WO2021191973A1 - 無線中継局、無線中継システム、制御回路、記憶媒体及び無線中継方法 - Google Patents

無線中継局、無線中継システム、制御回路、記憶媒体及び無線中継方法 Download PDF

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WO2021191973A1
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wireless relay
station
relay station
wireless
routing table
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西本　浩
加藤　泰典
学 酒井
健一郎 ▲蒲▼原
佐野　裕康
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless relay station, a wireless relay system, a control circuit, a storage medium, and a wireless relay method for performing wireless relay communication.
  • a wireless relay system that wirelessly transfers data to a target device via a plurality of wireless relay stations is known.
  • Wireless relay communication is also called relay communication, multi-hop communication, and the like.
  • the topology of the wireless relay network is assumed to be a two-dimensional mesh type because it covers a wide communication area.
  • the wireless relay network can be formed in a linear shape centered on the movement path of the moving body.
  • a ladder-shaped wireless relay network that straddles railroad tracks, highways, etc., that is, a topology, is called a ladder type.
  • Patent Document 1 discloses a technique for realizing a route search that preferentially selects a highly reliable relay station while reducing the number of relays until reaching the target device in a situation where the radio wave environment changes.
  • An example of a change in the radio wave environment is a case where a communication device is mounted on a mobile body such as a train, that is, a case where a mobile station exists.
  • the two-dimensional mesh type wireless relay network is arranged so that the relay stations constituting the wireless relay network cover the area in an area. Therefore, it is difficult for each relay station to grasp the geographical positional relationship with the surrounding relay stations. Furthermore, when a mobile station exists, the relay station that is close to the mobile station, that is, the relay station that communicates with the mobile station, switches over time, but moves with each relay station in addition to the geographical positional relationship between the relay stations. It is also difficult to grasp the positional relationship with the route. Therefore, it is difficult for mobile stations to predict future nearby relay stations. As described above, there is a problem that the location and timing of the communication path switching process when the mobile station crosses between the relay stations cannot be predicted, the communication path switching process becomes ad hoc, and the wireless communication quality deteriorates. ..
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a wireless relay station capable of suppressing deterioration of wireless communication quality in a wireless relay network having a mobile wireless relay station.
  • the present disclosure is a wireless relay station that constitutes a ladder-type wireless relay network along the movement path of a mobile body.
  • the wireless relay station has station identification information in the wireless relay network that is sequentially assigned along the mobile route to each wireless relay station that constitutes the wireless relay network and is arranged along the mobile route, and has a destination.
  • a second routing table associated with the address of the destination radio relay station, station identification information, and the update time of the information is set and updated.
  • Wireless relay communication between the relay control unit that controls sharing of the second routing table set and updated by each wireless relay station among the wireless relay stations that make up the wireless relay network, and other wireless relay stations. It is characterized by including a relay communication unit for performing the operation.
  • the wireless relay station according to the present disclosure has an effect that deterioration of wireless communication quality can be suppressed in a wireless relay network having a mobile wireless relay station.
  • FIG. 1 is a first diagram showing a configuration example of a wireless relay system including a plurality of wireless relay stations according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a second diagram showing a configuration example of a wireless relay system including a plurality of wireless relay stations according to the first embodiment.
  • Block diagram showing a configuration example of a wireless relay station according to the first embodiment The figure which shows the example of the 1st routing table handled by the wireless relay station which concerns on Embodiment 1. The figure which shows the arrangement example of the wireless relay station in the wireless relay system which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 shows an example of a second routing table handled by the wireless relay station according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows an example of a second routing table handled by the wireless relay station according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a second routing table handled by the wireless relay station according to the third embodiment.
  • FIG. 2 shows an example of a second routing table handled by the wireless relay station according to the third embodiment.
  • the wireless relay station the wireless relay system, the control circuit, the storage medium, and the wireless relay method according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a first diagram showing a configuration example of a wireless relay system 100 including a plurality of wireless relay stations according to the first embodiment.
  • the wireless relay system 100 includes wireless relay stations 10-1 to 10-8 and a wireless relay station (not shown) mounted on the mobile body 200.
  • the wireless relay system 100 is a system in which the wireless relay stations 10-1 to 10-8 and the wireless relay stations mounted on the mobile body 200 perform wireless relay communication.
  • the moving body 200 is, for example, a train traveling on a track which is a moving route, an automobile traveling on a highway which is a moving route, and the like. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a case where the moving body 200 is a train traveling on a track which is a moving route will be described as an example.
  • the wireless relay stations 10-1 to 10-8 are formed around the movement path of the mobile body 200, that is, formed in a ladder shape so as to straddle the track along the track on which the train travels. It is a ladder type wireless relay network.
  • the wireless relay stations 10-1 to 10-8 and the wireless relay stations mounted on the mobile body 200 form a ladder-type wireless relay network along the movement path of the mobile body 200.
  • FIG. 2 is a second diagram showing a configuration example of a wireless relay system 100 including a plurality of wireless relay stations according to the first embodiment.
  • the wireless relay station 10-3 is connected to the wireless relay stations 10-1, 10-4, and 10-5.
  • the configuration of the wireless relay system 100 is not limited to the examples of FIGS. 1 and 2.
  • radio relay stations 10-1 to 10-8 and the radio relay stations mounted on the mobile body 200 are not distinguished, they are referred to as radio relay stations 10. That is, the wireless relay system 100 has two or more wireless relay stations 10.
  • relay station when simply describing "relay station”, it means a wireless relay station 10 fixedly arranged on the ground side, and when describing "mobile station”, it is mounted on a mobile body 200 and moves on a moving path.
  • the radio relay station 10 is shown.
  • the relay station is a wireless relay station 10 that does not move, and the mobile station is a wireless relay station 10 that moves on a moving path.
  • the relay station and the mobile station are provided with similar components. That is, both the relay station and the mobile station hold the extended routing table described later, and set, update, and distribute the extended routing table.
  • the wireless relay network is linearly configured and the wireless relay network includes a mobile station.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10 according to the first embodiment.
  • the wireless relay station 10 includes a relay control unit 20 and a relay communication unit 30.
  • the wireless relay station 10 may include other functional blocks and the like, but here, for convenience of explanation, the functional blocks mainly related to communication are shown.
  • the relay control unit 20 includes a data storage unit 21, a control information storage unit 22, a data management unit 23, a communication path management unit 24, and a communication control unit 25.
  • the relay communication unit 30 includes a wireless relay communication module 31.
  • the wireless relay station 10 has a station identification ID which is unique station identification information in the wireless relay system 100, which is given by the geographical positional relationship and properties of the own station.
  • the wireless relay station 10 is given a station identification ID that can be identified as a relay station or a mobile station. Further, the radio relay station 10 which is a relay station is given a station identification ID numbered in order along the movement path of the mobile body 200.
  • the data storage unit 21 stores transmission / reception data in wireless relay.
  • the data storage unit 21 includes, for example, a main storage device and an external storage device, but the specific realization means is not limited thereto.
  • the main storage device is, for example, a buffer, a cache, or the like.
  • the external storage device is, for example, storage.
  • the control information storage unit 22 stores a routing table obtained by a general routing protocol, and further stores an extended routing table peculiar to the present embodiment.
  • the routing table obtained by a general routing protocol will be referred to as a first routing table
  • the extended routing table peculiar to the present embodiment will be referred to as a second routing table.
  • the control information storage unit 22 includes, for example, a main storage device and an external storage device, but the specific realization means is not limited thereto.
  • the control information storage unit 22 permanently stores a unique station identification ID given by the geographical positional relationship and properties of its own station.
  • the data management unit 23 processes the data to be transmitted and received, and reads and writes the data to the data storage unit 21.
  • the communication route management unit 24 sets and updates the first routing table, and reads and writes the first routing table to the control information storage unit 22. Further, the communication route management unit 24 sets and updates the second routing table, and reads and writes the second routing table to the control information storage unit 22.
  • the communication control unit 25 instructs the relay communication unit 30 to send and receive data based on the latest second routing table. Since the communication control unit 25 also shares the second routing table stored in the control information storage unit 22 between the wireless relay stations 10, the communication control unit 25 instructs the relay communication unit 30 to send and receive data as data.
  • the wireless relay communication module 31 is a wireless interface that performs wireless relay communication with other relay stations and mobile stations.
  • the wireless relay communication module 31 performs data transmission / reception, transmission / reception of the first routing table, and transmission / reception of the second routing table under the control of the communication control unit 25.
  • the wireless system supported by the wireless relay communication module 31 is, for example, a side link standardized by 3GPP (Third Generation Partnership Project) and a wireless LAN (Local Area Network) standardized by the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
  • the side link standardized by 3GPP is a method of communication between terminals, and is, for example, an interface called PC5.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a first routing table handled by the wireless relay station 10 according to the first embodiment.
  • the IP (Internet Protocol) address of each wireless relay station 10 is shown as a destination IP address, and the connection state with other wireless relay stations 10 is shown as a next hop.
  • the IP address of the own station in the wireless relay network is 192.168.0.100 and the own station has a direct communication link with four neighboring wireless relay stations 10, the first routing The table is as shown in FIG. In FIG.
  • the I / F indicates the type name of the communication interface
  • the PC 5 indicates the interface name of the side link
  • lo indicates the local loopback of the own station.
  • # 1 to # 4 are wireless relay stations 10 that are directly connected to their own station, that is, a direct communication link is established.
  • the radio relay station 10 of # 5 is a radio relay station 10 capable of relaying and communicating with the radio relay station 10 of # 2 having a destination IP address of 192.168.0.23.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement example of the wireless relay station 10 in the wireless relay system 100 according to the first embodiment.
  • the IP address shown in the first routing table is assigned to each radio relay station 10 from the network side regardless of the geographical location. Therefore, it is difficult to grasp the positional relationship between the own station and the other wireless relay station 10 only by the IP address.
  • the radio relay station 10 of # 5 is actually a mobile station, but with only the IP address, is each radio relay station 10 a relay station fixedly arranged on the ground side?
  • FIG. 6 is a first diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay station 10 according to the first embodiment.
  • the second routing table is an extension of the first routing table.
  • the second routing table is set by the communication route management unit 24 based on the first routing table set by a general routing protocol.
  • the station identification ID is associated with the IP address of each wireless relay station 10, and the update time associated with the station identification ID is managed together with the time stamp.
  • the station identification ID can be grasped by other wireless relay stations 10 by distributing the second routing table including the station identification ID of its own station, and can be shared by the entire wireless relay network. ..
  • the station identification ID is an ID assigned at the time of station placement, separately from the IP address in the wireless relay network, and is determined by the property of the wireless relay station 10 including the position.
  • the properties of the wireless relay station 10 are an identifier of a moving route such as a route, an identifier indicating whether the relay station or the mobile station, and a number for identifying a position along the moving route for the sake of simplicity.
  • the identifier of the mobile route is "T”
  • the identifier of the relay station is "F”
  • the identifier of the mobile station is "M”.
  • the properties to be identified are not limited to this, and for example, more radio station types may be provided so that the installation environment such as a station or tunnel can be identified, and the property to be identified may be provided on the right side with respect to one direction of the movement route. It may be possible to identify whether the station is stationed or stationed on the left side.
