JP7152636B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばビッグデータの収集に適用して好適な通信装置及び通信方法に関する。

近年ありとあらゆるモノを無線通信で収容し、膨大な量の情報（ビッグデータ）を収集して解析することで新たな価値創造を行うシステムの構築が進んでいる。このシステムにおける最重要課題の一つは、如何に網羅的に情報を収集する無線ネットワークを構築するかである。ＬＴＥ(Long Term Evolution)などの公衆無線回線や公衆有線回線を使用可能な状況であればこれらを使用すれば良いが、コスト面、セキュリティ面、要求通信量面からこのような公衆無線回線を利用することが難しい場合がある。又はそもそも物理的に利用可能なエリア外でシステムを運用する場合もある。この場合、自営無線として広域をカバーできる無線ネットワークを構築することが必要となるが、一つの無線機でカバーできる領域には限りがあるため、複数の無線端末（無線基地局）を用いた無線中継ネットワークを構築する必要がある。例えば特許文献１には、ビッグデータの分析に関する技術が記載されている。

特開２０１６－０７６２１７号公報

ビッグデータを収集するような大規模無線中継ネットワークでは時事刻々と各端末（各基地局または各中継局）に発生する要求通信量が変化し、どの中継リンクにどれだけの無線リソース（帯域幅・通信フレーム数など）を割り当てれば良いかが問題となる。

また、大規模無線中継ネットワークを構築する際は、どの端末（基地局）同士を中継させるか、その中継経路を決定することも課題である。電源を入れた端末（基地局）から順番にネットワークに参加するのが現状であるが、これではネットワーク全体で見た場合に最適な経路とならない場合が多く問題である。また、各基地局が収容できる子基地局数に制限がある場合は、そもそもネットワークに参加できない基地局も発生するおそれがある。

したがって、本発明の目的は、無線リソースの最適な割当、並びに最適な経路を可能とする通信装置及び通信方法を提供することにある。

本発明は、サブルート局を含むサブツリーの１以上によって無線ネットワークが構成され、
サブルート局がサブツリーに含まれる子局が有する要求無線リソース割当情報を収集し、該割当要求情報に対してサブルート局自身の要求無線リソース割当情報を加算したものを受信し、サブルート局に対してサブツリー全体で利用可能な無線リソース情報を通知する通信装置である。
また、本発明は、かかる処理を行う通信方法である。
本発明は、サブルート局が通知された無線リソース情報に基づいてサブルート局自身と子局に無線リソースを割り当てる通信装置である。
また、本発明は、かかる処理を行う通信方法である。
本発明は、接続可能な局間における単位データ送信の所要無線リソース量を計算し、
収集基地局と各中継局間のＥ２Ｅ（End-to-End）所要無線リソース量を計算し、
求められた無線リソース量が最小となる経路を選択するようにした通信装置である。
また、本発明は、かかる処理を行う通信方法である。

少なくとも一つの実施形態によれば、時事刻々と変化する各端末（もしくは基地局または中継局）の通信要求量に対応して、柔軟な無線リソース割当を行うことが可能となる。また、ネットワークを管理するサーバに収集される各端末（もしくは基地局または中継局）の情報や各リンク間の通信品質などの情報を基に、どの端末（もしくは基地局または中継局）同士を接続すれば効率的な無線中継ネットワークを構築できるか、その中継経路を自動的に生成することができる。さらに、本発明による無線リソース割当と本発明による経路選択を繰り返し行うことで、ネットワークを構成する各端末（もしくは基地局または中継局）の時事刻々と変化する通信状況や通信要求量に柔軟に対応し、最適な無線中継ネットワーク状況を実現することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明を適用できる広域Ｗｉ－ＲＡＮの概要を示す略線図である。 図２は、収集基地局の概略的構成を示すブロック図である。 図３は、中継局の概略的構成を示すブロック図である。 図４は、処理の全体の流れを示すフローチャートである。 図５Ａ乃至図５Ｃは、無線リソース割当の種類の説明に使用する略線図である。 図６は、無線リソース割当の処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、無線リソース割当の処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、無線リソース割当の処理の一例を説明するための略線図である。 図９は、無線リソース割当の処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、無線リソース割当の処理の一例を説明するための略線図である。 図１１は、無線リソース割当の処理の流れを示すフローチャートである。 図１２は、無線リソース割当の処理の一例を説明するための略線図である。 図１３は、無線ネットワークシステムの一例の略線図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、各局に付加されるＩＤを説明するための略線図である。 図１５は、各局の要求トラヒック量の一例を示す略線図である。 図１６は、無線リソース割当の一例を示す略線図である。 図１７は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図１８は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図１９は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２０は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２１は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２２は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２３は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２４は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２５は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２６は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２７は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２８は、ＵＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図２９は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３０は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３１は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３２は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３３は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３４は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３５は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３６は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３７は、ＤＳ無線リソース割当手順の説明に使用する略線図である。 図３８は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図３９は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４０は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４１は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４２は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４３は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４４は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用するフローチャートである。 図４５は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４６は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４７は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。 図４８は、経路選択のアルゴリズムの説明に使用する略線図である。

