(57)【要約】【課題】所望の基地局に高能率でアクセス可能な無線通信ネットワークシステムを提供する。【解決手段】無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０へアクセスするための単一経路またはマルチホップアクセス経路を形成する。そして、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、複数の無線通信経路を用いた無線通信のスループットを維持し、かつ、複数の無線通信経路を用いた無線通信の遅延時間を相対的に低下させる経路切換処理を行なうように複数の無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のうちの特定端末を制御する。そして、特定端末は、基地局からの制御に応じて、経路切換処理を行なう。【選択図】図１
2008067066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる複数の無線システムを装備し、各々が装備した無線システムを用いて無線通信を行なう複数の基地局と、
各々が前記複数の無線システムとマルチホップ無線システムとを装備し、各々が前記複数の無線システムから選択された少なくとも１つの無線システムと前記マルチホップ無線システムとを用いて前記複数の基地局のうちの所望の基地局にアクセスする複数の無線装置とを備え、
前記複数の基地局の各々は、前記複数の無線装置のうちのｎ（ｎは３以上の整数）個の無線装置が前記少なくとも１つの無線システムと前記マルチホップ無線システムとを用いて複数の無線通信経路により自己と無線通信を行なう場合、前記複数の無線通信経路を用いた無線通信のスループットを維持し、かつ、前記複数の無線通信経路を用いた無線通信の遅延時間を相対的に低下させる経路切換処理を行なうように前記ｎ個の無線装置のうちの特定無線装置を制御し、
前記特定無線装置は、前記基地局からの制御に応じて、前記経路切換処理を行なう、無線通信ネットワークシステム。
【請求項２】
前記複数の基地局の各々は、前記複数の無線通信経路の各々における待機トラフィック数を演算し、その演算した複数の待機トラフィック数のうち最大の待機トラフィック数を有する無線通信経路を選択し、その選択した無線通信経路を構成する前記特定無線装置へ前記経路切換処理を行なうための経路切換指示を送信し、
前記特定無線装置は、前記経路切換指示に応じて、前記経路切換処理を行なう、請求項１に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項３】
前記複数の基地局の各々は、前記最大の待機トラフィック数を有する無線通信経路が前記マルチホップ無線システムを用いて無線通信を行なうためのマルチホップ無線通信経路である場合、前記マルチホップ無線通信経路を構成するｉ（ｉは２≦ｉ＜ｎを満たす整数）個の無線装置のうち自己からｘ（ｘは正の整数）ホップ目に位置する前記特定無線装置へ前記経路切換指示を送信する、請求項２に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項４】
前記複数の基地局の各々は、ｔ（ｔは２以上の整数）回目の前記経路切換処理において前記最大の待機トラフィック数を有する第１のマルチホップ無線通信経路がｔ−１回目の前記経路切換処理において前記最大の待機トラフィック数を有する第２のマルチホップ無線通信経路と同じであるとき、前記ｔ−１回目の前記経路切換処理におけるホップ数と同じホップ数である前記ｘホップ目に位置する前記特定無線装置へ前記経路切換指示を送信し、前記第１のマルチホップ無線通信経路が前記第２のマルチホップ無線通信経路と異なるとき、ｘ＋１ホップ目に位置する前記特定無線装置へ前記経路切換経路を送信する、請求項３に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項５】
前記特定無線装置は、自己の周囲に存在する無線装置との間の無線通信経路のうち前記待機トラフィック数が最小である無線通信経路を探索し、前記経路切換指示に応じて、前記探索した無線通信経路へ経路を切換える、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項６】
前記特定無線装置は、前記探索した無線通信経路へ経路を切換えるための切換先無線装置を含む経路切換応答を前記基地局へ送信し、前記基地局から応答確認を受信すると、前記探索した無線通信経路へ経路を切換え、
前記基地局は、前記経路切換応答を受信すると、その受信した経路切換応答に含まれる切換先無線装置に応じて、前記ｎ個の無線装置が自己にアクセスするための複数の無線通信経路の経路トポロジーを更新して前記応答確認を前記特定無線装置へ送信する、請求項５に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項７】
前記基地局は、前記切換先無線装置と前記経路トポロジーとに基づいて、前記ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成するか否かを判定し、前記ｎ個の無線装置が前記ループ経路からなる無線通信経路を構成しないとき、前記応答確認を前記特定無線装置へ送信する、請求項６に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項８】
前記基地局は、前記切換先無線装置と前記経路トポロジーとに基づいて、前記ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成するか否かを判定し、前記ｎ個の無線装置が前記ループ経路からなる無線通信経路を構成するとき、前記拒否応答を前記特定無線装置へ送信し、
前記特定無線装置は、前記拒否応答に応じて、前記探索した無線通信経路への経路切換を中止する、請求項６に記載の無線通信ネットワークシステム。
【請求項９】
前記複数の基地局の各々は、前記複数の無線システムのうち、最も通信範囲が広い無線システムを用いて前記経路切換指示を前記特定無線装置へ送信する、請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の無線通信ネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信ネットワークシステムに関し、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通信ネットワークシステム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従い、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。
【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】D. Bertsekas, and R. Gallager, Data Networks, Prentice-Hall Inc 1987.
【非特許文献３】L. Kleinrock, “Communication Nets: Stochastic Message Flow and Delay”, McGraw-Hill, 1964.
【非特許文献４】J. P. Kelly, “Reversibility and Stochastic Networks”, John Willy & Sons, 1979.
【非特許文献５】L. Walrand, “Probabilistic Look at Networks of Quasi-Reversible Queues”, IEEE Trans Inf Theory, IT-29, pp.825-831, 1983.
【非特許文献６】J. Little, “A Proof of the Quenching Formula L=λW”, Opre Res J. 18:172-174, 1961.
【非特許文献７】笠原正治,”インターネットトラヒックモデリング−通信トラヒック理論からインターネット設計理論へ−”, 信学会技報, NS2001-217, pp.25-30, 2002.
【非特許文献８】S-T. Sheu and J. Chen, “A Novel Delay-Oriented Shortest Path Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks”, in Proc. IEEE ICC ’01, 2001.
【非特許文献９】R. L. Rivert, “Network Control by Bayessian Broadcast”, Report MIT/LCS/TM-285, 1985.
【非特許文献１０】D. J. Aldous, “Ultimate Instability of Exponential Back-Off Protocol for Acknowledgment-Based Transmission Control of Random Access Communication Channels”, IEEE Trans Inf Theory, Vol. IT-33, No.2, pp.219-223, 1987.
【非特許文献１１】IEEEStd 802.16-2004,”Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”, 2004.
【非特許文献１２】S. Wecker, ”The Digital Network Architecture”, IEEE Trans Comm, COM-28, pp.510-526, 1980.
【非特許文献１３】D. S. J. De Couto, D. Aguayo, B. A. Chambers, and R. Morris, “Performance of Multihop Wireless Networks: Shortest Path is Not Enough”, Proceedings of the First Workshop on Hot Topics in Networking (HotNets-I), 2002.
【非特許文献１４】S-T. Sheu and J. Chen, “A Novel Delay-Oriented Shortest Path Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks”, in Proc. IEEEICC’01,2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、現在のコグニティブ無線ネットワークにおいては、複数の無線システムの各々は、端末と基地局との間で、直接、無線通信を行なうものであるため、各端末が所望の基地局に高能率でアクセスすることが困難であるという問題がある。
【０００７】
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、所望の基地局に高能率でアクセス可能な無線通信ネットワークシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による無線通信ネットワークシステムは、複数の基地局と、複数の無線装置とを備える。複数の基地局は、相互に異なる複数の無線システムを装備し、各々が装備した無線システムを用いて無線通信を行なう。複数の無線装置は、各々が複数の無線システムとマルチホップ無線システムとを装備し、各々が複数の無線システムから選択された少なくとも１つの無線システムとマルチホップ無線システムとを用いて複数の基地局のうちの所望の基地局にアクセスする。複数の基地局の各々は、複数の無線装置のうちのｎ（ｎは３以上の整数）個の無線装置が少なくとも１つの無線システムとマルチホップ無線システムとを用いて複数の無線通信経路により自己と無線通信を行なう場合、複数の無線通信経路を用いた無線通信のスループットを維持し、かつ、複数の無線通信経路を用いた無線通信の遅延時間を相対的に低下させる経路切換処理を行なうようにｎ個の無線装置のうちの特定無線装置を制御する。そして、特定無線装置は、基地局からの制御に応じて、経路切換処理を行なう。
【０００９】
好ましくは、複数の基地局の各々は、複数の無線通信経路の各々における待機トラフィック数を演算し、その演算した複数の待機トラフィック数のうち最大の待機トラフィック数を有する無線通信経路を選択し、その選択した無線通信経路を構成する特定無線装置へ経路切換処理を行なうための経路切換指示を送信する。特定無線装置は、経路切換指示に応じて、経路切換処理を行なう。
【００１０】
好ましくは、複数の基地局の各々は、最大の待機トラフィック数を有する無線通信経路がマルチホップ無線システムを用いて無線通信を行なうためのマルチホップ無線通信経路である場合、マルチホップ無線通信経路を構成するｉ（ｉは２≦ｉ＜ｎを満たす整数）個の無線装置のうち自己からｘ（ｘは正の整数）ホップ目に位置する特定無線装置へ経路切換指示を送信する。
【００１１】
好ましくは、複数の基地局の各々は、ｔ（ｔは２以上の整数）回目の経路切換処理において最大の待機トラフィック数を有する第１のマルチホップ無線通信経路がｔ−１回目の経路切換処理において最大の待機トラフィック数を有する第２のマルチホップ無線通信経路と同じであるとき、ｔ−１回目の経路切換処理におけるホップ数と同じホップ数である前記ｘホップ目に位置する特定無線装置へ経路切換指示を送信し、第１のマルチホップ無線通信経路が第２のマルチホップ無線通信経路と異なるとき、ｘ＋１ホップ目に位置する特定無線装置へ経路切換経路を送信する。
【００１２】
好ましくは、特定無線装置は、自己の周囲に存在する無線装置との間の無線通信経路のうち待機トラフィック数が最小である無線通信経路を探索し、経路切換指示に応じて、探索した無線通信経路へ経路を切換える。
【００１３】
好ましくは、特定無線装置は、探索した無線通信経路へ経路を切換えるための切換先無線装置を含む経路切換応答を基地局へ送信し、基地局から応答確認を受信すると、探索した無線通信経路へ経路を切換える。基地局は、経路切換応答を受信すると、その受信した経路切換応答に含まれる切換先無線装置に応じて、ｎ個の無線装置が自己にアクセスするための複数の無線通信経路の経路トポロジーを更新して応答確認を特定無線装置へ送信する。
【００１４】
好ましくは、基地局は、切換先無線装置と経路トポロジーとに基づいて、ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成するか否かを判定し、ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成しないとき、応答確認を特定無線装置へ送信する。
【００１５】
好ましくは、基地局は、切換先無線装置と経路トポロジーとに基づいて、ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成するか否かを判定し、ｎ個の無線装置がループ経路からなる無線通信経路を構成するとき、拒否応答を特定無線装置へ送信する。特定無線装置は、拒否応答に応じて、探索した無線通信経路への経路切換を中止する。
【００１６】
好ましくは、複数の基地局の各々は、複数の無線システムのうち、最も通信範囲が広い無線システムを用いて経路切換指示を特定無線装置へ送信する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明においては、複数の基地局の各々は、複数の無線通信経路を用いた無線通信のスループットを維持し、かつ、複数の無線通信経路を用いた無線通信の遅延時間を相対的に低下させる経路切換処理を行なうようにｎ個の無線装置のうちの特定無線装置を制御する。そして、特定無線装置は、基地局からの制御に応じて、経路切換処理を行なう。その結果、無線通信ネットワークシステムにおいては、スループットを維持し、かつ、遅延時間を相対的に低下させる無線通信が行なわれる。
【００１８】
したがって、この発明によれば、高能率で所望の基地局にアクセスできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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システムの概略図である。無線通信ネットワークシステム１００は、無線ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）端末１〜４と、無線ＬＡＮ端末５，６と、無線ＷＡＮ基地局１０と、無線ＬＡＮ基地局２０，３０とを備える。
【００２１】
