(57)【要約】【課題】  自律的に動作する通信局が同期をとり合いながら干渉し合うことなく自律分散的な無線ネットワークを形成する。【解決手段】  ビーコン信号の受信時刻から自局の時間クロックのタイミングを基準として他局の時間スロットの先頭タイミングを推定し、ある時間区間内において最も時間スロットの先頭タイミングが遅れている通信局に自局の時間スロットを合わせ、自律分散的に同一ネットワーク内の通信局間における時間同期を図る。また、新規参入時や、自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合は、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる。【選択図】  図１６
2005253038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局の自律分散的な動作により構築される無線通信システムであって、
各通信局は、周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局の自律分散的な動作により構築される無線通信システムであって、
各通信局は、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
各通信局は、時間スロットで動作して数時間スロット分からなる所定周期で所定のパケットを交換し合い、自局の時間クロックのタイミングを基準として各周辺局からのパケットの受信時刻から当該周辺局と時間スロットの先頭タイミングを推定し、ある時間区間内において時間スロットの先頭タイミングが最も遅れている又は最も早い通信局を時間同期の基準とする通信局に決定して、自局の時間スロットを合わせる、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
各通信局は、予定時刻に送出されたビーコンであるかどうかを通知するフラグをビーコン情報に追加し、
ビーコン受信局側では、フラグを参照することで、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らす、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合であって、周辺局と時間同期にズレがあると検出された際には、自局の時間スロットの先頭タイミングがある時間区間内において周辺局に比べ最も遅れていたとしても、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
通信局は、時間同期にずれを検出した場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
各通信局は、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードで動作することができ、
確率α（０＜α＜１）で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮するとともに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設ける、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
通信局は、時間同期のずれが継続した場合、又は予定時刻以外のビーコンの送受信が継続した場合には、時間同期の修正処理を所定の確率で実行する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項９】
制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作する無線通信装置であって、
無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する通信制御手段と、
周辺局との時間同期状況を確認する時間同期確認手段と、
前記時間同期確認手段による確認結果に基づいて時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する同期獲得手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作する無線通信装置であって、
無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する通信制御手段と、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定手段と、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
所定のビーコン情報を生成するビーコン情報生成手段と、
他局から受信したビーコン情報を解析するビーコン情報解析手段とをさらに備え、
前記通信制御手段は、時間スロットで動作して数時間スロット分からなる所定周期でビーコン情報を交換し合う動作を行ない、
前記推定手段は、自局の時間クロックのタイミングを基準として各周辺局からのビーコン情報の受信時刻から当該周辺局と時間スロットの先頭タイミングを推定し、
前記同期獲得手段は、ある時間区間内において時間スロットの先頭タイミングが最も遅れている又は最も早い通信局に自局の時間スロットを合わせる、
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１２】
前記ビーコン情報生成手段は、予定時刻に送出されたビーコンであるかどうかを通知するフラグをビーコン情報に追加し、
前記推定手段又は前記同期獲得手段は、フラグを参照することで、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らす、
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】
前記同期獲得手段は、自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合であって、周辺局と時間同期にズレがあると検出された際には、自局の時間スロットの先頭タイミングがある時間区間内において周辺局に比べ最も遅れていたとしても、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる、
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】
前記同期獲得手段は、時間同期にずれを検出した場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す、
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】
前記通信制御手段は、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードにより通信動作を制御することができ、
前記同期獲得手段は、確率α（０＜α＜１）で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮するとともに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設ける、
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】
前記同期獲得手段は、時間同期のずれが継続した場合、又は予定時刻以外のビーコンの送受信が継続した場合には、時間同期の修正処理を所定の確率で実行する、
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１７】
制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作するための無線通信方法であって、
周辺局との時間同期状況を確認する時間同期確認ステップと、
前記時間同期確認ステップにおける確認結果に基づいて時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１８】
制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作するための無線通信方法であって、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１９】
制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作する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、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
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、通信局同士が直接通信（ランダム・アクセス）を行なうことにより無線ネットワークが運営される無線通信システム、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、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・プログラムに係り、特に、自律的に動作する通信局が同期をとり合いながら干渉し合うことなく自律分散的な無線ネットワークを形成する無線通信システム、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】
一般的には、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、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。
【０００８】
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・ポイントに予約して、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。
【０００９】
ところが、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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）。
【００１２】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムでは、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングは、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ)の概念に基づいている。ＢＳＳは、アクセス・ポイント (Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：制御局)のようなマスタが存在する「インフラ・モード」で定義されるＢＳＳと、複数のＭＴ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：移動局）のみにより構成される「アドホック・モード」で定義されるＩＢＳＳ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＢＳＳ）の２種類で構成される。後者のアドホック・モードでは、制御局を配さなくとも自律分散的にピア・ツウ・ピア（Ｐｅｅｒ  ｔｏ  Ｐｅｅｒ）で動作する。そして、ビーコン送信時間になると各端末がランダムな期間をカウントし、その期間が終わるまでに他の端末のビーコンを受信しなかった場合に、自分がビーコンを送信する。
【００１３】
ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１を例にとって、従来の無線ネットワーキングの詳細について説明する。
【００１４】
インフラ・モード：
インフラ・モードのＢＳＳにおいては、無線通信システム内にコーディネイションを行なうアクセス・ポイントが必須である。すなわち、アクセス・ポイントは、自局周辺で電波の到達する範囲をＢＳＳとしてまとめ、いわゆるセルラ・システムで言うところの「セル」を構成する。アクセス・ポイント近隣に存在する移動局は、アクセス・ポイントに収容され、ＢＳＳのメンバとしてネットワークに参入する。
【００１５】
アクセス・ポイントは、適当な時間間隔でビーコンと呼ばれる制御信号を送信する。このビーコンを受信可能である移動局は、アクセス・ポイントが近隣に存在することを認識し、さらにアクセス・ポイントとの間でコネクション確立を行なう。
【００１６】
また、アクセス・ポイント周辺の移動局は、ビーコンを受信することにより、内部のＴＢＴＴフィールドをデコードすることにより次回のビーコン送信時刻を認識することが可能であるから、場合によっては（受信の必要がない場合には）、次回あるいは複数回先のＴＢＴＴまで受信機の電源を落としスリープ状態（後述）に入ることもある。
【００１７】
インフラ・モード時には、アクセス・ポイントのみが所定フレーム周期でビーコンを送信する。他方、周辺移動局はアクセス・ポイントからのビーコンを受信することでネットワークへの参入を果たし、自らはビーコンを送信しない。なお、本発明は、アクセス・ポイントのようなマスタ制御局の介在なしでネットワークを動作させることを主眼とし、インフラ・モードとは直接関連しないことから、インフラ・モードに関してはこれ以上説明を行なわない。
【００１８】
アドホック・モード：
もう一方のアドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作について、図２７を参照しながら説明する。
【００１９】
アドホック・モードのＩＢＳＳにおいては、移動局は複数の移動局同士でネゴシエーションを行なった後に自律的にＩＢＳＳを定義する。ＩＢＳＳが定義されると、移動局群は、ネゴシエーションの末に、一定間隔毎にＴＢＴＴを定める。各移動局は自局内のクロックを参照することによりＴＢＴＴが到来したことを認識すると、ランダム時間の遅延の後、未だ誰もビーコンを送信していないと認識した場合にはビーコンを送信する。
【００２０】
図２７に示す例では、２台の移動局がＩＢＢＳを構成する様子を示している。この場合、ＩＢＳＳに属するいずれか一方の移動局が、ＴＢＴＴが到来する毎にビーコンを送信することになる。また、各移動局から送出されるビーコンが衝突する場合も存在している。
【００２１】
また、ＩＢＳＳにおいても、移動局は必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態（後述）に入ることがある。
【００２２】
ＩＥＥＥ８０２．１１における送受信手順：
アドホック環境の無線ＬＡＮネットワークにおいては、一般的に隠れ端末問題が生じることが知られている。隠れ端末とは、ある特定の通信局間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信局からは聞くことができるが他方の通信局からは聞くことができない通信局のことであり、隠れ端末同士ではネゴシエーションを行なうことができないため、送信動作が衝突する可能性がある。
【００２３】
隠れ端末問題を解決する方法論として、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順によるＣＳＭＡ／ＣＡが知られている。ＩＥＥＥ８０２．１１においてもこの方法論が採用されている。
【００２４】
ここで、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）とは、キャリア検出に基づいて多重アクセスを行なう接続方式である。無線通信では自ら情報送信した信号を受信することが困難であることから、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）ではなくＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式により、他の通信装置の情報送信がないことを確認してから、自らの情報送信を開始することによって、衝突を回避する。
【００２５】
また、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）を送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）を受信したことに応答してデータ送信を開始する。そして、隠れ端末はＲＴＳ又はＣＴＳのうち少なくとも一方を受信すると、ＲＴＳ／ＣＴＳ手続に基づくデータ伝送が行なわれると予想される期間だけ自局の送信停止期間を設定することにより、衝突を回避することができる。送信局にとっての隠れ端末は、ＣＴＳを受信して送信停止期間を設定し、データ・パケットとの衝突を回避し、受信局にとっての隠れ端末は、ＲＴＳを受信して送信期間を停止し、ＡＣＫとの衝突を回避する。
【００２６】
スリープ状態での信号送受信手順：
ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングでは、アドホック・モード時のＩＢＳＳにおいても、移動局は必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態に入ることがある。
【００２７】
ＩＥＥＥ８０２．１１においてＩＢＳＳでスリープ・モードが適用されている場合には、ＴＢＴＴからしばらくの時間帯がＡＴＩＭ（Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｓｓａｇｅ）ウィンドウとして定義されている。このＡＴＩＭウィンドウの時間帯は、ＩＢＳＳに属するすべての移動局は受信機を動作させており、この時間帯であれば、基本的にはスリープ・モードで動作している移動局も受信が可能である。
【００２８】
各移動局は、自局が誰か宛ての情報を有している場合には、このＡＴＩＭウィンドウの時間帯において、上記の通信相手宛にＡＴＩＭパケットを送信することにより、自局が送信情報を保持していることを受信側に通達する。ＡＴＩＭパケットを受信した移動局は、ＡＴＩＭパケットを送信した局からの受信が終了するまで、受信機を動作させておく。
【００２９】
図２８に示す例では、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の３台の移動局がＩＢＳＳ内に存在している場合を例示している。ＴＢＴＴが到来すると、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各移動局はランダム時間にわたりメディア状態を監視しながらバックオフのタイマーを動作させる。同図に示す例では、ＳＴＡ１のタイマーが最も早期に消滅し、ＳＴＡ１がビーコンを送信している。ＳＴＡ１がビーコンを送信したため、これを受信したＳＴＡ２並びＳＴＡ３はビーコンを送信しない。
【００３０】
また、図２８に示す例では、ＳＴＡ１がＳＴＡ２宛の情報を保持しており、且つＳＴＡ２がＳＴＡ３への情報を保持している。このとき、ＳＴＡ１とＳＴＡ２は、ビーコンを送信／受信した後に、再度ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマーを動作させる。同図に示す例では、ＳＴＡ２のタイマーが先に消滅したため、まずＳＴＡ２からＡＴＩＭメッセージがＳＴＡ３に宛てに送信される。ＳＴＡ３はＡＴＩＭメッセージを受信すると、受信した旨をＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）パケットを送信することによりＳＴＡ２にフィードバックする。
【００３１】
ＳＴＡ３からのＡＣＫが送信し終えると、ＳＴＡ１はさらにランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマーを動作させる。タイマーが消滅すると、ＳＴＡ１はＡＴＩＭパケットをＳＴＡ２に宛てて送信する。ＳＴＡ２はこれを受信した旨のＡＣＫパケットを返送することによりＳＴＡ１にフィードバックする。
【００３２】
このようなＡＴＩＭパケットとＡＣＫパケットのやり取りがＡＴＩＭウィンドウ内で行なわれると、その後の区間においても、ＳＴＡ３はＳＴＡ２からの情報を受信するために受信機を動作させ、同様に、ＳＴＡ２はＳＴＡ１からの情報を受信するために受信機を動作させる。
【００３３】
送信情報を保持しているＳＴＡ１並びＳＴＡ２は、ＡＴＩＭウィンドウの終了とともに、ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマーを動作させる。図示の例では、ＳＴＡ２のタイマーが先に消滅したため、ＳＴＡ２からＳＴＡ３宛ての情報が先に伝送されている。この伝送終了の後、ＳＴＡ１は、再度ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマーを動作させ、タイマーが消滅したらＳＴＡ２宛のパケットを送信する。
【００３４】
上記の手順において、ＡＴＩＭウィンドウ内でＡＴＩＭパケットを受信しない通信局や、誰宛てにも情報を保持していない通信局は、次のＴＢＴＴまで送受信機の電源を落とし、消費電力を削減することが可能となる。
【００３５】
【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】
【００３６】
上述したように、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では、各通信局はチャネル上で周期的にビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信可能範囲内）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。通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義される。また、各通信局は、伝送フレーム周期に相当する期間だけチャネル上をスキャン動作することにより、周辺局から送信されるビーコン信号を発見し、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（又はネットワークに参入する）ことができる。
【００３７】
このような無線通信システムでは、各通信局において周辺局との時間の同期を確保しながら、上述のような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必要がある。また、通信局がフレーム周期内で帯域を予約する、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においては、通信局同士で時間の同期を確保することは極めて重要な問題である。
【００３８】
従来の時間同期が必要となる無線通信システムの多くは、制御局の介在により、各通信局がそれぞれ制御局と時間の同期を確保し、同一ネットワークに存在する各通信局間の時間の同期を確保することが可能である。
【００３９】
これに対し、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では、制御局と被制御局の関係を有しないことから、従来のような時間同期を確保する方法は適用することができない。例えば、自律分散型の無線通信システムにおいて、マスタ及びスレーブとなる関係を通信局間で一時的に定義し、一時的に制御局となるような通信局を同一ネットワーク内において作ることで従来の方法を適用し時間同期を確保するという方法も考えられる。しかしながら、どのようにしてマスタとスレーブを決定するか、マスタがネットワークから消滅した場合にどのようにマスタを再設定するかなどの処理が複雑である。
