(57)【要約】【課題】トラヒック変動に応じて無線チャネルを適正に確立できる無線メッシュネットワークの通信方法およびシステムを提供する。【解決手段】ノードＮ１，Ｎ４が上位ノード（●）、ノードＮ２，Ｎ５が下位ノード（○）、ノードＮ３がハイブリッドノードの状態でリンクＬ１，Ｌ３に対してチャネル追加が要求されると、ノードＮ３では、リンクＬ２，Ｌ３に関してＴＤＤ位置付け属性の切り替えが実行され、ノードＮ３がハイブリッドノードから下位ノードに切り替わり、ノードＮ５が下位ノードから上位ノードに切り替わり、ノードＮ２が下位ノードからハイブリッドノードに切り替わる。この結果、トラヒックの増加した無線リンクＬ１，Ｌ３で利用可能なＦＩＤの集合が、Ｆｎ−ａ、ＦａからＦｎに増加するので、無線チャネルの追加が可能になる。【選択図】        図５
2004304511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線ノードが分散配置されたメッシュ状のネットワーク上で、各無線リンクを終端する一対の無線ノードを、各ＴＤＤフレーム内に設定されるＴＤＤバウンダリの前後いずれを送信期間とするかに基づいて上位および下位のいずれかに排他的に位置付けし、この位置付けに基づいて当該無線リンクにＴＤＤ方式の無線チャネルを自律的に立ち上げる無線メッシュネットワークにおいて、
前記各無線ノードが、
自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替える要求を検知する手段と、
前記切り替え要求に応答して、自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替える手段とを含むことを特徴とする無線メッシュネットワークの通信システム。
【請求項２】
前記切り替え要求として、前記無線リンクへの無線チャネルの追加要求を検知する手段と、
前記追加要求に応答して、追加する無線チャネルで利用する周波数スロットを選択する手段と、
前記選択された周波数スロットが所定の割当条件を満足しているか否かを判定する手段と、
前記割当条件を満足している周波数スロットを利用して無線チャネルを追加する手段と、
前記周波数スロットが割当条件を満足できないときに、自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替えれば前記割当条件が満足されるか否かを判断する手段とを含み、
前記位置付けを切り替えれば前記割当条件が満足されるときに、自ノードの位置付けを上位および下位の一方から他方へ切り替えると共に、切り替え後の位置付けで無線チャネルを追加することを特徴とする請求項１に記載の無線メッシュネットワークの通信システム。
【請求項３】
ネットワークのトポロジ構成を認識してトポロジ情報を生成する手段と、
各無線リンクに対する各ノードの標準的な位置付けを前記トポロジ情報に基づいて規定するデフォルトＴＤＤプランを生成する手段と、
前記デフォルトＴＤＤプランで規定された位置付けと自ノードの位置付けを比較し、両者が異なることを前記切り替え要求として検知する手段とを含み、
前記切り替え要求に応答して、自ノードの位置付けを前記デフォルトＴＤＤプランに合わせて、上位および下位の一方から他方へ切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の無線メッシュネットワークの通信システム。
【請求項４】
複数の無線ノードが分散配置されたメッシュ状のネットワーク上で、各無線リンクを終端する一対の無線ノードを、各ＴＤＤフレーム内に設定されるＴＤＤバウンダリの前後いずれを送信期間とするかに基づいて上位および下位のいずれかに排他的に位置付けし、  この位置付けに基づいて当該無線リンクにＴＤＤ方式の無線チャネルを自律的に立ち上げる無線通信システムにおいて、
各無線ノードが、
前記無線リンクへの無線チャネルの追加要求を検知する手順と、
前記追加する無線チャネルで利用する周波数スロットを選択する手順と、
前記選択された周波数スロットが所定の割当条件を満足しているか否かを判定する手順と、
前記周波数スロットが割当条件を満足できないときに、自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替えれば前記割当条件が満足されるか否かを判断する手順と、
前記位置付けを切り替えれば前記割当条件が満足されるときに、自ノードの位置付けを上位および下位の一方から他方へ切り替えると共に、切り替え後の位置付けで無線チャネルを追加する手順と、
