(57)【要約】【課題】無線を用いて無線機器間でデータ通信を行うシステムにおいて、データ送信する際の帯域予約を行う場合、その都度データ送信側は帯域管理を行う機器に対して帯域予約要求を行い、その応答結果よりデータを送れるか否かを判断する必要があった。【解決手段】無線区間において帯域を管理している無線親機が定期的に周辺無線子機に対して通知しているビーコン信号内において、無線帯域の空き情報をのせることにより、余分なトラフィックを増やすことなく、無線親機は無線子機に対して、帯域の空き情報を定期的に通知することができる。また、この空き情報と、無線親機と無線子機間の電界強度の値に基づいて、無線子機は、帯域確保要求時に、再送時に必要となる帯域を含めて予め多めの帯域を無線親機に要求することができる。【選択図】図１
2005151213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線を用いて無線機器間でデータ通信を行い、無線親機及び１つまたは複数の無線子機によって構成される無線通信システムであって、前記無線親機は、データの入出力処理及びアクセス制御を行う無線親機用制御手段と、データを蓄積する領域を備えたデータ蓄積手段と、無線区間の空き帯域を算出し、前記無線親機用制御手段にその情報を伝える空き帯域算出手段と、送信すべきデータを符号化しベースバンド信号として出力し、また、受信したベースバンド信号を復号化する信号処理手段と、ベースバンド信号を変復調しアンテナを介してデータを送受信する通信手段を備え、前記無線子機は、データの入出力処理及びアクセス制御を行う無線子機用制御手段と、データを蓄積する領域を備えたデータ蓄積手段と、送信すべきデータを符号化しベースバンド信号として出力し、また、受信したベースバンド信号を復号化する信号処理手段と、ベースバンド信号を変復調しアンテナを介してデータを送受信する通信手段を備え、前記無線親機は無線区間の空き帯域情報を、定期的に前記無線子機に通知するビーコン信号にのせ、前記無線子機は、受信した空き帯域情報によって、送信すべきデータが、無線区間において帯域予約され、送信保証されるかどうかがデータ送信前に判断できることを特徴とする無線通信方式。
【請求項２】
前記無線子機は、無線親機からの空き帯域情報及び無線親機からの受信電界強度に基づき、帯域予約要求を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおいて、無線区間における帯域予約の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線通信システムにおける帯域予約の方式としては、帯域予約を要求する側から、帯域予約を要求される側に対して予約を行う方法が用いられている。帯域予約を行う方法の一例として、ＲＳＶＰ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）がある。ＲＳＶＰにおいては、データ送信側がまずＰＡＴＨ信号をデータ受信側に送り、ＰＡＴＨ信号を受信したデータ受信側が、データ送信側から要求された帯域を満たすだけ十分の帯域が空いているかどうか、また、帯域の予約権限があるかどうか等を判断し、その結果をルータを介してデータ送信側に通知している。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格によるＨＣＦ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）アクセス制御方式においては、無線子機がデータ送信を行う際には、図２に示すように、帯域予約要求を行う。図２において、まずデータを送信する無線子機が無線親機に対して、ＡＤＤＴＳ要求を送信することにより、送りたいデータの帯域の確保予約要求を行う。無線親機側では、要求された帯域が使用可能かどうか判断し、可能であればＡＤＤＴＳ応答を無線子機側に返す。そして、無線親機側はＣＦ−Ｐｏｌｌにより送信許可を出し、その信号を受信した無線子機は、漸くデータを送信することが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２４４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、データを送信する際の帯域予約において、データ送信側が帯域予約要求を行い、データ受信側が受信した帯域予約要求に従って帯域の空き状況から、帯域予約が可能かどうかを判断し、帯域予約要求元に結果を通知するという手続きを行う必要がある。