無線通信機、ネットワーク、無線通信方法およびプログラム
【課題】他の通信との干渉を抑制し、データ伝送効率を向上させることを可能にした無線通信機を提供する。
【解決手段】複数のテスト用パケットを無線で送出するデータ送受信部と、複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、サンプルデータをサンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、時系列サンプルデータに基づいて複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部とを有する。
【解決手段】複数のテスト用パケットを無線で送出するデータ送受信部と、複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、サンプルデータをサンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、時系列サンプルデータに基づいて複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信機、ネットワーク、無線通信方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信が、企業の職場だけでなく、家庭内や屋外などの広い範囲に普及してきた。無線ＬＡＮの普及に伴い、限られた周波数資源での通信量が増加し、互いの通信の干渉問題が深刻になってきた。
【０００３】
無線ＬＡＮ規格の１つであるＩＥＥＥ８０２．１１では、衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：ＣＳＭＡ／ＣＡ）のアクセス制御方法が使用されている（非特許文献１参照）。このアクセス制御方法は、通信を開始しようとする各無線通信機は、通信を開始する前に周りの無線通信機が電波を出していないかを、必ず確認してから通信を開始する方法である。
【０００４】
また、上記アクセス制御方法では、通信衝突を回避するために、無線通信機は、周囲の機器（他の無線通信機）が電波を出していれば、ある一定期間（バックオフ時間）だけ待った後、電波が出ていないかを再び調べ、周囲の機器が電波を出していなければ、あるランダムな時間経過後に自分が電波を送信する。無線通信機は、周囲の機器が電波を出していないかを確認するために、キャリアセンスを使用する。
【０００５】
キャリアセンスは、無線チャネルの使用状況を確認し、ＩＥＥＥ８０２．１１の規格に合う信号のプリアンプル（同期を確立するための信号）を検出した場合は、信号の受信を行うので無線チャネル使用中（Ｂｕｓｙ：ビジー）となる。ＩＥＥＥ８０２．１１の規格に合う信号のプリアンプルを検出できなかった場合で、予め設定されたキャリアセンス閾値より高い電力レベルが検出されたときは、ビジーと判断し、送信を待機する。また、キャリアセンス閾値より低い電力レベルが検出されたときは、無線チャネルが未使用（アイドル）と判断される。
【０００６】
上述したアクセス制御方法には、次のような問題があった。以下では、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機を「８０２．１１無線機」と表記する。
【０００７】
８０２．１１無線機の送受信制御に使用されているＣＳＭＡ／ＣＡは、外部干渉によるパケットの衝突を完全には回避できないという問題がある。しかもパケット衝突の検出ができないため、パケット衝突による通信失敗が起こった場合、通信失敗の原因の確定ができず、通信失敗に対して有効な防止策を立てられない。また、外部干渉によりパケットが衝突する場合、衝突率を定量的に統計する手段がないため、正確に衝突の度合を評価するのは難しい。
【０００８】
パケット衝突の検出方法として、信号の送信と同時に伝送路上の信号を観測し、観測された信号から送信信号を除去し、送信信号が除去した後の信号のエネルギー量に基づいて、伝送路上の信号衝突の有無を判定する衝突検出方法が特許文献１に開示されている。また、パケット衝突に関する別の検出方法として、近傍に存在する無線端末数および無線伝送速度等に基づいて、データの衝突確率を算出することが特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−６４８８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３１８７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】無線ＬＡＮ規格 ＩＥＥＥ８０２．１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された方法では、送信信号以外の干渉信号の有無を判定できるが、観測された干渉信号は受信側の受信を干渉するかどうか判定できない。また、送信側で観測できない信号が受信側での受信を干渉するおそれもあり、その干渉についても検出できない。
【００１２】
特許文献２に開示された方法では、データの衝突確率は予測される無線状況から算出されており、予測された無線状況が実際の無線状況と大きく異なっている場合、算出される衝突確率は実際の無線状況と合わないものになってしまう。特許文献１および２に開示された方法は、パケット衝突の検出精度が不十分であり、データの伝送効率を向上させるための対策を取れない。
【００１３】
また、無線ＬＡＮ通信では外部干渉からの影響は干渉距離や干渉波の電力強度によって異なり、８０２．１１無線機では、これらの異なる干渉状況を正確に把握できないという問題もある。その結果、干渉状況に合わせてデータの伝送効率を向上させるための対策を取ることができない。
【００１４】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、他の通信との干渉を抑制し、データの伝送効率を向上させることを可能にした無線通信機、ネットワーク、無線通信方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の無線通信機は、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、センシングした空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、
前記信号センシング部から出力されるサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部と、
を有する構成である。
【００１６】
また、本発明の無線通信機は、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行うデータ送受信部と、
前記データ送受信部で算出された、前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出する計算処理部と、
前記計算処理部が算出した前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定する通信状態分類部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記通信状態分類部が判定した通信状態に対応して調整する制御部と、
を有する構成である。
【００１７】
また、本発明のネットワークは、本発明の無線通信機が基地局として複数配置された構成である。
【００１８】
また、本発明の無線通信方法は、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整するものである。
【００１９】
また、本発明の無線通信方法は、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整するものである。
【００２０】
また、本発明のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるものである。
【００２１】
さらに、本発明のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、他の通信との干渉を抑制し、データの伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の無線通信機で実行される通信状態分類アルゴリズムの一例を示す図である。
【図３】図２に示した通信状態分類アルゴリズムで用いられる閾値Ｂの無線伝送レートに対する依存関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態の無線通信機による、通信状態分類方法の動作を具体的に説明するための図である。
【図５】図４に示した無線機Ａのｂｃの一例を示す図である。
【図６】図４に示した無線機Ａのｄｒの一例を示す図である。
【図７】図４に示した無線機Ａの通信状態の分類結果の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態の無線通信機で実行される干渉検出アルゴリズムの一例を示す図である。
【図９】電力の時系列サンプルデータからパケットの衝突を検出する方法を説明するための図である。
【図１０】想定される２種類のパケット衝突パターンを説明するための模式図である。
【図１１】第１の実施形態の無線通信機において、通信状態が更新された際、１つの通信状態が確認された場合の通信制御動作の手順を示す図である。
【図１２】第１の実施形態の無線通信機において、通信状態が更新された際、２つの通信状態が確認された場合の通信制御動作の手順を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図１５】第１の実施形態の無線通信機が基地局として構成される、第４の実施形態におけるメッシュネットワークの一例を示す図である。
【図１６】第４の実施形態におけるメッシュネットワークにおいて、基地局のキャリアセンス感度の調整方法を説明するための図である。
【図１７】第４の実施形態におけるメッシュネットワークにおいて、通信路の通信品質測定方法を説明するための図である。
【図１８】第４の実施形態におけるメッシュネットワークの運用方法を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態の無線通信機について説明する。以下では、無線ＬＡＮ規格がＩＥＥＥ８０２．１１の場合で説明する。また、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機を「８０２．１１無線機」と表記するだけでなく、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線送信機を「８０２．１１無線送信機」と表記し、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線受信機を「８０２．１１無線受信機」と表記する。
【００２５】
（第１の実施形態）
本実施形態の無線通信機の構成を説明する。図１は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の無線通信機は、データ通信と信号センシングを行う通信部１と、受信信号の初期処理と通信評価用パラメータの算出を行う計算処理部２と、情報を記録する記憶部３と、干渉を受ける自機の通信状態を分類する通信状態分類部４と、通信衝突の検出と評価を行う衝突検出部５と、通信部１の通信性能を調整する制御部６とを有する。
【００２７】
なお、計算処理部２、通信状態分類部４、衝突検出部５および制御部６を含む演算制御部８に、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（不図示）と、プログラムを格納するためのメモリ（不図示）とが設けられている。ＣＰＵがプログラムを実行することで、計算処理部２、通信状態分類部４、衝突検出部５および制御部６が仮想的に構成される。
【００２８】
通信部１は、信号センシング部１１と、データ送受信部１２とを有する。信号センシング部１１は、受信アンテナを備え、本実施形態の無線通信機が送信時に用いる周波数チャネルと同じ周波数領域で空間電波信号の電力をセンシングする。
【００２９】
データ送受信部１２は、送受信アンテナを備え、本実施形態の無線通信機で処理されるデータおよびテストパケットの送受信と、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計とを行う。送受信パラメータの例としては、"送信パケットが占める時間"、"一組のデータの送信において最初のパケット送信開始から最後のパケット送信完了までの時間"、"送信パケット数"、"送信成功パケット数"、"単位時間当たりの送信パケット数"等がある。
【００３０】
計算処理部２は、信号センシング部１１から供給される空間電波信号の電力データを時系列データに変換することと、データ送受信部１２から供給される送受信パラメータに基づいて通信評価用パラメータを計算することとを行う。通信評価用パラメータの例としては、"Ｂｕｓｙ Ｃｏｕｎｔ（ｂｃ）"、"Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｒａｔｉｏ（ｄｒ）"、"Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｌｉｖｅｒ ｒａｔｉｏ（Ｓｔｄ（ｄｒ））"等がある。
【００３１】
ｂｃはチャネルが使用されている可能性があると判断する時間の割合を表す。ｂｃは、観測時間内でチャネルがビジーの状態にある時間を観測時間で割ることで求められる。ｂｃはビジー率と称されることもある。連続時間でのｂｃ測定ができない場合、観測時間内にチャネルをサンプリングし、チャネルのサンプル値のうち、ビジーであるサンプル値をカウントし、ビジーであるサンプル値の数を観測時間内の全体のサンプル数で割ることでｂｃが求められる。ｄｒは送信成功率を表す。ｄｒは、以下の式（１）で表される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、ＴｘＦｒａｍｅは観測時間内の送信成功パケットの数である。ＴｘＣｏｕｎｔは観測時間内の送信パケットの数である。
【００３４】
Ｓｔｄ（ｄｒ）は一定時間内のｄｒの標準偏差値を表す。
【００３５】
通信状態分類部４は、計算処理部２から算出される、テスト通信における通信評価用パラメータを用いて、自機の送信が他の通信からの干渉の影響により、自機の通信状態が３つの通信状態のうち、いずれの状態にあるかを判定する。通信評価用パラメータで分類される３つの状態とは、"Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎｏｍａｌｙ Ｓｔａｔｅ（ＰＡ）"、"Ｇｒａｙ Ｓｔａｔｅ（Ｇｒａｙ）"、および"Ｍａｘ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔａｔｅ（Ｇｏｏｄ）"である。
【００３６】
ＰＡは高速伝送レート通信と低速伝送レート通信とが互いの存在を検知できる場合、高速伝送レート通信のスループットが低速伝送レート通信のスループットより低下する通信状態を表す。ここで、スループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）は単位時間あたりのデータの実効伝送量を意味する。Ｇｒａｙは８０２．１１無線機Ｘの送信信号が他の８０２．１１無線機Ｙに検知されてないため、８０２．１１無線機Ｘの送信信号が受信側で他の８０２．１１無線機Ｙの送信信号に干渉される場合の通信状態を表す。Ｇｒａｙ状態における通信は他の通信からの干渉によって送信の成功率が低下する。Ｇｏｏｄは８０２．１１無線送信機が単独でチャネルを使用しているか、あるいは、自分と同じレートで送信する送信機によってチャネルが使用されている通信状態を表す。
【００３７】
衝突検出部５は、計算処理部２から出力される空間電波信号電力の時系列を用い、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの個数を算出する手段と、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットと他の無線通信機が送信したデータパケットとの衝突を検出する手段と、衝突したデータパケットの数を算出する手段と、衝突したデータパケットの数と本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの数に基づいてデータパケットの衝突率を算出する手段とを備える。
【００３８】
制御部６は、通信状態分類部４と衝突検出部５とから出力される結果に基づき、本実施形態の無線通信機の伝送効率を高めるように送信パラメータを調整する。なお、伝送効率を高めるために、本実施形態では、通信状態分類部４と衝突検出部５のそれぞれが個別に動作してもよく、あるいは、同時に動作してもよい。
【００３９】
次に、本実施形態の無線通信機の動作について、図１を参照して詳細に説明する。はじめに、本実施形態の無線通信機の通信状態分類の動作について詳細に説明する。
【００４０】
図１に示すデータ送受信部１２は、一定の伝送レートで、８０２．１１受信機にテスト送信を行う。送信完了後に、送受信パラメータを統計し、送受信パラメータの統計結果を計算処理部２に出力する。
【００４１】
次に、計算処理部２は、データ送受信部１２から供給される送受信パラメータの統計結果に基づいて、上記テスト送信を評価するための通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を計算する。そして、計算処理部２は、通信評価用パラメータの計算結果を記憶部３に保存する。
【００４２】
次に、通信状態分類部４は、記憶部３に保存されている、テスト送信を評価するための通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を、通信状態分類部４に設けられたバッファ（不図示）に読み込み、本実施形態の無線通信機の通信状態を分類する。上記の外部干渉の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態が、図２に示す通信状態分類アルゴリズムに従って３つの状態に分類される。３つの通信状態とは、ＰＡ、ＧｒａｙおよびＧｏｏｄである。
【００４３】
図２を参照して通信状態分類アルゴリズムについて詳細に説明する。なお、演算制御部８内のＣＰＵ（不図示）が、図２に示す通信状態分類アルゴリズムを含むプログラムを実行することで、通信状態分類部４が仮想的に構成される。そのため、図２に示す通信状態分類アルゴリズムを実行する主体が通信状態分類部４であるものとして説明する。
【００４４】
