JP2009089042A - 無線端末及び無線通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】木構造ネットワークにおいて下位の無線端末の数が増大した場合や、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、データ遅延やデータ破棄が生じることを回避する。
【解決手段】本発明に係る無線端末は、木構造ネットワークを構成する全ての無線端末と無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、自端末と無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えたか否かを判定するデータ量判定部１３５と、総データ量が伝送可能なデータ量を超えたと判定された場合に、無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを下位の無線端末に送信するメッセージ処理部１３２とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末及び無線通信方法に関する。
従来、中継機能を有する複数の無線端末によって自律的に構成される無線ネットワークであるアドホックネットワークが知られている。また、アドホックネットワークを構成する無線端末が無線基地局と通信する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、無線端末は、他の無線端末を介して無線基地局と通信する。
すなわち、複数の無線端末によって、無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークが構成される。下位の無線端末が上位の無線端末を介して無線基地局と通信するので、下位の無線端末は、無線基地局の電波到達範囲外であっても無線基地局と通信することができる。
特開２００３−１２４８７６号公報（第６−７頁、第７図）
上述した木構造ネットワークにおいて、最上位の無線端末は下位の無線端末と無線基地局との通信において伝送されるデータを中継するので、下位の無線端末の数が増大すると、最上位の無線端末と無線基地局との通信において伝送すべき総データ量も増大する。
このような場合、伝送すべき総データ量が、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域の許容量（以下、「帯域許容量」）を超え、最上位の無線端末においてデータ遅延やデータ破棄が生じる問題があった。
また、伝送すべき総データ量が一定であっても、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなると、伝送すべき総データ量が帯域許容量を超え、最上位の無線端末においてデータ遅延やデータ破棄が生じる問題があった。
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、木構造ネットワークにおいて下位の無線端末の数が増大した場合や、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、データ遅延やデータ破棄が生じることを回避可能な無線端末及び無線通信方法を提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、無線基地局（無線基地局ＢＳ）と直接通信する無線端末（無線端末ＭＳ）を最上位とした木構造ネットワーク（アドホックネットワークＡＨ）を構成する無線端末（無線端末ＭＳ）であって、前記無線基地局と直接通信する通信部（基地局通信部１１０）と、前記無線基地局と前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末（スレーブ）との通信を中継する通信中継部（アドホック通信部１２０、通信中継部１３７）と、前記木構造ネットワークを構成する全ての無線端末（無線端末ＭＳ）と前記無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、前記通信部と前記無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えたか否かを判定するデータ量判定部（データ量判定部１３５）と、前記データ量判定部によって前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージ（サーチ指示）を前記下位の無線端末に送信する問い合わせメッセージ送信部（メッセージ処理部１３２）とを備えることを要旨とする。
このような特徴によれば、無線基地局と直接通信する無線端末は、木構造ネットワークを構成する全ての無線端末と無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、通信部（基地局通信部１１０）と無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えた場合に、無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを下位の無線端末に送信する。
したがって、木構造ネットワークにおいて下位の無線端末の数が増大した場合や、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、伝送データの遅延や破棄が生じることを回避可能な無線端末を提供することができる。
