(57)【要約】【課題】無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を選択することが可能である無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラムを提供する。【解決手段】無線通信システムは、３以上の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムであって、制御装置は、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置までの複数の経路について、経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を経路ごとに定める設定部と、経路ごとの無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、総乗値が所定閾値以上である経路を選択する探索部とを備える。【選択図】図１
2020010162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムであって、
前記制御装置は、
第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定める設定部と、
前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する探索部と
を備える、無線通信システム。
【請求項２】
前記設定部は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める、
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記設定部は、前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が前記所定回数を超えている場合、前記総乗値が最大である前記経路において前記無線フレームの到達確率が所定確率未満となっている前記無線区間を検出し、検出された前記無線区間の通信の冗長度を増加させる、
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
３以上の無線通信装置と、制御装置を備える無線通信システムが実行する制御方法であって、
前記制御装置は、
第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定め、
前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する、
制御方法。
【請求項５】
前記制御装置は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める、
請求項４に記載の制御方法。
【請求項６】
３以上の無線通信装置のうちの第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定める設定部と、
前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する探索部と
を備える制御装置。
【請求項７】
前記設定部は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムが、複製されたパケットを複数の周波数帯の無線フレームを利用して送信する冗長通信を実行する送信機と、最先で正常に受信された無線フレームをパケットとして取得する受信機とを備える場合がある。このような無線通信システムは、無線フレームの損失確率が高い環境であっても、要求される遅延時間内のパケット到達確率（無線フレーム到達確率）に関して高い信頼性を実現することができる（非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１から図１３までに示された各無線通信システムは、３台の無線通信装置を備える。各無線通信装置の間には、無線マルチホップ経路を構成する無線区間が存在する。無線通信装置は、選択された経路の無線区間を介して、互いに通信する。一つの無線区間には、複数の無線リンクが存在してもよい。無線通信装置は、複数の無線リンクを利用して冗長通信を実行することができる。
【０００４】
図１１は、無線マルチホップ経路の選択の第１例を示す図である。図１１では、無線通信システムは、ホップ数（経路の無線区間の数）が少なくなるように、第１無線区間を最短経路として選択する。しかしながら、最短経路の第１無線区間（無線リンク）において無線フレームの損失率（以下「フレーム損失率」という。）が高い場合には、複数の無線リンクを利用した冗長通信が必要となる。このため、最短経路（第１無線区間）のリソース消費は、最短でない経路（第２無線区間及び第３無線区間）のリソース消費よりも多くなることがある。
【０００５】
