特許 6566785 グループチャネルアクセス方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6566785

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】グループチャネルアクセス方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 74/04 20090101AFI20190819BHJP

   H04W 4/38 20180101ALI20190819BHJP

   H04W 74/08 20090101ALI20190819BHJP

   H04W 64/00 20090101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   H04W74/04

   H04W4/38

   H04W74/08

   H04W64/00 120

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-165828(P2015-165828)

(22)【出願日】2015年8月25日

(65)【公開番号】特開2017-46104(P2017-46104A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2018年7月24日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】表 昌佑

(72)【発明者】

【氏名】児島 史秀

【審査官】 松野 吉宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８５０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８５０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０６７２１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１７２４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 秋元浩平、亀田卓、平明徳、末松憲治、高木直、坪内和夫，ＷＬＡＮマルチセル環境における位置情報を活用した干渉制御手法，電子情報通信学会技術研究報告 Vol.115 No.2，日本，一般社団法人電子情報通信学会，２０１５年 ４月 ９日，第115巻，Pages 53-58

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４ − ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局と複数の端末とにより構成される通信網におけるグループチャネルアクセス方法であって、
前記基地局が、複数の前記端末を複数のグループに分割するグループ作成工程と、
前記基地局が、前記グループを構成する前記端末の中から一つ以上の端末をアーリーレポーターとして選択するアーリーレポーター選択工程と、
イベントが発生した場合、複数の前記アーリーレポーターのうち、前記イベントの影響が及ぶイベントエリアに含まれる前記アーリーレポーターが、前記基地局に前記イベントの発生を示すイベント発生情報を送信するイベント発生情報送信工程と、
前記イベント発生情報を受信した前記基地局が、前記イベント発生情報を送信した前記アーリーレポーターが属する前記グループ毎に、前記グループに含まれる前記端末と前記基地局とが通信可能な時間帯を指定するグループアクセスピリオドを含むグループアクセスフレームを構成するグループアクセスフレーム構成工程と、
前記基地局が、構成した前記グループアクセスフレームを含む情報をブロードキャストするグループアクセスフレーム送信工程と、
前記グループアクセスフレームを含む情報を受信した前記端末は、前記端末が属するグループアクセスピリオドにおいて前記基地局とＣＳＭＡ（搬送波感知多重アクセス）を用いて通信を行う通信工程と、
を含むことを特徴とするグループチャネルアクセス方法。

【請求項2】

前記グループアクセスフレームには前記グループアクセスピリオドに加えエクストラグループアクセスピリオドが含まれ、
前記グループアクセスピリオドが割り振られていない前記グループに属し、前記イベントの検知を行った前記端末は、前記エクストラグループアクセスピリオドにおいて前記基地局と通信を行うこと
を特徴とする請求項１記載のグループチャネルアクセス方法。

【請求項3】

前記通信工程後に通信環境の変化が生じた場合、前記基地局が、前記グループ及び前記グループアクセスフレームを再構成する再構成工程を更に含むことを特徴とする請求項１又は２記載のグループチャネルアクセス方法。

【請求項4】

前記アーリーレポーターは、前記グループを構成する前記端末のうち前記基地局との通信状況が最も良好なものから選択されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のグループチャネルアクセス方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、グループチャネルアクセス方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

無線環境における多重アクセスは、限られた無線チャネルを複数の端末で共有することを可能にする（非特許文献１参照）。

【0003】

例えばＷｉ−Ｆｉシステム等では、複数の端末でチャネルを共有することを可能にする通信方式として、搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式（ＣＳＭＡ／ＣＤ）や搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ）が用いられている。

【0004】

ＣＳＭＡ／ＣＤは、各端末が伝送路上にデータが流れていないか確認し、他端末が送信中でなければ送信を開始するとともに、複数の端末が同時に送信を開始した場合には、衝突回避のため両者は送信を中止し、所定時間待機した後、再送を試みる通信方式である。

