(57)【要約】      （修正有）【課題】電波干渉を抑え、データ転送効率を最適化するマルチホップ無線通信ネットワークを提供する。【解決手段】モバイルノードの各々は、データ送信に使用するサブキャリアを選択し、転送元モバイルノードとの間の無線通信品質に基づいて１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出し、送信元モバイルノードは、転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいて固定パケット長を決定する。各モバイルノードは、隣接するモバイルノードとは送信タイミングの異なるタイムスロットを決定して、固定パケット長からなるデータの転送を行う。最低必要サブキャリアを選択する時に、モバイルノードのサブキャリアと、転送経路における次次ホップのサブキャリアとが重複する場合、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が多い側のサブキャリアを減少させる。【選択図】図９
2010028294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを転送する転送経路を自律的に形成する複数のモバイルノードを備え、
前記複数のモバイルノードの各々は、使用周波数帯域における複数のサブキャリアのうちから前記データの転送に使用する最低必要サブキャリアを選択し、前記転送経路における転送元モバイルノードとの間の無線通信品質に基づいた前記最低必要サブキャリア毎の送信可能ビット数を累積して１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出し、
前記各モバイルノードのうち、前記データの送信元モバイルノードは、前記転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいて前記データを送信するべき固定パケット長を決定して、
前記各モバイルノードは、前記転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数に基づいて、隣接するモバイルノードとは送信タイミングの異なる前記データを送信するべきタイムスロットを決定して、前記タイムスロットにおいて前記固定パケット長からなる前記データの転送を行い、
前記最低必要サブキャリアを選択する時に、当該モバイルノードの前記最低必要サブキャリアと、前記転送経路における当該モバイルノードから２ホップ先の次次ホップモバイルノードの前記最低必要サブキャリアとが重複する場合、前記重複が解消されるまで前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が多い側のモバイルノードから前記選択サブキャリアを１つずつ減少させて、当該モバイルノードの前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、前記タイムスロットを、前記転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数が、偶数であるモバイルノードと、奇数であるモバイルノードとが、それぞれ交互に前記データの転送を行うように設定する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項３】
請求項２に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、前記最低必要サブキャリアを、前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数に基づいて設定されるアンカーサブキャリアを基準として選択し、
前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数が２ｎ＋１（ｎは０以上の整数）、及び２ｎ＋２のモバイルノードは、前記アンカーサブキャリアを、前記各サブキャリアのうちで最も中心周波数の高いサブキャリアに設定して、前記最低必要サブキャリアを前記アンカーサブキャリアに隣接するサブキャリアから前記中心周波数が高い順に選択し、
前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数が２ｎ＋３、及び２ｎ＋４のモバイルノードは、前記アンカーサブキャリアを、最も中心周波数が低いサブキャリアに設定して、前記最低必要サブキャリアを前記アンカーサブキャリアに隣接するサブキャリアから前記中心周波数が低い順に選択する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項４】
請求項３に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記送信元モバイルノードは、前記固定パケット長を、前記転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に、前記タイムスロットの１フレーム長において送信するＯＦＤＭシンボルの数を乗算して算出する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項５】
請求項４に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、前記転送経路を形成する時の経路形成要求であるＲＲＥＱを受信するときに前記無線通信品質を取得する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項６】
請求項５に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、前記転送経路を形成する時の経路形成要求であるＲＲＥＱから、前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数を取得する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項７】
請求項６に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、当該モバイルノードが算出した１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数と、当該モバイルノードが選択した前記最低必要サブキャリアの数と、前記アンカーサブキャリアから前記最低必要サブキャリア毎までの送信可能ビット数の累積値とを、前記転送経路を形成する時の経路形成応答であるＲＲＥＰに含めて転送する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項８】
請求項７に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、当該モバイルノードが選択した前記最低必要サブキャリアの数と、前記アンカーサブキャリアから前記最低必要サブキャリア毎までの送信可能ビット数の累積値とを、前記転送経路内における当該モバイルノードから２ホップ前の前前ホップまで、前記ＲＲＥＰに含めて転送を行う
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項９】
請求項８に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、
前記転送経路によって一意に定める乱数生成の設定値を共有し、前記乱数生成の設定値によってＰＮ符号出力を生成して、前記ＰＮ符号出力から現在時刻に基づく乱数を切り出し、前記乱数に基づいて共通の確率を算出して、前記共通の確率によって前記タイムスロットの同期をとる
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項１０】
請求項９に記載のマルチホップ無線通信ネットワークであって、
前記各モバイルノードは、
前記ＲＲＥＰから前記乱数生成の設定値を取得する
マルチホップ無線通信ネットワーク。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて使用されるモバイルノード。
【請求項１２】
データを転送する転送経路を自律的に形成するステップと、
使用周波数帯域における複数のサブキャリアのうちから前記データの転送に使用する最低必要サブキャリアを選択するステップと、
前記転送経路における転送元モバイルノードとの間の無線通信品質に基づいた前記最低必要サブキャリア毎の送信可能ビット数を累積して１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出するステップと、
前記転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいて前記データを送信するべき固定パケット長を決定するステップと、
前記転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数に基づいて、隣接するモバイルノードとは送信タイミングの異なる前記データを送信するべきタイムスロットを決定するステップと、
前記タイムスロットにおいて前記固定パケット長からなる前記データの転送を行うステップと、
前記最低必要サブキャリアを選択する時に、当該モバイルノードの前記最低必要サブキャリアと、前記転送経路における当該モバイルノードから２ホップ先の次次ホップモバイルノードの前記最低必要サブキャリアとが重複する場合、前記重複が解消されるまで前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が多い側のモバイルノードから前記選択サブキャリアを１つずつ減少させて、当該モバイルノードの前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出するステップ
を備えるマルチホップ無線通信方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマルチホップ無線通信方法であって、前記タイムスロットを決定するステップは、
前記タイムスロットを、前記転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数が、偶数であるモバイルノードと、奇数であるモバイルノードとが、それぞれ交互に前記データの転送を行うように設定するステップ
を含むマルチホップ無線通信方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のマルチホップ無線通信方法であって、前記最低必要サブキャリアを選択するステップは、
前記最低必要サブキャリアを、前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数に基づいて設定されるアンカーサブキャリアを基準として選択するステップと、
前記アンカーサブキャリアを、前記各サブキャリアのうちで最も中心周波数の高いサブキャリアに設定して、前記最低必要サブキャリアを前記アンカーサブキャリアに隣接するサブキャリアから前記中心周波数が高い順に選択するステップと、
前記アンカーサブキャリアを、最も中心周波数が低いサブキャリアに設定して、前記最低必要サブキャリアを前記アンカーサブキャリアに隣接するサブキャリアから前記中心周波数が低い順に選択するステップと
を含むマルチホップ無線通信方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマルチホップ無線通信方法であって、前記固定パケット長を決定するステップは、
前記固定パケット長を、前記転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に、前記タイムスロットの１フレーム長において送信するＯＦＤＭシンボルの数を乗算して算出するステップ
