JP6995732B2 - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラムに関する。

無線通信装置により送信されたデータを、周囲の無線通信装置が受信して再送信することにより、集約装置までデータを送信するマルチホップネットワークが従来から知られている。マルチホップネットワークでは、伝搬路の時変動の大きさに応じて、一度通信失敗が発生したとしても通信品質が回復する可能性が高い経路と、長期的に通信品質が回復しない経路とが存在する。

特開２０１６－５４３４９号公報 特開２００４－２９７３８１号公報

しかしながら、従来の技術では、伝搬路の時変動の大きさが異なる環境では、接続先との通信品質が劣化した際に、接続先へ再送を継続するべきなのか、接続先を切り替えるべきなのかを判断することが難しいという問題があった。

実施形態の無線通信装置は、通信制御部と判定部とを備える。通信制御部は、第１の無線通信装置とデータを送受信する。判定部は、前記データの送受信結果に基づく送受信情報と、前記データの受信信号強度のばらつきとを算出し、前記送受信情報と前記ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する。前記判定部は、前記送受信情報が第１閾値よりも小さい場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をし、前記送受信情報が第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが、第２閾値よりも大きい場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をする。前記通信制御部は、前記判定部による判定結果に従って通信を制御する。

第１実施形態の無線通信システムの装置構成の例を示す図。 図１の無線通信システムをネットワークトポロジーの形態で示した模式図。 第１実施形態の無線通信装置の機能構成の例を示す図。 第１実施形態の無線通信装置の動作方法の例を示すフローチャート。 第２実施形態の無線通信装置の機能構成の例を示す図。 第２実施形態の無線通信装置の動作方法の例を示すフローチャート。 第３実施形態の無線通信装置の機能構成の例を示す図。 第３実施形態の無線通信装置の動作方法の例を示すフローチャート。 第４実施形態の無線通信装置の機能構成の例を示す図。 第４実施形態の無線通信装置の動作方法の例を示すフローチャート。 第１乃至第４実施形態の無線通信装置及び集約装置のハードウェア構成の例１を示す図。 第１乃至第４実施形態の無線通信装置及び集約装置のハードウェア構成の例２を示す図。

接続先との通信品質が劣化し、通信失敗が発生した場合、接続先を切り替えるため探索処理を実施すると、接続先の切り替えにより、通信品質が良好な接続先を選択できる。しかし、時変動が大きく頻繁に通信失敗と通信成功を繰り返す経路では、探索回数が増加し、消費電力の劣化を招いてしまう。一方で、探索処理ではなく、接続していた接続先へデータを再送する場合、頻繁に失敗と成功を繰り返す経路ではデータ送信に成功するが、長期的に通信品質が回復しない環境では、不要な再送処理を継続し、データ送信可能な接続先へ接続するまで長い期間を要してしまう。これにより、データ収集率や電池寿命の劣化を招いてしまう。

また、スループットに基づいて接続先を切り替え、十分なデータ量送信可能な接続先に対して接続を維持することができる。しかし、伝搬路の時変動が小さく、受信信号強度が緩やかに下降していく場合、長期的な通信失敗が発生する直前までの通信品質が良好であることから、スループットが劣化したと判定するまで長い期間を必要とする。これにより、長期的なデータ通信失敗が発生するため、データ収集率劣化を招いてしまう。

以下の実施形態の無線通信装置は、例えば過去の受信信号強度に基づいて伝搬路の時変動の特徴を考慮して、接続先との接続維持及び切替を判定することにより、伝搬路が異なる環境で、より適切な接続維持及び切替を可能とする。

以下に添付図面を参照して、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態の無線通信システムの装置構成について説明する。

［装置構成の例］
図１は第１実施形態の無線通信システム１００の装置構成の例を示す図である。第１実施形態の無線通信システム１００は、無線通信装置１０Ａ～１０Ｐ、及び、集約装置２０を備える。以下、無線通信装置１０Ａ～１０Ｐを区別しない場合は、単に無線通信装置１０という。

無線通信システム１００では、所定の範囲内に配置された無線通信装置１０及び集約装置２０は、互いに無線通信が可能である。各無線通信装置１０により送信されたデータは、他の無線通信装置１０を介して、または、直接、集約装置２０に送信される。集約装置２０は、各無線通信装置１０から送信されたデータを集約する。なお、伝搬路の環境の違いは、無線制御システム１００全体での違いでもよいし、部分的な違いでもよい。伝搬路の環境の違いが、無線制御システム１００の全体で判断される場合は、伝搬路の環境の違いは、例えば無線制御システム１００全体の設置環境（例えば森林、川及び市街地等）の違いによる。伝搬路の環境の違いが、部分的に判断される場合は、伝搬路の環境の違いは、例えば、それぞれの無線通信装置１０の設置環境の違いによる。

