JP5601201B2 - 通信制御方法、通信装置、及びプログラム - Google Patents
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Description
1.周波数帯の二次利用のための機能分類
2.通信装置のハードウェア構成例
3.通信システムの構成例
4.通信制御処理の流れ
5.二次利用開始前の通信プロトコルの選択
6.ノード間で送受信されるデータの例
7.まとめ
まず、周波数帯の二次利用を実現するために、システムに参加する通信装置が有すべき主な機能(FC:Function Class)を以下に列挙する。なお、システムに参加する通信装置は、ここに列挙する7つの機能(FC1〜FC7)のうちいずれか1つ又は複数の機能を有するものとする。
・FC1:二次通信許可ノード
・FC2:一次通信中継ノード
・FC3:拡張判定ノード
・FC4:判定ノード
・FC5:協調測定ノード
・FC6:測定ノード
・FC7:通信ノード
二次通信許可ノード(FC1)は、後述する拡張判定ノード又は判定ノードにより周波数帯の二次利用が可能であると判定された場合に、周波数利用規定(スペクトラムポリシー)に応じた所定の許可条件に従って第2の通信サービスの開始又は拡張を許可する。二次通信許可ノードは、例えば、過去に周波数の不正利用をした識別子の一覧に、拡張判定ノード又は判定ノードから送信される端末識別子、認証識別子、デバイス識別子、又はセンサ識別子などが含まれているか否かを確認してもよい。そして、例えば、不正利用をした識別子の一覧に上記いずれかの識別子が含まれている場合には、二次通信許可ノードは、第2の通信サービスの開始又は拡張を拒否することができる。また、第1の通信サービスのトラフィックを制御する基地局が二次通信許可ノードである場合には、当該基地局は、ユーザトラフィックの履歴等を参照し、空きチャネルの多い時間帯や場所について二次利用の許可を与えてもよい。それにより、一部の空きチャネルを開放して周波数帯の有効利用を図ることができる。さらに、二次通信許可ノードは、拡張判定ノード又は判定ノードにより二次利用可否の判定に使用される情報を生成若しくは取得し、又は更新して、拡張判定ノード又は判定ノードへ配信してもよい。二次利用可否の判定に使用される情報には、例えば、センシングに使用できる電力レベルなどの地域ごと若しくはサービスエリアごとの周波数利用規制情報(Regulatory情報)並びに隣接セルの基地局が提供するシステム情報(使用している帯域及び帯域幅など)が含まれる。即ち、二次通信許可ノードは、第2の通信サービスの所謂コーディネータとして動作し得る。
一次通信中継ノード(FC2)は、一次利用に係る通信ネットワーク(以下、第1の通信ネットワークという)と接続されている場合に、周囲のノードが第1の通信サービスを利用するための擬似的な基地局又はアクセスポイントとして動作する。
拡張判定ノード(FC3)は、後述する判定ノードから収集した二次通信プロファイルに基づいて、二次利用に係る通信ネットワーク(以下、第2の通信ネットワークという)の拡張が可能か否かを判定する。二次通信プロファイルには、典型的には、通信状況を測定した測定データ(測定データから統計的に計算されるリンクデータをも含む)が含まれる。また、二次通信プロファイルには、第2の通信ネットワークのそれぞれにおけるスケジューリング情報が含まれてもよい。また、二次通信プロファイルには、各判定ノードが保持する周波数利用規定の識別子などが含まれてもよい。例えば、拡張判定ノードは、近隣の第2の通信ネットワークとの間で二次利用の開始基準(センシングレベルやデータベース)が一致している場合に、第2の通信ネットワークを拡張可能と判定してもよい。その代わりに、拡張判定ノードは、全てのネットワークが最も厳しいセンシングレベルを満たしている場合に、第2の通信ネットワークを拡張可能と判定してもよい。また、拡張判定ノードは、ネットワーク間で共通のチャネルを利用してデータベースにアクセス可能である場合に、第2の通信ネットワークを拡張可能と判定してもよい。さらに、拡張判定ノードは、近接する2つのネットワーク内に相互に接続したい通信装置が含まれる場合に、当該通信装置間でデータをリレー又はマルチホップさせるという目的に限るという条件付きで、第2の通信ネットワークの拡張可否を判定してもよい。