專利名稱：可切換協(xié)議的無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基站與網(wǎng)點(node)之間的無線通信協(xié)議的切換裝置。
背景技術(shù)：
以往的普通的無線通信系統(tǒng)(移動通信系統(tǒng))，如圖1所示，包括移動通信交換機101；交換機102；位置信息登錄服務(wù)器103；基站(BS)104、105；以及用戶使用的便攜式終端(網(wǎng)點)106、107。各網(wǎng)點通過無線線路與基站BS連接，各基站通過有線線路與移動通信交換機101連接。移動通信交換機101，經(jīng)由交換機102與固定電話網(wǎng)連接，以便能夠連接普通電話線路。此外，為了在對各網(wǎng)點來話時切換基站的切換(hand over)控制，而在移動通信交換機101上連接有位置信息登錄服務(wù)器103。
在移動通信系統(tǒng)中，為了降低基站之間和網(wǎng)點之間的電波干擾，在系統(tǒng)設(shè)計中，確定蜂窩區(qū)域(cellular zone)和各基站、網(wǎng)點之間的無線通信協(xié)議變得尤為重要。此處，蜂窩區(qū)域是指每個基站的網(wǎng)點管理范圍，與各基站、網(wǎng)點的發(fā)送功率和接收靈敏度存在密切的關(guān)系。一般地，各基站設(shè)置為與鄰接基站之間的電波干擾最小。
在各蜂窩區(qū)域中，位于區(qū)域(cell小區(qū))內(nèi)的多個網(wǎng)點，通過預(yù)定的無線通信協(xié)議與基站進行通信。在移動通信系統(tǒng)中，采用了最適宜于各自的要求規(guī)格的特定的無線通信協(xié)議。當(dāng)前，提出了用于各基站與多個網(wǎng)點進行無線通信的各種無線通信協(xié)議，而這些協(xié)議，各自存在優(yōu)點和缺點。因此，在移動通信系統(tǒng)的各種運轉(zhuǎn)狀況下，采用依照要求規(guī)格所確定的特定的無線通信協(xié)議，并不一定總能得到較高的效率(高吞吐量、低功耗)。
圖3表示作為分組(packet)通信用的無線通信協(xié)議的代表的ALOHA方式、CSMA方式、TDMA方式的特征。
ALOHA方式，如圖3的(A)所示，是在基站或者網(wǎng)點發(fā)生了呼叫時，立刻發(fā)送分組的多路訪問(multiple access)分組通信模式。在ALOHA方式中，隨著位于小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)點臺數(shù)的增多，來自各網(wǎng)點的發(fā)送分組與其他網(wǎng)點的發(fā)送分組相沖突，發(fā)生分組丟失的概率變高，系統(tǒng)整體的吞吐量減少。
CSMA方式，如圖3的(B)所示，是在基站或者網(wǎng)點發(fā)生了呼叫時，通過載波偵聽(carrier sense)控制，探測來自其他基站或者網(wǎng)點的發(fā)送狀況，再確定能否發(fā)送的多路訪問分組通信模式。因此，CSMA方式，存在分組丟失的概率低、系統(tǒng)整體的吞吐量高這樣的特征。另外，ALOHA方式，如果不考慮在發(fā)生分組丟失時用于分組重發(fā)的功耗，由于沒有進行上述載波偵聽控制，因此，功耗少于CSMA方式，各網(wǎng)點的電池壽命變長。因此，在小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)點臺數(shù)少的情況下，從功耗的角度考慮，ALOHA方式比CSMA方式優(yōu)異。反之，在網(wǎng)點臺數(shù)多的情況下，分組丟失少的CSMA方式，優(yōu)于ALOHA方式。
TDMA方式，如圖3的(C)所示，是將基站與網(wǎng)點之間的通信期間(幀(frame)期間)劃分成多個時隙，基站與各網(wǎng)點以預(yù)先分配的時隙發(fā)送分組的模式。對于TDMA方式而言，各網(wǎng)點為了在各自的分配時隙發(fā)送出信號，需要與基站的時刻同步，作為系統(tǒng)整體要求較高的時刻精度，成為復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。TDMA方式，雖然在理論上不發(fā)生由沖突造成的分組丟失，但需要用于在基站與各網(wǎng)點之間保持較高的時刻精度的控制信號的收發(fā)，因此，系統(tǒng)整體的功耗變高。
以往，例如，在日本特開2002-64871號公報、日本特開2002-247049號公報中，提出了根據(jù)小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)點臺數(shù)、噪聲電平(noise level)、或者吞吐量等通信環(huán)境，切換為數(shù)據(jù)傳輸效率高的移動通信系統(tǒng)的方案。
在僅以吞吐量評價通信環(huán)境時，將不需要考慮各網(wǎng)點的分組重發(fā)次數(shù)，即使分組發(fā)生沖突，只要通過分組重發(fā)最終成功發(fā)送，就不會給吞吐量帶來影響。但是，如果發(fā)生分組重發(fā)，網(wǎng)點的功耗就會增加，因此，對于力圖盡可能降低網(wǎng)點功耗的移動通信系統(tǒng)而言，這種僅涉及吞吐量的評價是不適當(dāng)?shù)?。而在以噪聲電平評價通信環(huán)境時，閾值是難以確定的。此外，在基站與各網(wǎng)點中，將需要用于確認噪聲電平的控制分組的收發(fā)，產(chǎn)生由控制分組的收發(fā)造成的功耗。
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在基站與網(wǎng)點裝置(移動終端)之間選擇性地應(yīng)用適合于通信環(huán)境的無線通信協(xié)議的無線通信系統(tǒng)。
