(57)【要約】  下位局（１）において、自己の下位局（１）がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率を求めるための構成として、所定の期間内に通信を行った下位局数の情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報に加え、システム全体で使用可能なチャネル容量情報を表す使用可能な全通信チャネル情報をも基礎として、チャネル使用確率を補正する補正部（１６Ｂ）を新設した。
2008096705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位局と複数の中位局、および複数の下位局とを含んで構成され、各下位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を下位局間で送受信可能とされた無線通信システムであって、
前記上位局は、前記中位局の配下で使用可能な全通信チャネル情報を該中位局に通知する構成とされ、
前記中位局は、前記使用可能な全通信チャネル情報を前記下位局に通知する構成とされ、
前記下位局は、
他の下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、
前記復号部により得られた受信信号から、前記他の下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、
計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、
前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、
前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記他の下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、
前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の下位局がチャネルを使用可能な確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、
前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、前記中位局から通知された前記使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、
前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、自己の下位局の通信に使用する通信チャネルを決定するチャネル決定部と、
自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記チャネル決定部により決定された通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部と、
を備え、
前記使用確率更新部は、
前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、
前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、
前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部と、
を含んだ構成とされている、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を他の下位局との間で送受信可能とされた下位局であって、
他の下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、
前記復号部により得られた受信信号から、前記他の下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、
計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、
前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、
前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記他の下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、
前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の下位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、
前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、外部から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、
前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、自己の下位局の通信に使用する通信チャネルを決定するチャネル決定部と、
自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記チャネル決定部により決定された通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部と、
を備え、
前記使用確率更新部は、
前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、
前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、
前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部と、
を含んだ構成とされている、
ことを特徴とする下位局。
【請求項３】
前記計測部は、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とされ、
前記記録部は、前記チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とされ、
前記補正部は、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報、及び前記チャネル衝突状況情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する構成とされた
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の下位局。
【請求項４】
上位局と中位局と複数の下位局とを含んで構成され、各下位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を下位局間で送受信可能とされた無線通信システムであって、
前記上位局は、前記中位局の配下で使用可能な全通信チャネル情報を該中位局に通知する構成とされ、
前記下位局は、
信号送信要求情報を前記中位局に送信し、該中位局より、自己の下位局の通信に使用する通信チャネル情報を取得する信号送信要求部と、
自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記信号送信要求部により取得された通信チャネル情報に示す通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部と、
を備え、
前記中位局は、
前記下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、
前記復号部により得られた受信信号から、前記下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、
計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、
前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、
前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、
前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の中位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、
