JP7208465B2 - 無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラムに関する。

無線通信システムが、複製されたパケットを複数の周波数帯の無線フレームを利用して送信する冗長通信を実行する送信機と、最先で正常に受信された無線フレームをパケットとして取得する受信機とを備える場合がある。このような無線通信システムは、無線フレームの損失確率が高い環境であっても、要求される遅延時間内の無線フレーム到達確率（パケット到達確率）に関して高い信頼性を実現することができる（非特許文献１参照）。

宗、納谷、藤田、吉澤、清水、「複数無線方式冗長送信を用いた高信頼・低遅延無線アクセスの他システム干渉下における遅延特性評価」、信学技報、ＲＣＣ２０１７－４２（２０１７－０７）

しかしながら、無線通信システムは、複数の周波数帯を同時に利用する冗長通信によって、無線フレームの通信量（無線リソース）を余分に消費する。余分に消費された通信量の無線フレームによって、無線フレームの損失確率が高くなる場合がある。また、無線アクセスの方式が単一である場合、無線フレーム到達確率に関して高い信頼性が十分には得られない場合がある。このように、従来の無線通信システムは、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることができない場合があった。

上記事情に鑑み、本発明は、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である無線通信システム、制御方法、制御装置及び制御プログラムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、無線フレームを端末に送信する複数の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムであって、前記無線通信装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記制御装置に送信し、前記制御装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を取得し、前記再送回数に応じて前記無線通信装置を選択し、選択された前記無線通信装置に前記無線フレームの送信を開始させる、無線通信システムである。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置における前記再送回数の増加に応じて選択された前記無線通信装置に、前記無線フレームの送信を開始させる。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記制御装置は、前記無線通信装置の通信のコストと前記無線通信装置の前記無線フレームの損失確率とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記無線通信装置ごとに優先度を定める。

本発明の一態様は、無線フレームを端末に送信する複数の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムが実行する制御方法であって、前記無線通信装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記制御装置に送信し、前記制御装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を取得し、前記再送回数に応じて前記無線通信装置を選択し、選択された前記無線通信装置に前記無線フレームの送信を開始させる。

本発明の一態様は、上記の制御方法であって、前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置における前記再送回数の増加に応じて選択された前記無線通信装置に、前記無線フレームの送信を開始させる。

本発明の一態様は、無線フレームを端末に送信する複数の無線通信装置を制御する制御装置であって、前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記無線通信装置から受信する受信制御部と、前記再送回数に応じて前記無線通信装置を選択し、選択された前記無線通信装置に前記無線フレームの送信を開始させる要求部とを備える制御装置である。

本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記要求部は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置における前記再送回数の増加に応じて選択された前記無線通信装置に、前記無線フレームの送信を開始させる。

本発明の一態様は、上記の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムである。

本発明により、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

第１実施形態における、無線通信システムの構成の例を示す図である。 第１実施形態における、用途管理テーブルの例を示す図である。 第１実施形態における、無線送信部管理テーブルの例を示す図である。 第１実施形態における、接続状態管理テーブルの例を示す図である。 第１実施形態における、接続前処理及び接続処理の例を示すシーケンス図である。 第１実施形態における、接続状態管理テーブルの更新処理の例を示すフローチャートである。 第１実施形態における、無線フレームの送信処理及び受信処理の例を示すフローチャートである。 第１実施形態における、無線フレームの送信処理及び受信処理の例を示すシーケンス図である。 第１実施形態における、無線フレームの送信パターンの例を示す図である。 従来における、無線フレームの送信パターンの例を示す図である。 第２実施形態における、無線送信部管理テーブルの例を示す図である。 第２実施形態における、接続状態管理テーブルの例を示す図である。 第２実施形態における、平均送信時間が異なる無線フレームの送信パターンの例を示す図である。 従来における、平均送信時間が異なる無線フレームの送信パターンの例を示す図である。 第３実施形態における、無線通信システムの構成の例を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、無線通信システム１の構成の例を示す図である。無線通信システム１は、無線通信を実行するシステムである。無線通信システム１は、無線設備２と、１以上の端末３とを備える。無線設備２は、制御装置４と、ネットワーク５と、複数の無線通信装置６とを備える。

端末３は、無線フレームを用いた冗長通信を実行する端末であり、例えば、スマートフォン端末、タブレット端末である。端末３は、端末送信制御部３０と、第１送信部３１と、第２送信部３２と、端末受信制御部３３と、第１受信部３４と、第２受信部３５とを備える。端末送信制御部３０と端末受信制御部３３とは、一体でもよい。第１送信部３１と第１受信部３４とは、一体でもよい。第２送信部３２と第２受信部３５とは、一体でもよい。

制御装置４は、無線通信装置６の無線フレームの送信等に関する制御を実行する情報処理装置（送受信処理機）である。制御装置４は、各無線通信装置６による冗長通信の制御を実行する。制御装置４は、ネットワーク５を介して、各無線通信装置６と通信する。したがって、制御装置４は、無線通信装置６から分離された冗長通信の端点で、無線通信装置６の無線フレームの送信に関する制御を実行する。

制御装置４は、送信制御部４０と、受信制御部４１とを備える。各機能部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現される。各機能部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。送信制御部４０と受信制御部４１とは、一体でもよい。

