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JP5626006B2 - 無線装置、通信制御方法及び無線通信システム - Google Patents

無線装置、通信制御方法及び無線通信システム Download PDF

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JP5626006B2 JP2011038728A JP2011038728A JP5626006B2 JP 5626006 B2 JP5626006 B2 JP 5626006B2 JP 2011038728 A JP2011038728 A JP 2011038728A JP 2011038728 A JP2011038728 A JP 2011038728A JP 5626006 B2 JP5626006 B2 JP 5626006B2
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Description

本発明は、無線送受信を行う無線装置であって、複数のアンテナを切り替えて信号を受信する選択ダイバーシチ効果を有する無線装置及び該無線装置の通信制御方法、並びに該無線装置を備える無線通信システムの技術分野に関する。
無線通信において、複数のアンテナを用いて信号を受信するダイバーシチ受信方式は、フェージングによる受信電界強度低下の影響を低減するために有効な手段として知られている。このような方式を採用する無線装置について、下記の先行技術文献に説明がある。
また、ダイバーシチ受信方式において、複数のアンテナのうち、受信電界強度がより大きいアンテナで受信する選択ダイバーシチ受信方式が知られている。該方式では、複数のアンテナに対して装置内の受信用設備が一系統で足りるため、装置構成上のコスト面などで有益である。選択ダイバーシチ受信方式では、例えば、無線パケットのプリアンブルの受信期間において、各アンテナについての受信電界強度を測定している。そして、より受信電界強度が大きいアンテナを受信用のアンテナとして適宜切り替える制御が行われる。従って、より適切な受信アンテナを選択するためには、受信電界強度を測定するための充分な期間、言い換えれば充分な長さのプリアンブルが存在することが好ましい。
WO95/09495号国際公開パンフレット 特開2003−060541号公報 特開平10−163939号公報 特開2004−015089号公報
センサネットワークや無線LAN(Local Area Network)など、複数の端末が限られた空間(言い換えれば、帯域)を共有するシステムでは、搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance:CSMA/CA)方式が利用されることが多い。このようなシステムでは、パケットを送受信する無線装置数が増加し、空間内のパケット密度が増大すると、所謂パケット衝突が生じ、適切なパケット受信が行えない場合がある。このため、CSMA/CA方式では、パケット衝突を回避するために、各無線装置は、信号を送信する際に、周囲の他の無線装置がパケットを送信しているかを判定し、他の無線装置が信号を送信していないと判断した場合に信号を送信するという制御を行う。
しかしながら、空間内のパケット密度が増大した状態では、各無線装置がパケットを送信出来ない時間が増加し、送信の遅延に繋がること、また、パケット密度が過密の状態では、パケット衝突を充分に回避しきれないことなど、技術的な問題が残されている。この対策として、各パケットにおけるプリアンブル等の送信時間長を短縮することでパケット衝突の回避や送信出来ない時間の短縮を図ることが考えられる。しかしながら、選択ダイバーシチ受信方式では、上述の通り、受信アンテナ選択のためにある程度以上の長さのプリアンブルが求められることから、パケット衝突回避のためのパケットの送信時間長の短縮に対してトレードオフの関係にある。
本発明は、上述した技術的な問題点に鑑み、無線装置が複数存在し、空間内のパケット密度が増大した場合であっても、好適な無線通信と、選択ダイバーシチ制御を維持しつつ、パケット衝突を回避可能な無線装置及び方法、並びに無線通信システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、開示の無線装置は、他の無線装置との間で信号を送受信する複数のアンテナを備える無線装置であって、アンテナ切替部と、受信フィルタと、測定部と、制御部と、パケット密度判定部とを備える。アンテナ切替部は、測定部の測定結果に基づいて、信号の送受信に用いる複数のアンテナを切り替える。
受信フィルタは、通過周波数帯域を制御可能なフィルタである。測定部は、受信フィルタを介して受信した信号内のプリアンブルにおいて、複数のアンテナの夫々が受信した信号の受信レベル(言い換えれば、複数のアンテナの夫々の受信レベル)を測定する。制御部は、当該無線装置の信号の送受信動作の制御、及び受信フィルタの通過周波数帯域を制御する。パケット密度判定部は、当該無線装置の近傍におけるパケット密度を検出、判定又は推定する。
尚、制御部は、当該無線装置の近傍のパケット密度に基づいて、当該無線装置に対して信号を送信する他の無線装置に対して、プリアンブルを第1のデータ長から相対的に短い第2のデータ長に変更する指示を行う。また、制御部は、受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から相対的に広い第2の帯域に変更する。
上記課題を解決するために、開示の無線通信システムは、第1の無線装置及び該第1の無線装置と信号を送受信可能な一又は複数の第2の無線装置を含む複数の無線装置と、前記複数の無線装置と通信し、動作を管理可能な管理装置とを含む。
第1の無線装置は、上述した無線装置が備える各構成に加え、パケット密度判定部による判定結果を管理装置に通知する通知部を備える。
管理装置は、第1の無線装置からの通知に基づいて、第2の無線装置に対して、第1の無線装置に対して送信する前記信号内の前記プリアンブルを第1のデータ長から相対的に短い第2のデータ長に変更する指示を行う指示部を備える。
上述の構成によれば、プリアンブル長が短くなった場合においてもダイバーシチ制御を維持しつつ、パケット衝突を回避することが出来る。
複数の無線装置が存在する無線通信ネットワークの概要を示す図である。 無線装置の構成例を示す図である。 階層毎のフレーム構成を示す図である。 隣接端末テーブルの構成例を示す図である。 アプリケーション層のフレーム構成を詳細に示す図である。 無線装置のパケット受信に係る動作の流れを示すフローチャートである。 CSMA/CA方式での時系列的なパケット送受信の態様を示す図である。 無線装置の受信フィルタの帯域幅と該フィルタを介した出力波形との関係を示す図である。 受信フィルタの帯域幅とRSSIが安定するまでの時間との関係を示す図である。 制御用のコーディネータ装置を含む無線通信ネットワークの概要を示す図である。 無線装置の変形構成例を示す図である。 無線装置のパケット受信に係る動作の流れを示すフローチャートである。 コーディネータの動作の流れを示すフローチャートである。
以下に、発明を実施するための実施形態について説明する。
(1)構成例
図1を参照して、開示の無線装置を含む無線通信システムの構成例について説明する。図1に示される無線通信ネットワーク1は、相互に無線通信が可能な複数の無線装置を含むネットワークである。
無線装置10は、開示の無線装置の一例であって、例えば無線センサネットワーク等の所定のプロトコルに沿って無線通信により無線信号の送受信が可能な通信用の端末である。無線装置10は、周囲に配置される無線装置20a乃至gとの間で無線信号の送受信を行うことで、パケット化したデータの通信を行う。
無線装置20a乃至gは、無線装置10の周囲に配置される他の無線装置である。無線装置20a乃至gは、好適には無線装置10と同様の構成であってよく、例えば後述する無線装置10の構成例に示されるものと同様のハードウェア、ソフトウェア、機能及びその他の何らかの特徴を有していてよい。以下の説明では、無線装置10の周囲に配置される無線装置について、便宜上無線装置10と区別して説明するために無線装置20a乃至gとの表記を行っている。尚、以下の説明において、無線装置20a乃至gを区別せず説明する場合には、まとめて無線装置20と表記する。
無線装置10の構成例について、図2を参照して説明する。図2は、無線装置10のハードウェア構成と各構成が有する機能部とを示したブロック図である。
無線装置10は、第1アンテナ11と、第2アンテナ12と、アンテナ切替スイッチ13と、T/R(Transmission/Reception:送受信切替)スイッチ14と、無線部15と、無線制御部16とを備える。
無線部15は、送信パケット生成部151と、プリアンブル生成部152と、同期検出部153と、受信帯域フィルタ154と、RSSI検出部155とを備える。また、無線制御部16は、送信フレーム生成部161と、プリアンブル長制御部162と、受信フレーム処理部17と、送受信切替信号生成部18と、アンテナ制御信号生成部19とを備える。受信フレーム処理部17は、フレーム種類判定部171と、コマンド処理部172と、データ格納部173と、隣接端末テーブル174と、RSSI格納部175と、パケット密度判定部176と、RSSI大小判定部177とを備える。
