JP2005333360A

JP2005333360A - 無線通信システム、無線通信方法及び装置

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Publication number: JP2005333360A
Application number: JP2004149345A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sugaya; 茂菅谷; Tomonari Yamagata; 智成山縣
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】自律分散アドホックネットワークなどのネットワークで無線通信を行う場合に、アクセスが集中するデータ受信時刻に、周辺の無線通信装置が他の無線通信装置とデータの衝突を避けて、なおかつ公平にアクセスできるようにする。
【解決手段】無線通信装置から送信されるビーコン信号に、ビーコンサイクル情報を付加して送信し、そのビーコンサイクル情報に基づいて周辺の無線通信装置がバックオフ時間を設定し、周辺の無線通信装置から該当する無線通信装置に送信するデータがある場合には、そのバックオフ時間経過後にデータの送信を開始するようにし、他の無線通信装置からのデータ送信との衝突を防止できるようにした。
【選択図】図１０

Description

本発明は、例えばデータ通信などを行う無線ＬＡＮ（Local Area Network：構内情報通信網）システムに適用して好適な無線通信システムと、その無線通信システムに適用される無線通信方法及び無線通信装置に関し、特に基地局装置を配置しない、自律分散ネットワークであるアドホックネットワークに適用して好適な技術に関する。

近年、パーソナルエリアネットワークの構成方法として、周辺の無線通信装置を認識して、それらの通信装置と自律分散的に無線ネットワークを形成する、アドホック無線ネットワークを用いたデータ伝送処理が検討されている。

さらに、パーソナルエリアネットワークを構成する無線通信装置では、低消費電力動作を行なうために、所定の時間に受信を行なうものの、ほとんどの時間は無線データの送受信動作をせず、休眠状態（スリープモード）として稼動する構成が考えられている。

従来からの無線通信システムにおいて、複数の無線通信装置が他の無線通信装置にデータを送信する場合には、伝送路が空き状態にあることを確かめてから送信を開始するアクセス方式である、CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)方式が利用されていた。

さらに、多数の無線通信装置が混在する場合には、所定の乱数を発生してバックオフ時間を設定し、そのバックオフ時間に渡り伝送路が空き状態にあることを確かめてから送信を開始する、ランダムバックオフ時間を設定するアクセス制御処理が一般的に利用されていた。

また、本件出願人による特許文献１特開２００１−２５７７０６号広報においては、制御局の信号に従って、通信局ごとに異なるバックオフ時間の設定をして、公平なアクセス制御を実現する方法が開示されている。

さらに最近では、ウルトラワイドバンド信号を用いた、高速無線パーソナルエリアネットワークの開発が行なわれており、数百メガ・ビット／秒の超広帯域無線通信が可能になってきていて、IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers ）802.15.3aにて標準化仕様を画策中である。

このウルトラワイドバンド信号には、現在のところマルチバンドOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex ：直交周波数分割多重）信号によるMBOA-UWB（MultiBandOFDM Alliance-Ultra Wideband）方式と、直接拡散のスプレッドスペクトラム信号を広帯域に拡散した信号を用いるDSSS-UWB（Direct Sequence Spread System-Ultra Wideband）方式などが提案されている。
特開２００１−２５７７０６号公報

低消費電力動作を行なう無線通信装置の構成では、休眠状態がほとんどであるため、わずかなデータ送信時間、ならびにデータ受信時間しか用意されていないため、この時間にその通信装置宛のデータが集中するという問題があった。

従来からのランダムバックオフ時間を設定するアクセス制御処理においては、データを送信しようとする通信装置が複数あった場合、同じバックオフ時間を設定してしまうと、同時に送信が開始されてしまい、データの衝突が発生するという問題点があった。

例えば、図１７（ａ）に示すように、無線通信装置１からメッセージ送信があった後、その無線通信装置１の近隣に３台の無線通信装置２，３，４（図１７（ｂ），（ｃ），（ｄ））が存在して、それぞれの無線通信装置２，３，４からもメッセージ送信の要求があるとする。この場合、無線通信装置１からのメッセージ送信後に、パケット間隔を定義するＤＩＦＳ(DCF Inter Frame Space)の時間に、バックオフ時間を加算した時間が経過したとき、図１７（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、それぞれの無線通信装置２，３，４からメッセージ送信が行われる。

