(57)【要約】【課題】  無線パーソナルエリアネットワークにおける低電力伝送方法を提供する。【解決手段】  チャンネル時間割当期間において、時分割多元接続方式に基づいてタイムスロットを割当てるステップと、割当てたタイムスロットを用いて、少なくとも１つの媒体アクセス制御サービスデータユニットを伝送する場合に消費されるエネルギーＥ（Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ）を最小にするフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒ、および伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、選択した組み合わせに基づいたフレームを、無線ネットワーク上の他の装置に伝送するステップと、を含む。【選択図】      図２
2006042365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネル時間割当期間（ＣＴＡＰ：Channel Time Allocation Period）において、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式に基づいてタイムスロットを割当てるステップと、
前記割当てたタイムスロットを用いて、少なくとも１つの媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：Mac Service Data Unit）を伝送する場合に消費されるエネルギーＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を最小にするフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒ、および伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、
前記選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞に基づいたフレームを、無線ネットワーク上の他の装置に伝送するステップと、
を含むことを特徴とする無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項２】
前記＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞は、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【数１】
2006042365.tif 000019
（ここで、Ｌは前記フラグメントの長さ、Ｒは前記データ転送速度、Ｐｔは前記伝送電力、Ｅ（）はエネルギー消費量を示す）
【請求項３】
前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、前記割当てたタイムスロットにおいて伝送される前記ＭＳＤＵごとの伝送に消費されるエネルギーを示すＥＭＳＤＵ，ｋ（）をすべて足し合わせて算出すること、
を特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項４】
前記ＥＭＳＤＵ，ｋ（）は、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項３に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【数２】
2006042365.tif 000020
（ここで、Ｌは前記フラグメントの長さ、Ｒは前記データ転送速度、Ｐｔは前記伝送電力、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさ、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの大きさ、Ｅｆｒａｍｅ（）は、１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＳＩＦＳはフレーム伝送が成功した場合に、ＡＣＫモードのＡＣＫフレームを待つ間に消費されるエネルギー、ＥＡＣＫはＡＣＫフレームを受信する間に消費されるエネルギー、ＦＥＲはフレーム誤り率、ｑは再伝送試行回数の上限値を示す）
【請求項５】
前記フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、伝送するフレームが新たなＭＳＤＵのスタートであるか否かを判断するステップと、
前記判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートであれば、前記割当てられたタイムスロットの残り時間について、新たな組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、
前記判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートでなければ、前記割当てられたタイムスロットの残り時間について、前記Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小エネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項６】
競合期間（ＣＡＰ：Contention Access Period）で搬送波感知多重アクセス／衝突回避（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式に基づいて媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：Mac Service Data Unit）の伝送するためにチャンネルにアクセスするステップと、
前記ＭＳＤＵの伝送過程で消費されるエネルギーＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を最小にするために、フラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒ、および伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、
前記選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞に基づいて、無線ネットワーク上の他の装置にフレームを伝送するステップと、
