JP2010206551A - マルチホップ無線通信システム、及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来に比べてシステム全体の通信容量を改善することができるマルチホップ無線通信システムを提供すること。
【解決手段】基地局と中継局は、マルチホップ無線通信を行うための第1の通信回線に加えて、それとは異なる第2の通信回線に接続されている。基地局は、通信条件に従って、第1、2の通信回線の中から、移動端末宛のパケットを中継局に送信するための通信回線を選択する。基地局は、第1の通信回線が選択された場合、パケットを第1の通信回線を介して中継局に送信すると共に、無線リソース割り当てスケジュールを中継局に送信する。基地局は、第2の通信回線が選択された場合、パケットを第2の通信回線を介して中継局に送信すると共に、上記スケジュールを第2の通信回線の通信品質に基づいて決定し、中継局に送信する。中継局は、基地局からのパケットを上記スケジュールに基づいて移動端末に送信する。
【選択図】図1
【解決手段】基地局と中継局は、マルチホップ無線通信を行うための第1の通信回線に加えて、それとは異なる第2の通信回線に接続されている。基地局は、通信条件に従って、第1、2の通信回線の中から、移動端末宛のパケットを中継局に送信するための通信回線を選択する。基地局は、第1の通信回線が選択された場合、パケットを第1の通信回線を介して中継局に送信すると共に、無線リソース割り当てスケジュールを中継局に送信する。基地局は、第2の通信回線が選択された場合、パケットを第2の通信回線を介して中継局に送信すると共に、上記スケジュールを第2の通信回線の通信品質に基づいて決定し、中継局に送信する。中継局は、基地局からのパケットを上記スケジュールに基づいて移動端末に送信する。
【選択図】図1
Description
本発明は、基地局と移動端末の間に一つ又は複数の中継局を配置されたマルチホップ無線通信システム及び方法に関し、特に、集中スケジューリング型マルチホップ無線通信システム及び方法に関する。
無線通信システムの一種としてマルチホップ無線通信システムが利用されている。
マルチホップ無線通信システムは、カバレッジ拡大やスループット向上及び不感地対策を目的として、無線通信システムの基地局と移動端末の間に一つ又は複数の中継局を配置したものである。マルチホップ無線通信システムでは、基地局から移動端末へのパケットは、基地局から中継局へ送信され、その後、中継局から移動端末へ送信される。同様に、移動端末から基地局へのパケットは、移動端末から中継局へ送信され、その後、中継局から基地局へ送信される。そのため、マルチホップ無線通信システムでは、基地局と直接無線通信が行えないエリアにいる移動端末の通信が可能となる(カバレッジ拡大・不感地対策)。更に、マルチホップ無線通信システムでは、中継局が通信経路上に配置されることで局間の距離が短くなる。このため、受信電波の品質が改善され、効率の高い変調方式の使用等により通信速度を向上することが可能となる(スループット向上)。
無線通信システムにおいては、混信を避けて正常に通信を行うために無線リソース割り当てのスケジューリングが必要である。無線リソースとしては、TDMA(Time Division Multiple Access)やOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)におけるタイムスロットやサブチャネルが挙げられる。
マルチホップ無線通信システムにおける無線リソース割り当てのスケジューリング方式は、大きく分けて集中型と分散型の二種類がある。集中スケジューリング型マルチホップ無線通信システムでは、基地局は、自身のスケジューリングに加えて、中継局の分のスケジューリングも行う。中継局配下の無線通信エリアのスケジューリングは基地局により決定され、中継局に通知される。中継局は通知されたスケジューリングに基づいて無線通信を行う。一方、分散スケジューリングでは、基地局及び中継局はそれぞれ配下の無線通信エリアのスケジューリングを行う。
集中スケジューリング型マルチホップ無線通信システムの一例として、特許文献1には、基地局から複数の局へのサービスフローの集中処理をするマルチホップ移動中継システムが記載されている。マルチホップ移動中継システムでは、基地局に配置された集中処理スケジューラを有している。集中処理スケジューラは、基地局が移動局に再送信するために中継局に送ったサービスフローをスケジューリングする。この場合、中継局が再送信できる周波数と時間スロットとを決定することにより、サービスフローをスケジューリングする。その後、制御メッセージを送信する。制御メッセージは、中継局がサービスフローを再送信できる周波数と時間スロットを含んでいる。中継局は、基地局からのデータパケットのバーストとしてサービスフローを受信する。中継局は、MACレベルまでデータパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤを有している。中継局は、基地局により決定され、且つ、制御メッセージに含まれた周波数と時間スロットで移動局にデータパケットを再送信する。
また、IEEE802.16j TG(Task Group)においては、IEEE802.16e規格を拡張してマルチホップ無線通信を可能とするための検討が行われている。
上述の集中スケジューリング型マルチホップ無線通信システム(以下、単に、マルチホップ無線通信システムと称する)では、中継局の導入によるシステム全体の通信容量の低下が問題となる。その理由としては、一つのパケット送信に複数回の無線リソース割り当てが必要となるためである。例えば、基地局から移動端末へパケットを送信する場合、基地局から中継局へパケットを送信するための無線リソース割り当てと、中継局から移動端末へパケットを送信するための無線リソース割り当てが必要となり、基地局から移動端末へ直接送信する場合に比べ割り当てが一回多くなる(中継局が一つの場合)。そのような無線リソース割り当ての増加は、システム全体の通信容量の低下をもたらす。また、スループット向上のために中継局を導入した場合でも、その効果は限定的なものとなる。
本発明の課題は、従来に比べてシステム全体の通信容量を改善することができるマルチホップ無線通信システムを提供することにある。
上記課題を達成するため、本発明のマルチホップ無線通信システムは、基地局と、基地局と移動端末間に設けられた中継局と、を具備している。中継局は、マルチホップ無線通信を行うための第1の通信回線を介して基地局と移動端末とに接続されている。基地局と中継局は、更に、第1の通信回線とは異なる第2の通信回線を介して接続されている。基地局は、予め設定された通信条件に従って、第1の通信回線、第2の通信回線の中から、移動端末宛のパケットを中継局に送信するための通信回線を選択する。基地局は、通信回線として第2の通信回線が選択された場合、パケットを第2の通信回線を介して中継局に送信すると共に、パケットに対する無線リソース割り当てスケジュールを第2の通信回線の通信品質に基づいて決定し、中継局に送信する。中継局は、基地局からのパケットを無線リソース割り当てスケジュールに基づいて移動端末に送信する。
本発明のマルチホップ無線通信システムによれば、基地局−中継局間のパケット送信に通常のマルチホップ無線通信システムの無線通信回線とは異なる第2の通信回線を使用できるため、システム全体の通信容量を改善できる。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて詳細に説明する。
(第1実施形態)
[構成]
図1は、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの構成を示している。本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムは、基地局100と、中継局200と、移動端末3と、を具備している。基地局100はコアネットワーク1と通信回線を介して接続されている。コアネットワーク1は、本システムとその他の通信システムを接続するバックボーンとして機能するネットワークである。
[構成]
図1は、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの構成を示している。本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムは、基地局100と、中継局200と、移動端末3と、を具備している。基地局100はコアネットワーク1と通信回線を介して接続されている。コアネットワーク1は、本システムとその他の通信システムを接続するバックボーンとして機能するネットワークである。
基地局100と中継局200は第1の通信回線4(以下、無線通信回線4)を介して接続されている。中継局200と移動端末3は、無線通信回線4を介して接続されている。基地局100と中継局200と移動端末3はマルチホップ無線通信を行う。即ち、基地局100から移動端末3へのパケットは、基地局100から中継局200へ送信され、その後、中継局200から移動端末3へ送信される。同様に、移動端末3から基地局100へのパケットは、移動端末3から中継局200へ送信され、その後、中継局200から基地局100へ送信される。
基地局100と中継局200は、更に、無線通信回線4とは異なる第2の通信回線5を介して通信ネットワーク2に接続されている。本実施形態では、第2の通信回線5としては、IP(Internet Protocol)を用いた通信方式が適用されるものとする。
次に、基地局100及び中継局200の構成について説明する。移動端末3は、従来のマルチホップ無線通信システムにおける移動端末と同じ構成及び機能を有している。そのため、移動端末3についての説明を省略する。