以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
なお、本発明の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜１ 本発明の一実施の形態＞
＜２ 変形例＞

＜１ 本発明の一実施の形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明に係る通信装置及び通信方法の一実施の形態について説明する。図１に例えばビッグデータを収集するための広域無線通信システム（広域Ｗｉ－ＲＡＮ(Wireless Regional Area Network）と適宜称する）を示す。構成端末の種別区分・機能は、下記の表１に示す通りである。本発明は、かかるＷｉ－ＲＡＮにおける基幹回線を使用する通信に対して適用されるものである。

表１中で、Ｗｉ－ＳＵＮ(Wireless Smart Utility Network)（登録商標）は、特定省電力無線やSub-GHz（サブギガヘルツ）といわれる無線周波数帯を使用する無線通信規格のことである。日本では９２０ＭHz帯に相当する。

また、この広域Ｗｉ－ＲＡＮの概要を以下に示す。
ツリートポロジ構造を有する。
ダウンストリーム（ＤＳと表記する）：一つの収集基地局（ＢＳ・ＢＳ－Ｓ・ＢＳ－Ｌ・もしくはＢＳ－ＬＳ）から複数の中継局（ＲＳ・もしくはＲＳ－Ｓ）にマルチプルアクセス
ダウンリンク（ＤＬ）：下り方向の局間の通信

アップストリーム（ＵＳと表記する）：複数の中継局が上位の中継局にマルチプルアクセス、最終目的地は一つもしくは複数の収集基地局のみ
アップリンク（ＵＬ）：上り方向の局間の通信
ＢＳは、広域Ｗｉ－ＲＡＮのルート局であり、自営回線を通じてインターネットもしくはクラウドに接続可能な無線機
ＢＳ－Ｓは、広域Ｗｉ－ＲＡＮのルート局であり、自営回線を通じてインターネットもしくはクラウドに接続可能な無線機であり、さらにＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網とのブリッジ機能もしくはＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網の収集基地局機能を備えている無線機
ＢＳ－Ｌは、広域Ｗｉ－ＲＡＮのルート局であり、ＬＴＥ回線もしくは自営回線を通じてインターネットもしくはクラウドに接続可能な無線機
ＢＳ－ＬＳは、広域Ｗｉ－ＲＡＮのルート局であり、ＬＴＥ回線もしくは自営回線を通じてインターネットもしくはクラウドに接続可能な無線機であり、さらにＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網とのブリッジ機能もしくはＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網の収集基地局機能を備えている無線機
ＲＳは、Ｗｉ－ＲＡＮの中継機能を有する無線機
ＲＳ－Ｓは、Ｗｉ－ＲＡＮの中継機能を有する無線機であり、さらにＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網とのブリッジ機能もしくはＷｉ－ＳＵＮなどのローカルデータ収集網の収集基地局機能を備えている無線機

図２は、収集基地局（図１中の収集基地局ＢＳ、収集基地局ＢＳ－Ｌ等）の概略的構成を示す。収集基地局１０は、無線処理部１１及びスケジューラサーバ２１を有する。無線処理部１１は、無線通信のための高周波処理部１２及びベースバンド処理部１３を備えている。無線処理部１１に対してスケジューラサーバ２１が設けられている。スケジューラサーバ２１によって、無線リソース割当の制御と経路選択の制御がなされる。無線リソース割当の制御は、無線リソース要求量収集解析部２２と、無線リソース割当算出部２３によってなされる。経路選択の制御は、各中継局／中継リンクに関する回線品質情報収集解析部２４と最適中継経路算出部２５によってなされる。なお、本明細書では、無線リソースは、ネットワーク無線リソースを意味する。

図３は、中継局（図１中の中継局ＲＳ、中継局ＲＳ－Ｓ等）の概略的構成を示す。中継局３０は、無線処理部３１及び中継制御部４１を有する。無線処理部３１は、無線通信のための高周波処理部３２及びベースバンド処理部３３を備えている。無線処理部３１に対して中継制御部４１が設けられている。中継制御部４１によって、無線リソース割当の制御と経路選択の制御がなされる。無線リソース割当の制御のために、無線リソース割当部４２、収集システムとの接続部４３が設けられている。経路選択の制御のために、経路切替部４４、回線品質センシング部４５、無線リソース割当指示部４６及び経路切替指示部４７を有する。