また、拡張判定ノードは、ビームフォーミング又は送信電力制御に基づく干渉制御技術を使用して、第1の通信サービスに悪影響を与えることなく最大送信電力を引き上げることができる場合に、第2の通信ネットワークの拡張が可能であると判定してもよい。拡張判定ノードは、第2の通信ネットワークの拡張が可能であると判定した場合に、第2の通信ネットワークの拡張の許可を二次通信許可ノードへ要求する。また、拡張判定ノードは、典型的には、後述する判定ノードの機能をも有する。なお、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとが物理的に同一の装置上に存在する場合には、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信は、論理的な機能間の通信として行われ得る(又は省略され得る)。一方、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとが物理的に異なる装置上に存在する場合には、拡張判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信は、無線リンク及び有線リンクのいずれかを用いて行われ得る。ここでの無線リンクとは、例えば、第1の通信サービスに基づく無線リンクであってもよい。また、有線リンクとは、プライベートネットワーク(例えばコアネットワークなど)又はパブリックネットワーク(例えば、ADSLなど)のいずれであってもよい。
判定ノード(FC4)は、後述する協調測定ノード又は測定ノードにより測定され又は収集された測定データに基づいて、周波数利用規定に応じた所定の利用可能条件に従って周波数帯の二次利用が可能か否かを判定する。例えば、判定ノードは、二次利用の対象とする周波数帯の電力レベル測定結果が上述した周波数利用規制情報において定められた電力測定レベルを下回っている場合に、周波数帯の二次利用が可能であると判定してもよい。その代わりに、判定ノードは、例えば、後述するデータサーバに問合せた結果、二次利用の対象とする周波数帯について二次利用が許可されていた場合に、周波数帯の二次利用が可能であると判定してもよい。また、判定ノードは、例えば、二次利用の対象とする周波数帯の電力レベル測定結果が上記データサーバから得たデータにより示されている電力測定レベルを下回っている場合に、周波数帯の二次利用が可能であると判定してもよい。なお、二次利用の対象とする周波数帯の電力レベル測定結果とは、例えば、A/Dサンプリング出力値を平均した値であってもよい。判定ノードは、周波数帯の二次利用が可能であると判定した場合に、第2の通信サービスの開始の許可を二次通信許可ノードへ要求する。そして、判定ノードは、二次通信許可ノードから第2の通信サービスの開始を許可されると、例えば周囲の通信装置へビーコンを送信して第2の通信サービスのユーザを募り、第2の通信サービスを開始する。判定ノードから送信されるビーコンは、周囲の通信装置による第2の通信サービスの検出、同期、及びシステム情報の取得などのために用いられ得る。例えば、セルラ通信システムにおける一次同期信号及び二次同期信号、又はPBCH(物理ブロードキャストチャネル)上の信号などは上述したビーコンの一例である。即ち、判定ノードは、第1の通信サービスから第2の通信サービスへの切替えを行うコグニティブ無線のためのエンジンとして動作する。また、判定ノードは、上述した拡張判定ノードからの指示に応じて、二次通信プロファイルを生成して拡張判定ノードへ送信する。なお、拡張判定ノードに関連する上述した説明と同様、判定ノードと二次通信許可ノードとの間の通信もまた、論理的な機能間の通信(同一の装置上の場合。但し、この場合には上述した処理は省略され得る)、又は無線リンク若しくは有線リンクを用いた通信(異なる装置上の場合)として行われ得る。
協調測定ノード(FC5)は、自装置の周囲の測定ノード又は協調測定ノードから、各ノードが保持している通信状況に関する測定データを収集する。また、協調測定ノードは、自ら測定した測定データを、収集した測定データに加えてもよい(又は自ら測定した測定データのみを使用してもよい)。即ち、協調測定ノードは、周囲のノードと協調して二次利用の判定に必要となる測定データを収集可能な拡張されたセンサとして動作する。また、協調測定ノードは、他の協調測定ノード又は判定ノードからの指示に応じて、保持している測定データを送信する。
