JP2012119768A - Radio communication method and radio communication device in cognitive radio system - Google Patents

Radio communication method and radio communication device in cognitive radio system Download PDF

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Onur Altintas
オヌル アルトゥンタシュ
Mitsuhiro Nishibori
満洋 西堀
Yuji Oie
祐二 尾家
Masato Tsuru
正人 鶴
Kazuya Tsukamoto
和也 塚本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid saturation of a control channel in an ad-hoc cognitive radio communication system.SOLUTION: A first radio communication device holds an initial control channel table defining which channel will be used to start communication among multiple initial control channels according to a location and time. The first radio communication device comprises the steps of: detecting available frequencies; obtaining location information and time information; establishing connection with a second radio communication device by means of an initial control channel to be determined based on the obtained location information and time information; establishing a dynamic control channel by exchanging information on the established initial control channel; and establishing a data channel by exchanging information on the established dynamic control channel. Because the initial control channel is released from establishing the dynamic control channel, the initial control channel can be occupied in a shorter time period.

Description

本発明は、コグニティブ無線システムにおける無線通信技術に関し、特に、あらかじめ定められた制御チャネルを持たないアドホックコグニティブ無線ネットワークにおいて無線接続を確立して通信を開始するための技術に関する。   The present invention relates to a radio communication technique in a cognitive radio system, and more particularly to a technique for establishing a radio connection and starting communication in an ad hoc cognitive radio network that does not have a predetermined control channel.

近年、未使用の周波数帯を検出して利用するコグニティブ無線システムの研究・開発が進められている。使用可能な周波数帯は、プライマリーユーザー(一次利用者)の通信や端末の移動などによって、時間的にも空間的にも随時変化する。したがって、通信に利用する適切な周波数帯を迅速に決定することが重要である。   In recent years, research and development of cognitive radio systems that detect and use unused frequency bands have been underway. The usable frequency band changes from time to time as well as spatially depending on the communication of the primary user (primary user) and the movement of the terminal. Therefore, it is important to quickly determine an appropriate frequency band to be used for communication.

このようなコグニティブ無線システムに関する研究は、共通の制御チャネルの存在を前提とすることが多い。   Research on such cognitive radio systems often presupposes the existence of a common control channel.

たとえば、非特許文献1では、共通スペクトラム調整チャネル(Common Spectrum Coordination Channel: CSCC)を利用する手法が提案されている。各無線ノードは、CSCC上で周波数使用情報(たとえば、IEEE MACアドレスなどのユーザーID、使用周波数帯や送信電力など)を定期的にブロードキャストする。隣接するノードは、これらの通知を観測することにより、新たにアクティブになったユーザーは、スペクトラム・アクティビティーのマップを作成し、利用可能な周波数があればそれを選択する。   For example, Non-Patent Document 1 proposes a method using a common spectrum coordination channel (CSCC). Each wireless node periodically broadcasts frequency usage information (for example, a user ID such as an IEEE MAC address, a used frequency band, transmission power, etc.) on the CSCC. Adjacent nodes observe these notifications so that newly active users create a spectrum activity map and select any available frequencies.

また、IEEE802.22のようなベースステーション(BS)が存在するシステムでは、各端末の周波数利用状況検出結果を基にBSが周波数チャネルを各端末に割り当てる。BSのような制御部が周波数チャネルの割当を行うので、接続確立時に送受信ノード間で利用する周波数チャネル等を交換する必要がなくなる。また、通信中に電波状況が変化して利用する周波数チャネルを切り替える場合も、BSから指示が送られるので切り替えが容易である。   Further, in a system in which a base station (BS) such as IEEE 802.22 exists, the BS allocates a frequency channel to each terminal based on the frequency usage situation detection result of each terminal. Since the control unit such as the BS assigns the frequency channel, it is not necessary to exchange the frequency channel used between the transmission and reception nodes when establishing the connection. In addition, when the radio wave condition changes during communication and the frequency channel to be used is switched, switching is easy because an instruction is sent from the BS.

しかしながら、アドホック無線通信のようなインフラ(アクセスポイント等)を使用しない無線通信システムでは、このような共通の制御チャネルや中央集権的な制御部を利用できない。このような状況を考慮して、本発明者らは、固定の制御チャネルやインフラが存在しない状況で、利用可能な周波数を用いて通信を行う技術を既に提案済みである(特許文献1−3)。   However, such a common control channel and a centralized control unit cannot be used in a wireless communication system that does not use an infrastructure (such as an access point) such as ad hoc wireless communication. In consideration of such a situation, the present inventors have already proposed a technique for performing communication using an available frequency in a situation where there is no fixed control channel or infrastructure (Patent Documents 1-3). ).

特許文献1では、通信を開始しようとする無線通信装置が、周波数をスキャンし利用可能な周波数のいずれか(一つでも複数でも全部でも可)を用いて接続要求を通知することを提案している。これにより、予め定められた固定の制御チャネルが存在しない状況でも通信を開始することができる。   In Patent Document 1, it is proposed that a wireless communication apparatus that is to start communication scans a frequency and notifies a connection request using any of the available frequencies (one, plural, or all). Yes. Thereby, communication can be started even in a situation where there is no predetermined fixed control channel.

特許文献2,3では、利用可能な制御チャネルを検出する際に、スキャン対象とする周波数範囲を、位置情報と時刻情報に基づいて絞り込んでいる。この手法によれば高速な接続確立が実現できる。その理由の一つはスキャン範囲を絞り込むことによって、スキャン時間が短縮されるためである。もう一つの理由は通信を開始しようとする無線通信装置の位置や時刻が変われば利用する周波数が異なるので、利用周波数の衝突を抑制できるためである。そして、制御チャネルを確立した後は、制御チャネルで必要な情報をやりとりしてデータチャネルを決定する。データチャネルは、送受信者の両方で利用可能であり、かつアプリケーションの要求を満足できる周波数が選択される。データチャネル確立後も、
送受信者は制御チャネルを通じて情報をやりとりして、制御チャネルおよびデータチャネルが利用不可能になる場合には利用する周波数を切り替えている。これにより、通信開始後の状況変化に応じて適切な制御チャネルおよびデータチャネル周波数を選択できる。
In Patent Documents 2 and 3, the frequency range to be scanned is narrowed down based on position information and time information when detecting available control channels. According to this method, high-speed connection establishment can be realized. One reason is that the scan time is shortened by narrowing the scan range. Another reason is that if the position or time of the wireless communication device that is about to start communication changes, the frequency to be used is different, so that collision of the usage frequencies can be suppressed. After establishing the control channel, necessary data is exchanged through the control channel to determine the data channel. The data channel is available to both the sender and receiver, and a frequency is selected that can satisfy the application requirements. Even after establishing the data channel,
The sender / receiver exchanges information through the control channel, and switches the frequency to be used when the control channel and the data channel become unavailable. Thereby, it is possible to select an appropriate control channel and data channel frequency in accordance with a change in the situation after the start of communication.

特開2009−200582号公報JP 2009-200582 A 特開2010−136290号公報JP 2010-136290 A 特開2010−136291号公報JP 2010-136291 A

X. Jing, D. Raychaudhuri, “Spectrum Co-existence of IEEE 802.11b and 802.16a Networks using the CSCC Etiquette Protocol”, Proceedings of IEEE DySPAN 2005, Nov. 2005X. Jing, D. Raychaudhuri, “Spectrum Co-existence of IEEE 802.11b and 802.16a Networks using the CSCC Etiquette Protocol”, Proceedings of IEEE DySPAN 2005, Nov. 2005

特許文献2,3では、制御チャネルを確立する際に位置情報と時刻情報に基づいて決定される周波数範囲をスキャン対象とするため、異なる位置または時刻に通信を開始しようとする無線通信装置は異なる周波数範囲をスキャンすることになる。したがって、制御チャネルとして利用する周波数が重複することを避けられるとしている。   In Patent Documents 2 and 3, since a frequency range determined based on position information and time information is set as a scan target when establishing a control channel, wireless communication apparatuses that start communication at different positions or times are different. The frequency range will be scanned. Therefore, it can be avoided that the frequencies used as the control channel overlap.

しかしながら、特許文献2,3の手法では通信を開始した無線通信装置は、比較的狭い周波数範囲内の制御チャネルを使い続ける。したがって、制御チャネルとして利用可能な周波数資源と、通信を行う無線通信装置数の関係によっては、制御チャネル用の周波数が全て利用されてしまう(飽和する)ことが考えられる。飽和状態に近づくと新しい通信を開始することが困難になり、完全に飽和した場合は新しい通信を開始できなくなってしまう。   However, in the methods of Patent Documents 2 and 3, a wireless communication device that has started communication continues to use a control channel within a relatively narrow frequency range. Therefore, it is conceivable that all frequencies for the control channel are used (saturated) depending on the relationship between the frequency resources that can be used as the control channel and the number of wireless communication apparatuses that perform communication. When it approaches the saturation state, it becomes difficult to start a new communication, and when it is completely saturated, it becomes impossible to start a new communication.

このような問題点を考慮し、本発明は、固定された制御チャネルが存在しないコグニティブ無線通信システムにおいて、送受信ノード間で通信に適した周波数を選択して通信を確立するとともに、制御チャネルを専有せずに周波数資源を有効に利用できる技術を提供することを目的とする。   In consideration of such problems, the present invention establishes communication by selecting a frequency suitable for communication between transmitting and receiving nodes in a cognitive radio communication system in which no fixed control channel exists, and occupies the control channel. It aims at providing the technology which can use a frequency resource effectively, without doing.

上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によってコグニティブ無線システムにおける無線通信を行う。   In order to achieve the above object, in the present invention, wireless communication in a cognitive wireless system is performed by the following means or processing.

本発明の無線通信方法では、位置および時刻に応じて予め定められた初期制御チャネルを確立し、初期制御チャネルで必要な情報をやりとりして利用可能な周波数の中から動的制御チャネルを確立する。その後は、動的制御チャネルで必要な情報をやりとりしてデータチャネルを確立する。   In the wireless communication method of the present invention, a predetermined initial control channel is established according to position and time, and necessary information is exchanged through the initial control channel to establish a dynamic control channel from available frequencies. . Thereafter, necessary data is exchanged through the dynamic control channel to establish a data channel.

このように、予め定められた初期制御チャネルを利用する期間を短くし、動的制御チャネルを利用可能な周波数の中から選択することで、比較的貴重な無線資源である初期制御チャネルの専有を防止できる。また、予め定められた初期制御チャネルは、必ずしも最適なものではなく、より適切な周波数を動的制御チャネルとして選択することで効率的な無線通信が実現できる。   In this way, by shortening the period for using the predetermined initial control channel and selecting the dynamic control channel from the available frequencies, it is possible to occupy the initial control channel, which is a relatively valuable radio resource. Can be prevented. In addition, the predetermined initial control channel is not necessarily optimal, and efficient wireless communication can be realized by selecting a more appropriate frequency as the dynamic control channel.

