線通信装置４００Ｓと通信する際の通信モードを特定する。切替制御部４１４Ｍの制御は後述される。なお、他の実施形態において、切替制御部４１４Ｍが１の通信モードを表す情報を通信モジュール４２０Ｍに出力するように構成されてもよい。係る場合、制御装置４１０Ｍは、ＰＨＹ指示部４１２Ｍを有さないように構成されてもよい。

通信モジュール４２０Ｍは、通信回路４２１Ｍと、ＰＨＹ設定部４２２Ｍと、切断検出部４２４Ｍと、強度測定部４２６Ｍと、チャンネル検出部４２８Ｍとを含む。

ＰＨＹ設定部４２２Ｍは、ＰＨＹ指示部４１２Ｍから入力された情報に基づいて、無線通信装置４００Ｓとの通信に用いる１の通信モードを設定する。通信回路４２１Ｍは、ＰＨＹ設定部４２２Ｍによって設定された通信モードに従い無線通信装置４００Ｓと通信する。通信回路４２１Ｍは、無線通信装置４００Ｓに情報を送信するための送信回路と、無線通信装置４００Ｓから情報を受信するための受信回路とを含む。

切断検出部４２４Ｍは、通信回路４２１Ｍから出力されたデータ信号を監視し、無線通信装置４００Ｓとの無線通信が切断されたか否かを検出する。例えば、切断検出部４２４Ｍは、予め定められた時間（例えば４秒間）にわたり無線通信装置４００Ｓとの間で信号を送受信しなかった場合（無通信の場合）に、無線通信装置４００Ｓとの通信が無線通信が切断されたことを検出する。以下、この理由による通信の切断を「Supervision Timeout」とも言う。切断検出部４２４Ｍは、無線通信が切断されたことを検出した場合、切断が発生したことと切断理由とを切替制御部４１４Ｍに出力する。

強度測定部４２６Ｍは、通信回路４２１Ｍが無線通信装置４００から受信した信号（電波）の強度を測定する。強度測定部４２６Ｍは、いわゆるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）回路として機能する。

一例として、通信回路４２１は、受信したＲＦ（無線周波数）信号を増幅した後にこれを数百ＭＨｚのＩＦ（中間周数）信号にダウンコンバートする。通信回路４２１はさらに、フィルタによりダウンコンバートされた信号からノイズを除去し、除去後の信号を強度測定部４２６Ｍに出力する。強度測定部４２６Ｍは、入力された信号をリミッタアンプにて増幅した後に全波整流して、入力信号のレベルに応じた電圧（ＲＳＳＩ信号）を出力する。強度測定部４２６Ｍは、この電圧をＡ／Ｄ変換して受信した信号（電波）の強度（以下、「受信信号強度」とも言う）を取得する。受信信号強度は、例えば電圧［Ｖ］、電力［Ｗ］、デシベル［ｄＢ］の形式で取得される。強度測定部４２６Ｍは、取得した受信信号強度を切替制御部４１４Ｍに出力する。

チャンネル検出部４２８Ｍは、ＣＣＡ（Clear Channel Assessment）処理（周波数チャンネルの空き状態の確認処理）を行なう。つまり、チャンネル検出部４２８Ｍは、ＢＬＥに設定される４０個のチャンネルうち、空いているチャンネル（以下、「空きチャンネル」とも言う）を検出する。一例として、チャンネル検出部４２８Ｍは、各チャンネルごとの受信信号強度を強度測定部４２６Ｍにより検出する。チャンネル検出部４２８Ｍは、予め定められた強度未満のチャンネルを、空きチャンネルとして検出する。チャンネル検出部４２８Ｍは、チャンネルごとの空き状況を切替制御部４１４Ｍに出力する。一例として、チャンネル検出部４２８Ｍは、６２５μｓｅｃごとにチャンネルごとの空き状況を切替制御部４１４Ｍに出力する。

