(57)【要約】【課題】コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上可能な無線装置を提供する。【解決手段】端末装置は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊによる無線システムと、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによる無線システムと、ＩＥＥＥ８０２．１６による無線システムとを備える。そして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによる無線経路ＭＬ１とＩＥＥＥ８０２．１６による無線経路ＭＬ２とを集約したマルチパスアクセス経路のコストは、無線経路ＭＬ１へのパケット分配率に対して下に凸の関数になる（曲線ｋ３参照）。端末装置は、降下法によってマルチパスアクセス経路のコストが最小になるようにパケット分配率を決定し（ＡＲＷ１〜ＡＲＷ４参照）、その決定したパケット分配率に従ってパケットを２つの無線経路ＭＬ１，ＭＬ２に分配して送信先へ送信する。【選択図】図８
2008283325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホップによって無線通信を行なう第１の無線システムを用いて第１の基地局にアクセスする第１の無線モジュールと、
前記第１の無線システムと異なる第２の無線システムを用いて前記第１の無線モジュールと並行して第２の基地局へアクセスする第２の無線モジュールと、
前記第１の無線モジュールが前記第１の基地局との間で確立する第１の無線経路と前記第２の無線モジュールが前記第２の基地局との間で確立する第２の無線経路とにおける全体の通信負荷を示す通信コストが最小になるように前記第１および第２の無線モジュールにおける無線通信を制御する通信制御手段とを備える無線装置。
【請求項２】
前記通信制御手段は、前記通信コストが最小になるように前記第１および第２の無線モジュールにパケットを分配し、
前記第１および第２の無線モジュールの各々は、前記分配されたパケットを送信する、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記通信制御手段は、前記第１の無線経路における通信負荷を示す第１の経路コストと前記第２の無線経路における通信負荷を示す第２の経路コストとを演算し、その演算した第１および第２の経路コストのうち大きい方の経路コストである第３の経路コストと前記第１および第２の経路コストのうち小さい方の経路コストである第４の経路コストとを選択し、前記第３の経路コストを有する無線経路に分配されたパケットを前記第４の経路コストを有する無線経路に振り分けるパケット分配処理を繰り返し行なうことによって前記第１および第２の無線モジュールに前記パケットを分配する、請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記通信制御手段は、ｎ（ｎは２以上の整数）回目の前記パケット分配処理において前記第３の経路コストを有する第３の無線経路がｎ−１回目の前記パケット分配処理において前記第３の経路コストを有する第４の無線経路と同じであるとき、ｎ−１回目のパケット分配処理における個数と同じ個数のパケットを前記第４の経路コストを有する無線経路へ振り分け、前記第３の無線経路が前記第４の無線経路と異なるとき、前記ｎ−１回目のパケット分配処理における個数よりも少ない個数のパケットを前記第４の経路コストを有する無線経路へ振り分ける、請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記通信制御手段は、前記第３の無線経路が前記第４の無線経路と異なるとき、前記パケット分配処理の回数が増加するに従って前記第４の経路コストを有する無線経路へ振り分けるパケット数を徐々に少なくする、請求項４に記載の無線装置。
【請求項６】
有線によって通信を行なうネットワークに接続された第１および第２の基地局と、
複数の無線システムを用いて前記第１および第２の基地局にアクセスする端末装置とを備え、
前記端末装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線装置からなる、無線通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線装置およびそれを備えた無線通信ネットワークに関し、特に、無線通信環境に適した無線システムを異なる複数の無線システムから選択して無線通信を行なう無線装置およびそれを備えた無線通信ネットワークに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＩＥＥＥ８０２系の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の多様な無線システムの利用拡大が進んでいる。また、ユビキタス通信においては、センサーネットワークが構成され、ＺｉｇＢｅｅ等の近距離無線システムの利用も予想される。
【０００３】
このような、無線システムは、利用拡大と多様化とが急速に進み、異なる周波数帯域および異なる通信方式を持つ多様な無線システムが混在する無線通信環境となりつつあり、多様なアプリケーションの利用が期待されている。
【０００４】
一方、無線リソースは、有限であるため、無線システムの利用拡大と多様化に伴い、無線リソースの枯渇が懸念される。この問題を解決する技術として、コグニティブ無線技術が提案されている（非特許文献１）。
【０００５】
そして、コグニティブ無線技術は、異なる複数の無線システムを装備した基地局と、同様に異なる複数の無線システムを装備した端末装置とのネットワークにおいて、無線通信状況およびユーザ要求に応じて、複数の無線システムを適宜使い分け、または同時に利用する技術である。
【０００６】
一方、同一性能および同一制御手順の複数の無線システムを装備したノード間において、その通信のスループットを向上させる制御方式が提案されている（非特許文献２）。
【非特許文献１】原田，“コグニティブ無線を利用した通信システムに関する基礎検討”，信学技報，ＳＲ２００５−１７，ｐｐ．１１７−１２４，２００５．
【非特許文献２】Alex C. Snoeren, “Adaptive Inverse Multiplexing for Wide-Area-Wireless Networks”, Proceeding of IEEE GlobCom, 1999.
【非特許文献３】J. Little, “A Proof of the Quenching Formula L=λW”, Opre Res J. 18:172-174, 1961.
