JP7284487B2 - 通信ネットワークシステム及び通信ネットワーク方法 - Google Patents

Description

本発明は、コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムに関する。

近年、例えば、工場（製造工場や加工工場など）または倉庫（物流倉庫や配送倉庫など）などの施設や作業現場においては、これまでは通信の信頼性の観点から、有線通信を用いることが主流であった。しかし、近年の製品開発、製造サイクルの短期間化、あるいは物流配送における短納期化から、機器配置やラインの構築、これらの変更にあたって、より柔軟性が求められるため、無線通信の利用に対する期待が高まっている。

無線通信では、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）をはじめ、多種多様の無線システムが導入されている。個々の工場または倉庫に導入される通信システム、通信機器、ネットワーク装置、無線システム、あるいはネットワーク構成などは、どれも同一というものではなく、それらの各工場または倉庫の役割や目的、設立や導入の時期などにより異なる。無線システムでは、例えば、ラインセンサや環境センサ、あるいは監視カメラなどの端末機器と、それを可視化、分析を行うソフトウェアを搭載したサーバーや監視端末などの機器からなるアプリケーション機器が該当する。

各無線システムは、ある所定の機能のグループ単位、あるいは所定の範囲（面積、方向）において、その無線システムをコントローラが制御することがある。

各無線システムは、他の無線システムと相互に協調する仕組みがない。そのため、各無線システムは、各自に設定された通信パラメータに応じて、割り当てられた無線周波数でデータの送受信を行うこととなり、全体最適としてみた場合、複数の無線システムを効率的に利用することが難しい。さらに、個々の工場または倉庫内で、無線システムを使ってデータのやり取りをするアプリケーション機器は様々であり、各アプリケーション機器が、その機能や処理の負荷や状態に応じて、無線システムを介してやり取りする通信頻度や通信量が変動する。一方で、無線システムが使用する無線チャネルの性能（利用可能帯域、通信品質）も変動するため、このような変動に対応するための仕組みが必要とされる。

特許文献１には、複数の有線または無線の通信ネットワークシステムにおいて、無線システムの制御を動的に再構成する技術が開示されている。各々を構成する装置が共通インターフェースを持たなくても接続ポリシー情報により管理するため、無線システムの通信コスト、パフォーマンスの向上を図ることができる。これにより、ユーザの満足度を高める通信方法を提供することができ、ネットワーク全体における資源の有効活用が可能となり、特に周波数資源を有効に活用することができる。

特許文献２には、工場に設置される１以上の機器を無線通信により監視すると共に制御する機器管理システムに関する技術が開示されている。Ｏｎ－Ｄｅｍａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇというコンセプトの下で、機器を制御するための情報と、機器から検出して今後の業務改善に反映させる情報と大きく分類し、外部からの制御ポリシーに基づき、機器を制御する。これにより、適切な通信経路の制御を効果的に実現ことが可能となる。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、上記システム側が、無線情報、通信品質、安定性、コスト、消費電力の要求条件を満たすためのポリシーを設定し、そのポリシーを各無線システムに配信して制御する。個々の工場や倉庫で利用されるアプリケーション機器が要求する通信頻度、通信量や、無線チャネルの性能は、ダイナミックに変動することがあり、そのような場合は、パラメータの数が多くなり、コントローラ側で生成し、送信される固定のポリシーでは対応しきれなくなる。

また、低遅延が求められる通信では、コントローラ側で新しいポリシーの生成や無線システムへの更新に間に合わない。特に、無線品質が悪化した場合には、無線システムは更新前のポリシーにしたがって通信を行うため、コントローラと無線システムの間の通信自体も不安定になる。

特開２００９－２４６８７４号公報 特開２０１７－１３００３１号公報

コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムにおいて、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合でも、迅速に無線システムを制御し、低遅延などの要件を満たし、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる通信ネットワークシステムを提供することにある。

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムを発明した。

第１発明に係る通信ネットワークシステムは、コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムであって、上記コントローラは、上記アプリケーション機器が、無線システムを介して、通信するデータの情報を取得するデータ情報取得部と、上記無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する無線環境情報取得部と、上記無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部と、上記無線システムで実行される上記通信ポリシーを管理するポリシー管理部と、上記無線システムとデータ通信を行うネットワーク制御部とを備え、上記無線システムは、上記コントローラから配信された複数の上記通信ポリシーを記憶するとともに、上記無線システムが行う通信の状況の検出を行い、検出した当該通信の状況の結果と上記通信ポリシーの基準とに基づいて通信ポリシーを決定し、決定した当該通信ポリシーに変更するポリシーエージェント部と、上記ポリシーエージェント部により変更された上記通信ポリシーに基づいて上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う無線システム制御部とを少なくとも備えることを特徴とする。

第２発明に係る通信ネットワークシステムは、第１発明において、上記ポリシーエージェント部は、上記コントローラに事前に問い合わせることなく上記記憶した複数の上記通信ポリシー内のいずれか１つに変更し、再度通信ポリシーが配信されるまでの間、変更した上記通信ポリシーを維持することを特徴とする。

第３発明に係る通信ネットワークシステムは、第１発明または第２発明において、上記無線システム制御部で制御される対象は、送信周波数、経路、送信タイミング、送信電力、及びアンテナ指向性の少なくとも何れかであることを特徴とする。

第４発明に係る通信ネットワークシステムは、第１発明～第３発明において、上記無線システム制御部における制御は、少なくとも上記通信ポリシーと、無線システムを介して通信するパケットのデータフレームに付加された優先情報とにより決定されることを特徴とする。

