JPWO2011027400A1

JPWO2011027400A1 - 通信システム

Info

Publication number: JPWO2011027400A1
Application number: JP2011529698A
Authority: JP
Inventors: 武司富澤; 旦代　智哉; 智哉旦代; 綾子松尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: WO2011027400A1; US20120163226A1; JP5378525B2; US8724499B2

Abstract

第1無線機100と第2無線機200を有する通信システムであって、第1無線機100はAcｋパケットを受信してから、第2無線機200はAckパケットを送信してから、一定期間経過してもパケットの送受信が成功しない場合に、通信に使用する周波数チャネルを第1,2記憶部140,240に記憶している順番に従って変更する通信システムを提供する。

Description

本発明は、通信システムに関する。

特開２００６−９４３９４には、通信状況の悪化を検知すると、チャネルを切り替えて違う周波数を用いて通信を行う方法が開示されている。この方法では、送信側がチャネル切り替え指示を行うためのフレームを受信側に送信することで、チャネル切り替えを実現している。

上述した方法では、通信環境の悪化を検知した後にチャネル切り替えを指示する指示フレームの交換を行うため、急激に環境が悪化すると指示フレームの交換に失敗する可能性がある。交換に失敗した場合は、チャネル切り替えが行えず通信を継続できなくなる。

本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、通信環境が悪化しても通信を継続できる通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一観点によると、信号を送信する第1無線機と、該信号の受信に成功した場合に肯定応答を送信する第2無線機と、を有するシステムであって、前記第1無線機は、第1周波数チャネルで前記信号を送信する第1送信手段と、前記肯定応答を受信する第1受信手段と、前記第1受信手段が前記肯定応答を受信してから経過した時間を計測する第1タイマと、前記第1送信手段が送信に使用する複数の前記第1周波数チャネルの変更順序を記憶している第1記憶手段と、前記第1タイマが計測した時間が第一期間経過しても前記肯定応答を受信しない場合は、前記変更順序に基づいて前記第1周波数チャネルを変更するよう前記送信手段を制御する第1制御手段と、を備え、前記第2無線機は、前記第1周波数チャネルで前記信号を受信する第2受信手段と、前記信号の受信に成功した場合に肯定応答を送信する第2送信手段と、前記第2送信手段が前記肯定応答を送信してから経過した時間を計測する第2タイマと、前記第1記憶手段が記憶する前記変更順序と同じ順序で、前記第2受信手段が受信に使用する複数の前記第1周波数チャネルの変更順序を記憶している第2記憶手段と、前記第2タイマが計測した時間が前記第一期間経過しても前記肯定応答を送信しない場合は、前記変更順序に基づいて前記第1周波数チャネルを変更するよう前記第2受信手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする通信システムを提供する。

本発明によれば、通信環境が悪化しても通信を継続できる通信システムを提供することができる。

第1実施例に係る通信システム1を示す図。第1実施例に係る通信システムのフローを示すシーケンス図。第2実施例に係る通信システム2を示す図。第3実施例に係る通信システム3を示す図。

以下、図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例中では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとし、重ねての説明を省略する。

まず、以下の実施例で使用する用語を説明する。各実施例に係る通信システムは複数の無線機がパケットを交換することで通信を行う。パケットにはデータパケットやAckパケットがある。

SN(Sequence Number)とは、通信システムによりパケット毎に設定される番号であり、昇順又は降順に付けられる。又は送受ともに次の番号が予測可能な順に付けられる。SNは、送信されるパケットの決められた位置、又はそれと認識できる位置に挿入され、受信側は受信したパケットからSNを抽出できる。

UID(Unit Identifier)とは、無線機毎に付けられる個別IDであり、パケットには送信元UID、宛先UIDが含まれている。

(第1実施例)
本発明の第1実施例に係る通信システムを説明する。本実施例に係る通信システム1は、第1無線機100と第2無線機200を有している。

図1に第1無線機100と第2無線機200を示す。第1無線機100は、信号を送信する第1送信部110と、通信相手である第2無線機200が該信号の受信に成功した場合に第2無線機200が送信する肯定応答を受信する第1受信部120と、第1受信部120が肯定応答を受信してから経過した時間を計測する第1タイマ130と、第1送信部110が信号を送信する場合に使用する周波数チャネルの変更順序を記憶している第1記憶部140と、第1タイマが計測した時間が第1期間経過しても肯定応答を受信しない場合に変更順序に基づいて周波数チャネルを変更するよう第1送信部110を制御する第1制御部150と、を備えている。

