JP4842035B2

JP4842035B2 - 無線リンク選択制御装置、無線装置及び無線リンク選択方法

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Publication number: JP4842035B2
Application number: JP2006191463A
Authority: JP
Inventors: 哲郎植田
Original assignee: KDDI R&D Laboratories Inc
Current assignee: KDDI R&D Laboratories Inc
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: JP2008022218A

Description

本発明は、無線リンク選択制御装置、無線装置及び無線リンク選択方法に関する。

近年、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用して通信を行うコグニティブ無線通信と呼ばれる技術が検討されている。非特許文献１には、別々の場所に設置された複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）システム）に接続して通信を行う場合に、モバイルＩＰ（Internet Protocol）を用いることによりシームレスなメディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献２には、複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと無線ＬＡＮシステム）に接続して通信を行うＩＴＳ（Intelligent Transport System）車両にモバイルルータを搭載した場合のＩＰ層での無線通信メディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献３には、複数の物理回線を集約して一つの論理回線として提供するリンクアグリゲーションについて記載されている。
齊藤，他，"異種無線通信メディア間切替ソフトの開発"，Ｂ−５−２８９，電子情報通信学会総合大会，２００３磯村，他，"通信メディアの切替え可能な車載用モバイルルータの実装"，Ｂ−７−１０３，電子情報通信学会総合大会，２００３ IEEE802.3ad Standard(IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee).Aggregation of Multiple Link Segments,2000.

しかしながら、コグニティブ無線通信において、複数の無線通信メディアの中から、無線局間の利用公平性を確保しつつ安定した通信品質を得ることのできる無線通信メディアを選択する技術が一つの課題となっている。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の無線通信メディアの中から、無線局間の利用公平性を確保しつつ安定した通信品質を得るために適切な無線通信メディアを選択し利用することのできる無線リンク選択制御装置、無線装置及び無線リンク選択方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線リンク選択制御装置は、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択制御装置において、無線通信メディア毎に通信を監視する無線通信メディア監視手段と、前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、無線局の多重度を算出する多重度算出手段と、前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、自局の使用分を除いた無線リンク使用率を算出する無線リンク使用率算出手段と、前記多重度算出手段で算出された無線通信メディア毎の無線局の多重度と、前記無線リンク使用率算出手段で算出された無線通信メディア毎の無線リンク使用率とに基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線装置は、複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、前述の無線リンク選択制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線装置においては、無線通信メディアにおけるデータリンク層の上位に設けられ、ＩＰパケット又はデータリンク層パケットの単位で使用する無線通信メディアを、前記無線リンク選択制御装置の決定に従って選択するデータリンク層パケットスイッチ手段を備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線リンク選択方法は、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択方法であって、無線通信メディア毎に通信を監視する過程と、前記監視結果から、無線通信メディア毎に、無線局の多重度を算出する過程と、前記監視結果から、無線通信メディア毎に、自局の使用分を除いた無線リンク使用率を算出する過程と、前記算出された無線通信メディア毎の無線局の多重度と、前記算出された無線通信メディア毎の無線リンク使用率とに基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する過程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の無線通信メディアの中から、無線局間の利用公平性を確保しつつ安定した通信品質を得るために適切な無線通信メディアを選択し利用することが可能になる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。図１において、無線局１は、複数の無線通信メディアの無線モジュール１１と、パケットスイッチ１２と、ＩＰ（Internet Protocol）層部１３と、制御部１４とを備える。

各無線モジュール１１は、それぞれの無線通信メディアに対応したＰＨＹ層及びデータリンク層の機能を有する。データリンク層の機能としては、例えば、ＭＡＣ（Medium Access Control）やＬＬＣ（Logical Link Control）などが挙げられる。無線モジュール１１は、パケットスイッチ１２との間で、データリンク層パケットを送受する。また、無線モジュール１１は、データリンク層パケットの無線送信及び無線受信を行う。

パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットのスイッチング機能を有する。パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１の各々に対応して設けられるバッファを有し、無線モジュール１１との間で送受されるデータリンク層パケットのバッファリングを行う。また、パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットとＩＰパケットの相互変換を行う変換機能を有する。パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３との間で、ＩＰパケットを送受する。