制御装置４は、記憶部４２を備える。記憶部４２は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）である。記憶部４２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記録媒体を有してもよい。記憶部４２は、プログラム及びテータテーブルを記憶する。

ネットワーク５は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線である。ネットワーク５は、有線の通信回線でもよいし、無線の通信回線でもよい。

無線通信装置６は、無線フレームを用いて冗長通信を実行する装置である。無線通信装置６は、端末３との間で冗長通信を実行する。各無線通信装置６は、異なる管理ドメインに属してもよい。各無線通信装置６は、ネットワーク５を介して制御装置４と通信する。

無線通信装置６は、無線送信部６０と、無線受信部６１とを備える。各機能部は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。各機能部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。無線通信装置６は、記憶部を更に備えてもよい。

次に、端末３の詳細を説明する。
端末送信制御部３０は、第１送信部３１及び第２送信部３２の無線フレームの送信に関する制御を実行する。第１送信部３１は、予め定められた無線方式で、無線フレームを無線通信装置６に送信する。第２送信部３２は、予め定められた無線方式で、無線フレームを無線通信装置６に送信する。第１送信部３１の無線方式と、第２送信部３２の無線方式とは、同じ方式でもよいし、異なる方式でもよい。

端末受信制御部３３は、第１受信部３４及び第２受信部３５の無線フレームの送信に関する制御を実行する。第１受信部３４は、第１送信部３１の無線方式で、無線フレームを無線通信装置６から受信する。第２送信部３２は、第２送信部３２の無線方式で、無線フレームを無線通信装置６から受信する。

次に、制御装置４の詳細を説明する。
図２は、用途管理テーブルの例を示す図である。用途管理テーブルは、通信の用途の管理情報が登録されるデータテーブルである。送信制御部４０は、用途管理テーブルを参照する。用途管理テーブルの項目には、用途と、要求遅延と、要求信頼性と、接続を許可された端末とがある。

用途管理テーブルにおいて、「用途」は、通信の用途を表す。「要求遅延」は、無線通信システム１に対して要求される無線フレーム遅延時間（パケット遅延時間）を表す。「要求信頼性」は、無線通信システム１に対して要求される無線フレーム到達確率（パケット到達確率）を表す。「接続を許可された端末」は、無線通信装置６との通信の接続を許可された端末３を表す。

図３は、無線送信部管理テーブルの例を示す図である。無線送信部管理テーブルは、無線送信部６０の管理情報が登録されるデータテーブルである。送信制御部４０は、無線送信部管理テーブルを参照する。無線送信部管理テーブルの項目には、無線通信装置と、無線送信部と、無線方式と、コストと、利用可能な周波数帯と、無線フレームの損失確率と、無線フレーム平均送信時間とがある。

無線送信部管理テーブルにおいて、「無線通信装置」は、「無線送信部」に登録されている無線送信部６０を備える無線通信装置６を表す。「無線送信部」は、「無線通信装置」に登録されている無線通信装置６に備えらえた無線送信部６０であり、無線フレームを送信する無線送信部６０を表す。「無線方式」は、無線送信部６０が実行する通信の無線方式（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ）を表す。「コスト」は、無線送信部６０が実行する通信のコストを表す。「利用可能な周波数帯」は、無線送信部６０が実行する無線通信が利用可能である周波数帯（チャネル）を表す。「無線フレームの損失確率」は、端末３及び無線通信装置６の間における無線フレームの損失確率を表す。「無線フレーム平均送信時間」は、端末３及び無線通信装置６の間における無線フレームの送信時間の平均を表す。

図４は、接続状態管理テーブルの例を示す図である。接続状態管理テーブルは、端末３及び無線通信装置６の間における通信の接続状態の管理情報が登録されるデータテーブルである。送信制御部４０は、接続状態管理テーブルを参照する。接続状態管理テーブルの項目には、接続関係と、状態と、優先度と、送信を開始する再送回数とがある。接続関係の項目には、端末と、無線設備とがある。無線設備の項目には、無線通信装置と、無線送信部とがある。

接続状態管理テーブルにおいて、「端末」は、「無線通信装置」に登録されている無線通信装置６との通信を実行する端末３を表す。「無線通信装置」は、「端末」に登録されている端末３との通信を実行する無線通信装置６である。「無線送信部」は、「無線通信装置」に登録されている無線通信装置６において通信を実行する無線送信部６０である。「状態」は、「無線送信部」に登録されている無線送信部６０が通信に使用されている状態であるか否かを表す。「優先度」は、「無線送信部」に登録されている無線送信部６０の優先度を表す。優先度の値は、その値が小さいほど、その優先度が高いことを表す。「送信を開始する再送回数」は、「無線送信部」に登録されている無線送信部６０が無線フレームの送信を開始する再送回数を表す。この再送回数は、優先度が最も高い無線送信部６０－１による無線フレームの再送回数を表す。図４では、例えば、優先度が最も高い無線送信部６０－１による無線フレームの再送回数が１回となった場合、送信制御部４０は、優先度が２番目に高い無線送信部６０－２による無線フレームの送信を開始させる。