より具体的には、本発明においては、コグニティブ無線システムを構成する無線通信装
置が、位置および時刻に応じて複数の初期制御チャネルのいずれを用いて通信を開始するかを規定する初期制御チャネルテーブルを有している。そして、第1の無線通信装置が、利用可能な周波数を検出するステップと、位置情報および時刻情報を取得するステップと、取得した位置情報および時刻情報に基づいて決定される初期制御チャネルを用いて第2の無線通信装置との接続を確立するステップと、確立した初期制御チャネル上で情報をやりとりして動的制御チャネルを確立するステップと、確立した動的制御チャネルで情報をやりとりしてデータチャネルを確立するステップと、を実行する。ここで、動的制御チャネルが確立した後は、初期制御チャネルを解放することが好ましい。
More specifically, in the present invention, an initial control channel table that defines which of the plurality of initial control channels is used by the wireless communication devices constituting the cognitive radio system to start communication according to position and time have. Then, the first wireless communication device uses the step of detecting available frequencies, the step of acquiring position information and time information, and the initial control channel determined based on the acquired position information and time information. Establishing a connection with the second wireless communication device, exchanging information on the established initial control channel to establish a dynamic control channel, and exchanging information on the established dynamic control channel for data Establishing a channel. Here, it is preferable to release the initial control channel after the dynamic control channel is established.

本発明において、前記初期制御チャネルテーブルには、いずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するかがエリアごとおよび時間ごとに定められており、異なるエリアで通信を開始する無線通信装置との間で利用する初期制御チャネルが干渉しないように設計されている、ことが好ましい。   In the present invention, in the initial control channel table, which initial control channel is used to start communication is determined for each area and each time, and between the wireless communication apparatuses that start communication in different areas. It is preferable that the initial control channel used in the system is designed not to interfere.

このように設計することで、同時刻に同じエリアに位置する無線通信装置同士は、同じ初期制御チャネルを使用するとともに、他のエリアに位置する無線通信装置との間で干渉が生じない。   By designing in this way, wireless communication devices located in the same area at the same time use the same initial control channel and do not cause interference with wireless communication devices located in other areas.

さらに、前記初期制御チャネルテーブルには、エリアに応じた初期制御チャネルの割当パターンがT通り定められており、所定の切替時間経過ごとに異なる割当パターンに従っていずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するか決定する。ここで、前記Tは、初期制御チャネルでの通信継続時間を前記所定の切替時間で除した数である、ことが好ましい。   Further, the initial control channel table defines T allocation patterns of initial control channels according to the area, and communication is started using any initial control channel according to a different allocation pattern every predetermined switching time. Decide what to do. Here, the T is preferably a number obtained by dividing the communication continuation time in the initial control channel by the predetermined switching time.

初期制御チャネルでの通信継続時間が所定切替時間のT倍なので、少なくともT通りの割当パターンが存在すれば、ある無線通信装置が初期制御チャネルで通信中に、他のエリアに位置する無線通信装置による初期制御チャネルから干渉を受けないようにできる。   Since the communication continuation time on the initial control channel is T times the predetermined switching time, if there are at least T allocation patterns, a wireless communication device located in another area while a certain wireless communication device is communicating on the initial control channel Can prevent interference from the initial control channel.

本発明において、前記初期制御チャネルは、前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルの周波数範囲よりも低い周波数とすることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the initial control channel has a frequency lower than a frequency range of the dynamic control channel and the data channel.

周波数が低いほど、確実かつ到達距離の長い通信が実現できる。   The lower the frequency, the more reliable and longer communication distance can be realized.

また、本発明において、前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルは、同一の周波数範囲から選択されることが好ましい。なお、動的制御チャネルおよびデータチャネルの周波数範囲に上限を設ける必要はない。   In the present invention, it is preferable that the dynamic control channel and the data channel are selected from the same frequency range. Note that there is no need to set upper limits on the frequency ranges of the dynamic control channel and the data channel.

動的制御チャネルおよびデータチャネルを広い周波数範囲の中から選択することによって、多くの資源を利用することができる。すなわち、動的制御チャネルあるいはデータチャネルとして利用可能な周波数が増えるため、他の利用のために周波数が専有されてしまうことを避けられる。なお、周波数範囲を広げるとスキャン対象範囲も広くなるが、初期制御チャネルを通じて情報交換することで、互いにスキャンする範囲を絞り込むこともできるため、本発明ではこれは問題とならない。   By selecting the dynamic control channel and the data channel from a wide frequency range, many resources can be utilized. That is, since the frequency that can be used as the dynamic control channel or the data channel is increased, it is possible to avoid the frequency being exclusively used for other purposes. If the frequency range is widened, the scan target range is also widened. However, since the range to be scanned with each other can be narrowed down by exchanging information through the initial control channel, this is not a problem in the present invention.

また、本発明において、前記動的制御チャネルを確立するステップでは、第1および第2の無線通信装置が利用可能な周波数と、第1および第2の無線通信装置の間の距離に基づいて、動的制御チャネルを決定することが好ましい。   Further, in the present invention, in the step of establishing the dynamic control channel, based on a frequency that can be used by the first and second wireless communication devices and a distance between the first and second wireless communication devices, Preferably, the dynamic control channel is determined.

送受信間の距離に応じた通信距離を有する周波数を動的制御チャネルとして利用することで、他の通信ペアに対する干渉を極力避けて、効率的な周波数利用が可能となる。   By using a frequency having a communication distance according to the distance between transmission and reception as a dynamic control channel, it is possible to avoid interference with other communication pairs as much as possible and to efficiently use the frequency.

また、本発明における前記動的制御チャネルを確立するステップは、前記第1および第2の無線通信装置の間で、第1および第2の無線通信装置の間の距離に応じた周波数範囲内の利用可能な周波数を通知しあう工程と、前記第1の無線通信装置が、第1および第2の無線通信装置の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信する工程と、前記第2の無線通信装置が、プローブパケットを受信した周波数において確認応答を送信する工程と、前記第1の無線通信装置が、確認応答を受信できた周波数の一部を動的制御チャネルとして選択する工程と、を含むことが好ましい。   Further, the step of establishing the dynamic control channel in the present invention includes the step of establishing a frequency range between the first and second wireless communication devices within a frequency range corresponding to a distance between the first and second wireless communication devices. Notifying the available frequency, and transmitting the probe packet by using the frequency that the first wireless communication device can use in both the first and second wireless communication devices; A step in which the second wireless communication apparatus transmits an acknowledgment at the frequency at which the probe packet is received; and a part of the frequency at which the first wireless communication apparatus has received the acknowledgment is selected as a dynamic control channel. Preferably including a step.

ある周波数が互いに利用可能、すなわち周囲で他の通信に利用されていないだけでは、なだけでは実際に通信ができるかどうかは保証されない。そこで、プローブパケットを用いて実際に通信できることを確認してから、動的制御チャネルを選択することでより確実なチャネル確立ができる。   Just because certain frequencies are available to each other, that is, not being used for other communications in the surroundings, it is not guaranteed that communications can actually be performed. Therefore, it is possible to establish a more reliable channel by selecting the dynamic control channel after confirming that communication is actually possible using the probe packet.

また本発明において、通信中に前記動的制御チャネルを介して前記第1および第2の無線通信装置が利用可能な周波数を互いに通知し合い、利用している動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合に、動的制御チャネルまたはデータチャネルとして利用する周波数を切り替えるチャネル切替ステップをさらに含む、ことが好ましい。   Also, in the present invention, the frequency that can be used by the first and second wireless communication apparatuses is mutually notified via the dynamic control channel during communication, and the dynamic control channel or data channel that is used is used. It is preferable to further include a channel switching step of switching a frequency used as a dynamic control channel or a data channel when it becomes impossible or is predicted to become unavailable.

通信中に電波の状況が変わった場合には、動的制御チャネルやデータチャネルを変更する必要があるが、あらかじめ動的制御チャネルを介して互いが検知した利用可能な周波数を通知しあうことで、チャネル周波数を切り替える必要が生じたときに迅速にチャネルの切り替えることができる。   If the radio wave status changes during communication, it is necessary to change the dynamic control channel and data channel, but by using the dynamic control channel to notify each other of available frequencies detected in advance. The channel can be switched quickly when it becomes necessary to switch the channel frequency.

また、本発明における前記チャネル切替ステップは、前記第1および第2の無線通信装置のそれぞれが、動的制御チャネルおよびデータチャネルに適した周波数範囲で利用可能な周波数を検出する工程と、前記第1および第2の無線通信装置の間で、動的制御チャネルを介して各周波数の利用状況を通知し合う工程と、前記第1の無線通信装置が、前記第1および第2の無線通信装置の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信する工程と、前記第2の無線通信装置が、プローブパケットを受信した周波数において確認応答を送信する工程と、前記第1の無線通信装置が確認応答を受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する工程と、を含むことが好ましい。   Further, the channel switching step in the present invention includes a step of detecting a frequency that each of the first and second wireless communication apparatuses can use in a frequency range suitable for a dynamic control channel and a data channel, A step of notifying the usage status of each frequency between the first and second wireless communication devices via a dynamic control channel, and the first wireless communication device is configured to transmit the first and second wireless communication devices. Transmitting a probe packet using a frequency that can be used in both, a step in which the second wireless communication apparatus transmits an acknowledgment at a frequency at which the probe packet is received, and the first wireless communication. Preferably, the apparatus includes a step of determining a frequency to which the dynamic control channel and the data channel are switched from among frequencies at which the device has received the acknowledgment.

ある周波数が互いに利用可能、すなわち周囲で他の通信に利用されていないだけでは、実際に通信ができるかどうかは保証されない。そこで、プローブパケットを用いて実際に通信できることを確認してから、切替先の動的制御チャネルやデータチャネルを選択することでより確実なチャネルの切替ができる。   Just because certain frequencies are available to each other, i.e. not being used for other communications in the surroundings, it is not guaranteed whether or not communications are actually possible. Therefore, after confirming that communication can be actually performed using the probe packet, the channel can be switched more reliably by selecting the dynamic control channel or data channel to be switched to.

また、本発明における前記チャネル切替ステップは、さらに、前記第1の無線通信装置が、確認応答を受信できた周波数を、動的制御チャネルを介して前記第2の無線通信装置に通知する工程を含み、前記第1および第2の無線通信装置のそれぞれが、共通のポリシーにしたがって確認応答が受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する、ことが好ましい。   Further, the channel switching step in the present invention further includes a step of notifying the second wireless communication device via the dynamic control channel of the frequency at which the first wireless communication device has received the confirmation response. Preferably, each of the first and second wireless communication devices determines a frequency to which a dynamic control channel and a data channel are switched from among frequencies at which an acknowledgment can be received according to a common policy. .

また、本発明において、通信品質の劣化により動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合には、より低い周波数へ切替、送受信ノード以外のノードが通信を開始することにより動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合に
は、通信品質に適した周波数へ切り替えるというポリシーが考えられる。
Further, in the present invention, when the dynamic control channel or the data channel cannot be used due to deterioration of communication quality or when it is predicted that the data channel cannot be used, switching to a lower frequency, and nodes other than the transmitting and receiving nodes perform communication. If the dynamic control channel or the data channel becomes unavailable or is expected to become unavailable due to the start, a policy of switching to a frequency suitable for communication quality can be considered.