制御部１４は、パケットスイッチ１２を制御する。具体的には、ＩＰパケット単位で、どの無線モジュール１１の無線リンクを利用するのかを決定し、パケットスイッチ１２に指示する。

パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３から受け取ったＩＰパケットを変換機能によりデータリンク層パケットに変換し、該データリンク層パケットを制御部１４から指定された無線モジュール１１に出力する。また、パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１から受け取ったデータリンク層パケットを変換機能によりＩＰパケットに変換し、該ＩＰパケットを上位層部１６に出力する。

無線モジュール１１は、送信時には、パケットスイッチ１２から受け取ったデータリンク層パケットを自己の無線通信メディアの固有フォーマットに変換し、無線送信する。また、受信時には、無線受信した固有フォーマットのデータリンク層パケットを共通フォーマットのデータリンク層パケットに変換し、パケットスイッチ１２に出力する。

ＩＰ層部１３は、入出力するＩＰパケットの情報を制御部１４に通知する。その通知するＩＰパケット情報としては、例えば、アドレス情報（宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）ポートアドレス等）、コネクション種別（単一コネクション、複数コネクション）、ＩＰフローに対する通信品質の要求（伝送速度、ＱｏＳ等）などが挙げられる。

制御部１４は、ＩＰ層部１３から通知されるアドレス情報に基づき、ＩＰフローを識別し、通信相手の無線局を判断する。そして、通信相手の無線局との間で利用可能な無線通信メディアの無線モジュール１１の中から、どの無線通信メディアの無線モジュール１１を使用するのかを、ＩＰパケット単位で、選択する。

図２は、コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。図２において、各無線局１（Ｓ１，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）は、３種類の無線通信メディアの無線モジュール１１を備え、各無線通信メディアに対応している。その３種類の無線通信メディアの例として、本実施形態では、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の無線アクセス方式の標準規格「IEEE802.16e」と、無線ＬＡＮの標準規格「IEEE802.11g」，「IEEE802.11j」を挙げて説明する。図２中の無線リンク１０１はIEEE802.16eの無線リンクであり、無線リンク１０２はIEEE802.11gの無線リンクであり、無線リンク１０３はIEEE802.11jの無線リンクである。

図２の無線局１（Ｓ１，Ｄ１）間は、３つの無線リンク１０１，１０２，１０３で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ２）間は、２つの無線リンク１０１，１０２で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ３）間は、１つの無線リンク１０１で接続されている。

図３は、図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。図３には、制御部１４の構成のうち、本発明に係る特徴的な部分を示している。
図３において、無線通信メディア監視部２１は、各無線通信メディアの無線モジュール毎に、通信を監視する。多重度テーブル生成部２２は、無線通信メディア監視部２１の監視結果から、無線モジュール毎の多重度を算出する。その多重度の算出結果は、多重度テーブル２３に格納される。無線リンク使用率測定部２４は、無線通信メディア監視部２１の監視結果から、各無線通信メディアの無線リンク毎の使用率を測定する。無線リンク決定部２５は、無線リンク使用率測定部２４で測定された各無線リンクの使用率と、多重度テーブル２３とに基づいて、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する。

無線通信メディア監視部５は、無線モジュール１１毎に、どの無線局との間で無線リンクが接続されているのか（無線リンク接続情報）を記録する。このとき、無線リンク接続先の無線局がアクティブ状態にあるか否かについても記録するようにしてもよい。また、無線通信メディア監視部５は、無線モジュール１１別に、一定期間毎の無線リンクの実使用時間を記録する。ここで、一無線モジュールに関し、複数の無線リンクが確立されている場合には、無線リンク別に実使用時間を記録する。無線リンクの実使用時間とは、無線リンクが実際にパケット伝送に使用された時間をいう。但し、自局の通信に関連したパケットに係る時間は、除外して記録する。自局の通信に関連したパケットには、通信パケット及び該通信パケットにかかわる制御パケットを含む。例えば、IEEE802.11関連規格では、４種類のパケット（ＲＴＳ，ＣＴＳ，ＤＡＴＡ，ＡＣＫ）を用いた一連の手順で、通信パケットであるＤＡＴＡパケットの送達が行われる。ＤＡＴＡパケット以外の他のパケット（ＲＴＳ，ＣＴＳ，ＡＣＫ）は、ＤＡＴＡパケット送達用の制御パケットである。自局の通信に関連した、それら４種類のパケット（ＲＴＳ，ＣＴＳ，ＤＡＴＡ，ＡＣＫ）は、無線リンクの実使用時間の対象から除外する。