前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、前記上位局から通知された前記使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、
前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、前記下位局の通信に使用する通信チャネルを決定し、該下位局に通信チャネル情報を通知するチャネル決定部と、
を備え、
前記使用確率更新部は、
前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、
前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、
前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部と、
を含んだ構成とされている、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
固有の下位局ＩＤが割り当てられ該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を送信する下位局、から信号送信要求情報を受信した場合に、当該下位局の通信に使用する通信チャネル情報を返送する中位局であって、
前記下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、
前記復号部により得られた受信信号から、前記下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、
計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、
前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、
前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、
前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の中位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、
前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、外部から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、
前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、前記下位局の通信に使用する通信チャネルを決定し、該下位局に通信チャネル情報を通知するチャネル決定部と、
を備え、
前記使用確率更新部は、
前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、
前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、
前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部と、
を含んだ構成とされている、
ことを特徴とする中位局。
【請求項６】
前記計測部は、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とされ、
前記記録部は、前記チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とされ、
前記補正部は、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報、及び前記チャネル衝突状況情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する構成とされた
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の中位局。
【請求項７】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、信号到達距離に対応した値と下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、信号到達距離に対応した値と下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とされた、
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上位局、複数の中位局及び複数の下位局を含んで構成され、複数の中位局および下位局が通信チャネルを共用する無線通信システム、並びに、該無線通信システムを構成する下位局及び中位局に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、無線通信技術の発展に伴い需要が拡大し、周波数資源の有効利用及び柔軟な周波数割当て政策が求められている。柔軟な周波数割当てを実現するための手段の１つとして、通信に用いる周波数帯域を、複数の移動局で共用する環境の提供が考えられる。このような環境において、移動局単位での公平性を考慮して制御する方法が開発されており、例えば、工業、科学、及び医療用無線周波数帯において運用されている無線ＬＡＮシステムにおいて利用されている。【０００３】
このような複数の移動局が通信チャネルを共有する環境を対象に、例えば非特許文献１では各移動局の利得が公平になるように通信チャネルの使用確率を制御する方法が提案されている。
【非特許文献１】Y.  Xing,  R.  Chandramouli,  S.  Mangold,  S.  Shankar,  "Dynamic  spectrum  access  in  open  spectrum  wireless  networks",  IEEE  Journal  on  selected  areas  in  communications  (JSAC),  Vol.24,  No.3,  pp.626-637,  March  2006
【非特許文献２】H.  Gintis,  "Game  theory  evolving:  A  probrem-centered  introduction  to  modeling  strategic  behavior",  Prinston  Univ.  press,  2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の移動局が通信チャネルを共有する通信環境においては各移動局の利害が対立するため、公平に通信チャネルが分配されるように適切なチャネル使用確率制御方法が必要とされる。従来技術では、各移動局間の利得が均等になることのみを制御方針として用いている。換言すれば、全移動局が取得する利得の絶対値については考慮されておらず、例えば、ある移動局が何らかの事情で自発的に送信を中止するなど自己の利得獲得を放棄した場合、公平性を担保するために他移動局の利得も制限されることとなる。これにより、最悪の結果として、全移動局の利得が０で均等となるケースに陥る可能性がある。このような環境では、たとえ移動局間の公平な通信環境が担保されたとしても、全体効率の観点からは良好な通信環境が担保されているとは言い難い。【０００５】
本発明は、上記問題点を解消するために成されたものであり、移動局などの下位局間の利得を公平に分配しつつ、下位局の不要な利得低下を防止することで下位局全体の利得を最大化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、上位局と中位局と複数の下位局とを含んで構成され、各下位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を下位局間で送受信可能とされた無線通信システムであって、前記上位局は、前記中位局の配下で使用可能な全通信チャネル情報を該中位局に通知する構成とされ、前記中位局は、前記使用可能な全通信チャネル情報を前記下位局に通知する構成とされ、前記下位局は、他の下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、前記復号部により得られた受信信号から、前記他の下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記他の下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の下位局がチャネルを使用可能な確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、前記中位局から通知された前記使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、自己の下位局の通信に使用する通信チャネルを決定するチャネル決定部と、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、前記チャネル決定部により決定された通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部とを備え、前記使用確率更新部は、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部と、を含んだ構成とされたことを特徴とする。【０００７】
