JP3822540B2

JP3822540B2 - Wireless network system, wireless base station, and communication method

Info

Publication number: JP3822540B2
Application number: JP2002234528A
Authority: JP
Inventors: 亨中村; 和宏高谷; 裕二前田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP2004080130A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線回線を介してデータの中継伝送を行う複数の無線装置により構成される無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線ネットワークシステムには、携帯電話やＰＨＳなどの移動通信システムや、ＩＥＥＥ802,11などで規定されている無線ＬＡＮに代表されるように、有線ネットワークをバックボーンとして主にアクセス系に無線通信を用いるシステムと、主に有線ネットワークの予備ネットワークとして中継系に無線通信を用いるシステムがある。このような無線ネットワークシステムは、いわゆる通信インフラストラクチャー（通信インフラ）であり、常にアクセスまたは中継を行う環境において用いられるものであるので、災害時などの緊急事態やイベントなどの一時的に使用する場合のシステムとしては適さない。また、行政機関等は緊急事態に備えて防災無線システム等を所有しているが、非常に高価なシステムであるために、一般ユーザが所有して一時的に使用するシステムとして用いることは困難である。
【０００３】
一方、一時的に無線ネットワークを形成するシステムとしてはブルートゥース（Bluetooth)がある。これは、移動電話機やパソコンその他のポータブル機器の間を接続する近距離無線ネットワークシステムであり、広範囲な通信に使用されることはほとんどない。また、無線通信のみで構築するネットワークシステムとして、アドホックネットワークの研究が進められている。アドホットネットワークは、いわゆる基地局の概念がなく、各々の無線端末自体がルーティング制御を行うので、各々の無線端末に高い処理能力が必要であり、さらにこれまでのネットワークとは異なるトラヒック制御方法も必要になる。そのため、アドホックネットワークにおけるルーティング制御、トラヒック制御について研究が進められている。
【０００４】
また、特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、無線通信のみでネットワークを構成し、ネットワーク中のノードが隣接する複数のノードと接続するための中継器となる機能を備えた構成になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または各種イベントや環境調査等で一時的に通信インフラが必要となった場合に用いる無線ネットワークシステムの需要が高まっている。このシステムでは、中継系とアクセス系の両方の機能を備え、安価で簡単にネットワークを構築できることが条件となる。
【０００６】
しかし、ＩＥＥＥ802,11に代表される従来の無線ネットワークシステムは、無線のみによるシステム構成が想定されておらず、有線ネットワークシステムにあるようなネットワーク階層化、再送中継、マルチキャストパケットの処理手段が実装されていない。例えば、異なるエリアのノード間の通信の中継において、発信元と相手先のノード間にある中継ノードは、中継後のパケット再送に関して責任がない。そのため、経路の一部でパケット転送に失敗した場合に、経路全体にわたる再送が発生してしまう。
【０００７】
例えば、図１２に示すネットワークシステムにおいて、ノードｎ１からノードｎ５へパケットを送信するときに、何からの障害によりノードｎ３とノードｎ４との間でパケットが喪失した場合には、再度ノード１からノードｎ５への全経路に渡って再送処理が行われる。このネットワークシステムを無線のみで構成すると、サービスエリアの拡大に伴ってノード数やホップ数が増大するにつれ、この再送処理にかかるコストが重大な障害となるおそれがある。また、アドホックネットワークのように、全ノードが対称な（階層化されていない）ネットワークシステムの場合には、トポロジが複雑になるにつれ、ルーティングテーブルの更新維持処理や、冗長なブロードキャストパケットの送信処理が深刻な障害となる。
【０００８】
特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、周波数ホッピングという通信方式の特徴を活用して、中継器が送信元と宛先ノードを同期させ、無線通信のみでネットワークが構成されるシステムである。このように接続するすべてのノードで同期が必要な制御方法は、オフィス等で半固定的に使用される端末等で構成される比較的小さいサービスエリアのネットワークに適している。例えば、１回の送信において複数の宛先ノードが存在する場合、中継局は宛先ノードの数だけ伝送チャネルを用意する必要があるが、このとき送信側と受信側のすべてが同期する必要がある。また、トポロジを形成する端末に移動頻度が高い端末が１つでも含まれる場合、中継局はトポロジが変化するたびに、すでに同期しているすべての端末を含めて各端末個別に同期処理を行わなければならない。そのため、１つの中継局に接続できる端末数が非常に小さくなり、特表２００１−５０３２３５号公報に記載のシステムに近い公知の規格であるブルートゥースでは８端末以下に限定されている。
【０００９】
ＩＥＥＥ802,11に代表されるＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いる場合は、各ノードは単一の無線チャネルしかもたない。このため、中継や個別通信を行う場合には、チャネル割当を切り替えて使用することになるが、トラヒックが集中するノードがあると、システム全体におけるスループットの著しい低下が避けられない。例えば、図１３に示すような直接状に中継ノードが配置されたネットワークにおいて、図１３(a) のように単一の無線チャネルを使用すると、スループットは経路上のノード数に反比例する。一方、図１３(b) のように十分な数の無線チャネルを使用すると、ホップ数が増加してもスループットの低下は若干のオーバヘッドの分だけですむ。
【００１０】
本発明は、以上説明した問題点を考慮し、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または一時的に通信インフラが必要となった場合において、ポータブルな無線基地局を利用してフレキシブルかつ安価に提供できる無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポータブルな無線基地局とその管轄エリア内の複数の端末局により無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）を構成し、各無線基地局をバックボーン無線リンクの中継器として構成した無線ネットワークシステムにおいて、無線基地局は、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信し、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで返信された各端末局の端末情報を受信し、その端末情報をデータベースに登録し、さらに、所定の時間間隔で端末情報要求の送信および端末情報の受信によりデータベースを更新し、各端末局の端末情報を管理する端末管理サーバ手段と、全無線基地局に関するルーティング情報および全端末局に関する端末情報を用いて、管轄エリア内の端末局から送信されたパケットのルーティング、および無線基地局間あるいは無線基地局と宛先端末局との間の中継、再送処理を行う中継サーバ手段と、ルーティング情報および端末情報を用いて、同報通信パケットの宛先として管轄エリア内の端末局と他の管轄エリア内の端末局を区別し、管轄エリア内の端末局へ同報送信するとともに、他の管轄エリア内の端末局宛ては１つの同報通信パケットとしてルーティング先の無線基地局へ送信するメッセージ同報サーバ手段とを備え、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う構成である。
【００１２】
さらに、無線基地局は、管轄エリア内の各端末局との通信用（端末アクセス用）に少なくとも１つの無線チャネルと、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局との通信用（エリア間中継用）に必要に応じて複数の無線チャネルを割り当てる構成である。
【００１３】
無線ネットワークシステムの無線基地局の端末管理サーバ手段の構成またはその通信方法として、動作を開始する端末局、または所定の時間間隔でブロードキャストされている端末情報要求を受信できなかった端末局が送信した端末情報登録依頼を受信したときに、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。
【００１４】
無線ネットワークシステムの無線基地局のメッセージ同報サーバ手段の構成またはその通信方法として、管轄エリア内の端末局または隣接する無線基地局から送信された同報通信パケットを受信してその宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットをマルチキャスト送信し、他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、宛先端末アドレスリストから自身の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成してルーティング先の無線基地局へマルチキャスト送信する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す。
図において、本発明のポータブル無線ネットワークシステムは、ポータブルな無線基地局１およびそれと直接通信可能な複数の端末局２により無線ＬＡＮ３を構成し、各無線ＬＡＮ３が無線基地局１を中継局として接続される構成である。
【００１６】
各無線基地局１は、それぞれ無線ＬＡＮ３を代表するマスタノードであり、各無線ＬＡＮ３に所属するすべての端末局２のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う。
【００１７】
（マルチアクセスチャネル）
ネットワークを階層化した場合、システム全体の基幹となる基地局にはトラヒックが集中する。基地局が単一の無線チャネルしかもたない場合は、無線システム全体としてスループットが著しく低下することが予想される。そこで、本発明システムの無線基地局１は、管轄する無線ＬＡＮ（管轄エリア）内の各端末局２との通信用と、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局１との通信用に、それぞれ別個の無線チャネル（図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す）を実装する。前者を端末アクセス用の無線チャネル、後者をエリア間中継用の無線チャネルという。ここでは、隣接する無線基地局とのエリア間中継用にそれぞれ１チャネルずつ合計２チャネルを用意しているが、必要に応じて増減してもよい。
【００１８】
図２は、無線チャネルの割り当て例を示す。ここでは、無線基地局１−１〜１−７に対して、４つの無線チャネルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを次のルールに従って割り当てるものとする。▲１▼１つの無線基地局に、エリア間中継用に２つ、端末アクセス用に１つの無線チャネルを使用し、この３つに互いに異なる無線チャネルを割り当てる。▲２▼地理的に重複する別のエリア間中継用には異なる無線チャネルを割り当てる。▲３▼隣接する無線ＬＡＮで使用する端末アクセス用には異なる無線チャネルを割り当てる。
【００１９】
