JP4349139B2

JP4349139B2 - 無線ネットワーク拡張方法

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Publication number: JP4349139B2
Application number: JP2004022462A
Authority: JP
Inventors: 和也門田; 智一江端; 進松井; 辰昭長船
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: FR2865876A1; CN100477556C; JP2005217814A; CN1649284A; US8121066B2; US20050181798A1; FR2865876B1; US20090052368A1

Description

本発明は、通信端末と中継端末とからなる無線ネットワークの拡張方法とその支援方法、さらに、これらの通信端末と中継端末に関する。

無線ネットワークの通信範囲を広げるために通信端末と基地局の間に中継器を配置する方法がある。このとき通信品質を確保するように上記中継器を配置するには、通常、事前の無線の電波状況の調査が必要である。これに対して、事前の電波状況の調査を行うことなく、通信端末と基地局とを中継する中継局を決定するために基地局から調整信号を送り中継器を決定するように施したものがある。（例えば、特許文献1参照）。

特開2000-4469号公報

しかし、上記従来技術には中継器の配置位置をどのように決めるかという点について配慮されておらず、電波状況の調査をしないと中継器の配置場所を簡単には決められない。

また、中継器の機能停止に対する冗長性が考慮されておらず、上記中継器の機能停止による通信の切断のおそれがあった。

また、配置した中継器を回収する方法については考慮されていなかった。

本発明は、中継端末事前の電波調査を行わずに、中継端末の配置を行うことを可能とする。また、配置された中継端末を回収するための支援機能を提供する。

本発明は、データの送受信を行う通信端末とデータの中継、転送を行う中継端末とからなる無線ネットワークにおいて、中継端末が、通信端末の通信の中継を行う位置を決定するために、現在位置における通信端末もしくは上記通信端末との通信を中継可能な他の中継端末の存在と通信品質を調べるパケットを送信することを特徴とする。

また、中継端末は現在位置が通信端末の通信の中継を行う位置として適当であることを光、音などを用いて示すことを特徴とする。

また、中継端末は現在位置が通信端末の通信の中継を行う位置として適当であるかを決定するための通信品質の評価手段をもつことを特徴とする。

また、通信端末の通信の切断を防ぐために、中継端末を、少なくとも2つ以上の通信端末と通信可能に、もしくは通信端末と通信可能な他の中継端末と通信可能に、配置する方法を示すことを特徴とする。

また、配置された中継端末を回収するために、回収支援に使用する中継端末は配置されている中継端末が無線通信範囲内にあるか判別するためのパケットを送信することと、上記パケットを受けた配置されている中継端末は存在を光、音、パケットの返信を用いて知らせることを特徴とする。

また、中継端末は、配置、中継、回収の機能をもち、上記機能を一つの端末で実現するために、機能の切り替えを行うことを特徴とする。

本発明によれば、
無線ネットワークに用いる中継端末の配置および／または回収を支援することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図1は本発明の無線ネットワーク拡張方法の実施形態を示した図である。監視拠点100の中に通信端末105があり、監視対象104は通信端末105の無線到達範囲外（通信圏外）である。中継端末101は監視拠点100と監視対象104との間で通信端末105の無線到達範囲内（通信圏内）に配置されており、中継端末102は監視対象104と中継端末101との間で通信端末101の無線到達範囲内に配置されている。監視員106は通信端末103を持っており中継端末102と通信できるところにいる。通信端末105と中継端末間101の通信を矢印107、中継端末101と中継端末102の通信を矢印108、中継端末102と通信端末106との通信を矢印109で表す。

以下、通信端末もしくは中継端末両方を指す場合は単に端末という。

次に、本実施形態における中継端末の配置方法を説明する。

監視対象104において異常が発生し監視員106が監視拠点100から調査に向かうが監視対象104は監視拠点100に置かれた通信端末105の無線到達の範囲外であるため、監視拠点104に来た監視員106は通信端末103を使って通信端末105と通信を行えない。

