JP7322950B2

JP7322950B2 - 無線通信システム、無線通信方法及び端末装置

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Publication number: JP7322950B2
Application number: JP2021528580A
Authority: JP
Inventors: 亮太椎名; 一貴原; 友宏谷口; 友規村上; 俊朗中平
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: US20220361070A1; US11700560B2; JPWO2020255354A1; WO2020255354A1

Description

本開示は、光無線かＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線のそれぞれのチャネルを選択利用する光／ＲＦハイブリッド無線通信環境において、チャネルスループットを照度によって判定しユーザの移動に対しても安定的な通信を実現するための、無線通信システム及び方法に関するものである。

近年、無線デバイスの利用率並びにトラヒックは爆発的に増加している。このような、無線デバイスの増加に伴い、既存の無線周波数帯域の使用は逼迫し、それらの影響は端末間の干渉として現れ、遅延の増加やスループットの減少など様々な問題を引き起こす。無線リンクにおけるこれらの問題を軽減するために、新しいアプローチが必要とされており、周波数資源が豊富な光無線通信がその候補の一つとして考えられている。近年では、ＬＥＤなどの安価な光源を利用しつつも、１Ｇｂｐｓ以上の高スループットでの通信が可能になりつつある（非特許文献１）。しかしながら、一般的に光無線は、光における直進性が強い特性によって通信可能エリアが限定されやすいという特徴や、物体による光の遮りに対して弱いといった特徴もある（非特許文献２）。そこで、多数の光無線光源をメッシュ状に配置してカバーエリアを拡大する方法（非特許文献３）や、端末に複数の受光素子を搭載し、壁などからの反射光を利用し端末の位置や角度に対してもスループット安定させる研究（非特許文献２）がされている。前者は、設備における物理的制約が大きく、通信の信号品質を担保するために光源（照明）の再配置が必要になる可能性もある。後者は端末に受光素子を複数搭載することで端末の複雑性やスケール性が増してしまい、端末のコストの観点からも課題がある。

これに対して、光無線と、既存のＲＦを組み合わせた共存型システムの提案がされている（非特許文献４、５）。この光／ＲＦ共存無線システムでは光無線とＲＦ無線をそれぞれデータ通信用チャネルとして利用し、安定的な通信環境を確立するものである。

既存のＲＦ無線システムにおいて課題となる無線周波数帯域の逼迫や通信品質の不安定性を解決するために光／ＲＦ共存型システムが提案されている。この光／ＲＦ共存無線システムでは光無線とＲＦ無線をそれぞれデータ通信用チャネルとして利用し、安定的な通信環境を確立するものである。従来の光／ＲＦ共存無線システムの研究では、端末が静的な状態での通信を想定したうえで、安定的な通信を実現している。しかし、無線端末の利用率の増加に伴い、住環境やオフィス環境などにおいて、ユーザが移動しつつ端末を利用する状況が大いに想定される。例えば、初期接続時に高いスループット特性が得られる最適なチャネルが光無線であった場合、端末は光無線チャネルを利用する。光無線は高いスループットが得られる一方で、直進性が強いために、高スループットを実現できるセル半径がＲＦ無線と比べて小さい特徴がある。このため、ユーザが光無線のアクセスポイント（以下、ＡＰと称する。）配下から移動すると、光無線のスループットは急激に劣化し、通信の不安定性が生じる。そのため、通信の不安定性を解消するには、光無線とＲＦ無線間でシームレスな接続が必要となる。

ユーザが移動する場合、スループット劣化の大きさは、ユーザの移動の仕方によって異なる。そのため、想定される様々なユーザに対し、要求されるスループットを満足させることができるようなチャネル切替えを実現可能な、光／ＲＦ共存無線システムが求められている。