また、本発明に係る下位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を他の下位局との間で送受信可能とされた下位局であって、他の下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、前記復号部により得られた受信信号から、前記他の下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記他の下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の下位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、外部から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、自己の下位局の通信に使用する通信チャネルを決定するチャネル決定部と、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、前記チャネル決定部により決定された通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部とを備え、前記使用確率更新部は、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部とを含んだ構成とされたことを特徴とする。【０００８】
上記の発明によれば、下位局に新設した補正部によって、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し、複数の下位局全体での利得を最大化することができる。【０００９】
ところで、補正部は、下位局に新設する以外に、以下のように、中位局に新設してもよい。【００１０】
かかる態様の無線通信システムは、上位局と中位局と複数の下位局とを含んで構成され、各下位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を下位局間で送受信可能とされた無線通信システムであって、前記上位局は、前記中位局の配下で使用可能な全通信チャネル情報を該中位局に通知する構成とされ、前記下位局は、信号送信要求情報を前記中位局に送信し、該中位局より、自己の下位局の通信に使用する通信チャネル情報を取得する信号送信要求部と、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部と、前記信号送信要求部により取得された通信チャネル情報に示す通信チャネルで、前記送信信号生成部により生成された送信信号を送信する送信部とを備え、前記中位局は、前記下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、前記復号部により得られた受信信号から、前記下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の中位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、前記上位局から通知された前記使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、前記下位局の通信に使用する通信チャネルを決定し、該下位局に通信チャネル情報を通知するチャネル決定部とを備え、前記使用確率更新部は、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部とを含んだ構成とされたことを特徴とする。【００１１】
また、上記態様の中位局は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を送信する下位局、から信号送信要求情報を受信した場合に、当該下位局の通信に使用する通信チャネル情報を返送する中位局であって、前記下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部と、前記復号部により得られた受信信号から、前記下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部と、前記指標生成部により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、前記受信信号から計測する計測部と、前記下位局ＩＤ検出部により検出された前記下位局の下位局ＩＤと、前記計測部により計測された該下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部と、前記記録部から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の中位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部と、前記下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、外部から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前記チャネル使用確率を更新する使用確率更新部と、前記使用確率更新部による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、前記受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、前記下位局の通信に使用する通信チャネルを決定し、該下位局に通信チャネル情報を通知するチャネル決定部とを備え、前記使用確率更新部は、前記更新量算出部により算出された更新量に基づいて、前回の更新後のチャネル使用確率を更新する更新部と、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する補正部と、前記補正部による補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部とを含んだ構成とされたことを特徴とする。【００１２】
これらの発明によれば、中位局に新設した補正部によって、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し、複数の下位局全体での利得を最大化することができる。【００１３】
なお、本発明に係る下位局では、前記計測部は、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とし、前記記録部は、前記チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とし、前記補正部は、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報、及び前記チャネル衝突状況情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する構成とすることが望ましい。【００１４】
同様に、本発明に係る中位局でも、前記計測部は、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とし、前記記録部は、前記チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とし、前記補正部は、前記下位局数情報、前記チャネル使用状況記録情報、前記使用可能な全通信チャネル情報、及び前記チャネル衝突状況情報に基づいて、前記更新部により更新されたチャネル使用確率を補正する構成とすることが望ましい。【００１５】
このような下位局又は中位局によれば、信号の衝突状況を考慮したチャネル使用確率情報の制御が可能となり、より適切なチャネル使用確率制御を実現することができる。【００１６】
さて、本発明に係る無線通信システムにおける指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成としてもよい。【００１７】