無線ＬＡＮ端末５および無線ＬＡＮ基地局２０は、無線ＬＡＮセル６０内に存在し、無線ＬＡＮ端末６および無線ＬＡＮ基地局３０は、無線ＬＡＮセル７０内に存在する。そして、無線ＬＡＮ端末５，６は、無線ＬＡＮシステムによってそれぞれ無線ＬＡＮ基地局２０，３０にアクセスする。
【００２２】
無線ＷＡＮ端末１〜４、無線ＬＡＮ端末５，６、無線ＷＡＮ基地局１０、および無線ＬＡＮ基地局２０，３０は、無線ＷＡＮセル８０内に存在する。そして、無線ＷＡＮ端末１〜４は、無線ＷＡＮ基地局１０に独立にアクセスする。
【００２３】
無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０は、それぞれ、有線ケーブル４１〜４３によってインターネット等のネットワーク５０に接続される。また、端末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。
【００２４】
無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６の各々は、後述するように、複数の無線システムおよびマルチホップ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およびマルチホップ無線システムを適宜使い分け、または同時に使用して所望の基地局にアクセスする。
【００２５】
無線ＷＡＮ基地局１０または無線ＬＡＮ基地局２０，３０は、後述する方法によって、無線通信ネットワークシステム１００におけるネットワークコストが最小となるように無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６が行なう無線通信の経路を制御する。
【００２６】
なお、無線通信ネットワークシステム１００は、次の特徴を有する。
【００２７】
（Ａ）無線ＷＡＮ基地局１０がカバーする通信領域であるアクセスネットワーク内に、１個以上の無線ＬＡＮ基地局が一様に分布する。そして、いずれの無線ＬＡＮ基地局も、共通のアクセスネットワークに収容される。
【００２８】
（Ｂ）無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０と通信可能であり、マルチホップ端末間通信において無線ＷＡＮ基地局１０または無線ＬＡＮ基地局２０，３０へ中継する機能を有する。
【００２９】
（Ｃ）無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、無線ＷＡＮ基地局１０へのアクセス、無線ＬＡＮ基地局２０，３０へのアクセスおよびマルチホップ端末間通信の３種類の通信を同時に実施可能であり、これらの３種類の通信にトラフィックを分岐する機能を有する。
【００３０】
図２は、図１に示す無線ＷＡＮ端末１の構成を示す概略ブロック図である。無線ＷＡＮ端末１は、アンテナ１１と、無線モジュール１２〜１４と、スイッチング手段１５と、コントローラ１６と、アプリケーションプロセッサ１７と、探索モジュール１８と、バスＢＳとを含む。
【００３１】
スイッチング手段１５、コントローラ１６、アプリケーションプロセッサ１７および探索モジュール１８は、バスＢＳによって相互に接続される。無線モジュール１２〜１４は、スイッチング手段１５に接続される。
【００３２】
アンテナ１１は、無線通信空間を介して他の無線ＷＡＮ端末または無線ＬＡＮ端末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１２〜１４の少なくとも１つへ出力するとともに、無線モジュール１２〜１４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無線ＷＡＮ端末または無線ＬＡＮ端末へ送信する。
【００３３】
無線モジュール１２〜１４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１２は、無線ＷＡＮシステム（ＩＥＥＥ８０２．１６）を装備し、無線モジュール１３は、無線ＬＡＮシステム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｊ）を装備し、無線モジュール１４は、複数の端末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。
【００３４】
そして、無線モジュール１２は、無線ＷＡＮシステムを用いてアンテナ１１を介して無線ＷＡＮ基地局１０と無線通信を行なう。この場合、無線モジュール１２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。
【００３５】
また、無線モジュール１３は、無線ＬＡＮシステムを用いてアンテナ１１を介して無線ＬＡＮ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１３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。
【００３６】
更に、無線モジュール１４は、マルチホップ無線システムを用いて、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局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１４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。
【００３７】
このように、無線モジュール１２〜１４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１５から受けたパケットをスイッチング手段１５からの制御に従って単独または同時に送信する。
【００３８】
スイッチング手段１５は、バスＢＳを介してコントローラ１６から経路選択情報を受け、その受けた経路選択情報によって示された経路を用いて所望の基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０のいずれか）にアクセスするように無線モジュール１２〜１４を統合的に制御する。この場合、「統合的に制御する」とは、３個の無線モジュール１２〜１４から選択した少なくとも１つの無線モジュールによって無線通信を実現するように無線モジュール１２〜１４を全体的に制御することを言う。
【００３９】
そして、スイッチング手段１５は、経路選択情報によって示された経路を用いて無線通信を行なう無線モジュール（無線モジュール１２〜１４の少なくとも１つの無線モジュール）へアプリケーションプロセッサ１７から受けたパケットを送信する。
【００４０】
コントローラ１６は、他の無線ＷＡＮ端末または他の無線ＬＡＮ端末から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無線ＷＡＮ端末のＩＤまたは他の無線ＬＡＮ端末の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。
【００４１】
また、コントローラ１６は、探索モジュール１８によって最小経路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、最小経路コストおよび無線ＷＡＮ端末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１５および無線モジュール１２〜１４を用いて無線ＷＡＮ端末１の近傍端末へ送信する。
【００４２】
また、コントローラ１６は、探索モジュール１８によって最小経路コストが探索されると、送信先ＩＰアドレス、転送先ＩＰアドレスおよび最小経路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。
【００４３】
更に、コントローラ１６は、無線ＷＡＮ端末１におけるトラフィック発生率を取得する。
【００４４】
更に、コントローラ１６は、無線ＷＡＮ基地局１０または無線ＬＡＮ基地局２０，３０から経路切換指示を受信すると、探索モジュール１８によって探索された最小コスト経路（経路コストが最小である経路）へ無線通信経路を切換えるために、切換先ＩＰアドレスを含む経路切換応答を作成してスイッチング手段１５へ出力する。そして、コントローラ１６は、無線ＷＡＮ基地局１０または無線ＬＡＮ基地局２０，３０から経路切換の応答確認を受信すると、最小コスト経路へ無線通信経路を切換える。
【００４５】
アプリケーションプロセッサ１７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１５へ送信する。
【００４６】
探索モジュール１８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無線ＷＡＮ端末１の近傍端末へ送信する。また、探索モジュール１８は、無線ＷＡＮ端末１の近傍端末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、無線ＷＡＮ端末１から送信先の端末までの経路の最小経路コストを演算する。そして、探索モジュール１８は、その演算した最小経路コストをコントローラ１６へ出力する。
【００４７】
なお、図１に示す無線ＷＡＮ端末２〜４および無線ＬＡＮ端末５，６の各々も、図２に示す無線ＷＡＮ端末１の構成と同じ構成からなる。
【００４８】
図３は、図１に示す無線ＷＡＮ基地局１０の一部の構成を示す概略図である。無線ＷＡＮ基地局１０は、図２に示す無線ＷＡＮ端末１の無線モジュール１４および探索モジュール１８を削除し、無線ＷＡＮ端末１のコントローラ１６をコントローラ１６Ａに代えたものであり、その他は、無線ＷＡＮ端末１の構成と同じである。
【００４９】
無線ＷＡＮ基地局１０においては、無線モジュール１２は、無線ＷＡＮシステムを用いて無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６と無線通信を行なうとともに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によるパケットを無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６から受信し、無線モジュール１３は、無線ＬＡＮシステムを用いて無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６と無線通信を行なうとともに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によるパケットを無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６から受信する。
【００５０】
コントローラ１６Ａは、無線ＷＡＮ基地局１０にアクセスするための複数の経路の各々において経路コストを後述する方法によって演算する。そして、コントローラ１６Ａは、その演算した複数の経路コストを用いて、経路コストが最大である経路を選択し、その選択した経路を構成する特定端末（無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のいずれか）へ経路切換指示を無線モジュール１２を用いて送信する。
【００５１】
また、コントローラ１６Ａは、特定端末から経路切換応答を受信すると、その受信した経路切換応答に含まれる切換先ＩＰアドレスに基づいて、ループ経路が形成されるか否かを判定する。そして、コントローラ１６Ａは、ループ経路が形成されないと判定したとき、確認応答を生成し、その生成した確認応答を無線モジュール１２を用いて特定端末へ送信する。一方、コントローラ１６Ａは、ループ経路が形成されると判定したとき、拒否応答を生成し、その生成した拒否応答を無線モジュール１２を用いて特定端末へ送信する。
【００５２】
図１に示す無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々も、図３に示す無線ＷＡＮ基地局１０と同じ構成からなる。
【００５３】
図１に示す無線通信ネットワークシステム１００においては、無線ＷＡＮ端末１〜４、無線ＬＡＮ端末５，６、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、自己のＩＤを含むＨｅｌｌｏメッセージを生成して定期的に送信する。そして、無線ＷＡＮ端末１〜４、無線ＬＡＮ端末５，６、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、隣接する端末または基地局からＨｅｌｌｏメッセージを受信し、その受信したＨｅｌｌｏメッセージから隣接する端末または基地局のＩＤを抽出するとともに、その抽出したＩＤからなる隣接端末リストを作成する。
【００５４】
また、無線ＷＡＮ端末１〜４、無線ＬＡＮ端末５，６、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、自己におけるトラフィック発生率を演算する。
【００５５】
そうすると、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、作成した隣接端末リストを無線ＷＡＮ基地局１０または無線ＬＡＮ基地局２０，３０へ送信する。
【００５６】
そして、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６から隣接端末リストを受信するとともに、その受信した隣接端末リストに基づいて、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のトポロジーを認識し、その認識したトポロジーに基づいて、無線通信ネットワークシステム１００における複数の無線通信経路を用いた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ように無線通信経路の経路切換を特定端末（無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のいずれか）に指示する。
【００５７】
複数の無線通信経路を用いた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には、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６から無線ＷＡＮ基地局１０への直接通信を無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６間のマルチホップ無線通信に切換えることが有効であるが、この有効性について説明する。
【００５８】
［数理モデル］
（ａ）アクセス経路の解析モデル
マルチホップ無線通信の有効性を検証するために、次の３つの経路が定義された。
【００５９】
（Ｒ１）Ｗ−経路
Ｗ−経路は、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のいずれかと無線ＷＡＮ基地局１０との間の直接通信による経路であり、単一リンクからなる。
【００６０】
（Ｒ２）Ｌ−経路
Ｌ−経路は、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６のいずれかと無線ＬＡＮ基地局２０，３０との間の直接通信による経路であり、単一リンクからなる。
【００６１】
（Ｒ３）マルチホップアクセス経路
マルチホップアクセス経路は、端末間のマルチホップ無線通信による基地局までの通信経路であり、複数のリンクが連結構成される。
【００６２】
図１に示す無線通信ネットワークシステム１００は、多数の端末から構成され、個々の端末におけるトラフィックは、無線通信ネットワークシステム１００全体のトラフィックよりも十分に小さいと考えられる。
【００６３】
従って、上記の各経路Ｒ１〜Ｒ３を構成するリンクをＭ／Ｍ／１の待ち行列システムとして見なす。即ち、リンクへのトラフィック（以下、パケット）の到着間隔と、そのパケットの処理時間は指数分布であり（パケットサイズが指数分布であり、パケットの処理時間がパケットサイズに比例するので、パケットの処理時間は、指数分布となる）、パケット到着間隔とパケット処理時間とは、相互に独立であると仮定する。
【００６４】
しかし、無線システムのパケット処理時間は、メディア制御遅延および再送などが含まれるため、パケットサイズに依存して指数分布とするモデル化では不十分である。また、無線システムのリンクは、送受信で近傍端末と通信メディアを共有するため、リンクへのパケット到着率とリンクでのパケット処理時間に相関が生じ、Ｍ／Ｍ／１の仮定が成り立たない。
【００６５】
そこで、解析可能性の観点からリンクをＭ／Ｍ／１の待ち行列システムとしてモデル化し、マルチホップアクセス経路の特性を説明し、パケット到着率とパケット処理時間に相関を有し、パケット処理時間が指数分布に従わない無線システムのリンクの場合においても、Ｍ／Ｍ／１と同様の特性であることを示すことによってモデルの不適合性を補うものとする。