本發(fā)明的其他目的在于，提供一種能夠根據(jù)無線通信系統(tǒng)的通信環(huán)境，切換要應(yīng)用的無線通信協(xié)議的基站和網(wǎng)點裝置(移動終端)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，根據(jù)以下所述的通信效率評價，選擇要在基站與網(wǎng)點裝置(移動終端)之間使用的無線通信協(xié)議。此處，定義算式(1)的Ef，作為評價無線通信系統(tǒng)的效率的指標(biāo)。
Ef＝系統(tǒng)整體的吞吐量/系統(tǒng)整體的功耗…(1)算式(1)的值Ef，在系統(tǒng)整體的吞吐量較高，而且系統(tǒng)整體的功耗較低的情況下，就成為較高的值。在本發(fā)明中，以各小區(qū)內(nèi)的網(wǎng)點臺數(shù)評價Ef值，作為表預(yù)先保存在管理服務(wù)器、基站、網(wǎng)點中的任一方，根據(jù)該表值，選擇性地切換無線通信協(xié)議。作為能夠近似地評價算式(1)的參數(shù)，例如有數(shù)據(jù)的重發(fā)次數(shù)、誤碼率(BER)、分組差錯率(PER)等。因此，在實際的應(yīng)用中，能夠使用這些參數(shù)選擇性地切換無線通信協(xié)議。


圖1是以往的無線通信系統(tǒng)的概略圖。
圖2是本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)的概略圖。
圖3是用于比較ALOHA方式、CSMA方式、TDMA方式的特征的圖。
圖4是表示ALOHA方式、CSMA/CA方式、TDMA方式的系統(tǒng)整體的功耗的比較結(jié)果的圖。
圖5是表示ALOHA方式、CSMA/CA方式、TDMA方式的系統(tǒng)整體的吞吐量的比較結(jié)果的圖。
圖6是表示ALOHA方式、CSMA/CA方式、TDMA方式的系統(tǒng)整體的吞吐量/系統(tǒng)整體的功耗的比較結(jié)果的圖。
圖7是表示基于網(wǎng)點臺數(shù)的協(xié)議切換表的1例的圖。
圖8是表示基于網(wǎng)點臺數(shù)和單位功耗的信息傳輸量的協(xié)議切換表的1例的圖。
圖9是本發(fā)明所應(yīng)用的網(wǎng)點裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本發(fā)明所應(yīng)用的基站的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明所應(yīng)用的管理服務(wù)器的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示以往的網(wǎng)點裝置的基本的系統(tǒng)動作的流程圖。
圖13是表示以往的基站的基本的系統(tǒng)動作的流程圖。
圖14是表示本發(fā)明的網(wǎng)點裝置的基本動作的1個實施例的流程圖。
圖15是表示本發(fā)明的網(wǎng)點裝置的基本動作的其他實施例的流程圖。
圖16是表示本發(fā)明的基站的基本動作的1個實施例的流程17是表示本發(fā)明的網(wǎng)點裝置的基本動作的其他實施例的流程圖。
圖18是表示本發(fā)明的基站的基本動作的其他實施例的流程圖。
圖19是表示本發(fā)明的管理服務(wù)器的基本動作的1個實施例的流程圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。
在本發(fā)明中，成為系統(tǒng)的效率評價指標(biāo)的算式(1)的值Ef，在系統(tǒng)整體的吞吐量較高，而且系統(tǒng)整體的功耗較低時，成為較高的值。該評價值Ef，例如，如傳感器網(wǎng)這樣，在需要降低功耗的系統(tǒng)中變得尤其重要。
所謂傳感器網(wǎng)，是通過配置多個包括傳感器、電源、具有無線通信功能的小型網(wǎng)點而形成網(wǎng)絡(luò)，將檢測到的信息經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)的Web站點的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總稱，被期待應(yīng)用于建筑物監(jiān)視器、環(huán)境監(jiān)視器、保安、物流等領(lǐng)域。
此處，作為網(wǎng)點的電源，很多應(yīng)用程序要求為電池、或者自行發(fā)電。例如，在作為電源使用了電池時，頻繁地更換網(wǎng)點的電池將成為維護、運用上的問題。而且，在為自行發(fā)電時，多數(shù)情況下供給功率少，必須要是低功耗。尤其是對于占網(wǎng)點功耗較大比率的無線通信功能，低功耗是非常重要的。
另一方面，各網(wǎng)點需要將檢測信息高效地?zé)o線傳送到基站、網(wǎng)絡(luò)。因此，對于各網(wǎng)點，有數(shù)據(jù)傳送的高效化和低功耗這兩個方面的要求，作為用于實現(xiàn)該要求的指標(biāo)，在算式(1)中表現(xiàn)的、表示單位功耗的信息傳輸量的值Ef變得非常重要。在指標(biāo)值Ef低的沒有效率的系統(tǒng)中，網(wǎng)點的電池壽命變得非常短，可適用的應(yīng)用程序的范圍變窄。即，在如傳感器網(wǎng)這樣的系統(tǒng)中，構(gòu)筑具有較高的指標(biāo)值Ef的無線系統(tǒng)變得尤為重要。
在本發(fā)明中作為可選擇的無線通信協(xié)議，此處，對ALOHA方式、CSMA方式、TDMA方式進行比較。
將隨基站管理的網(wǎng)點臺數(shù)而變化的系統(tǒng)整體的功耗的模擬結(jié)果表示為圖4，將系統(tǒng)整體的系統(tǒng)吞吐量的模擬結(jié)果表示為圖5。圖6表示通過算式(1)進行評價時的模擬結(jié)果。根據(jù)圖6的模擬結(jié)果，得知隨著成為管理對象的網(wǎng)點臺數(shù)的變化，系統(tǒng)效率將發(fā)生變化。