Ｙ．Ｓ．Ｅｒｏｇｌｕｅｔａｌ．， "Ｍｕｌｔｉ－ｅｌｅｍｅｎｔＶＬＣｎｅｔｗｏｒｋｓ：ＬＥＤａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ，ｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，" ＩＥＥＥＪ．Ｓｅｌ．Ａｒｅａ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．１，ｐｐ．１２１－１３５，Ｊａｎ．２０１８．Ｗ．Ｘｕ，Ｊ．Ｗａｎｇ，Ｈ．Ｓｈｅｎ，Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ａｎｄＸ．Ｙｏｕ， "Ｉｎｄｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｆｏｒｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｄｅｖｉｃｅｕｓｉｎｇｖｉｓｉｂｌｅ－ｌｉｇｈｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，" ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎ．Ｊ．，ｖｏｌ．８，ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１６．Ｗａｎｇ，Ｊｉａａｎ，ｅｔａｌ． "ＳｔｕｄｙｏｆＬＥＤｌａｙｏｕｔｉｎｉｎｄｏｏｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ．" ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＣｈｉｎａ（ＡＯＰＣ２０１７），Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，２０１７．Ｍ．Ａｙｙａｓｈｅｔａｌ．， "ＣｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆＷｉＦｉａｎｄＬｉＦｉｔｏｗａｒｄ５Ｇ：Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ，ａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，" ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．，ｖｏｌ．５４，ｎｏ．２，ｐｐ．６４–７１，Ｆｅｂ．２０１６．Ｓ．Ｓｈａｏｅｔａｌ．， "Ｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｖｉｓｉｂｌｅ－ｌｉｇｈｔ－ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｎｈａｎｃｅｄＷｉＦｉｓｙｓｔｅｍ，" ＩＥＥＥ／ＯＳＡＪ．Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．Ｎｅｔｗ．，ｖｏｌ．７，ｎｏ．１０，ｐｐ．９６０–９７３，Ｏｃｔ．２０１５．

本開示は、ユーザが移動しつつ端末を利用する場合であっても、安定した品質で通信を可能にすることを目的とする。

本開示は、上記課題を解決するものであって、電波領域の周波数帯を利用したＲＦ無線システムと、光波領域の周波数帯を利用した光無線システムとが融合することで、無線伝送区間における周波数帯域の逼迫や通信品質の不安定性を解決するハイブリッド型の無線通信システムであって、ユーザの移動を考慮しつつ、光無線チャネルとＲＦ無線チャネルの切替えを行う。

本開示に係る無線通信システムは、
光無線アクセスポイントと、
ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントと、
前記光無線アクセスポイント及び前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信処理を実行する切替え制御部を備える端末装置と、
を備え、
前記切替え制御部が、
前記光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信と前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、前記端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う。

本開示に係る端末装置は、
光無線アクセスポイントと通信を行う光無線通信部と、
ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントと通信を行うＲＦ無線通信部と、
前記光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信と前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、前記端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う、切替え制御部と、
を備える。

本開示に係る無線通信方法は、
端末装置に備わる切替え制御部が、
光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信と前記ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、前記端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う。

本開示により、無線通信システムにおいて、ユーザの移動に対しても安定した通信品質を実現することができる。

本開示に係るシステム構成例である。本開示に係る光無線からＲＦ無線への切替え方式の一例を示す。本開示に係るＲＦ無線から光無線への切替え方式の一例を示す。ユーザの移動モデルの一例を示す。第１実施形態に係る初期接続フローの一例を示す。第１及び第２実施形態に係るチャネル切替えフローの一例を示す。第２実施形態に係る初期接続フローの一例を示す。第３実施形態に係る初期接続フローの一例を示す。第３実施形態に係るチャネル切替えフローの一例を示す。本開示に係るシステム構成の別例である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本開示の一つの特徴は、以下の構成を採用したことである。
光無線アクセスポイントと、ＲＦ無線アクセスポイントと、及び光無線チャネルとＲＦ無線チャネルのいずれかを選択して通信を行う端末装置と、を備える光／ＲＦハイブリッド無線通信システムにおいて、
端末装置が、
光無線アクセスポイントから送信された光信号の照度を常時測定し、
光無線チャネルで接続中に測定された照度が切替え照度未満となった場合に、光無線チャネルからＲＦ無線チャネルへの接続切替えを行い、
ＲＦ無線チャネルで接続中に測定された照度が切替え照度より大きい基準照度以上となった場合に、ＲＦ無線チャネルから光無線チャネルへの接続切替えを行い、
光無線チャネルにおいて要求スループットでの通信が可能な光信号の照度を要求照度としたとき、切替え照度は、光無線チャネルからＲＦ無線チャネルへの接続切替えが完了するまでの間、端末装置の受信する光信号の照度が要求照度以上となるように、要求照度より大きい値に設定する。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態に係るシステム構成を示す。本実施形態に係る無線通信システムは、電波領域のＲＦ無線と光波領域の周波数帯を利用した光／ＲＦハイブリッドシステムであり、ユーザの使用する端末９１、光無線ＡＰ９２、ＲＦ無線ＡＰ９３を備える。端末９１は、情報処理部１１、光無線通信部１２、ＲＦ無線通信部１３、メモリ１４、切替え制御部１５及びセンサ１６を備える。光無線通信部１２及びＲＦ無線通信部１３は切替え制御部１５に接続され、メモリ１４、制御部１５及びセンサ１６は情報処理部１１に接続されている。

