JPWO2018167953A1 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

複数の無線端末と、前記無線端末と無線で接続可能な複数の親局と、前記無線端末からのデータ収集を制御する制御局とを備える通信システムであって、前記無線端末は、マルチホップデータ伝送機能を有し、前記制御局は、前記親局の各々に共通の第１の識別子と第１の周波数を設定し、所定の手順で前記親局と前記無線端末との通信を行わせ、前記親局毎に前記無線端末との間のホップ数を取得し、前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に収容するセルを形成し、前記各グループの親局に、前記グループ毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を設定する。

Description

本発明は、通信システムに関し、特に、マルチホップを行う複数の無線端末を含むマルチセルシステムに好適である。

本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献１（特開２０１６−１００８０３号公報）には、データ収集無線通信システムが開示されている。このデータ収集無線通信システムでは、収集管理局Ａ（基地局）は、センサーネットワークの無線センサー間の接続状況に応じて無線センサーのグループを構築し、各グループの代表無線センサーを設定し、代表無線センサーに対してグループ間で共有している計測データの送信を要求する。例えば、代表無線センサーＥに対してグループ内無線センサーで共有化されているデータ送信を要求する。代表無線センサーに異常が生じてもグループ内でデータが共有化されているので、グループ内のいずれかの無線センサーを代表無線センサー候補として設定し、データ送信を要求することで基地局はデータ収集を継続して行う。

特開２０１６−１００８０３号公報

マルチホップを行う複数の無線端末を含むマルチセルシステムにおいて、先に電源が投入された親局と無線端末との接続が確立している場合、後に電源が投入された親局とのホップ数が現在の接続より少なくても、現在の親局との間で確立した接続で通信を継続するので、無駄に多いホップ数を用いて通信が行われ、中継する無線端末の電力を浪費する。

本発明は、親局の起動タイミングによらず、無駄なホップ数を低減した通信システムの提供を目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の無線端末と、前記無線端末と無線で接続可能な複数の親局と、前記親局と接続され、前記無線端末からのデータ収集を制御する制御局とを備える通信システムであって、前記無線端末は、他の無線端末が送信したデータを前記親局又は上位の無線端末に転送するマルチホップデータ伝送機能を有し、前記制御局は、前記親局の各々に共通の第１の識別子と第１の周波数を設定し、所定の手順で前記親局と前記無線端末との通信を行わせ、前記親局毎に前記無線端末との間のホップ数を取得し、前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に収容するセルを形成し、前記各グループの親局に、前記グループ毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を設定し、前記グループ内の無線端末と親局とは、前記第２の識別子と前記第２の周波数を使用して通信する。

本発明の一態様によれば、ホップ数が少ない通信システムを構築できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一の実施例のマルチセルシステムの構成図である。 第一の実施例のＩＤ・周波数表の一例を示す図である。 第一の実施例のマルチセルシステムの動作シーケンス図である。 第一の実施例のホップ数情報の例を示す図である。 第一の実施例のホップ数情報の例を示す図である。 第一の実施例の接続先親局情報の例を示す図である。 第一の実施例のマルチセルシステムの構成を示す図である。 第一の実施例の制御局の機能構成図である。 第一の実施例の親局の機能構成図である。 第一の実施例の無線端末の機能構成図である。 第一の実施例の制御局のハードウェア構成図である。 第一の実施例の親局のハードウェア構成図である。 第二の実施例の無線端末の機能構成図である。 第三の実施例のマルチセルシステムの動作のフローチャートである。 第三の実施例の異常判定基準の例を示す図である。 第三の実施例の異常レベル判定結果を示す図である。 第三の実施例における部分最適化実行時の親局のセルＩＤと使用周波数を示す図である。 第四の実施例のマルチセルシステムの個別最適化処理のフローチャートである。 第五の実施例の無線端末がビーコンを送信して親局と無線端末との間で接続を確立するシーケンスを示す図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

なお、以下の実施例においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施例に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互い無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。各実施例は、個別で実施してもよいが、組合せて実施してもよい。

また、以下の実施例において、要素の数など（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよいものとする。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップなどを含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施例において、構成要素などの形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは前記数値及び範囲についても同様である。

以下、種々の実施例を詳述する。

＜実施例１＞
以下では、センサ等が取得したデータを無線通信により他の無線機に伝達する装置を無線端末、複数のセンサ等が取得したデータを収集する装置を親局、親局と当該親局に収容される一つ又は複数の無線端末から構成される網の単位をセル、複数のセルから構成されるシステムをマルチセルシステムと称する。

図１は、本発明の第一の実施例によるマルチセルシステムの構成図である。

第一の実施例のマルチセルシステムは、マルチセルシステムの動作を制御する制御局１、複数の親局２、３、４、５、及び複数の無線端末６によって構成される。本実施例では、図示したように、４台の親局と３２台の無線端末６により四つのマルチセルが形成されており、各セルに無線端末６が収容されている。本実施例の無線端末６は、他の無線端末が送信したデータを親局２〜５又は上位の無線端末６に転送するマルチホップによる情報伝送機能を有しており、また、親局２〜５または無線端末６からの信号には親局からのホップ数の情報が含まれており、この信号を受信した親局２〜５及び無線端末６は、親局までのホップ数を判定できる、また、無線端末６は、親局２〜５または無線端末６からの信号に含まれるホップ数の情報に１を加え、他の無線端末６に転送する。