【0005】

ＣＳＭＡ／ＣＡは、各端末が、通信路について一定時間以上継続してデータ送信が行われていないことを確認してからデータを送信する通信方式である。実際にデータが正しく送信されたかは受信側からのACK(Acknowledge)信号が到着するかどうかで判定され、ACK信号がなければ通信障害があったとみなされてデータの再送信が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【非特許文献1】LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specification, IEEE, New York, NY, USA, IEEE Std 802.11-2012 edition, 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、ＣＳＭＡによる通信方式では、端末間で通信が行われる場合には通信衝突を回避することができず、その通信衝突はシステム性能に悪影響をもたらすことになる。またこのシステム性能に対する悪影響は、通信端末が多くなればなるほど大きなものとなる。
こうした通信衝突は、特に地震計や噴火計、火災センサ等、特定の地域における緊急事態の発生を端末が感知し基地局に知らせる通信システムにおいて大きな問題となる。

【0008】

図１は、ＣＳＭＡによる従来のチャネルアクセスの様子を示す模式図である。図１において、マスターデバイスである基地局（ＢＳ）１に対して複数の端末２が接続された状態となっている。こうした基地局１と複数の端末２とが、観測対象地域Ａに配置されている。

【0009】

そして、地域Ａにおいて地震や噴火等、観測対象となっている特定のイベントが発生した場合には、イベントによる影響が及び端末２による感知が可能な範囲（イベントエリア）Ｐに設置され、当該イベントの発生を感知した複数の端末２から基地局１へとイベントを感知した旨の情報が送信される。

【0010】

ここで、観測対象となるイベントが地震や噴火等、広範囲に影響が及ぶものである場合には、観測対象地域Ａも広範囲となり、この広範囲な観測対象地域Ａをカバーすべく、設置される端末２の数も多くなる。

【0011】

そして、イベント発生時にはイベントエリアＰ内に含まれる端末２の数が多くなり、ＢＳ１に対して多数の端末２から同時に情報が送信されることになる。そのため、通信衝突が生じる可能性が高くなる。

【0012】

また、観測対象となるイベントが地震や噴火等である場合に通信衝突が生じ通信が正常に行えない場合には、地域住民の避難や救助活動の遅れを招き、甚大な被害を生じてしまう恐れがある。

【0013】

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、通信衝突を最小限化することのできるグループチャネルアクセス方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

第１発明に係るグループチャネルアクセス方法は、基地局と複数の端末とにより構成される通信網におけるグループチャネルアクセス方法であって、前記基地局が、複数の前記端末を複数のグループに分割するグループ作成工程と、前記基地局が、前記グループを構成する前記端末の中から一つ以上の端末をアーリーレポーターとして選択するアーリーレポーター選択工程と、イベントが発生した場合、複数の前記アーリーレポーターのうち、前記イベントの影響が及ぶイベントエリアに含まれる前記アーリーレポーターが、前記基地局に前記イベントの発生を示すイベント発生情報を送信するイベント発生情報送信工程と、前記イベント発生情報を受信した前記基地局が、前記イベント発生情報を送信した前記アーリーレポーターが属する前記グループ毎に、前記グループに含まれる前記端末と前記基地局とが通信可能な時間帯を指定するグループアクセスピリオドを含むグループアクセスフレームを構成するグループアクセスフレーム構成工程と、前記基地局が、構成した前記グループアクセスフレームを含む情報をブロードキャストするグループアクセスフレーム送信工程と、前記グループアクセスフレームを含む情報を受信した前記端末は、前記端末が属するグループアクセスピリオドにおいて前記基地局とＣＳＭＡ（搬送波感知多重アクセス）を用いて通信を行う通信工程と、を含むことを特徴とする。

【0015】

第２発明に係るグループチャネルアクセス方法は、第１発明において、前記グループアクセスフレームには前記グループアクセスピリオドに加えエクストラグループアクセスピリオドが含まれ、前記グループアクセスピリオドが割り振られていない前記グループに属し、前記イベントの検知を行った前記端末は、前記エクストラグループアクセスピリオドにおいて前記基地局と通信を行うことを特徴とする。

【0016】

第３発明に係るグループチャネルアクセス方法は、第１発明又は第２発明において、前記通信工程後に通信環境の変化が生じた場合、前記基地局が、前記グループ及び前記グループアクセスフレームを再構成する再構成工程を更に含むことを特徴とする。

