JP5104683B2 - 無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線機器間の無線通信における通信品質を求める無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法に関し、通信品質測定用の専用パケットを送出することなく通信品質を推定することに関する。

一般に、無線機器間の無線通信では、無線機器の設置場所によっては障害物のために電波障害や通信障害が発生し、無線機器から送信されたデータが送信先に到達しないことがある。このような場合には、電波障害に応じて無線機器のデータ送信におけるデータ出力強度を高めるなどの調整を行うために、無線通信のパケットロス率などの品質を把握することが必要になる。類似技術として、携帯電話が電波強度を測定し、アンテナの本数で受信感度を表現している例が挙げられる。

従来の無線通信における通信品質の測定に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平９−１３５２０３号公報

図６は、従来の無線通信における無線通信品質測定システムの構成ブロック図である。制御機器１は、無線送信機器２のパケット送信回数の設定や測定の開始・停止を制御する送信機制御部１１と、無線送信機器２からのパケットを解析するパケット解析部１２と、主にシリアル通信部２１とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部１３とから構成され、主に無線送信機器２の動作を制御する。

無線送信機器２は、主にシリアル通信部１３とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部２１と、シリアル通信と無線通信のパケットフォーマット変換をするシリアル無線フォーマット変換部２２と、送信データを生成しパケット送信に関わる制御を行う送信制御部２３と、主に無線受信機器３と無線通信処理を行う無線通信部２４および図示しない汎用アプリケーションなどから構成され、主に無線受信機器３にパケットを送信する。

無線受信機器３は、主に無線送信機器２と無線通信処理を行う無線通信部３１と、シリアル通信と無線通信のパケットフォーマット変換をするシリアル無線フォーマット変換部３２と、主にシリアル通信部４１とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部３３とから構成され、主に無線送信機器２からのパケットを受信する。

ロス率算出機器４は、主にシリアル通信部３３とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部４１と、無線受信機器３からのパケットを解析するパケット解析部４２と、パケット解析部４２で解析されたパケット受信回数などのパケット情報に基づきパケットロス率を算出するロス率算出部４３とから構成され、無線受信機器３のパケット受信回数および無線送信機器２のパケット送信回数に基づきパケットロス率を算出する。

制御機器１のシリアル通信部１３は無線送信機器２のシリアル通信部２１と相互に接続され、無線送信機器２の無線通信部２４は無線受信機器３の無線通信部３１と無線通信を介して相互に接続される。また無線受信機器３のシリアル通信部３３はロス率算出機器４のシリアル通信部４１と相互に接続されている。

図６は図５の無線通信品質測定システムの動作を示すシーケンス図である。シーケンスＳＱ１において、制御機器１の送信機制御部１１は、シリアル通信部１３を介して無線送信機器２のパケット送信回数などの測定条件を設定する。

シーケンスＳＱ２において、制御機器１の送信機制御部１１は、シリアル通信部１３を介して、無線送信機器２にパケット送信の開始を命令するためのコントロールコマンドを送信する。

シーケンスＳＱ３において、無線送信機器２の送信制御部２３は、シリアル通信部２１を介して制御機器１から受信したコントロールコマンドに基づき、設定された条件で無線通信部２４を介して無線受信機器３にパケットを送信する。

シーケンスＳＱ４において、無線送信機器２のシリアル無線フォーマット変換部２２は、送信処理が成功したか否かを表す「送信処理結果情報」をシリアル通信用にフォーマット変換する。

シーケンスＳＱ５において、無線送信機器２の送信制御部２３は、シリアル通信部２１を介して制御機器１に送信処理結果情報を通知する。シーケンスＳＱ６において、制御機器１のパケット解析部１２は、無線送信機２からシリアル通信部１３を介して受信した送信処理結果情報を解析する。

シーケンスＳＱ７において、制御機器１の送信機制御部１１は、送信処理結果情報の解析結果に基づき、送信処理が成功であった場合は送信回数をカウントアップする。

シーケンスＳＱ８において、無線受信機器３のシリアル無線フォーマット変換部３２は、無線送信機器２から無線通信部３１を介して受信した受信パケットをシリアル通信用にフォーマット変換する。シーケンスＳＱ９において、無線受信機器３は、シリアル通信用にフォーマットを変換した受信パケットをシリアル通信部３３を介してロス率算出機器４に送信する。

シーケンスＳＱ１０において、ロス率算出機器４のロス率算出部４３は、無線受信機器３からシリアル通信部４１を介して受信パケットを解析する。シーケンスＳＱ１１において、ロス率算出機器４のロス率算出部４３は、受信パケットの解析結果に基づき無線送信機器２からのパケットを受信した場合は、受信回数をカウントアップする。

