(57)【要約】【課題】高い回線容量を安定して確保することができる無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供すること。【解決手段】マスタ装置２００は、受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てるマスタ装置２００であって、複数のグループの送信側装置に対して、送信側装置の指向の方向を、送信側装置と同じグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出させ、更に、複数のグループの受信側装置に対して、所定の無線信号を待ち受けさせ、グループ間を跨いで所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する空間再利用調整部２６０を有する。【選択図】図２
2009302871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信装置であって、
前記複数のグループの送信側装置に対して、前記送信側装置の指向の方向を、前記送信側装置と同じグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出させる指示信号を出力する信号送出指示手段と、
前記複数のグループの受信側装置に対して、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号待受指示手段と、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段と、
を有する無線通信装置。
【請求項２】
送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信装置であって、
前記複数のグループの送信側装置に対して、所定の無線信号を送出させる指示信号を出力する信号送出指示手段と、
前記複数のグループの受信側装置に対して、前記受信側装置の指向の方向を、前記受信側装置と同じグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号待受指示手段と、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段と、
を有する無線通信装置。
【請求項３】
前記受信側装置がいずれのグループから前記所定の無線信号を受信したかを示す干渉情報を取得する干渉情報取得手段、を更に有し、
前記通信期間割当手段は、
取得された前記干渉情報から、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われたか否かを判断する、
請求項１または請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記送信側装置から、前記受信側装置に対する通信開始の要求を受信した場合は、前記受信側装置に対して前記要求を転送する要求転送手段と、
前記信号送出指示手段は、
前記要求の転送を行った前記受信側装置から前記要求を受け入れる旨の応答があったとき、前記送信側装置と前記受信側装置とを同じグループとして、前記通信期間の割り当てを行う、
請求項１または請求項２記載の無線通信装置。
【請求項５】
媒体アクセス時間を分割して、所定の無線信号の送出を行う第１の期間と、前記通信期間を配置する第２の期間とを、周期的に配置する時間分割手段、を更に有し、
前記信号送出指示手段は、
前記第１の期間を分割して前記グループごとに前記所定の無線信号の送出を行うスロットを設定し、
前記通信期間割当手段は、
前記第２の期間の中から前記グループごとに前記通信期間を割り当てる指示信号を出力する、
請求項１または請求項２記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記信号送出指示手段は、前記複数のグループに対して、定期的に、前記所定の無線信号の送出および待ち受けを行わせて前記干渉情報を取得し、
前記通信期間割当手段は、
取得される前記干渉情報に応じて前記通信期間の再割り当てを行う、
請求項３記載の無線通信装置。
【請求項７】
受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、前記送信側装置および前記受信側装置を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てるマスタ装置と、を有する無線通信システムであって、
前記送信側装置は、
前記送信側装置の指向の方向を、自己のグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出する信号送出手段と、
前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う送信側通信手段と、を有し、
前記受信側装置は、
前記所定の無線信号を待ち受ける無線信号受信手段と、
前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う受信側通信手段と、を有し、
前記マスタ装置は、
前記受信側装置がいずれのグループから前記所定の無線信号を受信したかを示す干渉情報を取得する干渉情報取得手段と、
取得された前記干渉情報から、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われたか否かを判断し、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段と、を有する、
無線通信システム。
【請求項８】
送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、前記送信側装置および前記受信側装置を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てるマスタ装置と、を有する無線通信システムであって、
前記送信側装置は、
所定の無線信号を送出する信号送出手段と、
前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う送信側通信手段と、を有し、
前記受信側装置は、
前記受信側装置の指向の方向を、自己のグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受ける無線信号受信手段と、
前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う受信側通信手段と、を有し、
前記マスタ装置は、
前記受信側装置がいずれのグループから前記所定の無線信号を受信したかを示す干渉情報を取得する干渉情報取得手段と、
取得された前記干渉情報から、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われたか否かを判断し、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段と、を有する、
無線通信システム。
【請求項９】
受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信方法であって、
前記複数のグループの送信側装置に対して、前記送信側装置の指向の方向を、前記送信側装置と同じグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出させ、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号送受信指示ステップと、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当ステップと、
を有する無線通信方法。
【請求項１０】
送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信方法であって、
前記複数のグループの送信側装置に対して、所定の無線信号を送出させ、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記受信側装置の指向の方向を、前記受信側装置と同じグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号送受信指示ステップと、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、
グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当ステップと、
を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性の無線通信により無線空間を再利用する無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無指向性の無線通信を行う無指向性アンテナが広く採用されている。無指向性アンテナを使用する無線通信システムでは、無線通信装置が無線媒体中にデータパケットを送信する場合、その送信は、ブロードキャストの性質を帯びる。このような従来のシステムでは、本来の送信先以外の無線通信装置にもデータパケットが到達してしまうことから、複数の送信元から送出されたデータパケットが受信側装置側で衝突するという問題が発生する。
【０００３】
