JP2013207463A - 無線通信装置およびそれを用いた制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】自無線ネットワークと他無線ネットワークを区別し、他無線ネットワークからの干渉状況に依らず、優先的に通信することのできる無線通信装置およびそれを用いた制御システムを提供する。
【解決手段】複数の通信局で構成される無線通信装置であって、送信側の通信局は、通信すべき相手であることの親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを送信し、受信側の通信局は、受信した通信フレーム内ヘッダの識別情報から通信すべき相手であることの親子関係を確認して、送信側の通信局との優先的通信を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は無線通信装置およびそれを用いた制御システムに係り、例えばマルチホップ無線ネットワークにおいて、リアルタイム性を重視してデータ通信を行う無線通信装置およびそれを用いた制御システムに関する。

所望の無線局間で通信を行う技術として、当該無線局間に中継局として複数の無線局を設置し、マルチホップにデータの授受を行うマルチホップ無線ネットワーク通信技術がある。他方において近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの無線通信機器の低コスト化やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などのセンサネット技術の標準化に伴い、産業分野における無線技術応用の期待が高まり、適用事例が増えつつある。

前述のマルチホップ無線ネットワークの産業分野への適用事例として、例えば、電力・交通などの社会インフラ事業やＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）・ＰＡ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）などの製造業の監視・制御ネットワークへの適用により、監視・制御用ケーブルの削減に寄与するものと期待されている。

具体的には、制御信号や検出信号を送受するための有線ケーブルを無線化することにより、ケーブルの敷設コストや定期点検時のメンテナンスコストの低減を計ることができる。また、無線技術を活用することで、事業者は機器の追加や機器の構成の変更といった運用の変化に対して、より柔軟に対応することが可能となる。

一方で無線技術を制御ネットワークに適用するためには、干渉が発生した場合であっても、通信の信頼性を維持して、緊急時の制御情報の授受を行えることが必要である。

現状広く用いられるＩＥＥＥ８０２．１１規格準拠の無線通信におけるアクセス制御方式である搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）において、緊急時の情報のように優先度の高い情報を送信する場合には、送信前の送信待ち時間であるバックオフ時間を通常の優先度の情報と比較し短くすることで、優先的に通信を行う方法が知られている。

さらに優先的に通信可能とする方法として、特許文献１には、バックオフ時間を設けることなく通信を行う通信制御方法を備えた無線通信装置について記載されている。

特開２００４−１９４２３７号公報

しかし、特許文献１の方法では、基地局、端末局を含む無線ノードがデータを受信した場合に、自身の無線ノードが所属する無線ネットワーク（以下自無線ネットワークという）であるか、またはその他の無線ネットワーク（以下他無線ネットワークという）であるかによらず高速通信モードを開始してしまう。

このため、バックオフ時間を短縮した通信を行う無線ノードが他無線ネットワークのものである場合を想定すると、自無線ネットワークで真に緊急の通信が発生した場合に発生する通信待ち時間のために、自無線ネットワークにおいて優先度の高い通信が阻害されてしまうという課題があった。

以上のことから本発明においては、自無線ネットワークと他無線ネットワークを区別し、他無線ネットワークからの干渉状況に依らず、優先的に通信することのできる無線通信装置およびそれを用いた制御システムを提供することを目的とする。

以上のことから本発明においては、複数の通信局で構成される無線通信装置であって、送信側の通信局は、通信すべき相手であることの親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを送信し、受信側の通信局は、受信した通信フレーム内ヘッダの識別情報から通信すべき相手であることの親子関係を確認して、送信側の通信局との優先的通信を実施することを特徴とする無線通信装置およびそれを用いた制御システムである。

本発明によれば、外部に通信接続が開放されている無線ネットワークにおいて、真に緊急の送信データが自無線ネットワークに存在する場合に、他無線ネットワークからの干渉状況に依らず、優先的に通信することが可能となる。

通信ネットワークで用いられる通信局Ｓの構成を示す図。 通信ネットワークの典型的な構成を示す図。 ネットワークにおける通信ノード（通信局）の配置状態例を示す図。 排他通信フレーム構成を示す図。 排他通信フレームの送信処理フローを示す図。 排他通信フレームの受信処理フローの一例を示す図。 排他通信フレームの受信処理フローの他の一例を示す図。 観測した波形例を示す図。 本発明方式の送信、受信処理を比較して示した図。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細な説明を行う。

