無線通信装置および無線通信方法
【課題】データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制することを課題とする。
【解決手段】各ノードは、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する。そして、各ノードは、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、第１エリアに位置する他ノードのうち前ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する。また、各ノードは、自ノードが、第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する。その後、各ノードは、決定された送信電力で、宛先ノードにデータを送信する。
【解決手段】各ノードは、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する。そして、各ノードは、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、第１エリアに位置する他ノードのうち前ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する。また、各ノードは、自ノードが、第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する。その後、各ノードは、決定された送信電力で、宛先ノードにデータを送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノードが直接宛先ノードに接続するのではなく、複数の中継ノードを介して、宛先ノードに接続するマルチホップの無線通信システムが注目を集めている。マルチホップの無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を用いて、各ノードが自律的に通信を実行する。
【０００３】
ＣＳＭＡ／ＣＡでは、各ノードが通信を実行する前にキャアリアセンスを実行して、受信電力強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）を監視する。そして、各ノードは、一定値以下のＲＳＳＩを検出した場合には、他のノードが送信していない状況と判断して、データ送信を実行する。
【０００４】
ところが、この手法では、宛先ノードの直接通信可能な範囲内にあり、かつ、送信ノードの送信をキャリアセンスで検出できないノードとの間でデータの衝突が発生する。つまり、送信ノードと、送信ノードからの受信電力が閾値以下になるノード（以降、隠れ端末と表記する）との間でデータの衝突が発生する。
【０００５】
このような隠れ端末のデータ衝突を防止する技術として、送信対象の領域に対して信号を送信することで、自ノードがデータを送信する状態にあることを通知する技術が知られている。また、ＲＴＳ（Request to Send）／ＣＴＳ（Clear to Send）信号を用いて、送信ノードが宛先ノードに送信要求を送信し、宛先ノードが受信可能な状態であることを確認してから、データ送信を実行する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３３９７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１５１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０５５３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、データ送信までに実行する処理が増えることもあり、オーバヘッドが大きくなるので、ネットワークのスループットが低下するという問題がある。
【０００８】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の開示する無線通信装置および無線通信方法は、一つの態様において、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する推定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記推定部によって前記自ノードが、前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する第１決定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記推定部によって前記自ノードが、前記第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する第２決定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記第１決定部または第２決定部によって決定された送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する送信部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願の開示する無線通信装置および無線通信方法の一つの態様によれば、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１に係るノードのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係るノードの機能ブロック図である。
【図４】図４は、エリア判定の具体例を説明する図である。
【図５】図５は、実施例１に係るノードが実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は、シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本願の開示する無線通信装置および無線通信方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
［全体構成］
図１は、実施例１に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。図１に示すように、この無線通信システムは、ノードＡからノードＩとＧＷ（GateWay）装置とから形成される。なお、ここで示したノードは、無線通信装置の一例である。また、図１に示した数等はあくまで例示であり、これに限定されるものではない。
【００１４】
図１に示した各ノードは、自動で経路情報を確定するアドホックネットワークを形成する。各ノードは、１ホップで接続されるノード、言い換えると、隣接するノードとの間で、ＨＥＬＬＯメッセージなどの制御パケットを用いて自ノードが保持する経路情報を交換する。そして、各ノードは、交換した経路情報を用いてＧＷ装置までの経路を確定する。
【００１５】
また、各ノードは、電力メータやセンサなどに接続され、センシングされた値をＧＷ装置に送信する。ＧＷ装置は、各ノードからセンサ値を収集する管理装置が接続される無線通信装置の一例である。なお、センサ値の例としては、電力、温度、湿度、加速度などがある。
【００１６】
図１に示した無線通信システムでは、ノードＡとノードＥとノードＦとノードＧの各々は、ＧＷ装置が直接通信可能なエリアに存在し、１ホップでＧＷ装置に直接データを送信できるノードである。ノードＢとノードＤは、ノードＡを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。また、ノードＣは、ノードＢとノードＡの両方を介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。また、ノードＨは、ノードＧを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。同様に、ノードＩとノードＪの各々は、ノードＦを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。