「無線リソース割当処理の概略」
図４は、本発明の一実施の形態における無線リソース割当の処理の全体の流れを示すフローチャートであり、以下のような処理がなされる。
ステップＳ１：スケジューラサーバの電源がＯＮとされる。
ステップＳ２：収集基地局の電源がＯＮとされる。
ステップＳ３：中継局の電源がＯＮされる。

ステップＳ４：収集基地局からのビーコンが見えるかどうか判定される。
ステップＳ５：ビーコンが見えると判定されると、無線リソース割当アルゴリズムの処理がなされる。

ステップＳ６：ステップＳ４において、ビーコンが見えないと判定されると、収集基地局に既に接続された中継局からのビーコンが見えるかどうか判定される。
ステップＳ７：ステップＳ６において、ビーコンが見えないと判定されると、中継局が待機する。
ステップＳ８：無線回線状況の変化、新規中継局の参入などが発生したことが検出される。この場合は、処理がステップＳ５（無線リソース割当アルゴリズムの処理）に戻る。

「無線リソース割当」
無線リソース割当において、（ＵＳ(Up Stream)・ＤＳ(Down Stream)比）は、使用するシステムに応じて可変される。図５Ａは、ＵＳ重視型の無線リソース割当を示す。ＵＳの要求量が多いシステム向けに好適である。ＤＳの割当量は、ＵＳの割当量に応じて決定する。図５Ｂは、ＤＳ重視型の無線リソース割当を示す。ＤＳの要求量が多いシステム向けに好適である。ＵＳの割当量は、ＤＳの割当量に応じて決定する。図５Ｃは、ＵＳ・ＤＳ両重視型の無線リソース割当を示す。ＵＳ要求量とＤＳの要求量が同程度のシステム向けに好適である。ＤＳの割当量とＵＳの割当量を個別に決定する。なお、一例として、無線リソースには、周波数関連の無線リソース、時間軸関連の無線リソースなどが含まれる。図５において例えば縦軸が周波数関連の無線リソースを表し、横軸が時間関連の無線リソースを表している。無線リソース割当量は、矩形領域の面積で表される。

「無線リソース割当の処理」
図６は、無線リソース割当の処理の流れの一例を示すフローチャートであり、以下のような処理がなされる。
ステップＳ１１：ＵＳ・ＤＳ比が決定される。
ステップＳ１２：ＵＳ型（ＵＳ重視型）かどうかが判定される。
ステップＳ１３：ステップＳ１２において、ＵＳ型と判定されると、ＵＳ要求無線リソース量が取得される。
ステップＳ１４：ＵＳ割当無線リソースが決定される。
ステップＳ１５：ＵＳ割当無線リソースと同割合でＤＳ割当無線リソースを決定する。

ステップＳ１６：ステップＳ１２において、ＵＳ型でないと判定されると、ＤＳ型（ＤＳ重視型）かどうかが判定される。
ステップＳ１７：ステップＳ１６において、ＤＳ型と判定されると、ＤＳ要求無線リソース量が取得される。また、ＤＳ割当無線リソースが決定される。
ステップＳ１８：ＤＳ割当無線リソースと同割合でＵＳ割当無線リソースを決定する。

ステップＳ１９：ステップＳ１６において、ＤＳ型でないと判定されると、ＵＳ要求無線リソース量が取得される。
ステップＳ２０：ＵＳ割当無線リソースが決定される。
ステップＳ２１：ＤＳ要求無線リソース量が取得され、ＤＳの割当無線リソースが決定される。
以上の図６に示すフローチャートの処理が定期的に繰り返される。

「ＵＳにおける要求無線リソース量取得」
図７は、ＵＳにおける要求無線リソース量取得の処理の流れの一例を示すフローチャートであり、以下のような処理がなされる。また、図８は、「ＡＡ」をサブルート局とした時のサブツリーにおける具体例を示している。本具体例におけるサブツリーは、「ＡＡ」「ＡＡＡ」「ＡＡＢ」「ＡＡＡＡ」「ＡＡＡＢ」によって構成される。

ステップＳ３１：自局の要求無線リソース量取得。
ステップＳ３２：新規参入局の有無が判定される。
ステップＳ３３：ステップＳ３２において、新規参入局があると判定されると、新規参入用フレーム割り当て（サイズは任意）がなされる。

ステップＳ３４：子局の有無が判定される。
ステップＳ３５：ステップＳ３４において、子局があると判定されると、子局毎の要求無線リソース量が取得される。
ステップＳ３６：自局の要求無線リソース量と子局の要求無線リソース量の和を親局に要求する。
ステップＳ３７：各局の要求無線リソース量の比率もしくは絶対値を保存する。
ステップＳ３８：ステップＳ３４において、子局がないと判定されたときには、自局の要求無線リソース量を親局に要求する。そして、ステップＳ３７に処理が移行する。