図２は、図１の無線通信システム１００をネットワークトポロジーの形態で示した模式図である。アルファベットは無線通信装置１０（無線ノード）を示し、根は集約装置２０（根ノード）を示す。また、矢印はデータの伝送経路を示す。矢印の元はデータの送信元（子ノード）を示し、矢印の先はデータの送信先（親ノード）を示す。親ノードは、自ノードよりもホップ数が１小さいノードで、自ノードの送信先ノードである。子ノードは、自ノードよりもホップ数が１大きいノードで、送信先ノードを自ノードに決定しているノードである。

なお、無線通信システム１００の通信方式は任意でよい。第１実施形態の無線通信システム１００は、例えばマルチホップネットワークである。

次に第１実施形態の無線通信装置１０の機能構成の例について説明する。

［機能構成の例］
図３は第１実施形態の無線通信装置１０の機能構成の例を示す図である。第１実施形態の無線通信装置１０は、通信制御部１及び判定部２を備える。

通信制御部１は、接続先（第１の無線通信装置）とデータを送受信する。通信制御部１は、判定部２による判定結果に従って通信を制御する。

判定部２は、データの送受信結果に基づく送受信情報と、データの受信信号強度のばらつきと、受信信号強度の遷移を近似する直線の傾きとを算出し、当該送受信情報と当該ばらつきとに基づいて、接続先との接続を維持するか否かを判定する。送受信情報の詳細については後述する。

［動作方法の例］
図４は第１実施形態の無線通信装置１０の動作方法の例を示すフローチャートである。通信制御部１が、接続先からの送信データの受信待ち受けを行う（ステップＳ１）。接続先は、例えば集約装置２０、無線通信装置１０の親ノード、及び、無線通信装置１０の子ノードである。

次に、判定部２が、通信制御部１で接続先との通信失敗が発生した場合（ステップＳ２）、所定の期間の間に送受信されたデータに基づいて、送受信情報を算出する（ステップＳ３）。

送受信情報は、データの受信回数、データの受信成功率、データの受信量、データの送信回数、データの送信成功率、データの送信量、及び、接続先との接続のスループットの少なくとも１つを含む。データの受信成功率は、データ受信を試みた回数でデータ受信に成功した回数を除算した値である。データの送信成功率は、データ送信を試みた回数で接続先に送信成功した回数を除算した値である。なお、送受信情報は、通信が成功した場合に算出されてもよい。

次に、上述のステップＳ３の所定の期間の例について説明する。

所定の期間は、例えば無線通信装置１０の再送上限期間（無線通信装置１０が送信対象のデータを生成してから、データの再送を継続できる期間）である。

また例えば、所定の期間は、無線通信装置１０でバッファオーバーフローが発生するまでの期間（無線通信装置１０の送信対象のデータを保持するバッファに、１通信周期毎に送信対象のデータが蓄積された際に、データ溢れが発生するまでの期間）である。

また例えば、所定の期間は、無線通信装置１０が持つ最も再送上限期間に近いデータの残再送期間（無線通信装置が保持する送信対象のデータの中で、最も長く再送を継続しているデータが再送上限期間に達するまでの期間）である。

また例えば、所定の期間は、無線通信装置１０が持つ最も再送上限期間に近いデータを送信するために必要な送信期間（無線通信装置１０が保持する送信対象のデータの中で、最も長く再送を継続しているデータを送信するために必要な通信回数に通信周期を乗算した期間）である。

また例えば、所定の期間は、無線通信装置１０が持つ送信対象の全データを送信するために必要な送信期間（無線通信装置１０が保持する送信対象の全データを送信するために必要な通信回数に通信周期を乗算した期間）である。

また例えば、所定の期間は、上述の再送上限期間から、無線通信装置１０から接続先に送信されたデータが集約装置２０へ到達するまでの期間を減算した期間である。

また例えば、所定の期間は、上述のバッファオーバーフローが発生するまでの期間から、無線通信装置１０から接続先に送信されたデータが集約装置２０へ到達するまでの期間を減算した期間である。

また例えば、所定の期間は、上述の残再送期間から、無線通信装置１０から接続先に送信されたデータが集約装置２０へ到達するまでの期間を減算した期間である。

また例えば、所定の期間は、上述の最も再送上限期間に近いデータを送信するために必要な送信期間から、無線通信装置１０から接続先に送信されたデータが集約装置２０へ到達するまでの期間を減算した期間である。