【0017】

第４発明に係るグループチャネルアクセス方法は、第１発明乃至第３発明において、前記アーリーレポーターは、前記グループを構成する前記端末のうち前記基地局との通信状況が最も良好なものから選択されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

上述した構成からなる本発明によれば、ネットワーク内の複数の端末をグループ化し、時分割多重チャネルアクセスを実行することで、一度にＢＳ１と通信する端末２の数を劇的に減らすことで、通信衝突を効果的に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来のＣＳＭＡによるチャネルアクセスの様子を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るＣＳＭＡによるチャネルアクセスの様子を示す模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法において地理情報を用いてグループを作成する例を示す模式図である。

【図5】本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法において基地局により作成されるグループアクセスフレームを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法について説明する。

【0021】

図２は、本発明の実施形態に係るＣＳＭＡによるチャネルアクセスの様子を示す模式図である。

【0022】

本実施形態に係るチャネルアクセス方法では、観測対象地域Ａに１つの基地局（ＢＳ）１と、複数の端末２が設置されて構成されている。

【0023】

基地局１はマスターデバイスであり、スレイブデバイスである端末２から情報を収集し、収集した情報を外部へ送信するための装置である。また基地局１は、基地局１と端末２との間の通信の制御を行う。

【0024】

具体的には、基地局１は、端末２を端末２の位置情報に応じて複数のグループに分けるとともに、当該グループ内の所定の端末２をアーリーレポーターＥＲとして設定したり、基地局１と端末２との通信に用いられるアクセスフレームの設定を行ったりする等の機能を有している。端末２のグループ分けの詳細及びアクセスフレームの設定の詳細については後述する。

【0025】

端末２は、観測対象地域Ａにおいて、地震や噴火等、観測対象となっている特定のイベントの発生を感知するために観測対象地域Ａに設けられた、基地局１と通信する機能を有するセンサである。端末２は、基地局１による制御のもとで基地局１との通信を行う。

【0026】

また、端末２は、基地局１のネットワークに加入する際に自機の位置情報を基地局１に登録する。この位置情報は端末２に内蔵されたＧＰＳ（Global Positioning System、全地球測位システム）により得られる位置情報を用いて得られる。

【0027】

なお、本実施形態においてはＧＰＳにより位置情報を得る態様であるが、本発明においてはこれに限らず、位置情報を取得できる手段であれば好適に用いることができる。

【0028】

また、本実施形態においては、端末２は端末２同士の間で通信する機能を有していないが、本発明においてはこれに限らず、例えば端末２同士でも通信可能である態様としてもよい。この場合でも、基地局１は自機と通信する全ての端末２との通信の制御を行う。

【0029】

こうした端末２は、基地局１により複数のグループに分けられる。本実施形態においては、図２に示すように、複数の端末２は、それぞれ破線で囲われているグループＢ〜Ｅの４つのグループに分けられている。

【0030】

そして、本実施形態に係るチャネルアクセス方法では、グループＢ〜Ｄに属する端末２として、通常端末ＳとアーリーレポーターＥＲの２種類の端末が存在している。アーリーレポーターＥＲはグループＢ〜Ｅのそれぞれについて１つ以上設定されている。

【0031】

通常端末ＳとアーリーレポーターＥＲとはともに同一の構成を有する端末であるが、基地局１によりそれぞれが異なる機能を発揮するよう制御されている。

【0032】

すなわち、観測対象地域Ａにイベントが発生した場合であって、イベントの影響が及ぶ範囲Ｐに通常端末ＳとアーリーレポーターＲが存在する場合、いずれの端末２も当該イベントを感知する。しかし、当該イベントの検知後に最初に基地局１と通信することができる端末２は、イベントを検知したアーリーレポーターＥＲのみと設定されている。

【0033】

すなわち、アーリーレポーターＥＲは、イベント検知後、自らが属するグループに含まれる、当該イベントを検知した全ての端末２を代表して最初に基地局１と通信を行う端末２である。

【0034】

次に、本実施形態に係るチャネルアクセス方法の各工程について詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法を示すフローチャートである。

