JP6413339B2 - Wireless communication apparatus and wireless communication system - Google Patents
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Description
本発明は無線通信装置及び無線通信システムに関し、例えば、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を適用している無線通信システムに適用し得るものである。 The present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication system, and can be applied to, for example, a wireless communication system applying CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avidance).
CSMA/CAを用いる無線通信システムでは、フレーム送信の衝突の確率を低減するためにバックオフ制御を行っている。 In a wireless communication system using CSMA / CA, backoff control is performed in order to reduce the probability of frame transmission collision.
バックオフとは、フレーム送信およびキャリアセンス(以下、「CCA」とも呼ぶ)前にランダムな遅延を挿入することである。ここで言うキャリアセンスは、本来の意味に加えて、RSSI(Received Signal Strength Indication)値が閾値以上であるかどうかを判定し、閾値以上である場合はキャリア検知としてフレーム送信を止めることも含まれる。 The backoff is to insert a random delay before frame transmission and carrier sense (hereinafter also referred to as “CCA”). Carrier sense here includes, in addition to the original meaning, determining whether or not the RSSI (Received Signal Strength Indication) value is equal to or greater than a threshold value, and if it is equal to or greater than the threshold value, also includes stopping frame transmission as carrier detection. .
IEEE802.15.4(非特許文献1)の規格に準拠するバックオフの方式においては、無線通信装置は、フレーム送信時にバックオフを実施後、CCAを実施し、フレーム送信を行う。ただし、キャリアを検知した場合、もう一度バックオフするので、フレーム送信までの時間が長くなる。 In the back-off scheme compliant with the IEEE 802.15.4 (Non-Patent Document 1) standard, the wireless communication apparatus performs CCA and performs frame transmission after performing back-off during frame transmission. However, when the carrier is detected, the backoff is performed again, so that the time until frame transmission becomes longer.
IEEE802.11(非特許文献2)の規格に準拠するバックオフの方式においては、無線通信装置は、バックオフの時間中も常時CCAを実施し続ける。キャリアを検知した場合、キャリアを検出している時間分だけバックオフ期間を延ばす。非特許文献1に記載の技術に比べ、キャリアを検知した場合のペナルティは最小限で済む利点があるが、常にCCAしておく必要があるので省電力制御はできない。
In the back-off method compliant with the IEEE 802.11 standard (Non-Patent Document 2), the wireless communication device continues to perform CCA at all times during the back-off time. When the carrier is detected, the back-off period is extended by the time during which the carrier is detected. Compared to the technique described in
図1は、920MHz帯特定小電力無線向けの国際通信規格「WiSUN」 Profile for EchoNetLiteに準拠するバックオフの方式を説明した図である。このバックオフ方式は、非特許文献1に記載のバックオフ機能を拡張し、バックオフ期間にフレームを受信完了した場合のみ、そのフレームの受信にかかった時間分だけバックオフ時間を延ばすものである(以下、「WiSUN拡張バックオフ方式」と呼ぶ)。この方式は、非特許文献2に記載のバックオフ方式に比べて、細かい雑音をキャリアとして認識することはないので、不必要にバックオフ時間が延びることが無いという利点がある(ペナルティが少ない)。
FIG. 1 is a diagram for explaining a back-off scheme compliant with the international communication standard “WiSUN” for the 920 MHz band specific low-power radio, Profile for EchoNetLite. This back-off method extends the back-off function described in
また、WiSUN拡張バックオフ方式は、非特許文献1に記載のバックオフ方式へ非特許文献2に記載のバックオフ方式をそのまま適用する場合に比べても利点がある。非特許文献1に記載のバックオフ方式においては、フレーム受信のための最低RSSI値は、CCAでキャリアありと認識するRSSI閾値に比べてRSSI値が低い(フレーム受信の感度を上げるためである)。
Further, the WiSUN extended back-off method has an advantage over the case where the back-off method described in Non-Patent Document 2 is applied to the back-off method described in
よって、非特許文献2に記載のバックオフ方式をそのまま適用する(言い換えれば、バックオフ期間で利用するCCAのキャリアセンス閾値がフレーム受信のための最低RSSI値より高いまま)と、WiSUN拡張バックオフ方式に比べて他のノードがフレーム送信していることを認識できない可能性が高くなる。 Therefore, if the back-off method described in Non-Patent Document 2 is applied as it is (in other words, the CCA carrier sense threshold used in the back-off period remains higher than the minimum RSSI value for frame reception), WiSUN extended back-off Compared to the method, there is a higher possibility that other nodes cannot recognize that frames are being transmitted.
