JP4094585B2 - 移動無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は移動無線通信システムにかかり，特に，例えば自営用防災無線通信システムのように，ＶＨＦ帯を用いた無線通信手段を具備した移動端末間で無線通信を行う移動無線通信システムに関する。

一般的な移動無線通信システムとして，図６に示した構成のものが知られている。この移動無線通信システム６００は，図６に示したように，無線通信手段を具備した複数の移動端末６１０，６２０と，特定の場所に固定的に位置し，無線通信手段を具備した基地局６３０とで構成されている。そして，移動端末６１０が他の移動端末６２０と通信を行う場合には，基地局６３０を介して通信を行う必要があった（例えば，特許文献１参照。）。

特開２００３−２４４０５６号公報

しかしながら，上記従来の移動無線通信システムでは，移動端末間の通信を行う場合，基地局を必要とするので，災害の発生時等において基地局が機能不可能となる場合や，基地局から移動端末に直接電波が届かない場合，移動端末間の通信が不可能となるという問題点があった。

本発明は，従来の移動無線通信システムが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，基地局の動作状態に関わらず，また，基地局から移動端末へ直接電波が届かない場合であっても，移動端末間の通信を行うことの可能な，新規かつ改良された移動無線通信システムを提供することである。

上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，複数の移動端末間で中継テーブルに基づいて中継通信を行う移動無線通信システム（１００）において，送信されるパケットに，宛先，送信元，中継宛先および中継送信元の情報を，中継宛先および中継送信元については中継を行う端末において更新可能な形で付加するとともに，第１の移動端末（１１０）から第２の移動端末（１２０）への中継通信が困難な場合に，第１の移動端末から中継先を指定せずにパケットを送信し，該パケットを受信した第３の移動端末（１３０）が該パケットを代理中継することを特徴とする，移動無線通信システムが提供される（請求項１）。

かかるシステムによれば，移動端末間（第１，第２の移動端末間）の通信を他の移動端末（第３の移動端末）が中継することで，基地局の動作状態に関わらず，また，基地局から移動端末へ直接電波が届かない場合であっても，移動端末間の通信を行うことが可能である。このようにして，インフラが整備されていない地域，あるいはインフラを整備することが困難な地域において，中継通信を行うことができる。また，無線伝搬路の状況により，指定した端末の中継が困難な場合に，宛先を指定なし（例えば，０番）にして送信することで，このパケットを受信した周辺の端末がこれに応え，中継パケットを送信する。これにより，所望の宛先に届く可能性をさらに高めることができる。

第１の移動端末から第２の移動端末への中継通信が困難な場合とは，例えば，第１の移動端末から第２の移動端末への中継テーブルに基づいたパケット再送回数が所定回数に達した場合（請求項２）や，第２の移動端末に関する情報が中継テーブルに無い場合（請求項３）などである。このような場合に，周辺の他の移動端末（第３の移動端末）に代理中継を依頼するようにすることができる。

中継テーブルを管理するエージェント端末（５１０）と，エージェント端末から中継テーブルの情報を受信する複数の非エージェント端末（５２０，５３０）とでグループが構成されており，新たな移動端末がグループに参入した場合に，前記エージェント端末が前記新たな移動端末から参入依頼を受けると、前記エージェント端末は参入を許可するとともに、前記グループに属する非エージェント端末に向けて参入許可パケットを送信し、前記参入許可パケットを受信した非エージェント端末において、中継テーブルが更新されるようにしてもよい（請求項４）。新たな移動端末がグループに参入するたびに，中継テーブルを更新することで，中継テーブルを常に最新に保つことができる。このようにして，中継テーブルに従った中継通信が可能となる。

新たな移動端末（５４０）がグループに参入する際に，エージェント端末との間で送受信するパケットには，次のものを含むことができる（請求項５）。
・新たな移動端末がエージェント端末の存在を確認するために送信するエージェント探索パケット（ＡＳＣＨパケット）
・エージェント端末がその存在を新たな移動端末に伝えるために送信するエージェント探索返答パケット（ＡＲＣＨパケット）
・新たな移動端末がエージェント端末にシステム参入を依頼するために送信する参入依頼パケット（ＧＲＣＨパケット）
・エージェント端末が新たな移動端末にシステム参入を許可するために送信する参入許可パケット（ＧＵＣＨパケット）