切替え制御部１５は、光無線通信部１２とＲＦ無線通信部１３のチャネル切替えを行う。光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２と通信可能な任意の手段である。例えば、光無線通信部１２は、光信号を生成する光源（不図示）と、光無線ＡＰ９２の送信する光信号を受光する受光部１２１と、を備える。ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線ＡＰ９３と通信可能な任意の手段である。例えば、ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ信号を生成する信号生成部（不図示）と、ＲＦ信号を受信するアンテナ（不図示）と、を備える。

情報処理部１１は、命令に応答し且つ命令を実行する論理回路で構成される電子デバイスである。メモリ１４は、情報処理部１１が読み取り可能な任意の記憶媒体である。

メモリ１４は、プログラムモジュール１４１を記憶する。プログラムモジュール１４１は、本明細書に記載の処理を実行するように情報処理部１１を制御するための命令を含む。命令は、後述するアプリケーションを実行するための命令を含む。プログラムモジュール１４１は、すでにメモリ１４へと格納されているものとして示されているが、メモリ１４へと後に格納されるように記憶装置９４上に位置するように構成されてもよい。記憶装置９４は、プログラムモジュール１４１を記憶する有形のコンピュータが読み取り可能な記憶媒体である。記憶装置９４は、ランダムアクセスメモリ、或いは図示されていない遠隔のストレージシステムに位置し、且つネットワークを介して端末９１へと接続される他の種類の電子記憶デバイスであってよい。

図２と図３には本実施形態のシステムにおける、チャネル切替えを示す。本切替え方式では、切替え制御部１５が、受光部１２１の受光した光信号の照度を測定し、測定された光信号の照度（以下、受光照度と称する。）による光無線チャネルのチャネルスループットをモニタリングする。切替え制御部１５は、光無線チャネルのチャネルスループットに応じて光無線チャネルとＲＦ無線チャネルを切替える。

例えば、図２では、光無線ＡＰ９２に接続されている状態からＲＦ無線ＡＰ９３に切替えを行う場合を示している。図２に示すように、切替え制御部１５は、常時、受光照度を測定する。測定された照度が切替え照度以下になった場合、ＲＦ無線通信部１３が、ＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎやＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎといったＲＦ無線ＡＰ９３への接続処理を実行する。

ここで、切替え照度の設計は下記のように行われる。ユーザがあらかじめ要求するスループットに対応した要求照度を満足するために、切替え照度は要求照度よりも大きく定める必要がある。しかし、切替え照度を大きくとりすぎると、高スループットが得られる状態において切替えを実行しなければならないため、非効率となる。また、ユーザが移動する場合を想定すると、ユーザの移動速度に応じて、スループットの減衰加減が変化してしまうことから、切替え照度の設計にはユーザの移動速度も考慮したマージンを設定することが必要となる。式(１)には設計式を示す。

ここで、ｐ_ｔｈは切替え照度を表し、ｐ_ｒｅｑは要求照度を表す。また、ΔｔはＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎやＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎを含めたシステムにおけるチャネル切替え時間を表し、ｐは受光照度を表す。式（１）では、受光照度ｐの時間変化率の絶対値の最大値をチャネル切替え時間Δｔに乗算した値をマージンとした。

