WO2013111182A1 - 無線通信システム、制御装置、及び無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、制御装置、及び無線通信方法 Download PDF

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WO2013111182A1
WO2013111182A1 PCT/JP2012/000447 JP2012000447W WO2013111182A1 WO 2013111182 A1 WO2013111182 A1 WO 2013111182A1 JP 2012000447 W JP2012000447 W JP 2012000447W WO 2013111182 A1 WO2013111182 A1 WO 2013111182A1
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WO
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terminal
information
environment information
control
wireless communication
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Application number
PCT/JP2012/000447
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄介 正村
玉木　諭
栄里子 武田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/12—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/18—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on predicted events
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/20—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on geographic position or location

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system having a terminal and a control device that communicates with the terminal via a relay device.
  • Patent Document 1 discloses a method in which a base station connected to a plurality of relay stations selects a relay station based on electric field information indicating a reception level of a radio signal from a mobile body.
  • Patent Document 2 discloses a method in which a center station connected to a plurality of relay nodes collects transmission quality information such as electric field strength and bit error rate measured by a wireless terminal and selects an optimum relay station. Has been.
  • JP-A-7-193858 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-4469
  • Patent Documents 1 and 2 are intended for environments in which the movement range of the mobile terminal is not limited and the communication environment between the mobile terminal and the relay station can frequently change due to the influence of changes in people and things. Then, the radio wave environment is measured after the wireless terminal is moved, the transmission quality is calculated from the measurement result, and the optimum relay station is selected. Therefore, there is a problem that it takes time to select an optimal relay station, and it takes time until the communication environment is stabilized after the wireless terminal moves.
  • the present invention is directed to a terminal that moves along a predetermined route in a limited space, such as a mobile terminal such as an elevator or a transport vehicle in the industrial field. Since it is intended for a terminal that is restricted in movement in a space where there is little influence of changes in people and things, the fluctuation factor of the communication environment is small and the movement range can be specified. Then, an object is to realize high reachability with low delay for a mobile terminal using wireless communication by selecting an optimal communication method such as selection of a relay station in a rare time.
  • a terminal a plurality of relay terminals that perform wireless communication with the terminal, a reception unit that receives communication quality information between the relay terminal and the terminal and a plurality of environment information indicating a state of the terminal, a communication quality information, and a plurality of environments
  • a first control management table for associating environmental information and communication paths with a computing device having an analysis unit for associating a relay terminal and a communication path composed of terminals with each of a plurality of environment information based on the information;
  • a search processing unit that searches for a communication path from the first control management table based on environment information acquired when communicating with the terminal, and that constitutes the searched communication path It is a radio
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wireless communication system according to a first embodiment.
  • 2 is a functional block diagram of a control device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a relay terminal according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a wireless terminal according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a computing device according to Embodiment 1.
  • FIG. It is the sequence diagram which showed the acquisition process of Example 1 communication quality information.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating network analysis processing in the computing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control management table according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control management table according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a control management table according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a packet format according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a packet format according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a control device, a relay terminal, and a wireless terminal according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart illustrating the operation of the calculation apparatus 105 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 and FIGS. 12 to 14.
  • FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 and FIGS. 12 to 14.
  • FIG. 12 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 and FIGS. 12 to 14.
  • FIG. 1 is a block diagram of a wireless communication system according to the first embodiment.
  • the wireless communication system includes a control panel 101, a control device 102, a relay terminal 103, a wireless terminal 104, and a calculation device 105. These devices are connected to each other by wire or wirelessly.
  • control panel 101, the relay terminal 103, and the computing device 105 are connected to the control device 102 by wire, and the wireless terminal 104 is connected to the relay terminal 103 wirelessly.
  • the relay terminal 103 may be connected via another relay terminal 103 in addition to the method of directly connecting to the control device 102.
  • FIG. 1 shows an example in which the relay terminal A is directly connected to the control apparatus 102 and the relay terminals B and C are connected to the control apparatus 102 via the relay terminal A.
  • a terminal that moves along a predetermined route in a limited space such as a mobile terminal such as an elevator or a transport vehicle in the industrial field, is targeted.
  • an optimum relay device is associated with various terminal states based on communication quality. And when a control apparatus communicates with a terminal, according to the state of the terminal managed, the optimal relay apparatus is determined using the matching mentioned above. Thereby, an optimal relay apparatus can be selected in a rare time.
  • the control panel 101 communicates with each terminal in the wireless communication system to collect information and control each terminal (relay terminal 103, wireless terminal 104). Examples of the control of each terminal include starting and stopping of the terminal, control of position and movement, and the like. For this reason, the control panel 101 manages environmental information such as the state, position, and speed indicating whether the wireless terminal 104 is activated, stopped, or moving. The control panel 101 transmits environmental information of each terminal to the control apparatus 102 periodically or together with control information for controlling the terminal.
  • the control device 102 controls communication between the control panel 101 and each terminal. Specifically, communication addressed to the terminal is acquired from the control panel 101, and communication control such as communication path selection to the terminal is performed. Similarly, communication addressed to the control panel 101 from the terminal is acquired, and transfer processing to the control panel 101 is performed.
  • the control device 102 collects environmental information in the wireless communication system and performs optimal communication control by referring to the environmental information when performing communication control.
  • the environment information is information representing the state in the wireless communication system such as the ON / OFF state of the power supply of the terminal and the position and speed of the wireless terminal 104.
  • the relay terminal 103 and the wireless terminal 104 communicate via the control panel 101 and the control device 102.
  • these terminals When receiving a packet via wireless, these terminals have a mechanism for acquiring transmission quality information of the reception link and adding it to the packet for transmission or transmission directly to the computing device 105.
  • the relay terminal 103 also performs transfer processing of packets sent from the control device 102, the wireless terminal 104, and other relay terminals 103.
  • the computing device 105 collects environment information of the wireless communication system and transmission quality information of each wireless communication link, and calculates a communication control method that optimizes communication between the control panel 101 and each terminal for each environment. And the communication between the control panel 101 and each terminal is optimized by setting the calculated communication control method in the control apparatus 102.
  • FIG. 13 is a hardware configuration diagram of the control device 102, the relay terminal 103, and the wireless terminal 104.
  • Each terminal is composed of a CPU (Central Processing Unit) 1302, a work memory 1303, a program memory 1304, a logic circuit 1305, a communication interface I / F 1306, a radio circuit RF 1307, and an input / output device 1310, which are connected to each other via a bus 1308.
  • the CPU Central Processing Unit
  • the work memory 1303 is a storage area temporarily used during the processing of each program, and the program memory 1304 records various programs such as an input / output program 1311 and a packet transmission / reception program 1312.
  • the CPU 1302 implements various functions by reading and executing a program recorded in the program memory.
  • the logic circuit 1305 is an electronic circuit that performs logical operation processing, and uses an ASIC, FPGA, DSP, DRP, or the like. Each of the functional blocks shown in FIGS. 2 to 4 described later is executed by the cooperative operation of the CPU 1302, work memory 1303, program memory 1304, and logic circuit 1305. Needless to say, whether each function is executed by a logic circuit or processed by a CPU can be changed as appropriate.
  • the communication interface I / F 1306 and the radio circuit RF 1307 output data supplied from the CPU 1302, work memory 1303, program memory 1304, and logic circuit 1305 to an external device, and data supplied from an external device to the CPU 1302 or the like. Or supply.
  • the communication interface I / F 1306 represents a wired interface
  • the wireless circuit RF 1307 represents a wireless interface.
  • the input / output device 1310 is a device such as a keyboard, a mouse, and a display, and the administrator performs setting of each terminal via these devices. These input / output devices 1310 may be connected via a network.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the control device 102 according to the first embodiment of this invention.
  • the control device 102 includes a reception processing unit 201, a transmission processing unit 202, and a communication processing unit 203.
  • the communication processing unit 203 includes a packet processing unit 211, a search processing unit 212, a packet analysis unit 213, an environment information management unit 214, a transmission packet management unit 215, a control unit 216, and a recording unit 221 that holds a control management table. .
  • the communication processing unit 203 extracts communication quality information from a plurality of packets received from a plurality of communication paths, and performs a process of aggregating the plurality of packets.
  • control information is acquired from search processing based on the packet header, and packet processing is performed based on the control information.
  • the reception processing unit 201 transmits the received packet to the packet processing unit 211.
  • the transmission processing unit 202 receives the packet from the packet processing unit 211, the transmission processing unit 202 transmits the packet to the output port.
  • the packet processing unit 211 accumulates the received packet in a buffer, and transmits a copy of the packet to the packet analysis unit 213 and the header information of the packet to the search processing unit 212.
  • the packet processing unit 211 performs packet processing based on the control information included in the search result and transmits the packet to the transmission processing unit 202.
  • the packet identifier received from the transmission packet management unit 215 is added to the packet. Further, in communication in the downlink direction addressed to the wireless terminal, when a communication quality measurement instruction is included in the search result, a communication quality measurement flag is set and transmitted to the transmission processing unit 202.