【００４０】
また、アクセス・ポイントなどを経由して通信が行なわれるインフラストラクチャ通信と比較して、アドホック通信では各通信局の処理が大きいことから、処理がさらに増大することは好ましくない。このことから、自律分散型の通信システムでは、比較的単純な処理で各通信局間との時間同期が確保できる技術が必要である。
【００４１】
本発明は上述したような技術的課題を勘案したものであり、その主な目的は、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。
【００４２】
本発明のさらなる目的は、自律的に動作する通信局が同期をとり合いながら干渉し合うことなく自律分散的な無線ネットワークを形成することができる、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。
【００４３】
本発明のさらなる目的は、自律分散的な無線ネットワークにおいて、通信局が比較的単純で負荷の低い処理により他の通信局との間で時間同期をとることができる、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】
【００４４】
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の自律分散的な動作により構築される無線通信システムであって、
各通信局は、周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する、
ことを特徴とする無線通信システムである。時間同期の修正を行なう場合、通信局は、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ここで、無線通信システムでは、各通信局において周辺局との時間の同期を確保しながら、上述のような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必要がある。例えば、各通信局がフレーム周期内で帯域を予約する、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においては、時間の同期確保は重要な問題である。
【００５０】
特定の制御局の管理下に置かれる無線通信システムでは、制御局の介在により、各通信局がそれぞれ制御局と時間の同期を確保し、同一ネットワークに存在する各通信局間の時間の同期を確保することが可能である。これに対し、制御局と被制御局の関係を有しない自律分散型の無線通信システムでは、制御局となる通信局が存在しないことから、このような時間同期を確保する方法は適用することができない、という問題がある。
【００５１】
そこで、本発明では、自律分散的に動作する各通信局が、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、その基準となる通信局と時間同期を図ることにより、同一ネットワーク内に存在するすべての通信局間との時間同期の確保を実現するようにした。
【００５２】
すなわち、ビーコン信号などの各通信局間で周期的に交換されるパケットの受信時刻から自局の時間クロックのタイミングを基準として他局の時間スロットの先頭タイミングを推定する。そして、ある時間区間内において最も時間スロットの先頭タイミングが遅れている通信局に自局の時間スロットを合わせることにより、自律分散的に同一ネットワーク内の通信局間における時間同期を図る。
【００５３】
また、別のネットワークとの交錯や新規通信局の参入などによりビーコンの予定していた送信タイミングに狂いが生じた場合において、周辺局はそのビーコンの受信時刻から他局の時間スロットの先頭タイミングを推定するため、実際とは異なる時間スロット・タイミングを推定し、その結果、時間同期にズレが生じる恐れがある。
【００５４】
そこで、予定時刻に送出されたビーコンであるかどうかを通知するフラグをビーコン情報に追加しておくことようにしてもよい。このような場合、ビーコン受信局側では、フラグを参照することで、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らし、信頼性の高いネットワーク内の時間同期を確保することができる。
【００５５】
また、周辺局と時間の同期がとれていない通信局において、予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合には、上述したような周辺局との周期タイミングの相違の推定に基づく時間同期確保方法では、自局及び周辺局のどちらにおいても時間スロットの修正が行なわれず、その結果、いつまでも時間同期がずれた状況が続くという可能性がある。
【００５６】
そこで、本発明では、自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合であって、周辺局と時間同期にズレがあると検出された際には、自局の時間スロットの先頭タイミングがある時間区間内において周辺局に比べ最も遅れていたとしても、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせることで、時間同期ずれの状況が続くことを防ぐようにしてもよい。
【００５７】
また、上述したような時間同期の修正処理を適用した場合、複数の通信局間において、偶然に同一のタイミングで時間同期のずれを修正しようとすると、時間同期が収束しない可能性がある。それが、定常的なパターンで繰り返された場合には、いつまでも時間同期が収束しないという懸念がある。
【００５８】
そこで、本発明では、通信局は、時間同期にずれを検出した場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施すことにより、時間同期の修正が収束しない問題を回避するようにしてもよい。
【００５９】
また、消費電力の低減を目的として、周辺局とデータの送受信を行なっていない通信局において、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードが多くの無線ネットワーク・システムで導入されている。しかしながら、上述したように、自局の時間スロット・タイミングの修正を確率的な処理で行なう場合、特に間欠受信する通信局においては次の時間同期処理までの間が間欠受信のために長時間になるため、時間同期の修正が行なわれるまでの時間が長時間化する恐れがある。
【００６０】
そこで、間欠受信する通信局を考慮した時間同期処理の方法として、確率α（０＜α＜１）で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮する。さらに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設けることにより、特に間欠受信する通信局において問題となりうる時間同期ずれの検出から修正までの長時間化を防ぐようにしてもよい。
【００６１】
また、予定時刻以外のビーコンの送受信が継続している場合や、時間同期タイミングの誤差を推定し周辺局同士が互いに修正を続けている場合が発生したときには、いつまでも時間同期のずれが検出し続ける可能性が考えられる。また、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定に基づいて時間同期の基準とする通信局を決定して時間同期を図る場合、各通信局における同期タイミングの相違が基準局か否かを判断する値にちょうど一致するときには、いずれの通信局も時間同期の修正処理を実行しない可能性がある。
【００６２】
そこで、時間同期のずれが継続した場合、又は予定時刻以外のビーコンの送受信が継続した場合には、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なった結果、周辺局との時間同期を図る必要がないと判断された場合であっても、時間同期の修正処理を所定の確率で実行するようにしてもよい。これによって、ネットワーク環境時や時間同期のずれが起こり続けるような定常的な時間同期の修正処理が発生時においても、時間同期の確保が可能となる。例えば、先に時間同期の修正処理が必要と判断された通信局が他方の通信局の時間スロットのタイミングに合わせて時間同期の修正を行なう。
【００６３】
また、本発明の第２の側面は、特定の制御局を配置しない無線通信環境下で動作する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、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
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。
【００６４】
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】
【００６５】
本発明によれば、特定の制御局を配置せずに各通信局が自律分散的にネットワーク動作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ができる。
【００６６】
また、本発明によれば、自律的に動作する通信局が同期をとり合いながら干渉し合うことなく自律分散的な無線ネットワークを形成することができる、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。
【００６７】
本発明によれば、自律分散的に動作する各通信局が、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、その基準となる通信局と時間同期を図ることにより、同一ネットワーク内に存在するすべての通信局間との時間同期の確保を実現することができる。
【００６８】
したがって、本発明によれば、アドホック・ネットワークにおいて時間同期をベースとしたアクセス方式を容易に採用することが可能となる。
【００６９】
また、本発明によれば、アクセス・ポイントや時間同期を管理する制御局などに依存した時間同期を必要とする無線通信システムとは異なり、アクセス・ポイントや制御局が消滅した際の処理を考慮したシステム設計を行なう必要がない。また、各通信局における同期処理の負荷を軽減することが可能であることから、同期処理に伴う消費電力の削減が可能である。
【００７０】
また、本発明によれば、複数のネットワークが交錯した場合においても、容易にネットワーク間での時間同期を確保することができることから、接続性に優れたアドホック・ネットワークの構築が可能となる。
【００７１】
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】
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
また、本発明に係る無線ネットワークでは、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が行なわれる。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。
【００７６】
本発明の一実施形態では、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａに通信環境を想定している。
【００７７】
このように制御局と被制御局の関係を有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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
