JP6251664B2 - 制御方法、制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の親機を制御する技術に関する。

現在、親機と子機を備えた無線ネットワークが存在する。該親機は、所定のアクセスポイントに設置されており、複数の通信用プロトコルに対応可能である。該プロトコルを排他的に切り替え、切り替えたプロトコルに対応する電波を送信する。

かかる親機について、特許文献１では、アクセスポイントのチャネル割り当てを制御することにより電波干渉を抑える方法を提案している。所定のアクセスポイントにおいて他のアクセスポイントの通信状態を定期的にスキャンして検知し、チャネルの干渉度合を判定し、該判定の結果に基づきチャネル制御を行う。

また、特許文献２では、プロトコルに従いデータ通信制御を行う通信制御装置に運用系と予備系がある場合に、通信中であっても運用系と予備系の間で無中断で系を切り替えながら通信相手と通信を行う方法を提案している。

特開２０１４−１１６６７８号公報 特開平５−２４４２２５号公報

しかしながら、特許文献１は、同じエリアをカバーするアクセスポイントが同一のチャネルである場合に別のチャネルを割り当てる技術である。これにより電波干渉を抑えることは可能であるが、異なるプロトコルを排他的に切り替える場合には新たにプロトコル切り替え方式が必要となる。また、特許文献２では、プロトコルの切り替えを無中断で行う方法が提案されているが、所定の時刻においてどちらのプロトコルを使用するべきかについては判断できない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、親機が電波でカバーする物理的なカバーエリアを複数のプロトコルで同時にカバーすることを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の制御方法は、複数の親機を制御する制御装置で行う制御方法において、前記複数の親機は、複数のプロトコルを使用可能であり、所定のプロトコルに対応する電波を送信可能であって、前記制御装置は、前記複数の親機によりそれぞれ送信される各電波のカバーエリアが重複しているか否かの情報を記憶手段に記憶しておく記憶ステップと、前記情報を参照し、重複する重複エリアに対応する複数のプロトコルの種別が同じ時間帯で重複しないように、当該重複エリアに電波を送信する各親機の使用プロトコルの切替タイミングを決定する決定ステップと、を有することを要旨とする。

請求項２に記載の制御方法は、請求項１に記載の制御方法において、前記決定ステップでは、前記カバーエリアに対する前記重複エリアの重複度に応じて前記各親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを要旨とする。

請求項３に記載の制御方法は、請求項１又は２に記載の制御方法において、前記決定ステップでは、前記親機が収容する複数の子機の使用プロトコルの種別比率に応じて前記親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを要旨とする。

請求項４に記載の制御装置は、複数の親機を制御する制御装置において、前記複数の親機は、複数のプロトコルを使用可能であり、所定のプロトコルに対応する電波を送信可能であって、前記制御装置は、前記複数の親機によりそれぞれ送信される各電波のカバーエリアが重複しているか否かの情報を記憶しておく記憶手段と、前記情報を参照し、重複する重複エリアに対応する複数のプロトコルの種別が同じ時間帯で重複しないように、当該重複エリアに電波を送信する各親機の使用プロトコルの切替タイミングを決定する決定手段と、を有することを要旨とする。

請求項５に記載の制御装置は、請求項４に記載の制御装置において、前記決定手段は、前記カバーエリアに対する前記重複エリアの重複度に応じて前記各親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを要旨とする。

請求項６に記載の制御装置は、請求項４又は５に記載の制御装置において、前記決定手段は、前記親機が収容する複数の子機の使用プロトコルの種別比率に応じて前記親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを要旨とする。

請求項７に記載の制御プログラムは、請求項４乃至６のいずれかに記載の制御装置としてコンピュータを機能させることを要旨とする。

本発明によれば、親機が電波でカバーする物理的なカバーエリアを複数のプロトコルで同時にカバーできる。

親機制御システムの全体構成を示す図である。 親機とコントローラの各機能ブロック構成（一例）を示す図である。 プロトコル切替タイミングの決定処理フローを示す図である。 親機情報の例を示す図である。 親機とコントローラの各機能ブロック構成（他例）を示す図である。

本発明は、電波のカバーエリアが重なる場合、該重なるエリアにおいてプロトコルが重ならないように各親機のプロトコル切替タイミングを調整する手法を確立することにある。以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態に係る親機制御システム１の構成を説明する。図１は、親機制御システム１の全体構成を示す図である。図２は、親機制御システム１を構成する親機１０およびコントローラ３０の各機能ブロック構成を示す図である。複数の親機１０を備え、各親機１０とコントローラ３０は相互通信可能に接続されている。