を含むことを特徴とする無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項７】
前記＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップは、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項６に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【数３】
2006042365.tif 000021
（ここで、Ｌは前記フラグメントの長さ、Ｒは前記データ転送速度、Ｐｔは前記伝送電力、Ｅ（）はエネルギー消費量を示す）
【請求項８】
前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、１つのフレームの伝送時に消費されるエネルギーを示すＥｆｒａｍｅ（）に、前記ＭＳＤＵの大きさを前記フラグメントの長さで割った商、およびその剰余をそれぞれ乗算したものであること、
を特徴とする請求項６に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項９】
前記Ｅｆｒａｍｅ（）は次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項８に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【数４】
2006042365.tif 000022
（ここで、Ｅ［ＮＣ］は前記他の装置とのコリジョンおよびチャンネル環境による伝送エラーを考慮した再伝送の回数、ＥＢＤはバックオフ遅延の間にチャンネルを探索するために消費されるエネルギーと前記フレーム伝送失敗時に消費されるエネルギーとを含むエネルギー、Ｅｗａｉｔは再伝送が試行される前の待機時間に消費されるエネルギー、Ｅｄａｔａ（）はフレーム伝送の成功時に消費される伝送エネルギー、およびＥＡＣＫはＡＣＫ受信時に消費されるエネルギーを示す）
【請求項１０】
前記フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、残りフレームを伝送する時間について、前記Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小のエネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップをさらに含むこと、
を特徴とする請求項６に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【請求項１１】
前記残りフレームを伝送する時間は、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項１０に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送方法。
【数５】
2006042365.tif 000023
（ここで、Ｅ［ＢＤ］は前記他の装置がチャンネルを占有して発生する遅延時間と乱数発生範囲（ＣＷ：Contention Window）の大きさとを考慮したバックオフ遅延、ＴＣはフレームを伝送して失敗した場合の所要時間、Ｔ０は再びチャンネルを探索するまでに必要な時間、ＴＳはフレーム伝送が成功した場合の伝送時間を示す）
【請求項１２】
競合期間は、（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式で制御され、非競合期間は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式で制御される無線ネットワーク上で、フレームを伝送する低電力伝送装置において、
媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access control）階層と通信を行い、少なくとも１つの媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：Mac Service Data Unit）を含むフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒおよび伝送電力Ｐｔに基づいて、フレームを、他の装置へ伝送するための制御を行なう通信制御部と、
前記通信制御部の伝送エネルギー消費であるＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を最小にする前記フラグメントの長さＬ、前記データ転送速度Ｒおよび前記伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択して前記通信制御部に伝達する電力調整部と、
前記通信制御部から伝達されたフレームを前記他の装置に伝送する伝送部と、
を含むことを特徴とする無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項１３】
前記電力調整部は、前記＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を、次式に基づいて算出すること、
を特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【数６】
2006042365.tif 000024
（ここで、Ｌは前記フラグメントの長さ、Ｒは前記データ転送速度、Ｐｔは前記伝送電力、Ｅ（）はエネルギー消費量を示す）
【請求項１４】
前記電力調整部が、前記ＭＳＤＵを競合期間において伝送する場合に、前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、１つのフレーム伝送時に消費されるエネルギーを示すＥｆｒａｍｅ（）に、前記ＭＳＤＵの大きさを前記フラグメントの長さで割った商、およびその剰余をそれぞれ乗算したものであること、
を特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項１５】
前記Ｅｆｒａｍｅ（）は、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【数７】
2006042365.tif 000025
