JP2015053593A

JP2015053593A - 無線通信システムおよびマルチホップ無線通信方法

Info

Publication number: JP2015053593A
Application number: JP2013185176A
Authority: JP
Inventors: 亨尚木本; Yukinao Kimoto
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-19

Abstract

【課題】本発明は、マルチホップ無線通信システムにおいて、受信側無線機及び送信側無線端末のデータ衝突を回避し、高品質なデータ通信を可能とすることを目的とする。【解決手段】本発明の無線通信システムは、基地局と、１または複数の中継局と、１または複数の端末がマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであって、基地局は中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行い、中継局は第２の中継局または端末と第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特にマルチホップ無線通信に関するものである。

従来から、例えば無線基地局と無線端末とが１又は複数の無線中継局を介して接続されたマルチホップ無線通信システムがある。このような無線通信システムのトポロジは、例えば図６に示すようにツリー構造の場合や、カスケード構造の場合がある。
図６は一般的な無線通信システムのシステム図である。無線基地局ＢＳ１から送信される音声情報等は、無線中継局ＲＴ１〜ＲＴ３を介して無線端末ＳＴ１〜ＳＴ５で受信される。
また、基地局ＢＳ１はネットワーク１１を介して音声情報等を記憶しているサーバ１２に接続されている。

IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers：米国電気電子学会)802.15.4eでは、受信側無線機が主導で通信を行うReceiver Initiated Transmissionについて規定されている。図７に示すように、無線基地局ＢＳ１や無線中継局ＲＴ１〜ＲＴ３などの受信側無線機は、周期的にRIT Data Request command７０７，７１１を送信する。受信側無線機は、RIT Data Request command７０７を送信した後、一定時間、受信状態７０２になり、送信側無線端末ＳＴ１〜ＳＴ５からのデータ送信を待つ。その後、次のRIT Data Request command７１１を送信するタイミングになるまで、休止状態７０３になる。受信側無線機の動き方をまとめると、RIT Data Request command７０７の送信、受信７０２、休止７０３という一連の流れを繰り返し行う。

一方、送信側無線端末は、送信データが発生７１０すると、受信状態７１３になり、RIT Data Request command７１１を待つ。受信側無線機が送信したRIT Data Request command７１１を受信すると、RIT Data Request commandの宛先アドレスを確認し、宛先アドレスがブロードキャスト７１２の場合には、データの送信７１４を行う。

IEEE802.15.4eにおいて、RIT Data Request command７０７，７１１の送信周期はmacRITPeriodとなっており、受信側無線機の受信期間はmacRITDataWaitDurationとなっている。
Receiver Initiated Transmission commandの宛先アドレスがブロードキャストで複数の送信側無線端末が存在する場合を図８に示す。RIT Data Request commandの送信周期内に、複数の送信側無線端末において送信したいデータが発生７１０，８１０すると、送信側無線端末の送信データが衝突８１７するという問題が発生する。

なお、従来から送信側無線端末のパケットが衝突することへの回避方法として、ポーリング方式がある（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１２−２４４３８５号公報

しかし、ポーリング方式をマルチポップ無線通信に用いると、ポーリングに関するメッセージが衝突するという問題が発生する。
本発明は、上述した課題に鑑み、マルチホップ無線通信システムにおいて、データ衝突を回避し、高品質なデータ通信を可能とすることを目的とする。

本発明の無線通信システムは、基地局と、１または複数の中継局と、１または複数の端末がマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであって、基地局は中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行い、中継局は第２の中継局または端末と第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うことを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、基地局と、１または複数の中継局と、１または複数の端末がマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであって、基地局は所定アドレスの中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行い、所定アドレスの中継局は、所定アドレスの第２の中継局または所定アドレスの端末と第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うことを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、上述の無線通信システムであって、基地局は、緊急情報を含む報知情報を第１のスロット期間で第１の通信回線を介してブロードキャストすることを特徴とする。

