(57)【要約】【課題】通信媒体の利用効率を向上させる新規な自律分散型パケット通信方法および装置を提供する。【解決手段】複数の通信装置間で自律分散的に送信順序を決定する際、パケット送信を行おうとする通信装置は、他の通信装置がパケット送信中であれば、複数の通信装置で共用するコンテンション用キャリアで他の送信要求が検知されたか否かを監視し、乱数により設定された監視期間が経過するまで他の送信要求が検知されなければ、当該通信装置はコンテンション用キャリアで送信要求を送信して次のパケット送信権を獲得する。【選択図】図４
2009055261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信装置間で自律分散的に送信順序を決定するパケット通信方法において、
ａ）パケット送信を行おうとする通信装置は、他の通信装置がパケット送信中であれば、前記複数の通信装置で共用する少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視し、
ｂ）当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、当該通信装置は前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する、
ことを特徴とするパケット通信方法。
【請求項２】
前記コンテンション用周波数として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式における少なくとも１つの副搬送波を用いることを特徴とする請求項１に記載のパケット通信方法。
【請求項３】
前記通信装置は、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答がなければ次にパケット送信することを決定し、応答があれば前記ｂ）を再実行することを特徴とする請求項１または２に記載のパケット通信方法。
【請求項４】
前記複数の通信装置のうちパケット送信を行わない通信装置は、前記コンテンション用周波数で受信した送信要求に衝突が発生したか否かを判定し、衝突が発生した場合、前記所定時間後に前記コンテンション用周波数で前記応答を送信することを特徴とする請求項３に記載のパケット通信方法。
【請求項５】
前記通信装置は、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答があれば次にパケット送信することを決定し、応答がなければ前記ｂ）を再実行することを特徴とする請求項１または２に記載のパケット通信方法。
【請求項６】
前記複数の通信装置のうちパケット送信を行わない通信装置は、前記コンテンション用周波数で受信した送信要求に衝突が発生したか否かを判定し、衝突が発生していない場合、前記所定時間後に前記コンテンション用周波数で前記応答を送信することを特徴とする請求項５に記載のパケット通信方法。
【請求項７】
前記通信装置は、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答がなければ次にパケット送信することを決定し、応答があれば前記ｂ）を再実行する第１応答方式と、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答があれば次にパケット送信することを決定し、応答がなければ前記ｂ）を再実行する第２応答方式と、を選択可能であり、通信装置の個数および／またはデータ送信の衝突頻度が所定範囲内であるか否かに応じて前記第１応答方式あるいは前記第２応答方式のいずれかを選択することを特徴とする請求項１または２に記載のパケット通信方法。
【請求項８】
通信媒体を共用して他の通信装置と相互にパケット通信可能な通信装置において、
送信すべきパケットが存在するときに他の通信装置がパケット送信中であれば、前記通信媒体における少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視する監視手段と、
当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する送信制御手段と、
を有することを特徴とするパケット通信装置。
【請求項９】
前記コンテンション用周波数として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式における少なくとも１つの副搬送波を用いることを特徴とする請求項８に記載のパケット通信装置。
【請求項１０】
前記監視手段は、さらに、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答を検知したか否かを監視し、
前記送信制御手段は、前記応答が検知されなければ次にパケット送信することを決定し、前記応答が検知されれば、再度、当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求の検知の有無を監視し、前記他の送信要求が検知されなければ前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する、ことを特徴とする請求項８または９に記載のパケット通信装置。
【請求項１１】
前記コンテンション用周波数で受信した送信要求に衝突が発生したか否かを検知する衝突検知手段を更に有し、
前記送信制御手段は、送信すべきパケットが存在しない場合、前記コンテンション用周波数で受信した送信要求に衝突の発生が検知されると、前記所定時間後に前記コンテンション用周波数で前記応答を送信する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のパケット通信装置。
【請求項１２】
前記監視手段は、さらに、前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答を検知したか否かを監視し、
前記送信制御手段は、前記応答が検知されれば次にパケット送信することを決定し、前記応答が検知されなければ、再度、当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求の検知の有無を監視し、前記他の送信要求が検知されなければ前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する、ことを特徴とする請求項８または９に記載のパケット通信装置。
【請求項１３】
前記コンテンション用周波数で受信した送信要求に衝突が発生したか否かを検知する衝突検知手段を更に有し、
前記送信制御手段は、送信すべきパケットが存在しない場合、前記コンテンション用周波数で受信した送信要求の衝突発生が検知されなければ、前記所定時間後に前記コンテンション用周波数で前記応答を送信する、
ことを特徴とする請求項１２に記載のパケット通信装置。
【請求項１４】
前記送信制御手段は、
前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答がなければ次にパケット送信することを決定し、前記応答が検知されれば、再度、当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求の検知の有無を監視し、前記他の送信要求が検知されなければ前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する第１応答方式と、
前記送信要求を送信してから所定時間後に前記コンテンション用周波数で応答があれば次にパケット送信することを決定し、前記応答が検知されなければ、再度、当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求の検知の有無を監視し、前記他の送信要求が検知されなければ前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する第２応答方式と、
を選択可能であり、通信装置の個数および／またはデータ送信の衝突頻度が所定範囲内であるか否かに応じて前記第１応答方式あるいは前記第２応答方式のいずれかを選択することを特徴とする請求項８または９に記載のパケット通信装置。
【請求項１５】
通信媒体を共用して複数の通信装置間で相互にパケット通信可能なパケット通信システムにおいて、
各通信装置は、
送信すべきパケットが存在するときに他の通信装置がパケット送信中であれば、前記通信媒体における少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視する監視手段と、
当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する送信制御手段と、
を有することを特徴とするパケット通信システム。
【請求項１６】
コンピュータを、
通信媒体を共用して他の通信装置と相互にパケット通信可能な通信装置であって、
送信すべきパケットが存在するときに他の通信装置がパケット送信中であれば、前記通信媒体における少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視する監視手段と、
当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する送信制御手段と、