また例えば、所定の期間は、上述の送信対象の全データを送信するために必要な送信期間から、無線通信装置１０から接続先に送信されたデータが集約装置２０へ到達するまでの期間を減算した期間である。

また例えば、所定の期間は、上述の所定の期間の組み合わせでもよい。

次に、判定部２が、上述の送受信情報が閾値（第１閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の判定処理に使用される閾値は、送受信情報が、データの受信量または送信量の場合、例えば所定のデータ量である。所定のデータ量は、例えば無線通信装置１０が送信（受信）しなければならないデータ量である。無線通信装置１０が送信（受信）しなければならないデータ量は、例えば無線通信システム１００（無線通信装置１０）の設計時などに定められる。

また例えば、ステップＳ４の判定処理に使用される閾値は、送受信情報が、データの受信回数または送信回数の場合、例えば所定の送信（受信）回数である。所定の送信（受信）回数は、例えば無線通信装置１０が送信（受信）しなければならない回数である。無線通信装置１０が送信（受信）しなければならない回数は、例えば無線通信システム１００（無線通信装置１０）の設計時などに定められる。

また例えば、ステップＳ４の判定処理に使用される閾値は、送受信情報が、データの送信成功率の場合、例えば所定の送信回数を再送上限に達するまでの送信回数で除算した値、及び、所定の送信回数をバッファオーバーフローが発生するまでの送信回数で除算した値等である。

また例えば、ステップＳ４の判定処理に使用される閾値は、送受信情報が、接続先との接続のスループットの場合、無線通信装置１０が保持する送信対象の全データ量を、所定の送信周期で送信するために必要なスループットである。

上述の送受信情報が閾値より小さい場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、判定部２は、接続先との接続を、他の接続先（第２の無線通信装置）との接続に切り替える判定をする（ステップＳ１２）。

上述の送受信情報が閾値以上の場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、判定部２は、受信信号強度のばらつきを算出する（ステップＳ５）。具体的には、受信信号強度のばらつきは、例えば受信信号強度の散らばりの度合いを示す標準偏差である。また例えば、受信信号強度のばらつきは、受信信号強度の振幅の幅等である。また例えば、受信信号強度のばらつきは、受信された受信信号強度の分散でもよい。また例えば、受信信号強度のばらつきは、受信信号強度の遷移（測定値）を近似する近似式（例えば、直線の式）を求め、当該近似式と当該測定値の二乗誤差の和でもよい。

次に、判定部２は、受信信号強度のばらつきが、閾値（第２閾値）以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定処理に使用される閾値は、例えば無線通信装置１０の起動時（電源投入時）に読み込まれる予め設定された値である。また例えば、ステップＳ６の判定処理に使用される閾値は、集約装置２０から通知された値である。

受信信号強度のばらつきが、閾値よりも大きい場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、判定部２は、接続先との接続を維持する判定をする（ステップＳ１１）。

受信信号強度のばらつきが、閾値以下である場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、判定部２は、受信信号強度の遷移を近似する直線の傾きを算出する（ステップＳ７）。受信信号強度の遷移を近似する直線は、例えば複数の受信信号強度の測定値を最小二乗法によって近似した直線である。また例えば、受信信号強度の遷移を近似する直線は、最も新しい受信信号強度と次に新しい受信信号強度とをつなぐ直線である。また例えば、受信信号強度の遷移を複数の方法で直線に近似し、複数の直線から得られたそれぞれの傾きを組み合わせて判定に使用してもよい。

次に、判定部２は、ステップＳ７の処理により算出された傾きが負であるか否かを判定する（ステップＳ８）。傾きが負である場合（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、判定部２は、接続先との接続を、他の接続先との接続に切り替える判定をする（ステップＳ９）。一方、傾きが正又は０である場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、判定部２は、接続先との接続を維持する判定をする（ステップＳ１０）。

最後に、通信制御部１は、判定部２による判定結果（ステップＳ９～ステップＳ１２）に従って通信を制御する。

なお上述のステップＳ７及びＳ８の処理は省略してもよい。具体的には、判定部２は、送受信情報が閾値（第１閾値）以上であり、かつ、ばらつきが閾値（第２閾値）以下である場合、接続先（第１の無線通信装置）との接続を、他の接続先（第２の無線通信装置）との接続に切り替えてもよい。

以上説明したように、第１実施形態の無線通信装置１０では、通信制御部１が、接続先（第１の無線通信装置）とデータを送受信する。判定部２は、データの送受信結果に基づく送受信情報と、データの受信信号強度のばらつきとを算出し、当該送受信情報と当該ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する。通信制御部１は、判定部２による判定結果に従って通信を制御する。