記憶装置４３０Ｍは、不揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリ）により構成される。記憶装置４３０Ｍは、制御装置４１０Ｍが読み込んで実行するための制御プログラムを格納する。

なお、他の実施形態において、強度測定部４２６Ｍまたはチャンネル検出部４２８は、制御装置４１０Ｍまたは他の構成が有していてもよい。

（制御概要）
次に、図５および図６を用いて、通信モードの切り替え制御について説明する。図５は、無線通信装置４００Ｍから無線通信装置４００Ｓまでの距離が遠いために通信が切断したことを表す図である。図６は、電波の干渉により通信が切断したことを表す図である。なお、図５および図６において、無線通信装置４００Ｍおよび４００Ｓは通常モードで通信している。

図５のＸ軸は、時刻を表す。Ｙ軸は強度測定部４２６Ｍにより検出される受信信号強度（ＲＳＳＩ）を表す。Ｚ軸は、チャンネル検出部４２８Ｍにより検出される空きチャンネルの数を表す。

ある局面において、切断検出部４２４Ｍは、無線通信装置４００Ｓが予め定められた時間にわたり応答しなかったことに応じて、時刻Ｔ１に通信の切断（Supervision Timeout）を検出する。時刻Ｔ１において、受信信号強度は予め定められた強度Ｉｔｈよりも低い。一方、時刻Ｔ１において、空きチャンネルの数は予め定められた数Ｎｔｈ（例えば、１０）よりも多い。

一例として、強度Ｉｔｈは、無線通信装置４００Ｍおよび４００Ｓが通常使用される環境（電波干渉の度合い、障害物の度合い）において、無線通信装置４００Ｍが通常モードの最大通信距離（理論的には１００ｍ）に位置する無線通信装置４００Ｓから受信する信号の強度よりも少し低い値に設定される。

受信信号強度が強度Ｉｔｈ未満であることは、無線通信装置４００Ｍと４００Ｓとの間の距離が遠いこと表す。また、空きチャンネルの数が数Ｎｔｈ以上であることは、無線通信装置４００Ｍと４００Ｓとの通信に対する電波干渉の影響が少ないことを表す。そのため、図５の状況において、通信の切断（Supervision Timeout）は、無線通信装置４００Ｍと４００Ｓとの間の距離が遠いことに起因する可能性が高い。

係る場合、無線通信装置４００Ｍおよび４００Ｓは、通常モードから最大通信距離がより長い（符号強度がより強い）ロングレンジモードに切り替えることにより、通信を再度確立し得る。

図６を参照して、切断検出部４２４Ｍは、時刻Ｔ２に通信の切断（Supervision Timeout）を検出する。時刻Ｔ２において、受信信号強度は予め定められた強度Ｉｔｈ以上である。これは、無線通信装置４００Ｍと４００Ｓとの間の距離が近いこと表す。

一方、時刻Ｔ２において、空きチャンネルの数は予め定められた数Ｎｔｈ（例えば、１０）未満である。これは、無線通信装置４００Ｍと４００Ｓとの通信に対する電波干渉の影響が多いことを表す。

そのため、図６の状況において、通信の切断（Supervision Timeout）は、周囲の電波の干渉により、無線通信装置４００Ｓから無線通信装置４００Ｍへパケットが届かなくなったことに起因する可能性が高い。

係る場合、無線通信装置４００Ｍおよび４００Ｓは、通常モードからノイズ耐性がより強い（符号強度がより強い）ロングレンジモードに切り替えることにより、通信を再度確立し得る。

（通常モードからロングレンジモードへの切り替え制御−マスター）
図７は、マスターが通常モードからロングレンジモードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。図８は、スレーブが通常モードからロングレンジモードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。図７および図８の例において、無線通信装置４００Ｍがマスターとして、無線通信装置４００Ｓがスレーブとしてそれぞれ機能する。図７に示される各処理は、制御装置４１０Ｍが記憶装置４３０Ｍに格納される制御プログラムを読み出して実行することにより実現する。図８に示される各処理は、制御装置４１０Ｓが記憶装置４３０Ｓに格納される制御プログラムを読み出して実行することにより実現する。また、図７、図８、および後述する図９において、ロングレンジモードは、第１ロングレンジモードおよび第２ロングレンジモードのいずれであってもよい。

