WO2015163014A1 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

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WO2015163014A1
WO2015163014A1 PCT/JP2015/056406 JP2015056406W WO2015163014A1 WO 2015163014 A1 WO2015163014 A1 WO 2015163014A1 JP 2015056406 W JP2015056406 W JP 2015056406W WO 2015163014 A1 WO2015163014 A1 WO 2015163014A1
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wireless communication
wireless
area
unit
base station
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PCT/JP2015/056406
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竹識 板垣
佐藤　雅典
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ソニー株式会社
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless communication device and a wireless communication method.
  • the wireless sensor network is a technology that collects human behavior information or surrounding environment information by connecting wireless nodes that combine wireless devices with sensor devices such as position sensors or temperature sensors, for example.
  • Wireless sensor networks are expected to be used in various fields such as monitoring systems and home automation. This is because constructing a sensor network by wireless communication can be expected to provide advantages such as cost reduction, expansion of the sensing range, and flexibility in changing the network.
  • the wireless sensor network system can be designed in various ways depending on what is given priority among the application requirements.
  • Requests include, for example, the amount and direction of data to be exchanged, the size of the number of wireless nodes accommodated per base station, the size of the communicable area, the complexity of signal processing on the wireless node side, the transmission delay time, the wireless Examples include resistance to node mobility, reliability of data transmission, and flexibility in adding base stations and wireless nodes.
  • the following non-patent document 1 is a technical specification related to a wireless LAN (Local Area Network) established by IEEE.
  • a so-called hidden terminal problem in which transmission waves from wireless nodes in a positional relationship where mutual transmission radio waves cannot be detected collide with each other is solved.
  • Technology is disclosed.
  • a technique for providing controlled access in which a base station schedules transmission / reception of subordinate radio nodes, and a technique for transmitting RTS / CTS (request to send / clear to send).
  • Non-Patent Document 1 in order to improve the reliability of data transmission, a control message for controlling the timing of data transmission is transmitted and received between the base station and the wireless node. It is necessary. Further, the wireless node is required to perform processing for receiving the control message and interpreting its contents. Therefore, the wireless node requires power consumption for such processing.
  • the wireless node since the wireless node is assumed to be installed in various places for a long time, it is required to be able to operate with a battery for a long period of time due to low power consumption.
  • the present disclosure proposes a new and improved wireless communication apparatus and wireless communication method that can further reduce power consumption in the wireless node.
  • a wireless communication unit that transmits a signal to a base station by wireless communication, a position information acquisition unit that acquires position information indicating its own position, and the position information acquired by the position information acquisition unit
  • a wireless communication apparatus comprising: a control unit that determines an area to which the wireless communication unit belongs based on the wireless communication unit and controls the wireless communication unit to perform transmission according to a wireless resource assigned to the belonging area.
  • the position information indicating the position of the wireless communication apparatus is acquired, and the area to which the terminal belongs based on the acquired position information And controlling the wireless communication device to perform transmission according to the wireless resource assigned to the area to which the wireless communication device belongs.
  • 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wireless communication system according to an embodiment. It is a figure for demonstrating the backbone communication by the radio
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wireless communication system according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the wireless communication system 1 includes base stations 10A, 10B, and 10C, and one or more wireless communication devices 20.
  • the base stations 10A, 20B, and 20C each provide a wireless communication service to one or more terminal devices located inside the cells 11A, 11B, and 11C operated by the base stations 10A, 20B, and 20C.
  • the base station 10A can communicate with the wireless communication device 20 located inside the cell 11A.
  • the cells 11A, 11B, and 11C are, for example, wireless LAN (Local Area Network) methods such as IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a, 11b, 11g, 11n, 11ac, or 11ad, UWB (Ultra Wideband) or It may be operated according to any type of wireless communication method such as a wireless PAN (Personal Area Network) method such as Zigbee or a wireless MAN (Metropolitan Area Network) method such as IEEE 802.16.
  • the base stations 10A, 10B, and 10C may be access points (AP) such as Wi-Fi (registered trademark, Wireless Fidelity), for example.
  • AP access points
  • the wireless communication device 20 is a device capable of wireless communication with a base station.
  • the wireless communication device 20 is a wireless node including various sensors.
  • a wireless node can receive a wireless signal transmitted from a base station within the range of a cell in which the wireless node operates.
  • each wireless node can transmit observation data acquired by each sensor to the base station via an uplink from the wireless node to the base station.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining backbone communication by the wireless communication system 1 according to an embodiment.
  • the wireless communication system 1 further includes a management server 30 connected to the base stations 10A, 10B, and 10C via the backbone communication path 40.
  • Each base station can communicate with the management server 30 and can also communicate with other base stations.
  • the backbone communication path 40 may be realized by any type of wired communication such as a wired LAN, a telephone line, and an Internet network, or may be realized by any type of wireless communication described above.
  • the management server 30 receives the observation data received from the radio node 20 by the base stations 10A, 10B, and 10C via the backbone communication path 40. And the management server 30 totals the observation data collected from many radio
  • the wireless communication device 20 is not limited to the example of FIG. 1, and may be any type of device that does not include a sensor, such as a relay station that relays a wireless signal received from the wireless node 20 to the base station 10. .
  • the base station 10 can cover a wide area (cell 11), the base station 10 can accommodate a large number of wireless nodes 20, reliability of data transmission, Assume an example in which priority is given to four, that is, power consumption in the wireless node 20 is small.
  • a mechanism for multiplexing radio transmissions from a large number of wireless nodes without colliding is necessary.
  • the probability of collision can be reduced by suppressing transmission when a transmission source detects transmission of another wireless node or base station by carrier sense.
  • Examples of techniques for avoiding collisions between radio signals from radio nodes include a technique for providing controlled access in which a base station schedules transmission / reception of radio nodes under its control, and a technique for transmitting RTS / CTS.
  • a technique for providing controlled access in which a base station schedules transmission / reception of radio nodes under its control
  • a technique for transmitting RTS / CTS since the exchange of messages between the radio node and the base station increases, an increase in processing and an increase in power consumption are caused in each radio node. Therefore, in the present disclosure, it is possible to realize that the base station accommodates a large number of wireless nodes while suppressing packet loss without suppressing power consumption of each wireless node and performing messaging between the base station and the node. Provide a mechanism. Such a mechanism will be described in detail in the following embodiments.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration example of the base station 10 according to the first embodiment.
  • the base station 10 includes a wireless communication unit 110, a data processing unit 120, a backbone communication unit 130, a control unit 140, and a storage unit 150.
  • the wireless communication unit 110 is a wireless communication interface that mediates wireless communication with other devices by the base station 10. In the present embodiment, the wireless communication unit 110 performs wireless communication with the wireless node 20.
  • the radio communication unit 110 receives a radio signal including observation data transmitted from the radio node 20 via an antenna and outputs the radio signal to the data processing unit 120. In the example shown in FIG. 3, one antenna is shared for transmission and reception, but different antennas may be used.
  • the wireless communication unit 110 functions as a high frequency switch 112 and a demodulation unit 114.
  • a radio signal including observation data transmitted from the base station 10 is also referred to as a sensor signal below.
  • High frequency switch 112 connects the antenna, the reception system circuit, and the transmission system circuit.
  • the high-frequency switch 112 performs switching of reception signals / transmission signals and switching of connections with a plurality of circuits corresponding to different communication standards.
  • the high frequency switch 112 connects the antenna and the demodulation unit 114.
  • the high frequency switch 112 outputs a radio signal received by the antenna to the demodulation unit 114.
  • the demodulation unit 114 is a reception system circuit in the wireless communication unit 110.
  • the demodulation unit 114 demodulates a radio signal received from the radio node 20 and outputs the demodulated signal to the data processing unit 120.
  • the demodulator 114 may separate the sensor signal received from each radio node 20 by despreading the received radio signal. It is assumed that the demodulator 114 can simultaneously despread a plurality of types of spreading codes in parallel.
  • demodulation section 114 measures the reception level at the frequency at which the antenna is scheduled to emit radio waves, and outputs the measurement result to control section 140.
  • the data processing unit 120 performs various processes on the signal output from the demodulation unit 114. For example, the data processing unit 120 extracts observation data observed at the wireless node 20 from the signal output from the demodulation unit 114. Then, the data processing unit 120 outputs the extracted observation data to the backbone communication unit 130.
  • the backbone communication unit 130 is a communication interface that mediates communication between the base station 10 and the management server 30 and other base stations 10. For example, the backbone communication unit 130 transmits the observation data output from the data processing unit 120 to the management server 30 via the backbone communication path 40 described with reference to FIG. Further, the backbone communication unit 130 may transmit and receive control messages for adjusting radio resources and the like used by the base station 10 to and from other base stations 10.
  • Control unit 140 functions as an arithmetic processing device and a control device, and has a function of controlling overall operations in the base station 10 according to various programs. For example, the control unit 140 exchanges messages with other base stations 10 via the backbone communication unit 130 and adjusts radio resources used for transmission of radio signals from the base station 10 to the radio node 20. Good. In addition, the control unit 140 may adjust transmission power when the wireless communication unit 110 transmits a wireless signal. Further, the control unit 140 may perform carrier sense. Specifically, the control unit 140 may suppress transmission of the radio signal based on the measurement result of the radio signal reception level output from the demodulation unit 114.
  • Storage unit 150 stores various information used in the base station 10.
  • the storage unit 150 may store available radio resource candidates and transmission power to be used.
  • the control part 140 may perform transmission setting of a radio signal using the various information memorize
  • the storage unit 150 may store a despread code candidate used in the demodulation unit 114.
  • the storage unit 150 may store radio resource candidates that can be used for transmission of sensor signals by the radio node 20.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an internal configuration example of the wireless node 20 according to the present embodiment.
  • the wireless node 20 includes a wireless communication unit 210, a carrier sense unit 220, a sensor unit 230, a data processing unit 240, a control unit 250, a storage unit 260, and a position information acquisition unit 270.
  • the wireless communication unit 210 is a wireless communication interface that mediates wireless communication with other devices by the wireless node 20.
  • the wireless communication unit 210 performs wireless communication with the base station 10.
  • the wireless communication unit 210 transmits a sensor signal including observation data acquired by the sensor unit 230 described later to the base station 10 via the antenna.
  • one antenna is shared for transmission and reception, but different antennas may be used.
  • the wireless communication unit 210 functions as a high frequency switch 212 and a modulation unit 214.
  • High frequency switch 212 connects the antenna to the reception system circuit and the transmission system circuit.
  • the high frequency switch 212 performs switching of reception signals / transmission signals and switching of connections with a plurality of circuits corresponding to different communication standards.
  • the high frequency switch 212 connects the antenna to the carrier sense unit 220 and the modulation unit 214.
  • the high frequency switch 212 outputs a radio signal received by the antenna to the carrier sense unit 220.
  • the high frequency switch 212 outputs the radio signal output from the modulation unit 214 to the antenna and transmits it to the base station 10.
  • the modulation unit 214 is a transmission system circuit in the wireless communication unit 210.
  • the modulation unit 214 modulates the data output from the data processing unit 240 to generate a sensor signal, and transmits the sensor signal (transmission signal) to the base station 10 via the antenna.
  • the modulation unit 214 transmits the sensor signal based on a transmission setting designated by the control unit 250 described later.
  • the modulation unit 214 transmits the sensor signal using the radio resource specified by the control unit 250.
  • sensor signals transmitted using the same radio resource are received at the base station 10 at the same reception level (reception power level), so that the so-called near-far problem is solved.
  • the wireless communication system 1 can employ code division multiple access (CDMA).
  • CDMA code division multiple access
  • the modulation unit 214 may directly spread the sensor signal using a spreading code assigned to each wireless node 20. This spreading code may be unique to the radio node 20 or may be different for each radio node 20. In the base station 10, since the perspective problem is solved, it is possible to separate and acquire the sensor signals transmitted from the respective wireless nodes 20 by despreading.
  • the modulation unit 214 may perform modulation using an arbitrary modulation scheme such as FSK (frequency shift keying), PSK (phase shift keying), or ASK (amplitude shift keying).
  • the carrier sense unit 220 has a function of detecting free radio resources. For example, the carrier sense unit 220 measures the reception level in the time band and frequency band that the wireless communication unit 210 uses for transmitting the sensor signal based on the control by the control unit 250. Then, the carrier sense unit 220 outputs the measurement result to the control unit 250.
  • Sensor unit 230 The sensor unit 230 has a function of observing what the wireless node 20 observes and acquiring various observation data.
  • the sensor unit 230 is realized by a camera or a stereo camera, a microphone, a pressure sensor that observes pressure, a speed sensor that observes speed and acceleration, a temperature sensor that observes temperature (air temperature), a clock that measures time, and the like. Also good.
  • the sensor unit 230 may be realized by a biological sensor that observes biological information such as myoelectricity, nerves, pulse, and body temperature.
  • the sensor unit 230 only needs to be able to observe at least one of these listed observation targets, and may observe any other observation target.
  • the sensor unit 230 outputs observation data indicating the observation result to the data processing unit 240.
  • the data processing unit 240 performs various processes on the observation data output from the sensor unit 230. For example, the data processing unit 240 packetizes the observation data and outputs it to the modulation unit 214. Note that the data processing unit 240 may packetize the position information acquired by the position information acquisition unit 270 described later in the observation data.
  • Control unit 250 functions as an arithmetic processing device and a control device, and has a function of controlling the overall operation in the wireless node 20 according to various programs. For example, the control unit 250 determines the area to which the control unit 250 belongs based on position information acquired by the position information acquisition unit 270 described later, and performs wireless transmission so as to perform transmission according to the radio resource allocated to the area to which the control unit 250 belongs.
  • the communication unit 210 is controlled.
  • the radio communication system 1 according to the present embodiment divides a geographic space into a plurality of areas and allocates radio resources for each area. Allocation of radio resources is performed by allocating at least one of a transmission time zone (transmission time slot) or a transmission frequency (frequency channel).