本実施形態では、中央制御部１０３は、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ことにより、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実現する。また、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、中央制御部１０３は、スーパーフレーム内で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方式を実現するために、通信局間で時間の同期獲得の処理を行なう。この時間同期の獲得処理は、自局の時間クロックのタイミングを基準として各周辺局からのパケットの受信時刻から当該周辺局と時間スロットの先頭タイミングの推定し、この推定結果に基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図ることにより行なわれる。時間の同期獲得に関しては、後に詳解する。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
アンテナ１０９は、他の無線通信装置宛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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）や隣接局リスト）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において適宜利用される。
【００９２】
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、本明細書では「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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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ミリ秒に規定した場合、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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）。
【０１０７】
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、後述に譲る。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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（後述）、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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
図７には、新規に参入した通信局が周辺局から受信したビーコンから得た各ビーコンのＮＢＯＩに基づいて自局のＴＢＴＴを設定する様子を示している。但し、ＮＢＯＩは、スーパーフレーム内に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ＮＢＯＩが１６ビットで構成される（すなわち、１スーパーフレームが１６スロットで構成される）例を用いて説明する。
【０１２６】
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。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。
【０１２７】
図７に示す例では、新規に登場した通信局Ａに着目し、通信局Ａの周辺には通信局０、通信局１、通信局２が存在しているという通信環境を想定している。そして、通信局Ａは、スキャン動作によりスーパーフレーム内にこの３つの局０〜２からのビーコンが受信できたとする。
【０１２８】
ＮＢＯＩフィールドは、周辺局のビーコン受信時刻を自局の正規ビーコンに対する相対位置に対応するビット位置にマッピングしたビットマップ形式で記述している（前述）。そこで、通信局Ａでは、周辺局から受信できた３つのビーコンのＮＢＯＩフィールドを各ビーコンの受信時刻に応じてシフトして時間軸上でビットの対応位置を揃えた上で、各タイミングのＮＢＯＩビットのＯＲをとって参照する。
【０１２９】
周辺局のＮＢＯＩフィールドを統合して参照した結果、得られている系列が図９中“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”で示されている「１１０１，０００１，０１００，１０００」であり、１はスーパーフレーム内で既にＴＢＴＴが設定されているタイミングの相対位置を、０はＴＢＴＴが設定されていないタイミングの相対位置を示している。この系列において、スペース（ゼロ）の最長ランレングスは３であり、候補が２箇所存在していることになる。図７に示す例では通信局Ａは、このうち１５ビット目を自局の正規ビーコンのＴＢＴＴに定めている。
【０１３０】
通信局Ａは、１５ビット目の時刻を自局の正規ビーコンのＴＢＴＴ（すなわち自局のスーパーフレームの先頭）として設定し、ビーコンの送信を開始する。このとき、通信局Ａが送信するＮＢＯＩフィールドは、ビーコン受信可能な通信局０〜２のビーコンの各受信時刻を、自局の正規ビーコンの送信時刻からの相対位置に相当するビット位置をマークしたビットマップ形式で記載したものである、図７中の“ＮＢＯＩ ｆｏｒ ＴＸ  （１  Ｂｅａｃｏｎ  ＴＸ）”で示す通りとなる。
【０１３１】
なお、通信局Ａが帯域確保のために優先送信権を得るなどの目的で補助ビーコンを送信する際には、さらにこの後、周辺局のＮＢＯＩフィールドを統合した“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”で示されている系列のスペース（ゼロ）の最長ランレングスを探し、探し当てたスペースの箇所に補助ビーコンの送信時刻を設定する。図７に示す例では、２つの補助ビーコンを送信する場合を想定しており，“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”の６ビット目と１１ビット目のスペースの時刻に補助ビーコンの送信タイミングを設定している。この場合、通信局Ａが送信するＮＢＯＩフィールドは、自局の正規ビーコンと周辺局の受信ビーコンの相対位置に加え、さらに自局がビーコン送信を行なっている箇所（正規ビーコンに対する相対位置）にもマークされ、“ＮＢＯＩ ｆｏｒ ＴＸ （３ Ｂｅａｃｏｎ ＴＸ）”で示されている通りとなる。
【０１３２】
各通信局が上述したような処理手順で自局のビーコン送信タイミングＴＢＴＴを設定してビーコンの送信を行なう場合、各通信局が静止して電波の到来範囲が変動しないという条件下では、ビーコンの衝突を回避することができる。また、送信データの優先度に応じて（すなわち必要な帯域に応じて）、正規ビーコンの他に補助ビーコン（又は複数のビーコンに類する信号）をスーパーフレーム内で送信することにより、優先的にリソースを割り当て、ＱｏＳ通信を提供することが可能である。また、周辺から受信したビーコン数（ＮＢＯＩフィールド）を参照することにより、各通信局がシステムの飽和度を自律的に把握することができる。したがって、分散制御システムでありながら、通信局毎に系の飽和度を加味しつつ優先トラヒックの収容を行なうことが可能となる。さらに、各通信局が受信ビーコンのＮＢＯＩフィールドを参照することで、ビーコン送信時刻は衝突しないように配置されるので、複数の通信局が優先トラヒックを収容した場合であっても、衝突が多発するといった事態を避けることができる。
【０１３３】
Ｃ．自律分散型ネットワークにおけるアクセス手順
通信局として動作する無線通信装置１００は、特定の制御局を配置しない通信環境下で、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームにより伝送チャネルを効果的に利用した伝送制御、あるいはＣＳＭＡ／ＣＡに基づくランダム・アクセスなどの通信動作を行なう。
【０１３４】
各通信局は、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が行なわれる。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。
【０１３５】
本実施形態では、各通信局はビーコンを一定間隔で送信しているが、ビーコンを送信した後しばらくの間は、該ビーコンを送信した局に送信の優先権を与えることで、信号の往来を自律分散的に管理し、通信帯域（ＱｏＳ）を確保するようにしている。図８には、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示している。本明細書では、この優先送信区間のことを「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ Ｐｅｒｉｏｄ（ＴＰＰ）」と定義する。
【０１３６】
図９には、ビーコン送信局に優先送信期間ＴＰＰを与える場合のスーパーフレーム（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示している。同図に示すように、各通信局からのビーコンの送信に続いて、そのビーコンを送信した通信局のＴＰＰが割り当てられるが、ＴＰＰに続く区間を「Ｆａｉｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ（ＦＡＰ）」と定義され、すべての通信局において通常のＣＳＭＡ／ＣＡ方式により通信が行なわれる。そして、次の通信局からのビーコン送信タイミングでＦＡＰが終わり、以降は同様にビーコン送信局のＴＰＰとＦＡＰが続く。
【０１３７】
各通信局は、基本的にはスーパーフレーム毎に１回のビーコンを送信するが、場合に応じて、複数個のビーコンあるいはビーコンに類する信号を送信することが許容され、ビーコンを送信する度にＴＰＰを獲得することができる。言い換えれば、通信局は、スーパーフレーム毎に送信するビーコンの個数に応じて優先的な送信用のリソースを確保できることになる。ここで、通信局がスーパーフレームの先頭で必ず送信するビーコンのことを「正規ビーコン」、それ以外のタイミングでＴＰＰ獲得又はその他の目的で送信する２番目以降のビーコンのことを「補助ビーコン」と呼ぶ。
【０１３８】
図１０には、通信局がＴＰＰ区間及びＦＡＰ区間においてそれぞれ送信を開始するための動作を図解している。
【０１３９】
ＴＰＰ区間内では、通信局は、自局のビーコンを送信した後、より短いバケット間隔ＳＩＦＳの後に送信を開始することができる。図示の例では、ビーコン送信局はＳＩＦＳの後にＲＴＳパケットを送信する。そして、その後も、送信されるＣＴＳ、データ、ＡＣＫの各パケットも同様にＳＩＦＳのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔されず、一連の通信手順を実行することができる。
【０１４０】
これに対し、ＦＡＰ区間では、ビーコン送信局は、他の周辺局と同様にＬＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機してから送信開始する。言い換えれば、すべての通信局にランダムなバックオフにより送信権が均等に与えられることになる。図示の例では、他局のビーコンが送信された後、まずＬＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、さらにランダム・バックオフを行ない、この間にも送信信号が存在しない場合に、ＲＴＳパケットを送信する。なお、ＲＴＳ信号に起因して送信されるＣＴＳ、データ、ＡＣＫなどの一連のパケットはＳＩＦＳのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔されず、一連の通信手順を実行することができる。