算式(1)所示的指標(biāo)值Ef，與基站管理的網(wǎng)點臺數(shù)存在密切的關(guān)系。隨著網(wǎng)點臺數(shù)增加，分組的發(fā)送請求(Offered Load提供的負載)與其成比例地增加，網(wǎng)點的分組丟失概率增加。因此，能夠預(yù)先通過網(wǎng)點臺數(shù)評價算式(1)，預(yù)先使管理服務(wù)器、基站、網(wǎng)點中的任一者具有表示上述評價結(jié)果的表，根據(jù)該表所示的值選擇無線通信協(xié)議。
算式(1)的指標(biāo)值，例如，也可以置換為重發(fā)次數(shù)、BER、PER。如果各網(wǎng)點之間的相互干擾變大，則噪聲功率變大，結(jié)果是BER、PER的值也將上升，因此，能夠通過BER、PER來進行評價。此外，隨著PER的增加，重發(fā)次數(shù)也增加，因此，也可以通過重發(fā)次數(shù)來進行評價。在這些評價中，可以考慮網(wǎng)點主導(dǎo)、基站主導(dǎo)、管理服務(wù)器主導(dǎo)這3種模式。重發(fā)次數(shù)、BER、PER，可以分別在網(wǎng)點和基站進行測量。而且，可以通過從基站向管理服務(wù)器傳送重發(fā)次數(shù)、BER、PER，而在管理服務(wù)器中進行測量。因此，要應(yīng)用的無線通信協(xié)議，網(wǎng)點、基站、管理服務(wù)器中的任一者都能成為主導(dǎo)者以進行變更。
但是，在比較ALOHA方式、CSMA方式、TDMA方式時，必須以基站為主導(dǎo)來進行向TDMA方式的切換。這是由于在為TDMA方式時，基站需要對各網(wǎng)點分配時隙，網(wǎng)點無法自主地切換協(xié)議的緣故。另一方面，向CSMA方式、ALOHA方式的切換，無論是網(wǎng)點還是基站的哪一者進行都是可以的。這是因為CSMA方式與ALOHA方式的差異基本上在于是否進行載波偵聽，例如，即使網(wǎng)點自主地切換協(xié)議，作為系統(tǒng)整體也能夠維持動作。以下，針對主導(dǎo)裝置不同的3種無線通信協(xié)議的切換方法闡述實施方式。
實施例1作為實施例1，對網(wǎng)點裝置主導(dǎo)的無線通信協(xié)議的切換方式進行說明。此處，作為可切換的無線通信協(xié)議，準(zhǔn)備作為系統(tǒng)整體不需要多個網(wǎng)點裝置一并進行切換的ALOHA和CSMA。ALOHA和CSMA是各網(wǎng)點裝置無需接收來自基站的指示，就能獨自地進行調(diào)度的方式。
圖2所示的無線通信系統(tǒng)，包括管理服務(wù)器201、多個基站(202、203)、以及網(wǎng)點(204、205、206)。來自各網(wǎng)點的發(fā)送數(shù)據(jù)，以無線被發(fā)送到基站，各基站將接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器201。管理服務(wù)器201，將來自基站的接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上的Web站點。
在網(wǎng)點主導(dǎo)下切換無線通信協(xié)議時，任意的網(wǎng)點，作為要應(yīng)用于與基站之間的通信的協(xié)議，只需選擇ALOHA和CSMA中的任一者，以所選擇的協(xié)議開始通信即可，因此，完全不存在由協(xié)議的切換造成的系統(tǒng)開銷(overhead)。
如果想要將算式(1)所示的指標(biāo)值Ef直接應(yīng)用于網(wǎng)點主導(dǎo)的協(xié)議切換，基站需要將涉及指標(biāo)值Ef的信息通知給網(wǎng)點，使得各網(wǎng)點能夠掌握指標(biāo)值Ef。這是因為涉及系統(tǒng)的吞吐量的信息是難以用單個網(wǎng)點掌握的信息。在這種情況下，在基站與網(wǎng)點之間發(fā)生由上述吞吐量信息通信造成的系統(tǒng)開銷，結(jié)果是產(chǎn)生指標(biāo)值Ef變差這種不利情況。
因此，在實施例1中，需要有與算式(1)比較后能更簡便地掌握周圍的通信狀況的參數(shù)。作為這樣的參數(shù)，例如，可以考慮各網(wǎng)點的分組重發(fā)次數(shù)、通過載波偵聽所偵測出的通信中的其他網(wǎng)點的偵測次數(shù)(忙(busy)偵測次數(shù))等。分組的重發(fā)次數(shù)，是各網(wǎng)點能夠獨自計數(shù)的參數(shù)值。同樣地，基于載波偵聽的忙偵測次數(shù)，也是各網(wǎng)點能夠獨自測量的參數(shù)值，不需要來自基站的幫助。這些參數(shù)值，在基站也能夠測量，因此，也可以在基站主導(dǎo)下進行協(xié)議的切換。
此處，對采用了在網(wǎng)點測量的分組重發(fā)次數(shù)，以作為算式(1)所示的單位功耗的吞吐量的評價尺度的情況進行說明。分組的重發(fā)次數(shù)，與分組丟失成正比。作為分組丟失的發(fā)生理由，可以考慮由網(wǎng)點與基站的距離離開的距離所造成的傳輸丟失，和由于從多個網(wǎng)點同時發(fā)送出的分組引發(fā)沖突而造成的丟失這兩種。
前者的分組丟失，不依賴于存在于外圍的網(wǎng)點臺數(shù)，因此，為一定的丟失概率，而后者的分組丟失，受制于存在于外圍的網(wǎng)點臺數(shù)，時間性地發(fā)生變化。因此，通過監(jiān)視分組重發(fā)次數(shù)的時間性變化，能夠推測分組丟失的原因，例如，以ALOHA方式動作的網(wǎng)點，在偵測到由沖突造成的分組丟失的增加時，將協(xié)議切換為CSMA方式，從而能夠改善系統(tǒng)效率。
