JP5693299B2 - 通信装置およびその制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、データのソースノードから宛先ノードへ至る複数の無線通信パスを選択する技術に関する。

従来、通信状態が変化しやすい無線通信パスを介して接続された複数のノード間で安定したデータ伝送を行う手段として、互いに異なる複数の通信パスを使用して同じデータを伝送する方法が取られている。

特許文献１では、指向性の向きが異なる複数のアンテナを備えた送信ノードが、所定のアンテナを選択して受信ノードと第１の通信パスでデータ伝送を行い、受信エラー発生時に別のアンテナを選択し、第２の通信パスに切り替えてデータ伝送を行っている。

特開平８−３２１７９９号公報

しかしながら、従来の技術では、選択される複数の通信パスは互いに指向性の向きが異なるだけで、通信パス同士が空間的にどの程度近似しているかについての考慮がなされていなかった。そのため、使用される複数の通信パスが空間的に互いに近似している場合には、通信パスの途中に遮蔽物が出現すると、複数の通信パスが同時に途切れてしまう可能性があった。結果として、複数の通信パスを使用しているのにも関わらず、データ伝送の信頼性を向上させることができない可能性があった。

また、従来の技術では、エラー発生時に通信パスを切り替えてデータを再送しているので、データの伝送遅延が保証されていない。そのため、再送処理により有効期間内にデータを受信できない場合、リアルタイム性の要求されるアプリケーションに影響を与える。例えば、ビデオや音声などの時間的に連続したストリームデータを通信して受信側で連続的に再生している際に、データのアンダーランが発生し、再生ビデオの乱れや再生音声の途切れが発生する、という問題があった。

本発明は、互いに指向性の向きが異なる複数の無線通信パスを用いてデータ伝送を行う際に、伝送遅延が少なく、同時に途切れにくい無線通信パスの組み合わせを選択する装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、通信装置であって、指向角を制御する指向性アンテナを少なくともいずれかが備えたソースノードと宛先ノードとの間の、複数の無線通信パスのそれぞれが占有する通信帯域を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果と各無線通信パスを形成する際に用いられる前記指向性アンテナの指向角とに基づいて、使用すべき無線通信パスの組み合わせを選択する第１の選択手段と、前記第１の選択手段によって選択された無線通信パスの複数の組み合わせの中から、前記指向性アンテナの指向角の角度差が閾値より大きい組み合わせを特定する特定手段と、前記特定された無線通信パスの組み合わせが複数存在する場合、当該複数の組み合わせの中から、無線通信パスが占有する通信帯域が少ない組み合わせを選択する第２の選択手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、データの伝送遅延を保証した上で、同時に途切れにくい無線通信パスを使用することにより、データ伝送の信頼性を向上させることができる。

無線通信システムにおけるネットワーク構成の一例を示す図。 ソースノードの内部構成例を示すブロック図。 宛先ノードの内部構成例を示すブロック図。 ノードのアンテナ制御を説明するための図。 通信フレームの構成例を示す図。 、 通信パスを決定する処理を示す図。 、 、 通信パス選択処理を示すフローチャート。 通信品質テーブルの一例を示す図。 通信品質と変調方式及び占有スロット数との関係を示す図。 変調方式と占有タイムスロット数を決定した結果を示す図。 通信パスと通信リンクとの対応を示す図。 除外する通信パスの組み合わせと角度差とを示す図。 最終的に選択された通信パスとタイムスロットの割り当てとを示す図。 第２の実施形態におけるネットワーク構成の一例を示す図。 通信品質テーブルの一例を示す図。 通信リンクの候補を示す図。 通信パスの占有スロット数を示す図。 通信パスの組み合わせを示す図。 最終的に選択された通信パスとタイムスロットの割り当てとを示す図。 第３の実施形態におけるネットワーク構成の一例を示す図。 中継ノードの内部構成例を示すブロック図。 通信品質テーブルの一例を示す図。 通信リンクの候補を示す図。 通信パスの占有スロット数を示す図。 除外する通信パスの組み合わせと角度差とを示す図。 最終的に選択された通信パスとタイムスロットの割り当てとを示す図。 第４の実施形態におけるネットワーク構成の一例を示す図。 通信品質テーブルの一例を示す図。 通信リンクの候補を示す図。 通信パスの占有スロット数を示す図。 除外する通信パスの組み合わせと角度差とを示す図。 最終的に選択された通信パスとタイムスロットの割り当てとを示す図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
まず、ネットワーク及び複数の無線ノードの構成、通信フレームの構成、制御動作を、図１〜図１３を参照して説明する。図１は、無線通信システムにおけるネットワーク構成の一例を示す図である。このシステムは、ビデオデータの無線伝送を行うもので、ソースノード１００がデータソース１０５から取得したビデオデータを宛先ノード１１０へ無線伝送し、宛先ノード１１０が受信したビデオデータをディスプレイ１１５に出力する。

ソースノード及び宛先ノードはそれぞれ指向性アンテナを備え、送受信の指向角を切り替えながらデータを無線伝送することが可能である。図１には、ビデオデータを伝送するために使用可能な通信リンク１４０〜１４３の候補が示されている。ここで、通信リンク１４０〜１４３には直達の通信リンク１４１の他に壁などの反射物１２０〜１２１を利用した反射の通信リンク１４０、１４２、１４３も含まれる。通信リンク１４０〜１４３は、ソースノード１００の送信指向角と宛先ノード１１０の受信指向角とが互いに異なっている。また、無線通信システムでは、データを効率的に伝送するために通信リンクの通信品質に応じて各ノードが最適な変調方式を適用する適応変調方式を採用している。例えば、直達の通信リンク１４１は伝送距離が短いためデータレートの高い変調方式を、反射の通信リンク１４０、１４２、１４３は伝送距離が長いためデータレートの低い変調方式を用いることができる。