図１に戻り、制御装置４の詳細の説明を続ける。送信制御部４０は、要求部４００を備える。要求部４００は、無線送信部６０による通信のコストを表す情報を、図３に示されたような無線送信部管理テーブルから取得する。

要求部４００は、図４に示されたような接続状態管理テーブルにおいて、各無線送信部６０に優先度を設定する。要求部４００は、図３に示されたような通信のコストと無線フレームの損失確率とに基づいて、各無線送信部６０に優先度を設定する。

要求部４００は、通信のコストの低い無線送信部６０が優先的に通信に使用されるように、優先度を設定する。すなわち、要求部４００は、通信のコストの低い無線送信部６０に、高い優先度を設定する。要求部４００は、無線フレームの損失確率の低い無線送信部６０が優先的に通信に使用されるように、優先度を設定する。すなわち、要求部４００は、無線フレームの損失確率の低い無線送信部６０に、高い優先度を設定する。

ここで、要求部４００は、無線フレームの損失確率の低さよりも、通信のコストの低さを優先してもよい。すなわち、要求部４００は、無線フレームの損失確率の低い無線送信部６０に設定された優先度よりも高い優先度を、通信のコストの低い無線送信部６０に設定してもよい。

要求部４００は、図３に示されたような無線送信部管理テーブルにおける「無線フレームの損失確率」に基づいて、図４に示されたような接続状態管理テーブルにおける「送信を開始する再送回数」を設定する。要求部４００は、無線フレームの損失確率が低い無線送信部６０の「送信を開始する再送回数」に、小さい値を設定する。例えば、要求部４００は、無線フレームの損失確率が最も低い無線送信部６０－１の「送信を開始する再送回数」に、０を設定する。要求部４００は、無線フレームの損失確率が２番目に低い無線送信部６０－２の「送信を開始する再送回数」に、１を設定する。要求部４００は、無線フレームの損失確率が３番目に低い無線送信部６０－３の「送信を開始する再送回数」に、２を設定する。

要求部４００は、無線フレームごとの再送状況又は送信完了状況と、無線送信部６０ごとの優先度に基づいて、無線フレームの送信若しくは再送の開始又は停止を、１以上の無線送信部６０に対して要求する。

無線フレームの再送状況は、無線送信部６０ごとの無線フレームの再送回数又は再送タイムアウトを表す。再送タイムアウトは、無線フレームが再送されてから、その再送された無線フレームを受信する端末３からの応答信号（ＡＣＫ無線フレーム）を無線受信部６１が受信するまでの時間がタイムアウトしたことを表す。

要求部４００は、図４に示されたような接続状態管理テーブルにおける「送信を開始する再送回数」と、優先度が最も高い無線送信部６０－１から通知された再送回数との比較結果に基づいて、無線フレームの送信又は再送の開始を無線送信部６０に対して要求する。

要求部４００は、優先度が最も高い無線送信部６０－１における無線フレームの再送回数の増加に応じて、より多くの無線送信部６０に、無線フレームの送信（再送）を開始させる。これによって、要求部４００は、冗長通信による無線フレームの通信量を低減することができる。

ここで、要求部４００は、設定された優先度の高い無線送信部６０（優先度の値が小さい無線送信部６０）を優先的に通信に使用する。例えば、優先度が最も高い無線送信部６０－１による無線フレームの再送回数が１回となった場合、要求部４００は、優先度が２番目に高い無線送信部６０－２による無線フレームの送信を開始させる。例えば、優先度が最も高い無線送信部６０－１による無線フレームの再送回数が２回となった場合、要求部４００は、優先度が３番目に高い無線送信部６０－３による無線フレームの送信を開始させる。

受信制御部４１は、パケットを受信制御部４１から取得する。例えば、受信制御部４１は、パケットの応答信号を受信制御部４１から取得する。

次に、無線通信装置６の詳細を説明する。
無線送信部６０は、通知部６００と、アンテナとを備える。通知部６００は、無線通信装置６から端末３に送信された無線フレームの再送状況（再送回数等）を、要求部４００に通知する。通知部６００は、無線通信装置６から端末３に送信された無線フレームの送信完了（ＡＣＫ）を、要求部４００に通知する。無線フレームの再送状況及び送信完了を要求部４００に通知することによって、通知部６００は、冗長通信の端点を端末３及び無線通信装置６から分離し、冗長通信の端点を制御装置４とすることができる。

無線受信部６１は、パケットの無線フレームを、端末３－１から取得する。無線受信部６１は、パケットを受信制御部４１に送信する。例えば、無線受信部６１は、パケットの応答信号の無線フレームを、端末３－１から取得する。無線受信部６１は、パケットの応答信号を受信制御部４１に送信する。

次に、無線通信システム１の動作を説明する。
図５は、接続前処理及び接続処理の例を示すシーケンス図である。図５において、接続前処理は、ステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理である。接続処理は、ステップＳ１１２の処理である。

制御装置４は、冗長通信に使用することが可能である１以上の無線送信部６０を表すグループ識別子（例えば、制御装置４の識別子）を、無線通信装置６－１に送信する（ステップＳ１０１）。無線通信装置６－１は、グループ識別子と無線通信装置６－１の識別子とを含む無線フレームを、端末３－１に送信する（ステップＳ１０２）。

