JP7351723B2 - 無線通信装置および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関する。

複数の無線通信装置を含むメッシュネットワークにおいては、マルチパスや遮断などの影響で送信データが許容遅延時間内に受信されない場合がある。また、通信環境が非常に悪い場合には、送信データが受信されない可能性があり、通信成功率が低下することがある。このような場合に、従来から無線回線の切り替えを実行する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、無線通信装置はミリ波無線通信部とマイクロ波無線通信部、宛先の無線通信装置ごとにミリ波帯およびマイクロ波帯のどちらの周波数帯を使用するかを判断する転送先判断部を備えている。転送先判断部は、ミリ波無線通信部からリトライアウトを通知する信号を受信し、宛先の無線通信装置ごとのリトライアウト回数をカウントする。そして、リトライアウト回数が規定のスレッショルドを超えると、ミリ波無線通信部からマイクロ波無線通信部に切り替えて無線通信を実行する。したがって、ミリ波無線通信において通信障害が発生しても、マイクロ波無線通信に切り替えて通信を継続することが可能になる。また、無線通信装置は、ミリ波無線通信部が選択された場合には、ミリ波無線通信部から送信される通信データのコピーが送信完了するまで、無線モジュール統合制御部に格納される。無線モジュール統合制御部に格納された通信データは、マイクロ波無線通信部に転送され、無線通信が切り替えられる。

また、特許文献２では、移動局から到来する無線信号の受信誤り率が閾値Ｆを超えて劣化し、送信データの情報長と回線品質から推測される伝送遅延時間が無線回線の切り替えに要する時間よりも長い場合に、無線回線の切り替えを実行する。

特開２０１３－０１３１５１号公報 特開平１０－２１５４７５号公報

しかしながら、通信方法および／または通信回線を切り替えても、通信データが許容遅延時間内に届かず、通信遅延が発生する場合がある。

例えば、特許文献１の構成によれば、スレッショルドを超えるまでミリ波で再送を実行し、スレッショルドを超えた後にミリ波よりも通信速度が遅いマイクロ波に切り替えるので、通信の遅延が大きくなるという課題がある。すなわち、特許文献１の構成によれば、遅延要求が厳しい場合には、通信時間が長いマイクロ波で再送を実行すると許容遅延時間内にデータの送受信ができない可能性がある。また、特許文献２の構成によれば、無線回線を切り替えた場合に、受信端末までの経路が長くなってしまう場合があり、この場合には通信の遅延が大きくなるという課題がある。また、特許文献２の構成によれば、無線回線を切り替えた場合に、電波状況が不安定な状況であると、データの送受信ができない可能性もある。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、メッシュネットワークにおいて、通信データが許容遅延時間内に届き、通信遅延の発生を抑制することが可能な無線通信装置および無線通信システムを提供することにある。

本発明の態様に係る無線通信装置は、マイクロ波およびミリ波を使用可能であって、マイクロ波またはミリ波を使用して通信データを送受信する無線通信装置であって、受信した通信データではない通信データの送信要求があった場合に、マイクロ波を使用して前記通信データを他の無線通信装置に送信する無線送信部と、前記他の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記通信データの通信チャネルをミリ波に切り替える周波数帯切り替え部と、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの通信ルートを選択するルート選択部と、を備え、前記無線送信部は、前記他の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記ミリ波を使用して前記通信データを前記通信ルートにしたがって送信することが好ましい。

前記ミリ波を使用して送信された前記通信データの肯定応答を、前記ミリ波を使用して直接送信した無線通信装置から受信した場合には、前記通信データを破棄し、前記無線送信部は、受信した通信データではない次の通信データを、前記マイクロ波を使用して前記次の通信データが送信されるべき無線通信装置に送信することが好ましい。

前記ルート選択部は、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの通信ルートを選択する場合に、ホップ数が最も少ない通信ルートを選択することが好ましい。

前記ルート選択部は、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの通信ルートを選択する場合に、前記通信ルートを選択するごとに通信環境が最も良い前記通信ルートを選択するように前記通信ルートを動的に選択することが好ましい。

前記無線送信部は、前記通信データをミリ波で受信した場合に、前記通信データに含まれる前記通信ルートに従って、次に前記通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、前記次の無線通信装置に前記通信データをミリ波で送信し、前記無線送信部は、前記通信データをマイクロ波で受信した場合に、前記通信データに含まれる前記通信ルートに従って、次に前記通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、前記次の無線通信装置に前記通信データをマイクロ波で送信することが好ましい。

前記無線送信部は、前記通信データをミリ波で送信した場合に、前記次の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記ルート選択部が前記通信ルートを変更し、変更された通信ルートにしたがって、前記通信データをミリ波で送信することが好ましい。

無線通信装置が中継端末または受信端末として機能する場合には、前記通信データを受信する無線受信部をさらに含み、前記無線受信部はマイクロ波およびミリ波で前記通信データを受信するように待機することが好ましい。