第１の実施形態では、データ伝送の信頼性を向上させるために複数の通信リンク１４０〜１４３の候補から構成される２つ以上の無線通信パス（以下、単に通信パス）をソースノード１００が選択し、同じデータを２つ以上の通信パスを用いて伝送する。これにより、遮蔽物１３０が通信パスの途中に出現した際にも、どれか１つの通信パスでデータ伝送が可能であれば、ビデオ再生を途切れさせることなく通信を継続することができる。

次に、ソースノード１００と宛先ノード１１０の構成を、図２、図３を用いて説明する。図２は、ソースノード１００の内部構成例を示すブロック図である。図２に示す制御部２００はソースノード１００内の全体の動作を制御する。タイマー部２０５は送受信処理のタイミングを生成する。この送受信処理のタイミングはタイムスロット割当情報２１８によって決定される。ＲＯＭ２１０はソースノード１００のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。ＲＡＭ２１５は揮発性のパラメータやデータを格納する。

変調方式決定テーブル２１１は通信品質レベルに応じて適用できる変調方式を定義したテーブルであり、ＲＯＭ２１０に保存される。通信品質テーブル２１６はネットワーク内のノード間の各送受信指向角における通信リンクの通信品質を示すテーブルである。アプリケーションデータ２１７はデータソース１０５から受信したビデオデータを含む。ここで、アプリケーションデータをビデオデータとして説明するが、これに限定されるものではなく、例えばオーディオデータや単なるファイルデータなどでも良い。タイムスロット割当情報２１８は通信フレーム内のタイムスロットの割り当てと各タイムスロットで使用する変調方式を定める情報である。尚、通信品質テーブル２１６、アプリケーションデータ２１７、タイムスロット割当情報２１８は全てＲＡＭ２１５に保存される。

外部インターフェース部２２０はデータソース１０５からビデオデータを受信するためのインターフェースである。変調方式決定部２２１は通信品質テーブル２１６と変調方式決定テーブル２１１とに基づいて各通信リンクで適用する変調方式を決定する。アンテナ制御部２３０は無線データを放射するアンテナ２２５の送受信指向角の制御を行う。無線通信部２３５は所定の変調方式で無線データ送受信の信号処理を行う。アプリケーションデータ処理部２４０はアプリケーションデータ２１７を無線データとしてパケット化する。制御データ処理部２４５は無線プロトコルの制御データを処理する。尚、ソースノード１００が送信する制御データには、通信品質の測定を行うトレーニング処理の開始指示、通信品質測定用のトレーニングシーケンス、タイムスロット割り当て情報などが含まれる。また他のノードの送信する制御データには、通信品質測定用のトレーニングシーケンスや通信品質情報などの制御情報が含まれる。

タイムスロットデータ処理部２５０はタイムスロット割当情報２１８に定められたタイミングと変調方式で無線通信部２３５を制御し、タイムスロットデータの送信と他のノードからタイムスロットデータの受信を行う。タイムスロットデータには、ビデオデータや各ノードが生成する制御データなどが含まれる。角度差算出部２５５はソースノード１００から宛先ノード１１０へ至る無線通信パス同士（以下、単に通信パス同士）の送受信における指向角の角度差を算出する。通信パス選択部２６０は角度差算出部２５５が算出した角度差に基づいて、ソースノード１００から宛先ノード１１０へ至る複数の通信パスを選択する。タイムスロット割当情報生成部２６５は選択された通信パスに従って、タイムスロットの割り当てと変調方式を決定し、タイムスロット割当情報２１８を構築する。

図３は、宛先ノード１１０の内部構成例を示すブロック図である。制御部３００は宛先ノード１１０内の全体の動作を制御する。タイマー部３０５は送受信処理のタイミングを生成する。この送受信処理のタイミングは無線通信により受信したタイムスロット割当情報３１７によって決定される。ＲＯＭ３１０は宛先ノード１１０のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。ＲＡＭ３１５は揮発性のパラメータやデータを格納する。

アプリケーションデータ３１６は無線通信により受信したビデオデータを含む。タイムスロット割当情報３１７は通信フレーム内のタイムスロットの割り当てと各タイムスロットで使用する変調方式を定める情報である。通信品質情報３１８は他のノードとの各送受信指向角における通信状態を示す情報である。尚、アプリケーションデータ３１６、タイムスロット割当情報３１７、通信品質情報３１８は全てＲＡＭ３１５に保存される。

外部インターフェース部３２０はディスプレイ１１５へビデオデータを出力する機能を有する。アンテナ制御部３３０は無線データを放射するアンテナ３２５の送受信指向角の制御を行う。無線通信部３３５は所定の変調方式で無線データ送受信の信号処理を行う。アプリケーションデータ処理部３４０はアプリケーションデータ３１６のうち自ノードに宛てられたデータを抽出し、外部インターフェース部３２０に出力する。制御データ処理部３４５は無線プロトコルの制御データを処理する。ソースノード１００の送信する制御データには、通信品質の測定を行うトレーニング処理の開始指示、通信品質測定用のトレーニングシーケンス、タイムスロット割り当て情報などが含まれる。また宛先ノード１１０が送信する制御データには通信品質情報などの制御情報が含まれる。

タイムスロットデータ処理部３５０はタイムスロット割当情報３１７に定められたタイミングと変調方式で無線通信部３３５を制御し、タイムスロットデータの送信と他のノードからのタイムスロットデータの受信を行う。タイムスロットデータには、ビデオデータや各ノードが生成する制御データなどが含まれる。

