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JP3794471B2 - Wireless channel assignment system in wireless network - Google Patents

Wireless channel assignment system in wireless network Download PDF

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JP3794471B2
JP3794471B2 JP2001162850A JP2001162850A JP3794471B2 JP 3794471 B2 JP3794471 B2 JP 3794471B2 JP 2001162850 A JP2001162850 A JP 2001162850A JP 2001162850 A JP2001162850 A JP 2001162850A JP 3794471 B2 JP3794471 B2 JP 3794471B2
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JP
Japan
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radio
node
link
wireless
traffic
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JP2001162850A
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Japanese (ja)
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Inventor
洋司 岸
聡 小西
忍 難波
真一 野本
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KDDI Research Inc
Original Assignee
KDDI R&D Laboratories Inc
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ネットワークにおける無線チャネル割当システムに係り、特に、分散配置された複数の無線ノード同士が無線リンクによって接続されるMP−MP(Multipoint-to-Multipoint)型の無線ネットワークに好適な無線チャネル割当システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
メッシュ型無線通信システムは、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、各無線ノードが近隣の複数の無線ノードとの間にP−P型(Point-to-Point )の無線リンクを確立することによって、任意の無線ノード間において、直接もしくは複数の無線ノードを介した通信が可能になる。メッシュ型無線通信システムは、複数の無線ノード同士が無線リンクによって接続されることから、従来のP−P型あるいはP−MP型(Point-to-Multipoint)に対して、MP−MP(Multipoint-to-Multipoint)型とも呼ばれる。
【0003】
従来、P−P型の無線リンクによってメッシュ型無線通信システムを構成する場合、無線ノード間を接続する各P−P型無線リンクには、物理伝送媒体である無線チャネルが固定的に割り当てられており、常に一定の伝送帯域が提供されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
無線を利用した通信システムでは、降雨等による無線回線品質(CNR)の変動に伴って、無線伝送品質(伝送速度、エラーレートなど)の劣化や回線切断が発生し得る。一般に、無線伝送品質変動に影響する強い降雨現象は、場所による依存性が大きいことが指摘されている。そこで、メッシュ型無線通信システムでは、伝送品質の劣化した無線リンクを迂回してトラヒックを疎通することが可能である。
【0005】
しかしながら、従来のメッシュ型無線通信システムでは、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、迂回トラヒックが通過する無線リンクが過負荷となり得る。
【0006】
また、現在主流となっている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。
【0007】
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。
【0008】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、複数の無線ノードが分散配置され、各無線ノードが近隣の複数の無線ノードとの間に無線リンクを確立する無線ネットワークにおいて、各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を、ネットワークのトラヒック変動に応じて最適化することにある。
【0009】
