JP5874015B2 - 無線タグ装置、無線通信システムおよび再送制御方法 - Google Patents

無線タグ装置、無線通信システムおよび再送制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線リーダ装置との通信が失敗したときに再送制御を行う機能を備えた無線タグ装置に関するものである。
従来、高速道路の道路脇などにセンサを設置しておき、そのセンサで測定したセンサ情報（計測データ）をセンサの近傍に設置した路側ユニットで記録し、車両に搭載された車載ユニットで近傍を通過する際に、車両を走行させながら、その路側ユニットからセンサ情報を無線通信で収集するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、車載ユニットが無線リーダ装置に相当し、路側ユニットが無線タグ装置に相当する。
このようなシステムでは、高速道路に沿って多数のセンサが設置される。無線リーダ装置の通信可能エリアの圏内に多数の無線タグ装置が存在すると、無線リーダ装置からの応答要求信号（ビーコン信号）に対して複数の無線タグ装置から応答信号が送信され、それらが衝突（コリジョン）することもあり得る。無線タグ装置からの応答で衝突（コリジョン）が発生すると、ある無線タグ装置は、無線リーダ装置との通信に成功するが、他の無線タグ装置は、無線リーダ装置との通信に失敗する結果となる。
無線リーダ装置との通信に失敗した場合、一般に、応答信号を再送する再送制御が行われる（例えば、特許文献２参照）。例えば、従来の再送制御方法では、無線通信装置（無線リーダ装置）で、無線端末装置（無線タグ装置）の送信失敗回数に応じたタイムスロットをランダムに割り当てて、無線タグ装置に通知する。無線タグ装置では、無線リーダ装置により割り当てられたタイムスロットで再送が行われる。
特開２０１０−１１７８３７号公報 特開２００９−２１８６７２号公報
しかしながら、従来の方法では、再送制御の主たる制御が無線リーダ装置側で行われており、無線タグ装置の台数が多くなると、無線リーダ装置側の処理が重くなるという問題があった。
また、高速道路を走行する車両の速度は、高速（例えば時速８０ｋｍ）である。無線リーダ装置が高速で移動する場合、無線タグ装置がすぐに通信可能エリアの圏外に出てしまうため、再送可能な期間が短い。ところが、再送可能な期間が短い場合には、再送タイミング（タイムスロット）をランダムに割り当てると、再コリジョンが発生する可能性が高くなるという問題があった。
無線リーダ装置が高速で移動する（無線タグ装置がすぐに通信可能エリアの圏外に出てしまう）ということは、今後、その無線タグ装置から再送できる機会が少ないともいえる。それにも関わらず、再コリジョンが発生してしまうと、少ない機会を逃してしまう結果となるという問題があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、無線リーダ装置との通信が失敗したときに、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定し、その優先度に基づいて適切な再送制御をすることのできる無線タグ装置を提供することを目的とする。
本発明の無線タグ装置は、無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信する受信部と、前記応答要求信号の受信強度を測定する受信強度測定部と、前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定する通信成否判定部と、以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行う移動判定部と、前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行う遠近判定部と、前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行うエリア判定部と、前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御する再送タイミング制御部と、を備え、前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度である構成を有している。