第1及び第2アンテナ11、12は、夫々アンテナ切替スイッチ13に接続される送受信用のアンテナであって、無線信号の受信時には、受信信号をアンテナ切替スイッチ13及び(送受信切替スイッチ)14を介して無線部15に出力する。また、第1及び第2アンテナ11、12は、送信時には、無線部15より出力された送信信号をT/Rスイッチ14及びアンテナ切替スイッチ13、アンテナ切替スイッチ13で選択された第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介し、電波として送信する。尚、無線装置10は、3つ以上のアンテナを有していてもよい。
アンテナ切替スイッチ13は、第1及び第2アンテナ11、12を、T/Rスイッチ14及び無線部15に接続するスイッチである。アンテナ切替スイッチ13は、無線制御部16が備えるアンテナ制御信号生成部19において生成されるアンテナ制御信号に基づいて動作し、接続先を第1及び第2アンテナ11、12のいずれかに切り替える。
アンテナ切替スイッチ13は、不図示の分配器を備え、該分配器において第1アンテナ11が出力する受信信号及び第2アンテナ12が出力する受信信号を、T/Rスイッチ14に出力する。
T/Rスイッチ14は、無線部15が備える送信パケット生成部151と、受信帯域フィルタ154を夫々アンテナ切替スイッチ13並びに第1及び第2アンテナ11、12に接続するスイッチである。T/Rスイッチ14は、無線制御部16が備える送受信切替信号生成部18において生成される送受信切替信号に基づいて動作し、接続先を送信パケット生成部151及び受信帯域フィルタ154のいずれかに切り替える。かかる動作により、信号の送信時には送信部151が、信号の受信時には受信帯域フィルタ154が、アンテナ切替スイッチ13並びに第1及び第2アンテナ11、12に接続される。
無線部15は、第1及び第2アンテナ11、12を介してパケットの送受信を行う信号処理用の装置である。無線部15は、送信パケット生成部151とプリアンブル生成部152と同期検出部153と受信帯域フィルタ154とRSSI検出部155とを備える。
送信パケット部151は、無線制御部16の送信データ生成部161において生成された送信用のデータを第1及び第2アンテナ11、12を介して送信する装置である。
プリアンブル生成部152は、無線制御部16のプリアンブル長制御部162において生成される制御信号に応じた長さのプリアンブルを生成、送信部151に出力する。送信部151は、入力されるプリアンブルに送信用データに付加したパケットを第1又は第2アンテナ11、12を介して送信する。
受信部153は、受信フィルタ154、第1又は第2アンテナ11、12を介して受信した受信信号のRSSI(Received Signal Strength Indicator)を検出するRSSI測定部155、及び受信した信号をデータに復調する不図示の復調回路等を備える。受信部153は、復調回路において生成したデータを無線制御部16の受信データ処理部163に送信する。
受信フィルタ154は、受信部153に入力される受信信号について、所定の通過帯域の信号を通過させる一方で他の帯域の信号を減衰させるデジタルフィルタである。受信フィルタ154の通過帯域は、受信制御部16のフィルタ帯域制御部164からの制御信号により適宜変更可能となっている。
RSSI測定部155は、第1及び第2のアンテナ11,12の受信電力に相当する受信強度表示信号(Received Signal Strength Indicator:RSSI)を夫々検出し、受信データ処理部163に出力する。RSSI測定部155は、例えば、第1アンテナ11において受信した信号のRSSIを所定期間検出し、次に第2アンテナ12において受信した信号のRSSIを所定期間検出する。
ここに、所定期間とは、信号によるデータの伝送形態の一例であるパケットに付加されるプリアンブル受信期間中の所定の期間を示す。具体的には、RSSI測定部155は、受信パケットのプリアンブル受信期間中の第1の期間において第1アンテナ11のRSSI値の測定を行い、プリアンブル受信期間中の第1の期間とは異なる第2の期間において第2アンテナ12RSSI値の測定を行う。
無線制御部16は、例えば、CPUとメモリとを備え、メモリ内に格納されるプログラムに基づいてCPUが動作することで、後述する各機能部に示される各機能を実現させる装置である。無線制御部16は、送信データ生成部161と、プリアンブル長制御部162と、受信データ処理部163と、フィルタ帯域制御部164と、送受信切替制御部165と、アンテナ切替制御部166とを備える。
送信データ生成部161は、第1又は第2アンテナ11、12を介して送信するパケットを生成し、無線部15の送信部151に出力する。また、送信データ生成部161は、後述するパケット密度の判定結果に応じて、他の無線装置20に対して、プリアンブル短縮要求メッセージを生成して、第1又は第2アンテナ11、12を介して送信するよう、無線部15の送信部151に出力する。
プリアンブル長制御部162は、無線部15のプリアンブル生成部152に対して、パケットに付加するプリアンブルの長さを指定する信号を送信する。例えば、プリアンブル長制御部162は、プリアンブル生成部152に対して、通常の通信時には8byteのプリアンブルを生成するよう指示し、後述するパケット密度の判定結果に応じて、例えば4byte等のより短いプリアンブルを生成する指示を行う。
受信データ処理部163は、受信部153において受信したパケットについて処理する機能部である。受信したパケットについて、不図示の出力装置を介した音声又は映像の出力や、その他何らかのデータ処理を実施する。
フィルタ帯域制御部164は、受信部154の受信フィルタのレジスタ値を変更すること等により、受信フィルタ154の通過周波数帯域を変更する機能部である。
送受信切替制御部165は、無線部15での送受信動作に応じて、T/Rスイッチ14を切り替える制御信号を生成する機能部である。
アンテナ切替制御部166は、RSSI測定部155において検出される受信信号のRSSI等に応じて、アンテナ切替スイッチ13を切り替えるための制御信号を生成する機能部である。
パケット密度判定部17は、無線装置10の近傍におけるパケット密度について、所定の基準の下、その高低を判定する。例えば、パケット密度判定部17は、パケット密度が高いレベルにあるか否か(例えば、所定閾値よりも高いか否か、つまり、低いレベルにあると判定される場合と比較して相対的に高いか否か)を判定してもよい。或いは、パケット密度判定部17は、パケット密度が低いレベルにある(例えば、所定閾値以下となるか否か、つまり、高いレベルにあると判定される場合と比較して相対的に低いか否か)を判定してもよい。
パケット密度判定部17は、例えば、好適な一形態として、内部に無線装置10の近傍の無線装置20の配置数を格納するデータベースを含むメモリを備える。一般的に、或るエリア内に配置される無線装置数が増大するにつれて、該エリア内における信号の送受信の頻度は高くなり、エリア内のパケット密度は増大すると言える。そこで、パケット密度判定部17は、無線装置10の近傍に配置される無線装置20の数に所定の閾値を設け、近傍の無線装置20の数が該閾値を超える場合に、パケット密度が相対的に高いと判定する。尚、パケット密度判定部17は、受信アンテナ11、12を介して受信した信号に基づいて、近傍の無線装置20について、信号を送信している等、稼働している装置の数のみを考慮して上述の判定を行ってもよい。以下に説明する無線装置10の動作例では、近傍の無線装置20の配置数に基づいてパケット密度の判定を行う動作について例示する。
また、パケット密度判定部17は、他の一形態として、RSSI測定部155において検出される近傍の無線装置20から送信される信号の受信レベル(例えば、RSSI値等)に所定の閾値を設定し、該閾値を超えるRSSI値が検出される回数に応じてパケット密度が相対的に高いと判定する。尚、かかる形態は、閾値を超えるRSSI値が検出される回数に閾値を設定し、該閾値を超える回数の検出が確認される場合に、パケット密度が相対的に高いと判定する等、適宜調整されてよい。
また、パケット密度判定部17は、他の一形態として、無線装置10における信号再送が行われる回数に所定の閾値を設定して、検出した再送回数が閾値を上回る場合に、パケット密度が相対的に高いと判定してもよい。一般的に、CSMA/CA方式で通信を行う無線装置10の近傍でのパケット密度が高い場合、無線装置10内でのパケットの誤り率が増大し、パケットの再送回数が増大する。このため、無線装置10におけるパケットの再送回数に着目することで、無線装置10の近傍におけるパケット密度の推定が可能となる。
パケット密度判定部17は、上述した方法のいずれかを用いて無線装置10の近傍におけるパケット密度の判定を行ってもよく、またこれらを組み合わせてパケット密度の判定を行ってもよい。また、パケット密度判定部17は、その他、公知非公知を問わず、好適にパケット密度を検出又は推定可能な方法について適宜採用してもよい。
図2を参照して、無線装置10の各機能部の一連の動作について説明する。
先ず、無線装置10の送信動作について説明する。
