JP4728801B2 - 中継許可方法およびそれを用いた基地局装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線技術に関し、特に他の基地局装置との間で通信経路を確立するための認証方法およびそれを用いた基地局装置に関する。

近年、高速データ通信を実現する無線通信システムとして、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が注目されている。無線ＬＡＮにおいて、端末装置が移動する場合、端末装置とネットワークとを中継する基地局装置は、双方向からの通信を中継するとともに、他の端末装置による干渉の影響に対する対策を講じる必要がある。そこで、干渉の影響を低減する一方策として、たとえば、放送などと比較して微弱な電波による通信が行われている。つまり、通信に用いられる信号の到達距離を短くすることにより、距離が離れた位置の端末装置からの干渉を受けることがなくなり、全体としての干渉量を低減することができる。

一方、信号の到達距離を短くするということは、基地局装置と直接通信可能な範囲が狭くなるということであり、基地局装置から離れた位置の端末装置との通信を中継する中継装置の重要度が益々高くなる。しかも、端末装置が１つの中継装置のみを介して通信するシングルホップ中継方式のみならず、端末装置が複数の中継装置を介して通信するマルチホップ中継方式が必須になると考えられる。ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１仕様をベースとした無線ＬＡＮを適用したときのマルチホップ中継方式においては、いわゆる隠れ端末問題が発生する。隠れ端末問題とは、隣接する第１と第２の基地局装置同士が同一の周波数で同時に信号を送信することによって、その隣接する基地局の無線通信領域が重なるエリアに位置する第３の基地局装置において、第１、第２の基地局装置からの受信電波の衝突により受信不可能となる問題をいう。この隠れ端末問題等に起因して通信量の増加及びシステムのスループットが低下することとなる。従来は、データ送信前に、通信を実行する基地局装置の間において、互いにＲＴＳ／ＣＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ／Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）パケットを交換して送信の許可を得ていた（たとえば、非特許文献１参照）。また、全ての基地局装置および端末装置に対し、互いに直交する符号を割り合てて、これらの局間における通信を分離していた。（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５８７１９号公報 Ｍａｔｔｈｅｗ、 Ｓ．Ｇａｓｔ、「８０２．１１無線ネットワーク管理」、オーライリー・ジャパン、ｐ．２４−２６

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、基地局装置間において、無線通信経路を確立するために互いに報知し合う認証情報は、同報送信であるため、ＲＴＳ／ＣＴＳパケットによる事前確認の方法は適用できず、隠れ端末問題によって無線通信経路の不用意な切断が発生するといった課題である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定性の高い通信経路を維持できる基地局装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の基地局装置は、無線回線を通じて、端末装置との間で無線通信を実行し、他の基地局装置からの無線信号を中継する無線通信部と、無線通信部を介して、他の基地局装置に対し、制御情報を所定の周期で報知する報知部と、無線通信部を介して、他の基地局装置から報知された制御情報を受け付ける受付部と、受付部において他の基地局装置からの制御情報が所定の周期で受け付けられた場合、他の基地局装置に関する受信回数を増加し、受付部において他の基地局装置からの制御情報が所定の周期で受け付けられなかった場合、受信回数を減少させることによって、他の基地局装置からの制御信号の受信回数を計測するカウンタ部と、カウンタ部において計測された受信回数がしきい値より大きい場合、無線通信部に対して、他の基地局装置との間における中継を許可する中継許可部と、を備える。カウンタ部は、計測した受信回数が前記しきい値よりも小さい値からしきい値と一致したときに、当該受信回数に所定の値を加算し、中継許可部は、受信回数がしきい値より小さい場合に、無線通信部に対して、中継を許可しない。

ここで、「制御情報」とは、通信回線を確立または維持するための情報などを含み、たとえば、中継数などのパラメータを有するハローパケットなどを含む。また、「制御情報が受け付けられた場合」とは、所望のタイミングで制御情報を正常に復調できたことなどを含む。また、「受信回数」とは、他の基地局装置との間における通信回線の安定性を示す値などを含み、たとえば、最初に受信したときから直近に受信したときまでの正常受付回数の総数や、正常受付回数の総数から、所望のタイミングにおいて正常に受け付けられなかった回数を減じた回数などを含む。この態様によると、他の基地局装置から報知された制御情報の受信回数に応じた中継制御を実行することによって、安定した通信回線を構築できる。また、通信回線を構築した基地局装置との通信は安定しているため、その基地局装置にかかる受信回数に所定の値を加算し、後方保護することによって、意図しない通信回線の切断を防止できる。

カウンタ部は、他の基地局装置からの受信回数がしきい値より大きいときに、受付部において、他の基地局装置からの制御信号が再び受け付けられた場合、しきい値に所定の値を加算した値を受信回数として設定することを特徴としてもよい。この態様によると、他の基地局装置からの受信回数がしきい値より大きい間に制御信号が再び受け付けられた場合に、しきい値に所定の値を加算することによって、その基地局装置の安定性を示す受信回数を増加させることによって、通信回線を後方保護できる。すなわち、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。