【００１７】
また、各ノードは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いて、各ノードが自律的に通信を実行する。具体的には、各ノードは、データ送信に先立ってキャリアセンスを実行し、搬送波周波数の受信電力レベルを測定する。そして、各ノードは、測定した受信電力レベルが閾値以下であれば、チャネルがアイドリング状態であると判定して、データ送信を実行する。一方、各ノードは、測定した受信電力レベルが閾値より大きければ、チャネルがビジー状態であると判定して、データ送信を抑止し、所定時間経過後に再度キャリアセンスを実行する。
【００１８】
このような無線通信システムにおいて、各ノードは、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する。続いて、各ノードは、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、第１エリアに位置する他ノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する。また、各ノードは、自ノードが、第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する。そして、各ノードは、決定された送信電力で、宛先ノードにデータを送信する。
【００１９】
したがって、無線通信システムを形成する各ノードは、宛先のＧＷ装置と直接通信するかマルチホップで通信するかを決定する。そして、ＧＷ装置と直接通信するノードは、他ノードがキャリアセンス可能なように送信電力を制御する。マルチホップで通信するノードは、ＧＷ装置と直接通信するノードの通信を妨害しないように送信電力を制御する。この結果、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制することができる。
【００２０】
［ハードウェア構成］
次に、図１に示したノードのハードウェア構成例を説明する。図２は、実施例１に係るノードのハードウェア構成例を示す図である。なお、図１に示した各ノードは、同様の構成を有するので、ここでは、ノード１０として説明する。また、ここで説明するハードウェア構成は、あくまで例示であり、図示したものに限定されない。
【００２１】
図２に示すように、ノード１０は、送受信アンテナ１０ａ、アンプ１０ｂ、発振器１０ｃ、アナログデジタル変換器１０ｄ、メモリ１０ｅ、プロセッサ１０ｆ、デジタルアナログ変換器１０ｇ、アンプ１０ｈを有する。
【００２２】
送受信アンテナ１０ａは、データである信号を電波として宛先に向けて送信し、データである信号を電波として受信するハードウェアである。アンプ１０ｂは、送受信アンテナ１０ａによって受信された信号を増幅させる増幅器である。発振器１０ｃは、連続波の交流信号を発信させる。この発振器１０ｃからの出力を用いて、受信された信号がベースバンド信号に変換される。
【００２３】
アナログデジタル変換器１０ｄは、アンプ１０ｂによって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する変換器である。メモリ１０ｅは、予め定められた閾値等を記憶する記憶装置である。プロセッサ１０ｆは、ノード１０の全体的な処理を司る処理部であり、アナログデジタル変換器１０ｄから出力された信号を用いて、送信電力の計算を実行する。
【００２４】
デジタルアナログ変換器１０ｇは、プロセッサ１０ｆから出力された信号をアナログ信号に変換する変換器である。アンプ１０ｈは、デジタルアナログ変換器１０ｇによって変換されたアナログ信号を、プロセッサ１０ｆから通知された送信電力値になるように増幅させる増幅器である。その後、アンテナ１０ａは、アンプ１０ｈによって増幅された信号を宛先に向けて送信される。
【００２５】
［機能ブロック図］
続いて、図１に示したノードの機能ブロック図を説明する。なお、図１に示した各ノードは、同様の構成を有するので、ここでは、ノード１０として説明する。また、ここで説明する機能構成は、あくまで例示であり、図示したものに限定されない。
【００２６】
図３は、実施例１に係るノードの機能ブロック図である。図３に示すように、ノード１０は、受信部１１、送信部１２、信号復調部１３、位置推定部１４、自ノードエリア判定部１５、第１電力制御部１６、第２電力制御部１７、第３電力制御部１８、送信データ生成部１９を有する。
【００２７】
なお、受信部１１と送信部１２は、図２に示したアンテナ１０ａ、送受信アンテナ１０ａ、アンプ１０ｂ、発振器１０ｃ、アナログデジタル変換器１０ｄ、デジタルアナログ変換器１０ｇ、アンプ１０ｈに対応する。また、信号復調部１３、位置推定部１４、自ノードエリア判定部１５、第１電力制御部１６、第２電力制御部１７、第３電力制御部１８、送信データ生成部１９は、プロセッサ１０ｆが実行する処理部である。
【００２８】
受信部１１は、データを受信して増幅してデジタル信号に変換するとともに、連続波の交流信号を発振させてベースバンド信号へと変換する処理部である。送信部１２は、各電力制御部から通知された信号をアナログ信号に変換し、いずれかの電力制御部から通知された送信電力まで増幅させて宛先に送信する処理部である。信号復調部１３は、受信部１１から出力されたデジタル信号を復調して、受信したデータを抽出する処理部である。
【００２９】
位置推定部１４は、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する処理部である。例えば、位置推定部１４は、宛先ノードであるＧＷ装置から受信した既知信号を受信した際の受信電力からＧＷ装置と自ノードとの位置関係を推定する。なお、既知信号としては、ＨＥＬＬＯメッセージなどの制御信号を用いることができる。
【００３０】
一例を挙げると、ＧＷ装置が送信電力Ｐ（ｄＢ）で既知信号を送信した場合、ＧＷ装置からの距離がｒ（ｍ）の端末が当該既知信号を受信したときの信号電力Ｐｒは、式１に示した式で表すことができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ここで、Ｇｒ（ｄＢ）は、受信端末の受信アンテナ利得を示し、Ｇｔ（ｄＢ）は、送信端末の送信アンテナ利得を示し、ｈｔ（ｍ）は、送信端末のアンテナ高を示し、ｈｒ（ｍ）は、受信端末のアンテナ高を示し、ｆ（Ｈｚ）は、搬送波周波数を示す。ｐａｔｈ＿ｌｏｓｓ（ｘ、ｈｔ、ｈｒ、ｆ）は、送受信間距離ｘ（ｍ）、送信アンテナ高ｈｔ、受信アンテナ高ｈｒ、搬送波周波数ｆにおける伝送路（ｄＢ）を表している。すなわち、ｐａｔｈ＿ｌｏｓｓ（ｘ、ｈｔ、ｈｒ、ｆ）は、減衰量を表す。従って、位置推定部１４は、宛先ノードから送信された既知信号の受信電力値から、宛先ノードと自ノードとの距離ｒ（ｍ）を式２に示した式で推定することができる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
図３に戻り、自ノードエリア判定部１５は、位置推定部１４によって推定された距離に基づいて、自ノードが位置するエリアを判定する処理部である。具体的な例を挙げると、自ノードエリア判定部１５は、自ノードが１ホップエリア、強制マルチホップエリア、マルチホップエリアのうち、どのエリアに該当するかを判定する。なお、１ホップエリアとは、ＧＷ装置まで１ホップでデータを送信するエリアを示す。強制マルチホップエリアとは、ＧＷ装置まで１ホップで送信できるが強制的にマルチホップで送信するエリアを示す。マルチホップエリアとは、ＧＷ装置までマルチホップでデータを送信するエリアを示す。
【００３５】
図４を用いて具体的に説明する。図４は、エリア判定の具体例を説明する図である。図４に示すように、１ホップエリアとは、宛先ノードであるＧＷ装置１が直接通信することができる最大の距離Ｒ（ｍ）の半分（Ｒ／２）の範囲内であるエリア２を示す。また、強制マルチホップエリアとは、距離Ｒ（ｍ）の範囲内のうちエリア２を除くエリア３を示す。また、マルチホップエリアとは、距離Ｒ（ｍ）より離れたエリア４を示す。なお、各エリアの境界は、どちらからに属するように任意に設定できる。