（ここで、Ｅ［ＮＣ］は前記他の装置とのコリジョンおよびチャンネル環境による伝送エラーを考慮した再伝送の回数、ＥＢＤはバックオフ遅延の間にチャンネルを探索するために消費されるエネルギーと前記フレーム伝送失敗時に消費されるエネルギーとを含むエネルギー、Ｅｗａｉｔは再伝送が試行される前の待機時間に消費されるエネルギー、Ｅｄａｔａ（）はフレーム伝送の成功時に消費される伝送エネルギー、およびＥＡＣＫはＡＣＫ受信時に消費されるエネルギーを示す）
【請求項１６】
前記電力調整部は、前記フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、残りフレームを伝送するための時間について、前記Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小のエネルギー消費でフレームを伝送するための組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択すること、
を特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項１７】
前記残りフレームを伝送する時間は、次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項１６に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【数８】
2006042365.tif 000026
（ここで、Ｅ［ＢＤ］は前記他の装置がチャンネルを占有して発生する遅延時間と乱数発生範囲（ＣＷ：Contention window）の大きさを考慮したバックオフ遅延、ＴＣはフレームを伝送して失敗した場合の所要時間、Ｔ０は再びチャンネルを探索するまでに必要な時間、ＴＳはフレーム伝送が成功した場合の伝送時間を示す）
【請求項１８】
前記通信制御部は、前記ＭＳＤＵを、非競合期間において伝送する場合、前記フレームを割当てられたタイムスロットを用いて伝送し、
前記電力調整部は、前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を、前記割当てられたタイムスロットに伝送される前記ＭＳＤＵごとの伝送に消費されるエネルギーを示すＥＭＳＤＵ，ｋ（）をすべて足し合わせて算出すること、
を特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項１９】
前記ＥＭＳＤＵ，ｋ（）は次式に基づいて算出されること、
を特徴とする請求項１８に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【数９】
2006042365.tif 000027
（ここで、Ｌは前記フラグメントの長さ、Ｒは前記データ転送速度、Ｐｔは前記伝送電力、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさ、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの大きさ、Ｅｆｒａｍｅ（）は１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＳＩＦＳはフレーム伝送が成功した場合に、ＡＣＫモードのＡＣＫフレームを待つ間に消費されるエネルギー、ＥＡＣＫはＡＣＫフレームを受信する間に消費されるエネルギー、ＦＥＲはフレーム誤り率、ｑは再伝送試行回数の上限値を示す）
【請求項２０】
前記電力調整部は、前記フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化する場合に、伝送すべきフレームが新たなＭＳＤＵのスタートであるか否かを判断し、
前記判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートであれば、前記割当てられたタイムスロットの残り時間について、新たな組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択し、
前記判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートでなければ、前記割当てられたタイムスロットの残り時間について、前記Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小エネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択すること、
を特徴とする請求項１５に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項２１】
前記無線ネットワークは、無線パーソナルエリアネットワークであること、
を特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおける低電力伝送装置。
【請求項２２】
請求項１２に記載の低電力伝送装置を備え、無線パーソナルエリアネットワーク上において、最小エネルギー消費でデータの送受信を行うこと、
を特徴とする低電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線パーソナルエリアネットワークにおける低電力伝送装置およびその伝送方法に関し、詳細には、競合期間および非競合期間における伝送エネルギーの効率を向上させ、ＱｏＳ（Quality of Service）をサポートできる、無線パーソナルエリアネットワークにおける低電力伝送方法および低電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ：Wireless Personal Area Network）は、従来のパーソナルネットワークに無線通信技術を適用したものである。パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ：Personal Area Network）は、広く知られたローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）やワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ：Wide Area Network）と対比される概念であって、個人単位で固有のネットワークを有することを意味する。即ち、利便性のために、個人が所有している電子機器でネットワークを構成することである。