通信状態分類部４は、まず、ｄｒが閾値Ａより大きいかどうかを調べる（ステップＡ１）。ｄｒが閾値Ａより大きい場合、通信状態分類部４は、ｂｃが閾値Ｂより大きいかどうかを調べる（ステップＡ２）。ｂｃが閾値Ｂより大きく、かつｄｒが閾値Ａより大きい場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態はＰＡ状態であると判定する（ステップＡ５）。ＰＡ状態は、他の通信の干渉による影響は大きくはないが、通信に異常が発生している通信性能異常状態に相当する。
【００４５】
図２において、ステップＡ１でｄｒが閾値Ａより大きく、かつステップＡ２でｂｃが閾値Ｂ以下の場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響が小さく、本実施形態の無線通信機の通信状態がＧｏｏｄ状態であると判定する（ステップＡ４）。Ｇｏｏｄ状態は、他の通信との干渉による影響がほとんどない無干渉状態に相当する。
【００４６】
図２に示すステップＡ１で、ｄｒが閾値Ａ以下である場合、通信状態分類部４は、Ｓｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃより大きいかどうかを調べる（ステップＡ３）。Ｓｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃより大きく、かつｄｒが閾値Ａより大きくない場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態がＧｒａｙ状態であると判定する（ステップＡ６）。Ｇｒａｙ状態の区域をＧＺと表記する。Ｇｒａｙ状態は、他の通信の干渉を受けている通信干渉状態に相当する。
【００４７】
図２において、ステップＡ１でｄｒが閾値Ａ以下で、かつＳｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃ以下である場合（ステップＡ３）、通信状態分類部４は、本実施形態の無線通信機のテスト送信信号が無線受信機に到達していないと判定する（ステップＡ７）。
【００４８】
ここで、図２に示した通信状態分類アルゴリズムにおける判定処理で用いられた閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃについて説明する。閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃは、８０２．１１無線通信機の性能特性に依存する。閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃは、判定のための基準値に相当する。
【００４９】
閾値Ａは、８０２．１１無線機と、干渉源となる他の８０２．１１無線機が同時にそれぞれの８０２．１１受信機に送信する場合、かつ互いの送信を検知できる場合の８０２．１１無線機のｄｒの最小値である。
【００５０】
閾値Ｂは無線伝送レートに依存する。図３に閾値Ｂの無線伝送レートに対する依存関係を示す。閾値Ｂの伝送レートに対する依存関係は以下の手順で求められる。まず、１つの通信リンクしか存在しない環境で、通信リンクの８０２．１１無線送信機に８０２．１１無線受信機に向けて各伝送レートでそれぞれ送信テストをさせ、次に、各伝送レート下のｂｃをそれぞれ求め、最後に各伝送レートとそれぞれのｂｃに対応関係をつける。ｂｃに一定のオフセットを足して検出用の閾値Ｂとする。本実施形態の通信状態分類アルゴリズムは、図３に示すテスト送信レートと対応する閾値Ｂを用いて、通信状態を判定する。図３に、オフセットを１０％にした例を示す。１つの通信リンクしか存在しない環境で測定したｂｃを四角印で示し、さらにオフセットを１０％に足した閾値Ｂを三角印で示す。
【００５１】
閾値Ｃは、８０２．１１無線機と、干渉源となる他の８０２．１１無線機が同時にそれぞれの８０２．１１無線受信機に送信する場合、かつ互いの送信を検知できない場合の８０２．１１の無線機の一定時間内のｄｒの標準偏差値である。通信状態分類部４は、上記の判定結果を記憶部３に保存する。
【００５２】
次に、本実施形態の無線通信機の通信状態分類方法の動作について、図４を参照して具体例を説明する。無線機Ａが本実施形態の無線通信機とし、無線機Ｂ、無線機Ｃおよび無線機ＤがＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機とする。
【００５３】
図４に示すように、例えば、無線機Ａが自機から９メートル離れた無線機Ｂに、５４Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのパケットを無線送信するものとする。同時に、無線機Ｃが自機から９メートル離れた無線機Ｄに、６Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのパケットを無線送信するものとする。無線機Ａと無線機Ｂの送信電力はなるべく固定することが望ましいが、特に限定されない。
【００５４】
無線機Ａから無線機Ｂへのパケット送信をｆｌｏｗ１と呼び、無線機Ｃから無線機Ｄへのパケット送信をｆｌｏｗ２と呼ぶ。ここではｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉信号を検出対象とする。従って、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離していくにつれ、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉が弱まる。図４に示す例では、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉波の強度を調査するために、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離す距離を１メートルから２００メートルまで変化させ、本実施形態の無線機Ａの通信状態の分類を行う。
【００５５】
無線機Ａのデータ送受信部１２は、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１と１メートルの距離から移動開始するのと同時に送受信パラメータの統計処理を開始する。無線機Ａの計算処理部２は、無線機Ａのデータ送受信部１２から供給される送受信パラメータに基づいて、通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を計算し、計算結果を記憶部３に保存する。図４に示す例では、無線機Ａの計算処理部２で求めたｂｃとｄｒのそれぞれを図５と図６のそれぞれに示す。図５の縦軸はｂｃを示し、横軸は距離を示す。図５に示す実線はｂｃの平均値を結ぶ線である。図６の縦軸はｄｒを示し、横軸は距離を示す。
【００５６】
図４示す無線機Ａの通信状態分類部４は、記憶部３に保存されている通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を記憶部３から読み出し、図２に示す通信状態分類アルゴリズムにしたがって、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１から１メートルから２００メートルまで離れて行く過程で、ｆｌｏｗ２からの干渉を受けるｆｌｏｗ１の無線機Ａの通信状態を分類する。図４に示す例では、通信状態分類アルゴリズムにおける閾値Ａと閾値Ｃとして、上述の閾値の計算方法により、それぞれ８０％と０．１２を用いる。
【００５７】
上述の閾値Ｂの計算方法により求めた、伝送レートと閾値Ｂの関係を表１に示す。表１に示すｂｃは閾値Ｂに相当する。
【００５８】
【表１】
【００５９】
本実施形態では、上述の閾値Ｂの計算方法によって求めた表１を参照し、図４に示す例では、閾値Ｂとして、伝送レート５４Ｍｂｐｓに対応する５９％を用いる。無線機Ａの通信状態の分類結果を図７に示す。図７の縦軸は通信状態を示し、横軸は距離を示す。
【００６０】
次に、本実施形態の無線通信機の衝突検出の動作について詳細に説明する。
【００６１】
図１に示すデータ送受信部１２はテスト用パケットを最大伝送速度（例えば５４Ｍｂｐｓ）で一定時間（例えば３秒）にかけてテスト送信する。このとき、衝突検出部５は、データ送受信部１２が送信したテスト用パケットの個数をカウントし、カウントした個数をＣ１として記録部３に保存する。テスト送信の開始と同時に、信号センシング部１１はテスト送信と同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングする。テスト送信完了後に、信号センシング部１１はセンシングを停止し、センシングした空間電波信号のサンプルデータを計算処理部２に出力する。
【００６２】
次に、計算処理部２は、信号センシング部１１から供給される空間電波信号のサンプルデータに基づいて、空間電波信号のサンプルデータを時系列の電力サンプルデータに変換する。その時系列の電力サンプルデータを記憶部３に保存する。以下では、この時系列の電力サンプルデータを、単に「時系列サンプルデータ」と称する。
【００６３】
次に、衝突検出部５は、記憶部３に保存されている時系列サンプルデータを衝突検出部５に読み込み、本実施形態の無線通信機が他の８０２．１１無線機からの干渉を受ける場合、上記の干渉を検出する。
【００６４】
次に、図８と図９を参照して、干渉検出のアルゴリズムについて詳細に説明する。図８は干渉検出アルゴリズムの一例を示し、図９は電力の時系列サンプルデータからパケットの衝突を検出する方法を説明するための図である。図９の縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。
【００６５】
図８に示すように、干渉検出アルゴリズムは、平均電力算出プロセス５１と、衝突回数統計プロセス５２と、衝突率算出プロセス５３とを有する。なお、演算制御部８内のＣＰＵ（不図示）が、図８に示す干渉検出アルゴリズムを含むプログラムを実行することで、衝突検出部５が仮想的に構成される。そのため、図８に示す各プロセスを実行する主体が衝突検出部５であるものとして説明する。
【００６６】
はじめに、平均電力算出プロセス５１の動作について詳細に説明する。衝突検出部５は、図９（ａ）に示す時系列サンプルデータに基づいて、図９（ｂ）に示す第１回目の平均電力計算を行う（ステップＢ１）。具体的には、衝突検出部５は記憶部３から読み込んだ時系列サンプルデータをＮ個毎に分け、それぞれの平均電力を求める（ステップＢ１）。図９（ｂ）に示す例では、Ｎ＝２である。図９（ａ）に示す黒丸印は、センシングした信号の電力パワーを示す。
【００６７】
次に、衝突検出部５は、図９（ｃ）に示す第２回目の平均電力計算を行う（ステップＢ２）。具体的に説明する。衝突検出部５は、ステップＢ１で求められた平均電力のデータの最初から最後まで順番に調べる。そして、閾値１より大きいデータがあり、その後に、閾値１より大きいデータの連続する数が（Ｍ−１）個である場合、衝突検出部５は、これらＭ個の連続のデータの平均値を求め、求めた平均値をこれらＭ個のデータのそれぞれの平均電力の値にする。図９（ｃ）に示す例では、Ｍ＝５である。
【００６８】
一方、閾値１より大きいデータがあり、その後に、閾値１より大きいデータの連続する数が（Ｍ−１）個より小さい場合、衝突検出部５は、“平均電力が閾値１より大きい最初のデータ”から“平均電力が閾値１より小さい最初のデータの１つ前のデータ（連続する（Ｍ−１）個より小さい数のデータのうち、平均電力が閾値１より大きい最後のデータ）”までのデータの平均値を求める。そして、衝突検出部５は、求めた平均値を、平均電力が閾値１より大きい最初のデータから最後のデータまでのそれぞれの平均電力の値とする。
【００６９】
上述のＭ個のデータ、または（Ｍ−１）より小さい個数のデータの場合と同様にして、衝突検出部５は、第２回目の平均電力計算を、それ以降のデータについても、ステップＢ１で求められた平均電力のデータの最後まで行う。さらに、このようにして求められた平均電力のうち、ノイズの電力閾値より小さい平均電力値をＬ個（例えば３個）の連続する０値と入れ替える（ステップＢ２）。図９（ｃ）に示す例では、Ｌ＝２である。
【００７０】
ここで、Ｎ×Ｍは最大伝送速度で送信する１個のテストパケットのサンプル数Ｋと一致する。ＮをＫの約１％にする場合に適切な計算精度が得られる。閾値１はデバイスの性能によって異なるが、キャリアセンスの閾値より大きく設定する。キャリアセンスの閾値は、ＣＳＭＡ／ＣＡにおいて、チャネルが使用されているか否かを判定するための閾値である。キャリアセンスの閾値はＣｌｅａｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔレベル（ＣＣＡレベル）とも言われている。ノイズの電力閾値はノイズの平均電力の１．５倍が適切だと考えられる。ノイズの平均電力は電力測定器により求められる。また、電力判定の基準として、閾値１とは別に閾値２を定義しておく。閾値２はデバイスの性能によって異なるが、閾値１を負の値にしたものと等しい。
【００７１】
衝突検出部５は、図９（ｃ）に例示した、ステップＢ２で求めた時系列データの全てのデータ値のそれぞれについて、当該データ値から直前のデータ値を引いて、隣接データの電力差を求める（ステップＢ３）。つまり、隣接する２つのデータについて、時間経過の大きい方から時間経過の小さい方を引いた値を、隣接データの電力差とする。その結果の一例を図９（ｄ）に示す。図９（ｄ）の時間軸の上側は電力差の値がプラスであることを示し、時間軸の下側は電力差の値がマイナスであることを示す。図９（ｄ）における黒三角印は隣接データの電力差を示す。図９（ｄ）を電力差時系列データと称する。
【００７２】
次に、衝突回数統計プロセス５２の動作について詳細に説明する。
【００７３】
衝突検出ステップ（ステップＢ４）において、衝突検出部５は、ステップＢ３で求めた時系列データの最初から順番に調べる。閾値１より大きいデータの後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値１より大きいデータ”である場合（これをケース１と称する）、衝突検出部５は、１回のパケット衝突としてカウントする。ケース１に該当しない場合、次のケースについて判定する。ただし、閾値１をＣＣＡレベルより大きく、かつテスト用パケットの電力の５０％より小さく設定する場合があり、このように閾値１を定義した場合、ケース１のパケット衝突は存在しないため、ケース１についての判定を行わない。
【００７４】
閾値１より大きいデータの直前のＺ個のデータ値の中に０の値が存在しない場合（これをケース２と称する）、あるいは閾値２より小さいデータの直後のＹ個のデータ値の中に０の値が存在しない場合（これをケース３と称する）、衝突検出部５は、１回のパケット衝突としてカウントする。Ｚはデバイスの性能によって異なるが、２個が適切だと考えられる。Ｙはデバイスの性能によって異なるが、５個が適切だと考えられる。ただし、上記のケース２とケース３が連続する場合、つまり、閾値１より大きく、かつ直前のＺ個のデータ値の中に０の値が存在しないデータの直後に、閾値２より小さく、かつ直後のＹ個のデータ値の中に０の値が存在しないデータ値が出現する場合、衝突検出部５は、２回のパケット衝突とカウントせず、１回のパケット衝突としてカウントする。
【００７５】
一方、“閾値１より大きいデータ（このデータを「データＰ１」と称する）”の直前のＺ個のデータの中に０が存在し、データＰ１の後に最初に出現する“閾値２より小さいデータ（このデータを「データＰ２」と称する）”の直後のＹ個のデータの中に０が存在する場合、衝突検出部５は、次に説明するケース４またはケース５のいずれかに該当すると判定すると、１回のパケット衝突としてカウントする。ケース４は、データＰ２の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値２より小さいデータ”の場合である。ケース５は、データＰ２の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値１より大きいデータ”であり、かつ、データＰ１とデータＰ２の和の絶対値が閾値３より大きい場合である。閾値３はデバイスの性能によって異なるが、閾値１と同等の値が適切だと考えられる。ケース４およびケース５のいずれにも該当しなければ、衝突検出部５は、パケット衝突ではないと判定する。衝突検出部５は、上述のようにしてカウントしたパケット衝突の回数Ｃ２を記録装置３に保存する（ステップＢ５）。
【００７６】
ここで、図９（ｄ）を参照して、衝突検出部５がケース４のパケット衝突を検出する方法を説明する。図９（ｄ）には、説明のために、隣接データの電力差を示すデータに符号１０１〜１０８を付している。
【００７７】
図９（ｄ）に示すデータ１０１はデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０２はデータＰ２の条件に当てはまるが、データ１０２の後に、閾値２より小さいデータではなく、閾値１より大きいデータ１０３が最初に出現するので、ケース４には該当しない。また、データ１０２の後に閾値１より大きいデータ１０３が最初に出現するが、データ１０１とデータ１０２の和の絶対値はほぼ０（＜閾値３）となり、ケース５にも該当しない。
【００７８】
続いて、図９（ｄ）を参照して、時間軸に沿ってデータを見ていくと、データ１０３がデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０４がデータＰ２の条件に当てはまるので、ケース４またはケース５に該当するか検討する。図９（ｄ）を見ると、データ１０４の後に、閾値１より大きいデータではなく、閾値２より小さいデータ１０６が最初に出現するので、ケース４に該当することがわかる。なお、データ１０４の後のデータ１０５は、閾値１より小さく、かつ閾値２より大きいので、“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のいずれにも該当せず、判定対象から除外される。
【００７９】
さらに、図９（ｄ）を参照して、時間軸に沿ってデータを見ていくと、データ１０７がデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０８がデータＰ２の条件に当てはまる。しかし、図９に例示する時系列データの観測時間の範囲では、データ１０８の後には、“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”が出現していないので、パケット衝突があるか否かを判定する必要はない。
【００８０】
ここで、閾値１をキャリアセンスの閾値より大きく設定する理由を説明する。図１０は想定される２種類のパケット衝突パターンを説明するための模式図である。図１０の縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。そして、図１０では、送信端末の送信パケットの電力を縦長の四角形で示し、干渉パケットの電力を横長の四角形で示している。
