JP5711446B2 - 無線端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末装置に係り、特に、無線中継装置を介して通信を行う無線端末装置に関する。

無線による通信を行う無線端末装置は、その無線端末装置の無線電波の到達範囲を超えてデータを送受信するために、無線中継装置を用いることがある。無線中継装置を複数経由して通信を行うマルチホップネットワークでは、通信相手と通信を行うために、目的の通信相手に到達する通信経路を確立することが必要である。この通信経路を確立する技術は、プロアクティブ型、リアクティブ型などさまざまな技術がある。

無線端末装置が移動することにより、無線端末装置が移動前に帰属していた無線中継装置とは別の無線中継装置に帰属した場合、通信相手との通信経路も変わる。この新たな通信経路は、通信経路を確立する時点の無線端末装置や無線中継装置の位置や無線の電波状態により決まる。

通信経路上の無線端末装置の次に位置するのは、無線端末装置が帰属している無線中継装置である。相手無線端末装置までの通信経路が変わっても、無線端末装置が帰属する無線中継装置が変わらなければ、通信経路上の無線端末装置の次に位置する無線中継装置は変化しない。また、通信経路が変わったことにより、無線端末装置の電波が到達する範囲の無線中継装置のうち無線端末装置が帰属していない無線中継装置を経由するような通信経路が作成されても、通信経路上の無線端末装置の次に位置するのは無線端末装置が帰属している無線中継装置となる。

このような通信経路が確立した状態では、無線端末装置が、無線端末装置の電波が到達する範囲の無線中継装置のうち通信経路上ホップ数が少なくなる無線中継装置に帰属している場合に比べて、無線中継装置を経由する数が多いことにより遅延は、増大する。また、不要な無線中継装置の資源を多く使用してしまう問題がある。

これに対し、通信接続可能な複数の基地局のうち最適な総合経路コストになるような基地局を選択するために、基地局で経路コストを保持し、その情報を移動局が受信して基地局を選択する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００２−３４５０１８号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、経路コストを送信する機能を有していない無線中継装置で、すでにネットワークが構成されている場合、無線端末装置の処理のみで最適な通信経路となるような無線中継装置を選択することができない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、通信経路のホップ数を少なくすることにより中継による無線端末装置間の信号伝達遅延を減少させ、全無線中継装置の総中継処理量の低減することを目的とする。

上述した課題は、無線ネットワークを構成する複数の無線中継装置に含まれる第１の無線中継装置に帰属し、第２の無線中継装置が中継している無線通信データを傍受する中継データ傍受手段を有し、中継データ傍受手段が傍受した中継データに、自身のアドレスと通信中の相手無線端末装置のアドレスとが含まれているとき、帰属先を相手無線端末装置との通信経路にあり、かつホップ数が減少する第２の無線中継装置に変更する無線端末装置により、達成できる。

本発明の無線端末装置によれば、通信経路における無駄な中継を省略し、ホップ数を少なくすることができる。

無線システムのブロック図である。 無線端末装置の機能ブロック図である。 無線中継装置テーブルを説明する図である。 無線中継装置テーブルを説明する図である。 無線端末装置のフローチャートである。 無線端末装置の詳細フローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

まず、図１を参照して、無線システムの構成を説明する。ここで、図１は無線システムのブロック図である。図１において、無線システム５００は、２台の無線端末装置１０と、５台の無線中継装置２０とから構成されている。ここで、無線端末装置１０は、無線ネットワークを構成する無線中継装置２０のいずれか一つに帰属し、他の無線端末装置１０と通信を行う。

無線中継装置２０は、無線中継装置２０相互でＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したアドホックネットワークを構成し、無線端末装置１０の通信データを中継する。無線中継装置２０は、無線端末装置１０のデータを転送するための通信経路をプロアクティブ型またはリアクティブ型などのアルゴリズムで確立する。