図７を参照して、ステップＳ７０５において、制御装置４１０Ｍは、空きチャンネル数のしきい値Ｎｔｈおよび受信信号強度（ＲＳＳＩ）のしきい値Ｉｔｈを設定する。具体的には、制御装置４１０Ｍは、これらの値を記憶装置４３０Ｍから読み出す。

ステップＳ７１０において、制御装置４１０Ｍは、無線通信装置４００Ｓとの間で通信を確立する。より具体的には、制御装置４１０Ｍは、無線通信装置４００Ｓからアドバタイジングパケットを受信したことに応じて、無線通信装置４００Ｓに対して接続要求を送信する。このとき、無線通信装置４００Ｍおよび４００Ｓは、デフォルトの設定に従い通常モード（第１ＰＨＹ）で通信する。

ステップＳ７１５において、制御装置４１０Ｍは、ステップＳ７０５で設定した空きチャンネル数のしきい値Ｎｔｈおよび受信信号強度のしきい値Ｉｔｈを無線通信装置４００Ｓに送信する。

ステップＳ７２０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、強度測定部４２６Ｍによって測定される無線通信装置４００Ｓから受信した信号の強度（受信信号強度）を監視する。また、制御装置４１０Ｍは、ＢＬＥにおいて使用される４０チャンネルのうち、チャンネル検出部４２８Ｍによって検出される空きチャンネルの数を監視する。

ステップＳ７２５において、制御装置４１０Ｍは、無線通信装置４００Ｓとの通信が切断されたか否かを判断する。より具体的には、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、切断検出部４２４Ｍからの入力に基づいて上記判断を行なう。例えば、切断検出部４２４Ｍは、Supervision Timeoutの他にも、バッテリー（不図示）の残量不足による通信切断などを検出する。

制御装置４１０Ｍは、通信が切断されたと判断した場合（ステップＳ７２５でＹＥＳ）、ステップＳ７５０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ７２５でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ７３０の処理を行なう。

＜通信を確立した状態での切り替え処理＞
ステップＳ７３０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、強度測定部４２６Ｍにより検出される受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ７３０でＹＥＳ）、ステップＳ７３５の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ７３０でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ７２５の処理を再び行なう。

ステップＳ７３５において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、チャンネル検出部４２８Ｍにより検出される空きチャンネルの数がしきい値Ｎｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ７３５でＹＥＳ）、ステップＳ７４０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ７３５でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ７２５の処理を再び行なう。

ステップＳ７４０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、通信モードを通常モード（第１ＰＨＹ）からロングレンジモード（第２ＰＨＹ）に切り替える旨の指示（ＰＨＹ切替信号）を無線通信装置４００Ｓに送信する。このＰＨＹ切替信号は、切り替え後の通信モードを表す情報を含む。

ステップＳ７４５において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、通信モードを通常モードからロングレンジモードに切り替える。一例として、切替制御部４１４Ｍは、ＰＨＹ切替信号に対するＡＣＫ信号を無線通信装置４００Ｓから受信したことに応じて、ロングレンジモードを表す情報をＰＨＹ指示部４１２Ｍに出力する。ＰＨＹ指示部４１２Ｍは、ロングレンジモードを表す情報をＰＨＹ設定部４２２Ｍに出力する。ＰＨＹ設定部４２２Ｍは、ＰＨＹ指示部４１２Ｍから入力された情報に基づいて、無線通信装置４００Ｓとの通信に用いる通信モードをロングレンジモードに設定する。