第５発明に係る通信ネットワークシステムは、第４発明において、上記ポリシーエージェント部は、上記受信した上記データフレームを判別し、前記データフレームに付加された優先情報を書き換えることを特徴とする。

第６発明に係る通信ネットワーク方法は、コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワーク方法であって、上記コントローラは、上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報を取得する第１工程と、上記無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する第２工程と、上記無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成する第３工程と、上記無線システムで実行される上記通信ポリシーを管理する第４工程と、を備え、上記無線システムは、上記コントローラから配信された複数の上記通信ポリシーを記憶するとともに、上記無線システムが行う通信の状況の検出を行い、検出した当該通信の状況の結果と上記通信ポリシーの基準とに基づいて通信ポリシーを決定し、決定した当該通信ポリシーに変更する第６工程と、上記第６工程により変更された上記通信ポリシーに基づいて上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う第７工程とを少なくとも備えることを特徴とする。

第１発明によれば、第１発明によれば、コントローラが、アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報を取得し、無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得し、無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成し、無線システムで実行される通信ポリシーを管理し、無線システムとデータ通信を行うネットワークを制御する。無線システムは、コントローラから配信された複数の通信ポリシーを記憶し、無線システムが行う通信の状況を検出し、当該検出の結果に応じて通信ポリシーを変更し、通信ポリシーに基づいてアプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う。これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合でも、各無線システムが主導的に適切な通信ポリシーを選択、決定できる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、低遅延などの要件を満たすことが可能となり、柔軟な無線システムの運用に対応できる。自身の無線システムに加え、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる。さらに、複数の無線システムが、異なる通信ポリシーに従って制御されることにより、全体のバランスをとって通信システムの最適化が可能となる。

第２発明によれば、ポリシーエージェント部は、コントローラに事前に問い合わせることなく上記記憶した複数の通信ポリシー内のいずれか１つに変更し、再度通信ポリシーが配信されるまでの間、変更した通信ポリシーを維持する。これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合に、コントローラから事前に配信されている複数の通信ポリシーの中から適切な通信ポリシーに変更することが可能となる。さらに、通信ポリシーで決められているデータフィールドに書き換えることが可能となり、コントローラへの確認を待たずに変更および書き換えすることが可能となる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、柔軟な無線システムの運用に対応できる。自身の無線システムに加え、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる。

第３発明によれば、無線システム制御部で制御される対象は、送信周波数、経路、送信タイミング、送信電力、及びアンテナ指向性の少なくとも何れかであることを特徴とする。これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合に、すぐに通信ネットワークの状況や周囲の環境を検知でき、より適切な通信ポリシーを選択、決定できる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、柔軟な無線システムの運用に対応できる。

第４発明によれば、無線システム制御部は、データフレームに付加された優先情報とにより無線システムの制御を決定する。さらに、無線システム制御部で制御される対象は、少なくとも送信周波数、経路、送信タイミング、送信電力、及びアンテナ指向性の少なくとも何れかであり、これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合に、すぐに通信ネットワークの状況や周囲の環境を検知でき、より適切な通信ポリシーを選択、決定できる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、柔軟な無線システムの運用に対応できる。自身の無線システムに加え、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる。

第５発明によれば、コントローラから受信した通信ポリシーに含まれるデータフレームを判別し、データフレームに付加された優先フィールドを書き換え、書き換えた後にコントローラに変更を配信し、再度通信ポリシーが配信されるまでの間、書き換えた通信ポリシーを維持する。これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合に、通信ポリシーで決められているデータフィールドに書き換えることが可能となり、コントローラへの確認を待たずに変更および書き換えすることが可能となる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、柔軟な無線システムの運用に対応できる。

第６発明によれば、コントローラは、アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報を取得する第１工程と、無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する第２工程と、無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成する第３工程と、無線システム上で実行される通信ポリシーを管理する第４工程と、無線システムとデータ通信を行う第５工程とを備え、無線システムは、コントローラから配信された複数の通信ポリシーを記憶するとともに、無線システムが行う通信の状況を検出するとともに、検出結果に応じて前記通信ポリシーを変更する第６工程と、通信ポリシーに基づいてアプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う第７工程とを少なくとも備える。これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合でも、各々の無線システムを介して主導的に適切な通信ポリシーを選択、及び決定することができる。このため、迅速に無線システムを制御することができ、低遅延などの要件を満たすことが可能となり、柔軟な無線システムを介しての運用に対応できる。自身の無線システムに加え、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる。さらに、複数の無線システムが、異なる通信ポリシーに従って制御されることにより、全体のバランスをとって通信システムの最適化が可能となる。

本発明を適用した通信ネットワークシステムを示すブロック図である。 本発明を適用したコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明を適用した無線システムの構成を示すブロック図である。 従来のポリシー（a）と本発明のポリシー（b）の各々のデータ構造を示す図である。 従来の通信ネットワークシステムにおける処理フローチャートである。 本発明を適用した通信ネットワークシステムにおける処理フローチャートである。 本発明を適用したコントローラにおける処理フローチャートである。 本発明を適用した無線システムにおける処理フローチャートである。

以下に本発明を適用した通信ネットワークシステムの実施形態について、ブロック図およびフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、ブロック図における符号については、同様の機能をもったブロックには、特別な事情のない限り、同じ符号を用いるものとする。

