(57)【要約】【課題】  自律分散的な通信環境下で、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成プロトコルによりマルチホップ伝送を行なう。【解決手段】  要求局が、隣接局毎に通信容量を求め、容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信し、目的局は各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を基に、いずれの経路発見要求メッセージに応答するかを決定し、経路発見を行なう。周波数利用効率を上げるということをメトリックとして経路発見作成を行なうことができ、より効率的なマルチホップ伝送を実現することができる。【選択図】  図７
2006033289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求局から目的局へのマルチホップ伝送を行なう無線通信システムであって、
目的局に対するマルチホップ伝送を要求する要求局が、隣接局毎に通信容量を求め、容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信し、
目的局は各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を基に、いずれの経路発見要求メッセージに応答するかを決定し、経路発見を行なう、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
各通信局は、容量情報として経路上の隣接局間を結ぶ区間毎の実効レート情報を扱う、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
通信局は、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算した値を各区間における通信容量とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
経路発見要求メッセージを受信した中継局は、容量情報を更新して各隣接局へ転送する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
経路発見要求メッセージを受信した中継局は、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算して各区間における通信容量を算出し、経路発見要求メッセージに記載されている通信容量よりも小さい場合には自局で算出した通信容量に置き換える、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項６】
目的局は、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
目的局は、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている通信容量をホップ数でそれぞれ割り算し、ホップ当たりの容量が最大となる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項８】
要求局は、期待する通信容量を記載した経路発見要求メッセージを送信し、
目的局は、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信したならば、経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項９】
目的局は、経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信できなかった場合には、これまでに受信できた経路発見要求メッセージの少なくとも１つを用い、要求を満足する経路を発見できなかった旨の応答メッセージを返す、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
マルチホップ伝送を行なう通信環境下で通信動作を行なう無線通信装置であって、
伝送路上での送受信を行なう通信部と、
前記通信部における通信動作を制御する通信制御部とを備え、
前記通信制御部は、各隣接局との容量情報に基づいてマルチホップ伝送時の経路選択を行なう、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
前記通信制御部は、容量情報として経路上の隣接局間を結ぶ区間毎の実効レート情報を扱う、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記通信制御部は、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算した値を各区間における通信容量とする、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
マルチホップ伝送の要求局として動作するとき、前記通信制御部は、隣接局毎に求めた容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
自局宛てでない経路発見要求メッセージを受信した場合、前記通信制御部は、容量情報を更新して該経路発見要求メッセージを各隣接局へ転送する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記通信制御部は、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算して各区間における通信容量を算出し、受信した経路発見要求メッセージに記載されている通信容量よりも小さい場合には自局で算出した通信容量に置き換える、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
自局宛ての経路発見要求メッセージを受信した場合、前記通信制御部は、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
自局宛ての経路発見要求メッセージを受信した場合、前記通信制御部は、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている通信容量をホップ数でそれぞれ割り算し、ホップ当たりの容量が最大となる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
自局宛ての経路発見要求メッセージに要求局が期待する通信容量が記載されている場合、前記通信制御部は、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信したならば、経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう、
ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信できなかった場合には、前記通信制御部は、これまでに受信できた経路発見要求メッセージの少なくとも１つを用い、要求を満足する経路を発見できなかった旨の応答メッセージを返す、
ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。
【請求項２０】
マルチホップ伝送を行なう通信環境下で通信動作を行なうための無線通信方法であって、
各隣接局との容量情報を算出する容量情報算出ステップと、
マルチホップ伝送の要求局として動作するとき、隣接局毎に求めた容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信する要求局動作ステップと、
自局宛てでない経路発見要求メッセージを受信した場合、容量情報を更新して該経路発見要求メッセージを各隣接局へ転送する中継局動作ステップと、
自局宛ての経路発見要求メッセージを受信した場合、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう目的局動作ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２１】
マルチホップ伝送を行なう通信環境下で通信動作を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
各隣接局との容量情報を算出する容量情報算出ステップと、
マルチホップ伝送の要求局として動作するとき、隣接局毎に求めた容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信する要求局動作ステップと、
自局宛てでない経路発見要求メッセージを受信した場合、容量情報を更新して該経路発見要求メッセージを各隣接局へ転送する中継局動作ステップと、
自局宛ての経路発見要求メッセージを受信した場合、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう目的局動作ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局が自律分散的にネットワーク動作を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、１以上の中継局を介して送信元の通信局から送信先の通信局へマルチホップ伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成プロトコルによりマルチホップ伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮを構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
従来、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて、有線でＬＡＮ接続することが一般的であったが、この場合、回線敷設工事が必要であり、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便である。そこで、有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００５】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規定されている。
【０００６】
無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）、ＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（例えば、非特許文献４を参照のこと），ｂ，ｇといった拡張規格が存在する。
【０００７】
また、無線ネットワークでは、各端末の通信範囲が電波の届く距離に限定されている。このため、通信相手が自己の通信範囲に収容されているとは限らず、ネットワークの利用効率が落ちるという問題がある。そこで、多数の端末をアクセス・ポイントの介在なしに相互に接続するという、「マルチホップ通信」が有力であると思料される。マルチホップ伝送によれば、周波数利用効率を上げることができるとされている。
【０００８】