第１実施形態の無線通信装置１０は、接続先からの過去の受信信号強度を用いて算出された特徴量（例えば、ばらつき）を使用して、伝搬路の時変動の大きさを予測する。これにより第１実施形態の無線通信装置１０によれば、伝搬路の時変動の大きさが異なる環境でも、接続先の維持又は切替をより適切に判定できる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略する。

［機能構成の例］
図５は第２実施形態の無線通信装置１０－２の機能構成の例を示す図である。第２実施形態の無線通信装置１０－２は、通信制御部１、判定部２及び変更部３を備える。第２実施形態では、変更部３が追加されている。

変更部３は、上述の送受信情報を算出する際に、データの送受信結果を参照する期間（所定の期間）の長さを変更する。変更部３は、例えば通信を連続して失敗した回数が、閾値（第３閾値）以上の場合、所定の期間を所定の減少量短くする。また例えば、変更部３は、通信を連続して成功した回数が、閾値（第４閾値）以上の場合、所定の期間を所定の増加量長くする。

通信制御部１は、所定の期間が変更された場合、接続先から送受信された新たな所定の期間分のデータの送受信結果を判定部２に入力する。

［動作方法の例］
図６は第２実施形態の無線通信装置１０－２の動作方法の例を示すフローチャートである。ステップＳ２１及びＳ２２、並びに、ステップＳ２３～Ｓ３２の説明は、上述の図４のステップＳ１及びＳ２、並びに、ステップＳ３～Ｓ１２の説明と同様なので省略する。

判定部２は、通信を連続して失敗した回数を算出する（ステップＳ２２－２）。具体的には、判定部２は、通信制御部１から、受信した親ノードの送信データ情報や、通信の成功又は失敗を示す情報を受け付けることにより、通信を連続して失敗した回数を算出する。

次に、判定部２は、通信を連続して失敗した回数が、閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２－３）。通信を連続して失敗した回数が、閾値より小さい場合（ステップＳ２２－３，Ｎｏ）、処理はステップＳ２３に進む。

通信を連続して失敗した回数が、閾値以上の場合（ステップＳ２２－３，Ｙｅｓ）、所定の期間を所定の減少量短くする（ステップＳ２２－４）。所定の減少量は、例えば無線通信装置１０の１通信周期である。

ステップＳ２２－３の判定処理に使用される閾値は、例えば無線通信装置１０の起動時に読み込まれる予め設定された値である。また例えば、ステップＳ２２－３の判定処理に使用される閾値は、集約装置２０から通知された値である。また例えば、ステップＳ２２－３の判定処理に使用される閾値は、集約装置２０から無線通信装置１０の再送上限回数である。また例えば、ステップＳ２２－３の判定処理に使用される閾値は、無線通信装置１０が持つ最も古い送信対象のデータの残再送上限回数とする。

上述の図６のフローチャートの説明では、所定の期間の変更例として、所定の期間を、無線通信装置１０の１通信周期分、短くする場合について説明したが、所定の期間の変更方法は、これに限られない。

変更部３による変更により設定される新たな所定の期間は、上述の第１実施形態で説明した内容に加え、設定された所定の期間よりも短い期間、設定された所定の期間よりも長い期間、設定された所定の期間から無線通信装置１０が接続先を切り替える際に経過する期間を減算した期間、設定された所定の期間から無線通信装置１０が接続先を切り替える際に経過する期間を加算した期間、設定されている所定の期間よりもｎ通信周期（ｎは１以上の整数）長い期間、または、設定されている所定の期間よりもｎ通信周期（ｎは１以上の整数）短い期間としてもよい。

連続して通信失敗する場合は、通信品質が良好な接続先ではないと予想されるため、過去の受信信号強度を評価する期間を短くする。これにより、通信が連続して失敗する前のデータが評価対象から除外され、接続先との連続する通信失敗をより多く含むデータで評価することになり、接続先を切り替える判定をする可能性が向上することが期待される。一方で、連続して通信成功する場合は、過去の受信信号強度を評価する期間を長くし、より多くのデータをもとに判定することにより、判定の正確性が向上することが期待される。

なお、上述のステップＳ２２－３の判定処理を、他の方法により行ってもよい。判定部２は、例えば接続先に対して接続を維持すると判定した回数、及び、接続先に対して接続を切り替えると判定した回数を判定してもよい。この場合、変更部３は、接続先の切り替えを判定した回数が、閾値（第３閾値）以上の場合、所定の期間を所定の減少量短くし、接続先の維持を判定した回数が、閾値（第４閾値）以上の場合、所定の期間を所定の増加量長くする。