図１２は、無線マルチホップ経路の選択の第２例を示す図である。図１２では、無線通信システムは、要求されたパケット到達確率を満たすか否かを、すなわち、要求された信頼性（以下「要求信頼性」という。）を満たすか否かを、無線区間ごとに判定する。しかしながら、各無線区間では経路が要求信頼性を満たしている場合でも、経路の起点から終点まで（無線通信装置Ａ及び無線通信装置Ｚ）の間では、経路が要求信頼性を満たさない場合がある。
【０００６】
図１２では、要求信頼性は、例えば７回以内の送信回数で到達するパケット（無線フレーム）の割合が９９．９９％以上であるという信頼性である。第１無線区間のフレーム損失率は、例えば１０％である。第２無線区間のフレーム損失率は、例えば２０％である。この場合、第１無線区間では要求信頼性が満たされている（７回以内の送信回数で到達するパケットの割合は、９９．９９９９９％である）。第２無線区間では要求信頼性が満たされている（７回以内の送信回数で到達するパケットの割合は、９９．９９８７２％である）。しかしながら、無線通信装置Ａ及び無線通信装置Ｚの間では、要求信頼性が満たされていない（７回以内に到達するパケットの割合は、９９．９８８５６％である）。無線通信システムの制御装置は、このように要求信頼性を満たさない経路を選択してしまう場合がある。
【０００７】
図１３は、無線マルチホップ経路の選択の第３例を示す図である。図１３では、無線通信システムの制御装置は、要求される遅延（以下「要求遅延」という。）を、起点から終点までの経路のホップ数に応じて分割する。無線通信システムの制御装置は、分割結果に基づいて、無線区間ごとに要求信頼性を判定する。要求遅延は、無線フレームの送信回数の上限を用いて表現される。
【０００８】
図１３では、要求信頼性は、無線通信装置Ａから無線通信装置Ｚまでの経路において、例えば８回以内の送信回数で到達するパケットの割合が９９．９９％以上であるという信頼性である。この要求信頼性を満たすためには、無線区間ごとの要求信頼性は、４回以内の送信回数で到達するパケットの割合が９９．９９％以上である必要がある。ここで、要求遅延である送信回数の上限８回をホップ数「２」で分割することによって、各無線区間の送信回数の上限は４回以内とされた。
【０００９】
第１無線区間のフレーム損失率は、例えば１５％である。第２無線区間のフレーム損失率は、例えば２０％である。この場合、４回以内の送信回数で到達するパケットの割合は、第１無線区間では９９．９４９３７５％であり、第２無線区間では９９．８４％である。したがって、第１無線区間と第２無線区間とはいずれも要求信頼性を満たさないと判定される。しかしながら、無線通信装置Ａと無線通信装置Ｚの間では、８回以内の送信回数で到達するパケットの割合が９９．９９６０５８１％であり、要求信頼性は満たされている。このように、無線通信システムは、要求信頼性を満たしている第１無線区間と第２無線区間とを、要求信頼性を満たさない無線区間であると誤判定する。この誤判定に基づいて、無線通信システムは、不必要な冗長通信を実行してしまう場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】宗、納谷、藤田、吉澤、清水、「複数無線方式冗長送信を用いた高信頼・低遅延無線アクセスの他システム干渉下における遅延特性評価」、信学技報、ＲＣＣ２０１７−４２（２０１７−０７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
無線アクセスネットワーク（無線バックホール）における無線マルチホップのように、複数の無線区間を無線フレームが経由する場合、一つの無線区間が要求信頼性を満たしていても、複数の無線区間を含む経路の端点間では、要求される信頼性を経路が満たさない可能性がある。
【００１２】
しかしながら、従来の制御装置は、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を選択することができない場合があった。
【００１３】
上記事情に鑑み、本発明は、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を選択することが可能である無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、３以上の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムであって、前記制御装置は、第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定める設定部と、前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する探索部とを備える、無線通信システムである。
【００１５】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記設定部は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める。
【００１６】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記設定部は、前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が前記所定回数を超えている場合、前記総乗値が最大である前記経路において前記無線フレームの到達確率が所定確率未満となっている前記無線区間を検出し、検出された前記無線区間の通信の冗長度を増加させる。