【００３６】
ここで、最大距離Ｒは、送信端末の最大送信電力をＰｍａｘ（ｄＢ）、送信端末のアンテナ高をｈＡＮ（ｍ）、受信端末が信号を検出できる最低電力値をＰｃｓ（ｄＢ）とした場合に、式３の式で表すことができる。
【００３７】
【数３】
【００３８】
したがって、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲの半分（Ｒ／２）以下である場合に、自ノードの位置を１ホップエリアと判定し、第１電力制御部１６に送信指示を出力する。また、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲ以下かつＲの半分（Ｒ／２）より大きい場合に、自ノードの位置を強制ホップエリアと判定し、第２電力制御部１７に送信指示を出力する。また、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲより大きい場合に、自ノードの位置をホップエリアと判定し、第３電力制御部１８に送信指示を出力する。
【００３９】
図３に戻り、第１電力制御部１６は、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある１ホップエリアに位置すると推定された場合に、１ホップエリアに位置する他ノードが検出できる最低電力以上の電力で送信電力を制御する処理部である。例えば、図４に示すように、第１電力制御部１６は、自ノードがＧＷ装置１から距離ｄ１（ｍ）の１ホップエリアに位置する場合、ＧＷ装置１からＲ／２（ｍ）離れた位置のノードに届くように、送信電力を制御する。したがって、第１電力制御部１６は、自ノードからｄ＋Ｒ／２（ｍ）離れた距離に位置するノードの受信電力が検出可能な最低電力Ｐｃｓとなるように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。上述した条件を満たす送信電力Ｐｔ（ｄＢ）は、式４で表すことができる。
【００４０】
【数４】
【００４１】
このようにすることで、ＧＷ装置１からＲ／２（ｍ）離れた位置に位置するノードと、ＧＷ装置１から距離ｄ１（ｍ）の位置に位置する自ノードとが、互いにキャリアセンスで検出することができる。
【００４２】
第２電力制御部１７は、自ノードが強制マルチホップエリアに位置する場合に、１ホップエリアに位置するノードを経由して宛先ノードにデータが届くように、送信電力を制御する処理部である。例えば、第２電力制御部１７は、自ノードが図４に示すエリア３の強制マルチホップエリアに位置する場合に、自ノードが送信した信号がＧＷ装置１にＰｒｘ−Ｐ１の送信電力で届くように、送信電力を制御する。ここで、Ｐｒｘは、ＧＷ装置１が受信できる最低受信電力を示し、Ｐ１は、予め定められた０より大きい定数を示す。なお、最低受信電力とは、ノードが受信モード移行する際の閾値となる電力を示す。また、自ノードとＧＷ装置１との距離をｄ２（ｍ）、ＧＷ装置１のアンテナ高をｈＧＷ（ｍ）とすると、第２電力制御部１７が決定する送信電力Ｐｔ（ｄＢ）は、式５で表すことができる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
ところが、強制マルチホップエリアであるエリア３に位置する自ノードは、ＧＷ装置１に直接データを届けることができなくても、１ホップエリアであるエリア１に位置するノードにはデータを届けなれば、ＧＷ装置１にデータを届けることができない。ここで、自ノードとＧＷ装置１との距離をｄ２（ｍ）とすると、自ノードと１ホップエリアとの距離はｄ−Ｒ／２（ｍ）となる。したがって、第２電力制御部１７は、強制マルチホップエリアであるエリア３に位置する自ノードが、宛先のＧＷ装置１には届かず、かつ、１ホップエリアのノードには届くようにするために、式６を満たすように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。
【００４５】
【数６】
【００４６】
第３電力制御部１８は、自ノードがマルチホップエリアに位置する場合に、１ホップエリアや強制マルチホップエリアに位置するノードを複数経由して宛先ノードにデータが届くように、送信電力を制御する処理部である。例えば、第３電力制御部１８は、自ノードが図４に示すエリア４のマルチホップエリアに位置する場合に、宛先のＧＷ装置１の最低受信電力Ｐｒｘ（ｄＢ）より小さい電力となるように、送信電力を制御する。ここで、エリア４に位置するノードの最大送信電力をＰｍａｘ（ｄＢ）とした場合、第３電力制御部１８は、式７を満たすように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。なお、Ｐ２は、予め定められた０より大きい定数を示す。
【００４７】
【数７】
【００４８】
送信データ生成部１９は、送信データを生成する処理部である。例えば、送信データ生成部１９は、ノード１０の内部または外部に接続されるセンサによって取得されたセンサ値を含んだパケット生成する。また、送信データ生成部１９は、ノード１０に接続される電力メータ等によって取得された値を含んだパケット生成する。
【００４９】
送信部１２は、送信データ生成部１９によって生成されたデータを、第１電力制御部１６または第２電力制御部１７または第３電力制御部１８のいずれかから入力された送信電力で宛先に送信する制御部である。
【００５０】
［処理の流れ］
図５は、実施例１に係るノードが実行する処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、ノード１０の位置推定部１４は、受信部１１が宛先ノードから受信した既知信号の受信電力に基づいて、ノード１０と宛先ノードとの距離ｄを推定する（Ｓ１０１）。
【００５１】
続いて、自ノードエリア判定部１５は、Ｓ１０１で推定された距離ｄと、宛先ノードが直接通信することができる最大距離Ｒとを用いて、ノード１０が存在するエリアを判定する（Ｓ１０２）。
【００５２】
そして、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが１ホップエリアであると判定された場合（Ｓ１０３肯定）、第１電力制御部１６は、式４に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０４）。
【００５３】
一方、自ノードエリア判定部１５は、ノード１０の存在エリアが１ホップエリアではないと判定された場合（Ｓ１０３否定）、ノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアか否かを判定する（Ｓ１０５）。
【００５４】
そして、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアであると判定された場合（Ｓ１０５肯定）、第２電力制御部１７は、式５に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０６）。このとき、第２電力制御部１７は、式６に示した式を満たすように、送信電力Ｐｔを決定する。
【００５５】
一方、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアではないと判定された場合（Ｓ１０５否定）、第３電力制御部１８は、式７に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０７）。
【００５６】
その後、送信部１２は、キャリアセンスを実行し、チャネルがアドリング状態であることを確認した後、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７のいずれかで決定された送信電力で、送信データ生成部１９によって生成されたデータを宛先に送信する。
【００５７】
［シミュレーション結果］