そこで監視員106は中継端末101、中継端末102そして通信端末103を持って監視拠点100を出発する。監視拠点100から離れ、通信端末105との無線通信品質があらかじめ決めてある品質基準に達するところで、中継端末101が配置を促すので、監視員106は中継端末101を配置する。

同様に、中継端末101から離れ、中継端末101との通信品質の品質基準を達するところで中継端末102が配置を促すので、監視員106は中継端末102を配置する。このようにして通信端末105と監視員106の持つ通信端末103との無線ネットワークを拡張する。

この無線ネットワーク拡張の際の、無線通信経路確立については、モバイルアドホックネットワークの経路制御方法としてIETF(Internet Engineering Task Force)において標準化の議論がされている経路制御方法が利用可能である。本実施例では、端末は経路制御を行う経路制御ソフトを持っているとする。

通信端末105は経路制御ソフトが起動しており、中継端末101、中継端末102は配置されると経路制御ソフトが起動し、通信端末の通信要求に対して通信経路を提供する。

また、中継端末の故障、破壊、電池切れなどの事態により無線中継器として機能しなくなり無線ネットワークが切断されることを防ぐために無線ネットワークに冗長度を持たせてもよい。この場合、中継端末は、少なくともどの端末も2つ以上の他の端末と接続するように中継端末を配置するための機能を備えてもよい。

中継端末の配置位置の適当な場所の求め方を図2を用いて説明する。図2は端末101からの通信品質を表している。円201、円200は通信品質の境界線を表しており円201の内部では通信品質が高いことを示しており、円200と円201で囲まれた範囲は通信品質が中程度であることを示している。円200の外側は通信品質が低もしくは無線通信範囲外であることを示している。

ここでの通信品質とは、上記端末101からの電界強度もしくは信号対雑音比で測り、境界を示す基準値はあらかじめ決めておく。監視員106が中継端末102を持って円201と円200で囲まれた無線通信品質が「中」の範囲に入ると中継端末203は配置として適当であると判断する。

また、少なくとも2つ以上の端末と通信可能であり中継端末103の配置として適当な場所の求め方を、図3を用いて説明する。円202と円203は端末102からの通信品質の境界線を表している。監視員106が中継端末103を持って、円200と円203で囲まれた範囲から円201と円202で囲まれた範囲を除外した範囲、つまり、二つ以上の端末との通信品質が「中」以上の範囲であり、二つ以上の端末との通信品質が「高」となる範囲を除外した範囲にはいると、二つ以上の中継端末101と中継端末102と通信可能な配置として適当であると判断する。

次に、中継端末について説明する。中継端末の構成例を図16を用いて説明する。中継端末F10において、CPUF01、メモリF02、タイマF00と無線通信部F05、発光制御部F04、音声制御部F06、スイッチF08を備えており、無線通信部F05にはアンテナF09が、発光制御部F04にはF03が、音声制御部F06にはスピーカーF07がそれぞれ接続されている。

中継端末F10はアンテナF09を通じて、パケットの中継処理を行うことができる。発光部F03は本実施例では4種類の色を灯すことができ、点灯または点滅と、点滅の速さを変えること、ができる。スピーカーF07からは音を出すことができる。

中継端末F10は中継端末を配置していくときに使う端末配置支援機能、配置後にパケットの中継を行うための中継機能、配置されている端末を回収するときのために端末回収支援機能の3つの機能を持っている。

中継端末は3つの機能うちのどれかの機能状態を取る。機能状態の切り替えは図17に示されるようにスイッチF08を押すことによって切り替えることができる。本例では、中継端末の機能が、スイッチの入力によって、端末配置支援機能G00と中継機能G01と端末回収支援機能G02が順次切り替わる。中継端末がどの機能状態を取っているかは発光部F03の光の色で表す。

