JP5366206B2 - 無線通信ネットワークシステム、通信装置、通信端末、及び無線通信方法。 - Google Patents

Description

本発明は、複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う無線通信ネットワークシステムとその通信方法に関し、特に使用する周波数等の情報を通信端末に通知する技術に関する。

近年、携帯電話、無線ＬＡＮ、ＰＨＳなど様々な無線アクセスシステムが普及し、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）（登録商標）などの無線ＭＡＮサービスも開始された。これらのアクセスシステムに加えて、既存の通信システムや、デジタル放送をはじめとする放送システムなど周波数を利用したサービスが急速に発展している。
また、通信方法もアナログ信号処理からデジタル信号処理に変わり、従来のように周波数を大きな帯域毎に割り当てて固定する方法をとらなくても、通信干渉を防ぎ、きめ細かく周波数を利用することができるようになっている。

ところで、空いている周波数を効率的に使用するためには、使用できる周波数や変調方式などの通信方式、使用できる時間帯などの情報をネットワーク側と通信端末とで共有する技術が不可欠である。そこで、基地局の運用周波数や通信方式、最適な無線アクセスネットワークなどを通信端末が選択する上で、無線制御シグナリングによりその情報をネットワーク機器から通信端末に提供し、あるいは、通信端末がネットワーク機器に問い合わせる方法が研究開発されてきた。

無線制御シグナリングの送信方法には、データ通信を行うチャネルと無線制御シグナリングを同一のチャネルにより行うインバンド方式と、データ通信を行うチャネルとは別の無線制御シグナリング専用のチャネルにより送受信を行うアウトバンド方式の、２つの方式がある。また、ネットワーク機器の情報を一方的に端末に送信して提供する方式と、端末とネットワークが双方向に通信する方式がある。

アウトバンドの無線制御シグナリングを実現する場合、従来では、一定の周波数をあらかじめ決定しておき、その周波数においてネットワーク側の機器が送信し、その周波数において端末が情報を待ち受けて受信するというものであった。しかし、無線制御シグナリングの送信機から送出される電波の到達距離は限られているので、各送信機の運用周波数を少しずつ変更してカバーエリアを重ね合わせる必要がある。
この方法では、無線制御シグナリングの周波数を固定しなければ、無線制御シグナリングが運用されている周波数を端末が探索する必要があり、これに時間を要する。特に、電源を入れた直後などは、その間には端末が通信できないので、影響が大きい。

また、無線制御シグナリングは、様々な特徴をもった方式が考えられる。しかし、いったん無線制御シグナリングの方式を決定すると、それらの異なる複数の方式を適用できず、最初に決定した方式を使い続けなければならない。これでは、システムの拡張が柔軟であるとはいえない。

従来提案された技術としては、通信範囲をメッシュ状に分割し、各メッシュで利用可能な無線アクセスネットワークのリストを送信する技術が非特許文献１に開示されている。この技術では通信範囲を細かく分割することで、通信端末は自己の所在するメッシュの情報を参照すれば、利用可能なネットワークを容易に取得できる。しかし、本技術のシグナリング情報は広域に送信しようとすれば大容量の情報とせざるを得ず、結局その送信方法に課題が残る。

本発明に関連する技術として、異種無線ネットワークをシームレスにハンドオーバさせる技術の研究（非特許文献２及び３参照）、異なる無線システムを切り替えるために異なる無線インターフェイスに接続可能なソフトウェア無線技術の研究（非特許文献４）も行われてきた。

また、非特許文献５には、本件出願人が提唱しているコグニティブワイヤレスクラウド（Cognitive Wireless Cloud）が開示されている。コグニティブワイヤレスクラウドは、複数の無線アクセス手段で様々な種類のネットワークに接続することが可能なコグニティブ無線端末が、その場で利用可能なネットワークの情報を自律的に収集し、各無線アクセスやネットワークのQoS 情報もリアルタイムで取得し、ネットワーク全体のキャパシティ、エラー率を最適化にするコグニティブ無線アーキテクチャである。

ネットワークと端末に意思決定を分散させて無線資源を最適に利用しようとする基礎アーキテクチャと機能を定義した標準仕様であるIEEE1900.4が2009年2月27日に公開された。（非特許文献６参照）

また、関連する特許文献としては、ソフトウェア無線通信装置を開示する特許文献１がある。このソフトウェア無線通信装置は、受信した電波を一度ＡＤコンバーターでアナログデジタル変換し、復調などの部分をデジタルシグナルプロセッサやマイクロプロセッサとソフトウェアで行うため、ソフトウェアを切り替えることで複数の周波数や無線方式に対応することができる。

コグニティブ無線システムに関する特許文献では、空き無線チャネルを端末装置に通知する構成を開示する特許文献２などが開示されている。該開示によれば、テレビ放送や防災無線など、特定の時間・場所でしか用いない空き無線チャネルを有効に使用でき、既存の無線システムに干渉を与えないことを課題として、第１の無線チャネル利用状況データベース装置が、無線チャネル利用状況検出装置が検出した無線チャネルの利用状況に関する情報と、他の無線システムに割り当てられている周波数帯域における無線チャネルの利用状況を保存する第２の無線チャネル利用状況データベース装置で収集した空き無線チャネルの情報を取得し、通信に使用可能な空きの無線チャネルに関する情報を管轄する無線端末装置に通知する技術を提案している。

