JP5925310B2 - 無線通信システム、方法、及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、移動端末と複数の基地局との間で通信を行う無線通信システムにおける無線通信技術に関する。
1つの基地局でカバーできない範囲の移動をする移動端末との通信に対しては、移動端末の移動に応じて接続する基地局を変更する必要がある。基地局の変更には様々な方法があるが、特許文献1では、エレベータ昇降路の最上部とかご上部、ならびにエレベータの昇降路の最下部とかご下部に設置された2組の無線通信装置対において、かご位置に応じた通信波の受信電力レベルの特性が、2組の無線通信装置対で交差するかごの位置を閾値として、かご位置情報と閾値との比較により、2組の無線通信装置対における受信データの切り換えを行う方法が開示されている。
また、特許文献2では、ソフトウェア無線機を用いた異なる無線通信システム間の通信切り替え方法が開示されている。特許文献2では、ソフトウェア無線機は複数のCPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)を備えている。一方のCPU及びプログラマブル電子素子群が無線通信を行いながら通信状態値を測定し、その値が第一の閾値よりも悪化した場合には、他のCPU、及びプログラマブル電子素子群に現在の無線通信システムとは異なる無線通信にシステムに係るプログラムを書き込み、次の候補となる無線通信システムを探索し、候補が見つかるとその状態で待機する。さらに通信状態値が第2の閾値よりも悪化した場合に、次の候補となる無線通信システムを構成しているCPU及びプログラマブル電子素子群に現在の無線通信システムを切り替える、という方法が開示されている。
更に、特許文献3では、無線通信システムの通信方法において、データを送る送信局とデータを受信するノード間の無線環境がよくない場合に、傍受局がデータを再送し、再送制御による遅延時間の増大を抑制し、伝送誤りを低減する方法が開示されている。
特許文献1では、端末の移動にともなう2組の無線システムの切り替えに、移動端末の位置を用いた切り替え方法が開示されている。また、特許文献2では複数のCPUやFPGAを搭載しシームレスに高速切り替えを行う方法について開示されている。特許文献3では、基地局以外の傍受局を利用する再送制御方法が開示されている。
高性能な無線通信システムを提供するためには、端末が接続する基地局の変更が発生する場合も、パケット誤り率等を、システムが必要とする値以下になるように、システムを動作させることが必要である。また低コストの無線通信システムを提供するためには1つの基地局がカバーできる通信範囲を広くし、端末の移動範囲を少ない数の基地局でカバーできるようにする必要がある。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、端末が移動し、接続する基地局を変更しながら通信する無線通信システムにおいて、接続する基地局の変更による通信性能の劣化を低減できる無線通信システム、方法、及び装置の提供することにある。
また、本発明の他の目的は、複数の基地局を端末の移動範囲にあわせて設置する場合に、1つの基地局がカバーできる通信範囲を広くできる無線通信システム、方法、及び装置を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明においては、無線通信システムであって、
所定の範囲内を移動しながら通信が可能な端末と、端末の動作制御を行う制御装置と、制御装置と端末の間の信号の送受信を無線通信で行うための複数の基地局と、複数の基地局と端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置とを備え、端末は、少なくとも複数の基地局との通信が可能であり、且つ端末の位置によって、当該端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を変更する構成の無線通信システムを提供する。
所定の範囲内を移動しながら通信が可能な端末と、端末の動作制御を行う制御装置と、制御装置と端末の間の信号の送受信を無線通信で行うための複数の基地局と、複数の基地局と端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置とを備え、端末は、少なくとも複数の基地局との通信が可能であり、且つ端末の位置によって、当該端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を変更する構成の無線通信システムを提供する。
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、所定の範囲を移動する端末と基地局との間で無線通信を行う無線通信方法であって、端末は、少なくとも複数の基地局との無線通信が可能であり、複数の基地局と端末との間の無線通信を制御することにより、端末の動作制御を行う制御装置と端末との間の信号の送受信を行い、且つ端末の位置によって、端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を変更する無線通信方法を提供する。
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、複数の基地局と、所定の範囲を移動し、複数の基地局と通信が可能な端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置であって、複数の基地局と接続されるインタフェース部と、端末と複数の基地局との無線通信を制御する制御部とを備え、制御部は、端末の位置に基づき、端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を指示する動作指示信号を作成し、インタフェース部を介して、作成した前記動作指示信号を複数の基地局に送信することにより、端末の位置によって、端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を変更する構成の無線通信制御装置を提供する。
