(57)【要約】【課題】  通信局が伝送データのバッファリング量に応じて優先利用帯域を設定又は解除し、効率的なネットワークの運用を行なう。【解決手段】  各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送領域と、優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送領域を併せ持つ。データ伝送時、通信局はデータをバッファに蓄え、当初は競合伝送領域で情報伝送を行なうが、バッファに蓄えられるデータ量が所定の値を超過した場合に優先伝送領域を設定し、優先伝送を行なう。また、優先伝送を行なっている場合に、バッファに蓄えられているデータが存在しなくなると、優先伝送領域の設定を解除する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の制御局を配置しない無線通信環境下で、各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送方式と、特定の通信局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送方式を併用する無線通信システムであって、
各通信局は、送信データの蓄積量に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
通信局は、データ伝送時に、当初は競合伝送領域で情報伝送を行ない、送信データの蓄積量が所定の値を超過した場合に優先伝送領域を設定して優先伝送を行なう、
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３】
通信局は、優先伝送を行なっている場合に、送信データの蓄積量が所定の値以下に減少したことに応答して、優先伝送領域の設定を解除し競合伝送領域で情報伝送を行なう、
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】
前記所定の値は、１つの優先伝送領域で送信可能な情報量に相当する分量である、
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって自律分散型のネットワークを構築し、
優先伝送を行なう通信局は、自局の送信ビーコン情報を用いて優先伝送領域の設定状況を周辺局に報知する、
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６】
通信局は、他局が既に設定した優先伝送領域を回避して自局の優先伝送領域の設定を行なう、
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】
特定の制御局を配置しない無線通信環境下でデータ伝送を行なう無線通信装置であって、
チャネル上で無線データを送受信する通信手段と、
他局と競合して情報伝送を行なう競合伝送方式、又は自局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送方式のいずれかによりデータ送信を行なう送信制御手段と、
送信データを一時的に蓄積する送信バッファとを備え、
前記送信制御手段は、前記送信バッファのデータ蓄積量の判定に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
前記送信制御手段は、データ伝送時に、当初は競合伝送領域で情報伝送を行ない、送信データの蓄積量が所定の値を超過した場合に優先伝送領域を設定して優先伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記送信制御手段は、優先伝送を行なっている場合に、送信データの蓄積量が所定の値以下に減少したことに応答して、優先伝送領域の設定を解除し競合伝送領域で情報伝送を行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記所定の値は、１つの優先伝送領域で送信可能な情報量に相当する分量である、
ことを特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項１１】
自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段とをさらに備え、
前記送信制御手段において優先伝送を起動するときには、前記ビーコン信号生成手段は優先伝送領域の設定状況をビーコン中に記載する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記ビーコン信号解析手段は、他局からの受信ビーコン中に記載されている優先伝送領域の設定状況を解析し、
前記送信制御手段は、他局が既に設定した優先伝送領域を回避して自局の優先伝送領域の設定を行なう、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
特定の制御局を配置しない無線通信環境下でデータ伝送を行なうための無線通信方法であって、
送信データを一時的に蓄積する送信バッファリング・ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおけるデータ蓄積量の判定に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する送信制御ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおいて蓄積された送信データを前記送信制御ステップにおいて決定された伝送方式により送信するデータ送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１４】
特定の制御局を配置しない無線通信環境下でデータ伝送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、
送信データを一時的に蓄積する送信バッファリング・ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおけるデータ蓄積量の判定に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する送信制御ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおいて蓄積された送信データを前記送信制御ステップにおいて決定された伝送方式により送信するデータ送信ステップと、
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、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局の自律分散的な動作により無線ネットワークが構築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、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送と、特定の通信局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送を併用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・プログラムに係り、特に、自律分散型のネットワーク環境下で、通信局が伝送データのバッファリング量に応じて優先利用帯域を設定又は解除し、効率的なネットワークの運用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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【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非同期の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】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムでは、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）で動作するアドホック・モードが用意されている。この動作モード下では、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。
