JP2004254237A - マルチホップ通信システム、無線制御局、無線局及びマルチホップ通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少量の制御情報により所定の通信速度を維持しつつ、端末間或いは端末と基地局間の適切な経路を確保する。
【解決手段】コアネットワークに接続された無線制御局と、無線局により構成されたマルチホップ通信システムであって、無線制御局１は、局間における通信接続のための制御信号を低速通信により送受信する制御信号送受信部１２と、情報信号を高速通信により送受信する情報信号送受信部１３と、当該無線制御局１における通信チャネルの使用状態を、前記制御信号を通じて通知する通信チャネル管理部１５とを備え、前記無線局２１は、制御信号を低速通信により送受信する制御信号送受信部４２と、制御信号を通じて、無線制御局１における通信チャネルの使用状態の問い合わせを行い、この問い合わせに対する通知に従って、情報信号を高速通信により送受信する情報信号送受信部４３とを有する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基地局を制御無線局とするセルラシステムや、アクセスポイントを制御無線局とする無線ＬＡＮなど、制御局と子局で構成されるマルチホップ通信システム、無線制御局、無線局及びマルチホップ通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（アドホックネットワーク）
端末の多段中継（マルチホップ中継）によって、直接通信が不可能な２つの端末間の通信を確立するアドホックネットワークでは、ＤＳＲやＡＯＶＤに代表される様々な通信経路検索方式が提案されている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
これらのアドホックネットワークでは、セルラシステムにおける基地局のような集中制御局が存在しないため、これらの通信経路検索は端末が自律分散的に行う方式が一般的である。
【０００４】
（マルチホップセルラ）
これに対して、端末のマルチホップ中継によって、基地局への接続を確保するマルチホップセルラが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。マルチホップセルラでは、基地局を介してネットワークに接続するため、基地局までの経路が確保できれば通信が可能であるため、アドホックネットワークと比較して、遠方の端末との通信が可能となる確率が高い。
【０００５】
【非特許文献１】
「Ａｄ Ｈｏｃ Ｍｏｂｉｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、Ｃ．Ｋ． Ｔｏｈ、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ出版
【０００６】
【非特許文献２】
「Ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ Ｃｅｌｌｕｌａｒ： Ａ Ｎｅｗ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｒｕｒｅ Ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」， Ｙｉｎｇ −Ｄａｒ Ｌｉｎ他、ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ ２０００
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のマルチホップセルラネットワークにおいては、端末同士の通信及び基地局までの経路確保をどのように制御するかが課題とされている。このとき、これらの制御については、可能な限り処理時間を短縮し、且つ少量の制御情報により行い、所定の通信速度を維持する必要がある。
【０００８】
すなわち、無線制御局の通信チャネルの全てが使用されている場合は、無線局から無線制御局への通信経路が確定しても通信できないため、行き先のない不要なパケットが送信されるのこととなり、不要なパケットの送信に費やされる処理やリソースが無駄となる。
【０００９】
また、無線通信においては、一般的に、伝送速度を高くするほど、高い受信電力が必要となることが知られている。したがって、制御信号及び情報信号について一律に伝送速度を高めた場合、その消費電力が過大となる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、マルチホップセルラネットワーク等の通信システムにおいて、少量の制御情報により所定の通信速度を維持しつつ、端末間或いは端末と基地局間の適切な経路を確保することのできるマルチホップ通信システム、無線制御局、無線局及びマルチホップ通信方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、コアネットワークに接続された無線制御局と、他の無線局からの信号を中継する機能を有する１乃至複数の無線局により構成されたマルチホップ通信システムにおいて、局間における通信接続のための制御信号の送受を行う経路と情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定し、この決定された経路を通じて前記制御信号及び情報信号を送受信する。なお、本発明において、前記制御信号の送受は、前記無線制御局と前記無線局との間で直接行うことができる。また、この各経路の決定は、無線制御局側及び無線局側で行うことができる。
【００１２】
上記発明において、前記無線局は、前記制御信号を通じて、前記無線制御局における通信チャネルの使用状態の問い合わせを行い、前記無線制御局は、当該無線制御局における通信チャネルの使用状態を、前記制御信号を通じて通知し、この通知に従って、前記情報信号を高速通信により送受信することができる。
【００１３】
このような本発明によれば、伝送速度の低いパイロット信号を含めた制御信号は、伝送速度の高い情報信号と比較して、より長い伝送距離を確保できるため、無線制御局の圏内に位置する無線局は、伝送速度の大きい情報信号を直接送受信できない場合であっても、制御信号を直接送受信することができる。すなわち、本発明では、情報信号の送受を行う経路とは関係なく、制御信号を低速通信により送受信することにより、低速通信による制御信号の通信経路と、高速通信による情報信号の通信経路の２通りの通信経路を取りうることとなる。
【００１４】
