JP2021090185A - データ伝送方法及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】モノのインターネットによく使用される無線通信技術における、パケット損失によるデータ不完全の問題を解決するデータ伝送方法及び通信システムを提供する。【解決手段】本発明はデータ伝送方法及び通信システムを提供する。通信システムはサーバーと、一つまたは複数の端末装置とを含み、データ伝送方法は端末装置で実行される。端末装置がパケットをサーバーに送信する時、所定の時間内に確認パケットを受信しなかった場合、送信していたパケットをメモリーに保存する。その後、所定の再送時間に達する度に、コントローラはメモリーに保存された再送待ちのパケットの有無を確認する。メモリーに再送待ちのパケットが有る場合、当該所定の再送時間内に、所定のデータ伝送率でメモリーに保存された再送待ちのパケットを再送する。【選択図】図２

Description

本発明はデータ伝送方法に関し、特にモノのインターネット通信に応用するデータ伝送方法及びそれを用いた通信システムに関する。

モノのインターネット（ＩｏＴ）に対する応用において、最重要な特徴の一つとしては省電力を設計原則とした通信システムの採用が挙げられる。モノのインターネットにおける端末装置は、一般的には、組込み式作業システムを採用した電子裝置である。例えば、各種のセンサー、インターネット裝置、家電製品などが挙げられる。

一つのモノのインターネットを実現する通信システムにおいて、全ての端末装置はインターネットを通して互いに接続され、省電力の通信プロトコルを採用する。例えば、長距離低電力消費の無線通信技術（ＬｏＲａ）、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）、Ｚｉｇｂｅｅなどが挙げられる。

しかし、モノのインターネットに応用する無線通信技術は省電力の需要を考慮する必要があり、欠点としてパケットの損失が挙げられる。パケット損失の原因としては、例えば、接続されるゲートウェイの機能停止（Ｇａｔｅｗａｙ ｉｓ ｏｕｔ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ）、ゲートウェイのカバレージエリア離脱（Ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｏｕｔ ｏｆ ｇａｔｅｗａｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ）、パケット信号衝突（Ｓｉｇｎａｌ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）及びノイズ妨害（Ｎｏｉｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）などが挙げられる。データを再送しない、またはパケットの受信を繰り返し確認しない従来の通信技術では、重要なデータを伝送できない。

本発明が解決しようとする課題は、モノのインターネットによく使用される無線通信技術における、パケット損失によるデータ不完全の問題を解決することである。

実施形態によると、通信システムはモノのインターネットで稼働するサーバ及び一つまたは複数の端末装置を含む。各端末装置は、コントローラ、コントローラに電気的に接続される通信ユニット、記憶ユニット及び工作ユニットを含む。

通信システムが稼働している時、端末装置からのメッセージは通信ユニットによりパケットに転換され、サーバに送信される。前記データ伝送方法において、パケットを送信した後、サーバから返信する確認パケットを受信していない場合、端末装置の制御回路は当該パケットをメモリーに保存する。所定の再送時間に達する度に、制御回路はメモリーに保存された再送待ちのパケットの有無を確認する。パケットが有る場合、当該所定の再送時間内に、所定のデータ伝送率及び一回に送信するパケットの最大データサイズでメモリーに保存された再送待ちのパケットを再送する。

さらに、メモリーに保存された再送待ちのパケットを再送する時、システムが再送回数の上限値を設定し、前記上限値に達しても再送が成功しない場合、今回再送したパケットをメモリーに保存する。

好ましくは、端末装置に所定の再送時間が設定され、当該再送時間は制御回路が通信ユニットのデータ伝送状態によって設定するメモリーに保存されたパケットを再送する時間である。前記データ伝送率及び最大データサイズは、現時点における端末装置の信号対雑音比（ＳＮＲ）及び受信信号強度（ＲＳＳＩ）によって決定される。

さらに、データ伝送率またはデータ伝送率及び最大データサイズが決定されると、端末装置の通信ユニットが使用する無線変調パラメータを決定する。

通信システムのシステム構成を示す模式図である。 データ伝送方法の実行シーケンスを示す模式図である。 データ伝送方法の実施形態を示すフローチャートである。 データ伝送方法の実施形態を示す別のフローチャートである。 パケットがメモリーに並ぶ一例を示す模式図である。 データ伝送方法の実施形態を示すフローチャートである。

