JP6089501B2 - 基地局装置、無線通信システム、及び通信方法 - Google Patents

Description

本明細書で論じられる実施態様は、基地局装置、無線通信システム、及び通信方法に関する。

無線通信システムでは、同一ネットワーク内の基地局装置と無線通信端末装置が同じ周波数チャネルを共有している。複数ネットワークが近隣エリアに存在する場合には、これらのネットワークの利用周波数チャネルを互いに異ならせることで、ネットワーク間干渉が回避される。

基地局装置が固定されている場合には、近隣ネットワークの利用周波数チャネルが互いに異なるように予めネットワークを設計することで、ネットワーク間干渉を回避することができる。しかし、基地局装置が固定されていない場合には、どのネットワーク同士が近づくか予め予期することが難しいため、ネットワーク設計で予めネットワーク間干渉を回避することが難しい。

図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）は、ネットワーク間干渉が発生する場面の一例の説明図である。参照符号１、１００及び２００の各々は、基地局装置と無線通信端末装置を有するネットワークを示す。図１の（Ａ）に示すように、ある時点においてネットワーク１とネットワーク２００は隣接しており、ネットワーク１とネットワーク１００は隣接していない場合を想定する。このため、ネットワーク１とネットワーク２００の利用周波数チャネルが異なり、ネットワーク１とネットワーク１００の利用周波数チャネルが同じになるようにネットワーク設計すれば、一時的にネットワーク間干渉が回避される。

しかし、その後に図１の（Ｂ）に示すようにネットワーク１００がネットワーク１に近づけば、同じ周波数チャネルを利用するネットワーク１及びネットワーク１００の間で新たな干渉が発生する。

ネットワーク間の干渉回避技術として、例えばＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）802.15.6に記載されているチャネルホッピングが知られている。チャネルホッピングを常時動作させると、干渉が起きても次のホッピングタイミングで干渉を回避できる可能性が高まる。

しかし、使用可能なチャネル数が少ない時はホッピング先のチャネルが偶然一致して再び干渉が発生する可能性が高まる。このため、干渉が発生した時だけチャネルを変更するという方法もある。以下の説明において、この技術を「従来技術１」と表記することがある。

また、関連する技術として、地域無線ネットワークでチャネルの衝突を回避する装置及び方法が知られている。時間tで第１のチャネルから第２のチャネルに基地局を切り替える媒体アクセスコントローラが提供される。媒体アクセスコントローラは、ランダム遅延時間まで時間tに関して切り替えを遅延させる切り替え時間遅延回路を有する。この技術を「従来技術２」と表記することがある。

特表２００９−５２３３６０号公報

従来技術１の場合には、干渉しあうネットワークに各々再選択された周波数チャネル同士が等しくなると再衝突が発生する。図２は、再衝突が発生する場面の一例の説明図である。第（ｉ）スーパーフレームでネットワーク１とネットワーク１００が同じ周波数チャネルＣｈ１を利用して、ネットワーク１とネットワーク１００との間でチャネル衝突が発生したと想定する。

その後、ネットワーク１とネットワーク１００は干渉回避のために第（ｉ＋１）スーパーフレームで利用周波数チャネルを切り替える。しかし、ネットワーク１とネットワーク１００は、再び同じ周波数チャネルＣｈ２に利用周波数チャネルを切り替えたため、チャネル衝突が再発生する。

その後、第（ｉ＋２）スーパーフレームにおいてネットワーク１とネットワーク１００が利用周波数チャネルをそれぞれＣｈ３及びＣｈ１に切り替えると、ネットワーク１とネットワーク１００との間の干渉が回避される。

従来技術２の場合には、チャネル切替までの遅延時間がランダムに定められるため、他の基地局と同時に同じチャネルに切り替えることにより発生する再衝突が軽減される。しかし、従来技術２の場合でも、他の基地局と同じ遅延時間でチャネルを切り替える可能性が残されており、この場合にはチャネル衝突が再発生する恐れがある。

本明細書に開示される装置又は方法は、チャネル切替の際のチャネルの再衝突を回避することを目的とする。

装置の一観点によれば、無線通信システムにおいて無線通信端末と通信を行う基地局装置が与えられる。基地局装置は、無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出する干渉検出部と、干渉検出部により干渉が検出された場合に、無線通信システムと他の無線通信システムのいずれが無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるかを判断する判断部と、判断部が、無線通信システムが無線チャネルを切り替えると判断した場合に無線チャネルを切り替え、判断部が、他の無線通信システムが無線チャネルを切り替えると判断した場合に無線チャネルを切り替えないチャネル切替部を備える。

本明細書に開示される装置又は方法によれば、チャネル切替の際のチャネルの再衝突が回避される。

ネットワーク間干渉が発生する場面の一例の説明図である。 再衝突が発生する場面の一例の説明図である。 無線通信システムの構成例の説明図である。 基地局装置の構成例の説明図である。 周囲に存在する他の無線通信システムのネットワークＩＤの取得動作の一例の説明図である。 切替端末指定リストの第１例を示す図である。 基地局装置の動作の一例の説明図である。 基地局装置のハードウエア構成の一例の説明図である。 切替端末指定リストの第２例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は切替端末指定リストの第３例を示す図である。 第１実施例における干渉発生確率を示す図である。 第２実施例における干渉発生確率を示す図である。 第３実施例における干渉発生確率を示す図である。 従来技術に対する干渉発生確率の低減率を示す図である。