図２０は、従来の無指向性通信を行う、無線通信システムにおける無線通信の様子を示す図である。
【０００４】
図２０に示すように、無線通信システム１０は、無指向性アンテナを備えた６つの無線通信装置として、装置Ａ〜Ｆ（１１〜１６）を有している。装置Ａ（１１）が無指向性通信により無線媒体中に送信した無線信号は、その無指向性アンテナの通信範囲（１７）にブロードキャストされる。なお、無指向性アンテナの通信範囲は、通常、完全な円形ではなく、その形状と大きさは、個々の無線通信装置、無線媒体の状態、環境内に存在する物体等、様々な要因に依存して異なる。
【０００５】
無指向性通信を採用した場合の問題点は、無線通信に使用できる空間（以下「無線空間」という）あたりの回線容量が低いことである。
【０００６】
図２０に示す例では、装置Ａ（１１）の通信範囲（１７）内に、本来の通信相手である装置Ｂ（１２）以外に、装置Ｃ（１３）と無線通信を行う装置Ｄ（１４）と、装置Ｅ（１５）と無線通信を行う装置Ｆ（１６）とが位置している。この場合、図２０に示すように、装置Ａ（１１）が装置Ｂ（１２）に無線信号を送信するとき、その信号強度は、装置Ａ（１１）の通信範囲（１７）内の全域に及ぶことから、装置Ｃ（１３）から装置Ｅ（１４）への無線信号送信、および装置Ｅ（１５）から装置Ｆ（１６）への無線信号送信に対して、潜在的に干渉を引き起こす可能性がある。
【０００７】
これは、装置Ａ（１１）が装置Ｂ（１２）と通信している間は、装置Ｃ〜Ｆ（１３〜１６）は正常な通信を行うことが困難であるということを意味する。すなわち、無線通信を行う他のグループ基づいて、ある無線空間が利用されている期間は、その無線空間内に位置する受信側装置は、その無線空間を利用することが困難である。
【０００８】
そこで、指向性アンテナを採用することにより、このような無線空間を複数の無線通信で利用すること（以下「空間再利用」という）を可能にする技術が、従来提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
指向性アンテナは、無指向性アンテナの場合のように、あらゆる方向へ包括的に無線信号をブロードキャストするのではなく、目的とする受信側装置が位置する方向等、特定の方向にビームを形成して、無線信号の送信を行う。また、指向性アンテナは、目的とする送信装置が位置する方向等、特定の方向にビームを形成して、無線信号の受信を行う。
【００１０】
これにより、指向性アンテナは、受信側装置のゲインを増加させ、受信性能を高めることが可能となっている。更に、指向性アンテナは、対象外の方向、つまり指向方向以外から到来する電波を受信することによるマルチパス干渉を容易に除去することができるので、信号対雑音比を増加させることができ、受信性能を向上させることができる。
【００１１】
指向性アンテナを用いることにより、無指向性アンテナのみを用いた場合に比べて、無線空間の回線容量を増大させることができる。
【００１２】
図２１は、従来の指向性通信を行う、無線通信システムにおける無線通信の様子を示す図である。
【００１３】
図２１に示すように、無線通信システム２０は、指向性アンテナを備えた装置Ａ〜Ｆ（２１〜２６）を有している。装置Ａ、Ｃ、Ｅ（２１、２３、２５）の指向性通信による無線信号の送信範囲（２１ａ、２３ａ、２５ａ）は、角度の小さい扇形となっており、それぞれ通信相手である装置Ｂ、Ｄ、Ｆ（２２、２４、２６）に向いている。
【００１４】
ここで、装置Ｄ、Ｆ（２４、２６）は、装置Ａ（２１）の送信範囲（２１ａ）内に位置していない。これは、装置Ａ（２１）が装置Ｂ（２２）に無線信号を送信している期間と同じ期間に、装置Ｄ、Ｆ（２４、２６）は、それぞれ、装置Ｃ、Ｅ（２３、２５）から無線信号を受信できることを意味する。
【００１５】
同様に、装置Ｂ、Ｆ（２２、２６）は、装置Ｃ（２３）の送信範囲（２３ａ）外に位置し、装置Ｂ、Ｄ（２２、２４）は、装置Ｅ（２５）の送信範囲（２５ａ）外に位置する。したがって、装置Ａ、Ｃ、Ｅ（２１、２３、２５）は、指向性通信を用いた同時送信（空間再利用）を実行することができ、その結果、無線空間の回線容量を更に向上させることができる。
【００１６】
このように、指向性通信を行う無線通信システムによれば、無線空間の回線容量を向上させることができる。
【特許文献１】米国特許第５,９４９,７６０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、指向性通信を行う無線通信システムにも、回線容量の向上を妨げる原因として起こり得る、幾つかの潜在的な問題がある。
【００１８】
第１の問題は、一対の装置が指向性通信を用いて空間再利用を行おうとする前に、送信側装置は、自己の送信範囲が、他の送信側装置の指向性通信に干渉しないことを、確認しなければならないことである。
【００１９】
図２２は、無線通信装置により構成される２つのグループの配置関係のうち、上記第１の問題が発生しない場合の配置関係を示す図の一例である。
【００２０】
図２２において、装置Ａ（２１）は装置Ｂ（２２）に無線信号を送信し、同時に、装置Ｃ（２３）は装置Ｄ（２４）に無線信号を送信している。図２２に示すように、装置Ａ（２１）の送信範囲（２１ａ）は、装置Ｂ（２２）に重なっているが、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）には重なっていない。また、装置Ｂ（２２）の送信範囲（２２ａ）は、装置Ａ（２１）に重なっているが、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）には重なっていない。これは、装置Ｃ（２３）と装置Ｄ（２４）は、装置Ａ（２１）と装置Ｂ（２２）とが通信しているときでも、互いに通信を行うことができ、空間再利用の実行に取りかかれることを意味する。
【００２１】
また、装置Ｃ（２３）の送信範囲（２３ａ）は、装置Ｄ（２４）に重なっているが、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）には重なっていない。更に、装置Ｄ（２４）の送信範囲（２４ａ）は、装置Ｃ（２３）に重なっているが、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）には重なっていない。これは、装置Ａ（２１）と装置Ｂ（２２）は、装置Ｃ（２３）と装置Ｄ（２４）とが通信しているときでも、互いに通信を行うことができ、空間再利用の実行に取りかかれることを意味する。
【００２２】
図２３は、無線通信装置により構成される２つのグループの配置関係のうち、上記第１の問題が発生する場合の配置関係を示す図の一例である。
【００２３】
図２３に示すように、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）の送信範囲（２３ａ、２４ａ）が、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）に重なっている場合には、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）に対する潜在的な干渉が有り得るので、空間再利用を十分に実行することが困難である。
【００２４】
第２の問題は、各無線通信装置が、自己のグループの無線通信が他のグループの通信に干渉されず、また、自己のグループの無線通信が他のグループの通信に干渉しないかどうか、つまり、空間再利用が可能な状態にあるか否かの決定を、どのようにして行うかということである。この問題は、特に、無線通信ネットワークの中で各無線通信装置の位置が時間に伴って移動する場合に発生する。
【００２５】
図２４は、無線通信送信により構成される２つのグループの移動の様子のうち、上記第２の問題が発生する場合の移動の様子を示す図の一例である。
【００２６】
図２４において、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）のグループと、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループは、グループ内での通信を同時に行うことにより、空間再利用を実行しているものとする。ここで、装置Ａ（２１）が、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループからの干渉の無い元の位置（２１ｂ）から、経路２１ｃで移動し、装置Ｃ（２３）の送信範囲（２３ａ）に入ったものとする。
【００２７】
この場合、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）のグループと、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループとの間では、空間再利用が困難な状態に移行し、それぞれのグループ内の通信を継続するには、通信期間をずらさなければならない。ところが、各無線通信装置で、そのタイミングをどのように検出するかが問題となる。
【００２８】
図２４に示すように装置Ａ（２１）のみが移動した場合には、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）の相対位置に基づいて移動を検出し、空間再利用が困難な状態に移行したと推定することが可能である。
【００２９】