【０１４１】
上述した信号の往来管理方法によれば、優先度の高い通信局がより短いフレーム間スペースを設定することで優先的に送信権を獲得することができる。
【０１４２】
但し、優先送信期間ＴＰＰは、最小ビーコン間隔以下の一定期間に固定され、その後はＦＡＰというすべての通信局が共通のＩＦＳとランダム・バックオフで均等な条件で通信権を得る期間へと移行する。このため、通信局が、上位レイヤからの要求により、スーパーフレーム毎に１回のビーコン送信で得られる優先送信期間ＴＰＰを超えた通信帯域が必要となった場合には、例えば正規ビーコン以外に補助ビーコンを送信し、さらにＴＰＰの獲得を行なうことができるようになっている。
【０１４３】
図１１には、通信局が補助ビーコンという仮想的なビーコンを複数送信して、この優先利用期間を増やす様子を示している。図示の例では、通信局＃１は、上位レイヤから要求された通信帯域を確保するために、スーパーフレーム内で開いているビーコン・スロットを発見し、自局の補助ビーコンを配置することにより、１スーパーフレームで複数のＴＰＰを得ている。ＮＢＯＩ情報の交換により自律分散的にスーパーフレームを構築するシステムにおいては、隠れ端末問題も考慮して空きビーコン・スロットを探索することができるので、補助ビーコンを利用した帯域の獲得方法は簡易である。
【０１４４】
図１２には、本実施形態において、通信局として動作する無線通信装置の状態遷移図を示している。図示の例では、自局が優先送信権を獲得しているＴＰＰ期間に相当する「優先送信モード」と、すべての通信局が優先送信権を得ていないＦＡＰ期間に相当する「通常送信モード」という２つの状態が定義されている。
【０１４５】
通信局は、通常動作モード下では、ＬＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機してから送信開始する。
【０１４６】
ここで、自局のビーコン送信タイミングＴＢＴＴが到来し、ビーコンを送信した後、優先送信モードに遷移し、優先送信期間ＴＰＰを獲得する。
【０１４７】
優先送信モード下では、ＳＩＦＳのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔されず、送信権を獲得することができる。
【０１４８】
通信局は、上位レイヤから要求される帯域量に相当する長さの優先送信期間ＴＰＰだけ優先送信モードを継続する。
【０１４９】
そして、ＴＰＰが終了し、ＦＡＰへ移行したとき、あるいは他局のビーコンを受信したときには、優先送信モードから通常動作モードへ復帰する。
【０１５０】
また、図１３には、通信局として動作する無線通信装置の状態遷移図についての他の例を示している。図示の例では、自局が優先送信権を獲得しているＴＰＰ期間に相当する「優先送信モード」と、すべての通信局が優先送信権を得ていないＦＡＰ期間に相当する「通常送信モード」に加え、他局の優先送信期間ＴＰＰに相当する「優先送信モード」という状態が定義されている。
【０１５１】
通信局は、通常動作モード下では、通常のフレーム間隔ＭＩＦＳにランダム・バックオフを加えた期間だけ待機してから送信開始する。ＦＡＰの期間中はシステム内のすべての通信局は、ＭＩＦＳ＋バックオフにて送信する
【０１５２】
ここで、自局のビーコン送信タイミングＴＢＴＴが到来し、ビーコンを送信した後、優先送信モードに遷移し、優先送信期間ＴＰＰを獲得する。
【０１５３】
優先送信モード下では、ＭＩＦＳよりも短いフレーム間隔ＳＩＦＳの待機時間だけで送信することにより、近隣局に邪魔されず、送信権を獲得することができる。通信局は、上位レイヤから要求される帯域量に相当する長さの優先送信期間ＴＰＰだけ優先送信モードを継続する。そして、ＴＰＰが終了し、ＦＡＰへ移行したときには、通常送信モードへ復帰する。
【０１５４】
また、他局からのビーコンを受信し、当該他局の優先送信期間に突入したときには、非優先送信モードに遷移する。非優先送信モード下では、通常送信モード時のフレーム間隔ＭＩＦＳよりもさらに長いフレーム間隔ＬＩＦＳにランダム・バックオフを加えた期間だけ待機してから送信開始する。
【０１５５】
そして、他局のＴＰＰが終了し、ＦＡＰへ移行したときには、通常送信モードへ復帰する。
【０１５６】
Ｄ．自律分散型ネットワークにおける時間同期の獲得
上述したように、制御局と被制御局の関係を有しない自律分散型の無線通信システムでは、各通信局はチャネル上で周期的にビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信可能範囲内）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。通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、伝送フレーム周期すなわちスーパーフレームはビーコン間隔によって定義される。また、各通信局は、スーパーフレームに相当する期間だけチャネル上をスキャン動作することにより、周辺局から送信されるビーコン信号を発見し、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（又はネットワークに参入する）ことができる。
【０１５７】
各通信局は、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ことができる。
【０１５８】
このように時間同期をベースにしたアクセス方式を採用する自律分散型の無線通信システムでは、各通信局において周辺局との時間の同期を確保しながら、上述のような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必要がある。また、各通信局がフレーム周期内で優先利用期間ＴＰＰを設定するなど時間同期をベースにしたアクセス方式においては、通信局同士で時間の同期を確保することは極めて重要な問題である。
【０１５９】
ここで、自律分散型ネットワークにおいて通信局間で時間同期を図るための、簡単に思いつく方法として、各通信局において時間同期を図る通信局を適当（ランダム）に選択する方法が挙げられる。図２９に示す例では、各通信局において時間同期を図るために基準となる通信局がそれぞれ、通信局＃１→通信局＃６（基準とする通信局）、通信局＃２→通信局＃１、通信局＃３→通信局＃２、通信局＃４→通信局＃３、通信局＃５→通信局＃４、通信局＃６→通信局＃５となっている。このような場合、各通信局において時間同期を図るタイミングによっては、同図に示すように同一ネットワーク内の時間同期が収束しない可能性が考えられる。
【０１６０】
また、別の方法として、アドホック・ネットワークにおいて時間同期の基準となる通信局を周辺局との情報交換（シグナリング）によって一意に決定した後、各通信局が自律分散的にその決定した基準となる通信局と時間同期を確保する方法が考えられる。具体的な方法としては、シグナリングにより同一ネットワーク内において各通信局においてそれぞれマスタ及びスレーブとなる関係を通信局間で一時的に定義し、一時的に制御局となるような通信局を同一ネットワーク内において作ることで従来の方法を適用し時間同期を確保するという方法である。
【０１６１】
しかしながら、自律分散型のネットワーク環境の場合、ある特定の通信局間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信局からは聞くことができるが他方の通信局からは聞くことができない通信局が存在するという隠れ端末問題（前述）がある。このような場合、以下に示すような局面において、マスタとスレーブの決定の困難さや制御処理の複雑さが存在するとともに、また頻繁に発生する情報交換に伴うオーバーヘッドの増大が懸念される。
【０１６２】
（１）ネットワーク・トポロジの変化に伴うマスタとスレーブの切り替え
（２）マスタがネットワークから消滅した場合のマスタの再設定
（３）通信範囲が限定されることにより同一ネットワークに複数のマスタによる管理
【０１６３】
そこで、本発明者らは、各通信局が自律的に周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期の状況に応じた同期獲得方法を提案する。通信局は、スーパーフレーム毎に時間同期の状況を確認し、時間同期の修正が必要であると判別した場合には、自局は時間同期の修正処理を行なわない（周辺局が修正処理を行なう）、時間同期の修正処理を必ず実行する、又は所定の確率で修正処理を実行する、のうちいずれかの方法を決定する（図３０を参照のこと）。そして、この３つの処理を巧みに使い分けることにより、自律分散型の無線ネットワークで想定されるさまざまな状況下において周辺局との時間同期をとることが可能となる。
【０１６４】
時間同期の修正処理を行なう場合、通信局が自律分散的に周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう。そして、推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、その基準となる通信局と時間同期を図ることにより、同一ネットワーク内に存在する通信局間との時間同期を確保する。以下で説明する時間同期の動作の流れは、以下に示す２つの手順に大別される。
【０１６５】
（１）周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定
（２）推定パラメータに基づく時間同期の基準とする通信局の決定
【０１６６】
以下では、１つの実施形態として、伝送フレーム周期で送信されるビーコンを利用することで、周辺局のスーパーフレームの先頭タイミングを推定し、周辺局の時間スロットのタイミングを推定することにより自局の時間スロットのタイミングと比較して時間のずれを修正する方法について、各手順に沿いながら説明する。
【０１６７】
Ｄ−１．周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定
図１４には、各通信局のビーコン送信手順について図解している。各通信局は、周辺で発信されるビーコンを聞きながら、緩やかに同期する。新規に通信局が現れた場合、新規通信局は既存の通信局のビーコン送信タイミング（スーパーフレームの先頭タイミングと等価）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。
【０１６８】
ここで、周辺に通信局が存在しない場合、通信局＃１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。その後、通信局＃１は、スーパーフレーム間隔でビーコンを送信する。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決定する。
【０１６９】
但し、最小のビーコン間隔Ｂminを規定しておき、そのＢminを時間スロットの最小単位とする。そして、帯域（スーパーフレーム）内がビーコンで溢れないように、各スロットに２以上のビーコン送信タイミングの配置を許容しないように規定しておく。また、１スーパーフレーム内に存在する時間スロットの数は、１スーパーフレーム時間をＢmin時間で割った値となり、この値が同一ネットワークに存在することが可能な通信局数の上限となる（前述）。
【０１７０】
図１５には、周辺局に関するスーパーフレームの先頭タイミングの推定方法を示している。同図では、通信局＃２において通信局＃１のスーパーフレームの先頭タイミングを推定する場合の具体例を挙げている。
【０１７１】
具体例１として、通信局＃１のビーコンがスーパーフレームの先頭で送信される場合、通信局＃２において推定される通信局＃１のスーパーフレームの先頭タイミングはビーコンの受信時刻となる。また、具体例２として、通信局＃１のビーコンがスーパーフレームの先頭からオフセット時間ずれた時刻で送信される場合、通信局＃２において推定される通信局＃１のスーパーフレームの先頭タイミングはビーコンの受信時刻から通信局＃１のオフセット時間を引いた時刻となる。