【００１７】
本発明の一態様は、３以上の無線通信装置と、制御装置を備える無線通信システムが実行する制御方法であって、前記制御装置は、第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定め、前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する。
【００１８】
本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記制御装置は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める。
【００１９】
本発明の一態様は、３以上の無線通信装置のうちの第１の前記無線通信装置から第２の前記無線通信装置までの複数の経路について、前記経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を前記経路ごとに定める設定部と、前記経路ごとの前記無線フレームの送信回数が所定回数以下であり、前記総乗値が所定閾値以上である前記経路を選択する探索部とを備える制御装置である。
【００２０】
本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記設定部は、所定到達確率の余事象の対数値を、前記複数の経路について前記無線区間ごとの前記無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、前記無線フレームの送信回数を定める。
【００２１】
本発明の一態様は、上記の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態における、無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】実施形態における、到達確率総乗経路木の例を示す図である。
【図３】実施形態における、制御装置の構成例を示す図である。
【図４】実施形態における、トポロジデータの例を示す図である。
【図５】実施形態における、経路木データテーブルの例を示す図である。
【図６】実施形態における、ホップ数よりも到達確率を優先して経路木データテーブルを設定する手順の例を示すフローチャートである。
【図７】実施形態における、到達確率よりもホップ数を優先して経路木データテーブルを設定する手順の例を示すフローチャートである。
【図８】実施形態における、要求信頼性を満たす冗長度を設定する手順の例を示すフローチャートである。
【図９】実施形態における、到達確率総乗値に応じて要求信頼性を満たす送信回数の例を示す図である。
【図１０】実施形態における、遅延算出処理の詳細の例を示すフローチャートである。
【図１１】従来における、無線マルチホップ経路の選択の第１例を示す図である。
【図１２】従来における、無線マルチホップ経路の選択の第２例を示す図である。
【図１３】従来における、無線マルチホップ経路の選択の第３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、無線通信システム１の構成例を示す図である。無線通信システム１は、無線アクセスネットワーク（無線バックホール）において、無線マルチホップの通信を実行するシステムである。無線通信システム１は、複数の無線通信装置２と、制御装置３とを備える。
【００２５】
無線通信装置２は、制御装置３によって選択された１以上の無線区間により定まる経路を送信される無線フレーム（パケット）によって、無線マルチホップの通信を実行する。送信側の無線通信装置２は、複製されたパケットを複数の周波数帯の無線フレームを利用して送信する冗長通信を実行する。受信側の無線通信装置２は、最先で正常に受信された無線フレームを、パケットとして取得する。
【００２６】
制御装置３は、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を、到達確率総乗経路木から選択する。到達確率総乗経路木とは、各無線通信装置２をノードとする経路木であり、到達確率総乗値を表す経路木である。到達確率総乗値とは、パケットの到達確率が経路に沿って総乗された値である。
【００２７】
図２は、到達確率総乗経路木の例を示す図である。以下では、「Ａ」から「Ｆ」までの各符号は、各無線通信装置２を表す。到達確率総乗経路木では、無線通信装置２がノード（点）であり、無線区間がリンクである。図２では、到達確率総乗経路木の起点は、符号Ａが割り当てられた無線通信装置である。例えば、符号Ａが割り当てられた無線通信装置（起点）と、符号Ｂが割り当てられた無線通信装置（終点）との間のパケットの到達確率は、０．８である。
【００２８】
図３は、制御装置３の構成例を示す図である。制御装置３は、記憶部３０と、経路探索部３１とを備える。記憶部３０は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）である。記憶部３０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記録媒体を有してもよい。