【０００３】
係るＰＡＮを、無線通信技術を適用して具現するために、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２.１５ワーキンググループでは、短距離無線ネットワークの標準としてＷＰＡＮを定め、その下に４つのタスクグループを設置した。このうち、IEEE802.15.1がブルトゥース(Bluetooth：登録商標)であり、IEEE802.15.3が高速ＷＰＡＮであり、そしてIEEE802.15.4が低速ＷＰＡＮである。
【０００４】
ＷＰＡＮは、近距離無線ネットワークであって、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの多様な種類の電子機器の接続をサポートする。
【０００５】
図１は、ＷＰＡＮの環境で無線通信に使用されるスーパーフレームの構成を示している。
図１に示したスーパーフレームは、同期信号として使用されるビーコン、競合期間と呼ばれるＣＡＰ（Contention Access Period）および非競合期間であるＣＴＡＰ（Channel Time Allocation Period）を含む。競合期間では、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）をプロトコルとして使用し、非競合期間では、例えば、IEEE802.15.3の場合、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）を使用するよう構成されている。
【０００６】
ＷＰＡＮ環境の下で、各装置はバッテリーのような限られたエネルギー供給源を有し、これによりエネルギー消費によって制限される。よって、ネットワークの寿命は各装置のエネルギー消費量により決定されると言える。したがって、競合期間および非競合期間における伝送エネルギー効率を高めるとともにＱｏＳをサポートできる技術が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、ＷＰＡＮにおいて、伝送エネルギー消費を最小化し、かつ、ＱｏＳを保障することができる低電力伝送装置および低電力伝送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した目的を達成するためになされた本発明に係る無線パーソナルエリアネットワークにおける低電力伝送方法は、競合期間であるＣＴＡＰにおいて、ＴＤＭＡ方式に基づいてタイムスロットを割当てるステップと、割当てたタイムスロットを用いて、少なくとも１つの媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：MAC Service Data Unit）を伝送する場合に消費されるエネルギーＥ（Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ）を最小にするフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒ、および伝送電力Ｐtの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞に基づいてフレームをネットワーク上の他の装置に伝送するステップと、を含む。
また、好ましくは、＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップは、次式に基づいて算出される。
【０００９】
【数１０】
2006042365.tif 000003
【００１０】
また、好ましくは、前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、割当てたタイムスロットにおいて伝送されるＭＳＤＵごとの伝送に消費されるエネルギーＥＭＳＤＵ，ｋ（）をすべて足し合わせて算出される。
また、好ましくは、前記ＥＭＳＤＵ，ｋ（）は次式で定義される。
【００１１】
【数１１】
2006042365.tif 000004
【００１２】
ここで、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさ、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの長さ、Ｅｆｒａｍｅ（）は、１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＳＩＦＳはフレーム伝送が成功した場合に、ＡＣＫモードのＡＣＫフレームを待つ間に消費されるエネルギー、ＥＡＣＫはＡＣＫフレームを受信する間に消費されるエネルギー、ＦＥＲはフレーム誤り率、ｑは再伝送試行回数の上限値を示す。
【００１３】
また、好ましくは、フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、伝送するフレームが新たなＭＳＤＵのスタートであるか否かを判断するステップと、判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートであれば、割当てられたタイムスロットの残り時間について、新たな組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートでなければ、割当てられたタイムスロットの残り時間について、Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小エネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、をさらに含む。
【００１４】
さらに、本発明に係る無線ネットワークにおける低電力伝送方法は、競合期間（ＣＡＰ：Contention Access Period）で搬送波感知多重アクセス／衝突回避（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式に基づいて媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：Mac Service Data Unit）を伝送するためにチャンネルにアクセスするステップと、ＭＳＤＵの伝送過程で消費されるエネルギーＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を最小にするために、フラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒ、および伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップと、選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞に基づいて、無線ネットワーク上の他の装置にフレームを伝送するステップと、を含む。