【００６６】
（ｂ）単一リンクのコスト
図４は、単一リンクおよび連結リンクを説明するための概念図である。端末ｉにおけるパケットの平均到着率をＦｉ（ｐａｃｋｅｔｓ／ｓｅｃ）とし、端末ｉと端末ｊとの間のリンクの通信容量（平均パケット処理時間の逆数、即ち、パケット処理率）をＣｉｊ（ｐａｃｋｅｔｓ／ｓｅｃ）とすると、このリンクにおけるコストｄｉｊは、Ｍ／Ｍ／１の待ち行列システムに基づき、次式のようになる（図４の（ａ）参照）。
【００６７】
【数１】
2008067066.tif 000003
【００６８】
式（１）は、リンク内に待機する平均パケット数（処理中のパケットを含む）となり、平均遅延時間１／（Ｃｉｊ−Ｆｉ）にパケット到着率Ｆｉを乗じた値である。従って、この発明においては、コストｄｉｊとは、「リンク内の待機トラフィック数」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。
【００６９】
（ｃ）連結リンクのコスト
マルチホップアクセス経路は、構成する各リンクに複数のリンクが合流し、それらのリンクが連結して、木構造のトポロジー（図４の（ｂ）参照）を形成する。従って、マルチホップアクセス経路を構成するリンクでは、合流する複数のリンクから転送されたパケットと、ローカル（＝各端末）で発生するパケットとが重畳して到着する。即ち、マルチホップアクセス経路においてＫｌｅｉｎｒｏｃｋの独立近似（非特許文献３）が成り立ち、連結されたリンクにおいてパケット到着間隔は、パケットサイズとの相関性が失われ、マルチホップアクセス経路は、個々に独立したＭ／Ｍ／１のリンクによるＪａｃｋｓｏｎ網（非特許文献４，５）として考えられる。その結果、各リンクに到着するパケットは、ポアソン過程となり、連結リンクのコストは、Ｊａｃｋｓｏｎ網に従い、次式によって表される。
【００７０】
【数２】
2008067066.tif 000004
【００７１】
式（２）において、Ｊｉは、端末ｉに合流するリンク数であり、図４の（ｂ）においては、“ｎ”によって表されている。
【００７２】
上述したように、マルチホップアクセス経路は、Ｊａｃｋｓｏｎ網として考えられるので、その経路コストｄＭは、構成するリンクのコストの和として求まり、次式のようになる。
【００７３】
【数３】
2008067066.tif 000005
【００７４】
但し、（ｉ，ｊ）は、端末ｉから端末ｊへのリンクであり、ＲＭは、マルチホップアクセス経路を構成するリンクの集合である。
【００７５】
（ｄ）評価値としてのリンクコスト
上述したように、リンクコストは、パケット到着率Ｆｉに１／（Ｃｉｊ−Ｆｉ）を乗じた値であり、パケット到着率および平均遅延時間は、それぞれ、次のようなネットワークのメトリックとなる。
【００７６】
（ｄ−１）パケット到着率：リンクの混み具合を表すメトリックである。パケ
ット到着率が高くなると、処理すべきパケットが大量にリンクに到着して
いることとなる。
【００７７】
（ｄ−２）平均遅延時間：平均遅延時間は、待ち行列での平均待機時間とパケ
ットの平均処理時間（転送時間）からなる。パケットの平均処理時間は、
無線環境におけるリンクの品質（メディア制御遅延時間、送信レート、パ
ケット誤り率）に強く依存する。また、待ち行列での平均待機時間は、待
ち行列内の前方のパケット処理時間に依存する。即ち、平均遅延時間は、
リンク品質を表すメトリックである。
【００７８】
上記（１），（２）のことから、リンクコストは、リンクの混み具合とリンクの品質とを乗じた値であり、リンク品質が良い（平均遅延時間が短い）リンクに大量のパケットが分配されていると（パケット到着率が高い）、リンク品質が良くても、リンクコストは、高くなる。一方、リンク品質が低い（平均遅延時間が長い）リンクに、パケットが殆ど分配されない場合、リンクコストは、低い値である。即ち、リンクの混み具合とリンク品質とによるリンクコストから複数のリンクにパケットを適切に分配することが可能である。
【００７９】
以上のことから、リンクおよび経路の評価値としてリンクコストを用いることとする。
【００８０】
（ｅ）リンクの通信容量
各リンクの通信容量Ｃｉｊは、マクロ的な視点からその平均として、次のように設定される。
【００８１】
（ｅ−１）Ｗ経路およびＬ経路の通信容量Ｃｉｊは、それぞれのセル内のリン
ク数で該当無線システムの最大通信容量を割った容量とする。
【００８２】
（ｅ−２）マルチホップアクセス経路を構成する複数のリンクは、無線リソー
スを共有する同一ネットワーク内にあると考える。即ち、各リンクの通
信容量Ｃｉｊは、該当無線システムの最大通信容量を連結されたリンク
数で割った容量とし、マルチホップアクセス経路の構成リンクの通信容
量を低く設定する。
【００８３】
（ｅ−３）複数のマルチホップアクセス経路において、各経路を構成する空間
が重なる場合、複数の端末間経路の各リンクは、無線リソースを共有する
同一のネットワーク内にあると考える。即ち、各リンクの通信容量Ｃｉｊ
は、該当無線システムの最大通信容量を複数のマルチホップアクセス経路
を構成する全リンク数で割った容量とする。従って、マルチホップアクセ
ス経路の構成する空間が他のマルチホップアクセス経路の構成空間と重な
らない空間毎に無線リソースを再利用することになり、マルチホップアク
セス経路のリンクの通信容量Ｃｉｊは、項目（ｅ−２）と同様に低く設定
する。
【００８４】
（ｅ−４）上述した３個の経路（＝Ｗ経路、Ｌ経路およびマルチホップアクセ
ス経路）で用いられる無線システムは、システム間で相互に干渉しないも
のとする。
【００８５】
（ｅ−５）上述した３個の経路（＝Ｗ経路、Ｌ経路およびマルチホップアクセ
ス経路）の使用チャネルは、各システム毎に同一とする。
【００８６】
上述した通信容量の設定においては、マルチホップアクセス経路の通信容量は、Ｗ経路およびＬ経路の通信容量の設定と比較して不利な条件となっている。従って、この発明においては、マルチホップアクセス経路に不利な通信容量の設定において、マルチホップアクセス経路の有効性を示す。
【００８７】
（ｆ）マルチホップアクセス経路の特性
図１に示されているネットワーク構成においてマルチホップアクセス経路の特性を検証する。即ち、１つの無線ＷＡＮ基地局１０と、そのセル８０内に一様に分布した複数の無線ＬＡＮ基地局２０，３０と、セル８０内に一様に分布した端末（無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６）とから構成されるネットワークを考える。
【００８８】
各端末は、無線ＬＡＮセル６０，７０内に存在する場合、無線ＬＡＮ基地局２０，３０に接続してＬ経路を形成する。それ以外の場合、各端末は、無線ＷＡＮ基地局１０に接続してＷ経路を形成する。更に、各端末は、Ｌ経路と異なる無線ＬＡＮシステムで通信可能な隣接端末と接続し、マルチホップアクセス経路を形成することも可能とする。また、各端末で発生する平均パケット数は、各端末で同一とする。
【００８９】
このような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、「ネットアークコスト」と言う）は、次式によって表される。
【００９０】
【数４】
2008067066.tif 000006
【００９１】
但し、ＤＷは、Ｗ経路のコストの総和であり、ＤＬは、Ｌ経路のコストの総和であり、ＤＭは、各マルチホップアクセス経路のコストの総和である。
【００９２】
マルチホップアクセス経路の特性および有効性を、Ｗ経路のパケットを経路切換によりマルチホップアクセス経路へ移動した場合のネットワークコストの変動によって検証する。
【００９３】
（ｆ−１）各経路のコスト
マルチホップアクセス経路は、ホップ数と合流リンク数に応じて、複数台の無線ＷＡＮ端末と、１台の無線ＬＡＮ端末とを連結して構成される。図５は、Ｗ経路からマルチホップ無線通信経路への切換えを示す概念図である。マルチホップアクセス経路を構成する端末の到着パケットは、全て、Ｗ経路からマルチホップアクセス経路へ移動し、無線ＬＡＮ基地局へ転送されるものとする（図５参照）。即ち、Ｗ経路からマルチホップアクセス経路への経路切換を行なう。
【００９４】
各マルチホップアクセス経路のホップ数および各リンクへの合流リンク数を同一とした場合、各経路の総コストは、次の式（５）〜（７）のようになる。
【００９５】
【数５】
2008067066.tif 000007
【００９６】
【数６】
2008067066.tif 000008
【００９７】
【数７】
2008067066.tif 000009
【００９８】
但し、ＮＷは、無線ＷＡＮ接続端末数であり、ｎＬは、マルチホップアクセス経路に組み込まれる無線ＬＡＮ接続端末数であり、ｊは、マルチホップアクセス経路を構成する各リンクに合流するリンク数であり、ＣＷは、Ｗ経路の通信容量であり、ｈは、マルチホップアクセス経路のホップ数であり、ＮＬは、無線ＬＡＮ接続端末数であり、ＣＬは、Ｌ経路の通信容量であり、ＣＭは、マルチホップアクセス経路を構成する各リンクの通信容量であり、Ｆは、各端末のパケット到着率である。
【００９９】
（ｆ−２）ネットワークコスト
図６は、ネットワーク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において、縦軸は、ネットワークコストを表し、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。
【０１００】
図６に示すネットワークコストは、マルチホップアクセス経路の構成リンクの合流リンク数が“２”である場合の各ホップ数におけるマルチホップアクセス経路へのパケット分配率に応じて式（５）〜（７）を用いて計算されたネットワークコストである。
【０１０１】
なお、ネットワークコストの計算においては、全端末数は、１０００に設定され、無線ＷＡＮセルの半径は、１０００ｍに設定され、無線ＷＡＮの最大通信容量は、１５Ｍｂｐｓに設定され、無線ＬＡＮセルの半径は、５０ｍに設定され、無線ＬＡＮの最大通信容量は、５４Ｍｂｐｓに設定され、端末間通信の通信可能距離は、１００ｍ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊよりも低い周波数帯を用いることから、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊよりも通信距離が長くなる）に設定され、端末間通信の最大通信容量は、５４Ｍｂｐｓに設定された。
【０１０２】
また、ネットワークコストの計算においては、各端末の平均パケット到着間隔は、１ｓｅｃに設定され、平均パケットサイズは、１０Ｋｂｉｔｓに設定され、マルチホップアクセス経路のホップ数は、２ホップ、３ホップ、４ホップ、５ホップおよび６ホップの５通りとし、構成可能なマルチホップアクセス経路数は、ホップ数に比例した面積（端末間通信可能距離の（ホップ数−１）倍にした距離に無線ＬＡＮセルの半径を加えた長さを半径とする円）内にある端末数により制限された。
【０１０３】
図６は、マルチホップアクセス経路へ経路切換を行なう端末数を増やして、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率を大きくした場合のネットワークコストを示す。図６から分かるように、いずれのホップ数においても、ネットワークコストは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率が増加するに従って減少する。
【０１０４】
図７は、遅延時間とスループットとの関係を示す図である。図７において、縦軸は、遅延時間を表し、横軸は、スループットを表す。図７に示す遅延時間は、図６に示す５ホップのマルチホップアクセス経路の５つのパケット分配率（０．４，０．５，０．７，０．８，０．９）における基地局に単位時間当たりに到着したパケットの端末から基地局までの遅延時間の和（以下、「遅延時間」と言う）の相関を式（５）〜（７）を用いて算出した結果である。
【０１０５】
図７から分かるように、パケット分配率が０．７である場合、他のパケット分配率と比較して、最もスループットが向上し、かつ、遅延時間が減少する。パケット分配率が０．７である場合は、図６から分かるように、５ホップ数のマルチホップアクセス経路において、ネットワークコストが最小となるパケット分配率の近傍である。即ち、Ｗ経路のパケットをマルチホップアクセス経路へ移動することによりネットワークコストを減少させることは、その結果としてスループットを維持しつつ、遅延時間を減少させることになる。
【０１０６】
これは、端末は、セル内に一様に分散しているので、無線ＷＡＮセル内の端末数とマルチホップアクセス経路の端末数との比率は、そのセル半径と通信可能距離との２乗比となり（１０００２：１００２＝１００：１）、Ｗ経路の通信容量は、マルチホップアクセス経路の通信容量と比較して、格段に小さくなることによる。即ち、マルチホップアクセス経路のリンク品質が高い（平均遅延時間が小さい）ことによる。
【０１０７】
図８は、ネットワーク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８において、縦軸は、ネットワークコストを表し、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を示し、曲線ｋ２は、Ｗ経路のコストを示し、曲線ｋ３は、ネットワーク全体のネットワークコストを示す。
【０１０８】
図７において示したように、Ｗ経路のパケットをマルチホップアクセス経路へ分配することによって、ネットワークコストは、減少する。しかし、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率が大きくなると、ネットワークコストは、増加に転じる（図８の曲線ｋ３参照）。これは、パケット分配率が大きくなると、マルチホップアクセス経路の各リンクへのパケット到着率が大きくなり、その結果として、そのコストが増大するためである。
【０１０９】
（ｆ−３）パケット分配モデル
図６から図８に示されているように、コストの高いＷ経路からコストの低いマルチホップアクセス経路へ経路切換によりパケットを分配すると、その結果としてスループットを維持しつつ、遅延時間を減少させることができる。
【０１１０】
しかし、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率が大きくなり過ぎると、マルチホップアクセス経路のコストがＷ経路のコストを上回り、コストの低い経路からコストの高い経路へパケットを移動することとなり、その結果として、スループットが低下し、遅延時間が増加へ転じる。従って、最適なパケット分配率があり、また、その最適分配率は、マルチホップアクセス経路のトポロジー（経路数、ホップ数および合流数）により変動する。
【０１１１】
ネットワークコストを最小化するパケット分配率を求めるため、各経路の総コストである式（５）〜（７）をパケット到着率Ｆの関数と考え、その導関数を求めると、次のようになる。
【０１１２】
【数８】
2008067066.tif 000010
【０１１３】
【数９】
2008067066.tif 000011
【０１１４】
【数１０】
2008067066.tif 000012
【０１１５】
式（８）〜（１０）は、いずれも、取り得る値が正であり、また、式（５）〜（７）も同様であるので、各経路の総コストは、パケット到着率に関して凸単調増加関数である。更に、パケット到着率をＷ経路からマルチホップアクセス経路へのパケット分配率として見た場合、マルチホップアクセス経路の総コストは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率に対して凸単調増加であり、一方、Ｗ経路の総コストおよびＬ経路の総コストは、マルチホップアクセス経路へのパケット分配率に対して凸単調減少となる（図８の曲線ｋ２参照）。
【０１１６】
ネットワークコストは、凸単調増加関数（図８の曲線ｋ１参照）と凸単調減少関数（図８の曲線ｋ２参照）との和であるため、パケット分配率に対して下向きの凸関数となり、パケット分配率に最適解が存在する。即ち、次式により、解析的に最適解を求めることが可能である。
【０１１７】
【数１１】
2008067066.tif 000013
【０１１８】
但し、ＦＷは、Ｗ経路へ分配されたパケットの到着率であり、ＦＬは、Ｌ経路へ分配されたパケットの到着率であり、ＦＭは、マルチホップアクセス経路へ分配されたパケットの到着率であり、Ｆｔｏｔａｌは、全パケット到着率の和である。
【０１１９】
式（１）のリンクコストｄｉｊをパケット到着率Ｆｉに関して導関数を求めると、次のようになる。
【０１２０】
【数１２】
2008067066.tif 000014
【０１２１】