図１において、無線端末装置１０−１は、無線中継装置２０−２に帰属し、無線端末装置１０−２は、無線中継装置２０−４に帰属している。このとき、無線端末装置１０−１と無線端末装置１０−２の間の通信経路は、経路４００−１〜経路４００−２〜経路４００−３である。このとき無線端末装置１０−１と無線端末装置１０−２の間のデータは、無線端末装置１０−１〜無線中継装置２０−２〜無線中継装置２０−４〜無線端末装置１０−２という経路を使って通信される。この経路のホップ数は３である。

図１において、無線端末装置１０−２が無線端末装置１０−２Ａの位置に移動したとしよう。このとき、通信経路の再確立が行われ、無線端末装置１０−１と無線端末装置１０−２Ａの間の通信経路が、経路４００−１〜経路４００−４〜経路４００−５〜経路４００−６となる。このとき無線端末装置１０−１と無線端末装置１０−２Ａの間のデータは、無線端末装置１０−１〜無線中継装置２０−２〜無線中継装置２０−１〜無線中継装置２０−３〜無線端末装置１０−２Ａという経路を使って通信される。この経路のホップ数は４であり、無線端末装置１０−２の移動前に比べホップ数が増加し、通信品質の劣化が懸念される。

無線端末装置１０−１は、近傍の無線中継装置２０−１が送信している中継データを傍受する。無線端末装置１０−１は、自無線端末装置のアドレスと無線端末装置１０−２Ａのアドレスとを傍受した中継データに発見したとき、帰属する無線中継装置について、無線中継装置２０−２から無線中継装置２０−１に変更する。このとき無線端末装置１０−１と無線端末装置１０−２Ａの間のデータは、無線端末装置１０−１〜無線中継装置２０−１〜無線中継装置２０−３〜無線端末装置１０−２Ａという経路を使って通信される。この経路のホップ数は３に戻る。

図２を参照して、無線端末装置の詳細な機能構成を説明する。ここで、図２は無線端末装置の機能ブロック図である。図２において、無線端末装置１０は、無線通信部１０１、帰属変更部１０２、中継装置記憶部１０３、中継データ傍受部１０４、端末装置アドレス記憶部１０５で構成されている。

無線通信部１０１は、無線中継装置２０との帰属処理、無線データの送受信および電波強度の観測を行なう。無線通信部１０１は、また、帰属している無線中継装置２０に関する中継装置記憶部１０３の情報を更新する。帰属変更部１０２は、中継データ傍受部１０４から通知された無線中継装置２０に帰属先を変更するよう無線通信部１０１に指示する。中継装置記憶部１０３は、近傍の無線中継装置２０に関する情報を保持する。

中継データ傍受部１０４は、帰属している無線中継装置２０以外の無線中継装置２０が送信している中継データを傍受する。中継データ傍受部１０４は、また、中継装置記憶部１０３の保持データを更新する。中継データ傍受部１０４は、さらに帰属を変更する無線中継装置２０を決める。端末装置アドレス記憶部１０５は、自無線端末装置１０のアドレスと通信を行っている相手端末装置のアドレスを保持する。端末装置アドレス記憶部１０５は、通信を行っている相手端末装置が複数ある場合は、もっとも効果が期待される相手端末装置のアドレスを相手端末装置のアドレスとして格納する。具体的には、データ通信と音声通信を行っている場合、音声データを通信している相手端末装置のアドレスを相手端末装置のアドレスとして格納する。

図３を参照して、中継装置記憶部１０３で管理する無線中継装置のデータの構成を説明する。ここで、図３は無線中継装置テーブルを説明する図である。特に、図３Ａは、無線中継装置２０−２経由で無線端末装置１０−２Ａと通信している際の無線端末装置１０−１の無線中継装置テーブルを説明する図である。また、図３Ｂは、無線中継装置２０−１経由で無線端末装置１０−２Ａと通信している際の無線端末装置１０−１の無線中継装置テーブルを説明する図である。

