JP4034175B2

JP4034175B2 - 通信期間の確定方法

Info

Publication number: JP4034175B2
Application number: JP2002354481A
Authority: JP
Inventors: 尚典宇田; 宏明林; 一男水野; 竜木村
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP2004187181A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも何れか一方が移動可能な２つの通信装置間での弱い電波を用いた例えば狭域通信（ＤＳＲＣ）等の近距離通信において、実際に目的の通信を実行すべき実質的な通信期間を決定する通信期間の確定方法に関する。
【０００２】
上記の実際に目的の通信を実行すべき実質的な通信期間で実行可能な通信アプリケーションとしては、例えば現在では、ＥＴＣ，ＲＦ−ＩＤ，スマートプレート等に代表される各種の狭域通信（ＤＳＲＣ）等の各種の近距離通信アプリケーションが該当する。
【０００３】
【従来の技術】
例えば狭域通信（ＤＳＲＣ）等に可用な近距離通信における従来の通信技術としては、例えば、下記の特許文献１〜３に記載されているもの等が一般にも広く知られている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１等に代表される従来の携帯電話等に関連する通信システムにおいては、常に端末機（ユーザ局）がどこにあるのかを基地局側で捕捉している必要があるため、目的のアプリケーションを利用しない場合でも、間欠的に通信をしなければならない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１１１４８４号公報
【特許文献２】
特開平１０−５６３３３号公報
【特許文献３】
特許第３２０２６２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記の様な従来技術においては、端末機（ユーザ局）の送受信系も間欠動作させなくてはならず、実際に目的のアプリケーションを利用する通信時間の長さに係わらず、端末機を１次電池で数年間通して使用することは不可能であった。
【０００７】
また、従来方式の中には、受信後、検出した信号を利用したり、或いは検出した信号が正規のものであるか否かをその内容やタイミング等から判定する通信方式等が見られるが、これらの従来方式においては、受信系を常時起動させておく必要がある。
【０００８】
また、例えば現在一部の鉄道会社の改札口等で利用されているＩＣカードや、或いは、現在多くのＣＤ／ビデオ販売店等の出入り口に設置されている盗難防止システム等で使用されているタグ等には電源を搭載する必要が無いが、これらの様なシステムでは、リーダとタグ（又はカード）との距離が数ｃｍ〜数十ｃｍ程度にまで近付くことを前提としている。これは、誘導結合をシステムの動作原理に取り入れているためであり、この事情は、通信可能な領域を極端に狭めてしまうと言った、利用範囲等に係わる非常に排除し難い限定要因となっている。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、数メートル以上の通信領域が確保可能で、かつ、ユーザ局側（端末側）における待機時の消費電力を極めて低く抑制することが可能な通信方法を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、少なくとも何れか一方が移動可能な２つの通信装置間での弱い電波を用いた近距離通信において、実際に目的の通信を実行すべき実質的な通信期間を決定する通信期間の確定手順において、所定の周期Ｔで周期的に特定周波数の通信信号を発信する第１通信装置を備えた基地局と、その特定周波数の高周波電力（ＲＦ）を、その期間だけ直流電位（ＤＣ）に変換して起動信号として出力するＲＦ／ＤＣ変換回路を有する低消費電力型の起動信号出力回路と、実際に目的の通信を実行する、起動信号出力回路よりも消費電力の高い送受信機とを有する第２通信装置を備えたユーザ局との間で近距離通信を実施する際に、上記の第２通信装置により、起動信号出力回路から出力される起動信号の周期が、周期Ｔに一致した場合に送受信機に給電して該送受信機を起動し、通信が正常終了して送受信機への給電が停止された後は、起動信号出力回路から出力される起動信号が周期Ｔで継続的に出力されている間は、送受信機へ再給電して該送受信機を再起動することを禁止することである。