【００８１】
パケットの衝突には２種類のパターンがある。この２種類のパターンを第１および第２のパターンと称する。図１０（ａ）は第１のパターンの時系列サンプルデータを模式的に示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示した時系列サンプルデータに対して包絡特徴抽出を行った電力差時系列データを模式的に示す図である。ただし、図１０（ｂ）では、閾値１より電力の低い干渉パケットの部分が「０でない値が連続して出現すること」を示すために、図１０（ａ）に示した干渉パケットをそのまま模式的に示している。
【００８２】
図１０（ａ）に示す第１のパターンは、干渉パケットの電力がキャリアセンスの閾値より大きい場合である。この場合、各送信端末が互いの送信パケットの存在を正しく検知できる。各送信端末はチャネルが空いていると判定した後、ちょうど同時にパケットを送信すると、図１０（ａ）に示すように、パケットの衝突が起こり得る。図１０（ａ）に示すパケット衝突ｐｃ１は、図１０（ｂ）を見てわかるように、上述したパケット衝突検出判定のケース５に相当する。また、図１０（ａ）に示すパケット衝突ｐｃ２は、上述したパケット衝突検出判定のケース３に相当する。
【００８３】
ここで、図１０（ｂ）では、パケット衝突ｐｃ３は検出されないように見える。これは、図１０（ａ）に示す観測時間では、パケット衝突ｐｃ３の後に出現するテスト用パケットが観測されていないからである。パケット衝突ｐｃ３の後にテスト用パケットが検出されると、パケット衝突ｐｃ３における「閾値１より大きいデータ」の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータは、次のテスト用パケットの「閾値１より大きいデータ」となる。そのため、パケット衝突ｐｃ３は、上述したパケット衝突検出判定のケース１に相当する。よって、本実施形態では、第１のパターンのパケット衝突を検出できることがわかる。
【００８４】
図１０（ｃ）は第２のパターンの時系列サンプルデータを模式的に示す図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）に示した時系列サンプルデータに対して包絡特徴抽出を行った電力差時系列データを模式的に示す図である。ただし、図１０（ｄ）では、キャリアセンスの閾値より電力の低い干渉パケットの部分が「０でない値が連続して出現すること」を示すために、図１０（ｃ）に示した干渉パケットをそのまま模式的に示している。
【００８５】
図１０（ｃ）に示す第２のパターンは、干渉パケットの電力がキャリアセンスの閾値より小さい場合である。この場合、各送信端末が互いの送信パケットの存在を正しく検知できないため、チャネルのビジー状態を正しく判定できない。その結果、図１０（ｃ）に示すように、自端末が送出したパケットと、検出できない干渉パケットとの衝突が発生する。図１０（ｃ）に示す３つのパケット衝突は、図１０(ｄ)を見てわかるように、上述したパケット衝突検出判定のケース２またはケース３に相当している。そのため、本実施形態では、第２のパターンのパケット衝突も検出できることがわかる。
【００８６】
図１０を参照して説明したように、本実施形態では、閾値１をキャリアセンスの閾値より大きく設定することで、上記の第１および第２のパターンのいずれの衝突パターンの検出にも対応できることがわかる。
【００８７】
次に、衝突率算出プロセス５３の動作について詳細に説明する。衝突検出部５は、衝突率を算出するため、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの個数Ｃ１とパケット衝突の回数Ｃ２を記憶部３から読み出し、以下に示す式（２）によって衝突率を求める。最後に、衝突検出部５は、算出した衝突率を記憶部３に保存する（ステップＢ６）。
【００８８】
【数２】
【００８９】
式（２）において、右辺の分母は送信したテスト用パケットの個数Ｃ１であり、分子はパケット衝突の回数Ｃ２である。
【００９０】
次に、図４に示した実験を用いて、衝突検出の実験結果を示す。ここでも、無線機Ａが本実施形態の無線通信機とし、無線機Ｂ、無線機Ｃおよび無線機ＤがＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機とする。
【００９１】
図４に示すように、例えば、無線機Ａが自機から９メートル離れた無線機Ｂにパケットを無線送信するものとする。同時に、無線機Ｃが自機から９メートル離れた無線機Ｄにパケットを無線送信するものとする。無線機Ａから無線機Ｂへのパケット送信をｆｌｏｗ１と呼び、無線機Ｃから無線機Ｄへのパケット送信をｆｌｏｗ２と呼ぶ。ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉信号を検出対象とする。従って、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離していくにつれ、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉が弱まる。
【００９２】
図４に示す例では、ｆｌｏｗ１に与える干渉波の強度を調査するために、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離す距離を、１メートル、１０メートル、４０メートル、８０メートル、１１０メートル、および２００メートルの６つの場合とし、それぞれの距離の位置にｆｌｏｗ２を順番に移動させる。各位置で、無線機Ａが５４Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのテスト用パケットを０ｄＢｍの送信電力で無線機Ｂに３秒間送信する。同時に無線機Ｃが６Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのテスト用パケットを０ｄＢｍの送信電力で３秒間送信する。ここでは、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉を、限られた移動距離（２００メートル）内に減衰させるため、最大送信電力ではなく０ｄＢｍの送信電力でテスト送信を行う。
【００９３】
閾値１をテスト用パケットの平均電力の３５％に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値１＝（Ｐ×０．３５）となる。閾値２をテスト用パケットの平均電力の３５％の負の値に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値２＝−（Ｐ×０．３５）となる。閾値３をテスト用パケットの平均電力の３５％に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値３＝（Ｐ×０．３５）となる。各位置でのテスト用パケット送信期間内の衝突検出結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
【００９５】
表２には、ｆｌｏｗ１およびｆｌｏｗ２間の距離に対応して、送信パケット数、パケット衝突数およびパケット衝突率が記述されている。
【００９６】
本実施形態の無線通信機の通信状態分類部４の分類結果と衝突検出部５の衝突検出結果をそれぞれ用いて、無線通信機の通信を制御する動作について詳細に説明する。
【００９７】
はじめに、本実施形態の無線通信機の通信状態分類部４の分類結果に基づく、制御部６の通信制御方法について詳細に説明する。本実施形態の無線通信機の制御部６は、記憶部３に対して定期的にチェックを行い、通信状態の更新の有無を確認する。通信状態の更新が確認された場合、制御部６は、通信部１に動作指令を出す。表３に制御部６から通信部１に送出される動作指令の一例を示す。
【００９８】
【表３】
【００９９】
表３には、通信状態がＰＡの場合とＧｒａｙの場合の動作指令が記述されている。チャネル、パケットサイズおよび通信ルートのそれぞれは、送信パラメータの一種である。
【０１００】
表３に示すように、動作指令には、動作指令１、動作指令２および動作指令３がある。本実施形態では、動作指令に優先度を設けており、動作指令１が動作指令２より優先度が高く、動作指令２が動作指令３より優先度が高い。本実施形態の無線通信機は動作指令１のチャネル変更指令を実行することにより、他の干渉信号が存在しないチャネル、あるいは、他の干渉信号からの影響が少ないチャネルで送信することが可能となる。通信状態がＰＡの場合、本実施形態の無線通信機は動作指令２のパケットサイズ増加指令を実行することにより、１回の送信でより多いデータを送信でき、より多い時間でチャネルを利用でき、伝送効率を上げられる。通信状態がＧｒａｙの場合、本実施形態の無線通信機は動作指令２のパケットサイズ減少指令を実行することにより、１つのデータパッケトの伝送にチャネルの利用時間が減少し、他の干渉信号との衝突の確率が下がり、伝送効率を上げられる。本実施形態の無線通信機は動作指令３の通信ルート変更指令を実行することにより、他の干渉信号が存在しない通信ルート、あるいは、他の干渉信号からの影響が少ない通信ルートで送信することが可能となる。
【０１０１】
図１１を参照して、本実施形態の無線通信機の通信状態が更新された場合、かつ通信状態が１つしか確認されない場合の通信制御動作について詳細に説明する。
【０１０２】
はじめに、制御部６が、通信状態がＰＡに更新されたのを確認した場合を説明する。制御部６は通信状態がＰＡに更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０３】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令２の「パケットサイズ増加指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０４】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０５】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。
【０１０６】
続いて、制御部６が、通信状態がＧｒａｙに更新されたのを確認した場合を説明する。制御部６は通信状態がＧｒａｙに更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０７】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令２の「パケットサイズ減少指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０８】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０９】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令より優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。
【０１１０】
図１２を参照して、本実施形態の無線通信機の通信状態が更新された場合、かつ２つの通信状態が確認される場合の通信制御動作について詳細に説明する。
【０１１１】
干渉源が２つ以上に存在するため、通信状態のＰＡとＧｒａｙが同時に存在することがある。制御部６はＰＡとＧｒａｙの２つの通信状態が同時に存在し、かつ通信状態が更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１１２】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度の低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１１３】
制御部６がデータ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令より優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。制御部６は通信状態がＧｏｏｄに更新されたのを確認した場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を発送しない。
【０１１４】
次に、本実施形態の無線通信機の衝突検出部５の衝突検出結果に基づく、制御部６の通信制御方法について詳細に説明する。
【０１１５】
本実施形態の無線通信機の制御部６は、記憶部３に定期的にチェックを行い、衝突率の更新を確認する。制御部６は、衝突率の更新を確認した場合、かつ衝突率が閾値４より大きい場合、送信パラメータの調整を指示する旨の送信パラメータ調整指令をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２は、制御部６から送信パラメータ調整指令を受け取ると、素早く指令に従って送信パラメータを調整する。送信パラメータには、キャリアセンス感度、バックオフ時間および伝送レートなどがある。バックオフ時間は、８０２．１１無線機の送信待機時間のことである。閾値４はデバイスの性能と通信の応用によって決められる。例えば、図４に示す実験の場合、表２に示す衝突検出結果を参照し、閾値４を８０％としている。
【０１１６】
なお、衝突率が閾値４より大きい場合、例えば、送信パラメータがキャリアセンス感度である場合、送信パラメータの調整はキャリアセンス感度を高くすることであり、送信パラメータが送信パケットサイズである場合、送信パラメータの調整は送信パケットサイズを下げることであり、送信パラメータが伝送レートである場合、送信パラメータの調整は伝送レートを上げることである。これらの送信パラメータのうち、いずれを調整対象として選択するか、また、選択した送信パラメータをどのように調整するかは、パケットの衝突を回避するだけでなく、通信環境が全体的に改善されるように、最適な条件に設定するのが望ましい。
【０１１７】
本実施形態の無線通信機では、データ送信が他の通信からの干渉を受ける場合、自機の通信状態が３つの通信状態のうち、いずれの通信状態であるかを判定し、判定した通信状態に基づいて送信パラメータを調整することによって伝送効率を高めることができる。
【０１１８】
また、本実施形態の無線通信機では、データ送信を開始する前に、周囲電波状況におけるテスト用パケットの衝突の発生を予め検出し、衝突が発生する場合の衝突率を計算し、衝突検出の結果と衝突率に基づいて、送信パラメータを適切に調整している。そのため、他の通信からの干渉の検出精度を高めることができ、他の通信との干渉を防ぎ、伝送効率を高めることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
本実施形態の無線通信機を、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【０１２０】
図１３は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態の無線通信機は、通信部１と、計算処理部２と、記憶部３と、通信状態分類部４と、制御部６とを有する構成である。本実施形態では、通信部１に、データ送信部１２が設けられているが、図１に示した信号センシング部１１が設けられていない。
【０１２１】
本実施形態の無線通信機は、図１に示した信号センシング部１１と衝突検出部５を有していない。したがって、本実施形態では、伝送効率を高めるための送信パラメータの調整は通信状態分類部４から出力される結果に基づいて行われる。
【０１２２】
本実施形態では、図１に示した衝突検出部５から出力される衝突率による送信パラメータの調整を行わなくても、あるいは、衝突検出部５による衝突検出を行わなくても、伝送効率を高めることができるだけでなく、無線通信機の回路構成が簡単になり、消費電力を抑えられる利点がある。
【０１２３】
（第３の実施形態）
本実施形態の無線通信機を、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【０１２４】
図１４は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、本実施形態の無線通信機は、通信部１と、計算処理部２と、記憶部３と、衝突検出部５と、制御部６とを有する構成である。
【０１２５】
本実施形態の無線通信機は、図１に示した通信状態分類部４を有していない。したがって、本実施形態では、伝送効率を高めるための送信パラメータの調整は衝突検出部５から出力される結果に基づいて行われる。
【０１２６】
本実施形態では、図１に示した通信状態分類部４から出力される通信状態による送信パラメータの調整を行わなくても、伝送効率を高めることができるだけでなく、無線通信機の回路構成が簡単になり、消費電力を抑えられる利点がある。
【０１２７】
（第４の実施形態）
本発明の無線通信機を、メッシュネットワークを構成する基地局に適用することが可能である。本実施形態では、第１の実施形態の無線通信機をメッシュネットワークの基地局として動作させる場合のメッシュネットワークの構成について説明する。
【０１２８】
図１５は、第１の実施形態の無線通信機が基地局として構成されるメッシュネットワークの一例を示す図である。図１５に示す丸印が基地局に相当する。基地局の位置設定は実際の応用に応じて、一般的なメッシュネットワークの基地局の設置方法に従って行われる。複数の基地局のうち、１つの基地局がネットワーク内通信を管理するネットワーク通信管理部として機能する。以下では、このネットワーク通信管理部を管理局と称する。図１５では、管理局を符号７で表している。
【０１２９】
次に、本実施形態のメッシュネットワークの初期設定と運用方法について詳細に説明する。
【０１３０】
メッシュネットワークの初期設定は、基地局のキャリアセンス感度の調整と通信路の通信品質測定との２段階で構成される。まず、メッシュネットワーク内の基地局のキャリアセンス感度の調整について、図１６を参照して詳細に説明する。
【０１３１】
メッシュネットワーク内の基地局の位置設定が完了した後、ネットワーク内通信を管理する１つの基地局が管理局７として選出される。管理局７はネットワーク内に最小あるいは最大ＭＡＣアドレスを持つ基地局から自動的に選出される。管理局７の安定性を考えると、管理局７として、電源給電の基地局、無停電電源装置を装備する基地局、イーサネット（登録商標）に接続する基地局などの基地局から優先的に選出すべきである。選出された管理局７は自分のアドレスをネットワーク内の全ての基地局に送信する。各基地局は受信した管理局７のアドレスを自分の記憶部３に保存する。管理局７が変更された場合、新しい管理局７が自分のアドレスをネットワーク内の全ての基地局に送信し、各基地局が記憶部３に保存している管理局７のアドレスを更新する。ここでは、管理局の選出方法として、いくつかの例を示したが、ここで説明した方法に限定するものではない。