このような場合、複数台の無線通信装置からのメッセージ送信が重なる可能性が非常に高く、例えば図１７の例では、無線通信装置３，４からのメッセージ送信が同じタイミングになって、このときのメッセージ送信がエラーになってしまう。

このような問題を回避するために、仮に、データ受信時間に、その無線通信装置に対するバックオフ時間を無線通信装置ごとに一意に決めてしまうと、設定順位が高い無線通信装置との間では接続性は確保できるものの、設定順位が低い無線通信装置との間では接続性が確保し難く、不公平が生じるという問題があった。

また、特許文献１に記載の処理では、制御局の信号に基づいて、各無線通信装置がバックオフ設定時間を設定するため、公平なアクセスは可能になるものの、制御局が一元的に送信する信号から、各通信局がバックオフ時間を計算するため、自律分散型アドホックネットワークの無線通信装置に適用できないという問題があった。

また、これらウルトラワイドバンド信号は、マルチバンドOFDM信号によるMBOA-UWB方式と、直接拡散のスプレッドスペクトラム信号を広帯域に拡散した信号を用いるDSSS-UWB方式のどちらでも、微弱な信号として送信されるために、その信号の存在を検出するために時間がかかるという問題があった。

そのために従来から存在する一般的なキャリアの有無を検出して、信号の衝突を検出するキャリアセンス多重アクセス／衝突回避（ＣＳＭＡ／ＣＡ）によるランダムアクセス方法の適用が困難であるという側面を伴っていた。

つまり、信号の存在を検出するために長時間に渡って信号の復号処理を行なう必要があり、この期間に他の通信装置からのアクセスが発生した場合に、自己の送信を抑止することができないという問題があった。

しかも、自己の送信中には受信処理を行なえないためにこの衝突を検出できないという問題があり、衝突発生を認識するためにランダムバックオフの設定単位を、信号検出にかかる時間単位とし、これらの時間を冗長に用意しなければならなかった。

本発明は、この種のネットワークで無線通信を行う場合に、アクセスが集中するデータ受信時刻に、周辺の無線通信装置が他の無線通信装置とデータの衝突を避けて、なおかつ公平にアクセスできるようにすることを目的とする。

また本発明は、送信されている信号の検出が困難な、例えばウルトラワイドバンド信号を用いた無線通信システムにおいて、複数の通信装置からの送信の衝突が発生しない、効率の良いアクセス制御できるようにすることを目的とする。

本発明は、無線通信装置から送信されるビーコン信号に、ビーコンサイクル情報を付加して送信し、そのビーコンサイクル情報に基づいて周辺の無線通信装置がバックオフ時間を設定し、周辺の無線通信装置から該当する無線通信装置に送信するデータがある場合には、そのバックオフ時間経過後にデータの送信を開始するようにしたものである。

このようにしたことで、ビーコンサイクル情報に基づいて設定したバックオフ時間経過後にデータの送信を開始するので、他の無線通信装置からのデータ送信との衝突を防止できる。

本発明によると、アドホック無線通信システムなどのビーコン信号を定期的に送信するシステムにおいて、無線通信装置どうしで異なるバックオフ時間を設定することができるため、複数の通信装置から同時にデータ送信を開始して衝突することを回避できるアクセス制御を実現できるという効果を奏する。

この場合、各無線通信装置が送信するビーコン信号に、フレーム周期毎に増加するカウンタを用意し、このカウンタ値をビーコン信号に含めて送信することで、周辺に存在する無線通信装置がそれぞれこの値を管理すればよいので、自律分散的に制御が可能となる。

さらにビーコン信号を受信した無線通信装置では、その通信装置のカウンタ値とビーコン位置（タイミング）との相対位置から、バックオフ時間を設定することで、ビーコン送信位置（タイミング）に複数の無線通信装置が存在しなければ、同じバックオフ時間が設定されないという効果を奏する。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図１６を参照して説明する。