マルチホップ方式により端末間で通信を行なう場合、例えば、送信元の端末は自己の通信範囲でパケットをブロードキャストする。以下、パケットを受信できた他の端末はさらに自己の通信範囲で受信パケットを再ブロードキャストするという動作を、すべての端末が受信するまで繰り返し実行する（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００９】
また、小規模無線データ・ネットワークでのトラフィック・ルーティングに関して提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。この場合、無線ネットワークのノードで、ルート識別子とルート更新メッセージが添付された受信データを中継する際に、受信メッセージ・データに添付されたルート更新メッセージに基づいてルート・テーブルを更新し、ルート・テーブルに基づく近傍ノードを選択し、更新されたルート・テーブルに基づいてルート識別子とルート更新メッセージを置き換え、置き換えられたルート識別子と置き換えられた更新メッセージを添付したメッセージ・データを近傍ノードに転送する。
【００１０】
マルチホップ方式によれば、送信元の通信局は、近隣に存在する周辺局を経由して通信を行なうことで、遠距離の受信局と直接通信する場合に比し送信電力が低減し、且つ、遠距離の通信局又はアクセス・ポイントとの通信が可能となる。
【００１１】
ところで、無線技術を用いてローカル・エリア・ネットワークを構成するために、一般的には、エリア内に「アクセス・ポイント」又は「コーディネータ」と呼ばれる制御局となる装置を１台設けて、この制御局の統括的な制御下でネットワークを形成する方法が用いられている。
【００１２】
アクセス・ポイントを配置した無線ネットワークでは、ある通信装置から情報伝送を行なう場合に、まずその情報伝送に必要な帯域をアクセス・ポイントに予約し、他の通信装置における情報伝送と衝突が生じないように伝送路の利用を行なうという、帯域予約に基づくアクセス制御方法が広く採用されている。すなわち、アクセス・ポイントを配置することによって、無線ネットワーク内の通信装置が互いに同期をとるという同期的な無線通信を行なう。
【００１３】
しかしながら、アクセス・ポイントが存在する無線通信システムで、送信側と受信側の通信装置間で非同期通信を行なう場合には、必ずアクセス・ポイントを介した無線通信が必要になるため、伝送路の利用効率が半減してしまうという問題がある。
【００１４】
これに対し、無線ネットワークを構成する他の方法として、端末同士が直接非同期的に無線通信を行なう「アドホック（Ａｄ−ｈｏｃ）通信」が考案されている。とりわけ近隣に位置する比較的少数のクライアントで構成される小規模無線ネットワークにおいては、特定のアクセス・ポイントを利用せずに、任意の端末同士が直接すなわちランダムな無線通信を行なうことができるアドホック通信が適当であると思料される。
【００１５】
アドホック型無線通信システムには中央制御局が存在しないので、例えば家庭用電気機器からなるホーム・ネットワークを構成するのに適している。アドホック・ネットワークには、１台が故障又は電源オフになってもルーティングを自動的に変更するのでネットワークが破綻しにくい、移動局間でパケットを複数回ホップさせることにより高速データレートを保ったままで比較的遠くまでデータを伝送することができる、といった特徴がある。アドホック・システムにはいろいろな開発事例が知られている（例えば、非特許文献５を参照のこと）。
【００１６】
ここで、通信局の電波が届く通信範囲に限定されないデータ伝送を行なう局面においては、上述したマルチホップ通信の適用を考慮する必要があると思料される。この場合、各通信局は、中継局となるべき周辺局の利用状況を把握し、経路発見要求メッセージを送信しなければならない。
【００１７】
アクセス・ポイントなどの制御局により集中管理がなされているネットワークでは、制御局により各中継局の利用状況を把握することができるが、経路発見選択に際し、通信局は制御局とのやり取りが必要となるため、経路確定に時間を要することになる。また、集中管理により経路発見選択を行なうアルゴリズムを自律分散型のネットワークに適用することは困難である。
【００１８】
また、既存の経路発見プロトコルの多くは、ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）−Ｍａｎｅｔ−ＷＧで考案、策定が進められている。よって、無線のメトリック（Ｍｅｔｒｉｃ：測定基準）に関しても、現状ある無線システムからの情報（受信電界強度や、パケット・エラーなど）を利用しているものがほとんどであり、自律分散型のネットワークにおける周囲の無線許容情報を、経路発見機構における具体的なメトリックとして考案されているものは皆無に等しい。このため、マルチホップ伝送することによる最大の利点である周波数利用効率を上げる目的での経路発見作成プロトコルが存在しない、というのが現状である。
【００１９】
例えば、アドホック網のルーティング方法において、送信元ノードからブロードキャストされたパス接続要求メッセージを中継するノードが、パス接続要求メッセージの受信数を計数して、中継ノードの混雑具合を定量的に把握する手順、計数結果に基づいて、受信したパス接続要求メッセージの中継確率を設定する手順、受信した各パス接続要求メッセージの中継を、前記中継確率に基づいて選択的に禁止する手順を実行することにより、パス要求メッセージによる通信帯域の圧迫が生じにくいようにしたアドホック網のルーティングを実現することができる（例えば、特許文献３を参照のこと）。しかしながら、この場合、中継局の混雑度に基づいて経路選択を行なっているものの、マルチホップ伝送することによる最大の利点である周波数利用効率を上げる目的での経路発見を行なっていない。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５，７４０，３６３号明細書
【特許文献２】特表２００２−５１２４７９号公報
【特許文献３】特開２００４−６４６７８号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９  Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献２】ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
【非特許文献３】ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ
【非特許文献４】Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ  ｔｏ  ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｌｏｃａｌ  ａｎｄ  ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ−Ｐａｒｔ  １１：  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ：  Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  ｉｎ  ｔｈｅ  ５ＧＨＺ  Ｂａｎｄ
【非特許文献５】Ｃ．Ｋ．Ｔｈｏ著“Ａｄ Ｈｏｃ Ｍｏｂｉｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ ＰＴＲ社刊）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局が自律分散的にネットワーク動作を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２２】
本発明のさらなる目的は、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、１以上の中継局を介して送信元の通信局から送信先の通信局へマルチホップ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２３】
本発明のさらなる目的は、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成プロトコルによりマルチホップ伝送を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局が自律分散的にネットワーク動作を行なう通信環境下で、要求局から目的局へのマルチホップ伝送を行なう無線通信システムであって、
目的局に対するマルチホップ伝送を要求する要求局が、隣接局毎に通信容量を求め、容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信し、
目的局は各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を基に、いずれの経路発見要求メッセージに応答するかを決定し、経路発見を行なう、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００２５】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２６】
本発明に係る無線通信システムにおいては、コーディネータを特に配置しない。各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。また、ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信することにより、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。
【００２７】
周辺に通信局がいない場合、通信局は適当なタイミングでビーコンを送信し始めることができる。以降、通信範囲内に新規に参入する通信局は、既存のビーコン配置と衝突しないように、自己のビーコン送信タイミングを設定する。このとき、各通信局は、例えば、ビーコン送信の直後に優先利用領域を獲得することから、既存の通信局が設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで新規参入局のビーコン送信タイミングを順次ランダムに設定していく、若しくは完全にランダムに設定していく、というアルゴリズムに従って、ビーコン配置が行なわれる。
【００２８】
このような自律分散型の無線ネットワークでは、各通信局は、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：キャリア検出多重接続）に基づくアクセス手順に従い直接（ランダム）に情報を伝送する一方、各通信局は互いのビーコン信号を交換することにより緩やかに同期して、時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームによりチャネル・リソースを効果的に利用した伝送制御を行なうことができる。後者の場合、各通信局は、帯域を予約する、あるいは優先利用期間を設定するなど時間同期をベースにしたアクセス方式を行なうことができる。
【００２９】