図８において、「Ａ」又は「Ｂ」は、局ＩＤを表している。「ＡＡ」をサブルート局とした時には、「ＡＡＡ」及び「ＡＡＢ」が子局となる。「ＡＡＡ」の自局の要求無線リソース量が「２」であり、「ＡＡＡ」に対する子局の要求無線リソース量が「６」であるので、「ＡＡＡ」は、「自局の要求無線リソース量＋子局の要求無線リソース量＝２＋６＝８」となる。「ＡＡＢ」に関しては、「自局の要求無線リソース量＋子局の要求無線リソース量＝４＋２＝６」とする。したがって、「ＡＡ」では、「自局の要求無線リソース量＋子局の要求無線リソース量＝４＋８＋６＝１８」となる。「ＡＡ」は、親局に対して「１８」を要求する。

「ＵＳ割当無線リソース決定」
図９は、無線リソース割当決定処理におけるＵＳ割当無線リソース決定の処理の流れの一例を示すフローチャートであり、以下のような処理がなされる。また、図１０は、「ＡＡ」をサブルート局とした時のサブツリーにおける具体例を示している。サブツリーは、「ＡＡ」「ＡＡＡ」「ＡＡＢ」によって構成される。

ステップＳ４１：親局から自局を頂点とするサブツリーに関するＵＳ割当を取得する。 ステップＳ４２：子局と自局の要求無線リソース量の比率もしくは絶対値に応じて無線リソースを割り当て、子局に通知する。

図１０は、「ＡＡ」をサブルート局とした時のサブツリーの例を示している。「Ａ」（ＡＡの親局）からＵＳ用の３６の無線リソースが割り当てられるとする。この「Ａ」から割り当てられた無線リソースを（４：８：６）の割合で、すなわち、「ＡＡ」に対して８無線リソースを割り当て、「ＡＡＡ」に対して１６無線リソースを割り当て、「ＡＡＢ」に対して１２無線リソースを割り当てる。これらの割り当てを子局に通知する。絶対値の例としては、バイト数、フレーム数などである。

「ＤＳ要求無線リソース量の取得・ＤＳ割当無線リソース決定の処理」
図１１は、無線リソース割当決定処理におけるＤＳ要求無線リソース量の取得・ＤＳ割当無線リソース決定の処理の流れの一例を示すフローチャートであり、以下のような処理がなされる。また、図１２は、「ＡＡ」をサブルートとした時のサブツリーにおける具体例を示している。
ステップＳ５１：収集基地局にて各局宛のＤＳトラヒック量を把握、トラヒック量の比率もしくは絶対値に応じて子局へ無線リソースを割り当てる。絶対値は、バイト数、フレーム数などである。
ステップＳ５２：親局から割り当てられた無線リソースから自局向けのものを除き、子局へ無線リソースを割り当てる。

図１２は、「ＡＡ」をサブルート局とした時のサブツリーの例を示している。サブツリーは、「ＡＡ」「ＡＡＡ」「ＡＡＢ」によって構成される。サブルート局としての「ＡＡ」は、子局としての「ＡＡＡ」のトラヒック量（例えば１０）と「ＡＡＢ」のトラヒック量（例えば４）を把握する。

「ＡＡ」は、「Ａ」（ＡＡの親局）からＤＳ用の無線リソースとして１６が割り当てられたことを受信する。「ＡＡ」は、自局宛の無線リソース（２）を除いた１４を子局のＤＳトラヒック量の比率（１０：４）もしくは絶対値に応じて割り当てる。

「無線リソース割当の説明」
本発明の一実施の形態における無線リソース割当についてより詳細に説明する。以下に説明する無線リソース割当の制御は、基本的に上述のものと同様である。無線ネットワークシステムの一例を図１３に示す。無線ネットワークは、ＴＤ／ＭＭ(Top-Down and Middle Management)型ＴＤＤ双方向マルチポップと称されるものである。

一例として、第１層から第４層までの階層を有する。各局に付されている文字は、局ＩＤを表している。図１４Ａに示すように、例えば「ＡＡＡ」の局ＩＤの上位の「ＡＡ」が親局（図においては、Parentと表記する。）のＩＤを示し、下位の「Ａ」が兄弟局（図においては、Siblingと表記する。）のＩＤを示す。例えば「ＡＡＡ」と「ＡＡＢ」は、兄弟局である。さらに、「ＡＢＡ」は、従兄弟局（図においては、Cousinと表記する。）を示す。サブツリーは、ある局を頂点とする三角形の接続で表される。図１３では、「ＡＡＡ」をサブルート局とするサブツリーが示されている。