測定ノード(FC6)は、自装置の周囲の通信状況を測定(センシング)し、測定データを生成する。なお、測定データとは、後に詳しく説明するように、典型的には、第1の通信サービスについての周囲の通信状況を表すデータである。例えば、第1の通信サービスの受信信号の電力レベルあるいはエネルギー、又はスケジューリング情報なども、周囲の通信状況を表すデータとして使用され得る。即ち、測定ノードは、二次利用の判定に必要となる測定データを測定するセンサとして動作する。また、測定ノードは、協調測定ノード又は判定ノードからの指示に応じて、生成した測定データを送信する。
通信ノード(FC7)は、周波数帯の二次利用が可能である場合に、第2の通信サービスを使用して通信を行う。即ち、通信ノードは、一般的な通信装置として動作する。なお、第2の通信サービスに使用される通信プロトコルは、例えば、IEEE802.11a/b/g/n/s、Zigbee、又はWiMediaなどの任意の通信プロトコルであってよい。
ここで、本明細書において、“二次利用”という用語は、典型的には、上述したように、第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用して追加的あるいは代替的な通信サービス(第2の通信サービス)を利用することをいう。そして、“二次利用”という用語の意味において、第1の通信サービスと第2の通信サービスとは、異なる種類の通信サービスであってもよく、又は同一の種類の通信サービスであってもよい。異なる種類の通信サービスとは、例えば、デジタルTV放送サービス、衛星通信サービス、移動体通信サービス、無線LANアクセスサービス、又はP2P(Peer To Peer)接続サービスなどの任意の通信サービスから選択し得る2以上の異なる種類の通信サービスをいう。一方、同一の種類の通信サービスとは、例えば、移動体通信サービスにおける、通信事業者により提供されるマクロセルによるサービスと、ユーザ又はMVNO(Mobile Virtual Network Operator)により運用されるフェムトセルによるサービスとの間の関係を含み得る。また、同一の種類の通信サービスとは、WiMAX、LTE(Long Term Evolution)又はLTE−A(LTE−Advanced)などに準拠した通信サービスにおける、基地局により提供されるサービスと、スペクトラムホールをカバーするために中継局(リレーノード)により提供されるサービスとの間の関係をも含み得る。さらに、第2の通信サービスは、スペクトラムアグリゲーション技術を用いて集約された複数の断片的な周波数帯を利用するものであってもよい。さらに、第2の通信サービスは、基地局により提供されるサービスエリア内に存在する、フェムトセル群、中継局群、基地局よりも小さなサービスエリアを提供する中小基地局群により提供される補助的な通信サービスであってもよい。本明細書において説明する本発明の各実施形態の要旨は、このようなあらゆる種類の二次利用の形態に広く適用可能なものである。
次に、前節で列挙したFC1〜FC7のうちいずれか1つ又は複数の機能をそれぞれ有する通信装置のハードウェア構成について、以下に説明する。
次に、FC1〜FC7の各機能のうちいずれか1つ又は複数の機能をそれぞれ有する通信装置により構成される通信システムの例について、以下に説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る通信システム1の構成を示す模式図である。図2における丸付き数字は、上述した機能(FC)の番号に対応している。また、図3は、図2に示す通信システム1における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図4は、本発明の一実施形態に係る通信システム2の構成を示す模式図である。また、図5は、図4に示す通信システム2における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図6は、本発明の一実施形態に係る通信システム3の構成を示す模式図である。また、図7は、図6に示す通信システム3における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図8は、本発明の一実施形態に係る通信システム4の構成を示す模式図である。また、図9は、図8に示す通信システム4における装置間の機能配置の一例を示すブロック図である。
図10〜図12は、周波数帯の二次利用を開始するための、本発明の一実施形態に係る通信制御処理の流れを示すフローチャートである。
