(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線通信方式により通信する１以上の第１の基地局と既存通信システム用の第２の無線通信方式により通信する前記既存通信システムの１以上の第２の基地局とを含む複数の基地局と、前記複数の基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有し、前記第２の基地局は、自装置のアンテナ素子のうち一部の無線通信方式を前記第２の無線通信方式から前記第１の無線通信方式に変更することで前記第１の無線通信方式により通信可能な状態となる通信システムであって、
前記制御装置は、
所定のエリアごとに、前記複数の基地局から選択した基地局のグループを１以上作成し、前記グループごとに、割当てた動作時間に従って当該グループ内の前記第２の基地局を前記第１の無線通信方式により前記通信の要求の受信を可能な状態とするよう指示するセル構築部と、
前記複数の基地局のいずれかに対して通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置と所定よりも近い位置の前記複数の基地局の中から、当該基地局における前記無線端末からの受信レベルと、当該基地局が前記第２の基地局である場合には、さらに当該第２の基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量、又は当該第２の基地局における前記アンテナ素子の使用状況とに基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、
前記選択部が選択した基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記選択部は、前記通信の要求を受信した基地局から前記無線端末が送信した端末位置情報を受信し、受信した前記端末位置情報から前記無線端末の位置を取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記選択部は、前記通信の要求を受信した基地局の位置に基づいて前記無線端末の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記第１の基地局は、前記通信の要求を前記第１の無線通信方式により受信し、
前記第２の基地局は、前記通信の要求を前記第１の無線通信方式又は前記第２の無線通信方式により受信する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項５】
前記通信の要求を受信した基地局は、前記通信の要求を受信したときの受信レベルを前記制御装置に出力する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項６】
第１の無線通信方式により通信する１以上の第１の基地局と既存通信システム用の第２の無線通信方式により通信する前記既存通信システムの１以上の第２の基地局とを含む複数の基地局と、前記複数の基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有し、前記第２の基地局は、自装置のアンテナ素子のうち一部の無線通信方式を前記第２の無線通信方式から前記第１の無線通信方式に変更することで前記第１の無線通信方式により通信可能な状態となる通信システムにおける前記制御装置であって、
所定のエリアごとに、前記複数の基地局から選択した基地局のグループを１以上作成し、前記グループごとに、割当てた動作時間に従って当該グループ内の前記第２の基地局を前記第１の無線通信方式により前記通信の要求の受信を可能な状態とするよう指示するセル構築部と、
前記複数の基地局のいずれかに対して通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置と所定よりも近い位置の前記複数の基地局の中から、当該基地局における前記無線端末からの受信レベルと、当該基地局が前記第２の基地局である場合には、さらに当該第２の基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量、又は当該第２の基地局における前記アンテナ素子の使用状況とに基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、
前記選択部が選択した基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
第１の無線通信方式により通信する１以上の第１の基地局と既存通信システム用の第２の無線通信方式により通信する前記既存通信システムの１以上の第２の基地局とを含む複数の基地局と、前記複数の基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有し、前記第２の基地局は、自装置のアンテナ素子のうち一部の無線通信方式を前記第２の無線通信方式から前記第１の無線通信方式に変更することで前記第１の無線通信方式により通信可能な状態となる通信システムにおける通信方法であって、
前記制御装置のセル構築部が、所定のエリアごとに、前記複数の基地局から選択した基地局のグループを１以上作成し、前記グループごとに、割当てた動作時間に従って当該グループ内の前記第２の基地局を前記第１の無線通信方式により前記通信の要求の受信を可能な状態とするよう指示するセル構築ステップと、
前記制御装置の選択部が、前記複数の基地局のいずれかに対して通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置と所定よりも近い位置の前記複数の基地局の中から、当該基地局における前記無線端末からの受信レベルと、当該基地局が前記第２の基地局である場合には、さらに当該第２の基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量、又は当該第２の基地局における前記アンテナ素子の使用状況とに基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択ステップと、
前記制御装置の接続指示部が、前記選択ステップにおいて選択された基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、制御装置、及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物と物の通信（Ｍ２Ｍ通信）に用いられる無線システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの携帯電話システムや、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を採用した自営無線システムが使われている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】"IEEE Standard for Local and metropolitan area networks- Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)"、IEEE Std 802.15.4-2011、IEEE、２０１１年９月
【非特許文献２】「ｎｓｎ  モバイルブロードバンド」、[online]、ノキア、平成２７年３月１３日検索、インタネット<URL : https://jp.networks.nokia.com/contents/product/detail/9/201203210201370.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＴＥ等の携帯電話サービスでは、基地局を全国に設置し、広いセルサイズによりエリアをカバーしている。携帯電話サービスにおける端末の消費電力は、例えば９２０ＭＨｚ（メガヘルツ）を用いた自営無線に比較して高い。一方、ＩＥＥＥ８０２．１５．４等の自営無線では、ＬＴＥに比べ端末の消費電力が小さい。また、自営無線は、公衆サービスではないためにスポット的にセルが構築されていることに加え、携帯電話システムに比べて最大送信電力が小さいためにセルサイズが小さい。従って、使用可能なエリアが限られてしまう場合があった。