【００１１】
ただし、上記の目的の通信とは待機時間等に係わる処理を除いた、通信系のアプリケーションに直接係わる通信のことを言う。また、上記の低消費電力型の起動信号出力回路とは、ある周波数帯域の高周波（ＲＦ）が到来している間直流電位（ＤＣ）を出力する回路のことであり、この様な回路としては、例えば、特願２００２−２７９５６７に記載した起動信号出力回路等が極めて有用である。
【００１２】
上記の様な手順に従えば、実際に目的の通信を実行すべき実質的な通信期間に至るまでの待機時においては、比較的消費電力の高い送受信機を起動しておく必要が無くなるため、ユーザ局側で消費しなければならない電力を長期的に極めて低く抑制することができる。
したがって、本発明によれば、ユーザ局側の電力の浪費を上記の様に効果的に抑制することにより、上記の第２通信装置の電池交換間隔、若しくは充電間隔を大幅に引き延ばすことが可能になる。
【００１３】
また、バースト的なノイズ（外乱等）が上記の周期Ｔで周期的に発現或いは到来することは極めて考え難いので、上記の様な手順に従えば、送受信機を誤って起動することを未然に防止できる。
また、上記の周期Ｔは、通信規格毎に異なるので、期待される通信規格を満足するアプリケーションのサービスが受託可能な場合にだけ、比較的消費電力の高い送受信機を起動すれば良い。
したがって、これらの観点からも、上記の手順により、ユーザ局側で消費しなければならない電力を長期的に極めて低く抑制することができる。
【００１６】
上記の通信信号が到来しなくなる事象は、基地局を中心とする受信可能領域の外にユーザ局が脱出した事象と一致する。また、通常、ユーザ局が基地局を中心とする受信可能領域に１度入れば、その時に基地局とユーザ局とが交信しなければならないマクロ的な一纏まりの通信手順群の数（即ち、必要とされる１連の通信期間）も１群（１通信期間）であり、この様な目的の通信手順群は通常定形的である。
【００１７】
したがって、上記の本発明によれば、１連の通信期間（マクロ的な一纏まりの交信）が終ってから、ユーザ局が受信可能領域を脱出するまでの間に、同一の基地局との不要な再交信のために、送受信機が無駄に再起動される恐れが無くなる。したがって、この意味でも、本発明によれば、ユーザ局側で消費しなければならない電力を長期的に極めて低く抑制することができる。
【００１８】
したがって、本発明によれば、ユーザ局側の電力の浪費を上記の様に効果的に抑制することにより、上記の第２通信装置の電池交換間隔、若しくは充電間隔を効果的に引き延ばすことが可能になる。
【００１９】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、第１通信装置により、通信信号として、狭域通信（ＤＳＲＣ）システム等で用いられるＦＣＭＣ（フレームコントロールメッセージチャンネル）を周期的に発信することである。
【００２０】
この場合、例えば上記の周期Ｔの最大値は、７．０３１２５ｍｓとなる。例えばこの様なＦＣＭＣの発信／到来周期を、上記の周期Ｔとして利用することにより、本発明を例えば周知のＥＴＣ等に適用することができる。したがって、本発明によれば、例えばＥＴＣの車載用の通信装置等の日常的或いは、長期的な消費電力を極めて低く抑制することも可能となる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
実際に目的の通信を実行すべき実質的な「通信期間」で実行可能な通信アプリケーションとしては、例えば、ＥＴＣ，ＲＦ−ＩＤ，スマートプレート等に代表される各種の狭域通信（ＤＳＲＣ）等の各種の近距離通信アプリケーションが考えられる。
