JPWO2014208166A1

JPWO2014208166A1 - 無線通信システムおよび通信端末装置

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Publication number: JPWO2014208166A1
Application number: JP2015523896A
Authority: JP
Inventors: 石井　崇人; 崇人石井
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP6086630B2; WO2014208166A1

Abstract

例えば大規模災害などで停電が生じ、システム配下の通信端末が復電を契機に一斉に通信を開始し、システム処理が輻輳し、システムダウンなどの障害に至ることを防止するために、通信端末装置の通信タイミングを分散させることの出来る無線通信システムおよび通信端末装置を提供する。無線通信システムにおける無線通信網に在圏する通信端末装置が共通の認識をもつ時間を基準とする基準タイミングと、該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータと、当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有のIDと、を用いて当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有の通信タイミングを各々決定する制御を行うことを特徴とする。

Description

本発明は、無線通信システムおよび通信端末装置に関し、特に無線通信システムにおける通信タイミングの制御方法に関するものであり、複数の通信端末装置から一斉に無線通信網に通信を行う可能性のある場合に、複数の通信端末装置からの通信タイミングを分散し、これを回避する無線通信システムおよび通信端末装置に関する。

例えば、無線ネットワークシステム（無線通信システム）は、複数の無線通信端末を備え、工場やプラントにおける機器監視や、自動販売機などの在庫情報や、電力、ガス、水道の使用量メータのデータなどを無線通信によって収集するシステムとして用いられている。また、無線通信システムでは、無線通信端末を経由して収集したデータを管理するために、有線ネットワークを介してサーバ等と接続されることがある。

無線通信システムで用いられる無線通信端末としては、特定小電力無線機などを用いた自営系のシステムや、無線データモジュールなどを用いた携帯電話と同じ公衆系のネットワークシステムを利用したシステムが用いられ、１つのネットワークで無線通信端末の台数が数千〜数万台になる場合も想定される。

自営系の無線通信システムでは、無線通信端末がアドホック的に近隣の端末を介してネットワークに参入し、順次ネットワークトポロジ（通信経路）を形成し、各ノード（無線通信端末）がトラフィックを次のノードに順次転送（ホップ）することにより通信を行うマルチホップ通信などが考えられるが、ホップ数が多くなると伝送遅延が大きくなり、また、無線通信端末の配置によっては、特定の無線通信端末にトラフィック負荷が集中して、当該端末を介したデータ伝達遅延が大きくなることがあるため、伝達遅延や特定の端末へのトラフィック負荷の集中を防ぐことや、システム全体を効率よく運用することができる無線通信システムが提供されている（特許文献１参照）。

図１１は、本発明の適用領域である無線通信システム概要例である。図１１において、A01-1〜A01-3は無線通信機能を持つ電力メータや自動販売機などの通信端末装置である。A02は（A01）が無線回線を介して接続する無線基地局や交換機などで構成される無線通信網である。A03は（A01）からの各種情報を管理したり、また各種情報を（A01）に配信したりするデータサーバーである。本発明の適用領域である無線通信システムにおいて（A01）は、無線回線により（A02）と接続し、（A02）を経由して（A03）に接続される。（A01）が、例えば電力計の計量値や自動販売機の在庫情報等を（A03）に報告することで、無線通信システム使用者は、電力料金の計算や自動販売機による販売商品の配送業務を運用することができる。

次に、図１１で説明した無線通信システムに用いられる通信端末装置の動作例を図１２を用いて説明する。図１２は、従来技術における通信端末装置の動作フローである。通信端末装置は電源供給後、必要な装置初期化処理を実施し（ST_B1）、無線通信網との接続のために、周辺の無線基地局のサーチを行い、無線通信網からの報知情報などのシステム情報を取得する（ST _B2）。ここで、移動無線通信システムにおいては、移動端末の管理を行う必要があり、通信端末装置は網における端末の管理のために位置登録を実施する（ST_B3）。位置登録完了後には通常処理（通常モード）へ移行する（ST_B4）。通常モードにおいて、通信端末装置は、自装置からサーバーにデータを送信したい場合、あるいはサーバーからのデータを受信したい場合などを検出し（ST_B5）、送受信データありを検出した場合は、データ送受信のための無線リンク、データリンク接続を実施し（ST_B6）、データ通信を行う（ST_B7）。

しかしながら、図１２に示す従来の通信端末装置の動作では、例えば大規模災害などで広範囲にわたり停電が生じ、その後復旧した場合（復電）を想定すると、停電からの復旧範囲内に存在する全ての通信端末装置（A01）に対する電源供給が一斉に発生することで、（A01）から（A02）及び（A03）に対する位置登録も一斉に発生する。これを図１３を用いて説明する。

