(57)【要約】【課題】同期フレームを送信する親機を効率良く選定するアドホックネットワークシステムを提供する。【解決手段】本発明のアドホックネットワークシステムを構成する各無線端末は、一定周期の同期タイミングにおいて、自己端末が送信待ちフレームを保持している送信待ち状態である場合、又は前回の同期タイミングにおいて親機の状態は送信待ち状態であったと確認できない場合に同期フレーム送信権獲得競争に参加する。そして、前記同期フレーム送信権獲得競争に勝利した無線端末が次回同期タイミングまで親機として動作する。本構成によって、送信待ち状態ではない無線端末は、同期フレーム送信権獲得競争への参加機会が減少し、同期フレーム送信準備や同期フレーム送信等による電力の消費を抑えられる。また、同期フレーム送信権獲得競争に参加する無線端末が制限されるため、同期フレームの衝突の可能性が低くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親機又は子機のいずれにもなる複数の無線端末を有し、
一定周期の同期タイミング毎の同期フレーム送信権獲得競争に参加した無線端末のうち、前記同期フレーム送信権を獲得した無線端末が、同期フレームを送信し、次回の同期タイミングまで親機として動作し、
他の無線端末は前記同期フレームにより同期を取り、次回の同期タイミングまで子機として動作するアドホックネットワークシステムであって、
前記同期タイミングは、ネットワークを開設した無線端末により定められ、
各無線端末は、前記同期タイミングにおいて、自己端末が送信待ちフレームを保持している送信待ち状態である場合、若しくは前回の同期タイミングにおける親機の状態は送信待ち状態であったと確認できない場合に、前記同期フレーム送信権獲得競争に参加することを特徴とするアドホックネットワークシステム。
【請求項２】
親機は、同期フレームを送信した次の同期タイミングにおいて、同期フレーム送信権獲得競争に参加することにより、前記同期フレーム送信権獲得競争に少なくとも１台以上の無線端末が参加することを特徴とする請求項１記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項３】
親機は、同期フレーム送信後の送信待ちフレーム優先送信権を獲得し、自己端末が送信待ち状態である場合には、前記送信待ちフレームを優先的に送信し、
他の無線端末は、親機が送信待ち状態であったか否かを、前記送信待ちフレームの検知の可否により判断することを特徴とする請求項１記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項４】
親機は、同期フレーム送信後に送信待ちフレームを送信するまでの時間間隔を送信待ちフレームの優先度に応じて設定し、
子機は、優先度の高い送信待ちフレームを保持している場合に、同期フレーム受信後に送信待ちフレームを送信するまでの時間間隔を送信待ちフレームの優先度に応じて設定し、
子機が親機よりも優先度が高い送信待ちフレームを保持している場合には、子機が優先的に送信待ちフレームを送信することを特徴とする請求項３記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項５】
同期フレームは、親機が送信待ち状態か否かを示す親機状態情報を含み、
子機は、前記親機状態情報により、親機が送信待ち状態か否かを判断することを特徴とする請求項１記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項６】
親機は、自己端末が送信待ち状態である場合、同期フレームに送信待ちフレーム中のデータを含めて送信し、
他の無線端末は、前記同期フレームの内容に基づき、親機の状態を判断することを特徴とする請求項１記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項７】
同期フレーム送信権獲得競争に参加する無線端末は、同期フレームの送信準備を行い、乱数により特定範囲内の遅延時間を決め、
前記同期フレーム送信権獲得競争に参加した無線端末の内最も遅延時間が短い無線端末が同期フレームを送信し、
他の無線端末は同期フレームの送信を行わず、前記同期フレームを受信することを特徴とする請求項１記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項８】
前記同期フレーム送信権獲得競争において送信待ち状態の無線端末の遅延時間発生範囲は、送信待ち状態でない無線端末の遅延時間発生範囲より狭いことを特徴とする請求項７記載のアドホックネットワークシステム。
【請求項９】
前記請求項１記載のアドホックネットワークシステムにおいて、
無線回線を通じてフレームの無線送受信を行う無線送受信手段と、