しかしながら、WiSUN拡張バックオフ方式をそのまま実装しようとすると、機能を実現するコードが複雑になる。例えば、通常、無線通信装置は自分宛てのフレームしか受信しないが、WiSUN仕様でバックオフ機能を実施する場合、バックオフ実施時だけ、全てのフレームを受信するように設定を変更する必要が生じる。さらに、バックオフ時にフレーム受信状態を監視するため、フレーム受信部とバックオフ・CCA処理部を接続させる必要が生じるが、技術的に困難である。 However, if the WiSUN extended back-off method is implemented as it is, the code for realizing the function becomes complicated. For example, the wireless communication apparatus normally receives only a frame addressed to itself, but when implementing the back-off function in the WiSUN specification, it is necessary to change the setting so that all frames are received only when the back-off is performed. Further, since the frame reception state is monitored at the time of backoff, it is necessary to connect the frame reception unit and the backoff / CCA processing unit, but this is technically difficult.
また、フレーム受信中にバックオフ期間が終わると、次の処理であるCCAにおいて、必ずキャリア検知してしまい再びバックオフすることになる。 Also, when the back-off period ends during frame reception, the CCA, which is the next process, always detects the carrier and back-off again.
しかし、無線通信装置においては、フレーム受信完了は、フレーム受信処理を元に検知が容易だが、フレーム受信中を検知することは、通常の無線通信装置にはその機能が実装されておらず、困難である。 However, in a wireless communication device, it is easy to detect completion of frame reception based on frame reception processing, but it is difficult to detect that a frame is being received because the function is not implemented in a normal wireless communication device. It is.
そのため、バックオフ処理において、不要なキャリアセンス、再バックオフの処理を回避できる無線通信装置及び無線通信システムが望まれている。 Therefore, a wireless communication device and a wireless communication system that can avoid unnecessary carrier sense and re-backoff processing in backoff processing are desired.
第1の本発明は、バックオフ期間中にフレーム受信を完了した場合、バックオフ期間を延長するWi−SUNに準拠する無線通信装置において、(1)フレーム受信中であると推定する根拠として、予め設定された1又は2以上の条件に適合した場合にフレーム受信中であることを推定するフレーム受信推定手段と、(2)上記フレーム受信推定手段が、バックオフ期間中にフレーム受信中であることが推定できた場合、フレーム受信期間だけバックオフ期間を延ばすバックオフ期間延長手段と、(3)到来電波の受信信号強度を取得する受信信号強度取得手段とを備え、(4)上記フレーム受信推定手段は、少なくとも上記受信信号強度取得手段が取得した上記受信信号強度が予め設定された閾値を超えたこと、及びプリアンブル受信通知又は同期信号受信通知を受信したことを条件として、フレーム受信中であると推定することを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, when the frame reception is completed during the back-off period, in the wireless communication device conforming to Wi-SUN that extends the back-off period, (1) as a basis for estimating that the frame is being received, A frame reception estimation means for estimating that a frame is being received when one or more preset conditions are met, and (2) the frame reception estimation means is receiving a frame during the back-off period. If it can be estimated, it comprises backoff period extending means for extending the backoff period by the frame reception period , and (3) received signal strength acquisition means for acquiring the received signal strength of the incoming radio wave, and (4) receiving the frame The estimation means includes at least the reception signal strength acquired by the reception signal strength acquisition means exceeding a preset threshold, and a preamble reception notification. On the condition that it has received a synchronization signal reception notification, and estimates to be in frame reception.
第2の本発明は、複数の無線通信装置を備える無線通信システムにおいて、 上記無線通信システムの構成要素となる無線通信装置として、第1の本発明を適用したことを特徴とする無線通信システム。 A second aspect of the present invention is a wireless communication system comprising a plurality of wireless communication apparatuses, wherein the first aspect of the present invention is applied as a wireless communication apparatus that is a component of the wireless communication system.
無線通信装置が、フレーム受信完了だけではなく、フレーム受信中であることを推定し、フレーム受信期間だけバックオフ期間を延長することにより、不要なキャリアセンス、再バックオフの処理を回避できる。 By estimating that the wireless communication apparatus is not only receiving the frame but also receiving the frame, and extending the back-off period by the frame receiving period, unnecessary carrier sense and re-back-off processes can be avoided.
(A)第1の実施形態
以下に、本発明による無線通信装置及び無線通信システムの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(A) 1st Embodiment Below, the 1st Embodiment of the radio | wireless communication apparatus and radio | wireless communications system by this invention is described in full detail, referring drawings.
(A−1)第1の実施形態の構成
図2は、第1の実施形態の無線送信装置の構成を示すブロック図である。
(A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless transmission device according to the first embodiment.