【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分散配置され、各無線ノードが自ノードと他ノードとの間に無線チャネルを割り当てて無線リンクを確立する無線ネットワークにおける無線チャネル割当システムにおいて、各無線リンクに割り当てる無線チャネル数が可変であることを特徴とする。
【0010】
上記した特徴によれば、各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を、ネットワーク上のトラヒックや各リンクの伝送品質に応じて任意に可変できるので、各無線リンクの伝送帯域を最適化できる。
【0011】
【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、複数の固定無線ノードNが1ないし4km程度の間隔で分散配置されて相互に無線リンクLを確立する無線メッシュ網を例にして説明する。
【0012】
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、無線ノードNに着目すると、これに隣接して無線ノードN1、N2、N3、N4が配置されている。無線ノードNには各無線ノードN1、N2、N3、N4に向けて、パラボラアンテナ等の指向性の鋭いアンテナAT1、AT2、AT3、AT4がそれぞれ設けられている。
【0013】
無線ノードNの各アンテナAT1、AT2、AT3、AT4は、隣接する各無線ノードN1、N2、N3、N4のそれぞれに設けられたアンテナと対向し、それぞれ無線リンクL1、L2、L3、L4を確立する。
【0014】
図3は、各無線ノードN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、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、各無線ノードが同等の構成を有する。
【0015】
無線送受信装置1は、複数の無線送受信ユニットCHU(CHU1〜CHUn)を含み、各無線送受信ユニットCHUが1つの無線チャネルを制御する。無線帯域装置RFT2は、自ノードの全ての無線リンク(本実施形態では、4つの無線リンクL1〜L4)のそれぞれに、前記無線送受信ユニットCHUを、後述するリンク状態監視装置5からの指示に応答した個数だけ動的に割り当てる。図4は、前記無線帯域装置RFT2の機能ブロック図であり、各無線リンクL1〜L4に対して、ゼロ、一つまたは複数個のCHUを割り当てる。
【0016】
リンク制御装置LIC3は、リンク状態監視装置5からの指示に応答して、各無線リンクL1〜L4と各CHUとの関連付け、および各CHUへのトラヒックの分配制御を動的に行う。経路制御装置RTC4は、各無線リンクL1〜L4のトラヒック量を計測してリンク状態監視装置5へ通知すると共に、リンク状態監視装置5からの指示に応答して、自ノードの端末が送受信するトラヒック、および自ノードを経由するトラヒックの転送経路を制御する。
【0017】
このような構成において、当該ノードNを中継するトラヒックのうち、無線リンクL1から入力されて無線リンクL2から出力されるトラヒックに着目すると、入力アンテナAT1で検知されたデータは、予め当該無線リンクL1に割り当てられているCHU(本実施形態では、例えばCHU1)へRFT2により振り分けられる。当該無線リンクL1に複数のCHUが割り当てられている場合には、いずれかのCHUに対して振り分けられる。
【0018】
データを振り分けられたCHU1はこれを受信してLIC3へ転送する。LIC3には、無線リンクL1〜L4とCHU(CHU1〜CHUn)との関係が予めリンク状態監視装置5から通知されている。LIC3は、前記CHU1から転送されたデータを、その無線リンク(本実施形態では、無線リンクL1)に予め割り当てられている経路S1からRTC4へ転送する。
【0019】
RTC4は、受信データの宛先を認識し、これを出力リンク(本実施形態では、無線リンクL2)に対応した経路S2からLIC3へ転送する。LIC3は、無線リンクL2に対して予め割り当てられているCHU(本実施形態では、例えばCHU3)を認識し、このCHU3に対してデータを引き渡す。CHU3が受信データを受け取って送信すると、RFT2は、予めCHU3が割り当てられている無線リンクL2のアンテナAT2に対してデータを振り分ける。
【0020】
一方、自ノードの端末から他ノード宛てに送出されたデータも、RTC4において、当該宛先に対応した無線リンク(本実施形態では、例えば無線リンクL3)が判別される。RTC4は、無線リンクL3に対応した経路S3からデータをLIC3へ転送する。LIC3は、無線リンクL3に割り当てられているCHU(本実施形態では、例えばCHU5)を認識し、このCHU5に対してデータを引き渡す。CHU5がデータを受け取って送信すると、RFT2は、予めCHU5が割り当てられている無線リンクL3のアンテナAT3に対してデータを振り分ける。
【0021】
これと平行して、前記RTC4は、各無線リンクL1〜L4のトラヒックを検出してリンク状態監視装置5へ通知する。リンク状態監視装置5は各無線リンクのトラヒック量を定期的に監視し、トラヒック量の多い無線リンクに対して、より多くの無線チャネル(すなわち、無線送受信ユニットCHU)が割り当てられるように、あるいは伝送品質の高い無線リンクに対して、より多くの無線チャネルが割り当てられるように、無線リンクL1〜L4と各CHUとの対応関係をRFT2およびLIC3へ通知する。RFT2およびLIC3は、前記通知に応答して、各無線リンクL1〜L4に割り当てられている無線チャネル数を動的に増減させる。