前記ミリ波を使用して送信される前記通信データの通信フレームは、前記マイクロ波を使用して送信される前記通信データの通信フレームよりも１０分の１以上短いことが好ましい。

本発明の他の態様に係る無線通信システムは、上記に記載の無線通信装置において送信端末として機能する無線通信装置と、上記に記載の無線通信装置において中継端末として機能する無線通信装置と、上記に記載の無線通信装置において受信端末として機能する無線通信装置と、を含むことが好ましい。

前記無線通信システムは車両に搭載され、前記通信データは前記車両に備えられる電子機器から出力されるデータであることが好ましい。

本発明によれば、メッシュネットワークにおいて、通信データが許容遅延時間内に届き、通信遅延の発生を抑制することが可能な無線通信装置および無線通信システムを提供することが可能となる。

本実施形態に係る無線通信システムに使用される通信フレームの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る無線通信システムの構成および動作の一例を示す模式図である。 図２に係る無線通信システムの動作の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る無線通信システムに含まれる無線通信装置の構成の一例を含むブロック図である。 本実施形態に係る無線通信システムに含まれる無線通信装置が送信端末として動作する場合の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る無線通信システムに含まれる無線通信装置が中継端末または受信端末として動作する場合の一例を示すフローチャートである。

（無線通信システムの概要）
本実施形態の無線通信システムは複数の無線通信装置を含み、各無線通信装置は送信端末、中継端末、受信端末として機能することができる。すなわち、各無線通信装置は、受信した通信データが自端末宛ての場合には受信端末として機能し、自端末宛てではない通信データであって通信が失敗した通信データを有する場合には中継端末として機能する。

無線通信装置が送信端末として機能する場合に、最初の通信データの送信をマイクロ波で実行し、マイクロ波による通信が失敗した場合には、再送をミリ波に切り替えて通信データの送信を実行する。通信データの経路はホップ数が最も少ないものから選択されるが、経路の選択はこれに限定されるものではない。

以上の説明による本実施形態に係わる無線通信システムは車両等の移動体に搭載されることができる。この場合には、送信端末が送信する通信データは、移動体の状況を検知するセンサーの情報、移動体を制御する情報、移動体に搭載された電子機器の情報等の情報である場合がある。

なお、本実施形態に係わる無線通信システムには、各無線通信装置の送受信タイミングを制御するコントローラは存在する場合と存在しない場合がある。例えば、コントローラが存在しない場合には、無線通信システムはＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）等のプロトコルを採用する。

（無線通信システムの動作例）
図１～図４を参照して本実施形態に係る無線通信システム１０００の動作例について説明する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システム１０００において使用される無線通信フレームの一例の模式図である。

無線通信フレームにはＤＩＦＳ（ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ） Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）期間、バックオフ期間、通信データ期間が含まれる。さらに、通信データが自端末宛ての場合には、無線通信フレームに、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）期間およびＡＣＫ（ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）期間が含まれる場合がある。上記期間はマイクロ波およびミリ波に共通する期間である。また、ＡＣＫ期間は、ＡＣＫの送受信の開始タイミングから通信フレームの終了タイミングまでの期間である場合がある。

図１のマイクロ波の場合には、ＤＩＦＳ期間はＤＩＦＳ１で示され、約６０μｓの期間であり、バックオフ期間はＢＯ１で示され、約１００μｓの期間であり、通信データ期間はＤ１で示され、約８００μｓの期間である。また、図１のマイクロ波の場合のＳＩＦＳ期間はＳＩＦＳ１で示され、約２０μｓの期間であり、ＡＣＫ期間はＡＣＫ１で示され、約２０μｓの期間である。したがって、通信データがマイクロ波で送受信される場合には、１無線通信フレームは約１ｍｓ（１０００μｓ）で構成される場合がある。

図１のミリ波の場合には、ＤＩＦＳ期間はＤＩＦＳ２で示され、約６０μｓの期間であり、バックオフ期間はＢＯ２で示され、約１μｓの期間であり、通信データ期間はＤ２で示され、約８μｓの期間である。また、図１のミリ波の場合のＳＩＦＳ期間はＳＩＦＳ２で示され、約２０μｓの期間であり、ＡＣＫ期間はＡＣＫ２で示され、約１μｓの期間である。なお、ＡＣＫ２はさらに短い期間である場合がある。このように、通信データがマイクロ波よりも高い周波数であるミリ波で送受信される場合には、バックオフ期間、通信データ期間、ＡＣＫ期間が非常に短くなる。その結果、例えば、通信データがミリ波で送受信される場合には、１無線通信フレームは約９０μｓで構成される場合がある。したがって、ミリ波による通信速度は、マイクロ波による通信速度に比べて数十倍速くなる可能性がある。