好ましくは、前記＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップは、次式に基づいて算出される。
【００１５】
【数１２】
2006042365.tif 000005
【００１６】
好ましくは、Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、１つのフレームの伝送時に消費されるエネルギーを示すＥｆｒａｍｅ（）に、ＭＳＤＵの大きさをフラグメントの長さで割った商、およびその剰余をそれぞれ乗算したものである。
好ましくは、Ｅｆｒａｍｅ（）は次式で定義される。
【００１７】
【数１３】
2006042365.tif 000006
【００１８】
ここで、Ｅ［ＮＣ］は他の装置とのコリジョンおよびチャンネル環境による伝送エラーを考慮した再伝送の回数、ＥＢＤはバックオフ遅延の間にチャンネルを探索するために消費されるエネルギーとフレーム伝送失敗時に消費されるエネルギーとを含むエネルギー、Ｅｗａｉｔは再伝送が試行される前の待機時間に消費されるエネルギー、Ｅｄａｔａ（）はフレーム伝送の成功時に消費される伝送エネルギー、およびＥＡＣＫはＡＣＫ受信時に消費されるエネルギーを示している。
【００１９】
また、好ましくは、フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、残りフレームを伝送する時間について、Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小のエネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択するステップをさらに含む。
【００２０】
また、残りフレームを伝送する時間は、次式に基づいて算出することもできる。
【００２１】
【数１４】
2006042365.tif 000007
【００２２】
ここで、Ｅ［ＢＤ］は他の装置がチャンネルを占有して発生する遅延時間と乱数発生範囲（ＣＷ：Contention Window）の大きさとを考慮したバックオフ遅延、ＴＣはフレームを伝送して失敗した場合の所要時間、Ｔ０は再びチャンネルを探索するまでに必要な時間、ＴＳはフレーム伝送が成功した場合の伝送時間を示している。
【００２３】
さらに、本発明に係る無線ネットワークにおける低電力伝送装置は、競合期間は、（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式で制御され、非競合期間は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式で制御される無線ネットワーク上で、フレームを伝送する低電力伝送装置において、媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access control）階層と通信を行い、少なくとも１つの媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：Mac Service Data Unit）を含むフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒおよび伝送電力Ｐｔに基づいて、フレームを、他の装置へ伝送するための制御を行なう通信制御部と、通信制御部の伝送エネルギー消費であるＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を最小にするフラグメントの長さＬ、データ転送速度Ｒおよび伝送電力Ｐｔの組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択して通信制御部に伝達する電力調整部と、通信制御部から伝達されたフレームを前記他の装置に伝送する伝送部と、を含む。
【００２４】
好ましくは、電力調整部は、前記＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を、次式に基づいて算出することができる。
【００２５】
【数１５】
2006042365.tif 000008
【００２６】
また、好ましくは、電力調整部が、ＭＳＤＵを競合期間において伝送する場合に、前記Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）は、１つのフレーム伝送時に消費されるエネルギーを示すＥｆｒａｍｅ（）に、ＭＳＤＵの大きさを前記フラグメントの長さで割った商、およびその剰余をそれぞれ乗算して求める。
また、Ｅｆｒａｍｅ（）は、次式で定義することもできる。
【００２７】
【数１６】
2006042365.tif 000009
【００２８】
ここで、Ｅ［ＮＣ］は他の装置とのコリジョンおよびチャンネル環境による伝送エラーを考慮した再伝送の回数、ＥＢＤはバックオフ遅延の間にチャンネルを探索するために消費されるエネルギーとフレーム伝送失敗時に消費されるエネルギーとを含むエネルギー、Ｅｗａｉｔは再伝送が試行される前の待機時間に消費されるエネルギー、Ｅｄａｔａ（）はフレーム伝送の成功時に消費される伝送エネルギー、およびＥＡＣＫはＡＣＫ受信時に消費されるエネルギーを示している。
【００２９】
また、好ましくは、電力調整部は、フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化した場合に、残りフレームを伝送するための時間について、Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小のエネルギー消費でフレームを伝送するための組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択することができる。
また、残りフレームを伝送する時間は、次式に基づいて算出することもできる。
【００３０】
【数１７】
2006042365.tif 000010
【００３１】