【００１２】
また、従来からの無線通信システムにおける伝送方式の１つとして、伝送に先立ち特定のパラメータ情報を交換し、その後、伝送に利用する帯域の予約・割当てを行なってから通信を行なう帯域予約通信を挙げることができる。帯域予約通信を行なう方法としては、欧州の無線ＬＡＮ規格である、ＢＲＡＮ ＨｉｐｅｒＬＡＮ Ｔｙｐｅ２の無線通信システムなどが一般的に知られている。
【００１３】
また、他の無線通信方法として、帯域予約を行なわずに任意のタイミングで情報送信を行なう競合伝送を挙げることができる。このように任意のタイミングで情報送信を行なう方法としては、ＩＥＥＥ ８０２．１１系の無線ＬＡＮの無線通信システムにおけるアクセス制御プロトコルが一般的に知られている。
【００１４】
例えば、上位層のアプリケーションとしてＡＶストリーミングを行なう場合には、長時間にわたって無線伝送路を占有する。このため、長時間にわたる帯域予約が可能な前者の無線通信方法を適用すると効果的であることが認識されている。
【００１５】
他方、上位層のアプリケーションとしてＩＰパケットのように非同期で情報交換が行なわれる場合には、伝送需要の発生に応じて即座に送信が可能な後者の無線通信方法を適用すると効果的であることが認識されている。
【００１６】
さらに、これら双方の通信方法を用いた無線通信システムとして、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で標準規格化された、高速無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の無線通信プロトコルが知られている。
【００１７】
また、伝送帯域の一部を帯域予約通信に利用し、他の帯域において任意のタイミングで情報送信を行なう無線通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。この場合、無線通信装置が所定の時間間隔で管理情報の通知周期を設定して、自己の情報受信開始位置を示す受信タイミング情報と受信ウインドウ情報と受信周期情報とを記載した管理情報を送信する。管理情報を受信できた他の無線通信装置は、該当する無線通信装置の通信装置番号に関連付けて、受信タイミングと受信ウインドウ、受信周期を記憶しておく。情報伝送時には、通信相手の受信タイミングと受信ウインドウ、受信周期とから該当する通信装置における受信開始位置を求めて、そのタイミングで情報を送信する。そして、送信元の無線通信装置は、受信先の無線通信装置の管理情報に記述されている受信ウィンドウを利用して通信要求ＲＴＳを送信するとともに、該受信先の無線通信装置から通信確認ＣＴＳを受信したことに応答して接続を確立して情報伝送を開始することができる。
【００１８】
また、帯域予約通信を行なうシーケンスとして、アプリケーション層などの上位層からの指示により、伝送に必要な帯域予約のパラメータを相互に交換し、そのパラメータに従って要求を行なう方法が、ワイヤレス１３９４のアイソクロナス伝送の予約方法として採用されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。
【００１９】
また、無線基地局が各無線端末に対してサービスクラスによる優先度情報を設定して、分散アクセス制御を行なう無線パケット優先制御方法につい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、無線基地局は、配下の無線端末との間で単位時間ＴS当たりに送受信されるデータの量が閾値Ｒdを連続的に越えているとき優先度の低いサービスクラスに変更し、また、無線基地局は、優先度の低いサービスクラスに設定した無線端末との間で単位時間ＴS当たりに送受信されるベスト・エフォート型データの量が閾値Ｒuを連続的に下回ったときに無線端末との間の送受信のサービスクラスを優先度の高いものに変更する。この結果、自律分散的なアクセス制御を行なう無線パケット通信システムにおけるベスト・エフォート型データ送信時の優先制御を、システム全体で行なうことができる。
【００２０】
【特許文献１】特開２００３−２２９８６９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４７０４２号公報
【非特許文献１】ＡＲＩＢ ＳＴＤ Ｔ−７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
帯域予約通信では、情報伝送の前に所定の手順に従って、予約処理を行なわなければならないため、情報伝送を行なう必要ができてから予約が完了するまで情報伝送ができない、という問題がある。
【００２２】
また、競合伝送方式によれば、任意のタイミングで情報伝送を行なうことができるが、いつどの通信装置から情報が送られてくるかも知れないため、すべての通信装置が常時受信を行なっておく必要があり、装置の消費電力などの問題がある。
【００２３】
そもそも、帯域予約伝送方式と競合伝送方式の双方が規定された無線通信プロトコルにおいては、上位層のアプリケーションの種類を特定できなければ、いずれの伝送方式で情報伝送を行なえばよいのか判断がつかない、という問題がある。
【００２４】
ここで、伝送需要が発生した直後に、帯域予約通信が必要なアプリケーションからの要求であるか否かを即座に識別できなければ、冗長な時間にわたって情報をバッファリングし、バッファにおけるデータ蓄積量に応じて帯域予約が必要なアプリケーションからの要求であるか否かを判断しなければならない。このため、即座に無線伝送ができないという問題がある。
【００２５】
また、帯域予約型の通信プロトコルを適用した場合、少量の情報伝送に対して冗長な帯域予約処理が行なわれると、帯域予約処理に関する通信が無線伝送路のトラフィックを占有してしまい、情報伝送のスループットが低下するという問題がある。
【００２６】
また、従来の無線通信システムでは、帯域予約型の通信プロトコルを適用するためには、制御局を配置して伝送帯域を一元的に管理するプロセスが必要である。言い換えれば、アドホック通信などのように、特定の制御局を配置しない自律分散型の無線ネットワークでは帯域予約伝送を実現することは困難である。
【００２７】
また、上位層におけるレスポンス情報など、少量の情報を短時間に返送する必要があるもの場合に、帯域予約処理を行なっていたのでは、処理が間に合わなくなるおそれがある。
【００２８】
従来からの帯域予約伝送シーケンスでは、アプリケーション層などの上位層からの指示により帯域予約のパラメータを特定し、そのパラメータに従って帯域予約要求を行なう。このような伝送方法では、事前にパラメータを交換するメカニズムの規定が必要である。
【００２９】
つまり、無線通信プロトコルだけで無線通信を閉じて制御することが不可能であり、その都度オーバーヘッド情報の交換などが必要となる。
【００３０】