図2は、基地局100の構成を示すブロック図である。基地局100は、通信IF部101−1及び101−2と、通信処理部102と、パケット分類部103と、通信メディア判定部104と、遅延スケジュール処理部105と、スケジューリング部106と、無線MAC処理部107と、無線IF部108と、中継局情報管理部109と、カプセル化処理部110と、デカプセル化処理部111と、を具備している。
基地局100の上記の構成は、回路でもコンピュータプログラムでも実現可能である。コンピュータプログラムである場合、基地局100(コンピュータ)は、更に、CPU(Central Processing Unit)である実行部(図示しない)と、記録媒体である記憶部(図示しない)と、を具備している。基地局100の記憶部には、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが記憶されている。基地局100の実行部は、起動時などに基地局100の記憶部からコンピュータプログラムを読み取って実行する。
通信IF部101−1は、コアネットワーク1を介して移動端末の送信先(通信先または通信相手)と接続されている。通信IF部101−1は、コアネットワーク1から移動端末3宛のパケットを受信し、通信処理部102に出力する。通信IF部101−2は、第2の通信回線5を介して通信ネットワーク2と接続され、中継局200と通信を行う。通信IF部101−2は、カプセル化されたパケットを中継局200から受信し、通信処理部102に出力する。
通信処理部102は、レイヤ3の処理を行い、インタフェース間のデータ中継も行う。通信処理部102は、通信IF部101−1からパケットを受信した場合、そのパケットをパケット分類部103に出力する。通信処理部102は、移動端末3が送信したパケットを無線MAC処理部107から受信した場合、そのパケットを通信IF部101−1から通信回線を介してコアネットワーク1に送信する。通信処理部102は、カプセル化されたパケットをカプセル化処理部110から受信した場合、そのパケットを通信IF部101−2から通信ネットワーク2、第2の通信回線5を介して中継局200へ送信する。通信処理部102は、カプセル化されたパケットを通信IF部101−2から受信した場合、そのパケットをデカプセル化処理部111に出力する。
パケット分類部103は、パケットの種類を分類するパケット分類条件及びそのパケットに適用されるQoS(Quality of Service)要件を保持し、送信パケットの分類判定を行う。パケット分類部103は、分類判定後のパケットを通信メディア判定部104に出力する。
通信メディア判定部104は、予め設定された通信条件に従って、通信メディア(無線通信回線4、第2の通信回線5)の中から、移動端末3宛のパケットを中継局200に送信するための通信回線を選択する(選択処理)。通信メディア判定部104は、上記の選択処理の実行結果とそのパケットとを無線MAC処理部107に出力する。
ここで、本実施形態において、通信条件は、パケットの遅延に関するQoS要件の有無を含んでいる。パケットに遅延に関するQoS要件が適用されている場合には、無線マルチホップによる送信が行われることとする。即ち、パケットが中継局200に送信される通信回線としては、無線通信回線4が用いられる。パケットに遅延に関するQoS要件が適用されていない場合には、パケットが中継局200に送信される通信回線としては、無線通信回線4ではなく第2の通信回線5が用いられるものとする。
スケジューリング部106は、遅延スケジュール処理部105又は無線MAC処理部107からの要求に基づいて、パケットに対して、基地局100及び中継局200配下の無線通信エリアにおける無線リソース割り当てのスケジューリングを行い、その結果を表す無線リソース割り当てスケジュールを決定する。スケジューリング部106は、無線リソース割り当てスケジュールを無線MAC処理部107に出力する。
ここで、遅延スケジュール処理部105からの要求については後述するが、その要求は、第2の通信回線5の通信品質と、中継局200におけるデータ処理時間と、を含んでいる。第2の通信回線5の通信品質は、第2の通信回線5における通信遅延時間を含んでいる。この通信遅延時間は、パケットが基地局100から第2の通信回線5を介して中継局200に送信されるまでの時間を表している。
無線リソースとしては、TDMA(Time Division Multiple Access)やOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)におけるタイムスロットやサブチャネルが挙げられる。ただし、本発明で使用される無線リソースについては、これらに限定されない。
無線IF部108は、無線通信回線4を介して中継局200と接続され、中継局200と無線通信を行う。
無線MAC処理部107は、マルチホップ無線通信のためのMAC(Media Access Control)処理や情報の管理を行う。無線MAC処理部107は、通信メディア判定部104からパケットを受け取る。
そこで、選択処理の実行結果により、通信メディア判定部104が無線マルチホップによる送信を行うことを選択しているものとする。即ち、MAC PDU(Protocol Data Unit)が中継局200に送信される通信回線としては、無線通信回線4が用いられる。この場合、無線MAC処理部107は、パケットを無線通信回線4で伝送するためのMAC PDUに変換した後、送信のための無線リソース割り当てをスケジューリング部106に要求する。無線MAC処理部107は、スケジューリング部106からの無線リソース割り当てスケジュールに従ってMAC PDUを無線IF部108から無線通信回線4を介して中継局200に送信する。また、無線MAC処理部107は、無線リソース割り当てスケジュールを無線IF部108から無線通信回線4を介して中継局200に送信する。
一方、選択処理の実行結果により、通信メディア判定部104が第2の通信回線5を用いることを選択しているものとする。この場合、無線MAC処理部107は、パケットをMAC PDUに変換した後、MAC PDUと中継局200のMACアドレスとを遅延スケジュール処理部105に出力する。
無線MAC処理部107は、無線IF部108やデカプセル化処理部111からMAC PDUを受信した場合、MAC処理を行った後にMAC PDUから取り出したパケットを通信処理部102へ出力する。
中継局情報管理部109は、第2の通信回線5を介して中継局200へパケットを送信するために必要な情報を保持する。本実施形態においては、基地局100が中継局200へパケットを送信するために必要な情報として、中継局200のMACアドレス、中継局200のIPアドレス、上述の第2の通信回線5における通信遅延時間を用いるものとする。これらの情報は予め設定されているものとする。
遅延スケジュール処理部105は、無線MAC処理部107から受け取ったMAC PDUに対して、そのMAC PDUを中継局200から移動端末3に伝送するための無線リソース割り当てのスケジューリングを行い、その結果を表すスケジュール結果を決定する。遅延スケジュール処理部105は、無線MAC処理部107からMAC PDUと中継局200のMACアドレスとを受信すると、中継局情報管理部109から中継局200に関する情報(IPアドレスと第2の通信回線5における通信遅延時間)を取り出す。遅延スケジュール部105は、現在時刻に第2の通信回線5における通信遅延時間と中継局200におけるデータ処理時間とを足した時刻を計算し、その時刻以降でのMAC PDU送信のための中継局200−移動端末3間無線リソース割り当てをスケジューリング部106に要求する。その後、遅延スケジューリング部105は、MAC PDUと中継局200のIPアドレスとスケジュール結果とをカプセル化処理部110に出力する。スケジュール結果は、無線リソース割り当てスケジュールのフレーム番号を含み、そのフレーム番号は識別子として使用される。なお、中継局200におけるデータ処理時間は予め設定されているものとする。
カプセル化処理部110は、MAC PDUを基地局100から第2の通信回線5を介して中継局200へ送信するために、IPによるカプセル化を行う。図3は、基地局100が送信するカプセル化されたパケットの一例を示している。IPヘッダの送信先アドレスには中継局200のIPアドレスが設定され、送信元アドレスには基地局100のIPアドレスが設定される。本実施形態では、トランスポートプロトコルとしてUDP(User Datagram Protocol)が使用される。UDPのペイロードは、MAC PDUがスケジューリングされたフレーム番号、シーケンス番号、MAC PDUから構成される。フレーム番号は対応識別子として使用される。以降、このフレーム番号を対応フレーム番号とも称する。シーケンス番号は、カプセル化を行うたびに異なる番号が使用される。カプセル化処理部110は、パケットに対してカプセル化を行った後、そのパケットを通信処理部102に出力する。
デカプセル化処理部111は、カプセル化されたパケットを通信処理部102から受け取り、そのパケットに対してデカプセル化を行う。このとき、デカプセル化処理部111は、そのパケットのUDPペイロードからMAC PDUを取り出し、MAC PDUを無線MAC処理部107へ出力する。
図4は、中継局200の構成を示すブロック図である。中継局200は、通信IF部201と、通信処理部202と、無線MAC処理部203と、無線IF部204と、基地局情報管理部205と、通信メディア判定部206と、カプセル化処理部207と、デカプセル化処理部208と、を具備している。
中継局200の上記の構成は、回路でもコンピュータプログラムでも実現可能である。コンピュータプログラムである場合、中継局200(コンピュータ)は、更に、CPU(Central Processing Unit)である実行部(図示しない)と、記録媒体である記憶部(図示しない)と、を具備している。中継局200の記憶部には、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが記憶されている。中継局200の実行部は、起動時などに中継局200の記憶部からコンピュータプログラムを読み取って実行する。