  • the wireless node 20 transmits the sensor signal using the wireless resource assigned to the area to which the wireless node 20 belongs.
  • the control unit 250 controls the wireless communication unit 210 to perform transmission using at least one of a transmission time slot and a frequency channel assigned to the area to which the wireless node 20 belongs.
  • the radio resources allocated and allocated to the area are common to each device included in the radio communication system 1, and the control unit 250 belongs to the other radio nodes 20 using a common rule. Determine the area.
  • the area may take various shapes such as a rectangle such as a triangle, a rectangle, or a square, a pentagon or more polygon, and a circle.
  • the size of the area may be individually different.
  • the area may be each area of a multiple circle centered on the base station 10.
  • the control unit 250 may perform carrier sense. Specifically, the control unit 250 controls the carrier sense unit 220 to measure the reception level of the radio signal in the radio resource assigned to the area to which the radio node 20 belongs. And the control part 250 suppresses transmission of a sensor signal, when the reception level exceeds the predetermined threshold value based on the measurement result by the carrier sense part 220. Further, the control unit 250 may control the wireless communication unit 210 so as to perform back-off control and transmit a sensor signal. Specifically, the control unit 250 may wait for transmission for a time corresponding to the random number after confirming the availability of radio resources by carrier sense. If backoff control is performed and it is determined that the radio resource is occupied by carrier sense during this time, the transmission of the sensor signal is also suppressed.
  • the first condition is that the longest distance between two points included in the area is shorter than the distance at which collision can be avoided by carrier sense.
  • the wireless nodes 20 located at the two longest distance points in the area can detect the wireless signals transmitted from each other.
  • the collision avoidable distance by this carrier sense is determined by the transmission power and reception characteristics of the wireless node 20.
  • the wireless node 20 can avoid collision with other wireless nodes 20 included in the same area by carrier sense, regardless of where in the area. Therefore, packet loss due to collision of sensor signals between the wireless nodes 20 included in the same area is prevented.
  • the base station 10 can acquire observation data by separating each sensor signal by despreading processing.
  • the second condition is that an area is included in a group composed of a plurality of areas included in a cell operated by the base station 10, and radio resources that do not overlap with other areas included in the same group are allocated.
  • radio resources to be allocated differ depending on areas.
  • a collision occurs in sensor signals from wireless nodes 20 belonging to different areas, a difference in received power due to a difference in distance from the base station 10 occurs between the sensor signals, and one of them is treated as noise, and packet loss may occur. .
  • collision of sensor signals using the same radio resource does not occur due to transmissions between radio nodes 20 included in different areas, and thus such packet loss is prevented.
  • the radio communication system 1 can effectively use the radio resource.
  • radio resources that do not overlap with other areas included in the same group. For example, a transmission time slot, a frequency channel, or a combination of a transmission time slot and a frequency channel may be assigned so as not to overlap with other areas included in the same group.
  • the third condition is that the distance between areas to which the same radio resource included in different groups is allocated is longer than the distance that can avoid collision by carrier sense. Areas that are included in different groups and to which the same radio resource is allocated may differ in distance to the base station 10, direction from the base station 10, radio wave environment, and the like. Assuming that for each group, a base station 10 that covers the group is installed, sensor signals from radio nodes 20 belonging to areas to which the same radio resource is assigned included in different groups are transmitted to the base station 10. It is assumed that the signals are received at different reception levels. In this case, the sensor signal transmitted from the wireless node 20 is received by the base station 10 that operates the cell (group) to which each belongs, and does not reach the other base station 10 or is discarded due to a near / far problem. Duplication of observation data in the server 30 is naturally prevented. For this reason, the third condition prevents the wireless nodes 20 included in different groups belonging to the area to which the same wireless resource is assigned from being unnecessarily suppressed.
  • Storage unit 260 stores various information used in the wireless node 20.
  • the storage unit 260 stores information indicating the area division in the wireless communication system 1 and the radio resources allocated to each area. Note that this information is common to all the wireless nodes 20 included in the wireless communication system 1.
  • the control unit 250 may switch the type of allocation to be used based on an instruction from the base station 10 or may determine the type of allocation to be used in advance.
  • the position information acquisition unit 270 has a function of acquiring position information indicating its own position.
  • the position information acquisition unit 270 receives a radio wave from a GPS (Global Positioning System) satellite, detects a position where the wireless node 20 exists, and outputs the detected position information.
  • the position information acquisition unit 270 may acquire time information indicating a so-called GPS time from a GPS satellite.
  • the location information acquisition unit 270 is an example of a location information acquisition unit that detects the location of the base station 10 based on an external acquisition signal, and the example of the location information acquisition unit according to the present embodiment is not limited thereto.
  • the position information acquisition unit may detect the position by transmission / reception with Wi-Fi, mobile phone / PHS / smartphone, or the like, or near field communication.
  • the position information acquisition unit 270 outputs the acquired information to the control unit 250.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of sensor signal transmission processing executed in the wireless node 20 according to the present embodiment.
  • the wireless node 20 determines whether or not a transmission request has occurred. For example, the control unit 250 determines that a transmission request has occurred when observation data is acquired by the sensor unit 230, or when the capacity of the acquired observation data exceeds a threshold value. If it is determined that a transmission request has not occurred (S102 / NO), the process returns to step S102 again.
  • the wireless node 20 If it is determined that a transmission request has occurred (S102 / YES), the wireless node 20 generates a transmission packet in step S104. Specifically, the data processing unit 240 generates a fixed-length packet by adding the identification information of the base station 10 itself to the observation data acquired by the sensor unit 230. The generated packet is output to the modulation unit 214, but the modulation unit 214 does not immediately move to the transmission operation but waits for an instruction from the control unit 250.
  • the wireless node 20 acquires current position information.
  • the position information acquisition unit 270 acquires position information indicating the current position of the wireless node 20.
  • the position information acquisition unit 270 may acquire time information by GPS. It is assumed that time information is also acquired by GPS in the other wireless nodes 20 in the same manner, and time information is synchronized in all the wireless nodes 20.
  • step S108 the wireless node 20 determines its own area.
  • the control unit 250 determines to which area the wireless node 20 belongs based on the position information acquired by the position information acquisition unit 270 by the following calculation method.
  • control unit 250 represents the latitude and the longitude indicated by the acquired position information by using a floor function that represents a certain range of values as an example, as shown in Equation 1 below. Cluster to one value.
  • This clustering makes it possible for the wireless node 20 that has absorbed the GPS error and clustered to the same value to use the same wireless resource.
  • the granularity of this clustering is a distance (a distance where carrier sense is possible) in which radio waves can be detected between the radio nodes 20 based on the transmission power or reception characteristics of the radio nodes 20 according to the first condition. Is set to be smaller than For longitude clustering, since the relationship between the actual distance and the longitude difference depends on the latitude, the control unit 250 changes the granularity of longitude clustering in accordance with the latitude in Equation 1 above, thereby determining the actual distance. And the difference between the longitude difference and the longitude difference may be corrected.
  • step S108 the wireless node 20 performs wireless resource setting based on the clustered longitude X and latitude Y calculated by Equation 1 above.
  • the wireless node 20 performs wireless resource setting based on the clustered longitude X and latitude Y calculated by Equation 1 above.
  • Equation 1 an example in which a transmission time slot is assigned to each area as a radio resource will be described.
  • the wireless node 20 sets a transmission time slot corresponding to the affiliation area.
  • the control unit 250 sets a transmission time slot using the following formula 2 based on the clustered longitude X and latitude Y calculated by the above formula 1. It is assumed that the base station 10 and each wireless node 20 included in the wireless communication system 1 have a common time zone.
  • Equation 2 above shows that when the geographic space is divided into 36 areas per group and different transmission time slots are assigned to each area, the nth transmission start time t TX (in the area of longitude X and latitude Y) n, X, Y). From another point of view, Equation 2 assumes that 36 transmission time slots are repeated as one unit (superframe). n is an arbitrary integer, and the unit of the transmission start time t TX (n, X, Y) may be an arbitrary unit such as second or millisecond. The number of areas included in one group satisfies the above third condition based on the size of the cell 11 operated by the base station 10, the size of the area, the transmission power or reception characteristics of the wireless node 20, and the like. Is set. Here, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, an example of assignment of the transmission time slot shown in the equation 2 will be described.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of radio resource allocation according to the present embodiment.
  • FIG. 6 shows the relationship between the transmission time slot expressed by Equation 2 above and the superframe.
  • 36 transmission time slots are repeated as one superframe.
  • the starting point of the super frame is 0 hour (0: 0, 1: 0, 2: 0...)
  • the width of the transmission time slot is 1 second.
  • the control unit 250 sets t current ⁇ t TX (n, X, Y) from t TX (n, X, Y), where t current is the elapsed time from the superframe starting point of the current time. Select n.
  • the control unit 250 sets a slot after t TX (n, X, Y) seconds from the super frame starting point as a transmission time slot used for transmitting the sensor signal.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of radio resource allocation according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows the relationship between the area indicated by the latitude and longitude shown in Equation 2 and the transmission time slot.
  • the geographic space is divided into a plurality of areas, and 36 areas each assigned with transmission time slots (Time Slots) # 0 to # 35 form one group.
  • the cell 11 operated by the base station 10 covers one group.
  • This allocation example is assumed to satisfy the first to third conditions described above.
  • the two radio nodes 20 located at the diagonal vertices of the area of the transmission time slot # 1 can detect radio signals transmitted from each other (first condition). Also, as shown in FIG.
  • the transmission time slots assigned to each area are assigned so as not to overlap with other areas included in the same group (second condition).
  • the distance between the areas of the transmission time slot # 0 is a distance at which the wireless nodes 20 belonging to each area cannot detect the wireless signals transmitted from each other (third condition).
  • the control unit 250 sets the same transmission time slot as that of the wireless node 20 located in the same area, that is, in the vicinity, to be used for transmission of the sensor signal.
  • the radio node 20 sets a predetermined frequency channel to be used for sensor signal transmission.
  • the control unit 250 refers to the storage unit 260 and sets a predetermined frequency channel. This frequency channel may be common to all the radio nodes 20 included in the radio communication system 1 or may be different.
  • step S114 the wireless node 20 determines whether or not the current time has reached the set transmission time slot.
  • the process returns to step S114 again.
  • step S116 the radio node 20 performs carrier sense for a random time and confirms the availability of radio resources.
  • the carrier sense unit 220 measures the reception level in the frequency channel set in step S112 and performs back-off control for confirming the availability of radio resources in a certain range of random time.
  • step S118 the wireless node 20 transmits a sensor signal.
  • the control unit 250 confirms the vacancy in the set frequency channel based on the measurement result output from the carrier sense unit 220, and then instructs the wireless communication unit 210 to transmit a sensor signal.
  • the modulation unit 214 first modulates and encodes the packet output from the data processing unit 240.
  • the modulation unit 214 performs spread modulation using a spread code unique to each wireless node 20.
  • the modulation unit 214 multiplies the carrier wave of the channel, performs power amplification, and transmits a sensor signal from the antenna. After that, the wireless node 20 that has finished transmission may pause processing until the next transmission request is generated to save power consumption.
  • the base station 10 always waits for reception of a sensor signal from the wireless node 20.
  • the demodulator 114 of the base station 10 can receive a plurality of frequency channels in parallel, and can perform despreading processing using a plurality of types of spreading codes in parallel.
  • the base station 10 can identify the area to which the wireless node 20 transmitting the sensor signal belongs at every time by sharing the transmission time slot calculation rule in the wireless node 20.
  • the control unit 140 of the base station 10 may control the radio communication unit 110 so as to form the directivity of the receiving antenna in the direction in which the arrival of the sensor signal is predicted. Thereby, the reception characteristics of the base station 10 can be improved.
  • the base station 10 restores the observation data by despreading the received radio signal with a spreading code unique to each radio node 20. Then, the base station 10 transfers the observation data to the management server 30 via the backbone communication path 40.
  • the processing described above is similarly performed in each base station 10. There is a possibility that the same sensor signal may be received by a plurality of base stations 10, but the management server 30 refers to the identification information of the base station 10 associated with the collected observation data and discards the overlap. To do.
  • the transmission of the sensor signal by the wireless node 20 is performed at the same time when a transmission request is generated at the same time in a plurality of wireless nodes 20 belonging to the same area.
  • the wireless nodes 20 that can simultaneously transmit sensor signals may not be in a hidden terminal relationship with each other. Guaranteed. Therefore, the wireless node 20 can avoid a case in which transmission of sensor signals overlaps and a collision occurs by performing carrier sensing for a random time. Conversely, the wireless nodes 20 in the hidden terminal position relationship belong to different areas and use different transmission time slots, so collision is avoided.
  • the base station 10 can acquire each observation data by performing a despreading process using a spreading code unique to each wireless node 20.
  • the wireless node 20 included in the wireless communication system 1 performs the above-described processing, it is possible to reduce power consumption in the wireless node 20 while preventing packet loss. Specifically, the wireless node 20 reduces the collision of sensor signals without transmitting / receiving control messages to / from the base station 10 and restores the observation data in the base station 10 even if a collision occurs. It is possible to reduce the packet loss probability. Further, since the wireless node 20 does not need to transmit / receive control messages to / from the base station 10, the reception function can be simplified and power consumption can be reduced.
  • the wireless communication system 1 has described an example in which multiple access at the time of collision is realized by the CDMA technology, but the present technology is not limited to such an example.
  • the wireless communication system 1 may realize multiple access at the time of collision by orthogonal frequency division multiple access (OFDMA).
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • the modulation unit 214 may subcarrier modulate the sensor signal using a subchannel assigned to each radio node 20.
  • the base station 10 can separately acquire the sensor signals transmitted from the wireless nodes 20 by subcarrier demodulation.
