JP2007235828A - 自律分散周波数割当方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク規模が増加しても、局所解となる周波数に収束することなく、隠れ端末問題が生じない周波数配置への配置成功率を向上できるようにした自律分散周波数割当方法を提供する。
【解決手段】周波数設定アルゴリズムにより対象リンクの周波数を設定する（ステップＳ１０１）。設定された周波数が隠れ端末問題リンクとなる場合に（ステップＳ１０２）、設定周波数が規定期間を越えて変化していないかどうかを検出する（ステップＳ１０８）。設定周波数が規定期間を越えて変化していない場合には、局所解への収束とみなし、周波数配置を変更する処理を行う（ステップＳ１０９）。これにより、ネットワーク規模が増加しても、局所解となる周波数に収束することがなくなり、隠れ端末問題が生じない周波数配置への配置成功率を向上できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の周波数が使用可能な無線通信システムで通信可能な無線局間で形成されるリンクの周波数を自律分散的に選択する自律分散周波数割当方法に関する。

ワイヤレスアドホックネットワークは、マルチホップ通信の実現により、柔軟かつ容易にネットワークを構築できる。つまり、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１１の無線ＬＡＮ(Local Area Network)プロトコルでは、アドホックモードがサポートされている。アドホックモードは、アクセスポイントを介さず、ノード同士で直接データ通信を行うものである。もし、相手先の無線局が離れた位置にあり、直接通信できない場合にも、各無線局の間でデータを中継することができれば、データ転送によりその無線局との通信が可能である。ワイヤレスアドホックネットワークは、このようなネットワークシステムを簡単に構築することができる。このようなネットワークシステムは、拡張性に優れており、軍事、警察、災害時の一時的な通信インフラや、無線ホームネットワークの構築、無線ＬＡＮエリアの拡大に適した技術であり、近年、各方面への適用が検討されている。

しかしながら、このような従来のネットワークシステムでは、所謂隠れ端末の問題が発生する。この隠れ端末の問題について、図１１及び図１２を用いて説明する。

無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)制御が行われている。ＣＳＭＡ／ＣＡは、送信が必要になった無線局は、まず他の局が通信中であるか否かを判断して、通信中ではない（アイドル）という条件が満たされれば信号の送信を開始する。通信中であるか否かの判断のために、キャリアセンスが行われる。そして、キャリアが検知されないときには、アイドル状態であると判断して、送信が開始される。

送信を開始するときには、送信側の無線局からはＲＴＳ(Request to Send)が送られる。そして、受信側の無線局は、受信準備が完了したなら、ＣＴＳ(Clear to Send)を送信する。そして、近接する他の無線局では、ＣＴＳ又はＲＴＳに示されているデュレーションを読み取り、その間は、キャリアセンスによらずに、送信が禁止される(NAV:Network Allocation Vector)。

例えば、図１１に示すように、無線局Ｔ１０１〜Ｔ１０５が配置されているとする。そして、図１１に示すように、各無線局Ｔ１０１〜Ｔ１０５に通信範囲が設定されているとする。

ここで、無線局Ｔ１０２から無線局Ｔ１０１にデータ送信が行われるとする。この場合、無線局Ｔ１０２は、キャリアセンスを行い、キャリアが検知されなければ、図１２（Ｂ）に示すように、ＲＴＳを送信する。無線局Ｔ１０１は、無線局Ｔ１０２からのＲＴＳを受信すると、図１２（Ａ）に示すように、受信準備が完了したことを示すＣＴＳを送信する。また、無線局Ｔ１０３は、無線局Ｔ１０２からのＲＴＳを受信すると、図１２（Ｃ）に示すように、ＮＡＶとなり、送信禁止となる。そして、無線局Ｔ１０２は、無線局Ｔ１０１からのＣＴＳを受信すると、図１２（Ｂ）に示すように、無線局Ｔ１０１に向けてデータ（ＤＡＴＡ）の送信を開始する。

ここで、無線局Ｔ１０２から無線局Ｔ１０１にデータが送信されている最中に、無線局Ｔ１０５から無線局Ｔ１０４へのデータ送信が行われるとする。この場合、無線局Ｔ１０５は、キャリアセンスを行い、アイドルであれば、図１２（Ｅ）に示すように、ＲＴＳを送信する。

無線局Ｔ１０４は、無線局Ｔ１０５からのＲＴＳを受信すると、受信準備が完了したことを示すＣＴＳを送信する。しかしながら、無線局Ｔ１０３では、図１２（Ｃ）に示すように、無線局Ｔ１０２からのデータ（ＤＡＴＡ）と、無線局Ｔ１０４からのＣＴＳとの衝突が起こり、無線局Ｔ１０３は、無線局１０４からのＣＴＳを受信できない。

