(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線ノードがメッシュ状に配置されるネットワーク上で、自ノードと対向ノードとを接続する無線リンクのチャネル数を制御する無線チャネル数の制御方法において、
自ノードで一端が終端される少なくとも一つの無線リンクに要求されるチャネル数をネットワークの状態に基づいて求める手順と、
各無線リンクに確立されている現行チャネル数と前記要求チャネル数との差分に基づいて、チャネルの増減方向および増減数を代表する変数mを無線リンクごとに設定する手順と、
今回の処理対象リンクを選択する手順と、
前記選択された今回の処理対象リンクに関して、その変数mに応じたチャネルの追加／削除要求を対向ノードへ通知してチャネルを追加または削除する手順と、
前記追加または削除の実績に基づいて前記変数mを更新する手順と、
全ての無線リンクにおけるチャネルの追加／削除が終了するまで、前記処理対象リンクを選択する手順へ戻って次の処理対象リンクを選択し、その後の手順を繰り返す手順とを含み、
さらに、前記各手順とは別に、
対向ノードから通知されるチャネルの追加／削除要求を受信する手順と、
前記追加／削除要求に応答してチャネルを追加または削除する手順と、
前記追加または削除の実績に基づいて前記変数mを更新する手順とを含み、
前記対向ノードからの要求に応答してチャネルを追加または削除した際のチャネルの増減方向が、前記変数mに応じたチャネルの増減方向と異なる場合は、前記変数mを更新しないことを特徴とする無線チャネル数の制御方法。
【請求項２】
前記今回の処理対象リンクを選択する手順では、チャネル追加対象のリンクがチャネル削除対象のリンクに優先して選択されることを特徴とする請求項１に記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項３】
今回の処理対象リンクへチャネルを追加する際に空きチャネルが不足していると、チャネル削除対象のリンクから前もってチャネルを削除することを特徴とする請求項１または２に記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項４】
前記変数mに応じてチャネルを追加または削除する際に、対向ノードからの要求に応答したチャネルの追加または削除を禁止するノードロック手順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数の制御方法。
【請求項５】
前記対向ノードからの要求に応答してチャネルを追加または削除する際に、前記変数mに応じたチャネルの追加または削除を禁止するノードロック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数の制御方法。
【請求項６】
前記無線チャネルがTDD方式を採用し、追加しようとするチャネルが無線リンクを新規に確立するために最初に確立されるリンク第１チャネルであるときの当該チャネル追加手順が、
自ノードを「送信ノード」および「受信ノード」のいずれかとしてランダムに動作させる第１手順と、
「送信ノード」として動作する際に、予め確保されている複数の周波数スロットのいずれかを選択する第２手順と、
前記選択された周波数スロットを利用してユニークワードを送信する送信側送信モードおよび応答信号を受信する送信側受信モードを当該順序で実行する第３手順と、
前記第２および第３手順を所定回数だけ繰り返した後に前記第１手順へ戻る第４手順と、
前記送信側受信モードにおいて応答信号を受信すると、当該応答信号を返信したノードとの間でリンク確立処理を実行する第５手順とを含み、さらに、
「受信ノード」として動作する際に、複数の周波数スロットのいずれかを選択する第６手順と、
前記選択された周波数スロットを利用して受信側受信モードを実行する第７手順と、
前記第６および第７手順を所定回数だけ繰り返した後に前記第１手順へ戻る第８手順と、
前記受信側受信モードでユニークワードを受信すると応答信号を返信する第９手順と、
前記ユニークワードを送信したノードとの間でリンク確立処理を実行する第１０手順とを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項７】
前記「受信ノード」として動作する際の第９手順が、
ユニークワードを受信して応答信号を所定期間だけ返信し続ける手順と、
その後、応答信号の返信を所定期間だけ停止する手順と、
その後、応答信号を再返信する手順とを含み、さらに、
前記「送信ノード」として動作する際の第５手順が、
前記応答信号の受信後に前記応答信号を受信できなくなり、その後、所定期間内に応答信号を受信できたときに、前記応答信号の送信元を正規の対向ノードと認定してリンク確立手順へ移行する手順を含むことを特徴とする請求項６に記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項８】
前記「受信ノード」として動作する際の第９手順が、
前記ユニークワードを受信した際の今回の周波数スロットが自ノードの他のリンクで使用中であるか否かを判定する手順と、
前記今回の周波数スロットが他のリンクで使用中であり、かつ当該リンクに他の周波数スロットによる無線チャネルが確立されていると、前記他のリンクから前記今回の周波数スロットの無線チャネルを削除する手順とを含むことを特徴とする請求項６または７に記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項９】
前記複数の周波数スロットには優先度が付され、前記第２および第６手順では、優先度の高い周波数スロットから順に選択されることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項１０】
前記第１０手順の後に  対向ノードとの間でノードIDを交換する第１１手順と、
前記対向ノードのノードIDを既登録IDと比較する第１２手順と、
前記比較結果に応じて所定の処理を実行する第１３手順とを含むことを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の無線チャネル数の制御方法。
【請求項１１】
前記第１手順の前に、予め割り当てられている周波数スロットの個数Nfidと、各ノードで利用可能な最大リンク数Gmaxとが次の条件式(1)を満足しているか否かを判断する手順を含み、