を有する通信装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパケット通信システムに係り、特に搬送波検知多元接続(Carrier Sense Multiple Access: CSMA)による媒体アクセス制御(Media Access Control: MAC)を用いて自律分散的にパケットの送受信を行う方法および装置に関する。なお、通信システムという用語は、複数の通信装置が無線あるいは有線の通信媒体を共有し、互いに通信可能に接続されたネットワーク一般を指すものとする。また通信装置は、通信媒体を利用する通信機能を持った装置一般を指し、サーバ、クライアント、アクセスポイント、基地局あるいは端末などの種別を問わないものとする。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)が無線アクセス方式として用いられている（非特許文献１−３参照）。以下、非特許文献１に基づいて、ＣＳＭＡ／ＣＡ無線アクセス方式の一例を具体的に説明する。
【０００３】
図１（Ａ）はＣＳＭＡ／ＣＡ無線アクセス方式の一例を示すシーケンス図であり、図１（Ｂ）は全通信時間に対する無線媒体の利用率（ＭＡＣ効率）を説明するための模式図である。ここでは、通信装置として端末Ａ、ＢおよびＣが互いに通信を行う場合を例示し、端末Ａと端末Ｃが送信すべきパケットを持っているものとする。
【０００４】
図１（Ａ）において、端末Ａおよび端末Ｃは、キャリアセンスによって無線媒体の空きを検出すると、ＤＩＦＳ(Distributed Inter Frame Space)と呼ばれる送信待機時間の経過後に、それぞれの端末が生成した乱数に基づくバックオフ制御を実行する。バックオフ制御とは、ある固定の時間（スロット時間）と生成した乱数値との積の時間（バックオフ時間）だけ、キャリアセンスをしながら待機し、その間に他の端末の送信がなければ自端末が送信する、という媒体アクセス方法をいう。
【０００５】
バックオフ制御で生成される乱数の最大値はパケットの再送が起こる毎に大きくなる。図１（Ａ）に示す例では、端末Ａは６スロット分バックオフ時間があり、端末Ｃは９スロット分バックオフ時間があるため、バックオフ制御の結果、端末Ａが送信権を得る。送信権を得た端末Ａはデータパケットを端末Ｂへ送信する（ステップＳ１１０）。このとき端末Ｃは、残りの３スロット分を保持したまま待機する（ステップＳ１１１）。端末Ａからのデータパケットを受信した端末Ｂは、ＳＩＦＳ(Short Inter Frame Space)時間と呼ばれる最小の送信待機時間の後、パケット受信に対する応答であるＡｃｋパケットを端末Ａへ送信する（ステップＳ１１２）。端末ＢのＡｃｋパケット送信後に、端末Ｃは再びバックオフ制御を開始する。
【０００６】
図１（Ａ）に示すようなＣＳＭＡ／ＣＡ無線アクセス方式の場合、衝突回避のための無線媒体の空きの時間が存在する。例えばＤＩＦＳ、バックオフ時間、ＳＩＦＳ等である。これらの時間は、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズの規格制定の過程で、パケット送信時の送信レートが高速化されても変更されていない。そのためパケットの送信レートが増加し、１パケットの送信に要する時間が短くなるに従って相対的に全通信時間に対する無線の空きの時間の割合が増加する。ここで、全通信時間に対する無線媒体の使用時間をＭＡＣ効率と定義すると、図１（Ｂ）のように送信レートの増加に伴って相対的に固定時間が長くなるので、ＭＡＣ効率は低下することになる。
【０００７】
無線媒体の空き時間は、主に確率的な衝突回避手段として規定されている。そのため、自律分散的に無線アクセスを行うシステムでは、いかに効率よく衝突を回避するかという観点でさまざまな方式が検討されている。
【０００８】
一例として、特許文献１（国際公開番号ＷＯ２００５／０３４４３３）には、複数のクライアント端末間で優先度に応じた送信権の確保を可能にするＣＳＭＡ／ＣＡ方式のアクセス制御システムが開示されている。具体的には、あるクライアント端末がデータを送信しようとする際に、データ送信用キャリアを検知することで他の端末がデータ送信中であることを知ると、自己の優先度を書き込んだ帯域予約要求（ＲＴＳ）フレームを制御信号送信用キャリアを用いてアクセスポイントへ送信する。ＲＴＳフレームはＭＡＣフレームを含み、ＭＡＣヘッダのタイプ＋サブタイプフィールドに帯域予約要求（ＲＴＳ）に設定され、ＭＡＣフレーム本体に自己の優先度が書き込まれている（特許文献１の第１４ページ段落番号００３４〜００３９参照）。
【０００９】
複数のクライアント端末からＲＴＳフレームを受信すると、アクセスポイントは優先度の高い順にクライアント端末へ送信確認（ＣＴＳ）フレームを制御信号送信用キャリアを用いて返信し送信権を付与する。ＣＴＳフレームはＭＡＣフレームを含み、ＭＡＣヘッダには送信権を与えるクライアント端末のＭＡＣアドレスとその他のクライアント端末の送信を停止する持続期間とが書き込まれている。こうして送信権を得たクライアント端末はデータ送信用キャリアを用いてデータ送信を実行することができる（特許文献１の第１６ページ段落番号００５３〜００５５参照）。
【００１０】
【非特許文献１】ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition, pp.72-86
【非特許文献２】IEEE Std 802.11a-1999, pp. 3-40 (Supplement to IEEE Std 802.11-1999)
【非特許文献３】IEEE Std 802.11g-2003, Amendment 4, pp.31-42
【特許文献１】再公表特許国際公開第ＷＯ２００５／０３４４３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載されたアクセス制御システムでは、ＭＡＣレイヤで受信フレームをデコードし、フレーム内の各フィールドの情報を得る必要がある。まず、アクセスポイントおよびクライアント端末では、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームであることが認識するために受信フレームをＭＡＣレイヤにおいてデコードし、ＭＡＣヘッダのタイプ＋サブタイプを読み取る必要がある。さらにクライアント側では受信したＣＴＳフレームのＭＡＣヘッダから持続期間を読み取り、送信権がない場合にはその間フレーム送信を停止する必要がある。このように、特許文献１に記載されたアクセス制御システムは、ＭＡＣレイヤでの処理を必要とする。
【００１２】
本発明の目的は、通信媒体の利用効率を向上させる新規な自律分散型パケット通信方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるパケット通信方法は、複数の通信装置間で自律分散的に送信順序を決定するパケット通信方法であって、ａ）パケット送信を行おうとする通信装置は、他の通信装置がパケット送信中であれば、前記複数の通信装置で共用する少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視し、ｂ）当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、当該通信装置は前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明によるパケット通信装置は、通信媒体を共用して他の通信装置と相互にパケット通信可能な通信装置であって、送信すべきパケットが存在するときに他の通信装置がパケット送信中であれば、前記通信媒体における少なくとも１つのコンテンション用周波数で他の送信要求が検知されたか否かを監視する監視手段と、当該通信装置で設定された監視期間が経過するまで前記他の送信要求が検知されなければ、前記コンテンション用周波数で送信要求を送信して次にパケット送信することを決定する送信制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるパケット通信方法及び装置は、複数の通信装置で共用するコンテンション用周波数を用いて複数の通信装置間で自律分散的に送信順序を決定することより通信媒体の利用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明によれば、各通信装置における制御用に１つの周波数（コンテンション用周波数）を割り当てておき、コンテンション用周波数での送信の有無を検知することより各通信装置が次の送信権の成否を判定することができる。
【００１７】
以下、直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM）を用いる無線通信システムを一例として、本発明による自律分散型パケット通信方法および通信装置を詳細に説明する。ＯＦＤＭ方式では周波数軸での無線媒体の利用の自由度が増すので、ＯＦＤＭの副搬送波（サブキャリア）をデータ送信用ではなく通信制御用（コンテンション用）に用いることが可能である。コンテンション用サブキャリアは、ネットワークに参加する通信装置間で共通であればよく、無線通信システムにおいて固定されている必要はない。
【００１８】
なお、データ用サブキャリアは、送信要求の送出または検出以外に使用され、通常のパケットの通信に用いられる周波数キャリアであり、コンテンション用サブキャリアと区別するために「データ用サブキャリア」と呼ぶ。