上述した図10のS112における判定装置と外部のコーディネータとの間の通信、及び図11における協調型センシングのための通信の時点では、第2の通信サービスは未だ開始されていない。そのため、どういった通信プロトコルを使用して各装置の間で通信することができるかについて以下に説明する。
図13は、図10のS112において判定装置が外部のコーディネータに周波数帯の二次利用の許可を要求する際に使用する通信プロトコルを選択するための、選択処理の一例を示すフローチャートである。
図11における協調型センシングのための通信に際しては、例えば、FC1〜FC7の機能分類における異なるレベルのノード間では、上位のノードの制御に従った階層管理型の通信プロトコルを用いるのが好適である。階層管理型の通信プロトコルとは、例えばZigbeeなどが挙げられる。例えば、判定装置から協調測定装置へ通信状況の測定の指示を送信する際には、上位のノードである判定装置の制御に従って、Zigbeeなどなどの階層管理型の通信プロトコルが用いられ得る。階層管理型の通信プロトコルを用いる場合、パケットの送受信に際して、コーディネータ(二次利用のコーディネータ、即ち二次通信許可ノードとは異なる)が管理する予め帯域予約された送受信区間を用いて、送受信装置の間でデータ交換が行われる。例えば、上述したZigbeeでは、コーディネータが管理するビーコンを基準に、無競争期間(Contention Free Period)であるタイムスロットと自由競争期間(Contention Access Period)であるタイムスロットが設けられる。そして、自由競争期間のタイムスロットを用いて通信を行う装置間では、自らの判断で他の装置の送信パケットと競合しないように送信の機会が図られる。その場合、競合しないタイミングを知るためには、各装置は、コーディネータから送信される基準ビーコンを受信する必要があり、結果的に階層管理型の通信プロトコルに従うことになる。
上述した一実施形態に係る通信制御処理において、ノード間で送受信されるデータには、大きく分けて測定データと制御データの2種類が含まれる。
測定データとは、上述した測定ノード又は協調測定ノードにより測定された通信状況に関するデータである。測定ノード又は協調測定ノードによる測定の対象となる通信リソースは、第1の通信サービスが使用している可能性のある通信リソースであって、例えば、周波数チャネル、リソースブロック又は符号などの単位で設定され得る。どういった範囲の通信リソースを測定の対象とすべきかは、例えば、第1の通信サービスのダウンリンクの報知チャネル(LTEにおけるPBCH(Physical Broadcast CHannel)など)を観測することにより決定されてよい。測定データには、通信状況を測定した装置の識別子と測定結果の他に、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて取得された装置の位置データ、測定アルゴリズムの種類、及びタイムスタンプなどが含まれてもよい。また、これら測定データを解析することにより得られる解析結果、及び第1の通信サービスについての周囲の通信状況を表すスケジューリング情報も、広義の測定データに含まれ得る。
制御データとは、二次利用システムを構成する上述した1のノードが他のノードを制御し、又は1のノードが他のノードから制御を受けるために使用されるデータである。制御データには、例えば、測定開始又は停止の指示、測定データ送信の指示、測定アルゴリズムの種類の指定、二次通信プロファイル送信の指示、又は位置情報データベースへのアクセス要求などが含まれ得る。
ここまで、図1〜図13を用いて、本発明の一実施形態に係る通信制御処理について説明した。かかる通信制御処理によれば、判定ノードの周囲の通信状況に関するデータが収集され、収集されたデータが上述した利用可能条件(第1の条件)を満たしている場合に、周波数帯の二次利用が可能であると判定される。そして、判定ノードと同一の通信装置又は異なる通信装置に位置する二次通信許可ノードにおいて、通信状況に関するデータが上述した許可条件(第2の条件)を満たしている場合に、周波数帯の二次利用が許可される。それにより、周波数帯の二次利用を実現する様々なシステム構成において、第1の通信サービスに悪影響を与えないことを適切に判断した上で周波数帯の二次利用を開始(又は拡張)することが可能となる。
