(57)【要約】【課題】様々な種類のパケットを用いることなく、パケットの衝突を抑制して通信性能を向上させる。【解決手段】通信装置は、基本周期の送信禁止期間以外のタイミングでデータパケットを周期的に送信し、基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に衝突検出パケットを送信する送信回路１９と、他端末からのデータパケットを受信する受信回路１２と、基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に送信禁止期間を解除する送信禁止期間設定部１５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本周期の送信禁止期間以外のタイミングでデータパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、
他端末からのデータパケットを受信するパケット受信手段と、
前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に、衝突検出パケットを送信する衝突検出パケット送信手段と、
前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に、前記送信禁止期間を解除する送信禁止期間設定手段と、
を備えた通信装置。
【請求項２】
前記送信禁止期間制御手段は、前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケットが受信された場合に、前記基本周期の前記データパケットの受信タイミングを含む期間を前記送信禁止期間に設定する
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
基本周期の送信禁止期間以外のタイミングでデータパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、
他端末からの衝突検出パケットを受信するパケット受信手段と、
前記パケット受信手段による前記衝突検出パケットの受信タイミングに応じて、前記送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定手段と、
を備えた通信装置。
【請求項４】
前記送信禁止期間設定手段は、前記データパケット送信手段によるデータパケットの送信後から所定期間内において前記パケット受信手段により前記衝突検出パケットが受信された場合、前記基本周期の前記データパケットの次の送信タイミングを送信禁止期間に設定し、前記データパケット送信手段によるデータパケットの送信後から所定期間内において前記パケット受信手段により前記衝突検出パケットが受信されなかった場合、データパケットの送信後から前記基本周期の終期までの期間を送信禁止期間に設定する
請求項３に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基地局等の制御局なしに、個々の無線端末装置が周辺の無線端末装置に対して、同報通信（ブロードキャスト）することにより、情報を伝える無線システムが提案されている。このような通信形態を実現する一例として、無線ＬＡＮで用いられている通信方式の１つであるＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式では、データを送信したい端末（ノード）は、他の端末のパケット通信状況を監視し（キャリアセンス）、チャネルが空いているタイミングで送信を開始する。
【０００３】
このような無線システムでは、例えば所定の端末は、自身の周辺の電波が届く範囲内に存在する端末の通信状況をキャリアセンスにより監視する。
【０００４】
そのため、周辺に他の端末が多数存在する場合、自身のデータを送信するタイミングが得られず、データの送信が大きく遅延する場合がある。このため、端末数や通信トラフィックが増加した場合に信頼性を保証できない問題がある。
【０００５】
更に、電波が届く範囲外の直接キャリアセンスができない場所に他の端末が多数存在する場合は、それらの端末の通信状況を検出することができず、上記所定の端末自身のデータ送信時に他の端末の通信と衝突してしまう場合（いわゆる隠れ端末問題）が発生する。無線ＬＡＮでは、ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request To Send / Clear To Send ）という方式を用いて、この通信の衝突を回避する手段を持っている。この方式は、特定の端末に対して通信したい場合には有効であるが、同報通信の場合には適用できないため、上記のパケット通信の衝突を回避することはできないという問題がある。
【０００６】
そこで、上記問題を解決するために、フレームをｎスロットに時分割してアクセスする方法が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載された無線端末装置は、フレーム単位でスロットの占有情報を監視し、自端末の送信データに加えて、スロットの占有情報を送信パケットに埋め込むことで他の端末と情報を交換する。上記フレームは例えば１００ｍｓで構成され、各スロットは各々異なる端末によって占有される。