中継許可部は、より中継回数が少ない基地局装置に対し、または、受信電界強度がより高い制御情報を報知した他の基地局装置に対し、または、送信失敗の検出の対象とならなかった他の基地局装置に対し、他の基地局装置以外の別の基地局装置よりも優先的に中継を許可してもよい。ここで、「送信失敗の検出の対象とならなかった他の基地局装置」とは、その基地局装置からＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号もしくはＮＡＣＫ（Ｎｏｎ−Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号を受信した場合や、その基地局装置からＡＣＫ信号を受信した場合などを含む。いいかえると、送信失敗の検出の対象となる他の基地局装置とは、当該基地局装置において、その基地局装置から送信されたＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信できない、もしくは、その基地局装置から送信されたＮＡＣＫ信号を当該基地局装置において受信したような場合における送信元の基地局装置をいう。なお、ＡＣＫ信号／ＮＡＣＫ信号とは、確認通知を示す信号である。ＡＣＫ信号は、当該基地局装置が送信した信号が所望の基地局装置において正しく受信できた場合、その所望の基地局装置は当該基地局装置に対して送信され、ＮＡＣＫ信号は、所望の基地局装置において正しく受信できなかった場合に送信される。この態様によると、中継回数が少ない、もしくは、受信電界強度がより高い制御情報を報知した基地局装置を優先的に通信経路に追加することによって、安定した通信経路が確立できる。また、安定性の高い基地局装置との通信経路の切断を防止することと併せて、中継回数の少ない等の基地局装置と通信経路を確立することによって、より安定性の高い通信経路を確立できる。また、システム全体の通信経路を最適化できる。

カウンタ部は、受信回数がしきい値より大きい場合、制御情報のかわりに、制御情報にかかる他の基地局装置からのデータ信号を受信したことをもって、他の基地局装置から制御情報を受信したものと判定してもよい。この態様によると、通信回線をすでに確立している安定性の高い基地局装置から制御情報を正常に受付けられなかった場合であっても、データ信号が受信できた場合には、そのデータ信号の受信をもって制御情報を受信したと判断することによって、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。

本発明の別の態様は、中継許可方法である。この方法は、他の基地局装置に対し、自己の制御情報を所定の周期で報知するステップと、他の基地局装置から報知された制御情報を受け付けるステップと、他の基地局装置からの制御情報が受け付けられた場合、他の基地局装置に関する受信回数を増加し、他の基地局装置からの制御情報が受け付けられなかった場合、受信回数を減少することによって受信回数を計測するステップと、受信回数がしきい値より大きい場合、他の基地局装置との間における無線通信の中継を許可するステップと、を含む。計測するステップは、計測された受信回数がしきい値よりも小さい値からしきい値と一致したときに、当該受信回数に所定の値を加算し、中継を許可するステップは、受信回数がしきい値より小さい場合に、中継を許可しない。この態様によると、他の基地局装置から報知された制御情報の受信回数に応じた中継制御を実行することによって、安定した通信回線を構築できる。また、通信回線を構築した基地局装置との通信は安定しているため、その基地局装置にかかる受信回数に所定の値を加算し、後方保護することによって、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安定性の高い通信経路を確立できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施形態は、マルチホップ通信を実行する通信装置に関する。本実施形態に係る通信装置は、他の通信装置から報知された制御情報の受信状況に応じて、他の中継装置との間における通信経路の確立、維持などに関して制御する。一般的に、無線ＬＡＮシステムにおいては、認証情報の受信電力の大きさ、中継数の少なさなどにより、通信経路が確立され、同一の周波数帯を使用している制御局、基地局装置、端末装置の間において通信経路に関するグループが形成される。「同一の周波数帯を使用」とは、直接の通信相手との間において同一の周波数帯を使用していることを含む。たとえば、制御局と基地局装置において第１の周波数帯が使用され、さらに、その基地局装置と端末装置との間において第２の周波数帯が使用されることを含む。

一方、多数の基地局装置が同一の周波数帯で通信を実行している場合、所定の基地局装置と離れた場所に存在する基地局装置の間において、いわゆる隠れ端末問題が発生する場合がある。また、ＩＥＥＥ８０２．１１標準にて規定されているＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｃｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式においては、送信元の装置が中継する基地局装置を経由して、見通し外の装置宛にデータを送信するため、隠れ端末問題が多発する。そうすると、相手局からの制御情報であるハローパケットは定期的に送信されているにもかかわらず、他の基地局装置の通信負荷によっては、データの受信が不可能となり、相手局の認識が出来ず、経路を切断することとなる。一般的に、隠れ端末問題の回避に対しては、ＩＥＥＥ８０２．１１標準にて規定されているＲＴＳ／ＣＴＳ手法が用いられる。ＲＴＳ／ＣＴＳ手法とは、データ送信前にＲＴＳ／ＣＴＳパケットを交換して、送信許可を得る手法である。具体的には、データパケットを送信しようとする局が送信相手局に対し、ＲＴＳを送信する。ＲＴＳを受信した局は自局での接続状態を見て、ＣＴＳを返答する。このＣＴＳの結果により送信許可を得て、データを送信する。

しかしながら、ハローパケットは同報送信であり、送信相手局を特定できないため、ＲＴＳ／ＣＴＳ手法による隠れ端末問題の解決に適用することは難しい。また、データ送信毎に送信相手局との確認手順が必須となるので、スループットの低下を招く場合もある。さらに、隠れ端末問題を解決するためにＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式などのアクセス制御方式を改変すると無線ＬＡＮの標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１１から逸脱するため、機能実装時にハードウェア改変が必要であったり、既存無線ＬＡＮシステムとの互換性の問題が生じうる。

