JP7357818B1

JP7357818B1 - 中継経路制御装置、無線通信端末、通信システム、通信経路決定方法、制御回路および記憶媒体

Info

Publication number: JP7357818B1
Application number: JP2023502871A
Authority: JP
Inventors: 裕貴井浦; 学酒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2042-07-05
Also published as: JPWO2024009385A1; WO2024009385A1

Abstract

中継経路制御装置として動作するサーバ装置（５）は、基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末（１）の位置情報、および、カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継装置（２）の位置情報を管理する位置管理部（５３）と、中継装置（２）の属性情報および運用状態情報を管理するネットワーク管理部（５４）と、位置管理部（５３）が管理する位置情報とネットワーク管理部（５４）が管理する属性情報および運用状態情報とに基づいて、カバレッジ外端末（１）が基地局と通信する際の接続先とする中継装置（２）を決定する中継経路決定部（５２）と、を備える。

Description

本開示は、無線通信の中継経路を制御する中継経路制御装置、無線通信端末、通信システム、通信経路決定方法、制御回路および記憶媒体に関する。

無線通信システムにおいて、１つの無線通信基地局（以下、基地局と称する）が通信可能な範囲であるカバレッジの拡大のために、基地局のカバレッジ内の無線通信端末（以下、カバレッジ内端末と称する）が、基地局のカバレッジ外にあるために基地局との直接通信が不可能な無線通信端末（以下、カバレッジ外端末と称する）からのデータ通信を無線中継する中継装置となることで、無線通信システム全体のカバレッジを拡大できることが広く知られている。

中継装置となれるカバレッジ内端末が複数ある場合、カバレッジ外端末のデータ通信を中継する中継装置として動作するカバレッジ内端末を決定する必要がある。

非特許文献１には、基地局が接続される有線コア網内にあるサーバからの指示により、中継装置とするカバレッジ内端末が決定されることが記載されている。

３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）ＴＳ２３．２８６Ｖ１７．３．０

非特許文献１には、有線コア網内で決定された中継装置を基地局に通知する方法が記載されているが、中継装置を決定する方法については記載されていない。通常、通信品質が良好な中継経路が形成されるように中継局が決定される。しかしながら、無線通信ではシステムを構成する無線局同士の位置関係が変化するなどした場合に通信品質が変化するため、通信品質の変化に応じて中継経路を柔軟に変更可能とすることが望まれる。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、無線通信の中継経路を形成する中継装置を適切に選択可能な中継経路制御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、本開示にかかる中継経路制御装置は、基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末の位置情報、および、カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末の位置情報を管理する位置管理部と、中継可能端末が有する能力を表す属性情報および中継可能端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報を管理するネットワーク管理部と、を備える。また、中継経路制御装置は、位置管理部が管理する位置情報とネットワーク管理部が管理する属性情報および運用状態情報とに基づいて、カバレッジ外端末が基地局と通信する際の接続先とする中継可能端末を決定する中継経路決定部を備える。

本開示によれば、無線通信の中継経路を形成する中継装置を適切に選択可能な中継経路制御装置を実現できる、という効果を奏する。

実施の形態にかかる通信システムの構成例を示す図実施の形態にかかるカバレッジ外端末、中継装置およびサーバ装置の構成例を示す図実施の形態にかかるカバレッジ外端末および中継装置を実現するハードウェアの一例を示す図実施の形態にかかるサーバ装置を実現するハードウェアの一例を示す図実施の形態にかかるカバレッジ外端末、中継装置およびサーバ装置の動作の一例を示すシーケンス図中継装置がサーバ装置へ伝送する属性情報および運用状態情報の一例を示す図カバレッジ外端末から伝送される通信可能中継装置リストに記載の中継装置に関連する各種取得情報のリストの一例を示す図サーバ装置の動作の一例を示すフローチャート

以下に、本開示の実施の形態にかかる中継経路制御装置、無線通信端末、通信システム、通信経路決定方法、制御回路および記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態．
まず、図１を参照して、実施形態にかかる通信システムの概略について説明する。図１は、実施の形態にかかる通信システム１００の構成例を示す図である。通信システム１００は、カバレッジ外端末１と、中継装置２と、基地局３と、実施の形態にかかる中継経路制御装置として動作するサーバ装置５とを含む。基地局３およびサーバ装置５は有線コア網４に接続される。

通信システム１００は、有線コア網４に接続する基地局３のカバレッジ２００外にある無線通信端末であるカバレッジ外端末１からの情報を、基地局３のカバレッジ２００内にある中継装置２および基地局３を介して有線コア網４に伝送する無線通信におけるカバレッジ拡張システムである。

通信システム１００において、有線コア網４に接続する基地局３からの無線信号を無線通信端末が正しく受信できる領域がカバレッジ２００である。カバレッジ２００外にある無線通信端末は基地局３との直接通信が不可能である。一方、基地局３のカバレッジ２００内にある無線通信端末は基地局３との直接通信が可能である。また、無線通信端末の中には、カバレッジ２００内にある場合に、すなわち、基地局３との直接通信が可能な状態である場合に、他の無線通信端末からの情報を一度受信し、他の無線装置、例えば基地局３へ転送する中継機能を持つものがある。通信システム１００では、カバレッジ２００内にある無線通信端末のうち、中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末を中継装置２と称する。なお、図１では、カバレッジ２００内の中継機能を有さない無線通信端末の記載を省略している。また、図１では、中継装置２を１台としているが、２台以上存在してもよい。また、基地局３の他に基地局が存在してもよい。