また，中継テーブルの更新としては，例えば，以下のような方法を採用することができる。すなわち，参入許可パケット（ＧＵＣＨパケット）には，中継テーブル情報を更新するための中継テーブル更新情報が含まれ，参入許可パケット（ＧＵＣＨパケット）は，さらに非エージェント端末に送信され，非エージェント端末は，参入許可パケット（ＧＵＣＨパケット）に含まれる中継テーブル更新情報により，中継テーブルを更新することが可能である（請求項６）。

なお，エージェント端末からのパケット（ＡＲＣＨパケット，ＧＵＣＨパケット）を受信した新たな移動端末は，受信電力が既定の値以上である場合に，非エージェント端末としてグループに参入するようにしてもよい（請求項７）。

また，新たな移動端末がエージェント端末から探索返答パケット（ＡＲＣＨパケット）および参入許可パケット（ＧＵＣＨパケット）を受信できない場合，あるいはこれらを受信できたとしても受信電力が既定の値に達しない場合には，グループに参入しないで，エージェント端末として単独のグループを構成するようにしてもよい（請求項８）。

以上説明した中継通信（代理中継を含む）は，ＶＨＦ帯を利用して行うようにしてもよい（請求項９）。

また，本発明の他の観点によれば，コンピュータを，上記移動端末，エージェント端末，非エージェント端末，または参入端末として機能させるためのプログラムと，そのプログラムを記録した，コンピュータにより読み取り可能な記録媒体が提供される。ここで，プログラムはいかなるプログラム言語により記述されていてもよい。また，記録媒体としては，例えば，ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，フレキシブルディスクなど，プログラムを記録可能な記録媒体として現在一般に用いられている記録媒体，あるいは将来用いられるいかなる記録媒体をも採用することができる。

なお上記において，構成要素に付随して括弧書きで記した参照符号は，理解を容易にするため，後述の実施形態および図面における対応する構成要素およびパケットを一例として記したに過ぎず，本発明がこれに限定されるものではない。

以上のように，本発明によれば，移動端末間の通信を他の移動端末が中継することで，基地局の動作状態に関わらず，また，基地局から移動端末へ直接電波が届かない場合であっても，移動端末間の通信を行うことが可能である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる移動無線通信システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は，第１の実施形態にかかる移動無線通信システムの構成を示す説明図である。
移動無線通信システム１００は，図１に示した一例では，無線通信手段を具備した移動端末１１０，１２０，１３０を含んで構成されている。ここで無線通信手段は，例えばＶＨＦ帯を用いた通信を行うことができるものとすることができる。なお無線通信手段の詳細については，図４を参照しながら後述する。以下では，移動端末１１０と移動端末１２０との間で，移動端末１３０を介して中継通信を行う場合について説明する。従来の移動無線通信システムでは，図６に示したように，移動端末６１０と移動端末６２０とは，特定の場所に固定的に位置する基地局６３０を介して中継通信を行っており，この点で本実施形態と異なる。

本実施形態では，移動端末１１０，１２０，１３０間で通信を行うため，パケットのフォーマットに特徴を有する。以下に，移動端末１１０，１２０，１３０間で送受信されるパケットのフォーマットについて説明する。パケットには，データを送るためのデータパケット（図２）と，このデータパケットに対するＡｃｋパケット（図３）の２種類が用いられる。

図２は，データパケットのフォーマットを示す説明図である。
データパケット２００は，図２に示したように，プリアンブル２０１と，スタートデリミタ２０２と，パケット制御領域２０３と，宛先２０４と，送信元２０５と，中継制御領域２０６と，データ２０７と，誤り検出（ＣＲＣ）２０８と，パディング２０９を含んで構成される。パケット制御領域２０３は，データパケットとＡｃｋパケットを区別するために利用する。中継制御領域２０６は，中継通信を行うために利用する。

本実施形態では，中継制御領域２０６内に，シーケンス番号２１０と，中継通信を依頼する端末の宛先として中継宛先２１１と，中継送信元２１２と，中継シーケンス番号２１３を定義する。シーケンス番号２１０は，パケットが重複していないか及びどれだけのパケットを受信したかを認識するために用いる。なお，このシーケンス番号２１０を用いて，さらに，送信元から送られたパケットに対して受信側ですべて正しく受信できているか，あるいはどの程度のパケット損失が発生しているかを認識することも可能である。また，中継シーケンス番号２１３は，Ａｃｋパケットを返信する際に，送信されたどのデータパケットに対応するものであるかを認識するために用いる。