を含むマルチホップ無線通信方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のマルチホップ無線通信方法であって、
前記転送経路を形成する時の経路形成要求であるＲＲＥＱを受信するときに前記無線通信品質を取得するステップ
をさらに備えるマルチホップ無線通信方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のマルチホップ無線通信方法であって、
前記転送経路を形成する時の経路形成要求であるＲＲＥＱから、前記送信元モバイルノードからの前記ホップ数を取得するステップ
をさらに備えるマルチホップ無線通信方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のマルチホップ無線通信方法であって、
当該モバイルノードが算出した１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数と、当該モバイルノードが選択した前記最低必要サブキャリアの数と、前記アンカーサブキャリアから前記最低必要サブキャリア毎までの送信可能ビット数の累積値とを、前記転送経路を形成する時の経路形成応答であるＲＲＥＰに含めて転送するステップ
をさらに備えるマルチホップ無線通信方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のマルチホップ無線通信方法であって、ＲＲＥＰに含めて転送するステップは、
当該モバイルノードが選択した前記最低必要サブキャリアの数と、前記アンカーサブキャリアから前記最低必要サブキャリア毎までの送信可能ビット数の累積値とを、前記転送経路内における当該モバイルノードから２ホップ前の前前ホップまで、前記ＲＲＥＰに含めて転送を行うステップ
を含むマルチホップ無線通信方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマルチホップ無線通信方法であって、
前記転送経路によって一意に定める乱数生成の設定値を共有するステップと、
前記乱数生成の設定値によってＰＮ符号出力を生成するステップと、
前記ＰＮ符号出力から現在時刻に基づく乱数を切り出すステップと、
前記乱数に基づいて共通の確率を算出するステップと、
前記共通の確率によって前記タイムスロットの同期をとるステップと
をさらに備えるマルチホップ無線通信方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載のマルチホップ無線通信方法であって、乱数生成の設定値を共有するステップは、
前記ＲＲＥＰから前記乱数生成の設定値を取得するステップ
を含むマルチホップ無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチホップ無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
アドホックネットワークの研究が進んでいる。アドホックネットワークは、無線基地局と無線端末の間のような、一対向間を基本とする通信（シングルホップ通信）に対して、複数の無線装置間を経由した通信（マルチホップ無線通信）を行う。アドホックネットワークは、ＩＥＴＦ（Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔａｓｋ  Ｆｏｒｃｅ）のＭＡＮＥＴ−ＷＧ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ−ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐｅ）や、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．）における８０２．１１委員会のＭｅｓｈ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｔａｓｋ  Ｇｒｏｕｐ（ＴＧｓ）等で標準化が進められている。アドホックネットワークは、多数のセンサを使用するセンサネットワークや、交通の問題を解決するためＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  ＴｒａｎｓＰｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等に応用することが可能な技術として期待されている。
【０００３】
マルチホップ無線通信は、複数の無線装置を経由して通信を行うため、隣接する無線装置との間で電波干渉が発生する。以下に、マルチホップ無線通信における課題を説明する。
【０００４】
［隠れ端末問題の説明］
図１は、マルチホップ無線通信における隠れ端末問題を説明するための図である。マルチホップ無線通信では、各無線装置がデータを送受信することでデータの転送を実現する。そのため、同一転送経路において同じ占有周波数帯幅の無線チャネルを用いて送受信を行う場合に電波干渉が発生する。
図１は、データの送受信を行うモバイルノード（以下、ＭＮ）１からＭＮ５へデータの送信を行う場合を示している。図１において、ＭＮ１が送信元ＭＮ（以下、Ｓ−Ｎｏｄｅ）であり、ＭＮ５が送信先ＭＮ（以下、Ｄ−Ｎｏｄｅ）である。図１の例では、ＡＯＤＶ（Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｖｅｃｔｅｒ）やＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｅｉｎｇ）に代表されるような、マルチホップ無線通信で使用されるルーティングプロトコルによって、予めＭＮ１からＭＮ５までの転送経路が形成されているものとする。また、ＭＮ１からＭＮ５までの経路において、各ＭＮは、同じ無線チャネルを使用して通信を行う。なお、図１において、（ａ１）から（ａ３）は、それぞれ時間的な経過を示している。
（ａ１）において、ＭＮ１は、無線チャネルＣＨ１（以下、ＣＨ１）を使用してＭＮ２へデータを送信する。ここで、ＣＨ１は、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．）８０２．１１ｂに規定される無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の無線チャネルを例として用いる。
次に、（ａ２）において、ＭＮ２は、ＭＮ１と同様にＣＨ１を使用してＭＮ３へデータを送信する。この時、ＭＮ１は、ＭＮ２の通信をキャリアセンスによって検知するため、データの送信を行わない。
さらに、（ａ３）において、ＭＮ３は、ＣＨ１を使用してＭＮ４へデータを送信する。この時、ＭＮ１は、位置的な要因によって、ＭＮ３の送信電波を検知できない場合がある。そのため、ＭＮ１は、送信データがある場合、ＣＨ１が空いていると判断して、ＣＨ１を使用してＭＮ２へデータの送信を開始してしまう。この結果、ＭＮ２は、ＭＮ３及びＭＮ１の双方から、ＣＨ１を使用した送信電波を受信することになる。そのため、ＭＮ２は、ＭＮ１からの送信データを正常に受信をすることができない。このような原因により、隠れ端末問題が発生する。
【０００５】
このような、同一経路内の隠れ端末問題における相互干渉の低減策として、マルチチャネルの無線装置を用いて、各ＭＮが、送受信で異なる無線チャネルを用いて通信を行う（以下、マルチチャネル方式）ことが考えられる。しかし、このような、マルチチャネル方式を用いた場合、隣接する無線チャネルにおける廻り込み干渉の影響を受けることが考えられる。
【０００６】
［廻り込み干渉問題の説明］
図２は、マルチチャネル方式における廻り込み干渉問題を説明するための図である。図２は、図１とほぼ同様の条件であるが、各ＭＮが複数の無線チャネルを使用して通信を行うことが異なる。なお、図２において、（ｂ１）から（ｂ３）は、それぞれ時間的な経過を示している。
（ｂ１）において、ＭＮ１は、ＣＨ１を用いてＭＮ２へデータを送信する。
次に、（ｂ２）において、ＭＮ２は、ＣＨ６を用いてＭＮ３へデータの送信を行う。この時、ＭＮ１は、ＭＮ２がＣＨ６を使用しているため、ＣＨ１は空いていると判断する。そのため、ＭＮ１は、送信データが存在する場合、ＣＨ１を使用して通信を開始する。ＭＮ２は、ＣＨ６データを送信すると同時に、ＣＨ１でデータを受信することとなる。
さらに、（ｂ３）において、ＭＮ３は、ＣＨ１１を使用してＭＮ４へデータ送信を行う。ＭＮ２は、ＣＨ６を使用しているため、ＣＨ６は空いていると判断し、送信データが存在する場合は通信を開始する。同様に、ＭＮ１は、ＣＨ１を使用しているため、ＣＨ１は空いていると判断し、送信データが存在する場合は通信を開始する。
このように、マルチチャネル方式は、各ＭＮで複数の異なる無線チャネルを使用して通信を行うため、隠れ端末問題を回避することができる。しかし、マルチチャネル方式では、異なる無線チャネルを使用しての同時送受信が可能となるゆえに、廻り込み干渉問題が存在する。
（ｂ２）において、ＣＨ１とＣＨ６は、異なる無線チャネルであり電波干渉は発生しないように思える。しかし、実際には、各無線チャネルの占有帯域幅外へのスプリアス発射の影響により、電波干渉が発生する。つまり、ＭＮ２は、自身のＣＨ６を使用した送信が、ＣＨ１の占有帯域幅への不要な電波発射を含むため、ＭＮ１からのＣＨ１による受信電波を同時に受信する際に、電波干渉を受けることとなる。
同様に（ｂ３）において、ＭＮ３は、ＣＨ１１を使用してＭＮ４へデータ送信を行う。ＭＮ３は、この時に、同時にＭＮ２からＣＨ６によるデータ受信を行うため、同様の理由により電波干渉を受ける。このような原因により、廻り込み干渉問題が発生する。
【０００７】
このように、マルチチャネル方式を用いた場合でも、廻り込み干渉という干渉問題が発生する。そのため複数の無線チャネルを用いるという手段のみでは、全体のスループット向上は難しい。そこで、隠れ端末問題と廻り込み干渉問題を解決する手段として、マルチチャネル方式にＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）を組み合わせた、ＴＤＭＡマルチチャネル方式が考えられる。
【０００８】
［ＴＤＭＡマルチチャネル方式の説明］
図３は、ＴＤＭＡマルチチャネル方式を説明するための図である。図３は、図２とほぼ同様の条件であるが、同一経路内の各ＭＮが、それぞれ割り当てられたタイムスロットでデータ送信を行う点が異なる。ＴＤＭＡマルチチャネル方式は、同一経路内の各ＭＮに時分割にデータ送信タイミングを割り当てる。各ＭＮは、各ＭＮに割り当てられたタイムスロット（以下、ＴＳ）においてデータ送信を行う。また、同一経路内の隣接するＭＮは、異なるタイムスロットで送信する。例えば、図３において、ＭＮ１、３、５は、奇数ＴＳ（ＴＳ＝２Ｔ＋１）でデータ送信を行い、ＭＮ２、４は、偶数ＴＳ（ＴＳ＝２Ｔ）でデータ送信を行う。また、各ＭＮは、マルチチャネル方式により、各ＴＳにおいて異なる無線チャネルを用いて通信を行う。
図３を用いて説明を行うと、まず、図３のＴＳ１において、ＭＮ１は、ＣＨ１を使用してＭＮ２へデータ送信を行う。次に、ＴＳ２において、ＭＮ２は、ＣＨ６を使用してＭＮ３へデータ送信を行う。ＴＳ３において、ＭＮ３は、ＣＨ１１を使用してＭＮ４へデータ送信を行う。また、同じＴＳ３において、ＭＮ１は、ＣＨ１を使用してＭＮ２へ次のデータ送信を行う。さらに、ＴＳ４において、ＭＮ４は、ＣＨ１４を使用してＭＮ５へデータ送信を行う。また同時にＴＳ４において、ＭＮ２は、ＣＨ６を使用してＭＮ３へデータ送信を行う。このように、ＴＤＭＡマルチチャネル方式では、同一経路内の隣接するＭＮが、異なるＴＳにおいてデータ送信する。そのため、隣接する各ＭＮは、同時に送受信をすることがないため廻り込み干渉問題を解決することができる。また、各ＭＮは、同じＴＳにおいて異なる無線チャネルを用いてデータ送信を行うことにより、隠れ端末問題を解決することができる。