多重度テーブル生成部２２は、無線通信メディア監視部５で記録された無線リンク接続情報に基づいて、多重度テーブル２３を生成する。図４は、本実施形態に係る多重度テーブル生成処理のフローチャートである。なお、ノードは無線局のことを指す。
図４において、ステップＳ１では、多重度テーブル生成部２２は、隣接ノードと無線モジュールに関する多重度テーブル２３を作成する。この時点では、多重度テーブル２３は空である。多重度テーブル生成部２２は、無線リンク接続情報中の無線リンク接続先の無線局を隣接ノードとして検出する。もしくは、無線リンク接続情報中の無線リンク接続先のアクティブ状態にある無線局のみを、隣接ノードとして検出するようにしてもよい。

図５には、図２の例に対応する空の多重度テーブル２３が示されている。この例では、隣接ノードとして、図２中の無線局１（ノードＤ１）、無線局１（ノードＤ２）及び無線局１（ノードＤ３）の３つのノードが存在する。無線局１（ノードＳ１）は自局である。また、各ノードＳ１，Ｄ１〜Ｄ３は、IEEE802.16eとIEEE802.11gとIEEE802.11jの各々の無線モジュールを有する。

ステップＳ２では、多重度テーブル生成部２２は、無線リンク接続情報に基づいて、隣接ノード数に変更があるか確認する。この結果、変更ありの場合には、その変更内容に応じて多重度テーブル２３を更新する（ステップＳ３）。一方、隣接ノード数に変更がない場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、多重度テーブル生成部２２は、無線リンク接続情報に基づいて、各無線モジュールの多重度を計算し、その計算結果を多重度テーブル２３に書き込む。ある無線モジュールの多重度は、当該無線モジュールとの間で無線リンクの接続がある隣接ノードの合計数である。多重度テーブル２３には、一つの無線モジュールに関し、無線リンクの接続がある全ての隣接ノードの欄に、当該無線モジュールの多重度を書き込む。

図６には、図２の例に対応する多重度テーブル２３が示されている。IEEE802.16eの無線モジュールに関しては、無線局１（ノードＤ１）、無線局１（ノードＤ２）及び無線局１（ノードＤ３）の３つのノードの間で、無線リンク１０１を接続している。従って、多重度テーブル２３において、IEEE802.16eの無線モジュールと各ノードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の欄には、全て多重度「３」が書き込まれる。IEEE802.11gの無線モジュールに関しては、無線局１（ノードＤ１）及び無線局１（ノードＤ２）の２つのノードの間で、無線リンク１０２を接続している。従って、多重度テーブル２３において、IEEE802.11gの無線モジュールと各ノードＤ１，Ｄ２の欄には、全て多重度「２」が書き込まれる。IEEE802.11jの無線モジュールに関しては、無線局１（ノードＤ１）のみの１つのノードの間で、無線リンク１０３を接続している。従って、多重度テーブル２３において、IEEE802.11jの無線モジュールとノードＤ１の欄には、多重度「１」が書き込まれる。

ステップＳ４が終了すると、ステップＳ２に戻り、隣接ノード数に変更があるか確認する。

図３に説明を戻す。
無線リンク使用率測定部２４は、無線通信メディア監視部５で記録された、一定期間毎の無線リンクの実使用時間に基づいて、各無線モジュールの無線リンク毎の使用率を算出する。無線リンクの使用率は、単位時間当たりの実使用時間である。なお、この無線リンクの使用率には、自局の使用分は含まれていない。