【非特許文献４】S. Wecker, ”The Digital Network Architecture”, IEEE Trans Comm, COM-28, pp.510-526, 1980.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の制御方式は、同一性能および同一制御手順の複数の無線システムを装備したノード間における通信制御方式であるため、従来の制御方式を用いて、各端末装置が相互に異なる通信方式によって無線通信を行なうコグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上させることは困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上可能な無線装置を提供することである。
【０００９】
また、この発明の別の目的は、コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上可能な無線装置を備えた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】
【００１０】
この発明によれば、無線装置は、第１および第２の無線モジュールと、通信制御手段とを備える。第１の無線モジュールは、マルチホップによって無線通信を行なう第１の無線システムを用いて第１の基地局にアクセスする。第２の無線モジュールは、第１の無線システムと異なる第２の無線システムを用いて第１の無線モジュールと並行して第２の基地局へアクセスする。通信制御手段は、第１の無線モジュールが第１の基地局との間で確立する第１の無線経路と第２の無線モジュールが第２の基地局との間で確立する第２の無線経路とにおける全体の通信負荷を示す通信コストが最小になるように第１および第２の無線モジュールにおける無線通信を制御する。
【００１１】
好ましくは、通信制御手段は、通信コストが最小になるように第１および第２の無線モジュールにパケットを分配する。第１および第２の無線モジュールの各々は、通信制御手段によって分配されたパケットを送信する。
【００１２】
好ましくは、通信制御手段は、第１の無線経路における通信負荷を示す第１の経路コストと第２の無線経路における通信負荷を示す第２の経路コストとを演算し、その演算した第１および第２の経路コストのうち大きい方の経路コストである第３の経路コストと第１および第２の経路コストのうち小さい方の経路コストである第４の経路コストとを選択し、第３の経路コストを有する無線経路に分配されたパケットを第４の経路コストを有する無線経路に振り分けるパケット分配処理を繰り返し行なうことによって第１および第２の無線モジュールにパケットを分配する。
【００１３】
好ましくは、通信制御手段は、当該無線装置から第１の基地局までの無線通信経路において当該無線装置よりも第１の基地局側に存在する隣接無線装置から第１の基地局までの無線経路における経路コストを隣接無線装置から受信し、その受信した経路コストに当該無線装置と隣接無線装置との間の無線経路における経路コストを加算して第１の経路コストを演算する。
【００１４】
好ましくは、通信制御手段は、更に、演算した第１の経路コストを当該無線装置の周囲へ配信する。
【００１５】
好ましくは、通信制御手段は、ｎ（ｎは２以上の整数）回目の前記パケット分配処理において第３の経路コストを有する第３の無線経路がｎ−１回目のパケット分配処理において第３の経路コストを有する第４の無線経路と同じであるとき、ｎ−１回目のパケット分配処理における個数と同じ個数のパケットを第４の経路コストを有する無線経路へ振り分け、第３の無線経路が第４の無線経路と異なるとき、ｎ−１回目のパケット分配処理における個数よりも少ない個数のパケットを第４の経路コストを有する無線経路へ振り分ける。
【００１６】
好ましくは、通信制御手段は、第３の無線経路が第４の無線経路と異なるとき、パケット分配処理の回数が増加するに従って第４の経路コストを有する無線経路へ振り分けるパケット数を徐々に少なくする。
【００１７】
好ましくは、第１の無線経路は、当該無線装置から第１の基地局までのホップ数が最小である無線経路からなる。
【００１８】
好ましくは、第１および第２の基地局は、有線によって通信を行なうネットワークに接続されており、第１の基地局は、第２の基地局と異なる基地局であり、第１の基地局の通信範囲は、第２の基地局の通信範囲内に存在する。
【００１９】
この発明によれば、無線通信ネットワークは、第１および第２の基地局と、端末装置とを備える。第１および第２の基地局は、有線によって通信を行なうネットワークに接続される。無線装置は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の無線装置からなり、複数の無線システムを用いて第１および第２の基地局にアクセスする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、複数の無線モジュールと送信先との間で確立される複数の無線経路における全体の通信負荷が最小になるように無線通信が行なわれる。
【００２１】
従って、この発明によれば、コグニティブ無線ネットワークにおける通信効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による無線通信ネットワークの概略図である。この発明の実施の形態による無線通信ネットワーク１００は、端末装置１〜９，１１と、基地局１０，２０，３０とを備える。
【００２４】
端末装置６および基地局２０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊの無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）セル６０内に存在し、端末装置１１および基地局３０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊの無線ＬＡＮセル７０内に存在し、端末装置１〜９，１１および基地局１０，２０，３０は、ＩＥＥＥ８０２．１６の無線ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）セル８０内に存在する。無線ＷＡＮセル８０の通信範囲は、無線ＬＡＮセル６０，７０の通信範囲より広い。そして、例えば、無線ＬＡＮセル６０，７０の半径は、５０ｍであり、無線ＷＡＮセル８０の半径は、１００ｍである。
【００２５】
基地局１０は、例えば、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）の基地局であり、基地局２０，３０は、例えば、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）の基地局である。そして、基地局１０，２０，３０は、それぞれ、有線ケーブル４１〜４３によってネットワーク５０に接続される。ネットワーク５０は、有線によって通信を行なうネットワークである。
【００２６】
端末装置５１〜５４は、パーソナルコンピュータおよびサーバ等からなり、ネットワーク５０に接続される。
【００２７】
端末装置１〜９，１１の各々は、後述するように、複数の無線システムを装備し、その装備した複数の無線システムを適宜使い分け、または同時に使用して基地局１０，２０，３０にアクセスする。
【００２８】
より具体的には、端末装置１〜５，７〜９は、ＩＥＥＥ８０２．１６によって基地局１０に独立にアクセスするとともに、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによるマルチホップ無線通信によって端末装置６または端末装置１１を介して基地局２０または基地局３０にアクセスする。つまり、端末装置１〜５，７〜９の各々は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによって無線通信を行なう無線経路ＭＬ１と、ＩＥＥＥ８０２．１６によって無線通信を行なう無線経路ＭＬ２とを有する。そして、端末装置１〜５，７〜９の各々は、後述する方法によって、自己と送信先との間における通信コストが最小となるように無線経路ＭＬ１，ＭＬ２にパケットを分配して無線通信を行なう。
【００２９】
また、端末装置６，１１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊによってそれぞれ基地局２０，３０に独立にアクセスするとともに、ＩＥＥＥ８０２．１６によって基地局１０に独立にアクセスする。
【００３０】