  • Second Embodiment> This embodiment is a form in which different frequency channels are allocated to each area as the allocation of radio resources for each area.
  • the operation processing of the wireless communication system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of sensor signal transmission processing executed in the wireless node 20 according to the present embodiment. Referring to FIG. 8, the process according to step S210 is different from the process shown in FIG. Therefore, in the following, matters relating to different processes will be described in detail.
  • the wireless node 20 first, the wireless node 20 generates a transmission packet in step S204, triggered by the generation of a transmission request in step S202. Next, the wireless node 20 acquires the current position information in step S206, and determines the affiliation area in step S208.
  • step S210 the wireless node 20 sets a frequency channel used for transmission of the sensor signal based on the clustered longitude X and latitude Y calculated by Equation 1 above.
  • the control unit 250 sets a frequency channel to be used by using the following Equation 3.
  • F indicates a frequency channel number
  • the control unit 250 sets the frequency channel corresponding to the number F as a frequency channel used for transmission of the sensor signal. For example, the control unit 250 re-converts and sets the actual frequency channel number so that F calculated above corresponds to one-to-one in accordance with the radio regulations in the region where the wireless communication system 1 is used. .
  • the relationship between area and frequency channel allocation will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of radio resource allocation according to the present embodiment.
  • the geographical space is divided into a plurality of areas, and 36 areas to which frequency channels (Channels) # 0 to # 35 are assigned form one group.
  • the frequency channels assigned to each area are assigned so as not to overlap with other areas included in the same group.
  • This allocation example is assumed to satisfy the first to third conditions described above, as in the example shown in FIG.
  • the calculation rule for assigning the frequency channel to each area shown in Equation 3 is common to all the wireless nodes 20 included in the wireless communication system 1. Based on such a calculation rule, the control unit 250 sets the same frequency channel as that of the wireless node 20 located in the same area, that is, in the vicinity, to be used for transmission of the sensor signal. In this embodiment, since the transmission time slot allocation described in the first embodiment is not performed, the control unit 250 can set an arbitrary transmission start time.
  • step S212 the radio node 20 performs carrier sense for a random time and confirms the availability of radio resources.
  • the carrier sense since the radio node 20 can arbitrarily set the transmission start time, for example, the carrier sense may be started immediately after step S208.
  • the carrier sense unit 220 measures the reception level in the frequency channel set in step S210 and performs back-off control for confirming the availability of radio resources in a certain range of random time.
  • step S214 the wireless node 20 transmits a sensor signal.
  • the processing in the base station 10 is the same as that in the first embodiment.
  • the base station 10 can identify the area to which the wireless node 20 transmitting the sensor signal belongs for each frequency by sharing the frequency channel calculation rule in the wireless node 20.
  • the control unit 140 of the base station 10 may control the radio communication unit 110 so as to form the directivity of the receiving antenna in the direction in which the arrival of the sensor signal is predicted. Thereby, the reception characteristics of the base station 10 can be improved.
  • the wireless node 20 belonging to the same area is different from the other areas belonging to the same group. Are commonly used. For this reason, also in this embodiment, collision of sensor signals is avoided by carrier sense, and even if a collision occurs, the base station 10 can acquire each observation data. Therefore, the radio communication system 1 according to the present embodiment can reduce power consumption in the radio node 20 while preventing packet loss, as in the first embodiment described above.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of sensor signal transmission processing executed in the wireless node 20 according to the present embodiment. Referring to FIG. 10, the process according to step S310 is different from the process shown in FIG. Therefore, in the following, matters relating to the different processing will be described in detail.
  • the wireless node 20 first, the wireless node 20 generates a transmission packet in step S304, triggered by the generation of a transmission request in step S302. Next, the wireless node 20 acquires current position information in step S306, and determines an affiliation area in step S308.
  • step S310 the wireless node 20 sets a combination of a transmission time slot and a frequency channel used for transmission of the sensor signal, based on the clustered longitude X and latitude Y calculated by Equation 1 above.
  • the control unit 250 sets the transmission time slot and the frequency channel to be used by using the following formulas 4 and 5.
  • Equations (4) and (5) show calculation rules when the geographical space is divided into 36 areas per group and combinations of four frequency channels and nine transmission time slots are assigned to each area.
  • the n-th transmission start time t TX (n, X, Y) in the longitude X and latitude Y areas is calculated.
  • n is an arbitrary integer
  • the unit of the transmission start time t TX (n, X, Y) may be an arbitrary unit such as second or millisecond.
  • F calculated from Equation 5 indicates a frequency channel number, and the control unit 250 sets the frequency channel corresponding to the number F as a frequency channel used for transmission of the sensor signal.
  • control unit 250 re-converts and sets the actual frequency channel number so that F calculated above corresponds to one-to-one in accordance with the radio regulations in the region where the wireless communication system 1 is used.
  • wireless resource allocation shown by the said Numerical formula 4 and Numerical formula 5 is demonstrated.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of radio resource allocation according to the present embodiment.
  • FIG. 11 shows the relationship between the transmission time slot set according to Equation 4 and the superframe for each frequency channel set according to Equation 5. As shown in FIG. 11, nine transmission time slots are repeated as one superframe.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of radio resource allocation according to the present embodiment.
  • the geographic space is divided into a plurality of areas, and transmission time slots # 0 to # 8 are assigned in each of the four areas to which frequency channels # 0 to # 3 are assigned. , 36 areas form one group.
  • combinations of transmission time slots and frequency channels assigned to each area are assigned so as not to overlap with other areas included in the same group.
  • This allocation example is assumed to satisfy the first to third conditions described above, as in the example shown in FIG.
  • the control unit 250 sets the same frequency channel and the same transmission time slot as the wireless node 20 located in the same area, that is, in the vicinity, to be used for transmitting the sensor signal.
  • step S310 has been described above. Subsequently, in steps S312 and S314, the wireless node 20 performs carrier sensing for a random time when the current time is the set transmission time slot, as in steps S114 and S116 described with reference to FIG. To check the availability of radio resources. In step S316, the wireless node 20 transmits a sensor signal in the same manner as in step S118 described with reference to FIG.
  • the processing in the base station 10 is the same as that in the first embodiment.
  • the base station 10 can specify the area to which the wireless node 20 transmitting the sensor signal belongs at every time and every frequency by sharing the calculation rule of the wireless resource in the wireless node 20.
  • the control unit 140 of the base station 10 may control the radio communication unit 110 so as to form the directivity of the receiving antenna in the direction in which the arrival of the sensor signal is predicted. Thereby, the reception characteristics of the base station 10 can be improved.
  • the wireless node 20 belonging to the same area is different from the other areas belonging to the same group. Are commonly used. For this reason, also in this embodiment, collision of sensor signals is avoided by carrier sense, and even if a collision occurs, the base station 10 can acquire each observation data. Therefore, the radio communication system 1 according to the present embodiment can reduce power consumption in the radio node 20 while preventing packet loss, as in the first embodiment described above.
  • radio resource allocation is realized by 36 combinations of nine transmission time slots and four frequency channels.
  • the technique according to this embodiment is particularly useful when the number of transmission time slots or the number of frequency channels that can be allocated to all the areas included in the cell operated by the base station 10 cannot be secured.
  • the number of areas in which the wireless node 20 to which it belongs can transmit a sensor signal per unit time is larger than that in the first embodiment. That is, in this embodiment, it is possible to increase the transmission opportunities of sensor signals compared to the first embodiment while avoiding the hidden terminal problem. For this reason, more efficient utilization of radio resources is realized.
  • the wireless node 20 may be a smartphone, a tablet PC (Personal Computer), a notebook PC, a mobile terminal such as a portable game terminal or a digital camera, a fixed terminal such as a television receiver, a printer, a digital scanner, or a network storage, or a car You may implement
  • the wireless node 20 is a terminal (also referred to as an MTC (Machine Type Communication) terminal) that performs M2M (Machine To Machine) communication, such as a smart meter, a vending machine, a remote monitoring device, or a POS (Point Of Sale) terminal. It may be realized.
  • the wireless node 20 may be a wireless communication module (for example, an integrated circuit module configured by one die) mounted on these terminals.
  • the base station 10 may be realized as a wireless LAN access point (also referred to as a wireless base station) having a router function or not having a router function.
  • the base station 10 may be realized as a mobile wireless LAN router.
  • the base station 10 may be a wireless communication module (for example, an integrated circuit module configured by one die) mounted on these devices.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a smartphone 900 to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the smartphone 900 includes a processor 901, a memory 902, a storage 903, an external connection interface 904, a camera 906, a sensor 907, a microphone 908, an input device 909, a display device 910, a speaker 911, a wireless communication interface 913, an antenna switch 914, an antenna 915, A bus 917, a battery 918, and an auxiliary controller 919 are provided.
  • the processor 901 may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a SoC (System on Chip), and controls the functions of the application layer and other layers of the smartphone 900.
  • the memory 902 includes a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), and stores programs and data executed by the processor 901.
  • the storage 903 can include a storage medium such as a semiconductor memory or a hard disk.
  • the external connection interface 904 is an interface for connecting an external device such as a memory card or a USB (Universal Serial Bus) device to the smartphone 900.
  • the camera 906 includes, for example, an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and generates a captured image.
  • the sensor 907 may include a sensor group such as a positioning sensor, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, and an acceleration sensor.
  • the microphone 908 converts sound input to the smartphone 900 into an audio signal.
  • the input device 909 includes, for example, a touch sensor that detects a touch on the screen of the display device 910, a keypad, a keyboard, a button, or a switch, and receives an operation or information input from a user.
  • the display device 910 has a screen such as a liquid crystal display (LCD) or an organic light emitting diode (OLED) display, and displays an output image of the smartphone 900.
  • the speaker 911 converts an audio signal output from the smartphone 900 into audio.
  • the wireless communication interface 913 supports one or more wireless LAN standards such as IEEE802.11a, 11b, 11g, 11n, 11ac, and 11ad, and performs wireless communication.
  • the wireless communication interface 913 can communicate with other devices via a wireless LAN access point in the infrastructure mode.
  • the wireless communication interface 913 can directly communicate with other devices in an ad hoc mode or a direct communication mode such as Wi-Fi Direct (registered trademark).
  • Wi-Fi Direct unlike the ad hoc mode, one of two terminals operates as an access point, but communication is performed directly between the terminals.
  • the wireless communication interface 913 can typically include a baseband processor, an RF (Radio Frequency) circuit, a power amplifier, and the like.
  • the wireless communication interface 913 may be a one-chip module in which a memory that stores a communication control program, a processor that executes the program, and related circuits are integrated.
  • the wireless communication interface 913 may support other types of wireless communication methods such as a short-range wireless communication method, a proximity wireless communication method, or a cellular communication method in addition to the wireless LAN method.
  • the antenna switch 914 switches the connection destination of the antenna 915 among a plurality of circuits (for example, circuits for different wireless communication schemes) included in the wireless communication interface 913.
  • the antenna 915 includes a single antenna element or a plurality of antenna elements (for example, a plurality of antenna elements constituting a MIMO antenna), and is used for transmission and reception of radio signals by the radio communication interface 913.
  • the smartphone 900 is not limited to the example of FIG. 13, and may include a plurality of antennas (for example, an antenna for a wireless LAN and an antenna for a proximity wireless communication method). In that case, the antenna switch 914 may be omitted from the configuration of the smartphone 900.
  • the bus 917 connects the processor 901, memory 902, storage 903, external connection interface 904, camera 906, sensor 907, microphone 908, input device 909, display device 910, speaker 911, wireless communication interface 913, and auxiliary controller 919 to each other.
  • the battery 918 supplies electric power to each block of the smartphone 900 shown in FIG. 13 through a power supply line partially shown by a broken line in the drawing.
  • the auxiliary controller 919 operates the minimum necessary functions of the smartphone 900 in the sleep mode.
  • the smartphone 900 illustrated in FIG. 13 can operate as the wireless node 20.
  • the wireless communication unit 210, the carrier sense unit 220, the sensor unit 230, the data processing unit 240, the control unit 250, and the storage unit 260 illustrated in FIG. 4 may be implemented in the wireless communication interface 913.
  • at least a part of these functions may be implemented in the processor 901 or the auxiliary controller 919.
  • the smartphone 900 can transmit the sensor signal using an appropriate radio resource capable of suppressing packet loss in the base station without requiring transmission / reception of a control message.
  • the smartphone 900 can reduce the power consumption of the battery 918 by selecting an appropriate wireless resource based on the position information.
  • the smartphone 900 may operate as a wireless access point (software AP) when the processor 901 executes the access point function at the application level. Further, the wireless communication interface 913 may have a wireless access point function.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a car navigation device 920 to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the car navigation device 920 includes a processor 921, a memory 922, a GPS (Global Positioning System) module 924, a sensor 925, a data interface 926, a content player 927, a storage medium interface 928, an input device 929, a display device 930, a speaker 931, and wireless communication.
  • An interface 933, an antenna switch 934, an antenna 935, and a battery 938 are provided.
  • the processor 921 may be a CPU or SoC, for example, and controls the navigation function and other functions of the car navigation device 920.
  • the memory 922 includes RAM and ROM, and stores programs and data executed by the processor 921.
  • the GPS module 924 measures the position (for example, latitude, longitude, and altitude) of the car navigation device 920 using GPS signals received from GPS satellites.
  • the sensor 925 may include a sensor group such as a gyro sensor, a geomagnetic sensor, and an atmospheric pressure sensor.
  • the data interface 926 is connected to the in-vehicle network 941 through a terminal (not shown), for example, and acquires data generated on the vehicle side such as vehicle speed data.
  • the content player 927 reproduces content stored in a storage medium (for example, CD or DVD) inserted into the storage medium interface 928.
  • the input device 929 includes, for example, a touch sensor, a button, or a switch that detects a touch on the screen of the display device 930, and receives an operation or information input from the user.