【００１９】
図２（Ａ）は、本発明による自律分散型パケット通信方法の概略を説明するためのリソースフォーマットの一例を示す模式図、図２（Ｂ）は本発明による次送信者決定タイミングを示す模式図、図２（Ｃ）は非特許文献１に基づく次送信者決定タイミングを示す模式図である。図２（Ａ）に例示すように、１つのサブキャリアをコンテンション用とし、その他の複数のサブキャリアをデータ用として用いる。使用されるコンテンション用サブキャリアは、共通の無線媒体を用いる通信装置により、あるいはシステム側の指定により、予め決定されている。また、複数のサブキャリアをコンテンション用として割り当てることもできるが、データ伝送帯域を確保する観点からも必要最小限であることが望ましい。
【００２０】
ある通信装置に送信すべきデータが発生すると、当該通信装置はデータ用サブキャリアセンスにより他の通信装置が送信中であるか否かを判定する。他の通信装置がデータ送信中であれば（ビジー）、当該通信装置は乱数値に依存するバックオフ制御を実行し、そのままバックオフ時間（backoff）が経過した時には送信要求信号をコンテンション用サブキャリアで送信する。ただし、バックオフ制御中にコンテンション用サブキャリアで送信要求信号の発生を検知すればバックオフ制御を中断して待機状態になる。逆に、当該通信装置が送信要求信号を送信したときには、その他の通信装置でバックオフ制御中のものはバックオフ制御を中断して待機状態になる。したがって、バックオフ時間が経過して送信要求信号を送信することができた当該通信装置は次の送信権を獲得したものと判断し、ビジー状態が終了して最小待機時間経過した時点でデータ送信を開始する。
【００２１】
すなわち、図２（Ｂ）に示すように、他の通信装置によるパケット送信中の場合には、バックオフ制御中の各通信装置がコンテンション用サブキャリアでの送信要求を監視することで、特別な信号の送受信をすることなく、次の送信権を有する通信装置を自律的に決定することができる。このような本発明による送信権者決定方法は、図２（Ｃ）に示すようにパケット送信が終了してから次の送信権者を決定する方法と比べて、ＭＡＣ効率が大きく改善することは明白である。
【００２２】
さらに、コンテンション用サブキャリアでの送信要求を監視するだけで特別な信号の認識が不要であるから通信装置においてＭＡＣレイヤでのデコード処理を必要としない。具体的にはＭＡＣヘッダを読み取って送信要求信号として識別することも不要である。なぜならば、コンテンション用サブキャリアにおける物理層での電波の存在が検知されれば、他の通信装置が送信要求をしていると判定できるからである。
【００２３】
さらに考慮すべき事項は、複数の通信装置間でバックオフ時間の終了タイミングがほとんど一致して送信要求信号が衝突する場合である。本発明によれば、データ送信も送信要求も行っていない第三者の通信装置が送信要求の衝突を検知し、所定時間経過後に衝突の有無を同じコンテンション用サブキャリアで通知することにより送信要求衝突の問題を解決する。詳しくは後述するが、解決手段として否定応答方式と肯定応答方式の２つがある。否定応答方式は、送信要求を行った通信装置が所定時間経過後にコンテンション用サブキャリアで応答を検知すれば衝突発生と判定し、応答がなければ送信権獲得と判定する方式である。肯定応答方式は、送信要求を行った通信装置が所定時間経過後にコンテンション用サブキャリアで応答を検知すれば送信権獲得と判定し、応答がなければ衝突発生と判定と判定する方式である。否定応答方式と肯定応答方式とをネットワーク構成に応じて切り替えることも可能である。
【００２４】
図３（Ａ）は本発明による自律分散型パケット通信方法を適用可能なアクセスポイントを有する無線通信システムを示す概略的構成図であり、図３（Ｂ）は同じく自律分散型パケット通信方法を適用可能なアクセスポイントが無い無線通信システムを示す概略的構成図である。ここでは、通信装置として携帯型コンピュータ、アクセスポイントあるいは移動端末を例示しているが、これらに限定されるものではなく、アクセスポイントが基地局あるいはサーバ、端末が移動局あるいはクライアントであってもよい。
【００２５】
図３（Ａ）に示すように、アクセスポイントＡＰが存在する場合は、アクセスポイントＡＰは有線ＬＡＮあるいは無線ＬＡＮの両方のインターフェイスを持つ。有線ＬＡＮインターフェイスは有線ネットワークに接続されており、無線ＬＡＮインターフェイスは無線ＬＡＮシステム内の各端末と個々に帰属処理を行い接続される。有線ＬＡＮネットワークから無線ＬＡＮ端末宛のパケットは、アクセスポイントＡＰを経由して配下の無線ＬＡＮ端末へと配送される。アクセスポイントＡＰの配下の端末間での通信は、アクセスポイントＡＰを経由して行われる。図３（Ｂ）に示すように、アクセスポイントが存在しない場合は、各端末が相互にパケットの宛先として直接通信相手の端末を指定することで通信を行う。
【００２６】
以下、図３（Ｂ）に示すアクセスポイントが無い無線通信システムを一例として、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２７】
１．第１実施例
１．１）送信権の獲得手順
図４は本発明の第１実施例による自律分散型パケット通信方法を示すシーケンス図である。ここでは、通信システム内に４台の端末Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが存在し、端末Ｄがパケット送信中であり（ステップＳ４００）、残り３台がキャリアセンスしながらアイドル状態であるが、端末ＡおよびＣには送信すべきデータが発生しバックオフ制御が実行されているものとする。
【００２８】
また、端末Ｄのパケット送信はコンテンション用サブキャリアを除く全データ用サブキャリアを用いて行われているものとする。以下、説明を煩雑にしないために、コンテンション用サブキャリア数を１とし、また１台の端末Ｄがデータ用サブキャリアを占有してデータ送信をする場合を例示する。ただし、コンテンション用サブキャリアを複数本使用することも可能であり、また複数台の端末が異なるサブキャリア群をそれぞれ占有してデータ送信する場合でも同様に適用可能である。
【００２９】
送信すべきパケットがある端末ＡおよびＣは、キャリアセンスしながら、現在送信中の端末Ｄの送信開始時刻からそれぞれ乱数値に比例した時間だけ待機するバックオフ制御が行われている。端末Ａが生成した乱数の方が端末Ｃが生成した乱数より小さいものとすると、端末Ａの方が端末Ｃよりも早くバックオフ時間がタイムアウトし、送信要求用のパケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ４０１ａ）。
【００３０】
本実施例では、コンテンション用サブキャリアは、データ送信中の端末Ｄ以外のすべての端末がキャリアセンスを行い、端末Ｄは送信と同時にキャリアセンスは行わない。コンテンション用とデータ用とが隣り合ったサブキャリアを用いているため送受信を同時に行わないようにしたのであるが、実装上の工夫により、送信と同時にキャリアセンスを行うことも可能である。図４の場合では、端末Ａ、ＢおよびＣがデータ用サブキャリアだけではなく、コンテンション用サブキャリアに対してもキャリアセンスを行っている。
【００３１】
端末ＢおよびＣは、コンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットの送信を検知すると、自端末は送信要求用パケットを送信していないので、自端末以外のいずれかの端末が送信要求用パケットを送信したと判断する。したがって、端末ＢおよびＣは、「現在データ送信している端末（ここでは端末Ｄ）の次に送信権があるのは自端末ではない」と判断し、現在のデータ送信が終了しても自端末は送信を行わないことを決定する。この例では、端末Ｂは送信すべきパケットが無いためバックオフ制御を開始していないが、端末Ｃはバックオフ制御中に他端末（ここでは端末Ａ）が送信した送信要求用パケットを検知したので（ステップＳ４０１ｃ）、自端末は送信要求用パケットを送信しない。
【００３２】
言い換えれば、送信要求を行った端末Ａ以外の端末は次のいずれかの状態にある：
（状態１）送信すべきパケットがないのでバックオフ制御を開始していない；
（状態２）データ送信中なのでコンテンション用サブキャリアに対してキャリアセンスを行っていない；および
（状態３）バックオフ制御中に他端末が先に送信要求を行ったので、自端末からの送信要求をしない。
【００３３】
従って、端末Ａ以外の端末は現在のデータ送信が終了してデータサブキャリアの空きが生じてもデータ送信を行わないので、端末Ａがデータ送信しても衝突しない状態ができる。これは端末Ａが次の送信権を獲得したことと等価である。
【００３４】
こうして等価的に送信権を獲得した端末Ａは、端末Ｄのデータ送信が終了してＩＦＳ（Inter Frame Space）期間経過後に、データ用の全てのサブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ４０２）。これと同時に、バックオフ制御を中断した端末Ｃはバックオフ制御を再開し、バックオフ時間がタイムアウトすると、送信要求用のパケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ４０３）。送信要求用のパケットが送信できたことで、端末Ｃは次の送信権を獲得したと判断し、端末Ａのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用の全てのサブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ４０４）。