通信品質が劣化した場合、送受信ノード間の距離が離れたことが予想されるため、より到達距離の長い低い周波数に切り替えることが好ましい。一方、他のノードが利用を開始する場合には、そのような制限はないため、互いに利用可能な周波数の中から要求に適した周波数を選択すればよい。   When the communication quality deteriorates, it is expected that the distance between the transmission and reception nodes is increased. Therefore, it is preferable to switch to a lower frequency with a longer reach distance. On the other hand, when other nodes start using, there is no such limitation, and therefore, a frequency suitable for the request may be selected from frequencies that can be used with each other.

通信品質が劣化した場合、送受信ノード間の距離が離れたことが予想されるため、より到達距離の長い低い周波数帯に切り替えることが好ましい。一方、他のノードが利用を開始する場合には、そのような制限はないため、互いに利用可能な周波数帯の中から要求に適した周波数帯を選択すればよい。   When the communication quality deteriorates, it is expected that the distance between the transmitting and receiving nodes is increased. Therefore, it is preferable to switch to a lower frequency band having a longer reach. On the other hand, when other nodes start using, there is no such limitation, and therefore, a frequency band suitable for the request may be selected from among the frequency bands that can be used with each other.

なお、本発明は、上記処理の少なくとも一部を有するコグニティブ無線システムにおける無線通信方法、またはこの方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。また、本発明は、上記処理を実行するための各手段を有する無線通信装置として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。   The present invention can also be understood as a radio communication method in a cognitive radio system having at least a part of the above processing, or a program for realizing this method. Further, the present invention can also be understood as a wireless communication device having each means for executing the above processing. Each of the above means and processes can be combined with each other as much as possible to constitute the present invention.

本発明によれば、固定された制御チャネルが存在しないコグニティブ無線通信システムにおいて、送受信ノード間で通信に適した周波数を選択して通信を確立するとともに、初期制御チャネルを専有せずに周波数資源を有効に利用することができる。   According to the present invention, in a cognitive radio communication system in which there is no fixed control channel, a frequency suitable for communication is selected between transmission and reception nodes to establish communication, and frequency resources are allocated without using an initial control channel. It can be used effectively.

本実施形態に係るコグニティブ無線システムにおける無線通信装置の機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system which concerns on this embodiment. 本実施形態における無線接続確立処理の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the wireless connection establishment process in this embodiment. 初期制御チャネル、動的制御チャネル、データチャネルの周波数範囲を説明する図である。It is a figure explaining the frequency range of an initial control channel, a dynamic control channel, and a data channel. 初期制御チャネルテーブルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of an initial control channel table. 初期制御チャネル確立時の処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a process at the time of initial control channel establishment. 動的制御チャネル確立時の処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a process at the time of dynamic control channel establishment. データチャネル確立時の処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a process at the time of data channel establishment. 周波数リストを説明する図である。It is a figure explaining a frequency list. 通信中に行う動的なチャネル切替のための処理を示す図である。It is a figure which shows the process for the dynamic channel switching performed during communication. 動的なチャネル切替の際の、切替方針を説明する図である。It is a figure explaining the switching policy in the case of dynamic channel switching.

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムは、複数の無線通信装置から構成される。無線通信装置は車両に搭載されており、車車間通信無線ネットワークを構成する。これらの端末間での通信は周囲の電波状況を検出して利用する周波数(周波数チャネル)を動的に切り替えつつ行われる。本無線通信システムは、無線通信装置がアクセスポイント等のインフラの介在無しに相互に接続するアドホックネットワークである。したがって、通信に利用する周波数帯を割り当てる制御装置は存在しない。   The cognitive radio communication system according to the present embodiment includes a plurality of radio communication devices. The wireless communication device is mounted on a vehicle and forms a vehicle-to-vehicle communication wireless network. Communication between these terminals is performed while dynamically switching the frequency (frequency channel) to be used by detecting surrounding radio wave conditions. The wireless communication system is an ad hoc network in which wireless communication devices are connected to each other without intervention of an infrastructure such as an access point. Therefore, there is no control device that allocates a frequency band used for communication.

〈構成概要〉
図1は、本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムを構成する、無線通信装置の機能構成を示す概略図である。無線通信装置1は、アンテナ2、高周波部3、AD変換
部4、デジタル信号処理部5およびGPS装置6を備える。高周波部3は、無線信号を受信してデジタル信号処理が行いやすい周波数帯に変換したり、送信信号を実際に送信する周波数に変換したりする。AD変換部4は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。なお、無線通信装置1は、アンテナ2から受信した広帯域の信号(例えば、900MHz〜5GHz)を、一括してAD変換して、チャネル選択などを含めて復調処理等はデジタル信号処理部5で実現する。
<Outline of configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of a wireless communication device that configures the cognitive wireless communication system according to the present embodiment. The wireless communication device 1 includes an antenna 2, a high frequency unit 3, an AD conversion unit 4, a digital signal processing unit 5, and a GPS device 6. The high-frequency unit 3 receives a radio signal and converts it to a frequency band that facilitates digital signal processing, or converts a transmission signal to a frequency that is actually transmitted. The AD conversion unit 4 converts the received analog signal into a digital signal, and converts the digital signal to be transmitted into an analog signal. Note that the wireless communication apparatus 1 collectively AD-converts a wideband signal (for example, 900 MHz to 5 GHz) received from the antenna 2 and realizes demodulation processing including channel selection in the digital signal processing unit 5. To do.

デジタル信号処理部5は、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ダイナミック・リコンフィギュラブルプロセッサなどによっ
て構成することができる。デジタル信号処理部5は、その機能部として、通信制御部51、電波状況検出部52、周波数リスト53、および初期制御チャネルテーブル54を含む。デジタル信号処理部5は、その他にも変復調等のための機能部を要するが、これらは公知であるため詳しい説明は省略する。
The digital signal processing unit 5 can be configured by a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), a dynamic reconfigurable processor, or the like. The digital signal processing unit 5 includes a communication control unit 51, a radio wave condition detection unit 52, a frequency list 53, and an initial control channel table 54 as functional units. The digital signal processing unit 5 requires other functional units for modulation / demodulation and the like, but these are well-known and will not be described in detail.

通信制御部51は、接続確立処理や、データの送受信処理、チャネルの使用状況を通信相手に通知する処理、利用するチャネルを選択する処理などを行う。   The communication control unit 51 performs a connection establishment process, a data transmission / reception process, a process for notifying a communication partner of a channel usage status, a process for selecting a channel to be used, and the like.

電波状況検出部52は、自ノード周囲における電波状況を検出し、各周波数が使用中であるか未使用であるか(言い換えると、自ノードが利用可能であるか否か)を判断する。具体的なセンシング技術は既知の種々の手法を採用することができる。電波状況検出部52は、検出する無線通信方式に応じて、エネルギー検出、ウェーブレット分解技法、パイロットベースのスペクトラムセンシング、固有値に基づくスペクトラムセンシング、特徴(feature)検出、マッチドフィルター(matched filter)方法などによって、周波数が
使用中であるか未使用であるかを判別する。
The radio wave status detection unit 52 detects the radio wave status around the own node and determines whether each frequency is in use or unused (in other words, whether the own node is available). As a specific sensing technique, various known methods can be employed. The radio wave condition detection unit 52 performs energy detection, wavelet decomposition technique, pilot-based spectrum sensing, spectrum sensing based on eigenvalues, feature detection, a matched filter method, etc. according to the wireless communication method to be detected. Determine whether the frequency is in use or unused.

周波数リスト53には、自ノードおよび通信相手ノードについての、各周波数の利用可能状況(他者の使用状況)が格納される。自ノードについての利用可能状況は電波状況検出部52の検出結果から更新できる。さらに、通信相手側の利用可能状況は、制御チャネル(初期制御チャネルおよび動的制御チャネル)を通じて取得して、更新できる。さらに、後述するようにプローブパケットを送信して、実際にその周波数を使って通信可能であることを確認できる。   The frequency list 53 stores the availability status (usage status of others) of each frequency for the own node and the communication partner node. The availability status of the own node can be updated from the detection result of the radio wave status detection unit 52. Further, the availability status of the communication partner can be obtained and updated through the control channels (initial control channel and dynamic control channel). Furthermore, as will be described later, it is possible to confirm that communication is possible using the frequency by transmitting a probe packet.

周波数リスト53には、各ノードが装備している(ハードウェアとして対応可能な)周波数について、他のノードが利用しているため利用不可能、他ノードが利用していないがプローブに対する応答がない(通信不可)、他ノードが利用しておらずプローブに対する応答がある(通信可能)、という3つの状態に分けて管理する。ただし、装備周波数の全てについて、利用状況を把握する必要は必ずしもなく、実際に使用する可能性のある周波数範囲に絞って利用状況を把握するようにしてもかまわない。   The frequency list 53 cannot be used because other nodes are using the frequencies provided by each node (corresponding as hardware), and is not used by other nodes, but there is no response to the probe. The management is divided into three states: communication is impossible, and other nodes do not use and there is a response to the probe (communication is possible). However, it is not always necessary to grasp the usage status for all the equipment frequencies, and the usage status may be narrowed down to a frequency range that may be actually used.

初期制御チャネルテーブル54には、エリアごとおよび時刻ごとに、予め定められた複数の初期制御チャネルのうち、どれを用いるかが規定されている。初期制御チャネルは複数有り、それぞれの周波数は予め定められている。各エリアの大きさは、2つのノードが同一エリア内に位置すればどの初期制御チャネルを使っても互いに通信できるように定められている。詳しくは後述するが、初期制御チャネルを用いて通信している間は、他のエリアで通信を開始したノード、あるいは同一エリアではあるが異なる時刻に通信を開始したノードとの間で干渉が生じないように、初期制御チャネルの割当が設計されている。   The initial control channel table 54 defines which one of a plurality of predetermined initial control channels is used for each area and each time. There are a plurality of initial control channels, and each frequency is predetermined. The size of each area is determined such that if two nodes are located in the same area, they can communicate with each other using any initial control channel. As will be described in detail later, while communicating using the initial control channel, interference occurs between a node that started communication in another area or a node that started communication at a different time in the same area. The allocation of the initial control channel is designed so that there is no.

GPS装置6は、GPS衛星からの信号を受信して、位置情報および時刻情報を取得する。位置情報および時刻情報の取得は、単にGPS衛星信号だけに頼るのだけではなく、ジャイロや加速度センサ、地図(道路)情報、基地局からの信号など種々の補助手段を用
いても良い。また、本実施形態ではGPS装置6が位置情報取得手段と時刻情報取得手段を兼ねているが、時刻情報はGPS装置6以外の別の手段によって取得してもかまわない。
The GPS device 6 receives a signal from a GPS satellite and acquires position information and time information. The acquisition of the position information and the time information is not limited solely to the GPS satellite signal, but various auxiliary means such as a gyroscope, an acceleration sensor, map (road) information, and a signal from a base station may be used. In the present embodiment, the GPS device 6 serves as both the position information acquisition unit and the time information acquisition unit. However, the time information may be acquired by another unit other than the GPS device 6.