なお、上述のシーケンスＳＱ３〜ＳＱ１１の動作はシーケンスＳＱ１で設定されたパケット送信回数だけ繰り返し行う。

シーケンスＳＱ１２において、ロス率算出機器４は、ユーザからパケット送信回数が入力される。シーケンスＳＱ１３において、ロス率算出機器４のロス率算出部４３は、ユーザによって入力された送信回数とシーケンスＳＱ１１においてカウントされた受信回数とに基づいて、式（１）に従ってパケットロス率を算出する。
（送信回数―受信回数）／送信回数＝パケットロス率・・・（１）

なお、制御機器１とロス率算出機器４との間にパケット送信回数を確実に送信するための専用線を構築して、送信回数を確実に送信してパケットロス率を算出するものであってもよい。

このように、従来の無線通信品質測定システムは、無線通信のパケットロス率を測定できる。

しかしながら、無線送信機器２はパケットロス率を測定するための専用アプリケーションの搭載が必要となり、無線送信機器のリソースの負担になる。

また、ロス率算出機器４は、パケット送信回数を設定しないとパケットロス率が算出できないため、ユーザによるデータの問い合わせ作業が必要となり、作業に手間がかかることからリアルタイムに測定できない。

また、制御機器１は、送信処理が成功したら回数をカウントアップする機能が必要となり、制御機器のリソースの負担となってしまう。

また、無線送信機器２は、本来の通信目的である汎用アプリケーションなどによるアプリケーションデータの送受信を行っているときには、測定専用のデータを送受信できないことになる。

また、アプリケーションデータと測定用のデータとを交互に切り換えて送受信することもできるが、この場合は通信帯域を測定用のパケットが占有してしまい、アプリケーションデータ送受信に使用できる帯域が減ってしまう。

また、通信品質の把握にはパケットロス率に加えて信号強度も利用されているが、同じ信号強度であっても受信地点における電波の反射干渉状態によってはパケットロス率が異なることがあるので、インパルス発生器やベクトルアナライザを使用して反射干渉状態を測定し通信環境を把握することが行われており、測定作業が大掛かりとなってしまう。

さらに、一般的な無線ネットワークシステムの構築においては、あらかじめ通信品質を測定評価しシステム構成に反映させるものの、システムの稼動が始まってしまうと改めて通信品質の測定評価はしないので、システム稼働中の通信品質の変化がシステムの運用やメンテナンスに反映されないといった問題点もあった。

本発明はこれらの問題点を解決するものであり、その目的は、通信品質測定用の専用パケットを送出することなく、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
無線機器間で伝送されるパケットの通信品質を推定する無線通信品質推定システムであって、
あらかじめ測定されたパケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値に基づき作成された複数の無線通信環境モデルを含む環境モデルテーブルと、評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める演算処理手段を設け、この演算処理手段で求めた標準偏差値と信号品質比率値に基づき、前記環境モデルテーブルを参照して前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定することを特徴とする

請求項２記載の発明は、
無線機器間で伝送されるパケットの通信品質を推定する無線通信品質推定システムであって、
あらかじめ測定されたパケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値に基づき作成された複数の無線通信環境モデルを含む環境モデルテーブルと、
これら環境モデルごとに信号品質比率値に応じてあらかじめ所定のパケットロス率が割り当てられたロス率推測用テーブルと、
評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める演算処理手段を設け、
この演算処理手段で求めた標準偏差値と信号品質比率値に基づき、前記環境モデルテーブルを参照して前記評価対象無線通信系統におけるパケットロス率を推定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める第１のステップと、
これら標準偏差値と信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定する第２のステップ、を含むことを特徴とする無線通信品質推定方法である。

請求項４記載の発明は、
評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める第１のステップと、
これら標準偏差値と信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定する第２のステップと、
推定した環境モデルと前記信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統におけるパケットロス率を推定する第３のステップ、を含むことを特徴とする無線通信品質推定方法である。

本発明によれば、通信品質測定用の専用パケットを送出することなく、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握することができる。

図１は、本発明に係る無線通信品質推定システムの一実施例を示す構成ブロック図である。無線送信機器５は、主に無線受信機器６と無線通信処理を行う無線通信部５１および無線送信機器５の本来の通信目的である動作を行う図示しない汎用アプリケーションから構成され、主に無線受信機器５にパケットを送信する。

無線受信機器６は、主に無線送信機器５と無線通信処理を行う無線通信部６１と、シリアル通信と無線通信のパケットフォーマット変換をするシリアル無線フォーマット変換部６２と、主にシリアル通信部７１とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部６３とから構成され、主に無線送信機器５からのパケットを受信する。無線通信部６１は、無線通信部５１からの電波を受信して中間周波信号に変換する高周波信号処理部６１Ａと中間周波信号を復調してパケットデータを再生する復調部６１Ｂとから構成される。