【００２９】
記憶部３０は、トポロジデータ記憶部として、トポロジデータ３００を記憶する。記憶部３０は、データテーブル記憶部として、経路木データテーブル３０１を記憶する。記憶部３０は、経路探索部３１が実行するプログラムを記憶してもよい。
【００３０】
経路探索部３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。経路探索部３１は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
【００３１】
経路探索部３１は、設定部３１０と、探索部３１１とを備える。設定部３１０は、到達確率総乗経路木のデータテーブル（以下「経路木データテーブル」という。）を設定する。すなわち、設定部３１０は、第１の無線通信装置２から第２の無線通信装置２までの複数の経路について、経路を構成する無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果である総乗値を、到達確率総乗値として経路ごとに定める。探索部３１１は、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を、到達確率総乗経路木から選択する。すなわち、探索部３１１は、到達確率総乗値が最大である経路を、到達確率総乗経路木から選択する。
【００３２】
次に、設定部３１０の詳細について説明する。
図４は、トポロジデータ３００の例を示す図である。トポロジデータ３００は、到達確率総乗経路木のトポロジデータである。トポロジデータでは、無線区間と、利用可能な無線リンク数と、利用可能なチャネルと、無線フレームの到達確率（再送を含まない）とが、互いに対応付けられている。無線区間「Ａ−Ｂ」では、利用可能な無線リンク数は例えば「２」であり、利用可能なチャネルは例えば「ｃｈ４０」等であり、「ｃｈ４０」の無線フレームの到達確率（再送を含まない）は例えば０．８である。
【００３３】
図５は、経路木データテーブルの例を示す図である。経路木データテーブルの上から２行目において、符号Ｂが割り当てられた無線通信装置を起点とし、符号Ａが割り当てられた無線通信装置を最終の確定点とした場合における、到達確率を優先する経路探索の途中状態を表す経路木データテーブルが、一例として示されている。
【００３４】
次に、無線通信システム１の動作手順を説明する。
図６は、ホップ数よりも到達確率を優先して経路木データテーブルを設定する手順の例を示すフローチャートである。無線通信システム１は、図６に示された動作手順を、無線通信装置２のネットワークが構築された段階で実行する。
【００３５】
設定部３１０は、経路木データテーブルにおいて計算状況（探索処理の進捗状況）が未となっている起点の無線通信装置２が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。経路木データテーブルにおいて計算状況が未となっている起点の無線通信装置が存在しない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、設定部３１０は、経路木データテーブルを設定する処理を終了する。
【００３６】
経路木データテーブルにおいて計算状況が未となっている起点の無線通信装置が存在する場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、設定部３１０は、計算状況が未となっている無線通信装置の一つを、探索処理の起点として選択する（ステップＳ１０２）。
【００３７】
経路木データテーブルにおいて起点と終点とが同一であるセルに対して、設定部３１０は、到達確率総乗値（初期コスト）を１に、ホップ数を０に、上流を無しに、確定フラグを確定に、それぞれ設定する。設定部３１０は、その起点を最終確定点として選択する（ステップＳ１０３）。
【００３８】
設定部３１０は、無線通信装置２をノード（点）とする到達確率総乗経路木において、最終確定点に隣接する点（以下「隣接点」という。）、すなわち、一つの無線区間を経由して最終確定点と接続される点のうちから、確定フラグが「未」である全ての点をリストに記録する（ステップＳ１０４）。
【００３９】
設定部３１０は、リストが空集合であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。リストが空集合である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ１１１に処理を進める。リストが空集合でない（確定フラグが「未」である１個以上の点がリストに記録されている）場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、設定部３１０は、一つの隣接点をリストから選択する（ステップＳ１０６）。
【００４０】