ここで、通信局の電波が届く通信範囲に限定されないデータ伝送を行なうために、マルチホップ通信の適用を考慮する必要がある。ところが、制御局により集中管理がなされているネットワークでは、通信局は制御局とのやり取りが必要となるため、経路確定に時間を要することになる。また、集中管理により経路発見選択を行なうアルゴリズムを、自律分散型のネットワークに適用することは困難である。また、マルチホップ伝送することによる最大の利点である周波数利用効率を上げるということをメトリックとして経路発見作成を行なうプロトコルが存在せず、効率的でない。
【００３０】
これに対し、本発明によれば、要求局が、隣接局毎に通信容量を求め、容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信し、目的局は各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を基に、いずれの経路発見要求メッセージに応答するかを決定し、経路発見を行なうので、周波数利用効率を上げるということをメトリックとして経路発見作成を行なうことができ、より効率的なマルチホップ伝送を実現することができる。
【００３１】
本発明に係る自律分散型のネットワークでは、ＣＳＭＡなどの早い者勝ちのアクセス方式と、帯域予約（若しくは優先利用）伝送方式の両方を利用可能なメディア・アクセス制御に対し、予約可能な帯域を最低限に済ませるような無線リンクの容量を基準に経路を作成することができる。したがって、周波数利用効率を上げるということをメトリックとして経路発見作成を行なうことにより、ＣＳＭＡによるアクセスに対しより多くの帯域を開放することができるので、メディアの利用効率を高める経路の作成が可能である。
【００３２】
本発明に係る通信システムでは、各通信局は、容量情報として経路上の隣接局間を結ぶ区間毎の実効レート情報を扱う。具体的には、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算した値を各区間における通信容量とする。
【００３３】
自局宛てでない経路発見要求メッセージを受信した通信局は、中継局として、容量情報を更新して各隣接局へ転送する。このとき、中継局は、各隣接局との間で設定されている実効レートと空き帯域量を乗算して各区間における通信容量を算出し、経路発見要求メッセージに記載されている通信容量よりも小さい場合には自局で算出した通信容量に置き換えるようにする。
【００３４】
また、自局宛ての経路発見要求を受信した通信局は、目的局として、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう。
【００３５】
具体的には、目的局は、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている通信容量をホップ数でそれぞれ割り算し、ホップ当たりの容量が最大となる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう。すなわち、目的局は、自局に届いた１以上の経路発見要求メッセージの中で、記載されている通信容量が最も大きい経路を、最も伝送路リソース（帯域）が空いていて、利用効率を上げられると判断し、その経路を選択し応答を返す。経路発見要求メッセージに対する応答メッセージは、要求メッセージと同じ経路を逆に辿って要求局に到達し、これによってマルチホップ伝送の経路が確定する。
【００３６】
要求局は、期待する通信容量を記載した経路発見要求メッセージを送信するようにしてもよい。このような場合、目的局は、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信したならば、これに対する経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なうようにすればよい。また、期待する通信容量を持つ経路を発見することができたかどうかは、要求局又は目的局のいずれが判断するようにしてもよい。
【００３７】
あるいは、目的局は、経路発見要求メッセージの到来を所定時間だけ待機し、要求局が期待する通信容量を満たす容量情報が記載されている経路発見要求メッセージを受信できなかった場合には、これまでに受信できた経路発見要求メッセージの少なくとも１つを用い、要求を満足する経路を発見できなかった旨の応答メッセージを返すようにして、要求局にとって不本意な経路を敢えて形成しないようにしてもよい。
【００３８】
また、本発明の第２の側面は、マルチホップ伝送を行なう通信環境下で通信動作を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
各隣接局との容量情報を算出する容量情報算出ステップと、
マルチホップ伝送の要求局として動作するとき、隣接局毎に求めた容量情報を記載した経路発見要求メッセージを各隣接局に送信する要求局動作ステップと、
自局宛てでない経路発見要求メッセージを受信した場合、容量情報を更新して該経路発見要求メッセージを各隣接局へ転送する中継局動作ステップと、
自局宛ての経路発見要求メッセージを受信した場合、各隣接局から受信した経路発見要求メッセージに記載されている容量情報を参照し、最も帯域を確保できる経路発見要求メッセージに対して経路発見応答メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう目的局動作ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００３９】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、無線通信装置として動作する。このような無線通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局が自律分散的にネットワーク動作を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、１以上の中継局を介して送信元の通信局から送信先の通信局へマルチホップ伝送を行なうことにより、周波数利用効率を向上させたネットワーク動作を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、各通信局が自律分散的に通信動作を行なう通信環境下で、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成プロトコルによりマルチホップ伝送を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４３】
本発明に係る自律分散型のネットワークでは、ＣＳＭＡなどの早い者勝ちのアクセス方式と、帯域予約（若しくは優先利用）伝送方式の両方を利用可能なメディア・アクセス制御に対し、予約可能な帯域を最低限に済ませるような無線リンクの容量を基準に経路を作成することができる。したがって、ＣＳＭＡによるアクセスに対し、より多くの帯域を開放することで、メディアの利用効率を高める経路の作成が可能である。
【００４４】
通信局同士でビーコン信号を交換することにより自律分散動作する無線通信システムに対して従来の経路探索プロトコルを適用した場合、相手局にビーコンが聞こえてしまうと、たとえマルチホップを利用することにより帯域が広く使えるようになる経路が存在したとしても、１ホップの経路を作成してしまう。これに対し、本発明に係る経路探索機構によれば、容量情報に基づいて周波数利用効率が向上するような経路を発見し作成することから、このような問題を回避することができる。
【００４５】
また、本発明に係る経路発見選択機構を使うことで、複雑な制御信号無しで、最も無線の利用状況が少ない中継端末を選択して、より安定した経路選択を実現することができる。
【００４６】
また、本発明に係る経路発見選択機構を使うことで、複雑な制御信号無しで、無線レート情報と無線利用状況を考慮しながら、必要となる帯域を実現できる経路を選択できる。
【００４７】
周波数利用効率を向上させることをメトリックとした本発明に係る経路発見機構は、あらゆる経路探索プロトコルに適用することができる。
【００４８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５０】
本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、複数の通信局間でネットワークを構築する。本発明で想定している通信は蓄積交換型のトラヒックであり、パケット単位で情報が転送される。また、以下の説明では、各通信局は単一のチャネルを想定しているが、複数の周波数チャネルすなわちマルチチャネルからなる伝送媒体を用いた場合に拡張することも可能である。
【００５１】
本発明に係る無線ネットワークでは、各通信局は、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：キャリア検出多重接続）に基づくアクセス手順に従い直接（ランダム）に情報を伝送し、自律分散型の無線ネットワークを構築することができる。
【００５２】
このように制御局を特に配置しない無線通信システムでは、各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。また、ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信することにより、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。
【００５３】
本発明に係る無線ネットワークでは、通信局同士のビーコン信号の交換により互いに緩やかに時間同期して、時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームによりチャネル・リソースを効果的に利用した伝送制御が行なわれる。したがって、各通信局は、帯域を予約する、あるいは優先利用期間を設定するなど時間同期をベースにしたアクセス方式を行なうことができる。
【００５４】
以下に説明する各通信局での処理は、基本的にはネットワークに参入するすべての通信局で実行される処理である。但し、場合によっては、ネットワークを構成するすべての通信局が、以下に説明する処理を実行するとは限らない。
【００５５】
Ａ．装置構成
図１には、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。図示の無線通信装置１００は、同じ無線システム内では効果的にチャネル・アクセスを行なうことにより、衝突を回避しながらネットワークを形成することができる。
【００５６】
図示の通り、無線通信装置１００は、インターフェース１０１と、データ・バッファ１０２と、中央制御部１０３と、送信データ生成部１０４と、無線送信部１０６と、タイミング制御部１０７と、アンテナ１０９と、無線受信部１１０と、受信データ解析部１１２と、情報記憶部１１３とで構成される。
【００５７】
インターフェース１０１は、この無線通信装置１００に接続される外部機器（例えば、パーソナル・コンピュータ（図示しない）など）との間で各種情報の交換を行なう。
【００５８】