ロス率推測機器７は、主にシリアル通信部６３とのシリアル通信処理を行うシリアル通信部７１と、シリアル通信部７１を介して得た無線受信機器６からのパケットを解析するパケット解析部７２と、パケット解析部７２で解析されたパケットの信号品質などのパケット情報に基づきパケットロス率を計算するロス率推定部７３とから構成され、無線送信機器５と無線受信機器６間の無線通信におけるパケットロス率を推測する。

パケット解析部７２は、パケットごとの信号品質を測定する信号品質算出部７２Ａから構成される。信号品質算出部７２Ａは、無線受信機器６に備えられた図示しない相関器（たとえばスペクトラム拡散受信装置の相関器）の出力値の平均値などを用いて「信号品質値」を算出する。ちなみに、相関器の出力値は、受信信号から得られたチップが完全であれば最大値を示し、伝送途中においてチップの規則性が失われ完全に情報が伝達されない状況になれば最小値を示す。チップの状態が一部残存し一部失われていればその割合に応じ最大から最小までの間の値を示す。

なお、信号品質算出部７２Ａは、無線送信機器５から受信したパケットのＬＱＩ（Link Quality Indicator)を生成するものであってもよい。ＬＱＩとは、IEEE802.15.4の無線通信方式で利用されている信号品質のことである。

ロス率推定部７３は、パケットの信号品質を記憶する通信品質データベース７３Ａと、パケットの信号品質があらかじめ定められた閾値を超えるか否かを判定する品質判定部７３Ｂと、品質判定部７３Ｂの判定結果を記憶する判定結果テーブル７３Ｃと、判定結果テーブル７３Ｃが記憶する判定結果に基づき統計処理を行って、たとえば各パケットの信号品質値の標準偏差である「信号品質偏差値」とあらかじめ定められた閾値を超えるまたは超えない信号品質値を有するパケットの全パケットに占める比率である「信号品質比率値」とを求める統計処理部７３Ｄとから構成される。

またロス率推定部７３は、統計処理部７３Ｄにより求められた信号品質の時間変化や信号品質偏差値および信号品質比率値に基づいて無線送信機および無線受信機間の通信環境（電波の反射干渉状態を含む）を示す「環境モデル」を判定する環境モデル判定部７３Ｅと、信号品質比率値と信号品質偏差値から環境モデルを判定するためのテーブルである環境モデル判定用テーブル７３Ｆと、統計処理部７３Ｄで得られた信号品質比率値および環境モデル判定部７３Ｅで得られた環境モデルに基づいてパケットロス率を推定するロス率計算部７３Ｇと、環境モデルと信号品質比率値からロス率推定値を推定するためのテーブルであるロス率推測用テーブル７３Ｈと、各データを表示するデータ表示部７３Ｉとからも構成される。

環境モデル判定用テーブル７３Ｆは、無線送信機器と無線受信機器間における電波の反射干渉状態と信号品質偏差値、信号品質比率値の関係を示し、ロス率推測用テーブル７３Ｈは、無線送信機器と無線受信機器間における電波の反射干渉状態と信号品質値とパケットロス率の関係を示しており、各テーブルは図示しないフェージングシミュレータによるシミュレーションからあらかじめ求められる。

たとえば、フェージングシミュレータは、各種パラメータを変化させて無線通信で起こりうる電波障害を再現し無線機器間における通信のシミュレーションを行う。測定者は、このシミュレーション結果に基づいて、信号品質偏差値と信号品質比率値の関係および信号品質値とパケットロス率の関係を解析して相関関係が強い相関を示す反射干渉状態をグループ化することにより、信号品質偏差値と信号品質比率値に応じて反射干渉状態を複数の環境モデルにカテゴライズ化した環境モデル判定用テーブル７３Ｆと、環境モデルごとに信号品質比率値に応じてパケットロス率が割り当てられたロス率推測用テーブル７３Ｈを生成する。

なお環境モデルには、たとえば少数の卓越したエネルギーを持つ反射波同士が干渉を生じている反射干渉状態を示す環境モデル、多数の同程度のエネルギーを持つ反射波が干渉を生じている反射干渉状態を示す環境モデル、上記２つの反射干渉状態の中間型の環境モデルなどがある。

ここでフェージングシミュレータのパラメータは、電波が反射し受信点へ到達するまでの「遅れ時間（ns）」や遅れ時間毎に受信点に到達する「信号の強度（dB）」、反射波群が多数の同程度のレベルの素波から構成されているか強度の素波を含むかを示し、レイ.リー分布モデルなどを含む「モデル（Model）」、Modelがライス分布モデルの場合であって卓越した強度の信号とその他の素波との信号強度の比率を表す「Rice Paraｍ(dB)」、などのパラメータであって、一般的に反射波の特徴を決定し反射干渉状態を一意に再現することができる。

