WO2014136249A1

WO2014136249A1 - 無線伝送システム

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Publication number: WO2014136249A1
Application number: PCT/JP2013/056383
Authority: WO
Inventors: 亮介藤原; 片岸　誠; 宮崎　祐行
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Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-12
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Abstract

　開示された発明の課題は、ロバストな通信を実現できるポーリングベースのマルチホップ通信システムを提供することにある。　その解決手段は、無線局として、基地局と該基地局をルートとする多段階層的に接続する複数の中継局と該中継局に接続する複数の端末で構成される（マルチホップ通信）無線伝送システムであって、該基地局及び該中継局は、システム周期のうちで、各々に予め時分割で割り当てられた１回以上のサービス期間にポーリングによる通信を行うことにある。

Description

無線伝送システム

　本発明は、無線伝送システムに関し、特に、無線通信を対象とし、より詳細にはマルチホップ無線通信システムに関する。

　ＱｏＳ機能を備えた無線ＬＡＮシステムとして、例えば特許文献１でＩＥＥＥ８０２．１１ｅの拡張ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｃａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いたシステムが開示されている。

　従来のＩＥＥＥ８０２．１１規格のＭＡＣでは、ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　Ａｃｃｅｓｓ）とＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ　Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ａｃｃｅｓｓ）の二つの機能が規定されている。またＩＥＥＥ８０２．１１ｅの拡張ＭＡＣでは、ＤＣＦを拡張しＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）特性を備えたＥＤＣＡ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ａｃｃｅｓｓ）、及びＰＣＦを拡張したＨＣＣＡ（Ｈｙｂｒｉｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ａｃｃｅｓｓ）が規定されている。

　上述のＤＣＦ、ＥＤＣＡは、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍｕｌｉｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした方式であり、端末に競合アクセス手段を提供する。またＰＣＦ、ＨＣＣＡはポーリング方式をアクセス方法であり、端末に非競合アクセス手段を提供する。またＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格書においては、ＨＣＣＡを用いた参照スケジューリング方法が開示されている。

　またマルチホップに拡張した場合の無線アクセス方式として上記のＥＤＣＡを用いる方法以外に、ポーリングを用いてＱｏＳを確保する方法が特許文献２または特許文献３に記載されている。

特開２０１０－１７８３４７号公報特開２００２－３２５７２３号公報特開２０１０－２２６３２４号公報

　ＥＤＣＡを用いてマルチホップ通信を構築する場合、同じ優先度の端末台数が多くなると衝突が多くなり、通信効率が低下する問題がある。またマルチホップの特性上隠れ端末が容易に発生するが、そのような場合に通信効率が低下する。

　一方、ポーリング制御を用いた場合、基地局からの集中制御により上記問題が解決されるが、マルチホップ通信に適用した場合、どのように集中制御を実現するかという問題がある。特許文献２では、各ホップで周波数チャンネルを変更し、上位の無線局との通信と下位の無線局との通信を同時にポーリング制御で行なうことを可能する方法が開示されている。

　この方式の場合、周波数チャンネルが複数必要である点と、送受信機のハードウェア構成が複雑になってしまう問題がある。

　一方、特許文献３では、バケツリレーのようにポーリング権を下位の中継局に渡していく方法が開示されている。この方法の場合、ポーリングパケットが万が一通信エラーになってしまった場合、それ以降の下位の中継局、端末にポーリングができなくってしまう。このようにポーリングパケットの消失がシステム全体に影響を及ぼしてしまうためロバスト性を確保することが困難である。

　上記問題を顧みて、本発明では、ハードウェアの簡略化、周波数チャンネルの節約のため同一周波数チャンネルでマルチホップを構築し、ロバストな通信を実現できるポーリングベースのマルチホップ通信システムを提供する。

　上記課題を解決するための第１の手段は、無線局として、基地局と複数の中継局と複数の端末とを有して構成され、前記端末及び中継局は前記基地局または前記中継局多段階層的に無線接続される無線伝送システムであって、前記基地局と前記中継局とは同期されており、かつ、前記基地局と前記中継局とのシステム周期は時間的に同じものであり、前記基地局と前記中継局には、一の前記システム同期内に、かつ、時分割で、１回以上のサービス期間が割り当てられ、一の前記サービス期間内で、前記基地局または前記中継局は、自局に登録された前記端末との間で、ポーリングによるポーリング通信を行い、前記ポーリング通信では、前記基地局または前記中継局から、前記自局に登録された前記端末に対し、ポーリングパケットを送信し、前記基地局または前記中継局は、前記自局に登録された前記端末から返信信号を受信する。

　さらに、前記基地局は前記基地局よりも階層下位の第１の中継局に同期パケットを転送し、前記同期パケットを受信した第１の中継局は前記第１の中継局よりも階層下位の第２の中継局に同期パケットを転送し、前記基地局及び前記第１および第２の中継局は、前記同期用パケットの送信タイミングを基準として割り当てられた前記サービス期間を決定する。

　さらに、上前記サービス期間は、前記同期パケットの送信タイミングを基準として、サービス期間のスタート時間、サービス期間のストップ時間、全体のシステム周期の少なくとも３つのパラメータで管理される。