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記無線基地局との直接通信が可能である旨の応答メッセージ（サーチ成功）を前記下位の無線端末から受信した場合に、前記無線基地局との直接通信の開始を指示する指示メッセージ（接続指示）を前記下位の無線端末に送信する指示メッセージ送信部（メッセージ処理部１３２）をさらに備えることを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記無線基地局に送信する送信データ（アプリケーションデータ）を生成する送信データ生成部（アプリケーション処理部１３６）と、前記通信中継部によって前記下位の無線端末から前記無線基地局に中継される中継データと、前記送信データ生成部によって生成された前記送信データとを、前記無線基地局への送信が完了するまで保持する送信バッファ部（バッファ部１３４）とをさらに備え、前記データ量判定部は、前記送信バッファ部に保持されている前記中継データ及び前記送信データのデータ量が所定閾値（データ量閾値ＴＨ）を超えた場合に、前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定することを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、無線基地局（無線基地局ＢＳ）と直接通信する無線端末（無線端末ＭＳ）を最上位とした木構造ネットワーク（アドホックネットワークＡＨ）を構成する無線端末（無線端末ＭＳ）であって、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける上位の無線端末（マスタ）から受信する問い合わせメッセージ受信部（メッセージ処理部１３２）と、前記問い合わせメッセージ受信部が前記問い合わせメッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを判定する通信判定部（通信判定部１３１）と、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信を実行する通信部（基地局通信部１１０）と、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記上位の無線端末との接続を切断する接続切断部（マスタ・スレーブ管理部１３３及び通信制御部１３８）とを備えることを要旨とする。
このような特徴によれば、無線端末は、無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを上位の無線端末から受信した場合に、無線基地局との直接通信が可能であるか否かを判定する。そして、無線端末は、無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、無線基地局との直接通信を実行するとともに、上位の無線端末との接続を切断する。
したがって、木構造ネットワークにおいて下位の無線端末の数が増大した場合や、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、木構造ネットワークに属する下位の無線端末のうち、無線基地局と直接通信可能な無線端末とその下位に属する無線端末らが、木構造ネットワークから分離されるため、最上位の無線端末の伝送する総データ量が削減され、伝送データの遅延や破棄が生じることを回避可能な無線端末を提供することができる。
本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能である旨の応答メッセージ（サーチ成功）を前記上位の無線端末に送信する応答メッセージ送信部（メッセージ処理部１３２）と、前記無線基地局との直接通信の開始を指示する指示メッセージ（接続指示）を前記上位の無線端末から受信する指示メッセージ受信部（メッセージ処理部１３２）とさらに備え、前記通信部は、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定され、かつ前記指示メッセージ受信部が前記指示メッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信を実行することを要旨とする。
本発明の第６の特徴は、本発明の第４の特徴に係り、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が不可であると判定された場合に、前記問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末に送信する問い合わせメッセージ送信部（メッセージ処理部１３２）をさらに備えることを要旨とする。
本発明の第７の特徴は、無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末に用いられる無線通信方法であって、前記無線基地局と直接通信するステップと、前記無線基地局と前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末との通信を中継するステップと、前記木構造ネットワークを構成する全ての無線端末と前記無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、前記通信部と前記無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えたか否かを判定するステップと、前記判定するステップにおいて前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記下位の無線端末に送信するステップとを備えることを要旨とする。