無線局Ｔ１０５は、無線局Ｔ１０４からのＣＴＳを受信すると、図１２（Ｅ）に示すように、無線局Ｔ１０４に向けてデータ（ＤＡＴＡ）の送信を開始する。

無線局Ｔ１０２のデータの送信が終了すると、無線局Ｔ１０１はエラーなくデータを受信できたかどうかを判断し、エラーなくデータが受信できたら、図１２（Ａ）に示すように、無線局Ｔ１０１は無線局Ｔ１０２にＡＣＫ(acknowledge)を送信する。

無線局Ｔ１０３は、前述のように、無線局１０４からのＣＴＳを受信できないため、無線局Ｔ１０５から無線局Ｔ１０４へのデータの送信を検知していない。このため、無線局Ｔ１０３は、図１２（Ｃ）に示すように、無線局Ｔ１０２から無線局Ｔ１０１への送信が終了したと判断すると、送信信号間隔（ＩＦＳ：Inter Frame Space）に続き、バックオフＢＯと呼ばれる時間キャリアセンスを行い、その間継続してアイドルであれば、送信権を得て、ＲＴＳを送信する。したがって、無線局Ｔ１０４では、図１２（Ｄ）に示すように、無線局Ｔ１０３からのＲＴＳと、無線局Ｔ１０５からのデータ（ＤＡＴＡ）との衝突が起こる。

このように、この例では、無線局Ｔ１０１と無線局Ｔ１０２とのリンクと、無線局Ｔ１０４と無線局Ｔ１０５とのリンクとでそれぞれ通信を行っているが、これとは無関係の無線局Ｔ１０３の存在が隠れ端末問題を生じさせる。この場合、端末Ｔ１０３と端末Ｔ１０２とのリンクと、端末Ｔ１０５と端末Ｔ１０４のリンクが隠れ端末問題リンクとなる。

このように、ワイヤレスアドホックネットワークに本規格を単―周波数で適用すると、隠れ端末の問題が生じ、これにより、スループットが劣化するという問題が生じる。

これに対して、複数の周波数が使用可能である無線アドホックネットワークでの自律分散周波数割当方法では、隠れ端末問題を回避するための周波数配置条件を規定している。周波数割当を行うリンク（対象リンク）を形成する無線局は、接続可能な無線局との間でリンク情報（接続可能な無線局がリンクを形成する無線局とその設定周波数のペア）を交換することで、周辺リンク（直接通信可能な無線局が形成するリンク）の周波数配置状況を把握し、周辺リンク内で該周波数配置条件に反するリンク数、すなわち、隠れ端末問題を起こすリンク数を最小とする周波数を対象リンクに割り当てるものである。

図１３において、対象リンクをＬ１とした場合、対象リンクＬ１を形成する対象無線局Ｔ１，Ｔ２が直接通信可能な無線局はＴ１ではＴ２とＴ４であり、Ｔ２ではＴ１とＴ３とＴ５である。無線局Ｔ１では、直接通信可能な無線局Ｔ２，Ｔ４とのリンク情報の交換により、Ｔ１が把握する周辺リンクはＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ７(Ｔ２，Ｔ４のリンク情報の集合)となり、Ｔ１が把握する隠れ端末問題リンクとなりうるリンクは、Ｌ６，Ｌ７である。このとき、Ｔ１のリンク情報はＬ１，Ｌ２であり、Ｔ２のリンク情報はＬ１，Ｌ３，Ｌ４であり、Ｔ４のリンク情報はＬ２，Ｌ６，Ｌ７である。隠れ端末問題リンクとなりうるリンクは、Ｔ１が把握する周辺リンクから対象無線局であるＴ１，Ｔ２のリンク情報のリンクを除いたリンク：Ｌ６，Ｌ７である。同様に、無線局Ｔ２では、直接通信可能な無線局Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５とのリンク情報の交換により、Ｔ２が把握する周辺リンクはＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ９となり、Ｔ２が把握する隠れ端末問題リンクとなりうるリンクはＬ５，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ９である。

対象リンクに対する隠れ端末問題が発生しうるリンクは、対象無線局が把握している隠れ端末問題リンクとなりうるリンクから共通リンクを除くリンクである。これは、後述する周波数配置条件の一つ（後述の（ｂ））に相当する。対象無線局Ｔ１，Ｔ２が把握している隠れ端末問題リンクとなりうるリンク情報を双方で交換することにより行われる。このとき、共通のリンクはＬ６であるため、本リンクを除いたリンクが対象リンクＬ１に対する隠れ端末問題リンクとなりうるリンク：Ｌ５，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９である。また、周辺リンクは自局が把握する周辺リンクの集合に、他方の対象無線局が把握する隠れ端末問題リンクとなるリンクを加えたリンク：Ｌ１~Ｌ９である。対象リンクと隠れ端末問題リンクとなりうるリンクの周波数が重複する場合に、隠れ端末問題リンクとなる。対象無線局間で隠れ端末問題リンクとなりうるリンクを交換することで、対象無線局が把握する周辺リンクと隠れ端末問題リンクとなりうるリンクのリンク情報を共有する。