本実施の形態において想定している通信の伝播路は無線であり、かつ単一の伝送媒体（周波数チャネルによりリンクが分離されていない場合）を用いて、複数の機器間でネットワークを構築する場合としてある。但し、複数の周波数チャネルが伝送媒体として存在する場合であっても、同様のことがいえる。また、本実施の形態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、本実施の形態におけるネットワークは、アドホックネットワークとしてあり、ネットワーク内の各通信局を統括して管理する制御局は存在しないネットワークとしてある。

図１は、本実施の形態による無線通信システムを構成する無線通信装置（通信局）の配置例である。ここでは、通信装置１，２，‥‥７の７台の無線通信装置が、同一空間上に分布している様子を表わしている。

図１では、各通信装置１，２，‥‥７と無線通信が可能な通信範囲１ａ，２ａ，‥‥７ａ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。即ち、図１の例では、
・通信装置１は近隣にある通信装置２，３，４と通信可能な範囲にある。
・通信装置２は近隣にある通信装置１，４と通信可能な範囲にある。
・通信装置３は近隣にある通信装置１，６，７と通信可能な範囲にある。
・通信装置４は近隣にある通信装置１，２，５と通信可能な範囲にある。
・通信装置５は近隣にある通信装置４と通信可能な範囲にある。
・通信装置６は近隣にある通信装置３と通信可能な範囲にある。
・通信装置７は近隣にある通信装置３と通信可能な範囲にある。
本例の場合には、それ以外の通信装置間では、直接無線通信ができないものとする。後述する本例の具体的な通信処理では、この図１に示した無線通信状態のネットワーク構成である場合の処理を示してある。

そして、本実施の形態においては、各通信装置が、周囲にある他の通信装置との間で、互いに影響を考慮しながら１つの無線伝送路を時分割で利用するアクセス制御処理を行うようにしてあり、その無線通信のアクセス制御を行うために、各通信装置で時間同期の補正処理を行うようにしてある。

図２は、本例のシステムに適用される通信局を構成する無線通信装置の構成例を示したブロック図である。この無線通信装置は、この無線通信装置に接続される機器（図示せず）との間で各種情報の交換を行なうためのインターフェース２４を備え、その接続された機器からインターフェース２４に送られてきたデータや、無線伝送路を介して受信したデータを一時的に格納しておくデータバッファ２３を有する。

周辺に存在する他の無線通信装置と通信を行う構成について説明すると、本例の無線通信装置は、周辺に存在する無線通信装置と自律分散的に同期を取って動作するものとしてある。無線通信手段としては、伝送媒体上で周辺の通信装置からの信号を受信し、自己通信装置の送信信号を送信するアンテナ１１が、無線受信部１２及び無線送信部２２に接続してある。無線送信部２２では、例えばウルトラワイドバンド信号（Ultra Wideband信号：ＵＷＢ信号）として変調処理を行い、無線受信部１２では、例えばウルトラワイドバンド信号の復調処理を行って、復調されたデータを後段の回路に供給する。なお、アンテナ１１については、送信と受信で別のアンテナを用意しても良く、或いは複数のアンテナを備えていわゆるダイバーシティ受信を行うようにしても良い。

無線受信部１２では、他の通信装置からの信号を指定時刻に受信し、所定の信号形式として復号処理をする。この無線受信部１２で受信した信号を受信データ解析部１３に供給して、受信した信号から所定の形式により構築されているデータ情報部分を抽出する。また、無線受信部１２で受信した信号を、ビーコン情報獲得手段としてのビーコン解析部１４に供給して、受信信号の中からビーコン信号を収集し、その記載情報を抽出して解析する獲得処理を行う。