以下、添付する図面を参照して好ましい実施例について説明する。なお、以下の実施例により本願開示の基地局、無線通信システム、及び無線通信方法が限定されるものではない。

＜１．第１実施例＞
＜１．１．無線通信システムの構成＞
図３は、無線通信システムの構成例の説明図である。無線通信システム１は、基地局装置１０と、無線通信端末装置２０ａ及び２０ｂとを有する。以下の説明及び添付図面において基地局装置及び無線通信端末装置をそれぞれ「基地局」及び「無線通信端末」と表記することがある。また以下の説明において無線通信端末２０ａ及び２０ｂを総称して「無線通信端末２０」と表記することがある。

基地局１０は、無線通信端末２０との間で、無線チャネルを介して各種信号やデータをパケット形式で送受信可能なように接続されている。無線チャネルは、例えば、ZigBee（登録商標）の他、Bluetooth（登録商標）、BAN(Body Area Network)等、いかなる通信規格に準拠するチャネルでもよい。

また、基地局１０は、無線通信端末２０からの無線信号の他にも、周囲の無線信号をスキャンすることができる。このため、基地局１０は、同種のパケットをやり取りしているネットワークであれば、ネットワークＩＤ等を取得することができる。例えば、基地局１０は、周囲の他の無線通信システム１００で送信された無線信号を受信して、無線通信システム１００のネットワークＩＤを取得してよい。

無線通信システム１００は、無線通信システム１の周囲にある無線通信システム１とは別の他の無線通信システムであり、基地局１１０と、無線通信端末１２０ａ及び１２０ｂとを有する。基地局装置１１０は、無線通信システム１の基地局１０及び無線通信端末２０間の無線チャネルの通信規格と同様の規格に従う無線チャネルを介して、無線通信端末１２０ａ及び１２０ｂに接続されている。

無線通信システム１における無線チャネルのチャネル切替えは、基地局１０が無線通信端末２０へチャネル切替え用制御パケットを送信することで行われる。無線通信端末２０は、上り方向の無線チャネルにより基地局１０宛のパケットを個別に送信する。また、無線通信端末２０が基地局１０からチャネル切替え用制御パケットを受信したとき、このパケットに指定された無線チャネルに利用チャネルを切り替える。

＜１．２．基地局１０の構成＞
図４は、基地局１０の構成例の説明図である。基地局１０は、アンテナＡＮ１と、送受信回路部１１と、データ処理部１２と、RSSI（Received Signal Strength Indication: 受信信号強度）測定部１３と、干渉検出部１４を備える。また、基地局１０は、周辺ネットワークスキャン判定部１５と、切替パケット送信タイミング制御部１６と、次チャネル選択部１７を有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。なお、図４の機能構成図は、本明細書において説明される基地局１０の機能に関係する構成を中心に示している。基地局１０は、図示の構成要素以外の他の構成要素を含んでいてよい。

送受信回路部１１は、無線チャネルを介して無線通信端末２０との間でパケットの送受信を行う。また、送受信回路部１１は、周囲に存在する他の無線通信システム１００のネットワークＩＤをスキャンすると共に、無線通信端末２０、３０にチャネル切替え用制御パケットを送信する。

図５は、周囲に存在する他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの取得動作の一例の説明図である。ここでは、無線通信システム１及び１００が、同一の無線チャネルを使用して干渉を及ぼし合う場面を想定する。本例では、無線通信システム１及び１００での無線通信がスーパーフレーム構造を用い、スーパーフレームがビーコンと非競合期間を含む場合を想定する。

時刻ｔ１１において、無線通信システム１の基地局１０は、スーパーフレームの先頭でビーコンパケット「Ｂ」を送信する。その後、無線通信システム１の基地局１０と無線通信端末２０が通信を行うための非競合期間Ｔ１１が開始する。非競合期間Ｔ１１では、無線通信端末２０が時分割でデータを送信するため、無線通信端末２０は競合なくデータを送信できる。無線通信システム１では、非競合期間Ｔ１１内の時刻ｔ１２及びｔ１４でデータパケット「Ｄ」が送信され、データパケットに対するアクノリッジパケット「Ａ」が、時刻ｔ１３及びｔ１５で送信される。

無線通信システム１００での無線通信も同様の構成を有するが、無線通信システム１００は無線通信システム１に対して、例えば、時間軸で約１パケット分遅れる場合を想定する。図５において無線通信システム１００におけるビーコンパケットの送信時刻及び非競合期間はそれぞれ参照符号ｔ２１及びＴ２１で示される。また、データパケットの送信時刻はｔ２２及びｔ２４であり、アクノリッジパケットの送信時期は、時刻ｔ２３及びｔ２５である。

図５の例では、無線通信システム１及び１００のＴ１１及びＴ２１が、一部時間軸で重なってしまっているのでネットワーク間干渉が生じる。この結果、いくつかのパケットは正常に受信されない。ここでは、基地局１０が時刻ｔ１４に送信されたデータパケットを正常に受信しない場合を想定する。また、基地局１１０が時刻ｔ２２に送信されたデータパケットを正常に受信しない場合を想定する。この場合には、パケットの到来が予定されるタイミングで基地局１０及び１１０が正常にパケットを受信せず、かつ基地局１０及び１１０での受信電力がある閾値より高い状態となる。