無線送信機器５は、無線通信部５１および６１を介して無線通信により無線受信機器６と相互に接続される。無線受信機器６は、シリアル通信部６３および７１を介してロス率推測機器７と相互に接続されている。

また、無線送信機器５、無線受信機器６、ロス率推測機器７は、ＯＳ（Operating System）や各機器として動作するためのプログラムやアプリケーション、各種情報などを格納する記憶部、各部の動作を制御する演算制御部（たとえばＣＰＵ）、各機器間で通信を行う通信部などのハードウェアから構成される。

これら無線送信機器５、無線受信機器６、ロス率推測機器７の演算制御部は、記憶部に格納されているＯＳなどを起動し、このＯＳ上で格納されたプログラムを読み出し実行することにより、各機器全体を制御し、各機器固有の動作を行う。なお、各機器の演算制御部が記憶部に格納されたプログラムを読み出し実行して各部を制御する動作については、以下省略する。

図２は図１の動作を説明するシーケンス図、図３は環境モデル判定用テーブルおよびロス率推測用テーブルの一例である。シーケンスＳＱ１において、無線送信機器５から無線受信機器６へ無線通信を介してパケットを送信する。このパケットは、無線送信機器５の通信目的である汎用アプリケーションによるアプリケーションデータを含む。

無線受信機器６は、無線通信部６１を介して無線送信機器５から電波を受信し、高周波信号処理部６１Ａが中間周波信号に変換し、復調部６１Ｂが中間周波信号を復調してパケットデータを再生する。

シーケンスＳＱ２において、無線受信機器６のシリアル無線フォーマット変換部６３は、再生した無線送信機器５からの受信パケットと無線受信機器６で得た相関機能の出力値やＬＱＩ値などの通信状況を示す情報をシリアル通信用にフォーマット変換する。

シーケンスＳＱ３において、無線受信機器６はシリアル通信部６３を介して、シリアル通信用にフォーマット変換された受信パケットとその他のデータなどをロス率推測機器７に送信する。

シーケンスＳＱ４において、ロス率推測機器７は、シリアル通信部７１を介して無線受信機器６から受信した受信パケットを通信品質データベース７３に記憶する。ここでロス率推測機器７は、パケット解析部７２を制御して受信パケットを解析し、無線受信機器６の相関機能の出力値やＬＱＩ値などの受信パケットの通信状況などに基づいて「信号品質値」を算出する。そしてロス率推測機器７は、受信パケットごとにパケットＩＤ、信号品質、時刻などの「パケット信号品質情報」を通信品質データベース７３Ａに記憶する。

シーケンスＳＱ５において、ロス率推測機器７の品質判定部７３Ｂは、通信品質データベース７３Ａに記憶されている受信パケットの信号品質値とあらかじめ定められた閾値とを比較し、パケットの信号品質値が閾値以上（または以下）か否かを判定する。

シーケンスＳＱ６において、ロス率推測機器７は、品質判定部７３Ｂで得た判定結果を判定結果テーブル７３Ｃに記憶する。具体的には、ロス率推測機器７は受信パケットのパケットＩＤ」、「判定結果（たとえば信号品質値が閾値以上のときは「Ｔｒｕｅ」、信号品質値が閾値以下のときは「Ｆａｌｓｅ」）」などを記憶する。

シーケンスＳＱ７において、ロス率推測機器７の統計処理部７３Ｄは、判定結果テーブル７３Ｃに記憶されている判定結果を統計処理し統計値を求める。具体的には統計処理部７３Ｄは、品質判定部７３Ｂによる判定結果が「Ｔｒｕｅ」(または「Ｆａｌｓｅ」）であるパケットの占める割合「信号品質比率値」や信号品質値の標準偏差値「信号品質偏差値」を求めるなどの統計処理を行う。

シーケンスＳＱ８において、ロス率推測機器７の環境モデル判定部７３Ｅは、統計処理部７３Ｄによる「信号品質比率値」、「信号品質偏差値」および環境モデル判定用テーブル７３Ｆに基づいて、環境モデルを判定する。環境モデルは図３（Ａ）の環境モデル判定用テーブルに示すように、あらかじめ定められた信号品質比率値と信号品質偏差値に応じて環境モデルａ〜ｆがそれぞれ割り当てられている。たとえば、環境モデル判定部７３Ｅは、信号品質比率値が「２０〜１１」で、信号品質偏差値が「２１〜４０」のときには、環境モデルａと判定する。