つまり、データ送信を行う際には、その都度、データ送信側は帯域管理を行っている機器に対して帯域予約要求を行い、その応答結果より、データを送れるかどうかを判断しなければならないという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の無線通信方式は、無線を用いて無線機器間でデータ通信を行い、無線親機及び１つまたは複数の無線子機によって構成される無線通信システムであって、前記無線親機は、データの入出力処理及びアクセス制御を行う無線親機用制御手段と、データを蓄積する領域を備えたデータ蓄積手段と、無線区間の空き帯域を算出し、前記無線親機用制御手段にその情報を伝える空き帯域算出手段と、送信すべきデータを符号化しベースバンド信号として出力し、また、受信したベースバンド信号を復号化する信号処理手段と、ベースバンド信号を変復調しアンテナを介してデータを送受信する通信手段を備え、前記無線子機は、データの入出力処理及びアクセス制御を行う無線子機用制御手段と、データを蓄積する領域を備えたデータ蓄積手段と、送信すべきデータを符号化しベースバンド信号として出力し、また、受信したベースバンド信号を復号化する信号処理手段と、ベースバンド信号を変復調しアンテナを介してデータを送受信する通信手段を備えたものである。本構成によって、前記無線親機は無線区間の空き帯域情報を、定期的に前記無線子機に通知するビーコン信号にのせ、前記無線子機は、受信した空き帯域情報によって、送信すべきデータが、無線区間において帯域予約され、送信保証されるかどうかがデータ送信前に判断できる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、データ送信を行う際に、事前に帯域予約要求にて帯域の空き状況を帯域管理機器に問い合わせすることなく、帯域管理機器から定期的に帯域の空き情報を通知し、データ送信側はその情報を受信することにより、データ送信に際しても、帯域予約の手続きを行う前に、帯域が空いているかどうかの問い合わせを行う必要もなく、一連の手続きの負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線親機及び無線子機の構成を示すブロック図である。
【０００８】
ここで無線通信プロトコルとして、ＩＥＥＥ８０２．１１の手順を用いて説明する。図１において、１００は無線親機、２００は無線子機である。無線親機１００において、１０はアンテナ、通信手段１１は、アンテナから受信したデータを周波数変換回路により中間周波数帯に変換してベースバンド信号を生成し、また、ベースバンド信号をアンテナ１０から放射するために信号の周波数を上げる周波数変換回路であり、信号処理手段１２は、受信したベースバンド信号を復号化し、あるいは、送信すべきデータを符号化してベースバンド信号として出力し、無線親機用制御手段２０は、データの入出力処理及びアクセス制御を行うと伴に、定期的にビーコン信号を生成し、データ蓄積手段１３は、データを蓄積する領域を備え、空き帯域算出手段２１は、無線区間の空き帯域を算出し、無線親機用制御手段２０にその情報を伝える。無線子機２００において、無線親機１００と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。無線子機用制御手段３０は、データの入出力処理及びアクセス制御を行う。
【０００９】
以上のように構成された無線親機１００及び無線子機２００の動作について詳細に説明する。
【００１０】
無線親機１００は、データ蓄積手段１３に溜まっているデータ量及び送信スケジュールを定期的に空き帯域算出手段２１が検出し、無線区間における空き帯域量を算出する。算出された値は、空き帯域算出手段２１から無線親機用制御手段２０に渡される。無線親機用制御手段２０では、無線子機２００に対して、ビーコン信号を送ることにより、通信を行いたいかどうかを順次問い合わせ、応答があった無線子機２００に対して送信権を与える方式を採っており、そのビーコン信号に、空き帯域算出手段２１より受信した空き帯域量の情報をのせて信号処理手段１２に送る。無線親機用制御手段２０では、その他、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレームの暗号化、ＭＡＣヘッダーの付加等も行っている。信号処理手段１２では、送信データにデジタル変調を施し、受信局で送信データを正しく受信するために必要な情報をプリアンブルとしてデジタル変調を施した送信データフレームごとその先頭に付加し、無線伝送する周波数帯の送信信号に変換する。ここで、デジタル変調方式としてはＱＰＳＫなどの位相変調や直交振幅変調（ＱＡＭ）、あるいはこれらの変調方式と組み合わせてスペクトラム拡散や直行周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などが用いられる。また、プリアンブルには無線周波数を補正するために必要な情報や変調方式に関する情報などが含まれる。通信手段１１では、信号処理手段１２から受信したベースバンド信号を、中間周波数帯に周波数変換し、更に、アンテナ１０から放射するために信号の周波数を上げる。
【００１１】
