(57)【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、対向する一対の無線ノード間にTDD方式を採用した無線チャネルを自律分散的に割り当てて無線リンクを確立するメッシュ状ネットワークにおける無線チャネル割当方法において、
各無線リンクごとに、これを終端する一対の無線ノードのそれぞれを上位および下位のいずれかに排他的に位置付ける手順と、
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手順とを含み、
前記周波数スロットは、各無線リンクにおいてTDDタイムスロットの割当属性が一致するように割り当てられ、
前記複数の無線ノードの少なくとも一つには、自ノードを上位に位置付ける無線リンクおよび自ノードを下位に位置付ける無線リンクの双方が終端されたことを特徴とする無線チャネル割当方法。
【請求項２】
前記無線ノードの一方は、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに対して、当該無線リンクの隣接リンクに割り当てられていない周波数スロットを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線チャネル割当方法。
【請求項３】
前記無線ノードの一方は、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに対して、前記隣接リンクのうち、TDDタイムスロットの割当属性が前記無線リンクと異なる隣接リンクに割り当てられていない周波数スロットを割り当てることを特徴とする請求項２に記載の無線チャネル割当方法。
【請求項４】
前記無線ノードの一方が、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに最適な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前記隣接リンクで使用中か否かを判定する手順と、
前記選択された周波数スロットが隣接リンクで使用中であると、当該隣接リンクの周波数スロットを他の周波数スロットに置換させる手順と、
前記選択された周波数スロットを前記無線リンクに割り当てる手順とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線チャネル割当方法。
【請求項５】
前記無線ノードの一方は、前記無線リンクに対して割当済みの周波数スロットの当該割当を解除する手順を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線チャネル割当方法。
【請求項６】
前記周波数スロットの割り当てを解除しようとする無線リンクに複数の周波数スロットが含まれている場合、当該複数の周波数スロットの中から、隣接リンクに割り当てられている周波数スロットと同一の周波数スロットの割り当てを選択的に解除することを特徴とする請求項５に記載の無線チャネル割当方法。
【請求項７】
前記周波数スロットの割り当てを解除しようとする無線リンクに複数の周波数スロットが含まれている場合、当該複数の周波数スロットの中から評価値の低い周波数スロットの割り当てを解除することを特徴とする請求項５に記載の無線チャネル割当方法。
【請求項８】
各無線リンクに割り当て済みの周波数スロットを評価する手順と、
未割当の周波数スロットを評価する手順と、
各無線リンクごとに、割り当て済みの周波数スロットの評価が未割当の周波数スロットの評価よりも低い場合に、前記割り当て済みの周波数スロットに代えて前記未割当の周波数スロットを割り当てる手順とを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の無線チャネル割当方法。
【請求項９】
ネットワーク上に分散配置され、対向する無線ノードとの間にTDD方式を採用した無線チャネルを自律分散的に割り当てて無線リンクを確立する無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体において、
自ノードで終端する無線リンクごとに、自ノードを上位および下位のいずれかに、当該無線リンクを共有する対向ノードとは排他的に位置付ける手順と、
自ノードおよび対向ノードのいずれかに対して、前記無線リンクに対して周波数スロットを割り当てる権利を付与する手順と、
自ノードに前記権利が付与されると、前記無線リンクに対して周波数スロットを割り当てる手順と、
を実行するプログラムを含み、
前記周波数スロットは、前記無線リンクにおけるTDDタイムスロットの割当属性が他の無線リンクにおける割当属性と一致するように割り当てられ、
前記複数の無線ノードの少なくとも一つには、自ノードを上位に位置付ける無線リンクおよび自ノードを下位に位置付ける無線リンクの双方が終端されることを特徴とする無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体。
【請求項１０】
前記周波数スロットを割り当てる手順では、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクの隣接リンクに既に割り当てられている周波数スロットと異なる周波数スロットを割り当てることを特徴とする請求項９に記載の無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体。