メモリF02には後述する各種リスト、通信目的となる端末のIDなどが保存される。タイマは後述する各種パケットのタイムアウトを測るための待機時間を測定する。待機時間はあらかじめパケットの種類に応じて登録されている。

本実施例で説明する各機能は、CPU F01がメモリF02に格納されたプログラムを実行することにより、上記端末上に具現化される。また、各機能の少なくとも一部をハードウェアによって実現しても良い。

各プログラムは、あらかじめ、上記メモリF02に格納されていても良いし、必要なときに、当該端末が利用可能な、着脱可能な記憶媒体または通信媒体（無線ネットワークを含む通信回線または通信回線上の搬送波）を介して、上記メモリF02に導入されてもよい。

中継端末の端末配置支援機能について、図4と図5に示す端末配置支援機能のフローチャートを用いて説明する。端末配置支援機能状態に移行した中継端末（例えば、101）には無線ネットワークを拡張する始点となる通信目的通信端末（以下目的端末）が登録される。本実施例での目的端末は図1の通信端末105である。

端末配置支援機能状態になった中継端末101は目的端末入力受け付け処理(300)を行う。目的端末は中継端末101にあらかじめ設定しておいてもよい。

目的端末入力受け付け処理(300)を図6に示すフローチャートの例で示す。

中継端末101は目的端末が入力されているかを調べる処理(400)を行い、登録されていれば何もせずに次の処理に進む。登録されていなければ第1の色、例えば赤色の点灯処理(401)を行うことで端末配置処理支援機能状態であり、目的端末が未登録であることを示す。中継端末101は目的端末が未登録であれば目的端末を登録するために探査パケットの送信処理(402)を行う。探査パケットは中継端末101の無線通信範囲内にあるすべての端末に届くようにブロードキャストする。

探査パケットのフォーマットは図7に示す。

パケットの種類500と目的端末のID501と送信元の中継端末101のID502を含んでいる。目的端末のIDは中継端末101の目的端末が未登録であることを示すために、特定のID（たとえば0）を入れておく。探査パケット送信後タイマを始動し、待機時間を経過すると返信パケットが到着しなかったとして、探査パケット送信処理(402)へ戻る。待機時間内に返信パケットを受け取ると目的端末として登録し、発光部は光の色を赤色から第2の色例えば緑色の点灯へと変える処理(404)を行う。

監視員106は中継端末101の発光部の光の色が赤色から緑色に変わったのを確認してから監視対象104に向かう。

次に配置場所を判断するために、探査パケットの送信処理(301)を行う。

待機時間内に探査パケットの返信があるか判別し返信がなければ(302でno)赤色を点滅(304)させることで目的端末と通信が不可能であることを示し、探査パケット送信処理(301)に戻る。このとき、監視員106は目的端末(105)との通信が不可能になったので監視拠点100に向け戻る。

また光を点滅させるときに警告音を鳴らしてもよい。返信があった場合(302でyes)、返信パケットの信号強度を測定しあらかじめ決めていた基準値より通信品質レベルを決定し、通信品質レベルと返信元IDを到達可能中継器リストに登録(303)する。

本実施例では、基準値を二つ設定し図2の基準線201で表される基準値より高品質であれば通信品質がL1、基準線201で表される基準値より低品質で、基準線200で表される基準値より高品質であれば通信品質がL2とし、それ以外は通信品質がL3とする。通信品質の基準として信号強度の代わりに信号対雑音比を用いてもよい。

到達可能中継器リストの例を図８に示す。本例では、図3のように監視員106が中継端末101と中継端末102の間にいるとき、中継端末101のIDが700に登録され、中継端末101との通信品質が705に登録されている。中継端末102のIDが701に登録され、中継端末102との通信品質が706に登録されている。到達可能中継器リストでは列703に返信があった端末のIDが、上記IDと同じ行の列704に上記端末との通信品質が登録される。

