JP2011009975A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信装置がデータ毎に信頼性要求を設定し、無線周波数の資源の観点，装置の設置コストの観点からの問題点を解決する。
【解決手段】複数の無線通信方式を組み合わせて、通信経路品質を評価しながら通信すべき通信経路を動的に選択し、必要とする信頼度を達成するためにパケット構成を適応的に変更するもので、無線通信装置１０は、通信路インターフェース（Ｉ／Ｆ）１，データＩ／Ｆ２，品質Ｉ／Ｆ３，割当制御部４，品質データベース（ＤＢ）５，品質更新部６，通信手段７−１〜ｋ，アンテナ８−１〜ｋを有する。無線通信装置１０は、アプリケーション装置２０からデータと要求品質を受け取り、要求品質に応じた通信手段７と通信方式を選択し、送出する。また、通信手段７は通信相手との通信品質を受信し、品質更新部６が品質ＤＢ５に通信品質の状況を更新する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に係り、特に、通信するデータの必要とする信頼度を確保に好適な通信装置および通信方法に関する。

複数の無線通信技術を用いて、相手側と通信する技術は知られている。

このような技術として、相手側の無線通信装置に対する伝送状況を受信信号から判断し、この判断に従って、相手側との通信に複数の送受信機能のうち幾つかを同時に割り当てる。

このような複数の送受信機能手段の稼働率を改善することで、通信容量を増大し、通信品質を向上する技術は、例えば、特開２００３−２５８７１７号公報に記載されている。
より具体的には、入力されたデータについて、伝送状況に関する情報（受信信号強度，伝送路応答）から、通信に適したチャネルを選択し、当該データを複数の変復調部の幾つかに送る。複数の変復調部から出力されるデータをいずれの無線周波数変換部に送り、また複数の無線周波数変換部から出力されるデータをいずれのアンテナに送ることにより、伝送状況に応じて、送信されるデータを複数の無線周波数で同時に伝送する。

特開２００３−２５８７１７号公報

ここで、一般に無線通信するデータに関して、データを利用するアプリケーションに応じて、必要とされる信頼性が異なる。例えば、入出力装置を制御するためのデータは高い信頼性を要求されるが、入出力装置を監視するためのデータは相対的に低い信頼性で良い場合がある。あるいは、監視画像データについては、前後の画像データから補完する技術を活用することで、データ欠損を許容できる場合がある。

従来は、無線通信装置が受信信号強度や伝送路応答などの伝送状況情報に基づき、送信データの無線周波数を変換し、変復調方式を変更する。また、当該無線通信装置を利用するアプリケーションに対応した信頼性に従い、伝送状況を判断する。

しかしながら、上記従来技術では、無線通信装置が伝送路応答などの情報に基づいて無線周波数や変復調方式を変更していたので、送信データに関してはアプリケーションに応じた通信品質の管理ができなかった。

さらには、無線通信を利用するアプリケーションの増大する状況を考えると、複数のアプリケーション毎にそれぞれ無線端末を用意するのは、無線周波数の資源の観点からも、装置の設置コストの観点からも望ましくない。

また、携帯電話網によるパケット通信モジュールや、無線ＬＡＮモジュールなどの様々な無線通信モジュールが活用できる昨今では、無線装置を迅速に提供するためにはこれらの無線通信モジュールを活用することが有効である。そこで、異なる信頼性をそれぞれ必要とするアプリケーションが、複数の無線通信モジュールを利用するためには、これらの無線通信モジュールへの統一的なインターフェースが必要と考える。

以上を鑑みた本発明の目的は、送信データあるいはアプリケーションに応じた通信品質の管理が可能となる無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。また、より具体的な構成に係る発明においては、上記の問題のうち少なくとも一部を解決する無線通信装置及び無線通信方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明では、通信データを含むデータを取得し、前記取得したデータから要求される通信品質を決定し、前記決定された通信品質が実現できるように前記通信データを無線通信するように構成した。

好ましくは、第一あるいは第二の通信路と入出力を行う通信路インターフェースと、前記通信路インターフェースからデータを受信するデータインターフェースと、前記通信路インターフェースから前記データに対する無線通信の要求品質を受信する品質インターフェースと、前記要求品質に対応した通信方式を格納する品質データベースと、複数の無線通信手段と、前記データを前記複数の無線通信手段のうち幾つかに配送する割当制御手段とを有し、前記割当制御手段は、前記要求品質に対応した通信手段指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記複数の無線通信手段のいずれかを決定する。

また、前記割当手段は、前記要求品質に対応した送信電力指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記複数の無線通信手段に対して送信電力の設定をする。

また、前記割当手段は、前記要求品質に対応した伝送速度指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記複数の無線通信手段に対して伝送速度の設定をする。

また、前記割当手段は、前記要求品質に対応した冗長化方式指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記データの一部を冗長化して、前記複数の無線通信手段に送信する。

さらに、前記無線通信装置は品質データベース更新手段を有し、前記品質データベース更新手段は、前記複数の無線通信手段からの送信電力と受信電力との情報に基づき伝播損失を算出し前記品質データベースを前記伝播損失で更新する。