また例えば、判定部２は、直前の判定結果（接続／切替）を判定してもよい。この場合、変更部３は、判定部２により接続先の切り替えが判定された場合、所定の期間を所定の減少量短くし、判定部２により接続先の維持が判定された場合、所定の期間を所定の増加量長くする。

以上説明したように、第２実施形態の無線通信装置１０－２によれば、無線通信装置１０との接続状況に応じて、適切な所定の期間のデータを用いた接続維持及び切替の判断を実現することができる。データの取得期間が必要以上に長いまたは短い場合、伝搬路の特徴を評価できないという問題が存在するが、第２実施形態の無線通信装置１０－２によれば、適切な所定の期間のデータを用いることができるので、より正確に伝搬路の特徴を評価することができる。

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略する。

［機能構成の例］
図７は第３実施形態の無線通信装置１０－３の機能構成の例を示す図である。第３実施形態の無線通信装置１０－３は、通信制御部１及び判定部２を備える。

第３実施形態の判定部２は、受信信号強度のばらつきを判定する前に、接続先から受信された受信データ数が閾値（第５閾値）以上であるか否かを判定する。

［動作方法の例］
図８は第３実施形態の無線通信装置１０－３の動作方法の例を示すフローチャートである。ステップＳ４１及びＳ４２、並びに、ステップＳ４５～Ｓ５１の説明は、上述の図４のステップＳ１及びＳ２、並びに、ステップＳ５～Ｓ１１の説明と同様なので省略する。

判定部２は、通信制御部１で接続先との通信失敗が発生した場合（ステップＳ４２）、所定の期間に受信された過去の受信データに対して、受信成功したデータ数を算出し、当該受信データ数が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４２－２）。この時、判定部２は、通信失敗した場合に限らず、通信成功した場合に、受信成功したデータ数を算出してもよい。

ステップＳ４２－２の判定処理に使用される閾値は、例えば無線通信装置１０の起動時（電源投入時）に読み込まれる予め設定されたデータ数及び送受信成功率等である。また例えば、ステップＳ４２－２の判定処理に使用される閾値は、集約装置２０から通知されたデータ数及び送受信成功率等である。

受信データ数が閾値以上である場合（ステップＳ４２－２，Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４５に進む。

受信データ数が閾値より小さい場合（ステップＳ４２－２，Ｎｏ）、送受信情報を算出する（ステップＳ４３）。次に、判定部２は、上述の送受信情報が閾値（第１閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。受信情報が閾値以上の場合（ステップＳ４４，Ｙｅｓ）、判定部２は、接続先との接続を維持する判定をする（ステップＳ４４－２）。送受信情報が閾値より小さい場合（ステップＳ４４，Ｎｏ）、判定部２は、接続先との接続を、他の接続先との接続に切り替える判定をする（ステップＳ４４－３）。

最後に、通信制御部１は、判定部２による判定結果（ステップＳ４９～ステップＳ５１、ステップＳ４４－２又はステップＳ４４－３）に従って通信を制御する。

以上説明したように、第３実施形態の無線通信装置１０－３では、受信データ数を評価してから、データ送受信量、ばらつき及び傾きで評価する。具体的には、第３実施形態の無線通信装置１０－３の判定制御は、十分なデータ数（受信データ数が閾値以上）により、ばらつき及び傾きにより正確に評価できる場合と、データ不足（受信データ数が閾値未満）により、ばらつき及び傾きで評価できず、送受信情報による評価が必要な場合とに分けて実行される。これにより、伝搬路の時変動の大きさに応じた判定の正確性をより向上させることができる。

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略する。

［機能構成の例］
図９は第４実施形態の無線通信装置１０－４の機能構成の例を示す図である。第４実施形態の無線通信装置１０－４は、通信制御部１、判定部２及び強制切替部４を備える。

強制切替部４は、所定の接続期間、第１の無線通信装置との接続が維持された場合、接続先（第１の無線通信装置）との接続を、他の接続先（第２の無線通信装置）との接続に切り替える。

［動作方法の例］
図１０は第４実施形態の無線通信装置１０－４の動作方法の例を示すフローチャートである。はじめに、判定部２が、接続先との接続を維持すると判定し（ステップＳ６１）、当該判定結果を強制切替部４に入力する。次に、強制切替部４は、判定部２から、接続先との接続を維持することを示す判定結果を受け付けると、連続して接続を切り替えていない期間を算出する（ステップＳ６２）。