通信システム１００において、基地局３のカバレッジ２００外にあり、中継装置２および基地局３を介して有線コア網４と通信する無線通信端末がカバレッジ外端末１である。なお、図１ではカバレッジ外端末１を１台としているが、カバレッジ外端末１は２台以上であってもよい。また、カバレッジ外端末１は、移動に伴いカバレッジ２００内に位置することとなった場合に中継装置２として動作可能な構成、すなわち、上述した中継機能を有する構成の無線通信端末であってもよいし、上述した中継機能を有さない構成の無線通信端末であってもよい。

カバレッジ外端末１が中継装置２を発見できるようにするため、中継装置２は、ディスカバリー信号と呼ばれる既知信号を定期的に送信する。カバレッジ外端末１は、このディスカバリー信号を検知することで、中継装置２との通信が可能な範囲に位置することを認識し、中継装置２に対して無線接続を実施する。

カバレッジ外端末１が中継装置２と無線接続すると、中継装置２はカバレッジ外端末１から送信される情報を受信し、この情報を基地局３に転送することができる。これによりカバレッジ外端末１が中継装置２を介して、基地局３および有線コア網４に間接的に接続することで、カバレッジ拡張が図れる。

中継経路制御装置として動作するサーバ装置５は、カバレッジ外端末１または中継装置２から取得した、カバレッジ外端末１が接続可能な中継装置のリスト、カバレッジ外端末１の受信電力レベル情報、カバレッジ外端末１の位置情報、中継装置２の受信電力レベル情報、中継装置２の位置情報、中継装置２の属性情報、中継装置２の運用状態情報、過去の通信品質履歴等に基づいて、カバレッジ２００内にある複数の中継装置２の中から、カバレッジ外端末１が接続する中継装置２を決定する。決定基準として用いる通信品質は、瞬時的な伝送速度だけでなく、将来にわたって安定的なエンドツーエンドのジッターや伝送遅延時間であってもよい。なお、カバレッジ外端末１の受信電力レベル情報とは、カバレッジ外端末１が中継装置２から受信した信号の受信電力レベルを示す情報であり、これを第１の受信電力レベル情報とする。中継装置２の受信電力レベル情報とは、中継装置２が基地局３から受信した信号の受信電力レベルを示す情報であり、これを第２の受信電力レベル情報とする。また、サーバ装置５は、個別の機器である必要はなく、有線コア網４を構成する装置に実装されたプログラムであってもよい。

図２は、実施の形態にかかるカバレッジ外端末１、中継装置２およびサーバ装置５の構成例を示す図である。

カバレッジ外端末１は、通信制御部１１、受信電力測定部１２および位置測定部１３を備える。

通信制御部１１は、中継装置２、基地局３および有線コア網４を介してサーバ装置５と接続し、指示情報の受信および取得情報の送信のための無線通信を行う。無線区間における接続方法としては、３ＧＰＰ通信規格によるＬＴＥ（Long Term Evolution）または５Ｇ、無線ＬＡＮ（Local Area Network）によるＷｉ－Ｆｉ（登録商標）接続が挙げられる。

受信電力測定部１２は、カバレッジ外端末１が中継装置２または基地局３を発見するために定期的に送信される既知信号であるディスカバリー信号を検知し、中継装置２または基地局３から受信したディスカバリー信号の受信電力レベルを測定する。

位置測定部１３は、自端末（カバレッジ外端末１）の位置を測定する。位置の測定はどのような方法で行ってもよい。位置測定部１３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムからの基準信号に基づいて自端末の位置を算出してもよいし、周辺の基地局から取得した基地局の位置情報に基づいて自端末の位置を算出してもよいし、加速度センサまたはジャイロセンサからのセンサ情報等に基づいて自端末の位置を算出してもよい。他の方法で位置を算出してもよい。

中継装置２は、通信制御部２１、受信電力測定部２２、位置測定部２３および装置情報管理部２４を備える。中継装置２は、基地局３の観点からは無線通信端末であり、カバレッジ外端末１と同等の機能を備えており、カバレッジ外端末１が有する機能に加えて、データ中継機能を有している。

通信制御部２１は、カバレッジ外端末１の通信制御部１１と同様の処理部であり、基地局３および有線コア網４を介してサーバ装置５と接続し、指示情報の受信および取得情報の送信のための無線通信を行う。

具体的には、通信制御部２１は、基地局３および有線コア網４を介して、受信電力測定部２２にて算出した受信電力レベルと、位置測定部２３で算出した中継装置２の位置情報と、装置情報管理部２４が管理する運用状態情報および属性情報とをサーバ装置５に伝達するとともに、サーバ装置５からの指示情報を受信し、受信した指示情報がカバレッジ外端末１に向けたものである場合には指示情報をカバレッジ外端末１へ転送する。同様に通信制御部２１は、カバレッジ外端末１と無線接続し、カバレッジ外端末１からの受信信号を基地局３および有線コア網４を介してサーバ装置５へ転送する。

受信電力測定部２２は、カバレッジ外端末１の受信電力測定部１２と同様の処理部であり、中継装置２が基地局３を発見するために定期的に送信される既知信号であるディスカバリー信号を検知し、基地局３から受信したディスカバリー信号の受信電力レベルを測定する。

位置測定部２３は、カバレッジ外端末１の位置測定部１３と同様の処理部であり、自装置（中継装置２）の位置を測定する。

装置情報管理部２４は、中継装置２が移動可能な無線通信端末であるか否か、中継専用の装置であるか否か、送信可能電力レベル、対応帯域幅、等の中継装置２自身の属性情報と、現在の移動速度、通信ビジー状態、短期的な属性の変化、等の中継装置２の運用状態情報と、を管理する。