当該条件式が満足されないときに、それ以降の手順を実行しないことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の無線チャネル数の制御方法。
Nfid＞２（Gmaxー１）  …  (1)
【請求項１２】
前記請求項９の手順と第１手順との間に、未割当の周波数スロット数fと、チャネル数が「１」のリンクに割り当てられているチャネルで利用されているスロット数kとが次の条件式(2)を満足しているか否かを判断する手順を含み、
当該条件式が満足されないときに、複数のチャネルを含むリンクから少なくとも一つのチャネルを削除することを特徴とする請求項１１に記載の無線チャネル数の制御方法。
f＞k               …  (2)
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の無線ノードがメッシュ状に配置されたネットワークにおいて、対向ノード間に無線チャネルを追加、あるいは既設の無線チャネルを削除して無線チャネル数を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信を行う複数の無線ノードを分散配置して構成され、リンクのトポロジーがメッシュ状である従来の無線ネットワークでは、各無線リンクに対して無線チャネルが固定的に割り当てられていた。このため、各無線リンクにおける伝送品質の変動によって発生する迂回トラヒックに対して無線リンク帯域を有効に割り当てることが不可能であり、迂回トラヒックの通過する無線リンクが過負荷となるなどの問題があった。
【０００３】
また、インターネットをはじめとするデータ通信においては、無線ノード間でのトラヒック需要の偏在性から、無線リンク上のトラヒック需要が無線リンク毎に異なり、また、これが時間と共に変動することが考えられる。
【０００４】
このようなトラヒック需要の時間的な変動に対しても、従来のメッシュ型無線通信システムでは無線リンク帯域を有効に利用することが不可能であった。このため、各無線リンク毎の最大トラヒック需要を元に無線リンク帯域を設計した場合には、トラヒックが少ない時間帯に容量が過剰となる。また、平均的なトラヒック需要に基づいて無線リンク帯域を設計した場合には、トラヒックが多い時間帯に過負荷が発生する。
【０００５】
一方、トラヒック量の増減やネットワークトポロジの変動に応じて、既設の無線リンクに無線チャネルを追加したり、あるいは既設の無線リンクから無線チャネルの一部を削除したり、あるいはノード間に無線チャネルを新規に立ち上げて無線リンクを新たに確立するなどの無線チャネル数の制御を、特別な制御ノードにより一括して行うことも考えられる。
【０００６】
しかしながら、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の適正チャネル数を算出し、その結果を全てのノードへ正確に配信することは、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。
【０００７】
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、自ノードで終端する無線リンクに対して適正な数の無線チャネルを割り当てる「自律分散型」のチャネル数制御が有効と考えられる。
【０００８】
なお、無線メッシュ網におけるチャネル割当に関しては、特願２００２−７０２５８号あるいは特願２００２−７０２５９号に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
各ノードがトラフィック量やネットワークトポロジを把握して最適なチャネル数を独自に求め、自ノードで終端する無線リンクのチャネル数を自律分散的に増減すると、例えば無線リンクを挟んで対向する一対のノードのいずれもが当該無線リンクに対してチャネル数の制御を行う場合などに、一方のノードによる要求が「無線チャネルの追加」であるのに対して、他方のノードによる要求が「無線チャネルの削除」あるいは「現状維持」であると、当該無線リンクに対して無線チャネルを「追加」する処理と「削除」する処理とが頻繁に繰り返されてしまう事態が起こり得る。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、自律分散型のメッシュ網において、各無線リンクのチャネル数を適正値に制御できる無線チャネル数の制御方法を提供することになる。
【００１１】
【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メッシュ状に配置されるネットワーク上で、自ノードと対向ノードとを接続する無線リンクのチャネル数を制御する無線チャネル数の制御方法において、以下の手順を含むことを特徴とする。
(1)自ノードで一端が終端される少なくとも一つの無線リンクに要求されるチャネル数をネットワークの状態に基づいて求める手順
(2)各無線リンクに確立されている現行チャネル数と要求チャネル数との差分に基づいて、チャネルの増減方向および増減数を代表する変数mを無線リンクごとに設定する手順
(3)今回の処理対象リンクを選択する手順
(4)選択された今回の処理対象リンクに関して、その変数mに応じたチャネルの追加／削除要求を対向ノードへ通知してチャネルを追加または削除する手順
(5)追加または削除の実績に基づいて前記変数mを更新する手順
(6)全ての無線リンクにおけるチャネルの追加／削除が終了するまで、前記処理対象リンクを選択する手順へ戻ってその後の手順を繰り返す手順
【００１２】
さらに、前記各手順とは別に、
(7)対向ノードから通知されるチャネルの追加／削除要求を受信する手順
(8)追加／削除要求に応答してチャネルを追加または削除する手順
(9)追加または削除の実績に基づいて変数mを更新する手順
【００１３】
そして、手順(8)でチャネルを追加または削除した際に、そのチャネルの増減方向が手順(4)でチャネルを追加または削除する際のチャネルの増減方向と異なる場合に変数mを更新しないようにした。
【００１４】
上記した特徴によれば、自ノードでネットワークトポロジ等に基づいてリンクごとに求めたチャネルの増減方向と、対向ノードから当該リンクに対して要求されたチャネルの増減方向とが異なる場合には、対向ノードからの要求に応じてチャネルが追加又は削除されても変数mが更新されない。ここで、変数mは自ノードにおけるチャネルの追加および削除の実行回数を代表でき、変数mが更新されなければ実行回数が増加しない。したがって、自ノードで求めたチャネルの増減方向と対向ノードから要求されたチャネルの増減方向とが異なる場合に対向ノードからの要求に応じてチャネルを追加または削除しても自ノードにおいて実行しなければならないチャネルの追加および削除回数が増えず、その結果、チャネル追加および削除が無駄に繰り返されてしまうことを防止できる。