【請求項１１】
前記周波数スロットを割り当てる手順では、前記隣接リンクのうち、TDDタイムスロットの割当属性が前記周波数スロットを割り当てようとする無線ノードと異なる隣接リンクに割り当てられていない周波数スロットを割り当てることを特徴とする請求項１０に記載の無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体。
【請求項１２】
前記周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに最適な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、前記無線リンクの隣接リンクで使用中か否かを判定する手順と、前記選択された周波数スロットが隣接リンクで使用中であると、当該隣接リンクの周波数スロットを他の周波数スロットに置換させる手順と、前記選択された周波数スロットを前記無線リンクに割り当てる手順とを含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体。
【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無線チャネル割当方法および無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体に係り、特に、ネットワークのトポロジにかかわらず、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無線チャネル割当方法および無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンクのトポロジーがメッシュ状である無線ネットワークを有する無線通信システムでは、Point-to-Point (P-P)型およびPoint-to-Multipoint (P-MP)型のネットワーク構成が主に採用されてきた。
【０００３】
P-P型のシステムは、主に基幹網として使用されることから、対向する２つの無線局から送出されるトラフィック量は同程度であると仮定できる。そして、このような仮定と周波数割り当ての簡易性とから、上り・下りの各回線に別々の周波数帯を割り当てるFDD（Frequency Division Duplex）方式が採用されている。
【０００４】
P-MP型のシステムでは、親局から子局に向けてのトラフィック量がその反対方向のトラフィック量に比べて多いという非対称性を考慮してTDD（Time Division Duplex）方式が採用され、親局から子局へのトラフィック量に応じてダイナミックにチャネル（この場合は、周波数資源すなわちタイムスロット）が割り当てられる（例えば、川端他：「加入者系無線システムにおけるスロット割当特性の検討」、信学技法、RCS2000-78）。ここでは、親局が自局およびその子局を管理および制御し、親局が各リンクにダイナミックにチャネルを割り当てる「集中制御型ダイナミックチャネル割当方式」が採用されている。
【０００５】
一方、P-P型システムが有機的に結合したメッシュ状のMP-MP型無線通信システムにおいて、一つの特別な無線局が、メッシュ網に存在する全ての無線局のトラフィック情報を把握してダイナミックにリソースを割り当て、その結果を全ての無線局へ正確に配信することは、制御局の負荷増大、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。そこで、特定の無線局が集中制御するのではなく、各無線局が近隣の情報を得ながら自ノードのリンクにチャネルを割り当てる「自律分散型ダイナミックチャネル割当方式」が有効である。
【０００６】
これまで、主にセルラーシステムを対象にした自律分散型ダイナミックチャネル割当方式が数多く提案されている（たとえば、特開平7-212820号公報、特開平10-285644号公報、特開平11-18142号公報）。
【０００７】
しかしながら、上記した自律分散型ダイナミックチャネル割当方式では、基地局が周波数スロットなどの無線資源の割り当てを管理し、基地局およびその基地局内のカバレッジエリア内に存在する移動端末の回線品質を評価し、システム内に存在する全ての基地局が自律的にチャネルを割り当てる。このため、基地局を親局、移動端末を子局とみなせば前記P-MP型に類似している。一方、基地局に着目すれば自律分散的に動作しているが、各基地局が自身のカバレッジ内に存在する端末を管理していることから、システム全体では自律分散型と集中制御型との混在型あるいは準自律分散型であってMP-MP型とは言えない。
【０００８】
さらに、上記した自律分散型のダイナミックチャネル割当方式では、集中制御型のダイナミックチャネル割当方式に較べて、特定の制御局に負荷が集中することを防止でき、瞬時変動するトラフィック量への追従性が向上し、かつネットワークが大型化しても適用し易い。しかしながら、TDD方式を採用し、かつ複数の周波数スロット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。
【０００９】
(1)メッシュ網では、一つのノードが複数のリンクを所有することが有り、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周波数スロットを使用し、各リンクでTDD Boundary（送受信タイミング）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、同一の周波数スロット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。