さらに、前記品質データベース更新手段は送信出力演算手段と受信感度テーブルを有し、前記送信出力演算手段は、前記伝播損失と前記受信感度テーブルに基づき、前記品質データベースの前記送信出力指示を更新する。

また、前記無線通信手段はＵＳＢあるいはＰＣカードを有し、前記無線通信装置にブリッジ手段を介して接続される。

また、前記無線通信装置は無線品質管理手段を有し、前記無線品質管理手段は、診断要求を他の無線通信装置へ通知し、前記診断要求に対応した診断応答を受信して、前記受信感度テーブルを更新する。

ここで、通信品質としては、ビットエラー率（ＢＥＲ）やパケットエラー率（ＰＥＲ）、通信遅延時間などが例として挙げられる。これらの通信品質に対応した無線通信を実現することで、監視制御アプリケーションのような、高い可用性とリアルタイム性を要求するアプリケーションへ無線を適用することが可能となる。

また、アプリケーションが必要とする通信品質に応じ、通信方式を動的に変更することを可能とする。

本発明により、通信データあるいはアプリケーション装置の特性に応じて、通信の要求品質を満たし、高信頼に無線通信することが可能となる。

また、より具体的な構成においては、無線通信手段の実装に関らず、高い抽象度で要求品質を指示することが可能となる。そのため、複数の無線通信手段を組み合わせて搭載し、無線通信装置を構成することが可能となる。通信方式を柔軟に多様化させることができるので、ある通信方式に対する干渉が有る場合でも、他の通信方式へも同時に影響しない無線通信方式を実現できる。

また、無線通信環境の変化に追従して、通信設定に応じた最小受信感度を求めることが可能となる。その結果、適切な無線送信出力を設定することが可能となり、複数の無線通信方式の間で、高信頼で安定した通信を実現できる。

複数の無線通信手段を用いて、アプリケーションデータが必要とする通信品質を統一的なインターフェースで通知可能であり、通知された通信品質に応じて通信を行うことができる。

本発明による第一の実施形態における、無線通信装置を適用した通信システムの概要を表す。 本発明による第一の実施形態における、無線通信装置の構成の一例を表す。 本発明による第一の実施形態において、無線通信装置とアプリケーション装置との間で伝送される通信パケットの構成を表す。 本発明による第一の実施形態における、通信路受信データ処理のフローチャートを表す。 本発明による第一の実施形態における、品質データベースの構成を表す。 本発明による第一の実施形態における、品質更新部の構成例を表す。 本発明による第一の実施形態における、割当制御部の構成例を表す。 本発明による第一の実施形態における、信頼度制御部の動作に関するフローチャートを表す。 本発明による第二の実施形態における、無線通信装置を適用した通信システムの概要を表す。 本発明による第二の実施形態における、無線通信装置の品質管理部の構成を表す。 本発明による第二の実施形態における、伝送品質制御部による診断依頼動作に関するシーケンス図を表す。

本発明は、複数の無線通信手段を用いた無線通信装置に関する。はじめに、本発明による無線通信装置を用いた通信システムについて説明する。その後、本発明による無線通信装置の構成と無線通信方式を説明する。

図１は、本発明による第一の実施形態における無線通信装置を適用した通信システムの概要を表す。

図１を用いて通信システムの構成を説明する。通信システムは、アプリケーション装置２０，２２，２４と無線通信装置１０と通信路２１，２３，２５から構成される。

アプリケーション装置２０−１は、通信路２１を介して無線通信装置１０−１と接続する。他のアプリケーション装置２２，２４と無線通信装置１０−２，３についても同様に接続される。

アプリケーション装置２０，２２，２４は、ＰＣなどの汎用計算機や、制御用コントローラ装置，監視用端末などの様々な装置を適用可能である。それぞれのアプリケーション装置は、「データ」と、当該データに対応した「要求品質」とを通信路２１，２３，２５などへ送受信する機能を有する。

通信路２１，２３，２５は、アプリケーション装置２０と無線通信装置１０とを接続する通信路である。本発明は、通信路の種類によって制約されない。本発明では通信路として、ＩＥＥＥ８０２.３仕様ネットワークのEthernet（登録商標）やＩＥＥＥ１３９４，ＵＳＢ（登録商標），ＥＩＡ−２３２／４２２／４８５などの有線通信路や、ＩＥＥＥ８
０２.１１仕様準拠の無線ＬＡＮ，ＩＥＥＥ８０２.１５.４仕様準拠のセンサネットワーク，微弱無線などの無線通信路などを採用することが可能である。Ethernetを採用した構
成例で説明する。

ここで、本発明による通信システムは、アプリケーション装置と無線通信装置は複数存在しても適用可能である。本実施例ではアプリケーション装置２０はｊ台、無線通信装置は３台存在するものとし、それぞれの構成要素を表す記号に添え字で表現する。以後ではアプリケーション装置と無線通信装置に関して、特に明示しない場合には添え字をつけずに説明するが、他のアプリケーション装置と無線通信装置に関しても機能や作用は同様である。