図４は、ノードのアンテナ制御を説明するための図である。各ノードは複数のアンテナ素子から構成される指向性アンテナを備えている。また各アンテナ素子から送受信される無線信号の位相を制御することにより狭指向性モード４８０と広指向性（ワイド）モード４９０を切り替えることができる。図４に示すように、狭指向性モード４８０では１５°〜１６５°の範囲を１５°ステップの分解能で制御し、１１個の指向角パターンのビームを形成する。狭指向性モード４８０における指向角の範囲及び指向角の分解能はこの限りではない。

ワイドモード４９０では、０〜１８０°の範囲の広い指向角をカバーするが、指向角の範囲はこの限りではない。狭指向性モード４８０は、通信パスの送受信可能な範囲は限定されるが、高いゲインが得られるため高レートのデータ伝送が可能である。また、ワイドモード４９０は狭指向性モード４８０と比較して通信パスの送受信可能な範囲は限定されないが、低レートであるという特徴がある。この例では、データ容量の大きいアプリケーションデータは狭指向性モード４８０での送受信を行い、データ容量が小さい制御データはワイドモード４９０で送受信を行うものとする。

次に、通信フレームの構成を、図５を用いて説明する。図５に示す（ａ）は、無線通信システムにおける通信フレームであるスーパーフレーム５００の構成例を示す図である。スーパーフレーム５００は固定長であり、アプリケーションデータの有効期間である繰り返し周期で送信される。スーパーフレーム５００は、制御データ用のタイムスロット領域５１０とアプリケーションデータ用のタイムスロット領域５２０、の２つの時分割領域を含んでいる。

制御データ用のタイムスロット領域５１０では、全てのノード同士で制御情報を交換できるように、ネットワークに参加している全てのノードに対してタイムスロットが割り当てられる。ソースノード１００の割り当てタイムスロットに含まれる制御データ５１１は、タイムスロット割当情報５１３、トレーニング処理の開始指示やトレーニングシーケンス等のその他の制御データ５１４を含む。また、宛先ノード１１０の割り当てタイムスロットの含まれる制御データ５１２は、通信品質情報等を含む。

また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域５２０ではビデオデータを送信するノードにタイムスロット５２１が割り当てられる。図５に示す例では、ソースノード１００が宛先ノード１１０に対して２つの通信パスを使用して同じビデオデータ５２２、５２３を伝送している。各通信リンクには、通信品質の状態に応じてソースノードが決定した変調方式を採用することが可能で、使用する変調方式に応じて必要となるタイムスロット数が異なる。この例では、１つ目の通信パスは４つのタイムスロットを占有し、２つ目の通信パスは３つのタイムスロットを占有している。

通信フレーム内における制御データ及びアプリケーションデータのタイムスロット構成と各タイムスロットで適用する変調方式は、全てソースノード１００が生成するタイムスロット割当情報に格納される。しかし、制御データ用のタイムスロットはアプリケーションデータと異なり、ワイドモードで送信され複数のノードに宛てられるデータなので、変調方式を固定してもよい。

次に、アプリケーションデータを伝送する前に、ノード間の通信品質を測定するトレーニング処理を行い、ソースノード１００が収集した通信品質に基づいて使用する通信パスを決定する処理を図６に示す（ａ）を用いて説明する。

Ｓ１０００において、ソースノード１００がトレーニング開始指示を示す制御データを宛先ノード１１０に対して送信する。トレーニング開始指示の制御データには、トレーニングシーケンスの送信ノードの情報、トレーニングシーケンス送信開始時間、送信指向角の切り替えタイミングの情報が含まれる。ここではトレーニングシーケンスの送信ノードはソースノード１００に設定される。その後、ソースノード１００はＳ１００５において、アンテナの送信指向角を所定のタイミングで切り替えながら、既知信号であるトレーニングシーケンスを所定期間送信する。

一方、トレーニング開始指示を受信した宛先ノード１１０はＳ１０１０において、アンテナの受信指向角を所定のタイミングで切り替えながらトレーニング信号を受信し、通信品質を測定する。宛先ノード１１０は、トレーニングシーケンス送信開始時間、送信指向角の切り替えタイミングの情報からソースノード１００から受信するトレーニングシーケンスの送信指向角を知ることができる。この処理により、宛先ノード１１０はソースノード１００の各送信指向角と自身の各受信指向角の組み合わせにおける通信品質を測定することができる。次に、全ての通信品質の測定を完了した宛先ノード１１０は、Ｓ１０１５において、通信品質の測定結果をソースノード１００に対して送信する。

次に、ソースノード１００はＳ１０２０において、受信した通信品質の測定結果を通信品質テーブルに保存して更新する。次にソースノード１００はＳ１２００において、通信品質テーブルに基づいてアプリケーションデータの伝送に使用する複数の通信パスの選択を行う。通信パス選択のアルゴリズムの詳細については後述する。ソースノード１００は選択された通信パスに従って、タイムスロットの割り当て及び各通信リンクで適用する変調方式を決定し、タイムスロット割当情報を宛先ノード１１０に通知する。その後、ソースノード１００及び宛先ノード１１０はタイムスロット割当情報に基づいてアプリケーションデータの伝送を開始する。

ここで、ソースノード１００の通信パス選択のアルゴリズムを、図７を用いて説明する。ここでは、図１に示すネットワーク構成で、図８に示す通信品質テーブルを使用する。また、ソースノード１００が選択する通信パスの数を２とし、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数を８とする。