通信ネットワークの典型的な構成について図２で説明する。通信ネットワークは、基地局ＳＢ、中継局ＳＴ、端末局ＳＥなどの通信局Ｓから構成される。通信ネットワークが例えばＦＡとして、プラント制御装置に適用された事例で考える。この場合、基地局ＳＢはプラント全体を制御する中央操作室の制御装置側に設けられ、端末局ＳＥはプラント現場側の操作端末機器あるいはプロセス量の検出器に設けられる。中継局ＳＴは、制御装置が設置された中央操作室と現場との間の通信環境のよい適宜の箇所に設置される。

なお、係る通信ネットワークにおいて中継局ＳＴは複数存在しても構わない。または中継局ＳＴがなく、対向の２つの通信局（基地局ＳＢと端末局ＳＥ）から構成されてもよい。また、１つの通信局が保持するアンテナは１つでもよいし、より安定な通信を実現するために複数であってもよい。

当該通信ネットワークで用いられる通信局Ｓの構成について、図１を用いて説明する。まず通信局Ｓの基本的な構成について説明する。基本的な構成として通信局Ｓは、通信フレームの送受信を担う受信手段Ｒｃと送信手段Ｓｄ、受信手段Ｒｃにおいて受信した通信フレームを送信するための処理を実施する通信フレーム解析部Ｆａ、送信バッファＢｓ、通常送信モード部ＭＡ、排他送信モード部ＭＢ、通信フレーム合成部Ｆｍを備えている。

本発明においては上記基本構成に、他システムによる干渉の有無を判定する他システム干渉判定部Ｉｄ、排他通信フレームを受信して判定する排他通信フレーム認識部Ｆｂ、排他通信フレーム生成部Ｆｇを追加して備えている。

本発明では追加した回路部分Ｉｄ、Ｆｂのいずれかに出力が得られるときに、論理和回路ＯＲを介して送信モードを選択する。送信モードには、通常送信モード部ＭＡによる通常送信モードと、排他送信モード部ＭＢによる排他送信モードがあり、このいずれかが選択される。なお、他システム干渉判定部Ｉｄにおいて被干渉を検出した場合には、排他通信フレーム生成部Ｆｇにおいて排他通信フレームが生成される。

この結果、送信手段Ｓｄからは通信フレーム合成部Ｆｍにおいて生成された通信フレームか、または排他通信フレーム生成部Ｆｇにおいて生成された排他通信フレームが伝送されることになる。

なお、図１の通信局Ｓは、基地局ＳＢ、中継局ＳＴ、端末局ＳＥとして使用されるときの標準的な構成のみを記述している。従って中継局ＳＴとして使用するときには、ほぼ図１の構成を備えるのみであってよい。

これに対し、基地局ＳＢあるいは端末局ＳＥとして使用するときには、適宜の制御装置に接続されて使用される。基地局ＳＢである場合には、プラント全体を制御する制御装置からの信号が送信手段Ｓｄに与えられ、受信手段Ｒｃに得た通信フレームを制御装置に与える。端末局ＳＥの場合には受信手段Ｒｃに得た通信フレームを操作端末機器あるいはプロセス量の検出器に与え、現場側の状態を送信手段Ｓｄからプラント全体を制御する制御装置に送信する。

このように、図１の通信局Ｓは基地局ＳＢ、中継局ＳＴ、端末局ＳＥとして利用可能であるが、本発明の機能を達成する上では通信局Ｓはいずれの機能のものであってもよい。このため、以下の説明においては特に必要がない限り、中継局ＳＴを念頭において説明する。

以下、図１装置の概略動作について説明する。まず受信手段Ｒｃに受信された通信フレームは、通信フレーム解析部Ｆａに送信される。通信フレーム解析部Ｆａでは、例えば予め経路情報を記録したテーブルを保持している。経路情報には、基地局ＳＢから中継局ＳＴを経由して端末局ＳＥに至るまでの経路として、例えば各通信局のＩＤが経路の順番に記憶されている。通常、中継局ＳＴと端末局ＳＥは複数設置されるので、特定の端末局ＳＥと基地局ＳＢの間には、特定の経路が設定されている。どこを経由してもよいようにはなっていない。