  • the display device 930 has a screen such as an LCD or an OLED display, and displays a navigation function or an image of content to be reproduced.
  • the speaker 931 outputs the navigation function or the audio of the content to be played back.
  • the wireless communication interface 933 supports one or more wireless LAN standards such as IEEE802.11a, 11b, 11g, 11n, 11ac, and 11ad, and executes wireless communication.
  • the wireless communication interface 933 can communicate with other devices via a wireless LAN access point in the infrastructure mode.
  • the wireless communication interface 933 can directly communicate with other devices in an ad hoc mode or a direct communication mode such as Wi-Fi Direct.
  • the wireless communication interface 933 may typically include a baseband processor, an RF circuit, a power amplifier, and the like.
  • the wireless communication interface 933 may be a one-chip module in which a memory that stores a communication control program, a processor that executes the program, and related circuits are integrated.
  • the wireless communication interface 933 may support other types of wireless communication systems such as a short-range wireless communication system, a proximity wireless communication system, or a cellular communication system.
  • the antenna switch 934 switches the connection destination of the antenna 935 among a plurality of circuits included in the wireless communication interface 933.
  • the antenna 935 includes a single antenna element or a plurality of antenna elements, and is used for transmission and reception of a radio signal by the radio communication interface 933.
  • the car navigation device 920 is not limited to the example of FIG. 14 and may include a plurality of antennas. In that case, the antenna switch 934 may be omitted from the configuration of the car navigation device 920.
  • the battery 938 supplies power to each block of the car navigation device 920 shown in FIG. 14 through a power supply line partially shown by a broken line in the drawing. Further, the battery 938 stores electric power supplied from the vehicle side.
  • the car navigation apparatus 920 shown in FIG. 4 may be implemented in the wireless communication interface 933. Further, at least a part of these functions may be implemented in the processor 921. Thereby, the car navigation apparatus 920 can transmit a sensor signal using an appropriate radio resource capable of suppressing packet loss in the base station without requiring transmission / reception of a control message. Further, the car navigation device 920 can reduce the power consumption of the battery 938 by selecting an appropriate radio resource based on the position information.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as an in-vehicle system (or vehicle) 940 including one or more blocks of the car navigation device 920 described above, an in-vehicle network 941, and a vehicle side module 942.
  • vehicle-side module 942 generates vehicle-side data such as vehicle speed, engine speed, or failure information, and outputs the generated data to the in-vehicle network 941.
  • the wireless node 20 that performs wireless communication with the base station 10 acquires its own position information, determines the area to which it belongs based on the acquired position information, and belongs to it. Transmission is performed according to radio resources allocated to the area. As a result, the wireless node 20 can use an appropriate wireless resource independently of the control message from the base station 10, and thus can reduce power consumption related to transmission / reception of the control message. The battery life of the wireless node 20 is extended. In addition, the base station 10 does not need to perform a determination process for radio resource allocation, thereby reducing the processing load.
  • the wireless nodes 20 in the hidden terminal state use different wireless resources, collision of sensor signals is avoided.
  • the wireless nodes 20 that transmit using the same wireless resource belong to the same area, the distance to the base station 10 is equal, and the perspective problem is solved. For this reason, the base station 10 can acquire observation data by separating each sensor signal by despreading processing.
  • each device described in this specification may be realized using any of software, hardware, and a combination of software and hardware.
  • the program constituting the software is stored in advance in a storage medium (non-transitory medium) provided inside or outside each device.
  • Each program is read into a RAM when executed by a computer and executed by a processor such as a CPU.
  • a wireless communication unit for transmitting a signal to the base station by wireless communication A position information acquisition unit that acquires position information indicating its own position; A control unit that determines an area to which the user belongs based on the position information acquired by the position information acquisition unit and controls the wireless communication unit to perform transmission according to a radio resource assigned to the area to which the position information belongs; , A wireless communication device comprising: (2) The wireless communication device according to (1), wherein a longest distance between two points included in the area is shorter than a distance at which collision can be avoided by carrier sense.
  • the area is included in a group consisting of a plurality of areas included in a cell operated by the base station, and radio resources that do not overlap with other areas included in the same group are allocated to the area (1) or (2) A wireless communication device according to 1.
  • the area is included in a group including a plurality of areas included in a cell operated by the base station, and an assigned transmission time zone does not overlap with other areas included in the same group.
  • Wireless communication device. The area is included in a group including a plurality of areas included in a cell operated by the base station, and the allocated transmission frequency does not overlap with other areas included in the same group. Wireless communication device.
  • the area is included in a group consisting of a plurality of areas included in a cell operated by the base station, and a combination of an allocated transmission time zone and transmission frequency does not overlap with other areas included in the same group,
  • the wireless communication device according to (3) wherein a distance between areas to which the same wireless resource included in different groups is allocated is longer than a distance by which collision can be avoided by carrier sense.
  • the control unit controls the wireless communication unit to transmit a signal by performing carrier sense and back-off control.
  • the wireless communication device according to any one of (1) to (8), wherein the wireless communication unit performs subcarrier modulation on a transmission signal using a subcarrier assigned to the wireless communication device.
  • the control unit controls the wireless communication unit to perform transmission using at least one of a transmission time zone and a frequency channel assigned to the area to which the control unit belongs, and any one of (1) to (10) The wireless communication device according to item.
  • the radio communication device according to any one of (1) to (11), wherein the control unit determines an area to which the control unit belongs by using a rule common to another radio communication device.
  • the wireless communication device further includes a storage unit that stores information indicating a wireless resource allocated to each area that is common to other wireless communication devices.
  • the wireless communication device according to one item. (14) In a wireless communication device that transmits a signal to a base station by wireless communication, Obtaining position information indicating its own position; Determining the area to which the device belongs based on the acquired position information, and controlling the wireless communication device to perform transmission according to the radio resource assigned to the area to which the device belongs; A wireless communication method.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