第1送信部110は、第1制御部150から渡される送信パケットに誤り訂正符号化、変調、周波数変換によるアップコンバージョンを施して無線信号を生成し送信する。送信パケットには、上述したSN、送信元である第1無線機100のUID、及び宛先である第2無線機200のUIDが含まれている。

第1受信部120は、第2無線機200から送信される無線信号を受信する。第1受信部120は、無線信号に周波数変換によるダウンコンバージョン、復調、誤り訂正復号化を施して受信パケットを生成し、第1制御部150に渡す。

第1タイマ130は、第1制御部150の指示に基づきAckパケットを受信してから経過した時間を計測する。計測した時間が第一期間を経過した場合、第1タイマ130は、タイムアウトが発生した旨を第1制御部150に通知する。第1タイマ130は、第1制御部150からの指示に従い計測時間をリセットし、新たな経過時間の計測を開始する。

第1記憶部140は、メモリ等の記憶媒体で構成される。第1記憶部140は予め第1送信部110がパケット送信に使用する複数の周波数チャネルを記憶している。第1記憶部140は、複数の周波数チャネルの変更順序を記憶している(例えば図2)。また、第1記憶部140は、第1送信部110が使用している周波数チャネルも記憶している。なお、本実施例では第1受信部120も第1送信部110と同じ周波数チャネルを用いて無線信号を受信しているものとする。

第1制御部150は、図示しないアプリケーション又は上位プロトコル(あわせて上位レイヤと称する)から送信すべきデータを受け取り、これをひとつのデータパケットに変換もしくは分割後変換し、必要なヘッダ情報を結合し、送信パケットを生成する。第1制御部150は送信パケットを第1送信部110に渡す。

第1制御部150は、第1受信部120から受信ケットを受け取ると、受信パケットのヘッダ情報に含まれるSNと送信元UID及び宛先UIDを抽出する。受信パケットが、第1送信部110が送信した送信パケットに対応するAckパケットであった場合、第1制御部150は、第1タイマ130に今まで計測していた時間をリセットし、新たに時刻の計測を開始するよう指示する。

第1制御部150は、第1タイマ130によって計測された時間が第一期間を経過した場合、第1記憶部140から次に変更する周波数チャネルを読み出し、読み出した周波数チャネルでパケットの送受信を行うよう第1送信部110、第1受信部120を制御する。

第2無線機200は、第1無線機100から送信される信号を受信する第2受信部220と、該信号の受信に成功した場合に肯定応答を送信する第2送信部210と、第2送信部210が肯定応答を送信してから経過した時間を計測する第2タイマ230と、第2受信部220が信号の受信に使用する周波数チャネルの変更順序を記憶している第2記憶部240と、第2タイマ230が計測した時間が第一期間経過しても肯定応答を送信しない場合は、変更順序に基づいて周波数チャネルを変更するよう第2受信部220を制御する第2制御部250と、を備えている。

第2受信部220は、第1無線機100から送信される無線信号を受信する。第2受信部220は、無線信号に対して無線通信部で周波数変換によるダウンコンバージョン、復調、誤り訂正復号化を施して受信パケットを生成し、第2制御部250に渡す。

第2送信部210は、第2制御部250から送信パケットを受け取ると、送信パケットに誤り訂正符号化、変調、周波数変換によるアップコンバージョンを施して無線信号を生成し送信する。

第2タイマ230は、第2制御部250からの指示に基づきAckパケットを送信してから経過した時間を計測する。計測した時間が第一期間を経過した場合、第2タイマ230は、タイムアウトが発生した旨を第2制御部250に通知する。第2タイマ230は、第2制御部250からの指示に従い計測時間をリセットし、新たな経過時間の計測を開始する。

