JP6932287B2 - 無線装置、無線装置集約局、マルチホップ無線通信システム、無線パラメータ決定方法、制御回路およびプログラム - Google Patents

無線装置、無線装置集約局、マルチホップ無線通信システム、無線パラメータ決定方法、制御回路およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、マルチホップ無線通信を行う無線装置、無線装置集約局、マルチホップ無線通信システムおよび無線パラメータ決定方法に関する。
近年、少子高齢化に伴って、サービスの効率化および低コスト化のために様々な自動化が進められている。例えば、交通をはじめとした社会インフラの遠隔監視、建物の遠隔監視などの遠隔監視のための情報収集の自動化、上下水道、電力量計をはじめとしたライフラインの情報収集の自動化など、情報収集の自動化が進んでいる。また、ガスの開閉栓の制御をはじめとした一部の制御も自動化されている。
上述した自動化の実現のためには、装置間での通信が必要となる。通信方式としては、Low Power Wide Area（ＬＰＷＡ）、セルラー通信を使用したNarrowBand Internet of Thing（ＮＢ−ＩｏＴ）など、低コストで、様々な場所での利用を想定した通信方式が用いられている。さらに、広域な範囲における情報収集または制御通信を行うニーズに対応するため、狭帯域かつ通信速度が低速ながら数ｋｍ〜数十ｋｍの長距離通信が可能な無線通信方式として、干渉波に強いスペクトラム拡散を利用した通信方式が用いられている。スペクトラム拡散を用いることで、低コストかつ簡易な無線通信システムが実現できる。しかしながら、スペクトラム拡散を用いた無線通信を行う場合、送信側の無線装置と受信側の無線装置との間でスペクトラム拡散に用いる無線パラメータを一致させる必要がある。スペクトラム拡散に用いる無線パラメータに限らず、例えば使用する無線周波数についても、送信側の無線装置と受信側の無線装置とで一致させる必要がある。このため、親局などの他装置による無線パラメータの割当処理が必要である。親局などの他装置による無線パラメータの割当処理を実施するには、割当処理のために無線リソースを要することになる。他装置による無線パラメータの割当処理を要せずに、送信側の無線装置と受信側の無線装置とで無線パラメータを一致させることが望ましい。
特許文献１には、送信装置が使用した拡散コードを受信装置が把握していない場合でも受信装置が受信信号を復調できるようにするための技術が開示されている。特許文献１に記載の方法では、受信装置が、受信信号に対して、内部で生成した拡散コードで逆拡散処理を行い、条件を満たさない場合には、内部で生成する拡散コードを修正して、修正後の拡散コードを用いた逆拡散処理を行う。特許文献１に記載の方法では、受信装置が、条件を満たすまで、拡散コードの修正と逆拡散処理とを繰り返すことにより、拡散コードを推定している。特許文献１に記載の技術を用いると、受信装置が拡散コードを推定することで、他装置による無線パラメータの割当処理を要せずに、スペクトラム拡散を実現することができる。
特許第４５５１８２２号公報
近年の情報収集の自動化、制御の自動化では、マルチホップ無線通信システムが用いられることがある。マルチホップ無線通信システムに、上記特許文献１に記載の技術を適用すると、通信経路上の複数の無線装置がそれぞれ上述した繰り返し処理による拡散コードの推定を行うことになり、全体としての処理量が膨大となる。マルチホップ無線通信システムでは、一般に送達確認が行われるが、上記特許文献１に記載の技術を適用すると、宛先の無線装置は、定められた時間内で送達確認に応答できないことになる。したがって、マルチホップ無線通信システムに、上記特許文献１に記載の技術を適用することは困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、他装置による無線パラメータの割当処理を要せずに送信側の無線装置と受信側の無線装置とで無線パラメータを一致させることができる無線装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線装置は、マルチホップ無線通信システムを構成する無線装置であって、マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信部と、マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う中継ノード選択部と、を備える。無線装置は、さらに、経路制御で用いる情報とマルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、通信部で用いられる無線パラメータを決定する無線リソース管理部、を備える。
本発明にかかる無線装置は、他装置による無線パラメータの割当処理を要せずに送信側の無線装置と受信側の無線装置とで無線パラメータを一致させることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態にかかるマルチホップ無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態にかかる無線装置の構成例を示すブロック図 実施の形態にかかる無線装置集約局の構成例を示すブロック図 実施の形態にかかる情報センターの構成例を示すブロック図 実施の形態の制御回路の構成例を示す図 無線装置、無線装置集約局によるスペクトラム拡散通信用パラメータ生成手順の一例を示すシーケンス図 無線装置が保持するＭＡＣアドレステーブルの一例を示す図 無線装置が保持する無線装置管理情報の一例を示す図 拡張ユーザ識別子としてＥＵＩ−６４を用いた場合の拡張ユーザ識別子の生成方法を示す図 拡散コードを生成する拡散コード生成部の構成例を示す図 拡散コード表の一例を示す図 経路ＩＤと拡散コード表の対応の一例を示す図 無線装置のデータ送信処理手順の一例を示すフローチャート スペクトラム拡散用パラメータの重複が検出された時のスペクトラム拡散用パラメータの更新手順の一例を示すシーケンス図 無線装置が保持するＭＡＣアドレステーブルの一例を示す図 無線装置が保持する無線装置管理情報の一例を示す図 無線装置が保持する無線装置管理情報の一例を示す図 スペクトラム拡散用パラメータが更新された後の無線装置が保持する無線装置管理情報の一例を示す図 ステップＳ３１１の更新後の無線装置が保持する無線装置管理情報の一例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる無線装置、無線装置集約局、マルチホップ無線通信システムおよび無線パラメータ決定方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるマルチホップ無線通信システムの構成例を示す図である。なお、以下の説明においては、マルチホップ無線通信システム３０が、９２０ＭＨｚ帯を用いたＬＰＷＡ等の特定小電力無線通信方式を用いることを前提に説明するが、本発明のマルチホップ無線通信システムで用いられる無線周波数および無線通信方式はこれに限定されない。
図１に示すように、実施の形態のマルチホップ無線通信システム３０は、無線装置集約局１１と、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃとを備える。無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続される。無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、それぞれ接続される制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃから情報を取得し、取得した情報を無線装置集約局１１へ向けて送信する。詳細には、無線装置１０ａは、制御対象装置１２ａから取得した情報を、無線装置１０ｃとの間の無線回線２０ａを介して無線装置１０ｃへ送信する。無線装置１０ｂは、制御対象装置１２ｂから取得した情報を、無線装置１０ｃとの間の無線回線２０ｂを介して無線装置１０ｃへ送信する。無線装置１０ｃは、制御対象装置１２ｃから取得した情報を、無線装置集約局１１との間の無線回線２０ｃを介して、無線装置集約局１１へ送信する。また、無線装置１０ｃは、無線装置１０ａ，１０ｂから受信した情報を、無線回線２０ｃを介して、無線装置集約局１１へ送信する。以下、各無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれから無線装置集約局１１へ向かう通信を上り通信とも呼ぶ。
無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃの構成は同一である。以下、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれを、区別せずに示すときには無線装置１０と記載する。同様に、制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれを、区別せずに示すときには制御対象装置１２と記載し、無線回線２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれを区別せずに示すときは無線回線２０と記載する。