本実施例におけるマルチセルシステムの制御局１、親局２〜５及び無線端末６は、ＧＰＳ受信機が実装されており、ＧＰＳ受信機を用いて時刻を同期する。

親局２〜５は有線７（または、無線などの他の通信手段によって）で制御局１と接続しており、親局２〜５の一部の動作は制御局１によって制御可能でもよい。親局２〜５と無線端末６との間、また無線端末６の間は、無線通信８によって接続される。親局２〜５から距離が離れた場所に設置された無線端末６は、途中の無線端末６を中継機として、すなわち途中の無線端末６をホップして、親局２〜５に情報を伝送する。親局２〜５が収集した情報は、制御局１に集約されてもよいし、また、有線または無線によって図示されていない別の装置に集約されてもよい。

本実施例では、３２個の無線端末のＩＤを＃１から＃３２とする。第一の実施例では、一般的な無線通信と同様に、親局２〜５が送信するビーコンの情報を用いて無線端末６と親局２〜５との間の通信を確立する。

第一の実施例のマルチセルシステムには、マルチセルを形成するセル形成フェーズと無線端末６を用いて情報を収集する運用フェーズの二つのフェーズがある。本実施例のマルチセルシステムは、マルチセル形成後に、無線端末６からデータを収集する運用フェーズに移る。

図２は、第一の実施例の制御局１が保持する親局のセルＩＤと使用周波数の一覧を示すＩＤ・周波数表２００の一例を示す図である。

ＩＤ・周波数表２００は、セル形成フェーズ２０６で親局がビーコンを送信する時刻であるビーコン送信時刻２０１、セル形成フェーズで用いる親局のセルＩＤであるセル形成用仮想ＩＤ２０２、セル形成フェーズで用いるビーコンの周波数であるセル形成用ビーコン周波数２０３、運用フェーズ２０７での親局のセルＩＤである運用ＩＤ２０４、及び運用フェーズで用いる周波数である運用周波数２０５が示されている。

本実施例では、セル形成フェーズ２０６では、複数の親局２〜５は同一のセル形成用仮想ＩＤ＃ＸをセルＩＤとし、セル形成用ビーコン周波数ｆ１を用いてビーコンを送信する。また、運用フェーズ２０７では、複数の親局２〜５は異なる運用ＩＤをセルＩＤとし、異なる運用周波数を用いてビーコンを送信し、無線端末６と通信する。運用フェーズでは、各親局２〜５は異なる周波数を用いて無線端末６と通信するが、干渉が生じない程度に離れた（すなわち、セルが重ならない）親局間では、同じ周波数を繰り返し使用してもよい。

なお、セル形成フェーズのセルＩＤと運用フェーズのセルＩＤとは異なるものを用いるが、運用フェーズの周波数はセル形成フェーズの周波数と同じ周波数でも、異なる周波数でもよい。

図３は、第一の実施例のマルチセルシステムの動作シーケンス図である。図３を用いて、第一の実施例のマルチセルシステムの動作を説明する。

本実施例では、親局２〜５は、電源投入後に、セル形成フェーズに設定され、具体的にはセルＩＤをセル形成用仮想ＩＤ（＃Ｘ）に設定し、ビーコン周波数をセル形成用ビーコン周波数（ｆ１）に設定する（４０１）。また、無線端末は、電源投入後に、使用する周波数を初期値であるセル形成用ビーコン周波数（ｆ１）に設定する（４０２）。本実施例では、セル形成用仮想ＩＤ（＃Ｘ）とセル形成用ビーコン周波数（ｆ１）は予め定められている。

制御局１は、ビーコン送信時刻を決定し（４０３）、複数の親局２〜５にそれぞれのビーコン送信時刻を通知する（４０４）。各親局２〜５は、制御局１から通知されたビーコン送信時刻が到来したら、セルＩＤを＃Ｘとして、周波数ｆ１を用いてビーコンを送信する（４０５）。本実施例では、親局のビーコン送信時刻の情報が格納されたビーコンを送信する。

無線端末６は、親局２〜５から送信されたビーコンを受信すると、親局との接続シーケンスを実行する。具体的には、図３に示すように、無線端末Ｓ＃１は、親局２から送信されたビーコンを受信すると、親局２との接続を決定し（４０６）、接続要求を親局に送信する（４０７）。親局２は、無線端末Ｓ＃１から送信された接続要求を受信すると、接続応答（４０８）を送信する。このシーケンスによって、親局２と無線端末Ｓ＃１との間の接続が確立する（４０９）。本実施例では、マルチホップを行うため、親局２と接続を確立した無線端末Ｓ＃１が、ビーコンを送信し（４０５）、親局からのビーコンが受信できなかった他の無線端末６との接続を確立する（図示省略）。このシーケンスを繰り返すことによって、親局２〜５から遠距離の無線端末６も、複数のホップを経て親局２〜５と通信可能となる。親局２は、所定時間の経過後、無線端末６に対するホップ数の通知要求の開始を決定し（４１０）、ホップ数通知要求を送信する（４１１）。

本実施例では、無線端末６は、ビーコン送信時刻５０１と親局までのホップ数５０２とを対応付けて記録するホップ数情報５００（図４）を保存する。無線端末６は、保存したホップ数情報５００に基づいて、親局２にホップ数情報を通知する（４１２）。

親局２は複数の無線端末６からホップ数情報を収集し（４１３）、収集したホップ数情報を制御局１に通知する（４１４）。制御局１は、各親局２〜５のビーコン送信時刻を指標として、複数の無線端末６のホップ数情報を保存する（４１５）。各親局２〜５は、次の親局がビーコンを送信する前に、無線端末６からホップ数情報を取得するため、ビーコンの送信時刻を指標として、各無線端末６から親局２〜５までのホップ数情報を保存できる。また、無線端末６は、ホップ数情報を通知するときに、他の親局のビーコンと明確に区別するため、親局２〜５のビーコン受信時刻を送信してもよい。