【０００５】
自営無線の規格の一つである非特許文献１によれば、無線端末は、基地局との接続を行う際、使用可能なチャネルについてＥＤ（Energy Detection）を行う。無線端末は、検出した各チャネルによりビーコンリクエスト信号を送信し、基地局から応答があった場合に次の認証処理に移行する。しかしながら、通信要求時に基地局が存在しない、あるいは複数存在した場合に、端末主導で適切な基地局を選択するためには時間がかかってしまう。そのため、電池駆動のＭ２Ｍ端末にとっては多くの電力を消費してしまうという問題があった。
【０００６】
ＬＴＥなどの携帯電話システムでは、非特許文献２に示されているアクティブアンテナを基地局へ適用することが検討されている。これによれば、アクティブアンテナの無線機ごとに、異なる無線通信方式の端末の収容が可能となる。例えば、基地局の無線機のうちいくつかに自営無線の周波数及び方式を割り当てることが可能である。しかし、どのような条件で無線の通信方式や周波数を変更するかについては検討されていなかった。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、複数の無線通信方式により通信する基地局を利用しながら無線端末が適切な基地局と低消費電力で通信できる通信システム、制御装置、及び通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、第１の無線通信方式により通信する第１の基地局と前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式により通信する第２の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムであって、前記制御装置は、通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち１以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、前記選択部が選択した前記基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部とを備える。
【０００９】
本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記選択部は、前記無線端末が送信した端末位置情報を前記基地局から受信し、受信した前記端末位置情報から前記無線端末の位置を取得する。
【００１０】
本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記選択部は、前記無線端末から前記通信の要求を受信した前記基地局の位置に基づいて前記無線端末の位置を推定する。
【００１１】
本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記第１の基地局は、前記通信の要求を前記第１の無線通信方式により受信し、前記第２の基地局は、前記通信の要求を前記第１の無線通信方式又は前記第２の無線通信方式により受信する。
【００１２】
本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記制御装置は、複数の前記第２の基地局を時間的に切り替え、前記第１の無線通信方式により前記通信の要求の受信を可能とするよう指示するセル構築部をさらに備える。
【００１３】
本発明の一態様は、上述の通信システムであって、前記基地局は、前記通信の要求を受信したときの受信レベルを前記制御装置に出力する。
【００１４】
本発明の一態様は、第１の無線通信方式により通信する第１の基地局と前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式により通信する第２の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムにおける前記制御装置であって、通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち１以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択部と、前記選択部が選択した前記基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示部と、を備える。
【００１５】
本発明の一態様は、第１の無線通信方式により通信する第１の基地局と前記第１の無線通信方式及び第２の無線通信方式により通信する第２の基地局とを含む複数の基地局と、複数の前記基地局の中から無線端末が前記第１の無線通信方式により通信する基地局を選択する制御装置とを有する通信システムにおける通信方法であって、前記制御装置の選択部が、通信の要求を送信した前記無線端末の位置の情報を取得し、前記位置の周辺の前記基地局の中から、前記基地局における前記無線端末からの受信レベルと、前記基地局における前記第２の無線通信方式のトラヒック量と、前記基地局におけるアンテナ素子の使用状況とのうち１以上に基づいて前記無線端末の通信先の基地局を選択する選択ステップと、前記制御装置の接続指示部が、前記選択ステップにおいて選択された前記基地局に前記無線端末と前記第１の無線通信方式により通信するよう指示する接続指示ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、複数の無線通信方式により通信する基地局を利用しながら無線端末が適切な基地局と低消費電力で通信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の概要を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態による通信システムの構成図である。
【図３】同実施形態の無線端末の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】同実施形態のＭ２Ｍ基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】同実施形態のセルラ基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】同実施形態の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図７】同実施形態の通信システムによる接続開始処理の処理フローを示す図である。
【図８】同実施形態の通信システムによる接続開始処理の処理フローを示す図である。
【図９】同実施形態の通信システムによる接続開始処理の処理フローを示す図である。
【図１０】同実施形態の制御装置による通信先の基地局の決定方法を説明するための図である。
【図１１】第２の実施形態による通信システムの構成図である。
【図１２】同実施形態の無線端末の構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】同実施形態の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１４】同実施形態の制御装置によるエリア構築処理の処理フローを示す図である。
【図１５】同実施形態の制御装置による基地局のグループ化の例を示す図である。
【図１６】同実施形態の制御装置による動作時間割当ての例を示す図である。
【図１７】既存アーキテクチャの１：Ｎモデルを示す図である。
【図１８】既存アーキテクチャの１：Ｎ：Ｍモデルを示す図である。
【図１９】既存アーキテクチャの既存システム互換モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の概要を説明するための図である。図１の左図は、本発明の実施形態が適用される通信システムの構成図である。本発明の実施形態が適用される通信システムは、携帯電話網とＭ２Ｍ（Machine to Machine）網のハイブリッドネットワークである。携帯電話網は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）を用いたセルラ網である。Ｍ２Ｍ網では、IEEE802.15.4等を用いて自営無線基地局に接続される端末が、ネットワークを介して通信する。