制御装置４は、グループ識別子を無線通信装置６－１に送信する（ステップＳ１０３）。無線通信装置６－１は、グループ識別子と無線通信装置６－２の識別子とを含む無線フレームを、端末３－１に送信する（ステップＳ１０４）。

端末３－１は、同じグループ識別子の無線送信部６０をグループ化する（ステップＳ１０５）。端末３－１は、同じグループ識別子を持つグループ化された１以上の無線送信部６０のうちから、一つの無線送信部６０を選択する（ステップＳ１０６）。端末３－１は、接続要求を表す情報を、無線通信装置６－１に通知する。接続要求を表す情報は、同じグループ識別子を持つ無線送信部６０のうちで端末３－１が接続可能である１以上の無線送信部６０のリストを表す情報と、通信の用途を表す情報とを含む（ステップＳ１０７）。無線通信装置６－１は、接続要求を表す情報を、制御装置４に送信する（ステップＳ１０８）。

制御装置４は、接続要求を表す情報に基づいて、接続状態管理テーブルを更新する（ステップＳ１０９）。制御装置４は、接続要求に対する応答を表す情報を、無線通信装置６－１に通知する。接続要求に対する応答を表す情報は、端末３－１が接続して通信に使用する無線送信部６０のリストを表す情報を含む（ステップＳ１１０）。無線通信装置６－１は、接続要求に対する応答を表す情報を、無線フレームによって端末３－１に通知する（ステップＳ１１１）。制御装置４と無線通信装置６－１と端末３－１とは、所定の接続処理を実行する（ステップＳ１１２）。

図６は、接続状態管理テーブルの更新処理の例を示すフローチャートである。この更新処理は、図５ではステップＳ１０９の処理である。接続要求を表す情報を端末３から受信した場合、要求部４００は、同じグループ識別子を持つ無線送信部６０のうちで端末３－１が接続可能である１以上の無線送信部６０のリストを表す情報と、用途を表す情報とを、接続要求を表す情報から取り出す。このリストの長さＬは、端末３が接続する無線送信部６０の個数を表す（ステップＳ２０１）。

要求部４００は、図２に示されたような用途管理テーブルにおいて「用途」に対応付けられている「接続を許可された端末」に、接続要求を送信した端末３－１が含まれているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。接続要求を送信した端末３－１が「接続を許可された端末」に含まれている場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、要求部４００は、その「用途」に対応付けられている「要求遅延」と「要求信頼性」とを、用途管理テーブルから取得する（ステップＳ２０３）。要求部４００は、取得された要求遅延の時間に対応する送信回数の上限Ｍを算出する（ステップＳ２０４）。

要求部４００は、その「用途」に対応付けられているエントリを、接続状態管理テーブルに追加する。例えば、要求部４００は、そのエントリの「接続関係：端末」に、その接続要求を送信した端末３－１を設定する。要求部４００は、そのエントリの「接続関係：無線設備」に、同じグループ識別子を持つ無線送信部６０のうちで端末３－１が接続可能である１以上の無線送信部６０のリストを設定する。要求部４００は、そのエントリの「状態」に「未使用」を設定する（ステップＳ２０５）。

要求部４００は、無線送信部管理テーブルにおいて「無線フレームの損失確率」が低い順に、無線送信部６０を端末３ごとに選択する。要求部４００は、接続状態管理テーブルにおいて、追加されたエントリの「無線送信部」における無線送信部６０のうち、選択された無線送信部６０の優先度に、１から順にインクリメントされた値を設定する。要求部４００は、異なるコストが無線送信部管理テーブルに登録されている場合、通信のコストが低い順に、高い優先度を無線送信部６０に設定する（ステップＳ２０６）。

以下、優先度ｉの無線送信部６０の送信回数を「Ｎｉ」と表記する。要求部４００は、優先度ｉが１であるＮ１にはＭを設定し、優先度ｉが１以外であるＮｉには０を設定する（ステップＳ２０７）。

図６において、ステップＳ２０８以降では、優先度ｉの初期値は２である。要求部４００は、優先度ｉの値に１を加算する。要求部４００は、Ｎ２がＭより大きいか否かを判定する（ステップＳ２０８）。Ｎ２がＭ以下である場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、要求部４００は、優先度ｉの値が長さＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０９）。

優先度ｉの値が長さＬを超えている場合（ステップＳ２０９：ｉ＞Ｌ）、要求部４００は、ステップＳ２０８に処理を戻す。優先度ｉの値が長さＬ以下である場合（ステップＳ２０９：ｉ≦Ｌ）、要求部４００は、優先度ｉの無線送信部６０において無線フレームをＮｉ回送信した場合に要求信頼性が満たされるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。要求信頼性が満たされない場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）。要求部４００は、送信回数Ｎｉに、１を加算する（ステップＳ２１１）。要求部４００は、ステップＳ２０９に処理を戻す。