設定部３１０は、最終確定点の「到達確率総乗値」と、選択された最終確定点及び隣接点の無線区間におけるフレームの到達確率（再送を含まない）との総乗結果である総乗値を、選択された隣接点の到達確率総乗値として算出する（ステップＳ１０７）。このように、設定部３１０は、通信に関するコストの加算値を算出する代わりに、到達確率総乗値を算出する。
【００４１】
設定部３１０は、経路木データテーブルにおける隣接点の「到達確率総乗値」が「未」である場合と、算出された総乗値よりも経路木データテーブルにおける隣接点の「到達確率総乗値」が大きい場合とのいずれかであるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
【００４２】
それらの場合のいずれかである場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ１１０に処理を進める。それらの場合のいずれでもない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、設定部３１０は、隣接点の「到達確率総乗値」と算出された総乗値とが等しく、かつ、隣接点の「ホップ数」が最終確定点の「ホップ数」よりも２以上大きいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
【００４３】
隣接点の「到達確率総乗値」と算出された総乗値とが異なる場合、又は、隣接点の「ホップ数」が最終確定点の「ホップ数」以下、若しくは、隣接点の「ホップ数」が最終確定点の「ホップ数」よりも１大きい場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、設定部３１０は、ステップＳ１０５に処理を戻す。
【００４４】
隣接点の「到達確率総乗値」と算出された総乗値とが等しく、かつ、隣接点の「ホップ数」が最終確定点の「ホップ数」よりも２以上大きい場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、設定部３１０は、選択された隣接点の「到達確率総乗値」に対して、算出された総乗値を設定する。設定部３１０は、選択された隣接点の「上流」に対して、最終確定点を設定する。設定部３１０は、選択された隣接点の「ホップ数」に対して、最終確定点の「ホップ数」に１が加算された値を設定する（ステップＳ１１０）。設定部３１０は、ステップＳ１０５に処理を戻す。
【００４５】
設定部３１０は、確定フラグが「未」であり、かつ、到達確率総乗値が設定されている点のうちから、到達確率総乗値が最大である点を、最終確定点として選択する。設定部３１０は、選択された最終確定点に対して、確定フラグを「確定」に設定する（ステップＳ１１１）。
【００４６】
設定部３１０は、ステップＳ１０２において選択された起点（選択中の起点）に対する全ての終点で確定フラグが「確定」であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１０２において選択された起点に対するいずれかの終点で確定フラグが「未」である場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、設定部３１０は、ステップＳ１０４に処理を戻す。ステップＳ１０２において選択された起点に対する全ての終点で確定フラグが「確定」である場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ１０２において選択された起点の計算状況を、「済」に設定する（ステップＳ１１３）。
【００４７】
図７は、到達確率よりもホップ数を優先して経路木データテーブルを設定する手順の例を示すフローチャートである。無線通信システム１は、図７に示された動作手順を、無線通信装置２のネットワークが構築された段階で実行する。ステップＳ２０１からステップＳ２０７までは、図６に示されたステップＳ１０１からステップＳ１０７までと同様である。
【００４８】
設定部３１０は、経路木データテーブルにおける隣接点の「ホップ数」が「未」である場合と、選択された隣接点の「ホップ数」が最終確定点の「ホップ数」よりも２以上大きい場合とのいずれかであるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。
【００４９】
それらの場合のいずれかである場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ２１０に処理を進める。それらの場合のいずれでもない場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、設定部３１０は、隣接点の「ホップ数」と最終確定点の「ホップ数」とが等しく、かつ、算出された総乗値よりも隣接点の「到達確率総乗値」が大きいか否かを判定する（ステップＳ２０９）。
【００５０】
隣接点の「ホップ数」と最終確定点の「ホップ数」とが異なる場合、又は、隣接点の「到達確率総乗値」が算出された総乗値以下である場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、設定部３１０は、ステップＳ２０５に処理を戻す。
【００５１】