基地局１０は、ＩＥＥＥ８０２．１６によって端末装置１〜９，１１と無線通信を行なうとともに、有線ケーブル４１およびネットワーク５０を介して端末装置５１〜５４と通信を行なう。
【００３１】
基地局２０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊによって端末装置６と無線通信を行なうとともに、有線ケーブル４２およびネットワーク５０を介して端末装置５１〜５４と通信を行なう。
【００３２】
基地局３０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊによって端末装置１１と無線通信を行なうとともに、有線ケーブル４３およびネットワーク５０を介して端末装置５１〜５４と通信を行なう。
【００３３】
図２は、図１に示す端末装置１の構成を示す概略ブロック図である。端末装置１は、アンテナ１２と、無線モジュール１３〜１５と、スイッチング手段１６と、コントローラ１７と、アプリケーションプロセッサ１８と、探索モジュール１９と、バスＢＳとを含む。
【００３４】
スイッチング手段１６、コントローラ１７、アプリケーションプロセッサ１８および探索モジュール１９は、バスＢＳによって相互に接続される。無線モジュール１３〜１５は、スイッチング手段１６に接続される。
【００３５】
アンテナ１２は、無線通信空間を介して他の端末装置からデータを受信し、その受信したデータを無線モジュール１３〜１５の少なくとも１つへ出力するとともに、無線モジュール１３〜１５の少なくとも１つからのデータを無線通信空間を介して他の端末装置へ送信する。
【００３６】
無線モジュール１３〜１５は、それぞれ、異なる無線システムを装備する。より具体的には、無線モジュール１３は、ＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）を装備し、無線モジュール１４は、ＷｉＦｉシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）を装備し、無線モジュール１５は、複数の端末装置を介して無線通信を行なうマルチホップ無線システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）を装備する。
【００３７】
そして、無線モジュール１３は、ＷｉＭＡＸシステムを用いてアンテナ１２を介して基地局１０と無線通信を行なう。この場合、無線モジュール１３は、２〜１１ＧＨｚの周波数、約１５Ｍｂｐｓの伝送速度、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の変調方式およびＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）のアクセス方式を用いる。
【００３８】
また、無線モジュール１４は、ＷｉＦｉシステムを用いてアンテナ１２を介して基地局２０または３０と無線通信を行なう。この場合、無線モジュール１４は、２．４ＧＨｚの周波数、５４Ｍｂｐｓの伝送速度、ＯＦＤＭの変調方式およびＣＳＭＡ／ＣＡのアクセス方式を用いる。
【００３９】
更に、無線モジュール１５は、マルチホップ無線システムを用いて、基地局１０，２０，３０のいずれかを送信先とする無線通信経路を確立し、その確立した無線通信経路を介して送信先と無線通信を行なう。この場合、無線モジュール１５は、２．４ＧＨｚの周波数、５４Ｍｂｐｓの伝送速度、ＤＳＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の変調方式およびＣＡＭＡ／ＣＡのアクセス方式を用いる。
【００４０】
このように、無線モジュール１３〜１５は、相互に異なる無線システムを装備し、その装備した無線システムを用いて、スイッチング手段１６から受けたパケットをスイッチング手段１６からの制御に従って単独または同時に送信する。
【００４１】
スイッチング手段１６は、バスＢＳを介してコントローラ１７からマルチホップ無線システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）による無線通信とＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による無線通信とを併用する指示を受けると、探索モジュール１９から受けたパケット分配率に従って、アプリケーションプロセッサ１８から受けたパケットを無線モジュール１３，１５へ分配する。
【００４２】
コントローラ１７は、他の端末装置からＨｅｌｌｏメッセージを受信するとともに、その受信したＨｅｌｌｏメッセージから他の端末装置のＩＤを抽出し、その抽出したＩＤからなる隣接端末リストを作成する。
【００４３】
また、コントローラ１７は、探索モジュール１９によってマルチパスアクセス経路のコストが探索されると、送信先ＩＰアドレス、転送先ＩＰアドレス、マルチパスアクセス経路のコストおよび端末装置１のＩＰアドレスを含む経路情報を生成し、その生成した経路情報をスイッチング手段１６および無線モジュール１３〜１５を用いて端末装置１の近傍の端末装置へ送信する。
【００４４】
更に、コントローラ１７は、探索モジュール１９によってマルチパスアクセス経路のコストが探索されると、送信先ＩＰアドレス、転送先ＩＰアドレスおよびマルチパスアクセス経路のコストからなる経路テーブルを作成し、その作成した経路テーブルを保持する。
【００４５】
更に、コントローラ１７は、端末装置１がマルチホップ無線システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）による無線通信とＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による無線通信とを併用する指示をバスＢＳを介してスイッチング手段１６へ出力する。
【００４６】
更に、コントローラ１７は、端末装置１がマルチホップ無線システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）による無線通信とＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による無線通信とを併用する場合、通信コストが最小になるようにパケットを無線モジュール１３，１５へ分配するためのパケット分配率を探索するように探索モジュール１９を制御する。この場合、コントローラ１７は、パケット分配率を探索するための探索指示ＳＲＤを探索モジュール１９へ出力する。
【００４７】
更に、コントローラ１７は、端末装置１におけるトラフィック発生率を取得する。
【００４８】
アプリケーションプロセッサ１８は、パケットを生成し、その生成したパケットをスイッチング手段１６へ出力する。
【００４９】
探索モジュール１９は、経路コストの初期値を生成し、その生成した経路コストの初期値を端末装置１の近傍の端末装置へ送信する。また、探索モジュール１９は、端末装置１の近傍の端末装置から経路コストの初期値を受信すると、その受信した経路コストの初期値を用いて、後述する方法によって、端末装置１から送信先の端末装置までの経路のコストを演算する。そして、探索モジュール１９は、その演算した経路のコストをコントローラ１７へ出力する。
【００５０】
更に、探索モジュール１９は、コントローラ１７からパケット分配率の探索指示ＳＲＤを受けると、後述する方法によって、通信コストが最小になるようにパケットを無線モジュール１３，１５へ分配するためのパケット分配率を探索し、その探索したパケット分配率をバスＢＳを介してスイッチング手段１６へ出力する。
【００５１】
なお、図１に示す端末装置２〜９，１１の各々も、図２に示す端末装置１の構成と同じ構成からなる。
【００５２】
また、基地局１０，２０，３０の各々は、無線モジュール１３〜１５を装備する。そして、基地局１０は、無線モジュール１３によってＷｉＭＡＸシステムを用いた無線通信を端末装置１〜９，１１と行なうとともに、無線モジュール１５によってマルチホップ無線システムを用いたマルチホップ無線通信を端末装置１〜９，１１と行なう。基地局２０，３０は、無線モジュール１４によってＷｉＦｉシステムを用いた無線通信をそれぞれ端末装置６，１１と行なうとともに、無線モジュール１５によってマルチホップ無線システムを用いたマルチホップ無線通信を端末装置１〜９，１１と行なう。
【００５３】
図１に示す無線通信ネットワーク１００においては、端末装置１〜５，７〜９と基地局１０，２０，３０との間における無線通信のスループットを維持し、かつ、その無線通信の遅延時間を低下させるために、後述するように、マルチホップ無線システムによる無線経路ＭＬ１とＷｉＭＡＸシステムによる無線経路ＭＬ２との全体の通信コストが最小になるように無線経路ＭＬ１，ＭＬ２へパケットを分配することが有効である。そこで、この有効性について説明する。