【００１９】
通信システムは、Ｓ−ＧＷ（Serving-Gateway）／ＭＭＥ（Mobility Management Entity）と、Ｍ２Ｍ無線アクセス制御エンジンを搭載したアクセス制御装置と、ｅＮｏｄｅＢ（evolved Node B）とを備える。Ｓ−ＧＷは、ユーザーデータを伝送し、ＭＭＥは、ネットワーク制御を行う。Ｍ２Ｍ無線アクセス制御エンジンは、Ｍ２Ｍ無線アクセスを制御する。ｅＮｏｄｅＢは、ＬＴＥの基地局である。ｅＮｏｄｅＢは、ベースバンド処理を担うＢＢＵ（Base Band Unit）と、無線処理を担うＲＲＨ（Remote Radio Head）により構成される。ｅＮｏｄｅＢは、ＢＢＵを集約して複数のＲＲＨを張り出す構成とすることができる。このような構成とすることにより、多数のアンテナが配置され、複数のスモールセルが構築される。ｅＮｏｄｅＢの配下には、Ｍ２Ｍの基地局を設けることができる。Ｍ２Ｍにより無線通信する端末（以下、「Ｍ２Ｍ端末」と記載する。）は超多数存在する。Ｍ２Ｍ端末の１台あたりのトラヒック量は小さい。
【００２０】
Ｍ２Ｍ端末には、ＧＰＳ（Global Positioning System）が備えられているものもあれば、備えられていないものもある。ＧＰＳが備えられていないＭ２Ｍ端末の場合は、自端末の位置の把握が困難である。また、Ｍ２Ｍでは基地局の最大送信電力が小さいため、Ｍ２Ｍのセルはスポット的に配置される。そのため、Ｍ２Ｍ端末は、送信要求時に適切な基地局に接続できない場合や、接続に時間がかかってしまい、多くの消費電力を消費する場合がある。しかしながら、送信要求時にＭ２Ｍ端末が速やかに基地局と接続可能とするために、全ての基地局やスモールセルが常にビーコンを送信するようにした場合、周波数リソース及び物理リソースが非効率的に利用されてしまう。つまり、ビーコン送信のために周波数利用効率が低下し、無線モジュールが常時利用される。
【００２１】
そこで、本実施形態の通信システムは、Ｍ２Ｍ端末が複数の基地局の中から適切な基地局と接続するために、端末の位置・伝搬状況の変化にあわせてアクセスポイントを柔軟に再配置する。そのため、図１の右図に示すように、通信システムは、Ｍ２Ｍ自営無線基地局に加え、必要に応じて既存の携帯電話システム（セルラ網）の基地局であるセルラ基地局やスモールセル基地局を利用して一時的にＭ２Ｍ無線アクセスのセルを構築する。つまり、携帯電話システムの基地局は、一部のアンテナ素子の無線通信方式を一時的に、広域セル無線であるセルラ用の無線通信方式（第２の無線通信方式）から、狭域セル無線であるＭ２Ｍの無線通信方式（第１の無線通信方式）に変更する。このように携帯電話システムの基地局のアンテナ素子を一時的にＭ２Ｍ端末と無線通信可能な状態とすることにより生成されるＭ２Ｍ無線アクセスのセルを「仮想セル」と記載する。また、以下では、セルラ用の無線通信方式を「セルラ用無線」と記載し、Ｍ２Ｍの無線通信方式を「Ｍ２Ｍ無線」と記載する。Ｍ２Ｍ端末がいずれのＭ２Ｍの基地局（Ｍ２Ｍ自営無線基地局）又は携帯電話システムの基地局と通信すべきかは、Ｍ２Ｍ端末の位置、基地局におけるＭ２Ｍ端末からの無線の受信レベル、基地局のトラヒック量、基地局が備えるアンテナ素子の現在の空きリソース量などに基づいて選択される。
これにより、Ｍ２Ｍ端末が、移動状態から静止状態となった時や、トラヒックが偏った場合に、携帯電話システムの基地局のセルラ無線モジュールを用いてＭ２Ｍのセル（仮想セル）を構築し、Ｍ２Ｍトラヒックを収容可能とする。
【００２２】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態による通信システム１００の構成図である。同図に示す通信システム１００は、セルラ網とＭ２Ｍ網のハイブリッドネットワークである。同図に示す通信システム１００は、無線端末１、Ｍ２Ｍ基地局２（第１の基地局）、セルラ基地局３（第２の基地局）、及び、制御装置４を備えて構成される。以下では、Ｍ２Ｍ基地局２とセルラ基地局３を総称して、「基地局」と記載する。セルラ基地局３と制御装置４は、有線ネットワーク９を介して通信する。本実施形態では、Ｍ２Ｍ基地局２は、セルラ基地局３を介して有線ネットワーク９と接続されるが、有線ネットワーク９と直接接続し、有線ネットワーク９を介して周辺のセルラ基地局３と通信してもよい。また、有線ネットワーク９に代えて、無線ネットワークを用いてもよい。
【００２３】
無線端末１は、狭帯域用無線であるＭ２Ｍ無線により通信するＭ２Ｍ端末である。無線端末１は、さらに、セルラ用無線により通信可能である。Ｍ２Ｍ基地局２は、Ｍ２Ｍ無線により通信する基地局装置である。セルＣ２は、Ｍ２Ｍ基地局２がＭ２Ｍ無線により通信可能な範囲である。セルラ基地局３は、ＬＴＥ等のセルラ用無線により通信する基地局装置である。セルラ基地局３は、複数のアンテナ素子を有しており、セルラ用無線により通信する。セルラ基地局３は、制御装置４からの指示を受け、一部のアンテナ素子を一時的にＭ２Ｍ無線により通信可能とする。セルＣ３は、セルラ基地局３がセルラ用無線により通信可能な範囲である。制御装置４は、無線端末１の通信先となる基地局を選択する。制御装置４は、通信先として選択した基地局に対してＭ２Ｍ無線による無線端末１との通信を指示する。
【００２４】
通信システム１００の動作概要を説明する。
無線端末１は、まず、Ｍ２Ｍ無線による接続を試みる。Ｍ２Ｍ基地局２は、定期的にＭ２Ｍ無線のビーコン信号であるＭ２Ｍビーコンを送信している。無線端末１は、Ｍ２Ｍビーコンを受信すると、ビーコン要求（ビーコンリクエスト）を送信する。Ｍ２Ｍ基地局２は、周囲のセルラ基地局３に一部のアンテナ素子をＭ２Ｍ無線に切り替えるよう指示する。無線端末１は、Ｍ２Ｍ基地局２からビーコン応答を受信すると、端末固有情報を送信する。ビーコン応答を送信したＭ２Ｍ基地局２と、端末固有情報をスヌープしたセルラ基地局３及び他のＭ２Ｍ基地局２は、端末固有情報を制御装置４に送信する。このとき、Ｍ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３は、端末固有情報に、無線端末１からのＭ２Ｍ無線の受信品質を示す情報を付加する。端末固有情報は、制御装置４が無線端末１のトラヒック量を取得するために使用される情報であり、例えば、無線端末１の識別情報や、無線端末１の機器の種類を示す情報である。ビーコン要求や端末固有情報は、Ｍ２Ｍ無線を用いた通信の要求に相当する。
【００２５】
制御装置４は、端末固有情報を受信した基地局の位置に基づいて無線端末１の位置を推定する。制御装置４は、推定した無線端末１の位置から近い位置の基地局を接続先候補として選択する。制御装置４は、端末固有情報を利用して得られる無線端末１のトラヒック量や、各基地局における無線端末１からの無線の受信品質、基地局の現在又は過去のトラヒック、セルラ基地局３のアンテナ素子の利用状況等に基づいて接続先候補の中から接続先の基地局を選択する。制御装置４は、選択した基地局に、無線端末１との通信を指示する。
【００２６】
なお、ＧＰＳを備える無線端末１の場合、無線端末１の現在位置を示す端末位置情報を、ビーコン要求に設定して、又は、ビーコン応答受信後にＭ２Ｍ基地局２に送信する。この場合、ビーコン要求を受信したＭ２Ｍ基地局２は、周囲のセルラ基地局３にＭ２Ｍ無線への切り替えを指示せず、端末位置情報及び端末固有情報を制御装置４に送信する。制御装置４は、無線端末１の位置を推定することなく、端末位置情報から取得する。
【００２７】
無線端末１は、Ｍ２Ｍ無線のビーコンを受信できない場合、セルラ用無線による接続を試みる。セルラ基地局３は、定期的にセルラ用無線のビーコンであるセルラビーコンを送信している。無線端末１は、セルラビーコンを受信すると、セルラビーコンの送信元のセルラ基地局３と無線リンクを確立し、端末固有情報を送信する。無線端末１と無線リンクを確立したセルラ基地局３、及び、無線端末１の無線信号をスヌープした他のセルラ基地局３は、受信した端末固有情報に、無線端末１からのセルラ用無線の受信品質を示す情報を付加して制御装置４に送信する。無線端末１がセルラ基地局３と無線リンクを確立するために送信する信号や端末固有情報は、Ｍ２Ｍ無線を用いた通信の要求に相当する。制御装置４は、Ｍ２Ｍ基地局２から端末固有情報を受信した場合と同様に、接続先の基地局を選択する。なお、無線端末１がＧＰＳを備える場合、端末位置情報をさらに送信する。セルラ基地局３は、端末位置情報及び端末固有情報を制御装置４に送信する。制御装置４は、Ｍ２Ｍ基地局２から端末固有情報及び端末位置情報を受信した場合と同様に、接続先の基地局を選択する。