  • the search processing unit 212 searches the control management table and transmits the search processing result to the packet processing unit 211.
  • the search result includes control information describing the packet processing method.
  • the search process uses the environment information received from the environment information management unit 214 in addition to the destination included in the packet header.
  • FIG. 8A shows an example of a control management table in which appropriate control information is associated with each environment information of each terminal by the computing device.
  • FIG. 8B shows an example of a control management table at the start of calculation by the calculation apparatus.
  • the control management table includes a destination 801, environment information 802, and control information 803.
  • the environment information 802 includes position information of the wireless terminal 104. Alternatively, terminal speed information, acceleration information, terminal power ON / OFF state, other sensor information, or a combination thereof may be used.
  • the control information 803 includes route information (831, 832) and control items 833.
  • the route information may hold a backup backup route in addition to a communication route used in normal communication.
  • the control item 833 describes an item to be additionally controlled regarding transmission.
  • the control item 833 the number of transmissions in the wireless section, the number of redundant bits added by an error correction code, an error correction method, and the like can be designated.
  • control for instructing measurement of communication quality can also be specified.
  • this communication quality measurement instruction can be issued periodically.
  • instructing measurement of communication quality it may be optionally sent including a backup route. By transmitting to the backup route, the communication quality of the backup route can be measured and the optimum route can be reviewed.
  • the search of the control management table in the search processing unit 212 is performed using the destination and environment information as keys.
  • the search is performed in the order of the destination 801 and the environment information 802. If there are a plurality of environment information 802, the search is performed according to the priority order designated in advance. In this embodiment, after searching for the destination 801, the search is performed with the position 821 of the wireless terminal A and the position 822 of the wireless terminal B.
  • the row of the wireless terminal A is selected as the destination 801, and the row is further narrowed down at the position X2 of the wireless terminal A. Since the position of the wireless terminal B is a wild card, the second entry from the top is selected. Therefore, communication from the control device to the wireless terminal A is performed via the communication paths (1) and (2), that is, the relay terminals A and B, and the number of redundant bits N added by the error correction code is obtained.
  • the search is performed based on the position of the wireless terminal A and the position of the wireless terminal B.
  • the wireless terminal A is in X5
  • the transmission is performed via the routes (2) and (3).
  • the priority order of the environment information at the time of retrieval can be set for each destination.
  • the search result is the entry with many matching items, and the entry with the highest matching score is evaluated by weighting the items.
  • the resulting method may be used.
  • the packet analysis unit 213 When the packet analysis unit 213 receives a copy of the packet from the packet processing unit 211, the packet analysis unit 213 analyzes the received packet. When the received packet is addressed to the control panel 101 and the communication quality measurement flag is added and the packet includes wireless communication quality, the packet identifier and the wireless communication quality included in the packet are extracted and the information is calculated. Send to device 105. The transmission to the computing device 105 may be performed every time the corresponding packet is received, or may be accumulated and transmitted periodically.
  • the received packet is a packet including environment information addressed from the control panel 101 to the control device 102
  • the environment information is transmitted to the environment information management unit 214.
  • the environment information management unit 214 manages the environment information received from the packet analysis unit 213, and sends the environment information to the search processing unit 212 periodically, when the environment information changes more than a certain level, or when a request is received from the search processing unit 212. Notify information. Similarly, when an environment information acquisition request is received from the transmission packet management unit 215, the environment information is notified to the transmission packet management unit 215. The environmental information indicating the state of the terminal is sent from the control panel to the control device periodically or together with the control signal and managed by the environmental information management unit 214.
  • the environment information is transmitted as it is to other functional blocks (search processing unit 212 and transmission packet management unit 215). Further, by adding information on changes such as speed and acceleration to the environment information, the situation can be classified finely, and communication quality can be improved.
  • the environment information management unit 214 predicts the environment information at the current time from the change in the environment information, and transmits the predicted value to other function blocks. Prediction of environmental information is calculated using linear approximation or other approximation methods. When the environmental information is position information, the predicted value may be calculated from the moving speed, acceleration, or the like.
  • the transmission packet management unit 215 manages a packet identifier for uniquely identifying a transmission packet transmitted from the control panel 101 to each terminal, and a communication quality measurement log.
  • the packet identifier may be set to be unique by combining the packet identifier with another header value such as a destination address.
  • the communication quality measurement log is a log for managing packet identifiers and environment information, and records environment information at the time of packet transmission identified by the packet identifier. This is for associating the environment information with the communication quality measurement result when the communication quality measurement result is received.
  • the packet processing unit receives the packet identifier from the transmission packet management unit, adds it to the packet, and transmits it.
  • the transmission packet management unit receives the environment information from the environment information management unit, holds the packet identifier and the environment information at the time of packet transmission, and holds it as a communication quality measurement log To do.
  • the communication quality measurement log is periodically transmitted to the computing device 105.
  • the control unit 216 is connected to each functional block of the control device 102, and sets and updates parameters, operation modes, and control management tables. When changing the setting of the control device 102 from an external device such as the computing device 105, the setting of each functional block is changed via the control unit 216.
  • the management terminal 204 is connected to the control unit 216.
  • the administrator can change various parameters and control management tables set in each functional block via the management terminal 204.
  • the management terminal 204 may be connected to the control unit 216 via a network.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the relay terminal 103 according to the first embodiment.
  • the relay terminal 103 includes a wired transmission processing unit 304 and a wired reception processing unit 303 that transmit and receive data to and from the control device or another relay terminal, a wireless transmission processing unit 302 that wirelessly transmits and receives data to and from the wireless terminal, and a wireless reception processing unit 301 and a communication processing unit 305 that performs transfer processing of received data.
  • the communication processing unit 305 has an interface function for receiving communication quality information from the wireless reception processing unit 301.
  • the communication processing unit 305 adds the communication quality information to the received packet and performs transfer processing. I do.
  • the communication quality information is a value calculated from the received electrolytic strength, the bit error rate, and the information.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the wireless terminal 104 according to the first embodiment.
  • the wireless terminal 104 includes a wireless transmission processing unit 402 that transmits / receives data to / from a relay terminal wirelessly, a wireless reception processing unit 401, and a communication processing unit 403 that processes received data.
  • the communication processing unit 403 has an interface function for receiving communication quality information from the wireless reception processing unit 401.
  • the received packet identifier and communication quality information from the wireless reception processing unit 401 are held as a set, and these information is added to the reply packet.
  • the reply packet is added with a communication quality measurement flag and transmitted to all relay terminals 103.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the computing device 105 of the first embodiment.
  • the computing device 105 includes a CPU (Central Prosing Unit) 502, a work memory 503, a program memory 504, a storage device 505, a communication I / F 506, and an input / output device 507, which are connected to each other via a bus 508.
  • CPU Central Prosing Unit
  • Work memory 503 is a storage area temporarily used during processing of each program.
  • the program memory 504 includes an input / output program 511, a packet transmission / reception program 512, a database management program 513, a communication quality information analysis program 514, a communication quality measurement log analysis program 515, a network analysis program 516, a network information display program 517, and a control device setting.
  • Various programs for executing the change program 518 are recorded.
  • the CPU 502 executes various functions by reading and executing various programs recorded in the program memory 504.
  • the storage device 505 stores a statistical information database for managing communication quality measurement logs and communication quality information received from the control device 102 and each terminal.
  • the communication interface I / F 506 outputs data supplied from the CPU 502 and the memory to an external device, and supplies data supplied from the external device to the CPU 502 and the memory.
  • the input / output device 507 is a device such as a keyboard, a mouse, or a display, and the administrator sets the computing device 105 via these devices. These input / output devices 507 may be connected via a network.
  • the flow of basic processing of the computing device 105 is shown in the flowchart of FIG.
  • the processing of the computing device 105 starts operation when the network is constructed.
  • an example of the control management table in the initial state at the time of network construction is shown in FIG.
  • the control management table in the initial state describes only the control information 803 for each destination 801, and there is no condition regarding the environment information 802.
  • the reachability to the wireless terminal 104 is set to the maximum by setting all possible routes.
  • statistical information necessary for learning is collected by specifying measurement of communication quality to create a control management table. That is, in the initial state, a communication quality measurement request is transmitted to each wireless terminal via all relay terminals.
  • the computing device 105 accumulates statistical information after the operation is started (step 1401).
  • the statistical information refers to communication quality information and a communication quality measurement log.
  • the computing device 105 performs network analysis processing.
  • a control management table for realizing optimal control is created by network analysis processing (step 1402).
  • the newly created control management table is compared with the past control management table (step 1403), and if there is an update location, the control management table is set in the control device 102 (step 1404). Thereafter, the created control management table is compared with the past control management table to determine whether learning of the control management table is stable (step 1405). When it is determined that the learning is stable, it is determined that the control method of the corresponding wireless communication system has been determined, and the operation of the calculation device 105 is terminated. If it is determined that learning is not stable, the process returns to step 1401.