また、基地局１０の送受信回路部１１は、非競合期間Ｔ１１の前後の所定期間Ｔ１２及びＴ１３において、受信信号に含まれる他の無線通信システム１００のネットワークＩＤをスキャンする。同様に基地局１１０も、非競合期間Ｔ２１の前後の所定期間Ｔ２２及びＴ２３においてネットワークＩＤをスキャンする。

例えば、送受信回路部１１は、スキャン期間Ｔ１２の期間に無線通信システム１００で送信されたビーコンパケットを受信することで無線通信システム１００のネットワークＩＤを取得してよい。また例えば、基地局１１０は、スキャン期間Ｔ２２の期間に無線通信システム１で送信されたデータパケットを受信することで無線通信システム１のネットワークＩＤを取得してよい。同様に基地局１０の送受信回路部１１は、スキャン期間Ｔ１３の期間に無線通信システム１００で送信されたデータパケットを受信することで無線通信システム１００のネットワークＩＤを取得してよい。これらのスキャンは、常時行っていてもよいし、非競合期間Ｔ１１で干渉を検知した直後に開始することにしてもよい。

図４を参照する。送受信回路部１１は、スキャンの結果得られた他の無線通信システム１００のネットワークＩＤをデータ処理部１２に出力する。

データ処理部１２は、所定のプログラムに従い、送受信回路部１１により受信されたパケットを処理する。データ処理部１２は、パケットの受信結果を干渉検出部１４に出力する。所定のプログラムに従って処理した送信用データを、パケット形式で送受信回路部１１に出力する。

無線通信システム１が利用する無線チャネルを切り替える場合に、次チャネル選択部１７は、データ処理部１２に、切替後に利用する無線チャネルの指定情報を出力する。データ処理部１２は、無線チャネルの指定情報に応じてチャネル切替え用制御パケットを生成する。また、データ処理部１２は、送受信回路部１１から受信した周囲の他の無線通信システム１００のネットワークＩＤを送受信回路部１１から受信する。データ処理部１２は、このネットワークＩＤを周辺ネットワークスキャン判定部１５に出力する。

RSSI測定部１３は、パケット受信時の受信電力強度を測定する。すなわち、RSSI測定部１３は、送受信回路部１１から入力されたパケットを用いてRSSIを測定する。RSSI測定部１３は、測定された受信電力強度を干渉検出部１４に出力する。そして、RSSI測定部１３は、RSSIの値をもって周囲の干渉電波を検知する。

干渉検出部１４は、データ処理部１２とRSSI測定部１３の出力結果に基づいて干渉電波が存在するかどうかを判定する。上述の通り干渉発生時には、パケットの到来が予定されるタイミングで基地局１０が正常にパケットを受信せず、かつ受信電力がある閾値より高い状態となる。したがって、例えば干渉検出部１４は、データ処理部１２からのパケット出力が予定されるタイミングでパケット出力がなく、且つその時点のRSSI測定部１３の出力結果がある閾値を超えていた場合に干渉電波が存在すると判定してよい。干渉検出部１４は、判定結果を切替パケット送信タイミング制御部１６へ出力する。

周辺ネットワークスキャン判定部１５は、無線通信システム１のネットワークＩＤと、データ処理部１２より出力された他の無線通信システム１００のネットワークＩＤに基づき、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定する。周辺ネットワークスキャン判定部１５は、判定結果を切替パケット送信タイミング制御部１６へ出力する。

周辺ネットワークスキャン判定部１５は、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００のネットワークＩＤに基づき、所定のプログラムにより決められた計算に従って、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

例えばネットワークＩＤの値が整数で指定される場合に、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、次の条件（１）〜（４）に従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

条件（１）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が正の奇数の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えない。

条件（２）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が正の偶数の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替える。

条件（３）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が負の偶数の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えない。

条件（４）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が負の奇数の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替える。

他の無線通信システム１００でも条件（１）〜（４）を判定すると、無線通信システム１での判定結果とは反対の結果が得られる。したがって、互いに干渉し合う無線通信システム１及び１００が無線チャネルを切替えるか否かを各々判断すると、必ず一方の無線通信システムのみが無線チャネルを切替えると判断する。このため、無線通信システム１及び１００が同時に同じ無線チャネルに切り替えて無線チャネルの再衝突を招くことが回避される。

他の実施例では、ネットワークＩＤに基づく判定結果を予め切替端末指定リストとして決定して記憶回路に格納しておき、切替端末指定リストに従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

図６は、切替端末指定リストの第１例を示す図である。図６の切替端末指定リストは、無線通信システム１のネットワークＩＤが「４」である場合に、上記の条件（１）〜（４）と同じ判定結果を与えるリストである。

値「○」は無線通信システム１が無線チャネルを切替えることを指定する。値「×」は無線通信システム１が無線チャネルを切替えないこと、すなわち他の無線通信システム１００が無線チャネルを切替えることを指定する。図９、図１０の（Ａ）及び図１０の（Ｂ）に示す他の切替端末指定リストについても同様である。

例えば、他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「１」の場合には、（無線通信システム１のネットワークＩＤ「４」−無線通信システム１００のネットワークＩＤ「１」）の値は、正の奇数「３」となり、条件（１）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えないため、判定結果は値「×」に対応する。

例えば、他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「５」の場合には、（無線通信システム１のネットワークＩＤ「４」−無線通信システム１００のネットワークＩＤ「５」）の値は、負の奇数「−１」となり、条件（４）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えるため、判定結果は値「○」に対応する。