【0022】
このように、本実施形態によれば、各無線リンクの状態に応じて、それぞれに割り当てる無線チャネル数(無線送受信ユニットCHU数)を動的に増減させることができる。換言すれば、本実施形態によれば、各無線リンクの状態に応じて、それぞれに割り当てる伝送帯域を動的に増減させることができる。したがって、一部のリンクの通信品質が降雨減衰等により一時的に悪化し、他のリンクのトラヒックが変動しても、各リンクに割り当てる伝送帯域を常に最適化できる。
【0023】
ところで、例えばトラヒック量の多い無線リンクに、そのトラヒック量に見合った数のCHUを割り当てて伝送帯域を広げても、その後段のリンク帯域が狭ければ帯域に見合った通信速度が得られない。また、隣接するノード同士は、共有するリンクに同数のCHUを割り当てる必要があるため、各ノードが自身の各無線リンクに対して自律的にCHUを割り当ててしまうと不整合が生じ得る。
【0024】
そこで、本実施形態では各ノードがネットワーク全体の各リンクの帯域を把握し、各ノードが保有するCHUの数の範囲内で、トラヒック需要や無線伝送品質などのネットワークパラメータに応じて、各無線リンクに割り当てる帯域を制御する。
【0025】
このような無線リンク帯域制御を行うために、本実施形態では、 メッシュ型無線通信システム構成(無線ノード、無線リンク構成、各無線ノードの無線送受信装置:CHU数)、各無線ノード間のトラヒック情報、各無線リンクの伝送品質情報(各無線リンクにおける1無線チャネル当りの最大伝送容量)に基づいて、各ノードのリンク状態監視装置5が、自ノードの各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を最適化する。
【0026】
以下、本実施形態における無線チャネル数の最適化方法を、線形計画問題の解法を利用した例について説明する。なお、以下の各関数式で用いられる各添字の定義は次の通りである。
(1)添字i,j
いずれもノードIDであり、i,jは隣接ノードである。
(2)添字k
始点ノード(S)と終点ノード(N)との組(SDペア)を定義するID(k=1,2,...,K)である。但し、各SDペアkでは、skを始点ノード、dkを終点ノードとする。
(3)パラメータAi
ノードiを始点とするリンクの終点ノードjの集合(隣接ノード)であり、各ノードが既知のルーティングプロトコルを実行して得られたネットワークトポロジに基づいて認識される。
(4)パラメータBi
ノードiを終点とするリンクの始点ノードj(隣接ノード)の集合であり、前記パラメータAiと同様にネットワークトポロジに基づいて認識される。
(5)パラメータMi
ノードiで使用可能な総チャネル数(前記CHUの数)であり、各ノードごとに予め登録されている。
(6)パラメータDk
SDペアk(エンドエンド)のトラフィック量であり、前記RTC4が過去の測定値に基づいて決定する。
(7)パラメータCij
ノードi〜ノードj間リンクの回線あるいは伝送品質によって定まる無線チャネル当たりの最大伝送速度であり、無線送受信ユニットCHUから通知される。
(8)決定変数Si,j
ノードi〜ノードj間の各リンクで使用すべき無線チャネル数である。
【0027】
ここで、ネットワーク上の全てのSDペアに対してネットワークが収容するトラヒック量は、各無線リンク(i,j)で使用すべき無線チャネル数Si,j、各無線リンク上に収容されるSDペア毎のトラヒック量X(k)ijをパラメータとすれば、次の目的関数として表される。
【0028】

Figure 0003794471
上式において、X(k)skjは、SDペアkの始点ノードskから隣接ノードjに流れるトラヒック量を表す。したがって、これを全ての隣接ノードj(j∈Ask)について求め、かつ全てのSDペアkについて繰り返して総和を求めれば、全てのSDペアに対してネットワークが収容するトラヒック(ネットワークのキャパシティ)となる。
そして、本実施形態では前記リンク状態監視装置5により、上記目的関数が最大値を示すときの無線チャネル数Si,jが求められ、これに基づいて、各ノードが自身の各無線リンクに最適な無線チャネルを割り当てる。
本実施形態では、この目的関数を、以下の5つの条件式(1)から(5)を解くことによって求めている。
【0029】
Figure 0003794471
上式(1)では、左辺はSDペアkの始点ノードから全隣接ノードj(j∈Ask)に流れるトラヒック量、すなわちSDペアkについてネットワークに収容されるトラヒックを表す。したがって、上式(1)は、あるノードskを始点するリンクから、すべての終点ノードj(j∈Ask)に至るリンクのトラヒック量の和が、指定されたトラヒック量Dk(過去の測定値による)を超えてはならないという条件を表す。
【0030】
Figure 0003794471
上式(2)は、あるSDペアkに関して、ノードiから流れるトラヒック量とノードiに流れるトラヒックの総和が等しいという条件を表す。
【0031】
Figure 0003794471
上式(3)は、各無線リンクを流れるトラヒック量がマイナスにならないという条件を表す。
【0032】
Figure 0003794471