【０００９】
［無線通信品質に起因するボトルネック問題］
しかし、ＴＤＭＡマルチチャネル方式を用いたマルチホップ無線通信ネットワークにも課題が存在する。ＴＤＭＡマルチチャネル方式では、ＴＤＭＡにより送信タイミングが明確に時分割されている。そのため各ＴＳの時間長（以下、フレーム長）が、厳格に割り当てられており、当該フレーム長において送信可能なシンボル数が制限される。このことは、特に、リンク毎のデータ伝送速度を向上させるために適応変調を用いるような場合に、各ＭＮ間の無線通信品質（以下、ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のばらつきに起因するデータ伝送容量の違いとなって現れる。マルチホップ無線通信は、複数のＭＮによってデータが転送される。各ＭＮ間は、ＭＮ間の距離やフェージング等の影響によりＳＮＲが異なる。適応変調を行う無線通信では、ＳＮＲに応じて変調方式が変化するのでデータ伝送容量が異なる。そのため、ＳＮＲの良好な区間と良好でない区間とでは、同じフレーム長において送信可能なデータ伝送容量が異なる。
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは、一次変調おいて、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）から６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）までの変調方式を用い、各サブキャリアにおけるＳＮＲに応じて適応変調を行っている。図４は、ＭＮ間におけるＳＮＲに対応する変調方式の例を示す図である。図４の例を参照すると、各ＭＮは、各サブキャリアのＳＮＲが、ＳＮＲ＝６．８ｄＢを超えるとＢＰＳＫ、ＳＮＲ＝９．８ｄＢを超えるとＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＳＮＲ＝１６．５ｄＢを越えると１６ＱＡＭ、ＳＮＲ＝２２．５ｄＢを超えると６４ＱＡＭを使用して変調を行う。このように、適応変調を行う場合、各ＭＮ間のＳＮＲによって変調方式がことなり、送信可能なデータ伝送容量が異なる。
【００１０】
図５は、ＳＮＲに基づくサブキャリアの適応変調と送信可能ビット数対応を示す図である。（ａ）は、ＭＮ１とＭＮ２との間が、高ＳＮＲである場合を示している。本説明においては、グラフに示すとおり、ＭＮ１が送信を行う使用周波数帯域において、６つのサブキャリアを用いるとする。６つのサブキャリアは、周波数の低いほうからそれぞれ１番から６番のサブキャリア番号が振られている。（ａ）においては、グラフに示すとおり全てのサブキャリアにおいて、ＳＮＲが良好であり、ＳＮＲ＝２２．５ｄＢ以上であるとする。そのため、ＭＮ１は、１番から６番の全てのサブキャリアにおいて、６４ＱＡＭを用いて変調を行う。各サブキャリアは、６４ＱＡＭを用いた場合、表に示すとおり１シンボルで６ビットを送信できる。つまり、サブキャリア１番から６番までを１ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルへ変調して送信すると、１ＯＦＤＭシンボル当たり、３６ｂｉｔのデータを送信することが可能である。
一方、（ｂ）は、ＭＮ１とＭＮ２との間が、低ＳＮＲである場合を示している。（ｂ）においては、グラフに示すとおり、ＭＮ１とＭＮ２との距離的要因やフェージングの影響を受けて、ＳＮＲがあまり良好でない。そのため、表に示すとおり、各サブキャリアの変調方式は、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭを用いて変調を行う。そのため、サブキャリア１番から６番までを１ＯＦＤＭシンボルへ変調して送信すると、１ＯＦＤＭシンボルあたり１６ｂｉｔのデータしか送信できないことになる。
【００１１】
このように、ＴＤＭＡマルチチャネル方式によるマルチホップ無線通信は、同一転送経路内における各ＭＮ間のＳＮＲの状態によって、同じフレーム長であっても各ＭＮ間のデータ伝送容量が異なる。これにより、低ＳＮＲの区間は、転送経路内におけるボトルネックとなる。そのため、ボトルネック区間のデータ伝送容量によって、転送経路全体のデータ伝送容量が、制限されてしまうという問題が発生する。また、ボトルネック区間のＭＮには、大きな負荷が生じる。これは、ボトルネック区間のＭＮにおいて、送信データの転送待ちが発生し、転送経路全体の転送遅延時間の増加へつながる。また、ボトルネック区間のＭＮにおける負荷が大きくなると、ＭＮにおいてバッファあふれ等が生じる可能性も有り、再送による輻輳の原因ともなる。
【００１２】
このような、マルチホップ無線通信における電波干渉や伝送効率化といった課題に対する技術が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１１６６７４号公報
【特許文献２】特開２００６−０３３４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、周波数帯域を効率的に利用し、電波干渉を抑え、データ転送効率を最適化することが可能なマルチホップ無線通信ネットワークを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のマルチホップ無線通信ネットワークは、データを転送する転送経路を自律的に形成する複数のモバイルノードを備え、複数のモバイルノードの各々は、使用周波数帯域における複数のサブキャリアのうちからデータの転送に使用する最低必要サブキャリアを選択し、転送経路における転送元モバイルノードとの間の無線通信品質に基づいた最低必要サブキャリア毎の送信可能ビット数を累積して１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出し、各モバイルノードのうち、データの送信元モバイルノードは、転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいてデータを送信するべき固定パケット長を決定して、各モバイルノードは、転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数に基づいて、隣接するモバイルノードとは送信タイミングの異なるデータを送信するべきタイムスロットを決定して、タイムスロットにおいて固定パケット長からなるデータの転送を行い、前記最低必要サブキャリアを選択する時に、当該モバイルノードの最低必要サブキャリアと、転送経路における当該モバイルノードから２ホップ先の次次ホップモバイルノードの最低必要サブキャリアとが重複する場合、前記重複が解消されるまで前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が多い側のモバイルノードから前記選択サブキャリアを１つずつ減少させて、当該モバイルノードの１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出する。
【００１５】
本発明のモバイルノードは、上述のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて使用される。
【００１６】
本発明のマルチホップ無線通信方法は、データを転送する転送経路を自律的に形成するステップと、使用周波数帯域における複数のサブキャリアのうちからデータの転送に使用する最低必要サブキャリアを選択するステップと、転送経路における転送元モバイルノードとの間の無線通信品質に基づいた最低必要サブキャリア毎の送信可能ビット数を累積して１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出するステップと、転送経路において最も伝送容量の低いモバイルノード間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいてデータを送信するべき固定パケット長を決定するステップと、転送経路における送信元モバイルノードからのホップ数に基づいて、隣接するモバイルノードとは送信タイミングの異なるデータを送信するべきタイムスロットを決定するステップと、タイムスロットにおいて固定パケット長からなるデータの転送を行うステップと、前記最低必要サブキャリアを選択する時に、当該モバイルノードの最低必要サブキャリアと、転送経路における当該モバイルノードから２ホップ先の次次ホップモバイルノードの最低必要サブキャリアとが重複する場合、前記重複が解消されるまで前記１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が多い側のモバイルノードから前記選択サブキャリアを１つずつ減少させて、当該モバイルノードの１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出するステップを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、周波数帯域を効率的に利用し、電波干渉を抑え、データ転送効率を最適化することが可能なマルチホップ無線通信ネットワークを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付図面を参照して、本発明の実施形態によるマルチホップ無線通信ネットワークを以下に説明する。
【００１９】
［ネットワーク構成の説明］
はじめに、本実施形態におけるネットワーク構成について説明を行う。図６は、本実施形態におけるネットワーク構成を示す図である。本実施形態におけるマルチホップ無線通信ネットワークは、複数のモバイルノード（以下、ＭＮ）から構成される。各ＭＮは、本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて通信を行うために、後述する端末構成と機能をそれぞれ有している。図６に示すＭＮ１からＭＮ５までのＭＮは、送信データの送信元ノード（以下、Ｓ−Ｎｏｄｅ）であるＭＮ１から、送信先ノード（以下、Ｄ−Ｎｏｄｅ）であるＭＮ５までの、マルチホップ無線通信における転送経路である。転送経路に存在する各ＭＮは、転送経路において自ＭＮに対する転送元ＭＮ（以下、前ホップ）から転送されたＳ−Ｎｏｄｅからの送信データを受信して、自ＭＮに対する転送先ＭＮ（以下、次ホップ）へ送信データを転送する。各ＭＮは、例えば、ＡＯＤＶ（Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｖｅｃｔｅｒ）やＤＳＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｅｉｎ）に代表されるような従来のルーティングプロトコルを用いて、マルチホップ無線通信ネットワークに存在する複数のＭＮの内から自律的に転送経路を形成する。ＡＯＤＶやＤＳＲは、マルチホップ無線通信ネットワークにおける、リアクティブ（オンデマンド）型のルーティングプロトコルである。リアクティブ型のルーティングプロトコルは、Ｓ−Ｎｏｄｅにおいて通信要求が発生すると転送経路を形成する。リアクティブ型ルーティングプロトコルにおいて、Ｓ−Ｎｏｄｅは、送信データが発生すると、ＲＲＥＱと呼ばれるリクエストメッセージを他のＭＮにフラッディングする。その後、ＲＲＥＱを受信した各ＭＮが、ＲＲＥＱのフラッディングを繰り返すことでＤ−ＮｏｄｅがＲＲＥＱを受信する。Ｄ−Ｎｏｄｅは、ＲＲＥＱを受信すると、ＲＲＥＱに対する応答であるＲＲＥＰをＳ−Ｎｏｄｅへ送信する。このようにして、Ｓ−ＮｏｄｅとＤ−Ｎｏｄｅとの間に転送経路が形成される。図６に示すＭＮ１からＭＮ５による転送経路は、マルチホップ無線通信ネットワークにおいて、多数形成される転送経路のうちの一つを例示したものである。