また、この無線通信装置の動作時間の基準となるクロック信号を所定の間隔で発生する基準時間生成部１５を備える。基準時間生成部１５で生成されたクロック信号は、中央制御部１８などの装置内の各部に供給する。後述するタイムスロットについても、基準時間生成部１５で生成されたクロックを基準として生成される。中央制御部１８は、自律分散的アドホックネットワークを構成する無線通信装置の制御を一元的に行なう手段であり、アクセス制御手段としての処理も行い、アクセス制御に必要なカウント処理も行う。後述するバックオフ時間などアクセス制御に必要な情報の設定についても中央制御部１８が制御する。中央制御部１８には、メモリなどで構成される情報記憶部２５が接続してある。情報記憶部２５には、この通信装置の動作手順が実行命令書形式で保存され、スキャン周期情報や、周辺通信装置の存在情報と、その周辺通信装置のビーコン送信時刻情報などを保存しておく。

また、中央制御部１８の制御に基づいて送信タイミングを設定するタイミング制御部２０と、ある周期で自己の存在を周辺通信装置に対して送信するビーコン信号を生成するビーコン生成部２１とを備える。

無線送信部２２では、ビーコン生成部２１で生成されたビーコン情報や、データバッファ２３から供給されたアプリケーションデータ情報を、所定の信号形式に変調処理を行なう。

なお、本例の無線通信装置は、図２に示したブロック以外に必要に応じて他の機能を備えたブロックが付加されたり、ここに記載されたブロックのうち機能を統合するなどして不要となったブロックが適宜統合されたりする構成であっても良い。

また、ここでは無線通信方式として、UWB方式を例にして説明したが、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その他の各種通信方式を適用することもできる。具体的には、UWB方式以外の方式として、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex ：直交周波数分割多重）方式、CDMA（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）方式などが適用可能である。

次に、本例のアドホックネットワークで定義されている、スーパーフレーム構成について、図３を参照して説明する。本例のスーパーフレーム構成は、所定の時間間隔で周期的なビーコン信号を送信することで定義される。図３は、７台の通信装置１〜７でのビーコンＢの送信状態と、他局から送信されたビーコンの受信状態（斜線を付してＮ１〜Ｎ７と示す位置：数字は通信装置１〜７の番号に対応）を１台ごとに個別に示した図である。

本例のスーパーフレームは、各無線通信装置１〜７が独自にスーパーフレーム構成を設定することとし、近隣に存在する無線通信装置のスーパーフレーム構成と開始タイミングが重ならないように設定される。

具体的には、例えば図３（ａ）に示すように、無線通信装置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。

また、通信装置２においては、図３（ｂ）に示すように、近隣にある通信装置１，４のビーコン信号（N1、N4）を受信できる。通信装置３では、図３（ｃ）に示すように、その近隣にある通信装置１，６，７のビーコン信号（N1、N6、N7）を受信できる。通信装置４では、図３（ｄ）に示すように、その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。通信装置５では、図３（ｅ）に示すように、その近隣にある通信装置４のビーコン信号（N4）を受信できる。通信装置６では、図３（ｆ）に示すように、その近隣にある通信装置３のビーコン信号（N3）を受信できる。通信装置７では、図３（ｇ）に示すように、その近隣にある通信装置３のビーコン信号（N3）を受信できる。

各無線通信装置では、１スーパーフレーム周期内にタイムスロットを設定して、そのタイムスロット単位で管理するようにしてある。図４は、アドホックネットワークにおけるスーパーフレーム内のタイムスロット構成の詳細を示した図である。このスーパーフレーム周期は、例えば４０[msec]周期として規定され、このスーパーフレームを６４等分したタイムスロットが設けられる。このスーパーフレーム周期は、自己の通信装置が送信するビーコン送信時刻を基準に設定され、つまり、タイムスロット０が自己のビーコンを送信するタイムスロットになる。タイムスロット０に続いたタイムスロット１〜６３については、周辺に存在する通信装置からのビーコン受信タイミングとして管理される構成になっている。

図４に示すように、スーパーフレーム内の各タイムスロットの使用状態としては、自己の通信装置が送信するビーコン信号（Ｂと示す）に続いて、ビーコンを送信した通信装置が優先的にアクセス可能となる優先アクセスピリオド（Priority Access Period：ＰＡＰと示す）と、他の通信装置が競合してアクセスが可能となるコンテンションアクセスピリオド（Contention Access Period）とから構成されている。

