(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択制御装置において、
無線通信メディア毎に通信を監視する無線通信メディア監視手段と、
前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、アクティブノード数を算出するアクティブノード数算出手段と、
前記アクティブノード数算出手段で算出された無線通信メディア毎のアクティブノード数に基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定手段と、を備え、
前記無線リンク決定手段は、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクの中からアクティブノード数が最小である無線リンクを抽出し、抽出した無線リンクの中から通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクを選択する、
ことを特徴とする無線リンク選択制御装置。
【請求項２】
前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディアと隣接ノードの組毎に、パケットのやり取りの有無を記録するパケット検出テーブル作成手段を備え、
前記アクティブノード数算出手段は、無線通信メディア毎にパケットのやり取り有りの隣接ノードの個数を計算し、無線通信メディア毎のアクティブノード数とすることを特徴とする請求項１に記載の無線リンク選択制御装置。
【請求項３】
複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、
請求項１又は請求項２に記載の無線リンク選択制御装置を備えたことを特徴とする無線装置。
【請求項４】
無線通信メディアにおけるデータリンク層の上位に設けられ、ＩＰパケット又はデータリンク層パケットの単位で使用する無線通信メディアを、前記無線リンク選択制御装置の決定に従って選択するデータリンク層パケットスイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択方法であって、
無線通信メディア毎に通信を監視する過程と、
前記監視結果から、無線通信メディア毎に、アクティブノード数を算出する過程と、
前記算出された無線通信メディア毎のアクティブノード数に基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定過程と、を含み、
前記無線リンク決定過程は、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクの中からアクティブノード数が最小である無線リンクを抽出し、抽出した無線リンクの中から通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクを選択する、
ことを特徴とする無線リンク選択方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線リンク選択制御装置、無線装置及び無線リンク選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用して通信を行うコグニティブ無線通信と呼ばれる技術が検討されている。非特許文献１には、別々の場所に設置された複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと、無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）システム）に接続して通信を行う場合に、モバイルＩＰ（Internet Protocol）を用いることによりシームレスなメディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献２には、複数の無線通信メディア（例えば、セルラーシステムと無線ＬＡＮシステム）に接続して通信を行うＩＴＳ（Intelligent Transport System）車両にモバイルルータを搭載した場合のＩＰ層での無線通信メディア切り替えを行う技術が記載されている。非特許文献３には、複数の物理回線を集約して一つの論理回線として提供するリンクアグリゲーションについて記載されている。
【非特許文献１】齊藤，他，“異種無線通信メディア間切替ソフトの開発”，Ｂ−５−２８９，電子情報通信学会総合大会，２００３
【非特許文献２】磯村，他，“通信メディアの切替え可能な車載用モバイルルータの実装”，Ｂ−７−１０３，電子情報通信学会総合大会，２００３
【非特許文献３】IEEE802.3ad Standard(IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee).Aggregation of Multiple Link Segments,2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、コグニティブ無線通信において、複数の無線通信メディアの中から、無線通信メディアを公平に利用する技術が課題となっている。例えば、各無線局が最も使用率の低い無線リンクを選択するようにすることが考えられる。しかし、最も使用率の低い無線リンクを常に選択していると、複数の無線局が同時に同じ無線リンクを選択する可能性が高くなる。この結果、複数の無線局が同時に同じ無線リンクを使用することにより、無線局間の干渉が発生しやすくなり、通信品質が不安定になるという問題が生じる。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の無線通信メディアの中から無線通信メディアを公平に利用すると共に、無線局間の干渉の発生確率を低減し、通信品質の安定化を図ることのできる無線リンク選択制御装置、無線装置及び無線リンク選択方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る無線リンク選択制御装置は、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択制御装置において、無線通信メディア毎に通信を監視する無線通信メディア監視手段と、前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディア毎に、アクティブノード数を算出するアクティブノード数算出手段と、前記アクティブノード数算出手段で算出された無線通信メディア毎のアクティブノード数に基