JP2009021886A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
無線通信システムにおいて、異なるモードやチャネルで運用される形態の異なる通信、および、そこで実現される複数の異なるアプリケーションやサービスを、並列的に実現することを目的とする。
【解決手段】
異なる複数のモードおよびチャネルで運営される複数の通信相手端末が検出された場合、単位時間内に複数の通信相手に個別に占有時間を割当てることで、単位時間内に複数の通信相手との通信を可能とし、また、優先するべき通信形態、通信相手端末、アプリケーション、その時点の通信量等に応じて、上記単位時間内に占める占有時間を動的に割当てる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線ＬＡＮやBlue toothなどによって通信する無線通信装置に係り、特に、車両に搭載される無線通信装置に関する。

昨今、簡易に無線基地局を設定しこれを活用する無線通信方式が汎用化され、また、無線基地局等の通信インフラに依存することなく端末間での直接的な無線通信も実現可能である。これらは異なる無線通信モードにて運用され、各端末はこれらモードのうち一つを固定的に選択して通信を開始することが想定されている。また、どちらのモードであっても、複数の異なるチャネルのうち一つを選択して継続的に通信を行い、一度開始した通信が不能になるまでは同じチャネルを使用し続けて通信することが想定されている。これらモードおよびチャネル変更方式を用いる通信方式として802.11無線LAN通信方式が挙げられる。(アドホックモードとインフラモード、2.4GHz帯を使用)
無線基地局などの路側端末、あるいは車載端末となどの移動端末は複数のモードおよびチャネルを取り得る。しかしながら、これら端末との通信を実現したい移動端末は単一のモードおよびチャネルしか選択できないため、異なるモードで運用される路側端末との通信と移動端末との通信など、通信形態の異なる通信（およびそこで実現される異なるアプリケーションやサービス）を並列的に実現することができない。

複数のアプリケーション（音声と非音声）を無線により通信する際に、異なるアプリケーションのデータを同一のスロットに格納することで音声通信と非音声通信を同時に実現する技術がある。これは同一モードを用いた通信を想定している。(特許文献１)
特開２００６−５５１１号公報

無線通信システムにおいて、例えば802.11仕様に基づく通信方式などにおいて路側に設置する無線基地局端末および移動端末は複数のモードおよびチャネルを取り得るものがある。しかしながら、これら端末との通信を実現したい移動端末は単一のモードおよびチャネルを選択することが想定されているため、異なるモードで運用される路側端末との通信と移動端末との通信などの通信形態の異なる通信、およびそこで実現される異なるアプリケーションやサービスを並列的に実現することができないという課題がある。

特許文献１によれば、異なるアプリケーションのデータを同一のスロットに格納することで異なるアプリケーションを並列的に実現することが可能であるが、複数モードを並列的に利用すること、また、複数チャネルを並列的に利用して通信する方法については記述が無い。また、同一スロット内でデータ内容（例えば、音声データと非音声データ等）に応じてどのように優先度を設定するかという点については述べられておらず、上記課題を解決するためにはこれら項目が必要である。

本発明は、複数の異なる通信モード又は複数の異なる通信チャネルを並列して通信可能な装置、方法及びプログラムを提供することである。

本発明は、複数の異なるアプリケーション又は複数の異なるサービスを並列して実行可能な装置、方法及びプログラムを提供することである。

スキャンにより異なる複数のモードおよびチャネルで運営される複数の通信相手が検出された場合、単位時間内に複数の通信相手に個別に占有時間を割当てる（時分割）ことで、単位時間内に複数の通信相手との通信を可能とする。

また、優先するべき通信形態あるいは通信相手端末あるいはアプリケーションあるいはその時点の通信量等に応じて、上記単位時間内に占める占有時間を動的に割当てる。

本発明によれば、無線通信装置が、異なるモードやチャネルで運用される他の無線通信装置（例えば、路側端末あるいは移動端末）との通信といった通信形態の異なる通信、および、そこで実現される異なるアプリケーションやサービスを並列的に実現することを可能とする。また、優先度を考慮した接続相手端末への単位時間あたりの通信可能時間(占有時間)の割り当てを実現する。

図１は、端末のハードウェア構成図である。

該端末は、CPU１、メインメモリ２、不揮発性の記憶装置３、無線通信により他端末とデータの送受信を行う無線通信インタフェース４、視聴者やオペレータ等との入出力を司る入出力装置５（ディスプレイ、スピーカ、タッチパネル等）、センサ情報受信装置６とからなり、これらはバス等の通信線７により接続される。