なお、ここでの、優先アクセスピリオドは、自己から送信するデータがあれば、最大５００[usec]程度適宜設定されるものであり、送信するデータがなければ、その都度コンテンションアクセスピリオドとして利用される構成になっている。

各無線通信装置は、自己の近隣に存在する通信装置のビーコン信号の存在を、自己のスーパーフレーム周期を基準としたタイムスロットに当てはめて管理する構成になっている。

各通信装置から送信されるビーコン信号は、例えば図５に示すように構成されている。
図５に示した順に説明すると、この信号の受信を要求する通信装置を識別するためにブロードキャスト指定された受信先アドレスと、このビーコン信号の送信元通信装置を識別するために自己のMACアドレス情報が記された送信元アドレスと、このビーコン信号の種類を識別するためにビーコンフレームであることを識別するためのビーコン識別子と、このビーコンフレーム信号を送信している通信装置において定義された属性をあらわす属性情報と、アクセス制御用のカウンタ値をあらわすビーコンカウンタ値と、ヘッダ情報で誤り検出を行なうために用意されたヘッダーチェックシーケンス符号（HCS）と、近隣に存在する通信装置から送られたビーコン信号の相対位置情報を記した近隣ビーコン相対位置情報と、自己の通信装置が実際に受信を行なうビーコン信号の相対位置情報を記した近隣ビーコン相対位置情報と、ユーザから指定された複数の通信装置が含まれる認証グループの情報を表わしたグループ識別子と、ビーコンフレームの誤り検出を行なうために用意されたフレームチェックシーケンス符号（FCS）とから構成される。

ここで、ビーコンカウンタ値が本例のアクセス制御処理を実現するために用意されたカウンタ値である。なお、このビーコンフレームの構成要素は、本例のアクセス制御処理を実現するためにさらに必要な情報があれば、適宜追加して構成されてもよく、あるいは、不要な情報があれば適宜削除されて構成されても良い。

次に、図３に示したスーパーフレーム周期を、各通信装置でビーコン信号を送信するタイミングを基準とした、それぞれの通信装置でのスーパーフレーム周期に直したものを、図６に示す。即ち、図３の例の場合には、各通信装置の時間軸を一致させて示してあるが、図６の場合には、各通信装置でビーコン信号を送信するタイミングを左端の０番目のタイムスロットとして示してある。なお、以下の説明では、無線通信装置１〜７を、＃１〜＃７の番号が付与された無線通信装置として示してある。

図６（ａ）に示すように、無線通信装置＃１では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃２からのビーコン受信が１６番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃３からのビーコン受信が３２番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃４からのビーコン受信が４８番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｂ）に示すように、無線通信装置＃２では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃４からのビーコン受信が３２番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃１からのビーコン受信が４８番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｃ）に示すように、無線通信装置＃３では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃７からのビーコン受信が２４番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃１からのビーコン受信が３２番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃６からのビーコン受信が４０番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｄ）に示すように、無線通信装置＃４では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃１からのビーコン受信が１６番目のタイムスロットに行われ、通信装置＃２からのビーコン受信が３２番目のタイムスロットに行われ、通信装置５からのビーコン受信が４０番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｅ）に示すように、無線通信装置＃５では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃４からのビーコン受信が２４番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｆ）に示すように、無線通信装置＃６では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃３からのビーコン受信が２４番目のタイムスロットに行われる。

図６（ｇ）に示すように、無線通信装置＃７では、０番目のタイムスロットに自己のビーコン送信位置が存在し、通信装置＃３からのビーコン受信が４０番目のタイムスロットに行われる。

このように各無線通信装置は、自己の近隣に存在する通信装置のビーコン信号の存在を、自己のスーパーフレーム周期を基準としたタイムスロットに当てはめて管理する構成になっている。

次に、このようにして管理する場合の処理例について説明する。まず、各無線通信装置では、近隣に存在する通信装置のビーコン信号の情報を収集して、中央制御部１８の制御で情報記憶部２５に一覧表として記憶させる。図７は、本例による近隣通信装置のビーコン情報を収集した一覧表の構成例を示す。

