JP2012034164A - Radio wave sensor and data transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばワイヤレスセンサネットワークなどに利用される電波センサおよびデータ伝送方法に関する。 The present invention relates to a radio wave sensor and a data transmission method used for a wireless sensor network, for example.
ワイヤレスセンサネットワークの一つに、コグニティブ無線システムがある。このコグニティブ無線システムは、所定周波数の電波を受信し、その受信した電波のスペクトルを測定および解析する複数の電波センサと、各電波センサにより測定および解析された電波のスペクトル情報を収集して利用すべき周波数を決定するデータ集積装置とを備えている。 One of the wireless sensor networks is a cognitive radio system. This cognitive radio system collects and uses a plurality of radio sensors that receive radio waves of a predetermined frequency, measure and analyze the spectrum of the received radio waves, and spectrum information of radio waves measured and analyzed by each radio sensor. And a data integration device for determining a power frequency.
電波センサとデータ集積装置との間のメッセージ伝送を無線で行う場合、無線信号の競合や衝突が発生するとスループットが低下するため、無線信号の競合や衝突が発生し難いTDMA(Time Division Multiple Access)方式を用いることが考えられる。 When message transmission between the radio wave sensor and the data integration device is performed wirelessly, if radio signal contention or collision occurs, throughput decreases, so that radio signal contention or collision is unlikely to occur. TDMA (Time Division Multiple Access) It is conceivable to use a method.
しかしながら、TDMA方式の場合、各電波センサはタイムスロットが割り当てられていない期間は無線アクセスをしない期間となり、その期間のうち電波の検知開始後一定の期間に測定および解析などの演算を行っているが、この演算期間が短いため、質の高いデータが得られないことがある。 However, in the case of the TDMA system, each radio wave sensor is a period during which no time slot is allocated and wireless access is not performed, and during such a period, calculations such as measurement and analysis are performed during a certain period after the start of radio wave detection. However, since this calculation period is short, high quality data may not be obtained.
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、検知対象の電波の状況を判定するための高品質のデータを収集することができる電波センサおよびデータ伝送方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a radio wave sensor and a data transmission method capable of collecting high-quality data for determining the status of radio waves to be detected. .
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る電波センサは、データの伝送に用いる搬送周波数を分割した複数のタイムスロットのうち、割り当てられたタイムスロットを用いてデータ伝送を行う電波センサにおいて、所定の周波数帯の電波を受信する受信部と、前記タイムスロットが割り当てられていない遊休期間を利用して前記受信部により受信された電波のスペクトルを測定および解析する演算部と、前記演算部による演算結果を、割り当てられたタイムスロットに乗せて送信する送信部とを具備する。
本発明の実施形態に係るデータ伝送方法は、データ集積装置へデータを伝送するのに用いる搬送周波数を分割した複数のタイムスロットのうち、自身に割り当てられたタイムスロットを用いて電波センサがデータ伝送を行うデータ伝送方法において、データ伝送方法は、所定の周波数帯の電波を前記電波センサが受信するステップと、前記タイムスロットが割り当てられていない無線活動休止期間に、前記電波センサが、前記電波のスペクトルを演算するステップと、前記電波センサが演算した結果のデータを、割り当てられたタイムスロットに載せて前記データ集積装置へ報告するステップとを有する。
In order to solve the above problems, a radio wave sensor according to an embodiment of the present invention is a radio wave sensor that performs data transmission using an assigned time slot among a plurality of time slots obtained by dividing a carrier frequency used for data transmission. A receiving unit that receives radio waves in a predetermined frequency band, a calculation unit that measures and analyzes a spectrum of the radio waves received by the receiving unit using an idle period to which the time slot is not allocated, and the calculation A transmission unit that transmits the calculation result of the unit in the assigned time slot.
In the data transmission method according to the embodiment of the present invention, the radio wave sensor transmits data using a time slot assigned to itself among a plurality of time slots obtained by dividing a carrier frequency used for transmitting data to a data integration device. In the data transmission method, the data transmission method includes: a step of receiving the radio wave of a predetermined frequency band by the radio wave sensor; and a radio activity pause period in which the time slot is not assigned, A step of calculating a spectrum, and a step of reporting data obtained as a result of calculation by the radio wave sensor to the data accumulator in an assigned time slot.
本発明によれば、検知対象の電波の状況を判定するための高品質のデータを収集することができる電波センサおよびデータ伝送方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a radio wave sensor and a data transmission method that can collect high-quality data for determining the status of radio waves to be detected.