通信IF部201は、第2の通信回線5を介して通信ネットワーク2と接続され、基地局100と通信を行う。
通信処理部202は、レイヤ3の処理を行い、インタフェース間のデータ中継も行う。通信処理部202は、カプセル化処理部207からカプセル化されたパケットを受信した場合、そのパケットを通信IF部201から第2の通信回線5を介して基地局100に送信する。カプセル化されたパケットが基地局100から第2の通信回線5を介して通信IF部201に送信された場合、通信処理部202は、カプセル化されたパケットを通信IF部201から受信する。この場合、通信処理部202は、そのパケットをデカプセル化処理部208へ出力する。
無線IF部204は、無線通信回線4を介して基地局100、移動端末3と接続され、基地局100、移動端末3と無線通信を行う。通信IF部204は、基地局100から送信された無線リソース割り当てスケジュールを受信し、無線MAC処理部203に出力する。
無線MAC処理部203は、マルチホップ無線通信のためのMAC処理や情報の管理を行う。無線MAC処理部203は、基地局100から無線リソース割り当てスケジュールを受け取る。無線MAC処理部203は、デカプセル化処理部208からMAC PDUとフレーム番号を受け取る。このときに、無線MAC処理部203は、指定されたフレームにおいて、基地局100から通知された無線リソース割り当てスケジュールに従って、そのMAC PDUを無線IF部204から無線通信回線4を介して移動端末3に送信する。無線リソース割り当てスケジュールの通知は、マルチホップ無線通信のためのMAC処理の一部として、無線通信回線4を介して行われる。
移動端末3から上りパケットであるMAC PDUが送信された場合、無線MAC処理部203は、そのMAC PDUを無線IF部204から受信する。この場合、無線MAC処理部203は、通信メディア判定部206へそのMAC PDUを出力する。無線MAC処理部203は、通信メディア判定部206からMAC PDUを受け取った場合には、そのMAC PDUをマルチホップ無線通信により基地局100へ送信するためのMAC処理を行い、無線IF部204を介して基地局100へ送信する。
基地局情報管理部205は、第2の通信回線5を介して基地局100へパケットを送信するために必要な情報を保持する。本実施形態においては、基地局100へパケットを送信するために必要な情報として、基地局100のMACアドレス及びIPアドレスを用いるものとする。これらの情報は予め設定されているものとする。
通信メディア判定部206は、通信条件に従って、通信メディア(無線通信回線4、第2の通信回線5)の中から、移動端末3が送信したMAC PDUを基地局100に送信するのに使用するための通信回線を選択する(選択処理)。ここで、本実施形態では、通信条件は、MAC PDUの遅延に関するQoS要件の有無を含んでいる。MAC PDUに遅延に関するQoS要件が適用されている場合には、無線マルチホップによる送信が行われることとする。即ち、MAC PDUが基地局100に送信される通信回線としては、無線通信回線4が用いられる。パケットに遅延に関するQoS要件が適用されていない場合には、MAC PDUが基地局100に送信される通信回線としては、無線通信回線4ではなく第2の通信回線5が用いられるものとする。通信メディア判定部206は、無線マルチホップによる送信を選択した場合にはそのMAC PDUを無線MAC処理部203に出力する。通信メディア判定部206は、第2の通信回線5による送信を選択した場合には、そのMAC PDUと基地局100のMACアドレスとをカプセル化処理部207に出力する。MAC PDUに対応するQoS要件や基地局100のMACアドレスの情報は、無線MAC処理部203がマルチホップ無線通信のために保持する情報に含まれる。
カプセル化処理部207は、MAC PDUを第2の通信回線5を介して基地局100へ送信するためにIPによるカプセル化を行う。カプセル化の際のフォーマットは基地局100のカプセル化処理部110が用いるものと同様である。IPヘッダの送信先アドレスには基地局100のIPアドレスが設定され、送信元アドレスには中継局200のIPアドレスが設定される。UDPのペイロードは、MAC PDUを受信したフレーム番号、シーケンス番号、MAC PDUから構成される。シーケンス番号は、カプセル化を行うたびに異なる番号が使用される。カプセル化処理部207は、通信メディア判定部206からMAC PDUと基地局100のMACアドレスとを受け取ると、MAC PDUに対してカプセル化を行った後、そのパケットを通信処理部202に出力する。基地局100のIPアドレスは、基地局100のMACアドレスを基に基地局情報管理部205から取得される。
デカプセル化処理部208は、カプセル化されたパケットを通信処理部202から受け取り、そのパケットに対してデカプセル化を行う。このとき、デカプセル化処理部208は、そのパケットのUDPペイロードからMAC PDUとフレーム番号を取り出し、MAC PDU及びフレーム番号を無線MAC処理部203へ出力する。
[動作]
次に、図5、図6、図7及び図8を参照して、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの動作について詳細に説明する。
次に、図5、図6、図7及び図8を参照して、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの動作について詳細に説明する。
まず、基地局100から移動端末3への下り方向のパケットを処理する際の動作について説明する。
基地局100は、移動端末3宛のパケットをコアネットワーク1から受信する。図5は、このときの基地局100の動作を示すフローチャートである。
基地局100は、通信条件(パケットの遅延に関するQoS要件の有無)に従って、通信メディア(無線通信回線4、第2の通信回線5)の中から、パケットを中継局200に送信するための通信回線を選択する(ステップS101)。
基地局100は、パケットに遅延に関するQoS要件が適用されている場合、無線通信回線4を使用する。即ち、通信回線として無線通信回線4を選択している。
この場合、基地局100は、パケットを無線通信回線4で伝送するためのMAC PDUに変換する(ステップS102)。また、基地局100は、MAC PDUを中継局200から移動端末3に伝送するための無線リソース割り当てスケジュールを決定する。
その後、基地局100は、そのMAC PDUを無線通信回線4を介して中継局200に送信する(ステップS103)。また、基地局100は、無線リソース割り当てスケジュールを無線通信回線4を介して中継局200に送信する。
中継局200は、無線リソース割り当てスケジュールに従って、基地局100からのMAC PDUを無線通信回線4を介して移動端末3に送信する。
基地局100は、パケットに遅延に関するQoS要件が適用されていない場合、無線通信回線4を使用しない。即ち、通信回線として第2の通信回線5を選択している。
この場合、基地局100は、パケットを中継局200と移動端末3の間で第2の通信回線5を介して伝送するためのMAC PDUに変換する(ステップS104)。
その後、基地局100は、第2の通信回線5の通信品質(第2の通信回線5における通信遅延時間)と中継局200におけるデータ処理時間とに基づいて、MAC PDUを中継局200から移動端末3に伝送するための無線リソース割り当てのスケジューリングを行い、その結果として無線リソース割り当てスケジュールを決定する(ステップS105)。即ち、基地局100は、通信遅延時間として、パケットが基地局100から第2の通信回線5を介して中継局200に送信されるまでの時間を考慮して、無線リソース割り当てスケジュールを決定する。
基地局100は、MAC PDUを第2の通信回線5を介して中継局200へ送信するために、IPによるカプセル化を実施する。即ち、第2の通信回線5で用いられるプロトコルのヘッダを用いてMAC PDUをカプセル化し、カプセル化されたパケットを生成する(ステップS106)。
基地局100は、カプセル化されたパケットを通信ネットワーク2、第2の通信回線5を介して中継局200に送信する(ステップS107)。また、基地局100は、ステップS105により決定された無線リソース割り当てスケジュールを無線通信回線4を介して中継局200に送信する。
中継局200は、基地局100からのカプセル化されたパケットを受信する。図6は、このときの中継局200の動作を示すフローチャートである。
中継局200は、そのカプセル化されたパケットに対してデカプセル化を施し、MAC PDUとフレーム番号(対応フレーム番号)とを取り出す(ステップS111)。
中継局200は、基地局100から無線通信回線4を介して送信された無線リソース割り当てスケジュールを受信する(ステップS112)。ステップS111においてカプセル化されたパケットから取り出したMAC PDUを移動端末3へ送信するための無線リソース割り当てスケジュールは、指定されたフレーム内(対応フレーム番号で識別されるフレーム)にスケジュールされている。
中継局200は、無線リソース割り当てスケジュールに従って、即ち、指定されたフレーム内にスケジュールされた無線リソース割り当てに従って、MAC PDUを無線通信回線4を介して移動端末3に送信する(ステップS113)。
次に、移動端末3から基地局100への上り方向のパケットを処理する際の動作について説明する。
上りパケットが移動端末3から送信され、中継局200は、移動端末3からの上りパケットを無線通信回線4を介して受信する。図7は、このときの中継局200の動作を示すフローチャートである。ここで、上りパケットは移動端末3からMAC PDU(以下、上りMAC PDUと称する)の形式で送信されており、中継局200はその上りMAC PDUに対して処理を行う。