本発明を適用した通信ネットワークシステムは、特にアプリケーション機器の間で無線システムを介した通信が対象となり、例えば、現在もしくは将来の開発または製造工場の現場および製造現場の付帯設備、加工工場の現場および加工現場の付帯設備、あるいは、物流倉庫などおよび物流倉庫の付帯設備などで用いられる。コントローラも無線システムも、各々の目的を持って設置され、他のコントローラと無線システムを介して連携するよう構成される。

各無線システムは、上位のコントローラのグループ単位、あるいは所定の範囲（面積、方向）において接続され、接続された無線システムを介してコントローラが制御する。本発明を適用した通信ネットワークシステムでは、１つのコントローラと、無線システム、アプリケーション機器が接続されている。

図１に本発明を適用した通信ネットワークシステム１のブロック図を示す。具体的には、例えば、個々の工場または倉庫の通信ネットワークシステム１であり、個々の工場または倉庫内の「管理情報の収集」などの目的で導入される。通信ネットワークシステム１には、各アプリケーション機器５（上位アプリケーション：図示せず）とコントローラ２と、各種情報を収集するアプリケーション機器５として各デバイス（センサやカメラなど）が有線システム３及び無線システム４を介して接続される構成となる。

アプリケーション機器は、例えば、端末装置のセンサやカメラなどの場合は、無線システムを介して通信するデータの情報を取得する。一方、上位アプリケーションとして配置される場合は、工場及び倉庫の施設内のサーバー及びサーバーに搭載されるソフトウェアとして機能し、アプリケーション機器５のセンサやカメラが取得したデータを収集し、収集したデータの分析及び可視化を行う。

有線システム３は有線ネットワークケーブルで構築されるローカルエリアネットワークであり、無線システム４は無線通信を利用して構築されるローカルエリアネットワークである。無線システム４は、例えば、個々の工場または倉庫内の通信環境と無線ユーズケースの特徴に合わせて適宜に構築される。構築は、データサイズ、データ生成頻度、無線端末数などがシステムごとにまちまちであるため、それぞれに求められる機能によって、利用される無線周波数帯や無線規格が異なる。

例えば、６０ＧＨｚ帯など比較的に高い無線周波数帯は、データ量が多いシステム（画像検査装置など）への利用が行われ、５ＧＨｚ帯や２．４ＧＨｚ帯では、制御プログラム配信や移動機器制御などデータサイズとデータ生成頻度が中程度のシステムに利用される。さらに、９２０ＭＨｚ帯など比較的に低い無線周波数帯は省電力が要求されるアプリケーション機器（環境センシングなど）に利用される。

また、無線システム４の許容遅延に関しては、ロボット制御や緊急発報などでは、それらの情報が届くタイミングの正確性や緊急度の高さから、１ミリ秒以下の遅延が求められることもある。一方で、品質（インフラ検査など）、管理（予防保全など）のケースであれば、１０ミリ秒以上の遅延を許容するケースもある。

図２に本発明を適用したコントローラ２のブロック図を示す。コントローラ２は、前述の個々の通信ネットワークシステム１により構築され、データ情報取得部１１は、コントローラ２に接続される有線システム３および無線システム４を介して、アプリケーション機器からのデータ情報を取得する。無線環境情報取得部１２は、無線システム４の通信ネットワークの状況や、周囲の環境において行われている無線通信の通信パラメータ、送受信の通信品質、周波数の利用状況などの少なくとも何れかの情報を取得する。

無線システム４に配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部１３は、通信ネットワークシステム１の目的、接続ややり取りされるデータ情報、あるいは個々の工場または倉庫内の無線環境に関する情報に基づいて、無線システム４に配信する複数パターンの通信ポリシーを無線システム４ごとに生成する。具体的な通信ポリシーの構成については、従来の例と本発明の一例を図４で後述する。

ポリシー管理部１４は、ポリシー生成部１３によって生成された各無線システム４の通信ポリシーの管理を行う。各々の通信ポリシーは、ポリシー管理部１４により無線システム４ごとにある複数のまとまり、あるいは１つの通信ポリシーとして管理される。具体的には、接続される自無線システム４、および他の無線システム４との関係や各々の状況に応じて、適切なタイミングで対象の無線システム４に配信する。

ネットワーク制御部１５は、前述のポリシー管理部１４で管理され、各無線システム４に配信された通信ポリシーに基づき、無線システム４を介して通信される間のネットワークの制御を行う。具体的には、前述のコントローラ２のポリシー管理部１４で管理される複数の無線システム４の制御を行い、通信ネットワークシステム１における各無線システム４の全体最適となるような通信ネットワークシステムの制御を適宜に行う。

図３に本発明を適用した無線システム４のブロック図を示す。無線システム４は、前述のコントローラ２の配下に接続され、コントローラ２から配信される通信ポリシーを記憶し、その通信ポリシーに基づいたデータ通信を下位に接続されるアプリケーション機器５とのデータ通信を行う。アプリケーション機器５とは、例えば、ラインセンサや環境センサ、あるいは監視カメラなどが該当し、個々の工場または倉庫の各製造ラインや柱などに設置される。

ポリシーエージェント部４１は、コントローラ２のポリシー管理部１４から配信される複数の通信ポリシーを記憶し（図示せず）、その通信ポリシーの中から適切な通信ポリシーを決定し、一定時間、あるいは一定期間に接続されるラインセンサや環境センサ、あるいは監視カメラなどとの間でデータ通信を行う。