即ち、リンクコスト自身は、パケット到着率に関して凸単調増加関数であり、その和である経路コストも、また、パケット到着率に関して凸単調増加関数である。従って、個々の単独の経路およびリンク間（例えば、Ｗ経路とマルチホップアクセス経路間、２つのマルチホップアクセス経路間）においてもパケット分配に関する特性が成り立つ。
【０１２２】
以上のことから、Ｗ経路からマルチホップアクセス経路への経路切換を用いて、パケットを最適に分配することによって、ネットワークコストが最適化され、その結果としてスループットを維持しつつ、遅延時間を減少させることが可能となる。また、最適なパケット分配率は、パケット到着率と遅延時間とから算出するリンクコストと、経路コストとに基づいて求めることができる。
【０１２３】
（ｇ）マルチアクセス通信におけるマルチホップアクセス経路の特性
上述したマルチホップアクセス経路の特性とその有効性は、無線リンクがＭ／Ｍ／１の待ち行列によりモデル化されることを前提としている。しかし、無線システムは、通信メディアであるチャネル（周波数）を複数の端末と共有するマルチアクセス通信である。そのため、それぞれの通信は、相互に干渉および競合することになる。即ち、無線リンクのパケット到着率とパケット処理時間には、相関が生じる。また、メディアアクセス制御遅延および再送により、そのパケット処理時間は、そのサイズへの依存性が薄れ、指数分布に従わなくなる。従って、パケット到着率とパケット処理時間は、相互に独立であり、そのパケット処理時間の分布は、指数分布とするＭ／Ｍ／１によるモデル化では、無線リンクを適切にモデル化できていない。
【０１２４】
そこで、この発明においては、パケット到着率とパケット処理率とには、相関があり、パケット処理時間が指数分布に従わない無線リンクにおいても、マルチホップアクセス経路の特性と有効性とが成り立つことを示す。
【０１２５】
（ｇ−１）無線システムのパケット処理時間
無線リンクにおけるパケット処理時間は、次の処理遅延時間によって構成される。
【０１２６】
（ｉ）無線システムは、通信メディアであるチャネルを共有する。そのため、通信に先立ち、共有するチャネルに関してアクセス制御が必要となる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）におけるアクセス制御では、各ＭＡＣフレーム間には、最低限のＩＦＳ（Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）と呼ばれる待ち時間がある。その上で、アクセスポイントへのＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）フレームの送信、およびアクセスポイントからのＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）フレームの受信を経て、各端末は、データフレームの送信が可能となる。更に、各端末は、アクセスポイントからＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）フレームを受信する必要がある。また、チャネルが混雑している場合、各端末は、バックオフによる時間、送信を延期する。チャネルのアクセス制御による遅延時間は、データサイズに依存せず、近傍端末の送受信状況に依存する。以下、この遅延時間をＭＡＣ遅延時間と呼ぶ。
【０１２７】
（ｉｉ）各端末は、ＡＣＫフレームの待ち時間が経過してもデータ送信先よりＡＣＫフレームを受信できない場合、データフレームの再送を行なう。再送処理時間は、ＭＡＣ遅延時間に含まれ、無線リンクの品質に強く依存した遅延時間となる。
【０１２８】
（ｉｉｉ）ＩＥＥＥ８０２．１１は、マルチポート（自動レート制御）機能により、無線環境（パケット誤り率等）に応じて、自動的に送信レートを変更する。また、ＩＥＥＥ８０２．１６も、無線環境に応じて変調方式および符号化率を変更し、送信レートを調整する。これらも、無線リンクの品質に強く依存する。以下、この遅延時間を送信時間と呼ぶ。
【０１２９】
以上のことから、パケット処理時間は、パケットサイズとの比例関係が薄れ、リンクの品質に強く依存し、リンクへのパケット到着率と相関を持つこととなる。
【０１３０】
（ｇ−２）無線リンクにおけるリンクコスト
パケット到着率とパケット処理時間に相関があり、パケット処理時間が指数分布に従わない無線リンクにおいては、式（１）を用いることができない。しかし、パケット到着間隔が指数分布であるリンクにおいて、Ｌｉｔｔｌｅの定理（非特許文献６）が成立するため、無線リンクのコストは、その平均パケット到着率Ｆｉと平均遅延時間Ｔｉｊとから、次のように容易に求まる
【０１３１】
【数１３】
2008067066.tif 000015
【０１３２】
また、上記の無線リンクにおける木構造を形成するマルチホップアクセス経路において、構成するリンクへのパケット到着率は、Ｋｌｅｉｎｒｏｃｋの独立近似が成り立ち、指数分布と考えられる（非特許文献７）。即ち、マルチホップアクセス経路を構成するリンクへのパケット分配率と後方リンクのパケット処理時間とは、独立であり、その経路コストは、式（１３）によって示されるリンクコストの和となる。
【０１３３】
（ｇ−３）パケット分配特性
（ｇ−３−１）ＩＥＥＥ８０２．１１による無線システムを用いた場合
無線リンクにおけるパケット分配特性を、無線リンクの遅延時間の特性を基に、ＣＳＭＡ／ＣＡであるＩＥＥＥ８０２．１１を前提として説明する。
【０１３４】
図９は、ＤＯＳＰＲにおける
ＣＳＭＡ／ＣＡの遷移状態を示す図である。遅延時間は、待ち行列内待機時間とパケット処理時間とからなる。まず、パケット処理時間について説明する。非特許文献８においては、パケット到着過程をポアソン過程と仮定し、パケット処理時間は、次のように求められる。
【０１３５】
【数１４】
2008067066.tif 000016
【０１３６】
【数１５】
2008067066.tif 000017
【０１３７】
【数１６】
2008067066.tif 000018
【０１３８】
【数１７】
2008067066.tif 000019
【０１３９】
【数１８】
2008067066.tif 000020
【０１４０】
【数１９】
2008067066.tif 000021
【０１４１】
【数２０】
2008067066.tif 000022
【０１４２】
【数２１】
2008067066.tif 000023
【０１４３】
【数２２】
2008067066.tif 000024
【０１４４】
【数２３】
2008067066.tif 000025
【０１４５】
但し、Ｐｎ（ｔ）は、時間区間ｔにおいてｎ個のパケットが到着する確率であり、λは、端末ｉのパケット到着率であり、Ｐｏ（ｔ）は、時間区間ｔにおいてパケットが到着しない確率（即ち、送信が成功する確率）であり、｜Ａｄｊ（ｉ）｜は、端末ｉの近傍端末数であり、Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ）は、端末ｉが時間区間ｔでチャネルがアイドル状態であることを検出する確率であり、ｓｌｏｔは、バックオフの単位時間であり、ＤＩＦＳは、分散制御用フレーム間隔（ＤＣＦ  Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）であり、ＳＩＦＳは、短フレーム間隔（Ｓｈｏｒｔ  Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）であり、ｂｆは、平均パケットオフ間隔であり、ＥＡｉは、図９の試行状態におけるＭＡＣ遅延時間の期待値であり、ＥＢｉは、図９のバックオフ状態におけるＭＡＣ遅延時間の期待値であり、ＲＴＳは、送信要求フレームの送信時間であり、ＣＴＳは、受信準備完了フレームの送信時間であり、ＤＡＴＡは、データフレーム送信時間であり、ＡＣＫは、確認応答フレームの送信時間であり、ｐｃｋｅｔ＿ｌｅｎは、平均パケットサイズであり、ｔｘ＿ｒａｔｅは、送信レートであり、βｉＭＡＣは、ＭＡＣ遅延時間であり、βｉｔｘは、送信時間であり、Ｓｉは、端末ｉにおけるパケット処理時間である。
【０１４６】
各リンクで発生するローカルなパケット到着過程は、ポアソン過程であることを前提としており、また、マルチホップアクセス経路を構成するリンクへ転送されるパケット到着過程も、Ｋｌｅｉｎｒｏｃｋの独立近似によりポアソン過程となる。従って、各経路のリンクにおいて、上述した式（１４）〜（２３）が成立する。
【０１４７】
式（１７）では、端末ｉと１つのチャネルを共有する近傍端末のパケット到着率の総和に基づき、端末ｉでパケット送信が成功する確率を求めている。従って、パケット処理時間は、近傍端末と共有するチャネル（以下、「共有チャネル」と言う）のパケット到着率と相関を持つ。端末ｉの共有チャネルのパケット到着率をＦｉＣと表記し、次の式を式（１７）の代わりに用いて、パケット処理時間ＳｉとＦｉＣとの相関について説明する。
【０１４８】
【数２４】
2008067066.tif 000026
【０１４９】
Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ）のＦｉＣに関する導関数は、次のようになる。
【０１５０】
【数２５】
2008067066.tif 000027
【０１５１】
式（２５）から、Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ）は、ＦｉＣが増加すると減少する。即ち、ＦｉＣが増加すると、バックオフ状態へ遷移する確率が増えることになる。試行状態におけるＭＡＣ遅延時間の期待値ＥＡｉと、バックオフ状態におけるＭＡＣ遅延時間の期待値ＥＢｉとを比較すると、明らかにＥＢｉが大きな値となっている。従って、ＦｉＣが増加すると、ＭＡＣ遅延時間βｉＭＡＣは、増加することとなり、次のように示される。
【０１５２】
【数２６】
2008067066.tif 000028
【０１５３】
続いて、送信時間βｉｔｘについて説明する。式（１８）の２項目の（１−Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ））は、スロットタイムの期間にパケットが１個以上到着する確率である。即ち、（１−Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ））は、衝突の確率である。（１−Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ））の導関数を求めると、次のようになる。
【０１５４】
【数２７】
2008067066.tif 000029
【０１５５】
即ち、ＦｉＣが増加すると、衝突の可能性が高くなり、その結果として、マルチレート制御は、送信レートを減少させることとなる。従って、送信レートｔｘ＿ｒａｔｅとＦｉＣとの相関は、次式によって表される。
【０１５６】
【数２８】
2008067066.tif 000030
【０１５７】
以上より、パケット処理時間ＳｉとＦｉＣとの相関は、式（２６），（２８）に基づいて、次のようになる。
【０１５８】
【数２９】
2008067066.tif 000031
【０１５９】
ここで、ＦｉＣとＦｉとの相関について説明する。ＦｉＣは、共有チャネルのパケット到着率であり、ＦｉＣが増える場合は、当該端末ｉのパケット到着率Ｆｉが増えるか、またはその近傍端末のパケット到着率が増えるかのいずれかである。従って、ＦｉＣの増加分がδである場合、Ｆｉの増加分の期待値は、δを共有チャネル内の端末数で割った値であり、正の値となる。従って、ＦｉＣとＦｉとの相関は、次のようになる。
【０１６０】
【数３０】
2008067066.tif 000032
【０１６１】
更に、式（２９）を式（３０）を用いて表すと次のようになる。
【０１６２】
【数３１】
2008067066.tif 000033
【０１６３】
【数３２】
2008067066.tif 000034
【０１６４】
即ち、式（３１），（３２）とパケット処理時間Ｓｉとは、取り得る値が正であることから、パケット処理時間Ｓｉは、Ｆｉの凸単調増加関数である。式（１８）の２項目は、衝突確率（１−Ｐｉｉｄｌｅ（ｔ））、衝突に費やされる時間（ＲＴＳ＋２・ＳＩＦＳ）、および再送時間となるＥＢｉから構成される。
【０１６５】
ＲＴＳ／ＣＴＳを用いない場合、費やされる時間（ＲＴＳ＋２・ＳＩＦＳ）をパケット送信時間βｉｔｘに置き換えることによって、そのパケット処理時間が求まる。従って、ＲＴＳ／ＣＴＳを用いない場合も同様に、パケット処理時間Ｓｉは、Ｆｉの凸単調増加関数である。
【０１６６】
次に、待ち行列での待機時間Ｗｉと共有チャネルのパケット到着率ＦｉＣとの相関について説明する。パケットが到着したとき、待ち行列に待機しているパケット（処理中のパケットを含まない）において、直前のパケットの処理完了から当該パケットの処理完了までの時間の期待値をＥＷとする。ＥＷは、パケットの送信をしない事象、パケットの送信が成功する事象、およびパケットの送信が失敗（衝突等）する事象の各期間から構成される。
【０１６７】
ここで、疑似ベイズアルゴリズム（非特許文献９）と同じ方法を用いてＷｉを近似する。即ち、新着パケットを含めた全てのパケットを再送パケット（送信に失敗したパケット）として扱うこととし、各期間におけるパケット送信確率は、共有チャネルにおいてｎ個の再送パケットがあり、その送信確率がｑの場合、Ｇ＝ｎ・ｑに従うこととする。また、各期間の送信確率は、Ｇを平均とする指数分布とする。以上のことに基づいて、ＥＷを次式に示す。
【０１６８】
【数３３】
2008067066.tif 000035
【０１６９】
更に、上記の式からＥＷを求めると、次のようになる。
【０１７０】
【数３４】
2008067066.tif 000036
【０１７１】
待機パケット数Ｍは、待ち行列での待機時間Ｗｉと端末ｉのパケット到着率ＦｉをＬｉｔｔｌｅの定理に適用して、次のように求まる。
【０１７２】
【数３５】
2008067066.tif 000037
【０１７３】
待機時間Ｗｉは、待機パケットの全てが処理完了する時間Ｍ×ＥＷに現在処理中のパケットの残余処理時間Ｒを加えた時間である。パケットの処理中に新たなパケットが到着する確率は、ＦｉＳｉであり、その場合のパケットの残余時間は、最大でＳｉである。従って、ＲをＦｉＳｉ２として見積もる。その結果、待機時間ＷｉとそのＦｉＣに関する導関数は、次式のようになる。
【０１７４】
【数３６】
2008067066.tif 000038
【０１７５】
【数３７】
2008067066.tif 000039
【０１７６】
ここで、待ち行列での待機時間Ｗｉと共有チャネルのパケット到着率ＦｉＣとの相関を得るため、ＥＷのＦｉＣに関する導関数を求めると、次のようになる。
【０１７７】
【数３８】
2008067066.tif 000040
【０１７８】
式（３８）の第１項は、式（２９）から正の値となる。次に、同式の第２項について説明する。Ｇｅ−Ｇ＋Ｇ−１は、常に０以上の値である。式（２７）によりＦｉＣが増えると衝突が増えるため、再送回数が増える。この場合、２進指数バックオフにおいてＧは、増加することが知られている（非特許文献１０）。従って、ＦｉＣが増えると、Ｇは、増加する。即ち、式（３８）の第２項は、正の値となる。以上のことから、式（３８）は、次のようになる。
【０１７９】
【数３９】
2008067066.tif 000041
【０１８０】
従って、式（２９），（３０），（３９）から、待ち行列での待機時間ＷｉのＦｉに関する導関数は、次のようになる。
【０１８１】
【数４０】
2008067066.tif 000042
【０１８２】
式（４０）から、待ち行列での待機時間Ｗｉは、パケット到着率Ｆｉに関して凸単調増加関数であることが分かる。また、遅延時間Ｔｉｊは、ＷｉとＳｉとの和であることから、遅延時間Ｔｉｊも、パケット到着率Ｆｉに関して凸単調増加関数である。更に、リンクコストｄｉｊは、Ｌｉｔｔｌｅの定理でＤｉｊ＝Ｆｉ×Ｔｉｊとして求まり、リンクコストｄｉｊのパケット到着率Ｆｉに関する導関数は、次のようになる。
【０１８３】
【数４１】
2008067066.tif 000043
【０１８４】
以上のことから、パケット到着率とパケット処理時間に相関があり、その処理時間が指数分布に従わないＩＥＥＥ８０２．１１の無線リンクにおいても、リンクコストｄｉｊは、パケット到着率Ｆｉに関して凸単調増加関数であり、（ｆ−３）の項目で説明したパケット分配特性が成立することが分かった。
【０１８５】
（ｇ−３−２）ＩＥＥＥ８０２．１６による無線システムを用いた場合
ＩＥＥＥ８０２．１６においては、ＱｏＳがサポートされ、帯域保障が実施される（非特許文献１１）。帯域保障を仮定すると、パケット到着率とパケット処理時間の独立性が成立する。しかし、パケット処理時間の分布は、制御遅延および適応変調制御により、指数分布に従わず、一様分布として考えられる。従って、このような無線リンクは、Ｍ／Ｇ／１待ち行列としてモデル化され得る。Ｍ／Ｇ／１待ち行列におけるリンクコストは、次のように求まる。