【０００７】
また、いわゆる隠れ端末の問題に対して、特許文献１の技術は、スロットの様々な占有状態を示すフレーム情報をパケットに埋め込み、パケットの受信状況とパケットのフレーム情報とに基づいて、隠れ端末の存在を考慮してパケットの衝突を回避している。
【特許文献１】特開２００７−２８５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の技術は、パケットにフレーム情報が存在することを前提としたものであるので、フレーム情報を含まないパケットについてはパケット衝突を回避できない問題がある。
【０００９】
さらに、特許文献１の技術は、パケットにスロットの様々な占有状態を示すフレーム情報を埋め込む必要があるので、１パケットに含まれるフレーム情報が多くなってしまう。その結果、パケットの種類が多くなると共に、１パケットに占める送信対象のデータを多くすることができない問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、様々な種類のパケットを用いることなく、パケットの衝突を抑制して通信性能を向上させることができる通信装置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】
【００１１】
本発明に係る通信装置は、基本周期の送信禁止期間以外のタイミングでデータパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、他端末からのデータパケットを受信するパケット受信手段と、前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に、衝突検出パケットを送信する衝突検出パケット送信手段と、前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に、前記送信禁止期間を解除する送信禁止期間設定手段と、を備えている。
【００１２】
ここで、前記送信禁止期間制御手段は、前記パケット受信手段により前記基本周期の所定タイミングで１つのデータパケットが受信された場合に、前記基本周期の前記データパケットの受信タイミングを含む期間を前記送信禁止期間に設定しもよい。
【００１３】
本発明に係る発明は、基本周期の送信禁止期間以外のタイミングでデータパケットを周期的に送信するデータパケット送信手段と、他端末からの衝突検出パケットを受信するパケット受信手段と、前記パケット受信手段による前記衝突検出パケットの受信タイミングに応じて、前記送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定手段と、を備えている。
【００１４】
ここで、前記送信禁止期間設定手段は、前記データパケット送信手段によるデータパケットの送信後から所定期間内において前記パケット受信手段により前記衝突検出パケットが受信された場合、前記基本周期の前記データパケットの次の送信タイミングを送信禁止期間に設定し、前記データパケット送信手段によるデータパケットの送信後から所定期間内において前記パケット受信手段により前記衝突検出パケットが受信されなかった場合、データパケットの送信後から前記基本周期の終期までの期間を送信禁止期間に設定してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る通信装置は、基本周期の所定タイミングで１つのデータパケット以外のデータが受信された場合に、衝突検出パケットを送信し、データパケットを周期的に送信する基本周期の送信禁止期間を解除することにより、データパケットの衝突があったことを報知すると共に、送信機会を増やしている。
【００１６】
本発明に係る通信装置は、衝突検出パケットの受信タイミングに応じて、データパケットを周期的に送信する基本周期の送信禁止期間を設定することにより、データパケットが衝突しないようにデータパケットを送信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークの通信装置の構成を示すブロック図である。無線通信ネットワークは、各通信装置が各々パケットを周期的に（基本周期毎に）ブロードキャストすることによって、動的に構成される。ここで、基本周期は複数のスロットに分割され、各通信装置はいずれかのスロットを占有してデータパケットを送信する。以下、必要に応じて、説明の対象となる通信装置を自端末といい、自端末の周辺にある通信装置を周辺端末又は他端末という。
【００１９】
通信装置は、受信アンテナ１１を介して他の無線端末装置が送信したパケットを受信する受信回路１２と、受信したパケットを検出し、どのスロット（どのタイミング）で送信されてきたのかを検出するパケット検出部１３と、検出されたパケットから送信されてきたデータを復調して受信情報を生成するパケット復調部１４と、検出されたパケットのタイミング情報に基づいて送信禁止期間を設定する送信禁止期間設定部１５と、を備えている。
【００２０】
更に、通信装置は、送信情報に基づいてパケットを生成するパケット生成部１６と、復調されたパケットに基づいてパケット衝突を検出した場合に衝突検出パケットを生成する衝突検出パケット生成部１７と、送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１８と、生成されたパケットを、アンテナ２０を介して送信する送信回路１９と、全体の動作を制御する制御回路３０と、を備えている。