CPU１は、記憶装置３に格納されるプログラムをメインメモリ２に読み込み、実行することにより、種々の処理を行う。これらのプログラムやデータは、予め記憶装置３に格納しておいてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から入力してもよいし、ネットワーク経由で他の装置からダウンロードしてもよい。又、該プログラムにより実現される機能を、専用のハードウェアにより実現してもよい。

図３は、実施例１における端末のハードウェア構成図である。

端末は、図１に示したハードウェアの他、インターネットに接続して他の計算機等とデータの送受信を行う有線通信インタフェース５０を有してもよい。

記憶装置３は、無線通信インタフェース(IF)設定部５０１、端末移動方向取得部５０３、接続先端末管理部５０６、電波強度取得部５０５、実効伝送レート取得部５０７、単位データサイズ取得部５０８、アプリケーション種別判定部５１０などのプログラム、並びに、接続候補端末テーブル５１１、送信成否履歴５０９、ＥＳＳＩＤ−アプリケーション対応表５１２、優先度規定テーブル５１３等のデータを格納する。

以下、プログラムが行為主体であるかのように記載するが、実際の行為主体は、それらのプログラムを実行するＣＰＵ１であることはいうまでもない。

無線通信インタフェース(IF)設定部５０１は、無線通信インタフェースを図５に示すように時分割で複数接続先と通信可能なように切り替える。この際に、複数モードおよびチャネルのスキャン（２０に示す時間）により、異なる複数のモードおよびチャネルで運営される複数の通信相手が検出された場合、単位時間（２８）内に複数の通信相手に個別に占有時間（２２，２４，２６）を割当てることで、単位時間内に複数の通信相手との通信を可能とする。前記スキャンを実施する無線通信インタフェース例として、例えばIEEE802.11規格で動作する無線LANインタフェースが挙げられる。このインタフェースは異なる２つのモード(インフラストラクチャ・モード、アドホック・モード)のどちらかで動作することが可能であり、無線通信ＩＦ設定部(５０１)より無線通信インタフェース(４)に対して制御コマンドを発行することにより切り替え可能である。尚、インフラストラクチャ・モードでは、アクセスポイントを介してサーバなどから音楽ファイルや地図情報、交通情報を受信し、アドホック・モードでは、他の端末から車両情報や路面情報、交通情報を受信することができる。

図２に本発明の代表的な実施フローを示す。
＜スキャン処理＞（６１）
全モード全チャネルスキャンを開始する。
各端末はスキャンと共に複数モード複数チャネル切り替えタイミングを同期するための同期情報をブロードキャスト送信する。同期情報は、（単一周期開始時刻、全モード全チャネルスキャン時間、単位時間、ESSIDとそれに対応する占有時間）で構成される。
※各スキャンは少なくとも一般的なアクセスポイント／移動端末のプローブ／ビーコン周期の期間は行う。
＜ビーコン／プローブからの情報取得処理＞（６２、６３）
新たに現れた端末より送信されるビーコン／プローブを受信したら、各ビーコン／プローブに含まれるＥＳＳＩＤを取得する。併せて、必要であれば該ＥＳＳＩＤで運用されるアプリケーションを、事前に登録されたＥＳＳＩＤ−アプリケーション対応表（５１２）を参照することで判定する。
＜切り替えタイミングの同期処理＞（６４）
複数モード複数チャネル切り替えタイミングを同期(単一周期開始タイミングの同期)させるために、前記の同期情報に基づきモードとチャネルの組み合わせの切り替えタイミングと占有時間を設定して周期的な切り替え動作を行う。

占有時間は、単位送信データ量（パケットサイズ等）の送出処理を完了するために必要な時間の整数倍に設定する。ここで、単位送信データの送出処理を完了するために必要な時間は、（１）無線通信インタフェースの実効伝送レート、（２）単位送信データ量を検出し、これら検出値により演算する。これにより単位送信データの送信中に占有時間を切り替えてしまい単位送信データの送信を失敗することを防ぐ。

また、占有時間は、単位送信データ（パケット等）を送信した時刻、および、該単位送信データに対応するＡＣＫ（送達確認）を受信した時刻の差分の整数倍に設定する。ＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）取得部は無線ＬＡＮインタフェースドライバ／ＩＰパケット等からデータの送信時刻と受信時刻を取得し、該差分は周期的に演算する。アクセスポイントからの受信電波強度がある閾値以上を示す際の該差分の最大値を基準として、占有時間を該最大値の整数倍にすることで、送信したデータに対するＡＣＫを受けるまでは不用意にモード／チャネルを切替えてしまうことを避けることができる。