無線リンク決定部２５は、無線リンク使用率測定部２４で測定された各無線リンクの使用率と、多重度テーブル２３とに基づいて、隣接ノード毎に無線リンクの評価値を算出する。そして、その評価値に基づいて、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する。

ノードＸに関する無線モジュールＹの無線リンクＺの評価値Ｘ_Ｙ_Ｚは、次式で表される。この評価値は無線リンクの負荷を表す。
評価値Ｘ_Ｙ_Ｚ＝（無線リンクＺの使用率）×（無線モジュールＹの多重度）

無線リンク決定部２５は、あるノードに関し、最小の評価値が得られる無線モジュールとその無線リンクを、使用する無線モジュール及び無線リンクとして決定する。

制御部１４は、無線リンク決定部２５で決定された内容（通信相手の無線局との間で、どの無線モジュール及び無線リンクを使用するのか）に従って、ＩＰパケット単位で、使用する無線モジュール１１を選択する。そして、その選択結果をパケットスイッチ１２に指示する。

上述したように本実施形態によれば、無線通信メディアにおけるデータリンク層（ＭＡＣ、ＬＬＣ等）の上位に、ＩＰパケットの単位で使用する無線通信メディアを選択するデータリンク層パケットスイッチを設ける。さらに、無線リンクの使用率と無線モジュールの多重度からなる評価値（無線リンクの負荷）に基づき、最小の評価値が得られる無線モジュール及び無線リンクを使用する。これにより、低負荷の無線リンクが優先的に使用されるので、各無線局に対して公平に無線リンクを利用させながら、通信品質の安定化を図ることが可能になる。

なお、上述の評価値については変形が可能である。例えば、次式で得られる値を、ノードＸに関する無線モジュールＹの無線リンクＺの評価値Ｘ_Ｙ_Ｚとしてもよい。
評価値Ｘ_Ｙ_Ｚ＝（無線リンクＺの未使用率）÷（無線モジュールＹの多重度）
この場合には、最大の評価値が得られる無線モジュールとその無線リンクを、使用する無線モジュール及び無線リンクとして決定する。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、制御部１４は、データリンク層パケットの単位で、使用する無線通信メディアを選択し、パケットスイッチ１２に指示するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る多重度テーブル生成処理のフローチャートである。多重度テーブル２３の構成例である。多重度テーブル２３の構成例である。

符号の説明

１…無線局（無線装置）、１１…無線モジュール、１２…パケットスイッチ、１３…ＩＰ層部、１４…制御部、２１…無線通信メディア監視部、２２…多重度テーブル生成部、２３…多重度テーブル、２４…無線リンク使用率測定部、２５…無線リンク決定部、１０１〜１０３…無線リンク

Claims

一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択制御装置において、
無線通信メディア毎に通信を監視する無線通信メディア監視手段と、
前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、無線局の多重度を算出する多重度算出手段と、
前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、自局の使用分を除いた無線リンク使用率を算出する無線リンク使用率算出手段と、
前記多重度算出手段で算出された無線通信メディア毎の無線局の多重度と、前記無線リンク使用率算出手段で算出された無線通信メディア毎の無線リンク使用率とに基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定手段と、
を備えたことを特徴とする無線リンク選択制御装置。
複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、
請求項１に記載の無線リンク選択制御装置を備えたことを特徴とする無線装置。
無線通信メディアにおけるデータリンク層の上位に設けられ、ＩＰパケット又はデータリンク層パケットの単位で使用する無線通信メディアを、前記無線リンク選択制御装置の決定に従って選択するデータリンク層パケットスイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択方法であって、
無線通信メディア毎に通信を監視する過程と、
前記監視結果から、無線通信メディア毎に、無線局の多重度を算出する過程と、
前記監視結果から、無線通信メディア毎に、自局の使用分を除いた無線リンク使用率を算出する過程と、
前記算出された無線通信メディア毎の無線局の多重度と、前記算出された無線通信メディア毎の無線リンク使用率とに基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する過程と、
を含むことを特徴とする無線リンク選択方法。