【００５４】
なお、以下においては、端末装置１〜５，７〜９がマルチホップ無線システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ）によって基地局１０，２０，３０へアクセスする場合の経路は、端末装置１〜５，７〜９から基地局１０，２０，３０までのホップ数が最小である経路であることを前提として説明する。端末装置１〜９，１１が一様に分布する無線通信環境においては、ホップ数が最小である経路がマルチホップ無線通信による経路として最適であるからである。
【００５５】
［数理モデル］
（ａ）単一リンクのコスト
図３は、単一リンクおよびマルチリンクを説明するための概念図である。端末装置ｉにおけるパケットの平均到着率をＦｉ（ｐａｃｋｅｔｓ／ｓｅｃ）とし、端末装置ｉにおける平均遅延時間をＴｉとした場合、この無線リンク内の平均パケット（待機パケットおよび処理中パケット）の数ｄｉは、Ｌｉｔｔｌｅの定理（非特許文献３）によって次式のようになる（図３の（ａ）参照）。
【００５６】
【数１】
2008283325.tif 000003
【００５７】
このリンク内の平均パケット数ｄｉは、リンクの負荷状況を示すメトリックであり、これをリンクコストとして定義する。従って、この発明においては、コストｄｉとは、「リンク内の平均パケット数」を言う。ここで、平均遅延時間とは、パケットが到着し、待ち行列で待機し、更にパケットの送信が完了するまでの時間の平均である。即ち、平均遅延時間は、各パケットの待ち行列内での待機時間と処理時間との和の平均である。
【００５８】
従って、コストｄｉが高いとき、リンクは、より多くのパケットを有し、その負荷が高くなる。一方、コストｄｉが低いとき、リンクは、より少ないパケットを有し、その負荷が低くなる。
【００５９】
ＷｉＭＡＸアクセス経路は、単一リンクから構成されるため（図３の（ａ）参照）、その経路コストは、式（１）によって求められる。即ち、端末装置ｉのＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉは、次式のようになる。
【００６０】
【数２】
2008283325.tif 000004
【００６１】
なお、式（２）において、Ｆｗｉは、端末装置ｉにおけるＷｉＭＡＸアクセス経路のパケット到着率であり、Ｔｗｉは、端末装置ｉにおけるＷｉＭＡＸアクセス経路の平均遅延時間である。
【００６２】
（ｂ）マルチリンクのコスト
一方、マルチホップアクセス経路のコストは、その経路内の平均パケット数である（図３の（ｂ）参照）。例えば、端末装置ｋ，ｉ，ｊによるマルチホップ無線通信が行なわれる場合、マルチホップアクセス経路のコストは、端末装置ｋ−端末装置ｉ−端末装置ｊからなる経路内に存在する平均パケット数である。
【００６３】
従って、端末装置ｉのマルチホップアクセス経路のコストＤｍｉは、経路を構成するリンクのコストの和として、次の式（３），（４）のようになる。
【００６４】
【数３】
2008283325.tif 000005
【００６５】
【数４】
2008283325.tif 000006
【００６６】
但し、リンクｋは、端末装置ｉまでのマルチホップアクセス経路ｍの構成リンクであり、Ｆｍｋは、リンクｋのパケット到着率であり、Ｔｍｋは、リンクｋの平均遅延時間である。
【００６７】
（ｃ）マルチパスアクセス経路のコスト
図４は、マルチパスアクセス経路を説明するための概念図である。この発明においては、各端末装置１〜５，７〜９における基地局１０，２０，３０までのアクセス経路として、ＷｉＭＡＸアクセス経路とマルチホップアクセス経路との２つの経路を併用する。このように、複数のアクセス経路を併用する経路構成を「マルチパスアクセス経路」と言う。
【００６８】
マルチパスアクセス経路のコストは、マルチパスアクセス経路を構成する経路内の平均パケット数である（図４参照）。即ち、端末装置ｉにおけるマルチパスアクセス経路のコストＤｉは、端末装置ｉのＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉと、マルチホップアクセス経路のコストＤｍｉとの和であり、次式によって表される。
【００６９】
【数５】
2008283325.tif 000007
【００７０】
（ｄ）ネットワークコスト
想定するコグニティブ無線ネットワークにおいて、ネットワーク全体の総コスト（以下、「ネットワークコスト」と言う）Ｇは、ネットワーク内の平均パケット数である。
【００７１】
即ち、ネットワークコストＧは、ネットワーク内で構成された全てのアクセス経路のコストの和であり、次式によって表される。
【００７２】
【数６】
2008283325.tif 000008
【００７３】
但し、Ｄｒは、アクセス経路ｒのコストであり、Ｎは、ネットワーク内で構成されたアクセス経路の集合である。
【００７４】
上述したコストの結果から、無線リンクおよび経路の特性は、次のようになる。
【００７５】
（１）ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによる無線システム、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊによる無線システムおよびＩＥＥＥ８０２．１６による無線システムのリンクコストは、パケット到着率Ｆｉに関して下に凸の単調増加関数である。
【００７６】
（２）ＩＥＥＥ８０２．１１ｇおよびＩＥＥＥ８０２．１１ｊによって構成されるマルチホップアクセス経路のリンクコストも、パケット到着率Ｆｉに関して下に凸の単調増加関数である。
【００７７】
（３）各端末装置において、マルチホップアクセス経路をＷｉＭＡＸアクセス経路を含めた構成可能な経路に関して、最小コストとなる経路へ切替を行ないつつ、２つの経路を利用する場合、各端末装置におけるアクセス経路のコストは、パケット到着率Ｆｉに関して下に凸の関数となる。つまり、マルチホップアクセス経路からＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による経路またはＷｉＦｉシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）による経路への経路切替を行ないつつ、マルチホップアクセス経路およびＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による経路（またはＷｉＦｉシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）による経路）を利用する場合、各端末装置におけるアクセス経路のコストは、パケット到着率Ｆｉに関して下に凸の関数となる。即ち、各端末装置におけるアクセス経路のコストは、パケット到着率Ｆｉに関して最小解を持つ。
【００７８】
（４）ネットワークコストは、マルチホップアクセス経路のコストの総和と、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストの総和の和であるので、各端末装置におけるアクセス経路のコストと同様に、パケット到着率Ｆｉに関して下に凸の関数であり、最小解を持つ。
【００７９】
（５）コストを減少させるとスループット（単位時間当たりの送信成功パケット量）が向上し、遅延時間（１つのパケットにおいてパケット到着から送信が完了するまでの平均時間）が減少する。
【００８０】
特性（１）は、式（２）によって表されるコストＤｗｉをパケット到着率Ｆｗｉで微分したときの導関数（＝ｄ（Ｄｗｉ）／ｄＦｗｉ）が正になることから容易に理解され得る。
【００８１】
また、特性（２）は、式（３）および式（４）によって表されるコストＤｍｉをパケット到着率Ｆｍｉで微分したときの導関数（＝ｄ（Ｄｍｉ）／ｄＦｍｉ）が正になることから容易に理解され得る。
【００８２】
更に、マルチホップアクセス経路からＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による経路またはＷｉＦｉシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）による経路への経路切替を行なえば、マルチホップアクセス経路のコストは、減少し、ＷｉＭＡＸシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）による経路（またはＷｉＦｉシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）による経路）のコストは、増加するので、２つの経路のコストの和である各端末装置におけるアクセス経路のコストは、最小解を持つことになる。このことから、特性（３），（４）は、容易に理解され得る。