中継局200は、通信条件(パケットの遅延に関するQoS要件の有無)に従って、通信メディア(無線通信回線4、第2の通信回線5)の中から、移動端末3からの上りMAC PDUを基地局100に送信するための通信回線を選択する(ステップS121)。
中継局200は、上りMAC PDUに対して、遅延に関するQoS要件が適用されている場合、無線通信回線4を使用する。即ち、通信回線として無線通信回線4を選択している。
この場合、中継局200は、移動端末3からの上りMAC PDUを無線通信回線4を介して基地局100に送信する(ステップS122)。
基地局100は、中継局200からの上りMAC PDUに対してMAC処理を行い、上位レイヤのパケットとして上りパケットを取り出す。基地局100は、その上りパケットをコアネットワーク1に送信する。
中継局200は、上りMAC PDUに対して、遅延に関するQoS要件が適用されていない場合、無線通信回線4を使用しない。即ち、通信回線として第2の通信回線5を選択している。
この場合、中継局200は、移動端末3からの上りMAC PDUを第2の通信回線5を介して基地局100に送信するために、IPによるカプセル化を実施する。即ち、第2の通信回線5で用いられるプロトコルのヘッダを用いて上りMAC PDUをカプセル化する(ステップS123)。
中継局200は、カプセル化されたパケットを第2の通信回線5を介して基地局100に送信する(ステップS124)。
基地局100は、中継局200からのカプセル化されたパケットを受信する。図8は、このときの基地局100の動作を示すフローチャートである。
基地局100は、そのカプセル化されたパケットからMAC PDUを取り出す(ステップS131)。
基地局100は、MAC PDUに対してMAC処理を行い、上位レイヤのパケットとして上りパケットを取り出す(ステップS132)。
基地局100は、その上りパケットをコアネットワーク1に送信する(ステップS133)。
[効果]
以上の説明により、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100−中継局200間のパケット送信に通常のマルチホップ無線通信システムの無線通信回線4とは異なる第2の通信回線5を使用できるため、システム全体の通信容量を改善できる。
以上の説明により、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100−中継局200間のパケット送信に通常のマルチホップ無線通信システムの無線通信回線4とは異なる第2の通信回線5を使用できるため、システム全体の通信容量を改善できる。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100は第2の通信回線5を使用して移動端末3宛のパケットを中継局200に送信する際、パケットを中継局200−移動端末3間で送信するための無線リソース割り当てを予め行っておく。このため、無線リソース割り当てにかかる制御メッセージを抑制する効果も得られる。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100は第2の通信回線5を使用して移動端末3宛のパケットを中継局200に送信する際、パケットを無線通信回線4で使用されるMAC PDUの形に変換してから中継局200に送信する。このため、中継局200にパケットをMAC PDUに変換するための機能や情報を保持する必要がなく、中継局200の実装を容易にしたり、製造コストを低減したりする効果も得られる。
[補足]
なお、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、通信条件は、パケットの遅延に関するQoS要件の有無を含んでいることを例としたが、これに限定されるものではない。
なお、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、通信条件は、パケットの遅延に関するQoS要件の有無を含んでいることを例としたが、これに限定されるものではない。
他の例として、通信条件は、パケットのサイズを含んでいてもよい。この場合、基地局100は、予め決められた閾値として設定サイズを保持しているものとする。基地局100は、パケットのサイズと設定サイズとを比較し、その結果、パケットのサイズが設定サイズより大きい場合(第1比較結果)、マルチホップ無線通信による送信を選択する。即ち、通信回線として無線通信回線4を選択する。基地局100は、パケットのサイズが設定サイズ以下である場合(第2比較結果)、通信回線として第2の通信回線5を選択する。中継局200についても同様である。中継局200は、設定サイズを保持し、パケットのサイズが設定サイズより大きい場合、通信回線として無線通信回線4を選択し、パケットのサイズが設定サイズ以下である場合、通信回線として第2の通信回線5を選択する。サイズが小さいパケットを無線通信回線4で送信するときに、伝送オーバヘッドが顕著に発生する場合がある。この例では、伝送オーバヘッドを低減することができる。
更に他の例として、通信条件は、無線通信回線4の使用率を含んでいてもよい。無線通信回線4の使用率は、無線通信回線4の無線リソース割り当て状況により決定される。この場合、基地局100は、予め決められた閾値として設定使用率を保持しているものとする。基地局100は、無線通信回線4の無線リソース割り当て状況に基づいて無線通信回線4の使用率を算出する。基地局100は、その使用率と設定使用率とを比較し、その結果、使用率が設定使用率以下である場合(第1比較結果)、通信回線として無線通信回線4を選択する。基地局100は、使用率が設定使用率を超えている場合(第2比較結果)、通信回線として第2の通信回線5を選択する。中継局200についても同様である。中継局200は、設定使用率を保持し、無線通信回線4の無線リソース割り当て状況に基づいて無線通信回線4の使用率を算出し、その使用率が設定使用率以下である場合、通信回線として無線通信回線4を選択し、その使用率が設定使用率を超えている場合、通信回線として第2の通信回線5を選択する。無線通信回線4の使用率が低く、伝送能力に余裕がある場合には、優先的に無線通信回線4が選択されて使用されることが好ましい。これにより、第2の通信回線5が頻繁に使用されることによる通信遅延時間の増加等の問題を避けることができる。
更に他の例として、通信条件は、パケットの遅延に関するQoS要件の有無と、パケットのサイズと、無線通信回線4の使用率と、の組み合わせでもよい。即ち、通信条件は、パケットの遅延に関するQoS要件の有無、パケットのサイズ、無線通信回線4の使用率の少なくとも1つを含んでいてもよい。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、第2の通信回線5の通信品質は、第2の通信回線5における通信遅延時間を含んでいることを例としたが、これに限定されるものではない。
他の例として、第2の通信回線5の通信品質は、推定時間を含んでいてもよい。この場合、基地局100は、第2の通信回線5における基地局100−中継局200間の通信帯域と、パケットのサイズと、に基づいて、パケットを基地局100から第2の通信回線5を介して中継局200に送信するのに費やされる時間を推定時間として推定する。基地局100は、その推定時間と中継局200におけるデータ処理時間とに基づいて、パケットを中継局200から移動端末3に伝送するための無線リソース割り当てスケジュールを決定する。即ち、基地局100は、通信遅延時間の代わりに推定時間として、パケットが基地局100から第2の通信回線5を介して中継局200に送信されるまでの時間を考慮して、無線リソース割り当てスケジュールを決定する。これにより、パケットのサイズに応じた最適なタイミングでスケジューリングを行うことができる。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、基地局100及び中継局200のIPアドレスは中継局200及び基地局100にそれぞれ予め設定されるものとする例を示したが、これに限定されるものではない。
他の例として、基地局100及び中継局200は、中継局200が基地局100に接続するときに第2の通信回線5における互いの通信パラメータを交換することとしてもよい。例えば、中継局200は、システム起動時に基地局100への接続処理を行う。この接続処理において、基地局100及び中継局200は、第2の通信回線5における互いの通信パラメータを交換する。また、基地局100及び中継局200の通信パラメータは、それぞれ自身のIPアドレスを含めることとしてもよい。これらは、接続に用いられる制御メッセージに第2の通信回線5における通信パラメータを含めることで実現できる。その場合、基地局100や中継局200に予め他の基地局や中継局のIPアドレスを設定する必要がなくなり、システム管理の負担を軽減したり、ネットワーク構成の変更に柔軟に対応したりすることができる。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、上りパケットの基地局100−中継局200間の送信に使用する通信回線を中継局200が選択するものとする例を示したが、これに限定されるものではなく、基地局100が選択してもよい。これは、例えば、移動端末3−中継局200間の上りパケット送信に関する無線リソース割り当て要求を基地局100が受信した際に、基地局100がその上りパケットの基地局100−中継局200間の送信に使用する通信回線を選択し、その結果を無線通信回線4を使用して中継局200に通知することで実現できる。その場合、基地局100が持つ情報によって使用すべき通信回線を選択することができる。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、第2の通信回線5はIPによる通信方式に適用されるものとする例を示したが、これに限定されるものではなく、第2の通信回線5において他の通信方式を使用してもよい。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、中継局200及び移動端末3がそれぞれ1台である例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、中継局200が複数台であったり移動端末3が複数台であったりしてもよい。
