JP7271301B2 - 無線通信ユニット及びそれを用いた無線ネットワークシステム - Google Patents

Description

この発明は、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規定された通信プロトコルスタックに従い無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットに関するものであり、複数ユニット間の連携動作を容易に実現でき、広域エリアのカバーリング対応にも好適に使用可能な無線通信ユニットと、それを用いた無線ネットワークシステムに関する。

３ＧＰＰ仕様に基づく高速通信規格（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）あるいはＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）の無線通信ネットワークにおいては、無線通信アクセス網を収容するＥＰＣ（Evolved Packet Core）をエリア内に構築することが必須であり、移動端末が接続する無線基地局は該ＥＰＣを介してＩＰパケットの送受信制御を受ける。一方、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットＰＣなどの移動端末の普及に伴い、海上や過疎地域、あるいは災害等により通信機能が喪失した地域など、ＥＰＣや無線基地局がインフラ的に整備されていない地域（以下、「無線非整備地域」と称する）においても、移動端末を利用したいという要望が高まっている。

こうした要望に応えるべく、例えば特許文献１には、無線基地局とＥＰＣ機能部とを一体化した複合型の無線通信ユニットが提案されている。このような無線通信ユニットを上記のような無線非整備地域に設置することで、該ユニットに含まれる無線基地局部により小規模ながら通信可能エリアが構築され、ユニット内のＥＰＣ機能部が通信制御を行なう形で、前記無線基地局部に接続する複数の移動端末間で無線通信を行なうことが可能となる。しかし、無線通信ユニット１台でカバーできる通信エリアは狭く、また、通信容量も限られている。この場合、無線非整備地域内に無線通信ユニットを複数台配置することも考えられるが、ユニット間での通信連携が考慮されておらず、異なる複合装置に接続された移動端末同士の通信ができない、という欠点がある。また、移動端末の接続台数が増えたり、動画データなどの大容量データの送受信がなされたりした場合など、エリア内の通信トラフィックが過剰となった場合は輻輳などの問題を生じやすい問題がある。

そこで、特許文献２～７には、複数の無線通信ユニットを連携させ、移動端末からの通信トラフィックを各無線通信ユニットに分散して転送処理する構成が開示されている。具体的には、特許文献５の図６に、移動端末との通信をオフロードさせるための無線通信ユニット同士の連携経路として、衛星装置を経由する形態が開示されている。また、同文献の段落００６７には、移動端末の通信をオフロードさせるための装置は衛星装置に限られず、どのような装置であってもよい、と記載されている。

特開２０１６－ １２８４１号公報 特開２０１８－１３７６６１号公報 特開２０１８－１３７６６２号公報 特開２０１８－１３７６６３号公報 特開２０１８－１３７６６４号公報 特開２０１８－１３７６６５号公報 特開２０１８－１３７６６６号公報

特許文献２～７においては、複数の無線通信ユニットが相互接続されている様子が図示されている（例えば、特許文献２の図１等）。上述した衛星装置を経由したオフロード形態を除くと、この接続がいかなる実体にて構成されたものかにつき、具体的な開示は文献中にてなされていない。しかし、仮に無線通信ユニット間が有線接続されていると考えた場合、無線非整備地域内の相応に広い通信エリア内に無線通信ユニットを分散配置しようとすれば、装置間を接続する通信ケーブルが非常に長くなる。その結果、信号品質及び通信容量の低下を招き、これを防止するための中継装置が必要となるなど、接続インフラ構築のためのコストが高騰する問題がある。さらに、列車や自動車、船舶など、無線通信ユニットが移動体に搭載される用途にあっては、各無線通信ユニットをケーブル接続することは物理的に不可能である。一方、衛星装置を用いてユニット間を接続する場合は、３ＧＰＰ仕様の通信ハードウェア／ソフトウェア以外に、周波数もプロトコル方式も全く異なるマイクロ波通信ハードウェア及び制御ソフトウェアを搭載しなければならなくなり、ユニット構成の複雑化とコストアップが避けがたくなる。

本発明の課題は、複数の無線通信ユニットをより簡便な構造により無線連携させることが可能であり、ひいては複数ユニット間の連携動作を容易に実現できる無線通信ユニットと、それを用いた無線ネットワークシステムとを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の無線通信ユニットは、３ＧＰＰで規定された通信プロトコルスタックに従い無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされ、ＥＰＣ機能部は下流ユニット間無線ベアラ設定要求を無線基地局部に送信する一方、無線基地局部は下流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い下流中継無線通信部とともに下流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、ＥＰＣ機能部は端末用無線ベアラ設定要求を無線基地局部に送信する一方、無線基地局部は端末用無線ベアラ設定要求が示す条件に従い移動端末とともに端末用無線ベアラを構築するものであり、中継無線通信部は、上流ユニットのＥＰＣ機能部（以下、上流ＥＰＣ機能部という）が発行する上流ユニット間無線ベアラ設定要求を受信し、該上流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い上流無線基地局部とともに上流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラとが、端末側無線ベアラと同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築されることを特徴とする。

また、本発明の無線ネットワークシステムは、３ＧＰＰで規定された通信プロトコルスタックに従い無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされ、ＥＰＣ機能部は端末用無線ベアラ設定要求を無線基地局部に送信する一方、無線基地局部は端末用無線ベアラ設定要求が示す条件に従い移動端末とともに端末用無線ベアラを構築するものであり、中継無線通信部は、上流ユニットのＥＰＣ機能部（以下、上流ＥＰＣ機能部という）が発行する上流ユニット間無線ベアラ設定要求を受信し、該上流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い上流無線基地局部とともに上流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラとが、端末側無線ベアラと同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築されるように各々構成された無線通信ユニットが２以上順次隣接配置された無線通信ユニット群からなり、該無線通信ユニット群は、互いに隣接する無線通信ユニット対の基地局セルが一部重なる位置関係でユニット間無線ベアラによりカスケード接続されるとともに、無線通信ユニット対の一方に接続された移動端末と他方に接続された移動端末とが、無線通信ユニット対及び該無線通信ユニット対を接続するユニット間ベアラを介してＩＰパケットの送受信を行なうことを特徴とする。なお、上流ユニット間無線ベアラと下流ユニット間無線ベアラは、着目している無線通信ユニットの上流側に構築されるか、下流側に構築されるかの違いのみであり、隣接する無線通信ユニット対の中継無線通信部と無線基地局部とを相互に接続する無線ベアラとしての機能的実体は同じであり、以下、これらを総称する場合は単に「ユニット間ベアラ」と称するものとする。

本発明の無線通信ユニットは、上流側の別の無線通信ユニットである上流ユニット（上流無線基地局部）と上流ユニット間無線ベアラを介して接続可能な中継無線通信部が設けられる。また、無線基地局部は、下流側の別の無線通信ユニットである下流ユニット（下流中継無線通信部）と下流ユニット間無線ベアラを介して接続可能とされる。そして、これら下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラとが、各無線基地局部に移動端末を接続する端末側無線ベアラと同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築される。

つまり、ある無線通信ユニットの中継無線通信部は、移動端末（あるいはＵＥ）と同じプロトコルに従い、別の無線通信ユニットの無線基地局に対し無線接続できるようになる。その結果、幾何学的トポロジーにおいて順次隣接配置される複数の無線通信ユニットがユニット間無線ベアラによりカスケード接続することが可能となり、本発明の無線ネットワークシステムを構築できる。該無線ネットワークシステムは、ユニット間無線ベアラにより複数の無線通信ユニットを連携させて移動端末に対するＩＰパケットの送受信制御を行なうことが可能となる。そして、ユニット間無線ベアラと端末側無線ベアラとが同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築されるので、ＥＰＣ機能部のハードウェア及びソフトウェアは単一の無線プロトコル方式に従って設計すればよくなり、構成の大幅な簡略化を図ることが可能となる。

本発明の無線ネットワークシステムの構成単位となる無線通信ユニット対の概念を示す模式図。 図１の無線通信ユニット対の電気的構成の概略を示すブロック図。 本発明の無線通信ユニットの電気的構成の一例を示すブロック図。 ＵＥ（移動端末）の電気的構成の一例を示すブロック図。 ＩＰパケットの概念図。 ３ＧＰＰのコントロールプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。 ３ＧＰＰのユーザプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。 ３ＧＰＰの下りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。 同じく上りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。 周波数バンドチャネル、及びリソースブロックの関係を示す概念図。 本発明の無線ネットワークシステムの構成形態の一例を模式的に示す図。 チャネルマップの概念図。 ＵＥに対するチャネル設定の処理の流れを示すフローチャート。 無線通信ユニットの中継無線通信部の、上流側の別の無線通信ユニットに対するアタッチシーケンスを示す通信フロー図。 ＵＥ（移動端末）の無線通信ユニットに対するアタッチシーケンスを示す通信フロー図。 転送テーブルの概念図。 転送テーブル更新処理の流れを示す図。 同一の無線通信ユニットに接続されたＵＥ間でのＩＰパケット転送制御シーケンスを示す通信フロー図。 隣接する無線通信ユニットに各々接続されたＵＥ間でのＩＰパケット転送制御シーケンスを示す通信フロー図。 カスケード接続された３つの無線通信ユニットの両端に各々接続されたＵＥ間でのＩＰパケット転送制御シーケンスを示す通信フロー図。 カスケード接続された３つの無線通信ユニットの末端に位置する無線通信ユニットのルータを介して、ＩＰパケットを外部ネットワークに転送する制御シーケンスを示す通信フロー図。 簡易ハンドオーバ処理の制御シーケンスを示す通信フロー図。 ＵＥリスト（接続中端末ノード登録部）の概念を示す図。 ＵＥリスト更新処理の流れを示す図。

以下、本発明を実施するための形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の無線ネットワークシステムの構成単位となる無線通信ユニット対の概念を一実施形態として示す模式図である。無線通信ユニット対は本発明の一実施形態である同一構成の無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）からなり（以下、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）ともいう）、それぞれ３ＧＰＰで規定された方式（本実施形態では、ＬＴＥとするが、ＷｉＭＡＸなど他の方式であってもよい）の通信プロトコルスタックに従い、ＵＥ（移動端末）５との間で無線通信を行なうものとして構成されている。