特開２００３−１５２７３２号公報 特開２００７−３００４１９号公報 特開２００８−２２７５９４号公報

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周波数を共用して使用する環境や、国や地域ごとに使用可能な周波数帯の割り当てが異なる状況において、通信端末に使用可能な周波数帯を通知することが従来の技術では困難であった。
本発明は、従来技術における問題点に鑑みて創出したものであり、通信端末に対して基地局で用いる周波数や通信方式等を効率よく通知し、かつ予め予定されていない通信方式等にも柔軟に対応可能な無線制御シグナリングの方法を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために次の手段を用いる。
すなわち本発明は、無線制御シグナリングにより、無線基地局と無線端末が電波干渉などを避けて適切に運用周波数や通信方式を変更することができる無線通信システムにおいて、その運用周波数をネットワーク機器が無線端末に通知する際に、その通知を階層化し、無線制御シグナリングの拡張性と規模適応性を確保するための方式を提供する。
この無線通信ネットワークシステムでは、通信端末の所在地点を含む最も大規模な通信範囲を階層１エリア、次に規模の大きな通信範囲を階層２エリア、以下、該通信端末の所在地点が含まれる最小規模の通信範囲である階層Ｎ（Ｎは２以上の自然数）エリアまで無線通信の通信範囲を階層化する。

そして、階層１エリアから階層Ｎ−１エリアである各階層ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）エリアにおいて、少なくとも１階層小規模な通信範囲である階層ｋ＋１エリアに設けられた第ｋ＋１通信装置と該通信端末との接続方式に係る接続方式情報を送信する第ｋ通信装置を配設する。
本構成において、第ｋ＋１通信装置には、該ｋ通信装置に自装置の通信方式を報告する通信装置情報報告手段を備えると共に、該第ｋ通信装置には、報告される情報を収集する下層エリア情報収集手段を備えることにより、下層の通信装置の情報を格納する。

通信端末には、複数の異なる使用周波数を切り替えて無線通信可能な無線通信手段と、無線通信手段に所望の接続方式を設定する接続方式設定手段と、最初に接続する通信装置の少なくとも１つとの接続方式を格納した初期接続方式情報記録手段と、無線通信手段及び接続方式設定手段を用い、まずその最初の通信装置と初期接続方式で接続して、それより下層の通信装置の接続方式情報を取得し、以下同様に第Ｎ通信装置の接続方式情報を取得するまで繰り返す接続方式情報取得手段とを備える。
以上の構成において、通信端末と第Ｎ通信装置とが、取得した第Ｎ通信装置との接続方式で無線通信を行うことを特徴とする。

上記の無線通信ネットワークシステムの第ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）通信装置の通信範囲に、第ｋ＋１通信装置が複数配設される構成において、第ｋ通信装置が、全ての第ｋ＋１通信装置に関する接続方式情報を送信する構成でもよい。

上記の通信端末において、自端末の位置情報を取得する端末位置情報取得手段を備え、接続情報取得手段が、通信装置から受信した、それより下層の通信装置の接続方式情報のうち、位置情報に対応する通信装置の接続方式情報のみを選択して用いる構成でもよい。
また、通信端末の接続情報取得手段が、通信装置から受信した、それより下層の通信装置について、順次又は同時に接続を試みる構成でもよい。

本発明における接続方式情報には、その通信装置における使用周波数又は変調方式の少なくともいずれかの情報を含むことができる。
また、その通信装置の使用可能時間、又は認証方式、通信範囲の少なくともいずれかの情報を含むこともできる。
さらに、使用する通信端末と前記接続方式との条件関係情報を含むこともできる。

本発明は、上記無線通信ネットワークシステムで用いられる通信装置を提供することもできる。本通信装置には上記システムに対応する各手段を備えることができる。
また、本発明では、上記無線通信ネットワークシステムで用いられる通信端末を提供することもできる。本通信端末には上記システムに対応する各手段を備えることができる。

複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う無線通信方法を提供することもできる。
本方法では、まず通信端末の所在地点を含む最も大規模な通信範囲を階層１エリア、次に規模の大きな通信範囲を階層２エリア、以下、該通信端末の所在地点が含まれる最小規模の通信範囲である階層Ｎ（Ｎは２以上の自然数）エリアまで無線通信の通信範囲を階層化する。そして、階層１エリアから階層Ｎ−１エリアである各階層ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）エリアにおいて、少なくとも１階層小規模な通信範囲である階層ｋ＋１エリアに設けられた第ｋ＋１通信装置と該通信端末との接続方式に係る接続方式情報を送信する第ｋ通信装置を配設する。
本構成において、第ｋ＋１通信装置は、ｋ通信装置に自装置の通信方式を報告し、第ｋ通信装置は、報告される情報を収集して下層の通信装置の情報を格納する。

通信端末が、予め備えた、いずれかの通信装置との初期接続方式を用いてその通信装置と接続する初期接続ステップ、接続した通信装置から、それより下層の通信装置の接続方式情報を取得する下層接続方式情報取得ステップ、下層接続方式取得ステップで取得した接続方式情報により下層の通信装置と接続し、これを第Ｎ通信装置の接続方式情報を取得するまで繰り返す第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップ、の各ステップを実行した後、通信端末と第Ｎ通信装置とが、取得した第Ｎ通信装置との接続方式で無線通信を行う無線通信ステップを有することを特徴とする。

上記無線通信ネットワークシステムの第ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）通信装置の通信範囲に、第ｋ＋１通信装置が複数配設される構成において、第ｋ通信装置が、全ての第ｋ＋１通信装置に関する接続方式情報を送信することもできる。