なお、本願では、無線通信装置が３台の構成で説明するが、２台以上の複数台であっても本発明の効果を損なうものではない。無線通信装置１０は、通信路インターフェース（Ｉ／Ｆ）１，データＩ／Ｆ２，品質Ｉ／Ｆ３，割当制御部４，品質データベース（ＤＢ）５，品質更新部６，通信手段７−１〜ｋ，アンテナ８−１〜ｋを有する。ここで、添え字の“ｋ”は、本願の無線通信装置１０が通信手段７とアンテナ８を有する台数を意味する。

本発明では、通信手段７の種類を制限せず、また同一種である必要もない。例えばＩＥＥＥ８０２.１１仕様準拠の無線ＬＡＮ，ＩＥＥＥ８０２.１５.４仕様準拠のセンサネットワーク，微弱無線，携帯電話パケット網などの無線通信手段のうち、それぞれの無線通
信手段を複数台組み合わせて利用しても良い。通信の安定性を確保するためには、異なる通信方式や周波数を採用したり、無線手段の多様化をしたりするのが好適である。本発明による無線通信装置１０は、アプリケーション装置２０からデータと要求品質を受け取り、要求品質に応じた通信手段と通信方式を選択し、送出することを特徴とする。また、通信手段は通信相手との通信品質を受信し、品質更新部６が品質ＤＢ５に通信品質の状況を更新することを特徴とする。

つづいて、アプリケーション装置２０−１とアプリケーション装置２２−１との間でデータの授受を行う例を挙げて、無線通信装置１０の有する機能の関連について説明する。

例として、アプリケーション装置２０がセンサからのデータを送出する装置とし、アプリケーション装置２２がそれを受けて画面に描画する監視用ＨＭＩ（Human Machine Interface）であるとして説明する。

無線通信装置１０−１は、アプリケーション装置２０−１からデータと要求品質とを、通信路２１を介して通信路Ｉ／Ｆ１で受信する。

ここで本発明では、要求品質として、ビットエラー率（ＢＥＲ）を例として用いて、以後説明する。他の要求品質の例として、通信相手との到達遅延時間や、パケットエラー率（ＰＥＲ）などが挙げられる。詳細については後述するが、本発明では様々な通信品質に対応したデータの通信をすることが可能である。

例えば、監視用ＨＭＩでは、センサからのデータの欠損を許容できるアプリケーションが存在する。そこで、センサデータを送信する場合の要求品質として、ＢＥＲ＝１０ｅ−４（ここで“１０ｅＸ”は１０のＸ乗を意味する）とする。一方、データの欠損が許容できない例として、異常通報のデータがある。異常通報に関するデータについては、要求品質としてＢＥＲ＝１０ｅ−７とする。

同じ無線通信装置を用いて通信する場合でも、アプリケーション装置が、データ毎に必要な通信品質（例えばＢＥＲ）をそれぞれ設定して通信できることが、利点である。

通信路Ｉ／Ｆ１は、受信したデータをデータＩ／Ｆ２，受信した要求品質を品質Ｉ／Ｆ３を介して割当制御部４へ処理を依頼する。割当制御部４は、品質ＤＢ５を参照して、要求された通信品質（ＢＥＲ）に対応した通信手段７と通信方式，通信パケットの変換，分割などの処理内容を抽出する。その後、割当制御部４は抽出した結果を用いて処理を行い、通信手段７へ通信パケットを送出する。通信手段７はアンテナ８を介して無線通信装置１０−２へ無線パケットを送信する。

無線通信装置１０−２は、複数のアンテナ８を介して通信手段７で受信したデータを、割当制御部４へ送出し処理を依頼する。割当制御部４は、データの併合や変換を行い、アプリケーション装置２２へと送出するデータを生成し、データＩ／Ｆ２へと送出する。データＩ／Ｆ２は、受信したデータを通信路Ｉ／Ｆ１に適した通信パケットに変換して、通信路Ｉ／Ｆ１を介して通信路２３へと送信する。送信したデータはアプリケーション装置２２−１が受信して、通信処理が完了する。

品質ＤＢ５は、品質更新部６によって無線通信路の状況を更新される。品質更新部６は、通信手段７のデータ受信時のステータスから、受信信号強度や伝送応答有無，エラー訂正の統計情報などを収集する。収集結果から、通信相手毎の伝播損失を算出し、品質ＤＢ５へ登録する。品質ＤＢ５の詳細は後述する。また、アプリケーション装置２０は、設定可能な要求品質を知るために、要求品質のリストを無線通信装置１０に要求することができる。アプリケーション装置２０は、要求品質のリストを得た後に、通常データに要求品質を設定して無線通信装置１０に指示することが可能となる。

以上により、アプリケーション装置２０は、各自が実行するアプリケーションの要求品質に応じて、無線通信装置１０に対してデータの送出を指示できる。その結果、異なる通信品質を要求する複数のアプリケーション装置２０から、１つの無線通信装置１０を介して無線通信をすることが可能となる。

図２は、本発明による第一の実施形態における無線通信装置の構成の一例を表す。

図２に従い無線通信装置１０の構成を説明する。無線通信装置１０は、内部バス３０，ＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，不揮発メモリ３３と、通信路Ｉ／Ｆ１，通信手段７−１〜７−ｋ，アンテナ８−１〜８−ｋなどの要素を有する。