【０１３２】
次に、管理局７はネットワーク内の任意の１つの基地局に指令を送り、当該基地局に衝突検出するための一定の伝送速度（例えば６Ｍｂｐｓ）かつ最大電力でのテスト送信（ブロードキャスト送信）をさせる（ステップＤ１）。図１５では、テスト送信を行う基地局を、基地局Ｋ１としている。ブロードキャスト送信を送信ＴＡと称する。この時点で、基地局Ｋ１以外の基地局がアイドル状態である。
【０１３３】
次に、アイドル状態である基地局の中の任意の１つの基地局に、管理局７が指令を送り、基地局Ｋ１と同じチャネルかつフルレート（ここでは、「フルレート」は休まずに連続的に動作することを意味する）でテスト送信（ブロードキャスト送信）をさせる（ステップＤ２）。ここで、テスト送信を行う基地局を、基地局Ｋ２とする。このときのブロードキャスト送信を送信ＴＢと称する。基地局Ｋ２のテスト送信速度は基地局Ｋ１の伝送速度より高くする（例えば５４Ｍｂｐｓ）。
【０１３４】
次に、基地局Ｋ２がテスト送信開始後、管理局７は基地局Ｋ２に指令を送り、基地局Ｋ２に基地局Ｋ１のテスト送信との衝突検出を実行させる（ステップＤ３）。基地局Ｋ２は衝突検出後に基地局Ｋ１のテスト送信との衝突率を基地局Ｋ２の記憶部３に保存する（ステップＤ４）。
【０１３５】
次に、管理局７は基地局Ｋ２に指令を送り、基地局Ｋ２のテスト送信を停止させ、基地局Ｋ２をアイドル状態に戻す（ステップＤ５）。基地局Ｋ２は記憶部３に保存する衝突率を閾値４と比較し（ステップＤ６）、衝突率が閾値４より大きい場合、基地局Ｋ１への干渉を抑制するようにキャリアセンスの感度を調整する（ステップＤ７）。
【０１３６】
次に、管理局７は送信ＴＡあるいは送信ＴＢを行った基地局以外の任意の基地局に順次に指令を送り、それぞれの基地局にステップＤ２からステップＤ７までの動作を実行させる（ステップＤ８）。ステップＤ２からステップＤ８までの動作により基地局Ｋ１とネットワーク内の他の基地局と同時に通信する場合の互いの干渉が抑えられる。次に、管理局７は基地局Ｋ１に指令を送り、基地局Ｋ１のテスト送信を停止させ、基地局Ｋ１をアイドル状態に戻す（ステップＤ９）。
【０１３７】
次に、管理局７は送信ＴＡを行った基地局以外の任意の基地局に順次に指令を送り、それぞれの基地局にステップ１からステップ７までの動作を実行させる（ステップＤ１０）。ステップＤ１からステップＤ１０までの動作によりネットワーク内の全ての基地局の互いの干渉が抑えられる。
【０１３８】
次に、メッシュネットワーク内の通信路の通信品質測定について、図１７を参照して詳細に説明する。
【０１３９】
まず、管理局７はネットワーク内の任意の１つ基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１に基地局Ｈ１の隣接の任意の１つの基地局Ｈ２にテスト送信を実行させる（ステップＥ１）。このテスト送信を送信ＦＡと称する。基地局Ｈ１は固定の伝送速度かつフルレートで基地局Ｈ２にテスト送信を行う。この時点で、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２を除く基地局がアイドル状態である。次に、管理局７は、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２を除く任意の１つの基地局Ｈ３に指令を送り、基地局Ｈ３に基地局Ｈ３の隣接の任意の１つの基地局Ｈ４にテスト送信（ユニキャスト送信）を実行させる（ステップＥ２）。このテスト送信を送信ＦＢと称する。基地局Ｈ３は固定の伝送速度かつフルレートで基地局Ｈ４にテスト送信を行う。
【０１４０】
次に、管理局７は基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１に送信ＦＡの通信状態を分類させる（ステップＥ３）。上記の通信状態の分類が完了した後に、基地局Ｈ１は、送信ＦＢが存在する場合の送信ＦＡの通信状態の分類結果と、送信ＦＡの伝送速度と、送信ＦＢの伝送速度とを管理局７に送る（ステップＥ４）。管理局７は、送信ＦＢが存在する場合の送信ＦＡの通信状態の分類結果、送信ＦＡの伝送速度、および送信ＦＢの伝送速度の情報を基地局Ｈ１から受け取ると、これらの情報を１つの組にして記憶部３に保存する。
【０１４１】
次に、管理局７は基地局Ｈ３が全ての伝送速度で送信ＦＢを実行したかを判断し（ステップＥ５）、基地局Ｈ３が全ての伝送速度での送信ＦＢを終了していない場合、基地局Ｈ３に指令を送り、基地局Ｈ３にテスト送信の伝送速度を予め決められた範囲内で変更させ（ステップＥ６）、ステップＥ２の処理に戻る。なお、ここで言う「全ての伝送速度」とは、予め決められた範囲の伝送レートであり、例えば、表１に示す伝送レートである。
【０１４２】
次に、基地局Ｈ３が全ての伝送速度で送信ＦＢを実行した場合（ステップＥ５）、管理局７は基地局Ｈ１が全ての伝送速度で送信ＦＡを実行したかを判断し（ステップＥ７）、基地局Ｈ１が全ての伝送速度での送信ＦＡを終了していない場合、管理局７は基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１にテスト送信の伝送速度を予め決められた範囲内で変更させ（ステップＥ８）、ステップＥ１の処理に戻る。
【０１４３】
次に、基地局Ｈ１が全ての伝送速度での送信ＦＡを終了した場合（ステップＥ７）、管理局７は基地局Ｈ３と基地局Ｈ４に指令を送り、基地局Ｈ３のテスト送信を停止させ、基地局Ｈ３および基地局Ｈ４をアイドル状態に戻す（ステップＥ９）。
【０１４４】
管理局７は、ステップＥ１で基地局Ｈ１に送信ＦＡを実行させているときに、送信ＦＢを実行していない基地局の有無を判断する（ステップＥ１０）。ステップＥ１０で、送信ＦＢを実行していない基地局が存在する場合、管理局７は、送信ＦＢを実行していない基地局Ｈ３（送信側）と基地局Ｈ４（受信側）を選出し（ステップＥ１１）、基地局Ｈ３と基地局Ｈ４に指令を送り、ステップＥ２の処理に戻る。
【０１４５】
ステップＥ１からステップＥ１０までの動作により、ある基地局の送信ＦＡとネットワーク内の各通信路とが同時に通信した場合における、送信ＦＡの通信状態が管理局７で把握される。
【０１４６】
ステップＥ１０で、送信ＦＢを実行していない基地局が存在しない場合、管理局７は基地局Ｈ１と基地局Ｈ２に指令を送り、基地局Ｈ１のテスト送信を停止させ、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２をアイドル状態に戻す（ステップＥ１２）。次に、管理局７は送信ＦＡを実行していない基地局の有無を判断し（ステップＥ１３）、送信ＦＡを実行していない基地局が存在する場合、ステップＥ１の処理に戻る。
【０１４７】
ステップＥ１からステップＥ１３までの動作により、ネットワーク内の全ての通信路のそれぞれが各伝送速度で他の通信路と同時に通信する場合の通信状態が把握され、全ての通信組み合わせにおける、通信状態と通信路とが対応づけられ、その対応づけられた情報が管理局７の記憶部３に保存される。
【０１４８】
なお、本実施形態では、ステップＥ２の処理における送信ＦＢが、基地局Ｈ３が基地局Ｈ４に対して行うユニキャスト通信の場合で説明したが、基地局Ｈ３からのブロードキャスト通信であってもよい。送信ＦＢに基地局Ｈ３からのブロードキャスト通信が用いられる場合、ステップＥ２における基地局Ｈ４はアイドル状態である。
【０１４９】
次に、図１８を参照して、本実施形態のメッシュネットワークの運用方法について詳細に説明する。
【０１５０】
本実施形態のメッシュネットワークを構成する複数の基地局のうち、１つの基地局がデータ送信を行う際、その基地局は、データ送信を行う前に、データ送信を予定していることを通知するための送信請求メッセージを管理局７に送る。以下では、データ送信を予定している基地局を基地局１０とする。送信請求メッセージには、基地局１０が予定するデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報が含まれている。なお、基地局１０がデータ送信を行う前に既にデータ送信を行っている基地局があれば、その基地局のデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報を含む通信状況情報が、管理局７の記憶部３に格納されている。このことは、基地局１０の場合で後述する。
【０１５１】
管理局７は、基地局１０から送信請求メッセージを受信すると、基地局１０が予定している送信ルートでの通信がネットワーク内の既存の通信から干渉を受ける場合の通信状態を記憶部３から読み出し、読み出した通信状態と既存の通信の送信ルート（干渉ルート）の情報を含む返信メッセージを基地局１０に送信する。全ての通信組み合わせにおける、通信状態と通信路とが対応づけられた情報と、既にデータ送信を行っている基地局の通信状況情報とが記憶部３に保存されていることから、管理局７は、基地局１０が予定している送信ルートでの通信状態を、記憶部３から読み出すことが可能である。
【０１５２】
基地局１０は、管理局７から返信メッセージを受信すると、返信メッセージに含まれる通信状態の情報を、予定している送信ルートの通信状態として記憶部３に保存する。続いて、基地局１０の制御部６は、第１の実施形態で説明した表３を参照し、記憶部３に保存した通信状態に対応する動作指令を読み出し、データ送受信部１２を通信制御するために、読み出した動作指令をデータ送受信部１２に送る。制御部６がデータ送受信部１２に通信制御を行うことで送信パラメータの調整が完了した後、基地局１０は、データ送信の準備が完了したことを通知するための送信準備完了メッセージを管理局７に送る。送信準備完了メッセージには、基地局１０が予定するデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報が含まれている。
【０１５３】
管理局７は、基地局１０から送信準備完了メッセージを受信すると、送信準備完了メッセージから送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報を読み出し、読み出した情報を、基地局１０の通信状況情報として記憶部３に保存する。次に、基地局１０は、管理局に通知した、送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度で、データ送信を開始する。データ送信が完了した後、基地局１０は、データ送信処理が完了したことを通知するための送信完了メッセージを管理局７に送る。管理局７は送信完了メッセージを基地局１０から受信した場合、基地局１０の通信状況情報を記憶部３から消去する。
【０１５４】
上述の動作で、管理局７は、基地局１０から送信請求メッセージを受信した場合、一定時間内（例えば３秒）に必ず基地局１０に返信メッセージを送るようにする。基地局１０は、送信請求メッセージを管理局７に送信した後、一定時間内（例えば３秒）に管理局７からの返信メッセージを受信できない場合、データ送信を直ちに開始する。
【０１５５】
なお、基地局１０は、管理局７に送信請求メッセージを送信した後、一定時間内（例えば３秒）に管理局７から返信メッセージを受信できない場合、一定時間後（例えば３秒後）に送信請求メッセージを管理局７に再送してもよい。この場合、基地局１０は、送信請求メッセージの送信回数が再送を含めて一定回数（例えば３回）になっても、管理局７から返信メッセージを受信できない場合、予定するデータ送信を直ちに開始する。また、本実施形態では、基地局１０は、管理局７から返信メッセージを受信できない場合、直ちにデータ送信を開始する場合を説明したが、場合によってはデータ送信を開始しないようにしてもよい。
【０１５６】
本実施形態では、本発明の無線通信機を用いてメッシュネットワークを構成することにより、ネットワーク内の各通信路間の干渉が抑えられる。
【０１５７】
上述の第１から第４の実施形態では、無線ＬＡＮ規格がＩＥＥＥ８０２．１１の場合で説明したが、この規格に限定されず、また、ネットワークはＬＡＮに限らない。
【０１５８】
また、本発明の無線通信方法をコンピュータに実行させてもよく、本発明の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに適用してもよく、そのプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 通信部
２ 計算処理部
３ 記憶部
４ 通信状態分類部
５ 衝突検出部
６ 制御部
７ 管理局
８ 演算制御部
１１ 信号センシング部
１２ データ送受信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信機、ネットワーク、無線通信方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信が、企業の職場だけでなく、家庭内や屋外などの広い範囲に普及してきた。無線ＬＡＮの普及に伴い、限られた周波数資源での通信量が増加し、互いの通信の干渉問題が深刻になってきた。
【０００３】
無線ＬＡＮ規格の１つであるＩＥＥＥ８０２．１１では、衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：ＣＳＭＡ／ＣＡ）のアクセス制御方法が使用されている（非特許文献１参照）。このアクセス制御方法は、通信を開始しようとする各無線通信機は、通信を開始する前に周りの無線通信機が電波を出していないかを、必ず確認してから通信を開始する方法である。
【０００４】
また、上記アクセス制御方法では、通信衝突を回避するために、無線通信機は、周囲の機器（他の無線通信機）が電波を出していれば、ある一定期間（バックオフ時間）だけ待った後、電波が出ていないかを再び調べ、周囲の機器が電波を出していなければ、あるランダムな時間経過後に自分が電波を送信する。無線通信機は、周囲の機器が電波を出していないかを確認するために、キャリアセンスを使用する。
【０００５】
キャリアセンスは、無線チャネルの使用状況を確認し、ＩＥＥＥ８０２．１１の規格に合う信号のプリアンプル（同期を確立するための信号）を検出した場合は、信号の受信を行うので無線チャネル使用中（Ｂｕｓｙ：ビジー）となる。ＩＥＥＥ８０２．１１の規格に合う信号のプリアンプルを検出できなかった場合で、予め設定されたキャリアセンス閾値より高い電力レベルが検出されたときは、ビジーと判断し、送信を待機する。また、キャリアセンス閾値より低い電力レベルが検出されたときは、無線チャネルが未使用（アイドル）と判断される。
【０００６】
上述したアクセス制御方法には、次のような問題があった。以下では、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機を「８０２．１１無線機」と表記する。
【０００７】
８０２．１１無線機の送受信制御に使用されているＣＳＭＡ／ＣＡは、外部干渉によるパケットの衝突を完全には回避できないという問題がある。しかもパケット衝突の検出ができないため、パケット衝突による通信失敗が起こった場合、通信失敗の原因の確定ができず、通信失敗に対して有効な防止策を立てられない。また、外部干渉によりパケットが衝突する場合、衝突率を定量的に統計する手段がないため、正確に衝突の度合を評価するのは難しい。
【０００８】
パケット衝突の検出方法として、信号の送信と同時に伝送路上の信号を観測し、観測された信号から送信信号を除去し、送信信号が除去した後の信号のエネルギー量に基づいて、伝送路上の信号衝突の有無を判定する衝突検出方法が特許文献１に開示されている。また、パケット衝突に関する別の検出方法として、近傍に存在する無線端末数および無線伝送速度等に基づいて、データの衝突確率を算出することが特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−６４８８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３１８７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】無線ＬＡＮ規格 ＩＥＥＥ８０２．１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された方法では、送信信号以外の干渉信号の有無を判定できるが、観測された干渉信号は受信側の受信を干渉するかどうか判定できない。また、送信側で観測できない信号が受信側での受信を干渉するおそれもあり、その干渉についても検出できない。
【００１２】
特許文献２に開示された方法では、データの衝突確率は予測される無線状況から算出されており、予測された無線状況が実際の無線状況と大きく異なっている場合、算出される衝突確率は実際の無線状況と合わないものになってしまう。特許文献１および２に開示された方法は、パケット衝突の検出精度が不十分であり、データの伝送効率を向上させるための対策を取れない。
【００１３】
また、無線ＬＡＮ通信では外部干渉からの影響は干渉距離や干渉波の電力強度によって異なり、８０２．１１無線機では、これらの異なる干渉状況を正確に把握できないという問題もある。その結果、干渉状況に合わせてデータの伝送効率を向上させるための対策を取ることができない。
【００１４】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、他の通信との干渉を抑制し、データの伝送効率を向上させることを可能にした無線通信機、ネットワーク、無線通信方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の無線通信機は、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、センシングした空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、
前記信号センシング部から出力されるサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部と、
を有する構成である。
【００１６】
また、本発明の無線通信機は、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行うデータ送受信部と、
前記データ送受信部で算出された、前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出する計算処理部と、
前記計算処理部が算出した前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定する通信状態分類部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記通信状態分類部が判定した通信状態に対応して調整する制御部と、