【００２０】
本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークは、前述した、ＴＤＭＡ方式のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて、無線干渉を解消しつつボトルネック問題の解決を図るために、以下の特徴を有する。
まず、本実施形態における同一転送経路内の各ＭＮは、隣接するＭＮとのデータ送信タイミングを時間的にずらすＴＤＭＡ方式を用いる。
次に、本実施形態のＳ−Ｎｏｄｅは、同一転送経路内の各ＭＮ間の１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に基づいて決定する固定パケット長の送信パケットを用いてデータ送信を行う。
次に、本実施形態における同一転送経路内の各ＭＮは、使用周波数帯域において、送信元ＭＮからのホップ数に基づいてアンカーサブキャリアを設定し、アンカーサブキャリアからデータの転送に使用するサブキャリアを選択する。
次に、同一転送経路内の各ＭＮは、ダイナミックサブキャリア制御により、通信に使用するサブキャリアを調整することで、転送経路内の伝送容量を改善する。
以下、これらの各特徴について説明を行う。
【００２１】
（１）固定フレーム長を用いたＴＤＭＡ方式
まず、本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて、同一転送経路内の各ＭＮは、ＴＤＭＡ方式を用いる。ＴＤＭＡ方式において、同一転送経路に存在する各ＭＮは、隣接するＭＮと異なるタイムスロット（以下、ＴＳ）を用いてデータ送信を行う。図６では、各ＭＮが、２つのＴＳに分かれてデータ送信を行っている。ＭＮ１、ＭＮ３、及びＭＮ５は、ＴＳ＝２Ｔで送信を行い、ＭＮ２、及びＭＮ４はＴＳ＝２Ｔ＋１で送信を行う。なお、各ＭＮがデータ送信を行うＴＳは、逆のタイミングでも構わない。各ＭＮがデータ送信を行うタイムスロットは、転送経路の送信元ＭＮからのホップ数に基づいて決定される。例えば、送信元ＭＮからのホップ数が偶数のＭＮは、ＴＳ＝２Ｔを送信するべきＴＳとして設定し、送信元ＭＮからのホップ数が奇数のＭＮは、ＴＳ＝２Ｔ＋１を送信するべきＴＳ設定する。このように各ＭＮがＴＳを設定することで、各ＭＮは隣接するＭＮとの送信タイミングをずらすことができる。また、各ＴＳにおける時間長（以下、フレーム長）は、一定である。つまり、同一転送経路内の隣接するＭＮは、一定時間毎に交互に送信を行う。本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークは、このように隣接するＭＮでＴＳをずらしてデータ送信を行う。
【００２２】
（２）１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づく固定パケット長の使用
次に、本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて、同一転送経路内の各ＭＮは、同一転送経路内で決定された、固定ビット数からなるパケット長（以下、固定パケット長）による送信パケットを用いてデータ送信を行う。
図６を参照すると、各ＭＮ間は、位置的環境やフェージングの影響を受けて、電波伝播特性が異なる。例えば、ＭＮ２とＭＮ１との間は、電波伝播特性が悪く、ＭＮ２における無線通信品質（以下、ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が良好でない。そのため、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数は、１６ｂｉｔである。一方、ＭＮ３とＭＮ４との間は、電波伝播特性が良く、ＭＮ４におけるＳＮＲが良好である。そのため、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数は、３６ｂｉｔである。なお、通常は、１フレーム長で複数のＯＦＤＭシンボルが送信されるため、実際には、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数に１フレーム長で送信されるＯＦＤＭシンボル数を乗算して得られるビット数が１フレーム長で送信される。このように、各ＭＮ間の電波伝播特性によるＳＮＲの違いにより各ＭＮ間の伝送容量が異なるため、低ＳＮＲの区間がボトルネックとなる。
本実施形態では、同一転送経路内の各ＭＮは、ＴＤＭＡ方式を用い、各ＴＳにおけるフレーム長は固定である。各ＭＮは、最もＳＮＲが悪い区間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数（以下、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数）を基準として、１フレーム長での送信可能ビット数からなる固定パケット長を用いてデータ送信を行う。
図６を参照すると、ＭＮ１からＭＮ５の区間において、ＭＮ１とＭＮ２との間が最も低ＳＮＲである。そのため、この転送経路では、ＭＮ１とＭＮ２との間の１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数（１６ｂｉｔ）が、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数となり、１６ｂｉｔを基準として固定パケット長を決定する。前述のとおり、通常、１フレーム長で複数のＯＦＤＭシンボルを送信するため、この場合、各ＭＮは、１６ｂｉｔに１フレーム長で送信されるＯＦＤＭシンボル数を乗算したビット数からなるパケット長を、同一転送経路内における固定パケット長として決定する。このように、固定パケット長は、最もＳＮＲの悪い区間における１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づき、１フレーム長で送信するＯＦＤＭシンボル数によって変化する。  
なお、１フレーム長で送信可能なＯＦＤＭシンボル数は、通信システムによって依存する事項であり限定はしない。このように構成することによって、ＳＮＲが良好でない区間において、データ転送待ちを防ぐことができる。
また、図６において、各ＭＮは、６つのサブキャリアを用いて変調を行っているが、これは説明の簡易のためである。各ＭＮの使用周波数帯域におけるサブキャリアの数はこれには限定しない。例えば、２次変調にＯＦＤＭを用いる、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは、１つの無線チャネル（使用帯域幅：２０ＭＨｚ）のサブキャリア数が「５６」であり、ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ−２００４（ＷｉＭＡＸ：Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）では、１つの無線チャネル（使用帯域幅：１．７５〜１０ＭＨｚ）のサブキャリア数が「２５６」である。このように、各ＭＮは、より多くのサブキャリアを使用する場合がある。
【００２３】
（３）アンカーサブキャリアの設定
次に、本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークにおいて、同一転送経路内の各ＭＮは、使用周波数帯域において、送信元からのＨＯＰ数に基づいてアンカーサブキャリアを設定して、アンカーサブキャリアから通信に必要なサブキャリア数を決定する。
本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークは、ＴＤＭＡ方式を用いる。この場合、各ＭＮにおいて複数の無線チャネルを用いるマルチチャネル通信を行うことで、隠れ端末問題を回避できることは前述した。本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークは、同一転送経路内の各ＭＮが、使用周波数帯域においてアンカーサブキャリアを設定することによって隠れ端末問題を回避する。アンカーサブキャリアは、使用周波数帯域において、固定パケット長の送信データの送信に使用するサブキャリア（最低必要サブキャリア）を選択するための基準となるサブキャリアである。つまり、各ＭＮは、アンカーサブキャリアを基準として、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能送信ビット数を累積する。
図７は、本実施形態におけるアンカーサブキャリアの設定方法を示す図である。各ＭＮは、転送経路におけるＳ−ＮｏｄｅからのＭＮ数（以下、ホップ数）に基づいて、アンカーサブキャリアを決定する。図７に示すとおり、転送経路に存在する各ＭＮの内、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数が「４ｎ＋１（ｎは０以上の整数）」、「４ｎ＋２」であるＭＮは、使用周波数帯域において最も中心周波数の低いサブキャリアをアンカーサブキャリア（以下、アンカーサブキャリアＬｏｗ）とする。一方、転送経路に存在する各ＭＮの内、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数が「４ｎ＋３」、「４ｎ＋４」であるＭＮは、使用周波数帯域において最も中心周波数の高いサブキャリアをアンカーサブキャリア（以下、アンカーサブキャリアＨｉｇｈ）とする。このように、各ＭＮは、同一転送経路内において、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に応じて、アンカーサブキャリアＬｏｗと、アンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定する。
ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋２」は、隣接するＭＮである。そのため、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋２」は、異なるＴＳにおいてデータ送信を行う。例えば、ＭＮ「４ｎ＋１」は、ＴＳ＝２Ｔにおいて送信を行い、一方の、ＭＮ「４ｎ＋２」は、ＴＳ＝２Ｔ＋１において送信を行う。そのため、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋２」は、送信タイミングが重なることがない。よって、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋２」は、共にアンカーサブキャリアＬｏｗとしても、お互いに干渉を与える事はない。このことは、ＭＮ「４ｎ＋３」とＭＮ「４ｎ＋４」についても同じことが言える。
また、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋３」は、２ホップ先のＭＮ（以下、次次ホップ）である。そのため、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋３」は、同じＴＳにおいて送信を行う。例えば、ＭＮ「４ｎ＋１」もＭＮ「４ｎ＋３」も、ＴＳ＝２Ｔにおいて送信を行う。しかし、ＭＮ「４ｎ＋１」は、アンカーサブキャリアＬｏｗが設定されており、一方の、ＭＮ「４ｎ＋３」は、アンカーサブキャリアＨｉｇｈが設定されている。そのため、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋３」とは、アンカーサブキャリアから選択する最低必要サブキャリアを重複しないように決めれば、同じＴＳにおいてデータ送信を行っても、お互いに干渉を与えることはない。このことは、ＭＮ「４ｎ＋２」とＭＮ「４ｎ＋４」についても同じことが言える。