通信端末が自端末の位置情報を取得する端末位置情報取得ステップを有し、第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップにおいて、通信装置から受信した、それより下層の通信装置の接続方式情報のうち、該位置情報に対応する通信装置の接続方式情報のみを選択して用いる構成でもよい。

第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップにおいて、通信装置から受信した、それより下層の通信装置について、順次又は同時に接続を試みることもできる。

上記の接続方式情報に、その通信装置における使用周波数又は変調方式の少なくともいずれかの情報を含んでもよい。その通信装置の使用可能時間、又は認証方式、通信範囲の少なくともいずれかの情報を含んでもよい。使用する通信端末と前記接続方式との条件関係情報を含む構成でもよい。

本発明は、以上の構成を備えることにより、次の効果を奏する。
すなわち、通信範囲の規模に応じて、階層１エリアから階層Ｎエリアまで階層化し、各階層には本発明に係る通信装置を配設する。
ある階層ｋに配置される第ｋ通信装置からは、１つ下の階層の第ｋ＋１通信装置への接続方式を通知するので、それぞれの通信装置から通知する情報量を削減することができる。また、通信範囲内に対してだけその範囲内の通信装置の情報を通知すればよいので、シグナリングに用いる周波数を通信範囲毎に共用し、周波数を有効に利用することができる。同時に、シグナリングに要する消費電力の低減にも寄与する。

第１通信装置など、ある階層の通信装置と接続ができれば、順次下位の通信装置との接続方式を取得することができるので、ネットワーク側の構成が大きく変化しても柔軟に対応することができる。
また、国毎に使用可能な周波数等が全く異なる場合にも、少なくとも第１通信装置とは世界各地で接続できるようにしておくことで、海外においても国内の通信端末で最適な基地局と接続することができるようになる。

本発明に係る無線通信ネットワークシステムの構成図である。 本発明に係る無線通信方法のフローチャートである。 本発明に係る通信端末の構成図である。 本発明に係る通信装置の構成図である。 IEEE1900.4に新たな提案を加えたアーキテクチャである。

以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
本発明は、無線制御シグナリングにより、無線基地局と無線端末が電波干渉などを避けて適切に運用周波数や通信方式を変更することができる無線通信ネットワークシステムにおいて、その運用周波数をネットワーク機器が無線端末に通知する際に、その通知を階層化し、無線制御シグナリングの拡張性と規模適応性を確保することを目的とするものである。

無線制御シグナリングにおいて、単一のチャネルにより広域に点在する端末に大量の情報を送信することは、無線帯域と周波数利用効率の観点から非効率である。そこで、各地域で使用する異なるチャネルを定義し、そのチャネルの周波数等の必要最小限の情報だけを広域に送信すれば、地域内では通信距離が限られることから広帯域な無線通信が可能になり、通信できる情報量の増加が見込めるだけでなく、周波数利用効率の向上、消費電力の低減が見込める。

このように、広域な無線制御シグナリングと地域を限定した無線制御シグナリングを混在させ、階層的に管理することにより無線制御シグナリングの効率を向上できる。また、階層の数を２以上に設定することにより、規模適応性に優れた無線制御シグナリングも実現できる。本発明は、このような階層的な無線制御シグナリングの方式を提供することを目的とする。

図１には本発明に係る無線通信ネットワークシステム（以下、本システム）（１）を説明する全体構成図を示す。最も特徴となるのは、通信ネットワークを通信範囲の規模に応じて階層に分割することである。すなわち、最も大規模な通信範囲を階層１エリア（１０）、それよりも１階層規模の小さい通信範囲を階層２エリア（１１ａ）（１１ｂ）、その下に階層３エリア（１２ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）、最下層に階層４エリア（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）（１３ｄ）と分割する。

ここで通信範囲の規模として、代表的には通信範囲の面積や基地局からの通信可能距離、基地局の出力などが大きいものを大規模として定義するが、下位の階層が上位の階層に包含される関係さえあれば規模の基準はいかなるものでもよい。
通信範囲の意味として、物理的に通信可能な範囲に限定せず、通信可能な範囲内で定めた一定の領域を通信範囲としてもよい。たとえば、ある階層３エリア（１２ａ）に設置する基地局の通信可能範囲が、あるＡ市の市域をすべて含む場合に、その階層３エリア（１２ａ）はＡ市の市域のみとしてもよい。この場合、実際には通信が可能であっても、Ａ市外はその階層３エリア（１２ａ）には含まない。

簡単な例としては、階層１エリアを日本全体、階層２エリアを各都道府県、階層３エリアを市町村、階層４エリアを町域、階層５エリアを建造物と定義することができる。通信可能な範囲を基準にエリアを定めて、例えば広域に通信可能な短波による通信範囲を階層１エリア、ＡＭ波による通信範囲を階層２エリア、ＦＭ波による通信範囲を階層３エリア、各エリア内の無線ＬＡＮの通信範囲を階層４エリアのように定義してもよい。

階層１を全世界として、世界中で共通の信号を送信してもよい。その場合、階層２エリアを国として、日本国内で接続する周波数、米国内で接続する周波数というように各国の情報を共通して送信することもできる。この構成によれば、海外に移動した場合にも参照すべき周波数をすぐに取得することができ、国家間で電波利用の割り当てが異なる実情にも対応することができる。

本発明では階層数は任意であり、最も少ない場合には階層１エリア、階層２エリアの２段階でもよい。たとえば、あるＢ市域を階層１エリアとして市内の施設内の通信に係る接続情報を流す。この場合、各施設内が階層２エリアである。
階層を重ねて最終的に通信端末が無線通信を行う階層Ｎ（Ｎは２以上の自然数）が最小規模の階層である。後述するように原則としては階層Ｎに属する基地局と通信端末が通信し、例えばインターネット等の外部ネットワークに接続する。