図４を参照する。切替パケット送信タイミング制御部１６は、無線チャネルを切替えるタイミングを判断する。干渉検出部１４よりの出力結果で干渉がないと判定されていた場合は、無線チャネルを切替えない。また、周辺ネットワークスキャン判定部１５よりの出力結果で無線通信システム１がチャネルを切替えないと判定されていた場合は、無線チャネルを切替えない。

干渉検出部１４により干渉があると判定され、かつ周辺ネットワークスキャン判定部１５により無線通信システム１がチャネルを切替えると判定された場合は、切替パケット送信タイミング制御部１６は、無線チャネルを切替えるタイミングを決定する。切替パケット送信タイミング制御部１６は、例えば、所定のプログラムにより決められたタイミングで無線チャネルを切替えるタイミングを決定してよい。切替パケット送信タイミング制御部１６は、いくつかの選択肢の中から無線チャネルを切替えるタイミングをランダムに選択してもよい。

干渉検出部１４により干渉があると判定されたにも関わらず、送受信回路部１１が干渉する他の無線通信システム１００のネットワークＩＤを検出できない状態が生じることがある。切替パケット送信タイミング制御部１６は、このような状態が発生した場合に無線チャネルを切替えるタイミングを決定する。

次チャネル選択部１７は、切替パケット送信タイミング制御部１６により切替えタイミングが決定された場合に、無線チャネルを次にどのチャネルに切替えるのかを判定する。次チャネル選択部１７は、所定のプログラムにより決められた順番で次のチャネルを決定してよい。

次チャネル選択部１７は、切替えタイミングが到来した時点においてRSSI測定部１３が測定した無線チャネルの受信電力強度に応じて次のチャネルを決定してよい。また次チャネル選択部１７は、切替えタイミングが到来した時点において、現在使用中の無線チャネルの干渉が緩和されている場合にチャネルの切替えを中止してもよい。無線チャネルを切り替える判定をした場合は、次チャネル選択部１７は、切替後に利用する無線チャネルの指定情報をデータ処理部１２へ出力する。

＜１．３．基地局１０の動作＞
続いて、基地局１０の動作を説明する。図７は、基地局１０の動作の一例の説明図である。なお、以下に説明する一連の動作は複数の手順を含む方法と解釈してもよい。この場合に「オペレーション」を「ステップ」と読み替えてもよい。

オペレーションＡＡにおいて、送受信回路部１１及びデータ処理部１２は、パケットの受信を行う。干渉検出部１４は、RSSI測定部１３で得た受信電力強度に基づいてパケット受信の際に干渉電波が存在したか否かを判定する。パケット衝突の有無は、干渉検出部１４に予め設定されている閾値Ｔ１を参照して判定される。

パケットが受信されていないにもかかわらず受信電力強度の値が閾値Ｔ１を超えた場合には、干渉検出部１４は干渉電波が存在したものと判断し（オペレーションＡＡ：Ｙ）、動作はオペレーションＡＢへ進む。パケットが受信された場合又は受信電力強度の値が閾値Ｔ１を超えない場合は、干渉検出部１４は干渉電波が存在しないと判断し（オペレーションＡＡ：Ｎ）、動作はオペレーションＡＨへ進む。

オペレーションＡＨにおいて切替パケット送信タイミング制御部１６は、タイミングカウンタの値を設定し直す。タイミングカウンタは、干渉検出部１４が干渉したにも関わらず、干渉する他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが検出されない状態が生じた場合に、無線チャネルを切替えるまでの遅延時間の計時に使用される。タイミングカウンタの値は、あらかじめ設定された固定値としてもよいし、あらかじめ設定された範囲からランダムに選択されてもよい。その後に動作はオペレーションＡＡに戻る。

オペレーションＡＢにおいて周辺ネットワークスキャン判定部１５は、データ処理部１２からの情報に基づいて、無線通信システム１に干渉する周囲の他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが特定できたかどうかを判定する。他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが特定できた場合（オペレーションＡＢ：Ｙ）に動作はオペレーションＡＣへ進む。他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが特定できない場合（オペレーションＡＢ：Ｎ）に動作はオペレーションＡＩへ進む。

オペレーションＡＣにおいて周辺ネットワークスキャン判定部１５は、無線通信システム１のネットワークＩＤと他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの組合せに応じて、無線通信システム１が使用する無線チャネルを切替えるか否かを判定する。無線通信システム１が使用する無線チャネルを切替えない場合（オペレーションＡＣ：Ｎ）に動作はオペレーションＡＡへ戻る。無線通信システム１が使用する無線チャネルを切替える場合（オペレーションＡＣ：Ｙ）に動作はオペレーションＡＤへ進む。

オペレーションＡＤにおいて切替パケット送信タイミング制御部１６は、無線チャネルを切替えるタイミングを決定する。オペレーションＡＥにおいて次チャネル選択部１７は、切替タイミングが到来したか否かを判断する。切替タイミングが到来しない場合（オペレーションＡＥ：Ｎ）に動作はオペレーションＡＥへ戻る。切替タイミングが到来した場合（オペレーションＡＥ：Ｙ）に動作はオペレーションＡＦへ進む。なお、無線チャネルの切替えは、オペレーションＡＣにて無線チャネルを切替えると判断した後に即座に行ってもよい。この場合に、この場合にオペレーションＡＤ及びＡＥは省略してもよい。