ネットワークのトポロジ構成に基づいて、各無線リンクに対する各ノードの標準的な位置付けを規定するデフォルトＴＤＤプランを生成する手順と、
前記デフォルトＴＤＤプランで規定された位置付けと自ノードの現在の位置付けを比較する手順と、
前記デフォルトＴＤＤプランで規定された位置付けと自ノードの位置付けとが異なるときに、自ノードの位置付けを前記デフォルトＴＤＤプランに合わせて、上位および下位の一方から他方へ切り替える手順とを含むことを特徴とする無線メッシュネットワークの通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メッシュ状ネットワークにおける通信方法およびシステムに係り、特に、各無線リンクを終端する一対の無線ノードを上位および下位のいずれかに排他的に位置付けし、上位および下位の一方に位置付けられた無線ノードが、当該無線リンクにＴＤＤ方式の無線チャネルを自律的に立ち上げる通信方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンクのトポロジがメッシュ状である無線ネットワークにおいて、対向するノード間でのトラフィック量が非対称性であっても通信資源を有効に割り当てられる通信方式としてＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式の採用が検討されている。ＴＤＤ方式とは、１つの周波数帯域（周波数スロット）において時間軸を一定周期で時分割し（タイムスロット）、これを上り回線および下り回線に割り当てることで相互通信を実現するアクセス方式であり、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）等の多重化方式において一般に用いられている。
【０００３】
このようなＴＤＤ方式では、各無線チャネルに割り当てる周波数スロット（ＦＩＤ）を決定し、上り回線および下り回線のトラヒック量に応じてタイムスロットの割当境界（ＴＤＤ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ：ＴＤＤバウンダリ）を設定するなどの、各種のＴＤＤ属性に関する設定が必要となる。
【０００４】
ここで、メッシュ網上の一つの制御ノードが、メッシュ網に存在する全てのノードのトラフィック情報およびネットワークトポロジを把握して各リンクごとにＴＤＤ属性やＦＩＤを決定し、これを全てのノードへ配信することは、制御ノードの負荷増大、瞬時変動するトラフィック量への追従性、あるいはネットワークのスケーラビリティなどの点から非現実的である。
【０００５】
そこで、特定の制御ノードが集中制御するのではなく、各ノードが近隣の情報を得ながら自身でＴＤＤ属性やＦＩＤを決定する自律分散方式が有効と考えられる。しかしながら、ＴＤＤ方式を採用し、かつ複数のＦＩＤを活用する無線通信システムでは、以下のような技術課題があった。
【０００６】
（１）メッシュ網では、一つのノードが複数の無線リンクを所有することがあり、各ノードには複数のアンテナおよび無線局が設置されている。このとき、複数のリンクで同一のＦＩＤを使用し、各リンクでＴＤＤバウンダリが異なると、同一ノードの隣接アンテナからの回り込みによる干渉が生じ得る。したがって、同一のＦＩＤを使用する隣接リンクではＴＤＤバウンダリを共通にする必要があり、各リンクごとに、そのトラヒック量に応じて最適なＴＤＤバウンダリを設定することができない。
【０００７】
（２）無線リンクに割り当てるＦＩＤを更新する場合、この無線リンクを共有する一対の無線ノードが、そのＴＤＤバウンダリやＦＩＤに関して共通の認識を有していないと、各ノードが同一のリンクに異なったＦＩＤを割り当てることとなり、齟齬が生じて通信が不可能になる。
【０００８】
このような技術課題を解決するために、本発明の発明者等は、ＴＤＤタイムスロットに関する割当属性として、対向する一対の無線ノードごとに、タイムスロットＩＤの若番（ＴＤＤフレームの開始からＴＤＤバウンダリまで）を送信期間、老番（ＴＤＤバウンダリからＴＤＤフレームの終了まで）を受信期間とするノードを「上位」に位置付け、その逆に、タイムスロットＩＤの老番を送信期間、若番を受信期間とするノードを「下位」に位置付け、各無線リンクに対して、当該無線リンクから上位または下位に位置付けられた無線ノードの一方が周波数スロットを割り当てるようにすることで、各無線リンクに無線チャネルを齟齬無く割り当てられるようにしたシステムを発明し、特許出願した（特願２００１−１４９５３５号）。
【０００９】