【課題】無線ノードにおける消費電力をさらに低減することが可能な無線通信装置、及び無線通信方法を提供する。 【解決手段】無線通信により基地局に信号を送信する無線通信部と、自身の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信部を制御する制御部と、を備える無線通信装置。

Description

無線通信装置及び無線通信方法
　本開示は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
　近年、無線センサネットワークに関する技術の開発が活発に行われている。無線センサネットワークとは、例えば位置センサ又は温度センサ等のセンサデバイスと無線デバイスとを組み合わせた無線ノードを無線ネットワークで接続することにより、人の行動情報又は周辺の環境情報等を収集する技術である。無線センサネットワークは、モニタリングシステムや、ホーム・オートメーションなど、様々な分野での活用が期待されている。なぜならば、センサネットワークを無線通信により構築することで、コストダウン、センシング範囲の拡大、及びネットワークの変更における柔軟性などのメリットが期待出来るためである。
　無線センサネットワークシステムは、適用されるアプリケーションの要求の中から何を優先するかによって、さまざまな設計が考えられる。要求としては、例えば、やり取りされるデータの情報量とその方向、基地局あたりの無線ノード収容数の規模、通信可能エリアの広さ、無線ノード側の信号処理の複雑度、伝送遅延時間、無線ノードのモビリティへの耐性、データ伝送の信頼性、基地局や無線ノードの追加への柔軟性などが挙げられる。
　下記非特許文献１は、ＩＥＥＥにより策定された、無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）に関する技術仕様書である。下記非特許文献１によれば、データ伝送の信頼性を向上させるために、互いの送信電波を検知できない位置関係にある無線ノードからの送信波が衝突する、いわゆる隠れ端末問題を解消するための技術が開示されている。このような技術としては、例えば、基地局が配下の無線ノードの送受信をスケジューリングするコントロールドアクセスを提供する技術や、ＲＴＳ／ＣＴＳ（request　to　send／clear　to　send）を送信する技術がある。
ＩＥＥＥ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　８０２．１１－２０１２
　しかし、上記非特許文献１に開示された技術では、データ伝送の信頼性を向上させるためには、基地局と無線ノードとの間で、データ伝送のタイミングを制御するための制御メッセージを送受信することが要される。さらに、無線ノードでは、この制御メッセージを受信して、その内容を解釈する処理を行うことが要される。従って、無線ノードでは、このような処理にかかる電力消費が要されていた。ここで、無線ノードは、様々な場所に長時間設置されることが想定されることから、低消費電力化による長期間の電池での動作が可能であることが求められる。
　そこで、本開示では、無線ノードにおける消費電力をさらに低減することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、及び無線通信方法を提案する。
　本開示によれば、無線通信により基地局に信号を送信する無線通信部と、自身の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信部を制御する制御部と、を備える無線通信装置が提供される。
　また、本開示によれば、無線通信により基地局に信号を送信する無線通信装置において、自身の位置を示す位置情報を取得することと、取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信装置を制御することと、を含む、無線通信方法が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、無線ノードにおける消費電力をさらに低減することが可能である。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
一実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。 一実施形態に係る無線通信システムによるバックボーン通信を説明するための図である。 第１の実施形態に係る基地局の内部構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線ノードの内部構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線ノードにおいて実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。 第１の実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。 第２の実施形態に係る無線ノードにおいて実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。 第３の実施形態に係る無線ノードにおいて実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。 第３の実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。 スマートフォンの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 カーナビゲーション装置の概略的な構成の一例を示すブロック図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　　１．概要
　　２．第１の実施形態
　　　２－１．基地局の構成例
　　　２－２．無線ノードの構成例
　　　２－３．動作処理
　　　２－４．効果
　　　２－５．変形例
　　３．第２の実施形態
　　４．第３の実施形態
　　５．応用例
　　６．まとめ
　＜１．概要＞
　まず、図１～図２を参照して、本開示の一実施形態に係る無線通信システムの概要を説明する。
　図１は、一実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、並びに１つ以上の無線通信装置２０を含む。
　基地局１０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、それぞれ自身が運用するセル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの内部に位置する１つ以上の端末装置へ無線通信サービスを提供する。例えば、基地局１０Ａは、セル１１Ａの内部に位置する無線通信装置２０と通信することが可能である。セル１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃは、例えば、ＩＥＥＥ（Institute　of　Electrical　and　Electronics　Engineers）８０２．１１ａ、１１ｂ、１１ｇ、１１ｎ、１１ａｃ又は１１ａｄなどの無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）方式、ＵＷＢ（Ultra　Wideband）若しくはＺｉｇｂｅｅなどの無線ＰＡＮ（Personal　Area　Network）方式、又はＩＥＥＥ８０２．１６などの無線ＭＡＮ（Metropolitan　Area　Network）方式といった、任意の種類の無線通信方式に従って運用されてよい。基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標、Wireless　Fidelity）等のアクセスポイント（ＡＰ：Access　Point）であってもよい。
　無線通信装置２０は、基地局との間で無線通信可能なデバイスである。図１の例では、無線通信装置２０は、各種センサを含む無線ノードである。無線ノードは、自身を運用するセルの範囲内とする基地局から送信された無線信号を受信することができる。また、無線ノードは、それぞれセンサにより取得した観測データを、無線ノードから基地局への上りリンクを介して基地局に送信することができる。
　図２は、一実施形態に係る無線通信システム１によるバックボーン通信を説明するための図である。図２に示すように、無線通信システム１は、バックボーン通信路４０を介して基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと接続する、管理サーバ３０をさらに含む。各基地局は、管理サーバ３０との間で通信することが可能であるし、他の基地局との間で通信することも可能である。バックボーン通信路４０は、例えば有線ＬＡＮ、電話回線、インターネット網などの任意の種類の有線通信により実現されてもよいし、上述した任意の種類の無線通信により実現されてもよい。管理サーバ３０は、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが無線ノード２０から受信した観測データを、バックボーン通信路４０を介して受信する。そして、管理サーバ３０は、多数の無線ノード２０から集めた観測データを集計して、各種解析処理を行う。
　なお、本明細書において、基地局１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを互いに区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略することにより、これらを基地局１０と総称する。他の構成要素（セル１１など）についても同様とする。図１の例に限定されず、無線通信装置２０は、センサを含まない、例えば無線ノード２０から受信した無線信号を基地局１０に中継する中継局などの任意の種類のデバイスであってもよい。
　本開示では、上記説明した無線通信システム１へのアプリケーション要求として、基地局１０が広いエリア（セル１１）をカバーできること、基地局１０が多数の無線ノード２０を収容できること、データ伝送の信頼性、及び無線ノード２０における消費電力が小さいこと、の四つを優先する例を想定する。基地局が、広いエリアをカバーしつつ、パケット消失を抑えながら多数の無線ノードを収容するためには、多数の無線ノードからの無線送信を衝突させずに多重する仕組みが必要である。一般的なランダムアクセスシステムでは、送信元がキャリアセンスによって他の無線ノードや基地局の送信を検知した場合に送信を抑制することにより、衝突の確率を低減し得る。しかし、エリアが広くなると無線ノードは互いの送信電波を検知できない位置関係（隠れ端末と言う）になるケースが増える。このような状況では、キャリアセンスはうまく働かず、各無線ノードからの上りリンク上での無線信号が衝突する確率が高くなっていた。
　無線ノードからの無線信号同士の衝突を回避するための技術として、例えば、基地局が配下の無線ノードの送受信をスケジューリングするコントロールドアクセスを提供する技術や、ＲＴＳ／ＣＴＳを送信する技術がある。しかし、これらの技術が使用される場合、無線ノードと基地局との間でのメッセージのやり取りが増加するため、各無線ノードにおける処理の増加及び消費電力の増大を招いてしまう。そこで、本開示では、各無線ノードの消費電力を抑えつつ、かつ基地局とノード間のメッセージングを行うことなく、基地局がパケット消失を抑えながら多数の無線ノードを収容することを実現するための仕組みを提供する。このような仕組みについて、以下の各実施形態において詳細に説明する。
　＜２．第１の実施形態＞
　　［２－１．基地局の構成例］
　図３は、第１の実施形態に係る基地局１０の内部構成例を示すブロック図である。図３に示すように、基地局１０は、無線通信部１１０、データ処理部１２０、バックボーン通信部１３０、制御部１４０、及び記憶部１５０を有する。
　無線通信部１１０は、基地局１０による他の装置との無線通信を仲介する無線通信インタフェースである。本実施形態において、無線通信部１１０は、無線ノード２０との間で無線通信を行う。無線通信部１１０は、無線ノード２０から送信された観測データを含む無線信号を、アンテナを介して受信して、データ処理部１２０に出力する。なお、図３に示した例では、１つのアンテナを送信及び受信で共用しているが、それぞれ別のアンテナが利用されてもよい。図３に示すように、無線通信部１１０は、高周波スイッチ１１２、及び復調部１１４として機能する。なお、基地局１０から送信される、観測データを含む無線信号を、以下ではセンサ信号とも称する。
　（１－１）高周波スイッチ１１２
　高周波スイッチ１１２は、アンテナと受信系回路及び送信系回路とを接続する。例えば、高周波スイッチ１１２は、受信信号／送信信号の切り替えや、異なる通信規格に対応する複数の回路との接続切り替えを行う。図３に示した例では、高周波スイッチ１１２は、アンテナと復調部１１４とを接続する。高周波スイッチ１１２は、アンテナにより受信された無線信号を、復調部１１４に出力する。
　（１－２）復調部１１４
　復調部１１４は、無線通信部１１０における受信系回路である。例えば、復調部１１４は、無線ノード２０から受信される無線信号を復調して、復調された信号をデータ処理部１２０に出力する。無線信号が拡散符号により直接拡散されている場合、復調部１１４は、受信した無線信号を逆拡散することで、各無線ノード２０から受信されたセンサ信号を分離してもよい。復調部１１４は、複数種類の拡散符号の逆拡散を同時に並列的に行うことが可能であるものとする。また、基地局１０がキャリアセンスを行う場合、復調部１１４は、アンテナが電波を発射する予定の周波数における受信レベルを測定して、測定結果を制御部１４０に出力する。
　（２）データ処理部１２０
　データ処理部１２０は、復調部１１４から出力された信号に対して各種処理を行う。例えば、データ処理部１２０は、復調部１１４から出力された信号から、無線ノード２０において観測された観測データを取り出す。そして、データ処理部１２０は、取り出した観測データをバックボーン通信部１３０に出力する。
　（３）バックボーン通信部１３０
　バックボーン通信部１３０は、基地局１０による管理サーバ３０及び他の基地局１０との通信を仲介する通信インタフェースである。例えば、バックボーン通信部１３０は、データ処理部１２０から出力された観測データを、図２を参照して説明したバックボーン通信路４０を介して管理サーバ３０に送信する。また、バックボーン通信部１３０は、他の基地局１０との間で、基地局１０が利用する無線リソース等を調整するための制御メッセージの送受信を行ってもよい。
　（４）制御部１４０
　制御部１４０は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って基地局１０内の動作全般を制御する機能を有する。例えば、制御部１４０は、バックボーン通信部１３０を介して他の基地局１０とのメッセージのやり取りを行い、基地局１０から無線ノード２０への無線信号の送信に利用する無線リソースを調整してもよい。また、制御部１４０は、無線通信部１１０が無線信号を送信する際の送信電力を調整してもよい。また、制御部１４０は、キャリアセンスを行ってもよい。詳しくは、制御部１４０は、復調部１１４から出力された、無線信号の受信レベルの測定結果に基づいて、無線信号の送信を抑制してもよい。
　（５）記憶部１５０
　記憶部１５０は、基地局１０において利用される各種情報を記憶する。例えば、記憶部１５０は、利用可能な無線リソースの候補、及び利用すべき送信電力を記憶してもよい。そして、制御部１４０は、記憶部１５０に記憶された各種情報を用いて無線信号の送信設定を行ってもよい。他にも、記憶部１５０は、復調部１１４において利用される逆拡散符号の候補を記憶してもよい。また、記憶部１５０は、無線ノード２０によるセンサ信号の送信に利用され得る無線リソースの候補を記憶していてもよい。
　以上、本実施形態に係る基地局１０の内部構成例を説明した。続いて、図４を参照して、本実施形態に係る無線ノード２０の内部構成例を説明する。
　　［２－２．無線ノードの構成例］
　図４は、本実施形態に係る無線ノード２０の内部構成例を示すブロック図である。図４に示すように、無線ノード２０は、無線通信部２１０、キャリアセンス部２２０、センサ部２３０、データ処理部２４０、制御部２５０、記憶部２６０、及び位置情報取得部２７０を有する。
　（１）無線通信部２１０
　無線通信部２１０は、無線ノード２０による他の装置との無線通信を仲介する無線通信インタフェースである。本実施形態において、無線通信部２１０は、基地局１０との間で無線通信を行う。例えば、無線通信部２１０は、後述のセンサ部２３０により取得された観測データを含むセンサ信号を、アンテナを介して基地局１０へ送信する。なお、図４に示した例では、１つのアンテナを送信及び受信で共用しているが、それぞれ別のアンテナが利用されてもよい。図４に示すように、無線通信部２１０は、高周波スイッチ２１２、及び変調部２１４として機能する。
　（１－１）高周波スイッチ２１２
　高周波スイッチ２１２は、アンテナと受信系回路及び送信系回路とを接続する。例えば、高周波スイッチ２１２は、受信信号／送信信号の切り替えや、異なる通信規格に対応する複数の回路との接続切り替えを行う。図４に示した例では、高周波スイッチ２１２は、アンテナとキャリアセンス部２２０及び変調部２１４とを接続する。高周波スイッチ２１２は、アンテナにより受信された無線信号を、キャリアセンス部２２０に出力する。また、高周波スイッチ２１２は、変調部２１４から出力された無線信号をアンテナに出力して、基地局１０へ送信させる。
　（１－２）変調部２１４
　変調部２１４は、無線通信部２１０における送信系回路である。例えば、変調部２１４は、データ処理部２４０から出力されたデータを変調してセンサ信号を生成し、アンテナを介して基地局１０へセンサ信号（送信信号）を送信する。ここで、変調部２１４は、後述の制御部２５０により指定された送信設定に基づいて、センサ信号の送信を行う。例えば、変調部２１４は、制御部２５０により指定された無線リソースを用いてセンサ信号を送信する。後述するように、同じ無線リソースを用いて送信されたセンサ信号は、基地局１０において同等の受信レベル（受信電力レベル）で受信されることになり、いわゆる遠近問題が解消される。また、無線通信システム１は、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ：Code　Division　Multiple　Access）を採用し得る。詳しくは、変調部２１４は、無線ノード２０ごとに割り当てられた拡散符号を用いてセンサ信号を直接拡散してもよい。この拡散符号は、無線ノード２０に固有であってもよいし、無線ノード２０ごとに相違していてもよい。基地局１０では、遠近問題が解消されているので、逆拡散により各無線ノード２０から送信されたセンサ信号をそれぞれ分離して取得することが可能となる。変調部２１４は、ＦＳＫ（frequency　shift　keying）、ＰＳＫ（phase　shift　keying）、ＡＳＫ（amplitude　shift　keying）等の任意の変調方式を用いて変調し得る。