そこで、本発明の実施形態においては、ハローパケットによる相手局認識による通信経路が構成され、安定状態に移行した後は、ハローパケットによる安定度認識処理において、安定状態から非安定状態への移行条件を非安定状態から安定状態に移行するときよりも緩く設定する。すなわち、新たな基地局装置との通信回線の確立よりも、安定状態にある基地局装置との通信回線を優先する。このような態様をとることによって、隠れ端末問題の発生しやすい高負荷状態である基地局装置との経路構成をしづらくなる。そうすると、通信負荷の小さい基地局装置と経路を確立するようになり、システム全体の負荷が分散され、隠れ端末問題の発生による問題点が低減できる。詳細は後述する。

図１は、本発明の実施形態にかかる通信システム１００の構成例を示す。通信システム１００は、有線ネットワーク２００と、第１サーバ１０と、第２サーバ２０と、基地局装置３０で代表される第１基地局装置３２と第２基地局装置３４と第３基地局装置３６と、端末装置４０とを含む。有線ネットワーク２００は、インターネットなどの有線通信網である。第１サーバ１０および第２サーバ２０は、有線ネットワーク２００と接続されており、基地局装置３０を制御する。また、第１サーバ１０は、有線回線を介して、第１基地局装置３２と接続されている。第１基地局装置３２、第２基地局装置３４、または、第３基地局装置３６は、無線回線を介して、端末装置４０と通信を実行している。また、第１基地局装置３２、第２基地局装置３４、および、第３基地局装置３６は、無線回線を介して、お互いに通信を実行している。いいかえると、第１基地局装置３２、第２基地局装置３４、または第３基地局装置３６は、端末装置４０との通信を互いに中継している。

なお、図１においては、説明を簡易にするために、サーバとして第１サーバ１０と第２サーバ２０のみを図示したが、他のサーバが存在してもよい。また、第１サーバ１０と接続されている基地局装置３０のみ図示したが、第２サーバ２０も同様に、有線回線を通じて他の基地局装置と接続されていてもよい。また、第１サーバ１０に有線接続されている基地局装置３０として、第１基地局装置３２を図示したが、他の基地局装置が接続されていてもよい。また、端末装置４０を１つのみ図示したが、所定の基地局装置と通信を実行する他の端末装置が存在してもよい。また、本実施形態において説明する無線マルチホップネットワークは、公知の方法によって実現されてもよく、たとえば、”Ｔ．Ｃｌａｕｓｅ、他１名、「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＯＬＳＲプロトコル）」、ＩＥＴＦ ＲＦＣ３６２６、２００３年１０月”に記載されたＯＬＳＲプロトコルが適用されてもよい。

端末装置４０は、第１基地局装置３２もしくは第２基地局装置３４を介して、第１サーバ１０と接続される。また、端末装置４０は、第２基地局装置３４に中継され、第１基地局装置３２を介して第１サーバ１０と接続されてもよい。このように複数の通信経路が確立されることにより、柔軟性が向上する。たとえば、第１基地局装置３２と端末装置４０の間に遮蔽物が存在する場合、第１基地局装置３２を介した第１サーバ１０との通信においてスループットが低下するような場合がある。このような場合、端末装置４０は、まず、第２基地局装置３４と通信を実行し、第２基地局装置３４は、端末装置４０との通信を第１基地局装置３２に中継し、第１基地局装置３２は、第１サーバ１０に中継する。このような態様をとることにより、端末装置４０は、快適な通信環境を継続して実行することができる。

ここで、第１基地局装置３２と第２基地局装置３４の通信、および、端末装置４０と第１基地局装置３２もしくは第２基地局装置３４との通信においては、同一の周波数帯域において実行されている。また、端末装置４０は、第１基地局装置３２および第２基地局装置３４と同一のＥＳＳ−ＩＤ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）が設定されることによって、第１基地局装置３２および第２基地局装置３４との通信が可能となる。また、第１基地局装置３２と第２基地局装置３４も同様に、同一のＥＳＳ−ＩＤが設定される。ＥＳＳ−ＩＤとは、特定のアクセスポイントと通信する機器を示すグループ名を示す。アクセスポイントと同じＥＳＳ−ＩＤを設定した端末装置のみがそのアクセスポイントと通信できる。また、アクセスポイントには、使用すべきチャネルが設定される。なお、アクセスポイントとは、第１サーバ１０と端末装置４０の通信を中継する通信装置を含み、たとえば、基地局装置３０を含む。