まずＳ１２０５において、通信品質テーブルに基づき各通信リンクで適用する変調方式と占有するタイムスロット数を決定する。図８は、図１に示すネットワーク構成例の通信品質テーブルの一例を示す図である。各セルはソースノード１００の所定の送信指向角と宛先ノード１１０の所定の受信指向角の組み合わせにおける通信リンクの通信品質レベルを示している。レベルはレベル１からレベル１０までの十段階であり、通信品質が良好である程数値が大きくなる。またＮＡ（Not Applicable）と記載されているセルは通信品質が悪く測定できなかったことを示す。例えばソースノード１００が６０°の指向角で送信し、宛先ノード１１０が１２０°の指向角で受信した場合の通信リンクの通信品質レベルはレベル７である。これら通信リンクに対して、図９に示す変調方式決定テーブルを参照することにより適用可能な変調方式を一意に決定する。このテーブルは通信品質レベルに応じて適用すべき変調方式を、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭの４つに分けて定義している。

ソースノード１００が９０°の指向角で送信し、宛先ノード１１０が９０°の指向角で受信した場合の通信リンクの通信品質レベルはレベル９なので、この通信リンクに対しては１６ＱＡＭの変調方式を用いることができる。各変調方式はデータレートが異なるので、図９に示すように同じビデオデータを伝送するにあたって占有するタイムスロット数が異なる。各通信リンクで適用する変調方式と占有するタイムスロット数を決定した結果は図１０に示すテーブルのようになり、４つの通信リンクの候補が示されている。

次に、Ｓ１２１０において、Ｓ１２０５で求めた通信リンクの情報に基づいて、ソースノード１００から宛先ノード１１０へ至る通信パスの占有スロット数を算出する。この例では、通信リンクがソースノード１００から直接宛先ノード１１０へ到達するため、図１１に示すように通信パスと通信リンクが１対１で対応する。この通信パスの中から２つの通信パスの組み合わせを選択する。

次に、Ｓ１２１５において、図１１に示す通信パスのうち、任意の２つの組み合わせにおける占有スロット数を算出する。ここでは上述したように、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数は８であるので、８を超えるタイムスロット数を占有する通信パスの組み合わせは選択対象から除外する。図１２に示す（ａ）は、候補として残された通信パスの組み合わせを示すテーブルで、網掛けの通信パスの組み合わせは除外されたことを示している。

次に、Ｓ１２１６において、図１２の（ａ）に示す通信パスの組み合わせのうち、使用している通信リンクが重複している通信パスの組み合わせが存在する場合は、除外する。この処理は、後述する第４の実施形態のように、ネットワークに中継ノードを含み、通信パスの組み合わせに中継ノードを含む場合、候補となる通信パスの重複を避けるための処理である。ここで説明する例では重複している通信パスの組み合わせは存在しないため、この処理は行われない。

次に、Ｓ１２２０において、候補として残された通信パスの組み合わせに対して、その通信パス同士で使用している送信指向角及び受信指向角の角度差を算出する。結果として、図１２に示す（ｂ）のテーブルのように全ての通信パスの組み合わせに対して角度差が算出される。

次に、Ｓ１２２５において、図１２の（ｂ）に示される通信パスの組み合わせのうち、角度差の大きい通信パスの組み合わせを選択する。この処理の詳細は図７に示す（ｂ）のフローチャートを用いて説明する。尚、ここではＳ１３００及びＳ１３１０の判定で使用する角度差の閾値を６０°とする。

まず、Ｓ１３００において、通信パス同士のソースノード１００の送信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。図１２に示す（ｂ）の場合、番号２（通信パス１と３）と番号５（通信パス２と４）の組み合わせは送信指向角の角度差が６０°以上なのでＳ１３０５へ分岐する。閾値以上の通信パスの組み合わせが存在しない場合にはＳ１３１０へ分岐する。Ｓ１３０５において、送信指向角の角度差が６０°より小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外する。結果として、番号２（通信パス１と３）と番号５（通信パス２と４）の組み合わせが選択対象として残ることになる。

次に、Ｓ１３０６において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定する。１つしかない場合にはＳ１３３０へ分岐する。この例では、番号２（通信パス１と３）と番号５（通信パス２と４）の２つの組み合わせが選択対象として残っているため、Ｓ１３１０へ分岐する。Ｓ１３１０において、通信パス同士の宛先ノード１１０の受信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。番号２（通信パス１と３）と番号５（通信パス２と４）の組み合わせは受信指向角の角度差が共に６０°以上なので、Ｓ１３１５へ分岐する。閾値以上の通信パスの組み合わせが存在しない場合にはＳ１３２０へ分岐する。

次に、Ｓ１３１５において、送信指向角の角度差が６０°より小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外する。結果として、除外される組み合わせはなく、番号２（通信パス１と３）と番号５（通信パス２と４）の組み合わせが選択対象として残ることになる。次に、Ｓ１３２０において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定する。１つしかない場合にはＳ１３３０へ分岐し、その１つの通信パスの組み合わせを選択する。この例では、通信パスの選択候補が２つ存在するので、Ｓ１３２５へ分岐する。

最後に、Ｓ１３２５では、残された通信パスの組み合わせのうち、占有スロット数が最も少ない組み合わせを選択する。番号２（通信パス１と３）の組み合わせは占有スロット数が８、番号５（通信パス２と４）の組み合わせは７なので、最終的に番号５（通信パス２と４）の組み合わせが選択される。これにより、ソースノード１００の送信時間を短縮し、消費電力を低減する効果を得ることができる。また番号２（通信パス１と３）の組み合わせのように、通信パスが互いに交差する場合には、角度差が大きいのにも関わらず、途切れやすい可能性がある。