上記ステップＳ７３０〜Ｓ７４５の処理により、マスター（無線通信装置４００Ｍ）は、スレーブ（無線通信装置４００Ｓ）との通信を維持した状態において、通信が切断される可能性が高いと判断した場合に通信モードを通常モードからロングレンジモードに切り替える。これにより、無線通信システム４は、通信が切断される可能性を低減できる。加えて、無線通信システム４は、通信を維持している状態で通信モードを切り替えるため、通信モードの切り替え処理をスムーズに行なうことができる。

なお、図７の例において、無線通信装置４００Ｍは、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であって（ステップＳ７３０でＹＥＳ）、かつ、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ未満である場合（ステップＳ７３５でＹＥＳ）に、通信モードを切り替えるように構成されている。他の局面において、無線通信装置４００Ｍは、上記いずれかの条件が満たされた場合に、通信モードを切り替えるように構成されてもよい。係る場合、無線通信システム４は、通信の信頼性をより高めることができる。

＜通信が切断された状態での切り替え処理＞
ステップＳ７５０において、制御装置４１０Ｍは、Supervision Timeoutにより通信が切断されたか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、当該理由により通信が切断されたと判断した場合（ステップＳ７５０でＹＥＳ）、通信モードを切り替えるための一連の処理を実行する。

Supervision Timeoutによる切断が生じたことは、無線通信装置４００Ｓそのものに起因する理由（例えば、無線機能のオフ、バッテリーの残量不足）よりも、図５および図６で説明した理由（距離が遠い、電波の干渉による影響が多い）により通信が遮断された可能性が高いことを表す。そのため、無線通信装置４００Ｍは、Supervision Timeoutによる切断が生じた場合にのみ、通信モードを切り替えるための一連の処理を実行するように構成される。これにより無線通信システム４は、不必要にロングレンジモードに切り替えることによる通信速度の低下を抑制できる。

なお、他の局面において、無線通信装置４００ＭはステップＳ７５０の処理を実行しないように構成されてもよい。この場合、無線通信システム４は、通信の信頼性をより高めることができる。

制御装置４１０Ｍは、Supervision Timeout以外の理由により通信が切断されたと判断した場合（ステップＳ７５０でＮＯ）、制御装置４１０Ｍは現在の通信モード（通常モード）を維持したまま無線通信装置４００Ｓに対する再接続を試みる（ステップＳ７５５）。なお、制御装置４１０Ｍは、再接続処理を所定回数または所定時間行ってもなお無線通信装置４００Ｓとの通信を確立できない場合、一連の処理を終了するように構成されてもよい。

ステップＳ７６０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、強度測定部４２６Ｍにより検出される受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ７６０でＹＥＳ）、ステップＳ７７０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ７６０でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ７６５の処理を行なう。

ステップＳ７６５において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、チャンネル検出部４２８Ｍにより検出される空きチャンネルの数がしきい値Ｎｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ７６５でＹＥＳ）、ステップＳ７５５の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ７６５でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ７７０の処理を行なう。

図７に示される例において、無線通信装置４００Ｍは、受信信号強度（ＲＳＳＩ）の条件（ステップＳ７６０）および空きチャンネル数の条件（ステップＳ７６５）のいずれか一方が満たされた場合に通信モードの切り替え処理を実行する。例えば、制御装置４１０Ｍは、受信信号強度が十分であるが空きチャンネル数が少ないときに、通常モードからロングレンジモードに切り替えるための処理を実行する。これにより、実施形態に従う無線通信システム４は、通信の信頼性をより高めることができる。

なお、他の局面において制御装置４１０Ｍは、受信信号強度（ＲＳＳＩ）の条件および空きチャンネル数の条件がともに満たされた場合に、通常モードからロングレンジモードに切り替えるための処理を実行しても良い。これにより、無線通信システム４は、不必要にロングレンジモードに切り替えることによる通信速度の低下を抑制し得る。

ステップＳ７７０において、制御装置４１０Ｍは、通信モードを通常モードからロングレンジモードに切り替えた上で、無線通信装置４００Ｓからロングレンジモードに従うアドバタイジングパケットを受信するまで待機する。なお、他の局面において、制御装置４１０Ｍは、一定時間にわたり無線通信装置４００Ｓからアドバタイジングパケットを受信しない場合に、一連の処理を終了するように構成されてもよい。