基本動作の概要について説明する。
各リンクにはリソースブロック（無線リソースの割り当て単位）を割り当てる。
各サブルートにおける基本動作については、以下の通りである。
１．サブルート局が子局のそれぞれが持つ各層要求無線リソース割当情報を収集する。
２．上記収集情報にサブルート局自身の要求無線リソース割当情報を追加して親局に報告する。
３．親局からサブルート局に対してサブツリー全体で利用可能な各層無線リソース情報が配信される。
４．上記割当無線リソースをサブルート局自身と子局に分配
なお、各局は自身の無線リソース要求量の中に新規参入局用の無線リソース量を含める。

無線リソースブロックの割当方法としては三つの方法がある。
第１の方法は、同一階層のリンクは周波数方向に分割する。異なる階層のリンクは時間方向に分割する。
第２の方法は、サブキャリア（周波数方向）には分割せず，各リンクを時間方向のみに分割する。
第３の方法は、各リンクを周波数方向および時間方向に分割する。

「無線リソース割当の具体例」
図１３に示す無線ネットワークシステムにおける各局の要求トラヒック量の一例を図１５に示す。図１４Ｂに示すように、例えば「ＡＡ」の局の箱の左側に対して付加されている数字（２／１，３）の「２」は、ＵＳ要求トラヒック量を表し、「１」は、子局（図においては、Childと表記する。）であるＡ局宛のＤＳ要求トラヒック量を表し、「３」は、子局であるＢ局宛のＤＳ要求トラヒック量を表す。また、箱の右側に対して付加されている「→２」は、ＡＡ局宛のトラヒック量を表し、「←４」は、ＡＡ局で発生した自局の要求トラヒック量を表す。

図１５に示す例に対応する無線リソース割当の結果を図１６に示す。図１６において、横軸が時間（ＴＤＤ）スロットを表し、縦軸が論理割当ブロックサイズを表す。また、無線リソース割当は、異なる階層の局間のＵＳ及びＤＳのそれぞれに対してなされる。以下、かかる無線リソース割当の手順について順に説明する。

「ＵＳ無線リソース割当手順（１－１）」
各サブルート局は自身のサブツリーの各層におけるＵＳ要求トラヒック量合計値を収集し親局に報告する。図１７に第４層のサブルート局が自身のサブツリーのＵＳトラヒック量合計値を収集し、第３層の親局に報告する例が示されている。

「ＵＳ無線リソース割当手順（１－２）」
各サブルート局は自身のサブツリーの各層におけるＵＳ要求トラヒック量合計値を収集し親局に報告する。図１８に第３層のサブルート局が自身のサブツリーのＵＳトラヒック量合計値を収集し、第２層の親局に報告する例が示されている。

「ＵＳ無線リソース割当手順（１－３）」
各サブルート局は自身のサブツリーの各層におけるＵＳ要求トラヒック量合計値を収集し親局に報告する。図１９に第２層のサブルート局が自身のサブツリーのＵＳトラヒック量合計値を収集し、第１層の親局に報告する例が示されている。

「ＵＳ無線リソース割当手順（２－１）」
ルート局／各サブルート局は、自身の子局にサブツリーの各層におけるＵＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図２０に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図２１及び図２２は、この通知の処理を順番に表している。

「ＵＳ無線リソース割当手順（２－２）」
ルート局／各サブルート局は自身の子局にサブツリーの各層におけるＵＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図２３に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図２４、図２５及び図２６は、この通知の処理を順番に表している。

「ＵＳ無線リソース割当手順（２－３）」
ルート局／各サブルート局は自身の子局にサブツリーの各層におけるＵＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図２７に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図２８は、この通知の処理を順番に表している。

「ＤＳ無線リソース割当手順（１）」
収集基地局にて各局宛のDSトラヒック量を把握

「ＤＳ無線リソース割当手順（２－１）」
ルート局／各サブルート局は、自身の子局にサブツリーの各層におけるＤＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図２９に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図３０及び図３１は、この通知の処理を順番に表している。

「ＤＳ無線リソース割当手順（２－２）」
ルート局／各サブルート局は自身の子局にサブツリーの各層におけるＤＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図３２に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図３３、図３４及び図３５は、この通知の処理を順番に表している。

「ＤＳ無線リソース割当手順（２－３）」
ルート局／各サブルート局は自身の子局にサブツリーの各層におけるＤＳ割当無線リソースの周波数方向ＲＢ数比率・順列を通知する。図３６に通知されるＲＢ数比率・順列の具体例が示されている。図３７は、この通知の処理を順番に表している。