図３は，Ａｃｋパケットのフォーマットを示す説明図である。
Ａｃｋパケット３００は，図３に示したように，プリアンブル３０１と，スタートデリミタ３０２と，パケット制御領域３０３と，中継制御領域３０４と，誤り検出（ＣＲＣ）３０５と，パディング３０６を含んで構成される。中継制御領域３０４は，中継通信を行うために利用する。本実施形態では，中継制御領域３０４内に中継通信を依頼する端末の宛先として中継宛先３０７と，中継送信元３０８と，中継シーケンス番号３０９を定義する。パケット制御領域３０３は，データパケットとＡｃｋパケットを区別するために利用する。

本実施形態にかかる移動無線通信システムは以上のように構成されている。
次いで，本実施形態の動作について説明する。

図４は，移動端末の機能構成を示す説明図である。図４は，ＯＳＩ（Open Systems Interconnection：開放型システム相互接続）参照モデルのデータリンク層におけるプロトコル制御を概念的に示している。

＜パケット受信時＞
まず，パケット受信時の動作について説明する。
パケット受信部４０１で受信パケットの先頭を検出し，ＢＣＨデコード部４０２で誤り訂正を行う。ＣＲＣ部４０３では，誤り検出を行う。ＣＲＣ部４０３で誤りを検出した場合（４０３Ａ），パケットを破棄する（４０３Ｂ）。ＣＲＣ部４０３で誤りが検出されない場合，パケット分析部４０４にパケットが送られる。

パケット分析部４０４では，パケットがＡｃｋパケットであるか調べる（４０４Ａ）。Ａｃｋパケットの場合，これに対応するデータパケットを送信バッファ４１３から削除する。

パケットがＡｃｋパケットでない場合（データパケットである場合），中継パケットを送信する必要があるか，すなわち，中継宛先が自局であるかを調べる（４０４Ｂ）。中継宛先が自局でなく，中継パケットを送信する必要がない場合，パケットを破棄する（４０４Ｄ）。中継宛先が自局である場合には，宛先が自局であるかを調べる（４０４Ｃ）。宛先が自局である場合には，シーケンス番号チェック部４０５にデータパケットが送られる。

シーケンス番号チェック部４０５では，データパケットのシーケンス番号（図２の符号２１０）を利用して，パケットが重複していないか及びどれだけのパケットを受信したかを認識する。そして，シーケンス番号チェック部４０５は，データパケットを受信データとして上位層に渡す。さらに，データパケットを受信すると，これに対応するＡｃｋパケットを送信元に対して返信する。Ａｃｋパケット生成部４１０でＡｃｋパケットを生成し，送信バッファ４１３に送る。

一方，中継宛先が自局であり（４０４Ｂ），宛先が自局でない場合（４０４Ｃ）は，中継パケットを送信するとともに，送信元に対してＡｃｋパケットを送信する必要がある。中継パケットを送信する場合には，中継テーブル４０７を参照する。中継テーブル４０７に宛先がある場合には，中継テーブル４０７に従い，中継宛先書き換え部４０６で中継宛先を書き換える。そして，パケット生成部４１２でパケットを生成した後，送信バッファ４１３に送る。パケット生成部４１２でパケットを生成する際，シーケンス番号および中継シーケンス番号が付与される。シーケンス番号は，中継通信であるため，受信したパケットのシーケンス番号をそのまま使用する。そして，中継シーケンス番号は，中継シーケンス番号カウンタ４０９により付与される。さらに送信元に対してＡｃｋパケットを送信する場合には，上記と同様にシーケンス番号チェック部４０５およびＡｃｋパケット生成部４１０にてＡｃｋパケットが生成される。

＜パケット送信時＞
次いで，パケット送信時の動作について説明する。
自局で発生したデータは，宛先が中継テーブル４０７にあるか調べる。宛先が中継テーブル４０７にある場合は，中継テーブル４０７に従って中継宛先を指定し，送信バッファ４１３に送る。宛先が中継テーブル４０７にない場合は，中継宛先（図２の符号２１１）を指定なし（例えば，０番）にし，送信バッファ４１３に送る。

送信バッファ４１３にあるパケットは，ＢＣＨエンコード部４１４でエンコードし，プリアンブル（図２の符号２０１，図３の符号３０１）およびスタートデリミタ（図２の符号２０２，図３の符号３０２）を付加した後，パケット送信部４１５から送信する。