本発明によれば、所定の範囲を移動する端末の位置に応じて、所望の性能が得られるように端末と基地局との間の無線通信の動作を変更するため、高信頼の無線通信システムを提供することが可能となる。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。本発明の種々の実施例を説明するに先立ち、本発明の好適な態様の詳細を例示すれば、基地局Aと基地局Bとを含んで構成した無線通信システムにおいて、端末は基地局Aのカバーエリアから、基地局Bのカバーエリアの間を移動しながら制御装置と通信する場合、その移動範囲を、基地局Aまたは基地局Bとの通信のみで、パケット誤り率などの所望の性能が得られる範囲、基地局Aと基地局Bの両方との通信によって所望の性能が得られる範囲とから構成し、基地局Aのカバーエリアから基地局Bのカバーエリアに向って移動する場合に、基地局Aとの通信のみで所望の性能が得られる範囲では、端末は基地局Aのみと通信し、基地局AならびにBの両方との通信で所望の性能が得られる範囲では、端末は基地局A、ならびに基地局Bの両方と通信し、また、基地局Bのみとの通信で所望の性能が得られる範囲では、基地局Bのみと通信するように、その動作を変更する。この動作の変更は、端末の位置によって決定される。以下、各種の実施例を詳述する。
図1に実施例1における無線通信システムの一構成を示す。無線通信システムは、端末7、端末7の制御を行う制御装置1、制御装置1が端末7へ送信する、端末の動作制御のための信号などを無線通信するための複数の基地局3〜6、複数の基地局と端末の間の無線通信を制御する無線通信制御装置2から構成さる。この端末7は、ある定められた範囲内を移動し、複数の基地局3〜6との通信が可能に構成される。本実施例では、端末7の構成例として、2つの基地局との無線通信ができるように、1つの基地局との通信が可能な無線送受信部を二組実装した場合について説明する。なお、以下の説明においては、端末7の移動制御を行う制御装置1と、複数の基地局と端末の間の無線通信を制御する無線通信制御装置2とは、独立した構成要素として説明するが、端末の移動制御と無線通信制御の両方の機能を備えた1つの制御装置として構成することも可能である。
本実施例では、制御装置1によって、端末7の移動が管理されている。この端末7は基地局Aがカバーする通信範囲から基地局Bのカバーする通信範囲へ、次は基地局Cがカバーする通信範囲へ、さらに基地局Dがカバーする通信範囲に向けて、決められたルートに従って移動を行うものとする。
本実施例においては、端末7の移動する範囲を、単数の基地局との通信で所望の特性、例えば、所望のパケット誤り率が得られる範囲(第1エリアと称する場合がある)と、複数の基地局との通信により所望のパケット誤り率が得られる範囲(第2エリアと称する場合がある)とから構成し、端末7がいる位置によって、1つの基地局と通信を行う、または、複数の基地局と通信を行うというように、無線通信の動作を変更する。
図2を用いて、端末7が移動を行う場合の、無線通信の動作のシーケンスの一例を説明する。本実施例では、トランスポート層の仕様としてTCP(Transmission Congrol Protocol)を前提として説明するが、トランスポート層の仕様はこの仕様に限ったものではない。図2において、無線通信の動作として、同図中の2本の点線で区分けされた、基地局Aと無線通信、基地局A及び基地局Bと無線通信、及び基地局Bと無線通信する場合が例示されている。無線通信の動作としては、移動する端末7が、単一の基地局、2個の基地局と無線通信する場合に限らず、3個以上の基地局と無線通信する場合もある。
図2の動作シーケンスに示すように、端末の移動制御を行う制御装置1は、端末の位置情報101を、無線通信を制御する無線通信制御装置2に定期的に送信する。制御装置1から送信されたデータ信号102は、無線通信制御装置2経由で、基地局A3で無線信号に変換され、端末7に送られる。そして、後で図面を用いて詳述する、端末7に設けられた無線送受信部A8で受信され、端末7に設けられた無線通信管理部10に伝送される。図2では、無線通信管理部10に信号が伝送される例が示されているが、受信された信号は、その内容に応じて端末7内に設けられた、後で図面を用いて説明する各機能ブロックにそれぞれ伝送される。
端末7に設けられた無線送受信部A8で信号が受信されたとき、メディアアクセス制御(Media Access Control:MAC)レベルでその信号が正しく受信されたか、もしくは正しく受信されなかったかは、無線送受信部A8で判断される。無線送受信部A8で、MACレベルで正しく受信されたと判断されたら、上位層に信号を伝達し、上位層でも正しく受信されたと判断されたら、無線通信管理部10がTCPレベルの肯定応答(Acknowledgement:ACK))103を制御装置1に返送する。なお、無線送受信部は無線フロントエンド部、ベースバンド部、MAC部から構成される。
端末の移動に伴い、基地局A3との通信のみでは、所望のパケット誤り率が得られなくなる位置に端末が近づいたとき、無線通信制御装置2が、端末7の無線送受信部A8経由で、端末の無線通信管理部10に、無線送受信部B9に基地局B4との接続の開始を指示する信号104を送信する。無線通信管理部10は、その信号に対する応答信号105を送信し、無線通信管理部10は無線送受信部B9に対して、基地局B4との接続の開始の指示106を行う。無線送受信部B9は、基地局B4との接続107を行い、接続完了後、基地局B4経由で無線通信制御装置2に接続完了通知108を送信する。ここまでの動作を、端末7が、基地局A3並びに基地局B4の両方と通信することによって、所望のパケット誤り率が得られる範囲内に移動するまでに終了するように、無線通信制御装置2は基地局B4との接続処理の開始を指示する信号104を送信する。
端末7が、基地局A3ならびに基地局B4の両方との通信で所望の性能が得られる範囲に位置する場合は、制御装置1から送られたデータ信号は、無線通信制御装置2によって基地局A3、基地局B4の双方から送信されるように処理され117、それぞれデータ信号109,110として、無線送受信部A8、無線送受信部B9で受信される。受信した信号が正しく受信されれば、無線通信管理部10に正しく受信されたことが伝達され、無線通信管理部はACK111,112を制御装置1に返信する。
端末の移動にともない、端末が基地局B4のみとの通信で所望のパケット誤り率が得られる範囲内に移動したら、無線通信制御装置2から基地局B経由で、端末7の無線送受信部A8の電源をオフにすることを指示する信号113を送信する。無線通信管理部10はACK114を無線通信制御装置2に送信する。また基地局A3は端末7との通信が一定時間発生しない場合、端末7との接続を切断119する設定とする。
端末7が基地局B4のみとの通信で所望のパケット誤り率が得られる範囲内に位置する間は、制御装置1と端末7は基地局B4経由でデータ信号115とACK116のやりとりを行う。
図2に示した動作シーケンスでは、端末7が信号を正しく受信でき、ACKを返信する例を示している。また、図2に示した動作シーケンスでは、端末7が基地局B4のみとの通信で所望のパケット誤り率が得られる範囲に移動したら、無線通信制御装置2から端末7の無線送受信部A8の電源オフを指示する信号113を送信する構成となっているが、この動作をせず、無線送受信部A8の電源をオンにしたままの状態にしておいても良く、端末7が移動して、次に基地局B4と基地局C5の両方との通信が必要になったときは、無線送受信部A8は基地局C5と通信するように設定すればよい。