無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は、それぞれ移動体である大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ）に設置され、後に詳述するユニット間無線ベアラ５５により無線接続されている。各無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は、それぞれＵＥ（移動端末）５が接続可能となるセル５０（Ａ），５０（Ｂ）を形成する。また、大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＡ（Ｂ）（例えば漁業母船、タンカーなど）の周囲では小船舶ＦＢ（例えば、漁船、タグボートなど）が操業をおこなっており、セル５０（Ａ）又はセル５０（Ｂ）内の小船舶ＦＢの乗員がＵＥ５を携行している。それらＵＥ５は、それぞれ最も近い無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）に対し端末用無線ベアラ５７により無線接続されている。なお、ＵＥ５は大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＡ（Ｂ）の乗員が携行するものであってもよい。また、無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）の設置先は船舶以外の移動体（車両など）であってもよいし、例えば陸上の所望の設置先に固定配置してもよい。

図２は、無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）の機能ブロック構成を示すものである。無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は電気的にはいずれも同一の構成を有する。そして、本明細書において複数の無線通信ユニット及びその構成要素を互いに区別して示す場合は、対応する構成要素に同一の番号を付与しつつ、該番号に続く形で括弧付きの大文字アルファベットを付与して示す。一方、無線通信ユニット間の区別を行なわずに各構成要素を示す場合は、括弧付きの大文字アルファベットを省略する場合がある。以下、無線通信ユニット１（Ａ）側の符号を主体的に用いて説明するが、必要に応じて無線通信ユニット１（Ｂ）側についても、対応する符号を援用しつつ説明する。また、本明細書に添付の図面において無線ベアラを示す矢印線を破線にて示し、有線のベアラないし電気的な接続線は実線又は一点鎖線の矢印線で示している。

無線通信ユニット１（Ａ）は、ＵＥ（移動端末）５が端末用無線ベアラ５７を介して接続可能な無線基地局部４（Ａ）（ｅＮｏｄｅＢ（evolved NodeB））と、無線基地局部４（Ａ）に有線接続され、該無線基地局部４（Ａ）に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部３（Ａ）とを有する。また、該ＥＰＣ機能部３（Ａ）には、上流側の無線通信ユニット１（Ｂ）（上流ユニット）の無線基地局部４（Ｂ）（上流無線基地局部）に対し上流側のユニット間無線ベアラ５５（上流ユニット間無線ベアラ）を介して接続可能な中継無線通信部９（Ａ）が有線接続されている。

一方、無線通信ユニット１（Ｂ）は、同様の無線基地局部４（Ｂ）と、無線基地局部４（Ｂ）に有線接続され、該無線基地局部４（Ｂ）に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ機能部３（Ｂ）と、ＥＰＣ機能部３（Ｂ）に有線接続される中継無線通信部９（Ｂ）を備える。該中継無線通信部９（Ｂ）は、無線通信ユニット１（Ｂ）の上流側にさらに別の無線通信ユニットが配置されていれば、その無線通信ユニットの無線基地局部に対しユニット間無線ベアラを介して接続可能である（図１１参照）。また、無線基地局部４（Ｂ）は、下流側の無線通信ユニット１（Ａ）（下流ユニット）の中継無線通信部９（Ａ）（下流中継無線通信部）に対し、下流側のユニット間無線ベアラ５５（下流ユニット間無線ベアラ）を介して接続可能とされている。つまり、ユニット間無線ベアラ５５は、無線通信ユニット１（Ａ）から見たときは上流ユニット間無線ベアラとなり、無線通信ユニット１（Ｂ）から見たときは下流ユニット間無線ベアラとなる。そして、ユニット間無線ベアラ５５（下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラ）は、端末側無線ベアラ５７と同一方式の無線プロトコルスタック、本実施形態においてはいずれもＬＴＥの無線プロトコルスタックに従って構築される。

次に、いずれの無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）（以下、総称する場合は無線通信ユニット１という）においても、ＥＰＣ機能部３は、コントロールプレーン側のゲートウェイとなるＭＭＥ（Mobility Management Entity）２、ユーザプレーン側のゲートウェイとなるＳ－ＧＷ（Serving Gateway）６、ＥＰＣ機能部３、及び該ＥＰＣ機能部３の上流側ネットワーク要素（ここで、ルータ８（後述）及び中継無線通信部９）の結節点に位置し、上流側ネットワーク要素側（つまり、上流ユニット側）に向けたＩＰアドレス管理を行なうＰ－ＧＷ（PDN (Packet Data Network) Gateway）７を有する。また、無線基地局部４には複数のＵＥ５が端末用無線ベアラ５７を介して無線接続される。

コントロールプレーン側において無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４は、Ｓ１－ＭＭＥインターフェースを介してＭＭＥ２に接続される。また、ユーザプレーン側において無線基地局部４は、Ｓ１－Ｕインターフェースを介してＳ－ＧＷ６に接続される。また、Ｓ－ＧＷ６はＳ５インターフェースを介してＰ－ＧＷ７と接続される。一方、一般的なＬＴＥネットワークにおいては、複数の無線基地局は共通のコアネットワークに接続され、隣接する無線基地局のセル間をＵＥが移動する場合、コントロールプレーン側にて無線基地局同士を接続するＸ２インターフェースあるいはコアネットワーク側のＳ１インターフェースを介してハンドオーバ制御がなされる。しかし、本実施形態においては、無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）のセル５０（Ａ），５０（Ｂ）間をＵＥが移動する場合、両無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）の無線基地局部４（Ａ），４（Ｂ）はＸ２インターフェースで接続されておらず、また、コアネットワークに相当するＥＰＣ機能部３（Ａ），３（Ｂ）が互いに独立しているため、上記従来の形態のハンドオーバ制御がなされない。これに代わって、特有の簡易ハンドオーバ処理がなされるが、詳細については後述する。

図３は、無線通信ユニット１の電気的構成を示すブロック図である。ＥＰＣ機能部３はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ３０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ３０２、マスクＲＯＭ３０３（恒久的に書換えが不要なマイコンハードウェア周辺制御用等のファームウェアを格納している；以下、同様）及びそれらを相互に接続するバス３０６等からなる。また、バス３０６にはフラッシュメモリ３０５が接続され、ここにＥＰＣ用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア３０５ａと、前記ＬＴＥプロトコルスタックをプラットフォームとして、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７の各機能を仮想的に実現するＭＭＥエンティティ３０５ｂ、Ｓ－ＧＷエンティティ３０５ｃ及びＰーＧＷエンティティ３０５ｄの各プログラムがインストールされている。さらに、フラッシュメモリ３０５には、ＩＰパケットの転送ルーティングを行なうための転送テーブル３０５ｅ、接続中端末ノード登録部３０５ｆ及びチャネルマップ３０５ｇも格納されている。

また、バス３０６には上流側通信インターフェース３０４Ａ及び下流側通信インターフェース３０４Ｂが接続されている。Ｐ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは上流側通信インターフェース３０４Ａに、Ｓ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは下流側通信インターフェース３０４Ｂにそれぞれ確保される。なお、上記の構成では、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７をコンピュータハードウェア上での仮想機能ブロックとして構成しているが、各々独立したハードウェアロジックにより構成してもよい。

無線基地局部４はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ４０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ４０２、マスクＲＯＭ４０３及びそれらを相互に接続するバス４０６等からなる。バス４０６にはフラッシュメモリ４０５が接続され、ここに無線基地局用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア４０５ａが格納されている。また、バス４０６には端末用無線ベアラの構築によりＵＥと無線接続するための無線通信部４１２と、通信インターフェース４０４が接続されている。通信インターフェース４０４はＥＰＣ機能部３の下流側通信インターフェース３０４Ｂと有線の通信バス３１により接続されている。

中継無線通信部９はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ９０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ９０２、マスクＲＯＭ９０３及びそれらを相互に接続するバス９０６等からなる。バス９０６にはフラッシュメモリ９０５が接続され、ここに中継無線通信部用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア９０５ａが格納されている。また、バス９０６にはユニット間無線ベアラの構築により上流無線基地局部と無線接続するための無線通信部９１２と、通信インターフェース９０４が接続されている。通信インターフェース９０４はＥＰＣ機能部３の上流側通信インターフェース３０４Ａと有線の通信バス３０により接続されている。通信ファームウェア９０５ａに組み込まれている中継無線通信部用のＬＴＥプロトコルスタックは後述するＵＥ（移動端末）用のプロトコルスタックと同一のものが使用される。換言すれば、中継無線通信部９の上流無線基地局部への接続手順は、ＵＥ（移動端末）の接続手順と方式的には同一である。

また、通信バス３０には、ＥＰＣ機能部３とインターネット等の外部ネットワーク６０との間のＩＰパケットの送受信を中継するルータ８が接続されている（すなわち、ＥＰＣ機能部３と中継無線通信部９との間にルータ８が設けられている）。

次に、無線通信ユニット１は、着脱式の二次電池モジュール２１（例えば、リチウムイオン二次電池モジュールやニッケル水素二次電池モジュールなど）と、無線基地局部４、ＥＰＣ機能部３、ルータ８及び中継無線通信部９の各機能回路ブロックと、二次電池モジュール２１からの入力電圧を各機能回路ブロックの駆動電圧に変換して出力する電源回路部２２とが可搬型筐体２３に一体的に組付けられた構造を有する。これにより、無線通信ユニット１は、二次電池モジュール２１から駆動電源電圧を自律的に調達でき、商用交流などの外部電源電圧が使用不能な設置場所（例えば海上など）においても問題なく使用可能である。可搬型筐体２３は金属ないし強化型樹脂製の箱型であり、図３に示す例では、搬送ないし移動の便宜を図るため、可搬型筐体２３の底部にキャスター２４を、同じく背面に手押し用の取手２４を設けている。

放電により二次電池モジュール２１の出力電圧が下がった場合は、可搬型筐体２３から二次電池モジュール２１を取り外し、例えば図示しない商用交流電源や自家発電装置に接続された専用の充電器に装着して充電することが可能である。また、電源回路部２２は、上記商用交流や移動体に設けられた集中電源部などの外部電源電圧も受電できるようになっており、上記駆動電源電圧に変換出力が可能である。さらに、当該外部電源電圧により二次電池モジュール２１の充電を実行できるように構成することもできる。例えば電源回路部２２が商用交流等から受電している状態で、停電により該受電が途絶えた場合は二次電池モジュール２１からの受電に切り替えることで、無線通信ユニット１の動作が継続可能となるように構成することもできる。