【００１０】
(2)リンクに割り当てる周波数スロットIDを更新する場合、リンクを共有する一対の無線局が、そのTDD Boundaryや周波数スロットID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周波数スロット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。
【００１１】
このように、自律分散型のダイナミックチャネル割当方式を採用する場合であっても、各ノードは自身のリンクに割り当てる周波数スロットとタイムスロットとの組み合わせ、すなわち無線チャネルを、他のリンクに割り当てられている無線チャネルを考慮して設定しなければならない。しかしながら、従来技術ではこのような認識が無く、各リンクに無線チャネルを齟齬無く割り当てることができなかった。
【００１２】
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、多数の無線ノードが分散配置される無線メッシュ網を、複数の無線ノードで構成される閉路が全て、各無線ノードを頂点とする偶数多角形となるように構成し、当該条件が満足されるメッシュ網において、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メッシュ状無線ネットワークにおける無線チャネル割当方法およびシステムを発明し、特許出願した（特願２０００−１４９５３５号）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、ネットワークが奇数多角形の閉路を含む場合には、全ての閉路が偶数多角形となるように予めトポロジを変更しなければならないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、ネットワークが奇数多角形の閉路を含む場合であっても、そのトポロジを変更することなく、各ノードが各無線リンクに対して無線チャネルを自律分散的に齟齬無く割り当てられる無線チャネル割当方法および無線ノードを制御するプログラムの記憶媒体を提供することにある。
【００１５】
【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、対向する無線ノード間に無縁チャネルを割り当てて無線リンクを確立するメッシュ状ネットワークにおける無線チャネル割当方法において、以下のような手順を含むことを特徴とする。
【００１６】
(1)複数の無線ノードが分散配置され、対向する一対の無線ノード間にTDD方式に基づく無線チャネルを自律分散的に割り当てて無線リンクを確立するメッシュ状ネットワークにおける無線チャネル割当方法において、各無線リンクごとに、これを終端する一対の無線ノードのそれぞれを上位および下位のいずれかに排他的に位置付ける手順と、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手順とを含み、前記周波数スロットは、各無線リンクにおいてTDDタイムスロットの割当属性が一致するように割り当てられることを特徴とする。
【００１７】
(2)無線ノードの一方は、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに対して、当該無線リンクの隣接リンクに割り当てられていない周波数スロットを割り当てることを特徴とする。
【００１８】
(3)無線ノードの一方は、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに対して、前記隣接リンクのうち、TDDタイムスロットの割当属性が前記無線リンクと異なる隣接リンクに既に割り当てられている周波数スロットと異なる周波数スロットを割り当てることを特徴とする。
【００１９】
(4)無線ノードの一方が、周波数スロットを割り当てようとする無線リンクに最適な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前記隣接リンクで使用中か否かを判定する手順と、前記選択された周波数スロットが隣接リンクで使用中であると、当該隣接リンクの周波数スロットを他の周波数スロットに置換させる手順と、前記選択された周波数スロットを前記無線リンクに割り当てる手順とを含むことを特徴とする。
【００２０】
上記した特徴(1)によれば、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が許容されるので、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、全ての無線リンクに対して、これを終端する一対のノードの一方が周波数スロットを自律分散的に割り当てられるようになる。
【００２１】
上記した特徴(2)によれば、各ノードが自ノードで終端する無線リンクへ周波数スロットを割り当てる際、当該無線リンクの隣接リンクで使用されていない周波数スロットが割り当てられるので、各ノードが各無線リンクに周波数スロットを自律分散的に割り当てるようにしても、隣接リンク内で後から割り当てられた周波数スロットが先に割り当てられている周波数スロットと競合することがない。
【００２２】