要求信頼性が満たされる場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、要求部４００は、図４に示されたような接続状態管理テーブルにおいて、優先度ｉの無線送信部６０に対応付けられている「送信を開始する再送回数」を、（Ｍ－Ｎｉ）回に設定する（ステップＳ２１２）。要求部４００は、接続状態管理テーブルにおいて、送信回数Ｎｉが０でない無線送信部６０の「状態」に、「使用」を設定する（ステップＳ２１３）。要求部４００は、接続要求に対する応答を表す情報を、端末３－１に通知する。すなわち、要求部４００は、図４に示されたような接続状態管理テーブルにおいて「状態」が「使用」となっている無線送信部６０のリストを、端末３－１が接続する無線送信部６０のリストとして、端末３－１に通知する（ステップＳ２１４）。

送信回数Ｎ２がＭを超えている場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、要求部４００は、接続要求に対する応答を、端末３－１に送信する。すなわち、要求部４００は、要求信頼性を満たすことができないことを、端末３－１に通知する（ステップＳ２１５）。

接続要求を送信した端末３－１が「接続を許可された端末」に含まれていない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、要求部４００は、接続の拒否を端末３－１に通知する（ステップＳ２１６）。

図７は、無線フレーム（パケット）の送信処理及び受信処理の例を示すフローチャートである。端末３－１に送信されるパケットが制御装置４に到着した場合、要求部４００は、宛先である端末３－１の識別情報をパケットから取得する（ステップＳ３０１）。要求部４００は、宛先である端末３－１との接続関係がある無線通信装置６のうち、接続状態管理テーブルにおいて「送信を開始する再送回数」が０である全ての無線通信装置６に、パケットを送信する（ステップＳ３０２）。

要求部４００は、送信されたパケットの複製を、応答信号（ＡＣＫ）の受信を待つためのバッファに記録する（ステップＳ３０３）。要求部４００は、接続状態管理テーブルにおいて、０より大きい再送回数のうち最小の再送回数に対応する再送タイムアウトの時間をタイマに設定する（ステップＳ３０４）。要求部４００は、無線通信装置６から送信された応答信号（ＡＣＫ）の受信を待つ（ステップＳ３０５）。

ステップＳ３０５において、要求部４００は、優先度の値が最小である無線通信装置６から再送状況を表す情報を受信した場合、接続状態管理テーブルに基づいて、再送状況を表す情報に含まれている再送回数と等しい「送信を開始する再送回数」に対応する全ての無線通信装置６に、パケットを送信する。要求部４００は、再送タイムアウトの時間が超過した場合、接続状態管理テーブルに基づいて、再送状況を表す情報に含まれている再送回数と等しい「送信を開始する再送回数」に対応する全ての無線通信装置６に、パケットを送信する。無線通信装置６は、無線通信装置６がパケットを取得した場合、無線送信部管理テーブルにおける「利用可能な周波数帯」に登録されている周波数帯の無線フレームを用いて、パケットを端末３－１に送信する（ステップＳ３０６）。

要求部４００は、接続状態管理テーブルに基づいて、無線送信部６０－１における現在の再送回数よりも多い再送回数うちの最小の再送回数に対応する再送タイムアウトの時間を定める。例えば、要求部４００は、無線フレーム平均送信時間に再送回数を乗算した結果に基づいて、再送タイムアウトの時間を定める（ステップＳ３０７）。要求部４００は、ステップＳ３０５に処理を戻す。

ステップＳ３０５において、無線フレームの遅延が要求遅延を超過した場合、要求部４００は、宛先である端末３－１との接続関係がある全ての無線通信装置６に、無線フレームの再送の停止を要求する信号を送信する（ステップＳ３０８）。要求部４００は、応答信号（ＡＣＫ）が受信されたパケットの複製、又は 要求遅延を超過したパケットの複製を、応答信号の受信を待つためのバッファから削除する（ステップＳ３０９）。

ステップＳ３０５において、制御装置４が応答信号（ＡＣＫ）を無線通信装置６から受信した場合、宛先である端末３－１との接続関係がある無線通信装置６のうち、応答信号を受信した無線通信装置６を除き、無線フレームを再送している全ての無線通信装置６に、無線フレームの再送の停止を要求する信号を送信する（ステップＳ３１０）。要求部４００は、ステップＳ３０９に処理を進める。

図８は、無線フレーム（パケット）の送信処理及び受信処理の例を示すシーケンス図である。図７に示されたステップＳ３０１において、送信制御部４０は、第１パケットを取得し、第１パケットを複製する（ステップＳ４０１）。送信制御部４０は、第１パケットの送信を無線送信部６０－１に要求する（ステップＳ４０２）。無線送信部６０－１は、第１パケットの無線フレームを第１受信部３４－１に送信する（ステップＳ４０３）。

第１受信部３４－１は、無線フレームに含まれている第１パケットを、端末受信制御部３３－１に送信する（ステップＳ４０４）。端末受信制御部３３－１は、第１パケットを取得する（ステップＳ４０５）。第１送信部３１－１は、第１パケットを正常に受信したので、第１パケットの応答信号（ＡＣＫ）の無線フレームを、無線受信部６１－１に送信する（ステップＳ４０６）。無線受信部６１－１は、第１パケットの応答信号を、受信制御部４１に送信する（ステップＳ４０７）。

図７に示されたステップＳ３０１において、送信制御部４０は、第２パケットを取得し、第２パケットを複製する（ステップＳ４０８）。送信制御部４０は、第２パケットの送信の開始を、無線送信部６０－１に要求する（ステップＳ４０９）。無線送信部６０－１は、第２パケットの無線フレームを、第１受信部３４－１に送信する。図８では、送信された第２パケットの無線フレームが失われた（ステップＳ４１０）。