データ・バッファ１０２は、インターフェース１０１経由で接続される機器から送られてきたデータや、無線伝送路経由で受信したデータをインターフェース１０１経由で送出する前に一時的に格納しておくために使用される。
【００５９】
中央制御部１０３は、無線通信装置１００における一連の情報送信並びに受信処理の管理と伝送路のアクセス制御を一元的に行なう。基本的には、ＣＳＭＡ手順に基づき、伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得するというアクセス制御を行なう。
【００６０】
また、中央制御部１０３は、当該無線通信装置１００が自律的な通信動作によりビーコンの衝突を回避するために、隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ  Ｌｉｓｔ）に基づいてネットワークを管理する。また、ビーコン情報の報知やビーコン情報の管理などを周期的に行なうとともに、周辺局との間で緩やかに同期し、帯域予約又は優先利用期間を設定するなど時間同期をベースにしたアクセス制御を実現する。
【００６１】
また、中央制御部１０３は、マルチホップ通信における要求局、目的局、あるいは中継局として、経路発見作成処理を行なう。マルチホップ伝送によれば、通信局の電波が届く通信範囲に限定されないデータ伝送を行なうことができる。本実施形態では、隣接局同士を結ぶそれぞれのリンク区間における容量情報を基に、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成プロトコルを採用している。また、このような経路発見作成処理のため、中央制御部１０３は、容量情報として、各隣接局との間で設定されている実効レート情報を管理する。但し、経路発見作成のアルゴリズムの詳細については、後述に譲る。
【００６２】
送信データ生成部１０４は、自局から周辺局宛てに送信されるパケット信号やビーコン信号を生成する。ここで言うパケットには、データ・パケットの他、受信先の通信局の送信要求パケットＲＴＳや、ＲＴＳに対する確認応答パケットＣＴＳ、ＡＣＫパケット、経路発見要求パケット、経路発見応答パケットなどが挙げられる。例えばデータ・パケットは、データ・バッファ１０２に蓄積されている送信データを所定長だけ切り出し、これをペイロードとしてパケットが生成される。
【００６３】
無線送信部１０６は、送信信号をＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）など所定の変調方式で変調する変調器や、デジタル送信信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、アナログ送信信号を周波数変換してアップコンバートするアップコンバータ、アップコンバートされた送信信号の電力を増幅するパワーアンプ（ＰＡ）など（いずれも図示しない）を含み、所定の伝送レートにてパケット信号の無線送信処理を行なう。
【００６４】
無線受信部１１０は、アンテナ１０９を介して他局から受信した信号を電圧増幅する低雑音アンプ（ＬＮＡ）や、電圧増幅された受信信号を周波数変換によりダウンコンバートするダウンコンバータ、自動利得制御器（ＡＧＣ）、アナログ受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、同期獲得のための同期処理、チャネル推定、ＯＦＤＭなどの復調方式により復調処理する復調器など（いずれも図示しない）で構成される。また、本実施形態では、無線受信部１１０は、隣接局から受信したビーコンやパケットなどの受信信号や、その信号強度、Ｓ／Ｎ比、エラー率などを基に、各隣接局とのリンクにおける実効レートを求める。
【００６５】
アンテナ１０９は、他の無線通信装置宛てに信号を所定の周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。本実施形態では、単一のアンテナを備え、送受信をともに並行しては行なえないものとする。
【００６６】
タイミング制御部１０７は、無線信号を送信並びに受信するためのタイミングの制御を行なう。例えば、自己のパケット送信タイミングやＲＴＳ／ＣＴＳ方式に則った各パケット（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、ＡＣＫなど）の送信タイミングの制御（直前のパケット受信から自局がパケットを送信するまでのフレーム間隔ＩＦＳや、競合伝送時におけるバックオフの設定など）、他局宛てのパケット受信時におけるＮＡＶの設定、ビーコンの送受信などのタイミング制御を行なう。
【００６７】
受信データ解析部１１２は、他局から受信できたパケット信号（ＲＴＳ、ＣＴＳ信号の解析を含む）や、ビーコン信号を解析する。
【００６８】
情報記憶部１１３は、中央制御部１０３において実行される一連のアクセス制御動作などの実行手順命令プログラムや、受信したパケットやビーコンの解析結果から得られる情報などを蓄えておく。例えば、ビーコンを解析して得られる近隣装置の情報（ＮＢＯＩ（後述）などの隣接局リストや、隣接局との実効レート情報）は、情報記憶部１１３に格納され、送受信動作タイミングなどの通信動作制御やビーコン生成処理、マルチホップ伝送時における経路発見作成処理などにおいて適宜利用される。
【００６９】
Ｂ．ビーコン情報の交換に基づく自律分散ネットワークの構築
本実施形態に係る自律分散型ネットワークでは、各通信局は、所定のチャネル上で所定の時間間隔でビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。ビーコンを送信する伝送フレーム周期のことを、ここでは「スーパーフレーム（Ｓｕｐｅｒ  Ｆｒａｍｅ）」と定義し、１スーパーフレームを例えば４０ミリ秒とする。
【００７０】
新規に参入する通信局は、スキャン動作により周辺局からのビーコン信号を聞きながら、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。そして、ビーコンの受信タイミングと緩やかに同期しながら、周辺局からビーコンが送信されていないタイミングに自局のビーコン送信タイミングを設定する。
【００７１】
本実施形態に係る無線ネットワークでは、各通信局は、ＣＳＭＡに基づくアクセス手順に従い直接（ランダム）に情報を伝送する一方、ビーコンを報知し合うことにより互いの時間同期を図り、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームによりチャネル・リソースを効果的に利用した伝送制御を行なう。この場合、各通信局は、帯域を予約する、あるいは優先利用期間を設定するなど時間同期をベースにしたアクセス方式を行なうことができる。
【００７２】
本実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順について、図２を参照しながら説明する。
【００７３】
各通信局は、周辺で発信されるビーコンを聞きながら、ゆるやかに同期する。新規に通信局が現われた場合には、新規通信局は既存の通信局のビーコン送信タイミングと衝突しないように、自分のビーコン送信タイミングを設定する。
【００７４】
また、周辺に通信局がいない場合、通信局０１は適当なタイミングでビーコンを送信し始めることができる。ビーコンの送信間隔は４０ミリ秒である。図２中の最上段に示す例では、Ｂ０１が通信局０１から送信されるビーコンを示している。
【００７５】
以降、通信範囲内に新規に参入する通信局は、既存のビーコン配置と衝突しないように、自己のビーコン送信タイミングを設定する。
【００７６】
例えば、図２中の最上段に示すように、通信局０１のみが存在するチャネル上において、新たな通信局０２が現われたとする。このとき、通信局０２は、通信局０１からのビーコンを受信することによりその存在とビーコン位置を認識し、図２の第２段目に示すように、通信局０１のビーコンと衝突しないように自己のビーコン送信タイミングを設定して、ビーコンの送信を開始する。
【００７７】
さらに、新たな通信局０３が現われたとする。このとき、通信局０３は、通信局０１並びに通信局０２のそれぞれから送信されるビーコンの少なくとも一方を受信し、これら既存の通信局の存在を認識する。そして、図２の第３段に示すように、通信局０１及び通信局０２から送信されるビーコンと衝突しないタイミングで送信を開始する。
【００７８】
以下、同様のアルゴリズムに従って近隣で通信局が新規参入する度に、ビーコン間隔が狭まっていく。例えば、図２の最下段に示すように、次に現われる通信局０４は、通信局０１、通信局０２及び通信局０３それぞれが設定したビーコンの送信タイミングと重複しないように自己のビーコン送信タイミングを設定し、さらにその次に現われる通信局０５は、通信局０１、通信局０２、通信局０３及び通信局０４それぞれが設定したビーコンの送信タイミングと重複しないようにビーコン送信タイミングを設定する。
【００７９】
但し、帯域（スーパーフレーム）内がビーコンで溢れないように、最小のビーコン間隔Ｂminを規定しておき、Ｂmin内に２以上のビーコン送信タイミングを配置することを許容しない。例えば、４０ミリ秒のスーパーフレームでミニマムのビーコン間隔Ｂminを６２５マイクロ秒に規定した場合、電波の届く範囲内では最大で６４台の通信局までしか収容できないことになる。
【００８０】
スーパーフレーム内に新規のビーコンを配置する際、各通信局はビーコン送信の直後に優先利用領域（ＴＰＰ）を獲得することから（後述）、１つのチャネル上では各通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりもスーパーフレーム周期内で均等に分散している方が伝送効率上より好ましい。しかし、ビーコンの送信タイミングを均等に分散させるために、例えば、自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信を開始させるように自己のビーコンの送信タイミングを決めた場合、周辺局も同様な方法でビーコンの送信タイミングを決定するため、周辺局から送信されるビーコンと自己のビーコンが衝突する頻度が増大する可能性がある。したがって、本実施形態では、自己のビーコン送信タイミングは、周辺局から送信されるビーコンと重複しないように適当に配置する。
【００８１】
図３には、スーパーフレーム内で配置可能なビーコン送信タイミング（ＴＢＴＴ）の構成例を示している。ビーコンを配置可能な位置のこと「スロット」とも呼ぶ。但し、同図に示す例では、４０ミリ秒からなるスーパーフレームにおける時間の経過を、円環上で時針が右回りで運針する時計のように表している。
【００８２】
なお、図２並びに図３では明示されていないが、各々のビーコンは、各ビーコン送信時刻であるＴＢＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ）から故意に若干の時間オフセットを持った時刻で送信されている。これを「ＴＢＴＴオフセット」と呼ぶ。本実施形態では、ＴＢＴＴオフセット値は擬似乱数にて決定される。この擬似乱数は、一意に定められる擬似ランダム系列ＴＯＩＳ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）により決定され、ＴＯＩＳはスーパーフレーム毎に更新される。