　（２）キャリアセンス部２２０
　キャリアセンス部２２０は、無線リソースの空きを検知する機能を有する。例えば、キャリアセンス部２２０は、制御部２５０による制御に基づき、無線通信部２１０がセンサ信号の送信に用いる時間帯及び周波数帯における受信レベルを測定する。そして、キャリアセンス部２２０は、測定結果を制御部２５０に出力する。
　（３）センサ部２３０
　センサ部２３０は、無線ノード２０が観測対象とするものを観測して各種観測データを取得する機能を有する。例えば、センサ部２３０は、カメラ又はステレオカメラ、マイク、圧力を観測する圧力センサ、速度及び加速度を観測する速度センサ、温度（気温）を観測する温度センサ、時刻を測定する時計等により実現されてもよい。また、センサ部２３０は、筋電、神経、脈拍、体温などの生体情報を観測する生体センサにより実現されてもよい。なお、センサ部２３０は、列挙したこれらの観測対象の少なくともいずれかを観測できればよいし、他の任意の観測対象を観測してもよい。センサ部２３０は、観測結果を示す観測データをデータ処理部２４０に出力する。
　（４）データ処理部２４０
　データ処理部２４０は、センサ部２３０から出力された観測データに対して各種処理を行う。例えば、データ処理部２４０は、観測データをパケット化して、変調部２１４に出力する。なお、データ処理部２４０は、後述の位置情報取得部２７０により取得された位置情報を、観測データに含めてパケット化してもよい。
　（５）制御部２５０
　制御部２５０は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って無線ノード２０内の動作全般を制御する機能を有する。例えば、制御部２５０は、後述する位置情報取得部２７０により取得された位置情報に基づいて、自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう無線通信部２１０を制御する。本実施形態に係る無線通信システム１は、地理空間を複数のエリアに分割して、このエリアごとに無線リソースを割り当てる。無線リソースの割り当ては、送信時間帯（送信時間スロット）または送信用周波数（周波数チャネル）の少なくともいずれかを割り当てることにより、行われる。そして、無線ノード２０は、自身が所属するエリアに割り当てられた無線リソースを用いてセンサ信号を送信する。詳しくは、制御部２５０は、無線ノード２０が所属するエリアに割り当てられた送信時間スロットまたは周波数チャネルの少なくともいずれかを用いて送信を行うよう、無線通信部２１０を制御する。ここで、エリア分け及び割り当てられる無線リソースは、無線通信システム１が含む各装置で共通しており、制御部２５０は、他の無線ノード２０との間で共通の規則を用いて自身が所属するエリアを判定する。なお、エリアは、例えば三角形、長方形又は正方形等の矩形、５角形以上の多角形、円形等の多様な形状を取り得る。また、エリアの大きさは個々に異なっていてもよい。例えば、エリアは、基地局１０を中心とする多重円の各区域であってもよい。
　制御部２５０は、キャリアセンスを行ってもよい。詳しくは、制御部２５０は、無線ノード２０が属するエリアに割り当てられた無線リソースにおける、無線信号の受信レベルを測定するようキャリアセンス部２２０を制御する。そして、制御部２５０は、キャリアセンス部２２０による測定結果に基づいて、その受信レベルが所定の閾値を超えている場合には、センサ信号の送信を抑制する。また、制御部２５０は、バックオフ制御を行ってセンサ信号を送信するよう無線通信部２１０を制御してもよい。詳しくは、制御部２５０は、キャリアセンスにより無線リソースの空きを確認した後、乱数に応じた時間、送信を待機してもよい。なお、バックオフ制御を行って、この時間のうちにキャリアセンスにより無線リソースが占有状態であると判定された場合には、やはりセンサ信号の送信は抑制される。
　無線通信システム１によるエリア分けには、いくつかの満たすべき条件があり、この条件を満たしていることが望ましい。一例として、以下に３つの条件を記す。
　第１の条件は、エリア内に含まれる２地点の最長距離が、キャリアセンスによる衝突回避可能な距離よりも短いことである。言い換えると、エリア内の最長距離の２地点に位置する無線ノード２０が、お互いから送信された無線信号を検知可能であることである。なお、このキャリアセンスによる衝突回避可能な距離は、無線ノード２０の送信電力及び受信特性により定まる。この条件により、無線ノード２０は、エリア内のどこにいても、同一のエリア内に含まれる他の無線ノード２０との間でキャリアセンスにより衝突回避可能となる。よって、同一のエリアに含まれる無線ノード２０の間で、センサ信号が衝突することによるパケット消失が防止される。ここで、仮に同一のエリア内に含まれる無線ノード２０同士でセンサ信号の衝突が生じたとしても、無線ノード２０同士の距離が近いため、送信した無線ノード２０と基地局１０との距離は同等となる。このため、遠近問題が解消されるので、基地局１０は、逆拡散処理によりそれぞれのセンサ信号を分離して観測データを取得することが可能となる。
　第２の条件は、エリアが、基地局１０が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない無線リソースが割り当てられることである。この条件によると、ひとつの基地局１０が運用するセル内では、エリアが異なれば割り当てられる無線リソースが異なることになる。異なるエリアに属する無線ノード２０からのセンサ信号に衝突が生じた場合、センサ信号間に基地局１０との距離差に起因する受信電力差が生じ、一方が雑音として取り扱われ、パケット消失が生じ得る。しかし、本条件によると、同一の無線リソースを用いたセンサ信号の衝突は、異なるエリアに含まれる無線ノード２０同士による送信によっては生じないため、このようなパケット消失が防止される。また、異なるグループ間では同じ無線リソースを再利用することが許容されるので、無線通信システム１は、無線リソースを有効に活用することができる。同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない無線リソースの割り当て方法は、多様に考えらえる。例えば、送信時間スロット、周波数チャネル、又は送信時間スロット及び周波数チャネルの組み合わせが、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しないように割り当てられ得る。
　第３の条件は、異なるグループに含まれる同一の無線リソースが割り当てられるエリア同士の距離は、キャリアセンスにより衝突回避可能な距離よりも長いことである。異なるグループに含まれる、同一の無線リソースが割り当てられるエリア同士は、基地局１０までの距離、基地局１０から見た方角、及び電波環境等が異なり得る。グループごとに、そのグループをカバーする基地局１０が設置されることを想定すると、異なるグループに含まれる、同一の無線リソースが割り当てられるエリアに属する無線ノード２０からのセンサ信号は、基地局１０において異なる受信レベルで受信されることが想定される。この場合、無線ノード２０から送信されたセンサ信号は、それぞれが属するセル（グループ）を運用する基地局１０により受信され、他の基地局１０には届かない又は遠近問題により破棄されるため、管理サーバ３０における観測データの重複は自然と防止される。このため、第３の条件により、異なるグループに含まれる、同一の無線リソースが割り当てられるエリアに属する無線ノード２０同士が、不要に送信抑制することが防止される。
　（６）記憶部２６０
　記憶部２６０は、無線ノード２０において利用される各種情報を記憶する。例えば、記憶部２６０は、無線通信システム１におけるエリア分け、及びエリアごとに割り当てられた無線リソースを示す情報を記憶する。なお、この情報は、無線通信システム１に含まれる全ての無線ノード２０に共通しているものとする。無線リソースの割り当てには複数種類があってもよい。例えば、制御部２５０は、基地局１０からの指示に基づき、使用すべき割り当ての種類を切り替えてもよいし、予め使用すべき割り当ての種類が定められていてもよい。
　（７）位置情報取得部２７０
　位置情報取得部２７０は、自身の位置を示す位置情報を取得する機能を有する。位置情報取得部２７０は、例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からの電波を受信して、無線ノード２０が存在している位置を検知し、検知した位置情報を出力する。また、位置情報取得部２７０は、ＧＰＳ衛星からいわゆるＧＰＳ時刻を示す時刻情報を取得してもよい。なお、位置情報取得部２７０は、外部からの取得信号に基づいて基地局１０の位置を検知する位置情報取得部の一例であって、本実施形態による位置情報取得部の例はこれに限定されない。例えば、位置情報取得部は、Ｗｉ－Ｆｉ、携帯電話・ＰＨＳ・スマートフォン等との送受信、または近距離通信等により位置を検知するものであってもよい。位置情報取得部２７０は、取得した情報を、制御部２５０に出力する。
　以上、本実施形態に係る無線ノード２０の内部構成例を説明した。続いて、図５～図７を参照して、本実施形態に係る無線通信システム１による動作処理を説明する。
　　［２－３．動作処理］
　図５は、本実施形態に係る無線ノード２０において実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５に示すように、まず、ステップＳ１０２で、無線ノード２０は、送信要求が発生したか否かを判定する。例えば、制御部２５０は、センサ部２３０により観測データが取得された場合、又は取得された観測データの容量が閾値を超えた場合等に、送信要求が発生したと判定する。送信要求が発生していないと判定された場合（Ｓ１０２／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ１０２に戻る。
　送信要求が発生した判定された場合（Ｓ１０２／ＹＥＳ）、ステップＳ１０４で、無線ノード２０は、送信パケットを生成する。詳しくは、データ処理部２４０は、センサ部２３０により取得された観測データに、基地局１０自身の識別情報を付加した、固定長のパケットを生成する。この生成されたパケットは、変調部２１４に出力されるが、変調部２１４はすぐに送信動作には移らずに制御部２５０からの指示を待つ。
　次いで、ステップＳ１０６で、無線ノード２０は、現在の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部２７０は、無線ノード２０の現在位置を示す位置情報を取得する。また、位置情報取得部２７０は、ＧＰＳにより時刻情報を取得してもよい。他の無線ノード２０でも同様にＧＰＳにより時刻情報が取得されており、全ての無線ノード２０において時刻情報が同期されているものとする。
　次に、ステップＳ１０８で、無線ノード２０は、自身の所属エリアを判定する。例えば、制御部２５０は、位置情報取得部２７０により取得された位置情報に基づき、以下のような計算方法により、無線ノード２０がどのエリアに属するかを判定する。
　まず、制御部２５０は、下記の数式１に一例として示す、ある範囲の値を一つの値に代表させる床関数によって、取得された位置情報が示す緯度（Longitude）及び経度（Latitude）を、それぞれ一つの値にクラスタリングする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　このクラスタリングにより、ＧＰＳの誤差を吸収され、同じ値にクラスタリングされた無線ノード２０が同一の無線リソースを利用することが可能となる。なお、このクラスタリングの粒度は、上記第１の条件に従い、各無線ノード２０の送信電力又は受信特性等に基づいて、無線ノード２０同士の電波の検出が可能な距離（キャリアセンスが可能な距離）よりも小さくなるよう設定される。また、経度のクラスタリングについては、実距離と経度差の関係が緯度に依存するため、制御部２５０は、上記数式１において、経度のクラスタリングの粒度を緯度に応じて可変とすることにより、実距離と経度差との乖離を補正してもよい。
　以上、ステップＳ１０８における処理について説明した。次いで、無線ノード２０は、上記数式１により算出された、クラスタリングされた経度Ｘ及び緯度Ｙにより、無線リソースの設定を行う。本実施形態では、無線リソースとして、エリアごとに送信時間スロットが割り当てられる例を説明する。
　詳しくは、ステップＳ１１０で、無線ノード２０は、所属エリアに対応する送信時間スロットを設定する。例えば、制御部２５０は、上記数式１により算出された、クラスタリングされた経度Ｘ及び緯度Ｙにより、下記の数式２を用いて送信時間スロットを設定する。なお、無線通信システム１に含まれる基地局１０及び各無線ノード２０では、タイムゾーンは共通しているものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記数式２は、地理空間を１グループあたり３６個のエリアに分割して、エリアごとに異なる送信時間スロットを割り当てた場合の、経度Ｘ及び緯度Ｙのエリアにおけるｎ番目の送信開始時刻ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）を示している。他の観点によると、上記数式２では、３６個の送信時間スロットを一つの単位（スーパーフレーム）として繰り返される形が想定されている。ｎは任意の整数であり、送信開始時刻ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）の単位は、例えば秒、ミリ秒などの任意の単位を取り得る。１グループに含まれるエリアの個数は、基地局１０が運用するセル１１の大きさ、エリアの大きさ、無線ノード２０の送信電力又は受信特性等に基づいて、上記第３の条件を満たすように設定される。ここで、図６及び図７を参照して、上記数式２で示した送信時間スロットの割り当て例を説明する。
　図６は、本実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。図６では、上記数式２で示された送信時間スロットとスーパーフレームとの関係を示している。図６に示すように、３６個の送信時間スロットが、一つのスーパーフレームとして繰り返されている。例えば、スーパーフレームの起点を、毎時０分（０時０分、１時０分、２時０分…）とし、送信時間スロットの幅を１秒とする。制御部２５０は、現在時刻のスーパーフレーム起点からの経過時間をｔｃｕｒｒｅｎｔとしたとき、ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）の中から、ｔｃｕｒｒｅｎｔ＜ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）となる最小のｎを選択する。そして、制御部２５０は、スーパーフレーム起点からｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）秒後のスロットを、センサ信号の送信に用いる送信時間スロットとして設定する。
　図７は、本実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。図７では、上記数式２で示された緯度及び経度が示すエリアと送信時間スロットとの関係を示している。図７に示すように、地理空間が複数のエリアに分割されており、送信時間スロット（Time　Slot）＃０～＃３５がそれぞれ割り当てられた３６個のエリアでひとつのグループを形成している。また、基地局１０が運用するセル１１は、ひとつのグループをカバーしている。この割り当て例は、上述した第１～第３の条件を満たしているものとする。例えば、送信時間スロット＃１のエリアの対角の頂点に位置する２つの無線ノード２０は、お互いから送信された無線信号を検知可能である（第１の条件）。また、図７に示すように、各エリアに割り当てられる送信時間スロットが、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しないよう割り当てられている（第２の条件）。また、例えば送信時間スロット＃０のエリア同士の距離は、それぞれに属する無線ノード２０が、お互いから送信された無線信号を検知不能な距離である（第３の条件）。
　上記数式１及び数式２に示した、地理空間のクラスタリング及び各エリアへの送信時間スロットの割り当ての算出規則は、無線通信システム１に含まれる全ての無線ノード２０において共通であるとする。このような算出規則により、制御部２５０は、同じエリアに位置する、即ち近傍に位置する無線ノード２０と同一の送信時間スロットを、センサ信号の送信に用いるよう設定する。
　次に、ステップＳ１１２で、無線ノード２０は、予め定められた周波数チャネルを、センサ信号の送信に用いるよう設定する。例えば、制御部２５０は、記憶部２６０を参照して、予め定められた周波数チャネルを設定する。この周波数チャネルは、無線通信システム１に含まれる全ての無線ノード２０に共通であってもよいし、相違していてもよい。
　次いで、ステップＳ１１４で、無線ノード２０は、現在時刻が設定した送信時間スロットになったか否かを判定する。まだ送信時間スロットまで達していないと判定された場合（Ｓ１１４／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ１１４に戻る。送信時間スロットに達したと判定された場合（Ｓ１１４／ＹＥＳ）、ステップＳ１１６で、無線ノード２０は、ランダム時間の間キャリアセンスを行い、無線リソースの空きを確認する。詳しくは、キャリアセンス部２２０は、上記ステップＳ１１２において設定された周波数チャネルにおける受信レベルを測定して、ある範囲のランダム時間における無線リソースの空きを確認するバックオフ制御を行う。
　そして、ステップＳ１１８で、無線ノード２０は、センサ信号を送信する。詳しくは、制御部２５０は、キャリアセンス部２２０から出力された測定結果により、上記設定した周波数チャネルにおける空きを確認した後、無線通信部２１０にセンサ信号の送信を指示する。変調部２１４では、まず、制御部２５０からの指示を受けて、データ処理部２４０から出力されたパケットをデータ変調及び符号化する。次いで、変調部２１４は、各無線ノード２０に固有の拡散符号を用いて拡散変調を行う。そして、変調部２１４は、チャネルの搬送波を乗算し、電力増幅を行ってアンテナからセンサ信号を送信する。送信を終えた無線ノード２０は、以後、次の送信要求が発生するまで処理を休止し、消費電力を節約してもよい。