オペレーションＡＦにおいて、無線通信システム１の無線チャネルが切り替えられる。より具体的には、次チャネル選択部１７は、切替後の新たな無線チャネルを選択して、その無線チャネルの指定情報をデータ処理部１２へ出力する。データ処理部１２及び送受信回路部１１は、無線通信システム１に属する無線通信端末２０へチャネル切替え用制御パケットを送信する。その後、送受信回路部１１は基地局１０の無線チャネルを変更する。この際、RSSI測定部１３は周囲の空きチャネルをスキャンし、次チャネル選択部１７は切替後の無線チャネルとして空きチャネルを選択し、送受信回路部１１は無線通信システム１の無線チャネルを空きチャンネルに変更してもよい。

オペレーションＡＧにおいて、切替パケット送信タイミング制御部は、タイミングカウンタを新しく設定し直す。その後に動作はオペレーションＡＡに戻る。

オペレーションＡＩにおいて切替パケット送信タイミング制御部１６は、タイミングカウンタの値を一つ減らす。オペレーションＡＪにおいて切替パケット送信タイミング制御部１６は、タイミングカウンタの値が「０」になったか否かを判断する。タイミングカウンタの値が「０」にならなかった場合（オペレーションＡＪ：Ｎ）に動作はオペレーションＡＡに戻る。タイミングカウンタの値が「０」になった場合（オペレーションＡＪ：Ｙ）に動作はオペレーションＡＦに進む。その結果、無線通信システム１の無線チャネルが切り替えられる。

＜１．４．基地局１０のハードウエア構成＞
次に、基地局１０のハードウエア構成を説明する。図８は、基地局１０のハードウエア構成の一例の説明図である。基地局１０は、ＲＦ（Radio Frequency）回路４０と、変調回路４１と、復調回路４２と、ＭＡＣ（Media Access Control）処理回路４３と、プロセッサ４４と、メモリ４５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４６と、ＨＤ（Hard Disk）４７を備える。なお、図８に示すハードウエア構成は実施例の説明のための例示にすぎない。以下に記載される動作を実行するものであれば、本明細書に記載される基地局１０は他のどのようなハードウエア構成を採用してもよい。

ＲＦ回路４０と、変調回路４１と、復調回路４２と、ＭＡＣ処理回路４３と、プロセッサ４４と、メモリ４５と、ＲＯＭ４６と、ＨＤ４７は、各種信号やデータの入出力が可能なように接続されている。ＲＦ回路４０は、アンテナＡＮ１を有する。復調回路４２は、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）／ＲＳＳＩ測定回路４８を内蔵する。

プロセッサ４４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、基地局１０を統括的に制御する。メモリ４５は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置の他、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭを備える。メモリ４５は、例えば、プロセッサ４４により決定された無線チャネル切替タイミングなどを格納する。ＲＯＭ４６には、例えば、無線チャネルの切替順序を決定する計算式が格納される。またＲＯＭ４６には、無線通信システム１のネットワークＩＤと他の無線通信システム１００の組合せに基づいて、無線通信システム１が無線チャネルを切替えるか否かを判定するために使用するアルゴリズムが格納されている。ＨＤ４７には、例えば、干渉電波を検出するRSSI閾値などが事前に格納される。

図４に示した送受信回路部１１の上記動作は、ＲＦ回路４０と変調回路４１と復調回路４２との協働により実現される。データ処理部１２の上記動作は、MAC処理回路４３とプロセッサ４４との協働により実現される。RSSI測定部１３の上記動作は、ＳＩＲ／ＲＳＳＩ測定回路４８により実現される。干渉検出部１４、周辺ネットワークスキャン判定部１５、切替パケット送信タイミング制御部１６及び次チャネル選択部１７の上記動作は、プロセッサ４４により実現される。

＜１．５．効果＞
本実施例によれば、無線通信システム１と他の無線通信システム１００とが干渉した場合に、一方だけが無線チャネルを切り替え、他方は無線チャネルを切り替えない。この結果、チャネル切替えによる再衝突の可能性を大幅に抑制することができる。

また、干渉し合う無線通信システム１と無線通信システム１００のうち一方だけが無線チャネルを切り替えるので、無線チャネルの切り替えまでの遅延時間の長さに関わらず無線通信システム１と無線通信システム１００の間のチャネルの再衝突が抑制される。したがって、無線チャネルを切替えるまでの遅延時間を短く設定することによりスループットが向上する。

＜１．６．変形例＞
なお、上記実施例では、干渉電波を検知する手法として、受信電力強度が閾値Ｔ１を超過し、かつ、パケットが未受信であることを例示した。他の実施例では、ＲＦ回路４０が、パケットの先頭部分を正常に受信したにも関わらず、残りの部分の受信に失敗した場合に、干渉電波ありと判定してもよい。パケットの先頭部分は、例えば、ＨＣＳ（Header Check Sequence）、プリアンブルであり、残りの部分は、例えば、ペイロード、ＩＦＧ（Inter Frame Gap）であってよい。

＜１．７．適用例＞
本実施例に係る無線通信システム１の適用先としては、過剰なトラフィックが生じないネットワークが望ましい。無線通信システム１は、周辺ネットワークをスキャンする余剰期間を前提とするためである。また、無線通信システム１は、パケット遅延による支障の大きいネットワークであることが望ましい。無線通信システム１は、干渉発生によるパケット伝送遅延を抑制できるからである。更に、無線通信システム１は、同種のネットワーク間で干渉が発生しやすいシステムであることが望ましい。例えば無線通信システム１は、無線通信システム１自体が移動し、かつ無線チャネルの合計数がネットワークの合計数より少ない状態で利用されることが望ましい。無線通信システム１は、同種のネットワーク間で発生する干渉を抑制できるからである。