配置場所の判断を図1、図4、図5を例にして説明する。

到達可能中継端末リストに通信品質がL2である端末が登録されているか判定し、登録されていなければ(305でno) 赤色を点滅(304)させることで目的端末と通信が不可能であることを示し探査パケット送信処理(301)に戻る。監視員106は赤色の点滅より到達不可能を判断し、監視拠点100に向け戻る。登録されていれば(305でyes)、さらに、到達可能中継器リストに通信品質がL1の端末が二つ以上（図3の中継端末101、102の円201と円202のどちらにも含まれる範囲内に監視員がいる）あるか判定し、あれば(306でyes)探査パケット送信処理(301)に戻る。監視員106は第2の色が点灯している間は監視拠点104に向けて進む。

通信品質がL1の端末が二つ以上なければ(306でno)、さらにまた到達可能中継器リストに通信品質レベルがL2以上の端末が一つだけあるかどうか判定し、一つだけ（たとえば、図1の中継端末102一つだけ）であれば(307でyes)、さらに、その端末の通信品質レベルがＬ１であるかＬ２であるか判定（310）して、Ｌ２であれば第2の色の緑色を点滅させ(309)、探査パケット送信処理(301)へ戻る。Ｌ１であれば緑色を（309）の点滅より遅く点滅させる(311)。

通信品質レベルがL2以上の端末がなければ(307でno)、緑色を(311)の点滅よりさらに遅く点滅させ(308)、探査パケット送信処理(301)へ戻る。処理309、処理308において、光の点滅と同じ速さで警告音を断続的に鳴らしてもよい。

監視員106は、中継器の故障等による通信の切断を防ぐために、図3のように中継端末が少なくとも二つ以上の端末と通信可能な場所に配置していきたいときは、監視対象104に向かって進み、上記処理308の緑色のさらに遅い点滅となったとき中継器103を配置する。もしくは、図1のように一つ以上の端末と通信可能な場所に配置していきたいときは、(309)の緑色の点滅になるまで監視員106は監視対象104に向かって進み、(309)の緑色の点滅となったとき中継端末103を配置する。配置するときは、中継端末103のスイッチF08をおして中継機能状態にして配置する。監視員106はこの処理を繰り返し、中継端末を配置していく。

次に、中継端末の中継機能について図9を用いて説明する。図9は中継端末の中継機能のフローチャートの一例である。

中継端末101は中継機能状態になると、通信経路制御を行うための経路制御ソフトを起動し、第3の色例えば青色を発光部に点灯させる(800)。探査パケットもしくは後述する回収パケットが到着(801でyes)すると、探査パケットか回収パケットか判定(802)し、回収パケットであれば青色を点滅させる(804)。このとき音をならしてもよい。そして、回収パケットに対する返信パケットを送信する。

回収返信パケットのフォーマットを図11に示す。パケットの種類A00と送信元のIDA01を含んでいる。

処理802で到着したパケットが探査パケットであれば、探査パケットに入っている目的端末105のIDへpingを用いて到達可能か調べ(803)、到達可能であれば(805でyes)到達可能を返信する(806)。到達可能でなければ(805でno)次のパケットの到着を待つ処理(801)へ戻る。処理803の到達可能の調査方法はルーティングテーブルを見て目的端末105が登録されているか調べてもよい。

探査パケットへの返信パケットのフォーマットは図10に示す。パケットの種類900と目的端末105のID901と送信元101のID902を含んでいる。また、中継端末が中継機能状態以外の状態へ遷移するときには、経路制御ソフトを終了させ経路制御を行わない。

中継端末の端末回収支援機能について説明する。回収の様子の例を図12に示す。監視員106 が配置済みの中継端末101、中継端末102、を回収していく。このとき中継端末103を端末回収支援機能状態にし、監視員106の周りに端末があることを知らせることで中継端末の回収を支援する。