次に，自局が送信したデータパケットに対応するＡｃｋパケットを時間内に受信したか調べる（４０４Ｃ）。自局が送信したデータパケットに対応するＡｃｋパケットを受信しておらず，かつ，最大再送回数に達していない場合には，データパケットを再送する。最大再送回数に達した場合には，中継宛先（図２の符号２１１）を指定なし（例えば，０番）にし，データパケットを再送する。

上記にように，宛先が中継テーブル４０７にない場合や，パケット再送回数が最大再送回数に達した場合には，宛先への中継通信が困難と判断して，中継宛先（図２の符号２１１）を指定なし（例えば，０番）にパケットを送信する。このパケットを受信した周辺の移動端末は，その周辺の移動端末内に保持された中継テーブルを参照して，代理で中継通信を行う。このようにして，中継通信が困難な場合に，周辺の移動端末に代理中継を依頼することができる。

（第１の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，インフラが整備されていない地域，あるいはインフラを整備することが困難な地域において，中継通信を行うことができる。また，無線伝搬路の状況により，指定した端末の中継が困難な場合に，宛先を指定なし（例えば，０番）にして送信することで，このパケットを受信した周辺の端末がこれに応え，中継パケットを送信する。これにより，所望の宛先に届く可能性をさらに高めることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では，各端末はグループに属して通信を行う。グループは，一つのエージェント（Ａｇｅｎｔ）端末と，複数の非エージェント（Ｎｏｎ−ａｇｅｎｔ）端末から構成される。エージェント端末とは，中継通信を行う際に，グループで共有する中継テーブルの情報を，パケットとして非エージェント端末に送信する端末である。非エージェント端末とは，該パケットをエージェント端末から受け取る端末である。

グループで共有する中継テーブルの情報は，新たな移動端末がシステム参入した際に更新される。本実施形態は，かかる中継テーブルの更新に特徴を有する。なお以下では，グループに参入しようとする新たな移動端末のことを参入端末という。

エージェント端末と参入端末との間で送受信するパケットとして，「ＡＳＣＨパケット（エージェント探索パケット）」，「ＡＲＣＨパケット（エージェント探索返答パケット）」，「ＧＲＣＨパケット（参入依頼パケット）」および「ＧＵＣＨパケット（参入許可パケット）」を用意する。ＡＲＣＨパケットおよびＧＵＣＨパケットはエージェント端末が送信する。ＡＳＣＨパケットおよびＧＲＣＨパケットは参入端末が送信する。

次いで，本実施形態の動作について説明する。

図５は，中継テーブル更新手順を示す説明図である。
本実施形態の移動無線通信システム５００は，図５に示した一例では，エージェント端末５１０と，非エージェント端末５２０，５３０と，参入端末５４０を含んで構成されている。各端末５１０〜５４０は，上記第１の実施形態の移動端末と同様の機能を有する。ここで，非エージェント端末５２０，５３０はエージェント端末５１０のグループに属している。そして，参入端末５４０が，エージェント端末５１０のグループに新たに参入するものとする。この際，グループに属している各端末５１０，５２０，５３０の中継テーブルを更新する手順について説明する。

まず，参入端末５４０は，参入するグループのエージェント端末を探すために，ＡＳＣＨパケットを送信する（Ｓ１）。エージェント端末５１０は，参入端末５４０が送信したＡＳＣＨパケットを受信する（Ｓ２）と，返信パケットとしてＡＲＣＨパケットを参入端末５４０に送信する（Ｓ３）。参入端末５４０は，エージェント端末５１０が送信したＡＲＣＨパケットを受信する（Ｓ４）と，グループに登録を依頼するために，ＧＲＣＨパケットをエージェント端末５１０に送信する（Ｓ５）。エージェント端末５１０は，参入端末５４０が送信したＧＲＣＨパケットを受信する（Ｓ６）と，参入端末５４０に関する情報を中継テーブルに追加する（Ｓ７）。更新した中継テーブルの情報は，非エージェント端末５２０，５３０，および参入端末５４０にＧＵＣＨパケットとして送信する（Ｓ８）。非エージェント端末５２０，５３０，および参入端末５４０は，エージェント端末５１０が送信したＧＵＣＨパケットを受信する（Ｓ９）と，中継テーブルを更新する（Ｓ１０）。

参入端末５４０は，エージェント端末５１０からＡＲＣＨパケットおよびＧＵＣＨパケットを受信し，受信電力が既定の値以上である場合にのみ，エージェント端末５１０のグループに属するようにしてもよい。すなわち，参入端末５４０がエージェント端末５１０からＡＲＣＨパケットおよびＧＵＣＨパケットを受信できない場合，あるいはこれらを受信できたとしても受信電力が既定の値に達しない場合には，エージェント端末５１０のグループには属さないようにしてもよい。この場合，参入端末５４０は，エージェント端末として単独のグループを構成することも可能である。