無線制御部16は、データ送信時、送信フレーム生成部161でメモリ内のデータをペイロード(Payload)の形にして送信パケット生成部151に送る。送信パケット生成部151は、ペイロードに、プリアンブル(Preamble)、同期語(SFD)、フレーム長(Length)、予約域(Reserved)を含む物理ヘッダを付加してパケットを生成する。一方で、送受信切替信号生成部18は、T/Rスイッチ14を送信側に切り替えるための切替信号をT/Rスイッチ14へ出力する。切替信号を受信したT/Rスイッチ14は、接続先を送信側の送信パケット生成部151に切り替える。更に、送受信切替信号生成部18は、送信側への切り替えとともに、アンテナ切替スイッチ13で第1、第2アンテナ11、12のいずれか一方に切り替える動作を行う。尚、無線装置10は、送信時にアンテナのダイバーシチ制御を行わない構成を想定している。このため、送信時に用いるアンテナについて予め決定されていてもよく、また、受信時に選択したアンテナを用いてもよい。尚、上述した例に関わらず、無線装置10は、図2に記載されない公知の構成などを更に備えることで、送信時にアンテナのダイバーシチ制御を実施してもよい。
無線部15は、送信パケットを不図示の高周波回路部により高周波信号に変換して、T/Rスイッチ14、アンテナ切替スイッチ13及び第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介して空間に出力する。
次に、無線装置の受信時の動作について説明する。
無線装置10は、受信待機状態時に、送受信切替信号生成部18より、T/Rスイッチ14が受信側になるように切替信号を出力する。また、送受信切替信号生成部18は、第1アンテナ11、第2アンテナ12をある時間間隔で切り替える選択ダイバーシティ制御ができるように、アンテナ制御信号生成部19に選択ダイバーシティ制御信号を出力する。アンテナ制御信号生成部19は、その選択ダイバーシティ制御信号を受けて、ある時間間隔で、第1アンテナ11、第2アンテナ12を切り替えるようにアンテナ制御信号をアンテナ切替スイッチ13に出力する。
無線装置10は、他の端末からパケットを受信した際、該パケットを無線部15における不図示の高周波回路部において復調する。同期検出部153は、復調されたパケットを受信帯域フィルタ154を介して受信し、物理ヘッダ内に含まれる同期語の検出を行い、検出位置の後続にあるペイロード(PSDUフレーム)を切り取って、フレーム種類判定部171へ出力する。また、例えばログアンプ等のRSSI検出部155は、該パケットを受信帯域フィルタ154を介して受信し、パケットのプリアンブルでの受信電界の強さを検出する。
フレーム種類判定部171は、無線部15の同期検出部153から出力されるペイロードのヘッダ情報を読み込み、当該フレームがコマンドであるかデータであるかを判定する。フレーム種類判定部171は、当該フレームがコマンドであると判定すると、当該フレームをコマンド処理部172に出力し、当該フレームがデータであると判定すると、当該フレームをデータ格納部173に出力する。
コマンド処理部172は、フレーム種類判定部171から出力されるコマンドのフレームを分析する。コマンド処理部172は、受信したフレームに記述されているコマンドがプリアンブル長短縮要求であるか否かを判別し、プリアンブル長短縮要求コマンドである場合、該フレームをプリアンブル長制御部162に出力する。
プリアンブル長制御部162は、受信したフレームから、送信元情報とプリアンブル長短縮要求の内容を検出し、プリアンブル長短縮要求を示す制御信号をプリアンブル生成部152へ出力する。制御信号を受信したプリアンブル生成部152は、短縮されたプリアンブルと送信元を示すアドレスとを生成し、送信パケット生成部151へ出力する。送信パケット151は、送信フレーム生成部161からのフレーム信号に、プリアンブル生成部152からのプリアンブルと送信元アドレスを付加して、送信パケットを生成し、T/Rスイッチ14へ出力する。
図3を参照して、階層毎のフレーム構成について説明する。図3(a)及び(b)は、物理フレームのアプリケーション層に相当するフレーム構成を詳細に示す図である。アプリケーション層のフレームは、各無線装置の動作を制御する制御フレームや、温度などの実データを送信するデータフレームなどがあり、ヘッダにフレームの種類が記述されており、この記述にてフレームの種類を判定するのに用いる。
図3(a)は、プリアンブル長短縮要求を示す制御フレームの構成を示す。その制御フレームは、フレーム種類とフレーム長を備えるヘッダと、プリアンブル長短縮後のプリアンブルの長さを示すプリアンブル長とプリアンブル長短縮要求を出したアドレスを示す送信先アドレスとを備える送信先アドレスとを備える。
図3(b)は、データ送受信時のフレーム(言い換えれば、データフレーム)構成を示す図である。データフレームは、フレーム種類とフレーム長を備えるヘッダと、実際に送信するデータ、例えばセンサーネットワークであれば温度情報などの情報と実際に温度情報を取得した時間を示す取得時間とを備えるペイロードとを備える。
尚、実際の装置ではコマンドの種類は様々あるが、本実施形態ではプリアンブル長短縮要求のコマンドのみを想定して説明している。このようなコマンドは、図3(a)に示されるフレームにより構成される。プリアンブル長短縮要求フレームは、例えば、周囲の無線端末(20a乃至20c等)から無線端末10宛ての送信パケットのプリアンブル長を短縮することを求めるものである。
図2に戻り説明を続ける。フレーム種類判定部171は、同期検出部153から出力されたフレームが、例えば、温度等の環境情報、又はHelloパケット等の非コマンドのデータである場合、該フレームの物理層のPSDUよりアプリケーション層のデータを切り出し、切り出したデータとPSDU内のデータ送信元アドレス情報とをデータ格納部173に格納する。データ格納部173は、送信元アドレス情報を隣接端末テーブル174へ出力する。隣接端末テーブル174では、送信元アドレス情報をテーブル化して、隣接する無線端末の情報として格納する。ここに、隣接する無線端末とは、無線装置10の近傍に配置され、且つ無線装置10に対してパケットの送信を行う無線端末(例えば、図1に記載される無線端末20a乃至20c等)を示す趣旨である。
図4を参照して、隣接端末テーブル174の構成について説明する。図4は、隣接端末テーブル174のテーブル構成の一例を示す図である。隣接端末テーブル174は、グループID、MACアドレス、ネットワークアドレス及びデバイスタイプ等を一覧にした構成を採っている。グループIDは、各フレームについて、NWKフレームのヘッダに含まれるネットワークアドレス毎にグループ化し、該グループ化したネットワークアドレス毎に割り当てられる識別用のID番号である。MACアドレスは、MACフレームのヘッダにあるMACアドレスを抽出したものである。ネットワークアドレスは、ネットワークフレームにあるNWKヘッダを抽出したものである。デバイスタイプは、アプリケーションフレームのアプリケーションヘッダから抽出したものである。尚、隣接端末テーブル174は、上述したの情報に加えて、例えば、RSSI等の他の情報を一覧に加えてもよい。
図2に戻り説明を続ける。パケット密度判定部176は、例えば、隣接端末テーブル174を定期的に参照し、当該無線装置10に隣接して配置される端末の台数(言い換えれば、配置数)を取得する。パケット密度判定部176は、該隣接端末の配置数について閾値を設定し、該閾値と比較を行うことでパケット密度の判定を行う。隣接装置の配置数が閾値よりも大きくなる場合、パケット密度判定部176は、パケット密度が比較的高いと判断し、プリアンブル長の短縮を要求する信号を送信フレーム生成部162へ出力する。
送信フレーム生成部161は、該要求信号を受信した場合、図3(a)に示すようなフレーム種類とフレーム長を備えたヘッダとプリアンブル長と送信先アドレスとを備え、ペイロードを有するプリアンブル長短縮要求フレームを、送信パケット生成部151へ出力する。送信パケット生成部151は、受信したプリアンブル長短縮要求フレームにプリアンブル生成部152において生成されるプリアンブルを付加して、T/Rスイッチ14、アンテナ切替スイッチ13及び第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介して送信する。
パケット密度判定部176は、送信フレーム生成部162へプリアンブル長の短縮を要求する信号を出力した後に、受信帯域フィルタ154に対して帯域を変更する変更信号を出力する。受信帯域フィルタ154は、帯域の変更信号に応じて不図示のレジスタに登録されている値を変更することで、フィルタ帯域を変更するように設定する。例えば、パケット密度判定部176は、送信フレーム生成部162へプリアンブル長の短縮を要求する信号を出力した後に、受信帯域フィルタ154に対して帯域を拡大する変更信号を出力する。受信帯域フィルタ154は、該変更信号に応じてレジスタ値を変更することで、フィルタ帯域を拡大する。
パケット密度判定部176は、隣接端末テーブル174のテーブルから、隣接する無線端末の台数が閾値よりも小さい場合で、以前プリアンブル長を短縮する要求信号を送信済みであれば、プリアンブル長を拡大する拡大要求を示す要求信号をプリアンブル長制御部162へ出力する。送信フレーム生成部161は、その要求信号により、図5に示すようなフレーム種類とフレーム長を備えたヘッダと、拡大後のプリアンブル長と送信先アドレスを備えたペイロードを有するフレームを、送信パケット生成部151へ出力する。送信パケット生成部151は、送信フレーム生成部161からのフレームにプリアンブル生成部152からのプリアンブルを付加して、T/Rスイッチ14、アンテナ切替スイッチ13及び第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介して送信する。