これらの観点から、本実施例に係る無線通信システム１は、例えばＢＡＮ（Body Area Network）へ好適に適用される。ＢＡＮでは、無線通信端末２０に相当するセンサが人体に装着される。センサが感知した情報は、パケットの長さが１ミリ秒程度の長さに対して、１秒に１回程度の低頻度で送受信されることが多くトラフィック量が少ない。一方で、ＢＡＮでは、生命や身体の危険が迫っていることを通知するため、遅延による支障の大きいパケットが発生することがあるからである。

ＢＡＮにおける利用シーンの一つとして、病院内定期健診などの需要があるが、このような場合は患者一人ひとりにＢＡＮが構築されるが、患者数に対して無線チャネル数は少ないケースが多い。また、患者が病院内を自由に動くことから、ネットワークもそれに伴って動くことになる。

＜２．第２実施例＞
続いて、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの組合せに基づいて、無線通信システム１の無線チャネルを切替えるか否かを判定するための他の判定方法の例を説明する。

ネットワークＩＤの値が整数で指定される場合に、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、次の条件（１１）〜（１２）に従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

条件（１１）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が正の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えない。

条件（１２）：（（無線通信システム１のネットワークＩＤ）−（無線通信システム１００のネットワークＩＤ））が負の場合には、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替える。

他の実施例では、上記の条件（１１）及び（１２）と同じ判定結果を与える切替端末指定リストを予め記憶回路に格納しておき、切替端末指定リストに従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。図９は、切替端末指定リストの第２例を示す図である。図６の切替端末指定リストは、無線通信システム１のネットワークＩＤが「４」である場合に、上記の条件（１１）及び（１２）と同じ判定結果を与える。

例えば、他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「１」の場合には、（無線通信システム１のネットワークＩＤ「４」−無線通信システム１００のネットワークＩＤ「１」）の値は、正の値「３」となり、条件（１１）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えないため、判定結果は値「×」に対応する。

例えば、他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「５」の場合には、（無線通信システム１のネットワークＩＤ「４」−無線通信システム１００のネットワークＩＤ「５」）の値は、負の値「−１」となり、条件（１２）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えるため、判定結果は値「○」に対応する。

本実施例によれば、第１実施例の判定条件（１）〜（４）と比較してより簡易な条件式で無線通信システム１による無線チャネルの切替要否を判定できる。このため、無線チャネルの切替時の基地局１０の処理負荷を軽減することができる。

＜３．第３実施例＞
続いて、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの組合せに基づいて、無線通信システム１の無線チャネルを切替えるか否かを判定するための他の判定方法の例を説明する。

まず、無線チャネルを切替える回数が多いグループと少ないグループとに、無線通信システムを予め分類する。以下、無線チャネルを切替える回数が多いグループを「easy group」と表記する。また、無線チャネルを切替える回数が少ないグループを「hard group」と表記する。

ネットワークＩＤの値が整数で指定される場合に、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、次の条件（２１）〜（２３）に従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

条件（２１）：無線通信システム１が”easy group”に属し、周囲の他の無線通信システム１００が”hard group”に属する場合に、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替える。

条件（２２）：無線通信システム１が”hard group”に属し、無線通信システム１００が”easy group”に属する場合に、無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えない。

条件（２３）：無線通信システム１及び無線通信システム１００の両方が”hard group”に属する場合、又は両方が”easy group”に属する場合には、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、例えば、第１実施例又は第２実施例で示した手法で判断する。

他の実施例では、上記の条件（２１）〜（２３）と同じ判定結果を与える切替端末指定リストを予め記憶回路に格納しておき、切替端末指定リストに従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

図１０の（Ａ）及び図１０の（Ｂ）は、切替端末指定リストの第３例を示す図である。本実施例では、ネットワークＩＤが「１」〜「４」の無線通信システムは”hard group”に属し、ネットワークＩＤが「５」〜「８」の無線通信システムは”easy group”に属する。また、無線通信システム１及び無線通信システム１００の属するグループが同じ場合、第１実施例で示した手法で判断する。

図１０の（Ａ）の切替端末指定リストは、無線通信システム１のネットワークＩＤが「４」である場合に、上記の条件（２２）及び（２３）と同じ判定結果を与える。無線通信システム１のネットワークＩＤが「４」である場合、無線通信システム１は”hard group”に属する。他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「５」の場合には、無線通信システム１００は、”easy group”に属する。このため、条件（２２）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えないため、判定結果は値「×」に対応する。

また、例えば無線通信システム１００のネットワークＩＤが「１」の場合には、無線通信システム１００と無線通信システム１の両方が”hard group”に属する。このため、第１実施例の条件（１）〜（４）に従って判断する。この場合、条件（１）が成立し無線通信システム１が無線チャネルを切替えないため、判定結果は値「×」に対応する。

図１０の（Ｂ）の切替端末指定リストは、無線通信システム１のネットワークＩＤが「５」である場合に、上記の条件（２１）及び（２３）と同じ判定結果を与える。無線通信システム１のネットワークＩＤが「５」である場合、無線通信システム１は”easy group”に属する。他の無線通信システム１００のネットワークＩＤが「２」の場合には、無線通信システム１００は、”hard group”に属する。このため、条件（２１）が成立する。したがって、無線通信システム１が無線チャネルを切替えるため、判定結果は値「○」に対応する。