図３において、無線中継装置テーブル３０は、無線中継装置アドレス３０１、電波強度３０２、帰属履歴３０３、最適化可否３０４で構成され、無線端末装置１０−１の近傍の無線中継装置２０−１、２０−２、２０−５のデータをレコードに記録している。無線中継装置アドレス３０１は、近傍の無線中継装置２０のアドレスを記録する。電波強度３０２は、無線中継装置２０の計測された電波強度を記録する。帰属履歴３０３は、無線中継装置２０に帰属したことがあるかどうかを記録する。最適化可否３０４は、無線中継装置２０が送信する中継データに自無線端末装置および相手無線端末装置のアドレスが含まれているか否かを記録する。なお、図示の簡便のため、無線中継装置アドレス３０１には、ここでは参照番号を記載した。また、最適化可否３０４の「−」は、判定対象外である帰属先の無線中継装置を表す。

図３Ａにおいて、電波強度３０２は、無線中継装置２０−２がもっとも強い。この結果、無線端末装置１０−１は、無線中継装置２０−２に帰属している。したがって、帰属履歴３０３は、無線中継装置２０−２のみ「あり」である。一方、最適化可否３０４は、無線中継装置２０−１が送信する中継データに、無線端末装置１０−１および無線端末装置１０−２Ａのアドレスが含まれているので、無線中継装置２０−１のみ「可」である。

図３Ｂにおいて、電波強度３０２は、無線端末装置１０−１が移動していないので、図３Ａのそれと同じである。帰属履歴３０３は、帰属先を無線中継装置２０−１に変更したので、無線中継装置２０−１が「あり」となっている。最適化可否３０４は、無線中継装置２０−２は、通信経路から外れたので、「否」となっている。ここで、現在帰属している無線中継装置２０−１の電波強度３０２「７０」より、帰属先を変更しようとする無線中継装置２０−２の電波強度３０２「９０」が強くても、無線中継装置２０−２に関する帰属履歴３０３に過去に帰属したことを示すことが記録されているため、帰属する無線中継装置２０を変更せず、現在の無線中継装置２０−１を帰属先として継続する。

図４および図５を参照して、無線端末装置の動作を説明する。ここで、図４および図５は無線端末装置のフローチャートである。
図４において、無線端末装置１０は、無線通信部１０１で受信した無線データが、中継データか判定する（Ｓ１１）。なお、傍受した通信データが中継データかどうかは、フレームフォーマットの違いで判別する。具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮではＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｅｌｄのＦｒｏｍ ＤＳのビットとＴｏ ＤＳのビットがどちらも１のフレームを中継データとみなす。無線端末装置１０は、帰属している無線中継装置２０以外の無線中継装置２０が送信している中継データを、中継データ傍受部１０４に受け渡す（Ｓ１１：ＹＥＳ）。

中継データ傍受部１０４は、無線通信部１０１から受け取った中継データを送信している無線中継装置２０のアドレスを取得し、無線中継装置テーブル３０の無線中継装置アドレス３０１に格納する（Ｓ１２）。具体的には、無線中継装置２０のアドレスは、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮではｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ａｄｄｒｅｓｓ（中継元アドレス）を取得する。中継データ傍受部１０４は、無線中継装置テーブル３０の更新時、傍受した中継データから取得した電波強度を格納する（Ｓ１３）。

無線端末装置１０は、無線中継装置テーブル３０で管理する近傍の無線中継装置２０の電波強度（電波強度３０２）の変化を監視することにより、自無線端末装置１０または近傍の無線中継装置２０の移動などによる、自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化を判定する（Ｓ１４）。通信経路の再確立を行わなければならないほどの自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化を検出したとき（Ｓ１４：ＹＥＳ）、無線端末装置１０は、無線中継装置テーブル３０の内容を消去し（Ｓ１６）、ステップ１１に戻る。

ステップ１４でＮＯのとき、中継データ傍受部１０４は、無線中継装置テーブル３０の最適化可否の項目（最適化可否３０４）を更新する（Ｓ１７）。無線中継装置テーブル３０の最適化可否の項目（最適化可否３０４）は、中継データに自無線端末装置１０のアドレスと通信中の相手無線端末装置のアドレスが含まれている場合に最適化可能とし、そうでない場合に最適化不可能とする。中継データに自無線端末装置１０のアドレスと通信中の相手無線端末装置のアドレスが含まれているかどうかは、具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮではａｄｄｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄのｓｏｕｒｃｅ ａｄｄｒｅｓｓとｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ａｄｄｒｅｓｓの内容を判断に使用する。

