JP2007043435A - 無線マルチホップネットワーク、通信端末装置及びそれらに用いるチャネル予約方法並びにそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線資源であるタイムスロットをホップ数分浪費することなく、タイムスロットを占有した高品位の無線通信回線を実現可能な無線マルチホップネットワークを提供する。
【解決手段】 通信端末１１から通信端末１５へデータを送信する際、通信経路として通信端末１１から通信端末１２〜１４を経由して通信端末１５に至る経路上の無線リンクにおいて、通信端末１１からの制御情報を伴ったシグナリングによって、通信端末１１〜１５の無線リンク上で時分割多重方式のタイムスロットを予約している。通信端末１１から通信端末１２へデータを送信する際に利用するタイムスロットは複数ホップ離れた通信端末１４から通信端末１５への無線リンクで再利用し、通信端末１５への通信経路を確保している。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線マルチホップネットワーク、通信端末装置及びそれらに用いるチャネル予約方法並びにそのプログラムに関し、特に無線マルチホップネットワークにおける無線通信装置へのタイムスロット（チャネル）の割り当てに関する。

無線によってローカル・エリア・ネットワークを構成するためには、エリア内にアクセスポイントまたはコーディネータと呼ばれる制御局を設け、制御局がエリア内の通信を集中制御することでネットワークを形成する方法が一般に用いられている。このネットワークを形成する方法を用いて、複数の通信を同時に収容するためには、端末が通信を開始する前に、帯域を予約し、アクセスポイントが他の通信と干渉しないように制御を行う方式が広く採用されている。

しかしながら、この帯域を予約する方式では、無線ローカル・エリア・ネットワーク内の端末が必ずアクセスポイントと直接通信できることが必要となり、遠隔地や見通しの効かない場所においては、無線端末が必ずしもアクセスポイントと直接通信できない場合があり、アクセスポイントの制御が受けられず、帯域の予約ができない場合がある。

これを解決するため、制御装置を介さず、端末同士が直接無線通信を行い、ネットワークを形成するアドホック通信が考案されている。このアドホック通信では、端末の所在を示すビーコンを用いて近隣の端末に存在を知らせるプロアクティブ方式と、通信開始時にブロードキャスト方式によって経路探索を行うリアクティブ方式とが考案されている。

これらの方式は、制御局が存在しない場合でも自律分散的にネットワークを形成し、通信を行うことができるため、例えば制御局までの通信経路が確保されたところで、制御局からタイムスロット割り当てを行い、帯域の予約を行うことで、帯域を確保し、高品位の通信を行うことができる。

または、タイムスロット要求をブロードキャストすることで、制御局なしに帯域予約を行うことができるが、全ての無線端末の応答を待つ必要があるため、時間を要するばかりでなく、複数の帯域予約要求が発生した場合に、スロットの重複等が発生してしまう。この方式は、移動によって無線通信環境が変化する自律分散型のシステムでは適応が困難である。

従来の時分割多重方式の無線通信方式を用いる無線マルチホップネットワークにおいては、各無線端末間の干渉を避けるため、各無線端末が送信権を持つタイムスロットを予め割り当て、中継に指定された各無線端末が中継に必要なタイムスロットを選択して通信を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１８６９３５号公報

上述した従来の無線マルチホップネットワークでは、各無線端末が送信権を持つタイムスロットを予め割り当て、中継に指定された各無線端末が中継に必要なタイムスロットを選択して通信を行っており、予め割り当てられたスロットを利用するため、各無線端末間の干渉を避けることができるが、無線資源を浪費してしまうという問題がある。

また、従来の無線マルチホップネットワークでは、各無線端末が独自に中継用のタイムスロットを割り当ててしまうため、送信元からタイムスロットを占有して通信できているかどうか分からずに通信を継続してしまっている。すなわち、通信の途中経路において、他の通信とタイムスロットが兼用されてしまい、タイムスロットが占有できていない状態の場合、リアルタイム性が必要な通信において、送信元から送信先へ通信速度や遅延時間が著しく低下してしまい、所望の品質を満足できないまま利用されるという問題がある。