また、圏内にある無線局は、通信を行う際に、無線制御局に対して、直接的に通信チャネルに空きがあるかどうかの確認を行うため、無線制御局にチャネルの空きがないときに、無線局から無線中継局への無駄な送信を回避することができる。
【００１５】
上記発明においては、無線局は、受信された制御信号の受信レベルに応じて、高速通信を実行するか否かの判断を行うことが好ましい。この際、情報信号の伝送速度に応じて前記受信レベルの閾値を設定し、測定した受信レベルにと前記閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記判断を行うことができる。例えば、無線局は、パイロット信号受信レベルがある閾値より大きい場合、無線制御局との直接通信可能であると判断し、閾値より小さい場合は、直接通信不可能と判断する。直接通信可能な場合は、従来のセルラ通り、無線制御局との折衝によって通信を開始する。直接通信不可能な場合、無線局は他の無線局（無線中継局）に対し、中継を要求する中継制御信号を送信する。
【００１６】
この場合には、無線局と無線制御局とがパイロット信号（制御信号）を送受信することで、無線局はパイロット信号の受信レベルから無線制御局との距離（電波の伝搬距離）を推定することができ、この受信レベルに基づいて、無線局は無線制御局との直接接続を判定することができる。
【００１７】
上記発明においては、無線局は、制御信号を介して他の無線局に中継を要求し、この要求に対する回答に応じて、他の無線局を介して無線制御局への中継経路を確立する。一方、他の無線局は、当該無線局から、中継を要求する中継制御信号を受信し、この要求に対する回答用の中継制御信号を送信し、他の無線局から無線制御局への中継経路を確立する。このとき、要求を受信した無線局は、受信された中継制御信号の受信レベルに応じて、中継経路を確立するか否かの判断に従って、回答用の中継制御信号を送信することが好ましい。
【００１８】
これにより、無線制御局との直接接続が不可能な場合であっても、さらに、他の無線中継局を通じて、データの送受信を行うことができる。なお、この中継制御信号を多段中継することにより、定められた中継回数以内で無線制御局への接続が可能と判断された場合には、通信経路を設定し、その経路を用いて、情報信号の通信を行う。
【００１９】
なお、一般的に、高速通信には低速通信よりも大きな受信電力が必要となるため、無線局は、送受信する伝送速度に応じて、無線制御局との直接通信の可否の判定に用いるパイロット信号受信レベル基準値を変化させる機能を備えることが望ましい。
【００２０】
さらに、パイロット信号を無線制御局との直接通信の可否判定のみに用いるのではなく、無線局は、中継経路を探索する際に、パイロット信号受信レベルが自局の受信レベルより大きな無線中継局を選択することで、余分な中継をすることなく、無線制御局までの経路を確保することができる。
【００２１】
また、上記発明において、中継可能な無線局が複数あった場合に、通信状態に応じて、これらの回答を送信した無線局の中から条件を満たす無線局を選択することが好ましい。すなわち、複数の無線中継経路の候補が存在する場合には、ホップ数、送信電力、無線制御局までの送信電力の和などから通信経路となる無線中継局を選択する。なお、適切な無線中継局が存在しない場合は、通信不能と判定する。このように無線局によって、中継制御信号の絞り込みを行うことによって、制御情報量の削減が図れる。
【００２２】
上記発明においては、無線制御局は、無線局までの中継経路を決定し、この決定された通信経路を、当該中継経路上に位置する無線局に対して通知することが好ましい。このとき、決定された中継経路上に位置する無線局における通信チャネルを割り当て、当該通信経路上に位置する各無線局は割り当てられた通信チャネルを通じて、情報信号の送受信を行うことができる。
【００２３】
このように、本発明における最適な通信経路の決定は、送信元無線局によると場合と、無線制御局による場合とがある。無線制御局によって通信経路が行われるときには、多段中継された中継要求の中継制御信号は、無線制御局までの経路が確定された後、逆順の経路を通って、送信元無線局に経路確保の中継制御信号を送信する。そして、無線局は、複数の経路確保の中継制御信号から、最適となる通信経路を決定する。
【００２４】
また、無線制御局によって通信経路を決定する場合、中継要求の中継制御信号は、多段中継によって、無線制御局に伝達される。無線制御局では、受信した複数の中継制御信号から最適となる通信経路を決定する。
【００２５】
さらに、制御信号によって無線制御局は、圏内にある無線局全てと直接通信可能であるため、各無線局及び無線中継局が通信に用いるチャネルを無線制御局が一括で決定し通知することが可能である。
【００２６】
以上は、無線局が通信を要求する場合であるが、無線制御局から無線局へ通信開始を要求する場合、無線制御局は、通信開始要求信号を無線局に対して送信し、通信開始要求信号を受信した無線局は、無線制御局までの経路を確保し、その経路に従って通信を開始する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
（システムの構成）
本発明のマルチホップ通信システムの第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るマルチホップ通信システムの全体図を示す概略構成図である。
【００２８】
同図（ａ）に示すように、本実施形態では、コアネットワーク等に接続された無線制御局１と、この無線制御局１が管轄するエリアＡの内外に点在する無線局２１，２２，３１〜３３とから構成されている。なお、エリアＡは、同図（ｂ）に示すように、複数隣接して配置されており、各々のエリアＢが一部重複している。無線局２１，２２は、無線制御局１と直接通信が可能なエリアＡ内に在圏し、無線局３１〜３３は、情報信号を介しては無線制御局１と直接通信はできないが、パイロット信号を介しての直接通信は可能なエリアＡ外のエリアＢ内に在圏している。
【００２９】
本実施形態に係るシステムにおいて、パイロット信号や通信開始要求信号などの制御信号は低いビットレートで送信され、エリアＡ外であってエリアＢ内の範囲では、無線制御局１に対して高い伝送速度（ビットレート）で直接的な通信が確立できない無線局（ここでは、無線局３１〜３３）であっても、低い伝送速度（ビットレート）のパイロット信号や制御信号の認識が可能となっている。
【００３０】