第2記憶部240は、メモリ等の記憶媒体で構成される。第2記憶部240は予め第2受信部220がパケット受信に使用する複数の周波数チャネルを記憶している。第2記憶部240は、複数の周波数チャネルの変更順序を記憶している(例えば図2)。変更順序は、第1記憶部140が記憶している変更順序と同じである。また、第2記憶部240は、第2受信部220が使用している周波数チャネルも記憶している。なお、本実施例では、第2送信部210も第2受信部220と同じ周波数を用いてパケットを送信しているものとする。

第2制御部250は、第2受信部220から渡された受信パケットのデータ系列が正常かを判定する。第2制御部250は、受信パケットのデータ系列が正常であった場合に、無線信号の受信に成功したと判定する。第2制御部250は、受信に成功したと判定すると、受信パケットに結合されたヘッダ情報を抽出し、その中からデータパケットのSNと送信元のUIDを抽出する。次に受信パケットのSNをヘッダ情報に含ませたAckパケットを作成し、送信パケットとして第2送信部210に渡す。

第2制御部250は、第2送信部210からAckパケットを送信した旨の通知があった場合、第2タイマ230に今まで計測していた時間をリセットし、新たに時刻の計測を開始するよう指示する。第2制御部250は、第2タイマ230によって計測された時間が第一期間を経過した場合、第2記憶部240から次に変更する周波数チャネルを読み出し、読み出した周波数チャネルでパケットの送受信を行うよう第2送信部210、第2受信部220を制御する。

次に、図2を用い本実施例の通信システムの動作を説明する。図2(a)に通信システムのシーケンスを示す。図2(b)に第1,2記憶部140,240に記憶されているテーブルを示す。ここでは、第1,2記憶部140,240は、周波数チャネルの変更順序及び使用している周波数チャネルを図2(b)に示すようなテーブルとして記憶しているものとする。即ち、第1,2無線機100,200は、第1周波数チャネルf1を使用して通信を行っており、第2周波数チャネルf2、第3周波数チャネルf3、第4周波数チャネルf4の順に周波数チャネルを変更する。第4周波数チャネルf4の次は第1周波数チャネルに戻る。

まず、第1,2無線機100,200は、第1周波数チャネルf1を使用して通信を行っている。図2(a)では、第1無線機100がSN=1のパケット1を送信する(S101)。具体的には、第1制御部150が生成したパケット1に第1送信部110が信号処理を施し送信する。

第2無線機200はパケット1を受信する(S102)。具体的には、第2受信部220が、受信した無線信号に信号処理を施し、パケット1を生成して第2制御部250へ渡す。

第2制御部250は、パケット1の受信に成功したか否か判定する。パケット1の受信に成功した場合、第2制御部250は、Ackパケット1を生成する。Ackパケット1は、第2送信部210から送信される(S103)。

第2制御部250は、第2送信部210からAckパケット1の送信が終了した旨の通知があると、第2タイマ230に、計測していた時間をリセットし、新たに時間の計測を開始するよう指示する(S104)。

第1無線機100は、Ackパケット1を受信する(S105)。具体的には、第1受信部120が、受信した無線信号に信号処理を施してAckパケットを生成し、第1制御部150に渡す。

第1制御部150は、Ackパケット1がパケット1に対応する肯定応答か否か判定する、Ackパケット1がパケット1に対応するAckパケットであった場合、第1制御部150は、第1タイマ130に、計測していた時間をリセットし、新たに時間の計測を開始するよう指示する(S106)。

第1無線機100は、続いて送信すべきパケットがある場合、次のパケットを送信する。図2(a)では、第1無線機100はSN=2のパケット2を送信する(S107)。

通信環境が悪化し、第2無線機200がパケット2の受信に失敗した場合について説明する。例えば別の無線通信システムが第1周波数チャネルf1を使用するようになったため干渉が発生した場合や、第1,2無線機100,200のどちらかが移動することで、伝播環境が変わり受信パケットに誤りが発生した場合などに、第2無線機200はパケット2の受信に失敗する可能性がある。第2無線機200は、パケットの受信に失敗するとAckパケットを送信しない。