これら要素は内部バス３０により結合して相互にデータを交換する。内部バス３０は、これらの要素を結合するために必要な性能や機能を備えてなるバスであり、例として非同期メモリバスやＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス，ＰＣＩ expressなどを利用可能である。

ＣＰＵ３１は、不揮発メモリ３３に保持されている割当制御部４や、品質ＤＢ５，品質更新部６，データＩ／Ｆ２，品質Ｉ／Ｆ３などを実現するプログラムの命令や定数を読み出し、これら命令や定数を必要に応じてＲＡＭ３２へ格納し、読み出しあるいは書き出しを行い、ソフトウェア処理を実行する。不揮発メモリ３３として、電気的に消去や書き込み可能なＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ、ハードディスク装置やＣＤ−ＲＯＭなどの光磁気メディアが例として挙げられる。

通信手段７は、それ自体を独立したモジュール構成として、内部バス３０に接続する形態としても良い。通信手段７は内部バス３０に直接接続する、あるいは必要に応じて通信手段７と内部バス３０を互いに接続するブリッジ部品（図示なし）を介して接続しても良い。

例えば、通信手段７がＵＳＢによるインターフェースを有し、内部バス３０がＰＣＩバスである場合には、ＰＣＩ−ＵＳＢブリッジＬＳＩ（図示なし）を用いて接続するのが良い。また、通信手段７がＰＣカード仕様によるインターフェースを有し、内部バスがＰＣＩバスである場合には、同様にＰＣＩ−ＰＣカードブリッジＬＳＩ（図示なし）を用いて接続するのが良い。いずれの場合でも、通信手段７の実装に依存せずに、アプリケーション装置からは高い抽象度で信頼度を指定し、無線通信を行うことが可能である。

通信路Ｉ／Ｆ１は、通信路２１から受信した通信データをＣＰＵ３１へ報告し、また、内部バス３０を介してＣＰＵ３１から要求されたデータを通信路２１へ送信する。ここで、通信路２１にEthernetの例を考えると、通信路Ｉ／Ｆ１として、内部バスとのインターフェースを有するＬＡＮ制御用ＬＳＩを採用するのが好適である。

通信路Ｉ／Ｆ１は、自身の状態変化や処理要求が発生したことをＣＰＵ３１へ割り込み信号（図示なし）で通知する。ＣＰＵ３１は、上記ソフトウェアの実行，通信路Ｉ／Ｆ１からの割り込みの処理を行い、目的とする機能を実現する。

図３は、本発明による第一の実施形態において、無線通信装置とアプリケーション装置との間で伝送される通信パケットの構成を表す。

本実施例では、通信パケット５０はEthernetのパケット形式を利用する。図面左側がパケットの先頭を表し、先頭からプリアンブル５１，宛先アドレス（ＤＡ）５２，送信元アドレス（ＳＡ）５３，タイプ５４，データ５５，検査データ５６から構成される。一例として、各構成要素のサイズを図３中に付記する。

アプリケーション装置２０から無線通信装置１０宛てに送出される通信パケットの場合、ＤＡ５２は無線通信装置１０の通信路Ｉ／Ｆ１が有するＭＡＣアドレス、ＳＡ５３はアプリケーション装置２０が有するＭＡＣアドレスを指し示す。タイプ５４には通信パケットのタイプを示すが、本実施例ではＩＰ（０ｘ０８００，“０ｘ”は１６進数を表す接頭語）を使用する。データ５５にはアプリケーション装置２０からのデータと、当該データに要求される通信品質を含む。検査データ５６は通信パケット５０の伝送時に生じる誤りを検出するためのデータであり、Ethernetの場合には３２ビットのＣＲＣを採用する。

データ５５の内容を詳細に説明する。データ５５の構成を図３（ａ）と（ｂ）に示す。
図３（ａ）では、データ５５はＩＰヘッダ６０，ＵＤＰヘッダ６１，要求品質６２，アプリケーションデータ６３を有する。図３（ｂ）では、データ５５はＩＰヘッダ６０，ＵＤＰヘッダ６１，品質リスト要求６４を有する。

本実施例では、ＵＤＰヘッダ６１が有するポート番号（図示なし）により、当該通信パケットのタイプを指定する。すなわち、アプリケーション装置２０は、アプリケーションデータと要求品質を送信する場合には、ＵＤＰヘッダ６１のポート番号に「通常データ」を示す番号を格納し、図３（ａ）のパケット構成で送信する。また、アプリケーション装置２０は、品質リスト要求を送信する場合には、ＵＤＰヘッダ６１のポート番号に「品質リスト要求」を示す番号を格納し、図３（ｂ）のパケット構成で送信する。

図３（ａ）において、要求品質６２には、アプリケーション装置２０が、当該通信パケットのアプリケーションデータ６３に対応した要求値を設定する。要求品質６２には、アプリケーション装置２０と無線通信装置１０が相互に識別できる符号を格納する。例えば、要求品質６２には要求ＢＥＲに相当する値を単精度浮動小数点形式で格納すると良い。
また、後述する要求品質の「別名」を格納しても良い。本発明は、アプリケーションデータ６３個別に要求品質６２を設定できる点に特徴がある。