特開２０１３−０５５４５１号公報

図１３は、従来技術における復電後の通信端末装置動作例を示す。図１３においてSFNとはSystem Frame Numberのことであり、当該無線通信システムにおける無線通信網に在圏する通信端末装置が共通の認識をもつ時間基準となるタイミングである。復電によりそのエリアに存在する通信端末装置（A01）に対する電源供給が一斉に発生することで、図１２に示した（ST_B1）〜（ST_B3）までの動作が全通信端末装置でほぼ同時に行われることとなる。図１３の場合、SFN ＝ 3のタイミングで全通信端末装置同時に位置登録を実施する例を示している。このようなケースにおいては、（A02）及び（A03）の処理能力を超え、輻輳が発生し、停電が発生しなかったエリアにも影響を及ぼし、さらにはシステムダウンに至る懸念があるという問題点があった。

本発明の目的は、上記従来の技術における通信端末装置の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば大規模災害などで停電が生じ、システム配下の通信端末装置が復電を契機に一斉に通信を開始し、システム処理が輻輳し、システムダウンなどの障害に至ることを防止するために、通信端末装置の通信タイミングを分散させることの出来る無線通信システムおよび通信端末装置を提供することを目的とする。また、この無線通信システムおよび通信端末装置における通信タイミング制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、無線通信機能を備えた複数の通信端末装置と、該複数の通信端末装置と無線通信網を介して各種情報を送受するサーバーと、により構成される無線通信システムにおいて、当該無線通信システムにおける無線通信網に在圏する通信端末装置が共通の認識をもつ時間を基準とする基準タイミングと、該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータと、当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有のIDと、を用いて当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有の通信タイミングを各々決定する制御を行うことを特徴とする。

さらに上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、前記の無線通信システムであって、前記基準タイミングと当該無線通信システムにおける各通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータは、当該無線通信システムにおける任意の範囲を設定エリアとして定義し、当該無線通信システムにおける各通信端末装置の位置情報を取得すべく当該通信端末装置において位置情報を取得し、当該各通信端末装置による位置情報に基づいて当該各通信端末装置が当該無線通信システムにおいてどの設定エリアに存在するかを関連付け、該関連付けた結果を設定エリアIDとして当該通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準タイミングと、特定の設定エリアIDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係をエリア割当情報として各通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準タイミングと、任意の通信端末装置IDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係を位置登録/送信開始SFN割当情報として通信端末装置に設定することを特徴とする。

さらに上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、前記記載の無線通信システムであって、前記当該無線通信システムにおける設定エリアと設定エリアIDは、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が増加したことであらかじめ決められた所定数を上回った場合は、当該設定エリアを再分割して設定エリアIDを更新して当該通信端末装置に設定し、また、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が減少したことであらかじめ決められた数を下回った場合は、当該設定エリアを他の所定数を下回った設定エリアと統合して設定エリアIDを更新して当該通信端末装置に設定することを特徴とする。

さらに上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、前記記載の無線通信システムであって、当該通信端末装置の移動によるエリア変更またはエリア分割またはエリア統合に対応するための設定エリアIDの更新において、当該通信端末装置における位置情報を取得する位置情報取得手段と、取得した位置情報をサーバーへ送信する位置情報送信手段と、を備え、サーバーは、送信された前記位置情報を受信し、設定エリアを更新処理して設定エリアIDを更新し、該更新した設定エリアIDを送信し、これを受信した当該通信端末装置は、更新された設定エリアIDに基づき通信端末装置固有の通信タイミングを更新するタイミング制御系の処理を実行することを特徴とする。

さらに上述した課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムの通信端末装置は、前記記載の無線通信システムの通信端末装置であって、該通信端末装置の通信には、前記送信許可タイミングが設定される制御系処理に伴うタイミング制御系通信とユーザーデータ処理にともなうユーザーデータ系通信を有し、タイミング制御系通信は、当該通信端末装置固有の通信タイミングで通信を行い、ユーザーデータ通信は、当該無線通信システムにおけるサーバーからの設定により当該通信端末装置固有の通信タイミングに依存しない通信を可能とすることを特徴とする。

本発明により、上記従来の技術における通信端末装置の問題点を解決することができ、例えば大規模災害などで停電が生じ、システム配下の通信端末装置が復電を契機に一斉に通信を開始し、システム処理が輻輳し、システムダウンなどの障害に至ることを防止するために、通信端末装置の通信タイミングを分散させることの出来る無線通信システムおよび通信端末装置を提供することができる。また、この無線通信システムおよび通信端末装置の通信タイミング制御方法を提供することができる。