上記した特徴(3)によれば、隣接リンクで使用中の周波数スロットであっても、TDDタイムスロットＩＤを同一にすれば干渉等の生じない無線リンクで使用されていれば、これと同一の周波数スロットの割り当てが許可されるので、隣接リンクで使用されていない未割り当ての周波数スロットが存在しない場合でも周波数スロットを割り当てられる。
【００２３】
上記した特徴(4)によれば、変更対象リンクに新たに割り当てようとする周波数スロットが当該変更対象リンクの隣接リンク内で既に使用中であると、この使用中の周波数スロットを他の周波数スロットに置換させてから、改めて変更対象リンクに割り当てるので、周波数スロットの効率的な割り当てが可能になる。
【００２４】
【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、本発明の無線チャネル割当方法により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）が自律分散的に割り当てられる無線ネットワークの構成を示した図であり、ここでは、複数の固定無線局（ノード）が分散配置された格子状の無線メッシュ網を例にして説明する。本実施形態は、複数のノードを頂点とする閉路の全てが偶数多角形であるネットワークのみならず、奇数多角形の閉路を含むネットワークにも同様に適用できる。
【００２５】
本実施形態では、図１に示したように、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。前記上位および下位の位置付けは、予め固定的に行っても良いし、あるいは各無線リンクを終端する一対のノード同士がネゴシエーションを行って自律分散的に行っても良い。
【００２６】
なお、本実施形態ではTDDタイムスロットの割当属性を、各無線リンクに割り当てられるタイムスロット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、タイムスロットIDの老番（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が「上位」に位置付けられ、その逆に、同一タイムスロットIDの老番を送信期間、若番を受信期間とするノードが「下位」に位置付けられるように規定している。
【００２７】
本実施形態では、前記ノード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」と定義する。
【００２８】
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２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１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。
【００２９】
例えば、図１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。
【００３０】
本実施形態では、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に応じて上位および下位の双方に位置付けられるノードを、前記「上位ノード」、「下位ノード」と区別して「ハイブリッドノード」と定義する。このように、本実施形態では全てのノードが「上位ノード」、「下位ノード」または「ハイブリッドノード」のいずれかに分類される。
【００３１】
図３は、各無線ノードＮ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」のいずれも同等の構成を有する。
【００３２】
各ノード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、前記各無線チャネルユニット＃１〜＃ｎと無線リンクＬ１〜Ｌｎとを対応づけるスイッチ３１、各無線チャネルユニット＃１〜＃ｎに周波数スロットを割り当てる無線チャネル管理ユニット３２、および各無線チャネルを評価する無線リンク制御装置３３を含む。
【００３３】
次いで、無線リンクの両端を終端して相互に対向する無線ノードの一方が当該無線リンクに対して無線チャネル（本実施形態では、周波数スロット）を割り当てる「無線チャネル割当処理」に付いて説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態における「無線チャネル割当処理」の主要な動作を示したフローチャートであり、各ノードの無線チャネル管理ユニット３２において非同期かつ自律分散的に実行される。
【００３５】
なお、本実施形態では説明を判りやすくするために、各無線リンクごとに、上位に位置付けられた無線ノードのみが周波数スロットを割り当てるものとする。したがって、本実施形態では、上位ノードは自ノードで終端する全ての無線リンクに対して、またハイブリッドノードは自ノードを上位に位置付ける無線リンクのみに対して「無線チャネル割当処理」を実行するものとする。
【００３６】
ステップＳ１では、終端する無線リンクの少なくとも一つにより自ノードが上位に位置付けられているか否かが判定される。自ノードを上位に位置付ける無線リンクが終端されていればステップＳ２へ進み、自ノードを上位に位置付ける無線リンクが終端されていなければ当該処理を終了する。換言すれば、自ノードが上位ノードまたはハイブリッドノードであれば、自ノードを上位に位置付ける無線リンクを少なくとも一つは終端しているのでステップＳ２へ進み、下位ノードであれば当該処理を終了する。