複数のアプリケーション装置２０と無線通信装置１０との間で汎用的なＩＰ通信をしながら、本発明を適用する場合には、ＩＰヘッダ６０とＵＤＰヘッダ６１による通信パケットの識別が有用である。ＩＰヘッダ６０とＵＤＰヘッダ６１は標準ＵＤＰ／ＩＰプロトコルに準拠した定義を利用可能である。なお、本発明はＩＰヘッダ６０やＵＤＰヘッダ６１の利用を必須としておらず、例えばアプリケーション装置２０と無線通信装置１０との間で汎用的なＩＰ通信をしない場合には、ＩＰアドレスによるアドレス割り付けは不要となる。その場合、アプリケーション装置２０と無線通信装置１０との間で認識できるのであれば独自のEthernetフレームタイプをタイプ５４に設定しても良く、このときＩＰヘッダ６０やＵＤＰヘッダ６１は不要となる。

また、通信路２１にEthernetを用いない場合には、ＩＰヘッダやＵＤＰヘッダに相当する情報を格納した通信パケットにより、本発明は実現することが可能である。

図４は、本発明による第一の実施形態における、通信路受信データ処理のフローチャートを表す。

図４に従い、通信路２１から通信路Ｉ／Ｆ１を介して受信したデータ処理のフローを説明する。

通信路Ｉ／Ｆ１からデータ受信したＣＰＵ３１は、受信パケットのタイプをＵＤＰヘッダ６１から判定する（ステップ１００）。

パケットタイプが通常データであった場合、データＩ／Ｆ２はアプリケーションデータ６３を抽出する（ステップ１０１）。また、品質Ｉ／Ｆ３は要求品質６２を抽出する（ステップ１０２）。その後、割当制御部４に、要求品質に従ってデータの送信処理を依頼し（ステップ１０３）、通信路受信データ処理は終了する。

パケットタイプが品質リスト要求であった場合、品質Ｉ／Ｆ３は、品質ＤＢ５から設定可能な要求品質のリストを取得する（ステップ１０４）。その後、品質Ｉ／Ｆ３は、取得したリストを格納した応答パケットを生成する（ステップ１０５）。そして、品質Ｉ／Ｆ３は、要求元へ応答パケットを通信路Ｉ／Ｆ１を介して返送し（ステップ１０６）、処理は終了する。

図５は、本発明による第一の実施形態における、品質データベースの構成を表す。

品質ＤＢ５は、要求品質（ＢＥＲ）を達成するために、どの通信手段を選択し設定や冗長化をどのように施すかを対応付けるデータベースである。

品質ＤＢ５により、アプリケーション装置２０は、通信手段の実装方式を意識せず、送信するデータ毎に要求品質の設定をすることが可能となる。

品質ＤＢ５は、要求下限ＢＥＲ８０，要求上限ＢＥＲ８１，別名８２，通信手段番号８３，伝送速度８４，送信電力８５，伝播損失８６，冗長化方式８７の属性を有するデータベースである。

図５では、品質ＤＢ５にタプル９０〜９９が格納されている例を示す。

図５の例では、要求下限ＢＥＲ８０と要求上限ＢＥＲ８１に対応して、別名８２が付けられている。これは、アプリケーション装置２０がデータに要求するＢＥＲを、設定しやすく整理した名前である。別名８２を整数のインデックスで表現することで、図３（ａ）における要求品質６２に格納できる。

通信手段番号８３は、複数の通信手段７のうち、どの通信手段を用いるか指定する番号である。例えば“１”と指定がある場合には、通信手段７−１に対する設定であることを意味する。通信手段番号８３に示される通信手段７に対して、それぞれ対応する設定（伝送速度８４，送信電力８５）が各タプルに格納されている。

伝播損失８６は、送信側の通信手段７の「パワーアンプ出力端（図示なし）」から、受信側の通信手段７の「パワーアンプ入力端（図示なし）」までに至る間における、伝播損失を意味する。その内訳は、送信側給電線損失，送信側アンテナ利得，電波伝搬損失，受信側アンテナ利得，受信側給電線損失からなる。さらに詳細には遮蔽損失や他の電波の干渉による損失なども含まれる。本実施例では、後述するように簡易的に伝播損失を求め、伝播損失８６に格納する。

冗長化方式８７は、当該通信手段へデータを渡す際に、割当制御部４が施す冗長化の方式を示す。例えば、タプル９０の冗長化方式８７には、特に冗長化を施さない“なし”という値が格納される。また、タプル９１の冗長化方式８７には、“ヘッダ２重化”という値が格納される。また、タプル９４の冗長化方式８７には、“ヘッダ３重化，サイズ制約”という値が格納される。

ここで“ヘッダ”とは、無線通信パケットの先頭領域であり、パケットの宛先や送信元などが格納されるＭＡＣ（Medium Access Control）ヘッダを意味する。ヘッダを多重化することで、ヘッダ部分を含めたデータ部分にエラーがあっても、他のヘッダで送信元を特定し、速やかに再送要求をすることが可能となる。その結果、送信元は応答通知タイムアウトをまたずに再送が可能となるため、通信のリアルタイム性が向上する。