本発明に係る通信端末装置の立上げ時の動作フロー本発明に係る通信端末装置の通常モードにおける動作フロー位置登録/エリア設定に関するシーケンス位置登録/送信開始許可エリアIDの概念エリアIDが無い場合の位置登録タイミングの例エリアIDが有る場合の位置登録/送信開始タイミングの例位置登録/送信開始許可エリア分割の概念サーバーでのエリア管理の概念位置登録許可エリアが変更した場合の位置登録/送信開始タイミングの例位置登録/送信開始許可エリア統合の概念本発明が適用される無線通信システムの概要例従来技術における通信端末装置の動作フロー従来技術における復電後の通信端末動作例装置情報の例設定情報の例

本発明に関わる実施形態として、図面を参照しながら説明する。本発明に係る通信タイミング制御方法を実施する通信端末装置の動作フローを図１、および図２に示し、通信端末装置〜無線通信網〜サーバー間のシーケンス図を図３に示す。図１は通信端末装置の電源供給直後の立上げ時の動作フローであり、図２は通常動作（通常モード）における動作フローである。

本発明に係る実施形態、その１：立上げモードの動作。まず図１及び図３を用いて立上げ時の動作について説明する。通信端末装置に電源が供給されると、通信端末装置自身の初期化処理を実行する（図１ST_101）。次に当該通信端末装置が在圏可能な無線通信網のセルサーチを行い、報知用のチャネルからシステム情報を取得する（図１ST_102）。このシステム情報には例えば無線通信網で管理されているSFN、当該セル固有の無線パラメータ、セル識別情報、周辺セル情報、初期システム参入のための位置登録タイミング割当情報、位置登録/送信開始SFN割当情報などが含まれている。次に当該通信端末装置のエリアIDの有無を確認（図１ST_103）した後、位置登録開始タイミングの算出を行う（図１ST_104）。

ここで本実施の形態にかかる前記エリアID、前記初期システム参入のための位置登録タイミング割当情報、位置登録/送信開始SFN割当情報と位置登録開始タイミングの算出手順についてさらに図４、図５を用いて説明する。図４は、本発明にかかるSFNと位置登録/送信開始許可エリアIDの概念を示している。図４は例として、当該無線通信網ではSFNとして0〜4095の繰返しを想定しているが、SFNの構成は無線通信網と当該無線通信システムで共通の認識とする。また後述するが、本発明を実施する通信端末装置にはその位置により、エリアIDが付与される。通信端末装置がこれまでに一度も当該無線通信システムに参入していなければ、エリアIDは付与されていないが、参入実績があればエリアIDが付与されている。図４において、SFN 0〜4095までを0〜1023、1024〜2047、2048〜3071、3072〜4095までの4つの時間群に分割し、さらにその各群の時間をエリアIDが付与されていない通信端末装置の位置登録を許可する時間帯（#new）、すなわち初期システム参入のための位置登録を許可する時間帯とシステムで定められた特定のエリアIDが付与された通信端末装置の位置登録/送信開始を許可する時間帯（#a_xx、#b_xx、#c_xx、#d_xx）に分割する例を示している。初期システム参入のための位置登録を許可する時間帯は、システム情報の中の初期システム参入のための位置登録タイミング割当情報により既知である。ここではSFNを基準として時間群を分割する例を示しているが、当該無線通信網に在圏する通信端末装置が共通の認識をもつ時間基準が存在すれば、それを用いても構わない。また、時間群の分割数も任意である。

図５は、エリアIDが無い場合の位置登録タイミングの例である。上述したように通信端末装置がこれまでに一度も当該無線通信システムに参入していなければ、エリアIDは付与されていない。エリアIDが無い通信端末装置は、図４及び図５において“#new”の時間帯で位置登録をすることとする。さらに本発明に係る通信端末装置はその端末装置固有の装置IDにより、“#new”の時間帯の中で、ある特定のタイミングで位置登録を実施することとする。これについて詳細に説明する。図５においては、“#new”の時間帯がSFN 0〜n-1までのnフレームに渡って確保されている例を示している。また、本発明に係る通信端末装置では、上述したシステム情報中の位置登録/送信開始SFN割当情報を用いて位置登録のタイミングを特定のSFNタイミングとなるように動作する。例えば位置登録/送信開始SFN割当情報が「mod 4(自装置IDを‘４’で割った余り)」である場合には、（装置ID mod 4 = SFN mod 4） && #new &&は論理積となるタイミングで位置登録を行う。例えば装置(1)の場合、その装置IDは‘00000001’なので、00000001 mod 4 = １すなわち、 SFN mod 4 = 1 である図５中の△印のタイミングが位置登録のタイミングとなり得る。また、装置(2)の場合、その装置IDは‘12345678’なので、12345678 mod 4 = 2すなわち、 SFN mod 4 = 2 である図５中の▲印のタイミングが位置登録のタイミングとなり得る。