【００３７】
ステップＳ２では、自ノードで終端され、かつ自ノードを上位に位置付ける無線リンクに関して、そのチャネル数の変更が要求されているか否かが判定される。変更要求が有ると、ステップＳ３では、この変更要求が対向ノードにおいても認識されたか否かが判定される。対向ノードにおいても当該要求が認識されると、ステップＳ４では、今回の変更要求が無線チャネルの追加および削減のいずれであるかが判定される。
【００３８】
変更要求が無線チャネルの追加要求であれば、ステップＳ５において、後述する「周波数スロット割当処理」が実行され、この無線リンクに周波数スロットが新たに割り当てられる。すなわち、無線チャネルが追加される。これに対して、今回の変更要求が無線チャネルの削減要求であれば、ステップＳ６において、後述する「周波数スロット割当解除処理」が実行され、この無線リンクに割り当て済みの周波数スロットが解除される。すなわち、無線チャネルが削減される。
【００３９】
ステップＳ７では、無線チャネルの追加または削減が他にも要求されているか否かが判定され、要求されていれば、ステップＳ３へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００４０】
図５は、前記図４のステップＳ５で実行される「周波数スロット割当処理」の動作を示したフローチャートである。
【００４１】
ステップＳ２１では、予め確保されている複数の周波数スロットから、所定の割当条件を満足する複数の周波数スロットが選択される。本実施形態では割当条件として、以下の２つの条件が予め設定されている。
【００４２】
条件１：新たに割り当てようとする周波数スロットと同一の周波数スロットが、今回の変更対象となる無線リンク（以下、変更対象リンクと表現する場合もある）に隣接する無線リンク（以下、隣接リンクと表現する場合もある）のうち、TDDタイムスロットの割当属性が前記変更対象リンクと異なる隣接リンクに使用されていないこと。
【００４３】
すなわち、図６に示したように、ノードＮ１，Ｎ２間に確立されている無線リンクＬ１に周波数スロットを新たに割り当てるのであれば、本実施形態では、一方のノードＮ１に終端される無線リンクＬ２〜Ｌ４、および他方のノードＮ２に終端される無線リンクＬ５〜Ｌ７が、前記無線リンクＬ１の隣接リンクと定義される。
【００４４】
また、本実施形態では「上位」に位置付けられたノードはタイムスロットIDの若番を送信期間とし、「下位」に位置付けられたノードはタイムスロットIDの老番を送信期間とするように、TDDタイムスロットの割当属性が規定されている。したがって、本実施形態では、無線リンクＬ１と同様にノードＮ１を上位と位置付ける無線リンクＬ３、および無線リンクＬ１と同様にノードＮ２を下位と位置付ける無線リンクＬ６，Ｌ７が、前記無線リンクＬ１とTDDタイムスロットに関する位置付けが同一の無線リンクとなり、図６に示した例では、無線リンクＬ１に追加しようとする周波数スロットは、無線リンクＬ３，Ｌ６，Ｌ７に割り当てられていないことが第１の条件となる。
【００４５】
条件２：新たに割り当てようとする周波数スロットが所定の回線品質を満足すること。
【００４６】
本実施形態では、回線品質として例えばＣＮＩＲ｛Ｃ：キャリア、Ｎ：ノイズ、Ｉ：干渉、Ｒ：レシオ、すなわちＣ／（Ｎ＋Ｉ）｝を採用し、無線リンクごとに得られるＣＮＩＲの真数と全周波数スロットのＣＮＩＲの平均値との比、すなわち正規化ＣＮＩＲで回線品質を代表する。したがって、無線リンクＬ１に追加しようとする周波数スロットは、その正規化ＣＮＩＲが所定の基準値以上であることが第２の条件となる。
【００４７】
図５に戻り、ステップＳ２２では、前記割当条件を満足する複数の周波数スロットの中から、別途に各周波数スロットに対して設定される優先度に基づいて、優先順位の高い周波数スロットが追加候補の周波数スロットとして選択される。前記優先度は、例えば前記回線品質を代表するＣＮＩＲに基づいて設定することができる。あるいは、予め各周波数スロットに優先度を固定的に割り当てておいても良いし、後述する評価値E1(f)に基づいて設定しても良い。
【００４８】
ステップＳ２３では、前記選択された追加候補の周波数スロットが、TDDタイムスロットの割当属性にかかわらず隣接リンクのいずれかで使用中であるか否かが判定される。追加候補の周波数スロットが隣接リンクにおいて未使用であれば、ステップＳ２６において、当該追加候補の周波数スロットが前記変更対象リンクに追加される。
【００４９】
一方、追加候補の周波数スロットが隣接リンクで既に使用されていれば、ステップＳ２４において、割当条件を満足する周波数スロットが他にも存在するか否かが判定される。割当条件を満足する周波数スロットが他にも存在すればステップＳ２２へ戻り、次に優先度の高い周波数スロットが追加候補として新たに選択され、上記した各処理が繰り返される。
【００５０】
一方、前記ステップＳ２４において、割当条件を満足する周波数スロットが他には存在しないと判定されると、ステップＳ２５において、隣接リンクで既に使用中の周波数スロットを追加候補として当該隣接リンクから譲り受けて割り当てる「周波数スロットのスチール処理」が実行される。
【００５１】
図７は、前記ステップＳ２５で実行される「周波数スロットのスチール処理」の動作を示したフローチャートである。
【００５２】