また、上記の改良型として、指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成としてもよい。この場合、各下位局の使用するアプリケーションの性質により、必要となる通信時間と使用帯域幅との組み合わせが千差万別であるような環境においても、各下位局間の公平性を担保することが可能となる。【００１８】
さらに、上記の改良型として、指標生成部は、前記計測対象とすべきチャネル使用状況として、信号到達距離に対応した値と下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成としてもよい。この場合、各下位局の用いる通信方式が異なる等により各下位局間において送信出力電力が異なり、結果的に、相対的に送信出力電力が高い下位局が信号送信を行っている間、比較的広範囲に渡って、当該送信で使用されているチャネルを、相対的に送信出力電力が低い他の下位局が使用できないといった通信環境においても、各下位局間の公平性を担保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、下位局間の利得を公平に分配しつつ、下位局の不要な利得低下を防止することで下位局全体の利得を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】各実施形態における無線通信システムの構成図である。
【図２】第１実施形態における下位局の構成図である。
【図３】第１、第２実施形態における補正部の構成図である。
【図４】第１実施形態の無線通信システムにおける動作を示すフロー図である。
【図５】第２実施形態における中位局の構成図である。
【図６】第２実施形態における下位局の構成図である。
【図７】第２実施形態の無線通信システムにおける動作を示すフロー図である。
【図８】第３実施形態における下位局の構成図である。
【図９】第３実施形態における補正部の構成図である。
【図１０】第３実施形態の変形例における中位局の構成図である。
【図１１】下位局及び中位局のハードウェア構成図である。
【図１２】本発明の効果を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…下位局、１Ｓ…信号送信要求部、２…中位局、３…上位局、４…無線通信システム、１０…復号部、１１…下位局ＩＤ検出部、１２…計測部、１３…指標生成部、１４…記録部、１５…更新量算出部、１６…使用確率更新部、１６Ａ…加算部、１６Ｂ…補正部、１６Ｃ…調整部、１７…チャネル決定部、１８、１８Ａ…送信部、１９、１９Ａ…送信信号生成部、２０…復号部、２１…下位局ＩＤ検出部、２２…計測部、２３…指標生成部、２４…記録部、２５…更新量算出部、２６…使用確率更新部、２６Ａ…加算部、２６Ｂ…補正部、２６Ｃ…調整部、２７…チャネル決定部、２８…在圏登録部、５１…補正係数生成部、５２…乗算器、１０１…ＣＰＵ、１０２…主記憶部、１０３…補助記憶部、１０４…通信制御部、１０５…表示部、１０６…操作部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システム４は、複数の下位局１Ａ、１Ｂ、１Ｃ（以下「下位局１」と総称する）と、在圏する下位局の在圏状況を管理する中位局２と、使用可能な通信チャネル情報を管理する上位局３とを含んで構成されている。なお、以下では、通信チャネルは「チャネル」と略称する。【００２３】
上位局３は、使用可能な全チャネル情報（即ち、全下位局で使用可能なチャネル容量情報）を中位局２に通知する機能を有する。下位局１は、固有の下位局ＩＤが割り当てられ、該下位局ＩＤ情報を含んだ信号を中位局２及び他の下位局１に送信可能とされている。中位局２は、ある下位局１から送信されたデータ信号を受信し、該データ信号に含まれた下位局ＩＤ情報を用いて該下位局１の在圏登録を行い、登録完了後に、該下位局１への登録完了通知及び該下位局１が使用可能な全チャネル情報の通知を行う機能を有する。【００２４】
第１実施形態は、下位局１に、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正する補正部１６Ｂを新設することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し下位局全体の利得を最大化する実施形態である。なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、各下位局１が、１つの中位局２の配下に在圏し、１つの通信チャネルを共有して通信を行う状況を想定する。【００２５】
以下、下位局１の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、下位局１は、他の下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部１０と、復号部１０により得られた受信信号から、他の下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部１１と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部１３と、指標生成部１３により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、受信信号から計測する計測部１２と、下位局ＩＤ検出部１１により検出された他の下位局の下位局ＩＤと、計測部１２により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部１４と、記録部１４から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の下位局がチャネルを使用可能な確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部１５と、下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、中位局から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、更新量算出部１５により算出された更新量に基づいて、チャネル使用確率を更新する使用確率更新部１６と、使用確率更新部１６による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、自己の下位局の通信に使用する通信チャネルを決定するチャネル決定部１７と、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部１９と、チャネル決定部１７により決定された通信チャネルで、送信信号生成部１９により生成された送信信号を送信する送信部１８とを備えている。【００２６】
このうち指標生成部１３は、計測対象とすべきチャネル使用状況として「下位局のチャネル使用時間」を表すチャネル使用状況指標情報を生成する。【００２７】
また、更新量算出部１５は、各下位局間の満足度が公平になるように、以下のように、チャネル使用確率に関する更新量を算出する。具体的には、まずチャネル使用量を「利得」と定義し、当該満足度は効用関数を用いて数値化され、該満足度を表す値が下位局間で同じになる状況を、公平な状態と定義する。その後、チャネル使用状況情報から、現在の各下位局における満足度を算出し、それらを比較する。ここで、不公平な状態（即ち、各下位局の満足度に所定量以上の差が発生している状態）であると推測された場合、該不公平な状態を解消するように現在のチャネル使用確率に対する更新量を算出し、該算出で得られたチャネル使用確率更新量情報を出力する。このような制御は、例えば、以下の数式を用いることで実現することができる。【００２８】
今、i番目の下位局の利得をxi、他下位局の利得をxj、下位局数をnとすると、各下位局の効用関数は、以下の式（１）のように示すことができる。
【数１】
2008096705.tif 000003
ここで、αiは自己の下位局より利得の高い下位局に対する予め定められた反応係数、βiは自己の下位局より利得の低い下位局に対する予め定められた反応係数である。非特許文献２によると、αi＞βi＞0と設定することで、安定したシステムを構築できることが経験的に知られている。【００２９】
以上のような効用関数に従い、チャネル使用確率更新量情報ΔPiは、以下の式（２）に基づき算出される。
【数２】
2008096705.tif 000004
このような更新量算出部１５により算出されたチャネル使用確率更新量情報は、使用確率更新部１６へ入力される。【００３０】