前述のコントローラ２は、無線システム４に配信した複数の通信ポリシーの中であれば、そのパターン内でのデータ通信や変更を許可（対象となる無線システム４の範囲内のみ：ローカルでの変更）する構成としている。そのため、無線システム４では、無線システム４を介して通信される配下のアプリケーション機器５、あるいは上位の各システムとの通信状況に応じて通信ポリシーで設定されている基準に応じて最適な通信ポリシーを決定する。

最適な通信ポリシーへの変更後は、無線システム４を介して通信される配下でのみ適用するローカルポリシーとして変更する。この通信ポリシーの変更は、コントローラ２に事前に問い合わせることなく即時に変更を行う。そして、通信ポリシーの変更後に、どの通信ポリシーに変更したかの配信をコントローラ２に対して行う。コントローラ２は、無線システム４からの通信ポリシーの変更の配信を受け、ポリシー管理部１４で管理される対象の無線システム４、通信ポリシーの更新を行う。

なお、コントローラ２のポリシー管理部１４は、所定の無線システム４から通信ポリシーの変更通知を受信した場合、通信ネットワークシステム１、アプリケーション、他の無線システム４などの通信状況や受信回数、回線負荷、対象とするデータ通信に種類や重要性などをから通信ネットワークシステム１の全体最適を判断する。そして、通信ポリシーの変更が必要と判断されれば、ポリシー生成部１３で新しい通信ポリシーの生成、または既存の通信ポリシーの更新が行われ、対象となる無線システム４への再配信を行う。

図４に従来のポリシー５０（ａ）と本発明を適用したポリシー５１（ｂ）の各々のデータ構造を示す。従来のポリシー５０は、コントローラ２にて所定の通信パラメータＸが通信ポリシー５０１として生成され、それが無線システム４に配信される。通信パラメータＸは、例えば使用する周波数、変調方式、誤り訂正符号、データ不達時の再送回数、無線ＬＡＮでは送信タイミングを決定するＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｗｉｎｄｏｗ）、フレームの送信間隔、周波数チャネルの送信占有時間（ＴＸＯＰ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）などであり、想定されるデータ通信、通信状況に応じて、通信ポリシー５０１が生成され、無線システム４に配信する。

このような従来のポリシー５０では、データ通信や通信環境が例えばダイナミックに急激かつ大きく変動する場合、従来の固定のポリシー５０では通信環境に急激な変化が生じた場合、その変化に対応ができなかった。

特に、低遅延が求められる通信では、従来の固定のポリシー５０では、急激かつ大きな変動などの更新に間に合わないことがあり、無線品質が悪化した場合は、コントローラ２と無線システム４の間の通信自体が不安定となり、迅速なポリシー５０の更新が実現できない。

一方、本発明を適用したポリシー５１（ｂ）は、急激かつ大きな変動が合った場合でも柔軟かつ迅速に更新できるように、無線システム４側（ローカル）で更新できるよう、所定の基準５１１を設け、その各基準５１１に応じて、異なる通信ポリシー５１２を設定する構成としている。具体的には、通信ポリシー５１２は、基準５１１に応じた従来の通信パラメータＸに加え、条件１（データに付加された優先度が記載されるフィールドの書き換え）５１４、条件２（その他）５１５から構成する。

基準５１１は、通信ネットワークシステムに関する変動数値で複数段階に分けられており、一例として、データ通信の状態、すなわち、データ通信のタイミングや品質、無線システム４のチャネル利用率、ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅなど）で分けられ、その段階に応じて柔軟に基準５１１を変化させ、通信ポリシー５１２に含まれる通信ポリシー５１２が設定する。

例えば、コントローラ２から配信される初期設定のポリシー５１の基準５１１の設定が『０－３０』の場合、無線システム４は通信ポリシー５１２の設定で『パラメータ５１３：通信パラメータＡ』、『条件１（フィールド書換え）５１４：なし』、『条件２（その他）５１５：なし』が設定される。その後、通信ネットワークシステム１に急激かつ大きな変動が検出され、基準が『６５』に変動した場合、ポリシーエージェント部４１は、基準５１１の設定を『基準５１１:６１－９０』、『パラメータ５１３：通信パラメータＣ』、『条件１（フィールド書換え）５１４：パターン１Ｂ』、『条件２（その他）５１５：パターン２Ｂ』が無線システム４のポリシー５１としてローカルに設定する。

この無線システム４のポリシーエージェント部４１のポリシー５１に含まれる通信ポリシー５１２の変更は、コントローラ２から配信されたポリシー５１の基準５１１により決定され、対応する通信ポリシー５１２が設定され、無線システム制御部４２によるデータ通信が行われる。このポリシー５１の更新は、コントローラ２のポリシー生成部１３にて行う。

図５に従来の通信ネットワークシステム１におけるコントローラ２と無線システム４を介して通信される間のデータ通信の処理フローチャートを示す。通信ネットワークを介してコントローラ２と無線システム４が接続される。コントローラ２のポリシー管理部１４は、無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部１３により生成したポリシー５０を無線システム４のポリシーエージェント部４１に配信する（Ｓ１００）。無線システム４はポリシーエージェント部４１で受信し、受信したポリシー５０を記憶部（図示せず）に記憶し、通信ポリシー５０１を設定する（Ｓ１０１）。

無線システム制御部４２は、ポリシーエージェント部４１により設定された通信ポリシー５０１に基づき、無線システム制御部４２と接続される下位のアプリケーション機器５（ラインセンサや環境センサ、あるいは監視カメラなど）との間でデータ通信を行う。