次に、シミュレーション結果を説明する。図６は、シミュレーション結果を示す図である。図６は、図４に示したノード１（ＧＷ装置）当たりの接続ノード数対データ収集成功率特性を示す。
【００５８】
ここでは、一例として、各ノードのアンテナ高（ｈｔ）は２ｍ、ＧＷ装置のアンテナ高（ｈｒ）は２ｍ、各ノードは４０００ｍ×４０００ｍの正方形内にランダムに配置し、ＧＷ装置は該当領域内の中心に配置した。なお、Ｐ１＝５、Ｐ２＝０とした。各ノードの送信パケットサイズは１５６６ｂｙｔｅであり、ＰＨＹ（physical layer）、ＭＡＣ（メディアアクセス制御）の仕様はＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠しており、データレートは１Ｍｂｐｓである。
【００５９】
また、ＬＯＳ（Line of Sight）環境を想定しており、伝搬特性は式８から式１０のような式を仮定した。ここで、ｄ（ｍ）は送受信間の距離、ｃ（ｍ／ｓ）は光速を表している。
【００６０】
【数８】
【数９】
【数１０】
【００６１】
図６に示すように、データ収集成功率９５％で比較すると、送信電力制御を行わない場合は通信ノード数が約３８０台となる。一方、上述した送信電力制御を実施した場合は通信ノード数が約８８０台となる。つまり、上述した送信電力制御を使用することでＧＷ装置１台当たりの収容台数を約２．３倍にすることが出来ることが分かる。
【００６２】
［効果］
このように、各ノードは、宛先ノードからの距離に応じて送信電力を制御することができる。例えば、１ホップエリアに位置するノードは、同じ１ホップエリアに位置するノード各々が電力を検出できる最低限の送信電力で送信するので、キャリアセンスすることもできる。また、強制マルチホップエリアに位置するノードは、１ホップエリアに位置するノードのデータ送信と衝突しない範囲の電力量でデータを送信することができる。また、マルチホップエリアに位置するノードは、マルチホップして宛先ノードにデータが届く範囲内の電力でデータ送信を実行する。この結果、各ノードが最大電力量でデータ送信をする場合に比べて、各ノードが位置に応じた電力量でデータを送信するので、データ衝突を抑制することができる。また、各ノードは、電力メータ等に固定された時点でＧＷ装置などとの距離を測定すればよく、その後、任意の間隔で実行すればよいので、データ送信に先立って実行する前処理の数も減らすことができる。このため、ネットワークのスループットの低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００６３】
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下に異なる実施例を説明する。
【００６４】
（宛先ノード）
上記実施例では、宛先ノードがＧＷ装置である例を説明したが、これに限定されるものではなく、任意のノードを宛先とすることができる。
【００６５】
（送信電力）
上記実施例で説明した送信電力の算出式は、あくまで例示であり、これに限定されるものではない。例えば、各ノードの最低受信電力等が予めわかっている固定値等である場合には、１ホップエリアのノードの送信電力等について固定値を用いることもできる。また、第１エリアの範囲もＧＷ装置１から距離ｄの範囲内である例で説明したが、これも例示であり、ＧＷ装置１の最大通信距離より小さい距離であれば、任意に設定することができる。
【００６６】
（位置推定手法）
上記実施例では、宛先ノードから信号を受信した時の電力強度を用いて、自ノードと宛先ノードとの距離を推定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各ノードは、宛先ノードの位置情報から自ノードと宛先ノードとの距離を推定することもできる。例えば、各ノードは、宛先ノードに対して、ＨＥＬＬＯメッセージなどの既知信号を用いて、位置情報を要求する。そして、宛先ノードは、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて座標等を取得し、ＨＥＬＬＯメッセージなどの既知信号に自身の位置を示す座標等を含めて、要求元のノードに送信する。その後、各ノードは、取得した位置情報と自身の位置情報とを用いて、自ノードと宛先ノードとの距離を推定することもできる。
【００６７】
（１ホップエリア）
上記実施例では、宛先ノードが直接通信することができる最大通信距離の半分のエリアを１ホップエリアとする例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば最大通信距離の３分の１など最大通信距離より短い距離の範囲内であれば、任意に設定することができる。この場合、宛先ノードから最大通信距離（Ｒ）の３分の１（Ｒ／３）までが１ホップエリア、最大通信距離（Ｒ）の３分の１（Ｒ／３）からＲまでが強制マルチホップエリア、最大通信距離（Ｒ）以上がマルチホップエリアとなる。
【００６８】
（システム）
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともできる。あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００６９】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られない。つまり、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、各電力制御部を１つの電量制御部に統合することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【符号の説明】
【００７０】
１０ ノード
１１ 受信部
１２ 送信部
１３ 信号復調部
１４ 位置推定部
１５ 自ノードエリア判定部
１６ 第１電力制御部
１７ 第２電力制御部
１８ 第３電力制御部
１９ 送信データ生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノードが直接宛先ノードに接続するのではなく、複数の中継ノードを介して、宛先ノードに接続するマルチホップの無線通信システムが注目を集めている。マルチホップの無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を用いて、各ノードが自律的に通信を実行する。
【０００３】
ＣＳＭＡ／ＣＡでは、各ノードが通信を実行する前にキャアリアセンスを実行して、受信電力強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）を監視する。そして、各ノードは、一定値以下のＲＳＳＩを検出した場合には、他のノードが送信していない状況と判断して、データ送信を実行する。
【０００４】
ところが、この手法では、宛先ノードの直接通信可能な範囲内にあり、かつ、送信ノードの送信をキャリアセンスで検出できないノードとの間でデータの衝突が発生する。つまり、送信ノードと、送信ノードからの受信電力が閾値以下になるノード（以降、隠れ端末と表記する）との間でデータの衝突が発生する。
【０００５】
このような隠れ端末のデータ衝突を防止する技術として、送信対象の領域に対して信号を送信することで、自ノードがデータを送信する状態にあることを通知する技術が知られている。また、ＲＴＳ（Request to Send）／ＣＴＳ（Clear to Send）信号を用いて、送信ノードが宛先ノードに送信要求を送信し、宛先ノードが受信可能な状態であることを確認してから、データ送信を実行する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３３９７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１５１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０５５３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、データ送信までに実行する処理が増えることもあり、オーバヘッドが大きくなるので、ネットワークのスループットが低下するという問題がある。