次に本実施例の無線通信システムの各構成装置の詳細を説明する。以下では、本実施例の各構成装置の動作に関連する機能ブロックについて説明するが、これ以外の機能ブロックが構成要素として追加されてもよい。例えば、他の装置との間で情報をやり取りするための外部インタフェースなども、必要に応じて設けても良い。
図3Aに、制御装置1の一機能構成例を示し、図3Bに、制御装置1のハードウェア構成の一例を示す。図3Aの機能構成図に示すように、制御装置1は、端末の動作の制御を行う動作制御部20と、端末の移動を制御する移動制御部21と、有線インタフェース(IF)22、バス23から構成する。また、図3Bのハードウェア構成の一例に示すように、制御装置1は、通常のコンピュータ構成で実現可能であり、上述した有線インタフェース22、バス23に加え、処理部である中央処理部(Central Processing Unit:CPU)201、記憶部であるメモリ202、更には、必要に応じて入出力部203を備えることも可能である。CPU201は、上述した動作制御部20と移動制御部21を実現するための動作制御プログラム、移動制御プログラムを実行する。これらの各種のプログラムは、動作番号テーブルを含め、メモリ202等に記憶され、必要に応じてCPU201で実行されることにより、以下説明する各種の機能を実現する。
動作制御部20は、動作決定部24、動作番号テーブル保持部25、信号作成部26、送信信号制御部27から構成する。動作制御部20の中の動作決定部24が、端末7に実施させる動作を決定し、その動作に対応する動作番号を、動作番号テーブル保持部25に保持されている動作番号テーブル250から選択する。これら動作制御部20内の動作番号テーブル保持部25以外の各機能ブロックは、上述した動作制御プログラムの実行により実現可能である。動作番テーブル保持部25が保持する動作番号テーブルはメモリ202に記憶されている。
図4に、この動作番号テーブルの一例を示す。同図に示すように、動作番号テーブル250は、動作番号251、端末にさせる動作252が記載されている。また、その他に、他の動作と関連する可能性253についての情報などもテーブルに記載しても良い。図4において動作番号1〜4に対応する動作は、少なくとも1つの他の動作と関連する可能性がある動作である。例えば、工場内で用いられる搬送車に対する動作として、搬送車を所定の位置まで移動させて停止させる、また、扉を閉めてから移動を開始させる、というように、他の動作と関連した動作であり、動作の順番が逆になっては所望の動作にならないものが1〜4の動作である。これらを、他の動作と関連する可能性あり、として示している。
一方、動作番号0の初期状態に戻る、また、動作番号5の荷台の積載量を報告、動作番号6の荷台内の温度の報告は、他の動作と関連せず、それだけで動作が完結するものである。これらを、他の動作と関連する可能性なしとして示している。
本実施例の無線通信システムでは、この動作番号テーブル250を少なくとも制御装置1と、端末7とが共有して保持し、この動作番号251をやりとりすることで端末7の動作を制御する構成としている。
動作制御部20内の動作決定部24が端末7にさせる動作を決定し、動作番号テーブル25の中で、その動作に対応する番号を選択し、その番号を信号作成部26に伝達する。信号作成部26では、その信号を端末7に伝送するための信号を作成する。その信号は、送信信号制御部27、有線インタフェース22を経て無線通信制御装置2、基地局を経て端末7に伝送される。本実施例では、信号はパケット転送されるものとする。
図3Aの制御装置1内の移動制御部21は、端末7の移動に関する制御を行う。上述した通り、この移動制御部21の機能は、CPU201によるプログラム実行により実現可能である。移動決定部28が端末7の移動速度や移動方向、または時刻tにおける端末の位置、またはある時間を基準としたT秒後の位置を決定する。前述の端末の移動に関する情報は、位置情報信号作成・送信部29に伝達され、無線通信制御装置2に伝送する位置情報として信号が作成され、送信される。なお、本実施例の制御装置1では、動作制御部20と移動制御部21が制御装置1に格納されているが、動作制御部20と移動制御部21は、例えば2つのコンピュータ等、別々の装置として存在しても良い。
次に、図5を用いて、制御装置1の動作制御部20内の送信信号制御部27の一構成の詳細を説明する。送信信号制御部27は、応答信号収集部271、再送判断部272、出力指定部273、信号保持部274から構成する。信号保持部274は送信予定信号の保持部275、既送信信号の保持部276から構成する。この信号保持部274は、CPU201内のバッファで構成可能であり、また、メモリ202内の所定の記憶領域で構成することも可能である。
応答信号収集部271は、端末7からの応答信号を受信し、その結果を保持する。再送判断部272は、応答信号収集部271にアクセスし、結果が正しく受信されたか、もしくは正しく受信されずに再送が必要かを判断し、判断結果を出力指定部273に伝達する。
信号保持部274には、信号作成部26から伝送され、これから送信する信号を保持する送信予定信号の保持部275と、既に送信した信号を保持する既送信信号の保持部276がある。端末7から一定時間内にACKが返信されていれば、出力指定部273は、送信予定信号の保持部275に保持されているデータを読み出して送信する。また端末7から一定時間内にACKが返信されていなければ、端末7で正しく信号が受信されなかったと判断し、既送信信号の保持部276に保持されているデータを読み出し、再送を行う。一定時間内にACKが返信されれば既送信信号を保持する必要がなくなるため、送信予定信号を送信したあと、その情報を既送信信号の保持部276に書き込む。また、送信予定信号の保持部275には、信号作成部26からの次の送信予定の信号を書き込む。
また以上説明した本実施例の制御装置1では、送信信号制御部27に信号保持部274を設け、CPU201内部のバッファ等を用いると説明したが、有線インタフェース22にあるバッファを信号保持部274として用い、出力指定部273が有線インタフェース22のバッファに出力の指定を行う構成としても良い。
続いて、図6〜図9を用いて、本実施例における、端末と複数の基地局との間の無線通信の動作を制御する無線通信制御装置2の一機能構成を説明する。無線通信制御装置2は、制御装置1側の有線インタフェース30と、基地局側の有線インタフェース31とバス32、並びに接続制御部33とから構成する。なお、無線通信制御装置2は、上述した制御装置1同様、以下で詳述する接続制御部33をプログラム処理で実現する等、CPUやメモリを備える通常のコンピュータで構成できるので、ここではハードウェア構成の説明は省略する。