【0035】

まず、基地局１は、基地局１を中心とするネットワークに加入している複数の端末２について、各端末２の位置情報を受信し、当該位置情報に基づき複数の端末２を複数のグループに分ける（ステップＳ１）。なお、本発明では基地局１が各端末２から位置情報を受信するかわりに基地局１が予め設定した位置に端末を置くことも可能である。また、基地局１に対する各端末２のネットワークへの加入は既存の各種技術を任意に用いて行うことができる。

【0036】

次に、基地局１は、各グループについて、それぞれ当該グループを構成する端末２の中から１つ以上の端末２を、所定の基準に基づきアーリーレポーターＥＲとして選択する（ステップＳ２）。

【0037】

アーリーレポーターＥＲの選択の基準として、例えばグループ内の端末２のうち基地局１との通信状況が基準とされる。この場合、通信状況が最良である端末２がアーリーレポーターＥＲとして選択される。

【0038】

ただし本発明においてはこれに限らず、基地局１との距離が最も近い端末２をアーリーレポーターＥＲとして選択する等、他の基準に基づきアーリーレポーターＥＲの選択を行う態様であってもよい。

【0039】

こうしてイベント未発生の段階で、各端末２はグループに分けられるとともに、グループ毎に１つ以上の端末２がアーリーレポーターＥＲとして選定することが行われる。

【0040】

こうしたグループ分けとアーリーレポーターＥＲの選定は、例えば図４に示すように行われる。図４は、本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法において地理情報を用いてグループを作成する例を示す模式図である。

【0041】

図４に示す例では、イベントの発生の観測対象となるエリア（モニタリングエリア）について、グループＧ１〜Ｇ９の９つのグループが作成されていて、各グループは複数の通常端末Ｓと、１つのアーリーレポーターＥＲを備えて構成されている。

【0042】

次に、基地局１は、各端末２に対し、どの端末２がどのグループに属するか、及びどの端末２がアーリーレポーターＥＲとして指定されたかを示す情報をブロードキャストする。

【0043】

ブロードキャストされたグループの情報及びアーリーレポーターＥＲを指定する情報を受信した各端末２は、自機が属するグループと、自機がアーリーレポーターＥＲとして指定されている場合には当該指定情報を保存する。アーリーレポーターＥＲとして指定された端末２は、以後アーリーレポーターＥＲとして機能する。

【0044】

そして、イベントが発生した場合には、イベントの影響が及ぶイベントエリアＸに含まれる全ての通常端末ＳとアーリーレポーターＥＲがイベントの発生を検知する。

【0045】

図４に示す例では、グループＧ５、Ｇ６、Ｇ８及びＧ９に含まれる通常端末Ｓ及びアーリーレポーターＥＲがイベントの発生を検知する。ただし、グループＧ８のＥＲ及びグループＧ９の１機の通常端末Ｓは当該イベントを検知していない状態である。

【0046】

各グループのアーリーレポーターＥＲがイベントの発生を検知すると、当該アーリーレポーターＥＲが、基地局１にイベントの発生を示すイベント発生情報を送信する。

【0047】

イベント発生情報を受信した基地局１は、イベント発生情報を送信したアーリーレポーターＥＲが属するグループ毎に、グループに含まれる端末２と基地局１とが通信可能な時間帯を指定するグループアクセスピリオドを含むグループアクセスフレームを構成する（ステップＳ３）。

【0048】

図５は、本発明の実施形態に係るグループチャネルアクセス方法において基地局１により作成されるグループアクセスフレームを示す模式図である。

【0049】

グループアクセスフレームの生成前にはイニシャルランダムマルチプルアクセスが用いられている。イニシャルランダムマルチプルアクセスは、通常のＣＳＭＡにより基地局１と各端末２とが通信を行う期間である。そして、上述したグループＧ５、Ｇ６及びＧ９のアーリーレポーターＥＲは、このイニシャルランダムマルチプルアクセスの期間においてＣＳＭＡを用いて基地局１にイベント発生情報を送信する。

