JP5098586B2

JP5098586B2 - 無線通信装置および方法

Info

Publication number: JP5098586B2
Application number: JP2007296549A
Authority: JP
Inventors: 木村　　亨
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2009124463A

Description

本発明は複数の周波数帯域を用いて通信を行う無線通信技術に関する。

近年では、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）やセンサネット端末に代表されるような、ユビキタス社会の実現を可能にする無線通信デバイスが安価となり、またその安定的な大量供給が可能となっている。このような無線通信デバイスが様々なものに搭載されたユビキタス時代の到来が予想されている。

この種の無線通信デバイスは電池で長時間動作することが望ましいため、消費電力をできるだけ低減することが要求される。その一方で、無線通信で送受信されるデータ量は増大する傾向にあり、今後、ますますデータ通信の高速化が望まれる。

データ通信の最大レートは搬送波周波数帯域に依存しており、高周波数帯域を用いることによってデータ通信の高速化が可能となる。無線通信では、これを含めて様々な面で周波数帯域の使い方が重要な意味を持つ。そのため、周波数帯域の使用方法に様々な工夫が提案されており、例えば、複数の周波数帯域を規定し、それらを使い分ける技術がある（特許文献１参照）。
特開２００６−１０１４２２号公報

高周波数帯域を用いるためには変調回路や復調回路等に高速動作が要求される。しかしながら、高速動作する回路は消費電力が大きいため無線通信デバイスの消費電力を増大させる。無線通信デバイスでは、トレードオフ関係にある消費電力の低減と高速なデータ通信との両立が求められる。また、無線通信デバイスが複数の通信相手との通信をうまく制御する方法が確立されておらず、必ずしも適切な制御が行われているとは言えない。

本発明の目的は、低消費電力で高速なデータ通信を実現するとともに、データ通信の通信相手を適切に制御することができる無線通信装置および無線通信方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の無線通信装置は、複数の周波数帯域の搬送波を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、
第１の周波数帯域の搬送波で信号を送受信する第１の送受信部と、
前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域の搬送波で信号を送受信する第２の送受信部と、
前記第１の送受信部を用いて、前記第１の周波数帯域で制御信号を送受信することにより通信相手とデータ通信が可能な状態とし、データ通信が可能な状態となった前記通信相手の優先度を管理し、複数の通信相手とデータ通信が可能な状態では前記複数の通信相手の中からデータ通信を行う通信相手を前記優先度に基づいて選択し、前記第２の送受信部を用いて、前記第２の周波数帯域で、選択した前記通信相手とデータを送受信する制御部と、を有している。

また、本発明の無線通信方法は、複数の周波数帯域の搬送波を用いてデータ通信を行うための無線通信方法であって、
第１の周波数帯域で制御信号を送受信することにより通信相手とデータ通信が可能な状態とするとともに、データ通信が可能な状態となった前記通信相手の優先度を管理し、
複数の通信相手とデータ通信が可能な状態で、前記複数の通信相手の中からデータ通信を行う通信相手を前記優先度に基づいて選択し、
前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域で、選択した前記通信相手とデータを送受信する。

本発明によれば、第１の周波数帯域での通信により、複数の通信相手の中から、優先度に基づいてデータ通信を行う通信相手を選択し、第２の周波数帯域での通信により、データを送受信するので、周波数帯域の使い分けによって低消費電力での高速データ通信を実現するシステムにおいて、データ通信の通信相手を適切に制御することができる。

本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の無線通信装置は複数の周波数帯域を用いて通信を行う。本実施形態では説明を簡略化するために、周波数帯域が２つという最も単純な場合について説明する。

また、本実施形態において「周波数帯域」は、電波法などに代表される、無線利用に関する法規定や標準化規定に基づき定義された複数の周波数レンジのそれぞれを意味するものとする。ただし、法規定等による周波数帯域の区切り方は典型的な例として示すものであり、本来的には周波数帯域の区切り方は任意であり、本発明が法規定や標準化規定の区切り方に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による無線通信システムの基本構成の概念図である。図１を参照すると、無線通信装置１０₁と無線通信装置１０₂の間で２つの周波数帯域を用いた通信が行われている。低域側の周波数帯域が一例として４００ＭＨｚ帯であり、高域側の周波数帯域が一例として２．４ＧＨｚ帯であるとする。無線通信装置１０₁と無線通信装置１０₂は同一の構成である。