パケット密度判定部176は、送信フレーム生成部162へプリアンブル長の拡大を要求する信号を出力した後に、受信帯域フィルタ154に対して帯域を縮小する変更信号を出力する。受信帯域フィルタ154は、該変更信号に応じてレジスタ値を変更することで、フィルタ帯域を縮小する。
RSSI検出部155は、受信帯域フィルタ154を通過したプリアンブルから、受信パケットの信号強度であるRSSIを検出し、当該RSSI値と、アンテナ制御信号生成部19からのアンテナ制御信号からのアンテナ情報とを、RSSI格納部175へ出力する。
つまり、無線装置10は、ダイバーシチ受信において、パケット先頭のプリアンブルで、第1アンテナ11及び第2アンテナ12のいずれかにアンテナ切替スイッチ13で切り替え、無線信号を受信する。RSSI格納部175では、格納されたRSSI値とアンテナ情報(第1アンテナ11、第2アンテナ12のどちらで受信したか)を格納する。
RSSI大小判定部177は、RSSI格納部175で格納されている第1アンテナ11、第2アンテナ12でRSSI値の大小を比較し、プリアンブル以降の信号をどちらのアンテナで受信するか決定する。RSSI大小判定部177は、決定したアンテナ情報をアンテナ制御信号生成部19に出力し、アンテナ切替スイッチ13を制御することで、無線部15でパケットのプリアンブル以降の信号を受信するように制御する。
上述した無線装置10の動作により送受信されるパケットは、無線センサネットワークにおいて用いられる、例えばIEEE802.15.4d等の公知の規格に沿ったフレームフォーマットを有するものであってよい。図5は、各階層でのフレーム構成を示す図である。図5では、パケットの一例であるIEEE802.15.4d規格に沿ったフレームフォーマットを物理フレームにて、概略的に示している。
図5に示されるように、パケット、つまり物理フレームは、プリアンブル(Preamble)、同期語となるSFD(Start Frame Delimiter)、フレーム長を格納するLength、規格上で予約されるReservedを備える物理ヘッダと、データが格納されるペイロードであるPSDU(PHY Service Data Unit)とを備える。MACフレームは、物理フレームの上位の階層で、物理フレームのペイロードにそのまま入り、MACヘッダとペイロードとを備える。NWK(ネットワーク)フレームは、MACフレームの上位階層のフレームで、MACフレームのペイロードにそのまま入り、NWKヘッダとペイロードとを備える。アプリケーションフレームは、NWKフレームの上位階層フレームで、NWKフレームのペイロードにそのまま入り、アプリケーションヘッダとペイロードとを備える。
プリアンブルは、規格等により設定される所定のデータ長を有するものの、実質的なデータを含まない区間である。尚、以降の説明においては、図1において無線装置20から無線装置10に対してパケットを送信する際のプリアンブル長を8byteであると仮定する。
無線装置10のRSSI測定部155は、このような8byteのプリアンブルを受信している期間内に、第1及び第2アンテナ11、12の夫々についてRSSIを検出する。具体的には、RSSI測定部155は、プリアンブル内の所定のデータ長部分を受信している間に第1アンテナ11のRSSIを測定し、続く所定のデータ長部分を受信している間に第2アンテナ12のRSSIを測定する。その後の所定のデータ長部分を受信している間に、第1及び第2アンテナ11、12のRSSIを比較して、パケットのPSDUのデータを受信するために用いるアンテナを選択する。
図2に示す無線装置10について、図6参照して、動作の流れを説明する。図6は、無線装置10の動作の流れを示すフローチャートである。
無線装置10は、信号の送受信動作において、通常の動作として第1及び第2アンテナ11、12についての選択ダイバーシチ受信方式の制御をアンテナ制御信号生成部19の動作により行う。アンテナ制御信号生成部19は、信号の受信時に、アンテナ制御信号をアンテナ切替スイッチ13へ送信することで、適宜受信のために用いるアンテナの切り替えを行っている(ステップS101)。
無線装置10は、第1及び第2アンテナ11、12、受信帯域フィルタ154を介して、パケットを受信する(ステップS102)。同期検出部153は、受信帯域フィルタ154を介して、得られた受信パケット中の同期語を検出し、同期語以降のペイロードをフレーム種類判定部171へ出力する(ステップS103)。
フレーム種類判定部171は、同期検出部153からのペイロードから、図3に示すアプケーションフレームのヘッダを抽出し、該ヘッダに含まれるフレーム種類を示す情報を参照して、該ペイロードがコマンドかデータかを判定する(ステップS104)。
フレーム種類判定部171は、該ヘッダからコマンドと判定されると、該ペイロードをコマンド処理部172へ出力し、データと判定されると、該ペイロードをデータ格納部173に格納する(ステップS105)。
データ格納部173は、該ペイロードに含まれる情報に基づいてパケットの送信元アドレスを隣接端末テーブル174に登録する(ステップS106)。パケット密度判定部176は、隣接端末テーブル174に登録されている送信元アドレスの数を定期的に参照する(ステップS107)。該送信元アドレスの数からは、無線端末10に対してパケットを送信する端末数を算出することが出来る。
パケット密度判定部176は、隣接端末テーブル174のテーブルから、隣接する無線端末の配置数を取得し、所定の閾値と比較を行う(ステップS108)。隣接する無線端末の配置数が閾値を越える場合(ステップS108:Yes)、S109への処理へ進み、閾値を越えない場合(ステップS108:No)には、S113の処理へ進む。
隣接する無線端末の配置数が閾値を越える場合(ステップS108:Yes)パケット密度判定部176は、プリアンブル長短縮要求を以前に送信しているか否かを確認する(ステップS109)。送信済みでない場合(ステップS109:No)、S110の処理に進み、送信済みの場合(ステップS109:Yes)には、S101への処理へ戻る。
パケット密度判定部176は、プリアンブル長短縮要求を以前に送信済みでない場合(ステップS109:No)、プリアンブル長を短縮する要求信号を送信フレーム生成部162へ出力する。送信フレーム生成部161は、その要求信号により、図3(a)に示すようなフレーム種類とフレーム長を備えたヘッダとプリアンブル長と送信先アドレスを備えたペイロードを有するフレームを、送信パケット生成部151へ出力する。送信パケット生成部151は、送信フレーム生成部161からのフレームにプリアンブル生成部152からのプリアンブルを付加して、T/Rスイッチ14、アンテナ切替スイッチ13及び第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介して送信する(ステップS110)。
パケット密度判定部176は、送信フレーム生成部162へ、プリアンブル長を短縮する要求信号を出力した後に、受信帯域フィルタ154へ帯域を変更する変更信号を出力する。受信帯域フィルタ154は、拡大変更信号を受信すると、帯域を変更するようにレジスタ値を変更してフィルタ帯域を拡大するように設定し、S101の処理へ戻る(ステップS111)。
パケット密度判定部は、プリアンブル長短縮要求を以前に送信しているか否かを確認する(ステップS112)。送信済みの場合(ステップS112:Yes)、S114の処理に進み、送信していない場合(ステップS112:No)には、S101への処理へ戻る。
パケット密度判定部176は、プリアンブル長短縮要求送信済みである場合(ステップS112:Yes)、プリアンブル長を拡大する拡大要求を示す制御信号をプリアンブル長制御部162へ出力する。送信フレーム生成部161は、その制御信号により、図5に示すようなフレーム種類とフレーム長を備えたヘッダと、拡大後のプリアンブル長と送信先アドレスを備えたペイロードを有するフレームを、送信パケット生成部151へ出力する。送信パケット生成部151は、送信フレーム生成部161からのフレームにプリアンブル生成部152からのプリアンブルを付加して、T/Rスイッチ14、アンテナ切替スイッチ13及び第1アンテナ11又は第2アンテナ12を介して送信する(ステップS113)。
パケット密度判定部176は、プリアンブル長を拡大する拡大要求を示す制御信号をプリアンブル長制御部162へ出力した後に、受信帯域フィルタ154へ帯域を縮小変更する縮小変更信号を出力する。受信帯域フィルタ154は、縮小変更信号を受信すると、帯域を縮小変更するようにレジスタ値を変更してフィルタ帯域を縮小するように設定し、S101の処理へ戻る(ステップS114)。
無線装置10は、信号の送受信動作時に、近傍の無線装置20の配置数を取得する(ステップS103)。これは、例えば、メモリ内の近傍の無線装置20についての配置状況を格納するデータベース等を参照することで実施される。このとき、無線装置10は、周囲の無線装置20a乃至20c等との間でHelloパケット等のパケット交換を行うことで、隣接する装置の配置数を適宜取得し、隣接端末テーブル174の更新を行うことが好ましい。
取得した近傍の無線装置20の配置数が所定の閾値を越える場合(ステップS104:Yes)、無線装置10は、周囲の無線装置20に対して、送信パケットのプリアンブル長を短縮するプリアンブル長短縮要求を送信する。このとき、無線装置10は、当該無線装置10との間でパケットを送受信する無線装置20の全てに対してプリアンブル長短縮要求を送信するために、所謂ブロードキャスト送信方式でプリアンブル長短縮要求を送信してもよい。