上式(4)は、あるリンクの上り下りで流れるトラヒックの総和は、割り当てられた無線チャネル数×最大転送速度(=使用可能なリンクの最大伝送容量)を超えないという条件を表す。
【0033】
Figure 0003794471
上式(5)の左辺は、ノードiにおいて、隣接ノードjとの間に割り当てられるチャネル数を表すので、あるノードiと当該ノードiに隣接するすべての隣接ノード間で使用するチャネル数の総和がノードiで使用可能な総チャネル数を超えないという条件を表す。
【0034】
各ノードのリンク状態監視装置5は、以上の各式を線形計画問題として解いて前記目的関数Si,jを求めると、この目的関数Si,jに基づいて各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を決定して前記RFT2およびLIC3へ通知する。RFT2およびLIC3は、リンク状態監視装置5から前記通知を受け取ると、これに応答して、各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を動的に増減させる。
【0035】
本実施形態によれば、各ノードが自身の各無線リンクに割り当てるCHU数すなわち無線帯域を、ネットワーク上の他のノードや無線リンクの状態を考慮して動的に増減させるので、ネットワーク上の各無線リンクに対して無線帯域を効率よく割り当てられるようになる。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)各無線リンクに対して割り当てる無線チャネル数を動的に増減させることができるので、各無線リンクに対して任意の伝送帯域を割り当てられる。
(2) 各無線リンクに割り当てる無線チャネル数を、各リンクの伝送品質やネットワークのトラヒックに応じて増減させるようにしたので、各リンクに割り当てる帯域を最適化できる。
(3)一部のリンクの通信品質が降雨減衰等により一時的に悪化し、他のリンクのトラヒックが変動すると、トラヒックの変動に応答して各リンクに割り当てられる無線チャネル数が増減されるので、各リンクに割り当てられる伝送帯域が常に最適化される。
(4)全てのSDペアについて収容されるトラヒック量の総和が最大となるように、各無線リンクに割り当てられる無線チャネル数を決定するので、ネットワーク全体で無線チャネルの有効利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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る。
【図2】 図1の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】 無線ノードの構成を示したブロック図である。
【図4】 無線帯域装置RFT2の機能ブロック図である。
【符号の説明】
1…無線送受信装置,2…無線帯域装置RFT,3…リンク制御装置LIC,4…経路制御装置RTC,5…リンク状態監視装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radio channel assignment system in a radio network, and more particularly, a radio suitable for an MP-MP (Multipoint-to-Multipoint) type radio network in which a plurality of distributed radio nodes are connected by radio links. The present invention relates to a channel assignment system.
[0002]
[Prior art]
The mesh-type wireless communication system is configured by distributing and arranging a plurality of wireless nodes that perform wireless communication, and each wireless node is a P-P (Point-to-Point) wireless between a plurality of neighboring wireless nodes. By establishing the link, it is possible to communicate directly or via a plurality of wireless nodes between arbitrary wireless nodes. In the mesh-type wireless communication system, a plurality of wireless nodes are connected to each other by a wireless link, and therefore, MP-MP (Multipoint-) is compared to the conventional PP type or P-MP type (Point-to-Multipoint). It is also called to-multipoint type.