以下、本発明の要部である使用確率更新部１６の構成について説明する。【００３１】
図２に示すように、使用確率更新部１６は、更新量算出部１５により算出された更新量と前回の更新後のチャネル使用確率とを加算することでチャネル使用確率の更新を行う加算部１６Ａ（更新部）と、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、加算部１６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する補正部１６Ｂと、補正部１６Ｂによる補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部１６Ｃと、調整部１６Ｃから出力される調整後のチャネル使用確率情報を保持（記憶）し加算部１６Ａへフィードバックする保持部１６Ｄとを含んだ構成とされている。【００３２】
このうち、補正部１６Ｂは、全体のチャネル容量が十分に使用されているか否かを検証し、十分に使用されていない場合、加算部１６Ａによる更新後のチャネル使用確率情報を補正する機能を有する。補正部１６Ｂの構成例を図３に示す。【００３３】
補正部１６Ｂは、補正係数生成部５１と乗算器５２とを含んで構成される。このうち補正係数生成部５１は、チャネル使用状況情報xi、下位局数情報、および使用可能な全チャネル情報を用いてチャネル使用確率補正係数情報Ctx_probを出力する。具体的には、使用可能な全チャネル情報をCapaallとすると、チャネル使用確率補正係数情報Ctx_probは、以下の式（３）のように求めることができる。
【数３】
2008096705.tif 000005
これにより、全てのチャネルがいずれかの下位局によって使用される場合、Ctx_prob＝１となり、使用されていないチャネルが存在する場合にはCtx_prob＞１となる。【００３４】
乗算器５２によって、上記のチャネル使用確率補正係数情報とチャネル使用確率情報Pi(t)とを乗算することで、チャネル使用確率情報Pi(t)を補正する。補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)は、以下の式（４）のように求められる。
【数４】
2008096705.tif 000006
これにより、全てのチャネルがいずれかの下位局によって使用される場合は、Ctx_prob＝１となり、補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)とチャネル使用確率情報Pi(t)とは同一値となるので、実際には、補正は行われない。【００３５】
一方、使用されていないチャネルが存在する場合にはCtx_prob＞１となるので、補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)は、チャネル使用確率情報Pi(t)よりも大きい値となるよう補正される。【００３６】
また、チャネル使用確率情報の大きさの範囲に関する最大値、最小値を、それぞれPMax、PMinとすると、調整部１６Ｃでは、以下の式（５）に従った調整処理がなされる。
【数５】
2008096705.tif 000007
ここでmax()、min()は、それぞれ最大値、最小値を選択する動作を表し、PMax、PMinは共に０以上、１以下の値とされる。利得とチャネル使用確率の関係が予め判明している場合は、その関係性に基づいて適切な値を算出できる。このようにして、次回送信時におけるチャネル使用確率情報Pi(t)が導出される。【００３７】
なお、以上のような機能を有する下位局１は、ハードウェア構成としては、例えば、図１１に示すように、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムなどを実行するＣＰＵ１０１、ＲＯＭ及びＲＡＭで構成される主記憶部１０２、メモリなどで構成される補助記憶部１０３、通信全般の制御を行う通信制御部１０４、液晶モニタなどで構成される表示部１０５、並びに文字・数字入力及び実行指示を行うキーで構成される操作部１０６を含んで構成される。図２を用いて説明した各機能は、図１１に示すＣＰＵ１０１及び主記憶部１０２の上に所定のソフトウェアを読み込ませ、ＣＰＵ１０１の制御の下で通信制御部１０４を動作させるとともに、主記憶部１０２や補助記憶部１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。【００３８】
［第１実施形態の無線通信システムにおける動作］
以下、図４を用いて、第１実施形態の無線通信システムにおける動作を説明する。【００３９】
上位局３は、予め、中位局２に対し、中位局２の配下で使用可能な全チャネル情報を通知する（図４のステップＳ１）。下位局１は、自己の存在を中位局２に通知するために、当該下位局１に固有の下位局ＩＤ情報を中位局２に送信する（ステップＳ２）。中位局２は、該下位局ＩＤ情報を受信すると、該下位局ＩＤ情報に基づいて当該下位局１の在圏登録を行い、該在圏登録の完了後に登録完了通知及び上記の使用可能な全通信チャネル情報を当該下位局１に通知する（ステップＳ３）。このとき中位局２から通知された、使用可能な全通信チャネル情報は、下位局１の記録部１４において記録してもよい。【００４０】
下位局１では、待ち受け時において、以下の処理が実行される。復号部１０は、他の下位局から送信された信号（該他の下位局の下位局ＩＤ情報を含む信号）を受信し復号することで受信信号を得る（ステップＳ４）。下位局ＩＤ検出部１１は、受信信号から、他の下位局の下位局ＩＤを検出する（ステップＳ５）。【００４１】
その後、指標生成部１３が、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成し、計測部１２が、該チャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、受信信号から計測する（ステップＳ６）。ここで、指標生成部１３は、計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間、を表すチャネル使用状況指標情報を生成することができる。計測部１２で計測されたチャネル使用状況は、チャネル使用状況情報として、記録部１４及びチャネル決定部１７へ出力される。【００４２】
記録部１４は、下位局ＩＤ検出部１１により検出された他の下位局の下位局ＩＤと、計測部１２により計測された該他の下位局のチャネル使用状況とを対応付けて、内蔵のデータベースに記録する（ステップＳ７）。記録部１４は、所定のデータベース更新期間情報を用いて、上記データベースを定期的に初期化するか、又は、最新の情報から遡って当該データベース更新期間分までの過去の情報を用いて上記データベースを更新するが、ステップＳ７の記録の後、記録部１４は、データベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を補正部１６Ｂへ出力する。【００４３】
そして、更新量算出部１５は、記録部１４から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに、反応係数情報に基づいて、前述したように、チャネル使用確率に関する更新量を算出する（ステップＳ８）。【００４４】
使用確率更新部１６では、加算部１６Ａが、更新量算出部１５により算出された更新量と前回の更新後のチャネル使用確率とを加算することでチャネル使用確率の更新を行う（ステップＳ９）。【００４５】
次に、補正部１６Ｂが、前述したように、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、加算部１６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する（ステップＳ１０）。【００４６】
さらに、調整部１６Ｃが、補正部１６Ｂによる補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、前述したように、該補正後のチャネル使用確率を調整する（ステップＳ１１）。【００４７】
下位局１では、送信時において、以下の処理が実行される。送信信号生成部１９は、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する（ステップＳ１２）。具体的には、送信信号生成部１９は、送信すべき信号をデジタル信号として生成し、当該信号を届けたい中位局のＩＤ情報および受信者（宛先の下位局）の宛先情報を信号宛先情報として、該デジタル信号に付与する。なお、宛先情報は、例えば、受信者のＩＰアドレスなどを採用しうる。その後、送信信号生成部１９は、送信元である自局の下位局ＩＤ情報を付与することで、送信信号を生成することができる。【００４８】