図7を参照して、ランダムにパケット送信によるパケット衝突後のプリアンブル長短縮要求のブロードキャスト送信と、各無線装置20からのパケット送信の態様について、時系列的な関係を説明する。図7は、無線装置10と、無線装置20a乃至cとがCSMA/CA方式でのパケットの送受信を行っている際の時系列的なパケット送受信の態様を示す図である。
図7では、無線装置10の周辺にある無線装置20a乃至cがランダムに、無線装置10に対して、パケットを送信した場合、無線端末10で受信される無線端末20bと20cのパケットとが衝突してしまう。
その後、無線端末10は、プリアンブル長短縮要求を無線端末20a乃至cにブロードキャスト送信する。ブロードキャスト送信によれば、複数の送信先に同時に信号が送信されるため、図7に示されるように、無線装置20a乃至cの夫々は、略同一の時刻にプリアンブル長短縮要求を受信する。
プリアンブル長送信要求として送信されるブロードキャストパケットは、無線装置10のアドレスと、無線装置10にパケットを送信する際のプリアンブル長を示す情報を含む。これらの情報を受信した無線装置20は、該パケットをプリアンブル長送信要求であると認識して、以降、無線装置10に対して信号送信を行う際には、パケットのプリアンブル長をブロードキャストパケット内に格納されるプリアンブル長に設定する。上述のように通常8byteにプリアンブル長が設定される通信ネットワ−クでは、例えば短縮後のプリアンブル長を4byteに設定する。尚、ブロードキャスト送信は、送信時の態様の一例に過ぎず、無線装置10は、送信先となる無線装置20の全てに対して確実に、更により好適には迅速にプリアンブル長短縮要求を送信可能であるならば、その他何らかの態様で送信してもよい。
プリアンブル長短縮要求を受信した無線端末20a乃至cは、無線端末10に対してパケットを送信する際には、短縮要求に応じて設定されるプリアンブル長を付加した、以前より全体のパケット長が短いパケットを送信する。
無線装置10の動作により、各無線装置20が無線装置10に対して送信するパケットのプリアンブル長が短くなると、無線装置10側で受信する個々のパケットの長さが短くなる。図7に示されるように、これによって個々のパケットが空間上を占める割合が低下するため、無線装置10は、プリアンブル長の短縮前と比較してより多くのパケットを受信可能となる。
無線端末10は、他の無線装置20に対してプリアンブル長短縮要求を送信すると共に、短いプリアンブル長であっても受信のための適切なアンテナを選択するダイバーシチ制御が可能となるように、受信フィルタ154の帯域を既定値よりも広く設定する。例えば、150kHz帯域幅であれば、200kHz帯域幅に変更する。
また、フィルタ帯域制御部164は、先のプリアンブル長短縮要求において指示したプリアンブル長の短縮分に応じて、受信フィルタ154の帯域の拡大分を決定してもよい。後述するように、短縮要求によって短縮されたプリアンブルの受信期間において、第1及び第2アンテナ11、12の夫々についてRSSIを適切に測定し、受信に用いる好適なアンテナを選択可能であれば受信フィルタ154の帯域の拡大分は適宜設定されてよい。
無線装置10内の受信フィルタの周波数帯域を変更する前に、周囲の無線装置から送信されるパケット長を変更することを実施することで、パケット長変更を指示した後のパケット衝突を確実に回避できるという効果がある。、
図8及び図9を参照して、受信フィルタの帯域を変更した場合の無線装置10の動作への影響について説明する。図8(a)は、無線装置10のRSSI測定部155において検出される受信信号の帯域について、受信フィルタ帯域幅を図6のステップS111の処理による拡大設定が行われていない既定値のままである通常時(下部)と、帯域拡大時(上部)との両方の場合について示す図である。図8(a)では、横軸にRSSI測定部155において検出される受信信号の周波数を示している。また、図8(b)は、縦軸に検出される受信信号の出力、横軸に時間をプロットし、受信フィルタ154の通過帯域の通常時と帯域拡大時とについて、検出される受信信号の出力の応答時間の違いを示している。
図8(a)に示されるように、RSSI測定部155は、受信フィルタ154の帯域拡大時には、通常時と比較して、より広い周波数の信号を検出可能となる。このため、図8(b)に示されるように、RSSI測定部155において検出される受信信号の出力は、帯域拡大時には、応答性が向上し、パルス形状が明確なものとなる。他方で、通過帯域が通常時である場合には、検出される出力の応答時間が帯域拡大時よりも遅く、パルス形状が崩れ、検出し難い三角波等の形状に近付く。
信号受信から該信号のRSSIを検出するまでには、AGC(自動利得調整)設定時間、RSSI安定に分けて考えることができる。安定したRSSIを出力するには、AGCを複数回調整する必要がある。図示されていないAGC(Auto Gain Control)回路では、信号振幅を調整して、その調整が収束するまでの時間をAGC設定時間と呼ばれる設定時間が必要となる。
図9(a)に示される、比較的受信フィルタ154の通過帯域が狭い通常時の例では、信号受信(時刻T0)からRSSI安定(時刻T1)までの期間がAGC設定時間でもあるRSSI安定時間となる。言い換えれば、このようなRSSI安定時間がパケットのプリアンブル受信期間内において確保出来ない場合、適切にRSSIを検出出来ず、受信に用いるアンテナの選択が適切に実施されない可能性がある。
他方で、受信フィルタ154の通過帯域拡大時には、出力波形の応答が通常時と比較して高速となるため、フィードバック制御に要する時間が通常時より短くなる。図9(b)示される例では、通常時と同時刻(時刻T0)に受信した信号について、時刻T1より早い時刻T2にはRSSI安定に到達できる。そのため、受信フィルタの帯域幅を広く設定することによりAGC調整時の応答を短くすることができ、結果、RSSI応答速度を速くし、アンテナ切り替え時間を短く設定することが可能となる。
従って、プリアンブル短縮時においても、適切なRSSIの検出が可能となり、ダイバーシチ制御による適切なアンテナの選択を実行可能となる。
無線装置10の受信フィルタ153の通過帯域は、初期設定時においては信号受信のために求められる信号対雑音比を損なわない程度に狭く設定される。通過帯域を広く設定することで、もともとの通過帯域に隣接する周波数帯域の他の信号についても通過し、該信号が雑音として入力されることで、結果として無線装置10の通信可能距離が低下するためである。
しかしながら、無線装置10は、空間を占めるパケットの占有率が充分高いと判断可能な程度に周囲の無線装置20の設置台数が多い状況下におかれる場合がある。このように無線装置10及び20が密集している状態であれば、無線装置10と通信する他の無線装置20との距離は比較的近いと判断出来る。このため、受信フィルタ154の通過帯域を拡大することに起因する雑音電波による通信可能距離の低下は無線装置10の運用上問題とならないと判断出来る。更に、このように無線装置10及び20が密集するエリアにおいては、長い通信距離による信号減衰よりも、マルチパスによる信号の受信電力の減衰の方が受信上の大きな技術的問題であると考えられる。かかるマルチパスによる信号の受信電力の減衰については、より受信に適したアンテナを選択する選択ダイバーシチ方式により対処可能であるため、無線装置10によれば好適な通信を実現可能となる。
尚、上述したプリアンブル長拡大要求とは、プリアンブル長短縮要求によって短縮されたプリアンブル長を短縮前の状態、言い換えれば通常時のプリアンブル長に戻す設定することを要求する趣旨である。無線装置10は、空間中のパケット占有率が低いと判断される場合には、プリアンブル長を短縮すること、及びそれに伴って受信フィルタの通過周波数帯域を拡大することによって、信号の受信効率が必ずしも向上しない場合がある。そこで、無線装置10は、空間中のパケット占有率が低いと判断される場合には、近傍の無線装置20に対して短縮したプリアンブル長を短縮前の状態に戻すプリアンブル長拡大要求を送信し、受信フィルタの通過周波数帯域を拡大前の状態に戻す設定を行う。
無線装置10において設定する短縮後のプリアンブル長は、少なくとも無線装置10においてダイバーシチ制御による効果が享受可能なデータ長を下限とすることが好ましい。無線装置10のRSSI測定部155によって測定されるアンテナ毎のRSSI値の測定時間は、アンテナ毎にRSSI値の測定開始からRSSI値が安定して、精確なRSSI値が検出可能となるまでの所謂RSSI安定時間に依存する。かかるRSSI安定時間の長さは、RSSI測定部155においてより多くの周波数帯域を参照することで、短くなる。尚、受信フィルタ154の通過周波数帯域は、装置毎に設定される範囲で適宜設定可能である。
従って、例えば、短縮後のプリアンブル長の下限は、拡大後の通過周波数帯域を充分に広く設定した上で、該設定においてRSSI安定時間が最短となる値の、無線装置10のアンテナの本数分の倍数に相当する値であることが好ましい。
また、拡大後の通過周波数帯域については、通過周波数帯域の拡大によって増大する雑音電力の増大による雑音利得と、アンテナダイバーシチ制御によって得られる利得とのトレードオフによって設定されることが好ましい。例えば、雑音利得と、アンテナダイバーシチ利得とが等価となる通過周波数帯域を上限とする。
尚、無線装置10の動作については、上述したIEEE802.15.4d規格に沿ったフレームフォーマットを有する者に限られず、プリアンブル長を変更可能なフレームフォーマットを有するパケットを送受信する通信プロトコルを採用する無線装置であれば適宜適用可能である。