図2において、無線通信装置100は、アプリケーション部101、フレーム受信部102、バックオフ・CCA処理部103、フレーム送信部104及びフレーム受信推定部105を有する。
In FIG. 2, the wireless communication apparatus 100 includes an application unit 101, a
アプリケーション部101は、フレーム受信部102とフレーム送信部104との間に接続され、両者を仲介する。アプリケーション部101は、アプリケーションの動作によって、フレーム受信部102やフレーム送信部104へ通信処理依頼を出すものである。また、アプリケーション部101は、フレーム受信部102からフレーム受信をした旨を通知された場合には、受信したフレームを取り出す処理を行う。
The application unit 101 is connected between the
フレーム受信部102は、アプリケーション部101とフレーム受信推定部105に接続されている。フレーム受信部102は、フレーム受信完了及びフレーム受信にかかった期間をアプリケーション部101へ開示するものである。また、フレーム受信部102は、受信フレームをアプリケーション部101へ開示する。
The
バックオフ・CCA処理部103は、フレーム受信推定部105とフレーム送信部104との間に接続され、両者を仲介する。
The back-off /
バックオフ・CCA処理部103は、フレーム送信部104の通信処理依頼により、WiSUN拡張バックオフ方式のバックオフ及びCCA制御を実施し、結果をフレーム送信部104へ通知するものである。また、バックオフ・CCA処理部103は、バックオフ処理中にフレーム受信推定部105からフレーム受信推定通知があると、その期間だけバックオフ処理の時間を延長するものである。
The back-off /
フレーム送信部104は、アプリケーション部101とバックオフ・CCA処理部103に接続されている。フレーム送信部104は、アプリケーション部101からのフレーム送信依頼を受けた際に、バックオフ・CCA処理部103へその旨を通知し、バックオフ・CCA処理部103から送信開始可能である旨を通知された場合にフレーム送信を実施するものである。
The
フレーム受信推定部105は、バックオフ・CCA処理部103とフレーム受信部102の間に接続されており、現在フレームを受信していると推定できる場合にはその旨をバックオフ・CCA処理部103へ通知するものである。
The frame reception estimation unit 105 is connected between the back-off /
第1の実施形態の無線通信システムは、図示は省略するが、図1に示す構成を有する無線通信装置100を少なくても1台と無線通信装置を複数台配置したものであり、図1に示す構成を有する無線通信装置100と任意の無線通信装置間で無線通信を行うものである。 Although the wireless communication system according to the first embodiment is not shown, at least one wireless communication device 100 having the configuration shown in FIG. 1 and a plurality of wireless communication devices are arranged. Wireless communication is performed between the wireless communication apparatus 100 having the configuration shown and an arbitrary wireless communication apparatus.
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の無線通信装置100の送信に関連する動作を説明する。
(A-2) Operation of First Embodiment Next, an operation related to transmission of the wireless communication apparatus 100 of the first embodiment will be described.
アプリケーション部101からフレーム送信部104ヘフレーム送信通知があった場合、フレーム送信部104は、その旨をバックオフ・CCA処理部103へ通知する。
When there is a frame transmission notification from the application unit 101 to the
バックオフ・CCA処理部103は、バックオフ期間測定中にフレーム受信推定部105から現在フレーム受信をしていると推定していると通知されている期間、バックオフ時間を延長する。
The back-off /
図3は、フレーム受信推定部105とフレーム受信部102の動作の相違を示す説明図である。フレーム受信部102は受信完了しか通知できなかったが、フレーム受信推定部105は、現在フレーム受信をしていると推定していることを連続的に通知する。フレーム受信推定部105は、例えば、以下の場合にフレームを受信していると推定する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a difference in operation between the frame reception estimation unit 105 and the
フレーム受信推定部105は、RSSI値が予め設定した閾値より高い場合にはフレームを受信していると推定する。ここで、設定する閾値としては、例えば、CCA処理でキャリア検知とするRSSI値、フレームを受信する最低RSSI値等が存在する。フレーム受信推定部105は、フレーム受信部102がキャリア信号を受信した場合にはフレームを受信していると推定する。フレーム受信推定部105は、上記RSSI値が閾値より高いことに加え、フレーム受信部102から、例えば、プリアンブル検知通知又は同期信号発見通知があった場合にはフレームを受信していると推定する。図4は、WiSUNで使用されるフレーム構造を示すものである。WiSUNフレーム構造は、プリアンブル(ビット同期)、同期情報(バイト同期)、ヘッダ、ペイロード及びFCSを有する。上記のプリアンブルとは、データ本体に先立って送信される、予め設定されたパターンのビット列である。また、同期信号とは送信側と受信側の無線通信装置の送受信タイミングを図る信号である。
The frame reception estimation unit 105 estimates that a frame is received when the RSSI value is higher than a preset threshold value. Here, as the threshold value to be set, for example, there are an RSSI value for carrier detection in CCA processing, a minimum RSSI value for receiving a frame, and the like. The frame reception estimation unit 105 estimates that a frame is received when the
バックオフ・CCA処理部103は、バックオフ処理及びCCA処理が完了し、フレーム送信を実施しても問題ないと判断した場合、その旨をフレーム送信部104へ通知する。
When the back-off /
フレーム送信部104は、バックオフ・CCA処理部103からの通知を受け、フレーム送信を実施する。
The
(A−3)第1の実施形態の効果
フレーム受信中であることを推定する機能を持つことにより、WiSUN拡張バックオフ機能を容易に実現することができる。
(A-3) Effect of First Embodiment By having the function of estimating that frames are being received, the WiSUN extended backoff function can be easily realized.