なお、本システム（１）において、階層のＮの値は場所によって異なってもよい。すなわち、ある地域では階層４が最小規模の通信範囲であって、別の地域では階層５まであってもよい。具体的に説明すると、階層４エリアが携帯電話の通信範囲であるとすれば、大部分の地域では階層４エリアが最も小規模な通信範囲となる。そして、一部の施設内では無線ＬＡＮによる通信が可能であり、これが階層５エリアだとすると、階層４エリアまでの場所と、階層５エリアまでの場所とが混在していることになる。

図１を用いてさらに説明を進める。本発明では各階層エリアに通信装置を設ける。すなわち、階層１エリア（１０）には第１通信装置（２０）、階層２エリア（１１ａ）（１１ｂ）にはそれぞれ第２通信装置（２１ａ）（２１ｂ）、階層３エリア（１２ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）には第３通信装置（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）、階層４エリア（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）（１３ｄ）にはそれぞれ第４通信装置（２３ａ）（２３ｂ）（２３ｃ）（２３ｄ）が配設される。

階層３エリア（１２ｂ）が２つの階層２エリア（１１ａ）（１１ｂ）両方の下位にあるように、下位の階層エリアが、複数の上位の階層エリアに重複して存在してもよい。
また、上位の階層エリア内に存在する下位の階層エリアの数は問わず、１つでもよい。

図２には本発明における無線通信方法のフローチャートを、図３には本発明に係る通信端末の構成図をそれぞれ示す。
通信端末（３０）は、公知のパーソナルコンピュータや、ＰＤＡ、携帯電話等で実現することが簡便である。これらの構成は周知であるから説明は省略する。
通信端末（３０）にはＣＰＵ（３００）と接続されるメモリやハードディスクなどの記憶手段（３２０）に初期接続方式情報が予め格納されている。

初期接続方式情報には、第１通信装置（２０）と通信するのに必要な通信パラメータの情報が含まれている。例えば周波数や変調方式など各種の接続方式である。初期接続方式情報は、最も汎用的で、固定されたものであることが望ましい。すなわち、これより下位の通信装置では通信技術の進展に伴って随時新しい接続方式に更新していくことができるが、最初に接続する第１通信装置（２０）は常に接続できる状態であることが要求される。

ただし、本発明により通信端末（３０）がインターネット等に接続した場合には、初期接続方式情報の書き換えは可能であるので、その契機に初期接続方式情報を更新することもできる。例えば、通信端末（３０）の購入時に自宅の有線・無線ＬＡＮで、その時点の最新の初期接続方式情報をインターネット上の所定のサーバから読み込み、以後は公知のソフトウェア更新プログラムの送信方法と同様に初期接続方式情報を更新することもできる。

なお、本実施例では最初に階層１エリアに接続する例を示すが、本発明では必ずしも全ての通信端末が最初に第１通信装置（２０）に接続する必要はない。初期接続方式情報は、なるべく通信条件が固定される通信装置の情報を格納することが望ましいが、上述したように書き換えも可能であるから、階層２以下の通信装置と最初に接続する構成でもよい。

ＣＰＵ（３００）の接続方式設定処理部（３０２）が初期接続方式情報を記憶手段（３２０）から読み出し、無線通信部（３０１）に対して読み出した接続方式に設定する。無線通信部（３０１）は公知のソフトウェア無線技術を用いて、ソフトウェアによって使用する周波数や変調方式などの通信方式を切り替え可能とする。複数のアンテナ（３１１）を備えたり、複数の通信モジュールを備えて切り替えて使用する構成でもよい。すなわち、本発明の通信端末では、複数の種類の無線通信方式に対応できるものとする。

無線通信部（３０１）は、アンテナ（３１０）で第１通信装置と接続（第１通信装置接続ステップ：Ｓ１）する。
次いで、接続方式情報取得部（３０３）が階層２エリアに所在する第２通信装置（２１ａ）（２１ｂ）との接続方式を取得する（第２通信装置接続方式取得ステップ：Ｓ２）。

このとき、受信した接続方式が通信に用いることを示す情報であるときには、これを最下層の通信範囲とする最下層判定ステップ（Ｓ３）を有する。通信に用いることができるかどうかは実際に接続してみて判別してもよいし、通信用か否かのフラグ情報を付加しておいてもよい。
ここでは最下層でなかったものとして説明を続ける。第１通信装置から通知される接続方式情報は表１のようなデータである。

表１で示す例は最も簡単な例であり、国内の地方を階層２エリアとしてＡＭ波帯の周波数を定義している。第１通信装置（２０）から受信したこのリストに従って、接続方式設定処理部（３０２）が順に各周波数を設定し、無線通信部（３０１）が下位の接続方式情報の取得を試みる。
本発明の方法によれば、階層１エリアに含まれているのは１０程度の周波数の情報であるから、通常では大容量の情報伝達に向かない短波やＡＭ波帯などでも十分であり、また、単純な変調とその周波数特性により、広い通信範囲に送信することができる。

第２通信装置（２１ａ）（東北：５９０ＫＨｚ）と接続できず、次の第２通信装置（２１ｂ）（関東：６００ＫＨｚ）と接続（ステップ：Ｓ４）できたとすれば、該第２通信装置（２１ｂ）から階層３エリアに所在する第３通信装置（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）の接続方式情報を取得（ステップ：Ｓ５）する。取得した情報が表２のようなデータであったとする。