ここで、隠れ端末問題を回避するための周波数配置条件は、隠れ端末問題リンクが発生しうるリンクと異なる周波数を対象リンクに割り当てることである。従って、複数の周波数が使用可能である無線アドホックネットワークでの自律分散周波数割当方法では、対象リンクＬ１は、周辺リンク内で隠れ端末問題リンク数を最小とするような周波数を割り当てる。

また、局所解となる周波数配置に収束しにくくするため、周辺リンク内の周波数配置を予測し、予測配置下で隠れ端末問題リンク数を最小とする周波数を割り当てる周波数配置予測方法が提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。
清水他「ワイヤレスアドホックネットワークにおける自律分散周波数配置方式の特性評価（その２）｛電気通信学会ソサイエティ大会、Ｂ−２４−４４、２００５」 清水他"Channel allocation Algorithm to Reduce Hidden Terminal Problem for Wireless Ad-hoc Network", IWS 2005/WPMC'05

しかしながら、従来の自律分散周波数割当方法では、無線局数の増加によりネットワーク規模が大きくなると周辺リンク以外のリンク、図１３ではリンクＬ１０〜Ｌ１２が増加し、対象リンクの周波数を決定するのに考慮されないリンク数が増加することから、局所解となる周波数配置に収束しやすいことが考えられる。

局所解となる周波数配置に収束しにくくするため、周辺リンク内の周波数配置を予測し、予測配置下で隠れ端末問題リンク数を最小とする周波数を割り当てる周波数配置予測方法（非特許文献１、非特許文献２）があるが、ネットワーク内に隠れ端末問題リンクが存在し、それらのリンクにおいて周波数変更が生じなければ、ネットワーク全体の周波数配置に変更は生じない。このとき、この周波数配置が局所解であるとすると、本方法では局所解となる周波数配置から逸脱できない。

図１４は、従来の周波数配置予測のアルゴリズムでのネットワーク毎の配置成功率を示している。ここでは、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すようなネットワークモデルを用いて、ネットワーク規模が増大した時の周波数配置予測方法の特性評価を行っている。なお、対象リンクはランダムに選択し、シード変えて１０００パターン実施している。ここで、配置成功率は、（隠れ端末問題を回避するための周波数配置が実現できたパターン数／総パターン数（１０００回））である。

図１５（Ａ）は、（４×４）の「１６」の無線局を格子状に配置したネットワークモデルであり、図１５（Ｂ）は、（５×５）の「２５」の無線局を格子状に配置したネットワークモデルである。無線局の通信範囲を隣接局及び対角局としている。このとき、総リンク数は、図１５（Ａ）の場合には「４２」となり、図１５（Ｂ）の場合には「７２」となる。また、隠れ端末問題を回避するための周波数配置を実現するには、周波数配置の総検索により両ネットワークとも５チャネル必要である。

図１４において特性Ａ１０１で示すように、図１５（Ａ）に示した（４×４）ののネットワークでは、配置成功率は１．０に達し、全パターンで隠れ端末問題を回避するための周波数配置を実現できている。ところが、図１４において特性Ａ１０２で示すように、図１５（Ｂ）に示した（５×５）のネットワークでは、配置成功率０．８２７で飽和し、局所解となる周波数配置に収束するパターンが存在することがわかる。これらの比較から、従来方法では、ネットワーク規模が大きくなると局所解となる周波数配置に収束しやすいという問題がある。

本発明は、上述の課題を鑑み、ネットワーク規模が増加しても、局所解となる周波数に収束することなく、隠れ端末問題が生じない周波数配置への配置成功率を向上できるようにした自律分散周波数割当方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、複数の周波数が使用可能な無線システムで通信可能な無線局間で形成されるリンクの周波数を自律分散的に選択する自律分散周波数割当方法において、周波数設定アルゴリズムにより対象リンクの周波数配置を設定し、設定された周波数配置が隠れ端末問題リンクとなる場合に、設定周波数配置が規定期間を越えて変化していないかどうかを検出し、設定周波数が規定期間を越えて変化していない場合には、局所解への収束とみなし、周波数配置を変更する処理を行うようにしたことを特徴とする自律分散周波数割当方法である。

請求項２の発明では、周波数設定アルゴリズムは、対象リンクの設定周波数として、使用可能周波数中に周波数配置条件を満たす周波数が存在するかどうかを判定し、使用可能周波数中に周波数配置条件を満たす周波数が存在する場合に、周波数配置条件を満たす周波数を対象リンクの周波数とし、使用可能周波数全てで周波数配置条件を満たす周波数が存在しない場合に、使用可能周波数毎に周波数配置条件を満たさないリンクの数を算出し、周波数配置条件を満たさないリンクの数が最小となる周波数を対象リンクの周波数とするようしたことを特徴とする。