図２は、無線通信システム１０００における通信データの送受信の流れの一例を説明するための模式図である。

図２における無線通信システム１０００は無線通信装置１００ａ、無線通信装置１００ｂ、無線通信装置１００ｃおよび無線通信装置１００ｄを含む。なお、無線通信装置１００ａ、無線通信装置１００ｂ、無線通信装置１００ｃおよび無線通信装置１００ｄを総称して無線通信装置１００と記載する場合がある。

無線通信装置１００のそれぞれは、通信データの最終的な宛先の無線通信装置までのすべてのルート情報を共有しており、ホップ数が最も少ないルートから選択していくように構成されている。

最初に、無線通信装置１００ａはホップ数が最も少ない無線通信装置１００ｄを宛先端末装置として、マイクロ波で通信データの送信を実行する。無線通信装置１００が通信データを最初に送信する場合にはマイクロ波を使用するものとする。無線通信装置１００ｄからＡＣＫが送信され、無線通信装置１００ａが当該ＡＣＫを正常に受信すれば、当該通信データの送受信は成功したことになるので、通信は完了する。しかし、無線通信装置１００ａが無線通信装置１００ｄからのＡＣＫを受信できない場合には、無線通信装置１００ａは当該通信データの通信が失敗したと判断し、再送処理を実行する。本実施形態では、再送処理を実行する場合には、無線通信装置１００ａは通信チャネルをマイクロ波からミリ波に切り替えて、ルートを決定し、決定されたルートで、当該通信データを再送する。

ミリ波はマイクロ波に比べて遮蔽に弱く、指向性が高いので、宛先となった無線通信装置以外の無線通信装置ではオーバーヒアを使用することができないものとする。したがって、無線通信装置１００ａが再送のために決定したルート上に存在する無線通信装置が通信データを中継して、無線通信装置１００ｄまでの通信処理を実行する。ルートはホップ数が小さいルートから選択されるので、図２では、無線通信装置１００ａ→無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｄのルートが最初の再送ルートとして決定される。

無線通信装置１００ａと無線通信装置１００ｂとの間には他の無線通信装置が存在しない。また、無線通信装置１００ｂは無線通信装置１００ａに最も近い位置に存在する無線通信装置であるので、無線通信装置１００ｂと無線通信装置１００ａとの間の通信は成功するものとする。したがって、無線通信装置１００ｂが無線通信装置１００ｄからのＡＣＫを正常に受信すれば、無線通信装置１００ａ→無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｄのルートで送信された通信データの通信が成功し、通信は完了する。

しかし、無線通信装置１００ｂが無線通信装置１００ｄからのＡＣＫを受信しない場合には、無線通信装置１００ｂは当該通信データの通信が失敗したと判断し、無線通信装置１００ｂが中継端末として機能し、再送処理を実行する。すなわち、無線通信装置１００ｂは通信チャネルをミリ波に維持して、ルートを決定し、決定されたルートで、当該通信データを再送する。ルートはホップ数が小さいルートから選択されるので、図２では、無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｃ→無線通信装置１００ｄのルートが再送ルートとして決定される。

無線通信装置１００ｂと無線通信装置１００ｃとの間には他の無線通信装置が存在しない。また、無線通信装置１００ｂは無線通信装置１００ｃまでのルート上で無線通信装置１００ｂに最も近い位置に存在する無線通信装置であるので、無線通信装置１００ｂと無線通信装置１００ｃとの間の通信は成功するものとする。

同様に、無線通信装置１００ｃと無線通信装置１００ｄとの間には他の無線通信装置が存在しない。また、無線通信装置１００ｃは無線通信装置１００ｄまでのルート上で無線通信装置１００ｃに最も近い位置に存在する無線通信装置であるので、無線通信装置１００ｃと無線通信装置１００ｄとの間の通信は成功するものとする。したがって、無線通信装置１００ａ→無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｃ→無線通信装置１００ｄのルートで送信された通信データの通信が成功し、通信は完了する。

次に、図３を用いて、通信チャネルの周波数を切り替える場合の、周波数の切り替え処理フローおよび遅延時間のイメージを模式的に示す。

無線通信装置１００ａは、マイクロ波で通信データを送信後、宛先の無線通信装置１００ｄからＡＣＫを受信しない場合に、通信チャネルの周波数をマイクロ波からミリ波に切り替える。通信チャネルの周波数を切り替える場合には、ＡＣＫが受信されないと判断したタイミングから切り替え処理に約１．４ｍｓの時間が必要となる。さらに、ルート決定処理に約０．１ｍｓの時間が必要となる。したがって、ＡＣＫが受信されないと判断したタイミングからミリ波で通信データの再送を開始するまでに約１．５ｍｓ（約１．４ｍｓ＋約０．１ｍｓ）の時間が必要となる。すなわち、ＡＣＫが受信されないと判断したタイミングからミリ波で通信データの再送を開始するまでに、通信チャネルの周波数の切り替える処理とルート決定処理を合算した時間が必要となる。