まず、端の無線基地局１−１には、例えばアルファベット順にエリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当てる。ただし、エリア間中継用の無線チャネルＡについては相手が存在しないために使用されない。次の無線基地局１−２では、まず無線基地局１−１との通信用にすでに決まっている無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−３との通信用に無線基地局１−１で未使用の無線チャネルＤを割り当てる。すなわち、エリア間中継用に２つの無線チャネルＢ，Ｄと、端末アクセス用に無線チャネルＡを割り当てる。以下同様に、無線基地局１−３では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＤ，Ｃと、端末アクセス用に無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−４では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＣ，Ａと、端末アクセス用に無線チャネルＤを割り当て、無線基地局１−５では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当て、以下同様に繰り返す。
【００２０】
以上示した図２の例では、エリア間中継用の無線チャネル（図中矢印と破線の範囲で示す）についてはオーバラップは生じていない。一方、エリア間中継用の無線チャネルと端末アクセス用の無線チャネル（図中ハッチングで示す）については一部でオーバラップが生じているが、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応することができる。
【００２１】
なお、既設の通信インフラがない道路や河川敷沿い、山間の渓谷沿いなどに一時利用のネットワークを構築する場合には、無線基地局を直線上に配置することが考えられる。この場合の無線チャネルの割り当て例を図３〜図７に示す。ここではIEEE802.11b 方式を想定して使用する無線チャネル数を４（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とする。
【００２２】
図３に示す例は、各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが互いに十分に離れている（中継距離が長い）場合に相当し、各端末アクセス用に共通の無線チャネルＡを使用し、エリア間中継用にオーバラップが生じないように無線チャネルＢ，Ｃ，Ｄを巡回して割り当てる。
【００２３】
図４に示す例は、中継距離に比べて各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが広い場合に相当するが、無線チャネルの割り当ては図３の場合と同様である。この場合には、例えば無線基地局１−１，１−２の管轄エリアで使用する無線チャネルＡがオーバラップしているので、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。そのため、単一エリア内の無線端末局が少ない場合に適している。
【００２４】
図５に示す例は、図２の無線チャネル割り当て例に相当し、上記の▲１▼〜▲３▼のルールに従って、端末アクセス用とエリア間中継用の無線チャネルを割り当てる。この場合には、エリア間中継用の無線チャネルがオーバラップすることはないが、エリア間中継用と端末アクセス用の無線チャネル（例えばＢ，Ｄ）が一部でオーバラップすることがあり、その場合には両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。なお、無線チャネルの割り当て順はこれに限定されるものではない。
【００２５】
図６に示す例は、端末アクセス用とエリア間中継用にそれぞれ２つの無線チャネルを固定的に配分し、交互に割り当てる。この場合には、各無線チャネルの利得を調整することにより、無線チャネルのオーバラップを最小限に抑えることができる。
【００２６】
なお、実際の無線ネットワークシステムの構築時には、無線基地局の配置、サービスエリアの設定、端末局の台数、通信の内容等により、中継系およびアクセス系のトラヒックの比率は変わる。したがって、このトラヒックの比率や利用目的等を考慮し、以上示した無線チャネルの割り当て例の中から適当な形態を選択することになる。
【００２７】
次に、無線基地局１がもつ端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能について説明する。
【００２８】
（無線基地局の端末管理サーバ機能）
無線基地局の端末管理サーバ機能は、管轄エリア内の各端末局の登録や削除の管理を行い、各端末局の端末プロファイルデータ（端末情報）のデータベースを管理する機能である。
【００２９】
図７は、端末情報の登録手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３０】
無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。管轄エリア内の各端末局は、ブロードキャストされた端末情報要求に含まれる無線基地局情報をもとに、自己の所属するエリアを管轄する無線基地局を親基地局として登録する。次に、各端末局は親基地局に対して、自己のアドレスや名前などのユーザ情報を含む端末情報をユニキャストで送信する。無線基地局は、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで送信された端末情報を受信し、端末情報データベースに登録する。さらに、無線基地局は、端末情報要求を所定の時間間隔ｔで定期的に管轄エリア内にブロードキャストし、その応答によって定期的に端末情報データベースを更新する。
【００３１】
なお、各端末局は単一のエリアにのみ所属し、それぞれ１つの無線基地局を親基地局とする。したがって、複数のエリアが物理的に重複する地域にいる端末局は、親基地局以外からの端末情報要求には応えない。また、どのエリアにも所属していない場合は、先着した端末情報要求に対して応答し、以後のものには応答しない。
【００３２】
また、動作を開始する端末局はネットワークへ参加するために、端末情報登録依頼をブロードキャストする。この端末情報登録依頼を受信した無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストし、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。このとき、端末情報要求の定期的ブロードキャストを制御していたタイマはリセットされ、改めて所定の時間間隔ｔで端末情報要求のブロードキャストが開始される。
【００３３】
ここで、端末局が親基地局の管轄エリアから移動し、所定の時間間隔ｔでブロードキャストされている端末情報要求を受信できなくなってタイムアウトした場合には、動作開始時と同様に端末情報登録依頼をブロードキャストする。これにより、最寄りの無線基地局からブロードキャストされた端末情報要求を受信し、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。
【００３４】
（無線基地局の中継サーバ機能）
無線基地局の中継サーバ機能は、無線ネットワーク内におけるルーティング情報データベースの作成、更新および保持と、それを用いたルーティング処理を行う機能である。また、管轄エリア内の端末局からの発信に対するルーティングを一括して担当する機能である。
【００３５】
図８は、各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３６】
各無線基地局は、ネットワーク上のすべての無線基地局および端末局に関する情報を保持する。そのため、各無線基地局は、自己の情報と管轄エリアの端末情報（エリア情報）を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報を登録・更新し、さらに自己のエリア情報を無線基地局ａにユニキャストで返信する。ユニキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ａは、無線基地局ｂのエリア情報を登録・更新する。
【００３７】
各無線基地局による以上の処理は、その無線基地局がネットワークに参加するとき、図７に示したような端末局の新規参加や移動によって無線基地局のエリア情報が更新されたとき、さらに次に示すようなケースで他の無線基地局からエリア情報要求があったときに行われる。
【００３８】
無線基地局ａは、所定の時間間隔ｔで自己が動作中であることを示す動作報告をブロードキャストで送信する。ブロードキャストされた動作報告を受信した無線基地局ｂは、送信元の無線基地局ａの動作確認を行う。この動作報告には、無線基地局ａにおけるエリア情報の直近の更新時刻を含む。無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報の更新時刻と、動作報告に含まれる更新時刻を比較し、最新のエリア情報を保持しているか否かを確認する。
【００３９】
ここで、無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報が最新でないと分かれば、無線基地局ａに対してエリア情報要求をユニキャストで送信する。このエリア情報要求を受信した無線基地局ａは、上記のようにエリア情報をブロードキャストで送信し、無線基地局ｂとの間でエリア情報の交換を行う。このとき、動作報告をブロードキャストする時間間隔はリセットされる。
【００４０】
各無線基地局が動作を終了すると、動作終了通知を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされた動作終了通知を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報をデータベースから削除する。
【００４１】
（中継・再送処理）
各端末局は、それぞれ中継サーバ機能を担う親基地局を介して他の端末局との通信を行うことになるが、宛先が親基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はそのままその宛先に中継する。また、宛先が他の無線基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はルーティング情報データベースを元に宛先のエリアを特定し、宛先端末局の親基地局へむけて中継する。
【００４２】
ここで図９を参照し、ルーティング情報データベースに従って、無線ＬＡＮ３−１の端末局２ａから無線ＬＡＮ３−３の端末局２ｉへパケットを送信する場合における無線基地局１−１，１−２，１−３の中継・再送処理について説明する。
【００４３】
端末局２ａは、まず親基地局である無線基地局１−１に、自身のアドレスと宛先アドレスを含むパケットを送信する。このとき、端末局２ａと無線基地局１−１との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、端末局２ａは無線基地局１−１から先については関知しないので処理を終了する。
【００４４】
無線基地局１−１はルーティング情報データベースを参照し、端末局２ａから送信されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３のエントリから無線基地局１−２を中継して送信可能であることを確認し、無線基地局１−２にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−１と無線基地局１−２との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−１は無線基地局１−２から先については関知しないので処理を終了する。
【００４５】
無線基地局１−２はルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−１から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから隣接する無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−２は無線基地局１−３から先については関知しないので処理を終了する。