請求項３の発明では、周波数設定アルゴリズムは、対象リンクが隠れ端末問題リンクとならない周波数配置があるかどうかの対象リンク判定処理を行い、対象リンクが隠れ端末問題リンクとならない場合には、その周波数配置条件を満たす周波数を対象リンクの周波数とし、使用可能周波数のうちどの周波数を用いても対象リンクが隠れ端末問題リンクとなる場合には、対象リンクの周辺リンクから周波数予測リンクを選択し、対象リンクと予測リンクで、使用可能周波数内で取りうる全ての周波数配置予測パターンを導出し、各周波数配置予測パターンと周辺リンクのうちで対象リンクにも予測リンクにも属さないリンクを現設定周波数とした周波数配置とを結合することで、周辺リンクの周波数配置パターンを作成し、周辺リンクの周波数配置パターンの中で隠れ端末問題リンク数が最小となるパターンを抽出し、そのパターンの対象リンクに相当する周波数を対象リンクの周波数とするようにしたことを特徴とする。

請求項４の発明では、規定期間は、固定した値であることを特徴とする。請求項５の発明では、規定期間は、変動値であることを特徴とする。

請求項６の発明では、周波数配置を変更する処理では、変更周波数の決定と、周波数変更リンクの選択を行うようにしたことを特徴とする。請求項７の発明では、この周波数変更リンクの選択は、対象リンクを選択するようにしたことを特徴とする。請求項８の発明では、この記周波数変更リンクの選択は、対象リンクを含む複数リンクを選択するようにしている。

本発明によれば、設定された周波数配置が隠れ端末問題リンクとなる場合に、設定周波数配置が規定期間を越えて変化していないかどうかを検出し、この検出の結果、設定周波数配置が規定期間を越えて変化していない場合には、局所解への収束とみなし、周波数設定を変更する処理を行うようにしている。このため、ネットワーク規模が増加しても、局所解となる周波数に収束することがなく、隠れ端末問題が生じない周波数配置への配置成功率を向上できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態の無線局の構成例である。図1に示すように、本発明の実施形態の無線局は、データ処理部１１と変復調部１２と高周波部１３からなる送受信処理部１４を複数有し、各々異なる周波数が割り当てられている。

上位レイヤからの入力データは、送受信制御部１５により送信先から次ホップの無線局を選択し、次ホップの無線局への送信に対応する送受信処理部１４へ振り分けられる。このとき、次ホップ先を含むヘッダがパケットに付与される。送受信制御部１５は、周波数割当処理部１６から、次ホップの無線局とのリンクとその設定周波数のペアであるリンク情報を取得することで振り分け先の送受信処理部１４を特定し、該当する送受信処理部１４へ出力する。送受信処理部１４へ入力されたデータは、データ処理部１１でパケット化され、変復調部１２で変調され、高周波部１３から送信される。なお、データ処理部１１では、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御方式に基づいて、データの送受信処理を行っている。また，他の無線局からの信号は、高周波部１３で受信され、変復調部１２で復調され、データ処理部１１に送られる。データ処理部１１でエラー検出等の処理が行われ、データ処理部１１から送受信制御部１５にデータが出力される。送受信制御部１５では、自局宛てであれば上位レイヤへ転送し、他局へ転送するデータであれば、次ホップの無線局に対応する送受信処理部１４へ出力する。周波数割当処理部１６では、リンク情報の交換から直接通信可能な無線局とのリンクの周波数を決定する。周波数の決定により、使用する送受信処理部１４が決定される。

図２は、周波数割当処理部１６の機能ブロック図である。図２において、リンク情報交換部２１からは、自局のリンク情報及び自局が把握する隠れ端末問題リンクとなりうるリンク情報が送受信制御部１５へ出力されると共に、他の無線局からのリンク情報及び他の無線局が把握する隠れ端末問題リンクとなりうるリンク情報が送受信制御部１５から入力される。隠れ端末問題リンクとなりうるリンクは、周波数配置条件設定部２３の周波数配置条件をもとに決定される。リンク情報は、リンクを形成する無線局と、そのリンクで使用している設定周波数の情報である。自局のリンク情報は、共通チャネルを使って周期的に、あるいは、他無線局からの要求に応じて、対応する送受信処理部１４へ出力され、ブロードキャストされる。自局が把握する隠れ端末問題リンクとなりうるリンク情報は、共通チャネル或いは通信チャネルに対応する送受信処理部１４へ出力され、対象無線局へ送信される。周辺の無線局から取得されたこれらのリンク情報をもとに、対象リンク毎に、周辺リンクのリンク情報と隠れ端末問題リンクとなりうるリンクのリンク情報を生成し、リンク情報設定部２２に保存する。