尚、図6に示す無線装置10の動作の流れにおいては、無線装置10の近傍の無線装置20の配置数に基づいて、パケット密度の判定を行っている。しかしながら、上述のように、無線装置20から送信される信号のRSSI値や、無線装置10内での信号の再送回数等、その他何らかの要素に基づいてパケット密度の判定を行ってもよい。
(3)無線通信システムの実施例
開示の無線装置と管理装置とを含む無線通信システム2の構成例について、図11を参照して説明する。図11に示される無線通信ネットワーク2は、相互に無線通信が可能な複数の無線装置を含むネットワークである。尚、図11において、図1に記載されるものと同様の構成については、同一の番号を付して説明を省略している。
図10に示されるように、無線通信ネットワーク2は、無線装置10及び20のネットワーク上の上位ノードとして、無線装置10及び20の動作を管理するコーディネータ30を備える。コーディネータ30は、開示の管理装置の一例であって、通常センサネットワークなどネットワーク管理などを行う装置であり、ひとつのネットワークに無線装置として少なくとも一台配置される。尚、コーディネータ30は、好適な一形態として、無線装置10及び20の夫々に接続され、無線装置10及び20と上位のコアネットワークとの間でデータの送受信の制御を行うアクセスポイントやゲートウェイ等であってもよい。また、コーディネータ30は、無線通信ネットワーク2内の無線装置10又は20が収集した温度や湿度等の環境情報を収集する装置などであってもよい。以降、コーディネータ30からの管理の対象となる無線通信ネットワーク2に属する無線装置10又は20については、便宜上、コーディネータ30の配下の無線装置10又は20と記載して説明する。
図11にコーディネータ30のハードウェア構成と、各構成が有する機能について便宜上の機能部とを示す。コーディネータ30は、無線装置10と同等のハードウェア及び機能部を有していてもよい。即ち、コーディネータ30は、上述したネットワーク管理を行うためのハードウェア構成及び機能と共に又は独立して、図2に示したような無線装置10と同等のハードウェア及び機能を有していてよい。尚、コーディネータ30が有するネットワーク管理を行うための構成については、例えば公知のものであってよく、以下の説明とは関連が薄いため説明を省略している。
図11に示されるように、コーディネータ30は、第1アンテナ31と、第2アンテナ32と、アンテナ切替スイッチ33と、T/Rスイッチ34と、無線部35と、無線制御部36とを備える。無線部35は、送信パケット生成部351と、プリアンブル生成部352と、同期検出部353と、受信帯域フィルタ354と、RSSI検出部355とを備える。無線制御部36は、送信フレーム生成部361と、プリアンブル長制御部362と、受信フレーム処理部37と、送受信切替信号生成部38と、アンテナ制御信号生成部39とを備える。受信フレーム処理部37は、フレーム種類判定部371と、コマンド処理部372と、データ格納部373と、隣接端末テーブル374と、RSSI格納部375と、パケット密度判定部376と、RSSI大小判定部377とを備える。尚、各部の具体的な構成及び機能は、無線装置10の各部と同様であってよい。
図12及び図13を参照して、無線通信ネットワーク2における無線装置10及びコーディネータ30の動作の流れについて説明する。図12は、無線通信ネットワーク2における無線装置10の動作の流れを示すフローチャートであり、図13は、無線通信ネットワーク2におけるコーディネータ30の動作の流れを示すフローチャートである。
上述した無線通信ネットワーク1においては、無線装置10が近傍の無線装置20の配置数を取得し、閾値を超える場合にプリアンブル長短縮要求を送信していたが、無線通信ネットワーク2においては、閾値を超える場合は、無線装置10は、プリアンブル長短縮要求を一度コーディネータ30に送信する。無線装置10の具体的な動作の流れは以下の通りとなる。
無線装置10は、信号の送受信動作において、通常の動作として第1及び第2アンテナ11、12についての選択ダイバーシチ受信方式の制御をアンテナ制御信号生成部19の動作により行う(ステップS201)。
無線装置10は、第1及び第2アンテナ11、12、受信帯域フィルタ154を介して、パケットを受信する(ステップS202)。同期検出部153は、受信帯域フィルタ154を介して、得られた受信パケット中の同期語を検出し、同期語以降のペイロードをフレーム種類判定部171へ出力する(ステップS203)。
フレーム種類判定部171は、同期検出部153からのペイロードから、図3に示すアプケーションフレームのヘッダを抽出し、該ヘッダに含まれるフレーム種類を示す情報を参照して、該ペイロードがコマンドかデータかを判定する(ステップS204)。
フレーム種類判定部171は、該ペイロードがコマンドであればコマンド処理部172へ出力し、データであればデータ格納部173に格納する(ステップS205)。
データ格納部173は、該ペイロードに含まれる情報に基づいてパケットの送信元アドレスを隣接端末テーブル174に登録する(ステップS206)。パケット密度判定部176は、隣接端末テーブル174に登録されている送信元アドレスの数を定期的に参照する(ステップS207)。
パケット密度判定部176は、隣接端末テーブル174のテーブルから、隣接する無線端末の配置数を取得し、所定の閾値と比較を行う(ステップS208)。隣接する無線端末の配置数が閾値を越える場合(ステップS208:Yes)、S209への処理へ進み、閾値を越えない場合(ステップS208:No)には、S213の処理へ進む(ステップS208)。
取得した近傍の無線装置20の配置数が所定の閾値を越える場合(ステップS208:Yes)、無線装置10のパケット密度判定部176は、プリアンブル長短縮要求を以前に送信しているか否かを確認する(ステップS209)。送信済みでない場合、S210の処理に進み、送信済みの場合には、S201への処理へ戻る。
パケット密度判定部176は、プリアンブル長短縮要求を以前に送信済みでない場合(ステップS209:No)、プリアンブル長を短縮する要求信号を送信フレーム生成部162へ出力する。送信フレーム生成部161は、その要求信号に基づくフレームを、送信パケット生成部151へ出力し、該フレームを受信した送信パケット生成部151は、プリアンブル生成部152からのプリアンブルを付加して、コーディネータ30に対して送信する(ステップS210)。
後に詳述する通り、コーディネータ30は、無線装置10からのプリアンブル長短縮要求の受信数が所定の閾値を超える場合、無線装置10及び無線装置10と通信する無線装置20に対して、プリアンブル長短縮指示を行う。尚、このときのプリアンブル長短縮指示には、短縮後のプリアンブル長と、送信データのプリアンブル長を短縮する送信先が合わせて指示される。
尚、コーディネータ30は、配下の無線装置10及び20全体に対して、ユニキャストやブロードキャスト等の態様でプリアンブル長短縮指示を送信するため、無線装置10も他の無線装置20に対する信号送信時のプリアンブル長を短縮する指示を受信する可能性がある(ステップS211)。プリアンブル長短縮指示を受信した無線装置10は、該指示によって指定される送信先に対して信号を送信する際に、パケットに付加するプリアンブル長を指示されたデータ長に短縮する設定を行う(ステップS212)。更に、無線装置10は、フィルタ帯域制御部164の制御の下、受信フィルタ154の帯域を広く設定する(ステップS213)。そして、信号の送受信を継続する。
他方で、近傍の無線装置20の配置数が所定の閾値以下である場合(ステップS208:No)、パケット密度判定部17は、無線装置10の近傍のパケット密度が高くないと判断する。このとき、無線装置10は、コーディネータ30から送信されるプリアンブル長短縮指示を既に受信済みであり、該指示に応じて送信時のプリアンブル長短縮設定を既に実施しているか否かを判定する(ステップS214)。プリアンブル長短縮設定を実施済みである場合(ステップS214:Yes)、無線装置10は、コーディネータ30に対して、プリアンブル長を拡大するプリアンブル長拡大要求を送信する(ステップS215)。該プリアンブル長拡大要求は、例えば、プリアンブル長を、プリアンブル長短縮指示に応じて短縮したデータ長から、短縮前の(言い換えれば、通常通信時の)データ長に拡大する要求である。
後に詳述する通り、コーディネータ30は、無線装置10から受信するプリアンブル長拡大要求に応じて、配下の無線装置10及び無線装置20に対して、プリアンブル長拡大指示を送信する。尚、このときのプリアンブル長拡大指示には、拡大後のプリアンブル長と、送信データのプリアンブル長を拡大する送信先とが合わせて指示される。
プリアンブル長拡大指示を受信した無線装置10は(ステップS216)、該指示によって指定される送信先に対して信号を送信する際に、パケットに付加するプリアンブルを指示されたデータ長に拡大する設定を行う(ステップS217)。更に、無線装置10は、フィルタ帯域制御部164の制御の下、受信フィルタ154の帯域を縮小する設定を行う(ステップS218)。そして、信号の送受信を継続する。
他方で、無線装置10の近傍の無線装置20の配置数が所定の閾値以下であり(ステップS204:No)、且つプリアンブル長短縮設定を実施していない(ステップS209:No)場合、無線装置10は、受信フィルタの帯域等に変更を加えることなく、信号の送受信を継続する(ステップS214)。