ここで、無線ＬＡＮについて説明する。無線ＬＡＮは、ＩＥＥＥにて標準化された規格であり、現状では、ＩＥＥＥ８０２．１１ａとＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇという規格がある。ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇは相互接続できるが、ＩＥＥＥ８０２．１１ａは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇと接続できない。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａとＩＥＥＥ８０２．１１ｇの伝送速度は、最大５４Ｍｂｐｓである一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、１１Ｍｂｐｓとなる。また、これらが利用する周波数帯域はそれぞれ異なり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａが使う周波数帯域は５ＧＨｚ帯であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇが使う周波数帯域は２．４ＧＨｚ帯である。ＩＥＥＥ８０２．１１ａが使う５ＧＨｚ帯は周波数が高いので、電波が直線的に進む特性がある。その結果、アンテナの向きや途中にある壁などの遮蔽物が電波の受信状況に悪影響を及ぼしやすい。さらに、減衰が大きいので電波が届く伝送距離も短い。ＩＥＥＥ８０２．１１ａが使う５ＧＨｚ帯に比べると、ＩＥＥＥ８０２．１１ａとＩＥＥＥ８０２．１１ｇで使用する２．４ＧＨｚ帯は周波数が低い。その分、電波が遠くまで届き、伝送距離は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａより長い。ただし、２．４ＧＨｚ帯は電子レンジやブルーツース（ＩＥＥＥ８０２．１５.１）など無線ＬＡＮ以外の機器にも使用されているため、電波が混み合い、伝送速度に影響を与える場合がある。

図２は、図１の基地局装置３０と端末装置４０とが使用するチャネル配置５００の構成例を示す。チャネル配置５００は、第１チャネル５０１、第２チャネル５０２、・・・、第１４チャネル５１４とを含んで構成される。無線ＬＡＮでは、同時に複数の機器が通信できるように周波数帯域を細かく分割し、それぞれをチャネルと称している。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇで使用する２．４ＧＨｚ帯は、１４のチャネルに分けられており、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは第１チャネル５０１〜第１４チャネル５１４、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは第１チャネル５０１〜第１３チャネル５１３チャネルを使用できる。無線ＬＡＮで通信する際は、アクセスポイントごとにどのチャネルを使うか設定される。同じ場所で複数のアクセスポイントを使う場合、離れたチャネルを設定することによって、伝送品質、スループットを向上できる。

無線ＬＡＮにおいては、近い場所で複数のアクセスポイントが使えるように、複数のチャネルを用意している。ただし、２．４ＧＨｚ帯を使うＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇのチャネルは、図２に示すように、互いに重なり合う部分が存在し、隣接チャネルを同時に使うと伝送速度が低下する場合がある。

無線ＬＡＮが用いられている周波数帯では、さまざまな変復調方式・帯域幅を持った装置の共用が認められている。しかし、想定される帯域幅を最大限に取った無線チャネル割り当てであると、狭い帯域幅で十分な装置でのチャネル利用時に比べ、冗長な無線チャネル割り当てとなる。そのため、中心周波数をある程度ずらすような無線チャネル割り当てをし、さらに広帯域幅を使用する装置では装置の運用時に相互干渉の起きないように、使用者側が任意にチャネル配置をすることしている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ方式とＩＥＥＥ８０２．１１ｇ方式とでは変復調方式や伝送速度が異なるが、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｇ方式の装置はＩＥＥＥ８０２．１１ｂ方式の無線フレームを送受信できるようになっており、相互に共存できるようになっている。

無線ＬＡＮで用いられている変復調方式では、ある程度距離が離れていれば、相互に帯域が重なり合っているチャネルで運用していても、受信レベルの低下や、遠近問題により実用上問題が無くなる。遠近問題とは、自局に近い局と遠い局が同時に自局に対して通信を行なうと、自局に近い方の局の電波の方が圧倒的に強く受信され、遠い局からの電波はほとんど埋もれてしまい、著しく通信品質が下がるか、あるいは通信できない状態といった問題をさす。

そのため、アクセスポイント毎の無線チャネルを相互に帯域が被ってしまうチャネル同士に設定しても干渉がおきにくい。従って、広範囲に運用する場合にチャネル間の距離が長い状態で干渉が置きにくい状態であれば、隣接チャネルにて運用が可能である。このような運用方法により、周波数利用効率の高い無線チャネル配置が実現できる。

ここで、基地局装置３０同士における無線通信の経路の確立について説明する。無線通信の経路の確立においては、お互いにハローパケットを報知することによって、お互いを認識し、中継すべきか否かを判断する。また、すでに中継処理を実行している基地局装置であっても、その後、伝搬品質の悪化等により、中継するのに好ましくない状態に移行する場合がある。そのような場合、中継処理を切断することとなる。しかしながら、瞬時現象として、ハローパケットが偶発的に受け付けられなかったような場合、そのような事態をもって、安定状態にある基地局装置との中継処理を切断することは好ましくない。そこで、本発明の実施形態においては、一旦、安定状態に移行した後は、安定状態を継続することを優先させ、不安定状態への移行の頻発を防止し、システムの安定性を向上させ、もって隠れ端末によるハローパケット不達状態が引き起こす問題を解決することとした。

したがって、同一のサーバと通信を実行する基地局装置３０において、使用するチャネルは、なるべく離れたチャネルに設定することが好ましい。さらに好ましくは、隣接するチャネルであっても、重複部分の少ない第１４チャネル５１４が一方の基地局装置３０に設定されることが好ましい。しかしながら、チャネル数は有限であり、また、周波数利用効率、チャネル割当の負担を軽減するという観点から、必ずしも離れたチャネルに設定できるとは限らない。したがって、本発明の実施形態のように、意図しない通信経路が切断されることを回避するために、一度、安定状態に移行した基地局装置との通信回線を後方保護することとした。これにより、スループットが向上でき、また、システム負荷が低減できることとなる。

図３は、図１の基地局装置３０の構成例を示す。基地局装置３０は、無線通信部５０と、生成部５２と、照合部５８と、制御部６０と、セレクタ６２と、有線通信部６４とを含む。