シーケンスＳＱ９において、ロス率推測機器７のロス率計算部７３Ｇは、統計処理部７３Ｄによる「信号品質比率値」、環境モデル判定部７３Ｅによる「環境モデル」およびロス率推測用テーブル７３Ｈに基づいて、パケットロス率の推測を行う。パケットロス率は図３（Ｂ）のロス率推測用テーブル７３Ｈに示すように、環境モデルごとにあらかじめ定められた信号品質比率値に応じてパケットロス率（％）がそれぞれ割り当てられている。たとえば、ロス率計算部７３Ｇは、環境モデルａで信号品質比率値が「２０〜１１」のときには、ロス率推定値は３％であると推測する。

シーケンスＳＱ１０において、ロス率推測機器７のデータ表示部７３Ｉは、ロス率計算部７３Ｇで得られたパケットロス率の推測値をグラフや図表などによって画面表示する。

このように、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法は、無線送信機器と無線受信機器間の無線通信から得られる信号品質比率値、信号品質偏差値などの統計値から環境モデルおよびパケットロス率を推測することにより、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握できる。

なお、受信地点における電波の反射干渉状態によっては同じ信号強度であってもパケットロス率は異なることがある。このため本発明では、評価指標として一般的に使用されるパケットロス率や受信点における信号強度に加え、受信地点における電波の反射干渉状態も考慮している。

また、無線送信機器は、パケットロス率測定用の専用パケットを送出することなくパケットロス率および通信品質を把握できる。

また、インパルス発生器やベクトルアナライザなどにより反射干渉状態を測定することなく、無線受信機器が取得する信号品質値を用いて反射干渉状態の環境モデルおよび通信品質を容易に把握することができる。

また、無線送信機器は、パケットロス率を測定するための専用アプリケーションを搭載する必要がなく、無線送信機器のリソースの負担が軽減できる。さらにパケットロス率測定のための特別な機能を備えていない無線送信機器との間のパケットロス率および通信品質を把握できる。

また、無線送信機器からの送信回数のユーザによる入力作業や送信回数を確実に送信するための専用線を構築しなくても、無線送信機器と無線受信機器との間の無線通信から得られる信号品質比率値、信号品質偏差値、環境モデルによってパケットロス率を推測することにより、作業に手間かけずにリアルタイムにパケットロス率および通信品質を把握できる。

また、通信の帯域を本来の通信目的である汎用アプリケーションなどによるアプリケーションデータの送受信を用いてパケットロス率を推定するため通信効率を向上できる。

また、複数の無線送信機器との通信品質の把握を並行してできる。このため、従来のように通信品質把握のための測定が終了するまで測定中の無線送信機器以外は待機し一つ測定が終了する度に他の無線送信機器が送信を開始し測定を開始するといった手順が不要となり、多数の無線送信機器との間の通信品質測定を効率よく行うことができる。

また、受信したパケットのアドレス情報と信号品質値との対応を利用して、送信元のアドレスごと、つまり無線送信機器ごとにパケットロス率の推定を行うことができる。

また、既に複数の無線送信機器が稼動している無線通信システムにおいて新たに無線機器を設置する場合では、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法を用いてパケットロス率を推測することにより、無線通信システムの情報伝送を中断させるなどの影響を与えずに各無線機器との通信品質を推測することができ、各無線機器のデータ送信におけるデータ出力強度を高めるなどの調整を支援することができる。

なお、上記実施例で示したロス率推測機器７は無線受信機器６の機能を有するものであってもよい。

また、上記実施例では、ロス率推測機器７の統計処理部７３Ｄは、信号品質値の標準偏差を求めて信号品質偏差値を算出するとしているが、無線送信機器および無線受信機器間の反射干渉状態を複数の環境モデルにカテゴライズ化できるものであれば、どのような統計処理を行って信号品質統計値を求めるものであっても構わない。

また、上記実施例では、ロス率推測機器７の信号品質算出部７３Ａは、信号品質値をパケット毎に算出するとしているが、信号品質値をデータの単位とは独立に算出するものであってもよい。たとえば、データの１ビット毎やデータのビットレート等とは無関係に一定時間毎に信号品質値を算出するものであってもよい。この場合であっても、信号品質値を複数個処理し、それらの標準偏差およびあらかじめ定められた閾値を超えたデータの全データに占める割合を算出することでデータのロス率を推定することができる。

また、上記実施例では、ロス率推測用テーブル７３Ｈと環境モデル判定用テーブル７３Ｆに基づいてパケットロス率を推定するものとしたが、環境モデルを知る必要がなければ、２つのテーブルを合成し「信号品質偏差値」および「信号品質比率値」に基づき直接パケットロス率推定値を算出する構成とするものでもよい。

また、上記実施例では、ロス率推測用テーブル７３Ｈと環境モデル判定用テーブル７３Ｆに基づいてパケットロス率を推定するものとしたが、これらのテーブルを設けずに「信号品質偏差値」および「信号品質比率値」からパケットロス率推定値を得る法則性をソフトウェアアルゴリズム上に作りこんだ構成としても良いし、パケットロス率推定値を得る法則性を電子回路（論理回路構成）上に作りこんだ構成としてもよい。