続いて、図13を参照して、無線通信ネットワーク2において、プリアンブル長短縮要求等を受信するコーディネータ30の動作について説明する。
図13に示されるように、コーディネータ30は、信号の送受信動作において、通常の動作として第1及び第2アンテナ31、32についての選択ダイバーシチ受信方式の制御をアンテナ制御信号生成部39の動作により行う(ステップS301)。
コーディネータ30は、第1及び第2アンテナ31、32及び受信帯域フィルタ354を介して、パケットを受信する(ステップS302)。同期検出部353は、受信帯域フィルタ354を介して、得られた受信パケット中の同期語を検出し、同期語以降のペイロードをフレーム種類判定部371へ出力する(ステップS303)。
フレーム種類判定部371は、同期検出部353からのペイロードがコマンドかデータかを判定する(ステップS204)。
フレーム種類判定部371は、該ペイロードがコマンドであればコマンド処理部372へ出力し、データであればデータ格納部373に格納する(ステップS305)。
このとき、コーディネータ30は、配下の無線装置10及び20から送信されるプリアンブル長短縮要求又はプリアンブル長拡大要求数をカウントする。コーディネータ30は、これらのプリアンブル長短縮要求及びプリアンブル長拡大要求の受信数に夫々閾値を設定する。
プリアンブル長短縮要求の受信回数が閾値を超える場合(ステップS306:Yes)、コーディネータ30は、配下の無線装置10及び20に対して、プリアンブル長短縮指示を送信する(ステップS307)。プリアンブル長短縮指示を受信した配下の無線装置10及び20は、上述したように夫々送信時のプリアンブル長を短縮する設定を行う。また、コーディネータ30も、配下の無線装置10及び20に対して信号を送信する場合のプリアンブル長を短縮する設定を行う(ステップS308)。
一方、プリアンブル長拡大要求の受信回数が閾値を超える場合(ステップS306:No、且つステップS309:Yes)、コーディネータ30は、配下の無線装置10及び20に対して、プリアンブル長拡大指示を送信する(ステップS310)。
プリアンブル長拡大指示を受信した配下の無線装置10及び20は、上述したように夫々送信時のプリアンブル長を拡大する設定を行う。また、コーディネータ30も、配下の無線装置10及び20に対して信号を送信する場合のプリアンブル長を拡大する設定を行う(ステップS311)。尚、コーディネータ30から配下の無線装置10及び20への指示は、ユニキャスト送信でも、ブロードキャスト送信でもよく、好適に配下の無線装置10及び20に送信可能であればその態様は問わない。
このようにコーディネータ30により配下の無線装置10及び20に対して一括してプリアンブル長を変更する指示を送信することにより、コーディネータ30の配下の無線装置10及び20に対して同時期にプリアンブル長を変更する制御を実施させることが出来る。このため、個々の無線装置間で直接プリアンブル長を変更する要求を送信し合う場合に生じ得る、ある時間に無線装置毎にプリアンブル長が異なるという状態を排除することが可能となる。
図12及び図13を参照して示した例では、コーディネータ30は、配下の無線装置10及び20から送信されるプリアンブル長短縮要求又はプリアンブル長拡大要求の数に基づいて、無線通信ネットワーク2におけるパケット密度の判定を行っている。他の好適な実施例として、無線装置10は、コーディネータ30に対して、取得された近傍の無線装置の配置数を送信してもよい。このとき、コーディネータ30は、無線装置の配置数に閾値を設定し、受信した無線装置の配置数の通知のうち、閾値を超えるものについてカウントをし、カウント数に応じて無線通信ネットワーク2におけるパケット密度の判定を行ってもよい。
また、コーディネータ30は、複数の無線装置からのプリアンブル長短縮要求又は近傍の無線装置の配置数の通知を受信し、受信内容に基づいて複数の無線装置の近傍におけるパケット密度の判定を行ってもよい。複数の無線装置からプリアンブル長短縮要求が送信される状態、又は複数の無線装置から閾値を超える無線装置の配置数が通知される場合については、これら複数の無線装置が配置されるエリアにおいてパケット密度が増大していることが高精度に判断出来る。従って、一つの無線装置からのプリアンブル長短縮要求等に応じて判断する場合より、より高精度にパケット密度の判定を行うことが出来る。
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う無線装置、無線通信システム、無線装置の通信制御方法等もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
以上、本明細書で説明した実施形態について、以下の付記を更に記載する。
(付記1)
他の無線装置との間で信号を送受信する複数のアンテナを備える無線装置であって、
通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタと、
前記受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替えるアンテナ切替部と、
当該無線装置の前記信号の送受信及び前記受信フィルタの通過周波数帯域を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、パケット密度に基づいて、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを第1のデータ長から第2のデータ長に変更する指示を行うと共に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から第2の帯域に変更することを特徴とする無線装置。
(付記2)
前記制御部は、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を同時に行った後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする付記1に記載の無線装置。
(付記3)
前記制御部は、前記パケット密度が所定閾値よりも高いと判定される場合、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを第1のデータ長から相対的に短い第2のデータ長に変更する指示を行うと共に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から相対的に広い第2の帯域に変更することを特徴とする付記1又は2に記載の無線装置。
(付記4)
前記制御部は、前記パケット密度が前記所定閾値よりも高くないと判定される場合、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを前記第1のデータ長又は該第1のデータ長より相対的に長い第3のデータ長に変更する指示を行うと共に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域又は該第1の帯域より相対的に狭い第3の帯域に変更することを特徴とする付記1に記載の無線装置。
(付記5)
前記パケット密度判定部は、当該無線装置の近傍に配置される他の無線装置数を検出し、検出結果に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記1から3のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記6)
前記パケット密度判定部は、前記他の無線装置から送信される前記信号の受信レベルが所定のレベル値を超える回数に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記1から4のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記7)
前記パケット密度判定部は、当該無線装置における前記信号の再送回数に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記1から4のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記8)
前記制御部は、前記他の無線装置に対して、当該無線装置のアドレス及び前記プリアンブルの変更後のデータ長をブロードキャスト送信で送信することで、前記プリアンブルを第1のデータ長から相対的に短い第2のデータ長に変更する指示を行うことを特徴とする付記1から7のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記9)
前記制御部は、前記測定部が前記プリアンブル内で複数回前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定可能となるように前記第1のデータ長を設定することを特徴とする付記1から8のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記10)
前記制御部は、前記第2の帯域を介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記測定部が前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定するのに要する時間を下限として、前記第2のデータ長を設定することを特徴とする付記1から9のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記11)