下記より、本発明の具体的な実施形態を説明する。当業者は本明細書の公開内容により本発明のメリット及び効果を理解し得る。本発明は他の異なる実施形態により実行又は応用できる。本明細書における各細節も様々な観点又は応用に基づいて、本発明の精神を逸脱しない限りに、均等の変形と変更を行うことができる。

また、本発明の図面は単に模式的に説明するためのものであり、実際の寸法を示すものではない。以下の実施形態において、さらに本発明に係る技術事項を説明するが、公開された内容は本発明を限定するものではない。

なお、本明細書において「第１」、「第２」、「第３」等の用語で各種の部品又は信号を説明する可能性があるが、これらの部品又は信号はこれらの用語によって制限されるものではない。これらの用語は、主として一つの部品と別の部品、又は一つの信号と別の信号を区分するためのものであることを理解されたい。また、本明細書に用いられる「又は」という用語は、実際の状況に応じて、関連する項目中の何れか一つ又は複数の組合せを含み得る。

モノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ，ＩｏＴ）に対する応用によく見られる通信システムとしては、例えば、長距離低電力消費の無線通信技術（ＬｏＲａ）、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）、Ｚｉｇｂｅｅなどが挙げられる。これらの通信システムの通信プロトコルには、モノのインターネットの作動特性を考慮するため、省電力の設計が施されている。通信技術では、省電力の方法としては、端末装置（例えば、センサー素子、信号送信器、音声受信器など）が作動しない時、復帰の条件を満たすまでスリープモードに入るように電源を管理することが挙げられる。また、少ないデータ量のパケットを伝送する帯域幅のみを提供し、さらにフルタイムの作動を避けることも挙げられる。また、例えば、パケットを送信する時、パケットの受信を確認しない、またはパケットの再送を省略するように通信プロトコルを簡単にすることも挙げられる。それらの方法では、モノのインターネットに適用する場合、データ量の少ないデータの伝送、またはセキュリティーの重要性の低いパケットデータの伝送に比較的適している。

なお、パケットの損失はこのような通信技術の欠点である。パケット損失の原因としては、例えば、裝置に接続されるゲートウェイの機能停止（Ｇａｔｅｗａｙ ｉｓ ｏｕｔ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ）、ゲートウェイのカバレージエリア離脱（Ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｏｕｔ ｏｆ ｇａｔｅｗａｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ）、パケット信号衝突（Ｓｉｇｎａｌ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）及びノイズ妨害（Ｎｏｉｓｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）などが挙げられる。データを再送する、またはパケットの受信を繰り返し確認することができない従来の通信技術では、重要なデータの伝送の役割を担当することができない。

本発明はデータ伝送方法及び通信システムを提供する。本発明はモノのインターネットに応用する通信技術に適用されるが、一般装置間の通信に対する適用を排除しない。本発明のデータ伝送方法は、主に、モノのインターネットによく使用される通信プロトコルにおいて省電力の制約により生じるパケット損失の問題を解決する。問題を解決する主要な技術的特徴は、受信が確定していないパケットを裝置のメモリーに保存し、所定の再送時間に達すると再送することである。ちなみに、前記所定の再送時間は、前記端末装置におけるコントローラが通信ユニットのデータ伝送状態によって設定する、前記メモリーに保存されたパケットを再送する時間である。

図１は、通信システムのシステム構成を示す模式図である。
図示された通信システムは一つのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を包括する。当該通信システムはサーバ１５（例えば、モノのインターネットにおける中央サーバ）を備える。当該中央サーバは分散する端末装置１０と通信し、一つ又は複数の端末装置１０はゲートウェイ１２を介してサーバ１５に接続される。通信システムにおける各端末装置１０は、例えば、当該モノのインターネットにおけるセンサー、インターネット装置などである。端末装置１０の主要な制御回路は例えば、コントローラ１０１である。当該コントローラ１０１は端末装置１０全体の動作を制御し、他の回路部材と通信し制御する。
端末装置１０は、さらにコントローラ１０１に電気的に接続される通信ユニット１０２を備える。当該通信ユニット１０２は特定の無線通信プロトコルをサポートする通信回路である。端末装置１０は通信ユニット１０２を介してサーバ１５に接続され、端末装置１０からのメッセージを送信する。
端末装置１０は、さらに記憶ユニット１０３を備える。当該記憶ユニット１０３は端末装置１０が作動するために使用されるメモリーであり、特にパケット保存に使用されるキューメモリーとしても使用できる。
端末装置１０は、さらに工作ユニット１０４を備える。当該ユニット１０４は端末装置１０がモノのインターネットにおける機能であり、例えば、センサー素子、信号送信器、音声受信器などが挙げられる。工作ユニット１０４の作動によるメッセージ（例えば、感知信号）をコントローラ１０１で処理した後、通信ユニット１０２によって特定の通信プロトコルのパケットに転換し、サーバ１５に送信してもよい。