ところが、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）が平行移動するなど、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）の相対位置に変化が無い場合、このような推定は困難である。
【００３０】
すなわち、第３の問題は、グループ内の相対位置変化に基づいて通信期間を再設定すべきタイミングを推定したとしても、その推定の精度が低いということである。
【００３１】
図２５は、無線通信装置により構成される２つのグループの移動の様子のうち、上記第３の問題が発生する場合の移動の様子を示す図の一例である。
【００３２】
図２５に示すように、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）のグループの両方の装置が、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループからの干渉の無い元の位置（２１ｂ、２２ｂ）から、経路２１ｃ、２２ｃを経て、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループと互いに干渉し合う位置に移動したものとする。また、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）は、互いに相手の通信範囲（２１ａ、２２ａ）に重なった状態を保持したままで、一緒に移動したものとする。
【００３３】
新たな位置では、装置Ａ、Ｂ（２１、２２）のグループと、装置Ｃ、Ｄ（２３、２４）のグループとの間で、潜在的干渉を引き起こし得る。装置Ａ、Ｂ（２１、２２）は、互いの相対位置は同じままで一緒に移動しているので、グループ全体での移動を検出できず、上記した空間再利用が困難な状態に移行したと推定することが難しい。
【００３４】
また、逆に、グループ内の相対位置が変化しからといって、必ずしも他のグループとの間で干渉が発生するとは限らないので、通信期間を不必要にずらし、空間再利用が十分に行われない可能性がある。
【００３５】
以上の問題点をまとめると、指向性通信を用いる無線通信システムは、空間再利用に基づいて無線空間の利用効率を向上させることが可能である。しかし、特に、移動性を有する無線通信装置の場合、一定レベル以上の通信品質を安定して確保することが困難であり、また、高い回線容量を安定して維持することは困難である。
【００３６】
したがって、実現可能で実用的なソリューションを提供するには、高い回線容量を安定して確保することができる無線通信システムが必要である。
【００３７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高い回線容量を安定して確保することができる無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法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】
【００３８】
本発明の無線通信装置は、受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信装置であって、前記複数のグループの送信側装置に対して、前記送信側装置の指向の方向を、前記送信側装置と同じグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出させる指示信号を出力する信号送出指示手段と、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号待受指示手段と、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段とを有する。
【００３９】
本発明の無線通信装置は、送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信装置であって、前記複数のグループの送信側装置に対して、所定の無線信号を送出させる指示信号を出力する信号送出指示手段と、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記受信側装置の指向の方向を、前記受信側装置と同じグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号待受指示手段と、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段とを有する。
【００４０】
本発明の無線通信システムは、受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、前記送信側装置および前記受信側装置を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てるマスタ装置と、を有する無線通信システムであって、前記送信側装置は、前記送信側装置の指向の方向を、自己のグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出する信号送出手段と、前記通マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う送信側通信手段とを有し、前記受信側装置は、前記所定の無線信号を待ち受ける無線信号受信手段と、前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う受信側通信手段とを有し、前記マスタ装置は、前記受信側装置がいずれのグループから前記所定の無線信号を受信したかを示す干渉情報を取得する干渉情報取得手段と、取得された前記干渉情報から、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われたか否かを判断し、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段とを有する。
【００４１】
本発明の無線通信システムは、送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、前記送信側装置および前記受信側装置を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てるマスタ装置と、を有する無線通信システムであって、前記送信側装置は、所定の無線信号を送出する信号送出手段と、前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う送信側通信手段とを有し、前記受信側装置は、前記受信側装置の指向の方向を、自己のグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受ける無線信号受信手段と、前記マスタ装置が自己のグループに割り当てた通信期間に、自己のグループ内の通信を行う受信側通信手段と、を有し、前記マスタ装置は、前記受信側装置がいずれのグループから前記所定の無線信号を受信したかを示す干渉情報を取得する干渉情報取得手段と、取得された前記干渉情報から、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われたか否かを判断し、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当手段とを有する。
【００４２】
本発明の無線通信方法は、受信側装置と、指向性の無線通信を行う送信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信方法であって、前記複数のグループの送信側装置に対して、前記送信側装置の指向の方向を、前記送信側装置と同じグループの受信側装置に向けて、所定の無線信号を送出させ、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号送受信指示ステップと、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当ステップとを有する。
【００４３】
本発明の無線通信方法は、送信側装置と、指向性の無線通信を行う受信側装置と、を含む複数のグループに対して、グループ内の通信を行う通信期間を割り当てる無線通信方法であって、前記複数のグループの送信側装置に対して、所定の無線信号を送出させ、前記複数のグループの受信側装置に対して、前記受信側装置の指向の方向を、前記受信側装置と同じグループの送信側装置に向けて、前記所定の無線信号を待ち受けさせる指示信号を出力する信号送受信指示ステップと、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われるグループに対して、互いに重ならない通信期間を割り当て、グループ間を跨いで前記所定の無線信号の送受信が行われないグループに対して、互いに重なる通信期間を割り当てる指示信号を出力する通信期間割当ステップとを有する。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、指向性の無線通信を行う複数のグループにおいて、通信が干渉するグループ間では互いに重ならない時間でグループ内の通信を行い、通信が干渉しないグループ間では互いに重なる時間でグループ内の通信を行うことができる。これにより、通信品質の低下を避けつつ空間再利用を行うことができ、高い回線容量を安定して確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すシステム構成図である。