以下の説明では、無線通信を開始するノードを送信ノード(本発明における第1の無線通信装置に相当)、送信ノードからの要求に応じて通信を行うノードを受信ノード(本発明における第2の無線通信装置に相当)と称する。送信ノードおよび受信ノードのいずれも、上記で説明した機能構成を有する。   In the following description, a node that starts wireless communication is a transmitting node (corresponding to the first wireless communication device in the present invention), and a node that performs communication in response to a request from the transmitting node is a receiving node (second node in the present invention). Equivalent to a wireless communication device). Both the transmission node and the reception node have the functional configuration described above.

〈処理概要〉
以下、本実施形態に係る無線通信方法の概要について説明する。本手法の特徴の一つは、制御チャネルとして、初期制御チャネル(ICC:Initial Control Channel)と動的
制御チャネル(DCC:Dynamic Control Channel)の2つを利用する点である。初期制
御チャネルは、予め定められた周波数であり、通信の開始時のみに用いられる。動的制御チャネルは、利用可能な周波数の中から適宜選択されるものである。本システムでは、まず初期制御チャネルで通信を確立すると、初期制御チャネル上で必要な情報を交換して動的制御チャネルを確立する。動的制御チャネル確立後は、初期制御チャネルを解放する。また、データチャネルは、動的制御チャネルを介して必要な情報をやりとりして確立される。
<Outline of processing>
The outline of the wireless communication method according to this embodiment will be described below. One of the features of this method is that two control channels, an initial control channel (ICC) and a dynamic control channel (DCC), are used. The initial control channel has a predetermined frequency and is used only at the start of communication. The dynamic control channel is appropriately selected from available frequencies. In this system, when communication is first established on the initial control channel, necessary information is exchanged on the initial control channel to establish a dynamic control channel. After establishing the dynamic control channel, the initial control channel is released. The data channel is established by exchanging necessary information through the dynamic control channel.

このように、予め定められた周波数を有する初期制御チャネルの利用時間を短くすることで、無線通信装置が増加した場合であっても初期制御チャネルが飽和してしまうことが避けられ、通信開始の成功確率が向上する。   In this way, by shortening the use time of the initial control channel having a predetermined frequency, it is possible to avoid saturation of the initial control channel even when the number of wireless communication devices increases, and to start communication. The probability of success is improved.

また、初期制御チャネルで情報を交換して、その情報に基づいて動的制御チャネルの周波数を決定するので、例えば、送受信間の距離に応じた適切な通信範囲を有する周波数を動的制御チャネルとして選択できる。これにより、無駄な干渉を抑制でき、無線周波数の利用効率を向上させることもできる。   In addition, information is exchanged on the initial control channel, and the frequency of the dynamic control channel is determined based on the information. For example, a frequency having an appropriate communication range according to the distance between transmission and reception is used as the dynamic control channel. You can choose. Thereby, useless interference can be suppressed and the use efficiency of the radio frequency can be improved.

また、動的制御チャネルおよびデータチャネルを決定した後に、周波数利用状況が変化する可能性もある。そこで、動的制御チャネルを用いて定期的に情報交換を行い、その結果に基づいて動的制御チャネルおよびデータチャネルを切り替える。このように定期的に情報交換を行っているので、チャネルを切り替える際に迅速な切替が可能となる。   In addition, after the dynamic control channel and the data channel are determined, the frequency usage situation may change. Therefore, information is periodically exchanged using the dynamic control channel, and the dynamic control channel and the data channel are switched based on the result. Since information is regularly exchanged in this way, quick switching is possible when switching channels.

次に、図2を参照して、本実施形態に係る無線通信の概要を説明する。まず、通信を開始しようとするエリアと時刻に応じた初期制御チャネルを確立する(ステップS1)。なお、各ノードは周波数リスト53を適宜作成している。すなわち、各ノードが装備している(ハードウェアとして対応可能な)周波数の利用状況が検出されて、周波数リスト53に利用状況が格納される。   Next, an overview of wireless communication according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, an initial control channel is established in accordance with an area where communication is to be started and time (step S1). Each node creates a frequency list 53 as appropriate. In other words, the usage status of the frequency (corresponding as hardware) installed in each node is detected, and the usage status is stored in the frequency list 53.

次に、初期制御チャネルを介して必要な情報をやりとりして、動的制御チャネルを確立する(ステップS2)。送受信ノードの間で位置情報と利用可能な周波数に関する情報が交換され、利用可能な周波数のうちから、送受信ノード間距離に応じた周波数が動的制御チャネルとして選択される。動的制御チャネル決定後は、初期制御チャネルを解放する。また、動的制御チャネル決定後は、このチャネルを用いて周波数の利用状況を定期的に交換する。   Next, necessary information is exchanged via the initial control channel to establish a dynamic control channel (step S2). The location information and information regarding available frequencies are exchanged between the transmission / reception nodes, and a frequency corresponding to the distance between the transmission / reception nodes is selected as a dynamic control channel from the available frequencies. After determining the dynamic control channel, the initial control channel is released. In addition, after the dynamic control channel is determined, the frequency usage status is periodically exchanged using this channel.

次に、送受信ノード間で交換する周波数リストを元に、利用可能、かつ、アプリケーション要求を満たす周波数をデータチャネルとして決定する(ステップS3)。   Next, based on the frequency list exchanged between the transmitting and receiving nodes, a frequency that can be used and satisfies the application request is determined as a data channel (step S3).

動的制御チャネルおよびデータチャネルの決定後も周辺の電波状況が変化するため、定期的に周波数リストを交換して、動的なチャネル切替を行う(ステップS4)。   Since the surrounding radio wave conditions change even after the dynamic control channel and data channel are determined, the frequency list is periodically exchanged to perform dynamic channel switching (step S4).

〈処理詳細〉
以下では、本実施形態に係る無線通信方法の詳細について説明する。
<Processing details>
Below, the detail of the radio | wireless communication method which concerns on this embodiment is demonstrated.

[初期制御チャネルテーブル]
図3に示すように、初期制御チャネルは、動的制御チャネルやデータチャネルと比較すると、より低い周波数を有する。これは、初期制御チャネルは通信開始の際に用いられるため、できるだけ確実に通信できかつ到達距離が長いことが好ましいためである。
[Initial control channel table]
As shown in FIG. 3, the initial control channel has a lower frequency compared to the dynamic control channel and the data channel. This is because the initial control channel is used at the start of communication, and therefore it is preferable that communication is as reliable as possible and the reachable range is long.

図4は、初期制御チャネルテーブルの概要を示す図である。図4は、初期制御チャネルが16個(0〜F)用意されている場合の例である。ここでは、チャネル0の周波数が最も低く、チャネルFの周波数が最も高い。従って、チャネル0の到達距離が最も長く、チャネルFの到達距離が最も短い。   FIG. 4 is a diagram showing an outline of the initial control channel table. FIG. 4 shows an example in which 16 initial control channels (0 to F) are prepared. Here, the frequency of channel 0 is the lowest and the frequency of channel F is the highest. Therefore, the reach distance of channel 0 is the longest and the reach distance of channel F is the shortest.

図4中における数字が付されて正方形は1つのエリアを表す。同一エリア内に位置するノード同士で通信を行う。エリアの大きさはアプリケーションの要求によっても変わるが、例えば半径約10m〜約1000m程度とすることができる。車両安全システムに関する車車間通信システムでは、例えば、エリアの大きさとして半径約100mを採用できる。このようにアプリケーションの要求を満たすためには、初期制御チャネルの到達距離が一つのエリアをカバーできるだけ十分な距離を有することが必要である。したがって、複数の初期制御チャネルが割り当てられている場合であっても、アプリケーションの要求によっては全ての周波数を用いずに、必要な到達距離を有する所定の周波数以下の初期制御チャネルのみを用いるようにしても良い。   The numbers in FIG. 4 are attached and the square represents one area. Communication is performed between nodes located in the same area. Although the size of the area varies depending on application requirements, for example, the radius can be about 10 m to about 1000 m. In the inter-vehicle communication system related to the vehicle safety system, for example, a radius of about 100 m can be adopted as the size of the area. Thus, in order to satisfy the application requirements, it is necessary that the reach of the initial control channel has a sufficient distance to cover one area. Therefore, even when a plurality of initial control channels are assigned, not all frequencies are used depending on application requirements, but only initial control channels having a required reach and a predetermined frequency or less are used. May be.

ここでは、図4A、4Bに示す2つのテーブルのうち、所定の切替時間(以下、単位時間という)ごとにどちらのテーブルを利用するかが決定される。単位時間で計測したときに、奇数時刻では図4Aのテーブルを用いて、偶数時刻では図4Bを用いる。なお、初期制御チャネルを利用する通信継続時間が2単位時間以内である場合を例にしている。したがって、通信継続時間が3単位時間以上である場合には、それに応じた数のテーブルを用意することが好ましい。   Here, of the two tables shown in FIGS. 4A and 4B, which table is to be used is determined for each predetermined switching time (hereinafter referred to as unit time). When measured in unit time, the table of FIG. 4A is used at odd times and FIG. 4B is used at even times. Note that the case where the communication continuation time using the initial control channel is within 2 unit hours is taken as an example. Therefore, when the communication continuation time is 3 unit hours or more, it is preferable to prepare a number of tables corresponding to the communication continuation time.

ここで、任意の時刻において、同一周波数が指定されるエリア間の距離は、互いに干渉を生じないような間隔がとられる。例えば、チャネル0は奇数時刻(図4A)においてエリア41とエリア42で利用されており、このエリア間の距離43がチャネル0の到達距離以下となるように設計される。   Here, at an arbitrary time, the distance between areas in which the same frequency is designated is such that no interference occurs. For example, channel 0 is used in areas 41 and 42 at an odd time (FIG. 4A), and the distance 43 between the areas is designed to be equal to or less than the reach distance of channel 0.

また、異なる時刻に通信を開始するノード間でも干渉が生じないようにする必要がある。そのため、奇数時刻と偶数時刻において同一の周波数が指定されるエリア間の距離も、互いに干渉を生じないような間隔がとられる。例えば、奇数時刻においてチャネル0が利用されるエリア42と、偶数時刻においてチャネル0が指定されるエリア44との間の距離45が、チャネル0の到達距離以下となるように設計される。   In addition, it is necessary to prevent interference between nodes that start communication at different times. Therefore, the distance between the areas where the same frequency is designated at the odd time and the even time is also set so as not to cause interference. For example, the distance 45 between the area 42 where the channel 0 is used at the odd time and the area 44 where the channel 0 is specified at the even time is designed to be equal to or less than the reach distance of the channel 0.

なお、図4の例では、全てのチャネルにおいて、同一時刻内での同一周波数を利用するエリアの距離、および異なる時刻で同一周波数を利用するエリアの距離は、全て等しくなるように設計されている。チャネル0の到達距離が最も長いことから、チャネル0で干渉が生じないように設計されていれば、他のどのチャネルでも干渉が生じない。   In the example of FIG. 4, in all channels, the distance between areas using the same frequency within the same time and the distance between areas using the same frequency at different times are all designed to be equal. . Since the reach distance of channel 0 is the longest, if it is designed so that no interference occurs in channel 0, no interference occurs in any other channel.