図２の再送処理には以下の時間が必要となる。最初の再送処理に、無線通信装置１００ａ→無線通信装置１００ｂ（通信成功：９０μｓ）および無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｄ（通信失敗：９０μｓ）がさらに必要となる。２回目の再送処理に、無線通信装置１００ｂによるルート決定処理（０．１ｍｓ）、無線通信装置１００ｂ→無線通信装置１００ｃ（通信成功：９０μｓ）、無線通信装置１００ｃ→無線通信装置１００ｄ（通信成功：９０μｓ）が必要となる。すなわち、マイクロ波によるＡＣＫが受信されないと判断したタイミングからミリ波で通信データの再送が完了するまでに、約１．９６ｍｓが所要時間として経過する。

一方、従来の方法によってマイクロ波で再送処理を実行する場合には、輻輳の影響等を考慮して、マイクロ波によるＡＣＫが受信されないと判断するまでに、約１通信フレーム（１ｍｓ）待機する。すなわち、約１ｍｓ待機してからマイクロ波による再送処理を実行する。再送処理が一回で成功すれば、１通信フレーム（１ｍｓ）の時間がさらに必要とされるので、合計約２ｍｓの時間が再送処理に必要とされる。したがって、マイクロ波による再送処理には約２ｍｓかかり、ミリ波による再送処理には約１．９６ｍｓかかるので、ミリ波による再送処理に要する時間のほうが、マイクロ波による再送処理に要する時間よりも短くなる。

（無線通信ノードの構成例）
上述の機能を実現するための無線通信装置１００（以下単にノードと称する場合がある）の主な機能の一例について図４のブロック図を参照して説明する。

無線通信装置１００は、アンテナＡＮＴ、無線受信部１０２、無線送信部１０３、周波数帯切り替え部１０４、ルート選択部１０５、通信データバッファ部１０６、通信データ生成部１０７、Ｉ／Ｆ部１０８（Ｉ／Ｆ：Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）を含んで構成される。なお、無線通信装置１００は送受信切り替え部１０１を含んで構成される場合もある。

無線受信部１０２は、他のノードから送信された通信データまたはＡＣＫ（ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を受信する機能を有する。また、無線受信部１０２で受信した通信データの宛先情報を参照して、自ノード宛ての通信データと他のノード宛ての通信データとを区別する機能を有する。一例として宛先情報はノードの識別情報であって、ヘッダに含まれる情報として参照可能な情報である。当該通信データは自ノードが最終宛先となる通信データである場合と、自ノードが最終宛先とならない通信データである場合がある。自ノードが最終宛先とならない通信データである場合には、無線通信装置１００は中継端末として機能する。なお、無線受信部１０２は、マイクロ波の通信データおよびミリ波の通信データを受信することが可能であるように構成されている。

無線送信部１０３は、自ノードから通信データを送信する機能を有する。当該通信データは自ノードで発生したデータである場合と、通信が失敗した通信データであって、中継通信する通信データである場合がある。また、無線送信部１０３は、通信データに対する肯定応答であるＡＣＫを送信する機能も有する。

周波数帯切り替え部１０４は、自ノードからマイクロ波で通信データを無線送信部１０３から送信した場合に、宛先の通信データからＡＣＫを受信しない場合に、通信チャネルをマイクロ波帯からミリ波帯に切り替える機能を有する。また、周波数帯切り替え部１０４は、ミリ波による通信データの通信が完了した場合には、ミリ波帯からマイクロ波帯に切り替える機能も有する。

ルート選択部１０５は、通信データが送信されるべきルートを選択する。選択されるルートはホップ数が少ないルートから順番に選択される。ホップ数が同一のルートが複数存在する場合には、自無線通信装置から物理的な距離が近い、または、自無線通信装置からの通信環境が最も良好な、無線通信装置を次の無線通信装置とすることも可能である。一例として、最初に選択されたルートを使用して、マイクロ波で通信データを送信し、当該マイクロ波による通信が失敗した場合には、ミリ波によるルートを新たに選択する。また、ミリ波による通信が失敗した場合には、ミリ波によるルートの選択は、複数回実行される場合もある。

通信データバッファ部１０６は、後述する通信データ生成部１０７で生成された通信データ、および、無線受信部１０２で受信した中継すべき通信データを一時的に記憶する機能を有する。

通信データ生成部１０７は、Ｉ／Ｆ部１０８から入力されたデータ情報から通信データを生成する機能を有する。

Ｉ／Ｆ部１０８は、自ノードに接続された車載機器（例えばスイッチやセンサー）などの電子機器から出力されるデータ情報を入力し、通信データ生成部１０７に出力する機能を有する。なお、電子機器は車両に搭載された電子機器に限定されるわけではない。