【００４７】
図１に示すように、無線通信システム１００は、無線通信装置２００、３００ｓ、３００ｒを有する。無線通信システム１００のネットワークトポロジは、無線通信装置２００をマスタ装置とし無線通信装置３００ｓ、３００ｒをスレーブ装置とする、スタートポロジとなっている。以下、無線通信装置２００をマスタ装置２００といい、このマスタ装置２００に関連付けられた無線通信装置３００をスレーブ装置３００と称する。
【００４８】
スレーブ装置３００ｓ、３００ｒは、双方向通信を行う１つのグループを形成しており、いずれもマスタ装置２００の無指向性通信の通信範囲２００ａ内に位置している。ここでは、説明の簡便化のため、スレーブ装置３００ｓを、無線信号を送信する側の装置として、適宜「送信側装置」と称し、更に、スレーブ装置３００ｒを、無線信号を受信する側の装置として、適宜「受信側装置」と称するものとする。無線通信装置２００に関係付けられる同様のグループは、マスタ装置２００の通信範囲２００ａ内に複数存在しているが、スレーブ装置３００ｓ、３００ｒと同様の構成を採るので、ここでの図示および説明を省略する。
【００４９】
マスタ装置２００は、同期およびその他の情報を含むビーコンフレームを、無指向性通信を用いて定期的にブロードキャストして、新しい無線通信装置に対してネットワークを発見させる。マスタ装置２００は、上記の動作により、全てのスレーブ装置３００の同期を維持させる。また、マスタ装置２００は、各グループに対して、指向性通信予約（ＤＴＲ：directional time reservation）期間を割り当てる。指向性通信予約期間（以下「ＤＴＲ期間」という）は、グループ内の指向性通信を行う通信期間である。マスタ装置２００は、複数のグループに対して互いに重なるＤＴＲ期間を設定することで、空間再利用を実現する。
【００５０】
また、マスタ装置２００は、本実施の形態の特徴として、送信側装置３００ｓに対して、受信側装置３００ｒに向けて指向性通信予約告知（ＤＴＲＡ：directional time reservation announcement）フレームを送出させる。マスタ装置２００は、指向性通信予約告知フレーム（以下「ＤＴＲＡフレーム」という）の送受信が、グループ間を跨いで行われるグループには、互いに重ならないＤＴＲ期間を割り当てる。ＤＴＲＡフレームは、受信側装置３００ｒ側で検出可能な信号である。
【００５１】
送信側装置３００ｓは、マスタ装置２００が割り当てたＤＴＲ期間を利用して、受信側装置３００ｒと指向性通信を行う。送信側装置３００ｓは、受信側装置３００ｒの方向にビームを形成して、その通信範囲３００ｓａを受信側装置３００ｒに重ねた状態で、無線信号を送出することにより、受信側装置３００ｒに無線信号を送信する。
【００５２】
また、送信側装置３００ｓは、本実施の形態の特徴として、マスタ装置２００からの指示に従って、受信側装置３００ｒにビームを形成した状態でＤＴＲＡフレームを送出する。
【００５３】
受信側装置３００ｒは、マスタ装置２００が割り当てたＤＴＲ期間を利用して、送信側装置３００ｓと指向性通信を行う。受信側装置３００ｒは、送信側装置３００ｓの方向にビームを形成してその通信範囲を送信側装置３００ｓに重ねた状態で無線信号を待ち受けることにより、送信側装置３００ｓから無線信号を受信する。
【００５４】
また、受信側装置３００ｒは、本実施の形態の特徴として、マスタ装置２００からの指示に従って、送信側装置３００ｓにビームを形成した状態でＤＴＲＡフレームを待ち受ける。そして、受信側装置３００ｒは、他のグループ（以下「他グループ」という）から送出されたＤＴＲＡフレームをも受信したか否か判断する。受信側装置３００ｒは、この判断結果に基づいて、他のどのグループからＤＴＲＡフレームを受信したか、つまりどのグループから通信の干渉を受ける可能性があるかを示す干渉情報を作成し、マスタ装置２００に送信する。
【００５５】
このような構成の無線通信システム１００によれば、指向性の無線通信を行う複数のグループにおいて、通信が干渉するグループ間では互いに重ならない時間でグループ内の通信を行うことができる。また、この無線通信システム１００によれば、通信が干渉しないグループ間では互いに重なる時間でグループ内の通信を行うことができる。
【００５６】
次に、各装置の構成について説明する。
【００５７】
図２は、マスタ装置２００の構成を示すブロック図である。
【００５８】
図２に示すように、マスタ装置２００は、無指向性アンテナ２１０、指向性アンテナ２２０、アンテナ指向性制御部２３０、物理リンク制御部２４０、媒体アクセス予約制御部２５０、空間再利用調整部２６０、データ送受信部２７０、およびアプリケーション部２８０を有する。
【００５９】
無指向性アンテナ２１０は、無指向性通信用のアンテナである。
【００６０】
指向性アンテナ２２０は、指向性通信用のアンテナである。本実施形態では、無指向性アンテナ２１０と指向性アンテナ２２０という２つの別個のアンテナセットが使用されるが、指向性ビーム形成と無指向性通信の両方を実現できる単一のアンテナセットを使用することも可能である。
【００６１】
物理リンク制御部２４０は、送信するメッセージ変調および符号化と、受信したメッセージの復調および復号化を実行する。
【００６２】
媒体アクセス予約制御部２５０は、無線媒体を複数のグループで、どのようにシェアするか、および、指向性通信による通信に用いる媒体アクセス時間の予約をどのように行うか、を制御する。
【００６３】
空間再利用調整部２６０は、スレーブ装置３００に空間再利用機能を持たせるために、媒体アクセス予約制御部２５０と接続（インタフェース）する。具体的には、空間再利用調整部２６０は、送信側装置３００ｓに対して、送信側装置３００ｓと同じグループの受信側装置３００ｒに、その指向の方向を向けてＤＴＲＡフレームを送出させる。そして、空間再利用調整部２６０は、グループ間を跨いで、その送受信が行われるグループに対しては、互いに重ならないＤＴＲ期間を割り当てる。また、空間再利用調整部２６０は、グループ間を跨いで、その送受信が行われないグループに対しては、互いに重なる通信期間を割り当てる。
【００６４】
データ送受信部２７０は、媒体アクセス予約制御部２５０が予約した媒体アクセス時間を使用して、ピアツーピアのデータ交換およびメッセージ交換を行う。
【００６５】
アプリケーション部２８０は、データ送受信部２７０、媒体アクセス予約制御部２５０が提供する無線通信機能と、空間再利用調整部２６０が提供する空間再利用機能とを活用する、一つまたは複数のアプリケーションを実行する。
【００６６】
マスタ装置２００は、ＣＰＵ（central processing unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）等の記憶媒体、およびＲＡＭ（random access memory）等の作業用メモリを有する（いずれも図示せず）。すなわち、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで、上記マスタ装置２００における各部の機能は実現される。
【００６７】
図３は、スレーブ装置３００の構成を示すブロック図である。スレーブ装置３００の構成は、特に説明する部分を除いて図２に示すマスタ装置２００の構成と同一であり、この同一の部分については、図２と同一の符号を付し説明を省略する。
【００６８】
図３に示すように、スレーブ装置３００は、無指向性アンテナ２１０、指向性アンテナ２２０、アンテナ指向性制御部２３０、物理リンク制御部２４０、媒体アクセス予約制御部２５０、空間再利用通信部３６０、データ送受信部２７０、およびアプリケーション部２８０を有する。つまり、スレーブ装置３００は、マスタ装置２００の空間再利用調整部２６０に代えて、空間再利用通信部３６０を有する。
【００６９】
空間再利用通信部３６０は、自装置が送信側装置３００ｓのとき、マスタ装置２００からの指示に従って、受信送信３００ｒに対して、その指向の方向を向けてＤＴＲＡフレームを送出する。また、空間再利用通信部３６０は、自装置が受信側装置３００ｒの場合、マスタ装置２００からの指示に従って、送信側装置３００ｓから送信されるＤＴＲＡフレームを待ち受ける。更に、空間再利用通信部３６０は、他グループから送信されるＤＴＲＡフレームの到達を監視し、干渉情報を作成してマスタ装置２００に送信する。
【００７０】
ここで、無線通信システム１００における無線媒体の利用方法について説明する。
【００７１】
図４は、無線通信システム１００における媒体アクセス時間の構成を示す図の一例である。
【００７２】
図４に示すように、無線通信システム１００における媒体アクセス時間は、スーパフレーム７００と呼ばれる一定周期の時間区分に分割されている。また、スーパフレーム７００は、ビーコンスロット７１０、コンテンションアクセス期間（ＣＡＰ：contention access period）７２０、およびコンテンションフリー期間（ＣＦＰ：contention free period）７４０から成る。
【００７３】
ビーコンスロット７１０は、ビーコンフレームをブロードキャストするために、マスタ装置２００が使用する。ビーコンスロット７１０には、後述するビーコン送出期間が含まれる。
【００７４】