また、上記実施例の無線送信機器、無線受信機器、ロス率推測機器は、たとえばインダストリアルオートメーションにおけるプラント制御システムや、ファクトリーオートメーションにおける浄水場の制御システムや、ビルの空調・照明システム、ＦＦＨＳＥ（Foundation Field bus High Speed Ethernet（登録商標））に展開し、現場に設置されたフィールド機器や制御機器間の無線通信から得られる信号品質比率値、信号品質偏差値などの統計値から環境モデルおよびパケットロス率を推測することにより、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握できる。

また、フィードバック制御などの制御ループを構成する流量計や温度計などのセンサ、アクチュエータ、コントローラを含むフィールド機器やその他制御機器が、本発明の無線送信機器、無線受信機器、ロス率推測機器の機能の少なくともいずれか一つを有するものであっても構わない。

たとえば、ビルオートメーションシステムにおいては、制御ループを構成するフィールド機器が設置される照明やスイッチなどを制御機器が設置されるビル内部は制御機器や什器など多くの障害物が存在するので電波障害も生じやすい。このため、無線送信機器と無線受信機器間の無線通信から得られる信号品質比率値、信号品質偏差値などの統計値から環境モデルおよびパケットロス率を推測することにより、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握できる。

なお、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法は、無線送信機器と無線受信機器間の無線通信から得られる受信信号強度（ＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indication））および相関値（ＣＯＲＲ（Correlation Value））とパケットロス率の実測値が環境モデルごとにマッピングされている環境モデルテーブルに基づいてパケットロス率を推測するものでもよい。以下、このような実施例について説明する。

図４は、本発明に係る無線通信品質推定システムの他の実施例を示す構成ブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。これ以降、ロス率推測機器７が無線受信機器６の機能を有する場合を一例として説明するが、図１のように無線受信機器６とロス率推測機器７とは別個独立した機器であってもよい。

図４において、無線送信機器５は、主に無線受信機器６と無線通信処理を行う無線通信部５１および無線送信機器５の本来の通信目的である動作を行う図示しない汎用アプリケーションから構成され、主に無線受信機器５にパケットを送信する。

ロス率推測機器７は、主に無線送信機器５と無線通信処理を行う無線通信部７４と、無線通信部７４を介して得た無線送信機器５からのパケットに基づき、無線送信機器５とロス率推測機器７間の受信信号強度（ＲＳＳＩ）および相関値（ＣＯＲＲ）などの無線通信品質を測定・算出する無線通信解析部７５と、パケット解析部７２で算出されたＲＳＳＩおよびＣＯＲＲとあらかじめ求められている環境モデルテーブル７３Ｙに基づきパケットロス率（なお図４ではパケットロス率をＰＥＲと表している）を計算するロス率推定部７３などから構成される。

またロス率推測機器７は、オペレータがロス率推測機器７の設置場所に応じた環境モデルを指定入力するためのキーボード・マウスなどの入力手段７６Ａおよび算出されたパケットロス率、ＲＳＳＩ、ＣＯＲＲを表示するためのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示手段７６Ｂを含むユーザ支援手段７６などからも構成され、無線送信機器５とロス率推測機器７間の無線通信におけるパケットロス率を推測する。

ロス率推測部７３は、あらかじめ求められたＲＳＳＩおよびＣＯＲＲとあらかじめ求められたパケットロス率の実測値とを関連付けて格納する環境モデルテーブル７３Ｘと、ユーザ支援手段７６を介して入力された環境モデル情報に基づいて環境モデルテーブルを選定し、無線通信解析部７５により得られたＲＳＳＩおよびＣＯＲＲに応じたパケットロス率の実測値を選出するＰＥＲ選定手段７３Ｙと、ＰＥＲ選定手段７３Ｙにより抽出されたパケットロス率実測値と所定の時間間隔および／または所定のパケット量に基づいて、無線通信のパケットロス率の期待値（以下、パケットロス率推定値という）を推測するＰＥＲ算出手段７３Ｚとを備える。

なお無線通信部７４で用いる無線通信規格はどのような方式であっても構わない。また無線通信部７４は、Promiscuous Mode（使用する無線通信規格に準じたパケットであれば、送信先のアドレスに関係なく受信するモード）で動作するものでもよい。

またユーザ支援手段７６の入力手段７６Ａは、専用線または優先ネットワークなどと接続する接続インタフェースなどでもよい。たとえばオペレータは、図示しない端末から専用線または優先ネットワークおよび入力手段７６Ａを介して環境モデルを入力するものでもよい。

無線通信解析部７５は、無線送信機器５から受信したパケットごとに、無線送信機器５からの受信信号の強度を表す受信信号強度（ＲＳＳＩ）および相関値（ＣＯＲＲ）を算出・測定する。