図13に端末回収支援機能のフローチャートの例を示す。端末回収支援機能状態になると、中継端末103は発光部に第4の色、例えば黄色を点灯する。次に、回収パケットを送信(C01)し、それに対する返信がなければ(C02でno)回収パケット送信処理(C01)に戻る。

返信があれば(C02でyes)返信パケットから信号強度を測定し通信品質レベルを判定し回収端末リストに返信元IDと通信品質レベルを登録(C03)する。このときの通信品質は信号強度以外に信号対雑音比でも構わない。通信品質レベルの判定基準は処理303と同じでも構わないし、別の基準値を設けても構わない。次に、第4の色の黄色を点滅させるが、このとき回収端末リストを調べ回収端末リストに登録されている端末のもっとも通信レベルの高い端末にあわせた速さで点滅させる。本実施例では通信品質レベルをL1、L2、L3の3段階に分けているので、L1であれば早く、L2であれば普通、L3であれば遅くのように点滅の速さを変えてもよい。また、光の点滅の代わりもしくは同時に、音を鳴らしても良よい。このとき音の通信品質のレベルに合わせて音の高さや大きさを変えてもよい。

回収パケットのフォーマットの例を図14に示す。パケットの種類D00とパケットの送信元D01を含んでいる。回収端末リストの例を図15に示す。本例では、端末101のIDがE00に登録され、端末101との通信品質がE05に登録されている。端末102のIDがE01に登録され、端末102との通信品質がE06に登録されている。回収端末リストでは、列E03に回収端末のIDが、上記IDと同じ行の列E04に上記回収端末との通信品質が登録される。

中継端末の回収を行う監視員106は、監視員106が持っている端末回収支援状態にある中継端末103の光の点滅を見る、または音を聞くなどして、周りに回収対象となる中継端末101または102が存在することがわかる。このとき、通信品質レベルが高いときは中継端末101または102が近くにあると判断できるので、光の点滅が早ければ中継端末との距離を推測できる。中継端末101または102は監視員が無線通信範囲に入ると、図9の処理804により点滅したり音が鳴ったりしているので、その光や音を利用することで監視員は中継端末101または102の場所を推測しやすい。

通信端末105のフローチャートの例を図18に示す。探査パケットが中継端末（たとえば101）から到着(H00でyes)すると、到着したパケットの目的端末ＩＤが未登録であるか判定し、目的端末ＩＤが未登録であるなら（H01でno）通信端末が目的端末であることを探査パケットの目的端末ＩＤ901に通信端末（たとえば105）のＩＤを入れて中継端末101に返信(H03)し、次のパケットの到着を待つ。

探査パケットの目的端末が通信端末105と一致すれば（H01でyes）あれば到達可能を返信し、次のパケットの到着を待つ。探査パケットの返信パケットのフォーマットは図10に示されている。

上記実施例によれば、無線ネットワークを拡張のために中継端末を配置する際に事前に無線状況を調査することなく配置を行うことができる。

また、配置されている中継端末を回収するために、周囲の中継端末の存在を知ることができる。

また、配置支援機能と、通信端末の通信の中継機能、回収支援機能の機能状態を切り替えることで一つの端末で、配置支援機能、中継機能、回収支援機能を行うことができる。

また、上記各実施例における、色の使い方や点滅のさせ方は一例であって、上記に限定されない。各状態を区別できる方法であれば他の取り決めに従っても良い。また、光、音以外の方法を用いても良い。

実施形態における動作の様子を示す図である。実施形態における中継端末の配置場所として適当な場所の例である。実施形態における二つ以上の端末と通信可能な中継端末の配置場所として適当な場所の例である。実施形態における中継端末の配置支援機能のフローチャートである。実施形態における中継端末の配置支援機能のフローチャートである。図3のサブルーチンである目的端末入力処理のフローチャートである。実施形態における探査パケットのフォーマットの図である。実施形態における目的端末到達可能リストの図である。実施形態における中継処理のフローチャートである。実施形態における探査返信パケットのフォーマットの図である。実施形態における回収返信パケットのフォーマットの図である。実施形態における回収動作の様子を示す図である。実施形態における端末回収支援機能のフローチャートである。実施形態における回収パケットのフォーマットの図である。実施形態における回収端末リストの図である。実施形態における中継端末の構成を示す図である。実施形態における機能状態の遷移を示す図である。実施形態における通信端末機能のフローチャートを示す図である。

