JP5610343B2

JP5610343B2 - 無線通信ネットワーク間の共存システム

Info

Publication number: JP5610343B2
Application number: JP2010244815A
Authority: JP
Inventors: ヨハネスアレムスグドデメシ; チェンスン; ハグエンチャン; 俊義王; スタニスラフフィリン; モハメッドアジイズルラハマン; トンチェアバイカッシュ; 原田　博司; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012099983A

Description

本発明は、複数の通信システムが同一帯域で共存する上で好適な通信システム、通信ネットワーク間の共存処理方法に関する。

従来よりTV White Space（ＴＶＷＳ）を利用した無線通信ネットワークの標準化が進められており、特に近年においては異なるＩＥＥＥ８０２標準がＴＶＷＳにおいて共存するための手法の標準化（ＩＥＥＥ８０２．１９規格）も進められている。このため、これら異なるＩＥＥＥ８０２標準の通信システムを同じ周波数帯においていかに共存させるかが特に重要になり、特に最近における無線通信機会の飛躍的な増大に伴い、その重要性はより増している。

例えば、２．４ＧＨｚ帯域や５ＧＨｚ帯域において、異なる２つ以上の無線通信方式を同じ周波数帯域において動作させる場合、互いに干渉することなく同一空間内において共存し得る共存方法を確立する必要がある。従来においても、例えば特許文献１に示すように、互いの無線通信ネットワークによる相互干渉の影響を無くしてそれぞれの共存を可能とする共存技術が提案されている。

特表２００５−５２９５４９号公報

しかしながら、上述した特許文献１の開示技術は、同一帯域における共存を可能とする技術であるものの、あくまでBluetooth（登録商標）や、ＩＥＥＥ８０２．１１標準を採用する通信システムに着目したものであり、ＴＶＷＳを初めとした他の通信規格を採用するシステム間において、例えば、２．４ＧＨｚ帯域や５ＧＨｚ帯域において無線通信ネットワーク間で通信干渉が生じることなく共存するための手法は未だ提案されていないのが現状であった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数の通信ネットワークが同一空間で共存するための通信システムにおいて、特にＴＶＷＳを初めとした他の通信規格を採用するシステム間においても通信干渉が生じることなく共存する上で好適な無線通信ネットワーク間の共存システム及び方法を提案することにある。

上述した課題を解決するために、本発明では、一以上のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワーク間の共存システムにおいて、演算期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、公衆通信網を介してデータベースからそれぞれの無線通信ネットワーク内のコーディネータと各デバイス間における、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を取得し、更にこれら通信時間情報と通信消費電力情報と通信周波数情報とに基づいて評価値Ｕｆを求め、共存期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、互いに直接通信することにより、上記求めた評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を相手側に送信するとともに、相手側のコーディネータからその評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を受信することにより情報交換を行い、交換した情報を参照して自らの評価値Ｕｆ、又は通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上を再設定し、更に必要に応じて、上記演算期間の処理と上記共存期間の処理を交互に繰り返し実行した上で、上記再設定した評価値Ｕｆ、又は通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上の下で上記各無線通信ネットワーク内における無線通信を開始することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、上述した処理を実行することにより、複数の通信ネットワークが同一空間で共存するための通信システムにおいて、特にＴＶＷＳを初めとした他の通信規格を採用するシステム間においても、互いに通信干渉が生じることなく共存することが可能となる。

発明を適用した無線通信ネットワーク間の共存システムのブロック構成図である。発明を適用した無線通信ネットワーク間の共存システムのフローチャートである。無線通信ネットワークにおける共存処理を実行する上でのタイムフレームを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明を適用した無線通信ネットワーク間の共存システムは、ＩＥＥＥ８０２標準が実装され、TV White Space（ＴＶＷＳ）において互いに共存処理を行うことが可能なシステムである。但し、本発明を適用した通信システムは、これに限定されるものではなく、ＴＶＷＳ以外の空間においても、他のいかなるシステム間の共存処理において適用してもよい。

本発明を適用した無線通信ネットワーク間の共存システム１０は、図１に示すように、一の無線通信ネットワーク１ａ、他の無線通信ネットワーク１ｂ、公衆通信網３の中に配設されたデータベース２とを備えている。