この構成により、無線リーダ装置からの応答要求信号の受信強度（例えば、ＲＳＳＩ）に基づいて移動判定と遠近判定が行われ、無線タグ装置の属するエリアが「遠距離離脱エリア」「近距離離脱エリア」「近距離接近エリア」「遠距離接近エリア」のいずれであるかが判定される。無線リーダ装置との通信が失敗したと判定されると、各エリアごとに定められた優先度に応じて、応答信号を再送する再送タイミングが制御される。例えば、遠距離離脱エリアは、無線リーダ装置と無線タグ装置が遠距離にあり互いに離脱している（遠ざかっている）ため、今後の再送の機会が最も少ない（間もなく通信可能エリアの圏外に出てしまう）と考えられるので、最も高い優先度（第１優先度）に設定され、最優先で応答信号が再送される。また、近距離離脱エリアは、無線リーダ装置と無線タグ装置が近距離にあるものの互いに離脱している（遠ざかっている）ため、今後の再送の機会が遠距離離脱エリアの次に少ないと考えられるので、その次に高い優先度（第２優先度）に設定される。さらに、近距離接近エリアは、無線リーダ装置と無線タグ装置が近距離にあり互いに接近している（近づいている）ため、近距離離脱エリアより再送の機会が多いと考えられるので、その次の優先度（第３優先度）に設定される。そして、遠距離接近エリアは、無線リーダ装置と無線タグ装置が遠距離にあり互いに接近している（近づいている）ため、今後の再送の機会が最も多い（しばらく通信可能エリアの圏内に滞在する）と考えられるため、最も低い優先度（第４優先度）に設定される。このように、本発明によれば、無線タグ装置側で、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定することができ、その優先度に基づいて再送タイミングを適切に制御することができる。
また、本発明の無線タグ装置では、前記再送タイミング制御部は、前記優先度が高いほど所定期間あたりの再送回数が多くなるように、前記応答信号の再送タイミングを制御する構成を有している。
この構成により、優先度が高いほど所定期間（例えば１フレーム）あたりの再送回数が多くなるように、応答信号の再送タイミングの制御（再送制御）が行われる。例えば、１つのフレームが、２つのユニット（第１ユニットおよび第２ユニット）で構成され、１つのユニットが４５個のサブフレーム（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で構成されている場合に、第１ユニットで無線リーダ装置との通信が失敗したとする。その場合、遠距離離脱エリアであれば、第２ユニットの４５個のサブフレームすべて（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、近距離離脱エリアであれば、第２ユニットの３０個のサブフレーム（例えば、第１６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。また、近距離接近エリアであれば、第２ユニットの２０個のサブフレーム（例えば、第２６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、遠距離接近エリアであれば、第２ユニットの１０個のサブフレーム（例えば、第３６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。このように、本発明によれば、今後の再送の機会の多寡に応じた再送回数となるように、再送タイミングを適切に制御することができる。
また、本発明の無線タグ装置は、前記遠近判定で遠距離と判定された場合には、前記再送タイミング制御部で決定される再送タイミングより前のタイミングで、前記応答信号を事前に送信する事前送信制御部を備えた構成を有している。
この構成により、無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、遠近判定で遠距離と判定されると、上記の再送タイミング制御部で決定される再送タイミングより前のタイミングで、応答信号が事前に送信される。例えば、無線リーダ装置の通信可能エリアの縁（フリンジ）の部分をかするように無線タグ装置が通過する場合、今後の再送の機会が最も少ない（間もなく通信可能エリアの圏外に出てしまう）と考えられる。本発明によれば、そのような場合に、再送タイミングより前のタイミングで応答信号が事前に再送されるので、無線リーダ装置との通信の成功率を更に高めることができる。
本発明の再送制御方法は、無線タグ装置で用いられる再送制御方法であって、無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信し、前記応答要求信号の受信強度を測定し、前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定し、以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行い、前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行い、前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行い、前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御するものであり、前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度である。
この方法によっても、上記と同様に、無線タグ装置側で、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定することができ、その優先度に基づいて再送タイミングを適切に制御することができる。
