JP3822540B2 - 無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法 - Google Patents
無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線回線を介してデータの中継伝送を行う複数の無線装置により構成される無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線ネットワークシステムには、携帯電話やＰＨＳなどの移動通信システムや、ＩＥＥＥ802,11などで規定されている無線ＬＡＮに代表されるように、有線ネットワークをバックボーンとして主にアクセス系に無線通信を用いるシステムと、主に有線ネットワークの予備ネットワークとして中継系に無線通信を用いるシステムがある。このような無線ネットワークシステムは、いわゆる通信インフラストラクチャー（通信インフラ）であり、常にアクセスまたは中継を行う環境において用いられるものであるので、災害時などの緊急事態やイベントなどの一時的に使用する場合のシステムとしては適さない。また、行政機関等は緊急事態に備えて防災無線システム等を所有しているが、非常に高価なシステムであるために、一般ユーザが所有して一時的に使用するシステムとして用いることは困難である。
【０００３】
一方、一時的に無線ネットワークを形成するシステムとしてはブルートゥース（Bluetooth)がある。これは、移動電話機やパソコンその他のポータブル機器の間を接続する近距離無線ネットワークシステムであり、広範囲な通信に使用されることはほとんどない。また、無線通信のみで構築するネットワークシステムとして、アドホックネットワークの研究が進められている。アドホットネットワークは、いわゆる基地局の概念がなく、各々の無線端末自体がルーティング制御を行うので、各々の無線端末に高い処理能力が必要であり、さらにこれまでのネットワークとは異なるトラヒック制御方法も必要になる。そのため、アドホックネットワークにおけるルーティング制御、トラヒック制御について研究が進められている。
【０００４】
また、特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、無線通信のみでネットワークを構成し、ネットワーク中のノードが隣接する複数のノードと接続するための中継器となる機能を備えた構成になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または各種イベントや環境調査等で一時的に通信インフラが必要となった場合に用いる無線ネットワークシステムの需要が高まっている。このシステムでは、中継系とアクセス系の両方の機能を備え、安価で簡単にネットワークを構築できることが条件となる。
【０００６】
しかし、ＩＥＥＥ802,11に代表される従来の無線ネットワークシステムは、無線のみによるシステム構成が想定されておらず、有線ネットワークシステムにあるようなネットワーク階層化、再送中継、マルチキャストパケットの処理手段が実装されていない。例えば、異なるエリアのノード間の通信の中継において、発信元と相手先のノード間にある中継ノードは、中継後のパケット再送に関して責任がない。そのため、経路の一部でパケット転送に失敗した場合に、経路全体にわたる再送が発生してしまう。
【０００７】
例えば、図１２に示すネットワークシステムにおいて、ノードｎ１からノードｎ５へパケットを送信するときに、何からの障害によりノードｎ３とノードｎ４との間でパケットが喪失した場合には、再度ノード１からノードｎ５への全経路に渡って再送処理が行われる。このネットワークシステムを無線のみで構成すると、サービスエリアの拡大に伴ってノード数やホップ数が増大するにつれ、この再送処理にかかるコストが重大な障害となるおそれがある。また、アドホックネットワークのように、全ノードが対称な（階層化されていない）ネットワークシステムの場合には、トポロジが複雑になるにつれ、ルーティングテーブルの更新維持処理や、冗長なブロードキャストパケットの送信処理が深刻な障害となる。
【０００８】
特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、周波数ホッピングという通信方式の特徴を活用して、中継器が送信元と宛先ノードを同期させ、無線通信のみでネットワークが構成されるシステムである。このように接続するすべてのノードで同期が必要な制御方法は、オフィス等で半固定的に使用される端末等で構成される比較的小さいサービスエリアのネットワークに適している。例えば、１回の送信において複数の宛先ノードが存在する場合、中継局は宛先ノードの数だけ伝送チャネルを用意する必要があるが、このとき送信側と受信側のすべてが同期する必要がある。また、トポロジを形成する端末に移動頻度が高い端末が１つでも含まれる場合、中継局はトポロジが変化するたびに、すでに同期しているすべての端末を含めて各端末個別に同期処理を行わなければならない。そのため、１つの中継局に接続できる端末数が非常に小さくなり、特表２００１−５０３２３５号公報に記載のシステムに近い公知の規格であるブルートゥースでは８端末以下に限定されている。
【０００９】
ＩＥＥＥ802,11に代表されるＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いる場合は、各ノードは単一の無線チャネルしかもたない。このため、中継や個別通信を行う場合には、チャネル割当を切り替えて使用することになるが、トラヒックが集中するノードがあると、システム全体におけるスループットの著しい低下が避けられない。例えば、図１３に示すような直接状に中継ノードが配置されたネットワークにおいて、図１３(a) のように単一の無線チャネルを使用すると、スループットは経路上のノード数に反比例する。一方、図１３(b) のように十分な数の無線チャネルを使用すると、ホップ数が増加してもスループットの低下は若干のオーバヘッドの分だけですむ。
【００１０】
本発明は、以上説明した問題点を考慮し、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または一時的に通信インフラが必要となった場合において、ポータブルな無線基地局を利用してフレキシブルかつ安価に提供できる無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポータブルな無線基地局とその管轄エリア内の複数の端末局により無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）を構成し、各無線基地局をバックボーン無線リンクの中継器として構成した無線ネットワークシステムにおいて、無線基地局は、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信し、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで返信された各端末局の端末情報を受信し、その端末情報をデータベースに登録し、さらに、所定の時間間隔で端末情報要求の送信および端末情報の受信によりデータベースを更新し、各端末局の端末情報を管理する端末管理サーバ手段と、全無線基地局に関するルーティング情報および全端末局に関する端末情報を用いて、管轄エリア内の端末局から送信されたパケットのルーティング、および無線基地局間あるいは無線基地局と宛先端末局との間の中継、再送処理を行う中継サーバ手段と、ルーティング情報および端末情報を用いて、同報通信パケットの宛先として管轄エリア内の端末局と他の管轄エリア内の端末局を区別し、管轄エリア内の端末局へ同報送信するとともに、他の管轄エリア内の端末局宛ては１つの同報通信パケットとしてルーティング先の無線基地局へ送信するメッセージ同報サーバ手段とを備え、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う構成である。
【００１２】
さらに、無線基地局は、管轄エリア内の各端末局との通信用（端末アクセス用）に少なくとも１つの無線チャネルと、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局との通信用（エリア間中継用）に必要に応じて複数の無線チャネルを割り当てる構成である。
【００１３】
無線ネットワークシステムの無線基地局の端末管理サーバ手段の構成またはその通信方法として、動作を開始する端末局、または所定の時間間隔でブロードキャストされている端末情報要求を受信できなかった端末局が送信した端末情報登録依頼を受信したときに、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。
【００１４】
無線ネットワークシステムの無線基地局のメッセージ同報サーバ手段の構成またはその通信方法として、管轄エリア内の端末局または隣接する無線基地局から送信された同報通信パケットを受信してその宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットをマルチキャスト送信し、他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、宛先端末アドレスリストから自身の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成してルーティング先の無線基地局へマルチキャスト送信する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す。