上述のように、壁に複数回反射して到達するような通信パスを含む場合、占有スロット数が多くなるため、角度差が大きい組み合わせの中から、占有する通信帯域が少ない組み合わせ（上記説明では占有スロット数が少ない組み合わせ）を優先的に選択する。これにより、角度差が大きいのにも関わらず、途切れやすい通信パスを選択する可能性を低減させることができる。

尚、Ｓ１３２５で、複数の候補から組み合わせを選択する際の判断指標として占有スロット数を用いているが、これに限定されるものではなく、その他の通信パスの特性情報によって優先度付けを行うようにしても良い。例えば、占有通信帯域が所定の閾値より少ない通信パスの組み合わせの中から、各通信パスでデータ伝送を行う際のソースノード１００の送信電力を算出し、通信パスにおける送信電力の合計が少ない通信パスの組み合わせを優先させる方法が考えられる。これにより、ソースノード１００の消費電力を低減する効果を得ることができる。またその他の方法としては、占有通信帯域が所定の閾値より少ない通信パスの組み合わせの中から、通信パスにおける宛先ノード１１０の通信品質の合計が大きい通信パスの組み合わせを優先させる方法などが考えられる。これにより、通信エラーを低減させる効果を得ることができる。

最終的に選択された通信パスを図１３の（ａ）に示す。また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロットの割り当てを図１３の（ｂ）に示す。

上述したアルゴリズムを適用することにより、データの有効期間を考慮した上で空間的に互いに離れた通信パスを選択することができ、遅延時間を保証すると共に信頼性の高いデータ伝送を行うことができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、図１４のネットワーク構成図に示すようにソースノード１００が狭指向性モードを有しておらず、ワイドモードのみを有し、宛先ノード１１０が狭指向性モードを有している場合を説明する。図７の（ａ）のアルゴリズムに従って通信パス選択を行う際の制御動作を示す。尚、ソースノード１００が選択する通信パスの数を２とし、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数を８とする。また、通信品質テーブルは図１５に示すテーブルを使用する。

まず、Ｓ１２０５において、図１５の通信品質テーブルと図９の変調方式決定テーブルに基づいて、各通信リンクで適用する変調方式と占有するタイムスロット数を決定する。ソースノード１００の送信角はワイドのみ存在する。結果として、図１６に示すテーブルのようになり、３つの通信リンクが候補となる。

次に、Ｓ１２１０において、図１６の通信リンクのテーブルから図１７に示す無線通信パス（通信パス）の占有スロット数を示すテーブルを生成する。この通信パスの中から、２つの通信パスの組み合わせを選択する。次に、Ｓ１２１５において、図１７に示す通信パスのうち、任意の２つの組み合わせにおける占有スロット数を算出する。ここでは上述したようにアプリケーションデータ用タイムスロット領域のタイムスロット数が８であるので、８を超えるタイムスロット数を占有する通信パスの組み合わせは選択対象から除外する。この場合、全ての通信パスの組み合わせにおいて占有タイムスロット数が８を超えるものは存在しないので除外されるものはない。その結果、図１８のテーブルに示す通信パスの組み合わせが候補としてあげられる。

次に、Ｓ１２１６において、図１８に示す通信パスの組み合わせうち、使用している通信リンクが重複している通信パスの組み合わせが存在する場合は、除外する。この例では、重複している通信パスの組み合わせは存在しないため除外されない。次に、Ｓ１２２０において、候補として残された通信パスの組み合わせに対して、その通信パス同士で使用している送信指向角及び受信指向角の角度差を算出する。ソースノード１００の送信角はワイドのみなので送信指向角の角度差は全てゼロとなる。結果として、図１８のテーブルに示すように全ての通信パスの組み合わせに対して角度差が算出される。

次に、Ｓ１２２５において、図１８に示される通信パスの組み合わせのうち、角度差の大きい通信パスの組み合わせを選択する。今回ソースノード１００の送信指向角はワイドのみなので、宛先ノード１１０の受信指向角の角度差によってのみ通信パスの組み合わせが選択される。この処理の詳細を図７の（ｂ）のフローチャートを用いて説明する。尚、ここではＳ１３００及びＳ１３１０の判定で使用する角度差の閾値を４５°とする。

まず、Ｓ１３００において、通信パス同士のソースノード１００の送信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。ソースノード１００の送信指向角はワイドのみなので、送信指向角の角度差は全てゼロとなるため、Ｓ１３１０へ分岐する。次に、Ｓ１３１０〜Ｓ１３１５において、通信パス同士の宛先ノード１１０の受信指向角の角度差が閾値より小さい組み合わせを除外する。結果として、図１８の番号１（通信パス１と２）と番号２（通信パス１と３）の組み合わせが選択対象として残ることになる。

次に、Ｓ１３２０において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定する。この例では、通信パスの選択候補が２つ存在するので、Ｓ１３２５へ分岐する。最後にＳ１３２５では、残された通信パスの組み合わせのうち、占有スロット数が最も少ない組み合わせである番号１（通信パス１と２）の組み合わせが最終的に選択される。

最終的に選択された通信パスを図１９の（ａ）に示す。また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロットの割り当てを図１９の（ｂ）に示す。

第２の実施形態では、ソースノード１００がワイドモードのみを有し宛先ノード１１０が狭指向性モードを有する場合を説明したが、ソースノード１００が狭指向性モードのみを有し宛先ノード１１０がワイドモードを有する場合の動作も同様である。その場合は、通信パス選択時に、宛先ノード１１０の受信指向角は考慮されず、ソースノード１００の送信指向角の角度差によって判断される。