ここでもまだ最下層ではない（Ｓ３）ので、各県に配置される通信装置に接続を試みる。第３通信装置（２２ａ）（千葉：８０ＭＨｚ）と（２２ｃ）（東京：８２ＭＨｚ）には接続できず、第３通信装置（２２ｂ）（神奈川：８１ＭＨｚ）と接続できた場合には、さらに神奈川県下の階層４エリアの接続方式情報を取得（ステップ：Ｓ５）する。取得した情報が表３のようなデータであったとする。

ここでもまだ最下層ではない（Ｓ３）ときには、各階層４エリア（２３ａ）（２３ｂ）（２３ｃ）（２３ｄ）・・接続を試み、接続可能な横須賀市の第４通信装置（２３ｄ）と接続（Ｓ４）する。
例えば横須賀市全域で接続可能なネットワークがある場合には、無線通信を行う通信装置であるフラグと共に、使用する周波数や帯域などを接続方式情報に含み、通信端末（３０）において無線通信（Ｓ６）する。
現実的には、市内をさらに細かく分割して、階層５、６のエリアに無線通信の接続方式情報を格納することもできる。

例えば、横須賀市光の丘地区は５．２ＧＨｚとか、ＹＲＰ１号館内の無線ＬＡＮのＳＳＩＤはＡＡＡＡである、等の接続方式を、さらに最下層の情報としてもよい。
最下層の接続方式情報に基づき、無線通信部（３０１）が無線通信（Ｓ６）を行う。例えば、一般的なＩＰ通信などである。このための構成は公知であるから説明は省略する。

本発明では以上のように階層１から順に下位の階層の通信装置に接続することを繰り返し、最下層の通信装置とデータ通信を行うものである。上述したように各通信装置から送信する下位の階層における接続方式情報は小容量のデータであるため、ごく低速な通信方式でも送信することができる。また、帯域の占有もわずかで済む上、必要な通信範囲にだけ送信すればよいので、周波数資源を有効に利用することができる。
なお、送信される接続方式情報は、必ずしも直下の階層の通信装置に係る情報だけでなくてもよい。すなわち、通信容量に余裕がある場合には、第３通信装置から、第４通信装置だけでなく第５通信装置に係る接続方式情報を合わせて送信してもよい。この場合、通信端末（３０）では接続可能なより下層の通信装置がある場合にはそれと接続することで最下層の通信装置により速く接続することができる。

実施例１では、通信装置から通知された下位の階層の全ての通信装置に接続を試みる例を示した。ここでは、通信端末（３０）に端末位置情報取得部（３０４）を備えて自端末の位置情報を取得する実施例を説明する。
通信端末（３０）には公知のＧＰＳ（３３０）を備えて自端末の緯度・経度の情報を取得する。このような構成はすでに携帯電話端末などに実装されており、これらの技術を適宜用いることができる。

端末位置情報取得部（３０４）で緯度・経度を取得すると、接続方式情報取得部（３０３）で取得した接続方式情報から接続すべき下位の通信装置を選択する。具体例としては、取得した緯度・経度を記憶媒体（３２０）に格納した図示しない地図情報と対照し、所在する住所情報に変換する。その結果、現在の所在地が「神奈川県横須賀市光の丘」付近であれば、上掲した各表で、「関東」「神奈川」「横須賀市」を選択することができる。
この方法によれば、最適な接続先を自動的に選択することができるので、接続方式情報を高速に下位に向かってたどることができる。また、複数の通信装置からの信号を受信可能な場合にも最寄りの通信装置を選択できるので、下層に向けて通信装置を最適に選択していくことができる。

接続方式情報に、取得できる位置情報との条件関係を定義しておいてもよい。例えば下位の階層エリアと通信装置の周波数を表４のように定義しておく。この表では、(x01,y01)と(x02,y02)を対角の頂点とする矩形エリアを通信範囲とする通信装置の周波数が９０ＭＨｚである、という情報を示している。このような情報を含めば、取得した位置が（x,y)であるとき、この座標がどの階層４エリアに含まれるのか容易に判定することができる。

端末位置情報取得部（３０４）による位置情報の取得はＧＰＳに限らない。関連する従来公知の方法としては、ソニー株式会社のPlace Engine（登録商標）（非特許文献７、８）が挙げられる。本技術では、ＧＰＳの位置情報と、その位置において発見できる無線ＬＡＮのアクセスポイントを結びつけて地図上に記録し、任意の位置において端末が認識できるアクセスポイントから逆に端末の位置を導出するサービスを提供している。

また、非特許文献９、１０に開示されるLocky Stumblerは、上記と同様に無線ＬＡＮを用いて位置情報を推定するためのソフトウェアである。ＧＰＳによる位置情報、アクセスポイント、電波強度の情報の集合を収集することによりネットワーク上のサーバにデータベースを構築し、このデータベースを利用することによりモバイル端末の位置を推定する。
これらの技術に見られるＧＰＳと電波強度などから地図を作成した後に、それを用いて端末の位置を特定する技術は特許文献３にも開示されている。

このほか、受信可能なテレビ・ラジオの周波数を走査すれば、放送局の情報と組み合わせて所在するエリアを特定することもできる。
本発明はこのような公知の端末位置情報取得方法を組み合わせて端末位置を取得することができる。