ＣＯＲＲはロス率推測機器７の図示しない相関器（たとえばスペクトラム拡散受信装置の相関器）により取得され、受信信号から得られたチップが完全であれば最大値を示し、伝送途中においてチップの規則性が失われ完全に情報が伝達されない状況になれば最小値を示す。チップの状態が一部残存し一部失われていればその割合に応じ最大から最小までの間の値を示す。

またロス率推定部７３は、図１と同様に通信品質データベース７３Ａ、品質判定部７３Ｂ、判定結果テーブル７３Ｃ、統計処理部７３Ｄ、環境モデル判定部７３Ｅ、環境モデル判定用テーブル７３Ｆなどを備えているが、説明を容易にするためにここでの説明と図示を省略する。

ちなみに無線送信機器５とロス率推測機器７はあらかじめ複数回無線通信を行い、ロス率推測機器７のロス率推定部７３は、これらの各機能部を用いて図１の通信品質偏差値および通信品質比率値に換えてＲＳＳＩおよびＣＯＲＲとパケットロス率の実測値をあらかじめ算出・蓄積し、環境モデルごとにＲＳＳＩおよびＣＯＲＲとパケットロス率を関連付けた実測値環境モデルテーブル７３Ｙを作成し格納している。

たとえば、ロス率推定部７３は、環境モデル１〜４ごとに各環境モデルテーブルをあらかじめ作成・格納する。

図５は、図４の動作を説明するシーケンス図である。シーケンスＳＱ１０１において、オペレータは設定環境に応じた環境モデルを選択し、ユーザ支援部７６を介して選択した環境モデル情報を入力する。

ＰＥＲ選定部７３Ｘは、ユーザ支援部７６を介して入力された環境モデル情報に応じた環境モデルテーブル７３Ｙを選択し、この選択された環境モデルテーブル７３Ｙに基づきパケットロス率の測定を開始する。

シーケンスＳＱ１０２において、無線送信機器５からロス率推測機器７へ無線通信を介してパケットを送信する。このパケットは、無線送信機器５の通信目的である汎用アプリケーションによるアプリケーションデータを含む。

シーケンスＳＱ１０３において、ロス率推測機器７の無線通信解析部７５は、無線通信部７４を介して無線送信機器５から受信した受信信号に基づいてＲＳＳＩおよびＣＯＲＲを算出する。

シーケンスＳＱ１０４において、ロス率推測機器７のＰＥＲ選定部７３Ｘは、選択中の環境モデルテーブル７３Ｙと無線通信解析部７５により得られたＲＳＳＩおよびＣＯＲＲに基づき、このＲＳＳＩおよびＣＯＲＲに応じたテーブル中のパケットロス率の実測値を抽出し、図示しない記憶部に記憶する。

これらシーケンスＳＱ１０１〜１０４の処理を任意の受信回数または任意の時間内で繰り返し行い、抽出されたパケットロス率を図示しない記憶部に逐次記憶する。

シーケンスＳＱ１０５において、ロス率推測機器７のＰＥＲ算出部７３Ｚは、図示しない記憶部に記憶されているＰＥＲ選出部７３Ｙにより抽出されたパケットロス率の実測値の平均値を算出し、図示しない記憶部に記憶する。

また、ＰＥＲ算出部７３Ｚは、ＰＥＲ選出部７３Ｙにより抽出されたパケットロス率の実測値の最頻値を抽出し、図示しない記憶部に記憶するものもよい。

シーケンスＳＱ１０６において、ロス率推測部７３のＰＥＲ算出部７３Ｚは、平均値または最頻値をパケットロス率推定値としてユーザ支援部７６の表示手段７６Ｂに出力する。表示手段７６Ｂは、入力信号を表示用データに変換してパケットロス率推定値を表示する。

このため、パケットロス率推定値が表示手段７６Ｂに表示されることにより、オペレータは無線送信機器５とロス率推測機器７との無線通信におけるパケット通信推定値を容易に把握することが可能となる。

この結果、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法は、無線送信機器とロス率推測機器（または無線受信機器）間の無線通信から得られるＲＳＳＩ、ＣＯＲＲとパケットロス率の実測値が環境モデルごとにマッピングされている環境モデルテーブルに基づいてパケットロス率を推測することにより、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握できる。

また、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法では、ＲＳＳＩ、ＣＯＲＲとパケットロス率からなる環境モデルテーブルに基づいてパケットロス率を推測することにより無線送信機器はパケットロス測定用の特別な機能が不要になるため、汎用の送信機とのパケットロス率を取得することができる。

また、本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法では、無線送信機器５とロス率推測機器７とがPromiscuous Modeで無線通信を行うことにより、無線送信機器は通信先を設定するなどの設定変更を行う必要がなく、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に把握できる。