ここで、図３に無線親機から送信されるビーコン信号の振る舞いを示す。図に示すように、無線親機から一定の間隔で、周辺の無線子機にビーコン信号を送信する。ビーコン信号を受信した無線子機は、ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれる自律分散的なアクセス制御の場合は、データの衝突をできるだけ回避するために、無線チャネルの使用状況を見てからデータを送信するかどうかを決定するＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）により、無線子機が自律的にデータを送信する。ＣＳＭＡ／ＣＡは、データ送信を行う際に、無線子機がそれぞれ事前にキャリアセンスを行い、無線区間の使用状況を確認し、他の無線子機が送信を行っている間は送信も見合わせ、無線区間がビジーであれば、アイドルになるまで送信を延期する。また、無線区間に他の無線子機がデータを送信していない場合において、一定期間無線区間が未使用であれば、キャリアを誰も使用していないと判断し、データ送信を開始する。なお、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａにおいて、プリアンブルを検出できなかった場合、そのキャリア・センス・レベルは−６２ｄＢｍと規定されているため、−６２ｄＢｍ以上の電力レベルが検出されると、無線区間はビジーと判断され、それ未満であればアイドルと判断される。一方、ＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれる無線親機によるポーリングに基づく集中制御によるアクセス制御の場合は、一般的に無線親機がポーリングを行うポイント・コーディネータになり、ポーリングによって無線管理配下の無線子機に順番に送信権を与え、データ同士の衝突を発生させないように集中制御を行っている。無線子機は、無線親機と接続関係を確立する際に、アソシエーション要求フレームを用いてＰＣＦに参加することを要請する。無線親機は、無線子機からの要請に基づき、ポーリングする無線子機のリストを作成し、管理する。無線親機は、無線子機との接続関係を解除したとき、そのリストから該当無線子機を削除する。無線親機は、そのリストに基づき、無線子機を順番にポーリングする。無線子機は、ポーリング指定されたときのみ、データを送ることができる。このため、ＤＣＦのように無線子機や無線親機の送信するデータ同士が衝突することはない。
【００１２】
ここで、図４にビーコン信号のフォーマットを示す。図に示すように、ビーコン・フォーマットには、ビーコン周期、識別子、サポートしている全ての無線伝送レートの一覧、使用している無線チャネルの番号、及びパワー・マネジメントに関する各種情報等が入っている。このビーコン情報をもとに、無線子機は前述の通り、データ送信のタイミングを計るとともに、このビーコン信号内において時刻情報を表すＴＳＦ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）タイマーの値を間欠受信し、無線子機は自局のタイマーにその値をセットすることにより、無線区間において同期を取り、無線子機は、受信したＴＳＦタイマーを用いて間欠受信のタイミングでパワー・セーブを行っている。
【００１３】
ここで、ビーコン・フレーム内において、空帯域情報を付加することにより、無線子機に、無線区間における帯域の空き状況を通知することができる。例えば図４に示すフレーム・フォーマットにおけるＦｒａｍｅ  ＢｏｄｙのＣａｐａｂｉｌｉｔｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格の場合はその内１１ビットが、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格の場合はその内５ビットが、空帯域情報として値を設定することが可能であり、この領域に空帯域情報を設定し、ビーコン信号にのせて周辺無線子機に定期的に通知する。
【００１４】
設定する値としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｅで５ビットが使用可能である場合で５４Ｍｂｐｓモードの場合、５００ｋｂｐｓを１として表すとすると、１０Ｍの帯域が空いていることを示す場合、“１０１００”として表すことができる。
【００１５】
無線子機２００は、無線親機１００から送信されたビーコン信号をアンテナ１０で受信し、通信手段１１で受信した信号を中間周波数帯まで下げ、ベースバンド信号として無線子機用制御手段３０に送る。無線子機用制御手段３０では、受信したビーコン信号を解析することにより、無線区間での帯域の空き状況を知ることができる。
【００１６】
ここで、無線子機２００から無線親機１００にデータを送る場合を考える。図１の（ｂ）に対して、図１の（ａ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。無線子機２００の無線子機用制御手段３０には送信データが入力される。この送信データは、インターネットや映像や音声をＭＰＥＧなどのストリームフォーマットに圧縮したデジタルデータである。無線子機用制御手段３０では、ＭＡＣと呼ばれる媒体アクセス制御機能を備え、有線のイーサネット（Ｒ）で使用されているアクセス制御方法であるＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を踏襲したＣＳＭＡ／ＣＡが採用されている。このアクセス制御とは、どのタイミングで無線区間にデータを送出すればよいかどうかを制御するプロトコルである。ここで、例えば無線子機用制御手段３０に入力されたデータを送るために必要な帯域に対して、受信したビーコン信号から解析した無線区間の空き帯域量が大きいか小さいかを判断し、空き帯域の方が小さい場合は、無線親機１００に対して帯域予約要求を行っても送れないことが事前にわかるため、帯域予約要求は行わないか、少ない帯域量の要求にとどめる。一方、空き帯域の方が大きい場合は、データを送るために必要な帯域量を予約するため、帯域予約要求を無線親機１００に対して行う。