以上の問題のため、予め割り当てられたタイムスロットを中継毎に消費する無線マルチホップネットワークでは、無線資源が有効活用できないばかりでなく、回線の信頼性が損なわれてしまう。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、無線資源であるタイムスロットまたはチャネルをホップ数分浪費することなく、タイムスロットまたはチャネルを占有した高品位の無線通信回線を実現することができる無線マルチホップネットワーク、通信端末装置及びそれらに用いるチャネル予約方法並びにそのプログラムを提供することにある。

本発明による無線マルチホップネットワークは、複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークであって、
前記複数の通信端末装置各々は、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する手段と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する手段とを備えている。

本発明による通信端末装置は、複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いられる通信端末装置であって、
前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する手段と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置に割り当てられたチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する手段とを備えている。

本発明によるチャネル予約方法は、複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いるチャネル予約方法であって、
前記複数の通信端末装置各々が、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する処理と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する処理とを実行している。

本発明によるチャネル予約方法のプログラムは、複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いるチャネル予約方法のプログラムであって、前記複数の通信端末装置各々のコンピュータに、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する処理と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する処理とを実行させている。

すなわち、本発明の無線マルチホップネットワークは、時分割多重方式の無線通信方式を用いる複数の通信端末間で、無線によって制御情報を交換し、ネットワークを自律分散的に形成する無線マルチホップネットワークにおいて、送信元から送信先に至る経路を選択し、各通信端末が送信権を持つタイムスロットまたはチャネルを予約するためのシグナリングを行う際、シグナリング情報に帯域予約情報の他、予約過程において割り当てたタイムスロットまたはチャネルの情報を付与して伝送することによって、複数ホップ離れた通信端末でタイムスロットまたはチャネルを再利用することで、無線資源を有効活用するネットワークを実現可能とすることを特徴とする。

より具体的に説明すると、本発明の無線マルチホップネットワークでは、第１の通信端末から第５の通信端末へデータを送信する際、通信経路として第１の通信端末から第２〜第４の通信端末を経由して第５の通信端末に至る経路上の無線リンクにおいて、第１の通信端末からの制御情報を伴ったシグナリングによって、第１〜第５の通信端末の無線リンク上で時分割多重方式のタイムスロット（尚、周波数多重方式を含めて、チャネルと表記可能である）を予約している。

第１の通信端末から第２の通信端末へデータを送信する際に利用するタイムスロットは複数ホップ離れた第４の通信端末から第５の通信端末の無線リンクで再利用し、第５の通信端末への通信経路を確保する。したがって、本発明の無線マルチホップネットワークでは、タイムスロットを再利用することで、第１〜第５の通信端末各々が送信権を持つタイムスロットの消費を最小限に抑えることが可能となり、帯域の有効活用が可能となる。

また、本発明の無線マルチホップネットワークでは、送信元から送信先へ行うシグナリングメッセージにおいて、経由する通信端末のノードＩＤ及び予約スロット番号を付与し、経由する毎に、経由ノードＩＤと予約スロット番号とをメッセージに追記していくことで、中継を行う各通信端末が使用されているスロット番号を把握することが可能となる。これによって、本発明の無線マルチホップネットワークでは、３ホップまたはそれ以上の複数ホップにおいて、通信端末間の干渉を避け、タイムスロットを再利用することが可能となる。