【００２２】
以下の実施例では、特にＥＴＣ等に代表される様な、基地局が空間的に固定されており、かつ、ユーザ局が移動体上にある場合の狭域通信（ＤＳＲＣ）システムにおける本発明の実施形態について例示する。
尚、以下の実施例では、ユーザ局のことを移動端末と言う場合がある。
【００２３】
〔実施例〕
本実施例では、以下のことを前提とする。ただし、この前提条件は、勿論、本発明を実施する上で常に必ず整えるべき必要条件ではない。
〔前提条件〕
（１）通信は、周波数が約５．８ＧＨｚの弱い電波を用いて行う。例えば、ＤＳＲＣの場合、受信電力は凡そ−６０ｄＢｍ〜−４０ｄＢｍである。
（２）基地局は、所定の周期Ｔ（＝７．０３１２５ｍｓ）で周期的に所定の通信信号を発信する第１通信装置を有する。
（３）基地局を中心とする通信可能領域の全長は数メートル以上ある。
（４）移動端末（ユーザ局）は、低消費電力型の起動信号出力回路を有する。この様な低消費電力型の起動信号出力回路としては、現在では、例えば、１．６Ｖ×２０μＡで動作する超低消費電力型のものを利用することも可能である。
【００２４】
（５）この起動信号出力回路は、上記の通信可能領域を内包する更に若干広い範囲で、上記の基地局から発信される電波（高周波電力）を検知する。例えば、凡そ−６０ｄＢｍ以上の強度の電波（約５．８ＧＨｚ）を受けると、この起動信号出力回路は、１．４Ｖ程度の直流電位を出力する。
（６）移動端末は電池を電源とする。
（７）ユーザ局は、上記の通信可能領域内に一時的（一過的）に滞在する。
（８）この滞在中に必要な交信は、基本的には例えばユーザＩＤ等の確認連絡等だけで、マクロ的には１連の交信（確認連絡）を１度行うだけで良い。
【００２５】
本実施例における通信方式の概要は、次の通りである。
〔通信方式の概要〕
（１）エリア突入前
ユーザ局が通信可能領域内に入る前は、第２通信装置（移動端末）は、低消費電力型の起動信号出力回路とその制御部だけが動作しており、比較的消費電力の高い送受信機の電源は入っていない。
（２）エリア滞在中
ユーザ局が通信可能領域内に入ると、起動信号が起動信号出力回路から出力され、これを契機として比較的消費電力の高い送受信機の電源が投入される。
（３）エリア脱出後
１連の交信（確認連絡）が１度完了すると、送受信機の電源が切られて、再び起動信号出力回路とその制御部だけが動作するエリア突入前の状態に戻る。
【００２６】
本実施例における通信手順の詳細は、以下の通りである。
〔通信手順の詳細〕
図１に、本実施例における基地局側とユーザ局側との間での通信シーケンスを例示する。転送データの所定の１単位である各フレームの先頭には、ＦＣＭＣスロット（基地局側からの通信信号を有するスロット）を常時設定し、このＦＣＭＣ（フレームコントロールメッセージチャンネル）を固定周期Ｔ（例えば、７．０３１２５ｍｓ）で、基地局側の第１通信装置から常時発信する。
【００２７】
１．フレーム構成
本実施例の通信手順における転送データの単位は、次の通りである。
１フレーム＝９スロット（７．０３１２５ｍｓ）
１スロット＝８００バイト（７８１．２５μｓ）
【００２８】
２．通信期間
本実施例における実際に目的の通信を実行すべき実質的な「通信期間」は、現在ＥＴＣ等の各種の狭域通信（ＤＳＲＣ）システムで採用されている基本的な通信プロトコルである「ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ７５」に準拠して、次の４つのフェーズから構成する。
【００２９】
（１）リンク確立フェーズ（フレーム数：１）
（２）サービス確立フェーズ（フレーム数：２）
（３）通信フェーズ（フレーム数：５）
（ａ）基地局側からの要求をユーザ局側に伝えるためのフレーム
（ｂ）ユーザ局側からのデータ送信を実行するためのフレーム群
（４）終了フェーズ（フレーム数：１）
尚、本図１中の記号ＭＤＳは具体的な通信内容を有するスロットを、記号ＡＣＴＣはユーザ局側からの通信信号を有するスロットをそれぞれ表している。