【００４６】
最後に、無線基地局１−３は、ルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−２から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから自身の管轄エリアであることを確認し、端末局２ｉにパケットを送信する。このとき、無線基地局１−３と端末局２ｉとの間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には処理を終了する。
【００４７】
以上のようにして端末局２ａから端末局２ｉ宛てに送信されたパケットは、無線基地局１−１、無線基地局１−２、無線基地局１−３、端末局２ｉの順番に中継転送される。ここで、例えば無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じた場合には、その間で再送処理が行われるのみで、端末局２ａや無線基地局１−１は再送処理に関与しない。このように端末局２ａから端末局２ｉの間のどの段階で誤りが生じたとしても、誤りが生じた中継区間のみの独立した再送処理で対応することができ、再送処理がネットワーク全体に影響を及ぼすことはない。
【００４８】
さらに、各中継区間で独立した通信を行う構成は、例えばある経路上において途中の中継器（無線基地局）まで情報を送くれるだけ送っておき、次の中継器には後で送るといった設定が可能になる。また、中継系とアクセス系も独立した通信を行うので、ある宛先端末局に送るべき情報をその親基地局まで送っておき、端末局の処理能力あアプリケーションに合わせて改めて送信することも可能になる。
【００４９】
（無線基地局のメッセージ同報サーバ機能）
無線基地局のメッセージ同報サーバ機能は、ルーティング情報と端末情報を用いて、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットを解析し、自身の管轄エリア内の端末局と他の無線基地局の管轄エリア内の端末局を区別して配信する機能である。
【００５０】
図１０は、無線基地局のメッセージ同報処理の概要を示す。図１１は、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す。ここでは、無線基地局１−１，１−２，１−３の順に最適なルーティング経路となるように、各無線基地局のルーティング情報データベースにルーティング情報が設定されているものとする。
【００５１】
送信元の端末局２ａは、同報メッセージの宛先を決定し、宛先端末数および宛先端末アドレスリストを含む同報通信パケットを親基地局である無線基地局１−１へ送信する（図１０▲１▼）。この同報通信パケットは図１１(a) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として９、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ〜２ｉのアドレス（全端末局宛ての場合）が設定される。
【００５２】
この同報通信パケットを受信した無線基地局１−１は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットを送信する（図１０▲２▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ，２ｂ，２ｃのアドレスが設定される。
【００５３】
また、無線基地局１−１は、同報通信パケットの宛先端末アドレスリストに他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、それぞれの無線基地局（ここでは１−２，１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−２へ送信する（図１０▲３▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先基地局数として２、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−２，１−３のアドレス、宛先端末数として６、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５４】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−２は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報メッセージを送信する（図１０▲４▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ，２ｅ，２ｆのアドレスが設定される。
【００５５】
また、無線基地局１−２は、同報通信パケットの宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていれば、その無線基地局（ここでは１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−３へ送信する（図１０▲５▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先基地局数として１、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５６】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−３は、その宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていないので、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局へ同報メッセージを送信し（図１０▲６▼）、処理を終了する。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ，２ｈ，２ｉのアドレスが設定される。
【００５７】
このように、各無線基地局間あるいは各無線基地局と端末局間で同一の同報通信パケットが送信されるのは、再送処理を行う場合を除いて１回限りとなる。すなわち、無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局２ａから、無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局２ｄ〜２ｆおよび無線基地局１−３の管轄エリア内の端末局２ｇ〜２ｉに送信する同報メッセージは、無線基地局１−１から無線基地局１−２，１−３に対して、図１１(b) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。また、無線基地局１−２，１−３からそれぞれ管轄エリア内の端末局に対しては、図１１(c) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。したがって、例えば無線基地局１−１，１−２間で端末局２ｄ〜２ｉ宛ての同報通信パケットが喪失しても、その同報通信パケットを無線基地局１−１，１−２間で再送すればよいので、同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は無線通信のみによって１つのネットワークを形成することができるので、有線ネットワーク設備等の既存インフラ設備がない地域または設置困難の地域での利用や、緊急時等の一時利用において、迅速かつ柔軟な通信サービスを提供することができる。さらに、無線基地局の追加によって容易にサービスエリアの拡大が可能である。
【００５９】
また、無線基地局が端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能をもち、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行うことができる。これにより、各中継区間が独立した通信形態となるので、再送や同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００６０】
さらに、本発明の無線ネットワークシステムは、送受信機の変復調方式（ＰＳＫ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＳＳ、ＯＦＤＭ、ＱＡＭなど）、アクセス方式（ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＣＳＭＡなど）、および周波数帯は任意である。そのため、例えば中継系（無線基地局間通信）には 2.4ＧHz帯−IEEE802.11b 、アクセス系（無線基地局−端末局間）には５ＧHz帯−IEEE802.11a を用いたシステムなど、様々な組み合わせの無線ネットワークシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す図。
【図２】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図３】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図４】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図５】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図６】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図７】端末情報の登録手順の一例を説明する図。
【図８】各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を説明する図。
【図９】無線基地局の中継・再送処理の概要を説明する図。
【図１０】無線基地局のメッセージ同報処理の概要を説明する図。
【図１１】マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す図。
【図１２】階層化されていないネットワークにおけるパケット喪失と再送の仕組みを説明する図。
【図１３】直線上に無線基地局が配置されたネットワークにおけるチャネル割り当て例を示す図。
【符号の説明】
１無線基地局
２端末局
３無線ＬＡＮ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio network system, a radio base station, and a communication method configured by a plurality of radio apparatuses that perform relay transmission of data via a radio line.
[0002]
[Prior art]
Conventional wireless network systems, mainly represented by mobile communication systems such as mobile phones and PHS, and wireless LANs stipulated by IEEE802.11, etc., are mainly used for wireless communication to access systems with a wired network as the backbone. There are a system to be used and a system to use wireless communication as a relay system mainly as a backup network of a wired network. Since such a wireless network system is a so-called communication infrastructure (communication infrastructure), and is used in an environment where access or relay is always performed, when it is temporarily used in an emergency such as a disaster or an event. It is not suitable as a system. In addition, administrative agencies, etc. own disaster prevention radio systems in preparation for emergency situations, but they are very expensive systems, so it is difficult to use them as a system owned by a general user and used temporarily. is there.