図において、本発明のポータブル無線ネットワークシステムは、ポータブルな無線基地局１およびそれと直接通信可能な複数の端末局２により無線ＬＡＮ３を構成し、各無線ＬＡＮ３が無線基地局１を中継局として接続される構成である。
【００１６】
各無線基地局１は、それぞれ無線ＬＡＮ３を代表するマスタノードであり、各無線ＬＡＮ３に所属するすべての端末局２のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う。
【００１７】
（マルチアクセスチャネル）
ネットワークを階層化した場合、システム全体の基幹となる基地局にはトラヒックが集中する。基地局が単一の無線チャネルしかもたない場合は、無線システム全体としてスループットが著しく低下することが予想される。そこで、本発明システムの無線基地局１は、管轄する無線ＬＡＮ（管轄エリア）内の各端末局２との通信用と、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局１との通信用に、それぞれ別個の無線チャネル（図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す）を実装する。前者を端末アクセス用の無線チャネル、後者をエリア間中継用の無線チャネルという。ここでは、隣接する無線基地局とのエリア間中継用にそれぞれ１チャネルずつ合計２チャネルを用意しているが、必要に応じて増減してもよい。
【００１８】
図２は、無線チャネルの割り当て例を示す。ここでは、無線基地局１−１〜１−７に対して、４つの無線チャネルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを次のルールに従って割り当てるものとする。▲１▼１つの無線基地局に、エリア間中継用に２つ、端末アクセス用に１つの無線チャネルを使用し、この３つに互いに異なる無線チャネルを割り当てる。▲２▼地理的に重複する別のエリア間中継用には異なる無線チャネルを割り当てる。▲３▼隣接する無線ＬＡＮで使用する端末アクセス用には異なる無線チャネルを割り当てる。
【００１９】
まず、端の無線基地局１−１には、例えばアルファベット順にエリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当てる。ただし、エリア間中継用の無線チャネルＡについては相手が存在しないために使用されない。次の無線基地局１−２では、まず無線基地局１−１との通信用にすでに決まっている無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−３との通信用に無線基地局１−１で未使用の無線チャネルＤを割り当てる。すなわち、エリア間中継用に２つの無線チャネルＢ，Ｄと、端末アクセス用に無線チャネルＡを割り当てる。以下同様に、無線基地局１−３では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＤ，Ｃと、端末アクセス用に無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−４では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＣ，Ａと、端末アクセス用に無線チャネルＤを割り当て、無線基地局１−５では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当て、以下同様に繰り返す。
【００２０】
以上示した図２の例では、エリア間中継用の無線チャネル（図中矢印と破線の範囲で示す）についてはオーバラップは生じていない。一方、エリア間中継用の無線チャネルと端末アクセス用の無線チャネル（図中ハッチングで示す）については一部でオーバラップが生じているが、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応することができる。
【００２１】
なお、既設の通信インフラがない道路や河川敷沿い、山間の渓谷沿いなどに一時利用のネットワークを構築する場合には、無線基地局を直線上に配置することが考えられる。この場合の無線チャネルの割り当て例を図３〜図７に示す。ここではIEEE802.11b 方式を想定して使用する無線チャネル数を４（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とする。
【００２２】
図３に示す例は、各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが互いに十分に離れている（中継距離が長い）場合に相当し、各端末アクセス用に共通の無線チャネルＡを使用し、エリア間中継用にオーバラップが生じないように無線チャネルＢ，Ｃ，Ｄを巡回して割り当てる。
【００２３】
図４に示す例は、中継距離に比べて各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが広い場合に相当するが、無線チャネルの割り当ては図３の場合と同様である。この場合には、例えば無線基地局１−１，１−２の管轄エリアで使用する無線チャネルＡがオーバラップしているので、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。そのため、単一エリア内の無線端末局が少ない場合に適している。
【００２４】
図５に示す例は、図２の無線チャネル割り当て例に相当し、上記の▲１▼〜▲３▼のルールに従って、端末アクセス用とエリア間中継用の無線チャネルを割り当てる。この場合には、エリア間中継用の無線チャネルがオーバラップすることはないが、エリア間中継用と端末アクセス用の無線チャネル（例えばＢ，Ｄ）が一部でオーバラップすることがあり、その場合には両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。なお、無線チャネルの割り当て順はこれに限定されるものではない。
【００２５】
図６に示す例は、端末アクセス用とエリア間中継用にそれぞれ２つの無線チャネルを固定的に配分し、交互に割り当てる。この場合には、各無線チャネルの利得を調整することにより、無線チャネルのオーバラップを最小限に抑えることができる。
【００２６】
なお、実際の無線ネットワークシステムの構築時には、無線基地局の配置、サービスエリアの設定、端末局の台数、通信の内容等により、中継系およびアクセス系のトラヒックの比率は変わる。したがって、このトラヒックの比率や利用目的等を考慮し、以上示した無線チャネルの割り当て例の中から適当な形態を選択することになる。
【００２７】
次に、無線基地局１がもつ端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能について説明する。
【００２８】
（無線基地局の端末管理サーバ機能）
無線基地局の端末管理サーバ機能は、管轄エリア内の各端末局の登録や削除の管理を行い、各端末局の端末プロファイルデータ（端末情報）のデータベースを管理する機能である。
【００２９】
図７は、端末情報の登録手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３０】
無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。管轄エリア内の各端末局は、ブロードキャストされた端末情報要求に含まれる無線基地局情報をもとに、自己の所属するエリアを管轄する無線基地局を親基地局として登録する。次に、各端末局は親基地局に対して、自己のアドレスや名前などのユーザ情報を含む端末情報をユニキャストで送信する。無線基地局は、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで送信された端末情報を受信し、端末情報データベースに登録する。さらに、無線基地局は、端末情報要求を所定の時間間隔ｔで定期的に管轄エリア内にブロードキャストし、その応答によって定期的に端末情報データベースを更新する。
【００３１】
なお、各端末局は単一のエリアにのみ所属し、それぞれ１つの無線基地局を親基地局とする。したがって、複数のエリアが物理的に重複する地域にいる端末局は、親基地局以外からの端末情報要求には応えない。また、どのエリアにも所属していない場合は、先着した端末情報要求に対して応答し、以後のものには応答しない。
【００３２】
また、動作を開始する端末局はネットワークへ参加するために、端末情報登録依頼をブロードキャストする。この端末情報登録依頼を受信した無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストし、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。このとき、端末情報要求の定期的ブロードキャストを制御していたタイマはリセットされ、改めて所定の時間間隔ｔで端末情報要求のブロードキャストが開始される。
【００３３】