本発明の無線通信システムは、無線タグ装置と無線リーダ装置とを備えた無線通信システムであって、前記無線タグ装置は、前記無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信する受信部と、前記応答要求信号の受信強度を測定する受信強度測定部と、前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定する通信成否判定部と、以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行う移動判定部と、前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行う遠近判定部と、前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行うエリア判定部と、前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御する再送タイミング制御部と、を備え、前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度である構成を有している。
この方法によっても、上記と同様に、無線タグ装置側で、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定することができ、その優先度に基づいて再送タイミングを適切に制御することができる。
本発明の再送制御方法は、無線通信システムで用いられる再送制御方法であって、無線リーダ装置から送信される応答要求信号を無線タグ装置で受信し、前記無線タグ装置において、前記応答要求信号の受信強度を測定し、前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定し、以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行い、前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行い、前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行い、前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御するものであり、前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度である。
この方法によっても、上記と同様に、無線タグ装置側で、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定することができ、その優先度に基づいて再送タイミングを適切に制御することができる。
本発明は、無線リーダ装置との通信が失敗したときに、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定し、その優先度に基づいて適切な再送制御をすることができるという効果を有する無線タグ装置を提供することができるものである。
本発明の第１の実施の形態における無線通信システムのブロック図 本発明の第１の実施の形態における無線通信システムの説明図 本発明の第１の実施の形態における４つのエリア（遠距離接近エリア、近距離接近エリア、近距離離脱エリア、遠距離離脱エリア）およびそれらの優先度の説明図 本発明の第１の実施の形態における無線フレーム構成の説明図 本発明の第１の実施の形態における再送制御を説明するためのシーケンス図 本発明の第２の実施の形態における無線通信システムのブロック図 本発明の第２の実施の形態におけるフリンジ通過の説明図 本発明の第２の実施の形態における無線フレーム構成の説明図 本発明の第２の実施の形態における事前送信制御を説明するためのシーケンス図
以下、本発明の実施の形態の無線タグ装置および無線通信システムについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、高速道路などの構造物の点検や監視のためのセンサーネットワーク等に適用される場合を例示する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の無線タグ装置および無線通信システムの構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の無線通信システムのブロック図であり、図２は、本実施の形態の無線通信システムの説明図である。図１および図２に示すように、無線通信システム１は、無線タグ装置２と無線リーダ装置３で構成されている。
無線タグ装置２は、高速道路の道路脇などに設置され、センサ４に接続されている。センサ４としては、種々のセンサを利用することができる。図１に示すように、無線タグ装置２には、センサ４から測定データが入力されるセンサインターフェース５（センサＩ／Ｆ）が設けられている。センサ４の測定データは、無線リーダ装置３に送信されるまでの間、未送信データとして、記憶部６に記憶される。