ここで、IEEE802.11規格に従う無線LANにおける、移動端末と基地局との間のアソシエーション確立のためのMACフレーム送受信シーケンスにおいては、Probe Request/Response, Authentication, Association Request/Responseといった規定の制御フレームの送受信が行われるが、占有時間はこの制御フレームの送受信が完了できるような期間として設定する。アソシエーション確立のための制御フレーム送受信シーケンスの完了に必要となる時間は、上記のＲＴＴ取得部により取得したＲＴＴ、および、規格に示されるMACフレームシーケンスにより演算する。

占有時間の設定においては、ＥＳＳＩＤで区別される各通信の優先度に応じてその期間（長短）を設定する。この優先度は、アプリケーション種別、通信性能、受信電波強度変化に応じて推定される端末の移動方向などに応じて決定し、端末に保持される優先度規定テーブルに事前に保持しておく。
占有時間の割り当て方法として、以下などがある。
（１）スキャンにより複数モード（例：インフラモードとアドホックモード）が検出された場合、単位時間内により多くの異なるモードを含むように占有時間を割当てる。
（２）スキャンにより異なる形態の通信（路車間と車車間等）が検出された場合、単位時間内にそれぞれの形態を必ず含むように占有時間を割当てる。
（３）スキャンにより複数の通信相手端末が検出された場合、通信性能が良好な端末を優先するように、単位時間内の占有時間を割当てる。通信性能を推定するための情報として、電波強度取得部５０５によって取得した受信電波強度、および送信成否履歴（５０９）を活用する。
（４）スキャンにより複数の通信相手端末が検出された場合、その時点で最も通信データ量が多い通信相手端末を優先するように、単位時間内の占有時間を割当てる。
（５）スキャンにより複数のアプリケーションが検出された場合、アプリケーションの優先度に応じて、単位時間内の占有時間を割当てる。（例．安全（最優先）、周辺情報（優先）、インターネット接続（非優先）、プローブ情報収集（非優先）、車両診断情報収集（非優先））
（６）スキャンにより複数のアプリケーションが検出された場合、より多くの種類のアプリケーションを並列に実行できるように、接続先を選択し、占有時間を割当てる。
（７）スキャンにより複数モードが検出された場合、進行方向に存在する端末を優先して占有時間を割当てる。端末移動方向取得部（５０３）により自端末の移動方向を推定する。

接続先端末管理部(５０６)は、複数の接続先端末を接続候補端末テーブル５１１によって管理する。
＜データ送受信処理＞（６５）
前記で設定した切り替えタイミングに従いモードとチャネルを切り替え、データ送受信を実行する。

図４は、通信を行う状況の一例を示す図である。ここでは、移動端末A（１８）が、複数のモードおよびチャネルにて運用される無線基地局や移動端末の近傍を通過する状況を示している。移動端末Aは接続候補端末テーブル（４０）に従い、単位時間（２８）内に複数の通信相手に個別に占有時間（２２，２４，２６）を割当てる。

図５の４０は接続候補端末テーブル５１１の一例である。上記（１）〜（７）の方法により、占有時間(２２，２４，２６)を決定する。また、受信電波強度などの通信性能を示すフィールドは、例えば全モード全チャネルスキャン時間（２０）にビーコンやプローブといった制御用情報を受信する際に取得する受信電波強度、あるいは、再送回数といった情報を通信性能として反映する。また、通信モードとＥＳＳＩＤを示すフィールドは、ビーコン／プローブに含まれる通信モード情報、ＥＳＳＩＤ情報を取得することで、値を反映する。また、アプリケーション種別を示すフィールドは、ＥＳＳＩＤ等のビーコンやプローブに含まれる情報に基づき、アプリケーション種別判定部により事前に端末で保持するＥＳＳＩＤとアプリケーションの対応表（５１２）を参照することでアプリケーション名称を判定し、反映する。

図６は単位時間内に複数の接続先端末の占有時間を割当てた様子を示す。単位時間２８は周期的に繰り返される。ここでの全モード全チャネルスキャン時間（２０）は単位時間あたりに割当てられることを想定しているが、複数の単位時間の中に少なくとも一度割当てられても良い。占有時間２２，２４，２６の間隔は可変である。

本発明で示す複数モード・チャネルの切替により、ある移動端末とあるサーバ端末の端末間のデータ通信シーケンスが途絶する期間が発生することがあるが、これにはIP層での再送制御、あるいは、パケット等データ単位に連番を付与して伝送して受信側で連番に応じてデータ再構築を行うデータ伝送方式である、所謂レジューム通信などで対応する。