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定手段と、を備え、前記無線リンク決定手段は、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクの中からアクティブノード数が最小である無線リンクを抽出し、抽出した無線リンクの中から通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクを選択することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る無線リンク選択制御装置においては、前記無線通信メディア監視手段の監視結果から、無線通信メディアと隣接ノードの組毎に、パケットのやり取りの有無を記録するパケット検出テーブル作成手段を備え、前記アクティブノード数算出手段は、無線通信メディア毎にパケットのやり取り有りの隣接ノードの個数を計算し、無線通信メディア毎のアクティブノード数とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る無線装置は、複数の無線通信メディアを利用する無線装置において、前述の無線リンク選択制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る無線装置においては、無線通信メディアにおけるデータリンク層の上位に設けられ、ＩＰパケット又はデータリンク層パケットの単位で使用する無線通信メディアを、前記無線リンク選択制御装置の決定に従って選択するデータリンク層パケットスイッチ手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る無線リンク選択方法は、一つの無線局が複数の無線通信メディアを利用するときの無線リンク選択方法であって、無線通信メディア毎に通信を監視する過程と、前記監視結果から、無線通信メディア毎に、アクティブノード数を算出する過程と、前記算出された無線通信メディア毎のアクティブノード数に基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する無線リンク決定過程と、を含み、前記無線リンク決定過程は、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクの中からアクティブノード数が最小である無線リンクを抽出し、抽出した無線リンクの中から通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクを選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の無線通信メディアの中から無線通信メディアを公平に利用すると共に、無線局間の干渉の発生確率を低減することができる。この結果として、通信品質の安定化を図ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。図１において、無線局１は、複数の無線通信メディアの無線モジュール１１と、パケットスイッチ１２と、ＩＰ（Internet Protocol）層部１３と、制御部１４とを備える。
【００１２】
各無線モジュール１１は、それぞれの無線通信メディアに対応したＰＨＹ層及びデータリンク層の機能を有する。データリンク層の機能としては、例えば、ＭＡＣ（Medium Access Control）やＬＬＣ（Logical Link Control）などが挙げられる。無線モジュール１１は、パケットスイッチ１２との間で、データリンク層パケットを送受する。また、無線モジュール１１は、データリンク層パケットの無線送信及び無線受信を行う。また、無線モジュール１１としては、同じ無線通信メディアであっても、それぞれ異なる周波数チャネルのものを備えるようにしてもよい。
【００１３】
パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットのスイッチング機能を有する。パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１の各々に対応して設けられるバッファを有し、無線モジュール１１との間で送受されるデータリンク層パケットのバッファリングを行う。また、パケットスイッチ１２は、データリンク層パケットとＩＰパケットの相互変換を行う変換機能を有する。パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３との間で、ＩＰパケットを送受する。
【００１４】
制御部１４は、パケットスイッチ１２を制御する。具体的には、ＩＰパケット単位で、どの無線モジュール１１の無線リンクを利用するのかを決定し、パケットスイッチ１２に指示する。
【００１５】
パケットスイッチ１２は、ＩＰ層部１３から受け取ったＩＰパケットを変換機能によりデータリンク層パケットに変換し、該データリンク層パケットを制御部１４から指定された無線モジュール１１に出力する。また、パケットスイッチ１２は、各無線モジュール１１から受け取ったデータリンク層パケットを変換機能によりＩＰパケットに変換し、該ＩＰパケットをＩＰ層部１３に出力する。
【００１６】
無線モジュール１１は、送信時には、パケットスイッチ１２から受け取ったデータリンク層パケットを自己の無線通信メディアの固有フォーマットに変換し、無線送信する。また、受信時には、無線受信した固有フォーマットのデータリンク層パケットを共通フォーマットのデータリンク層パケットに変換し、パケットスイッチ１２に出力する。
【００１７】
ＩＰ層部１３は、入出力するＩＰパケットの情報を制御部１４に通知する。その通知するＩＰパケット情報としては、例えば、アドレス情報（宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）ポートアドレス等）、コネクション種別（単一コネクション、複数コネクション）、ＩＰフローに対する通信品質の要求（伝送速度、ＱｏＳ等）などが挙げられる。
【００１８】
制御部１４は、ＩＰ層部１３から通知されるアドレス情報に基づき、ＩＰフローを識別し、通信相手の無線局を判断する。そして、通信相手の無線局との間で利用可能な無線通信メディアの無線モジュール１１の中から、どの無線通信メディアの無線モジュール１１を使用するのかを、ＩＰパケット単位で、選択する。この選択結果はパケットスイッチ１２に指示される。
【００１９】