【００１５】
【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、本発明が適用さ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、メッシュ状に配置された複数の固定無線ノードNが、自ノードと対向ノードとを接続する無線リンクLのチャネル数を自律分散的に制御する。
【００１６】
図２は、前記無線メッシュ網の一部を抜き出して示した図であり、ノードNに着目すると、これに隣接してノードN1、N2、N3、N4が配置されている。各ノードには対向ノードに向けてパラボラアンテナ等の指向性の鋭いアンテナがそれぞれ設けられており、ノードNは対向ノードN1、N2、N3、N4との間に、それぞれ少なくとも一つの無線チャネルを含む無線リンクL1、L2、L3、L4を確立する。
【００１７】
図３は、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り、本実施形態では各無線ノードが同等の構成を有する。
【００１８】
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。
【００１９】
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各無線リンクのトラヒック量を監視し、各無線リンクL1〜L4に割り当てる適正なチャネル数を求めて無線チャネルマネージャ３２へ通知する。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３３からの通知に応答した個数だけ各無線リンク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。
【００２０】
次いで、本実施形態の動作をフローチャートに沿って詳細に説明する。図４は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、ここでは、前記図２に示したように、対向する４つのノードN1，N2、N3、N4との間に、それぞれ無線リンクL1，L2，L3，L4を確立するノードNの動作を例にして説明する。
【００２１】
ステップＳ１では、ネットワーク制御装置３４から要求チャネル数Lreqが通知されたか否かが判定される。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の所定のメモリ領域に書き込む。無線チャネルマネージャ３２は前記メモリ領域をフレームごとに参照し、要求チャネル数Lreqが新規に通知されていればステップＳ２へ進む。
【００２２】
ステップＳ２では、リンクL1に対する要求チャネル数Lreq(1)から当該リンクL1の現行チャネル数Lcrt(1)を減じた値[Lreq(1)−Lcrt(1)]が、チャネルの増減方向および増減数を代表する変数として、ここでは追加／削除処理の実行回数m(L1)に設定される。同様に、他の無線リンクL2，L3，L4に関しても実行回数m(L2)，m(L3)，m(L4)が設定される。
【００２３】
本実施形態では、図５に示したように、各無線リンクL1，L2，L3，L4の現行チャネル数Lcrt(L1)，Lcrt(L2)，Lcrt(L3)，Lcrt(L4)を、それぞれ「２」，「１」，「０」，「０」とする。また、各無線リンクに対する要求チャネル数Lreq(L1)，Lreq(L2)，Lreq(L3)，Lreq(L4)を、それぞれ「１」，「３」，「１」，「１」とする。したがって、各無線リンクの追加／削除処理の実行回数m(L1)，m(L2)，m(L3)，m(L4)は、それぞれ「−１」，「２」，「１」，「１」となる。既に明らかなように、本実施形態ではm＞０であればチャネルの追加要求であり、m＜０であればチャネルの削除要求である。
【００２４】
なお、前記各無線リンクL1，L2，L3，L4の実行回数m(L1)，m(L2)，m(L3)，m(L4)は、上記とは別に、各無線リンクにおいてチャネルのダウンが検知されるごとに「１」だけ追加(m=m+1)され、さらに、停電等からの復旧時に屋外無線ユニット２１が自動的に運用状態へ移行したことを検知したときにはm=1とされる。
【００２５】
ステップＳ３では、チャネル追加／削除処理の必要な処理候補リンクの有無が前記実行回数mに基づいてノード単位で判定される。全てのリンクの実行回数mが「０」であれば、当該ノードに関してはチャネル追加／削除処理が不要なので終了する。これに対して、図５に示したように、実行回数mが「０」以外のリンクが一つでも存在すれば、チャネル追加／削除処理を実行すべくステップＳ４へ進む。
【００２６】
ステップＳ４では、チャネル追加をチャネル削除よりも優先させるために、チャネル追加の必要なリンク(m＞０)であって、かつ次の条件(1)，(2)を満足するリンクの有無が判定される。
【００２７】
条件１：(FL＝１かつnf＞０)
【００２８】
条件２：(FL＝０かつnf−nF＞０)
【００２９】
ここで、「FL」は追加しようとするチャネルがリンクを新規に確立するために最初に立ち上げられるリンク第１チャネル(FL＝１)、および既存のリンクに追加される通常チャネル(FL＝０)のいずれであるかを示す識別子である。本実施形態では、図５に示したように、リンクL1，L2のFLは「０」，リンクL3，L4のFLは「１」である。「nf」は、空きチャネル数すなわち空きCHU数を示す。「nF」は、前記リンク第１チャネルの追加が必要なリンク数、すなわち新規に確立されるリンク数を示す。本実施形態では、リンク第１チャネルの追加が必要なリンクはL3，L4の２つなので、前記「nF」が「２」となる。
【００３０】
したがって、前記条件１が成立すれば、リンク第１チャネルの追加が要求されたときに空きCHUが存在することを示し、条件２が成立すれば、通常チャネルの追加が要求されたときに、空きCHU数からリンク第１チャネルの追加が必要なリンク数を減じても、さらに空きCHUが存在することを意味する。条件１、条件２のいずれかが成立すればステップＳ５へ進む。
【００３１】