中継装置２には、ある特定の位置に固定的に配置される無線通信端末だけでなく、例えば、自動走行可能であり、周囲の無線通信端末の位置や通信要求状況に合わせて、自ら移動が可能なものであってもよい。また、自動走行ロボットに中継装置２が取り付けられる場合には、通信以外のその他の目的に応じて自律的に移動してもよい。

このように、中継装置２が移動する場合、中継装置２とカバレッジ外端末１との位置関係が将来において変化する可能性が高く、データ転送を行う中継装置２の変更、つまり中継経路の切り替えを頻繁に行う必要が発生する可能性があり、その切り替え作業がオーバーヘッドになり、中継によるデータ転送の一時的な伝送遅延時間の増大が懸念される。

また、中継装置２は、中継専用の装置である場合だけでなく、一般の無線通信端末が中継機能を持つ装置である場合がある。この場合、中継装置２自身の通信要求に基づき通信がビジーであり、他の無線通信端末のデータ転送を、要求される通信品質で中継できない場合も発生する。

同様に、中継装置２に接続する無線通信端末は１台だけでなく、複数となる場合もあり、カバレッジ外端末１以外の無線通信端末が中継装置２の中継機能を利用しているとき、カバレッジ外端末１のデータ転送が要求される通信品質で中継できない場合も発生する。このように、中継装置２の通信ビジー状態が通信品質に影響を与えることがある。また、中継専用の装置でない場合、ハードウェアの能力が、中継装置２として要求される送信電力レベルや対応帯域幅などを満足しない場合も考えられる。

このように、中継装置２が中継専用の装置ではない場合、ディスカバリー信号によるカバレッジ外端末１での瞬時的な受信信号電力が高くても、中継装置２自身の通信要求の変化により、中継装置２によるデータ転送の伝送遅延時間が増大する可能性が高くなる。

また、中継装置２が中継専用の装置ではない場合、中継専用の装置と比較して、送信電力レベルが低く、中継装置２のカバー範囲が小さくなる可能性や、中継経路を頻繁に切り替える必要があり、その切り替え作業がオーバーヘッドになり、中継装置２によるデータ転送の一時的な伝送遅延時間の増大が発生する可能性がある。

また、中継装置２が中継専用の装置ではない場合、中継専用の装置と比較して、対応帯域幅が狭く、中継装置２自身の通信要求に基づく通信ビジー状態が発生する可能性が高い。

上記のことから、装置情報管理部２４は、中継装置２が中継専用の装置か共用中継装置（中継装置としても動作可能な無線通信端末）であるかを示す中継装置種別、中継装置２が移動可能であるか否かを示す移動可否情報、中継装置２の送信可能電力レベル、中継装置２の対応帯域幅、等の中継装置２自身の属性情報と、移動速度、通信ビジー状態、短期的な属性の変化、等の中継装置２の運用状態情報とを管理する。

サーバ装置５は、通信制御部５１、中継経路決定部５２、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４を備える。本実施の形態では、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４がサーバ装置５の内部にある機能としているが、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４に相当する位置管理装置およびネットワーク管理装置としてサーバ装置５の外部に設置されてもよい。また、サーバ装置５も固有のハードウェアではなく、プログラムにより実現される機能として汎用のコンピュータである電子計算機に実装されてもよい。

通信制御部５１は、有線コア網４、基地局３および中継装置２を介してカバレッジ外端末１と接続し、もしくは、有線コア網４および基地局３を介して中継装置２と接続し、指示情報の送信および取得情報の受信のための無線通信を行う。

具体的には、通信制御部５１は、カバレッジ外端末１および中継装置２において取得された受信信号電力および位置情報を、基地局３および有線コア網４を介して受信する。また、通信制御部５１は、中継装置２の運用状態情報および属性情報を、基地局３および有線コア網４を介して受信する。また、通信制御部５１は、カバレッジ外端末１に対する指示および中継装置２に対する指示を、有線コア網４および基地局３を介して送信する。

位置管理部５３は、カバレッジ外端末１および中継装置２から受信する位置情報を内部メモリに蓄積し、通信システム１００に属するカバレッジ外端末１および中継装置２を含む全ての無線通信端末の位置情報を管理する。

ネットワーク管理部５４は、中継装置２から受信する中継装置２の運用状態情報および属性情報を内部メモリに蓄積し、通信システム１００に属するすべての中継装置２の運用状態情報および属性情報を管理する。

中継経路決定部５２は、位置管理部５３が管理する位置情報、すなわち、無線通信端末の位置情報および中継装置２の位置情報と、ネットワーク管理部５４が管理する中継装置２の運用状態情報および属性情報とに基づいて、カバレッジ外端末１の接続先に適する中継装置２を算出し、カバレッジ外端末１が接続先の中継装置２を変更することが好ましい場合には、該当のカバレッジ外端末１向けの中継切替指示信号を生成する。この中継切替指示信号は、通信制御部５１を介して、該当のカバレッジ外端末１に向けて伝送される。

ここで、本実施の形態にかかるカバレッジ外端末１および中継装置２のハードウェア構成、サーバ装置５のハードウェア構成について説明する。

図３は、実施の形態にかかるカバレッジ外端末１および中継装置２を実現するハードウェアの一例を示す図である。

カバレッジ外端末１および中継装置２は、例えば、図３に示すプロセッサ９１、メモリ９２、無線通信モジュール９３および測位モジュール９４で実現される。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ９２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などである。