ここで、端末局が親基地局の管轄エリアから移動し、所定の時間間隔ｔでブロードキャストされている端末情報要求を受信できなくなってタイムアウトした場合には、動作開始時と同様に端末情報登録依頼をブロードキャストする。これにより、最寄りの無線基地局からブロードキャストされた端末情報要求を受信し、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。
【００３４】
（無線基地局の中継サーバ機能）
無線基地局の中継サーバ機能は、無線ネットワーク内におけるルーティング情報データベースの作成、更新および保持と、それを用いたルーティング処理を行う機能である。また、管轄エリア内の端末局からの発信に対するルーティングを一括して担当する機能である。
【００３５】
図８は、各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３６】
各無線基地局は、ネットワーク上のすべての無線基地局および端末局に関する情報を保持する。そのため、各無線基地局は、自己の情報と管轄エリアの端末情報（エリア情報）を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報を登録・更新し、さらに自己のエリア情報を無線基地局ａにユニキャストで返信する。ユニキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ａは、無線基地局ｂのエリア情報を登録・更新する。
【００３７】
各無線基地局による以上の処理は、その無線基地局がネットワークに参加するとき、図７に示したような端末局の新規参加や移動によって無線基地局のエリア情報が更新されたとき、さらに次に示すようなケースで他の無線基地局からエリア情報要求があったときに行われる。
【００３８】
無線基地局ａは、所定の時間間隔ｔで自己が動作中であることを示す動作報告をブロードキャストで送信する。ブロードキャストされた動作報告を受信した無線基地局ｂは、送信元の無線基地局ａの動作確認を行う。この動作報告には、無線基地局ａにおけるエリア情報の直近の更新時刻を含む。無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報の更新時刻と、動作報告に含まれる更新時刻を比較し、最新のエリア情報を保持しているか否かを確認する。
【００３９】
ここで、無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報が最新でないと分かれば、無線基地局ａに対してエリア情報要求をユニキャストで送信する。このエリア情報要求を受信した無線基地局ａは、上記のようにエリア情報をブロードキャストで送信し、無線基地局ｂとの間でエリア情報の交換を行う。このとき、動作報告をブロードキャストする時間間隔はリセットされる。
【００４０】
各無線基地局が動作を終了すると、動作終了通知を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされた動作終了通知を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報をデータベースから削除する。
【００４１】
（中継・再送処理）
各端末局は、それぞれ中継サーバ機能を担う親基地局を介して他の端末局との通信を行うことになるが、宛先が親基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はそのままその宛先に中継する。また、宛先が他の無線基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はルーティング情報データベースを元に宛先のエリアを特定し、宛先端末局の親基地局へむけて中継する。
【００４２】
ここで図９を参照し、ルーティング情報データベースに従って、無線ＬＡＮ３−１の端末局２ａから無線ＬＡＮ３−３の端末局２ｉへパケットを送信する場合における無線基地局１−１，１−２，１−３の中継・再送処理について説明する。
【００４３】
端末局２ａは、まず親基地局である無線基地局１−１に、自身のアドレスと宛先アドレスを含むパケットを送信する。このとき、端末局２ａと無線基地局１−１との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、端末局２ａは無線基地局１−１から先については関知しないので処理を終了する。
【００４４】
無線基地局１−１はルーティング情報データベースを参照し、端末局２ａから送信されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３のエントリから無線基地局１−２を中継して送信可能であることを確認し、無線基地局１−２にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−１と無線基地局１−２との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−１は無線基地局１−２から先については関知しないので処理を終了する。
【００４５】
無線基地局１−２はルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−１から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから隣接する無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−２は無線基地局１−３から先については関知しないので処理を終了する。
【００４６】
最後に、無線基地局１−３は、ルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−２から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから自身の管轄エリアであることを確認し、端末局２ｉにパケットを送信する。このとき、無線基地局１−３と端末局２ｉとの間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には処理を終了する。
【００４７】
以上のようにして端末局２ａから端末局２ｉ宛てに送信されたパケットは、無線基地局１−１、無線基地局１−２、無線基地局１−３、端末局２ｉの順番に中継転送される。ここで、例えば無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じた場合には、その間で再送処理が行われるのみで、端末局２ａや無線基地局１−１は再送処理に関与しない。このように端末局２ａから端末局２ｉの間のどの段階で誤りが生じたとしても、誤りが生じた中継区間のみの独立した再送処理で対応することができ、再送処理がネットワーク全体に影響を及ぼすことはない。
【００４８】
さらに、各中継区間で独立した通信を行う構成は、例えばある経路上において途中の中継器（無線基地局）まで情報を送くれるだけ送っておき、次の中継器には後で送るといった設定が可能になる。また、中継系とアクセス系も独立した通信を行うので、ある宛先端末局に送るべき情報をその親基地局まで送っておき、端末局の処理能力あアプリケーションに合わせて改めて送信することも可能になる。
【００４９】
（無線基地局のメッセージ同報サーバ機能）
無線基地局のメッセージ同報サーバ機能は、ルーティング情報と端末情報を用いて、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットを解析し、自身の管轄エリア内の端末局と他の無線基地局の管轄エリア内の端末局を区別して配信する機能である。
【００５０】
図１０は、無線基地局のメッセージ同報処理の概要を示す。図１１は、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す。ここでは、無線基地局１−１，１−２，１−３の順に最適なルーティング経路となるように、各無線基地局のルーティング情報データベースにルーティング情報が設定されているものとする。
【００５１】
送信元の端末局２ａは、同報メッセージの宛先を決定し、宛先端末数および宛先端末アドレスリストを含む同報通信パケットを親基地局である無線基地局１−１へ送信する（図１０▲１▼）。この同報通信パケットは図１１(a) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として９、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ〜２ｉのアドレス（全端末局宛ての場合）が設定される。
【００５２】
この同報通信パケットを受信した無線基地局１−１は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットを送信する（図１０▲２▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ，２ｂ，２ｃのアドレスが設定される。
【００５３】