ここで、図４に示すようなモデルを考えると、一般に端末９１における受光照度ｐは係数ｎによって以下の式で表される。

ここで、αは受光角を示し、係数ｎは予め定められている係数を示す。係数ｎは、光無線ＡＰ９２において光信号を発生させる光源の指向性などによって決定されていることが好ましい。

図４のように、端末９１が鉛直距離Ｌ［ｍ］の位置から、移動速度ｖ［ｍ／ｓ］で移動する場合では受光照度ｐの時間変化率は式(３)で表される。

ただし、α＝ｔａｎ^－１ｖｔ／Ｌ、０≦α≦π／２とする。

したがって、式(１)と式(３)より、切替え照度ｐ_ｔｈは式(４)で表される。

式(４)によってユーザの移動速度ｖを加味した最適な切替え照度ｐ_ｔｈの設計が可能になる。

図３では、ＲＦ無線ＡＰ９３に接続されている状態から光無線ＡＰ９２に切替えを行う場合を示している。切替え制御部１５は、ＲＦ無線ＡＰ９３に接続している間も常時、受光部１２１で受光している光信号の受光照度を測定する。測定された受光照度が基準照度以上となった場合に、光無線通信部１２は、ＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎやＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎといった光無線ＡＰ９２への接続処理を実行する。基準照度は前述の切替え照度ｐ_ｔｈよりも大きいものとし、ユーザの要求するスループットに応じて柔軟に変更可能なものとする。

以下、図５と図６では、本実施形態のシステムにおける初期接続からチャネル切替えまでの流れを、フローチャートによって示す。図５に初期接続フローを示す。
初期接続では、まず、切替え制御部１５は、光無線ＡＰ９２への接続情報をメモリ１４から取得し、それらをもとに、パラメータを設定する（Ｓ１０１）。パラメータは、要求照度、切替え照度、基準照度の導出に用いられる任意のパラメータである。

パラメータの取得は、例えば以下のようにして行う。
まず、切替え制御部１５は、端末９１に設定されているスループットを取得し、これを用いて要求照度ｐ_ｒｅｑを導出する。導出は、例えば、スループットに対応する要求照度ｐ_ｒｅｑが定められているテーブルを参照する。
次に、切替え制御部１５は、導出した要求照度ｐ_ｒｅｑを用いて、切替え照度ｐ_ｔｈを導出する。導出は、例えば、チャネル切替え時間Δｔ、係数ｎ、端末９１の移動速度、及び鉛直距離Ｌを式（４）に適用する。式（４）のパラメータの導出方法は任意である。
次に、切替え制御部１５は、切替え照度ｐ_ｔｈを用いて基準照度を導出する。導出は、例えば、要求照度ｐ_ｒｅｑ及びスループットに対応する基準照度が定められているテーブルを参照する。

ここで、式（４）に用いるチャネル切替え時間Δｔは、予め定められた時間を用いることができ、光無線ＡＰ９２ごと又はＲＦ無線ＡＰ９３ごとに設定してもよい。例えば、光無線ＡＰ９２との通信時に、光無線通信部１２が光無線ＡＰ９２の情報として光無線ＡＰ９２から取得してもよいし、光無線通信部１２が光無線ＡＰ９２から取得した情報を用いて切替え制御部１５が導出してもよい。ＲＦ無線ＡＰ９３についても同様に、ＲＦ無線ＡＰ９３との通信時に、ＲＦ無線通信部１３がＲＦ無線ＡＰ９３の情報としてＲＦ無線ＡＰ９３から取得してもよいし、ＲＦ無線通信部１３がＲＦ無線ＡＰ９３から取得した情報を用いて切替え制御部１５が導出してもよい。

式（４）に用いる係数ｎは、光源の指向性に対応する係数ｎが定められているテーブルを用いることで求める。例えば、光無線通信部１２が光無線ＡＰ９２の情報として光無線ＡＰ９２に備わる光源の指向性を取得し、切替え制御部１５が、テーブルを参照し、取得した光源の指向性に対応する係数ｎをテーブルから取得する。ここで、テーブルは、光源の指向性及びユーザの位置に対応する係数ｎが定められていることが好ましい。ここでのユーザの位置は高さ方向を含めた３次元での位置であることが好ましい。