を有する構成である。
【００１７】
また、本発明のネットワークは、本発明の無線通信機が基地局として複数配置された構成である。
【００１８】
また、本発明の無線通信方法は、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整するものである。
【００１９】
また、本発明の無線通信方法は、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整するものである。
【００２０】
また、本発明のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるものである。
【００２１】
さらに、本発明のプログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、他の通信との干渉を抑制し、データの伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の無線通信機で実行される通信状態分類アルゴリズムの一例を示す図である。
【図３】図２に示した通信状態分類アルゴリズムで用いられる閾値Ｂの無線伝送レートに対する依存関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態の無線通信機による、通信状態分類方法の動作を具体的に説明するための図である。
【図５】図４に示した無線機Ａのｂｃの一例を示す図である。
【図６】図４に示した無線機Ａのｄｒの一例を示す図である。
【図７】図４に示した無線機Ａの通信状態の分類結果の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態の無線通信機で実行される干渉検出アルゴリズムの一例を示す図である。
【図９】電力の時系列サンプルデータからパケットの衝突を検出する方法を説明するための図である。
【図１０】想定される２種類のパケット衝突パターンを説明するための模式図である。
【図１１】第１の実施形態の無線通信機において、通信状態が更新された際、１つの通信状態が確認された場合の通信制御動作の手順を示す図である。
【図１２】第１の実施形態の無線通信機において、通信状態が更新された際、２つの通信状態が確認された場合の通信制御動作の手順を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【図１５】第１の実施形態の無線通信機が基地局として構成される、第４の実施形態におけるメッシュネットワークの一例を示す図である。
【図１６】第４の実施形態におけるメッシュネットワークにおいて、基地局のキャリアセンス感度の調整方法を説明するための図である。
【図１７】第４の実施形態におけるメッシュネットワークにおいて、通信路の通信品質測定方法を説明するための図である。
【図１８】第４の実施形態におけるメッシュネットワークの運用方法を説明するためのシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態の無線通信機について説明する。以下では、無線ＬＡＮ規格がＩＥＥＥ８０２．１１の場合で説明する。また、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機を「８０２．１１無線機」と表記するだけでなく、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線送信機を「８０２．１１無線送信機」と表記し、ＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線受信機を「８０２．１１無線受信機」と表記する。
【００２５】
（第１の実施形態）
本実施形態の無線通信機の構成を説明する。図１は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の無線通信機は、データ通信と信号センシングを行う通信部１と、受信信号の初期処理と通信評価用パラメータの算出を行う計算処理部２と、情報を記録する記憶部３と、干渉を受ける自機の通信状態を分類する通信状態分類部４と、通信衝突の検出と評価を行う衝突検出部５と、通信部１の通信性能を調整する制御部６とを有する。
【００２７】
なお、計算処理部２、通信状態分類部４、衝突検出部５および制御部６を含む演算制御部８に、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（不図示）と、プログラムを格納するためのメモリ（不図示）とが設けられている。ＣＰＵがプログラムを実行することで、計算処理部２、通信状態分類部４、衝突検出部５および制御部６が仮想的に構成される。
【００２８】
通信部１は、信号センシング部１１と、データ送受信部１２とを有する。信号センシング部１１は、受信アンテナを備え、本実施形態の無線通信機が送信時に用いる周波数チャネルと同じ周波数領域で空間電波信号の電力をセンシングする。
【００２９】
データ送受信部１２は、送受信アンテナを備え、本実施形態の無線通信機で処理されるデータおよびテストパケットの送受信と、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計とを行う。送受信パラメータの例としては、"送信パケットが占める時間"、"一組のデータの送信において最初のパケット送信開始から最後のパケット送信完了までの時間"、"送信パケット数"、"送信成功パケット数"、"単位時間当たりの送信パケット数"等がある。
【００３０】
計算処理部２は、信号センシング部１１から供給される空間電波信号の電力データを時系列データに変換することと、データ送受信部１２から供給される送受信パラメータに基づいて通信評価用パラメータを計算することとを行う。通信評価用パラメータの例としては、"Ｂｕｓｙ Ｃｏｕｎｔ（ｂｃ）"、"Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｒａｔｉｏ（ｄｒ）"、"Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｌｉｖｅｒ ｒａｔｉｏ（Ｓｔｄ（ｄｒ））"等がある。
【００３１】
ｂｃはチャネルが使用されている可能性があると判断する時間の割合を表す。ｂｃは、観測時間内でチャネルがビジーの状態にある時間を観測時間で割ることで求められる。ｂｃはビジー率と称されることもある。連続時間でのｂｃ測定ができない場合、観測時間内にチャネルをサンプリングし、チャネルのサンプル値のうち、ビジーであるサンプル値をカウントし、ビジーであるサンプル値の数を観測時間内の全体のサンプル数で割ることでｂｃが求められる。ｄｒは送信成功率を表す。ｄｒは、以下の式（１）で表される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここで、ＴｘＦｒａｍｅは観測時間内の送信成功パケットの数である。ＴｘＣｏｕｎｔは観測時間内の送信パケットの数である。
【００３４】
Ｓｔｄ（ｄｒ）は一定時間内のｄｒの標準偏差値を表す。
【００３５】
通信状態分類部４は、計算処理部２から算出される、テスト通信における通信評価用パラメータを用いて、自機の送信が他の通信からの干渉の影響により、自機の通信状態が３つの通信状態のうち、いずれの状態にあるかを判定する。通信評価用パラメータで分類される３つの状態とは、"Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎｏｍａｌｙ Ｓｔａｔｅ（ＰＡ）"、"Ｇｒａｙ Ｓｔａｔｅ（Ｇｒａｙ）"、および"Ｍａｘ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔａｔｅ（Ｇｏｏｄ）"である。
【００３６】
ＰＡは高速伝送レート通信と低速伝送レート通信とが互いの存在を検知できる場合、高速伝送レート通信のスループットが低速伝送レート通信のスループットより低下する通信状態を表す。ここで、スループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）は単位時間あたりのデータの実効伝送量を意味する。Ｇｒａｙは８０２．１１無線機Ｘの送信信号が他の８０２．１１無線機Ｙに検知されてないため、８０２．１１無線機Ｘの送信信号が受信側で他の８０２．１１無線機Ｙの送信信号に干渉される場合の通信状態を表す。Ｇｒａｙ状態における通信は他の通信からの干渉によって送信の成功率が低下する。Ｇｏｏｄは８０２．１１無線送信機が単独でチャネルを使用しているか、あるいは、自分と同じレートで送信する送信機によってチャネルが使用されている通信状態を表す。
【００３７】
衝突検出部５は、計算処理部２から出力される空間電波信号電力の時系列を用い、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの個数を算出する手段と、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットと他の無線通信機が送信したデータパケットとの衝突を検出する手段と、衝突したデータパケットの数を算出する手段と、衝突したデータパケットの数と本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの数に基づいてデータパケットの衝突率を算出する手段とを備える。
【００３８】
制御部６は、通信状態分類部４と衝突検出部５とから出力される結果に基づき、本実施形態の無線通信機の伝送効率を高めるように送信パラメータを調整する。なお、伝送効率を高めるために、本実施形態では、通信状態分類部４と衝突検出部５のそれぞれが個別に動作してもよく、あるいは、同時に動作してもよい。
【００３９】
次に、本実施形態の無線通信機の動作について、図１を参照して詳細に説明する。はじめに、本実施形態の無線通信機の通信状態分類の動作について詳細に説明する。
【００４０】
図１に示すデータ送受信部１２は、一定の伝送レートで、８０２．１１受信機にテスト送信を行う。送信完了後に、送受信パラメータを統計し、送受信パラメータの統計結果を計算処理部２に出力する。
【００４１】
次に、計算処理部２は、データ送受信部１２から供給される送受信パラメータの統計結果に基づいて、上記テスト送信を評価するための通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を計算する。そして、計算処理部２は、通信評価用パラメータの計算結果を記憶部３に保存する。
【００４２】
次に、通信状態分類部４は、記憶部３に保存されている、テスト送信を評価するための通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を、通信状態分類部４に設けられたバッファ（不図示）に読み込み、本実施形態の無線通信機の通信状態を分類する。上記の外部干渉の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態が、図２に示す通信状態分類アルゴリズムに従って３つの状態に分類される。３つの通信状態とは、ＰＡ、ＧｒａｙおよびＧｏｏｄである。
【００４３】
図２を参照して通信状態分類アルゴリズムについて詳細に説明する。なお、演算制御部８内のＣＰＵ（不図示）が、図２に示す通信状態分類アルゴリズムを含むプログラムを実行することで、通信状態分類部４が仮想的に構成される。そのため、図２に示す通信状態分類アルゴリズムを実行する主体が通信状態分類部４であるものとして説明する。
【００４４】
通信状態分類部４は、まず、ｄｒが閾値Ａより大きいかどうかを調べる（ステップＡ１）。ｄｒが閾値Ａより大きい場合、通信状態分類部４は、ｂｃが閾値Ｂより大きいかどうかを調べる（ステップＡ２）。ｂｃが閾値Ｂより大きく、かつｄｒが閾値Ａより大きい場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態はＰＡ状態であると判定する（ステップＡ５）。ＰＡ状態は、他の通信の干渉による影響は大きくはないが、通信に異常が発生している通信性能異常状態に相当する。
【００４５】
図２において、ステップＡ１でｄｒが閾値Ａより大きく、かつステップＡ２でｂｃが閾値Ｂ以下の場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響が小さく、本実施形態の無線通信機の通信状態がＧｏｏｄ状態であると判定する（ステップＡ４）。Ｇｏｏｄ状態は、他の通信との干渉による影響がほとんどない無干渉状態に相当する。
【００４６】
図２に示すステップＡ１で、ｄｒが閾値Ａ以下である場合、通信状態分類部４は、Ｓｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃより大きいかどうかを調べる（ステップＡ３）。Ｓｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃより大きく、かつｄｒが閾値Ａより大きくない場合、通信状態分類部４は、外部干渉信号の影響で本実施形態の無線通信機の通信状態がＧｒａｙ状態であると判定する（ステップＡ６）。Ｇｒａｙ状態の区域をＧＺと表記する。Ｇｒａｙ状態は、他の通信の干渉を受けている通信干渉状態に相当する。
【００４７】
図２において、ステップＡ１でｄｒが閾値Ａ以下で、かつＳｔｄ（ｄｒ）が閾値Ｃ以下である場合（ステップＡ３）、通信状態分類部４は、本実施形態の無線通信機のテスト送信信号が無線受信機に到達していないと判定する（ステップＡ７）。
【００４８】
ここで、図２に示した通信状態分類アルゴリズムにおける判定処理で用いられた閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃについて説明する。閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃは、８０２．１１無線通信機の性能特性に依存する。閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃは、判定のための基準値に相当する。
【００４９】
閾値Ａは、８０２．１１無線機と、干渉源となる他の８０２．１１無線機が同時にそれぞれの８０２．１１受信機に送信する場合、かつ互いの送信を検知できる場合の８０２．１１無線機のｄｒの最小値である。
【００５０】
閾値Ｂは無線伝送レートに依存する。図３に閾値Ｂの無線伝送レートに対する依存関係を示す。閾値Ｂの伝送レートに対する依存関係は以下の手順で求められる。まず、１つの通信リンクしか存在しない環境で、通信リンクの８０２．１１無線送信機に８０２．１１無線受信機に向けて各伝送レートでそれぞれ送信テストをさせ、次に、各伝送レート下のｂｃをそれぞれ求め、最後に各伝送レートとそれぞれのｂｃに対応関係をつける。ｂｃに一定のオフセットを足して検出用の閾値Ｂとする。本実施形態の通信状態分類アルゴリズムは、図３に示すテスト送信レートと対応する閾値Ｂを用いて、通信状態を判定する。図３に、オフセットを１０％にした例を示す。１つの通信リンクしか存在しない環境で測定したｂｃを四角印で示し、さらにオフセットを１０％に足した閾値Ｂを三角印で示す。
【００５１】
閾値Ｃは、８０２．１１無線機と、干渉源となる他の８０２．１１無線機が同時にそれぞれの８０２．１１無線受信機に送信する場合、かつ互いの送信を検知できない場合の８０２．１１の無線機の一定時間内のｄｒの標準偏差値である。通信状態分類部４は、上記の判定結果を記憶部３に保存する。
【００５２】
次に、本実施形態の無線通信機の通信状態分類方法の動作について、図４を参照して具体例を説明する。無線機Ａが本実施形態の無線通信機とし、無線機Ｂ、無線機Ｃおよび無線機ＤがＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機とする。
【００５３】
図４に示すように、例えば、無線機Ａが自機から９メートル離れた無線機Ｂに、５４Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのパケットを無線送信するものとする。同時に、無線機Ｃが自機から９メートル離れた無線機Ｄに、６Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのパケットを無線送信するものとする。無線機Ａと無線機Ｂの送信電力はなるべく固定することが望ましいが、特に限定されない。
【００５４】
無線機Ａから無線機Ｂへのパケット送信をｆｌｏｗ１と呼び、無線機Ｃから無線機Ｄへのパケット送信をｆｌｏｗ２と呼ぶ。ここではｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉信号を検出対象とする。従って、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離していくにつれ、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉が弱まる。図４に示す例では、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉波の強度を調査するために、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離す距離を１メートルから２００メートルまで変化させ、本実施形態の無線機Ａの通信状態の分類を行う。
【００５５】
無線機Ａのデータ送受信部１２は、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１と１メートルの距離から移動開始するのと同時に送受信パラメータの統計処理を開始する。無線機Ａの計算処理部２は、無線機Ａのデータ送受信部１２から供給される送受信パラメータに基づいて、通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を計算し、計算結果を記憶部３に保存する。図４に示す例では、無線機Ａの計算処理部２で求めたｂｃとｄｒのそれぞれを図５と図６のそれぞれに示す。図５の縦軸はｂｃを示し、横軸は距離を示す。図５に示す実線はｂｃの平均値を結ぶ線である。図６の縦軸はｄｒを示し、横軸は距離を示す。
【００５６】
図４示す無線機Ａの通信状態分類部４は、記憶部３に保存されている通信評価用パラメータであるｂｃ、ｄｒおよびＳｔｄ（ｄｒ）を記憶部３から読み出し、図２に示す通信状態分類アルゴリズムにしたがって、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１から１メートルから２００メートルまで離れて行く過程で、ｆｌｏｗ２からの干渉を受けるｆｌｏｗ１の無線機Ａの通信状態を分類する。図４に示す例では、通信状態分類アルゴリズムにおける閾値Ａと閾値Ｃとして、上述の閾値の計算方法により、それぞれ８０％と０．１２を用いる。
【００５７】