【００８３】
ＴＢＴＴオフセットを設けることにより、２台の通信局がスーパーフレーム上では同じスロットにビーコン送信タイミングを配置している場合であっても、実際のビーコン送信時刻がずらすことができ、あるスーパーフレームにはビーコンが衝突しても、別のスーパーフレームでは各通信局は互いのビーコンを聞き合う（あるいは、近隣の通信局は双方のビーコンを聞く）ことができる。通信局は、スーパーフレーム毎に設定するＴＯＩＳをビーコン情報に含めて周辺局に報知する（後述）。
【００８４】
また、本実施形態では、各通信局は、データの送受信を行なっていない場合には、自局が送信するビーコンの前後は受信動作を行なうことが義務付けられる。また、データ送受信を行なわない場合であっても、数秒に一度は１スーパーフレームにわたり連続して受信機を動作させてスキャン動作を行ない、周辺ビーコンのプレゼンスに変化がないか、あるいは各周辺局のＴＢＴＴがずれていないかを確認することも義務付けられる。そして、ＴＢＴＴにずれを確認した場合には、自局の認識するＴＢＴＴ群を基準に−Ｂmin／２ミリ秒以内をＴＢＴＴと規定しているものを「進んでいる」、＋Ｂmin／２ミリ秒以内をＴＢＴＴと規定しているものを「遅れている」ものと定義し、最も遅れているＴＢＴＴに合わせて時刻を修正する。なお、このような周辺局との時間スロット・タイミングの同期獲得方法の詳細については、本出願人に既に譲渡されている特願２００４−３１４１４号明細書に記載されている。
【００８５】
図４には、本実施形態に係る自律分散型の無線通信システムにおいて送信されるビーコン・フレームのフォーマットの一例を示している。
【００８６】
図示の例では、ビーコンには、送信元局を一意に示すアドレスであるＴＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ａｄｄｒｅｓｓ）フィールドと、当該ビーコンの種類を示すＴｙｐｅフィールドと、周辺局から受信可能なビーコンの受信時刻情報であるＮＢＯＩ／ＮＢＡＩ（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ  Ｂｅａｃｏｎ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）フィールドと、当該ビーコンを送信したスーパーフレームにおけるＴＢＴＴオフセット値（前述）を示す情報であるＴＯＩＳ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）フィールドと、ＴＢＴＴの変更やその他各種の伝達すべき情報を格納するＡＬＥＲＴフィールドと、当該通信局が優先的にリソースを確保している量を示すＴｘＮｕｍフィールドと、当該スーパーフレーム内で複数のビーコンを送信する場合に当該ビーコンに割り振られた排他的な一意のシリアル番号を示すＳｅｒｉａｌフィールドなどが含まれている。
【００８７】
Ｔｙｐｅフィールドには、当該ビーコンの種類が８ビット長のビットマップ形式で記述される。本実施形態では、ビーコンが、各通信局が１スーパーフレーム毎のその先頭で１回だけ送信する「正規ビーコン」、あるいは優先的送信権を得るために送信されている「補助ビーコン」のいずれであるかを識別するための情報として、プライオリティを示す０から２５５までの値を用いて示される。具体的には、１スーパーフレーム毎に１回送信することが必須である正規ビーコンの場合は最大のプライオリティを示す２５５が割り当てられ、補助ビーコンに対してはトラフィックのプライオリティに相当する０から２５４までのいずれかの値が割り当てられる。
【００８８】
ＮＢＯＩフィールドは、スーパーフレーム内において自局が受信可能な隣接局のビーコンの位置（受信時刻）を記述した情報である。本実施形態では、図３に示したように１スーパーフレーム内で最大６４個のビーコンを配置なスロットが用意されていることから、受信できたビーコン・スロットの配置に関する情報を６４ビット長のビットマップ形式で記述する。すなわち、自局の正規ビーコンの送信時刻ＴＢＴＴをＮＢＯＩフィールドの先頭ビット（ＭＳＢ）にマッピングするとともに、その他の各スロットを自局のＴＢＴＴを基準とした相対位置（オフセット）に対応するビット位置にそれぞれマッピングする。そして、自局の送信ビーコン並びに受信可能なビーコンの各スロットに割り当てられたビット位置に１を書き込み、それ以外のビット位置は０のままとする。
【００８９】
図５にはＮＢＯＩの記述例を示している。ＮＢＯＩはスーパーフレーム内で配置可能なビーコン数に相当する６４ビットで構成されるが、ここでは図面の簡素化のため、最大１６局を収容可能な各スロットに通信局０〜ＦがそれぞれＴＢＴＴを設定しているものとする。同図に示す例では、通信局０が「１１００，００００，０１００，００００」のようなＮＢＯＩフィールドを作っている。これは、通信局０が、「通信局１並び通信局９からのビーコンが受信可能である」旨を伝えることになる。つまり、受信ビーコンの相対位置に対応するＮＢＯＩの各ビットに関し、ビーコンが受信可能である場合にはマーク、受信されてない場合にはスペースを割り当てる。また、ＭＳＢが１になっているのは自局がビーコンを送信しているためで、自局がビーコンを送信している時刻に相当する場所もマークする。
【００９０】
各通信局は、あるチャネル上でお互いのビーコン信号を受信すると、その中に含まれるＮＢＯＩの記述に基づいて、チャネル上でビーコンの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置したり周辺局からのビーコン受信タイミングを検出したりすることができる。
【００９１】
また、ＮＢＡＩフィールドは、ビーコン受信の隠れ端末を軽減する目的で、ビーコンのフレーム・フォーマット中にＮＢＡＩフィールドが設定されており、ＮＢＯＩフィールドと同様のフォーマットで「自局が実際に受信処理を行なっているビーコン」を特定する情報が記載される。ＮＢＡＩフィールドは、ＮＢＯＩフィールドと同様のフォーマットで、自局の正規ビーコンの送信時刻を基準にビットが配置され、自局が実際に受信処理を行なっているＴＢＴＴを特定する情報がビットマップ形式で記載される。
【００９２】
ＴＯＩＳフィールドでは、上述のＴＢＴＴオフセットを決定する擬似ランダム系列が格納されており、当該ビーコンがどれだけのＴＢＴＴオフセットを以って送信されているかを示す。ＴＢＴＴオフセットを設けることにより、２台の通信局がスーパーフレーム上では同じスロットにビーコン送信タイミングを配置している場合であっても、実際のビーコン送信時刻がずらすことができ、あるスーパーフレームにはビーコンが衝突しても、別のスーパーフレームでは各通信局は互いのビーコンを聞き合う（あるいは、近隣の通信局は双方のビーコンを聞く）ことができる。
【００９３】
図６には、ＴＢＴＴと実際のビーコン送信時刻を示している。図示のように、ＴＢＴＴ、ＴＢＴＴ＋２０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋４０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋６０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋８０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋１００マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋１２０マイクロ秒のいずれかの時刻となるようＴＢＴＴオフセットを定義した場合、スーパーフレーム毎にどのＴＢＴＴオフセットで送信するかを決定し、ＴＯＩＳを更新する。また、送信局が意図した時刻に送信できない場合には、ＴＯＩＳにオールゼロなどを格納し、ビーコンを受信可能な周辺局に対し、今回のビーコン送信タイミングは意図した時刻に行なえなかった旨を伝達する。
【００９４】
ＡＬＥＲＴフィールドには、異常状態において、周辺局に対して伝達すべき情報を格納する。例えば、ビーコンの衝突回避などのため自局の正規ビーコンのＴＢＴＴを変更する予定がある場合や、また周辺局に対し補助ビーコンの送信の停止を要求する場合には、その旨をＡＬＥＲＴフィールドに記載する。
【００９５】
ＴｘＮｕｍフィールドは、当該局がスーパーフレーム内で送信している補助ビーコンの個数が記載される。通信局はビーコン送信に続いてＴＰＰすなわち優先送信権が与えられることから、スーパーフレーム内での補助ビーコン数は優先的にリソースを確保して送信を行なっている時間率に相当する。
【００９６】
Ｓｅｒｉａｌフィールドには、当該スーパーフレーム内で複数のビーコンを送信する場合に当該ビーコンに割り振られた排他的な一意のシリアル番号が書き込まれる。当該ビーコンのシリアル番号として、スーパーフレーム内に送信する各々のビーコンに排他的な一意の番号が記載される。本実施形態では、自局の正規ビーコンを基準に、何番目のＴＢＴＴで送信している補助ビーコンであるかの情報が記載される。
【００９７】
また、上記以外の情報を記載するためのＥＴＣフィールドが用意されている。
【００９８】
通信局は電源投入後、まずスキャン動作すなわちスーパーフレーム長以上にわたり連続して信号受信を試み、周辺局の送信するビーコンの存在確認を行なう。この過程で、周辺局からビーコンが受信されなかった場合には、通信局は適当なタイミングをＴＢＴＴとして設定する。
【００９９】
一方、周辺局から送信されるビーコンを受信した場合には、周辺局から受信した各ビーコンのＮＢＯＩフィールドを当該ビーコンの受信時刻に応じてシフトしながら論理和（ＯＲ）をとって参照することにより、最終的にマークされていないビット位置に相当するタイミングの中からビーコン送信タイミングを抽出する。
【０１００】
周辺局から受信したビーコンから得たＮＢＯＩのＯＲをとった結果、スペースの部分からビーコン送信タイミングを定める。
【０１０１】
但し、スペースのランレングスが最長となるＴＢＴＴ間隔が最小のＴＢＴＴ間隔よりも小さい場合（すなわちＢmin以下の場合）には、新規通信局はこの系に参入することができない。
【０１０２】
Ｃ．マルチホップ伝送
本発明に係る無線通信システムでは、上述したような自律分散型のネットワーク構成において、１以上の中継局を介して送信元の通信局から送信先の通信局へデータ伝送を行なうマルチホップ伝送方式が採用されている。マルチホップ伝送によれば、通信局の電波が届く通信範囲に限定されないデータ伝送を行なうことができる。この場合、マルチホップ伝送を要求する通信局は、中継局となるべき周辺局の利用状況を把握し、経路発見要求メッセージを送信しなければならない。本発明に係るマルチホップ伝送では、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見作成を行なうプロトコルを採用している。以下では、通信路を決定するための手順について詳解する。
【０１０３】
ここでは、図７に示す通信環境を想定する。同図では、マルチホップ伝送を要求する要求局としての通信局Ｓから、マルチホップ伝送の目的局としての通信局Ｄと、これら通信局Ｓ及びＤ間に配置され中継局となりえる複数の通信局Ａ〜Ｄにより通信システムが構成されている。同図において、通信局間を接続するリンクに記載されている数字は実効レート［Ｍｂｐｓ］を表し、通信局に付されているカッコ内の数字は通信局が利用可能な帯域量としての空きスロット数（本実施形態では最大６４スロット）を表している。