本発明のマルチホップ無線通信方法は、基地局と、前記基地局と端末間の中継局とが、第１の通信回線を介してマルチホップ無線通信を行うシステムに適用される方法であって、基地局が中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行うステップと、中継局が第２の中継局または所定アドレスの端末と前記第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うステップとを具備する。

本発明のマルチホップ無線通信方法は、基地局と、基地局と端末間の中継局とが、第１の通信回線を介してマルチホップ無線通信を行うシステムに適用される方法であって、基地局が所定アドレスの中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行うステップと、中継局が第２の中継局または所定アドレスの端末と第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うステップとを具備する。

本発明のマルチホップ無線通信方法は、上述の無線通信システムに適用される方法であって、基地局は、緊急情報を含む報知情報を第１のスロット期間で第１の通信回線を介してブロードキャストするステップを具備する。

本発明によれば、送信データの衝突を回避することができる。

本発明の一実施例である無線通信システムを説明するためのシステム図である。本発明の一実施例である無線通信システムの宛先アドレスが個別アドレスの場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の一実施例である無線通信システムのマルチチャネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の一実施例である無線通信システムのブロードキャストの動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の一実施例である無線通信システムの送信側端末からのデータ収集の動作を説明するためのタイミングチャートである。一般的な無線通信システムのシステム図である。 IEEE802.15.4eを説明するためのタイミングチャートである。従来技術の無線端末の送信データが衝突することを説明するためのタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例である無線通信システムを説明するためのシステム図である。
図１のトポロジは、ツリー構造である。
図１において、無線基地局ＢＳ１から送信される音声情報等は、無線中継局ＲＴ１〜ＲＴ３、無線端末ＳＴ１〜ＳＴ５で受信される。
また、基地局ＢＳ１はネットワーク１１を介して無線端末ＳＴ１〜ＳＴ５からの送信データや音声情報等を記憶しているサーバ１２に接続されている。

（単一周波数による送信データ衝突回避）
次に、本発明の一実施例である無線端末の送信データを衝突させないために、宛先アドレスを個別アドレスにした場合の動作を図２で説明する
図２は、本発明の一実施例である無線通信システムの宛先アドレスが個別アドレスの場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。

図２に示すように、無線基地局ＢＳ１や無線中継局ＲＴ１〜ＲＴ３などの受信側無線機は、周期的にRIT Data Request command２０７，２１１を送信する。受信側無線機は、RIT Data Request command２０７を宛先アドレスが送信側無線端末２に送信２０１した後、一定時間２０２、受信状態２０９になり、送信側無線端末２からのデータ送信を待つ。

送信側無線端末２は、受信状態でないため、RIT Data Request command２０７が送信されてきても受信することができない。
また、送信側無線端末２であるＳＴ２は、送信データの発生２１７があっても受信状態２１８の期間にRIT Data Request commandを受信していないため、受信側無線機にデータを送信することができない。

一方、受信側無線機は、RIT Data Request command２１１を宛先アドレスが送信側無線端末１に送信２０４した後、一定時間２０５、受信状態２１６になり、送信側無線端末１からのデータ送信を待つ。

送信側無線端末１は、RIT Data Request command２１１が送信されたとき、受信状態２１３であるため、受信でき、かつ、送信データの発生２１０があっても受信状態２１３の期間にRIT Data Request command２１１を受信しているため、受信側無線機に送信データ２１４を送信２１５することができる。
受信側無線機は、受信状態２１６であるため、送信側無線端末１から送信データ２１４を送信２１５した場合に受信することができる。

以上のように、図２において、RIT Data Request commandの送信周期内に、複数の送信側無線端末において送信したいデータが発生場合でも、Receiver Initiated Transmission commandの宛先アドレスにより、そのすぐ後のmacRITDataWaitDuration内に送信できる送信側無線端末が1台に限定されるため、送信データの衝突は発生しない。

（マルチチャネル方式による送信データ衝突回避）
次に、本発明の一実施例であるマルチチャネルによる送信データ衝突回避について、図１と図３を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施例である無線通信システムのマルチチャネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。
一般的なマルチホップ無線通信システムでは、全て同じ周波数で構成されるが、マルチチャネル方式の場合、無線中継局で周波数の変換が行われる。