ここでは、初期制御チャネルが16個存在し、初期制御チャネルでの通信継続時間が2
単位時間である場合を例にして説明したが、初期制御チャネルの割当はより一般的に以下のようにすることが好ましい。まず、初期制御チャネルでの通信継続時間がT単位時間である場合には、T通りの割当パターンを用意して、単位時間が経過するごとに異なる割当パターンに従って制御チャネルを決定することが好ましい。言い換えると、(現在時刻 mod T)に対応する割当パターンに従って初期制御チャネルを決定することが好ましい。そして、T通りの割当パターンの全てを通して、同一チャネルが利用されるエリア間の距離が、そのチャネルの到達距離よりも長くなるように初期制御チャネルが割り当てられていることが好ましい。このようにすれば、あるノードが初期制御チャネルで通信中に、他のエリアに位置するノードによる初期制御チャネルからの干渉を受けないようにできる。
Here, there are 16 initial control channels, and the communication duration in the initial control channel is 2
Although the case of unit time has been described as an example, it is preferable to allocate the initial control channel as follows in general. First, when the communication continuation time in the initial control channel is T unit time, it is preferable to prepare T allocation patterns and determine a control channel according to a different allocation pattern every time the unit time elapses. In other words, it is preferable to determine the initial control channel according to the allocation pattern corresponding to (current time mod T). And it is preferable that the initial control channel is allocated so that the distance between areas where the same channel is used is longer than the reach distance of the channel through all of the T allocation patterns. In this way, while a certain node is communicating on the initial control channel, it is possible to prevent interference from the initial control channel by nodes located in other areas.

なお、割当パターン数を少なくする場合(切替時間を長くする場合)には、一つのパターンを使用する時間が長くなるため、同一エリア内で通信を開始するノードが2以上現れる可能性が増え、干渉発生の可能性が高まる。一方、割当パターン数を多くする場合(切替時間を短くする場合)には、干渉が発生しないような多くのパターンを設計することが困難になり得る。   When the number of assigned patterns is reduced (when the switching time is increased), the time for using one pattern becomes longer, so the possibility that two or more nodes that start communication within the same area appear, The possibility of occurrence of interference increases. On the other hand, when the number of allocation patterns is increased (when the switching time is shortened), it may be difficult to design many patterns that do not cause interference.

初期制御チャネルの具体的な例として、初期制御チャネル数が16個で割当パターン2通り場合(図4A,4B)を説明したが、上記の条件を満たす図4以外の割当パターンを設計することは当業者であれば容易であろう。また、初期制御チャネル数や割当パターン数が異なる場合であっても、上記の条件を満たす割当パターンを設計することは、当業者であれば容易であろう。   As a specific example of the initial control channel, the case where the number of initial control channels is 16 and there are two allocation patterns (FIGS. 4A and 4B) has been described, but it is possible to design an allocation pattern other than FIG. It will be easy for those skilled in the art. Also, even if the number of initial control channels and the number of allocation patterns are different, it will be easy for those skilled in the art to design an allocation pattern that satisfies the above conditions.

[初期制御チャネル確立処理]
次に、初期制御チャネルの確立処理(図2のステップS1)を、図5を参照して説明する。なお、以下の処理は通信制御部51が行うものであり、通信制御部51が本発明における初期制御チャネル確立手段に相当する。
[Initial control channel establishment process]
Next, the initial control channel establishment process (step S1 in FIG. 2) will be described with reference to FIG. The following processing is performed by the communication control unit 51, and the communication control unit 51 corresponds to the initial control channel establishment means in the present invention.

まず、通信を開始しようとする無線通信装置(送信ノード)は、GPS装置6から位置情報と時刻情報を取得する(ステップS11)。次に、通信制御部51は、取得した位置情報と時刻情報に対応する初期制御チャネルを、初期制御チャネルテーブル54から抽出する(ステップS12)。通信制御部51は、このようにして決定された初期制御チャネル上で、接続要求を送信する(ステップS13)。この接続要求を受信した無線通信装置(受信ノード)は、接続応答を送信し(ステップS14)、初期制御チャネルの確立が完了する。これ以降は、初期制御チャネル上で通信を開始して(ステップS15)、動的制御チャネルの確立処理を行う。   First, a wireless communication device (transmission node) that intends to start communication acquires position information and time information from the GPS device 6 (step S11). Next, the communication control unit 51 extracts an initial control channel corresponding to the acquired position information and time information from the initial control channel table 54 (step S12). The communication control unit 51 transmits a connection request on the initial control channel determined in this way (step S13). The wireless communication device (receiving node) that has received this connection request transmits a connection response (step S14), and the establishment of the initial control channel is completed. Thereafter, communication is started on the initial control channel (step S15), and a dynamic control channel establishment process is performed.

初期制御チャネルは、位置と時刻とだけから求まるため、スキャン等を行わずに迅速に接続が行える。   Since the initial control channel is obtained only from the position and time, it can be quickly connected without scanning.

[動的制御チャネル確立処理]
動的制御チャネル確立処理(図2のステップS2)の詳細な処理について、図6を参照して説明する。なお、以下の処理は通信制御部51が電波状況検出部52等を制御して行うものであり、通信制御部51が本発明における動的制御チャネル確立手段に相当する。
[Dynamic control channel establishment processing]
Detailed processing of the dynamic control channel establishment processing (step S2 in FIG. 2) will be described with reference to FIG. The following processing is performed by the communication control unit 51 controlling the radio wave condition detection unit 52 and the like, and the communication control unit 51 corresponds to the dynamic control channel establishment means in the present invention.

まず、送受信ノードのそれぞれが、電波状況検出部52によって自ノード周辺の電波状況をスキャンする(ステップS21,S22)。なお、電波状況のスキャンは、初期制御チャネル確立後に行う必要はなく、送受信ノードのそれぞれが適宜行うようにしても良い。あるいは逆に、初期制御チャネル確立後に送受信ノード間で位置情報などをやりとりして、得られる情報に基づいて決定される周波数範囲のみを対象として電波状況を検出する
ようにしても良い。
First, each of the transmission / reception nodes scans the radio wave condition around the own node by the radio wave condition detection unit 52 (steps S21 and S22). The radio wave status scan need not be performed after the initial control channel is established, and may be appropriately performed by each transmitting / receiving node. Or conversely, after the initial control channel is established, position information and the like are exchanged between the transmitting and receiving nodes, and the radio wave condition may be detected only for the frequency range determined based on the obtained information.

次に、送受信ノードのそれぞれが、GPS装置6から得られる位置情報と、利用可能な周波数とを、初期制御チャネルを通じて互いに通知しあう(ステップS23,S24)。これにより、送受信ノードは、互いの距離と、それぞれが利用可能な周波数とを把握することができる。なお、ここでの処理はまず位置情報のみを先に通知し、その後に送受信ノード間の距離に応じて適切な周波数範囲内の利用可能周波数を通知するようにしても良い。   Next, each of the transmitting / receiving nodes notifies the position information obtained from the GPS device 6 and the available frequencies to each other through the initial control channel (steps S23 and S24). As a result, the transmission / reception nodes can grasp each other's distance and the frequencies that can be used. In this process, first, only the position information may be notified first, and thereafter, an available frequency within an appropriate frequency range may be notified according to the distance between the transmitting and receiving nodes.

次に、送信ノードは、互いに利用可能であり、かつ以下で説明する要件を満たす周波数を動的制御チャネルの候補として選択し、プローブパケットを送信する(ステップS25)。動的制御チャネルは安定していることが望まれるため低い周波数の方が好ましいが、不要な干渉を避けるためには、動的制御チャネルの電波到達距離は必要以上に長くない方がよい。そこで、送受信ノード間距離に所定のマージンを加えた値以上の到達距離を有する周波数のうちから、できるだけ高い周波数のものを動的制御チャネルとして選択する。   Next, the transmitting node selects a frequency that can be used with each other and satisfies the requirements described below as a candidate for a dynamic control channel, and transmits a probe packet (step S25). Since it is desired that the dynamic control channel is stable, a low frequency is preferable. However, in order to avoid unnecessary interference, it is preferable that the radio control channel does not have an undesirably long radio wave reach. Therefore, a frequency having a frequency as high as possible is selected as a dynamic control channel from frequencies having a reach distance equal to or greater than a value obtained by adding a predetermined margin to the distance between the transmitting and receiving nodes.

プローブパケットを送信するのは、送受信ノードの両方で利用可能な周波数であるからといって、必ずしも通信に利用できるとは限らないためである。なお、プローブパケットは1つの周波数のみで送っても良いが、動的制御チャネルとしてふさわしい複数の周波数でプローブパケットを送信することも好ましい。   The probe packet is transmitted because it is not always available for communication just because the frequency can be used by both the transmitting and receiving nodes. The probe packet may be transmitted using only one frequency, but it is also preferable to transmit the probe packet using a plurality of frequencies suitable as a dynamic control channel.

プローブパケットを受信ノードが受信したら(ステップS26)、それに応答してACK(確認応答)を送信ノードに送信する(ステップS27)。複数のプローブパケットを受信した場合には、それぞれの周波数でACKを送信することが好ましい。   When the receiving node receives the probe packet (step S26), an ACK (acknowledgment response) is transmitted to the transmitting node in response (step S27). When a plurality of probe packets are received, it is preferable to transmit ACK at each frequency.

送信ノードがACKを受け取った場合は、その周波数を用いて送受信ノード間で通信できることが分かる。したがって、ACKを受信できた周波数の中から、動的制御チャネルを選択する(ステップS28)。複数の周波数でACKを受信できた場合には、任意の一つを選択すれば良く、例えば、最も高い周波数を動的制御チャネルとして選択することが考えられる。なお、送信ノードがプローブパケットを送信した周波数のいずれにおいてもACKを受信できない場合には、ステップS25に戻って異なる周波数でプローブパケットを送信すればよい。   When the transmitting node receives ACK, it can be seen that communication can be performed between the transmitting and receiving nodes using the frequency. Therefore, the dynamic control channel is selected from the frequencies where ACK can be received (step S28). If ACK can be received at a plurality of frequencies, any one may be selected. For example, the highest frequency may be selected as the dynamic control channel. If ACK cannot be received at any of the frequencies at which the transmitting node has transmitted the probe packet, it is sufficient to return to step S25 and transmit the probe packet at a different frequency.

以上の処理の結果、送受信ノード間に動的制御チャネルが確立され、通信を開始できる(ステップS29)。動的制御チャネルでは、データチャネル確立のために必要な情報がやりとりされる。具体的には、送受信ノードそれぞれにおける周波数の利用状況や、位置情報などが動的制御チャネルを通じて送信される。なお、動的制御チャネル確立後は、初期制御チャネルは解放する。このように初期制御チャネルを専有する時間は動的制御チャネルを確立する間だけであるので、通信中の送受信ノードペアの数が初期制御チャネル数に比較して多くなった場合であっても、初期制御チャネルが飽和することなく新たな通信の開始を開始することができる。   As a result of the above processing, a dynamic control channel is established between the transmitting and receiving nodes, and communication can be started (step S29). In the dynamic control channel, information necessary for establishing the data channel is exchanged. Specifically, frequency usage status, location information, and the like in each transmitting / receiving node are transmitted through the dynamic control channel. Note that the initial control channel is released after the dynamic control channel is established. As described above, since the time to occupy the initial control channel is only during the establishment of the dynamic control channel, even if the number of transmitting / receiving node pairs in communication is larger than the number of initial control channels, It is possible to start a new communication without saturating the control channel.