【０１０４】
また、図８に示すように、通信局Ｓ、Ａ〜Ｅは、各隣接局との実効レート情報を、それぞれの区間における容量情報として管理しているものとする。実効レートは、隣接局間のチャネル特性などに基づいて決定される。例えば、通信局は、ビーコンやパケットのプリアンブル部分を用いてチャネル特性を推定することができ、チャネル情報に基づいて符号化方式や伝送レートが決定される。そして、使用する符号化方式や伝送レートを隣接局同士で認識し合う仕組み（例えば、ＰＨＹヘッダ内に記載する）が備わっているものとする。
【０１０５】
図８からも分かるように、実効レートは区間毎にさまざまな値が設定されている。言い換えれば、区間毎の通信容量は一様ではない。このため、要求局Ｓから目的局Ｄまでの経路を考えた場合、ホップ数が少ないからといって必ずしも通信容量が大きいとは限らない。また、経路上のほとんどの区間は通信容量が大きくても、部分的に通信容量の小さな区間を含んでいる場合には、経路全体としては通信容量が小さくなる。本実施形態では、周波数利用効率をメトリックとした経路選択を行なうために、各経路が持つ最低の通信容量をその経路のホップ数で割り算して得られるホップ当たりの通信容量を、経路の容量情報として扱う。
【０１０６】
以下、図７に示した通信システムにおいて、各通信局の隣接局毎の実効レート情報に基づいて要求局Ｓから目的局Ｄまでの経路を決定するための処理手順について、説明する。
【０１０７】
処理（１）：初期処理及び要求局Ｓからの経路発見要求の発信
（１−１）当該通信システムを構成するすべての通信局Ｓ、Ａ〜Ｅは、自局のすべての隣接局から聞こえるビーコン情報（例えばＮＢＯＩ（図５を参照のこと））を参照し、自身が利用できる帯域として空きスロット数Ｎを調べて記憶する。そして、以下の式に従い、各隣接局との間（すなわち区間語と）の無線容量値を計算する。
【０１０８】
ＰＨＹ−Ｒａｔｅ×効率α（オーバーヘッド因子）×空きビーコン・スロット数Ｎ＝無線容量
【０１０９】
（１−２）マルチホップ伝送の要求局としての通信局Ｓは、算出した各区間の無線容量の情報を、経路発見要求メッセージとしてのＲＲＥＱ（Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｍｅｓｓａｇｅ）パケットの経路選択に関する情報として、すべての隣接局宛てに格納し、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｕｎｉｃａｓｔ Ｐａｃｋｅｔ（多重ユニキャスト・パケット）として送信する。
【０１１０】
図７に示した通信システム構成の場合、要求局Ｓは、隣接局としての通信局Ａと通信局Ｂに対して、ＲＲＥＱパケットが送信される。
【０１１１】
図９には、ＲＲＥＱパケットのフレーム構成例を示している。図示の例では、当該パケットが経路発見要求ＲＲＥＱであることを示すメッセージ・タイプ・フィールドと、経路選択に使用する無線容量を記載する経路選択に関する情報フィールドと、当該経路におけるホップ数を計数し記載するためのホップ・カウント数フィールドと、当該メッセージの識別情報を記載する経路発見要求メッセージＩＤフィールドと、要求局に関する情報を記載するための通信相手（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）アドレス・フィールド並びに通信相手（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）シーケンス番号フィールドと、当該経路発見の要求局を識別するための経路発見要求端末（Ｓｏｕｒｃｅ）アドレス・フィールド並びに経路発見要求端末（Ｓｏｕｒｃｅ）シーケンス番号フィールドを備えている。
【０１１２】
処理（２）：中継局での処理
（２−１）次に、要求局Ｓの隣接局である通信局Ａと通信局Ｂは、要求局Ｓから自分宛てではない経路発見要求ＲＲＥＱを受信すると、それぞれ受信した経路発見要求パケットの経路選択に関する情報フィールドに記載されている要求局Ｓの無線容量と、自分自身の無線容量を比較する。ここで、自局が隣接局に対して持つ無線容量の方が小さいときは、経路選択に関する情報フィールド自分の値に書き直して、各隣接局宛ての経路発見要求パケットを生成する。このとき、ホップ・カウント数を１だけインクリメントする。
【０１１３】
（２−２）通信局Ａ及び通信局Ｂは、以後は同じ経路要求者から経路発見要求パケットを別の経路で受信することも考えられる。同じ経路要求者からの経路発見要求パケットの転送が繰り返され、メディアに溢れるのを防止するために、それぞれ個別のタイマー１を起動させ、それらのパケットを受信できる期間を設定する。勿論、その他の手段により、同じ経路要求者から同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを別の経路で２回以上受信することを回避するようにしてもよい。
【０１１４】
（２−３）次に、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向き経路を作成するために、送られてきたＲＲＥＱパケットの送信者（通信局Ａにとっては、要求局Ｓになる）アドレスをＮｅｘｔ Ｈｏｐ（次のホップ先）としてメモリに格納する。タイマー１の設定値を超えたら、以降同じＲＲＥＱパケットの要求者からの同じＩＤの経路発見要求パケットは、破棄する。
【０１１５】
処理（３）：目的局Ｄ及び中継局での処理
（３−１）次に、自分宛ての経路発見要求ＲＲＥＱを受信したノードは、上述した（２−２）と（２−３）と同じ手順を取る。
【０１１６】
（３−２）タイマー２が、ある時間を越えた時点で無線容量の最大値をホップ数のカウント値で割り、ホップ当たりの最大の容量を選択する。
【０１１７】
（３−３）この手順を図７に示した通信システム構成で行なうと、下記のように、各経路に対しての容量値の計算結果が得られることになる。図１０には、図７に示した通信システムにおける経路作成要求時の経路を示している。
【０１１８】
経路１： 要求局Ｓ→容量２Ｇ→通信局Ａ→容量４Ｇ→通信局Ｃ→容量６Ｇ→目的局Ｄ：容量最小値２Ｇ  ホップ・カウント数３
経路２：要求局Ｓ→容量４Ｇ→通信局Ｂ→容量４Ｇ→通信局Ｅ→容量２．５Ｇ→Ｄ：容量最小値２．５Ｇ  ホップ・カウント数３
経路３：要求局Ｓ→容量４Ｇ→通信局Ｂ→容量６Ｇ→通信局Ａ→容量４Ｇ→通信局Ｃ→容量６Ｇ→目的局Ｄ：容量最小値４Ｇ  ホップ・カウント数４
【０１１９】
結果的には、経路３がホップ当たりの無線容量が１Ｇとなり、最大なので選択される。そして、目的局Ｄは、経路３により到来した経路発見要求ＲＲＥＱに対し、経路発見応答（ＲＲＥＰ：Ｒｕｔｉｎｇ  Ｒｅｐｌｙ）メッセージを返信し、要求局との間で経路作成を行なう。
【０１２０】
図１１には、ＲＲＥＰパケットのフレーム構成例を示している。図示の例では、当該パケットが経路発見応答ＲＲＥＰであることを示すメッセージ・タイプ・フィールドと、経路選択に関する情報フィールドと、当該経路におけるホップ数を計数し記載するためのホップ・カウント数フィールドと、当該メッセージの識別情報を記載する経路発見要求メッセージＩＤフィールドと、要求局に関する情報を記載するための通信相手（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）アドレス・フィールド並びに通信相手（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）シーケンス番号フィールドと、当該経路発見の要求局を識別するための経路発見要求端末（Ｓｏｕｒｃｅ）アドレス・フィールド並びに経路発見要求端末（Ｓｏｕｒｃｅ）シーケンス番号フィールドと、当該パケットの寿命すなわち受信可能時間を示すＬｉｆｅ  Ｔｉｍｅフィールドを備えている。
【０１２１】
ここで、経路発見要求パケットに経路を作りたいノードすなわち要求局Ｓからあらかじめ必要な帯域の値が伝えられていたとき、若しくは経路発見要求パケットの中に必要な帯域の値を入れて伝えているとき、目的局Ｄに到来した経路発見要求ＲＲＥＱがその要求値を満たしていないものばかりであれば、要求局Ｄは、経路発見応答ＲＲＥＰに経路発見失敗メッセージを返信するか、明示的に経路発見失敗（Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｒｒｏｒ Ｍｅｓｓａｇｅ）パケットを送り返す機能を有してもいい。
【０１２２】
（３−４）次に、経路発見応答（ＲＲＥＰ）パケットの生成、並びに中継局において経路発見要求ＲＲＥＱを受信したときの動作について、同じく、図７に示した通信システム構成を例にとる。図１２には、図７に示した通信システムにおける経路作成要求応答時の経路を示している。図１２に示す手順を、同じく図１３のフローチャートを流用して説明する。
【０１２３】
（３−５）目的局Ｄは、経路３を選択したことにより、目的局Ｄは、経路３の経路発見要求パケットを送信してきた通信局Ｃに対し、経路発見応答（ＲＲＥＰ）パケットを送信する。
【０１２４】
処理（４）：経路発見応答ＲＲＥＰの返信
（４−１）経路発見応答（ＲＲＥＰ）パケットを受信した通信局Ｃは、そのパケットの最終目的局（この場合は要求局Ｓ）が自分か否か判断をする。
【０１２５】
（４−２）通信局Ｃは、自分宛ではないと判断したら、経路発見応答ＲＲＥＰの最終送り先ノードを調べ、自分が保持している経路テーブルを参照して、該当する通信局に対する次のホップ先を選択して、ＲＲＥＰパケットを転送する。
【０１２６】
（４−３）さらに、通信局Ｃは、目的局Ｄから送られてきたＲＲＥＰに記載されている、そのパケットの作成者（この場合は目的局Ｄ）に対する経路テーブルを作成する。この場合、宛て先アドレスと次のホップ先アドレスは同じになってしまうが、通信局Ａの場合は、宛て先が、目的局Ｄで、それに向けての次のホップ先は、通信局Ｃということになる。
【０１２７】
（４−４）これを、通信局Ｃ→通信局Ａ→通信局Ｂ→通信局Ｓと順次送ることで、それぞれの通信局で目的局Ｄ宛てに対する経路テーブルを作成していき、最終的に経路発見要求パケットを生成した要求局Ｓが目的局Ｄまでの経路を作成できたことになる。
【０１２８】
（４−５）各中継局は、ＲＲＥＰを受信した際、もしそれに対応したＲＲＥＱパケットに対するタイマー１がまだ起動していたら、タイマー１を停止させる。
【０１２９】
図１３には、本実施形態に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための動作手順をフローチャートの形式で示している。このような動作手順は、実際には、通信局として動作する無線通信装置１００において、中央制御部１０３が、情報記憶部に格納されている所定の実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０１３０】
通信局は、隣接局から受信したビーコン情報を基に、空いているスロット数を調べ、Ｎとして記憶する（ステップＳ１）。
【０１３１】