カバレッジ外端末１の通信制御部１１および受信電力測定部１２、中継装置２の通信制御部２１、受信電力測定部２２および装置情報管理部２４は、プロセッサ９１およびメモリ９２で実現される。すなわち、カバレッジ外端末１の場合、通信制御部１１および受信電力測定部１２として動作するためのプログラムをメモリ９２に格納しておき、このプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、カバレッジ外端末１の通信制御部１１および受信電力測定部１２が実現される。同様に、中継装置２の場合、通信制御部２１、受信電力測定部２２および装置情報管理部２４として動作するためのプログラムをメモリ９２に格納しておき、このプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、中継装置２の通信制御部２１、受信電力測定部２２および装置情報管理部２４が実現される。

なお、メモリ９２に格納される上記のプログラムは、例えば、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であってもよいし、ネットワークを介して提供される形態であってもよい。

また、図３は汎用のプロセッサ９１およびメモリ９２によりカバレッジ外端末１および中継装置２を実現する場合のハードウェアの例であるが、プロセッサ９１およびメモリ９２の代わりに専用の処理回路でカバレッジ外端末１および中継装置２を実現してもよい。すなわち、専用の処理回路でカバレッジ外端末１の通信制御部１１および受信電力測定部１２を実現してもよいし、中継装置２の通信制御部２１、受信電力測定部２２および装置情報管理部２４を実現してもよい。ここで、専用の処理回路は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。

カバレッジ外端末１の位置測定部１３および中継装置２の位置測定部２３は、測位モジュール９４で実現される。

また、図４は、実施の形態にかかるサーバ装置５を実現するハードウェアの一例を示す図である。

サーバ装置５は、例えば、図４に示すプロセッサ９６、メモリ９７および通信モジュール９８で実現される。プロセッサ９１は、ＣＰＵ、システムＬＳＩなどである。メモリ９７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどである。

サーバ装置５の通信制御部５１、中継経路決定部５２、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４は、プロセッサ９６およびメモリ９７で実現される。すなわち、サーバ装置５の通信制御部５１、中継経路決定部５２、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４として動作するためのプログラムをメモリ９７に格納しておき、このプログラムをプロセッサ９６が読み出して実行することにより、サーバ装置５の通信制御部５１、中継経路決定部５２、位置管理部５３およびネットワーク管理部５４が実現される。

なお、メモリ９７に格納される上記のプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であってもよいし、ネットワークを介して提供される形態であってもよい。

また、図４に示すプロセッサ９６、メモリ９７および通信モジュール９８は、電子計算機を構成するハードウェアであってもよい。すなわち、サーバ装置５は、電子計算機と、電子計算機で実行されるプログラムとで実現される形態であってもよい。複数の電子計算機が連携して動作することでサーバ装置５の各機能が実現される形態であってもよい。

つづいて、カバレッジ外端末１、中継装置２およびサーバ装置５の動作例、具体的には、サーバ装置５がカバレッジ外端末１の接続先の中継装置２を決定する動作について説明する。

図５は、実施の形態にかかるカバレッジ外端末１、中継装置２およびサーバ装置５の動作の一例を示すシーケンス図である。なお、図５では、基地局３については記載を省略している。

接続先を決定する対象のカバレッジ外端末１である対象端末の接続先を決定する動作では、まず、対象端末に該当するカバレッジ外端末１が、図５に示すステップＳ１１～Ｓ１３において、サーバ装置５が必要とする情報を送信する。

すなわち、カバレッジ外端末１は、ディスカバリー信号により中継装置２の通信可能範囲にカバレッジ外端末１自身が位置することを認識できた全ての中継装置２の識別情報のリストである通信可能中継装置リスト３００を作成し、カバレッジ外端末１が接続中の中継装置２を介してサーバ装置５へ伝送する（ステップＳ１１）。

また、カバレッジ外端末１は、受信電力測定部１２にて測定した受信電力の情報である受信電力レベル情報３０１をカバレッジ外端末１が接続中の中継装置２を介してサーバ装置５へ伝送する（ステップＳ１２）。

また、カバレッジ外端末１は、位置測定部１３にて取得した自端末の位置の情報である位置情報３０２をカバレッジ外端末１が接続中の中継装置２を介してサーバ装置５へ伝送する（ステップＳ１３）。

中継装置２は、カバレッジ外端末１から送信された通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２を受信すると、そのままサーバ装置５に向けて中継する。中継装置２は、カバレッジ外端末１から通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２を受信した場合、速やかにサーバ装置５へ伝送する。

通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２は、予め定められた時間間隔またはサーバ装置５が要求する時間間隔で定期的に伝送されてもよいし、通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２が更新されたイベント発生時に不定期に伝送されてもよい。また、伝送頻度は、通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２の間で同じである必要はない。また、通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２の伝送順序も制約はない。

中継装置２は、ステップＳ１４～Ｓ１７において、サーバ装置５が必要とする情報を送信する。

すなわち、中継装置２は、受信電力測定部２２にて測定した受信電力の情報である受信電力レベル情報３０３を、サーバ装置５へ伝送し（ステップＳ１４）、位置測定部２３にて取得した自装置の位置の情報である位置情報３０４を、サーバ装置５へ伝送する（ステップＳ１５）。