次に、図４は、ＵＥ（移動端末）５の電気的構成の一例を示すブロック図である。ＵＥ５はマイコン１００を処理主体として備えたスマートフォンとして構成されている。マイコン１００は、ＣＰＵ１０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、入出力部１０４及びそれらを相互に接続するバス１０６等からなる。また、バス１０６にはフラッシュメモリ１０５が接続され、ここにＵＥ５の動作環境を構築するためのＯＳ（図示せず）と、端末アプリ１０５ｂ等がインストールされている。

また、入出力部１０４にはグラフィックコントローラ１０９１を介してモニタ１０９が接続されている。モニタ１０９には入力部をなすタッチパネル１１０が重ね合わされ、モニタ１０９に表示形成される種々のソフト操作部（ボタンやアイコンなど：図１３～図１７参照）と協働して、ＵＥ５の動作制御に必要な種々の情報入力がなされるようになっている。タッチパネル１１０はタッチパネルコントローラ１１０１を介して入出力部１０４に接続されている。入出力部１０４には静止画ないし動画を撮影するためのカメラ１１１が接続されている。さらに、バス１０６には無線通信部１１２が接続されている。ＵＥ５は該無線通信部１１２にて、図２の無線通信ユニット１の無線基地局部４と端末用無線ベアラ５７を介して無線接続される。

図５は、ＵＥ５と無線通信ユニット１との間のデータ伝送に使用するＩＰパケットの構造を示す模式図である。ＩＰパケット３００はＩＰヘッダ３０１とペイロード３０２とからなり、ＩＰヘッダ３０１にはＰＤＵ識別番号、データの送信元アドレス３０１ａ、送信先アドレス３０１ｂなどが書き込まれる。

図６及び図７は、ＬＴＥシステムにおける無線プロトコルスタックを示し、図６はユーザプレーンのプロトコルスタックを、図７はコントロールプレーンのプロトコルスタックを示している。該無線プロトコルスタックは、ＯＳＩ参照モデルのレイヤ１～レイヤ３に区分されており、レイヤ１はＰＨＹ（物理）層である。レイヤ２は、ＭＡＣ（Medium Access Control：メディアアクセス制御）層、ＲＬＣ（Radio Link Control：無線リンク制御）層、及びＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol：パケットデータ暗号化）層を含む。レイヤ３は、ＲＲＣ（Radio Resource Control：無線リソース制御）層及びＮＡＳ（Non-Access Stratum：非アクセス）層を含む。

各層の役割は以下の通りである。
・ＰＨＹ層：符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＰＨＹ層と無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４のＰＨＹ層との間では、物理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＭＡＣ層：データの優先制御、ＨＡＲＱによる再送制御処理、及びランダムアクセス手順等を行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＭＡＣ層と無線基地局部４のＭＡＣ層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。無線基地局部４のＭＡＣ層は、上下リンクのトランスポートフォーマット（トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式（ＭＣＳ））及びＵＥ５への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。

・ＲＬＣ層：ＭＡＣ層及びＰＨＹ層の機能を利用してデータを受信側のＲＬＣ層に伝送する。ＵＥ５のＲＬＣ層と無線基地局部４のＲＬＣ層との間では、論理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＰＤＣＰ層：ＰＤＵのヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行なう。
・ＲＲＣ層：制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。ＵＥ５のＲＲＣ層と無線基地局部４のＲＲＣ層との間では、各種設定のためのメッセージ（ＲＲＣメッセージ）が伝送される。ＲＲＣ層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルを制御する。ＵＥ５のＲＲＣと無線基地局部４のＲＲＣとの間に接続（ＲＲＣ接続）がある場合、ＵＥ５はＲＲＣコネクティッドモードとなり、そうでない場合はＲＲＣアイドルモードとなる。

以上の層はコントロールプレーン及びユーザプレーンの双方にて使用される。一方、コントロールプレーンのみ、ＵＥ５、中継無線通信部９及びＭＭＥ２には、ＲＲＣ層よりさらに上位にセッション管理及びモビリティ管理等を行なうＮＡＳ層が設けられる。また、無線基地局部４のＥＰＣ機能部３側とのユーザデータ伝送インターフェースには、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS（General Packet Radio Service）Tunneling Protocol for User Plane）層が設けられている。ＧＴＰ－Ｕ層は、接続先のＵＥ５ないし中継無線通信部９の識別や、使用する無線ベアラの識別を行なうためのものである。

次に、図８は、ＬＴＥシステムにおける下りリンクのチャネルマッピングを示す。ここでは、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）は、データの送信のための個別論理チャネルである。ＤＴＣＨは、トランスポートチャネルであるＤＬＳＣＨ（Downlink Shared Channel：下りシェアドチャネル）にマッピングされる。

・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：ＵＥ５とネットワークとの間の個別制御情報を送信するための論理チャネルである。ＤＣＣＨは、ＵＥ５及び中継無線通信部９が無線基地局部４とＲＲＣ接続を有する場合に用いられる。ＤＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９と無線基地局部４との間の送信制御情報のための論理チャネルである。ＣＣＣＨは、ＵＥ５及び中継無線通信部９が無線基地局部４との間でＲＲＣ接続を有していない場合に用いられる。ＣＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。

・ＢＣＣＨ（Broadcast Control Channel：放送制御チャネル）：システム情報配信のための論理チャネルである。ＢＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＢＣＨ（Broadcast Channel、放送チャネル）又はＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＰＣＣＨ（Paging Control Channel：ページング制御チャネル）：ページング情報、及びシステム情報変更を通知するための論理チャネルである。ＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging Channel：ページングチャネル）にマッピングされる。

また、トランスポートチャネルと物理チャネルとの間のマッピング関係は以下の通りである。
・ＤＬＳＣＨ及びＰＣＨ：ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りシェアドチャネル）にマッピングされる。ＤＬＳＣＨは、ＨＡＲＱ、リンクアダプテーション、及び動的リソース割当をサポートする。
・ＢＣＨ：ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel：物理ブロードキャストチャネル）にマッピングされる。

次に、図９は、ＬＴＥシステムにおける上りリンクのチャネルマッピングを示す。図８と同様に、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。

・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９とＥＰＣ機能部３との間の制御情報を送信するために使用される論理チャネルであり、ＥＰＣ機能部３と無線リソース制御（ＲＲＣ：Radio Resource Control）接続を有していないＵＥ５によって使用される。
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：１対１（point-to-point）の双方向の論理チャネルであり、ＵＥ５及び中継無線通信部９とＥＰＣ機能部３と間で個別の制御情報を送信するために利用するチャネルである。専用制御チャネルＤＣＣＨは、ＲＲＣ接続を有しているＵＥ５によって使用される。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）：１対１の双方向論理チャネルであり、特定のＵＥ又は中継無線通信部専用のチャネルであって、ユーザ情報の転送のために利用される。

・ＵＬＳＣＨ（Uplink Shared Channel：上りリンク共用チャネル）：ＨＡＲＱ）、動的適応無線リンク制御、間欠送信（ＤＴＸ：Discontinuous Transmission）がサポートされるトランスポートチャネルである。
・ＲＡＣＨ（Random Access Channel：ランダムアクセスチャネル）：制限された制御情報が送信されるトランスポートチャネルである。

・ＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel：物理上りリンク制御チャネル）：下りリンクデータに対する応答情報（ＡＣＫ(Acknowledge)/ＮＡＣＫ(Negative acknowledge)）、下りリンクの無線品質情報、および、上りリンクデータの送信要求（スケジューリングリクエスト：Scheduling Request：ＳＲ）を無線基地局部４に通知するために使用される物理チャネルである。
・ＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel：物理上りリンク共用チャネル）：上りリンクデータを送信するために使用される物理チャネルである。
・ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel：物理ランダムアクセスチャネル）：主にＵＥ５から無線基地局部４への送信タイミング情報（送信タイミングコマンド）を取得するためのランダムアクセスプリアンブル送信に使用される物理チャネルである。ランダムアクセスプリアンブル送信はランダムアクセス手順の中で行なわれる。

図９に示すように、上りリンクでは、次のようにトランスポートチャネルと物理チャネルのマッピングが行われる。上りリンク共用チャネルＵＬＳＣＨは、物理上りリンク共用チャネルＰＵＳＣＨにマッピングされる。ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨにマッピングされる。物理上りリンク制御チャネルＰＵＣＣＨは、物理チャネル単独で使用される。また、共通制御チャネルＣＣＣＨ、専用制御チャネルＤＣＣＨ、専用トラフィックチャネルＤＴＣＨは、上りリンク共用チャネルＵＬＳＣＨにマッピングされる。

次に、ＬＴＥシステムの下りリンクにおいては、ＵＥ５及び中継無線通信部９は無線基地局部４に対してＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing、直交周波数分割多重）アクセス（ＯＦＤＭＡ）により無線接続する。ＯＦＤＭＡ方式は、周波数分割多重と時間分割多重とを複合させた二次元の多重化アクセス方式として特徴づけられる。具体的には、直交する周波数軸と時間軸のサブキャリアを分割してＵＥ５に割り振り、各サブキャリアの信号がゼロ（０点）になるように、周波数軸上で直交するサブキャリアを分割する。サブキャリアを分割して周波数軸上に割り当てることにより、あるサブキャリアがフェージングの影響を受けても影響のない別のサブキャリアを選択することができるので、ユーザは無線環境に応じてより良好なサブキャリアを使用でき、無線品質を維持できる利点が生ずる。

そして、ＯＦＤＭＡ方式においては、周波数軸と時間軸とが張る仮想平面上で定義されるリソースブロック(Resource Block：以下、ＲＢともいう）が無線リソースとして採用される。ＲＢは図１０に示すように、上記平面を１８０ｋＨｚ／０．５ｍｓｅｃでマトリックスに区切ったブロックとして定義され、各ブロックは周波数軸上では１５ｋＨｚ間隔で隣接する１２個のサブキャリアを、時間軸上ではフレームの１スロット分（７シンボル）を含む。このＲＢは時間軸上で隣接する２つ（１ｍｓｅｃ）を１組としてＵＥ５及び中継無線通信部９に割り当てられる。他方、ＬＴＥシステムの上りリンクにおいても、ＳＣ－ＦＤＭ（Single Career Frequency-Division Multiplexing）アクセス（ＳＣ－ＦＤＭＡ）が採用される点を除き、同様の概念のリソースブロックが無線リソースとして用いられる。ＯＦＤＭＡでは１つのリソースブロックが周波数軸上で１２のサブキャリア（帯域幅：１５ｋＨｚ)に分割されるのに対し、ＳＣ－ＦＤＭＡはサブキャリアへの分割がなされないシングルキャリア方式である。