端末９１の移動速度は、端末９１に備わる種々のセンサを用いることができる。例えば、センサ１６が端末９１の位置を検出するセンサの場合、情報処理部１１は、センサ１６の検出した位置を用いて端末９１の移動速度を導出する。センサ１６が加速度を検出するセンサの場合、情報処理部１１は、端末９１の加速度を用いて端末９１の移動速度を導出する。

鉛直距離Ｌは、端末９１の位置及び光無線ＡＰ９２の位置を用いて求める。端末９１の位置は、端末９１の位置を検出するセンサ１６を用いることができる。光無線ＡＰ９２の位置は、光無線ＡＰ９２との接続時に光無線ＡＰ９２から取得することができる。鉛直距離Ｌは、光無線通信部１２が測定した光無線ＡＰ９２との往復遅延時間であってもよい。

光無線ＡＰ９２の情報については、端末９１は、プログラムモジュール１４１を用いて実行される専用のアプリケーション等を利用することで、あらかじめ把握されている光無線ＡＰ９２への接続情報を取得し、メモリ１４に格納する。ここで、光無線ＡＰ９２への接続情報は、例えば、光無線ＡＰ９２の光源における指向性などを表す照度情報、光無線ＡＰ９２の配置場所におけるユーザの移動速度情報、光無線ＡＰ９２の配置情報などである。このように、切替え制御部１５は、光無線通信部１２、ＲＦ無線通信部１３及び情報処理部１１の取得可能な任意の情報を用いて、パラメータを導出することができる。

次に、切替え制御部１５は、受光照度の測定を実行する（Ｓ１０２）。切替え制御部１５は、測定した受光照度ｐをもとに光無線ＡＰ９２もしくはＲＦ無線ＡＰ９３のどちらかに接続する（Ｓ１０３）。例えば、切替え制御部１５は、基準照度以上であれば、光無線通信部１２に光無線ＡＰ９２と接続させ、基準照度以下であれば、ＲＦ無線通信部１３にＲＦ無線ＡＰ９３と接続させる。ｐ≧基準照度の場合、光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２とのＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ（Ｓ１１１）、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ｓ１１２）を行い、その後データフレームの送受信（Ｓ１１３）を行う。一方、ｐ＜基準照度の場合、ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線ＡＰ９３とのＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ（Ｓ１２１）、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ｓ１２２）を行い、その後データフレームの送受信（Ｓ１２３）を行う。

図６には、チャネル切替えフローを示す。
まず、切替え制御部１５は、光無線ＡＰ９２とＲＦ無線ＡＰ９３のどちらに接続されているかの判別を行う（Ｓ２０１）。光無線ＡＰ９２に接続されている場合はステップＳ２１１に移行し、光無線ＡＰ９２に接続されていない場合はステップＳ２２１に移行する。

光無線ＡＰ９２に接続されている場合、切替え制御部１５は、受光部１２１における受光照度の測定を実施し（Ｓ２１１）、モニタリングした受光照度ｐが切替え照度ｐ_ｔｈ以上であるかの判定を行う（Ｓ２１２）。モニタリングした受光照度ｐが切替え照度ｐ_ｔｈ以上であれば、切替え制御部１５は受光照度の測定を行う。

一方で、モニタリングした受光照度ｐが切替え照度ｐ_ｔｈより小さい場合（Ｓ２１２においてＮｏ）、切替え制御部１５は、直ちに、ＲＦ無線へのチャネル切替えを実行する。この場合、ＲＦ無線通信部１３が、ＲＦ無線のＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２１３）とＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２１４）を行い、そののち、データフレームの送信を行う（Ｓ２１５）。ＲＦ無線に接続が完了した後、ステップＳ２２１～Ｓ２２５のフローに遷移する。このフローでは、受光照度の測定（Ｓ２２１）、照度判定（Ｓ２２２）など、ステップＳ１０２～Ｓ１１３と同様の処理が実行される。