さらには、各ノードに対して、自ノードを上位に位置付ける無線リンクのみならず、自ノードを下位に位置付ける無線リンクも同時に終端することを許容することで、ネットワークが複数のノードを頂点とする奇数多角形の閉路を含む場合にも、各無線リンクに無線チャネルを齟齬無く割り当てられるようにしたシステムを発明し、特許出願した（特願２００２−７０２５９号）。
【００１０】
図１０は、上記した従来技術（特願２００２−７０２５９号）を採用して、ＴＤＤ方式に基づく無線チャネル（本実施形態では、周波数スロット）を自律分散的に割り当てる無線ネットワークの構成を示した図である。
【００１１】
各無線リンクＬ１〜Ｌｎを終端する一対のノードＮは、その一方が「上位」、他方が「下位」に位置付けられ、上位および下位のいずれであるかにかかわらず、その一方のノードのみが、その無線リンクに周波数スロットを割り当て得る。例えば、無線リンクＬ１であれば、これを終端する一方のノードＮ１が上位（●）に位置付けられれば、他方のノードＮ４は下位（○）に位置付けられる。同様に、無線リンクＬ２であれば、これを終端する一方のノードＮ１が上位に位置付けられ、他方のノードＮ２が下位に位置付けられる。
【００１２】
ここでは、無線ノードＮ１，Ｎ７のように、自ノードで終端する無線リンクの全てから上位に位置付けられるノードを「上位ノード」と定義し、ノードＮ２，Ｎ４のように、終端する無線リンクの全てから下位に位置付けられるノードを「下位ノード」と定義している。
【００１３】
ところで、複数の無線ノードで構成される閉路の全てが偶数多角形であれば、図１１に示したように、全てのノードを上位ノードまたは下位ノードのいずれかに定義できる。しかしながら、図１０のように奇数多角形の閉路（例えば、ノードＮ１，Ｎ３，Ｎ４を頂点とする三角形）を含む場合には、一部のノードは上位および下位の双方に位置付けられることを余儀なくされる。
【００１４】
例えば、図１０のノードＮ３に関しては、無線リンクＬ４からは上位に位置付けられるが、他の無線リンクＬ３，Ｌ５，Ｌ６からは下位に位置付けられる。同様に、ノードＮ５に関しても、無線リンクＬ８からは上位に位置付けられるが、他の無線リンクＬ７，Ｌ９からは下位に位置付けられる。前記ノードＮ３，Ｎ５のように、自ノードで終端している無線リンクから上位および下位の双方に位置付けられるノードは、前記「上位ノード」、「下位ノード」（これらを総称して「ピュアノード」と表現する場合もある）と区別して「ハイブリッドノード」と定義している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ピュアノードであれば、隣接リンクで同一のＦＩＤを利用しても、そのＴＤＤバウンダリが一致している限り干渉等の問題が発生しない。これに対して、ハイブリッドノードでは、自ノードを「上位」に位置付ける無線リンクで利用されているＦＩＤと同一のＦＩＤを、自ノードを「下位」に位置付ける隣接リンクでは利用できない。したがって、ハイブリッドノードではピュアノードに較べて、割当可能な周波数スロットの制約が多くなり、周波数利用効率の低下を余儀なくされる。このようなハイブリッドノードの発生は可能な限り抑えるべきであり、発生が避けられない場合でも、トラヒック量の少ないところに配置すべきである。
【００１６】
しかしながら、上記した従来技術ではハイブリッドノードが固定的に配置されていたので、何らかの原因でハイブリッドノードのトラヒック量が増えても、これに対応することができなかった。
【００１７】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、トラヒック変動に応じて無線チャネルを適正に確立できる無線メッシュネットワークの通信方法およびシステムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、複数の無線ノードが分散配置されたメッシュ状のネットワーク上で、各無線リンクを終端する一対の無線ノードを上位および下位のいずれかに排他的に位置付けし、  当該無線リンクにＴＤＤ方式の無線チャネルを自律的に立ち上げる無線通信システムにおいて、各無線ノードが以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【００１９】
（１）  自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替える要求を検知する手段と、切り替え要求に応答して、自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替える手段とを含むことを特徴とする。
【００２０】