ステップＳ３１では、スチール条件を満足する周波数スロットがスチール候補として選択される。本実施形態では、このスチール条件が前記割当条件と同一の条件に設定されている。ステップＳ３２では、前記スチール候補の周波数スロットから、前記と同様に優先順位の最も高い周波数スロットがスチール候補の周波数スロットとして選択される。
【００５３】
ステップＳ３３では、スチール候補の周波数スロットを使用中の隣接リンクを終端しているノードに対して、当該スチール候補の周波数スロットを他の周波数スロットに置換可能であるか否かが問い合わされる。スチール候補の周波数スロットが割り当てられているリンクを終端するノードは、当該リンクの隣接リンクに既に割り当てられている周波数スロットを参照する。そして、前記問い合わせのあった周波数スロットを他の周波数スロットに置換可能であれば、当該スチール候補の周波数スロットを他の周波数スロットに置換すると共に、スチール許可通知を問い合わせ元のノードに通知する。置換不可能であれば、スチール不許可通知を問い合わせ元に通知する。
【００５４】
問い合わせ元のノードでは、ステップＳ３４において前記スチール許可通知を受信できればステップＳ３９へ進み、前記スチールした周波数スロットを変更対象リンクに割り当てる。一方、前記スチール不許可通知を受信するとステップＳ３５へ進み、スチール候補が他にも存在すればステップＳ３２へ戻る。ステップＳ３２では、次に優先度の高い周波数スロットがスチール候補として新たに選択され、上記した各処理が繰り返される。
【００５５】
一方、スチール候補が他には存在しないと、ステップＳ３６へ進んでスチール処理の動作モードが判定される。スチールモードが、隣接リンクでの同一周波数スロットの使用を禁止する第１モードであれば、周波数スロットの割り当てを諦めて当該処理を終了する。スチールモードが、隣接リンクでの同一周波数スロットの使用を許可する第２モードであればステップＳ３７へ進む。
【００５６】
ステップＳ３７では、前記スチール候補の複数の周波数スロットから最適な周波数スロットが選択される。ステップＳ３８では、当該選択した周波数スロットと同一の周波数スロットが割り当てられている無線リンクを終端するノードとネゴシエーションを行い、各リンクのトラヒック量に基づいて、両者のTDDバウンダリ（送受信タイミング）を同一の値に設定する。
【００５７】
図８は、前記図４のステップＳ６において実行される「周波数スロット割当解除処理」の動作を示したフローチャートである。
【００５８】
ステップＳ５１では、チャネル数を削減しようとしている無線リンク（変更対処リンク）に割り当て済みの周波数スロットの中に、当該無線リンクの隣接リンクで使用中の周波数スロットが含まれているか否かが判定される。隣接リンクで使用中の周波数スロットが含まれていれば、ステップＳ５２において、その周波数スロットの中から、後述する評価値E2(f)の最も低い周波数スロットが選択される。なお、隣接リンクで使用中の周波数スロットが一つしか含まれていなければ、当該周波数スロットが無条件で選択される。ステップＳ５４では、前記選択された周波数スロットの割り当てが解除される。
【００５９】
一方、前記ステップＳ５１において、チャネル数を削減しようとしている無線リンクが隣接リンクで使用中の周波数スロットを含まないと判定されれば、ステップＳ５３において、削除対象リンクに割り当て済みの複数の周波数スロットの中から、後述する評価値E2(f)の最も低い周波数スロットが選択され、その割当がステップＳ５４において解除される。
【００６０】
このように、本実施形態で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し、自ノードを上位に位置付ける無線リンクへの周波数スロットの割り当てを許可したので、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、各無線リンクに周波数スロットを自律分散的に割り当てることが可能になる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、各ノードが自ノードを上位に位置付ける無線リンクへ周波数スロットを割り当てる際、当該無線リンクの隣接リンクで使用されていない周波数スロットを割り当てるようにしたので、各ノードが各無線リンクに周波数スロットを自律分散的に割り当てるようにしても、隣接リンク内で後から割り当てられた周波数スロットが先に割り当てられている周波数スロットと競合することがない。
【００６２】
さらに、本実施形態によれば、隣接リンクで使用中の周波数スロットであっても、TDDバウンダリを同一にすれば干渉等の生じない無線リンクで使用されていれば、これと同一の周波数スロットの割り当てが許可されるので、隣接リンクで使用されていない未割り当ての周波数スロットが存在しない場合でも周波数スロットを割り当てられる。
【００６３】
さらに、本実施形態では変更対象リンクに新たに割り当てようとする周波数スロットが、変更対象リンクの隣接リンク内で使用中であると、隣接リンクで使用中の周波数スロットを他の周波数スロットに置換させてから、改めて前記変更対象リンクに割り当てる。したがって、周波数スロットの効率的な割り当てが可能になる。
【００６４】
ところで、無線リンクは降雨減衰等によりリンクの状態が変化するため、あるタイミングで最適であった周波数スロットが常に最適とは限らない。そこで、本実施形態では各無線リンクの回線品質をバックグラウンドで定期的に監視し、混信や干渉の有無あるいは程度に応じて、各無線リンクに割り当てる周波数スロットを動的に更新している。
