JP2017034303A - 通信システム、制御装置、及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態の概要を説明するための図である。図1の左図は、本発明の実施形態が適用される通信システムの構成図である。本発明の実施形態が適用される通信システムは、携帯電話網とM2M(Machine to Machine)網のハイブリッドネットワークである。携帯電話網は、例えば、LTE(Long Term Evolution)を用いたセルラ網である。M2M網では、IEEE802.15.4等を用いて自営無線基地局に接続される端末が、ネットワークを介して通信する。
これにより、M2M端末が、移動状態から静止状態となった時や、トラヒックが偏った場合に、携帯電話システムの基地局のセルラ無線モジュールを用いてM2Mのセル(仮想セル)を構築し、M2Mトラヒックを収容可能とする。
図2は、本発明の第1の実施形態による通信システム100の構成図である。同図に示す通信システム100は、セルラ網とM2M網のハイブリッドネットワークである。同図に示す通信システム100は、無線端末1、M2M基地局2(第1の基地局)、セルラ基地局3(第2の基地局)、及び、制御装置4を備えて構成される。以下では、M2M基地局2とセルラ基地局3を総称して、「基地局」と記載する。セルラ基地局3と制御装置4は、有線ネットワーク9を介して通信する。本実施形態では、M2M基地局2は、セルラ基地局3を介して有線ネットワーク9と接続されるが、有線ネットワーク9と直接接続し、有線ネットワーク9を介して周辺のセルラ基地局3と通信してもよい。また、有線ネットワーク9に代えて、無線ネットワークを用いてもよい。
無線端末1は、まず、M2M無線による接続を試みる。M2M基地局2は、定期的にM2M無線のビーコン信号であるM2Mビーコンを送信している。無線端末1は、M2Mビーコンを受信すると、ビーコン要求(ビーコンリクエスト)を送信する。M2M基地局2は、周囲のセルラ基地局3に一部のアンテナ素子をM2M無線に切り替えるよう指示する。無線端末1は、M2M基地局2からビーコン応答を受信すると、端末固有情報を送信する。ビーコン応答を送信したM2M基地局2と、端末固有情報をスヌープしたセルラ基地局3及び他のM2M基地局2は、端末固有情報を制御装置4に送信する。このとき、M2M基地局2及びセルラ基地局3は、端末固有情報に、無線端末1からのM2M無線の受信品質を示す情報を付加する。端末固有情報は、制御装置4が無線端末1のトラヒック量を取得するために使用される情報であり、例えば、無線端末1の識別情報や、無線端末1の機器の種類を示す情報である。ビーコン要求や端末固有情報は、M2M無線を用いた通信の要求に相当する。
制御装置11は、各部を制御する。狭帯域用無線送受信装置12は、送信データの符号化及び変調を行い、M2M無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、M2M無線により受信した信号の復調及び復号を行って送信データを得る受信処理を行う。アンテナ13は、M2M無線の無線信号を送受信する。セルラ用無線送受信装置14は、送信データの符号化及び変調を行い、セルラ用無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、セルラ用無線により受信した信号の復調及び復号を行って送信データを得る受信処理を行う。アンテナ15は、セルラ用無線の無線信号を送受信する。電池16は、各部へ電力を供給する。
制御装置21は、各部を制御する。狭帯域用無線送受信装置22は、M2M無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、M2M無線により受信した信号から送信データを取得する受信処理を行う。アンテナ23は、M2M無線の無線信号を送受信する。有線ネットワーク送受信装置24は、有線によりセルラ基地局3とデータを送受信する。
LTE基地局装置31は、各無線装置32によって送信する無線信号を生成する送信処理と、各無線装置32により受信した無線信号からデータを取得する受信処理を行う。さらに、LTE基地局装置31は、M2M基地局2や制御装置4と有線により通信する。無線装置32は、無線モジュール33とアンテナ素子34を備える。無線モジュール33は、無線通信方式をM2M無線とするかセルラ用無線とするかを切り替え、切り替えた無線通信方式による信号の送受信を制御する。アンテナ素子34は、無線信号を送受信する。
記憶部42は、基地局情報や端末トラヒック情報などの各種データを記憶する。
無線端末1の制御装置11が、M2M無線による通信を行っていないとき、又は、無線端末1の移動や伝搬環境の変化に伴ってM2M無線による通信ができなくなっているときに、送信要求の発生を検知する(ステップS105)。制御装置11は、再送回数に初期値0を設定する(ステップS110)。制御装置11は、狭帯域用無線送受信装置12に対して狭帯域用無線であるM2M無線をONにし、一定時間キャリアセンスを行うよう指示する(ステップS115)。制御装置11は、キャリアセンスによって狭帯域用無線送受信装置12が狭帯域無線信号のM2Mビーコンを受信したことを検出すると(ステップS120:YES)、狭帯域用無線送受信装置12からビーコンリクエストを送信する(ステップS125)。GPSを備えた無線端末1である場合、制御装置11は、GPSが取得した現在位置を示す端末位置情報をビーコンリクエストに付加する。通信システム100は、後述する図8の処理を行う。
制御装置11は、再送回数が所定の閾値Nを超えたと判断した場合(ステップS150:YES)、ステップS105において発生した送信要求によるパケットの送信を中止し(ステップS160)、ステップS105からの処理を繰り返す。