オプションとしての送受信切り替え部１０１は、アンテナＡＮＴと無線受信部１０２との接続、および、アンテナＡＮＴと無線送信部１０３との接続を切り替える機能を有する。すなわち、送受信切り替え部１０１は通信データを受信する場合にはアンテナＡＮＴと無線受信部１０２とを接続し、通信データを送信する場合にはアンテナＡＮＴと無線送信部１０３とを接続する機能を有する。

しかし、オプションとしての送受信切り替え部１０１を備えないノードの場合には、無線受信部１０２にアンテナＡＮＴ１（図示せず）を固定的に接続し、無線送信部１０３にアンテナＡＮＴ２（図示せず）を固定的に接続する構成とすることもできる。また、アンテナＡＮＴ、ＡＮＴ１、ＡＮＴ２はノードの内部または外部に配置することが可能である。

（無線通信ノードの動作例のフローチャート）
以上の構成を有する無線通信装置１００が送信ノードとして機能する場合の動作例のフローチャートについて図５を用いて説明する。

ステップＳ５０１において、無線通信装置１００はＩ／Ｆ部１０８を介して通信データの生成要求があったか否かを判定する。通信データの生成要求があった場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００は、ステップＳ５０２に進む。通信データの生成要求がない場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）には、無線通信装置１００は、ステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０２において、通信データ生成部１０７は、通信データを生成し、通信データバッファ部１０６に通信データを格納する。次に、無線通信装置１００は、ステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３において、無線送信部１０３は、図１に示すマイクロ波の通信フレームを使用して通信データバッファ部１０６から伝送された通信データを送信する。この場合に、ルート選択部１０５は最も少ないホップ数で通信データを宛先の無線通信装置に伝送するようにルートを選択する。選択されたルートにしたがって、無線送信部１０３は、通信データを送信する。

ステップＳ５０４において、無線通信装置１００は、ステップＳ５０３において送信した通信データに対してＡＣＫがあったか否かを判定する。通信データに対してＡＣＫがあった場合（ステップＳ５０４：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０５に進む。通信データに対してＡＣＫがなかった場合（ステップＳ５０４：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０５において、無線通信装置１００は、通信データに対するＡＣＫがあったので、通信データバッファ部１０６に格納された通信データを破棄する。

ステップＳ５０６において、無線通信装置１００は、通信データをマイクロ波によって送信したか否かを判定する。通信データをマイクロ波によって送信した場合（ステップＳ５０６：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００は、ステップＳ５０７に進む。通信データをマイクロ波によって送信していない場合、つまり通信データをミリ波によって送信した場合（ステップＳ５０６：ＮＯ）には、無線通信装置１００は、ステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０７において、周波数帯切り替え部１０４は、通信チャネルをマイクロ波からミリ波に切り替える。次に、無線通信装置１００は、ステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０８において、ルート選択部１０５は、ホップ数がより少ないルートを選択する。無線通信装置１００はすべてのルート情報を共有しているので、ルート選択部１０５は、ホップ数をカウントしてルートを選択することが可能である。例えば、ステップＳ５０４においてＡＣＫを受信できなかった通信データの宛先の無線通信装置に対するルートを変更する。次に、無線通信装置１００は、ステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０９において、無線通信装置１００は、ミリ波を用いて、ステップＳ５０８において決定されたルートにおける次の無線通信装置に、ステップＳ５０４においてＡＣＫを受信できなかった通信データを再送する。

（無線通信ノードの他の動作例のフローチャート）
以上の構成を有する無線通信装置１００が中継ノードまたは受信ノードとして機能する場合の動作例のフローチャートについて図６を用いて説明する。

ステップＳ６０１において、無線通信装置１００は、自無線通信装置が送信した通信データに対するＡＣＫを受信したか否かを判定する。なお、無線通信装置１００が他の無線通信装置から新たな通信データを受信する場合には、（ステップＳ６０１：ＮＯ）の判定になるので、無線通信装置１００はステップＳ６０３に進む。無線通信装置１００が通信データに対するＡＣＫを受信した場合（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０２に進む。無線通信装置１００が通信データに対するＡＣＫを受信しない場合（ステップＳ６０１：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０２において、無線通信装置１００は中継送信が成功した状態なので、中継送信に使用した通信データバッファ部１０６に記憶された通信データを破棄し、中継送信を終了する。

ステップＳ６０３において、無線通信装置１００は通信データを受信したか否かを判定する。通信データを受信した場合（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０４に進む。通信データを受信しない場合（ステップＳ６０３：ＮＯ）には、無線通信装置１００は処理を終了する。なお、無線通信装置１００が通信データを中継送信し、ＡＣＫを受信していない場合には、中継送信した通信データをすでに受信しているので、無線通信装置１００はステップＳ６０３：ＹＥＳとして処理する。