[0003]
Conventionally, when a mesh type wireless communication system is configured by a P-P type radio link, a radio channel as a physical transmission medium is fixedly allocated to each P-P type radio link connecting radio nodes. A constant transmission band was always provided.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a communication system using radio, deterioration in radio transmission quality (transmission speed, error rate, etc.) and line disconnection may occur with changes in radio channel quality (CNR) due to rainfall or the like. In general, it has been pointed out that a strong rainfall phenomenon that affects fluctuations in wireless transmission quality is highly dependent on location. Therefore, in a mesh type wireless communication system, it is possible to bypass a wireless link with deteriorated transmission quality and communicate traffic.
[0005]
However, in the conventional mesh wireless communication system, a wireless channel is fixedly assigned to each wireless link. For this reason, it is impossible to effectively assign the radio link band to the detour traffic generated by the fluctuation of the transmission quality in each radio link, and the radio link through which the detour traffic passes can be overloaded.
[0006]
In addition, in data communication such as the Internet, which is currently the mainstream, traffic demand on wireless links varies from wireless link to wireless link due to the uneven distribution of traffic demand between wireless nodes, and this varies with time. Can be considered.
[0007]
Even with such temporal fluctuations in traffic demand, it has been impossible to effectively use the radio link band in the conventional mesh radio communication system. For this reason, when a radio link band is designed based on the maximum traffic demand for each radio link, the capacity becomes excessive in a time zone with little traffic. In addition, when a radio link band is designed based on an average traffic demand, an overload occurs in a time zone with a lot of traffic.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, in a wireless network in which a plurality of wireless nodes are distributed and each wireless node establishes a wireless link with a plurality of neighboring wireless nodes. The purpose is to optimize the number of radio channels allocated to a link in accordance with network traffic fluctuations.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a wireless channel in a wireless network in which a plurality of wireless nodes are distributed and each wireless node allocates a wireless channel between its own node and another node to establish a wireless link. In the assignment system, the number of radio channels assigned to each radio link is variable.
[0010]
According to the above feature, the number of radio channels allocated to each radio link can be arbitrarily varied according to the traffic on the network and the transmission quality of each link, so that the transmission band of each radio link can be optimized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a radio network to which the present invention is applied. Here, a plurality of fixed radio nodes N are distributed and arranged at intervals of about 1 to 4 km to establish radio links L with each other. A wireless mesh network will be described as an example.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing a part of the wireless mesh network. When attention is paid to the wireless node N, wireless nodes N1, N2, N3, and N4 are arranged adjacent to the wireless node N. FIG. The wireless node N is provided with antennas AT1, AT2, AT3, AT4 having sharp directivities such as parabolic antennas toward the wireless nodes N1, N2, N3, N4.
[0013]
The antennas AT1, AT2, AT3, and AT4 of the wireless node N are opposed to the antennas provided in the adjacent wireless nodes N1, N2, N3, and N4, and establish the wireless links L1, L2, L3, and L4, respectively. To do.
[0014]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a main part of a radio communication system mounted on each radio node N, and the same reference numerals as those described above represent the same or equivalent parts. In this embodiment, each wireless node has an equivalent configuration.
[0015]
The radio transmission / reception device 1 includes a plurality of radio transmission / reception units CHU (CHU1 to CHUn), and each radio transmission / reception unit CHU controls one radio channel. The radio band device RFT2 responds to an instruction from the link state monitoring device 5 described later with the radio transmission / reception unit CHU for each of all the radio links (in this embodiment, four radio links L1 to L4) of the own node. Dynamically allocate the specified number. FIG. 4 is a functional block diagram of the radio band device RFT2, in which zero, one or a plurality of CHUs are allocated to the radio links L1 to L4.
[0016]
In response to the instruction from the link state monitoring device 5, the link control device LIC3 dynamically associates each of the radio links L1 to L4 with each CHU and controls the distribution of traffic to each CHU. The route control device RTC4 measures the traffic amount of each of the radio links L1 to L4 and notifies the link state monitoring device 5 of the traffic, and in response to an instruction from the link state monitoring device 5, the traffic transmitted and received by the terminal of its own node , And the traffic forwarding route via the own node.