また、無線タグ装置２は、無線リーダ装置３から送信される信号を受信する受信部７と、無線リーダ装置３へ信号を送信する送信部８を備えている。受信部７では、無線リーダ装置３から送信される応答要求信号（ビーコン信号）などが受信される。送信部８からは、応答要求信号に対する応答信号（ＡＣＫ信号）などが送信される。受信部７で受信したデータ（受信データ）は、制御部９へ送られる。
また、無線タグ装置２には、無線リーダ装置３からビーコン信号を受信したときに、その受信電界強度（ＲＳＳＩ）を測定する受信強度測定部１０が備えられている。受信強度測定部１０で測定したＲＳＳＩのデータは、制御部９へ送られる。さらに、制御部９へ送られたＲＳＳＩのデータは、記憶部６へ送られて記憶される。
制御部９は、例えばＣＰＵなどで構成され、無線タグ装置２の装置全体の制御を行う機能を備えている。制御部９へ送られた受信データは、通信成否判定部１１へ送られる。通信成否判定部１１は、ビーコン信号に対する応答として無線リーダ装置３へ送信したＡＣＫ信号が、無線リーダ装置３で受け付けられたか否か、すなわち、無線リーダ装置３との通信が成功したか否かを、受信データに基づいて判定する機能を備えている。無線リーダ装置３との通信が成功し、記憶部６に記憶されている未送信データの送信が完了すると、記憶部６から未送信データが削除される。
また、無線タグ装置２には、ＲＳＳＩに基づいた各種の判定（移動判定、遠近判定、エリア判定）を行う判定処理部１２が備えられている。ここで、図３を参照しながら、これらの判定について詳しく説明する。
図３に示すように、移動判定では、以前に受信したビーコン信号のＲＳＳＩ（記憶部６に記憶されている）と今回受信したビーコン信号のＲＳＳＩに基づいて、ＲＳＳＩが増加している場合には「接近（近づく）」と判定し、ＲＳＳＩが減少している場合には「離脱（遠のく）」と判定する。
また、遠近判定では、今回受信したビーコン信号のＲＳＳＩと閾値を比較して、ＲＳＳＩが閾値以上である場合には「近距離（近い）」と判定し、ＲＳＳＩが閾値未満である場合には「遠距離（遠い）」と判定する。
そして、エリア判定では、上記の移動判定と遠近判定の判定結果に基づいて、タグ装置が「遠距離離脱エリア」「近距離離脱エリア」「近距離接近エリア」「遠距離接近エリア」のいずれのエリアに属するかを判定する。これらのエリアには、それぞれ優先度が設定されている。この場合、「遠距離離脱エリア：最高（即座に再送）」「近距離離脱エリア：高（早く再送）」「近距離接近エリア：中（やや早く再送）」「遠距離接近エリア：低（ゆっくり再送）」という優先度が設定されている。
図１に戻って、無線タグ装置２の構成の説明を続ける。無線タグ装置２には、送信タイミング制御部１３が備えられている。送信タイミング制御部１３は、ビーコン信号に対するＡＣＫ信号を送信するタイミング（どのタイムスロットで送信するか）を決定する機能を備えている。この無線タグ装置２には、乱数生成部１４が備えられている。乱数生成部１４では、ランダム制御を行うための乱数が生成される。送信タイミング制御は、乱数生成部１４で生成された乱数に基づいて、ＡＣＫ信号を送信するタイムスロットをランダムに割り当てるランダム制御が行われる。
また、送信タイミング制御部１３は、無線リーダ装置３との通信に失敗した場合に、エリア判定の判定結果に基づいて、そのエリアの優先度に応じてＡＣＫ信号を再送する再送制御を行う機能を備えている。この場合、優先度が高いほど１フレーム期間あたりの再送回数（再送頻度）を多くするように、ＡＣＫ信号の再送タイミングが制御される。
ここで、図４を参照して、ＡＣＫ信号の再送タイミングの制御について、詳しく説明しておく。図４には、無線フレーム構成の一例が示される。図４に示すように、例えば、１フレームが、２つのユニット（第１ユニットおよび第２ユニット）で構成され、１つのユニットが４５個のサブフレーム（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で構成され、１フレームに、ｎ個のタイムスロットが含まれているとする。
この場合、第１ユニットで無線リーダ装置３との通信が失敗したとすると、遠距離離脱エリアであれば、第２ユニットの４５個のサブフレームすべて（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、近距離離脱エリアであれば、第２ユニットの３０個のサブフレーム（例えば、第１６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。また、近距離接近エリアであれば、第２ユニットの２０個のサブフレーム（例えば、第２６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、遠距離接近エリアであれば、第２ユニットの１０個のサブフレーム（例えば、第３６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。
無線リーダ装置３は、無線タグ装置２へ信号を送信する送信部１５と、無線タグ装置２からの信号を受信する受信部１６を備えている。送信部１５からは、無線タグ装置２へのビーコン信号などが送信される。受信部１６では、無線タグ装置２から送信されるＡＣＫ信号などが受信される。受信部１６で受信したデータ（受信データ）は、制御部１７へ送られる。さらに、制御部１７へ送られたデータは、記憶部１８へ送られて記憶される。