【０１７２】
但し、通信局＃２において、通信局＃１のオフセット時間を事前に把握しておく必要がある。その実施例として、自局のオフセット時間ＴＢＴＴに関する情報をビーコン情報として付加する方法が考えられる。図４に示した例では、ＴＢＴＴオフセットに関する情報をビーコン・フレーム内のＴＯＩＳフィールドに記載している（前述）。なお、実施方法は、周辺局に自局のオフセット時間を事前に把握させることができれば、その限りではない。例えば、シグナリングにより互いのオフセット時間を交換する方法を用いて実施することも可能である。
【０１７３】
Ｄ−２．推定パラメータに基づく時間同期の基準とする通信局の決定
時間同期の基準とする通信局を決定して時間同期を確保する手順について、図１６及び図１７を参照しながら説明する。
【０１７４】
上述したように、通信局は、周辺局からのビーコンを受信し、推定したスーパーフレームの先頭タイミングからＢmin間隔を考慮して、周辺局の時間スロット・タイミングを推定することができる。図１６及び図１７に示す例では、通信局＃２において、受信したビーコンのタイミングに基づいて通信局＃１の時間スロット・タイミングを推定することができ、その推定結果と自局の現在の時間スロット・タイミングとを比較することにより、通信局＃２において、通信局＃１と比較してどの程度時間の同期ずれが生じているかが判る。そして、各通信局において自律分散的に、同期ずれの程度より時間同期の基準とする通信局を決定する。
【０１７５】
図１６及び図１７に示す例では、時間同期の基準とする通信局は、周辺局の時間スロット・タイミングが自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局としている。
【０１７６】
図１６に示す例では、通信局＃１が時間同期の基準とする通信局となり、通信局＃２は時間スロット・タイミングを通信局＃１と一致するようにスーパーフレームの先頭タイミングの再設定を行なっている。
【０１７７】
まず、通信局＃２は、通信局＃１のスーパーフレームの先頭（すなわち、通信局＃１からのビーコンの受信タイミング）より、Ｂmin間隔の時間スロット・タイミングを推定する。次いで、通信局＃１の時間スロット・タイミングが自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れているので、自局の時間スロット・タイミングを通信局＃１に合わせる。そして、通信局＃２は、新しい時間スロット・タイミングを用いて、ビーコンの送信タイミング、すなわち自局のスーパーフレームの先頭を決定する。
【０１７８】
一方、図１７に示す例では、通信局＃２にとって時間同期の基準とする通信局が存在しない（つまり、周辺局にとって自局が時間同期の基準となる通信局となる）ことになり、スーパーフレームの先頭タイミングの再設定は行なわない。このため、通信局＃２がビーコンを送出した後、通信局＃１が通信局＃２との時間同期のずれを検出し、時間スロット・タイミングの修正を行なうことになる。
【０１７９】
この場合、通信局＃２は、通信局＃１のスーパーフレームの先頭（すなわち、通信局＃１からのビーコンの受信タイミング）より、Ｂmin間隔の時間スロット・タイミングを推定する。図示の例では、通信局＃１の時間スロット・タイミングが自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２を超えて遅れているので、自局の時間スロット・タイミングを設定し直さない。その後、通信局＃１は、通信局＃２からのビーコンを受信し、通信局＃１のスーパーフレームの先頭より、Ｂmin間隔の時間スロット・タイミングを推定する。そして、通信局＃２の時間スロット・タイミングが自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れているので、自局の時間スロット・タイミングを通信局＃２に合わせる。そして、通信局＃１は、新しい時間スロット・タイミングを用いて、ビーコンの送信タイミング、すなわち自局のスーパーフレームの先頭を決定する。
【０１８０】
図１８には、通信局において、推定した周辺局の時間スロット・タイミングより基準とする通信局を決定するまでの処理手順をフローチャートの形式で示している。この動作は、実際には通信局として動作する無線通信装置１００内で中央制御部１０３が所定の実行手順命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０１８１】
当該処理手順において使用される各変数を初期化する（ステップＳ１）。すなわち、時間スロットの基準となる通信局を保持する変数ＢＴ、ビーコン送信元の通信局をインデックスｉを用いて保持する配列方変数ＴＸ［ｉ］、自局の時間スロットの先頭タイミングと比較して遅れている推定時間を保持する変数ｄｔｉｍｅを定義する。
【０１８２】
そして、受信したビーコンについての以下のチェックを、各周辺局ＴＸ［ｉ］に対し順次行なう（ステップＳ２、Ｓ７）。
【０１８３】
まず、自局の時間スロットの先頭タイミングと比較し、推定時間スロット・タイミングＸがＢmin／２以下の遅れであるかどうかをチェックする（ステップＳ３）。
【０１８４】
推定時間スロット・タイミングＸの遅れがＢmin／２を超える場合には、ここでは何もしない。一方、推定時間スロット・タイミングＸの遅れがＢmin／２以下である場合には、続いて、時間スロットの基準となる通信局ＢＴが決まっているかどうかをチェックする（ステップＳ４）。
【０１８５】
基準となる通信局ＢＴがまだ決まっていない場合には、当該周辺局ＴＸ［ｉ］を時間スロットの基準となる通信局ＢＴと暫定的に決定する（ステップＳ５）。また、基準となる通信局ＢＴが決まっている場合には、さらに、その基準となる通信局ＢＴと、当該周辺局ＴＸ［ｉ］とで、自局の時間スロットの先頭タイミングからの遅れの大小を比較する（ステップＳ６）。そして、当該周辺局ＴＸ［ｉ］の方が自局の時間スロットの先頭タイミングからの遅れが大きい場合には、当該周辺局ＴＸ［ｉ］を時間スロットの基準となる通信局ＢＴと暫定的に決定する（ステップＳ５）。
【０１８６】
そして、すべての周辺局に対し、これらの処理を行なった後、決定されたものを時間スロットの基準となる通信局ＢＴとして決定する（ステップＳ８）。
【０１８７】
ここで、ＢＴがＮＵＬＬ、すなわち、いずれの周辺局も時間スロットの基準となる通信局ＢＴとして決定することができなかった場合には（ステップＳ９）、自局を基準の通信局ＢＴとして決定する（ステップＳ１０）。
【０１８８】
図１９には、時間同期の基準とする通信局が複数存在する場合についての時間同期を確保する手順を図解している。この場合、最も遅れている通信局に時間同期を合わせるように動作する。図示の例では、通信局＃１と通信局＃２は時間同期がとれているため、通信局＃３と通信局１及び通信局＃２との同期ずれの程度はほとんど同じであるが、通信局＃３は、推定した同期ずれの時間からその時間がより大きい通信局に時間スロット・タイミングを合わせることになる。図１９に示す例では、通信局＃３が同期ずれを修正することにより、通信局＃１、通信局＃２及び通信局＃３の間で時間同期が確保されることになる。
【０１８９】
また、時間同期の基準とする通信局を決定するための別の方法として、新規参入時に限り既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するという方法がある。この場合、自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とするという上述のルールを適用する場合であっても、新規参入時に限り、時間同期の基準が自局であったとしても、他局に時間同期させることにより、既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入する。
【０１９０】
つまり、図１７に示した場面を想定する場合、通信局＃１、通信局＃２、通信局＃３、…の順でネットワークに参入することから、通信局＃２が通信局＃１と時間スロット・タイミングを合わせた後、通信局＃２はビーコンを送出することになるので、上記とは獲得された時間同期のスロット・タイミングが相違することになる。
【０１９１】
また、図２０には、新規参入局が既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するというルールを適用した場合における、新規参入時における時間同期を確保する動作例を図解している。同図では、通信局＃１と通信局＃２の間で既に時間同期が確保されている状態で、通信局＃３が新規に参入するという場面を想定している。
【０１９２】
通信局＃１と通信局＃２の間では、自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とする、というルールに従って、両局間では時間スロット・タイミングが合わせられている。
【０１９３】
ここで、通信局＃３が新規に参入してきたとする。通信局＃３にとっては、自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局が存在しないので、通常であれば自局が基準局となる。ところが、新規参入局が既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するというルールを適用することにより、通信局＃３は、通信局＃１と通信局＃２のうち最も遅れている時間スロット・タイミングに合わせることになる。図２０に示した例では、通信局＃１と通信局＃２の間では既に時間同期が確保されているので、これらの時間スロット・タイミングに合わせることで、系内での時間同期が確保されたことになる。
【０１９４】
また、図２１には、新規参入局が既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するというルールを適用した場合における、新規参入時における時間同期を確保する他の動作例を図解している。図示の例では、既存の通信局＃１と通信局＃２の間でまだ時間同期が確保されていない状態で、通信局＃３が新規に参入する、という場面を想定している。
【０１９５】
まず、新規参入した通信局＃３は、通信局＃１と通信局＃２のうち最も遅れている時間スロット・タイミングに合わせる。図示の例では、通信局＃３は通信局＃２の時間スロット・タイミングに合わせることになる。
【０１９６】
次いで、通信局＃２は、自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とする、というルールに従って、通信局＃１の時間スロット・タイミングに合わせる。
【０１９７】
さらで、通信局＃３は、今度は自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とする、という通常のルールに従って、通信局＃１（通信局＃２）の時間スロット・タイミングに合わせる。この結果、系内のすべての通信局同士で時間同期が確保されたことになる。
【０１９８】
このように既存のネットワークに存在する通信局が複数の場合には、新規参入局は、自局を除いて時間同期の基準となる通信局を決定した後、同様の方法により時間スロット・タイミングの修正を図ることができる。
【０１９９】
図２２には、別のネットワークが交錯した場合において、各通信局の間での時間同期を確保する様子を示している。同図では、通信局＃１〜通信局＃４からなるネットワーク＃１と、通信局＃５〜通信局＃８からなるネットワーク＃２の２つのネットワークがそれぞれ存在している場面を想定している。
【０２００】
これら各ネットワークは、初めは独立して存在している。その後、ネットワーク＃２に存在している通信局＃５が移動し、ネットワーク＃１に存在している通信局＃３と通信が可能な領域に達する。