  • one direction in the orbit is defined as the ascending direction and the opposite direction is defined as the descending direction.
  • the station identification ID of the relay station serving as the position reference is "TF1000”
  • the station identification IDs of the other relay stations are "TF0990”, “TF0995”, "TF1005", and "TF1010”.
  • the station identification ID of the mobile station is set to "TM8111”. In the date and time display of the time stamp in FIG. 6, the specific numerical values of the date (YY / MM / DD) and the time (hh) are omitted.
  • FIG. 7 is a second diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay station 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 shows an example of the second routing table in the relay station having the IP address “192.168.0.23” and the station identification ID “TF0995”.
  • each radio relay station 10 sets and updates the second routing table, and each radio relay station 10 transmits and receives to and shares the second routing table.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which the station identification ID given by the numbering rule defined for the wireless relay station 10 according to the first embodiment is mapped to the geographical positional relationship of each wireless relay station 10. ..
  • each radio relay station 10 shares a second routing table associated with the station identification ID.
  • the relative positional relationship with the other wireless relay station 10 can be grasped.
  • each wireless relay station 10 can grasp which relay station the mobile station is currently close to by sharing the second routing table associated with the station identification ID.
  • each wireless relay station 10 can predict the occurrence location and occurrence timing of the communication path switching process accompanying the movement of the mobile station, and can stabilize the communication quality of the mobile station in the wireless relay network.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an operation in which the wireless relay station 10 according to the first embodiment updates the second routing table.
  • the communication route management unit 24 exchanges route information with peripheral relay stations and mobile stations by a routing protocol, and updates the first routing table (step S1).
  • the routing protocol may be a conventional general routing protocol.
  • the communication route management unit 24 writes the updated first routing table in the control information storage unit 22. If the first routing table does not exist, the communication route management unit 24 newly sets the first routing table.
  • the communication route management unit 24 can realize information exchange with peripheral relay stations and mobile stations by a general routing protocol by wireless transmission by the relay communication unit 30 through the communication control unit 25.
  • the communication route management unit 24 updates the second routing table based on the first routing table. Specifically, the communication route management unit 24 updates the second routing table by reflecting the correspondence information between the station identification ID of the own station and the other wireless relay station 10 and the IP address of the own station (step). S2). If the second routing table does not exist, the communication route management unit 24 newly sets the second routing table and reflects only the correspondence information between the station identification ID of the own station and the IP address. Since the information of the first routing table including the station identification ID and the IP address and the information of the second routing table are stored in the control information storage unit 22, the communication route management unit 24 reads out these information and performs processing. conduct. The communication route management unit 24 writes the updated second routing table in the control information storage unit 22.
  • the communication route management unit 24 attaches a time stamp of the current time to the latest information in the second routing table of its own station and distributes it to surrounding relay stations and mobile stations (step S3).
  • the distribution method multicast is preferable, but the distribution method is not limited to this, and a broadcast that does not limit the reception target station may be used, or a unicast may be individually transmitted to each station.
  • the communication route management unit 24 reads the latest information of the second routing table from the control information storage unit 22.
  • the communication route management unit 24 can realize the distribution of the second routing table by performing wireless transmission by the relay communication unit 30 through the communication control unit 25.
  • the communication route management unit 24 receives the information of the second routing table distributed from the other wireless relay station 10.
  • the communication route management unit 24 compares the time stamps of the information, gives priority to the information of the latest time stamp, and updates the second routing table of its own station (step S4).
  • the information distributed from the other wireless relay stations 10 includes information on distant relay stations and mobile stations to which the own station is not directly connected, in addition to the neighboring relay stations and mobile stations to which the own station is directly connected. included.
  • the communication path management unit 24 discards information older than the latest information.
  • the communication route management unit 24 can realize the reception of the information of the second routing table from the other wireless relay station 10 by the relay communication unit 30 performing wireless transmission through the communication control unit 25.
  • the communication route management unit 24 stores the updated second routing table in the control information storage unit 22.
  • the communication route management unit 24 updates the first routing table based on the second routing table (step S5).
  • the latest information of the first routing table and the latest information of the second routing table are stored in the control information storage unit 22. Further, the communication route management unit 24 may store the information of the time when the first routing table is set or updated in the control information storage unit 22.
  • the communication path management unit 24 reads these information from the control information storage unit 22 and performs update processing.
  • the communication route management unit 24 stores the updated first routing table in the control information storage unit 22.
  • the relay control unit 20 constitutes the wireless relay network and is assigned to each wireless relay station 10 arranged along the moving path in order along the moving path. Has a station identification ID within.
  • the relay control unit 20 uses the first routing table in which the address of the destination wireless relay station 10 is shown, and the relay control unit 20 associates the address of the destination wireless relay station 10, the station identification ID, and the update time of the information. Set and update the routing table of 2.
  • the relay control unit 20 controls the wireless relay stations 10 constituting the wireless relay network to share the second routing table set and updated by each wireless relay station 10.
  • the wireless relay station 10 repeatedly performs the above operations periodically or triggered by transmission / reception of route information by a routing protocol. That is, the wireless relay station 10 may distribute the second routing table including the station identification ID when the communication path is updated due to the movement of the mobile station or the like. As a result, each radio relay station 10 can grasp the positional relationship with each other as shown in FIG. Further, since the wireless relay station 10 can collect not only the information of the neighboring wireless relay station 10 directly connected but also the information of the distant wireless relay station 10 and update the second routing table, the entire wireless relay station can be used. It is possible to estimate the positional relationship between the relay station and the mobile station that crosses. Since the wireless relay station 10 can grasp the situation of which relay station is directly communicating with the mobile station, it is possible to predict the occurrence location and occurrence timing of the route switching process by observing the time change. ..
  • the relay communication unit 30 is a communication device.
  • the relay control unit 20 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the processing circuit is also called a control circuit.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a processing circuit 90 when the processing circuit included in the wireless relay station 10 according to the first embodiment is realized by a processor and a memory.
  • the processing circuit 90 shown in FIG. 10 is a control circuit and includes a processor 91 and a memory 92.
  • each function of the processing circuit 90 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is written as a program and stored in the memory 92.
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92.
  • the processing circuit 90 includes a memory 92 for storing a program in which the processing of the wireless relay station 10 is eventually executed. It can be said that this program is a program for causing the wireless relay station 10 to execute each function realized by the processing circuit 90.
  • This program may be provided by a storage medium in which the program is stored, or may be provided by other means such as a communication medium.
  • the relay control unit 20 configures a wireless relay network and assigns station identification IDs in the wireless relay network in order to each wireless relay station 10 arranged along the moving path along the moving path.
  • a second routing table in which the address of the destination wireless relay station 10 is shown, and the address of the destination wireless relay station 10, the station identification ID, and the update time of the information are associated with each other.
  • the program causes the wireless relay station 10 to execute a communication step of performing wireless relay communication with another wireless relay station 10.
  • the processor 91 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the memory 92 is, for example, non-volatile or volatile such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). This includes semiconductor memory, magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Disc), and the like.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a processing circuit 93 when the processing circuit included in the wireless relay station 10 according to the first embodiment is configured by dedicated hardware.
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 11 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. The thing is applicable.
  • the processing circuit a part may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by software or firmware. As described above, the processing circuit can realize each of the above-mentioned functions by the dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the relay stations constituting the ladder type wireless relay network are within the wireless relay network sequentially assigned along the moving path of the mobile station. It has its own station identification ID.
  • the radio relay station 10 updates and distributes a second routing table in which a station identification ID is associated with an IP address indicating the destination of the radio relay station 10, and the second radio relay station 10 is the latest to each other. We decided to share the routing table.
  • the geographical direction of the relay of the wireless relay station 10 is limited to two directions in a one-dimensional manner, the positional relationship with the neighboring relay station and mobile station can be grasped by the identification ID, and the wireless relay station 10 can be relayed wirelessly.
  • the wireless relay station 10 can grasp the situation of which relay station is directly communicating with the mobile station, it is possible to predict the occurrence location and the occurrence timing of the route switching process by observing the time change. As a result, the wireless relay station 10 can suppress deterioration of wireless communication quality in the wireless relay network having the mobile wireless relay station 10.
  • the wireless relay station in addition to the configuration of the wireless relay station 10 of the first embodiment, includes a configuration for performing wireless communication different from the relay communication, so that the data can be generated outside the wireless relay network. It enables transmission.
  • the wireless communication different from the relay communication is different from the wireless relay communication in that the wireless system is different from the wireless relay communication, or even if the wireless system is the same, the wireless frequency band, radio spectrum, communication timing, etc. are different from the wireless relay communication.
  • the wireless relay system 100 can transfer the relayed data to the outside of the wireless relay network. ..
  • the wireless relay system 100 can transfer data from outside the wireless relay network into the wireless relay network. That is, the wireless relay station of the second embodiment plays the role of a contact point inside and outside the wireless relay network.
  • FIG. 12 is a first block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10a according to the second embodiment.
  • the wireless relay station 10a is obtained by adding an external communication unit 40 to the wireless relay station 10 of the first embodiment shown in FIG.
  • the external communication unit 40 includes an external communication module 41.
  • the external communication module 41 is a wireless interface that performs wireless communication other than wireless relay with a relay station and a mobile station. That is, the external communication module 41 performs wireless communication different from the wireless relay communication of the relay communication unit 30.
  • the wireless system supported by the external communication module 41 is, for example, a wireless communication link between a base station and a terminal standardized by 3GPP, which is a so-called cellular communication wireless system and is an interface called Uu LTE (Long). Term Evolution), 5G NR (Fifth Generation New Radio), etc.
  • the wireless system supported by the external communication module 41 is, for example, a wireless LAN standardized by IEEE, a wireless MAN (Metropolitan Area Network) represented by WiMAX, or the like.
  • the specific wireless system supported by the external communication module 41 is not limited to these.
  • the wireless system supported by the external communication module 41 may be the same wireless system as the wireless system supported by the wireless relay communication module 31, but the radio frequency channel, communication timing, etc. are relayed so as not to interfere with the relay communication. It suffices if it can be set differently from communication.
  • the external communication unit 40 is capable of wireless communication with the outside of the wireless relay network.
  • the data management unit 23 manages the transmission / reception data that the external communication unit 40 wirelessly communicates with the outside of the wireless relay network, and the data storage unit 21 stores the data. Further, the communication control unit 25 executes the communication control for the external communication unit 40.
  • Other functions and configurations of the wireless relay station 10a are the same as those of the wireless relay station 10 of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a second block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10b according to the second embodiment.
  • the wireless communication module 42 has a relay communication function and an external communication function.
  • the relay communication function of the wireless communication module 42 is managed by the relay communication unit 30, and the external communication function of the wireless communication module 42 is managed by the external communication unit 40.
  • the wireless relay station 10a can communicate with the cellular base station when the external communication module 41 has a wireless interface compatible with cellular communication.
  • a configuration such as the radio relay station 10a is preferable.
  • the wireless relay station 10b can communicate with the cellular base station when the wireless communication module 42 has a wireless interface compatible with cellular communication.