【００８３】
更に、コストを減少させることは、無線リンク内の平均パケット数を減少させることになるので、コストを減少させると、スループットが向上し、かつ、遅延時間が減少することは、容易に理解され得る。
【００８４】
上述した特性（１）〜（５）に基づき、端末装置ｉにおけるマルチパスアクセス経路のコストのパケット分配に関する特性について説明する。
【００８５】
端末装置ｉにおけるパケット到着率Ｆｉをマルチホップアクセス経路へのパケット分配率Ｆｍｉと、ＷｉＭＡＸアクセス経路へのパケット分配率Ｆｗｉとに分割すると、パケット到着率Ｆｉは、次式によって表される。
【００８６】
【数７】
2008283325.tif 000009
【００８７】
式（７）から、パケット分配率Ｆｗｉのパケット分配率Ｆｍｉに関する相関は、式（８），（９）のようになる。
【００８８】
【数８】
2008283325.tif 000010
【００８９】
【数９】
2008283325.tif 000011
【００９０】
一方、端末装置ｉのマルチホップアクセス経路のコストＤｍｉは、パケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の単調増加関数であるので、コストＤｍｉのパケット分配率Ｆｍｉに関する１次導関数および２次導関数は、それぞれ、次の式（１０）および式（１１）のようになる。
【００９１】
【数１０】
2008283325.tif 000012
【００９２】
【数１１】
2008283325.tif 000013
【００９３】
同様に、端末装置ｉのＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉのパケット分配率Ｆｗｉに関する１次導関数および２次導関数は、それぞれ、次の式（１２）および式（１３）のようになる。
【００９４】
【数１２】
2008283325.tif 000014
【００９５】
【数１３】
2008283325.tif 000015
【００９６】
更に、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉのパケット分配率Ｆｍｉに関する１次導関数および２次導関数は、式（８）〜式（１３）を用いると、それぞれ、次の式（１４）および式（１５）のようになる。
【００９７】
【数１４】
2008283325.tif 000016
【００９８】
【数１５】
2008283325.tif 000017
【００９９】
即ち、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉは、パケット分配率Ｆｍｉに関して、下に凸の単調減少関数である。
【０１００】
端末装置ｉのマルチパスアクセス経路のコストＤｉは、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉと、マルチホップアクセス経路のコストＤｍｉとの和である。マルチパスアクセス経路のコストＤｉをマルチホップアクセス経路へのパケット分配率Ｆｍｉから見ると、パケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の単調増加関数であるマルチホップアクセス経路のコストＤｍｉと、パケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の単調減少関数であるＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤｗｉとの和である。
【０１０１】
このことから、マルチパスアクセス経路のコストＤｉは、パケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の関数となる。
【０１０２】
図５は、コストとマルチホップアクセス経路へのパケット分配率との関係を示す図である。図５において、縦軸は、コストを表し、横軸は、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率を表す。また、曲線ｋ１は、マルチホップアクセス経路のコストとマルチホップアクセス経路へのパケット分配率との関係を示し、曲線ｋ２は、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストとマルチホップアクセス経路へのパケット分配率との関係を示し、曲線ｋ３は、トータルのコストとマルチホップアクセス経路へのパケット分配率との関係を示す。
【０１０３】
マルチホップアクセス経路のコストＤｍｉは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の単調増加関数であり（曲線ｋ１参照）、ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストＤＷｉは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の単調減少関数であり（曲線ｋ２参照）、トータルのコストＤｉは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の関数である（曲線ｋ３参照）。従って、マルチパスアクセス経路のコストＤｉは、図５の曲線ｋ３のように、パケット分配率Ｆｍｉに関して下に凸の関数となる。
【０１０４】
同様に、マルチパスアクセス経路のコストＤｉは、ＷｉＭＡＸアクセス経路へのパケット分配率Ｆｗｉに関して下に凸の関数となる。従って、端末装置ｉのマルチパスアクセス経路のコストＤｉは、各経路（マルチパスアクセス経路またはＷｉＭＡＸアクセス経路）へのパケット分配率に関して最小解を持つ。
【０１０５】
引き続いて、ネットワークコストについて説明する。ネットワークコストＧは、ネットワーク内の全アクセス経路のコストの和である。従って、ネットワークコストＧは、全マルチホップアクセス経路のコストの総和と全ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストの総和との和から構成され、次式によって表される。
【０１０６】
【数１６】
2008283325.tif 000018
【０１０７】
下に凸の単調増加関数の和は、下に凸の単調増加関数であり、また、下に凸の単調減少関数の和は、下に凸の単調減少関数である。従って、式（１６）により、ネットワークコストＧは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率またはＷｉＭＡＸアクセス経路へのパケット分配率に関して下に凸の関数であり、最小解が存在する。即ち、ネットワークコストにおいても、マルチホップアクセス経路の切替による特性と、マルチパスアクセス経路間のパケット分配による特性とが同じである。
【０１０８】
［トラフィックの制御方法］
上述したパケット分配特性に基づいて、トラフィックの制御方法について説明する。
【０１０９】
無線リンクのコストは、式（１）によって求められるが、式（１）は、時間に非依存（計測時間が無限大）である定常状態の式である。一方、想定するネットワームは、リンク品質およびトラフィックが変動する環境である。従って、式（１）を変動環境にそのまま適用することはできない。
【０１１０】
そこで、小さな時間区間［ｔ，ｔ＋Δｔ］において測定されたパケット到着率Ｆｉおよび平均遅延時間Ｔｉを用いてＬｉｔｔｌｅの定理によってリンクコストｄｉを次式によって求める。
【０１１１】
【数１７】
2008283325.tif 000019
【０１１２】
式（１７）において、Ｆｉ（ｔ＋Δｔ）は、リンクｉの区間［ｔ，ｔ＋Δｔ］におけるパケット到着率であり、Ｔｉ（ｔ＋Δｔ）は、リンクｉの区間［ｔ，ｔ＋Δｔ］における平均遅延時間である。
【０１１３】
ＷｉＭＡＸアクセス経路のコストは、単一リンクコストとして式（１７）によって求められる。一方、マルチホップアクセス経路のコストを算出するためには、基地局１０，２０，３０から各端末装置１〜９，１１までの経路を構成するリンクのコストを取得する必要がある。
【０１１４】
想定するコグニティブ無線ネットワークでは、基地局が存在することから、各端末装置における経路情報とリンクコストとを基地局に集めて、マルチホップアクセス経路のコストを求めることも可能である。しかし、リンクコストは、短期間に変動し、ＷｉＭＡＸシステムでは、収容端末装置数が多くなることから、端末装置から基地局への情報伝送による無線リソースの消費は、無視できない量になると考えられる。従って、マルチホップアクセス経路のコストの探索は、端末装置間で分散的に実施するため、分散型非同期Ｂｅｌｌｍａｎ−Ｆｏｒｄ（非特許文献４）を用いて、次のように探索する。