　以上、無線ノード２０において実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を説明した。続いて、基地局１０が、このようにして送信された信号を受信する処理を説明する。
　基地局１０では、無線ノード２０からのセンサ信号の受信を常時待ち受ける。基地局１０の復調部１１４は、複数の周波数チャネルを並列に受信することができ、また、複数種類の拡散符号による逆拡散処理を並列に行うことができるものとする。ここで、基地局１０は、無線ノード２０における送信時間スロットの算出規則を共有しておくことにより、時刻毎にセンサ信号を送信する無線ノード２０が属するエリアを特定することが可能となる。このため、例えば基地局１０の制御部１４０は、センサ信号の到来が予測される方向に受信アンテナの指向性を形成するよう無線通信部１１０を制御してもよい。これにより、基地局１０の受信特性が向上し得る。
　基地局１０は、受信した無線信号について、各無線ノード２０に固有の拡散符号により逆拡散することで、観測データを復元する。そして、基地局１０は、バックボーン通信路４０を介して観測データを管理サーバ３０に転送する。基地局１０が複数ある場合、以上説明した処理が各基地局１０において同様に行われる。複数の基地局１０において、同一のセンサ信号が受信される可能性があるが、管理サーバ３０は、収集した観測データに対応付けられた基地局１０の識別情報を参照して、重複分を破棄する。
　　［２－４．効果］
　無線ノード２０によるセンサ信号の送信は、同一のエリアに属する複数の無線ノード２０において同時に送信要求が発生した場合、同時に行われることになる。ここで、上記第１の条件により、エリアのクラスタリング粒度がキャリアセンス検出可能な範囲内に収まっているため、同時にセンサ信号を送信し得る無線ノード２０は、互いに隠れ端末の関係にはならないことが保証される。よって、無線ノード２０は、ランダム時間のキャリアセンスを行うことで、センサ信号の送信が重なり衝突が生じるケースを回避することができる。逆に、隠れ端末の位置関係にある無線ノード２０同士は、異なるエリアに属することとなり、異なる送信時間スロットを使用するため、衝突が回避される。
　それでも、なお、このランダム時間も揃ってしまい、基地局１０で複数のセンサ信号が衝突する可能性がある。しかし、同一のエリア内に属する無線ノード２０であれば、基地局１０との距離には大きな差が無いことから、基地局１０においてそれぞれの受信強度に大きな差は生じない。従って、いわゆる遠近問題が生じないため、基地局１０は、各無線ノード２０に固有の拡散符号を用いて逆拡散処理を行うことにより、各観測データを取得することができる。
　無線通信システム１に含まれる無線ノード２０が上記説明した処理を行うことにより、パケットの消失を防止しつつ、無線ノード２０における消費電力を低減することが可能となる。詳しくは、無線ノード２０は、基地局１０との間で制御メッセージの送受信を行うことなく、センサ信号の衝突を低減し、且つ、仮に衝突が生じたとしても基地局１０における観測データの復元を可能にして、パケットの消失確率を低減することが可能である。また、無線ノード２０は、基地局１０との間で制御メッセージを送受信する必要がないため、受信機能を簡素化することが可能であり、また、消費電力を低減することが可能である。
　　［２－５．変形例］
　上記では、無線通信システム１は、衝突時の多元アクセスをＣＤＭＡ技術により実現する例を説明したが、本技術は係る例に限定されない。例えば、無線通信システム１は、直交周波数分割多元アクセス（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal　Frequency　Division　Multiple　Access）により、衝突時の多元アクセスを実現してもよい。詳しくは、変調部２１４は、無線ノード２０ごとに割り当てられたサブチャネルを用いて、センサ信号をサブキャリア変調してもよい。この場合、基地局１０では、サブキャリア復調により、各無線ノード２０から送信されたセンサ信号をそれぞれ分離して取得することが可能となる。
　＜３．第２の実施形態＞
　本実施形態は、エリアごとの無線リソースの割り当てとして、エリアごとに異なる周波数チャネルを割り当てる形態である。以下、図８、図９を参照して、本実施形態に係る無線通信システム１の動作処理を説明する説明する。
　図８は、本実施形態に係る無線ノード２０において実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。図８を参照すると、ステップＳ２１０に係る処理が、図５に示した処理と相違する。そこで、以下では、相違する処理に関する事項を詳しく説明する。
　図８に示すように、まず、無線ノード２０は、ステップＳ２０２における送信要求の発生をトリガとして、ステップＳ２０４で送信パケットを生成する。次いで、無線ノード２０は、ステップＳ２０６で現在の位置情報を取得して、ステップＳ２０８で、所属エリアを判定する。
　次に、ステップＳ２１０で、無線ノード２０は、上記数式１により算出された、クラスタリングされた経度Ｘ及び緯度Ｙにより、センサ信号の送信に用いる周波数チャネルを設定する。詳しくは、制御部２５０は、下記の数式３を用いて、使用する周波数チャネルを設定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ただし、Ｆは、周波数チャネルの番号を示しており、制御部２５０は、この番号Ｆに対応する周波数チャネルを、センサ信号の送信に使用する周波数チャネルとして設定する。例えば、制御部２５０は、無線通信システム１が使用される地域における電波法規に合わせて、実際の周波数チャネル番号に上記で算出されたＦが１対１に対応するように再変換して設定する。ここで、図９を参照して、エリアと周波数チャネルの割り当てとの関係を説明する。
　図９は、本実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。図９に示すように、地理空間が複数のエリアに分割されており、周波数チャネル（Channel）＃０～＃３５がそれぞれ割り当てられた３６個のエリアでひとつのグループを形成している。ここで、各エリアに割り当てられる周波数チャネルが、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しないよう割り当てられている。この割り当て例は、図７に示した例と同様に、上述した第１～第３の条件を満たしているものとする。
　なお、上記数式３に示した、各エリアへの周波数チャネルの割り当ての算出規則は、無線通信システム１に含まれる全ての無線ノード２０において共通であるとする。このような算出規則により、制御部２５０は、同じエリアに位置する、即ち近傍に位置する無線ノード２０と同一の周波数チャネルを、センサ信号の送信に用いるよう設定する。なお、本実施形態では、第１の実施形態において説明した送信時間スロットの割り当ては行われないので、制御部２５０は、任意の送信開始時刻を設定し得る。
　以上、ステップＳ２１０における処理について説明した。続いて、ステップＳ２１２で、無線ノード２０は、ランダム時間の間キャリアセンスを行い、無線リソースの空きを確認する。本実施形態では、無線ノード２０は、送信開始時刻を任意に設定し得るので、例えば、上記ステップＳ２０８の後直ちにキャリアセンスを開始してもよい。キャリアセンス部２２０は、上記ステップＳ２１０において設定された周波数チャネルにおける受信レベルを測定して、ある範囲のランダム時間における無線リソースの空きを確認するバックオフ制御を行う。そして、ステップＳ２１４で、無線ノード２０は、センサ信号を送信する。
　基地局１０における処理は、上記第１の実施形態と同様である。ここで、基地局１０は、無線ノード２０における周波数チャネルの算出規則を共有しておくことにより、周波数ごとにセンサ信号を送信する無線ノード２０が属するエリアを特定することが可能となる。このため、例えば基地局１０の制御部１４０は、センサ信号の到来が予測される方向に受信アンテナの指向性を形成するよう無線通信部１１０を制御してもよい。これにより、基地局１０の受信特性が向上し得る。
　以上説明した本実施形態に係る無線通信システム１によれば、上述した第１の実施形態と同様に、同一のエリアに属する無線ノード２０は、同一のグループに属する他のエリアとは異なる無線リソースを、共通して用いることになる。このため、本実施形態においても、キャリアセンスによりセンサ信号の衝突が回避され、また衝突が生じたとしても基地局１０は各観測データを取得することができる。よって、本実施形態に係る無線通信システム１は、上述した第１の実施形態と同様に、パケットの消失を防止しつつ、無線ノード２０における消費電力を低減することが可能となる。
　＜４．第３の実施形態＞
　本実施形態は、エリアごとの無線リソースの割り当てとして、エリアごとに異なる送信時間スロット及び周波数チャネルの組み合わせを割り当てる形態である。以下、図１０～図１２を参照して、本実施形態に係る無線通信システム１の動作処理を説明する説明する。
　図１０は、本実施形態に係る無線ノード２０において実行されるセンサ信号送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１０を参照すると、ステップＳ３１０に係る処理が、図５に示した処理と相違する。そこで、以下では、この相違する処理に関する事項を詳しく説明する。
　図１０に示すように、まず、無線ノード２０は、ステップＳ３０２における送信要求の発生をトリガとして、ステップＳ３０４で送信パケットを生成する。次いで、無線ノード２０は、ステップＳ３０６で現在の位置情報を取得して、ステップＳ３０８で、所属エリアを判定する。
　次に、ステップＳ３１０で、無線ノード２０は、上記数式１により算出された、クラスタリングされた経度Ｘ及び緯度Ｙにより、センサ信号の送信に用いる送信時間スロット及び周波数チャネルの組み合わせを設定する。例えば、制御部２５０は、下記の数式４、数式５を用いて、使用する送信時間スロット及び周波数チャネルを設定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上記数式４及び数式５は、地理空間を１グループあたり３６個のエリアに分割して、４つの周波数チャネル及び９つの送信時間スロットの組み合わせが、各エリアに割り当てられる場合の算出規則を示している。上記数式４では、経度Ｘ及び緯度Ｙのエリアにおけるｎ番目の送信開始時刻ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）が算出される。上記数式４では、９個の送信時間スロットを一つの単位（スーパーフレーム）として繰り返される形が想定されている。ｎは任意の整数であり、送信開始時刻ｔＴＸ（ｎ，Ｘ，Ｙ）の単位は、例えば秒、ミリ秒などの任意の単位を取り得る。上記数式５より算出されるＦは、周波数チャネルの番号を示しており、制御部２５０は、この番号Ｆに対応する周波数チャネルを、センサ信号の送信に使用する周波数チャネルとして設定する。例えば、制御部２５０は、無線通信システム１が使用される地域における電波法規に合わせて、実際の周波数チャネル番号に上記で算出されたＦが１対１に対応するように再変換して設定する。ここで、図１１及び図１２を参照して、上記数式４及び数式５で示した、無線リソースの割り当て例を説明する。
　図１１は、本実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。図１１では、上記数式５により設定される周波数チャネルごとの、上記数式４により設定される送信時間スロットとスーパーフレームとの関係を示している。図１１に示すように、９個の送信時間スロットが、一つのスーパーフレームとして繰り返されている。
　図１２は、本実施形態に係る無線リソースの割り当て例を説明するための図である。図１２に示すように、地理空間が複数のエリアに分割されており、周波数チャネル＃０～＃３がそれぞれ割り当てられた４つの領域のそれぞれにおいて、送信時間スロット＃０～＃８が割り当てられた、３６個のエリアでひとつのグループを形成している。ここで、各エリアに割り当てられる送信時間スロット及び周波数チャネルの組み合わせが、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しないよう割り当てられている。この割り当て例は、図７に示した例と同様に、上述した第１～第３の条件を満たしているものとする。
　なお、上記数式４、数式５に示した、各エリアへの無線リソースの割り当ての算出規則は、無線通信システム１に含まれる全ての無線ノード２０において共通であるとする。このような算出規則により、制御部２５０は、同じエリアに位置する、即ち近傍に位置する無線ノード２０と同一の周波数チャネル及び同一の送信時間スロットを、センサ信号の送信に用いるよう設定する。
　以上、ステップＳ３１０における処理について説明した。続いて、ステップＳ３１２、Ｓ３１４で、無線ノード２０は、上記図５を参照して説明したステップＳ１１４、Ｓ１１６と同様に、現在時刻が設定した送信時間スロットになった場合にランダム時間の間キャリアセンスを行い、無線リソースの空きを確認する。そして、ステップＳ３１６で、無線ノード２０は、上記図５を参照して説明したステップＳ１１８と同様にしてセンサ信号を送信する。
　基地局１０における処理は、上記第１の実施形態と同様である。ここで、基地局１０は、無線ノード２０における無線リソースの算出規則を共有しておくことにより、時刻ごと及び周波数ごとにセンサ信号を送信する無線ノード２０が属するエリアを特定することが可能となる。このため、例えば基地局１０の制御部１４０は、センサ信号の到来が予測される方向に受信アンテナの指向性を形成するよう無線通信部１１０を制御してもよい。これにより、基地局１０の受信特性が向上し得る。
　以上説明した本実施形態に係る無線通信システム１によれば、上述した第１の実施形態と同様に、同一のエリアに属する無線ノード２０は、同一のグループに属する他のエリアとは異なる無線リソースを、共通して用いることになる。このため、本実施形態においても、キャリアセンスによりセンサ信号の衝突が回避され、また衝突が生じたとしても基地局１０は各観測データを取得することができる。よって、本実施形態に係る無線通信システム１は、上述した第１の実施形態と同様に、パケットの消失を防止しつつ、無線ノード２０における消費電力を低減することが可能となる。
　上述した例では、９つの送信時間スロットと４つの周波数チャネルとによる３６通りの組み合わせにより、無線リソースの割り当てが実現される。このため、本実施形態に係る技術は、基地局１０が運用するセルに含まれるエリアの全てに割り当て可能な送信時間スロット数又は周波数チャネル数を確保できない場合に、特に有用である。また、図６と図１１とを比較すると、本実施形態では、所属する無線ノード２０が単位時間当たりにセンサ信号を送信可能なエリアの数が、第１の実施形態と比較して多い。つまり、本実施形態では、隠れ端末問題を回避しつつ、第１の実施形態よりもセンサ信号の送信機会を増やすことが可能である。このため、無線リソースのより効率的な活用が実現される。
　＜５．応用例＞
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用可能である。例えば、無線ノード２０は、スマートフォン、タブレットＰＣ（Personal　Computer）、ノートＰＣ、携帯型ゲーム端末若しくはデジタルカメラなどのモバイル端末、テレビジョン受像機、プリンタ、デジタルスキャナ若しくはネットワークストレージなどの固定端末、又はカーナビゲーション装置などの車載端末として実現されてもよい。また、無線ノード２０は、スマートメータ、自動販売機、遠隔監視装置又はＰＯＳ（Point　Of　Sale）端末などの、Ｍ２Ｍ（Machine　To　Machine）通信を行う端末（ＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末ともいう）として実現されてもよい。さらに、無線ノード２０は、これら端末に搭載される無線通信モジュール（例えば、１つのダイで構成される集積回路モジュール）であってもよい。
　一方、例えば、基地局１０は、ルータ機能を有し又はルータ機能を有しない無線ＬＡＮアクセスポイント（無線基地局ともいう）として実現されてもよい。また、基地局１０は、モバイル無線ＬＡＮルータとして実現されてもよい。さらに、基地局１０は、これら装置に搭載される無線通信モジュール（例えば、１つのダイで構成される集積回路モジュール）であってもよい。
　　［５－１．第１の応用例］
　図１３は、本開示に係る技術が適用され得るスマートフォン９００の概略的な構成の一例を示すブロック図である。スマートフォン９００は、プロセッサ９０１、メモリ９０２、ストレージ９０３、外部接続インタフェース９０４、カメラ９０６、センサ９０７、マイクロフォン９０８、入力デバイス９０９、表示デバイス９１０、スピーカ９１１、無線通信インタフェース９１３、アンテナスイッチ９１４、アンテナ９１５、バス９１７、バッテリー９１８及び補助コントローラ９１９を備える。
　プロセッサ９０１は、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）又はＳｏＣ（System　on　Chip）であってよく、スマートフォン９００のアプリケーションレイヤ及びその他のレイヤの機能を制御する。メモリ９０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory）を含み、プロセッサ９０１により実行されるプログラム及びデータを記憶する。ストレージ９０３は、半導体メモリ又はハードディスクなどの記憶媒体を含み得る。外部接続インタフェース９０４は、メモリーカード又はＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）デバイスなどの外付けデバイスをスマートフォン９００へ接続するためのインタフェースである。
　カメラ９０６は、例えば、ＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）又はＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）などの撮像素子を有し、撮像画像を生成する。センサ９０７は、例えば、測位センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ及び加速度センサなどのセンサ群を含み得る。マイクロフォン９０８は、スマートフォン９００へ入力される音声を音声信号へ変換する。入力デバイス９０９は、例えば、表示デバイス９１０の画面上へのタッチを検出するタッチセンサ、キーパッド、キーボード、ボタン又はスイッチなどを含み、ユーザからの操作又は情報入力を受け付ける。表示デバイス９１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどの画面を有し、スマートフォン９００の出力画像を表示する。スピーカ９１１は、スマートフォン９００から出力される音声信号を音声に変換する。