[0003]
On the other hand, Bluetooth is a system that temporarily forms a wireless network. This is a short-range wireless network system for connecting between mobile phones, personal computers, and other portable devices, and is rarely used for a wide range of communications. In addition, research on ad hoc networks is underway as a network system constructed only by wireless communication. An ad-hot network does not have the concept of a so-called base station, and each wireless terminal itself performs routing control. Therefore, each wireless terminal requires a high processing capacity, and there is a traffic control method that is different from the conventional network. I need it. Therefore, research on routing control and traffic control in ad hoc networks is underway.
[0004]
The wireless network system described in JP-T-2001-503235 has a function of forming a network only by wireless communication and functioning as a relay for connecting nodes in the network to a plurality of adjacent nodes. It has become.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, there is an increasing demand for wireless network systems that are used in areas where existing communication infrastructure is not sufficiently established, or when communication infrastructure is temporarily required for various events and environmental surveys. This system is provided with both functions of a relay system and an access system, and it is necessary to be able to construct a network easily and inexpensively.
[0006]
However, the conventional wireless network system represented by IEEE802,11 is not supposed to have a wireless system configuration, and network hierarchies, retransmission relays, and multicast packet processing means are implemented as in a wired network system. Not. For example, in relaying communication between nodes in different areas, a relay node between a source node and a destination node is not responsible for packet retransmission after relay. Therefore, when packet transfer fails in a part of the route, retransmission over the entire route occurs.
[0007]
For example, in the network system shown in FIG. 12, when a packet is lost between the node n3 and the node n4 due to a failure when transmitting a packet from the node n1 to the node n5, the node 1 to the node n again. Retransmission processing is performed over the entire route to n5. If this network system is configured only by radio, the cost of this retransmission processing may become a serious obstacle as the number of nodes and the number of hops increase as the service area expands. Also, in the case of a network system in which all nodes are symmetric (not layered) as in an ad hoc network, routing table update maintenance processing and redundant broadcast packet transmission processing are performed as the topology becomes complex. It becomes a serious obstacle.
[0008]
The wireless network system described in JP-T-2001-503235 is a system in which a network is configured only by wireless communication by using a characteristic of a communication method called frequency hopping, in which a repeater synchronizes a source and a destination node. is there. A control method that requires synchronization in all nodes connected in this way is suitable for a network with a relatively small service area that is configured by terminals and the like that are used semi-fixedly in an office or the like. For example, when there are a plurality of destination nodes in one transmission, it is necessary for the relay station to prepare as many transmission channels as the number of destination nodes. At this time, all of the transmission side and the reception side must be synchronized. If even one terminal with high movement frequency is included in the terminals forming the topology, each time the topology changes, the relay station performs synchronization processing individually for each terminal including all terminals that are already synchronized. There must be. For this reason, the number of terminals that can be connected to one relay station is very small, and Bluetooth, which is a publicly known standard close to the system described in JP-T-2001-503235, is limited to 8 terminals or less.
[0009]
When a CSMA / CA wireless LAN represented by IEEE802.11 is used, each node has only a single wireless channel. For this reason, when relaying or individual communication is performed, channel assignment is switched and used. However, if there is a node where traffic is concentrated, a significant decrease in throughput in the entire system is inevitable. For example, in a network in which relay nodes are arranged directly as shown in FIG. 13, when a single radio channel is used as shown in FIG. 13 (a), the throughput is inversely proportional to the number of nodes on the path. On the other hand, when a sufficient number of radio channels are used as shown in FIG. 13 (b), the throughput is reduced only by a slight overhead even if the number of hops is increased.