異なるビーコン送信時刻が通知されている他の親局３〜５も、同じシーケンスの処理を実行する（４１６）。本実施例では、無線端末が３２台であるが、さらに大規模なシステムの場合、ホップ数に限度を設けるとよい。ホップ数に限度を設けると、無線端末６は、最初にビーコンを送信した親局２と接続を確立できない場合がある。他の親局３〜５が、ホップ数の限度内で無線端末６と通信できれば、他の親局３〜５がビーコンを送信することによって、親局２と接続を確立できなかった無線端末６が他の親局３〜５と接続できる。他の親局３〜５は、接続が確立した無線端末６から、当該親局３〜５までのホップ数を収集し、収集したホップ数を制御局１に通知する。

制御局１は、各親局２〜５と各無線端末６との間のホップ数を収集、保存し、親局のビーコン送信時刻５０１と各無線端末のホップ数６０１を対応付けたホップ数情報６００（図５）を作成する（４１７）。

制御局１は、ホップ数情報６００を用いて、各無線端末６が最小のホップ数で親局２〜５に接続するように、接続する親局２〜５を決定し、その結果を、親局のビーコン送信時刻５０１と、当該親局に接続する無線端末７０１を対応付けた接続先親局情報７００（図６）としてメモリ１３０２に保存する（４１８）。

制御局１は、各無線端末６が接続する親局２〜５を決定した後、運用フェーズの情報（親局に接続する無線端末、運用フェーズへの切替時刻（Ｔ＝ｔＢ）、運用セルＩＤ、運用周波数）を親局２〜５に通知する（４１９）。

本実施例では、ホップ数を評価指標として、ホップ数が最も少ない親局に接続するように、無線端末６が接続する親局２〜５を決定したが、制御局１が、ホップ数及びネクストホップの無線端末６からの受信電力の情報を収集し、管理してもよい。ネクストホップの無線端末６からの受信電力を評価指標として接続する親局を決定することによって、同じホップ数で接続できる親局が複数ある場合、ネクストホップとなる無線端末６からの受信電力が大きくなる経路を選択でき、安定したネットワークを構成できる。

また、ホップ数に加えて親局に接続する端末数の情報を収集し、管理してもよい。接続端末数を評価指標として接続する親局を決定することによって、親局に接続される端末数を均等化できる。また、ホップ数に加えて、中継機となる無線端末の情報を収集し、管理してもよい。中継機となる無線端末も考慮して親局を決定することで、ホップ数が多い場合でも、親局まで安定した経路を確立することができる。

親局２は、各無線端末が接続する親局の運用セルＩＤ、運用周波数、及び運用フェーズ切替時刻を、当該親局に接続する無線端末６に通知する（４２０）。他の親局３〜５も当該親局に接続する無線端末６に同様の通知を行う（４２１）。本実施例では、各無線端末６が接続する親局２〜５の運用セルＩＤ、運用周波数、及び運用フェーズ切替時刻を、一つの親局からの通知だけでは一部の無線端末に伝達されない場合があるので、セル形成用周波数を用いて全ての親局２〜５から情報を通知する。各親局２〜５は送信時刻をずらして通知してもよく、同時に通知してもよい。

親局２〜５のそれぞれが、全ての無線端末６の接続する親局の運用セルＩＤ、運用周波数、及び運用フェーズ切替時刻の情報を送る構成とした場合、親局２〜５から無線端末６に向けて通知する情報の量が大きくなる。従って、情報量を低減するために、親局２〜５それぞれが、接続する無線端末６にだけ情報を通知する構成としてもよい。

制御局１が指定した運用フェーズへの切替時刻（Ｔ＝ｔＢ）が到来した時点で、親局２〜５は運用フェーズのセルＩＤ及び周波数に切り替え、無線端末６は使用する周波数を通知された運用フェーズの周波数に切り替える（４２２）。その状態で、親局２〜５は運用周波数でビーコンを送信し（４２３）、当該周波数に設定された無線端末６がビーコンを受信する。無線端末６は、ビーコンに含まれる情報から、予め通知されたセルＩＤであることを確認し、例えば、本実施例では無線端末Ｓ＃１は親局２と接続する無線端末６であるため、親局２との接続を決定し（４２４）、接続要求を親局２に送信する（４２５）。親局２は、接続要求を受信すると、接続応答を送信する（４２６）。このシーケンスによって、親局２と無線端末Ｓ＃１との間の接続が確立し（４２７）、運用フェーズで通信が可能となる。他の親局３〜５と無線端末６との間でも同じ通信を行い、接続を確立する。

以上の動作によって図７に示すような四つのセルが形成されたマルチセルシステムが構成される。図７において、無線端末６の下に表示した四つの記号及び数字は、△の横の数字はビーコン送信時刻Ｔ＝ｔ（Ａ＋ｎ＊１）の親局までの最小ホップ数、○の横の数字はビーコン送信時刻Ｔ＝ｔ（Ａ＋ｎ＊２）の親局までの最小ホップ数、×の横の数字はビーコン送信時刻Ｔ＝ｔ（Ａ＋ｎ＊３）の親局までの最小ホップ数、□の横の数字はビーコン送信時刻Ｔ＝ｔ（Ａ＋ｎ＊４）の親局までの最小ホップ数を示す。また四つの数字の中で、最小のホップ数となる親局とホップ数に下線を付している。