親機１０とは、例えば無線ＬＡＮ等のアクセスポイントに設置された電波中継機である。複数種のプロトコル｛例えば、920MHz帯のIEEE802.15.4，IEEE802.15.4e，IEEE802.15.4g，IEEE802.15.4d，TTC標準JJ-300.10（Wi-SUN, Zigbee IP）等の標準規格で定められたプロトコル，その他の独自に定められたプロトコル｝に対応可能であり、予め決められた周期でプロトコルを排他的に切り替え、切り替えたプロトコルに対応する電波を送信する。

一方、子機とは、例えば、アンテナやＩＣチップを備えたセンサ機器，該センサ機器を備えた携帯電話やスマートフォン，該センサ機器を備えていない携帯電話やスマートフォンであり、一種類以上のプロトコルに対応可能である。かかる親機１０と子機を備えたネットワークとしては、例えば、無線センサ端末から情報を収集するための無線センサネットワーク，携帯電話と基地局を備えた電話通信ネットワーク，Ｗｉ−Ｆｉ通信ネットワークが考えられる。

本実施の形態では、親機１０は、かかる機能以外に、図２に示すように、親機１０に関する諸情報（例えば、電波の送信出力値，対応可能なプロトコル数およびプロトコル種別，該親機に接続されている子機の総数，子機の対応プロトコルの比率）を管理する情報管理部１１と、コントローラ３０により決定されたプロトコル切替タイミングを図示しない電波出力部に設定する切替タイミング設定部１２と、を備えて構成される。

コントローラ３０は、複数の親機１０を収容し、各親機１０のプロトコル切替タイミングを決定する制御装置である。図２に示すように、各親機１０に関する親機情報を管理する親機情報管理部３１と、該親機情報を記憶する親機情報管理データベース３２と、該親機情報を用いて各親機１０で使用するプロトコルの切替タイミングを決定する切替タイミング決定部３３と、を備えて構成される。

かかるコントローラ３０は、ＣＰＵ等の演算機能やメモリ等の記憶機能を備えたコンピュータで実現できる。該コントローラ３０としてコンピュータを機能させるための制御プログラムや該制御プログラムの記憶媒体を作成することも可能である。

次に、コントローラ３０で行うプロトコル切替タイミングの決定動作を説明する。図３は、プロトコル切替タイミングの決定処理フローを示す図である。

まず、ステップＳ１において、コントローラ３０は、ユーザによって入力されたフロアマップ情報と親機配置情報を受け付ける。該親機配置情報には、フロアマップ上で位置する各親機１０の位置情報｛例えば、緯度経度および設置高（三次元座標）｝が含まれている。

次に、ステップＳ２において、親機情報管理部３１は、ステップＳ１で入力されたフロアマップ情報と親機配置情報、各親機１０からそれぞれ出力された情報（例えば、電波の送信出力値）を用いて、フロアマップ上での各親機１０の電波のカバーエリアや該カバーエリアが重複する重複エリアを算出し、該カバーエリアと該重複エリアの大きさからエリアカバー重なり率を算出する。

ここで、カバーエリア、重複エリア、およびエリアカバー重なり率の算出方法は任意である。例えば特願2013-249882（整理番号：NTTH255748）を参照されたい。基本的には、親機１０の位置、高さ、および送信出力値があれば、該親機１０から出力される電波の到達範囲（カバーエリア）を算出できる。また、親機１０のカバーエリアに対応するフロアマップ上の位置を特定し、同位置に対応するカバーエリアを持つ親機１０がある場合に隣接親機１０’とする。そして、親機１０のカバーエリアに対する隣接親機１０’との重複エリアの面積比を算出し、該算出結果をエリアカバー重なり率とする。

次に、ステップＳ３において、親機情報管理部３１は、ステップＳ２で算出した各親機１０同士のエリアカバー重なり率を親機情報として親機情報管理データベース３２に保存する。図４は、親機情報の例を示す図である。エリアカバー重なり率が０％の場合には重なり無を示し、それ以外の場合には重なり有を示している。