コンテンションアクセス期間７２０は、マスタ装置２００からスレーブ装置３００へのコマンドパケット、スレーブ装置３００からマスタ装置２００への応答パケット、および各種データパケットを送信するために、マスタ装置２００とスレーブ装置３００との両方が使用する。コンテンションアクセス期間７２０では、全ての装置は、コンテンションベースの媒体アクセス方法を使用して、媒体アクセス時間を利用し、無線信号の送信を行う。コンテンションベースの媒体アクセス方法としては、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ（carrier sense multiple access / collision avoidance）が使用されるが、これに限定されるものではない。コンテンションアクセス期間７２０には、後述するＤＴＲＡ期間が含まれる。
【００７５】
コンテンションフリー期間７４０は、非コンテンションベースの媒体アクセス方法を使用して、無線信号の送信を行う期間であり、装置ごとにグループ内の通信に使用可能な期間（ＤＴＲ期間）を予約可能となっている。本実施の形態では、マスタ装置２００の空間再利用調整部２６０が、このコンテンションフリー期間７４０における各グループのＤＴＲ期間を設定する。
【００７６】
コンテンションフリー期間７４０において、通信の干渉が発生しない範囲で複数のグループのＤＴＲ期間を重ねることにより、上述の空間再利用が実現される。
【００７７】
図５は、スーパフレーム７００におけるＤＴＲ期間の配置を示す図の一例である。図５において、横軸は時間を示し、奥行き軸は基準点からの各グループの空間的距離を示す。
【００７８】
図５において、空間的に離れて位置する第１〜第３のグループのそれぞれについて、奥行き軸の対応する位置に時間線７５１−１〜７５１−３を配置し、関連する区間のみを、時間線７５１−１〜７５１−３に沿ってグループごとに分離して示す。ビーコン期間７１１は、図４のビーコンスロット７１０に含まれる区間であり、装置間で同期を取るためのビーコンがマスタ装置２００から送出される区間である。ＤＴＲＡ期間７２１は、図４のコンテンションアクセス期間７２０に含まれる区間であり、送信側装置３００ｓからＤＴＲＡフレームを送信してグループ間の干渉の有無を検出する区間である。ＤＴＲ期間７４１は、図４のコンテンションフリー期間７４０に含まれる区間であり、グループ内の指向性通信を行う通信期間である。
【００７９】
第１〜第３のグループは、互いに通信が干渉しない距離に位置しているものとする。このように空間的に離れていることが保証されれば、媒体アクセス時間中にＤＴＲ期間７４１が重なることを許容できる。空間的に離れていることの保証は、ここでは、通信の干渉が発生しないことの保証と等価である。そこで、マスタ装置２００は、ＤＴＲＡ期間７２１におけるＤＴＲＡフレーム送受信に基づいて、第１〜第３のグループ間で通信の干渉が発生していないことを検出し、図５に示すように、第１〜第３のグループのＤＴＲ期間７４１−１〜７４１−３を重ねて設定する。
【００８０】
図６は、ＤＴＲＡ期間７２１の構成を示す図の一例である。
【００８１】
図６に示すように、ＤＴＲＡ期間７２１は、１つ以上（ここではＮ個とする）のＤＴＲＡスロット７３０−１〜７３０−Ｎから成る。各ＤＴＲＡスロット７３０は、マスタ装置２００が、グループごとに割り当てるものであり、図３のＤＴＲに対応している。各グループ送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、交互に指向性通信を用いて、ＤＴＲＡフレームを送信する。
【００８２】
ＤＴＲＡフレームは、各装置で認識可能なフレームであり、その目的は、以下の通りである。
・同時に指向性通信を行うＤＴＲＡ割り当てを望む他の装置に対して、干渉の有無の検出を可能にする。
・スレーブ装置３００が移動したことを検出し、空間再利用を維持する。
・同時に指向性通信を行う複数のグループが、空間距離がとられた状態であることを保証可能にする。
【００８３】
ＤＴＲＡスロット７３０におけるＤＴＲＡフレームの送受信には、様々な手法またはプロトコルの適用が可能である。
【００８４】
図７は、ＤＴＲＡスロット７３０の構成を示す図の一例である。
【００８５】
図７に示すように、ＤＴＲＡスロット７３０には、例えば、ガード区間７３１、ビーム形成時間（ＢＦＴ：beam-form time）７３２、送受反転時間（ＴＲＴ：turnaround time）７３３、送信側ＤＴＲＡ送信期間７３４、送受反転時間７３５、および受信側ＤＴＲＡ送信期間７３６が、この順序で配置される。ガード区間７３１は、クロックずれ誤差を見込んで設けられた区間である。ビーム形成時間７３２は、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒが互いに相手に向けてビームを形成する区間である。送受反転時間７３３は、送信側装置３００ｓが送信モードに切り換え、受信側装置３００ｒが受信モードに切り換える区間である。送信側ＤＴＲＡ送信期間７３４は、送信側装置３００ｓがＤＴＲＡフレームを送信する区間である。送受反転時間７３５は、送信側装置３００ｓが受信モードに切り換え、受信側装置３００ｒが送信モードに切り換える区間である。受信側ＤＴＲＡ送信期間７３６は、受信側装置３００ｒがＤＴＲＡフレームを送信する区間である。
【００８６】
図８は、ＤＴＲＡスロット７３０の構成を示す図の他の例である。
【００８７】
図８に示すように、ＤＴＲＡスロット７３０には、例えば、図７のガード区間７３１に代えて、ＤＴＲＡポーリング区間７３１ａが配置され、受信側ＤＴＲＡ送信期間７３６の後に更に送受反転時間７３７およびビーム形成時間７３８をこの順序で配置している。ＤＴＲＡポーリング区間７３１ａは、ＤＴＲＡフレームの送受信を開始するために、マスタ装置２００から各スレーブ装置３００へＤＴＲＡポーリングパケットを送信する区間である。送受反転時間７３７は、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒの両方が受信モードに切り換わる区間である。ビーム形成時間７３８は、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒの両方が無指向性通信のモードに切り換わる時間である。
【００８８】
無線通信システム１００は、図７または図８に示すようにＤＴＲＡスロットを利用することにより、グループ内の送信側装置３００ｓと受信側装置３００ｒとの間でＤＴＲＡフレームを正常に送受信することができるか否かを、確認することができる。
【００８９】
また、各受信側装置３００ｒは、ＤＴＲＡ期間のうち、自己のグループ（以下「自グループ」という）のＤＴＲＡスロット以外の全期間において、他グループから送出されるＤＴＲＡフレームを受信する否かを監視する。もしも受信した場合、該当するグループと重なるＤＴＲ期間を割り当てられると、通信の干渉が発生する可能性が高い。そこで、各受信側装置３００ｒは、監視結果を示す干渉情報を、ＤＴＲＡ時間の終了後に、マスタ装置２００に送信する。この動作は、空間再利用通信部３６０により実現される。そして、マスタ装置２００は、各受信側装置３００ｒから送られてきた干渉情報に基づいて、このようなグループ間を跨いで行われるグループには、互いに重ならないＤＴＲ期間を割り当てる。この動作は、空間再利用調整部２６０により実現される。
【００９０】
次に、上記構成を有するスレーブ装置３００およびマスタ装置２００の動作について説明する。
【００９１】
スレーブ装置３００は、指向性通信を用いた空間再利用を行うために、ＤＴＲ期間の割り当てを求めて、マスタ装置２００とのネゴシエーションを開始する。このネゴシエーションにおいて、スレーブ装置３００には、マスタ装置２００から、ＤＴＲＡスロットおよびＤＴＲ期間がグループ単位で割り当てられる。また、スレーブ装置３００は、自グループおよび他グループにどのようにＤＴＲＡスロットおよびＤＴＲ期間が割り当てられているかを示すＤＴＲ情報を、マスタ装置２００からビーコンフレームにより取得する。ネゴシエーションが完了すると、各スレーブ装置３００は、空間再利用のための動作を開始する。
【００９２】
図９は、スレーブ装置３００の動作の流れを示すフローチャートである。
【００９３】
まず、ステップＳ１１００で、スレーブ装置３００は、ＤＴＲＡ期間が開始されたか否かを判断し、開始された場合には（Ｓ１１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１２００に進む。
【００９４】
ステップＳ１２００で、スレーブ装置３００は、自グループのＤＴＲＡスロットが開始されたか否かを判断し、開始された場合には（Ｓ１２００：ＹＥＳ）、ステップＳ１３００に進む。また、スレーブ装置３００は、他グループのＤＴＲＡスロットが開始された場合には（Ｓ１２００：ＮＯ）、ステップＳ１４００に進む。
【００９５】
ステップＳ１３００で、スレーブ装置３００は、自グループ内でのＤＴＲＡフレーム送受信を行うＤＴＲＡ送受信処理を実行し、ステップＳ１５００に進む。ＤＴＲＡ送受信処理の詳細については、後に別図を用いて説明する。
【００９６】
ステップＳ１４００で、スレーブ装置３００は、他グループからのＤＴＲＡフレーム受信を監視するＤＴＲＡ監視処理を実行し、ステップＳ１５００に進む。ＤＴＲＡ監視処理については、後に別図を用いて説明する。
【００９７】