また、特許文献２に記載される無線パケット優先制御方法では、分散アクセス制御を行なうために、無線基地局が各無線端末に対してサービスクラスによる優先度情報を設定することから、無線基地局が不可欠な構成となっている。
【００３１】
以上を要約すれば、上位層のアプリケーションの種類を特定することなく、情報伝送が可能となる無線通信プロトコルが求められている。
【００３２】
また、伝送する情報の種類によって、所定の通信品質を確保しながら送る必要のある情報と、事前に伝送路確保のためのコネクション動作をせずに送る必要がある情報が混在していて、これら種類の異なるアプリケーションに適した通信プロトコルを同時に規定することが求められている。
【００３３】
また、特定の制御局を配置せず、各無線通信装置が自律分散的に伝送路を分散管理しながら、上記の問題を解決することが望ましい。
【００３４】
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、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局の自律分散的な動作により無線ネットワークを構築することができる、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。
【００３５】
本発明のさらなる目的は、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送と、特定の通信局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送を併用し、効率的なネットワークの運用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】
【００３６】
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、特定の制御局を配置しない無線通信環境下で、各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送方式と、特定の通信局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送方式を併用する無線通信システムであって、
各通信局は、送信データの蓄積量に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明に係る無線通信システムでは、無線基地局を配置せずに、各無線通信装置が自律分散的に無線伝送路のアクセス制御を行ないながら、バッファに格納された情報量に応じて、競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうか、優先利用帯域を設定して優先的に送信を行なうかを判断する。
【００３９】
例えば、通信局は、データ伝送時に、当初は競合伝送領域で情報伝送を行ない、送信データの蓄積量が所定の値を超過した場合に優先伝送領域を設定して優先伝送を行なう。つまり、バッファに格納された情報量が所定の設定量を超過した場合に、優先利用帯域を設定して優先的に送信を行なう。したがって、上位層のアプリケーションが帯域予約通信を要求するかどうかを識別することなく、即座に無線伝送を行なうことができる。
【００４０】
また、通信局は、優先伝送を行なっている場合に、送信データの蓄積量が所定の値以下に減少したことに応答して、優先伝送領域の設定を解除し競合伝送領域で情報伝送を行なう。すなわち、バッファに格納された情報量が減少した場合には優先利用帯域の設定を解除することにより、必要以上に優先利用帯域を設定して無線通信資源を占有することがなくなるので、競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【００４１】
ここで、競合伝送と優先伝送を切り換える判断基準となる前記所定の値は、例えば、１つの優先伝送領域で送信可能な情報量に相当する分量である。したがって、無線伝送路に余裕のある場合に、優先利用帯域を設定せずに競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【００４２】
自律分散型の通信環境下では、各通信局は、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。また、通信局は、各チャネル上でスキャン動作を行ない、ビーコン信号を受信することにより、隣接局の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認識し参入することができる。
【００４３】
そして、新規に参入する通信局は、所定期間にわたり連続して信号受信を試みるスキャン動作により、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、通信局は適当なビーコン送信タイミングを設定する。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、各受信ビーコンに記載されている近隣装置情報を参照して、いずれの既存局もビーコンを送信していないタイミングを自局のビーコン送信タイミングとして設定することで、衝突を回避する。
【００４４】
このような自律分散型無線ネットワークでは、優先伝送を行なう通信局は、自局の送信ビーコン情報を用いて優先伝送領域の設定状況を周辺局に報知するようにしてもよい。
【００４５】
このとき、通信局は、他局が既に設定した優先伝送領域を回避して自局の優先伝送領域の設定を行ない、通信リソースを効率的に利用するようにしてもよい。
【００４６】
また、このような自律分散型の無線通信ネットワークでは、トラフィックの優先度に応じて通信局にフレーム間隔ＩＦＳやバックオフ値を設定することにより、アクセス競合と帯域保証を実現することができる。例えば、帯域を保証する必要のある優先度の高いトラヒックに関してはランダム・バックオフ値のとりうる幅を短く設定することにより、優先して送信可能にするメカニズムが実現する。
【００４７】
通信局は、競合伝送時には、通信局は、一様なフレーム間隔とランダム・バックオフを設定することで、均等な条件で通信権を争奪し合い、公平なアクセス制御による通信を行なう。すなわち、送信データのある各通信局は、フレーム間隔にわたりメディアがクリアであることを確認した後にバックオフを設定し、ここでより短いバックオフ値をとった通信局が送信権利を獲得できる。
【００４８】
これに対し、優先伝送時には、通信局は、他局よりも短いフレーム間隔を設定して、優先伝送を行なう。すなわち、通信局は、より短いフレーム間隔だけメディアがクリアであることを確認した直後に送信権利を獲得できることから、優先して送信可能となる。
【００４９】
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データ伝送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、
送信データを一時的に蓄積する送信バッファリング・ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおけるデータ蓄積量の判定に応じて競合伝送又は優先伝送のいずれかを起動する送信制御ステップと、
前記送信バッファリング・ステップにおいて蓄積された送信データを前記送信制御ステップにおいて決定された伝送方式により送信するデータ送信ステップと、
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。
【００５０】
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】