図２は、本実施形態に係る無線制御局１及び各無線局２１，２２，３１〜３３の内部構成を示すブロック図である。図２（ａ）に示すように、無線制御局１は、パケットの送受信を行う通信部１１と、パイロット信号などの制御信号を低ビットレートで送受信するための制御信号送受信部１２及び制御信号処理部１４と、当該無線制御局１における空き通信チャネルを検索し制御信号を通じて通知する通信チャネル管理部１５と、通信経路を決定する通信経路決定部１７と、データ信号などの情報信号を高速ビットレートで送受信する情報信号送受信部１３及び情報信号処理部１６とを備えている。
【００３１】
通信経路決定部１７は、情報信号送受信部１３による情報信号の送受を行う経路の決定とは別途独立の処理により、制御信号送受信部１２によって制御信号の送受を行う経路を決定するモジュールであり、本実施形態では、制御信号処理部１４，通信チャネル管理部１５及び情報信号処理部１６と接続されている。制御信号処理部１４及び情報信号処理部１６は、この通信経路決定部１７の決定に従って、情報信号及び制御信号の送受信を行う。このとき、制御信号は、情報信号の送受を行う経路とは関係なく、制御信号送受信部１２を通じて、送受信される。なお、通信経路決定部１７が決定した経路に応じて、制御信号送受信部１２は、当該無線制御局１と無線局２２との間で直接行うことが可能であるとともに、複数の無線局を中継するマルチホップ通信も行うことができる。また、、本実施形態では、この通信経路決定部１７を無線制御局１に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記機能を有する通信経路決定部を、各無線局２１，２２，３１〜３３に設け、無線局側で、制御信号の送受を行う経路と情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定するようにしてもよい。
【００３２】
一方、無線局２１，２２，３１〜３３は、図２（ｂ）に示すように、パケットの送受信を行う通信部４１と、パイロット信号などの制御信号を低ビットレートで送受信するための制御信号送受信部４２及び制御信号処理部４４と、データ信号などの情報信号を高速ビットレートで送受信する情報信号送受信部４３及び情報信号処理部４６とを備えている。なお、制御信号処理部４４は、通信を開始する際に、無線制御局１に対して通信チャネルの使用状態について問い合わせを行う制御信号を制御信号送受信部４２を通じて送信する機能を有している。
【００３３】
（システムの動作）
以上の構成を有する本実施形態に係る無線通信システムの動作について説明する。図３は、無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。
【００３４】
同図に示すように、先ず、各無線局２１，２２，３１〜３３は、無線制御局１を介してコアネットワークに接続するために、本実施形態では、通信を開始する際に、通信経路に関わらず、無線制御局１に対して通信チャネルの使用状態について問い合わせを行う（Ｓ１０１）。具体的には、制御信号処理部４４が、通信を開始する際に、無線制御局１に対して通信チャネルの使用状態について問い合わせを行う制御信号を制御信号送受信部４２を通じて送信する。
【００３５】
これに応じて、無線制御局１において未使用の通信チャネルがあるか否かについて判断する（Ｓ１０２）。具体的には、制御信号送受信部１２及び制御信号処理部１４を通じて、通信チャネル管理部１５において制御信号を取得し、これに基づいて自局の通信チャネルの使用状態を検出する。
【００３６】
通信チャネル管理部１５において、未使用チャネルがあると判断した場合は（Ｓ１０２における”Ｙ”）、通信経路決定部１７において経路の探索を行い（Ｓ１０３）、高ビットレートによる直接接続が可能であるとして、情報信号送受信部１３及び情報信号処理部１６において通信を開始する（Ｓ１０４）。一方、ステップＳ１０２において、通信チャネル管理部１５が未使用の通信チャネルがないと判断した場合は、その時点で通信不可能とであるとし（Ｓ１０５）、通信を終了する。
【００３７】
（作用・効果）
このような本実施形態によれば、無線制御局１の通信チャネルの使用状態を予め問い合わせ、通信経路確保の可否に関わらず、その結果に応じて接続の可否を判断するため、各無線局は無駄な通信経路選択の動作を削減することができる。すなわち、本実施形態では、予め、無線制御局１の通信チャネルの使用状態の確認を行うため、無線制御局１の通信チャネルが塞がっているにもかかわらず、通信経路の探索や、通信の開始が実行されるのを回避することができ、行き先のない不要なパケットが送信されるのを防止し、不要なパケットの送信に費やされる処理やリソースの無駄を削減することができる。
【００３８】
［第２実施形態］
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る無線通信システムの内部構成を示すブロック図である。本実施形態では、無線局側において受信されるパイロット信号の受信レベルに応じて、接続の可否、及び接続方式を選択することを特徴とする。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、無線制御局１は、上述した第１実施形態と同様に、パケットの送受信を行う通信部１１と、パイロット信号などの制御信号を低ビットレートで送受信するための制御信号送受信部１２及び制御信号処理部１４と、当該無線制御局１における空き通信チャネルを検索し制御信号を通じて通知する通信チャネル管理部１５と、通信経路を決定する通信経路決定部１７と、データ信号などの情報信号を高速ビットレートで送受信する情報信号送受信部１３及び情報信号処理部１６とを備えている。
【００４０】
なお、通信経路決定部１７は、上述した第１実施形態と同様に、情報信号送受信部１３による情報信号の送受を行う経路の決定とは別途独立の処理により、制御信号送受信部１２によって制御信号の送受を行う経路を決定するモジュールであり、本実施形態では、制御信号処理部１４，通信チャネル管理部１５及び情報信号処理部１６と接続されている。制御信号処理部１４及び情報信号処理部１６は、この通信経路決定部１７の決定に従って、情報信号及び制御信号の送受信を行う。このとき、制御信号は、情報信号の送受を行う経路とは関係なく、制御信号送受信部１２を通じて、送受信される。なお、通信経路決定部１７が決定した経路に応じて、制御信号送受信部１２は、当該無線制御局１と無線局２２との間で直接行うことが可能であるとともに、複数の無線局を中継するマルチホップ通信も行うことができる。また、本実施形態では、この通信経路決定部１７を、無線制御局１に設けたが、上述した第１実施形態と同様に、上記機能を有する通信経路決定部を、各無線局２１，２２，３１〜３３に設け、無線局側で、制御信号の送受を行う経路と情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定するようにしてもよい。