本発明の第８の特徴は、無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末に用いられる無線通信方法であって、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける上位の無線端末から受信するステップと、前記受信するステップにおいて前記問い合わせメッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを判定するステップと、前記判定するステップにおいて前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信を実行するステップと、前記判定するステップにおいて前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記上位の無線端末との接続を切断するステップとを備えることを要旨とする。
本発明によれば、木構造ネットワークにおいて下位の無線端末の数が増大した場合や、最上位の無線端末と無線基地局との通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、データ遅延やデータ破棄が生じることを回避可能な無線端末及び無線通信方法を提供することができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
以下においては、（１）無線通信システムの全体概略構成、（２）無線通信システムの全体概略動作、（３）無線端末の構成、（４）無線通信システムの詳細動作、（５）作用及び効果、（６）その他の実施形態について説明する。
（１） 無線通信システムの全体概略構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システム１０の全体概略構成図である。図１に示すように、無線通信システム１０は、無線基地局ＢＳ、及び無線端末ＭＳ１〜ＭＳ６を有する。
無線基地局ＢＳは、無線端末と直接通信可能なエリアであるサービスエリア（電波到達エリア）ＳＡを構成する。図１の例では、無線基地局ＢＳは、サービスエリアＳＡ内に位置する無線端末ＭＳ１と直接通信する。
無線端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、無線基地局ＢＳと直接通信（シングルホップ通信）する機能と、少なくとも１つの他の無線端末を介して無線基地局ＢＳと通信（マルチホップ通信）する機能とを具備する。
本実施形態では、無線端末ＭＳ１〜ＭＳ６によって、自律的な無線ネットワークであるアドホックネットワークＡＨが形成されている。アドホックネットワークＡＨは、無線基地局ＢＳと直接通信する無線端末ＭＳ１を最上位の階層（ルートノード）とした木構造を有する。
図１の例では、木構造のアドホックネットワークＡＨにおいて、無線端末ＭＳ１に接続する無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５は、同一の階層である。無線端末ＭＳ２に接続する無線端末ＭＳ３及び無線端末ＭＳ４と、無線端末ＭＳ５に接続する無線端末ＭＳ６とは、同一の階層である。なお、無線端末ＭＳ３、無線端末ＭＳ４、及び無線端末ＭＳ６は、最下位の階層（リーフノード）である。
また、無線端末ＭＳ１〜ＭＳ６は、自己の直上の階層に属する無線端末をマスタとして記憶し、自己の直下の階層に属する無線端末をスレーブとして記憶する。例えば、無線端末ＭＳ２は、無線端末ＭＳ１をマスタとして記憶し、無線端末ＭＳ３及び無線端末ＭＳ４をスレーブとして記憶している。なお、図１では、無線端末ＭＳ１のマスタは無線基地局ＢＳである。
無線端末ＭＳ１〜ＭＳ６は同様の構成であるため、以下の説明においては各無線端末を無線端末ＭＳと適宜総称する。
（２） 無線通信システムの全体概略動作
次に、図２を用いて、無線通信システム１０の全体概略動作について説明する。
図２（ａ）では、無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５が、サービスエリアＳＡ外からサービスエリアＳＡ内に移動している。無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５は、アドホックネットワークＡＨ加入時に省電力のため無線基地局ＢＳからの電波の補足を中止している。
さらに、図２（ａ）では、図１に示したアドホックネットワークＡＨに対し、新たに無線端末ＭＳ７〜無線端末ＭＳ１０が加入している。
無線基地局ＢＳと直接通信する無線端末ＭＳ１は、下位の無線端末ＭＳ２〜ＭＳ１０からのデータを無線基地局ＢＳに中継するため、アドホックネットワークＡＨを構成する無線端末ＭＳの数が増えてくると、中継すべき総データ量も増えてくる。したがって、無線基地局ＢＳと無線端末ＭＳ１との通信に割り当てられた通信帯域を逼迫するような状況が発生する。
そこで、本実施形態では、無線端末ＭＳ１は、アドホックネットワークＡＨと無線基地局ＢＳとの通信において伝送すべき総データ量が、無線端末ＭＳ１と無線基地局ＢＳとの通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量（以下、「帯域許容量」）を超えたか否かを判定する。
伝送すべき総データ量が帯域許容量を超えた場合には、無線端末ＭＳ１は、スレーブ（例えば、無線端末ＭＳ２）に対し、無線基地局ＢＳからの電波サーチを指示する。
図２（ｂ）では、無線端末ＭＳ２が電波サーチに成功した場合を示している。無線端末ＭＳ２が電波サーチに成功し、無線基地局ＢＳに接続すると、無線端末ＭＳ１と無線端末ＭＳ２とのマスタ・スレーブ関係が解消される。すなわち、無線端末ＭＳ２は、無線端末ＭＳ１との接続を切断する。