[0017]
In such a configuration, when attention is paid to traffic input from the radio link L1 and output from the radio link L2 among the traffic relayed through the node N, the data detected by the input antenna AT1 is previously stored in the radio link L1. Are allocated to the CHUs assigned to (in this embodiment, for example, CHU1) by RFT2. When a plurality of CHUs are assigned to the radio link L1, the distribution is made to any one of the CHUs.
[0018]
The CHU 1 to which the data has been distributed receives this and transfers it to the LIC 3. The link state monitoring device 5 is notified in advance of the relationship between the radio links L1 to L4 and CHU (CHU1 to CHUn). The LIC 3 transfers the data transferred from the CHU 1 to the RTC 4 from the route S 1 previously assigned to the radio link (in this embodiment, the radio link L 1).
[0019]
The RTC 4 recognizes the destination of the received data, and transfers this to the LIC 3 from the path S2 corresponding to the output link (in this embodiment, the wireless link L2). The LIC 3 recognizes a CHU (in this embodiment, for example, CHU 3) that is assigned in advance to the radio link L2, and delivers data to the CHU 3. When the CHU 3 receives and transmits the received data, the RFT 2 distributes the data to the antenna AT2 of the radio link L2 to which the CHU 3 is assigned in advance.
[0020]
On the other hand, in the data sent from the terminal of the own node to the other node, the radio link corresponding to the destination (in this embodiment, for example, the radio link L3) is determined in the RTC4. The RTC 4 transfers data to the LIC 3 from the route S3 corresponding to the wireless link L3. The LIC 3 recognizes the CHU (for example, CHU 5 in this embodiment) assigned to the radio link L 3 and delivers data to the CHU 5. When the CHU 5 receives and transmits data, the RFT 2 distributes the data to the antenna AT3 of the radio link L3 to which the CHU 5 is assigned in advance.
[0021]
In parallel with this, the RTC 4 detects traffic of each of the radio links L1 to L4 and notifies the link state monitoring device 5 of the traffic. The link state monitoring device 5 periodically monitors the traffic volume of each radio link, so that more radio channels (that is, radio transmission / reception unit CHU) are allocated to a radio link with a large traffic volume or transmission. The correspondence relationship between the radio links L1 to L4 and each CHU is notified to the RFT 2 and the LIC 3 so that more radio channels are allocated to a radio link with high quality. In response to the notification, RFT2 and LIC3 dynamically increase or decrease the number of radio channels assigned to each of the radio links L1 to L4.
[0022]
Thus, according to this embodiment, the number of radio channels (number of radio transmission / reception unit CHUs) allocated to each can be dynamically increased or decreased according to the state of each radio link. In other words, according to the present embodiment, it is possible to dynamically increase or decrease the transmission band allocated to each according to the state of each radio link. Therefore, even if the communication quality of some links temporarily deteriorates due to rain attenuation or the like, and the traffic of other links fluctuates, the transmission band assigned to each link can always be optimized.
[0023]
By the way, even if the number of CHUs corresponding to the traffic volume is allocated to a radio link with a large traffic volume and the transmission band is widened, for example, if the link band at the subsequent stage is narrow, the communication speed corresponding to the band cannot be obtained. Further, since adjacent nodes need to allocate the same number of CHUs to the shared link, inconsistency may occur if each node autonomously allocates a CHU to its own radio link.
[0024]
Therefore, in this embodiment, each node grasps the bandwidth of each link of the entire network, and each wireless link is within the range of the number of CHUs held by each node according to network parameters such as traffic demand and wireless transmission quality. Control the bandwidth allocated to.
[0025]
In order to perform such radio link band control, in this embodiment, a mesh type radio communication system configuration (radio node, radio link configuration, radio transceiver of each radio node: number of CHUs), traffic information between radio nodes Based on the transmission quality information of each radio link (maximum transmission capacity per radio channel in each radio link), the link state monitoring device 5 of each node optimizes the number of radio channels allocated to each radio link of its own node. To do.
[0026]
Hereinafter, an example in which the method for optimizing the number of radio channels in the present embodiment uses a solution of a linear programming problem will be described. The definitions of the subscripts used in the following functional expressions are as follows.