【００３０】
３．ユーザ局側通信手順
図２は、本実施例における１ユーザ局側の通信処理手順を例示するフローチャートである。
（１）エリア突入前
エリア突入前は、図２のステップ２１０とステップ２２０を繰り返し実行する。ここで、Δｔは、低消費電力型の起動信号出力回路が出力する直流電位（所定の起動信号）の立ち上がり周期を表している。
【００３１】
ユーザ局側の第２通信装置が有する比較的低消費電力で動作する制御部は、例えば３〜４回程度の所定回数、起動信号の立ち上がり時刻を記録し、この立ち上がりが周期的であれば、その周期Δｔを保持する。ここまでが、ステップ２１０に相当する。
ステップ２２０では、その周期Δｔが、上記の周期Ｔ（＝７．０３１２５ｍｓ）に一致するかを判定する。
ただし、これらの処理は、必ずしも上記の様な２つのステップ（２１０，２２０）に分離して実行する必要はない。また、この様な周期Δｔの期間中には、他の立ち上がり時刻が含まれていても良い。周期Δｔを特定（選択）する方法は任意で良い。
【００３２】
（２）エリア滞在中
上記の処理により、Δｔ＝Ｔとなる事象が検出されれば、ユーザ局は通信可能領域内に入ったものと判断することができる。この場合には、以下のステップ２３０〜ステップ２７０を順次実行する。
例えば、この様にして、比較的消費電力の高い送受信機の稼働時間（起動回数）を最小限度に抑えることにより、ユーザ局側の第２通信装置の消費電力を非常に効果的に抑制することができる。また、必要な場合にだけ送信部や受信部に電力を供給する間欠動作により、稼働時間を最小限度に抑えることができる場合も少なくない。
【００３３】
即ち、ステップ２２０で、Δｔ＝Ｔと判定された場合に限り、ステップ２３０により電源系を立ち上げる。この電源系としては、ＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータ等を想定することができる。
次に、ステップ２４０では、受信系の回路を立ち上げる。この動作は、受信系のプログラムを起動する動作等と考えても良い。
次に、ステップ２４５では、送信系の回路を立ち上げる。この動作は、送信系のプログラムを起動する動作等と考えても良い。
【００３４】
ステップ２５０では、図１の「通信期間」におけるユーザ局側の動作を実行するサブルーチン「通信期間の処理」（図３）を呼び出して実行する。このサブルーチン「通信期間の処理」（図３）の動作については後から詳しく説明する。
【００３５】
次に、ステップ２６０では、送信系の回路を立ち下げる。この動作は、送信系のプログラムを終了する動作等と考えても良い。
次に、ステップ２６５では、受信系の回路を立ち下げる。この動作は、受信系のプログラムを終了する動作等と考えても良い。
ステップ２７０では、上記の電源系を立ち下げる。
【００３６】
（３）エリア脱出時
ステップ２８０では、「通信期間の処理」が正常終了したか否かを、このサブルーチンのリターンコードＲＣにより判定し、異常終了（ＲＣ≠０）の場合には、処理を最初のステップ２１０に戻す。
しかしながら、正常終了（ＲＣ＝０）の場合には、ステップ２９０の作用に基づいて、ユーザ局が通信可能領域外に脱出するまで同一の判定処理（ステップ２９０）を繰り返し実行する。即ち、ステップ２９０は、起動信号出力回路が出力する起動信号が上記の周期Ｔで出力されることがなくなるまで、スピンループを繰り返す処理から成る。このエリア脱出待ち処理により、同一の基地局に対して同一のサービスを重複して実行する恐れが無くなると共に、比較的消費電力の高い送受信機の稼働時間（起動回数）を最小限度に抑えることができる。
【００３７】
図３に、以上のメインルーチン「ユーザ局側通信手順」から呼び出されて実行されるサブルーチン「通信期間の処理」における通信処理手順を例示する。
本サブルーチン「通信期間の処理」では、まず最初にステップ３１０により、ＩＦレベルを検出する。そして、このレベルが適正レベルに至っていない場合（Ｌｏｗの時）には、ステップ３９２によりリターンコードＲＣを８にセットして、このサブルーチンを終了する。
【００３８】