ステップＳ６０４において、無線通信装置１００はステップＳ６０３で受信したと判定された通信データの最終的な宛先が自無線通信装置であるか否かを判定する。受信した通信データの最終的な宛先が自無線通信装置である場合（ステップＳ６０４：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０５に進む。受信した通信データの最終的な宛先が自無線通信装置ではない場合（ステップＳ６０４：ＮＯ）には、無線通信装置１００は中継通信または再送通信のためにステップＳ６０６に進む。なお、無線通信装置１００が通信データを中継送信し、ＡＣＫを受信していない場合には、無線通信装置１００はステップＳ６０４：ＮＯとして処理する。

ステップＳ６０５において、無線通信装置１００は最終的な宛先が自無線通信装置である通信データを受信したので、受信処理を実行する。すなわち、無線通信装置１００は通信データを送信した他の無線通信装置に対して、ＡＣＫを送信する。ＡＣＫを受信した他の無線通信装置は通信データを破棄することが可能になる。

ステップＳ６０６において、無線通信装置１００は、ステップＳ６０３で受信した、または、未受信のＡＣＫに対する送信した通信データが存在すると判定された、最終的な宛先が自無線通信装置ではない通信データがマイクロ波であるか否かを判定する。通信データがマイクロ波である場合（ステップＳ６０６：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０７に進む。通信データがマイクロ波ではない場合（ステップＳ６０６：ＮＯ）、すなわち通信データがミリ波である場合には、無線通信装置１００はステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０７において、無線通信装置１００は、マイクロ波である通信データに対しては、宛先を変更せずに、再送処理を実行する。上述の実施形態では、マイクロ波の再送処理については説明していないが、無線通信装置１００はマイクロ波で再送処理を実行することも可能である。また、ステップＳ６０７において、無線通信装置１００は、ミリ波である通信データに対しては、ステップＳ６０８において決定・変更されたルート上にある自無線通信装置の次の無線通信装置に対して、中継処理を実行する。なお、ステップＳ６０７において、受信した通信データに対するＡＣＫを送信する場合もある。

ステップＳ６０８において、無線通信装置１００のルート選択部１０５は、ミリ波である通信データに対して、自無線通信装置が中継送信した通信データのＡＣＫを受信していない場合には、ホップ数がより少ない次のルートを探索し、ルートを変更する。ホップ数が同一のルートが複数存在する場合には、自無線通信装置から物理的な距離が近い、または、自無線通信装置からの通信環境が最も良好な、無線通信装置を次の無線通信装置とすることも可能である。また、無線通信装置１００のルート選択部１０５は、ミリ波である通信データを受信した場合には、通信データに含まれるルート情報に基づいて、次に送信するべき宛先の無線通信装置を決定する。

（変形例１）
以上の実施形態の説明では、ホップ数が同一のルートが複数存在する場合には、自無線通信装置から物理的な距離が近い、または、自無線通信装置からの通信環境が最も良好な、無線通信装置を次の無線通信装置とする形態について説明した。しかし、ルートを選択する場合に、最初から、自無線通信装置から物理的な距離が近い、または、自無線通信装置からの通信環境が最も良好な、無線通信装置を次の無線通信装置とすることも可能である。なお、ルート選択方法は、本実施形態および変形例１に限られるわけではなく、さまざまな変形形態が可能である。

（変形例２）
以上の実施形態の説明では、通信データとして特定のデータについて説明していないが、アプリケーションについては限定されるわけではない。例えば、通信データは移動体の状況を検知するセンサーの情報、移動体を制御する情報、移動体に搭載された電子機器の情報等の情報である場合がある。センサーには、ドアの開閉検知センサー、シートベルトのセンサー、エンジンの回転センサー、車両の速度センサー、ブレーキやアクセルのセンサー等の各種のセンサーが一例として挙げられる。また、電子機器には、ナビゲーション機器、ラジオやテレビ等のエンタテイメント機器が一例として挙げられる。

以上説明したように、本実施形態の無線通信装置１００および無線通信システム１０００によれば、通信する周波数帯をマイクロ波とミリ波の２つを使用することによって、遅延時間内に送信することが可能になる。また、マイクロ波による通信が失敗した後に、再送をミリ波に切り替えて中継通信を実行することにより、通信遅延を抑えることが可能になる。さらに、ルート決定に関しては最短経路を進むことが可能になるので、ルートが長くなることを抑制することが可能になる。さらに、通信状況が不安定で別ルートを選択して通信した場合にも、マイクロ波よりミリ波の通信速度が速いため、通信遅延を抑えることが可能になる。