次に、光無線ＡＰとＲＦ無線ＡＰの接続判定（Ｓ２０１）の結果、光無線ＡＰ９２に接続されておらず、ＲＦ無線への接続が確認された場合のチャネル切替えフローについて示す。ＲＦ無線に接続されている場合においても、切替え制御部１５は、受光照度の測定を常時実行する（Ｓ２２１）。測定された受光照度が基準照度より小さい場合（Ｓ２２２－ＮＯ）、切替え制御部１５は、ＲＦ無線接続を維持しつつ、受光照度の測定を実行する（Ｓ２２１）。一方で、測定された照度が基準照度以上の場合（Ｓ２２２－ＹＥＳ）、光無線チャネルへ接続するために、光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２とのＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２２３）とＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２２４）を行い、そののち、データフレームの送信を行う（Ｓ２２５）。光無線ＡＰ９２との接続が確立された後は、受光照度測定（２１１）のフローに遷移し、切替え制御部１５は、受光照度の測定や照度判定を実行する。
以上のようなチャネル切替えフローに従って、チャネル切替えが実行される。

（第２実施形態）
本実施形態は、初期接続フローが第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に初期接続フローを示す。まず、ユーザの使用する端末９１は、専用のアプリケーション等を利用することで、あらかじめ把握されている光無線ＡＰ９２への接続情報を取得する。ここで、光無線ＡＰ９２への接続情報は、例えば、光無線ＡＰ９２の光源における指向性などを表す照度情報、光無線ＡＰ９２の配置情報などである。切替え制御部１５は、これらの光無線ＡＰ９２への接続情報を取得し、それらをもとに自動的にパラメータを設定し、メモリ１４に格納する（Ｓ１０１）。

次に、切替え制御部１５は、端末９１を保有するユーザにおける速度情報や加速度情報などをメモリ１４から抽出し、それらを統合的に用いることで、ユーザの速度パラメータを設定する（Ｓ１０２）。ここで、速度情報や加速度情報は、平均速度、最高歩行速度、最低歩行速度、平均加速度、最大加速度、及び最低加速度の少なくとも一つを含む。例えば、切替え制御部１５は、メモリ１４内にあらかじめ記録されている速度情報や加速度情報を用いて、対象ユーザの最高歩行速度の絶対値の最大値を求め、当該最大値を式（４）のｖ値として代入する。これにより、本実施形態は、より正確な切替え照度ｐ_ｔｈを設定することができる。これらは、専用のアプリケーションなどを介して、情報処理部１１が自動的にパラメータ設定できるものとしてもよい。

次に、切替え制御部１５は、受光照度の測定を実行する（Ｓ１０３）。そして、切替え制御部１５は、測定した受光照度ｐをもとに光無線ＡＰ９２もしくはＲＦ無線ＡＰ９３のどちらかに接続する（Ｓ１０４）。例えば、切替え制御部１５は、受光照度が基準照度以上であれば、光無線通信部１２に光無線ＡＰ９２と接続させ、基準照度未満であれば、ＲＦ無線通信部１３にＲＦ無線ＡＰ９３と接続させる。ｐ≧基準照度の場合、光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２とのＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ（Ｓ１１１）、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ｓ１１２）を行い、その後データフレームの送受信（Ｓ１１３）を行う。一方ｐ＜基準照度の場合、ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線ＡＰ９３とのＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ（Ｓ１２１）、Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ｓ１２２）を行い、その後データフレームの送受信（Ｓ１２３）を行う。
その後、第１実施形態と同様、図６のチャネル切替えフローに従って、チャネル切替えが実行される。

（第３実施形態）
本実施形態は、認証処理すなわちＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理をあらかじめ実行しておくことによって、切替え時間の短縮をする点が第１実施形態と異なる。本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１認証規格であるＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理をあらかじめ実行しておくことによって、図２および図３に示したＲＦ無線ＡＰ９３への接続処理および光無線ＡＰ９２への接続処理におけるＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理を省略することができるため、切替え時間の短縮をすることができる。これにより、本実施形態は、スループットの劣化が小さくなり、より正確な切替え照度ｐ_ｔｈを設定することができる。