【００２１】
なお、衝突検出パケット生成部１７は、パケット復調部１４の復調結果に基づいて、例えば、所定のタイミングで１パケット以外のデータ（例えば、２つ以上のパケットやある程度の受信電力があるにもかかわらず復調できなかったデータ）が得られた場合に、そのスロットでパケットが衝突したことを示す衝突検出パケットを生成する。
【００２２】
送信タイミング制御部１８は、送信回路１９に対して、パケット生成部１６で生成されたデータパケット、衝突検出パケット生成部１７で生成された衝突検出パケットのそれぞれの送信タイミングを制御する。
【００２３】
図２は、ｎ個の通信装置によって送受信される基本周期の構成を示す図である。データパケットと衝突検出パケットで１つの送受信の組み合わせを示している。つまり、本実施形態では、パケットは２種類だけである。また、１基本周期は例えば１００ｍｓｅｃに設定され、ｎ個のデータパケットが存在している。
【００２４】
図３は、本通信装置の状態遷移図である。通信装置は、「受信待機状態」、「データパケット送信処理」、「自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理」、「信号受信処理」、「衝突検出パケット送信処理」の各々の状態を遷移する。
【００２５】
具体的には、通信装置は、受信待機状態において、受信信号がなくかつ送信すべきデータがある場合はデータパケット送信処理に移行し、受信信号を検出した場合は信号受信処理に移行する。
【００２６】
通信装置は、データパケット送信処理において、データパケットを送信できないときは受信待機状態に移行し、データパケット送信処理が完了したときは自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理に移行する。そして、通信装置は、自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理において、当該処理が完了したとき又は所定期間が経過したときは、受信待機状態に移行する。
【００２７】
一方、通信装置は、信号受信処理において、当該処理が完了したときは受信待機状態に移行し、当該処理が完了しかつ返信が必要であるときは衝突検出パケット送信処理に移行する。そして、通信装置は、衝突検出パケット送信処理において、当該処理が完了したときは、受信待機状態に移行する。以下では、データパケット送信処理、自端末のデータパケット送信処理、信号受信処理、衝突検出パケット送信処理についてそれぞれ説明する。
【００２８】
図４は、図１に示すように構成された端末Ａ〜Ｆの配置関係を示す図である。ここで、楕円形はパケットが届くエリアを示している。例えば、端末Ｃは、端末Ｂ，Ｄ，Ｆに対してのみパケットを送信するが、端末Ｂは、端末Ａ，Ｃに対してのみパケットを送信する。
【００２９】
図５は、端末Ｂと端末Ｄのデータパケットが端末Ｃで衝突した場合における端末Ａ〜Ｆのパケットの送受信タイミングを示すタイミングチャートである。ここでは、“DATA”はデータパケット、“COL”は衝突検出パケット、“NAV period”は送信禁止期間、“Set NAV”は送信禁止期間の設定、“NOT Set NAV”は送信禁止期間の設定解除を示している。
【００３０】
（データパケット送信処理）
通信装置は、受信待機状態において、受信信号がなくかつ送信すべきデータがある場合はデータパケット送信処理に移行し、次の処理を実行する。
【００３１】
図６は、「データパケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１では、送信タイミング制御部１８は、現在のタイミングが送信禁止期間設定部１５で設定された送信禁止期間であるかを判定し、肯定判定のときは「送信すべきデータあり」の状態のままで受信待機状態へ移行し、否定判定のときはステップＳ２へ移行する。
【００３２】
ステップＳ２では、送信タイミング制御部１８は、受信回路１２又はパケット検出部１３の検出結果に基づいて各スロットの受信感度を測定して、キャリアが検出されたか否かを判定し、肯定判定のときは「送信すべきデータあり」の状態のままで受信待機状態へ移行し、否定判定のときはステップＳ３へ移行する。
【００３３】
ステップＳ３では、送信タイミング制御部１８は、パケット生成部で生成されたデータパケットを送信するように送信回路１９を制御して、本ルーチンを終了する。これにより、データパケットがアンテナ２０を介して各端末に送信される。そして、自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理へ移行する。
【００３４】
なお、送信禁止期間でなく（ステップＳ１の否定判定）かつキャリア未検出（ステップＳ２の否定判定）の条件が満たされない場合、「送信すべきデータあり」があるが、「受信待機状態」と「データパケット送信処理」の間を行き来することになる。この場合、次のデータパケットを送信すべき時刻になると、以前の送信すべきデータを破棄し、新しいデータを送信するための処理が行われる。