無線通信部５０は、複数の周波数帯のいずれかの周波数帯を使用して図示しない端末装置４０と通信し、同一の周波数帯を使用して所定の中継装置の信号を別の中継装置に中継する。また、無線通信部５０は、受信部５４と、送信部５６とを含む。送信部５６は、無線により、端末装置４０または基地局装置３０との間で通信を実行する。また、送信部５６は、生成部５２によって生成されたハローパケットを所定の周期で報知する。ハローパケットは、周波数情報とＥＳＳ−ＩＤとを含んでもよい。

受信部５４は、他の基地局装置３０から報知された周波数情報を受信して、その周波数情報を照合部５８に通知する。また、受信部５４は、他の基地局装置３０もしくは端末装置４０から送信された信号を受信する。その際、受信した信号に含まれる制御情報などは制御部６０に通知する。また、受信した信号に含まれるデータ情報などはセレクタ６２に送る。セレクタ６２は、制御部６０の指示にもとづき、受信部５４から送信された信号を送信部５６もしくは有線通信部６４に送信する。

生成部５２は、無線通信部５０において使用している周波数帯が示された周波数情報を生成する。また、生成部５２は、無線通信部５０において通信の対象となっている端末装置４０および中継の対象となっている中継装置とを含むグループを示すグループ識別情報、すなわち、ＥＳＳ−ＩＤを生成する。生成部５２は、無線通信部５０において使用している周波数帯が示された周波数情報をハローパケットの一部として生成してもよいし、データ信号の一部として生成してもよい。また、生成部５２は、当該基地局装置３０のグループ識別情報であるＥＳＳ−ＩＤをハローパケットの一部として生成してもよいし、データ信号の一部として生成してもよい。また、ＥＳＳ−ＩＤだけでなく、ＥＳＳ−ＩＤの長さを示す情報を含めても良い。

照合部５８は、受信部５４によって受信されたデータ情報や識別情報に含まれた周波数帯と、生成部５２によって生成された周波数情報に含まれる周波数帯とを照合する。照合部５８は、受信部５４によって受信されたＥＳＳ−ＩＤと、生成部５２によって生成されたＥＳＳ−ＩＤとを照合してもよい。

制御部６０は、照合部５８によって照合された結果、双方の周波数帯が一致する場合、新たな中継の対象となるべき基地局装置３０を無線通信部５０における中継の対象とする。制御部６０は、照合部５８によって照合された結果、双方のグループ識別情報が一致する場合、新たな中継の対象となるべき基地局装置３０を無線通信部５０における中継の対象とする。詳細は後述する。ここで、「新たな中継の対象となるべき基地局装置３０」とは、当該制御部６０が図１に示す第１基地局装置３２である場合、第１基地局装置３２と通信経路が確立されていない基地局装置３０を含み、たとえば、図１に示す第３基地局装置３６を含む。

図４は、図２の無線通信部５０が報知するハローパケット３００の構成例を示す。ハローパケット３００は、第１ヘッダ３１０と、パケットタイプ３２０と、第２ヘッダ３３０と、制御メッセージ３４０とを含む。第１ヘッダ３１０には、送信元を示す情報と、送信元のアクセスポイントのアドレスと、マルチキャストである旨を示す情報とを含むことや、上位プロトコルを規定（ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＡＲＰ（Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等）をする役割にも利用されている。これを独自な値とすることで、本実施形態を用いていない無線装置がハローパケットを受信したとしても、他の通信との混信を避けられる。パケットタイプ３２０には、ＩＥＥＥで規定されたイーサタイプを示す情報であって、事業者や用途ごとに固定された情報を含む。第２ヘッダ３３０には、後述する制御メッセージ３４０に含まれる情報を識別する種別番号が含まれる。種別番号は少なくとも３つからなり、自局情報、経路構成に関する情報、相手局状態認識用の情報のいずれかを示す。制御メッセージ３４０には、第２ヘッダ３３０が示す種別番号により、含まれる内容が異なる。

たとえば、第２ヘッダ３３０に含まれる種別番号が自局情報を示す番号である場合、制御メッセージ３４０には当該基地局装置３０の使用しているチャネル情報、および、ＥＳＳ−ＩＤなどが含まれる。また、第２ヘッダ３３０に含まれる種別番号が経路構成に関する情報を示す番号である場合、制御メッセージ３４０にはそのハローパケット３００を送信した基地局装置３０を含め、中継される基地局装置３０の個数などが含まれる。なお、「中継される基地局装置３０の数」は、ホップ数とも呼ばれる。また、第２ヘッダ３３０に含まれる種別番号が相手局状態認識用の情報である場合、制御メッセージ３４０には、受信確認通知やハローパケット３００を報知した基地局装置３０と、そのハローパケット３００を受信した基地局装置３０との間における通信の安定度を示す情報などが含まれる。また、この場合における制御メッセージ３４０には、当該ハローパケット３００を受信すべき基地局装置３０を示す情報も含まれる。