ステップＳ５では、m＞０のリンクすなわちチャネル追加対象のリンクが処理対象リンクとして選択される。図５に示したように、複数の処理対象リンク(m＞０)が存在する場合には、その中のいずれかが今回の処理対象リンクとしてランダムに選択される。ステップＳ６では、選択された処理対象リンクに関して、リンク第１チャネルの追加および通常チャネルの追加のいずれが要求されているかが判定される。ここで、今回の処理対象リンクがL2であれば、通常チャネルの追加(FL＝０)と判断されてステップＳ７へ進み、ここで「通常チャネルの追加処理」が実行される。
【００３２】
ステップＳ７の「チャネル追加処理」では、始めに、自ノードに対する対向ノードからのチャネル追加あるいはチャネル削除を禁止するためのノードロックが実行（Ｓ７ａ）され、次いで、対向ノードへチャネル追加要求が送信（Ｓ７ｂ）されて、追加するチャネルの周波数スロットやTDDバウンダリに関する取り決め、および時刻同期等に関するネゴシエーションが既存の無線チャネルを介して実行され、その後、周知の手順で無線チャネルが確立（Ｓ７ｃ）される。
【００３３】
ステップＳ８では、チャネルの追加に成功したか否かが判別される。成功していればステップＳ９へ進み、今回の処理対象リンクに関する実行回数mが更新される。すなわち、前記リンクL2に対するチャネルの追加が成功していれば、その実行回数m(L2)が現在の「２」から「１」へ更新される。ステップＳ１０では、前記ステップＳ７ａでセットされたノードロックが解除される。
【００３４】
次の周期では、ステップＳ１からステップＳ３へジャンプし、ここでは、未だに全てのリンクに関して、その実行回数mが「０」ではないのでステップＳ４，Ｓ５へ進む。
【００３５】
ステップＳ５において、例えばリンクL3が今回の処理対象リンクとして選択されると、ステップＳ６において、リンク第１チャネルの追加と判断されてステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、リンク第１チャネルの追加を要求されたリンクが複数存在するときに、全てのリンクで同時にチャネル追加処理を実行できるだけの空きCHUが存在するか否かが判定される。そのために、ステップＳ１５では(nf−nF)を求め、これが「０」以上であれば、全てのリンクで同時にチャネル追加処理を実行できるのでステップＳ２０へ進む。
【００３６】
これに対して、(nf−nF)が「０」未満であればステップＳ１６へ進む。なお、前記ステップＳ４において、前記条件１，条件２のいずれもが成立しないと判定された場合もステップＳ１６へ進む。
【００３７】
図５に示した例では、リンク第１チャネルの追加が必要なリンク数nFがL3、L4の「２」なので、空きCHU数nfが「２」以上であればステップＳ２０へ進み、空きCHU数nfが「２」未満であればステップＳ１６へ進む。
【００３８】
ステップＳ１６では、チャネル削除を実行して空きCHU数を増やすために、チャネル削除対象リンク(m＜０)の有無が判別される。本実施形態では、リンクL1がチャネル削除対象リンクなのでステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７の「チャネル削除処理」では、始めにリンクL1に確立されている複数のチャネルのうちの一つが削除チャネルとして選択（Ｓ１７ａ）される。次いで、自ノードに対する対向ノードからのチャネル追加あるいはチャネル削除を禁止するためのノードロックが実行（Ｓ１７ｂ）され、次いで、対向ノードへチャネル削除要求が送信（Ｓ１７ｃ）され、その後、チャネルが削除（Ｓ１７ｄ）される。
【００３９】
ステップＳ８において、チャネルの削除に成功したと判定されるとステップＳ９へ進み、今回の処理対象リンク(L1)に関する実行回数mが更新される。すなわち、その実行回数m(L1)が現在の「−１」から「０」に更新される。ステップＳ１０では、前記ステップＳ１７ｂでセットされたノードロックが解除される。
【００４０】
なお、チャネルの追加または削除に失敗すると、当該処理はステップＳ８からステップＳ１１へ進み、前記ステップＳ７ａまたはＳ１７ｂでセットされたノードロックが解除される。ステップＳ１２では所定時間待機し、その後、当該処理を終了する。すなわち、チャネルの追加または削除に失敗する原因の多くは、対向ノードでも同様の処理が実行されていたためにノードがロック状態であったことなので、本実施形態では、対向ノードにおけるチャネル追加／削除処理が終了するまでステップＳ１２で待機するようにした。
【００４１】
一方、前記ステップＳ１６において、チャネル削除対象のリンクが存在しないと判定されるとステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、空きCHUの有無が判定され、空きCHUが存在しなければチャネルを追加できないので当該処理を終了する。
【００４２】
空きCHUが存在すればステップＳ１９へ進み、リンク第１チャネルの追加を要求された全てのリンクへ同時にチャネルを追加するのを諦めて、空きCHU数分のリンクをランダムに選択し、その後、ステップＳ２０へ進む。
【００４３】
ステップＳ２０では、後に詳述する「リンク第１チャネルの確立処理」が実行され、対向ノードとの間にリンク第１チャネルが新規に立ち上げられ、これにより、無線リンクが新規に確立される。
【００４４】
ステップＳ２１では、チャネルの追加に成功したか否かが判別される。成功していればステップＳ９へ進み、今回の処理対象リンクに関する実行回数mが更新される。たとえば、前記リンクL3に対するチャネルの追加が成功していれば、その実行回数m(L2)すなわちリンクL2に対して追加の必要なチャネル数が、それまでの「１」から「０」へ更新される。ステップＳ１０では、前記ステップ２０でセットされたノードロックが解除される。
【００４５】
図６，７，８，９は、前記ステップＳ２０で実行される「リンク第１チャネルの確立処理」の詳細を示したフローチャートであり、図１０は、そのタイミングチャートである。
【００４６】
TDMA／TDD方式を採用した無線ネットワークでは、ネットワーク内の各ノードが利用できる複数の周波数スロット(FID)が予約されており、無線通信を行おうとする対向ノードは同一のFIDを利用して送受信を行う必要がある。したがって、無線チャネルを新たに立ち上げるのであれば、そのための対向ノードとのネゴシエーションを予め行う必要がある。
【００４７】