【００３５】
（衝突検出パケット受信処理）
図７は、「自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、送信タイミング制御部１８は、上述したステップＳ３におけるデータパケット送信後から所定期間（Ｔcollect）経過したかを判定し、肯定判定のときはステップＳ１４へ移行し、否定判定のときはステップＳ１２へ移行する。
【００３６】
ステップＳ１２では、パケット受信部１３は、自端末のデータに対する衝突検出パケットを周辺端末から受信したかを判定し、肯定判定のときはステップＳ１３へ移行し、否定判定のときはステップＳ１１へ戻る。なお、衝突検出パケットは、自端末のデータパケットの送信後の所定期間（Ｔcollect）以内に受信されたものであるときは自端末に対する衝突検出パケットとみなされ、それ以外の期間に受信されたものであるときは隠れ端末に対する衝突検出パケットとみなされる。
【００３７】
ステップＳ１３では、送信禁止期間設定部１５は、隠れ端末とのパケットの衝突が検出されたので、次回の自端末のデータパケット送信タイミングを変更すべく、前回のデータパケット送信タイミングから１基本周期後のタイミングを送信禁止期間に設定する。
【００３８】
例えば図５に示すように、端末Ｄは、衝突検出パケットを受信すると、直前のデータパケットの送信タイミングから次の１基本周期後を送信禁止期間を設定している。これにより、データパケット送信タイミングが変更される。そして、本ルーチンを終了して、受信待機状態へ移行する。
【００３９】
一方、ステップＳ１４では、送信禁止期間設定部１５は、次回の送信タイミングを予約すべく、送信禁止期間を設定する。具体的には、送信禁止期間設定部１５は、自端末のデータパケットの送信後の所定期間（Ｔcollect）が経過した時点から基本周期の終期までを送信禁止期間に設定する。
【００４０】
例えば図５に示すように、端末Ｂは、データパケットの送信後から所定期間（Ｔcollect）内に衝突検出パケットが受信されなかったので、自端末のデータパケットの送信後の所定期間（Ｔcollect）が経過した時点から基本周期の終期までを送信禁止期間に設定する。これにより、端末Ｂのデータパケットの送信タイミングは、前回と同じタイミングに設定される。そして、本ルーチンを終了して、受信待機状態へ移行する。
【００４１】
（信号受信処理）
また、通信装置は、「受信待機状態」において、受信信号を検出した場合は「信号受信処理」に移行し、次の処理を実行する。
【００４２】
図８は、「信号受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ２１では、図１に示す受信回路１２が他の端末（周辺端末）のパケットを受信し、パケット検出部１３がそのパケットを検出して、ステップＳ２２に進む。
【００４３】
ステップＳ２２では、送信禁止期間設定部１５は、パケット検出部１３で検出されたパケットの種別を判定し、データパケットであるときはステップＳ２３に進み、衝突検出パケットであるときはステップＳ２４に進む。
【００４４】
ステップＳ２３では、送信禁止期間設定部１５は、所定の期間待機して本ルーチンを終了し、衝突検出パケット送信処理へ移行する。例えば図５に示すように、端末Ａ及びＣは端末Ｂからのデータパケットを受信し、端末Ｅは端末Ｄからのデータパケットを受信する。
【００４５】
一方、ステップＳ２４では、自端末のデータパケットに対する衝突検出パケットが検出された状態になっているため、自端末と他の端末との間でデータパケットの衝突が発生している。但し、他の端末がデータパケット送信タイミングを変更する予定であるので、送信禁止期間設定部１５は、他の端末がデータパケット送信タイミングを変更することを考慮して、送信禁止期間を解除する。
【００４６】
すなわち、他の端末がデータパケット送信タイミングを変更する一方、自端末はデータパケット送信タイミングを維持することで、自端末と他の端末とのデータパケットの衝突を回避する。例えば図５に示すように、端末Ｆは、「信号受信処理」状態において衝突検出パケットを検出すると、送信禁止期間の設定を解除する。そして、本ルーチンを終了して、受信待機状態へ移行する。
【００４７】
（衝突検出パケット送信処理）
図９は、「衝突検出パケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ３１では、送信禁止期間設定部１５は、パケット検出部１３の検出結果に基づいて、他端末のデータパケットの受信に成功したか否かを判定する。ここで、データパケットの受信に成功したとは、所定のタイミングで１つのデータパケットが検出された状態をいう。そして、肯定判定の場合はステップＳ３２に移行し、否定判定の場合はステップＳ３３に移行する。
【００４８】
ステップＳ３２では、送信禁止期間設定部１５は、他端末の次回のデータパケットの送信予定タイミングを送信禁止期間に設定する。これにより、自端末が他端末の次回のデータパケットの送信予定タイミングで送信しないようにすることができる。
【００４９】
例えば図５に示すように、端末Ａ及びＥは、他端末のデータパケットの受信に成功すると、その受信したタイミングを送信禁止期間に設定する。これにより、端末Ａ及びＥは、他端末のデータパケットの受信タイミングには自端末のデータパケットを送信しないように設定するので、データパケットの衝突を回避できる。