ここでは、自己の通信装置のビーコン送信位置を基準にして、周辺に存在する通信装置からのビーコン信号を受信できたタイムスロットで管理をするものである。ここでビーコン位置０には、自己の通信装置から送信されるビーコン情報が格納され、それ以外の部分に周辺の通信装置から送られてきたビーコン情報が格納される構成になっている。

それぞれのビーコン位置には、自己のビーコン送信位置からの相対的なタイムスロットの位置情報が格納され、カウンタ値は、本例のアクセス制御に使われるビーコンカウンタの設定値が格納される。

つまり、自己の通信装置（＃１）は、このスーパーフレームのカウンタ値が２０になっている事を示し、無線通信装置＃２はビーコン位置：１６にあり、カウンタ値が５４なので、ビーコンサイクルが５４となり、無線通信装置＃３はビーコン位置：３２にあり、カウンタ値が８なので、ビーコンサイクルが８となり、無線通信装置＃４はビーコン位置：４８にあり、カウンタ値が２６なので、ビーコンサイクルが２６となる。

この他に、通信装置のMACアドレス情報、受信ビーコン相対位置情報、グループ識別子などがそれぞれ格納される構造になっている。

図８は、遠方通信装置のビーコン情報を拡張収集した場合の一覧表の構成例を示す。
これは、近隣に存在する通信装置の更に遠方に存在する通信装置のビーコン情報の一部を収集した情報で、例えば、近隣にある通信装置を中継してこれらのパラメータの要求を出して、返送されてきたパラメータを獲得して一覧表としたものである。

即ち、無線通信装置＃５は無線通信装置＃４を介して通信が可能で、ビーコン位置：２４にあり、カウンタ値が３７なので、ビーコンサイクルが３７となり、無線通信装置＃６は無線通信装置＃３を介して通信が可能で、ビーコン位置：８にあり、カウンタ値が２６なので、ビーコンサイクル２６となり、無線通信装置＃７は無線通信装置＃３を介して通信が可能で、ビーコン位置：５６にあり、カウンタ値０なので、ビーコンサイクルが０となっている。この他にも、通信装置のMACアドレス情報や、グループ識別子などが格納される構造になっている。

次に、本例のネットワーク内の無線通信装置でのアクセス制御処理動作の例を、図９のフローチャートを参照して説明する。ここでは、自己ビーコン送信時刻が到来した場合（ステップＳ１１）には、ビーコンサイクル情報を1つ加算する（ステップＳ１２）。また、ビーコンサイクル情報が６４を超過した場合（ステップＳ１３）には、ビーコンサイクル情報を０に戻す（ステップＳ１４）。

さらに、この情報をビーコン情報のビーコンカウンタ情報として記載し（ステップＳ１５）、必要であれば無線伝送路の空き状態を判断し（ステップＳ１６）、空き状態であればそのビーコンを送信する（ステップＳ１７）。また、優先データ送信やブロードキャスト送信を行なうデータがあれば（ステップＳ１８）、そのデータを優先的に送信する（ステップＳ１９）。

そして、自己ビーコン送信時刻でなく、近隣通信装置からのビーコン送信時刻が到来した場合（ステップＳ２０）には、その通信装置宛のデータ送信の有無を判断し（ステップＳ２１）、送信するデータがあればそのビーコンを受信し（ステップＳ２２）、ビーコンカウント値からビーコンサイクル情報を獲得し（ステップＳ２３）、さらに自己が管理しているビーコン格納位置情報を獲得する（ステップＳ２４）。そして、これらの情報から、このタイムスロットにおけるバックオフカウンタの設定値を算出する（ステップＳ２５）。

その後、伝送路の空き状態を確認し（ステップＳ２６）、所定の時間が経過したらバックオフカウンタを減算し（ステップＳ２７）、バックオフカウンタが０になった場合に（ステップＳ２８）、データ情報を送信する（ステップＳ１９）。ステップＳ２８でバックオフカウンタが０になっていなければ、ステップＳ２６に戻って、再び伝送路が空き状態になっているかを確認する。