通信フレーム解析部Ｆａでは、通信フレームを受信した場合、当該テーブルを参照して、特定の経路上の所望の宛先に通信フレームを送付する。なおこの処理は、ＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークにおけるルーティング処理である。

通信フレーム解析部Ｆａを経て、送信バッファＢｓに送付された通信データは、通常送信モード部ＭＡと排他送信モード部ＭＢに送られる。通常送信モード部ＭＡ、排他送信モード部ＭＢの出力のいずれかがセレクタＳＬで選択され、通信フレーム合成部Ｆｍに送付される。通信フレーム合成部Ｆｍにおいて、所望の宛先のヘッダ情報を付加したのち、送信手段Ｓｄに送付されることで、通信フレームが所望の宛先に送信される。

なお、セレクタＳＬは、正常時には通常送信モード部ＭＡの出力を選択し、論理和回路ＯＲの出力があるときに排他送信モード部ＭＢの出力を選択する。論理和回路ＯＲは、干渉状況判定結果（他システム干渉判定部Ｉｄの出力）または排他送信開始フレーム受信結果（排他通信フレーム認識部Ｆｂの出力）の一方またはその両方の判定により、出力を与える。論理和回路ＯＲの出力は、劣悪な通信環境下であるとき、または急を要する優先度の高い情報を伝送する必要があるときに与えられ排他送信モード部ＭＢの出力を選択する。

また図１の回路によれば、他システム干渉判定部Ｉｄの出力が得られたとき、排他通信フレーム生成部Ｆｇにおいて排他通信フレームが生成され送信手段Ｓｄを介して送信が行われる。

以下、追加された回路部分の意義と動作について詳細に説明する。まず、通信における干渉について考慮する。図３は、図２のようなネットワークにおける通信ノード（通信局）の配置状態を示している。ここでは自局（中継局ＳＴ１）から、所望の通信局（例えば基地局ＳＢ）に通信を行っている。

このうち中継局ＳＴ１と基地局ＳＢは、通信フレーム解析部Ｆａのテーブルに予め記録された経路情報の関係にある通信局である。ここでの通信には特定の周波数チャネルｃｈ１が割り振られている。また中継局ＳＴｎと基地局ＳＢも予め記録された経路情報の関係にある通信局である。中継局ＳＴｎと基地局ＳＢでの通信には、周波数チャネルｃｈ１とは別の特定の周波数チャネルｃｈｎが割り振られている。これによりこの中継局ＳＴ１と基地局ＳＢは、自無線ネットワークＮｅｔ１を構成している。また中継局ＳＴｎと基地局ＳＢで自無線ネットワークＮｅｔｎを構成している。

これに対し自無線ネットワークＮｅｔ１の特定の周波数チャネルｃｈ１を使用する他の通信局ＳＴＸからの信号が基地局ＳＢあるいは中継局ＳＴ１に受信される場合を考える。この場合、通信局ＳＴＸの通信が自無線ネットワークＮｅｔ１の通信の障害となることがある。以後の説明ではこの通信局ＳＴＸを、障害を与える局の意味で与干渉局と言うことにする。また、与干渉局から通信障害を受ける側を、被干渉（局）と言うことにする。

但し与干渉局は、自無線ネットワークＮｅｔ１に属する通信局Ｓである場合と、自無線ネットワークＮｅｔ１に属さない通信局Ｓである場合が想定される。ここでは自無線ネットワークＮｅｔ１以外のネットワークを他無線ネットワークということにする。本発明では自無線ネットワークと他無線ネットワークを弁別し、それぞれに適した事後処理を実行する。

図１において、干渉状況の判定は、他システム干渉判定部Ｉｄにおいて実行する。他システムからの干渉は、例えば前述の搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式ＣＳＭＡ／ＣＡにおけるキャリアセンスの仕組みで用いられるように、他ノードからの受信信号強度を観測することで確認できる。そのため、受信信号強度を連続的に観測し、一定時間内における通信路の占有率を観測することも可能となる。

観測した干渉波形例を図８に示す。図８は、横軸に時間、縦軸に受信信号強度ＲＳＳＩをとっている。通常は受信信号レベルＬ０を、チャネルビジーとなる受信レベルに設定している。一般には所定時間内におけるビジーの期間を占有率として、この値の変化を観測している。例えば、無線システムの通信環境に合わせて設定された閾値（Ｌ０）を超過するか否かによって干渉の有無の判定を実施する。