【０００８】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の開示する無線通信装置および無線通信方法は、一つの態様において、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する推定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記推定部によって前記自ノードが、前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する第１決定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記推定部によって前記自ノードが、前記第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する第２決定部を有する。また、無線通信装置および無線通信方法は、前記第１決定部または第２決定部によって決定された送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する送信部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願の開示する無線通信装置および無線通信方法の一つの態様によれば、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１に係るノードのハードウェア構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係るノードの機能ブロック図である。
【図４】図４は、エリア判定の具体例を説明する図である。
【図５】図５は、実施例１に係るノードが実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は、シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本願の開示する無線通信装置および無線通信方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
［全体構成］
図１は、実施例１に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。図１に示すように、この無線通信システムは、ノードＡからノードＩとＧＷ（GateWay）装置とから形成される。なお、ここで示したノードは、無線通信装置の一例である。また、図１に示した数等はあくまで例示であり、これに限定されるものではない。
【００１４】
図１に示した各ノードは、自動で経路情報を確定するアドホックネットワークを形成する。各ノードは、１ホップで接続されるノード、言い換えると、隣接するノードとの間で、ＨＥＬＬＯメッセージなどの制御パケットを用いて自ノードが保持する経路情報を交換する。そして、各ノードは、交換した経路情報を用いてＧＷ装置までの経路を確定する。
【００１５】
また、各ノードは、電力メータやセンサなどに接続され、センシングされた値をＧＷ装置に送信する。ＧＷ装置は、各ノードからセンサ値を収集する管理装置が接続される無線通信装置の一例である。なお、センサ値の例としては、電力、温度、湿度、加速度などがある。
【００１６】
図１に示した無線通信システムでは、ノードＡとノードＥとノードＦとノードＧの各々は、ＧＷ装置が直接通信可能なエリアに存在し、１ホップでＧＷ装置に直接データを送信できるノードである。ノードＢとノードＤは、ノードＡを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。また、ノードＣは、ノードＢとノードＡの両方を介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。また、ノードＨは、ノードＧを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。同様に、ノードＩとノードＪの各々は、ノードＦを介してＧＷ装置にデータを送信するマルチホップノードである。
【００１７】
また、各ノードは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いて、各ノードが自律的に通信を実行する。具体的には、各ノードは、データ送信に先立ってキャリアセンスを実行し、搬送波周波数の受信電力レベルを測定する。そして、各ノードは、測定した受信電力レベルが閾値以下であれば、チャネルがアイドリング状態であると判定して、データ送信を実行する。一方、各ノードは、測定した受信電力レベルが閾値より大きければ、チャネルがビジー状態であると判定して、データ送信を抑止し、所定時間経過後に再度キャリアセンスを実行する。
【００１８】
このような無線通信システムにおいて、各ノードは、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する。続いて、各ノードは、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、第１エリアに位置する他ノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する。また、各ノードは、自ノードが、第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する。そして、各ノードは、決定された送信電力で、宛先ノードにデータを送信する。
【００１９】
したがって、無線通信システムを形成する各ノードは、宛先のＧＷ装置と直接通信するかマルチホップで通信するかを決定する。そして、ＧＷ装置と直接通信するノードは、他ノードがキャリアセンス可能なように送信電力を制御する。マルチホップで通信するノードは、ＧＷ装置と直接通信するノードの通信を妨害しないように送信電力を制御する。この結果、データ衝突を抑制しつつ、ネットワークのスループットの低下を抑制することができる。
【００２０】
［ハードウェア構成］
次に、図１に示したノードのハードウェア構成例を説明する。図２は、実施例１に係るノードのハードウェア構成例を示す図である。なお、図１に示した各ノードは、同様の構成を有するので、ここでは、ノード１０として説明する。また、ここで説明するハードウェア構成は、あくまで例示であり、図示したものに限定されない。
【００２１】
図２に示すように、ノード１０は、送受信アンテナ１０ａ、アンプ１０ｂ、発振器１０ｃ、アナログデジタル変換器１０ｄ、メモリ１０ｅ、プロセッサ１０ｆ、デジタルアナログ変換器１０ｇ、アンプ１０ｈを有する。
【００２２】
送受信アンテナ１０ａは、データである信号を電波として宛先に向けて送信し、データである信号を電波として受信するハードウェアである。アンプ１０ｂは、送受信アンテナ１０ａによって受信された信号を増幅させる増幅器である。発振器１０ｃは、連続波の交流信号を発信させる。この発振器１０ｃからの出力を用いて、受信された信号がベースバンド信号に変換される。
【００２３】
アナログデジタル変換器１０ｄは、アンプ１０ｂによって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する変換器である。メモリ１０ｅは、予め定められた閾値等を記憶する記憶装置である。プロセッサ１０ｆは、ノード１０の全体的な処理を司る処理部であり、アナログデジタル変換器１０ｄから出力された信号を用いて、送信電力の計算を実行する。
【００２４】
デジタルアナログ変換器１０ｇは、プロセッサ１０ｆから出力された信号をアナログ信号に変換する変換器である。アンプ１０ｈは、デジタルアナログ変換器１０ｇによって変換されたアナログ信号を、プロセッサ１０ｆから通知された送信電力値になるように増幅させる増幅器である。その後、アンテナ１０ａは、アンプ１０ｈによって増幅された信号を宛先に向けて送信される。