（第２の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，エージェント端末は，新たな移動端末が参入するたびに，グループに属する非エージェント端末にＧＵＣＨパケットを送ることで，非エージェント端末は最新の中継テーブルを共有することができる。これにより，中継テーブルに従った中継通信が可能となる。

以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる移動無線通信システムの好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は移動無線通信システムに利用可能であり，特に，例えば自営用防災無線通信システムのように，ＶＨＦ帯を用いた無線通信手段を具備した移動端末間で無線通信を行う移動無線通信システムに利用可能である。

第１の実施形態にかかる移動無線通信システムの構成を示す説明図である。 データパケットのフォーマットを示す説明図である。 Ａｃｋパケットのフォーマットを示す説明図である。 移動端末の機能構成を示す説明図である。 第２の実施形態の中継テーブル更新手順を示す説明図である。 従来の移動無線通信システム構成を示す説明図である。

符号の説明

１１０，１２０，１３０ 移動端末
４０１ パケット受信部
４０２ ＢＣＨデコード部
４０３ ＣＲＣ部
４０４ パケット解析部
４０５ シーケンス番号チェック部
４０６ 中継宛先書き換え部
４０７ 中継テーブル
４０８ シーケンス番号カウンタ
４０９ 中継シーケンス番号カウンタ
４１０ Ａｃｋパケット生成部
４１１ 中継宛先設定部
４１２ パケット生成部
４１３ 送信バッファ
４１４ ＢＣＨエンコード部
４１５ パケット送信部
５１０ エージェント端末
５２０，５３０ 非エージェント端末
５４０ 参入端末

Claims (5)

1. 複数の移動端末間で中継テーブルに基づいて中継通信を行う移動無線通信システムにおいて，
   送信されるパケットに，宛先，送信元，中継宛先および中継送信元の情報を，中継宛先および中継送信元については中継を行う端末において更新可能な形で付加するとともに，
   第１の移動端末から第２の移動端末への中継通信が困難な場合に，前記第１の移動端末から中継先を指定せずにパケットを送信し，該パケットを受信した第３の移動端末が該パケットを代理中継し，
   前記中継テーブルを管理するエージェント端末と，前記エージェント端末から前記中継テーブルの情報を受信する複数の非エージェント端末とでグループが構成されており，
   新たな移動端末が前記グループに参入した場合に，前記エージェント端末が前記新たな移動端末から参入依頼を受けると、前記エージェント端末は参入を許可するとともに、前記グループに属する非エージェント端末に向けて参入許可パケットを送信し、前記参入許可パケットを受信した非エージェント端末において、前記中継テーブルが更新されることを特徴とする，移動無線通信システム。
2. 前記新たな移動端末が前記グループに参入する際に，前記エージェント端末との間で送受信するパケットには，
   前記新たな移動端末が前記エージェント端末の存在を確認するために送信するエージェント探索パケットと，
   前記エージェント端末がその存在を前記新たな移動端末に伝えるために送信するエージェント探索返答パケットと，
   前記新たな移動端末が前記エージェント端末に前記グループへの参入を依頼するために送信する参入依頼パケットと，
   前記エージェント端末が前記新たな移動端末に前記グループへの参入を許可するために送信する参入許可パケットと，
   が含まれることを特徴とする，請求項１に記載の移動無線通信システム。
3. 前記参入許可パケットには，前記中継テーブル情報を更新するための中継テーブル更新情報が含まれ，
   前記参入許可パケットは，さらに前記非エージェント端末に送信され，
   前記非エージェント端末は，前記参入許可パケットに含まれる中継テーブル更新情報により，前記中継テーブルを更新することを特徴とする，請求項２に記載の移動無線通信システム。
4. 前記エージェント端末からのパケットを受信した前記新たな移動端末は，受信電力が既定の値以上である場合に，前記非エージェント端末として前記グループに参入することを特徴とする，請求項２または３に記載の移動無線通信システム。
5. 前記エージェント端末からのパケットを受信した前記新たな移動端末は，受信電力が既定の値未満の場合に，前記エージェント端末として単独のグループを構成することを特徴とする，請求項２〜４のいずれかに記載の移動無線通信システム。

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