JP4700982B2

JP4700982B2 - 通信装置及び通信方法

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Publication number: JP4700982B2
Application number: JP2005057447A
Authority: JP
Inventors: 和敏原; 哲男井戸; 史英後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: US20060203833A1; CN1829112B; CN1829112A; US7555056B2; JP2006245897A

Description

本発明は、送信電力制御を行う通信装置及び通信方法に関する。

無線通信環境は、通信相手との通信距離、外来ノイズ、障害物の有無などの影響により、常に変化する。そのため、無線通信装置は、通信環境の変化に対応する為に送信電力制御を行う。送信電力制御とは、通信エラーレートや相手機器からの情報により送信電力を上げる（下げる）制御を行い、通信を続ける為に必要最小限の送信出力にすることで、送信出力を適正に制御することである。

必要以上に送信電力が大きいと、消費電力が増加するだけでなく、近隣の無線ネットワークに干渉してしまう。逆に送信電力が小さすぎると、通信相手への信号にエラーが増え、最悪の場合には通信できなくなってしまう。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１規格で規定されている、インフラストラクチャーモードでは、各無線通信装置の通信は、全て基地局（アクセスポイント）を介して行われる。従って、基地局が各無線通信装置の送信電力制御を集中的に制御、管理することができる。また、各無線通信装置は、基地局との１対１の通信を基本とした送信電力制御を行えばよい。

なお、特許文献１には、無線通信装置が近接する基地局との干渉を軽減するための技術が開示されている。
特開平１１−１５５１７２号公報

特定の基地局を介さずに無線通信装置同士が直接通信を行うアドホックネットワークにおいても、低消費電力化のために、通信距離や通信の干渉具合によって送信電力制御することが可能である。しかし、アドホックネットワークの場合は基地局が存在しないため、複数の無線通信装置の送信電力制御を集中的に管理することができない。従って、ネットワークに新規に参加する無線通信装置が存在する場合、無線通信措置が複数の相手に対して直接的に情報を送信する場合などには、インフラストラクチャーネットワークで使われている１対１を基本とした送信電力制御では、ネットワーク全体として不都合が生じることがある。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のアドホックネットワークに新規の無線通信装置が参加しようとする場合、他の無線通信装置にとって新規の無線通信装置との電波状況・通信距離等は未知である。このような新規無線通信装置が、現存するネットワークを探索するために、ＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔをブロードキャスト送信したとする。ＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔを受信した無線通信装置は、ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅを返信することになる。しかし、現在通信中の相手と同じ送信電力でＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅを送信したのでは、ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅが新規無線通信装置まで届かないことがある。この場合、新規無線通信装置は周辺にはネットワークが存在しないと判断してしまい、ネットワークへ参加できなくなってしまう。

また、新規無線通信装置が、ＩＰアドレスの確認を行うために、ＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔなどのＩＰアドレスの確認要求を送信したとする。ＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔを受信した無線通信装置は、ＡＲＰＲｅｐｌｙなどのＩＰアドレス通知を返信することになる。しかし、現在通信中の相手と同じ送信電力で通信したのでは、ＡＲＰＲｅｐｌｙが新規無線通信装置まで届かないことがある。この場合、新規無線通信装置が、既に利用されているＩＰアドレスと重複するＩＰアドレスを設定してしまうことがあり、通信が正常に行えず、データの不整合が生じてしまう。

また、アドホックネットワークでは、ＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔの他にも、ネットワーク報知信号（ＢＥＡＣＯＮ信号）などネットワーク全体、もしくは、複数の端末にパケットを送りたい場合もある。この場合も、現在通信中の相手と同じ送信電力で送信したのでは、パケットがネットワーク全体に届かずに、情報が伝わらない可能性がある。

本発明は、送信電力制御を行いつつも、その副作用である、例えば隠れ端末問題によるパケットの衝突、送信電力不足によるパケットの消失、送信電力不足によるＩＰアドレスの衝突などの問題を回避し、ネットワーク全体の通信品質を正常に保つことを目的とする。