圖9表示網(wǎng)點(204～206)的結(jié)構(gòu)圖。
網(wǎng)點，包括無線部901、無線通信協(xié)議選擇部902、數(shù)據(jù)庫部903、通信處理部904。無線部901，此時，通過無線通信協(xié)議選擇部902所選擇的無線通信協(xié)議，與基站進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。在無線通信協(xié)議選擇部902中，存儲有用于通過ALOHA和CSMA選擇性地使無線部901、通信處理部904動作的控制程序。通信處理部904，根據(jù)來自無線部901的接收信息、分組重發(fā)頻度(在一定期間內(nèi)的重發(fā)次數(shù))、存儲于數(shù)據(jù)庫部903中的協(xié)議切換的條件等，向無線通信協(xié)議選擇部902發(fā)出協(xié)議的切換(程序切換)指示。在數(shù)據(jù)庫部903中，例如，存儲有重發(fā)次數(shù)與協(xié)議的對應(yīng)關(guān)系，例如，當(dāng)分組重發(fā)頻度超過閾值時，就從ALOHA切換為CSMA等的切換條件。通信處理部904，能夠通過測量分組重發(fā)頻度并參照數(shù)據(jù)庫，來確定要應(yīng)用的無線通信協(xié)議。
圖12表示3小區(qū)反復(fù)排列的移動通信系統(tǒng)的以往的網(wǎng)點的CSMA的基本動作的流程圖。
網(wǎng)點在起動時進入待機狀態(tài)(1201)，每經(jīng)過一定周期起動(1202)。在可使用的3信道的頻率內(nèi)，選擇1個頻率(1203)，為了確認其他網(wǎng)點的發(fā)送狀態(tài)而進行載波偵聽，判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1204)。在載波偵聽的結(jié)果，判斷為其他網(wǎng)點正在進行發(fā)送、處于忙狀態(tài)時，在等待了隨機的時間經(jīng)過(1209)后，再次進行能否發(fā)送數(shù)據(jù)的判斷(1204)。
在判斷為不是其他網(wǎng)點正在進行發(fā)送時，通過無線進行數(shù)據(jù)發(fā)送(1205)，等待對于發(fā)送分組的、來自基站的ACK分組的接收(1206)。當(dāng)在預(yù)定時間內(nèi)未能接收到ACK分組時，對分組重發(fā)次數(shù)進行計數(shù)，如果重發(fā)次數(shù)小于或等于預(yù)定的閾值N，則再次判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1204)。當(dāng)重發(fā)次數(shù)超過了預(yù)定的閾值N時，在步驟1203中切換應(yīng)用頻率，判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1204)。當(dāng)在預(yù)定時間內(nèi)接收了ACK分組時，從網(wǎng)點向基站的數(shù)據(jù)發(fā)送已完成，因此，返回待機(1201)模式。
另外，網(wǎng)點的ALOHA方式的基本動作流程，為從上述圖12除去基于載波偵聽進行的能否發(fā)送數(shù)據(jù)的判斷(1204)、和偵測出忙狀態(tài)時的等待動作(1209)的動作流程。
接著，參照圖14對本發(fā)明的實施例1的網(wǎng)點的基本動作進行說明。網(wǎng)點在起動時進入待機狀態(tài)(1401)，每經(jīng)過一定周期起動(1402)。在3信道的頻率內(nèi)，選擇1個頻率(1403)，為了確認其他網(wǎng)點的發(fā)送狀態(tài)而進行載波偵聽，判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1404)。在載波偵聽的結(jié)果為處于忙狀態(tài)時，等待隨機的時間經(jīng)過(1409)。在本實施例中，在經(jīng)過了隨機時間時，對在忙狀態(tài)下變成時間等待的次數(shù)進行計數(shù)(1410)后，再返回能否發(fā)送數(shù)據(jù)的判斷步驟1404。
在判斷為不是其他網(wǎng)點正在發(fā)送時，通過無線進行數(shù)據(jù)發(fā)送(1405)，等待來自基站的ACK分組的接收(1406)。當(dāng)在預(yù)定時間內(nèi)未能接收到ACK分組時，對分組重發(fā)次數(shù)進行計數(shù)(1408)，如果重發(fā)次數(shù)小于或等于預(yù)定的閾值N，則再次判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1404)。當(dāng)重發(fā)次數(shù)超過了預(yù)定的閾值N時，清空到目前為止所計數(shù)的載波偵聽等待次數(shù)(1411)，在步驟1403中切換使用頻率，判斷能否發(fā)送數(shù)據(jù)(1404)。
當(dāng)接收了ACK分組時，從網(wǎng)點對基站的數(shù)據(jù)發(fā)送已完成，因此，變成待機(1401)模式。此時，通信處理部分別將數(shù)據(jù)發(fā)送的重發(fā)次數(shù)和載波偵聽等待次數(shù)與預(yù)定的值進行比較(1412、1413)，向無線通信協(xié)議選擇部發(fā)出協(xié)議切換判斷的指示(1414、1415)。