なお、データの送信後には、ステップＳ１１に戻って一連の処理をくり返す構成になっている。

また、ステップＳ２６の判断で伝送路が空き状態でなければ、さらに、ビーコンのタイムスロットの時間（625usec）が超過した場合には（ステップＳ２９）、バックオフカウンタの設定をクリアして（ステップＳ３０）、ステップＳ１１に戻り一連の処理をくり返す。ビーコンのタイムスロットの時間内であれば、ステップＳ２６に戻って、再び伝送路が空き状態になっているかを確認する。

さらに、ステップＳ２０の判断で近隣通信装置からのビーコン送信時刻でない場合と、ステップＳ２１の判断でその通信装置宛に送信するデータがない場合には、自己データの受信時刻であるか判断し（ステップＳ３１）、データ受信時刻であれば、データ受信処理を行なう（ステップＳ３２）。このときデータ受信時刻内であれば、ステップＳ３２でデータ受信処理を継続し、データ受信時刻が終了した場合には（ステップＳ３３）、ステップＳ１１に戻って一連の処理をくり返す。

また、ステップＳ３１の判断で自己データ受信時刻でなければ、ステップＳ１１に戻って一連の処理をくり返す。

次に、この図９のフローチャートの処理に基づいて。実際に通信が行われる状態の例を、図１０以降を参照して説明する。図１０は、通信装置＃１のビーコンサイクル＃０におけるバックオフ設定例を示す。

ここでは、通信装置＃１のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃２では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「２４」として設定し、通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「１６」として設定し、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「８」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+４０」から、バックオフ時間を「２０」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「２８」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「４」として設定する。

図１１は、通信装置＃１のビーコンサイクル＃２４におけるバックオフ設定例を示す。ここでも、通信装置＃１のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃２では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「４」として設定し、通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「２８」として設定し、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「２０」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+４０」から、バックオフ時間を「０」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「８」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「１６」として設定する。

図１２は、通信装置＃１のビーコンサイクル＃３６におけるバックオフ設定例を示す。ここでも、通信装置＃１のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃２では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「１０」として設定し、通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「２」として設定し、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「２６」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+４０」から、バックオフ時間を「６」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「１４」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「２２」として設定する。

図１３は、通信装置＃２のビーコンサイクル＃０におけるバックオフ設定例を示す。ここでは、通信装置＃２のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃１では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「８」として設定し、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「１６」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「２４」として設定をし、通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「２８」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「４」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+２４」から、バックオフ時間を「１２」として設定する。

図１４は、通信装置＃２のビーコンサイクル＃26におけるバックオフ設定例を示す。ここでは、通信装置＃２のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃１では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「２１」として設定し、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「２９」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「５」として設定をし、通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「９」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「１７」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+２４」から、バックオフ時間を「２５」として設定をする。

図１５は、通信装置＃３のビーコンサイクル＃０におけるバックオフ設定例を示す。ここでは、通信装置＃３のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃１では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「１６」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+２４」から、バックオフ時間を「１２」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+４０」から、バックオフ時間を「２０」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置で設定できる。
通信装置＃２では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「８」として設定をし、通信装置＃４では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「２４」として設定し、通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+８」から、バックオフ時間を「４」として設定する。

図１６は、通信装置＃４のビーコンサイクル＃２０におけるバックオフ設定例を示す。ここでは、通信装置＃４のビーコン信号や、送信した情報に対して、周辺に存在する通信装置のバックオフ時間の設定を表わしている。
通信装置＃１では、そのビーコン送信タイミング「+４８」から、バックオフ時間を「２」として設定をし、通信装置＃２では、そのビーコン送信タイミング「+３２」から、バックオフ時間を「２６」として設定し、通信装置＃５では、そのビーコン送信タイミング「+２４」から、バックオフ時間を「２２」として設定する。

さらに、遠方通信装置としてビーコン情報の拡張収集を行った場合には、以下の通信装置での設定できる。
通信装置＃３では、そのビーコン送信タイミング「+１６」から、バックオフ時間を「１８」として設定し、通信装置＃６では、そのビーコン送信タイミング「+４０」から、バックオフ時間を「３０」として設定し、通信装置＃７では、そのビーコン送信タイミング「+５６」から、バックオフ時間を「６」として設定する。