そして、チャネル決定部１７は、使用確率更新部１６による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、自己の下位局の通信に使用するチャネルの決定動作を起動する（ステップＳ１３）。ここでのチャネルの決定動作としては、チャネル使用状況情報から当該時点のチャネル使用状況を判別し、該チャネル状況に基づいてチャネルを決定する動作が該当する。例えば、他の下位局の通信との衝突を回避するために、あるチャネルにおける信号を受信して当該信号の受信強度を測定し、該受信強度が事前に設定した閾値よりも大きいか否かを判定することで、当該チャネルを使用中の他の下位局の有無を判断する。つまり、該受信強度が事前に設定した閾値よりも大きい場合、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在すると判断し、該受信強度が事前に設定した閾値以下の場合、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在しない（該チャネルに空きがある）と判断する。ここで、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在しない（該チャネルに空きがある）と判断された場合、チャネル決定部１７は、該チャネルを用いて実際に信号を送信するよう決定する。このようにしてチャネルの決定が行われる。【００４９】
さらに、送信部１８は、上記のようにして決定された通信チャネルで、上記生成された送信信号を送信する（ステップＳ１４）。【００５０】
以上の第１実施形態によれば、下位局１に新設した補正部１６Ｂによって、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し下位局全体の利得を最大化することができる。【００５１】
［第２実施形態］
第２実施形態は、中位局２に、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正する補正部２６Ｂを新設することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し下位局全体の利得を最大化する実施形態である。【００５２】
なお、第２実施形態で前提となる無線通信システム４の構成は、第１実施形態と同様であるため、無線通信システム４の構成の説明は省略する。【００５３】
以下、中位局２の構成、下位局１の構成、無線通信システム４における処理動作を順に説明する。【００５４】
まず、中位局２の構成について図５を用いて説明する。図５に示すように、中位局２は、下位局から送信された信号を受信し復号することで受信信号を得る復号部２０と、復号部２０により得られた受信信号から、下位局の下位局ＩＤを検出する下位局ＩＤ検出部２１と、下位局ＩＤ検出部２１により検出された下位局の下位局ＩＤ情報に基づいて当該下位局の在圏登録を行い、該在圏登録の完了後に登録完了通知を当該下位局に通知する在圏登録部２８と、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成する指標生成部２３と、指標生成部２３により生成されたチャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、受信信号から計測する計測部２２と、下位局ＩＤ検出部２１により検出された下位局の下位局ＩＤと、計測部２２により計測された該下位局のチャネル使用状況とを対応付けて記録するとともに、所定のデータベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を出力する記録部２４と、記録部２４から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに所定の反応係数情報に基づいて、自己の中位局がチャネル決定動作を起動するか否かを決める基礎となる確率を表すチャネル使用確率に関する更新量を算出する更新量算出部２５と、下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、上位局から通知された使用可能な全通信チャネル情報、並びに、更新量算出部２５により算出された更新量に基づいて、チャネル使用確率を更新する使用確率更新部２６と、使用確率更新部２６による更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、受信信号から当該時点のチャネル状況を判別し、該チャネル状況に基づいて、下位局の通信に使用する通信チャネルを決定し、該下位局に通信チャネル情報を通知するチャネル決定部２７とを備えている。【００５５】
このうち指標生成部２３は、計測対象とすべきチャネル使用状況として「下位局のチャネル使用時間」を表すチャネル使用状況指標情報を生成する。【００５６】
また、更新量算出部２５は、各下位局間の満足度が公平になるように、以下のように、チャネル使用確率に関する更新量を算出する。具体的には、まずチャネル使用量を「利得」と定義し、当該満足度は効用関数を用いて数値化され、該満足度を表す値が下位局間で同じになる状況を、公平な状態と定義する。その後、チャネル使用状況情報から、現在の各下位局における満足度を算出し、それらを比較する。ここで、不公平な状態（即ち、各下位局の満足度に所定量以上の差が発生している状態）であると推測された場合、該不公平な状態を解消するように現在のチャネル使用確率に対する更新量を算出し、該算出で得られたチャネル使用確率更新量情報を出力する。このような制御は、例えば、以下の数式を用いることで実現することができる。【００５７】
今、i番目の下位局の利得をxi、他下位局の利得をxj、下位局数をnとすると、各下位局の効用関数は、以下の式（６）のように示すことができる。
【数６】
2008096705.tif 000008
ここで、αiは自己の下位局より利得の高い下位局に対する予め定められた反応係数、βiは自己の下位局より利得の低い下位局に対する予め定められた反応係数である。非特許文献２によると、αi＞βi＞0と設定することで、安定したシステムを構築できることが経験的に知られている。【００５８】
以上のような効用関数に従い、チャネル使用確率更新量情報ΔPiは、以下の式（７）に基づき算出される。
【数７】
2008096705.tif 000009
このような更新量算出部２５により算出されたチャネル使用確率更新量情報は、使用確率更新部２６へ入力される。【００５９】
以下、本発明の要部である使用確率更新部２６の構成について説明する。【００６０】
図５に示すように、使用確率更新部２６は、更新量算出部２５により算出された更新量と前回の更新後のチャネル使用確率とを加算することでチャネル使用確率の更新を行う加算部２６Ａ（更新部）と、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、加算部２６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する補正部２６Ｂと、補正部２６Ｂによる補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、該補正後のチャネル使用確率を調整する調整部２６Ｃと、調整部２６Ｃから出力される調整後のチャネル使用確率情報を保持（記憶）し加算部２６Ａへフィードバックする保持部２６Ｄとを含んだ構成とされている。【００６１】
このうち、補正部２６Ｂは、全体のチャネル容量が十分に使用されているか否かを検証し、十分に使用されていない場合、加算部２６Ａによる更新後のチャネル使用確率情報を補正する機能を有する。補正部２６Ｂの構成は、図３に示す第１実施形態の補正部１６Ｂと同様である。【００６２】
補正部２６Ｂは、補正係数生成部５１と乗算器５２とを含んで構成される。このうち補正係数生成部５１は、チャネル使用状況情報xi、下位局数情報、および使用可能な全チャネル情報を用いてチャネル使用確率補正係数情報Ctx_probを出力する。具体的には、使用可能な全チャネル情報をCapaallとすると、チャネル使用確率補正係数情報Ctx_probは、以下の式（８）のように求めることができる。
【数８】
2008096705.tif 000010
これにより、全てのチャネルがいずれかの下位局によって使用される場合、Ctx_prob＝１となり、使用されていないチャネルが存在する場合にはCtx_prob＞１となる。【００６３】
乗算器５２によって、上記のチャネル使用確率補正係数情報とチャネル使用確率情報Pi(t)とを乗算することで、チャネル使用確率情報Pi(t)を補正する。補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)は、以下の式（９）のように求められる。