次に排他通信処理について説明する。この前提としては、自己通信局が上位の通信局に対して緊急に送信すべき緊急情報を持っているものとする。また他ノード（他通信局）から、自己通信局に対する干渉が有ることを想定している。排他通信処理とは係る条件化で、他ノードからの通信に優先して、自己通信局の通信を排他的に実行する処理である。

しかしながら与干渉局が、緊急情報の送信を行う必要のある自無線ネットワークに属するか、または、他無線ネットワークに属するかによって、例えば通信を一時的に待機させるような制御が可能か、否かが異なってくる。一時的待機制御を行うためには、与干渉局が自無線ネットワークに属するか、他無線ネットワークに属するかを弁別する手法を確立する必要がある。

このため本発明では、与干渉局が自無線ネットワークに属するか、他無線ネットワークに属するかを弁別する。しかし与干渉局の属するネットワーク種別が判明したのみでは不十分である。ネットワーク種別が判明した後工程として、何をなすべきかを考慮する必要がある。このためさらに本発明では、前述の特許文献１のように、他通信局がそのバックオフ時間を短縮した状態で排他通信を行うことを想定すると、自通信局も同じようにバックオフ時間を短縮し、自己の排他通信を他者に先行して完遂させる必要がある。さらに所望の通信相手（例えば基地局）に、通信すべき相手を区別するための識別情報を通知する必要がある。これにより所望の通信相手は、与干渉局に惑わされること無く、自通信局にのみ注目した通信を行うことが可能となる。

この場合の識別情報としては、排他通信フレーム内のフレームヘッダの一部分にＭＡＣアドレスやデータタイプ、または、ＥＳＳＩＤ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）など、自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報を用いることができる。ただし、通信パケットを観測して排他通信フレームを意図的に複製されることを防ぐために、識別情報を含むフレームヘッダの一部を、通信データと合わせて暗号化してもよい。

図４に排他通信フレーム構成を示す。一般に通信フレームは、フレームヘッダＦＨ，通信データＦＤ，フレームエンドＦＥにより構成されている。これに対し、排他通信フレームの場合にはフレームヘッダＦＨの一部分に、排他通信開始要求情報ＦＨａと、識別情報ＦＨｂを含めている。識別情報ＦＨｂとしては、ＭＡＣアドレスやデータタイプ、または、ＥＳＳＩＤなど、自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報を用いるのがよい。

次に排他通信処理について、排他通信フレームを送信する場合、および受信した場合の処理について説明する。なお、図１では通常は通常通信処理を実行しており、必要に応じて排他通信処理を実施する。本発明は、排他通信処理に特徴を有するものであるので、以下の説明では必要がない限り通常通信処理の説明を割愛する。まず排他通信フレームの送信処理について図５の処理フローで説明する。なお、例えば現場から中央に信号送信する場合に排他通信フレームを送信するのは、図２の中継局又は端末局であり、基地局はこれを受信する所望の通信相手に相当している。

但し、ここでの処理の前提として通信局には、前述のように干渉状態を常時監視する機能が備わっている。この機能により特定の周波数チャネルにおける伝送路の占有率を用いて、予め無線システムを使用する伝搬環境に調整された占有率における閾値を超過するか否か観測している。該占有率において閾値以上の値を検出した場合には、通信環境が劣化していることを示している。

図５の送信処理フローの最初の処理ステップＳ１００では、例えば送信側の中継局ＳＴは被干渉状態が閾値以上になっており劣悪な通信環境であることを確認する。劣悪でなければ（Ｎｏ）、以後の処理は必要がなく、通信環境が正常な場合の一般の送信処理（通常通信処理：処理フローを図示せず）が実行される。

通信環境劣悪である場合（Ｙｅｓ）、処理ステップＳ１０１において、送信待ちパケットの中に緊急で送付すべきデータが存在するかを判定する。判定の結果、緊急情報が存在しない場合（Ｎｏ）には、以後の処理は必要がなく、一般の送信処理（通常通信処理：処理フローを図示せず）が実行される。緊急情報が存在する場合（Ｙｅｓ）、処理ステップＳ１０２の処理が実行される。