このように、通信ネットワークを構成する少なくとも１つのノードが狭指向性モードを備えていれば、同様のアルゴリズムを適用することにより、通信パスの組み合わせを選択することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態では、図２０のネットワーク構成図に示すように、ソースノード１００から受信したビデオデータを中継する中継ノード１１１を含む場合を説明する。まず中継ノード１１１の内部構成を、図２１を用いて説明する。この中継ノード１１１の内部構成は宛先ノード１１０とほぼ同じなので、ここでは宛先ノード１１０との差分についてのみ説明する。

中継ノード１１１には、宛先ノード１１０に存在していた外部インタフェース部が存在しない。またアプリケーションデータ処理部４４０は、ソースノードから受信したデータを中継伝送のためにＲＡＭ３１５上に保存し、自ノードに割り当てられたタイムスロットで中継伝送する。

次に、中継ノード１１１が加わった場合のスーパーフレーム５００の構成を図５に示す（ｂ）を用いて説明する。図５に示す（ａ）のスーパーフレーム構成と異なる点は、制御データ用のタイムスロット領域５１０に中継ノード１１１用のタイムスロットが割り当てられている点である。このタイムスロットを使用して中継ノード１１１は通信品質情報等の制御データ５１５を送信する。

また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域５２０に中継ノード１１１用のタイムスロットが割り当てられている。この例では、ソースノード１００が宛先ノード１１０へ直接伝送する１つ目の通信パスのビデオデータ５２４、ソースノード１００が中継ノード１１１に伝送する２つ目の通信パスのビデオデータ５２５が示されている。更に、中継ノード１１１が中継伝送する２つ目の通信パスのビデオデータ５２６が示されている。このように、図５の（ｂ）では、中継ノード１１１を含む形でソースノード１００から宛先ノード１１０へ至る複数の通信パスが構成される。

次に、中継ノード１１１が加わった場合の通信パスを決定する処理を図６に示す（ｂ）のシーケンス図を用いて説明する。第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、アプリケーションデータを伝送する前に、ノード間の通信品質を測定するトレーニング処理を行う。

まず、Ｓ１１００において、ソースノード１００は、トレーニングシーケンス送信ノードをソースノード１００に設定したトレーニング開始指示を中継ノード１１１と宛先ノード１１０に対して送信する。その後、ソースノード１００はＳ１１０５において、アンテナの送信指向角を所定のタイミングで切り替えながら、既知信号であるトレーニングシーケンスを所定期間送信する。

一方、トレーニング開始指示を受信した中継ノード１１１と宛先ノード１１０では、Ｓ１１１０、Ｓ１１１５において、アンテナの受信指向角を所定のタイミングで切り替えながらトレーニング信号を受信し、通信品質を測定する。この処理により、中継ノード１１１と宛先ノード１１０は、ソースノード１００の各送信指向角と自ノードの各受信指向角の組み合わせにおける通信品質を測定することができる。全ての通信品質の測定を完了した中継ノード１１１と宛先ノード１１０は、Ｓ１１２０、Ｓ１１２５において、通信品質の測定結果をソースノード１００に対して送信する。

次に、ソースノード１００はＳ１１３０において、受信した通信品質の測定結果を通信品質テーブルに保存して更新する。そして、ソースノード１００はＳ１１３５において、トレーニングシーケンス送信ノードを中継ノード１１１に設定したトレーニング開始指示を中継ノード１１１と宛先ノード１１０に送信する。その後、中継ノード１１１はＳ１１４０において、アンテナの送信指向角を所定のタイミングで切り替えながら、既知信号であるトレーニングシーケンスを所定期間送信する。

一方、トレーニング開始指示を受信した宛先ノード１１０では、Ｓ１１４５において、アンテナの受信指向角を所定のタイミングで切り替えながらトレーニング信号の受信し、通信品質の測定を試みる。この処理により、宛先ノード１１０は、中継ノード１１１の各送信指向角と自身の各受信指向角の組み合わせにおける通信品質を測定することができる。全ての通信品質の測定を完了した宛先ノード１１０はＳ１１５０において、通信品質の測定結果をソースノード１００に対して送信する。

次に、ソースノード１００はＳ１１５５において、受信した通信品質の測定結果を通信品質テーブルに保存して更新する。そして、ソースノード１００はＳ１２００において、通信品質テーブルに基づいて、アプリケーションデータの伝送に使用する複数の通信パスの選択を行う。通信パス選択のアルゴリズムの詳細については後述する。ソースノード１００は選択された通信パスに従って、タイムスロットの割り当て及び各通信リンクで適用する変調方式を決定し、生成したタイムスロット割当情報を中継ノード１１１と宛先ノード１１０に通知する。その後、ソースノード１００、中継ノード１１１、宛先ノード１１０はタイムスロット割当情報に基づいて、アプリケーションデータの伝送を開始する。

ここで、図７に示す（ａ）のアルゴリズムに従って通信パス選択を行う際の制御動作を説明する。尚、ソースノード１００が選択する通信パスの数を２とし、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数を８とする。また、通信品質テーブルは図２２に示すテーブルを使用する。

まず、Ｓ１２０５において、図２２の通信品質テーブルと図９の変調方式決定テーブルに基づいて、各通信リンクで適用する変調方式と占有するタイムスロット数を決定する。この例では、中継ノード１１１が加わるため、ソースノード１００の送信角と中継ノード１１１の受信角の組み合わせと、中継ノード１１１の送信角と宛先ノード１１０の受信角の組み合わせの通信品質テーブルが加わる。結果として、図２３に示すテーブルのようになり、４つの通信リンクが候補となる。

次に、Ｓ１２１０において、図２３の通信リンクのテーブルから図２４に示す通信パスの占有スロット数を示すテーブルを生成する。この場合は、ソースノード１００から宛先ノード１１０に直接到達する通信パスのほか、番号３の通信パスのように、ソースノード１００から中継ノード１１１を介して宛先ノード１１０に到達する中継パスも含まれる。これら通信パスの中から２つの通信パスの組み合わせを選択する。