ステップＳ７７５において、制御装置４１０Ｍは、無線通信装置４００Ｓからアドバタイジングパケットを受信したことに応じて、無線通信装置４００Ｓに対してロングレンジモードに従う接続要求を送信する。これにより、無線通信装置４００Ｍは、ロングレンジモードにより無線通信装置４００Ｓとの通信を確立できる（ステップＳ７８０）。

上記ステップＳ７５０〜Ｓ７８０の処理により、マスター（無線通信装置４００Ｍ）は、スレーブ（無線通信装置４００Ｓ）との通信が切断された場合であっても、通常モードからロングレンジモードに切り替えることにより再度通信を自動的に確立し得る。

また、無線通信装置４００Ｍは、Ｓ７５０、Ｓ７６０、Ｓ７６５の処理により、通信モードをロングレンジモードに変更することにより通信を再確立できる可能性が高いと判断した場合に、一連の切り替え処理を実行する。これにより、無線通信システム４は、不必要にロングレンジモードに切り替えることによる通信速度の低下を抑制し得る。

（通常モードからロングレンジモードへの切り替え制御−スレーブ）
次に、図８を用いて図７に対応するスレーブ側の制御構造を説明する。ステップＳ８０５において、制御装置４１０Ｓは、無線通信装置４００Ｍからの接続要求（ステップＳ７２０に対応）を受信して、無線通信装置４００Ｍとの通信（通常モード）を確立する。

ステップＳ８１０において、制御装置４１０Ｓは、無線通信装置４００Ｍから受信した情報（ステップＳ７１５に対応）に基づいて、空きチャンネル数のしきい値Ｎｔｈおよび受信信号強度のしきい値Ｉｔｈを設定する。

ステップＳ８１５、Ｓ８２０、Ｓ８４０、Ｓ８４５の処理は、図７のステップＳ７２０、Ｓ７２５、Ｓ７５０、Ｓ７５５の処理とそれぞれ同じ処理である。そのため、これらの処理の説明は繰り返さない。

＜通信を確立した状態での切り替え処理＞
ステップＳ８２５において、制御装置４１０Ｓは、無線通信装置４００Ｍとの通信が確立している状態において、無線通信装置４００Ｍから通信モードを変更する旨の信号（ＰＨＹ切替信号）を受信したか否かを判断する。

制御装置４１０Ｓは、ＰＨＹ切替信号を受信したと判断した場合（ステップＳ８２５でＹＥＳ）、ステップＳ８３０の処理を実行する。そうでない場合（ステップＳ８２５でＮＯ）、ステップＳ８２０の処理を再び実行する。

ステップＳ８３０において、制御装置４１０Ｓは、通信モードを通常モードからロングレンジモードに切り替える。一例として、切替制御部４１４Ｓは、ロングレンジモードを表す情報をＰＨＹ設定部４２２Ｓに出力する。これを受けてＰＨＹ設定部４２２Ｓは、無線通信装置４００Ｍとの通信に用いる通信モードをロングレンジモードに設定する。

上記の例において制御装置４１０Ｓは、無線通信装置４００Ｍからの指示に従い通信モードを切り替えるように構成されている。他の局面において、制御装置４１０Ｓは、ステップＳ７３０およびＳ７３５の処理と同様の処理を行ない、独立して通信モードを切り替えるように構成されてもよい。

＜通信が切断された状態での切り替え処理＞
ステップＳ８５０において、制御装置４１０Ｓは切替制御部４１４Ｓとして、強度測定部４２６Ｓにより検出される受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｓは、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ８５０でＹＥＳ）、ステップＳ８６０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ８５０でＮＯ）、制御装置４１０ＳはステップＳ８５５の処理を行なう。