前記アドホックネットワークシステムと同期を取る同期処理手段と、
親機状態情報及び送信待ちフレームを一時的に記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている情報に基づき、同期フレーム送信権獲得競争に参加するか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段の判断に基づき、動作切替制御や電源供給制御を行い、自己端末を親機又は子機として動作させる制御手段と、を備えることを特徴とする無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親機または子機のいずれにもなる複数の無線端末から構成され、同期フレームを送信する親機を効率良く選定するアドホックネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアドホックネットワークにおける親機選定方法としては、複数台の親機で全無線端末からの受信電界強度データを収集し、無線端末の台数が増加した際にも、最適な通信位置の無線端末を短時間で最適な親機として選定しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１−１９９９に記載されているアドホックネットワークにおいては、同期タイミング毎にアドホックネットワーク内の全無線端末は、乱数を用いて特定範囲内の待ち時間を決定している。そして、全無線端末のうち最も待ち時間が短い無線端末が同期フレームを送信し、次回の同期タイミングまで親機として動作し、新たにアドホックネットワークに参加する無線端末からのプローブ要求への応答を行っている。
【特許文献１】特開平１０−１５５１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、フレームの送信を行わない無線端末に親機として動作する機会が与えられ、フレームの送信を行っていなくてもアドホックネットワークに参加することにより無駄な電力を消費してしまうという課題を有していた。
【０００５】
また、ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１−１９９９に記載されているアドホックネットワークにおいては、全無線端末が同期フレーム送信権獲得競争に参加するため、アドホックネットワークの規模が大きくなると、同期フレームが衝突する可能性が高くなるという課題も有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、送信待ちフレームを保持していない無線端末の無駄な電力の消費を抑え、さらに同期フレームの損失可能性を抑えたアドホックネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のアドホックネットワークシステムにおいて、アドホックネットワークシステムを構成する各無線端末は、一定周期の同期タイミングにおいて、自己端末が送信待ちフレームを保持している送信待ち状態である場合、若しくは前回の同期タイミングにおける親機の状態は送信待ち状態であったと確認できない場合に、同期フレーム送信権獲得競争に参加する。また、前記同期フレーム送信権獲得競争に勝利し同期フレームを送信する無線端末は、次回の同期タイミングまで親機として動作するとともにフレームの優先送信権を獲得する。他の無線端末は次回の同期タイミングまで子機として動作する。
【０００８】
本構成によって、送信待ちフレームを保持していない無線端末の同期フレーム送信権獲得競争への参加機会を減少させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアドホックネットワークシステムによれば、送信待ち状態でない無線端末は、同期フレームの送信機会が減り、親機としての動作機会も減ることから無駄な電力の消費を抑えられる。
【００１０】
また、同期フレーム送信権獲得競争に参加する無線端末が制限されるため、同期フレームの衝突の可能性が低くなるとともに、同期フレーム後のフレーム送信権獲得競争を避けられるため、ネットワークの伝送効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるアドホックネットワークシステムの各無線端末の機能構成を示すブロック図である。アドホックネットワークシステムを構成する各無線端末の機能構成は共通である。
【００１３】
図１の無線端末１０は、親機又は子機として動作し、無線回線を通じてデータの無線送受信を行うための無線送信部１０１及び無線受信部１０２と、無線チャネルをスキャンするスキャン部１０３、無線送受信用のアンテナ１０４を有している。
【００１４】