図４には本発明に係る通信装置（４０）の構成図を示す。通信装置は各階層エリアにおいて共通のものを用いることができ、公知の無線アクセスネットワークの基地局やパーソナルコンピュータを用いることもできる。
通信装置（４０）はＣＰＵ（４００）と、無線通信のためのアンテナ（４１０）、記憶手段（４２０）、インターネット等の有線ネットワークに接続するネットワークアダプタ（４３０）を備える。

ＣＰＵ（４００）の無線通信部（４０１）は、ソフトウェア無線技術によって、周波数や変調方式などの通信方式を変更できる。あるいは多数の通信モジュールやアンテナを切り替えて複数の通信方式に対応してもよい。例えば公知の無線ＬＡＮアクセスポイントでは１４チャネル程度の使用周波数の切り替えが可能であるが、本発明の通信方式の切り替えの最も簡単な例としてこれが含まれる。
本発明の通信装置は複数の通信方式の切り替えに対応できることを原則とするが、本システム（１）で用いる全ての通信装置が切り替え可能である必要はない。一部の通信装置には従来の携帯電話基地局のように、固定した通信方式を採用するものが混在していてもよい。

上述した通信端末（３０）に下位の階層の接続方式を通知するのが、接続方式情報送信部（４０４）の作用である。下位の階層の情報は記憶手段（４２０）に格納される下層エリア情報として、上記表１〜４のようなデータ形式で格納される。

本発明では、下位の階層の接続方式が時々刻々変化する構成や、システムの改変に伴って変化する構成に対応できることが大きな目的である。そのために、ＣＰＵ（４０２）に下層エリア情報収集部（４０２）を設けて、下位の階層の通信装置における接続方式の情報を収集する。この収集方法はネットワークアダプタ（４３０）からＩＰパケットを利用して収集するのが簡便であるが、シグナリング用に特定の周波数を定めて無線通信により収集することもできる。

下層エリア情報収集部（４０２）に対応して、上位の階層の通信装置に自装置の通信方式を報告する通信装置情報報告部（４０３）を備えている。これは、無線通信部（４０１）において通信可能な周波数、変調方式等の通信方式を上位の通信装置の下層エリア情報収集部（４０２）に送信するものである。
以上の組み合わせにより、下層エリア情報収集部（４０２）は各通信装置から送られた接続方式情報を集計し、下層エリア情報（４２０）を適宜更新する。更新時期は任意であるが、数十秒ないし数日の間の所定の間隔や、接続方式に変更を生じた時、上位の通信装置の下層エリア情報収集部（４０２）から問い合わせのあった時などが好適である。

上記では、接続方式として周波数や変調方式を例示したが、本発明では通信に関わる任意のパラメータ、通信方式を接続方式に含めることができる。
周波数の情報には、中心周波数と使用帯域の情報を含むことができる。例えば、中心周波数３．２ＧＨｚ、帯域幅２０ＭＨｚのように与える。
また、無線ＬＡＮにおけるチャネル番号の情報でもよい。例えば無線ＬＡＮの場合にはIEEE 802.11gで規定される14チャンネル、あるいはIEEE 802.11aで規定される4チャンネルの無線周波数をチャネル番号で通知することもできる。
通信方式として、「携帯電話キャリアＡ」「ＰＨＳキャリアＢ」「ＷｉＭＡＸ（登録商標）キャリアＣ」などのように、予め広域で接続方式が固定されている場合には、キャリア名で指定してもよい。

接続方式情報に、認証方式を含んでもよい。例えば、無線ＬＡＮの場合には基地局のＳＳＩＤと、ＷＥＰパスワードなどの情報を含むこともできる。携帯電話網への接続時にも認証ＩＤやパスワードが用いられ、これらの情報も含めて通知することもできる。
さらに、通信装置の使用可能時間の情報を含むことができる。例えば９時〜１８時はある通信装置を利用可能とし、その他の時間帯は別の通信装置を利用可能と定義することで、時間によって接続先を変更することができる。これは例えば市役所に設置された基地局の利用において、業務時間帯は外部からの接続を規制しながら、業務時間外は公衆の利用を可能に開放するといった使い方を実現する。

接続方式情報に、通信端末との条件関係を定義してもよい。表５に最下層エリアにおける接続方式の例を示す。

最初の接続方式は、無線ＬＡＮのアクセスポイント１の情報を通知するものであり、通信端末がサービスＡに加入している端末を条件とする。無線ＬＡＮアクセスポイントのＳＳＩＤがＳＳＩＤ１であることを示している。
次の接続方式は、通信端末を端末のＭＡＣアドレスで定義するものであり、アクセスポイント側でＭＡＣアドレスのリストを保持しておく。このリストに入っている通信端末からの接続のみを受け付けるものである。このような場合には、ＭＡＣアドレスで接続が制限されるのでWEP情報を接続方式として通知してもよい。
３つ目の接続方式は、上記と同じアクセスポイント１の情報であるが、サービスＢに加入している場合には、帯域制限を行うというものである。サービスにランクを設けて、低廉な料金プランの場合には通信速度に制限を設けることもできる。
４つめの接続方式では端末条件を設けない例である。これらを混在させることで、通信端末は自端末で加入しているサービスに合わせて接続先を選択することができる。

通信端末の条件関係としては、負荷分散のためにＭＡＣアドレスの下１桁で基地局を分ける定義を行うこともできる。奇数及びＡ、Ｃ、Ｅならば無線ＬＡＮ１、偶数及びＢ、Ｄ、Ｆならば無線ＬＡＮ２のように定義すれば、接続先を分散することができる。