つまり、ＭＮ「４ｎ＋１」からＭＮ「４ｎ＋４」を一つの周期としてアンカーサブキャリアから最低必要サブキャリアの割り当て行い、互いの最低必要サブキャリアの重複を避ければ、各ＭＮ間における干渉を抑えることが可能となる。なお、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋２」にアンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定し、ＭＮ「４ｎ＋３」とＭＮ「４ｎ＋４」にアンカーサブキャリアＬｏｗを設定したとしても同じことである。また、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋４」にアンカーサブキャリアＬｏｗを設定し、ＭＮ「４ｎ＋２」とＭＮ「４ｎ＋３」にアンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定する、あるいは、ＭＮ「４ｎ＋１」とＭＮ「４ｎ＋４」にアンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定し、ＭＮ「４ｎ＋２」とＭＮ「４ｎ＋３」にアンカーサブキャリアＬｏｗを設定したとしても、同様であることが理解できる。
図８は、前述したＭＮ１からＭＮ５の転送経路にアンカーサブキャリアを割り当てた場合を示している。ＭＮ１とＭＮ２は、アンカーサブキャリアＬｏｗが設定され、ＭＮ３とＭＮ４は、アンカーサブキャリアＨｉｇｈが設定されている。図示はしないが、各ＭＮがアンカーサブキャリアをこのように設定する場合、ＭＮ５は、アンカーサブキャリアＬｏｗを設定することは、前述したとおりである。
【００２４】
（４）アンカーサブキャリアを利用した送信可能ビット数の累積
各ＭＮは、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を、アンカーサブキャリアから各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積して算出する。アンカーサブキャリアＬｏｗを設定したＭＮは、使用周波数帯域において、中心周波数の最も低いサブキャリア（アンカーサブキャリアを含む）から順に、最低必要サブキャリアを選択し、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を累積する。一方、アンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定したＭＮは、使用周波数帯域において、中心周波数の最も高いサブキャリア（アンカーサブキャリアを含む）から順に、最低必要サブキャリアを選択し、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を累積する。
本実施形態において、各ＭＮは各サブキャリアをＳＮＲに基づいて適応変調を行う。各サブキャリアは、フェージング等の影響によりＳＮＲが異なり、変調方式も同様に異なってくる。同一転送経路内の各ＭＮ間において、最もＳＮＲの良好でない区間は、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が最小となる。本実施形態では、同一転送経路内の１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を基準として固定パケット長が決定される。
図８を参照すると、ＭＮ１は、アンカーサブキャリアＬｏｗ（サブキャリア番号１）を設定している。そのため、ＭＮ１は、中心周波数の低いサブキャリアから順に、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積する。説明の簡易のために、図８では、使用周波数帯域におけるサブキャリア数は「６」とする。なお、前述のとおり、サブキャリア数が、より多数となる場合がある。
ＭＮ１が、サブキャリア番号１からサブキャリア番号３までの送信可能ビット数を累積すると、ＭＮ１は、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能なビット数が８ｂｉｔとなる。ここで、ＭＮ１が、送信可能ビット数をサブキャリア番号３までの累積とするのは、同じＴＳでデータ送信を行う次次ホップであるＭＮ３の使用するサブキャリアと重複するからである。本実施形態では、無線チャネルを複数使用するマルチチャネル通信を行う変わりに、アンカーサブキャリアを設定し、使用周波数帯域内で最低必要サブキャリア数を調整することによって干渉を防ぐ。そのため、各ＭＮは、次次ホップと使用するサブキャリアを重複しないように最低必要サブキャリアを選択する。
ＭＮ３は、アンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定している。そのため、ＭＮ３は、中心周波数の高いサブキャリアから順に、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積する。ＭＮ１とＭＮ３が、最も単純にサブキャリアを重複させないとすると、６つのサブキャリアを３つずつ使用することになる。このように、各ＭＮでは、次次ホップと最低必要サブキャリアを重複することないように選択する。各ＭＮは、アンカーサブキャリアから最低必要サブキャリアのうちで最もアンカーサブキャリアから離れた最低必要サブキャリア（以下、累積基準サブキャリア）までの、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積する。つまり、当該ＭＮと次次ホップとでは、累積基準サブキャリアが重複することはない。
図８を参照すると、ＭＮ３は、累積基準サブキャリアがサブキャリア番号４であり、サブキャリア番号６からサブキャリア番号４までの送信可能ビット数を累積する。なお、ＭＮ１は、累積基準サブキャリアがサブキャリア番号３である。ＭＮ３とＭＮ４との間はＳＮＲが良好であり、ＭＮ３は、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能なビット数が、１８ｂｉｔとなる。また、図示はしないが、ＭＮ５は、アンカーサブキャリアＬｏｗを設定しており、サブキャリア番号３が累積基準サブキャリアとなることは容易に理解できる。
ＭＮ２とＭＮ４も同様にして、アンカーサブキャリアから累積基準サブキャリアまで送信可能ビット数を累積する。ＭＮ２は、アンカーサブキャリアＬｏｗを設定している。また、ＭＮ２は、累積基準サブキャリアをサブキャリア番号３と設定している。ＭＮ２が、サブキャリア番号１からサブキャリア番号３までの送信可能ビット数を累積すると、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能なビット数は、１２ｂｉｔとなる。また、ＭＮ４は、アンカーサブキャリアＨｉｇｈを設定している。ＭＮ４は、累積基準サブキャリア番号をサブキャリ番号４と設定している。ＭＮ４は、サブキャリア番号６からサブキャリア番号４までの送信可能ビット数を累積すると、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能なビット数は、１２ｂｉｔとなる。
このようにして、各ＭＮは、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、送信を行うＴＳとアンカーサブキャリアを設定し、ＳＮＲに基づいて適用変調を行ってサブキャリア毎の変調方式を決定し、アンカーサブキャリアから累積基準サブキャリアまでの各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積する。また、各ＭＮと次次ホップとは、累積基準サブキャリアが重複することが無いように最低必要サブキャリアを選択する。これによって、同じＴＳにおいて送信を行うＭＮ間の電波干渉を防ぐ。
【００２５】
（５）サブキャリア調整による送信可能ビット数の調整
次に、各ＭＮは、使用周波数帯域において使用するサブキャリアの数を、同一転送経路における次次ホップのＭＮと調整することにより、１フレーム長における送信可能ビット数を増加させる。図９は、各ＭＮの行う使用サブキャリアの調整処理を示す図である。図８で説明を行ったとおり、各ＭＮは、使用周波数帯域におけるサブキャリア毎のＳＮＲに基づいて各サブキャリアの適応変調を行う。さらに、各ＭＮは、各ＭＮのＳ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいてアンカーサブキャリアを設定して、アンカーサブキャリアから通信に使用する最低必要サブキャリアを選択して、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出する。
図８の転送経路においては、ＭＮ１とＭＮ２との間における、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が最小である。そのため、当該転送経路において、固定パケット長は、ＭＮ１とＭＮ２との間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数と、１フレーム長において送信可能なＯＦＤＭシンボルとに基づいて決定される。ＭＮ１とＭＮ２との間における、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数は、８ｂｉｔである。そのため、当該転送経路における固定パケット長は、８ｂｉｔの整数倍（１フレーム長で送信可能なＯＦＤＭシンボル数倍）として決定される。
しかし、同一転送経路内で、ＭＮ１と同じＴＳで送信を行う２ホップ先のＭＮ（以下、次次ホップ）であるＭＮ３は、ＭＮ３とＭＮ４の区間が高ＳＮＲであるため、ＭＮ１とＭＮ２との間における１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数（８ｂｉｔ）は、２つのサブキャリアを使用すれば送信することが可能である。
本実施形態では、この点に着目して、当該ＭＮと同じＴＳで送信を行う次次ホップと、使用サブキャリアの調整を行うことで、最もＳＮＲの悪い区間の１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を増加させて、データ転送効率を改善する。
図９を参照すると、ＭＮ１は、サブキャリア番号１からサブキャリア番号４までを使用し、一方のＭＮ３は、サブキャリア番号５からサブキャリア番号６を使用するように調整を行う。つまり、ＭＮ１は、最低必要サブキャリアを１サブキャリア増加させ、ＭＮ３は、最低必要サブキャリアを１減少させる。このようにすることで、ＭＮ１とＭＮ２の間は、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数が１２ｂｉｔとなる。そのため、当該転送経路における固定パケット長は、１２ｂｉｔの整数倍（１フレーム長で送信可能なＯＦＤＭシンボル数倍）として決定することができる。よって、当該転送経路において使用する固定パケット長のビット数を増加させることができる。
【００２６】
ここまで、本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークにおける各ＭＮの特徴を説明した。本実施形態の各ＭＮは、隣接ＭＮとは異なるＴＳにおいてデータ送信を行うＴＤＭＡ方式を使用する。各ＭＮは、設定された転送経路におけるＳ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、アンカーサブキャリアの設定を行う。また、各ＭＮは、各ＭＮ間のＳＮＲに基づいて使用周波数帯域におけるサブキャリアの適応変調を行って、アンカーサブキャリアから累積基準サブキャリアまでの各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積することで、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出する。さらに、各ＭＮは、同一転送経路内の次次ホップと使用サブキャリア数の調整を行い、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を増加させる。送信データの送信元ＭＮは、同一転送経路内の各ＭＮ間において、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づいて、１フレーム内の送信可能ビット数からなる固定パケット長を決定し、固定パケット長を用いて通信を行う。