  • Judgment whether learning is stable or not is evaluated by the change of the control management table for the past several times. Specifically, if there is no change in the communication path for each environment information of each wireless terminal, it is determined that the wireless terminal is stable. Alternatively, it is determined that the communication quality is stable when the change in communication quality in each environment information of each wireless terminal is a predetermined value or less. When the operation of the computing device 105 is completed, the computing device 105 can be operated by being disconnected from the wireless communication system.
  • step 1405 If it is necessary to quickly cope with an environment in which the wireless communication environment can change from moment to moment or an environment change due to a terminal abnormality, it is always determined in step 1405 that “learning is not stable”, and the computing device 105 is You may make it operate
  • the computing device 105 can be arranged in the data center. Further, it may be configured to connect directly to the control device 102 at the initial stage of creating the control management table, and to be configured to always operate by being arranged in the data center at the operation stage after setting the control management table.
  • the statistical information database is managed by executing the database management program 513.
  • the communication quality information analysis program 514 the communication quality information sent from the control device 102, the relay terminal 103, or the wireless terminal 104 is received and stored in the statistical information database through the database management program 513.
  • the communication quality measurement log analysis program 515 the communication quality measurement log sent from the control apparatus 102 is received and stored in the statistical information database through the database management program 513.
  • the communication quality information and the communication quality measurement log stored in the statistical information database are analyzed, the optimal control method in the control device 102 is analyzed, and the control management stored in the control device 102 Generate a table.
  • An example of the analysis method will be described later with reference to FIG.
  • the terminal included in the wireless communication network By executing the network information display program 517, the terminal included in the wireless communication network, the communication path to the terminal, and the communication quality of each communication link are displayed on the output device.
  • control management table obtained by the network analysis program 516 is set in the control device 102 via the control unit 216 of the control device 102.
  • FIG. 6 is a sequence diagram showing a communication quality information collection process and a communication quality measurement log creation method.
  • FIG. 6 shows an example in which the wireless terminal A 104 is at a specific position and the communication quality between the relay terminals A and B is measured. For example, this is a case where learning proceeds from the control management table in the initial state shown in FIG. 8B and the paths (1) and (2) are associated with specific positions.
  • the collection of communication quality information is performed using communication from the normal control panel 101 to the wireless terminal 104.
  • the control device control apparatus 102 transfers the communication 601 from the control panel 101, a transfer is performed with a communication quality measurement flag and a packet identifier added (step 621).
  • the route (1) and the route (2) are selected from the control management table and transmitted to each route (602, 603).
  • the wireless terminal A104 is reached via the relay terminal A103.
  • the wireless terminal A 104 that has received the packet via the wireless communication path is assigned a communication quality measurement flag, so calculates the communication quality at the time of packet reception and holds it together with the packet identifier included in the received packet (step 622). ).
  • the wireless terminal A104 is reached via the relay terminal B103.
  • Wireless terminal A104 like the route (1), has a communication quality measurement flag, so it calculates the communication quality at the time of packet reception, and holds it together with the packet identifier included in the received packet (step 623). Subsequently, the wireless terminal A 104 creates a reply packet to the control panel 101 (step 624). The reply packet uses the packet identifier of the packet received from the control panel 101, adds the communication quality information received by the route (1) and the communication quality information received by the route (2), and sets the communication environment measurement flag to be transmitted. (604).
  • the reply packet is transmitted to the control panel 101 using multicast that can be received by all the relay terminals 103.
  • the relay terminals A 103 and B that have received the reply packet add the measured communication quality to the packet (steps 625 and 626), and transfer the packet to the control device 102 (605 and 606), respectively.
  • the relay terminal C103 can also receive the reply packet, the communication quality is added to the packet and transferred to the control device 102.
  • the control device 102 extracts the packet identifier and communication quality information of each communication path from the reply packet received from the plurality of relay terminals 103 (step 627).
  • the reply packets are aggregated into a plurality of reply packets based on the packet identifier and transferred to the control panel 101 (607).
  • the extracted packet identifier and communication quality information are accumulated each time or a predetermined number is accumulated and transmitted to the computing device 105 (608).
  • the communication quality measurement log is periodically transmitted to the computing device 105 (609). Note that the communication quality measurement log is necessary for analysis by the measurement device, and therefore, it may be transmitted according to the frequency of analysis. As described above, when the computing device is always operated and statistical information is constantly collected, it is necessary to periodically transmit the statistical information.
  • a set of packet identifiers and communication quality information may be held in the relay terminal 103 and the wireless terminal 104, respectively, and transmitted directly to the computing device 105 periodically (611, 612, 613). ).
  • a packet 1201 includes a header 1211 and data 1212.
  • the header 1211 includes control information necessary for network transfer such as a destination address 1221, a source address 1222, a relay terminal address 1223, a communication quality measurement flag 1224, and a packet identifier 1225. Is included.
  • Data 1212 stores control information transmitted from the control panel 101 to the wireless terminal 104.
  • FIG. 12B shows a configuration example of a reply packet from the wireless terminal.
  • the reply packet 1202 has a configuration in which communication quality information 1213 of each route is added.
  • the communication quality information 1213 includes information for identifying the communication link and the receiving terminal and the communication quality information.
  • FIG. 7 shows an example of a method in which the computing device 105 analyzes the communication quality information and the communication quality measurement log, and determines the optimum relay device according to each environment information of the terminal based on the communication quality.
  • FIG. 5 is a diagram in which communication quality measurement logs and communication quality information are associated with packet identifiers, and communication quality is plotted with the terminal position of wireless terminal A104 as an axis.
  • the position is divided into fixed intervals or variable length intervals based on communication quality values, and a route with good communication quality is selected in each interval. For example, in the case of the terminal position X2, routes (1) and (2) whose communication quality exceeds the threshold value are set as routes. It is also possible to set a backup route as in the case of the terminal positions X1, X3, and X5.
  • the communication quality level is divided into two, but it may be divided into a plurality of levels and the control method may be changed according to each level.
  • the communication quality is analyzed with the position as the horizontal axis, but the communication quality may be evaluated in a multidimensional manner by adding speed, acceleration, power ON / OFF, and the like. For example, by adding speed information, the wireless terminal 104 having a high moving speed can be controlled to pass through the relay terminal 103 having a wide communication area.
  • control device 102 and the calculation device 105 are described separately. However, in order to reduce the number of devices, the control device 102 and the calculation device 105 may be integrated into one device.
  • the configuration at that time is a mode in which a processing program corresponding to the communication processing unit 203 of the control device 102 is additionally operated in the program memory 504 of the computing device 105.
  • a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment of the present invention is different in the method for acquiring environment information in the control device 102.
  • the first embodiment an example in which environment information is acquired from the control panel 101 is shown.
  • the second embodiment the environment is estimated by analyzing the control communication to various terminals by the packet analysis unit 213 in the control apparatus 102.
  • the present invention is applicable when the movement of the wireless terminal 104 is controlled via the wireless communication network.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an environment information estimation method in the packet analysis unit 213, and illustrates a state transition model of the wireless terminal A104.
  • This example models an example in which the wireless terminal 104 reciprocates left and right in front of the relay terminal ABC103.
  • State S1 represents a stopped state at the left end (901)
  • state S3 represents a stopped state at the right end (903)
  • states S2 and S4 represent moving states (902, 904).
  • a control message “move right” is transmitted from the control panel 101 to the wireless terminal A104.
  • the control device 102 can recognize that the state is S1, that is, the vehicle stops at the left end.
  • the control device 102 can estimate the terminal position from the speed a and the elapsed time t (921). By using such a state transition diagram in the packet analysis unit 213 in the control apparatus 102 and analyzing a packet passing through the control apparatus 102, it is possible to detect a state transition and estimate environment information.
  • sensor information acquired by the relay terminal 103 or the wireless terminal 104 may be used.
  • sensor information include position information using GPS, speed information, camera images, and feature quantities obtained by analyzing camera images.
  • a sensor device such as GPS is connected to the terminal bus 1308 shown in FIG. 13, and the relay terminal 103 and the wireless terminal 104 acquire sensor information using the sensor device.
  • the relay terminal 103 and the wireless terminal 104 transmit the acquired sensor information to the control device 102.
  • a transmission method there are a method of adding a reply packet and a method of periodically generating a packet loaded with environment information.
  • the environment information management unit 214 of the control device 102 holds the environment information received from each terminal and uses it for search processing. In addition, when it is difficult to ensure real-time properties, the environmental information management unit 214 estimates the current environmental information based on the measurement time of the environmental information as necessary. As an example of the estimation method, there are a method of estimating the position information from the terminal speed and the elapsed time from the measurement time, a method of linear approximation based on the position information periodically sent, and the like.
  • the elapsed time after the power-on instruction transmitted to the device as environment information, it is possible to realize control that considers noise generated when the terminal is activated, that is, network control that also takes into account a phenomenon that occurs during a certain period after control.