以上のように構成された無線通信システム１について、図５のシーケンス図を参照してその動作を説明する。ここでは、本発明の特徴的な動作である再送制御を中心に説明する。
図５に示すように、本実施の形態の無線通信システム１では、まず、第１ユニットの第０タイムロット（ＴＳ０）で、無線リーダ装置３から無線タグ装置２へブロードキャストビーコンが送信される。この場合、無線リーダ装置３の通信可能エリア内に、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）が存在していたとする。ブロードキャストビーコンは、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）で受信され、それぞれの無線タグ装置２でＲＳＳＩの測定が行われる。
同様に、第１タイムスロット（ＴＳ１）でも、無線リーダ装置３から無線タグ装置２へブロードキャストビーコンが送信される。このブロードキャストビーコンも、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）でそれぞれ受信され、ＲＳＳＩの測定が行われる。
第２タイムスロット（ＴＳ２）では、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）からブロードキャストビーコンに対する応答としてＡＣＫ信号が送信される。この場合、二つの無線タグ装置２から同じタイミングでＡＣＫ信号が送信されるので、ＡＣＫ信号の受信時に衝突（コリジョン）が発生する。無線リーダ装置３は、一方のＡＣＫ信号（タグＡからのＡＣＫ信号）のみを受信し、他方のＡＣＫ信号（タグＢからのＡＣＫ信号）を破棄する。
そうすると、第３タイムスロット（ＴＳ３）で、無線タグ装置２からのＡＣＫ信号に対する応答として、無線リーダ装置３から「タグＡとの通信に成功した」ことを通知するユニキャストビーコン信号が送信される。これにより、一方の無線タグ装置２（タグＡ）は、無線リーダ装置３との通信に成功したことを認識し、他方の無線タグ装置２（タグＢ）は、無線リーダ装置３との通信に失敗したことを認識する。無線リーダ装置３との通信に成功した無線タグ装置２（タグＡ）は、消費電力を抑えるためのセービング制御を行う。
第５タイムスロット（ＴＳ５）と第７タイムスロット（ＴＳ７）で、無線リーダ装置３からブロードキャストビーコン信号が送信される。このビーコン信号は、セービング制御が行われていない（無線リーダ装置３との通信に失敗した）無線タグ装置２（タグＢ）で受信され、ＲＳＳＩの測定が行われる。
その後、無線タグ装置２（タグＢ）では、ＴＳ７で受信したブロードキャストビーコン信号（直近に受信したビーコン信号）のＲＳＳＩと閾値とを比較して遠近判定が行われ、また、ＴＳ０で受信したブロードキャストビーコン信号（最初に受信したビーコン信号）とＴＳ７で受信したブロードキャストビーコン信号（直近に受信したビーコン信号）からＲＳＳＩの増減に基く移動判定が行われる。そして、遠近判定と移動判定の判定結果に基づいてエリア判定が行われ、エリア判定の判定結果に基づいて、そのエリアの優先度に応じた再送タイミング（例えば、第２ユニットの第ｎ−１タイムスロット（ＴＳｎ−１）など）が決定される。その後、無線タグ装置２（タグＢ）でも、消費電力を抑えるためのセービング制御が行われる。
そして、無線タグ装置２（タグＢ）は、第２ユニットの第ｎ−２タイムスロットで無線リーダ装置３からのブロードキャストビーコン信号を受信すると、次の第ｎ−１タイムスロット（ＴＳｎ−１）でＡＣＫ信号を無線リーダ装置３に再送する。無線リーダ装置３は、無線タグ装置２（タグＢ）からのＡＣＫ信号を受信すると、「タグＢとの通信に成功した」ことを通知するユニキャストビーコン信号を送信する。これにより、無線タグ装置２（タグＢ）は、無線リーダ装置３との通信に成功したことを認識する。無線リーダ装置３との通信に成功した無線タグ装置２（タグＢ）は、消費電力を抑えるためのセービング制御を行う。
このような第１の実施の形態の無線タグ装置２によれば、無線リーダ装置３との通信が失敗したときに、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定し、その優先度に基づいて適切な再送制御をすることができる。
すなわち、本実施の形態では、無線リーダ装置３からのビーコン信号のＲＳＳＩに基づいて移動判定と遠近判定が行われ、無線タグ装置２の属するエリアが「遠距離離脱エリア」「近距離離脱エリア」「近距離接近エリア」「遠距離接近エリア」のいずれであるかが判定される。無線リーダ装置３との通信が失敗したと判定されると、各エリアごとに定められた優先度に応じて、ＡＣＫ信号を再送する再送タイミングが制御される。