無線通信ネットワーク１ａは、それぞれ複数のデバイス１１ａと、ネットワーク全体を制御するコーディネータ１２ａとを備えている。無線通信ネットワーク１ｂは、それぞれ複数のデバイス１１ｂと、ネットワーク全体を制御するコーディネータ１２ｂとを備えている。デバイス１１ａは、ＩＥＥＥ８０２．１９標準に基づいてコーディネータ１２ａとの間で無線パケット通信を行うことができ、更にはコーディネータ１２ａを介して他のデバイス１１ａとの間で無線パケット通信を行うことができる。同様にデバイス１１ｂは、ＩＥＥＥ８０２．１９標準に基づいてコーディネータ１２ｂとの間で無線パケット通信を行うことができ、更にはコーディネータ１２ｂを介して他のデバイス１１ｂとの間で無線パケット通信を行うことができる。このデバイス１１は、例えば携帯電話、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を初めとしたモバイル端末等である。ちなみに、この無線通信ネットワーク１ａ、１ｂ内には、当該ネットワーク１ａ、１ｂ内の通信を制御するための通信制御局が別途設けられていてもよい。これらのデバイス１１は、最初に通信を開始した一のデバイス１１が同期を取るための時刻等を決めるようにしてもよい。

コーディネータ１２ａ、１２ｂも同様に上述したデバイス１１と構成を同一とするものであってもよい。このコーディネータ１２ａ、１２ｂは、無線通信ネットワーク１ａ、１ｂ内における中央制御ユニットとしての役割を担う。このコーディネータ１２内には、例えば他の無線通信ネットワーク１との間で共存のための処理を制御するための制御部２１、係る共存のための処理を実際に行う上で必要な情報サーバー等が実装されていてもよい。

公衆通信網３は、例えばインターネット等を初めとした、ＰＣや携帯電話からアクセス可能な通信網である。

データベース２は、少なくとも上述した無線通信ネットワーク１の名前や各ＩＰアドレス情報、位置情報等が記憶されているストレージである。このデータベース２には、更に後述する通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報等が、無線通信ネットワーク１毎に記憶されている。データベース２は、これら各情報が無線通信ネットワーク１から書き込まれ、またかかる無線通信ネットワーク１の要求に応じて読み出されることとなる。

このような無線通信ネットワーク１ａ、１ｂが共存する空間においては、例えば斜線で示す領域においてデバイス１１ａがコーディネータ１２ａの間で通信を行う場合に、又はデバイス１１ｂがコーディネータ１２ｂの間で通信を行う場合に、通信干渉が生じる。このため、本発明では、以下の図２に示すフローチャートに沿ってかかる通信干渉を防止するための処理を行う。以下の例では、無線通信ネットワーク１ａにおけるコーディネータ１２ａ側から通信干渉を防止するための共存処理を行う場合を例にとり説明をするが、他の無線通信ネットワーク１ａにおけるコーディネータ１２ｂ側から同様の共存処理を行うようにしてもよいことは勿論である。

先ずステップＳ１１において、イニシャライズ処理を行う。このイニシャライズ処理では、無線通信ネットワーク１ａのコーディネータ１２ａにおける制御部を介してデータベース２に対してアクセスを行う。そして、この無線通信ネットワーク１ａは、自己の周囲にある他の無線通信ネットワーク１のリストを要求する。この自己の周囲に他の無線通信ネットワーク１が有るか否かは、データベース２に記憶されている各無線通信ネットワーク１の位置情報に基づいて判別を行う。上述した図１において、無線通信ネットワーク１ａの周囲にあるのは無線通信ネットワーク１ｂのみである場合であることから、係る無線通信ネットワーク１ｂのみが記載されたリストが無線通信ネットワーク１ａへと送られることになる。

また、このステップＳ１１におけるイニシャライズ処理では、選択可能な有効チャネルのリストがデータベース２から無線通信ネットワーク１ａへと送信されることになる。

更に、このステップＳ１１においては、無線通信ネットワーク１ａ自身の通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報がデータベース２から読み出され、これらが無線通信ネットワーク１ａへと送信される。なお、データベース２から無線通信ネットワーク１ａへと送信されるあらゆるデータは、何れもかかる無線通信ネットワーク１ａにおけるコーディネータ１２ａにより取得されることとなる。