また、冗長化方式８７における“サイズ制約”とは、パケットサイズを小さく制約することである。無線通信の特性として、パケットサイズが大きくなると、パケット全体の受信成功確率が低くなる。パケットの受信が正常に行えない場合には再送処理が発生する。
しかしながら、再送処理による受信完了までの時間の乱れは、リアルタイム性を重視するアプリケーションにとっては望ましくない。そこで、パケットサイズを小さく制約することで、再送確率を下げ、また再送する場合でも再送時間を短くすることを目的とする。

また、別名８２が“ＭＥＤＩＵＭ”あるいは“ＨＩＧＨ”の場合には、通信手段番号８３に複数の登録が有る。これは、複数の通信手段に並列して送信することを意味する。複数の通信手段に送信することにより、所定のＢＥＲを達成することを可能とする。

本実施例における品質ＤＢ５は、設計者により設定済みとする。すなわち、各要求ＢＥＲを満たすことが可能なように各設定値や冗長化方式をあらかじめ設計し、品質ＤＢ５として用意する。なお、伝播損失８６と送信電力８５は品質更新部６により更新される。更新方法の詳細は後述する。

また、別名８２に“ＤＩＡＧ”とあるタプル９７〜９９については、別の実施例で活用されるタプルである。詳細は後述する。

図６は、本発明による第一の実施形態における、品質更新部の構成例を表す。

品質更新部６は、受信感度テーブル１２０，品質ＤＢアクセス部１３０，設定値演算部１３１，伝送品質収集部１３２を有する。

受信感度テーブル１２０は、伝送速度１２１と最小受信感度１２２という属性を有する。本実施例では、１パケット１０００バイトの場合にパケットエラー率が１０％となる最小受信感度の例を示す。例えば、６Mbpsの伝送速度を達成するためには、最小受信感度として−８２dBmを確保できれば良いことが分かる。

品質ＤＢアクセス部１３０は、品質ＤＢ５の内容を参照し、また設定値演算部１３１からの要求に従い品質ＤＢ５の内容を更新する機能を有する。

伝送品質収集部１３２は、複数の通信手段７から、受信信号強度や送信電力の値を取得する。

設定値演算部１３１は、品質ＤＢ５，受信感度テーブル１２０，伝送品質収集部１３２からの情報を用いて、品質ＤＢ５に設定する値を演算する機能を有する。

設定値演算部１３１の動作について説明する。伝送品質収集部１３２から、ある通信手段７に関する送信電力と受信信号強度を受信し、現環境下における伝播損失を求める。求めた伝播損失で、品質ＤＢ５の当該通信手段７に関する伝播損失８６を更新する。続いて、品質ＤＢ５の伝送速度８４に対応して、送信電力を次の式によって求める。

送信電力≧最小受信感度＋マージン＋伝播損失

マージンは、要求する信頼度に応じて適切に割り当てる。本実施例におけるマージンは、要求品質＝ＮＯＮＥの場合は０dBm、要求品質＝ＬＯＷの場合は５dBm、要求品質＝ＭＥ
ＤＩＵＭの場合は１０dBm、要求品質＝ＨＩＧＨの場合は１５dBmとした。これらの値は利
用される環境やアプリケーションを考慮して適切に決めれば良い。

例えば、要求品質＝ＬＯＷのタプル９１に関して、伝送速度３６Ｍｂｐｓにおける送信電力は、−７０dBm＋５dBm＋８０dBm＝１５dBmから、１５dBm以上と求まる。

以上の方法で、設定値演算部１３１は、無線通信装置１０が設置されている状況における伝播損失に基づき、順次各タプルの送信電力を演算する。設定値演算部１３１は、演算した送信電力の結果を、品質ＤＢアクセス部１３０を介して品質ＤＢ５に設定する。

図７は、本発明による第一の実施形態における、割当制御部の構成例を表す。

割当制御部４は、データ冗長化部１４０，信頼度制御部１４２，データ配信部１４１を有する。

割当制御部４へは、データＩ／Ｆ２からデータ冗長化部１４０へデータが入力され、品質Ｉ／Ｆ３から信頼度制御部１４２へ当該データに対応した要求品質が入力される。

データ配信部１４１は、信頼度制御部１４２からの指示に従い、通信手段７へ伝送速度と送信出力を設定し、データ冗長化部１４０からのデータを配信する。

信頼度制御部１４２の処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。

始めに、品質Ｉ／Ｆ３から要求品質を受信する（ステップ２００）。次に、品質Ｉ／Ｆ３から入力される要求品質をキーとして、品質ＤＢ５へ問い合わせて、当該要求品質に対応した送信電力，伝送速度，冗長化方式情報を得る（ステップ２０１）。信頼度制御部１４２は、冗長化方式情報におけるヘッダ多重化とサイズ制約に関する情報に基づき、データ冗長化部１４０へ指示を与える（ステップ２０２）。また信頼度制御部１４２は、当該要求品質に対応した伝送速度と送信電力、通信手段番号をデータ配信部１４１へ通知する（ステップ２０３）。信頼度制御部１４２は、取得した通信手段番号から、冗長化されたデータを伝送する通信手段７を選択し、冗長化されたデータを送信するよう、データ配信部１４１へ指示する（ステップ２０４）。