本実施形態においては、図２に示すように、個々の無線通信ユニット１の中継無線通信部９について、（上流）ユニット間無線ベアラ５５を構築可能な（隣接）無線基地局４の数が１つのみに定められている。ユニット間無線ベアラ５５を構築可能な（隣接）無線基地局４の数を複数に定めることも原理的には可能であるが、この場合、相互接続される無線通信ユニット１の重なり合うセル内にて、ユニット間無線ベアラに割り振られる周波数チャネル数が増加する結果、ＵＥ５が使用可能な周波数チャネルの数が逆に減少し、輻輳などの問題を生じやすくなる。また、無線通信ユニット１同士の接続トポロジーが複雑化し、ＩＰパケット伝送の経路制御処理が極めて煩雑になる問題がある。このような問題は、（上流）ユニット間無線ベアラ５５を構築可能な（隣接）無線基地局４の数を１つのみに制限することで解決できる。

図１１は、上記の構成の無線通信ユニット１を採用した場合の、本発明の無線ネットワークシステムの構成例を示すものである。該無線ネットワークシステムにおいて無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）は、互いに隣接する無線通信ユニット対（１（Ａ）と１（Ｂ）、１（Ｂ）と１（Ｃ）、１（Ｃ）と１（Ｄ））の基地局セル（５０（Ａ）と５０（Ｂ）、５０（Ｂ）と５０（Ｃ）、５０（Ｃ）と５０（Ｄ））が一部重なる位置関係で、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）によりカスケード接続されている。該構成により、無線通信ユニット１同士の接続トポロジーが極めて簡略化されていることが容易に把握できる。この場合、例えば無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）の一方に接続されたＵＥ５（Ａ）（移動端末）と他方に接続されたＵＥ５（Ｂ）（移動端末）とが、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）及び該無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）を接続するユニット間ベアラ５５（Ａ）を介してＩＰパケットの送受信を行なうことができる。無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）は、例えば全てが前述の船舶や車両などの移動体上に搭載されていてもよいし、一部のもののみを移動体上に搭載し、残余のものを建物内などに固定設置するようにしてもよい。

また、図１１においては、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）によりカスケード接続された無線通信ユニットが３以上（図１１では、４つ）となっている。この場合、無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）の１つの無線通信ユニットをなす第一の無線通信ユニット１（Ａ）に接続されたＵＥ（移動端末）５（Ａ）と、無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）において第一の無線通信ユニット１（Ａ）に対し１以上の中間の無線通信ユニット１（Ｂ），１（Ｃ）を隔てて配置される第二の無線通信ユニット１（Ｃ），１（Ｄ）に接続されたＵＥ（移動端末）５（Ｃ），５（Ｄ）とが、第一の無線通信ユニット１（Ａ）、中間の無線通信ユニット１（Ｂ），１（Ｃ）及び第二の無線通信ユニット１（Ｃ），１（Ｄ）と、それら無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）を接続するユニット間ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）とを介してＩＰパケットを送受信できるようになっている。このように、カスケード接続される無線通信ユニットの数を容易に増やすことができ、より広大なエリアにてＵＥ５同士の無線通信によるＩＰパケットの送受信が可能となる。

３ＧＰＰ仕様の無線通信方式においては、該３ＧＰＰに規定された複数の周波数バンドのいずれが割り当てられる。この割り当てられる周波数バンドは、通信方式によって相違し、例えばＬＴＥバンドとしてはバンド１、３、６、８、１１、１８、１９、２１、２６、２８、４１及び４２が使用されている。いずれのバンドも、予め定められた帯域幅の複数の周波数チャネルに分割され、ＥＰＣ機能部３は、図２のユニット間無線ベアラ５５及び端末用無線ベアラ５７を、予め定められた周波数チャネルを選択して構築することとなる。すなわち、下流ユニット間チャネル、上流ユニット間チャネル及び端末側チャネルは、各々３ＧＰＰに規定される複数のバンドのいずれかに属する周波数チャネルとして設定される。

本実施形態において、ＥＰＣ機能部３は、（下流）ユニット間無線ベアラ５５の設定周波数チャネルを、予め定められた特定の１つの周波数チャネルである（下流）ユニット間チャネルに固定設定する。また、端末用無線ベアラ５７の設定周波数チャネルである端末側チャネルについては、（下流）ユニット間チャネルと同一の周波数チャネルに設定される。つまり、ＥＰＣ機能部３は、直下の無線基地局部４に対し、下流側の無線通信ユニット１の中継無線通信部９と移動端末５に対し同一の周波数チャネルを設定する。

端末用無線ベアラ５７は、無線基地局部４に接続するＵＥ５の台数や、伝送されるデータの容量に起因した通信トラフィックの混雑状況に応じて、同一バンド内で使用する周波数チャネルの数は適宜変更する必要がある。また、隣接する無線通信ユニットの重なりを有するセル間でＵＥが移動する場合、移動前のセルと移動後のセルとで各無線基地局部に接続する際の端末用無線ベアラ５７の使用周波数チャネルが同一であるとセル間干渉の問題を生ずる。よって、ＵＥ（移動端末）５は、下流側のセルに移動したときは、移動先のセルの無線通信ユニット１の無線基地局部４に対し、その無線基地局部４から見た（下流）ユニット間無線ベアラ５５の設定周波数チャネル（（下流）ユニット間チャネル）に切り替える形で後述のハンドオーバ処理がなされる。他方、ＵＥ（移動端末）５が上流側のセルに移動したときは、移動先のセルの無線通信ユニット１の無線基地局部４に対し、その無線基地局部４から見た（上流）ユニット間無線ベアラ５５の設定周波数チャネル（（上流）ユニット間チャネル）に切り替える形で後述のハンドオーバ処理がなされる。つまり、ＵＥ（移動端末）５がセル間を移動するに伴い、端末側チャネルを逐次切り替える形で端末用無線ベアラ５７が構築される。しかし、ユニット間無線ベアラ５５については、多数のＵＥ５が接続される各通信ユニット１からのＩＰパケットの伝送が集約されて通信トラフィック量が非常に大きくなるため、ＩＰパケット伝送処理を可能な限りスムーズに行うことが求められる。このとき、個々のセル内のＵＥ５の接続状況に応じて、ユニット間無線ベアラ５５の周波数チャネル設定が頻繁に変更されてしまう状況が生じると、複数の無線通信ユニット１を横断するＩＰパケット伝送を行なおうとする際に、ユニット間無線ベアラ５での通信途絶等の問題が生じやすくなる。

しかしながら、図１１のような、複数の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）をカスケード接続する無線ネットワークシステムの構成においては、ユニット間無線ベアラ５５による隣接ユニットの無線基地局部４との接続トポロジーが大きく変化しない限り、個々の無線通信ユニット１の中継無線通信部９の接続先となる無線基地局部４は固定されており、中継無線通信部９に対して周波数チャネル切替えを伴うハンドオーバ処理は不要となる。そこで、ユニット間無線ベアラ５５について、予め定められた特定の１つの周波数チャネルであるユニット間チャネルに固定設定することで、ユニット間無線ベアラ５５のチャネル切替えに伴う通信途絶等を効果的に防止でき、複数の無線通信ユニット１を横断する際のＩＰパケット伝送の安定性を大幅に向上することができる。

次に、図１１において、無線通信ユニット１（Ａ）のセル５０（Ａ）、無線通信ユニット１（Ｂ）のセル５０（Ｂ）及び無線通信ユニット１（Ｃ）のセル５０（Ｃ）とは互いに重なりを生じている。この場合、例えば無線通信ユニット１（Ｂ）から見て上流及び下流の無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｃ）を接続するユニット間無線ベアラ５５（Ａ），（Ｂ）のユニット間チャネルは、これを互いに異なる周波数チャネルに設定することで、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），（Ｂ）の構築に際して、これに関与する、互いに一部重なる複数のセル５０（Ａ）～５０（Ｃ）の間で電波干渉を効果的に防止することができる。

より具体的には、無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の各ＥＰＣ機能部３は、（上流）ユニット間無線ベアラが構築される際に、下流ユニット間チャネルを、上流ユニット間無線ベアラに対して設定される上流ユニット間チャネルと異なる周波数チャネルに設定する。例えば、無線通信ユニット１（Ｂ）に着目してみた場合、無線通信ユニット１（Ｂ）のＥＰＣ機能部３は、上流ユニット間無線ベアラ５５（Ｂ）に対して設定される上流ユニット間チャネルを例えばＣＨ２に設定する。一方、無線通信ユニット１（Ａ）のＥＰＣ機能部３は、該無線通信ユニット１（Ａ）から見た上流ユニット間無線ベアラ５５（Ａ）（無線通信ユニット１（Ｂ）から見れば下流ユニット間無線ベアラである）に対して設定される上流ユニット間チャネル（無線通信ユニット１（Ｂ）から見れば下流ユニット間チャネルである）を、上記ＣＨ２と相違するＣＨ１に設定するのである。このとき、下流ユニット間チャネルＣＨ１と上流ユニット間チャネルＣＨ２とを同一バンド内の互いに異なる周波数チャネルとして設定することで、ユニット間無線ベアラを構築するための無線基地局部４及び中継無線通信部９のハードウェアを、単一バンド仕様にて簡便に構成できる利点が生ずる。

また、端末側チャネルについては、上記同一バンドに属する周波数チャネルのうち、下流ユニット間チャネルと同一のチャネルに設定される。例えば、図１１の無線ネットワークシステム全体に１つのバンドのみが割り当てられている場合、端末側チャネルは、同一バンドに属する周波数チャネルのうち、下流ユニット間チャネルと同一のチャネルを設定することで、端末用無線ベアラ構築も含めて無線基地局部４及び中継無線通信部９のハードウェアの単一バンド仕様化を図ることができ、装置構成の簡略化に寄与する。なお、端末側チャネルは、下流ユニット間チャネル及び上流ユニット間チャネルとして設定されるもの以外の残余の周波数チャネルから切り替え可能に選択してもよい。