ただし、ステップ３１０とステップ３２０は、複数回実行しても良い。即ち、ＩＦレベルの検証はリトライ（再試行）しても良い。この様な試行回数は、第２通信装置が有する起動信号出力回路と送受信機との感度の大小関係や、電源系、受信系、或いは送信系のＯＮ／ＯＦＦ動作の応答性能や、ユーザ局が通信可能領域内に滞在する時に標準とされる最小滞在時間や、想定されるノイズの発生頻度等から総合的にチューニングすることが可能である。
【００３９】
しかしながら、ＩＦレベルが適正レベルにある場合（Ｈｉｇｈの時）には、ステップ３３０に処理を移す。ステップ３３０では、基地局側からの送信電波を検波する。そして、この検波の結果、基地局が所望のサービス提供者であることが確認できれば、ステップ３５０に処理を移す。ただし、そうでなければ、ステップ３９４によりリターンコードＲＣを４にセットして、このサブルーチンを終了する。
【００４０】
ただし、ステップ３３０とステップ３４０は、複数回実行しても良い。即ち、この検波に関連する処理はリトライ（再試行）しても良い。この様な試行回数は、第２通信装置が有する起動信号出力回路と送受信機との感度の大小関係や、電源系、受信系、或いは送信系のＯＮ／ＯＦＦ動作の応答性能や、ユーザ局が通信可能領域内に滞在する時に標準とされる最小滞在時間や、想定されるノイズの発生頻度等から総合的にチューニングすることが可能である。
【００４１】
ステップ３５０では、通信フラグＣＦの値を１（＝ＯＮ）にセットする。
ここまでが、サービス確立フェーズの完了までに相当する。
【００４２】
その後、ステップ３６０では、通信フェーズの処理を実行する。ここが目的のアプリケーションとの実質的な交信内容の部分（交信の中身）に該当する。ここで必要な交信は、前にも言及した様に、基本的には例えばユーザＩＤ等の確認連絡等だけで良く、よって、マクロ的には１連の交信（確認連絡）を１度行うだけで良い。
例えば、ＩＤタグやスマートプレート等の場合には、登録済みのユーザＩＤや、或いは車両のナンバープレートの記号や番号を通知（確認連絡）するだけで良く、狭域通信（ＤＳＲＣ）で交信されるこれらの情報は一般に１秒以内で交信可能な短いものが殆どである。
【００４３】
ステップ３７０では、所定の終了フェーズの処理を実行する。
ステップ３８０では、通信フラグＣＦの値を０（＝ＯＦＦ）にリセットする。
ステップ３９６では、リターンコードＲＣを０（正常終了）にセットする。
以上の処理が終了した後は、呼出元のメインルーチン「ユーザ局側通信手順」に制御を戻す。
【００４４】
例えば以上のような処理手順に従えば、ユーザ局側の電力の浪費を効果的に抑制することができるので、上記の第２通信装置の電池交換間隔、若しくは充電間隔を大幅に引き延ばすことが可能になる。
【００４５】
尚、上記の実施例では、基地局が空間的に固定されている場合を想定したが、基地局は必ずしも固定されている必要はない。例えば、荷物等の宅配或いは回収等を実施する車両等を基地局とし、更に各家屋等をユーザ局として、基地局側が所定の宅配／回収経路を巡回する等すれば、その配達地域に不慣れな者等でも、必要に応じて所望の目的家屋等を迅速かつ的確に把握することができ、更に、ユーザ局側からの通信内容（事前の設定内容等）により、回収物の有無などをも基地局側で自動的に検知することができる宅配／回収システム等をも、本発明に基づいて、低消費電力で構築することが可能となる。
【００４６】
即ち、本発明を実施するに当たっては、基地局側とユーザ局側の双方何れが移動可能であっても良く、また、双方が移動可能な場合においても、本発明に基づいて所望の低消費電力の近距離通信を実現することができる。
【００４７】
また、図２の処理手順は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，電源投入用ＦＥＴ、アンテナ、入出力インターフェイス部、及び上記の起動信号出力回路等から構成されるコンピュータシステムにより実行することができる。
言い換えれば、本発明に従って、この様なコンピュータシステムにより、以下の各手段（装置）を構成することが可能となった。