（２）前記切り替え要求として、前記無線リンクへの無線チャネルの追加要求を検知する手段と、追加要求に応答して、追加する無線チャネルで利用する周波数スロットを選択する手段と、選択された周波数スロットが所定の割当条件を満足しているか否かを判定する手段と、割当条件を満足している周波数スロットを利用して無線チャネルを追加する手段と、前記周波数スロットが割当条件を満足できないときに、自ノードの位置付けと対向ノードの位置付けとを切り替えれば前記割当条件が満足されるか否かを判断する手段とを含み、前記位置付けを切り替えれば前記割当条件が満足されるときに、自ノードの位置付けを上位および下位の一方から他方へ切り替えると共に、切り替え後の位置付けで無線チャネルを追加することを特徴とする。
【００２１】
（３）ネットワークのトポロジ構成を認識してトポロジ情報を生成する手段と、各無線リンクに対する各ノードの標準的な位置付けを前記トポロジ情報に基づいて規定するデフォルトＴＤＤプランを生成する手段と、前記デフォルトＴＤＤプランで規定された位置付けと自ノードの位置付けを比較し、両者が異なることを前記切り替え要求として検知する手段とを含み、前記切り替え要求に応答して、自ノードの位置付けを前記デフォルトＴＤＤプランに合わせて、上位および下位の一方から他方へ切り替えることを特徴とする。
【００２２】
上記した特徴（１）によれば、各ノードは各無線リンクに対する自ノードの位置付け（ＴＤＤ位置付け属性）を上位および下位の一方から他方へ切り替えることができるので、ハイブリッドノードからピュアノードへの移行およびその逆が可能になる。
【００２３】
上記した特徴（２）によれば、各ノードは自ノードがハイブリッドノードの時にトラヒック需要が増大し、ＦＩＤ不足により無線チャネルを追加できない場合に、自ノードのＴＤＤ位置付け属性を切り替えることでピュアノードとなれる。そして、ピュアノードではハイブリッドノードよりも割当可能なＦＩＤが増えるので、トラヒック需要の増大に応じて無線チャネルを追加できるようになる。
【００２４】
上記した特徴（３）によれば、各ノードは自ノードのＴＤＤ位置付け属性をデフォルトＴＤＤプランで規定されたＴＤＤ位置付け属性に戻すことができるので、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えが頻発しない環境を簡単に再現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る無線ノードの主要部の構成を示したブロック図であり、「上位ノード」、「下位ノード」および「ハイブリッドノード」のいずれもが同等の構成を有する。
【００２６】
無線ノードＮは、屋外無線装置２および屋内無線装置３を含む。屋外無線装置２は、複数の屋外無線ユニット（＃１〜＃ｎ）２１を含む。屋内無線装置３は、複数の無線チャネルユニット（＃１〜＃ｎ）３３、スイッチ３１、無線チャネルマネージャ（ＣＨＭ）３２およびネットワーク制御装置３４を含む。
【００２７】
前記ネットワーク制御装置３４は、トポロジ情報生成部３４ａおよびデフォルトＴＤＤプラン生成部３４ｂを含む。トポロジ情報生成部３４ａは、ネットワークのトポロジ構成を認識してトポロジ情報を生成する。デフォルトＴＤＤプラン生成部３４ｂは、後に詳述するように、各無線リンクに対する各ノードの標準的な位置付け（上位または下位）を前記トポロジ情報に基づいて求め、これをデフォルトＴＤＤプランとして無線チャネルマネージャ３２へ通知する。
【００２８】
前記無線チャネルマネージャ３２は、各無線チャネルユニット３３（＃１〜＃ｎ）を、前記ネットワーク制御装置３４からの通知に応じて各無線リンクＬ１〜Ｌ４に動的に割り当てる。前記各無線チャネルユニット３３は、対向ノードの無線チャネルユニットとの間でＴＤＤ方式の無線チャネルを確立し、そのＴＤＤフレームやＴＤＤバウンダリを制御する。前記スイッチ３１は、各無線チャネルユニット３３（＃１〜＃ｎ）を前記割り当て結果に基づいて各無線リンクＬ１〜Ｌ４に接続する。
【００２９】
次いで、フローチャートを参照して各無線ノードの動作を詳細に説明する。図２は、無線ノードの主要な動作を示したフローチャートであり、ステップＳ１では、前記ネットワーク制御装置３４のトポロジ生成部３４ａにおいてネットワークトポロジが認識される。ステップＳ２では、この認識結果に基づいて上記したデフォルトＴＤＤプランが生成される。以下、デフォルトＴＤＤプランの生成手順を説明する。
【００３０】
ネットワークが偶数多角形の閉路以外を含む場合にはハイブリッドノードの発生を余儀なくされる。ハイブリッドノードにおいてトラヒック需要が増加した場合には、これをピュアノード化してＦＩＤの利用効率を高めることが望ましく、そのためには、各ノードは自ノードのＴＤＤ位置付け属性を無線リンクごとに動的に切り替えられるようにする必要がある。