無線システム４は、ポリシーエージェント部４１によって設定されたポリシー５０の通信ポリシー５０１でデータ通信を行うが、ポリシーエージェント部４１にてデータ通信に環境変化の検出がされたとしても、ポリシーエージェント部４１で設定された通信ポリシー５０１に基づきデータ通信を繰り返す。

コントローラ２は、ポリシー管理部１４で管理するポリシー５０の通信ポリシー５０１の更新を行い、更新されたポリシー５０は、ポリシー管理部１４により無線システム４に配信される（Ｓ１０２）。無線システム４のポリシーエージェント部４１は、コントローラ２から新たに配信されたポリシー５０の設定を行う（Ｓ１０３）。

無線システム制御部４２は、ポリシーエージェント部４１で更新され、設定された通信ポリシー５０１でアプリケーション機器５との通信を実行する。

図６に、本発明を適用した通信ネットワークシステムにおける処理フローチャートを示す。である。通信ネットワークを介してコントローラ２と無線システム４および無線システム４ａ が接続される。なお、本実施例では、２台の無線システムとして説明するが、３台以上の無線システムが設置されてもよい。

コントローラ２のポリシー管理部１４は、接続される無線システム４および無線システム４ａに配信するポリシー生成部１３により生成された複数のポリシー５１を、無線システム４、無線システム４ａのポリシーエージェント部４１に配信する（Ｓ１１０）。ここで生成される通信ポリシー５１２は、前述の通り無線システム４および無線システム４ａ（あるいは、それ以上の台数）で、同じ通信ポリシー５１２が規定されたポリシー５１が配信される。あるいは、配信されるポリシー５１が、特定の無線システム４向けに複数パターンが規定された通信ポリシー５１２を含むポリシー５１である場合は、その特定の１台の無線システム４に配信される。

無線システム４のポリシーエージェント部４１は、コントローラ２から配信されるポリシー５１を受信し、受信したポリシー５１を記憶部（図示せず）に記憶する。ポリシー５１には複数の基準５１１に応じた通信ポリシー５１２が含まれる。ポリシーエージェント部４１は、複数の通信ポリシー５１２の中から環境状況に応じて１つの通信ポリシー５１２を設定し、無線システム制御部４２にて通信を実行し、その後、ポリシーエージェント部４１で環境変化を検知した場合には、適切な通信ポリシー５１２に変更する。無線システム制御部４２は、ポリシーエージェント部４１で変更した通信ポリシー５１２で通信実行を行う。

まず、無線システム４の無線システム制御部４２は、ポリシーエージェント部４１で設定された基準５１１と通信ポリシー５１２に基づき、無線システム４を介して接続される下位のアプリケーション機器５とのデータ通信を実行する（Ｓ１１１）。

コントローラ２のポリシー管理部１４は、（Ｓ１１０）で他の無線システム４ａにもポリシー５１を配信し、ポリシーエージェント部４１ａは、コントローラ２から配信されるポリシー５１を受信し、受信したポリシー５１を記憶部（図示せず）に記憶する。ポリシー５１は、無線システム４と同様の構成、役割が同じ場合は、同様のポリシー５１が配信されるが、異なる場合は、別の複数の基準５１１に応じた通信ポリシー５１２が生成され、そのポリシー５１が配信される。

コントローラ２のポリシー管理部１４から無線システム４ａに応じたポリシー５１を受信したポリシーエージェント部４１ａは、そのポリシー５１に含まれる通信ポリシー５１２を設置し、さらにそのうちの１つを無線システム４ａとのデータ通信のパターンとして設定する。（Ｓ１１２）

無線システム４ａの無線システム制御部４２ａは、ポリシーエージェント部４１ａで設定された基準５１１と通信ポリシー５１２に基づき、無線システム４ａを介して接続される下位のアプリケーション機器５とのデータ通信を実行する。これにより、複数の無線システムが、異なる通信ポリシーに従って制御されることにより、全体のバランスをとって通信システムの最適化が可能となる。

次に、ポリシーエージェント部４１におけるデータ通信のパターンとして、以下に通常状態のデータ通信、環境変化を検知した場合のデータ通信を処理に示す。

（パターン１：通常状態）
無線システム４のポリシーエージェント部４１は、現在の通信環境の状態を判断し、その結果、特に問題ない状態の場合は、例えば、初期設定のパターンとしてポリシー５１を設定する。この場合、『基準５１１：０－３０』、『パラメータ５１３：通信パラメータ Ａ』、『条件１（フィールド書き換え）５１４：なし』、『条件２（その他）５１５：なし』となり、この設定で無線システム制御部４２がアプリケーション機器５とのデータ通信を行う。

（パターン２：変化状態１）
次に、前述のパターン１：通常状態から通信環境が変化した場合の一例を示す。この場合、無線システム４のポリシーエージェント部４１は、現在の通信環境の状態を判断する。その結果、対象の無線システム４において通信環境に変化が合ったことを無線環境情報取得部１２、あるいは無線システム制御部４２の通信履歴などの情報により検知する。そして、データ通信の環境に変化が合ったと判別した場合は、例えば、初期設定のパターンとして設定したポリシー５１の基準５１１に基づき、通信ポリシー５１２を変更する。

この場合、前述の通り、データ通信の状態、すなわち、データ通信のタイミングや品質、無線システム４のチャネル利用率、ＲＴＴなどの状態、あるいは環境の変化に応じて、基準の変化を判定する。その判定の結果に応じて、例えば、『基準５１１：３１－６０』、『パラメータ５１３：通信パラメータ Ｂ』、『条件１（フィールド書換え）５１４：パターン１Ａ』、『条件２（その他）５１５：パターン２Ａ』が選択される。そして、このポリシー５１の設定がポリシーエージェント部４１で変更する（Ｓ１１３）。