【数９】
2008096705.tif 000011
これにより、全てのチャネルがいずれかの下位局によって使用される場合は、Ctx_prob＝１となり、補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)とチャネル使用確率情報Pi(t)とは同一値となるので、実際には、補正は行われない。【００６４】
一方、使用されていないチャネルが存在する場合にはCtx_prob＞１となるので、補正後のチャネル使用確率情報Pi'(t)は、チャネル使用確率情報Pi(t)よりも大きい値となるよう補正される。【００６５】
また、チャネル使用確率情報の大きさの範囲に関する最大値、最小値を、それぞれPMax、PMinとすると、調整部２６Ｃでは、以下の式（１０）に従った調整処理がなされる。
【数１０】
2008096705.tif 000012
ここでmax()、min()は、それぞれ最大値、最小値を選択する動作を表し、PMax、PMinは共に０以上、１以下の値とされる。利得とチャネル使用確率の関係が予め判明している場合は、その関係性に基づいて適切な値を算出できる。このようにして、次回送信時におけるチャネル使用確率情報Pi(t)が導出される。【００６６】
次に、下位局１の構成について図６を用いて説明する。図６に示すように、下位局１は、信号送信要求情報を中位局２に送信し、該中位局２より、自己の下位局１の通信に使用する通信チャネル情報を取得する信号送信要求部１Ｓと、自己の下位局１の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する送信信号生成部１９Ａと、信号送信要求部１Ｓにより取得された通信チャネル情報に示す通信チャネルで、送信信号生成部１９により生成された送信信号を送信する送信部１８Ａとを備えている。【００６７】
なお、以上のような機能を有する中位局２及び下位局１は、ハードウェア構成としては、例えば、図１１に示すように、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムなどを実行するＣＰＵ１０１、ＲＯＭ及びＲＡＭで構成される主記憶部１０２、メモリなどで構成される補助記憶部１０３、通信全般の制御を行う通信制御部１０４、液晶モニタなどで構成される表示部１０５、並びに文字・数字入力及び実行指示を行うキーで構成される操作部１０６を含んで構成される。図５及び図６を用いて説明した各機能は、図１１に示すＣＰＵ１０１及び主記憶部１０２の上に所定のソフトウェアを読み込ませ、ＣＰＵ１０１の制御の下で通信制御部１０４を動作させるとともに、主記憶部１０２や補助記憶部１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。【００６８】
［第２実施形態の無線通信システムにおける動作］
以下、図７を用いて、第２実施形態の無線通信システムにおける動作を説明する。【００６９】
上位局３は、予め、中位局２に対し、中位局２の配下で使用可能な全チャネル情報を通知する（図７のステップＳ２１）。このとき上位局３から通知された、使用可能な全通信チャネル情報は、記録部２４において記録してもよい。【００７０】
下位局１は、自己の存在を中位局２に通知するために、当該下位局１に固有の下位局ＩＤ情報を中位局２に送信する（ステップＳ２２）。中位局２は、該下位局ＩＤ情報を受信すると、該下位局ＩＤ情報に基づいて当該下位局１の在圏登録を行い、該在圏登録の完了後に登録完了通知及び上記の使用可能な全通信チャネル情報を当該下位局１に通知する（ステップＳ２３）。【００７１】
その後、下位局１の信号送信要求部１Ｓが信号送信要求情報を中位局２に送信すると（ステップＳ２４）、中位局２では、復号部２０が信号送信要求情報を受信し復号した後、チャネル決定部２７は、使用確率更新部２６による前回の更新後のチャネル使用確率に応じたタイミングで、上記の信号送信要求をした下位局１の通信に使用するチャネルの決定動作を起動する（ステップＳ２５）。ここでのチャネルの決定動作としては、チャネル使用状況情報から当該時点のチャネル使用状況を判別し、該チャネル状況に基づいてチャネルを決定する動作が該当する。例えば、通信の衝突を回避するために、あるチャネルにおける信号を受信して当該信号の受信強度を測定し、該受信強度が事前に設定した閾値よりも大きいか否かを判定することで、当該チャネルを使用中の他の下位局の有無を判断する。つまり、該受信強度が事前に設定した閾値よりも大きい場合、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在すると判断し、該受信強度が事前に設定した閾値以下の場合、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在しない（該チャネルに空きがある）と判断する。ここで、当該チャネルを使用中の他の下位局が存在しない（該チャネルに空きがある）と判断された場合、チャネル決定部２７は、該チャネルを用いて実際に信号を送信するよう決定する。チャネル決定部２７は、このようにしてチャネルの決定を行い、該チャネル情報を下位局１へ通知する。【００７２】
下位局１では、信号送信要求部１Ｓが該チャネル情報を受信すると、送信信号生成部１９Ａは、自己の下位局の下位局ＩＤ情報と、送信先を示す信号宛先情報と、送信すべき送信データとに基づいて、送信信号を生成する（ステップＳ２６）。具体的には、送信信号生成部１９Ａは、送信すべき信号をデジタル信号として生成し、当該信号を届けたい中位局のＩＤ情報および受信者（宛先の下位局）の宛先情報を信号宛先情報として、該デジタル信号に付与する。なお、宛先情報は、例えば、受信者のＩＰアドレスなどを採用しうる。その後、送信信号生成部１９Ａは、送信元である自局の下位局ＩＤ情報を付与することで、送信信号を生成することができる。【００７３】
そして、送信部１８Ａは、通知された通信チャネルで、上記のように生成された送信信号を送信する（ステップＳ２７）。【００７４】
一方、中位局２では、復号部２０が上記の送信信号を受信し復号することで受信信号を得て（ステップＳ２８）、下位局ＩＤ検出部２１が、受信信号から、送信元の下位局１の下位局ＩＤを検出する（ステップＳ２９）。【００７５】
その後、指標生成部２３が、計測対象とすべきチャネル使用状況を表すチャネル使用状況指標情報を生成し、計測部２２が、該チャネル使用状況指標情報で表されたチャネル使用状況を、受信信号から計測する（ステップＳ３０）。ここで、指標生成部２３は、計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間、を表すチャネル使用状況指標情報を生成することができる。計測部２２で計測されたチャネル使用状況は、チャネル使用状況情報として、記録部２４及びチャネル決定部２７へ出力される。【００７６】
記録部２４は、下位局ＩＤ検出部２１により検出された下位局１の下位局ＩＤと、計測部２２により計測された該下位局１のチャネル使用状況とを対応付けて、内蔵のデータベースに記録する（ステップＳ３１）。記録部２４は、所定のデータベース更新期間情報を用いて、上記データベースを定期的に初期化するか、又は、最新の情報から遡って当該データベース更新期間分までの過去の情報を用いて上記データベースを更新するが、ステップＳ３１の記録の後、記録部２４は、データベース更新期間内に通信を行った下位局の数を表す下位局数情報及び該通信を行った下位局のチャネル使用状況を表すチャネル使用状況記録情報を補正部２６Ｂへ出力する。【００７７】
そして、更新量算出部２５は、記録部２４から出力された下位局数情報及びチャネル使用状況記録情報、並びに、反応係数情報に基づいて、前述したように、チャネル使用確率に関する更新量を算出する（ステップＳ３２）。【００７８】
使用確率更新部２６では、加算部２６Ａが、更新量算出部２５により算出された更新量と前回の更新後のチャネル使用確率とを加算することでチャネル使用確率の更新を行う（ステップＳ３３）。【００７９】
次に、補正部２６Ｂが、前述したように、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、加算部２６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する（ステップＳ３４）。【００８０】
さらに、調整部２６Ｃが、補正部２６Ｂによる補正後のチャネル使用確率が所定の範囲内に収まるように、前述したように、該補正後のチャネル使用確率を調整する（ステップＳ３５）。調整後のチャネル使用確率情報は、調整部２６Ｃからチャネル決定部２７へ出力され、チャネル決定部２７により保持され、次回のステップＳ２５の処理において用いられる。【００８１】
