JP2019146154A - ボディーエリアネットワーク通信方式 - Google Patents
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Abstract
Description
特に,同じチャネルのBANが周辺に多数接近してきた場合は,迅速かつ効率よく全てのBANが干渉回避できる方式が必要となる.
Smart BANやIEEE 802.15.6などの規格においてもこのようなBANの移動により発生する干渉の回避策については規定がなされておらず,現状では実装依存となっている。
BAN100はBAN120の接続ノード数を合わせて検知しており、自身の接続ノード数とBAN120の接続ノード数を比較して,BAN120のノード数が自身のノード数よりも多い場合,あるいはノード数が同じである場合、BAN100はBAN120が所定の範囲内に近づいたことを検知すると,周辺で使用していない別のチャネル(1及び2以外)に移行する。
データ送受信に使用されるチャネルは、BAN確立時に、指定された40チャネルの中から空きチャンネルを確認して設定されている。
ハブの無線送受信部3は自身のBANがどのチャネルを使ってノードと通信しているか、ノード数はいくつか等の情報を制御チャネル(Cチャネル)送受信装置30からのCチャネル情報ビット列信号300中のCビーコン信号301によって周辺のBANに報知しており、また、周辺BANのCビーコン信号を受信することで、周辺に自身と同じチャネルでノードとの通信を確立しているBANが存在するか否か、存在する場合いくつ存在するか、それらのノード数はいくつか等の情報を得ることができる。
図4、図5、図6、図7、図8を用いて、本発明の第1の実施形態を具体的に説明する。
図4は、接近するBANどうしが自身の周辺に存在するBANを監視し、検知したBANのノード数を評価して、自らは通信チャネルを移行せず同じ通信チャネルを保持すべきか、あるいは別の通信チャネルに移行すべきかを決定する手順を示したものである。
ステップ1
周辺BANからのCビーコン信号301を所定の時間間隔で探索し、周辺BANを監視する。
ステップ2
周辺BANが検知された時、そのCビーコン信号301から自身のBANと周辺BANが同一チャネルか否かを判定し、異なっている場合はステップ1に戻って周辺BANの監視を続け、同一の場合は、ステップ3に進む。
ステップ3
同一チャネルを使用している周辺BANのCビーコン信号301から周辺BANに接続しているノード数を検出して自身の接続ノード数と比較し、自身のノード数の方が大きい場合は自身が使用しているチャネルを保持してステップ1に戻って周辺BANの監視を続け、ノード数が等しいか小さい場合はステップ4に進む。
ステップ4
周辺のBAN対してチャネル移行動作中である旨の報知、移行先チャネル番号の報知等を行い、自身が現在使用しているチャネルを他のチャネルに移行し、移行後、ステップ1に戻って周辺のBANの監視を続行する。
図3に示したように、ハブの無線送受信部3は自身のBANがどのチャネルを使ってノードと通信しているかを示す情報を、図5にその信号構成を示すCビーコン信号301中の「D-ch Channel Number(400)」として周辺のBANに報知しており、周辺BANのCビーコン301信号を受信することで,周辺に自分と同じチャネルでノードと通信しているBANが存在するかどうか,存在する場合いくつ存在するか等を確認することが出来る。
各BANがお互いにInterference Mitigationビット(420)を検出しあい、自身がチャネル移行をすべきかどうかの判断をすることで、3以上のBANに干渉状態が発生した場合においても、混乱を招くことなく、順次、干渉回避動作を行うことが可能となる。
例えば、図4ステップ2あるいは後述する図10ステップ2で周辺のBANが自身と同じチャネルを使用していることを検知した場合においてもInterference Mitigationビット(420)によって当該BANがチャネル移行中であることを認識した時は、スッテプ3に進まずステップ1に戻るようにすることで、混乱を招くことなく、順次、干渉回避動作を行うことが可能となる。
図8の具体例では,710を6ビットとしているため,バイトアラインさせるため,Reserved(720)を2ビット増やして3ビットに拡張している。
図9の具体例では,1003と1004の合計を10ビットとしているため,バイトアラインさせるため,PHY version(1001)を3ビット、MAC version(1002)を3ビットを設定している。
図10、図11を用いて、本発明の第2の実施形態を具体的に説明する。
第1の実施形態はBANに接続するノード数の大小によって自身が使用しているチャネルを保持すべきかあるいは移行すべきかを決定する方式について説明したが、QoSノード数を利用してチャネル保持/移行を決定する方式も可能である。
前述したように BAN100は自分の周辺に存在するBANを所定の時間毎に監視しており、図1に示した例では、BAN100に対してBAN110及びBAN120が接近してくるとBAN100はBAN 120が同じチャネル1でハブとノードが通信していることを認識する。
この時、BAN100がBAN120のQoSノード数を検知して自身のQoSノード数とBAN120のQoSノード数を比較し、自身のQoSノード数がBAN120のQoSノード数より大きい場合は自身のチャネルを保持し。等しいか小さい場合は、BAN100は周辺で使用していない別のチャネル(1及び2以外)に移行する。
ステップ1
周辺BANからのCビーコン信号301を所定の時間間隔で探索し、周辺BANを監視する。
ステップ2
周辺BANが検知された時、そのCビーコン信号301から自身のBANと周辺BANが同一チャネルか否かを判定し、異なっている場合はステップ1に戻って周辺BANの監視を続け、同一の場合は、ステップ3に進む。
ステップ3
同一チャネルを使用している周辺BANのCビーコン信号301から周辺BANのQoSノード数を検出して自身QoSノード数と比較し、自身のQoSノード数が周辺BANのQoSノード数よりも大きい場合は自身が使用しているチャネルを保持してステップ1に戻って周辺BANの監視を続け、自身のQoSノード数が周辺BANのQoSノード数と等しいか小さい場合はステップ4に進む。