さらに、無線通信装置が、フレーム受信完了だけではなく、フレーム受信中であることを推定し、フレーム受信期間だけバックオフ期間を延長することにより、不要なCCA、再バックオフの処理を回避できる。 Furthermore, it is possible to avoid unnecessary CCA and re-backoff processing by estimating that the wireless communication device is not only receiving a frame but also receiving a frame and extending the backoff period by the frame receiving period.
(B)他の実施形態
第1の実施形態に加えて、さらに、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
(B) Other Embodiments In addition to the first embodiment, a modified embodiment as exemplified below can be given.
(B−1)バックオフ・CCA処理部103は、フレーム受信推定部105があまりに長期間(例えば、予め設定しておいた値の期間以上)連続してフレーム受信中と推定し、バックオフ期間が十分長くなった場合には、バックオフ期間を延長することを中断しても良い。バックオフ期間が長くなりすぎることを防止することができる。
(B-1) The back-off /
(B−2)本発明による無線通信装置及び無線通信システムは、WiSUN拡張バックオフ方式に限らず、同様なバックオフ方式を採用する無線通信装置及び無線通信システムにおいても適用することができる。 (B-2) The wireless communication apparatus and the wireless communication system according to the present invention can be applied not only to the WiSUN extended backoff method but also to a wireless communication device and a wireless communication system that employ a similar backoff method.
100…無線通信装置、101…アプリケーション部、102…フレーム受信部、103…バックオフ・CCA処理部、104…フレーム送信部、105…フレーム受信推定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Wireless communication apparatus, 101 ... Application part, 102 ... Frame receiving part, 103 ... Back-off and CCA processing part, 104 ... Frame transmission part, 105 ... Frame reception estimation part
Claims (6)
フレーム受信中であると推定する根拠として、予め設定された1又は2以上の条件に適合した場合にフレーム受信中であることを推定するフレーム受信推定手段と、
上記フレーム受信推定手段が、バックオフ期間中にフレーム受信中であることが推定できた場合、フレーム受信期間だけバックオフ期間を延ばすバックオフ期間延長手段と、
到来電波の受信信号強度を取得する受信信号強度取得手段とを備え、
上記フレーム受信推定手段は、少なくとも上記受信信号強度取得手段が取得した上記受信信号強度が予め設定された閾値を超えたこと、及びプリアンブル受信通知又は同期信号受信通知を受信したことを条件として、フレーム受信中であると推定する
ことを特徴とする無線通信装置。 When the frame reception is completed during the back-off period, in the wireless communication device conforming to Wi-SUN that extends the back-off period,
As a basis for estimating that a frame is being received, a frame reception estimation unit that estimates that a frame is being received when one or more preset conditions are met,
When the frame reception estimation means can estimate that the frame is being received during the backoff period, backoff period extension means for extending the backoff period by the frame reception period ;
Receiving signal strength acquisition means for acquiring the received signal strength of the incoming radio wave,
The frame reception estimation means is a frame on the condition that at least the reception signal strength acquired by the reception signal strength acquisition means exceeds a preset threshold and that a preamble reception notification or a synchronization signal reception notification is received. A wireless communication apparatus characterized by estimating that reception is in progress .
上記無線通信システムの構成要素となる無線通信装置として、請求項1〜5のいずれかに記載の無線通信装置を適用したことを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system comprising a plurality of wireless communication devices,
The wireless as components to become the wireless communication device of the communication system, a wireless communication system, characterized in that the application of the wireless communication device according to any one of claims 1-5.
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