【００２５】
［機能ブロック図］
続いて、図１に示したノードの機能ブロック図を説明する。なお、図１に示した各ノードは、同様の構成を有するので、ここでは、ノード１０として説明する。また、ここで説明する機能構成は、あくまで例示であり、図示したものに限定されない。
【００２６】
図３は、実施例１に係るノードの機能ブロック図である。図３に示すように、ノード１０は、受信部１１、送信部１２、信号復調部１３、位置推定部１４、自ノードエリア判定部１５、第１電力制御部１６、第２電力制御部１７、第３電力制御部１８、送信データ生成部１９を有する。
【００２７】
なお、受信部１１と送信部１２は、図２に示したアンテナ１０ａ、送受信アンテナ１０ａ、アンプ１０ｂ、発振器１０ｃ、アナログデジタル変換器１０ｄ、デジタルアナログ変換器１０ｇ、アンプ１０ｈに対応する。また、信号復調部１３、位置推定部１４、自ノードエリア判定部１５、第１電力制御部１６、第２電力制御部１７、第３電力制御部１８、送信データ生成部１９は、プロセッサ１０ｆが実行する処理部である。
【００２８】
受信部１１は、データを受信して増幅してデジタル信号に変換するとともに、連続波の交流信号を発振させてベースバンド信号へと変換する処理部である。送信部１２は、各電力制御部から通知された信号をアナログ信号に変換し、いずれかの電力制御部から通知された送信電力まで増幅させて宛先に送信する処理部である。信号復調部１３は、受信部１１から出力されたデジタル信号を復調して、受信したデータを抽出する処理部である。
【００２９】
位置推定部１４は、マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する処理部である。例えば、位置推定部１４は、宛先ノードであるＧＷ装置から受信した既知信号を受信した際の受信電力からＧＷ装置と自ノードとの位置関係を推定する。なお、既知信号としては、ＨＥＬＬＯメッセージなどの制御信号を用いることができる。
【００３０】
一例を挙げると、ＧＷ装置が送信電力Ｐ（ｄＢ）で既知信号を送信した場合、ＧＷ装置からの距離がｒ（ｍ）の端末が当該既知信号を受信したときの信号電力Ｐｒは、式１に示した式で表すことができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ここで、Ｇｒ（ｄＢ）は、受信端末の受信アンテナ利得を示し、Ｇｔ（ｄＢ）は、送信端末の送信アンテナ利得を示し、ｈｔ（ｍ）は、送信端末のアンテナ高を示し、ｈｒ（ｍ）は、受信端末のアンテナ高を示し、ｆ（Ｈｚ）は、搬送波周波数を示す。ｐａｔｈ＿ｌｏｓｓ（ｘ、ｈｔ、ｈｒ、ｆ）は、送受信間距離ｘ（ｍ）、送信アンテナ高ｈｔ、受信アンテナ高ｈｒ、搬送波周波数ｆにおける伝送路（ｄＢ）を表している。すなわち、ｐａｔｈ＿ｌｏｓｓ（ｘ、ｈｔ、ｈｒ、ｆ）は、減衰量を表す。従って、位置推定部１４は、宛先ノードから送信された既知信号の受信電力値から、宛先ノードと自ノードとの距離ｒ（ｍ）を式２に示した式で推定することができる。
【００３３】
【数２】
【００３４】
図３に戻り、自ノードエリア判定部１５は、位置推定部１４によって推定された距離に基づいて、自ノードが位置するエリアを判定する処理部である。具体的な例を挙げると、自ノードエリア判定部１５は、自ノードが１ホップエリア、強制マルチホップエリア、マルチホップエリアのうち、どのエリアに該当するかを判定する。なお、１ホップエリアとは、ＧＷ装置まで１ホップでデータを送信するエリアを示す。強制マルチホップエリアとは、ＧＷ装置まで１ホップで送信できるが強制的にマルチホップで送信するエリアを示す。マルチホップエリアとは、ＧＷ装置までマルチホップでデータを送信するエリアを示す。
【００３５】
図４を用いて具体的に説明する。図４は、エリア判定の具体例を説明する図である。図４に示すように、１ホップエリアとは、宛先ノードであるＧＷ装置１が直接通信することができる最大の距離Ｒ（ｍ）の半分（Ｒ／２）の範囲内であるエリア２を示す。また、強制マルチホップエリアとは、距離Ｒ（ｍ）の範囲内のうちエリア２を除くエリア３を示す。また、マルチホップエリアとは、距離Ｒ（ｍ）より離れたエリア４を示す。なお、各エリアの境界は、どちらからに属するように任意に設定できる。
【００３６】
ここで、最大距離Ｒは、送信端末の最大送信電力をＰｍａｘ（ｄＢ）、送信端末のアンテナ高をｈＡＮ（ｍ）、受信端末が信号を検出できる最低電力値をＰｃｓ（ｄＢ）とした場合に、式３の式で表すことができる。
【００３７】
【数３】
【００３８】
したがって、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲの半分（Ｒ／２）以下である場合に、自ノードの位置を１ホップエリアと判定し、第１電力制御部１６に送信指示を出力する。また、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲ以下かつＲの半分（Ｒ／２）より大きい場合に、自ノードの位置を強制ホップエリアと判定し、第２電力制御部１７に送信指示を出力する。また、自ノードエリア判定部１５は、式２で算出した距離ｒが式３で算出したＲより大きい場合に、自ノードの位置をホップエリアと判定し、第３電力制御部１８に送信指示を出力する。
【００３９】
図３に戻り、第１電力制御部１６は、自ノードが、宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある１ホップエリアに位置すると推定された場合に、１ホップエリアに位置する他ノードが検出できる最低電力以上の電力で送信電力を制御する処理部である。例えば、図４に示すように、第１電力制御部１６は、自ノードがＧＷ装置１から距離ｄ１（ｍ）の１ホップエリアに位置する場合、ＧＷ装置１からＲ／２（ｍ）離れた位置のノードに届くように、送信電力を制御する。したがって、第１電力制御部１６は、自ノードからｄ＋Ｒ／２（ｍ）離れた距離に位置するノードの受信電力が検出可能な最低電力Ｐｃｓとなるように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。上述した条件を満たす送信電力Ｐｔ（ｄＢ）は、式４で表すことができる。
【００４０】
【数４】
【００４１】
このようにすることで、ＧＷ装置１からＲ／２（ｍ）離れた位置に位置するノードと、ＧＷ装置１から距離ｄ１（ｍ）の位置に位置する自ノードとが、互いにキャリアセンスで検出することができる。
【００４２】
第２電力制御部１７は、自ノードが強制マルチホップエリアに位置する場合に、１ホップエリアに位置するノードを経由して宛先ノードにデータが届くように、送信電力を制御する処理部である。例えば、第２電力制御部１７は、自ノードが図４に示すエリア３の強制マルチホップエリアに位置する場合に、自ノードが送信した信号がＧＷ装置１にＰｒｘ−Ｐ１の送信電力で届くように、送信電力を制御する。ここで、Ｐｒｘは、ＧＷ装置１が受信できる最低受信電力を示し、Ｐ１は、予め定められた０より大きい定数を示す。なお、最低受信電力とは、ノードが受信モード移行する際の閾値となる電力を示す。また、自ノードとＧＷ装置１との距離をｄ２（ｍ）、ＧＷ装置１のアンテナ高をｈＧＷ（ｍ）とすると、第２電力制御部１７が決定する送信電力Ｐｔ（ｄＢ）は、式５で表すことができる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
ところが、強制マルチホップエリアであるエリア３に位置する自ノードは、ＧＷ装置１に直接データを届けることができなくても、１ホップエリアであるエリア１に位置するノードにはデータを届けなれば、ＧＷ装置１にデータを届けることができない。ここで、自ノードとＧＷ装置１との距離をｄ２（ｍ）とすると、自ノードと１ホップエリアとの距離はｄ−Ｒ／２（ｍ）となる。したがって、第２電力制御部１７は、強制マルチホップエリアであるエリア３に位置する自ノードが、宛先のＧＷ装置１には届かず、かつ、１ホップエリアのノードには届くようにするために、式６を満たすように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。