例えば、遠距離離脱エリアは、無線リーダ装置３と無線タグ装置２が「遠距離」にあり互いに「離脱」している（遠ざかっている）ため、今後の再送の機会が最も少ない（間もなく通信可能エリアの圏外に出てしまう）と考えられるので、最も高い優先度（第１優先度：最高）に設定され、最優先で応答信号が再送される。また、近距離離脱エリアは、無線リーダ装置３と無線タグ装置２が「近距離」にあるものの互いに「離脱」している（遠ざかっている）ため、今後の再送の機会が遠距離離脱エリアの次に少ないと考えられるので、その次に高い優先度（第２優先度：高）に設定される。さらに、近距離接近エリアは、無線リーダ装置３と無線タグ装置２が「近距離」にあり互いに「接近」している（近づいている）ため、近距離離脱エリアより再送の機会が多いと考えられるので、その次の優先度（第３優先度：中）に設定される。そして、遠距離接近エリアは、無線リーダ装置３と無線タグ装置２が「遠距離」にあり互いに「接近」している（近づいている）ため、今後の再送の機会が最も多い（しばらく通信可能エリアの圏内に滞在する）と考えられるため、最も低い優先度（第４優先度：低）に設定される。
このように、本実施の形態の無線通信システム１によれば、無線タグ装置２側で、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定することができ、その優先度に基づいて再送タイミングを適切に制御することができる。
また、本実施の形態では、優先度が高いほど所定期間（例えば１フレーム）あたりの再送回数が多くなるように、応答信号の再送タイミングの制御（再送制御）が行われる。
例えば、図４に示すように、１つのフレームが、２つのユニット（第１ユニットおよび第２ユニット）で構成され、１つのユニットが４５個のサブフレーム（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で構成されている場合に、第１ユニットで無線リーダ装置３との通信が失敗したとする。その場合、遠距離離脱エリアであれば、第２ユニットの４５個のサブフレームすべて（第１サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、近距離離脱エリアであれば、第２ユニットの３０個のサブフレーム（例えば、第１６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。また、近距離接近エリアであれば、第２ユニットの２０個のサブフレーム（例えば、第２６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送し、遠距離接近エリアであれば、第２ユニットの１０個のサブフレーム（例えば、第３６サブフレーム〜第４５サブフレーム）で応答信号を再送する。
このように、本実施の形態によれば、今後の再送の機会の多寡に応じた再送回数（再送頻度）となるように、再送タイミングを適切に制御することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の無線タグ装置２について説明する。ここでは、第２の実施の形態の無線タグ装置２が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
図６は、本実施の形態の無線通信システム１のブロック図である。図６に示すように、本実施の形態の無線タグ装置２には、事前送信制御部１９が追加されている。事前送信制御部１９は、遠近判定で「遠距離」であると判定された場合に、再送制御で決定される再送タイミングより前のタイミングで、ＡＣＫ信号を無線リーダ装置３に事前に送信する制御（事前送信制御）を行う機能を備えている。
この事前送信制御は、図７に示すように、無線リーダ装置３の通信可能エリアの縁（フリンジ）の部分をかするように無線タグ装置２が通過する場合を想定したものである。すなわち、無線リーダ装置３の通信可能エリアの縁（フリンジ）の部分をかするように無線タグ装置２が通過する場合には、今後の再送の機会が最も少ない（間もなく通信可能エリアの圏外に出てしまう）と考えられるため、再送制御の送信タイミングより前に、ＡＣＫ信号を送信する。
図８は、無線フレーム構成の一例を示す図である。図８に示すように、例えば、１つのフレームが、８つのユニット（第１ユニット〜第８ユニット）で構成され、後半のユニット（第５ユニット〜第８ユニット）で、第１の実施形態と同様の再送制御が行われるとする。この場合、事前送信制御は、前半のユニット（例えば、第２ユニットと第４ユニット）で行われる。
ここで、本実施の形態の無線通信システム１で行われる事前送信制御を、図９のシーケンス図を参照して詳しく説明する。
図９に示すように、本実施の形態の無線通信システム１では、まず、第１ユニットの第０タイムロット（ＴＳ０）と第１タイムスロット（ＴＳ１）で、無線リーダ装置３から無線タグ装置２へブロードキャストビーコンが送信される。この場合も、無線リーダ装置３の通信可能エリア内に、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）が存在していたとする。ブロードキャストビーコンは、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）で受信され、それぞれの無線タグ装置２でＲＳＳＩの測定が行われる。