ここで、前記ステップＳ７に関して説明した「通常チャネルの追加」であれば、チャネルを追加しようとしているリンクには、既に少なくとも一つの無線チャネルが確立されているので、当該無線チャネルを利用して対向ノード間でネゴシエーションを行って、追加しようとしている無線チャネルのFIDやTDDバウンダリを決定し、時刻同期を確立することができる。
【００４８】
これに対して、「リンク第１チャネルの追加」では、上記したような事前のネゴシエーションが不可能である。そのために、本実施形態では以下に詳述するように、対向する一対の無線ノードを送信ノードまたは受信ノードとしてランダムに動作させると共に、送信ノードとして動作する無線ノードは、予約されている複数のFIDを切り換えながらユニークワードUWを繰り返し送信する一方、受信ノードとして動作する無線ノードも、予約されている複数のFIDを切り換えながらユニークワードUWの受信に備える。
【００４９】
このようにすることで、対向する無線ノード同士が、同一のFIDで一方が送信ノード、他方が受信ノードで動作するタイミングが確率的に存在し、当該タイミングが訪れれば対向ノード間でネゴシエーションを行って無線チャネルの同期を確立できる。
【００５０】
ここでは、対向する無線ノード間にリンク第１チャネルを新規に立ち上げて無線リンクを新規に確立する場合の各無線ノードの動作を、図２において相互に対向する無線ノードN，N3間に無線リンクL3を新規に確立する場合を例にして説明する。
【００５１】
ノードNでは、図１０の時刻t11においてリンク確立スイッチが投入されると、図６のステップＳ３１において、無線チャネルマネージャ(CHM)３２によりイニシャル処理が実行される。このイニシャル処理では、後に詳述するように、現在の他の無線リンクにおける無線チャネルの利用状況に基づいて、新規に無線チャネルを立ち上げられる条件が整っているか否かが予め判断される。そして、空きFID不足が原因で無線チャネルの新規立ち上げ条件が整っていない場合に、複数のチャネルを含むリンクから一部のチャネルを削除して空きFIDを確保したり、空きFIDを確保できない場合に当該処理を中断するなどの前処理が実行される。ここでは、新規に無線チャネルを立ち上げられる条件が整っているものとして説明を続ける。
【００５２】
ステップＳ３２では、対向ノードからのチャネル追加要求および削除要求に対して応答できないように、自ノードにロック処理を施す。ステップＳ３３では、無線チャネルマネージャ３２が自ノードの今回の動作パターンを「送信」および「受信」のいずれかにランダムに決定し、その結果を対応する無線チャネルユニット(CHU)３３へ通知する。動作パターンの決定はノード単位で行われ、複数の無線チャネルユニットが無線チャネルを同時に立ち上げようとする場合には、全ての無線チャネルユニットが「送信」および「受信」のいずれかに振り分けられる。
【００５３】
ステップＳ３４では、前記ステップＳ３３で決定された今回の動作パターンが判別され、「送信」であれば図８のステップＳ５１へ進み、「受信」であれば図９のステップＳ７１へ進む。ここでは、ノードNが「送信」に決定されたものとして図８のステップＳ５１へ進む。
【００５４】
ステップＳ５１では、予約されている複数のFID(ここでは、F1〜F7)から、いずれのリンクにも未だ割り当てられていない未割当のFIDの全てが、新規に確立しようとするリンクL1に割り当てられるFIDの候補(以下、「割当候補」と表現する場合もある)として選択される。ステップＳ５２では、選択された複数の割当候補の中から、別途に定められたデフォルト周波数プランで定義された優先順位に基づいて、優先度の最も高いFIDが、今回のユニークワード送信用のFIDとして選択され、ノードN3に対応する無線チャネルユニット（CHU）に設定される。
【００５５】
本実施形態では、図１１に示したように、７つのFID(F1〜F7)の優先度がデフォルト周波数プランで定義されており、その優先順位はF4＞F2＞F7＞F5＞F3＞F6＞F1である。したがって、全てのFIDが未割当ならば、優先度の最も高いFID(F4)が今回のUW送信用FIDとして選択される。なお、無線リンクを新規に確立しようとしている無線チャネルユニット(CHU)が複数存在する場合には、リンク間の干渉を避けるために、ステップＳ５２では、無線チャネルユニット(CHU)ごとに異なるFIDが選択される。
【００５６】
ステップＳ５３では、選択されたFID(ここでは、F4)を利用して、フレームの全期間にわたってユニークワードUWを送信する全送信モード(Tx)が起動(時刻t12)され、ユニークワードUWが１フレーム分だけ連続的に送信される。１フレーム分の送信動作を完了すると、ステップＳ５４では、フレームの全期間にわたってユニークワードUWの受信に備える全受信モード(Rx)が起動(時刻t13)され、これが所定の複数フレーム分だけ継続される。
【００５７】
ステップＳ５５では、前記全受信モード(Rx)の期間中に前記ユニークワードUWに対する応答信号ACK(UW)が受信されたか否かが判定される。応答信号ACK(UW)を受信できなければステップＳ５２へ戻り、FIDを現在のF4から次に優先度の高いF2に切り換えて(時刻t14)、前記と同様に、ユニークワードUWの全送信モード(Tx)および全受信モード(Rx)を順次起動する。
【００５８】
一方、ノードN3では、図１０の時刻t21でリンク確立スイッチが投入されると、図６のステップＳ３１において、後述するイニシャル処理を実行した後、ステップＳ３２においてノードロック処理を行い。ステップＳ３３では、前記ノードNと同様に、自ノードの今回の動作パターンを「送信」および「受信」のいずれかにランダムに決定する。ステップＳ３４では今回の動作パターンが判別され、ここでは「受信」に決定されたものとして図９のステップＳ７１へ進む。
【００５９】
ステップＳ７１では、予約されている複数のFID(F1〜F7)の中から、未割当のFID、および複数のチャネルから構成されるリンクのいずれかのチャネルで運用されており、かつ複数のリンクで共有されていないFIDが割当候補として選択される。ステップＳ７２では、選択された複数の割当候補の中から、優先度の最も高いFID(本実施形態では、F4)が今回のユニークワード受信用のFIDとして選択され、ノードN4に対応する無線チャネルユニット（CHU）に設定される。
【００６０】
なお、「受信ノード」として動作するノードN3では、前記「送信ノード」として動作するノードNとは異なり、無線リンクを新規に確立しようとしている無線チャネルユニット(CHU)が複数存在する場合でも、全ての無線チャネルユニット(CHU)で同一のFIDが選択される。これにより、ユニークワードUWの誤検出が最小限に抑えられる。