【００２８】
図３は、無線端末１の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図に示すように、無線端末１は、制御装置１１、狭帯域用無線送受信装置１２、アンテナ１３、セルラ用無線送受信装置１４、アンテナ１５、及び、電池１６を備えて構成される。
制御装置１１は、各部を制御する。狭帯域用無線送受信装置１２は、送信データの符号化及び変調を行い、Ｍ２Ｍ無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、Ｍ２Ｍ無線により受信した信号の復調及び復号を行って送信データを得る受信処理を行う。アンテナ１３は、Ｍ２Ｍ無線の無線信号を送受信する。セルラ用無線送受信装置１４は、送信データの符号化及び変調を行い、セルラ用無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、セルラ用無線により受信した信号の復調及び復号を行って送信データを得る受信処理を行う。アンテナ１５は、セルラ用無線の無線信号を送受信する。電池１６は、各部へ電力を供給する。
【００２９】
図４は、Ｍ２Ｍ基地局２の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図に示すように、Ｍ２Ｍ基地局２は、制御装置２１、狭帯域用無線送受信装置２２、アンテナ２３、及び、有線ネットワーク送受信装置２４を備えて構成される。
制御装置２１は、各部を制御する。狭帯域用無線送受信装置２２は、Ｍ２Ｍ無線により送信すべき信号を生成する送信処理と、Ｍ２Ｍ無線により受信した信号から送信データを取得する受信処理を行う。アンテナ２３は、Ｍ２Ｍ無線の無線信号を送受信する。有線ネットワーク送受信装置２４は、有線によりセルラ基地局３とデータを送受信する。
【００３０】
図５は、セルラ基地局３の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。セルラ基地局３は、例えば、ＬＴＥ基地局のＲＲＨである。同図に示すように、セルラ基地局３は、ＬＴＥ基地局装置３１、及び、複数の無線装置３２を備えて構成される。
ＬＴＥ基地局装置３１は、各無線装置３２によって送信する無線信号を生成する送信処理と、各無線装置３２により受信した無線信号からデータを取得する受信処理を行う。さらに、ＬＴＥ基地局装置３１は、Ｍ２Ｍ基地局２や制御装置４と有線により通信する。無線装置３２は、無線モジュール３３とアンテナ素子３４を備える。無線モジュール３３は、無線通信方式をＭ２Ｍ無線とするかセルラ用無線とするかを切り替え、切り替えた無線通信方式による信号の送受信を制御する。アンテナ素子３４は、無線信号を送受信する。
【００３１】
図６は、制御装置４の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。制御装置４は、例えば、１台以上のコンピュータサーバなどのコンピュータ装置により実現できる。同図に示すように、制御装置４は、通信部４１、記憶部４２、接続制御部４３、及び、基地局管理部４４を備えて構成される。
【００３２】
通信部４１は、有線ネットワーク９を介して信号を送受する。
記憶部４２は、基地局情報や端末トラヒック情報などの各種データを記憶する。
【００３３】
基地局情報は、基地局を特定する情報である基地局ＩＤと対応付けられる。基地局情報は、各Ｍ２Ｍ基地局２及び各セルラ基地局３の基地局位置情報、無線収容情報、送信出力情報、トラヒック情報、アンテナ使用状況情報、及び、周波数チャネル情報を含む。基地局位置情報は、基地局の位置を示す。無線収容情報は、基地局が収容可能な無線通信方式を示す。送信出力情報は、基地局がＭ２Ｍ無線により送信可能な出力を示す。トラヒック情報は、基地局の現在及び過去の時系列のトラヒック量を示す。アンテナ使用状況情報は、基地局の現在及び過去の時系列のアンテナ使用状況を示す。周波数チャネル情報は、基地局が現在使用中の周波数チャネルを記憶する。
【００３４】
端末トラヒック情報は、無線端末１を特定する情報である端末ＩＤと、無線端末１の過去のトラヒック量とを対応付けた情報である。あるいは、端末トラヒック情報は、無線端末１の種類と、その種類の無線端末１に必要なデータ量を対応付けた情報である。例えば、無線端末１の種類が監視カメラである場合、その監視カメラが撮影した画像データの送信に必要なデータ量が端末トラヒック情報に設定される。また、無線端末１の種類がセンサである場合、そのセンサの検出結果の送信に必要なデータ量が端末トラヒック情報に設定される。
【００３５】
接続制御部４３は、選択部４３１及び接続指示部４３２を備える。選択部４３１は、無線端末１と基地局との距離、基地局における無線端末１からの無線の受信レベル、基地局のトラヒック量、基地局が備えるアンテナ素子の現在の空きリソース量などに基づいて、無線端末１の通信先となる基地局を選択する。接続指示部４３２は、選択部４３１が選択した基地局に対して無線端末１との間でＭ２Ｍ無線により通信するよう指示する。
【００３６】
基地局管理部４４は、基地局情報を管理する。基地局管理部４４は、周期的に各基地局のトラヒック情報、アンテナ使用状況情報、周波数チャネル情報、各基地局における各無線端末１の端末トラヒック情報を各基地局又は各基地局を管理している装置（図示せず）から収集し、記憶部４２に書き込む。
【００３７】
なお、制御装置４をネットワーク等により接続された複数台のコンピュータ装置により実現する場合、いずれの機能部をいずれのコンピュータ装置に備えるかは任意とすることができる。例えば、記憶部４２及び基地局管理部４４を、データベースサーバにより実現される基地局データベースとしてもよい。また、同一の機能部を複数のコンピュータ装置で実現してもよい。
【００３８】
図７は、通信システム１００による接続開始処理の処理フローを示す図である。
無線端末１の制御装置１１が、Ｍ２Ｍ無線による通信を行っていないとき、又は、無線端末１の移動や伝搬環境の変化に伴ってＭ２Ｍ無線による通信ができなくなっているときに、送信要求の発生を検知する（ステップＳ１０５）。制御装置１１は、再送回数に初期値０を設定する（ステップＳ１１０）。制御装置１１は、狭帯域用無線送受信装置１２に対して狭帯域用無線であるＭ２Ｍ無線をＯＮにし、一定時間キャリアセンスを行うよう指示する（ステップＳ１１５）。制御装置１１は、キャリアセンスによって狭帯域用無線送受信装置１２が狭帯域無線信号のＭ２Ｍビーコンを受信したことを検出すると（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、狭帯域用無線送受信装置１２からビーコンリクエストを送信する（ステップＳ１２５）。ＧＰＳを備えた無線端末１である場合、制御装置１１は、ＧＰＳが取得した現在位置を示す端末位置情報をビーコンリクエストに付加する。通信システム１００は、後述する図８の処理を行う。
【００３９】
一方、制御装置１１は、狭帯域用無線送受信装置１２が一定時間、狭帯域無線信号のＭ２Ｍビーコンを受信しなかったことを検出すると（ステップＳ１２０：ＮＯ）、無線端末１がセルラ用無線であるＬＴＥを搭載しているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。本実施形態では、制御装置１１は、ＬＴＥを搭載していると判断する（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）。制御装置１１は、セルラ用無線送受信装置１４に対し、ＬＴＥをＯＮにしてセルサーチを行い、無線リンク確立のため端末識別情報を送信するよう指示する（ステップＳ１３５）。セルラ基地局３は、端末識別情報を受信すると（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、無線端末１との間の無線リンクを確立する。通信システム１００は、後述する図９の処理を行う。