【００２７】
［転送経路形成時における各ＭＮの処理動作の説明］
次に、本実施形態において、各ＭＮは、ルーティングプロトコルを用いて、Ｓ−ＮｏｄｅからＤ−Ｎｏｄｅまでの転送経路を形成する際に、上述の処理を行う。前述したように、マルチホップ無線通信ネットワークでは、ＲＲＥＱとＲＲＥＰを使用して転送経路を決定する。本実施形態は、ＲＲＥＱとＲＲＥＰを拡張することで上述の処理を可能とする。図１０は、ＲＲＥＱおよびＲＲＥＰを拡張した場合のフレーム構成の一例を示している。拡張がなされているのは、ＲＲＥＰにおいて、最低必要サブキャリア番号２３、最小送信ビット数２４、及びタイミング情報２５が追加されていることである。以下に、転送経路形成時の各ＭＮにおける処理を説明する。
【００２８】
１．ＲＲＥＱの送信
送信データの発生したＳ−Ｎｏｄｅは、Ｄ−Ｎｏｄｅ宛てのＲＲＥＱを送信する。マルチホップ無線通信ネットワークに存在する各ＭＮは、ＲＲＥＱをフラッディングすることで、Ｄ−ＮｏｄｅへＲＲＥＱを転送する。なお、ＲＲＥＱのフラッディングによる転送経路の構成については、従来技術であるので詳細な説明は省略する。
【００２９】
２．ＲＲＥＱの転送とＳＮＲの取得、アンカーサブキャリアの設定
各ＭＮは、ＲＲＥＱ受信時に、使用周波数帯域における各サブキャリア毎のＳＮＲを取得する。さらに、各ＭＮは、ＲＲＥＱのフラッディング時に、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数を取得する。各ＭＮは、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいてＴＤＭＡ方式における送信ＴＳを決定する。また、各ＭＮは、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいてアンカーサブキャリアを設定する。
【００３０】
３．１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数の算出
各ＭＮは、ＲＲＥＱ受信時に取得した使用周波数帯域における各サブキャリアのＳＮＲに基づいて、各サブキャリアの適応変調を行い変調方式を決定する。
各ＭＮは、決定した変調方式に基づく各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を、アンカーサブキャリアから累積基準サブキャリアまで累積して、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を算出する。なお、累積基準サブキャリアは、最低必要サブキャリアのうち、アンカ−サブキャリアから最も離れた最低必要サブキャリアであり、同一転送経路における、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づいて選択された当該ＭＮの最低必要サブキャリアと、次次ホップの最低必要サブキャリアに基づいて決定される。
【００３１】
ここで、ｈホップのＭＮにおけるｎ番目のサブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数をｆ（ｈ，ｎ）、累積基準サブキャリアのサブキャリア番号をｋ、使用周波数帯域におけるサブキャリア番号を１〜Ｎとすると、ＭＮの１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数
【数１】
2010028294.tif 000003
は、アンカーサブキャリアＬｏｗと設定したＭＮにおいては、
【数２】
2010028294.tif 000004
で表すことができ、また、アンカーサブキャリアＨｉｇｈと設定したＭＮは、
【数３】
2010028294.tif 000005
で表すことができる。
【００３２】
４．転送経路内における１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数の通知
Ｄ−Ｎｏｄｅは、Ｓ−ＮｏｄｅからのＲＲＥＱを受信すると、ＲＲＥＰパケットを生成してＳ−Ｎｏｄｅへ転送経路を通知する。各ＭＮは、ＲＲＥＰをＳ−Ｎｏｄｅへ転送する。各ＭＮは、ＲＲＥＰの転送時に当該ＭＮにおける、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、最低必要サブキャリア数とを含めて転送を行う。
ここで、Ｄ−Ｎｏｄｅは、ＲＲＥＰを生成するＭＮであるため、ＲＲＥＰから１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を取得することができない。そのため、Ｄ−Ｎｏｄｅは、初期値として、使用周波数帯域における全てのサブキャリア（サブキャリア番号で１〜Ｎ）を、ＲＲＥＱ受信時のＳＮＲに基づいて適応変調を行って変調方式を決定し、全てのサブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積することで、１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を決定する。Ｄ−Ｎｏｄｅは、このようにして決定した１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数の初期値として、ＲＲＥＰに含めて送信する。
なお、ＲＲＥＰに含めるこれらの情報は、転送経路内の２ホップ前のＭＮ（以下、前前ホップ）と１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数の調整を行うため、前前ホップまで転送される。このようにすることで、転送経路内の前ホップと前前ホップは、ＲＲＥＰから１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を送信するために使用する最低必要サブキャリアとを取得することができる。
【００３３】
５．１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数の更新と使用サブキャリアの調整
同一転送経路内の各ＭＮは、ＲＲＥＰをＳ−Ｎｏｄｅへ転送する。各ＭＮは、ＲＲＥＰを受信すると、ＲＲＥＰに含まれる１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、最低必要サブキャリアを取得する。各ＭＮは、当該ＭＮにおいて１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を送信するための最低必要サブキャリアを選択する。各ＭＮは、ＲＲＥＱ受信時に取得したＳＮＲに基づいて、各サブキャリア毎の変調方式を決定している。各ＭＮは、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積して、ＲＲＥＰから取得した次ホップまでの１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を送信できるサブキャリア数を算出する。
この際、各ＭＮは、前述のとおり、同一転送経路内の次次ホップの最低必要サブキャリアと、使用するサブキャリアを重複しないように選択する必要がある。当該ＭＮと次次ホップとは、アンカーサブキャリアの設定が異なっており、最低必要サブキャリアを重複しないように選択することによって、無線干渉を回避することができるからである。
そのため、各ＭＮは、選択した最低必要サブキャリアが、同一転送経路内の次次ホップにおける最低必要サブキャリアと重複しているかを判定する。各ＭＮは、当該ＭＮにおける１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を送信するための最低必要サブキャリア数と、ＲＲＥＰに含まれた次次ホップの最低必要サブキャリア数との合計が、使用周波数帯域における前サブキャリア数以下であるか否かを算出する。各ＭＮは、これによって、当該ＭＮの最低必要サブキャリアと、次次ホップの最低必要サブキャリアとに重複があるかを判定する。
あるいは、当該ＭＮと次次ホップとの累積基準サブキャリアのサブキャリア番号を使用して、最低必要サブキャリアに重複があるかを判定しても良い。当該ＭＮと次次ホップとは、異なるアンカーサブキャリアを設定しているため、各ＭＮは、累積基準サブキャリアのサブキャリア番号によって、最低必要サブキャリアの重複を判定することも可能である。
当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアが、次次ホップのＭＮの最低必要サブキャリアと重複がない場合、当該ＭＮは、決定した最低必要サブキャリアのサブキャリア番号と、最小送信可能ビット数を変更しない。この状態において、当該ＭＮと次次ホップとの、それぞれが、最低必要サブキャリアを用いて１ＯＦＤＭシンボルで送信可能なビット数は、最小送信可能ビット数以上であり、かつ、当該ＭＮと次次ホップのＭＮとが使用する最低必要サブキャリア数は、使用周波数帯域における全サブキャリア数（Ｎ）以下である。
【００３４】
最低必要サブキャリアの数を
【数４】
2010028294.tif 000006
とし、最小送信可能ビット数を、
【数５】
2010028294.tif 000007
とすると、最低必要サブキャリア番号と最小送信可能ビット数とは、
【数６】
2010028294.tif 000008
で表すことができる。
【００３５】
一方、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアが、次次ホップの最低必要サブキャリアと重複する場合、当該ＭＮは、次次ホップのＭＮの最低必要サブキャリアとの調整を行う。当該ＭＮの最低必要サブキャリアと次次ホップのＭＮの最低必要サブキャリアが重複する状態は、当該ＭＮにおけるＳＮＲが次次ホップのＭＮにおけるＳＮＲより良好でない状態である。そのため、当該ＭＮは、最小送信可能ビット数を送信するための最低必要サブキャリア数が、次次ホップのＭＮに比較して多くなる。この調整で必要となるのは、当該ＭＮと次次ホップのＭＮとの最低必要サブキャリアが重複しない状態を作りつつ、最小送信可能ビット数を可能な限り減少させないことである。
そのために、各ＭＮは、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアによる１ＯＦＤＭでの送信可能ビット数と、次次ホップにおける最低必要サブキャリアによる１ＯＦＤＭでの送信可能ビット数とを比較して、ビット数が大きい側のＭＮからサブキャリア数を１サブキャリアずつ減少させていく。各ＭＮは、サブキャリアを減少させるときは、当該ＭＮに設定されたアンカーサブキャリアから最も離れたサブキャリアから減少させていく。当該ＭＮ、あるいは次次ホップＭＮの最低必要サブキャリアを１サブキャリアずつ繰り返して減少させることで、最低必要サブキャリアの重複が解消されていく。なお、最低必要サブキャリアを減少させる度に、当該ＭＮ、あるいは次次ホップでの最低必要サブキャリによる１ＯＦＤＭでの送信可能ビット数が変化する。このため、重複が解消されるまで、当該ＭＮと次次ホップとのうちで、最低必要サブキャリアによる１ＯＦＤＭでの送信可能ビット数が大きい側のＭＮにおける最低必要サブキャリアを減少させる。