次に、Ｓ１２１５において、図２４に示す通信パスのうち、任意の２つの組み合わせにおける占有スロット数を算出する。ここでは上述したように、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数は８であるので、８を超えるタイムスロット数を占有する通信パスの組み合わせは選択対象から除外する。図２５に示す（ａ）は、候補として残された通信パスの組み合わせを示すテーブルで、網掛けの通信パスの組み合わせは除外されたことを示している。

次に、Ｓ１２１６において、図２５の（ａ）に示す通信パスの組み合わせのうち、使用している通信リンクが重複している通信パスの組み合わせが存在する場合は、除外する。この例では重複している通信パスの組み合わせは存在しないため除外されない。

次に、Ｓ１２２０において、候補として残された通信パスの組み合わせに対して、その通信パス同士で使用している送信指向角及び受信指向角の角度差を算出する。結果として、図２５の（ｂ）のテーブルに示すように全ての通信パスの組み合わせに対して角度差が算出される。

次に、Ｓ１２２５において、図２５の（ｂ）に示される通信パスの組み合わせのうち、角度差の大きい通信パスの組み合わせを選択する。ここではＳ１３００及びＳ１３１０の判定で使用する角度差の閾値を４５°とする。この制御動作は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。結果として、図２５の（ｂ）の番号３（通信パス２と３）の組み合わせが選択される。

最終的に選択された通信パスを図２６の（ａ）に示す。また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロットの割り当てを図２６の（ｂ）に示す。

以上のようなアルゴリズムを適用することにより、中継ノードを含む場合においても、データの有効期間を考慮した上で空間的に互いに離れた最適な通信パスを選択することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態では、図２７のネットワーク構成図のように中継ノード１１１を含み、通信パスを構成する中継ノード１１１の送受信角を考慮し、通信パスの組み合わせを選択する場合を説明する。以下、図７の（ａ）のアルゴリズムに従って通信パスの選択を行う際の制御動作を示す。尚、ソースノード１００が選択する通信パスの数を２とし、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数を１０とする。また、通信品質テーブルは図２８に示すテーブルを使用する。

まず、Ｓ１２０５において、図２８の通信品質テーブルと図９の変調方式決定テーブルに基づいて、各通信リンクで適用する変調方式と占有するタイムスロット数を決定する。結果として、図２９に示すテーブルのようになり、５つの通信リンクが候補となる。

次に、Ｓ１２１０において、図２９の通信リンクのテーブルから図３０に示す通信パスの占有スロット数を示すテーブルを生成する。この通信パスの中から、２つの通信パスの組み合わせを選択する。

次に、Ｓ１２１５において、図３０に示す通信パスのうち、任意の２つの組み合わせにおける占有スロット数を算出する。ここでは上述したようにアプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロット数が１０であるので、１０を超えるタイムスロット数を占有する通信パスの組み合わせを選択対象から除外する。これにより、番号１（通信パス１と２）、４（通信パス１と５）、７（通信パス２と４）、８（通信パス２と５）、１３（通信パス４と５）の組み合わせが除外される。

更に、Ｓ１２１６において、使用している通信リンクが重複している通信パスの組み合わせが存在する場合、１つを残して後は除外する。例えば、番号１０（通信パス３と４）の組み合わせは、番号５（通信パス１と６）の組み合わせと同じ通信リンクで構成されるので、番号１０（通信パス３と４）の組み合わせを候補から除外する。これにより、番号１０（通信パス３と４）、１１（通信パス３と５）の通信パスの組み合わせが除外される。図３１に示す（ａ）は、Ｓ１２１５とＳ１２１６での処理の結果、候補として残された通信パスの組み合わせを示すテーブルで、網掛けの通信パスの組み合わせが除外されたことを示している。

次に、Ｓ１２２０において、候補として残された通信パスの組み合わせに対して、その通信パス同士で使用している送信指向角及び受信指向角の角度差を算出する。結果として、図３１の（ｂ）のテーブルに示すように全ての通信パスの組み合わせに対して角度差が算出される。この例では、中継ノード１１１を介する通信パスが複数存在するため、中継ノード１１１の送受信指向角の角度差が加わっている。

次に、Ｓ１２２５において、図３１の（ｂ）に示される通信パスの組み合わせのうち、角度差の大きい通信パスの組み合わせを選択する。この処理の詳細は図７に示す（ｃ）のフローチャートを用いて説明する。尚、ここではＳ１４００、Ｓ１４１０、Ｓ１４２５、Ｓ１４３５の判定で使用する角度差の閾値を４５°とする。

まず、Ｓ１４００において、通信パス同士のソースノード１００の送信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するかどうかを判定する。この例では、組み合わせが存在するのでＳ１４０５へ分岐し、送信指向角の角度差が４５°より小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外される。結果として、図３１の（ｂ）の番号３（通信パス１と４），５（通信パス１と６）、９（通信パス２と６）、１２（通信パス３と６）の組み合わせが選択対象として残ることになる。

次に、Ｓ１４０６において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定し、この例では４つの組み合わせが選択対象として残っているため、Ｓ１４１０へ分岐する。Ｓ１４１０において、通信パス同士の中継ノード１１１の受信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。判定の結果、存在するのでＳ１４１５へ分岐し、受信指向角の角度差が４５°より小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外する。ここで、全ての通信パスの組み合わせにおいて４５°以上の角度差があるので、除外される通信パスの組み合わせはない。結果として、図３１の（ｂ）の番号３（通信パス１と４），５（通信パス１と６）、９（通信パス２と６）、１２（通信パス３と６）の組み合わせが選択対象として残ることになる。