【００５０】
一方、ステップＳ３３では、衝突検出パケット生成部１７が衝突検出パケットを生成し、送信回路１９が生成された衝突検出パケットを各端末に送信して、ステップＳ３４に進む。例えば図５に示すように、端末Ｃは、衝突検出パケットを生成して、端末Ｂ、Ｄ、Ｆに送信する。
【００５１】
ステップＳ３４では、送信禁止期間設定部１５は、送信禁止期間の設定を解除する。ここでは、他端末がデータパケット送信タイミングを変更すると考えられるので、自端末の送信禁止期間の設定のみが解除される。そして、本ルーチンを終了すると、受信待機状態へ移行する。
【００５２】
このように、図５によると、端末Ｂ及びＤが送信したデータパケットが端末Ｃで衝突した場合、端末Ｃのみが端末Ｂ、Ｄ、Ｆへ衝突検出パケットを送信する。衝突検出パケットは端末Ｂ及びＤで受信される。但し、端末Ｂは、データパケットの送信後所定期間（Ｔcollect）以内に衝突検出パケットを受信しなかったので、その時点で、基本周期後のタイミングまで送信禁止期間を設定している。
【００５３】
一方、端末Ｄは、データパケットの送信後所定期間（Ｔcollect）以内に衝突検出パケットを受信したので、基本周期後の次回の送信タイミングを変更するように送信禁止期間を設定している。これにより、端末Ｂ及びＤの次回のデータパケットの送信タイミングが異なるようになり、データパケットの衝突が連続して発生することが回避される。
【００５４】
一方、端末Ａ及びＥは、データパケットを正常に受信すると、受信時から１基本周期後のタイミングを送信禁止期間に設定する。
【００５５】
また、端末Ｃは、衝突検出パケットを受信したので、データパケットの送信タイミングが変更されることを考慮して、送信機会を増やすべく、送信禁止期間を解除する。端末Ｆは、端末Ｃのみと通信可能であることから、衝突検出パケットのみを受信する。この場合、端末Ｆは、端末Ｃと同様に、データパケットの送信タイミングが変更されることを考慮して、送信機会を増やすべく、送信禁止期間を解除する。
【００５６】
以上のように、本発明の実施の形態に係る通信装置は、他端末間のデータパケットの衝突を検出した場合、衝突検出パケットを他端末に送信すると共に、自端末の送信禁止期間を解除する。これにより、通信装置は、他端末のデータパケットの送信タイミングが変更されることを考慮して、自端末の送信機会を増やすことができる。また、通信装置は、データパケットを正常に受信した場合は、そのタイミングを送信禁止期間に設定して、データパケットの受信を維持するようにしている。
【００５７】
また、上記通信装置は、衝突検出パケットを受信した場合、衝突検出パケットの受信タイミングに応じて、データパケットの送信禁止期間の設定タイミングを変えている。これにより、通信装置は、衝突検出パケットの受信タイミングが異なると、データパケットの送信タイミングも異なるので、データパケットの衝突を回避することができる。
【００５８】
このように、上記通信装置は、隠れ端末があるか否かにかかわらず、送信禁止期間を変更したり解除したりすることにより、自端末のデータパケットの送信タイミングを制御するので、データパケットの衝突を抑制することができる。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信ネットワークの通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ｎ個の通信装置によって送受信される基本周期の構成を示す図である。
【図３】本通信装置の状態遷移図である。
【図４】端末Ａ〜Ｆの配置関係を示す図である。
【図５】端末Ｂと端末Ｄのデータパケットが端末Ｃで衝突した場合における端末Ａ〜Ｆのパケットの送受信タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】「データパケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】「自端末のデータに対する衝突検出パケット受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】「信号受信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】「衝突検出パケット送信処理」の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１２  受信回路
１３  パケット検出部
１４  パケット復調部
１５  送信禁止期間設定部
１６  パケット生成部
１７  衝突検出パケット生成部
１８  送信タイミング制御部
１９  送信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010041694.tif 000008
【図７】
2010041694.tif 000009
【図８】
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【図９】
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