上記のように、本発明の無線マルチホップネットワークでは、中継ホップ数が大きい場合の無線マルチホップネットワークにおいて、タイムスロットの予約が必要な通信が多く発生する場合でも、無線資源であるタイムスロットをホップ数分浪費することなく、タイムスロットを占有した高品位の無線通信回線を実現することが可能となる。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、無線資源であるタイムスロットまたはチャネルをホップ数分浪費することなく、タイムスロットまたはチャネルを占有した高品位の無線通信回線を実現することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による無線マルチホップネットワークの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例による無線マルチホップネットワーク１は各通信可能エリアＡ１１〜Ａ１５内の通信端末１１〜１５によって構成されている。尚、以下の説明では時分割多重方式に用いる場合について述べるので、その説明にタイムスロットを用いるが、周波数多重方式に用いる場合も考慮してチャネルと表記することも可能である。

図２は本発明の一実施例で用いるシグナリングメッセージの構成を示す図である。図２において、本発明の一実施例で用いるシグナリングメッセージはメッセージタイプと、有効期限と、メッセージサイズと、送信端末ＩＤ（識別情報）と、シーケンス番号と、ホップカウントと、必要スロット数と、使用スロット番号と、経路を構成する通信端末数分の予約済情報、経由ノードＩＤ、予約スロット番号とから形成されている。

図３は本発明の一実施例による通信端末の構成を示すブロック図である。図３において、通信端末１１，１２はそれぞれ、無線通信装置２１，３１と、資源管理部２２，３２と、タイムスロット利用管理テーブル２３，３３と、送信権保有タイムスロットテーブル２４，３４とから構成されている。尚、図示していないが、他の通信端末１３〜１５も上記の通信端末１１，１２と同様の構成となっている。

図４及び図５は図１の通信端末１１〜１５の動作を示すフローチャートである。これら図１〜図４を参照して本発明の一実施例による通信端末１１〜１５の動作について説明する。尚、以下の説明では通信端末１１，１２間の動作について述べる。尚、図４及び図５に示す処理は通信端末１１〜１５のＣＰＵ（中央処理装置）（図示せず）がプログラム（コンピュータで実行可能なプログラム）を実行することで実現される。

本実施例による無線マルチホップネットワーク１では、通信端末１１から通信端末１５に至る経路において、図２に示すシグナリングメッセージを伝送している。この場合、送信元となる通信端末１１がデータを送信前に予めネットワークのタイムスロットを予約するべく、資源管理部２２がシグナリングメッセージを生成する（図４ステップＳ１，Ｓ２）。

資源管理部２２は送信権保有タイムスロットテーブル２４から利用可能なスロットを選択し（図４ステップＳ３）、選択したタイムスロット番号をタイムスロット利用管理テーブル２３へ出力して記録する（図４ステップＳ４）。資源管理部２２は無線通信装置２１に選択したタイムスロット番号及び生成したシグナリングメッセージを出力する。無線通信装置２１は資源管理部２２から入力されたタイムスロット番号に基づいて送信タイミングを調整し、入力されたシグナリングメッセージを無線にて出力する（図４ステップＳ５）。

通信端末１１が送信したシグナリングメッセージを受信した通信端末１２は、無線通信装置３１によって受信したシグナリングメッセージを資源管理部３２に出力する（図５ステップＳ６）。資源管理部３２は通信端末１１から受信したシグナリングメッセージを解析し（図５ステップＳ７）、中継を行う必要がある場合（図５ステップＳ８）、予約された各タイムスロット番号毎に３ホップまたはそれ以上の複数ホップ数を超えているかを判定する（図５ステップＳ９）。

資源管理部３２は３ホップまたはそれ以上の複数ホップ数を超えている場合にその該タイムスロット番号を選択し（図５ステップＳ１０，Ｓ１１）、３ホップまたはそれ以上の複数ホップ数を超えていない場合に送信権保有タイムスロットテーブル３４から利用可能なスロットを選択し（図５ステップＳ１０，Ｓ１２）、タイムスロット利用管理テーブル３３に出力して記録し（図５ステップＳ１３）、シグナリングメッセージを新たに生成する（図５ステップＳ１４）。