前記制御部は、前記第2の帯域を、前記第1の帯域との通過周波数帯域の差分に応じた雑音電力の増大分と、前記アンテナ切替手段の動作によって得られる受信電力利得の増大分とが等価となる帯域と同値又はより狭くなるよう設定することを特徴とする付記1から10いずれか一項に記載の無線装置。
(付記12)
相互に信号を送受信可能な複数の無線装置と、前記複数の無線装置と通信し、動作を管理可能な管理装置とを含む無線通信システムであって、
前記複数の無線装置の内、少なくとも一の無線装置は、
他の無線装置との間で前記信号を送受信する複数のアンテナと、
通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタと、
前記受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替えるアンテナ切替部と、
当該一の無線装置の前記信号の送受信及び前記受信フィルタの通過周波数帯域を制御する制御部と、
を備え、
前記管理装置は、
パケット密度に基づいて、前記他の無線装置に対して、前記一の無線装置に対して送信する前記信号内の前記プリアンブルを第1のデータ長から第2のデータ長に変更する指示を行う指示部を備え、
前記制御部は、前記パケット密度に基づいて、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から第2の帯域に変更することを特徴とする無線通信システム。
(付記13)
前記制御部は、前記管理装置から前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を受信した後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする付記12に記載の無線通信システム。
(付記14)
前記通知部は、前記パケット密度が所定閾値よりも高いと判定される場合、前記判定結果として、前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する要求を送信することを特徴とする付記12又は13に記載の無線通信システム。
(付記15)
前記パケット密度判定部は、前記一の無線装置の近傍に配置される前記他の無線装置の数に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記12から14のいずれか一項に記載の無線通信システム。
(付記16)
前記パケット密度判定部は、前記他の無線装置からから送信される前記信号の受信レベルが所定のレベル値を超える回数に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記12から14のいずれか一項に記載の無線通信システム。
(付記17)
前記パケット密度判定部は、前記一の無線装置における前記信号の再送回数に応じて、前記パケット密度を判定することを特徴とする付記12から14のいずれか一項に記載の無線装置。
(付記18)
他の無線装置との間で信号を送受信する複数のアンテナを備える無線装置における通信制御方法であって、
通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々の受信レベルを測定し、
前記測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替え、、
パケット密度に基づいて、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを第1のデータ長から第2のデータ長に変更する指示を送信し、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から第2の帯域に変更することを特徴とする通信制御方法。
(付記19)
前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を同時に行った後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする付記19に記載の通信制御方法。
10,20 無線装置、
11,12 アンテナ、
13 アンテナ切替スイッチ、
14 T/R(送受信切替)スイッチ、
15 無線部、
151 送信部、
152 プリアンブル生成部152、
153 受信部、
154 受信フィルタ、
155 RSSI測定部、
16 無線制御部、
161 送信フレーム生成部、
162 プリアンブル長制御部、
17 受信フレーム処理部、
171 フレーム種類判定部、
172 コマンド処理部、
173 データ格納部、
174 隣接端末テーブル、
175 RSSI格納部、
176 パケット密度判定部、
177 RSSI大小判定部、
18 送受信切替信号生成部、
19 アンテナ制御信号生成部、
30 コーディネータ。

Claims (6)

  1. 他の無線装置との間で信号を送受信する複数のアンテナを備える無線装置であって、
    通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタと、
    前記受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定する測定部と、
    前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替えるアンテナ切替部と、
    当該無線装置の前記信号の送受信及び前記受信フィルタの通過周波数帯域を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、パケット密度が所定閾値よりも高い場合には、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを第1のデータ長から当該第1のデータ長よりも短い第2のデータ長に変更する指示を行うと共に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から当該第1の帯域よりも広い第2の帯域に変更することを特徴とする無線装置。
  2. 前記制御部は、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を同時に行った後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする請求項1に記載の無線装置。
  3. 相互に信号を送受信可能な複数の無線装置と、前記複数の無線装置と通信し、動作を管理可能な管理装置とを含む無線通信システムであって、
    前記複数の無線装置の内、少なくとも一の無線装置は、
    他の無線装置との間で前記信号を送受信する複数のアンテナと、
    通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタと、
    前記受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々が受信した前記信号の受信レベルを測定する測定部と、
    前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替えるアンテナ切替部と、
    当該一の無線装置の前記信号の送受信及び前記受信フィルタの通過周波数帯域を制御する制御部と、
    を備え、
    前記管理装置は、
    パケット密度が所定閾値よりも高い場合には、前記他の無線装置に対して、前記一の無線装置に対して送信する前記信号内の前記プリアンブルを第1のデータ長から当該第1のデータ長よりも短い第2のデータ長に変更する指示を行う指示部を備え、
    前記制御部は、前記パケット密度に基づいて、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から当該第1の帯域よりも広い第2の帯域に変更することを特徴とする無線通信システム。
  4. 前記制御部は、前記管理装置から前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を受信した後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。
  5. 他の無線装置との間で信号を送受信する複数のアンテナを備える無線装置における通信制御方法であって、
    通過周波数帯域を制御可能な受信フィルタを介して受信した前記信号内のプリアンブルにおいて、前記複数のアンテナの夫々の受信レベルを測定し、
    前記測定結果に基づいて、前記複数のアンテナを切り替え、
    パケット密度が所定閾値よりも高い場合には、前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを第1のデータ長から当該第1のデータ長よりも短い第2のデータ長に変更する指示を送信し、前記受信フィルタの通過周波数帯域を第1の帯域から当該第1の帯域よりも広い第2の帯域に変更することを特徴とする通信制御方法。
  6. 前記他の無線装置に対して、前記プリアンブルを前記第1のデータ長から前記第2のデータ長に変更する指示を同時に行った後に、前記受信フィルタの通過周波数帯域を前記第1の帯域から前記第2の帯域に変更することを特徴とする請求項5に記載の通信制御方法。
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