　さらに前記サービス期間は、ポーリング区間とＣＳＭＡ区間とからなり、前記ポーリング通信を行うポーリング区間においては、前記サービス期間が割り当てられた前記基地局またはは前記中継局が無線接続され、かつ、ＱｏＳ通信を必要とする前記端末に対しポーリングを行い、前記ＣＳＭＡ区間では前記ポーリング通信を行わないか、またはその他の通信を行う。

　また、前記ポーリング区間は、前記基地局または前記中継局に無線接続されている全ての前記端末に対し前記ポーリングを行う包括的ポーリング区間と、前記包括的ポーリング区間の期間内において、データ送信を失敗した前記端末に対し、前記基地局または前記中継局からデータ送信が成功するまで前記ポーリングを行う選択的ポーリング区間とからなる。

　また、前記サービス期間が、前記システム周期中に同じ基地局または中継局に対して、２回以上割り当てられ、第１のサービス期間は包括的ポーリング区間で構成され、第２のサービス期間は少なくとも選択的ポーリング区間を有して構成される。

　また、第１階層の第１の中継局と、それより下位階層にある第２階層の第２の中継局があり、前記第２の中継局から前記第１の中継局、前記基地局の順に、前記システム周期の時間的に一番先頭から順番に、前記サービス期間が順次、割り当てられる。

　また、前記基地局及び中継局は、前記同期パケットに同期基準点の情報を含め、前記同期パケットを受信する前記第２の中継局は、前記基地局または前記第１の中継局との内部クロックのカウンタ差を保持しておき、前記基準点の情報と前記内部クロックの前記カウンタ差から、前記基準点の正確な時間を求める。

　また、前記サービス期間が割り当てられた前記基地局及び中継局は、前記サービス期間の終了時において、終了通知パケットを送信し、前記終了通知パケットには、次のサービス期間が割り当てられる前記基地局または前記中継局の前記ポーリング通信のポーリング区間長に基づいた送信禁止時間情報を含める。

　また、前記中継局は、ルーティング情報を保持するテーブルを保持し、その中継局に接続されていない端末から、その中継局はアソシエーションリクエストを受信し、前記ルーティングテーブルの前記端末情報にその端末情報を追加し、前記ルーティングテーブルの変更情報をその中継局よりも階層上位の基地局または階層上位の別の中継局に無線転送し、前記端末からの帯域リクエストを受信し、前記帯域リクエストを前記端末よりも階層上位の基地局または前記端末よりも階層上位の中継局に無線転送する。

　さらに、前記中継局は、その中継局よりも階層下位の中継局からのルーティングテーブル変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行い、前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記階層下位の中継局よりも階層上位の基地局または前記階層下位の中継局よりも階層上位の中継局に帯域リクエスト情報を転送する。

　さらに、前記基地局は、前記階層下位の中継局からルーティングテーブルの変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行い、前記基地局は、前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記リクエストに応じてリソース計算を行い、前記計算結果に基づいてリクエスト許可情報または不許可情報及びサービス期間割り当て変更情報を含むパケットを前記階層下位の中継局に送信する。

　さらに、接続されている前記端末の遮断検知を行い、遮断が確認された場合にはルーティングテーブルの前記端末情報に関して更新を行い、前記ルーティングテーブルの変更情報を階層上位の基地局又は中継局に転送し、帯域リクエストを階層上位の基地局又は中継局に転送する。

　さらに、前記中継局は、階層下位の中継局からのルーティングテーブル変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行い、前記中継局は、前記中継局よりも階層下位の別の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記中継局は、前記中継局よりも階層上位にある基地局又は前記中継局よりも階層上位にある別個の中継局に転送する。

　さらに、前記基地局は、前記基地局よりも階層下位の前記中継局からルーティングテーブルの変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行い、前記基地局は、前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記リクエストに応じてリソース計算を行い、前記計算結果に基づいてリクエスト許可及びサービス期間割り当て変更情報を含むパケットを前記階層下位の中継局に送信する。

　本発明によれば、マルチホップ伝送において一定帯域及び低遅延通信が可能となり、干渉にもロバストな無線伝送システムを提供できる。

　また同一周波数チャンネルでマルチホップを構成できるため、ハードウェアの簡易化及び周波数リソースの節約が可能となる。

実施例１におけるネットワーク構成例である。サービス期間におけるポーリング動作例である。実施例１における第１のポーリングタイミング例を示すタイムチャートである。実施例１における第２のポーリングタイミング例を示すタイムチャートである。実施例１における第３のポーリングタイミング例を示すタイムチャートである。実施例１における第４のポーリングタイミング例を示すタイムチャートである。実施例１における第１のポーリングタイミング例における基地局の動作例を示すタイミングチャートである。実施例１における第１のポーリングタイミング例における中継局の動作例を示すタイミングチャートである。実施例１における基地局及び中継局の動作を示すチャートである。実施例１における基地局の動作を示すフローチャートである。実施例１における中継局の動作を示すフローチャートである。実施例１における基地局の構成例を示すブロック図である。実施例１における第５のポーリングタイミング例を示すタイムチャートである。同期パケットが干渉存在時に送信が遅れる場合の対処方法を示すタイムチャートである。送信禁止を用いた干渉対策を示す図である。第２の実施形態における基地局の構成例を示すブロック図である。端末追加/遮断時のタイムシーケンス例である。端末追加時の動作例を示すフローチャートである。端末のネットワーク離脱時の動作例を示すフローチャートである。遅延特性を示すシミュレーション結果である。本発明の応用形態例１である無線監視カメラシステムである。本発明の応用形態例２である遠隔操縦システムである。