図２は、図１に示した無線通信装置の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、無線通信装置１０は、フィルタ２１，２４、送受信部２２，２５、および制御部２３を有している。フィルタ２１および送受信部２２は２．４ＧＨｚ帯の通信（以下「高域通信」という）用であり、フィルタ２４および送受信部２５は４００ＭＨｚ帯の通信（以下「低域通信」という）用である。

送受信部２２は、２．４ＧＨｚ帯に属する搬送波で信号を、フィルタ２１を介して送受信する。送受信部２５は、４００ＭＨｚ帯の搬送波で信号を、フィルタ２４を介して送受信する。高域通信用の送受信部２２は、低域通信用の送受信部２５より高速な通信が可能である一方で、より多くの電力を消費する。

制御部２３は、送受信部２５を通じて、低域通信により通信相手と制御信号を送受信することにより、通信相手との間で認証処理を行い、高域通信によるデータ通信が可能な状態にする。制御部２３は、そのようにして、複数の通信相手とデータ通信が可能な状態とすることができる。

無線通信装置１０は、上述したように低域通信による制御を経て高域通信によるデータ通信を行う構成を有するため、データ通信を開始する前に、通信相手との接続を管理するための接続情報を生成して保持し、データ通信の制御に利用することができる。そこで、制御部２３は、接続した通信相手の優先度を接続情報として管理しており、その優先度に従うことで複数の通信相手とのデータ通信を制御する。

複数の通信相手とデータ通信が可能な状態では、制御部２３は、高域通信によるデータ通信の起動や停止等を、低域通信を用いて制御し、複数の通信相手の中から、優先度に基づいてデータ通信を行う通信相手を選択する。また、制御部２３は、低域通信による制御に基づき、送受信部２２を通じて、高域通信により通信相手との間でデータを送受信する。

これによれば、低消費電力化と高速なデータ通信を両立させるために複数の周波数帯域を使い分けるシステムにおいて、低域通信により、複数の通信相手の中から、優先度に基づいてデータ通信を行う通信相手を選択し、高域通信により、データを送受信するので、低消費電力による高速データ通信を実現するとともに、データ通信の通信相手を適切に制御することができる。その場合、低域通信が消費電力の低減に寄与し、高域通信がデータ通信の高速化に寄与する。

優先度に基づくデータ通信の制御の例として、制御部２３は、低域通信による制御で通信相手と接続すると、接続先を示す接続先情報と優先度とを含む接続情報を接続管理テーブルに記録することにしてもよい。そして、制御部２３は、その接続管理テーブルの優先度に従って、複数の通信相手とのデータ通信を制御することにしてもよい。

無線通信装置１０が複数の通信相手と通信する場合、制御部２３は、高域通信でデータ通信を行う通信相手を、接続管理テーブルを参照して、優先度が高い通信相手から優先的に選択する。その際、制御部２３は、低域通信による制御信号の送受信によって、通信相手の選択あるいは切り替え等の制御を行う。これにより、通信中の通信相手とのデータ通信を一時停止し、その間に優先度の高い他の通信相手とのデータ通信を行うというようなデータ通信制御が可能となる。

また、制御部２３は、データ通信制御において、通信相手の優先度を動的に変化させることにより、高域通信によるデータ通信を行う通信相手を切り替えることにしてもよい。これにより、高域通信を行う順番の回ってこない接続先の無線通信装置が通信要求の送信を繰り返すという状態が緩和され、無駄な電力消費が低減される。

図３は、第１の実施形態による無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。図３を参照するとノードＡ、Ｂ、Ｃという３つの無線通信装置１０がある。

まず、ノードＡとノードＢとが、４００ＭＨｚ帯の低域通信による認証（ステップ１０１）と、２．４ＧＨｚ帯の高域通信による起動制御（ステップ１０２）とを経て、高域通信によるデータ通信を行う（ステップ１０３）。