上記説明したような手順により位置登録タイミング算出を実施し、算出した位置登録タイミングが到来した時に位置登録を実施する（図１ST_105 ST_106、図３PR_301）。実際の位置登録は算出した位置登録タイミングの中から、一番早く到来するタイミングで実施することも可能であり、またはあらかじめ定められた遅延時間経過後の当該タイミングで実施することも可能である。以上の手順により、無線通信網に対する位置登録を実施する。

次に本発明を適用する無線通信システムにおいて、無線通信網経由で当該通信端末装置、当該サーバー間で各種サービスが実施できるように、当該通信端末装置の無線通信システムへの参入と通信路の開設を行う。当該無線通信システムに参入する当該通信端末装置とサービスが実施できる様に、かつサーバーで管理が実施できるように、装置情報をサーバーに送信する必要がある。

図１４は、装置情報の一実施例を示す。装置情報は、当該通信端末装置の位置情報を含む装置固有の情報のことであり、各通信端末装置（A01）からサーバー（A03）に送信された後に、通信端末装置にて記憶されると共に、サーバーにて通信端末装置管理情報の一部として記憶される。以下に詳細動作を説明する。当該通信端末装置はまず、当該通信端末装置と当該サーバー間の通信路の開設を行うべく、当該通信端末〜無線通信網間の無線リンク及び無線通信網〜サーバー間のデータリンクの接続を行う（図１ST_107、図３PR_302）。次に当該装置情報で送信するための位置情報を得るために位置測位を実施する（図１ST_108、図３PR_303）。位置測位による位置情報取得後、例えば図１４に示す様な装置情報を作成し、サーバーへ送信する（図１ST_109、図３PR_304）。

一方サーバーでは、当該装置情報内の位置情報に基づいて、当該通信端末装置のエリア判定を実施する（図３PR_305）。例えばサーバー側には地図情報を基に任意のエリアを定義しておいて、当該通信端末装置からの位置情報により、どのエリアに属しているかを判定し、その位置情報を持つ通信端末装置に対して、エリアIDを付与する。例えば図４を例にとると、#a_xx、#b_xx、#c_xx、#d_xxのどのエリアIDに相当するエリアに属しているかを判定し、該当するエリアIDを付与する。そしてサーバーからはエリアIDを含む設定情報を当該通信端末装置に送信する（図３PR_306）。

図１５は、設定情報の一実施例を示す。設定情報は個々の装置に対する制御コマンドなどの機器に対する設定や、後述するエリア割当情報、エリアIDを含むエリアに関する設定、送信モードなどを含む接続に関する設定などが含まれ、サーバー（A03）から通信端末装置（A01）に送信された後に、サーバー、通信端末装置で共に記憶される。

当該通信端末装置は、前記サーバーからの設定情報を受信し（図１ST_110）、エリアIDを装置内に保持するとともに、各設定を実施する（図１ST_111、図３PR_307）。またこのエリアIDは、電源供給停止後も保持できる機能により、保持されることとする。次に設定されたエリアIDに基づいて、自装置の送信開始タイミングを算出する（図１ST_112）。この自装置送信開始タイミングの算出方法について図６を用いて説明する。

図６は、エリアIDが有る場合の位置登録/送信開始タイミングの例を示す。図６において、装置ID：12345678を持つ装置(2)と装置ID：00000004を持つ装置(3)についての例が示してある。また、装置(2)(3)ともにエリアIDとして#a_00が付与されており、位置登録/送信開始SFN割当情報は“装置ID mod 4”である。また図６ではSFN 0〜1023までのうち、SFN m〜1023までの時間帯をa_00のエリアIDを付与された通信端末装置に位置登録及び送信開始を許可している。この場合の自装置位置登録及び送信開始タイミングは、（装置ID mod 4 = SFN mod 4） && #a_00 となる。例えば装置(3)の場合、その装置IDは‘00000004’なので、00000004 mod 4 = 0すなわち、 SFN mod 4 = 0である図６中の△印のタイミングが位置登録及び送信開始のタイミングとなり得る。また、装置(2)の場合、その装置IDは‘12345678’なので、12345678 mod 4 = 2すなわち、 SFN mod 4 = 2 である図６中の▲印のタイミングが位置登録及び送信開始のタイミングとなり得る。上記説明したような手順により位置登録/送信開始タイミング算出を実施し、通常処理へ移行する（図１ST_113）。