第１受信部３４－１が応答信号（ＡＣＫ無線フレーム）を送信し、送信された応答信号を無線受信部６１－１が受信するまでの時間は、タイムアウトする（ステップＳ４１１）。無線送信部６０－１は、第２パケットの無線フレームを、第１受信部３４－１に再送する。図８では、再送された第２パケットの無線フレームが失われた（ステップＳ４１２）。これによって、第２パケットの無線フレームの再送回数が規定回数を超過した（ステップＳ４１３）。

無線送信部６０－１は、第２パケットの再送状況（再送回数）を、受信制御部４１に通知する（ステップＳ４１４）。図７に示されたステップＳ３０５において、送信制御部４０は、送信制御を要求する必要があるか否かを、第２パケットの再送状況に基づいて判定する（ステップＳ４１５）。

図７に示されたステップＳ３０６において、送信制御部４０は、第２パケットの送信を無線送信部６０－２に要求する（ステップＳ４１６）。無線送信部６０－２は、第２パケットの無線フレームを第２受信部３５－１に送信する（ステップＳ４１７）。第２受信部３５－１は、無線フレームに含まれている第２パケットを、端末受信制御部３３－１に送信する（ステップＳ４１８）。端末受信制御部３３－１は、第２パケットを取得する（ステップＳ４１９）。

第１受信部３４－１が応答信号（ＡＣＫ無線フレーム）を送信し、送信された応答信号を無線受信部６１－１が受信するまでの時間は、タイムアウトする（ステップＳ４２０）。無線送信部６０－１は、第２パケットの無線フレームを、第１受信部３４－１に再送する。図８では、再送された第２パケットの無線フレームが失われた（ステップＳ４２１）。

端末送信制御部３０－１は、第１受信部３４－１が第２パケットの無線フレームを受信していない場合でも、第２受信部３５－１が第２パケットの無線フレームを受信したので、第２パケットの応答信号の無線フレームを、第２送信部３２－１からだけでなく第１送信部３１－１からも送信させる。このため、端末送信制御部３０－１は、第２パケットの応答信号を第１送信部３１－１に送信する（ステップＳ４２２）。第１送信部３１－１は、第２パケットの応答信号の無線フレームを、無線受信部６１－１に送信する。図８では、送信された第２パケットの応答信号の無線フレームが失われた（ステップＳ４２３）。

第２受信部３５－１が第２パケットの無線フレームを正常に受信したので、第２送信部３２－１は、第２パケットの応答信号の無線フレーム（ＡＣＫ無線フレーム）を、無線受信部６１－２に送信する（ステップＳ４２４）。無線受信部６１－２は、第２パケットの応答信号を、受信制御部４１に送信する（ステップＳ４２５）。

図７に示されたステップＳ３１０において、送信制御部４０は、無線受信部６１－１が第２パケットの応答信号の無線フレームを受信していない場合でも、無線受信部６１－２が第２パケットの応答信号の無線フレームを受信したので、第２パケットの再送の停止を、無線送信部６０－２に対してだけでなく無線送信部６０－１に対しても要求する。このため、送信制御部４０は、第２パケットの再送の停止を、無線送信部６０－１に要求する（ステップＳ４２６）。

図９は、無線フレームの送信パターンの例を示す図である。図９では、無線送信部６０－１のチャネルにおいて、無線フレーム到達確率が最も高い。無線送信部６０－３のチャネルにおいて、無線フレーム到達確率が最も低い。

制御装置４は、無線送信部６０－２が無線フレームの送信を開始するタイミングを、無線フレーム到達確率が最も高い無線送信部６０－１が無線フレームの送信を開始するタイミングよりも遅くする。制御装置４は、無線フレーム到達確率が最も低い無線送信部６０－３が無線フレームの送信を開始するタイミングを、無線送信部６０－２が無線フレームの送信を開始するタイミングよりも遅くする。

無線フレーム到達確率が最も高い無線送信部６０－１のチャネルを優先的に通信に用いるように各無線送信部６０の動作を制御装置４が制御するので、再送される無線フレームが発生する確率は低い。したがって、制御装置４は、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

図９との比較のため、従来における無線フレームの送信パターンの例を、図１０に示す。
図１０は、従来における、無線フレームの送信パターンの例を示す図である。各無線送信部は、無線リソースの混雑時に無線フレームを複製し、冗長通信を実行することによって、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させる。図１０では、３個に複製された同じ無線フレームが、同時刻において送信される。各無線送信部は、このように冗長通信を実行することによって、無線リソースを余計に消費してしまう場合がある。

以上のように、第１実施形態の無線通信システム１は、複数の無線通信装置６と、制御装置４とを備える。複数の無線通信装置６は、無線フレームを端末３に送信する。無線通信装置６は、無線フレームの再送回数を表す情報を制御装置に送信する。制御装置４は、無線フレームの再送回数を表す情報を取得する。制御装置４は、再送回数に応じて無線通信装置６（無線送信部６０）を選択する。制御装置４は、選択された無線通信装置６に無線フレームの送信を開始させる。