上述の閾値Ｂの計算方法により求めた、伝送レートと閾値Ｂの関係を表１に示す。表１に示すｂｃは閾値Ｂに相当する。
【００５８】
【表１】
【００５９】
本実施形態では、上述の閾値Ｂの計算方法によって求めた表１を参照し、図４に示す例では、閾値Ｂとして、伝送レート５４Ｍｂｐｓに対応する５９％を用いる。無線機Ａの通信状態の分類結果を図７に示す。図７の縦軸は通信状態を示し、横軸は距離を示す。
【００６０】
次に、本実施形態の無線通信機の衝突検出の動作について詳細に説明する。
【００６１】
図１に示すデータ送受信部１２はテスト用パケットを最大伝送速度（例えば５４Ｍｂｐｓ）で一定時間（例えば３秒）にかけてテスト送信する。このとき、衝突検出部５は、データ送受信部１２が送信したテスト用パケットの個数をカウントし、カウントした個数をＣ１として記録部３に保存する。テスト送信の開始と同時に、信号センシング部１１はテスト送信と同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングする。テスト送信完了後に、信号センシング部１１はセンシングを停止し、センシングした空間電波信号のサンプルデータを計算処理部２に出力する。
【００６２】
次に、計算処理部２は、信号センシング部１１から供給される空間電波信号のサンプルデータに基づいて、空間電波信号のサンプルデータを時系列の電力サンプルデータに変換する。その時系列の電力サンプルデータを記憶部３に保存する。以下では、この時系列の電力サンプルデータを、単に「時系列サンプルデータ」と称する。
【００６３】
次に、衝突検出部５は、記憶部３に保存されている時系列サンプルデータを衝突検出部５に読み込み、本実施形態の無線通信機が他の８０２．１１無線機からの干渉を受ける場合、上記の干渉を検出する。
【００６４】
次に、図８と図９を参照して、干渉検出のアルゴリズムについて詳細に説明する。図８は干渉検出アルゴリズムの一例を示し、図９は電力の時系列サンプルデータからパケットの衝突を検出する方法を説明するための図である。図９の縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。
【００６５】
図８に示すように、干渉検出アルゴリズムは、平均電力算出プロセス５１と、衝突回数統計プロセス５２と、衝突率算出プロセス５３とを有する。なお、演算制御部８内のＣＰＵ（不図示）が、図８に示す干渉検出アルゴリズムを含むプログラムを実行することで、衝突検出部５が仮想的に構成される。そのため、図８に示す各プロセスを実行する主体が衝突検出部５であるものとして説明する。
【００６６】
はじめに、平均電力算出プロセス５１の動作について詳細に説明する。衝突検出部５は、図９（ａ）に示す時系列サンプルデータに基づいて、図９（ｂ）に示す第１回目の平均電力計算を行う（ステップＢ１）。具体的には、衝突検出部５は記憶部３から読み込んだ時系列サンプルデータをＮ個毎に分け、それぞれの平均電力を求める（ステップＢ１）。図９（ｂ）に示す例では、Ｎ＝２である。図９（ａ）に示す黒丸印は、センシングした信号の電力パワーを示す。
【００６７】
次に、衝突検出部５は、図９（ｃ）に示す第２回目の平均電力計算を行う（ステップＢ２）。具体的に説明する。衝突検出部５は、ステップＢ１で求められた平均電力のデータの最初から最後まで順番に調べる。そして、閾値１より大きいデータがあり、その後に、閾値１より大きいデータの連続する数が（Ｍ−１）個である場合、衝突検出部５は、これらＭ個の連続のデータの平均値を求め、求めた平均値をこれらＭ個のデータのそれぞれの平均電力の値にする。図９（ｃ）に示す例では、Ｍ＝５である。
【００６８】
一方、閾値１より大きいデータがあり、その後に、閾値１より大きいデータの連続する数が（Ｍ−１）個より小さい場合、衝突検出部５は、“平均電力が閾値１より大きい最初のデータ”から“平均電力が閾値１より小さい最初のデータの１つ前のデータ（連続する（Ｍ−１）個より小さい数のデータのうち、平均電力が閾値１より大きい最後のデータ）”までのデータの平均値を求める。そして、衝突検出部５は、求めた平均値を、平均電力が閾値１より大きい最初のデータから最後のデータまでのそれぞれの平均電力の値とする。
【００６９】
上述のＭ個のデータ、または（Ｍ−１）より小さい個数のデータの場合と同様にして、衝突検出部５は、第２回目の平均電力計算を、それ以降のデータについても、ステップＢ１で求められた平均電力のデータの最後まで行う。さらに、このようにして求められた平均電力のうち、ノイズの電力閾値より小さい平均電力値をＬ個（例えば３個）の連続する０値と入れ替える（ステップＢ２）。図９（ｃ）に示す例では、Ｌ＝２である。
【００７０】
ここで、Ｎ×Ｍは最大伝送速度で送信する１個のテストパケットのサンプル数Ｋと一致する。ＮをＫの約１％にする場合に適切な計算精度が得られる。閾値１はデバイスの性能によって異なるが、キャリアセンスの閾値より大きく設定する。キャリアセンスの閾値は、ＣＳＭＡ／ＣＡにおいて、チャネルが使用されているか否かを判定するための閾値である。キャリアセンスの閾値はＣｌｅａｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔレベル（ＣＣＡレベル）とも言われている。ノイズの電力閾値はノイズの平均電力の１．５倍が適切だと考えられる。ノイズの平均電力は電力測定器により求められる。また、電力判定の基準として、閾値１とは別に閾値２を定義しておく。閾値２はデバイスの性能によって異なるが、閾値１を負の値にしたものと等しい。
【００７１】
衝突検出部５は、図９（ｃ）に例示した、ステップＢ２で求めた時系列データの全てのデータ値のそれぞれについて、当該データ値から直前のデータ値を引いて、隣接データの電力差を求める（ステップＢ３）。つまり、隣接する２つのデータについて、時間経過の大きい方から時間経過の小さい方を引いた値を、隣接データの電力差とする。その結果の一例を図９（ｄ）に示す。図９（ｄ）の時間軸の上側は電力差の値がプラスであることを示し、時間軸の下側は電力差の値がマイナスであることを示す。図９（ｄ）における黒三角印は隣接データの電力差を示す。図９（ｄ）を電力差時系列データと称する。
【００７２】
次に、衝突回数統計プロセス５２の動作について詳細に説明する。
【００７３】
衝突検出ステップ（ステップＢ４）において、衝突検出部５は、ステップＢ３で求めた時系列データの最初から順番に調べる。閾値１より大きいデータの後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値１より大きいデータ”である場合（これをケース１と称する）、衝突検出部５は、１回のパケット衝突としてカウントする。ケース１に該当しない場合、次のケースについて判定する。ただし、閾値１をＣＣＡレベルより大きく、かつテスト用パケットの電力の５０％より小さく設定する場合があり、このように閾値１を定義した場合、ケース１のパケット衝突は存在しないため、ケース１についての判定を行わない。
【００７４】
閾値１より大きいデータの直前のＺ個のデータ値の中に０の値が存在しない場合（これをケース２と称する）、あるいは閾値２より小さいデータの直後のＹ個のデータ値の中に０の値が存在しない場合（これをケース３と称する）、衝突検出部５は、１回のパケット衝突としてカウントする。Ｚはデバイスの性能によって異なるが、２個が適切だと考えられる。Ｙはデバイスの性能によって異なるが、５個が適切だと考えられる。ただし、上記のケース２とケース３が連続する場合、つまり、閾値１より大きく、かつ直前のＺ個のデータ値の中に０の値が存在しないデータの直後に、閾値２より小さく、かつ直後のＹ個のデータ値の中に０の値が存在しないデータ値が出現する場合、衝突検出部５は、２回のパケット衝突とカウントせず、１回のパケット衝突としてカウントする。
【００７５】
一方、“閾値１より大きいデータ（このデータを「データＰ１」と称する）”の直前のＺ個のデータの中に０が存在し、データＰ１の後に最初に出現する“閾値２より小さいデータ（このデータを「データＰ２」と称する）”の直後のＹ個のデータの中に０が存在する場合、衝突検出部５は、次に説明するケース４またはケース５のいずれかに該当すると判定すると、１回のパケット衝突としてカウントする。ケース４は、データＰ２の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値２より小さいデータ”の場合である。ケース５は、データＰ２の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータが“閾値１より大きいデータ”であり、かつ、データＰ１とデータＰ２の和の絶対値が閾値３より大きい場合である。閾値３はデバイスの性能によって異なるが、閾値１と同等の値が適切だと考えられる。ケース４およびケース５のいずれにも該当しなければ、衝突検出部５は、パケット衝突ではないと判定する。衝突検出部５は、上述のようにしてカウントしたパケット衝突の回数Ｃ２を記録装置３に保存する（ステップＢ５）。
【００７６】
ここで、図９（ｄ）を参照して、衝突検出部５がケース４のパケット衝突を検出する方法を説明する。図９（ｄ）には、説明のために、隣接データの電力差を示すデータに符号１０１〜１０８を付している。
【００７７】
図９（ｄ）に示すデータ１０１はデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０２はデータＰ２の条件に当てはまるが、データ１０２の後に、閾値２より小さいデータではなく、閾値１より大きいデータ１０３が最初に出現するので、ケース４には該当しない。また、データ１０２の後に閾値１より大きいデータ１０３が最初に出現するが、データ１０１とデータ１０２の和の絶対値はほぼ０（＜閾値３）となり、ケース５にも該当しない。
【００７８】
続いて、図９（ｄ）を参照して、時間軸に沿ってデータを見ていくと、データ１０３がデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０４がデータＰ２の条件に当てはまるので、ケース４またはケース５に該当するか検討する。図９（ｄ）を見ると、データ１０４の後に、閾値１より大きいデータではなく、閾値２より小さいデータ１０６が最初に出現するので、ケース４に該当することがわかる。なお、データ１０４の後のデータ１０５は、閾値１より小さく、かつ閾値２より大きいので、“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のいずれにも該当せず、判定対象から除外される。
【００７９】
さらに、図９（ｄ）を参照して、時間軸に沿ってデータを見ていくと、データ１０７がデータＰ１の条件に当てはまり、データ１０８がデータＰ２の条件に当てはまる。しかし、図９に例示する時系列データの観測時間の範囲では、データ１０８の後には、“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”が出現していないので、パケット衝突があるか否かを判定する必要はない。
【００８０】
ここで、閾値１をキャリアセンスの閾値より大きく設定する理由を説明する。図１０は想定される２種類のパケット衝突パターンを説明するための模式図である。図１０の縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。そして、図１０では、送信端末の送信パケットの電力を縦長の四角形で示し、干渉パケットの電力を横長の四角形で示している。
【００８１】
パケットの衝突には２種類のパターンがある。この２種類のパターンを第１および第２のパターンと称する。図１０（ａ）は第１のパターンの時系列サンプルデータを模式的に示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示した時系列サンプルデータに対して包絡特徴抽出を行った電力差時系列データを模式的に示す図である。ただし、図１０（ｂ）では、閾値１より電力の低い干渉パケットの部分が「０でない値が連続して出現すること」を示すために、図１０（ａ）に示した干渉パケットをそのまま模式的に示している。
【００８２】
図１０（ａ）に示す第１のパターンは、干渉パケットの電力がキャリアセンスの閾値より大きい場合である。この場合、各送信端末が互いの送信パケットの存在を正しく検知できる。各送信端末はチャネルが空いていると判定した後、ちょうど同時にパケットを送信すると、図１０（ａ）に示すように、パケットの衝突が起こり得る。図１０（ａ）に示すパケット衝突ｐｃ１は、図１０（ｂ）を見てわかるように、上述したパケット衝突検出判定のケース５に相当する。また、図１０（ａ）に示すパケット衝突ｐｃ２は、上述したパケット衝突検出判定のケース３に相当する。
【００８３】
ここで、図１０（ｂ）では、パケット衝突ｐｃ３は検出されないように見える。これは、図１０（ａ）に示す観測時間では、パケット衝突ｐｃ３の後に出現するテスト用パケットが観測されていないからである。パケット衝突ｐｃ３の後にテスト用パケットが検出されると、パケット衝突ｐｃ３における「閾値１より大きいデータ」の後に出現する“閾値１より大きいデータ”または“閾値２より小さいデータ”のうち、最初に出現するデータは、次のテスト用パケットの「閾値１より大きいデータ」となる。そのため、パケット衝突ｐｃ３は、上述したパケット衝突検出判定のケース１に相当する。よって、本実施形態では、第１のパターンのパケット衝突を検出できることがわかる。
【００８４】
図１０（ｃ）は第２のパターンの時系列サンプルデータを模式的に示す図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）に示した時系列サンプルデータに対して包絡特徴抽出を行った電力差時系列データを模式的に示す図である。ただし、図１０（ｄ）では、キャリアセンスの閾値より電力の低い干渉パケットの部分が「０でない値が連続して出現すること」を示すために、図１０（ｃ）に示した干渉パケットをそのまま模式的に示している。
【００８５】
図１０（ｃ）に示す第２のパターンは、干渉パケットの電力がキャリアセンスの閾値より小さい場合である。この場合、各送信端末が互いの送信パケットの存在を正しく検知できないため、チャネルのビジー状態を正しく判定できない。その結果、図１０（ｃ）に示すように、自端末が送出したパケットと、検出できない干渉パケットとの衝突が発生する。図１０（ｃ）に示す３つのパケット衝突は、図１０(ｄ)を見てわかるように、上述したパケット衝突検出判定のケース２またはケース３に相当している。そのため、本実施形態では、第２のパターンのパケット衝突も検出できることがわかる。
【００８６】
図１０を参照して説明したように、本実施形態では、閾値１をキャリアセンスの閾値より大きく設定することで、上記の第１および第２のパターンのいずれの衝突パターンの検出にも対応できることがわかる。
【００８７】
次に、衝突率算出プロセス５３の動作について詳細に説明する。衝突検出部５は、衝突率を算出するため、本実施形態の無線通信機が送信したテスト用パケットの個数Ｃ１とパケット衝突の回数Ｃ２を記憶部３から読み出し、以下に示す式（２）によって衝突率を求める。最後に、衝突検出部５は、算出した衝突率を記憶部３に保存する（ステップＢ６）。
【００８８】
【数２】
【００８９】
式（２）において、右辺の分母は送信したテスト用パケットの個数Ｃ１であり、分子はパケット衝突の回数Ｃ２である。
【００９０】
次に、図４に示した実験を用いて、衝突検出の実験結果を示す。ここでも、無線機Ａが本実施形態の無線通信機とし、無線機Ｂ、無線機Ｃおよび無線機ＤがＩＥＥＥ８０２．１１を満たす無線通信機とする。
【００９１】
図４に示すように、例えば、無線機Ａが自機から９メートル離れた無線機Ｂにパケットを無線送信するものとする。同時に、無線機Ｃが自機から９メートル離れた無線機Ｄにパケットを無線送信するものとする。無線機Ａから無線機Ｂへのパケット送信をｆｌｏｗ１と呼び、無線機Ｃから無線機Ｄへのパケット送信をｆｌｏｗ２と呼ぶ。ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉信号を検出対象とする。従って、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離していくにつれ、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉が弱まる。
【００９２】
図４に示す例では、ｆｌｏｗ１に与える干渉波の強度を調査するために、ｆｌｏｗ２をｆｌｏｗ１から離す距離を、１メートル、１０メートル、４０メートル、８０メートル、１１０メートル、および２００メートルの６つの場合とし、それぞれの距離の位置にｆｌｏｗ２を順番に移動させる。各位置で、無線機Ａが５４Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのテスト用パケットを０ｄＢｍの送信電力で無線機Ｂに３秒間送信する。同時に無線機Ｃが６Ｍｐｂｓの伝送レートで固定長さ１５００バイトのテスト用パケットを０ｄＢｍの送信電力で３秒間送信する。ここでは、ｆｌｏｗ２がｆｌｏｗ１に与える干渉を、限られた移動距離（２００メートル）内に減衰させるため、最大送信電力ではなく０ｄＢｍの送信電力でテスト送信を行う。
【００９３】
閾値１をテスト用パケットの平均電力の３５％に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値１＝（Ｐ×０．３５）となる。閾値２をテスト用パケットの平均電力の３５％の負の値に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値２＝−（Ｐ×０．３５）となる。閾値３をテスト用パケットの平均電力の３５％に設定する。つまり、テスト用パケットの平均電力の絶対値をＰとすると、閾値３＝（Ｐ×０．３５）となる。各位置でのテスト用パケット送信期間内の衝突検出結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
【００９５】
表２には、ｆｌｏｗ１およびｆｌｏｗ２間の距離に対応して、送信パケット数、パケット衝突数およびパケット衝突率が記述されている。
【００９６】
本実施形態の無線通信機の通信状態分類部４の分類結果と衝突検出部５の衝突検出結果をそれぞれ用いて、無線通信機の通信を制御する動作について詳細に説明する。
【００９７】
はじめに、本実施形態の無線通信機の通信状態分類部４の分類結果に基づく、制御部６の通信制御方法について詳細に説明する。本実施形態の無線通信機の制御部６は、記憶部３に対して定期的にチェックを行い、通信状態の更新の有無を確認する。通信状態の更新が確認された場合、制御部６は、通信部１に動作指令を出す。表３に制御部６から通信部１に送出される動作指令の一例を示す。
【００９８】
【表３】
【００９９】