端末装置１０とゲートウェイ１２との接続、またはゲートウェイ１２とサーバ１５との接続に問題が発生した時、例えば、信号の中断、またはゲートウェイ１２の無線通信信号が端末装置１０にカバーできない場合、または端末装置１０がパケットを伝送する時、往来するパケットの衝突または他の干渉によりパケットがサーバ１５に到達できない場合、または、確認のパケット（ＡＣＫパケット）を受信できず、サーバ１５におけるパケットの受信を確認できない場合、この通信システムにおける端末装置１０で実行されるデータ伝送方法は解決手段を提供する。

図２はデータ伝送方法の実行シーケンスを示す模式図である。サーバ２５と通信する端末装置２０が設置されるが、他のネットワーク装置（例えば、ゲートウェイ）を介して通信してもよく、データ伝送の方法は制限されない。

端末装置２０はサーバ２５にパケット（例えば、図示された上りパケット２０１（ｕｐｌｉｎｋ ｐａｃｋｅｔ））を送信し、次いで所定の時間内に当該パケットに対応した確認パケット（ＡＣＫ）２０３を受信する。そして、次の上りパケット２０５を送信し、次いで所定の時間内に確認パケット２０７を受信する。タイムアウトしても確認パケット２０７を受信しなかった場合、この上りパケット２０５は端末装置２０のメモリーに保存される。

そして、所定の再送時間２２に達する度に、端末装置２０における制御回路は記憶ユニットに保存された再送待ちのパケットの有無を確認する。保存された再送待ちのパケットがあると確定した時、当該所定の再送時間２２内に、現時点の端末装置２０の通信品質及びネットワーク状態によってデータ伝送率（ｄａｔａ ｒａｔｅ）を決定し、またはそれに加えて一回に伝送する最大データサイズ（ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｚｅ ｏｆ ｄａｔａ／ｐａｃｋｅｔ）をも決定してもよい。即ち、所定の再送時間２２において現時点に決定されたデータ伝送率及び／又は最大データサイズで、記憶ユニットに保存された再送待ちのパケットを送信する。それにより、図２に示すように、当該時間内に再送される上りパケット２０９、２１３が形成される。そして、上述のように、対応した確認パケット２１１、２１５の受信を待ってもよい。

関連する実施形態の流れは図３に示すデータ伝送方法の実施形態のフローチャート（Ａ）を参照されたい。

当該フロー（Ａ）では、最初に、端末装置がパケットを生成して上りパケットをサーバに送信し（ステップＳ３０１）、確認パケット（ＡＣＫ）の受信を待つ（ステップＳ３０３）。制御回路がタイムアウトする前に確認パケット受信の有無を判断する（ステップＳ３０５）。対応した確認パケットを受信した場合（Ｙ）、端末装置の作業を継続させる（ステップＳ３０７）。流れはＳ３０１に戻り、次にパケットを送信する、確認パケットの受信を待つなどのステップに移行する。送信するパケットが無い時、装置は本来の作業を継続してもよく、スリープモードなどの省電力状態に入ってもよい。

確認パケットを受信していないと判断した場合（Ｎ）、制御回路はシステムが実際の需要によって設定したタイムアウト時間の超過の是非を継続して判断する（ステップＳ３０９）。タイムアウトしていない場合（Ｎ）、確認パケットを待つ（ステップＳ３０３）及び関連するステップを行う。

タイムアウトしても確認パケットを受信していない場合（Ｙ）、端末装置の制御回路は現時点のパケットをメモリーに保存する（ステップＳ３１１）。キューメモリー（ｑｕｅｕｅ ｍｅｍｏｒｙ）にパケットを保存する場合、圧縮ステップを行ってもよい。