  • a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the third embodiment of the present invention is different in a search method at the time of packet transfer processing performed by the communication processing unit of the control apparatus 102.
  • FIG. 10 is a functional block diagram of the control device 102 according to the third embodiment of the present invention.
  • the control management table update processing unit 1001 is added to the first embodiment.
  • the control management table update processing unit 1001 holds a plurality of control management tables 1002 corresponding to the environment information. Then, the control management table update processing unit 1001 acquires environment information from the environment information management unit 214, and switches the control management table 1002 according to changes in the environment information.
  • control management table 1002 used in this embodiment the control management table 1102 shown in FIG. 11 may be used in addition to the control table shown in FIG. 8 shown in the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing the minimum configuration of the control management table in the present embodiment.
  • the control management table 1102 is a table in which control information 1103 is described for each destination 1101.
  • the difference from FIG. 8 is that the environment information is not included. Therefore, the search processing unit 212 of the control device 102 performs a search using the destination as a key. In this way, by keeping the control management table small and reducing the search keys, the time required for the search process can be shortened compared to the first embodiment.
  • control information corresponding to all the environment information is included in the control management table, whereas in this embodiment, control information corresponding to the current environment information is included in the control management table.
  • communication control suitable for each environment information is enabled by switching the control table every time the environment information changes.
  • the environment information is managed by being divided into environment information to be included in the conditions in the control management table and environment information to be monitored by the control management table update processing unit 1001 without being included in the control table.
  • environment information with a small temporal change for example, environment information indicating the start / stop state of the terminal and position information of the terminal with less movement
  • FIG. 8 A control management table update processing unit 1001 shown in FIG. 8 monitors the state change, and environmental information having a large temporal change is included in the control management table shown in FIG.
  • Other functional blocks are the same as in the first embodiment.
  • control panel 102 control device 103: relay terminal 104: wireless terminal 105: computing device 201: reception processing unit 202: transmission processing unit 203: communication processing unit 204: management terminal 211: packet processing unit 212: search processing unit 213 : Packet analysis unit 214: environment information management unit 215: transmission packet management unit 216: control unit 221: recording unit 301: wireless reception processing unit 302: wireless transmission processing unit 303: wired reception processing unit 304: wired transmission processing unit 305: Communication processing unit 401: Wireless reception processing unit 402: Wireless transmission processing unit 403: Communication processing unit 502: CPU 503: Work memory 504: Program memory 505: Storage device 506: I / F 507: Input / output device 511: Input / output program 512: Packet transmission / reception program 513: database management program 514: communication Quality information analysis program 515: measuring communication quality log analysis program 516: Network Analysis Program 517: network information display program 518: control device setting change program

Abstract

　中継局の選択等の最適な通信方法を希少な時間で選択することで、無線通信を用いて移動端末に対して低遅延で高い到達性を実現することを目的とする。　端末又は中継装置は端末と中継装置との間の通信品質を計測し、計算装置は端末の複数の環境情報それぞれに対して通信品質情報に基づいて通信経路を算出する。制御装置は複数の環境情報それぞれと通信経路を対応づけておき、端末と通信を行うとき、端末の環境情報を取得し、その環境情報に対応する通信経路を検索し、検索された通信経路が示す中継端末を介して端末と通信を行う。

Description

無線通信システム、制御装置、及び無線通信方法
　本発明は、端末と、中継装置を介して端末と通信を行う制御装置とを有する無線通信システムに関する。
　無線LANやRFIDの低コスト化や、ZigBeeなどのセンサネット技術の標準化に伴い、近年では産業分野における無線技術の応用事例が増えている。産業分野として、例えば社会インフラ事業やFA(Factory Automation)、PA(Plant Automation)等が挙げられる。
　一方、移動端末へ通信サービスを提供するため、移動端末の行動範囲をカバーする複数の中継局を設置し、中継局を適宜選択する中継局選択方式がある。この様な移動体通信システムに関して、特許文献１や特許文献２に、移動体通信の中継局選択方式として記載されている。