図５は、図３の制御部６０の構成例を示す。制御部６０は、受付部７０と、カウンタ部７２と、中継許可部７４とを含む。受付部７０は、無線通信部５０を介して、他の基地局装置から報知された制御情報を受け付ける。この受け付け処理は、制御情報にかかる基地局装置ごとに、所定の周期で実行される。カウンタ部７２は、所定の周期に対応する所望のタイミングにおいて、受付部７０において他の基地局装置からの制御情報が受け付けられた場合、他の基地局装置に関する受信回数を増加する。一方、所望のタイミングにおいて、受付部７０において他の基地局装置からの制御情報が受け付けられなかった場合、受信回数を減少させる。ここで、受信回数とは、その制御情報にかかる基地局装置と、当該基地局装置との間における通信回線の安定度を示している。

ここで、安定度である受信回数がしきい値と一致した場合、その受信回数にかかる制御情報を報知した基地局装置は安定状態に移行したと判断できるため、カウンタ部７２は、当該受信回数に所定の値を加算する。所定の値を加算することによって、それ以降に、その基地局装置から報知された制御情報を正常に受け付けられなかった場合であっても、その基地局装置の安定性を信頼し、安定状態から不安定状態への移行させない。いいかえると、安定性の高い基地局装置との間において、なんらかの悪条件が発生し、１、２回程度、制御情報を受け取らなかったことをもって、その安定性を覆すことは、通信経路の安定性の維持の観点より好ましくない。したがって所定の値を加算することによって、通信経路の切断を回避することとした。

同様に、カウンタ部７２は、他の基地局装置からの受信回数がしきい値より大きいときに、受付部７０において、他の基地局装置からの制御信号が再び受け付けられた場合、しきい値に所定の値を加算した値を受信回数として設定する。いいかえると、安定状態において、正常に制御情報を受け付けられた場合には、安定度を最大とさせることによって、安定度の継続条件を緩和し、不安定への移行条件を厳しくする。さらに、カウンタ部７２は、受信回数がしきい値より大きい場合、制御情報のかわりに、制御情報にかかる他の基地局装置からのデータ信号を受信したことをもって、他の基地局装置から制御情報を受信したもの判定してもよい。このような場合であっても、基地局装置との通信経路は安定していると考えられるからである。

中継許可部７４は、カウンタ部７２において計測された受信回数がしきい値より大きい場合、無線通信部５０に対して、他の基地局装置との間における中継を許可する。中継許可部７４は、より中継回数が少ない、もしくは、受信電界強度がより高い制御情報を報知した他の基地局装置に対し、他の基地局装置以外の別の基地局装置よりも優先的に中継を許可する。また、相手局への送信した制御情報について、ＡＣＫ信号もしくはＮＡＣＫ信号のいずれの送信確認応答が受信できなかったことを検知し、検知できなかったことを契機として、通信経路の変更処理を実行してもよい。また、これらの処理は、データ信号、もしくは、ハローパケットに含まれたホップ数や受信品質などを用いて判定されることにより、実現されてもよい。

上述のような態様をとることにより、高負荷時にハローパケットが受信しづらい状態でも安定状態を維持できる。また、中継許可部７４は、ハローパケットに含まれる受信品質情報や、中継回数、もしくは、相手局への送信失敗の検出といった現象をトリガとして、通信経路の確立、維持に関し、より好ましい基地局装置との間における通信経路の制御を併用してもよい。これにより、ハローパケットの受信失敗による安定状態からの離脱が遅れるといった状況を回避でき、また、無線通信状況の変化に対応できることとなる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、図５のカウンタ部７２の動作例を示す。図６（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間、縦軸は受信回数を示す。ここで、ｔが整数のタイミングにおいて、受付部７０が他の基地局装置からのハローパケットの受け付け処理を実行するものとする。また、ここでは、説明を簡易とするために、特定の１の基地局装置における受信回数のみを示す。

まず、図６（ａ）について説明する。受付部７０は、ｔ＝０〜２において、３回連続してハローパケットの受け付けることに成功している。つぎに、ｔ＝３において、受付部７０は、ハローパケットの受け付けられなかったため、カウンタ部７２は、受信回数を１つ減じている。その後、ｔ＝４および７においてハローパケットを受け付け、ｔ＝５、６において、ハローパケットを受け付けていないため、ｔ＝７の時点における受信回数は２となっている。

つぎに、図６（ｂ）について説明する。ここで、安定度に移行するためのしきい値を４とし、また、所定の値を１と仮定して説明する。受付部７０は、ｔ＝０〜３において、４回連続してハローパケットを受け付けることに成功している。ここで、カウンタ部７２は、受信回数がしきい値である４と一致したため、受信回数に所定の値を加えて５と設定している。つぎに、ｔ＝４〜６において、受付部７０は、３回連続してハローパケットが受け付けられなかったため、カウンタ部７２は、受信回数を計３つ減じている。その後、ｔ＝７、８において連続してハローパケットを受け付けたことにより、受信回数がしきい値に達したため、カウンタ部７２は、受信回数に所定の値を加えて５としている。