「経路選択の説明」
本発明の一実施の形態における経路選択についてより詳細に説明する。なお、「新規参入」とは、ネットワークに局が新規追加されることを意味する。「変調方式切替」とは、状況に応じてＭＣＳ(Modulation coding scheme)を変更する処理である。「経路選択」は、ＭＣＳを基に、全体の所要無線リソースが小さくなるよう経路を策定する制御である。選択可能なＭＣＳの一例を下記の表２に示す。

なお、本発明の一実施の形態では、経路選択の制御と無線リソース割当の制御の両者を繰り返し行うようにしている。両方の制御を比較すると、経路選択の制御がなされる頻度に比較して、無線リソース割当の制御がなされる頻度が高いものとされる。

経路選択の目標の一つは、各中継局が少ない無線リソース量でマルチホップ送受信を行い、ネットワーク全体で必要となる無線リソース使用量を削減することである。すなわち、単位無線リソースあたりの伝送量を多くするため、伝送速度が大きい経路（所要無線リソース量が小さい経路）を選択する。また、目標の他のものは、ホップ数を削減し、制御しやすさを向上することである。所要無線リソース量の増加がなければ、収集基地局までのホップ数が少ない局（上位局）を選択する。なお、本発明の一実施の形態では、接続可能台数の制限がある。例えば各ＲＳなどの局が接続できる子局は３台以下である。負荷の増加量の大小により接続する局を選択する。なお、接続できる子局の数を制限するのは、基幹回線を通じて大量のデータを通信するためである。上記の接続制限数「３台」はあくまでも例であり任意に設定が可能である。

「経路選択のアルゴリズム」
新規参入の場合には、周囲局の探索を行い、発見した局へ接続する。
経路選択の場合には、接続可能な局の情報、それらの局間の所要無線リソース量情報に基づいて全経路を構築する。もし、構築した経路において、接続可能局数の上限を上回っている場合は再構築する

図３８を参照して経路選択のアルゴリズムの処理の流れについて説明する。
ステップＳ６１：局を配置
ステップＳ６２：接続可能な局間における単位データ送信の所要無線リソース量を計算する。
ステップＳ６３：収集基地局から各中継局までのＥ２Ｅ（End-to-End：二者間を結ぶ経路）の所要無線リソース量を計算する。

ステップＳ６４：最小となる経路を各中継局で選択する。
ステップＳ６５：中継局が４つ以上接続している中継局の有無が判定される。
ステップＳ６６：ステップＳ６５において、中継局が４つ以上と判定されると、再構築がなされる。
ステップＳ６７：ステップＳ６５において、中継局が４つ未満と判定されると、経路選択が完了する。なお、しきい値（４）は、一例であり、他の値でもよい。

図３９のフローチャートは、ステップＳ６４における接続先決定時の優先順位を示す。
ステップＳ７１：Ｅ２Ｅ所要無線リソース量が小さい経路
ステップＳ７２：同値のときは、収集基地局までのホップ数が小さい経路
ステップＳ７３：それでも1つに選びきれないときは、経路変更前の要求無線リソース量が小さい経路

「Ｅ２Ｅ所要無線リソース量の計算法」
単位パケットがそれぞれのリンクを通過するときに必要な所要無線リソース量を計算する。なお、所要無線リソース量は、単位パケットが当該リンクを通過するときに必要な無線リソース量のことである。以下の例では無線リソース量として通信フレーム数で考えた場合を示す。
図４０の例において、局Ｃが局Ａへ送信する場合には、（局Ｃ→局Ｂ）で２フレームが必要で、（局Ｂ→局Ａ）で４フレームが必要で、合計６フレームが必要となる。
局Ｅがツリーに参加する場合には、親局候補の局Ｃ及びＤとのリンクは同じ階層であり、ＥＣ間及びＥＤ間は、共に２フレーム必要であり、接続先（親局）を決定することができない。

図４１に示すように、各リンクの必要フレーム数を加算する。図４１中で、太文字の数字が該当局から局Ａまでの総フレーム数を表している。したがって、局Ｅが局Ｃを介して局Ａへ送信する場合には、（２＋２＋４＝８）フレームが必要とされ、局Ｅが局Ｄを介して局Ａへ送信する場合には、（２＋３＋４＝９）フレームが必要とされる。したがって、局Ｅは、所要フレーム数が小さい局Ｃを親にする場合が最適であると決定される。

ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio：搬送波レベル対干渉・雑音比）からＭＣＳ（前出の表２を参照）が決定される。例えばＣＩＮＲの平均値からＭＣＳが決定される。分散も考慮してもよい。さらに、平均値以外の値を使用してもよい。ＭＣＳが決定されると、ＭＣＳにより伝送速度が計算可能である。図４２は、ＣＩＮＲと伝送速度の関係の一例を示している。ＣＩＮＲから伝送速度を算出することも可能である。伝送速度情報から算出される単位データ送信の所要フレーム数が経路選択に使用される。なお、ＣＩＮＲ以外にＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indication/Indicator)などの回線品質を表す他の指標を使用してもよい。