また、無線基地局１−１は、同報通信パケットの宛先端末アドレスリストに他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、それぞれの無線基地局（ここでは１−２，１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−２へ送信する（図１０▲３▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先基地局数として２、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−２，１−３のアドレス、宛先端末数として６、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５４】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−２は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報メッセージを送信する（図１０▲４▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ，２ｅ，２ｆのアドレスが設定される。
【００５５】
また、無線基地局１−２は、同報通信パケットの宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていれば、その無線基地局（ここでは１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−３へ送信する（図１０▲５▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先基地局数として１、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５６】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−３は、その宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていないので、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局へ同報メッセージを送信し（図１０▲６▼）、処理を終了する。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ，２ｈ，２ｉのアドレスが設定される。
【００５７】
このように、各無線基地局間あるいは各無線基地局と端末局間で同一の同報通信パケットが送信されるのは、再送処理を行う場合を除いて１回限りとなる。すなわち、無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局２ａから、無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局２ｄ〜２ｆおよび無線基地局１−３の管轄エリア内の端末局２ｇ〜２ｉに送信する同報メッセージは、無線基地局１−１から無線基地局１−２，１−３に対して、図１１(b) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。また、無線基地局１−２，１−３からそれぞれ管轄エリア内の端末局に対しては、図１１(c) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。したがって、例えば無線基地局１−１，１−２間で端末局２ｄ〜２ｉ宛ての同報通信パケットが喪失しても、その同報通信パケットを無線基地局１−１，１−２間で再送すればよいので、同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は無線通信のみによって１つのネットワークを形成することができるので、有線ネットワーク設備等の既存インフラ設備がない地域または設置困難の地域での利用や、緊急時等の一時利用において、迅速かつ柔軟な通信サービスを提供することができる。さらに、無線基地局の追加によって容易にサービスエリアの拡大が可能である。
【００５９】
また、無線基地局が端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能をもち、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行うことができる。これにより、各中継区間が独立した通信形態となるので、再送や同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００６０】
さらに、本発明の無線ネットワークシステムは、送受信機の変復調方式（ＰＳＫ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＳＳ、ＯＦＤＭ、ＱＡＭなど）、アクセス方式（ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＣＳＭＡなど）、および周波数帯は任意である。そのため、例えば中継系（無線基地局間通信）には 2.4ＧHz帯−IEEE802.11b 、アクセス系（無線基地局−端末局間）には５ＧHz帯−IEEE802.11a を用いたシステムなど、様々な組み合わせの無線ネットワークシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す図。
【図２】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図３】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図４】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図５】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図６】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図７】端末情報の登録手順の一例を説明する図。
【図８】各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を説明する図。
【図９】無線基地局の中継・再送処理の概要を説明する図。
【図１０】無線基地局のメッセージ同報処理の概要を説明する図。
【図１１】マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す図。
【図１２】階層化されていないネットワークにおけるパケット喪失と再送の仕組みを説明する図。
【図１３】直線上に無線基地局が配置されたネットワークにおけるチャネル割り当て例を示す図。
【符号の説明】
１ 無線基地局
２ 端末局
３ 無線ＬＡＮ
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線回線を介してデータの中継伝送を行う複数の無線装置により構成される無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線ネットワークシステムには、携帯電話やＰＨＳなどの移動通信システムや、ＩＥＥＥ802,11などで規定されている無線ＬＡＮに代表されるように、有線ネットワークをバックボーンとして主にアクセス系に無線通信を用いるシステムと、主に有線ネットワークの予備ネットワークとして中継系に無線通信を用いるシステムがある。このような無線ネットワークシステムは、いわゆる通信インフラストラクチャー（通信インフラ）であり、常にアクセスまたは中継を行う環境において用いられるものであるので、災害時などの緊急事態やイベントなどの一時的に使用する場合のシステムとしては適さない。また、行政機関等は緊急事態に備えて防災無線システム等を所有しているが、非常に高価なシステムであるために、一般ユーザが所有して一時的に使用するシステムとして用いることは困難である。
【０００３】
一方、一時的に無線ネットワークを形成するシステムとしてはブルートゥース（Bluetooth)がある。これは、移動電話機やパソコンその他のポータブル機器の間を接続する近距離無線ネットワークシステムであり、広範囲な通信に使用されることはほとんどない。また、無線通信のみで構築するネットワークシステムとして、アドホックネットワークの研究が進められている。アドホットネットワークは、いわゆる基地局の概念がなく、各々の無線端末自体がルーティング制御を行うので、各々の無線端末に高い処理能力が必要であり、さらにこれまでのネットワークとは異なるトラヒック制御方法も必要になる。そのため、アドホックネットワークにおけるルーティング制御、トラヒック制御について研究が進められている。
【０００４】
また、特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、無線通信のみでネットワークを構成し、ネットワーク中のノードが隣接する複数のノードと接続するための中継器となる機能を備えた構成になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または各種イベントや環境調査等で一時的に通信インフラが必要となった場合に用いる無線ネットワークシステムの需要が高まっている。このシステムでは、中継系とアクセス系の両方の機能を備え、安価で簡単にネットワークを構築できることが条件となる。
【０００６】