CSMA方式，與ALOHA方式比較，在各種各樣的環(huán)境下吞吐量特性都大致良好。但是，ALOHA方式，由于不進行載波偵聽控制，因此從功耗的角度考慮，系統(tǒng)效率優(yōu)于CSMA方式。在網(wǎng)點臺數(shù)少的情況下，ALOHA方式與CSMA方式在吞吐量特性上不存在較大的差異，但隨著網(wǎng)點臺數(shù)增加，ALOHA方式的分組丟失變多，吞吐量下降。而且，伴隨分組重發(fā)次數(shù)增加的功耗，可能會超過因為沒有進行載波偵聽而節(jié)約下來的功率。因此，在變成基于載波偵聽控制的功耗＜基于分組重發(fā)的功耗時，從ALOHA方式切換為CSMA方式，能夠改善系統(tǒng)效率。反之，當(dāng)在CSMA方式下處于通信中的通信環(huán)境得到改善，在ALOHA方式下發(fā)生的分組重發(fā)的功耗，也可能低于用于載波偵聽控制的功耗。
基于載波偵聽控制的功耗＞基于分組重發(fā)的功耗在該情況下，反過來，從CSMA方式切換為ALOHA，能夠改善系統(tǒng)效率。
因此，也可以是，為了實現(xiàn)這樣的協(xié)議的切換，通信處理部704，從數(shù)據(jù)庫部703讀出計算所需要的參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)、和載波偵聽次數(shù)、重發(fā)次數(shù)，計算基于上述載波偵聽控制和分組重發(fā)的功耗，根據(jù)計算結(jié)果向無線通信協(xié)議選擇部702發(fā)出協(xié)議切換的指示，無線通信協(xié)議選擇部，從預(yù)先準(zhǔn)備的CSMA用、ALOHA用的通信協(xié)議程序中，選擇應(yīng)對上述所指示的協(xié)議的程序。
圖10表示基站(202、203)的結(jié)構(gòu)圖?；景o線部1001、無線通信協(xié)議選擇部1002、通信處理部1004、數(shù)據(jù)庫部1003、以及有線接口部1005。
圖13表示基站的基本動作的流程。
基站平時處于接收狀態(tài)(1301)。當(dāng)從網(wǎng)點接收分組時(1302)，基站為了判斷接收是否成功，進行接收分組的CRC(CyclicRedundancy Check循環(huán)冗余檢驗)檢驗(1303)。在發(fā)生了CRC差錯時，廢棄分組。如果不存在CRC差錯，基站在對分組發(fā)送方網(wǎng)點發(fā)送了ACK分組(1304)后，通過有線接口，向管理服務(wù)器發(fā)送接收數(shù)據(jù)(1305)。當(dāng)在網(wǎng)點主導(dǎo)下切換適用協(xié)議(ALOHA方式和CSMA方式)時，不需要在基站切換協(xié)議。
圖11表示管理服務(wù)器201的結(jié)構(gòu)。
管理服務(wù)器包括有線接口部1101和數(shù)據(jù)庫部1103。管理服務(wù)器，當(dāng)經(jīng)由有線接口部1101從基站接收數(shù)據(jù)時，將接收數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫部1003，或者，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到所連接的其他裝置。
如本實施例這樣，當(dāng)在網(wǎng)點主導(dǎo)下切換無線通信協(xié)議時，可應(yīng)用的協(xié)議，限于ALOHA方式、CSMA方式這樣的、網(wǎng)點能自主地切換的協(xié)議。
在以上的說明中，作為協(xié)議的切換判斷的指標(biāo)，利用了分組的重發(fā)次數(shù)，不過，只要是能夠直接、間接地推定單位功耗的信息傳輸量、在基站管理下的網(wǎng)點數(shù)的參數(shù)，例如RSSI(Receive Signal StrengthIndicator)、BER(Bit Error Rate)、PER(Packet Error Rate)、發(fā)送成功次數(shù)與發(fā)送失敗次數(shù)的比等，就能夠采用分組的重發(fā)次數(shù)以外的指標(biāo)。BER、PER的值，通過基于物理層的無線通信方式的計算式來計算。
實施例2接著，作為實施例2，對基站主導(dǎo)的協(xié)議切換進行說明。在基站主導(dǎo)下切換協(xié)議時，可適用的協(xié)議的種類增加。例如，可以將如TDMA方式、BTMA模式、ISMA模式這樣的、各網(wǎng)點按照來自基站的指示或者同步信息進行分組發(fā)送的無線通信協(xié)議加入到選擇對象中。
在這種情況下，當(dāng)進行協(xié)議切換時，需要從基站向各網(wǎng)點指示協(xié)議切換，與此對應(yīng)，雖然會發(fā)生系統(tǒng)開銷，但作為系統(tǒng)整體，能實現(xiàn)高度的控制。這是因為在基站主導(dǎo)的情況下，能夠處理系統(tǒng)整體的統(tǒng)計信息的緣故。
本實施例的基站，與實施例1相同，與圖10所示，包括無線部1001、無線通信協(xié)議選擇部1002、數(shù)據(jù)庫部1003、通信處理部1004、以及有線接口部1005。無線部1001，按照從與無線通信協(xié)議選擇部102具有的各無線通信協(xié)議對應(yīng)的程序中、當(dāng)前所選擇的無線通信協(xié)議的程序，進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。
在無線通信協(xié)議選擇部1002中，準(zhǔn)備有用于以不同的無線通信協(xié)議選擇性地使無線部1001、通信處理部1004動作的多個協(xié)議程序。通信處理部1004，根據(jù)接收信息、管理下的網(wǎng)點的數(shù)量、以及存儲于數(shù)據(jù)庫部1003的協(xié)議切換的條件等，向無線通信協(xié)議選擇部1002發(fā)出協(xié)議的切換(程序切換)指示。數(shù)據(jù)庫部1003，存儲有無線通信協(xié)議的切換條件等，通信處理部1004，通過參照數(shù)據(jù)庫部1003，能夠確定要應(yīng)用的協(xié)議。