[データチャネル確立処理]
次に、データチャネル確立処理(図2のステップS3)の詳細な処理について、図7を参照して説明する。なお、以下の処理は通信制御部51が電波状況検出部52等を制御して行うものであり、通信制御部51が本発明におけるデータチャネル決定手段に相当する。
[Data channel establishment processing]
Next, detailed processing of the data channel establishment processing (step S3 in FIG. 2) will be described with reference to FIG. The following processing is performed by the communication control unit 51 by controlling the radio wave condition detection unit 52 and the like, and the communication control unit 51 corresponds to the data channel determination means in the present invention.

動的制御チャネルが決定すると、そのチャネルを用いて周波数情報の交換を行う(ステップS31)。ここで交換する周波数情報には、端末の装備周波数、プライマリーユーザ
ーや他のユーザーの通信により利用できない周波数、要求品質に適した周波数のリストが含まれる。なお、周波数情報は、受信ノードから送信ノードへ通知すれば十分であり、必ずしも送受信ノード間で情報を共有しなくても構わない。また、一時的に利用できない周波数についても、このタイミングでは必ずしも送信しなくても構わない。
When the dynamic control channel is determined, frequency information is exchanged using the channel (step S31). The frequency information exchanged here includes a list of frequencies suitable for the required frequency and the equipment frequency of the terminal, frequencies that cannot be used by communication of the primary user or other users. Note that it is sufficient to notify the frequency information from the receiving node to the transmitting node, and it is not always necessary to share the information between the transmitting and receiving nodes. Also, a frequency that cannot be used temporarily may not necessarily be transmitted at this timing.

周波数情報の交換が完了すると、データチャネルを決定するために周波数範囲を狭めて調整を行う。広い周波数帯の中から実際に調整を行う範囲を、装備周波数と、アプリケーションの要求品質に適した周波数範囲、の2つの指標によって絞り込む。このうち、「アプリケーションの要求品質に適した周波数帯」は、通信を行うアプリケーションによって異なる場合がある。このような指標により、データチャネル決定のために行うスキャン範囲が定められる。送受信ノードは、それぞれ、この範囲内で自ノードが利用可能な周波数の検出を行う(ステップS32,S33)。   When the exchange of frequency information is completed, the frequency range is narrowed and adjusted to determine the data channel. The range in which adjustment is actually performed in a wide frequency band is narrowed down by two indicators, the equipment frequency and the frequency range suitable for the required quality of the application. Among these, the “frequency band suitable for the required quality of the application” may differ depending on the application that performs communication. Such an index defines a scan range for data channel determination. Each transmitting / receiving node detects frequencies that can be used by the own node within this range (steps S32 and S33).

次に、送信ノードは、スキャン範囲のうち自ノードが利用可能な周波数を利用してプローブパケットを送信する(ステップS34)。なお、ここで、自ノードが利用可能であると検出された周波数の全てを利用してプローブパケットを送信しても構わないが、周波数が高くなるほど到達距離は短くなるためプローブパケットは届きにくくなる。そこで、動的制御チャネルから得られる通信相手の位置情報とGPS装置6から得られる自ノードの位置情報から求まる送受信間距離と、各周波数の到達距離と比較して、確実にプローブパケットが届く範囲の周波数のみを利用してプローブパケットを送信する。これにより、データチャネルの決定処理の効率化する。   Next, the transmitting node transmits a probe packet by using a frequency that can be used by the own node in the scan range (step S34). Here, the probe packet may be transmitted using all of the frequencies detected as being usable by the own node. However, the higher the frequency, the shorter the arrival distance, and thus the probe packet becomes difficult to reach. . Therefore, the range in which the probe packet can be reliably received is compared with the distance between transmission and reception obtained from the position information of the communication partner obtained from the dynamic control channel and the position information of the own node obtained from the GPS device 6 and the reach distance of each frequency. The probe packet is transmitted using only the frequency. This increases the efficiency of the data channel determination process.

一方、受信ノードは、スキャンの結果自ノードが利用可能な周波数で自ノード宛のパケットを受信し(ステップS35)、プローブパケットを受信した周波数のそれぞれでACKを送信する(ステップS36)。   On the other hand, the receiving node receives a packet addressed to itself at a frequency that can be used by the node as a result of scanning (step S35), and transmits an ACK at each frequency at which the probe packet is received (step S36).

以上の処理の結果、送信ノード側でACKを受信できた周波数帯が、送受信ノード間の通信に実際に利用できることが判明する。プローブパケットの受信状況から、周波数リスト53の「状態」の項目を更新していく。ここでは、図8に示すように各周波数の利用状況を「1」「0」「−1」の3つに分類する。3つの状態をそれぞれ以下の意味を表す。
1:プローブパケットに対するACKを受信できる=いつでも通信に利用可能
0:ACKが返ってこない=通信可能な範囲ではない、もしくは受信側の周辺でプライマリーユーザー(一次利用者)や他のユーザーが使用している(今後使えるようになる可能性がある)
−1:送信側の周辺でプライマリーユーザーや他のユーザーが使用している=通信には利用できない
As a result of the above processing, it is found that the frequency band in which the ACK can be received on the transmitting node side can actually be used for communication between the transmitting and receiving nodes. The item of “state” in the frequency list 53 is updated from the reception status of the probe packet. Here, as shown in FIG. 8, the usage status of each frequency is classified into three, “1”, “0”, and “−1”. Each of the three states represents the following meaning.
1: Can receive ACK for probe packets = Can be used for communication at any time 0: No ACK is returned = Not within communication range, or used by primary users (primary users) or other users around the receiver Yes (may be available in the future)
-1: Used by primary users and other users around the sender = Not available for communication

送信ノードはACKを受信できた周波数からデータチャネルに利用する周波数を決定する。(ステップS37)。なお、一般には、データ通信に利用可能な周波数が複数存在することが考えられる。このような場合は、要求品質と周辺状況に応じてデータチャネル数を決定する。たとえば、他の端末が周囲に存在しない場合は、利用可能な全ての周波数をデータチャネルに使用してもよい。また、複数の端末が周囲に存在する場合には、利用可能は周波数のうちの一部の周波数をデータチャネルとして利用してもよい。このとき、実際にはスペクトラム共有を意識したデータチャネル数の決定が必要となるが、本実施形態においては単純に1つの周波数のみをデータチャネルとして利用する。図8の例では、通信に利用可能な周波数f3、f5、f6のうち最も高い周波数f6をデータチャネルとして決定している。   The transmitting node determines the frequency used for the data channel from the frequency at which the ACK can be received. (Step S37). In general, there may be a plurality of frequencies that can be used for data communication. In such a case, the number of data channels is determined according to the required quality and the surrounding situation. For example, if there are no other terminals in the vicinity, all available frequencies may be used for the data channel. In addition, when a plurality of terminals exist in the vicinity, a part of the frequencies may be used as a data channel. At this time, although it is actually necessary to determine the number of data channels in consideration of spectrum sharing, in the present embodiment, only one frequency is simply used as a data channel. In the example of FIG. 8, the highest frequency f6 among the frequencies f3, f5, and f6 that can be used for communication is determined as the data channel.

[動的なチャネル切替処理]
以上の処理により、動的制御チャネルとデータチャネルが状況に応じて適切に決定され
て送受信ノード間で効率的な通信が可能となる。しかしながら、端末の移動に伴い、送受信ノードそれぞれの周辺状況は頻繁に変化する。したがって、送受信ノード間で通信を行っている最中も、周辺状況に応じて一度決定した動的制御チャネル・データチャネルを動的に切り替える必要がある。
[Dynamic channel switching processing]
With the above processing, the dynamic control channel and the data channel are appropriately determined according to the situation, and efficient communication between the transmission / reception nodes becomes possible. However, as the terminal moves, the surrounding situation of each transmitting / receiving node frequently changes. Therefore, it is necessary to dynamically switch the dynamic control channel / data channel once determined according to the surrounding situation even during communication between the transmitting and receiving nodes.

以下、動的なチャネル切替処理(図2のステップS4)について、図9,10を参照して説明する。なお、以下の処理は通信制御部51が電波状況検出部52等を制御して行うものであり、通信制御部51が本発明におけるチャネル切替手段に相当する。   Hereinafter, the dynamic channel switching process (step S4 in FIG. 2) will be described with reference to FIGS. The following processing is performed by the communication control unit 51 by controlling the radio wave condition detection unit 52 and the like, and the communication control unit 51 corresponds to the channel switching means in the present invention.

動的制御チャネル・データチャネル決定後も、送受信ノードはそれぞれ自ノード周辺の電波状況の検出を定期的に実行する(ステップS41,42)。なお、この時のスキャン範囲は、動的制御チャネル用の周波数帯と、データチャネル用の周波数帯のそれぞれを含む。各チャネル用のスキャン範囲の決定方法は、接続確立時処理の説明の中で説明したのでここでは省略する。   Even after the dynamic control channel and data channel are determined, the transmitting and receiving nodes regularly detect the radio wave conditions around the own node (steps S41 and S42). The scan range at this time includes a frequency band for the dynamic control channel and a frequency band for the data channel. Since the method for determining the scan range for each channel has been described in the description of the connection establishment process, it is omitted here.

スキャン結果に基づいて、送信ノードは自ノードが利用可能な周波数でプローブパケットを送信し(ステップS43)、受信ノードはプローブパケットを受信した周波数でACKを返信する(ステップS44,45)。なお、プローブパケットを送信する際には、受信ノードが利用不可能であると判明している周波数(周波数リストの状態が「−1」の周波数)ではプローブパケットを送信しないことで、処理の効率化が図れる。一方、受信ノードが利用可能である周波数であれば、状態が「1」であっても「0」であってもプローブパケットを送信する。   Based on the scan result, the transmitting node transmits a probe packet at a frequency that can be used by the own node (step S43), and the receiving node returns an ACK at the frequency at which the probe packet is received (steps S44 and 45). When transmitting a probe packet, the probe packet is not transmitted at a frequency that is known to be unavailable for the receiving node (frequency list state is “−1”), thereby improving processing efficiency. Can be achieved. On the other hand, if the frequency is available to the receiving node, the probe packet is transmitted regardless of whether the state is “1” or “0”.

そして、送信ノードはプローブパケットに対するACKの受信状況から、周波数リスト53を更新し(ステップS46)、現在の動的制御チャネルを利用して、更新した周波数リスト53を受信ノードへ通知する(ステップS47)。   Then, the transmitting node updates the frequency list 53 from the reception status of the ACK for the probe packet (step S46), and notifies the receiving node of the updated frequency list 53 using the current dynamic control channel (step S47). ).