この場合、図１１のように順次カスケード接続される複数の無線通信ユニット１の列において、セル間の重なりが生じないように定められた限界距離Ｌ内に接続経路長が収まっている複数の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）について、これらを接続するユニット間ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）のユニット間チャネルを、全て異なる周波数チャネルに設定することが望ましいといえる。他方、限界距離Ｌ内に接続経路長が収まっている無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）に対し、さらにその上流又は下流に別の無線通信ユニットが接続される場合は、該別の無線通信ユニットを接続するユニット間無線ベアラのユニット間チャネルを、上記限界距離Ｌ内の無線通信ユニットに割り振られたユニット間チャネルのいずれかと同じ周波数チャネルに設定することも可能である。例えば、図１１において、無線通信ユニット１（Ａ）のさらに上流側に新たな無線通信ユニットを接続する場合、該新たな無線通信ユニットからみて最も遠い無線通信ユニット１（Ａ）の上流側ユニット間チャネルと同じ周波数チャネルＣＨ１を、該新たな無線通信ユニットの下流側ユニット間チャネルとして設定することができる。

また、本実施形態では、上記の同一バンドとして、３ＧＰＰに規定されたバンド２８が採用されている。バンド２８は、地上波アナログテレビ放送の停波にともない空きを生じたＶＨＦ帯（７００ＭＨｚ帯）に設定されている。バンド２８は低周波数帯のため通信速度が幾分遅い関係上、都市部など端末加入者の多いエリア等での採用が積極的に進められておらず、電波リソースの利用状況がそれほどひっ迫していないためスムーズな接続が期待できる。また、低周波数帯であるということは、電波の遠方到達性に優れ、１つの無線通信ユニットがカバーできるエリア（セル）の拡大を図ることができる。また、地下や障害物があっても繋がりやすい特性を有し、例えば海上や鉱山などで本発明の無線ネットワークシステムを構築する上でも好適であるといえる。

次に、本発明の無線ネットワークシステムにおいて、図１１のごとく隣接するユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）のユニット間チャネル設定を互いに異ならせるための具体的な手法としては、例えばユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）を経由して、各無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）がユニット間チャネル情報を共有化することにより行なうことができる。

また、無線ネットワークシステムに参加する無線通信ユニットの上限数が定められている場合には、図１１において個々の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）に付与されるノードアドレスの組み合わせに応じて、割り振るべきユニット間チャネルの種別をチャネルマップの形で一律に定め、このチャネルマップを個々の無線通信ユニットのＥＰＣ機能部３に組み込んでおくことが、処理のさらなる簡略化を図るうえで有効である。各ＥＰＣ機能部３は他の無線通信ユニットのＥＰＣ機能部３とチャネル設定情報を共有しなくとも、組み込まれたチャネルマップを参照することで、隣接するユニット間無線ベアラのユニット間チャネルが異なるものとなるように設定とすることが可能となる。この場合、ＥＰＣ機能部１は、下流ユニット間チャネルとして選択可能な周波数チャネル群と、接続先となる下流中継無線通信部のノードアドレスとの対応関係を示すチャネルマップを記憶するチャネルマップ記憶部を有し、下流中継無線通信部からのアタッチ要求を受けるに伴い、該下流中継無線通信部のノードアドレスを取得するとともに、取得したノードアドレスに対応する周波数チャネルをチャネルマップ上にて特定し、特定された該周波数チャネルを下流ユニット間チャネルとして設定するように動作する。

図１２は、チャネルマップ３０５ｇの一例を示す。該チャネルマップ３０５ｇにおいては、システム構築に参加する無線通信ユニット１の数が４つであり、それぞれノードアドレスＭＩＤ０１～ＭＩＤ０４が付与されている。そして、それらノードアドレスの組み合わせに応じ、対応する無線通信ユニットの間に設定するユニット間チャネルのチャネル番号が重複を生じないように定められている。

図１３は、ＥＰＣ機能部３による上記チャネルマップ３０５ｇを用いたチャネル設定処理の流れを示すフローチャートである。Ｂ１０１では、下流側の無線通信ユニットのノードアドレスから、チャネルマップ３０５ｇを参照して下流側ユニット間チャネルのチャネル番号Ｃｈ＃Ｍを取得する。Ｂ１０２では、上流側のユニット間チャネルのチャネル番号Ｃｈ＃Ｂ（このチャネル番号Ｃｈ＃Ｂは複数であってもよい）を上流側の無線通信ユニットから取得する。Ｂ１０３では、Ｃｈ＃Ｍ／Ｃｈ＃Ｂ以外の残余のチャネル番号からＵＥ用のチャネル番号Ｃｈ＃Ｕ１、Ｃｈ＃Ｕ２・・・を選択する。そして、Ｂ１０４では、使用可能なチャネル番号（Ｃｈ＃Ｕ１、Ｃｈ＃Ｕ２・・・）を無線基地局部及びＵＥに通知する。この通知は、無線基地局部及びＵＥのアタッチシーケンスにて実行される。

以下、中継無線通信部９とＵＥ５のアタッチシーケンスの流れについて、図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は中継無線通信部９のアタッチシーケンスを示す。ＴＳ１では中継無線通信部９から無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４を経由してＭＭＥ２に対し、アタッチ要求が出される。このとき、要求元に無線通信ユニットのＩＰアドレスを送信する。ＭＭＥ２はこれを受け、ＴＳ２にてＳ－ＧＷ６に対しベアラ設定要求を送信する。Ｓ－ＧＷ６はＴＳ３にて、Ｐ－ＧＷ７との間でＳ５インターフェース上に物理回線のベアラ設定処理を実行する。ベアラが設定されればＳ－ＧＷ６はＴＳ４にてＭＭＥ２に、ベアラ設定応答を送信する。

ＭＭＥ２は、ＴＳ５にて要求元ユニットのＩＰアドレスに対応する無線通信チャネルをチャネルテーブル３０５ｇ（図１２）上で検索する。そして、ＴＳ６で、無線ベアラ設定要求（アタッチ受入れ）を無線基地局部４に設定チャネル番号とともに通知する。これを受けた無線基地局部４はＴＳ７にて設定するべき無線ベアラ（ユニット間無線ベアラ）の設定チャネル番号を含むＭＩＢ（Master Information Block）を中継無線通信部９に送信する。

ＴＳ８にて中継無線通信部９はユニット間チャネルを、受信したＭＩＢに含まれる設定チャネル番号に固定設定し、設定完了を返信する。これを受け、ＴＳ９にて無線基地局部４はセッション開始要求（タッチ受入れ）を中継無線通信部９に通知する。ＴＳ１０にて中継無線通信部９はユニット間無線ベアラを設定し、セッション開始応答を無線基地局部４に返す。ＴＳ１１にて、無線基地局部４は、セッション開始応答をＭＭＥ２に通知する。

一方、図１５はＵＥ５（移動端末）のアタッチシーケンスを示す。ＴＳ１１ではＵＥ５から無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４を経由してＭＭＥ２に対し、アタッチ要求が出される。このとき、要求元に無線通信ユニットのＩＰアドレスを送信する。ＭＭＥ２はこれを受け、ＴＳ１２にてＳ－ＧＷ６に対しベアラ設定要求を送信する。Ｓ－ＧＷ６はＴＳ１３にて、Ｐ－ＧＷ７との間でＳ５インターフェース上に物理回線のベアラ設定処理を実行する。ベアラが設定されればＳ－ＧＷ６はＴＳ１４にてＭＭＥ２に、ベアラ設定応答を送信する。

ＭＭＥ２は、図１３の処理に従い、端末用無線ベアラ群として使用可能な設定チャネル番号を決定する。そして、ＴＳ１６で、無線ベアラ設定要求（アタッチ受入れ）を無線基地局部４に決定した設定チャネル番号とともに通知する。これを受けた無線基地局部４はＴＳ１７にて設定するべき無線ベアラ（ユニット間無線ベアラ）の設定チャネル番号を含むＭＩＢ（Master Information Block）をＵＥ５に送信する。

ＴＳ１８にてＵＥ５は端末側チャネルを、受信したＭＩＢに含まれる設定チャネル番号に設定し、設定完了を返信する。これを受け、ＴＳ１９にて無線基地局部４はセッション開始要求（アタッチ受入れ）をＵＥ５に通知する。ＴＳ２０にてＵＥ５は端末側無線ベアラを設定し、セッション開始応答を無線基地局部４に返す。ＴＳ２１にて、無線基地局部４は、セッション開始応答をＭＭＥ２に通知する。上記のように、ＵＥ５のアタッチシーケンスと中継無線通信部９のアタッチシーケンスとは、周波数チャネル設定の内容を除き、基本的に同一の手順に従い実行されている。

ＬＴＥシステムにおいては、上記設定チャネル番号などの報知情報の送信量を運用・環境ごとに柔軟に変更するために、ＰＢＣＨを用いた固定的な報知情報リソースと、ＰＤＳＣＨを用いた可変的に使用できる無線リソースとが組み合わせて使用される。ここで固定的なリソースであるＰＢＣＨを用いるのは、ＵＥ５（中継無線通信部９）が最初に取得する情報として報知情報が定められており、ＵＥ５（中継無線通信部９）が無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４からの通知を受けることなしに受信できる必要があるためである。ＵＥ５は固定的なリソースであるＰＢＣＨを最初に受信し、ＰＢＣＨからＰＤＳＣＨを受信するための最低限の情報を得て、その情報をもとにＰＤＳＣＨにて送られる報知情報を読むようにしている。ＰＤＳＣＨはＲＢ単位で割り当て可能な可変リソースであるため、ＰＤＳＣＨにて送信する報知情報の量は可変である。これにより報知情報に使用するリソース量の変更が実現され、ネットワーク運用や環境により異なる報知情報量に応じた無線リソースの割り当てが可能となる。

そして、このＰＢＣＨにより送信される報知情報のうち上記のＭＩＢは、無線フレームの先頭（すなわち、サブフレーム番号＝０）で送信されるものであり、時間リソース及び周波数リソースが常に固定された形で割り当てられる。その送信情報は、通常は、例えばＰＤＳＣＨにより他の報知情報（例えばＳＩＢ（System Information Block））を受信するための情報、及び無線フレーム番号（ＳＦＮ : System Frame Number）などである。しかし、本実施形態では、このＭＩＢを利用して、無線基地局部４はＵＥ５（中継無線通信部９）に対し、端末用無線ベアラあるいはユニット間無線ベアラのチャネル情報を配信する。ＭＩＢのサイズは２４ビットに固定されているが、そのうちの１０ビットは予備領域となっているので、例えばこの予備領域を利用して上記無線ベアラの設定チャネル情報を組み込むことが可能である。