ステップＳ８５５において、制御装置４１０Ｓは切替制御部４１４Ｓとして、チャンネル検出部４２８Ｓにより検出される空きチャンネルの数がしきい値Ｎｔｈ未満であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｓは、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ未満であると判断した場合（ステップＳ８５５でＹＥＳ）、ステップＳ８６０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ８５５でＮＯ）、制御装置４１０ＳはステップＳ８４５の処理を行なう。

ステップＳ８６０において、制御装置４１０Ｓは、通信モードを通常モードからロングレンジモードに切り替えた上で、アドバタイジングパケットをブロードキャストで出力する。

ステップＳ８６５において、制御装置４１０Ｓは、アドバタイジングパケットを受信した無線通信装置４００Ｓからロングレンジモードに従う接続要求を受信するまで待機する。なお、他の局面において、制御装置４１０Ｓは、一定時間にわたり無線通信装置４００Ｍから接続要求を受信しない場合に、一連の処理を終了するように構成されてもよい。

ステップＳ８７０において、制御装置４１０Ｓは、無線通信装置４００Ｍから接続要求を受信したことに応じて、ロングレンジモードにより無線通信装置４００Ｍとの通信を確立できる。

（ロングレンジモードから通常モードへの切り替え制御）
図９は、マスターがロングレンジモードから通常モードに切り替える制御構造を表すフローチャートである。図９の例において、無線通信装置４００Ｍがマスターとして、無線通信装置４００Ｓがスレーブとしてそれぞれ機能する。図９に示される各処理は、制御装置４１０Ｍが記憶装置４３０Ｍに格納される制御プログラムを読み出して実行することにより実現する。また、図９に示される処理は、図７のステップＳ７４５またはＳ７８０の後に（つまり、ロングレンジモードで通信を確立している状態で）行なわれる。

ステップＳ９１０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、無通信時間（無線通信装置４００Ｓから応答がない時間）が予め定められた時間Ｔ未満であるか否かを判断する。一例として時間Ｔは、Supervision Timeoutに対応する時間に設定される。制御装置４１０Ｍは、無通信時間が時間Ｔ未満であると判断した場合（ステップＳ９１０でＹＥＳ）、ステップＳ９２０の処理を行なう。

ステップＳ９２０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、受信信号強度（ＲＳＳＩ）がしきい値Ｉｔｈ以上であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ以上である場合（ステップＳ９２０でＹＥＳ）、ステップＳ９３０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ９２０でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ９１０の処理を再び行なう。

ステップＳ９３０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ以上であるか否かを判断する。制御装置４１０Ｍは、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ以上である場合（ステップＳ９３０でＹＥＳ）、ステップＳ９４０の処理を行なう。そうでない場合（ステップＳ９３０でＮＯ）、制御装置４１０ＭはステップＳ９１０の処理を再び行なう。

ステップＳ９４０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、通信モードを通常モード（第１ＰＨＹ）からロングレンジモード（第２ＰＨＹ）に切り替える旨の指示（ＰＨＹ切替信号）を無線通信装置４００Ｓに送信する。

ステップＳ９５０において、制御装置４１０Ｍは切替制御部４１４Ｍとして、通信モードをロングレンジモードから通常モードに切り替える。一例として、切替制御部４１４Ｍは、ＰＨＹ切替信号に対するＡＣＫ信号を無線通信装置４００Ｓから受信したことに応じて、通常モードを表す情報をＰＨＹ設定部４２２Ｍに出力する。これを受けてＰＨＹ設定部４２２Ｍは、無線通信装置４００Ｓとの通信に用いる通信モードを通常モードに設定する。

スレーブとして機能する無線通信装置４００Ｓは、ロングレンジモードで通信を確立している状態においてマスターとして機能する無線通信装置４００ＭからＰＨＹ切替信号を受信したことに応じて、通信モードを通常モードに切り替える。この処理は、図８のステップＳ８２５およびＳ８３０の処理に対応する。