無線システム制御部４２では、それまでのポリシー設定（『基準５１１：０－３０』、『パラメータ５１３：通信パラメータ Ａ』、『条件１（フィールド書換え）５１４：なし』、『条件２（その他）５１５：なし』）から（『基準５１１：３１－６０』、『パラメータ５１３：通信パラメータ Ｂ』、『条件１（フィールド書換え）５１４：パターン１Ａ』、『条件２（その他）５１５：パターン２Ａ』）に変更した設定で、アプリケーション機器５とのデータ通信を即時に実行する。

この通信ポリシー５１２の変更は、無線システム４のポリシーエージェント部４１と無線システム制御部４２で行われるため、コントローラ２への変更前の許諾は行わない。そのため、コントローラ２からの通信ポリシーの再送は不要となり、無線システム４が主導的に適切な通信ポリシー５１２を選択、決定できる。

ポリシーエージェント部４１は、コントローラ２のポリシー管理部１４に対して、前述の通信ポリシー５１２の変更した旨を通知する（Ｓ１１４）。

ポリシーエージェント部４１は、その後も各通信環境の状態を判断し、その結果、対象の無線システム４において通信環境に変化が合ったことを無線環境情報取得部１２、あるいは無線システム制御部４２の無線環境が悪化したこと、あるいはそのために通信品質が得られない、と判定するための指標を得る。その結果、再度にデータ通信の環境に変化が合ったと判別した場合は、前述と同様に、ポリシーエージェント部４１での複数の通信ポリシーのパターンの中から適切な通信ポリシー５１２を決定し、その変更を行う（Ｓ１１５）。無線システム制御部４２は、その変更に応じて、変更された通信ポリシー５１２でアプリケーション機器５とのデータ通信を実行する。

ポリシーエージェント部４１は、コントローラ２のポリシー管理部１４に対して、前述の通信ポリシー５１２の変更した旨を再度に通知する（Ｓ１１６）。

コントローラ２のポリシー管理部１４は、無線システム４からの通信ポリシー変更通知を受信する。その際、コントローラ２は、接続される無線システム４が複数ある場合は、どの無線システム４からの変更通知で、その通知の頻度がどの程度か、あるいは、他の無線システム４でも同様な状態か、各無線システム４のデータ通信の優先度、代替可能な配信方法や時間があるか、などを判別する。そして、ポリシー生成部１３にてポリシー５１の更新を行い、ポリシー管理部１４で管理する。

ポリシー管理部１４は、接続する無線システム４に配信するポリシー５１に更新があると判断すれば、その更新されたポリシー５１を対象の無線システム４に配信する（Ｓ１１７）。

ポリシー管理部１４から更新されたポリシー５１の配信を受けた無線システム４のポリシーエージェント部４１は、更新されたポリシー５１を記憶する。そして、前述と同様に、無線システム４を介して接続されるアプリケーション機器５（例えば、ラインセンサや環境センサ、あるいは監視カメラなど）との各通信環境の状態、その他の環境の変化の状態を検出し、適切な基準５１１を選択し、その基準５１１で規定される通信ポリシー５１２を設定し、無線システム制御部４２によるデータ通信を行う（Ｓ１１８）。

図７に、本発明を適用したコントローラ２における処理フローチャートを示す。コントローラ２は、前述の通信ネットワークシステム１に接続され、さらに接続される１以上の無線システム４の制御を行う。コントローラ２は、データ情報取得部１１で通信ネットワークシステム１および無線システム４の通信状況と通信環境に関するデータ情報の取得と、それら取得した情報に基づき、通信ポリシーを生成し、生成した通信ポリシーの管理を行い、接続される無線システム４および無線システム４ａとの間でデータ通信を行う処理を、以下のステップ１２０（Ｓ１２０）～ステップ１２４（Ｓ１２４）で行う。

（ステップ１２０）
データに関する情報の取得は、データ情報取得部１１において、コントローラ２に接続される上位の通信ネットワークシステム１および配下の無線システム４および無線システム４ａ、さらに各アプリケーション機器５に関する機器情報（一例では、データ属性、設定値、取得するデータのパラメータ・種類、データサイズ、取得頻度、各機器間でのデータ書き換えの取り決め、書き換え優先度、代替値など）に関する情報を取得する。

取得するデータの情報は、前述の各通信ネットワークシステム１の機器、アプリケーション機器などで初期設定される設定値やポリシー５１の各基準５１１および通信ポリシー５１２を生成するためデータ情報であり、コントローラ２内部の記憶部に記憶する。

（ステップ１２１）
無線環境情報取得部１２は、上位の通信ネットワークシステム１および配下の無線システム４、さらに各アプリケーション機器５の運用管理に関する情報（一例として、無線通信の通信パラメータ）、無線の通信環境に関する情報（一例として、受信電力、ＲＴＴ、リトライ回数などの送受信の通信品質、通信チャネル利用率などの周波数の利用状況）を取得する。

なお、このステップ１２０（Ｓ１２０）およびステップ１２１（Ｓ１２１）における情報取得処理は、コントローラ２、あるいはコントローラ２を制御する上位のアプリケーション機器（図示せず）において適宜に更新することが可能となり、所定のタイミングで更新する。