接続制御部33は、複数の基地局3〜6と、端末7に設けられた複数の無線送受信部8、9等の間の接続を制御する。図6に示すように、接続制御部33は、位置算出部34と動作決定部35、制御表保持部36、動作指示信号作成部37とから構成する。
位置算出部34は制御装置1からの位置情報をもとに時刻tにおける端末7の位置を算出する。制御装置1から送信された位置情報が時刻tにおける端末7の位置であればその情報を用い、また端末7の移動速度や移動方向、またはある時間を基準としたT秒後の位置の情報であれば、それらの情報を用いて時刻tにおける端末の位置を算出し、例えば、図7のに示すような時刻341と端末の位置342の関係を示すテーブル340を位置算出部34内のメモリに保持する。動作決定部35は、無線通信制御装置、基地局ならびに端末の無線送受信部の動作を決定し管理する。動作指示信号作成部37は、動作決定部35の決定に従い、動作指示信号を作成し、所定の装置に送信する。
メモリ等に保持される制御表保持部36は、図8に示す制御表360を保持する。制御表360は、端末の位置361と、それに対する動作区分362、すなわち基地局と無線送受信部の1組で通信するか、それとも基地局と無線送受信部の複数組で通信するかの区分、接続する組み合わせ363として、どの基地局とどの無線送受信部を接続させるか、を示した表である。
本実施例では、端末7の移動範囲において、端末7の位置によって、1つの基地局との通信で所望のパケット誤り率が得られる範囲、ならびに複数の基地局との通信で所望のパケット誤り率が得られる範囲を、実測、またはシミュレーションなどにより求めておき、その結果を制御表360として制御表保持部36に保持している。
接続制御部33の動作決定部35は、位置算出部34、ならびに制御表保持部36に定期的にアクセスすることで、位置算出部34から時刻tにおける端末7の位置を読み出し、制御表保持部36の制御表を参照し、どの基地局と端末のどの無線送受信部を接続するかを決定する。それをもとに、制御装置1から送られてきた信号を、どの有線IF31のバッファに格納するか決める。
本実施例の無線通信システムでは、動作決定部35は、端末7に基地局との接続の開始の指示や、通信相手となる基地局が使用する無線周波数の指示、無線送受信部8、9の電源オフの指示、などの端末と複数の基地局との間の無線通信に関する動作の決定を行う。
また、本実施例の無線通信システムでは、複数の基地局3〜6が端末7と通信する場合に、それらの基地局が、少なくとも隣接する基地局とは互いに異なる周波数を使用して通信を行うように構成する。そのため、無線通信制御装置2が送信する、基地局との接続処理の開始を指示する信号を用いて、端末7に基地局が使用する周波数を通知するように構成してもよい。
更に本実施例では、基地局との接続の開始の指示を受けて、端末7の無線送受信部8、9が基地局との接続処理を開始する。無線送受信部8、9は、接続相手となる基地局が使用している周波数がわからない場合は、基地局からの接続応答の信号を受信するまで、基地局が使用する可能性のある周波数を順番に切り替えながら、接続要求の信号を送信する必要があるが、本実施例のように、接続する基地局が使用する周波数があらかじめ通知されれば、端末7はその周波数でのみ接続要求の信号を送信すればよいため、接続に要する時間を短時間化することが可能となる。
また更に、他の構成例として、端末の複数の無線送受信部ならびに、複数の無線送受信部と通信する複数の基地局が同期を取る構成とし、それぞれの基地局が端末の無線送受信部と通信する時間を区切って、基地局と端末の間の通信を行うような構成としてもよい。この場合は、端末には、接続する基地局と通信できるタイミングを通知すれば良い。
更にまた、本実施例では、無線通信制御装置、基地局ならびに端末に対する動作の決定や、動作を指示する信号の作成部を、1つの動作決定部35並びに1つの動作指示信号作成部37として示しているが、複数のコンピュータを使用して、装置ごとに個別に動作決定部と動作指示信号作成部を設ける構成としても良い。
次に、図9に無線通信制御装置2の動作決定部35の動作フローチャートを示す。動作決定部35は、上述したように位置算出部34、制御表保持部36に定期的にアクセスし、現在、端末と通信している基地局が単数か?(350)を判断する。接続している基地局が単数であれば、次に、端末への他の基地局との接続の開始の指示信号の送信は、次々回以降の送信タイミングで間に合うか?(351)を判断する。判断結果がイエスであれば、そのままの動作を継続(355)し、ノーであれば、端末に、所定の基地局との接続の開始を指示する信号を作成し送信する(352)。また、現在、端末と通信している基地局は単数か?(350)に対する判断結果がノーの場合、次に、次の送信タイミング時の端末の位置は、単数の基地地局との通信となる範囲内になっているか?(353)を判断する。判断結果がイエスであれば、端末に基地局との通信が不要となる無線送受信部の電源オフを指示する信号を作成し送信(354)する。判断結果がノーであれば、そのまま動作を継続(355)する。
これ以外にも、動作決定部は、有線インタフェース30経由で受信した制御装置からの端末宛の信号を、所定の有線インタフェース31内のバッファに保持する指示も行う。本実施例では、上述のように所定の有線インタフェースのバッファにのみ信号を伝送するようにしているが、全ての優先インタフェース31のバッファに保持させ、所定の有線インタフェース31からのみ、その信号を基地局に伝送するようにしても良いことは言うまでもない。
次に、図10を用いて、基地局A3の構成を説明する。なお、その他の基地局である基地局B4、基地局C5、基地局D6も基地局A3と同様の構成を備える。基地局A3は、有線インタフェース400と、基地局無線送受信部401、バス402、アンテナ403、基地局動作制御部404とから構成する。有線インタフェース400は、無線通信制御装置2と信号をやり取りする。また、基地局無線送受信部401は、アンテナ403経由で、端末と無線通信を行う。有線インタフェース400で受信したデジタル信号は、基地局無線送受信部で無線信号に変換される。また、アンテナ403経由で受信した無線信号は、基地局無線送受信部401でデジタル信号に変換される。基地局無線送受信部401は、高周波フロントエンド部、ベースバンド部、並びにMAC部から構成する。基地局動作制御部は、例えば、基地局と端末との間に、一定の時間、通信が発生しない場合には、端末との接続を切るようにするなど、基地局の動作を制御するものであり、制御装置1のハードウェア構成同様、CPUとメモリ等で構成可能であることはいうまでもないので、ここでは説明を省略する。