本発明は、データの宛先が複数の通信装置であり、該データを同時に前記複数の通信装置に送信する場合は、所定の高い送信電力で該データを送信し、前記データの宛先が１台であり、送信電力制御すべき宛先として管理されている場合は、該宛先との通信状態に応じて送信電力を増減する送信電力制御を行い、前記送信電力制御は、前記データの宛先が１台であっても、アドレス確認のためのＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたはＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信する場合は、前記所定の高い送信電力で前記ＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたは前記ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信する。

本発明は、送信電力制御を行いつつも、例えば隠れ端末問題によるパケットの衝突、送信電力不足によるパケットの消失、送信電力不足によるＩＰアドレスの衝突等を回避し、ネットワーク全体の通信品質を正常に保つことができる。

（第１の実施形態）
以下、添付図面に従って本発明に係る実施形態を説明する。

本実施形態では、撮像装置としてのデジタルカメラ（以下、カメラ）と、出力装置としてのプリンタをＩＥＥＥ８０２．１１規格のアドホックモードにおいて無線接続する。さらにそれらで送信電力制御機能を動作させ、不整合のないデータ通信を保証する。

図１は、本実施形態におけるカメラの構成を示すブロック図である。カメラは、大きく分けて、カメラ機能部１０２と無線モジュール１０１とに分かれる。カメラ機能部１０２は、カメラの撮影機能、ＴＣＰ／ＩＰ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ／ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）のデータ処理機能、無線モジュール１０１のコントロール・データ通信機能を有する。無線モジュール１０１のコントロールは、コンパクトフラッシュ（登録商標）メモリとのインタフェースなどのメモリインタフェース１０３を利用して行う。無線モジュール１０１は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮ機能（ＰＨＹ，ＭＡＣ）、カメラ機能部１０２との通信機能を持つ。また、無線モジュール１０１は、ＭＡＣ処理部１０６とＲＦ処理部１０５とアンテナ１０４に分かれる。ＭＡＣ処理部１０６は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮにおけるＭＡＣ，ＰＨＹの機能、カメラ機能部１０２との通信機能、ＲＦ処理部１０５のコントロール機能を持つ。ＭＡＣ処理部１０６のＲＦ処理部１０５のコントロールは、パワー制御のインタフェース１０８と送受信処理インタフェース１０７によって行われる。パケットの送信パワーはパワー制御のインタフェース１０８によって行われる。ＲＦ処理部１０５は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のＰＨＹ機能を行い、アンテナ１０４を通してデータを送受信する。また、送信電力制御すべきパケットの宛先は、カメラ機能部１０２内のメモリに格納されているプログラムによって決められ、ＭＡＣ処理部１０６にＭＡＣアドレスの値として通知される。ＭＡＣ処理部１０６は、カメラ機能部１０２から通知された送信電力制御すべき宛先のＭＡＣアドレスを記憶しておき、パケットを送信する段階で、そのパケットの宛先のＭＡＣアドレスと送信電力制御すべき宛先として予め記憶しているＭＡＣアドレスとを比較する。その結果、同じであれば、ＭＡＣ処理部１０６はパワー制御インタフェース１０８を介してＲＦ処理部１０５を制御し、送信電力制御を行う。また、比較結果が異なれば、ＭＡＣ処理部１０６はパワー制御インタフェース１０８を介してＲＦ処理部１０５を制御し、送信電力が最大でパケットを送信する。ただし、送信要求信号であるＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔｔｏｓｅｎｄ）、受信準備完了信号であるＣＴＳ（Ｃｌｅａｒｔｏｓｅｎｄ）のような全端末が受け取る必要のあるパケットに関しては、ＭＡＣ処理部１０６は送信電力を最大で送るようにする。また、送信パケットに対して、ＡＣＫ（応答信号）が一定時間内に返ってこない場合は、再送することになる。この再送回数をＭＡＣ処理部１０６で記憶しておき、後述する方法により、次の送信時の送信電力を決定するのに用いる。

図２は、本実施形態におけるプリンタの構成を示すブロック図である。プリンタは、大きく分けて、プリンタ機能部２０２と無線モジュール２０１に分かれる。プリンタ機能部２０２は、プリンタの印刷機能、ＴＣＰ／ＩＰのデータ処理機能、無線モジュール２０１のコントロール・データ通信機能を持つ。無線モジュール２０１は、図１の無線モジュール１０１の構成を同じため説明は省略する。