　特許文献１では、複数の中継局と接続される基地局が、移動体からの無線信号の受信レベルを表す電界情報に基づいて、中継局を選択する方法が開示されている。
　また、特許文献２では、複数の中継ノードと接続されるセンタ局が、無線端末で計測された電界強度やビットエラーレート等の伝送品質情報を収集し、最適な中継局を選択する方法が開示されている。
特開平７－１９３８５８号公報 特開２０００－４４６９号公報
　産業分野において無線技術を適用するには、通信データの一定遅延時間内での高い到達性が求められる。産業分野では、FAにおける搬送車等の移動端末への通信を無線化する要求も強い。そのため、移動端末への通信も他の固定端末と同様、低遅延での高い到達性が求められる。無線通信を用い移動端末に対して低遅延で高い到達性を実現するためには、端末の移動に応じて、中継局の選択等の最適な通信方法を選択する必要がある。
　特許文献１、２は、移動端末の移動範囲に制限がなく、移動端末と中継局間の通信環境が人やモノの変動の影響で頻繁に変動しうる環境を対象としている。そして、無線端末の移動後に電波環境を計測し、その計測結果から伝送品質を算出して最適な中継局を選択するものである。そのため、最適な中継局の選択に時間がかかり、無線端末が移動してから通信環境が安定するまでに時間がかかるという問題がある。
　これに対して本願発明では、産業分野における例えばエレベータや搬送車等の移動端末のように、限られた空間を予め決められた経路を移動する端末を対象とする。人やモノの変動の影響が少ない空間で移動に制限がある端末を対象とするため、通信環境の変動要因が小さく、かつ、移動範囲を特定しうる。そして、中継局の選択等の最適な通信方法を希少な時間で選択することで、無線通信を用いて移動端末に対して低遅延で高い到達性を実現することを目的とする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
　端末と、端末と無線通信を行う複数の中継端末と、中継端末と端末との間の通信品質情報及び端末の状態を示す複数の環境情報を受信する受信部と、通信品質情報と複数の環境情報に基づいて複数の環境情報それぞれに対して中継端末と端末で構成される通信経路を対応づける分析部と、を有する計算装置と、環境情報と通信経路とを対応づける第１の制御管理テーブルを保持する記録部と、端末と通信を行うとき取得した環境情報に基づいて通信経路を第１の制御管理テーブルから検索する検索処理部とを有し、検索された通信経路を構成する中継端末を介して端末と通信を行う制御装置と、を備える無線通信システムである。
　本発明によれば、無線通信を用いて移動端末に対して低遅延で高い到達性を実現することができる。
実施例１の無線通信システムの概略構成図である。 実施例１の制御装置の機能ブロック図である。 実施例１の中継端末の機能ブロック図である。 実施例１の無線端末の機能ブロック図である。 実施例１の計算装置の機能ブロック図である。 実施例１通信品質情報の取得処理を示したシーケンス図である。 実施例１の計算装置におけるネットワーク分析処理を説明した図である。 実施例１の制御管理テーブルを表す図である。 実施例１の制御管理テーブルを表す図である。 実施例２の状態遷移モデルを示す図である。 実施例３の制御装置の機能ブロック図である。 実施例３の制御管理テーブルを表す図である。 実施例１のパケットフォーマットを表す図である。 実施例１のパケットフォーマットを表す図である。 実施例１の制御装置、中継端末、無線端末のハードウェア構成を表す図である。 実施例１の計算装置１０５の動作を示したフローチャートである。
　本発明の第一の実施の形態を図１から図８、及び図１２から図１４を用いて説明する。
　図１は実施例１の無線通信システムのブロック図を示す。無線通信システムは、制御盤１０１、制御装置１０２、中継端末１０３、無線端末１０４、計算装置１０５を備える。これらの装置は有線もしくは無線で相互に接続される。
　具体的には、制御盤１０１、中継端末１０３、計算装置１０５は有線で制御装置１０２に接続し、無線端末１０４は中継端末１０３と無線で接続する。中継端末１０３は直接制御装置１０２と接続する方法に加え、他の中継端末１０３を介し接続してもよい。図１では、制御装置１０２に対して中継端末Ａが直接接続され、中継端末Ｂ、Ｃは中継端末Ａを介して制御装置１０２に接続される例を示している。
　また、本実施例では、産業分野における例えばエレベータや搬送車等の移動端末のように、限られた空間を予め決められた経路を移動する端末を対象とする。人やモノの変動の影響が少ない空間で移動に制限がある端末を対象とするため、人やモノの変動要因が小さく、通信環境が端末位置など端末の状態に大きく依存することを特徴とする。さらに、端末の移動範囲が特定できることを特徴とする。
　本実施例ではこのような環境であることを利用して、さまざまな端末の状態について、通信品質に基づいて最適な中継装置を対応づけておく。そして、制御装置が端末と通信する際には、管理されている端末の状態に応じて、上述した対応づけを用いて最適な中継装置を決定する。これにより、希少な時間で最適な中継装置を選択することができる。
　制御盤１０１は無線通信システム内の各端末と通信をして情報の収集及び各端末（中継端末１０３、無線端末１０４）の制御を行う。各端末の制御は、端末の起動や停止、位置や移動の制御等が挙げられる。そのため、制御盤１０１は無線端末１０４の起動、停止、移動中などを示す状態や位置、速度等の環境情報を管理する。制御盤１０１は、各端末の環境情報を定期的に、あるいは端末を制御するための制御情報とともに制御装置１０２へと送信する。
　制御装置１０２は、制御盤１０１と各端末間の通信を制御する。具体的には、制御盤１０１から端末へ宛てた通信を取得し、端末への通信経路選択等の通信制御を行う。同様に、端末から制御盤１０１へ宛てた通信を取得し、制御盤１０１へと転送処理を行う。また、制御装置１０２は無線通信システム内の環境情報を収集し、通信の制御を行う際、その環境情報を参照することで最適な通信制御を行う。ここで、環境情報とは端末の電源のON/OFF状態や無線端末１０４の位置、速度等の無線通信システム内の状況を表す情報である。
　中継端末１０３と無線端末１０４は、制御盤１０１と制御装置１０２を介し通信を行う。これら端末は無線経由でパケットを受信した場合、受信リンクの伝送品質情報を取得し、パケットに付加して送信もしくは直接計算装置１０５へと送信する機構を備える。また、中継端末１０３は、制御装置１０２や無線端末１０４、他の中継端末１０３から送られてきたパケットの転送処理も行う。
　計算装置１０５は、無線通信システムの環境情報と各無線通信リンクの伝送品質情報を収集し、環境毎に制御盤１０１と各端末間の通信が最適となる通信制御の方法を計算する。そして、計算した通信制御方法を制御装置１０２に設定することで、制御盤１０１と各端末間の通信を最適化する。
　図１３は制御装置１０２、中継端末１０３、無線端末１０４のハードウェア構成図である。各端末はCPU（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１３０２、ワークメモリ１３０３、プログラムメモリ１３０４、論理回路１３０５、通信インタフェースI/F１３０６、無線回路RF１３０７、入出力装置１３１０から構成され、バス１３０８を介して相互に接続される。
　ワークメモリ１３０３は各プログラムの処理中に一時的に用いられる記憶領域であり、プログラムメモリ１３０４では入出力プログラム１３１１や、パケット送受信プログラム１３１２等各種プログラムが記録される。CPU１３０２は、プログラムメモリに記録されているプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。論理回路１３０５は論理演算処理を行う電子回路であり、ASICやFPGA、DSP、DRP等が用いられる。後述する図２～４に示す各機能ブロックは、CPU１３０２やワークメモリ１３０３、プログラムメモリ１３０４、論理回路１３０５が協調動作することで実行される。なお、各機能を論理回路で実行するか、あるいはCPUで処理するかを適宜変更可能であることはいうまでもない。
　通信インタフェースI/F１３０６や無線回路RF１３０７は、CPU１３０２やワークメモリ１３０３、プログラムメモリ１３０４、論理回路１３０５から供給されたデータを外部の機器に出力したり、外部の機器から供給されたデータをCPU１３０２等に供給したりする。通信インタフェースI/F１３０６は有線のインタフェースを表し、無線回路RF１３０７は無線のインタフェースを表す。入出力装置１３１０はキーボードやマウス、ディスプレイ等の装置であり、管理者はこれら装置を介し各端末の設定を行う。これら入出力装置１３１０はネットワークを介し接続しても良い。
　図２は本発明の第一の実施の形態の制御装置１０２の機能ブロック図である。制御装置１０２は受信処理部２０１、送信処理部２０２と通信処理部２０３を備える。
　通信処理部２０３は、パケット処理部２１１、検索処理部２１２、パケット解析部２１３、環境情報管理部２１４、送信パケット管理部２１５、制御部２１６、制御管理テーブルを保持する記録部２２１から構成される。
　制御盤１０１宛の上り方向では、通信処理部２０３は複数の通信経路から受信する複数のパケットから通信品質情報を抽出し、複数のパケットを集約する処理を行う。また、無線端末１０４宛の下り方向では、パケットヘッダを基にした検索処理から制御情報を取得し、制御情報に基づいてパケット処理を行う。
　受信処理部２０１は、受信したパケットをパケット処理部２１１に送信し、送信処理部２０２は、パケット処理部２１１からパケットを受信するとパケットを出力ポートに送信する。
　パケット処理部２１１は、受信したパケットをバッファに蓄積し、パケットの複製をパケット解析部２１３に、パケットのヘッダ情報を検索処理部２１２に送信する。パケット処理部２１１は、検索処理部２１２から検索結果を受信すると、検索結果に含まれる制御情報に基づきパケット処理を行い、送信処理部２０２へパケットを送信する。パケットの送信にあたり、送信パケット管理部２１５から受信したパケット識別子をパケットに付加する。また、無線端末宛の下り方向の通信において、検索結果に通信品質の計測指示が含まれている場合、通信品質計測フラグを立てて送信処理部２０２へ送信する。