【０１１５】
基地局ｍがｍからｍまでの経路コストをＤｍｍ＝０として初期化し、近傍の端末装置ｓへ配信する。近傍の端末装置へ配信する情報を経路情報と呼び、経路情報は、送信先ＩＰアドレス、転送先ＩＰアドレスおよび経路コストを含む。
【０１１６】
そして、経路情報を受信した近傍の端末装置ｓは、配信端末ｍがマルチホップアクセス経路の次ホップの端末装置である場合、アクセス経路のコストＤｓｍを次のように求める。
【０１１７】
【数１８】
2008283325.tif 000020
【０１１８】
但し、ｄｓは、端末装置ｓと近傍の端末装置ｍとの間のリンクのリンクコストである。また、式（１８）は、式（１７）に示す一定時間Δｔにおける待機トラフィック数に基づいて導かれる式であるので、式（１８）における経路コストＤｓｍは、定常状態における経路コストではなく、短期間Δｔにおける経路コストである。
【０１１９】
その後、近傍の端末装置ｓは、算出した経路コストＤｓｍ、送信先ＩＰアドレスｄ、および転送先ＩＰアドレスｓを含む経路情報を近傍の端末装置へ配信する。
【０１２０】
同様に、経路コストＤｓｍを受信した近傍の端末装置ｉは、式（１８）を用いて経路コストＤｉｍを算出し、その算出した経路コストＤｉｍを近傍の端末装置へ配信する。
【０１２１】
図６は、マルチホップアクセス経路を構成する各無線リンクのリンクコストの取得を説明するための概念図である。端末装置ａの探索モジュール１９は、経路コストＤａａ＝０を生成し、その生成した経路コストＤａａ＝０と、送信先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａと、転送先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａとを含む経路情報ＲＴＩＦ１＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／Ｄａａ＝０］を生成する。そして、端末装置ａの探索モジュール１９は、経路情報ＲＴＩＦ１＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／Ｄａａ＝０］を近傍の端末装置ｊ，ｋへ送信する。
【０１２２】
端末装置ｊの探索モジュール１９は、端末装置ａから経路情報ＲＴＩＦ１を受信し、その受信した経路情報ＲＴＩＦ１に含まれるＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ、およびＤａａ＝０を検出する。そして、端末装置ｊの探索モジュール１９は、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａがマルチホップアクセス経路における次ホップの端末装置のアドレスである場合、端末装置ｊと、端末装置ａとの間のリンクにおける平均パケット到着率Ｆｊ（ｔ＋Δｔ）と平均遅延時間Ｔｊａ（ｔ＋Δｔ）とを計測し、その計測した平均パケット到着率Ｆｊ（ｔ＋Δｔ）および平均遅延時間Ｔｊａ（ｔ＋Δｔ）を式（１７）に代入して、端末装置ｊ−端末装置ａ間のリンクのリンクコストｄｊａを演算する。
【０１２３】
そうすると、端末装置ｊの探索モジュール１９は、Ｄａａ＝０と、演算したリンクコストｄｊａとを式（１８）に代入して，端末装置ａを送信先とする経路の経路コストＤａｊを求める。そして、端末装置ｊの探索モジュール１９は、その求めた経路コストＤａｊと、送信先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａと、転送先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊとを含む経路情報ＲＴＩＦ２＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊ／Ｄａｊ］を生成し、その生成した経路情報ＲＴＩＦ２＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊ／Ｄａｊ］を近傍の端末装置へ送信する。
【０１２４】
また、端末装置ｋの探索モジュール１９は、同様にして、端末装置ａから経路情報ＲＴＩＦ１を受信し、端末装置ａを送信先とする経路の経路コストＤａｋを求める。そして、端末装置ｋの探索モジュール１９は、その求めた経路コストＤａｋと、送信先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａと、転送先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋとを含む経路情報ＲＴＩＦ３＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋ／Ｄａｋ］を生成し、その生成した経路情報ＲＴＩＦ３＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋ／Ｄａｋ］を近傍の端末装置へ送信する。
【０１２５】
端末装置ｉの探索モジュール１９は、端末装置ｊから経路情報ＲＴＩＦ２＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊ／Ｄａｊ］を受信し、端末装置ｋから経路情報ＲＴＩＦ３＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋ／Ｄａｋ］を受信する。そして、端末装置ｉの探索モジュール１９は、経路情報ＲＴＩＦ２からＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊ、およびＤａｊを検出し、経路情報ＲＴＩＦ３からＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋおよびＤａｋを検出する。そして、端末装置ｉの探索モジュール１９は、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ、ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊおよびＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋに基づいて、マルチホップアクセス経路における次ホップの端末装置が端末装置ｋであると判定すると、端末装置ｉと、端末装置ｋとの間のリンクにおける平均パケット到着率Ｆｉ（ｔ＋Δｔ）と平均遅延時間Ｔｉｋ（ｔ＋Δｔ）とを計測し、その計測した平均パケット到着率Ｆｉ（ｔ＋Δｔ）および平均遅延時間Ｔｉｋ（ｔ＋Δｔ）を式（１７）に代入して、端末装置ｉ−端末装置ｋ間のリンクにおけるリンクコストｄｉｋを演算する。
【０１２６】
そうすると、端末装置ｉの探索モジュール１９は、経路情報ＲＴＩＦ３に含まれる経路コストＤａｋと、演算したリンクコストｄｉｋとを式（１８）に代入して、端末ａを送信先とする経路の経路コストＤａｉを求める。そして、端末装置ｉの探索モジュール１９は、その求めた経路コストＤａｉと、送信先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａと、転送先ＩＰアドレス＝ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｉとを含む経路情報ＲＴＩＦ４＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｉ／Ｄａｉ］を生成し、その生成した経路情報ＲＴＩＦ４＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｉ／Ｄａｉ］を近傍の端末装置へ送信する。
【０１２７】
各端末装置は、上記の動作を繰り返し行なって送信先（＝端末装置ａ）に対するマルチホップアクセス経路における自己から送信先までのコストを取得する。この場合、各端末装置は、自己から送信先までのマルチホップアクセス経路において自己よりも送信先側に存在する隣接端末装置から送信先までの経路コストを隣接端末装置から受信し、その受信した経路コストに自己と隣接端末装置との間のリンクコストを加算することによって、マルチホップアクセス経路における自己から送信先までのコストを演算する。
【０１２８】
図７は、経路テーブルの概念図である。経路テーブルＲＴＴは、送信先、転送先および経路コストからなり、送信先、転送先および経路コストは、相互に対応付けられる。送信先は、送信先ＩＰアドレスからなり、転送先は、転送先ＩＰアドレスからなり、経路コストは、式（１８）によって演算される経路コストＤｓｍからなる。