処理ステップＳ１００、Ｓ１０１による、これらの実行条件判別により、以後の処理は通信環境劣悪であり、緊急情報が存在することを前提として実行されることになる。

緊急情報が存在する場合（Ｙｅｓ）には、次に処理ステップＳ１０２で通信フレームのフレームヘッダ情報（図４のＦＨ）を解析し、処理ステップＳ１０３において与干渉局が自システムに該当するか否かを判定する。これは例えば識別情報ＦＨｂとして、ＭＡＣアドレスやデータタイプ、または、ＥＳＳＩＤなど、自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報を含むことを確認することになる。

この状態では、緊急情報が存在する（処理ステップＳ１０１）ので、処理ステップＳ１０３の判定の結果によらず、バックオフ時間の短縮による通信（緊急通信）を実行する。但し、与干渉局が自無線ネットワークに該当するか否かにより、その後の処理が相違する。

即ち、与干渉局が自無線ネットワークに該当する場合（処理ステップＳ１０３（Ｙｅｓ））には、バックオフ時間の短縮（処理ステップＳ１０４）を行った後に、排他フレームの送付（処理ステップＳ１０６）を行う。

一方、与干渉局が他無線ネットワークである場合（処理ステップＳ１０３（Ｎｏ））には、バックオフ時間の短縮（処理ステップＳ１０５）を行う。その後に、所望の通信相手（基地局ＳＢ）に対して、自局が通信すべき相手であることを示す、前述の識別情報ＦＨｂを附加した送信フレームを送付（処理ステップＳ１０７）する。なお、受信処理の説明で別途説明するが、該識別情報ＦＨｂを受信した所望の通信相手（基地局ＳＢ）は、与干渉局からの通信を破棄して、自無線局との通信を優先的に行うようになる。

以上の図５の排他通信時の送信側処理を整理すると、被干渉ありかつ緊急情報ありのときに、与干渉が他無線ネットワークであるときには親子関係情報付きの排他通信フレームを送信したものである。

次に排他通信フレームを受信した場合の処理を図６の処理フローで説明する。なお図２のシステム構成の場合に、全ての通信局（基地局、中継局、端末局）において排他通信フレームを受信する可能性がある。このため、図６の処理フローは全ての通信局に備えられる必要がある。

図６の処理では、まず処理ステップＳ２０１において、「排他通信用の識別情報ＦＨｂを用いて送信応答有無の判定」を行う。この判定は、図４に示す受信したフレームのフレームヘッダＦＨ内の識別情報ＦＨｂをチェックすることで実行できる。識別情報ＦＨｂとしては、ＭＡＣアドレスやデータタイプ、または、ＥＳＳＩＤなど、自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報が用いられる。なお、排他通信用の識別情報ＦＨｂを含まない通信フレームである場合には、以下の排他通信受信処理を実行せず、通常の受信処理が行われることは言うまでもない。

次に処理ステップＳ２０２において、「通信すべき無線局リストに記載があるか」を確認する。これは、通信フレーム解析部Ｆａのテーブルに予め記録された経路情報の関係にある通信局であることを確認したものである。経路情報に記載のない相手は他無線ネットワークの通信局であり、処理ステップＳ２０６ではこの通信局から今後受信しても応答しないことにする。例えば、無線局リストに応答なし（応答不要）の旨の登録を行う。

あるいは干渉を受けているのが親局である場合には、この他無線ネットワークの通信局に対して受信拒否通知を送信し、当該通信局が与干渉局になっていることを通知せしめる、さらには送信電力の低減を促すなどの対応を行うことであってもよい。

経路情報の関係にある通信局であることを確認できた次の段階の処理ステップＳ２０３では、「通信フレーム内の排他通信開始要求の有無」を確認する。これは図４に示す受信したフレームのフレームヘッダＦＨ内の排他通信開始要求ＦＨａをチェックすることで実行できる。排他通信開始要求ＦＨａが存在しない場合、自己局としては通常のデータ通信パケットの応答処理を実行する。

通信フレーム内に排他通信開始要求が有の場合、次の段階の処理ステップＳ２０４では、「宛先のアドレスが自局宛か否か確認」する。自局宛でない場合には、自局は中継局であるので処理ステップＳ２０８において、ルーティングテーブルを参照して宛先に応じた中継処理を実行する。中継局の場合における図６の処理ステップＳ２０８での中継送信処理としては、上位への被割り込み通知および使用する通信周波数チャネルの変更を要求するものがある。