[0010]
In consideration of the problems described above, the present invention is flexible by using a portable radio base station in a region where existing communication infrastructure is not sufficiently established or when communication infrastructure is temporarily required. An object of the present invention is to provide a wireless network system, a wireless base station, and a communication method that can be provided at low cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a wireless network system in which a wireless local area network (wireless LAN) is configured by a portable wireless base station and a plurality of terminal stations in its jurisdiction area, and each wireless base station is configured as a backbone wireless link repeater. The radio base station Broadcasts terminal information requests to multiple terminal stations in the jurisdiction area, receives terminal information of each terminal station returned from each terminal station in the jurisdiction area by unicast, and stores the terminal information in the database. Register and update the database by sending terminal information requests and receiving terminal information at predetermined time intervals, Terminal management server means for managing terminal information of each terminal station, routing information for all radio base stations and terminal information for all terminal stations, routing of packets transmitted from terminal stations in the jurisdiction area, and radio base Relay server means for performing relay and retransmission processing between stations or between a radio base station and a destination terminal station, and using routing information and terminal information, as a destination for broadcast packets, and other stations in the jurisdiction area and other stations A message that distinguishes terminal stations in the jurisdiction area and broadcasts them to terminal stations in the jurisdiction area, and sends to terminal stations in other jurisdictions as one broadcast packet to the routing base radio base station Broadcast server means, dynamically managing the participation / exit of all the terminal stations belonging to each wireless LAN to the sending terminal station Routing to the destination terminal station, a relay retransmission, a configuration for performing broadcast process.
[0012]
Further, the radio base station is used for communication with each terminal station in the jurisdiction area (for terminal access) and for communication with a radio base station of an adjacent wireless LAN (for inter-area relay). In this configuration, a plurality of radio channels are allocated as necessary.
[0013]
Wireless network system Terminal management server means of radio base station Configuration or communication method When receiving a terminal information registration request transmitted by a terminal station that starts operation or a terminal station that has not received a terminal information request broadcast at a predetermined time interval, a plurality of terminal stations in the jurisdiction area A terminal information request is transmitted by broadcast.
[0014]
Wireless network system Message base server means for radio base station Configuration or communication method , Receiving a broadcast packet transmitted from a terminal station in the jurisdiction area or an adjacent radio base station, referring to the destination terminal address list, if the terminal station in its own jurisdiction area is the destination, Multicast transmission of a broadcast packet to the terminal station, and if a terminal station in the jurisdiction area of another radio base station is included, broadcast communication excluding the terminal station in its own jurisdiction area from the destination terminal address list Create a packet and send it to the destination wireless base station by multicast.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a basic configuration of a wireless network system of the present invention.
In the figure, the portable wireless network system of the present invention comprises a portable wireless base station 1 and a plurality of terminal stations 2 that can directly communicate with the portable wireless base station 1, and each wireless LAN 3 is connected with the wireless base station 1 as a relay station. This is a configuration.
[0016]
Each wireless base station 1 is a master node representing the wireless LAN 3 and dynamically manages the participation / extraction of all terminal stations 2 belonging to each wireless LAN 3 from the transmission terminal station to the destination terminal station. Route setting, relay, retransmission, and broadcast processing.
[0017]
(Multi-access channel)
When the network is hierarchized, traffic concentrates on the base station that is the backbone of the entire system. When the base station has only a single radio channel, the throughput of the entire radio system is expected to be significantly reduced. Therefore, the radio base station 1 of the system of the present invention is separately used for communication with each terminal station 2 in the jurisdiction wireless LAN (jurisdiction area) and for communication with the radio base station 1 of the adjacent wireless LAN. A wireless channel (indicated by A, B, C, and D in the figure) is implemented. The former is called a radio channel for terminal access, and the latter is called a radio channel for relaying between areas. Here, a total of two channels are prepared for each inter-area relay with adjacent radio base stations, but may be increased or decreased as necessary.
[0018]
FIG. 2 shows an example of radio channel assignment. Here, it is assumed that the four radio channels A, B, C, and D are assigned to the radio base stations 1-1 to 1-7 according to the following rules. (1) Two radio channels for inter-area relay and one radio for terminal access are used for one radio base station, and different radio channels are allocated to these three. {Circle around (2)} Different radio channels are allocated for relaying between different geographically overlapping areas. (3) A different wireless channel is allocated for terminal access used in the adjacent wireless LAN.
[0019]
First, for example, two radio channels A and B for inter-area relay and a radio channel C for terminal access are assigned to the end radio base station 1-1 in alphabetical order. However, the wireless channel A for inter-area relay is not used because there is no other party. In the next radio base station 1-2, first, a radio channel B already determined for communication with the radio base station 1-1 is allocated, and the radio base station 1-1 for communication with the radio base station 1-3 is assigned. An unused radio channel D is allocated. That is, two radio channels B and D are allocated for inter-area relay, and radio channel A is allocated for terminal access. Similarly, the radio base station 1-3 assigns two radio channels D and C for inter-area relay and a radio channel B for terminal access, and the radio base station 1-4 assigns 2 for inter-area relay. Two radio channels C and A and a radio channel D are allocated for terminal access. In the radio base station 1-5, two radio channels A and B are allocated for inter-area relay, and a radio channel C is allocated for terminal access. Repeat in the same manner.
[0020]
In the example of FIG. 2 described above, there is no overlap in the radio channel for inter-area relay (indicated by the arrow and broken line range in the figure). On the other hand, there are some overlaps between the wireless channel for inter-area relay and the wireless channel for terminal access (indicated by hatching in the figure), but either the communication method of the two is different or the relay system This can be dealt with by controlling the communication of the terminal access system so as not to disturb the communication.
[0021]
When building a temporary network along roads, riverbeds, and mountain valleys where there is no existing communication infrastructure, it is conceivable to arrange wireless base stations on a straight line. Examples of radio channel allocation in this case are shown in FIGS. Here, it is assumed that the number of radio channels to be used assuming the IEEE802.11b system is 4 (A, B, C, D).
[0022]
The example shown in FIG. 3 corresponds to the case where the jurisdiction areas of the radio base stations 1-1 to 1-4 are sufficiently separated from each other (the relay distance is long), and a common radio channel A is used for each terminal access. The wireless channels B, C, and D are cyclically allocated so that no overlap occurs for inter-area relay.
[0023]
The example shown in FIG. 4 corresponds to the case where the jurisdiction area of each of the radio base stations 1-1 to 1-4 is larger than the relay distance, but the radio channel assignment is the same as in the case of FIG. In this case, for example, the radio channel A used in the jurisdiction area of the radio base stations 1-1 and 1-2 overlaps, so that the communication methods of the two are different or the relay communication is hindered. This can be handled by controlling the communication of the terminal access system. Therefore, it is suitable when there are few radio terminal stations in a single area.