【００３１】
ただし、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えが頻発すると伝送効率が低下するので、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えを許容する場合であっても、その発生を最小限に抑える必要があり、そのためには各ノードの位置付けを常に適正に設定しておくことが望ましい。そこで、本実施形態ではトラヒック需要に依存せずにネットワークトポロジー情報のみから決定される「デフォルトＴＤＤプラン」を定義している。
【００３２】
「デフォルトＴＤＤプラン」は、ネットワーク上の全ての無線ノードに対してＴＤＤ位置付け属性に関する基準設定を与えるもので、瞬時瞬時における割り当てを固定的に定めるものではなく、ＴＤＤ位置付け属性の動的な切り替えを不必要に発生させることなく、また切り替えが発生しても効率的に実施できるようにガイドする役割も果たす。したがって、本実施形態では運用開始直後のみならず、トラヒック変動に応じて一部のＴＤＤ位置付け属性を切り替えた後も、トラヒック量が少なくなった場合には、「デフォルトＴＤＤプラン」に戻すような指導原理が働くようにしている。
【００３３】
本発明者等は、任意のネットワークトポロジーに対して、全てのリンクにおけるＴＤＤ位置付け属性を、可能な限りハイブリッドノードを発生させないように設定できる「デフォルトＴＤＤプラン」の作成アルゴリズムを考案し、次世代広帯域ＦＷＡの研究開発の過程で作成した通信放送機構向け「研究成果報告書」で紹介している。以下、その内容を簡単に説明する。
【００３４】
「デフォルトＴＤＤプラン」の課題自身はグラフ理論における無向グラフを有向化するという課題に属すものの、調査の結果、目的関数の定義そのものについて従来に類似例がない。単純な有向グラフにおいて、着目した一つの点Ｖｉに入射する辺および出射する辺の数（すなわち、入次数および出次数）を、それぞれＤＥＧｉｎ（Ｖｉ）およびＤＥＧｏｕｔ（Ｖｉ）で表す。ここで、下位ノードから上位ノードへ向かう方向を入射、その逆を出射と仮に定義すれば、ハイブリッドノード以外では、入射辺または出射辺しか存在しないので、
ＤＥＧｉｎ（Ｖｉ）＝０
または、
ＤＥＧｏｕｔ（Ｖｉ）＝０
が成立する。したがって、ハイブリッドノードの定義としては、
ＤＥＧｉｎ（Ｖｉ）ＤＥＧｏｕｔ（Ｖｉ）＞０
を満足する点Ｖｉと表現できる。
【００３５】
そこで、ＴＤＤ位置付け属性が最適化されるのは、
【数１】
2004304511.tif 000003
あるいは
【数２】
2004304511.tif 000004
但し、
【数３】
2004304511.tif 000005
が小さいように有向化されたグラフと考えるのが妥当と考えられる。ここで、指標２はネットワーク内のハイブリッドノードの総数に相当し、指標１はハイブリッドノードにおいて、これを上位に位置付けるリンクの数と下位に位置付けるリンクの数との積の総和である。この総和が多ければ、ハイブリッドノードにより終端されるリンク数が多く、このリンク数が多ければトラヒック量の合計も多く、周波数繰り返し利用の要請も高いと想定するのが自然と考え、また、このハイブリッドノードをピュアノード化するために切り替えなければならないリンク数も多いとの観点から、ノード数に重みをつけたものと位置付けられる。
【００３６】
図６，７，８，９に示した具体例を参照して説明する。図６，７は、指標１が同じで指標２が異なる簡単な例であり、ハイブリッドノード数が、図６では「１」であるのに対して図７では「２」なので、図６が図７よりも好ましい。
【００３７】
一方、図８，９は、指標１と指標２の大小関係が異なる簡単な例である。図８では指標２が「１」であり、図９の「２」に比較して小さいが、指標１に関しては、図８の「４」に対して図９は「２」と小さい。図８，９の例では、中心のノードがハブ的な役割を果たしており、このノードにおける周波数利用効率を高めることを優先させるべきとみなせるので、図８を図９よりも好ましいとするのが妥当である。
【００３８】
これらを踏まえて、性能指標として指標１を第１優先度とし、これが等しい条件では、指標２を第２優先度として用いるのが適切と考えられる。
【００３９】
以上の検討結果から、指標１、指標２を最小とするように無向グラフを有向化するアルゴリズムを検討した。しらみつぶし的に探索した場合には、組み合わせ数が「辺の数（グラフのＳｉｚｅ）−１」のかい乗（ｎ！）となるので、辺の数が１０程度を超えた途端に計算時間が爆発的に増加してしまい、現実的でない。そこで、本実施形態では次のような方針に基づき、ヒューリスティックなアルゴリズムを開発した。