  • a configuration such as the radio relay station 10b is preferable.
  • the external communication unit 40 is a communication device.
  • the relay control unit 20 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the wireless relay stations 10a and 10b are determined to perform data transmission with the outside of the wireless relay network. Even in this case, the wireless relay stations 10a and 10b can obtain the same effect as that of the first embodiment.
  • the radio relay station 10 of the first embodiment or the radio relay stations 10a and 10b of the second embodiment receives electric field strength in the relay communication with the neighboring relay station and mobile station to be directly connected. Is measured and included in the second routing table.
  • the wireless relay station 10 of the first embodiment will be described as an example, but the present invention can also be applied to the wireless relay stations 10a and 10b of the second embodiment.
  • the received electric field strength is a value that is greatly related to the distance between the wireless relay stations 10. When the distance is short, the received electric field strength value is high, and when the distance is long, the value is low.
  • the wireless relay station 10 can estimate the distance between the wireless relay stations 10 from the received electric field strength, it is possible to estimate the relative positions of the relay station and the mobile station in the wireless relay network.
  • the received electric field strength can be measured while communicating with the wireless relay station 10, and is obtained as a value such as RSSI (Received Signal Strength Indicator) or RSRP (Reference Signal Received Power).
  • FIG. 14 is a first diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay station 10 according to the third embodiment.
  • the second routing table shown in FIG. 14 is obtained by adding the received electric field strength for each station identification ID to the second routing table of the first embodiment shown in FIG.
  • the communication route management unit 24 of the wireless relay station 10 having the IP address "192.168.0.100" and the station identification ID "TF1000" observes and measures the signal from the relay station directly connected to its own station.
  • the received electric field strength obtained is included in the second routing table. That is, the relay control unit 20 sets and updates the second routing table including the received electric field strength measurement value of the signal transmitted from the radio relay station 10 indicated by the station identification ID.
  • the wireless relay communication module 31 actually measures the received electric field strength, and the wireless relay communication module 31 outputs the measurement result of the received electric field strength to the communication path management unit 24.
  • the date (YY / MM / DD) is omitted, the example of the time (hh) is omitted, and specific numerical values are illustrated only for the minutes and seconds.
  • FIG. 15 is a second diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay station 10 according to the third embodiment.
  • the second routing table shown in FIG. 15 is obtained by adding the estimated distance estimated from the received electric field strength by the communication path management unit 24 to the second routing table shown in FIG. That is, the relay control unit 20 sets and updates a second routing table including an estimated distance which is an inter-station distance measurement value indicating a distance from the radio relay station 10 indicated by the station identification ID.
  • the attenuation of radio waves is inversely proportional to the square of the distance, so the distance d (unit m) between the wireless relay stations 10 is received. It can be calculated from the electric field strength P (unit: dBm) by the following equation (1).
  • ⁇ is the wavelength (unit: m) at the radio frequency used
  • Pt is the transmitting antenna power (unit: dBm)
  • Gt is the transmitting antenna gain (unit: dBi)
  • Gr is the receiving antenna gain (unit: dBi). Is.
  • the communication path management unit 24 may include the estimated distance in the second routing table in addition to the received electric field strength between the radio relay stations 10, or each radio relay station 10 does not include the estimated distance. The distance between the radio relay stations 10 may be estimated.
  • the wireless relay station 10 receives electric field strengths from the relay station and the mobile station that are directly connected to the second routing table shared between the wireless relay stations 10. , Or the received electric field strength and estimated distance were included.
  • the wireless relay station 10 can estimate the relative positions of the relay station and the mobile station in the wireless relay network, and can improve the accuracy of the positional relationship between the relay station and the mobile station to be grasped. Since the wireless relay station 10 can determine a map corresponding to a relative kilometer in the wireless relay network, the position of the mobile station can be estimated, and further, the position of the mobile station in the tunnel can also be estimated. can.
  • the wireless relay station includes a configuration for directly measuring the distance between the wireless relay stations in addition to the configurations of the wireless relay stations 10, 10a and 10b described in the first to third embodiments. do.
  • the wireless relay station can improve the accuracy of distance estimation between the wireless relay stations by providing a function dedicated to distance measurement.
  • the wireless relay station 10 of the first embodiment will be described as an example, but the present invention can also be applied to the wireless relay stations 10a and 10b of the second embodiment and the wireless relay station of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a first block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10c according to the fourth embodiment.
  • the wireless relay station 10c is obtained by adding the position information acquisition unit 50 to the wireless relay station 10 of the first embodiment shown in FIG.
  • the position information acquisition unit 50 includes a distance measuring module 51.
  • the distance measuring module 51 is a module that performs sensing, specifically, can measure the distance to an object.
  • There are various distance measuring methods for measuring the distance to the object but any method may be used as long as the distance can be measured between the wireless relay stations 10c.
  • the distance measuring method of the distance measuring module 51 for example, a method using a laser beam, a method of estimating from an image captured by a camera, a method using a wideband radio signal such as millimeter wave and UWB (Ultra Wide Band), and a method using ultrasonic waves. And so on.
  • the communication route management unit 24 of the relay control unit 20 includes an inter-station distance measurement value indicating the distance from the wireless relay station 10c indicated by the station identification ID, as in the case of the third embodiment. Set and update the routing table of 2.
  • FIG. 17 is a second block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10d according to the fourth embodiment.
  • the wireless communication module 52 has a relay communication function and a distance measuring function.
  • the relay communication function of the wireless communication module 52 is managed by the relay communication unit 30, and the distance measurement function of the wireless communication module 52 is managed by the position information acquisition unit 50.
  • the distance is directly measured by the dedicated distance measuring function, so that the accuracy of the distance information is generally higher.
  • the means for obtaining the distance information is different for each relay station and mobile station, the reliability of the distance information will be different for each relay station and mobile station. Therefore, as shown in FIG. 18, a position accuracy metric value indicating the accuracy of the distance information may be added to the second routing table in addition to the distance information.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay stations 10c and 10d according to the fourth embodiment. In the example of FIG. 18, the lower the position accuracy metric value, the higher the accuracy and reliability. There can be various rules regarding how to give the position accuracy metric value.
  • a large offset value is given when the distance is estimated from the received electric field strength as in the third embodiment, as opposed to the case where the distance measurement function is obtained by the dedicated distance measuring function as in the fourth embodiment. If it is short, a small value is given when the received electric field strength is high, and a large value is given when it is not.
  • the offset value is set to 200, and the value obtained by adding the value obtained by reversing the sign of the received electric field strength value is used as the position accuracy metric value. That is, in the second routing table shown in FIG. 18, the relay station # 2 of the station identification ID “TF0995” and the relay station # 3 of the station identification ID “TF1005” are measured by the distance measuring function according to the fourth embodiment. The distance is small and the position accuracy metric value is small. On the other hand, the relay station # 1 of the station identification ID "TF0990" and the relay station # 4 of the station identification ID "TF1010" are distances estimated from the received electric field strength and have a large position accuracy metric value.
  • the relay control unit 20 sets and updates the second routing table including the position accuracy metric values of the wireless relay stations 10c and 10d indicated by the station identification ID.
  • Each of the radio relay stations 10c and 10d constitutes a second routing table including position estimation accuracy information in addition to the estimated distance, and is shared between the radio relay stations 10c and 10d.
  • each of the wireless relay stations 10c and 10d extracts the information with high distance accuracy as reliable information from the collected information of the second routing table, and updates the information with low distance accuracy by discarding the information. It is possible to grasp the relative position with higher accuracy and share it between the wireless relay stations 10c and 10d.
  • the wireless relay stations 10c and 10d may include an external communication unit 40 when applied to the second embodiment. Further, the wireless relay stations 10c and 10d may include a single wireless communication module capable of realizing a relay communication function, an external communication function, and a distance measuring function when applied to the second embodiment.
  • the position information acquisition unit 50 is a sensor or the like capable of measuring the distance to the object.
  • the relay control unit 20 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the wireless relay stations 10c and 10d include the distance measurement result for each station identification ID in the second routing table.
  • the wireless relay stations 10c and 10d can grasp the relative position more accurately than the distance estimation based only on the received electric field strength in the third embodiment. Since the wireless relay station 10 can determine a map corresponding to a relative kilometer in the wireless relay network, the position of the mobile station can be estimated, and further, the position of the mobile station in the tunnel can also be estimated. can.
  • the wireless relay station includes a configuration for acquiring absolute position information of its own station in addition to the configuration of the wireless relay station described in either the third embodiment or the fourth embodiment. If one of the relay stations in the wireless relay station can grasp the absolute position with high accuracy, the position estimation accuracy of the other relay station can be improved, and the traveling position of the mobile station can be grasped more accurately. can.
  • FIG. 19 is a first block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10e according to the fifth embodiment.
  • the wireless relay station 10e replaces the position information acquisition unit 50 of the wireless relay station 10c of the fourth embodiment shown in FIG. 16 with the position information acquisition unit 50e.
  • the position information acquisition unit 50e includes a positioning module 53.
  • the positioning module 53 is a module that realizes a function of performing sensing, specifically, acquiring absolute position information of its own station.
  • the absolute position information refers to an index marked to indicate the position on the ground surface, for example, latitude and longitude information, and in the case of a railway, information on kilometers is also included.
  • the realization method of the positioning module 53 differs depending on the absolute position information to be acquired.
  • the positioning module 53 In order to acquire latitude and longitude information, the positioning module 53 needs to be provided with a receiving module compatible with a satellite positioning system represented by GNSS (Global Navigation Satellite System). Further, the positioning module 53 needs to receive a signal from a device having kilometer information installed on a railroad track called a ground element in order to acquire kilometer information.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the positioning module 53 is not limited to these, and it is sufficient that the absolute position information can be acquired.
  • the positioning module 53 may realize a function of acquiring the position information given to the relay station when the relay station is installed.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of a second routing table handled by the wireless relay station 10e according to the fifth embodiment.
  • the second routing table shown in FIG. 20 is obtained by adding positioning information to the second routing table of the fourth embodiment shown in FIG.
  • the communication route management unit 24 additionally includes the positioning information in the second routing table of the fourth embodiment shown in FIG. That is, the relay control unit 20 sets and updates a second routing table including positioning information indicating the position of the wireless relay station 10e indicated by the station identification ID.
  • latitude and longitude information is handled as positioning information, specific numerical examples of longitude and latitude are not shown, and the positioning information of the own station is ⁇ lng, lat>.
  • lng indicates longitude and lat indicates latitude.
  • the wireless relay station 10e When the wireless relay station 10e acquires the longitude and latitude with the positioning module 53, it can acquire the position information with higher accuracy than the distance measurement, and it serves as a reference for grasping the position in the wireless relay network.
  • the metric value be, for example, 1.
  • the wireless relay station 10e shares the second routing table between the wireless relay stations 10e, the position information of the wireless relay station 10e having the positioning information is preferentially treated, so that each of the wireless relay stations 10e in the wireless relay network is treated preferentially.
  • the position of the wireless relay station 10e can be grasped with high accuracy.