本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、基地局100が通信IF部101−1、101−2と通信IF部108とを使用する例を示したが、これに限定されるものではなく、これらを一つの通信IF部としてもよい。
(第2実施形態)
[構成]
次に、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて説明する。
[構成]
次に、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて説明する。
第1実施形態では、基地局100と中継局200の間の第2の通信回線5における通信遅延時間は予め設定されることとしたが、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは通信遅延時間を動的に推定する。この場合、中継局200は、基地局100から第2の通信回線5を介してカプセル化されたパケットを受信したとき、受信確認メッセージを第2の通信回線5を介して基地局100に送信する。基地局100は、中継局200から第2の通信回線5を介して受信確認メッセージを受信する。基地局100は、カプセル化されたパケットを送信したときの送信時刻と、受信確認メッセージを受信したときの受信時刻と、に基づいて、基地局100−中継局200間の通信遅延時間を算出する。
本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムの構成は第1実施形態と同一であるため、その図示及び説明は省略する。
図9は、基地局100の構成を示すブロック図である。基地局100は、第1実施形態における基地局100の構成に加えて、更に、通信遅延推定部121を具備している。また、基地局100は、第1実施形態における基地局100の通信処理部102、中継局情報管理部109、カプセル化処理部110に代えて、通信処理部122、中継局情報管理部124、カプセル化処理部123を具備している。
通信処理部122は、前述の通信処理部102の機能に加え、中継局200から受信確認メッセージを通信IF部101−2経由で受信した場合、その受信確認メッセージを通信遅延推定部121へ出力する機能を有している。
カプセル化処理部123は、前述のカプセル化処理部110の機能に加え、カプセル化を実施したときに、使用したシーケンス番号を通信遅延推定部121に通知する機能を有している。
中継局情報管理部124は、前述の中継情報管理部109と同様の情報を保持する。更に、中継局情報管理部124は、通信遅延推定部121からの要求に応じて保持している中継局200までの通信遅延時間を更新する機能を有している。第1実施形態と同様、中継局200のMACアドレス、中継局200のIPアドレス、通信遅延時間は予め設定されているものとする。そこで、通信遅延時間に関しては、与えられた値は初期値としてのみ使用し、通信遅延推定部121によって更新された場合には更新された値を保持する。
通信遅延時間推定部121は、中継局200からの受信確認メッセージを利用して基地局100−中継局200間の第2の通信回線5における通信遅延時間の推定を行う。カプセル化処理部123からシーケンス番号を通知されると、通信遅延時間推定部121はそのシーケンス番号と現在時刻(データ送信時刻)の組を記憶する。中継局200が送信した受信確認メッセージを通信処理部122から受け取ると、通信遅延時間推定部121はその受信確認メッセージに含まれるシーケンス番号を取り出し、そのシーケンス番号に対応するデータ送信時刻を検索する。通信遅延時間推定部121は現在時刻(受信確認メッセージ受信時刻)からデータ送信時刻を引いた時間を第2の通信回線5における基地局100−中継局200間のRTT(Round Trip Time)とし、RTT/2を基地局100−中継局200間の通信遅延時間と推定し、中継局情報管理部124に対し、中継局200に対する通信遅延時間をRTT/2とするよう依頼する。
基地局100のその他の構成については第1実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
図10は、中継局200の構成を示すブロック図である。中継局200は、第1実施形態における中継局200のデカプセル化処理部208に代えて、デカプセル化処理部221を具備している。
デカプセル化処理部221は、前述のデカプセル化処理部208の機能に加え、デカプセル化の処理を行う際、受信確認メッセージを基地局100に送信する機能を有している。図13は、受信確認メッセージの一例を示している。IPヘッダの送信先アドレスには基地局100のIPアドレスが設定され、送信元アドレスには中継局200のIPアドレスが設定される。本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、トランスポートプロトコルとしてUDPを使用する。UDPのペイロードは、シーケンス番号から構成される。シーケンス番号にはデカプセル化を行ったパケットに含まれていたシーケンス番号が用いられる。
中継局200のその他の構成については第1実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
[動作]
次に、図11及び図12を参照して、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムの動作について詳細に説明する。
次に、図11及び図12を参照して、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムの動作について詳細に説明する。
まず、基地局100から移動端末3への下り方向のパケットを処理する際の動作について説明する。
基地局100が移動端末3宛のパケットをコアネットワーク1から受信した際の基地局100の動作については、第1実施形態と同一であるため(図5参照)、その説明を省略する。
中継局200は、基地局100からのカプセル化されたパケットを受信する。図11は、このときの中継局200の動作を示すフローチャートである。
中継局200は、カプセル化されたパケットを受信し、そのカプセル化されたパケットに対してデカプセル化を施し、MAC PDUとフレーム番号とシーケンス番号を取り出す(ステップS201)。
中継局200は、取り出したシーケンス番号を含む受信確認メッセージを第2の通信回線5を介して基地局100に送信する(ステップS202)。
中継局200は、基地局100から無線通信回線4を介して送信された無線リソース割り当てスケジュールを受信する(ステップS203)。ステップS201においてカプセル化されたパケットから取り出したMAC PDUを移動端末3へ送信するための無線リソース割り当てスケジュールには、指定されたフレーム内(対応フレーム番号で識別されるフレーム)にスケジュールされている。
中継局200は、無線リソース割り当てスケジュールに従って、即ち、指定されたフレーム内にスケジュールされた無線リソース割り当てに従って、MAC PDUを無線通信回線4を介して移動端末3に送信する(ステップS204)。
基地局100は、中継局200からの受信確認メッセージを受信する。図12は、このときの基地局100の動作を示すフローチャートである。
基地局100は、受信確認メッセージの受信時刻と、その受信確認メッセージに含まれるシーケンス番号に対応するパケットの送信時刻とにより、基地局100−中継局200間の第2の通信回線5におけるRTTを計算する(ステップS211)。
基地局100は、計算したRTTにより、中継局200までの第2の通信回線5における通信遅延時間を推定し、その時間を記憶する(ステップS212)。
移動端末3から基地局100への上り方向のパケットを処理する際の動作については、第1実施形態と同一であるため(図7、図8参照)、その説明を省略する。
[効果]
以上の説明により、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100−中継局200間の第2の通信回線5における通信遅延時間を動的に推定する。このため、基地局100が第2の通信回線5を使用して移動端末宛のパケットを中継局200に送信する際、パケットを中継局200−移動端末3間で送信するための無線リソース割り当てを、基地局100−中継局200間の第2の通信回線5の状態に合わせた最適なタイミングにスケジュールすることができる。
以上の説明により、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムによれば、基地局100−中継局200間の第2の通信回線5における通信遅延時間を動的に推定する。このため、基地局100が第2の通信回線5を使用して移動端末宛のパケットを中継局200に送信する際、パケットを中継局200−移動端末3間で送信するための無線リソース割り当てを、基地局100−中継局200間の第2の通信回線5の状態に合わせた最適なタイミングにスケジュールすることができる。
(第1実施形態の具体例)
次に、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて、具体例を用いて説明する。
次に、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて、具体例を用いて説明する。