【００４０】
方針：奇数辺の閉路がある場合には、幾つかの辺を除去して、これを取り除き、まず得られたサブグラフを（指標は０のままで）有向化する。取り除いた辺について、指標の増加が小さい向きを選びつつ、追加していく。
【００４１】
具体的なアルゴリズムの骨子は次の通りである。
▲１▼ステップ１：基準となる点を１つ選ぶ。選んだ点から他の点への最短到達ホップ数を計算しておく。
▲２▼ステップＳ２：グラフの辺全てについて、その両端の点における上記ホップ数をチェックし、一方が偶数で、他方が奇数であれば、その辺を偶数の点から奇数の点に向かうように有向化する。もし、両方が偶数または奇数の場合には、その辺はグラフから一時取り除いておく。
▲３▼ステップ３：前記ステップＳ１，２を、基準点のループとして点の数だけ繰り返し、得られた結果の中で、取り除いた辺の数が最小のものを候補として選択する。同点の場合には、取り除いた辺を要素とするサブグラフの木の数が最大のものを選択する。（これも同点の場合には、さらなる基準を設けることなく、最初に見つかったものを候補とする）
▲４▼ステップ４：取り除いた辺からなるサブグラフに含まれる木をひとつ選び、これを有向化して、すでに有向化されたグラフに追加する。向きのつけ方は、木の辺数をＳｔとして２＾Ｓｔだけ存在するが、追加後の目的関数が最小となるものを選ぶ（全数探索）。
▲５▼ステップＳ５：前記ステップＳ３で取り除かれていた辺がすべて追加されるまで前記ステップＳ４を繰り返す。これにより、デフォルトＴＤＤプランが生成される。
【００４２】
図２に戻り、ステップＳ３では、前記デフォルトＴＤＤプランで規定されたＴＤＤ位置付け属性と自ノードの現在のＴＤＤ位置付け属性とが異なるときに、自ノードのＴＤＤ位置付け属性を前記デフォルトＴＤＤプランに合わせて、上位および下位の一方から他方へ切り替える「デフォルトＴＤＤプランの反映処理」が実行される。
【００４３】
図３は、前記「デフォルトＴＤＤプランの反映処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ１０では、自ノードで終端される各無線リンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に関する現在のＴＤＤ位置付け属性が、前記デフォルトＴＤＤプランで規定されたＴＤＤ位置付け属性と比較され、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えが必要な無線リンクの有無が判別される。ここでは、デフォルトＴＤＤプランで規定されたＴＤＤ位置付け属性と異なる属性の無線リンクが全て切替対象リンクと認識される。切替対象となる無線リンクが存在すればステップＳ１１へ進む。
【００４４】
ステップＳ１１では、切替対象リンクに関して、その回線品質が求められる。本実施形態では、回線品質としてＣＮＲ｛Ｃ：キャリア、Ｎ：ノイズ、Ｒ：レシオ、すなわちＣ／Ｎ｝を採用し、これが基準値ＣＮＲｒｅｆと比較される。ＣＮＲ＞ＣＮＲｒｅｆであればステップＳ１２へ進み、ＴＤＤ位置付け属性を切り替える無線リンクが選択される。なお、対象リンクが複数存在する場合には、そのうちの一つがランダムに選択される。
【００４５】
ステップＳ１３では、選択された切替対象リンクが所定の切替条件を満足しているか否かが判別される。本実施形態では、切替対象リンクと隣接し、当該切替対象リンクとＴＤＤ位置付け属性が同一の隣接リンクにおいて、当該切替対象リンクで利用されているＦＩＤと同一のＦＩＤが使用されていないことが切替条件として設定されている。同一ＦＩＤが使用されていれば、ＴＤＤ位置付け属性の切り替え後に干渉が生じてしまうので、当該切替対象リンクに関しては、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えを中止する。これに対して、同一ＦＩＤが使用されていなければ、切替条件が満足されたものとしてステップＳ１４へ進む。
【００４６】
ステップＳ１４では、ＴＤＤ位置付け属性の切替指示および切替タイミングが対向ノードへ通知される。ステップＳ１５では、今回の切り替え対象リンクのＴＤＤ位置付け属性が切り替えられ、当該無線リンクに含まれる全ての無線チャネルに関して、そのＴＤＤ位置付け属性が、上位から下位、または下位からた上位へと切り替えられる。
【００４７】