以下、図面を参照し実施形態のコグニティブ無線システムについて詳細に説明する。図1,2に示すように、この実施形態のコグニティブ無線システムは、プライマリシステムの電波塔1から放送(送信)される電波(放送波)を受信するよう分散配置された複数の電波センサ2a〜2e(以下センサ2a〜2eと称す)と、各センサ2a〜2eにより検知および演算(測定および解析)された電波のスペクトルのデータを収集してプライマリシステムの電波の状況(品質など)を認識し、対象の周波数が利用可能か否か判定し、利用すべき周波数を決定するデータ集積装置3とを有している。コグニティブ無線システムは、ワイヤレスセンサネットワークの一つである。複数のセンサ2a〜2eは、例えばオフィスビル内や商用施設内に点在するように位置されている。また電波塔1は屋外に設置されている。センサ2a〜2eは無線センサなどともいう。
Hereinafter, a cognitive radio system according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the cognitive radio system of this embodiment includes a plurality of
図3に示すように、各センサ2a〜2eは、受信部22、演算部23、送信部26を有している。演算部23は、測定部24と解析部25を有している。
As illustrated in FIG. 3, each of the
受信部22はアンテナ21を通じて所定の周波数帯、例えばUHF周波数帯(300MHz〜3000MHz(3GHz))程度の電波(例えばテレビジョン放送などの電波)を受信する。この周波数帯域をセンシングチャネル(第1チャネル)という。すなわちセンシングチャネルは、認識対象の周波数帯をスキャンするチャネルである。
The
演算部23はタイムスロットが割り当てられていない無線活動休止期間に、受信部22により受信された電波のスペクトルを演算(測定および解析)する。より詳細には、演算部23は無線活動休止期間のうちタイムスロットによる報告期間を除いた期間に、受信部22により受信された電波のスペクトルを演算(測定および解析)する。
The calculation unit 23 calculates (measures and analyzes) the spectrum of the radio wave received by the
例えば電波の検知を開始後、自身に割り当てられたタイムスロットの時間に達するまでの期間に演算(測定および解析)する。またタイムスロットにデータを載せて報告した後に生じる無線活動休止期間に次のフレームに載せるデータの演算を行う。無線活動休止期間を遊休期間という。 For example, the calculation (measurement and analysis) is performed in a period until the time of the time slot assigned to itself is reached after the detection of the radio wave is started. In addition, calculation of data to be loaded in the next frame is performed during a period of radio activity suspension after data is reported in the time slot. The wireless activity suspension period is called the idle period.
測定部24は、受信部22により受信された電波信号の強度を測定する。電波のスペクトルとは一定の周期の振幅を繰り返す信号の波長の順に並べた強度分布である。解析部25は、測定部24により測定された電波信号の強度を波長の順に並べた強度分布を解析することで、電波のスペクトルを得る。
The
送信部26は演算部23により演算された演算結果のデータ(電波のスペクトルのデータ、センサ自身の識別子など)を、データ集積装置3から自身に割り当てられたタイムスロットに載せてアンテナ27を通じて送信することでデータ集積装置3へ報告する。送信部26は例えばPHSなどの無線システムの通信帯域を利用して無線送信を行う。
The
各センサ2a〜2eとデータ集積装置3との間の無線アクセスはTDMA方式で行う。この無線アクセスに利用するチャネルをセンサチャネル(第2チャネル)という。TDMA方式では、各センサ2a〜2eは、データ集積装置3へデータを伝送するのに用いる搬送周波数を複数のタイムスロットに分割し、分割した複数のタイムスロットのうち、データ集積装置3により自身に割り当てられたタイムスロットを用いてデータ伝送を行う。
Wireless access between the
図4に示すように、データ集積装置3は、受信部32、集積部33、メモリ34、判定部35などを有している。
As illustrated in FIG. 4, the
受信部32は、各センサ2a〜2eからTDMA方式で無線送信されたデータを受信する。集積部33は、受信部32により受信された各センサ2a〜2eからのデータを収集し、収集したデータを合成してメモリ34に記憶する。
The
メモリ34には、集積部33により合成されたプライマリシステムの電波の状況(品質など)等のデータが記憶される。メモリ34には、プライマリシステムの電波の状況(品質など)を判定するための閾値データ7や各センサ2a〜2eの識別子と対応させた位置データなどが予め記憶されている。またメモリ34は、集積部33および判定部35によるデータ処理のための作業領域として機能する。
The
判定部35は、集積部33によりメモリ34に記憶されたプライマリシステムの電波の状況(品質など)等のデータと閾値データとを比較することで、検知対象の電波の周波数が存在するか否かによって利用可能か否かを判定し、判定結果に応じて利用すべき周波数を決定する。
The
例えば電波の状況(品質など)等のデータの値が閾値データよりも高い場合、検知対象の電波の周波数(プライマリシステムの電波の周波数)が利用されているものと判定し、その周波数帯を除いた周波数帯を利用すべき周波数を決定する。 For example, if the value of data such as radio wave status (quality, etc.) is higher than the threshold data, it is determined that the frequency of the radio wave to be detected (the frequency of the primary system radio wave) is being used, and the frequency band is excluded Determine the frequency to use the selected frequency band.