【００４０】
セルラ基地局３が、端末識別情報を受信できず、無線端末１とセルラ基地局３との間の無線リンクが確立できなかった場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、無線端末１の制御装置１１は、現在の再送回数に１を加算する（ステップＳ１４５）。制御装置１１は、再送回数が所定の閾値Ｎ以下であると判断した場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、ランダム時間待機した後（ステップＳ１５５）、ステップＳ１１５からの処理を繰り返す。
制御装置１１は、再送回数が所定の閾値Ｎを超えたと判断した場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において発生した送信要求によるパケットの送信を中止し（ステップＳ１６０）、ステップＳ１０５からの処理を繰り返す。
【００４１】
図８は、通信システム１００による図７のステップＳ１２５の続きの処理フローを示す図である。
Ｍ２Ｍ基地局２の狭帯域用無線送受信装置２２がビーコン要求を受信すると、制御装置２１は、狭帯域用無線送受信装置２２から無線端末１にビーコン応答を送信する。Ｍ２Ｍ基地局２の制御装置２１は、ビーコン要求に端末位置情報が設定されていないと判断した場合、有線ネットワーク送受信装置２４を介して、周囲のセルラ基地局３に一部のアンテナ素子３４をＭ２Ｍ無線に切り替えるよう指示する。Ｍ２Ｍ基地局２から指示を受けたセルラ基地局３のＬＴＥ基地局装置３１は、一部の無線装置３２の無線モジュール３３に指示し、無線通信方式をセルラ用無線からＭ２Ｍ無線に切り替える。無線端末１の制御装置１１は、狭帯域用無線送受信装置１２がビーコン応答を受信したことを検出すると、端末固有情報を狭帯域用無線送受信装置１２から送信する（ステップＳ２０５）。
【００４２】
無線端末１から端末固有情報を受信した基地局は、受信した端末固有情報を制御装置４に送信する（ステップＳ２１０）。
すなわち、ビーコン要求を受信したＭ２Ｍ基地局２の狭帯域用無線送受信装置２２は、無線端末１から端末固有情報を受信する。Ｍ２Ｍ基地局２の制御装置２１は、無線端末１から受信した端末固有情報に受信レベルを示す情報を付加し、有線ネットワーク送受信装置２４から制御装置４宛てに送信する。受信レベルは、自基地局における無線端末１からのＭ２Ｍ無線の受信品質である。なお、ビーコン要求に端末位置情報が設定されていた場合、制御装置２１は、端末固有情報にビーコン要求をさらに付加して制御装置４宛てに送信する。
また、Ｍ２Ｍ無線による通信が可能なセルラ基地局３の無線装置３２は、無線端末１が送信した端末固有情報をスヌープする。セルラ基地局３は、スヌープした端末固有情報に、無線端末１からのＭ２Ｍの受信レベルを示す情報を付加し、制御装置４宛てに送信する。なお、ビーコン要求を受信したＭ２Ｍ基地局２とは異なるＭ２Ｍ基地局２も端末固有情報をスヌープして制御装置４宛てに送信してもよい。
【００４３】
制御装置４の通信部４１は、受信した端末固有情報を接続制御部４３に出力する。接続制御部４３の選択部４３１は、端末固有情報に端末位置情報が付加されていると判断した場合（ステップＳ２１５：ＹＥＳ）、端末位置情報を基地局管理部４４に出力し、基地局情報を要求する。基地局管理部４４は、端末位置情報が示す無線端末１の位置と、記憶部４２に記憶されている各基地局の基地局位置情報とを比較し、無線端末１と所定よりも近い位置の基地局位置情報が設定されている基地局情報を選択する。基地局管理部４４は、選択した基地局情報を選択部４３１に出力する（ステップＳ２２０）。
【００４４】
制御装置４の選択部４３１は、端末固有情報に端末位置情報が付加されていないと判断した場合（ステップＳ２１５：ＮＯ）、複数の基地局から同じ無線端末１の端末固有情報を受信したか否かを判断する（ステップＳ２２５）。選択部４３１は、複数の基地局から同じ無線端末１の端末固有情報を受信したと判断した場合（ステップＳ２２５：ＹＥＳ）、それらの基地局の基地局ＩＤを基地局管理部４４に出力し、基地局位置情報を要求する。基地局管理部４４は、基地局ＩＤにより特定される基地局位置情報を記憶部４２から読み出し、選択部４３１に出力する。選択部４３１は、読み出された基地局位置情報が示す位置に基づいて無線端末１の位置を推定する（ステップＳ２３０）。選択部４３１は、無線端末１の位置の推定に、各基地局における受信レベルをさらに用いてもよい。選択部４３１は、推定された無線端末１の位置の情報を基地局管理部４４に出力し、基地局情報を要求する。基地局管理部４４は、推定された無線端末１の位置の情報と、記憶部４２に記憶されている各基地局の基地局位置情報とを比較し、推定された無線端末１の位置と所定よりも近い位置の基地局位置情報が設定されている基地局情報を選択する。基地局管理部４４は、選択した基地局情報を選択部４３１に出力する（ステップＳ２２０）。
【００４５】
一方、選択部４３１は、無線端末１の端末固有情報を１つの基地局のみから受信したと判断した場合（ステップＳ２２５：ＮＯ）、その基地局の基地局ＩＤを基地局管理部４４に出力し、基地局情報を要求する（ステップＳ２３５）。つまり、選択部４３１は、端末固有情報を受信した基地局を無線端末１の周辺に位置する基地局とみなす。基地局管理部４４は、基地局ＩＤにより特定される基地局情報を記憶部４２から読み出し、選択部４３１に出力する。
【００４６】
ステップＳ２２０又はステップＳ２３５の処理の後、選択部４３１は、ステップＳ２４０の処理を行う。すなわち、選択部４３１は、基地局情報が読み出された基地局を選択候補の基地局とし、選択候補の基地局の中から無線端末１の通信先として最適な基地局を決定する（ステップＳ２４０）。選択部４３１は、無線端末１から基地局までの距離、基地局の現在及び過去のトラヒック量、基地局の各アンテナ素子の使用状況、基地局における受信レベル、無線端末１のトラヒック量などに基づいて通信先の基地局を決定する。選択部４３１は、記憶部４２から各基地局の基地局位置情報と使用中のＭ２Ｍ無線の周波数チャネルの情報を読み出し、読み出した情報に基づいて最も干渉が最小となる周波数チャネルを選択する。
【００４７】
接続指示部４３２は、選択部４３１が接続先として決定した基地局に対して、Ｍ２Ｍ無線により無線端末１と通信するよう指示する制御信号を通信部４１から送信する(ステップＳ２４５）。制御信号には、選択部４３１が選択した周波数チャネルが設定される。制御信号を受信した基地局がセルラ基地局３であり、全ての無線装置３２にセルラ用無線が適用されている場合、ＬＴＥ基地局装置３１は、一部の無線装置３２をＭ２Ｍ無線に変更する。制御装置４から制御信号を受信した基地局は、Ｍ２Ｍ無線により、使用する周波数チャネルと通信先の基地局を通知する信号を応答として無線端末１に送信する。これにより、無線端末１は、通知されたＭ２Ｍ無線の周波数チャネルを使用して、通知された通信先の基地局と通信し、送信データを設定した信号を送信する(ステップＳ２５０）。
【００４８】
図９は、通信システム１００による図７のステップＳ１４０の続きの処理フローを示す図である。
無線端末１の制御装置１１は、セルラ基地局３との間で無線リンクを確立すると、セルラ用無線送受信装置１４から端末固有情報を送信する（ステップＳ３０５）。ＧＰＳを備えた無線端末１である場合、制御装置１１は、ＧＰＳが取得した現在位置を示す端末位置情報を端末固有情報に付加する。なお、制御装置１１は、端末位置情報を端末固有情報とは別に送信してもよい。
【００４９】
無線端末１との間で無線リンクを確立したセルラ基地局３の無線装置３２は、セルラ用無線により端末固有情報を受信する。さらに、他のセルラ基地局３の無線装置３２が、この端末固有情報をスヌープし得る。無線端末１と無線リンクを確立したセルラ基地局３及び端末固有情報をスヌープしたセルラ基地局３のＬＴＥ基地局装置３１は、端末固有情報に受信レベルを示す情報を付加して制御装置４宛てに送信する（ステップＳ３１０）。端末固有情報に端末位置情報が付加されている場合、ＬＴＥ基地局装置３１は、端末位置情報を付加したまま端末固有情報を送信する。
【００５０】