【０１２９】
各端末装置は、経路情報ＲＴＩＦの通信を通じて、各送信先（＝経路コストの初期値Ｄｄｄ＝０を生成した端末装置または基地局）、各送信先へパケットを送信するときの転送先および送信先までの経路コストＤｓｍを取得するので、各端末装置のコントローラ１７は、その取得した経路情報ＲＴＩＦに基づいて、経路テーブルＲＴＴを作成して保持する。
【０１３０】
なお、経路テーブルＲＴＴに格納された経路は、各端末装置から送信先までのホップ数が最小である経路である。また、各端末装置は、上述した経路コストの取得を一定時間Δｔ毎に行なう。
【０１３１】
上述した結果から、各端末装置におけるマルチパスアクセス経路におけるコストの最適解を探索することは、ネットワークコストの最適解を探索することになる。
【０１３２】
凸関数の最適解の探索は、降下法を用いて行なわれる。降下法は初期値Ｄ（ｐＨ（０））から始まり、次式の不等号を満たすようにαを決定し、そのαの決定を繰り返すことによって最適解を見つける。
【０１３３】
【数１９】
2008283325.tif 000021
【０１３４】
但し、Ｄｉ（ｘ）は、コストの高い経路へのパケット分配量がｘである場合のマルチパスアクセス経路のコストであり、ｐＨ（ｔ）は、ｔ回目の区間［ｔ，ｔ＋Δｔ］におけるコストの高い経路へのパケット分配移動量であり、αは、降下法におけるステップサイズである。
【０１３５】
降下法は、次の方法によって、各端末装置におけるマルチパスアクセス経路のコストの最適解を探索する。
【０１３６】
ＭＴＨ１）初期に限っては、パケットは、マルチパスアクセス経路の各リンク
にラウンドロビンを用いて均等に分配される。従って、各リンクのパ
ケット分配率は、最初、等しい。
【０１３７】
ＭＴＨ２）１つの周期の開始時に、パケット到着率Ｆｉおよび平均遅延時間
Ｔｉの測定が行なわれる。
【０１３８】
ＭＴＨ３）１つの周期の終了時に、測定されたパケット到着率Ｆｉおよび平均
遅延時間Ｔｉを用いてリンクコストｄｉおよびマルチパスアクセス経
路のコストＤｉが演算される。
【０１３９】
ＭＴＨ４）初期の周期（ｔ＝０）の終了時に、マルチパスアクセス経路におけ
る複数のリンクの中で最大のコストを有するリンクが選択され、その
選択されたリンクから最小のコストを有するリンクへ初期個数ｐｒ（
０）のパケットが分配される。
【０１４０】
ＭＴＨ５）通常の周期（ｔ≠０）の終了時に、最大のコストを有するリンクが
前回の周期（ｔ−１）と同一である場合、前回と同じ量のパケット（
ｐＨ（ｔ＋１）＝ｐＨ（ｔ））を最小のコストを有するリンクへ移動
する。
【０１４１】
ＭＴＨ６）通常の周期（ｔ≠０）の終了時に、最大のコストを有するリンクが
前回の周期（ｔ−１）と異なる場合、コストが最大である新たなリン
クから前回よりも少ない量のパケット（ｐＨ（ｔ＋１）＝α・ｐＨ（
ｔ），０＜α＜１）を最小のコストを有するリンクへ移動する。
【０１４２】
ＭＴＨ７）上述したプロセスが各周期に対して繰り返し実行される。
【０１４３】
図８は、パケットの分配方法を説明するための図である。図８において、縦軸は、コストを表し、横軸は、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率を表す。また、曲線ｋ１〜ｋ３は、図５における曲線ｋ１〜ｋ３と同じである。
【０１４４】
上述したように、パケット分配率においてネットワークコストの最適解が存在し、ネットワークコストは、パケット分配率に対して下に凸の関数である（図８の曲線ｋ３参照）。
【０１４５】
従って、上述した降下法を用いてコストの高い経路に式（１９）を繰り返し適用して最小解を求める。
【０１４６】
コストの高い経路からその一部のパケット（α・ｐ（ｔ）によって決定される）をコストの低い経路へ移動する（図８の矢印ＡＲＷ１参照）。そして、一部のパケットを移動させた後において、コストの高い経路が前回と同一である場合、前回と同じ量のパケット（ｐ（ｔ）＝ｐ（ｔ−１））をコストの低い経路へ移動する。一方、コストの高い経路が入れ替わった場合は、コストの高い新たな経路から前回より少ない量のパケット（ｐ（ｔ）＝α・ｐ（ｔ−１），０＜α＜１）をコストの低い経路へ移動する（図８の矢印ＡＲＷ２参照）。そして、上述した動作を繰り返し、パケット分配量を減少させつつ、最小解の近傍へ徐々に近づける（図８のＡＲＷ３，ＡＲＷ４参照）。これによって、マルチパスアクセス経路のコストの最適解が得られる。
【０１４７】
従って、図１に示す端末装置１〜５，７〜９の各々において、探索モジュール１９は、無線モジュール１５が有する無線経路ＭＬ１と、無線モジュール１３が有する無線経路ＭＬ２とからなるマルチパスアクセス経路のコストが最小になるときの最適解（＝パケット分配率）を上述した降下法によって探索し、その探索したパケット分配率でパケットを無線モジュール１３，１５に分配するようにスイッチング手段１６を制御する。
【０１４８】
図９は、降下法を用いて最適解を求めるときのパケット分配の概念図である。なお、図９においては、端末装置８がマルチホップアクセス経路によって基地局３０へパケットを送信し、ＷｉＭＡＸシステムによる単一経路によって基地局１０へパケットを送信する場合を例にして、降下法を用いて最適解を求めるときのパケット分配の概念を説明する。
【０１４９】
端末装置８は、基地局３０との間に無線モジュール１５による無線経路ＭＬ１と、基地局１０との間に無線モジュール１３による無線経路ＭＬ２とを有する。そして、端末装置８は、無線経路ＭＬ１を用いてパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ８を基地局３０へ送信し、無線経路ＭＬ２を用いてパケットＰＫＴ９〜ＰＫＴ１１を基地局１０へ送信する（図９の（ａ）参照）。
【０１５０】
端末装置８の探索モジュール１９は、無線経路ＭＬ１および無線経路ＭＬ２によってそれぞれパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ８およびパケットＰＫＴ９〜ＰＫＴ１１を送信している状態で、無線経路ＭＬ１，ＭＬ２の各々についてパケット到着率および平均遅延時間を計測し、その計測したパケット到着率および平均遅延時間に基づいて、各無線経路ＭＬ１，ＭＬ２の経路コストｄＭＬ１，ｄＭＬ２を演算する。
【０１５１】
パケット到着率は、アプリケーションプロセッサ１８からスイッチング手段１６を経由して無線経路ＭＬ１または無線経路ＭＬ２へパケットが到着する率であるので、探索モジュール１９は、パケット到着率を計測できる。また、平均遅延時間は、待ち行列内における待機時間とパケットの処理時間との和であるので、探索モジュール１９は、パケットが無線モジュール１３または１５に分配されてから送信されるまでの時間を計測することによって平均遅延時間を計測できる。
【０１５２】
端末装置８の探索モジュール１９は、無線経路ＭＬ１，ＭＬ２の経路コストｄＭＬ１，ｄＭＬ２を演算すると、その演算した経路コストｄＭＬ１，ｄＭＬ２の中から、最大の経路コストｄＭＬ１と、最小の経路コストｄＭＬ２とを検出する。
【０１５３】
そうすると、端末装置８の探索モジュール１９は、最大の経路コストｄＭＬ１を有する無線経路ＭＬ１が前回に最大の経路コストを有する経路として選択された無線経路と同じであるか否かを判定し、最大の経路コストｄＭＬ１を有する無線経路ＭＬ１が前回に選択された経路と同じである場合、前回と同数のパケットＰＫＴ４〜ＰＫＴ８を最小の経路コストｄＭＬ２を有する無線経路ＭＬ２へ移動させる（図９の（ｂ）参照）。そして、端末装置８は、無線経路ＭＬ１でパケットＰＫ１〜ＰＫＴ３を送信し、無線経路ＭＬ２でパケットＰＫＴ９〜ＰＫＴ１１，ＰＫＴ４〜ＰＫＴ８を送信する。
【０１５４】
一方、端末装置８の探索モジュール１９は、最大の経路コストｄＭＬ１を有する無線経路ＭＬ１が前回に最大の経路コストを有する経路として選択された無線経路と異なると判定したとき、前回、移動されたパケットＰＫＴ４〜ＰＫＴ８よりも少ない個数のパケットＰＫＴ７，ＰＫＴ８を最小の経路コストｄＭＬ２を有する無線経路ＭＬ２へ移動させる（図９の（ｃ）参照）。そして、端末装置８は、無線経路ＭＬ１でパケットＰＫ１〜ＰＫＴ６を送信し、無線経路ＭＬ２でパケットＰＫＴ９〜ＰＫＴ１１，ＰＫＴ７，ＰＫＴ８を送信する。
【０１５５】