ステップ4
周辺のBAN対してチャネル移行動作中である旨の報知、移行先チャネル番号の報知等を行い、自身が現在使用しているチャネルを他のチャネルに移行し、移行後、ステップ1に戻って周辺のBANの監視を続行する。
ノードとハブ間の通信において、QoSは最低レベル0から最高レベル3の4段階に分類されており、最高レベル3で通信しているノードの数を新たなCビーコンフォーマット「Number of High QoS 910」に書き込み、バイトアラインさせるために,1ビットだったReserved bit(920)を4ビット増やして5ビットとしている。
シミュレーション試験の条件は以下のとおりであり、チャネル移行完了までに要する時間は、伝送路誤り等を考慮して、Dビーコンの間隔を100msecとして、BAN内の全てのノードが正しくDビーコンを受信するまでの平均時間とした。
BAN数:最小値2、ポアソン分布(λ=8)
ノード数:最小値1、最大値16、ガウス分布(平均2、分散2)
QoSノード数:最小値0、最大値3、ガウス分布(平均0、分散2)
Dビーコンのビット数:264bit
Dビーコン間隔:100msec
SN比:11.4dB
試行回数:10000回
図12の横軸は干渉状態となっているBANの個数を、縦軸は干渉状態回避のためのチャネル移行に要する時間を示しており、図12から、BANに接続しているノード数の大小、QoSノード数の大小に基づいた優先度に従ってチャネル移行すべきBANを決定する本発明の通信方式(図中のA、B)によって、チャネル移行すべきBANをランダムに決定する方式(図中のC)に比べて、効率よく・迅速にチャネル移行が完了できることが分かる。
30 Cチャネル送受信装置
31 Dチャネル送受信装置
100 BAN
110 BAN
120 BAN
300 Cチャネル情報ビット列信号
301 Cビーコン信号
310 Dチャネル情報ビット列信号
311 Dビーコン信号
500 接続ノード数情報を含んだ新たなフォーマットのCビーコン信号
700 移行先チャネル情報を含んだ新たなフォーマットのCビーコン信号
900 QoSノード数情報を含んだ新たなフォーマットのCビーコン信号
1000 接続ノード数情報と移行先チャネル情報を含んだ新たなフォーマットのCビーコン信号
Claims (8)
- 同一のチャネルでネットワークを確立している複数のボディーエリアネットワーク(BAN)どうしの接近によって干渉状態が発生した場合に、それぞれのBANが互いに干渉回避対象となっているBANに接続されているノード数を検知し、自身のノード数の方が大きい場合は現在のチャネルを保持し、ノード数が等しいか小さい場合は他のチャネルに移行することで干渉を回避することを特徴とする、ボディーエリアネットワーク通信方式。
- 干渉回避対象となっているBANに接続されているノード数の検知方法が、当該BANから報知されるCビーコン信号内の、BANにおけるノードの占有率を示すDuty Cycle情報の値を用いることを特徴とする、請求項1に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
- 干渉回避対象となっているBANに接続されているノード数の検知方法が、当該BANから報知されるCビーコン信号に接続ノード数を示すビット列を追加した新たなフォーマットのCビーコン信号を構成し、該新たなCビーコン信号に含まれる接続ノード数の値を用いることを特徴とする、請求項1に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
- 同一のチャネルでネットワークを確立している複数のBANどうしの接近によって干渉状態が発生した場合に、それぞれのBANが互いに干渉回避対象となっているBANに接続されているノードの中で最高のQoSで通信しているノード数(QoSノード数)を検知し、自身のQoSノード数の方が大きい場合は現在のチャネルを保持し、QoSノード数が等しいか小さい場合は他のチャネルに移行することを特徴とする、ボディーエリアネットワーク通信方式。
- 干渉回避対象となっているBANのQoSノード数の検知方法が、当該BANから報知されるCビーコン信号内にQoSノード数を示すビット列を追加した新たなフォーマットのCビーコン信号を構成し、該新たなCビーコン信号に含まれるQoSノード数の値を用いることを特徴とする、請求項4に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
- 他のチャネルに移行することを決定したBANが、その移行動作中に、Cビーコン信号内のチャネル移行中であることを示すInterference Mitigationビットを用いて、周辺のBANに対して自身が移行動作中であることを報知することを特徴とする、請求項1あるいは請求項4に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
- 他のチャネルに移行することを決定したBANが、その移行動作中に、Cビーコン信号に移行先チャネル番号を示すビット列を追加した新たなフォーマットのCビーコン信号を構成し、該Cビーコン信号によって周辺のBANに対して自身がどのチャネルに移行動作中であるかを報知することを特徴とする、請求項1あるいは請求項4に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
- 他のチャネルに移行することを決定したBANが、その移行動作中に、Cビーコン信号に移行先チャネル番号と自身の接続ノード数を示すビット列を追加した新たなフォーマットのCビーコン信号を構成し、該Cビーコン信号によって周辺のBANに対して、自身の接続ノード数と自身がどのチャネルに移行動作中であるかを報知することを特徴とする、請求項1あるいは請求項4に記載のボディーエリアネットワーク通信方式。
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