中継データ傍受部１０４は、最適化可否の項目が最適化可能となっている無線中継装置２０があるか判定する（Ｓ１８）。最適化可能となっている無線中継装置２０がある場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、中継データ傍受部１０４は、その無線中継装置２０のアドレスを取得する（Ｓ１９）。最適化可否の項目（最適化可否３０４）が最適化可能となっている無線中継装置２０がない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、無線端末装置１０は、ステップ１１に戻る。

中継データ傍受部１０４は、帰属変更部１０２に帰属の変更先となる無線中継装置２０のアドレスを通知する（Ｓ２２）。帰属の変更先となる無線中継装置２０のアドレスを通知された帰属変更部１０２は、無線通信部１０１に指示して帰属する無線中継装置２０を変更して（Ｓ２３）、ステップ１１に戻る。
無線通信部１０１により受信したデータが中継データでない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、無線端末装置１０は、中継データ受信以外の処理を行ない（Ｓ２４）、ステップ１１に戻る。

図５を参照して、図４のステップ２４について詳細に説明する。図５において、無線通信部１０１は、帰属完了かを判定する（Ｓ２４１）。無線中継装置２０に帰属したとき（Ｓ２４１：ＹＥＳ）、無線通信部１０１は、無線中継装置テーブル３０の帰属した無線中継装置２０のアドレスのテーブルに、帰属したことを示す情報を格納（帰属履歴３０３）して（Ｓ２４２）、ステップ２４３に遷移する。ステップ２４１でＮＯのとき、無線通信部１０１は、そのままステップ２４３に遷移する。

無線端末装置１０は、帰属している無線中継装置２０の情報に変化があるか判定する（Ｓ２４３）。帰属している無線中継装置２０の情報に変化があった場合（Ｓ２４３：ＹＥＳ）、無線端末装置１０は、帰属している無線中継装置２０に関する無線中継装置テーブル３０の電波強度（電波強度３０２）と帰属に関する履歴（帰属履歴３０３）を更新して（Ｓ２４４）、ステップ２４５に遷移する。ステップ２４３でＮＯのとき、無線端末装置１０は、そのままステップ２４５に遷移する。

無線端末装置１０は、それまで通信していた相手無線端末装置との通信を終え、別の端末と通信を始めるなどにより、自無線端末装置１０と通信中の相手無線端末装置のアドレスが変化したか判定する。または、無線中継装置テーブル３０で管理する近傍の無線中継装置２０の電波強度（電波強度３０２）が変化したか判定する（Ｓ２４５）。自無線端末装置１０または近傍の無線中継装置２０の移動などによる、自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化を検出し、自無線端末装置１０を端点とする通信経路の再確立を行わなければならないほどの自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化を検出したとき（Ｓ２４５：ＹＥＳ）、無線端末装置１０は、無線中継装置テーブル３０の内容を消去して（Ｓ２４６）、ステップ２４７に遷移する。ステップ２４５でＮＯのとき、無線端末装置１０は、そのままステップ２４７に遷移する。

無線端末装置１０は、現在帰属している無線中継装置２０の電波強度より強い電波強度の無線中継装置２０を検出して、より電波状態のよい無線中継装置２０に帰属するために無線中継装置２０の帰属先を変更しようという要求を監視する（Ｓ２４７）。帰属先を変更しようという要求が発生したとき（Ｓ２４７：ＹＥＳ）、無線通信部１０１は、帰属履歴がありか判定する（Ｓ２４８）。過去に帰属をしたことが記録（帰属履歴３０３）されている無線中継装置２０であれば（Ｓ２４８：ＹＥＳ）、帰属を変更する無線中継装置２０として選択しないで、そのままステップ２４を終了する。ステップ２４８で記録されていない無線中継装置２０であれば（Ｓ２４８：ＮＯ）、帰属を変更する無線中継装置２０として選択して（Ｓ２４９）、ステップ２４を終了する。ステップ２４７でＮＯならば、無線端末装置１０は、そのままステップ２４を終了する。なお、ステップ２４８の判定は、頻繁に帰属の変更を繰り返すことを防止するために、帰属先を変更しようとしている無線中継装置２０の電波強度が強くても、選択しない判定である。