本発明に係る実施形態、その２：通常モードタイミング制御系の動作。次に通常処理（通常モード）について図２及び図３を用いて説明する。通常モードにおいては、タイミング制御系の処理とユーザーデータ系の処理がある。

通常モードでのタイミング制御系処理では図３に示すようにPR_3000の手順を周期的に実行する。当該通信端末装置の移動等を考慮し、位置情報を更新するために周期的に位置測位処理を実施し（図２ST_201、図３PR_308）、立上げ時と同様に装置情報を更新作成する（図２ST_202）。そして、上述の図１ST_112での自装置送信開始タイミング算出処理により算出したタイミングの到来を待ち（図２ST_203）、当該タイミングが到来した時に、装置情報を送信する（図２ST_204、図３PR_309）。サーバーでは、当該装置情報内の位置情報に基づいて、当該通信端末装置のエリア判定を実施し（図３PR_310）、必要に応じ当該通信端末装置のエリアIDの更新を行う。

ここで、エリアIDの更新について説明する。例えば当該通信端末装置が物理的に移動しその位置情報が変化し、サーバーで管理しているエリアの例えば#a_00から#b_00に移動した場合などはエリアIDを更新する。あるいは、例えば#a_00エリアから当該無線通信システムに参入している通信端末装置が増加し、あらかじめ決められた数を超えた場合は、当該エリアを再分割する。これをさらに図７及び図８を用いて説明する。

図７は、位置登録/送信開始許可エリア分割の概念を示す図であり、また、図８は、サーバーでのエリア管理の概念を示す図である。図７の左側には#a_00に装置(1)〜(3)までが存在している。また、その時のサーバーの通信端末装置の位置管理の状況を図８の左側に示す。図８のサーバーでのエリア管理の概念図において、例えば各装置は現在のエリアID、無線通信網において接続しているセル、位置情報、装置ID等をテーブルにより管理している。当該無線通信システムに参入している端末が増加し、あらかじめ決められた数を上回った場合、すなわち図７の右側の様な状態になった場合は、エリア#a_00を#a_00と#a_01再分割する。再分割については、図７の右側の例の場合、装置(2)、装置n、装置n+1が再分割により#a_01に移動になっており、図８の右側に示す様なサーバーの通信端末装置の位置管理の状況となる。なお再分割は、分割後のエリアに属する端末数と端末の現在の位置を考慮して行う。

このようにサーバーが通信端末装置のエリア移動を検出したり、あるいはサーバーでのエリア分割が行われたりした場合には、通信端末装置のエリアIDが更新される。そして更新されたエリアIDを含む設定情報をサーバーから送信する（図３PR_311）。この時同時にSFNと位置登録/送信開始許可タイミングの対応を定義したエリア割当情報（エリアID既知の通信端末装置用）も更新しサーバーから送信する。当該通信端末装置は、前記サーバーからの更新された設定情報を受信し（図２ST_205）、更新されたエリアIDを装置内に保持するとともに、各設定を実施する（図２ST_206、図３ PR_312）。次に更新設定されたエリアIDに基づいて、自装置の送信タイミングを更新算出する（図２ ST_207）。この自装置送信開始タイミングの更新について図９を用いて説明する。

図９は、位置登録許可エリアが変更した場合の位置登録/送信開始タイミングの例を示す。図９において、装置ID：12345678を持つ装置(2)と装置ID：00000004を持つ装置(3)についての例が示してある。また、装置(3)はエリアIDとして#a_00が付与されており、装置(2)は新たにエリアIDとして#a_01が付与されている。位置登録/送信開始SFN割当情報は“装置ID mod 4”である。また図９ではSFN 0〜1023までのうち、SFN m〜l-1までの時間帯をa_00のエリアIDを付与された通信端末装置に位置登録及び送信開始を許可しており、SFN ｌ〜1023までの時間帯をa_01のエリアIDを付与された通信端末装置に位置登録及び送信開始を許可している。この情報はサーバーから送信された設定情報内にあるエリア割当情報により知ることができる。

この場合の自装置位置登録/送信開始タイミングは、（装置ID mod 4 = SFN mod 4） && #a_00 ＜エリアID #a_00が付与された装置＞（装置ID mod 4 = SFN mod 4） && #a_01 ＜エリアID #a_01が付与された装置＞となる。例えば装置(3)の場合、その装置IDは‘00000004’かつエリアIDが#a_00なので、00000004 mod 4 = 0すなわち、 SFN mod 4 = 0である図９中の△印のタイミングが位置登録及び送信開始のタイミングとなり得る。 SFN = ｌ及びSFN = 1020のタイミングは、分割前は送信開始可能なタイミングであったが、分割により除外されたタイミングとなる。また、装置(2)の場合、その装置IDは‘12345678’ かつエリアIDが#a_01なので、12345678 mod 4 = 2すなわち、 SFN mod 4 = 2 である図９中の▲印のタイミングが位置登録のタイミングとなり得る。 SFN = m+2のタイミングは、分割前は送信開始可能なタイミングであったが、分割により除外されたタイミングとなる。上記説明したような手順により位置登録及び送信開始タイミングを更新し、次回処理へ適用する。