本実施例では、各運用セルでは異なる周波数を使用して無線通信するように構成するため、運用時は隣接するセルとの干渉の発生を抑えることができる。なお、他のセルからの電波が干渉として通信に影響を及ぼす場所では、異なる周波数を使用することが望ましく、例えば、他のセルからの電波が雑音と同程度まで小さくなる場所では、同じ周波数を繰り返し使用してもよい。

上記の動作を実施するための、制御局１、親局２〜５、無線端末６の機能構成を説明する。

図８は、第一の実施例の制御局１の機能構成図である。

制御局１は、親局とのインタフェースやユーザとのインタフェースとなるインタフェース１００１、ＧＰＳ受信機を用いてマルチセルシステム全体の時間管理、制御を行う時間管理部１００２、動作制御部１００３、マルチセルシステムにおける他の制御を行うその他の制御部１００４で構成される。各部はバス１００５で接続される。

動作制御部１００３は、動作フェーズ管理部１００６、周波数管理部１００７、セルＩＤ管理部１００８、無線端末管理部１００９及び設定情報読み込み部１０１０を含む。動作フェーズ管理部１００６は、動作フェーズ（セル形成フェーズ、運用フェーズ）の変更を管理する。周波数管理部１００７は、二つの動作フェーズで各親局２〜５が使用する周波数を設定し管理する。セルＩＤ管理部１００８は、二つの動作フェーズで各親局２〜５が使用するセルＩＤを設定し管理する。無線端末管理部１００９は、各親局２〜５から収集した無線端末６のホップ数を保存及び管理し、かつ、保存したホップ数に基づいて、各無線端末６が接続する親局を設定し、親局へ結果を通知する。設定情報読み込み部１０１０は、親局２〜５や無線端末６の数、使用できる周波数帯域など、インタフェース１００１等を介して入力された本システムの設定情報を読み込む。無線端末管理部１００９は、ネクストホップの無線端末６からの受信電力の情報など、ホップ数以外の情報も管理してもよい。

図９は、第一の実施例の親局２の機能構成図である。なお、親局２について説明するが、他の親局３〜５も同じ構成である。

親局２は、無線端末６との間で無線信号を送受信する親局無線信号送受信部１１１３、制御局１とのインタフェースである親局通信インタフェース１１０１、ＧＰＳ受信機を用いて親局２の各種動作の時間を管理する親局時間管理部１１０２、親局２の動作を制御する親局動作制御部１１０３で構成される。各部はバス１１１４で接続される。

親局動作制御部１１０３は、親局２の動作フェーズを管理する親局動作フェーズ管理部１１０４、制御局１との通信等の有線通信を制御する親局有線通信制御部１１０５、及び無線通信を制御する親局無線通信制御部１１０６を含む。

親局無線通信制御部１１０６は、使用する周波数を管理、制御する親局周波数制御部１１０７、セルＩＤを管理、制御する親局セルＩＤ制御部１１０８、接続する無線端末６の情報を管理する親局無線端末管理部１１０９、各無線端末６のホップ数や経路を管理する親局ホップ数・経路管理部１１１０、及びビーコンの送信を制御するビーコン制御部１１１１、無線端末６と送受信する信号を処理する無線情報処理部１１１２を含む。

図１０は、第一の実施例の無線端末６の機能構成図である。

無線端末６は、親局２〜５や他の無線端末６と無線通信する無線信号送受信部１２１０、無線端末６の各種動作の時間を管理する無線端末時間管理部１２０１、他の装置（例えばセンサ等）と接続するためのインタフェース１２１１、無線端末６の動作を制御する無線端末動作制御部１２０２を含む。各部はバス１２１２で接続される。

無線信号送受信部１２１０は、マルチホップ機能を実装する。無線端末動作制御部１２０２は、無線端末６の動作フェーズを管理する無線端末動作フェーズ管理部１２０３、無線端末状態管理部１２０５、及び無線端末６の無線通信を制御する無線通信制御部１２０９を含む。無線端末状態管理部１２０５は、各親局２〜５へのホップ数を記録する経路情報記憶部１２０６、無線端末６が使用する周波数を制御する無線端末周波数制御部１２０７、及び運用フェーズで接続する親局２〜５の情報を管理する接続親局情報管理部１２０８を含む。

なお、図８から図１０で説明した装置の構成は一例であり、動作に必要な機能をさらに追加してもよい。例えば、無線端末６は、消費電力を低減するために、通信時だけ必要な機能が起動し、通信終了後又は所定時間経過後に機能が停止するような電力制御機能を有してもよい。また、経路情報記憶部１２０６は、ネクストホップとなる無線端末６の情報や、ネクストホップとなる無線端末６からの受信電力の情報なども記録してもよい。

次に、制御局１、親局２〜５、無線端末６のハードウェア構成を説明する。

図１１は、制御局１のハードウェア構成図である。

制御局１は、各種情報を保持し、制御局１の機能を実装するためのプログラムを格納するメモリ１３０２、メモリ１３０２に格納されたプログラムを実行する中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）１３０１、他の装置とのインタフェースとなるインタフェース１３０３を含み、各部がバス１００５で接続された計算機で構成される。

図１２は、親局２のハードウェア構成図である。なお、親局２について説明するが、他の親局３〜５も同じ構成である。

親局２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４０１、メモリ１４０２、信号処理部１４０３、インタフェース１４０５及び無線部１４０６を含む。各部はバス１１１４によって接続される。