さらに、図６（ｃ）について説明する。ここで、安定度に移行するためのしきい値を４とし、また、所定の値を３と仮定して説明する。受付部７０は、ｔ＝０〜３において、４回連続してハローパケットを受け付けることに成功している。ここで、カウンタ部７２は、受信回数がしきい値である４と一致したため、受信回数に所定の値を加えて７と設定している。つぎに、ｔ＝４〜６において３回連続して、受付部７０は、ハローパケットを受け付けられなかったため、カウンタ部７２は、受信回数を計３つ減じている。その後、受付部７０は、ｔ＝７においてハローパケットを受け付けている。ここで、受信回数がしきい値以上の５の状態であるため、受信回数を最大値に設定するために、カウンタ部７２は、しきい値４に所定の値である３を加えた値、すなわち７を受信回数として設定している。さらに、ｔ＝８、９において連続してハローパケットを受け付けられなかったことにより、カウンタ部７２は、受信回数を計２つ減じている。ここで、ｔ＝３以降においては、その基地局装置との間における通信回線は安定状態に移行しているため、連続して４回以上、ハローパケットの受け付けに失敗しないかぎり、不安定状態には移行させないこととなる。また、カウンタ部７２は、ハローパケットの受け付けに失敗したとしても、データ信号の受信に成功した場合には、その基地局装置における安定性は信頼できるため、ハローパケットの受け付けを成功したとみなして、安定状態を最大とし、安定状態を継続させてもよい。

以上のような態様をとることによって、簡易な方法で安定性の高い通信経路を確立できる基地局装置を実現できる。具体的には、既存無線ＬＡＮのアクセス制御方法であるＣＳＭＡ／ＣＡ方式を改変せずに動作可能であるため。既存無線ＬＡＮアーキテクチャを持つ装置に対し、ソフトウェア実装のみで容易に実現可能であるためである。これは、本実施形態では、あくまでもハローパケットの送受信結果によってのみ判断するため、簡易なソフトウェア的な処理のみによって所望の効果を得ることが出来る。さらに、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を改変しないことの利点として、同一周波数帯にて運用され、中継装置に無線接続される無線LAN端末に対しての互換性を保つことができる。

上述したこれらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図７は、図３の制御部６０の動作例を示すフローチャートである。まず、受付部７０は、受信部５４から通知されたハローパケットを受け付ける（Ｓ１０）。ここで、受付部７０において、所定のタイミングにおいてハローパケットを受け付けた場合（Ｓ１０のＹ）、カウンタ部７２は、安定度である受信回数を増加させる（Ｓ１２）。つぎに、増加させた受信回数がしきい値以上である場合（Ｓ１４のＹ）、カウンタ部７２は、受信回数に所定の値を加えることによって、最大値に設定する（Ｓ１６）。さらに、中継許可部７４は、そのハローパケットを報知した他の基地局装置との間における中継を許可する（Ｓ１８）。なお、すでに中継が許可されている場合は、その状態を継続する。

一方、Ｓ１０において、受付部７０が、所定のタイミングにおいてハローパケットを受け付けられなかった場合（Ｓ１０のＮ）、カウンタ部７２は、安定度である受信回数を減少させる（Ｓ２０）。つぎに、減少させた受信回数がしきい値以上である場合であって（Ｓ２２のＹ）、ハローパケットのかわりに、データ信号を受信できている場合（Ｓ２３のＹ）、安定度を継続させるため、Ｓ１６、Ｓ１８の処理に移行し、中継を継続する。一方、減少させた受信回数がしきい値以上である場合であって（Ｓ２２のＹ）、データ信号を受信できていなかった場合（Ｓ２３のＮ）であっても、受信回数は不安定状態に移行する条件を満たしていないので、この段階においては、中継許可部７４は、まだ中継を継続させる（Ｓ１８）。

一方、受付部７０が、所定のタイミングにおいてハローパケットを受け付けらるか否かにかかわらず、その受信回数がしきい値以上である場合（Ｓ１４のＮ、Ｓ２２のＮ）、そのハローパケットを報知した基地局装置との間における通信経路は、まだ不安定な状態から脱し切れていない、もしくは、すでに不安定な状態に移行したものと判断し、中継許可部７４は、この段階においては、中継を許可しない（Ｓ２４）。なお、Ｓ２４においては、さらに、新たな中継先を選ぶ処理を行なっても良い。たとえば、中継許可部７４において、ハローパケットに含まれる受信品質情報や、中継回数、もしくは、相手局への送信失敗の検出といった現象をトリガとして、通信経路の確立、維持に関し、より好ましい通信経路が確立できそうな基地局装置を中継先として選択してもよい。

本実施形態によれば、他の基地局装置から報知された制御情報の受信回数に応じた中継制御を実行することによって、安定した通信回線を構築できる。また、通信回線を構築した基地局装置との通信は安定しているため、その基地局装置にかかる受信回数に所定の値を加算し、後方保護することによって、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。また、他の基地局装置からの受信回数がしきい値より大きい間に制御信号が再び受け付けられた場合に、しきい値に所定の値を加算することによって、その基地局装置の安定性を示す受信回数を増加させることによって、通信回線を後方保護できる。すなわち、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。

また、中継回数が少ない、もしくは、受信電界強度がより高い制御情報を報知した基地局装置を優先的に通信経路に追加することによって、安定した通信経路が確立できる。また、安定性の高い基地局装置との通信経路の切断を防止することと併せて、中継回数の少ない等の基地局装置と通信経路を確立することによって、より安定性の高い通信経路を確立できる。また、システム全体の通信経路を最適化できる。また、通信回線をすでに確立している安定性の高い基地局装置から制御情報を正常に受付けられなかった場合であっても、データ信号が受信できた場合には、そのデータ信号の受信をもって制御情報を受信したと判断することによって、意図しない通信回線の切断を防止でき、また、通信回線網を安定できる。