その間にノードＣとノードＢの間でデータ通信の要求が生じ、ノードＢとノードＣとが低域通信により認証を行う（ステップ１０４）。ノードＢが、ノードＡの優先度とノードＣの優先度に基づいて優先制御を行う。ここでの優先制御の判断結果は、ノードＡとの通信を一時的に停止して、ノードＣとの通信を割り込ませるというものであるとする。

そこで、ノードＢはノードＣとの間で割り込み制御を行い（ステップ１０５）、それと共にノードＡとの間で待機制御を行う（ステップ１０６）。割り込み制御は、通信中のノードとのデータ通信を一時停止し、その間に他のノードとのデータ通信を行うための制御である。待機制御は、割り込み制御に伴って、一方のデータ通信を一時停止する制御である。

続いて、ノードＣからノードＢへの高域通信による通信要求の後（ステップ１０７）、ノードＢとノードＣとが高域通信によりデータ通信を行う（ステップ１０８）。割り込んだノードＢとノードＣとのデータ通信が終了すると、ノードＢとノードＡとのデータ通信が再開される（ステップ１０９）。

図４は、第１の実施形態による無線通信装置の動作例を説明するための図である。図４には、第１の実施形態による無線通信装置によって構成されるアドホックネットワークが示されている。ここでは図４の全てのノードが図２に示した無線通信装置１０であるとする。

図４には、アドレス（０．０．０）のサーバー３１から、アドレス（１．３．１）の末端ノード３２に至るセッションＳ１と、サーバー３１からアドレス（１．２．２）の末端ノード３３に至るセッションＳ２が示されている。

セッションＳ１の通信経路は、サーバー３１から、アドレス（１．１．０）の中継ノード３４、アドレス（１．２．０）の中継ノード３５、およびアドレス（１．３．０）の中継ノード３６を経由して末端ノード３２に至る。

セッションＳ２の通信経路は、サーバー３１から、アドレス（１．１．０）の中継ノード３４、およびアドレス（１．２．０）の中継ノード３５を経由して末端ノード３３に至る。

ここでは中継ノード３５に注目する。中継ノード３５の制御部２３は、低域通信による制御で通信相手と接続し、その接続情報を接続管理テーブルに登録する。図５は、第１の実施形態において、中継ノード３５で管理されている接続管理テーブルを示す表である。この接続管理テーブルには、中継ノード３５の制御部２３が、低域通信によって制御信号を送受信し、認証処理を経て接続した通信相手との接続情報が記録されている。

図５を参照すると、管理番号１〜３という３つの接続情報が登録されている。接続情報のそれぞれは、図４に示されている中継ノード３４、末端ノード３３、および中継ノード３６との接続を示す。管理番号１の接続は優先度が“１”、管理番号２の接続は優先度が“２”、管理番号３の接続は優先度が“３”である。ここでは優先度は数字が小さいほど優先度が高いものとする。

サーバー３１に近く、２つのセッションＳ１，Ｓ２に共通の接続先である中継ノード３４との接続を最も高い優先度としている。また、セッションＳ２の終端点である末端ノード３３との接続を２番目の優先度とし、セッションＳ１における下流の中継ノード３６との接続を３番目の優先度としている。これにより、セッションＳ１よりもセッションＳ２が優先されることとなる。

なお、各接続に付与する優先度は動的に変更することにしてもよく、またノードの設置時に通信相手毎に固定的設定することにしてもよく、あるいはセッションの確立時に決定することにしてもよく。また、優先度を保持するためのデータ量は極めて小量である。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、複数の通信相手との高域通信によるデータ通信の切り替え等の制御を低域通信で行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。第２の実施形態では、無線通信装置は、低域通信による認証処理等を経て通信相手と接続した後、低域通信を用いずにデータ通信の通信相手を選択するための制御を行う例を示す。

第２の実施形態の無線通信システムの基本構成は、図１に示した第１の実施形態のものと同じである。また、第２の実施形態の無線通信装置は、図２に示した第１の実施形態のものと同様である。ただし、第２の実施形態の無線通信装置１０は、制御部２３の一部の動作が第１の実施形態と異なる。