ここで、Ｅ［ＢＤ］は他の装置がチャンネルを占有して発生する遅延時間と乱数発生範囲（ＣＷ：Contention window）の大きさを考慮したバックオフ遅延、ＴＣはフレームを伝送して失敗した場合の所要時間、Ｔ０は再びチャンネルを探索するまでに必要な時間、ＴＳはフレーム伝送が成功した場合の伝送時間を示している。
【００３２】
また、好ましくは、通信制御部は、ＭＳＤＵを、非競合期間において伝送する場合、フレームを割当てられたタイムスロットを用いて伝送し、電力調整部は、Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）を、割当てられたタイムスロットに伝送されるＭＳＤＵごとの伝送に消費されるエネルギーを示すＥＭＳＤＵ，ｋ（）をすべて足し合わせて算出する。
また、好ましくは、ＥＭＳＤＵ，ｋ（）は次式で定義される。
【００３３】
【数１８】
2006042365.tif 000011
【００３４】
ここで、Ｌはフラグメントの長さ、Ｒはデータ転送速度、Ｐｔは伝送電力、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさ、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの大きさ、Ｅｆｒａｍｅ（）は１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＳＩＦＳはフレーム伝送が成功した場合に、ＡＣＫモードのＡＣＫフレームを待つ間に消費されるエネルギー、ＥＡＣＫはＡＣＫフレームを受信する間に消費されるエネルギー、ＦＥＲはフレーム誤り率、ｑは再伝送試行回数の上限値を示している。
【００３５】
また、好ましくは、電力調整部は、フレームを伝送する間でチャンネル環境が変化する場合に、伝送すべきフレームが新たなＭＳＤＵのスタートであるか否かを判断し、判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートであれば、割当てられたタイムスロットの残り時間について、新たな組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択し、判断の結果、新たなＭＳＤＵのスタートでなければ、割当てられたタイムスロットの残り時間について、Ｌ＊はそのまま固定した場合における、最小エネルギー消費でフレームを伝送する組み合わせ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する。
【００３６】
また、無線ネットワークは、無線パーソナルエリアネットワークであってもよい。
さらに、前記した低電力伝送装置を備え、無線パーソナルエリアネットワーク上において、最小エネルギー消費でデータの送受信を行う低電力伝送システムを具現することもできる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、要求されるＱｏＳを満たしつつ、より少ないエネルギーでデータを伝送することができる。さらに、チャンネル環境が変化した場合も、それに適した伝送基準を新たに選択することにより省エネルギーを達成することができる。また、エネルギー資源が限られた環境下において、ネットワークの寿命をより長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を詳述する。
図２は本実施形態に係る無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ：Wireless Personal Area Network）における低電力伝送装置のブロック図である。
本実施形態に係る低電力伝送装置２００は、競合期間において媒体アクセス制御プロトコルを使用する通信方法と、非競合期間において時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）プロトコルを使用する通信方法とに適用される。
好ましくは、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２.１５.３規格を満足するＷＰＡＮ基盤のＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）の競合期間における通信プロトコルと、ＴＤＭＡを使用する非競合期間における通信プロトコルとを使用する環境に適用される。以下、ＩＥＥＥ８０２.１５.３規格の高速ＷＰＡＮに対応させて説明する。
【００３９】
図２に示したように、本実施形態の低電力伝送装置２００は、インターフェイス部２０１、通信制御部２０３、伝送部２０５、および電力調整部２０７を含んで構成される。
インターフェイス部２０１は、本実施形態の低電力伝送装置２００を備える伝送システム（図示せず）のインターフェイス（図示せず）に接続され、伝送システム（図示せず）の中央処理装置（図示せず）から他の伝送システム（図示せず）に送る種々のデータを、媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ：MAC Service Data Unit）単位に伝送する。
通信制御部２０３は、本実施形態の低電力伝送装置２００が属するＷＰＡＮ環境の媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）階層との通信を担当する。通信制御部２０３はインターフェイス部２０１を介して中央処理装置（図示せず）から伝送すべきデータをＭＳＤＵ単位で受け取って、フレーム単位で、ネットワーク（図示せず）上の他の伝送システム（図示せず）に伝送するために伝送部２０５へ伝達する。
【００４０】
通信制御部２０３が最小のエネルギーでフレームを伝送するために、チャンネル環境に応じたエネルギー消費のための条件を電力調整部２０７が選択する。そして、通信制御部２０３は電力調整部２０７の選択した条件に従って、ＭＳＤＵを伝送部２０５に伝達する。
伝送部２０５は、無線チャンネルを介して伝送されたフレームを、他の伝送システム（図示せず）へ伝送するための物理階層を担当する。
電力調整部２０７は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の競合期間と、ＴＤＭＡによる非競合期間とでのフレーム伝送における最小エネルギーのための条件を算出して選択する。
【００４１】
以下、電力調整部２０７の電力節減のための条件選択について説明する。
電力調整部２０７はフラグメントの長さ（以下、Ｌと称する）、データ転送速度（以下、Ｒと称する）、そして伝送電力（以下、Ｐｔと称する）を用いて伝送されるフレームから求められる最小エネルギー消費基準を選択する。