図１では、無線装置１０および制御対象装置１２をそれぞれ３つ図示しているが、無線装置１０および制御対象装置１２の数は図１に示した例に限定されない。なお、図１に示した例では、無線装置１０ｃは、無線装置１０ｃが送信元となる通信を行うとともに、他の無線装置１０ａ，１０ｂの通信を中継する機能も有する。一般には、マルチホップ無線通信システム３０は、多数の無線装置１０を備えており、無線装置１０ａ，１０ｂも、無線装置１０ｃと同様の機能を有し、図示しない無線装置１０から受信した情報を無線装置集約局１１へ向けて転送する。また、図１では、無線装置集約局１１を１台図示しているが、無線装置集約局１１の数も図１に示した例に限定されない。
無線装置集約局１１は、マルチホップ無線通信システム３０において無線装置１０を集約する。無線装置集約局１１は、広域通信網５０に接続されており、広域通信網５０を介して情報センター４０と通信を行うことができる。無線装置集約局１１は、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれ送信された情報を、広域通信網５０を介して情報センター４０へ送信する。情報センター４０は、無線装置集約局１１から受信した情報を蓄積する。情報センター４０は、制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対応する無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃに制御信号を送信することで、制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対する設定、制御などを行うことができる。情報センター４０から送信された制御信号は、広域通信網５０を介して無線装置集約局１１に送信され、上り通信と逆の経路で、対応する無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃへ転送される。なお、ここでは、上り通信と下り通信とで経路が同じ例を説明するが、上り通信と下り通信とで経路が異なる場合があってもよい。下り通信の経路を示す情報は、例えば、無線装置集約局１１から無線装置１０へ送信されるメッセージのヘッダなどに格納される。無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、情報センター４０から制御信号を受信すると、制御信号に基づいて、それぞれ接続される制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃを制御する。
無線装置集約局１１は、複数の無線装置１０を終端するコンセントレータである。無線装置集約局１１は、上位ネットワークである広域通信網５０との間で通信を行うための通信手段も有し、マルチホップ無線通信システム３０を構成する複数の無線装置１０から受信した情報を、広域通信網５０に転送する。無線装置集約局１１と広域通信網５０との間で用いられる通信手段としては、携帯電話で利用されるＬＴＥ（Long Term Evolution）をはじめとした移動体通信で使用される通信手段、光回線などの有線通信手段が例示される。本実施の形態では、無線装置集約局１１と広域通信網５０との間で用いられる通信プロトコルおよび通信手段は、通信プロトコルとしてＩＰ（Internet Protocol）を用いる有線ネットワークを例に挙げて説明するが、無線装置集約局１１と広域通信網５０との間で用いられる通信プロトコルおよび通信手段はこれに限定されない。
情報センター４０は、マルチホップ無線通信システム３０から受信した情報、すなわち制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃから送信された情報を収集して蓄積する装置である。収集の対象となる情報は、例えば、ガス、電力などの使用量、設備などの監視情報であるが、収集の対象となる情報はこれらに限定されない。上述したように、情報センター４０は、マルチホップ無線通信システム３０を介して制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの設定、制御などを行うことができる。情報センター４０は、マルチホップ無線通信システム３０を介して制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃへ各制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの状態の取得を要求する制御信号を送ることで、制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの状態を収集することもできる。また、情報センター４０は、各制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃから送信された情報、制御対象装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃの状態などを表示することによりオペレータに提示することもできる。なお、本実施の形態における情報センター４０が、１つのマルチホップ無線通信システム３０から情報を収集する例を説明するが、情報センター４０が複数のマルチホップ無線通信システム３０から情報を収集してもよい。
図２は、実施の形態にかかる無線装置１０の構成例を示すブロック図である。無線装置１０は、マルチホップ無線通信システム３０を構成する。図２に示すように、無線装置１０は、通信部１００、アンテナ（以下、ＡＮＴ（Antenna）と呼ぶ）部１０１、無線リソース管理部１０２、中継ノード選択部１０３、メモリ１０４、電源部１０５および外部Ｉ／Ｆ（Interface）部１０６を備える。ＡＮＴ部１０１は、無線回線２０を介して隣接する装置である無線装置１０または無線装置集約局１１から電波として無線信号を受信し、受信した無線信号を通信部１００へ出力する。また、ＡＮＴ部１０１は、通信部１００から入力される無線信号を、無線回線２０を介して隣接する装置である無線装置１０または無線装置集約局１１へ電波として送信する。
通信部１００は、マルチホップ無線通信システム３０内で無線通信を行う。具体的には、通信部１００は、無線信号の送受信処理を行う無線Ｉ／Ｆの機能と、無線回線２０を介して通信を行う隣接する装置である無線装置１０または無線装置集約局１１と無線接続のための無線接続処理を行うモデム機能とを有する。無線接続処理は、後述するスペクトラム拡散などの変調処理、スペクトラム拡散の逆拡散処理などの復調処理を含む。通信部１００は、ＡＮＴ部１０１から入力される無線信号に受信処理および無線接続処理を施し、処理後の信号を、信号の内容に応じて外部Ｉ／Ｆ部１０６、中継ノード選択部１０３および無線リソース管理部１０２へ出力する。また、通信部１００は、制御対象装置１２から、収集の対象となる情報および情報センター４０からの制御信号に基づく応答を、外部Ｉ／Ｆ部１０６から受け取ると、受け取った情報を用いて無線接続処理および送信処理を行い、処理後の信号をＡＮＴ部１０１へ出力する。なお、外部Ｉ／Ｆ部１０６が制御対象装置１２から受け取った情報は、メモリ１０４に一時的に格納されて通信部１００に渡されても良い。また、通信部１００は、中継ノード選択部１０３から経路探索のためのメッセージを受け取ると、受け取ったメッセージを用いて無線接続処理および送信処理を行い、処理後の信号をＡＮＴ部１０１へ出力する。
無線リソース管理部１０２は、通信部１００を制御するための無線パラメータとして、無線通信に用いる送信電力、スペクトラム拡散用パラメータなどを生成して、通信部１００へ設定することにより、通信部１００を制御する。詳細には、無線リソース管理部１０２は、経路制御で用いる情報とマルチホップ無線通信システム３０を構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、通信部１００で用いられる無線パラメータを決定する。装置識別情報はユーザ識別子でもあり、装置識別情報の一例は後述するようにＭＡＣ（Media Access Control）アドレスである。スペクトラム拡散用パラメータは、スペクトラム拡散処理で用いる拡散コードの生成のために用いられる情報であり、無線パラメータの一例である。スペクトラム拡散処理で用いる拡散コード自体もスペクトラム拡散用パラメータの一例である。無線リソース管理部１０２は、後述するように、メモリ１０４に格納される無線装置１０の情報、および中継ノード選択部１０３が生成した通信経路の情報を用いて、通信部１００を制御するためのパラメータを生成する。
中継ノード選択部１０３は、マルチホップ無線通信システム３０の経路制御を行う。具体的には、中継ノード選択部１０３は、ＲＰＬ（ＩＰｖ６（Internet Protocol Version 6） Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks）をはじめとした通信経路を探索するプロトコルを用いたフラッディング処理を行うことで、通信経路候補の探索、ネットワークトポロジの構造を示す構造情報の生成などを実施する。本実施の形態では、経路探索プロトコルとしてＲＰＬを用い、ネットワークトポロジの構造情報として、無線装置集約局１１をコンセントレータとしてＲＰＬにより決定される階層情報を用いる例を説明するが、経路探索プロトコルおよびネットワークトポロジの構造情報はこれに制限されない。