図２は、コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。図２において、各無線局１（Ｓ１，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）は、３種類の無線通信メディアの無線モジュール１１を備え、各無線通信メディアに対応している。その３種類の無線通信メディアの例として、本実施形態では、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の無線アクセス方式の標準規格「IEEE802.16e」と、無線ＬＡＮの標準規格「IEEE802.11g」，「IEEE802.11j」を挙げて説明する。図２中の無線リンク１０１はIEEE802.16eの無線リンクであり、無線リンク１０２はIEEE802.11gの無線リンクであり、無線リンク１０３はIEEE802.11jの無線リンクである。
【００２０】
図２の無線局１（Ｓ１，Ｄ１）間は、３つの無線リンク１０１，１０２，１０３で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ２）間は、２つの無線リンク１０１，１０２で接続されている。無線局１（Ｓ１，Ｄ３）間は、１つの無線リンク１０１で接続されている。
【００２１】
図３は、図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。図３には、制御部１４の構成のうち、本発明に係る特徴的な部分を示している。
図３において、無線通信メディア監視部２１は、各無線通信メディアの無線モジュール１１毎に、通信を監視する。アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線通信メディア監視部２１の監視結果から、無線モジュール１１毎のアクティブノード数を算出する。そのアクティブノード数の算出結果は、アクティブノード数テーブル２３に格納される。無線リンク決定部２４は、アクティブノード数テーブル２３に基づいて、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する。
【００２２】
無線通信メディア監視部２１は、無線モジュール１１毎に、どの無線局との間で無線リンクが接続されているのか（無線リンク接続情報）を記録する。さらに、無線通信メディア監視部２１は、無線モジュール１１毎に、パケットを検出する。この検出対象のパケットは、無線モジュール１１から送信するパケット及び無線モジュール１１で受信したパケットの両方である。無線モジュール１１で受信したパケットには、自局宛てのパケット及び他局宛てのパケットの両方を含める。無線通信メディア監視部２１は、検出したパケットの情報（検出パケット情報）を記録する。この検出パケット情報には、パケットがどの無線モジュール１１で検出されたかを示す情報と、パケットがどの他局でやり取りされたかを示す情報とを含める。
【００２３】
アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線通信メディア監視部２１で記録された無線リンク接続情報に基づいて、図５に示されるパケット検出テーブル３０を生成する。図５に示されるように、パケット検出テーブル３０は、隣接ノードと無線モジュールの組についてパケットの検出の有無を格納する。図５には、図２の例に対応するパケット検出テーブル３０が示されている。この例では、隣接ノードとして、図２中の無線局１（ノードＤ１）、無線局１（ノードＤ２）及び無線局１（ノードＤ３）の３つのノードが存在する。無線局１（ノードＳ１）は自局である。また、各ノードＳ１，Ｄ１〜Ｄ３は、IEEE802.16eとIEEE802.11gとIEEE802.11jの各々の無線モジュールを有する。
【００２４】
アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線リンク接続情報中の無線リンク接続先の無線局を隣接ノードとして検出し、検出した隣接ノードの欄をパケット検出テーブル３０内に作成する。アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線リンク接続情報に基づいて、隣接ノード数に変更があるか確認する。この結果、変更ありの場合には、その変更内容に応じてパケット検出テーブル３０を更新する。
【００２５】
図４は、本実施形態に係るアクティブノード数テーブル生成処理のフローチャートである。なお、ノードは無線局のことを指す。アクティブノードは、実際に無線リンクを使用してパケットを送信又は受信しているノードのことを指す。
アクティブノード数テーブル生成部２２は、所定の測定周期で、パケット検出テーブル３０をリセットすると共にアクティブノード数テーブル２３を更新する。
【００２６】
図４において、ステップＳ１１では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、パケット検出テーブル３０をリセットする。これにより、パケット検出テーブル３０内の全ての隣接ノードと無線モジュールの組について、パケットの検出が「無し」に設定される。
【００２７】
ステップＳ１２では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線通信メディア監視部２１によって記録された検出パケット情報の有無を確認し、検出パケット情報がある場合には検出パケット情報を読み出す。この結果、検出パケット情報がある場合はステップＳ１３に進み、パケットの検出なしの場合にはステップＳ１４に進む。なお、アクティブノード数テーブル生成部２２は、読み出した検出パケット情報を記録から消去する。
【００２８】
ステップＳ１３では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、検出パケット情報に基づいて、パケットが検出された無線モジュール１１と、パケットがやり取りされた他局（隣接ノード）とを認識する。そして、どの無線モジュール１１と隣接ノードの組においてパケットが検出されたかをパケット検出テーブル３０に記録する。これにより、パケット検出テーブル３０には、パケットが検出された無線モジュールと隣接ノードの組について、パケットの検出が「有り」に設定される。パケットの検出が「有り」に設定された無線モジュールと隣接ノードの組において、該隣接ノードは、該無線モジュールに対応する無線通信メディアによって実際にパケットのやり取りを行ったアクティブノードである。このことから、パケット検出テーブル３０には、無線通信メディアと隣接ノードの組毎に、パケットのやり取りの有無が記録される。
【００２９】