しかし、ＩＥＥＥ802,11に代表される従来の無線ネットワークシステムは、無線のみによるシステム構成が想定されておらず、有線ネットワークシステムにあるようなネットワーク階層化、再送中継、マルチキャストパケットの処理手段が実装されていない。例えば、異なるエリアのノード間の通信の中継において、発信元と相手先のノード間にある中継ノードは、中継後のパケット再送に関して責任がない。そのため、経路の一部でパケット転送に失敗した場合に、経路全体にわたる再送が発生してしまう。
【０００７】
例えば、図１２に示すネットワークシステムにおいて、ノードｎ１からノードｎ５へパケットを送信するときに、何からの障害によりノードｎ３とノードｎ４との間でパケットが喪失した場合には、再度ノード１からノードｎ５への全経路に渡って再送処理が行われる。このネットワークシステムを無線のみで構成すると、サービスエリアの拡大に伴ってノード数やホップ数が増大するにつれ、この再送処理にかかるコストが重大な障害となるおそれがある。また、アドホックネットワークのように、全ノードが対称な（階層化されていない）ネットワークシステムの場合には、トポロジが複雑になるにつれ、ルーティングテーブルの更新維持処理や、冗長なブロードキャストパケットの送信処理が深刻な障害となる。
【０００８】
特表２００１−５０３２３５号公報に記載の無線ネットワークシステムは、周波数ホッピングという通信方式の特徴を活用して、中継器が送信元と宛先ノードを同期させ、無線通信のみでネットワークが構成されるシステムである。このように接続するすべてのノードで同期が必要な制御方法は、オフィス等で半固定的に使用される端末等で構成される比較的小さいサービスエリアのネットワークに適している。例えば、１回の送信において複数の宛先ノードが存在する場合、中継局は宛先ノードの数だけ伝送チャネルを用意する必要があるが、このとき送信側と受信側のすべてが同期する必要がある。また、トポロジを形成する端末に移動頻度が高い端末が１つでも含まれる場合、中継局はトポロジが変化するたびに、すでに同期しているすべての端末を含めて各端末個別に同期処理を行わなければならない。そのため、１つの中継局に接続できる端末数が非常に小さくなり、特表２００１−５０３２３５号公報に記載のシステムに近い公知の規格であるブルートゥースでは８端末以下に限定されている。
【０００９】
ＩＥＥＥ802,11に代表されるＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いる場合は、各ノードは単一の無線チャネルしかもたない。このため、中継や個別通信を行う場合には、チャネル割当を切り替えて使用することになるが、トラヒックが集中するノードがあると、システム全体におけるスループットの著しい低下が避けられない。例えば、図１３に示すような直接状に中継ノードが配置されたネットワークにおいて、図１３(a) のように単一の無線チャネルを使用すると、スループットは経路上のノード数に反比例する。一方、図１３(b) のように十分な数の無線チャネルを使用すると、ホップ数が増加してもスループットの低下は若干のオーバヘッドの分だけですむ。
【００１０】
本発明は、以上説明した問題点を考慮し、既存の通信インフラが十分に整備されていない地域、または一時的に通信インフラが必要となった場合において、ポータブルな無線基地局を利用してフレキシブルかつ安価に提供できる無線ネットワークシステム、無線基地局および通信方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポータブルな無線基地局とその管轄エリア内の複数の端末局により無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）を構成し、各無線基地局をバックボーン無線リンクの中継器として構成した無線ネットワークシステムにおいて、無線基地局は、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信し、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで返信された各端末局の端末情報を受信し、その端末情報をデータベースに登録し、さらに、所定の時間間隔で端末情報要求の送信および端末情報の受信によりデータベースを更新し、各端末局の端末情報を管理する端末管理サーバ手段と、全無線基地局に関するルーティング情報および全端末局に関する端末情報を用いて、管轄エリア内の端末局から送信されたパケットのルーティング、および無線基地局間あるいは無線基地局と宛先端末局との間の中継、再送処理を行う中継サーバ手段と、ルーティング情報および端末情報を用いて、同報通信パケットの宛先として管轄エリア内の端末局と他の管轄エリア内の端末局を区別し、管轄エリア内の端末局へ同報送信するとともに、他の管轄エリア内の端末局宛ては１つの同報通信パケットとしてルーティング先の無線基地局へ送信するメッセージ同報サーバ手段とを備え、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う構成である。
【００１２】
さらに、無線基地局は、管轄エリア内の各端末局との通信用（端末アクセス用）に少なくとも１つの無線チャネルと、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局との通信用（エリア間中継用）に必要に応じて複数の無線チャネルを割り当てる構成である。
【００１３】
無線ネットワークシステムの無線基地局の端末管理サーバ手段の構成またはその通信方法として、動作を開始する端末局、または所定の時間間隔でブロードキャストされている端末情報要求を受信できなかった端末局が送信した端末情報登録依頼を受信したときに、管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。
【００１４】
無線ネットワークシステムの無線基地局のメッセージ同報サーバ手段の構成またはその通信方法として、管轄エリア内の端末局または隣接する無線基地局から送信された同報通信パケットを受信してその宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットをマルチキャスト送信し、他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、宛先端末アドレスリストから自身の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成してルーティング先の無線基地局へマルチキャスト送信する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す。
図において、本発明のポータブル無線ネットワークシステムは、ポータブルな無線基地局１およびそれと直接通信可能な複数の端末局２により無線ＬＡＮ３を構成し、各無線ＬＡＮ３が無線基地局１を中継局として接続される構成である。
【００１６】
各無線基地局１は、それぞれ無線ＬＡＮ３を代表するマスタノードであり、各無線ＬＡＮ３に所属するすべての端末局２のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う。
【００１７】
（マルチアクセスチャネル）
ネットワークを階層化した場合、システム全体の基幹となる基地局にはトラヒックが集中する。基地局が単一の無線チャネルしかもたない場合は、無線システム全体としてスループットが著しく低下することが予想される。そこで、本発明システムの無線基地局１は、管轄する無線ＬＡＮ（管轄エリア）内の各端末局２との通信用と、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局１との通信用に、それぞれ別個の無線チャネル（図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す）を実装する。前者を端末アクセス用の無線チャネル、後者をエリア間中継用の無線チャネルという。ここでは、隣接する無線基地局とのエリア間中継用にそれぞれ１チャネルずつ合計２チャネルを用意しているが、必要に応じて増減してもよい。
【００１８】
図２は、無線チャネルの割り当て例を示す。ここでは、無線基地局１−１〜１−７に対して、４つの無線チャネルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを次のルールに従って割り当てるものとする。▲１▼１つの無線基地局に、エリア間中継用に２つ、端末アクセス用に１つの無線チャネルを使用し、この３つに互いに異なる無線チャネルを割り当てる。▲２▼地理的に重複する別のエリア間中継用には異なる無線チャネルを割り当てる。▲３▼隣接する無線ＬＡＮで使用する端末アクセス用には異なる無線チャネルを割り当てる。
【００１９】
まず、端の無線基地局１−１には、例えばアルファベット順にエリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当てる。ただし、エリア間中継用の無線チャネルＡについては相手が存在しないために使用されない。次の無線基地局１−２では、まず無線基地局１−１との通信用にすでに決まっている無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−３との通信用に無線基地局１−１で未使用の無線チャネルＤを割り当てる。すなわち、エリア間中継用に２つの無線チャネルＢ，Ｄと、端末アクセス用に無線チャネルＡを割り当てる。以下同様に、無線基地局１−３では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＤ，Ｃと、端末アクセス用に無線チャネルＢを割り当て、無線基地局１−４では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＣ，Ａと、端末アクセス用に無線チャネルＤを割り当て、無線基地局１−５では、エリア間中継用に２つの無線チャネルＡ，Ｂと、端末アクセス用に無線チャネルＣを割り当て、以下同様に繰り返す。