上記によれば、実施形態に従う無線通信システム４は、通常モードでも通信できると判断した場合（ステップＳ９１０、Ｓ９２０、Ｓ９３０の各ステップでＹＥＳ）に、通信モードをロングレンジモードから通常モードに切り替える。そのため、この無線通信システム４は、ロングレンジモードによる通信速度の低下を抑制し得る。

なお、図９の例において、無線通信装置４００Ｍ（マスター）は、受信信号強度の条件および空きチャンネル数の条件がどちらも満たされた場合（ステップＳ９２０、Ｓ９３０の各ステップでＹＥＳ）に通常モードに切り替えるように構成されている。これにより、無線通信システム４は、通信の信頼性を高めることができる。

なお、他の局面において、無線通信装置４００Ｍは、上記の条件のいずれか一方が満たされた場合に通常モードに切り替えるように構成されてもよい。これにより、無線通信システム４は、ロングレンジモードによる通信速度の低下をより一層抑制し得る。

［他の構成］
（第１ロングレンジモードと第２ロングレンジモードとの切り替え処理）
上記の実施形態において、無線通信システム４は、通常モードとロングレンジモードとの間で通信モードを切り替えるように構成されている。他の実施形態において、無線通信システム４は、第１ロングレンジモードと第２ロングレンジモードとの間で通信モードを切り替えるように構成されてもよい。

ある局面において、無線通信システム４は、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ１未満、かつ、しきい値Ｉｔｈ２以上である場合に通常モードから第１ロングレンジモードに切り替える。また、無線通信システム４は、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ２未満である場合に第１ロングレンジモードから第２ロングレンジモードに切り替える。

他の局面において、無線通信システム４は、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ１未満、かつ、しきい値Ｎｔｈ２以上である場合に通常モードから第１ロングレンジモードに切り替える。また、無線通信システム４は、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ２未満である場合に第１ロングレンジモードから第２ロングレンジモードに切り替える。

さらに他の局面において、無線通信システム４は、受信信号強度の条件および空きチャンネル数の条件のどちらもが満たされた場合に、通信モードを切り替えるように構成されてもよい。例えば、無線通信システム４は、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ１未満であって、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ２未満である場合に、第１ロングレンジモードから第２ロングレンジモードに切り替える。無線通信システム４は、受信信号強度がしきい値Ｉｔｈ２未満であって、空きチャンネル数がしきい値Ｎｔｈ１未満である場合に、第１ロングレンジモードから第２ロングレンジモードに切り替える。

上記によれば、無線通信システム４は、通信速度の低下の抑制および通信の信頼性向上の両立をより実現し得る。

（通信規格）
上記実施形態において、無線通信システム４は、Bluetooth5.0の無線規格に従い通信するように構成されているが、他の実施形態において他の無線規格に従い通信してもよい。例えば、無線通信システム４は、ZigBee（登録商標）、WiFi（Wireless Fidelity）（登録商標）などの無線規格に従い通信し得る。

以上に説明した処理は、制御装置４１０Ｍまたは制御装置４１０Ｓによって実現されるものと説明した。制御装置４１０Ｍおよび４１０Ａは、少なくとも１つのプロセッサのような半導体集積回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＤＳＰ（Digital Signal Processor）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、および／またはその他の演算機能を有する回路により構成される。

これらの制御装置は、有形の読取可能な少なくとも１つの媒体（例えば記憶装置４３０Ｍ、４３０Ｓ）から、１以上の命令を読み出すことにより上記の各種処理を実行しうる。

このような媒体は、磁気媒体（たとえば、ハードディスク）、光学媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリの任意のタイプのメモリなどの形態をとるが、これらの形態に限定されるものではない。

揮発性メモリはＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）を含み得る。不揮発性メモリは、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭを含み得る。半導体メモリは、少なくとも１つのプロセッサとともに半導体回路の１部分であり得る。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、各実施形態および変形例は適宜組み合わせられ得る。