また、隠れ端末問題の発生しやすい高負荷状態である基地局装置との経路構成をしづらくなる。そうすると、通信負荷の小さい基地局装置と経路を確立するようになり、システム全体の負荷が分散され、隠れ端末問題の発生が低減できる。また、通信経路の一部分で通信負荷が高まった場合でも、経路の不用意な切断を防止することが出来る。また、経路構成完了以降に処理を限定するので、既に高負荷な経路に対する経路構成を防止することが出来る。また、ＲＴＳ／ＣＴＳ等、データパケット送信に伴う煩雑な処理を実行する必要がないため、処理量を低減できる。また、隠れ端末問題の発生しやすい高負荷状態である中継局との経路構成をしづらくなる。通信負荷の小さい中継局と経路を結ぶような動作になる。上記の効果を、パケット送信方法(ＣＳＭＡ／ＣＡ)の改変をせずに実現できる。したがって、ハードウェアの改変の必要が無く、互換性、柔軟性を維持できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態においては、通信システム１００を無線ＬＡＮによるシステムとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、端末装置と有線ネットワーク網との間に中継装置が存在するようなシステムであってもよく、たとえば、アドホック通信システムであってもよい。

本発明の実施形態にかかる通信システムの構成例を示す図である。 図１の基地局装置と端末装置とが使用するチャネル配置の構成例を示す図である。 図１の基地局装置の構成例を示す図である。 図２の無線通信部が報知するハローパケットの構成例を示す図である。 図３の制御部の構成例を示す図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、図５のカウンタ部の動作例を示す図である。 図３の制御部の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 第１サーバ、 ２０ 第２サーバ、 ３０ 基地局装置、 ３２ 第１基地局装置、 ３４ 第２基地局装置、 ３６ 第３基地局装置、 ４０ 端末装置、 ５０ 無線通信部、 ５２ 生成部、 ５４ 受信部、 ５６ 送信部、 ５８ 照合部、 ６０ 制御部、 ６２ セレクタ、 ６４ 有線通信部、 ７０ 受付部、 ７２ カウンタ部、 ７４ 中継許可部、 １００ 通信システム、 ２００ 有線ネットワーク、 ３００ ハローパケット、 ３１０ 第１ヘッダ、 ３２０ パケットタイプ、 ３３０ 第２ヘッダ、 ３４０ 制御メッセージ、 ５００ チャネル配置。

Claims (5)

1. 無線回線を通じて、端末装置との間で無線通信を実行し、他の基地局装置からの無線信号を中継する無線通信部と、
   前記無線通信部を介して、他の基地局装置に対し、制御情報を所定の周期で報知する報知部と、
   前記無線通信部を介して、他の基地局装置から報知された制御情報を受け付ける受付部と、
   前記受付部において前記他の基地局装置からの制御情報が前記所定の周期で受け付けられた場合、前記他の基地局装置に関する受信回数を増加し、前記受付部において前記他の基地局装置からの制御情報が前記所定の周期で受け付けられなかった場合、前記受信回数を減少させることによって、前記他の基地局装置からの制御信号の受信回数を計測するカウンタ部と、
   前記カウンタ部において計測された受信回数がしきい値より大きい場合、前記無線通信部に対して、前記他の基地局装置との間における中継を許可する中継許可部と、を備え、
   前記カウンタ部は、計測した受信回数が前記しきい値よりも小さい値から前記しきい値と一致したときに、当該受信回数に所定の値を加算し、
   前記中継許可部は、受信回数がしきい値より小さい場合に、前記無線通信部に対して、中継を許可しないことを特徴とする基地局装置。
2. 前記カウンタ部は、前記他の基地局装置からの受信回数が前記しきい値より大きいときに、前記受付部において、前記他の基地局装置からの制御信号が再び受け付けられた場合、前記しきい値に前記所定の値を加算した値を前記受信回数として設定することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記中継許可部は、より中継回数が少ない他の基地局装置に対し、または、受信電界強度がより高い制御情報を報知した他の基地局装置に対し、または、送信失敗の検出の対象とならなかった他の基地局装置に対し、前記他の基地局装置以外の別の基地局装置よりも優先的に中継を許可することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
4. 前記カウンタ部は、前記受信回数が前記しきい値より大きい場合、前記制御情報のかわりに、前記制御情報にかかる他の基地局装置からのデータ信号を受信したことをもって、前記他の基地局装置から制御情報を受信したものと判定することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
5. 他の基地局装置に対し、制御情報を所定の周期で報知するステップと、
   他の基地局装置から報知された制御情報を受け付けるステップと、
   前記他の基地局装置からの制御情報が受け付けられた場合、前記他の基地局装置に関する受信回数を増加し、前記他の基地局装置からの制御情報が受け付けられなかった場合、前記受信回数を減少することによって受信回数を計測するステップと、
   前記受信回数がしきい値より大きい場合、前記他の基地局装置との間における無線通信の中継を許可するステップと、を含み、
   前記計測するステップは、計測された受信回数が前記しきい値よりも小さい値から前記しきい値と一致したときに、当該受信回数に所定の値を加算し、
   前記中継を許可するステップは、受信回数がしきい値より小さい場合に、中継を許可しないことを特徴とする中継許可方法。

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