【００６５】
図９は、上記した「無線チャネル割当処理」と並行して実行される「バックグラウンド処理」の動作を示したフローチャートである。
【００６６】
ステップＳ６１では、未割当の周波数スロットを含む全ての周波数スロットを対象に、割当条件を満足しているか否かが判別される。ステップＳ６２では、割当条件のうち、特に回線品質を満足できなくなった周波数スロット（以下、不良スロットと表現する）がいずれかの無線リンクに割り当てられているか否かが判定される。不良スロットが割り当てられていると、ステップＳ６３では、当該不良スロットの干渉電力量が、同一リンクに未割当の他の周波数スロットを割り当てた場合に予測される干渉電力量に較べて、一定時間以上かつ一定値以上高いか否かが判別される。なお、未割当の周波数スロットの各無線リンクにおける干渉電力量は、割当中の周波数スロットにおいて、TDDフレーム内に設定するヌルシンボルを使用して測定することが可能である。
【００６７】
ステップＳ６３の条件を満足する未割当周波数スロットがあれば、ステップＳ６４では、当該未割当周波数スロットが割当条件を満足しているか否かが判別される。割当条件を満足していれば、ステップＳ６５において、前記不良スロットの代わりに、前記割当条件を満足する未割当の周波数スロットが割り当てられる。すなわち、周波数スロットが置換される。
【００６８】
一方、前記ステップＳ６２において、いずれの無線リンクにも割当条件を満足していない周波数スロットが割り当てられていないと判断されると、ステップＳ６６において「周波数スロット更新処理」が実行される。
【００６９】
図１０は、前記周波数スロット更新処理の動作を示したフローチャートである。ステップＳ７１では、未割当の周波数スロット中に割当条件を満足する周波数スロットが含まれているか否かが無線リンクごとに判別される。含まれていれば、ステップＳ７２において、前記割当条件を満足する未割当周波数スロットが所定の更新条件を一定時間継続して満足しているか否かが判別される。
【００７０】
本実施形態では、未割当周波数スロットの評価値E1(f)が、各無線リンクに割り当て済みの周波数スロットの評価値E1(f)よりも高ければ、当該未割当周波数スロットが更新条件を満足していると判定される。
【００７１】
ステップＳ７３では、前記割当条件を満足する未割当周波数スロットの中から、後述する評価値E1(f)の高い周波数スロットが選択される。ステップＳ７４では、前記選択された未割当周波数スロットが、既に割り当てられて入る周波数スロットの代わりに割り当てられる。
【００７２】
このように、本実施形態では各無線リンクの状態を定期的に監視し、混信や干渉の頻度が高い無線リンクに割り当てた周波数スロットを他の周波数スロットに変更するので、回線品質を常に良好に保つことができる。
【００７３】
次いで、各無線リンクに無線チャネルを追加、削除等する際に周波数スロットを選択するための指標として各周波数スロットに付される評価値について説明する。
【００７４】
本実施形態では、周波数スロットを置換する際の指標となる評価値E0(f)が次式(0)で与えられ、周波数スロットを追加する際の指標となる評価値E1(f)が次式(1)で与えられ、周波数スロットを削減する際の指標となる評価値E2(f)が次式(2)により与えられる。
0003988934.tif 000002
【００７５】
各式で用いた変数および関数は以下の通りである。
「λ1」、「λ2」は重み係数である。
「f」は、未割当で割当候補となる周波数スロットである。
「f'」は、割当中の周波数スロットである。
「R(f)」は、過去の一定期間内に周波数スロットfを割り当てた頻度である。「Q(f)」は、回線品質を表す指標であり、本実施形態では２つの指標が用意されている。第１案では、回線品質指標Q(f)として次式(3)を採用する。
案１：Q(f)= [minf{ I(f)}]−I(f)（単位：dB） …(3)
ここで、Ｉ(f)は周波数スロットfの干渉電力量を表す。リンクを終端する両ノードにて干渉電力量が異なる可能性があるので、両ノードで測定した干渉電力量のうち、高い値を周波数スロットfの干渉電力量の代表値とする。
【００７６】
第２案では、回線品質指標Q(f)として次式(4)を採用する。
案２：Q(f)= CR_MAX−I(f)（単位：dB）      …(4)
ここでは、CR_MAXは最大送信電力量での受信電力を表す。任意の送信電力量をCT、CTでの受信電力量をCR、最大送信電力量をCT_MAXとすれば、次式(5)で与えられる。
CR_MAX=CR+CT_MAX+CT                       …(5)
「D(P(f))」は、周波数スロットfの優先度P(f)毎に定義される重み付けパラメータ（定数）である。
【００７７】
「ｘ」は、チャネルの追加時であれば周波数スロットfを新たに割り当てることにより（あるいは、チャネルの削除時であれば、周波数スロットfを削除することにより）、隣接リンクと同じ周波数スロットを再利用することによって隣接リンクと同じTDDバウンダリを有することになる場合に課されるペナルティであり、n個の隣接リンクと同じTDDバウンダリを有することになる場合には、ｘ＝ｎα（αは別途に設定される固定値）となる。隣接リンクと異なる周波数スロットを割り当てる場合には、同一のTDDバウンダリを有する隣接リンク数は０であるため、x＝０とする。