送信された無線通信パケットを受信する、相手側の無線通信装置について動作を説明する。

受信側の無線通信装置１０−２における通信手段７は、受信したパケットを割当制御部４のデータ配信部１４１へ通知する。データ配信部１４１は、冗長化されたパケットであるかを判定する。判定する基準として、ヘッダで通知される冗長化情報と、パケット毎に一意に割り付けられるシーケンス番号を利用する。

複数の通信手段７から並列に受信した冗長化パケットは、設計指針に従い単一化される。例えば、リアルタイム性を重視する場合には先着パケットを優先する。

次に、データ冗長化部１４０はパケット内冗長化（ヘッダ多重化など）を解読する。その結果、データ冗長化部１４０は、アプリケーション装置２０が送信した元のデータを得る。

元のデータは、データＩ／Ｆ２により通信路２３で送信可能な通信パケットに変換される。通信パケットは通信路Ｉ／Ｆ１を介してアプリケーション装置２２へと送信される。

割当制御部４の処理に関して、冗長化度の情報を無線パケットに含めるなどして、受信側でも冗長化度を把握可能とする。割当制御部４が冗長化度を把握することで、パケット破損などの場合でも、全ての冗長パケットの受信を待って再送要求することが可能となる。その結果、無線通信時間や再送処理時間を極小化することができ、リアルタイム性を向上することが可能となる。

図９は、本発明による第二の実施形態における無線通信装置を適用した通信システムの概要を表す。

実施例に使用する符号が同一である機能や要素等は、特に断りのない限り、実施例１で説明した機能や要素等と同一であることを意味する。

実施例１と比べて、本実施例における通信システムは、無線通信装置の構成要件が異なる。本実施例における無線通信装置１１は、品質更新部６の代わりに品質管理部１６を有する。品質管理部１６は、診断用のパケット送出を通信相手へ依頼し、その結果を用いてビットエラー率（ＢＥＲ）の測定を行う。

本実施例により、無線通信環境の変化に追従して、信頼性高い通信を維持することが可能となる。すなわち、無線通信装置１１が、無線通信におけるビットエラー率を能動的に取得することにより、無線通信環境の変化を捉えることが可能となる。その結果、無線通信環境の変化に適応して、ビットエラー率を低減する通信設定に変更することが可能となる。

図１０は、本発明による第二の実施形態における無線通信装置の品質管理部の構成を表す。

実施例１の品質更新部６と比べて、本実施例における品質管理部１６は、伝送品質制御部１３５を有する点で異なる。伝送品質制御部１３５は、データＩ／Ｆ２と品質Ｉ／Ｆ３を介して、他の無線通信装置へ診断依頼を発行する機能を有する。また、伝送品質制御部１３５は、受信した診断データの統計を算出し、受信感度テーブル１２０の最小受信感度１２２を更新する機能を有する。

伝送品質制御部１３５による診断依頼動作について、図１１のシーケンス図を用いて説明する。

図１１では、左半分が診断要求を発行する無線通信端末１１−１における振る舞いを表し、右半分が診断応答をする無線通信端末１１−２における振る舞いを表すものとする。

診断要求側の無線通信端末１１−１において、品質管理部１６は、無線通信環境の把握をするために、診断要求パケットを生成し、データＩ／Ｆ２へ通知する（処理３００）。
診断要求パケットは、診断応答側における伝送速度、送信電力の指示を含む。データＩ／Ｆ２は、診断要求パケットを割当制御部４へ通知する（処理３０１）。割当制御部４は要求品質に従い、当該パケットを送信するよう通信手段７へ通知する（処理３０２）。ここで、並列冗長化の有り無しについて、いずれの場合でも本発明は有効であるが、本実施例では並列冗長化をしないで伝送する例を示す。通信手段７からは、診断応答側の無線通信端末１１−２へパケットを送信する（処理３０３）。

診断応答側の無線通信端末１１−２において、通常のパケットと同様に、通信手段７は割当制御部４へ通知する（処理３０４）。割当制御部４はデータＩ／Ｆ２へ自ノード宛てのパケットとして通知する（処理３０５）。データＩ／Ｆ２は、自ノード宛てのパケットであることから、品質管理部１６へ診断要求パケットを通知する（処理３０６）。品質管理部１６は、品質ＤＢ５の別名８２が“ＤＩＡＧ”のタプルに関して、伝送速度８４，送信電力８５に関する属性を変更する（処理３０７）。品質管理部１６は、引き続き診断応答パケットを生成し、データＩ／Ｆ２に通知する（処理３０８）。ここで、並行して品質Ｉ／Ｆ３に対して、当該データの要求品質を“ＤＩＡＧ”で送信するよう要求する。データＩ／Ｆ２は診断応答パケットを割当制御部４へ通知する（処理３０９）。ここで、割当制御部４は当該パケットの要求品質が“ＤＩＡＧ”であることから、当該エントリを品質ＤＢ５に問い合わせる（処理３１０）。その結果として、冗長化方式８７として“シーケンス番号をユニーク”という指示を得る（処理３１１）。この指示は、診断応答パケットは冗長化せず、それぞれで独自のシーケンス番号を付与することを意味する。そこで、割当制御部４は、シーケンス番号をそれぞれ独自とした通信パケットを生成し、品質ＤＢ５の通信手段番号８３に指定されている通信手段７に通知する（処理３１２）。通信手段７は、それぞれ診断要求側の無線通信端末１１−１へパケットを送信する（処理３１３）。