【００１７】
ここで具体例を挙げると、送信すべきデータが２０Ｍｂｐｓ相当であった場合で、無線親機１００からのビーコン信号により、無線区間の空き帯域が１５Ｍｂｐｓしかないと分かっている場合は、無線子機側は、２０Ｍｂｐｓではなく１５Ｍｂｐｓの帯域要求を無線親機１００に対して行うか、あるいは、無線親機１００に対して帯域要求は行わず、データ送信側にデータが送れない旨を知らせる必要がある。
【００１８】
以上のように、無線親機１００が送信するビーコン信号に、無線区間の空き帯域情報を付加し、無線子機２００にて、定期的にその情報を通知することにより、データ送信を行う際に、無線区間の空き状況によりデータが送れるかどうかを判断することができ、都度、無線親機１００に対して、帯域予約要求を送る必要がなくなる。
【００１９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における無線親機及び無線子機の構成を示すブロック図である。図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図５において、電界強度測定手段３１は、無線親機１００からの電界強度を受信し、受信した電界強度を無線子機用制御手段３０に伝える役割を担い、データを送信したい場合において、この受信電界強度と無線親機１００から定期的に受信する無線の空き帯域情報及び、送りたいデータの必要帯域量に基づいて、無線親機１００に対して帯域予約要求を行うことを特徴とする。無線区間において、伝送路状態が良好な場合、つまり受信電界強度が高い場合、例えば無線子機２００が要求する帯域を無線親機１００が予約確保し、データ伝送を行いたい場合は、データはほぼ誤りがない状態で無線親機１００に送られ、希望するデータ量を送り続けることができる。しかし、無線伝送路の間に、電波を遮断するような障害物があり、無線伝送路の状態が悪い場合、つまり受信電界強度が低い場合は、無線区間においてデータの再送が頻繁に発生するために、送るデータ量に基づいて決定された無線子機２００が要求した帯域量だけでは、十分な帯域確保とは言えず、再送のために必要な帯域がとられてしまい、結果的に帯域が不足し、上手くデータが送れないという問題が発生する。そこで、電波状態が悪い場合は、データ送信量に基づいた無線親機１００に対する帯域予約量を、予め多く要求することにより、再送発生時においても、データを十分に送ることができるようにする。例えば、１０Ｍｂｐｓ相当のデータを送りたい場合において、無線伝送路の状態が良好な場合、例えば５０ｄＢｍ程度においては、そのまま１０Ｍｂｐｓが送れる帯域予約要求を行えば良いが、同じデータ量において、無線伝送路が悪い場合、例えば２０ｄＢｍ程度の場合は、１０Ｍｂｐｓの要求ではなく、再送を考慮して２０Ｍｂｐｓ相当が送れるだけの帯域を予め予約要求すれば良い。なお、請求項１に基づき、無線親機１００からのビーコン信号により、帯域の空き容量が１５Ｍｂｐｓ相当しかないことが予めわかっている場合は、２０Ｍｂｐｓの要求ではなく、１５Ｍｂｐｓの要求にとどまるか、あるいはデータが送れない旨をデータ送信側に伝える必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明にかかる無線通信方式によれば、無線区間においてデータ送信する際に、帯域予約要求の手続きを行うことなく、データが送れるかどうかの判断が可能であるので、ネットワーク上においてトラフィックを減らす効果があり、無線区間における帯域の有効利用が可能である。つまり、帯域予約が必要なリアルタイム映像を無線で送信する場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における無線親機及び無線子機のブロック図
【図２】背景技術におけるＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格の帯域予約方法の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるビーコン信号の振る舞いの一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるビーコン信号のフレーム・フォーマットを示す図
【図５】本発明の実施の形態２における無線親機及び無線子機のブロック図
【符号の説明】
【００２２】
１０    アンテナ
１１    通信手段
１２    信号処理手段
１３    データ蓄積手段
２０    無線親機用制御手段
３０    無線子機用制御手段
３１    電界強度測定手段
１００    無線親機
２００    無線子機
【図１】
2005151213.tif 000003
【図２】
2005151213.tif 000004
【図３】
2005151213.tif 000005
【図４】
2005151213.tif 000006
【図５】
2005151213.tif 000007