本発明の通信装置（４０）間で接続方式を通知する方法につき、既存のIEEE1900.4のアーキテクチャや、それを発展させたアーキテクチャにおいて適用することもできる。図５が提案するアーキテクチャである。IEEE1900.4については非特許文献６に開示されているので詳述しないが、ＩＰベースの基幹となる上位ネットワーク（５００）にネットワーク再構成管理部（ＮＲＭ）（５０１）を設けて通信端末（５２０）の接続先を動的に切り替えることを特徴とする。

ネットワーク再構成管理部（ＮＲＭ）はその下層にある複数の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）（５１０）に設けたＲＡＮ上の通信状態等を取得するＲＡＮ通信状態取得部（ＲＭＣ：RAN Measurement Collector）（５１１）や、通信端末上の端末再構成管理部（ＴＲＭ：Terminal Reconfiguration Manager）（５２１）から得た情報に従って、通信方式等を決定する。決定した結果は、ＲＡＮ再構成設定部（ＲＲＣ：RAN Reconfiguration Controller）（５１２）によって設定されると共に、端末再構成管理部（５２１）に通知される。

また、端末再構成管理部（５２１）も、通信端末における通信状態等を取得する端末状態取得部（ＴＭＣ：Terminal Measurement Collector)（５２２）や、ネットワーク再構成管理部（５０１）からの情報に基づいて通信方式等を決定する。決定した結果は、端末再構成設定部（ＴＲＣ：Terminal Reconfiguration Controller）（５２３）によって設定されると共に、ネットワーク再構成管理部（５０１）に通知される。

これらの従来の構成に加えて、基地局（５１３）にも基地局通信再構成管理部（ＣＢＳＲＭ：Cognitive Base Station Reconfiguration Manager）（５１６）と、基地局状態取得部（ＣＢＳＭＣ：Cognitive Base Station Measurement Collector）（５１４）、基地局再構成設定部（ＣＢＳＭＣ：Cognitive Base Station Reconfiguration Controller）（５１５）を設けることを提案する。

基地局通信再構成管理部（５１６）では、基地局状態取得部（５１４）の測定結果に従って、接続する基地局の優先度などを格納した再構成処理規則に従って、通信方式等の再構成内容を決定する。
基地局通信再構成管理部（５１６）は基地局状態取得部（５１４）から通信状態の情報を取得する。基地局状態取得部（５１４）では、アンテナによって周囲における周波数帯の使用状況を測定したり、基地局内の通信中継処理部やネットワークアダプタによる通信を監視して、使用中の周波数や、通信量、通信速度、接続中の通信端末の数、通信端末で通信を行っているアプリケーションの種類などを取得する。

図５において、ＮＲＭ（５０１）とＣＢＳＲＭ（５１６）と通信経路(５３０）で接続している。また、ＣＢＳＲＭ（５１６）は、ＴＲＭ（５２１）とは、通信端末・基地局間通信経路（５３１）で接続されている。これらの通信経路により、基地局で決定した再構成内容をネットワーク側や通信端末に通知できるようにしている。例えば、基地局の運用周波数や変調方式、基地局での電波干渉の情報などを通知することができる。

以上のようなアーキテクチャでは、ネットワーク側と基地局間、基地局と通信端末間で随時通信を行う必要がある。通信端末に対してはどの基地局と接続するかのシグナリング制御を良好に行う必要がある。１つの方法は、共通のシグナリング経路を備えておくこともあるが、本発明を適用して通信端末に接続先の基地局の情報を階層的に通知することで、上位ネットワークが日本全国など非常に広域な場合にも通信すべき基地局を容易に特定して、接続を行うことができる。この方法によれば、共通のシグナリング経路を用いずとも、基地局を介してインターネットに接続することができるので、インターネット上でＴＲＭ・ＣＢＳＲＭ間、ＣＢＳ・ＮＲＭ間の通信を行うこともできる。

以上述べた通り、本発明は階層化した通信範囲から、下位の階層の通信装置の情報を順次通知することで、通信を行う基地局との通信方式の柔軟性を向上させ、かつシグナリングに要する周波数資源の節約を図るものである。
無線制御シグナリングにより、広い周波数帯域において周波数共用型の通信を行う場合、基地局の運用周波数を端末に通知する手法として、本発明を適用できる。本方式は、無線制御シグナリングの送信機に実装すればよい。

１ 無線通信ネットワークシステム
１０ 階層１エリア
１１ａ、ｂ 階層２エリア
１２ａ、ｂ、ｃ 階層３エリア
１３ａ、ｂ、ｃ、ｄ 階層４エリア
２０ 第１通信装置
２１ａ、ｂ 第２通信装置
２２ａ、ｂ、ｃ 第３通信装置
２３ａ、ｂ、ｃ、ｄ 第４通信装置
３０ 通信端末

Claims (16)