[0024]
The example shown in FIG. 5 corresponds to the radio channel assignment example of FIG. 2, and assigns radio channels for terminal access and inter-area relay according to the rules (1) to (3) above. In this case, radio channels for inter-area relay do not overlap, but radio channels for inter-area relay and terminal access (for example, B and D) may partially overlap. In some cases, the communication methods are different from each other, or the terminal access system communication is controlled so as not to interfere with the relay system communication. Note that the order of radio channel assignment is not limited to this.
[0025]
In the example shown in FIG. 6, two radio channels are fixedly allocated and allocated alternately for terminal access and inter-area relay, respectively. In this case, the radio channel overlap can be minimized by adjusting the gain of each radio channel.
[0026]
Note that when an actual wireless network system is constructed, the ratio of traffic between the relay system and the access system varies depending on the arrangement of the wireless base stations, the setting of the service area, the number of terminal stations, the content of communication, and the like. Accordingly, in consideration of the traffic ratio and the purpose of use, an appropriate form is selected from the above-described radio channel allocation examples.
[0027]
Next, the terminal management server function, relay server function, and message broadcast server function of the wireless base station 1 will be described.
[0028]
(Radio base station terminal management server function)
The terminal management server function of the radio base station is a function that manages registration and deletion of each terminal station in the jurisdiction area and manages a database of terminal profile data (terminal information) of each terminal station.
[0029]
FIG. 7 shows an example of a terminal information registration procedure. In the figure, double line arrows indicate broadcast and single line arrows indicate unicast.
[0030]
The radio base station transmits a terminal information request to the jurisdiction area by broadcast. Each terminal station in the jurisdiction area registers, as a parent base station, the radio base station that has jurisdiction over the area to which it belongs based on the radio base station information included in the broadcast terminal information request. Next, each terminal station transmits terminal information including user information such as its own address and name to the parent base station by unicast. The radio base station receives terminal information transmitted by unicast from each terminal station in the jurisdiction area and registers it in the terminal information database. Further, the radio base station periodically broadcasts a terminal information request at a predetermined time interval t within the jurisdiction area, and periodically updates the terminal information database according to the response.
[0031]
Each terminal station belongs only to a single area, and each radio base station is a parent base station. Therefore, a terminal station in a region where a plurality of areas physically overlap does not respond to terminal information requests from other than the parent base station. In addition, when it does not belong to any area, it responds to the first terminal information request and does not respond to the subsequent ones.
[0032]
In addition, the terminal station that starts the operation broadcasts a terminal information registration request in order to participate in the network. The radio base station that has received this terminal information registration request broadcasts a terminal information request to the jurisdiction area, and the terminal station registers the parent base station by the same processing procedure, and the parent base station is a terminal in the jurisdiction area. Download terminal information from the station. At this time, the timer that has controlled the periodic broadcast of the terminal information request is reset, and the broadcast of the terminal information request is started again at a predetermined time interval t.
[0033]
Here, when the terminal station moves from the jurisdiction area of the parent base station and cannot receive a terminal information request broadcast at a predetermined time interval t and times out, a terminal information registration request is performed in the same manner as at the start of operation. Broadcast. As a result, the terminal information request broadcast from the nearest radio base station is received, the terminal station registers the parent base station by the same processing procedure, and the parent base station sucks up terminal information from the terminal stations in the jurisdiction area. .
[0034]
(Relay server function of wireless base station)
The relay server function of the radio base station is a function for creating, updating and holding a routing information database in the radio network and performing a routing process using the database. It is also a function that collectively handles routing for outgoing calls from terminal stations in the jurisdiction area.
[0035]
FIG. 8 shows an example of a procedure for sharing and updating terminal information in the jurisdiction area of each radio base station. In the figure, double line arrows indicate broadcast and single line arrows indicate unicast.
[0036]
Each radio base station maintains information regarding all radio base stations and terminal stations on the network. Therefore, each radio base station transmits its own information and terminal information (area information) of the jurisdiction area by broadcast to other radio base stations. The radio base station b that has received the area information broadcast from the radio base station a registers / updates the area information of the radio base station a, and further returns its own area information to the radio base station a by unicast. The radio base station a that has received the unicast area information registers and updates the area information of the radio base station b.
[0037]
The above processing by each radio base station is further performed when the radio base station joins the network, when the area information of the radio base station is updated by new participation or movement of the terminal station as shown in FIG. This is performed when there is a request for area information from another radio base station in the case shown in FIG.
[0038]
The radio base station a broadcasts an operation report indicating that it is operating at a predetermined time interval t. The radio base station b that has received the broadcast operation report confirms the operation of the transmission source radio base station a. This operation report includes the latest update time of the area information in the radio base station a. The radio base station b compares the update time of the area information of the held radio base station a with the update time included in the operation report, and confirms whether or not the latest area information is held.
[0039]
Here, if it is determined that the area information of the stored radio base station a is not the latest, the radio base station b transmits an area information request to the radio base station a by unicast. The radio base station a that has received the area information request broadcasts the area information as described above and exchanges the area information with the radio base station b. At this time, the time interval for broadcasting the operation report is reset.
[0040]
When each radio base station finishes its operation, an operation end notification is transmitted by broadcast to other radio base stations. The radio base station b that has received the operation end notification broadcast from the radio base station a deletes the area information of the radio base station a from the database.
[0041]
(Relay / Retransmission processing)
Each terminal station communicates with other terminal stations via a parent base station that has a relay server function. If the destination is a terminal station within the jurisdiction of the parent base station, the parent base station Relays to that destination as is. Further, if the destination is a terminal station within the jurisdiction area of another radio base station, the parent base station identifies the destination area based on the routing information database and relays it to the parent base station of the destination terminal station.
[0042]
Here, referring to FIG. 9, the wireless base stations 1-1, 1-2, 1- 1 in the case of transmitting a packet from the terminal station 2a of the wireless LAN 3-1 to the terminal station 2i of the wireless LAN 3-3 according to the routing information database. 3 relay / retransmission processing will be described.
[0043]
The terminal station 2a first transmits a packet including its own address and destination address to the radio base station 1-1, which is the parent base station. At this time, if an error occurs between the terminal station 2a and the radio base station 1-1, retransmission processing is performed. However, if the transmission can be performed normally, the terminal station 2a moves from the radio base station 1-1. Since it does not know about, processing ends.
[0044]
The radio base station 1-1 refers to the routing information database, confirms from the entry of the terminal station 2i that is the destination of the packet transmitted from the terminal station 2a, that it is the jurisdiction area of the radio base station 1-3, and From the entry of the station 1-3, it is confirmed that transmission is possible via the radio base station 1-2, and a packet is transmitted to the radio base station 1-2. At this time, if an error occurs between the radio base station 1-1 and the radio base station 1-2, retransmission processing is performed, but if the transmission is successful, the radio base station 1-1 Since the station 1-2 is unaware of the point ahead, the process ends.