【００３５】
なお、ＩＦＳは、ある端末の送信と別の端末の送信の間に設けている最低限の空白時間であり、この時間の存在によって、システム内の端末は、送信されているパケットが別の端末のものに変わったことを検知することができる。例えば無線ＬＡＮでは、データパケットよりもＡｃｋパケットの送信が優先されなければならない等の理由から複数のＩＦＳ時間が定義されているが、本実施例では、送受信の切り替えに必要な最低限の時間の確保と送信端末の切り替えとを目的として、一種類のＩＦＳが定義される。
【００３６】
このようにデータパケットとデータ受信確認を示すＡｃｋパケットとが同じ方式を用いて送信される場合には、Ａｃｋパケットの送信遅延が予想される。そこで、Ａｃｋパケットの送信遅延を回避するために、コンテンション用サブキャリアのバックオフ時間帯の先頭にＡｃｋ専用のスロットを設定することで、Ａｃｋパケットの送信権獲得を他のパケットに対して優先させることができる。バックオフ時間帯の先頭に近いほど優先度が高くなるので、優先度に応じてバックオフ時間帯のスロットに所定の機能を割り当てることも可能である。
【００３７】
図４の例では、端末Ａからデータパケットを受信した端末Ｂは、端末Ｃのデータ送信中に（ステップＳ４０４）、Ａｃｋ専用のスロットで送信要求を送信する（ステップＳ４０５）。これによって端末Ｂは、優先的に次の送信権を獲得し、端末Ｃのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用の全てのサブキャリアでＡｃｋパケットを送信することができる（ステップＳ４０６）。
【００３８】
１．２）通信装置の構成
上述した動作を行う各通信装置（端末）における本発明と関連する部分の構成を次に説明する。
【００３９】
図５は本発明の第１実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。通信装置はＭＡＣ層処理部５００と物理層処理部５５０とを有する。ＭＡＣ層処理部５００は、受信したデータを格納する受信バッファ５０１、送信すべきデータを格納する送信バッファ５０２、各端末の無線へのデータ送信の間の固定時間の間隔を測定するためのＩＦＳ（Inter Frame Space）タイマ５０３、乱数値で設定されたバックオフ時間のタイムアウトを判定するバックオフカウンタ５０４、および、ＩＦＳタイマ５０３およびバックオフカウンタ５０４と物理層５５０から入力するキャリアセンス情報とに基づいて自端末がデータあるいは送信要求信号を送信すべきかどうかを判定するための送信制御部５０５を含む。
【００４０】
物理層処理部５５０はデータ用サブキャリア変復調部５５１とコンテンション用サブキャリア変復調部５５２とを含む。データ用サブキャリア変復調装置５５１は、通常の物理層の機能のうち、コンテンション用サブキャリア以外のサブキャリアでの通信を担う。コンテンション用サブキャリア変復調装置５５２は、通常の物理層の機能のうちコンテンション用サブキャリアのみの無線への送受信機能を担う。
【００４１】
データ用サブキャリア変復調部５５１は、さらにデータ用サブキャリアのキャリアセンスを実行し、その結果であるキャリアセンス情報ＣＳｄを送信制御部５０５へ出力する。同様に、コンテンション用サブキャリア変復調部５５２はコンテンション用サブキャリアのキャリアセンスを実行し、その結果であるキャリアセンス情報ＣＳｃを送信制御部５０５へ出力する。
【００４２】
送信要求信号は、送信すべきパケットが送信バッファ５０２に存在するとき、送信制御部５０５がコンテンション用サブキャリア変復調部５５２に指示して送信させる。既に述べたように、データ送信中でなければ各通信装置はコンテンション用サブキャリアのキャリアセンスを実行しているので、他の通信装置が送信要求信号を送信したか否かは直ぐに検知可能である。ただし、コンテンション用サブキャリアでは、キャリアセンスの際、必ずしもデータを完全に復調してデータの中身を解析する必要が無く、例えば受信電力がわかれば他端末の送信が検知可能あり、必ずしもデータ用サブキャリアと同じ変調方式で無線送信する必要は無い。したがって、コンテンション用サブキャリア変復調部５５２はデータ用サブキャリア変復調装置５５１よりも簡易な装置構成を取ることが可能である。
【００４３】
送信制御部５０５は、送信バッファ５０２に送信すべきデータが存在する時、物理層処理部５５０からのキャリアセンス情報ＣＳｓとバックオフカウンタ５０４のカウント値とをモニタしながらバックオフ制御を行う。バックオフカウンタ５０４に設定されたカウント値が０になってタイムアウトすると、送信制御部５０５は、バックアップ制御期間中に他の通信装置が送信要求信号を送信しなかったと判断し、物理層処理部５５０のコンテンション用サブキャリア変復調部５５２を通して送信要求信号をコンテンション用サブキャリアに送出する。
【００４４】
もし、バックオフカウンタ５０４がタイムアウトする前に、他の通信装置が送信要求信号を送出したことを検知すると、送信制御部５０５は、当該他の通信装置がデータサブキャリアでパケットを送信中であることをキャリアセンス情報ＣＳｄにより検知し、そのデータ送信開始時点からバックオフ制御を再開し再び送信要求信号の送出を試みる。
【００４５】
なお、送信制御部５０５は、下記フローチャートで示す制御プログラムを実行するプログラム制御プロセッサ、ＣＰＵあるいはコンピュータなどにより実装可能である。
【００４６】
１．３）通信装置の動作
図６は本発明の第１実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。通信装置のＭＡＣ層処理部５００が送信処理を開始すると、送信制御部５０５は送信すべきパケットが送信バッファ５０２にあるかどうかをチェックし（ステップＳ６０１）、もし送信すべきパケットがある場合には現在他の通信装置でパケット送信中かどうかをキャリアセンス情報ＣＳｄにより確認する(ステップＳ６０２）。パケット送信中の通信装置が存在すれば（ステップＳ６０２のＹＥＳ）、現在のパケット送信が終了するまで送信を待機する（ステップＳ６０３）。この時点で既に次の送信権を有する他の通信装置が決定しており、当該他の通信装置の送信が開始すると（ステップＳ６０４のＹＥＳ）、送信制御部５０５はコンテンション用サブキャリアのキャリアセンス情報ＣＳｃをモニタしながらバックオフ制御を開始する（ステップＳ６０５）。
【００４７】
バックオフ制御開始後、バックオフカウンタ５０４がゼロになる前に、他の通信装置からの送信要求の送信を検知した場合には（ステップＳ６０６のＮＯ）、その時点でバックオフ制御を中断し制御をステップＳ６０３へ戻す。そして、次の送信権を持つ通信装置の送信が開始されると、上述したバックオフ制御を再開する（ステップＳ６０４〜Ｓ６０６）。
【００４８】
他の通信装置からの送信要求の送信を検知せずにバックオフカウンタ５０４がゼロになった場合には（ステップＳ６０６のＹＥＳ）、送信要求をコンテンションサブキャリアに送信し、その時点で送信している端末のパケット送信が終了後、固定時間待機し（ステップＳ６０７）、データパケットをデータ用サブキャリアで送信する（ステップＳ６０８）。
【００４９】
パケット送信中の通信装置が存在しない場合（ステップＳ６０２のＮＯ）、あるいは、予めシステム内で定められている固定時間内に送信が開始されない場合は（ステップＳ６０４のＮＯ）、無線リソースが空いているので、その時点からコンテンション用サブキャリアのキャリアセンスを行いながらバックオフ制御を開始する（ステップＳ６０９）。
【００５０】
バックオフ制御開始後、バックオフカウンタ５０４がゼロになる前に、他の通信装置からの送信要求の送信を検知した場合には（ステップＳ６１０のＮＯ）、その時点でバックオフ制御を中断し制御をステップＳ６０３へ戻す。そして、次の送信権を持つ通信装置の送信が開始されると、上述したバックオフ制御を再開する（ステップＳ６０４〜Ｓ６０６）。
【００５１】
他の通信装置からの送信要求の送信を検知せずにバックオフカウンタ５０４がゼロになった場合には（ステップＳ６１０のＹＥＳ）、データパケットをデータ用サブキャリアで送信する（ステップＳ６０８）。
【００５２】
なお、コンテンション用に使用されるサブキャリアは、必ずしもコンテンション用サブキャリアではなく、現在いずれの通信装置も使用していないデータ用サブキャリアを用いても良い。ただし、システム内の全ての通信装置で使用するサブキャリアの情報が既知であることが必要である。
【００５３】
また、コンテンション用サブキャリアで強度が所定レベル以上の電波が存在する場合は送信要求が送信されたものと判断できるので、本実施例によれば、キャリアセンスによりコンテンション用サブキャリアでの電波の存在を検出するだけでよく、送信要求信号のＭＡＣレイヤの情報をデコードする必要はない。
【００５４】
２．第２実施例