次に、図11を用いて、本実施例の無線通信システムにおける端末の一構成を説明する。端末7は複数のアンテナ700、701、複数の無線送受信部702、703、無線通信管理部704、通信品質管理部705、動作応答部706、バス707とから構成する。複数の無線送受信部702、703、及び無線通信管理部704は、図2に示した無線送受信部A8、B9、無線通信管理部10に対応する。バス707に接続された、無線通信管理部704、通信品質管理部705、動作応答部706の各機能ブロックは、上述した制御装置1同様、CPUとメモリ等で構成可能である。なお、本実施例では、端末に2つのアンテナを設けているが、複数の基地局との通信に対して、アンテナを共用できる場合は、アンテナの数は単数でも良い。
端末の動作応答部706は、図4に示した動作番号テーブルと同じ動作番号テーブルを動作応答部706内に保持し、制御装置1からの信号によって伝達された動作番号に従って、端末7の動作を行う。例えば、制御装置1から送られた信号が動作番号5である場合、制御装置1に荷台の積載量を報告する、という動作を行う。
通信品質管理部705は、無線送受信部8、9と基地局3〜6との間の無線通信品質、例えば、受信電力などを収集し、管理、保持を行う。受信電力の情報は、どの無線送受信部とどの基地局の間の信号の受信電力の値であるかということと、その信号を受信した時刻、または、端末自らが、端末の位置を把握できる場合、その信号を受信したときの端末の位置とを組み合わせて、情報を保持する。
収集・保持した情報は、基地局や無線送受信部の故障の判断や、無線通信制御装置2の制御表保持部36に格納された制御表360を更新する場合などに用いることができる。故障の判断や制御表更新のための情報を別の方法で取得する、またその他の用途に対しても、端末側で、端末と基地局間の無線通信品質を収集する必要がなければ、通信品質管理部705は必ずしも設けなくても良い。
無線通信管理部704は、基地局と端末の無線送受信部の間の無線通信を管理する。例えば、図2の指示105に示したように、無線送受信部へ基地局との接続の開始を指示する。無線送受信部A702、無線送受信部B703は、無線通信管理部704からの指示を受けて基地局との接続を行う。また、無線通信管理部704は、接続完了後に無線通信制御装置2に対して接続完了通知108の送信、また、無線通信制御装置2からの指示に従って基地局との接続の開始の指示106や、電源オフ118を行う。
無線送受信部702、703は、無線フロントエンド部、ベースバンド部、MAC部から構成されている。
本実施例では、無線送受信部のそれぞれのMAC部で、基地局経由で届いた信号が正しく受信できたかを判断し、その結果を無線通信管理部704に伝達する。本実施例では、端末7の位置によっては、複数の無線送受信部で同じ内容の信号を受信する場合もあるため、無線通信管理704は、複数の無線送受信部での受信結果を統合的に判断することによって、制御装置にACKを送信する。
以下、本実施例の無線通信システムにおける、端末の無線送受信部A702、B703、並びに端末の無線通信管理部704でのACKの返送方法について説明する。
本実施例では、制御装置1から送られる信号は、TCPレベルでシーケンス番号が付けられて送信される。また無線通信制御装置2が基地局3〜6に信号を伝送するときに、それが単数の基地局から送られる信号であるか、また複数の基地局から送られる信号であるかの情報をIPヘッダに付加して基地局に送る構成とする。また基地局3〜6は、この情報を読み取ることにより、1つの基地局だけから信号が送信されているのか、複数の基地局から送られているかが判断できる構成とする。
単数の基地局と単数の無線送受信部が通信をしている場合、言い換えるなら端末が第1エリアに存在している場合、基地局と端末との間の無線通信の動作について説明する。基地局からの信号を無線送受信部が正しく信号を受信できたら、無線送受信部はMACレベルでのACKを返送する。基地局は、一定時間ACKを受信できない場合は、端末で正しく受信できなかったと判断し、再送を行う。
無線送受信部は正しく信号が受信できた場合、無線通信管理部に正しく信号が受信できたことを通知し、無線通信管理部は、制御装置にACKを返送する。無線送受信部は正しく受信できなかった信号は破棄する構成としても良い。
次に複数の基地局と複数の無線送受信部が通信をしている場合、言い換えるなら端末が第2エリアに存在している場合の基地局と端末との間の無線通信の動作について説明する。基地局は、複数の基地局から同じ信号が送信されている場合は、MACレベルでのACK信号を一定時間受信しなくても、再送を行わないように構成する。
端末は、あるシーケンス番号の信号に対して、MACレベルで正しく送信できたことを通知する信号を、複数の無線送受信部のうちの1つからでも受信できたら、制御装置に対してはACKを返送する。
図12に、上記で説明した端末7の無線通信管理部704による、無線通信の動作のフローチャートを示す。本実施例では、端末が、図8に示す制御表360の動作区分362が「1組で通信」に該当する場合であっても、また「複数組で通信」に該当する場合であっても、無線通信管理部704は、無線送受信部から正しく受信したことを通知する信号を、少なくとも1つは受信したか?を判断し(801)、イエスであれば、制御装置へACKを送信する(802)、ノーであれば、制御装置へACKを送信しない(803)。
このような構成とすることで、たとえば2つの無線送受信部で同じシーケンス番号の信号を受信し、一方の無線送受信部では正しく受信でき、また他の無線送受信部では正しく受信できなかった場合でも、端末7としては制御装置1からの信号を正しく受信できたことになるため、ACKを制御装置1に返送することができる。
本実施例において、端末から制御装置に送るACKに、シーケンス番号の情報も付加して送るようにしてもよい。制御装置が、図4に示した信号の中で、他の動作と関連する可能性があり、その順番が重要なものを連続して送る場合に、その動作の順序にあわせてシーケンス番号が付加されるように信号を作成し、端末側でACKを返すときに、連続した信号の途中がロスした場合には、連続して届いた信号までのシーケンス番号の情報を付加してACKを返送すれば、制御装置はロスした信号から再度信号を送りなおすことができるため、端末に動作させる順番を維持することができる。
また、上記の実施例では、無線通信管理部は一定時間の間、無線送受信部から、正しく受信したことを通知する信号を受信しなかった場合に、無線送受信部が正しく受信できなかったと判断しているが、無線送受信部から明示的に正しく受信できなかったことを通知する信号を送信するようにしても良い。
更に、他の構成例として、無線通信管理部はあるシーケンス番号の信号に対して、無線送受信部から正しく受信できたことを通知する信号を受信したら、それ以降に他の無線送受信部から送られてくる同じシーケンス番号に対して、正しく受信できたことを通知する信号は破棄するように構成しても良い。