　以下、本発明をその実施の形態（実施例）を示す図面に基づいて具体的に説明する。

　（１）ネットワーク構成
　図１は、実施例１に係る無線伝送システムのネットワーク構成例を示す概略図である。

　図１に示すように、ネットワークは、基地局（ＡＰ）０１、１つ以上の中継局、１つ以上の端末（機器）(ＳＴＡ)０４ａ～ｅから構成される。上記、基地局、中継局、端末は無線通信を行う無線局である。本実施例では、図１で示すように、３つの中継局とそれらに接続される複数の端末で構成される例で説明する。

　中継局は、基地局をルートとして多段階層の構造となっており、図１に示す例では、中継局ａ（ＲＰａ）０２ａ、中継局ｂ（ＲＰｂ）０２ｂが基地局に接続されている中継局であり、中継局ａ－ａ（ＲＰａ－ａ）０３ａ、中継局ａ－ｂ（ＲＰａ－ｂ）０３ｂが中継局ａ０２ａに接続される中継局である。例えば端末０４ａから送信されるデータは、中継局ａ－ａ０３ａ、中継局ａ０２ａを介して基地局０１に伝送される。また基地局０１から端末０４ａへデータを伝送するためには、中継局ａ０２ａ、中継局ａ－ａ０３ａを経由して行われる。

　（２）ポーリング制御におけるサービス期間
　基地局または中継局はそれぞれ接続されておりＱｏＳ通信を要求する無線局（以下ＱｏＳ無線局）に対してポーリング制御を行なう。ポーリング制御は、サービス期間（ＳＩ：Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｉｎｔｅｒｖａｌ）と呼ばれる時間単位ごとに行われる。

　図２は、そのサービス期間のポーリング動作例を示したものである。

　基地局または中継局はポーリングパケットを送信し、それに接続されているＱｏＳ無線局（端末１、端末２）は自局宛てのポーリングパケットが受信された場合のみデータ送信することが許される。

　サービス期間はポーリング期間とＣＳＭＡ区間に分けられる。ポーリング区間において基地局または中継局は、ポーリングパケットの送信、データ受信、場合によってはＡＣＫ送信の動作を繰り返す。ＣＳＭＡ区間においては、ポーリングパケットを送信しない。

　また、必要に応じてＣＳＭＡ区間の終了を他の無線局に知らせるＣＳＭＡ　Ｅｎｄパケットを送信する場合もある。

　また図２の例では、ポーリング区間は包括的ポーリング区間と選択的ポーリング区間に区別される。包括的ポーリング区間では基地局または中継局は接続されている全てのＱｏＳ無線局にポーリングパケットを送信する。選択的ポーリング区間では、包括的ポーリング区間においてデータ送信を失敗したＱｏＳ無線局に対してポーリングパケットを送信し、データ送信が成功するまでこれを行う。

　この制御により、通信にエラーが起こるような場合においても確定的遅延での伝送を実現できる。

　（３）マルチホップにおけるポーリングタイミング
　本実施形態では、複数の基地局、中継局でポーリング動作を行うために、基地局及び中継局がポーリングを行うことができるサービス期間がシステムの持つ周期（システム周期）内で時分割にて、それぞれに割り当てられる。

　図３はその（第１の）タイミング例を示したものである。

　ここでの説明の簡単化のため、図１のネットワーク構成ではなく、ネットワークが基地局、中継局１、中継局２の順でマルチホップ構成されているものとして説明する。（ここでの説明を図１のネットワークに拡張してもここで説明する本発明の主旨は失われない。）
　図３において、中継局２、中継局１、基地局のマルチホップネットワークの下位の順に、すなわち、中継局２、中継局１、基地局の順にサービス期間が割り当てられる。

　またサービス期間は前述したようにポーリング区間とＣＳＭＡ区間から構成される。サービス期間を時分割で割り当てられるためには、基地局と中継局１、中継局２が同期されている必要がある。この同期は、基地局から中継局１へ同期パケットを送信し、さらに中継局１は中継局２に同期パケットを送信することで行われる。

　要するに、これらの同期パケットの送受信タイミングを基準の時間ベースとしてサービス期間が決定される。

　図４は、第２のポーリングタイミング例を示したものであり、第１のタイミング例に対して、ポーリング区間が包括的ポーリング区間と選択的ポーリング区間とから構成されることを示している。

　この包括的ポーリング区間、選択的ポーリング区間及びＣＳＭＡ区間の割り当てタイミングに関しては、様々な方法が考えられる。例えば、第１及び第２のタイミング例は、割り当てられるサービス期間が連続した１区間であったが、上記の区間単位で分割して割り当てることも可能である。