第1実施形態において、マルチホップ無線通信方式としてIEEE802.16jを使用し、通信ネットワーク2及び第2の通信回線5にそれぞれインターネット及び有線通信回線を使用する。
図14は、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの具体例の構成を示している。
基地局100はIEEE802.16jにおける集中スケジューリング方式を用いるMR−BS(Multi−hop Relay−Base Station;マルチホップ・リレー基地局)である。中継局200はIEEE802.16jにおける集中スケジューリング方式を用いる非透過型リレーステーション(non−transparent Relay Station)である。移動端末3は、IEEE802.16eにおけるモバイルステーション(Mobile Station)である。コアネットワーク1は、本システムとその他の通信システムを接続するバックボーンとして機能するネットワークである。通信ネットワーク2は、IPを用いて構築された公衆ネットワークであり、その公衆ネットワークとしてはインターネットが例示される(以下、通信ネットワーク2をインターネット2と称する)。基地局100は、コアネットワーク1及びインターネット2と接続されている。また、中継局200は、インターネット2と接続されている。
基地局100のパケット分類部103は、IEEE802.16jのMAC層機能のうちCS(Convergence Sublayer)機能を実行する。また、基地局100及び中継局200の無線MAC処理部107及び203は、IEEE802.16jのMAC層機能のうちCS以外の機能を実行する。更に、基地局100及び中継局200の無線IF部108及び204は、IEEE802.16jのPHY(Physical)層機能を実行する。
以下に、図15、図16及び図18を用いて、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムの具体例の動作を説明する。図15は、下りパケットを処理する際のシステムのシーケンス図である。図16は、下りパケットを処理する際に基地局100及び中継局200が送信するフレームの構成を示した図である。図18は、上りパケットを処理する際のシステムのシーケンス図である。なお、図15及び図18中の実線の矢印は有線通信回線を用いたデータ通信を表し、破線の矢印は無線通信回線4を用いたデータ通信を表している。
IEEE802.16jによるフレームは、ダウンリンク方向の通信のためのDL(DownLink)サブフレームと、アップリンク方向の通信のためのUL(UpLink)サブフレームで構成される。DLサブフレームはDLアクセスゾーン及びDLリレーゾーンにより構成される。DLアクセスゾーンの先頭にはプリアンブル及び制御メッセージが配置される。また、DLリレーゾーンの先頭には制御メッセージが配置される。プリアンブルは局間の同期をとるためのデータである。制御メッセージは、フレームの情報を示すFCH(Frame Control Header)や、DLサブフレーム内の無線リソース割り当てを示すDL−MAP(downlink map)、ULサブフレーム内の無線リソース割り当てを示すUL−MAP(uplink map)等で構成される。また、本発明の第1実施形態によるマルチホップ無線通信システムでは、移動端末の接続形態として、中継局を介さない場合と介す場合がある。前者の場合、移動端末は基地局に直接接続し、通信する(シングルホップ通信)。後者の場合、移動端末は中継局に直接接続し、中継局に中継してもらって基地局と通信する(マルチホップ通信)。そこで、DLアクセスゾーンは、基地局100から基地局100に直接接続している移動端末(図示しない)にデータを送信するための領域、又は、中継局200から移動端末3にデータを送信するための領域である。DLリレーゾーンは、基地局100から中継局200にデータを送信するための領域、又は、中継局200から他の中継局200にデータを送信するための領域である。ULサブフレームはULアクセスゾーン及びULリレーゾーンにより構成される。ULアクセスゾーンは、基地局100に直接接続している移動端末(図示しない)から基地局100にデータを送信するための領域、又は、移動端末3から中継局200にデータを送信するための領域である。ULリレーゾーンは、中継局200から基地局100にデータを送信するための領域、又は、他の中継局200から中継局200にデータを送信するための領域である。
まず、下りパケットを処理する際の動作について説明する。コアネットワーク1を介して移動端末3宛のパケットD1及びD2が基地局100に送信される場合のシステムについて説明する。パケットD1は、遅延に関するQoS要件があるパケットであるものとし、パケットD2は遅延に関するQoS要件が無いパケットであるものとする。したがって、第1実施形態において、パケットD1は、IEEE802.16jの規定による従来どおりの方法で、基地局100から移動端末3までマルチホップ無線通信により送信される。一方、パケットD2は、基地局100から中継局200までの間においてはインターネット2経由で送信され、中継局200から移動端末3までの送信は無線通信回線4により送信される。下りパケットに遅延に関するQoS要件がある場合のシステムの動作は、IEEE802.16jで規定されるマルチホップ無線通信と同等であるが、従来技術と第1実施形態の違いを明らかにするために、ここではその説明も行う。
コアネットワーク1から基地局100へ、パケットD1及びD2が送信される(ステップS301及びステップS303)。基地局100はパケットD1を受信すると、そのパケットを移動端末3まで送信するための処理を行う(ステップS302)。具体的には、まず、パケットを中継局200に送信するために使用する通信メディアを選択する。この場合、パケットD1には遅延に関するQoS要件があるため、無線通信回線4を選択する。次に、パケットD1のMAC PDU化を行った後、そのMAC PDUを無線通信回線4で送信するために、基地局100−中継局200間及び中継局200−移動端末3間の無線リソースの割り当てスケジューリングを行う。ここでは、基地局100−中継局200間の送信をフレームkで、中継局200−移動端末3間の送信をフレームk+1で行うよう決定したとする。
基地局100はパケットD2を受信すると、そのパケットを移動端末3まで送信するための処理を行う(ステップS304)。具体的には、まず、パケットを中継局200に送信するために使用する通信メディアを選択する。この場合、パケットD2には遅延に関するQoS要件がないため、有線通信回線(インターネット2経由)を選択する。次に、パケットD2のMAC PDU化を行った後、中継局200−移動端末3間の無線リソースの割り当てスケジューリングを行う。ここでは、予め設定されている、基地局100−中継局200間の通信遅延時間と中継局200におけるデータ処理時間を基に、中継局200−移動端末3間の送信をフレームk+2で行うよう決定したとする。
その後、基地局100は、パケットD2のMAC PDUをIPによりカプセル化し、インターネット2を経由して中継局200へ送信する(ステップS305)。図17は、カプセル化により生成されるパケットの一例を示している。IPヘッダの送信先アドレスには中継局200のIPアドレスが設定され、送信元アドレスには基地局100のIPアドレスが設定される。UDPのペイロードは、MAC PDUがスケジューリングされたフレーム番号であるk+2、シーケンス番号
(この例では100とする)、パケットD2のMAC PDUから構成される。
(この例では100とする)、パケットD2のMAC PDUから構成される。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームkを送信する(ステップS306)。その際、基地局100はフレームkのDLリレーゾーンにパケットD1のMAC PDUを含める(図16の符号A参照)。また、フレームk+1の送信時に中継局200が使用すべき無線リソース割り当てスケジュールも含める。中継局200は、基地局100が送信したフレームkのDLリレーゾーンからD1を受信し、移動端末3への転送に向けたMAC処理を行う(ステップS307)。また、フレームk+1で使用する無線リソース割り当てスケジュールも受信する。
中継局200は、カプセル化されたD2のMAC PDUを受信すると(ステップS308)、そのパケットの処理を行う(ステップS309)。具体的には、デカプセル化を行い、D2のMAC PDUと、そのMAC PDUを送信すべきフレーム番号(k+2)を取り出す。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームk+1を送信する(ステップS310)。その際、基地局100は、フレームk+1のDLリレーゾーンに、フレームk+2の送信時に中継局200が使用すべき無線リソース割り当てスケジュールを含める。また、中継局200はフレームk+1のDLアクセスゾーンにパケットD1のMAC PDUを含める(図16の符号B参照)。移動端末3は、フレームk+1のDL−MAPから自身宛てのデータの存在を知り、パケットD1のMAC PDUを受信する。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームk+2を送信する(ステップS311)。その際、中継局200はフレームk+2のDLアクセスゾーンにパケットD2のMAC PDUを含める(図16の符号C参照)。移動端末3は、フレームk+2のDL−MAPから自身宛てのデータの存在を知り、パケットD2のMAC PDUを受信する。
次に、上りパケットを処理する際の動作について説明する。移動端末3が図示されないコアネットワーク1内の通信装置にパケットD3を送信する場合のシステムの動作について説明する。パケットD3は、遅延に関するQoS要件が無いパケットとする。移動端末3が送信するパケットに遅延に関するQoS要件がある場合のシステムの動作は、IEEE802.16jで規定されるマルチホップ無線通信と同等であるため、その説明を省略する。