また電波の状況(品質など)等のデータの値が閾値データよりも低い場合、検知対象の電波の周波数(プライマリシステムの電波の周波数)が利用されていないものと判定し、その周波数帯を利用すべき周波数として決定する。 Also, if the value of data such as radio wave status (quality, etc.) is lower than the threshold data, it is determined that the frequency of the radio wave to be detected (the frequency of the primary system radio wave) is not being used, and that frequency band is used. Determine the frequency to be used.
ここで、図5を用いてデータ集積装置3と各センサ2a〜2eとの間で送受されるデータフレームについて説明する。
Here, a data frame transmitted and received between the
図5に示すように、TDMA方式で無線送信されるデータは、複数のビーコンフレーム51の時間間隔の中に、初期集積期間52と報告用の複数のタイムスロット53と設けられている。各ビーコンフレーム51には、特定のアクションを指示するコマンド、各センサのための集積期間の情報、その他、同期に必要な情報などが含まれる。
As shown in FIG. 5, data wirelessly transmitted by the TDMA method is provided with an
以下、図6乃至図8を参照して、このコグニティブ無線システムの動作を説明する。以下説明を分かり易くするためにセンサ2a〜2eのうちの3つのセンサ2a〜2cの動作について説明する。まず第1の動作例を説明する。
Hereinafter, the operation of the cognitive radio system will be described with reference to FIGS. In order to make the explanation easier to understand, the operation of the three
このシステムでは、データ集積装置3は、分散された複数のセンサ2a〜2cによる無線アクセスを制御するための制御ノードとして動作する。
In this system, the
データ集積装置3は、各センサ2a〜2cが電波のスペクトルの検知を開始する前に各センサ2a〜2cに対してスロットを割り当てる情報を含むビーコンフレーム51を送信する。
The
各センサ2a〜2cはタイムスロット割り当て情報を含むビーコンフレーム51を受信すると、ビーコンフレーム51からそれぞれ自身のタイムスロット割り当て情報を読み出し、割り当てられたタイムスロットに演算結果のデータを載せて報告するよう演算時間を決めて、電波の検知を開始する。
When each
つまり、各センサ2a〜2cは電波のセンシングを開始し、おのおのの集積期間(図6のt1,t2,t3)を経過後、自身に割り当てられたタイムスロットを利用して報告を行う。
That is, each of the
通常、図8の比較例のように、各センサ2a〜2cが電波の検知を開始してから演算を行い、演算結果を得るまでの集積期間tは全て同じ時間(一定)であり、電波の検知を開始してから演算結果を得るまでの時間に限りがあることから、個々のセンサの検知結果(演算結果)として、ある程度の品質が得られない場合がある。
Normally, as in the comparative example of FIG. 8, the integration period t from when each of the
そこで、この第1動作例では、図6に示すように、例えばセンサ2aは、電波の検知を開始した後、ただちに第1集積期間t1に演算を実行し、自身に割り当てられたタイムスロットs1に演算結果のデータを載せて報告し、遊休期間I1に入る。このセンサ2aの動作は図8の比較例の動作と同じである。
Therefore, in the first operation example, as shown in FIG. 6, for example, the
一方、センサ2bは、センサ2aと同時に電波の検知を開始し、演算についてはセンサ2aが報告を終了するまでの期間である第2集積期間t2に実行し、自身に割り当てられたタイムスロットs2に演算結果のデータを載せて報告し、遊休期間I2に入る。第2集積期間t2は第1集積期間t1とタイムスロットs1による報告の期間を足し併せた期間である。
On the other hand, the sensor 2b starts detection of radio waves simultaneously with the
センサ2cは、センサ2a,2bと同時に電波の検知を開始し、演算についてはセンサ2bが報告を終了するまでの期間である第3集積期間t3に実行し、自身に割り当てられたタイムスロットs3に演算結果のデータを載せて報告する。
The sensor 2c starts detecting the radio wave simultaneously with the
図8の比較例では、遊休期間I1が2回と遊休期間I2、I3が生じているのに対して、この図6の動作例では、センサ2bが、図8の集積期間tと遊休期間I3の分を、第2集積期間t2として演算を実行するので、より質の高い演算結果が得られる。またセンサ2cは、図8の集積期間tと遊休期間I4の連続する時間分を足し併せた第3集積期間t3に演算を実行するので、さらに高品質の演算結果が得られる。 In the comparative example of FIG. 8, there are two idle periods I1 and idle periods I2 and I3. In the operation example of FIG. 6, the sensor 2b is connected to the integration period t and the idle period I3 of FIG. Since the calculation is executed as the second integration period t2, a higher quality calculation result can be obtained. Further, since the sensor 2c performs the calculation in the third integration period t3 obtained by adding the continuous period t4 and the idle period I4 in FIG. 8, a higher quality calculation result can be obtained.