制御装置４が端末情報を受信した後のステップＳ３１５〜ステップＳ３５０の動作は、図８に示すステップＳ２１５〜ステップＳ２５０の動作と同様である。すなわち、制御装置４の選択部４３１は、端末固有情報に端末位置情報が含まれると判断した場合（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、受信した端末位置情報が示す無線端末１の位置と所定よりも近い位置の基地局の基地局情報を取得する（ステップＳ３２０）。
一方、選択部４３１は、端末固有情報に端末位置情報が付加されておらず（ステップＳ３１５：ＮＯ）、複数の基地局が同じ無線端末１の端末固有情報を受信したと判断した場合（ステップＳ３２５：ＹＥＳ）、ステップＳ３３０の処理を行う。すなわち、選択部４３１は、端末固有情報を受信したそれら基地局の位置と受信レベルに基づいて無線端末１の位置を推定する（ステップＳ３３０）。選択部４３１は、推定された無線端末１の位置と所定よりも近い位置の基地局の基地局情報を取得する（ステップＳ３２０）。
また、選択部４３１は、端末固有情報を１台の基地局が受信したと判断した場合（ステップＳ３２５：ＮＯ）、その基地局の基地局情報を取得する（ステップＳ３３５）。
【００５１】
ステップＳ３２０又はステップＳ３３５の処理の後、選択部４３１は、ステップＳ３４０の処理を行う。すなわち、選択部４３１は、基地局情報が読み出された基地局を選択候補の基地局とし、選択候補の基地局の中から無線端末１の通信先として最適な基地局を決定する（ステップＳ３４０）。選択部４３１は、無線端末１から基地局までの距離、基地局の現在及び過去のトラヒック量、基地局の各アンテナ素子の使用状況、基地局における受信レベル、無線端末１のトラヒック量などに基づいて通信先の基地局を決定する。選択部４３１は、各基地局において使用中のＭ２Ｍ無線の周波数チャネルに基づき、最も干渉が最小となる周波数チャネルを選択する。接続指示部４３２は、通信先として決定された基地局に対して、選択した周波数チャネルにより無線端末１と通信するよう指示する制御信号を通信部４１から送信する（ステップＳ３４５）。制御信号を受信した基地局は、Ｍ２Ｍ無線又はセルラ無線により、使用する周波数チャネルと通信先の基地局を通知する信号を無線端末１に送信する。制御信号を受信した基地局がセルラ基地局３であり、全ての無線装置３２にセルラ用無線が適用されている場合、ＬＴＥ基地局装置３１は、一部の無線装置３２をＭ２Ｍ無線に変更する。無線端末１は、通知されたＭ２Ｍ無線の周波数チャネルを使用して、通知された通信先の基地局と通信し、送信データを設定した信号を送信する (ステップＳ３５０）。
【００５２】
上述したステップＳ２４０及びステップＳ３４０における最適な基地局の決定方法を説明する。
図１０は、選択候補の基地局が複数台である場合の制御装置４による通信先の基地局の決定方法を説明するための図である。ここでは、選択候補の基地局が、基地局Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４台であるとする。また、選択するための条件および、各条件の値による優先度の結果の例が記されている。選択部４３１は、基地局Ａ〜Ｄそれぞれの基地局情報から、Ｍ２Ｍ無線に使用される９２０ＭＨｚの無線を収容可能か否か、９２０ＭＨｚの無線を現在収容中であるか否か、Ｍ２Ｍ無線以外の現在のトラヒック量（他トラヒック量）を読み出す。他トラヒック量は、例えば、ＬＴＥのトラヒック量である。選択部４３１は、読み出したこれらの情報と、各基地局Ａ〜Ｄから受信した受信レベルの情報とに基づいて、無線端末１と接続先とすべき優先度を判断する。受信レベルは、例えば、ＲＳＳＩ（受信強度、Received Signal Strength Indicator）で表される。
【００５３】
まず、選択部４３１は、９２０ＭＨｚの無線を収容可能ではない基地局を、接続先の候補から除外し、最も低い優先度とする。さらに、選択部４３１は、現在９２０ＭＨｚの無線を収容中である基地局、現在の他トラヒック量が少ない基地局もしくは現在の余剰のリソースが多い基地局、無線端末からのＲＳＳＩが大きい基地局を優先する。例えば、選択部４３１は、選択候補となる基地局に項目別に点数を付与し、それらの点数に項目別に重み付けを行った後に加算して合計点を算出してその合計点を元に優先度を決定してもよい。選択部４３１は、最も優先度が高いことを表す合計点の基地局を、接続先として決定する。
【００５４】
なお、選択部４３１は、無線端末１の位置から所定以上の距離の基地局については優先度を低くしてもよい。
また、選択部４３１は、基地局の過去のトラヒック量に基づいて、現在から所定時間以内のトラヒック量が高い傾向があると判断される基地局については優先度を低くしてもよい。
また、選択部４３１は、トラヒック量に代えて基地局が備えるアンテナ素子の使用状況（例えば、使用率）を用い、使用状況が高いほど優先度を低くしてもよい。
また、選択部４３１は、さらに、無線端末１のトラヒック量を利用して優先度を判断してもよい。選択部４３１は、端末固有情報が示す端末ＩＤ又は無線端末１の種別に基づいて、記憶部４２に記憶される端末トラヒック情報から必要なトラヒック量を読み出す。選択部４３１は、基地局情報が示すアンテナ素子の使用状況（例えば、使用率）から、無線端末１の通信に必要なトラヒック量を受信可能な空きリソースがないと判断した場合、接続先の候補から除外するか、優先度を低くする。
【００５５】
選択候補の基地局が１台である場合も、選択部４３１は、その選択候補の基地局について上記と同様の判断、あるいは、一部の判断を行い、無線端末１の接続先としてよいか否かを判定してもよい。例えば、選択部４３１は、各項目の点数に基づいて得られた合計点と閾値とを比較して、接続先としてよいか否かを判定する。また、例えば、選択部４３１は、選択候補の基地局が９２０ＭＨｚの無線を収容可能ではない場合、ＲＳＳＩが一定以下である場合、アンテナ素子が所定以上使用されている場合、無線端末１の通信に必要なトラヒック量を受信可能な空きリソースがない場合のいずれかに該当するときには、接続先としないと判定してもよい。
【００５６】
なお、通信システム１００の基地局が全てセルラ基地局３であってもよい。その場合、無線端末１は、図７のステップＳ１２０においてＮＯと判断してステップＳ１３０の処理を行うか、ステップＳ１１０の処理の後、ステップＳ１３０又はステップＳ１３５の処理を実行する。
【００５７】
本実施形態によれば、無線端末１は、Ｍ２Ｍ無線アクセス用のアクティブな基地局が周囲に存在しない場合、セルラ用無線によりセルラ基地局３に通信の要求を送信する。制御装置４は、無線端末１と近い位置の基地局の中から接続先として適切な基地局を選択する。制御装置４は、選択した基地局にＭ２Ｍ無線により無線端末１と通信するよう指示する。これにより、無線端末１の周辺にＭ２Ｍ基地局２が存在しない場合でも、セルラ基地局３によりＭ２Ｍ無線の仮想セルを構築し、リソースの利用を最小にしながら、無線端末１の通信接続性を大幅に向上させることが可能となる。
【００５８】
［第２の実施形態］
第１の実施形態の無線端末は、Ｍ２Ｍ無線及びセルラ用無線により通信可能なＭ２Ｍ端末である。本実施形態の無線端末は、Ｍ２Ｍ無線のみで通信可能なＭ２Ｍ端末である。そこで、本実施形態では、セルラ基地局のアンテナ素子を、Ｍ２Ｍ無線とセルラ用無線の２つの無線通信方式が時間的に交互になるように動作させる。これにより、Ｍ２Ｍ端末は、ビーコンの受信が可能となる。
【００５９】
図１１は、本実施形態による通信システム１０１の構成図である。同図において、図１に示す第１の実施形態による通信システム１００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す通信システム１０１は、無線端末１ａ、Ｍ２Ｍ基地局２、セルラ基地局３、及び、制御装置４ａを備えて構成される。無線端末１ａは、Ｍ２Ｍ無線のみにより通信するＭ２Ｍ端末である。
なお、通信システム１０１の基地局が全てセルラ基地局３であってもよい。
【００６０】
通信システム１０１の動作概要を説明する。
制御装置４ａは、セルラ基地局３の位置や機能に基づいて、各セルラ基地局３のアンテナ素子の一部をＭ２Ｍ無線により送受信可能とするタイミングを決定する。制御装置４ａは、決定したタイミングに従って、セルラ基地局３のアンテナ素子の一部をＭ２Ｍ無線により送受信可能とするよう指示する。セルラ基地局３は、Ｍ２Ｍ無線を適用した無線装置３２のアンテナ素子３４から定期的にＭ２Ｍビーコンを送信する。