【００２０】
以上示した図２の例では、エリア間中継用の無線チャネル（図中矢印と破線の範囲で示す）についてはオーバラップは生じていない。一方、エリア間中継用の無線チャネルと端末アクセス用の無線チャネル（図中ハッチングで示す）については一部でオーバラップが生じているが、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応することができる。
【００２１】
なお、既設の通信インフラがない道路や河川敷沿い、山間の渓谷沿いなどに一時利用のネットワークを構築する場合には、無線基地局を直線上に配置することが考えられる。この場合の無線チャネルの割り当て例を図３〜図７に示す。ここではIEEE802.11b 方式を想定して使用する無線チャネル数を４（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とする。
【００２２】
図３に示す例は、各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが互いに十分に離れている（中継距離が長い）場合に相当し、各端末アクセス用に共通の無線チャネルＡを使用し、エリア間中継用にオーバラップが生じないように無線チャネルＢ，Ｃ，Ｄを巡回して割り当てる。
【００２３】
図４に示す例は、中継距離に比べて各無線基地局１−１〜１−４の管轄エリアが広い場合に相当するが、無線チャネルの割り当ては図３の場合と同様である。この場合には、例えば無線基地局１−１，１−２の管轄エリアで使用する無線チャネルＡがオーバラップしているので、両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。そのため、単一エリア内の無線端末局が少ない場合に適している。
【００２４】
図５に示す例は、図２の無線チャネル割り当て例に相当し、上記の▲１▼〜▲３▼のルールに従って、端末アクセス用とエリア間中継用の無線チャネルを割り当てる。この場合には、エリア間中継用の無線チャネルがオーバラップすることはないが、エリア間中継用と端末アクセス用の無線チャネル（例えばＢ，Ｄ）が一部でオーバラップすることがあり、その場合には両者の通信方式等を相違させるか、または中継系の通信を妨げないように端末アクセス系の通信を制御することなどにより対応する。なお、無線チャネルの割り当て順はこれに限定されるものではない。
【００２５】
図６に示す例は、端末アクセス用とエリア間中継用にそれぞれ２つの無線チャネルを固定的に配分し、交互に割り当てる。この場合には、各無線チャネルの利得を調整することにより、無線チャネルのオーバラップを最小限に抑えることができる。
【００２６】
なお、実際の無線ネットワークシステムの構築時には、無線基地局の配置、サービスエリアの設定、端末局の台数、通信の内容等により、中継系およびアクセス系のトラヒックの比率は変わる。したがって、このトラヒックの比率や利用目的等を考慮し、以上示した無線チャネルの割り当て例の中から適当な形態を選択することになる。
【００２７】
次に、無線基地局１がもつ端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能について説明する。
【００２８】
（無線基地局の端末管理サーバ機能）
無線基地局の端末管理サーバ機能は、管轄エリア内の各端末局の登録や削除の管理を行い、各端末局の端末プロファイルデータ（端末情報）のデータベースを管理する機能である。
【００２９】
図７は、端末情報の登録手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３０】
無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストで送信する。管轄エリア内の各端末局は、ブロードキャストされた端末情報要求に含まれる無線基地局情報をもとに、自己の所属するエリアを管轄する無線基地局を親基地局として登録する。次に、各端末局は親基地局に対して、自己のアドレスや名前などのユーザ情報を含む端末情報をユニキャストで送信する。無線基地局は、管轄エリア内の各端末局からユニキャストで送信された端末情報を受信し、端末情報データベースに登録する。さらに、無線基地局は、端末情報要求を所定の時間間隔ｔで定期的に管轄エリア内にブロードキャストし、その応答によって定期的に端末情報データベースを更新する。
【００３１】
なお、各端末局は単一のエリアにのみ所属し、それぞれ１つの無線基地局を親基地局とする。したがって、複数のエリアが物理的に重複する地域にいる端末局は、親基地局以外からの端末情報要求には応えない。また、どのエリアにも所属していない場合は、先着した端末情報要求に対して応答し、以後のものには応答しない。
【００３２】
また、動作を開始する端末局はネットワークへ参加するために、端末情報登録依頼をブロードキャストする。この端末情報登録依頼を受信した無線基地局は、管轄エリアに対して端末情報要求をブロードキャストし、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。このとき、端末情報要求の定期的ブロードキャストを制御していたタイマはリセットされ、改めて所定の時間間隔ｔで端末情報要求のブロードキャストが開始される。
【００３３】
ここで、端末局が親基地局の管轄エリアから移動し、所定の時間間隔ｔでブロードキャストされている端末情報要求を受信できなくなってタイムアウトした場合には、動作開始時と同様に端末情報登録依頼をブロードキャストする。これにより、最寄りの無線基地局からブロードキャストされた端末情報要求を受信し、以下同様の処理手順により端末局は親基地局を登録し、親基地局は管轄エリア内の端末局から端末情報を吸い上げる。
【００３４】
（無線基地局の中継サーバ機能）
無線基地局の中継サーバ機能は、無線ネットワーク内におけるルーティング情報データベースの作成、更新および保持と、それを用いたルーティング処理を行う機能である。また、管轄エリア内の端末局からの発信に対するルーティングを一括して担当する機能である。
【００３５】
図８は、各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を示す。図において、二重線矢印はブロードキャスト、単線矢印はユニキャストを示す。
【００３６】
各無線基地局は、ネットワーク上のすべての無線基地局および端末局に関する情報を保持する。そのため、各無線基地局は、自己の情報と管轄エリアの端末情報（エリア情報）を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報を登録・更新し、さらに自己のエリア情報を無線基地局ａにユニキャストで返信する。ユニキャストされたエリア情報を受信した無線基地局ａは、無線基地局ｂのエリア情報を登録・更新する。
【００３７】
各無線基地局による以上の処理は、その無線基地局がネットワークに参加するとき、図７に示したような端末局の新規参加や移動によって無線基地局のエリア情報が更新されたとき、さらに次に示すようなケースで他の無線基地局からエリア情報要求があったときに行われる。
【００３８】
無線基地局ａは、所定の時間間隔ｔで自己が動作中であることを示す動作報告をブロードキャストで送信する。ブロードキャストされた動作報告を受信した無線基地局ｂは、送信元の無線基地局ａの動作確認を行う。この動作報告には、無線基地局ａにおけるエリア情報の直近の更新時刻を含む。無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報の更新時刻と、動作報告に含まれる更新時刻を比較し、最新のエリア情報を保持しているか否かを確認する。
【００３９】
ここで、無線基地局ｂは、保持している無線基地局ａのエリア情報が最新でないと分かれば、無線基地局ａに対してエリア情報要求をユニキャストで送信する。このエリア情報要求を受信した無線基地局ａは、上記のようにエリア情報をブロードキャストで送信し、無線基地局ｂとの間でエリア情報の交換を行う。このとき、動作報告をブロードキャストする時間間隔はリセットされる。
【００４０】
各無線基地局が動作を終了すると、動作終了通知を他の無線基地局に対してブロードキャストで送信する。無線基地局ａからブロードキャストされた動作終了通知を受信した無線基地局ｂは、無線基地局ａのエリア情報をデータベースから削除する。
【００４１】
（中継・再送処理）
各端末局は、それぞれ中継サーバ機能を担う親基地局を介して他の端末局との通信を行うことになるが、宛先が親基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はそのままその宛先に中継する。また、宛先が他の無線基地局の管轄エリア内の端末局であれば、親基地局はルーティング情報データベースを元に宛先のエリアを特定し、宛先端末局の親基地局へむけて中継する。