４ 無線通信システム、１００，１００Ａ，１００Ｂ，４００，４００Ｍ，４００Ｓ 無線通信装置、１１０，４１０Ｍ，４１０Ｓ 制御装置、１１２，４１２Ｍ ＰＨＹ指示部、１２０，４２０Ｍ 通信モジュール、１２１，４２１，４２１Ｍ 通信回路、１２２，４２２Ｍ，４２２Ｓ ＰＨＹ設定部、４１４Ｍ，４１４Ｓ 切替制御部、４２４Ｍ 切断検出部、４２６Ｍ，４２６Ｓ 強度測定部、４２８，４２８Ｍ，４２８Ｓ チャンネル検出部、４３０Ｍ，４３０Ｓ 記憶装置。

Claims (8)

1. 無線通信装置であって、
   複数のチャンネルで他の無線通信装置と通信可能に構成され、第１符号強度で通信する第１モードと前記第１符号強度よりも強い第２符号強度で通信する第２モードとで通信可能な通信モジュールと、
   前記他の無線通信装置から受信した信号の強度を測定する強度測定部と、
   前記チャンネルごとの信号強度に基づいて、前記複数のチャンネルのうち空いているチャンネルを検出するチャンネル検出部と、
   前記強度測定部により測定された前記他の無線通信装置から受信した信号の強度と、前記複数のチャンネルのうち前記チャンネル検出部により検出された空いているチャンネルの数とに基づいて前記通信モジュールの通信モードを前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替える制御装置とを備える、無線通信装置。
2. 前記制御装置は、前記通信モードが第１モードに設定されている状態において、前記他の無線通信装置から受信した信号の強度が予め定められた強度未満である場合、または、前記空いているチャンネルの数が予め定められた数未満である場合に、前記通信モードを前記第２モードに切り替える、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記制御装置は、前記通信モードが第２モードに設定されている状態において、前記他の無線通信装置から受信した信号の強度が予め定められた強度以上であって、かつ、前記空いているチャンネルの数が予め定められた数以上である場合に、前記通信モードを前記第１モードに切り替える、請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記通信モジュールは、前記通信モードの切り替えに応じて、当該切り替え後の通信モードを表す信号を前記他の無線通信装置に送信する、請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記制御装置は、前記通信モードが第１モードに設定されている状態において、予め定められた理由により前記他の無線通信装置との通信が切断された場合に、前記通信モードを前記第２モードに切り替える、請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記通信モジュールは、前記他の無線通信装置との通信が切断された場合であって、前記無線通信装置から受信した信号の強度と前記空いているチャンネルの数とに基づいて前記通信モードを前記第２モードに設定されたときに、予め定められた信号をブロードキャストすることにより前記他の無線通信装置との通信を確立する、請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記通信モジュールは、前記他の無線通信装置との通信が接続された場合であって、前記無線通信装置から受信した信号の強度と前記空いているチャンネルの数とに基づいて前記通信モードを前記第２モードに設定されたときに、前記他の無線通信装置から前記第２モードに従う予め定められた信号を受信したことに応じて、前記他の無線通信装置に接続要求信号を送信するように構成される、請求項５に記載の無線通信装置。
8. 無線通信装置の通信モードを制御するために前記無線通信装置のコンピュータによって実行されるプログラムであって、
   前記無線通信装置は、第１符号強度で通信する第１モードと前記第１符号強度よりも強い第２符号強度で通信する第２モードとを有し、複数のチャンネルで他の無線通信装置と通信可能に構成され、
   前記プログラムは前記コンピュータに、
   前記他の無線通信装置と通信するステップと、
   前記他の無線通信装置から受信した信号の強度を測定するステップと、
   前記チャンネルごとの信号強度に基づいて、前記複数のチャンネルのうち空いているチャンネルを検出するステップと、
   前記測定された信号の強度と、前記複数のチャンネルのうち検出された空いているチャンネルの数とに基づいて前記無線通信装置の通信モードを前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替えるステップとを実行させる、プログラム。

Images