　図５は、その一例を示した第３のタイミング例を示したものである。図５において、まず包括的ポーリング区間を中継局２、中継局１、基地局の順に割り当て、その後選択的ポーリング区間とＣＳＭＡ区間を連続して順に割り当てられる。またこのタイミング例は、ＣＳＭＡ区間の終了時に終了通知（ＣＳＭＡ　Ｅｎｄ）パケットを送信する例を示してある。

　図６は、第４のタイミング例を示したものである。この例は、まず包括的ポーリング区間と選択的ポーリング区間からなるポーリング区間を中継局２、中継局１、基地局に順に割り当て、その後ＣＳＭＡ区間を全体として割り当てられる。

　この例では選択的ポーリング区間は通信状況に応じて長さが変動するため、区間の最後にポーリング区間終了通知パケットを送信する。

　（４）基地局及び中継局におけるタイミング制御
　図７は図１のネットワーク構成と図３の第１のポーリングタイミング制御例において、基地局０１におけるタイミング制御例を示したものである。

　タイミング制御は、システム周期（ＳＩｓｙｓｔｅｍ）、サービス期間スタート時間（ＳＩｓｔａｒｔ）、サービス期間ストップ時間（ＳＩｓｔｏｐ）の少なくとも３つを用いて行われる。

　図７において、システム周期の先頭で同期パケットを接続されている階層下位の中継局（中継局ａ０２ａ、中継局ｂ０２ｂ）に送信する。この実施形態では、基地局０１は、１システム周期毎に順番に階層下位の中継局に同期パケットを送信している。この同期パケットの送信タイミングを基準にし、自局のサービス期間の開始（＝ポーリング開始時間）とサービス期間の終了時間をそれぞれ管理する。

　図８は、同様に中継局のタイミング制御を示したものである。

　図８では、図１のネットワーク構成における中継局ａ０２ａにおける制御例を示したものである。基地局０１から送信される同期タイミングを基準としてシステム周期の先頭を決定してサービス期間の制御を行なう。

　自分宛てに送られてきた同期パケットを受信すると、中継局ａ０２ａは自局の階層下位の中継局（中継局ａ－ａ０３ａまたは中継局ａ－ｂ０３ｂ）に同期パケットを送信する。

　この例では、同期パケット受信に際して一つだけ同期パケットを送信し、順番に階層下位の中継局へ送信する。同期パケットを受信してシステム周期の先頭を決定した後は、基地局０１での制御と同じように、自局のサービス期間の開始（＝ポーリング開始時間）とサービス期間の終了時間をそれぞれ管理する。

　図９(a)、図９(b)、図１０のフローチャートを用いて、基地局０１及び中継局０２、０３における動作例を説明する。

　図９(a)は、基地局及び中継局における動作を示したチャートであり、初期化後アイドル状態となり、各種の割り込みを待つ。割り込み発生後、その割り込みの要因後にそれぞれ処理を行う。それぞれの割り込み処理について、図９(b)、図１０で説明する。

　図９（ａ）は、基地局においてシステム周期を管理するタイマの入力時の動作例を示したものである。システム周期タイマの入力後階層下位の中継局が存在しない場合、マルチホップネットワークではないネットワークであり、図２の例で示したようなサービス期間を持つポーリング制御を開始する。階層下位の中継局が存在する場合、その中継局の少なくとも一つに同期パケットを送信し、サービス期間スタートタイマを設定する。

　図９（ｂ）は、サービス期間スタートタイマ入力時の動作例を示したものである。サービス期間スタートタイマ入力後、サービス期間ストップタイマを設定し、図２の例で示したようなサービス期間を持つポーリング制御を開始する。

　図１０（ａ）は、中継局において、同期パケット受信時の動作例を示したものである。自局宛ての同期パケットを受信した際、その受信タイミングから正しい基準時間を計算し、システム周期の開始時間を決定する。仮に受信タイミングが自局に割り当てられているサービス期間のスタート時間より遅い場合、同期パケットを転送しない。スタート時間が始まるとポーリング通信が始まるので、同期パケットが干渉してしまうためである。

　上記以外の場合、階層下位の中継局が存在する場合、同期パケットを少なくとも一つの中継局に送信する。階層下位の中継局が存在しなかった場合、または同期パケットを送信後、サービス期間スタートタイマを設定する。
もしシステム周期タイマが設定されている場合は解除する。

　図１０（ｂ）は、サービス期間スタートタイマ入力後、またはシステム周期タイマ入力後の動作を示したものであり、それらの入力後、サービス期間ストップタイマとシステム周期タイマが設定されてない場合はシステム周期タイマを設定する。

　ここで、もしあらかじめ設定された時間（ｘ秒間）同期パケットを受信できなかった場合、システム周期タイマを解除し、以降サービス期間を開始しないようにしてもよい。その後、図２の例で示したようなサービス期間を持つポーリング制御を開始する。