【００４８】
（１）エリア（通信可能領域）探索手段
この手段（装置ａ）は、上記のコンピュータシステムにおいて図２のステップ２１０とステップ２２０により具現することができる。
（２）エリア内送受信機電源投入手段
この手段（装置ｂ）は、上記のコンピュータシステムにおいて図２のステップ２３０〜ステップ２４５により具現することができる。
（３）エリア内送受信機電源切断手段
この手段（装置ｃ）は、上記のコンピュータシステムにおいて図２のステップ２６０〜ステップ２７０により具現することができる。
（４）同一エリア内送受信機再起動抑止手段
この手段（装置ｄ）は、上記のコンピュータシステムにおいて図２のステップ２９０により具現することができる。
【００４９】
即ち、本発明は、上記のコンピュータシステムにおいて、例えば上記の様なソフトウェア等を用いて具現可能なこれらの各手段（装置ａ〜ｄ）に関する個々の装置発明としてとらえたり、或いは、各手段（装置ａ〜ｄ）に関する一連の装置発明（通信装置）としてとらえることもできる。
言い換えれば、本発明は例えば、これらの各手段（装置）を備えた、図４に例示される様な実際の通信装置に関する装置発明としてとらえることもできる。
【００５０】
例えば、本発明に基づいて構成された上記の図４の通信装置は、前述の実施例の動作や作用を十分に引き出すことができる様に構成されている。即ち、図４の通信装置では、比較的消費電力の高い送受信機の稼働時間（起動回数）を最小限度に抑えたり、或いはまた、必要な場合にだけ送信部や受信部に電力を供給する間欠動作を実行したりすることが、十分に可能又は容易となる構成が取とられている。
そして、これらの一連の装置発明に関する作用・効果については、勿論、前記と全く同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における基地局側とユーザ局側との間での通信シーケンスを例示するタイムチャート。
【図２】本発明の実施例における１ユーザ局側の通信処理手順を例示するフローチャート。
【図３】図２のメインルーチン「ユーザ局側通信手順」から呼び出されて実行されるサブルーチン「通信期間の処理」における通信処理手順を例示するフローチャート。
【図４】本発明に基づく各手段（装置ａ〜ｄ）を有する通信装置を構成する論理的な各機能ブロックのブロック関連図。
【符号の説明】
Ｔ … 通信信号の発信／到来周期
Δｔ … 所定の起動信号の立ち上がり周期
ＣＦ … 通信フラグ
ＭＤＳ … 通信内容を有するスロット
ＡＣＴＣ … ユーザ局側からの所定の通信信号を有するスロット
ＦＣＭＣ … 基地局側からの所定の通信信号を有するスロット
（フレームコントロールメッセージチャンネル）

Claims

少なくとも何れか一方が移動可能な２つの通信装置間での弱い電波を用いた近距離通信において、実際に目的の通信を実行すべき実質的な通信期間を決定する通信期間の確定方法であって、
所定の周期Ｔで周期的に特定周波数の通信信号を発信する第１通信装置を備えた基地局と、
前記特定周波数の高周波電力（ＲＦ）を、その期間だけ直流電位（ＤＣ）に変換して起動信号として出力するＲＦ／ＤＣ変換回路を有する低消費電力型の起動信号出力回路と、前記目的の通信を実行する、前記起動信号出力回路よりも消費電力の高い送受信機とを有する第２通信装置を備えたユーザ局との間で前記近距離通信を実施する際に、
前記第２通信装置は、
前記起動信号出力回路から出力される前記起動信号の周期が、前記周期Ｔに一致した場合に前記送受信機に給電して該送受信機を起動し、
通信が正常終了して前記送受信機への給電が停止された後は、前記起動信号出力回路から出力される前記起動信号が前記周期Ｔで継続的に出力されている間は、前記送受信機へ再給電して該送受信機を再起動することを禁止することを特徴とする通信期間の確定方法。
前記第１通信装置は、前記通信信号として、狭域通信（ＤＳＲＣ）システム等で用いられるＦＣＭＣ（フレームコントロールメッセージチャンネル）を周期的に発信することを特徴とする請求項１に記載の通信期間の確定方法。