第1無線機100は、パケット2を送信した後、Ackパケットを受信するため待機しているが、一定期間待機してもAckパケットを受信しない場合、Ackパケットが送信されなかったと判断し、パケット2の再送を開始する(S108)。この一定期間は、第1タイマ130がタイムアウトするまでの期間である第一期間より短い。パケットの再送処理は、第1制御部150によって管理されている。第1制御部150はパケット2を送信後にAckパケットが受信されるべき時間を越えてAckパケットが受信されなかった時点で再送準備を行う。再送する場合には、第1制御部150は、前回と同じパケット2を第1送信部110から送信する。送信後、第1無線機100は再度第2無線機200からのAckパケットを受信するまで待機する。

第1制御部100が何度も再送処理を繰り返していると、前回Ackパケットを受信してからの時間が第一期間を経過し、第1タイマ130がタイムアウトする。第1タイマ130からタイムアウトした旨の通知があった場合、第1制御部150は、第1記憶部140を参照し、変更する周波数チャネルを読み出す。図2(b)の例では、第2周波数チャネルf2を読み出す。第1制御部150は、使用周波数チャネルをf1からf2に変更し(S109)、第1記憶部140の使用周波数チャネルをf1からf2に書き換える。また、第1制御部150は、第1タイマ130に、計測していた時間をリセットし、新たに時間の計測を開始するよう指示する(S110)。

一方、第2無線機200も、Ackパケット1を送信してから第一期間が経過し、第2タイマ230がタイムアウトする。第2無線機200のAckパケット1送信と、第1無線機100のAckパケット2受信とはほぼ同じタイミングであるため、第1無線機100の第1タイマ130と第2無線機200の第2タイマ230とがほぼ同時にタイムアウトする。

第2タイマ230からタイムアウトした旨の通知があった場合、第2制御部250は、第2記憶部240を参照し、変更する周波数チャネルを読み出す。図2(b)の例では、第2周波数チャネルf2を読み出す。第2制御部250は、使用周波数チャネルをf1からf2に変更し(S111)、第2記憶部240の使用周波数チャネルをf1からf2に書き換える。また、第2制御部250は、第2タイマ230に、計測していた時間をリセットし、新たに時間の計測を開始するよう指示する(S112)。

このように第1,2タイマ130,230がほぼ同時にタイムアウトするため、特にチャネル切り替えフレームをやり取りしなくても、第1,2無線機100,200の使用周波数がほぼ同時に第1周波数チャネルf1から第2周波数チャネルf2に切り替わる。第1無線機100は、第2周波数チャネルf2を使用してパケット2を送信する(S113)。第2無線機200がパケット2の受信に成功した場合(S114)の動作は、パケット1を受信した場合と同様である。また第2周波数チャネルf2に切り替えても第2無線機200がパケット2の受信に失敗した場合は、S108以降の動作と同様である。即ち、複数回パケット2を第2周波数チャネルf2で送信するが、いずれも第2無線機200が受信に失敗した場合は、第1,2タイマ130,230がタイムアウトするので、第1,2無線機100,200は、第2周波数チャネルf2から第3周波数チャネルf3に変更する。

以上のように、第1実施例の通信システムによれば、第1無線機100はAcｋパケットを受信してから、第2無線機200はAckパケットを送信してから、一定期間経過してもパケットの送受信が成功しない場合は、通信に使用する周波数チャネルを第1,2記憶部140,240に記憶している順番に従って変更する。これにより、第1無線機100,200は、互いに周波数チャネル切り替え用のフレームを交換しなくても周波数チャネルを切り替えることができる。通信環境が急激に悪化し、フレーム交換ができないような場合でも通信を継続することができる。

なお、第1,2記憶部140,240に記憶している周波数チャネルの変更順序は、システムの仕様として予め定義されているものでもよく、また第1無線機100と第2無線機200の接続状態に入る前或いは入った後に相互に利用可能な周波数を交換し双方が使用可能な周波数と切り替える順番について決定した後、通常のパケットもしくは専用の制御パケットを使用して双方が同じ内容を持つようにしても良い。