移動端末3は、パケットD3をMAC PDU化し、中継局200に送信する(ステップS312)。中継局200は、移動端末3が送信したMAC PDUを受信すると、その処理を行う(ステップS313)。具体的には、まず、そのMAC PDUを基地局100に送信するために使用すべき通信メディアを選択する。D3は遅延に関するQoS要件が無いパケットであるため、中継局200は有線通信回線(インターネット2経由)を選択する。その後、MAC PDUをIPによりカプセル化し、インターネット2を経由して基地局100へ送信する(ステップS314及びステップS315)。
基地局100は、カプセル化されたD3のMAC PDUを受信すると、そのパケットの処理を行う(ステップS316)。具体的には、デカプセル化を行い、D3のMAC PDUを取り出す。その後、そのMAC PDUにMAC処理を行った後、取り出されたパケットD3をコアネットワーク1へ送信する(ステップS317)。
なお、第1実施形態では、基地局100−中継局200間を結ぶ第2の通信回線5として有線通信回線を使用する例を示したが、これに限定されるものではない。他の例として、無線通信回線を使用することとしてもよい。ただし、その無線通信回線は、第1の通信回線(無線通信回線4)とは異なる。
(第2実施形態の具体例)
次に、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて、具体例を用いて説明する。
次に、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムについて、具体例を用いて説明する。
第2実施形態では、第1実施形態と同様、マルチホップ無線通信方式としてIEEE802.16jを使用し、通信ネットワーク2及び第2の通信回線5にそれぞれインターネット及び有線通信回線を使用する。
本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムの具体例の構成については第1実施形態の具体例と同様であるため(図14参照)、その図示及び説明を省略する。
以下に、図19を用いて、本発明の第2実施形態によるマルチホップ無線通信システムの具体例の動作を説明する。図19は、下りパケットを処理する際のシステムのシーケンス図である。なお、図19中の実線の矢印は有線通信回線を用いたデータ通信を表し、破線の矢印は無線通信回線4を用いたデータ通信を表している。
まず、下りパケットを処理する際の動作について説明する。コアネットワーク1を介して移動端末3宛のパケットD4が基地局100に送信される場合のシステムについて説明する。D4は遅延に関するQoS要件が無いパケットとする。移動端末3が送信するパケットに遅延に関するQoS要件がある場合のシステムの動作は、IEEE802.16jで規定されるマルチホップ無線通信と同等であるため、その説明を省略する。
コアネットワーク1から基地局100へ、パケットD4が送信される(ステップS401)。基地局100はパケットD4を受信すると、そのパケットを移動端末3まで送信するための処理を行う(ステップS402)。具体的には、まず、パケットを中継局200に送信するために使用する通信メディアを選択する。この場合、パケットD4には遅延に関するQoS要件がないため、有線通信回線(インターネット2経由)を選択する。次に、パケットD4のMAC PDU化を行った後、中継局200−移動端末3間の無線リソースの割り当てスケジューリングを行う。ここでは、基地局100の中継局情報管理部124が保持している基地局100−中継局200間の通信遅延時間と、予め設定されている中継局200におけるデータ処理時間を基に、中継局200−移動端末3間の送信をフレームk+2で行うよう決定したとする。
その後、基地局100は、パケットD4のMAC PDUをIPによりカプセル化し、インターネット2を経由して中継局200へ送信する(ステップS403及びステップS405)。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームkを送信する(ステップS404)。
中継局200は、カプセル化されたパケットD4のMAC PDUを受信すると、そのパケットの処理を行う(ステップS406)。具体的には、デカプセル化を行い、D4のMAC PDUと、そのMAC PDUを送信すべきフレーム番号(k+2)を取り出す。
その後、中継局200は、パケットD4に関する受信確認メッセージを基地局100に送信する(ステップS407及びステップS409)。図20は、受信確認メッセージの一例を示している。IPヘッダの送信先アドレスには基地局100のIPアドレスが設定され、送信元アドレスには中継局200のIPアドレスが設定される。UDPのペイロードは、シーケンス番号100から構成される。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームk+1を送信する(ステップS408)。その際、基地局100は、フレームk+1のDLリレーゾーンに、フレームk+2の送信時に中継局200が使用すべき無線リソース割り当てスケジュールを含める。
基地局100は、中継局200が送信した受信確認メッセージを受信するとその処理を行う(ステップS410)。具体的には、シーケンス番号を受信確認メッセージから取り出し、中継局200までの有線通信回線における通信遅延時間を推定し、基地局100の中継局情報管理部124が保持している基地局100−中継局200間の通信遅延時間の更新を行う。
基地局100及び中継局200は、次のフレーム送信契機においてフレームk+2を送信する(ステップS411)。その際、中継局200はフレームk+2のDLアクセスゾーンにパケットD4のMAC PDUを含める。移動端末3は、フレームk+2のDL−MAPから自身宛てのデータの存在を知り、パケットD4のMAC PDUを受信する。
1 コアネットワーク、
2 通信ネットワーク、
3 移動端末、
4 第1の通信回線(無線通信回線)、
5 第2の通信回線(有線通信回線)、
100 基地局、
200 中継局、
101−1、101−2 通信IF部、
102、122 通信処理部、
103 パケット分類部、
104 通信メディア判定部、
105 遅延スケジュール処理部、
106 スケジューリング部、
107 無線MAC処理部、
108 無線IF部、
109、124 中継局情報管理部、
110、123 カプセル化処理部、
111 デカプセル化処理部、
121 通信遅延推定部、
201 通信IF部、
202 通信処理部、
203 無線MAC処理部、
204 無線IF部、
205 基地局情報管理部、
206 通信メディア判定部、
207 カプセル化処理部、
208、221 デカプセル化処理部、
2 通信ネットワーク、
3 移動端末、
4 第1の通信回線(無線通信回線)、
5 第2の通信回線(有線通信回線)、
100 基地局、
200 中継局、
101−1、101−2 通信IF部、
102、122 通信処理部、
103 パケット分類部、
104 通信メディア判定部、
105 遅延スケジュール処理部、
106 スケジューリング部、
107 無線MAC処理部、
108 無線IF部、
109、124 中継局情報管理部、
110、123 カプセル化処理部、
111 デカプセル化処理部、
121 通信遅延推定部、
201 通信IF部、
202 通信処理部、
203 無線MAC処理部、
204 無線IF部、
205 基地局情報管理部、
206 通信メディア判定部、
207 カプセル化処理部、
208、221 デカプセル化処理部、
Claims (21)
- 基地局と、
前記基地局と移動端末間に設けられ、マルチホップ無線通信を行うための第1の通信回線を介して前記基地局及び前記移動端末に接続された中継局と
を具備し、
前記基地局と前記中継局は、更に、前記第1の通信回線とは異なる第2の通信回線を介して接続され、
前記基地局は、
予め設定された通信条件に従って、前記第1の通信回線、前記第2の通信回線の中から、前記移動端末宛のパケットを前記中継局に送信するための通信回線を選択し、
前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、前記パケットを前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信すると共に、前記パケットを前記中継局から前記移動端末に伝送するための無線リソース割り当てスケジュールを前記第2の通信回線の通信品質に基づいて決定し、前記中継局に送信し、
前記中継局は、前記基地局からの前記パケットを前記無線リソース割り当てスケジュールに基づいて前記移動端末に送信する
マルチホップ無線通信システム。 - 前記通信品質は、前記パケットが前記基地局から前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信されるまでの時間を表す通信遅延時間を含む
請求項1に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記通信品質は、推定時間を含み、
前記基地局は、
前記基地局と前記中継局間の通信帯域と、前記パケットのサイズと、に基づいて、前記パケットを前記基地局から前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信するのに費やされる時間を前記推定時間として推定する
請求項1に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記中継局は、前記基地局から前記第2の通信回線を介して前記パケットを受信したときに、受信確認メッセージを前記第2の通信回線を介して前記基地局に送信し、
前記基地局は、
前記中継局から前記第2の通信回線を介して前記受信確認メッセージを受信し、