第２タイムスロット（ＴＳ２）では、二つの無線タグ装置２（タグＡ、タグＢ）からブロードキャストビーコンに対する応答としてＡＣＫ信号が送信される。この場合にも、二つの無線タグ装置２から同じタイミングでＡＣＫ信号が送信されるので、ＡＣＫ信号の受信時に衝突（コリジョン）が発生する。無線リーダ装置３は、一方のＡＣＫ信号（タグＡからのＡＣＫ信号）のみを受信し、他方のＡＣＫ信号（タグＢからのＡＣＫ信号）を破棄する。
そうすると、第３タイムスロット（ＴＳ３）で、無線タグ装置２からのＡＣＫ信号に対する応答として、無線リーダ装置３から「タグＡとの通信に成功した」ことを通知するユニキャストビーコン信号が送信される。これにより、一方の無線タグ装置２（タグＡ）は、無線リーダ装置３との通信に成功したことを認識し、他方の無線タグ装置２（タグＢ）は、無線リーダ装置３との通信に失敗したことを認識する。無線リーダ装置３との通信に成功した無線タグ装置２（タグＡ）は、消費電力を抑えるためのセービング制御を行う。
第５タイムスロット（ＴＳ５）で、無線リーダ装置３からブロードキャストビーコン信号が送信されると、このビーコン信号は、セービング制御が行われていない（無線リーダ装置３との通信に失敗した）無線タグ装置２（タグＢ）で受信され、ＲＳＳＩの測定が行われる。
この場合、無線タグ装置２（タグＢ）では、ＴＳ５で受信したブロードキャストビーコン信号（直近に受信したビーコン信号）のＲＳＳＩと閾値とを比較して遠近判定が行われ、事前送信を行う送信タイミング（例えば、第２ユニットの第ｍ−１タイムスロット（ＴＳｍ−１）など）が決定される。その後、無線タグ装置２（タグＢ）でも、消費電力を抑えるためのセービング制御が行われる。
そして、無線タグ装置２（タグＢ）は、第２ユニットの第ｍ−２タイムスロットで無線リーダ装置３からのブロードキャストビーコン信号を受信すると、次の第ｍ−１タイムスロット（ＴＳｍ−１）でＡＣＫ信号を無線リーダ装置３に事前送信する。無線リーダ装置３は、無線タグ装置２（タグＢ）からのＡＣＫ信号を受信すると、「タグＢとの通信に成功した」ことを通知するユニキャストビーコン信号を送信する。これにより、無線タグ装置２（タグＢ）は、無線リーダ装置３との通信に成功したことを認識し、消費電力を抑えるためのセービング制御を行う。
このような第２の実施の形態の無線タグ装置２によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
その上、本実施の形態では、無線リーダ装置３との通信が失敗したと判定された場合に、遠近判定で遠距離と判定されると、上記の再送制御で決定される再送タイミングより前のタイミングで、ＡＣＫ信号が事前に送信される。例えば、無線リーダ装置３の通信可能エリアの縁（フリンジ）の部分をかするように無線タグ装置２が通過する場合、今後の再送の機会が最も少ない（間もなく通信可能エリアの圏外に出てしまう）と考えられるが、本実施の形態によれば、そのような場合に、再送タイミングより前のタイミングでＡＣＫ信号が事前に再送されるので、無線リーダ装置３との通信の成功率を更に高めることができる。
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
例えば、以上の説明では、無線リーダ装置３が移動し無線タグ装置２が固定されるシステムについて説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、無線タグ装置２が移動し無線リーダ装置３が固定されるシステムにも利用することができる。
以上のように、本発明にかかる無線タグ装置は、無線リーダ装置との通信が失敗したときに、今後の再送の機会の多寡に応じて適切な優先度を設定し、その優先度に基づいて適切な再送制御をすることができるという効果を有し、高速道路などの構造物の点検や監視のためのセンサーネットワークに適用され、有用である。
１ 無線通信システム
２ 無線タグ装置
３ 無線リーダ装置
４ センサ
５ センサインターフェース
６ 記憶部
７ 受信部
８ 送信部
９ 制御部
１０ 受信強度測定部
１１ 通信成否判定部
１２ 判定処理部
１３ 送信タイミング制御部
１４ 乱数生成部
１５ 送信部
１６ 受信部
１７ 制御部
１８ 記憶部
１９ 事前送信制御部

Claims (6)

  1. 無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信する受信部と、
    前記応答要求信号の受信強度を測定する受信強度測定部と、
    前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定する通信成否判定部と、
    以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行う移動判定部と、
    前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行う遠近判定部と、
    前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行うエリア判定部と、