本発明の第２実施例によれば、否定応答方式により、複数の通信装置間でバックオフ時間のタイムアウトが一致して送信要求信号が衝突する事態を有効に回避する。すなわち、データ送信も送信要求も行っていない第三者の通信装置がコンテンション用サブキャリアで送信要求の衝突を検知すると、所定時間経過後に衝突の発生を示す否定応答を同じコンテンション用サブキャリアで送出する。
【００５５】
否定応答方式によれば、送信要求を行った通信装置が所定時間内にコンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知すれば衝突発生（否定応答）と判定し、応答がなければ送信権獲得と判定する。より具体的には次のように動作する：
（１）送信要求用パケットにＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)等の誤り検査用フィールドを設け、受信側でデータの正当性チェックを可能にする；
（２）送信を行っていない通信装置は、送信要求用パケットを受信すると、それが正常の受信されているか否かをＣＲＣを用いてチェックし、もしＣＲＣエラーを検出した場合には、ある固定時間内に否定応答（送信要求否定応答パケット）を返す；および
（３）送信要求用パケットを送信した通信装置は、送信後、コンテンション用サブキャリアに対してキャリアセンスを行いながら固定時間待機し、固定時間経過内に否定応答パケットを受信しなかった場合は、送信権を得たものと判定する。もし固定時間経過内に否定応答パケットを受信した場合には、送信要求用パケットが衝突したと認識し、再度コンテンション用サブキャリアでバックオフ制御を行う。送信要求を行う他の通信装置は、否定応答が送信されたタイミングで同様にバックオフ制御を開始する。
【００５６】
否定応答パケットはどの通信装置が送信しても良い。否定応答パケットは仮に衝突したとしても、受信電力等からそこにパケットが存在することがわかればそれは必ず否定応答パケットであるから、キャリアセンスを行っている送信者は否定応答の存在を検知することが可能である。
【００５７】
２．１）送信権の獲得手順（否定応答）
図７は本発明の第２実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突がない場合のシーケンス図である。ここでは、通信システム内に４台の端末Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが存在し、端末Ｄがパケット送信中であり（ステップＳ７００）、残り３台がキャリアセンスしながらアイドル状態であるが、端末ＡおよびＣには送信すべきデータが発生しバックオフ制御が実行されているものとする。
【００５８】
送信すべきパケットがある端末ＡおよびＣは、キャリアセンスしながら、現在送信中の端末Ｄの送信開始時刻からそれぞれ乱数値に比例した時間だけ待機するバックオフ制御が行われている。端末Ａが生成した乱数の方が端末Ｃが生成した乱数より小さいものとすると、端末Ａの方が端末Ｃよりも早くバックオフ時間がタイムアウトし、送信要求用のパケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ７０１ａ）。
【００５９】
端末Ｂは送信すべきパケットが無いためバックオフ制御を実行していないので、コンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この例ではＣＲＣエラーは検知されないので、端末Ｂは何も応答しない（ステップＳ７０１ｂ）。
【００６０】
端末Ｃは、バックオフ制御中に他端末（ここでは端末Ａ）が送信した送信要求用パケットを検知したので（ステップＳ７０１ｃ）、自端末は送信要求用パケットを送信することができない（ステップＳ７０２）。
【００６１】
従って、端末Ａ以外の端末は現在のデータ送信が終了してデータサブキャリアの空きが生じてもデータ送信を行わないので、端末Ａがデータ送信しても衝突しない状態ができる。すなわち、端末Ａが次の送信権を獲得したことと等価となる。こうして等価的に送信権を獲得した端末Ａは、端末Ｄのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用サブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ７０３）。
【００６２】
図８は本発明の第２実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突が発生した場合のシーケンス図である。上述したように端末Ｄがパケット送信中であり（ステップＳ７１０）、残り３台がキャリアセンスしながらアイドル状態であるが、端末ＡおよびＣには送信すべきデータが発生しバックオフ制御が実行されているものとする。
【００６３】
送信すべきパケットがある端末ＡおよびＣは、キャリアセンスしながら、現在送信中の端末Ｄの送信開始時刻からそれぞれ乱数値に比例した時間だけ待機するバックオフ制御が行われている。この例では、端末Ａと端末Ｃとのバックオフ時間が同時にタイムアウトし、端末ＡおよびＣの両方が同時に送信要求用パケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ７１１ａ、Ｓ７１１ｃ）。
【００６４】
端末Ｂは送信すべきパケットが無いためバックオフ制御を実行していないので、コンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この例では衝突によりＣＲＣエラーが検知されるので、端末Ｂは否定応答パケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ７１２）。端末ＡおよびＣは、否定応答パケットを受信すると、再度バックオフ制御を開始する（ステップＳ７１２ａ、Ｓ７１２ｃ）。バックオフ制御開始時には、端末Ａ、Ｃでそれぞれ乱数を発生させてバックオフ時間が決定されるので、端末ＡおよびＣで再度タイムアウトが一致する可能性は低い。
【００６５】
端末Ａが生成した乱数の方が端末Ｃが生成した乱数より小さいものとすると、端末Ａの方が端末Ｃよりも早くバックオフ時間がタイムアウトし、送信要求用パケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ７１３）。
【００６６】
端末Ｂはコンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この例ではＣＲＣエラーは検知されないので、今度は端末Ｂは何も応答しない。
【００６７】
端末Ｃは、バックオフ制御中に他端末（ここでは端末Ａ）が送信した送信要求用パケットを検知したので、送信要求用パケットを送信することができない。従って、端末Ａ以外の端末は現在のデータ送信が終了してデータサブキャリアの空きが生じてもデータ送信を行わないので、端末Ａがデータ送信しても衝突しない状態ができる。こうして等価的に送信権を獲得した端末Ａは、端末Ｄのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用サブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ７１４）。
【００６８】
２．２）通信装置の構成
図９は本発明の第２実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。上述した動作を行う本実施例による通信装置の構成は、基本的には図５に示す構成と同じであるが、ＭＡＣ層処理部５００のＩＦＳ・固定時間タイマ５１０および送信制御部５１１と物理層処理部５５０のコンテンション用サブキャリア変復調部５６０の機能が異なっている。その他の構成及び機能は第１実施例と同様であるから説明は省略する。
【００６９】
具体的には、ＩＦＳ・固定時間タイマ５１０には、ＩＦＳの他に、否定応答パケットを送信するタイミングを決定するための固定時間が設定される。また、送信制御部５１１は、送信パケットがなくバックオフ制御を実行していない場合には、他の通信装置から受信した送信要求信号のＣＲＣチェックの結果に従って否定応答信号を送信するか否かを判定する。コンテンション用サブキャリア変復調部５６０には、受信した送信要求信号のＣＲＣチェック機能が設けられ、ＣＲＣエラーが発生している場合にはエラー情報を送信制御部５１１へ出力する。
【００７０】
なお、送信制御部５１１は、下記フローチャートで示す制御プログラムを実行するプログラム制御プロセッサ、ＣＰＵあるいはコンピュータなどにより実装可能である。
【００７１】
２．３）通信装置の動作
図１０は本発明の第２実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。基本的な動作は図６のフローチャートと同様であるから同じ参照符号を付して説明は省略する。図６との相違点は次の通りである。
【００７２】
ステップＳ６０７において固定時間待機中に否定応答を受信しなかった場合（ステップＳ７２０のＹＥＳ）、送信制御部５１１はデータ送信を行う（ステップＳ６０８）。また固定時間待機中に肯定応答を受信しなかった場合（ステップＳ７２０のＮＯ）、送信制御部５１１は再度バックオフ制御を開始し（ステップＳ７２１）、ステップＳ６０６に帰還する。
【００７３】
また、バックオフ制御がタイムアウトする前に他の端末が送信要求を送信した場合（ステップＳ６０６のＮＯ）、その送信要求が正しく受信できたかどうかを検査し（ステップＳ７２２）、正しい場合には応答を返さずにステップＳ６０３に帰還する。また検査の結果、送信要求が衝突等の理由で壊れていて正しく受信できない場合には（ステップＳ７２２のＮＯ）、否定応答を返してステップＳ６０３へ戻る（ステップＳ７２３）。