診断要求側の無線通信端末１１−１において、通信手段７はパケットを割当制御部４へ通知する（処理３１４）。割当制御部４は、冗長化されていない、シーケンス番号が独自であるパケットとして、単一化せずにそれぞれデータＩ／Ｆ２へ通知する（処理３１５）。データＩ／Ｆ２は自ノード宛てのパケットであることから品質管理部１６へ通知する（処理３１６）。品質管理部１６は、受信したパケットを集計する（処理３１７）。その後、品質管理部１６は、処理３００から処理３１７の処理について、統計を取るのに必要なだけ繰り返す（処理３３０）。品質管理部１６は、最後に診断結果を集計し（処理３４０）、当該伝送速度における最小受信感度を算出して受信感度テーブル１２０の内容を更新する（処理３４１）。

ここで、品質管理部１６は、パケットの欠損が顕著で受信感度の算出ができないと判断した場合には、当該通信手段番号の経路について、品質ＤＢ５で“無効”と記しても良い。当該経路は次回の診断要求まで利用されなくなるため、無用に無線電力を出力しなくなり、周辺周波数を利用した無線の安定した運用が可能となる。

以上により、無線通信環境の変化に追従して、現状に即した最小受信感度を取得することが可能となる。

１ 通信路Ｉ／Ｆ
２ データＩ／Ｆ
３ 品質Ｉ／Ｆ
４ 割当制御部
５ 品質ＤＢ
６ 品質更新部
７ 通信手段
８ アンテナ
１０，１１ 無線通信装置
１６ 品質管理部
２０，２２，２４ アプリケーション装置
２１，２３，２５ 通信路
３０ 内部バス
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ 不揮発メモリ
５０ 通信パケット
１２０ 受信感度テーブル
１３０ 品質ＤＢアクセス部
１３１ 設定値演算部
１３２ 伝送品質収集部
１３５ 伝送品質制御部
１４０ データ冗長化部
１４１ データ配信部
１４２ 信頼度制御部

Claims (15)

1. 通信データを含むデータを取得するデータ取得手段と、前記取得したデータから要求される通信品質を決定する通信品質決定手段と、前記決定された通信品質が実現できるように前記通信データを無線通信する通信手段を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１において、前記データは、前記通信データとともに品質データが含まれており、前記通信品質決定手段は、前記データから前記品質データを取得することで、前記通信品質を決定することを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１又は２において、複数の通信手段を有し、前記決定された通信品質に応じて、前記複数の通信手段のうちの少なくとも１部が選択されることを特徴とする無線通信装置。
4. 通信データと品質データをデータとして受け取るインターフェースと、複数の通信手段と、通信品質に対応した通信指示を格納する品質データベースと、前記品質データで示される通信品質に対応した通信手段指示を前記品質データベースから検索し、前記通信データを前記要求される品質に応じて前記複数の通信手段のうちの少なくともいずれかに配送する割当制御手段とを有することを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項３又は４に記載の無線通信装置であって、前記複数の通信手段に対して送信電力の設定をすることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項５に記載の無線通信装置であって、前記通信品質に対応した送信電力指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記複数の通信手段に対して送信電力の設定をすることを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項３又は４のいずれかに記載の無線通信装置であって、前記通信品質に応じて前記複数の通信手段に対して伝送速度の設定をすることを特徴とする無線通信装置。
8. 請求項７に記載の無線通信装置であって、前記要求品質に対応した伝送速度指示を前記品質データベースから検索し、検索結果に従い前記複数の通信手段に対して伝送速度の設定をすることを特徴とする無線通信装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の無線通信装置であって、前記データの一部を冗長化して、前記通信手段に送信することを特徴とする無線通信装置。
10. 請求項９に記載の無線通信装置であって、前記通信品質に対応した冗長化方式指示を品質データベースから検索し、検索結果に従い前記データの一部を冗長化して、前記複数の通信手段に送信することを特徴とする無線通信装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の無線通信装置であって、前記通信手段からの送信電力と受信電力との情報に基づき伝播損失を算出し、前記品質データベースを前記伝播損失で更新することを特徴とする無線通信装置。
12. 請求項１１に記載の無線通信装置であって、送信出力演算手段と受信感度テーブルを有し、伝播損失と前記受信感度テーブルに基づき前記品質データベースの送信出力指示を更新することを特徴とする無線通信装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の無線通信装置であって、前記通信手段はＵＳＢあるいはＰＣカードを有し、ブリッジ手段を介して接続されることを特徴とする無線通信装置。
14. 請求項１２乃至１３のいずれかに記載の無線通信装置であって、無線品質管理手段を有し、前記無線品質管理手段は、診断要求を他の無線通信装置へ通知し、前記診断要求に対応した診断応答を受信して、前記受信感度テーブルを更新することを特徴とする無線通信装置。
15. 通信データを含むデータを取得し、前記取得したデータから通信品質を決定し、前記決定された通信品質が実現できるように前記通信データを無線通信する無線通信方法。

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