次に、強制切替部４が、連続して接続を切り替えていない期間（一度も接続切替を実施していない期間）が、所定の接続期間以上であるか否かを判定する（ステップＳ６３）。この時、所定の接続期間は、例えば無線通信装置１０の起動時（電源投入時）に読み込まれる予め設定された値である。また例えば、所定の接続期間は、集約装置２０から通知された値である。

所定の接続期間より小さい場合（ステップＳ６３，Ｎｏ）、処理を終了する。

所定の接続期間以上の場合（ステップＳ６３，Ｙｅｓ）、強制切替部４は、接続先との接続を、他の接続先との接続に切り替える（ステップＳ６４）。具体的には、強制切替部４は、新たな接続先を探す探索処理を、通信制御部１に指示する。通信制御部１は、強制切替部４から探索処理の指示を受け付けると、新たな接続先を探す探索処理を実施する。

なお、強制切替部４は、通信失敗回数が閾値以上の場合、新たな接続先を探す探索処理を指示してもよい。この閾値は、例えば無線通信装置１０の起動時（電源投入時）に読み込まれる予め設定された値である。また例えば、この閾値は、集約装置２０から通知された値である。

以上説明したように、第４実施形態の無線通信装置１０－４によれば、接続先との接続を維持し続ける場合において、より通信品質が良好な接続先を探す機会を与えるべく、省電力性が劣化しない範囲で探索をさせ、無線通信装置１０－４間の通信品質向上を実現する。

最後に第１乃至第４実施形態の無線通信装置１０（１０－２，１０－３，１０－４）及び集約装置２０のハードウェア構成の例について説明する。

［ハードウェア構成の例１］
図１１は第１乃至第４実施形態の無線通信装置１０（１０－２，１０－３，１０－４）及び集約装置２０のハードウェア構成の例１を示す図である。図１１の例１では、無線通信装置１０及び集約装置２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、主記憶装置１０２、外部記憶装置１０３、通信インターフェース１０４及び無線装置１０５を備える。ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、外部記憶装置１０３、通信インターフェース１０４及び無線装置１０５は、バス１２０により接続されている。

ＣＰＵ１０１は、外部記憶装置１０３等の記憶媒体からプログラムを読み出し、当該プログラムを主記憶装置１０２上で実行する。

主記憶装置１０２は、プログラム、当該プログラムの実行に必要なデータ、及び、当該プログラムの実行により生成されたデータ等を記憶する。主記憶装置１０２は任意でよい。主記憶装置１０２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等である。

主記憶装置１０２は、プログラム及びデータ等の情報を記憶する。データは、例えば他のノードから受信したデータ（例えば他のノードにより取得されたセンサデータ等）である。

また、主記憶装置１０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び、各種のミドルウェア等の情報を記憶してもよい。

外部記憶装置１０３は、プログラム、当該プログラムの実行に必要なデータ、及び、当該プログラムの実行により生成されたデータ等を記憶する。これらのプログラム及びデータは、当該プログラムの実行の際に、主記憶装置１０２に展開される。外部記憶装置１０３は任意でよい。外部記憶装置１０３は、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ及び磁気テープ等である。

なお、無線通信装置１０及び集約装置２０で実行されるプログラムは、例えば外部記憶装置１０３に予めインストールされていてもよい。また例えば、外部記憶装置１０３が、別の有線又は無線ネットワークにより他の装置から集約装置２０に送信されたプログラムを記憶することにより、外部記憶装置１０３に当該プログラムをインストールしてもよい。

通信インターフェース１０４は、外部のデバイスと通信するための汎用Ｉ／Ｆである。通信インターフェース１０４は、例えばＵＡＲＴ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＣＡＮ、ＲＳ２３２及びＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ポート等である。

無線装置１０５は、無線通信装置１０及び集約装置２０が、他の装置と無線通信するための装置である。また、無線通信装置１０及び集約装置２０は、複数の無線装置１０５を備えていてもよい。

次に実施形態の無線通信装置１０及び集約装置２０のハードウェア構成の例２について説明する。

［ハードウェア構成の例２］
図１２は第１乃至第４実施形態の無線通信装置１０（１０－２，１０－３，１０－４）及び集約装置２０のハードウェア構成の例２を示す図である。図１２の例２では、無線通信装置１０及び集約装置２０は、ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、外部記憶装置１０３、通信インターフェース１０４、入力インターフェース１０６及びグラフィック処理装置１０７を備える。ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、外部記憶装置１０３、通信インターフェース１０４、入力インターフェース１０６及びグラフィック処理装置１０７は、バス１２０を介して接続されている。

また、図１２の例２では、センサ１０８及び無線通信モジュール１０９が、通信インターフェース１０４に接続されている。入力装置１１０が、入力インターフェース１０６に接続されている。また、ディスプレイ１１１が、グラフィック処理装置１０７に接続されている。