次に、図１１のごとく、ユニット間無線ベアラ５５によりカスケード接続された２以上の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の各ＥＰＣ機能部３は、個々の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の無線基地局部４に接続中のＵＥ５（Ａ）～５（Ｄ）（移動端末）のノードアドレス（ノード特定情報）を、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）を経由して他の無線通信ユニットに転送できるようになっている。これにより、２以上の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）間にて接続中のＵＥ５（Ａ）～５（Ｄ）のノードアドレスの無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）間での共有化が可能となる。そして、ＥＰＣ機能部３は共有化されたノードアドレス（ノード特定情報）に基づいてＩＰパケットの転送テーブルを作成し、該転送テーブルを参照してＩＰパケットの転送制御を行なう。

図１６は転送テーブルの一例を示すものである。転送テーブル３０５ｅは、個々の無線通信ユニットのノードアドレス（ＭＡＤ０１～ＭＡＤ０４）毎に、接続中のＵＥのノードアドレス（ＵＥＡＤ１１，１２・・・、ＵＥＡＤ２１，２２・・・）がリスト化された形で登録されている。図１７は、各ＥＰＣ機能部３にてなされる該転送テーブルの更新処理の流れを示すものであり、Ａ２０１で処理が開始されると、Ａ２０２では無線通信ユニットのカスケード接続の順序が変化したか否かを確認する。もし変化していればＡ２０３に進み、転送テーブル３０５ｅ上での無線通信ユニットのノードアドレス（ＭＡＤ０１～ＭＡＤ０４）の配列順を変更する。一方、変化していなければＡ２０３をスキップする。

Ａ２０４では無線通信ユニットの転送テーブル３０５ｅ上での順位番号ｉを初期化し、Ａ２０５では番号ｉの無線通信ユニットに接続中のＵＥのＩＰアドレスを取得する。Ａ２０５では番号ｉがインクリメントされ、Ａ２０７で番号iが最大値imax（無線通信ユニットの総数）を超えたか否かが判断される。超えていなければＡ２０５に戻り、以下Ａ２０６までの処理を繰り返す。他方、超えている場合はＡ２０８に進み、他の無線通信ユニットからの接続中ＵＥのＩＰアドレスを取得する。取得したＩＰアドレスは、転送テーブル３０５ｅの番号ｉの無線通信ユニットのノードアドレスに対応するテーブルセルに格納され、転送テーブル３０５ｅの内容が更新される。Ａ２０９では、処理を終了するか否かを判断し、終了でなければＡ２１０で一定期間待機した後Ａ２０２に戻り、以下の処理を繰り返す。

図１８は、同じ無線通信ユニット１に接続するＵＥ５（ＵＥ(I)及びＵＥ(II)）間のＩＰパケットの伝送処理の流れを示すものである。Ｕ１及びＵ２は図１５により説明済みのアタッチシーケンスであり、端末用無線ベアラが構築される。Ｕ３でＵＥ(I)からＩＰパケットが無線基地局部４に向け上りパケットとして送出される。無線基地局部４がこれをＥＰＣ機能部３に転送する。ＥＰＣ機能部３では、図１６の転送テーブル３０５ｅを参照し、自身が属する無線通信ユニットに接続中のいずれかのＵＥのＩＰアドレスが、受け取ったＩＰパケットのヘッダに記録されている送信先アドレスと一致しているか否かを確認する。図１８の場合、ＵＥ(II)のＩＰアドレスがこれに該当することとなり、Ｄ１にて該ＩＰパケットを下りパケットとして配下の無線基地局部４に折り返し転送する。無線基地局部４はこれを受け取ってＵＥ(II)に転送し、処理は完了する。

図１９は、図１１において、無線通信ユニット１（Ａ）に接続中のＵＥ５（Ａ）と、隣接する無線通信ユニット１（Ａ）に接続中のＵＥ５（Ｂ）と間のＩＰパケットの伝送処理の流れを示すものである。Ｕ１～Ｕ３までの処理は図１８と同じである。Ｕ３において無線通信ユニット１（Ａ）のＥＰＣ機能部３は転送テーブル３０５ｅを参照し、受け取ったＩＰパケットの送信先アドレスが、自身が属する無線通信ユニット１（Ａ）に接続中のいずれのＵＥのＩＰアドレスとも一致せず、かつ上流側の無線通信ユニット１（Ｂ）に接続中のＵＥのＩＰアドレスと一致していることを確認する。そして、Ｕ４にてそのＩＰパケットを、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ）により上流側の無線通信ユニット１（Ｂ）に転送する。無線通信ユニット１（Ｂ）では、このＩＰパケットを受け取り、同様に転送テーブル３０５ｅを参照し、ＵＥ５（Ｂ）のＩＰアドレスが送信先のＩＰアドレスと一致することを確認する。そして、Ｄ２にて該ＩＰパケットを下りパケットとして配下の無線基地局部４に転送する。無線基地局部４はこれを受け取ってＵＥ５（Ｂ）に転送し、処理は完了する。

たとえば、ＩＰパケットの送信元のＵＥが、カスケード接続された無線通信ユニット群の中間のものに接続されており、送信先のＵＥが該無線通信ユニットよりも下流側の無線通信ユニットに接続中のＵＥである場合は、上記Ｕ３にてＥＰＣ機能部３は転送テーブル３０５ｅを参照し、受け取ったＩＰパケットの送信先アドレスが、自身が属する無線通信ユニットに接続中のいずれのＵＥのＩＰアドレスとも一致せず、かつ下流側の無線通信ユニットに接続中のＵＥのＩＰアドレスと一致していることを確認することとなる。そして、該ＩＰパケットは下りパケットとして無線基地局部４に転送され、さらに送信先となるＵＥが接続される無線通信ユニットに下流側のユニット間ベアラを用いて転送される。

図２０は、図１１において、無線通信ユニット１（Ａ）に接続中のＵＥ５（Ａ）と、２つ先の無線通信ユニット１（Ｃ）に接続中のＵＥ５（Ｃ）と間のＩＰパケットの伝送処理の流れを示すものである。Ｕ１～Ｕ４までの処理は図１９と同じである。Ｕ４において無線通信ユニット１（Ｂ）のＥＰＣ機能部３は転送テーブル３０５ｅを参照し、受け取ったＩＰパケットのヘッダに記録されている送信先アドレスが、自身が属する無線通信ユニット１（Ｂ）に接続中のいずれのＵＥのＩＰアドレスとも一致しないことを確認し、Ｕ５にてそのＩＰパケットを、ユニット間無線ベアラ５５（Ｂ）により上流側の無線通信ユニット１（Ｃ）に転送する。無線通信ユニット１（Ｃ）では、このＩＰパケットを受け取り、同様に転送テーブル３０５ｅを参照し、ＵＥ５（Ｃ）のＩＰアドレスが送信先のＩＰアドレスと一致することを確認する。そして、Ｄ３にて該ＩＰパケットを下りパケットとして配下の無線基地局部４に転送する。無線基地局部４はこれを受け取ってＵＥ５（Ｃ）に転送し、処理は完了する。

図２１は、無線通信ユニット１（Ａ）に接続中のＵＥ５（Ａ）からのＩＰパケットが、無線ネットワークシステム外の送信先アドレスを有している場合の処理を示す。Ｕ１～Ｕ５までの処理は図２０と同じである。Ｕ５において無線通信ユニット１（Ｃ）のＥＰＣ機能部３は転送テーブル３０５ｅを参照し、受け取ったＩＰパケットのヘッダに記録されている送信先アドレスが、自身が属する無線通信ユニット１（Ｃ）に接続中のいずれのＵＥのＩＰアドレスとも一致しないことを確認し、Ｕ６にてそのＩＰパケットをルータ８に転送する。すなわち、ルータ８が設けられた無線通信ユニット１（Ｃ）のＥＰＣ機能部３は、転送されてくるＩＰパケットの送信先ノードが転送テーブル３０５ｅに含まれていないノードを示す場合は、ルータ８を介してＩＰパケットを外部ネットワーク６０に転送する。

より詳細には、図１１の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）はいずれもルータ８を内蔵しているが、そのいずれか１つのもの、図１１では、カスケード接続の上流側末端に位置する無線通信ユニット１（Ｄ）のルータ８だけが外部ネットワーク６０に接続されている。外部ネットワーク６０は例えば衛星通信回線６１などによりルータ８と接続されるグローバル公共ネットワーク（インターネット）である。該構成により、本発明の無線ネットワークシステム外のネットワークを送信先とするＩＰパケットの転送処理を、簡単なアルゴリズムにより実現できていることがわかる。

なお、各無線通信ユニットにおけるＩＰパケットの転送制御処理については、図１６に示す転送テーブル３０５ｅに代え、より簡便な接続中端末ノード登録部を用いた方式とすることも可能である。図２３はその一例を示すものであり、該接続中端末ノード登録部３０５ｆが設けられている無線通信ユニット１に接続中のＵＥ５のノード特定情報のみをリストとして記憶している。ノード特定情報は、接続中のＵＥのＩＰアドレス（ＵＥＩＰ０１，ＵＥＩＰ０２，・・・）であるが、ＵＥ５を接続ノードとして特定できる情報であればこれに限らず、例えばＵＥ５に組み込まれたＳＩＭ（subscriber identity module）カードのＩＤ（＝ＵＥ５の端末加入者情報：ＳＩＭＩＤ０１，ＳＩＭＩＤ０２，・・・）や装置のＭＡＣアドレス（ＭＡＤ０１，ＭＡＤ０２，・・・）なども使用可能である。

すなわち、図１１において、各無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）のＥＰＣ機能部３には、無線基地局部４のセル（通信エリア）内にて該無線基地局４に端末側無線ベアラ５７（Ａ）～５７（Ｄ）を介して接続中の複数のＵＥ５（Ａ）～５（Ｄ）（移動端末）について、それら接続中のＵＥ５（Ａ）～５（Ｄ）のノード特定情報を登録する接続中端末ノード登録部３０５ｆを設けておく。ＥＰＣ機能部３は、無線基地局部４から転送されてくるＩＰパケットの送信先ノード（送信先アドレス）を接続中端末ノード登録部３０５ｆの登録内容と照合し、送信先ノードが、接続中端末ノード登録部３０５ｆに登録されたノード特定情報のいずれかに対応するＵＥ（移動端末）を示す場合には、ＩＰパケットを該ＵＥに対し無線基地局部４にて折り返す形で転送する。