メモリ１０４は、無線パラメータなどの、無線装置１０が動作するための設定情報を記憶する。メモリ１０４に記憶されている設定情報は、無線装置１０の起動時に、対応する各機能部によって読み出される。また、メモリ１０４は、無線リソース管理部１０２および中継ノード選択部１０３が装置起動後に生成する各パラメータ、制御対象装置１２と通信を行うための情報などを、一時的に保存するためにも使用される。例えば、無線リソース管理部１０２が使用する後述する無線装置管理情報、中継ノード選択部１０３が用いるユーザ識別子リストの一例である後述するＭＡＣアドレステーブル、などがメモリ１０４に格納される。
電源部１０５は、無線装置１０内の各部に電源を供給する。電源部１０５は、系統電源に接続されていてもよいし、バッテリー、発電装置であってもよい。外部Ｉ／Ｆ部１０６は、制御対象装置１２と通信を行う通信インタフェースである。無線装置１０と制御対象装置１２との間の接続形態は、有線接続であってもよいし無線接続であってもよく、接続形態に制約はない。外部Ｉ／Ｆ部１０６は、無線装置１０と制御対象装置１２との間の接続形態に応じた通信処理を実施することにより、制御対象装置１２との間で情報の送受信を行う。
図３は、実施の形態にかかる無線装置集約局１１の構成例を示すブロック図である。無線装置集約局１１は、図３に示すように、通信部２００、ＡＮＴ部２０１、無線リソース管理部２０２、中継ノード選択部２０３、メモリ２０４、有線Ｉ／Ｆ部２０５および電源部２０６を備える。
ＡＮＴ部２０１は、無線回線２０を介して隣接する無線装置１０から電波として無線信号を受信し、受信した無線信号を通信部２００へ出力する。また、ＡＮＴ部２０１は、通信部２００から入力される無線信号を、無線回線２０を介して隣接する無線装置１０へ電波として送信する。
通信部２００は、無線装置１０の通信部１００と同様に、無線信号の送受信処理を行う無線Ｉ／Ｆの機能と、無線回線２０を介して通信を行う隣接する無線装置１０と無線接続のための無線接続処理を行うモデム機能とを有する。通信部２００は、ＡＮＴ部２０１から入力される無線信号に受信処理および無線接続処理を施し、処理後の信号を、信号の内容に応じて無線リソース管理部２０２、中継ノード選択部２０３、有線Ｉ／Ｆ部２０５へ出力する。また、通信部２００は、有線Ｉ／Ｆ部２０５から、情報センター４０から送信された制御信号などを受け取ると、制御信号などを用いて無線接続処理および送信処理を行い、処理後の信号をＡＮＴ部２０１へ出力する。また、通信部２００は、中継ノード選択部２０３から経路探索のためのメッセージを受け取ると、受け取ったメッセージを用いて無線接続処理および送信処理を行い、処理後の信号をＡＮＴ部２０１へ出力する。
無線リソース管理部２０２は、通信部２００を制御するための無線パラメータとして、無線通信に用いる送信電力、スペクトラム拡散用パラメータなどを生成して、通信部２００へ設定することにより、通信部２００を制御する。無線リソース管理部２０２は、後述するように、メモリ２０４に格納される無線装置１０の情報、および中継ノード選択部２０３が生成した通信経路の情報を用いて、通信部２００を制御するためのパラメータを生成する。
中継ノード選択部２０３は、ＲＰＬにおけるボーダールータに必要な機能を有し、フラッディング処理の開始および更新を行う。また、情報センター４０から制御対象装置１２へ制御信号などを送信する場合は、当該制御対象装置１２に対応する無線装置１０までの通信経路の選択を行う。なお、本実施の形態のマルチホップ無線通信システム３０における経路制御に関する動作については、ＲＰＬをはじめとした一般的な動作を適用することができるため、詳細な説明は省略する。
メモリ２０４は、無線パラメータなどの、無線装置集約局１１が動作するための設定情報を記憶する。メモリ２０４に記憶されている設定情報は、無線装置集約局１１の起動時に、対応する各機能部によって読み出される。また、メモリ２０４は、無線リソース管理部２０２および中継ノード選択部２０３が装置起動後に生成する各パラメータ、広域通信網５０を介した通信を行うための情報などを、一時的に保存するためにも使用される。例えば、無線リソース管理部２０２が使用する後述する無線装置管理情報、中継ノード選択部２０３が用いるユーザ識別子リストの一例である後述するＭＡＣアドレステーブル、などがメモリ２０４に格納される。
有線Ｉ／Ｆ部２０５は、広域通信網５０と接続するための通信インタフェースである。本実施の形態では、無線装置集約局１１と広域通信網５０とが、有線接続される例を説明するが、無線装置集約局１１と広域通信網５０とが無線接続されていてもよい。電源部２０６は、無線装置集約局１１内の各部に電源を供給する。
なお、本実施の形態では、広域通信網５０と通信を行う有線Ｉ／Ｆ部２０５を無線装置集約局１１が内容する構成例を示すが、無線装置集約局１１の外部に、広域通信網５０と接続するための通信モデムなどを接続する構成としても良い。
図４は、実施の形態にかかる情報センター４０の構成例を示すブロック図である。情報センター４０は、図４に示すように、有線Ｉ／Ｆ部３００、情報管理部３０１、表示部３０２、入力部３０３、制御部３０４、記憶装置３０５および電源部３０６を備える。
有線Ｉ／Ｆ部３００は、広域通信網５０と接続するための通信インタフェースである。有線Ｉ／Ｆ部３００は、広域通信網５０を介してマルチホップ無線通信システム３０内の無線装置１０から送信された情報、すなわち制御対象装置１２から送信された収集対象の情報を受信すると、該情報を記憶装置３０５へ格納する。また、有線Ｉ／Ｆ部３００は、マルチホップ無線通信システム３０へ送信する制御信号などを情報管理部３０１、制御部３０４から受け取ると、受け取った制御信号などを、広域通信網５０を介してマルチホップ無線通信システム３０へ送信する。
情報管理部３０１は、制御対象装置１２より収集する情報の管理を行い、当該情報を表示部３０２に表示する。表示部３０２は、ディスプレイ、液晶モニタなどにより実現される。入力部３０３は、運用者が、制御対象装置１２の設定、制御などを行うために、運用者からの入力を受け付ける入力インタフェースを提供する。入力部３０３は、キーボード、マウスなどにより実現される。表示部３０２と入力部３０３が一体化され、タッチパネルとして実現されてもよい。制御部３０４は、入力部３０３によって受け付けられた入力情報に基づく制御対象装置１２の制御、情報センター４０の動作の制御などを行う。入力部３０３によって受け付けられた入力情報は、制御部３０４により制御対象装置１２に対する設定、制御のためのコマンドに変換される。このコマンドは、有線Ｉ／Ｆ部３００へ入力される。有線Ｉ／Ｆ部３００は、入力されたコマンドを、広域通信網５０を経由して制御対象装置１２に対応する無線装置１０へ向けて制御信号として送信する。
記憶装置３０５は、情報センター４０の運用に必要な内部情報、制御対象装置１２から収集された情報、および制御対象装置１２の設定、制御に必要な情報などを記憶する。電源部３０６は、情報センター４０の各部に電源を供給する。
情報センター４０の情報管理部３０１、制御部３０４は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを備える制御回路であってもよい。情報管理部３０１、制御部３０４がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は図５に示す構成の制御回路４００である。図５は、実施の形態の制御回路４００の構成例を示す図である。情報管理部３０１、制御部３０４が図５に示す制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４０１がメモリ４０２に記憶された、情報管理部３０１、制御部３０４の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより情報管理部３０１、制御部３０４の機能が実現される。また、メモリ４０２は、プロセッサ４０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
情報センター４０の記憶装置３０５は、メモリである。記憶装置３０５は、図５に示した制御回路４００のメモリ４０２と一体であってもよいし、メモリ４０２とは別に設けられていてもよい。
無線装置１０の無線リソース管理部１０２、中継ノード選択部１０３、無線装置集約局１１の無線リソース管理部２０２、中継ノード選択部２０３も、処理回路に実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、図５に示した制御回路４００であってもよい。無線装置１０の無線リソース管理部１０２、中継ノード選択部１０３、無線装置集約局１１の無線リソース管理部２０２、中継ノード選択部２０３が図５に示す制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４０１がメモリ４０２に記憶された、各部の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより無線装置１０の無線リソース管理部１０２、中継ノード選択部１０３、無線装置集約局１１の無線リソース管理部２０２、中継ノード選択部２０３の機能が実現される。