ＣＰＵ１０１、主記憶装置１０２、外部記憶装置１０３及び通信インターフェース１０４の説明は、上述の図１１と同じなので省略する。

入力インターフェース１０６は、入力装置１１０により受け付けられた入力操作に応じた操作信号を、入力装置１１０から受け付ける。入力装置１１０は任意でよい。入力装置１１０は、例えばキーボード及びマウス等である。

グラフィック処理装置１０７は、ＣＰＵ１０１により生成された映像信号及び画像信号等に基づいて、ディスプレイ１１１に映像又は画像を表示させる装置である。ディスプレイ１１１は任意でよい。ディスプレイ１１１は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（ブラウン管）、及び、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）等である。

センサ１０８は任意でよい。センサ１０８は、例えば照度センサ、温湿度センサ、加速度センサ及び角速度センサ等である。また、センサ１０８は、擬似的なセンサでもよい。疑似的なセンサは、例えばデータを出力する別のコンピュータ装置である。なお、集約装置２０は、無線通信装置１０からのデータを集約する装置なので、センサ１０８を備えていなくてもよい。

無線通信モジュール１０９は、上述の図１１の無線装置１０５の役割を果たす。無線通信モジュール１０９は、必ずしも上述の無線装置１０５とハードウェア構成が同一ではない。また、無線通信装置１０及び集約装置２０は、図１１の無線装置１０５と同様に、無線通信モジュール１０９を複数備えていてもよい。

なお上述の図１１及び図１２のハードウェアの電源は任意でよい。上述の図１１及び図１２のハードウェアの電源は、例えばバッテリ、発電機、発電モジュール及び商用電源等である。

ただし、無線通信装置１０の電源は、無線通信装置１０の省電力性に係わるため、バッテリ及び発電素子等によるエネルギー供給で駆動することを主に想定している。しかしながら無線通信装置１０の電源が、商用電源であっても、上述の第１乃至第４実施形態の無線通信方法により、消費電力を抑制する効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 通信制御部
２ 判定部
３ 変更部
４ 強制切替部
１０ 無線通信装置
２０ 集約装置
１００ 無線通信システム

Claims (17)