次に、周波数状況が変化して、動的制御チャネルまたはデータチャネルを切り替える必要があるか判断する(ステップS48)。周波数状況が変化していない場合(S48−NO)は、電波状況のスキャン処理に戻る。周波数状況が変化して動的制御チャネルやデータチャネルを切り替える必要がある場合(S48−YES)には、新たな周波数を利用した通信を行う(ステップS49)。   Next, it is determined whether the frequency status changes and it is necessary to switch the dynamic control channel or the data channel (step S48). When the frequency state has not changed (S48-NO), the process returns to the radio wave state scanning process. When the frequency state changes and it is necessary to switch the dynamic control channel or the data channel (S48-YES), communication using a new frequency is performed (step S49).

なお、迅速にチャネルを切り替えることができるように、定期的にその時点での通信状況に基づいて、切り替え先の周波数をあらかじめ決定しておく。たとえば、ステップS49の周波数リストを受信ノードに通知する際に、切り替え先の周波数の候補を受信ノードに明示的に示しても良い。また、周波数リストに基づいて、送受信ノード間で共通したポリシーに基づいて切り替え先の周波数を決定しても良い(なおこの場合も、周波数リストが受信ノードに通知された時点で、切り替え先の周波数があらかじめ決定されたとみなすことができる)。   Note that the frequency of the switching destination is determined in advance periodically based on the communication status at that time so that the channel can be switched quickly. For example, when notifying the receiving node of the frequency list in step S49, the switching destination frequency candidates may be explicitly shown to the receiving node. Further, based on the frequency list, the switching destination frequency may be determined based on a policy common between the transmission and reception nodes (in this case, the switching destination frequency may be determined when the frequency list is notified to the receiving node. Can be considered pre-determined).

切り替え先の周波数は、このように定期的に交換する周波数リスト53の情報をもとに、送受信ノード間で最も適したチャネルへ切り替える。ここで、動的制御チャネルを介して送受信間での情報の共有を行い、データチャネルの管理も行うため、制御チャネルの切断は極力避ける必要がある。そのため、通信が切れる前に品質の劣化を検知して利用する周波数を切り替えることが好ましい。また、事前に切り替え先の周波数を複数決定しておき、チャネル切替を確実に行うことも好ましい。データチャネルの場合も、動的制御チャネルと同様の手法によって適切なチャネルへ切り替えるが、チャネル変更の通知は動的制御チャネルを用いて行う。   The switching destination frequency is switched to the most suitable channel between the transmission / reception nodes based on the information of the frequency list 53 exchanged periodically as described above. Here, since information is shared between the transmission and reception via the dynamic control channel and the data channel is also managed, it is necessary to avoid disconnecting the control channel as much as possible. Therefore, it is preferable to switch the frequency to be used by detecting quality degradation before the communication is cut off. It is also preferable to determine a plurality of switching destination frequencies in advance and perform channel switching reliably. In the case of the data channel, the channel is switched to an appropriate channel by the same method as the dynamic control channel, but the channel change notification is performed using the dynamic control channel.

次に、具体的な周波数の切替方針について説明する。まず、プライマリーユーザーや他の通信を検知した場合は、通信品質が劣化したわけではないので、周波数の高い・低いに関係なく、通信品質に適した方へ切り替えればよい(図10A)。一方、通信品質が劣化した場合は、使用しているチャネルの到達距離が送受信間の距離より短くなったと考えられるため、到達距離のより長い、より低い周波数へ切り替える(図10B)。   Next, a specific frequency switching policy will be described. First, when a primary user or another communication is detected, the communication quality is not deteriorated. Therefore, it is only necessary to switch to the one suitable for the communication quality regardless of whether the frequency is high or low (FIG. 10A). On the other hand, when the communication quality is deteriorated, it is considered that the reach distance of the channel being used is shorter than the distance between transmission and reception, so the frequency is switched to a lower frequency having a longer reach distance (FIG. 10B).

なお、通信品質の劣化は、フレーム再送回数情報などから検知できる。また、通信品質の劣化の検知は、GPS装置から取得した位置情報を元に送受信ノード間の距離を求め、各周波数の到達距離と比較することで、到達距離を超える移動を検知し、チャネル切替のタイミングを事前に予測することも可能である。   Note that the degradation of communication quality can be detected from the information on the number of times of frame retransmission. In addition, detection of communication quality degradation is based on the position information acquired from the GPS device, and the distance between the transmitting and receiving nodes is determined and compared with the arrival distance of each frequency to detect movement exceeding the arrival distance, and channel switching It is also possible to predict the timing in advance.

〈本実施形態の作用・効果〉
本実施形態におけるコグニティブ無線システムによれば、通信開始時は位置と時刻だけから初期制御チャネルを決定することができ、スキャンなどの処理を行わずにすむので迅速に通信を開始できる。このように、利用可能であることが保証されている初期制御チャネルは貴重な資源である。本実施形態では、初期制御チャネルは動的制御チャネルを確立するためだけに用いられるので、貴重な初期制御チャネルを利用する時間が短くてすむ。つまり、通信を行うノードペアが増えた場合であっても初期制御チャネルの飽和が発生しない。したがって、初期制御チャネル数に比較して送受信ノードペアが増えた場合であっても、新たに通信を開始しようとするノードは初期制御チャネルが利用可能である。
<Operation and effect of this embodiment>
According to the cognitive radio system in the present embodiment, the initial control channel can be determined only from the position and time at the start of communication, and it is not necessary to perform processing such as scanning, so that communication can be started quickly. Thus, the initial control channel that is guaranteed to be available is a valuable resource. In this embodiment, since the initial control channel is used only to establish the dynamic control channel, the time for using the valuable initial control channel can be shortened. That is, even when the number of node pairs that perform communication increases, saturation of the initial control channel does not occur. Therefore, even when the number of transmission / reception node pairs is increased as compared with the number of initial control channels, the initial control channel can be used by a node that newly starts communication.

また、初期制御チャネルを通じて種々の情報をやりとりしてから動的制御チャネルを決定しているので、状況に応じて適切な周波数を動的制御チャネルとして利用することができる。車車間通信システムでは、車両は道路上を走行するという特性から、ある車両との距離が近い車両の数は限定される。ノード間距離が異なる場合には、異なる動的制御チャネルが利用されるため送受信ノードペア間の通信に対する干渉や衝突は発生しない。また、ノード間距離が近いペアの間では、高周波数を動的制御チャネルとして利用するため、他のエリアにおいては同一の周波数を利用可能であり、高周波数の空間的利用効率が向上する。   In addition, since the dynamic control channel is determined after various information is exchanged through the initial control channel, an appropriate frequency can be used as the dynamic control channel according to the situation. In the inter-vehicle communication system, the number of vehicles that are close to a certain vehicle is limited due to the characteristic that the vehicle travels on a road. When the inter-node distances are different, different dynamic control channels are used, so that no interference or collision occurs in communication between the transmission / reception node pairs. Further, since a high frequency is used as a dynamic control channel between a pair having a short distance between nodes, the same frequency can be used in other areas, and the spatial use efficiency of the high frequency is improved.

1 無線通信装置
5 デジタル信号処理部
6 GPS装置
51 通信制御部
52 電波状況検出部
53 周波数リスト
54 初期制御チャネルテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless communication apparatus 5 Digital signal processing part 6 GPS apparatus 51 Communication control part 52 Radio wave condition detection part 53 Frequency list 54 Initial control channel table

Claims (24)