（ステップ１２２）
無線システム４および無線システム４ａに関するポリシーの生成は、無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部１３において、前述のデータ情報取得部１１および無線環境情報取得部１２において取得された各情報に基づき、接続される無線システム４および無線システム４ａに配信し、配信した無線システム４および無線システム４ａで制御、実行される複数の基準５１１と通信ポリシー５１２で構成されるポリシー５１を生成する。ここで生成される通信ポリシー５１２には、さらにパラメータ５１３、条件１（フィールド書換え）５１４、条件２（その他）５１５を設定する。

なお、ポリシー生成部１３で生成されるポリシー５１は、無線システム４および無線システム４ａ、さらにそれ以上の無線システム（図示せず）において共通のポリシー５１であってもよく、この場合は一度に配信されるよう構成してもよい。生成されるポリシー５１が、無線システム４および無線システム４ａ、さらにそれ以上の無線システム（図示せず）で異なるポリシー５１が生成された場合は、各々に生成されたポリシー５１が配信される。

（ステップ１２３）
生成されたポリシー５１の管理は、ポリシー管理部１４において、ステップ１２２で生成した各無線システム４および無線システム４ａに配信する複数の基準５１１と通信ポリシー５１２で構成されたポリシー５１の更新、履歴管理などの管理を行う。コントローラ２に接続される複数の無線システム４の各通信ポリシー５１２は、各々の無線システム４と対応付けて管理する。ポリシー管理部１４は、すでに生成されたポリシー５１、配信したポリシー５１、および新たに生成したポリシー５１（未配信を含む）を記憶する。

なお、ポリシー管理部１４における各ポリシー５１の管理は、現在接続されている対象の複数の無線システム４および無線システム４ａに関するポリシー５１を管理する。さらに、これまでにどの無線システム４および無線システム４ａにどの基準５１１と通信ポリシー５１２が適用してきたかの履歴も合わせて管理する。それらの管理状況の確認や更新は、コントローラ２、または上位のアプリケーション機器などに備わる構成（図示せず）にて統合的に管理するよう構成してもよい。

（ステップ１２４）
ポリシー管理部１４で管理されるポリシー５１の配信に関する処理は、ネットワーク制御部１５において、ステップ１２２で生成し、ステップ１２３で管理するポリシー５１に基づき所定の無線システム４および無線システム４ａに配信して処理を終了する。

図８に、本発明の無線システム４における処理フローチャートを示す。無線システム４は、コントローラ２に接続され、コントローラ２の無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部１３で生成されたポリシー５１をネットワーク制御部１５より受信する。受信後は、ポリシー５１を記憶し、ポリシーエージェント部４１にて通信状況などに応じて、適切な基準５１１と通信ポリシー５１２を決定し、無線システム制御部４２において、その決定した基準５１１と通信ポリシー５１２に基づきアプリケーション機器５との間でデータ通信を実施する。

（ステップ１３０）
無線システム４のポリシーエージェント部４１は、上記ステップ１２５で配信されたポリシー５１を受信し、無線システム４の記憶部（図示せず）に記憶する。記憶は、コントローラ２から配信された日時、またはポリシー５１に付与される識別番号で逐次に記憶される。ポリシー５１を１つのデータとして記憶する他に、ポリシー５１に含まれるある特定の項目や数値などの更新情報だけ受信するように構成してもよい。この場合、ポリシー５１に含まれる基準５１１、パラメータ５１３、条件１（フィールド書換え）５１４、または条件２（その他）５１５に対応する項目や数値などの更新情報のみが上書きされ、通信ポリシー５１２を更新する。

（ステップ１３１）
ポリシーエージェント部４１において、無線システム４を介して通信される配下のアプリケーション機器５との間に急激かつ大きな変動を通信環境の変化として検知した場合、すでに設定しているポリシー５１の基準５１１に従い、他の適した通信ポリシー５１２に切り替える。なおこの通信ポリシー５１２の変更は、自無線システム４を介して通信される配下のアプリケーション機器５との間に急激かつ大きな変動を通信環境の変化がなくても、コントローラ２のポリシー管理部１４、あるいはポリシーエージェント部４１から、全体最適となるデータ通信の運用ため必要と判断されれば、その全体最適となるデータ通信に適するパターンが複数の通信ポリシー５１２の中から選択されるよう構成してもよい。

（ステップ１３２）
無線システム制御部４２において、前述のポリシーエージェント部４１で設定された通信ポリシー５１２で配下に接続される無線端末との間のデータ通信が行われる。無線システム４のポリシーエージェント部４１で環境変化が検知され、通信ポリシー５１２が変更された場合は、即刻に変更が適用され、変更後の通信ポリシー５１２にてデータ通信（無線システム４のローカル通信）が再開される。

このようにポリシー５１に複数の基準５１１に対応する通信ポリシー５１２を備えることで、コントローラ２への問い合わせ、返答を待つことなく、通信ポリシー５１２を変更し、データ通信を行うことができるようになる。

（ステップ１３３）
ステップ１３１において通信ポリシー５１２を変更した後は、ポリシーエージェント部４１は、どの通信ポリシー５１２に変更してデータ通信を実行したかをコントローラ２に対して行い、処理を終了する。なお、この処理は、無線システム４について説明したが、無線システム４ａ、その他の接続される無線システムにおいても同様である。

これにより、コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムにおいて、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合でも、迅速に複数の無線システム４を制御し、低遅延などの要件を満たし、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる通信ネットワークシステムを提供することができる。