隣接点の「ホップ数」と最終確定点の「ホップ数」とが等しく、かつ、算出された総乗値よりも隣接点の「到達確率総乗値」が大きい場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ２１０に処理を進める。ステップＳ２１０からステップＳ２１３までは、図６に示されたステップＳ１１０からステップＳ１１３までと同様である。
【００５２】
以下、冗長度とは、同一の無線区間で同時に通信に利用される無線リンクの数である。冗長度は、無線区間ごとに設定される。図４に示されたトポロジデータ３００によれば、例えば、無線区間「Ａ−Ｂ」で利用可能な無線リンクの数は２である。このため、無線区間「Ａ−Ｂ」では、設定部３１０は、最大「２」まで冗長度を設定可能である。ここで、設定部３１０は、無線区間の両端を構成する２台の無線通信装置の無線部（アンテナ）の数のうちで少ないほうの数以下の値を、トポロジデータ３００における「利用可能な無線リンク数」に設定する。
【００５３】
冗長度が「２」の場合、無線通信装置は、２本の無線リンクを同時に利用した冗長通信を実行する。送信側の無線通信装置は、同一無線区間に送信される１個のパケットを、その無線区間で同時に利用される２本の無線リンクの両方に複製する。送信側の無線通信装置は、複製されたパケットを、２本の無線リンクを利用して受信側の無線通信装置に送信する。受信側の無線通信装置は、複製された２個のパケットのうち最先に到着したパケットを取得する。受信側の無線通信装置は、最先に到着したパケット以外のパケットを破棄する。
【００５４】
同時に利用される２本の無線リンクのうち、第１無線リンクのパケットの到達確率（再送を含まない）が０．８０（８０％）であり、第２無線リンクのパケットの到達確率（再送を含まない）が０．７５（７５％）であった場合、１回の冗長通信で複製された無線フレームのいずれか一方が到達する確率は０．９５（９５％）である。このように、無線通信装置は、冗長通信によって、無線区間の信頼性を高めることができる。
【００５５】
なお、無線通信装置は、冗長通信に利用される無線リンクごとに、異なるチャネルを割り当てる。各無線通信装置は、無線リンクごとに異なるチャネルを割り当て可能である十分な数の無線部（アンテナ）を備える。
【００５６】
設定部３１０は、経路ごとの無線フレームの送信回数が所定回数を超えている場合、総乗値が最大である経路において無線フレームの到達確率が所定確率未満となっている無線区間を検出する。設定部３１０は、検出された無線区間の通信の冗長度を増加させてもよい。
【００５７】
図８は、要求信頼性を満たす冗長度を設定する手順の例を示すフローチャートである。設定部３１０は、図６又は図７に示された動作手順を実行した後で、図８に示された動作手順を実行する。
【００５８】
設定部３１０は、要求遅延を表す情報と、要求される到達確率を表す情報と、無線通信を実行する２台の無線通信装置を表す情報とを、要求信頼性を満たす無線通信の開始要求として取得する（ステップＳ３０１）。設定部３１０は、到達確率総乗経路木において、無線通信を実行する２点間の経路を選択する（ステップＳ３０２）。設定部３１０は、フレームの最悪遅延値を算出する処理である遅延算出処理を実行する（ステップＳ３０３）。
【００５９】
設定部３１０は、算出された遅延値が要求遅延以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。算出された遅延値が要求遅延以下である場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、設定部３１０は、ステップＳ３０８に処理を進める。
【００６０】
算出された遅延値が要求遅延を超えている場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、設定部３１０は、冗長度を増加可能な１以上の無線区間のうちから、無線フレームの到達確率が最低である無線区間が存在するか否かを判定する。無線フレームの到達確率が最低である無線区間が存在する場合、無線フレームの到達確率が最低である無線区間を選択する（ステップＳ３０５）。
【００６１】
無線フレームの到達確率が最低である無線区間が存在しない場合（ステップＳ３０５：冗長度を増加可能な無線区間が存在しない）、設定部３１０は、ステップＳ３０７に処理を進める。無線フレームの到達確率が最低である無線区間が存在する場合（ステップＳ３０５：冗長度を増加可能な無線区間が存在する）、設定部３１０は、選択された無線区間において要求信頼性を満たす送信回数が減少する冗長度を算出する（ステップＳ３０６）。設定部３１０は、ステップＳ３０３に処理を戻す。
【００６２】
設定部３１０は、要求信頼性を満たす経路を検出できなかったことを表す情報を出力し、冗長度を設定する処理を終了する（ステップＳ３０７）。
【００６３】
設定部３１０は、冗長度が変更された場合、冗長度を無線通信装置２の通信機能部に設定する（ステップＳ３０８）。設定部３１０は、要求信頼性を満たす経路が存在することを表す情報を出力し、冗長度を設定する処理を終了する（ステップＳ３０９）。
【００６４】