位置および時刻に応じて複数の初期制御チャネルのいずれを用いて通信を開始するかを規定する初期制御チャネルテーブルを有する第1の無線通信装置が、
利用可能な周波数を検出するステップと、
位置情報および時刻情報を取得するステップと、
取得した位置情報および時刻情報に基づいて決定される初期制御チャネルを用いて第2の無線通信装置との接続を確立するステップと、
確立した初期制御チャネル上で情報をやりとりして動的制御チャネルを確立するステップと、
確立した動的制御チャネルで情報をやりとりしてデータチャネルを確立するステップと、
を実行するコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
A first wireless communication apparatus having an initial control channel table that defines which of a plurality of initial control channels is used to start communication according to a position and time,
Detecting available frequencies; and
Obtaining position information and time information;
Establishing a connection with the second wireless communication device using an initial control channel determined based on the acquired position information and time information;
Establishing a dynamic control channel by exchanging information on the established initial control channel;
Establishing a data channel by exchanging information on the established dynamic control channel;
A wireless communication method in a cognitive radio system that executes
動的制御チャネルを確立した後は、初期制御チャネルを解放する、
請求項1に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
After establishing the dynamic control channel, release the initial control channel,
A radio communication method in the cognitive radio system according to claim 1.
前記初期制御チャネルテーブルには、いずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するかがエリアごとおよび時間ごとに定められており、異なるエリアで通信を開始する無線通信装置との間で利用する初期制御チャネルが干渉しないように設計されている、
請求項1または2に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
In the initial control channel table, which initial control channel is used to start communication is determined for each area and each time, and the initial control channel is used with a wireless communication device that starts communication in a different area. Designed so that the control channel does not interfere,
A radio communication method in the cognitive radio system according to claim 1.
前記初期制御チャネルテーブルには、エリアに応じた初期制御チャネルの割当パターンがT通り定められており、所定の切替時間が経過するごとに異なる割当パターンに従っていずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するか決定し、
前記Tは、初期制御チャネルでの通信継続時間を前記所定の切替時間で除した数である、
請求項3に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
In the initial control channel table, T patterns of initial control channel allocation patterns corresponding to the area are defined, and communication is started using any initial control channel according to a different allocation pattern every time a predetermined switching time elapses. Decide what to do,
The T is a number obtained by dividing the communication duration in the initial control channel by the predetermined switching time.
A wireless communication method in a cognitive radio system according to claim 3.
前記初期制御チャネルは、前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルの周波数範囲よりも低い周波数である、
請求項1〜4のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
The initial control channel is a frequency lower than the frequency range of the dynamic control channel and the data channel.
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system in any one of Claims 1-4.
前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルは、同一の周波数範囲から選択される、
請求項1〜5のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
The dynamic control channel and the data channel are selected from the same frequency range;
A radio communication method in a cognitive radio system according to claim 1.
前記動的制御チャネルを確立するステップでは、第1および第2の無線通信装置が利用可能な周波数と、第1および第2の無線通信装置の間の距離に基づいて、動的制御チャネルを決定する、
請求項1〜6のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
In the step of establishing the dynamic control channel, the dynamic control channel is determined based on a frequency available to the first and second wireless communication devices and a distance between the first and second wireless communication devices. To
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system in any one of Claims 1-6.
前記動的制御チャネルを確立するステップは、
前記第1および第2の無線通信装置の間で、第1および第2の無線通信装置の間の距離に応じた周波数範囲内の利用可能な周波数を通知しあう工程と、
前記第1の無線通信装置が、第1および第2の無線通信装置の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信する工程と、
前記第2の無線通信装置が、プローブパケットを受信した周波数において確認応答を送信する工程と、
前記第1の無線通信装置が、確認応答を受信できた周波数の少なくとも一部を動的制御
チャネルとして選択する工程と、
を含む、請求項7に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
Establishing the dynamic control channel comprises:
Notifying available frequencies within a frequency range according to the distance between the first and second wireless communication devices between the first and second wireless communication devices;
The first wireless communication device transmits a probe packet using a frequency that can be used by both the first and second wireless communication devices;
The second wireless communication device transmitting an acknowledgment at the frequency at which the probe packet was received;
The first wireless communication device selecting at least a part of a frequency at which an acknowledgment can be received as a dynamic control channel;
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system of Claim 7 containing this.
通信中に前記動的制御チャネルを介して前記第1および第2の無線通信装置が利用可能な周波数を互いに通知し合い、利用している動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合に、動的制御チャネルまたはデータチャネルとして利用する周波数を切り替えるチャネル切替ステップをさらに含む、
請求項1〜8のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
When the first and second wireless communication apparatuses notify each other of available frequencies through the dynamic control channel during communication, and the dynamic control channel or data channel being used becomes unavailable or A channel switching step of switching a frequency to be used as a dynamic control channel or a data channel when it is predicted that it will become unavailable.
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system in any one of Claims 1-8.
前記チャネル切替ステップは、
前記第1および第2の無線通信装置のそれぞれが、動的制御チャネルおよびデータチャネルに適した周波数範囲で利用可能な周波数を検出する工程と、
前記第1および第2の無線通信装置の間で、動的制御チャネルを介して各周波数の利用状況を通知し合う工程と、
前記第1の無線通信装置が、前記第1および第2の無線通信装置の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信する工程と、
前記第2の無線通信装置が、プローブパケットを受信した周波数において確認応答を送信する工程と、
前記第1の無線通信装置が確認応答を受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する工程と、
を含む、請求項9に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
The channel switching step includes
Each of the first and second wireless communication devices detecting an available frequency in a frequency range suitable for a dynamic control channel and a data channel;
Notifying the usage status of each frequency via the dynamic control channel between the first and second wireless communication devices;
The first wireless communication device transmits a probe packet using a frequency that can be used by both the first and second wireless communication devices;
The second wireless communication device transmitting an acknowledgment at the frequency at which the probe packet was received;
Determining a frequency to which the dynamic control channel and the data channel are switched from among the frequencies at which the first wireless communication apparatus has received the acknowledgment;
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system of Claim 9 containing this.
前記チャネル切替ステップは、さらに、
前記第1の無線通信装置が、確認応答を受信できた周波数を、動的制御チャネルを介して前記第2の無線通信装置に通知する工程を含み、
前記第1および第2の無線通信装置のそれぞれが、共通のポリシーにしたがって確認応答が受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する、
請求項10に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
The channel switching step further includes
The first wireless communication device includes a step of notifying the second wireless communication device of a frequency at which the acknowledgment response can be received via a dynamic control channel;
Each of the first and second wireless communication devices determines a frequency to which a dynamic control channel and a data channel are switched from among frequencies at which an acknowledgment response can be received according to a common policy.
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system of Claim 10.
前記チャネル切替ステップでは、
通信品質の劣化により動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合には、より低い周波数を切り替え先の周波数として決定し、
一次利用者が通信を開始することにより動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合には、通信品質に適した周波数を切り替え先の周波数として決定する、
請求項10または11に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信方法。
In the channel switching step,
If the dynamic control channel or data channel becomes unavailable or is expected to be unavailable due to degradation of communication quality, determine a lower frequency as the switching destination frequency,
When the primary user starts communication and the dynamic control channel or data channel becomes unavailable or is expected to become unavailable, the frequency suitable for the communication quality is determined as the switching destination frequency.
The radio | wireless communication method in the cognitive radio system of Claim 10 or 11.
位置および時刻に応じて複数の初期制御チャネルのいずれを用いて通信を開始するかを規定する初期制御チャネルテーブルと、
利用可能な周波数を検出する電波状況検出手段と、
位置情報を取得する位置情報取得手段と、
時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
取得した位置情報および時刻情報に基づいて決定される初期制御チャネルを用いて通信相手との接続を確立する初期制御チャネル確立手段と、
確立した初期制御チャネル上で情報をやりとりして動的制御チャネルを確立する動的制御チャネル確立手段と、
確立した動的制御チャネルで情報をやりとりしてデータチャネルをデータチャネル確立
手段と、
を備えるコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
An initial control channel table that defines which of the initial control channels is used to start communication depending on the position and time;
Radio wave condition detection means for detecting available frequencies;
Position information acquisition means for acquiring position information;
Time information acquisition means for acquiring time information;
Initial control channel establishment means for establishing a connection with a communication partner using an initial control channel determined based on the acquired position information and time information;
Dynamic control channel establishment means for exchanging information on the established initial control channel to establish a dynamic control channel;
A data channel establishment means by exchanging information through the established dynamic control channel and a data channel;
A wireless communication device in a cognitive wireless system comprising:
動的制御チャネルを確立した後は、初期制御チャネルを解放する、
請求項13に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
After establishing the dynamic control channel, release the initial control channel,
The wireless communication apparatus in the cognitive wireless system according to claim 13.
前記初期制御チャネルテーブルには、いずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するかがエリアごとおよび時間ごとに定められており、異なるエリアで通信を開始する無線通信装置との間で利用する初期制御チャネルが干渉しないように設計されている、
請求項13または14に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
In the initial control channel table, which initial control channel is used to start communication is determined for each area and each time, and the initial control channel is used with a wireless communication device that starts communication in a different area. Designed so that the control channel does not interfere,
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system of Claim 13 or 14.
前記初期制御チャネルテーブルには、エリアに応じた初期制御チャネルの割当パターンがT通り定められており、所定の切替時間が経過するごとに異なる割当パターンに従っていずれの初期制御チャネルを用いて通信を開始するか決定し、
前記Tは、初期制御チャネルでの通信継続時間を前記所定の切替時間で除した数である、
請求項15に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
In the initial control channel table, T patterns of initial control channel allocation patterns corresponding to the area are defined, and communication is started using any initial control channel according to a different allocation pattern every time a predetermined switching time elapses. Decide what to do,
The T is a number obtained by dividing the communication duration in the initial control channel by the predetermined switching time.
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system of Claim 15.
前記初期制御チャネルは、前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルの周波数範囲よりも低い周波数である、
請求項13〜16のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The initial control channel is a frequency lower than the frequency range of the dynamic control channel and the data channel.
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system in any one of Claims 13-16.
前記動的制御チャネルおよび前記データチャネルは、同一の周波数範囲から選択される、
請求項13〜17のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The dynamic control channel and the data channel are selected from the same frequency range;
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system in any one of Claims 13-17.
前記動的制御チャネル確立手段は、自ノードおよび通信相手が利用可能な周波数と、自ノードおよび通信相手の間の距離に基づいて、動的制御チャネルを決定する、
請求項13〜18のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The dynamic control channel establishment means determines a dynamic control channel based on a frequency that can be used by the node and a communication partner and a distance between the node and the communication partner.
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system in any one of Claims 13-18.
前記動的制御チャネル確立手段は、
自ノードおよび通信相手の間の距離に応じた周波数範囲内のうち自ノードが利用可能な周波数を通信相手に通知するとともに、当該周波数範囲内のうち通信相手が利用可能な周波数を通信相手から受信し、
自ノードおよび通信相手の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信すし、
通信相手から送信される前記プローブパケットに対する確認応答を受信できた周波数の少なくとも一部を動的制御チャネルとして選択する、
請求項19に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The dynamic control channel establishment means includes
Notify the communication partner of the frequency that can be used by the node within the frequency range according to the distance between the node and the communication partner, and receive from the communication partner the frequency that the communication partner can use within the frequency range. And
Send a probe packet using the frequency that can be used by both the local node and the communication partner,
Selecting at least a part of the frequency at which the acknowledgment response to the probe packet transmitted from the communication partner can be received as a dynamic control channel;
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system of Claim 19.
通信中に前記動的制御チャネルを介して、自ノードが利用可能な周波数を通信相手に通知するとともに、通信相手が利用可能な周波数を通信相手から受信し、利用している動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合に、動的制御チャネルまたはデータチャネルとして利用する周波数を切り替えるチャネル切替手段をさらに備える、
請求項13〜20のいずれかに記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
Notifying the communication partner of frequencies that can be used by the own node via the dynamic control channel during communication, receiving the frequency that can be used by the communication partner from the communication partner, and using the dynamic control channel or Further comprising channel switching means for switching a frequency used as a dynamic control channel or a data channel when the data channel becomes unavailable or is predicted to become unavailable.
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system in any one of Claims 13-20.
前記チャネル切替手段は、
動的制御チャネルおよびデータチャネルに適した周波数範囲で利用可能な周波数を検出し、
動的制御チャネルを介して、各周波数の利用状況を通信相手に通知するとともに、通信相手側の各周波数の利用状況を通信相手から受信し、
自ノードおよび通信相手の両方で利用可能な周波数を利用して、プローブパケットを送信し、
通信相手から送信される前記プローブパケットに対する確認応答を受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する、
請求項21に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The channel switching means includes
Detect available frequencies in a frequency range suitable for dynamic control and data channels,
Notifying the communication partner of the usage status of each frequency via the dynamic control channel, receiving the usage status of each frequency on the communication partner side from the communication partner,
Send a probe packet using the frequency that can be used by both the own node and the communication partner,
Determining the frequency to which the dynamic control channel and the data channel are switched from among the frequencies in which the acknowledgment response to the probe packet transmitted from the communication partner can be received;
The wireless communication apparatus in the cognitive wireless system according to claim 21.
前記チャネル切替手段は、さらに、
確認応答を受信できた周波数を、動的制御チャネルを介して通信相手に通知し、
通信相手と共通のポリシーにしたがって確認応答が受信できた周波数のうちから動的制御チャネルおよびデータチャネルの切り替え先の周波数を決定する、
請求項22に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The channel switching means further includes
Notify the communication partner via the dynamic control channel the frequency at which the acknowledgment was received,
Determine the frequency to which the dynamic control channel and data channel are switched from among the frequencies for which the acknowledgment response could be received according to the common policy with the communication partner.
23. A wireless communication device in a cognitive radio system according to claim 22.
前記チャネル切替手段は、
通信品質の劣化により動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合には、より低い周波数を切り替え先の周波数として決定し、
一次利用者が通信を開始することにより動的制御チャネルまたはデータチャネルが利用できなくなった場合または利用できなくなると予測される場合には、通信品質に適した周波数を切り替え先の周波数として決定する、
請求項22または23に記載のコグニティブ無線システムにおける無線通信装置。
The channel switching means includes
If the dynamic control channel or data channel becomes unavailable or is expected to be unavailable due to degradation of communication quality, determine a lower frequency as the switching destination frequency,
When the primary user starts communication and the dynamic control channel or data channel becomes unavailable or is expected to become unavailable, the frequency suitable for the communication quality is determined as the switching destination frequency.
The radio | wireless communication apparatus in the cognitive radio system of Claim 22 or 23.
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