周波数配置条件設定部２３には、隠れ端末問題が生じないようにするための周波数配置条件が設定されている。周波数配置条件としては、以下のものが挙げられる。

（ａ）対象リンクの周波数は、隠れ端末問題リンクとなりうるリンクの設定周波数と異なる周波数である。

（ｂ）対象リンクを形成する無線局をＡ，Ｂとし、対象リンクの隠れ端末問題リンクとなりうるリンクを形成する無線局をＣ，Ｄとすると、無線局Ａと無線局Ｃ，無線局Ｂと無線局Ｄでリンクが形成できるとき、または、無線局Ａと無線局Ｄ、無線局Ｂと無線局Ｃでリンクが形成できるときに、無線局Ｃと無線局Ｄで形成するリンクを対象リンクの隠れ端末問題リンクとなりうるリンクとみなさず、対象リンクの周波数は、隠れ端末問題リンクとなりうるリンクの設定周波数と異なる周波数である。

以上の周波数配置条件のうちのどれか一つを満たせば、同一周波数で隠れ端末問題を引き起こすことはなく、隠れ端末問題を回避できる。

なお、ここで挙げた周波数配置条件では、２つの無線局間で通信が可能であるとき、周波数割当を行う対象リンクを形成する無線局を対象無線局、対象無線局のどちらか一方と通信可能な無線局を隣接無線局とする。隠れ端末問題リンクとなりうるリンクは、隣接無線局が対象無線局でない無線局との間で形成する通信可能なリンクである。

また、ここで挙げた周波数配置条件は一例であり、これ以外にも、隠れ端末問題を起こさないための周波数配置条件は考えられ、条件によって、隠れ端末問題リンクとなりうるリンクが異なってくる。また、隠れ端末問題リンクとなりうるリンクを把握するためのリンク情報の範囲も異なってくる。

周波数決定部２５では、リンク情報設定部２２に設定された対象リンク毎のリンク情報から、周波数割当を行う対象リンクの周辺リンクと隠れ端末問題リンクとなりうるリンクのリンク情報を取得し、周波数設定アルゴリズムを用いて、隠れ端末問題が起こらない、或いは、隠れ端末問題が最小化できる周波数を決定する。そして、送受信制御部１５へ通知され、この周波数に基づいて、対象リンクの送受信処理部１４が設定される。

また、本発明の第１の実施形態では、局所解検出カウンタ２６が設けられる。この局所解検出カウンタ２６は、対象リンク毎に用意され、対象リンクに隠れ端末問題があり、周波数配置の変更がない場合に、インクリメントされる。本発明の第１の実施形態では、この局所解検出カウンタ２６のカウント値から、設定周波数が規定期間を超えて変化していなことが検出され、これにより、局所解に陥ったかどうかが判断される。そして、周波数配置条件を満足しない周波数に設定されている場合に、局所解検出カウンタ２６が規定値以上に達したかどうかを判断し、局所解検出カウンタ２６が規定値以上に達したら、局所解に陥ったとして、設定周波数を変更する処理を行うようにしている。

図３及び図６は、本発明の第１の実施形態の処理を示すフローチャートである。図３において、周波数設定処理を行う（ステップＳ１０１）。本発明の第１の実施形態では、この周波数設定処理は、静的割当アルゴリズムにより行われる。

周波数が設定されたら、対象リンクが隠れ端末問題リンクであるかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。隠れ端末問題リンクであるかどうかは、前述した周波数配置条件を満足しているかどうかにより分かる。

隠れ端末問題リンクでない場合は、局所解検出カウンタ２６を初期化し（ステップＳ１０３）、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する（ステップＳ１０４）。

一方、ステップＳ１０２で、隠れ端末問題リンクである場合、対象リンクの周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置と比較する（ステップＳ１０６）。このとき、周波数配置に変更がある場合には、局所解への収束とみなさず、局所解検出カウンタ２６を初期化し（ステップＳ１０３）、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する（ステップＳ１０４）。

一方、周波数配置に変更がない場合には、局所解検出カウンタ２６をインクリメントする（ステップＳ１０７）。そして、局所解検出カウンタ２６のカウント値と局所解への収束を判定する規定値との比較を行う（ステップＳ１０８）。局所解検出カウンタ２６のカウント値が規定値未満である場合には、局所解への収束とみなさず、ステップＳ１０４に行き、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する。

ここで、隠れ端末問題のあるリンクで、周波数配置に変更がない場合、ステップＳ１０２、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０４のループを繰り返していくことにより、局所解検出カウンタ２６の値が増加していく。そして、規定期間以上、周波数配置に変更がないと、局所解検出カウンタ２６が規定値以上になる。このように、周波数変更がなく、局所解検出カウンタ２６が規定値以上になった場合には、局所解へ収束している可能性が高い。