【００５１】
本発明によれば、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局の自律分散的な動作により無線ネットワークを構築することができる、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。
【００５２】
また、本発明によれば、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局が競合して情報伝送を行なう競合伝送と、特定の通信局が優先的に利用する帯域を設定して情報伝送を行なう優先伝送を併用し、効率的なネットワークの運用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。
【００５３】
本発明によれば、自律分散型のネットワーク環境下で、通信局が伝送データのバッファリング量に応じて優先利用帯域を設定又は解除することにより、効率的なネットワークの運用を行なうことができる。
【００５４】
本発明に係る無線ネットワークでは、通信局は、当初は競合伝送領域で通信を行ない、所定の通信量を超過した場合に、優先利用伝送領域を用いた通信を起動する。具体的には、通常は競合利用領域での通信を行なうが、所定の通信量を超過した場合に優先利用領域を設定することで、通信の需要の高い無線通信同士で、その通信を優先的に行なう。したがって、近隣の通信局との間で、所定の通信品質を維持した通信を、制御局を用いずに実現することができる。
【００５５】
本発明によれば、送られてくるアプリケーションやデータの形式を特定することなく、所定の情報伝送容量を超過した場合にのみ帯域予約を行なうことで、一貫した処理を実現することができる。
【００５６】
また、本発明によれば、所定の通信量に至るまでは、競合利用領域での通信を行なうことで、優先利用領域を設定するプロセスを経ることなく容易に通信を起動することができる。したがって、優先利用領域を設定するために行なわれる通信を減らすことができ、通信トラフィックを減少させることができる。さらに、優先通信領域を設定した伝送中に所定の通信量を下回った場合に、その優先利用帯域の設定を自動的に解除することで、他の情報伝送のために帯域を繰り返し利用することができる。
【００５７】
また、本発明によれば、各通信局が優先通信領域の設定を自己のビーコンによって報知することで、周辺局に対し、優先利用領域の設定を通知することができる。この場合、通信局は、周辺局からの受信ビーコンに基づいて優先利用領域の設定状況を把握し、その設定状況から、新たな優先通信領域を設定することで、周囲の無線通信装置と共存して優先利用領域の設定が行なうことができる。
【００５８】
本発明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は、データのバッファ量を判定する手段を備えることで、優先利用領域の設定が必要になった場合にのみ、優先利用領域の設定を行なうようにすればよい。また、優先利用領域の設定が不要になった場合に、その優先利用領域の解除を行なうようにすればよい。
【００５９】
本発明によれば、無線通信装置は、上位に存在するアプリケーションに依存することなく、所定の通信量に応じて優先利用領域の設定が必要となる場合にのみ、優先利用領域伝送領域の設定を行なうことができる。そして、所定の通信量に応じて優先利用領域の設定が不要になった場合に、優先利用領域伝送領域の設定を解除することで、周囲の無線通信装置との間で伝送路の繰り返し利用を効率良く行なう。
【００６０】
したがって、このように動作する複数台の無線通信装置による協働的作用により、効率のよう無線通信システムを構築することができる。また、ビーコン信号の報知により周辺の無線通信装置との間で優先利用領域の設定状況を交換することにより、自己の優先利用領域を設定する場合に自律分散的に共存した優先利用領域の設定を行なうことができる。
【００６１】
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】
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
本発明に係る無線ネットワーク・システムは、特定の制御局を配置しない自律分散型のシステム構成であり、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。また、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非同期的に情報伝送を行なうこともできる。
【００６５】
図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示している。この無線通信システムでは、特定の制御局を配置せず、各通信装置が自律分散的に動作し、アドホック・ネットワークが形成されている。同図では、通信装置＃１から通信装置＃７までが、同一空間上に分布している様子を表わしている。また、同図において各通信装置の通信範囲（すなわち、電波の到達範囲）を破線で示してあり、その範囲内にある他の通信装置と互いに通信ができるのみならず、自己の送信した信号が干渉する範囲として定義される。
【００６６】
通信装置＃１は、自局の電波到達範囲にある近隣の通信装置＃２、＃３、＃４と直接通信ができるが、その範囲外の通信装置＃５、＃６、＃７とは直接通信ができない。
【００６７】
また、通信装置＃２は、近隣にある通信装置＃１、＃４と直接通信ができるが、その他の通信装置＃３、＃５、＃６、＃７とは直接通信ができない。
【００６８】
また、通信装置＃３は、近隣にある通信装置＃１、＃６、＃７と直接通信ができるが、その他の通信装置＃２、＃４、＃５とは直接通信ができない。
【００６９】
また、通信装置＃４は、近隣にある通信装置＃１、＃２、＃５と直接通信ができるが、その他の通信装置＃３、＃６、＃７とは直接通信ができない。
【００７０】
また、通信装置＃５は、近隣にある通信装置＃４とのみ直接通信ができるが、その他の通信装置＃１、＃２、＃３、＃６、＃７とは直接通信ができない。
【００７１】
また、通信装置＃６は、近隣にある通信装置＃３とのみ直接通信ができるが、その他の通信装置＃１、＃２、＃４、＃５、＃７とは直接通信ができない。
【００７２】
また、通信装置＃７は、近隣にある通信装置＃３とのみ直接通信ができるが、その他の通信装置＃１、＃２、＃４、＃５、＃６とは直接通信ができない。
【００７３】
このように制御局を特に配置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。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。
【００７４】
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。本明細書ではビーコン送信周期のことを、「スーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）」と定義する。
【００７５】
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。
【００７６】
各通信局は、自局のビーコン送信タイミングをスーパーフレームの先頭位置とする。言い換えれば、各通信局は独自にスーパーフレーム構成を設定し、近隣局のスーパーフレーム構成とは開始タイミングが重ならないように設定する。
【００７７】
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。
【００７８】