また、自己端末が親機として動作するための制御を行う親機制御部１０５と、自己端末が子機として動作するための制御を行う子機制御部１０６と、親機動作と子機動作を切替えるための制御を行う動作切替制御部１０７を有している。そして、各部への電源供給制御を行う電源制御部１０８を有している。
【００１５】
さらに、親機状態情報や送信待ちフレーム等を一時的に記憶する記憶部１０９と、同期タイミングにおいて同期フレーム送信権獲得競争に参加するか否かを判断する判断部１１０と、同期タイミングをカウントし、同期フレーム受信毎に同期タイミングの補正を行うとともに、その他各種タイミングをカウントするタイマ部１１１を有している。
【００１６】
図２に同期フレームの構成例を示す。図２において、同期フレームは、フレームの種類やフレーム長及び宛先／送信元端末情報等を含むヘッダと、アドホックネットワークの識別子や同期タイミングの周期情報等を含む管理情報と、親機が送信待ち状態であるか否かを示す親機状態情報と、フレーム誤り検出のためのＣＲＣ符号から成る。ここでは、親機状態情報を、親機が送信待ち状態の場合、“１”とし、そうでない場合には、“０”とする。
【００１７】
図３に送信待ちフレームの構成例を示す。送信待ちフレームは、フレームの種類やフレーム長及び宛先／送信元端末情報等を含むヘッダと、データと、フレーム誤り検出のためのＣＲＣ符号から成る。
【００１８】
次に、無線端末１０の動作手順を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。まず、無線端末１０は、電源起動後（Ｓ４００）、スキャン部１０３で無線チャネルをスキャンして既にアドホックネットワークが開設されているか否かを確認する（ステップＳ４０１）。スキャン部１０３は、同期フレーム検知の有無、又はアドホックネットワークに対するプローブ要求への応答の有無により、ステップＳ４０１の判断を行う。
【００１９】
アドホックネットワークが開設されていない場合、無線端末１０は、動作切替制御部１０７により親機動作へと動作を切り替え、同期フレームを報知し、アドホックネットワークを開設し、次回同期タイミングまで親機として動作する（ステップＳ４０２）。同期タイミングの周期Ｔａは、アドホックネットワークを開設した無線端末により決められる。なお、アドホックネットワークに新しく参加する無線端末がプローブ要求フレームを送信した場合、親機は、プローブ応答フレームを送信する。プローブ応答フレームには、同期タイミングの周期情報が含まれる。
【００２０】
また、アドホックネットワークが既に開設されている場合、無線端末１０は、動作切替制御部１０７により子機動作へと動作を切り替え、同期フレームと同期を取り、親機との認証手続き等を行ってアドホックネットワークに参加し、次回同期タイミングまで子機として動作する（ステップＳ４０３）。無線端末１０は、同期フレームを受信すると、同期フレーム中の親機状態情報から親機の状態を把握し、記憶部１０９における親機状態情報を更新する。
【００２１】
無線端末１０は、次回同期タイミング付近まで、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式による分散制御等に基づきフレームの送受信を行う（ステップＳ４０４、Ｓ４０５）。同期タイミングは、タイマ部１１１により把握する。
【００２２】
同期タイミングになると、無線端末１０は、判断部１１０により自己端末が記憶部１０９に送信待ちフレームを保持しているか否かの確認を行い（ステップＳ４０６）、送信待ちフレームを保持している送信待ち状態の場合には同期フレーム送信権獲得競争に参加する（ステップＳ４０８）。
【００２３】
また、自己端末が送信待ち状態でない場合には、無線端末１０の判断部１１０が、記憶部１０９の親機状態情報により、前回同期タイミングにおける親機の状態は送信待ち状態であったかどうかを判断する（ステップＳ４０７）。そして、親機が送信待ち状態ではなかったと判断した場合に、同期フレーム送信権獲得競争に参加する（ステップＳ４０８）。
【００２４】
無線端末１０は、前記同期フレーム送信権獲得競争に参加する場合、動作切替制御部１０７により親機動作へと動作を切り替え、同期フレームの送信準備を行う。
【００２５】
同期タイミングにおいて、電源制御部１０８は、同期フレーム受信のために無線受信部１０２へ電源供給を行う。また、電源制御部１０８は、無線端末１０が同期フレーム送信権獲得競争に参加する場合、同期フレーム送信準備のために無線送信部１０１に電源供給を行い、参加しない場合には無線送信部１０１への電源供給は行わない。このように、同期タイミングにおいて無線送信部１０への電源供給を制御することにより、無駄な電力の消費を抑えている。
【００２６】