以上述べたように、実施例1の無線通信システムでは、端末の移動範囲を、1つの基地局との通信でも所望のパケット誤り率が得られる範囲(第1エリア)と、複数の基地局との通信することで所望の誤り率が達成できる範囲(第2エリア)とから構成し、第1エリアでは1つの基地局と端末が通信をし、第2エリアでは、複数の基地局と端末が通信をするように動作を変更する。また、動作の変更は端末の位置で決め、第1エリアから第2エリアに動く時には、端末が第2エリアに移動した時にはすでに複数の基地局との通信ができるように、端末の位置情報をもとに、事前に基地局の接続を行うように構成する。このため、端末が移動しても、その位置に適した端末と基地局との通信を行うことができるため、所望のパケット誤り率となる無線システムを提供することができる。
また、1つの基地局との通信で所望のパケット誤り率が得られるように基地局を設置する場合に比べて、本実施例のように、第1エリアと第2エリアの2種類の通信範囲を設ける構成とすることで、1つの基地局がカバーできる範囲を大きくすることができる。1つの基地局がカバーできる範囲を大きくすることで、端末の移動範囲に対して必要となる基地局の数を少なくすることができるため、低コストな無線通信システムを提供することができる。
更に、所定のパケット誤り率にするために、端末が複数の基地局と通信する場合、端末が、1つの基地局からの信号は正しく受信でき、他の基地局からの信号は正しく受信できないということが発生する場合があるが、その場合でも本実施例で示した構成とすることで、制御装置は、端末が正しく信号を受信できたかどうかを判断することができる。
続いて、図13、14を用いて実施例2の無線通信システムを説明する。実施例2では、許容遅延時間が異なる信号が送信される場合の送信制御に関する無線通信方法を説明する。実施例2では、制御装置1の動作制御部20の送信信号制御部27の構成要素として、図13に示すように、図5に示した再送判断部272に代え、信号種別判定部277が設けられている。信号種別判定部277は、制御装置から送信される信号に対する許容遅延時間など判断し、送信する順番を決定する。信号種別判定部277には、動作決定部24から、端末に送信する動作番号とその許容遅延時間が送信される。
信号種別判定部277は、図14に示す動作フローチャートに従って、次にどの信号を送信するかを決定し、その結果を出力指定部273に伝達する。
すなわち、信号種別判定部277は、応答信号収集部にアクセスし、一定時間内にACKが返されたか?(281)を判断する。その結果がイエスであれば、次に送信予定の信号を送信することを決定する(286)。また、結果がノーであれば、次に送信予定の信号の許容遅延時間は、再送が必要な信号の許容遅延時間よりも短いか?(282)を判断し、ノーであれば、再送が必要な信号を送信する(285)。またイエスであれば、再送が必要な信号を再送した後に、次の送信予定の信号を送信しても許容遅延時間に間に合うか?(283)を判断し、イエスであれば再送が必要な信号を再送し(285)、ノーであれば、次に送信予定の信号を送信後、再送が必要な信号を再送する(284)。
実施例2の無線通信システムにおいては、このような動作を行うことで、許容遅延時間のことなる信号がある場合にも、状況に応じて送信する順番を制御することにより、パケットエラーを低減することができる。
これまでに説明した実施例1、実施例2では、端末からの応答信号を制御装置1が受信するように構成したシステムについて説明したが、実施例3では無線通信システムの無線通信制御装置2で応答信号を受信する実施例について説明する。
図15に、実施例3における無線通信制御装置2の構成を示す。実施例1、2では、送信信号制御部27を制御装置1内に設けたが、実施例3では、送信信号制御部370を無線通信制御装置2の中に設けている。実施例3では、端末の無線通信管理部704からの応答信号を無線通信制御装置2の応答信号収集部371に収集する。再送判断部372は定期的に応答信号収集部371にアクセスし、ACKが受信されていれば、正しく送信できたことを制御装置の動作決定部に通知する。
また一定時間内にACKが受信されていなければ、出力指定部373で既送信信号の保持部376へアクセスし、信号を再送する。同じ信号に対して、一定時間内、再送を繰り返してもACKが受信されない場合は、再送判断部372は制御装置の動作決定部に、端末に正しく信号伝送ができなかったこと通知する。すなわち、本実施例では、制御装置1は、送信信号を無線通信制御装置2に伝送し、無線通信制御装置2から正しく送信できたこと、または正しく送信できなかったことが通知される構成となっている。
実施例3においては、このような構成とすることで、制御装置にACKを送信する場合に比べて、制御装置に対する負荷を減らすことができる。
これまで述べた実施例では、無線通信制御装置2が保持する制御表はオフラインで作成したものを保持している例について述べた。実施例4では、無線通信を行いながら、制御表を更新する実施例について説明する。本発明の無線通信システムでは、所望の性能が得られるように、端末7は、1つの基地局または複数の基地局と通信を行うが、実施例4では、周辺環境の変化により、最初に設定した基地局と端末の通信では所望の性能が得られない場合に、制御表の更新を行う。
実施例4では、実施例3と同様に、端末からの応答信号は、無線通信制御装置2で収集する。図16に示すように、本実施例では、応答信号収集部371に、性能判定部380、性能管理表保持部381、制御表更新決定部382を設ける。
性能判定部380は、応答信号を収集し、その結果から所望の性能が達成できているかどうかを判断し、結果を性能管理表保持部381に通知する。性能管理表保持部381は、図17に示すように、端末の位置391と、その位置における応答信号の結果から、所望の性能が達成できているか、または未達成か392を示す性能管理テーブル390を作成し、それを保持する。制御表更新決定部382は、性能管理表保持部381に定期的にアクセスし、未達成となる箇所が発生したら、制御表の更新を決定し、未達成となる箇所を、接続制御部33にある、制御表管理部383に伝達する。制御表管理部383は、性能未達成の箇所に対する現在の制御内容を参照し、どのように更新するかを決定し、その結果に基づき制御表保持部36に保持されている制御表を書き換える。例えば、図17に示すようにに端末の位置が35mから40mの間にあるときに所望の性能が達成できない場合は、制御表360で端末の位置が0から35mの間は、基地局Aと無線送受信部Aの1組で通信し、端末の位置が35から80mの間は、基地局Aと無線送受信部A並びに基地局Bと無線送受信部Bの2組で通信するように制御表を更新する。