本発明の機能を有する移動端末間が通信を行うためには、占有時間が同期している必要があるが、これは全モード全チャネルスキャン時間(２０)内に送受信される時刻同期のための同期情報（単一周期開始時刻、全モード全チャネルスキャン時間、単位時間、ESSIDとそれに対応する占有時間）を互いに通知しあうことによって行う。この情報は単一のフレーム／パケット内に配置し、各端末がビーコン／プローブの送信タイミングに合わせてブロードキャスト送信する。

また、上記全モード全チャネルスキャン（２０）を実施するための専用の無線通信インタフェースを設けても良い。

上記占有時間を割当てる端末数は上限を設けることで、単位時間に多数の端末に対して多数の占有時間を設けてしまうことによって単一端末に対して短い占有時間を与えてしまうことを避けることができる。

図７は無線通信インタフェース(IF)の一構成例である。制御フレームに関しては複数モード（図７ではモード１、モード２）を透過させ、データフレームに関しては、制御フレームの送受信によって認証および接続処理が完了した端末が送信するもののみを透過させる様子を示している。これにより、認証および接続処理が未実施の端末が創出するフレームの受信および処理を避け、端末のデータ受信処理負荷を下げる。

本発明は、無線ＬＡＮ端末に利用可能である。

端末のハードウェア構成図。 本発明の代表的な実施フロー図。 端末のハードウェア構成図。 通信を行う状況の一例を示す図。 接続候補端末テーブルの一構成図。 単位時間への占有時間割当を示す図。 制御フレームを透過させる構成を示す図。

符号の説明

１：CPU、２：メインメモリ、３：記憶装置、４：無線送受信装置、５：入出力装置、６：センサ情報受信装置、７：通信線。

Claims (14)

1. 複数の通信モードおよび通信チャネルのそれぞれにおいて通信を実施する端末の有無および性能の検知機能と、
   複数の接続先端末を管理する接続先端末管理部を備え、
   異なる複数の通信モードおよび通信チャネルで運営される複数の端末が潜在的接続先端末として検出された際に、単位時間内に複数の通信端末に個別に占有時間を割当てることで、単位時間内に複数の通信相手との通信を可能とし、また、優先するべき端末に前記占有時間をより多く割当てることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記の占有時間の設定において、単位送信データ量の送出処理を完了する時間を演算し、占有時間を該時間の整数倍に設定し、
   アクセスポイントからの受信電波強度が閾値以上である場合に送出された単位データの送出時刻および該単位データに対するＡＣＫの受信時刻の差分を周期的に演算し、占有時間を該演算の整数倍に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記端末間の占有時間を同期するために、前記検出時間内に時刻同期のための時刻情報および周期情報および占有時間間隔情報を互いに通知することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 複数の通信モードが検出された場合、単位時間内により多くの種類の異なる通信モードを含むように占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 異なる形態の通信が検出された場合、単位時間内にそれぞれの形態を必ず含むように占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 複数の通信相手端末が検出された場合、電波強度、送信成否履歴、干渉波の有無、再送回数などにより通信性能を推定する機能を備え、通信性能が良好な端末を優先するように、単位時間内の占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 複数の通信相手端末が検出された場合、その時点で最も通信データ量が多い通信相手端末を優先するように、単位時間内の占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
8. 複数のアプリケーションが検出された場合、アプリケーションの優先度に応じて、単位時間内の占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
9. 複数のアプリケーションが検出された場合、より多くの種類のアプリケーションを並列に実行できるように、接続先を選択し、占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
10. 端末移動方向取得部を備え、複数の通信モードが検出された場合、進行方向に存在する端末に優先的に占有時間を割当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
11. 前記占有時間を割当てる上限数を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
12. 前記検知機能を実現するための無線通信デバイスを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
13. 複数の通信モード又は複数の通信チャネルで他の無線通信装置と通信可能な無線通信装置において、
    複数の他の無線通信装置と通信するための通信モード又は通信チャネルが異なる場合に、単位時間内に、通信モード又は通信チャネルをスキャンする占有時間と各他の無線通信装置と通信する占有時間を時分割で割り当てる手段と、
    前記単位時間内の割り当て結果に従って、通信モード又は通信チャネルを切り替える手段とを備えることを特徴とする無線通信装置。
14. 前記複数の通信モードは、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードとアドホック・モードであることを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。

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