また、最低必要サブキャリアが減っていくことで、１ＯＦＤＭでの送信可能ビット数も減少していくことになる。当該ＭＮは、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアと次次ホップにおける最低必要サブキャリアとの合計が、使用周波数帯域における全サブキャリア数以下になった時点の、当該ＭＮと、次次ホップの最低必要サブキャリア数による１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数のうち少ないビット数を、転送経路内の１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数として更新する。
各ＭＮは、このような処理を繰り返すことで、当該ＭＮと、次次ホップとの最低必要サブキャリアの重複を解消し、また、転送経路内における１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を更新する。  
【００３６】
当該ＭＮは、最低必要サブキャリアを、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアの数をｋ、次次ホップにおける最低必要サブキャリアの数をｋ’として、
【数７】
2010028294.tif 000009
の処理を行うことで求めることができる。また、このようにして求められた、更新後の当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアにより１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数と、更新後と次次ホップにおける必要最低サブキャリアにより１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数とのうちから、
【数８】
2010028294.tif 000010
によって、少ない値を選択することで、当該ＭＮにおける１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を決定する。
【００３７】
６．ＲＲＥＰの転送
各ＭＮは、当該ＭＮにおいて決定された１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアの数と、当該ＭＮにおける各サブキャリアでの送信可能ビット数をアンカーサブキャリアから各サブキャリア毎に累積した値とを、ＲＲＥＰに含めて、同一転送経路の前ホップへ転送を行う。この後、各ＭＮは、前述の５〜６の処理を繰り返しながらＲＲＥＰをＳ−Ｎｏｄｅまで転送する。Ｓ−Ｎｏｄｅが、ＲＲＥＰを受信すると、当該転送経路における１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数が確定する。Ｓ−Ｎｏｄｅは、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づいて、ＴＳの１フレームでの送信可能ビット数を求める。ＴＳの１フレームでは、複数のＯＦＤＭシンボルを送信するため、１フレームでの送信可能ビット数は、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に１フレームで送信するＯＦＤＭシンボル数を乗算した結果となる。Ｓ−Ｎｏｄｅは、１フレームでの送信可能ビット数からなる固定パケット長決定し、固定パケット長からなる送信パケットを用いて通信を行う。
なお、各ＭＮは、前述の５〜６の処理動作を、次次ホップと比較して行うため、ＲＲＥＰに含まれる、当該ＭＮにおける最低必要サブキャリアの数と、当該ＭＮにおける各サブキャリアでの送信可能ビット数をアンカーサブキャリアから各サブキャリア毎に累積した値とは、同一経路における当該ＭＮの前前ホップまで転送される。そのため、当該ＭＮの前前ホップは、前述の５の処理を行うことが可能となる。
【００３８】
以上が、転送経路形成時における各ＭＮの処理動作の説明である。
【００３９】
［ＭＮの構成の説明］
次に、上述した機能を実現するためのＭＮの構成を説明する。図１１は、本実施形態において、マルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの機能ブロック図を示している。本実施形態におけるＭＮは、送受信部１００と、復調部１１０と、データ処理部１２０と、受信電力検出部１３０と、変調方式決定部１４０と、サブキャリア調整部１５０と、タイミング生成部１６０と、変調部１７０とを備える。
【００４０】
送受信部１００は、送受信用のアンテナを備え、他ＭＮからの送信波を受信して、増幅等の受信処理を行って受信信号を復調部１１０へ出力する。また、変調部１７０からの送信信号を増幅して、他ＭＮへ送信する。
【００４１】
復調部１１０は、送受信部１００からの受信信号を復調してサブキャリアを検出する。復調部１１０は、復調信号をデータ処理部１２０と、受信電力検出部１３０へ出力する。
【００４２】
データ処理部１２０は、復調部１１０から入力する各サブキャリアの復調信号から受信フレームへデータ復調を行う。データ処理部１２０は、受信フレームに含まれる受信データを上位レイヤへ出力する。また、データ処理部１２０は、上位レイヤからの送信データを送信フレーム化して、変調部１７０へ出力する。
データ処理部１２０は、受信フレームがＲＲＥＱである場合、ＲＲＥＱに含まれるＳ−Ｎｏｄｅからのホップ数を取得して、サブキャリア調整部１５０とタイミング生成部１６０へ出力する。また、データ処理部１２０は、受信フレームがＲＲＥＰである場合、ＲＲＥＰに含まれる、最低必要サブキャリアの数と、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、次次ホップのＭＮにおけるアンカーサブキャリアから累積した各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数と、タイミング情報を取得して、サブキャリア調整部１５０へ出力する。
【００４３】
受信電力検出部１３０は、復調部１１０から各サブキャリアの復調信号を入力する。受信電力検出部１３０は、各サブキャリアの復調信号からＳＮＲを取得し、変調方式決定部１４０へ出力する。
【００４４】
変調方式決定部１４０は、各サブキャリアのＳＮＲに基づいて、各サブキャリアの適応変調を行って変調方式を決定する。変調方式決定部１４０は、各サブキャリアの適応変調結果を、サブキャリア調整部１５０へ出力する。
【００４５】
サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数を入力して、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいてアンカーサブキャリアを設定する。また、サブキャリア調整部１５０は、変調方式決定部１４０から各サブキャリアの適応変調結果を入力する。サブキャリア調整部１５０は、各サブキャリアの適応変調結果に基づいて、設定したアンカーサブキャリアから累積基準サブキャリアまで、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を累積する。さらに、サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から、次次ホップのＭＮにおける、アンカーサブキャリアから累積した各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数と、最低必要サブキャリアのサブキャリア番号と、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数とに基づいて、次次ホップのＭＮと最低必要サブキャリアの調整を行い、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数の更新を行う。
【００４６】
タイミング生成部１６０は、データ処理部１２０から、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数と、タイミング情報を入力する。タイミング生成部１６０は、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、ＴＤＭＡ方式における同一転送経路内での送信ＴＳを決定する。また、タイミング生成部１６０は、タイミング情報に基づいて、同一転送経路内のＴＤＭＡ方式におけるＴＳの同期を取って、送受信タイミングを、復調部１１０および変調部１７０へ通知する。
【００４７】
変調部１７０は、データ処理部１２０から入力する送信フレームを、変調して送受信部１００へ出力する。
【００４８】
以上が、本実施形態において、マルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの構成の説明である。
【００４９】
［ＭＮの動作方法の説明］
次に、本実施形態において、マルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの動作方法について説明を行う。図１２は、本実施形態において、マルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの動作フローを示している。
【００５０】
（ステップＳ１００）
各ＭＮは、他ＭＮからＲＲＥＱを受信する時に、使用周波数帯域における各サブキャリアのＳＮＲを取得する。送受信部１００は、他ＭＮの送信波を受信して、受信信号を復調部１１０へ出力する。復調部１１０は、送受信部１００から受信信号を入力して復調を行い、サブキャリアを検出する。復調部１１０は、各サブキャリアの受信信号を、受信電力検出部１３０と、データ処理部１２０へ出力する。受信電力検出部１３０は、復調部１１０から各サブキャリアの受信信号を入力する。復調部１１０は、各サブキャリアのＳＮＲを検出して変調方式決定部１４０へ出力する。また、データ処理部１２０は、復調部１１０から受信信号を入力して、ＲＲＥＱの受信パケットへデータ復調を行う。
【００５１】
（ステップＳ１１０）
各ＭＮは、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、データを送信するＴＳを決定する。データ処理部１２０は、ＲＲＥＱから、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数とタイミング情報とを取得する。データ処理部１２０は、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数とタイミング情報をタイミング生成部１６０へ出力する。タイミング生成部１６０は、データ処理部１２０から、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数を取得して、同一転送経路内でデータ送信を行うＴＳを決定する。また、タイミング生成部１６０は、データ処理部１２０からタイミング情報を取得して、同一転送経路内の他ＭＮとのデータ送信タイミングの同期を取る。
【００５２】
（ステップＳ１２０）
各ＭＮは、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、アンカーサブキャリアを設定する。データ処理部１２０は、Ｓ−Ｎｏｄｅからのホップ数を、ＲＲＥＱから取得して、サブキャリア調整部１５０へ出力する。サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から入力するＳ−Ｎｏｄｅからのホップ数に基づいて、アンカーサブキャリアを決定する。
【００５３】
（ステップＳ１３０）