図３は、無線通信ネットワーク１ａにおける共存処理を実行する上でのタイムフレームを示している。このタイムフレームでは、大きく分類して演算期間Ｔ１と共存期間Ｔ２とが交互に連続するものとされている。上述したステップＳ１１の処理は、演算期間Ｔ１において実行されるものとなる。
ここでチャネルＣＨ１は、他のチャネルＣＨ２のためにトータルのフレーム期間のうち、ある一定の割合について、いわゆる窓口となるべき共存期間Ｔ１を設定し、当該チャネルＣＨ２からのアクセスを受け付ける。
チャネルＣＨ２は、演算期間Ｔ１とほぼ同時にデータ送信を開始する。このチャネルＣＨ２からの送信フレームの長さは、演算期間Ｔ１と共存期間Ｔ２の和と同一とされている。即ち、チャネルＣＨ２の１送信フレームにおいて少なくとも１回はチャネルＣＨ１における共存期間Ｔ２が入ることになる。チャネルＣＨ２は、１送信フレームが終了すると次の送信フレームに移行し、データの通信が引き続き継続して行われる。

次にステップＳ１２へ移行する。このステップＳ１２において、コーディネータ１２ａは、上記取得した通信時間情報と通信消費電力情報と通信周波数情報とに基づいて評価値Ｕｆを求める。

通信時間情報は、無線通信ネットワーク１ａのコーディネータ１２ａと各デバイス１１ａ間の通信時間の平均値Ｔｔである。例えばコーディネータ１２ａが図１に示すように３つのデバイス１１ａとの間で通信を行う場合には、かかる３つの各デバイス１１ａとコーディネータ１２ａとの間におけるそれぞれの通信時間の平均値として算出されるものである。このＴｔを式で記述した場合には、以下で表される。ちなみに、以下の式においてＮは、デバイス１１ａの数であり、上述の例ではＮ＝３となる。

通信消費電力情報は、無線通信ネットワーク１ａのコーディネータ１２ａと各デバイス１１ａ間の最大通信消費電力の平均値Ｔｐである。例えばコーディネータ１２ａが図１に示すように３つのデバイス１１ａとの間で通信を行う場合には、かかる３つの各デバイス１１ａとコーディネータ１２ａとの間におけるそれぞれの最大通信消費電力を求め、求めた最大通信消費電力の平均値を、Ｔｐとしたものである。このＴｐを式で記述した場合には、以下で表される。

通信周波数情報は、無線通信ネットワーク１ａのコーディネータ１２ａと各デバイス１１ａ間の通信周波数の平均値Ｂである。例えばコーディネータ１２ａが図１に示すように３つのデバイス１１ａとの間で通信を行う場合には、かかる３つの各デバイス１１ａとコーディネータ１２ａとの間におけるそれぞれの通信周波数を求め、求めた通信周波数の平均値を、Ｂとしたものである。このＢを式で記述した場合には、以下で表される。

これらＴｔ、Ｔｐ、Ｂは、複数の通信ネットワーク１間において互いに交換され、或いは調整されるものであってもよい。

なお上述した通信時間情報Ｔｔ、通信消費電力情報Ｔｐ、通信周波数情報Ｂの算出方法は、上述した式によって求められるものに限定されるものではなく、その思想を遵守するものであればいかなる式に代替するようにしてもよい。

次に、この求めた通信時間情報Ｔｔ、通信消費電力情報Ｔｐ、通信周波数情報Ｂに基づいて評価値Ｕｆを求める。この評価値Ｕｆは、無線通信ネットワーク１間において互いの通信干渉を防止する観点から、通信時間や通信消費電力、通信周波数といった各種通信資源を調整するための指標である。

この評価値Ｕｆは、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）では、下記の式によって求められる。なお、以下の式においてＮ_0ｉは、無線通信ネットワーク１ａ内に
おけるコーディネータ１２ａとデバイス１１ａとの各通信リンク間において発生するノイズである。またｇ_ｉは、コーディネータ１２ａとデバイス１１ａとの各通信リンク内にお
けるチャネルゲインである。