以下に、本実施形態の無線通信装置１００および無線通信システム１０００の特徴について記載する。

本発明の第１の態様に係る無線通信装置１００は、マイクロ波およびミリ波を使用可能であって、マイクロ波またはミリ波を使用して通信データを送受信する無線通信装置１００である。当該無線通信装置１００は、受信した通信データではない通信データの送信要求があった場合に、マイクロ波を使用して通信データを他の無線通信装置に送信する無線送信部１０３を含む。また、当該無線通信装置１００は、他の無線通信装置から通信データの肯定応答を受信しない場合に、通信チャネルをミリ波に切り替える周波数帯切り替え部１０４と、ミリ波で送信されるべき通信データの通信ルートを選択するルート選択部１０５と、を含む。無線送信部１０３は、他の無線通信装置から通信データの肯定応答を受信しない場合に、ミリ波を使用して通信データを通信ルートにしたがって送信することが好ましい。

上記構成によれば、メッシュネットワークにおいて、通信データが許容遅延時間内に届き、通信遅延の発生を抑制することが可能な無線通信装置１００を構成することが可能になる。

本発明の第２の態様に係る無線通信装置１００は、ミリ波を使用して送信された通信データの肯定応答を、ミリ波を使用して直接送信した無線通信装置から受信した場合には、通信データを破棄する。無線送信部１０３は、受信した通信データではない次の通信データを、マイクロ波を使用して次の通信データが送信されるべき無線通信装置に送信することが好ましい。

上記構成によれば、無線通信装置１００がミリ波を使用して再送制御をする場合に通信データの肯定応答を受信すれば通信データを破棄するので、肯定応答を送信した無線通信装置１００が再送制御を新たに実行することが可能になる。また、新たな通信データが発生した場合には、ミリ波ではなくマイクロ波を使用して送信を開始することが可能になる。

本発明の第３の態様に係る無線通信装置１００のルート選択部１０５は、ミリ波で送信されるべき通信データの通信ルートを選択する場合に、ホップ数が最も少ない通信ルートを選択することが好ましい。

上記構成によれば、ルート選択部１０５は、通信データの最終宛先の無線通信装置１００から順番にホップ数が小さいルートを、通信データを送信する宛先の無線通信装置１００とすることが可能になるので、通信遅延を最小限にすることが可能になる。なお、最初に通信データを送信する宛先の無線通信装置１００を最終宛先の無線通信装置１００とすることも可能となる。

本発明の第４の態様に係る無線通信装置１００のルート選択部１０５は、ミリ波で送信されるべき通信データの通信ルートを選択する場合に、通信ルートを選択するごとに通信環境が最も良い通信ルートを選択するように通信ルートを動的に選択することが好ましい。

上記構成によれば、ルート選択部１０５は、通信ルートを選択するごとに通信環境が最も良い通信ルートを選択することで、通信遅延を最小限にすることが可能になる。例えば、ミリ波は通信フレームが比較的短いので、確実性の高い通信ルートで通信データを中継することが可能になれば、その他の方法にくらべて通信遅延を最小限にすることが可能になる場合がある。

本発明の第５の態様に係る無線通信装置１００の無線送信部１０３は、通信データをミリ波で受信した場合に、通信データに含まれる通信ルートに従って、次に通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、通信データをミリ波で送信する。無線送信部１０３は、通信データをマイクロ波で受信した場合に、通信データに含まれる通信ルートに従って、次に通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、次の無線通信装置に通信データをマイクロ波で送信する。

上記構成によれば、無線通信装置１００は再送処理をミリ波で実行するが、通信データが隣接する通信ネットワークに転送する場合などは、マイクロ波をそのまま使用して通信データの転送処理を実行することも可能になる。したがって、無線通信装置１００は多様な形態で通信データの転送処理を実行することが可能になる。

本発明の第６の態様に係る無線通信装置１００の無線送信部１０３は、通信データをミリ波で送信した場合に、次の無線通信装置から肯定応答を受信しない場合に、通信ルートを変更し、変更された通信ルートにしたがって、通信データをミリ波で送信する。

上記構成によれば、ホップ数が少ない通信ルートを選択すれば、通信遅延を最小限に抑えることが可能であるが、再送処理を繰り返すよりも、通信ルートを変更することによって通信環境が良好な無線通信装置を探索することが可能になる。

本発明の第７の態様に係る無線通信装置１００は、中継端末または受信端末として機能する場合には、通信データを受信する無線受信部１０２をさらに含み、無線受信部１０２はマイクロ波およびミリ波で通信データを受信するように待機する。

上記構成によれば、無線通信装置１００は、中継端末または受信端末として機能する場合に、マイクロ波およびミリ波で通信データを受信できるように構成することで、複雑な切り替え制御をする必要がなくなり、通信遅延を最小限に抑えることが可能になる。

本発明の第８の態様に係る無線通信装置１００は、ミリ波を使用して送信される通信データの通信フレームは、マイクロ波を使用して送信される通信データの通信フレームよりも１０分の１以上短いことが好ましい。