  • the relay control unit 20 sets and updates a second routing table including the position accuracy metric value of the radio relay station 10e indicated by the station identification ID.
  • FIG. 21 is a second block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10f according to the fifth embodiment.
  • the wireless relay station 10f replaces the position information acquisition unit 50e of the wireless relay station 10e of the fifth embodiment shown in FIG. 19 with the position information acquisition unit 50f.
  • the position information acquisition unit 50f includes a distance measuring module 51 and a positioning module 53.
  • the distance measuring module 51 has the same configuration as the distance measuring module 51 described above.
  • the position information acquisition units 50e and 50f are sensors and the like that acquire the absolute position information of the own station.
  • the relay control unit 20 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the wireless relay stations 10e and 10f have decided to acquire the absolute position information of their own stations.
  • the wireless relay stations 10e and 10f preferentially handle the position information of the wireless relay stations 10e and 10f having the positioning information, so that the positions of the wireless relay stations 10e and 10f in the wireless relay network can be grasped with high accuracy. Can be changed.
  • Embodiment 6 in addition to the configuration of the wireless relay station described in any one of the first to fifth embodiments, the wireless relay station provides information on sensors, surveillance cameras, and the like installed around the own station. Is provided with various IoT communication interface configurations in order to collect data and transfer information to other relay stations and mobile stations by wireless relay communication. Although the case where it is applied to the wireless relay station 10 of the first embodiment will be described, it can also be applied to the wireless relay station of the second to fifth embodiments.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration example of the wireless relay station 10 g according to the sixth embodiment.
  • the wireless relay station 10g is obtained by adding the IoT communication unit 60 to the wireless relay station 10 of the first embodiment shown in FIG. It is assumed that the IoT communication unit 60 has a communication function, a sensing function, and the like different from those of the relay communication unit 30 and the external communication unit 40.
  • the IoT communication unit 60 collects information indicating the environmental state around the own station.
  • the IoT communication unit 60 includes a wireless communication module 61, a wired communication module 62, and a sensor module 63.
  • the IoT communication unit 60 is not limited to the example of FIG. 22, and may include a plurality of various modules.
  • the IoT communication unit 60 may be provided with one of the modules, or may be provided with any two types of modules.
  • the IoT communication unit 60 includes at least one of a wireless communication module 61, a wired communication module 62, and a sensor module 63.
  • the data transmitted to and received from the IoT communication unit 60 is managed by the data management unit 23 and stored in the data storage unit 21.
  • Communication control for the IoT communication unit 60 is performed by the communication control unit 25.
  • the wireless communication module 61 and the wired communication module 62 collect sensor information from sensors existing in the vicinity of the own station, and collect image information from a surveillance camera, for example.
  • Examples of the wireless interface for collecting information by the wireless communication module 61 include, but are not limited to, Bluetooth (registered trademark) and wireless LAN.
  • Examples of the wired interface for collecting information by the wired communication module 62 include USB (Universal Serial Bus), wired LAN defined by IEEE802.3, HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface), and the like. , Not limited to these.
  • the sensor module 63 is a module for observing the environmental state, equipment state, etc. of the own station or its surroundings.
  • the sensor module 63 is, for example, a module for observing or detecting temperature, humidity, atmospheric pressure, wind direction, rainfall, snowfall, vibration, and the like, but is not limited thereto.
  • the wireless relay station 10g is not provided with the external communication unit 40, but is not limited to this, and may be provided with the external communication unit 40 capable of communicating with a cellular base station or the like as described in the second embodiment. .. Further, the wireless relay station 10g does not include the position information acquisition units 50, 50e, 50f, but is not limited to this, and the position information acquisition units 50, 50e, 50f are used as described in the fourth or fifth embodiment. You may prepare.
  • the wireless communication module 61 and the wired communication module 62 of the IoT communication unit 60 are communication devices.
  • the sensor module 63 is a measuring instrument.
  • the relay control unit 20 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • the wireless relay station 10g includes an IoT communication unit 60, collects information such as surveillance images from surrounding sensors, surveillance cameras, and the like, and the relay communication unit 30 performs other information. It was decided to transmit to the relay station and mobile station of. That is, the wireless relay station 10g serves as an information communication hub. As a result, other relay stations and mobile stations located far away can remotely grasp the environment around the transmission source wireless relay station 10g.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
  • 10,10-1 to 10-8,10a to 10g Wireless relay station 20 Relay control unit, 21 Data storage unit, 22 Control information storage unit, 23 Data management unit, 24 Communication route management unit, 25 Communication control unit, 30 Relay communication unit, 31 wireless relay communication module, 40 external communication unit, 41 external communication module, 42, 52, 61 wireless communication module, 50, 50e, 50f position information acquisition unit, 51 distance measurement module, 53 positioning module, 60 IoT Communication unit, 62 wired communication module, 63 sensor module, 100 wireless relay system, 200 mobile.

Landscapes

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Abstract