上記の動作を組み合わせることにより、無線端末装置１０は、近傍の無線中継装置２０の電波強度を監視して自無線端末装置１０または近傍の無線中継装置２０の移動などによる、自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化を検出し、自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化が所定の範囲内にある間、例えば、自無線端末装置１０が端点の通信経路の再確立を行わなければならないほどの自無線端末装置１０の近傍の電波状態の変化がない間は、同じ無線中継装置２０へ複数回の帰属を行わないようにして、頻繁に帰属の変更を繰り返すことを防止することができる。

本実施例の無線端末装置によれば、通信経路における無駄な中継を省略しホップ数を少なくすることができる。また、中継による信号伝達遅延を減少できる。さらに、無線中継装置の処理能力を有効活用できる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。具体的には、以下のような動作を組み合わせることも可能である。
中継データ傍受部１０４は、帰属変更可能な無線中継装置２０が複数ある場合、無線中継装置テーブル３０の電波強度（電波強度３０２）の強い無線中継装置２０を、帰属を変更する無線中継装置２０として優先的に選択してもよい。

中継データ傍受部１０４は、無線中継装置テーブル３０の最適化可否の項目（最適化可否３０４）が最適化可能となっている無線中継装置が複数ある場合、同一の中継データを傍受した時刻を無線中継装置テーブル３０に格納してもよい。同一の中継データは、例えば自無線端末装置１０が送信した通信データがＩＰパケットのとき、自無線端末装置１０が送信するＩＰパケットのＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎが同一のパケットを同一の中継データとすることができる。

中継データ傍受部１０４は、帰属変更可能な無線中継装置２０が複数ある場合、同一の中継データを検出した時刻を比較し、自無線端末装置１０と通信中の相手無線端末装置にもっとも近い位置にある無線中継装置２０を、帰属を変更する無線中継装置２０として選択してもよい。中継データ傍受部１０４は、無線中継装置テーブル３０の更新時、同一の無線中継装置２０のアドレスに関する中継データの単位時間当たりの通信量を格納してもよい。中継データ傍受部１０４は、帰属変更可能な無線中継装置２０が複数ある場合、無線中継装置テーブル３０の通信量が少ない無線中継装置２０を、帰属を変更する無線中継装置２０として優先的に選択してもよい。

無線中継装置テーブル３０の帰属履歴（帰属履歴３０３）は、所定の時間経過したら内容を消去するようにしてもよい。中継データ傍受部１０４は、帰属の変更を実際に行う条件として、無線中継装置テーブル３０の最適化可否の項目（最適化可否３０４）が最適化可能となる中継データを所定の時間継続して検出する必要があるという条件を追加してもよい。

１０…無線端末装置、２０…無線中継装置、３０…中継装置テーブル、１０１…無線通信部、１０２…帰属変更部、１０３…中継装置記憶部、１０４…中継データ傍受部、１０５…端末装置アドレス記憶部、３０１…無線中継装置アドレス、３０２…電波強度、３０３…帰属履歴、３０４…最適化可否、４００…経路、５００…無線システム。

Claims (3)

1. 無線ネットワークを構成する複数の無線中継装置に含まれる第１の無線中継装置に帰属して、相手無線端末装置と通信する無線端末装置において、
   第２の無線中継装置が中継している無線通信データを傍受する中継データ傍受手段を有し、
   前記中継データ傍受手段が傍受した中継データに、自身のアドレスと通信中の相手無線端末装置のアドレスとが含まれているとき、帰属先を前記相手無線端末装置との通信経路にあり、かつホップ数が減少する前記第２の無線中継装置に変更することを特徴とする無線端末装置。
2. 近傍の無線中継装置の電波強度を監視して、近傍の電波状態の変化を検出し、
   前記近傍の電波状態の変化が所定の範囲内にある間は、同じ無線中継装置へ複数回の帰属を行わないことを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。
3. 前記無線ネットワークは、マルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。

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