次に、本実施の形態の動作について説明する。無線装置１０および無線装置集約局１１が起動した後に、ＲＰＬのフラッディング処理による通信経路構築を行い、スペクトラム拡散通信用パラメータを生成する手順、すなわち本実施の形態の無線パラメータ決定方法について説明する。図６は、無線装置１０、無線装置集約局１１によるスペクトラム拡散通信用パラメータ生成手順の一例を示すシーケンス図である。まず、無線装置集約局１１、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃが起動する（ステップＳ１００）。
無線装置集約局１１が起動すると、無線装置集約局１１の各部は、メモリ２０４より無線装置集約局１１の動作に必要となる設定情報を読み出す。例えば、無線リソース管理部２０２は、メモリ２０４から、無線通信に用いる周波数帯域、チャネル数などの無線パラメータを読み出して、通信部２００に設定する。これにより、通信部２００はＡＮＴ部２０１を用いて無線信号の送信を開始できるようになる。
また、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃも同様に、起動すると、無線装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各部が、メモリ２０４より１０ａ，１０ｂ，１０ｃの動作に必要となる設定情報をそれぞれ読み出す。例えば、無線リソース管理部１０２は、メモリ１０４から、無線通信に用いる周波数帯域、チャネル数などの無線パラメータを読み出して、通信部１００に設定する。これにより、通信部１００はＡＮＴ部１０１を用いて無線信号の送信を開始できるようになる。
無線装置集約局１１の中継ノード選択部２０３は、通信経路確立を開始するため、ＲＰＬの制御メッセージであるＤＯＤＡＧ（Destination Oriented Directed Acycle Graph） Information Object（以下、ＤＩＯと呼ぶ）メッセージをブロードキャストにより送信する（ステップＳ１０１）。ＤＩＯメッセージには、送信先のアドレスとしてブロードキャストアドレスが格納され、送信元のアドレスとして無線装置集約局１１のアドレスが格納される。また、ＤＩＯメッセージには、階層を示す階層情報（ランク）も含まれる。階層情報は、ルートノードとなる無線装置集約局１１では０である。無線装置集約局１１は、ＤＩＯメッセージに階層情報として０を格納して送信する。
無線装置集約局１１から送信されたＤＩＯメッセージを受信した無線装置１０ｃは、ユーザ識別子リストの一例であるＭＡＣアドレステーブルを、受信したＤＩＯメッセージに基づいて更新する（ステップＳ１０２）。具体的には、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３が、ＡＮＴ部１０１および通信部１００を介してＤＩＯメッセージを受信し、メモリ１０４のＭＡＣアドレステーブルに無線装置集約局１１のユーザ識別子であるＭＡＣアドレスを登録することによりＭＡＣアドレステーブルを更新する。ユーザ識別子リストの一例であるＭＡＣアドレステーブルは、ＲＰＬの経路選択などに用いられる。なお、本実施の形態では、ＲＰＬを用いた手順に基づき説明するため、ユーザ識別子としてＭＡＣアドレスを用いるが、ユーザ識別子はＭＡＣアドレスに限定されず、各装置を一意に特定可能な識別情報であればよい。
図７は、無線装置１０ｃが保持するＭＡＣアドレステーブルの一例を示す図である。ＭＡＣアドレステーブルには、ユーザ識別子として、通信を行った相手先のＭＡＣアドレスと階層情報と、経路を識別する経路識別情報である経路ＩＤ（IDentifier）とが登録される。経路ＩＤとしては、ＲＰＬにおけるインスタンスＩＤとなるＲＰＬＩｎｓｔａｎｃｅＩＤを用いることができる。なお、経路ＩＤは、マルチホップ無線通信システム３０内で共有される識別子、すなわち各無線装置１０、無線装置集約局１１で共有される識別子であればよく、ＲＰＬＩｎｓｔａｎｃｅＩＤに限定されない。階層情報は、経路内の階層を示す情報である。図７に示す対象装置の欄は、どの装置に対応する情報であるかを識別するために便宜上設けているが、実際のＭＡＣアドレステーブルには対象装置の欄はなくてもよい。
図７では、３つの装置に対応する情報すなわち３つのレコードが登録されている。図６に示したステップＳ１０２が行われた後には、３つのレコードのうちの１番目のレコードのみがＭＡＣアドレステーブルに登録されている。
図６の説明に戻る。ステップＳ１０２の後、無線装置１０ｃは、階層情報すなわちランクを決定する（ステップＳ１０３）。具体的には、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、受信したＤＩＯメッセージ内の階層情報に１を加えた値を、無線装置１０ｃの階層情報と決定する。また、中継ノード選択部１０３は、受信したＤＩＯメッセージの送信元である上位の階層情報を持つ無線装置集約局１１のユーザ識別子および階層情報を、無線リソース管理部１０２へ渡し、無線リソース管理部１０２は、メモリ１０４の無線装置管理情報に無線装置集約局１１のユーザ識別子および階層情報を登録する。
図８は、無線装置１０ｃが保持する無線装置管理情報の一例を示す図である。この時、無線リソース管理部１０２は、ユーザ識別子としてＭＡＣアドレスをそのまま登録するだけではなく、ユーザ識別子の秘匿性の観点からＭＡＣアドレスに基づいて新たに生成した拡張ユーザ識別子を使用してもよい。図８では、無線装置管理情報は、ユーザ識別子と拡張ユーザ識別子と階層情報と補正値と経路ＩＤとCode Indexとを含む。なお、図８では、図７と同様に対象装置の欄が設けられているが、対象装置の欄は設けなくてもよい。図８に示すように、無線装置管理情報には、自装置の情報も格納される。また、送信先がブロードキャストアドレスである場合の階層情報は、例えば０といったようにマルチホップ無線通信システム３０内で共通の値が設定される。なお、図８に示した例では、図１に示した構成を前提としているため、無線装置１０ｃが送信する信号の宛先が最終的な信号の宛先と異なるものが含まれていないが、一般には、最終的な信号の宛先と無線装置１０が信号を送信する送信先の無線装置１０とは同一とは限らない。図８のユーザ識別子は直接的な送信先を示しているが、これとは別に信号の最終的な宛先を示す情報も管理されている。そして、経路制御プロトコルにより、信号の最終的な宛先に応じた直接的に送信先となる装置が定められている。ここでは、信号の最終的な宛先に応じた直接的に送信先の選択方法については説明を省略する。また、ユーザ識別子がブロードキャストアドレスである場合のレコードもあらかじめ格納される。以下の説明では、送信先とは直接的な送信先であるとして説明する。図８に示した項目のうち、ユーザ識別子、階層情報および経路ＩＤは、上述したようにＤＩＯメッセージに格納された情報であり、ＭＡＣアドレステーブルに登録される情報と同様である。補正値およびCode Indexについては後述する。
本実施の形態では、拡張ユーザ識別子としてＥＵＩ（Extended Unique ＩＤ）−６４を用いる例を説明するが、拡張ユーザ識別子はマルチホップ無線通信システム３０内で一意に識別可能なものであればよく、この例に限定されない。図９は、拡張ユーザ識別子としてＥＵＩ−６４を用いた場合の拡張ユーザ識別子の生成方法を示す図である。図９では、一例として、無線装置集約局１１のユーザ識別子であるＭＡＣアドレス「００：１１：２２：３３：４４：５５」を用いて拡張ユーザ識別子を生成する例を示している。図９に示すように、「２２」と「３３」の間に１２ビットが挿入されている。なお、ビットが挿入される位置、挿入するビットの値はこの例に限定されない。
補正値は、後述するスペクトラム拡散用パラメータの重複の検出において重複が検出された場合に用いられる。補正値の初期値は０に設定される。補正値の更新については後述する。Code Indexは、スペクトラム拡散用コードを識別するためのインデックスである。後述するように、Code Indexは経路ＩＤに基づいて決定される。図７に示したユーザ識別子リストであるＭＡＣアドレステーブルと、図８に示した無線装置管理情報とでは、一部の情報が重複している。前者は中継ノード選択部１０２がＲＰＬによる通信経路の決定のために使用され、後者は無線リソース管理部１０２のスペクトラム拡散用パラメータなどの生成に使用されるため、ここでは２つに分けて管理する例を説明した。しかしながら、ユーザ識別子リストと無線装置管理情報とを統合して１つの管理情報としてメモリ１０４に格納し、重複する情報を省略するようにしてもよい。
図６の説明に戻る。ステップＳ１０３の後、無線装置１０ｃは、スペクトラム拡散用パラメータであるスペクトラム拡散用の拡散コードを生成する（ステップＳ１０４）。具体的には、無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報を参照して、スペクトラム拡散用の拡散コードを生成する。