將表示本實施中網(wǎng)點的基本動作的流程圖表示為圖15，將表示基站的基本動作的流程圖表示為圖16。
各網(wǎng)點如圖15所示，從待機狀態(tài)(1501)，每經(jīng)過一定周期起動(1502)。在可使用的3信道的頻率內(nèi)，選擇1個頻率(1503)，嘗試基站發(fā)送的引導(dǎo)信號的接收(1504)。當(dāng)接收引導(dǎo)信號時，選擇接收引導(dǎo)信號指示的協(xié)議(1505)，發(fā)送數(shù)據(jù)(1506)，關(guān)閉電源(1507)，再次返回待機狀態(tài)。
此處，數(shù)據(jù)發(fā)送(1506)，依照所選擇的協(xié)議執(zhí)行?；咀鳛橹\求無線通信協(xié)議的效率的尺度，可以利用算式(1)所示的單位功耗的信息傳輸量。
圖6以基站正在進行管理的網(wǎng)點的臺數(shù)為橫軸，以算式(1)的指標(biāo)值Ef為縱軸，示出ALOHA(601)、CSMA(602)、TDMA(603)的信息傳輸效率的模擬結(jié)果。能夠根據(jù)該評價結(jié)果，確定對應(yīng)于位于基站管理下的網(wǎng)點的臺數(shù)的最佳的無線通信協(xié)議、和成為協(xié)議切換閾值的網(wǎng)點臺數(shù)，生成協(xié)議切換表。
將協(xié)議切換表的1例表示為圖7、圖8。
圖7表示用于依照網(wǎng)點臺數(shù)切換應(yīng)用協(xié)議的表。該協(xié)議切換表表示以下內(nèi)容，即根據(jù)圖6的模擬結(jié)果，在網(wǎng)點臺數(shù)小于或等于1000臺的范圍內(nèi)，當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為0～250臺時，應(yīng)選擇ALOHA方式；當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為250～550臺時，應(yīng)選擇CSMA方式；當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為550～1000臺時，應(yīng)選擇TDMA方式。
圖8表示用于依照當(dāng)前正在應(yīng)用的協(xié)議、網(wǎng)點臺數(shù)、以及單位功耗的吞吐量指標(biāo)Ef來切換無線通信協(xié)議的表。該表表示以下內(nèi)容，即根據(jù)圖6的模擬結(jié)果，在網(wǎng)點臺數(shù)小于或等于1000臺的范圍內(nèi)，在當(dāng)前正在應(yīng)用的協(xié)議為ALOHA方式的情況下，當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為0～250臺，Ef值為1.85E-4～1.7E-4時，維持ALOHA方式；當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為250～550臺，Ef值為1.7E-4～1.5E-4時，應(yīng)切換為CSMA方式；當(dāng)網(wǎng)點臺數(shù)為550～1000臺，Ef值小于或等于1.5E-4時，應(yīng)切換為TDMA方式。同樣地，對于當(dāng)前正在應(yīng)用的協(xié)議為CSMA方式的情況、和為TDMA方式的情況，也是根據(jù)網(wǎng)點臺數(shù)和Ef值來指定要選擇的無線通信協(xié)議。因此，能夠通過參照上述表，對當(dāng)前正在使用的協(xié)議判斷是否要切換成其他的協(xié)議，和要選擇的協(xié)議。
基站，在通信處理部1004中，為了掌握在管理下的網(wǎng)點臺數(shù)，將從各網(wǎng)點通知的終端ID存儲到數(shù)據(jù)庫部1003。在數(shù)據(jù)庫部1003中，預(yù)先保存有圖7所示的協(xié)議切換表。通信處理部1004，根據(jù)從終端ID判斷出的網(wǎng)點數(shù)，從上述協(xié)議切換表中，確定要應(yīng)用于與網(wǎng)點的通信的最佳的無線通信協(xié)議。
通信處理部1004，向無線通信協(xié)議選擇部1002通知已確定的無線通信協(xié)議。從基站至各網(wǎng)點的協(xié)議切換指示，例如，只需在網(wǎng)點對基站進行存取時，在要回信的ACK分組中設(shè)定指示協(xié)議的切換的信息即可。接收了ACK分組的各網(wǎng)點，在通信處理部904中分析協(xié)議切換指示，向無線通信協(xié)議選擇部902發(fā)出切換指示，以選擇與來自基站的指示對應(yīng)的協(xié)議。
在TDMA方式中，基站始終發(fā)送同步所需的Pilot信號。因此，在將正在應(yīng)用的協(xié)議切換為TDMA方式時，將基站的動作切換為發(fā)送pilot(引導(dǎo))信號的TDMA方式，各網(wǎng)點接收上述Pilot信號后建立同步，之后，與基站同步地進行分組的收發(fā)。另外，管理服務(wù)器201，與實施例1同樣，對于本實施例不需要執(zhí)行特別的動作。
作為用于直接、間接地推定單位功耗的信息傳輸量、在基站管理下的網(wǎng)點數(shù)的其他的評價方法，還存在以下這樣的方法。另外，在以下的說明中，為了判斷協(xié)議的切換而進行的偵測動作與評價方法存在差異，但從基站向各網(wǎng)點發(fā)出的協(xié)議的切換指示，只需與上述同樣地進行即可。