(1) Subscript i, j
Both are node IDs, and i and j are adjacent nodes.
(2) Subscript k
This is an ID (k = 1, 2,..., K) that defines a set (SD pair) of the start node (S) and the end node (N). However, in each SD pair k, sk is a start node and dk is an end node.
(3) Parameter Ai
A set of link end nodes j (adjacent nodes) starting from node i, and each node is recognized based on a network topology obtained by executing a known routing protocol.
(4) Parameter Bi
This is a set of start point nodes j (adjacent nodes) of a link whose end point is node i, and is recognized based on the network topology in the same manner as the parameter Ai.
(5) Parameter Mi
This is the total number of channels (number of CHUs) that can be used in node i, and is registered in advance for each node.
(6) Parameter Dk
The traffic volume of the SD pair k (end-end), which is determined by the RTC 4 based on past measurement values.
(7) Parameter Cij
This is the maximum transmission rate per radio channel determined by the link line or transmission quality between the node i and node j, and is notified from the radio transmission / reception unit CHU.
(8) Decision variable Si, j
This is the number of radio channels to be used in each link between node i and node j.
[0027]
Here, the traffic volume that the network accommodates for all SD pairs on the network is the number of radio channels Si, j to be used in each radio link (i, j), and the SD pair accommodated on each radio link. If each traffic amount X (k) ij is a parameter, it is expressed as the following objective function.
[0028]
Figure 0003794471
In the above equation, X (k) skj represents the amount of traffic flowing from the start node sk of the SD pair k to the adjacent node j. Accordingly, if this is obtained for all adjacent nodes j (jεAsk) and the sum is obtained for all SD pairs k, the traffic (network capacity) accommodated by the network for all SD pairs is obtained. Become.
In this embodiment, the link state monitoring device 5 obtains the number of radio channels Si, j when the objective function shows the maximum value, and based on this, each node is optimal for its own radio link. Assign a radio channel.
In this embodiment, this objective function is obtained by solving the following five conditional expressions (1) to (5).
[0029]
Figure 0003794471
In the above equation (1), the left side represents the amount of traffic flowing from the starting node of the SD pair k to all adjacent nodes j (jεAsk), that is, the traffic accommodated in the network for the SD pair k. Therefore, the above formula (1) is obtained by calculating the sum of traffic amounts of links from a link starting from a certain node sk to all terminal nodes j (j∈Ask) as a specified traffic amount Dk (according to past measurement values). ) Represents a condition that must not be exceeded.
[0030]
Figure 0003794471
The above equation (2) represents a condition that the traffic amount flowing from the node i and the total sum of the traffic flowing to the node i are equal for a certain SD pair k.
[0031]
Figure 0003794471
The above equation (3) represents a condition that the amount of traffic flowing through each wireless link does not become negative.
[0032]
Figure 0003794471
The above equation (4) represents a condition that the sum of traffic flowing in the uplink and downlink of a certain link does not exceed the number of assigned radio channels × the maximum transfer rate (= the maximum transmission capacity of the usable link).
[0033]
Figure 0003794471
Since the left side of the above equation (5) represents the number of channels allocated between the adjacent node j and the node i, the total number of channels used between a certain node i and all adjacent nodes adjacent to the node i. Represents the condition that does not exceed the total number of channels available at node i.
[0034]
When the link state monitoring device 5 of each node solves the above equations as a linear programming problem to obtain the objective function Si, j, the number of radio channels to be assigned to each radio link is determined based on the objective function Si, j. Then, the RFT 2 and the LIC 3 are notified. When receiving the notification from the link state monitoring device 5, the RFT 2 and the LIC 3 dynamically increase or decrease the number of radio channels assigned to each radio link in response to the notification.
[0035]
According to the present embodiment, the number of CHUs assigned to each wireless link by each node, that is, the wireless bandwidth is dynamically increased or decreased in consideration of the state of other nodes and wireless links on the network. A radio band can be efficiently allocated to a radio link.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects are achieved.