この結果、図２（ａ）に示したアドホックネットワークＡＨは、図２（ｂ）に示すアドホックネットワークＡＨ１及びアドホックネットワークＡＨ２に分割される。これにより、１台の無線端末ＭＳ１で負担していたトラヒックが、２台の無線端末ＭＳ１及び無線端末ＭＳ２に分散されるために、輻輳の発生が回避される。
また、アドホックネットワークＡＨ内の無線端末ＭＳの数が増加しない場合でも、次のような場合には輻輳が発生する。具体的には、無線基地局ＢＳは、サービスエリアＳＡ内に位置する無線端末ＭＳの通信量を制御するために、通信速度制限を行う為の制御メッセージを無線端末ＭＳに送信することがある。
このような通信速度制限の制御メッセージの例としては、例えば1xEV-DO(C.S0024)システムで規定された、BroadcastReverseRateLimit Message、UnicastReverRateLimit Message等がある。通信速度制限の制御メッセージに起因して、無線基地局ＢＳと無線端末ＭＳ１との通信の通信帯域が狭くなっても、上記のようにアドホックネットワークＡＨを分割することによって、輻輳の発生が回避される。
（３） 無線端末の構成
次に、図３〜図５を用いて、無線端末ＭＳの構成について説明する。具体的には、（３．１）無線端末のハードウェア構成、（３．２）無線端末の機能ブロック構成、（３．３）データ量判定部の機能について説明する。
（３．１） 無線端末のハードウェア構成
図３は、無線端末ＭＳのハードウェア構成図である。図３に示すように、無線端末ＭＳは、基地局通信部１１０、アドホック通信部１２０、制御部１３０、表示部１４３、入力部１４４、マイク１４１、スピーカ１４２、及びバッテリ１５０を有する。
基地局通信部１１０は、無線基地局ＢＳに接続し、無線基地局ＢＳとの直接通信を実行する。基地局通信部１１０は、例えばＣＤＭＡ方式に従った無線信号（ＲＦ信号）を無線基地局ＢＳと送受信する。また、基地局通信部１１０は、無線信号とベースバンド信号との変換を実行し、ベースバンド信号を制御部１３０と送受信する。
アドホック通信部１２０は、アドホックネットワークＡＨを構成する無線端末に接続し、当該無線端末を介して無線基地局ＢＳと通信する。アドホック通信部１２０は、例えば無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１など）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に準拠した構成を有している。アドホック通信部１２０は、無線信号とベースバンド信号との変換を実行し、ベースバンド信号を制御部１３０と送受信する。
表示部１４３は、制御部１３０を介して受信した画像を表示したり、操作内容（入力電話番号やアドレスなど）を表示したりする。入力部１４４は、テンキーやファンクションキーなどによって構成され、ユーザの操作内容を入力するために用いられる。
マイク１４１は、音声を電気信号に変換し、当該電気信号を制御部１３０に入力する。スピーカ１４２は、制御部１３０からの電気信号を音声に変換し、当該音声を出力する。
制御部１３０は、ＣＰＵやメモリによって構成され、無線端末ＭＳが具備する各種機能を制御する。メモリは、無線端末ＭＳにおける制御などに用いられる各種情報を記憶する。バッテリ１５０は、無線端末ＭＳを動作させるための電力を蓄積し、蓄積した電力を各ブロックに供給する。
基地局通信部１１０は、アンテナ１１１、基地局通信ＲＦ処理部１１２、符号化部１１３、及び復号部１１４を含む。
符号化部１１３は、制御部１３０からのベースバンド信号を符号化する。基地局通信ＲＦ処理部１１２は、符号化されたベースバンド信号のアップコンバート及び増幅を実行する。これにより、無線信号が生成される。生成された無線信号は、アンテナ１１１を介して外部に送出される。
また、基地局通信ＲＦ処理部１１２は、アンテナ１１１を介して入力される無線信号の増幅及びダウンコンバートを実行し、ベースバンド信号を生成する。復号部１１４は、生成されたベースバンド信号を復号し、復号したベースバンド信号を制御部１３０に入力する。
アドホック通信部１２０は、アンテナ１２１、アドホック通信ＲＦ処理部１２２、符号化部１２３、及び復号部１２４を含む。アンテナ１２１、アドホック通信ＲＦ処理部１２２、符号化部１２３、及び復号部１２４については、アンテナ１１１、基地局通信ＲＦ処理部１１２、符号化部１１３、及び復号部１１４と同様であるため、重複する説明を省略する。
（３．２） 無線端末の機能ブロック構成
図４は、無線端末ＭＳの機能ブロック構成図、具体的には、制御部１３０によって実行される各機能を示すブロック図である。なお、以下では、本発明に関連する点について説明する。
図４に示すように、制御部１３０は、通信判定部１３１、メッセージ処理部１３２、マスタ・スレーブ管理部１３３、バッファ部１３４、データ量判定部１３５、アプリケーション処理部１３６、通信中継部１３７、及び及び通信制御部１３８を有する。
通信判定部１３１は、アドホック通信部１２０及びメッセージ処理部１３２が、マスタから無線基地局ＢＳのサーチ指示を受信した場合、基地局サーチを実行する。
メッセージ処理部１３２は、主に以下のメッセージをマスタやスレーブと送受信する。基地局サーチを指示するサーチ指示（問い合わせメッセージ）。基地局サーチの結果であるサーチ結果（応答メッセージ）。無線基地局ＢＳとの直接通信を指示する接続指示（指示メッセージ）。
マスタ・スレーブ管理部１３３は、マスタを識別する識別情報や、スレーブを識別する識別情報を記憶・管理する。識別情報としては、端末ＩＤ、又はアドレス（ＩＰアドレスやＭＡＣアドレス）が使用できる。