本実施形態における通信ネットワーク方法は、上述したコントローラ２は、アプリケーション機器が、無線システム４を介して通信するデータの情報を取得する第１工程と、無線システム４が行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する第２工程と、無線システム４に配信する複数の通信ポリシーを生成する第３工程と、無線システム４上で実行される通信ポリシーを管理する第４工程と、無線システムとデータ通信を行う第５工程とを備える。無線システム４は、コントローラ２から配信された複数の通信ポリシーを記憶するとともに、無線システム４が行う通信の状況を検出するとともに、当該検出結果に応じて通信ポリシー５１２を変更する第６工程と、通信ポリシー５１２に基づいてアプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う第７工程とを少なくとも備えること、を特徴とする。

上述した内容と同様に、これにより、やり取りする通信に急激かつ大きな変動があった場合でも、複数の無線システム４が主導的に適切な通信ポリシー５１２を基準５１１に基づき選択、決定できる。このため、コントローラ２に問い合わせることなく、迅速に無線システム４および無線システム４ａ（もしくはそれ以上）に接続される各々のアプリケーション機器５を制御することができ、柔軟に各無線システムとアプリケーション機器５の間の運用に対応できる。自身の無線システム４に加え、複数の無線システムからなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる。

さらに、上記第６工程では、環境変化の状況に応じて、通信ポリシー５１２に含まれるパラメータ５１３、条件１（フィールド書換え）５１４、または条件２（その他）５１５の項目や数値などの各情報が適宜に上書きされ、更新された通信ポリシー５１２として反映されるため、変化に柔軟に対応する迅速なデータ通信が可能となる。

これにより、複数の無線システム４を制御し、低遅延などの要件を満たし、複数の無線システム４からなる全体システムで周波数資源の有効活用が可能となる通信ネットワークシステムを提供することができる。さらに、複数の無線システムが、異なる通信ポリシーに従って制御されることにより、全体のバランスをとって通信システムの最適化が可能となる。

１ 通信ネットワークシステム
２ コントローラ
３ 有線システム
４、４ａ 無線システム
５ アプリケーション機器（端末装置）
１１ データ情報取得部
１２ 無線環境情報取得部
１３ ポリシー生成部
１４ ポリシー管理部
１５ ネットワーク制御部
４１、４１ａ ポリシーエージェント部
４２、４２ａ 無線システム制御部
５０ ポリシー（従来）
５１ ポリシー（本発明）
５０１ 通信ポリシー（従来）
５１１ 基準
５１２ 通信ポリシー（本発明）
５１３ パラメータ
５１４ 条件１（フィールド書換え）
５１５ 条件２（その他）
Ｘ 通信パラメータ

Claims (6)

1. コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワークシステムであって、
   上記コントローラは、
   上記アプリケーション機器が、無線システムを介して、通信するデータの情報を取得するデータ情報取得部と、
   上記無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する無線環境情報取得部と、
   上記無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成するポリシー生成部と、
   上記無線システムで実行される上記通信ポリシーを管理するポリシー管理部と、
   上記無線システムとデータ通信を行うネットワーク制御部と
   を備え、
   上記無線システムは、
   上記コントローラから配信された複数の上記通信ポリシーを記憶するとともに、上記無線システムが行う通信の状況の検出を行い、検出した当該通信の状況の結果と上記通信ポリシーの基準とに基づいて通信ポリシーを決定し、決定した当該通信ポリシーに変更するポリシーエージェント部と、
   上記ポリシーエージェント部により変更された上記通信ポリシーに基づいて上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う無線システム制御部と
   を少なくとも備えること
   を特徴とする通信ネットワークシステム。
2. 上記ポリシーエージェント部は、上記コントローラに事前に問い合わせることなく上記記憶した複数の上記通信ポリシー内のいずれか１つに変更し、再度通信ポリシーが配信されるまでの間、変更した上記通信ポリシーを維持すること
   を特徴とする請求項１に記載の通信ネットワークシステム。
3. 上記無線システム制御部で制御される対象は、送信周波数、経路、送信タイミング、送信電力、及びアンテナ指向性の少なくとも何れかであること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信ネットワークシステム。
4. 上記無線システム制御部における制御は、少なくとも上記通信ポリシーと、無線システムを介して通信するパケットのデータフレームに付加された優先情報とにより決定されること
   を特徴とする請求項１～請求項３の何れか１項記載の通信ネットワークシステム。
5. 上記ポリシーエージェント部は、上記記憶した上記データフレームを判別し、上記データフレームに付加された優先情報を書き換えること
   を特徴とする請求項４に記載の通信ネットワークシステム。
6. コントローラと１以上の無線システムとアプリケーション機器とからなる通信ネットワーク方法であって、
   上記コントローラは、
   上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報を取得する第１工程と、
   上記無線システムが行う通信に影響を与える無線環境に関する情報を取得する第２工程と、
   上記無線システムに配信する複数の通信ポリシーを生成する第３工程と、
   上記無線システムで実行される上記通信ポリシーを管理する第４工程と、
   を備え、
   上記無線システムは、
   上記コントローラから配信された複数の上記通信ポリシーを記憶するとともに、上記無線システムが行う通信の状況の検出を行い、検出した当該通信の状況の結果と上記通信ポリシーの基準とに基づいて通信ポリシーを決定し、決定した当該通信ポリシーに変更する第６工程と、
   上記第６工程により変更された上記通信ポリシーに基づいて上記アプリケーション機器が無線システムを介して通信するデータの情報の制御を行う第７工程と
   を少なくとも備えること
   を特徴とする通信ネットワーク方法。

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