前記パケットを送信したときの送信時刻と、前記受信確認メッセージを受信したときの受信時刻と、に基づいて、前記基地局と前記中継局間の前記通信遅延時間を算出する
請求項2に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記パケットにはQoS(Quality of Service)要件が適用され、
前記通信条件は、前記パケットの遅延に関するQoS要件の有無であり、
前記パケットに前記遅延に関するQoS要件が適用されている場合、前記通信回線として前記第1の通信回線が選択され、
前記パケットに前記遅延に関するQoS要件が適用されていない場合、前記通信回線として前記第2の通信回線が選択される
請求項1〜4のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記通信条件は、前記パケットのサイズであり、
前記サイズと予め決められた設定サイズとの比較の結果が第1比較結果である場合、前記通信回線として前記第1の通信回線が選択され、
前記サイズと前記設定サイズとの比較の結果が前記第1比較結果とは異なる第2比較結果である場合、前記通信回線として前記第2の通信回線が選択される
請求項1〜4のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記通信条件は、前記第1の通信回線の無線リソース割り当て状況により決定される前記第1の通信回線の使用率であり、
前記使用率と予め決められた設定使用率との比較の結果が第1比較結果である場合、前記通信回線として前記第1の通信回線が選択され、
前記使用率と前記設定使用率との比較の結果が前記第1比較結果とは異なる第2比較結果である場合、前記通信回線として前記第2の通信回線が選択される
請求項1〜4のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記基地局は、
前記通信回線として前記第1の通信回線が選択された場合、前記パケットを前記第1の通信回線を介して前記中継局に送信すると共に、前記パケットに対する前記無線リソース割り当てスケジュールを決定し、前記第1の通信回線を介して前記中継局に送信する
請求項1〜7のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記基地局は、
前記通信回線として前記第1の通信回線が選択された場合、前記パケットを前記第1の通信回線で伝送するためのMAC(Media Access Control) PDU(Protocol Data Unit)に変換し、前記第1の通信回線を介して前記中継局に送信し、
前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、前記パケットを前記MAC PDUに変換し、前記第2の通信回線で用いられるプロトコルのヘッダを用いて前記MAC PDUをカプセル化し、カプセル化されたパケットとして前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信し、
前記カプセル化されたパケットは、前記MAC PDUを含み、
前記中継局は、前記カプセル化されたパケットに対してデカプセル化を施して前記MAC PDUを取り出し、前記無線リソース割り当てスケジュールに基づいて前記移動端末に送信する
請求項1〜8のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記基地局は、前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、前記カプセル化されたパケットを前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信し、前記無線リソース割り当てスケジュールを前記第1の通信回線を介して前記中継局に送信し、
前記カプセル化されたパケットは、前記無線リソース割り当てスケジュールの識別子と同じ識別子である対応識別子を含み、
前記中継局は、前記カプセル化されたパケットに対してデカプセル化を施して前記MAC PDUと前記対応識別子とを取り出し、前記識別子と前記対応識別子とが一致する場合、前記MAC PDUを前記無線リソース割り当てスケジュールに基づいて前記移動端末に送信する
請求項9に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記識別子は、フレーム番号である
請求項10に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 上りパケットが前記移動端末から送信されたとき、
前記中継局は、
前記通信条件に従って、前記第1の通信回線、前記第2の通信回線の中から、前記移動端末からの前記上りパケットを前記基地局に送信するための通信回線を選択し、
前記通信回線として前記第1の通信回線が選択された場合、前記移動端末からの前記上りパケットを前記第1の通信回線を介して前記基地局に送信し、
前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、前記移動端末からの前記上りパケットを前記第2の通信回線を介して前記基地局に送信し、
前記基地局は、前記中継局からの前記上りパケットを受信する、
請求項1〜11のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記上りパケットとして上りMAC(Media Access Control) PDU(Protocol Data Unit)が前記移動端末から送信されたとき、
前記中継局は、
前記通信回線として前記第1の通信回線が選択された場合、前記移動端末からの前記上りMAC PDUを前記第1の通信回線を介して前記基地局に送信し、
前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、前記移動端末からの前記上りMAC PDUを、前記第2の通信回線で用いられるプロトコルのヘッダを用いてカプセル化し、前記第2の通信回線を介して前記基地局に送信し、
前記基地局は、前記中継局からのカプセル化された前記上りMAC PDUを受信し、これに対してデカプセル化を施して前記上りMAC PDUを取り出す、
請求項12に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記基地局及び前記中継局は、前記中継局が前記基地局に接続するときに前記第2の通信回線における互いの通信パラメータを交換する、
請求項1〜13のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記基地局及び前記中継局の前記通信パラメータは、それぞれ自身のIPアドレスを含む、
請求項14に記載のマルチホップ無線通信システム。 - 前記第1の通信回線は、無線通信回線であり、
前記第2の通信回線は、有線通信回線である、
請求項1〜15のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システム。 - 請求項1〜16のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システムに使用される基地局。
- 請求項1〜16のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システムに使用される中継局。
- 基地局と、前記基地局と移動端末間の中継局とが、第1の通信回線を介してマルチホップ無線通信を行うシステムに適用される方法であって、
前記基地局が、予め設定された通信条件に従って、前記第1の通信回線、前記第1の通信回線とは異なる第2の通信回線の中から、前記移動端末宛のパケットを前記中継局に送信するための通信回線を選択するステップと、
前記通信回線として前記第2の通信回線が選択された場合、
前記基地局が、前記パケットを前記第2の通信回線を介して前記中継局に送信するステップと、
前記基地局が、前記パケットを前記中継局から前記移動端末に伝送するための無線リソース割り当てスケジュールを前記第2の通信回線の通信品質に基づいて決定し、前記中継局に送信するステップと、
前記中継局が、前記基地局からの前記パケットを前記無線リソース割り当てスケジュールに基づいて前記移動端末に送信するステップと、
を具備するマルチホップ無線通信方法。 - 請求項19に記載のマルチホップ無線通信方法に適用され、前記基地局が実行する各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
- 請求項19に記載のマルチホップ無線通信方法に適用され、前記中継局が実行する各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009049974A JP2010206551A (ja) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | マルチホップ無線通信システム、及び方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013102406A (ja) * | 2011-11-10 | 2013-05-23 | Fujitsu Ltd | 通信システム、通信方法、管理サーバ、基地局、及び移動局 |
-
2009
- 2009-03-03 JP JP2009049974A patent/JP2010206551A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013102406A (ja) * | 2011-11-10 | 2013-05-23 | Fujitsu Ltd | 通信システム、通信方法、管理サーバ、基地局、及び移動局 |
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