上記構成によれば、ミリ波によって通信ルートを探索してもミリ波による通信完了時間が短いので、マイクロ波よりもミリ波による再送処理の通信遅延の低減を期待することが可能になる。

本発明の第９の態様に係る無線通信システム１０００は、第１の態様から第４の態様のいずれか一項に記載の無線通信装置１００において送信端末として機能する無線通信装置を含む。無線通信システム１０００は、第５の態様から第７の態様のいずれか一項に記載の無線通信装置１００において中継端末として機能する無線通信装置と、第７の態様に記載の無線通信装置１００において受信端末として機能する無線通信装置と、を含む。

上記構成によれば、メッシュネットワークにおいて、通信データが許容遅延時間内に届き、通信遅延の発生を抑制することが可能な無線通信システム１０００を構成することが可能になる。

本発明の第１０の態様に係る無線通信システム１０００は、無線通信システムは車両に搭載され、通信データは車両に備えられる電子機器から出力されるデータであることが好ましい。

上記構成によれば、車両においては、多数のセンサーやＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等が配置され、多量のデータが発生し、ネットワークにけるトラフィックの増大が懸念される。しかし、上記構成による無線通信システムを使用することによって、ネットワークにおけるトラフィックの増大を抑制し、通信の遅延を抑制することが可能となる。

実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

ＡＮＴ アンテナ
１００ 無線通信装置
１０１ 送受信切り替え部
１０２ 無線受信部
１０３ 無線送信部
１０４ 周波数帯切り替え部
１０５ ルート選択部
１０６ 通信データバッファ部
１０７ 通信データ生成部
１０８ Ｉ／Ｆ部

Claims (10)

1. マイクロ波およびミリ波を使用可能であって、マイクロ波またはミリ波を使用して通信データを送受信する無線通信装置であって、
   受信した通信データではない通信データの送信要求があった場合に、前記マイクロ波で送信されるべき前記通信データの第１通信ルートを選択するルート選択部と、
   前記マイクロ波を使用して前記通信データを前記第１通信ルートにしたがって他の無線通信装置に送信する無線送信部と、
   前記他の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記通信データの通信チャネルをミリ波に切り替える周波数帯切り替え部と、
   を備え、
   前記ルート選択部は、前記他の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの第２通信ルートを選択し、
   前記無線送信部は、前記ミリ波を使用して前記通信データを前記第２通信ルートにしたがって送信する無線通信装置。
2. 前記ミリ波を使用して送信された前記通信データの肯定応答を、前記ミリ波を使用して直接送信した無線通信装置から受信した場合には、前記通信データを破棄し、前記無線送信部は、受信した通信データではない次の通信データを、前記マイクロ波を使用して前記次の通信データが送信されるべき無線通信装置に送信する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ルート選択部は、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの第２通信ルートを選択する場合に、ホップ数が最も少ない通信ルートを選択する請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記ルート選択部は、前記ミリ波で送信されるべき前記通信データの第２ルートを選択する場合に、前記第２通信ルートを選択するごとに通信環境が最も良い通信ルートを選択するように前記第２通信ルートを動的に選択する請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記無線送信部は、前記通信データをミリ波で受信した場合に、前記通信データに含まれる通信ルートに従って、次に前記通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、前記次の無線通信装置に前記通信データをミリ波で送信し、
   前記無線送信部は、前記通信データをマイクロ波で受信した場合に、前記通信データに含まれる通信ルートに従って、次に前記通信データを受信するべき次の無線通信装置を決定し、前記次の無線通信装置に前記通信データをマイクロ波で送信する請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
6. 前記無線送信部は、前記通信データをミリ波で送信した場合に、前記次の無線通信装置から前記通信データの肯定応答を受信しない場合に、前記ルート選択部が前記通信ルートを変更し、変更された通信ルートにしたがって、前記通信データをミリ波で送信する請求項５に記載の無線通信装置。
7. 無線通信装置が中継端末または受信端末として機能する場合には、前記通信データを受信する無線受信部をさらに含み、前記無線受信部はマイクロ波およびミリ波で前記通信データを受信するように待機する請求項１から６のいずれか一項に記載の無線通信装置。
8. 前記ミリ波を使用して送信される前記通信データの通信フレームは、前記マイクロ波を使用して送信される前記通信データの通信フレームよりも１０分の１以上短い請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信装置。
9. 請求項１から４のいずれか一項に記載の無線通信装置において送信端末として機能する無線通信装置と、
   請求項５から７のいずれか一項に記載の無線通信装置において中継端末として機能する無線通信装置と、
   請求項７に記載の無線通信装置において受信端末として機能する無線通信装置と、を含む無線通信システム。
10. 前記無線通信システムは車両に搭載され、前記通信データは前記車両に備えられる電子機器から出力されるデータであることを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。

Images