メモリ１４０２は、各種情報を保持及び処理し、親局２〜５の機能を実装するためのプログラムを格納する。ＣＰＵ１４０１は、メモリ１４０２に格納されたプログラムを実行する。信号処理部１４０３は、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）や、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）によって構成され、親局２〜５の信号処理機能を実装する。インタフェース１４０５は制御局１とのインタフェースである。無線部１４０６は、アンテナを含み、無線信号を送受信するインタフェースである。本実施例における親局２〜５のハードウェア構成は、一般的な無線機の構成と同等である。

無線端末６にはマルチホップ機能が必要であるが、ハードウェアの構成は親局２〜５とほぼ同一でよいため、説明を省略する。

以上、説明したように、第一の実施例では、マルチホップ機能を有する複数の無線端末６に対して、複数の親局２〜５が同じセルＩＤと同じ周波数を使用して異なるタイミングでビーコンを送信して、親局２〜５と無線端末６との間の接続を確立し、さらに、各親局２〜５と各無線端末６との間のホップ数を制御局１が収集し、管理する。このため、制御局１は、無線端末６からのホップ数が最小の親局２〜５を接続先として選択でき、ホップ数を低減したマルチセルを構成できる。さらに、ホップ数の低減によって、無線端末６の消費電力を低減できる。

また、同じホップ数で接続可能な親局が複数ある場合、ホップ数に加えて受信電力を無線端末６から親局２〜５に通知させ、受信電力が大きい方の経路を用いて親局に接続させてもよい。又は、複数の親局２〜５の負荷が平準化するように無線端末６の接続を決めてもよい。このようにすれば、例えば、無線端末６の通信の安定化をはかる、又は複数の親局２〜５の負荷の不均一を緩和できる。さらに、無線端末６間での接続において、同じホップ数となるネクストホップの無線端末６に複数の候補がある場合は、受信電力の大きさを考慮して、ネクストホップとなる無線端末６を選択してもよい。

また、本実施例では、一つの周波数ｆ１を使用してセル形成のためホップ数の情報を収集し、運用時は予め決められた周波数を使用する。

マルチセルの形成時には、システムで使用可能な二つ以上の周波数を使用してホップ数を収集し、収集したホップ数を使用してセルを構築し、運用時の周波数を決めるとよい。セル形成時に使用する周波数ｆ１と運用時に使用する周波数が異なると、伝搬環境の違いにより、周波数ｆ１では最適な経路が構築できても、周波数ｆ２では構築した経路が最適ではない可能性がある。多くの周波数を使用して、セル形成のためのホップ数を収集することによって、セル形成用の周波数から運用周波数に変更しても、セル形成時と運用時とで無線経路の特性の変化が小さく、接続できない無線端末６が少ない運用周波数を設定できる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第二の実施例を説明する。図１３は、第二の実施例の無線端末６の機能構成図である。

第二の実施例の無線端末６は、第一の実施例と異なり、運用ＩＤ読み取り部１５０１が実装されている。第一の実施例では、ビーコン送信時刻を指標としてホップ数を管理したが、第二の実施例では、親局２〜５が運用ＩＤをビーコンに格納する。無線端末６は、ビーコンに格納された運用ＩＤを使用して親局を特定し、運用ＩＤと共にホップ数を親局２〜５に通知する。

このような構成によって、ビーコン送信元の親局が確実に定まるので、親局２〜５と無線端末６と間の時刻同期の精度を緩和できる。

＜実施例３＞
次に、本発明の第三の実施例を説明する。図１４は、第三の実施例のマルチセルシステムの動作のフローチャートである。

本実施例のマルチセルシステムは、監視フェーズ（１６０２）において、制御局１は、最新のコンフィグレーション情報を読み込み（１６０３）、起動済みの親局を確認し（１６０４）、起動している親局が形成する各セルの通信品質をチェックする（１６０５）。

具体的には、通信品質のチェック（１６０５）では、制御局１は、親局２〜５ごとの通信品質として、親局から制御局１へのスループットの平均値をチェックする。また、制御局１は、無線端末６ごとの通信品質として、無線端末が信号を送受信するためのネクストホップとなる無線端末又は親局からの受信電力の大きさをチェックする。無線端末６ごとの通信品質の情報は、親局２〜５が集約し統計処理を行い、制御局１にその結果を送信するとよい。

次に、制御局１は、収集した通信品質について異常の有無を判定する（１６０６）。異常の有無は、図１５に示す異常判定基準２０００に従って判定できる。例えば、図１５に示す基準では、通信品質チェックの対象２００１が親局の場合は、チェック項目２００２として親局のスループットの平均値をチェックし、あらかじめ決められた値の範囲内であれば異常なし、あらかじめ決められた値の範囲外であれば異常ありと判定する判定基準２００３を使用する。異常の判定基準とする値は、コンフィグレーション情報としてシステムに設定するとよい。

例えば、図１５に示す項目の他に、親局については、スループットの平均値の親局間での偏りの程度をチェック項目とし、異常の判定基準に用いてもよい。また、無線端末については、無線端末が信号を送信した回数や、時間内到達率（定められた時間内に信号の送信に成功した確率）などをチェック項目とし、異常の判定基準に用いてもよい。

親局は、自己につながる無線端末６の経路情報を保持していれば、到達した信号から、親局に到達するまでに経由した無線端末６、すなわち、信号を送信した無線端末６を把握できる。無線端末６が信号の送受信に必要な機能に、送受信時のみに通電する仕組みを有する場合、制御局１は、信号の送信回数から無線端末の消費電力の情報を取得できる。また、制御局１は、通信品質のチェックに、これらの項目を適宜組み合わせてもよい。