本実施形態では、図３に示されるように、デジタルカメラ（カメラ１）、プリンタ（プリンタ２）、デジタルカメラ（カメラ３）とがアドホックネットワークを形成している。デジタルカメラ（以下、カメラ１）とプリンタ（プリンタ２）が通信している状況を考える。この状況でプリンタ２とカメラ１はお互いに通信をしており、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のアドホックネットワーク４を形成している。カメラ１は内部にある画像データをプリンタ２に送り印刷するために、データ通信を行っている。このとき、カメラ１は、プリンタ２との通信に送信電力制御を行っており、距離が近いので、小さい電力で送信している。同様に、カメラ１がカメラ３とデータ通信する場合には、カメラ１は、カメラ３との通信に送信電力制御を行う。この場合、カメラ１とカメラ３とは距離が遠いので、大きい電力で送信している。なお、カメラ１、３は、図１で説明した構成のカメラであり、プリンタ２は、図２で説明した構成のプリンタである。また、カメラ１のＭＡＣ処理部１０６には、プリンタ２、カメラ３のＭＡＣアドレスが送信電力制御すべき宛先のＭＡＣアドレスとして記憶されているものとする。

図７は、カメラ１がパケットを送信する際のカメラ１の動作を示すフローチャートである。

図７において、カメラ１は、送信パケットが複数の相手装置に対して送るパケットかを判断する（ステップＳ７０１）。図６のように、カメラ１がブロードキャストパケットであるＢＥＡＣＯＮ信号をネットワーク４に送信する場合は、複数の相手装置に対してパケットを送信すると判断し、ＭＡＣ処理部１０６はパワー制御インタフェース１０８を介してＲＦ処理部１０５を送信電力最大に設定する（ステップＳ７１４）。そして、ＢＥＡＣＯＮ信号を送信電力最大でブロードキャスト送信する（ステップＳ７１５）。なお、ブロードキャスパケットに対してはＡＣＫは返信されないので、そのまま送信処理は終了する。このように、ブロードキャストパケットのような複数の通信相手に送信するパケットを送信する場合には送信電力を最大で送信することにより、パケットに含まれる情報がネットワーク全体に情報が行き渡る。従って、パケットを受信できなかった通信装置が新たに別のネットワークを形成してしまうような不整合を防止することができる。

図１１は、カメラ１がＢＥＡＣＯＮ信号を送信する場合のシーケンス図である。カメラ１のＭＡＣ処理部１０１はＢＥＡＣＯＮ信号の送信先を判断する（ステップＳ１１１）。ＢＥＡＣＯＮ信号はブロードキャストパケットなので、ＭＡＣ処理部１０１はＲＦ処理部１０５における送信電力を最大に設定する（ステップＳ１１２）。ＲＦ処理部１０５は、最大の送信電力でＢＥＡＣＯＮ信号を送信する（ステップＳ１１３）。このＢＥＡＣＯＮ信号は、ネットワーク４全体に届くことになり、プリンタ２、カメラ３で受信されることになる。

図７の説明に戻り、送信パケットが複数の相手装置に対して送るパケットでない場合は、カメラ１は、送信パケットの宛先が、通信対象宛てかを判断する（ステップＳ７０２）。送信パケットの宛先が、プリンタ２の場合は、カメラ機能部１０２から通知された送信電力制御すべき宛先のＭＡＣアドレスと一致するので、通信対象へのパケット送信と判断する。通信対象への送信の場合は、再送回数のカウンタをクリアし（ステップＳ７０３）、パケット送信をするときに利用する変数Ｐｃを現在の送信電力値Ｐにする（ステップＳ７０４）。そして、送信パケットを送信電力Ｐｃで送信する（ステップＳ７０５）。その後、送信パケットに対する応答信号であるＡＣＫが受信できたかを判断する（ステップＳ７０６）。ＡＣＫを受信した場合は、図８で示す送信電力計算のルーチンに移行する（ステップＳ７０７）。