図１０は、拡散コードを生成する拡散コード生成部の構成例を示す図である。拡散コード生成部７００は、無線リソース管理部１０２内に設けられる。また、拡散コード生成部７００は、無線装置集約局１１の無線リソース管理部２０２内に設けられる。ここでは、無線リソース管理部１０２および無線リソース管理部２０２が、ユーザ識別子および経路制御で用いる情報を用いてハッシュ関数により計算されたハッシュ値を用いて前記無線パラメータの一例である拡散コードを決定する例を説明する。なお、拡散コード生成部７００は、無線装置１０内に無線リソース管理部１０２とは別に設けられてもよい。同様に、拡散コード生成部７００は、無線装置集約局１１内に無線リソース管理部２０２とは別に設けられてもよい。
図１０に示すように拡散コード生成部７００は、ハッシュ関数計算部７０１および選択部７０２を備える。ハッシュ関数計算部７０１は、ユーザ識別子、階層情報および補正値を用いてハッシュ関数によりハッシュ値を計算し、ハッシュ値をCode Indexとして選択部７０２へ出力する。選択部７０２は、拡散コードが格納された拡散コード表を複数保持している。複数の拡散コード表のそれぞれは、複数のCode Indexと各Code Indexに対応する拡散コードとを含む。図１１は、拡散コード表の一例を示す図である。図１１は、選択部７０２が保持する複数の拡散コード表のうちの１つの拡散コード表の一例を示している。図１１のCode Indexと記載された列に記載されている値がCode Indexであり、各Code Indexに対応する拡散コードが横方向に並んで示されている。図１１に示すように、拡散コード表は、Code Indexごとの拡散コードを含んでいる。なお、ここでは、拡散コードの一例としてGold符号を使用するが、拡散コードはこれに限定されない。複数の拡散コード表に含まれる拡散コードが、互いに異なるが、一部が重複していてもよい。複数の拡散コード表には、例えば、互いに拡散係数の異なる拡散コードが格納される。複数の拡散コード表には、それぞれインデックスで識別されるが、以下では、インデックス０に対応する拡散コード表を拡散コード表＃０、インデックス１に対応する拡散コード表を拡散コード表＃１といったように、インデックスｉに対応する拡散コード表を拡散コード表＃ｉと記載する。ｉは、０からｎまでの整数であり、ｎは選択部７０２が保持する拡散コード表の数に１を加えた整数である。
選択部７０２は、経路ＩＤをインデックスとして、複数の拡散コード表のなかから対応する拡散コード表を選択する。例えば、経路ＩＤが１の場合には拡散コード表＃１が選択される。図１２は、経路ＩＤと拡散コード表の対応の一例を示す図である。なお、経路ＩＤとインデックスは一致していなくてもよく、拡散コード表のインデックスと経路ＩＤが１対１に対応するように対応が定められていればよい。
選択部７０２は、選択した拡散コード表に基づいて、ハッシュ関数計算部７０１から入力されたCode Indexに対応する拡散コードを出力する。以上の処理により、拡散コード生成部７００は、ユーザ識別子、階層情報、補正値および経路ＩＤに基づいて、拡散コードを生成することができる。なお、ハッシュ関数計算部７０１にユーザ識別子のかわりに、拡張ユーザ識別子を入力してもよい。無線リソース管理部１０２は、生成された拡散コードを通信部１００に設定するとともに、無線装置管理情報にハッシュ関数計算部７０１から入力されたCode Indexを登録する。これにより、無線装置集約局１１に対応するスペクトラム拡散用パラメータである経路ＩＤ、ユーザ識別子、階層情報および補正値が確定する。すなわち、無線装置１０ｃは、無線装置集約局１１との通信時に使用するスペクトラム拡散用パラメータの生成を完了する。以降、無線装置１０ｃは、無線装置集約局１１との間の通信では、スペクトラム拡散用パラメータに基づいて拡散コードを生成し、生成した拡散コードを使用してスペクトラム拡散処理を行うことができる。なお、無線リソース管理部１０２は、Code Indexを無線装置管理情報に登録するたびに、スペクトラム拡散用パラメータの有無を確認する。スペクトラム拡散用パラメータが重複した時の動作は後述する。図６では、スペクトラム拡散用パラメータの重複の有無の確認において、重複が検出されなかった例を示している。
図６の説明に戻る。ステップＳ１０４の後、無線装置１０ｃは、ＤＩＯメッセージの応答メッセージとなるDestination Advertisement Object（以下、ＤＡＯと呼ぶ）メッセージをユニキャストにより無線装置集約局１１へ送信する（ステップＳ１０５）。なお、ブロードキャストで送信されたメッセージの応答では、ユニキャストであっても拡散コードの生成時には、無線装置管理情報内のユーザ識別子がブロードキャストに対応する情報を用いる。また、初期状態では、各無線装置１０は、ブロードキャストに対応するスペクトラム拡散用パラメータを用いて生成された拡散コードを用いて受信処理を行っているとする。または、ＤＩＯメッセージ、ＤＡＯメッセージはスペクトラム拡散処理が施されずに送信されていてもよい。具体的には、中継ノード選択部１０３が、通信部１００およびＡＮＴ部１０１を介して、ＤＡＯメッセージを送信する。ＤＡＯメッセージには、送信先アドレスとして無線装置集約局１１のアドレスが格納され、送信元アドレスとして無線装置１０ｃのアドレスが格納される。ＤＡＯメッセージには、無線装置１０ｃの階層情報も格納される。
無線装置集約局１１は、受信したＤＡＯメッセージに基づいてＭＡＣアドレステーブルに無線装置１０ｃの情報を追加することによりＭＡＣアドレステーブルを更新し（ステップＳ１０６）、拡散コードを生成する（ステップＳ１０７）。このとき、ハッシュ関数計算部７０１に入力する情報は、ＤＡＯメッセージの送信元に対応する情報、すなわち無線装置１０ｃに対応するユーザ識別子、階層情報、補正値および経路ＩＤである。ＤＡＯメッセージには、送信元である無線装置１０ｃの階層情報、補正値も格納されているとする。以降、無線装置集約局１１は、無線装置１０ｃへ信号を送信する際には、無線装置１０ｃに対応する拡散コードを用いてスペクトル拡散処理を行う。
また、図８で説明したように、無線装置管理情報には、自装置の情報も格納されている。したがって、無線装置集約局１１の無線装置管理情報に無線装置集約局１１に関する情報も格納されている。無線装置集約局１１は、無線装置集約局１１のユーザ識別子、階層情報および補正値に基づいて、無線装置１０ｃと同様にCode Indexを生成し、このCode Indexを無線装置管理情報に登録している。無線装置集約局１１は、無線装置１０から送信された信号の受信時には、無線装置集約局１１に対応するスペクトラム拡散用パラメータを用いて生成される拡散コードを用いてスペクトル拡散の逆拡散処理を実施する。これにより、無線装置集約局１１は、無線装置１０ｃから信号を受信したときに、無線装置１０ｃが無線装置集約局１１への送信時に用いた拡散コードと同一の拡散コードを用いてスペクトル拡散の逆拡散処理を行うことができる。このように、本実施の形態では、無線装置集約局１１および無線装置１０は、送信時には、無線装置管理情報に格納されている送信先の装置に対応する情報を用いて拡散コードを生成し、受信時には、無線装置管理情報に格納されている自装置の情報を用いて拡散コードを生成する。
ステップＳ１０５の後、無線装置１０ｃは、下位に接続される無線装置にＤＩＯメッセージを転送するため、ＤＩＯメッセージをブロードキャストで送信する（ステップＳ１０８）。このＤＩＯメッセージには、送信先のアドレスとしてブロードキャストアドレスが格納され、送信元のアドレスとして無線装置１０ｃのアドレスが格納される。また、ＤＩＯメッセージには、無線装置１０ｃの階層情報が格納される。
無線装置１０ａは、無線装置１０ｃからＤＩＯメッセージを受信すると、上述したステップＳ１０２〜ステップＳ１０５と同様に、ＭＡＣアドレステーブルの更新、階層情報の決定および拡散コードの生成およびＤＡＯメッセージの送信を行う（ステップＳ１１６〜Ｓ１１９）。同様に、無線装置１０ｂは、無線装置１０ｃからＤＩＯメッセージを受信すると、上述したステップＳ１０２〜ステップＳ１０５と同様に、ＭＡＣアドレステーブルの更新、階層情報の決定および拡散コードの生成およびＤＡＯメッセージの送信を行う（ステップＳ１０９〜Ｓ１１２）。
無線装置１０ｃは、ＤＩＯメッセージの送信後、無線装置１０ｂからＤＡＯメッセージを受信すると、ステップＳ１０６、Ｓ１０７と同様に、ＭＡＣアドレステーブルの更新および拡散コードの生成を行う（ステップＳ１１３，Ｓ１１４）。無線装置１０ｃは、無線装置１０ｂから受信したＤＡＯメッセージを無線装置集約局１１へ転送する（ステップＳ１１５）。無線装置１０ｃは、ＤＩＯメッセージの送信後、無線装置１０ａからＤＡＯメッセージを受信すると、ステップＳ１０６、Ｓ１０７と同様に、ＭＡＣアドレステーブルの更新および拡散コードの生成を行う（ステップＳ１２０，Ｓ１２１）。無線装置１０ｃは、無線装置１０ａから受信したＤＡＯメッセージを無線装置集約局１１へ転送する（ステップＳ１２２）。