アプリケーション処理部１３６は、例えばＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）アプリケーションなどを処理し、アプリケーションデータを生成する。生成されたアプリケーションデータは、バッファ部１３４において保持される。
バッファ部１３４は、送信バッファ及び受信バッファを有する。バッファ部１３４の送信バッファは、通信中継部１３７によってスレーブからマスタに中継される中継データと、アプリケーション処理部１３６によって生成されたアプリケーションデータとを、マスタへの送信が完了するまで保持する。
バッファ部１３４の受信バッファは、通信中継部１３７によってマスタからスレーブに中継される中継データと、アプリケーション処理部１３６が処理すべきアプリケーションデータ（受信データ）とを保持する。
データ量判定部１３５は、無線端末ＭＳが無線基地局ＢＳと直接通信する場合に、バッファ部１３４の送信バッファに保持されているデータ量に基づき、無線基地局ＢＳに送信すべき総データ量が帯域許容量を超えたか否かを判定する。
無線基地局ＢＳに送信すべき総データ量が帯域許容量を超えたか否かを判定された場合、メッセージ処理部１３２は、サーチ指示をスレーブに送信する。
通信中継部１３７は、スレーブ及びマスタ間の通信を中継する。すなわち、通信中継部１３７は、マスタ・スレーブ管理部１３３が管理する識別情報に基づき、スレーブとマスタとの間で送受信されるデータ（パケット）を中継する。
通信制御部１３８は、基地局通信部１１０及びアドホック通信部１２０を制御する。通信制御部１３８は、マスタ・スレーブ管理部１３３によってマスタが登録された場合、基地局通信部１１０に対して、無線基地局ＢＳによって送信される無線信号（例えば、パイロット信号などの報知信号）の受信を停止させる。
また、通信制御部１３８は、無線基地局ＢＳから通信速度制限メッセージを受け取ると、当該メッセージで指定された通信速度を越えない範囲でデータ通信を行う。
（３．３） データ量判定部の機能
次に、図５を用いて、データ量判定部１３５の機能について詳細に説明する。ここでは、無線端末ＭＳが無線基地局ＢＳと直接通信する場合について説明する。
上述したように、バッファ部１３４の送信バッファには、無線基地局ＢＳに送信すべきアプリケーションデータ及び中継データが一時的に保存される。通信制御部１３８及び基地局通信部１１０は、バッファ部１３４の送信バッファに保存されているデータを一定間隔毎に無線基地局ＢＳへと送信する。
図５（ａ）に示すように、バッファ部１３４の送信バッファに格納されるデータＩＮが、送信バッファから読み出されるデータＯＵＴよりも小さい場合には、送信バッファにデータが殆ど蓄積されない。
しかしながら、図５（ｂ）に示すように、バッファ部１３４の送信バッファに格納されるデータＩＮが、送信バッファから読み出されるデータＯＵＴよりも大きい場合には、送信バッファ内のデータが増加する。
送信バッファ内のデータがデータ量閾値ＴＨを超えると、フロー制御が動作する。データ量判定部１３５は、このようなフロー制御の起動を検出する。
（４） 無線通信システムの詳細動作
次に、図６〜図８を用いて、無線通信システム１０の動作について説明する。具体的には、（４．１）アドホックネットワークの構築動作、（４．２）アドホックネットワークの分割動作例１、（４．３）アドホックネットワークの分割動作例２について説明する。
（４．１） アドホックネットワークの構築動作
図６は、無線端末ＭＳによって実行されるアドホックネットワークＡＨの構築動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、無線端末ＭＳは、直接通信可能な無線基地局ＢＳを発見するために、基地局サーチを実行する。無線端末ＭＳは、例えば無線基地局ＢＳから受信した無線信号の受信レベルが安定しており、かつ当該受信レベルが一定レベル以上である場合に、当該無線基地局ＢＳと直接通信可能であると判定する。
ステップＳ１０２において、無線端末ＭＳは、直接通信可能な無線基地局ＢＳを発見したか否かを判定する。直接通信可能な無線基地局ＢＳを発見すると、無線端末ＭＳは、ステップＳ１０３において待ち受け状態になる。無線端末ＭＳは、待ち受け状態となると、自らマスタとなってアドホックネットワークＡＨの構築を行う。
一方、直接通信可能な無線基地局ＢＳが発見されない場合、無線端末ＭＳは、ステップＳ１０４においてアドホックネットワークＡＨをサーチする。例えば、無線端末ＭＳは、一定の範囲内に接続要求信号を報知し、アドホックネットワークＡＨ内の他の無線端末ＭＳが応答したか否かを判定する。
ステップＳ１０５において、無線端末ＭＳは、アドホックネットワークＡＨを発見したか否かを判定する。
無線端末ＭＳは、アドホックネットワークＡＨを発見すると、ステップＳ１０６において、発見したアドホックネットワークＡＨに加入する。無線端末ＭＳは、アドホックネットワークＡＨに加入すると、省電力のために無線基地局ＢＳからの電波の補足を中止する。一方、アドホックネットワークＡＨが発見されない場合、ステップＳ１０１に処理が戻る。
ステップＳ１０７において、無線端末ＭＳは、アドホックネットワークＡＨを構築する。具体的には、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳに接続した場合には、当該無線基地局ＢＳをマスタとして登録する。また、無線端末ＭＳは、他の無線端末ＭＳに接続した場合には、当該他の無線端末ＭＳをマスタとして登録する。
ステップＳ１０８において、無線端末ＭＳは、他の無線端末ＭＳから接続要求を受信したか否かを判定する。無線端末ＭＳは、他の無線端末ＭＳから接続要求を受信すると、ステップＳ１０９において、当該他の無線端末ＭＳをスレーブとして登録する。