[0045]
The radio base station 1-2 refers to the routing information database and determines that it is a jurisdiction area of the radio base station 1-3 adjacent from the entry of the terminal station 2i that is the destination of the packet transferred from the radio base station 1-1. Confirm and transmit the packet to the radio base station 1-3. At this time, if an error occurs between the radio base station 1-2 and the radio base station 1-3, retransmission processing is performed, but if the transmission is successful, the radio base station 1-2 Since the station 1-3 is not known, the process ends.
[0046]
Finally, the radio base station 1-3 refers to the routing information database and confirms that it is in its own area from the entry of the terminal station 2i that is the destination of the packet transferred from the radio base station 1-2. The packet is transmitted to the terminal station 2i. At this time, if an error occurs between the radio base station 1-3 and the terminal station 2i, a retransmission process is performed, but if the transmission is successful, the process ends.
[0047]
The packet transmitted from the terminal station 2a to the terminal station 2i as described above is relayed and transferred in the order of the radio base station 1-1, the radio base station 1-2, the radio base station 1-3, and the terminal station 2i. The Here, for example, when an error occurs between the radio base station 1-2 and the radio base station 1-3, only the retransmission processing is performed between them, and the terminal station 2a and the radio base station 1-1 are Does not participate in retransmission processing. In this way, no matter what stage between the terminal station 2a and the terminal station 2i, an error can be handled by independent retransmission processing only in the relay section where the error has occurred, and the retransmission processing affects the entire network. There is no effect.
[0048]
Furthermore, the configuration for performing independent communication in each relay section is, for example, a configuration in which only information is sent to a relay device (wireless base station) on a certain route and sent to the next relay device later. It becomes possible. In addition, since the relay system and the access system also perform independent communication, it is possible to send information to be sent to a certain destination terminal station to its parent base station and transmit it again according to the application with the processing capacity of the terminal station. Become.
[0049]
(Wireless base station message broadcast server function)
The message broadcast server function of the radio base station uses the routing information and the terminal information to analyze the broadcast packet implementing the multicast communication protocol, and the terminal station in its own area and other radio base stations. This function distributes terminal stations within the jurisdiction area.
[0050]
FIG. 10 shows an outline of the message broadcast processing of the radio base station. FIG. 11 shows an example of a broadcast packet implementing a multicast communication protocol. Here, it is assumed that the routing information is set in the routing information database of each radio base station so that the optimum routing path is in the order of the radio base stations 1-1, 1-2, and 1-3.
[0051]
The source terminal station 2a determines the destination of the broadcast message, and transmits a broadcast packet including the number of destination terminals and a destination terminal address list to the radio base station 1-1, which is the parent base station (FIG. 10: 1 ▼). This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (a), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-1 as the parent base station address, the number of destination terminals of 9, and the destination terminal address The addresses of the terminal stations 2a to 2i (when addressed to all terminal stations) are set as a list.
[0052]
The radio base station 1-1 that has received the broadcast packet refers to the destination terminal address list, and if the terminal station in its own area is the destination, the radio base station 1-1 sends the broadcast packet to the terminal station. Transmit ((2) in FIG. 10). This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (c), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-1 as the parent base station address, the number of destination terminals 3, and the destination terminal address The addresses of the terminal stations 2a, 2b, 2c are set as a list.
[0053]
Further, if the base station 1-1 includes a terminal station in the jurisdiction area of another radio base station in the destination terminal address list of the broadcast packet, each radio base station (here, 1-2) , 1-3) to create a broadcast packet that includes the number of destination base stations and the destination base station address list, and excludes the terminal stations in the area of jurisdiction of the radio base station 1-1 from the destination terminal address list, It transmits to the radio base station 1-2 according to the routing information ((3) in FIG. 10). This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (b), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-1 as the source base station address, the destination base station number 2, The addresses of the radio base stations 1-2 and 1-3 are set as the base station address list, the number of destination terminals is 6, and the addresses of the terminal stations 2d to 2i are set as the destination terminal address list.
[0054]
Next, the radio base station 1-2 that has received the broadcast packet refers to the destination terminal address list, and if the terminal station in its own area is the destination, the radio base station 1-2 broadcasts to the terminal station. A message is transmitted ((4) in FIG. 10). This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (c), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-2 as the parent base station address, the number of destination terminals 3, and the destination terminal address The addresses of the terminal stations 2d, 2e, 2f are set as a list.
[0055]
In addition, if the wireless base station 1-2 includes another wireless base station in the destination base station address list of the broadcast packet, the wireless base station 1-2 corresponds to the wireless base station (here, 1-3). A broadcast packet excluding terminal stations in the jurisdiction area of the radio base station 1-2 from the destination terminal address list is generated and transmitted to the radio base station 1-3 according to the routing information (Fig. 10 (5)). This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (b), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-2 as the source base station address, the destination base station number 1, and the destination The address of the radio base station 1-3 is set as the base station address list, the number of destination terminals is 3, and the addresses of the terminal stations 2g to 2i are set as the destination terminal address list.
[0056]
Next, the wireless base stations 1-3 that have received the broadcast packet refer to the destination terminal address list and have their jurisdiction because the other base stations are not included in the destination base station address list. A broadcast message is transmitted to the terminal stations in the area ((6) in FIG. 10), and the process is terminated. This broadcast packet has the format shown in FIG. 11 (c), the address of the terminal station 2a as the source address, the address of the radio base station 1-3 as the parent base station address, the number of destination terminals of 3, and the destination terminal address The addresses of the terminal stations 2g, 2h, 2i are set as a list.
[0057]
As described above, the same broadcast packet is transmitted between the radio base stations or between the radio base stations and the terminal station only once, except when the retransmission process is performed. That is, from the terminal station 2a in the jurisdiction area of the radio base station 1-1, the terminal stations 2d to 2f in the jurisdiction area of the radio base station 1-2 and the terminal stations 2g in the jurisdiction area of the radio base station 1-3 The broadcast message to be transmitted to 2i is multicast-transmitted from the radio base station 1-1 to the radio base stations 1-2 and 1-3 in the broadcast packet having the format shown in FIG. Also, multicast transmission is performed from the radio base stations 1-2 and 1-3 to the terminal stations in the jurisdiction area by broadcast packets having the format of FIG. 11 (c). Therefore, for example, even if a broadcast packet addressed to the terminal stations 2d to 2i is lost between the radio base stations 1-1 and 1-2, the broadcast packet is transmitted between the radio base stations 1-1 and 1-2. Since it is sufficient to retransmit, an increase in traffic due to the broadcast can be prevented.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, since the present invention can form a single network only by wireless communication, it can be used in a region where there is no existing infrastructure facility such as a wired network facility or in a region where it is difficult to install, or in an emergency or the like. In use, it is possible to provide a quick and flexible communication service. Furthermore, the service area can be easily expanded by adding a radio base station.