そこで、局所解検出カウンタ２６の値が規定値以上である場合には、局所解への収束とみなし、周波数配置の変更処理を行う（ステップＳ１０９）。
周波数配置の変更処理では、周波数決定部２５において周波数変更リンクと変更周波数を決定し、リンク情報交換部２１に通知する。リンク情報交換部２１では、該当する周波数変更リンクを形成する無線局に対して、変更周波数による周波数変更通知を作成し、送受信制御部１５へ出力する。一方、他無線局からの周波数変更通知をリンク情報交換部２１にて受信した場合、周波数決定部２５に通知し、周波数決定部２５では、通知されたリンク対する周波数変更を実施する。

なお、局所解への収束と判定した場合、ステップＳ１０９では、変更周波数の決定と周波数変更リンクの選択を行う。変更周波数は、対象リンクの設定周波数を除く使用可能な周波数のうちで、周辺リンクの隠れ端末問題リンク数を最小とする周波数とするものである。また、周波数変更リンクの選択としては、対象リンクを選択する方法と対象リンクを含む複数リンクを選択する方法がある。複数リンクを選択する場合、（１）対象リンクを形成する無線局（対象無線局）が有する全てのリンクとする場合と、（２）対象リンクと（１）のうちで対象リンクを形成する２つの無線局がともに直接通信できる無線局（共通隣接無線局）との間で形成されるリンクとする場合がある。図４及び図５に、各々上記（１）、（２）の場合の周波数変更リンクの選択例を示す。

また、ステップＳ１０８における局所解への収束を判定する規定値は、固定値及び変動値をとりうる。固定値とは、周辺リンクの周波数変更が連続して固定回数生じない場合に局所解への収束とみなす。一方、変動値とは、規定値を、変動要素、本発明により実施した周波数変更処理回数を導入し、（固定値×上記周波数変更理回数）や（固定値×２＾（上記周波数変更回数−１））等で規定する。すなわち、周波数変更処理カウンタを設け、ステップＳ１０９で周波数変更処理が行われる毎に、この周波数変更処理カウンタをインクリメントしていく。この周波数変更処理カウンタのカウント値を導入して、局所解への収束を判定する際の規定値を設定する。

図３のステップＳ１０９で、周波数配置の変更の処理を行ったら、局所解検出カウンタ２６を初期化する（ステップＳ１１０）。そして、周波数変更後の周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶し（ステップＳ１１１）、処理を終了する。
なお、本処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１１１）は、周期的に実施される。ただし、新しい無線局の出現や既存無線局の撤去等に伴うトポロジーの変化があった場合等、非周期的に実施してもよい。

図６は、ステップＳ１０１の静的割当アルゴリズムによる周波数設定処理を示すものである。図６に示すように、使用可能周波数を設定周波数候補とし（ステップＳ２０１）、該候補から設定周波数を選択し（ステップＳ２０２）、設定周波数が存在するかどうかを判定する（ステップＳ２０３）。設定周波数が存在する場合には、設定周波数が周波数割当の周波数配置条件を満たすかどうかを判定し（ステップＳ２０４）、該周波数配置条件を満たす場合に、割当周波数を該設定周波数とする（ステップＳ２０５）。

該周波数配置条件を満たさない場合に、該設定周波数と該周波数配置条件を満たさないリンク数を記憶し（ステップＳ２０６）、該設定周波数を設定周波数候補から除外し（ステップＳ２０７）、再度、設定周波数の選択を実施する。設定周波数の選択ができない、すなわち、設定周波数候補がない場合には、該周波数配置条件を満たさないリンク数を最小とする周波数を割当周波数とする（ステップＳ２０８）。

（第２の実施形態）
図７〜図９は、本発明の第２の実施形態の処理を示すフローチャートである。前述の第１の実施形態では、周波数の設定アルゴリズムとして、静的割当アルゴリズムが用いられている。このアルゴリズムでは、周辺リンクで生じる変化を考慮していない。これに対して、この第２の実施形態では、周辺リンクの周波数変化を予測して、予測した周波数配置下で隠れ端末問題リンク数を最小とするような周波数配置予測アルゴリズムが用いられている。

図７において、周波数設定処理を行う（ステップＳ３０１）。本発明の第２の実施形態では、この周波数設定処理は、周波数配置予測アルゴリズムにより行われる。

周波数が設定されたら、対象リンクが隠れ端末問題リンクであるかどうかを判定する（ステップＳ３０２）。隠れ端末問題リンクであるかどうかは、前述した周波数配置条件を満足しているかどうかにより分かる。

隠れ端末問題リンクでない場合は、局所解検出カウンタ２６を初期化し（ステップＳ３０３）、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する（ステップＳ３０４）。