宛先のアドレスが自局宛であった場合、自局は基地局向け通信の場合の基地局であり、あるいは端末局向け通信の場合の端末局である。この場合に次の段階の処理ステップＳ２０５では、自局は「排他フレーム対応通知における情報種別に応じてネットワーク設定の変更」を実施する。ネットワーク設定の変更処理では、例えば排他通信を要求する自ネットワーク内の通信局との間での優先通信（バックオフ時間を短縮した割り込み制御）を実行する。

あるいは、同一周波数チャネルでの干渉が長時間継続する場合には、子局側から親局に対してチャネル変更を要求し、これを受けて親局が新周波数チャネルでの通信に切り替えて安定な通信を継続することもできる。この場合に、自無線ネットワークを構成すべき親子関係の立証のために、識別情報を含む排他通信フレームが利用される。また、子局がチャネル変更を要求する親局は今まで通信当事者であった親局に限らず、より安定して通信を行える他の親局を指定するものであってもよい。

以上、図６の処理について説明したが、この図６の処理は下位のノードを含め、基地局、中継局、端末局のすべてに対応できるように構成したものである。従って、図６の処理フローは基地局、中継局、端末局のすべてが標準的に備えるものである。

この処理フローの意味するところについて整理する。例えば中継局の場合には、通信すべき無線局でなければ今後受信しても応答せず、自局宛アドレスではないので通常の中継処理を実行する。これに対し、基地局宛通信をするときの基地局または、端末局宛通信をするときの端末局の場合には、通信すべき無線局でなければ今後受信しても応答せず、ネットワーク設定の変更により排他通信を要求する自ネットワーク内の通信局との間での優先通信（バックオフ時間を短縮した割り込み制御）を実行する。

ところで、図２の通信ネットワーク構成の中には、中継局が存在せず、基地局と端末局が１対１に配置される場合がある。この場合の排他受信処理については図７のように処理することが可能である。

中継局が存在せず基地局と端末局が１対１に配置された通信システム構成では、排他通信フレームを受信した場合には、排他通信を行いたい局が他に存在し、自局が所望の通信相手局であるか、他局の通信に対して干渉を与える、与干渉局であるかのいずれかである。

そのため、図７の処理フローではまず処理ステップＳ３０１において、自局が所望の通信相手局のＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）か、その他の与干渉局であるかの判定を行う。

自局がＡＰである場合には処理ステップＳ３０２において、子からの通信以外の受信を破棄する。つまり、与干渉局からの通信を受け付けた場合には破棄し、以降排他通信フレームを受信した通信ノードとの通信を実施する。

また、自局がＡＰ以外の局、即ち、与干渉局である場合には、自局の通信を停止する。ただし、緊急通信を行っておらず、通常の通信を実施可能なＡＰが他に存在する場合には、該ＡＰに対して通信を行うことが可能である。

そのため、処理ステップＳ３０３では、ネットワーク上位の基地局に対して、排他通信フレームを受信したことを通知して、通信データを早期に通信できる手だてを講じる。

続いて処理ステップＳ３０４では、基地局から排他フレームに対する対応通知を受信したことを確認する。確認した場合には、処理ステップＳ３０５において、該通知に記載された対応、例えば、周波数チャネルの変更などのネットワーク設定を変更する。これにより、通信を再開することが可能である。

以上送信側の処理について図５の処理フローで処理すること、受信側の処理について図６、図７の処理フローで処理することについて説明したが、さらに具体的には以下のような追加的な処理を実行することも有効である。

例えば親子関係を受信した親局が、干渉を与えていたノードに対して受信拒否通知を実施する。これにより干渉を与えていたノードは、その事実関係を把握し信号送信用電力を低減するなどの改善措置を取ることが可能になる。尚ここで親子関係とは、通信フレーム解析部Ｆａのテーブルに予め記録された経路情報の関係にある通信局である。中継局ＳＴを子、基地局ＳＢを親とする関係を意味している。

また識別情報を含む通信フレームを受信した子局が、それまで通信していた親局とは異なる親局に対して、識別情報を受信したことを通知する。また識別情報を含む通信フレームを受信した子局が、異なる通信周波数チャネルへと切替を実施する。これは例えば通信経路の変更を意図的に実施したい場合に、例えば親局が排他通信を用いて新たな親局に誘導する場合などに利用することができる。