この結果、いずれのセルでも異常がなければ、運用フェーズ（１６１３）に移行する。一方、いずれかのセルで異常があれば、制御フェーズ（１６０７）に移行し、異常レベル判定（１６０８）の結果に応じて、マルチセルシステムの全体の最適化を行う全体最適化（１６０９）、マルチセルシステムを構成する複数のセルを対象にして最適化を行う部分最適化（１６１０）又は一つのセルを対象にして最適化を行う個別最適化（１６１１）のいずれかを実行する。

図１６に異常レベルの判定結果２１００を示す。本実施例における異常レベルの判定には優先度２１０１が設けられている。例えば、親局と無線端末との両方の異常が有ると判定された場合、親局の異常に対する最適化を実行する。なお、図１６に示した判定の結果は一例であり、複雑な条件を組み合わせて異常レベルを判定してもよい。

また、制御局１が最適化を実行しても、親局の故障や、センサの故障や、伝搬環境の変化により無線端末が経路を確立できない状態などの原因によって、同じ異常状態が継続することがある。このため、予め定められた回数以上に、同一の異常を繰り返し発生する場合は、アラームを報知してもよい。

その後、運用フェーズ（１６１３）に移行する。

運用フェーズ（１６１３）において、所定の条件を満たしたら、再び監視フェーズ（１６０２）に移行する。例えば、所定の時間間隔毎に定期的に監視フェーズを実行し、各セルの通信品質をチェックするとよい。また、所定のイベント（スループットの低下、時間内到達率の低下等）を検出した場合や、オペレータの指示によって、監視フェーズを実行してもよい。

第一の実施例で説明したマルチセルの形成は、第三の実施例における、全体最適化（１６０９）又は部分最適化（１６１０）に適用できる。部分最適化（１６１０）では、最適化対象となるセル以外は運用フェーズにあるため、セル形成フェーズでは、運用フェーズで使用する周波数と異なる周波数を使用する。

図１７に部分最適化実行時の親局のセルＩＤと使用周波数の具体例を示す。親局番号＃０から＃９の１０個の親局が存在し、親局番号＃０から＃３の親局が提供するセルが部分最適化の対象となる場合、セル形成用の仮想ＩＤ（＃Ｘ）と周波数ｆ１を用いてセルを形成する。一方、最適化対象外のセル（親局番号＃４から＃９の親局が提供するセル）は運用フェーズであるため、各セルで個別の運用ＩＤを使用し、ｆ２、ｆ３、ｆ４のいずれかの周波数を使用して通信する。また、部分最適化によりセルが形成された後は、親局番号＃０から＃３の親局は、周波数ｆ２、ｆ３、ｆ４のいずれかの周波数を用いて無線端末６と通信し、周波数ｆ１はセル形成用の専用の周波数とするとよい。

第三の実施例では、セル形成用に専用の周波数を設けることによって、運用フェーズとセル形成フェーズ（セルの最適化）を同時に実行しても、互いの干渉を低減できる。また、運用フェーズとセル形成フェーズとが同時に実行可能なので、システムのダウンタイムを低減できる。

＜実施例４＞
本発明の第四の実施例では、第三の実施例の個別最適化処理１６１１の詳細を説明する。図１８は、第四の実施例のマルチセルシステムの個別最適化処理のフローチャートである。

第三の実施例の個別最適化処理１６１１は、一つの無線端末６の通信特性が劣化した場合に、当該無線端末６の通信を改善するために実行される。

以下は、制御局１が無線端末６の経路に関する情報を管理し、個別最適化処理の制御を行う実施例である。通信特性が劣化し、個別最適化を実行すると判定された場合、制御局１は、収集した経路に関する情報（ネクストホップの候補となる無線端末６やそのホップ数などの情報）に基づいて、同一セル内で他に選択できる経路候補があるかを判定する（１８０２）。同一セル内に他の経路候補がある場合、親局２〜５に経路候補を通知する（１８０３）。親局２〜５は、経路候補が通知されると、経路を変更する。経路を変更した結果、通信状況が改善された場合（１８０４でＹｅｓ）、経路管理情報を更新する（１８１０）。

同一セル内に他の経路候補がない場合、制御局１は無線端末６の所属変更を決定（１８０５）する。制御局１は、当該無線端末６が所属可能な他の親局の候補があるかを判定し、その結果を親局２〜５に通知する。

親局２〜５は、当該無線端末６が所属可能な他の親局の候補が通知された場合（１８０６でＹｅｓ）、通知された他の親局の候補の情報（運用ＩＤや運用周波数など）を当該無線端末６に通知する。当該無線端末６は、通知された他の親局の運用周波数を設定して、当該他の親局との接続を試みて、通信状況を確認し、結果を制御局１に送信する。制御局１は、他の親局と接続するように経路を変更することで無線端末６の通信状況が改善された場合（１８０７でＹｅｓ）、無線端末に、他の親局との接続を通知し、経路管理情報を更新する（１８１０）。

一方、他の親局の候補がなければ、接続しているセルの運用周波数の変更を決定し（１８０８）、通信状況が改善された場合（１８０９でＹｅｓ）、経路管理情報を更新する（１８１０）。一方、通信状況が改善されない場合、個別最適化処理による通信状況の改善は困難と判断し、アラームを発報する（１８１１）。

このような個別最適化処理によって、無線端末６の通信周波数をセル形成用周波数から運用周波数に変更することや、伝搬環境の変化による、通信状況の劣化を改善できる。また、通信状況が改善できない場合、アラームの発報によって、ユーザに通信状況を報知できる。また、本実施例では、制御局１が、上記の制御を行うが、上記の制御の一部を親局が行うように構成してもよい。