以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。尚、本実施形態では、式（１）におけるΔｔはＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎなどのシステムにおけるチャネル切替え時間を表すものとする。

図８と図９では、本実施形態のシステムにおける初期接続からチャネル切替えまでの流れを、フローチャートによって示す。図８に初期接続フローを示す。まず、ユーザの使用する端末９１は専用のアプリケーション等を利用することで、あらかじめ把握されている光無線ＡＰ９２への接続情報を取得しているものとする。光無線ＡＰ９２への接続情報は、例えば、光無線ＡＰ９２の光源における指向性などを表す照度情報、光無線ＡＰの配置場所におけるユーザの移動速度情報、光無線ＡＰの配置情報などとする。これらの光無線ＡＰ９２への接続情報を端末９１は取得し、それらをもとに自動的にパラメータを設定する（Ｓ１０１）。

次に、ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線ＡＰ９３に対して、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理を実施する（Ｓ１０２）。さらに光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２に対しても、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理を実施し（Ｓ１０３）、双方のＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理を済ませる。尚、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ処理を行う順番は、光無線通信部１２が先でもよいし、光無線通信部１２とＲＦ無線通信部１３同時でもよい。その後、切替え制御部１５は、受光照度の測定を実行する（Ｓ１０４）。

切替え制御部１５は、測定した受光照度ｐをもとに光無線ＡＰ９２もしくはＲＦ無線ＡＰ９３のどちらかに接続する（Ｓ１０５）。例えば、切替え制御部１５は、基準照度以上であれば、光無線通信部１２に光無線ＡＰ９２と接続させ、基準照度以下であれば、ＲＦ無線通信部１３にＲＦ無線ＡＰ９３と接続させる。ｐ≧基準照度の場合、光無線通信部１２は、光無線ＡＰ９２とのＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ処理（Ｓ１１１）を実行し、その後データフレームの送受信（Ｓ１１２）を行う。一方、ｐ＜基準照度の場合、ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線ＡＰ９３とのＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ処理（Ｓ１２１）を行い、その後データフレームの送受信（Ｓ１２２）を行う。

図９には、チャネル切替えフローを示す。まず、切替え制御部１５は、光無線ＡＰ９２とＲＦ無線ＡＰ９３のどちらに接続されているかの判別を行う（Ｓ２０１）。光無線ＡＰ９２に接続されている場合（Ｓ２０１－Ｙｅｓ）、切替え制御部１５は、受光照度の測定を実施し（Ｓ２１１）、モニタリングした受光照度ｐが切替え照度ｐ_ｔｈ以上であるかの判定を行う（Ｓ２１２）。モニタリングした受光照度が切替え照度ｐ_ｔｈ以上であれば（Ｓ２１２－Ｙｅｓ）、切替え制御部１５は、受光照度の測定を行う（Ｓ２１１）。一方で、モニタリングした受光照度ｐが切替え照度ｐ_ｔｈより小さい場合（Ｓ２１２－Ｎｏ）、切替え制御部１５は、直ちに、ＲＦ無線へのチャネル切替えを実行する。ＲＦ無線通信部１３は、ＲＦ無線のＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２１３）を行ったのち、データフレームの送信を行う（Ｓ２１４）。ＲＦ無線ＡＰ９３に接続が完了した後、受光照度の測定（Ｓ２２１）のフローに遷移し、切替え制御部１５は、受光照度の測定（Ｓ２２１）や照度判定（Ｓ２２２）を実行する。

次に、光無線ＡＰ９２とＲＦ無線ＡＰ９３の接続判定（Ｓ２０１）の結果、ＲＦ無線への接続が確認された場合のチャネル切替えフローについて示す。ＲＦ無線に接続されている場合においても、切替え制御部１５は受光照度の測定を常時実行する（Ｓ２２１）。測定された受光照度が基準照度より小さい場合（Ｓ２２２－ＮＯ）、切替え制御部１５は、ＲＦ無線接続を維持し、受光照度の判定を実行する（Ｓ２２１）。一方で、測定された受光照度が基準照度以上の場合（Ｓ２２２－ＹＥＳ）、光無線通信部１２は、光無線チャネルへ接続するために、光無線ＡＰ９２とのＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎに関する要求／応答（Ｓ２２３）を行ったのち、データフレームの送信を行う（Ｓ２２４）。光無線ＡＰ９２との接続が確立された後は、受光照度の測定（Ｓ２１１）のフローに遷移し、切替え制御部１５は、受光照度の測定（Ｓ２１１）や照度判定（Ｓ２１２）を実行する。
以上のようなチャネル切替えフローに従って、チャネル切替えが実行される。