図示の例では、通信装置＃１では、近隣にある通信装置＃２、＃３、＃４のビーコン信号（Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）を受信し、それらのビーコン信号と重ならないタイミングで自身のビーコン信号（Ｂ１）を送信して、次のビーコン信号送信タイミング（Ｂ１'）までの周期を自己のスーパーフレーム周期を設定する。
【００７９】
また、通信装置＃２では、近隣にある通信装置＃１、＃４のビーコン信号（Ｎ１、Ｎ４）を受信でき、通信装置＃３では、近隣にある通信装置＃１、＃６、＃７のビーコン信号（Ｎ１、Ｎ６、Ｎ７）を受信でき、通信装置＃４では、近隣にある通信装置＃１、＃２、＃５のビーコン信号（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ５）を受信できる。
【００８０】
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。
【００８１】
図３には、本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は、制御局を配置しない自律分散型の通信環境下において、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。
【００８２】
図示の通り、無線通信装置は、中央制御部１００と、インターフェース１０１と、データ・バッファ１０２と、バッファ量判定部１０３と、競合伝送領域送信バッファ１０４と、優先伝送領域送信バッファ１０５と、無線送信部１０６と、アクセス制御部１０７と、アンテナ１０８と、無線受信部１０９と、ビーコン解析部１１０と、ビーコン生成部１１１と、受信信号解析部１１２と、情報記憶部１１３とで構成され、中央制御部１００が所定の実行命令プログラムを実行するという形態で無線通信動作を実現するようになっている。
【００８３】
インターフェース１０１は、通信プロトコルにおいて上位層に位置付けられるアプリケーションとの間で各種情報の交換を行なう。ここで言う上位層のアプリケーションは、例えば、この無線通信装置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）で構成される。
【００８４】
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。
【００８５】
バッファ量判定部１０３は、データ・バッファ１０２への送信データの蓄積量が所定の値を超過したか否かを判定する。
【００８６】
送信データの蓄積量が所定値を下回っているときには、データ・バッファ１０２内の送信データは競合伝送領域送信バッファ１０４へ移され、競合伝送領域で伝送処理される。一方、送信データの蓄積量が所定値を超過したときには、データ・バッファ１０２内の送信データは優先伝送領域送信バッファ１０５へ移され、優先伝送領域を設定して優先伝送領域で伝送処理される。したがって、通信局は、データ伝送時に、当初は競合伝送領域で情報伝送を行なうが、バッファに格納された情報量が所定の設定量を超過した場合に、優先利用帯域を設定して優先的に送信を行なう。
【００８７】
また、優先伝送を行なっている場合に、送信データの蓄積量が所定の値以下に減少したことに応答して、データ・バッファ１０２内の送信データは競合伝送領域送信バッファ１０４へ移され、競合伝送領域で伝送処理される。すなわち、バッファに格納された情報量が減少した場合には優先利用帯域の設定を解除することにより、必要以上に優先利用帯域を設定して無線通信資源を占有することがなくなるので、競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【００８８】
このような伝送方式の切り換えは、バッファ量判定部１０３によるバッファ蓄積量のみによって判断され、上位層のアプリケーションに依存しないので、即座に無線伝送を行なうことができるという点を十分理解されたい。
【００８９】
ここで、競合伝送と優先伝送を切り換える判断基準となる所定値とは、例えば、１つの優先伝送領域で送信可能な情報量に相当する分量である。したがって、無線伝送路に余裕のある場合に、優先利用帯域を設定せずに競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【００９０】
無線送信部１０６は、競合伝送領域送信バッファ１０４又は優先伝送領域送信バッファ１０５に一時格納されているデータやビーコン信号を無線送信するために、無線信号フォーマットへ変換し所定の変調処理を行なう。また、無線受信部１０９は、所定の時間に他の無線通信装置から送られてきた情報やビーコンなどの信号に所定の復調処理を施し、受信信号フォーマットを抽出する。
【００９１】
無線送信部１０６及び無線受信部１０９における無線送受信方式は、例えば無線ＬＡＮに適用可能な、比較的近距離の通信に適した各種の通信方式を適用することができる。具体的には、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）方式、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）方式などを採用することができる。
【００９２】
アンテナ１０８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。
【００９３】
アクセス制御部１０７は、無線信号を送信並びに受信するためのアクセス制御を行なう。例えば、伝送フレーム周期の先頭における自己のビーコン送信タイミングや他の通信装置からのビーコン受信タイミングの制御、競合伝送領域や優先伝送領域における各パケット（ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、ＡＣＫなど）の送信タイミング（フレーム間隔ＩＦＳやバックオフの設定）などを制御する。
【００９４】
ビーコン生成部１１１は、近隣にある無線通信装置との間で周期的に交換されるビーコン信号を生成する。無線通信装置１００が無線ネットワークを運用するためには、自己のビーコン送信位置や周辺局からのビーコン受信位置、自局で設定する優先利用領域などなどを規定する。これらの情報は、情報記憶部１１３に格納されるとともに、ビーコン信号の中に記載して周囲の無線通信装置に報知する。ビーコン信号の構成については後述する。無線通信装置１００は、伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、スーパーフレーム周期はビーコン間隔によって定義されることになる。
【００９５】
ビーコン解析部１１０は、隣接局から受信できたビーコン信号を抽出し解析する。また、受信信号解析部１１２は、受信信号フォーマットから、データであるか制御情報であるかを解析する。
【００９６】
例えば、ビーコンに記載されている制御情報に基づいて近隣の無線通信装置の存在、優先伝送領域に関する情報などが解析される。隣接局のビーコンの受信タイミングや近隣ビーコン受信タイミングは近隣装置情報として、優先伝送領域の情報は優先利用領域情報として、それぞれ情報記憶部１１３に格納される。
【００９７】
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（アクセス制御手順やビーコン送信タイミングの移動処理手順、衝突回避処理手順などを記述したプログラム）や、受信ビーコンの解析結果から得られる近隣装置情報、優先利用領域情報などを蓄えておく。
【００９８】