【０１８６】
【数４２】
2008067066.tif 000044
【０１８７】
但し、Ｃｉｊは、帯域保障として予約された通信容量であり、Ｘ２（実際は、式（４２）に示すようにＸの上にバーが存在する、以下同じ）は、パケット処理時間の２次モーメントである。
【０１８８】
Ｃｉｊ，Ｘ２のいずれも、パケット到着率Ｆｉとは、独立であることから、リンクコストのＦｉに関する導関数は、次のようになる。
【０１８９】
【数４３】
2008067066.tif 000045
【０１９０】
従って、ＩＥＥＥ８０２．１６の無線リンクコストも、ＩＥＥＥ８０２．１１と同様にパケット到着率Ｆｉに関して凸単調増加関数であり、（ｆ−３）の項目で説明したパケット分配特性が成立することが分かった。
【０１９１】
以上より、無線ＷＡＮ基地局の無線システムをＩＥＥＥ８０２．１６とし、無線ＬＡＮ基地局の無線システムをＩＥＥＥ８０２．１１ｊとし、端末間通信に用いる無線システムをＩＥＥＥ８０２．１１ｇとするコグニティブ無線ネットワークにおいて、マルチホップアクセス経路の特性と有効性は、次のようになる。
【０１９２】
（Ｅｆｆ１）マルチホップアクセス経路へ経路を切換え、適量のパケットを分配することにより、ネットワーク全体のスループットを高く維持しつつ、遅延時間を減少させることが可能である。
【０１９３】
（Ｅｆｆ２）マルチホップアクセス経路への最適パケット分配率は、パケット到着率と遅延時間とから算出するリンクコストと経路コストとに基づいて求めることができる。
【０１９４】
上述した数理モデルによって、無線通信ネットワークシステム１００内に存在する無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、Ｗ経路のみを用いた無線通信またはＬ経路のみを用いた無線通信によって所望の基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０のいずれか）へアクセスするよりも、Ｗ経路（またはＬ経路）とマルチホップアクセス経路とを用いて所望の基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０のいずれか）へアクセスする方が無線通信ネットワークシステム１００において、スループットを維持しつつ、遅延時間を減少できることが分かった。
【０１９５】
即ち、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６がＷ経路（またはＬ経路）とマルチホップアクセス経路とを併用して所望の基地局へアクセスすることによって、無線通信ネットワークシステム１００においてスループットを維持しつつ、遅延時間を減少できる。
【０１９６】
そして、スループットを維持しつつ、遅延時間を減少させる方式で無線通信を行なうためには、時々刻々、変化する無線環境に適応して、経路コスト、究極的には、リンクコストを的確に把握する必要がある。
【０１９７】
上述したように、無線リンクのリンクコストは、式（１３）によって表されるが、この式（１３）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。しかし、想定するネットワークは、次の点において定常状態ではなく、変動する環境である。
【０１９８】
（Ｍ１）リンク品質：無線環境に応じて、ＭＡＣ遅延時間と送信時間が変動し、その結果として、遅延時間が変動する。
【０１９９】
（Ｍ２）トラフィック：個々の端末から発生するパケット到着率の変動および経路切換によりパケット到着率の変動が発生する。
【０２００】
従って、式（１３）を変動環境にそのまま適用することはできない。そこで、小さな時間区間（ｔ，ｔ＋Δｔ）において、リンクコストを求める必要があるが、Ｌｉｔｔｌｅの定理を用いると、パケットの処理時間分布に依存せずに、次のように容易にリンクコストを求めることができる。
【０２０１】
【数４４】
2008067066.tif 000046
【０２０２】
但し、Ｆｉ（ｔ＋Δｔ）は、端末ｉの時間区間（ｔ，ｔ＋Δｔ）におけるパケット到着率であり、Ｔｉｊ（ｔ＋Δｔ）は、リンクｉ，ｊの時間区間（ｔ，ｔ＋Δｔ）における平均遅延時間である。
【０２０３】
パケット到着率および平均遅延時間は、十分に計測可能なメトリックである。従って、時間区間（ｔ，ｔ＋Δｔ）において、各リンクのパケット到着率と平均遅延時間とを計測することにより、トラフィックの変動と無線リンク品質の変動とに対応してリンクコストを算出できる。
【０２０４】
スループットを維持しつつ、遅延時間を減少させるには、リンクコストの総和が最小となるようにマルチホップアクセス経路を探索する必要がある。経路コストは、経路を構成するリンクのリンクコストの和として求まる。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、各端末における経路情報とリンクコストとを基地局に集めて、最小コスト経路を探索す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、無線ＷＡＮでは、収容端末数が多くなることから、端末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、コストが最小である経路の探索は、端末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１２）を用いて、次のように探索する。
【０２０５】
任意の端末ｄまたは基地局ｄがｄからｄまでの経路コストをＤｄｄ＝０として初期化し、近傍端末ｓへ配信する。近傍端末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。
【０２０６】
そして、経路情報を受信した近傍端末ｓは、ｄからｓまでの最小コストとなる経路コストＤｄｓを次のように求める。
【０２０７】
【数４５】
2008067066.tif 000047
【０２０８】
但し、Ｎ（ｓ）は、端末または基地局ｓの近傍端末集合であり、ｄｓｍは、端末ｓと近傍端末ｍとの間のリンクのリンクコストである。また、式（４５）は、式（４４）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（４５）における経路コストＤｄｓ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。
【０２０９】
その後、近傍端末ｓは、最小コストの経路コストＤｄｓ、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端末へ配信する。
【０２１０】
図１０は、最小コスト経路の探索を示す概念図である。最小コスト経路を探索する動作について詳細に説明する。端末ａの探索モジュール１８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ａの探索モジュール１８は、経路情報ＲＴＩＦ１＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／Ｄａａ＝０］を近傍の端末ｊ，ｋへ送信する。
【０２１１】
端末ｊの探索モジュール１８は、端末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Ｄａａ＝０を検出する。そして、端末ｊの探索モジュール１８は、端末ｊと、端末ｊの近傍端末との間の少なくとも１つ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Ｔｊｍ（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Ｔｊｍ（ｔ＋Δｔ）を式（４４）に代入して、少なくとも１つのリンクにおけるリンクコストｄｊｍを演算する。
【０２１２】
そうすると、端末ｊの探索モジュール１８は、Ｄａａ＝０と、演算したリンクコストｄｊｍとを式（４５）に代入して，端末ａを送信先とする経路のうち、最小コストとなる経路コストＤａｊを求める。そして、端末ｊの探索モジュール１８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］を近傍の端末へ送信する。
【０２１３】
また、端末ｋの探索モジュール１８は、同様にして、端末ａから経路情報ＲＴＩＦ１を受信し、端末ａを送信先とする経路のうち、最小コストとなる経路コストＤａｋを求める。そして、端末ｋの探索モジュール１８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］を近傍の端末へ送信する。
【０２１４】
端末ｉの探索モジュール１８は、端末ｊから経路情報ＲＴＩＦ２＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｊ／Ｄａｊ］を受信し、端末ｋから経路情報ＲＴＩＦ３＝［ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ａ／ＩＰａｄｄｒｅｓｓ＿ｋ／Ｄａｋ］を受信する。そして、端末ｉの探索モジュール１８は、端末ｉと、端末ｉの近傍端末との間の少なくとも１つ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Ｔｉｍ（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Ｔｉｍ（ｔ＋Δｔ）を式（４４）に代入して、少なくとも１つのリンクにおけるリンクコストｄｉｍを演算する。
【０２１５】
そうすると、端末ｉの探索モジュール１８は、経路情報ＲＴＩＦ２に含まれる経路コストＤａｊと、経路情報ＲＴＩＦ３に含まれる経路コストＤａｋとを比較し、小さい方の経路コストを式（４５）のＤａｍに代入し、演算したリンクコストｄｉｍを式（４５）のｄｓｍに代入して、端末ａを送信先とする経路のうち、最小コストとなる経路コストＤａｉを求める。そして、端末ｉの探索モジュール１８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］を近傍の端末へ送信する。
【０２１６】
各端末は、上記の動作を繰り返し行なって送信先（＝端末ａ）に対するマルチホップアクセス経路のうち、最小の経路コストＤａｍをするマルチホップアクセス経路を探索する。
【０２１７】
図１０においては、端末ａが経路コストの初期値Ｄａａ＝０を生成して送信する場合について説明したが、経路コストの初期値Ｄｄｄ＝０は、任意の端末によって生成され、近傍端末へ送信されるので、各端末は、上記の経路情報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）、各送信先へパケットを送信するときの転送先および最小の経路コストＤｄｓを取得する。
【０２１８】
図１１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（４５）によって演算される経路コストＤｄｓからなる。
【０２１９】
各端末は、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）、各送信先へパケットを送信するときの転送先および最小の経路コストＤｄｓを取得するので、各端末のコントローラ１６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。
【０２２０】
また、上述した経路情報ＲＴＩＦの通信を通じて、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、Ｗ経路、Ｌ経路およびマルチホップアクセス経路の少なくとも１つの経路によって自己にアクセスする複数の端末のトポロジーを認識するとともに、その認識したトポロジーを管理する。そして、無線ＥＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、新たな経路情報ＲＴＩＦを端末から受信すると、その受信した新たな経路情報ＲＴＩＦに基づいて、管理しているトポロジーを更新するとともに、その更新したトポロジーを管理する。その結果、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々は、自己にアクセスするマルチホップアクセス経路を構成する複数の端末の各々が経路コストの初期値Ｄｄｄ＝０を生成した場合における経路情報ＲＴＩＦを受信することによって、経路コストの初期値Ｄｄｄ＝０を生成した端末が自己から何ホップ目に存在するかを認識できる。
【０２２１】
なお、各端末は、上述した最小コスト経路の探索を一定時間Δｔ毎に行なう。
【０２２２】
スループットを維持しつつ、遅延時間を減少させるためのパケット分配は、上述した方法によって最小コスト経路を探索し、その探索した最小コスト経路へパケットを送信するためのパスを切換えることによりパケットを分配する。
【０２２３】
しかし、次の点において問題が発生する。
【０２２４】
（Ｐｂ１）ある時間区間で最小コスト経路において、その近傍端末の大部分が当該経路へパスを切換えてパケットを分配するため、パケットが集中することとなる。その結果、次の時間区間において、当該経路の経路コストが増大し、近傍端末は、パスを他の経路へ切換えることとなる。このように、経路切換の発振が発生し、不安定な状態となる可能性が高い。
【０２２５】
（Ｐｂ２）一時的にループ経路を構成する可能性がある。
【０２２６】
これらの問題は、次の原因によって発生する。
【０２２７】
（Ｏｒｇ１）各端末は、周期的に経路情報を近傍端末へ配信するため、近傍端末は、他の近傍端末の経路切換による経路コストの変動を少なくとも次の周期の経路情報を取得するまで分からない。その結果として、各端末は、経路コストの変動に気づかずに、多数の端末が前の配信周期においてコストの低い経路へパケットを分配することになる。即ち、コストの高い経路からコストの低い経路へ過度のパケットが移動する。
【０２２８】
（Ｏｒｇ２）各端末は、如何なる情報を経路情報に含めたとしても、他の端末の経路切換によるトポロジー変動をその変動内容を含む経路情報を取得するまで分からない。従って、ループ経路の発生原因は、トポロジー変動に気づかずに経路を決定するためである。
【０２２９】
そこで、これらの問題を解決するためには、各端末の経路切換周期と比較して経路情報配信周期を相当短い周期とすることである。しかし、分散型非同期Ｂｅｌｌｍａｎｎ−Ｆｏｒｄなどの端末の自律分散による情報配信では、端末数が多くなると、そのコスト（情報が伝達するまでの遅延時間および通信量）が膨大となる。従って、パケット分配のための経路切換と端末による最小コスト経路の探索とを基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０）により制御する。
【０２３０】
なお、この基地局による経路切換の制御を行なう場合、基地局を端末における経路切換の同期点（サーバ）とすると、基地局と端末との間の通信量の増加と基地局における処理増加とが問題となる。従って、基地局による経路切換の制御は、全ての端末からの要求に応答するのではなく、最適な端末を選択し、その選択した端末に動作指示を行なう能動的な制御によって実現される。
【０２３１】
以下、基地局による経路切換の制御について説明する。パケット分配における経路切換の発振問題は、結果的に、コストの高い経路からコストの低い経路へ過度のパケットが移動したことにある。従って、基地局は、適量のパケットをコストの高い経路からコストの低い経路へ徐々に移動するために、端末のパケット分配動作を能動的に制御する。
【０２３２】
図１２は、パケットの分配方法を説明するための図である。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１２の曲線ｋ３参照）。
【０２３３】
従って、降下法を用いてコストの高い経路に次式を繰り返し適用して最小解を求める。
【０２３４】
【数４６】
2008067066.tif 000048
【０２３５】
但し、ＤＨは、高コスト経路のコストであり、ｐは、経路の現在のパケット量であり、α（ｔ）は、繰り返しｔ回目のαの値（０＜α≦１）であり、Δｐは、初期パケットの移動量である。
【０２３６】
コストの高い経路（＝Ｗ経路）からその一部のパケット（Δｐを決定）をコストの低い経路へ移動する（図１２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（α（ｔ＋１）＝α（ｔ））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（α（ｔ＋１）＜α（ｔ）−δ，０＜δ＜１）をコストの低い経路へ移動する（図１２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１２のＡＲＷ３，ＡＲＷ４参照）。