ここで、通信局が、経路発見要求が必要である場合には（ステップＳ２）、隣接局に対しそれぞれユニキャスト・パケットとして経路発見要求パケットを生成し、発信する（ステップＳ３）。その際、送り先となる各隣接局とのリンクの帯域（レート値）を参照し、上述した式に従って自局の通信容量を算出し、得られた通信容量を経路発見要求パケットに書き込む。そして、すべての隣接局に向けて固有の容量情報を付加して送信する。
【０１３２】
また、経路発見要求パケットを受信したときには（ステップＳ４）、それが自局宛てであるかどうか（すなわち自局が目的局であるかどうか）を判別する（ステップＳ５）。
【０１３３】
自局宛てではない経路発見要求パケットを受信した場合、同じ送信者宛ての同じインフォメーションＩＤに対する経路テーブルが存在するかを確かめる（ステップＳ６）。そして、存在するのであれば、このパケットを無視し、存在していなければ、同じ送信者で同じインフォメーションＩＤに対するタイマー１（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ７）。そして、タイマー１を起動していない場合には、タイマー１を起動させ、同じ送信者が作成した同じ目的局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ１を設定する（ステップＳ８）。
【０１３４】
そして、受信した経路発見要求パケットのヘッダに記載された通信容量と、自局で計算した隣接局との通信容量を比較し、小さい方の値で経路発見要求パケットを書き換える。そして、すべての隣接局に向けて経路発見要求パケットを送信する（ステップＳ９）。
【０１３５】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ１０）。
【０１３６】
また、自局宛ての経路発見要求パケットを受信した場合（ステップＳ５）、ここで、同じ送信者で同じメッセージＩＤの経路発見要求ＲＲＥＱに対するタイマー２（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ１１）。そして、タイマー２を起動していない場合には、タイマー２を起動させ、同じ送信者が作成した自局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ２を設定する（ステップＳ１２）。
【０１３７】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ１３）。
【０１３８】
次いで、受信した経路発見要求パケットに記載されている通信容量とホップ・カウント数から、１ホップ当たりの帯域容量を計算し、これまでに受信した経路発見要求パケットの中で最大の容量値をメモリに確保する（ステップＳ１４）。
【０１３９】
また、経路発見要求パケットを受信しなかったときには（ステップＳ４）、続いて、経路発見応答パケットを受信したかどうかをチェックする（ステップＳ２２）。そして、経路発見応答パケットを受信したときには、それが自局宛てであるかどうかをさらにチェックする（ステップＳ２３）。
【０１４０】
自局宛てでない経路発見要求パケットを受信した場合、もし当該経路発見パケットに対応したタイマー１が起動しているときには、タイマー１を停止させる（ステップＳ２４）。そして、当該パケットの宛て先アドレスを参照して、経路テーブルから次ホップを探し出し、その通信局宛に経路発見応答パケットを転送する（ステップＳ２５）。
【０１４１】
このように自局宛てでない経路発見応答パケットの処理を終えた後、あるいは自局宛ての経路発見応答パケットを受信したときには、当該経路発見応答パケットを送ってきた送信元（Ｓｏｕｒｃｅ）に対する経路テーブルを作成する際、当該パケットを送ってきた隣接局のアドレスを次ホップとして登録する（ステップＳ２６）。
【０１４２】
自局宛てでない経路発見要求パケットの処理を終えたとき、自局宛ての経路発見要求の処理を終えたとき、経路発見応答パケットの処理を終えたとき、あるいは経路発見要求パケットも経路発見応答パケットも受信しなかったとき、タイマー２がＴ２を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ１５）。
【０１４３】
タイマー２がＴ２を超えた場合には、タイマーＴ２を停止させ（ステップ１６）、そのタイマーＴ２に対応した経路発見要求ＲＲＥＱに対するメモリ上にあるホップ当たりの帯域容量の経路発見要求ＲＲＥＱに対して経路テーブルを作成し（ステップＳ１７）、これまで蓄積していた次ホップ・アドレスのメモリ並びにホップ当たりの通信容量をクリアする（ステップＳ１８）。さらに、その経路発見要求ＲＲＥＱの次ホップ宛てに対して経路発見応答パケットＲＲＥＰを作成し、送信する（ステップＳ１９）。
【０１４４】
ここで、タイマー１がＴ１を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ２０）。そして、タイマー１がＴ１を超えていなければ、当該処理ルーチンを終了する。また、タイマー１がＴ１を超えた場合には、タイマー１を停止させ（ステップＳ２１）、当該処理ルーチンを終了する。
【０１４５】
図１４には、本実施形態に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための他の動作手順をフローチャートの形式で示している。図示の動作手順では、通信局は規定時間内に送信者が要求する帯域を見つけられた時点でその経路を選択する。このような動作手順は、実際には、通信局として動作する無線通信装置１００において、中央制御部１０３が、情報記憶部に格納されている所定の実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０１４６】
通信局は、隣接局から受信したビーコン情報を基に、空いているスロット数を調べ、Ｎとして記憶する（ステップＳ３１）。
【０１４７】
ここで、通信局が、経路発見要求が必要である場合には（ステップＳ３２）、隣接局に対しそれぞれユニキャスト・パケットとして経路発見要求パケットを生成し、発信する（ステップＳ３３）。その際、送り先となる各隣接局とのリンクの帯域（レート値）を参照し、上述した式に従って自局の通信容量を算出し、得られた通信容量を経路発見要求パケットに書き込む。そして、すべての隣接局に向けて固有の容量情報を付加して送信する。
【０１４８】
また、経路発見要求パケットを受信したときには（ステップＳ３４）、それが自局宛てであるかどうか（すなわち自局が目的局であるかどうか）を判別する（ステップＳ３５）。
【０１４９】
自局宛てではない経路発見要求パケットを受信した場合、同じ送信者宛の同じインフォメーションＩＤに対する経路テーブルが存在するかを確かめる（ステップＳ３６）。そして、存在するのであれば、このパケットを無視し、存在していなければ、同じ送信者で同じインフォメーションＩＤに対するタイマー１（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ３７）。そして、タイマー１を起動していない場合には、タイマー１を起動させ、同じ送信者が作成した同じ目的局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ１を設定する（ステップＳ３８）。
【０１５０】
そして、受信した経路発見要求パケットのヘッダに記載された通信容量と、自局で計算した隣接局との通信容量を比較し、小さい方の値で経路発見要求パケットを書き換える。そして、すべての隣接局に向けて経路発見要求パケットを送信する（ステップＳ３９）。
【０１５１】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ４０）。
【０１５２】
また、自局宛ての経路発見要求パケットを受信した場合（ステップＳ３５）、ここで、同じ送信者で同じメッセージＩＤの経路発見要求ＲＲＥＱに対するタイマー２（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ４１）。そして、タイマー２を起動していない場合には、タイマー２を起動させ、同じ送信者が作成した自局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ２を設定する（ステップＳ４２）。
【０１５３】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ４３）。
【０１５４】
次いで、受信した経路発見要求パケットに記載されている通信容量とホップ・カウント数から、１ホップ当たりの帯域容量を計算し、これまでに受信した経路発見要求パケットの中で最大の容量値をメモリに確保する（ステップＳ４４）。
【０１５５】
次いで、受信した経路発見要求パケットに記載されている、要求局から要求されている帯域情報をメモリに確保する（ステップＳ４５）。そして、要求局から要求されている帯域容量と、経路発見要求パケットの記載に基づいて算出される、当該経路におけるホップ当たりの帯域容量とを比較する（ステップＳ４６）。
【０１５６】
ここで、要求局の帯域容量に関する要求が満たされたならば（ステップＳ４７）、タイマー２を停止させる（ステップＳ４８）。そして、メモリ上に格納したホップ当たりの帯域容量の経路発見要求ＲＲＥＱに対し、経路テーブルを作成し（ステップＳ４９）、これまで蓄積していた次ホップ・アドレスのメモリ並びにホップ当たりの通信容量をクリアする（ステップＳ５０）。さらに、その経路発見要求ＲＲＥＱの次ホップ宛てに対して経路発見応答パケットＲＲＥＰを作成し、送信する（ステップＳ５１）。
【０１５７】
また、経路発見要求パケットを受信しなかったときには（ステップＳ３４）、続いて、経路発見応答パケットを受信したかどうかをチェックする（ステップＳ５２）。そして、経路発見応答パケットを受信したときには、それが自局宛てであるかどうかをさらにチェックする（ステップＳ５３）。
【０１５８】
自局宛てでない経路発見要求パケットを受信した場合、もし当該経路発見パケットに対応したタイマー１が起動しているときには、タイマー１を停止させる（ステップＳ５４）。そして、当該パケットの宛て先アドレスを参照して、経路テーブルから次ホップを探し出し、その通信局宛に経路発見応答パケットを転送する（ステップＳ５５）。
【０１５９】
このように自局宛てでない経路発見応答パケットの処理を終えた後、あるいは自局宛ての経路発見応答パケットを受信したときには、当該経路発見応答パケットを送ってきた送信元（Ｓｏｕｒｃｅ）に対する経路テーブルを作成する際、当該パケットを送ってきた隣接局のアドレスを次ホップとして登録する（ステップＳ５６）。
【０１６０】
自局宛てでない経路発見要求パケットの処理を終えたとき、自局宛ての経路発見要求パケットを受信したが要求局が要求する帯域容量を満たす経路が発見できなかったとき、経路発見応答パケットの処理を終えたとき、あるいは経路発見要求パケットも経路発見応答パケットも受信しなかったとき、タイマー２がＴ２を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ５７）。
【０１６１】