1. 第１の無線通信装置とデータを送受信する通信制御部と、
   前記データの送受信結果に基づく送受信情報と、前記データの受信信号強度のばらつきとを算出し、前記送受信情報と前記ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、前記送受信情報が第１閾値よりも小さい場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をし、前記送受信情報が第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが、第２閾値よりも大きい場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をし、
   前記通信制御部は、前記判定部による判定結果に従って通信を制御する、
   無線通信装置。
2. 前記判定部は、前記送受信情報が前記第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが前記第２閾値以下である場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をする、
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記判定部は、前記送受信情報が前記第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが前記第２閾値以下である場合、前記受信信号強度の遷移を近似する直線の傾きを算出し、前記傾きが正又は０の場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をし、前記傾きが負の場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をする、
   請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記ばらつきは、前記受信信号強度の遷移を近似する直線と、それぞれの前記受信信号強度との二乗誤差の和、前記受信信号強度の標準偏差、前記受信信号強度の分散、及び、前記受信信号強度の振幅の幅のいずれかである、
   請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記受信信号強度の遷移を近似する直線は、最も新しい受信信号強度と次に新しい受信信号強度とをつなぐ直線である、
   請求項３に記載の無線通信装置。
6. 前記判定部は、前記送受信情報、前記ばらつき及び前記傾きを、所定の期間の間に、前記第１の無線通信装置との間で送受信されたデータに基づいて算出する、
   請求項３に記載の無線通信装置。
7. 前記所定の期間は、
   前記無線通信装置が送信対象のデータを生成してから、送信対象のデータの再送を継続できる期間を示す再送上限期間、
   前記無線通信装置の送信対象のデータを保持するバッファに、１通信周期毎に送信対象のデータが蓄積された際に、バッファオーバーフローが発生するまでの期間、
   前記無線通信装置が保持する送信対象のデータの中で、最も長く再送を継続しているデータが再送上限期間に達するまでの期間を示す残再送期間、
   前記無線通信装置が保持する送信対象のデータの中で、最も長く再送を継続しているデータを送信するために必要な送信期間、
   前記無線通信装置が持つ送信対象の全データを送信するために必要な送信期間、
   前記再送上限期間から、前記第１の無線通信装置に送信されたデータが集約装置へ到達するまでの期間を減算した期間、
   前記バッファオーバーフローが発生するまでの期間から、前記第１の無線通信装置に送信されたデータが集約装置へ到達するまでの期間を減算した期間、
   前記残再送期間から、前記第１の無線通信装置に送信されたデータが集約装置へ到達するまでの期間を減算した期間、
   前記最も長く再送を継続しているデータを送信するために必要な送信期間から、前記第１の無線通信装置に送信されたデータが集約装置へ到達するまでの期間を減算した期間、または、
   前記送信対象の全データを送信するために必要な送信期間から、前記第１の無線通信装置に送信されたデータが集約装置へ到達するまでの期間を減算した期間である、
   請求項６に記載の無線通信装置。
8. 通信を連続して失敗した回数が、第３閾値以上の場合、前記所定の期間を所定の減少量短くし、通信を連続して成功した回数が、第４閾値以上の場合、前記所定の期間を所定の増加量長くする変更部、
   を更に備える請求項６に記載の無線通信装置。
9. 接続先の切り替えを判定した回数が、第３閾値以上の場合、前記所定の期間を所定の減少量短くし、接続先の維持を判定した回数が、第４閾値以上の場合、前記所定の期間を所定の増加量長くする変更部、
   を更に備える請求項６に記載の無線通信装置。
10. 前記判定部により接続先の切り替えが判定された場合、前記所定の期間を所定の減少量短くし、前記判定部により接続先の維持が判定された場合、前記所定の期間を所定の増加量長くする変更部、
    を更に備える請求項６に記載の無線通信装置。
11. 前記送受信情報は、前記データの受信回数、前記データの受信成功率、前記データの受信量、前記データの送信回数、前記データの送信成功率、前記データの送信量、及び、前記第１の無線通信装置との接続のスループットの少なくとも１つを含む、
    請求項１に記載の無線通信装置。
12. 前記第１閾値は、
    所定の送信データ量、
    所定の受信データ量、
    所定の送信回数、
    所定の受信回数、
    前記所定の送信回数を、再送上限期間までの送信回数で除算した値、
    前記所定の送信回数を、バッファオーバーフローが発生するまでの送信回数で除算した値、及び、
    前記無線通信装置が保持する送信対象の全データ量を、所定の送信周期で送信するために必要なスループット
    のいずれかである、
    請求項１に記載の無線通信装置。
13. 前記判定部は、接続先から受信された受信データ数が第５閾値以上である場合、前記ばらつきに基づいて、前記第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定し、前記受信データ数が第５閾値より小さい場合、前記送受信情報に基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する、
    請求項１に記載の無線通信装置。
14. 所定の接続期間、前記第１の無線通信装置との接続が維持された場合、前記第１の無線通信装置との接続を、前記第２の無線通信装置との接続に切り替える強制切替部、
    を更に備える請求項１に記載の無線通信装置。
15. データを集約する集約装置と、複数の無線通信装置とがネットワークに接続された無線通信システムであって、
    前記無線通信装置は、
    第１の無線通信装置とデータを送受信する通信制御部と、
    前記データの送受信結果に基づく送受信情報と、前記データの受信信号強度のばらつきとを算出し、前記送受信情報と前記ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する判定部と、を備え、
    前記判定部は、前記送受信情報が第１閾値よりも小さい場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をし、前記送受信情報が第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが、第２閾値よりも大きい場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をし、
    前記通信制御部は、前記判定部による判定結果に従って通信を制御する、
    無線通信システム。
16. 第１の無線通信装置とデータを送受信するステップと、
    前記データの送受信結果に基づく送受信情報と、前記データの受信信号強度のばらつきとを算出し、前記送受信情報と前記ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定するステップと、
    前記判定するステップによる判定結果に従って通信を制御するステップと、を含み、
    前記判定するステップは、前記送受信情報が第１閾値よりも小さい場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をし、前記送受信情報が第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが、第２閾値よりも大きい場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をする、
    無線通信方法。
17. コンピュータを、
    第１の無線通信装置とデータを送受信する通信制御部と、
    前記データの送受信結果に基づく送受信情報と、前記データの受信信号強度のばらつきとを算出し、前記送受信情報と前記ばらつきとに基づいて、第１の無線通信装置との接続を維持するか否かを判定する判定部、として機能させ、
    前記判定部は、前記送受信情報が第１閾値よりも小さい場合、前記第１の無線通信装置との接続を、第２の無線通信装置との接続に切り替える判定をし、前記送受信情報が第１閾値以上であり、かつ、前記ばらつきが、第２閾値よりも大きい場合、前記第１の無線通信装置との接続を維持する判定をし、
    前記通信制御部は、前記判定部による判定結果に従って通信を制御する、
    プログラム。

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