したがって、データ集積装置3において、各センサ2a〜2cから収集された演算結果のデータを合成すると、高品質のデータを得ることができ、放送されている電波の有無や強度などを判定する上で、より確かな判定を行うことができる。
次に、図7を参照して第2の動作例を説明する。
この第2動作例の場合、図7に示すように、センサ2aは、電波の検知を開始した後、ただちに第1集積期間t1に演算を実行し、自身に割り当てられたタイムスロットs1に演算結果のデータを載せて報告する。その後、第1動作例では遊休期間I1(図6)であった期間に、次のフレームで送るデータを得るための演算を実行する集積期間t4とする。
Therefore, when the
Next, a second operation example will be described with reference to FIG.
In the case of this second operation example, as shown in FIG. 7, the
また、センサ2bは、センサ2aと同時に電波の検知を開始し、演算については第2集積期間t2に演算するだけでなく、報告後の遊休期間I2であった期間を集積期間t5として、次のフレームで送るデータの演算を実行する。
Further, the sensor 2b starts to detect radio waves simultaneously with the
センサ2cは、センサ2a,2bと同時に電波の検知を開始し、演算についてはセンサ2bが報告を終了するまでの期間(図8の集積期間t1と遊休期間I4を足し併せた期間)である第3集積期間t3に実行し、自身に割り当てられたタイムスロットs3に演算結果のデータを載せて報告する。
The sensor 2c starts detection of radio waves simultaneously with the
図8の比較例では、遊休期間I1が2回と遊休期間I2、I3が生じているのに対して、この図7の動作例では、センサ2aについても第1集積期間t1にさらに次のフレーム用の集積期間t4が加えられ、より質の高い演算結果が得られる。またセンサ2bについては、図8の集積期間tと遊休期間I3の分を、第2集積期間t2とし、さらに遊休期間I2の分を、次フレーム用の集積期間t5として演算を実行するので、第1動作例よりもさらに演算時間を長くとれ、より質の高い演算結果が得られる。またセンサ2cは、図8の集積期間tと遊休期間I1の連続する時間分を足し併せた第3集積期間t3に演算を実行するので、さらに質の高い演算結果が得られる。この第2動作例では、演算結果のデータの質的向上に加えて、遊休期間I1〜I4がなくなることから、センサ2a〜2eの動作効率についても向上することができる。
In the comparative example of FIG. 8, there are two idle periods I1 and idle periods I2 and I3, whereas in the operation example of FIG. 7, the
この実施形態によれば、通常、各センサ2a〜2cがデータ集積装置3と無線アクセスをしない遊休期間I1〜I4(図8)に、検知された電波のスペクトルを演算(測定および解析)することで(図6、図7)、演算結果のデータの品質が向上し、データ集積装置3では、各センサ2a〜2eから必要な品質のデータを収集することができる。つまり、検知対象の放送波の存在の有無など、検知対象の電波の状況を判定するための高品質のデータを収集することができる電波センサおよびデータ伝送方法を提供することができる。
According to this embodiment, normally, each
ここで、遊休期間I1〜I4における演算について説明する。
この実施形態のように、各センサ2a〜2cに、より長い演算時間(センシング時間)を持たせることで、より高感度の結果が得られ、全体的なグローバルな検出確率Pgを最大化することができる。
Here, calculation in the idle periods I1 to I4 will be described.