上述したように当該無線通信システムに参入する通信端末装置の数が増加した場合にはエリアの再分割を実施するが、当該無線通信システムに参入する端末数が減少した場合にはエリアを統合することも可能である。図１０は位置登録/送信開始許可エリア統合の概念を示している。図１０の左側では、Cell Iが形成する範囲をエリア#a_00、Cell IIが形成する範囲をエリア#a_01としているが、当該無線通信システムに参入する端末装置の数の減少により図１０右側で示すような状況になった場合、エリアを統合しCell Iが形成する範囲とCell IIが形成する範囲をエリア#a_00とするということも可能である。このように、無線通信システムにおけるエリアは無線通信網のセルと独立であっても構わない。

本発明に係る実施形態、その３：通常モードユーザーデータ系の動作。通常モードでのユーザーデータ系処理の動作を図２の動作フローを用いて説明する。ユーザーデータ系処理は通常モードに移行後、通信装置端末内でのサーバーへの送信要求検出時、及び無線通信網経由でのデータ着信時（受信要求検出）に実施する。この送信要求及び受信要求を検出した場合、通信端末装置はユーザーデータ送受信モードへ移行する（ST_208）。ユーザーデータ送受信モードへ移行すると、まず送信要求か受信要求かを確認し（ST_209）、送信の場合には送信モードを確認する（ST_210）。

ここで送信モードについて説明する。図１５のサーバーからの設定情報には「送信モード」が含まれている。送信モードには、タイミング制御モード動作とタイミング非制御モード動作が定義される。タイミング制御モード動作とは、制御系処理のST_207で算出された自装置送信開始タイミングでデータ送信を行うことであり、タイミング非制御モード動作とは、タイミング制御系処理のST_207で算出された自装置送信開始タイミングに関わらず、データ送信を行うことである。この送信モードについては、当該無線通信システムに参入している通信端末装置の数やそのうち実際に通信を実施している数などを考慮して決定することが出来る。各通信端末装置の送信タイミングを制御したい場合はサーバーでタイミング制御モードを選択し、各通信端末装置の送信タイミングを特に考慮する必要が無い場合はタイミング非制御モードを選択すればよい。 ST_210にてタイミング制御モードが指定された場合は、自装置送信開始タイミングの到来を待ち（ST_211）、データ送信のための無線リンク、データリンク接続を実施し（ST_212）、データ送信を実施する（ST_213）。 ST_210にてタイミング非制御モードが指定された場合は、自装置送信開始タイミングの到来を待たずに、データ送信のための無線リンク、データリンク接続を実施し（ST_212）、データ送信を実施する（ST_213）。一方ST_209にて受信要求があった場合には、データ受信のための無線リンク、データリンク接続を実施し（ST_214）、データ受信を実施する（ST_215）。

本発明に係る実施形態、その４：停電/復電後の動作。次に大規模災害などで停電等により広範囲のエリアにわたり当該通信端末装置への電源供給が途絶えていた後、復電により、一斉に当該通信端末装置への電源供給が行われた場合の動作について説明する。本実施形態に係る通信タイミング制御方法を実施する通信端末装置は、当該無線通信システムへの参入実績があれば、エリアIDが付与されている。このエリアIDは、電源供給停止後も保持できる機能により、保持されており、電源供給再開後は、図１に示す動作フローにおいて、エリアIDがある場合の動作が実行される。すなわちST_104の位置登録開始タイミング算出処理において、エリアID、エリア割当、位置登録/送信開始SFN割当情報が既知となっているので、図６に示したタイミングで位置登録を実施することとなり、一斉に電源供給が行われた当該通信端末装置はそれぞれ自装置が既に保持しているエリアIDと装置IDを基に、それぞれのタイミングで位置登録を実施することになる。