【０２３７】
基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０）は、図１２において説明した方式によって、セル内の全端末と直接通信可能なＷ経路を用いて次のように端末におけるパケット分配を能動的に制御する。
【０２３８】
まず、基地局は、Ｗ経路、Ｌ経路および複数のマルチホップアクセス経路が合流する木構造のルート毎に平均遅延時間（ｓｅｃ／ｐａｃｋｅｔ）と平均スループット（ｐａｃｋｅｔ／ｓｅｃ）をある時間区間で計測し、その積（＝式（４４））を経路コストとして算出する。
【０２３９】
その後、基地局は、経路コストが最大である経路を選択し、その選択した経路を構成する特定端末へ経路切換指示をＷ経路を介して送信する。この場合、基地局は、経路コストが最大である経路がマルチホップアクセス経路である場合、次のように、経路切換を実行する特定端末を決定する。最大コスト経路が前回の計測区間における最大コスト経路と同じである場合、前回と同じ切換えホップ数ｘ（α＝１と同等）に位置する端末を特定端末として選択する。一方、最大コスト経路が前回計測区間における最大コスト経路と異なる場合、前回の切換えホップ数ｘに“１”を加算したホップ数ｘ＋１（α＜１と同等）に位置する端末を特定端末として選択する。
【０２４０】
このように、基地局は、経路の切換位置を後方のホップ（＝基地局から遠ざかるホップ）へ徐々に移動させるように、即ち、切換位置の後方にある端末数を減らすことにより、パケット分配量を減少させ、最小解の近傍に近づける。
【０２４１】
経路切換指示を受信した特定端末は、基地局からの制御とは独立して行なっている最小コスト経路の端末によって見つけた経路（Ｗ経路およびＬ経路も含める）へ切換えるために、転送先ＩＰアドレスを含む経路切換応答を基地局へＷ経路を用いて送信する。
【０２４２】
経路切換応答を受信した基地局は、その応答内容に基づいて基地局で管理する経路トポロジーを更新し、端末へ応答確認を送信する。特定端末は、基地局から応答確認を受信すると、自己が探索した最小コスト経路へ経路を切換える。基地局および特定端末は、上述した動作を繰り返し行なう。これによって、スループットを維持しつつ、遅延時間を減少させるための最適パケット分配率へパケット分配率が近づく。
【０２４３】
また、基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０）は、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６による最小コスト経路の探索を次のように制御する。
【０２４４】
端末が無線通信ネットワークシステム１００に新たに参加した場合、基地局は、新規端末に最小コスト経路探索を指示する。但し、マルチホップアクセス経路が全く構成されていない場合、コスト計算ができないので、このような場合、基地局は、新規端末に最小ホップ数による経路探索を指示する。
【０２４５】
新規端末は、経路探索指示を受信し、その受信した経路探索指示に従って最小コストまたは最小ホップ数による経路探索を行なう。
【０２４６】
そして、基地局は、経路探索を指示した後、一定時間経過後に該当端末に経路切換指示をＷ経路を用いて送信し、この経路切換指示の応答として端末から転送先ＩＰアドレスを取得する。これにより、基地局は、新規端末のマルチホップアクセス経路のトポロジーを獲得する。その後、新規端末は、経路コストに基づいて、基地局からの制御とは独立に最小コスト経路の探索を行なう。
【０２４７】
基地局は、上述したパケット分配のための制御における端末からの応答も含め、経路切換指示に対する応答に含まれている転送先ＩＰアドレスと、保持している経路トポロジーとからループ経路が構成され得るか否かを判定する。そして、基地局は、ループ経路が構成されない場合、応答確認をＷ経路を用いて特定端末へ送信し、ループ経路が構成される場合、拒否応答をＷ経路を用いて特定端末へ送信する。
【０２４８】
特定端末は、基地局から応答確認を受信すると、自己が探索した最小コスト経路へ経路を切換え、基地局から拒否応答を受信すると、経路の切換えを行なわない。
【０２４９】
このように、基地局は、特定端末からの応答に含まれている転送先ＩＰアドレスに基づいて、ループ経路が構成されるか否かを判定し、ループ経路が構成されない場合に経路切換を許可する応答確認をＷ経路を用いて特定端末へ送信し、特定端末は、応答確認に応じて、経路切換を実行する。これによって、ループ経路が構成されるのを回避できる。
【０２５０】
図１３は、最小コスト経路を探索する動作を説明するためのフローチャートである。なお、図１３に示すフローチャートは、端末が無線通信ネットワークシステム１００に新規に参加した場合に実行される。
【０２５１】
一連の動作が開始されると、基地局は、無線通信ネットワーク１００に新規に参加した新規端末のＩＤを含むＨｅｌｌｏパケットを新規端末から受信することによって、無線通信ネットワークシステム１００に新規に参加した端末があることを検知する。
【０２５２】
そして、基地局は、自己が管理している経路トポロジーに基づいて、無線通信ネットワークシステム１００においてマルチホップアクセス経路が形成されているか否かを判定し（ステップＳ１）、マルチホップアクセス経路が形成されていない場合、最小ホップ数による経路探索の指示をＷ経路を用いて新規端末へ送信する（ステップＳ２）。この場合、基地局は、各送信先ＩＰアドレスを経路探索指示に含めて新規端末へ送信する。
【０２５３】
新規端末は、最小ホップ数による経路探索の指示を受信し（ステップＳ３）、その受信した経路切換指示に含まれる各送信先ＩＰアドレスに基づいて、各送信先に対する最小ホップ数の経路を探索する（ステップＳ４）。新規端末は、無線通信ネットワークシステム１００に参加した後、各端末のＩＤを含むＨｅｌｌｏパケットを受信するので、その受信したＨｅｌｌｏパケットに含まれる各端末のＩＤに基づいて、各端末を送信先とする経路トポロジーを認識する。従って、新規端末は、その認識した経路トポロジーに基づいて、基地局によって指定された各送信先に対する最小ホップ数の経路を探索できる。
【０２５４】
そして、新規端末は、各送信先に対する最小ホップ数の経路を探索すると、その探索した最小ホップ数の経路における転送先ＩＰアドレスを含む応答を基地局へ送信する（ステップＳ５）。
【０２５５】
そして、基地局は、新規端末から応答を受信し、その受信した応答に含まれる転送先ＩＰアドレスと、保持している経路トポロジーとから新規端末のマルチホップアクセス経路におけるトポロジーを取得する（ステップＳ６）。
【０２５６】
ステップＳ１においてマルチホップアクセス経路が形成されていると判定されたとき、またはステップＳ６の後、新規端末は、基地局からの制御とは独立に、図１０において説明した動作に従って最小コスト経路を探索する（ステップＳ７）。そして、一連の動作は、終了する。
【０２５７】
このように、基地局は、端末が無線通信ネットワークシステム１００に新規に参加した場合、その新規に参加した新規端末に対して、最小ホップ数による経路探索を指示し、その指示に対する応答に基づいて、新規端末のマルチホップアクセス経路におけるトポロジーを取得する。そして、新規端末は、応答を基地局へ送信した後、基地局の制御とは独立に経路コストによる最小コスト経路の探索を行なう。
【０２５８】
図１４は、パケット分配率を最適化す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、基地局は、ｔ＝１を設定し（ステップＳ１１）、Ｗ経路、Ｌ経路および複数のマルチホップアクセス経路が合流する木構造のルート毎に平均遅延時間および平均スループットをある時間区間で計測し、その計測した平均遅延時間および平均スループットを式（４４）に代入して経路コストｄｉｊを算出する（ステップＳ１２）。
【０２５９】
基地局は、算出した複数の経路コストに基づいて、複数の経路のうち、経路コストが最大である経路を選択し（ステップＳ１３）、その選択した経路を構成する特定端末を後述する方法によって選択する（ステップＳ１４）。
【０２６０】
そして、基地局は、Ｗ経路を介して経路切換指示を特定端末へ送信する（ステップＳ１５）。この経路切換指示は、経路切換指示を送信した基地局を送信先とする経路を最小コスト経路へ切換えるための指示である。
【０２６１】
そうすると、特定端末は、基地局から経路切換指示を受信し（ステップＳ１６）、その受信した経路切換指示に応じて、自己から基地局までの経路を、図１３に示すステップＳ７において探索した最小コスト経路へ切換えるときの転送先ＩＰアドレスを含む経路切換応答を生成してＷ経路で送信する（ステップＳ１７）。
【０２６２】
そして、基地局は、経路切換応答を受信し（ステップＳ１８）、経路切換応答に含まれる転送先ＩＰアドレスに基づいて、ループ経路が形成されるか否かを判定する（ステップＳ１９）。
【０２６３】
基地局は、ループ経路が形成されないと判定したとき、応答確認を特定端末へ送信し（ステップＳ２０）、ｔ＝ｔ＋１を設定する（ステップＳ２１）。そして、特定端末は、応答確認を受信するとともに（ステップＳ２２）、その受信した応答確認に応じて、基地局までの経路を最小コスト経路へ切換える（ステップＳ２３）。その後、一連の動作は、ステップＳ１６へ戻る。
【０２６４】
一方、ステップＳ１９において、基地局は、ループ経路が形成されると判定したとき、拒否応答を特定端末へ送信する（ステップＳ２４）。そして、特定端末は、拒否応答を受信し（ステップＳ２５）、拒否された経路以外の経路の中で経路コストが最小である経路を探索する（ステップＳ２６）。その後、一連の動作は、ステップＳ１７へ戻る。
【０２６５】
このように、図１４に示すフローチャートは、一度、スタートすると、上述したステップＳ１１〜ステップＳ２６に従って、パケット分配率を最適化する動作を繰り返し行なう。そして、パケット分配率が一定値になった時点でパケット分配率が最適化されたことになる。
【０２６６】
なお、パケット分配率を最適化する動作は、図１４に示すフローチャートのステップＳ１１〜ステップＳ２６を備えるプログラムを実行させることによって行なわれる。そして、パケット分配率を最適化する動作は、パケット分配率が一定値になった時点でプログラムの実行を停止させることによって停止される。
【０２６７】
図１５は、図１４に示すステップＳ１４の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。図１４に示すステップＳ１３の後、基地局は、ｔ回目にステップＳ１３において選択した最大コスト経路（＝経路コストが最大である経路）がマルチホップアクセス経路であるか否かを判定し（ステップＳ１４１）、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路であるとき、最大コスト経路が前回（＝ｔ−１回目）の計測区間における最大コスト経路と同じであるか否かを更に判定する（ステップＳ１４２）。
【０２６８】
そして、基地局は、最大コスト経路が前回の計測区間における最大コスト経路と同じであると判定したとき、前回と同じ切換えホップ数ｘに位置する端末を特定端末として選択する（ステップＳ１４３）。
【０２６９】
一方、基地局は、最大コスト経路が前回の計測区間における最大コスト経路と同じでないと判定したとき、切換えホップ数ｘ＋１に位置する端末を特定端末として選択する（ステップＳ１４４）。
【０２７０】
ステップＳ１４１において、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路でないと判定されたとき、経路コストが最大である経路を構成する端末を特定端末として選択する（ステップＳ１４５）。
【０２７１】
そして、ステップＳ１４３、ステップＳ１４４およびステップＳ１４５のいずれかの後、一連の動作は、図１４に示すステップＳ１５へ移行する。
【０２７２】
図１６および図１７は、それぞれ、図１５に示すフローチャートに従って特定端末を選択する第１および第２の概念図である。なお、図１６および図１７において、Ｍ１〜Ｍ７は、無線ＷＡＮ端末１〜４または無線ＬＡＮ５，６である端末を表す。
【０２７３】
端末Ｍ１は、Ｗ経路ＲＴ１を用いて無線ＷＡＮ基地局１０へアクセスし、端末Ｍ７は、Ｗ経路ＲＴ２を用いて無線ＷＡＮ基地局１０へアクセスし、端末Ｍ６は、端末Ｍ２−端末Ｍ３−端末Ｍ４−端末Ｍ５−端末Ｍ６からなるマルチホップアクセス経路ＲＴ３を用いて無線ＷＡＮ基地局１０へアクセスする（図１６の（ａ）参照）。
【０２７４】
このような状況において、無線ＷＡＮ基地局１０は、複数の経路ＲＴ１〜ＲＴ３の各々において経路コストｄｉｊを上述した方法によって算出し、その算出した複数の経路コストｄｉｊに基づいて、経路コストが最大である経路を選択する（図１４のステップＳ１３参照）。
【０２７５】
経路切換を最初に行なう場合において、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路ＲＴ３である場合（図１５のステップＳ１４１の“ＹＥＳ”参照）、無線ＷＡＮ基地局１０は、マルチホップアクセス経路ＲＴ３の２ホップ目に位置する端末Ｍ３を特定端末として選択し、経路切換指示をＷ経路を用いて端末Ｍ３へ送信し、端末Ｍ３は、無線ＷＡＮ基地局１０から応答確認を受信すると、無線ＷＡＮ基地局１０までの経路を自己が探索した最小コスト経路へ切換える（図１４のステップＳ２１，Ｓ２２参照）。これにより、パケット分解率を最適化するための経路切換が開始される。
【０２７６】
そして、経路切換が２回目以降に実行される場合において、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路ＲＴ３であり（図１５のステップＳ１４１の“ＹＥＳ”参照）、マルチホップアクセス経路ＲＴ３が前回の計測区間における最大コスト経路と同じである場合（図１５のステップＳ１４２の“ＹＥＳ”参照）、無線ＷＡＮ基地局１０は、前回と同じ切換えホップ数ｘ（＝２）に位置する端末Ｍ３を特定端末として選択し（図１５のステップＳ１４３参照）、経路切換指示をＷ経路を用いて端末Ｍ３へ送信する。なお、前回と同じ切換えホップ数ｘに位置する端末を特定端末として選択することは、式（４６）において、α（ｔ）をα（ｔ）＝１に設定することに相当する。
【０２７７】
そして、端末Ｍ３は、無線ＷＡＮ基地局１０から応答確認を受信すると、無線ＷＡＮ基地局１０までの経路を自己が探索した最小コスト経路（＝端末Ｍ７を経由する経路）へ切換える（図１４のステップＳ２１，Ｓ２２および図１６の（ｂ）参照）。これにより、無線ＷＡＮ基地局１０にアクセスする経路は、経路ＲＴ１，ＲＴ４，ＲＴ５に更新される。
【０２７８】
無線ＷＡＮ基地局１０へアクセスする経路として経路ＲＴ１，ＲＴ４，ＲＴ５が形成された状況において（図１７の（ａ）参照）、無線ＷＡＮ基地局１０は、経路ＲＴ１，ＲＴ４，ＲＴ５の各々において経路コストｄｉｊを上述した方法によって算出し、その算出した複数の経路コストｄｉｊの総和を演算して総経路コストを演算する（図１４のステップＳ２３参照）。そして、無線ＷＡＮ基地局１０は、パケット分配率が最適でないと判定すると（図１４のステップＳ２６の“ＮＯ”参照）、複数の経路コストｄｉｊに基づいて、マルチホップアクセス経路ＲＴ５を最大コスト経路として選択する（図１４のステップＳ１３参照）。
【０２７９】
そして、無線ＷＡＮ基地局１０は、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路ＲＴ５であり（図１５のステップＳ１４１の“ＹＥＳ”参照）、マルチホップアクセス経路ＲＴ５が前回の計測区間における最大コスト経路（＝マルチホップアクセス経路ＲＴ３）と異なるので（図１５のステップＳ１４２の“ＮＯ”参照）、切換えホップ数ｘ＋１に位置する端末Ｍ４を特定端末として選択し（図１５のステップＳ１４４参照）、経路切換指示をＷ経路を用いて端末Ｍ４へ送信する。なお、切換えホップ数ｘ＋１に位置する端末を特定端末として選択することは、式（４６）において、α（ｔ）をα（ｔ）＜１に設定することに相当する。
【０２８０】
そして、端末Ｍ４は、無線ＷＡＮ基地局１０から応答確認を受信すると、無線ＷＡＮ基地局１０までの経路を自己が探索した最小コスト経路（＝端末Ｍ２を経由する経路）へ切換える（図１４のステップＳ２１，Ｓ２２および図１７の（ｂ）参照）。これにより、無線ＷＡＮ基地局１０にアクセスする経路は、経路ＲＴ１，ＲＴ６，ＲＴ７に更新される。
【０２８１】
また、経路コストが最大である経路がマルチホップアクセス経路ではないＷ経路ＲＴ１である場合（図１５のステップＳ１４１の“ＮＯ”参照）、無線ＷＡＮ基地局１０は、Ｗ経路ＲＴ１を構成する端末Ｍ１を特定端末として選択し（図１５のステップＳ１４５参照）、経路切換指示をＷ経路を用いて端末Ｍ１へ送信する。