このような構成とすることにより、伝搬環境が変わった場合でも、所望の性能が達成できるように、無線通信システムの動作を変更することができる。
本実施例では、制御表更新決定部382が性能管理表保持部381に定期的にアクセスする構成としたが、性能管理表保持部381が、性能管理表に未達成となる箇所が生じたときに、制御表管理部383に更新する指示を出すように構成しても良い。
また、図8に示す制御表では、基地局と無線送受信部の通信が1組か、2組となっているが、端末が3つ以上の基地局と無線通信できる機能を有する場合は、無線通信の動作の変更として、今まで2つの基地局と通信していた範囲を3つの基地局と通信させるような変更でも良い。また、基地局の送信電力を変更できれば、送信電力を変更するような変更でもよい。
本実施例で示した制御表の更新方法は一例であり、その他の更新方法として、例えば、端末に設けた通信品質管理部705で、端末の位置、もしくは、信号を受信したときの時間と、そのときに通信を行った無線送受信部での受信結果を、無線送受信部ごとに管理し、その結果を制御表管理部に送るような構成としてもよい。信号を受信した時間に対する受信結果が送信された場合は、その時間から端末の位置を算出することで、所望の性能が未達成となる端末の位置を判断し、それをもとに制御表を更新する構成とすれば良い。
以上、図面を用いて本発明の種々の実施例を説明したが、これらの図に示された構成やフローチャートなどは、あくまで一例であり、これ以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明を適宜変更しても本発明の効果を得られることは明らかである。
また、本実施例では無線通信制御装置が、時刻tにおける端末の位置をもとに、すなわち時間を基準にして端末の位置を把握し、無線通信システムの動作を制御しているが、端末に、端末の位置を把握する機能が搭載されいてる場合は、無線通信制御装置が端末に対して、所定の位置に来たら、所定の動作をするように指示する、例えば、位置Aになったら基地局との接続を開始する、位置Bになったら無線送受信部の電源をオフにする、と指示する信号を出すようにしても良い。
また、端末の移動の制御を、制御装置ではなく端末が行う場合は、端末から無線通信制御装置に、端末の移動に関する情報を通知するように構成しても良い。
更に、本発明の無線通信システムの端末は、2つ以上の基地局と通信できるように構成されていればよく、実施例1では、1つの基地局と通信する能力を有する無線送受信部を、2組設ける構成とし、またそれぞれの無線送受信部を無線フロントエンド部、ベースバンド部、MAC部から構成したが、これは実施の形態の一例である。本発明の趣旨である複数の基地局と通信できる端末の構成であれば、実施例1に示した構成に限らないことは言うまでもない。
また、実施例1では、無線送受信部を2組設けたため、基地局と通信しない場合は1組の無線送受信部の電源をオフにする例を示したが、実施例1とは異なる実施の形態であっても、端末の位置に応じて、基地局との通信に必要となる機能以外の機能の動作を停止するような端末の構成としても良い。
また通信エリアも端末が、1つの基地局と通信するエリア、2つの基地局と通信するエリア、3つの基地局と通信するエリア、というように、複数基地局と通信を行うエリアをさらに細かく分けても良い。
なお、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、CPUで実現するプログラムを作成することによりソフトウェアで実現する場合を中心に説明したが、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。
以上詳述した本発明によれば、所定の範囲を移動する端末の位置に応じて、所望の性能が得られるように端末と基地局との間の無線通信の動作を変更するため、高信頼の無線通信システムを提供することが可能となる。
また、本発明の好適な態様によれば、端末を複数の基地局との通信が可能な端末とすることで、複数の基地局と通信することで所望の性能を得る通信範囲を設けることができるため、1つの基地局との通信で所望の性能を得るように基地局配置を行う場合に比べて、基地局配置の間隔を広くすることができるので、1つの基地局のカバー範囲を大きくすることができ、低コストの無線システムを提供することが可能となる。
更に、本発明の好適は態様によれば、端末の位置によっては複数の基地局と通信を行うことで、移動しながらでも高信頼性を保つ無線システムを提供することが可能となる。
なお、本明細書に開示された本願発明は、請求の範囲に記載した無線通信システム、無線通信方法、及び無線通信制御装置の発明に限定されることなく、その他、種々の発明を含んでいる。その一例である端末装置の発明は下記の通りである。
所定の範囲を移動して、複数の基地局と無線通信を行う端末装置であって、アンテナと、複数の基地局との通信が可能な無線送受信部と、前記アンテナを介した前記複数の基地局との通信が可能な無線送受信部による無線送受信を管理する無線通信管理部とを備え、前記無線通信管理部は、当該端末の位置に応じて、前記複数の基地局の1つ、或いは複数と無線通信を行うよう前記複数の基地局との通信が可能な無線送受信部を管理し、前記複数の基地局との通信が可能な無線送受信部により複数の前記基地局と通信を行う場合、少なくとも1つの前記基地局からの信号を正しく受信できた場合、肯定応答を返信する
ことを特徴とする端末装置。
ことを特徴とする端末装置。
1:制御装置
2:無線通信制御装置
3,4,5,6:基地局
7:端末
8,9:無線送受信部
10:無線通信管理部
20:動作制御部
21:移動制御部
22、30、31、400:有線インタフェース
23、32、402、707:バス
24:動作決定部
25:動作番号テーブル保持部
26:信号作成部
27:送信信号制御部
28:移動決定部
29:位置情報信号作成・送信部
271:応答信号収集部
272:再送判断部
273:出力指定部
274:信号保持部
275:送信予定信号の保持部
276:既送信信号の保持部
33:接続制御部
34:位置算出部
35:動作決定部
36:制御表保持部
37:動作指示信号作成部
401:基地局無線送受信部
403、700、701:アンテナ
702、703:無線送受信部
704:無線通信管理部
705:通信品質管理部
706:動作応答部。
2:無線通信制御装置
3,4,5,6:基地局
7:端末
8,9:無線送受信部
10:無線通信管理部
20:動作制御部
21:移動制御部
22、30、31、400:有線インタフェース
23、32、402、707:バス
24:動作決定部
25:動作番号テーブル保持部
26:信号作成部
27:送信信号制御部
28:移動決定部
29:位置情報信号作成・送信部
271:応答信号収集部
272:再送判断部
273:出力指定部
274:信号保持部