【００４１】
一方、無線局２１，２２，３１〜３３は、図４（ｂ）に示すように、パケットの送受信を行う通信部４１と、パイロット信号などの制御信号を低ビットレートで送受信するための制御信号送受信部４２及び制御信号処理部４４と、データ信号などの情報信号を高速ビットレートで送受信する情報信号送受信部４３及び情報信号処理部４６とを備えているとともに、中継制御部４５と、受信レベル測定部４７と、判定部４８と、経路選択部４９とを備えている。
【００４２】
中継制御部４５は、他の無線局に対して中継を要求したり、又は他の無線局からの中継の要求に応じたりすることにより、マルチホップ接続を実行するモジュールであり、具体的には中継制御信号の生成、及び送受信を行う。
【００４３】
受信レベル測定部４７は、自局におけるパイロット信号の受信レベルを測定し、その測定結果を判定部４８に出力するモジュールである。判定部４８は、受信レベルの高低判断するための閾値を保持するとともに、受信レベル測定部４７による測定結果と閾値との比較から無線制御局１との直接通信が可能かどうかを判断するモジュールである。
【００４４】
経路選択部４９は、中継要求に応じて他の無線局から取得される中継制御信号が複数ある場合に、適切な通信経路を選択するモジュールである。この経路選択部４９による通信経路の選択については、種々の方法が挙げられる。
【００４５】
（１）ＳＩＲ及びホップ数に基づく選択
第１の方法としては、ＳＩＲ及びホップ数に基づいて、最適な経路を選択するものがある。この方法による場合、経路選択部４９は、図５（ａ）に示すように、受信した信号を復号する復号部４９ａと、パイロット信号を受信した際の自局における干渉信号レベルを測定する干渉レベル測定部４９ｄと、中継局（他の無線局や無線制御局１）の選択を行う選択部４９ｃと、ホップ数などの情報を記憶するための記憶部４９ｂと、自局の情報を中継制御信号に追記する中継信号生成部４９ｅとを備えている。
【００４６】
この場合において、中継制御信号は、図５（ｂ）に示すように、自局ＩＤ、送信元局ＩＤ、自局での干渉レベル、無線制御局１までのホップ数等の情報が含まれ、中継制御信号が受信される毎に、中継に係る各局は、自局ＩＤや自局での干渉レベル、ホップ数等を追記し、他の無線局へ転送する。各基地局では、自局における受信電力対干渉信号電力比（ＳＩＲ）や、ホップ数に基づいて、次に接続すべき無線局を選択する。具体的には、ホップ数（無線制御局１から自局までのホップ数）を最小となるものを選定し、ホップ数が同じ場合は、それらの局のうち、ＳＩＲが最大となるものを選択する。
【００４７】
詳述すると、図６に示すように、周辺の無線局から中継制御信号が受信されると（Ｓ５０１）、選択部４９ｃでは、カウンタｉを初期化した後（Ｓ５０２）、中継制御信号に含まれた各局におけるホップ数（Ｎｈｏｐ）＝ｉとなる信号の集合Ｓを抽出し（Ｓ５０３）、記憶部４９ｂに記憶する。ここで集合Ｓが空（ｎｕｌｌ）であるか否かが判断され（Ｓ５０４）、集合Ｓが空（ｎｕｌｌ）であれば、カウンタｉが、システムで規定された最大ホップ数に到達したか否かが判断される（Ｓ５０５）。カウンタｉが最大ホップ数に到達していなければ、カウンタｉに１を加算し（Ｓ５０６）、加算されたｉについて上記ステップＳ５０３以降の処理が再実行される。
【００４８】
そして、ステップＳ５０４で、ホップ数＝ｉとなる集合Ｓが空でなければ、集合Ｓの全ての要素に対して相対送信電力を算出し（Ｓ５０７）、算出された送信電力のうちＳＩＲが最小となる無線局が選択される（Ｓ５０８）。さらに、選択された無線局のホップ数ｉに、１を加算した値をホップ数（Ｎｈｏｐ）に代入し、処理を終了する（Ｓ５０９）。
【００４９】
これにより、ホップ数が最小であり且つＳＩＲが最大となる無線局を次の中継局として選択することができ、この選択した中継局に対して、自局の情報を追記した中継制御信号を送信することができる。
【００５０】
（２）相対的な送信電力量に基づく選択
経路選択部４９による他の経路選択処理としては、パイロット信号の受信ＳＩＲと、送信元における干渉レベルと空算出される相対的な送信電力が最小となる局を選択する方法が挙げられる。
【００５１】
この場合は、受信された中継制御信号のそれぞれから各基地局における送信電力を求め、送信電力の小さいものから順にソートし、ソート順にホップ数が所定値以内であるかのチェックを行い、所定値以内であれば、その局を次の接続局として選定する。ここでの、送信電力量の算出法としては、例えば、受信側の無線局の干渉レベルと、中継制御信号の受信ＳＩＲ値とを用いて、干渉レベルと受信ＳＩＲ値の差から求める。
【００５２】
詳述すると、図７に示すように、他の無線局から中継制御信号が複数受信されると（Ｓ６０１）、全ての中継制御信号について相対送信電力を算出し（Ｓ６０２）、この算出された相対送信電力について昇順となるようにソートを行う（Ｓ６０３）。
【００５３】
そして、カウンタｉを初期化した後（Ｓ６０４）、ｉ番目の中継制御信号が空（ｎｕｌｌ）であるかを判断し（Ｓ６０５）、ｉ番目の中継制御信号が存在していれば、その中継制御信号のホップ数が所定値以下であるかを判断する（Ｓ６０６）。中継制御信号のホップ数が所定値より大きい場合は、カウンタｉに１加算し（Ｓ６０７）、加算後のｉについて上記ステップＳ６０５以降の処理を再実行する。ステップＳ６０５で、ｉ番目の中継制御信号が存在していない場合、Ｎｈｏｐの値を１減算し、処理を終了する（Ｓ６１０）。
【００５４】
ステップＳ６０６でｉ番目の中継制御信号のホップ数が所定値以下であれば、当該中継制御信号を送信した無線局は、ホップ数が所定値以下という条件下で、相対的送信電力量が最小となる局であるとして、これを選択する（Ｓ６０８）。そして、当該選択された局のホップ数（Ｎｈｏｐ）に１を加算した値をホップ数（Ｎｈｏｐ）に代入して、処理を終了する（Ｓ６０９）。
【００５５】
これにより、ホップ数が所定値以下であるという条件の下、相対的な送信電力量が最小となる局を次の接続局として選択することができる。
【００５６】
（３）所要送信電力値の総和に基づく選択
さらに、経路選択部４９による他の経路選択処理としては、伝送経路上の各局の所要送信電力値の総和が最小となる伝送経路を選択する方法が挙げられる。
【００５７】