【０２８２】
そして、端末Ｍ１は、無線ＷＡＮ基地局１０から応答確認を受信すると、無線ＷＡＮ基地局１０までの経路を自己が探索した最小コスト経路（例えば、端末Ｍ７を経由する経路）へ切換える。
【０２８３】
このように、無線ＷＡＮ基地局１０は、最大コスト経路が前回の計測期間の最大コスト経路と同じである場合、前回と同じ切換え数ｘに位置する端末を特定端末として選択し、経路切換を行なうように特定端末を制御し、最大コスト経路が前回の計測期間の最大コスト経路と異なる場合、前回の切換えホップ数ｘに“１”を加算した切換えホップ数ｘ＋１に位置する端末を特定端末として選択し、経路切換を行なうように特定端末を制御し、最大コスト経路がマルチホップアクセス経路ではない場合、Ｗ経路を構成する端末を特定端末として選択し、経路切換を行なうように特定端末を制御する。
【０２８４】
特定端末としてＷ経路を構成する端末が選択され、経路切換が行なわれた場合、経路切換が行なわれた後は、１個のＷ経路のパケットをマルチホップアクセス経路へ分配することになるので、パケット分配率が最適値に近づくことになり、マルチホップアクセス経路のパケットを別のマルチホップアクセス経路へ分配する場合は、切換えホップ数が“１”づつ増加するように（即ち、前回のパケット分配量より少なく量のパケットを別のマルチホップアクセス経路へ分配するように）、経路切換が行なわれるので、図１４に示すステップＳ１２〜Ｓ２３，Ｓ２６，Ｓ２７からなるループが繰り返し実行されることは、パケット分配率が図１２に示す矢印ＡＲＷ１〜ＡＲＷ４に従って最適分配率に近づくことに相当する。即ち、図１４に示すステップＳ１２〜Ｓ２３，Ｓ２６，Ｓ２７からなるループが繰り返し実行されることは、スループットを維持し、かつ、遅延時間を相対的に低下させる経路切換処理を行なうことに相当する。
【０２８５】
なお、基地局が無線ＬＡＮ基地局２０，３０である場合も、上述した動作と同じ動作によってパケット分配率が最適化される。この場合、上記における“Ｗ経路”を“Ｌ経路”に読み替えればよい。
【０２８６】
従って、無線通信ネットワークシステム１００内に存在する無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０の各々が上述した動作によってＷ経路（またはＬ経路）およびマルチホップアクセス経路に分配するパケットのパケット分配率を最適化することによって無線通信ネットワークシステム１００におけるネットワークコストが最小になる。
【０２８７】
そして、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６の各々は、ネットワークコストが最小になった状態で無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０へアクセスする。
【０２８８】
従って、この発明によれば、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６の各々は、所望の基地局（無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０のいずれか）に高能率でアクセスできる。
【０２８９】
［シミュレーションによる評価］
この発明によるパケット分配率の最適化方法のシミュレーションによる評価結果について説明する。シミュレーションには、ＯＰＮＥＴ  Ｃｏｒｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  １１．５Ａ  ＰＬ１およびＯＰＮＥＴ  ０３−Ｏｃｔ−２００５−ＷｉＭＡＸを用いた。
【０２９０】
無線通信ネットワークの構成は、シミュレーションによる評価時間を考慮して図１に示す無線ＷＡＮセル８０の空間の１０分の１のスケールの空間とし、次のような構成とした。
【０２９１】
（ＣＭ１）無線通信ネットワークの空間を５６０ｍ×５６０ｍの正方空間とする（面積を１／１０）。
【０２９２】
（ＣＭ２）１台の無線ＷＡＮ基地局を無線通信ネットワークの空間にランダムに配置する。
【０２９３】
（ＣＭ３）２台の無線ＬＡＮ基地局２０，３０を無線通信ネットワークの空間にランダムに配置する（無線ＬＡＮ基地局数は、１／１０）。
【０２９４】
（ＣＭ４）１００台の端末を無線通信ネットワークの空間にランダムに配置する（端末数は、１／１０）。
【０２９５】
（ＣＭ５）無線ＷＡＮ基地局におけるＩＥＥＥ８０２．１６は、１セル当たりの端末数が１／１０となるため、その端末数に比例して最大送信レートを約１／１０の１．４５Ｍｂｐｓとした。
【０２９６】
（ＣＭ６）無線ＬＡＮ基地局におけるＩＥＥＥ８０２．１１ｊは、１セル当たりの端末数が同じであるので、通信レートも同一の最大５４Ｍｂｐｓとした。
【０２９７】
（ＣＭ７）マルチホップアクセス経路のＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、近傍端末数が同一であるので、通信レートも同一の最大５４Ｍｂｐｓとした。
【０２９８】
（ＣＭ８）ＩＥＥＥ８０２．１１ｊのチャネル割当は、自動とし、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇのチャネル割当は、固定の同一チャネルとした。
【０２９９】
（ＣＭ９）ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ／ｊにおいて、ＭＡＣ遅延時間を考慮し、ＲＴＳ／ＣＴＳの代わりにＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ（ＣＴＳを自己宛に送信する）を用いた。
【０３００】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｇおよびＩＥＥＥ８０２．１１ｊにおいて、電波伝搬モデルは、伝搬環境をＬＯＳ（Ｌｉｎｅ−Ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ、見通し内）として、受信信号強度を距離の二乗による自由空間伝搬損失した値とした。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、１００ｍ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｊは、５０ｍをそれぞれ超えると、パケット誤り率を１００％とするように、パケット受信が可能なしきい値を調整した。ＩＥＥＥ８０２．１６においては、使用したＯＰＮＥＴのバージョンでは、伝搬部分が未実装である（干渉およびパケットロス等が不考慮）ため、端末数で均等に分配された容量が損失なしに使用可能となる。従って、ＩＥＥＥ８０２．１６は、端末数で均等に分配された帯域を保証する高品質な無線システムである。
【０３０１】
トラフィックは、無線通信ネットワーク全体の平均パケットサイズを設定し、それを平均として指数分布で各端末の平均パケットサイズを分散させた。各端末は、割当てられた平均パケットサイズを平均として指数分布に従ったサイズのパケットを発生させる。また、そのパケット到着間隔は、指数分布に従うこととした。
【０３０２】
シミュレーション開始時の無線通信ネットワークのトポロジーは、次のように設定された。
【０３０３】
（ＣＭ１０）端末は、無線ＬＡＮ基地局のセル内に存在する場合、無線ＬＡＮ基地局と接続し、Ｌ経路を形成する。
【０３０４】
（ＣＭ１１）端末は、無線ＬＡＮ基地局のセル以外に存在する場合、無線ＷＡＮ基地局と接続し、Ｗ経路を形成する。
【０３０５】
（ＣＭ１２）シミュレーションの評価時間は、１０００秒とし、シミュレーション開始から１００秒後に各端末でパケットの発生を開始した。
【０３０６】
（ＣＭ１３）シミュレーション開始から１５０秒後に基地局から新規端末（全端末）へ最小ホップ数で経路探索開始の指示を送信した。
【０３０７】
（ＣＭ１４）シミュレーション開始から３００秒後に基地局から新規端末（全端末）へ経路切換指示を送信し、それ以降、基地局制御により各端末で最小コスト経路探索と経路切換を繰り返し行なう。
【０３０８】
上記において、各端末の最小コスト経路探索における経路情報の配信間隔を１０秒、リンクコストの更新間隔を１０秒、基地局から端末への経路切換指示の送信間隔を２０秒とした。
【０３０９】
評価項目は、単位時間当たりに基地局に到着したパケットの遅延時間（パケットが発生してから基地局に到着するまでの時間）の和（ｓｅｃ、以下、遅延時間）と、単位時間当たりの基地局に到着したパケットの総量（ｂｉｔｓ、以下、スループット）とした。
【０３１０】
また、この発明による方式の有効性を示すために、以下の３つの方式と評価項目において比較した。
【０３１１】
（ＭＴＤ１）リンクコストをホップ数とする方式（経路切換において最小ホップ数の経路を選択する方式）
（ＭＴＤ２）ＤＬＡＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｌｏａｄ  Ａｗａｒｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ，非特許文献１３）で用いられているリンクコストを待機パケット数とする方式（経路を構成する各リンクの待機パケット数の和を経路コストとして、経路切換で最小コスト経路を選択する方式）
（ＭＴＤ３）ＤＯＳＰＲ（Ｄｅｌａｙ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔｅｓｔ  Ｐａｔｈ  Ｒｏｕｔｉｎｇ，非特許文献１４）で用いられているリンクコストを平均遅延時間とする方式（経路を構成する各リンクの平均遅延時間（ＭＡＣ遅延時間＋送信時間）の和を経路コストとして、経路切換で最小コスト経路を選択する方式）
図１８は、平均パケットサイズが１８０ビットであり、平均パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合の遅延時間のタイミングチャートである。図１９は、平均パケットサイズが１８０ビットであり、平均パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合のスループットのタイミングチャートである。図２０は、平均パケットサイズが６４ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合の遅延時間のタイミングチャートである。図２１は、平均パケットサイズが６４ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のスループットのタイミングチャートである。
【０３１２】
図１８および図２０において、縦軸は、遅延時間を表し、横軸は、時間を表す。また、図１９および図２１において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、時間を表す。
【０３１３】
更に、図１８において、曲線ｋ４，ｋ５，ｋ６，ｋ７は、それぞれ、この発明による方式、方式ＭＴＤ１、方式ＭＴＤ２および方式ＭＴＤ３による遅延時間のタイミングチャートを示す。
【０３１４】
更に、図１９において、曲線ｋ８，ｋ９，ｋ１０，ｋ１１は、それぞれ、この発明による方式、方式ＭＴＤ１、方式ＭＴＤ２および方式ＭＴＤ３によるスループットのタイミングチャートを示す。
【０３１５】
更に、図２０において、曲線ｋ１２，ｋ１３，ｋ１４，ｋ１５は、それぞれ、この発明による方式、方式ＭＴＤ１、方式ＭＴＤ２および方式ＭＴＤ３による遅延時間のタイミングチャートを示す。
【０３１６】
更に、図２１において、曲線ｋ１６，ｋ１７，ｋ１８，ｋ１９は、それぞれ、この発明による方式、方式ＭＴＤ１、方式ＭＴＤ２および方式ＭＴＤ３によるスループットのタイミングチャートを示す。
【０３１７】
更に、図１８および図１９においては、無線通信ネットワーク全体のトラフィック総量が２５６Ｋｂｐｓであり、図２０および図２１においては、無線通信ネットワーク全体のトラフィック総量が１２８Ｋｂｐｓである。
【０３１８】
平均パケット到着時間が７０ｍｓｅｃである場合、経路切換後、ホップ数方式は、遅延時間が減少する（曲線ｋ５参照）。ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式は、一時的に経路切換前よりも遅延時間が増加する。しかし、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式においては、遅延時間は、時間が経過するに従って減少し、経路切換前の遅延時間よりも小さくなり（曲線ｋ４，ｋ６，ｋ７参照）、更に、ホップ数方式の遅延時間よりも小さくなる（曲線ｋ４〜ｋ７参照）。
【０３１９】
これは、切換直後においては、基地局におけるリンクコストの計算がデータ不足から偏りがあるが、時間の経過に伴ってデータの偏りが改善されると、パケット分配率が徐々に最適解の近傍へ近づくためである。
【０３２０】
また、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式を比較すると、この発明による方式は、最も遅延時間を減少させる。ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式は、この発明による方式よりも最小コスト経路としてＷ経路を選択する場合が多い。そのため、この発明による方式においては、遅延時間が最も小さくなる。即ち、この発明による方式は、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式と比較して、コストがより低い経路によってマルチホップアクセス経路を構成し、Ｗ経路へトラフィックを戻すことを抑制していると考えられる。従って、この発明による方式のリンクコストがＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式のリンクコストよりも有効である。
【０３２１】
図２０に示す場合は、図１８に示す場合よりも、より小さいパケットがより頻繁に発生する。即ち、トラフィック総量は、小さいが、通信回数が増え、また、１回の通信に占める制御通信の割合が多くなる。その結果、遅延時間が増加することになる（曲線ｋ１２〜ｋ１５参照）。
【０３２２】
このような場合において、マルチホップアクセス経路は、基地局までに複数回の通信を必要とするため、Ｗ経路およびＬ経路よりも遅延時間の増加の影響を受け易い。従って、リンク品質を考慮しないホップ数方式は、経路切換前よりも遅延時間が大きくなる結果となる。ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式は、図１８に示す場合と同様に、経路切換直後において遅延時間が増えるが、時間の経過に従い遅延時間が減少し、経路切換前よりも遅延時間が小さくなる（曲線ｋ１２，ｋ１４，ｋ１５参照）。
【０３２３】
また、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式を比較すると、この発明による方式は、最も小さい遅延時間を示し、図１８に示す場合よりも、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式の遅延時間との差が拡大する。即ち、より小さいパケットがより頻繁に発生し、制御遅延、衝突およびパケット誤り率が増える状況においても、この発明によるリンクコストは、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式より、マルチホップアクセス経路を効果的に構成することができる。
【０３２４】
次に、スループットの評価結果について説明する。図１９から分かるように、いずれの方式も、スループットは、経路切換前後でほぼ同一である。このシミュレーションにおいて、無線ＷＡＮとして使用したＯＰＮＥＴのＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６）は、電波伝搬部分が未実装であるため、干渉およびパケットロスなどは考慮されない。そのため、割り当てられた容量内のトラフィックであれば、結果として高品質な通信となり、無線通信ネットワーク全体のパケット到着率とほぼ同一の高いスループットとなる。即ち、いずれの方式も、スループットが経路切換前後でほぼ同一であることから、遅延時間を減少させつつ、高いスループットを維持している（曲線ｋ８〜ｋ１１参照）。
【０３２５】
一方、図２１に示す場合においては、いずれの方式も、経路切換後、スループットが減少する。これは、より小さいパケットがより頻繁に到着すると、通信回数が増え、また、制御通信時間が大きくなるため、マルチホップアクセス経路は、通信遅延時間が大きくなり、パケットロスが増大するためである。