　（５）基地局/中継局構成例
　図１１にこれまで述べた制御を可能にする基地局及び中継局の構成例を示す。

　基地局または中継局は、アプリケーション部（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）１１，プロトコル処理部（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）１２、受信処理部（ＲＸ）１３、タイミング制御部（Ｔｉｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１４、スケジューリング制御部（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１５，データ選択部（Ｓｅｌｅｃｔ）１６、ＣＳＭＡキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＣＳＭＡ）１７、ポーリングアクセスキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＰＡ）１８、ピギーバックキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＰＢ）１９、ＣＳＭＡ部（ＣＳＭＡ）２０、ポーリングアクセス部（Ｐｏｌｌｉｎｇ　Ａｃｃｅｓｓ）２１、ピギーバックアクセス部（Ｐｉｇｇｙｂａｃｋ　Ａｃｃｅｓｓ）２２、ポーリング部（Ｐｏｌｌｉｎｇ）２３、物理層（ＰＨＹ（ＴＸ／ＲＸ））２４を含む。

　本発明は、プロセッサ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等その実現手段によって限定されない。すなわち、これらの機能はプロセッサ上のソフトウェアとして実現されるかもしれないし、ＡＳＩＣとして専用ハードウェアで実現されるかもしれない。

　アプリケーション部１１からデータ送信要求が発生した場合、プロトコル処理部１２で、通信仕様に準じた処理がなされる。

　例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている処理がなされる。

　その後、選択部１６でデータの種別を判断し、どのキューを用いるか判断する。例として、ＱｏＳが要求されないデータの場合、通常のＣＳＭＡを用いて送信されるため、ＣＳＭＡキュー１７に送られる。ＱｏＳが必要なデータで階層上位の無線局に送信する場合は、ポーリングアクセスキュー１８に送られる。またＱｏＳが必要でかつ階層下位の無線局に送信する場合は、ピギーバックキュー１９に送られる。

　ポーリングアクセスは、階層上位の無線局からのポーリング制御によりデータを送信し、ピギーバックアクセスは、階層下位へのポーリングパケットにデータを含め送信する。それぞれポーリングアクセス部２１、ピギーバックアクセス部２２がその処理を施す。

　タイミング制御部１４は、前述したようなタイミング制御を行ない、本実施例ではシステム周期、サービス期間スタート時間及びストップ時間を制御する。また同期パケットの送信時間も制御を行なう。

　スケジューリング制御部１５は、サービス期間内のスケジューリングを制御する。ポーリングパケットはポーリング部２３で生成され送信される。

　全てのパケットは物理層２４により、実際の無線信号に変換され空間に送信される。

　（６）下り通信の遅延保証
　図１２は、本実施例における第５のポーリングタイミング例を示したものである。サービス期間の割り当ては図３におけるものと同じであるが、サービス期間の後に、下り通信専用の区間が設けられる。

　図１２に示すように、上り通信はサービス期間を、階層下位の中継局から割り当て、下り通信は階層上位の基地局/中継局から割り当てることによって、一往復の通信をシステム周期内で終えることができる。

　（７）同期パケットによる基準時間の決定
　同期パケットによってシステム周期の先頭を決定するが、他システムからの信号が干渉として存在する場合や通信エラーが起こることがあるので、同期パケットの受信時間だけからでは、システム周期の先頭を決定することはできない。

　図１３は、システム周期の先頭を決定する方法例を示したものである。基地局及び中継局は時間を計測するカウンタを保持しており、定期的に基地局・中継局間でカウンタ値の差を計測しておく。計測の方法は特に限定はしないが、例えばIEEE802.11を用いる場合は、ビーコン信号が定期的に送信されるので、ビーコン信号の送受信によって行うことができる。

　実際のところ、ビーコン信号で上記カウンタ値の差を計測しておけば、システム周期の先頭及び各サービス期間の割り当て時間を通知することにより同期が確立し、時分割での制御は可能である。

　この場合は、ビーコン信号を同期パケットとして扱っているものと考えることができる。しかしながらIEEE802.11のビーコン信号のフォーマットを変更はできないので、新たな同期パケットを用いて制御する方法を本実施例では示している。

　基地局は、システム周期の開始時間（同期点）のカウンタ値を同期パケットに含んで送信する。上記同期パケットを受信した中継局はあらかじめ計測しているカウンタ値の差と同期パケットに含まれるカウンタ値から同期点のカウンタ値を求めることができる。中継局は計算された同期点のカウンタ値を再び同期パケットに含んで送信する。

　以上の手順によって、仮に同期パケットの受信時間が干渉信号の影響などで遅れてしまっても正しい同期点を求めることができる。

　（８）送信禁止を用いた制御
　ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｖｅｃｏｔｒ）という仕組みを用いることによって、仮想キャリアセンス機能を提供し、多重アクセスの送信制御を可能としている。これはパケットに含まれる期間情報を全ての無線局は参照でき、その期間は送信禁止としてＮＡＶに設定するという仕組みである。

　図１４はこれを利用して、ポーリング制御中のデータ通信を保護する方法例を示してある。

　図１４では、同期パケットは直後のサービス期間のポーリング区間に該当する時間を期間情報として含み、それを受信した無線局はその期間送信禁止となりポーリング区間が保護される。