これによって、第１実施形態の無線通信システム１は、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

制御装置４は、複数の無線通信装置６を制御する。制御装置４は、受信制御部４１と、要求部４００とを備える。受信制御部４１は、無線フレームの再送回数を表す情報を無線通信装置から受信する。要求部４００は、再送回数に応じて無線通信装置を選択し、選択された無線通信装置に無線フレームの送信を開始させる。

これによって、第１実施形態の制御装置４は、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

無線通信システム１は、有線ネットワークを介して接続された複数の無線送信部６０であって、異なる管理ドメインに属する複数の無線送信部６０を用いて、冗長通信を実行することが可能である。無線通信システム１は、複数の無線送信部６０を同時に使用することが可能であり、単一の無線送信部６０が利用可能である全ての周波数帯で無線フレーム到達確率が低い場合でも、複数の無線送信部６０を用いて、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させることが可能である。

要求部４００は、無線通信装置６（無線送信部６０）ごとに優先度を定める。要求部４００は、無線通信装置６の通信のコストと無線通信装置６の無線フレームの損失確率とのうちの少なくとも一方に基づいて、無線通信装置６ごとに優先度を定める。要求部４００は、複数の無線通信装置のうちで優先度が最も高い無線通信装置６における再送回数の増加に応じて選択された無線通信装置６に、無線フレームの送信を開始させる。要求部４００は、通信のコスト及び信頼性が互いに異なる複数の無線アクセス方式を同時に利用する場合、コスト等に応じて定められた優先度の高い無線送信部６０を優先的に通信に使用する。

これによって、無線通信システム１は、通信のコストを抑えながら、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、異種セルラネットワーク連携によって通信のエリアを拡大することが可能である。また、無線通信システム１は、異種セルラネットワークの連携によって通信継続性を向上させることが可能である。

無線通信システム１は、無線リソースが混雑している環境で冗長通信を実行する場合における、無線リソースへの影響を大幅に減らすことが可能である。無線通信システム１は、データ量が多い画像データ等の無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させることが可能である。

制御装置４は、無線通信装置６から分離された冗長通信の端点で、無線通信装置６の動作を制御することが可能である。制御装置４は、ｍＲＡＴ（multi-Radio Access Technology）のインターフェースを、管理ドメインの異なる無線通信装置６に提供することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、異なる無線送信部６０から送信される無線フレームの平均送信時間（無線フレーム長）が互いに異なる点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点を説明する。

図１１は、無線送信部管理テーブルの例を示す図である。図１１では、図３に示された無線送信部管理テーブルに、無線送信部６０－４が更に登録されている。無線送信部６０－４の無線方式は、Ｗｉ－Ｆｉではなく、ＬＴＥ（Long Term Evolution）である。無線送信部６０－４の通信のコストは、他の無線送信部６０の通信のコストと比較して高い。無線送信部６０－４の利用可能な周波数は「Ｂａｎｄ１」である。無線送信部６０－４の無線フレームの損失確率は、１０％である。無線送信部６０－４の無線フレームの平均送信時間は、１０ｍｓである。

図１２は、接続状態管理テーブルの例を示す図である。図１２では、図３に示された接続状態管理テーブルに、無線送信部６０－４が更に登録されている。無線送信部６０－４の通信の状態は「使用」である。無線送信部６０－４の優先度は「４」である。無線送信部６０－４の「送信を開始する再送回数」は「２」である。

異なる無線送信部６０から送信される無線フレームの平均送信時間（無線フレーム長）が互いに異なるので、要求部４００は、図６に示されたステップＳ２０９からステップＳ１１１までの処理において、無線フレーム長の比率に応じたスキップ処理を実行する。例えば、送信時間が１０ｍｓである無線フレームの無線フレーム長は、送信時間が５ｍｓである無線フレームの無線フレーム長の２倍である。このため、要求部４００は、送信時間が１０ｍｓである無線フレームを送信する無線送信部６０－４の送信回数Ｎｉをインクリメントする頻度は、図６に示されたステップＳ２１１において、２回に１回の頻度とする。

図１３は、平均送信時間が異なる無線フレームの送信パターンの例を示す図である。時間軸の０ｍｓから５ｍｓまでにおいて、無線通信装置６－１は、１個の無線フレームを送信する。時間軸の５ｍｓから１０ｍｓまでにおいて、無線通信装置６－１は、１個の無線フレームを再送する。

時間軸の１０ｍｓから１５ｍｓまでにおいて、無線通信装置６－１は、１個の無線フレームを再送する。優先度が２番目に高い無線通信装置６－２は、１個の無線フレームを再送する。優先度が２番目に高い無線通信装置６－４は、無線フレーム長が２倍である１個の無線フレームを再送する。

時間軸の１５ｍｓから２０ｍｓまでにおいて、無線通信装置６－１は、１個の無線フレームを再送する。優先度が２番目に高い無線通信装置６－２は、１個の無線フレームを再送する。優先度が２番目に高い無線通信装置６－４は、無線フレーム長が２倍である１個の無線フレームを再送し続ける。優先度が３番目に高い無線通信装置６－３は、１個の無線フレームを再送する。