図９に、本発明方式の送信、受信処理を比較した図を示している。この図で、横方向には本発明方式の場合の送信側処理と受信側処理に分けて記載している。また縦方向には、与干渉ノードが自無線ネットワーク内に存在する場合と、しない場合を示している。

この図において、まず与干渉ノードが自無線ネットワーク内に存在するケースでは、送信側処理として図５の処理ステップＳ１０４、Ｓ１０６での処理により、バックオフ時間を短縮した排他通信フレームの送信を実行する。これが、受信側に対する割り込み通知に相当する。

これを受けた受信側は、中継局の場合と基地局（基地局あて送信で説明する）の場合では、対応処理が相違する。中継局の場合、図６の処理ステップＳ２０８での中継送信処理により、上位への被割り込み通知および使用する通信周波数チャネルの変更を要求する。基地局の場合、図６の処理ステップＳ２０８での中継送信処理により、ネットワーク設定の変更などを実施する。

与干渉ノードが他無線ネットワーク内に存在するケースでは、送信側処理として図５の処理ステップＳ１０５、Ｓ１０７での処理により、バックオフ時間を短縮した親子関係情報付きでの排他通信フレームの送信を実行する。これを受けた受信側親局は、親子判定後、図６の処理ステップＳ２０６で以後の受信応答を阻止する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明しているものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤなどの記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

Ｓ：通信局
Ｒｃ：受信手段
Ｓｄ：送信手段
Ｂｓ：送信バッファ
Ｆａ：通信フレーム解析部
Ｉｄ：他システム干渉判定部
Ｆｂ：排他通信フレーム認識部
Ｆｇ：排他通信フレーム生成部
ＭＡ：通常送信モード
ＭＢ：排他送信モードＢ
Ｆｍ：通信フレーム合成部

Claims (10)

1. 複数の通信局で構成される無線通信装置であって、
   送信側の通信局は、通信すべき相手であることの親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを送信し、
   受信側の通信局は、受信した通信フレーム内ヘッダの識別情報から通信すべき相手であることの親子関係を確認して、前記送信側の通信局との優先的通信を実施することを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記親子関係を認識可能な識別情報として、特定の周波数チャネルが割り当てられ、定められた通信経路上に存在する通信局で構成された自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報が用いられることを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置であって、
   自無線ネットワークに属した場合にのみ知りえる情報として、ＭＡＣアドレスやデータタイプ、または、ＥＳＳＩＤなどを使用することを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記送信側の通信局は、通信路の干渉が発生し、緊急に送信すべき情報を有しているときに、前記の親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを使用した通信を実施するとともに、この通信はバックオフ時間を短縮することにより行われることを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項２に記載の無線通信装置であって、
   前記送信側の通信局は、通信路の干渉が発生し、緊急に送信すべき情報を有し、かつ通信路の干渉が自無線ネットワークに属さない通信局により引き起こされているときに、前記の親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを使用した通信を実施するとともに、この通信はバックオフ時間を短縮することにより行われることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線通信装置であって、
   受信側の通信局が中継局であるときには、前記親子関係を認識可能な識別情報をヘッダ部分に含んだ通信フレームを受信して、送信すべき相手のアドレスに中継処理し、
   受信側の通信局が自己アドレスに送信されたものであるときには、送信側通信局から自己通信局に至るネットワーク構成の設定変更を実施することを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線通信装置であって、
   自己アドレスに送信された受信側の通信局は、親子関係を確認して、干渉を与えていた通信局に対して受信拒否通知を実施することを特徴とする無線通信装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信装置であって、
   前記識別情報を含む通信フレームを受信した通信局が、それまで通信していた上位の通信局とは異なる上位の通信局に対して、前記識別情報を受信したことを通知することを特徴とする無線通信装置。
9. 請求項８に記載の無線通信装置であって、
   前記識別情報を含む通信フレームを受信した通信局が、異なる通信周波数チャネルへと切替を実施することを特徴とする無線通信装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の無線通信装置を用いた制御システムであって、
    送信側の通信局と受信側の通信局の一方が中央に設けられた制御装置に接続され、送信側の通信局と受信側の通信局の他方が現場側の機器に接続されていることを特徴とする無線通信装置を用いた制御システム。

Images