JP2012227574A - 無線通信システムおよびその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信に先立ち、通信相手先の現在位置情報を予め外部の管理装置等から取得しておく必要がなく、また１タイムスロットで複数組の２者間通信が可能なペンシルビームを用いた無線通信システムの提供。
【解決手段】 アドホック（ad hoc）ネットワークを構成する複数の移動体Ａ〜Ｄから構成される無線通信システムであって、複数の移動体の各々が自己の現在位置情報を通信相手の移動体と交換する位置情報交換手段と、各々の移動体がペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信を行う通信手段とを有し、タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として移動体の組み合わせ順序を反復させるアルゴリズムを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システムおよびその通信方法に関し、特にアドホック（ad hoc）ネットワークを構成し、かつペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う無線通信システムおよびその通信方法に関する。

本発明に関連する無線通信システムの一例として、オムニアンテナ（全方位アンテナ）を用いて２者間で時間分割多元アクセス通信を行う無線通信システムが知られている。この無線通信システムの一例について以下に述べる。

一例として、移動体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４者が相互に通信しているものとする。タイムスロット１では、移動体Ａが移動体Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかと通信し、タイムスロット２では、移動体Ｂが移動体Ａ，Ｃ，Ｄのいずれかと通信し、タイムスロット３では、移動体Ｃが移動体Ａ，Ｂ，Ｄのいずれかと通信し、タイムスロット４では、移動体Ｄが移動体Ａ，Ｂ，Ｃのいずれかと通信し、タイムスロット５以降はタイムスロット１〜４の繰り返しとなる。

すなわち、タイムスロット１を例に挙げると、移動体Ａが移動体Ｂと通信しているが、移動体Ａはオムニアンテナを用いて送信しているため、その送信データは移動体Ｂのみならず移動体Ｃ，Ｄでも受信可能である。

したがって、オムニアンテナを用いた通信システムでは同一スロットにて移動体Ａから移動体Ｂ，Ｃ，Ｄに同時にデータを送信することが可能である。

また、複数の移動体の各々が自律的にルーティングを行い、マルチホップ通信を行うアドホック通信システムおよびアドホック通信ネットワークも知られている。さらに、ペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信を行う通信システムも知られている。

一方、複数の移動体間の通信を制御する通信システムの一例として、無線通信制御装置のパケットスケジューリング部が、一の親無線局の配下にある子無線局の空間分割多元接続可能なグループを示す同時通信子無線局グループ情報と、一の親無線局の配下にある子無線局に対してセル間干渉の可能性のある隣接親無線局の配下にある子無線局を示すセル外干渉子無線局情報と、各親無線局の送信パケットの情報とに基づいて、セル間干渉を回避すべく一の親無線局が空間分割多元接続する子無線局のグループを決定する無線通信制御装置が開示されている。

また、他の一例として、少なくとも一つのベースステーションから遠隔の位置にある少なくとも一つの送信機により送信される信号を受信する無線システムであり、ベースステーションにより受信される信号の測定をするため一つ以上の受信アンテナを含む受信手段と、受信された信号は一つ以上の送信機から送信される信号から得られ、測定の結果は、送信された信号の異なった組み合わせを含み、受信された信号の数を検出し、信号のパラメータを推定するための処理手段と、測定結果から送信された信号を得るためと、干渉を受容できるレベルまでフィルタ処理するための空間デマルチプレックス手段とを組み合わせて含み、したがって、送信機の数、パラメータおよび送信された信号が既知となる無線システムが開示されている。

特開２００９−２６８０４９号公報 特表平０７−５０５０１７号公報

オムニアンテナを用いて２者間で時間分割多元アクセス通信を行う無線通信システムは上記のとおりであるが、ペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信を行う通信システムの場合は、送信に先立ち、ペンシルビームを通信相手先に指向させる必要があるため、通信相手先の現在位置情報を予め外部の管理装置等から取得しておく必要があるという課題がある。また、１タイムスロットで一組の２者間通信しかできないという課題もある。