時間軸の１０ｍｓから２０ｍｓまでにおいて、各無線フレームが再送される確率は４％以下である。１パケットに対する無線フレームの送信回数の期待値は、図１１に示されたような無線送信部管理テーブルの「無線フレームの損失確率」に応じて、１．２９回となる。

図１３との比較のため、従来における無線フレームの送信パターンの例を、図１４に示す。
図１４は、従来における、平均送信時間が異なる無線フレームの送信パターンの例を示す図である。図１４では、制御装置は、要求信頼性を満たすように、無線フレームの損失確率に応じて、同時に送信される無線フレームの個数（最小の冗長度）を定める。１パケットに対する無線フレームの送信回数の期待値は、図１１に示されたような無線送信部管理テーブルの「無線フレームの損失確率」に応じて、４．０７回となる。

以上のように、第２実施形態の要求部４００は、無線フレーム長の比率に応じて、無線送信部６０における無線フレームの送信の頻度を変更する。これによって、第２実施形態の無線通信システム１は、異なる無線送信部６０から送信される無線フレームの平均送信時間（無線フレーム長）が互いに異なる場合でも、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

（第３実施形態）
第３実施形態では、無線通信装置が送信制御部及び受信制御部を備える点が、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との相違点を説明する。

図１５は、無線通信システム１の構成の例を示す図である。無線通信装置６は、複数の無線送信部６０と、複数の無線受信部６１と、無線送信制御部６２と、無線受信制御部６３とを備える。図１５では、各無線送信部６０は、通知部６００を備えていなくてもよい。

無線送信制御部６２は、無線送信部６０－２及び６０－３の無線フレームの送信に関する制御を実行する。無線送信制御部６２は、通知部６００を備える。無線送信制御部６２の通知部６００は、無線送信部６０－２及び６０－３から端末３に送信された無線フレームの再送状況（再送回数等）を、要求部４００に通知する。

無線受信制御部６３は、無線受信部６１－２及び６１－３の無線フレームの受信に関する制御を実行する。無線受信制御部６３は、無線受信部６１－２によって受信された無線フレームのパケットを取得する。同様に、無線受信制御部６３は、無線受信部６１－３によって受信された無線フレームのパケットを取得する。無線受信制御部６３は、受信されたパケットを受信制御部４１に送信する。

以上のように、第３実施形態の無線通信装置６は、複数の無線送信部６０と、通知部６００とを備える。通知部６００は、複数の無線送信部６０から端末３に送信された無線フレームの再送状況（再送回数等）を、要求部４００に通知する。これによって、第３実施形態の無線通信システム１は、複数の無線送信部６０及び無線受信部６１を無線通信装置６が備えている場合でも、無線フレーム到達確率に関して信頼性を向上させたうえで、冗長通信による無線フレームの通信量を低減させることが可能である。

以上、この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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

上述した実施形態における端末、制御装置及び無線通信装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

本発明は、無線通信システムに適用可能である。

１…無線通信システム、２…無線設備、３…端末、４…制御装置、５…ネットワーク、６…無線通信装置、３０…端末送信制御部、３１…第１送信部、３２…第２送信部、３３…端末受信制御部、３４…第１受信部、３５…第２受信部、４０…送信制御部、４１…受信制御部、４２…記憶部、６０…無線送信部、６１…無線受信部、６２…無線送信制御部、６３…無線受信制御部、４００…要求部、６００…通知部

Claims (8)

1. 無線フレームを端末にそれぞれ互いに異なる周波数帯で送信する複数の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムであって、
   前記無線通信装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに所定回数を定め、前記無線フレームの再送回数を表す情報を取得し、複数の前記無線通信装置のうちで前記所定回数が所定の無線通信装置における再送回数以下である１以上の前記無線通信装置に、再送される前記無線フレームを送信させる、
   無線通信システム。
2. 前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置を前記所定の無線通信装置とする、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記制御装置は、前記無線通信装置の通信のコストと前記無線通信装置の前記無線フレームの損失確率とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記無線通信装置ごとに優先度を定める、請求項２に記載の無線通信システム。
4. 無線フレームを端末にそれぞれ互いに異なる周波数帯で送信する複数の無線通信装置と、制御装置とを備える無線通信システムが実行する制御方法であって、
   前記無線通信装置は、前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに所定回数を定め、前記無線フレームの再送回数を表す情報を取得し、複数の前記無線通信装置のうちで前記所定回数が所定の無線通信装置における再送回数以下である１以上の前記無線通信装置に、再送される前記無線フレームを送信させる、
   制御方法。
5. 前記制御装置は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置を前記所定の無線通信装置とする、請求項４に記載の制御方法。
6. 無線フレームを端末にそれぞれ互いに異なる周波数帯で送信する複数の無線通信装置を制御する制御装置であって、
   前記無線フレームの再送回数を表す情報を前記無線通信装置から受信する受信制御部と、
   前記無線通信装置ごとに所定回数を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記所定回数が所定の無線通信装置における再送回数以下である１以上の前記無線通信装置に、再送される前記無線フレームを送信させる要求部と
   を備える制御装置。
7. 前記要求部は、前記無線通信装置ごとに優先度を定め、複数の前記無線通信装置のうちで前記優先度が最も高い前記無線通信装置を前記所定の無線通信装置とする、請求項６に記載の制御装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

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