【００６１】
ステップＳ７３では、選択されたFIDを利用して、フレームの全期間にわたってユニークワードUWの受信に備える全受信モード(Rx)が起動(時刻t22)される。なお、今回のFIDが自ノードの他のリンクで運用中ならば、この運用チャネルからの干渉を避けるために、運用チャネルとTDDバウンダリおよびその送受信タイミングを一致させることが望ましい。
【００６２】
ステップＳ７４では、ユニークワードUWの受信の有無が判定される。図１０に示した例では、この時点でノードNのFIDがF2に切り替わっており、両者のFIDが一致しないので、ノードN3ではユニークワードUWを受信できない。したがってステップＳ８４へ進み、全受信モード(Rx)が所定期間だけ経過したか否かが判定される。最初は所定期間が未だ経過していないと判定されるのでステップＳ７４へ戻り、前記全受信モード(Rx)が継続される。
【００６３】
その後、時刻t15でノードNのFIDがF4に切り替わり、ユニークワードUWの送信が開始されると、ノードN3はFIDがF4の全受信モード中なので、ステップＳ７４において当該ユニークワードUWを受信(時刻t23)してステップＳ７５へ進む。ステップＳ７５では、今回のFID(F4)が他のリンクにおいて既に運用中であるか否かが判定される。運用中でなければステップＳ７６へ進み、当該ユニークワードUWに対して応答信号ACK(UW)を返信し続ける(時刻t24〜t25)。
【００６４】
これに対して、今回のFID(F4)が他のリンクにおいて既に運用中であればステップＳ８６へ進み、TDDバウンダリおよびその送受信タイミングを前記運用中のチャネルに合わせたうえで応答信号ACK(UW)を返信する。ステップＳ８７では、前記運用中のチャネルを削除する「チャネル削除処理」が実行される。
【００６５】
この「チャネル削除処理」では、今回のFID(F4)と同一のFIDで運用中のチャネルを含むリンクに他のFIDによるチャネルも確立されているか否か、すなわちFIDの異なる他のチャネルが並列的に確立されているか否かを判別し、他のチャネルが確立されているならば、前記F4で運用中のチャネルが削除される。他のチャネルが確立されていなければ、今回のFID(F4)によるチャネル確立を中止してステップＳ７２へ戻る。
【００６６】
ステップＳ７７では、一定期間(時刻t25〜t26)だけ応答信号ACK(UW)の送信を停止する。ステップＳ７８では、無線チャネルマネージャ３２から無線チャネルユニット３３に対して同期マスタとしての動作が指示され、この無線チャネルユニットが同期マスタへ移行する。ステップＳ７９では、同期確立用のユニークワードUW(SYN)を送信して同期確立処理を実行する。
【００６７】
なお、今回のFIDによる全受信モードが所定期間を経過してもユニークワードUWを受信できない場合にはステップＳ７４，Ｓ８４を経由してステップＳ８５へ進み、前記ステップＳ７１で選択された割当候補の全てのFIDに関して前記ステップＳ７２〜Ｓ７４、Ｓ８４の各処理が実行されたか否かが判定される。各処理を実行していないFIDが存在すれば、ステップＳ７２へ戻って次のFIDを選択し、上記したステップＳ７２〜Ｓ７４、Ｓ８４の各処理を繰り返す。
【００６８】
図８へ戻り、このとき送信ノードとして動作中のノードNは、受信ノードとして動作中のノードN3が前記ステップＳ７６で返信した応答信号ACK(UW)をステップＳ５５で受信(時刻t16)すると、ステップＳ５６では、各無線チャネルユニットに対して全受信モードの継続が指示される。ステップＳ５７では、前記応答信号ACK(UW)の受信から所定の期間内に当該応答信号ACK(UW)を受信できなくなったか否かが判定される。この応答信号ACK(UW)が正規の対向ノードN3から返信されていれば、ノードN3が前記ステップＳ７７で応答信号ACK(UW)の送信を一時的に停止し、したがって、ノードNでは当該応答信号ACK(UW)を受信できなくなるのでステップＳ５８へ進む。ステップＳ５８では、前記応答信号ACK(UW)が受信できなくなってから所定期間内に同期確立用のユニークワードUW(SYN)を受信できたか否かが判定される。前記応答信号ACK(UW)が正規の対向ノードN3から返信されたものであれば、ノードN3が前記ステップＳ７９で同期確立用のユニークワードUW(SYN)を送信し、これを受信できるのでＳ５９へ進む。ステップＳ５９では、ノードNの各無線チャネルユニットに同期スレーブでの動作が指示される。ステップＳ６０では、ノードN3との間で同期確立処理が実行される。
【００６９】
同期確立処理が終了すると、ノードN，N3のいずれにおいても、ステップＳ６１(Ｓ８０)において同期が確立されたか否かが判定され、同期が確立されれば、ステップＳ６２(Ｓ８１)でノードIDを交換し合う。ステップＳ６３(Ｓ８２)では、ノードIDが既登録であるか否か、および既登録であれば受信したノードIDと既登録のノードIDとが一致するか否かが判定される。そして、ノードIDが未登録、または一致すると判断されれば当該処理を終了する。なお、ノードIDが不一致と判断されれば、ステップＳ６４(Ｓ８３)においてアラームが出力される、あるいは送信を停止してリンクを切断する。
【００７０】
このように、本実施形態によればノードIDの交換手順が追加されているので、例えばリンク確立後に降雨減衰等によりリンクが遮断され、その後、リンクを再確立する場合でも、相手ノードが正規の対向ノードであるか否かを確実に認識できるようになる。
【００７１】
次いで、前記図６のステップＳ３１で実行されるイニシャル処理について説明する。図７はイニシャル処理の手順を示したフローチャートであり、ここでは、無線ノードN，N3が自ノードを一端として確立できる無線リンクの最大値Gmaxが「４」であるものとして説明する。
【００７２】
ステップＳ４１では、無線リンクの新規確立に必須の「第１条件」が成立しているか否かが判定され、ここでは、利用可能なFID数を「Nfid」としたときに、次式(1)の条件が成立しているか否かが判定される。そして、「条件１」が成立すれば、リンクを立ち上げるFIDが少なくとも一つは存在するのでステップＳ４２へ進み、「条件１」が成立しなければ、無線リンクの新規立ち上げが不可能な場合が有り得ると判断して当該処理を直ちに終了する。
【００７３】
Nfid＞２(Gmax−１)  …  (1)