また、例えば無線通信システム１００のネットワークＩＤが「７」の場合には、無線通信システム１００と無線通信システム１の両方が”easy group”に属する。このため、第１実施例の条件（１）〜（４）に従って判断する。この場合、条件（３）が成立し無線通信システム１が無線チャネルを切替えないため、判定結果は値「×」に対応する。

本実施例によれば、干渉を被った時に無線チャネルが切替わりやすいグループと切り替わりにくいグループとに、無線通信システムを予め分類することができる。無線チャネルが切替わりにくいグループは、切り替わりやすいグループに比べて、切り替え後のチャネルの再衝突が発生しにくい。このため、本実施例によれば、特定の無線通信システムに生じるチャネル切り替え後のチャネルの再衝突を低減できる。

＜４．第４実施例＞
続いて、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの組合せに基づいて、無線通信システム１の無線チャネルを切替えるか否かを判定するための他の判定方法の例を説明する。

本実施例では、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００からそれぞれ受信したパケットのヘッダー情報に含まれる他の情報も用いて無線通信システム１が無線チャネルを切替えるか否かを判定する。

パケットのヘッダー情報に含まれる情報とは、例えばデータの優先度である。例えば、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、無線通信システム１で送受信する優先度が比較的下位のものであれば、無線通信システム１が”easy group”に属すると判断する。無線通信システム１で送受信する優先度が比較的上位のものであれば無線通信システム１が”hard group”に属していると判断する。

周辺ネットワークスキャン判定部１５は、第３実施例と同様に上記の条件（２１）及び（２２）に従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定する。ここで、パケットのヘッダー情報に含める優先度を経時的に変化させると、無線通信システム１の帰属グループを”easy group”と”hard group”の間で切り替えることができる。

パケットのヘッダー情報に含まれる情報だけで判断できない場合には、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、無線通信システム１及び他の無線通信システム１００のネットワークＩＤの組合せに基づいて判断する。例えば、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、第１実施例又は第２実施例で示した手法で判断する。

他の実施例では、第１実施例で使用した図６の切替端末指定リスト又は第２実施例で使用した切替端末指定リストを予め記憶回路に格納しておいてもよい。パケットのヘッダー情報に含まれる情報だけで判断できない場合には、周辺ネットワークスキャン判定部１５は、切替端末指定リストに従って無線通信システム１が利用する無線チャネルを切替えるか否かを判定してよい。

本実施例によれば、パケットのヘッダー情報を経時的に変化させることで、切り替え後のチャネルの再衝突が発生しにくい無線通信システムを変更することができる。

＜５．シミュレーション結果＞
次に、上記の各実施例の効果のシミュレーション結果を説明する。図１１は、第１実施例における干渉発生確率を示す図である。横軸は、１つのスーパーフレーム期間における無線通信システムの移動距離をNW占有半径で除した値を表す。NW占有半径とは、無線通信システム同士が干渉を及ぼす最大距離である。

参照符号５０１、５０２及び５０３は、それぞれ従来技術１、従来技術２及び第１実施例における干渉発生確率を示している。なお、第１実施例では、無線チャネルの切替えの際にランダムに選択した遅延時間経過後にチャネル切替を行っている。図１１に示すように、第１実施例では従来技術２に比べて干渉発生確率が最大で約３５％低減した。

図１２は、第２実施例における干渉発生確率を示す図である。参照符号６０１及び６０２は、それぞれ従来技術１及び従来技術２における干渉発生確率を示している。参照符号６０３〜６０５は、第２実施例における干渉発生確率を示している。なお、第２実施例でも、無線チャネルの切替えの際にランダムに選択した遅延時間経過後にチャネル切替を行っている。

参照符号６０３は、平均的な干渉発生確率であり、第１実施例の干渉発生確率５０３とほぼ同様の結果を示す。参照符号６０４は、ネットワークＩＤの全体範囲の下位１割の範囲内の無線通信システムが被った干渉発生確率を示す。参照符号６０５は、ネットワークＩＤの全体範囲の上位１割の範囲内の無線通信システムが被った干渉発生確率を示す。干渉発生確率６０４と６０５の間には大きな開きが見られ、干渉発生確率６０４は、従来技術２における干渉発生確率６０２よりも増加する例も見られる。一方で干渉発生確率６０５は、平均的な干渉発生確率６０３よりも低減されている。

図１３は、第３実施例における干渉発生確率を示す図である。第４実施例における干渉発生確率も同様である。参照符号７０１及び７０２は、それぞれ従来技術１及び従来技術２における干渉発生確率を示している。参照符号７０３〜７０５は、第３実施例における干渉発生確率を示している。なお、第３実施例でも、無線チャネルの切替えの際にランダムに選択した遅延時間経過後にチャネル切替を行っている。

参照符号７０３は、平均的な干渉発生確率であり第１実施例の干渉発生確率５０３とほぼ同様の結果を示す。本実施例では、無線通信システムの全体の９割が”easy group”に属し、残りの１割が”hard group”に属する。参照符号７０４及び７０５は、それぞれ”easy group”及び”hard group” に属する無線通信システムが被った干渉発生確率を示す。干渉発生確率７０５は平均的な干渉発生確率７０３よりも低減され、従来技術２における干渉発生確率７０２よりも最大で約５０％低減されている。

図１４は、従来技術１に対する干渉発生確率の低減率を示す図である。参照符号８０１は、従来技術１に対する従来技術２の干渉発生確率削減率を表している。参照符号８０２は、従来技術１に対する第１実施例の干渉発生確率削減率を表している