【0050】

グループアクセスフレームは、ビーコン（Ｂ）と、グループアクセスフレーム（ＧＡＦ）を備えて構成されている。

【0051】

ビーコンは、基地局１と端末２との同期用の信号の他、グループアクセスフレームを示す情報を各端末２にブロードキャストするために送信される信号である。

【0052】

グループアクセスフレームは、ビジーと、バックオフと、トランスミッションと、ＳＩＦＳと、ＡＣＫを含む複数のグループアクセスピリオド（ＧＡＰ）を備えて構成されている。グループアクセスフレームは、複数のグループアクセスピリオド（ＧＡＰ）を備えて構成されている。各グループアクセスピリオドは、各端末が基地局と通信を行う時間区間であり、ＣＳＭＡにより通信を行う。

【0053】

グループアクセスピリオドは、アーリーレポーターＥＲからのイベント発生情報の送信があった各グループについて構成され割り当てられ、当該グループに含まれる通常端末Ｓ及びアーリーレポーターＥＲが通信を行うために設けられる時間帯を示している。

【0054】

本実施形態においては、アーリーレポーターＥＲからのイベント発生情報の送信があったグループＧ５、Ｇ６、Ｇ９の３つのグループについて構成され、それぞれのグループに割り当てられる。

【0055】

また、アーリーレポーターＥＲからの送信が無かった、すなわちアーリーレポーターＥＲによるイベントの検知が行われなかったグループに含まれ、イベントの検知を行った通常端末Ｓについても、基地局１に対してイベントの発生を報知可能であることが観測精度の向上のために好ましい。

【0056】

そのため、本実施形態においては、グループアクセスピリオドとして、アーリーレポーターＥＲからのイベント発生情報の送信がされたグループ以外のグループ（以下「その他のグループ」という。）についてのグループアクセスピリオド（以下「エクストラグループアクセスピリオド」という。）が設けられている。

【0057】

なお、本実施形態においてはエクストラグループアクセスピリオドが設けられているが、本発明においてはこれを設けない態様としてもよい。

【0058】

こうして構成されたグループアクセスフレームを示す情報は、ビーコン信号の一部としてブロードキャストされる。

【0059】

そして、ブロードキャストされたグループアクセスフレームを示す情報は、各端末２により受信される。

【0060】

そして、イベントを検知した各端末２であって、グループアクセスピリオドにおいて自機が属するグループが指定されているものは、当該グループアクセスピリオド期間中に基地局１との通信を行う（ステップＳ４）。こうした各グループによるグループアクセスピリオドにおける通信を、グループ間多重アクセスという。グループ間多重アクセスは通常のＣＳＭＡを用いて行われる。

【0061】

また、イベントを検知している端末２であって、グループアクセスピリオドにおいて自機が属するグループが割り振られていないものは、エクストラグループアクセスピリオドにおいて通常のＣＳＭＡにより基地局１との通信を行う。

【0062】

次に、基地局１は、より適切な通信環境を提供するため、ネットワーク内のグループの再構成及びグループアクセスフレームの再構成を行う（ステップＳ５）。

【0063】

グループの再構成及びグループアクセスフレームの再構成は、上述したステップＳ１〜Ｓ３を繰り返すことで行われる。

【0064】

グループの再構成及びグループアクセスフレームの再構成は、例えばグループアクセスピリオドが終了する度に行われる等、所定のタイミングで行われる。

【0065】

なお、このグループの再構成及びグループアクセスフレームの再構成は本発明においては必須のものではなく、同一のグループ及びアーリーレポーターＥＲを用い続ける態様であってもよい。

【0066】

上述した実施形態に係るグループチャネルアクセス方法によると、アーリーレポーターＥＲがイベントを検出した場合、当該アーリーレポーターＥＲが属するグループについては最初にアーリーレポーターＥＲのみが基地局１と通信を行う。そのため、イベント検知後初期に基地局１と通信を行う端末数を大幅に削減することができ、通信衝突の発生を効果的に防止することが可能となる。

【0067】

また、グループアクセスフレームを用いることにより、グループアクセスピリオド毎に所定のグループに属する端末２のみが通信を行うこととなるため、通信衝突の発生を効果的に防止することが可能となる。

【符号の説明】

【0068】

１ 基地局
２ 端末
Ａ 観測対象地域
Ｐ イベントエリア
Ｓ 通常端末
ＥＲ アーリーレポーター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】