図９は、到達確率総乗値に応じて要求信頼性を満たす送信回数の例を示す図である。ケース１では、符号Ａが割り当てられた無線通信装置が起点であり、符号Ｚが割り当てられた無線通信装置が終点である。ケース１では、到達確率総乗値は、起点から終点までのフレーム到達確率と等しく、０．７２である。ケース２及びケース３では、符号Ａが割り当てられた無線通信装置が起点であり、符号Ｍが割り当てられた無線通信装置が中継点であり、符号Ｚが割り当てられた無線通信装置が終点である。ケース２では、到達確率総乗値は、起点から中継点までのフレーム到達確率０．９と、中継点から終点までのフレーム到達確率０．８との総乗値「０．７２」である。ケース３では、到達確率総乗値は、起点から中継点までのフレーム到達確率０．９と、中継点から終点までのフレーム到達確率０．９との総乗値「０．８１」である。
【００６５】
到達確率総乗値が大きいケースであるほど、要求信頼性（起点から終点までのフレーム到達確率）を満たす送信回数が少ない。すなわち、到達確率総乗値が大きいケースであるほど、遅延が少ない。したがって、到達確率総乗値が高い経路であるほど、より厳しい要求遅延を満たす。
【００６６】
図１０は、遅延算出処理（図８に示されたステップＳ３０３）の詳細の例を示すフローチャートである。図８及び図１０に示されたステップＳ３０３の遅延算出処理において、設定部３１０は、フレームの送信回数の最小値を算出する。設定部３１０は、算出された送信回数の最小値に基づいて、最悪遅延値を算出する。
【００６７】
遅延算出処理の第１例では、設定部３１０は、要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値Ｓに基づいて、最悪遅延値を精度よく算出することができる。要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値Ｓは、式（１）のように表される。
【００６８】
【数１】
2020010162.tif 000003
【００６９】
ここで、Ｒは、要求信頼性の基準となる確率（９９．９９％等）を表す。ｓは、パケット到達確率Ｒ以上で経路の端点間をパケットが到達するフレームの送信回数を表す。Ｓは、フレームの送信回数ｓの最小値を表す。ｋは、経路の端点間のホップ数を表す。ｉｊは、ホップのインデックスｊの無線リンクにおけるフレームの送信回数を表す。ｒｊは、ホップのインデックスｊの無線リンクにおけるフレームの到達確率を表す。
【００７０】
なお、ホップ数の増加に応じて、計算量は増加する。式（１）の右辺の（Πｒｊ（１−ｒｊ）ｉｊ）の計算量がｘと表される場合、式（１）の計算量は、Ｏ（ｘ（ｓ−ｋ）ｋ）である。
【００７１】
遅延算出処理の第２例では、設定部３１０は、要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値Ｓの近似値に基づいて、少ない計算量で最悪遅延値の近似値を算出することができる。要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値Ｓの近似値は、式（２）のように表される。
【００７２】
【数２】
2020010162.tif 000004
【００７３】
ここで、Ｒは、要求信頼性の基準となる確率（９９．９９％等）を表す。ｓは、パケット到達確率Ｒ以上で経路の端点間をパケットが到達するフレームの送信回数を表す。Ｓは、フレームの送信回数ｓの最小値の近似値を表す。Ｆは、余事象（１−Ｒ）を表す。ｌｎは、自然対数を表す。ｋは、経路の端点間のホップ数を表す。ｒｊは、ホップのインデックスｊの無線リンクにおけるフレーム到達確率を表す。Π１≦ｊ≦ｋｒｊは、経路全体で総乗されたフレーム到達確率を表す。ｆは、余事象（１−Π１≦ｊ≦ｋｒｊ）を表す。
【００７４】
Ｒのナイン数が大きい場合、設定部３１０は、要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値の近似値Ｓに基づいて、最悪遅延値の近似値を算出することができる。式（２）の計算量は、Ｏ（１）である。
【００７５】
なお、フレームの到達確率ｒｊが１に近い（０．９よりも大きい）場合、設定部３１０は、要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値Ｓのより良い近似値に基づいて、少ない計算量で最悪遅延値のより良い近似値を算出することができる。要求信頼性を満たすフレームの送信回数の最小値のより良い近似値Ｓ’は、式（３）のように表される。
【００７６】
【数３】
2020010162.tif 000005
【００７７】
以上のように、実施形態の無線通信システム１は、３以上の無線通信装置２と、制御装置３とを備える。制御装置３は、設定部３１０と、探索部３１１とを備える。設定部３１０は、第１の無線通信装置２から第２の無線通信装置２までの複数の経路について、経路を構成する無線区間ごとの無線フレーム（パケット）の到達確率が総乗された結果である到達確率総乗値を、経路ごとに定める。探索部３１１は、経路ごとの無線フレームの送信回数が所定回数以下（要求遅延を満たす回数）であり、到達確率総乗値が所定閾値以上（要求信頼性を満たす値）である経路を選択する。探索部３１１は、到達確率総乗値が最大である経路を選択してもよい。