無線端末１０は、同期フレーム送信権を獲得すると、同期フレームを送信する（ステップＳ４０９）。一方、同期フレームを送信しない場合、無線端末１０は、動作切替制御部１０７により子機動作へ動作を切り替え、同期フレームを受信し、タイマ部１１１により同期を取り（ステップＳ４１０）、次回同期タイミングまで子機として動作する（ステップＳ４０４、Ｓ４０５）。無線端末１０は、同期フレームを受信すると、同期フレーム中の親機状態情報から親機の状態を把握し、記憶部１０９における親機状態情報を更新する。
【００２７】
同期タイミングにおいて、子機は、同期フレームが衝突して同期フレームの受信ができない等の理由により、親機の状態を把握できない場合、記憶部１０９における親機状態情報を“０”として更新する。
【００２８】
また、無線端末１０は、送信待ち状態で同期フレームを送信した場合には、他端末に優先して送信待ちフレームの送信を行い（ステップＳ４１１）、次回同期タイミングまで親機として動作する（ステップＳ４０４、Ｓ４０５）。親機が、送信待ち状態でなかった場合は、ステップＳ４１１は省略される。
【００２９】
なお、無線端末１０は、親機となった場合、次回同期タイミングの同期フレーム送信権獲得競争に参加する。これにより、次回同期タイミングにおいて同期フレーム送信権獲得競争に少なくとも１台以上の無線端末が参加し、同期フレームの損失が起こらないようにしている。
【００３０】
ステップＳ４０４に戻ると、無線端末１０は、同期タイミング毎に前記の動作手順を繰り返す。なお、無線端末１０がアドホックネットワークから離脱した場合には、残りの無線端末のいずれかが同期フレームを送信するためアドホックネットワークは維持される。
【００３１】
次に、図５を用いて同期タイミングにおける各無線端末の具体的な動作例を説明する。図５において、アドホックネットワークは、無線端末１０、１１、１２の３台により構成されている。同期タイミング周期はＴａであり、同期タイミング５００において、無線端末１０、１１は送信待ちフレーム５０３、５０４を保持し、無線端末１２は送信待ちフレームを保持していない。無線端末１０、１１は、同期タイミング５００における同期フレーム送信権獲得競争に参加する。そして、無線端末１０、１１は、同期フレームの送信準備を行い、タイマ部１１１において乱数による特定範囲内の遅延時間を決定する。
【００３２】
図５において、無線端末１０の遅延時間はＴ１であり、無線端末１１の遅延時間はＴ２となっている。Ｔ１はＴ２より短いため、無線端末１０が同期タイミングからＴ１だけ遅れて同期フレームを送信する。同期フレームにおいて、管理情報は遅延時間Ｔ１に関する情報を含み、親機状態情報は親機が送信待ち状態であることを示す“１”となる。
【００３３】
無線端末１１は、自己端末が同期フレームを送信する前に同期フレームを受信するため、同期フレームの送信をキャンセルする。無線端末１１、１２は、同期フレームを受信し、タイマ部１１１により遅延時間Ｔ１を考慮して同期を取る。また、無線端末１１、１２は、同期フレーム中の親機状態情報から親機が送信待ち状態であると判断する。
【００３４】
無線端末１０は、同期フレーム送信から特定時間Ｔｂ後に、優先的に送信待ちフレーム５０３を送信する。以降、各無線端末は、次回同期タイミング５０１付近まで、前記分散制御等に基づきフレームを送受信する。
【００３５】
送信待ちフレーム５０３は無線端末１２宛であり、無線端末１１、１２は同期フレーム受信から特定時間Ｔｂ後に送信待ちフレーム５０３を検知、受信することにより、親機である無線端末１０が同期タイミング５００において送信待ちフレーム５０３を保持していたと判断しても良い。
【００３６】
次に、無線端末１１は同期タイミング５０１において、送信待ちフレーム５０４を保持したままであるとする。同期タイミング５０１において、直前までの親機である無線端末１０と、送信待ちフレーム５０４を保持する無線端末１１とが、同期フレーム送信権獲得競争に参加する。
【００３７】
同期タイミング５０１において、無線端末１０の遅延時間はＴ３であり、無線端末１１の遅延時間はＴ４となっている。Ｔ４はＴ３より短いため、無線端末１１が同期タイミング５０１からＴ４だけ遅れて同期フレームを送信し、送信から特定時間Ｔｂ後に、優先的に送信待ちフレーム５０４を送信する。同期タイミング５０２以降においても、各無線端末１０、１１、１２は、図４のフローチャートに基づく動作手順を繰り返す。
【００３８】
かかる構成によれば、送信待ち状態ではない無線端末は、同期フレーム送信権獲得競争への参加機会が減少し、親機として動作する機会も減少することから、同期フレーム送信準備や同期フレーム送信等による電力の消費を抑えられる。
【００３９】