移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局（１０）であって、無線中継網を構成し移動経路に沿って配置された各無線中継局（１０）に対して移動経路に沿って順に割り当てられた無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局（１０）のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、宛先の無線中継局（１０）のアドレス、局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、無線中継網を構成する無線中継局（１０）間で、各無線中継局（１０）が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う中継制御部（２０）と、他の無線中継局（１０）との間で無線中継通信を行う中継通信部（３０）と、を備える。

Description

無線中継局、無線中継システム、制御回路、記憶媒体及び無線中継方法
　本開示は、無線中継通信を行う無線中継局、無線中継システム、制御回路、記憶媒体及び無線中継方法に関する。
　鉄道無線において、大容量化のニーズが高まっている。従来の鉄道無線に加えて、ＷｉＦｉ（登録商標）、第５世代移動通信システム（以下、５Ｇと称する。）などの広帯域通信をアドオンすることで、列車と地上システムとの間で、監視画像、多数のセンサ情報などを準リアルタイムに共有することが可能となる。また、ＷｉＦｉ、５Ｇなどによって、列車と列車との間、列車と鉄道機器との間、及び列車と係員が携帯する端末装置との間の通信も可能となり、列車が鉄道環境のあらゆるものと繋がり情報通信ハブとなるＴ２Ｘ（Train-to-Everything）システムが実現できる。ただし、従来の鉄道無線がＶＨＦ（Very　High　Frequency）帯、ＵＨＦ（Ultra　High　Frequency）帯などを用いるのに対して、広帯域通信は、主にＳＨＦ（Super　High　Frequency）帯を用いる。一般的に、無線通信は、高周波数化に伴って電波到達範囲が狭くなり、不感地帯が生じやすくなる。不感地対策として、無線中継が有望である。
　複数の無線中継局を介することで、目的装置までデータを無線転送する無線中継システムが知られている。無線中継通信は、リレー通信、マルチホップ通信などとも呼ばれる。一般的に、無線中継網のトポロジーは、広域な通信エリアを面的にカバーするため、二次元メッシュ型が想定される。一方、鉄道沿線、高速道路などを対象とする場合、無線中継網は、移動体の移動経路を軸とした線状に形成され得る。鉄道軌道、高速道路などを跨ぐようにはしご状に形成された無線中継網、すなわちトポロジーをラダー型と呼ぶ。
　無線中継網では、通信の効率化、低遅延化などのため、通信経路を適切に設定することが重要である。例えば、特許文献１には、電波環境が変化する状況において、目的装置に到達するまでの中継回数を少なくしつつ、信頼性の高い中継局を優先選択する経路探索を実現する技術が開示されている。電波環境が変化する例として、列車などの移動体に通信装置が搭載されている場合、すなわち、移動局が存在する場合などが挙げられている。
特許第６６０６４８４号公報
　二次元メッシュ型の無線中継網は、無線中継網を構成する中継局がエリアを面的にカバーするように配置される。そのため、各中継局は、周囲の中継局との地理的な位置関係を把握することが難しい。さらに、移動局が存在する場合、移動局にとって近傍となる中継局、すなわち移動局と通信を行う中継局が時間とともに切り替わるが、中継局間の地理的な位置関係に加えて各中継局と移動経路との間の位置関係の把握も困難である。そのため、移動局にとっての将来の近傍中継局を予測することが難しい。このように、中継局間を移動局が渡る際の通信経路切替処理の発生場所及び発生タイミングを予測できず、通信経路切替処理が場当たり的となり、無線通信品質が低下する、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、移動する無線中継局を有する無線中継網において、無線通信品質の低下を抑制可能な無線中継局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、本開示は、移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局である。無線中継局は、無線中継網を構成し移動経路に沿って配置された各無線中継局に対して移動経路に沿って順に割り当てられた無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、宛先の無線中継局のアドレス、局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、無線中継網を構成する無線中継局間で、各無線中継局が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う中継制御部と、他の無線中継局との間で無線中継通信を行う中継通信部と、を備えることを特徴とする。
　本開示に係る無線中継局は、移動する無線中継局を有する無線中継網において、無線通信品質の低下を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る無線中継局を複数備える無線中継システムの構成例を示す第１の図 実施の形態１に係る無線中継局を複数備える無線中継システムの構成例を示す第２の図 実施の形態１に係る無線中継局の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る無線中継局で取り扱う第１のルーティングテーブルの例を示す図 実施の形態１に係る無線中継システムにおける無線中継局の配置例を示す図 実施の形態１に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第１の図 実施の形態１に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第２の図 実施の形態１に係る無線中継局に対して規定された採番規則によって与えられた局識別ＩＤ（IDentifier）を各無線中継局の地理的位置関係にマッピングした状態を示す図 実施の形態１に係る無線中継局が第２のルーティングテーブルを更新する動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る無線中継局が備える処理回路をプロセッサ及びメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１に係る無線中継局が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図 実施の形態２に係る無線中継局の構成例を示す第１のブロック図 実施の形態２に係る無線中継局の構成例を示す第２のブロック図 実施の形態３に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第１の図 実施の形態３に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第２の図 実施の形態４に係る無線中継局の構成例を示す第１のブロック図 実施の形態４に係る無線中継局の構成例を示す第２のブロック図 実施の形態４に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す図 実施の形態５に係る無線中継局の構成例を示す第１のブロック図 実施の形態５に係る無線中継局で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す図 実施の形態５に係る無線中継局の構成例を示す第２のブロック図 実施の形態６に係る無線中継局の構成例を示すブロック図
　以下に、本開示の実施の形態に係る無線中継局、無線中継システム、制御回路、記憶媒体及び無線中継方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る無線中継局を複数備える無線中継システム１００の構成例を示す第１の図である。無線中継システム１００は、無線中継局１０－１～１０－８と、移動体２００に搭載される図示しない無線中継局と、を備える。無線中継システム１００は、無線中継局１０－１～１０－８、及び移動体２００に搭載される無線中継局が、無線中継通信を行うシステムである。移動体２００は、例えば、移動経路である軌道を走行する列車、移動経路である高速道路を走行する自動車などである。本実施の形態では、図１に示すように、移動体２００が移動経路である軌道を走行する列車である場合を例にして説明する。以降の実施の形態についても同様とする。無線中継システム１００は、無線中継局１０－１～１０－８が、移動体２００の移動経路を中心として形成された、すなわち列車が走行する軌道に沿って軌道を跨ぐようにはしご状に形成されたラダー型の無線中継網である。無線中継局１０－１～１０－８、及び移動体２００に搭載される無線中継局は、移動体２００の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する。
　図１の例では、例えば、無線中継局１０－３は、無線中継局１０－１，１０－２，１０－４，１０－５と接続している。ただし、無線中継システム１００の構成によっては、無線中継局１０－１～１０－８の接続形態が異なる場合がある。図２は、実施の形態１に係る無線中継局を複数備える無線中継システム１００の構成例を示す第２の図である。図２に示す無線中継システム１００では、無線中継局１０－３は、無線中継局１０－１，１０－４，１０－５と接続している。なお、無線中継システム１００の構成は、図１および図２の例に限定されない。以降の説明において、無線中継局１０－１～１０－８、及び移動体２００に搭載された無線中継局を区別しない場合、無線中継局１０と称する。すなわち、無線中継システム１００は、無線中継局１０を２つ以上有する。
　以降の説明では、単に「中継局」と記載する場合は地上側に固定配置された無線中継局１０を示し、「移動局」と記載する場合は移動体２００に搭載され移動経路上を移動する無線中継局１０を示す。中継局は移動しない無線中継局１０であり、移動局は移動経路上を移動する無線中継局１０である。本実施の形態において、中継局及び移動局は、同様の構成要素を備えるものとする。すなわち、中継局及び移動局は、ともに後述する拡張ルーティングテーブルを保持し、拡張ルーティングテーブルの設定、更新、配信などを行う。本実施の形態では、無線中継網が線状に構成され、無線中継網に移動局が含まれるケースを想定している。
　無線中継局１０の構成について説明する。図３は、実施の形態１に係る無線中継局１０の構成例を示すブロック図である。無線中継局１０は、中継制御部２０と、中継通信部３０と、を備える。無線中継局１０は、他の機能ブロックなどを含む可能性があるが、ここでは説明の都合上、主に通信に係る機能ブロックを示す。中継制御部２０は、データ記憶部２１と、制御情報記憶部２２と、データ管理部２３と、通信経路管理部２４と、通信制御部２５と、を備える。中継通信部３０は、無線中継通信モジュール３１を備える。本実施の形態において、無線中継局１０は、自局の地理的位置関係及びプロパティによって与えられる、無線中継システム１００において固有の局識別情報である局識別ＩＤを有している。無線中継局１０には、中継局または移動局であることが識別可能な局識別ＩＤが付与される。また、中継局である無線中継局１０には、移動体２００の移動経路に沿って順番に採番された局識別ＩＤが付与される。
　データ記憶部２１は、無線中継における送受信データを記憶する。データ記憶部２１は、例えば、主記憶装置及び外部記憶装置を含むものとするが、具体的な実現手段はこれに限定されない。主記憶装置は、例えば、バッファ、キャッシュなどである。外部記憶装置は、例えば、ストレージである。
　制御情報記憶部２２は、一般的なルーティングプロトコルによって得られるルーティングテーブルを記憶し、さらに、本実施の形態において特有の拡張ルーティングテーブルを記憶する。以降の説明において、一般的なルーティングプロトコルによって得られるルーティングテーブルを第１のルーティングテーブルと称し、本実施の形態において特有の拡張ルーティングテーブルを第２のルーティングテーブルと称する。制御情報記憶部２２は、例えば、主記憶装置及び外部記憶装置を含むものとするが、具体的な実現手段はこれに限定されない。また、制御情報記憶部２２は、自局の地理的位置関係及びプロパティによって与えられる固有の局識別ＩＤを恒久的に記憶している。
　データ管理部２３は、送受信するデータの処理を行い、データ記憶部２１に対するデータの読み出し及び書き込みを行う。
　通信経路管理部２４は、第１のルーティングテーブルの設定及び更新を行い、制御情報記憶部２２に対する第１のルーティングテーブルの読み出し及び書き込みを行う。また、通信経路管理部２４は、第２のルーティングテーブルの設定及び更新を行い、制御情報記憶部２２に対する第２のルーティングテーブルの読み出し及び書き込みを行う。
　通信制御部２５は、最新の第２のルーティングテーブルに基づいて、中継通信部３０に対するデータの送受信の指示を行う。通信制御部２５は、制御情報記憶部２２に記憶されている第２のルーティングテーブルも無線中継局１０間で共有するため、中継通信部３０に対してデータとして送受信の指示を行う。
　以降では、第２のルーティングテーブルの設定、更新、及び送受信が主となるため、通常の送受信データを扱うデータ記憶部２１及びデータ管理部２３の説明は割愛する。
　無線中継通信モジュール３１は、他の中継局及び移動局との間で無線中継通信を行う無線インタフェースである。無線中継通信モジュール３１は、通信制御部２５の制御によって、データの送受信、第１のルーティングテーブルの送受信、及び第２のルーティングテーブルの送受信を行う。無線中継通信モジュール３１が対応する無線方式は、端末間で通信可能な無線方式が好適である。無線中継通信モジュール３１が対応する無線方式は、例えば、３ＧＰＰ（Third　Generation　Partnership　Project）で規格化されたサイドリンク、ＩＥＥＥ（Institute　of　Electrical　and　Electronics　Engineers）で規格化された無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）、ＩｏＴ（Internet　of　Things）向けのＬＰＷＡ（Low　Power　Wide　Area）などが挙げられるが、具体的な無線方式はこれらに限定されない。なお、３ＧＰＰで規格化されたサイドリンクとは、端末間通信の方式であり、例えば、ＰＣ５と呼ばれるインタフェースである。
　つぎに、通信経路管理部２４で取り扱う第２のルーティングテーブルについて説明する。まず、第１のルーティングテーブルについて説明する。図４は、実施の形態１に係る無線中継局１０で取り扱う第１のルーティングテーブルの例を示す図である。第１のルーティングテーブルは、各無線中継局１０のＩＰ（Internet　Protocol）アドレスを宛先ＩＰアドレスとして示し、他の無線中継局１０との接続状態をネクストホップとして示している。例えば、無線中継網内の自局のＩＰアドレスが１９２．１６８．０．１００であり、自局が近隣の４つの無線中継局１０と直接通信リンクが確立されているとすると、第１のルーティングテーブルは図４のような表となる。図４において、Ｉ／Ｆは通信インタフェースの種別名を示し、ＰＣ５はサイドリンクのインタフェース名を示し、ｌｏは自局のローカルループバックを示す。また、図４において、＃１～＃４は自局と直接接続、すなわち直接通信リンクが確立された無線中継局１０である。図４において、＃５の無線中継局１０は宛先ＩＰアドレスが１９２．１６８．０．２３の＃２の無線中継局１０を中継して通信可能な無線中継局１０である。