また、中継装置２は、装置情報管理部２４にて作成した属性情報３０５および運用状態情報３０６を、サーバ装置５へ伝送する（ステップＳ１６、ステップＳ１７）。

属性情報３０５は、中継装置２が中継専用の専用中継装置か共用中継装置かを示す情報である中継装置種別、中継装置２自身が移動する装置か否かを示す情報である移動可否情報、中継装置２の送信可能電力レベル、中継装置２の対応帯域幅等、の中継装置２自身の属性に関する情報である。これら以外の情報が属性情報３０５に含まれていてもよい。運用状態情報３０６は、移動速度、通信ビジー状態情報、短期的な状態の変化等、の中継装置２の運用状態に関する情報である。これら以外の情報が運用状態情報３０６に含まれていてもよい。

受信電力レベル情報３０３、位置情報３０４、属性情報３０５および運用状態情報３０６は、予め定められた時間間隔またはサーバ装置５が要求する時間間隔で定期的に伝送されてもよいし、受信電力レベル情報３０３、位置情報３０４、属性情報３０５および運用状態情報３０６が更新されたイベント発生時に不定期に伝送されてもよい。また、伝送頻度は、受信電力レベル情報３０３、位置情報３０４、属性情報３０５および運用状態情報３０６の間で同じである必要はない。また、受信電力レベル情報３０３、位置情報３０４、属性情報３０５および運用状態情報３０６の伝送順序も制約はない。

中継装置２の属性情報３０５および運用状態情報３０６の具体例について説明する。図６は、中継装置２がサーバ装置５へ伝送する属性情報３０５および運用状態情報３０６の一例を示す図である。

図６に示す例の属性情報３０５は、中継装置種別、移動可否情報、送信可能電力レベルおよび対応帯域幅を含み、中継装置種別は共用、移動可否情報は可能、送信可能電力レベルは１ワット、対応帯域幅は１００ＭＨｚである。属性情報３０５は中継装置２自身の能力に関する情報であるため、中継装置２が基地局３に接続した際に１回だけ伝送してもよく、運用状態情報３０６よりも伝送頻度が少なくてよい。

また、図６に示す例の運用状態情報３０６は、移動速度、通信ビジー状態情報および中継装置ステータスを含み、移動速度は３ｋｍ／ｈ、通信ビジー状態情報は５０％、中継装置ステータスは主業務中である。通信ビジー状態情報は中継装置２による無線帯域の利用率を示す。中継装置ステータスは適用するシステムやアプリケーションにより、個別に規定されることが想定される。運用状態情報３０６は状況に応じて動的に変化する情報であるため、中継装置２が運用中に定期的に、もしくは、運用状態の更新時に、サーバ装置５へ伝送される必要がある。

サーバ装置５は、中継装置２を介してカバレッジ外端末１から通信可能中継装置リスト３００、受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２を受信すると、通信可能中継装置リスト３００および受信電力レベル情報３０１を中継経路決定部５２にて記憶し、位置情報３０２を位置管理部５３にて記憶する。

同様に、サーバ装置５は、中継装置２から受信電力レベル情報３０３、位置情報３０４、属性情報３０５および運用状態情報３０６を受信すると、受信電力レベル情報３０３を中継経路決定部５２にて記憶し、位置情報３０４を位置管理部５３にて記憶し、属性情報３０５および運用状態情報３０６をネットワーク管理部５４にて記憶する。

サーバ装置５が上記にて受信し、記憶する各種情報は、図示されているカバレッジ外端末１および中継装置２から情報のみでなく、図示を省略している、通信システム１００に属するその他のカバレッジ外端末および中継装置を含むすべての無線通信端末からの情報である。

サーバ装置５は、上記で記憶した各種情報を用いて、情報の送信元のカバレッジ外端末１である対象端末が接続先とする中継装置２を決定し（ステップＳ１８）、接続先に決定した中継装置２の情報を含む中継切替指示信号３０７を該当のカバレッジ外端末１に伝送する（ステップＳ１９）。

ステップＳ１８では、中継経路決定部５２が、カバレッジ外端末１の接続先の中継装置２を決定する。

中継経路決定部５２は、カバレッジ外端末１の中継先としての適切度を、通信可能中継装置リスト３００にリストアップされている各中継装置２に対してスコア化する。以下に、各中継装置２に対するスコア化の方法を説明する。

図７は、カバレッジ外端末１から伝送される通信可能中継装置リスト３００に記載の中継装置＃１～＃５に関連する各種取得情報のリストの一例を示す図である。図７に示すリストは、サーバ装置５の位置管理部５３が管理する位置情報と、ネットワーク管理部５４が管理する運用状態情報および属性情報とに基づき生成される。

図７のリストに含まれる各情報について説明する。

「接続状態」は、カバレッジ外端末１が接続中の中継装置２を示す。カバレッジ外端末１は「接続中」の中継装置２を介して基地局３と接続している。

「中継装置種別（Ｇ１）」は、属性情報３０５に含まれる情報であり、当該中継装置２を他のシステムまたは他のアプリケーションと共用するか、共用することなく当該システムまたはアプリケーションで専用使用できるかの区別を示し、「専用」または「共用」のいずれかとなる。

「移動可否情報（Ｇ２）」は、属性情報３０５に含まれる情報であり、当該中継装置２が移動可能かどうかを示し、「可能」または「不可」のいずれかとなる。

「送信可能電力レベル（Ｇ３）」は、属性情報３０５に含まれる情報であり、当該中継装置２の送信可能な電力レベルを示し、具体的な電力値となる。もしくは、高／中／低等の分類分けとしてもよい。

「対応帯域幅（Ｇ４）」は、属性情報３０５に含まれる情報であり、当該中継装置２の通信に利用できる帯域幅を示し、具体的な帯域幅値となる。もしくは、広／中／狭等の分類分けとしてもよい。