[0059]
In addition, the wireless base station has a terminal management server function, a relay server function, and a message broadcast server function, and dynamically manages the participation / extraction of all terminal stations belonging to each wireless LAN to the transmitting terminal station. Route setting, relay, retransmission, and broadcast processing from the terminal station to the destination terminal station can be performed. Thereby, since each relay section becomes an independent communication form, an increase in traffic due to retransmission or broadcast can be prevented.
[0060]
Furthermore, in the wireless network system of the present invention, the modulation / demodulation method (PSK, ASK, FSK, SS, OFDM, QAM, etc.), the access method (TDMA, FDMA, CDMA, CSMA, etc.) and the frequency band of the transceiver are arbitrary. . Therefore, for example, various combinations such as a system using 2.4 GHz band-IEEE802.11b for relay system (communication between wireless base stations) and a system using 5 GHz band-IEEE802.11a for access system (between wireless base stations and terminal stations). Wireless network system can be constructed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a wireless network system of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of radio channel assignment.
FIG. 3 is a diagram showing an example of radio channel assignment.
FIG. 4 is a diagram showing an example of radio channel assignment.
FIG. 5 is a diagram showing an example of radio channel assignment.
FIG. 6 is a diagram showing an example of radio channel assignment.
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a registration procedure of terminal information.
FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a procedure for sharing and updating terminal information in the jurisdiction area of each radio base station.
FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of relay / retransmission processing of a radio base station.
FIG. 10 is a diagram for explaining an outline of message broadcast processing of a radio base station.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a broadcast communication packet in which a multicast communication protocol is implemented.
FIG. 12 is a diagram for explaining a mechanism of packet loss and retransmission in a non-hierarchical network.
FIG. 13 is a diagram showing an example of channel assignment in a network in which wireless base stations are arranged on a straight line.
[Explanation of symbols]
1 radio base station
2 terminal stations
3 Wireless LAN

Claims

In a wireless network system in which a portable wireless base station and a plurality of terminal stations in its jurisdiction area constitute a wireless local area network (wireless LAN), and each wireless base station is configured as a backbone wireless link repeater,
The radio base station is
A terminal information request is broadcasted to a plurality of terminal stations in the jurisdiction area, terminal information of each terminal station returned from each terminal station in the jurisdiction area is received by unicast, and the terminal information is A terminal management server means for registering in the database, further updating the database by transmitting the terminal information request and receiving the terminal information at predetermined time intervals, and managing terminal information of each terminal station;
Using routing information on all radio base stations and terminal information on all terminal stations, routing of packets transmitted from terminal stations in the jurisdiction area, and between radio base stations or between radio base stations and destination terminal stations Relay server means for performing relay and retransmission processing;
Using the routing information and terminal information, the terminal station in the jurisdiction area is distinguished from the terminal station in the other jurisdiction area as the destination of the broadcast packet, and broadcast to the terminal station in the jurisdiction area. A message broadcast server means for transmitting to the wireless base station of the routing destination as one broadcast packet addressed to the terminal station in the jurisdiction area of
It is a configuration that dynamically manages the participation / extraction of all terminal stations belonging to each wireless LAN to perform route setting, relay, retransmission, and broadcast processing from the transmitting terminal station to the destination terminal station. A featured wireless network system.

The wireless network system according to claim 1,
The radio base station is required for communication with each terminal station in the jurisdiction area (for terminal access) and for communication with a radio base station of an adjacent wireless LAN (for inter-area relay) A wireless network system, characterized in that a plurality of wireless channels are allocated according to the conditions.

In a radio base station of a radio network system in which a radio local area network (wireless LAN) is configured by a portable radio base station and a plurality of terminal stations in the jurisdiction area, and each radio base station is configured as a backbone radio link repeater ,
At least one radio channel for communication with each terminal station in the jurisdiction area (for terminal access) and multiple radios as necessary for communication with adjacent wireless LAN radio base stations (for relaying between areas) Communication means using a channel;
A terminal information request is broadcasted to a plurality of terminal stations in the jurisdiction area, terminal information of each terminal station returned from each terminal station in the jurisdiction area is received by unicast, and the terminal information is A terminal management server means for registering in the database, further updating the database by transmitting the terminal information request and receiving the terminal information at predetermined time intervals, and managing terminal information of each terminal station;
Using routing information on all radio base stations and terminal information on all terminal stations, routing of packets transmitted from terminal stations in the jurisdiction area, and between radio base stations or between radio base stations and destination terminal stations Relay server means for performing relay and retransmission processing;
Using the routing information and terminal information, the terminal station in the jurisdiction area is distinguished from the terminal station in the other jurisdiction area as the destination of the broadcast packet, and broadcast to the terminal station in the jurisdiction area. A message broadcast server means for transmitting to the wireless base station of the routing destination as one broadcast packet addressed to the terminal station in the jurisdiction area of
It is a configuration that dynamically manages the participation / extraction of all terminal stations belonging to each wireless LAN to perform route setting, relay, retransmission, and broadcast processing from the transmitting terminal station to the destination terminal station. A radio base station of a featured radio network system.

In the communication method performed by the terminal management server means of the radio base station of the radio network system according to claim 1 ,
When receiving a terminal information registration request transmitted by a terminal station that starts operation or a terminal station that has not been able to receive the terminal information request broadcast at a predetermined time interval, a plurality of terminal stations in the jurisdiction area A communication method for a wireless network system, characterized in that a terminal information request is transmitted by broadcast.

In the communication method performed by the message broadcast server means of the radio base station of the radio network system according to claim 1,
If a broadcast packet transmitted from a terminal station in the jurisdiction area or an adjacent radio base station is received and the destination terminal address list is referenced, and if the terminal station in its own jurisdiction area is the destination, If a multicast packet is transmitted to a terminal station and a terminal station in the jurisdiction area of another radio base station is included, a broadcast packet excluding the terminal station in its own jurisdiction area from the destination terminal address list A communication method for a wireless network system, comprising: creating and multicasting to a routing destination wireless base station.

In the radio base station of the radio network system according to claim 3, When the terminal management server means receives a terminal information registration request transmitted by a terminal station that starts operation or a terminal station that has not been able to receive the terminal information request broadcasted at a predetermined time interval, Broadcast terminal information requests to multiple terminal stations in the area by broadcast
A radio base station of a radio network system.

In the radio base station of the radio network system according to claim 3, The message broadcast server means receives a broadcast packet transmitted from a terminal station in the jurisdiction area or an adjacent radio base station, refers to the destination terminal address list, and the terminal station in its own jurisdiction area If it is, the multicast packet is transmitted to the terminal station, and if the terminal station in the jurisdiction area of another radio base station is included, the terminal in the own jurisdiction area from the destination terminal address list Create a broadcast packet excluding the station and send it to the destination base station by multicast transmission
A radio base station of a radio network system.