　図４で示される＃１～＃５の５つの無線中継局１０及び自局を含めた６つの無線中継局１０が、図５に示すような地理的位置関係であるものとする。図５は、実施の形態１に係る無線中継システム１００における無線中継局１０の配置例を示す図である。一般的に、第１のルーティングテーブルで示されるＩＰアドレスは、地理的な位置とは無関係にネットワーク側から各無線中継局１０に割り当てられる。そのため、ＩＰアドレスのみで自局と他の無線中継局１０との位置関係を把握することは困難である。また、図５に示すように、＃５の無線中継局１０は実際には移動局であるが、ＩＰアドレスのみでは、各無線中継局１０が、地上側に固定配置された中継局であるのか、または移動体２００に搭載され移動経路上を移動する移動局であるのかを把握することは困難である。なお、図５において、＃５の無線中継局１０、すなわち移動局は、実際には、移動体２００の内部に搭載されているものとする。以降の図においても同様とする。
　図６は、実施の形態１に係る無線中継局１０で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第１の図である。第２のルーティングテーブルは、第１のルーティングテーブルを拡張したものである。第２のルーティングテーブルは、通信経路管理部２４によって、一般的なルーティングプロトコルにより設定された第１のルーティングテーブルに基づいて設定される。第２のルーティングテーブルでは、各無線中継局１０のＩＰアドレスに局識別ＩＤが紐付けられ、ＩＰアドレスに局識別ＩＤが紐付けられた更新時刻、すなわちタイムスタンプとともに管理される。局識別ＩＤについては、各無線中継局１０が自局の局識別ＩＤを含めて第２のルーティングテーブルを配信することで他の無線中継局１０でも把握でき、無線中継網全体で共有可能である。局識別ＩＤは、無線中継網におけるＩＰアドレスとは別個に、置局の際に割り当てられるＩＤであり、位置を含む無線中継局１０のプロパティによって定められる。
　ここでの無線中継局１０のプロパティは、説明を簡便にするため、路線などの移動経路の識別子、中継局か移動局かを示す識別子、及び移動経路に沿った位置を識別する番号としている。図６の例では、移動経路の識別子を「Ｔ」とし、中継局の識別子を「Ｆ」とし、移動局の識別子を「Ｍ」としている。なお、識別すべきプロパティはこの限りではなく、例えば、駅、トンネルなどの設置環境を識別できるように、さらに多くの無線局種別を設けてもよいし、移動経路の一方向に対して右側に置局されるか左側に置局されるかを識別できるようにしてもよい。中継局の位置を識別するため、ここでは、移動局の一次元的な移動経路、図５の例では軌道における一方向を上り方、反対方向を下り方と定義し、上り方へ向かうに従って番号が昇順となるよう採番規則を設ける。
　基準となる中継局に「１０００」という番号を与えるとすると、上り方の２つの中継局には基準となる中継局から近い順に「１００５」、「１０１０」と昇順で番号を与え、下り方の２つの中継局には基準となる中継局から近い順に「０９９５」、「０９９０」と降順で番号を与える。従って、位置基準となる中継局の局識別ＩＤは「ＴＦ１０００」となり、他の中継局の局識別ＩＤは「ＴＦ０９９０」、「ＴＦ０９９５」、「ＴＦ１００５」、「ＴＦ１０１０」となる。一方、移動局については、識別子「Ｍ」によって移動局と識別できるため、位置とは無関係な番号を与えてもよい。図６の例では、移動局の局識別ＩＤを「ＴＭ８１１１」とする。なお、図６におけるタイムスタンプの日時表示では、日付（ＹＹ／ＭＭ／ＤＤ）及び時間（ｈｈ）の具体的な数値の例示を省略している。
　図７は、実施の形態１に係る無線中継局１０で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第２の図である。図７は、ＩＰアドレス「１９２．１６８．０．２３」であって局識別ＩＤ「ＴＦ０９９５」の中継局における第２のルーティングテーブルの例を示している。このように、各無線中継局１０がそれぞれ第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、各無線中継局１０間で互いに送受して共有する。
　図８は、実施の形態１に係る無線中継局１０に対して規定された採番規則によって与えられた局識別ＩＤを各無線中継局１０の地理的位置関係にマッピングした状態を示す図である。各無線中継局１０について、緯度及び経度、または鉄道のキロ程などの位置情報が無くても、各無線中継局１０は、局識別ＩＤが紐付けられた第２のルーティングテーブルを共有することによって、他の無線中継局１０との相対的な位置関係を把握することができる。また、各無線中継局１０は、局識別ＩＤが紐付けられた第２のルーティングテーブルを共有することによって、移動局が現在どの中継局と近接しているかを把握することも可能となる。これにより、各無線中継局１０は、移動局の移動に伴う通信経路切替処理の発生場所及び発生タイミングを予測することができ、無線中継網内の移動局の通信品質を安定化できる。
　図９は、実施の形態１に係る無線中継局１０が第２のルーティングテーブルを更新する動作を示すフローチャートである。通信経路管理部２４は、ルーティングプロトコルにより周辺の中継局及び移動局と経路情報を交換し、第１のルーティングテーブルを更新する（ステップＳ１）。ルーティングプロトコルは、従来からの一般的なルーティングプロトコルでよい。通信経路管理部２４は、更新した第１のルーティングテーブルを制御情報記憶部２２に書き込む。なお、通信経路管理部２４は、第１のルーティングテーブルが存在しない場合、第１のルーティングテーブルを新規に設定する。通信経路管理部２４は、一般的なルーティングプロトコルによる周辺の中継局及び移動局との情報交換について、通信制御部２５を通じて中継通信部３０により無線伝送が行われることで実現できる。
　通信経路管理部２４は、第１のルーティングテーブルに基づいて、第２のルーティングテーブルを更新する。具体的には、通信経路管理部２４は、自局が有する自局及び他の無線中継局１０の局識別ＩＤとＩＰアドレスとの対応情報を反映し、第２のルーティングテーブルを更新する（ステップＳ２）。なお、通信経路管理部２４は、第２のルーティングテーブルが存在しない場合、第２のルーティングテーブルを新規に設定し、自局の局識別ＩＤとＩＰアドレスとの対応情報のみを反映する。局識別ＩＤ、ＩＰアドレスを含む第１のルーティングテーブル、及び第２のルーティングテーブルの情報は制御情報記憶部２２に記憶されているため、通信経路管理部２４は、これらの情報を読み出して処理を行う。通信経路管理部２４は、更新した第２のルーティングテーブルを制御情報記憶部２２に書き込む。
　通信経路管理部２４は、自局が持つ最新の第２のルーティングテーブルの情報に現在時刻のタイムスタンプを付して、周辺の中継局及び移動局に配信する（ステップＳ３）。配信方法については、マルチキャストが望ましいが、これに限らず、受信対象局を限定しないブロードキャストでもよいし、個別に各局にユニキャストで送信してもよい。通信経路管理部２４は、最新の第２のルーティングテーブルの情報を制御情報記憶部２２から読み出す。通信経路管理部２４は、通信制御部２５を通じて中継通信部３０により無線伝送が行われることで、第２のルーティングテーブルの配信を実現できる。
　通信経路管理部２４は、他の無線中継局１０から配信された第２のルーティングテーブルの情報を受信する。通信経路管理部２４は、情報のタイムスタンプを比較し、最新のタイムスタンプの情報を優先として、自局の第２のルーティングテーブルを更新する（ステップＳ４）。他の無線中継局１０から配信される情報には、自局が直接接続している近隣の中継局及び移動局以外に、自局が直接接続していない遠方の中継局及び移動局の情報が含まれる。通信経路管理部２４は、更新作業において、最新の情報よりも古い情報を破棄する。通信経路管理部２４は、他の無線中継局１０からの第２のルーティングテーブルの情報の受信について、通信制御部２５を通じて中継通信部３０により無線伝送が行われることで実現できる。通信経路管理部２４は、更新した第２のルーティングテーブルを制御情報記憶部２２に記憶させる。
　通信経路管理部２４は、第１のルーティングテーブルよりも第２のルーティングテーブルが新しい場合、第２のルーティングテーブルに基づいて第１のルーティングテーブルを更新する（ステップＳ５）。最新の第１のルーティングテーブルの情報、及び最新の第２のルーティングテーブルの情報は、制御情報記憶部２２に記憶されている。また、通信経路管理部２４は、第１のルーティングテーブルを設定または更新した時刻の情報を、制御情報記憶部２２に記憶させていてもよい。通信経路管理部２４は、制御情報記憶部２２からこれらの情報を読み出して更新処理を行う。通信経路管理部２４は、更新した第１のルーティングテーブルを制御情報記憶部２２に記憶させる。
　このように、無線中継局１０において、中継制御部２０は、無線中継網を構成し移動経路に沿って配置された各無線中継局１０に対して移動経路に沿って順に割り当てられた無線中継網内での局識別ＩＤを有する。中継制御部２０は、宛先の無線中継局１０のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、宛先の無線中継局１０のアドレス、局識別ＩＤ、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。中継制御部２０は、無線中継網を構成する無線中継局１０間で、各無線中継局１０が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う。
　無線中継局１０は、以上の動作を、定期的に、またはルーティングプロトコルによる経路情報の送受信をトリガとして、繰り返し実施する。すなわち、無線中継局１０は、移動局の移動などによって通信経路が更新された場合、局識別ＩＤを含めた第２のルーティングテーブルを配信するようにしてもよい。これにより、各無線中継局１０は、図８で示したように、互いに位置関係を把握することができる。さらに、無線中継局１０は、直接接続している近隣の無線中継局１０だけではなく、遠方の無線中継局１０の情報も収集して第２のルーティングテーブルを更新できるため、無線中継網全体に渡る中継局及び移動局の位置関係を推定可能となる。無線中継局１０は、どの中継局が移動局と直接通信を行っているかを状況把握できるため、時間変化を観測することによって、経路切替処理の発生場所及び発生タイミングを予測することが可能となる。
　つづいて、無線中継局１０のハードウェア構成について説明する。無線中継局１０において、中継通信部３０は通信機である。中継制御部２０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ及びメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。
　図１０は、実施の形態１に係る無線中継局１０が備える処理回路をプロセッサ及びメモリで実現する場合の処理回路９０の構成例を示す図である。図１０に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１及びメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１及びメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶された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、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、無線中継局１０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を無線中継局１０に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。
　上記プログラムは、中継制御部２０が、無線中継網を構成し移動経路に沿って配置された各無線中継局１０に対して移動経路に沿って順に割り当てられた無線中継網内での局識別ＩＤを有し、宛先の無線中継局１０のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、宛先の無線中継局１０のアドレス、局識別ＩＤ、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、無線中継網を構成する無線中継局１０間で、各無線中継局１０が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う制御ステップと、中継通信部３０が、他の無線中継局１０との間で無線中継通信を行う通信ステップと、を無線中継局１０に実行させるプログラムであるとも言える。
　ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、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、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などである。また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図１１は、実施の形態１に係る無線中継局１０が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の例を示す図である。図１１に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０のうち、ラダー型の無線中継網を構成する中継局は、移動局の移動経路に沿って順に割り当てられた無線中継網内独自の局識別ＩＤを持つ。無線中継局１０は、無線中継局１０の宛先を示すＩＰアドレスに加えて局識別ＩＤが紐付けられた第２のルーティングテーブルを更新かつ配信し、無線中継局１０間で互いに最新の第２のルーティングテーブルを共有することとした。これにより、無線中継局１０は、中継の地理的方向が一次元的に二方向に限られるため、識別用ＩＤによって近隣の中継局及び移動局との位置関係を把握することができ、無線中継網全体を俯瞰的に観測することができる。無線中継局１０は、どの中継局が移動局と直接通信を行っているかを状況把握できるため、時間変化を観測することで経路切替処理の発生場所及び発生タイミングを予測することができる。その結果、無線中継局１０は、移動する無線中継局１０を有する無線中継網において、無線通信品質の低下を抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２において、無線中継局は、実施の形態１の無線中継局１０の構成に加えて、中継通信とは異なる無線通信を実施する構成を具備することで、無線中継網の外とデータ伝送を行うことを可能とする。ここで、中継通信と異なる無線通信とは、無線方式が無線中継通信とは異なるもの、または無線方式が同じであっても無線周波数帯、無線スペクトル、通信タイミングなどを無線中継通信とは異ならせることが可能な無線通信を指す。無線中継網の外とデータ伝送を行うことが可能な無線中継局が無線中継網内に含まれることで、無線中継システム１００は、中継されたデータを無線中継網の外に転送することができる。または、無線中継システム１００は、無線中継網の外からのデータを無線中継網内に転送することができる。すなわち、実施の形態２の無線中継局は、無線中継網の内外の接点の役割を担う。