送信に成功したパケットがメモリーに保存されることが確定していない場合、データ伝送の流れは図４に示す実施形態のフロー（Ｂ）に移行する。

このフロー（Ｂ）では、端末装置の制御回路は、所定の再送時間を待ち（ステップＳ４０１）、所定の再送時間に到達したか否かを判断する（ステップＳ４０３）。システムが設定した所定の再送時間に達していない場合（Ｎ）、ステップＳ４０１に戻る。

所定の再送時間に達した場合（Ｙ）、端末装置の制御回路は現時点の通信品質または現時点の通信品質及び裝置の作動状態によってデータ伝送率を決定する（ステップＳ４０５）。当該データ伝送率でメモリーに保存された再送待ちのパケットを送信する。パケットを取り出し、必要があれば解凍し（ステップＳ４０７）、パケットを再送する（ステップＳ４０９）。パケットの再送が完了した時、図３に示すフロー（Ａ）に戻る。

図５はパケットがメモリーに並ぶ一例を示す模式図である。図示されたキューメモリー５０において、異なる記憶領域にパケットが保存される。本例において、第1のパケット５０１、第２のパケット５０２及び第３のパケット５０３がある。所定の再送時間に達すると、端末装置の制御回路は当該キューメモリー５０から再送待ちのパケットを取得する。再送が成功しない場合、当該メモリーに再度保存されることもある。

図６は端末装置の制御回路で実行されるデータ伝送方法の実施形態を示すフローチャートである。

所定の再送時間に達したと判断する（ステップＳ６０１）場合、端末装置の制御回路は、メモリー（例えば、キューメモリー）を能動的に確認し（ステップＳ６０３）、保存されたパケットの有無を判断する（ステップＳ６０５）。

保存された再送待ちのパケットが無い場合（Ｎ）、端末装置の作業に戻る（ステップＳ６０７）。逆に、保存された再送待ちのパケットが有る場合（Ｙ）、制御回路はデータ伝送率及び最大データサイズを決定する（ステップＳ６０９）。当該ステップにおける、データ伝送率、またはデータ伝送率に加えて一回に伝送する最大データサイズを決定する要素は、現時点における端末装置の信号対雑音比（ＳＮＲ）及び受信信号強度（ＲＳＳＩ）など、現時点における通信品質に影響する条件である。一実施形態において、前述した信号対雑音比及び／又は受信信号強度に基づいて通信品質（データ伝送率、またはデータ伝送率及び最大データサイズ）の良し悪しを判断することによって、端末装置における通信ユニットが使用する無線変調パラメータ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を現時点におけるデータ伝送率または最大データサイズに合わせるように決めることができる。それにより改善された通信品質を提供する。さらに、端末装置の制御回路は過去のデータ伝送の履歴を保存してもよく、履歴は、任意の時刻における当該端末装置の伝送記録（例えば、通信品質）を含んでもよい。当該履歴も現時点のデータ伝送率又は／及び最大データサイズを決める一つの基準として、それにより所定の再送時間を決めてもよい。

データ伝送率、最大データサイズなどのパケットを再送する主な条件が決定されると、制御回路はメモリーからパケットを取り出し（ステップＳ６１１）、必要があれば解凍し、第ｎ回の再送（ｎ＝１，２，…ｍ）を行う（ステップＳ６１３）。システムはパケットを再送する回数の上限値（ｍ）を決定してもよく、一回目の送信（ｎ＝１）から始め、再送した後、確認パケット受信の有無を判断する（ステップＳ６１５）。確認パケットを受信した場合（Ｙ）、ステップＳ６０３に戻り、次に再送待ちのパケットの有無を確認するなどのステップに移行する。

逆に、確認パケットを受信しなかった場合（Ｎ）、再送回数の上限値（ｍ）に到達したか否かを判断する（ステップＳ６１７）。再送回数の上限値に達しなかった場合（Ｎ）、ステップＳ６１９に移行し、再送回数（ｎ）に１を足す（ｎ＋１）。その後、ステップＳ６１３を継続し、次の再送（例えば、２回目など）を行う。確認パケットの受信が確定していない場合、ｎ＝ｍ（回数上限）に達する（Ｙ）まで、再送回数（ｎ）を累計する。回数の上限値（ｍ）に達しても再送が成功しなかった場合、ステップＳ６２１に移行する。ステップＳ６２１では、再送されていたパケットをメモリーに保存し、ステップＳ６０３に戻る。