次に、ステップＳ４において、親機情報管理部３１は、各親機１０同士のエリアカバー重なり率の算出完了後に、各親機１０で使用するプロトコルの切替タイミングの決定要求を切替タイミング決定部３３に送信する。

次に、ステップＳ５において、切替タイミング決定部３３は、親機情報管理部３１からプロトコル切替タイミング決定要求を受け取ると、親機情報管理データベース３２にアクセスして親機情報を取得する。

次に、ステップＳ６において、切替タイミング決定部３３は、プロトコル切替タイミングを決める親機１０を次のように選択する。

まず、ステップＳ６−１において、親機情報を参照し、２つの親機ＩＤを抽出したときに最も重複エリアの大きさ（エリアカバー重なり率）が大きくなる親機のペアを選択する。このとき、３つ以上の親機を含む親機の組み合わせを選択してもよい。重複エリアが最大となるペアが複数存在する場合には、選択された複数のペアに含まれる親機それぞれに対して、親機と当該親機以外の親機との重複エリアの総和を算出し、総和が最大となる親機を含むペアから順に親機のペアを選択する。該総和においても最大となる親機を含むペアが複数存在する場合には、辞書順に小さい親機ＩＤを選択し、該親機を含むペアを選択する。

続いて、ステップＳ６−２において、ステップＳ６−１で選択された親機のペアの中で対応プロトコル数が小さい親機を選択する。対応プロトコル数が同じである親機が複数選択された場合には、その中で辞書順に小さい親機ＩＤを選択する。なお、各親機１０でそれぞれ対応可能なプロトコルの種別や総数は予め各親機１０から送信されているものとする。

次に、ステップＳ７において、切替タイミング決定部３３は、ステップＳ６−２で選択した親機ＩＤを持つ親機１０に対応しているプロトコルＩＤおよびプロトコル数を確認し、所定の単位周期を該プロトコル数で除算して、プロトコルＩＤが小さいものから順に単位周期中の対応時間を割り当てる。

次に、ステップＳ８において、切替タイミング決定部３３は、ステップＳ６−２において次の選択候補になっていた親機ＩＤの親機を選択し、同一時間帯で対応プロトコルが重ならないように単位周期中での各対応プロトコルの対応時間を決定する。

（プロトコル切替タイミングの決定例１）
例えば、親機ＩＤ＝１と親機ＩＤ＝２のプロトコル数やプロトコルＩＤが同じである場合には、いずれか一方をひとつ繰り上げたプロトコルＩＤから開始するように設定する。具体的には、親機ＩＤ＝１の切替周期をプロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＣと設定した場合、親機ＩＤ＝１と重複する親機ＩＤ＝２の切替周期をプロトコルＢ→プロトコルＣ→プロトコルＡと決定する。さらに親機ＩＤ＝３も重複する場合には、該親機ＩＤ＝３の切替周期をさらにひとつ繰り上げプロトコルＣ→プロトコルＡ→プロトコルＢと決定する。

（プロトコル切替タイミングの決定例２）
例えば、親機ＩＤ＝２がプロトコルＡとプロトコルＢに対応し、親機ＩＤ＝３がプロトコルＢとプロトコルＣに対応するように、対応プロトコルが１つだけ重なる場合には、親機ＩＤ＝２と親機ＩＤ＝３において対応プロトコルの重なるプロトコルＢの対応周期が一致しないように単位周期の対応プロトコルを決定する。

（プロトコル切替タイミングの決定例３）
例えば、親機ＩＤ＝２がプロトコルＡとプロトコルＢに対応し、親機ＩＤ＝３がプロトコルＡとプロトコルＢとプロトコルＣに対応するように、対応プロトコルＩＤとその数が異なっている場合には、対応プロトコル数の多い親機ＩＤ＝３から、プロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＣ→プロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＣと決定し、対応プロトコル数の少ない親機ＩＤ＝２を、親機ＩＤ＝３の対応プロトコルと重なり合わないように対応周期を一定的に変動させながらプロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＡ…の繰り返しとなるように決定する。

（プロトコル切替タイミングの決定例４）
一方、親機同士で対応プロトコルに重なりがない場合には、プロトコルの対応時間が均一に割り振られるように、順に単位周期の対応プロトコルを決定する。例えば、親機ＩＤ＝２がプロトコルＡとプロトコルＢに対応し、親機ＩＤ＝３がプロトコルＣとプロトコルＤに対応している場合には、親機ＩＤ＝２はプロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＢ…の周期で、親機ＩＤ＝３はプロトコルＣ→プロトコルＤ→プロトコルＣ→プロトコルＤ…の周期で、各プロトコルの対応時間が均一になるように順番に決定する。