本実施形態に係る無線通信ネットワークでは、各通信局は、トラフィックの優先度に応じて通信局にフレーム間隔ＩＦＳ（Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）やバックオフ値を設定してアクセス制御を行なうことにより、アクセス競合と帯域保証を実現することができる。例えば、競合伝送領域では各通信局は一様なフレーム間隔とランダムなバックオフ値を設定することで、均等な条件により各通信局が公平に送信権利を獲得する。これに対し、優先伝送領域など帯域を保証する必要のある優先度の高いトラヒックに関しては、フレーム間隔を短く設定することにより、優先して送信可能にするメカニズムが実現する。
【００９９】
図４には、通信局が優先伝送領域及び競合伝送領域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。
【０１００】
通信局は、優先伝送領域では、より短いフレーム間隔ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ  ＩＦＳ）を設定し、このＳＩＦＳ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、その直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、その後に送受信されるＣＴＳ、データ、ＡＣＫの各パケットも同様にＳＩＦＳのフレーム間隔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。
【０１０１】
これに対し、競合伝送領域では、通信局は、直前のパケットが送信された後、まずＳＩＦＳよりも長いパケット間隔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、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる。このため、優先伝送領域の他局が先にＳＩＦＳ経過後にＲＴＳ信号を送信すると、送信を開始することができなくなる。
【０１０２】
本実施形態に係る無線通信装置は、データ・バッファ１０２における送信データの蓄積量をバッファ量判定部１０３で判定した結果に応じて伝送モードを切り換えるようになっている。図５には、無線通信装置における伝送モードを制御するための状態遷移図を示している。
【０１０３】
通信局は、データ伝送時に、当初は競合伝送モード下で情報伝送を行なう。この場合、データ・バッファ１０２内の送信データは競合伝送領域送信バッファ１０４へ移され、競合伝送領域で伝送処理される。
【０１０４】
一方、送信データの蓄積量が所定値を超過したときには、優先電装モードに移行する。この場合、データ・バッファ１０２内の送信データは優先伝送領域送信バッファ１０５へ移され、優先伝送領域を設定して優先伝送領域で伝送処理される。
【０１０５】
また、優先伝送モード下でデータ送信を行なっている場合に、送信データの蓄積量が所定の値以下に減少したことに応答して、競合伝送モードへ復帰する。すなわち、データ・バッファ１０２内の送信データは競合伝送領域送信バッファ１０４へ移され、競合伝送領域で伝送処理される。
【０１０６】
このように、バッファに格納された情報量が減少した場合には優先利用帯域の設定を解除することにより、必要以上に優先利用帯域を設定して無線通信資源を占有することがなくなるので、競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【０１０７】
このような伝送モードの切り換えは、バッファ量判定部１０３によるバッファ蓄積量のみによって判断され、上位層のアプリケーションに依存しないので、即座に無線伝送を行なうことができる。
【０１０８】
ここで、競合伝送と優先伝送を切り換える判断基準となる所定値とは、例えば、１つの優先伝送領域で送信可能な情報量に相当する分量である。したがって、無線伝送路に余裕のある場合に、優先利用帯域を設定せずに競合伝送領域を用いた公平なアクセス制御による通信を行なうことができる。
【０１０９】
図６には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて、無線通信装置が優先利用領域を設定するための手順について図解している。但し、同図では、通信装置＃１が自局のビーコン送信タイミングＢ１で定義されるスーパーフレームの構成を示しているものとする。
【０１１０】
同図において、最上段（Ａ）では、通信装置＃１の自己のスーパーフレームにおける受信状況を示しており、周辺の通信装置から送られてきたビーコン信号の位置がそれぞれ登録されている。
【０１１１】
ここでは、スーパーフレームのおよそ１／４周期程度の位置Ｎ２に通信装置＃２からのビーコンの受信があり、およそ１/２周期程度の位置Ｎ３に通信装置＃３からのビーコンの受信があり、およそ３/４周期程度の位置Ｎ４に通信装置＃４からのビーコンの受信があったことを示している。
【０１１２】
通信装置＃１は、自己の優先伝送領域を設定する場合、これら周囲の通信装置が利用しているビーコン位置（Ｎ２〜Ｎ４：スーパーフレームのおよそ１／４、１/２、３/４の場所）を避けて設定を行なう。
【０１１３】
通信装置＃１がスーパーフレーム内に１つの優先利用領域を設定する場合は、同図の２段目（Ｂ）に示すように、周囲の通信装置＃２〜＃４が利用している各ビーコン位置（Ｎ２〜Ｎ４）を避けるように、自己の優先利用伝送領域（Ｐ１）の設定を行なう。
【０１１４】
また、通信装置＃１がスーパーフレーム内に２つの優先利用領域を設定する場合は、同図の３段目（Ｃ）に示すように、周囲の通信装置＃２〜＃４が利用しているビーコン位置（Ｎ２〜Ｎ４）を避けるように、２つの自己の優先利用伝送領域（Ｐ１〜Ｐ２）の設定を行なう。
【０１１５】
また、通信装置＃１がスーパーフレーム内に４つの優先利用領域を設定する場合は、同図の４段目（Ｄ）に示すように、周囲の通信装置＃２〜＃４が利用しているビーコン位置（Ｎ２〜Ｎ４）を避けるように、４つの自己の優先利用伝送領域（P１〜P４）の設定を行なう。
【０１１６】
また、通信装置＃１がスーパーフレーム内に８つの優先利用領域を設定する場合は、同図の最下段（Ｅ）に示すように、周囲の通信装置＃２〜＃４が利用しているビーコン位置（Ｎ２〜Ｎ４）を避けるように、８つの自己の優先利用伝送領域（Ｐ１〜Ｐ８）の設定を行なう。
【０１１７】
このように、バッファ量判定部１０３から送られてくる情報量に基づき、周辺の通信装置との間で必要に応じて必要な分だけ優先利用領域を設定して伝送を行なうことができる。
【０１１８】
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、優先伝送を行なうときには、ビーコンを送信した直後に優先伝送領域を設定して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７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、この優先伝送領域をＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ Ｐｅｒｉｏｄ（ＴＰＰ）と定義する。
【０１１９】
また、図８には、ビーコン送信局に優先伝送領域ＴＰＰを与える場合のスーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示している。
【０１２０】
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に続く区間を競合伝送領域ＦＡＰ（Ｆａｉｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ）と定義し、通信局間では通常のＣＳＭＡ／ＣＡ方式により公平なアクセス制御が行なわれる。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。