この場合、経路選択部４９は、図８（ａ）に示すように、干渉レベル測定部４９ｄと、復号部４９ａと、送信電力総和算出部４９ｆと、選択部４９ｃとから構成し、この選択部４９ｃは、記憶部４９ｂと、選択部４９ｃとにより構成する。また、中継制御信号には、図８（ｂ）に示すように、送信元の無線局ＩＤ、所要送信電力値が含まれ、中継制御信号が中継される毎に中継に係る無線局が、自局の情報を追記し、伝送経路上の全ての無線局の情報を含める。
【００５８】
そして、このような経路選択部４９では、図９に示すように、中継制御信号が受信されると（Ｓ７０１）、干渉レベル測定部４９ｄで、当該中継制御信号を受信した際の受信ＳＩＲを測定するとともに、中継制御信号に含まれた情報を復号し、各無線局における送信電力値を求める（Ｓ７０２）。
【００５９】
送信電力総和算出部４９ｆは、測定された受信ＳＩＲ、所望受信ＳＩＲ、直前の無線局における設定送信電力値を用いて、直前の無線局における所望ＳＩＲを満たす所要送信電力値を算出する。さらに、送信電力総和算出部４９ｆは、中継制御信号に含まれている全ての所要送信電力値と、当該中継制御信号について算出された所要送信電力値とを加算することにより、伝送経路上の各局についての所要送信電力値の総和を算出する（Ｓ７０３）。
【００６０】
その後、選択部４９ｃは、算出された所要送信電力値の総和と、記憶部に記憶されている所要送信電力値の総和とを比較し（Ｓ７０４）、小さい場合は、ステップＳ７０５に進み、そうでない場合にはステップに進む。
【００６１】
ステップＳ７０５では、中継制御信号の伝送経路が所要送信電力値の総和が最小の伝送経路であるとして、当該中継制御信号に含まれていた全ての識別情報及び所要送信電力値と、中継制御信号を送信してきた直前の無線局について算出された所要送信電力値とをもって、記憶部に記憶されている識別情報及び所要送信電力値を更新する。
【００６２】
そして、既に他の中継制御信号が受信されているかについて判断することにより（Ｓ７０６）全ての中継制御信号について上記処理を行った後、一定期間経過した後（Ｓ７０７及びＳ７０８）、記憶部４９ｂに記憶されている識別情報に基づいて、次の接続先を選択する。すなわち、複数の伝送経路の候補のうち、所要送信電力値の総和が最小となる無線局の識別子が記憶部に記憶されていることとなり、これに基づいて中継制御信号を生成し（Ｓ７０７）、次の無線局に送信する（Ｓ７１０）。
【００６３】
（システムの動作）
以上の構成を有する本実施形態に係る無線通信システムの動作について説明する。図１０は、無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。
【００６４】
先ず、各無線局２１，２２，３１〜３３は、通信を開始する際に、通信経路に関わらず、無線制御局１に対して通信チャネルの使用状態について問い合わせを行う（Ｓ２０１）。具体的には、制御信号処理部４４が、通信を開始する際に、無線制御局１に対して通信チャネルの使用状態について問い合わせを行う制御信号を制御信号送受信部４２を通じて送信する。
【００６５】
これに応じて、無線制御局１において未使用の通信チャネルがあるか否かについて判断する（Ｓ２０２）。具体的には、制御信号送受信部１２及び制御信号処理部１４を通じて、通信チャネル管理部１５において制御信号を取得し、これに基づいて自局の通信チャネルの使用状態を検出する。このステップＳ２０２において、通信チャネル管理部１５が未使用の通信チャネルがないと判断した場合（Ｓ２０２における”Ｎ”）は、その時点で通信不可能とであるとし（Ｓ２０８）、通信を終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ２０２において、通信チャネル管理部１５が、未使用チャネルがあると判断した場合は（Ｓ２０２における”Ｙ”）、受信レベル測定部４７が無線局におけるパイロット信号の受信レベルを測定し（Ｓ２０３）、判定部４８が、その測定結果と閾値との比較から無線制御局１との直接通信が可能かどうかを判断する（Ｓ２０４）。
【００６７】
Ｓ２０４において閾値を超えると判断した場合（Ｓ２０４における”Ｙ”）には、無線制御局１との直接通信（シングルホップ接続）により通信を開始する（Ｓ２０９）。具体的には、通信経路決定部１７において経路の探索を行い、情報信号送受信部１３及び情報信号処理部１６において通信を開始する。
【００６８】
一方ステップＳ２０４で、判定部４８が、閾値を超えないと判断した場合（Ｓ２０４における”Ｎ”）には、中継制御部４５により、周辺の無線局に対して中継制御信号を送信し、中継の可否について問い合わせを行う（Ｓ２０５）。中継が可能であると判断した場合には（Ｓ２０６における”Ｙ”）、当該中継制御信号を返信した無線局を介して無線制御局１との通信を行う（マルチホップ接続）。一方、ステップＳ２０６において中継が不可能であると判断した場合には、接続不能であるとして通信を終了する（Ｓ２０８）。
【００６９】
この通信手順について、図１に示す無線局２１，３１及び３２を例に説明する。図１１は、本実施形態における無線局及び無線制御局１間の信号の送受信を示すシーケンス図である。
【００７０】
先ず、同図に示すように、常時、各無線局２１，３１及び３２は、無線制御局１からパイロット信号を一定時間間隔で受信している（Ｓ３０１）。そして、通信開始時に無線局３２は、低ビットレートの制御信号により、無線制御局１に対して、通信可能かどうかの問い合わせである通信要求信号を送信する（Ｓ３０２）。これに応じて、無線制御局１では、通信チャネルに空きがあるかどうかに基づいて、通信可否を判定し、その結果を無線局３２に対して通知する（Ｓ３０３）。
【００７１】
次に、無線制御局１の通信チャネルに空きがあり、通信可能と判断された場合、無線局３２は、無線制御局１から一定時間間隔で送信されているパイロット信号のうち、最近受信した信号の受信レベルに基づいて、無線制御局との直接通信の可否を判定する（Ｓ３０４）。この判定は、通信開始時ではなく、パイロット信号を受信する毎に行われてもよく、そうすることで、処理に係る電力を消費する代わりに、より高速な経路探索が可能とすることができる。
【００７２】
ステップＳ３０４において、直接通信可能と判定された場合は、無線局３２と無線制御局１は制御信号のやり取りによって、通信を確立する。一方、直接通信が不可能であると判定された場合は、無線局３２は、周辺無線中継局（無線局２１及び３１）に対して、マルチホップ通信の中継を要求する中継制御信号を送信する（Ｓ３０５）。
【００７３】