【００６１】
無線端末１ａは、送信要求の発生を検知すると、ビーコン要求（ビーコンリクエスト）を送信する。無線端末１ａがＧＰＳを備える場合、ビーコン要求に端末位置情報を付加する。ビーコン要求を受信したＭ２Ｍ基地局２又はセルラ基地局３は、ビーコン応答を送信する。無線端末１ａは、ビーコン応答を受信すると、端末固有情報を送信する。端末固有情報を受信したＭ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３は、端末固有情報に、無線端末１からのＭ２Ｍ無線の受信品質を示す情報を付加して制御装置４ａに送信する。端末固有情報を受信したＭ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３には、端末固有情報をスヌープした基地局も含まれる。端末位置情報を受信していた場合、Ｍ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３は、端末固有情報に端末位置情報を付加して制御装置４ａに送信する。制御装置４ａは、第１の実施形態の制御装置４と同様に接続先の基地局を選択する。
【００６２】
図１２は、無線端末１ａの構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図に示すように、無線端末１ａは、制御装置１１ａ、狭帯域用無線送受信装置１２、アンテナ１３、及び、電池１６を備えて構成される。制御装置１１ａ、狭帯域用無線送受信装置１２、アンテナ１３、及び、電池１６は、図２に示す無線端末１が備える制御装置１１、狭帯域用無線送受信装置１２、アンテナ１３、及び、電池１６と同様の機能を有する。
【００６３】
図１３は、制御装置４ａの構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図において、図６に示す第１の実施形態による制御装置４と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、制御装置４ａは、通信部４１、記憶部４２、接続制御部４３ａ、及び、基地局管理部４４を備えて構成される。接続制御部４３ａが第１の実施形態の接続制御部４３と異なる点は、セル構築部４３３をさらに備える点である。セル構築部４３３は、セルラ基地局３に対してスケジュールに従って仮想セルを生成するよう指示する。つまり、セル構築部４３３は、複数のセルラ基地局３を時間的に切り替え、一部の無線装置３２の無線通信方式をＭ２Ｍ無線に変更するよう指示する。また、本実施形態の記憶部４２に記憶される基地局情報は、第１の実施形態の基地局情報の内容に加え、基地局のＭ２Ｍ無線の送信可能出力の情報をさらに含む。
【００６４】
図１４は、制御装置４ａによるエリア構築処理を示す図である。
まず、制御装置４ａの記憶部４２に、Ｍ２Ｍ基地局２とＭ２Ｍ無線を収容可能なセルラ基地局３との基地局位置情報及び送信可能出力を登録する。さらに、記憶部４２に、セルラ基地局３の使用可能なアンテナ素子３４の数も登録する（ステップＳ４０５）。
制御装置４ａのセル構築部４３３は、サービスエリアをサブエリアに分割する（ステップＳ４１０）。分割は任意に行うことができる。例えば、セル構築部４３３は、一辺が所定距離の正方形となるようにサービスエリアを分割する。セル構築部４３３は、基地局管理部４４に、各Ｍ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３の基地局位置情報及び送信可能出力と、セルラ基地局３の使用可能なアンテナ素子３４の数を記憶部４２から読み出すよう指示する。セル構築部４３３は、基地局管理部４４が読み出したこれらの情報に基づいて、サブエリアごとに、サブエリア内の所定割合以上の面積が閾値以上のＲＳＳＩにより確保できるような基地局のグループを１以上作成する（ステップＳ４１５）。
【００６５】
セル構築部４３３は、各サブエリアについて作成した基地局のグループに、動作時間と周波数チャネルを割当てる（ステップＳ４２０）。動作時間は、例えば、所定の時間単位で基地局のグループを切換えるように決定するが、任意の条件によって決定してもよい。また、周波数チャネルは、各サブエリアで同一の周波数チャネルとするが、異なる周波数チャネルとしてもよい。セル構築部４３３は、割り当てた動作時間と周波数チャネルに従って、Ｍ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３がＭ２Ｍ無線のセルを構築するよう制御する。例えば、セル構築部４３３は、Ｍ２Ｍ基地局２及びセルラ基地局３に、その基地局の動作時間の開始時刻に、使用する周波数チャネルと、Ｍ２Ｍ無線の動作開始を指示する制御信号を送信し、動作時間の終了時刻にＭ２Ｍ無線の動作終了を指示する制御信号を送信する。
【００６６】
図１５は、図１４のステップＳ４１５において制御装置４ａが行う基地局のグループ化の例を示す図である。あるサブエリアには、基地局Ａ〜Ｄが設置されている。基地局Ａ、Ｂ、Ｄはセルラ基地局３であり、基地局ＣはＭ２Ｍ基地局２である。閾値以上のＲＳＳＩによって基地局Ａ〜ＤがＭ２Ｍ無線により通信可能な範囲はそれぞれ、セルＡ〜Ｄである。セル構築部４３３は、基地局ＣがＭ２Ｍ基地局２であるためセルＣは常にＭ２Ｍ無線通信可能であるという前提で、サブエリア内の所定割合以上の面積がカバーできるようにセルＡ〜Ｄを組み合わせる。同図では、セルＡ及びＣの組み合わせと、セルＢ、Ｃ及びＤの組み合わせが生成される。セル構築部４３３は、このセルの組み合わせによって基地局Ａ〜Ｄをグループ化する。つまり、セル構築部４３３は、セルＡ及びＣの組み合わせから基地局Ａ及びＣからなるグループＧ１を作成し、セルＢ、Ｃ及びＤの組み合わせから基地局Ｂ、Ｃ及びＤからなるグループＧ２を作成する。
【００６７】
図１６は、図１４のステップＳ４２０において制御装置４ａが行う動作時間割当ての例を示す図である。制御装置４ａのセル構築部４３３は、図１５に示すようにグループＧ１及びグループＧ２を作成すると、グループＧ１とグループＧ２が交互に動作するように動作時間を割り当てる。同図では、時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間はグループＧ１（基地局Ａ及びＣ）を動作させ、時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間はグループＧ２（基地局Ｂ、Ｃ及びＤ）を動作させるように動作時間が割り当てられている。この動作時間のスケジュールに従って、セル構築部４３３は、時刻ｔ１に基地局Ａ及びＣにＭ２Ｍ無線の動作開始を指示する制御信号を送信し、基地局Ｂ、Ｃ及びＤにＭ２Ｍ無線の動作終了を指示する制御信号を送信する。セル構築部４３３は、時刻ｔ２に基地局Ｂ、Ｃ及びＤにＭ２Ｍ無線の動作開始を指示する制御信号を送信し、基地局Ａ及びＣにＭ２Ｍ無線の動作終了を指示する制御信号を送信する。
なお、セル構築部４３３は、Ｍ２Ｍ基地局２は常にＭ２Ｍ無線を利用可能であるとし、セルラ基地局３である基地局Ａ、Ｂ、Ｄにのみ、Ｍ２Ｍ無線の動作開始を指示する制御信号及びＭ２Ｍ無線の動作終了を指示する制御信号を送信してもよい。
【００６８】
無線端末１が通信を行うときの通信システム１０１による接続開始処理の処理フローは、図７及び図８に示す第１の実施形態と同様である。ただし、無線端末１ａの制御装置１１ａは、ステップＳ１３０においてＬＴＥを搭載していないと判断し（ステップＳ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１４５の処理を行う。よって、図７のステップＳ１３５及びステップＳ１４０の処理、及び、図９の処理は実行されない。
【００６９】
なお、第１の実施形態の通信システム１００が、制御装置４に代えて本実施形態の制御装置４ａを備える構成としてもよい。
【００７０】
本実施形態によれば、セルラ基地局３の負荷が大きくなりすぎないようにＭ２Ｍ無線の仮想セルを構築し、Ｍ２Ｍ無線のみで通信可能な無線端末１ａの通信可能性を向上させることができる。
【００７１】