ステップＳ１５００で、スレーブ装置３００は、ＤＴＲＡ期間が終了したか否かを判断し、終了していない場合には（Ｓ１５００：ＮＯ）、ステップＳ１２００に戻り、終了した場合には（Ｓ１５００：ＹＥＳ）、ステップＳ１６００に進む。
【００９８】
ステップＳ１６００で、スレーブ装置３００は、ＤＴＲＡ送受信処理およびＤＴＲＡ監視処理の結果から、他グループとの干渉の有無を示すＤＴＲ干渉元リスト（ＤＩＬ：DTR interferer list）を作成し、自装置に保持するとともに、マスタ装置２００に送信する。ＤＴＲ干渉元リストの詳細については、後に別図を用いて説明する。
【００９９】
そして、ステップＳ１７００で、スレーブ装置３００は、動作を継続するか否かを判断し、継続する場合には（Ｓ１７００：ＹＥＳ）、ステップＳ１１００に戻り、継続しない場合には（Ｓ１７００：ＮＯ）、一連の処理を終了する。
【０１００】
図１０は、スレーブ装置３００のＤＴＲＡ送受信処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０１】
まず、ステップＳ１３１０で、スレーブ装置３００は、自装置のＤＴＲＡ送信期間が開始されたか否かを判断し、開始された場合には（Ｓ１３１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３２０に進む。また、スレーブ装置３００は、開始されていない場合には（Ｓ１３１０：ＮＯ）、ステップＳ１３３０に進む。
【０１０２】
ステップＳ１３２０で、スレーブ装置３００は、自己の通信相手に向けてビーム形成する。すなわち、図１に示す例では、送信側装置３００ｓであれば、受信側装置３００ｒに向けてビーム形成し、受信側装置３００ｒであれば、送信側装置３００ｓに向けてビーム形成する。
【０１０３】
なお、送信側装置３００ｓと受信側装置３００ｒとが互いの方向を判定するには、例えば、国際公開第２００７／１２３４８７号パンフレットに記載された手法を用いればよい。また、上記方向判定のタイミングは、例えば、ネゴシエーション開始時、あるいは、受信側装置３００ｒが後述するＤＴＲ要求を受け入れた旨が送信側装置３００ｓに通知されたときとすればよい。
【０１０４】
そして、ステップＳ１３４０で、スレーブ装置３００は、ＤＴＲＡフレームを送信し、ステップＳ１３５０に進む。自己の通信相手に向けてビーム形成した状態で送信がされているため、ＤＴＲＡフレームは、理想的にはその通信相手にのみ到達すべきである。しかし、ＤＴＲＡフレームは、図２３〜図２５で説明したように、その通信範囲内に他のスレーブ装置３００が位置する場合には、他のスレーブ装置３００にも到達し得る。
【０１０５】
また、スレーブ装置３００は、ステップＳ１３４０で送信するＤＴＲＡフレームに、ＤＩＬフラグと、送信側ＯＫフラグ（ＳＯＫＦ：sender OK flag）とを、適宜セットする。ＤＩＬフラグは、スレーブ装置３００が保持するＤＴＲ干渉元リストに、１つ以上の干渉の可能性のある装置が登録されている等、指向性通信の干渉の兆候がある場合にセットされるフラグである。送信側ＯＫフラグは、受信側装置３００ｒが送信するＤＴＲＡフレームである場合において、通信相手である送信側装置３００ｓから送信されたＤＴＲＡフレームの受信が成功したときにセットされるフラグである。
【０１０６】
一方、ステップＳ１３３０で、スレーブ装置３００は、自装置のＤＴＲＡ受信期間が開始されたか否かを判断し、開始された場合には（Ｓ１３３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３６０に進む。また、スレーブ装置３００は、自装置のＤＴＲＡ受信期間が、開始されていない場合には（Ｓ１３３０：ＮＯ）、ステップＳ１３５０に進む。
【０１０７】
ステップＳ１３６０で、スレーブ装置３００は、自己の通信相手に向けてビーム形成する。
【０１０８】
そして、ステップＳ１３７０で、スレーブ装置３００は、ＤＴＲＡフレームを待ち受け、ＤＴＲＡフレームが到達した場合にはこれを受信して、ＤＴＲＡ受信期間が終了すると、ステップＳ１３５０に進む。
【０１０９】
ステップＳ１３５０で、スレーブ装置３００は、自グループのＤＴＲＡスロットが終了したか否かを判断する。また、スレーブ装置３００は、自グループのＤＴＲＡスロットが終了していない場合には（Ｓ１３５０：ＮＯ）、ステップＳ１３１０に戻り、終了した場合には（Ｓ１３５０：ＹＥＳ）、図９の処理に戻る。
【０１１０】
図１１は、スレーブ装置３００のＤＴＲＡ監視処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１１】
まず、ステップＳ１４１０で、スレーブ装置３００は、図１０のステップＳ１３２０、Ｓ１３６０と同様に、通信相手に向けてビーム形成する。これは、通常の指向性通信と同じ状態で、干渉の有無を判断するためである。
【０１１２】
そして、ステップＳ１４２０で、スレーブ装置３００は、現在のＤＴＲＡスロットの終わりまでＤＴＲＡフレームを待ち受け、ＤＴＲＡフレームが到達した場合にはこれを受信して、ＤＴＲＡ受信期間が終了すると、ステップＳ１４３０に進む。理想的には、通信相手も受信モードであることから、ＤＴＲＡフレームは到達しないはずであるが、図２３〜図２５で説明したように他のスレーブ装置３００の通信範囲内に位置し、そのスレーブ装置３００がＤＴＲＡフレーム送信している場合には、到達し得る。
【０１１３】
そして、ステップＳ１４３０で、スレーブ装置３００は、ステップＳ１４２０でＤＴＲＡフレームを受信したか否かを判断し、受信した場合には（Ｓ１４３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４４０に進む。
【０１１４】
ステップＳ１４４０で、スレーブ装置３００は、受信したＤＴＲＡが肯定ＤＴＲＡフレームであるか否かを判断し、肯定ＤＴＲＡフレームである場合には（Ｓ１４４０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４５０に進む。
【０１１５】
ここで、肯定ＤＴＲＡフレームとは、ＤＩＬフラグがセットされておらず、かつ、送信側ＯＫフラグがセットされているＤＴＲＡフレームである。すなわち、肯定ＤＴＲＡフレームは、他グループからの指向性通信の干渉が無く、かつ、グループ内での通信が可能であることを示すフレームであり、有意なＤＴＲＡフレームである。
【０１１６】
ステップＳ１４５０で、スレーブ装置３００は、肯定ＤＴＲＡフレームの送信元をそのフレームから取得し、取得した送信元をＤＴＲ干渉元リストに追加して、図９の処理に戻る。
【０１１７】
このようにして編集されるＤＴＲ干渉元リストは、通信の干渉を発生する可能性が高い相手先をリストアップすることになる。作成されたＤＴＲ干渉元リストは、図９のステップＳ１６００で、マスタ装置２００に送信される。
【０１１８】
また、スレーブ装置３００は、ステップＳ１４２０でＤＴＲＡフレームを受信しなかった場合（Ｓ１４３０：ＮＯ）、およびステップＳ１４２０で受信したＤＴＲＡフレームが肯定ＤＴＲＡフレームではない場合（Ｓ１４４０：ＮＯ）には、ＤＴＲ干渉元リストを編集することなく、図９の処理に戻る。
【０１１９】
このように、スレーブ装置３００は、スーパフレームごとに、指向性通信に干渉を発生する可能性が高い相手先をリストアップしたＤＴＲ干渉元リストを作成し、マスタ装置２００に送信する。
【０１２０】
この結果、マスタ装置２００には、各スレーブ装置３００のＤＴＲ干渉元リストが収集される。マスタ装置２００は、全てのスレーブ装置３００のＤＴＲ干渉元リストをまとめ、干渉情報データベースとして格納し、更に、新たなＤＴＲ干渉元リストを受信するたびに、その内容を更新する。
【０１２１】
なお、上述したＤＴＲＡ監視処理は、マスタ装置２００から受信したＤＴＲ情報に基づき、自己のグループと重なるグループのＤＴＲＡスロットの場合にのみ、実施するようにしてもよい。
【０１２２】
図１２は、干渉情報データベースの内容の一例を示す図である。
【０１２３】
図１２に示すように、干渉情報データベース８１０は、スレーブ装置３００ごとに、スレーブ装置３００の識別情報８１１、そのスレーブ装置３００の通信相手の識別情報８１２、およびスレーブ装置３００から受信したＤＴＲ干渉元リスト８１３を対応付けしている。例えば、装置Ｂの通信相手は、装置Ａのみであるが、装置ＢのＤＴＲ干渉元リスト８１３には、装置Ｄが記載されている。これは、装置Ｂが、装置Ｄからの干渉を受けている、または受ける可能性が高いことを示す。
【０１２４】
マスタ装置２００は、このような干渉情報データベース８１０に基づいて、ＤＴＡ期間の割り当てを行う。
【０１２５】
図１３は、マスタ装置２００の動作の流れを示すフローチャートである。
【０１２６】
まず、ステップＳ２１００で、マスタ装置２００は、スレーブ装置３００のグループを１つ選択する。
【０１２７】
そして、ステップＳ２２００で、マスタ装置２００は、干渉情報データベース８１０を参照し、選択したグループのスレーブ装置３００から受信したＤＴＲ干渉元リストを取得する。
【０１２８】
そして、ステップＳ２３００で、マスタ装置２００は、取得したＤＴＲ干渉元リストに記載されたスレーブ装置３００のＤＴＲ期間と重ならないように、選択したグループのＤＴＲ期間を設定する。このとき、マスタ装置２００は、他のＤＴＲ期間に重なるように、選択したグループのＤＴＲ期間を設定する。
【０１２９】