以上のように、本実施の形態の無線パラメータ決定方法は、無線装置１０が、マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信ステップと、マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う経路制御ステップと、を含む。本実施の形態の無線パラメータ決定方法は、さらに、経路制御で用いる情報とマルチホップ無線通信システム３０を構成する複数の無線装置１０、無線装置集約局１１のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、通信ステップで用いられる無線パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、を含む。以上の手順により、無線装置１０および無線装置集約局１１は、各装置間の通信に使用するスペクトラム拡散用パラメータを他装置より割り当てられることなく自装置内で生成することが可能となる。これにより、他装置との無線リソース割当手続きを必要とせずにスペクトラム拡散通信を行う無線パラメータの自動設定を実現できる。なお、本実施の形態の無線パラメータの設定に関する動作に関しては、無線装置集約局１１の中継ノード選択部２０３、無線リソース管理部２０２は、無線装置１０の中継ノード選択部１０３、無線リソース管理部１０２とそれぞれ同様の動作を行う。
図１３は、本実施の形態にかかる無線装置１０のデータ送信処理手順の一例を示すフローチャートである。図１３では、図６に示す無線装置１０ｃがブロードキャスト送信またはユニキャスト送信処理の動作を例に挙げて説明する。無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、次にデータを転送する送信先ノードの選択を行う（ステップＳ２００）。ノードとは、マルチホップ無線通信システム３０内の無線装置１０および無線装置集約局１１である。ＲＰＬプロトコルを用いた場合、階層情報であるランクが下位の無線装置１０からデータを受信した場合、同一経路ＩＤを持ち、階層情報であるランクが上位となる無線装置１０を、送信先ノードとしてユーザ識別子リストから選択する。一方で、階層情報であるランクが上位の無線装置１０からデータを受信した場合、当該データのヘッダに含まれる次に転送する無線装置１０のユーザ識別子に基づき送信先ノードの選択を行う。本実施の形態では、無線装置１０ｃが送信先ノードとして無線装置１０ａを選択した例を説明する。なお、無線装置１０および無線装置集約局１１が送信する信号には、宛先のアドレス、送信元のアドレスおよび階層情報が含まれている。
送信先ノードを選択した無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、次にデータを転送する際のスペクトラム拡散用パラメータを設定するため、無線リソース管理部１０２に送信先ノードとして選択した無線装置１０ａのユーザ識別子を通知する。次に通信を行う送信先ノードを無線装置１０ａであることを認識した無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報より送信先ノード情報を検索する（ステップＳ２０１）。具体的には、無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報を参照して、無線装置管理情報に送信先ノードである無線装置１０ａの情報が有るか否かを確認するために、無線装置１０ａのユーザ識別子が無線装置管理情報に登録されているかを検索する。
無線装置管理情報の検索の結果、ユーザ識別子が登録されていた場合（ステップＳ２０２ Ｙｅｓ）、無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報の対応するレコードにCode Indexが登録されているか否かを確認する（ステップＳ２０３）。無線装置管理情報の対応するレコードにCode Indexが登録されている場合（ステップＳ２０３ Ｙｅｓ）、無線リソース管理部１０２は、登録されているCode Indexを用いてスペクトラム拡散用の拡散コードを生成して通信部１００に設定する（ステップＳ２０５）。
ステップＳ２０５の後、中継ノード選択部１０３は通信部１００、ＡＮＴ部１０１を経由したデータ送信処理を行う（ステップＳ２０６）。具体的には、例えば、中継ノード選択部１０３は、上位のノードから受信した制御信号を通信部１００、ＡＮＴ部１０１を経由して送信する。送信先ノードである無線装置１０ａは、自装置すなわち無線装置１０ａのスペクトラム拡散用パラメータを用いて生成された拡散コードを用いて受信処理を行っているので、ステップＳ２０６で送信された信号のスペクトラム拡散処理で用いられて拡散コードと同じ拡散コードを用いて逆拡散処理を行うことになる。したがって、無線装置１０ａは、通信経路でエラーが発生しなければ、ステップＳ２０６で送信された信号を正しく復調することができ、確認応答を無線装置１０ｃに送信する。
無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、ステップＳ２０６の送信処理によって送信した信号の送達確認を行っている。具体的には、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、信号を送信してから一定時間以内に、該信号に対応する確認応答を受信したか否かを判定する。送達確認が有ったか場合、すなわちステップＳ２０６で送信した信号の確認応答を一定期間内に受信した場合（ステップＳ２０７ Ｙｅｓ）、中継ノード選択部１０３はデータ送信処理を終了する。送達確認が無い場合、すなわちステップＳ２０６で送信した信号の確認応答を一定期間内に受信しなかった場合（ステップＳ２０７ Ｎｏ）、再送回数が閾値を超過したか否かを判断する（ステップＳ２０８）。
再送回数が閾値を超過していない場合（ステップＳ２０８ Ｎｏ）、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３はステップＳ２０６からの処理を繰り返す。再送回数が閾値を超過した場合（ステップＳ２０８ Ｙｅｓ）、中継ノード選択部１０３はデータ送信処理を終了する。
一方、ステップＳ２０２でＮｏの場合、およびステップＳ２０３でＮｏの場合、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、送信先ノードとしてブロードキャストに設定し（ステップＳ２０４）、無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２へ送信先ノードを通知する。その後、ステップＳ２０５以降の処理が実施される。送信先ノードとしてブロードキャストが設定された場合、無線リソース管理部１０２は、ステップＳ２０５では無線装置管理情報のユーザ識別子がブロードキャストアドレスに対応するレコードの情報に基づいて拡散コードを生成する。したがって、その後のステップＳ２０６では、ブロードキャストアドレスに対応するスペクトラム拡散用パラメータに基づいて生成された拡散コードが用いられる。無線装置１０ａでは、受信した信号の復調に一定回数以上失敗した場合などには、ブロードキャストアドレスに対応するスペクトラム拡散用パラメータに基づいて生成された拡散コードを用いて受信処理を行う。または、ブロードキャストアドレスで送信する際には、無線装置１０はスペクトラム拡散処理を行わずに信号を送信するようにしてもよい。
なお、本実施の形態における送信先ノードの選択処理では、ＲＰＬに基づいた送信先ノードの選択方法の一例について説明しているが、上述したとおり経路制御プロトコルはこれに限定されず、使用する経路制御プロトコルにしたがって送信先ノードを選択すればよい。
次に、スペクトラム拡散用パラメータが重複した時、すなわち拡散コードが重複した時の動作について説明する。図１４は、スペクトラム拡散用パラメータの重複が検出された時のスペクトラム拡散用パラメータの更新手順の一例を示すシーケンス図である。ここでは、無線装置１０ｃが無線装置１０ａとの間の通信で用いるスペクトラム拡散用パラメータと、無線装置１０ｃが無線装置１０ｂとの間の通信で用いるスペクトラム拡散用パラメータとが重複した場合における動作例を説明する。
ステップＳ１０１〜Ｓ１０５までは、図６で説明した例と同様であるため説明を省略する。ステップＳ１０５の後、無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、図６で説明した例と同様に、下位に接続される無線装置１０に無線装置集約局１１より受信したＤＩＯメッセージを転送するため、ＤＩＯメッセージをブロードキャストにより送信する（ステップＳ３００）。ＤＩＯメッセージを受信した無線装置１０ａの中継ノード選択部１０３は、ユーザ識別子リストであるＭＡＣアドレステーブルに、ＤＩＯメッセージ送信元の無線装置１０ｃのユーザ識別子を登録することによりＭＡＣアドレステーブルを更新する（ステップＳ３０１）。ＤＩＯメッセージを受信した無線装置１０ｂの動作および無線装置１０ｂからの応答を受信した無線装置１０ｃの動作は、図６のステップＳ１０９〜Ｓ１１５と同様であるため説明を省略する。
図１５は、無線装置１０ａが保持するＭＡＣアドレステーブルの一例を示す図である。図１５には、ＭＡＣアドレステーブルに、ステップＳ３０１によって、無線装置１０ｃのユーザ識別子が登録された状態を示している。