（システム構成の別形態）
図１０に、本開示のシステム構成の別例を示す。図１０に示す端末９１は、図１に示す切替え制御部１５として情報処理部１１を機能させるためのプログラムモジュールがメモリ１４に格納されている。このように、本開示は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記憶装置９４に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１１：情報処理部
１２：光無線通信部
１２１：受光部
１３：ＲＦ無線通信部
１４：メモリ
１４１：プログラムモジュール
１５：切替え制御部
１６：センサ
９１：端末
９２：光無線アクセスポイント
９３：ＲＦ無線アクセスポイント
９４：記憶装置

Claims

光無線アクセスポイントと、
ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントと、
前記光無線アクセスポイント及び前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信処理を実行する切替え制御部を備える端末装置と、
を備え、
前記切替え制御部が、
前記光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信と前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、前記端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う、
無線通信システム。
前記切替え制御部は、
前記切替え照度より受光照度の大きい基準照度を設定し、
前記ＲＦ無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記基準照度を比較し、
前記ＲＦ無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が前記基準照度以上となった場合、前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信から前記光無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う、
請求項１に記載の無線通信システム。
前記切替え制御部が、
前記端末装置と前記光無線アクセスポイントとの距離、及び前記端末装置の移動速度を取得し、
取得した前記距離及び前記移動速度を用いて、前記切替え照度を設定する、
請求項１又は２に記載の無線通信システム。
前記切替え制御部が、以下の式を用いて前記切替え照度を導出する、
請求項３に記載の無線通信システム。

ただし、
α＝ｔａｎ^－１ｖｔ／Ｌ、０≦α≦π／２
ｐ_ｔｈ：切替え照度
Δｔ：チャネル切替え時間。
ｎ：予め定められている係数。
ｖ：端末装置の移動速度。
Ｌ：端末装置と光無線アクセスポイントとの距離。
ｐ_ｒｅｑ：要求照度。
前記チャネル切替え時間が、前記光無線アクセスポイントから前記ＲＦ無線アクセスポイントへのチャネル切替えに要する時間から前記ＲＦ無線アクセスポイントでの認証処理に要する時間を省いた時間、又は、前記ＲＦ無線アクセスポイントから前記光無線アクセスポイントへのチャネル切替えに要する時間から前記光無線アクセスポイントでの認証処理に要する時間を省いた時間である、
請求項４に記載の無線通信システム。
光無線アクセスポイントと通信を行う光無線通信部と、
ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントと通信を行うＲＦ無線通信部と、
前記光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信と前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う、切替え制御部と、
を備える端末装置。
端末装置に備わる切替え制御部が、
光無線アクセスポイントとの通信において設定されているスループットでの通信を行うための光信号の照度を要求照度としたとき、前記光無線アクセスポイントとの通信とＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）無線アクセスポイントとの通信との接続切替えが完了するまでの間、前記端末装置の受信する光信号の照度が前記要求照度以上に維持される切替え照度を設定し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に、前記光無線アクセスポイントから送信された光信号の受光照度を測定し、測定した受光照度と前記切替え照度を比較し、
前記光無線アクセスポイントとの接続中に前記受光照度が切替え照度未満となった場合、前記光無線アクセスポイントとの通信から前記ＲＦ無線アクセスポイントとの通信への接続切替えを行う、
無線通信方法。
光無線通信部が、光無線アクセスポイントとの認証処理を行い、
ＲＦ無線通信部が、ＲＦ無線アクセスポイントとの認証処理を行い、
前記光無線通信部及び前記ＲＦ無線通信部の接続処理の後に、前記切替え制御部が、前記受光照度と前記切替え照度を比較する、
請求項７に記載の無線通信方法。