他方、送信先ノードが接続中端末ノード登録部３０５に登録されていないノードを示す場合にはＩＰパケットを中継無線通信部９及び無線基地局部４の双方に転送する。つまり、転送テーブル３０５ｅを用いる場合との違いは、外部の送信先を示すＩＰパケットを受け取ったＥＰＣ機能部３は、接続中端末ノード登録部３０５の内容のみでは送信先ノードが上流側と下流側のいずれに存在するかの判別ができない。そこで、外部の送信先を示すＩＰパケットについては、送信方向を特に限定せず、上流側と下流側の両方に転送を行なうことでこの問題を解決する。

接続中端末ノード登録部３０５を用いる方式は、図１６の転送テーブル３０５ｅを用いる方式と異なり、その内容更新のために他の無線通信ユニットとの間での接続中ＵＥの特定情報を共有するための通信処理が不要となる利点を有する。つまり、個々の無線通信ユニットは、自身の接続中ＵＥの状態を把握する処理に専念すればよいのである。図２４はその処理の流れを示すものであり、Ａ１０１で処理が開始されると、Ａ１０２で新たなＵＥからアタッチ要求があるか否かを確認する。アタッチ要求があればＡ１０３に進み、該当するＵＥのノード特定情報を新規登録する一方、アタッチ要求がなければＡ１０３をスキップする。次に、Ａ１０４では、接続切断したＵＥがあるか否かを確認する。接続切断したＵＥがあればＡ１０５に進み、該当するＵＥのノード特定情報を削除する一方、接続切断したＵＥがなければＡ１０５をスキップする。

例えば図１１において無線通信ユニット１（Ｂ）に着目した場合、その中継無線通信部９は、ＥＰＣ機能部３から転送されるＩＰパケットを、上流ユニット間無線ベアラ５５（Ｂ）を介して上流側の無線通信ユニット１（Ｃ）の無線基地局部４（上流無線基地局部）に上りパケットとして転送する。他方、無線通信ユニット１（Ｂ）の無線基地局部４はＥＰＣ機能部３から転送されるＩＰパケットを、下流ユニット間無線ベアラ５５（Ａ）を介して下流側の無線通信ユニット１（Ａ）の無線基地局部４（下流無線基地局部）に下りパケットとして転送する。この処理が各無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）にて実施されることで、送信先のＵＥが無線ネットワークシステム内に存在する場合は、伝送対象のＩＰパケットの送信先は、上りリンクと下りリンクのいずれかにて必ず特定できる。なお、上りリンクと下りリンクのうち、伝送対象のＩＰパケットの送信先が存在しなかった側では、ＩＰパケットはリンク末端の無線通信ユニットまでたどり着くこととなるが、該末端の無線通信ユニットでも送信先のＵＥが見いだせなかった場合は、その無線通信ユニットでＩＰパケットを無効化する処理（例えば破棄する処理）を行なえばよい。

そして、伝送対象のＩＰパケットが、無線ネットワークシステムの外部の送信先アドレスを示すものの場合の処理を考慮した場合、図１１のようにカスケード接続された無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の一方の終端に位置するユニット（図１１では無線通信ユニット１（Ａ）とする）を、上記ＩＰパケットを破棄する処理を実行するユニットとして定め、他方の終端に位置するユニット（図１１では無線通信ユニット１（Ｄ）とする）は、ルータ８を介して外部ネットワーク６０に接続できるように構成する。例えば中間の無線通信ユニット１（Ｂ）に接続されたＵＥが送信元となり、外部ネットワーク６０に向けて送信先が指定されたＩＰパケットは、本方式において下りリンク側に転送されたものについては無線通信ユニット１（Ａ）で破棄されるので、結局上りリンク側に送信されたＩＰパケットだけが生き残り、最終的に無線通信ユニット１（Ｄ）にたどり着くこととなる。無線通信ユニット１（Ｄ）では、図１９を援用して説明すれば、受け取ったＩＰパケットのヘッダに記録されている送信先アドレスが、接続中端末ノード登録部３０５ｆ内のいずれのＵＥのＩＰアドレスとも一致しないことを確認し、Ｕ６にてそのＩＰパケットをルータ８に転送する。該ＩＰパケットは、ルータ８を介して外部ネットワーク６０に送出される。

最後に、前述の簡易ハンドオーバ処理について説明する。
図２を用いてすでに説明したごとく、本実施形態においては、無線通信ユニット対をなす一方の無線通信ユニット１（Ａ）と他方の無線通信ユニット１（Ｂ）とがユニット間無線ベアラ５５によってのみ通信接続される構成となっている。すなわち、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）の無線基地局部４，４間は、これらを直接接続する制御インターフェースが省略されている（すなわち、従来のＸ２インターフェースが設けられない構成）。よって、図１１において無線通信ユニット１（Ａ）に接続された移動端末５（Ａ）が無線通信ユニット１（Ｂ）の通信セル５０Ｂ内に移動した場合に、Ｘ２インターフェースを用いた通常のハンドオーバ処理を実施することができない。そこで、本実施形態では、図２０に示すシーケンスに従って、下記の簡易ハンドオーバ処理が実行される。すなわち、ＵＥ５（Ａ）が無線通信ユニット１（Ａ）に対し、Ｕ１及びＵ２において図１５に示すアタッチシーケンスを実行し、無線通信ユニット１（Ａ）との間に端末用無線ベアラを構築する。これにより、ＵＥ５（Ａ）は無線通信ユニット１（Ａ）との間で上りパケット（Ｕ３）及び下りパケット（Ｄ１）の送受信が可能となる。

そして、Ｓ１０１において、無線通信ユニット１（Ａ）の無線基地局部４とＵＥ５（移動端末）とを接続する端末側無線ベアラの切断をＵＥ５（移動端末）が検出し、さらにＳ１０２で移動先の無線通信ユニット１（Ｂ）をＵＥ５が検出することで、ＵＥ５はＵ１’において無線通信ユニット１（Ｂ）に対して新たなアタッチ要求を行なう。無線通信ユニット１（Ｂ）はこのアタッチ要求を受けることにより、Ｕ２と同様の処理に基づきＵＥ５との間に新たな端末側無線ベアラを確立する。すなわち、無線通信ユニット１（Ｂ）のＥＰＣ機能部３からの指令に基づき、無線通信ユニット１（Ｂ）の無線基地局部４と、移動後のＵＥ５（Ａ）（移動端末）との間に端末側無線ベアラが再構築される。以上の処理により、基地局間インターフェースが存在しない環境であるにも関わらず、ＵＥ５のセル間移動に伴う実質的なハンドオーバ処理が実現できていることがわかる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、あくまで例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、無線通信ユニット１は、図１１のようにユニット間無線ベアラ５５により複数台カスケード接続して用いる形態に限らず、１台のみ単独で使用することも可能である.

また、図１１において、複数のユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）により順次カスケード接続された３以上（図１１においては４つ）の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の列の一方の端に位置する無線通信ユニット１（Ａ）を第一端無線通信ユニットとし、他方の端に位置する無線通信ユニット１（Ｄ）を第二端無線通信ユニットとしたとき、第一端無線通信ユニット１（Ａ）の中継無線通信部９と第二端無線通信ユニットの１（Ｄ）無線基地局部４とを、上記複数のユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）とは別のユニット間無線ベアラ５５（Ｘ）により接続可能とすることもできる。そして、３以上の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）の列は、上記別のユニット間無線ベアラ５５（Ｘ）の構築により無端形態にカスケード接続されることとなる。無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）をこのように無端接続することで、複数のユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）及び５５（Ｘ）は１つが冗長化される。よって、そのいずれかが中継無線通信部９ないし無線基地局部４の不調等により切断される事態が生じても、残余の正常なユニット間無線ベアラにより、無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）が相互にカスケード接続された状態を維持でき、ひいては無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）のそれぞれに接続するＵＥ５（Ａ）の相互通信を担保することができる。なお、図１１においてユニット間無線ベアラ５５（Ｘ）は図１２のチャネルマップ３０５ｇに従い、ＣＨ４に設定されている。

１（Ａ），１（Ｂ） 無線通信ユニット
ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ） 大型船舶
２ ＭＭＥ
３ ＥＰＣ機能部
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＡＭ
３０３ マスクＲＯＭ
３０４Ａ 上流側通信インターフェース
３０４Ｂ 下流側通信インターフェース
３０５ フラッシュメモリ
３０５ａ 通信ファームウェア
３０５ｂ ＭＭＥエンティティ
３０５ｃ Ｓ－ＧＷエンティティ
３０５ｄ ＰーＧＷエンティティ
３０５ｅ 転送テーブル
３０５ｆ 接続中端末ノード登録部
３０５ｇ チャネルマップ
３０６ バス
２１ 二次電池モジュール
２２ 電源回路部
２３ 可搬型筐体
３０，３１ 通信バス
４ 無線基地局部
４０１ ＣＰＵ
４０２ ＲＡＭ
４０３ マスクＲＯＭ
４０４ 通信インターフェース
４０５ フラッシュメモリ
４０５ａ 通信ファームウェア
４０６ バス
４１２ 無線通信部
５ ＵＥ（移動端末）
６ Ｓ－ＧＷ
７ Ｐ－ＧＷ
８ ルータ
９ 中継無線通信部
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＡＭ
９０３ マスクＲＯＭ
９０５ フラッシュメモリ
９０５ａ 通信ファームウェア
９０６ バス
９１２ 無線通信部
５０（Ａ），５０（Ｂ） 通信エリア
５５ ユニット間無線ベアラ
５７ 端末用無線ベアラ

Claims (20)