【００７８】
これによって、実施形態の無線通信システム１は、無線マルチホップに対する要求信頼性及び要求遅延を満たす経路を選択することが可能である。
【００７９】
制御装置３は、無線バックホールのように複数の無線区間を経由する経路の端点間において要求された信頼性を満たすような経路を構築ことが可能である。制御装置３は、無線マルチホップにおいて要求信頼性を満たすか否かを判定する精度を、向上させることが可能である。
【００８０】
制御装置３は、無線マルチホップの到達確率総乗経路木において、ホップ数が単に最小である経路（平均遅延が最小である経路）ではなく、要求信頼性を満たし易い経路（最悪遅延値が最小である経路）を選択することが可能である。
【００８１】
制御装置３は、無線バックホールのように複数の無線区間を経由する経路の端点間において、要求された信頼性を満たすような経路を構築することが可能である。したがって、制御装置３は、信頼度が高い無線通信の接続距離を長延化することが可能である。
【００８２】
到達確率を優先して探索する処理に関して、設定部３１０は、最短の経路木を算出するアルゴリズムにおいて、コストを用いる代わりに、各無線区間の無線フレームの到達確率（再送を含まない）を用いる。設定部３１０は、コストを加算する代わりに、到達確率の総乗を実行する。設定部３１０は、コストの比較において最小コストを選択する代わりに、到達確率の比較において最大の到達確率を選択する。設定部３１０は、経路の起点における初期コストを１に設定することで、到達確率総乗経路木テーブルを算出する。探索部３１１は、到達確率の比較において各無線区間の無線フレームの到達確率（再送を含まない）の総乗値が同じ値である経路が複数存在する場合には、ホップ数が最小である経路を選択してもよい。
【００８３】
ホップ数を優先して探索する処理に関して、設定部３１０は、最短の経路木を算出するアルゴリズムにおいて、ホップ数が等しい経路同士の比較において、経路上の各無線区間の無線フレームの到達確率（再送を含まない）の総乗値が最大である経路を選択する。
【００８４】
設定部３１０は、式（１）のように、要求時間内のパケット到達確率を表す要求信頼性に基づいて、各無線区間の無線フレームの到達確率（再送を含んでもよい）を算出する。設定部３１０は、各無線区間において同一の無線フレームを所定到達確率以上（再送を含でもよい）で送信可能である無線フレームの送信回数を算出する。設定部３１０は、無線区間ごとに算出された送信回数の値の全てを、到達確率が最も高い経路の無線区間の全体について加算した結果に基づいて、経路木の二点間の経路において要求された到達確率（要求信頼性）を満たして無線フレームを送信可能である無線フレームの送信回数を算出する。
【００８５】
設定部３１０は、式（２）又は式（３）のように、所定到達確率の余事象の対数値を、複数の経路について無線区間ごとの無線フレームの到達確率が総乗された結果の余事象の対数値で除算した結果に基づいて、無線フレームの送信回数を定めてもよい。
【００８６】
制御装置３は、無線バックホールのように複数の無線区間を経由する経路を算出し、算出された経路の２台の無線通信装置の間の要求信頼性の基準となる確率Ｒを用いて、式（１）、式（２）又は式（３）に基づいて、経路における最悪遅延値を算出することが可能である。制御装置３は、最悪遅延値が要求遅延以下となるように、各無線区間の冗長度を設定することが可能である。
【００８７】
以上、この発明の実施形態について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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００８８】
上述した実施形態における制御装置及び無線通信装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、無線通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１…無線通信システム、２…無線通信装置、３…制御装置、４…無線区間、３０…記憶部、３１…経路探索部、３００…トポロジデータ、３０１…経路木データテーブル、３１０…設定部、３１１…探索部、Ａ〜Ｆ，Ｍ，Ｚ…無線通信装置
【図１】
2020010162.tif 000006
【図２】
2020010162.tif 000007
【図３】
2020010162.tif 000008
【図４】
2020010162.tif 000009
【図５】
2020010162.tif 000010
【図６】
2020010162.tif 000011
【図７】
2020010162.tif 000012
【図８】
2020010162.tif 000013
【図９】
2020010162.tif 000014
【図１０】
2020010162.tif 000015
【図１１】
2020010162.tif 000016
【図１２】
2020010162.tif 000017
【図１３】
2020010162.tif 000018