まとめると、以上の実施形態の記載により、開示されたデータ伝送方法は、省電力かつ低データ量で積極的にパケットを再送しない通信プロトコルを有するモノのインターネットの通信システムに適用される。前述したデータ伝送方法によれば、システム設定または動的に調整された所定の再送時間に基づき保存された再送待ちのパケットを再送でき、それによりシステムにおけるパケットの受信を確認できないという既存の問題を解決する。

以上に開示された内容は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。そのため、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

１０：端末装置
１０１：コントローラ
１０２：通信ユニット
１０３：記憶ユニット
１０４：工作ユニット
１２：ゲートウェイ
１５：サーバ
２０：端末装置
２５：サーバ
２０１、２０５、２０９、２１３：上りパケット
２０３、２０７、２１１、２１５：確認パケット
２２：所定の再送時間
５０：キューメモリー
５０１：第１のパケット
５０２：第２のパケット
５０３：第３のパケット
ステップＳ３０１〜Ｓ３１１：モノのインターネットにおけるデータ伝送の流れ
ステップＳ４０１〜Ｓ４０９：モノのインターネットにおけるデータ伝送の流れ
ステップＳ６０１〜Ｓ６２１：モノのインターネットにおけるデータ伝送の流れ

Claims (10)

1. メモリーを備える端末装置で実行されるデータ伝送方法であって、
   所定の再送時間に達する度に、前記メモリーに保存された再送待ちのパケットの有無を確認するステップと、
   前記パケットを前記所定の再送時間内に所定のデータ伝送率で再送するステップと、
   を含む、ことを特徴とするデータ伝送方法。
2. 前記パケットを再送する時、再送回数の上限値を設定し、前記上限値に達しても再送が成功しない場合、前記パケットを前記メモリーに再保存する、請求項１に記載のデータ伝送方法。
3. 前記所定の再送時間は、前記端末装置におけるコントローラが通信ユニットのデータ伝送状態によって設定する前記パケットを再送する時間である、請求項１に記載のデータ伝送方法。
4. 前記メモリーに保存された再送待ちの前記パケットがあることが確認されると、現時点における端末装置の信号対雑音比及び受信信号強度によって前記データ伝送率を決定する、請求項１に記載のデータ伝送方法。
5. 前記メモリーに保存された再送待ちの前記パケットがあることが確認されると、さらに、一回に送信するパケットの最大データサイズを決定する、請求項４に記載のデータ伝送方法。
6. 前記データ伝送率、または前記データ伝送率に加えて前記最大データサイズが決定されると、前記端末装置における通信ユニットが使用する無線変調パラメータを決定する、請求項４または５に記載のデータ伝送方法。
7. モノのインターネットで稼働するサーバーと、前記モノのインターネットにおける一つまたは複数の端末装置とを含む通信システムであって、
   前記端末装置は、コントローラ、コントローラに電気的に接続される通信ユニット、記憶ユニット及び工作ユニットを含み、
   前記通信ユニットは、前記サーバーに接続され、前記工作ユニットからのメッセージで形成されるパケットを伝送し、
   前記コントローラでは、所定の再送時間に達する度に、前記記憶ユニットに保存された再送待ちのパケットの有無を確認するステップと、所定のデータ伝送率及び一回に送信するパケットの最大データサイズで、前記パケットを所定の再送時間内に再送するステップと、を含む、ことを特徴とする通信システム。
8. 前記パケットを再送する時、再送回数の上限値を設定し、前記上限値に達しても再送が成功しない場合、前記パケットを前記記憶ユニットに保存する、請求項７に記載の通信システム。
9. 前記所定の再送時間は、前記コントローラが前記通信ユニットのデータ伝送状態によって設定する前記パケットを再送する時間である、請求項８に記載の通信システム。
10. 前記メモリーに保存された再送待ちの前記パケットがあることが確認されると、現時点における端末装置の信号対雑音比及び受信信号強度によって前記データ伝送率及び最大データサイズを決定する、請求項７〜９に記載の通信システム。

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