【００７８】
図１１は、前記「ｘ」の求め方を説明するための図であり、ノードＮには４つのリンクＬ１〜Ｌ４が終端されている。リンクＬ１には周波数スロットｆ4，リンクＬ２には同ｆ2，ｆ3，リンクＬ３には同ｆ2，リンクＬ４には同ｆ1が既に割り当てられている。
【００７９】
リンクＬ４に周波数スロットｆ2を新たに割り当てる場合を考えると、当該割当によってリンクＬ４はリンクＬ２，Ｌ３と同一の周波数スロットｆ2を利用することになり、当該２つのリンクＬ２，Ｌ３とTDDバウンダリを一致させなければならないのでｘ＝２となる。
【００８０】
また、リンクＬ４に周波数スロットｆ3を新たに割り当てる場合を考えると、同一の周波数スロットｆ3が割り当てられているリンクＬ２のみならず、周波数スロットｆ2が既にリンクＬ２およびリンクＬ３に割り当てられているために、当該リンクＬ２と既にTDDバウンダリが一致しているリンクＬ３ともTDDバウンダリを一致させなければならないのでｘ＝２となる。このように、「ｘ」の値は新たに割り当てようとする周波数スロットが既に割り当てられている隣接リンクの数とは必ずしも一致しない。
【００８１】
「ｙ」は、周波数スロットｆが当該リンクの他のチャネルに既に割り当てられている周波数スロットｆ'（ｆ'≠ｆ）の隣接周波数スロットである場合に課されるペナルティであり、該当すればｙ＝β、該当しなければｙ＝０とする。
【００８２】
「ｚ」は、同一リンクに既に割り当てている２つ以上の周波数スロットｆ'（ｆ'≠ｆ）によって周波数スロットｆが３次相互変調積（IM3）の影響を受ける場合に課されるペナルティであり、該当すればｚ＝γ、該当しなければｚ＝０ｔｐなる。
【００８３】
なお、上記した実施形態では、各無線リンクごとに上位に位置付けられたノードが当該無線リンクに対して周波数スロットを割り当てるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、無線リンクを終端する一対の無線ノードのいずれか一方であれば、上位または下位のいずれに位置付けられているかにかかわらず割り当てることができる。但し、いずれの場合でも、周波数スロットは、各無線リンクにおいてTDDタイムスロットの割当属性が一致するように割り当てられなければならない。
【００８４】
【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が許容されるので、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、全ての無線リンクに対して、これを終端する一対のノードの一方が周波数スロットを自律分散的に割り当てられるようになる。
(2)各ノードが自ノードで終端する無線リンクへ周波数スロットを割り当てる際、当該無線リンクの隣接リンクで使用されていない周波数スロットが割り当てられるので、各ノードが各無線リンクに周波数スロットを自律分散的に割り当てるようにしても、隣接リンク内で後から割り当てられた周波数スロットが先に割り当てられている周波数スロットと競合することがない。
(3)隣接リンクで使用中の周波数スロットであっても、TDDバウンダリを同一にすれば干渉等の生じない無線リンクで使用されていれば、これと同一の周波数スロットの割り当てが許可されるので、隣接リンクで使用されていない未割り当ての周波数スロットが存在しない場合でも周波数スロットを割り当てられる。
(4)変更対象リンクｎ新たに割り当てようとする周波数スロットが、変更対象リンクの隣接リンク内で既に使用中であると、この使用中の周波数スロットを他の周波数スロットに置換させてから、改めて変更対象リンクに割り当てるので、周波数スロットの効率的な割り当てが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用されるネットワークの構成を示した図である。
【図２】  他のネットワーク構成を示した図である。
【図３】  無線ノードの主要部の構成を示したブロック図である。
【図４】  無線チャネル割当処理のフローチャートである。
【図５】  周波数スロット割当処理のフローチャートである。
【図６】  割当条件を説明するための図である。
【図７】  周波数スロットのスチール処理のフローチャートである。
【図８】  周波数スロット割当解除処理のフローチャートである。
【図９】  バックグラウンド処理のフローチャートである。
【図１０】  周波数スロット更新処理のフローチャートである。
【図１１】  評価値におけるペナルティの求め方を示した図である。
【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…無線チャネル管理ユニット，３３…無線リンク制御装置
【図１】
0003988934.tif 000003
【図２】
0003988934.tif 000004
【図３】
0003988934.tif 000005
【図４】
0003988934.tif 000006
【図５】
0003988934.tif 000007
【図６】
0003988934.tif 000008
【図７】
0003988934.tif 000009
【図８】
0003988934.tif 000010
【図９】
0003988934.tif 000011
【図１０】
0003988934.tif 000012
【図１１】
0003988934.tif 000013