図２へ戻り、ステップＳ４では、ネットワーク制御装置３４から通知された要求チャネル数が判別される。前記ネットワーク制御装置３４は、ネットワークトポロジやトラヒック量に基づいて、一端が自ノードで終端される各無線リンクＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に適正なチャネル数を定期的または不定期に演算し、演算結果を要求チャネル数Ｌｒｅｑ（Ｌｒｅｑ（１）〜Ｌｒｅｑ（４））として無線チャネルマネージャ３２に通知する。
【００４８】
ステップＳ５では、通知された要求チャネル数Ｌｒｅｑと現在の無線チャネル数Ｌｒｅｆとが比較され、Ｌｒｅｑ＞Ｌｒｅｆの無線リンクに関してはステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、「チャネル追加の前処理」が実行され、追加する無線チャネルに割り当てるＦＩＤが決定され、さらには、必要に応じてＴＤＤ位置付け属性の切り替えが実行される。
【００４９】
図４は、「チャネル追加の前処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ３１では、いずれの無線チャネルにも割り当てられていない未割当ＦＩＤの中に、割当条件を満足するＦＩＤが存在するか否かが判別される。本実施形態では、割当条件として以下の３つを設定している。
【００５０】
（１）条件１：ＴＤＤ位置付け属性の異なる他の無線リンクに割り当てられていないこと。
【００５１】
（２）条件２：ある一定期間連続して所定の回線品質を満足すること
【００５２】
（３）条件３：互いに隣接リンクとならないリンク同士（つまり、互いに異なるノードに終端されるリンク同士）がＴＤＤバウンダリを一致させなければならなくなるようなＦＩＤは選択できない。
【００５３】
すなわち、図１２に示したように、ノードＮ１，Ｎ２間にＦＩＤがＦ１の無線リンクＬ１が確立され、ノードＮ１で終端される他の無線リンクＬ２のＦＩＤがＦ１のとき、リンクＬ１，Ｌ２のＴＤＤバウンダリは、相互の干渉を回避すべく同一に設定される。この状態で、ノードＮ２で終端される他の無線リンクＬ３にチャネルを追加する際、そのＦＩＤをＦ１に設定してしまうと、ノードＬ３とノードＬ１との干渉を避けるためには両者のＴＤＤバウンダリを一致させなければ成らず、これがノードＬ２にも波及するので、ノードＬ３とノードＬ２とは隣接リンクではないにもかかわらずＴＤＤバウンダリを一致させなければならなくなる。
【００５４】
同様に、無線リンクＬ２，Ｌ３は隣接しないので、両者が同一のＦＩＤ（例えば、Ｆ１）を利用していてもＴＤＤバウンダリを一致させる必要はない。しかしながら、このような状態で無線リンクＬ１にチャネルを追加する際、そのＦＩＤをＦ１に設定してしまうと、無線リンクＬ１に隣接する無線リンクＬ２，Ｌ３は、そのＴＤＤバウンダリを無線リンクＬ１のそれと一致させなければならないので、結局、ノードＬ３とノードＬ２とは隣接リンクではないにもかかわらずＴＤＤバウンダリを一致させなければならなくなる。
【００５５】
このように、複数のノードをまたいでＴＤＤバウンダリを一致させるための制御を行おうとすれば、ＴＤＤバウンダリを決定するために必要なトラヒックの情報の伝達が煩雑となる。本実施形態では、このような事態を回避すべく、互いに隣接リンクとならないリンク同士（図１２では、リンクＬ２，Ｌ３）がＴＤＤバウンダリを一致させなければならなくなるようなＦＩＤは選択できないことが第３の条件となる。そして、この割当条件を満足するＦＩＤが存在すればステップＳ３２へ進み、その中の一つが選択される。
【００５６】
これに対して、割当条件を満足するＦＩＤが存在しなければステップ３３へ進み、未割当ＦＩＤのいずれかが任意に選択される。ステップＳ３４では、ＴＤＤ位置付け属性を切り替えても割当条件を満足できるＦＩＤであるか否かが判定され、満足されるのであればステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では、無線チャネルを追加しようとしている無線リンクのＴＤＤ位置付け属性を切り替えても、既設の無線チャネルで利用中のＦＩＤが全て割当条件を満足できるか否かが判定される。満足できるのであればステップＳ３６へ進み、無線チャネルが追加される無線リンクのＴＤＤ位置付け属性が切り替えられ、ここに無線チャネルが追加される。
【００５７】
一方、前記ステップＳ３４において、ＴＤＤ位置付け属性を切り替えても割当条件が満足されないと判定されるか、あるいはステップＳ３５において、ＴＤＤ位置付け属性を切り替えてしまうと既設の無線チャネルで利用中のＦＩＤが割当条件を満足できなくなると判定されるとステップＳ３７へ進む。ステップＳ３７では、他の未割当ＦＩＤが存在するか否かが判定され、存在すればステップＳ３３へ戻って上記各処理が他のＦＩＤに関して繰り返される。他の未割当ＦＩＤが存在しなければそのまま終了する。