ＭＣＳ切替周期と経路切替周期の関係については、（ＭＣＳ切替周期＜経路切替周期）とされる。なお、経路切り替え周期以内にＭＣＳが切り替わることが許容される。頻繁にＭＣＳ切替を行うことは必要ない。

さらに、図４３は、伝送速度の変動例を示し、図４３を参照して所要フレーム数の算出について説明する。経路切り替え周期ごとの伝送速度を基にフレーム数を算出する。伝送速度が速いことは、所要フレーム数が小さいことになる。前経路切り替えタイミングから現在までの伝送速度を考慮する。すなわち、最新の伝送速度だけで判断するのは瞬時的な変動に左右されやすいからである。例えば平均伝送速度から所要フレーム数を算出し、経路選択に使用する。

経路選択アルゴリズムにおける再構築のルールについて説明する。
「ルール１」：接続可能な親局が１つしかない場合は最優先に接続する。接続しない場合は通信不可となってしまうためである。
「ルール２」：子局候補を接続しなかった場合を想定、接続時と比べた所要フレーム数の増加量が最小の局を子局候補から除外する。
また、接続局候補を一つ削除した場合、削除した状態で再び経路選択フローを実行する。

図４４のフローチャートに示すような処理がなされる。
ステップＳ８１：接続可能局が１つしかない局の有無が判定される。
ステップＳ８２：ステップＳ８１の判定結果がありの場合、当該局を再構築の考慮から除外する。
ステップＳ８３：Ｅ２Ｅの所要フレーム数が２番目に小さい相手先を選択した時のＥ２Ｅ所要フレーム数の増分が計算される。
ステップＳ８４：増分が最小の局が接続可能局から除外される。
ステップＳ８５：経路選択フローのＥ２Ｅの所要フレーム数計算に戻る。

「経路選択アルゴリズムの動作例」
図３８のフローチャートに示される経路選択アルゴリズムの動作例について説明する。フローチャート中のステップＳ６２（所要フレーム数の計算）がなされた結果を図４５Ａに示すものとする。図４５において、破線のパスは、接続可能なパスを表し、実線のパスは、接続済みのパスを表す。図４５Ａ中の各パスに付加されている数字は、当該パスにおける単位データ当たりの所要フレーム数を表す。このような表記は、他の図においても同様である。

ステップＳ６３（収集基地局から各中継局までのＥ２Ｅのフレーム数の計算）の処理の結果が図４５Ｂに示される。局Ａが収集基地局であり、太字の数が収集基地局までの単位データ当たりの所要フレーム数を表す。このような表記は、他の図においても同様である。
ステップＳ６４（最小となる経路を各中継局で選択）の処理によって、図４５Ｃの経路が形成される。

図４６を参照して再構築の例について説明する。上述した再構築に関しての「ルール１」が適用される。図４６の例では、「ルール１」によって、局Ｅは、局Ｃしか親となりえない。局Ｃは、局Ｅを子局として接続する。

図４７を参照して再構築の例について説明する。上述した再構築に関しての「ルール２」が適用される。「ルール２」は、「子局候補を接続しなかった場合を想定、接続時と比べた負荷の増加量が最小の局を子局候補から除外する。」ものである。「負荷」を「収集基地局までのＥ２Ｅ所要フレーム数」とする。図４７の例では、局Ｂを局Ｃに接続しなかった時、収集基地局までのＥ２Ｅ所要フレーム数は２から３になる（所要フレーム数増加量：１）。

図４８Ａは、図４７と同様に、局Ｂを除外したときの所要フレーム数の増加量を表している。図４８Ｂは、局Ｄを除外したときの所要フレーム数の増加量「２」を表している。図４８Ｃは、局Ｆを除外したときの所要フレーム数の増加量「４」を表している。したがって、図４７及び図４８の例では、局Ｂを子局候補から除外する場合が最適である。

＜２ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

１０・・・収集基地局、１１・・・無線処理部、２１・・・スケジューラサーバ、２２・・・無線リソース要求量収集解析部、２３・・・無線リソース割当算出部、２４・・・回線品質情報収集解析部、２５・・・最適中継経路算出部、３０・・・中継局、３１・・・無線処理部、４１・・・中継制御部、４２・・・無線リソース割当部、４４・・・経路切替部、４５・・・回線品質センシング部

Claims (24)