ＷＰＡＮのスーパーフレームの競合期間（ＣＡＰ：Contention Access Period）および非競合期間のチャンネルタイム割当期間（ＣＴＡＰ：Channel Time Allocation Period）内でのフレーム伝送のためのエネルギー消費を最小化するＬ、Ｒ、Ｐｔの選択は、最小エネルギー基準（Minimum Energy Criterion）により求められる。
最小エネルギー基準は次式に基づいて定義される。
【００４２】
【数１９】
2006042365.tif 000012
【００４３】
ここで、Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）はＬ、Ｒ、およびＰｔを用いて全体ＭＳＤＵのフレームを伝送する場合に消費されるエネルギーを示し、＜Ｌ＊，Ｒ’、Ｐｔ’＞は最小エネルギー消費のために選択されたＬ、Ｒ、およびＰｔの組み合わせを示す。
【００４４】
電力調整部２０７は伝送に用いられるＬ、Ｒ、およびＰｔを選択するために付加的にチャンネル環境、そしてＱｏＳ要求などのパラメータを考慮する。
まず、非競合期間の場合、割当てられたタイムスロット（ＧＴＳ：Guaranteed Time Slot）時間内に所定量のフレームを伝送しなければならない。即ち、適正量のスループットを満たさなければならない。さらに、ＣＴＡＰの大きさが決まっている状態でフレーム伝送失敗による再伝送は、スループットおよびエネルギー消費の観点からみると致命的である。従って、チャネンル環境、即ち、チャンネルのノイズ電力Ｐｎ、そして経路損失（path loss）の存在下でフレームエラー確率が一定の基準値以下となるようにＬ、Ｒ、Ｐｔが選択されなくてはならない。
従って、ＣＴＡＰ内での総エネルギー消費Ｅ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ）であるＥＣＴＡは次式に基づいて求められる。
【００４５】
【数２０】
2006042365.tif 000013
【００４６】
ここで、Ｋは伝送すべきＭＳＤＵの数を示し、ＥＭＳＤＵ，ｋ（Ｌ，Ｒ，Ｐｔ）は１つのＭＳＤＵを伝送するために消費されるエネルギーである。
そして、１つのＭＳＤＵを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＭＳＤＵ，ｋ（Ｌ，Ｒ，Ｐｔ）は次式に基づいて求められる。
【００４７】
【数２１】
2006042365.tif 000014
【００４８】
ここで、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさであり、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの長さである。そして、Ｅｆｒａｍｅは１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギー、ＥＳＩＦＳはフレームの伝送が成功した場合に、ＡＣＫモードのＡＣＫフレームを待つ間に消費されるエネルギー、ＥＡＣＫはＡＣＫフレームの受信時に消費されるエネルギーを示す。ＦＥＲはフレーム誤り率（Frame Error Rate）であり、ｑは再伝送試行回数の上限値である。
非競合期間の場合に、電力調整部２０７はタイムスロットを割当てられ、＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択すれば、チャンネル環境が変わらない限り、再度、＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞は選択しない。
競合期間（ＣＡＰ）の場合には、ＭＳＤＵ全体について求められるＱｏＳを反映し、フレームサイズがデータ伝送の際にエネルギー消費量に及ぼす影響を考慮した最小エネルギー基準が必要とされる。そして、伝送するためにチャンネル探索するのに必要なバックオフ遅延の間、消費されるエネルギー、フレーム伝送の失敗時に消費されるエネルギー、再伝送が試行される前の待機中に消費されるエネルギーなどを考慮しなくてはならない。
従って、ＭＳＤＵのＱｏＳを補償するために考慮すべき、全体フレーム伝送に消費される予想エネルギーＥＭＳＤＵ（）は、次の数式（４）で示される。そして、ＥＭＳＤＵ（）はＣＡＰ区間において、数式（１）の最小エネルギー基準のＥ（Ｌ＊，Ｒ，Ｐｔ)となる。
【００４９】
【数２２】
2006042365.tif 000015
【００５０】
ここで、ＬＭＳＤＵはＭＳＤＵの大きさであり、ＬｒｅｍａｉｎはＬＭＳＤＵをＬで割った剰余のフラグメントの長さである。そして、Ｅｆｒａｍｅは１つのフレームを伝送するために消費されるエネルギーを示す。
そして、１つのフレームを伝送する際に消費されるＥｆｒａｍｅ（）は、次の数式（５）により定義される。
【００５１】
【数２３】
2006042365.tif 000016
【００５２】
ここで、ＥＢＤはバックオフ遅延の間にチャンネル探索するため消費されるエネルギーとフレーム伝送の失敗時に消費されるエネルギーとを含むエネルギーを示し、Ｅｗａｉｔは再伝送が試行される前の待機中に消費されるエネルギー、Ｅｄａｔａ（）はフレーム伝送の成功時に消費される伝送エネルギーを示す。そして、Ｅ［ＮＣ］は、他の伝送システム（図示せず）とのコリジョンおよびチャンネル環境による伝送エラーを考慮した再伝送の回数、ＥＡＣＫはＡＣＫ受信時に消費されるエネルギーを示す。
競合期間（ＣＡＰ）の場合、通信制御部２０３がＭＳＤＵの伝送に必要なタイムスロットを正確に割当てられた状態ではないので、電力構成部２０７はＭＳＤＵ単位で新たな＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する。
電力調整部２０７は通信制御Ｂ２０３が選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を用いてフレームを伝送する間にチャンネル環境が変化すれば、伝送して残ったフレームの伝送に必要な時間について、再度、新たな＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞の組み合わせを選択する。
この場合、ＣＡＰで、電力調整部２０７は、ＬをＬ＊に固定させ、伝送しているＭＳＤＵの残り部分の伝送に必要な時間について、新たなＲ’およびＰｔ’のみを選択する。