その後、図９の（ｂ）または（ｃ）に示す状態で、端末装置８は、無線経路ＭＬ１，ＭＬ２によってパケットをそれぞれ基地局３０，１０へ送信し、各無線経路ＭＬ１，ＭＬ２のパケット到着率および平均遅延時間を計測して各無線経路ＭＬ１，ＭＬ２の経路コストｄＭＬ１，ｄＭＬ２を演算し、その演算した経路クコストｄＭＬ１，ｄＭＬ２に基づいて、マルチパスアクセス経路のコスト（＝リンクコストｄＭＬ１，ｄＭＬ２の和）が最小になるように無線経路ＭＬ１，ＭＬ２間でパケットを移動させる。
【０１５６】
従って、降下法によって最適解が探索される場合、パケットが無線経路ＭＬ１，ＭＬ２間を行ったり来たりする。そして、最大の経路コストｄＭＬ１を有する無線経路ＭＬ１が前回に最大の経路コストを有する経路として選択された無線経路と異なると判定された場合、無線経路ＭＬ１，ＭＬ２間を行ったり来たりするパケット数は、最適解の探索回数が増加にするに従って徐々に減少する。
【０１５７】
図１０は、降下法を用いて最適解を求める動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、端末装置８の探索モジュール１９は、ｎ＝１を設定し（ステップＳ１）、ｎ＝１であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【０１５８】
ステップＳ２において、ｎ＝１であると判定されると、端末装置８の探索モジュール１９は、アプリケーションプロセッサ１８によって生成されたパケットを均等に無線モジュール１３，１５に分配するようにスイッチング手段１６を制御し、スイッチング手段１６は、アプリケーションプロセッサ１８から受けたパケットを無線モジュール１３，１５に均等に分配する（ステップＳ３）。
【０１５９】
その後、端末装置８の探索モジュール１９は、ｎ＝ｎ＋１を設定する（ステップＳ４）。そして、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【０１６０】
一方、ステップＳ２において、ｎ＝１ではないと判定されたとき、端末装置８の探索モジュール１９は、各リンクごとにパケット到着率および平均遅延時間を計測し（ステップＳ５）、各リンクごとにリンクコストを演算する（ステップＳ６）。
【０１６１】
そして、端末装置８の探索モジュール１９は、演算したリンクコストの総和を演算してマルチパスアクセス経路のコストを演算し（ステップＳ７）、その演算した経路コストに基づいて、最大の経路コストを有する経路と、最小の経路コストを有する経路とを検出する（ステップＳ８）。その後、端末装置８の探索モジュール１９は、最大の経路コストを有する経路が前回と同じであるか否かを判定し（ステップＳ９）、最大コストを有する経路が前回と同じである場合、前回と同じ個数のパケットを最大の経路コストを有する経路から最小の経路コストを有する経路へ移動させる（ステップＳ１０）。
【０１６２】
一方、最大の経路コストを有する経路が前回と同じでない場合、端末装置８の探索モジュール１９は、前回の個数よりも少ない個数のパケットを最大の経路コストを有する経路から最小の経路コストを有する経路へ移動させる（ステップＳ１１）。その後、一連の動作は、ステップＳ４へ戻る。
【０１６３】
図１０に示すステップＳ５〜ステップＳ１０を繰り返し実行されることによって、マルチパスアクセス経路のコストは、図８に示す矢印ＡＲＷ１〜ＳＲＷ４に従って徐々に小さくなり、最終的に最小解に至る。
【０１６４】
そして、端末装置８の探索モジュール１９は、送信すべきパケットが発生すると、図１０に示すフローチャートに従ってマルチパスアクセス経路のコストの最小解（パケット分配率）を探索し、送信すべきパケットが無くなると、最小解の探索を停止する。
【０１６５】
なお、端末装置８の探索モジュール１９は、図１０に示すフローチャートに従って最適解を探索すると、マルチパスアクセス経路のコストが最小となるときのパケット分配率を検出し、その検出したパケット分配率をスイッチング手段１６へ出力する。そして、スイッチング手段１６は、探索モジュール１９から受けたパケット分配率に従って、アプリケーションプロセッサ１８から受けたパケットを無線モジュール１３，１５に分配し、無線モジュール１３，１５は、分配されたパケットを送信する。
【０１６６】
これによって、端末装置８は、マルチパスアクセス経路のコストを最小にして基地局１０，３０へパケットを送信する。
【０１６７】
また、図１０に示すフローチャートにおいては、マルチパスアクセス経路のコストが最小であると判定されるまで、降下法によって最適解の探索を行なうと説明したが、この発明においては、これに限らず、最適解の探索回数が所定の回数に達すると、最適解の探索を終了するようにしてもよい。
【０１６８】
更に、端末装置１〜５，７，９の各々も、図１０に示すフローチャートに従って最適解（＝マルチパスアクセス経路のコストが最小になるときのパケット分配率）を探索する。
【０１６９】
上述したように、この発明の実施の形態によれば、端末装置１〜５，７〜９の探索モジュール１９は、端末装置１〜５，７〜９と基地局１０，２０，３０との間における２つの無線経路ＭＬ１，ＭＬ２からなるマルチパスアクセス経路のコストが最小になるように、２つの無線経路ＭＬ１，ＭＬ２にパケットを分配するときのパケット分配率を決定し、スイッチング手段１６は、その決定されたパケット分配率に基づいてパケットを２つの無線経路ＭＬ１，ＭＬ２に分配し、２つの無線モジュール１３，１５は、分配されたパケットを送信する。つまり、通信負荷が最小になるようにパケットが２つの無線経路クＭＬ１，ＭＬ２に分配されて送信される。その結果、遅延時間が最小になり、かつ、スループットが最大になる。
【０１７０】
従って、この発明によれば、コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上できる。
【０１７１】
この発明においては、端末装置１〜９，１１の各々は、「無線装置」を構成し、スイッチング手段１６および探索モジュール１９は、「通信制御手段」を構成する。
【０１７２】
また、図１０に示すフローチャートに従って最適解を求める処理は、「パケット分配処理」を構成する。
【０１７３】
更に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによる無線システムは、「第１の無線システム」を構成し、ＩＥＥＥ８０２．１６による無線システムは、「第２の無線システム」を構成する。
【０１７４】
更に、無線モジュール１５は、「第１の無線モジュール」を構成し、無線モジュール１３は、「第２の無線モジュール」を構成する。
【０１７５】
更に、基地局３０は、「第１の基地局」を構成し、基地局１０は、「第２の基地局」を構成する。
【０１７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
この発明は、コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上可能な無線装置に適用される。また、この発明は、コグニティブ無線ネットワークの通信効率を向上可能な無線装置を備えた無線通信ネットワークに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】この発明の実施の形態による無線通信ネットワークの概略図である。
【図２】図１に示す端末装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】単一リンクおよびマルチリンクを説明するための概念図である。
【図４】マルチパスアクセス経路を説明するための概念図である。
【図５】コストとマルチホップアクセス経路へのパケット分配率との関係を示す図である。
【図６】マルチホップアクセス経路を構成する各無線リンクのリンクコストの取得を説明するための概念図である。
【図７】経路テーブルの概念図である。
【図８】パケットの分配方法を説明するための図である。
【図９】降下法を用いて最適解を求めるときのパケット分配の概念図である。
【図１０】降下法を用いて最適解を求める動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７９】
１〜９，１１，５１〜５４  端末装置、１０，２０，３０  基地局、１２  アンテナ、１３〜１５  無線モジュール、１６  スイッチング手段、１７  コントローラ、１８  アプリケーションプロセッサ、１９  探索モジュール、４１〜４３  有線ケーブル、５０  ネットワーク、６０，７０  無線ＬＡＮセル、８０  無線ＷＡＮセル、１００  無線通信ネットワーク。
【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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