1. ３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規定された通信プロトコルスタックに従い無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、
   前記移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、
   前記無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、
   前記ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、
   前記無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされ、
   前記ＥＰＣ機能部は下流ユニット間無線ベアラ設定要求を前記無線基地局部に送信する一方、前記無線基地局部は前記下流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い前記下流中継無線通信部とともに前記下流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、
   前記ＥＰＣ機能部は端末用無線ベアラ設定要求を前記無線基地局部に送信する一方、前記無線基地局部は前記端末用無線ベアラ設定要求が示す条件に従い前記移動端末とともに前記端末用無線ベアラを構築するものであり、
   前記中継無線通信部は、前記上流ユニットのＥＰＣ機能部（以下、上流ＥＰＣ機能部という）が発行する上流ユニット間無線ベアラ設定要求を受信し、該上流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い前記上流無線基地局部とともに前記上流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、
   前記下流ユニット間無線ベアラと前記上流ユニット間無線ベアラとが、前記端末用無線ベアラと同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築され、
   前記ＥＰＣ機能部は、前記無線基地局部の通信エリア内にて該無線基地局に前記端末用無線ベアラを介して接続中の複数の前記移動端末について、それら接続中の移動端末のノード特定情報を登録する接続中端末ノード登録部を備え、前記無線基地局部から転送されてくるＩＰパケットの送信先ノードを前記接続中端末ノード登録部の登録内容と照合し、前記送信先ノードが、前記接続中端末ノード登録部に登録されたノード特定情報のいずれかに対応する移動端末を示す場合には、前記ＩＰパケットを該移動端末に前記無線基地局部にて折り返す形で転送する一方、前記送信先ノードが前記接続中端末ノード登録部に登録されていないノードを示す場合には前記ＩＰパケットを前記中継無線通信部及び前記無線基地局部の双方に転送するものであり、
   前記中継無線通信部は、前記ＥＰＣ機能部から転送される前記ＩＰパケットを、前記上流ユニット間無線ベアラを介して前記上流無線基地局部に上りパケットとして転送する一方、前記無線基地局部は前記ＥＰＣ機能部から転送される前記ＩＰパケットを前記下流ユニット間無線ベアラを介して下流基地局部に下りパケットとして転送することを特徴とする無線通信ユニット。
2. 前記中継無線通信部は前記上流ユニット間無線ベアラを構築可能な隣接無線基地局の数が１つのみである請求項１記載の無線通信ユニット。
3. 前記ＥＰＣ機能部は、前記下流ユニット間無線ベアラの設定周波数チャネルを、予め定められた特定の１つの周波数チャネルである下流ユニット間チャネルに固定設定する請求項１又は請求項２に記載の無線通信ユニット。
4. 前記ＥＰＣ機能部は、前記上流ユニット間無線ベアラが構築される場合に、前記下流ユニット間チャネルを、前記上流ユニット間無線ベアラに対して設定される上流ユニット間チャネルと異なる周波数チャネルに設定する請求項３記載の無線通信ユニット。
5. 前記ＥＰＣ機能部は、前記下流ユニット間チャネルとして選択可能な周波数チャネル群と、接続先となる前記下流中継無線通信部のノードアドレスとの対応関係を示すチャネルマップを記憶するチャネルマップ記憶部を有し、前記下流中継無線通信部からのアタッチ要求を受けるに伴い、該下流中継無線通信部のノードアドレスを取得するとともに、取得した前記ノードアドレスに対応する周波数チャネルを前記チャネルマップ上にて特定し、特定された該周波数チャネルを前記下流ユニット間チャネルとして設定する請求項３又は請求項４に記載の無線通信ユニット。
6. 前記下流ユニット間チャネル及び前記上流ユニット間チャネルは、各々前記３ＧＰＰに規定される複数のバンドのいずれかに属するとともに、同一バンド内の互いに異なる周波数チャネルとして設定される請求項４に記載の無線通信ユニット。
7. 前記端末用無線ベアラの設定周波数チャネルである端末側チャネルは、前記同一バンドに属する周波数チャネルのうち、前記下流ユニット間チャネルと同一のチャネルに設定されている請求項６記載の無線通信ユニット。
8. 前記同一バンドが前記３ＧＰＰに規定されたバンド２８である請求項７記載の無線通信ユニット。
9. 前記接続中端末ノード登録部は前記接続中の移動端末のノード特定情報として該移動端末のＩＰアドレスを登録するものである請求項１記載の無線通信ユニット。
10. 前記ＥＰＣ機能部と前記中継無線通信部との間に、前記ＥＰＣ機能部と外部ネットワークとの間の前記ＩＰパケットの送受信を中継するルータが設けられている請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の無線通信ユニット。
11. 着脱式の二次電池モジュールと、前記無線基地局部、前記ＥＰＣ機能部、前記ルータ及び前記中継無線通信部の各機能回路ブロックと、前記二次電池モジュールからの入力電圧を各機能回路ブロックの駆動電圧に変換して出力する電源回路部とが可搬型筐体に一体的に組付けられてなる請求項１０に記載の無線通信ユニット。
12. ３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規定された通信プロトコルスタックに従い無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、前記移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、前記無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、前記ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、前記無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされ、前記ＥＰＣ機能部は端末用無線ベアラ設定要求を前記無線基地局部に送信する一方、前記無線基地局部は前記端末用無線ベアラ設定要求が示す条件に従い前記移動端末とともに前記端末用無線ベアラを構築するものであり、前記中継無線通信部は、前記上流ユニットのＥＰＣ機能部（以下、上流ＥＰＣ機能部という）が発行する上流ユニット間無線ベアラ設定要求を受信し、該上流ユニット間無線ベアラ設定要求が示す条件に従い前記上流無線基地局部とともに前記上流ユニット間無線ベアラを構築するものであり、前記下流ユニット間無線ベアラと前記上流ユニット間無線ベアラとが、前記端末用無線ベアラと同一方式の無線プロトコルスタックに従って構築されるように各々構成された無線通信ユニットが２以上順次隣接配置された無線通信ユニット群からなり、
    該無線通信ユニット群は、互いに隣接する無線通信ユニット対の基地局セルが一部重なる位置関係で前記ユニット間無線ベアラによりカスケード接続されるとともに、
    前記無線通信ユニット対の一方に接続された移動端末と他方に接続された移動端末とが、前記無線通信ユニット対及び該無線通信ユニット対を接続する前記ユニット間無線ベアラを介してＩＰパケットの送受信を行い、
    前記無線通信ユニット対をなす一方の無線通信ユニットと他方の無線通信ユニットとが前記ユニット間無線ベアラによってのみ通信接続される構成により、該無線通信ユニット対の前記無線基地局部間を直接接続する制御インターフェースが省略されてなり、
    前記一方の無線通信ユニットに接続された前記移動端末が前記他方の無線通信ユニットの通信セル内に移動した場合に、前記一方の無線通信ユニットの前記無線基地局部と前記移動端末とを接続する前記端末用無線ベアラの切断を検出した前記移動端末からのアタッチ要求を前記他方の無線通信ユニットの前記無線基地局部が受けることにより、該他方の無線通信ユニットの前記ＥＰＣ機能部からの指令に基づき、該他方の無線通信ユニットの前記無線基地局部と、移動後の前記移動端末との間に前記端末用無線ベアラを再構築する簡易ハンドオーバ処理が実行されることを特徴とする無線ネットワークシステム。
13. 前記ユニット間無線ベアラによりカスケード接続された３以上の前記無線通信ユニットからなり、前記無線通信ユニット群の１つの無線通信ユニットをなす第一の無線通信ユニットに接続された移動端末と、前記無線通信ユニット群において前記第一の無線通信ユニットに対し１以上の中間の無線通信ユニットを隔てて配置された第二の無線通信ユニットに接続された移動端末とが、前記第一の無線通信ユニット、前記中間の無線通信ユニット及び前記第二の無線通信ユニットと、それら無線通信ユニットを接続する前記ユニット間ベアラを介して前記ＩＰパケットの送受信を行なう請求項１２記載の無線ネットワークシステム。
14. 前記無線通信ユニット対をなす２つの無線通信ユニットを相互に接続する前記ユニット間無線ベアラが使用する周波数チャネルが、ユニット間チャネルとして予め定められた周波数チャネルに固定設定される請求項１２ないし請求項１３のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
15. ３以上の前記無線通信ユニットが複数の前記ユニット間無線ベアラにより順次カスケード接続される構成において、複数の前記ユニット間無線ベアラの互いに隣接するもの同士が異なる前記ユニット間チャネルを使用して構築される請求項１４に載の無線ネットワークシステム。
16. 複数の前記ユニット間無線ベアラにより順次カスケード接続された３以上の前記無線通信ユニットの列の一方の端に位置する無線通信ユニットを第一端無線通信ユニットとし、他方の端に位置する無線通信ユニットを第二端無線通信ユニットとして、前記第一端無線通信ユニットの前記中継無線通信部と前記第二端無線通信ユニットの前記無線基地局部とが、複数の前記ユニット間無線ベアラとは別のユニット間無線ベアラにより接続可能とされ、前記３以上の前記無線通信ユニットの列は前記別のユニット間無線ベアラの構築により無端形態にカスケード接続される請求項１５記載の無線ネットワークシステム。
17. 前記ユニット間無線ベアラによりカスケード接続された２以上の前記無線通信ユニットの各前記ＥＰＣ機能部は、個々の無線通信ユニットの前記無線基地局部に接続中の前記移動端末のノード特定情報を、前記ユニット間無線ベアラを経由して他の無線通信ユニットに転送することにより、２以上の前記無線通信ユニット間にて接続中の前記移動端末のノード特定情報が共有化されるようになっており、
    前記ＥＰＣ機能部は共有化された前記ノード特定情報に基づいてＩＰパケットの転送テーブルを作成し、該転送テーブルを参照して前記ＩＰパケットの転送制御を行なう請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
18. ２以上の前記無線通信ユニットの少なくともいずれかにおいて、前記ＥＰＣ機能部と前記中継無線通信部との間に、前記ＥＰＣ機能部と外部ネットワークとの間のＩＰパケットの送受信を中継するルータが設けられており、
    該ルータが設けられた無線通信ユニットの前記ＥＰＣ機能部は、転送されてくるＩＰパケットの送信先ノードが前記転送テーブルに含まれていないノードを示す場合に、前記ＩＰパケットを、前記ルータを介して前記外部ネットワークに転送する制御を行なう請求項１７記載の無線ネットワークシステム。
19. 前記無線通信ユニット群をなす各前記無線通信ユニットは、着脱式の二次電池モジュールと、前記無線基地局部、前記ＥＰＣ機能部、前記ルータ及び前記中継無線通信部の各機能回路ブロックと、前記二次電池モジュールからの入力電圧を各機能回路ブロックの駆動電圧に変換して出力する電源回路部とが可搬型筐体に一体的に組付けられてなる請求項１２ないし請求項１８のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
20. 前記無線通信ユニット群をなす複数の前記無線通信ユニットの１以上のものが移動体上に設置されてなる請求項１２ないし請求項１９のいずれか１項に記載の無線ネットワークシステム。
    

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