符号の説明

101、102：中継端末、103、105：通信端末、106：監視員、F00：タイマ、F03：発光部、F04：発光制御部、F05：無線通信部、F06：音声制御部、F07：スピーカー、F08：スイッチ、F09：アンテナ。

Claims

通信端末と通信相手である目的端末とを、含んで構成される無線ネットワークにおいて、新たな中継端末を用いて、前記無線ネットワークを拡張する場合に、
前記新たな中継端末は、中継器配置支援機能を備え、
前記中継器配置支援機能は、無線通信手段を用いて、前記目的端末との通信の可否を問い合わせる探査パケットを送信し、
前記目的端末は、前記探査パケットを受信した場合は、返信パケットを送信し、
他の中継端末は、前記探査パケットを受信した場合は、前記探査パケットにより特定される前記目的端末へ到達可能であれば、前記返信パケットを送信し、
前記新たな中継端末は、
前記返信パケットを受信した場合に、前記返信パケットの送信元の端末と、当該新たな中継端末との通信品質を測定し、
前記返信パケットの受信の有無と前記測定した通信品質とに従い、現在の当該新たな中継端末の位置が、配置に適しているか否かを評価し、
前記評価結果を、光の色、または、光の色と音、を用いて、当該中継端末外に示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項１に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記探査パケットは、前記目的端末を特定する情報を含み、
前記他の中継端末は、
前記探査パケットを受信した場合は、前記特定する情報に基づき、前記目的端末へ到達可能であるかを調べ、
前記目的端末へ到達可能であれば、前記返信パケットを前記新たな中継端末に送信する
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項２に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記他の中継端末は、前記目的端末へ到達可能であるかを調べる方法として、前記目的端末への経路情報を備えているか否かを調べるか、または、pingを用いる
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項１ないし３いずれか一に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記通信品質は、当該新たな中継端末が受信する信号の、電界強度または信号対雑音比である
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項１ないし４いずれか一に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、少なくとも2つの、前記目的端末および／または前記他の中継端末と、所定の通信品質範囲で通信可能な位置を示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項５に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、前記少なくとも2つの前記目的端末および／または前記他の中継端末と、所定の通信品質範囲で通信可能な位置の判定を、受信する信号の電界強度または信号対雑音比に基づき行う
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項1ないし６いずれか一に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、回収支援機能を備え、
前記回収支援機能は、
無線通信手段を用いて、現在の位置において、前記他の中継端末へ、回収パケットを発信し、
回収対象の前記他の中継端末の設置場所との距離を示す、前記回収パケットに対する返信パケットの通信品質を測定し、
前記測定結果を、光の色、または、音、または、光の色と音、を用いて、当該新たな中継端末外に示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項７に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記回収対象の前記他の中継端末は、
前記回収パケットを受信した場合に、当該他の中継端末の存在を、光の色、または、光の色と音を用いて、当該他の中継端末外に示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項７または８に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、外部からの入力に従い、前記中継器配置支援機能状態、中継機能状態、回収支援機能状態の間で遷移する
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項９に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、当該中継端末が中継器配置支援機能状態、中継機能状態、回収支援機能状態のいずれであるかを、光の色を用いて、当該新たな中継端末外に示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。
請求項１０に記載の無線ネットワーク拡張方法において、
前記新たな中継端末は、前記配置位置の評価結果と、前記状態のいずれであるかを、
光の色と音を用いて当該中継端末の利用者に示す
ことを特徴とする無線ネットワーク拡張方法。