第２の実施形態による無線通信装置１０の制御部２３は、いったん接続した複数の通信相手の中でデータ通信を行う通信相手を切り替える処理を、低域通信によって通信相手と連携することなく、一定周期で定期的に起動する。また、接続した複数の通信相手の全てを定期的に起動するのではなく、その中で定期的に起動する通信相手を予め設定しておくことにしてもよい。

例えば、制御部２３は、接続管理テーブルに、定期的に起動するか否かを示す定期起動種別を登録しておき、広域通信によるデータ通信を起動種別に基づいて定期的に起動することにしてもよい。図６は、第２の実施形態による無線通信装置で管理される接続管理テーブルを示す表である。図６には、第２の実施形態の無線通信装置を適用した図４に示したアドホックネットワークにおける中継ノード３５の接続管理テーブルが示されている。図５に示した第１の実施形態の接続管理テーブルと比べると、接続情報に定期起動種別が追加されている点が異なっている。管理番号１の中継ノード３４との接続と、管理番号２の中継ノード３６との接続が定期起動の対象（定期起動種別＝“○”）として設定されている。制御部２３は、この接続管理テーブルを参照し、定期起動種別が“○”の通信相手とのデータ通信を定期的に起動すればよい。

これによれば、いったん通信相手と接続した後に外部からの擾乱などによって低域通信に不具合が生じても、高域通信が可能な限り、通信相手とのデータ通信を継続することができる。一般に周波数の異なる複数の周波数帯域に同時に電波障害が生じる確率は低いので、低域通信が障害となっても高域通信は可能という場合がある。したがって、本実施形態によれば、外部からの擾乱に対する耐性を向上させることができる。

なお、本実施形態における定期起動種別を保持するためのデータ量は極めて小量である。また、無線通信による優先度や定期起動種別の設定および変更を可能としてもよい。

また、本実施形態の制御部２３は、低域通信でいったん接続した通信相手とのデータ通信の制御を、それ以降は高域通信で行うことにしてもよい。例えば、図３に示したシーケンス図において、ステップ１０５の割り込み制御とステップ１０６の待機制御とを２．４ＧＨｚ帯の高域通信で行えばよい。これによれば、いったん通信相手と接続した後に外部からの擾乱などによって低域通信に不具合が生じても、高域通信が可能な限り、通信相手とのデータ通信を適切な制御で継続することができる。

また、上述の例では、低域通信でいったん接続した通信相手とのデータ通信の制御を、低域通信に障害があるか否かに関わらず、それ以降は高域通信で行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。低域通信に障害が生じたときのみ、通信相手とのデータ通信の制御を高域通信で行うことにしてもよい。

また、本実施形態では、低域通信に障害が生じたときには、図３に示した認証処理（ステップ１０１、１０４）を、高域通信を用いて行うことにしてもよい。

また、上述した第１、２の実施形態では、周波数帯域が２つの場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として周波数帯域が３つ以上であってもよい。例えば、制御信号を送受信するための周波数帯域を１つとし、データを送受信するための周波数帯域を複数としてもよい。その場合、複数の周波数帯域でのデータ通信を、１つの周波数帯域の制御信号で制御すればよい。また、制御信号を送受信するための周波数帯域をも複数にしてもよい。その場合、データを送受信する周波数帯域の各々に、制御信号を送受信するための周波数帯域を対応付けてもよく、あるいは対応付けなくてもよい。

また、上述した第１、２の実施形態では、４００ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他のいかなる周波数を用いる場合にも本発明は同様に適用することができる。

第１の実施形態による無線通信システムの基本構成の概念図である。図１に示した無線通信装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態による無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。第１の実施形態による無線通信装置の動作例を説明するための図である。第１の実施形態において、中継ノード３５で管理されている接続管理テーブルを示す表である。第２の実施形態による無線通信装置で管理される接続管理テーブルを示す表である。