　無線端末１０４宛の下り方向において、検索処理部２１２は、パケット処理部２１１からヘッダ情報を受信すると、制御管理テーブルを検索し、検索処理の結果をパケット処理部２１１に送信する。検索結果には、パケットの処理方法を記述した制御情報が含まれる。また、検索処理は、パケットヘッダに含まれる宛先に加え、環境情報管理部２１４から受信した環境情報も用いる。制御管理テーブルの一例を図８に示す。図８（ａ）は、計算装置によって、各端末の各環境情報について適切な制御情報が対応づけられている制御管理テーブルの例を示す。また、図８（ｂ）は、計算装置による計算開始時の制御管理テーブルの例を示す。
　制御管理テーブルは宛先８０１、環境情報８０２、制御情報８０３から構成される。環境情報８０２として無線端末１０４の位置情報が挙げられる。あるいは、端末の速度情報、加速度情報、端末電源のON/OFF状態、その他センサ情報でもよいし、それらの組み合わせでもよい。
　制御情報８０３は、経路情報（８３１、８３２）、制御項目８３３からなる。経路情報は通常の通信で用いる通信経路に加え、バックアップ用の予備経路を保持してもよい。通信経路に複数の経路が存在する場合、パケットを複製し各経路に送信する。また、制御項目８３３は送信に関して、追加で制御する項目が記載される。制御項目８３３として、無線区間の送信回数や、誤り訂正符合で付加する冗長ビット数、誤り訂正の方式等を指定できる。このように制御項目を追加することで、最適な中継装置の選択のみならず、無線端末の各環境情報に応じた最適な通信制御が可能となる。また、該当する環境において無線通信路の通信品質情報が収集できていない場合、通信品質を計測指示する制御も指定できる。なお、通信路の時間変動に追随するため、この通信品質の計測指示を定期的に出すこともできる。通信品質の計測を指示する際、オプションで予備経路を含め送るようにしても良い。予備経路にも送信することで予備経路の通信品質も計測でき、最適経路の見直しをすることができる。
　検索処理部２１２での制御管理テーブルの検索は、宛先と環境情報をキーとして実施する。検索は、宛先８０１、環境情報８０２の順で行い、環境情報８０２が複数存在する場合は事前に指定した優先順に従い検索する。本実施例では、宛先８０１で検索後、無線端末Aの位置８２１、無線端末Bの位置８２２と検索していく。
　例えば、位置X2にいる無線端末A１０４に送信する場合、宛先８０１として無線端末Aの行を選択し、無線端末Aの位置X2でさらに行を絞る。無線端末Bの位置はワイルドカードとなっているため、上から2番目のエントリが選択される。そのため、制御装置から無線端末Aへの通信は、通信経路（１）（２）つまり中継端末A、Bを介して行われ、誤り訂正符号で付加する冗長ビット数Ｎとなる。
　また、無線端末B１０４を検索する場合も同様、無線端末Aの位置、無線端末Bの位置で検索する。この例では、無線端末AがX5にいる場合、経路（２）（３）で送信することになる。このように、宛先以外の端末の位置も環境情報に含め検索することで、端末の移動により通信路の遮蔽が起こり通信環境が悪くなる場合にも対応できる。なお、検索時の環境情報の優先順位は宛先毎に設定することもできる。
　また、環境情報が複数存在する場合の検索方法の他の形態として、一致している項目の多いエントリを検索結果とする方法や、さらに項目に重みを付け評価し最も一致度が高いエントリを検索結果とする方法を用いてもよい。
　パケット解析部２１３は、パケット処理部２１１からパケットの複製を受信すると、受信したパケットの解析を行う。受信パケットが制御盤１０１宛で、通信品質計測フラグが付加されており、パケットに無線の通信品質が含まれている場合、パケットに含まれるパケット識別子と無線の通信品質を取り出し、これら情報を計算装置１０５へと送信する。計算装置１０５への送信は、該当パケット受信毎に送信してもよく、蓄積し定期的に送信してもよい。
　また、受信したパケットが制御盤１０１から制御装置１０２へ宛てられた環境情報を含むパケットである場合、環境情報を環境情報管理部２１４へと送信する。
　環境情報管理部２１４はパケット解析部２１３から受信した環境情報を管理し、定期的に、もしくは環境情報が一定以上変化した場合や検索処理部２１２から要求が届いた場合に検索処理部２１２へ環境情報を通知する。同様に、送信パケット管理部２１５から環境情報の取得要求が届いた場合、送信パケット管理部２１５へ環境情報を通知する。端末の状態を示す環境情報は、制御盤から定期的にあるいは制御信号とともに制御装置へ送付されて環境情報管理部２１４で管理される。
　環境情報が制御盤１０１から制御信号とともに送付されてその制御信号を端末へ送付する場合や、環境情報が定期的に送付される場合であってその送信間隔が十分短くリアルタイム性を担保できる場合、環境情報をそのまま他機能ブロック（検索処理部２１２や送信パケット管理部２１５）へと送信する。また、速度や加速度等の変化の情報を環境情報に加えることで、状況を細かく分類することができ、通信品質の向上を図ることができる。
　一方、環境情報が制御盤１０１から定期的に送付される場合であって環境情報の送信間隔が長い場合、無線端末の移動により環境情報管理部で管理されている環境情報と最新の環境情報との相違が顕著になり、最適な中継端末が選択できないおそれがある。そこで、環境情報管理部２１４では環境情報の変化から、現在時刻の環境情報を予測し、その予測値を他機能ブロックへと送信する。環境情報の予測は線型近似や、その他の近似方法を用い算出する。環境情報が位置情報の場合、移動速度や加速度等から予測値を算出してもよい。
　送信パケット管理部２１５は、制御盤１０１から各端末へ送られる送信パケットを一意に識別するパケット識別子、及び通信品質計測ログを管理する。識別子のサイズを小さくするため、パケット識別子に宛先アドレス等他のヘッダ値と組み合わせることで一意となるようパケット識別子を設定してもよい。また、通信品質計測ログは、パケット識別子と環境情報を管理するログであり、パケット識別子で識別されるパケット送信時の環境情報が記録される。これは、通信品質計測結果を受信したときに、環境情報と通信品質計測結果を対応づけるためである。パケット処理部はパケットを送る際、送信パケット管理部からパケット識別子を受け取りパケットに付加し送信する。
　送信パケット管理部は、通信品質計測フラグの立つパケットに対しパケット識別子を払い出すと、環境情報管理部から環境情報を受け取り、パケット識別子とパケット送信時の環境情報を括り付け通信品質計測ログとして保持する。通信品質計測ログは定期的に計算装置１０５へと送信する。
　制御部２１６は制御装置１０２の各機能ブロックと接続し、パラメータや動作モード、制御管理テーブルの設定及び更新を行う。計算装置１０５等の外部の機器から制御装置１０２の設定変更を行う際、制御部２１６を介し各機能ブロックの設定が変更される。
　管理端末２０４は、制御部２１６に接続される。管理者は、管理端末２０４を介して各機能ブロックに設定されている各種パラメータや制御管理テーブルを変更できる。なお、管理端末２０４は、ネットワークを介して制御部２１６に接続されても良い。
　図３は実施例１の中継端末１０３の機能ブロック図である。中継端末１０３は制御装置又は他の中継端末と有線においてデータを送受信する有線送信処理部３０４、有線受信処理部３０３と、無線において無線端末とデータを送受信する無線送信処理部３０２、無線受信処理部３０１と、受信データの転送処理を実施する通信処理部３０５から構成される。
　通信処理部３０５は、無線受信処理部３０１から通信品質情報を受け取るインタフェース機能をもち、無線受信処理部３０１から通信品質計測フラグをもつパケットを受信すると、通信品質情報を受信パケットに付加し転送処理を行う。通信品質情報は、受信電解強度、ビットエラーレートやそれら情報から算出した値である。
　図４は実施例１の無線端末１０４の機能ブロック図を示す。無線端末１０４は無線において中継端末とデータを送受信する無線送信処理部４０２、無線受信処理部４０１と、受信データの処理を行う通信処理部４０３から構成される。通信処理部４０３は、無線受信処理部４０１から通信品質情報を受け取るインタフェース機能をもつ。また、無線受信処理部４０１から通信品質計測フラグをもつパケットを受信すると、受信したパケット識別子と無線受信処理部４０１からの通信品質情報とをセットで保持し、返信パケットにこれら情報を付加する。返信パケットは、通信品質計測フラグが付加され、全中継端末１０３に宛てて送信される。
　図５は実施例１の計算装置１０５の機能ブロック図である。計算装置１０５はCPU（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）５０２、ワークメモリ５０３、プログラムメモリ５０４、ストレージ装置５０５、通信I/F５０６、入出力装置５０７から構成され、バス５０８を介して相互に接続される。
　ワークメモリ５０３は各プログラムの処理中に一時的に用いられる記憶領域である。プログラムメモリ５０４は、入出力プログラム５１１、パケット送受信プログラム５１２、データベース管理プログラム５１３、通信品質情報解析プログラム５１４、通信品質計測ログ解析プログラム５１５、ネットワーク分析プログラム５１６、ネットワーク情報表示プログラム５１７、及び制御装置設定変更プログラム５１８を行う各種プログラムが記録される。CPU５０２は、プログラムメモリ５０４に記録されている各種プログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実行する。
　ストレージ装置５０５には、制御装置１０２や各端末から受信した通信品質計測ログや通信品質情報等を管理する統計情報データベースが格納される。通信インタフェースI/F５０６はCPU５０２やメモリから供給されたデータを外部の機器に出力したり、外部の機器から供給されたデータをCPU５０２やメモリに供給したりする。入出力装置５０７はキーボードやマウス、ディスプレイ等の装置であり、管理者はこれら装置を介し計算装置１０５の設定を行う。これら入出力装置５０７はネットワークを介し接続しても良い。
　計算装置１０５の基本処理の流れを図１４のフローチャートに示す。計算装置１０５の処理はネットワーク構築時に動作を開始する。ここで、ネットワーク構築時の初期状態の制御管理テーブルの一例を図８（ｂ）に示す。初期状態の制御管理テーブルは、宛先８０１毎の制御情報８０３のみを記載しており、環境情報８０２に関する条件は無い。そして、経路は取りうる全ての経路とすることで、無線端末１０４への到達性を最大に設定する。同時に、制御管理テーブルを作成するために通信品質の計測を指定することで、学習に必要な統計情報の収集を行う。つまり、初期状態では、各無線端末に対して、全ての中継端末を介して通信品質計測の要求を送信することになる。