次に、Ｓ１４１６において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定する。この例では４つの組み合わせが選択対象として残っているため、Ｓ１４２５へ分岐する。組み合わせが１つしかない場合には、Ｓ１４２０へ分岐し、その１つの通信パスの組み合わせを選択し、処理を終了する。

次に、Ｓ１４２５において、通信パス同士の中継ノード１１１の送信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。判定の結果、組み合わせが存在するのでＳ１４３０へ分岐し、送信指向角の角度差が４５°より小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外される。結果として、図３１の（ｂ）の番号３（通信パス１と４）、５（通信パス１と６）、１２（通信パス３と６）の組み合わせが除外され、番号９（通信パス２と６）の組み合わせが選択対象として残ることになる。

次に、Ｓ１４３１において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定する。ここで図３１（ｂ）の番号９（通信パス２と６）の組み合わせしか選択対象として残っていないので、Ｓ１４５５へ分岐し、最終的に図３１の（ｂ）の番号９（通信パス２と６）の組み合わせが選択されることになる。

仮に、Ｓ１４３１において、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上存在した場合にはＳ１４３５へ分岐し、通信パス同士の中継ノード１１１の受信指向角の角度差が閾値以上の組み合わせが存在するか否かを判定する。判定の結果、存在する場合にはＳ１４４０へ分岐し、受信指向角の角度差が４５°よりも小さい通信パスの組み合わせを選択対象から除外する。また、存在しない場合にはＳ１４４５へ分岐する。Ｓ１４４５では、選択対象として残されている通信パスの組み合わせが２つ以上あるか否かを判定し、１つしかない場合にはＳ１４５０へ分岐し、その１つの通信パスの組み合わせを選択する。一方、通信パスの選択候補が２つ以上存在する場合にはＳ１４５５へ分岐し、残された通信パスの組み合わせのうち、占有スロット数が最も少ない組み合わせを選択する。

最終的に選択された通信パスを図３２の（ａ）に示す。また、アプリケーションデータ用のタイムスロット領域のタイムスロットの割り当てを図３２の（ｂ）に示す。

以上のようなアルゴリズムを適用することにより、ソースノード１００と宛先ノード１１０の送受信角に加えて、中継ノード１１１の送受信角を考慮に入れた上で、最適な通信パスを選択することができる。

尚、上述した各実施形態の説明では、ソースノードが通信パスを選択する選択装置の例を説明したが、宛先ノード、中継ノード、その他のノード等の選択装置が通信パスを選択してもよい。この場合、宛先ノード、中継ノードが測定した通信品質を通信パスを選択装置に通知し、選択装置は、各ノードから収集した通信品質の情報を使って、上述のソースノードの選択処理を行えばよい。

［他の実施形態］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (9)

1. 通信装置であって、
   指向角を制御する指向性アンテナを少なくともいずれかが備えたソースノードと宛先ノードとの間の、複数の無線通信パスのそれぞれが占有する通信帯域を判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果と各無線通信パスを形成する際に用いられる前記指向性アンテナの指向角とに基づいて、使用すべき無線通信パスの組み合わせを選択する第１の選択手段と、
   前記第１の選択手段によって選択された無線通信パスの複数の組み合わせの中から、前記指向性アンテナの指向角の角度差が閾値より大きい組み合わせを特定する特定手段と、
   前記特定された無線通信パスの組み合わせが複数存在する場合、当該複数の組み合わせの中から、無線通信パスが占有する通信帯域が少ない組み合わせを選択する第２の選択手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 無線通信パスの組み合わせにおける、当該組み合わせに含まれる無線通信パスのそれぞれを形成する際に用いられる前記指向性アンテナの指向角の角度差を算出する算出手段を含み、前記特定手段は、前記算出手段によって算出された前記角度差が前記閾値より大きい組み合わせを特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記複数の無線通信パスは、少なくとも受信指向角及び送信指向角の少なくとも何れかを制御する指向性アンテナを備えた中継ノードを介する無線通信パスを含み、
   前記算出手段は、前記中継ノードの受信指向角及び送信指向角の少なくとも何れかに基づいて前記無線通信パスの組み合わせにおける前記角度差を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記第１の選択手段は、前記判定手段によって判定された通信帯域が第２の閾値より小さな無線通信パスの組み合わせの中から、使用すべき無線通信パスの組み合わせを選択する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記通信装置は、前記ソースノードとして動作する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記通信装置は、前記宛先ノードとして動作する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置
7. 前記判定手段によって判定される前記複数の無線通信パスのそれぞれが占有する通信帯域は、当該複数の無線通信パスのそれぞれが占有するタイムスロット数である、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置
8. 通信装置の制御方法であって、
   指向角を制御する指向性アンテナを少なくともいずれかが備えたソースノードと宛先ノードとの間の、複数の無線通信パスのそれぞれが占有する通信帯域を判定する判定工程と、
   前記判定工程による判定結果と各無線通信パスを形成する際に用いられる前記指向性アンテナの指向角とに基づいて、使用すべき無線通信パスの組み合わせを選択する第１の選択工程と、
   前記第１の選択工程において選択された無線通信パスの複数の組み合わせの中から、前記指向性アンテナの指向角の角度差が閾値より大きい組み合わせを特定する特定工程と、
   前記特定された無線通信パスの組み合わせが複数存在する場合、当該複数の組み合わせの中から、無線通信パスが占有する通信帯域が少ない組み合わせを選択する第２の選択工程と、
   を有することを特徴とする通信装置の制御方法。
9. コンピュータを請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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