M2M基地局2の狭帯域用無線送受信装置22がビーコン要求を受信すると、制御装置21は、狭帯域用無線送受信装置22から無線端末1にビーコン応答を送信する。M2M基地局2の制御装置21は、ビーコン要求に端末位置情報が設定されていないと判断した場合、有線ネットワーク送受信装置24を介して、周囲のセルラ基地局3に一部のアンテナ素子34をM2M無線に切り替えるよう指示する。M2M基地局2から指示を受けたセルラ基地局3のLTE基地局装置31は、一部の無線装置32の無線モジュール33に指示し、無線通信方式をセルラ用無線からM2M無線に切り替える。無線端末1の制御装置11は、狭帯域用無線送受信装置12がビーコン応答を受信したことを検出すると、端末固有情報を狭帯域用無線送受信装置12から送信する(ステップS205)。
すなわち、ビーコン要求を受信したM2M基地局2の狭帯域用無線送受信装置22は、無線端末1から端末固有情報を受信する。M2M基地局2の制御装置21は、無線端末1から受信した端末固有情報に受信レベルを示す情報を付加し、有線ネットワーク送受信装置24から制御装置4宛てに送信する。受信レベルは、自基地局における無線端末1からのM2M無線の受信品質である。なお、ビーコン要求に端末位置情報が設定されていた場合、制御装置21は、端末固有情報にビーコン要求をさらに付加して制御装置4宛てに送信する。
また、M2M無線による通信が可能なセルラ基地局3の無線装置32は、無線端末1が送信した端末固有情報をスヌープする。セルラ基地局3は、スヌープした端末固有情報に、無線端末1からのM2Mの受信レベルを示す情報を付加し、制御装置4宛てに送信する。なお、ビーコン要求を受信したM2M基地局2とは異なるM2M基地局2も端末固有情報をスヌープして制御装置4宛てに送信してもよい。
無線端末1の制御装置11は、セルラ基地局3との間で無線リンクを確立すると、セルラ用無線送受信装置14から端末固有情報を送信する(ステップS305)。GPSを備えた無線端末1である場合、制御装置11は、GPSが取得した現在位置を示す端末位置情報を端末固有情報に付加する。なお、制御装置11は、端末位置情報を端末固有情報とは別に送信してもよい。
一方、選択部431は、端末固有情報に端末位置情報が付加されておらず(ステップS315:NO)、複数の基地局が同じ無線端末1の端末固有情報を受信したと判断した場合(ステップS325:YES)、ステップS330の処理を行う。すなわち、選択部431は、端末固有情報を受信したそれら基地局の位置と受信レベルに基づいて無線端末1の位置を推定する(ステップS330)。選択部431は、推定された無線端末1の位置と所定よりも近い位置の基地局の基地局情報を取得する(ステップS315)。
また、選択部431は、端末固有情報を1台の基地局が受信したと判断した場合(ステップS325:NO)、その基地局の基地局情報を取得する(ステップS335)。
図10は、選択候補の基地局が複数台である場合の制御装置4による通信先の基地局の決定方法を説明するための図である。ここでは、選択候補の基地局が、基地局A、B、C、Dの4台であるとする。また、選択するための条件および、各条件の値による優先度の結果の例が記されている。選択部431は、基地局A〜Dそれぞれの基地局情報から、M2M無線に使用される920MHzの無線を収容可能か否か、920MHzの無線を現在収容中であるか否か、M2M無線以外の現在のトラヒック量(他トラヒック量)を読み出す。他トラヒック量は、例えば、LTEのトラヒック量である。選択部431は、読み出したこれらの情報と、各基地局A〜Dから受信した受信レベルの情報とに基づいて、無線端末1と接続先とすべき優先度を判断する。受信レベルは、例えば、RSSI(受信強度、Received Signal Strength Indicator)で表される。
また、選択部431は、基地局の過去のトラヒック量に基づいて、現在から所定時間以内のトラヒック量が高い傾向があると判断される基地局については優先度を低くしてもよい。
また、選択部431は、トラヒック量に代えて基地局が備えるアンテナ素子の使用状況(例えば、使用率)を用い、使用状況が高いほど優先度を低くしてもよい。
また、選択部431は、さらに、無線端末1のトラヒック量を利用して優先度を判断してもよい。選択部431は、端末固有情報が示す端末ID又は無線端末1の種別に基づいて、記憶部42に記憶される端末トラヒック情報から必要なトラヒック量を読み出す。選択部431は、基地局情報が示すアンテナ素子の使用状況(例えば、使用率)から、無線端末1の通信に必要なトラヒック量を受信可能な空きリソースがないと判断した場合、接続先の候補から除外するか、優先度を低くする。
第1の実施形態の無線端末は、M2M無線及びセルラ用無線により通信可能なM2M端末である。本実施形態の無線端末は、M2M無線のみで通信可能なM2M端末である。そこで、本実施形態では、セルラ基地局のアンテナ素子を、M2M無線とセルラ用無線の2つの無線通信方式が時間的に交互になるように動作させる。これにより、M2M端末は、ビーコンの受信が可能となる。
なお、通信システム101の基地局が全てセルラ基地局3であってもよい。
制御装置4aは、セルラ基地局3の位置や機能に基づいて、各セルラ基地局3のアンテナ素子の一部をM2M無線により送受信可能とするタイミングを決定する。制御装置4aは、決定したタイミングに従って、セルラ基地局3のアンテナ素子の一部をM2M無線により送受信可能とするよう指示する。セルラ基地局3は、M2M無線を適用した無線装置32のアンテナ素子34から定期的にM2Mビーコンを送信する。
まず、制御装置4aの記憶部42に、M2M基地局2とM2M無線を収容可能なセルラ基地局3との基地局位置情報及び送信可能出力を登録する。さらに、記憶部42に、セルラ基地局3の使用可能なアンテナ素子34の数も登録する(ステップS405)。
制御装置4aのセル構築部433は、サービスエリアをサブエリアに分割する(ステップS410)。分割は任意に行うことができる。例えば、セル構築部433は、一辺が所定距離の正方形となるようにサービスエリアを分割する。セル構築部433は、基地局管理部44に、各M2M基地局2及びセルラ基地局3の基地局位置情報及び送信可能出力と、セルラ基地局3の使用可能なアンテナ素子34の数を記憶部42から読み出すよう指示する。セル構築部433は、基地局管理部44が読み出したこれらの情報に基づいて、サブエリアごとに、サブエリア内の所定割合以上の面積が閾値以上のRSSIにより確保できるような基地局のグループを1以上作成する(ステップS415)。