一方、ステップＳ３０２で、隠れ端末問題リンクである場合、対象リンクの周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置と比較する（ステップＳ３０６）。このとき、周波数配置に変更がある場合には、局所解への収束とみなさず、局所解検出カウンタ２６を初期化し（ステップＳ３０３）、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する（ステップＳ３０４）。

一方、周波数配置に変更がない場合には、局所解検出カウンタ２６をインクリメントする（ステップＳ３０７）。そして、局所解検出カウンタ２６のカウント値と局所解への収束を判定する規定値との比較を行う（ステップＳ３０８）。局所解検出カウンタ２６のカウント値が規定値未満である場合には、局所解への収束とみなさず、ステップＳ３０４に行き、現周辺リンクの周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶する。

ここで、隠れ端末問題のあるリンクで、周波数配置に変更がない場合、ステップＳ３０２、Ｓ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３０４のループを繰り返していくことにより、局所解検出カウンタ２６の値が増加していく。そして、規定期間以上周波数配置に変更がないと、局所解検出カウンタ２６が規定値以上になる。このように、周波数変更がなく、局所解検出カウンタ２６が規定値以上になった場合には、局所解へ収束している可能性が高い。

そこで、局所解検出カウンタ２６の値が規定値以上である場合には、局所解への収束とみなし、周波数の変更処理を行う（ステップＳ３０９）。この周波数の変更処理は、実施例1に記載通りに行われる。

そして、周波数の変更を行ったら、局所解検出カウンタ２６を初期化する（ステップＳ３１０）。そして、周波数変更後の周波数配置を前回処理時の周波数配置として記憶して（ステップＳ３１１）、処理を終了する。
なお、本処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３１１）は、周期的に実施される。ただし、新しい無線局の出現や既存無線局の撤去等に伴うトポロジーの変化があった場合等、非周期的に実施してもよい。

図８は、ステップＳ３０１の周波数配置予測アルゴリズムによる周波数設定処理を示すものである。

図８において、対象リンク判定処理を行い（ステップＳ４０１）、対象リンクが隠れ端末問題リンクであるかどうかを判断する（ステップＳ４０２）。対象リンクに対して、隠れ端末問題リンクとならない周波数が存在する場合には、該周波数を割当周波数とする（ステップＳ４０３）。使用可能周波数のうちどの周波数を用いても対象リンクが隠れ端末問題リンクとなる場合には、対象リンクの周辺リンクから周波数予測リンクを選択し（ステップＳ４０４）、対象リンクと予測リンクでは、使用可能周波数内で取りうる全ての周波数配置予測パターンを導出し、各周波数配置予測パターンと周辺リンクのうちで対象リンクにも予測リンクにも属さないリンクを現設定周波数とした周波数配置とを結合することで、周辺リンクの周波数配置パターンを作成する（ステップＳ４０５）。そして、周辺リンクの周波数配置パターンの中で隠れ端末問題リンク数が最小となるパターンを抽出し、そのパターンの対象リンクに相当する周波数を割当周波数とする（ステップＳ４０６）。

図８のステップＳ４０１の対象リンク判定処理は、図９に示すようにして行う。図９において、使用可能周波数を設定周波数候補とし（ステップＳ５０１）、該候補から設定周波数を選択し（ステップＳ５０２）、設定周波数が存在するかどうかを判定する（ステップＳ５０３）。設定周波数が存在する場合には、設定周波数が周波数割当の周波数配置条件を満たすかどうかを判定する（ステップＳ５０４）。該周波数配置条件を満たす場合には、対象リンクは隠れ端末問題リンクではないと判断する（ステップＳ５０５）。該周波数配置条件を満たさない場合に、該設定周波数と該周波数配置条件を満たさないリンク数を記憶し（ステップＳ５０６）、該設定周波数を設定周波数候補から除外し（ステップＳ５０７）、再度、設定周波数の選択を実施する。設定周波数の選択ができない、すなわち、設定周波数候補がない場合には、対象リンクは隠れ端末問題リンクであると判断する（ステップＳ５０８）。

図１０は、本発明の実施形態の配置成功率と、従来例の方法の場合の配置成功率とを比較したものである。

ネットワークモデルとしては、（５×５）の格子状に配置した「２５」の無線局（図１５（Ｂ）参照）を用いた。無線局の通信範囲は、隣接局及び対角局としている。この例は、周波数配置予測アルゴリズムでの配置成功率（第２の実施形態）を示している。ここで、配置成功率は隠れ端末問題を回避する周波数配置を実現したパターン数／総パターン数である。なお。使用可能周波数は「５」、対象リンクはランダムに選択し、シードを変えて１０００パターン実施している。また。局所解への収束を判定する規定値を固定値×本発明による周波数変更処理回数、固定値５とし、周波数変更リンクを対象リンク及び対象無線局と共通隣接無線局間で形成されるリンクとしている。