【００４２】
ここで図９を参照し、ルーティング情報データベースに従って、無線ＬＡＮ３−１の端末局２ａから無線ＬＡＮ３−３の端末局２ｉへパケットを送信する場合における無線基地局１−１，１−２，１−３の中継・再送処理について説明する。
【００４３】
端末局２ａは、まず親基地局である無線基地局１−１に、自身のアドレスと宛先アドレスを含むパケットを送信する。このとき、端末局２ａと無線基地局１−１との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、端末局２ａは無線基地局１−１から先については関知しないので処理を終了する。
【００４４】
無線基地局１−１はルーティング情報データベースを参照し、端末局２ａから送信されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３のエントリから無線基地局１−２を中継して送信可能であることを確認し、無線基地局１−２にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−１と無線基地局１−２との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−１は無線基地局１−２から先については関知しないので処理を終了する。
【００４５】
無線基地局１−２はルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−１から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから隣接する無線基地局１−３の管轄エリアであることを確認し、無線基地局１−３にパケットを送信する。このとき、無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には、無線基地局１−２は無線基地局１−３から先については関知しないので処理を終了する。
【００４６】
最後に、無線基地局１−３は、ルーティング情報データベースを参照し、無線基地局１−２から転送されたパケットの宛先である端末局２ｉのエントリから自身の管轄エリアであることを確認し、端末局２ｉにパケットを送信する。このとき、無線基地局１−３と端末局２ｉとの間で誤りが生じれば再送処理が行われるが、正常に送信できた場合には処理を終了する。
【００４７】
以上のようにして端末局２ａから端末局２ｉ宛てに送信されたパケットは、無線基地局１−１、無線基地局１−２、無線基地局１−３、端末局２ｉの順番に中継転送される。ここで、例えば無線基地局１−２と無線基地局１−３との間で誤りが生じた場合には、その間で再送処理が行われるのみで、端末局２ａや無線基地局１−１は再送処理に関与しない。このように端末局２ａから端末局２ｉの間のどの段階で誤りが生じたとしても、誤りが生じた中継区間のみの独立した再送処理で対応することができ、再送処理がネットワーク全体に影響を及ぼすことはない。
【００４８】
さらに、各中継区間で独立した通信を行う構成は、例えばある経路上において途中の中継器（無線基地局）まで情報を送くれるだけ送っておき、次の中継器には後で送るといった設定が可能になる。また、中継系とアクセス系も独立した通信を行うので、ある宛先端末局に送るべき情報をその親基地局まで送っておき、端末局の処理能力あアプリケーションに合わせて改めて送信することも可能になる。
【００４９】
（無線基地局のメッセージ同報サーバ機能）
無線基地局のメッセージ同報サーバ機能は、ルーティング情報と端末情報を用いて、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットを解析し、自身の管轄エリア内の端末局と他の無線基地局の管轄エリア内の端末局を区別して配信する機能である。
【００５０】
図１０は、無線基地局のメッセージ同報処理の概要を示す。図１１は、マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す。ここでは、無線基地局１−１，１−２，１−３の順に最適なルーティング経路となるように、各無線基地局のルーティング情報データベースにルーティング情報が設定されているものとする。
【００５１】
送信元の端末局２ａは、同報メッセージの宛先を決定し、宛先端末数および宛先端末アドレスリストを含む同報通信パケットを親基地局である無線基地局１−１へ送信する（図１０▲１▼）。この同報通信パケットは図１１(a) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として９、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ〜２ｉのアドレス（全端末局宛ての場合）が設定される。
【００５２】
この同報通信パケットを受信した無線基地局１−１は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットを送信する（図１０▲２▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ａ，２ｂ，２ｃのアドレスが設定される。
【００５３】
また、無線基地局１−１は、同報通信パケットの宛先端末アドレスリストに他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、それぞれの無線基地局（ここでは１−２，１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−２へ送信する（図１０▲３▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−１のアドレス、宛先基地局数として２、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−２，１−３のアドレス、宛先端末数として６、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５４】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−２は、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報メッセージを送信する（図１０▲４▼）。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｄ，２ｅ，２ｆのアドレスが設定される。
【００５５】
また、無線基地局１−２は、同報通信パケットの宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていれば、その無線基地局（ここでは１−３）に対応する宛先基地局数および宛先基地局アドレスリストを含み、かつ宛先端末アドレスリストから無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成し、ルーティング情報に従って無線基地局１−３へ送信する（図１０▲５▼）。この同報通信パケットは図１１(b) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、送信元基地局アドレスとして無線基地局１−２のアドレス、宛先基地局数として１、宛先基地局アドレスリストとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ〜２ｉのアドレスが設定される。
【００５６】
次に、この同報通信パケットを受信した無線基地局１−３は、その宛先基地局アドレスリストに他の無線基地局が含まれていないので、その宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局へ同報メッセージを送信し（図１０▲６▼）、処理を終了する。この同報通信パケットは図１１(c) に示すフォーマットであり、送信元アドレスとして端末局２ａのアドレス、親基地局アドレスとして無線基地局１−３のアドレス、宛先端末数として３、宛先端末アドレスリストとして端末局２ｇ，２ｈ，２ｉのアドレスが設定される。
【００５７】
このように、各無線基地局間あるいは各無線基地局と端末局間で同一の同報通信パケットが送信されるのは、再送処理を行う場合を除いて１回限りとなる。すなわち、無線基地局１−１の管轄エリア内の端末局２ａから、無線基地局１−２の管轄エリア内の端末局２ｄ〜２ｆおよび無線基地局１−３の管轄エリア内の端末局２ｇ〜２ｉに送信する同報メッセージは、無線基地局１−１から無線基地局１−２，１−３に対して、図１１(b) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。また、無線基地局１−２，１−３からそれぞれ管轄エリア内の端末局に対しては、図１１(c) のフォーマットの同報通信パケットでマルチキャスト送信される。したがって、例えば無線基地局１−１，１−２間で端末局２ｄ〜２ｉ宛ての同報通信パケットが喪失しても、その同報通信パケットを無線基地局１−１，１−２間で再送すればよいので、同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は無線通信のみによって１つのネットワークを形成することができるので、有線ネットワーク設備等の既存インフラ設備がない地域または設置困難の地域での利用や、緊急時等の一時利用において、迅速かつ柔軟な通信サービスを提供することができる。さらに、無線基地局の追加によって容易にサービスエリアの拡大が可能である。