「移動速度（Ｇ５）」は、運用状態情報３０６に含まれる情報、もしくは位置管理部５３が過去の位置情報３０４の履歴から推定した移動速度であり、当該中継装置２の移動速度を示し、具体的な移動速度となる。もしくは、速／中／遅等の分類分けとしてもよい。

「通信ビジー状態情報（Ｇ６）」は、運用状態情報３０６に含まれる情報であり、当該中継装置２における帯域利用率を示し、具体的な帯域利用率となる。もしくは、高／中／低等の分類分けとしてもよい。

「中継装置ステータス（Ｇ７）」は、運用状態情報３０６に含まれる情報であり、当該中継装置２のステータスを示す。ステータスは、中継装置２が使用されるシステムまたはアプリケーションにより中継装置２の中継能力に影響を与える可能性がある状態を個別に規定する。図７に示すリストの例では、カバレッジ外端末１が利用するアプリケーションのみで当該中継装置２が使用される場合、すなわち、該当のカバレッジ外端末１が当該中継装置２の独占使用が可能な場合を「主業務のみ」とし、それ以外のアプリケーションにも当該中継装置２が使用される場合を「他業務併用」としている。「他業務併用」の場合、他の無線通信端末も当該中継装置２を利用する可能性が高くなり、将来において、「通信ビジー状態情報（Ｇ６）」が悪化すること、すなわち、帯域利用率が高くなることが懸念される。

「受信電力レベル（中継装置－端末間）（Ｇ８）」は、受信電力レベル情報３０１そのものであり、具体的な受信電力レベル、もしくは、高／中／低等の分類分けとする。

「中継装置－端末間距離（Ｇ９）」は、カバレッジ外端末１の位置情報３０２および中継装置２の位置情報３０４から算出される、カバレッジ外端末１と中継装置２との間の距離である。「中継装置－端末間距離（Ｇ９）」は、メートル表記の具体的な距離、もしくは、遠／中／近等の分類分けとする。

「受信電力レベル（中継装置－基地局間）（Ｇ１０）」は、「受信電力レベル（中継装置－端末間）（Ｇ８）」と類似であり、受信電力レベル情報３０３そのものである。「受信電力レベル（中継装置－基地局間）（Ｇ１０）」は、具体的な受信電力レベル、もしくは、高／中／低等の分類分けとする。

「基地局－中継装置間距離（Ｇ１１）」は、「中継装置－端末間距離（Ｇ９）」と類似であり、中継装置２の位置情報３０４および基地局３の位置情報から算出される、中継装置２と基地局３との間の距離である。「基地局－中継装置間距離（Ｇ１１）」は、メートル表記の具体的な距離、もしくは、遠／中／近等の分類分けとする。なお、基地局３の位置情報は、位置管理部５３で管理されてもよいし、サーバ装置５の外部の装置で管理されてもよい。

「過去の通信品質履歴（Ｇ１２）」は、カバレッジ外端末１が中継装置２を介して基地局３に接続したときの通信品質の情報である。サーバ装置５の中継経路決定部５２は、カバレッジ外端末１が過去において当該中継装置２を介して通信を実施したときの通信品質を記憶しており、その履歴をもとに、「過去の通信品質履歴（Ｇ１２）」を設定する。例えば、過去の通信品質に基づき算出した平均伝送速度、または、過去の最長ジッター時間を設定する。もしくは、高／中／低／履歴なし等の分類分けとしてもよい。

中継経路決定部５２は、上記の中継装置２に関連する各種取得情報（図７のリストに含まれる情報Ｇ１～Ｇ１２）を用いて、各中継装置２に対するスコアを計算し、これを各中継装置２の評価値とする。

例えば、通信可能中継装置リスト３００にリストアップされている中継装置番号ｊに対するスコアをＳ(ｊ)とし、各種取得情報をＧ_i(ｊ)とする。ここで、ｉは、ｉ＝１～１２を取り、各種取得情報のリスト番号である。たとえば、ｊ＝３かつｉ＝５、つまりＧ₅(３)は、中継装置＃３の移動速度を意味する。

また、上記の中継装置２に関連する各種取得情報（情報Ｇ１～Ｇ１２）にて、例えば、高／中／低のように分類分けされる情報は、その分類によって、例えば「高」は１０、「中」は５、「低」は２、というように、具体的な評価値が設定される。この例に倣えば、中継装置＃３の受信電力レベル（中継装置－端末間）Ｇ₈(２)＝５である。同様に、移動速度（Ｇ５）のように分類分けされず、具体的な数値の場合においても、例えば１０ｋｍ／ｈ未満は１０、１０ｋｍ／ｈ以上で３０ｋｍ／ｈ未満は５、３０ｋｍ／ｈ以上は２、というように、数値範囲において評価値を設定してもよい。

通信可能中継装置リスト３００にリストアップされている中継装置２の数をＮとすると、中継経路決定部５２は評価スコアＳ(１)～Ｓ(Ｎ)を算出することになる。中継装置番号ｊに対する評価スコアＳ(ｊ)は次式（１）となる。

式（１）において、Ａ_iは各種取得情報Ｇ_i(ｊ)に対する重みである。Ａ_iは中継先としての適切度として、重きを置きたい情報ほど高く設定される。例えば、一般的な中継経路の選択と同様に、受信電力レベル（中継装置－端末間）(Ｇ８)が最も重要であり、それ以外の取得情報が中継経路選択の要因とならない場合には、Ａ₈以外のＡ_iを０とすることで、実質的に式（２）として評価スコアを計算すればよい。