無線局３２との通信が可能な場合（ここでは、無線局２１）、無線制御局１からのパイロット信号の受信レベルから、無線制御局１との直接通信が可能かどうかを判断する（Ｓ３０６）。無線制御局１と通信可能と判断された無線局２１は、通信可能な中継制御信号を無線局３２に送信する（Ｓ３０８）。なお、無線制御局１との直接接続が無線局２１においても不可能であるときは、無線局２１は、さらに、周辺無線局に対して、中継制御信号を送信する。この中継制御信号を多段中継し、無線制御局１への直接接続が可能な無線中継局まで到達したら、今度は逆に、無線局３２に対して、通信可能の中継制御信号を多段中継することで、無線制御局１までの経路を決定する。ここでは、無線局２１が、無線局３２に通信可能の制御信号を送信することで、通信経路が決定する。
【００７４】
（変更例）
なお、上記の実施形態を適用する際、無線局間でやり取りする制御信号に自局のパイロット信号受信レベルを付加するようにしてもよい。この場合には、中継局となる条件として、受信ＳＩＲやホップ数などに加え、制御信号に付加された他局におけるパイロット信号受信レベルをも中継選択基準とする。そして、中継局を選択する際に、自局よりも受信レベルの高い無線中継局を選択することによって、無線局から無線制御局へ接続するにあたり、余分な中継経路を通ることを防止することができる。
【００７５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本実施形態における無線通信の手順を示すシーケンス図である。本実施形態では、無線制御局１との直接通信が可能である場合に、無線局から無線制御局１に対して、通信経路確定要求を送信し、これに応じて無線制御局１から通信経路確定信号を無線局に送信することで、各々局が通信経路を認識して通信を開始することを特徴とする。
【００７６】
先ず、図１２に示すように、常時、各無線局２１，３１及び３２は、無線制御局１からパイロット信号を一定時間間隔で受信している（Ｓ４０１）。そして、通信開始時に無線局３２は、低ビットレートの制御信号により、無線制御局１に対して、通信可能かどうかの問い合わせである通信要求信号を送信する（Ｓ４０２）。これに応じて、無線制御局１では、通信チャネルに空きがあるかどうかに基づいて、通信可否を判定し、その結果を無線局３２に対して通知する（Ｓ４０３）。
【００７７】
次に、無線制御局１の通信チャネルに空きがあり、通信可能と判断された場合、無線局３２は、無線制御局１から一定時間間隔で送信されているパイロット信号のうち、最近受信した信号の受信レベルに基づいて、無線制御局との直接通信の可否を判定する（Ｓ４０４）。この判定は、通信開始時ではなく、パイロット信号を受信する毎に行われてもよく、そうすることで、処理に係る電力を消費する代わりに、より高速な経路探索が可能となる。
【００７８】
ステップＳ４０４において、直接通信可能と判定された場合は、無線局３２と無線制御局１は制御信号のやり取りによって、通信を確立する。一方、直接通信が不可能であると判定された場合は、無線局３２は、周辺無線中継局（無線局２１及び３１）に対して、マルチホップ通信の中継を要求する中継制御信号を送信する（Ｓ４０５）。
【００７９】
無線局３２との通信が可能な場合（ここでは、無線局２１）、無線制御局１からのパイロット信号の受信レベルから、無線制御局１との直接通信が可能かどうかを判断する（Ｓ４０７）。このステップＳ４０７に次いで、無線局２１は、無線制御局１に対して、通信経路確定要求を送信する（Ｓ４０８）。その信号を受信した無線制御局１は、通信経路確定信号を無線局２１及び無線局３２に送信することで、各々局が通信経路を認識し、通信を開始する（Ｓ４０９）。
【００８０】
本実施形態では、上記マルチホップ接続において、複数の無線中継局の候補が存在する場合、無線制御局１までのホップ数を最小とする経路を選択する。この方法について、図１３を用いて説明する。この図においては、無線局３１が通信を開始する場合を例示している。なお、図１３において四角囲みで表された数値は、無線制御局からのパイロット信号の受信レベルを表し、数値の小さい端末ほど高い受信レベルを得られていることとなる。
【００８１】
先ず、無線局３１は、無線制御局１との高ビットレートによる直接接続が不可能であるため、中継要求の中継制御信号を周辺無線局（無線局３２，３３）に送信する。
【００８２】
これに応じて、無線局３１との通信が可能であると判定する無線局は、マルチホップ接続のための中継処理を開始する。ここでは、中継制御信号を受信し、無線局３１と通信が可能であると判定する無線局は３２及び３３であり、これらの局もまた、無線制御局１との直接接続が不可能であるものとする。
【００８３】
無線局は３２及び３３は、さらに、中継制御信号を周辺無線局に送信する。この場合には、３２と３３は互い互いの中継制御信号を受信し合うこととなるが、中継制御信号に記載された各無線局におけるパイロット信号の受信レベル大小関係によって、３３から３２へと送信された中継リクエストは、無線局３２において無視される。３２から３１への中継制御信号、及び３３から３１への中継制御信号も同様に無視される。
【００８４】
このように、パイロット信号受信レベルの高い無線局へと中継制御信号を中継することで、リクエスト信号は、無線制御局１との直接通信が可能である無線局２２及び２１に到達する。そして、無線局２２及び２１は、リクエスト回答信号を無線局３１に送信する。
【００８５】
本実施形態において、最終的にリクエスト回答信号は、無線局３１に到着し、それによって、通信経路の候補として、
（１）３１→３３→３４→２２→無線制御局
（２）３１→３３→３４→２１→無線制御局
（３）３１→３２→３３→３４→２２→無線制御局
（４）３１→３２→３４→２２→無線制御局
（５）３１→３２→３４→２１→無線制御局
（６）３１→３２→２１→無線制御局
が挙げられ、無線局３１は、ホップ数が最小となる経路（６）を通信経路として選択する。
【００８６】
ホップ数を最小とする本実施形態においては、無線中継局３２から無線制御局までの経路が４通り無線局Ａに通知されていることになるが、このうち無線制御局までの経路は（６）が最小ホップとなっており、この経路のみを無線局３１に通知することで、無線局３１において、通知される通信経路の候補が３つに絞り込まれ、無線局３１が選択経路に要する負荷が軽減される。
【００８７】
また、別の制御形態として、通信可能の制御信号を中継制御信号と逆の経路で無線局に中継していくのではなく、無線制御局が制御信号の一つとして、経路確保の信号を中継経路上にある全ての局に対して報知する方法がある。この方法においては、無線局３１からの中継局情報の記載された中継制御信号は無線制御局に対しても送信され、無線制御局において、ホップ数が最小となる経路である経路（６）が選択される。