以下に、ＭＴＣ（Machine Type Communication）デバイスを収容する既存のアーキテクチャを説明する。基地局数の増加を抑えてＭＴＣデバイスを収容するための既存のアプローチとして、「１：Ｎモデル」、「１：Ｎ：Ｍモデル」、「既存システム互換モデル」がある。「１：Ｎモデル」は、１台の基地局でカバレッジを拡大する。「１：Ｎ：Ｍモデル」は、マルチホップや中継局の設置により固定基地局数を減少させる。「既存システム互換モデル」は、既存設備の無線リソースの一部を、ＭＴＣデバイス向けに開放する。
【００７２】
図１７は、１：Ｎモデルを示す図である。１：Ｎモデルは、１台の基地局のカバレッジを拡大することによって多端末収容を少ない基地局数で達成するためのアプローチである。代表的な例として、広域ユビキタスネットワークやSIGFOX、Weightlessがあげられる。広域ユビキタスネットワークとは、経済的にＭＴＣデバイスを収容する事を目的として検討されているネットワークである。使用周波数帯は２００〜５００ＭＨｚを想定しており、セル半径は３．５〜５ｋｍとなる。１台の基地局で数万台規模の端末収容を可能とし、端末送信電力を抑え長期設置の端末にも対応している。伝送速度は１００ｂｐｓ（ビット毎秒）の超低速伝送であり、最大でも９．６ｋｂｐｓ（キロビット毎秒）である。このように、１：Ｎモデルは、低トラヒックのセンサの収容に特化したネットワークである。パケットサイズや送信回数を制限して完全スケジューリングを行う事で多元接続を実現しており、ＱｏＳ（Quality of Service）も提供可能である。設備以上のトラヒック増や伝搬環境の変化に追従するためには、基地局の増設が必要となる。
【００７３】
図１８は、１：Ｎ：Ｍモデルを示す図である。１：Ｎ：Ｍモデルは、固定設置端末同士のリレー伝送によって１台の基地局のカバレッジを拡大するアーキテクチャである。１：Ｎ：Ｍモデルは、スマートメーター用ネットワークで活用されている。１：Ｎ：Ｍモデルには、スマートメーターと電力会社が接続されるＡルートと、スマートメーターが電力会社と宅内の端末を接続するＢルートがある。電力会社のセンサネットワークでは、端末同士のリレー伝送にIEEE 802.15.4g/4eを用い、ＷＡＮ（Wide Area Network）回線を持つ無線局にデータを集約する。センサネットワーク利用を想定した規格であるため省電力であり、１ヶ月２０００回の通信頻度であれば単三電池３本で１０年以上稼動できる。使用している周波数帯は免許不要の９２０ＭＨｚ帯であり、通信距離は最大５００ｍで通信速度は１００ｋｂｐｓである。そのため多様な要求条件のうち、伝送速度の点で収容不可能なユースケースが存在する事が想定される。端末間のリレー伝送の経路を切り替えることで基地局障害等に起因する伝搬環境の変化に対して動的に対応可能だが、中継を行う端末の負荷（消費電力・バッファ使用量）が均一にならないという問題がある。端末をアンライセンスバンドで集約することによって、回線使用料を低減している。
【００７４】
図１９は、ＬＴＥ−Ｍモデルを示す図である。ＬＴＥ−Ｍモデルは、既存のＬＴＥ網の無線リソースの一部を低トラヒックのＭＴＣデバイス用に活用する既存システムの互換モデルである。ＬＴＥ−Ｍでは、既存のＬＴＥと基地局・ＥＰＣ（Evolved Packet Core）などのハードウェア設備を共用し、フレーム構成やアクセス方式の簡易化を行う事で、低コスト・低消費電力が求められるＭＴＣデバイスの収容の検討が進めている。ＭＴＣデバイス用に使用する周波数帯域を１．４ＭＨｚ幅と制限しているため、伝送速度は上下共に最大２００ｋｂｐｓとセルラに比べ低速である。ＬＴＥの既存設備を利用する事から下りリンクのカバーエリアは広いが、端末側では消費電力を抑えるため基地局より送信出力を落としており、上りリンクバジェットが不足している。上りのリンクバジェットを下りと同等にするためには約２０ｄＢｍの利得を得る必要がある。更に、多数のＭＴＣデバイスを収容するためにコアＮＷの負荷がかかる事が考えられる。例えば、端末の加入者情報管理・課金処理を行うＨＳＳ（Home Subscriber Server）、ＰＣＲＦ（Policy and Charging Rules Function）の増設が必要となる事が想定される。
【００７５】
上述した実施形態によれば、Ｍ２Ｍ端末の数が増えた場合でも、携帯電話システムの基地局により仮想セルを構築してＭ２Ｍトラヒックを収容可能とするため、既存のアーキテクチャのように機器を増設する必要なく、Ｍ２Ｍ端末の負荷の偏りもない。
【００７６】
上述した実施形態によれば、無線端末は、パケット送信要求時に、Ｍ２Ｍ基地局やセルラ基地局などの基地局に、自端末の端末固有情報を送信する。また、無線端末は、ＧＰＳを備える場合、自端末の位置を示す端末位置情報さらに送信する。基地局は、無線端末から受信した端末固有情報及び端末位置情報を制御装置に送信する。制御装置は、無線端末がＧＰＳを備えない場合、端末固有情報を受信した複数の基地局の位置と、その基地局における無線端末からの無線信号の受信レベルをもとに端末位置を推定する。制御装置は、干渉の増加及びリソースの増加が少なく、無線端末との通信伝搬路が確保されている基地局を、アクティブ・非アクティブに係らず無線端末の通信先として選択する。制御装置は、無線端末がその選択された基地局とＭ２Ｍ無線により接続できるように、既存のＭ２Ｍ基地局を利用して、あるいは、セルラ基地局のアクティブアンテナ素子を変更して、適切な基地局から応答を返す。
【００７７】
上述した実施形態により、無線端末は、Ｍ２Ｍ無線アクセス用のアクティブな基地局が周囲に存在しない場合、携帯電話網と一時的に接続し、通信の要求を送信する。制御装置は、無線端末の位置の情報を取得し、その位置に近い基地局の中から適切な基地局を選択する。選択した基地局がアクティブな基地局ではない場合、制御装置は、Ｍ２Ｍ無線の周波数・方式をその基地局のアクティブアンテナ素子に設定し、その基地局から無線端末に応答を返す。これにより、仮想的にＭ２Ｍ無線のセルを構築し、リソースの利用を最小にしながら、無線端末の通信接続性を大幅に向上させることが可能となる。
また、Ｍ２Ｍ無線アクセスにおいて、無線端末の移動や伝搬環境の変化に伴い既存のＭ２Ｍ基地局と接続できなくなった場合、セルラ基地局やスモールセル基地局の無線モジュールを一時的に利用し、無線端末の時間的・空間的な位置に合わせてＭ２Ｍセルを構築することもできる。これにより、周波数リソース・物理リソースを抑えたＭ２Ｍ無線アクセスネットワークを構築することが可能になる。
【００７８】
上述した実施形態における無線端末１、無線端末１ａ、Ｍ２Ｍ基地局２、セルラ基地局３、制御装置４、制御装置４ａの一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この無線端末１、無線端末１ａ、Ｍ２Ｍ基地局２、セルラ基地局３、制御装置４、制御装置４ａの一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００７９】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
異なる無線通信方式による通信網のハイブリッドネットワークに適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１ａ  無線端末
２  基地局
３  セルラ基地局
４、４ａ  制御装置
４ａ  制御装置
９  有線ネットワーク
１１、１１ａ  制御装置
１２  狭帯域用無線送受信装置
１３  アンテナ
１４  セルラ用無線送受信装置
１５  アンテナ
１６  電池
２１  制御装置
２２  狭帯域用無線送受信装置
２３  アンテナ
２４  有線ネットワーク送受信装置
３１  ＬＴＥ基地局装置
３２  無線装置
３３  無線モジュール
３４  アンテナ素子
４１  通信部
４２  記憶部
４３、４３ａ  接続制御部
４４  基地局管理部
１００、１０１  通信システム
４３１  選択部
４３２  接続指示部
４３３  セル構築部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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