【０１２１】
図９には、スーパーフレーム内の領域構成例を示している。但し、同図では、通信装置は自己が送信したビーコン信号の直後を自己の優先利用領域として設定し、さらに必要に応じて優先利用領域ＴＰＰを増加・減少させて、優先利用領域ＴＰＰと競合利用領域ＦＡＰの設定を行なうものである。
【０１２２】
同図の最上段では、図６（Ａ）で示した優先利用領域の設定に基づくスーパーフレーム内の利用領域の構成を示している。ここでは、自己のビーコン信号の直後に優先利用領域５００（ＴＰＰ−０）が設定され、それ以外の領域では、競合利用領域５０１として配置されている。
【０１２３】
また、同図の２段目では、図６（Ｂ）で示した優先利用領域の設定に基づくスーパーフレーム内の利用領域の構成を示している。ここでは、優先利用領域５１０（ＦＡＰ−０）に加え、追加された優先利用領域５１２（ＴＰＰ−１）が設定され、それ以外の領域では、競合利用領域５１１並びに５１３が配置されている。
【０１２４】
また、同図の３段目では、図６（Ｃ）で示した優先利用領域の設定に基づくスーパーフレーム内の利用領域の構成を示している。ここでは、優先利用領域５２０（ＴＰＰ−０）並びに５２２（ＴＰＰ−１）に加え、追加された優先利用領域５２４（ＴＰＰ−２）が設定され、それ以外の領域では、競合利用領域５２１、５２３、５２５が配置されている。
【０１２５】
また、同図の４段目では、図６（Ｄ）で示した優先利用領域の設定に基づくスーパーフレーム内の利用領域の構成を示している。ここでは、優先利用領域５３０（ＴＰＰ−０）、５３２（ＴＰＰ−１）、５３４（ＴＰＰ−２）に加え、追加された優先利用領域５３６（ＴＰＰ−３）、５３８（ＴＰＰ−４）が設定され、それ以外の領域では、競合利用領域５３１、５３３、５３５、５３７、５３９が配置されている。
【０１２６】
また、同図の最下段では、図６（Ｅ）で示した優先利用領域の設定に基づくスーパーフレーム内の利用領域の構成を示している。ここでは、優先利用領域５４０（ＴＰＰ−０）、５４２（ＴＰＰ−１）、５４４（ＴＰＰ−２）、５４６（ＴＰＰ−３）、５４８（ＴＰＰ−４）、５５０（ＴＰＰ−５）、５５２（ＴＰＰ−６）、５５４（ＴＰＰ−７）、５５６（ＴＰＰ−８）、が設定され、それ以外の領域では、競合利用領域５４１、５４３、５４５、５４７、５４９、５５１、５５３、５５５、５５７が配置されている。
【０１２７】
このように、１スーパーフレーム中に複数の優先利用領域（ＴＰＰ−１〜８）を分散して配置することで、処理を分散できるとともに、レイテンシーを考慮した通信を行なうことが可能になる。
【０１２８】
例えば、当初は図９最上段に示すスーパーフレーム構成によりデータ伝送を開始する。その後、データ・バッファ１０２における送信データの蓄積量が所定値を超えると、２段目、３段目…に示すように、優先利用領域が高密度に配置されたスーパーフレーム構成へと段階的に切り替わっていく。また、最下段、４段目、３段目、又は２段目におけるスーパーフレーム構成を用いてデータ伝送を行っているときに、データ・バッファ１０２における送信データの蓄積量が所定値を下回ると優先利用領域がより低密度に配置されたスーパーフレーム構成へと段階的に切り替わっていく。
【０１２９】
図１０には、本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がスーパーフレーム周期毎に送信するビーコン信号のフレーム構成例を示している。
【０１３０】
同図に示す例では、ビーコン信号のフレームは、信号の受信先アドレスと、送信元アドレスと、ヘッダ・チェックと、識別情報と、情報長と、ヘッダ・チェックと、近隣通信装置存在情報と、優先伝送領域情報などを含み、最後にフレーム・チェックが付加される。
【０１３１】
ビーコン信号の受信先アドレスをＢｒｏａｄｃａｓｔ送信であることとし、送信元アドレスを自己のアドレスとして設定する。そして、ヘッダ・チェックでは、この部分までの誤りを検出するための情報を書き込む。
【０１３２】
識別情報には、当該フレームがビーコン信号であることを識別するＢｅａｃｏｎ識別子を記述し、情報長にはこの信号の情報長を記述する。そして、ヘッダ・チェックでは、この部分までの誤り検出のための情報を書き込む。
【０１３３】
近隣装置存在情報には、近隣に存在する通信装置のビーコン信号送信タイミングを記述する。また、優先伝送領域存在情報には、自局における優先利用領域の設定の有無を示す。そして、末尾に当該フレームの誤り検出を行なうフレーム・チェックが付加される。
【０１３４】
本実施形態に係る無線ネットワークでは、通信局として動作する書く無線通信装置は、図１０に示したビーコン信号を定期的すなわちスーパーフレーム周期毎に送信する。したがって、通信局は、ある程度の周期を以って周辺局からのビーコン信号を受信することによって、周辺局の存在や優先伝送領域の存在を認識することができる。
【０１３５】
図１１には、優先利用領域におけるアクセス制御の動作例を示している。
【０１３６】
但し、同図に示す例では、通常競合伝送領域におけるアクセス制御と同様に、ＲＴＳ／ＣＴＳ制御による衝突回避手順を用いる。
【０１３７】
ここで、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。
【０１３８】
優先伝送領域では、その領域の先頭で、伝送路を利用する通信装置＃１から周囲の通信装置（＃２〜＃４）に対して優先伝送領域であることを示すビーコン信号を送信する。
【０１３９】
周囲にある通信装置（＃２〜＃４）では、この優先伝送領域であることを示すビーコンを受信することで一定時間にわたり伝送路が占有されることを知る。ここで、データの送信先ではない通信装置＃３及び＃４は、当該優先伝送が終了するまでメディアを監視することなくメディアが占有されている状態であると認識し、送信をストップさせる。この作業のことを、「ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ)を立てる）などと呼ぶ。
【０１４０】
ビーコンに続き情報送信元である通信装置＃１から通信装置＃２に対し、ＲＴＳ信号が送信される。ＲＴＳ信号を受信した受信先の通信装置＃２では、送信元通信装置＃１に対し、ＣＴＳ信号を返送する。さらにＣＴＳ信号を受信した送信元通信装置＃１は、受信先通信装置＃２宛てにデータ送信を開始する。
【０１４１】
受信先通信装置＃２はデータを受信し、その受信状況を通信装置＃１宛てに、ＡＣＫとして返信する。このようにして、一連の優先伝送領域における通信シーケンスが完了する。
【０１４２】
図１２には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局が行なう通信動作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において、中央制御部１００が情報記憶部１１３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。
【０１４３】
通信局は、まず、所定の時間にわたり周囲のビーコン情報を受信し、それらビーコンと重ならないタイミングを自己のスーパーフレーム周期として設定する（ステップＳ１）。
【０１４４】
そして、スーパーフレームの先頭でビーコン送信時刻が到来すると（ステップＳ２）、自局のビーコン信号の送信を行なう（ステップＳ３）。
【０１４５】