また、資源管理部３２はタイムスロット利用管理テーブル３３に出力したタイムスロット番号及び新たに生成したシグナリングメッセージを無線通信装置３１に出力する。無線通信装置３１は資源管理部３２から入力されたタイムスロット番号に基づいて送信タイミングを調整し、入力されたシグナリングメッセージを無線にて出力する（図５ステップＳ１５）。

図６は本説明の一実施例によるタイムスロット遷移の一例を示す図である。これら図１〜図３及び図６を使用して、本説明の一実施例による無線マルチホップネットワークの動作について説明する。

通信端末１１から通信端末１５へデータを送信する際、通信端末１１はデータを送信する前に予めシグナリングメッセージを送信する。通信端末１２は通信端末１１からのシグナリングメッセージを受信すると、資源管理部３２においてホップ数をカウントし、２ホップ以下であるため、シグナリングメッセージの必要スロット情報を参照し、送信権保有タイムスロットテーブル３４からその必要スロット数に準じたスロットを取得する。

通信端末１２はスロットを取得した後、タイムスロット利用管理テーブル３３に取得したスロット番号を出力して記録するとともに、送信権保有タイムスロットテーブル３４に取得したスロット番号が使用中を示すフラグを記録する。次に、資源管理部３２は取得したスロット番号を無線通信装置３１に出力するとともに、取得したスロット情報を追記したシグナリングメッセージを新規に生成し、無線通信装置３１に出力する。無線通信装置３１は示されたスロット情報に基づいて出力タイミングを調整し、シグナリングメッセージを無線で出力する。

続いて、通信端末１３は通信端末１２からのメッセージを受信すると、上述した通信端末１２と同様の処理を行い、通信端末１２及び通信端末１３が送信権を持つタイムスロットが消費され、通信端末１４へと中継される。

通信端末１４においては、通信端末１１から３ホップ離れており、通信端末１４の通信可能エリアＡ１４が通信端末１１及び通信端末１２に届かない距離にある。そこで、通信端末１４は通信端末１１が送信に使用したタイムスロットを再利用し、次ホップとなる通信端末１５へのシグナリングメッセージに通信端末１４の送信権を有するスロットを使用せず、通信端末１１のスロット番号を追記して出力する。

上記の動作によるタイムスロット遷移を図６を用いて説明する。まず、通信端末１１が使用するタイムスロットＴＳ１によって通信端末１２へのシグナリングが行われる。通信端末１２はこれを受け、自己が送信権を持つタイムスロットＴＳ２を使用し、シグナリングメッセージを通信端末１３へと中継する。

通信端末１３は、上記の通信端末１２と同様に、自己が送信権を持つタイムスロットＴＳ３を新たに使用するものとし、タイムスロットＴＳ３によってシグナリングメッセージを通信端末１４へと中継する。通信端末１４は通信端末１１から３ホップ離れていることから、通信端末１１が使用したタイムスロットＴＳ１を再利用し、シグナリングメッセージをタイムスロットＴＳ１にて通信端末１５へと中継する。

シグナリング終了後、通信端末１５は通信端末１１に予約完了を示すメッセージを送信し、以後、通信端末１１から通信端末１５へは上述した処理で予約されたタイムスロットを使用してデータの送受信が行われる。

このように、本実施例では、中継ホップ数が大きい場合の無線マルチホップネットワークにおいて、タイムスロットの予約が必要な通信が多く発生する場合でも、無線資源であるタイムスロットをホップ数分浪費することなく、タイムスロットを占有した高品位の無線通信回線を実現することができる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば無線回線に時分割多重ではなく、周波数を変えて中継を行う周波数分割多重方式における中継において、周波数の有効活用を行う装置にも適用することができる。

本発明の一実施例による無線マルチホップネットワークの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例で用いるシグナリングメッセージの構成を示す図である。 本発明の一実施例による通信端末の構成を示すブロック図である。 図３の通信端末の動作を示すフローチャートである。 図３の通信端末の動作を示すフローチャートである。 本説明の一実施例によるタイムスロット遷移の一例を示す図である。