275:送信予定信号の保持部
276:既送信信号の保持部
33:接続制御部
34:位置算出部
35:動作決定部
36:制御表保持部
37:動作指示信号作成部
401:基地局無線送受信部
403、700、701:アンテナ
702、703:無線送受信部
704:無線通信管理部
705:通信品質管理部
706:動作応答部。
Claims (11)
- 無線通信システムであって、
所定の範囲内を移動が可能な端末と、
前記端末の動作制御を行う制御装置と、
前記制御装置と前記端末の間の信号の送受信を無線通信で行うための複数の基地局と、
前記複数の基地局と前記端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置とを備え、
前記無線通信制御装置は、
前記所定の範囲を第1エリアと第2エリアの2つに区分し、前記所定の範囲内における前記端末の位置と、前記端末が単数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第1エリアと、前記端末が複数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第2エリアと、の対応を管理する制御表を備え、
前記制御装置から受信する前記端末の位置情報と前記制御表とを参照して、前記端末が前記第1エリアから前記第2エリアに向けて移動する場合、前記端末が前記第1エリアに位置する間に前記第2エリアの未接続の基地局との接続開始を前記端末に指示し、
前記端末は、
前記無線通信制御装置から前記指示を受信すると、前記端末が前記第1エリアに位置する間に前記第2エリアの未接続の基地局との接続を確立する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記無線通信制御装置は、前記接続を指示する信号により、前記端末が接続を行う前記基地局の使用周波数を前記端末に通知する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記端末が前記第2エリアから前記第1エリアに向けて移動する場合、
前記第1エリアに移動した後に、前記無線通信制御装置が、前記端末の単数の前記基地局との通信に必要となる機能以外の機能の動作を停止するように指示する信号を送信する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記端末が前記第1エリアにいる場合と、前記第2エリアにいる場合に、前記基地局の無線通信の動作を変更する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項4に記載の無線通信システムであって、
前記基地局は、前記端末からメディアアクセス制御(MAC)レベルの肯定応答が返信されない場合に、前記基地局の動作として、前記第1エリアでは再送を行い、前記基地局の無線通信の動作として、前記第2エリアでは再送を行わない
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記端末が前記複数の基地局とデータ送受信を行う場合、少なくとも1つの前記基地局からの信号を正しく受信できた場合には、前記端末は、肯定応答を前記制御装置または前記無線通信制御装置に返信する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記制御装置は、前記制御装置から前記端末にむけて送信される信号の許容遅延時間を判断し、前記許容遅延時間をもとに信号を送信する順番の制御を行う
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムであって、
前記無線通信制御装置は、前記制御装置から前記端末にむけて送信される信号の許容遅延時間を判断し、前記許容遅延時間をもとに信号を送信する順番の制御を行う
ことを特徴とする無線通信システム。 - 無線通信方法であって、
所定の範囲内を移動が可能な端末と、
前記端末の動作制御を行う制御装置と、
前記制御装置と前記端末の間の信号の送受信を無線通信で行うための複数の基地局と、
前記複数の基地局と前記端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置とを用い、
前記無線通信制御装置は、
前記所定の範囲を第1エリアと第2エリアの2つに区分し、前記所定の範囲内における前記端末の位置と、前記端末が単数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第1エリアと、前記端末が複数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第2エリアと、の対応を管理する制御表を用い、
前記制御装置から受信する前記端末の位置情報と前記制御表とを参照して、前記端末が前記第1エリアから前記第2エリアに向けて移動する場合、前記端末が前記第1エリアに位置する間に前記第2エリアの未接続の基地局との接続開始を前記端末に指示し、
前記端末は、
前記無線通信制御装置から前記指示を受信すると、前記端末が前記第1エリアに位置する間に前記第2エリアの未接続の基地局との接続を確立する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 複数の基地局と、所定の範囲を移動し、前記複数の基地局と通信が可能な端末との間の無線通信を制御する無線通信制御装置であって、
前記複数の基地局と接続されるインタフェース部と、
前記端末と前記複数の基地局との無線通信を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記所定の範囲を第1エリアと第2エリアの2つに区分し、前記所定の範囲内における前記端末の位置と、前記端末が単数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第1エリアと、前記端末が複数の前記基地局とデータ送受信を行う前記第2エリアと、の対応を管理する制御表を保持し、
受信する前記端末の位置情報と前記制御表とを参照して、前記端末が前記第1エリアから前記第2エリアに向けて移動する場合、前記端末が前記第1エリアに位置する間に前記第2エリアの未接続の基地局との接続開始を、前記インタフェース部を介して前記端末に指示する
ことを特徴とする無線通信制御装置。 - 請求項10に記載の無線通信制御装置であって、
前記制御部は、前記端末の動作制御を行う制御装置から、前記複数の基地局を介して、前記端末に向けて送信される信号の許容遅延時間を判断し、前記許容遅延時間をもとに前記信号を送信する順番の制御を行う
ことを特徴とする無線通信制御装置。
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