変調方式決定部１４０は、受信電力検出部１３０から取得した各サブキャリアのＳＮＲに基づいて、各サブキャリアの適応変調を行い変調方式を決定する。変調方式決定部１４０は、サブキャリア調整部１５０へ、各サブキャリアの適応変調結果を出力する。
なお、本ステップまでの処理は、ＲＲＥＱ受信時に行われる。この後、ＲＲＥＱの転送が行われる。データ処理部１２０は、上位レイヤと連携して、ＲＲＥＱの転送処理を行う。変調部１７０は、データ処理部１２０から出力されるＲＲＥＱの送信データの変調を行って、送受信部１００へ出力する。送受信部１００は、変調部１７０からの送信信号を送信する。
【００５４】
（ステップＳ１４０）
本ステップからの処理は、ＲＲＥＰを受信時に行われる。各ＭＮは、ＲＲＥＰから、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を取得する。データ処理部１２０は、送受信部１００と復調部１１０を介して、ＲＲＥＰを受信する。サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から、ＲＲＥＰに含まれる１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を取得する。なお、Ｄ−Ｎｏｄｅは、ＲＲＥＰから１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を取得することができないため、前述のとおり、ＳＮＲに基づいて使用周波数帯域における各サブキャリアの適応変調を行い、これを累積することによって１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を算出する。
【００５５】
（ステップＳ１５０）
サブキャリア調整部１５０は、変調方式決定部１４０から各サブキャリアの適応変調結果を入力する。サブキャリア調整部１５０は、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数に基づいて、ＲＲＥＰに含まれる１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を送信するための、最低必要サブキャリアを選択する。
【００５６】
（ステップＳ１６０）
サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から取得した次次ホップのＭＮにおける最低必要サブキャリアと、自ＭＮにおける最低必要サブキャリアが重複しているかを判定する。最低必要サブキャリアが重複している場合は、ステップＳ１７０へ進む。一方、最低必要サブキャリアが重複していない場合は、ステップＳ１８０へ進む。
【００５７】
（ステップＳ１７０）
最低必要サブキャリアが重複している場合、サブキャリア調整部１５０は、データ処理部１２０から取得した、次次ホップのＭＮにおける最低必要サブキャリアのサブキャリアの数と、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数とに基づいて、次次ホップのＭＮと使用サブキャリアの調整を行って、最低必要サブキャリアの重複を解消する。また、サブキャリア調整部１５０は、最低必要サブキャリアの重複解消に伴って、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を更新する。
【００５８】
（ステップＳ１８０）
最低必要サブキャリアが重複していない場合、サブキャリア調整部１５０は、最低必要サブキャリアと１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数を確定する。
【００５９】
（ステップＳ１９０）
サブキャリア調整部１５０は、最低必要サブキャリアと、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、各サブキャリアの１シンボルでの送信可能ビット数を、データ処理部１２０へ出力する。データ処理部１２０は、最低必要サブキャリアと、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数と、各サブキャリアの送信可能ビット数を、ＲＲＥＰに含めて、変調部１７０および送受信１００を介して、同一転送経路の前ホップのＭＮへ転送する。
【００６０】
以上が、本実施形態において、マルチホップ無線通信ネットワークに存在する各ＭＮの動作方法の説明である。このような動作を同一転送経路内の各ＭＮが繰り返すことによって、当該転送経路内における、１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数が確定する。Ｓ−Ｎｏｄｅは、最小送信可能ビット数に基づく固定フレーム長を用いて、データの送信を行う。
【００６１】
［転送経路内の送信タイミング分散同期手法］
次に、分散システムにおける同期手法について説明を行う。本実施形態のマルチホップ無線通信ネットワークは、ＴＤＭＡ方式を使用している。図６を用いて説明を行ったとおり、分散システムであるマルチホップ無線通信ネットワークにおいて、ＴＤＭＡ方式を実現するためには、複数のＭＮが同期を取って同時送信タイミングにおけるデータ送信を実現する必要がある。図６を参照すると、ＭＮ１、３、５は、ＴＳ＝２Ｔに送信タイミングを割り当てられており、同時にデータ送信を行う。また、ＭＮ２、４はＴＳ＝２Ｔ＋１に送信タイミングを割り当てられており、同時にデータ送信を行う。
このような同時データ送信を実現するため、本実施形態における、各ＭＮは、擬似乱数符号（ＰＮ符号）出力によって乱数生成を行う。擬似乱数符号出力は、シフトレジスタによって生成される。シフトレジスタは、その生成多項式から乱数を生成しているため、シフトレジスタへ設定される初期値によって生成される乱数が異なる。そこで、本実施形態では、同一転送経路内でシフトレジスタへ設定する初期値を同一の値（乱数の種）を用いる。また、各ＭＮは、同一の初期値を設定したシフトレジスタを用いて生成する乱数系列を、現在時刻によって切り出し位置を決定する。これによって、各ＭＮは、シフトレジスタへの同一の初期値によって、同一の擬似乱数系列を生成することとなり、また、現在時刻によって共通の切り出し位置を定めることで、複数のＭＮで同じ値の擬似乱数復号出力を得ることができる。さらに、各ＭＮは、切り出した擬似乱数符号出力と当該出力の最大値との比率によって確率を算出する。各ＭＮは、この確率に基づいて、送信タイミングを決定する。
【００６２】
例えば、同じ送信タイミングを設定した各ＭＮが、同一の初期値により擬似乱数符号出力「１０１１０１１０１０１１００１…」を生成したとする。各ＭＮは、現在時刻によって「１１０１１０１０１１（１０ｂｉｔ）」を切り出したとする。この場合、各ＭＮは、１０ｂｉｔの最大値「１１１１１１１１１１」と「１１０１１０１０１１」との比率を算出する。１０ｂｉｔの最大値は、１０進数で「１０２３」であり、切り出した値は、１０進数で「８７５」である。各ＭＮは、確率「８７５／１０２３≒０．８５５３３」を算出する。この値は、同じ送信タイミングを設定した各ＭＮが共通に有する確率である。各ＭＮは、例えば、この確率に最大待ち時間を乗算して、実待ち時間を算出することで、同時送信を実現する。このように各ＭＮが、同じ乱数を有することで、同時送信を行うことができる。
【００６３】
本実施形態では、Ｄ−Ｎｏｄｅが、ＲＲＥＰにタイミング情報として乱数の種を含めてＳ−Ｎｏｄｅへ送信することで、同一転送経路内で同一の乱数の種を設定することができる。このように、転送経路ごとに異なる乱数の種が設定されるため、複数ルート間での干渉回避を図ることも可能である。なお、本実施形態においては、シフトレジスタに設定する初期値（乱数の種）を一致させて、現在時刻に基づいて記事乱数復号出力から切り出しを行っている。これは、複数の個所で同一の確率を発生することができる手段によって代替が可能である。各ＭＮは、同一の確率を得ることで、分散システム内でも同期を取ることが可能となり、同時送信タイミングにおけるデータ送信を実現することができる。
【００６４】
以上が、本実施形態の説明である。本発明のマルチホップ無線通信ネットワークは、ＴＤＭＡ方式を用いることにより、隣接するＭＮが異なる送信タイミングによってデータの送信を行う。また、同じ送信タイミングを設定されたＭＮは、アンカーサブキャリアＬｏｗとアンカーサブキャリアＨｉｇｈを交互に設定されている。これによって、隠れ端末問題や、廻り込み干渉問題を解消している。また、各ＭＮは、隣接ＭＮである転送先ＭＮ間とのＳＮＲに基づいて、使用周波数帯域のサブキャリア毎の変調方式を確定する。また、同一転送経路内における最もＳＮＲの悪い区間の１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数に基づいて固定パケット長を決定し、固定パケット長によりデータ送信を行う。さらに、各ＭＮが使用する最低必要サブキャリアを、次次ホップとダイナミックに調整を行うことで、ＳＮＲの悪い区間の１ＯＦＤＭシンボルでの送信可能ビット数を増加させる。これによって、ＳＮＲの悪い区間伝送容量を改善し、同一転送経路における１ＯＦＤＭシンボルでの最小送信可能ビット数が増加するため、転送容量を増加することができる。さらに、タイミング情報として、同一転送経路内の各ＭＮが、同一の乱数の種を設定することによって、同時データ送信を実現することが可能となる。
【００６５】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】マルチホップ無線通信における隠れ端末問題を説明するための図である。
【図２】マルチチャネル方式における廻り込み干渉問題を説明するための図である。
【図３】ＴＤＭＡマルチチャネル方式を説明するための図である。
【図４】ＭＮ間におけるＳＮＲに対応する変調方式の例を示す図である。
【図５】ＳＮＲに基づくサブキャリアの適応変調と送信可能ビット数対応を示す図である。
【図６】本実施形態におけるネットワーク構成を示す図である。
【図７】本実施形態におけるアンカーサブキャリアの設定方法を示す図である。
【図８】本実施形態の転送経路にアンカーサブキャリアを割り当てた場合を示す図である。
【図９】本実施形態の各ＭＮの行う使用サブキャリアの調整処理を示す図である。
【図１０】本実施形態におけるＲＲＥＱおよびＲＲＥＰのフレーム構成の一例を示す図である。
【図１１】本実施形態におけるマルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの機能ブロック図である。
【図１２】本実施形態におけるマルチホップ無線通信ネットワークを構成するＭＮの動作フローである。
【符号の説明】
【００６７】
１  サブキャリア
２  サブキャリア
３  サブキャリア
４  サブキャリア
５  サブキャリア
６  サブキャリア
１００  送受信部
１１０  復調部
１２０  データ処理部
１３０  受信電力検出部
１４０  変調方式決定部
１５０  サブキャリア調整部
１６０  タイミング生成部
１７０  変調部
【図１】
2010028294.tif 000011
【図２】
2010028294.tif 000012
【図３】
2010028294.tif 000013
【図４】
2010028294.tif 000014
【図５】
2010028294.tif 000015
【図６】
2010028294.tif 000016
【図７】
2010028294.tif 000017
【図８】
2010028294.tif 000018
【図９】
2010028294.tif 000019
【図１０】
2010028294.tif 000020
【図１１】
2010028294.tif 000021
【図１２】
2010028294.tif 000022