タイマー２がＴ２を超えた場合には、タイマーＴ２を停止させ（ステップ５８）、メモリ上にあるホップ当たりの帯域容量の経路発見要求ＲＲＥＱに対して経路テーブルを作成し（ステップＳ５９）、これまで蓄積していた次ホップ・アドレスのメモリ並びにホップ当たりの通信容量をクリアする（ステップＳ６０）。さらに、その経路発見要求ＲＲＥＱの次ホップ宛てに対して経路発見応答パケットＲＲＥＰを作成し、送信する（ステップＳ６１）。
【０１６２】
自局宛ての経路発見要求ＲＲＥＱに対する経路発見応答ＲＲＥＰを送信した後、あるいは、自局宛てではない経路発見要求ＲＲＥＱに関する経路発見応答ＲＲＥＰを送信した後、タイマー１がＴ１を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ６２）。そして、タイマー１がＴ１を超えていなければ、当該処理ルーチンを終了する。また、タイマー１がＴ１を超えた場合には、タイマー１を停止させ（ステップＳ６３）、当該処理ルーチンを終了する。
【０１６３】
図１５には、本実施形態に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための他の動作手順をフローチャートの形式で示している。図示の動作手順では、通信局は規定時間内に要求を満たす経路が見つからなければ、目的局は要求局に対し経路が存在しないことを明示的に伝える。このような動作手順は、実際には、通信局として動作する無線通信装置１００において、中央制御部１０３が、情報記憶部に格納されている所定の実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０１６４】
通信局は、隣接局から受信したビーコン情報を基に、空いているスロット数を調べ、Ｎとして記憶する（ステップＳ７１）。
【０１６５】
ここで、通信局が、経路発見要求が必要である場合には（ステップＳ７２）、隣接局に対しそれぞれユニキャスト・パケットとして経路発見要求パケットを生成し、発信する（ステップＳ７３）。その際、送り先となる各隣接局とのリンクの帯域（レート値）を参照し、上述した式に従って自局の通信容量を算出し、得られた通信容量を経路発見要求パケットに書き込む。そして、すべての隣接局に向けて固有の容量情報を付加して送信する。
【０１６６】
また、経路発見要求パケットを受信したときには（ステップＳ７４）、それが自局宛てであるかどうか（すなわち自局が目的局であるかどうか）を判別する（ステップＳ７５）。
【０１６７】
自局宛てではない経路発見要求パケットを受信した場合、同じ送信者宛の同じインフォメーションＩＤに対する経路テーブルが存在するかを確かめる（ステップＳ７６）。そして、存在するのであれば、このパケットを無視し、存在していなければ、同じ送信者で同じインフォメーションＩＤに対するタイマー１（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ７７）。そして、タイマー１を起動していない場合には、タイマー１を起動させ、同じ送信者が作成した同じ目的局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ１を設定する（ステップＳ７８）。
【０１６８】
そして、受信した経路発見要求パケットのヘッダに記載された通信容量と、自局で計算した隣接局との通信容量を比較し、小さい方の値で経路発見要求パケットを書き換える。そして、すべての隣接局に向けて経路発見要求パケットを送信する（ステップＳ７９）。
【０１６９】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ８０）。
【０１７０】
また、自局宛ての経路発見要求パケットを受信した場合（ステップＳ７５）、ここで、同じ送信者で同じメッセージＩＤの経路発見要求ＲＲＥＱに対するタイマー２（前述）を起動しているかどうかをチェックする（ステップＳ８１）。そして、タイマー２を起動していない場合には、タイマー２を起動させ、同じ送信者が作成した自局宛ての同じメッセージＩＤの経路発見要求パケットを受け取れる期間Ｔ２を設定する（ステップＳ８２）。
【０１７１】
次いで、経路発見要求パケットの送信者に対する逆向きの経路を作成するために、その経路発見要求パケットの要求者に対する次ホップのアドレス情報をメモリに確保する（ステップＳ８３）。
【０１７２】
次いで、受信した経路発見要求パケットに記載されている通信容量とホップ・カウント数から、１ホップ当たりの帯域容量を計算し、これまでに受信した経路発見要求パケットの中で最大の容量値をメモリに確保する（ステップＳ８４）。
【０１７３】
次いで、受信した経路発見要求パケットに記載されている、要求局から要求されている帯域情報をメモリに確保する（ステップＳ８５）。そして、要求局から要求されている帯域容量と、経路発見要求パケットの記載に基づいて算出される、当該経路におけるホップ当たりの帯域容量とを比較する（ステップＳ８６）。
【０１７４】
ここで、要求局の帯域容量に関する要求が満たされたならば（ステップＳ８７）、タイマー２を停止させる（ステップＳ８８）。そして、メモリ上に格納したホップ当たりの帯域容量の経路発見要求ＲＲＥＱに対し、経路テーブルを作成し（ステップＳ８９）、これまで蓄積していた次ホップ・アドレスのメモリ並びにホップ当たりの通信容量をクリアする（ステップＳ９０）。さらに、その経路発見要求ＲＲＥＱの次ホップ宛てに対して経路発見応答パケットＲＲＥＰを作成し、送信する（ステップＳ９２）。
【０１７５】
また、経路発見要求パケットを受信しなかったときには（ステップＳ７４）、続いて、経路発見応答パケットを受信したかどうかをチェックする（ステップＳ９２）。そして、経路発見応答パケットを受信したときには、それが自局宛てであるかどうかをさらにチェックする（ステップＳ９３）。
【０１７６】
自局宛てでない経路発見要求パケットを受信した場合、もし当該経路発見パケットに対応したタイマー１が起動しているときには、タイマー１を停止させる（ステップＳ９４）。そして、当該パケットの宛て先アドレスを参照して、経路テーブルから次ホップを探し出し、その通信局宛に経路発見応答パケットを転送する（ステップＳ９５）。
【０１７７】
このように自局宛てでない経路発見応答パケットの処理を終えた後、あるいは自局宛ての経路発見応答パケットを受信したときには、当該経路発見応答パケットを送ってきた送信元（Ｓｏｕｒｃｅ）に対する経路テーブルを作成する際、当該パケットを送ってきた隣接局のアドレスを次ホップとして登録する（ステップＳ９６）。
【０１７８】
自局宛てでない経路発見要求パケットの処理を終えたとき、自局宛ての経路発見要求パケットを受信したが要求局が要求する帯域容量を満たす経路が発見できなかったとき、経路発見応答パケットの処理を終えたとき、あるいは経路発見要求パケットも経路発見応答パケットも受信しなかったとき、タイマー２がＴ２を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ９７）。
【０１７９】
タイマー２がＴ２を超えた場合には、タイマーＴ２を停止させ（ステップ９８）、これまで蓄積していた次ホップ・アドレスのメモリ並びにホップ当たりの通信容量をクリアする（ステップＳ９９）。さらに、その経路発見要求ＲＲＥＱの次ホップ宛てに対して経路発見応答パケットＲＲＥＰを作成し、要求されていた経路がないことを伝えるパケットを送信する（ステップＳ１００）。
【０１８０】
自局宛ての経路発見要求ＲＲＥＱに対する経路発見応答ＲＲＥＰを送信した後、あるいは、自局宛てではない経路発見要求ＲＲＥＱに関する経路発見応答ＲＲＥＰを送信した後、あるいは要求されている帯域容量を持つ経路がないことを伝えるパケットを送信した後タイマー１がＴ１を超えたかどうかをチェックする（ステップＳ１０１）。そして、タイマー１がＴ１を超えていなければ、当該処理ルーチンを終了する。また、タイマー１がＴ１を超えた場合には、タイマー１を停止させ（ステップＳ１０２）、当該処理ルーチンを終了する。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１８２】
本明細書では、自律分散型の無線ネットワークにおいて、各通信局が所定のフレーム周期毎にビーコンを報知し合うような通信環境下において本発明を適用した場合を主な実施形態として説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ビーコン信号の交換をベースとしない自律分散型ネットワークや、制御局による集中管理下で動作するネットワークにおいても、本発明を適用することにより、各経路における通信容量を考慮し、周波数利用効率を向上させることをメトリックとした経路発見を行なうマルチホップ伝送を実現することができる。
【０１８３】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、自律分散型ネットワークにおいて各通信局のビーコン送受信手順を説明するための図である。
【図３】図３は、スーパーフレーム内で配置可能なビーコン送信タイミング（ＴＢＴＴ）の構成例を示した図である。
【図４】図４は、ビーコン・フレームのフォーマットの一例を示した図である。
【図５】図５は、ＮＢＯＩの記述例を示した図である。
【図６】図６は、ＴＢＴＴと実際のビーコン送信時刻の関係を示した図である。
【図７】マルチホップ伝送の要求局としての通信局Ｓ及び目的局年の通信局Ｄの間に中継局となりえる複数の通信局Ａ〜Ｄが配置されている通信システムの構成を示した図である。
【図８】各通信局Ｓ、Ａ〜Ｅにおいて、それぞれの区間における容量情報として管理している各隣接局との実効レート情報を示した図である。
【図９】図９は、ＲＲＥＱパケットのフレーム構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、図７に示した通信システムにおける経路作成要求時の経路を示した図である。
【図１１】図１１は、ＲＲＥＰパケットのフレーム構成例を示した図である。
【図１２】図１２は、図７に示した通信システムにおける経路作成要求応答時の経路を示した図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための動作手順を示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための動作手順を示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明に係る通信システムにおいて、通信局がマルチホップ伝送を行なうための動作手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１８５】
１００…無線通信装置
１０１…インターフェース
１０２…データ・バッファ
１０３…中央制御部
１０４…送信データ生成部
１０６…無線送信部
１０７…タイミング制御部
１０９…アンテナ
１１０…無線受信部
１１２…受信データ解析部
１１３…情報記憶部
【図１】
2006033289.tif 000003
【図２】
2006033289.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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