As in this embodiment, each
例えば演算の基本式である下記式
ここで、Pgはグローバルな検出確率、Pdiはi次の検出確率、Pdはローカルな検出確率、T’senは拡張されたセンシング時間を表す。
T’senは、
上記式を変形して、拡張されたセンシング時間T’senからセンシング時間Tsenを求め、下記式
Qは標準正規分布の末端確率、Tsamはハードウェアを要素とする時間、ζは放送波のS/N比を示す。
For example, the following formula, which is the basic formula for calculation
Here, Pg represents a global detection probability, Pdi represents an i-th detection probability, Pd represents a local detection probability, and T′sen represents an extended sensing time.
T'sen is
By modifying the above equation, calculated the sensing time T sen from the expanded sensing time T 'sen, the following formula
Q is the end probability of the standard normal distribution, T sam is the time with hardware elements, and ζ is the S / N ratio of the broadcast wave.
なお、本発明は上記実施形態およびその動作例のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment and its operation example, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…電波塔、2a〜2e…センサ、3…データ集積装置、31…アンテナ、32…受信部、33…集積部、34…メモリ、35…判定部、21…アンテナ、22…受信部、23…演算部、24…測定部、25…解析部、26…送信部、27…アンテナ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の周波数帯の電波を受信する受信部と、
前記タイムスロットが割り当てられていない無線活動休止期間に、前記受信部により受信された電波のスペクトルを演算する演算部と、
前記演算部により演算された結果のデータを、割り当てられたタイムスロットに載せて前記データ集積装置へ報告する送信部と
を具備することを特徴とする電波センサ。 In a radio wave sensor that performs data transmission using a time slot allocated to itself among a plurality of time slots obtained by dividing a carrier frequency used for transmitting data to a data integration device,
A receiver for receiving radio waves in a predetermined frequency band;
A computing unit that computes a spectrum of radio waves received by the receiving unit during a radio activity suspension period in which the time slot is not assigned;
A radio wave sensor comprising: a transmission unit that reports data obtained as a result of calculation by the calculation unit to an assigned time slot to the data accumulation device.
電波の検知を開始後、自身に割り当てられたタイムスロットの時間に達するまでの無線活動休止期間に前記スペクトルを演算することを特徴とする請求項1記載の電波センサ。 The computing unit is
2. The radio wave sensor according to claim 1, wherein the spectrum is calculated during a period of radio activity suspension until the time of the time slot assigned to the radio wave is reached after the start of radio wave detection.
前記タイムスロットにデータを載せて報告した後に生じる無線活動休止期間に次のフレームに載せるデータの演算を行うことを特徴とする請求項1記載の電波センサ。 The computing unit is
2. The radio wave sensor according to claim 1, wherein calculation of data to be loaded in the next frame is performed during a period of radio activity suspension after data is reported in the time slot.
所定の周波数帯の電波を前記電波センサが受信するステップと、
前記タイムスロットが割り当てられていない無線活動休止期間に、前記電波センサが、前記電波のスペクトルを演算するステップと、
前記電波センサが演算した結果のデータを、割り当てられたタイムスロットに載せて前記データ集積装置へ報告するステップと
を有することを特徴とするデータ伝送方法。 In a data transmission method in which a radio wave sensor performs data transmission using a time slot assigned to itself among a plurality of time slots obtained by dividing a carrier frequency used for transmitting data to a data integration device.
Receiving the radio wave in a predetermined frequency band by the radio wave sensor;
The radio wave sensor calculates a spectrum of the radio wave during a radio activity idle period in which the time slot is not assigned;
A data transmission method comprising the step of reporting data obtained as a result of calculation by the radio wave sensor to the data accumulating device in an assigned time slot.
前記電波の検知を開始後、自身に割り当てられたタイムスロットの時間に達するまでの無線活動休止期間に前記スペクトルを演算することを特徴とする請求項4記載のデータ伝送方法。 The radio wave sensor is
5. The data transmission method according to claim 4, wherein after the detection of the radio wave is started, the spectrum is calculated in a radio activity suspension period until a time of a time slot assigned to itself is reached.
前記タイムスロットにデータを載せて報告した後に生じる無線活動休止期間に次のフレームに載せるデータの演算を行うことを特徴とする請求項4記載のデータ伝送方法。 The radio wave sensor is
5. The data transmission method according to claim 4, wherein calculation of data to be loaded in a next frame is performed during a radio activity suspension period after data is reported in the time slot.
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