図１０より、従来の周波数配置予測アルゴリズム（特性Ａ１で示す）では、配置成功率が０．８２７で飽和し、局所解となる周波数配置に収束するパターンが存在することがわかる。一方、本発明による周波数変更方法を用いると、特性Ａ２で示すように、配置成功率が１．０に達しており、全パターンにおいて隠れ端末問題を回避する周波数配置が実現できる。

なお、上記実施形態においては、無線局が複数の送受信処理部１４を有し、異なる周波数が設定されている構成を一例としたが、周波数割当処理部１６での周波数決定をもとに、送受信処理部１４の周波数を変更することも可能である。（これにより、例えば、同一周波数をとる送受信処理部１４を複数有することが可能となる。）
また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、複数の無線局により構築される無線システムに適用することができ、特に、ワイヤレスアドホックネットワークに用いて好適である。

本発明が適用できる無線局の構成を示すブロック図である。 本発明が適用できる無線局における周波数設定部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の説明に用いるフローチャートである。 周波数変更リンクの選択の説明図である。 周波数変更リンクの選択の説明図である。 静的割当アルゴリズムの説明に用いるフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の説明に用いるフローチャートである。 周波数配置予測アルゴリズムの説明に用いるフローチャートである。 周波数配置予測アルゴリズムにおける対象リンクの判断処理の説明に用いるフローチャートである。 本発明の実施形態による配置成功率と従来の方法の場合の配置成功率との比較に用いるグラフである。 隠れ端末問題の発生の説明図である。 隠れ端末問題の発生の説明に用いるタイミング図である。 周辺リンクの特定の説明図である。 従来の自律分散周波数割当方法での配置成功率を示すグラフである。 ネットワークモデルの説明図である。

符号の説明

１１：データ処理部
１２：変復調部
１３：高周波部
２１：リンク情報交換部
２２：リンク情報設定部
２３：周波数配置条件設定部
２５：周波数決定部
２６：局所解検出カウンタ

Claims (8)

1. 複数の周波数が使用可能な無線システムで通信可能な無線局間で形成されるリンクの周波数を自律分散的に選択する自律分散周波数割当方法において、
   周波数設定アルゴリズムにより対象リンクの周波数配置を設定し、
   設定された周波数が隠れ端末問題リンクとなる場合に、該設定周波数配置が規定期間を越えて変化していないかどうかを検出し、
   前記設定周波数配置が規定期間を越えて変化していない場合には、局所解への収束とみなし、周波数配置を変更する処理を行う
   ようにしたことを特徴とする自律分散周波数割当方法。
2. 前記周波数設定アルゴリズムは、
   対象リンクの設定周波数として、使用可能周波数中に周波数配置条件を満たす周波数が存在するかどうかを判定し、
   使用可能周波数中に周波数配置条件を満たす周波数が存在する場合に、周波数配置条件を満たす周波数を対象リンクの周波数とし、
   使用可能周波数全てで周波数配置条件を満たす周波数が存在しない場合に、使用可能周波数毎に周波数配置条件を満たさないリンクの数を算出し、前記周波数配置条件を満たさないリンクの数が最小となる周波数を対象リンクの周波数とする
   ようしたことを特徴とする請求項１に記載の自律分散周波数割当方法。
3. 前記周波数設定アルゴリズムは、
   対象リンクが隠れ端末問題リンクとならない周波数配置があるかどうかの対象リンク判定処理を行い、
   対象リンクが隠れ端末問題リンクとならない場合には、その周波数配置条件を満たす周波数を対象リンクの周波数とし、
   使用可能周波数のうちどの周波数を用いても対象リンクが隠れ端末問題リンクとなる場合には、対象リンクの周辺リンクから周波数予測リンクを選択し、
   対象リンクと予測リンクで、使用可能周波数内で取りうる全ての周波数配置予測パターンを導出し、各周波数配置予測パターンと周辺リンクのうちで対象リンクにも予測リンクにも属さないリンクを現設定周波数とした周波数配置とを結合することで、周辺リンクの周波数配置パターンを作成し、
   周辺リンクの周波数配置パターンの中で隠れ端末問題リンク数が最小となるパターンを抽出し、そのパターンの対象リンクに相当する周波数を対象リンクの周波数とする
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自律分散周波数割当方法。
4. 前記規定期間は、固定した値であることを特徴とする請求項１に記載の自律分散周波数割当方法。
5. 前記規定期間は、変動値であることを特徴とする請求項１に記載の自律分散周波数割当方法。
6. 前記周波数配置を変更する処理では、変更周波数の決定と、周波数変更リンクの選択を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自律分散周波数割当方法。
7. 前記周波数変更リンクの選択は、対象リンクを選択するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の自律分散周波数割当方法。
8. 前記周波数変更リンクの選択は、対象リンクを含む複数リンクを選択するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の自律分散周波数割当方法。

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