図１４の説明に戻り、次に、無線装置１０ａの中継ノード選択部１０３は、受信したＤＩＯメッセージに基づいて、マルチホップ無線通信システム３０の自装置の階層情報であるランクを決定する（ステップＳ３０２）。ランクの決定方法は、上述した例と同様であり、中継ノード選択部１０３は、ＤＩＯメッセージに格納されている階層情報に１を加えることにより、自装置の階層情報を決定する。無線装置１０ａの無線リソース管理部１０２は、無線装置１０ｃのユーザ識別子、拡張ユーザ識別子、階層情報、補正値、経路ＩＤを無線装置管理情報に登録する。
図１６は、無線装置１０ａが保持する無線装置管理情報の一例を示す図である。図１６では、図８の例と同様に、自装置の情報およびブロードキャストアドレスに対応する情報が予め登録されている。これらに加えて、図１６に示すように、無線装置１０ｃの情報が追加される。
図１４の説明に戻り、無線装置１０ａの無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報の無線装置１０ｃに対応するレコードの情報に基づいて拡散コードを生成する（ステップＳ３０３）。具体的には、無線装置１０ａの拡散コード生成部７００が、無線装置１０ｃのユーザ識別子、階層情報、補正値および経路ＩＤに基づいて拡散コードを生成する。また、無線装置１０ａの無線リソース管理部１０２は、ハッシュ関数計算部７０１によって計算されたCode Indexを無線装置管理情報に登録する。
無線装置１０ａの中継ノード選択部１０３は、ＤＩＯメッセージの応答となるＤＡＯメッセージをユニキャストで送信する（ステップＳ３０４）。無線装置１０ａよりＤＡＯメッセージを受信した無線装置１０ｃの中継ノード選択部１０３は、ＤＡＯメッセージの送信元として設定された無線装置１０ａのＭＡＣアドレスをユーザ識別子リストに登録することによりＭＡＣアドレステーブルを更新する（ステップＳ３０５）。無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、ＤＡＯメッセージに基づいて、無線装置１０ａのユーザ識別子、拡張ユーザ識別子、階層情報、補正値、経路ＩＤを無線装置管理情報に登録する。
図１７は、無線装置１０ｃが保持する無線装置管理情報の一例を示す図である。図１７に示した例では、図１４のステップＳ３０５の後、無線装置管理情報の更新が行われた後の状態を示しているため、無線装置１０ｃが保持する無線装置管理情報には、無線装置１０ｂに関する情報と無線装置１０ａに関する情報が登録されている。
無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報に無線装置１０ａに関する情報を追加することにより無線装置管理情報を更新すると、拡散コードを生成する（ステップＳ３０６）。また、無線リソース管理部１０２は、スペクトラム拡散用パラメータの重複の有無を確認する。ここでは、図１７に示すように、無線装置管理情報の無線装置１０ａと無線装置１０ｂとでスペクトラム拡散用パラメータが重複している。このため、無線リソース管理部１０２は、スペクトラム拡散用パラメータの重複を検出する（ステップＳ３０７）。
無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、スペクトラム拡散用パラメータの重複を検出すると、無線装置１０ａの補正値を変更することで暫定的にスペクトラム拡散用パラメータを更新し、拡散コードの更新を要求するための拡散コード更新要求メッセージを無線装置１０ａへ送信する（ステップＳ３０８）。拡散コード更新要求メッセージには、更新後の補正値が格納され、送信先アドレスとして無線装置１０ａのアドレスが格納され、送信元アドレスとして無線装置１０ｃのアドレスが格納される。なお、補正値の変更は例えば、登録されている補正値に一定値を加えることにより行われる。ここでは、この一定値を１とする。補正値の変更方法はこの例に限定されない。
無線装置１０ｂは、無線装置１０ａと同じ拡散コードを用いて受信処理を開始しているため、ステップＳ３０８で送信された拡散コード変更要求メッセージを受信できるが、送信先アドレスより自装置宛でないことを認識して該メッセージを廃棄する。無線装置１０ｃより拡散コード更新要求を受信した無線装置１０ａの無線リソース管理部１０２は、拡散コードを更新する（ステップＳ３０９）。詳細には、無線リソース管理部１０２は、無線装置管理情報内の自装置の補正値を更新する。無線リソース管理部１０２は、更新された補正値を用いて、Code Indexを算出し、算出したCode Indexで無線装置管理情報を更新する。これにより、スペクトラム拡散用パラメータが更新されることになり、拡散コードが更新される。
図１８は、スペクトラム拡散用パラメータが更新された後の無線装置１０ａが保持する無線装置管理情報の一例を示す図である。図１８では、図１７の状態から無線装置１０ａの補正値とCode Indexが変更されている。
図１４の説明に戻り、無線装置１０ａの無線リソース管理部１０２は、拡散コードの更新の後、拡散コード更新メッセージに対する応答である拡散コード更新応答メッセージを無線装置１０ｃに送信する（ステップＳ３１０）。なお、ここでは、拡散コードの更新手順にユニキャスト通信を使用しているが、更新対象となる無線装置のユーザ識別子を認識可能な情報を含むブロードキャスト通信を用いても良い。また、拡散コード更新メッセージを個別に定義するのではなく、他のメッセージの拡張ヘッダとして拡散コードの更新を要求することを示す情報を付加しても良い。
無線装置１０ａより拡散コード更新応答メッセージを受信した無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、拡散コードを更新する（ステップＳ３１１）。具体的には、無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、暫定的に決定した無線装置１０ａに対応する補正値でCode Indexを計算し、この補正値とCode Indexを無線装置管理情報に反映させることにより無線装置管理情報を更新する。これにより、無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、無線装置１０ａに対応する拡散コードを変更することができる。
図１９は、ステップＳ３１１の更新後の無線装置１０ｃが保持する無線装置管理情報の一例を示す図である。図１９に示すように、無線装置１０ｃが保持する無線装置管理情報は、無線装置１０ａに関する情報が図１７に示した例から更新されている。無線装置１０ｃの無線リソース管理部１０２は、更新した無線装置管理情報を参照してスペクトラム拡散用パラメータの重複の有無を判断する。ここでは、図１９に示すように、スペクトラム拡散用パラメータの重複が無かったとする。無線リソース管理部１０２は、ステップＳ３０４で受信したＤＡＯメッセージを無線装置集約局１１へ転送する（ステップＳ３１２）。
以上の処理により、各装置間の通信に使用するスペクトラム拡散用パラメータが重複した場合においても、重複を解消するようにスペクトラム拡散用パラメータを更新することができる。すなわち、無線装置１０および無線装置集約局１１は、通信相手の装置ごとに無線パラメータを決定し、複数の通信相手の装置間で無線パラメータが重複した場合、重複を解消するよう無線パラメータを変更する。そして、無線装置１０および無線装置集約局１１は、変更した無線パラメータに対応する通信相手の装置へ無線パラメータの変更を要求する。これによって、拡散コードの重複を避けてスペクトラム拡散通信を行うマルチホップ無線通信システム３０内の各装置の拡散コードの自動設定を実現できる。この時、無線装置１０、無線装置集約局１１の経路ＩＤ、ユーザ識別子および階層情報を用いることで、複数の通信経路を持つ無線装置１０が存在する場合でも、ユニキャスト通信時に指定された通信経路上の無線装置１０だけが信号を正しく復調できる。
なお、本実施の形態では、拡散コード表に登録する拡散コードの数すなわちCode Indexの数は、ある無線装置と通信可能な各装置間で拡散コードが重複しないように、適宜定めればよい。ある無線装置と通信可能な無線装置が多数ある場合には、拡散コード表に登録する拡散コードの数も多くしておけばよい。または、無線装置を設置するエリアごとに、用いる拡散コード表を定めるといったようにエリアごとに管理しても良い。エリアは、拡散コードが重複せずに無線通信を行うことができる範囲である。例えば、密に設置された無線装置が多数存在しても、本実施の形態では拡散コード表ごとにマルチホップ通信経路が確立されるため、複数の通信経路がオーバーレイするようなマルチホップ無線通信システムを構築することができる。つまり、エリアが異なるとは、電波が届かない場合だけでなく、電波が届いたとしても保持している拡散コード表が異なるために逆拡散できないといった場合も含まれる。拡散コード表の決定方法はこれらの方法に限定されない。また、本実施の形態では、送信先と通信を行うスペクトラム拡散用パラメータを決定する際に、無線装置１０および無線装置集約局１１は、無線装置管理情報内の送信先のユーザ識別子に対応する情報を用いた。これに限らず、無線装置１０および無線装置集約局１１が、本実施の形態の無線装置管理情報内の信号の送信元の装置に対応する情報を用いて拡散コードを生成するようにしてもよい。例えば、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式などのように通信を行う時間帯が各無線装置に割当てられているなどのルールが決まっている場合には、どの時間にどの無線装置から送信される可能性があるかがわかっている。したがって、無線装置１０および無線装置集約局１１は、メッセージの送信元のユーザ識別子を把握することができるので、送信元の装置に対応する情報を用いて拡散コードを生成することができる。