【００８８】
以上は、無線局が通信開始のリクエストをすることで、中継経路を決定する実施形態を挙げたが、携帯電話の着信やプッシュ型のメールサービスなど、無線制御局から無線局へ向けたリクエストによる通信が必要な状況も起こりうる。このような無線制御局からの通信開始リクエストに対しても、無線制御局は通信開始を要求する信号によって経路探索開始のリクエストを無線局に報知し、そのリクエストを受信した無線局が主体となって経路を探索する方法によって、対応可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明マルチホップ通信システム、無線制御局、無線局及びマルチホップ通信方法によれば、マルチホップセルラネットワーク等の通信システムにおいて、少量の制御情報により所定の通信速度を維持しつつ、端末間或いは端末と基地局間の適切な経路を確保することができる。
【００９０】
また、本発明によれば、通信開始前に、無線制御局に対して、通信チャネルの空きの有無を問い合わせることによって、高トラヒック時のエリアカバレッジを確保することができる。また、無線制御局との直接通信の可否をパイロット信号運受信レベルを利用してより無線制御局に近い無線中継局を選択することで、ルーティングの際の遠回りを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るマルチホップ通信システムの概要を示す全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る無線制御局及び無線局の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るマルチホップ通信方法の手順を示すフローチャート図である。
【図４】第２実施形態に係る無線制御局及び無線局の構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態に係る無線局の経路選択部の説明図である。
【図６】第２実施形態に係る無線局の経路選択部の動作を示すフローチャート図である。
【図７】第２実施形態に係る無線局の経路選択部の他の動作を示すフローチャート図である。
【図８】第２実施形態に係る無線局の経路選択部の他の例を示す説明図である。
【図９】第２実施形態に係る無線局の経路選択部の動作を示すフローチャート図である。
【図１０】第２実施形態に係るマルチホップ通信方法の手順を示すフローチャート図である。
【図１１】第２実施形態に係るマルチホップ通信方法の手順を示すシーケンス図である。
【図１２】第３実施形態に係るマルチホップ通信方法の手順を示すシーケンス図である。
【図１３】第３実施形態に係るマルチホップ通信方法により接続された中継経路を示す模式図である。
【符号の説明】
１…無線制御局
１１…通信部
１２…制御信号送受信部
１３…情報信号送受信部
１４…制御信号処理部
１５…通信チャネル管理部
１６…情報信号処理部
１７…通信経路決定部
２１，２２，３１〜３３…無線局
３１〜３３…無線局
４１…通信部
４２…制御信号送受信部
４３…情報信号送受信部
４４…制御信号処理部
４５…中継制御部
４６…情報信号処理部
４７…受信レベル測定部
４８…判定部
４９…経路選択部
４９ａ…復号部
４９ｆ…所要送信電力総和算出部
４９ｃ…選択部
４９ｂ…記憶部
４９ｆ…送信電力総和算出部
４９ｄ…干渉レベル測定部
４９ｅ…中継信号生成部

Claims (22)

1. コアネットワークに接続された無線制御局と、他の無線局からの信号を中継する機能を有する１乃至複数の無線局により構成されたマルチホップ通信システムであって、前記無線制御局は、
   局間における通信接続のための制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
   情報信号を送受信する情報信号送受信部と、
   前記制御信号の送受を行う経路と前記情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定する通信経路決定部と
   を備え、前記無線局は、
   前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
   前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と
   を有することを特徴とするマルチホップ通信システム。
2. コアネットワークに接続された無線制御局と、他の無線局からの信号を中継する機能を有する１乃至複数の無線局により構成されたマルチホップ通信システムであって、前記無線制御局は、
   局間における通信接続のための制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
   情報信号を送受信する情報信号送受信部と、
   前記情報信号の送受を行う経路の決定とは別途独立の処理により、前記制御信号の送受を行う経路を決定する通信経路決定部と
   を備え、前記無線局は、
   前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
   前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と、
   前記情報信号の送受を行う経路を決定する通信経路決定部と
   を有することを特徴とするマルチホップ通信システム。
3. 前記無線制御局は、無線局に対して通信経路確保を要求する制御信号を送信し、
   前記無線局は、前記制御信号送受信部により前記無線制御局からの通信経路確保を要求する制御信号を受信する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチホップ通信システム。
4. 前記無線制御局は、当該無線制御局における通信チャネルの使用状態を、前記制御信号を通じて通知する通信チャネル管理部を有し、
   前記無線局は、前記通信チャネル管理部に対して、前記制御信号を通じて、前記無線制御局における通信チャネルの使用状態の問い合わせを行い、この問い合わせに対する通知に従って、前記情報信号を送受信する
   ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のマルチホップ通信システム。