以上詳細に説明したように本発明に係る実施形態における通信タイミング制御方法により、従来の技術における問題点を解消することができる。これは、当該無線通信システムにおける無線通信網に在圏する当該通信端末装置が共通の認識をもつ時間基準となるタイミングと、当該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータと、当該無線通信システムにおける通信端末装置固有のIDとを用いて当該無線通信システムにおける通信端末装置固有の通信タイミングを決定し、さらに前記当該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータは、当該無線通信システムにおける任意の範囲をエリアとして定義し、当該無線通信システムにおける通信端末装置の位置情報を取得すべく当該通信端末装置において位置測位を実施し、当該通信端末装置による位置測位結果を基に当該通信端末装置が当該無線通信システムにおいてどのエリアに存在するかを結びつけ、その結果をエリアIDとして当該通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準となるタイミングと、特定のエリアIDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係をエリア割当情報として通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準となるタイミングと、任意の通信端末装置IDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係を位置登録/送信開始SFN割当情報として通信端末装置に設定し、かつ、それらのパラメータを電源供給停止後も保持できる機能により、当該通信端末装置に保持する。これにより、大規模災害などで停電が生じ、システム配下の通信端末装置が復電を契機に一斉に通信を開始し、システム処理が輻輳し、システムダウンなどの障害に至ることを防止するために、通信端末装置の通信タイミングを分散させることの出来るタイミング制御方法を提供することが出来る。

本発明の実施の形態は、無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングの制御に関する方法であって、当該無線通信システムにおける無線通信網に在圏する当該通信端末装置が共通の認識をもつ時間基準となるタイミングと、当該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータと、当該無線通信システムにおける通信端末装置固有のIDと、を用いて当該無線通信システムにおける通信端末装置固有の通信タイミングを決定する通信タイミング制御方法を提供する。

さらに本発明の実施の形態では、前記当該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータは、当該無線通信システムにおける任意の範囲をエリアとして定義し、当該無線通信システムにおける通信端末装置の位置情報を取得すべく当該通信端末装置において位置測位を実施し、当該通信端末装置による位置測位結果を基に当該通信端末装置が当該無線通信システムにおいてどのエリアに存在するかを結びつけ、その結果をエリアIDとして当該通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準となるタイミングと、特定のエリアIDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係をエリア割当情報として通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準となるタイミングと、任意の通信端末装置IDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係を位置登録/送信開始SFN割当情報として通信端末装置に設定する。そして、電源供給停止後も保持できる機能により、当該通信端末装置に保持される、という通信タイミング制御方法を提供する。

さらに本発明の実施の形態は、前記当該無線通信システムにおけるエリアとエリアIDは、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が増加し、あらかじめ決められた数を上回った場合は、分割後のエリアに属する端末数と端末の現在の位置を考慮して当該エリアを再分割してエリアIDを更新して当該通信端末装置に設定し、また、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が減少し、あらかじめ決められた数を下回った場合は、当該エリアを統合してエリアIDを更新して当該通信端末装置に設定する、通信タイミング制御方法を提供する。

さらに本発明の実施の形態は、前記当該無線通信システムにおける通信端末装置の処理において、当該通信端末装置の移動によるエリア変更や、エリア分割、統合に対応するためのエリアIDの更新のために、当該通信端末装置における位置測位と、位置測位結果のサーバーへの送信と、サーバーでのエリア更新処理と、サーバーからのエリア更新結果によるエリアIDの送信と、サーバーからのエリアIDの更新による当該無線通信システムにおける通信端末装置固有の通信タイミングの更新と、をタイミング制御系処理とし、当該タイミング制御系処理を周期的に実施する、通信タイミング制御方法を提供する。

さらに本発明の実施の形態は、前記当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信には、前記のタイミング制御系処理に伴うタイミング制御系通信とユーザーデータ処理にともなうユーザーデータ系通信が存在し、ユーザーデータ通信に関して、当該無線通信システムにおけるサーバーからの設定により、当該無線通信システムにおける通信端末装置固有の通信タイミングによらない通信を行うことを可能とする、通信タイミング制御方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、例えば無線通信モジュールをスマートメータなどへ適用した通信端末装置を考えたとき、広域停電発生後の復電時にその復帰動作において、スマートメータからの一斉アクセスによる無線アクセス高負荷状態が想定されるケースにおいて、ネットワーク高負荷に加えて瞬間的高干渉状態の発生を回避することができる。