横軸は従来技術１における干渉発生確率を示す。またシミュレーションに使用するパラメータの範囲は以下の通りである。
（１）（計算を行った領域の面積)/(NW占有面積×無線システム数)=0.45〜3.7。
（２）使用可能無線チャネル数の合計＝2〜15。
（３）（１つのスーパーフレーム期間における無線通信システムの移動距離）/（NW占有半径）＝0.2。
なお、NW占有面積＝π×NW占有半径×NW占有半径である。

図１４から、第１実施例によれば常に従来技術１及び従来技術２よりも干渉発生確率が下がることが分かる。また、干渉発生確率が小さい場合ほど従来技術２よりも干渉発生確率の低減効果が大きい傾向があることが分かる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
無線通信システムにおいて無線通信端末と通信を行う基地局装置であって、
前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出する干渉検出部と、
前記干渉検出部により干渉が検出された場合に、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断する判断部と、
前記判断部が前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替え、前記判断部が前記無線チャネルを切り替ないと判断した場合に前記無線チャネルを切り替えないチャネル切替部と、
を備えることを特徴とする基地局装置。
（付記２）
前記他の無線通信システムから送信される前記他の無線通信システムの識別子を受信する識別子受信部を、備え、
前記判断部は、前記無線通信システムの識別子と、前記他の無線通信システムの識別子の組合せに応じて、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断することを特徴とする付記１に記載の基地局装置。
（付記３）
前記判断部は、識別子の前記組合せに加えて、前記無線通信システム及び前記他の無線通信システムで送信されるパケットのヘッダ情報に応じて、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断することを特徴とする付記２に記載の基地局装置。
（付記４）
前記判断部は、前記干渉検出部により干渉が検出され、且つ識別子受信部により前記他の無線通信システムの識別子を受信されない場合に、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるタイミングを決定するタイミング決定部を備えることを特徴とする付記２又は３に記載の基地局装置。
（付記５）
前記識別子受信部は、前記無線通信端末が時分割でデータを送信する非競合期間以外の期間で、前記他の無線通信システムの識別子を受信することを特徴とする付記２〜４のいずれか一項に記載の基地局装置。
（付記６）
前記無線通信システム及び前記他の無線通信システムの識別子は整数で指定され、
前記判断部は、前記無線通信システムの識別子と、前記他の無線通信システムの識別子との差に応じて無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断することを特徴とする付記２〜５のいずれか一項に記載の基地局装置。
（付記７）
基地局装置と、無線通信端末とを含む無線通信システムであって、
前記基地局装置が、
前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出する干渉検出部と、
前記干渉検出部により干渉が検出された場合に、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断する判断部と、
前記判断部が前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替え、前記判断部が前記無線チャネルを切り替ないと判断した場合に前記無線チャネルを切り替えないチャネル切替部と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
（付記８）
無線通信システムにおいて無線通信端末と通信を行う基地局装置により実行される通信方法であって、
前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出し、
前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉が検出された場合に、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるか否かを判断し、
前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替え、前記無線チャネルを切り替ないと判断した場合に前記無線チャネルを切り替えない、
ことを特徴とする通信方法。

１、１００ 無線通信システム
１０ 基地局
２０、２０ａ、２０ｂ 無線通信端末
１１ 送受信回路部
１２ データ処理部
１３ RSSI測定部
１４ 干渉検出部
１５ 周辺ネットワークスキャン判定部
１６ 切替パケット送信タイミング制御部
１７ 次チャネル選択部

Claims (6)

1. 無線通信システムにおいて無線通信端末と通信を行う基地局装置であって、
   前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出する干渉検出部と、
   前記干渉検出部により干渉が検出された場合に、前記無線通信システムと前記他の無線通信システムのいずれが無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるかを判断する判断部と、
   前記判断部が、前記無線通信システムが前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替え、前記判断部が、前記他の無線通信システムが前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替えないチャネル切替部と、
   を備えることを特徴とする基地局装置。
2. 前記他の無線通信システムから送信される前記他の無線通信システムの識別子を受信する識別子受信部を、備え、
   前記判断部は、前記無線通信システムの識別子と、前記他の無線通信システムの識別子の組合せに応じて、前記無線通信システムと前記他の無線通信システムのいずれが無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるかを判断することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記判断部は、識別子の前記組合せに加えて、前記無線通信システム及び前記他の無線通信システムで送信されるパケットのヘッダ情報に応じて、前記無線通信システムと前記他の無線通信システムのいずれが無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるかを判断することを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
4. 前記判断部は、前記干渉検出部により干渉が検出され、且つ識別子受信部により前記他の無線通信システムの識別子を受信されない場合に、無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるタイミングを決定するタイミング決定部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の基地局装置。
5. 請求項１に記載の基地局装置と、無線通信端末とを含む無線通信システム。
6. 無線通信システムにおいて無線通信端末と通信を行う基地局装置により実行される通信方法であって、
   前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉を検出し、
   前記無線通信システムと他の無線通信システムとの干渉が検出された場合に、前記無線通信システムと前記他の無線通信システムのいずれが無線通信端末との通信に使用する無線チャネルを切り替えるかを判断し、
   前記無線通信システムが前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替え、前記他の無線通信システムが前記無線チャネルを切り替えると判断した場合に前記無線チャネルを切り替えない、
   ことを特徴とする通信方法。

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