【０３２６】
しかし、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式においては、スループットは、遅延時間と同様に、時間が経過し、経路探索と経路切換とを繰り返し行なうに従って、スループットが改善し、最終的には、経路切換前と同一となるまで回復する（曲線ｋ１６，ｋ１８，ｋ１９参照）。
【０３２７】
図２２は、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のマルチホップアクセス経路のパケットロスのタイミングチャートである。また、図２３は、Ｗ経路のトラフィック量のタイミングチャートである。図２２において、縦軸は、パケットロスを表し、横軸は、時間を表す。また、曲線ｋ２０〜ｋ２３は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式におけるパケットロスのタイミングチャートを示す。
【０３２８】
更に、図２３において、縦軸は、Ｗ経路のトラフィック量を表し、横軸は、時間を表す。また、曲線ｋ２４〜ｋ２７は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式におけるＷ経路のトラフィック量のタイミングチャートを示す。
【０３２９】
図２２から分かるように、ホップ数方式以外のいずれの方式も、パケットロスが減少し、最終的には、ほぼ“０”になる（曲線ｋ２０〜ｋ２３参照）。但し、図２３から分かるように、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式は、経路探索と経路切換を繰り返し行なうに従い、Ｗ経路のトラフィック量が線形的に増える（曲線ｋ２６，ｋ２７参照）。即ち、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式は、経路をＷ経路へ切換えることによってパケットロスを減少させている。この発明による方式も、Ｗ経路のトラフィック量が増加するが、その増加量は、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式の両方と比較して少なく、かつ、次第に定常的になる。即ち、Ｗ経路への経路切換だけでなく、マルチホップアクセス経路の構成変更により、パケットロスを減少させている。
【０３３０】
図２４および図２５は、それぞれ、遅延時間とスループットとの関係を示す第１および第２の相関図である。図２４および図２５において、縦軸は、遅延時間を表し、横軸は、時間を表す。また、図２４において、曲線ｋ２８〜ｋ３１は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式による遅延時間とスループットとの相関図を示す。更に、図２５において、曲線ｋ３２〜ｋ３５は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式による遅延時間とスループットとの相関図を示す。更に、図２４は、平均パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合を示し、図２５は、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合を示す。
【０３３１】
図２４および図２５の遅延時間およびスループットは、ランダムに生成した１０通りのトポロジーにおいて、無線通信ネットワーク全体の平均トラフィック総量を１２８Ｋｂｐｓから１Ｍｂｐｓまでの各トラフィック量で計測した結果の平均である。そして、計測期間は、全ての方式の状態が安定するシミュレーション時間である９００秒以降とした。
【０３３２】
無線通信ネットワークの平均トラフィック総量を増やすと、無線通信ネットワーク全体で端末の平均パケットサイズは、指数分布であるため、各端末間の平均パケットサイズの分散が大きくなる。また、大きな平均パケットサイズとなる端末が増え、そのような端末では、発生するパケットサイズの分散が大きくなる。即ち、無線通信ネットワーク全体の平均トラフィック総量が増えると、各端末で処理するトラフィック量が増えると同時に、トラフィックがトポロジーと時間とにおいて大きく分散することとなる。
【０３３３】
このような場合では、より効果的なトラフィック制御が必要となる。図２４および図２５から分かるように、ホップ数方式は、トラフィック量が増えると、スループットに対して遅延時間が急激に大きくなり、明らかに他の方式よりも劣る（曲線ｋ２９，ｋ３３参照）。ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式は、パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合、相互に差が明確でない（曲線ｋ２８，ｋ３０，ｋ３１参照）。
【０３３４】
しかし、送信回数およびＭＡＣ制御遅延時間が増える図２５の場合（パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合）においては、トラフィック量が増えると、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式は、遅延時間がスループットに対して増える（曲線ｋ３４，ｋ３５参照）。この発明による方式は、トラフィック量が増えるとスループットに対して遅延時間が増えるが、その増加量は、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式と比較して低い値で安定している（曲線ｋ３２参照）。従って、この発明による方式は、他の方式と比較して、高いトラフィック量で、かつ、分散が大きい場合においても、高いスループットと小さい遅延時間とする経路構成が可能である。
【０３３５】
以上より、遅延時間が増大する無線通信ネットワークの状況において、トラフィック量が更に多く、かつ、分散が大きい無線通信ネットワーク状況においても、この発明による方式のリンクコストは、比較対象のいずれの方式のリンクコストよりも、高いスループットと小さい遅延時間とするマルチホップアクセス経路を構成できる。
【０３３６】
次に、基地局による経路切換制御の有効性を示すために、各リンクコストに関して基地局による経路切換制御を適用しない（従来の分散型非動機Ｂｅｌｌｍａｎｎ−Ｆｏｒｄを用いた自律制御）場合の遅延時間を示す。
【０３３７】
自律制御は、各端末からの経路情報の配信間隔を１０秒とし、各端末で近傍端末から経路情報を取得した際に、最小コスト経路が見つかれば、経路切換を行なうこととした。
【０３３８】
図２６は、無線通信ネットワークの平均トラフィック総量が５１２Ｋｂｐｓであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のホップ数方式、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式における遅延時間のタイミングチャートである。
【０３３９】
図２６において、縦軸は、遅延時間を表し、横軸は、時間を表す。また、曲線ｋ３６〜ｋ３９は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式による遅延時間のタイミングチャートを示す。
【０３４０】
この発明による方式およびＤＯＳＰＲ方式は、遅延時間が大きく変動し、発振現象が発生していることが分かる（曲線ｋ３６，ｋ３８参照）。一方、ホップ数方式およびＤＬＡＲ方式は、発振現象が見られない（曲線ｋ３７，ｋ３９参照）。
【０３４１】
また、図２７は、平均パケットサイズが２５６ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合におけるＷ経路のトラフィック量のタイミングチャートである。図２７において、縦軸は、遅延時間を表し、横軸は、時間を表す。そして、曲線ｋ４０〜ｋ４３は、それぞれ、この発明による方式、ホップ数方式、ＤＬＡＲ方式およびＤＯＳＰＲ方式によるＷ経路のトラフィック量のタイミングチャートを示す。
【０３４２】
ホップ数方式は、トラフィック変動を考慮しないため、そもそも経路切換が発生しない。ＤＬＡＲ方式は、リンクコストが瞬時値の待機パケット数であるため、Ｗ経路のような、高々、１回の通信で済む経路では、遅延時間が小さく、パケットが待機している時間が極僅かであり、その瞬時値は、大部分の場合、“０”になる（マルチホップアクセス経路は、複数通信による通信遅延、および複数リンクコストの和であるため、“０”よりも大きな値になる可能性が高い）。即ち、ＤＬＡＲ方式は、Ｗ経路へ経路切換をした場合、リンクコストの解像度が低いため、経路を切換えた後のＷ経路の経路コストが“０”となり、常に、Ｗ経路への経路切換後は、その経路では、経路切換が発生しなくなる（図２７の曲線ｋ４２参照）。
【０３４３】
以上より、ホップ数方式は、トラフィック変動を考慮しないため、また、ＤＬＡＲ方式は、リンクコストの解像度の低さからトラフィックの変動に鈍感であるため、経路切換の発振現象は発生せず、この発明による方式およびＤＯＳＰＲ方式は、トラフィック変動に敏感であるため、経路切換の発振現象が発生する。その結果、経路切換の発振現象は、リンクコストがトラフィックの変動に敏感であるために発生する。
【０３４４】
従って、マルチホップアクセス経路において、精度の高いリンクコストを用いて経路切換によるトラフィック制御を行なう場合、経路切換の発振現象を抑制する制御が必須である。この発明による方式における基地局制御は、図２６を図１８および図２０と比較して分かるように、経路切換による発振現象を抑制する。その結果、基地局による経路切換制御は、マルチホップアクセス経路の経路切換によるトラフィック制御に必須である。
【０３４５】
上記においては、パケット分配率が最適化されるまで、経路切換処理を行なうと説明したが（図１２および図１４のステップＳ２６参照）、この発明においては、これに限らず、図１２に示すネットワークコストが基準値以下になるまで経路切換を実行するようにしてもよい。この場合、図１４のステップＳ２６において、ネットワークコストが基準値以下であるか否かが判定されることになる。
【０３４６】
なお、この発明においては、無線ＷＡＮ基地局１０および無線ＬＡＮ基地局２０，３０は、「複数の基地局」を構成し、無線ＷＡＮ端末１〜４および無線ＬＡＮ端末５，６は、「複数の無線装置」を構成する。
【０３４７】
また、端末Ｍ１〜Ｍ７は、「複数の無線装置」を構成し、端末Ｍ１〜Ｍ６は、「ｎ個の無線装置」を構成する。
【０３４８】
更に、特定端末は、「特定無線装置」を構成し、端末Ｍ２〜Ｍ６は、「ｉ個の無線装置」を構成する。
【０３４９】
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】
【０３５０】
この発明は、所望の基地局に高能率でアクセス可能な無線通信ネットワークシステムに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０３５１】
【図１】この発明の実施の形態よる無線通信ネットワークシステムの概略図である。
【図２】図１に示す無線ＷＡＮ端末の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図１に示す無線ＷＡＮ基地局の一部の構成を示す概略図である。
【図４】単一リンクおよび連結リンクを説明するための概念図である。
【図５】Ｗ−経路からマルチホップ無線通信経路への切換えを示す概念図である。
【図６】ネットワーク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７】遅延時間とスループットとの関係を示す図である。
【図８】ネットワーク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９】ＤＯＳＰＲにおけるＣＳＭＡ／ＣＡの遷移状態を示す図である。
【図１０】最小コスト経路の探索を示す概念図である。
【図１１】経路テーブルの概念図である。
【図１２】パケットの分配方法を説明するための図である。
【図１３】最小コスト経路を探索する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】ネットワークコストを低減する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示すステップＳ１４の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１５に示すフローチャートに従って特定端末を選択する第１の概念図である。
【図１７】図１５に示すフローチャートに従って特定端末を選択する第２の概念図である。
【図１８】平均パケットサイズが１８０ビットであり、平均パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合の遅延時間のタイミングチャートである。
【図１９】平均パケットサイズが１８０ビットであり、平均パケット到着間隔が７０ｍｓｅｃである場合のスループットのタイミングチャートである。
【図２０】平均パケットサイズが６４ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合の遅延時間のタイミングチャートである。
【図２１】平均パケットサイズが６４ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のスループットのタイミングチャートである。
【図２２】平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のマルチホップアクセス経路のパケットロスのタイミングチャートである。
【図２３】Ｗ経路のトラフィック量のタイミングチャートである。
【図２４】遅延時間とスループットとの関係を示す第１の相関図である。
【図２５】遅延時間とスループットとの関係を示す第２の相関図である。
【図２６】無線通信ネットワークの平均トラフィック総量が５１２Ｋｂｐｓであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合のホップ数方式、ＤＬＡＲ方式、ＤＯＳＰＲ方式およびこの発明による方式における遅延時間のタイミングチャートである。
【図２７】平均パケットサイズが２５６ビットであり、平均パケット到着間隔が５０ｍｓｅｃである場合におけるＷ経路のトラフィック量のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０３５２】
１〜４  無線ＷＡＮ端末、５，６  無線ＬＡＮ端末、１０  無線ＷＡＮ基地局、１１  アンテナ、１２〜１４  無線モジュール、１５  スイッチング手段、１６，１６Ａ  コントローラ、１７  アプリケーションプロセッサ、１８  探索モジュール、２０  無線ＬＡＮ基地局、４１〜４３  有線ケーブル、５０  ネットワーク、５１〜５４  端末、６０，７０  無線ＬＡＮセル、８０  無線ＷＡＮセル、１００  無線通信ネットワークシステム。
【図１】
2008067066.tif 000049
【図２】
2008067066.tif 000050
【図３】
2008067066.tif 000051
【図４】
2008067066.tif 000052
【図５】
2008067066.tif 000053
【図６】
2008067066.tif 000054
【図７】
2008067066.tif 000055
【図８】
2008067066.tif 000056
【図９】
2008067066.tif 000057
【図１０】
2008067066.tif 000058
【図１１】
2008067066.tif 000059
【図１２】
2008067066.tif 000060
【図１３】
2008067066.tif 000061
【図１４】
2008067066.tif 000062
【図１５】
2008067066.tif 000063
【図１６】
2008067066.tif 000064
【図１７】
2008067066.tif 000065
【図１８】
2008067066.tif 000066
【図１９】
2008067066.tif 000067
【図２０】
2008067066.tif 000068
【図２１】
2008067066.tif 000069
【図２２】
2008067066.tif 000070
【図２３】
2008067066.tif 000071
【図２４】
2008067066.tif 000072
【図２５】
2008067066.tif 000073
【図２６】
2008067066.tif 000074
【図２７】
2008067066.tif 000075