また、第1,2記憶部140,240は、周波数チャネルのみを記憶していてもよい。この場合、例えば記憶している順番に周波数チャネルを変更していくようにすればよい。あるいは、第1,2記憶部140,240は周波数チャネルの変更順序のみを記憶するようにし、第1,2記憶部140,240とは別に周波数チャネルを記憶する記憶部を別途設けてもよい。この場合、第1,2制御部150,250は、周波数チャネルを変更する場合、第1,2記憶部140,240及び該記憶部を参照して、もしくは参照値から予め定義された演算を施して、変更後の周波数チャネルを決定する。

または、第1,2制御部150,250は、周波数チャネルを変更する決定のみを行い、変更指示を第1送信部110又は第2受信部220に通知するようにしてもよい。この場合、変更指示を受けた第1送信部110又は第2受信部220が次に変更する周波数チャネルを第1,2制御部150,250から読み出し、送信又は受信に使用する周波数チャネルを読み出した周波数チャネルに変更する。

(第2実施例)
図3を用いて、本発明に係る第2実施例を説明する。第2実施例に係る通信システム2は、第3無線機300と第2無線機200とを有している。

図3に示す第3無線機300は、第1無線機100の構成に加え第3タイマ360を有している。第3タイマ360は、第1送信部110が送信パケットを送信してから経過した時間を計測し、計測した時間が第二期間を過ぎるとタイムアウトする。第1制御部150は、送信パケットを再送している場合に、第3タイマ360からタイムアウトした旨の通知があると再送を中止する。第3タイマ360は再送回数を制限するための再送タイマである。

第1タイマ130がタイムアウトするまでの時間(第一期間)は、第3タイマ360がタイムアウトするまでの時間(第二期間)よりも短い。これにより、第3無線機300は、少なくとも1回は周波数チャネルを変更して送信パケットを再送することができるので、より確実に送信パケットを第2無線機200に送信することができる。特に、第一期間(T1)を、第二期間(T2)を切り替え可能な周波数チャネルの数(n、図2(b)ではn=4)の倍数で除算した時間(T1=T2/kn,kは自然数)にすることで、第二期間中に、すべての周波数チャネルを使用して送信パケットの再送を試みることができる。ただし、第一期間は、一回のパケット交換、即ち第3無線機300が送信パケットを送信してから第2無線機100が対応するAckパケットを送信するまでの期間の2倍以下程度まで短くなることは避けるべきである。

(第3実施例)
図4に本発明の第3実施例を示す。第3実施例に係る通信システム3は第4無線機400と第5無線機500とを備えている。

図4に示す第4無線機400は、構成は第3無線機300と同じであるが、上位レイヤから渡されるデータの頻度に応じて第1タイマ130を停止させる点が異なる。第5無線機500は、構成は第2無線機200と同じであるが、キャリアセンスを行っており、一定値以上の電力を受信している期間に応じて第2タイマ230を停止させる点が異なる。

第4無線機400の第1制御部150は、上位レイヤから渡されるデータが通信システム最大のIFS(Inter Frame Space、第三期間)以上続いた場合、第1タイマ130に時間の計測を中止するよう停止指示を行う。第1タイマ130は、第1制御部150から停止指示を受けると、再開指示があるまで時刻の計測を中止する。第1制御部150は、停止指示を行った後、上位レイヤからデータが入力された場合、第1タイマ130に時間の計測を再開するよう再開指示を行う。第1タイマ130は、停止指示を受けるまでに計測した時間を保持しており、再開指示を受けると保持している時間から計測を再開する。