【００７４】
なお、バックオフ制御中であれば、ステップＳ７２２およびＳ７２３を実行せず、送信すべきパケットが無い状態の時にステップＳ７２２およびＳ７２３を実行することもできる。
【００７５】
たとえば、図１０に示すように、送信制御部５１１は送信すべきパケットが送信バッファ５０２にあるかどうかをチェックし（ステップＳ６０１）、もし送信すべきパケットが無い場合には（ステップＳ６０１のＮＯ）、他の端末が送信要求を送信したか否かをキャリアセンス情報ＣＳｃにより判定する（ステップＳ７３０）。他の端末が送信要求を送信した場合（ステップＳ７３０のＮＯ）、その送信要求が正しく受信できたかどうかを検査し（ステップＳ７３１）、正しい場合には応答を返さずにステップＳ６０１に帰還する。また検査の結果、送信要求が衝突等の理由で壊れていて正しく受信できない場合には（ステップＳ７３１のＮＯ）、否定応答を返してステップＳ６０１へ戻る（ステップＳ７３２）。
【００７６】
上述したように、本発明の第２実施例によれば、コンテンション用サブキャリアで送信要求を送信した通信装置は、固定時間内に、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知しなかった時（否定応答を受信しなかった時）には次の送信権を得たものと判断し、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知したとき（否定応答を受信した時）には送信要求の衝突が発生したと判断し、再度バックオフ制御を実行する。すなわち、否定応答方式では、「応答がない」ことが「次に送信可能」を意味する。
【００７７】
また、本実施例によれば、コンテンション用サブキャリアで強度が所定レベル以上の電波が存在するのは、送信要求が送信された場合と否定応答が送信された場合である。上述したように、送信要求と否定応答とは固定時間だけ離れて送信されるので、各通信装置はキャリアセンスによって電波の存在を検知するだけで両者を区別することが可能である。
【００７８】
３．第３実施例
本発明の第３実施例によれば、肯定応答方式により、複数の通信装置間でバックオフ時間のタイムアウトが一致して送信要求信号が衝突する事態を有効に回避する。すなわち、データ送信も送信要求も行っていない第三者の通信装置がコンテンション用サブキャリアで送信要求を正常に受信できれば、所定時間経過後に正常受信を示す肯定応答を同じコンテンション用サブキャリアで送出する。
【００７９】
肯定応答方式によれば、送信要求を行った通信装置が所定時間内にコンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知すれば、衝突の発生なし（従って送信権獲得）と判定し、応答がなければ衝突発生と判定する。より具体的には次のように動作する：
（１）送信要求用パケットにＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)等の誤り検査用フィールドを設け、受信側でデータの正当性チェックを可能にする；
（２）送信を行っていない通信装置は、送信要求用パケットを受信すると、それが正常の受信されているか否かをＣＲＣを用いてチェックし、正常受信されていれば、ある固定時間内に肯定応答（送信要求肯定応答パケット）を返す；および
（３）送信要求用パケットを送信した通信装置は、送信後、コンテンション用サブキャリアに対してキャリアセンスを行いながら固定時間待機し、固定時間経過内に肯定応答パケットを受信した場合は送信権を得たものと判定する。もし固定時間経過内に肯定応答パケットを受信しなかった場合には、送信要求用パケットが衝突したと認識し、再度コンテンション用サブキャリアでバックオフ制御を行う。送信要求を行う他の通信装置も肯定応答を受信しないのであるから、同様にバックオフ制御を開始する。
【００８０】
肯定応答パケットはどの通信装置が送信しても良い。肯定応答パケットは仮に衝突したとしても、受信電力等からそこにパケットが存在することがわかれば、それは必ず肯定応答パケットであるから、キャリアセンスを行っている送信者は肯定応答の存在を検知することが可能である。
【００８１】
３．１）送信権の獲得手順（肯定応答）
図１１は本発明の第３実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突がない場合のシーケンス図である。ここでは、通信システム内に４台の端末Ａ、Ｂ、ＣおよびＤが存在し、端末Ｄがパケット送信中であり（ステップＳ８００）、残り３台がキャリアセンスしながらアイドル状態であるが、端末ＡおよびＣには送信すべきデータが発生しバックオフ制御が実行されているものとする。
【００８２】
送信すべきパケットがある端末ＡおよびＣは、キャリアセンスしながら、現在送信中の端末Ｄの送信開始時刻からそれぞれ乱数値に比例した時間だけ待機するバックオフ制御が行われている。端末Ａが生成した乱数の方が端末Ｃが生成した乱数より小さいものとすると、端末Ａの方が端末Ｃよりも早くバックオフ時間がタイムアウトし、送信要求用のパケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ８０１ａ）。
【００８３】
端末Ｂは送信すべきパケットが無いためバックオフ制御を実行していないので、コンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この例ではＣＲＣエラーは検知されないので、端末Ｂはコンテンション用サブキャリアで応答（肯定応答）を返す（ステップＳ８０１ｂ）。端末Ａは送信要求用パケットを送信してから所定時間内に同じコンテンション用サブキャリアで応答を検知したので次の送信権を獲得したと判定する。
【００８４】
端末Ｃは、バックオフ制御中に他端末（ここでは端末Ａ）が送信した送信要求用パケットを検知したので（ステップＳ８０１ｃ）、自端末は送信要求用パケットを送信することができない（ステップＳ８０２）。
【００８５】
従って、端末Ａ以外の端末は現在のデータ送信が終了してデータサブキャリアの空きが生じてもデータ送信を行わないので、端末Ａがデータ送信しても衝突しない状態ができる。すなわち、端末Ａが次の送信権を獲得したことと等価となる。こうして端末Ａは、端末Ｄのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用サブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ８０３）。
【００８６】
図１２は本発明の第３実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突が発生した場合のシーケンス図である。上述したように端末Ｄがパケット送信中であり（ステップＳ８１０）、残り３台がキャリアセンスしながらアイドル状態であるが、端末ＡおよびＣには送信すべきデータが発生しバックオフ制御が実行されているものとする。
【００８７】
送信すべきパケットがある端末ＡおよびＣは、キャリアセンスしながら、現在送信中の端末Ｄの送信開始時刻からそれぞれ乱数値に比例した時間だけ待機するバックオフ制御が行われている。この例では、端末Ａと端末Ｃとのバックオフ時間が同時にタイムアウトし、端末ＡおよびＣの両方が同時に送信要求用パケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ８１１ａ、Ｓ８１１ｃ）。
【００８８】
端末Ｂは送信すべきパケットが無いためバックオフ制御を実行していないので、コンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この例では衝突によりＣＲＣエラーが検知されるので、端末Ｂは応答しない。端末ＡおよびＣは、応答がないので、再度バックオフ制御を開始する（ステップＳ８１２ａ、Ｓ８１２ｃ）。バックオフ制御開始時には、端末Ａ、Ｃでそれぞれ乱数を発生させてバックオフ時間が決定されるので、端末ＡおよびＣで再度タイムアウトが一致する可能性は低い。
【００８９】
端末Ａが生成した乱数の方が端末Ｃが生成した乱数より小さいものとすると、端末Ａの方が端末Ｃよりも早くバックオフ時間がタイムアウトし、送信要求用パケットをコンテンション用サブキャリアで送信する（ステップＳ８１３）。
【００９０】
端末Ｂはコンテンション用サブキャリアで送信要求用パケットを受信すると、それが衝突しているか否かをＣＲＣを用いてチェックする。この場合にはＣＲＣエラーは検知されないので、端末Ｂは固定時間内に応答を返す（ステップＳ８１４）。
【００９１】
端末Ｃは、バックオフ制御中に他端末（ここでは端末Ａ）が送信した送信要求用パケットを検知したので、送信要求用パケットを送信することができない。従って、端末Ａ以外の端末は現在のデータ送信が終了してデータサブキャリアの空きが生じてもデータ送信を行わないので、端末Ａがデータ送信しても衝突しない状態ができる。こうして端末Ａは、端末Ｂが送出した応答を検知すると送信権を獲得したと判定し、端末Ｄのデータ送信が終了してＩＦＳ期間経過後に、データ用サブキャリアでデータパケットの送信を開始する（ステップＳ８１５）。
【００９２】
３．２）通信装置の構成