【００４５】
【数６】
【００４６】
第３電力制御部１８は、自ノードがマルチホップエリアに位置する場合に、１ホップエリアや強制マルチホップエリアに位置するノードを複数経由して宛先ノードにデータが届くように、送信電力を制御する処理部である。例えば、第３電力制御部１８は、自ノードが図４に示すエリア４のマルチホップエリアに位置する場合に、宛先のＧＷ装置１の最低受信電力Ｐｒｘ（ｄＢ）より小さい電力となるように、送信電力を制御する。ここで、エリア４に位置するノードの最大送信電力をＰｍａｘ（ｄＢ）とした場合、第３電力制御部１８は、式７を満たすように、送信電力Ｐｔ（ｄＢ）を制御する。なお、Ｐ２は、予め定められた０より大きい定数を示す。
【００４７】
【数７】
【００４８】
送信データ生成部１９は、送信データを生成する処理部である。例えば、送信データ生成部１９は、ノード１０の内部または外部に接続されるセンサによって取得されたセンサ値を含んだパケット生成する。また、送信データ生成部１９は、ノード１０に接続される電力メータ等によって取得された値を含んだパケット生成する。
【００４９】
送信部１２は、送信データ生成部１９によって生成されたデータを、第１電力制御部１６または第２電力制御部１７または第３電力制御部１８のいずれかから入力された送信電力で宛先に送信する制御部である。
【００５０】
［処理の流れ］
図５は、実施例１に係るノードが実行する処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、ノード１０の位置推定部１４は、受信部１１が宛先ノードから受信した既知信号の受信電力に基づいて、ノード１０と宛先ノードとの距離ｄを推定する（Ｓ１０１）。
【００５１】
続いて、自ノードエリア判定部１５は、Ｓ１０１で推定された距離ｄと、宛先ノードが直接通信することができる最大距離Ｒとを用いて、ノード１０が存在するエリアを判定する（Ｓ１０２）。
【００５２】
そして、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが１ホップエリアであると判定された場合（Ｓ１０３肯定）、第１電力制御部１６は、式４に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０４）。
【００５３】
一方、自ノードエリア判定部１５は、ノード１０の存在エリアが１ホップエリアではないと判定された場合（Ｓ１０３否定）、ノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアか否かを判定する（Ｓ１０５）。
【００５４】
そして、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアであると判定された場合（Ｓ１０５肯定）、第２電力制御部１７は、式５に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０６）。このとき、第２電力制御部１７は、式６に示した式を満たすように、送信電力Ｐｔを決定する。
【００５５】
一方、自ノードエリア判定部１５によってノード１０の存在エリアが強制マルチホップエリアではないと判定された場合（Ｓ１０５否定）、第３電力制御部１８は、式７に示された式を用いて送信電力Ｐｔを決定する（Ｓ１０７）。
【００５６】
その後、送信部１２は、キャリアセンスを実行し、チャネルがアドリング状態であることを確認した後、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７のいずれかで決定された送信電力で、送信データ生成部１９によって生成されたデータを宛先に送信する。
【００５７】
［シミュレーション結果］
次に、シミュレーション結果を説明する。図６は、シミュレーション結果を示す図である。図６は、図４に示したノード１（ＧＷ装置）当たりの接続ノード数対データ収集成功率特性を示す。
【００５８】
ここでは、一例として、各ノードのアンテナ高（ｈｔ）は２ｍ、ＧＷ装置のアンテナ高（ｈｒ）は２ｍ、各ノードは４０００ｍ×４０００ｍの正方形内にランダムに配置し、ＧＷ装置は該当領域内の中心に配置した。なお、Ｐ１＝５、Ｐ２＝０とした。各ノードの送信パケットサイズは１５６６ｂｙｔｅであり、ＰＨＹ（physical layer）、ＭＡＣ（メディアアクセス制御）の仕様はＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠しており、データレートは１Ｍｂｐｓである。
【００５９】
また、ＬＯＳ（Line of Sight）環境を想定しており、伝搬特性は式８から式１０のような式を仮定した。ここで、ｄ（ｍ）は送受信間の距離、ｃ（ｍ／ｓ）は光速を表している。
【００６０】
【数８】
【数９】
【数１０】
【００６１】
図６に示すように、データ収集成功率９５％で比較すると、送信電力制御を行わない場合は通信ノード数が約３８０台となる。一方、上述した送信電力制御を実施した場合は通信ノード数が約８８０台となる。つまり、上述した送信電力制御を使用することでＧＷ装置１台当たりの収容台数を約２．３倍にすることが出来ることが分かる。
【００６２】
［効果］
このように、各ノードは、宛先ノードからの距離に応じて送信電力を制御することができる。例えば、１ホップエリアに位置するノードは、同じ１ホップエリアに位置するノード各々が電力を検出できる最低限の送信電力で送信するので、キャリアセンスすることもできる。また、強制マルチホップエリアに位置するノードは、１ホップエリアに位置するノードのデータ送信と衝突しない範囲の電力量でデータを送信することができる。また、マルチホップエリアに位置するノードは、マルチホップして宛先ノードにデータが届く範囲内の電力でデータ送信を実行する。この結果、各ノードが最大電力量でデータ送信をする場合に比べて、各ノードが位置に応じた電力量でデータを送信するので、データ衝突を抑制することができる。また、各ノードは、電力メータ等に固定された時点でＧＷ装置などとの距離を測定すればよく、その後、任意の間隔で実行すればよいので、データ送信に先立って実行する前処理の数も減らすことができる。このため、ネットワークのスループットの低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００６３】
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下に異なる実施例を説明する。
【００６４】
（宛先ノード）
上記実施例では、宛先ノードがＧＷ装置である例を説明したが、これに限定されるものではなく、任意のノードを宛先とすることができる。
【００６５】
（送信電力）
上記実施例で説明した送信電力の算出式は、あくまで例示であり、これに限定されるものではない。例えば、各ノードの最低受信電力等が予めわかっている固定値等である場合には、１ホップエリアのノードの送信電力等について固定値を用いることもできる。また、第１エリアの範囲もＧＷ装置１から距離ｄの範囲内である例で説明したが、これも例示であり、ＧＷ装置１の最大通信距離より小さい距離であれば、任意に設定することができる。
【００６６】
（位置推定手法）
上記実施例では、宛先ノードから信号を受信した時の電力強度を用いて、自ノードと宛先ノードとの距離を推定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各ノードは、宛先ノードの位置情報から自ノードと宛先ノードとの距離を推定することもできる。例えば、各ノードは、宛先ノードに対して、ＨＥＬＬＯメッセージなどの既知信号を用いて、位置情報を要求する。そして、宛先ノードは、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて座標等を取得し、ＨＥＬＬＯメッセージなどの既知信号に自身の位置を示す座標等を含めて、要求元のノードに送信する。その後、各ノードは、取得した位置情報と自身の位置情報とを用いて、自ノードと宛先ノードとの距離を推定することもできる。