（４．２） アドホックネットワークの分割動作例１
図７は、アドホックネットワークＡＨの分割動作例１を示すシーケンス図である。ここでは、図２（ａ）に示した状況において、無線端末ＭＳ１が、下位の無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５にサーチ指示を送信した以降の動作を説明する。
ステップＳ２０１において、無線端末ＭＳ１は、サーチ指示をスレーブ（すなわち、無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５）に送信する。
無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５がサーチ指示を受信すると、ステップＳ２０２において、無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５は、基地局サーチを開始する。
ステップＳ２０３において、無線端末ＭＳ２は、基地局サーチに成功する。一方、ステップＳ２０４において、無線端末ＭＳ５は、基地局サーチに失敗する。
ステップＳ２０５において、無線端末ＭＳ５は、基地局サーチに失敗した旨のサーチ結果を無線端末ＭＳ１に報告する。ステップＳ２０６において、無線端末ＭＳ２は、基地局サーチに成功した旨のサーチ結果を無線端末ＭＳ１に報告する。
ステップＳ２０７において、無線端末ＭＳ５は、基地局サーチを終了する。ここで、基地局サーチに失敗した無線端末ＭＳ５は、サーチ指示をスレーブ（無線端末ＭＳ６）に送信しても良い。
ステップＳ２０８において、無線端末ＭＳ１は、無線基地局ＢＳへの接続を指示する接続指示を無線端末ＭＳ２に送信する。無線端末ＭＳ２は、接続指示を受信すると、ステップＳ２０９において無線基地局ＢＳへの接続を開始する。
無線基地局ＢＳへの接続が成功すると、ステップＳ２１１において、無線端末ＭＳ２は、無線基地局ＢＳへの接続が完了した旨の報告を無線端末ＭＳ１に送信する。
ステップＳ２１２において、無線端末ＭＳ１は、マスタ・スレーブ関係の解除を指示するマスタ・スレーブ解除指示を無線端末ＭＳ２に送信する。また、無線端末ＭＳ１は、ステップＳ２１２において、スレーブとしての無線端末ＭＳ２の登録を解除する。
ステップＳ２１３において、無線端末ＭＳ２は、無線端末ＭＳ１のマスタ登録を解除するとともに、その旨を無線端末ＭＳ１に報告する。そして、無線端末ＭＳ２は、無線端末ＭＳ１との接続を切断する。これにより、無線端末ＭＳ２は、新たなアドホックネットワークを構築することになる。
（４．３） アドホックネットワークの分割動作例１
図８は、アドホックネットワークＡＨの分割動作例２を示すシーケンス図である。ここでは、無線基地局ＢＳからの通信速度制限メッセージを無線端末ＭＳ１が受信する動作について説明する。また、図７との相違点についてのみ説明する。
ステップＳ３０１において、無線基地局ＢＳは、通信速度制限メッセージを無線端末ＭＳ１に送信する。この結果、アドホックネットワークＡＨを構成する無線端末ＭＳの数が変わらない場合でも、図５に示した送信バッファのデータ量がデータ量閾値ＴＨに達することになる。
したがって、無線端末ＭＳ１は、ステップＳ２０１において、サーチ指示をスレーブ（無線端末ＭＳ２及び無線端末ＭＳ５）に送信する。以降の動作については、図７と同様である。
（５） 作用及び効果
本実施形態によれば、無線基地局ＢＳと直接通信する無線端末ＭＳは、アドホックネットワークＡＨを構成する全ての無線端末ＭＳと無線基地局ＢＳとの通信において伝送すべき総データ量が、基地局通信部１１０と無線基地局ＢＳとの通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えた場合に、サーチ指示をスレーブに送信する。
無線端末ＭＳは、サーチ指示をマスタから受信した場合に、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能であるか否かを判定する。そして、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能であると判定した場合に、無線基地局ＢＳとの直接通信を実行するとともに、マスタとの接続を切断する。
したがって、アドホックネットワークＡＨにおいて無線端末ＭＳの数が増大した場合や、最上位の無線端末ＭＳと無線基地局ＢＳとの通信に割り当てられる通信帯域が狭くなった場合でも、伝送データの遅延や破棄が生じることを回避することができる。
本実施形態によれば、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能である旨のサーチ結果をスレーブから受信した場合、無線基地局ＢＳとの直接通信の開始を指示する接続指示をスレーブに送信する。つまり、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能なスレーブに対して無線基地局ＢＳへの接続を指示することによって、アドホックネットワークＡＨを構成する無線端末ＭＳが通信を継続可能となる。
本実施形態によれば、無線端末ＭＳは、中継データとアプリケーションデータとを保存するバッファ部１３４の送信バッファ内のデータ量がデータ量閾値ＴＨを超えた場合に、無線基地局ＢＳに送信すべき総データ量が伝送可能なデータ量を超えたと判定する。
したがって、無線基地局ＢＳに送信すべき総データ量が伝送可能なデータ量を超えたことを精度良く検出可能となる。