5. コアネットワークに接続され、他の無線局からの信号を中継する機能を有する１乃至複数の無線局に対してマルチホップ通信を行う無線制御局は、
   局間における通信接続のための制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
   情報信号を送受信する情報信号送受信部と、
   前記制御信号の送受を行う経路を決定する通信経路決定部と
   を備えることを特徴とする無線制御局。
6. 前記通信経路決定部は、前記情報信号の送受を行う経路を決定する機能をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の無線制御局。
7. 前記無線制御局は、無線局に対して通信経路確保を要求する制御信号を送信し、前記無線局からの応答に基づいて通信経路を決定することを特徴とする請求項５又は６に記載の無線制御局。
8. 前記無線制御局は、当該無線制御局における通信チャネルの使用状態を、前記制御信号を通じて通知する通信チャネル管理部を有することを特徴とする請求項５乃至７に記載の無線制御局。
9. 前記通信経路決定部は、前記無線局までの中継経路を決定し、この決定された通信経路を、当該中継経路上に位置する無線局に対して通知する機能を有することを特徴とする請求項５乃至８に記載の無線制御局。
10. 前記通信経路決定部は、前記決定された中継経路上に位置する無線局における通信チャネルを割り当て、当該通信経路上に位置する各無線局は割り当てられた通信チャネルを通じて、前記情報信号の送受信を行うことを特徴とする請求項９に記載の無線制御局。
11. コアネットワークに接続された無線制御局を介して通信を行う無線局であって、
    前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
    前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と、
    前記制御信号の送受を行う経路と情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定する通信経路決定部と
    を有することを特徴とする無線局。
12. コアネットワークに接続された無線制御局を介して通信を行う無線局であって、
    前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
    前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と
    を有し、
    前記無線制御局に対して、前記制御信号を通じて、前記無線制御局における通信チャネルの使用状態の問い合わせを行い、この問い合わせに対する通知に従って、前記情報信号を送受信することを特徴とする無線局。
13. コアネットワークに接続された無線制御局を介して通信を行う無線局であって、
    前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
    前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と
    を有し、
    前記無線局は、前記制御信号送受信部により受信された前記制御信号の受信レベルに応じて、前記情報信号送受信部による通信を実行するか否かの判断を行う判定部を有することを特徴とする無線局。
14. 前記判定部は、前記情報信号の伝送速度に応じて前記受信レベルの閾値を設定し、測定した受信レベルにと前記閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記判断を行うことを特徴とする請求項１３に記載の無線局。
15. コアネットワークに接続された無線制御局を介して通信を行う無線局であって、
    前記制御信号を送受信する制御信号送受信部と、
    前記情報信号を送受信する情報信号送受信部と
    を有し、
    前記無線局は、前記制御信号送受信部を介して、他の無線局に中継を要求する中継制御信号を送信し、この要求に対する回答に応じて、前記他の無線局を介して前記無線制御局への中継経路を確立する中継制御部を有することを特徴とする無線局。
16. 前記要求に対する回答が複数あった場合に、通信状態に応じて、これらの回答を送信した無線局の中から条件を満たす無線局を選択する経路選択部を有することを特徴とする請求項１５に記載の無線局。
17. 前記無線局は、前記制御信号送受信部を介して、他の無線局から、中継を要求する中継制御信号を受信し、この要求に対する回答用の中継制御信号を送信し、前記他の無線局から前記無線制御局への中継経路を確立する中継制御部を有することを特徴とする請求項１２に記載の無線局。
18. 前記中継制御部は、受信された前記中継制御信号の受信レベルに応じて、前記中継経路を確立するか否かの判断を行う判定部に従って、前記回答用の中継制御信号を送信することを特徴とする請求項１７に記載の無線局。
19. 前記中継制御信号には、各無線局から前記無線制御局までのホップ数に関する情報が含まれ、
    前記経路選択部は、前記中継制御信号に含まれるホップ数に関する情報に基づいて無線局を選択することを特徴とする請求項１６に記載の無線局。
20. 前記中継制御信号には、各無線局における干渉レベルに関する情報が含まれ、
    前記経路選択部は、前記中継制御信号に含まれる干渉レベルに関する情報に基づいて無線局を選択することを特徴とする請求項１６に記載の無線局。
21. コアネットワークに接続された無線制御局と、他の無線局からの信号を中継する機能を有する１乃至複数の無線局により構成されたマルチホップ通信方法であって、
    前記無線局から、前記無線制御局に対して、制御信号を通じて、前記無線制御局における通信チャネルの使用状態の問い合わせを行うステップ（１）と、
    前記制御信号の送受を行う経路と前記情報信号の送受を行う経路とを別途独立の処理により決定し、決定された経路を通じて前記制御信号を送受信し、この制御信号を通じて当該無線制御局における通信チャネルの使用状態を前記無線局に通知するステップ（２）と、
    この通知に従って、情報信号を送受信するステップ（３）と
    を有することを特徴とするマルチホップ通信方法。
22. 前記制御信号の送受は、前記無線制御局と前記無線局との間で直接行うことを特徴とする請求項２１に記載のマルチホップ通信方法。

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