　計算装置１０５は動作開始後、統計情報の蓄積を行う（ステップ１４０１）。ここで、統計情報とは通信品質情報と通信品質計測ログを指す。一定期間、もしくは一定数の統計情報が蓄積されると、計算装置１０５はネットワーク分析処理を実施する。ネットワーク分析処理により、最適制御を実現する制御管理テーブルを作成する（ステップ１４０２）。新たに作成した制御管理テーブルと過去の制御管理テーブルを比較し（ステップ１４０３）、更新箇所がある場合、制御管理テーブルを制御装置１０２に設定する（ステップ１４０４）。その後、作成した制御管理テーブルと過去の制御管理テーブルを比較し、制御管理テーブルの学習が安定したかを判断する（ステップ１４０５）。学習が安定していると判断した場合、該当する無線通信システムの制御方法が確定したと判断し、計算装置１０５の動作を終了する。学習が安定していないと判断された場合は、ステップ１４０１に戻る。
　学習が安定しているか否かの判断は、過去数回分の制御管理テーブルの変化で評価する。具体的には、各無線端末の各環境情報に対する通信経路に変化がなければ安定していると判断する。あるいは、各無線端末の各環境情報での通信品質の変化が所定値以下の場合に安定していると判断する。計算装置１０５の動作が終了した場合、計算装置１０５を本無線通信システムから切り離し運用することができる。
　なお、無線通信環境が時々刻々と変化しうる環境や、端末異常による環境変化に迅速に対応する必要がある場合、ステップ１４０５で常に”学習が安定していない”と判断し、計算装置１０５を常時動作するようにしてもよい。また、ネットワークの通信品質をリアルタイムで把握するために、計算装置１０５を常時動作させ、統計情報を常時収集してもよい。
　本実施例では、計算装置１０５が直接制御装置１０２と有線接続するシステム構成例を示したが、ネットワークを介して制御装置に接続される構成でもよい。また、計算装置１０５をデータセンタ内に配置することもできる。さらに、制御管理テーブルを作成する初期段階では直接制御装置１０２と有線接続する構成とし、制御管理テーブル設定後の運用段階ではデータセンタ内に配置して常時動作する構成とすることもできる。
　入出力プログラム５１１を実行することにより、入出力装置５０７からのデータ送受信処理を行う。パケット送受信プログラム５１２を実行することにより通信インタフェースI/F５０６を介したパケットの送受信処理を行う。データベース管理プログラム５１３を実行することにより統計情報データベースを管理する。通信品質情報解析プログラム５１４を実行することにより、制御装置１０２もしくは中継端末１０３や無線端末１０４から送られてきた通信品質情報を受信し、データベース管理プログラム５１３を通し統計情報データベースに格納する。通信品質計測ログ解析プログラム５１５を実行することにより制御装置１０２から送られてきた通信品質計測ログを受信し、データベース管理プログラム５１３を通し統計情報データベースに格納する。ネットワーク分析プログラム５１６を実行することにより、統計情報データベースに格納された、通信品質情報と通信品質計測ログを分析し制御装置１０２における最適な制御方法を分析し、制御装置１０２に格納される制御管理テーブルを生成する。分析方法の一例については図７を用いて後述する。
　ネットワーク情報表示プログラム５１７を実行することにより、無線通信ネットワークに含まれる端末、その端末への通信経路、及び各通信リンクの通信品質を出力装置に表示する。
　制御装置設定変更プログラム５１８を実行することによりネットワーク分析プログラム５１６で分析し得られた制御管理テーブルを制御装置１０２の制御部２１６を介し制御装置１０２に設定する。
　図６は、通信品質情報の収集処理、及び通信品質計測ログの作成方法を示すシーケンス図である。図６では、無線端末A１０４が特定の位置にいて、中継端末AとBとの間の通信品質を計測する場合の例を示す。例えば、図８（ｂ）に示す初期状態の制御管理テーブルから学習が進み、特定の位置に対して経路（１）（２）が対応づけられている場合である。
　通信品質情報の収集は、通常の制御盤１０１から無線端末１０４への通信を利用し行われる。制御盤１０１からの通信６０１を制御装置制御装置１０２が転送処理する際、通信品質計測フラグとパケット識別子を付加し転送を行う（ステップ６２１）。
　制御装置１０２における転送処理は制御管理テーブルから経路（１）及び経路（２）を選択し、各経路に送信する（６０２，６０３）。経路（１）では、中継端末A１０３を経由し無線端末A１０４に到達する。無線通信路を経由しパケットを受信した無線端末A１０４は、通信品質計測フラグが付与されているため、パケット受信時の通信品質を算出し、受信したパケットに含まれるパケット識別子と共に保持する（ステップ６２２）。経路（２）では、中継端末B１０３を経由し無線端末A１０４に到達する。
　無線端末A１０４は、経路（１）と同様、通信品質計測フラグが付与されているため、パケット受信時の通信品質を算出し、受信したパケットに含まれるパケット識別子と共に保持する（ステップ６２３）。続いて、無線端末A１０４は、制御盤１０１への返信パケットを作成する（ステップ６２４）。返信パケットは、制御盤１０１から受信したパケットのパケット識別子を用い、経路（１）で受信した通信品質情報と経路（２）で受信した通信品質情報を加え、通信環境計測フラグを立てて送信する（６０４）。
　返信パケットは、全中継端末１０３が受信可能なマルチキャストを用い、制御盤１０１宛に送信される。この返信パケットを受信した中継端末A１０３及びBは、計測した通信品質をパケットに付加し（ステップ６２５、６２６）、制御装置１０２へそれぞれ転送する（６０５、６０６）。中継端末C１０３も返信パケットを受信できた場合、通信品質をパケットに付加し制御装置１０２へと転送する。中継端末での通信品質計測結果を追加することにより、計測点数を増やして、通信品質計測精度を向上することができる。
　制御装置１０２では、複数中継端末１０３から受信した返信パケットから各通信路のパケット識別子と通信品質情報を抽出する（ステップ６２７）。返信パケットはパケット識別子を基に複数の返信パケットを一つに集約し制御盤１０１へ転送する（６０７）。また、抽出したパケット識別子と通信品質情報は、その都度、もしくは一定数蓄積し計算装置１０５へと送信する（６０８）。通信品質計測ログは定期的に計算装置１０５へと送信する（６０９）。なお、通信品質計測ログは計測装置で分析する際に必要となるため、分析の頻度に応じて送信すればよい。上述したように計算装置を常時動作させて、統計情報を常時収集する場合には、定期的に送信する必要がある。
　なお、通信品質情報の収集方法として、パケット識別子と通信品質情報の組を中継端末１０３及び無線端末１０４それぞれで保持し、定期的に直接計算装置１０５へ送信してもよい（６１１、６１２、６１３）。
　制御装置１０２が制御盤１０１からの通信を転送する際のパケットの構成例を図１２（ａ）に示す。パケット１２０１はヘッダ１２１１とデータ１２１２からなり、ヘッダ１２１１には宛先アドレス１２２１や送信元アドレス１２２２、中継端末アドレス１２２３、通信品質計測フラグ１２２４、パケット識別子１２２５等のネットワークの転送等で必要となる制御情報が含まれる。データ１２１２には制御盤１０１から無線端末１０４へ送信される制御情報が格納される。
　無線端末からの返信パケットの構成例を図１２（ｂ）に示す。返信パケット１２０２には、各経路の通信品質情報１２１３を付加した構成となる。通信品質情報１２１３には、通信リンクと受信端末を識別する情報とその通信品質情報が含まれる。
　図７は、計算装置１０５が、通信品質情報と通信品質計測ログを分析して、通信品質に基づいて端末の各環境情報に応じて最適な中継装置を決定する方法の例を示すものである。通信品質計測ログと通信品質情報をパケット識別子で関連付け、無線端末A１０４の端末位置を軸にとり通信品質をプロットした図である。
　ネットワーク分析プログラム５１６を実行することにより、位置を一定区間、もしくは通信品質値を基に可変長の区間で分割し、各区間で通信品質の良い経路の選択を行う。例えば、端末位置Ｘ２のとき、通信品質が閾値を超える経路（１）と（２）が、経路として設定される例を示している。なお、端末位置Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５の場合のように予備経路を設定することも可能である。
　本実施例では、通信品質のレベルを二つに分割した例を示したが、複数のレベルに分割し、各レベルに応じ制御方法を変えても良い。
　また、図７では位置を横軸として通信品質を分析した例を示したが、速度や加速度、電源のON/OFF等を加え多次元上で通信品質を評価するようにしてもよい。例えば、速度情報を加えることで、移動速度の速い無線端末１０４には広域な通信エリアをもつ中継端末１０３を経由するように制御可能となる。
　なお、本実施例では、制御装置１０２と計算装置１０５と分けて記述したが、装置点数を減らすため、制御装置１０２と計算装置１０５を一つの装置に統合してもよい。その際の構成は、計算装置１０５のプログラムメモリ５０４に制御装置１０２の通信処理部２０３に相当する処理プログラムが追加動作する形態となる。
　本発明の第二の実施の形態を図９を用いて説明する。本発明の第二の実施の形態は、制御装置１０２における環境情報の取得方法が異なる。第一の実施例では制御盤１０１から環境情報を取得する例を示した。第二の実施例では、各種端末への制御通信を制御装置１０２内のパケット解析部２１３で解析することで環境を推定する。無線端末１０４の動きが本無線通信ネットワークを介し制御されている場合に適用可能である。
　図９は、パケット解析部２１３での環境情報の推定方法の一例を示した図であり、無線端末A１０４の状態遷移モデルを示す。この例は、無線端末１０４が中継端末ABC１０３の前を左右往復する例をモデル化した。状態S1は左端での停止状態（９０１）を、状態S3は右端での停止状態を表し（９０３）、状態S2,S4は移動中の状態を表す（９０２、９０４）。例えば、無線端末A１０４が状態S1であり、無線端末A１０４を右へ移動させる時、制御盤１０１から無線端末A１０４へ「右へ移動」という制御メッセージが送信される。制御装置１０２はこの制御パケットの受信を契機に、状態がS1、つまり左端に停車していることを認識できる。また、無線端末A１０４から制御盤１０１への受信確認を示す応答メッセージを解析することで、実際に制御が行われるか否かを判定することができ、確実に状態遷移を把握することができる。状態がS2に遷移し、移動が開始されると、制御装置１０２では、速度aと経過時間tから端末位置を推定することができる（９２１）。このような状態遷移図を制御装置１０２内のパケット解析部２１３にもち、制御装置１０２を通過するパケットを解析することで、状態遷移の検出、及び環境情報の推定が可能となる。