【０２０１】
この結果、通信局＃３と通信局＃５の間において時間の同期確保が行なわれることになる。ここでは、通信局＃５が通信局＃３の時間スロット・タイミングに自局の時間スロット・タイミングを合わせるものとする。
【０２０２】
すると、通信局＃５〜通信局＃８からなるネットワーク＃２において、通信局＃５を基準として時間同期がなされ、最終的にはネットワーク＃１とネットワーク＃２との間の時間同期が確保される。
【０２０３】
図３４には、通信局が基準局との時間同期のずれを修正するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、最も遅いビーコン送信タイミングを持つ通信局を基準局として扱うものとする。通信局は、基準局との時間同期のずれ量αを算出し（ステップＳ４１）、自局のＴＢＴＴタイミングをαだけ遅らせる（ステップＳ４２）。
【０２０４】
Ｄ−３．推定誤差による時間同期ずれへの対応（１）
これまでの説明で、自局の時間スロット・タイミングよりＢmin／２以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とするというルール、さらには新規参入局が既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するというルールを適用することで、ネットワークを構成する通信局同士、あるいは交錯するネットワーク間の通信局同士で時間同期を確保することができることが理解できよう。
【０２０５】
但し、これらは時間スロット・タイミングの推定に利用するパケット（本実施形態ではビーコン）の送信タイミングは、周辺局において既知であることを前提としている。つまり、ビーコンはスーパーフレームの先頭若しくはオフセット時間ＴＢＴＴの後に送信されたものとして、周辺局のスーパーフレームの先頭及び時間スロット・タイミングの推定を行なっている。
【０２０６】
しかしながら、現実のネットワークの運用上、他の通信局によってチャネルが使用されているなどの事象によって、ビーコン送信が送信元において予定しているタイミング以外で送信される可能性がある。この場合、上述した時間同期の獲得方法では推定誤差が生じるために時間同期ができない、という問題がある。
【０２０７】
さらに、周辺局の時間スロット・タイミングの推定誤差のために、各通信局において時間同期の基準となる通信局が自局であると誤って判断してしまい、この結果、推定誤差が連続して生じる場合には周辺局との時間同期がいつまでも確立できないという事態を招来しかねない。
【０２０８】
そこで、本発明者らは、予定しているビーコン送信タイミングに送信されたか否かを示す情報（ここでは、ＩＮＶＡＬＩＤ  ＴＯＩＳと定義する）をビーコンに付加しておくことにより、上記のような問題を回避する方法を提案する。
【０２０９】
図２３には、ＩＮＶＡＬＩＤ  ＴＯＩＳを用いた時間同期の確保方法を示している。但し、以下の説明では、ＩＮＶＡＬＩＤ  ＴＯＩＳ＝０の場合、受信したビーコンは予定している送信タイミングにおいて送信されたものとし、ＩＮＶＡＬＩＤ  ＴＯＩＳ＝１の場合、このビーコンを受信した周辺局側では、受信したビーコンは予定している送信タイミングにおいて送信されなかったものとする。
【０２１０】
図示の例では、通信局＃１において、ビーコンの送信が何らかの理由により予定していた送信タイミングと異なるタイミングにおいてビーコンの送信がなされた場面を想定している。
【０２１１】
ここで、ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳを用いない場合（Ｗ／Ｏ ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ）には、偶発的なビーコンの送信タイミングの狂いによってネットワーク全体の時間同期のタイミングに変化を及ぼしてしまう。
【０２１２】
一方、ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳを用いた場合（Ｗ／ ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ）には、このビーコンを受信した周辺局側では、受信したビーコンは予定している送信タイミングにおいて送信されなかったものとして扱う。この結果、偶発的なビーコンの送信タイミングの狂いによって生じた時間スロット・タイミングの誤差が時間同期に反映されないため、頻繁にビーコンの送信タイミングが狂うようなネットワーク環境においても、時間スロット・タイミングを頻繁に変化させなくて済む。
【０２１３】
したがって、ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳを用いることにより、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らし、時間同期に関して信頼性を有したアドホック・ネットワークの構築が可能となる。
【０２１４】
Ｄ−４．推定誤差による時間同期ずれへの対応（２）
また、周辺局との時間スロット・タイミングの推定誤差により、各通信局において時間同期の基準となる通信局が自局であると誤って判断してしまい、その結果、推定誤差が連続して生じる場合には周辺局との時間同期がいつまでも確立できない可能性がある。
【０２１５】
そこで、連続して予定している時刻にビーコンを送信できない通信局（つまり、ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１が連続している通信局）では、周辺局との時間同期が確立されない状況が続いた場合、自局を除く時間同期の基準となる通信局を決定した後、時間スロット・タイミングの修正を図るようにする。これによって、連続して予定している時刻にビーコンを送信できない通信局が、いつまでも時間同期が確保できないという状況を回避することが可能となる。
【０２１６】
Ｄ−５．時間同期の修正が収束しない問題への対応
上述したような通信局同士の時間同期の獲得方法における別の問題点として、時間同期の収束タイミングによってネットワーク内における時間同期の確立が収束しない場合がある。
【０２１７】
図２４には、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生するために時間同期の修正が収束しない様子を示している。図示のように、系内で、通信局＃１→通信局＃２、通信局＃２→通信局＃３、通信局＃３→通信局＃１という順で、時間同期の基準となる通信局が入れ替わるような場合、時間同期の修正タイミングによっては、基準局が順次入れ替わっていくだけで、時間同期の確立が収束しない可能性がある。
【０２１８】
そこで、本発明者らは、上述した時間同期の獲得方法に加え、新たに時間同期の修正が必要だと判断した場合には、確率α（０＜α＜１）で自局の時間スロット・タイミングの修正を行なう方法を提案する。これにより、各通信局間において定常的な時間スロット・タイミングの修正が生じなくなることができる。これによって、図２４に示すような時間同期が収束しないという事態を回避することができる。
【０２１９】
図２５には、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す同期獲得の処理手順をフローチャートの形式で示している。この動作は、実際には通信局として動作する無線通信装置１００内で中央制御部１０３が所定の実行手順命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０２２０】
ランダム処理が施される閾値Ｘ、すなわち何スーパーフレームだけ連続して時間同期のずれを検出したら以下の処理を起動すべきかを、決めておく（ステップＳ１１）。
【０２２１】
そして、Ｘスーパーフレームだけ連続して時間同期のずれを検出したら、確率α（０＜α＜１）によるランダム処理を適用する（ステップＳ１３）。
【０２２２】
この場合、当該通信局は時間の同期ずれが検出していると必ず時間同期ずれの修正を行なうのではなく、αの割合でしか時間同期ずれの修正処理を起動しない（ステップＳ１４）。
【０２２３】
例えば、数スーパーフレーム（図２５中ではＸスーパーフレーム）だけ連続して時間同期のずれを検出した場合において、時間同期の修正が必要と判断するが、その際、直ちに時間同期の修正を行なうのではなく、確率αによるランダム処理により時間同期処理をするかどうかを決定する。
【０２２４】
Ｄ−６．間欠受信する通信局を考慮した同期処理
消費電力の低減を目的として、周辺局とデータの送受信を行なっていない通信局において、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードが多くの無線ネットワークシステムで導入されている。
【０２２５】
しかし、上述したように、自局の時間スロット・タイミングの修正を確率的な処理で行なう場合、特に間欠受信する通信局においては次の時間同期処理までの間が間欠受信のために長時間になるため、時間同期の修正が行なわれるまでの時間が長時間化する恐れがある。
【０２２６】
そこで、間欠受信する通信局を考慮した時間同期処理の方法として、確率α（０＜α＜１）で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮する。さらに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設けることにより、特に間欠受信する通信局において問題となりうる時間同期ずれの検出から修正までの長時間化を防ぐ。
【０２２７】
図２６には、間欠受信する通信局を考慮した同期処理の手順をフローチャートの形式で示している。この動作は、実際には通信局として動作する無線通信装置１００内で中央制御部１０３が所定の実行手順命令プログラムを実行するという形態で実現される。
【０２２８】
ここで、ランダム処理が施される第１の閾値Ｘ、並びにランダム処理が施される第２の閾値Ｙを設定しておく（ステップＳ２１）。なお、図中において、パラメータＸ及びＹ（０＜Ｘ＜Ｙ、Ｘ，Ｙ：整数）は、同期時間ずれが検出されてからの時間をスーパーフレーム単位で表したものである。但し、この値に関しては秒やミリ秒などの時間により行なわれてもよい。
【０２２９】
まず、自局が間欠受信しているかどうかの判断を行なう（ステップＳ２２）。
【０２３０】
自局が間欠受信していない場合は、あるスーパーフレーム時間（図中ではＸスーパーフレーム）だけ連続して時間同期のずれを検出した場合において（ステップＳ２３）、時間同期の修正が必要と判断し、ランダム処理を施すことになる。
【０２３１】
ここで、間欠受信していない場合においても、ランダム処理により同期ずれの検出から修正までの長時間化を防ぐため、あるスーパーフレーム時間（図中ではＹスーパーフレーム）だけ連続して時間同期のずれを検出したかどうかをさらに判断する（ステップＳ２４）。
【０２３２】
そして、Ｙスーパーフレームだけ連続して時間同期のずれを検出している場合には、ステップＳ２５をスキップし、ランダム処理を行なわずに直ちに時間同期の修正を行なう（ステップＳ２６）。
【０２３３】
また、時間同期ずれをまだＹスーパーフレームだけ連続して検出していない場合には、確率α（０＜α＜１）によるランダム処理を適用し（ステップＳ２５）、時間同期ずれの修正処理を行なう（ステップＳ２６）。
【０２３４】
一方、自局が間欠受信をしている場合には、上述した通常動作時の場合とは異なり、直ちにランダム処理へと移行する。すなわち、あるスーパーフレーム時間（図中ではＸスーパーフレーム）だけ連続して時間同期のずれを検出したかどうかをチェックする（ステップＳ２７）。
【０２３５】
時間同期ずれをまだＸスーパーフレームだけ連続して検出していない場合には、確率α（０＜α＜１）によるランダム処理を適用し（ステップＳ２８）、時間同期ずれの修正処理を行なう（ステップＳ２９）。