本実施形態によれば、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能であると判定した場合、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能である旨のサーチ結果をマスタに送信する。また、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳとの直接通信の開始を指示する接続指示をマスタから受信する。そして、無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳとの直接通信が可能であり、かつ接続指示を受信した場合に、無線基地局ＢＳとの直接通信を実行する。このように、無線端末ＭＳは、接続指示を待ってマスタ・スレーブ入れ替えを行うことによって、マスタ・スレーブの入れ替えをより確実に行うことができる。
本実施形態によれば、無線端末ＭＳは、サーチ指示を受信した後に無線基地局ＢＳとの直接通信が不可であると判定した場合、サーチ指示をスレーブに送信する。したがって、サーチ指示を下位の各階層の無線端末ＭＳへ向けて伝搬することができる。
（６） その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
上述した実施形態では、データ量判定部１３５は、バッファ部１３４の送信バッファに保持されているデータ量がデータ量閾値ＴＨを超えた場合に、アドホックネットワークＡＨから無線基地局ＢＳへ送信すべき総データ量が帯域許容量を超えたと判定していた。すなわち、上り方向の通信において輻輳が発生した場合に、アドホックネットワークＡＨの分割処理が行われていた。
しかしながら、上り方向に限らず、下り方向の通信における輻輳についてもアドホックネットワークＡＨの分割処理が適用可能である。例えば、アドホックネットワークＡＨを構成する無線端末ＭＳの数が増大した場合には、無線基地局ＢＳからアドホックネットワークＡＨへ送信すべき総データ量が帯域許容量を超えることがある。
このような場合、アドホックネットワークＡＨを構成する各無線端末ＭＳに送信すべきデータが無線基地局ＢＳの送信バッファに蓄積されることになる。したがって、無線基地局ＢＳは、無線基地局ＢＳの送信バッファに保持されているデータ量がデータ量閾値ＴＨを超えた場合に、その旨をアドホックネットワークＡＨの最上位の無線端末ＭＳへ通知する。
そして、最上位の無線端末ＭＳのデータ量判定部１３５は、当該通知を受信した場合に、無線基地局ＢＳからアドホックネットワークＡＨを構成する各無線端末ＭＳへ送信すべき総データ量が帯域許容量を超えたと判定する。この結果、最上位の無線端末ＭＳのメッセージ処理部１３２は、サーチ指示をスレーブへ送信する。これにより、１台の無線端末ＭＳで負担していた下りトラヒックが、複数の無線端末ＭＳに分散されるため、下り方向の通信における輻輳を回避することができる。
また、最上位の無線端末ＭＳの受信バッファに保持されるデータ量がデータ量閾値ＴＨを超えた場合に、最上位の無線端末ＭＳは、無線基地局ＢＳからアドホックネットワークＡＨを構成する各無線端末ＭＳへ送信すべき総データ量が帯域許容量を超えたと判定し、サーチ指示をスレーブに送信しても良い。
上述した実施形態では、無線端末ＭＳとして携帯電話端末を例示していたが、無線通信機能を有するノートＰＣ又はパーソナル・デジタル・アシスタンス（ＰＤＡ）等であっても構わない。可搬型の無線端末に限らず、固定型の無線端末を含むアドホックネットワークＡＨが構成されてもよい。
なお、上記のアドホックネットワーク構築動作においては、ＤＳＲ（Dynamic Source Routing）又はＡＯＤＶ（Ad-hoc On-Demand Vector Routing）などの既存のルーティングプロトコルを使用可能である。
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略動作を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線端末のハードウェア構成図である。 本発明の実施形態に係る無線端末の機能ブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る無線端末のデータ量判定部の機能について詳細に説明するための図である。 本発明の実施形態に係る無線端末によって実行されるアドホックネットワーク構築動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線端末によって実行されるアドホックネットワークの分割動作例１を示すシーケンス図である。 本発明の実施形態に係る無線端末によって実行されるアドホックネットワークの分割動作例２を示すシーケンス図である。
符号の説明
ＡＨ…アドホックネットワーク、ＢＳ…無線基地局、ＭＳ…無線端末、１０…無線通信システム、１１０…基地局通信部、１１１…アンテナ、１１２…処理部、１１３…符号化部、１１４…復号部、１２０…アドホック通信部、１２１…アンテナ、１２２…処理部、１２３…符号化部、１２４…復号部、１３０…制御部、１３１…通信判定部、１３２…メッセージ処理部、１３３…マスタ・スレーブ管理部、１３４…バッファ部、１３５…データ量判定部、１３６…アプリケーション処理部、１３６…スレーブ記憶部、１３７…通信中継部、１３８…通信制御部、１４１…マイク、１４２…スピーカ、１４３…表示部、１４４…入力部、１５０…バッテリ

Claims (8)

  1. 無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末であって、
    前記無線基地局と直接通信する通信部と、
    前記無線基地局と前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末との通信を中継する通信中継部と、