また、評価値Ｕｆは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）では、下記の式によって求められる。

また、評価値Ｕｆは、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）では、下記の式によって求められる。

このように、評価値Ｕｆは、何れも通信時間情報Ｔｔ、通信消費電力情報Ｔｐ、通信周波数情報Ｂを含む式として定義されている。但し、評価式Ｕｆは、上記定義された式に限定されるものではなく、Ｔｔ、Ｔｐ、Ｂを含むものであればいかなる式で定義されたものであってもよい。

この評価式Ｕｆを算出した後、ステップＳ１２の処理を終了してステップＳ１３へ移行する。次にステップＳ１３では、演算期間Ｔ１において、求めた評価値Ｕｆと、この無線通信ネットワーク１ａにおいて実際に要求される理想的な評価値Ｕｆ´とを比較する。このＵｆ´は、各デバイス１１の独自の理想的な処理能力に基づいて独自に決定される。

ここでＵｆ＞Ｕｆ´であれば、ステップＳ１４へ移行する。またＵｆ´≦Ｕｆであれば、ステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ１４へ移行した場合には、Ｕｆを理想的なＵｆ´と同等となるように調整する。このＵｆの調整は、そのＵｆを構成するパラメータＴｔ、Ｔｐ、Ｂを調整することにより行う。このステップＳ１４におけるパラメータの調整が行われた後、ステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１５へ移行した場合には、Ｕｆを実際のＵｆと同等となるように調整するが、実際には、算出した評価値Ｕｆ自体が実際のＵｆであるためパラメータの調整を行わないものと解することができる。このステップＳ１５におけるパラメータの調整が行われた後、ステップＳ１６へ移行する。

ちなみに、上述したステップＳ１４、Ｓ１５におけるパラメータの調整ステップは省略するようにしてもよい。また、上述したステップＳ１２における演算からステップＳ１４、１５におけるパラメータの調整に至るまでのステップも、タイムフレーム上において演算期間Ｔ１で行われることになる。

次にステップＳ１６において、無線通信ネットワーク１ａと無線通信ネットワーク１ｂとの間で通信を行い、実際にそれぞれのＵｆを構成するパラメータＴｔ、Ｔｐ、Ｂを互いに取得し、或いはこれを共有する。即ち、無線通信ネットワーク１ａにおいて上述したＵｆに加えてパラメータＴｔ、Ｔｐ、Ｂが求められるとの同様に、無線通信ネットワーク１ｂにおいてもＵｆに加えてパラメータＴｔ、Ｔｐ、Ｂが求められている。このため、無線通信ネットワーク１ａは、求めた評価値Ｕｆ、Ｔｔ、Ｔｐ、Ｂを相手側の無線通信ネットワーク１ｂに送信するとともに、相手側の無線通信ネットワーク１ｂのコーディネータ１２ｂからその評価値Ｕｆ、Ｔｔ、Ｔｐ、Ｂを受信することにより情報交換を行うことになる。その結果、無線通信ネットワーク１ａ、１ｂは、互いの評価値Ｕｆ、Ｔｔ、Ｔｐ、Ｂを取得した状態となっている。

また、無線通信ネットワーク１ａは、交換した情報を参照して自らのＵｆを調整することも行う。同様に無線通信ネットワーク１ｂも、交換した情報を参照して自らのＵｆを調整することも行う。このＵｆの調整は、通信時間情報Ｔｔ、通信消費電力情報Ｔｐ、通信周波数情報Ｂの調整、選択も含まれる。その結果、それぞれのコーディネータ１２ａ、１２ｂの通信範囲や通信期間、通信周波数が最適化される。即ち、無線通信ネットワーク１ａと無線通信ネットワーク１ｂとの間で通信干渉が生じないように調整が行われることになる。実際にこれらの調整は、各無線通信ネットワーク１のコーディネータ１２の制御部２１を介して行われる。このステップＳ１６の処理は、タイムフレーム上において共存期間Ｔ２において行われることになる。