表３には、通信状態がＰＡの場合とＧｒａｙの場合の動作指令が記述されている。チャネル、パケットサイズおよび通信ルートのそれぞれは、送信パラメータの一種である。
【０１００】
表３に示すように、動作指令には、動作指令１、動作指令２および動作指令３がある。本実施形態では、動作指令に優先度を設けており、動作指令１が動作指令２より優先度が高く、動作指令２が動作指令３より優先度が高い。本実施形態の無線通信機は動作指令１のチャネル変更指令を実行することにより、他の干渉信号が存在しないチャネル、あるいは、他の干渉信号からの影響が少ないチャネルで送信することが可能となる。通信状態がＰＡの場合、本実施形態の無線通信機は動作指令２のパケットサイズ増加指令を実行することにより、１回の送信でより多いデータを送信でき、より多い時間でチャネルを利用でき、伝送効率を上げられる。通信状態がＧｒａｙの場合、本実施形態の無線通信機は動作指令２のパケットサイズ減少指令を実行することにより、１つのデータパッケトの伝送にチャネルの利用時間が減少し、他の干渉信号との衝突の確率が下がり、伝送効率を上げられる。本実施形態の無線通信機は動作指令３の通信ルート変更指令を実行することにより、他の干渉信号が存在しない通信ルート、あるいは、他の干渉信号からの影響が少ない通信ルートで送信することが可能となる。
【０１０１】
図１１を参照して、本実施形態の無線通信機の通信状態が更新された場合、かつ通信状態が１つしか確認されない場合の通信制御動作について詳細に説明する。
【０１０２】
はじめに、制御部６が、通信状態がＰＡに更新されたのを確認した場合を説明する。制御部６は通信状態がＰＡに更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０３】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令２の「パケットサイズ増加指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０４】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０５】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。
【０１０６】
続いて、制御部６が、通信状態がＧｒａｙに更新されたのを確認した場合を説明する。制御部６は通信状態がＧｒａｙに更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０７】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令２の「パケットサイズ減少指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令２）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０８】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度が１つ低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１０９】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令より優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。
【０１１０】
図１２を参照して、本実施形態の無線通信機の通信状態が更新された場合、かつ２つの通信状態が確認される場合の通信制御動作について詳細に説明する。
【０１１１】
干渉源が２つ以上に存在するため、通信状態のＰＡとＧｒａｙが同時に存在することがある。制御部６はＰＡとＧｒａｙの２つの通信状態が同時に存在し、かつ通信状態が更新されたのを確認した場合、まず、動作指令１の「通信チャネル変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令１）を受けた後、素早く指令（動作指令１）に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１１２】
制御部６は、データ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、データ送受信部１２に送った前回の指令よりも優先度の低い動作指令３の「通信ルート変更指令」をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）を受けた後、素早く指令に従って動作を実行する。データ送受信部１２が制御部６からの指令（動作指令３）に従って動作実行できない場合、制御部６に指令実行失敗の信号を送る。
【０１１３】
制御部６がデータ送受信部１２からの指令実行失敗の信号を受け取った場合、かつデータ送受信部１２に送った前回の指令より優先度の低い動作指令が存在しない場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を送信しない。制御部６は通信状態がＧｏｏｄに更新されたのを確認した場合、次の通信状態の更新を確認するまで動作指令を発送しない。
【０１１４】
次に、本実施形態の無線通信機の衝突検出部５の衝突検出結果に基づく、制御部６の通信制御方法について詳細に説明する。
【０１１５】
本実施形態の無線通信機の制御部６は、記憶部３に定期的にチェックを行い、衝突率の更新を確認する。制御部６は、衝突率の更新を確認した場合、かつ衝突率が閾値４より大きい場合、送信パラメータの調整を指示する旨の送信パラメータ調整指令をデータ送受信部１２に送る。データ送受信部１２は、制御部６から送信パラメータ調整指令を受け取ると、素早く指令に従って送信パラメータを調整する。送信パラメータには、キャリアセンス感度、バックオフ時間および伝送レートなどがある。バックオフ時間は、８０２．１１無線機の送信待機時間のことである。閾値４はデバイスの性能と通信の応用によって決められる。例えば、図４に示す実験の場合、表２に示す衝突検出結果を参照し、閾値４を８０％としている。
【０１１６】
なお、衝突率が閾値４より大きい場合、例えば、送信パラメータがキャリアセンス感度である場合、送信パラメータの調整はキャリアセンス感度を高くすることであり、送信パラメータが送信パケットサイズである場合、送信パラメータの調整は送信パケットサイズを下げることであり、送信パラメータが伝送レートである場合、送信パラメータの調整は伝送レートを上げることである。これらの送信パラメータのうち、いずれを調整対象として選択するか、また、選択した送信パラメータをどのように調整するかは、パケットの衝突を回避するだけでなく、通信環境が全体的に改善されるように、最適な条件に設定するのが望ましい。
【０１１７】
本実施形態の無線通信機では、データ送信が他の通信からの干渉を受ける場合、自機の通信状態が３つの通信状態のうち、いずれの通信状態であるかを判定し、判定した通信状態に基づいて送信パラメータを調整することによって伝送効率を高めることができる。
【０１１８】
また、本実施形態の無線通信機では、データ送信を開始する前に、周囲電波状況におけるテスト用パケットの衝突の発生を予め検出し、衝突が発生する場合の衝突率を計算し、衝突検出の結果と衝突率に基づいて、送信パラメータを適切に調整している。そのため、他の通信からの干渉の検出精度を高めることができ、他の通信との干渉を防ぎ、伝送効率を高めることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
本実施形態の無線通信機を、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【０１２０】
図１３は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施形態の無線通信機は、通信部１と、計算処理部２と、記憶部３と、通信状態分類部４と、制御部６とを有する構成である。本実施形態では、通信部１に、データ送信部１２が設けられているが、図１に示した信号センシング部１１が設けられていない。
【０１２１】
本実施形態の無線通信機は、図１に示した信号センシング部１１と衝突検出部５を有していない。したがって、本実施形態では、伝送効率を高めるための送信パラメータの調整は通信状態分類部４から出力される結果に基づいて行われる。
【０１２２】
本実施形態では、図１に示した衝突検出部５から出力される衝突率による送信パラメータの調整を行わなくても、あるいは、衝突検出部５による衝突検出を行わなくても、伝送効率を高めることができるだけでなく、無線通信機の回路構成が簡単になり、消費電力を抑えられる利点がある。
【０１２３】
（第３の実施形態）
本実施形態の無線通信機を、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様な構成については、その詳細な説明を省略する。
【０１２４】
図１４は本実施形態の無線通信機の一構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、本実施形態の無線通信機は、通信部１と、計算処理部２と、記憶部３と、衝突検出部５と、制御部６とを有する構成である。
【０１２５】
本実施形態の無線通信機は、図１に示した通信状態分類部４を有していない。したがって、本実施形態では、伝送効率を高めるための送信パラメータの調整は衝突検出部５から出力される結果に基づいて行われる。
【０１２６】
本実施形態では、図１に示した通信状態分類部４から出力される通信状態による送信パラメータの調整を行わなくても、伝送効率を高めることができるだけでなく、無線通信機の回路構成が簡単になり、消費電力を抑えられる利点がある。
【０１２７】
（第４の実施形態）
本発明の無線通信機を、メッシュネットワークを構成する基地局に適用することが可能である。本実施形態では、第１の実施形態の無線通信機をメッシュネットワークの基地局として動作させる場合のメッシュネットワークの構成について説明する。
【０１２８】
図１５は、第１の実施形態の無線通信機が基地局として構成されるメッシュネットワークの一例を示す図である。図１５に示す丸印が基地局に相当する。基地局の位置設定は実際の応用に応じて、一般的なメッシュネットワークの基地局の設置方法に従って行われる。複数の基地局のうち、１つの基地局がネットワーク内通信を管理するネットワーク通信管理部として機能する。以下では、このネットワーク通信管理部を管理局と称する。図１５では、管理局を符号７で表している。
【０１２９】
次に、本実施形態のメッシュネットワークの初期設定と運用方法について詳細に説明する。
【０１３０】
メッシュネットワークの初期設定は、基地局のキャリアセンス感度の調整と通信路の通信品質測定との２段階で構成される。まず、メッシュネットワーク内の基地局のキャリアセンス感度の調整について、図１６を参照して詳細に説明する。
【０１３１】
メッシュネットワーク内の基地局の位置設定が完了した後、ネットワーク内通信を管理する１つの基地局が管理局７として選出される。管理局７はネットワーク内に最小あるいは最大ＭＡＣアドレスを持つ基地局から自動的に選出される。管理局７の安定性を考えると、管理局７として、電源給電の基地局、無停電電源装置を装備する基地局、イーサネット（登録商標）に接続する基地局などの基地局から優先的に選出すべきである。選出された管理局７は自分のアドレスをネットワーク内の全ての基地局に送信する。各基地局は受信した管理局７のアドレスを自分の記憶部３に保存する。管理局７が変更された場合、新しい管理局７が自分のアドレスをネットワーク内の全ての基地局に送信し、各基地局が記憶部３に保存している管理局７のアドレスを更新する。ここでは、管理局の選出方法として、いくつかの例を示したが、ここで説明した方法に限定するものではない。
【０１３２】
次に、管理局７はネットワーク内の任意の１つの基地局に指令を送り、当該基地局に衝突検出するための一定の伝送速度（例えば６Ｍｂｐｓ）かつ最大電力でのテスト送信（ブロードキャスト送信）をさせる（ステップＤ１）。図１５では、テスト送信を行う基地局を、基地局Ｋ１としている。ブロードキャスト送信を送信ＴＡと称する。この時点で、基地局Ｋ１以外の基地局がアイドル状態である。
【０１３３】
次に、アイドル状態である基地局の中の任意の１つの基地局に、管理局７が指令を送り、基地局Ｋ１と同じチャネルかつフルレート（ここでは、「フルレート」は休まずに連続的に動作することを意味する）でテスト送信（ブロードキャスト送信）をさせる（ステップＤ２）。ここで、テスト送信を行う基地局を、基地局Ｋ２とする。このときのブロードキャスト送信を送信ＴＢと称する。基地局Ｋ２のテスト送信速度は基地局Ｋ１の伝送速度より高くする（例えば５４Ｍｂｐｓ）。
【０１３４】
次に、基地局Ｋ２がテスト送信開始後、管理局７は基地局Ｋ２に指令を送り、基地局Ｋ２に基地局Ｋ１のテスト送信との衝突検出を実行させる（ステップＤ３）。基地局Ｋ２は衝突検出後に基地局Ｋ１のテスト送信との衝突率を基地局Ｋ２の記憶部３に保存する（ステップＤ４）。
【０１３５】
次に、管理局７は基地局Ｋ２に指令を送り、基地局Ｋ２のテスト送信を停止させ、基地局Ｋ２をアイドル状態に戻す（ステップＤ５）。基地局Ｋ２は記憶部３に保存する衝突率を閾値４と比較し（ステップＤ６）、衝突率が閾値４より大きい場合、基地局Ｋ１への干渉を抑制するようにキャリアセンスの感度を調整する（ステップＤ７）。
【０１３６】
次に、管理局７は送信ＴＡあるいは送信ＴＢを行った基地局以外の任意の基地局に順次に指令を送り、それぞれの基地局にステップＤ２からステップＤ７までの動作を実行させる（ステップＤ８）。ステップＤ２からステップＤ８までの動作により基地局Ｋ１とネットワーク内の他の基地局と同時に通信する場合の互いの干渉が抑えられる。次に、管理局７は基地局Ｋ１に指令を送り、基地局Ｋ１のテスト送信を停止させ、基地局Ｋ１をアイドル状態に戻す（ステップＤ９）。
【０１３７】
次に、管理局７は送信ＴＡを行った基地局以外の任意の基地局に順次に指令を送り、それぞれの基地局にステップ１からステップ７までの動作を実行させる（ステップＤ１０）。ステップＤ１からステップＤ１０までの動作によりネットワーク内の全ての基地局の互いの干渉が抑えられる。
【０１３８】
次に、メッシュネットワーク内の通信路の通信品質測定について、図１７を参照して詳細に説明する。
【０１３９】
まず、管理局７はネットワーク内の任意の１つ基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１に基地局Ｈ１の隣接の任意の１つの基地局Ｈ２にテスト送信を実行させる（ステップＥ１）。このテスト送信を送信ＦＡと称する。基地局Ｈ１は固定の伝送速度かつフルレートで基地局Ｈ２にテスト送信を行う。この時点で、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２を除く基地局がアイドル状態である。次に、管理局７は、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２を除く任意の１つの基地局Ｈ３に指令を送り、基地局Ｈ３に基地局Ｈ３の隣接の任意の１つの基地局Ｈ４にテスト送信（ユニキャスト送信）を実行させる（ステップＥ２）。このテスト送信を送信ＦＢと称する。基地局Ｈ３は固定の伝送速度かつフルレートで基地局Ｈ４にテスト送信を行う。
【０１４０】
次に、管理局７は基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１に送信ＦＡの通信状態を分類させる（ステップＥ３）。上記の通信状態の分類が完了した後に、基地局Ｈ１は、送信ＦＢが存在する場合の送信ＦＡの通信状態の分類結果と、送信ＦＡの伝送速度と、送信ＦＢの伝送速度とを管理局７に送る（ステップＥ４）。管理局７は、送信ＦＢが存在する場合の送信ＦＡの通信状態の分類結果、送信ＦＡの伝送速度、および送信ＦＢの伝送速度の情報を基地局Ｈ１から受け取ると、これらの情報を１つの組にして記憶部３に保存する。
【０１４１】
次に、管理局７は基地局Ｈ３が全ての伝送速度で送信ＦＢを実行したかを判断し（ステップＥ５）、基地局Ｈ３が全ての伝送速度での送信ＦＢを終了していない場合、基地局Ｈ３に指令を送り、基地局Ｈ３にテスト送信の伝送速度を予め決められた範囲内で変更させ（ステップＥ６）、ステップＥ２の処理に戻る。なお、ここで言う「全ての伝送速度」とは、予め決められた範囲の伝送レートであり、例えば、表１に示す伝送レートである。
【０１４２】
次に、基地局Ｈ３が全ての伝送速度で送信ＦＢを実行した場合（ステップＥ５）、管理局７は基地局Ｈ１が全ての伝送速度で送信ＦＡを実行したかを判断し（ステップＥ７）、基地局Ｈ１が全ての伝送速度での送信ＦＡを終了していない場合、管理局７は基地局Ｈ１に指令を送り、基地局Ｈ１にテスト送信の伝送速度を予め決められた範囲内で変更させ（ステップＥ８）、ステップＥ１の処理に戻る。
【０１４３】
次に、基地局Ｈ１が全ての伝送速度での送信ＦＡを終了した場合（ステップＥ７）、管理局７は基地局Ｈ３と基地局Ｈ４に指令を送り、基地局Ｈ３のテスト送信を停止させ、基地局Ｈ３および基地局Ｈ４をアイドル状態に戻す（ステップＥ９）。
【０１４４】
管理局７は、ステップＥ１で基地局Ｈ１に送信ＦＡを実行させているときに、送信ＦＢを実行していない基地局の有無を判断する（ステップＥ１０）。ステップＥ１０で、送信ＦＢを実行していない基地局が存在する場合、管理局７は、送信ＦＢを実行していない基地局Ｈ３（送信側）と基地局Ｈ４（受信側）を選出し（ステップＥ１１）、基地局Ｈ３と基地局Ｈ４に指令を送り、ステップＥ２の処理に戻る。
【０１４５】
ステップＥ１からステップＥ１０までの動作により、ある基地局の送信ＦＡとネットワーク内の各通信路とが同時に通信した場合における、送信ＦＡの通信状態が管理局７で把握される。
【０１４６】
ステップＥ１０で、送信ＦＢを実行していない基地局が存在しない場合、管理局７は基地局Ｈ１と基地局Ｈ２に指令を送り、基地局Ｈ１のテスト送信を停止させ、基地局Ｈ１および基地局Ｈ２をアイドル状態に戻す（ステップＥ１２）。次に、管理局７は送信ＦＡを実行していない基地局の有無を判断し（ステップＥ１３）、送信ＦＡを実行していない基地局が存在する場合、ステップＥ１の処理に戻る。
【０１４７】
ステップＥ１からステップＥ１３までの動作により、ネットワーク内の全ての通信路のそれぞれが各伝送速度で他の通信路と同時に通信する場合の通信状態が把握され、全ての通信組み合わせにおける、通信状態と通信路とが対応づけられ、その対応づけられた情報が管理局７の記憶部３に保存される。
【０１４８】
なお、本実施形態では、ステップＥ２の処理における送信ＦＢが、基地局Ｈ３が基地局Ｈ４に対して行うユニキャスト通信の場合で説明したが、基地局Ｈ３からのブロードキャスト通信であってもよい。送信ＦＢに基地局Ｈ３からのブロードキャスト通信が用いられる場合、ステップＥ２における基地局Ｈ４はアイドル状態である。