そして、ステップＳ２４００で、マスタ装置２００は、全てのグループについて選択が済んだか否かを判断し、済んでいない場合には（Ｓ２４００：ＮＯ）、ステップＳ２１００に進み、済んだ場合には（Ｓ２４００：ＹＥＳ）、ステップＳ２５００に進む。
【０１３０】
ステップＳ２５００で、マスタ装置２００は、特に干渉の有無を監視すべき対象（以下「モニタ対象装置」という）をリストアップした干渉監視リストを作成する。干渉監視リストの詳細については後述する。
【０１３１】
そして、ステップＳ２６００で、マスタ装置２００は、ビーコンスロットにおいて、ビーコンのブロードキャストによりＤＴＲ情報を各スレーブ装置３００に送信する。
【０１３２】
そして、ステップＳ２７００で、マスタ装置２００は、動作を継続するか否かを判断し、継続する場合には（Ｓ２７００：ＹＥＳ）、ステップＳ２１００に戻り、継続しない場合には（Ｓ２７００：ＮＯ）、一連の処理を終了する。
【０１３３】
このように、マスタ装置２００は、通信が干渉するグループ間では互いに重ならないようにＤＴＲ期間を設定し、通信が干渉しないグループ間では互いに重なるようにＤＴＲ期間を設定する。マスタ装置２００は、全てのグループに対してＤＴＲ期間を設定した後は、各グループから送られてくるＤＴＲ干渉元リストに基づいて、装置の移動に起因する新たな干渉の発生を検出する。また、マスタ装置２００は、新たな干渉が発生したときには、同様にＤＴＲ期間の再割り当てを行う。また、ＤＴＲ期間の再割り当てを行わない間は、必ずしもＤＴＲ情報を送信しなくてもよい。
【０１３４】
ここで、干渉監視リストについて、ＤＴＲ期間の割り当ての一例を挙げて説明する。
【０１３５】
図１４は、ＤＴＲ期間の割り当ての一例を示す図である。図１４において、横軸は時間を示す。ここでは、グループに代えて、スレーブ装置３００を用いて説明する。
【０１３６】
図１４に示すように、例えば、装置ＡのＤＴＲ期間７４１−ａは、他の全ての装置Ｂ〜ＤのＤＴＲ期間７４１−ｂ〜７４１−ｄの全てと重なっている。一方、例えば、装置ＤのＤＴＲ期間７４１−ｄは、装置ＣのＤＴＲ期間７４１−ｃとは重なっていない。
【０１３７】
図１５は、図１４に示すＤＴＲ期間割り当ての場合に作成される干渉監視リストの一例を示す図である。
【０１３８】
図１５に示すように、干渉監視リスト８２０において、例えば、装置Ａのモニタ対象装置は、ＤＴＲ期間が重なっている装置Ｄ、Ｂ、Ｃとなり、装置Ｄのモニタ対象装置は、ＤＴＲ期間が重なっている装置Ａ、Ｂとなる。マスタ装置２００は、全てのグループに対してＤＴＲ期間を設定した後は、干渉監視リスト８２０に基づいて、干渉が発生する可能性のあるスレーブ装置の状態を監視し、移動等の状態変化があったときにのみ、図１３のステップＳ２１００〜Ｓ２６００の処理を行う。図１５に示す例では、例えば、装置Ｄが移動した場合には、装置Ａ、Ｂ、Ｄに対して、図１３のステップＳ２１００〜Ｓ２６００の処理を実行する。このように、干渉監視リスト８２０を活用することにより、ＤＴＲ期間割り当ての処理の実行を必要最小限に抑えることができ、各装置の処理負荷を軽減することができる。なお、これとは別に、新たなスレーブ装置の参加や干渉監視リスト８２０を正しく作成できなかった場合を考慮して、所定の周期で図１３のステップＳ２１００〜Ｓ２６００の処理を実行するようにしてもよい。
【０１３９】
以下、無線通信システム１００全体の動作の流れについて、一例を説明する。
【０１４０】
以下、動作の流れを、各装置がＤＴＲ期間の割り当てのために、調整（ネゴシエート）する段階（以下「ネゴシエーション段階」という）と、ＤＴＲ期間が割り当てられた後に空間再利用を図りながら指向性通信を行う段階（以下「空間再利用段階」という）と、に分けて説明する。
【０１４１】
図１６は、無線通信システム１００のネゴシエーション段階における動作の流れを示すシーケンス図である。
【０１４２】
図１６に示すように、ネゴシエーション段階の動作は、更に、受信側装置３００ｒに対して送信側装置３００ｓの通信開始要求を通知する第１のステップＳ３１００と、ＤＴＲＡ期間中に干渉するスレーブ装置３００をスキャンする第２のステップＳ３２００と、ＤＴＲ期間を割り当てる第３のステップＳ３３００と、に分かれる。
【０１４３】
第１のステップＳ３１００において、まず、送信側装置３００ｓは、２ホップ無指向性通信を用いて、マスタ装置２００を介して受信側装置３００ｒに通知する。送信側装置３００ｓは、ＤＴＲ要求を、スーパフレームのコンテンションアクセス期間の間にマスタ装置２００に送信し（Ｓ４１００）、マスタ装置２００はこのＤＴＲ要求を受信側装置３００ｒへ転送する（Ｓ４２００）。ここで、ＤＴＲ要求とは、ＤＴＲ期間の設定およびＤＴＲ期間を利用した、指向性通信の開始の要求をいう。
【０１４４】
このようにＤＴＲ要求の転送にマスタ装置２００を利用するのは、送信側装置３００ｓと受信側装置３００ｒが、互いの無指向性通信の通信範囲外に位置することも有り得るからである。指向性通信の通信距離は、一般的に、無指向性通信の通信距離よりも長い。したがって、このような転送を行うことにより、無指向性通信の通信距離よりも離れた距離で位置しているが、指向性通信の通信距離に位置するような送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒに対して、これらを互いに指向性通信を行うグループとし、ＤＴＲ期間を割り当てることが可能となる。
【０１４５】
そして、受信側装置３００ｒがＤＴＲ応答を送信すると（Ｓ４３００）、マスタ装置２００は、この受け入れを示すＤＴＲ応答を送信側装置３００ｓへ転送して返す（Ｓ４４００）。マスタ装置２００は、また、ビーコンフレームにより、進行中のＤＴＲネゴシエーションのシグナリングを開始する（Ｓ４５００）。ここで、ＤＴＲ応答とは、ＤＴＲ要求を受け入れる旨の応答をいう。
【０１４６】
第２のステップＳ３２００において、まず、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、通信相手であるお互いに向けて自己のアンテナをビーム形成し、ＤＴＲＡ期間の全てのＤＴＲＡスロットについて、ＤＴＲＡフレームの受信をスキャンする（Ｓ４６００）。このスキャンの詳細については、後に別図を用いて説明する。送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、通信相手以外からＤＴＲＡフレームを受信すると、そのＤＴＲＡフレームの送信元を、ＤＴＲ干渉元リストに記録する。送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、ＤＴＲＡフレームをスキャンした後に、それぞれのＤＴＲ干渉元リストをマスタ装置２００へフィードバックする（Ｓ４７００、Ｓ４８００）。
【０１４７】
第３のステップＳ３３００において、マスタ装置２００は、ＤＴＲ期間とＤＴＲＡスロットの割り当てを行う（Ｓ４９００）。
【０１４８】
具体的には、マスタ装置２００は、まず、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒからフィードバックされた両方のＤＴＲ干渉元リストを一つにまとめて、コンテンションフリー期間において、ＤＴＲ期間を割り当てる。
【０１４９】
この割り当ては、図１３のステップＳ２３００で説明した手法で行う。すなわち、マスタ装置２００は、以下の条件を満たすように、ＤＴＲ期間を割り当てる。
・新たに割り当てられたＤＴＲ期間が、ＤＴＲ干渉元リストに記載されて報告された、スレーブ装置３００のＤＴＲ期間のいずれとも重ならない。
・新たに割り当てられたＤＴＲ期間が、送信側装置３００ｓまたは受信側装置３００ｒが参加している他グループのＤＴＲ期間に重ならない。
【０１５０】
そして、マスタ装置２００は、新しいＤＴＲ期間を割り当てた後、更に、この新しいＤＴＲ期間のための新しいＤＴＲＡスロットを、ＤＴＲＡ期間の最後に割り当てる。以降、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、ＤＴＲＡ期間中のＤＴＲＡフレーム送信に参加することができ、更に、通信にＤＴＲ期間を使用することができる。
【０１５１】
具体的には、マスタ装置２００は、例えば、ＤＴＲ期間の予約順序に従って、ＤＴＲＡスロットをＤＴＲＡ期間に割り当て（スケジュール）する。この場合、ＤＴＲ期間の予約が早ければ早いほど、ＤＴＲＡスロットのＤＴＲＡ期間における順序はより前となる。装置Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、装置Ｂ、装置Ｃ、装置Ａの順に予約が行われた場合、ＤＴＲＡ期間における最初のＤＴＲＡスロットは装置Ｂのものであり、２番目のＤＴＲＡスロットは装置Ｃのものであり、最後のＤＴＲＡスロットは装置Ａのものである。このように、ＤＴＲＡスロットの順序については、より早い時点にＤＴＲ期間が割り当てられたスレーブ装置３００が優先される。このようにすることで、例えば、干渉が発生した場合に、ＤＴＲＡ期間の後方から優先的にＤＴＲ期間およびＤＴＲＡ期間の割り当てを解除するというように、予約順序に従った処理の選択が可能となる。
【０１５２】
また、マスタ装置２００は、ＤＴＲ期間を割り当てているスレーブ装置３００については、そのスレーブ装置３００の潜在的なＤＴＲ干渉元を把握するために、受信したＤＴＲ干渉元リストを保持しておく。
【０１５３】