一方、特許文献１に記載の発明は、親無線局とその配下の複数の子無線局間のパケットスケジューリングを親無線局の上位に存在する無線通信制御装置が制御する発明であり、端末間の通信は子無線局を介して行われる。したがって、アドホック通信ではない点でその通信システムの構成が本発明と全く相違する。また、端末間の対向通信の方法を課題としていないため、本発明と課題も全く相違する。よって、特許文献１に記載の発明により本発明の課題を解決することはできない。

また、特許文献２に記載の発明は、多重移動ユニット間のポイント・ツー・ポイント通信リンクの形成に係るものであるが、その移動ユニット間の通信はベースステーションによって制御されるものであり、アドホック通信ではない。したがって、この点で特許文献２に記載の発明もまた構成が本発明と全く相違し、よって、この発明により本発明の課題を解決することはできない。

そこで、本発明の目的は、送信に先立ち、通信相手先の現在位置情報を予め外部の管理装置等から取得しておく必要がなく、また１タイムスロットで複数組の２者間通信が可能なペンシルビームを用いた無線通信システムおよびその通信方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明による無線通信システムは、アドホック（ad hoc）ネットワークを構成する複数の移動体から構成される無線通信システムであって、前記複数の移動体の各々が自己の現在位置情報を通信相手の移動体と交換する位置情報交換手段と、各々の移動体がペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う通信手段とを有し、タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として前記移動体の組み合わせ順序を反復させるアルゴリズムを含むことを特徴とする。

また、本発明による通信方法は、アドホック（ad hoc）ネットワークを構成する複数の移動体から構成され、前記複数の移動体の各々が自己の現在位置情報を通信相手の移動体と交換する位置情報交換機能と、各々の移動体がペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う通信機能とを有する無線通信システムにおける通信方法であって、タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として前記移動体の組み合わせ順序を反復させる組み合わせ設定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、送信に先立ち、通信相手先の現在位置情報を予め外部の管理装置等から取得しておく必要がなく、また１タイムスロットで複数組の２者間通信が可能となる。

本発明に係る無線通信システムの一例の構成および動作を示す図である。 本発明に係る無線通信システムの第１実施例の通信手順を示すフローチャートである。 本発明に係る無線通信システムの第２実施例の通信手順を示すフローチャートである。 本発明に係る無線通信システムの第３実施例の通信手順を示すフローチャートである。 本発明に係る無線通信システムの第４実施例の通信手順を示すフローチャートである。 本発明に係る無線通信システムの第５実施例の構成および通信手順を示す図である。 第５実施例の通信手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る無線通信システムの一例の構成および動作を示す図である。同図を参照すると、本発明に係る無線通信システムは、４個の移動体Ａ〜Ｄを含み構成されている。なお、移動体の数は４個に限定されるものではなく、２個以上の移動体に対し本発明の適用が可能である。

また、４個の移動体Ａ〜Ｄはアドホック（ad hoc）ネットワークを構成する。移動体Ａ〜Ｄはアドホック・ネットワークを形成する初期手続で、相互に視認できる位置関係でＧＰＳ(Global Positioning System)等の位置情報を相互に交換する等してから通信モ−ドに移行する。

そして、通信モ−ドに移行すれば、各移動体は相手と通信する度に現在の自己位置情報を相手に通報するため、それぞれが通信相手の現在位置を把握することができる。

なお、予めネットワ−ク外に移動体Ａ〜Ｄの現在位置を管理する管理装置を設けておき、アドホック・ネットワ−クを形成するに先立ち、各々の移動体Ａ〜Ｄが他の移動体の現在位置情報を管理装置から取得するようにしてもよい。また、移動体Ａ〜Ｄの各々はペンシルビーム（尖鋭ビーム）を用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う。

また、本無線通信システムはタイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として移動体の組み合わせ順序を反復させるアルゴリズムを含んでいる。