    前記木構造ネットワークを構成する全ての無線端末と前記無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、前記通信部と前記無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えたか否かを判定するデータ量判定部と、
    前記データ量判定部によって前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記下位の無線端末に送信する問い合わせメッセージ送信部と
    を備える無線端末。
  2. 前記無線基地局との直接通信が可能である旨の応答メッセージを前記下位の無線端末から受信した場合に、前記無線基地局との直接通信の開始を指示する指示メッセージを前記下位の無線端末に送信する指示メッセージ送信部をさらに備える請求項１に記載の無線端末。
  3. 前記無線基地局に送信する送信データを生成する送信データ生成部と、
    前記通信中継部によって前記下位の無線端末から前記無線基地局に中継される中継データと、前記送信データ生成部によって生成された前記送信データとを、前記無線基地局への送信が完了するまで保持する送信バッファ部と
    をさらに備え、
    前記データ量判定部は、前記送信バッファ部に保持されている前記中継データ及び前記送信データのデータ量が所定閾値を超えた場合に、前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定する請求項１に記載の無線端末。
  4. 無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末であって、
    前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける上位の無線端末から受信する問い合わせメッセージ受信部と、
    前記問い合わせメッセージ受信部が前記問い合わせメッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを判定する通信判定部と、
    前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信を実行する通信部と、
    前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記上位の無線端末との接続を切断する接続切断部と
    を備える無線端末。
  5. 前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能である旨の応答メッセージを前記上位の無線端末に送信する応答メッセージ送信部と、
    前記無線基地局との直接通信の開始を指示する指示メッセージを前記上位の無線端末から受信する指示メッセージ受信部と
    さらに備え、
    前記通信部は、前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が可能であると判定され、かつ前記指示メッセージ受信部が前記指示メッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信を実行する請求項４に記載の無線端末。
  6. 前記通信判定部によって前記無線基地局との直接通信が不可であると判定された場合に、前記問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末に送信する問い合わせメッセージ送信部をさらに備える請求項４に記載の無線端末。
  7. 無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末に用いられる無線通信方法であって、
    前記無線基地局と直接通信するステップと、
    前記無線基地局と前記木構造ネットワークにおける下位の無線端末との通信を中継するステップと、
    前記木構造ネットワークを構成する全ての無線端末と前記無線基地局との通信において伝送すべき総データ量が、前記通信部と前記無線基地局との通信に割り当てられた通信帯域において伝送可能なデータ量を超えたか否かを判定するステップと、
    前記判定するステップにおいて前記総データ量が前記伝送可能なデータ量を超えたと判定された場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記下位の無線端末に送信するステップと
    を備える無線通信方法。
  8. 無線基地局と直接通信する無線端末を最上位とした木構造ネットワークを構成する無線端末に用いられる無線通信方法であって、
    前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを問い合わせる問い合わせメッセージを前記木構造ネットワークにおける上位の無線端末から受信するステップと、
    前記受信するステップにおいて前記問い合わせメッセージを受信した場合に、前記無線基地局との直接通信が可能であるか否かを判定するステップと、
    前記判定するステップにおいて前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記無線基地局との直接通信を実行するステップと、
    前記判定するステップにおいて前記無線基地局との直接通信が可能であると判定された場合に、前記上位の無線端末との接続を切断するステップと
    を備える無線通信方法。
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