図１７は、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒのＤＴＲＡフレームをスキャンする時の動作の流れを示すシーケンス図であり、図１６のステップＳ４６００、Ｓ４７０に対応するものである。
【０１５４】
まず、送信側装置３００ｓは、受信側装置３００ｒに向けてその指向性アンテナ２２０をビーム形成し（Ｓ４６１０）し、受信側装置３００ｒは、送信側装置３００ｓに向けてその指向性アンテナ２２０をビーム形成する（Ｓ４６２０）。受信側装置３００ｒは、送信側装置３００ｓからのＤＴＲＡフレームの待ち受けを開始する（Ｓ４６３０）。その後、送信側装置３００ｓは、指向性アンテナ２２０を用いて、受信側装置３００ｒにＤＴＲＡフレームを送信し（Ｓ４６４０）、受信側装置３００ｒからの肯定ＤＴＲＡフレームの待ち受けを開始する（Ｓ４６５０）。受信側装置３００ｒは、送信側装置３００ｓからのＤＴＲＡフレームを受信することに成功すると、これに対する応答として、指向性アンテナ２２０を用いて、送信側装置３００ｓに肯定ＤＴＲＡフレームを送信する（Ｓ４６６０）。送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒの両方がＤＴＲＡフレームをそれぞれ送信した後、その送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒのＤＴＲＡスロットは終了し、ＤＴＲＡ期間の終了に至るまで、次のＤＴＲＡスロットに移って同様の処理が繰り返される。
【０１５５】
図１８は、無線通信システム１００の空間再利用段階における動作の流れを示すシーケンス図である。
【０１５６】
図１８に示すように、マスタ装置２００が、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒに割り当てたＤＴＲ期間をビーコンフレームで告知すると（Ｓ５１００）、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、ＤＴＲ期間を利用した通信（以下「ＤＴＲ通信」という）を実行可能となる。
【０１５７】
送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、ＤＴＲＡ期間が到来すると（Ｓ５２００）、ＤＴＲＡ期間の全てのＤＴＲＡスロットについて、それぞれの指向性アンテナ２２０を使用して、ＤＴＲＡのリスニングまたはＤＴＲＡフレーム交換を行う（Ｓ５２１０−１〜Ｓ５２１０−Ｎ）。
【０１５８】
ＤＴＲＡ期間が終了した後、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、割り当てられたＤＴＲ期間を通信に使用できるか否かを判断する（Ｓ５３００）。送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、例えば、任意のスーパフレームにおいて、以下の条件が満たされるとき、割り当てられたＤＴＲ期間に、データ通信を開始することができると判断する。
・現在のスーパフレームのＤＴＲＡスロットで、ＤＴＲＡフレームの交換が成功した。
・送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒの両方で、ＤＩＬフラグを受信しなかった。
【０１５９】
上記の条件に基づいて、割り当てられたＤＴＲ期間を通信に使用できると判断すると、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒは、そのＤＴＲ期間において（Ｓ５４００）、データパケットあるいはＡＣＫパケットの送受信を行う（Ｓ５４１０）。
【０１６０】
なお、以上の説明では、マスタ装置２００とスレーブ装置３００とで異なる構成を有するものとしたが、このように限定されるものではなく、これらを同一の構成の無線通信装置とし、状況に応じて役割を決定し、それぞれの役割で機能させるようにしてもよい。
【０１６１】
図１９は、マスタ装置２００としてもスレーブ装置３００としても機能することができる無線通信装置の構成を示すブロック図であり、図２および図３に対応するものである。図２および図３と同一部分には同一符号を付し、これについての説明を省略する。
【０１６２】
図１９において、無線通信装置９００は、図２の空間再利用調整部２６０と、図３の空間再利用通信部３６０の両方を備えている。このような構成により、無線通信装置９００は、マスタ装置２００として機能するときには、スレーブ装置３００に対して通信品質の低下を避けつつ無線空間を再利用するようなＤＴＲ期間の割り当てを行うことができ、スレーブ装置３００として機能するときには、マスタ装置２００からＤＴＲ期間の割り当てを受けて、通信品質の低下を避けつつ無線空間を再利用することができる。
【０１６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、指向性の無線通信を行う複数のグループにおいて、通信が干渉するグループ間では互いに重ならない時間でグループ内の通信を行い、通信が干渉しないグループ間では互いに重なる時間でグループ内の通信を行うことができる。これにより、空間再利用を行うことができ、高い回線容量を確保することができる。
【０１６４】
また、例えばスレーブ装置が移動する場合でも、ＤＴＲ干渉元リストに基づいて通信期間の再割り当てを行うべきタイミングを判断することができるので、スレーブ装置が移動する場合にも、通信品質の低下を避けつつ空間再利用を行うことができ、高い回線容量を安定して確保することができる。
【０１６５】
なお、以上説明した実施の形態では、送信側装置３００ｓおよび受信側装置３００ｒの両方が指向性アンテナを用いてグループ内の通信を行う場合について説明したが、一方が指向性アンテナを用い、他方が無指向性アンテナを用いてグループ内の通信を行うようにしてもよい。この場合においても、空間再利用は可能なためである。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本発明に係る無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法は、高い回線容量を安定して確保することができる無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すシステム構成図
【図２】本実施の形態に係るマスタ装置の構成を示すブロック図
【図３】本実施の形態に係るスレーブ装置の構成を示すブロック図
【図４】本実施の形態における媒体アクセス時間の構成を示す図
【図５】本実施の形態におけるＤＴＲ期間の配置を示す図
【図６】本実施の形態におけるＤＴＲＡ期間の構成を示す図
【図７】本実施の形態におけるＤＴＲＡスロットの構成を示す図の一例
【図８】本実施の形態におけるＤＴＲＡスロットの構成を示す図の他の例
【図９】本実施の形態に係るスレーブ装置の動作の流れを示すフローチャート
【図１０】本実施の形態におけるＤＴＲＡ送受信処理の流れを示すフローチャート
【図１１】本実施の形態におけるＤＴＲＡ監視処理の流れを示すフローチャート
【図１２】本実施の形態における干渉情報データベースの内容を示す図
【図１３】本実施の形態に係るマスタ装置の動作の流れを示すフローチャート
【図１４】本実施の形態におけるＤＴＲ期間の割り当てを示す図
【図１５】本実施の形態における干渉監視リストの構成を示す図
【図１６】本実施の形態に係る無線通信システムのネゴシエーション段階における動作の流れを示すシーケンス図
【図１７】本実施の形態に係る送信側装置および受信側装置のＤＴＲＡフレームをスキャンする時の動作の流れを示すシーケンス図
【図１８】本実施の形態に係る無線通信システムの空間再利用段階における動作の流れを示すシーケンス図
【図１９】本実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】従来の無指向性通信を行う無線通信システムにおける無線通信の様子を示す図
【図２１】従来の指向性通信を行う無線通信システムにおける無線通信の様子を示す図
【図２２】従来の第１の問題が発生しない場合のグループの配置関係を示す図
【図２３】従来の第１の問題が発生する場合のグループの配置関係を示す図
【図２４】従来の第２の問題が発生する場合のグループの移動の様子を示す図
【図２５】従来の第３の問題が発生する場合のグループの移動の様子を示す図
【符号の説明】
【０１６８】
１００  無線通信システム
２００  マスタ装置
２１０  無指向性アンテナ
２２０  指向性アンテナ
２３０  アンテナ指向性制御部
２４０  物理リンク制御部
２５０  媒体アクセス予約制御部
２６０  空間再利用調整部
２７０  データ送受信部
２８０  アプリケーション部
３００ｓ  送信側装置（スレーブ装置）
３００ｒ  受信側装置（スレーブ装置）
３６０  空間再利用通信部
９００  無線通信装置
【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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【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】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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