＜実施例５＞
次に、本発明の第五の実施例では、無線端末６からビーコンを送信し、親局２と無線端末６との間で接続を確立するシーケンスを説明する。

図１９は、第五の実施例の親局２と無線端末６との間の接続を確立する処理のシーケンス図であり、第一の実施例における図３のステップ４０５からステップ４０９に代えて実行される。

前述した第一の実施例では、親局２〜５がビーコンを送信する。これに対し、第五の実施例では、無線端末６がセルＩＤを要求するビーコンを送信し、周辺の無線端末６と接続し、さらに周辺の無線端末６に対して、所定のセルＩＤの親局２までのホップ数の情報を要求する。そして、無線端末６は、ホップ数応答を受信して、親局２までのルートを決定し、その結果を他の無線端末６経由で親局２に伝達することによって、所定のセルＩＤを有する親局２までのホップ数を、親局２経由で制御局１に伝える。

具体的には、図１９に示すように、無線端末Ｓ＃２がセルＩＤを要求するビーコンを送信する（１９０１）。周辺の無線端末Ｓ＃１は、ビーコン（セルＩＤ要求）を受信すると、無線端末Ｓ＃１が所属するセルＩＤを含むビーコン応答を送信する（１９０２）。その後、無線端末Ｓ＃２がホップ数要求を送信する（１９０３）。無線端末６（Ｓ＃１）は、所属するセルＩＤのホップ数を応答する（１９０４）。

その後、無線端末Ｓ＃２は、無線端末Ｓ＃１との接続を決定し、無線端末Ｓ＃１に親ルート情報（ホップ数）を送信する（１９０５）。無線端末Ｓ＃１は、無線端末Ｓ＃２から親ルート情報を受信すると、親局２に親ルート情報（ホップ数）を送信する（１９０６）。無線端末Ｓ＃２が親局２に送信する親ルート情報には、ネクストホップが無線端末Ｓ＃１であることを示す情報が含まれていてもよい。

以上に説明したように、本発明の実施例によると、制御局１は、親局２〜５の各々に共通の第１の識別子（セル形成用仮想ＩＤ２０２）と第１の周波数（セル形成用ビーコン周波数２０３）を設定し、所定の手順で親局２〜５と無線端末６との通信を行わせ、親局２〜５ごとに無線端末６との間のホップ数を取得し、取得したホップ数に基づいて、無線端末６をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に収容するセルを形成し、各グループの親局に、グループ毎に異なる第２の識別子（運用ＩＤ２０４）と第２の周波数（運用周波数２０５）を設定し、グループ内の無線端末６と親局とは、第２の識別子と第２の周波数を使用して通信するので、親局の起動のタイミングによらず、無駄なホップ数を低減した通信システムを構成できる。さらに、無線端末６の消費電力を低減でき、無線端末６の稼動時間を長くできる。このため、資源探査用などの無線端末として長期間データを収集するために好適である。

また、制御局１は、親局毎に基準信号（ビーコン）を送信するタイミング（ビーコン送信時刻２０１）を割り当て、親局２〜５の各々は、割り当てられたタイミングにおいて、第１の周波数２０３を使用して基準信号を送信し、無線端末６との間のホップ数を取得するので、同じ第１の識別子（セル形成用仮想ＩＤ２０２）及び第１の周波数（セル形成用ビーコン周波数２０３）が設定された親局を、ビーコン送信タイミングによって区別できる。

また、制御局１、親局２〜５及び無線端末６は、ＧＰＳ受信機（時間管理部１００２、親局時間管理部１１０２、無線端末時間管理部１２０１）を有し、ＧＰＳ受信機を用いて時刻を同期するので、制御局１、親局２〜５及び無線端末６において、正確に時間を同期できる。

また、前記第２の周波数は第１の周波数と異なる周波数であり、親局の少なくとも一つは、第１の識別子２０２と第１の周波数２０３を使用して、無線端末６との間のホップ数を取得し、他の親局の各々は、親局毎に異なる第２の識別子２０４と第２の周波数２０５を使用して、無線端末６と通信するので、運用フェーズの通信への影響を最小限にしてセル形成フェーズの通信ができる。

また、制御局１は、ネクストホップ（すなわち、直接の下位）の無線端末６からの受信電力及び親局に接続する無線端末の数の少なくとも一つ、及び取得したホップ数に基づいて、無線端末６をグループ化して、セルを形成するので、ホップ数が同じ場合でも適切な接続先の親局を選択できる。また、セル間での無線端末の数の偏りを低減でき、セル間の負荷の偏りを低減できる。

また、制御局１は、所定のタイミングで、親局２〜５の通信品質及び無線端末６の通信品質を判定し、通信品質が低いと判定された親局２〜５及び無線端末６が属するセルの親局２〜５に第１の識別子２０２と第１の周波数２０３を設定し、所定の手順で当該親局と無線端末６との通信を行わせ、当該親局と無線端末６との間のホップ数を取得し、取得したホップ数の情報に基づいて、無線端末６をグループ化して、該グループ内の無線端末６と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各グループの無線端末６を一つの親局に接続するセルを形成するので、セル形成後に伝搬環境が変化しても、セルを最適化して、無駄なホップ数を低減し、無線端末６の消費電力を低減できる。

また、制御局は、第２の周波数（運用周波数２０５）として使用されていない周波数を第１の周波数（セル形成用ビーコン周波数２０３）として選択して、通信品質が低いと判定された親局及び無線端末が属するセルの親局に設定するので、運用フェーズの通信への影響を最小限にしてセルを再形成できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

Claims (14)