図１３は本発明の第３実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。上述した動作を行う本実施例による通信装置の構成は、基本的には図９に示す構成と同じであるが、ＭＡＣ層処理部５００の送信制御部５２０と物理層処理部５５０のコンテンション用サブキャリア変復調部５７０の機能が異なっている。その他の構成及び機能は第２実施例と同様であるから説明は省略する。
【００９３】
具体的には、送信制御部５２０は、送信パケットがなくバックオフ制御を実行していない場合には、受信した送信要求信号のＣＲＣチェック結果に従って肯定応答信号を送信するか否かを判定する。コンテンション用サブキャリア変復調部５７０には、受信した送信要求信号のＣＲＣチェック機能が設けられ、ＣＲＣエラーが発生している場合にはエラー情報を送信制御部５２０へ出力する。
【００９４】
なお、送信制御部５２０は、下記フローチャートで示す制御プログラムを実行するプログラム制御プロセッサ、ＣＰＵあるいはコンピュータなどにより実装可能である。
【００９５】
３．３）通信装置の動作
図１４は本発明の第３実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。基本的な動作は図１０のフローチャートと同様であるから同じ参照符号を付して説明は省略する。図１０との相違点は次の通りである。
【００９６】
ステップＳ６０７において固定時間待機中に否定応答を受信しなかった場合（ステップＳ８２０のＹＥＳ）、送信制御部５２０はデータ送信を行うが（ステップＳ６０８）、固定時間待機中に否定応答を受信した場合には（ステップＳ８２０のＮＯ）、送信制御部５２０は再度バックオフ制御を開始し（ステップＳ８２１）、ステップＳ６０６に帰還する。
【００９７】
また、バックオフ制御がタイムアウトする前に他の端末が送信要求を送信した場合（ステップＳ６０６のＮＯ）、その送信要求が正しく受信できたかどうかを検査し（ステップＳ８２２）、正しい場合には肯定応答を返してステップＳ６０３へ戻る（ステップＳ８２３）。送信要求が衝突等の理由で壊れていて正しく受信できない場合には（ステップＳ８２２のＮＯ）、応答を返さずにステップＳ６０３に戻る。
【００９８】
なお、バックオフ制御中であれば、ステップＳ８２２およびＳ８２３を実行せず、送信すべきパケットが無い状態の時にステップＳ８２２およびＳ８２３を実行することもできる。
【００９９】
たとえば、図１４に示すように、送信制御部５２０は送信すべきパケットが送信バッファ５０２にあるかどうかをチェックし（ステップＳ６０１）、もし送信すべきパケットが無い場合には（ステップＳ６０１のＮＯ）、他の端末が送信要求を送信したか否かをキャリアセンス情報ＣＳｃにより判定する（ステップＳ８３０）。他の端末が送信要求を送信した場合（ステップＳ８３０のＮＯ）、その送信要求が正しく受信できたかどうかを検査し（ステップＳ８３１）、正しい場合には肯定応答を返してステップＳ６０１へ戻る（ステップＳ８３２）。また検査の結果、送信要求が衝突等の理由で壊れていて正しく受信できない場合には（ステップＳ８３１のＮＯ）、応答を返さずにステップＳ６０１に戻る。
【０１００】
上述したように、本発明の第３実施例によれば、コンテンション用サブキャリアで送信要求を送信した通信装置は、固定時間内に、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知した時（肯定応答を受信した時）には次の送信権を得たものと判断し、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知しなかったとき（肯定応答を受信しなかった時）には送信要求の衝突が発生したと判断し、再度バックオフ制御を実行する。すなわち、肯定応答方式では、「応答がある」ことが「次に送信可能」を意味する。
【０１０１】
また、本実施例によれば、コンテンション用サブキャリアで強度が所定レベル以上の電波が存在するのは、送信要求が送信された場合と肯定応答が送信された場合である。上述したように、送信要求と肯定応答とは固定時間だけ離れて送信されるので、各通信装置はキャリアセンスによって電波の存在を検知するだけで両者を区別することが可能である。
【０１０２】
４．第４実施例
上述したように、本発明の第２実施例による否定応答方式は、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知しなかった時（否定応答を受信しなかった時）には次の送信権を得たものと判断し、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知したとき（否定応答を受信した時）には送信要求の衝突が発生したと判断する。これに対して、本発明の第３実施例による肯定応答方式は、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知した時（肯定応答を受信した時）には次の送信権を得たものと判断し、コンテンション用サブキャリアで電波の存在を検知しなかったとき（肯定応答を受信しなかった時）には送信要求の衝突が発生したと判断する。
【０１０３】
このように否定応答方式では「応答がない」ことが「次に送信可能」を意味するのに対し、肯定応答方式では「応答がある」ことが「次に送信可能」を意味する。これら応答形態のいずれが適しているかは、ネットワークの端末数あるいは端末の状態に依存する。そこで、本発明の第４実施例による通信方法は、上述した否定応答方式と肯定応答方式とを選択可能に設定する。
【０１０４】
たとえば、２台の端末がネットワークを構成している場合、１台の端末がデータ送信中であれば、送信要求できる端末は１台だけである。この場合、肯定応答方式にすると送信要求後に応答を返す端末が存在しなくなる。否定応答方式にすれば、「応答がない」ことが「次に送信可能」を意味するので問題ない。したがって、このようなネットワークであれば否定応答方式を選択すればよい。
【０１０５】
また、３台以上の端末がネットワークを構成する場合、１台の端末がデータ送信中であれば、送信要求できる端末は２台以上あることになる。仮に２台以上お端末が同時に送信要求を送信すると、衝突を検知する端末が存在しなくなる。この場合、肯定応答方式にすると、そもそも応答を返す端末が存在しないので、どの端末も応答を受けることができない。したがって、衝突を検知する端末が存在しなくとも衝突発生と判断される。仮に送信要求を送信しない端末が存在すれば、その端末が送信要求の衝突を検知して応答を返すことができる。したがって、肯定応答方式にすれば、「応答がある」ことが「次に送信可能」を意味するので問題がない。
【０１０６】
具体例として、通信する端末数が２台から３台以上に増えた場合を説明する。まず２台の端末が通信を開始する際には、上述したように初期設定として必ず否定応答方式をとることとする。この通信システムに更に１台以上の端末が参加し、全部で３台以上の端末でシステムが構成された場合、もし送信要求が衝突して、その際に否定応答を返す端末が存在しないとすると、その後のデータ送信が衝突し、Ackパケットがデータ送信元に返らないことになる。したがって、データ送信元は再度バックオフから開始してユーザデータを送る必要があり、システム内の全端末に送るべきデータが多量にあって衝突が頻繁に生じる場合には、これによりＭＡＣ効率が低下することになる。
【０１０７】
そこで、本発明の第４実施例によれば、各端末に衝突頻度をカウントするカウンタを設け、この衝突頻度が所定の上限閾値に到達すると、システム内のいずれかの端末が否定応答方式から肯定応答方式に変更する旨のパケット（方式変更パケット）を通常のシーケンスに基づいてシステム内の全端末に送信する。この方式変更パケットをシステム内の全端末が受信することで、応答方式を肯定応答方式へ変更し、これによりバックオフ後の衝突時のオーバヘッドを減らすことができる。衝突頻度に下限の閾値も同時に設けることにより、逆に、肯定応答方式から否定応答方式に戻すこともできる。
【０１０８】
このように、第４実施例によれば、ネットワークの端末数および／または端末の状態（ここでは衝突頻度）に依存して応答方式を適切に選択することによりＭＡＣ効率の低下を回避することが可能となる。
【０１０９】
５．適用例
次に、本発明の各実施例をＯＦＤＭ方式の通信装置に適用した具体例を説明する。
【０１１０】
５．１）第１適用例
図１５は本発明による通信装置の第１適用例を示すブロック図である。この第１適用例は本発明の第１実施例の具体的適用例であり、図５に示すデータ用サブキャリア変復調部５５１およびコンテンション用サブキャリア変復調部５５２がＯＦＤＭ方式で使用されるサブキャリア変調部およびフーリエ変換部とサブキャリア復調部および逆フーリエ変換部とにより実現されている。
【０１１１】
物理層処理部９００の送信側は、ベースバンド信号生成部９０１、直列・並列変換部９０２、サブキャリア変調部９０３、逆フーリエ変換美９０４、ガードインターバル付加部９０５、および、多重部９０６を含む。同じく受信側は、分離部９０７、ガードインターバル除去部９０８、フーリエ変換部９０９、サブキャリア復調部９１０、並列・直列変換部９１１、および、ベースバンド信号復調部９１２を含む。それぞれの機能ブロック自体は通常のＯＦＤＭ方式の物理層処理部で用いられるものと同様である。
【０１１２】