次にステップＳ１７に移行し、もし入力データのアップデートが可能である場合には、この共存期間Ｔ２において受信待ち状態に入る。ここでアップデートが入った場合には、再びステップＳ１２へ移行し、上述した処理を繰り返す。これに対して、共存期間Ｔ２が満了した場合には、ステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１８へ移行した場合には、ステップＳ１７において選択された、又は調整されたＴｔ、Ｔｐ、Ｂ及び／又はＵｆの下で、実際にデータ通信を開始する。

なお、上述した演算期間Ｔ１の処理と共存期間Ｔ２の処理は、必要に応じて交互に繰り返し実行されるものであってもよい。

本発明を適用した無線通信ネットワーク間の共存システム１０は、上述した処理を実行することにより、複数の通信ネットワークが同一空間で共存するための通信システムにおいて、特にＴＶＷＳを初めとした他の通信規格を採用するシステム間においても、互いに通信干渉が生じることなく共存することが可能となる。

１無線通信ネットワーク
２データベース
３公衆通信網
１０無線通信ネットワーク間の共存システム
１１デバイス
１２コーディネータ
２１制御部

Claims

一以上のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワーク間の共存システムにおいて、
演算期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、公衆通信網を介してデータベースからそれぞれの無線通信ネットワーク内のコーディネータと各デバイス間における、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を取得し、更にこれら通信時間情報と通信消費電力情報と通信周波数情報とに基づいて評価値Ｕｆを求め、
共存期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、互いに直接通信することにより、上記求めた評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を相手側に送信するとともに、相手側のコーディネータからその評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を受信することにより情報交換を行い、交換した情報を参照して自らの評価値Ｕｆ、又は通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上を再設定し、
更に必要に応じて、上記演算期間の処理と上記共存期間の処理を交互に繰り返し実行した上で、上記再設定した評価値Ｕｆ、又は通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上の下で上記各無線通信ネットワーク内における無線通信を開始すること
を特徴とする無線通信ネットワーク間の共存システム。
上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、
上記通信時間情報として、コーディネータと各デバイス間の通信時間の平均値Ｔｔを取得し、
上記通信消費電力情報として、コーディネータと各デバイス間の最大通信消費電力の平均値Ｔｐを取得し、
上記通信周波数情報として、コーディネータと各デバイス間の通信周波数の平均値Ｂを取得すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信ネットワーク間の共存システム。
上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、上記Ｔｔ、上記Ｔｐ、上記Ｂをそれぞれ以下の式に基づいて算出し、

ここでＮは、デバイスの数

上記Ｕｆは、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）では、下記の式により求め、

Ｎ_0ｉは、無線通信ネットワーク内におけるコーディネータとデバイスとの各通信リン
ク間において発生するノイズ、ｇ_ｉは、コーディネータとデバイスとの各通信リンク内に
おけるチャネルゲイン。
上記Ｕｆは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）では、下記の式により求め、

上記Ｕｆは、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）では、下記の式により求めること

を特徴とする請求項２記載の無線通信ネットワーク間の共存システム。
上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、上記演算期間において、求めた上記評価値Ｕｆと、上記一の無線通信ネットワークにおいて実際に要求される理想的な評価値Ｕｆ´とを比較し、
Ｕｆ＞Ｕｆ´であれば、評価値ＵｆをＵｆ´と同等となるように調整し、
Ｕｆ≦Ｕｆ´であれば、評価値Ｕｆをそのまま使用すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の無線通信ネットワーク間の共存システム。
一以上のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワーク間の共存方法において、
演算期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータにより、公衆通信網を介してデータベースからそれぞれの無線通信ネットワーク内のコーディネータと各デバイス間における、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を取得し、更にこれら通信時間情報と通信消費電力情報と通信周波数情報とに基づいて評価値Ｕｆを求め、
共存期間において、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータで互いに直接通信することにより、上記求めた評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を相手側に送信するとともに、相手側のコーディネータからその評価値Ｕｆ、通信時間情報、通信消費電力情報、通信周波数情報を受信することにより情報交換を行い、交換した情報を参照して通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上を再設定し、
更に必要に応じて、上記演算期間の処理と上記共存期間の処理を交互に繰り返し実行した上で、上記再設定した評価値Ｕｆ、又は通信時間、通信消費電力、通信周波数の１以上の下で上記各無線通信ネットワーク内における無線通信を開始すること
を特徴とする無線通信ネットワーク間の共存方法。