図１において、無線基地局ＢＳ１と無線中継局ＲＴ１、無線端末ＳＴ１、無線中継局ＲＴ２の間の通信は、周波数ｆ１を使用する。次に、無線中継局ＲＴ１と無線端末ＳＴ２の間の通信は、周波数ｆ２を使用する。無線中継局ＲＴ２と無線端末ＳＴ３、無線端末ＳＴ４、無線中継局ＲＴ３の間の通信は、周波数ｆ３を使用する。また、無線中継局ＲＴ３と無線端末ＳＴ５の間の通信は、周波数ｆ４を使用する。周波数を変換することで、パケットの衝突を回避することができる。また、Receiver Initiated Transmission commandが帯域を圧迫することもなくなる。

図３は、動作をわかりやすくするために、上部に、スロット番号を付加している。
無線基地局ＢＳ１は、スロットＮ＋１（３０２）において、周波数ｆ１（３１２）でRIT Data Request command３２２を送信し、macRITDataWaitDuration期間だけ周波数ｆ１で受信動作３３２を行う。次のスロットＮ＋２（３０３）では休止（３１３）し、スロットＮ＋３（３０４）でRIT Data Request Command３２４の送信を行う。

無線中継局ＲＴ２は、スロットＮ（３０１）において、周波数ｆ３（３４１）でRIT Data Request command３５１を送信し、macRITDataWaitDuration期間だけ周波数ｆ３（３４１）で受信動作（３６１）を行う。次のスロットＮ＋１（３０２）では、無線基地局ＢＳ１と通信するために、周波数ｆ１（３４２）に切り換える。そして、スロットＮ＋２（３０３）では、スロットＮ（３０１）と同じ動作を行う。

無線中継局ＲＴ３は、スロットＮ＋１（３０２）において、周波数ｆ４（３７２）でRIT Data Request command３８２を送信し、macRITDataWaitDuration期間だけ周波数ｆ４（３７２）で受信動作（３９２）を行う。次のスロットＮ＋２（３０３）では、無線中継局ＲＴ２と通信するために、周波数ｆ３（３７３）に切り換える。そして、スロットＮ＋３（３０４）では、スロットＮ＋１（３０２）と同じ動作を行う。

無線基地局ＢＳ１のRIT Data Request Command３２２の送信タイミングと無線中継局ＲＴ３のRIT Data Request Command３８２の送信タイミングは同一だが、周波数が異なるため、RIT Data Request Commandが衝突することはない。

単一周波数で図３と同じことを行うと、無線基地局ＢＳ１のRIT Data Request Commandと無線中継局ＲＴ３のRIT Data Request Commandが衝突するので、RIT Data Request Commandの受信側である送信側無線端末では、干渉の度合い、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio）により、正常受信できたり、正常受信できなかったりする。一般的なポーリング方式をマルチホップ無線通信に用いると、ポーリングに関するメッセージが衝突するという問題が発生する。
そのため、マルチチャネル方式の方が、無線中継局の設置位置の自由度が高いといえる。

（ブロードキャストによる送信データ衝突回避）
次に、本発明の一実施例であるブロードキャストによる送信データ衝突回避について、図４を用いて説明する。
図４は、本発明の一実施例である無線通信システムのブロードキャストの動作を説明するためのタイミングチャートである。ブロードキャストする内容は、ビーコン（報知情報）である。

図４において、無線基地局ＢＳ１は、ビーコン（報知情報）４１１を無線中継局ＲＴ２に宛先アドレスがブロードキャスト４３１で送信する。
無線中継局ＲＴ２は、ビーコン（報知情報）４４２を無線中継局ＲＴ３に宛先アドレスがブロードキャスト４６２で送信する。
無線中継局ＲＴ３は、ビーコン（報知情報）４７３を無線端末ＳＴ５に宛先アドレスがブロードキャスト４９３で送信する。