上記第１実施例で説明したように、本発明によれば、コンテンション用サブキャリアを全サブキャリアから分離してキャリアセンスおよび送信要求信号の送信に用いる。コンテンション用サブキャリアの周波数をｆ０とすれば、送信側では逆フーリエ変換部９０４がコンテンション用サブキャリアの送信要求フレームと他のデータ用サブキャリアのデータ信号と結合し、受信側ではフーリエ変換部９０９がコンテンション用サブキャリアの信号を他のサブキャリアから分離する。
【０１１３】
送信制御部５０５から逆フーリエ変換部９０４のｆ０成分として与えられる送信要求フレームは、プリアンブル、物理層ヘッダおよびＣＲＣからなる通常のフレームフォーマットを用いることができる。送信要求フレームの送信タイミングは、図４で説明したように、送信制御部５０５により制御される。
【０１１４】
受信側のフーリエ変換部９０９は、受信信号の周波数ｆ０のコンテンション用サブキャリア成分を分離し、その信号をキャリアセンス情報ＣＳｃとして送信制御部５０５へ出力する。
【０１１５】
なお、コンテンション用サブキャリアの周波数ｆ０が固定されている必要はない。既に述べたように、ネットワークを構成する端末あるいは基地局などの通信装置間で、システムの無線リソースから１つのサブキャリアをコンテンション用として適宜選択することもできる。
【０１１６】
５．２）第２適用例
図１６は本発明による通信装置の第２適用例を示すブロック図である。この第２適用例も本発明の第１実施例の具体的適用例であるが、物理層処理部９５０内にコンテンションサブキャリア用送受信部９１３を別個に設けた点が図１５の第１適用例とは異なっている。その他の構成は基本的に第１適用例と同じであるから、同一参照番号を伏して説明は省略する。
【０１１７】
コンテンションサブキャリア用送受信部９１３を別個に設けたことで、データの送受信部は周波数ｆ０以外のサブキャリアに関して処理するように設定されるべきである。たとえば、受信信号から周波数ｆ０成分を予め分離するか、あるいは、送信側のサブキャリア変調部９０３および逆フーリエ変換部９０４と受信側のフーリエ変換部９０９およびサブキャリア復調部９１０とをそれぞれ周波数ｆ０成分以外の周波数成分のみを処理するように設定する。
【０１１８】
コンテンションサブキャリア用送受信部９１３が送信要求フレームを生成するとすれば、送信制御部５０５はコンテンションサブキャリア用送受信部９１３に対して送信タイミングだけを指示すればよい。
【０１１９】
また、コンテンションサブキャリア用送受信部９１３を別個に設けたことで、コンテンション用サブキャリアの周波数のみ別に処理することができ、自端末がデータを送信していないときは、コンテンションサブキャリア用送受信部９１３のみ電源を入れておけばよいのでより消費電力の少ない装置構成が可能となる。
【０１２０】
５．３）第３適用例
図１７は本発明による通信装置の第３適用例を示すブロック図である。この第３適用例は本発明の第２実施例および／または第３実施例の具体的な適用例である。物理層処理部９６０内にはコンテンションサブキャリア用送受信部９２０が別個に設けられ、コンテンションサブキャリア用送受信部９２０は送信側の逆フーリエ変換部９０４の周波数ｆ０成分として送信要求フレームを出力し、受信側のフーリエ変換部９０９からコンテンション用として周波数ｆ０成分の信号を入力する。
【０１２１】
コンテンションサブキャリア用送受信部９２０は、コンテンション用サブキャリアのキャリアセンス機能および受信した送信要求フレームあるいは否定応答／肯定応答フレームのＣＲＣチェック機能を有し、キャリアセンス情報ＣＳｃおよびＣＲＣエラー情報を送信制御部５１１／５２０へ出力する。
【０１２２】
他方、コンテンションサブキャリア用送受信部９２０は、送信制御部５１１／５２０からの送信タイミングに従って、送信要求フレームあるいは否定応答／肯定応答フレームを逆フーリエ変換部９０４へ周波数ｆ０成分として出力する。
【０１２３】
６．本発明の諸側面
以上述べたように、本発明の第１の目的は通信媒体の利用効率を向上させる新規な自律分散型パケット通信方法および装置を提供することにある。図２（Ｃ）に示すような方式では、前の端末がデータ送信を終了した後に必ず次の送信可能な端末を決定する必要があり、その決定に必要な時間が時間軸上での固定のオーバヘッドとなっている。本発明によれば、このオーバヘッドを減らしつつ自律分散的に次の送信者を決定することができ、伝送効率の良いパケット通信システムを提供することができる。
【０１２４】
たとえば、本発明を自律分散型の無線パケット通信システムに適用すれば、コンテンション用サブキャリアのキャリアセンス情報をモニタしながらバックオフ制御を実行し、バックオフ制御が他の端末からの送信要求により中断されない限り、コンテンション用サブキャリアに送信要求信号を送信し、それによって次の送信権を獲得することができる。そして、現在の送信端末の送信が終わり次第、例えば送受信の切り替えに必要な最小時間の経過後にデータパケットを送信する。
【０１２５】
このように、本発明によれば、システム内の端末間で共通のコンテンション用サブキャリアを設けることで、ある端末がデータ送信中の間でも、次の送信者決定のために相互の調停が可能となり、結果的にＭＡＣ効率を向上させることができる。その際、コンテンション用サブキャリアで送受信される信号は物理層で検知されるもので十分であり、ＭＡＣレイヤでのデコードは不要である。
【０１２６】
コンテンション用サブキャリアを設けることは、その分だけデータ送信用のサブキャリアを削減することであるから、最大スループットが若干低下する。しかしながら、それを許容してもＭＡＣ効率を向上させることができるので、結果的に平均スループットを向上させることができる。この効果はデータ用サブキャリアの本数とコンテンション用サブキャリアの本数比によって決まり、データサブキャリアの本数が多いほどスループット向上の効果が高い。
【０１２７】
また、上記実施例では無線媒体リソースを利用した無線パケット通信システムを例示したが、複数の通信装置がキャリアセンスによって自律分散的に衝突を回避する方式の通信システムであれば本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、たとえばＣＳＭＡ（搬送波検知多元接続）によるＭＡＣ（媒体アクセス制御）を用いて自律分散的にパケットの送受信を行う通信システム一般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】（Ａ）はＣＳＭＡ／ＣＡ無線アクセス方式の一例を示すシーケンス図であり、（Ｂ）は全通信時間に対する無線媒体の利用率（ＭＡＣ効率）を説明するための模式図である。
【図２】（Ａ）は、本発明による自律分散型パケット通信方法の概略を説明するためのリソースフォーマットの一例を示す模式図、（Ｂ）は本発明による次送信者決定タイミングを示す模式図、（Ｃ）は非特許文献１に基づく次送信者決定タイミングを示す模式図である。
【図３】（Ａ）は本発明による自律分散型パケット通信方法を適用可能なアクセスポイントを有する無線通信システムを示す概略的構成図であり、（Ｂ）は同じく自律分散型パケット通信方法を適用可能なアクセスポイントが無い無線通信システムを示す概略的構成図である。
【図４】本発明の第１実施例による自律分散型パケット通信方法を示すシーケンス図である。
【図５】本発明の第１実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突がない場合のシーケンス図である。
【図８】本発明の第２実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突が発生した場合のシーケンス図である。
【図９】本発明の第２実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突がない場合のシーケンス図である。
【図１２】本発明の第３実施例による自律分散型パケット通信方法における送信要求の衝突が発生した場合のシーケンス図である。
【図１３】本発明の第３実施例による通信装置の機能構成を概略的に示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施例による通信装置の通信方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明による通信装置の第１適用例を示すブロック図である。
【図１６】本発明による通信装置の第２適用例を示すブロック図である。
【図１７】本発明による通信装置の第３適用例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３０】
５００  ＭＡＣ層処理部
５０１  受信バッファ
５０２  送信バッファ
５０３  ＩＦＳタイマ
５０４  バックオフカウンタ
５０５、５１１、５２０  送信制御部
５１０  ＩＦＳ・固定時間タイマ
５５０  物理層処理部
５５１  データ用サブキャリア変復調部
５５２、５６０、５７０  コンテンション用サブキャリア変復調部
【図１】
2009055261.tif 000003
【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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