また、本発明の実施形態では、特定の無線通信網構成機器や無線通信網のセルなどに負荷が集中しないようにするために、本発明を適用する無線通信システムの取り決めとして、位置登録許可エリアを指定する。これは例えば、登録を許可するエリアIDに関する情報を無線通信網の報知情報内に入れておくことや、通信端末装置との個別の制御情報の中に入れておくことで実現する。また、エリアIDが付与されていない通信端末装置も存在するので、エリアIDが付与されていない通信端末装置の登録の許可情報も入れておく。一方、無線通信システム通常運用時に通信端末装置からサーバーへの定期報告に位置情報(参照位置情報含む)を入れておく。また、サーバーではエリアを管理する。また、通信端末装置からの位置情報により通信端末装置を任意のエリアに割り当てて、エリアIDを付与する。そして、通信端末装置でエリアIDを電源供給停止後も保持できる機能により、保持する。また、エリアIDは通信端末装置の移動及び、エリア内収容数の変更により、エリアを可変するなどにより適宜サーバーから更新する。これらを含む無線通信システムである。本発明の無線通信システムにおいて、位置登録等の通信を、許可されたタイミングにて実施することにより、無線通信網及びサーバー側処理の負荷分散がされる。さらに通信端末装置は固有IDを持ち、例えば固有IDのサーバーより指定された値との剰余がSFNのサーバーより指定された値との剰余と一致したタイミング時に位置登録を実行する。仮に復電後端末固有の遅延時間経過後に位置登録を実行する動作を考えた場合、位置登録及びシステムへの再参入のタイミングが端末毎に固有となり、端末間で不公平が生じる可能性があるが、本発明により、位置登録が早い端末と遅い端末が存在はするが、復電後位置登録及びシステムへの再参入のタイミングが固定とはならない。また、本発明により、位置登録タイミングが分散されるので、干渉観点での負荷分散がされる。すなわち、無線通信システムにおいて、一斉アクセスを回避することができるものである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明は、特に無線通信端末のアクセスの集中を抑制して効率的で安定した運用を可能とする無線通信システムに適している。

Ａ０１・・・通信端末装置Ａ０２・・・無線通信網（基地局、交換機等）Ａ０３・・・サーバー。

Claims

無線通信機能を備えた複数の通信端末装置と、該複数の通信端末装置と無線通信網を介して各種情報を送受するサーバーと、により構成される無線通信システムにおいて、当該無線通信システムにおける無線通信網に在圏する通信端末装置が共通の認識をもつ時間を基準とする基準タイミングと、該基準タイミングと当該無線通信システムにおける通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータと、当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有のIDと、を用いて当該無線通信システムにおける各通信端末装置固有の通信タイミングを各々決定する制御を行うことを特徴とする無線通信システム。
前記請求項１記載の無線通信システムであって、前記基準タイミングと当該無線通信システムにおける各通信端末装置の通信タイミングを関係付けるパラメータは、当該無線通信システムにおける任意の範囲を設定エリアとして定義し、当該無線通信システムにおける各通信端末装置の位置情報を取得すべく当該通信端末装置において位置情報を取得し、当該各通信端末装置による位置情報に基づいて当該各通信端末装置が当該無線通信システムにおいてどの設定エリアに存在するかを関連付け、該関連付けた結果を設定エリアIDとして当該通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準タイミングと、特定の設定エリアIDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係をエリア割当情報として各通信端末装置に設定し、当該無線通信システムにおける無線通信網の基準タイミングと、任意の通信端末装置IDを持つ当該通信端末装置に対しての特定の送信許可タイミングとの関係を位置登録/送信開始SFN割当情報として通信端末装置に設定することを特徴とする無線通信システム。
前記請求項２記載の無線通信システムであって、前記当該無線通信システムにおける設定エリアと設定エリアIDは、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が増加したことであらかじめ決められた所定数を上回った場合は、当該設定エリアを再分割して設定エリア IDを更新して当該通信端末装置に設定し、また、あるエリアから当該無線通信システムに参入している当該通信端末装置が減少したことであらかじめ決められた数を下回った場合は、当該設定エリアを他の所定数を下回った設定エリアと統合して設定エリアIDを更新して当該通信端末装置に設定することを特徴とする無線通信システム。
前記請求項３記載の無線通信システムであって、当該通信端末装置の移動によるエリア変更またはエリア分割またはエリア統合に対応するための設定エリアIDの更新において、当該通信端末装置における位置情報を取得する位置情報取得手段と、取得した位置情報をサーバーへ送信する位置情報送信手段と、を備え、サーバーは、送信された前記位置情報を受信し、設定エリアを更新処理して設定エリアIDを更新し、該更新した設定エリアIDを送信し、これを受信した当該通信端末装置は、更新された設定エリアIDに基づき通信端末装置固有の通信タイミングを更新するタイミング制御系の処理を実行することを特徴とする無線通信システム。
前記請求項１乃至４に記載の無線通信システムの通信端末装置であって、該通信端末装置の通信には、前記送信許可タイミングが設定される制御系処理に伴うタイミング制御系通信とユーザーデータ処理にともなうユーザーデータ系通信を有し、タイミング制御系通信は、当該通信端末装置固有の通信タイミングで通信を行い、ユーザーデータ通信は、当該無線通信システムにおけるサーバーからの設定により当該通信端末装置固有の通信タイミングに依存しない通信を可能とすることを特徴とする通信端末装置。