なお、セル構築部433は、M2M基地局2は常にM2M無線を利用可能であるとし、セルラ基地局3である基地局A、B、Dにのみ、M2M無線の動作開始を指示する制御信号及びM2M無線の動作終了を指示する制御信号を送信してもよい。
また、M2M無線アクセスにおいて、無線端末の移動や伝搬環境の変化に伴い既存のM2M基地局と接続できなくなった場合、セルラ基地局やスモールセル基地局の無線モジュールを一時的に利用し、無線端末の時間的・空間的な位置に合わせてM2Mセルを構築することもできる。これにより、周波数リソース・物理リソースを抑えたM2M無線アクセスネットワークを構築することが可能になる。
2 基地局
3 セルラ基地局
4、4a 制御装置
4a 制御装置
9 有線ネットワーク
11、11a 制御装置
12 狭帯域用無線送受信装置
13 アンテナ
14 セルラ用無線送受信装置
15 アンテナ
16 電池
21 制御装置
22 狭帯域用無線送受信装置
23 アンテナ
24 有線ネットワーク送受信装置
31 LTE基地局装置
32 無線装置
33 無線モジュール
34 アンテナ素子
41 通信部
42 記憶部
43、43a 接続制御部
44 基地局管理部
100、101 通信システム
431 選択部
432 接続指示部
433 セル構築部
Claims (8)
- 第1の無線通信方式により通信する第1の基地局と前記第1の無線通信方式及び第2の無線通信方式により通信する第2の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第1の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムであって、
前記制御装置は、
通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第2の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち1以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、
前記選択部が選択した前記基地局に前記無線端末と前記第1の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部とを備える、
ことを特徴とする通信システム。 - 前記選択部は、前記無線端末が送信した端末位置情報を前記基地局から受信し、受信した前記端末位置情報から前記無線端末の位置を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記選択部は、前記無線端末から前記通信の要求を受信した前記基地局の位置に基づいて前記無線端末の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の通信システム。 - 前記第1の基地局は、前記通信の要求を前記第1の無線通信方式により受信し、
前記第2の基地局は、前記通信の要求を前記第1の無線通信方式又は前記第2の無線通信方式により受信する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の通信システム。 - 前記制御装置は、複数の前記第2の基地局を時間的に切り替え、前記第1の無線通信方式により前記通信の要求の受信を可能とするよう指示するセル構築部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の通信システム。 - 前記基地局は、前記通信の要求を受信したときの受信レベルを前記制御装置に出力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の通信システム。 - 第1の無線通信方式により通信する第1の基地局と前記第1の無線通信方式及び第2の無線通信方式により通信する第2の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第1の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムにおける前記制御装置であって、
通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第2の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち1以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、
前記選択部が選択した前記基地局に前記無線端末と前記第1の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部と、
を備えることを特徴とする制御装置。 - 第1の無線通信方式により通信する第1の基地局と前記第1の無線通信方式及び第2の無線通信方式により通信する第2の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第1の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムにおける通信方法であって、
前記制御装置の選択部が、通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第2の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち1以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択ステップと、
前記制御装置の接続指示部が、前記選択ステップにおいて選択された前記基地局に前記無線端末と前記第1の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
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- 2015-07-28 JP JP2015148923A patent/JP6404783B2/ja active Active
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