所定期間待ってもＡＣＫが受信できなければ、再送回数のカウンタをインクリメント（＋１）し（ステップＳ７０８）、送信電力を示す変数Ｐｃを所定量増加し（ステップＳ７０９）、もう一度、増加した送信電力Ｐｃでパケットを送信する（ステップＳ７０５）。

ここで、図８に示す送信電力計算のルーチンについて説明する。過去Ｎ回の送信時の再送回数の平均が、閾値１より小さい場合は（ステップＳ８０１）、送信電力Ｐを所定量減少させる（ステップＳ８０２）。また、過去Ｎ回の送信時の再送回数の平均が、閾値２（閾値２＞閾値１）より大きい場合は（ステップＳ８０３）、送信電力Ｐを所定量増加させる（ステップＳ８０４）。また、過去Ｎ回の送信時の再送回数の平均が、閾値１以上、閾値２以下の場合は、現状の送信電力Ｐの値を維持する。

図９は、カメラ１がプリンタ２にパケットを送信する際のシーケンス図である。まずカメラ１のＭＡＣ処理部１０１は、カメラ機能部１０２よりデータ送信の指示を受け（ステップＳ９０１）、送信するパケットの送信先を判断する（ステップＳ９０２）。送信先がプリンタ２の場合は、通信対象への送信処理なので、再送回数のカウンタをクリアし（ステップＳ９０３）、送信電力を決定する（ステップＳ９０４）。そして、決定した送信電力をＲＦ処理部１０５に設定し、データパケットをプリンタ２に送信する（ステップＳ９０５）。プリンタ２はデータパケットを受信すると、ＡＣＫを送信するので、このＡＣＫをカメラ１が受信すると（ステップＳ９０６）、これ以降のパケット送信のために送信電力計算を実行する（ステップＳ９０７）。

ここで図４に示すように、図１のネットワーク４に新たなカメラ２１が参加してきた状況を考える。カメラ２１は、ＩＰアドレスの確認のためのＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをネットワーク４にブロードキャストする。カメラ１は、このＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信すると、図５のように、カメラ２１に対してＡＲＰＲｅｐｌｙを返信する。このＡＲＰＲｅｐｌｙの送信先であるカメラ２１は、カメラ１にとっては予めＭＡＣ処理部１０６に記憶しているＭＡＣアドレスの機器ではない。よって、カメラ１は、ＡＲＰＲｅｐｌｙの宛先が通信対象以外であると判断し（ステップＳ７１０）、送信電力を最大に設定する（ステップＳ７１１）。そして、最大の送信電力でＡＲＰＲｅｐｌｙを送信する（ステップＳ７１２）。カメラ２１がＡＲＰＲｅｐｌｙを受信すると、ＡＣＫを返信するので、カメラ１はＡＣＫが受信できたかを判断する（ステップＳ７１３）。ＡＣＫを受信した場合は、処理を終了し、所定期間待ってもＡＣＫが受信できなければ、ＡＲＰＲｅｐｌｙを再送する。

図１０は、ネットワーク４に新規に参加してきたカメラ２１とカメラ１とのシーケンス図である。

カメラ２１は、ネットワーク４に参加する際に、ＡＲＰＲｅｒｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信する（ステップＳ１０１）。カメラ１は、このＡＲＰＲｅｒｑｕｅｓｔパケットを受信すると、ＡＲＰＲｅｐｌｙパケットを送ることになるので、ＭＡＣ処理部１０１は、このパケットの送信先を判断する（ステップＳ１０２）。パケットの宛先は、通信対象以外の宛先なので、ＭＡＣ処理部１０１はＲＦ処理部１０５における送信電力を最大に設定する（ステップＳ１０３）。ＲＦ処理部１０５は、最大の送信電力でＡＲＰＲｅｐｌｙパケットをカメラ２１に送信する（ステップＳ１０４）。よって、カメラ２１にＡＲＰＲｅｐｌｙが届く可能性が高くなり、同じＩＰアドレスをカメラ２１に利用され、ＩＰデータの混信が起こることを防止できる。なお、カメラ１はこのパケットに対して、ＡＣＫを受信するが（ステップＳ１０５）、カメラ２１は予め決められた通信対象の通信装置ではないので、ＡＣＫ受信後に送信電力計算は行わない。