    前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御する再送タイミング制御部と、
    を備え、
    前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度であることを特徴とする無線タグ装置。
  2. 前記再送タイミング制御部は、前記優先度が高いほど所定期間あたりの再送回数が多くなるように、前記応答信号の再送タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線タグ装置。
  3. 前記遠近判定で遠距離と判定された場合には、前記再送タイミング制御部で決定される再送タイミングより前のタイミングで、前記応答信号を事前に送信する事前送信制御部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線タグ装置。
  4. 無線タグ装置で用いられる再送制御方法であって、
    無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信し、
    前記応答要求信号の受信強度を測定し、
    前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定し、
    以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行い、
    前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行い、
    前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行い、
    前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御し、
    前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度であることを特徴とする再送制御方法。
  5. 無線タグ装置と無線リーダ装置とを備えた無線通信システムであって、
    前記無線タグ装置は、
    前記無線リーダ装置から送信される応答要求信号を受信する受信部と、
    前記応答要求信号の受信強度を測定する受信強度測定部と、
    前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定する通信成否判定部と、
    以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行う移動判定部と、
    前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行う遠近判定部と、
    前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行うエリア判定部と、
    前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御する再送タイミング制御部と、
    を備え、
    前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度であることを特徴とする無線通信システム。
  6. 無線通信システムで用いられる再送制御方法であって、
    無線リーダ装置から送信される応答要求信号を無線タグ装置で受信し、
    前記無線タグ装置において、
    前記応答要求信号の受信強度を測定し、
    前記応答要求信号に対する応答として送信した応答信号が前記無線リーダ装置で受け付けられて前記無線リーダ装置との通信が成功したか否か判定し、
    以前の応答要求信号の受信強度と今回の応答要求信号の受信強度とに基づいて、前記受信強度が増加している場合には接近と判定し、前記受信強度が減少している場合には離脱と判定する移動判定を行い、
    前記今回の応答要求信号の受信強度に基づいて、前記受信強度が所定の閾値以上である場合には近距離と判定し、前記受信強度が前記閾値未満である場合には遠距離と判定する遠近判定を行い、
    前記移動判定と前記遠近判定の判定結果に基づいて、遠距離離脱エリア、近距離離脱エリア、近距離接近エリア、遠距離接近エリアのいずれのエリアに属するかを判定するエリア判定を行い、
    前記無線リーダ装置との通信が失敗したと判定された場合に、前記エリア判定の判定結果に基づいて、前記エリアごとに定められた優先度に応じて、前記応答信号を再送する再送タイミングを制御し、
    前記遠距離離脱エリアの優先度は最も高い第１優先度であり、前記近距離離脱エリアの優先度は前記第１優先度より低い第２優先度であり、前記近距離接近エリアの優先度は前記第２優先度より低い第３優先度であり、前記遠距離接近エリアの優先度は前記第３優先度より低い第４優先度であることを特徴とする再送制御方法。
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