【００７４】
すなわち、図１２に示したように、Gmaxが「４」であるときに前記条件(1)が成立せず、利用可能なFID数Nfidが「６」(：F1〜F6)であると、図１２に示したように、ノードNのリンクLaがFID(F1)の無線チャネルを利用し、リンクLbが同F2の無線チャネルを利用し、リンクLcが同F5の無線チャネルを利用している状況下では、空きFIDが３つのみ(F4，F5，F6)となる。したがって、ノードN3の各リンクLd，Le，Lfがそれぞれ、FIDがF2，F3，F4の無線チャネルを利用していれば、F5，F6がノードN，N3に共通する空きFIDとなるので、このF5，F6のいずれかを利用して無線チャネルを新規に確立することができる。
【００７５】
しかしながら、ノードN3の各リンクLd，Le，Lfがそれぞれ、図１３に示したように、FIDがF4，F5，F6の無線チャネルを利用していれば、ノードN，N3に共通する空きFIDが存在しないので、ノードN，N3に無線リンクを新規に立ち上げることが物理的に不可能となる。すなわち、利用可能なFID数Nfidが、Gmax(ここでは、「４」)から「１」だけ減じた値の２倍(ここでは、「６」)以下であると、無線リンクを新規に立ち上げることが物理的に不可能な場合がある。
【００７６】
これに対して、利用可能なFID数Nfidが前記「条件１」を満足し、Gmaxから「１」だけ減じた値の２倍よりも大きい「７」以上であれば、少なくとも一つのFIDが空きFIDとなるので、無線リンクを新規に立ち上げることが物理的には可能になる。
【００７７】
そこで、本実施形態では「条件１」として上式(1)を定め、この「条件１」が成立しないときには、その後の処理を全て中断するようにしている。
【００７８】
ステップＳ４２では、前記「条件１」が満足されていることを前提として、さらに別の観点から、ノードN，N3間に新規に無線チャネルを立ち上げられる「条件２」が整っているか否かが判断される。
【００７９】
すなわち、一つのリンクに複数のチャネルが張られている場合には、上記第１条件が成立していても、未割当のFIDが不足してしまう場合がある。一方、このような場合であっても、複数のチャネルが張られているリンクに関しては、少なくとも一つのチャネルを残せば他のチャネルを削除しても当該リンクは保持され、削除したチャネルで利用されていたFIDを未割当として活用できる。
【００８０】
このような観点から、本実施形態では、いずれのリンクにも割り当てられていない未割当のFID数を「f」、チャネル数が「１」のリンクに割り当てられているFID数を「k」としたとき、次式(2)で表される条件が成立しているか否かが判定される。
【００８１】
f＞k  …  (2)
【００８２】
すなわち、上記した実施形態では、対向する２つのノードN，N3間に無線チャネルが確実に確立されるためには、送信ノードにおける未割当FID数「fs」が、対向する受信ノードにおいてチャネル数が「１」のリンクに割り当てられているチャネルで利用されているFID数「kr」よりも大きければ良い。すなわち、fs＞krが成立すれば良い。
【００８３】
ここで、ノードNの未割当FID数を「f1」、ノードNにおいてチャネル数が「１」のリンクに割り当てられているチャネルで利用されているFID数を「k1」とする。同様に、ノードN3の未割当FID数を「f2」、ノードN3においてチャネル数が「１」のリンクに割り当てられているチャネルで利用されているFID数を「k2」とする。
【００８４】
ここで、ノードN，N3のいずれもが前記「条件２」を満足(f1＞k1かつf2＞k2)すれば、k1＝k2ならばf1＞k2が成立するので、ノードNが送信ノードとして動作するタイミングでチャネル接続が可能であり、同様に、f2＞k1が成立するので、ノードN3が送信ノードとして動作するタイミングでもチャネル接続が可能となる。
【００８５】
また、k1＞k2であればf1＞k1＞k2であってf1＞k2が成立するので、ノードNが送信ノードとして動作するタイミングでチャネル接続が可能である。これとは逆に、k2＞k1であれば、f2＞k2＞k1であってf2＞k1が成立するので、ノードN3が送信ノードとして動作するタイミングでチャネル接続が可能となる。このように、本実施形態ではノードN，N3のいずれもが前記「条件２」を満足すればチャネルの新規立ち上げが可能になる。
【００８６】
そして、「条件２」も成立していれば次のステップ(図６のステップＳ３２)へ進む。「条件２」が成立しなければステップＳ４３へ進み、未割当FID数「ｆ」を増やして前記「条件２」を満足させるべく、複数のチャネルを含むリンクから少なくとも一つのチャネルを削除チャネルとして選択する。ステップＳ４４ではノードロックが実行され、ステップＳ４５では、前記選択された削除チャネルに対して「削除処理」が実行される。
【００８７】
ステップＳ４６では、チャネルを削除したリンクの前記「実行回数m」が負であるか否かが判定される。m＜０であれば、要求通りにチャネル数を削除したことになるので、ステップＳ４７でmが更新（m=m+1）される。ステップＳ４８では、前記ステップＳ４４で設定したノードロックが解除される。
【００８８】
このように、本実施形態によれば、対向するノードとの間に無線チャネルを新規に立ち上げて無線リンクを新規に確立する場合であっても、TDDバウンダリやFIDを意識することなく、各ノードにリンク立ち上げの指示を出すだけ良い。
【００８９】
ところで、本実施形態では各ノードが自ノードで終端される無線チャネルの数を自律分散的に制御するので、対向ノードにおいて上記した各処理が実行されれば、対向ノードからも無線チャネルの追加要求や削除要求が通知され、これに応答する必要がある。
【００９０】
図１４，１５は、対向ノードからのチャネル追加要求または削除要求に応答して無線チャネルを追加または削除する追加／削除応答処理の動作を示したフローチャートであり、上記した追加／削除処理と同様にフレーム単位で起動される。
【００９１】
図１４のステップＳ１０１では、対向ノードからチャネル追加または削除を要求されたか否かが判定され、要求があれば、ステップＳ１０２において自ノードがロック中であるか否かが判定される。ノードロック中であれば、ステップＳ１０３において対向ノードへビジー通知した後に処理を終了する。
【００９２】