【００５８】
図２へ戻り、以上のようにして追加するチャネルに割り当てるＦＩＤが決定されると、ステップＳ７では、対向ノードとＴＤＤバウンダリやフレーム同期に関するネゴシエーションが行われ、その後、所定のタイミングで無線チャネルが追加される。
【００５９】
図５は、前記ＴＤＤ位置付け属性の切り替えによってＦＩＤの利用効率が向上する様子を模式的に表現した図であり、ここでは、システムで利用可能なＦＩＤの集合を「Ｆｎ」で表現し、ハイブリッドノードを上位に位置付ける無線リンクのみで利用可能なＦＩＤの集合を「Ｆａ」で表現し、ハイブリッドノードを下位に位置付けるリンクのみで利用可能なＦＩＤの集合を「Ｆｎ−ａ」で表現している。したがって、「Ｆｎ」、「Ｆａ」、「Ｆｎ−ａ」は、「Ｆｎ＝Ｆａ＋Ｆｎ−ａ」の関係を有する。
【００６０】
同図左側に示したように、ノードＮ１，Ｎ４が上位ノード（●）、ノードＮ２，Ｎ５が下位ノード（○）、ノードＮ３がハイブリッドノードの状態では、ノードＮ１−Ｎ３間の無線リンクＬ１で利用可能なＦＩＤの集合はＦｎ−ａであり、ノードＮ２−Ｎ３間の無線リンクＬ２およびＮ３−Ｎ５間の無線リンクＬ３で利用可能なＦＩＤの集合はＦａである。したがって、これらの無線リンクで利用可能なＦＩＤには制約が多く、無線チャネルの追加が難しい。
【００６１】
この状態でリンクＬ１，Ｌ３に対してチャネル追加が要求されると、ノードＮ３では、リンクＬ２，Ｌ３に関してＴＤＤ位置付け属性の切り替えが実行され、その結果、同図右側に示したように、ノードＮ３がハイブリッドノードから下位ノードに切り替わり、これに応答して、ノードＮ５が下位ノードから上位ノードに切り替わり、ノードＮ２が下位ノードからハイブリッドノードに切り替わる。
【００６２】
この結果、トラヒック需要の増加した無線リンクＬ１，Ｌ３で利用可能なＦＩＤの集合が、いずれもＦｎとなるので、トラヒック需要の増大に応じて無線チャネルを追加できるようになる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
（１）各ノードは各無線リンクに対する自ノードの位置付け（ＴＤＤ位置付け属性）を上位および下位の一方から他方へ切り替えることができるので、ハイブリッドノードからピュアノードへの移行およびその逆が可能になる。
（２）各ノードは自ノードがハイブリッドノードの時にトラヒック需要が増大し、ＦＩＤ不足により無線チャネルを追加できない場合に、自ノードのＴＤＤ位置付け属性を切り替えることでピュアノードとなれる。そして、ピュアノードではハイブリッドノードよりも割当可能なＦＩＤが増えるので、トラヒック需要の増大に応じて無線チャネルを追加できるようになる。
（３）各ノードは自ノードのＴＤＤ位置付け属性をデフォルトＴＤＤプランで規定されたＴＤＤ位置付け属性に戻すことができるので、ＴＤＤ位置付け属性の切り替えが頻発しない環境を簡単に再現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各無線ノードに搭載される無線通信システムの主要部の構成を示したブロック図である。
【図２】各無線ノードの動作を示したフローチャートである。
【図３】デフォルトＴＤＤプラン反映処理のフローチャートである。
【図４】チャネル追加前処理のフローチャートである。
【図５】ＤＤ位置付け属性の切り替えによってＦＩＤの利用効率が向上する様子を模式的に表現した図である。
【図６】デフォルトＴＤＤプランの作成方法を説明するための図（その１）である。
【図７】デフォルトＴＤＤプランの作成方法を説明するための図（その２）である。
【図８】デフォルトＴＤＤプランの作成方法を説明するための図（その３）である。
【図９】デフォルトＴＤＤプランの作成方法を説明するための図（その４）である。
【図１０】奇数多角形の閉路を含むネットワークの構成を模式的に示した図である。
【図１１】偶数多角形の閉路のみを含むネットワークの構成を模式的に示した図である。
【図１２】割当条件を説明するための図である。
【符号の説明】２…屋外無線装置，３…屋内無線装置，３１…スイッチ，３２…無線チャネルマネージャ，３３…無線リンク制御装置，３４…ネットワーク制御装置
【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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