また、カメラ２１がブロードキャストしたＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔパケットをカメラ１が受信した場合は、カメラ１はＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットをカメラ２１に送信する。この場合も、ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットの送信先は通信対象外なので（ステップＳ７１０）、カメラ１は送信電力を最大にし（ステップＳ７１１）、ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信する（ステップＳ７１２）。そして、ＡＣＫの有無を判断し（ステップＳ７１３）、ＡＣＫが受信されれば処理を終了し、受信されなければＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを再送する。

以上のように上記説明によれば、パケットの宛先、または、送信するパケットに応じて、送信電力制御を行って送信、送信電力を最大にして送信するので、特定の基地局（アクセスポイント）を介さずに無線通信装置同士が直接通信を行うアドホックネットワークにおいて、送信電力制御を行いつつ、その副作用である、隠れ端末問題によるパケットの衝突、送信電力不足によるパケットの消失、送信電力不足によるＩＰアドレスの衝突を回避し、ネットワーク全体の通信品質を正常に保つことができる。

本発明の実施形態におけるカメラのブロック図である。本発明の実施形態におけるプリンタのブロック図である。本発明の実施形態におけるネットワークの構成図である。本発明の実施形態におけるネットワークの構成図であり、ＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔパケットの送受信例である。本発明の実施形態におけるネットワークの構成図であり、ＡＲＰＲｅｐｌｙパケットの送受信例である。本発明の実施形態におけるネットワークの構成図であり、ＢＥＡＣＯＮパケットの送受信例である。本発明の実施形態におけるカメラ１のパケット送信時の動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるカメラ１の送信電力計算のフローチャートである。本発明の実施形態におけるカメラ１とプリンタ２との通信シーケンス図である。本発明の実施形態におけるカメラ２１とカメラ１とでＡＲＰＲｅｑｕｅｓｔ、ＡＲＰＲｅｐｌｙを送受信する際のシーケンス図である。本発明の実施形態におけるカメラ１がＢＥＡＣＯＮパケットを送信する際のシーケンス図である。

Claims

通信装置であって、
データの宛先を判断する判断手段と、
前記判断手段による判断の結果、前記データの宛先が複数の通信装置であり、該データを同時に前記複数の通信装置に送信する場合は、所定の高い送信電力で該データを送信し、前記データの宛先が１台であり、送信電力制御すべき宛先として管理されている場合は、該宛先との通信状態に応じて送信電力を増減する送信電力制御を行う制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記データの宛先が１台であっても、アドレス確認のためのＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたはＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信する場合は、前記所定の高い送信電力で前記ＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたは前記ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信することを特徴とする通信装置。
前記制御手段は、通信装置同士が直接通信を行う際に、前記制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
相手装置のアドレスを記憶する記憶手段を有し、
前記判断手段は、データの宛先のアドレスが前記記憶手段に記憶されているか否かを判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信装置。
前記制御手段は、前記判断手段による判断の結果、前記データの宛先が１台であっても、送信電力制御すべき宛先として管理されていない場合は、前記所定の高い送信電力で該データを送信することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の通信装置。
前記所定の高い送信電力は、最大の送信電力であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の通信装置。
前記宛先との通信状態に応じて送信電力を増減する送信電力制御は、再送回数に基づく送信電力制御であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の通信装置。
通信装置の通信方法であって、
前記通信装置は、データの宛先を判断し、前記データの宛先が複数の通信装置であり、該データを同時に前記複数の通信装置に送信する場合は、所定の高い送信電力で該データを送信し、前記データの宛先が１台であり、送信電力制御すべき宛先として管理されている場合は、該宛先との通信状態に応じて送信電力を増減する送信電力制御を行い、前記送信電力制御は、前記データの宛先が１台であっても、アドレス確認のためのＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたはＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔパケットに対する応答であるＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信する場合は、前記所定の高い送信電力で前記ＡＲＰＲｅｐｌｙパケットまたは前記ＰｒｏｂｅＲｅｓｐｏｎｓｅパケットを送信することを特徴とする通信装置の通信方法。