ノードロック中でなければステップＳ１０４へ進み、チャネルの追加要求および削除要求のいずれであるかが判定される。追加要求であればステップＳ１０５へ進み、空きCHUの有無が判定される。空きCHUが無ければ、ステップＳ１０３において対向ノードへビジー通知した後に処理を終了する。空きCHUが有れば、ステップＳ１０６へ進んでノードをロックし、ステップＳ１０７で対向ノードへACK通知を送信し、ステップＳ１０８で通常チャネルを追加する。
【００９３】
これに対して、前記ステップＳ１０４において、チャネルの削除要求と判定されればステップＳ１０９へ進んでノードをロックし、ステップＳ１１０で対向ノードへACK通知を送信し、ステップＳ１１１でチャネルを削除する。
【００９４】
ステップＳ１１２では、チャネルの追加処理または削除処理に成功したか否かが判別される。成功していればステップＳ１１３へ進み、後述する「mの更新処理」が実行される。ステップＳ１１４では、前記ステップＳ１０６またはＳ１０９でセットされたノードロックが解除される。
【００９５】
図１５は、前記「mの更新処理」の動作を示したフローチャートである。本実施形態では、自ノードの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Lreqに従って無線チャネルを追加または削除した場合であれば、「実行回数m」を追加成功時には「１」ずつ増加し、削除成功時には「１」ずつ減じるものとして説明した。
【００９６】
しかしながら、対向ノードからの要求に応答してチャネル数を追加または削除した場合にも「m」を同様に増減させてしまうと、例えばネットワーク制御装置３４からの要求が「チャネル追加」であるのに対して対向ノードからの要求が「チャネル削除」であるような場合に、当該無線リンクに対して「チャネル追加」と「チャネル削除」とが頻繁に繰り返されてしまう事態が起こり得る。
【００９７】
そこで、本実施形態ではこのような場合でも「チャネル追加」と「チャネル削除」とが頻繁に繰り返されないようにするために、所定の条件下ではチャネルが追加または削除された場合でも「m」を更新しないようにしている。
【００９８】
図１５において、ステップＳ２０１では、チャネルの追加および削除のいずれが実行されたかが判定される。チャネルが追加されていればステップＳ２０２へ進んで前記実行回数mが参照される。mが正であればステップＳ２０３へ進んでmが更新(m=m-1)されるが、mが正以外であれば、mを更新することなく終了する。
【００９９】
これに対して、チャネルが削除されていればステップＳ２０１からステップＳ２０４へ進んで実行回数mが参照される。mが負であればステップＳ２０５へ進んでmが更新(m=m+1)されるが、mが負以外であれば、mを更新することなく終了する。
【０１００】
すなわち、本実施形態では対向ノードからチャネルの追加または削除を要求され、これに応答してチャネルを追加または削除した際、このときのチャネルの増減方向が変数mで定義されているチャネルの増減方向と異なる場合には変数mを更新しないようにした。したがって、自ノードが変数mに基づいて実行すべきチャネルの追加および削除回数が増えず、その結果、チャネル追加および削除が無駄に繰り返されてしまうことを防止できる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、自ノードでネットワークトポロジ等に基づいてリンクごとに求めたチャネルの増減方向と、対向ノードから当該リンクに対して要求されたチャネルの増減方向とが異なる場合には、対向ノードからの要求に応じてチャネルが追加又は削除されても変数mが更新されない。ここで、変数mは自ノードにおけるチャネルの追加および削除の実行回数を代表でき、変数mが更新されなければ実行回数が増加しない。したがって、自ノードで求めたチャネルの増減方向と対向ノードから要求されたチャネルの増減方向とが異なる場合に対向ノードからの要求に応じてチャネルを追加または削除しても自ノードにおいて実行しなければならないチャネルの追加および削除回数が増えず、その結果、チャネル追加および削除が無駄に繰り返されてしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用されるメッシュ状無線ネットワークの構成を示した図である。
【図２】  無線メッシュ網の一部を抜き出して示した図である。
【図３】  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４】  本実施形態の動作を示したフローチャートである。
【図５】  各無線リンクにおける現行チャネル数Lcrt、要求チャネル数Lreqおよび実行回数mの関係を示した図である。
【図６】  リンク第１チャネル確立処理のフローチャートである。
【図７】  リンク第１チャネル確立処理におけるイニシャル処理のフローチャートである。
【図８】  リンク第１チャネル確立処理における送信ノードの動作を示したフローチャートである。
【図９】   リンク第１チャネル確立処理における受信ノードの動作を示したフローチャートである。
【図１０】  リンク第１チャネル確立処理のタイミングチャートである。
【図１１】  デフォルト周波数プランの一例を示した図である。
【図１２】  リンク確立のための第１条件を説明するための図である。
【図１３】  リンク確立のための第２条件を説明するための図である。
【図１４】  追加／削除応答処理のフローチャートである。
【図１５】  追加／削除応答処理における「mの更新」の手順を示したフローチャートである。
【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】
0003812838.tif 000002
【図２】
0003812838.tif 000003
【図３】
0003812838.tif 000004
【図４】
0003812838.tif 000005
【図５】
0003812838.tif 000006
【図６】
0003812838.tif 000007
【図７】
0003812838.tif 000008
【図８】
0003812838.tif 000009
【図９】
0003812838.tif 000010
【図１０】
0003812838.tif 000011
【図１１】
0003812838.tif 000012
【図１２】
0003812838.tif 000013
【図１３】
0003812838.tif 000014
【図１４】
0003812838.tif 000015
【図１５】
0003812838.tif 000016