【０１４９】
次に、図１８を参照して、本実施形態のメッシュネットワークの運用方法について詳細に説明する。
【０１５０】
本実施形態のメッシュネットワークを構成する複数の基地局のうち、１つの基地局がデータ送信を行う際、その基地局は、データ送信を行う前に、データ送信を予定していることを通知するための送信請求メッセージを管理局７に送る。以下では、データ送信を予定している基地局を基地局１０とする。送信請求メッセージには、基地局１０が予定するデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報が含まれている。なお、基地局１０がデータ送信を行う前に既にデータ送信を行っている基地局があれば、その基地局のデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報を含む通信状況情報が、管理局７の記憶部３に格納されている。このことは、基地局１０の場合で後述する。
【０１５１】
管理局７は、基地局１０から送信請求メッセージを受信すると、基地局１０が予定している送信ルートでの通信がネットワーク内の既存の通信から干渉を受ける場合の通信状態を記憶部３から読み出し、読み出した通信状態と既存の通信の送信ルート（干渉ルート）の情報を含む返信メッセージを基地局１０に送信する。全ての通信組み合わせにおける、通信状態と通信路とが対応づけられた情報と、既にデータ送信を行っている基地局の通信状況情報とが記憶部３に保存されていることから、管理局７は、基地局１０が予定している送信ルートでの通信状態を、記憶部３から読み出すことが可能である。
【０１５２】
基地局１０は、管理局７から返信メッセージを受信すると、返信メッセージに含まれる通信状態の情報を、予定している送信ルートの通信状態として記憶部３に保存する。続いて、基地局１０の制御部６は、第１の実施形態で説明した表３を参照し、記憶部３に保存した通信状態に対応する動作指令を読み出し、データ送受信部１２を通信制御するために、読み出した動作指令をデータ送受信部１２に送る。制御部６がデータ送受信部１２に通信制御を行うことで送信パラメータの調整が完了した後、基地局１０は、データ送信の準備が完了したことを通知するための送信準備完了メッセージを管理局７に送る。送信準備完了メッセージには、基地局１０が予定するデータ送信の送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報が含まれている。
【０１５３】
管理局７は、基地局１０から送信準備完了メッセージを受信すると、送信準備完了メッセージから送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度の情報を読み出し、読み出した情報を、基地局１０の通信状況情報として記憶部３に保存する。次に、基地局１０は、管理局に通知した、送信ルート、送信チャネルおよびデータ伝送速度で、データ送信を開始する。データ送信が完了した後、基地局１０は、データ送信処理が完了したことを通知するための送信完了メッセージを管理局７に送る。管理局７は送信完了メッセージを基地局１０から受信した場合、基地局１０の通信状況情報を記憶部３から消去する。
【０１５４】
上述の動作で、管理局７は、基地局１０から送信請求メッセージを受信した場合、一定時間内（例えば３秒）に必ず基地局１０に返信メッセージを送るようにする。基地局１０は、送信請求メッセージを管理局７に送信した後、一定時間内（例えば３秒）に管理局７からの返信メッセージを受信できない場合、データ送信を直ちに開始する。
【０１５５】
なお、基地局１０は、管理局７に送信請求メッセージを送信した後、一定時間内（例えば３秒）に管理局７から返信メッセージを受信できない場合、一定時間後（例えば３秒後）に送信請求メッセージを管理局７に再送してもよい。この場合、基地局１０は、送信請求メッセージの送信回数が再送を含めて一定回数（例えば３回）になっても、管理局７から返信メッセージを受信できない場合、予定するデータ送信を直ちに開始する。また、本実施形態では、基地局１０は、管理局７から返信メッセージを受信できない場合、直ちにデータ送信を開始する場合を説明したが、場合によってはデータ送信を開始しないようにしてもよい。
【０１５６】
本実施形態では、本発明の無線通信機を用いてメッシュネットワークを構成することにより、ネットワーク内の各通信路間の干渉が抑えられる。
【０１５７】
上述の第１から第４の実施形態では、無線ＬＡＮ規格がＩＥＥＥ８０２．１１の場合で説明したが、この規格に限定されず、また、ネットワークはＬＡＮに限らない。
【０１５８】
また、本発明の無線通信方法をコンピュータに実行させてもよく、本発明の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに適用してもよく、そのプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 通信部
２ 計算処理部
３ 記憶部
４ 通信状態分類部
５ 衝突検出部
６ 制御部
７ 管理局
８ 演算制御部
１１ 信号センシング部
１２ データ送受信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のテスト用パケットを無線で送出するデータ送受信部と、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、センシングした空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、
前記信号センシング部から出力されるサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部と、
を有する無線通信機。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、前記時系列サンプルデータから所定のサンプル数毎に前記空間電波信号の平均電力を算出し、算出した平均電力の隣接する２つのデータについて、時間経過の大きい方から時間経過の小さい方を引いた電力差を算出することで、前記時系列サンプルデータを該電力差のデータが時系列に出現する電力差時系列データに変換した後、該電力差時系列データに基づいて前記パケット衝突があるか否かを判定する、無線通信機。
【請求項３】
請求項２記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、
前記電力差時系列データを時間軸に沿って調べ、予め決められた第１の閾値よりも大きい第１のデータが出現し、該第１のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第１のデータである第１のケース、もしくは、該第１のデータの直後の所定の範囲内のデータが全て０でない第２のケース、または、予め決められた第２の閾値より小さい第２のデータが出現し、該第２のデータの直後の所定の範囲内のデータが全て０でない第３のケースのうち、いずれかのケースに該当していると認識すると、前記パケット衝突があったと判定する、無線通信機。
【請求項４】
請求項２または３記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、
前記電力差時系列データを時間軸に沿って調べ、予め決められた第１の閾値よりも大きい第１のデータが出現し、該第１のデータの直前の所定の範囲内のデータの中に０が存在し、かつ該第１のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが予め決められた第２の閾値より小さい第２のデータであり、該第２のデータの直後の所定の範囲内のデータに０が存在する場合であって、前記第２のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第２の閾値より小さいデータである第４のケース、または、前記第２のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第１の閾値より大きいデータであり、前記第１のデータおよび前記第２のデータの和の絶対値が前記第１の閾値よりも大きい第５のケースのうち、いずれかのケースに該当していると認識すると、前記パケット衝突があったと判定する、無線通信機。
【請求項５】
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行うデータ送受信部と、
前記データ送受信部で算出された、前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出する計算処理部と、
前記計算処理部が算出した前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定する通信状態分類部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記通信状態分類部が判定した通信状態に対応して調整する制御部と、
を有する無線通信機。
【請求項６】
請求項５記載の無線通信機において、
前記通信状態分類部は、
前記パケット送信成功率が予め決められた第１の基準値より大きく、かつ前記ビジー率が予め決められた第２の基準値以下である場合、前記通信状態が他の通信との干渉による影響が小さい状態である無干渉状態と判定し、前記パケット送信成功率が前記第１の基準値より大きく、かつ前記ビジー率が前記第２の基準値より大きい場合、前記通信状態が通信に異常が発生している状態である通信異常状態と判定し、前記パケット送信成功率が前記第１の基準値以下、かつ前記パケット送信成功率の標準偏差が予め決められた第３の基準値より大きい場合、前記通信状態が他の通信の干渉を受けている状態である通信干渉状態と判定する、無線通信機。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信機において、
前記制御部は、
前記通信状態が前記通信異常状態または前記通信干渉状態である場合、前記データ送受信部に対して、チャネルの変更、パケットサイズの変更および通信ルートの変更のうち、いずれかの調整を行う、無線通信機。
【請求項８】
請求項１記載の無線通信機と、請求項５記載の無線通信機とが一体に構成される無線通信機。
【請求項９】
請求項８記載の無線通信機が基地局として複数配置されたネットワーク。
【請求項１０】
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する、無線通信方法。
【請求項１１】
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する、無線通信方法。
【請求項１２】
コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
複数のテスト用パケットを無線で送出するデータ送受信部と、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、センシングした空間電波信号のサンプルデータを出力する信号センシング部と、
前記信号センシング部から出力されるサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換する計算処理部と、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出する衝突検出部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記衝突検出部の算出結果に基づいて調整する制御部と、
を有する無線通信機。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、前記時系列サンプルデータから所定のサンプル数毎に前記空間電波信号の平均電力を算出し、算出した平均電力の隣接する２つのデータについて、時間経過の大きい方から時間経過の小さい方を引いた電力差を算出することで、前記時系列サンプルデータを該電力差のデータが時系列に出現する電力差時系列データに変換した後、該電力差時系列データに基づいて前記パケット衝突があるか否かを判定する、無線通信機。
【請求項３】
請求項２記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、
前記電力差時系列データを時間軸に沿って調べ、予め決められた第１の閾値よりも大きい第１のデータが出現し、該第１のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第１のデータである第１のケース、もしくは、該第１のデータの直後の所定の範囲内のデータが全て０でない第２のケース、または、予め決められた第２の閾値より小さい第２のデータが出現し、該第２のデータの直後の所定の範囲内のデータが全て０でない第３のケースのうち、いずれかのケースに該当していると認識すると、前記パケット衝突があったと判定する、無線通信機。
【請求項４】
請求項２または３記載の無線通信機において、
前記衝突検出部は、
前記電力差時系列データを時間軸に沿って調べ、予め決められた第１の閾値よりも大きい第１のデータが出現し、該第１のデータの直前の所定の範囲内のデータの中に０が存在し、かつ該第１のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが予め決められた第２の閾値より小さい第２のデータであり、該第２のデータの直後の所定の範囲内のデータに０が存在する場合であって、前記第２のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第２の閾値より小さいデータである第４のケース、または、前記第２のデータの後に最初に出現する、ノイズレベルではないデータが前記第１の閾値より大きいデータであり、前記第１のデータおよび前記第２のデータの和の絶対値が前記第１の閾値よりも大きい第５のケースのうち、いずれかのケースに該当していると認識すると、前記パケット衝突があったと判定する、無線通信機。
【請求項５】
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行うデータ送受信部と、
前記データ送受信部で算出された、前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出する計算処理部と、
前記計算処理部が算出した前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定する通信状態分類部と、
前記データ送受信部がデータ送信を行う際のパラメータを、前記通信状態分類部が判定した通信状態に対応して調整する制御部と、
を有する無線通信機。
【請求項６】
請求項５記載の無線通信機において、
前記通信状態分類部は、
前記パケット送信成功率が予め決められた第１の基準値より大きく、かつ前記ビジー率が予め決められた第２の基準値以下である場合、前記通信状態が他の通信との干渉による影響が小さい状態である無干渉状態と判定し、前記パケット送信成功率が前記第１の基準値より大きく、かつ前記ビジー率が前記第２の基準値より大きい場合、前記通信状態が通信に異常が発生している状態である通信異常状態と判定し、前記パケット送信成功率が前記第１の基準値以下、かつ前記パケット送信成功率の標準偏差が予め決められた第３の基準値より大きい場合、前記通信状態が他の通信の干渉を受けている状態である通信干渉状態と判定する、無線通信機。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信機において、
前記制御部は、
前記通信状態が前記通信異常状態または前記通信干渉状態である場合、前記データ送受信部に対して、チャネルの変更、パケットサイズの変更および通信ルートの変更のうち、いずれかの調整を行う、無線通信機。
【請求項８】
請求項１記載の無線通信機と、請求項５記載の無線通信機とが一体に構成される無線通信機。
【請求項９】
請求項８記載の無線通信機が基地局として複数配置されたネットワーク。
【請求項１０】
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する、無線通信方法。
【請求項１１】
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する、無線通信方法。
【請求項１２】
コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
複数のテスト用パケットを無線で送出し、
前記複数のテスト用パケットと同じ周波数チャネルで空間電波信号の電力をセンシングし、
センシングした空間電波信号のサンプルデータを、該サンプルデータが時系列にプロットされたデータである時系列サンプルデータに変換し、
前記時系列サンプルデータに基づいて前記複数のテスト用パケットと他の通信との干渉によるパケット衝突があると判定すると、パケット衝突の回数と前記複数のテスト用パケットの送信数とからパケット衝突率を算出し、
前記パケット衝突率に基づいて、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
無線によるパケットの送受信に伴って、パケットの送受信に関するパラメータである送受信パラメータの統計処理を行い、
前記送受信パラメータの統計処理の結果から、自機がパケットの送受信で使用するチャネルと同一のチャネルが使用されていると判断される時間の割合であるビジー率、パケット送信成功率、および該パケット送信成功率の標準偏差を含む通信評価用パラメータを算出し、
前記通信評価用パラメータに基づいて、他の通信との干渉による影響度を示す通信状態を判定し、
前記判定した通信状態に対応して、データ送信を行う際のパラメータを調整する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−５０９７（Ｐ２０１３−５０９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２３１４（Ｐ２０１１−１３２３１４）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００２３２２５４）日本電気通信システム株式会社 (586)
【出願人】（５０９０９２９７１）株式会社テレコグニックス (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００２３２２５４）日本電気通信システム株式会社 (586)
【出願人】（５０９０９２９７１）株式会社テレコグニックス (6)
【Ｆターム（参考）】
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