符号の説明

１ 無線マルチホップネットワーク
１１〜１５ 通信端末
２１，３１ 無線通信装置
２２，３２ 資源管理部
２３，３３ タイムスロット利用管理テーブル
２４，３４ 送信権保有タイムスロットテーブル
Ａ１１〜Ａ１５ 通信可能エリア
ＴＳ１〜ＴＳ３ タイムスロット

Claims (13)

1. 複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークであって、
   前記複数の通信端末装置各々は、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する手段と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する手段とを有することを特徴とする無線マルチホップネットワーク。
2. 前記チャネルを再利用する手段は、前記シグナリングの情報を中継する際に中継装置に割り当てられたチャネルの情報を前記シグナリングの情報に付与することなく、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報を中継するシグナリングの情報にそのまま付与することを特徴とする請求項１記載の無線マルチホップネットワーク。
3. 前記送信元から前記送信先へと伝達される前記シグナリングの情報において、経由する通信端末装置のノード識別情報及び前記チャネルの情報を付与し、前記通信端末装置を経由する毎に経由ノード識別情報と前記チャネルの情報とを前記シグナリングの情報に追記していくことを特徴とする請求項２記載の無線マルチホップネットワーク。
4. 少なくとも時分割多重方式及び周波数分割多重方式のいずれかにおける中継に用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の無線マルチホップネットワーク。
5. 複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いられる通信端末装置であって、
   前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する手段と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置に割り当てられたチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する手段とを有することを特徴とする通信端末装置。
6. 前記チャネルを再利用する手段は、前記シグナリングの情報を中継する際に自装置に割り当てられたチャネルを前記シグナリングの情報に付与することなく、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報を中継するシグナリングの情報にそのまま付与することを特徴とする請求項５記載の通信端末装置。
7. 前記送信元から前記送信先へと伝達される前記シグナリングの情報において、経由する装置のノード識別情報及び前記チャネルの情報を付与し、前記装置を経由する毎に経由ノード識別情報と前記チャネルの情報とを前記シグナリングの情報に追記していくことを特徴とする請求項６記載の通信端末装置。
8. 少なくとも時分割多重方式及び周波数分割多重方式のいずれかにおける中継に用いることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の通信端末装置。
9. 複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いるチャネル予約方法であって、
   前記複数の通信端末装置各々が、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する処理と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する処理とを実行することを特徴とするチャネル予約方法。
10. 前記チャネルを再利用する処理は、前記シグナリングの情報を中継する際に中継装置に割り当てられたチャネルの情報を前記シグナリングの情報に付与することなく、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報を中継するシグナリングの情報にそのまま付与することを特徴とする請求項９記載のチャネル予約方法。
11. 前記送信元から前記送信先へと伝達される前記シグナリングの情報において、経由する通信端末装置のノード識別情報及び前記チャネルの情報を付与し、前記通信端末装置を経由する毎に経由ノード識別情報と前記チャネルの情報とを前記シグナリングの情報に追記していくことを特徴とする請求項１０記載のチャネル予約方法。
12. 少なくとも時分割多重方式及び周波数分割多重方式のいずれかにおける中継に用いることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか記載のチャネル予約方法。
13. 複数の通信端末装置間で無線にて制御情報を交換してネットワークを自律分散的に形成し、送信元から送信先に至る経路を選択し、前記通信端末装置各々が送信権を持つチャネルを予約するためのシグナリングを行う無線マルチホップネットワークに用いるチャネル予約方法のプログラムであって、前記複数の通信端末装置各々のコンピュータに、前記シグナリングの情報に帯域予約情報のほかに前記チャネルの予約過程において割り当てたチャネルの情報を付与して伝送する処理と、前記シグナリングの情報に付与されたチャネルの情報が複数ホップ離れた通信端末装置でのチャネルを示す時にそのチャネルを再利用する処理とを実行させるためのプログラム。

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