（プロトコル切替タイミングの決定例５）
なお、対応プロトコルの重なりが排除できない場合には次のように決定する。例えば、親機ＩＤ＝２と親機ＩＤ＝３のカバーエリアは重複し、親機ＩＤ＝２がプロトコルＡのみに対応し、親機ＩＤ＝３がプロトコルＡとプロトコルＢに対応している場合、親機ＩＤ＝２は常にプロトコルＡに対応する。一方、親機ＩＤ＝３は、プロトコルＡとプロトコルＢを交互に単位周期に対応させるように決定する。

このとき、親機ＩＤ＝２と親機ＩＤ＝３のエリアカバーの重なりが非常に大きい場合、親機ＩＤ＝３ではプロトコルＡに対応する時間を短くし、プロトコルＢに対応する時間を長くする。例えば、親機ＩＤ＝２と親機ＩＤ＝３の重複エリアが親機ＩＤ＝２のカバーエリアの５分の３であるとする。親機ＩＤ＝２がプロトコルＡとプロトコルＢに対応し、親機ＩＤ＝３がプロトコルＡのみに対応している場合、親機ＩＤ＝２のカバーエリアのうち５分の３のエリアは親機ＩＤ＝３によって常にプロトコルＡに対応可能となっている。

そこで、親機ＩＤ＝２は、プロトコルＢ→プロトコルＢ→プロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＡ…というように、全体の５分の３だけプロトコルＢに対応するように決定する。これにより、エリア全体として複数のプロトコルに対応する時間を長くすることができる。

（プロトコル切替タイミングの決定例６）
例えば、親機が収容する子機の対応プロトコルの種別割合に応じて決定してもよい。例えば、親機に対して１０台の子機が接続されており、２台がプロトコルＡに対応し、３台がプロトコルＢに対応し、５台がプロトコルＣに対応している場合、プロトコルＡ、プロトコルＢ、プロトコルＣの各対応時間を、２：３：５の比率になるように設定する。

その他、例えば、親機ＩＤ＝２がプロトコルＡ、プロトコルＢに対応しており、他の親機とカバーエリアの重複がない場合には、親機ＩＤ＝２に接続されている子機の対応プロトコルの比率に応じてプロトコルの割当時間を決定する。

その他、例えば、親機ＩＤ＝２に対して、プロトコルＡに対応する子機２台、プロトコルＢに対応する子機３台が接続されていた場合、プロトコルＡ、プロトコルＢの各対応時間を２：３の比率になるように設定する。具体的には、親機ＩＤ＝２は、プロトコルＡ→プロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＢ→プロトコルＢ…の周期で対応プロトコルを決定するか、プロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＡ→プロトコルＢ…の周期で対応プロトコルを決定する。

すなわち、子機の対応プロトコル比率と親機の各プロトコルに対応する単位周期の比率が一致するように決定する。なお、子機の対応プロトコルの種別については、子機からデータ信号を受信した際に特定できる。上述したように、親機は、例えばプロトコルＡ→プロトコルＢ→プロトコルＣの順で対応プロトコルを切り替えて使用するため、プロトコルＡが使用されているタイミングで子機からデータ信号を受信した場合、該子機はプロトコルＡに対応していると特定できる。収容している全ての子機の対応プロトコルをそれぞれ特定することにより、子機の対応プロトコルの種別割合を算出できる。

ここまでが、プロトコル切替タイミングの決定例である。

その後、図３に戻り、ステップＳ９において、切替タイミング決定部３３は、まだ一度も選択されていない親機があれば該親機を選択し、ステップＳ７〜ステップＳ８の処理により単位周期に対するプロトコル対応時間を決定する。すなわち、ステップＳ６で選択された親機のペア又は親機の組み合わせに含まれる全ての親機１０について、各親機１０での各対応プロトコルの対応時間が決定されるまでステップＳ７〜ステップＳ８を繰り返す。

次に、ステップＳ１０において、切替タイミング決定部３３は、ステップＳ６で選択された親機のペア又は親機の組み合わせについて、決定されたプロトコル切替タイミング（プロトコル切替パターン）と親機のＩＤを対応付けて保持する。