したがって、各移動体は、どの移動体と通信する場合にもその移動体の現在位置情報を既に取得しているため、通信相手が決まれば即座にその通信相手方向にペンシルビームを指向させることができる。すなわち、通信相手先の現在位置情報を予め外部の管理装置等から取得しておく必要はない。

なお、本実施例では移動体が車両である場合の一例について述べるが、これに限定されるものではなく、任意の移動体（一例として、飛翔体）への適用が可能である。

まず、本発明の第１実施例について説明する。図１にはタイムスロット（時間）１〜タイムスロット（時間）４における通信手順（対向通信のアルゴリズム）の一例が示されている。図２は本発明に係る無線通信システムの第１実施例の通信手順を示すフローチャートである。

まず、タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組が設定される（図２のステップＳ１）。図１を参照すると、時間１では移動体Ａ、Ｂ間で対向通信が行われる。複数の移動体Ａ〜Ｄの各々は自己の現在位置情報を通信相手の移動体と頻繁に交換している。したがって、移動体Ａは移動体Ｂの現在位置を、移動体Ｂは移動体Ａの現在位置をそれぞれ既に取得している。

すなわち、時間１では移動体Ａと移動体Ｂとが通信するよう予めアルゴリズムで定められており、かつ両者の現在位置は既知なので、移動体Ａのペンシルビームが移動体Ｂの現在位置方向に即座に指向する。また、これと並行して、移動体Ｂのペンシルビームが移動体Ａの現在位置方向に即座に指向する。これにより、移動体Ａと移動体Ｂとの通信が即座に開始される。

同様に、時間２では移動体Ａ，Ｃ間で対向通信が行われる。その通信制御の内容は前述の移動体Ａ，Ｂ間の通信と同様なので、その説明は省略する。以下、同様に、時間３では移動体Ｂ，Ｄ間で対向通信が行われ、時間４では移動体Ｃ，Ｄ間で対向通信が行われる。

次に、時間１〜時間４を一周期として対向通信を行う移動体の組み合わせ順序が反復される（図２のステップＳ２）。

以上説明したように、本発明の第１実施例によれば、予めタイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組が設定されているため、各移動体は即座に通信相手にペンシルビームを指向させ、かつ即座に通信相手と通信を行うことが可能となる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。図３は本発明に係る無線通信システムの第２実施例の通信手順を示すフローチャートである。同図のステップＳ１１は、図２のステップＳ１とステップＳ２との間に挿入されるステップであることを示している。

図１に示すように、対向通信を行う移動体の組合せを各タイムスロットで異ならせることが可能である（図３のステップＳ１１参照）。たとえば、時間１では移動体ＡとＢの組み合わせ、時間２では移動体ＡとＣの組み合わせ、時間３では移動体ＢとＤの組み合わせ、時間４では移動体ＣとＤの組み合わせとなり、各タイムスロットで移動体の組み合わせが異なっている。

以上説明したように、本発明の第２実施例によれば、多数の組の対向通信を効率よく実行することが可能となる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。図４は本発明に係る無線通信システムの第３実施例の通信手順を示すフローチャートである。同図のステップＳ２１は、図２のステップＳ１とステップＳ２との間に挿入されるステップであることを示している。

第２実施例では、時間１〜時間４の各々のタイムスロットにおいて、対向する移動体の組は異なるように構成したが、連続するタイムスロットで同一の移動体に他の移動体と対向通信させることも可能である（図４のステップＳ２１参照）。たとえば、図１の例で説明すると、タイムスロット１では移動体ＡとＢが通信しているが、移動体Ａはタイムスロット２でも移動体Ｃと対向通信している。すなわち、移動体Ａはタイムスロット１、２で移動体Ｂ，Ｃと継続して通信している。

以上説明したように、本発明の第３実施例によれば、特定の移動体からほぼ同時に他の異なる移動体に対しデータ送信することが可能となる。

次に、本発明の第４実施例について説明する。図５は本発明に係る無線通信システムの第４実施例の通信手順を示すフローチャートである。同図のステップＳ３１は、図２のステップＳ１とステップＳ２との間に挿入されるステップであることを示している。