　図１２は、実施の形態２に係る無線中継局１０ａの構成例を示す第１のブロック図である。無線中継局１０ａは、図３に示す実施の形態１の無線中継局１０に、外部通信部４０を追加したものである。外部通信部４０は、外部通信モジュール４１を備える。
　外部通信モジュール４１は、中継局及び移動局との無線中継以外の無線通信を行う無線インタフェースである。すなわち、外部通信モジュール４１は、中継通信部３０の無線中継通信とは異なる無線通信を行う。外部通信モジュール４１が対応する無線方式は、例えば、３ＧＰＰで規格化された基地局と端末との間の無線通信リンクであって、いわゆるセルラー通信の無線方式でＵｕと呼ばれるインタフェースであるＬＴＥ（Long　Term　Evolution）、５Ｇ　ＮＲ（Fifth　Generation　New　Radio）などである。また、外部通信モジュール４１が対応する無線方式は、例えば、ＩＥＥＥで規格化された無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸなどに代表される無線ＭＡＮ（Metropolitan　Area　Network）などである。なお、外部通信モジュール４１が対応する具体的な無線方式は、これらに限定されない。外部通信モジュール４１が対応する無線方式は、無線中継通信モジュール３１が対応する無線方式と同一の無線方式であってもよいが、中継通信と干渉しないように、無線周波数チャネル、通信タイミングなどを中継通信と異なるように設定できればよい。
　外部通信部４０は、無線中継網の外と無線通信が可能である。外部通信部４０が無線中継網の外と無線通信する送受信データは、データ管理部２３が管理し、データ記憶部２１が記憶する。また、外部通信部４０に対する通信制御は、通信制御部２５が実施する。無線中継局１０ａにおけるその他の機能及び構成は、実施の形態１の無線中継局１０の機能及び構成と同様である。
　無線中継通信モジュール３１の機能と外部通信モジュール４１の機能が単一の通信モジュールで実現される形態もある。図１３は、実施の形態２に係る無線中継局１０ｂの構成例を示す第２のブロック図である。無線通信モジュール４２は、中継通信機能及び外部通信機能を備える。無線通信モジュール４２の中継通信機能は中継通信部３０が管理し、無線通信モジュール４２の外部通信機能は外部通信部４０が管理する。
　無線中継局１０ａは、外部通信モジュール４１がセルラー通信に対応した無線インタフェースの場合、セルラー基地局と通信を行うことが可能となる。中継局がセルラー基地局の圏内に置局される場合には、無線中継局１０ａのような構成が好ましい。同様に、無線中継局１０ｂは、無線通信モジュール４２がセルラー通信に対応した無線インタフェースの場合、セルラー基地局と通信を行うことが可能となる。中継局がセルラー基地局の圏内に置局される場合には、無線中継局１０ｂのような構成が好ましい。
　無線中継局１０ａ，１０ｂのハードウェア構成について、外部通信部４０は通信機である。中継制御部２０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ及びメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０ａ，１０ｂは、無線中継網の外とデータ伝送を行うこととした。この場合においても、無線中継局１０ａ，１０ｂは、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１の無線中継局１０、または実施の形態２の無線中継局１０ａ，１０ｂは、直接接続する近隣の中継局及び移動局との中継通信の中で受信電界強度を測定し、第２のルーティングテーブルに含める。以降の説明では、実施の形態１の無線中継局１０を例にして説明するが、実施の形態２の無線中継局１０ａ，１０ｂにも適用可能である。受信電界強度は、無線中継局１０間の距離に大きく関係する値であり、距離が近い場合には受信電界強度値が高い値となり、反対に距離が遠い場合には低い値となる。すなわち、無線中継局１０は、受信電界強度から無線中継局１０間の距離を推定することができるため、無線中継網内の中継局及び移動局の相対位置を推測することが可能となる。受信電界強度については、一般的に、無線中継局１０が通信しながら測定することが可能であり、ＲＳＳＩ（Received　Signal　Strength　Indicator）、ＲＳＲＰ（Reference　Signal　Received　Power）などの値として得られる。
　図１４は、実施の形態３に係る無線中継局１０で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第１の図である。図１４に示す第２のルーティングテーブルは、図６に示す実施の形態１の第２のルーティングテーブルに、局識別ＩＤ毎に受信電界強度を追加したものである。ＩＰアドレス「１９２．１６８．０．１００」及び局識別ＩＤ「ＴＦ１０００」である無線中継局１０の通信経路管理部２４は、自局と直接接続されている中継局からの信号を観測し、測定された受信電界強度を第２のルーティングテーブルに含める。すなわち、中継制御部２０は、局識別ＩＤで示される無線中継局１０から送信された信号の受信電界強度測定値を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。受信電界強度については、実際には、無線中継通信モジュール３１が測定を行い、無線中継通信モジュール３１が、受信電界強度の測定結果を通信経路管理部２４に出力しているものとする。なお、図１４におけるタイムスタンプの日時表示では、日付（ＹＹ／ＭＭ／ＤＤ）を省略し、時間（ｈｈ）の例示を省略し、分及び秒のみ具体的な数値を例示している。
　図１５は、実施の形態３に係る無線中継局１０で取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す第２の図である。図１５に示す第２のルーティングテーブルは、図１４に示す第２のルーティングテーブルに、通信経路管理部２４が受信電界強度から推定した推定距離を追加したものである。すなわち、中継制御部２０は、局識別ＩＤで示される無線中継局１０との距離を示す局間測距値である推定距離を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。受信電界強度から距離を推定する方法は様々である。一例として、直接接続されている無線中継局１０間は見通しであるものと仮定すると、電波の減衰は距離の二乗に反比例することから、無線中継局１０間の距離ｄ（単位ｍ）は、受信電界強度Ｐ（単位ｄＢｍ）から次の式（１）により算出することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、λは使用する無線周波数における波長（単位ｍ）、Ｐｔは送信側の空中線電力（単位ｄＢｍ）、Ｇｔは送信アンテナ利得（単位ｄＢｉ）、Ｇｒは受信アンテナ利得（単位ｄＢｉ）である。このように、通信経路管理部２４は、無線中継局１０間の受信電界強度に加えて推定距離を第２のルーティングテーブルに含めてもよいし、推定距離は含めずに各無線中継局１０で無線中継局１０間の距離を推定するようにしてもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０は、無線中継局１０間で共有する第２のルーティングテーブルに、直接接続している中継局及び移動局からの受信電界強度、または受信電界強度及び推定距離を含めることとした。これにより、無線中継局１０は、無線中継網内の中継局及び移動局の相対位置を推測することができ、把握すべき中継局及び移動局の位置関係の精度向上が可能となる。無線中継局１０は、無線中継網内における相対的なキロ程に相当するマップを割り出すことができることから、移動局の位置を推定でき、さらに、トンネル内の移動局の位置についても推定することができる。
実施の形態４．
　実施の形態４では、無線中継局は、実施の形態１から実施の形態３で説明した無線中継局１０，１０ａ，１０ｂの構成に加えて、無線中継局間の距離を直接測定する構成を具備する。無線中継局は、測距専用の機能を備えることで、無線中継局間の距離推定の精度向上を実現できる。以降の説明では、実施の形態１の無線中継局１０を例にして説明するが、実施の形態２の無線中継局１０ａ，１０ｂ、及び実施の形態３の無線中継局にも適用可能である。
　図１６は、実施の形態４に係る無線中継局１０ｃの構成例を示す第１のブロック図である。無線中継局１０ｃは、図３に示す実施の形態１の無線中継局１０に、位置情報取得部５０を追加したものである。位置情報取得部５０は、測距モジュール５１を備える。
　測距モジュール５１は、センシングを行う、具体的には、対象物までの距離を測定可能なモジュールである。対象物までの距離を測定する測距方式には様々な測距方式が存在するが、無線中継局１０ｃ間の距離計測が可能な方式であればどのような方式でもよい。測距モジュール５１の測距方式については、例えば、レーザ光を用いる方式、カメラ撮影画像から推定する方式、ミリ波、ＵＷＢ（Ultra　Wide　Band）などの広帯域無線信号を用いる方式、超音波を用いる方式などが挙げられる。
　実施の形態４において、中継制御部２０の通信経路管理部２４は、実施の形態３の場合と同様、局識別ＩＤで示される無線中継局１０ｃとの距離を示す局間測距値を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。
　また、３ＧＰＰでは、サイドリンクに測距機能を追加する議論が行われており、測距機能を持つサイドリンクが規格化される場合には、例えば、図１７に示す無線中継局１０ｄの構成のように、中継通信機能と測距機能が単一の無線通信モジュール５２にて実現できてもよい。図１７は、実施の形態４に係る無線中継局１０ｄの構成例を示す第２のブロック図である。無線通信モジュール５２は、中継通信機能及び測距機能を備える。無線通信モジュール５２の中継通信機能は中継通信部３０が管理し、無線通信モジュール５２の測距機能は位置情報取得部５０が管理する。
　実施の形態３で説明した距離推定方法と比較して、実施の形態４では、専用の測距機能により直接距離を測定するため、一般的に、距離情報の精度はより高いものとなる。ここで、中継局及び移動局毎に距離情報を得る手段が異なる場合、距離情報の信頼性が中継局及び移動局毎に異なることになる。そのため、図１８に示すように、第２のルーティングテーブルに、距離情報に加えて距離情報の精度を示す位置精度メトリック値を追加してもよい。図１８は、実施の形態４に係る無線中継局１０ｃ，１０ｄで取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す図である。図１８の例では、位置精度メトリック値は低い値であるほど高精度であり信頼できる値としている。位置精度メトリック値の与え方については様々なルールがあり得る。例えば、実施の形態４のように専用の測距機能で得た場合に対して、実施の形態３のように受信電界強度から推定した場合には大きなオフセット値を与え、その中で推定距離が短い場合、受信電界強度が高い場合などには小さな値を、そうでない場合には大きな値を与える方法が挙げられる。
　図１８の例では、当該オフセット値を２００とし、さらに、受信電界強度値の符号を反転させた値を加算したものを位置精度メトリック値としている。すなわち、図１８に示す第２のルーティングテーブルにおいて、局識別ＩＤ「ＴＦ０９９５」の＃２の中継局及び局識別ＩＤ「ＴＦ１００５」の＃３の中継局は、実施の形態４における測距機能で測定した距離であり位置精度メトリック値が小さい。一方、局識別ＩＤ「ＴＦ０９９０」の＃１の中継局及び局識別ＩＤ「ＴＦ１０１０」の＃４の中継局は、受信電界強度から推定した距離であり位置精度メトリック値が大きい。このように、中継制御部２０は、局識別ＩＤで示される無線中継局１０ｃ，１０ｄの位置精度メトリック値を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。各無線中継局１０ｃ，１０ｄは、推定距離に加え位置推定精度情報も含めて第２のルーティングテーブルを構成して、無線中継局１０ｃ，１０ｄ間で共有する。これにより、各無線中継局１０ｃ，１０ｄは、収集した第２のルーティングテーブルの情報において、距離精度の高い情報を信頼できる情報として抽出し、距離精度の低い情報を破棄するなどの更新を行うことができ、より精度の高い相対位置を把握し無線中継局１０ｃ，１０ｄ間で共有することができる。
　なお、無線中継局１０ｃ，１０ｄは、実施の形態２に適用する場合には、外部通信部４０を備えてもよい。また、無線中継局１０ｃ，１０ｄは、実施の形態２に適用する場合において、中継通信機能、外部通信機能、及び測距機能を実現可能な単一の無線通信モジュールを備えてもよい。
　無線中継局１０ｃ，１０ｄのハードウェア構成について、位置情報取得部５０は、対象物までの距離を測定可能なセンサなどである。中継制御部２０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ及びメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０ｃ，１０ｄは、局識別ＩＤ毎の測距結果を第２のルーティングテーブルに含めることとした。これにより、無線中継局１０ｃ，１０ｄは、実施の形態３における受信電界強度のみによる距離推定よりも精度よく相対位置を把握できる。無線中継局１０は、無線中継網内における相対的なキロ程に相当するマップを割り出すことができることから、移動局の位置を推定でき、さらに、トンネル内の移動局の位置についても推定することができる。
実施の形態５．
　実施の形態５では、無線中継局は、実施の形態３または実施の形態４のいずれかで説明した無線中継局の構成に加えて、自局の絶対位置情報を取得する構成を具備する。無線中継局は、無線中継網内でいずれかの中継局が高精度に絶対位置を把握できれば、他の中継局の位置推定精度も向上でき、移動局の走行位置をより正確に把握することができる。
　図１９は、実施の形態５に係る無線中継局１０ｅの構成例を示す第１のブロック図である。無線中継局１０ｅは、図１６に示す実施の形態４の無線中継局１０ｃの位置情報取得部５０を位置情報取得部５０ｅに置き換えたものである。位置情報取得部５０ｅは、測位モジュール５３を備える。