無線基地局ＢＳ１は周波数ｆ１を使用し、無線中継局ＲＴ２は周波数ｆ３を使用し、無線中継局ＲＴ３は周波数ｆ４を使用する。
このように、各局はビーコンを受信した周波数とは異なる周波数でビーコンを送信するので、ビーコンが送信元に戻ることはない。また、送信周波数が無線中継局毎に異なるので、無線端末側でビーコンが衝突することもない。
つまり、無線中継局の周波数変換により、マルチポップ無線通信システム上で容易にマルチキャスト通信ができる。

また、ビーコン内にJアラート情報をカプセリングすることで、マルチホップ無線通信システム内にJアラート（全国瞬時警報システム）を一斉配信することができる。
このようにすることで、複雑な仕組みを用いなくても、マルチキャスト通信が可能となる。

（送信側端末からのデータ収集方法）
次に、本発明の一実施例である送信側端末からのデータ収集方法について、図１と図５を用いて説明する。
図５は、本発明の一実施例である無線通信システムの送信側端末からのデータ収集の動作を説明するためのタイミングチャートである。
無線基地局ＢＳ１は、RIT Data Request commandの宛先アドレスとして、無線中継局ＲＴ１、無線端末ＳＴ１、無線中継局ＲＴ２を順々に指定する。

無線中継局ＲＴ２は、RIT Data Request commandの宛先アドレスとして、無線端末ＳＴ３、無線端末ＳＴ４、無線中継局ＲＴ３を順々に指定する。無線中継局ＲＴ３は、RIT Data Request commandの宛先アドレスに無線端末ＳＴ５を入れる。

無線端末ＳＴ５の送信データ５７３１は、無線中継局ＲＴ３に送信され（５６３２）、無線中継局ＲＴ３は無線中継局ＲＴ２に送信し（５４４２）、無線中継局ＲＴ２が無線基地局ＢＳ１に送信（５２５２）することで、無線端末ＳＴ５の送信データ５７３１が無線基地局ＢＳ１に到達する（５１５２）。

本発明の一実施例である送信側端末からのデータ収集方法は、送信データの干渉が発生しない。このため、送信データの干渉を防ぐための周知技術である送信権の譲与の必要がない。
また、本発明の一実施例である送信側端末からのデータ収集方法は、複数の無線中継局が一斉に情報収集ができるため、情報収集速度が速いことが特徴である。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、上記以外の無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。

ＢＳ１：無線基地局、ＲＴ１〜ＲＴ３：無線中継局、ＳＴ１〜ＳＴ５：無線端末、１１：ネットワーク、１２：サーバ。

Claims

基地局と、１または複数の中継局と、１または複数の端末がマルチホップ無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行い、
前記中継局は、第２の中継局または前記端末と前記第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、前記第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
基地局と、１または複数の中継局と、１または複数の端末がマルチホップ無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局は、所定アドレスの中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行い、
前記所定アドレスの中継局は、所定アドレスの第２の中継局または所定アドレスの端末と前記第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、前記第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、緊急情報を含む報知情報を第１のスロット期間で第１の通信回線を介してブロードキャストすることを特徴とする無線通信システム。
基地局と、前記基地局と端末間の中継局とが、第１の通信回線を介してマルチホップ無線通信を行うシステムに適用される方法であって、
前記基地局が、前記中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行うステップと、
前記中継局が、第２の中継局または所定アドレスの端末と前記第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、前記第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うステップと、
を具備するマルチホップ無線通信方法。
基地局と、前記基地局と端末間の中継局とが、第１の通信回線を介してマルチホップ無線通信を行うシステムに適用される方法であって、
前記基地局が、所定アドレスの前記中継局と第１のスロット期間で第１の通信回線を介して通信を行うステップと、
前記中継局が、第２の中継局または所定アドレスの端末と前記第１のスロット期間と異なる第２のスロット期間で、前記第１の通信回線と異なる第２の通信回線を介して通信を行うステップと、
を具備するマルチホップ無線通信方法。
請求項４または請求項５に記載の無線通信システムに適用される方法であって、
前記基地局は、緊急情報を含む報知情報を第１のスロット期間で第１の通信回線を介してブロードキャストするステップと、
を具備するマルチホップ無線通信方法。