第２実施例では、時間１〜時間４の各々のタイムスロットにおいて、対向する移動体の組は異なるように構成したが、連続するタイムスロットで同一の組の移動体に対向通信させることも可能である（図５のステップＳ３１参照）。

たとえば、図１の例で説明すると、時間１の組み合わせ（移動体ＡとＢの組）における通信容量が他の組み合わせよりも大きい場合は、時間１の組み合わせ（移動体ＡとＢの組）を２回繰り返した後に、時間２，３，４の組み合わせを順に実行するよう構成することも可能である。

すなわち、この場合タイムスロットは、時間１、時間１、時間２、時間３、時間４の組み合わせ順に進行することになる。また、時間１〜時間４の手順の途中から、上記のとおり組み合わせを変更することも可能である。

以上説明したように、本発明の第４実施例によれば、通信容量の大きさに応じて通信手順を変更することが可能となり、これにより、比較的短時間で大容量デ−タの通信を終了させることが可能となる。

次に、本発明の第５実施例について説明する。図６は本発明に係る無線通信システムの第５実施例の構成および通信手順を示す図、図７は第５実施例の通信手順を示すフローチャートである。図７のステップＳ４１は、図２のステップＳ１とステップＳ２との間に挿入されるステップであることを示している。

図６を参照すると、図１とは異なり各タイムスロットで複数の組の対向通信が行われる通信システムが表示されている（図７のステップＳ４１も参照）。すなわち、時間１では移動体ＡとＢの組と、移動体ＣとＤの組とが同時に通信を行うよう構成されている。また、時間２〜４でも同様に２組の移動体が同時に通信を行うよう構成されている。さらに、時間４では２組の移動体が時間３に続き連続して同時通信を行う例が示されている。

このように、同一タイムスロットで複数の対向通信が可能となる理由は、同一周波数を使用する通信であっても、ペンシルビームを使用する通信であれば、ビームの向きを変えることにより、他の通信との干渉を回避することが可能となるためである。

以上説明したように、本発明の第５実施例によれば、同一タイムスロットで、複数組の対向通信が可能となるため、通信効率の向上を図ることが可能となる。

Ａ〜Ｄ 移動体

Claims (10)

1. アドホック（ad hoc）ネットワークを構成する複数の移動体から構成される無線通信システムであって、
   前記複数の移動体の各々が自己の現在位置情報を通信相手の移動体と交換する位置情報交換手段と、
   各々の移動体がペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う通信手段とを有し、
   タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として前記移動体の組み合わせ順序を反復させるアルゴリズムを含むことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記移動体の組み合わせは各タイムスロットで異なることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 連続するタイムスロットにおいて同一の移動体が他の移動体と対向通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 連続するタイムスロットにおいて同一の組の移動体が対向通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 同一のタイムスロットにおいて複数の組の移動体が対向通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
6. アドホック（ad hoc）ネットワークを構成する複数の移動体から構成され、前記複数の移動体の各々が自己の現在位置情報を通信相手の移動体と交換する位置情報交換機能と、各々の移動体がペンシルビームを用いて時間分割多元アクセス通信（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）を行う通信機能とを有する無線通信システムにおける通信方法であって、
   タイムスロットごとに対向通信を行う移動体の組を設定し、かつ所定数のタイムスロットを一周期として前記移動体の組み合わせ順序を反復させる組み合わせ設定ステップとを含むことを特徴とする通信方法。
7. 前記移動体の組み合わせは各タイムスロットで異なることを特徴とする請求項６記載の通信方法。
8. 連続するタイムスロットにおいて同一の移動体が他の移動体と対向通信を行うことを特徴とする請求項６記載の通信方法。
9. 連続するタイムスロットにおいて同一の組の移動体が対向通信を行うことを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
10. 同一のタイムスロットにおいて複数の組の移動体が対向通信を行うことを特徴とする請求項６記載の通信方法。

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