基站，在通信處理部802中，根據(jù)來自各網(wǎng)點的接收分組，取得表示網(wǎng)點的分組發(fā)送次數(shù)(也包括重發(fā)次數(shù))和分組接收次數(shù)、基站的接收分組的總和的數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，實時地計算算式(1)所示的網(wǎng)點整體的功耗和網(wǎng)點整體的吞吐量。例如，可以是所有網(wǎng)點的吞吐量＝基站的接收分組的總和/∑發(fā)送次數(shù)所有網(wǎng)點的功耗＝發(fā)送功率×∑發(fā)送次數(shù)+接收功率×∑接收次數(shù)基站，根據(jù)算式(1)的值Ef、和自己正在管理的網(wǎng)點臺數(shù)，按照預(yù)先保存在數(shù)據(jù)庫1003中的圖8所示的表，判斷要應(yīng)用的無線通信協(xié)議。在變成需要進行協(xié)議切換時，通過引導(dǎo)信號、ACK分組，將對已選擇的無線通信協(xié)議的切換指示通知給各網(wǎng)點。此時，在基站的通信處理部1002中，取得各種參數(shù)(發(fā)送次數(shù)、接收次數(shù))，存儲到數(shù)據(jù)庫部1003。
接著，對基站根據(jù)BER切換無線通信協(xié)議的例子進行說明。在通信處理部1002中，根據(jù)從接收分組數(shù)據(jù)中所抽取的各網(wǎng)點的發(fā)送功率、和從RF部1001取得的基站的無線信號接收電平的值求出S/N比。BER的計算式，根據(jù)算式(2)按每種通信模式預(yù)先導(dǎo)出。通信處理部1002，根據(jù)該計算式求出BER的值，在BER超過預(yù)先確定的閾值時，選擇最佳的無線通信協(xié)議，向無線通信協(xié)議選擇部1004和各網(wǎng)點指示協(xié)議的切換。
Erfc(x)=2π∫x∞exp(-μ2)du...(2)]]>接著，對使用PER進行評價時的例子進行說明。
在根據(jù)PER切換無線通信協(xié)議時，PER可以從BER與分組長度求得。因此，預(yù)先導(dǎo)出PER的計算式，通信處理部1002，與上述BER的情況同樣地，根據(jù)從網(wǎng)點的接收分組數(shù)據(jù)中所抽取的各網(wǎng)點的發(fā)送功率，和從RF部1001取得的基站的信號接收電平值，計算信號功率對噪聲功率的比(S/N)，能夠求出PER的值。通信處理部1002，在PER的值變成大于或等于預(yù)先確定的閾值時，選擇無線通信協(xié)議，向無線通信協(xié)議選擇部1004和各網(wǎng)點指示協(xié)議的切換。
實施例3接著，作為本發(fā)明的實施例3，對管理服務(wù)器主導(dǎo)下切換無線通信協(xié)議的情況進行說明。當(dāng)在管理服務(wù)器的主導(dǎo)下進行無線通信協(xié)議的切換時，可以減輕基站的負荷。將本實施例中的網(wǎng)點、基站、管理服務(wù)器的基本動作的流程圖表示為圖17、圖18、圖19。
基站，在通信處理部1002中，取得表示各網(wǎng)點的分組發(fā)送次數(shù)(也包括重發(fā)次數(shù))和分組接收次數(shù)、基站的接收分組的總和的數(shù)據(jù)，通過接口部1005，向管理服務(wù)器通知這些數(shù)據(jù)。管理服務(wù)器，通過接口部1101接收這些數(shù)據(jù)，在通信處理部1102中，以接收數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實時地計算算式(1)所示的網(wǎng)點整體的功耗和網(wǎng)點整體的吞吐量。例如，可以是所有網(wǎng)點的吞吐量＝已接收的分組的總和/∑發(fā)送次數(shù)所有網(wǎng)點的功耗＝發(fā)送功率×∑發(fā)送次數(shù)+接收功率×∑接收次數(shù)從算式(1)的值和基站進行管理的網(wǎng)點臺數(shù)，根據(jù)圖6所示的結(jié)果來切換無線通信協(xié)議。與實施例2同樣地，管理服務(wù)器，預(yù)先將圖6的結(jié)果以表的形式保存在數(shù)據(jù)庫部1103中。然后，經(jīng)由接口部1101作為通知信號向基站通知已選擇的無線通信協(xié)議。
基站，在經(jīng)由接口部1005接收無線通信協(xié)議通知時，由無線通信協(xié)議選擇部1002選擇對應(yīng)于上述無線通信協(xié)議的程序，起動該程序而切換無線通信協(xié)議。而且，通過與實施例2同樣的方法，向各網(wǎng)點通知協(xié)議的切換。
另外，作為用于直接、間接地推定單位功耗的信息傳輸量、基站管理下的網(wǎng)點數(shù)的評價方法，例如，也可以使用基站與網(wǎng)點之間的BER(Bit Error Rate)或PER(Packet Error Rate)。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)，通過根據(jù)通信環(huán)境的變化來動態(tài)地切換無線通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)吞吐量高和功耗低的無線通信。
權(quán)利要求
1.一種無線通信系統(tǒng)，包括能夠使用多個無線通信協(xié)議與基站之間進行通信的多個網(wǎng)點裝置、和與該多個網(wǎng)點裝置進行通信的基站，其特征在于上述網(wǎng)點裝置與基站，使用根據(jù)該網(wǎng)點裝置與該基站之間的通信效率的評價所選擇的無線通信協(xié)議進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于上述網(wǎng)點裝置，基于發(fā)送分組的重發(fā)次數(shù)，評價上述通信效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于上述基站，基于在該基站管理下的網(wǎng)點裝置的臺數(shù)，評價上述通信效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于