　また、サービス期間終了時に、同様に直後のサービス期間のポーリング区間に該当する時間を期間情報として含む終了通知パケットを送信する。

　また、各ポーリングパケットやその返信パケットにも同様にポーリング区間の時間を含む期間情報を含めて送信する。

　これらにおいて、選択的ポーリング区間などでポーリング区間が延長される場合は、延長分も含める。図１４において、中継局２からは無線信号が届かなく、中継局１から届く範囲にある無線局に対して保護する場合、ポーリング区間の延長分は、ポーリングパケットでは通知できないので、階層上位の中継局である中継局１にあえてポーリングパケットを送信し、その返信パケットにおいて延長期間分を含めることにより、延長分のポーリング区間の保護を可能にすることもできる。

　（９）アドミッションコントロール
　ポーリング制御を行なうためには、事前に端末の登録、リソースの割り当てが必要である。

　また、マルチホップにおけるルーティング制御も必要である。

　図１５から図１８を用いて、これらを実現する実施例を説明する。

　図１５は端末の登録、ポーリングのリソース割り当て、ルーティング制御の機能を持つ基地局/中継局の構成例を示したものである。

　図１１の構成に対して、アソシエーション/認証部（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ））３１、ルーティング制御（Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）３２、リソース制御部（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）３３，設定Ｉ／Ｆ（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ＩＦ）３４が追加されている。

　図１５で実現されるネットワークへの端末追加時及び端末離脱時のフロー例を図１６で示す。また、端末追加時の端末（ａ）、中継局（ｂ）、基地局（ｃ）での動作例のフローチャートを図１７に示し、端末離脱時の端末（ａ）、中継局（ｂ）、基地局（ｃ）での動作例のフローチャートを図１８に示す。

　端末追加時において、端末が起動されると周りの無線局をサーチし、適当な基地局または中継局に必要に応じて認証を行い、アソシエーションリクエストを送信する。

　例えば、ＲＳＳＩが最も良好な基地局又は中継局を選択する方法が考えられる。アソシエーションリクエスト送信後、アソシエーションの許可を受信すると、ポーリング制御への参加のための帯域リクエストを送信する。帯域リクエストは例えば必要帯域や許容される遅延量が情報として含まれる。その後、帯域リクエストの許可を受信した場合、通信をスタートする。

　上記アソシエーションリクエストを受信した中継局は、アソシエーション許可を返信する。その後、ＩＰアドレスとＭＡＣアドレスを対応づけるルーティングテーブルを更新するとともに、その情報を階層上位の中継局または基地局に送信する。

　端末から帯域リクエストを受信した場合は、階層上位の中継局または基地局に転送し、帯域許可または拒否が受信されるのを待ち、帯域許可または拒否通知を端末に転送する。帯域許可が受信された場合、同時にサービス期間のタイミング情報を含む設定情報が送られてくるので、その設定情報をサービス期間のパラメータに反映する。

　ルーティング情報を受信した基地局または中継局においては、その情報に基づいてルーティングテーブルを更新する。

　また帯域リクエストを受信した基地局は、リソース計算を行い帯域許可が可能か不可能か判断する。不可能の場合は帯域拒否通知を、可能な場合は新しいリソース期間情報を含む設定情報とともに帯域許可通知を送信する。

　この設定情報は全ての中継局に送信される。従って、これを受信した中継局は階層下位の中継局に転送する必要がある。その後基地局では、サービス期間のパラメータに変更を反映する。

　端末がネットワークから離脱した際は、接続されていた中継局又は基地局が検知する。

　接続されていた端末が離脱したことを検知した中継局は、ＩＰアドレスとＭＡＣアドレスを対応づけるルーティングテーブルを更新するともに、その情報を階層上位の中継局または基地局に送信する。

　また、帯域変更リクエストを基地局に送信し、帯域変更許可通知と設定情報を受信する。受信した設定情報に応じてサービス期間のパラメータに変更する。

　また、帯域変更リクエストを受信した基地局は、リソース計算を行い新しいリソース期間情報を含む設定情報とともに帯域許可通知を送信する。

　この設定情報全ての中継局に送信される。従って、これを受信した中継局は階層下位の中継局に転送する必要がある。その後、サービス期間のパラメータに変更を反映する。

　以上の構成により、基地局は、システムに含まれる基地局や中継局、端末間の無線通信の制御を統括する。特に、無線通信に関するルーティング制御、リソース制御、通信タイミング制御を基地局において管理し統括的に制御する。

　以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明の主旨はこれらの実施形態に限定されない。

　本発明により、無線マルチホップ伝送において一定帯域及び低遅延通信を可能し、干渉にもロバストな無線伝送システムを提供できる。また同一周波数チャンネルでマルチホップを構成できるので、ハードウェアの簡易化及び周波数リソースの節約が可能である。

　図１９に従来のＣＳＭＡ方式でマルチホップを実現した場合と、本提案方式で実現した場合の遅延特性のシミュレーション結果を示す。

　物理層はデータパケットにおいてＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格の５４Ｍｂｐｓ、ポーリングパケットは１２Ｍｂｐｓを用い、データは３Ｍｂｐｓで端末２台、ホップ数は３でシミュレーションを行った。これにより、提案する方式において遅延特性が優れることがわかる。