【００６７】
（１ホップエリア）
上記実施例では、宛先ノードが直接通信することができる最大通信距離の半分のエリアを１ホップエリアとする例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば最大通信距離の３分の１など最大通信距離より短い距離の範囲内であれば、任意に設定することができる。この場合、宛先ノードから最大通信距離（Ｒ）の３分の１（Ｒ／３）までが１ホップエリア、最大通信距離（Ｒ）の３分の１（Ｒ／３）からＲまでが強制マルチホップエリア、最大通信距離（Ｒ）以上がマルチホップエリアとなる。
【００６８】
（システム）
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともできる。あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００６９】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られない。つまり、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、各電力制御部を１つの電量制御部に統合することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【符号の説明】
【００７０】
１０ ノード
１１ 受信部
１２ 送信部
１３ 信号復調部
１４ 位置推定部
１５ 自ノードエリア判定部
１６ 第１電力制御部
１７ 第２電力制御部
１８ 第３電力制御部
１９ 送信データ生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する推定部と、
前記推定部によって前記自ノードが、前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する第１決定部と、
前記推定部によって前記自ノードが、前記第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する第２決定部と、
前記第１決定部または第２決定部によって決定された送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する送信部と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記宛先ノードからデータを受信した際の電力強度または前記宛先ノードから取得した位置情報に基づいて、前記宛先ノードと自ノードとの位置関係を推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。
【請求項３】
前記第２決定部は、前記自ノードが前記最大距離から前記第１エリアまでの範囲に位置すると判定された場合には、前記第１エリアに位置するノードが受信できる最低電力以上の電力を送信電力と決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。
【請求項４】
前記第２決定部は、前記自ノードが前記最大距離より離れたエリアに位置すると判定された場合には、前記自ノードがデータを送信する際に使用できる最大の送信電力以下の電力を送信電力と決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。
【請求項５】
コンピュータが、
マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自コンピュータとの位置関係を推定し、
前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに前記自コンピュータが位置すると推定した場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自コンピュータから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定し、
前記第１エリア以外のエリアに前記自コンピュータが位置すると推定した場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定し、
前記決定した送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する
処理を実行することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１】
マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自ノードとの位置関係を推定する推定部と、
前記推定部によって前記自ノードが、前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに位置すると推定された場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自ノードから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定する第１決定部と、
前記推定部によって前記自ノードが、前記第１エリア以外のエリアに位置すると推定された場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定する第２決定部と、
前記第１決定部または第２決定部によって決定された送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する送信部と
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記宛先ノードからデータを受信した際の電力強度または前記宛先ノードから取得した位置情報に基づいて、前記宛先ノードと自ノードとの位置関係を推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。
【請求項３】
前記第２決定部は、前記自ノードが前記最大距離から前記第１エリアまでの範囲に位置すると判定された場合には、前記第１エリアに位置するノードが受信できる最低電力以上の電力を送信電力と決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。
【請求項４】
前記第２決定部は、前記自ノードが前記最大距離より離れたエリアに位置すると判定された場合には、前記自ノードがデータを送信する際に使用できる最大の送信電力以下の電力を送信電力と決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。
【請求項５】
コンピュータが、
マルチホップ無線ネットワークを形成するノードであって、データの宛先である宛先ノードと自コンピュータとの位置関係を推定し、
前記宛先ノードが直接通信できる最大距離の範囲内にある第１エリアに前記自コンピュータが位置すると推定した場合に、前記第１エリアに位置する他ノードのうち前記自コンピュータから最も離れたノードが検出できる最低電力以上の電力を送信電力と決定し、
前記第１エリア以外のエリアに前記自コンピュータが位置すると推定した場合に、前記宛先ノードが受信できる最低電力より小さい電力を送信電力と決定し、
前記決定した送信電力で、前記宛先ノードにデータを送信する
処理を実行することを特徴とする無線通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１５７８５（Ｐ２０１３−１１５７８５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３０６４（Ｐ２０１１−２６３０６４）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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