1. 複数の無線端末と、
   前記無線端末と無線で接続可能な複数の親局と、
   前記親局と接続され、前記無線端末からのデータ収集を制御する制御局とを備える通信システムであって、
   前記無線端末は、他の無線端末が送信したデータを前記親局又は上位の無線端末に転送するマルチホップデータ伝送機能を有し、
   前記制御局は、
   前記親局の各々に共通の第１の識別子と第１の周波数を設定し、所定の手順で前記親局と前記無線端末との通信を行わせ、前記親局毎に前記無線端末との間のホップ数を取得し、
   前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に収容するセルを形成し、
   前記各グループの親局に、前記グループ毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を設定し、
   前記グループ内の無線端末と親局とは、前記第２の識別子と前記第２の周波数を使用して通信することを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記制御局は、前記親局毎に基準信号を送信するタイミングを割り当て、
   前記親局の各々は、前記割り当てられたタイミングにおいて、第１の周波数を使用して基準信号を送信し、前記無線端末との間のホップ数を取得することを特徴とする通信システム。
3. 請求項２に記載の通信システムであって、
   前記制御局、前記親局及び前記無線端末は、ＧＰＳ受信機を有し、前記ＧＰＳ受信機を用いて時刻を同期することを特徴とする通信システム。
4. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記第２の周波数は、前記第１の周波数と異なるものであり、
   前記親局の少なくとも一つは、前記第１の識別子と前記第１の周波数を使用して、前記無線端末との間のホップ数を取得し、
   他の親局の各々は、前記親局毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を使用して、前記無線端末と通信することを特徴とする通信システム。
5. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記制御局は、ネクストホップの無線端末からの受信電力及び親局に接続する無線端末の数の少なくとも一つ、及び前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、セルを形成することを特徴とする通信システム。
6. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記制御局は、
   所定のタイミングで、前記親局の通信品質及び前記無線端末の通信品質を判定し、
   通信品質が低いと判定された親局及び無線端末が属するセルの親局に前記第１の識別子と前記第１の周波数を設定し、所定の手順で当該親局と前記無線端末との通信を行わせ、当該親局と前記無線端末との間のホップ数を取得し、
   前記取得したホップ数の情報に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に接続するセルを形成することを特徴とする通信システム。
7. 請求項６に記載の通信システムであって、
   前記制御局は、前記第２の周波数として使用されていない周波数を前記第１の周波数として選択して、前記通信品質が低いと判定された親局及び当該親局が形成するセルの無線端末に設定することを特徴とする通信システム。
8. 通信システムにおける通信方法であって、
   前記通信システムは、複数の無線端末と、前記無線端末と無線で接続可能な複数の親局と、前記親局と接続され、前記無線端末からのデータ収集を制御する制御局とを有し、
   前記無線端末は、他の無線端末が送信したデータを前記親局又は上位の無線端末に転送するマルチホップデータ伝送機能を有し、
   前記方法は、
   前記制御局が、前記親局の各々に共通の第１の識別子と第１の周波数を設定し、所定の手順で前記親局と前記無線端末との通信を行わせ、前記親局毎に前記無線端末との間のホップ数を取得するホップ数取得手順と、
   前記制御局が、前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に収容するセルを形成するセル形成手順と、
   前記制御局が、前記各グループの親局に、前記グループ毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を設定する設定手順とを含み、
   前記グループ内の無線端末と親局とは、前記第２の識別子と前記第２の周波数を使用して通信することを特徴とする通信方法。
9. 請求項８に記載の通信方法であって、
   前記制御局は、前記親局毎に基準信号を送信するタイミングを割り当て、
   前記ホップ数取得手順において、前記親局の各々は、前記割り当てられたタイミングにおいて、第１の周波数を使用して基準信号を送信し、前記無線端末との間のホップ数を取得することを特徴とする通信方法。
10. 請求項９に記載の通信方法であって、
    前記制御局、前記親局及び前記無線端末は、ＧＰＳ受信機を用いて時刻を同期することを特徴とする通信方法。
11. 請求項８に記載の通信方法であって、
    前記第２の周波数は、前記第１の周波数と異なるものであり、
    前記ホップ数取得手順において、前記親局の少なくとも一つは、前記第１の識別子と前記第１の周波数を使用して、前記無線端末との間のホップ数を取得し、
    他の親局の各々は、前記親局毎に異なる第２の識別子と第２の周波数を使用して、前記無線端末と通信することを特徴とする通信方法。
12. 請求項８に記載の通信方法であって、
    前記セル形成手順において、前記制御局は、ネクストホップの無線端末からの受信電力及び親局に接続する無線端末の数の少なくとも一つ、及び前記取得したホップ数に基づいて、前記無線端末をグループ化して、セルを形成することを特徴とする通信方法。
13. 請求項８に記載の通信方法であって、
    前記制御局は、所定のタイミングで、前記親局の通信品質及び前記無線端末の通信品質を判定し、
    前記制御局は、通信品質が低いと判定された親局及び無線端末が属するセルの親局に前記第１の識別子と前記第１の周波数を設定し、所定の手順で当該親局と前記無線端末との通信を行わせ、当該親局と前記無線端末との間のホップ数を取得し、
    前記制御局は、前記取得したホップ数の情報に基づいて、前記無線端末をグループ化して、該グループ内の無線端末と直接又は間接に接続する親局を決定することによって、各前記グループの無線端末を一つの親局に接続するセルを形成することを特徴とする通信方法。
14. 請求項１３に記載の通信方法であって、
    前記制御局は、前記第２の周波数として使用されていない周波数を前記第１の周波数として選択して、前記通信品質が低いと判定された親局及び当該親局が形成するセルの無線端末に設定することを特徴とする通信方法。

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