一方、第5無線機500の第2制御部250は第2受信部220から受信している電力情報を受け取る。第2制御部250は、電力情報が示す電力値と閾値とを比較することで、該電力値が雑音以外の電力を含んでいるか否か判定する。第2制御部250は、雑音以外の電力を含んでいないと判定した期間がIFS以上長く続いた場合、第2タイマ230に時間の計測を中止するよう停止指示を行う。第2タイマ230は第2制御部250から停止指示を受けると、再開指示があるまで時刻の計測を中止する。第2制御部250は、停止指示を行った後、第2受信部220から受け取った電力情報が示す電力値が雑音以外の電力を含んでいると判定した場合、第1タイマ130に時間の計測を再開するよう再開指示を行う。第2タイマ230は、停止指示を受けるまでに計測した時間を保持しており、再開指示を受けると保持している時間から計測を再開する。

以上により、第3実施例によると、第1実施例と同様の効果が得られるとともに、パケットの送信が連続して発生しない場合に、第1,2タイマ130,230がそのまま動作してしまうことで発生する不要な周波数チャネル切り替え動作を避けることができる。そのため、第4,5無線機400,500が消費する電力を抑制することができる。

なお、本実施例では、第1実施例の無線機の第1,2タイマ130,230の時間計測を一旦中止する場合について示したが、第2実施例の無線機の第1,2タイマ130,230の時間計測を同様に中止しても第2の実施例の効果に加え、第3実施例と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

100,200,300,400,500 無線機、110,210 送信部、120,220 受信部、130,230,360 タイマ、140,240 記憶部、150,250 制御部

Claims

信号を送信する第1無線機と、該信号の受信に成功した場合に前記肯定応答を送信する第2無線機と、を有するシステムであって、
前記第1無線機は、
第1周波数チャネルで前記信号を送信する第1送信手段と、
前記肯定応答を受信する第1受信手段と、
前記第1受信手段が前記肯定応答を受信してから経過した時間を計測する第1タイマと、
前記第1送信手段が送信に使用する複数の前記第1周波数チャネルの変更順序を記憶している第1記憶手段と、
前記第1タイマが計測した時間が第一期間経過しても前記肯定応答を受信しない場合は、前記変更順序に基づいて前記第1周波数チャネルを変更するよう前記送信手段を制御する第1制御手段と、を備え、
前記第2無線機は、
前記第1周波数チャネルで前記信号を受信する第2受信手段と、
前記信号の受信に成功した場合に肯定応答を送信する第2送信手段と、
前記第2送信手段が前記肯定応答を送信してから経過した時間を計測する第2タイマと、
前記第1記憶手段が記憶する前記変更順序と同じ順番で、前記第2受信手段が受信に使用する複数の前記第1周波数チャネルの変更順序を記憶している第2記憶手段と、
前記第2タイマが計測した時間が前記第一期間経過しても前記肯定応答を送信しない場合は、前記変更順序に基づいて前記第1周波数チャネルを変更するよう前記第2受信手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする通信システム。
前記第1無線機は、前記第1送信手段が前記信号を送信してから経過した時間を計測する第3タイマをさらに備え、
前記第1送信手段は、前記信号に対応する肯定応答を一定期間受信しなかった場合に前記信号を再送し、
前記第1制御手段は、前記第3タイマが計測した時間が第二期間経過しても前記肯定応答を受信しない場合は、前記信号の再送を中止するよう前記第1送信手段を制御し、
前記第一期間は、前記一定期間より長く前記第二期間より短い
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記第1送信手段は、上位レイヤから受け取った前記信号を送信し、
前記第1タイマは、前記第1送信手段が前記信号を送信してから第三期間経過しても前記上位レイヤから次に送信すべき信号を受け取らなかった場合に時間の計測を中止し、前記第1送信手段が前記上位レイヤから前記次に送信すべき信号を受け取った場合に計測を前記中止した期間から再開することを特徴とする請求項２記載のシステム。
前記第2タイマは、前記受信手段が前記信号を受信してから前記第三期間経過しても次の信号を受信しなかった場合に時間の計測を中止し、前記受信手段が前記次の信号を受け取った場合に計測を前記中止した期間から再開することを特徴とする請求項３記載のシステム。
第一期間(T1)は、第二期間(T2)を複数の前記第1周波数チャネルの数(n)の倍数で除算した時間(T1=T2/kn,kは自然数)であることを特徴とする請求項４記載のシステム。