1. 複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う無線通信ネットワークシステムであって、
   通信端末の所在地点を含む最も大規模な通信範囲を階層１エリア、次に規模の大きな通信範囲を階層２エリア、以下、該通信端末の所在地点が含まれる最小規模の通信範囲である階層Ｎ（Ｎは２以上の自然数）エリアまで無線通信の通信範囲を階層化し、
   階層１エリアから階層Ｎ−１エリアである各階層ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）エリアにおいて、少なくとも１階層小規模な通信範囲である階層ｋ＋１エリアに設けられた第ｋ＋１通信装置と該通信端末との接続方式に係る接続方式情報を送信する第ｋ通信装置を配設する構成において、
   該第ｋ＋１通信装置には、該ｋ通信装置に自装置の通信方式を報告する通信装置情報報告手段を備えると共に、該第ｋ通信装置には、報告される情報を収集する下層エリア情報収集手段を備え、
   該通信端末には、
   複数の異なる使用周波数を切り替えて無線通信可能な無線通信手段と、
   該無線通信手段に所望の接続方式を設定する接続方式設定手段と、
   最初に接続する通信装置の少なくとも１つとの接続方式を格納した初期接続方式情報記録手段と、
   該無線通信手段及び該接続方式設定手段を用い、まずその最初の通信装置と該初期接続方式で接続して、それより下層の通信装置の接続方式情報を取得し、以下同様に第Ｎ通信装置の接続方式情報を取得するまで繰り返す接続方式情報取得手段と
   を備え、
   通信端末と第Ｎ通信装置とが、取得した第Ｎ通信装置との接続方式で無線通信を行う
   ことを特徴とする無線通信ネットワークシステム。
2. 前記無線通信ネットワークシステムの第ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）通信装置の通信範囲に、第ｋ＋１通信装置が複数配設される構成において、
   該第ｋ通信装置が、全ての第ｋ＋１通信装置に関する接続方式情報を送信する
   請求項１に記載の無線通信ネットワークシステム。
3. 前記通信端末において、
   自端末の位置情報を取得する端末位置情報取得手段を備え、
   前記接続情報取得手段が、
   通信装置から受信した、それより下層の通信装置の接続方式情報のうち、該位置情報に対応する通信装置の接続方式情報のみを選択して用いる
   請求項２に記載の無線通信ネットワークシステム。
4. 前記通信端末の前記接続情報取得手段が、
   通信装置から受信した、それより下層の通信装置について、順次又は同時に接続を試みる
   請求項２又は３に記載の無線通信ネットワークシステム。
5. 前記接続方式情報に、その通信装置における使用周波数又は変調方式の少なくともいずれかの情報を含む
   請求項１ないし４のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステム。
6. 前記接続方式情報に、その通信装置の使用可能時間、又は認証方式、通信範囲の少なくともいずれかの情報を含む
   請求項１ないし５のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステム。
7. 前記接続方式情報に、使用する通信端末と前記接続方式との条件関係情報を含む
   請求項５又は６に記載の無線通信ネットワークシステム。
8. 複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う前記請求項１ないし７のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステムで用いられる
   前記いずれか１つの通信装置。
9. 複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う前記請求項１ないし７のいずれかに記載の無線通信ネットワークシステムで用いられる
   前記通信端末。
10. 複数の異なる周波数から使用周波数を切り替えて通信端末が無線通信を行う無線通信方法であって、
    通信端末の所在地点を含む最も大規模な通信範囲を階層１エリア、次に規模の大きな通信範囲を階層２エリア、以下、該通信端末の所在地点が含まれる最小規模の通信範囲である階層Ｎ（Ｎは２以上の自然数）エリアまで無線通信の通信範囲を階層化し、
    階層１エリアから階層Ｎ−１エリアである各階層ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）エリアにおいて、少なくとも１階層小規模な通信範囲である階層ｋ＋１エリアに設けられた第ｋ＋１通信装置と該通信端末との接続方式に係る接続方式情報を送信する第ｋ通信装置を配設する構成において、
    該第ｋ＋１通信装置は、該ｋ通信装置に自装置の通信方式を報告し、該第ｋ通信装置は、報告される情報を収集して下層の通信装置の情報を格納し、
    該通信端末が、
    予め備えた、いずれかの通信装置との初期接続方式を用いてその通信装置と接続する初期接続ステップ、
    接続した通信装置から、それより下層の通信装置の接続方式情報を取得する下層接続方式情報取得ステップ、
    該下層接続方式取得ステップで取得した接続方式情報により下層の通信装置と接続し、これを第Ｎ通信装置の接続方式情報を取得するまで繰り返す第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップ、
    の各ステップを実行した後、
    通信端末と第Ｎ通信装置とが、取得した第Ｎ通信装置との接続方式で無線通信を行う無線通信ステップ
    を有することを特徴とする無線通信方法。
11. 前記無線通信ネットワークシステムの第ｋ（ｋ＝１〜Ｎ−１）通信装置の通信範囲に、第ｋ＋１通信装置が複数配設される構成において、
    該第ｋ通信装置が、全ての第ｋ＋１通信装置に関する接続方式情報を送信する
    請求項１０に記載の無線通信方法。
12. 前記通信端末が自端末の位置情報を取得する端末位置情報取得ステップを有し、
    前記第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップにおいて、
    通信装置から受信した、それより下層の通信装置の接続方式情報のうち、該位置情報に対応する通信装置の接続方式情報のみを選択して用いる
    請求項１１に記載の無線通信方法。
13. 前記第Ｎ通信装置接続方式情報取得ステップにおいて、
    通信装置から受信した、それより下層の通信装置について、順次又は同時に接続を試みる
    請求項１１又は１２に記載の無線通信方法。
14. 前記接続方式情報に、その通信装置における使用周波数又は変調方式の少なくともいずれかの情報を含む
    請求項１０ないし１３のいずれかに記載の無線通信方法。
15. 前記接続方式情報に、その通信装置の使用可能時間、又は認証方式、通信範囲の少なくともいずれかの情報を含む
    請求項１０ないし１４のいずれかに記載の無線通信方法。
16. 前記接続方式情報に、使用する通信端末と前記接続方式との条件関係情報を含む
    請求項１４又は１５に記載の無線通信方法。

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