　また、環境情報の他の取得方法として、中継端末１０３や無線端末１０４で取得したセンサ情報を用いても良い。センサ情報の一例として、GPSを用いた位置情報、速度情報、カメラ画像、カメラ画像を解析した特徴量などが挙げられる。GPS等のセンサ機器は図１３に示した端末のバス１３０８に接続し、中継端末１０３や無線端末１０４はセンサ機器を用いてセンサ情報を取得する。中継端末１０３や無線端末１０４は取得したセンサ情報を制御装置１０２へと送信する。送信方法は返信パケット作成時に付加する方法や、定期的に環境情報を搭載したパケットを生成する方法がある。
　制御装置１０２の環境情報管理部２１４は、各端末から受信した環境情報を保持し検索処理に活用する。また、環境情報管理部２１４では、リアルタイム性の担保が難しい場合には、必要に応じて環境情報の計測時刻を基に現在の環境情報を推定する。推定方法の一例として、端末速度と計測時刻からの経過時間から位置情報を推定する方法や、定期的に送られてくる位置情報を基に線型近似する方法等がある。
　なお、その他の環境情報として、制御盤１０１からの特定のコマンド受信後の経過時間を採用してもよい。例えば機器へ送信した電源ON指示後の経過時間を環境情報とすることで、端末起動時に発生するノイズを考慮するような制御、つまり制御後一定期間に生ずる現象も考慮したネットワーク制御が実現できる。
　なお、環境情報の取得は、第一実施例、及び第二実施例で示した方法を組合せ用いてもよい。
　本発明の第三の実施の形態を図１０、１１を用いて説明する。本発明の第三の実施の形態は、制御装置１０２の通信処理部で行うパケット転送処理時の検索方法が異なる。
　図１０は、本発明の第三の実施形態の制御装置１０２の機能ブロック図である。第一の実施形態に制御管理テーブル更新処理部１００１を加えた形態となる。制御管理テーブル更新処理部１００１は環境情報に応じた複数の制御管理テーブル１００２を保持する。そして、制御管理テーブル更新処理部１００１は環境情報管理部２１４から環境情報を取得し、環境情報の変化に応じて制御管理テーブル１００２を切り替える。
　本実施例で用いる制御管理テーブル１００２は、第一の実施例で示した図８の制御テーブルに加え、図１１に示した制御管理テーブル１１０２を用いても良い。
　図１１は、本実施例における制御管理テーブルの最小構成を示した図である。制御管理テーブル１１０２は、宛先１１０１毎に制御情報１１０３を記載した表である。図８と比較して環境情報を含まない点が異なる。そのため、制御装置１０２の検索処理部２１２は宛先をキーとした検索を行う。このように制御管理テーブルを小さく抑え、検索キーを減らすことで、第一の実施形態に比べ検索処理にかかる時間を短縮することができる。
　すなわち、第一の実施形態では、全ての環境情報に対応した制御情報を制御管理テーブル内にもつのに対し、本実施形態では、現在の環境情報に対応した制御情報を制御管理テーブル内にもつ。そして、本実施形態では、環境情報が変化する度に制御テーブルを切り替えることで、環境情報毎に適した通信制御を可能とする。
　つまり、環境情報を、制御管理テーブル内の条件に含める環境情報と、制御テーブル内には含めず制御管理テーブル更新処理部１００１で状態変化を監視する環境情報とに分けて管理する。
　環境情報をどちらの方法で管理するかの具体例として、時間的変化が小さい環境情報（例えば、端末の起動・停止状態を示す環境情報や、移動の少ない端末の位置情報）は、図１０に示す制御管理テーブル更新処理部１００１で状態変化を監視し、時間的変化が大きい環境情報は、図８に示す制御管理テーブル内に含める方法が挙げられる。その他の機能ブロックについては第一実施形態と同様である。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形実施可能であり、上述した各実施形態を適宜組み合わせることが可能であることは当業者に理解されよう。
１０１：制御盤１０２：制御装置１０３：中継端末１０４：無線端末１０５：計算装置２０１：受信処理部２０２：送信処理部２０３：通信処理部２０４：管理端末２１１：パケット処理部２１２：検索処理部２１３：パケット解析部２１４：環境情報管理部２１５：送信パケット管理部２１６：制御部２２１：記録部３０１：無線受信処理部３０２：無線送信処理部３０３：有線受信処理部３０４：有線送信処理部３０５：通信処理部４０１：無線受信処理部４０２：無線送信処理部４０３：通信処理部５０２：ＣＰＵ５０３：ワークメモリ５０４：プログラムメモリ５０５：ストレージ装置５０６：Ｉ／Ｆ５０７：入出力装置５１１：入出力プログラム５１２：パケット送受信プログラム５１３：データベース管理プログラム５１４：通信品質情報解析プログラム５１５：通信品質計測ログ解析プログラム５１６：ネットワーク分析プログラム５１７：ネットワーク情報表示プログラム５１８：制御装置設定変更プログラム

Claims (15)

  1. 　端末と、
    　前記端末と無線通信を行う複数の中継端末と、
    　前記中継端末と前記端末との間の通信品質情報及び前記端末の状態を示す複数の環境情報を受信する受信部と、前記通信品質情報と前記複数の環境情報に基づいて前記複数の環境情報それぞれに対して前記中継端末と前記端末で構成される通信経路を対応づける分析部と、を有する計算装置と、
    　前記環境情報と前記通信経路とを対応づける第１の制御管理テーブルを保持する記録部と、前記端末と通信を行うとき取得した前記環境情報に基づいて前記通信経路を前記第１の制御管理テーブルから検索する検索処理部と、を有し、前記検索された通信経路を構成する前記中継端末を介して前記端末と通信を行う制御装置と、を備える無線通信システム。
  2. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記端末は予め決められた経路を移動する無線通信システム。
  3. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記環境情報は、前記端末の位置情報である無線通信システム。
  4. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記制御装置は、前記端末を制御する制御盤から前記環境情報を取得する無線通信システム。
  5. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記制御装置は、前記端末の状態遷移モデルを保持し、前記状態遷移モデルを用いて前記端末を制御する制御盤から送信される制御情報を解析することで、前記環境情報を推定する解析部を有する無線通信システム。
  6. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記制御装置は、前記複数の環境情報それぞれに対して前記通信品質の計測を要求する要求信号を前記端末へ送信し、
    　前記要求信号を受信した前記端末は、前記複数の中継端末それぞれと前記端末との間の前記通信品質を計測し、
    　前記分析部は、前記複数の環境情報それぞれに対して前記計測された通信品質が所定の閾値を超える通信経路を算出する無線通信システム。
  7. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　制御装置は、前記環境情報を含まず前記端末と前記通信経路を対応づける第２の制御管理テーブルを保持し、前記環境情報の変化に応じて前記第１の制御管理テーブルと前記第２の制御管理テーブルを切り替える更新処理部を有する無線通信システム。
  8. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記制御装置は、前記取得した環境情報から最新の環境情報を予測する環境情報管理部をさらに有し、
    　前記検索処理部は、前記最新の環境情報を用いて前記通信経路を検索する無線通信システム。
  9. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記受信部は、前記通信品質情報及び前記環境情報を定期的に受信し、
    　前記分析部は、定期的に受信した前記通信品質情報及び前記環境情報を用いて前記第１の制御管理テーブルを更新する無線通信システム。
  10. 　請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
    　前記制御装置と前記計算装置が、１の装置で構成される無線通信システム。
  11. 　複数の中継端末それぞれと端末との間の通信品質情報及び前記端末の状態を示す複数の環境情報に基づいて、前記複数の環境情報それぞれに対して前記中継端末と前記端末で構成される通信経路が対応づけられた第１の制御管理テーブルを保持する記録部と、
    　前記端末と通信を行うとき取得した前記環境情報に基づいて前記通信経路を前記第１の制御管理テーブルから検索する検索処理部と、を有し、
    　前記検索された通信経路を構成する前記中継端末を介して前記端末と通信を行う制御装置。
  12. 　請求項１１に記載の制御装置において、
    　前記環境情報は、予め決められた経路を移動する端末の位置情報である制御装置。
  13. 　請求項１１に記載の制御装置において、
    　前記制御装置は、前記端末を制御する制御盤から前記環境情報を取得する制御装置。
  14. 　請求項１１に記載の制御装置において、
    　前記取得した環境情報から最新の環境情報を予測する環境情報管理部をさらに有し、
    　前記検索処理部は、前記最新の環境情報を用いて前記通信経路を検索する制御装置。
  15. 　端末と、前記端末と無線通信を行う複数の中継端末と、前記複数の中継端末を介して前記端末と通信を行う制御装置と、前記制御装置と接続される計算装置とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    　前記端末又は前記中継装置は、前記端末と前記中継装置との間の通信品質を計測し、
    　前記計算装置は、前記端末の複数の位置情報それぞれに対して、前記通信品質が所定値を超える通信経路を算出し、
    　前記制御装置は、前記複数の位置情報それぞれと前記通信経路との対応づけを予め保持し、前記端末と通信を行うとき、前記端末の特定の位置情報を取得し、前記特定の位置情報に対応する通信経路を前記対応づけから検索し、前記検索された通信経路が示す中継端末を介して前記端末と通信を行う無線通信方法。
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