符号の説明

１０₁、１０₂、１０無線通信装置
２１，２４フィルタ
２２，２５送受信部
２３制御部

Claims

複数の周波数帯域の搬送波を用いてデータ通信を行う無線通信装置であって、
第１の周波数帯域の搬送波で信号を送受信する第１の送受信部と、
前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域の搬送波で信号を送受信する第２の送受信部と、
前記第１の送受信部を用いて、前記第１の周波数帯域で制御信号を送受信することにより通信相手とデータ通信が可能な状態とし、データ通信が可能な状態となった前記通信相手の優先度を管理し、複数の通信相手とデータ通信が可能な状態では前記複数の通信相手の中からデータ通信を行う通信相手を前記優先度に基づいて選択し、前記第２の送受信部を用いて、前記第２の周波数帯域で、選択した前記通信相手とデータを送受信し、データ通信が可能な状態となった複数の前記通信相手とのデータ通信を、前記第１の送受信部による通信を用いずに定期的に起動することにより、データ通信を行う通信相手を切り替える制御部を有する無線通信装置。
前記制御部は、前記優先度に従って前記通信相手とのデータ通信を制御することにより、選択した通信相手とデータを送受信する、請求項１に記載の無線通信装置。
前記制御部は、前記優先度を動的に変更することにより、データ通信を行う通信相手の選択を制御する、請求項２に記載の無線通信装置。
前記制御部は、複数の前記通信相手のそれぞれについて、定期的な起動の対象とするか否かを示す定期起動種別を管理し、前記定期起動種別に従って前記通信相手とのデータ通信を起動する、請求項１に記載の無線通信装置。
前記制御部は、データ通信が可能な状態となった複数の前記通信相手とのデータ通信を、前記第２の送受信部による通信を用いて制御することにより、データ通信を行う通信相手を切り替える、請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記第１の周波数帯域は前記第２の周波数帯域よりも低い周波数帯域である、請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域のいずれか一方または両方が複数の周波数帯域である、請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記制御部は、通信相手との接続に関する情報を記録するための接続管理テーブルを備えており、前記第１の周波数帯域で前記通信相手と前記制御信号を送受信することにより、前記通信相手とデータ通信が可能な状態とするとき、前記通信相手との接続情報を前記接続管理テーブルに登録し、前記第２の周波数帯域による前記データ通信を制御するときに前記接続管理テーブルを参照する、請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
複数の周波数帯域の搬送波を用いてデータ通信を行うための無線通信方法であって、
第１の周波数帯域で制御信号を送受信することにより通信相手とデータ通信が可能な状態とするとともに、データ通信が可能な状態となった前記通信相手の優先度を管理し、
複数の通信相手とデータ通信が可能な状態で、前記複数の通信相手の中からデータ通信を行う通信相手を前記優先度に基づいて選択し、
前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域で、選択した前記通信相手とデータを送受信し、
データ通信が可能な状態となった複数の前記通信相手とのデータ通信を、前記第１の周波数帯域の通信を用いずに定期的に起動することにより、データ通信を行う通信相手を切り替える、無線通信方法。
前記優先度に従って前記通信相手とのデータ通信を制御することにより、選択した通信相手とデータを送受信する、請求項９に記載の無線通信方法。
前記優先度を動的に変更することにより、データ通信を行う通信相手の選択を制御する、請求項１０に記載の無線通信方法。
複数の前記通信相手のそれぞれについて、定期的な起動の対象とするか否かを示す定期起動種別を管理し、前記定期起動種別に従って前記通信相手とのデータ通信を起動する、請求項９に記載の無線通信方法。
データ通信が可能な状態となった複数の前記通信相手とのデータ通信を、前記第２の周波数帯域の通信を用いて制御することにより、データ通信を行う通信相手を切り替える、請求項９から１１のいずれか１項に記載の無線通信方法。
前記第１の周波数帯域は前記第２の周波数帯域よりも低い周波数帯域である、請求項９から１３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域のいずれか一方または両方が複数の周波数帯域である、請求項９から１４のいずれか１項に記載の無線通信方法。
通信相手との接続に関する情報を記録するための接続管理テーブルを用意しておき、
前記第１の周波数帯域で前記通信相手と前記制御信号を送受信することにより、前記通信相手とデータ通信が可能な状態とするとき、前記通信相手との接続情報を前記接続管理テーブルに登録し、
前記第２の周波数帯域による前記データ通信を制御するときに前記接続管理テーブルを参照する、請求項９から１５のいずれか１項に記載の無線通信方法。