(1) Since the number of radio channels allocated to each radio link can be dynamically increased or decreased, an arbitrary transmission band can be allocated to each radio link.
(2) Since the number of radio channels allocated to each radio link is increased or decreased according to the transmission quality of each link or network traffic, the band allocated to each link can be optimized.
(3) If the communication quality of some links temporarily deteriorates due to rain attenuation, etc., and traffic on other links fluctuates, the number of radio channels assigned to each link will increase or decrease in response to traffic fluctuations. The transmission band allocated to each link is always optimized.
(4) Since the number of radio channels allocated to each radio link is determined so that the total amount of traffic accommodated for all SD pairs is maximized, radio channels can be effectively used throughout the network.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless network to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a part of the wireless mesh network of FIG. 1 extracted.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a wireless node.
FIG. 4 is a functional block diagram of a radio band device RFT2.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wireless transmission / reception apparatus, 2 ... Wireless band apparatus RFT, 3 ... Link control apparatus LIC, 4 ... Path control apparatus RTC, 5 ... Link state monitoring apparatus

Claims (1)

複数の無線ノードが分散配置され、各無線ノードが自ノードと他ノードとの間に無線チャネルを割り当てて無線リンクを確立する無線ネットワークにおける無線チャネル割当システムにおいて、
各無線ノードが、
それぞれが一つの無線チャネルを制御する複数の無線送受信ユニットと、
無線ネットワーク全体の無線リンクを定期的に監視し、所定のネットワークパラメータに基づいて、自ノードの各無線リンクと当該各無線リンクに割り当てられる無線送受信ユニットとの対応関係を最適化する手段と、
前記最適化された対応関係に基づいて、自ノードの各無線リンクに無線チャネルを動的に割り当てる手段とを含み、
前記対応関係を最適化する手段は、
無線ネットワーク内のSDペア(始点ノードと終点ノードとの組)ごとに、その始点ノードから全ての隣接ノードに流れるトラヒック量の総和を求め、これを全てのSDペアに関して繰り返し、その総和を求める目的関数を設定し、
当該目的関数が最大値を示すときの各無線リンクのチャネル数を、
各リンクに流れるトラヒック量が当該リンクの無線伝送品質およびチャネル数に依存した最大伝送量を超えない第1条件と、
各ノードが隣接ノードとの間に割り当てるチャネル数の総和が当該各ノードで使用可能な総チャネル数を超えない第2条件と、
各SDペアの始点ノードから全ての隣接ノードに流れるトラヒック量の総和が、当該SDペア間のトラヒック需要を超えない第3条件と、
を含む複数の条件を解いて求めることを特徴とする無線ネットワークにおける無線チャネル割当システム。
In a radio channel allocation system in a radio network in which a plurality of radio nodes are distributed and each radio node allocates a radio channel between its own node and another node to establish a radio link,
Each wireless node
A plurality of radio transmission / reception units each controlling one radio channel;
Means for periodically monitoring the radio links of the entire radio network and, based on predetermined network parameters, optimizing the correspondence between each radio link of its own node and the radio transmission / reception unit assigned to each radio link;
Means for dynamically allocating a radio channel to each radio link of its own node based on the optimized correspondence relationship;
The means for optimizing the correspondence is:
For each SD pair in the wireless network (a pair of a start node and an end node), the total amount of traffic flowing from the start node to all adjacent nodes is obtained, and this is repeated for all SD pairs to obtain the sum Set the function,
The number of channels of each radio link when the objective function shows the maximum value,
A first condition in which the amount of traffic flowing in each link does not exceed the maximum transmission amount depending on the wireless transmission quality and the number of channels of the link;
A second condition in which the total number of channels that each node allocates between adjacent nodes does not exceed the total number of channels that can be used in each node;
A third condition in which the total amount of traffic flowing from the start node of each SD pair to all adjacent nodes does not exceed the traffic demand between the SD pairs;
A wireless channel assignment system in a wireless network, wherein the wireless channel assignment system is obtained by solving a plurality of conditions including:
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