次に、ステップＳ１１において、切替タイミング決定部３３は、ステップＳ１０で保存された親機のペア又は親機の組み合わせを選択候補から排除し、ステップＳ１２において、未だ処理されていない親機のペアがあるか否かを確認する。該親機ペアがある場合にはステップＳ６に戻り、重複エリアの大きい順に選択する。

最後に、ステップＳ１３において、切替タイミング決定部３３は、これまでの処理により決定された各親機１０のプロトコル切替タイミングを各親機１０にそれぞれ送信する。その後、各親機１０は、コントローラ１０で決定された切替タイミングでプロトコル切替タイミングを変更し、変更後の切り替えタイミングでプロトコルを切り替え電波を送信する。

なお、本実施の形態では、エリアカバー重なり率を重複エリアの大きさに基づいて算出したが、親機１０同士が受信する電波強度を用いて算出してもよい。例えば、親機が自機から送信する電波以外の他の親機から送信された電波を受信した場合にカバーエリアに重なりがあると判定し、該受信した電波の強度と自機からの電波の強度の比率に基づきエリアカバー重なり率を算出する。その他、親機１０の隣接度合を表すパラメータを用いてもよい。また、図５に示すように、親機情報管理部３１を用いることなく、フロアマップ情報と親機１０の位置等に基づき人手で算出した図４の親機情報を親機情報管理ＤＢに直接保存してもよい。特に、隣接しているかどうかの２分類の場合には、切替タイミングを決定していく際に親機ＩＤを辞書順に並べた時に小さいものから決定していく。隣接度合を表すパラメータで表現する場合には、隣接度合が高い親機ＩＤの中で最もＩＤが小さい親機から選択して切替タイミングを決定する。

本実施の形態によれば、コントローラ３０において、複数の親機１０によりそれぞれ送信される各電波のカバーエリアのエリアカバー重なり率を保持しておき、重複エリアに対応する複数のプロトコルの種別が同じ時間帯で重ならないように、当該重複エリアに電波を送信する各親機１０の使用プロトコルの切替タイミングを決定するので、親機１０が電波でカバーする物理的なカバーエリアを複数のプロトコルで同時にカバーできる。

１…親機制御システム
１０…親機
１１…情報管理部
１２…切替タイミング設定部
３０…コントローラ
３１…親機情報管理部
３２…親機情報管理データベース
３３…切替タイミング決定部
Ｓ１〜Ｓ１３…ステップ

Claims (7)

1. 複数の親機を制御する制御装置で行う制御方法において、
   前記複数の親機は、複数のプロトコルを使用可能であり、所定のプロトコルに対応する電波を送信可能であって、
   前記制御装置は、
   前記複数の親機によりそれぞれ送信される各電波のカバーエリアが重複しているか否かの情報を記憶手段に記憶しておく記憶ステップと、
   前記情報を参照し、重複する重複エリアに対応する複数のプロトコルの種別が同じ時間帯で重複しないように、当該重複エリアに電波を送信する各親機の使用プロトコルの切替タイミングを決定する決定ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
2. 前記決定ステップでは、
   前記カバーエリアに対する前記重複エリアの重複度に応じて前記各親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記決定ステップでは、
   前記親機が収容する複数の子機の使用プロトコルの種別比率に応じて前記親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御方法。
4. 複数の親機を制御する制御装置において、
   前記複数の親機は、複数のプロトコルを使用可能であり、所定のプロトコルに対応する電波を送信可能であって、
   前記制御装置は、
   前記複数の親機によりそれぞれ送信される各電波のカバーエリアが重複しているか否かの情報を記憶しておく記憶手段と、
   前記情報を参照し、重複する重複エリアに対応する複数のプロトコルの種別が同じ時間帯で重複しないように、当該重複エリアに電波を送信する各親機の使用プロトコルの切替タイミングを決定する決定手段と、
   を有することを特徴とする制御装置。
5. 前記決定手段は、
   前記カバーエリアに対する前記重複エリアの重複度に応じて前記各親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記決定手段は、
   前記親機が収容する複数の子機の使用プロトコルの種別比率に応じて前記親機の各使用プロトコルに割り当てる時間枠の比率を変更することを特徴とする請求項４又は５に記載の制御装置。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載の制御装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする制御プログラム。

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