上述基站，使用在該基站管理下的上述多個網(wǎng)點裝置的分組發(fā)送次數(shù)和該網(wǎng)點裝置發(fā)送出的分組的接收次數(shù)，評價上述通信效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于上述基站，基于從上述多個網(wǎng)點裝置接收的分組的差錯率，評價上述通信效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于還包括與上述基站連接的管理服務(wù)器，該管理服務(wù)器，基于在該基站管理下的多個網(wǎng)點裝置的分組發(fā)送次數(shù)、與上述基站的來自網(wǎng)點裝置的分組的接收次數(shù)的組合，或者根據(jù)在上述基站中從上述多個網(wǎng)點裝置接收的分組的差錯率，評價上述通信效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于上述通信效率，為上述網(wǎng)點裝置中用于通信的單位功耗的信息傳輸量。
8.一種網(wǎng)點裝置，選擇性地應(yīng)用多個無線通信協(xié)議與基站進行通信，其特征在于包括無線部、通信處理部、以及無線通信協(xié)議選擇部，使用基于與上述基站之間的通信效率的評價所選擇的無線通信協(xié)議，控制從上述無線部至上述基站的分組發(fā)送。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)點裝置，其特征在于上述通信處理部，偵測發(fā)送分組的重發(fā)次數(shù)，上述無線通信協(xié)議選擇部，基于上述偵測出的重發(fā)次數(shù)評價上述通信效率，選擇將要使用的無線通信協(xié)議。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)點裝置，其特征在于上述無線通信協(xié)議選擇部，基于從上述基站接收到的無線通信協(xié)議切換信息，選擇無線通信協(xié)議。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)點裝置，其特征在于上述通信效率，為該網(wǎng)點裝置中用于通信的單位功耗的信息傳輸量。
12.一種無線基站，選擇性地應(yīng)用多個無線通信協(xié)議與多個網(wǎng)點裝置進行通信，其特征在于包括無線部、通信處理部、以及無線通信協(xié)議選擇部，上述無線部，使用基于與上述網(wǎng)點裝置之間的通信效率的評價所選擇的無線通信協(xié)議，進行從上述網(wǎng)點裝置的分組接收。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基站，其特征在于包括數(shù)據(jù)庫部，在該數(shù)據(jù)庫部中，存儲將在該基站管理下的網(wǎng)點裝置的臺數(shù)與要應(yīng)用的無線通信協(xié)議進行了對應(yīng)的上述通信效率的評價用的表，上述通信處理部，偵測在該基站的管理下的網(wǎng)點裝置的臺數(shù)，基于上述表和上述偵測出的網(wǎng)點裝置的臺數(shù)選擇無線通信協(xié)議，向上述無線通信協(xié)議選擇部指示協(xié)議的切換。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基站，其特征在于包括數(shù)據(jù)庫部，在該數(shù)據(jù)庫部中存儲將通信效率與要應(yīng)用的無線通信協(xié)議進行了對應(yīng)的表，上述無線通信協(xié)議選擇部，參照上述表，基于上述通信效率的評價進行上述無線通信協(xié)議的選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基站，其特征在于上述通信處理部，基于該基站中來自上述多個網(wǎng)點裝置的分組接收次數(shù)、和從上述多個網(wǎng)點裝置通知的來自該多個網(wǎng)點裝置的分組發(fā)送次數(shù)，評價上述通信效率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基站，其特征在于包括用于與管理服務(wù)器進行通信的通信接口，經(jīng)由該通信接口，將在該基站管理下的網(wǎng)點裝置的臺數(shù)或者該基站中來自上述多個網(wǎng)點裝置的分組接收次數(shù)、和從上述多個網(wǎng)點裝置通知的來自該多個網(wǎng)點裝置的分組發(fā)送次數(shù)通知給上述管理服務(wù)器，基于從上述管理服務(wù)器通知的無線通信協(xié)議切換信息，選擇無線通信協(xié)議。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基站，其特征在于將上述所選擇的無線通信協(xié)議的信息作為無線通信協(xié)議切換信息向上述多個網(wǎng)點裝置發(fā)送。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基站，其特征在于上述通信效率，為該網(wǎng)點裝置中用于通信的單位功耗的信息傳輸量。
全文摘要
一種無線通信系統(tǒng)，包括管理服務(wù)器、基站、以及多個網(wǎng)點終端，其中，基于例如誤碼率、分組差錯率、分組重發(fā)的次數(shù)、基站和網(wǎng)點之間可發(fā)生的吞吐量/功耗這樣的索引，動態(tài)地切換要應(yīng)用的無線通信協(xié)議。
文檔編號H04L12/56GK1902843SQ20048003929
公開日2007年1月24日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者下川功, 宮崎祐行, 前木陽, 志田雅昭 申請人:株式會社日立制作所