10 サーバ(第2の通信装置)
100、200 基地局(第1の通信装置)
300 基地局(第2の通信装置)
340、450 判定装置(第1の通信装置)
460 拡張判定装置(第1の通信装置)
120、220、222、320、322、420 測定装置
230、330、430 協調測定装置
Claims (10)
- 第1の通信装置において、当該第1の通信装置の周囲の通信状況に関するデータを収集する収集ステップと;
収集された前記通信状況に関するデータが第1の条件を満たしている場合に、第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスを利用可能であると判定する判定ステップと;
前記第1の通信装置又は第2の通信装置において、前記通信状況に関するデータが第2の条件を満たしている場合に、前記第2の通信サービスの利用を許可する許可ステップと;
前記通信状況に関するデータが前記第2の条件を満たしていない場合に、前記第1の通信装置から前記第1の通信装置の周囲の通信装置へ、前記通信状況に関するデータを補強するために通信状況の測定を要求する要求ステップと;
を含む通信制御方法。 - 前記第2の通信サービスの利用が許可された場合には、前記第2の通信サービスへ参加するユーザを招待するためのビーコンが、前記第1の通信装置から周囲の通信装置へ送信される、請求項1に記載の通信制御方法。
- 前記ビーコンに対する応答が受信された場合には、前記第1の通信装置により、当該応答に含まれる情報に基づいて前記第2の通信サービスに使用される通信方式が決定される、請求項2に記載の通信制御方法。
- 前記第2の通信サービスの利用を許可する権限を前記第2の通信装置が有する場合には、前記第1の通信装置から前記第2の通信装置へ前記通信状況に関するデータが送信される、請求項1に記載の通信制御方法。
- 前記第1の通信装置と前記第2の通信装置との間で有線接続を利用可能である場合には、当該有線接続を用いて前記通信状況に関するデータが送信される、請求項4に記載の通信制御方法。
- 前記第1の通信装置と前記第2の通信装置との間で前記第1の通信サービスを用いて通信可能である場合には、当該第1の通信サービスを用いて前記通信状況に関するデータが送信される、請求項4に記載の通信制御方法。
- 前記許可ステップにおいて、前記通信状況に関するデータと前記第1の通信サービスにおける通信履歴とを比較することにより当該通信状況に関するデータの信頼性が評価され、当該信頼性の評価結果に応じて前記第2の通信サービスの利用が許可される、請求項1に記載の通信制御方法。
- 前記許可ステップにおいて、前記第2の通信サービスを利用しようとする通信装置が前記第1の通信サービスに割当てられた周波数帯において過去に不正行為を行った装置でないことが確認され、当該確認の結果に応じて前記第2の通信サービスの利用が許可される、請求項1に記載の通信制御方法。
- 自装置の周囲の通信状況に関するデータが第1の条件を満たしている場合に、第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスを利用可能であると判定する判定部であって、前記第2の通信サービスを利用可能であると判定した場合には、第2の条件に従って前記第2の通信サービスの利用を許可する権限を有する装置に、当該利用の許可を要求する前記判定部、
を備え、
前記通信状況に関するデータが前記第2の条件を満たしていない場合には、前記判定部は、前記通信状況に関するデータを補強するために通信状況の測定を周囲の通信装置へ要求する、
通信装置。 - 通信装置を制御するコンピュータを:
自装置の周囲の通信状況に関するデータが第1の条件を満たしている場合に、第1の通信サービスに割当てられた周波数帯の一部又は全部を使用する第2の通信サービスを利用可能であると判定する判定部、
として機能させるためのプログラムであって、
前記判定部は、前記第2の通信サービスを利用可能であると判定した場合には、第2の条件に従って前記第2の通信サービスの利用を許可する権限を有する装置に、当該利用の許可を要求し、
前記通信状況に関するデータが前記第2の条件を満たしていない場合には、前記判定部は、前記通信状況に関するデータを補強するために通信状況の測定を周囲の通信装置へ要求する、
前記プログラム。
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