【０２３６】
また、Ｘスーパーフレームだけ連続して時間同期のずれを検出した場合には（ステップＳ２７）、直ちに、時間同期の修正を行なうように処理する（ステップＳ２９）。これによって、間欠受信している場合の方が通常の場合に比べて早期に時間同期の修正を行なうことが可能となり、特に間欠受信する通信局において問題となりうる時間同期ずれの検出から修正までの長時間化を防ぐことができる。
【０２３７】
Ｄ−７．時間同期の修正処理の短縮化
この項では、時間同期の修正までに要する時間の短縮化に重点を置いた同期獲得方法について説明する。
【０２３８】
上述した実施形態では、通信局は、周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期のずれが検出された場合、自局の時間同期の修正が必要であれば直ちに確率による時間同期の修正を図る。
【０２３９】
ところが、予定しているビーコン送信タイミングに送信されなかったビーコン（ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１）のみを受信し続けている場合や、時間同期タイミングの推定誤差をしている場合、周辺局同士が互いに修正を続けている場合などの事態が発生した際には、いつまでも時間同期のずれが検出し続ける可能性が考えられる。
【０２４０】
また、図３１に示すように、時間同期のとれていない通信局それぞれのスーパーフレームの先頭タイミングが時間同期スロットのちょうど半分に位置する場合には、図１８のＳ３の判定（前述）により、どちらの通信局も時間同期の修正処理が行なわれない可能性がある。
【０２４１】
そこで、このような場合を想定して、数スーパーフレームに渡り連続して時間同期のずれが検出された、あるいは予定しているビーコン送信タイミングに送信されなかったビーコン（ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１）のみを受信し続けている場合、自局からの時間同期の修正が必要であるかどうかに関わらず、確率による時間同期の修正処理を適用する。図３２には、この場合の処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０２４２】
まず、変数Ｘにランダム処理が施される第１の閾値（スーパーフレーム）を代入するとともに、変数ｃｏｕｎｔ＿ｃｏｎｔ＿ｄｅｔｅｃｔｉｏｎに同期ずれ又はＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１となるビーコンを受信を受信した連続ＳＦ回数を代入する（ステップＳ３１）。
【０２４３】
ここで、周辺局との同期ずれを検出し、又はＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１のビーコンを受信した場合には（ステップＳ３２）、変数ｃｏｕｎｔ＿ｃｏｎｔ＿ｄｅｔｅｃｔｉｏｎを１だけインクリメントする（ステップＳ３３）。
【０２４４】
そして、変数ｃｏｕｎｔ＿ｃｏｎｔ＿ｄｅｔｅｃｔｉｏｎの値が第１の閾値Ｘを超えた場合（ステップＳ３４）、あるいは第１の閾値Ｘを超えない場合であっても、自局が時間同期する必要がある場合には（ステップＳ３５）、所定の確率α（但し、０＜α＜１）により通信局が実際に時間同期の修正処理を行なうかどうかを決定する（ステップＳ３６）。
【０２４５】
そして、時間同期のずれの修正処理を行なうと決定した場合には、当該処理を実行する（ステップＳ３７）。修正処理については既に説明しているのでここでは省略する。
【０２４６】
ここで、通信局間で時間同期の修正処理を行なうためには、時間同期の基準となる通信局を決定する必要がある。ところが、図３１に示したように、自局からの時間同期の修正が必要でない場合における時間同期処理の場合、「０＜時間スロットの先頭タイミング＜ＴＢＴＴ／２」に該当する通信局がないため、上述した方法では時間同期の基準となる通信局を決めることができない。
【０２４７】
そこで、その基準局の決定方法の一例として、最も遅れた通信局を基準局とする方法を適用する。それにより、図３１に示した通信状況において、通信局＃１が時間同期の修正処理を行なう場合、新たな基準局として通信局＃２と決定することが可能となる。
【０２４８】
また、周辺に複数の通信局が存在する場合においては、時間同期の修正処理を行なう通信局にとって最も遅れた通信局を基準局とするようにする。例えば、図３３に示すように、周辺に複数の通信局が存在する場合においては、通信局＃１が時間同期の修正処理を行なう場合、新たな基準局は通信局＃３（最も遅れた通信局）となる。
【０２４９】
図２３に示した例では、推定誤差を極力減らすことを目的として、時間同期タイミングの推定には、予定したビーコン送信タイミングで送信されたビーコン（ＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝０）を用いる。この場合、予定したビーコン送信タイミングでは送信されなかったビーコン（ＩＮＶＬＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝１）のみが受信される環境では、時間同期のずれが検出された際、自局から修正を行なう必要がないと判断され、周辺局との時間同期がいつまでもとれない可能性がある。これに対し、図３２に示した処理手順に従えば、自局からＩＮＶＡＬＩＤ ＴＯＩＳ＝０のビーコンが送信できておれば、そのような状況においても周辺局が時間同期の修正処理を実行した該の同期がとれることが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５０】
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。
【０２５１】
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、通信範囲内で複数の通信局からビーコンが送信されるような他の形態の通信システムに対しても、本発明を同様に適用することができる。
【０２５２】
また、ビーコンを報知し合う通信環境以外であっても、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通信システムや、時間同期をベースにしてアクセス制御を行なう自律分散型の通信システムに対し、本発明を同様に適用することができる。
【０２５３】
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】
【０２５４】
【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】図７は、新規に参入した通信局が周辺局から受信したビーコンから得た各ビーコンのＮＢＯＩに基づいて自局のＴＢＴＴを設定する様子を示した図である。
【図８】図８は、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示した図である。
【図９】図９は、ビーコン送信局に優先送信期間ＴＰＰを与える場合のスーパーフレーム（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、通信局がＴＰＰ区間及びＦＡＰ区間においてそれぞれ送信を開始するための動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、通信局が補助ビーコンという仮想的なビーコンを複数送信して、優先利用期間を増やす様子を示した図である。
【図１２】図１２は、通信局として動作する無線通信装置の状態遷移図を示した図である。
【図１３】図１３は、通信局として動作する無線通信装置の状態遷移図を示した図である。
【図１４】図１４は、各通信局のビーコン送信手順について説明するための図である。
【図１５】図１５は、周辺局に関するスーパーフレームの先頭タイミングの推定方法を説明するための図である。
【図１６】図１６は、時間同期の基準とする通信局を決定して時間同期を確保する手順を説明するための図である。
【図１７】図１７は、時間同期の基準とする通信局を決定して時間同期を確保する手順を説明するための図である。
【図１８】図１８は、推定した周辺局の時間スロット・タイミングより基準とする通信局を決定するまでの処理手順を示したフローチャートである。
【図１９】図１９は、時間同期の基準とする通信局が複数存在する場合についての時間同期を確保する手順を説明するための図である。
【図２０】図２０は、新規参入時に限り既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するという時間同期の獲得方法を説明するための図である。
【図２１】図２１は、新規参入時に限り既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するという時間同期の獲得方法を説明するための図である。
【図２２】図２２は、別のネットワークが交錯した場合において、各通信局の間での時間同期を確保するための動作手順を説明するための図である。
【図２３】図２３は、ＩＮＶＡＬＩＤ  ＴＯＩＳを用いた時間同期の確保方法を説明するための図である。
【図２４】図２４は、時間同期にずれが検出された場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す手順を説明するための図である。
【図２５】図２５は、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す同期獲得の処理手順を示したフローチャートである。
【図２６】図２６は、間欠受信する通信局を考慮した同期処理の手順を示したフローチャートである。
【図２７】図２７は、アドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作を説明するための図である。
【図２８】図２８は、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングで、アドホック・モード時のＩＢＳＳにおけるスリープ状態での動作を説明するための図である。
【図２９】図２９は、自律分散型ネットワークにおいて通信局間で時間同期を図るための１つの方法を説明するための図である。
【図３０】図３０は、通信局が周辺局との時間同期を獲得するための基本的な手順を示した図である。
【図３１】図３１は、時間同期がいつまでもとれないネットワーク環境の例を示した図である。
【図３２】図３２は、時間同期の修正までに要する時間の短縮化に重点を置いた同期獲得の手順を示したフローチャートである。
【図３３】図３３は、周辺に複数の通信局が存在するネットワーク環境の例を示した図である。
【図３４】図３４は、通信局が基準局との時間同期のずれを修正するための処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０２５５】
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】
2005253038.tif 000003
【図２】
2005253038.tif 000004
【図３】
2005253038.tif 000005
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2005253038.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2005253038.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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