また本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法では、ロス率推測機器７は複数の無線送信機器と無線通信を行い、各無線送信機器との無線通信におけるパケットロス率を取得することにより、従来よりも短時間でパケットロス率を取得することができる。

また本発明の無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法では、あらかじめ作成されている環境モデルテーブルおよびＲＳＳＩ、ＣＯＲＲに基づき、無線通信機器間で本来行われる情報伝達を中断させるなどの無線ネットワークシステム全体に影響を与えることなくパケットロス率を取得することができる。

また上述の実施例では、ロス率推測機器７は上述のシーケンスＳＱ１０１〜１０６の処理を繰り返し行って得られたパケットロス率推定値を逐次図示しない記憶部に記憶するものでもよく、表示部７６Ｂは、これら蓄積されたパケットロス率推定値を時系列に並べてトレンドを表示するものでもよい。

また上述の実施例では、ロス率推測機器７が環境モデルテーブルに基づいてパケットロス率を推測すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器がロス率推測機器７の機能を有するものでもよい。

以上説明したように、本発明によれば、通信品質測定用の専用パケットを送出することなく、無線機器間の通信環境および通信品質を容易に推定把握できる無線通信品質推定システムおよび無線通信品質推定方法が実現できる。

本発明に係る無線通信品質推定システムの一実施例の構成ブロック図である。 図１の動作を説明するシーケンス図である。 環境モデル判定用テーブルおよびロス率推測用テーブルの一例である。 図５は、図４の動作を説明するシーケンス図である。 図４は、本発明に係る無線通信品質推定システムの他の実施例を示す構成ブロック図である。 従来の無線通信における無線通信品質測定システムの構成ブロック図である。 図６の無線通信品質測定システムの動作を示すシーケンス図である。

符号の説明

１ 制御機器
２、５ 無線送信機器
３、６ 無線受信機器
４ ロス率算出機器
１１ 送信機制御部
１２、４２ パケット解析部
１３、２１、３３、４１、６３、７１ シリアル通信部
２２、３２、６２ シリアル無線フォーマット変換部
２３ 送信制御部
２４、３１、５１、６１ 無線通信部
４３ ロス率算出部
７ ロス率推測機器
６１Ａ 高周波信号処理部
６１Ｂ 復調部
７２ パケット解析部
７２Ａ 信号品質算出部
７３ ロス率推測部
７３Ａ 通信品質データベース
７３Ｂ 品質判定部
７３Ｃ 判定結果テーブル
７３Ｄ 統計処理部
７３Ｅ 環境モデル判定部
７３Ｆ 環境モデル判定用テーブル
７３Ｇ ロス率計算部
７３Ｈ ロス率推測用テーブル
７３Ｉ データ表示部
７３Ｘ ＰＥＲ選定部
７３Ｙ 環境モデルテーブル
７３Ｚ ＰＥＲ算出部
７４ 無線通信部
７５ 無線通信部
７６ ユーザ支援部
７６Ａ 入力手段
７６Ｂ 表示手段

Claims (4)

1. 無線機器間で伝送されるパケットの通信品質を推定する無線通信品質推定システムであって、
   あらかじめ測定されたパケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値に基づき作成された複数の無線通信環境モデルを含む環境モデルテーブルと、
   評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める演算処理手段を設け、
   この演算処理手段で求めた標準偏差値と信号品質比率値に基づき、前記環境モデルテーブルを参照して前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定することを特徴とする無線通信品質推定システム。
2. 無線機器間で伝送されるパケットの通信品質を推定する無線通信品質推定システムであって、
   あらかじめ測定されたパケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値に基づき作成された複数の無線通信環境モデルを含む環境モデルテーブルと、
   これら環境モデルごとに信号品質比率値に応じてあらかじめ所定のパケットロス率が割り当てられたロス率推測用テーブルと、
   評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める演算処理手段を設け、
   この演算処理手段で求めた標準偏差値と信号品質比率値に基づき、前記環境モデルテーブルを参照して前記評価対象無線通信系統におけるパケットロス率を推定することを特徴とする無線通信品質推定システム。
3. 評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める第１のステップと、
   これら標準偏差値と信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定する第２のステップ、を含むことを特徴とする無線通信品質推定方法。
4. 評価対象とする無線通信系統における前記パケットの信号品質値の標準偏差値と前記信号品質値が所定閾値を超えるまたは超えないパケットの比率を示す信号品質比率値を求める第１のステップと、
   これら標準偏差値と信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統における環境モデルを推定する第２のステップと、
   推定した環境モデルと前記信号品質比率値に基づき前記評価対象無線通信系統におけるパケットロス率を推定する第３のステップ、を含むことを特徴とする無線通信品質推定方法。

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