このように、中継経路選択の目的や目標に応じて重みＡ_iを設定すればよいが、本実施の形態では重みＡ_iの値の決定方法については限定しない。

中継経路決定部５２は、上記の式（１）に従い、通信可能中継装置リスト３００にリストアップされている中継装置２のそれぞれについて評価スコアＳ（１）～Ｓ(Ｎ)を算出した後、最大の評価スコアとなる中継装置２を新たな接続先として決定し、接続先に決定した中継装置２の情報を含む中継切替指示信号３０７をカバレッジ外端末１に伝送する。カバレッジ外端末１は、受信した中継切替指示信号３０７に含まれる、接続先に決定された中継装置２の情報に従い、接続する中継装置２を切り替える。なお、中継経路決定部５２は、新たな接続先として決定した中継装置２がそれまでの接続先と同じ場合、すなわち、対象のカバレッジ外端末１が現在接続中の中継装置２の評価スコアＳ(ｊ)が最も大きい場合、中継切替指示信号３０７をカバレッジ外端末１に伝送しなくてもよい。これにより、不要な通信が発生するのを防止することができ、処理負荷および通信リソースの消費量が増大するのを防止できる。

図５～図７を用いて説明したサーバ装置５の動作をフローチャートで示すと図８のようになる。図８は、サーバ装置５の動作の一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、サーバ装置５は、まず、カバレッジ外端末１から測定情報および候補中継装置情報を取得する（ステップＳ２１）。カバレッジ外端末１から取得する測定情報は、上記の受信電力レベル情報３０１および位置情報３０２である。また、候補中継装置情報は、上記の通信可能中継装置リスト３００である。すなわち、ステップＳ２１は、図５に示すステップＳ１１～Ｓ１３でカバレッジ外端末１から送信される各種情報をサーバ装置５が取得する処理である。

サーバ装置５は、次に、中継装置２から測定情報、属性情報および運用状態情報を取得する（ステップＳ２２）。中継装置２から取得する測定情報は、上記の受信電力レベル情報３０３および位置情報３０４である。また、属性情報および運用状態情報は、上記の属性情報３０５および運用状態情報３０６である。すなわち、ステップＳ２２は、図５に示すステップＳ１４～Ｓ１７で中継装置２から送信される各種情報をサーバ装置５が取得する処理である。

サーバ装置５は、次に、各中継装置２の評価値を算出する（ステップＳ２３）。算出する評価値は上記の評価スコアＳ(ｊ)である。

サーバ装置５は、次に、ステップＳ２３で算出した評価値に基づいて、カバレッジ外端末１の接続先とする中継装置２を決定する（ステップＳ２４）。具体的には、算出した評価値が最大の中継装置２を接続先に決定する。

サーバ装置５は、次に、カバレッジ外端末１の接続先の変更が必要か否か、すなわち、ステップＳ２４で接続先に決定した中継装置２が、カバレッジ外端末１が現在接続中の中継装置２と異なるか否かを判断する（ステップＳ２５）。接続先を変更する必要がある場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、サーバ装置５は、新たな接続先とする中継装置２をカバレッジ外端末１に通知する（ステップＳ２６）。接続先を変更する必要がない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、サーバ装置５は動作を終了する。

以上説明したように、本実施の形態にかかる通信システム１００において、カバレッジ外端末１と有線コア網４との間でデータ中継を行う経路を決定する中継経路制御装置として動作するサーバ装置５は、対象のカバレッジ外端末１の位置情報および受信電力レベル情報と、対象のカバレッジ外端末１が通信可能な中継装置２の位置情報、受信電力レベル情報、属性情報および運用状態情報と、に基づいて、対象のカバレッジ外端末１が通信可能な中継装置２それぞれの評価値を算出し、対象のカバレッジ外端末１が接続する中継装置２を決定する。これにより、カバレッジ外端末１の接続先とする中継装置２を、カバレッジ外端末１の状態およびカバレッジ外端末１が通信可能な中継装置２のそれぞれの状態に応じて適切に選択できるとともに、選択後のカバレッジ外端末１および接続先の中継装置２の状態の変化に応じて、接続先とする中継装置２を柔軟に変更することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、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、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。

１カバレッジ外端末、２中継装置、３基地局、４有線コア網、５サーバ装置、１１，２１，５１通信制御部、１２，２２受信電力測定部、１３，２３位置測定部、２４装置情報管理部、５２中継経路決定部、５３位置管理部、５４ネットワーク管理部、１００通信システム。