また、同期フレーム送信権獲得競争への参加端末が減少することから、同期フレームの衝突の可能性が低くなりアドホックネットワークが安定する。さらに、同期フレーム受信後のフレーム送信権の競争を避けられるため、同期フレーム受信後の無駄な空白時間を減少でき、アドホックネットワークの伝送効率を高めることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態１において、親機は、同期フレーム送信後に送信待ちフレームを送信するまでの特定時間Ｔｂを送信待ちフレームの優先度に応じて設定し、子機は、優先度の高い送信待ちフレームを保持している場合に、同期フレーム受信後に送信待ちフレームを送信するまでの時間間隔を送信待ちフレームの優先度に応じて設定し、子機が親機よりも優先度が高い送信待ちフレームを保持している場合には、子機が優先的に送信待ちフレームを送信できるようにしても良い。
【００４１】
また、送信待ち状態の無線端末の遅延時間発生範囲を、送信待ち状態でない無線端末の遅延時間発生範囲より狭くすることにより、送信待ち状態の無線端末に優先的に同期フレームを送信させても良い。
【００４２】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１において、親機が送信待ちフレームを保持している場合には、同期フレームに送信待ちフレーム中のデータを含めて送信するものとする。
【００４３】
本実施の形態２におけるアドホックネットワークシステムの各無線端末の機能構成は図１に示すとおりであり、実施の形態１と同一である。また、各無線端末は、図４に示すフローチャートからステップＳ４１１を除いたものに基づいて動作する。
【００４４】
本実施の形態２における親機が送信待ちフレームを保持している場合の同期フレームの構成例を図６に示す。図６において、同期フレームは、フレームの種類やフレーム長及び宛先／送信元端末情報等を含むヘッダと、アドホックネットワークの識別子や同期タイミングの周期情報等を含む管理情報と、送信待ちフレーム中のデータと、フレーム誤り検出のためのＣＲＣ符号から成る。
【００４５】
また、親機が送信待ち状態でない場合の同期フレームの構成例は、実施の形態１と同一である。したがって、子機は、同期タイミングにおいて、同期フレーム中にデータ部が含まれるか否かにより、親機の状態の判断を行う。
【００４６】
かかる構成によれば、同期フレームと送信待ちフレームを併せて送信可能となるため、アドホックネットワークシステムの伝送効率を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかるアドホックネットワークシステムは、規模が大きくなるほど、無線端末の消費電力低減効果が増すという特徴を有し、大規模なアドホックネットワークシステムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１、２におけるアドホックネットワークシステムの各無線端末の機能構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における同期フレームの構成例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における送信待ちフレームの構成例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における各無線端末の動作手順を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１における同期タイミングでの各無線端末の具体的な動作例を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における親機が送信待ちフレームを保持している場合の同期フレームの構成例を示す図
【符号の説明】
【００４９】
１０，１１，１２    無線端末
１０１    無線送信部
１０２    無線受信部
１０３    スキャン部
１０４    アンテナ
１０５    親機制御部
１０６    子機制御部
１０７    動作切替制御部
１０８    電源制御部
１０９    記憶部
１１０    判断部
１１１    タイマ部
５００，５０１，５０２    同期タイミング
５０３    無線端末１２宛送信待ちフレーム
５０４    無線端末１０宛送信待ちフレーム
Ｔａ    同期タイミング周期
Ｔｂ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４    遅延時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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