　最後に、本発明における無線システムの応用形態例を示す。

　図２０は、本発明における無線システムを監視カメラシステムに適用したものである。基地局（ＡＰ）４１、中継局（ＲＰ）４２、端末（ＳＴＡ）４３は本発明における無線局で実現されるものである。

　端末４３にはそれぞれカメラ（Ｃａｍｅｒａ）４５が接続され、カメラ映像が端末４３経由で無線送信される。

　各端末４３は基地局４１または中継局４２に接続されており、どちらかで制御されたポーリングアクセスによって伝送される。中継局４２は、受信した映像データを基地局４１にポーリングアクセスによって伝送される。

　また、カメラ４５は中継局４２や基地局に接続されてもよい。

　図２０の例では、中継局４２にカメラ４５ａが接続されている。また基地局３１には、モニター（Ｍｏｎｉｔｏｒ）４６や記憶装置（Ｒｅｃｏｒｄ）４７が接続され、表示や録画がなされる。この応用形態によれば、カメラの映像データを、広いエリアで一定値以下の低遅延で伝送を行うことが可能な無線監視カメラシステムの提供が可能になる。

　図２１は、本発明における無線システムを建機やロボットなどの遠隔操縦システムに適用したものである。

　基地局（ＡＰ）５１、中継局（ＲＰ）５２、端末（ＳＴＡ）５３は本発明における無線局で実現されるものである。

　端末５３にはカメラ（Ｃａｍｅｒａ）５４及び動力部（Ｍｏｔｏｒ）５５が接続される。端末５３は、基地局５１、中継局５２のいずれかに接続され、カメラ５４からの映像を無線送信する。中継局５２は基地局へ受信した映像データを基地局５１へ送信する。

　基地局５１は、表示＆制御部（Ｍｏｎｉｔｏｒ＆Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が接続され、オペレータがカメラ５４から伝送された映像を見ながら操縦を行う。

　オペレータの操縦によって制御信号が生成され、基地局５１、中継局５２を介して端末５３に通信される。端末５３は受信した制御信号に応じて動力部５５を制御する。

　これにより、一定の遅延以下で映像信号と制御信号を伝送することにより、ロバストでスムーズな遠隔操縦システムが提供できる。

　０１、４１、５１　　基地局（ＡＰ）
　０２，０３、４２、５２　　中継局（ＲＰ）
　０４、４３、５３　　端末（ＲＰ）
　１１　　アプリケーション部（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）
　１２　　プロトコル処理部（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
　１３　　受信処理部（ＲＸ）
　１４　　タイミング制御部（Ｔｉｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
　１５　　スケジューリング制御部（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
　１６　　選択部（Ｓｅｌｅｃｔ）
　１７　　ＣＳＭＡキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＣＳＭＡ）
　１８　　ポーリングアクセスキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＰＡ）
　１９　　ピギーバックキュー（Ｑｕｅｕｅ　ｆｏｒ　ＰＢ）
　２０　　ＣＳＭＡ部（ＣＳＭＡ）
　２１　　ポーリングアクセス部（Ｐｏｌｌｉｎｇ　Ａｃｃｅｓｓ）
　２２　　ピギーバックアクセス部（Ｐｉｇｇｙｂａｃｋ　Ａｃｃｅｓｓ）
　２３　　ポーリング部（Ｐｏｌｌｉｎｇ）
　２４　　物理層（ＰＨＹ（ＴＸ／ＲＸ））
　３１　　アソシエーション/認証部（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ））
　３２　　ルーティング制御部（Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）
　３３　　リソース制御部（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）
　３４　　設定Ｉ／Ｆ（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ＩＦ）
　４４、５４　　カメラ（Ｃａｍｅｒａ）
　４６　　モニター（Ｍｏｎｉｔｏｒ）
　４７　　記憶部（Ｒｅｃｏｒｄ）
　５２　　モニター＆制御部（Ｍｏｎｉｔｏｒ＆Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
　