以上の第２実施形態によれば、中位局２に新設した補正部２６Ｂによって、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に基づいて、チャネル使用確率を補正することで、チャネル容量が最大限に利用されていない状況において、下位局間の利得を公平に分配しつつ、それと同時に、下位局の不要な利得低下を防止し下位局全体の利得を最大化することができる。【００８２】
［第３実施形態］
第３実施形態は、第１実施形態の下位局１の補正部１６Ｂが、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に加え、後述のチャネル衝突状況情報をも基礎として、チャネル使用確率を補正する点が第１実施形態と異なる。【００８３】
前述した第１実施形態では、各下位局の利得が比較的小さい値で均衡した場合にチャネル使用確率を増大させる余地があるとの想定の下で、チャネル使用確率情報を補正している。それに対し、第３実施形態では、チャネル使用確率が既に十分に高いにもかかわらず、信号衝突が起きているために、各下位局の利得が低いといった状況に対応するための実施形態である。【００８４】
第３実施形態の下位局１は、図８に示すように、計測部１２が、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とされ、記録部１４が、チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とされ、補正部１６Ｂが、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報、及びチャネル衝突状況情報に基づいて、加算部１６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する構成とされている。【００８５】
このうち補正部１６Ｂの補正係数生成部５１は、図９に示すように、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に加え、チャネル衝突状況情報をさらに用いて、チャネル使用確率補正係数情報Ctx_probを生成し出力する。以下、チャネル使用確率補正係数情報Ctx_probの生成（ここでは算出）について説明する。【００８６】
今、チャネル使用確率補正係数情報Ctx_probの算出において、i番目の下位局の重み係数をCiとすると、Ctx_probは以下の式（１１）のように求められる。
【数１１】
2008096705.tif 000013
Ciにおいては、例えば、自己の下位局の送信信号と他下位局の送信信号との衝突等により、予測利得情報と比較して実際の利得が少ない場合には、チャネル使用確率を減少させるように設定する。このような状況は、チャネル使用確率が過度に高すぎることが原因と考えられるため、信号の衝突により浪費された利得量に応じてチャネル使用確率を減少させる必要がある。今、信号の衝突により消費された利得量をCapacollisionとすると、Ciは例えば、以下の式（１２）のように設定することができる。
【数１２】
2008096705.tif 000014
もしくは、Ctx_probを信号の衝突による利得の損失と、チャネル未使用に伴う利得の損失の均衡により設計することができる。今、チャネル未使用に伴う利得の損失量をCapablankとすると、Ctx_probは以下の式（１３）のように設計することもできる。ここでγは未使用チャネル量に対する信号衝突量の割引係数であり、過度に信号衝突を低減させた結果、どの下位局も信号送信を止めることのないように設定される。
【数１３】
2008096705.tif 000015
【００８７】
このように、第３実施形態では、下位局１が、信号の衝突状況を考慮したチャネル使用確率情報制御を行うことによって、より適切なチャネル使用確率制御を実現することができる。【００８８】
なお、第２実施形態の中位局２の補正部２６Ｂが、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、及び使用可能な全通信チャネル情報に加え、チャネル衝突状況情報をも基礎として、チャネル使用確率を補正するよう構成してもよい。この場合、図１０に示すように、中位局２は、計測部２２が、送信信号の衝突状況をさらに計測し、計測結果をチャネル衝突状況情報として出力する構成とされ、記録部２４が、チャネル衝突状況情報をさらに記録し出力する構成とされ、補正部２６Ｂが、下位局数情報、チャネル使用状況記録情報、使用可能な全通信チャネル情報、及びチャネル衝突状況情報に基づいて、加算部２６Ａにより更新されたチャネル使用確率を補正する構成とされている。補正部２６Ｂの補正係数生成部５１は、図９に示す構成と同様である。【００８９】
この場合も、中位局２が、信号の衝突状況を考慮したチャネル使用確率情報制御を行うことによって、より適切なチャネル使用確率制御を実現することができる。【００９０】
［第４実施形態］
本実施形態は、第１、第２実施形態において、使用状況計測指標情報を「下位局が通信チャネルを使用した時間」として定義していたのに対し、使用状況計測指標情報を、下位局の使用時間と使用帯域幅とを用いて生成する点が異なる。【００９１】
各下位局の使用するアプリケーションの性質により、必要となる通信時間と使用帯域幅との組み合わせは千差万別である。例えば、音声通話のように比較的狭帯域帯で長時間連続して送信したい下位局もいれば、大容量データの転送のように比較的短時間かつ広帯域で信号を送信したい下位局も存在する。【００９２】
このような環境で各下位局間の公平性を担保するために、例えば、下位局１の指標生成部１３、又は、中位局２の指標生成部２３を、計測対象とすべきチャネル使用状況として、下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とすることが望ましい。【００９３】
［第５実施形態］
本実施形態は、第１、第２実施形態において、使用状況計測指標情報を「下位局が通信チャネルを使用した時間」として定義していたのに対し、使用状況計測指標情報を、信号到達距離に対応した値、下位局のチャネル使用時間、及び使用帯域幅を用いて生成する点が異なる。【００９４】
各下位局の用いる通信システムが異なる場合、その無線方式や置局設計などの影響により、各下位局間において送信出力電力が異なる状況が想定される。このような場合、相対的に送信出力電力が高い下位局が信号送信を行っている場合、比較的広範囲に渡って、当該送信で使用されているチャネルを、相対的に送信出力電力が低い他の下位局が使用できない、といった状況が起きる。【００９５】
このような環境で各下位局間の公平性を担保するために、例えば、下位局１の指標生成部１３、又は、中位局２の指標生成部２３を、計測対象とすべきチャネル使用状況として、信号到達距離に対応した値（例えば、信号到達距離に応じて定められる当該距離の大きさを示す指標値）と下位局のチャネル使用時間と使用帯域幅との積、を表すチャネル使用状況指標情報を生成する構成とすることが望ましい。【００９６】
［本発明の効果］
本発明の改善効果の評価を目的に、従来の方法における各下位局の利得と、本発明における各下位局の利得とを計算機シミュレーションにより比較する。シミュレーション諸元を下記に示す。
・２つの下位局、および１つの中位局、および上位局を想定。
・下位局の送信確率の初期値は1とした。
・送信パケット長は全下位局同一であり，送信タイミングはスロット化されているものとした。
・各下位局における動作は理想であり、制御誤差、遅延は無視できるほど小さいものとした。【００９７】
シミュレーション結果を図１２に示す。印加トラヒック量が1.0未満の未使用チャネルが多い環境において，本発明は各下位局の送信確率を高めに補正することにより、トータルスループットを改善することができているのが判る．また印加トラヒック量が1.0以上の環境では，従来の方法は信号衝突量を考慮していないために，印加トラヒック量の増大に伴い信号衝突の頻度が増大するため，トータルスループット特性が劣化している。しかしながら，本発明によれば、信号衝突量を考慮して各局の送信確率を下げるように制御できるため、印加トラヒック量が増大してもトータルスループットの低下を防いでいることが判る。【００９８】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2008096705.tif 000029
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