　測位モジュール５３は、センシングを行う、具体的には、自局の絶対位置情報を取得する機能を実現するモジュールである。ここで、絶対位置情報とは、地表に位置を示すためにマーキングされた指標を指し、例えば、経緯度情報であり、鉄道の場合にはキロ程情報も含まれる。測位モジュール５３は、取得する絶対位置情報により実現方式が異なる。測位モジュール５３は、経緯度情報を取得するには、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）に代表される衛星測位システムに対応した受信モジュールを備える必要がある。また、測位モジュール５３は、キロ程情報を取得するには地上子と呼ばれる鉄道軌道上に設置されたキロ程情報を有する機器からの信号を受信する必要がある。ただし、測位モジュール５３は、これらに限定されず、絶対位置情報を取得できればよく、例えば、中継局を設置する際に当該中継局に与えられた位置情報を取得する機能を実現するのでもよい。
　図２０は、実施の形態５に係る無線中継局１０ｅで取り扱う第２のルーティングテーブルの例を示す図である。図２０に示す第２のルーティングテーブルは、図１８で示した実施の形態４の第２のルーティングテーブルに、測位情報を追加したものである。無線中継局１０ｅにおいて、通信経路管理部２４は、図１８で示した実施の形態４の第２のルーティングテーブルに、測位情報を追加で含める。すなわち、中継制御部２０は、局識別ＩＤで示される無線中継局１０ｅの位置を示す測位情報を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。図２０の例では、測位情報として経緯度情報を扱うものとし、具体的な経度及び緯度の数値例は示さず、自局の測位情報を＜ｌｎｇ，ｌａｔ＞としている。なお、図２０において、ｌｎｇは経度を示し、ｌａｔは緯度を示している。
　無線中継局１０ｅは、測位モジュール５３で経度及び緯度を取得する場合、測距に比べて高い精度で位置情報を取得でき、かつ、無線中継網内の位置把握の基準となることから、位置精度メトリック値を、例えば、１とする。これにより、無線中継局１０ｅは、無線中継局１０ｅ間で第２のルーティングテーブルを共有する際、測位情報を有する無線中継局１０ｅの位置情報が優先的に扱われるため、無線中継網内の各無線中継局１０ｅの位置把握を高精度化できる。無線中継局１０ｅにおいて、中継制御部２０は、局識別ＩＤで示される無線中継局１０ｅの位置精度メトリック値を含む第２のルーティングテーブルを設定及び更新する。
　なお、図１９に示した無線中継局１０ｅの構成は測距モジュール５１を含まないが、これに限定されず、図２１に示す無線中継局１０ｆのように位置情報取得部５０ｆが測距モジュール５１を備えてもよい。図２１は、実施の形態５に係る無線中継局１０ｆの構成例を示す第２のブロック図である。無線中継局１０ｆは、図１９に示す実施の形態５の無線中継局１０ｅの位置情報取得部５０ｅを位置情報取得部５０ｆに置き換えたものである。位置情報取得部５０ｆは、測距モジュール５１及び測位モジュール５３を備える。測距モジュール５１は、前述の測距モジュール５１と同様の構成である。
　無線中継局１０ｅ，１０ｆのハードウェア構成について、位置情報取得部５０ｅ，５０ｆは、自局の絶対位置情報を取得するセンサなどである。中継制御部２０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ及びメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０ｅ，１０ｆは、自局の絶対位置情報を取得することとした。これにより、無線中継局１０ｅ，１０ｆは、測位情報を有する無線中継局１０ｅ，１０ｆの位置情報が優先的に扱われるため、無線中継網内の各無線中継局１０ｅ，１０ｆの位置把握を高精度化できる。
実施の形態６．
　実施の形態６では、無線中継局は、実施の形態１から実施の形態５のいずれかで説明した無線中継局の構成に加えて、自局の周辺に設置されるセンサ、監視カメラなどの情報を収集し、無線中継通信により他の中継局及び移動局に情報を転送するため、様々なＩｏＴ通信用インタフェースの構成を具備する。なお、実施の形態１の無線中継局１０に適用した場合について説明するが、実施の形態２から実施の形態５の無線中継局にも適用可能である。
　図２２は、実施の形態６に係る無線中継局１０ｇの構成例を示すブロック図である。無線中継局１０ｇは、図３に示す実施の形態１の無線中継局１０に、ＩｏＴ通信部６０を追加したものである。ＩｏＴ通信部６０は、中継通信部３０及び外部通信部４０とは異なる通信機能、センシング機能などを有するものとする。ＩｏＴ通信部６０は、自局の周辺の環境状態を示す情報を収集する。ＩｏＴ通信部６０は、一例として、無線通信モジュール６１と、有線通信モジュール６２と、センサモジュール６３と、を備える。なお、ＩｏＴ通信部６０は、図２２の例に限定されず、各種モジュールを複数備えてもよい。または、ＩｏＴ通信部６０は、いずれかのモジュールを１つ備える形態であってもよく、いずれか２種類のモジュールを備える形態であってもよい。ＩｏＴ通信部６０は、無線通信モジュール６１、有線通信モジュール６２、及びセンサモジュール６３のうち少なくとも１つを含む。ＩｏＴ通信部６０に対し送受信するデータは、データ管理部２３で管理され、データ記憶部２１で記憶される。ＩｏＴ通信部６０に対する通信制御は、通信制御部２５が実施する。
　無線通信モジュール６１及び有線通信モジュール６２は、例えば、自局の周辺に存在するセンサからセンサ情報を収集し、監視カメラから画像情報を収集する。無線通信モジュール６１により情報収集する場合の無線インタフェースとしては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮなどがあるが、これらに限定されない。有線通信モジュール６２により情報収集する場合の有線インタフェースとしては、例えば、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＩＥＥＥ８０２．３で規定される有線ＬＡＮ、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface）などがあるが、これらに限定されない。
　センサモジュール６３は、自局または自局周辺の環境状態、機器状態などを観測するモジュールである。センサモジュール６３は、例えば、気温、湿度、気圧、風向、降雨、降雪、振動などを観測または検知するモジュールであるが、これらに限定されない。
　なお、無線中継局１０ｇは、外部通信部４０を備えていないが、これに限定されず、実施の形態２で述べたようにセルラー基地局などと通信可能な外部通信部４０を備えてもよい。また、無線中継局１０ｇは、位置情報取得部５０，５０ｅ，５０ｆを備えていないが、これに限定されず、実施の形態４または５で述べたように位置情報取得部５０，５０ｅ，５０ｆを備えてもよい。
　無線中継局１０ｇのハードウェア構成について、ＩｏＴ通信部６０のうち、無線通信モジュール６１及び有線通信モジュール６２は通信機である。ＩｏＴ通信部６０のうち、センサモジュール６３は計測器である。中継制御部２０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ及びメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線中継局１０ｇは、ＩｏＴ通信部６０を備え、周囲のセンサ、監視カメラなどから監視画像などの情報を集約し、中継通信部３０により他の中継局及び移動局に送信することとした。すなわち、無線中継局１０ｇは、情報通信ハブとなる。これにより、遠方に位置する他の中継局及び移動局は、送信元の無線中継局１０ｇ周辺の環境を遠隔で把握することができる。
　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、実施の形態同士を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。
　１０，１０－１～１０－８，１０ａ～１０ｇ　無線中継局、２０　中継制御部、２１　データ記憶部、２２　制御情報記憶部、２３　データ管理部、２４　通信経路管理部、２５　通信制御部、３０　中継通信部、３１　無線中継通信モジュール、４０　外部通信部、４１　外部通信モジュール、４２，５２，６１　無線通信モジュール、５０，５０ｅ，５０ｆ　位置情報取得部、５１　測距モジュール、５３　測位モジュール、６０　ＩｏＴ通信部、６２　有線通信モジュール、６３　センサモジュール、１００　無線中継システム、２００　移動体。

Claims (17)

  1. 　移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局であって、
    　前記無線中継網を構成し前記移動経路に沿って配置された各無線中継局に対して前記移動経路に沿って順に割り当てられた前記無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、前記宛先の無線中継局のアドレス、前記局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、前記無線中継網を構成する無線中継局間で、各無線中継局が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う中継制御部と、
    　他の無線中継局との間で無線中継通信を行う中継通信部と、
    　を備えることを特徴とする無線中継局。
  2. 　前記中継通信部は、無線インタフェースがThird　Generation　Partnership　Projectで規格化されたサイドリンクである無線中継通信モジュール、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線中継局。
  3. 　前記無線中継通信とは異なる無線通信を行う外部通信部、
    　を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の無線中継局。
  4. 　前記外部通信部は、無線インタフェースがThird　Generation　Partnership　Projectで規格化されたLong　Term　Evolutionである外部通信モジュール、
    　を備えることを特徴とする請求項３に記載の無線中継局。
  5. 　前記外部通信部は、無線インタフェースがThird　Generation　Partnership　Projectで規格化されたFifth　Generation　New　Radioである外部通信モジュール、
    　を備えることを特徴とする請求項３に記載の無線中継局。
  6. 　前記中継制御部は、前記局識別情報で示される無線中継局から送信された信号の受信電界強度測定値を含む前記第２のルーティングテーブルを設定及び更新する、
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の無線中継局。
  7. 　前記中継制御部は、前記局識別情報で示される無線中継局との距離を示す局間測距値を含む前記第２のルーティングテーブルを設定及び更新する、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の無線中継局。
  8. 　前記中継制御部は、前記局識別情報で示される無線中継局の位置を示す測位情報を含む前記第２のルーティングテーブルを設定及び更新する、
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の無線中継局。
  9. 　前記中継制御部は、前記局識別情報で示される無線中継局の位置精度メトリック値を含む前記第２のルーティングテーブルを設定及び更新する、
    　ことを特徴とする請求項７または８に記載の無線中継局。
  10. 　自局の周辺の環境状態を示す情報を収集するInternet　of　Things通信部、
    　を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の無線中継局。
  11. 　前記Internet　of　Things通信部は、無線通信モジュール、有線通信モジュール、及びセンサモジュールのうち少なくとも１つを含む、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の無線中継局。
  12. 　移動しないことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の無線中継局。
  13. 　前記移動経路上を移動することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の無線中継局。
  14. 　請求項１から１３のいずれか１つに記載の無線中継局を２つ以上有することを特徴とする無線中継システム。
  15. 　移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局を制御するための制御回路であって、
    　前記無線中継網を構成し前記移動経路に沿って配置された各無線中継局に対して前記移動経路に沿って順に割り当てられた前記無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、前記宛先の無線中継局のアドレス、前記局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、前記無線中継網を構成する無線中継局間で、各無線中継局が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御、
    　他の無線中継局との間で無線中継通信、
    　を無線中継局に実施させることを特徴とする制御回路。
  16. 　移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局を制御するためのプログラムを記憶した記憶媒体であって、
    　前記プログラムは、
    　前記無線中継網を構成し前記移動経路に沿って配置された各無線中継局に対して前記移動経路に沿って順に割り当てられた前記無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、前記宛先の無線中継局のアドレス、前記局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、前記無線中継網を構成する無線中継局間で、各無線中継局が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御、
    　他の無線中継局との間で無線中継通信、
    　を無線中継局に実施させることを特徴とする記憶媒体。
  17. 　移動体の移動経路に沿ったラダー型の無線中継網を構成する無線中継局の無線中継方法であって、
    　中継制御部が、前記無線中継網を構成し前記移動経路に沿って配置された各無線中継局に対して前記移動経路に沿って順に割り当てられた前記無線中継網内での局識別情報を有し、宛先の無線中継局のアドレスが示された第１のルーティングテーブルを用いて、前記宛先の無線中継局のアドレス、前記局識別情報、及び情報の更新時刻が関連付けられた第２のルーティングテーブルを設定及び更新し、前記無線中継網を構成する無線中継局間で、各無線中継局が設定及び更新した第２のルーティングテーブルを共有する制御を行う制御ステップと、
    　中継通信部が、他の無線中継局との間で無線中継通信を行う通信ステップと、
    　を含むことを特徴とする無線中継方法。
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