次の数式（６）は新たなＲ’およびＰｔ’の組み合わせ＜Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する場合の最小エネルギー基準を定義した式である。
【００５３】
【数２４】
2006042365.tif 000017
【００５４】
ただし、ＣＡＰにて１つのフレームが問題なく伝送されるためかかる時間は次式の通りである。
【００５５】
【数２５】
2006042365.tif 000018
【００５６】
ここで、Ｅ［ＢＤ］は他の伝送システム（図示せず）がチャンネルを占有して発生する遅延時間と乱数発生範囲（ＣＷ:Contention window）の大きさなどを考慮したバックオフ遅延を示し、ＴＣはフレームを伝送したが失敗したときに所要される時間、Ｔ０は再度チャンネルを探索するまでに必要な時間を示す。ＴＣはフレームの伝送が成功した場合の伝送時間を示す。
ＣＴＡＰの場合、電力調整部２０７はチャンネル環境が変わった後に伝送されるべきフレームが伝送され、残りＭＳＤＵのなかで新たなＭＳＤＵによるものであるかを判断し、新たなＭＳＤＵを伝送し始める状況でなければＬはＬ＊に固定させ、割当てられたタイムスロットの残り時間について新たな＜Ｒ’，Ｐｔ’＞のみを数式（６）によって選択する。
そして、ＣＴＡＰで、チャンネル環境が変化した時点が新たなＭＳＤＵのスタートである場合、電力調整部２０７は割当てられたタイムスロットの残り時間について数式（２）および数式（５）に基づいて新たな＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を求める。
【００５７】
図３は本実施形態に係る、競合期間（ＣＡＰ）でのＷＰＡＮにおける低電力伝送装置の動作を説明するためのフローチャートである。
通信制御部２０３は、ビーコン区間以降にＣＡＰ区間でチャンネルをアクセスしＭＳＤＵの伝送を開始すれば（Ｓ３０１）、電力調整部２０７は最小エネルギー基準によりエネルギー消費を最小化する＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する。この際の最小エネルギー基準は数式（５）を適用した数式（１）になる。競合期間の場合に電力調整部２０７はＭＳＤＵ単位で新たな＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する（Ｓ３０３）。
通信制御部２０３は、電力調整部２０７が選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞に基づいて、ＭＳＤＵをフラグメント化（fragmentation）したフレームを伝送する（Ｓ３０５）。
電力調整部２０７は、ＭＳＤＵの伝送が完了する前に（Ｓ３０７）、チャンネル環境が変化すると（Ｓ３０９）、残り時間について変ったチャンネル環境に適した＜Ｒ’，Ｐｔ’＞の組み合わせを数式（６）により選択する。この際、予めＭＳＤＵのフラグメント化が終了した状態なので、フラグメントの長さであるＬを固定させ、これを考慮しない。なお、エネルギー式は全体ＭＳＤＵに対する数式（５）ではなく数式（４）に基づく。電力調整部２０７は数式（４）を適用して数式（６）によって新たな＜Ｒ’，Ｐｔ’＞の組み合わせを選択する（Ｓ３１１）。
【００５８】
次に、図４は、本実施形態に係る非競合期間（ＣＴＡＰ）でのＷＰＡＮにおける低電力伝送装置の動作を説明するためのフローチャートである。
通信制御部２０３が通信のためにピコネットコーディネータからチャンネル時間が割当てられると（Ｓ４０１）、電力調整部２０７は、伝送時にエネルギー消費を最小化するための＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を数式（３）により選択する（Ｓ４０３）。
通信制御部２０３は、電力調整部２０７が選択した＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞によりフレームを伝送する（Ｓ４０５）。
通信制御部２０３が割当てられたタイムスロット内にすべてのＭＳＤＵを伝送できない状態で（Ｓ４０７）、チャンネル環境が変われば（Ｓ４０９）、電力調整部２０７は伝送する際にエネルギー消費を最小化できる新たな基準を選択する。
電力調整部２０７は、チャンネル環境が変わった状況が、新たなＭＳＤＵのスタートであるか否かを判断する（Ｓ４１１）。そして新たなＭＳＤＵを伝送すべきであれば（Ｓ４１１で‘Ｙｅｓ’の場合）、割当てられたタイムスロットの残り時間について新たな組み合せ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞を選択する（Ｓ４１３）。
【００５９】
電力調整部２０７は、Ｓ４１１の判断の結果、チャンネル環境が変わった時点で、新たなＭＳＤＵの伝送のスタートではない場合は（Ｓ４１１で‘Ｎｏ’の場合）、割当てられたタイムスロットの残り時間について変わったチャンネル環境に適した組み合せ＜Ｒ’，Ｐｔ’＞を数式（６）によって選択する（Ｓ４１５）。なお、Ｌの値は固定する。
通信制御部２０３は、電力調整部２０７が選択した新たな組み合せ＜Ｌ＊，Ｒ’，Ｐｔ’＞によりＳ４０５においてフレームを伝送する。
前記説明した手順により、本実施形態のＷＰＡＮにおける低電力伝送装置は動作する。
【００６０】
以上、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前記した実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＷＰＡＮ環境において無線通信に用いられるスーパーフレーム構成を示した図である。
【図２】本実施形態に係るＷＰＡＮにおける低電力伝送装置のブロック図である。
【図３】競合期間（ＣＡＰ）でのＷＰＡＮにおける低電力伝送装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明に係る非競合期間（ＣＴＡＰ）でのＷＰＡＮにおける低電力伝送装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
２００  低電力伝送装置
２０１  インターフェイス部
２０３  通信制御部
２０５  伝送部
２０７  電力調整部
【図１】
2006042365.tif 000028
【図２】
2006042365.tif 000029
【図３】
2006042365.tif 000030
【図４】
2006042365.tif 000031