【００５９】
また、無線基地局が端末管理サーバ機能、中継サーバ機能、メッセージ同報サーバ機能をもち、各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行うことができる。これにより、各中継区間が独立した通信形態となるので、再送や同報によるトラヒックの増加を防ぐことができる。
【００６０】
さらに、本発明の無線ネットワークシステムは、送受信機の変復調方式（ＰＳＫ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＳＳ、ＯＦＤＭ、ＱＡＭなど）、アクセス方式（ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＣＳＭＡなど）、および周波数帯は任意である。そのため、例えば中継系（無線基地局間通信）には 2.4ＧHz帯−IEEE802.11b 、アクセス系（無線基地局−端末局間）には５ＧHz帯−IEEE802.11a を用いたシステムなど、様々な組み合わせの無線ネットワークシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線ネットワークシステムの基本構成を示す図。
【図２】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図３】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図４】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図５】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図６】無線チャネルの割り当て例を示す図。
【図７】端末情報の登録手順の一例を説明する図。
【図８】各無線基地局の管轄エリアの端末情報の共有、更新手順の一例を説明する図。
【図９】無線基地局の中継・再送処理の概要を説明する図。
【図１０】無線基地局のメッセージ同報処理の概要を説明する図。
【図１１】マルチキャスト通信用プロトコルを実装した同報通信パケットの一例を示す図。
【図１２】階層化されていないネットワークにおけるパケット喪失と再送の仕組みを説明する図。
【図１３】直線上に無線基地局が配置されたネットワークにおけるチャネル割り当て例を示す図。
【符号の説明】
１ 無線基地局
２ 端末局
３ 無線ＬＡＮ
Claims (7)
- ポータブルな無線基地局とその管轄エリア内の複数の端末局により無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）を構成し、各無線基地局をバックボーン無線リンクの中継器として構成した無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線基地局は、
前記管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信し、前記管轄エリア内の各端末局からユニキャストで返信された各端末局の端末情報を受信し、その端末情報をデータベースに登録し、さらに、所定の時間間隔で前記端末情報要求の送信および前記端末情報の受信により前記データベースを更新し、各端末局の端末情報を管理する端末管理サーバ手段と、
全無線基地局に関するルーティング情報および全端末局に関する端末情報を用いて、前記管轄エリア内の端末局から送信されたパケットのルーティング、および無線基地局間あるいは無線基地局と宛先端末局との間の中継、再送処理を行う中継サーバ手段と、
前記ルーティング情報および端末情報を用いて、同報通信パケットの宛先として管轄エリア内の端末局と他の管轄エリア内の端末局を区別し、管轄エリア内の端末局へ同報送信するとともに、他の管轄エリア内の端末局宛ては１つの同報通信パケットとしてルーティング先の無線基地局へ送信するメッセージ同報サーバ手段とを備え、
各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う構成である
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。 - 請求項１に記載の無線ネットワークシステムにおいて、
前記無線基地局は、管轄エリア内の各端末局との通信用（端末アクセス用）に少なくとも１つの無線チャネルと、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局との通信用（エリア間中継用）に必要に応じて複数の無線チャネルを割り当てる構成である
ことを特徴とする無線ネットワークシステム。 - ポータブルな無線基地局とその管轄エリア内の複数の端末局により無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）を構成し、各無線基地局をバックボーン無線リンクの中継器として構成した無線ネットワークシステムの無線基地局において、
管轄エリア内の各端末局との通信用（端末アクセス用）に少なくとも１つの無線チャネルと、隣接する無線ＬＡＮの無線基地局との通信用（エリア間中継用）に必要に応じて複数の無線チャネルを用いる通信手段と、
前記管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信し、前記管轄エリア内の各端末局からユニキャストで返信された各端末局の端末情報を受信し、その端末情報をデータベースに登録し、さらに、所定の時間間隔で前記端末情報要求の送信および前記端末情報の受信により前記データベースを更新し、各端末局の端末情報を管理する端末管理サーバ手段と、
全無線基地局に関するルーティング情報および全端末局に関する端末情報を用いて、前記管轄エリア内の端末局から送信されたパケットのルーティング、および無線基地局間あるいは無線基地局と宛先端末局との間の中継、再送処理を行う中継サーバ手段と、
前記ルーティング情報および端末情報を用いて、同報通信パケットの宛先として管轄エリア内の端末局と他の管轄エリア内の端末局を区別し、管轄エリア内の端末局へ同報送信するとともに、他の管轄エリア内の端末局宛ては１つの同報通信パケットとしてルーティング先の無線基地局へ送信するメッセージ同報サーバ手段とを備え、
各無線ＬＡＮに所属するすべての端末局のネットワークへの参加・退出を動的に管理し、送信端末局から宛先端末局までの経路設定、中継、再送、同報処理を行う構成である
ことを特徴とする無線ネットワークシステムの無線基地局。 - 請求項１に記載の無線ネットワークシステムの無線基地局の端末管理サーバ手段が行う通信方法において、
動作を開始する端末局、または所定の時間間隔でブロードキャストされている前記端末情報要求を受信できなかった端末局が送信した端末情報登録依頼を受信したときに、前記管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信する
ことを特徴とする無線ネットワークシステムの通信方法。 - 請求項１に記載の無線ネットワークシステムの無線基地局のメッセージ同報サーバ手段が行う通信方法において、
管轄エリア内の端末局または隣接する無線基地局から送信された同報通信パケットを受信してその宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットをマルチキャスト送信し、他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、宛先端末アドレスリストから自身の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成してルーティング先の無線基地局へマルチキャスト送信する
ことを特徴とする無線ネットワークシステムの通信方法。 - 請求項３に記載の無線ネットワークシステムの無線基地局において、 前記端末管理サーバ手段は、動作を開始する端末局、または所定の時間間隔でブロードキャストされている前記端末情報要求を受信できなかった端末局が送信した端末情報登録依頼を受信したときに、前記管轄エリア内の複数の端末局に対して端末情報要求をブロードキャストで送信する
ことを特徴とする無線ネットワークシステムの無線基地局。 - 請求項３に記載の無線ネットワークシステムの無線基地局において、 メッセージ同報サーバ手段は、管轄エリア内の端末局または隣接する無線基地局から送信された同報通信パケットを受信してその宛先端末アドレスリストを参照し、自身の管轄エリア内の端末局が宛先となっていれば、その端末局へ同報通信パケットをマルチキャスト送信し、他の無線基地局の管轄エリア内の端末局が含まれていれば、宛先端末アドレスリストから自身の管轄エリア内の端末局を除く同報通信パケットを作成してルーティング先の無線基地局へマルチキャスト送信する
ことを特徴とする無線ネットワークシステムの無線基地局。
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