Claims

　無線局として、基地局と複数の中継局と複数の端末とを有して構成され、前記端末及び中継局は前記基地局または前記中継局に多段階層的に無線接続される無線伝送システムであって、
　前記基地局と前記中継局とは同期されており、かつ、前記基地局と前記中継局とのシステム周期は時間的に同じものであり、
　前記基地局と前記中継局には、一の前記システム同期内に、かつ、時分割で、１回以上のサービス期間が割り当てられ、
　一の前記サービス期間内で、前記基地局または前記中継局は、自局に登録された前記端末との間で、ポーリングによるポーリング通信を行う手段を有し、
　前記ポーリング通信では、前記基地局または前記中継局から、前記自局に登録された前記端末に対し、ポーリングパケットを送信し、前記基地局または前記中継局は、前記自局に登録された前記端末から返信信号を受信する手段を有することを特徴とする無線伝送システム。
　前記基地局は前記基地局よりも階層下位の第１の中継局に同期パケットを転送する手段を有し、
　前記同期パケットを受信した第１の中継局は前記第１の中継局よりも階層下位の第２の中継局に同期パケットを転送する手段を有し、
　前記基地局及び前記第１および第２の中継局は、前記同期用パケットの送信タイミングを基準として割り当てられた前記サービス期間を決定する手段を有することを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　前記サービス期間は、前記同期パケットの送信タイミングを基準として、サービス期間のスタート時間、サービス期間のストップ時間、全体のシステム周期の少なくとも３つのパラメータで管理されることを特徴とする請求項２に記載の無線伝送システム。
　前記サービス期間は、ポーリング区間とＣＳＭＡ区間とからなり、
　前記ポーリング通信を行うポーリング区間においては、前記サービス期間が割り当てられた前記基地局またはは前記中継局が無線接続され、かつ、ＱｏＳ通信を必要とする前記端末に対しポーリングを行い、
　前記ＣＳＭＡ区間では前記ポーリング通信を行わないか、またはその他の通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　前記ポーリング区間は、前記基地局または前記中継局に無線接続されている全ての前記端末に対し前記ポーリングを行う包括的ポーリング区間と、
　前記包括的ポーリング区間の期間内において、データ送信を失敗した前記端末に対し、前記基地局または前記中継局からデータ送信が成功するまで前記ポーリングを行う選択的ポーリング区間とからなることを特徴とする請求項４記載の無線伝送システム。
　前記サービス期間が、前記システム周期中に同じ基地局または中継局に対して、２回以上割り当てられ、
　第１のサービス期間は包括的ポーリング区間で構成され、第２のサービス期間は少なくとも選択的ポーリング区間を有して構成されることを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　第１階層の第１の中継局と、それより下位階層にある第２階層の第２の中継局とがあり、
　前記第２の中継局から前記第１の中継局、前記基地局の順に、前記システム周期の時間的に一番先頭から順番に、前記サービス期間が順次、割り当てられることを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　前記基地局及び中継局は、前記同期パケットに同期基準点の情報を含める手段を有し、
　前記同期パケットを受信する前記第２の中継局は、前記基地局または前記第１の中継局との内部クロックのカウンタ差を保持しておき、前記基準点の情報と前記内部クロックの前記カウンタ差から、前記基準点の正確な時間を求める手段を有することを特徴とする請求項２記載の無線伝送システム。
　前記サービス期間が割り当てられた前記基地局及び前記中継局は、前記サービス期間の終了時において、終了通知パケットを送信する手段を有し、
　前記終了通知パケットには、次のサービス期間が割り当てられる前記基地局または前記中継局の前記ポーリング通信のポーリング区間長に基づいた送信禁止時間情報を含める手段を有することを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　前記中継局は、ルーティング情報を保持するテーブルを保持する手段と、
　その中継局に接続されていない端末から、その中継局はアソシエーションリクエストを受信し、前記ルーティングテーブルの前記端末情報にその端末情報を追加する手段と、
　前記ルーティングテーブルの変更情報をその中継局よりも階層上位の基地局または階層上位の別の中継局に無線転送する手段と、
　前記端末からの帯域リクエストを受信し、前記帯域リクエストを前記端末よりも階層上位の基地局または前記端末よりも階層上位の中継局に無線転送する手段を有することを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。
　前記中継局は、その中継局よりも階層下位の中継局からのルーティングテーブル変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行う手段と、
　前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記階層下位の中継局よりも階層上位の基地局または前記階層下位の中継局よりも階層上位の中継局に帯域リクエスト情報を転送する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の無線伝送システム。
　前記基地局は、前記階層下位の中継局からルーティングテーブルの変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行う手段を有し、
　前記基地局は、前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記リクエストに応じてリソース計算を行い、前記計算結果に基づいてリクエスト許可情報または不許可情報及びサービス期間割り当て変更情報を含むパケットを前記階層下位の中継局に送信する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の無線伝送システム。
　接続されている前記端末の遮断検知を行い、遮断が確認された場合にはルーティングテーブルの前記端末情報に関して更新を行う手段と、
　前記ルーティングテーブルの変更情報を階層上位の基地局又は中継局に転送する手段と、
　帯域リクエストを階層上位の基地局又は中継局に転送する手段を有することを特徴とする請求項１０記載の無線伝送システム。
　前記中継局は、階層下位の中継局からのルーティングテーブル変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行う手段を有し、
　前記中継局は、前記中継局よりも階層下位の別の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記中継局は、前記中継局よりも階層上位にある基地局又は前記中継局よりも階層上位にある別個の中継局に転送する手段を有することを特徴とする請求項１３に記載の無線伝送システム。
　前記基地局は、前記基地局よりも階層下位の前記中継局からルーティングテーブルの変更情報を受信し、前記変更情報に基づいて前記ルーティングテーブルの更新を行う手段を有し、
　前記基地局は、前記階層下位の中継局から転送された帯域リクエストを受信し、前記リクエストに応じてリソース計算を行い、前記計算結果に基づいてリクエスト許可及びサービス期間割り当て変更情報を含むパケットを前記階層下位の中継局に送信する手段を有することを特徴とする請求項１４に記載の無線伝送システム。
　前記基地局は、前記基地局、前記複数の中継局および前記複数の端末間の無線通信に関するルーティング制御、リソース制御及び通信タイミング制御を統括するものであることを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。