1. サブルート局を含むサブツリーの１以上によって無線ネットワークが構成され、
   前記サブルート局が前記サブツリーに含まれる子局が有する要求無線リソース割当情報を収集し、該要求無線リソース割当情報に対して前記サブルート局自身の要求無線リソース割当情報を加算したものを受信し、
   前記サブルート局に対して前記サブツリー全体で利用可能な無線リソース情報を通知する通信装置。
2. 前記サブルート局が子局を持たない場合には、前記サブルート局自身の前記要求無線リソース割当情報を受信するようにした請求項１に記載の通信装置。
3. 前記サブツリーが複数の階層の各階層に構成されるようにした請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 各リンクに割り当てる無線リソースを時間方向に分割して割り当てるようにした請求項１から３までの何れかに記載の通信装置。
5. 同一階層のリンクに割り当てる無線リソースは、周波数方向に分割し、異なる階層のリンクに割り当てる無線リソースは、時間方向に分割して割り当てるようにした請求項１から４までの何れかに記載の通信装置。
6. 使用するシステムに応じてアップストリームとダウンストリームの間で、無線リソースの割当量を変化させるようにした請求項１から５までの何れかに記載の通信装置。
7. 前記サブルート局は、新規参入局がある場合には、該新規参入局用に無線リソース割当を行うようにした請求項１から６までの何れかに記載の通信装置。
8. 接続可能な局間における単位データ送信の所要無線リソース量を計算し、
   収集基地局と各中継局間の所要Ｅ２Ｅ無線リソース量を計算し、
   求められた前記所要無線リソース量が最小となる経路を選択するようにした請求項１から７までの何れかに記載の通信装置。
9. 構築した経路において、接続可能局数の上限を超えている場合には、再構築を行うようにした請求項１から８までの何れかに記載の通信装置。
10. 前記所要無線リソース量が最小の経路が複数存在する場合には、ホップ数が最小の経路を選択するようにした請求項８に記載の通信装置。
11. 前記ホップ数が最小の経路を選択できない場合には、経路変更前の所要無線リソース量が最小の経路を選択するようにした請求項１０に記載の通信装置。
12. 請求項１から１１までの何れかに記載の通信装置から前記サブツリーの分として受けた無線リソースのうち、前記サブルート局に割り当てる無線リソースと、子局に割り当てる無線リソースとに、前記サブルート局が収集した要求無線リソース量の絶対値情報または比率情報を用いて割り当てる通信装置。
13. サブルート局を含むサブツリーの１以上によって無線ネットワークが構成され、
    前記サブルート局が前記サブツリーに含まれる子局が有する要求無線リソース割当情報を収集し、該要求無線リソース割当情報に対して前記サブルート局自身の要求無線リソース割当情報を加算したものを受信し、
    前記サブルート局に対して前記サブツリー全体で利用可能な無線リソース情報を通知する通信方法。
14. 前記サブルート局が子局を持たない場合には、前記サブルート局自身の前記要求無線リソース割当情報を受信するようにした請求項１３に記載の通信方法。
15. 前記サブツリーが複数の階層の各階層に構成されるようにした請求項１３又は１４に記載の通信方法。
16. 各リンクに割り当てる無線リソースを時間方向に分割して割り当てるようにした請求項１３から１５までの何れかに記載の通信方法。
17. 同一階層のリンクに割り当てる無線リソースは、周波数方向に分割し、異なる階層のリンクに割り当てる無線リソースは、時間方向に分割して割り当てるようにした請求項１３から１６までの何れかに記載の通信方法。
18. 使用するシステムに応じてアップストリームとダウンストリームの間で、無線リソースの割当量を変化させるようにした請求項１３から１７までの何れかに記載の通信方法。
19. 前記サブルート局は、新規参入局がある場合には、該新規参入局用に無線リソース割当を行うようにした請求項１３から１８までの何れかに記載の通信方法。
20. 接続可能な局間における単位データ送信の所要無線リソース量を計算し、
    収集基地局と各中継局間の所要Ｅ２Ｅ無線リソース量を計算し、
    求められた前記所要無線リソース量が最小となる経路を選択するようにした請求項１３から１９までの何れかに記載の通信方法。
21. 構築した経路において、接続可能局数の上限を超えている場合には、再構築を行うようにした請求項１３から２０までの何れかに記載の通信方法。
22. 前記所要無線リソース量が最小の経路が複数存在する場合には、ホップ数が最小の経路を選択するようにした請求項２０に記載の通信方法。
23. 前記ホップ数が最小の経路を選択できない場合には、経路変更前の所要無線リソース量が最小の経路を選択するようにした請求項２２に記載の通信方法。
24. 請求項１３から２３までの何れかに記載の通信方法から前記サブツリーの分として受けた無線リソースのうち、前記サブルート局に割り当てる無線リソースと、子局に割り当てる無線リソースとに、前記サブルート局が収集した要求無線リソース量の絶対値情報または比率情報を用いて割り当てる通信方法。
    

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