なお、本実施の形態では、ユーザ識別子、階層情報、補正値および経路ＩＤに基づいて拡散コードを生成する例を説明したが、無線装置１０および無線装置集約局１１を一意に識別可能な識別情報と、マルチホップ無線通信システム３０の経路制御で用いる情報とを用いて拡散コードを生成すればよく、使用する情報はユーザ識別子、階層情報、補正値および経路ＩＤに限定されない。ただし、この経路制御で用いる情報は、行うマルチホップ無線通信システム３０内で直接互いに送受信を行う装置間で共有できる情報である必要がある。共有できる情報の一例は、経路制御のためのメッセージに格納される情報である。なお、補正値については、例えば、重複が問題にならないような条件の時には用いる必要が無く、必須ではない。なお、無線装置集約局１１は集約局としての機能を有しているが広義の無線装置に属する。したがって、無線装置集約局１１は、マルチホップ無線通信システム３０を構成する無線装置である。
また、上述した例では、マルチホップ無線通信システム３０内の通信で用いる無線パラメータの一例としてスペクトラム拡散通信で用いられる拡散コード、すなわちスペクトラム拡散処理で用いる拡散コードを送信側の無線装置と受信側の無線装置とで一致させる例を説明した。これに限らず、無線通信に用いる変調方式、無線周波数、チャネル数、送信電力、帯域幅など、他の無線パラメータを送信側の無線装置と受信側の無線装置とで一致させる場合に、上述した方法を用いることもできる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、マルチホップ無線通信システム３０を構成する各装置が、ユーザ識別子およびマルチホップ通信経路に関連する情報から、無線パラメータの一例であるスペクトラム拡散用パラメータを自動生成することができる。これによって、無線装置の設置場所に応じたスペクトラム拡散用パラメータを事前設定しておく必要がなく、また他装置による拡散コードの割当て手順の実施も不要であるため無線リソースの消費を抑制することができる。これにより、本実施の形態では、メンテナンス性の向上を実現でき、無線リソースの消費を抑制することができる。また、受信側の装置が拡散コードを推定するための繰り返し演算などの処理も不要であるため、各無線装置１０における処理遅延も抑制することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 無線装置、１１ 無線装置集約局，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 制御対象装置、３０ マルチホップ無線通信システム、４０ 情報センター、５０ 広域通信網、１００，２００ 通信部、１０１，２０１ アンテナ（ＡＮＴ）部、１０２，２０２ 無線リソース管理部、１０３，２０３ 中継ノード選択部、１０４，２０４ メモリ、１０５，２０６，３０６ 電源部、１０６ 外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、２０５，３００ 有線インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、３０１ 情報管理部、３０２ 表示部、３０３ 入力部、３０４ 制御部、３０５ 記憶装置、４００ 制御回路、４０１ プロセッサ、４０２ メモリ、７００ 拡散コード生成部、７０１ ハッシュ関数計算部、７０２ 選択部。

Claims (10)

  1. マルチホップ無線通信システムを構成する無線装置であって、
    前記マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信部と、
    前記マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う中継ノード選択部と、
    前記経路制御で用いる情報と前記マルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、前記通信部で用いられる無線パラメータを決定する無線リソース管理部と、
    を備えることを特徴とする無線装置。
  2. 前記経路制御で用いる情報は、経路を識別する経路識別情報と、前記経路内の階層を示す階層情報とを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
  3. 前記無線リソース管理部は、前記装置識別情報および前記経路制御で用いる情報を用いてハッシュ関数により計算されたハッシュ値を用いて前記無線パラメータを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
  4. 前記無線パラメータは、スペクトラム拡散通信で用いられる拡散コードであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の無線装置。
  5. 前記無線リソース管理部は、通信相手の装置ごとに前記無線パラメータを決定し、複数の前記通信相手の装置間で前記無線パラメータが重複した場合、重複を解消するよう前記無線パラメータを変更し、変更した前記無線パラメータに対応する前記通信相手の装置へ無線パラメータの変更を要求することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の無線装置。
  6. 複数の無線装置を備えるマルチホップ無線通信システムにおいて無線装置を集約する無線装置集約局であって、
    前記マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信部と、
    前記マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う中継ノード選択部と、
    前記経路制御で用いる情報と前記マルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、前記通信部で用いられる無線パラメータを決定する無線リソース管理部と、
    を備えることを特徴とする無線装置集約局。
  7. 請求項１から５のいずれか１つに記載の無線装置と、
    請求項６に記載の無線装置集約局と、
    を備えることを特徴とするマルチホップ無線通信システム。
  8. マルチホップ無線通信システムを構成する無線装置における無線パラメータ決定方法であって、
    前記マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信ステップと、
    前記マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う経路制御ステップと、
    前記経路制御で用いる情報と前記マルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、前記通信ステップで用いられる無線パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
    を含むことを特徴とする無線パラメータ決定方法。
  9. マルチホップ無線通信システムを構成する無線装置を制御するための制御回路であって、
    前記マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信ステップと、
    前記マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う経路制御ステップと、
    前記経路制御で用いる情報と前記マルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、前記通信ステップで用いられる無線パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
    を前記無線装置に実行させることを特徴とする制御回路。
  10. マルチホップ無線通信システムを構成する無線装置を制御するためのプログラムであって、
    前記マルチホップ無線通信システム内で無線通信を行う通信ステップと、
    前記マルチホップ無線通信システムの経路制御を行う経路制御ステップと、
    前記経路制御で用いる情報と前記マルチホップ無線通信システムを構成する複数の無線装置のそれぞれを識別する装置識別情報とに基づいて、前記通信ステップで用いられる無線パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
    を前記無線装置に実行させることを特徴とするプログラム。
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