また、他の通信装置からのビーコンを受信した場合には（ステップＳ４）、ビーコン信号フォーマットの抽出及び解析を行なう。そして、当該ビーコン送信元の通信装置のスーパーフレーム周期情報を取り出して、これを情報記憶部１１３に近隣装置情報として格納し（ステップＳ５）、自局の送信ビーコン情報として受信のあったビーコンのタイミングを記載する（ステップＳ６）。
【０１４６】
あるいは、自局宛ての情報を受信した場合には（ステップＳ７）、受信信号フォーマットの抽出及び解析を行ない、受信データをバッファに格納する（ステップＳ８）。そして、インターフェース１０１を介して接続される機器の上位層アプリケーションに受信データを受け渡す。
【０１４７】
さらに、インターフェース１０１において、接続される機器の上位層アプリケーションから情報すなわち送信データを受理した場合には（ステップＳ９）、該情報を送信バッファに蓄える。そして、バッファ量判定部１０３において送信バッファ量を算出し（ステップＳ１０）、送信バッファ量が所定の分量を超過したか判断する（ステップＳ１１）。例えば、送信バッファ量が現在設定している優先伝送領域ＴＰＰでの伝送量を超えたかどうかを判断する。
【０１４８】
ここで、送信バッファ量が所定の分量を超過した場合には、情報記憶部１１３に格納されている全近隣通信装置スーパーフレーム情報を獲得する（ステップＳ１２）、そして、スーパーフレームの中からすべての通信装置でビーコンの設定のない場所を、自局の優先伝送領域に設定する（ステップＳ１３）。
【０１４９】
さらに、通信局は、優先利用領域を設定したことを送信ビーコン情報として記載する（ステップＳ１４）。
【０１５０】
そして、スーパーフレーム周期の中で自己が設定した優先伝送領域が到来したときに（ステップＳ１５）、送信情報の有無を確認する（ステップＳ１６）。そして、送信すべき情報があればデータ送信を行なう（ステップＳ２４）。
【０１５１】
また、送信すべき情報がなければ（ステップＳ１６）、未使用優先領域数を加算し（ステップＳ１７）、さらにその未使用優先領域数が所定の数を超過したかどうかを判断する（ステップＳ１８）。例えば、送信バッファ量が現在設定している優先伝送領域ＴＰＰでの伝送量を超えたかどうかを判断する。
【０１５２】
ここで、未使用優先領域数が所定の数を超過した場合には、優先利用領域の解放を行なうとともに（ステップＳ１９）、その旨を送信ビーコン情報として記載する（ステップＳ２０）。
【０１５３】
あるいは、優先伝送領域でない場合には（ステップＳ１５）、競合伝送領域が到来した場合には（ステップＳ２１）、送信情報の有無を確認する（ステップＳ２２）。そして、送信すべき情報があればアクセス制御権の有無を確認する（ステップＳ２３）。例えば、フレーム間隔にわたりメディアがクリアであることを確認した後ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる。ここで、アクセス権を得た場合には、データ送信を行なう（ステップＳ２４）。
【０１５４】
なお、各通信局がビーコン送信直後に優先伝送領域を獲得するという動作（図７を参照のこと）を行なう場合、逆に言えば、通信局は、他局からのビーコンを受信したことにより優先伝送領域の存在を認識することができる。この性質を利用して、通信局は、スーパーフレームの先頭に正規のビーコンを送信する以外に、スーパーフレーム内で１以上の擬似的なビーコン（以下、「補助ビーコン」と呼ぶ）を送信することによって、さらに優先伝送領域を獲得することができる。スーパーフレーム内に配置すべきビーコン数は、必要とする通信帯域量に応じて決定する。例えば、送信バッファに蓄積されているデータ量と、１回のビーコン送信当たりに獲得できる優先伝送領域の帯域幅の関係により、補助ビーコン数を決定することができる。
【０１５５】
このように通信局が補助ビーコンを用いて優先伝送領域を獲得する場合には、図１２に示したフローチャートのステップＳ１３では、スーパーフレーム内で、他局のビーコンとの衝突を回避しながら補助ビーコンを設けるようにすればよい。また、ステップＳ１４では、補助ビーコンの送信を以って周辺局に優先伝送領域の存在を報知することができる。
【０１５６】
図１３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、この優先伝送領域を増やす様子を示している。図示の例では、通信局＃１は、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。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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通信システムであれば、自律分散以外の形態のネットワークであっても、本発明を同様に適用することができる。また、各通信局が複数の周波数チャネル上をホッピングして通信を行なうマルチチャネル型の通信システムに対しても、本発明を適用することができる。
【０１６０】
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、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示した図である。
【図２】図２は、各通信局のビーコン送信手順を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明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４】図４は、通信局が優先伝送領域及び競合伝送領域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５】図５は、無線通信装置における伝送モードを制御するための状態遷移図である。
【図６】図６は、無線通信装置が優先利用領域を設定するための手順を説明するための図である。
【図７】図７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８】図８は、ビーコン送信局に優先伝送領域ＴＰＰを与える場合のスーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示した図である。
【図９】図９は、スーパーフレーム内の領域構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、ビーコン信号のフレーム構成例を示した図である。
【図１１】図１１は、優先利用領域におけるアクセス制御の動作例を示した図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る無線ネットワークにおいて通信局が行なう通信動作を示したフローチャートである。
【図１３】図１３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、この優先伝送領域を増やす様子を示した図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１００…中央制御部
１０１…インターフェース
１０２…データ・バッファ
１０３…バッファ量判定部
１０４…競合伝送領域送信バッファ
１０５…優先伝送領域送信バッファ
１０６…無線送信部
１０７…アクセス制御部
１０８…アンテナ
１０９…無線受信部
１１０…ビーコン解析部
１１１…ビーコン生成部
１１２…受信信号解析部
１１３…情報記憶部
【図１】
2005198008.tif 000003
【図２】
2005198008.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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