Claims

基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末の位置情報、および、前記カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末の位置情報を管理する位置管理部と、
前記中継可能端末が有する能力を表す属性情報および前記中継可能端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報を管理するネットワーク管理部と、
前記位置管理部が管理する位置情報と前記ネットワーク管理部が管理する属性情報および運用状態情報とに基づいて、前記カバレッジ外端末が前記基地局と通信する際の接続先とする中継可能端末を決定する中継経路決定部と、
を備えることを特徴とする中継経路制御装置。
前記中継経路決定部は、接続先を決定する対象のカバレッジ外端末である対象端末から、前記対象端末が通信可能な中継可能端末のリストを取得するとともに、前記リストに含まれる中継可能端末のそれぞれから前記対象端末が受信した信号の受信電力レベルを示す第１の受信電力レベル情報を取得し、また、前記リストに含まれる中継可能端末のそれぞれが前記基地局から受信した信号の受信電力レベルを示す第２の受信電力レベル情報を取得し、前記リストに含まれる中継可能端末それぞれの評価値を、前記位置管理部が管理する位置情報と、前記ネットワーク管理部が管理する属性情報および運用状態情報と、前記第１の受信電力レベル情報と、前記第２の受信電力レベル情報と、前記対象端末が過去に中継可能端末を介して前記基地局に接続したときの通信品質情報とに基づいて算出し、算出した評価値が最も大きい中継可能端末を前記対象端末の接続先に決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の中継経路制御装置。
前記属性情報は、前記中継可能端末が移動可能か否かを示す移動可否情報と、前記中継可能端末の専用使用が可能か否かを示す情報と、前記中継可能端末が送信可能な電力レベルの情報と、前記中継可能端末が使用可能な帯域幅の情報とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の中継経路制御装置。
前記運用状態情報は、前記中継可能端末の移動速度と、前記中継可能端末が使用可能な通信帯域の使用率と、前記中継可能端末を前記カバレッジ外端末が独占使用可能な状態か否かを示す情報とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の中継経路制御装置。
前記中継経路決定部は、接続先に決定した中継可能端末と前記カバレッジ外端末が接続中の中継可能端末とが異なる場合、前記カバレッジ外端末に対し、接続先に決定した中継可能端末に接続先を切り替えるよう指示する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の中継経路制御装置。
請求項１に記載の中継経路制御装置とともに通信システムを構成する無線通信端末であって、
前記基地局との直接通信が可能な場合、前記基地局から受信した信号の受信電力レベルの情報と、自端末の位置情報と、自端末の属性情報および運用状態情報とを前記中継経路制御装置へ送信し、
前記基地局との直接通信が不可能な場合、直接通信が可能な他の無線通信端末から受信した信号の受信電力レベルの情報と、自端末の位置情報と、直接通信が可能な他の無線通信端末の識別情報とを前記中継経路制御装置へ送信する、
ことを特徴とする無線通信端末。
基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末と、
前記カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末と、
前記カバレッジ外端末が他の無線通信端末を介して前記基地局と通信する際の接続先を決定する中継経路制御装置と、
を含み、
前記カバレッジ外端末は、通信可能な他の無線通信端末のそれぞれから受信した信号の受信電力レベルを示す第１の受信電力レベル情報と、自端末の位置情報とを前記中継経路制御装置へ送信し、
前記中継可能端末は、前記基地局から受信した信号の受信電力レベルを示す第２の受信電力レベル情報と、自端末の位置情報と、自端末が有する能力を表す属性情報および自端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報とを前記中継経路制御装置へ送信し、
前記中継経路制御装置は、前記カバレッジ外端末が通信可能な前記中継可能端末が複数存在する場合、前記カバレッジ外端末から受信した前記第１の受信電力レベル情報および前記カバレッジ外端末の位置情報と、前記カバレッジ外端末が通信可能な前記中継可能端末のそれぞれから受信した前記第２の受信電力レベル情報、前記中継可能端末の位置情報、前記属性情報および前記運用状態情報とに基づいて、前記カバレッジ外端末が前記基地局と通信する際の接続先とする中継可能端末を決定する、
ことを特徴とする通信システム。
基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末が他の無線通信端末を介して前記基地局と通信可能な通信システムにおいて、前記カバレッジ外端末が前記基地局と通信する際の接続先とする他の無線通信端末を中継経路制御装置が決定する通信経路決定方法であって、
前記カバレッジ外端末の位置情報を前記カバレッジ外端末から取得する第１のステップと、
前記カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末の位置情報、前記中継可能端末が有する能力を表す属性情報および前記中継可能端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報を前記中継可能端末から取得する第２のステップと、
前記第１のステップで取得した前記カバレッジ外端末の位置情報と、前記第２のステップで取得した前記中継可能端末の位置情報、属性情報および運用状態情報とに基づいて、前記カバレッジ外端末の接続先を決定する第３のステップと、
を含むことを特徴とする通信経路決定方法。
基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末が他の無線通信端末を介して前記基地局と通信可能な通信システムにおいて、前記カバレッジ外端末が前記基地局と通信する際の接続先とする他の無線通信端末を決定する中継経路制御装置を制御する制御回路であって、
前記カバレッジ外端末の位置情報を前記カバレッジ外端末から取得する第１のステップと、
前記カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末の位置情報、前記中継可能端末が有する能力を表す属性情報および前記中継可能端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報を前記中継可能端末から取得する第２のステップと、
前記第１のステップで取得した前記カバレッジ外端末の位置情報と、前記第２のステップで取得した前記中継可能端末の位置情報、属性情報および運用状態情報とに基づいて、前記カバレッジ外端末の接続先を決定する第３のステップと、
を前記中継経路制御装置に実行させることを特徴とする制御回路。
基地局のカバレッジの外部に位置する無線通信端末であるカバレッジ外端末が他の無線通信端末を介して前記基地局と通信可能な通信システムにおいて、前記カバレッジ外端末が前記基地局と通信する際の接続先とする他の無線通信端末を決定する中継経路制御装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記プログラムは、
前記カバレッジ外端末の位置情報を前記カバレッジ外端末から取得する第１のステップと、
前記カバレッジの内部に位置し、かつ他の無線通信端末から受信した信号を転送する中継機能を有する無線通信端末である中継可能端末の位置情報、前記中継可能端末が有する能力を表す属性情報および前記中継可能端末の動的に変化する運用状態を表す運用状態情報を前記中継可能端末から取得する第２のステップと、
前記第１のステップで取得した前記カバレッジ外端末の位置情報と、前記第２のステップで取得した前記中継可能端末の位置情報、属性情報および運用状態情報とに基づいて、前記カバレッジ外端末の接続先を決定する第３のステップと、
を前記中継経路制御装置に実行させることを特徴とする記憶媒体。