　無線通信インタフェース９１３は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｂ、１１ｇ、１１ｎ、１１ａｃ及び１１ａｄなどの無線ＬＡＮ標準のうちの１つ以上をサポートし、無線通信を実行する。無線通信インタフェース９１３は、インフラストラクチャーモードにおいては、他の装置と無線ＬＡＮアクセスポイントを介して通信し得る。また、無線通信インタフェース９１３は、アドホックモード又はＷｉ－Ｆｉ　Ｄｉｒｅｃｔ（登録商標）等のダイレクト通信モードにおいては、他の装置と直接的に通信し得る。なお、Ｗｉ－Ｆｉ　Ｄｉｒｅｃｔでは、アドホックモードとは異なり２つの端末の一方がアクセスポイントとして動作するが、通信はそれら端末間で直接的に行われる。無線通信インタフェース９１３は、典型的には、ベースバンドプロセッサ、ＲＦ（Radio　Frequency）回路及びパワーアンプなどを含み得る。無線通信インタフェース９１３は、通信制御プログラムを記憶するメモリ、当該プログラムを実行するプロセッサ及び関連する回路を集積したワンチップのモジュールであってもよい。無線通信インタフェース９１３は、無線ＬＡＮ方式に加えて、近距離無線通信方式、近接無線通信方式又はセルラ通信方式などの他の種類の無線通信方式をサポートしてもよい。アンテナスイッチ９１４は、無線通信インタフェース９１３に含まれる複数の回路（例えば、異なる無線通信方式のための回路）の間でアンテナ９１５の接続先を切り替える。アンテナ９１５は、単一の又は複数のアンテナ素子（例えば、ＭＩＭＯアンテナを構成する複数のアンテナ素子）を有し、無線通信インタフェース９１３による無線信号の送信及び受信のために使用される。
　なお、図１３の例に限定されず、スマートフォン９００は、複数のアンテナ（例えば、無線ＬＡＮ用のアンテナ及び近接無線通信方式用のアンテナ、など）を備えてもよい。その場合に、アンテナスイッチ９１４は、スマートフォン９００の構成から省略されてもよい。
　バス９１７は、プロセッサ９０１、メモリ９０２、ストレージ９０３、外部接続インタフェース９０４、カメラ９０６、センサ９０７、マイクロフォン９０８、入力デバイス９０９、表示デバイス９１０、スピーカ９１１、無線通信インタフェース９１３及び補助コントローラ９１９を互いに接続する。バッテリー９１８は、図中に破線で部分的に示した給電ラインを介して、図１３に示したスマートフォン９００の各ブロックへ電力を供給する。補助コントローラ９１９は、例えば、スリープモードにおいて、スマートフォン９００の必要最低限の機能を動作させる。
　図１３に示したスマートフォン９００は、無線ノード２０として動作し得る。この場合、例えば図４に示した無線通信部２１０、キャリアセンス部２２０、センサ部２３０、データ処理部２４０、制御部２５０及び記憶部２６０は、無線通信インタフェース９１３において実装されてもよい。また、これら機能の少なくとも一部は、プロセッサ９０１又は補助コントローラ９１９において実装されてもよい。それにより、スマートフォン９００は、制御メッセージの送受信を要することなく、基地局におけるパケット消失の抑制を実現可能な適切な無線リソースを用いて、センサ信号を送信することができる。また、スマートフォン９００は、位置情報に基づいて適切な無線リソースを選択することで、バッテリー９１８の電力消費を低減することができる。
　なお、スマートフォン９００は、プロセッサ９０１がアプリケーションレベルでアクセスポイント機能を実行することにより、無線アクセスポイント（ソフトウェアＡＰ）として動作してもよい。また、無線通信インタフェース９１３が無線アクセスポイント機能を有していてもよい。
　　［５－２．第２の応用例］
　図１４は、本開示に係る技術が適用され得るカーナビゲーション装置９２０の概略的な構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置９２０は、プロセッサ９２１、メモリ９２２、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）モジュール９２４、センサ９２５、データインタフェース９２６、コンテンツプレーヤ９２７、記憶媒体インタフェース９２８、入力デバイス９２９、表示デバイス９３０、スピーカ９３１、無線通信インタフェース９３３、アンテナスイッチ９３４、アンテナ９３５及びバッテリー９３８を備える。
　プロセッサ９２１は、例えばＣＰＵ又はＳｏＣであってよく、カーナビゲーション装置９２０のナビゲーション機能及びその他の機能を制御する。メモリ９２２は、ＲＡＭ及びＲＯＭを含み、プロセッサ９２１により実行されるプログラム及びデータを記憶する。
　ＧＰＳモジュール９２４は、ＧＰＳ衛星から受信されるＧＰＳ信号を用いて、カーナビゲーション装置９２０の位置（例えば、緯度、経度及び高度）を測定する。センサ９２５は、例えば、ジャイロセンサ、地磁気センサ及び気圧センサなどのセンサ群を含み得る。データインタフェース９２６は、例えば、図示しない端子を介して車載ネットワーク９４１に接続され、車速データなどの車両側で生成されるデータを取得する。
　コンテンツプレーヤ９２７は、記憶媒体インタフェース９２８に挿入される記憶媒体（例えば、ＣＤ又はＤＶＤ）に記憶されているコンテンツを再生する。入力デバイス９２９は、例えば、表示デバイス９３０の画面上へのタッチを検出するタッチセンサ、ボタン又はスイッチなどを含み、ユーザからの操作又は情報入力を受け付ける。表示デバイス９３０は、ＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイなどの画面を有し、ナビゲーション機能又は再生されるコンテンツの画像を表示する。スピーカ９３１は、ナビゲーション機能又は再生されるコンテンツの音声を出力する。
　無線通信インタフェース９３３は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｂ、１１ｇ、１１ｎ、１１ａｃ及び１１ａｄなどの無線ＬＡＮ標準のうちの１つ以上をサポートし、無線通信を実行する。無線通信インタフェース９３３は、インフラストラクチャーモードにおいては、他の装置と無線ＬＡＮアクセスポイントを介して通信し得る。また、無線通信インタフェース９３３は、アドホックモード又はＷｉ－Ｆｉ　Ｄｉｒｅｃｔ等のダイレクト通信モードにおいては、他の装置と直接的に通信し得る。無線通信インタフェース９３３は、典型的には、ベースバンドプロセッサ、ＲＦ回路及びパワーアンプなどを含み得る。無線通信インタフェース９３３は、通信制御プログラムを記憶するメモリ、当該プログラムを実行するプロセッサ及び関連する回路を集積したワンチップのモジュールであってもよい。無線通信インタフェース９３３は、無線ＬＡＮ方式に加えて、近距離無線通信方式、近接無線通信方式又はセルラ通信方式などの他の種類の無線通信方式をサポートしてもよい。アンテナスイッチ９３４は、無線通信インタフェース９３３に含まれる複数の回路の間でアンテナ９３５の接続先を切り替える。アンテナ９３５は、単一の又は複数のアンテナ素子を有し、無線通信インタフェース９３３による無線信号の送信及び受信のために使用される。
　なお、図１４の例に限定されず、カーナビゲーション装置９２０は、複数のアンテナを備えてもよい。その場合に、アンテナスイッチ９３４は、カーナビゲーション装置９２０の構成から省略されてもよい。
　バッテリー９３８は、図中に破線で部分的に示した給電ラインを介して、図１４に示したカーナビゲーション装置９２０の各ブロックへ電力を供給する。また、バッテリー９３８は、車両側から給電される電力を蓄積する。
　図１４に示したカーナビゲーション装置９２０は、無線ノード２０として動作し得る。この場合、例えば図４に示した無線通信部２１０、キャリアセンス部２２０、センサ部２３０、データ処理部２４０、制御部２５０及び記憶部２６０は、無線通信インタフェース９３３において実装されてもよい。また、これら機能の少なくとも一部は、プロセッサ９２１において実装されてもよい。それにより、カーナビゲーション装置９２０は、制御メッセージの送受信を要することなく、基地局におけるパケット消失の抑制を実現可能な適切な無線リソースを用いて、センサ信号を送信することができる。また、カーナビゲーション装置９２０は、位置情報に基づいて適切な無線リソースを選択することで、バッテリー９３８の電力消費を低減することができる。
　また、本開示に係る技術は、上述したカーナビゲーション装置９２０の１つ以上のブロックと、車載ネットワーク９４１と、車両側モジュール９４２とを含む車載システム（又は車両）９４０として実現されてもよい。車両側モジュール９４２は、車速、エンジン回転数又は故障情報などの車両側データを生成し、生成したデータを車載ネットワーク９４１へ出力する。
　＜６．まとめ＞
　ここまで、図１～図１４を用いて、本開示に係る技術の実施形態を詳細に説明した。上述した実施形態によれば、基地局１０との間で無線通信を行う無線ノード２０は、自身の位置情報が取得し、取得した位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行う。これにより、無線ノード２０は、基地局１０からの制御メッセージに因らずに単体で適切な無線リソースを使用することが可能であるので、制御メッセージの送受信に係る消費電力を削減することが可能であり、無線ノード２０の電池寿命が延長される。また、基地局１０においても、無線リソースの割り当てのための判断処理を行う必要がないため、処理負荷が軽減される。
　また、隠れ端末状態にある無線ノード２０同士は、異なる無線リソースを用いるため、センサ信号の衝突が回避される。また、同一の無線リソースを用いて送信する無線ノード２０は、同一のエリアに属することになるため、基地局１０との距離が同等となり遠近問題が解消される。このため、基地局１０は、逆拡散処理によりそれぞれのセンサ信号を分離して観測データを取得することが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　なお、本明細書において説明した各装置による一連の処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、各装置の内部又は外部に設けられる記憶媒体（非一時的な媒体：non-transitory　media）に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、コンピュータによる実行時にＲＡＭに読み込まれ、ＣＰＵなどのプロセッサにより実行される。
　また、本明細書においてフローチャート及びシーケンス図を用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　無線通信により基地局に信号を送信する無線通信部と、
　自身の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
　前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信部を制御する制御部と、
を備える無線通信装置。
（２）
　前記エリア内に含まれる２地点の最長距離が、キャリアセンスによる衝突回避可能な距離よりも短い、前記（１）に記載の無線通信装置。
（３）
　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない無線リソースが割り当てられる、前記（１）または（２）に記載の無線通信装置。
（４）
　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信時間帯が同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、前記（３）に記載の無線通信装置。
（５）
　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信用周波数が同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、前記（３）に記載の無線通信装置。
（６）
　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信時間帯及び送信用周波数の組み合わせが同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、前記（３）に記載の無線通信装置。
（７）
　異なる前記グループに含まれる同一の無線リソースが割り当てられるエリア同士の距離は、キャリアセンスにより衝突回避可能な距離よりも長い、前記（３）に記載の無線通信装置。
（８）
　前記制御部は、キャリアセンスおよびバックオフ制御を行って信号を送信するよう前記無線通信部を制御する、前記（１）～（７）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（９）
　前記無線通信部は、前記無線通信装置ごとに割り当てられた拡散符号を用いて送信信号を直接拡散する、前記（１）～（８）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（１０）
　前記無線通信部は、前記無線通信装置に割り当てられたサブキャリアを用いて送信信号をサブキャリア変調する、前記（１）～（８）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（１１）
　前記制御部は、前記所属するエリアに割り当てられた送信時間帯または周波数チャネルの少なくともいずれかを用いて送信を行うよう前記無線通信部を制御する、前記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（１２）
　前記制御部は、他の無線通信装置との間で共通の規則を用いて自身が所属するエリアを判定する、前記（１）～（１１）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（１３）
　前記無線通信装置は、他の無線通信装置との間で共通する、前記エリアごとに割り当てられた無線リソースを示す情報を記憶する記憶部をさらに備える、前記（１）～（１２）のいずれか一項に記載の無線通信装置。
（１４）
　無線通信により基地局に信号を送信する無線通信装置において、
　自身の位置を示す位置情報を取得することと、
　取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信装置を制御することと、
を含む、無線通信方法。
　１　　無線通信システム
　１０　　基地局
　１１０　　無線通信部
　１１２　　高周波スイッチ
　１１４　　復調部
　１２０　　データ処理部
　１３０　　バックボーン通信部
　１４０　　制御部
　１５０　　記憶部
　２０　　無線ノード、無線通信装置
　２１０　　無線通信部
　２１２　　高周波スイッチ
　２１４　　変調部
　２２０　　キャリアセンス部
　２３０　　センサ部
　２４０　　データ処理部
　２５０　　制御部
　２６０　　記憶部
　２７０　　位置情報取得部
　１１　　セル
　３０　　管理サーバ
　４０　　バックボーン通信路

Claims (14)

  1. 　無線通信により基地局に信号を送信する無線通信部と、
    　自身の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
    　前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信部を制御する制御部と、
    を備える無線通信装置。
  2. 　前記エリア内に含まれる２地点の最長距離が、キャリアセンスによる衝突回避可能な距離よりも短い、請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない無線リソースが割り当てられる、請求項１に記載の無線通信装置。
  4. 　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信時間帯が同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、請求項３に記載の無線通信装置。
  5. 　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信用周波数が同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、請求項３に記載の無線通信装置。
  6. 　前記エリアは、前記基地局が運用するセルに含まれる複数のエリアから成るグループに含まれ、割り当てられる送信時間帯及び送信用周波数の組み合わせが同一のグループに含まれる他のエリアと重複しない、請求項３に記載の無線通信装置。
  7. 　異なる前記グループに含まれる同一の無線リソースが割り当てられるエリア同士の距離は、キャリアセンスにより衝突回避可能な距離よりも長い、請求項３に記載の無線通信装置。
  8. 　前記制御部は、キャリアセンスおよびバックオフ制御を行って信号を送信するよう前記無線通信部を制御する、請求項１に記載の無線通信装置。
  9. 　前記無線通信部は、前記無線通信装置ごとに割り当てられた拡散符号を用いて送信信号を直接拡散する、請求項１に記載の無線通信装置。
  10. 　前記無線通信部は、前記無線通信装置に割り当てられたサブキャリアを用いて送信信号をサブキャリア変調する、請求項１に記載の無線通信装置。
  11. 　前記制御部は、前記所属するエリアに割り当てられた送信時間帯または周波数チャネルの少なくともいずれかを用いて送信を行うよう前記無線通信部を制御する、請求項１に記載の無線通信装置。
  12. 　前記制御部は、他の無線通信装置との間で共通の規則を用いて自身が所属するエリアを判定する、請求項１に記載の無線通信装置。
  13. 　前記無線通信装置は、他の無線通信装置との間で共通する、前記エリアごとに割り当てられた無線リソースを示す情報を記憶する記憶部をさらに備える、請求項１に記載の無線通信装置。
  14. 　無線通信により基地局に信号を送信する無線通信装置において、
    　自身の位置を示す位置情報を取得することと、
    　取得された前記位置情報に基づいて自身が所属するエリアを判別し、所属するエリアに割り当てられた無線リソースに従った送信を行うよう前記無線通信装置を制御することと、
    を含む、無線通信方法。
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