ステップＳ１４では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、測定周期か否かを判断する。測定周期になった場合はステップＳ１５に進み、測定周期になっていない場合にはステップＳ１２に戻る。なお、アクティブノード数テーブル生成部２２は、測定周期を計るタイマを有する。
【００３０】
ステップＳ１５では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、パケット検出テーブル３０に基づいて、無線モジュール１１毎に、アクティブノード数を算出する。アクティブノード数は、パケットの検出が「有り」に設定されている隣接ノードの個数である。アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線モジュール１１毎に、パケットの検出が「有り」に設定されている隣接ノードの個数を計算する。これにより、無線モジュール１１毎に、アクティブノード数が求まる。
【００３１】
ステップＳ１６では、アクティブノード数テーブル生成部２２は、無線モジュール１１毎に、算出したアクティブノード数をアクティブノード数テーブル２３に格納する。これにより、アクティブノード数テーブル２３が最新の内容に更新される。図６には、図２の例に対応するアクティブノード数テーブル２３が示されている。図６では、自局（Ｓ１）が有する３種類の無線モジュール１１毎に、アクティブノード数が格納される。
【００３２】
アクティブノード数テーブル生成部２２は、ステップＳ１６でアクティブノード数テーブル２３を更新した後に、ステップＳ１１に戻り、パケット検出テーブル３０をリセットし、次の測定周期の処理を開始する。
【００３３】
図３に説明を戻す。
無線リンク決定部２４は、アクティブノード数テーブル２３に基づいて、通信相手の無線局毎に、どの無線通信メディアの無線リンクを用いるかを決定する。
【００３４】
ここで、図７を参照して、無線リンク決定部２４が行う無線リンク決定処理を説明する。図７は、本実施形態に係る無線リンク決定処理のフローチャートである。
図７において、ステップＳ２１では、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクについてアクティブノード数をアクティブノード数テーブル２３から取得する。通信相手の無線局との間でどの無線リンクと接続されているのかは、無線通信メディア監視部２１で記録された無線リンク接続情報から認識する。そして、認識した無線リンクの無線モジュールについて、アクティブノード数テーブル２３からアクティブノード数を読み出す。例えば、図２において自局（Ｓ１）の通信相手である無線局（Ｄ２）を例に挙げると、通信相手である無線局（Ｄ２）との間で接続されている全ての無線リンク１０１（IEEE802.16e），１０２（IEEE802.11g）についてアクティブノード数テーブル２３からアクティブノード数を取得する。
【００３５】
ステップＳ２２では、アクティブノード数テーブル２３から取得したアクティブノード数をそれぞれ比較し、最小のアクティブノード数を判断する。そして、通信相手の無線局との間で接続されている全ての無線リンクの中から、アクティブノード数が最小である無線リンクを抽出する。
【００３６】
次いで、ステップＳ２３では、ステップＳ２２で抽出した無線リンクの中から、通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクを選択する。ステップＳ２２で抽出した無線リンクが１つしかない場合は、その無線リンクを通信相手の無線局との通信に使用するものに決定する。ステップＳ２２で抽出した無線リンクが複数ある場合は、固定数（例えば１つ）、或いは、通信相手の無線局との必要な通信速度に応じた数を選択し、選択した無線リンクを通信相手の無線局との通信に使用するものに決定する。
【００３７】
上述の無線リンク決定処理によって、通信相手の無線局との通信に使用する無線リンクが決定される。
制御部１４は、無線リンク決定部２４で決定された内容（通信相手の無線局との間で、どの無線モジュール及び無線リンクを使用するのか）に従って、ＩＰパケット単位で、使用する無線モジュール１１を選択する。そして、その選択結果をパケットスイッチ１２に指示する。
【００３８】
上述したように本実施形態によれば、各無線局において、アクティブノード数が最小である無線リンクが選択されて使用される。アクティブノードは、実際に、その無線リンクを使用してパケットを送信又は受信しているノード（無線局）である。従って、アクティブノード数が最小である無線リンクは、干渉の発生確率が最も低い無線リンクである。これにより、複数の無線通信メディアの中から無線通信メディアを公平に利用することができると共に、無線局間の干渉の発生確率を低減する効果が得られる。この結果として、通信品質の安定化を図ることに寄与することが可能になる。
【００３９】
以上、本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、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、制御部１４は、データリンク層パケットの単位で、使用する無線通信メディアを選択し、パケットスイッチ１２に指示するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線局（無線装置）１の構成を示すブロック図である。
【図２】コグニティブ無線通信の例を示す概念図である。
【図３】図１に示す制御部１４の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るアクティブノード数テーブル生成処理のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るパケット検出テーブル３０の構成例である。
【図６】本発明の一実施形態に係るアクティブノード数テーブル２３の構成例である。
【図７】本発明の一実施形態に係る無線リンク決定処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１…無線局（無線装置）、１１…無線モジュール、１２…パケットスイッチ、１３…ＩＰ層部、１４…制御部、２１…無線通信メディア監視部、２２…アクティブノード数テーブル生成部、２３…アクティブノード数テーブル、２４…無線リンク決定部、３０…パケット検出テーブル、１０１〜１０３…無線リンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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