以上説明したように、ビーコンサイクル情報に基づいて設定したバックオフ時間経過後にデータの送信を開始するので、無線通信装置どうしで異なるバックオフ時間を設定することができるため、制御局装置が存在しないアドホックネットワークにおいても、複数の通信装置から同時にデータ送信を開始して衝突することを回避できるアクセス制御を実現できる。

即ち、本例によると、ネットワーク内の各無線通信装置は、ビーコン信号にスーパーフレーム周期のカウント値を記載して周辺の無線通信装置に報知して送信し、そのビーコン信号を受信した周辺の無線通信装置は、受信したビーコン信号に含まれるフレーム周期のカウント値によって、そのビーコン信号の送信元の無線通信装置宛の信号の送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を行なうようにしたので、衝突回避ができるアクセス制御を実現できる。

特に、ビーコン信号送信元の無線通信装置宛の送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を、自己のビーコン信号送信タイミングを基準とした時間と、ビーコン信号の受信タイミングと、受信したビーコン信号に含まれるカウント値から設定するようにしたので、良好にアクセス制御できる。

さらに、送信を開始するまでのバックオフ時間を設定した場合に、その時間内に他の通信装置からの送信があった場合には、他の通信装置からの送信が終了した後に、残りのバックオフ時間が経過してから送信を開始するようにしたので、この点からも良好にアクセス制御できる。

なお、ここまでの説明では、アドホックネットワークに適用した例について説明したが、所定のフレーム周期でビーコン信号を送信するネットワーク構成であれば、アドホックネットワークでないネットワーク用の無線通信装置にも適用可能である。

なお、上述した実施の形態では、無線通信装置として、図２に示した送信や受信を行う専用の通信装置とした構成した例について説明したが、例えば各種データ処理を行うパーソナルコンピュータ装置に、本例での送信部や受信部に相当する通信処理を行うボードやカードなどを装着させた上で、通信制御処理を、コンピュータ装置側で実行させるようにして、その通信制御処理を実行するソフトウェアをパーソナルコンピュータ装置に実装させる構成としても良い。そのパーソナルコンピュータ装置などのデータ処理装置に実装されるプログラムについては、光ディスク，メモリカードなどの各種記録（記憶）媒体を介して配布しても良く、或いはインターネットなどの通信手段を介して配布しても良い。

本発明の一実施の形態による無線ネットワーク構成の一例を示す説明図である。本発明の一実施の形態による無線通信装置の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施の形態による伝送スーパーフレーム構成例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるタイムスロット構成例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるビーコンのデータ例を示す構成図である。本発明の一実施の形態によるタイムスロットの通信状態の例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるビーコン情報の収集例を示した説明図である。本発明の一実施の形態によるビーコン情報の拡張収集例を示した説明図である。本発明の一実施の形態による通信処理例を示したフローチャートである。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。本発明の一実施の形態によるバックオフ設定例を示すタイミング図である。従来のバックオフ設定例を示すタイミング図である。

符号の説明

１〜７…無線通信装置（通信局）、１ａ〜７ａ…無線通信装置の通信可能エリア、１１…アンテナ、１２…無線受信部、１３…受信データ解析部、１４…ビーコン解析部、１５…基準時間生成部、１８…中央制御部、２０‥タイミング制御部、２１…ビーコン生成部、２２…無線送信部、２３…データバッファ、２４…インターフェース

Claims

ネットワーク内の無線通信装置が所定のフレーム周期でビーコン信号を送信する無線通信システムにおいて、
各無線通信装置は、ビーコン信号に前記フレーム周期のカウント値を記載して周辺の無線通信装置に報知し、
前記ビーコン信号を受信した周辺の無線通信装置は、受信したビーコン信号に含まれるフレーム周期のカウント値によって、そのビーコン信号の送信元の無線通信装置宛の信号の送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を行なう
無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記無線通信装置宛の送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を、自己のビーコン信号送信タイミングを基準とした時間と、ビーコン信号の受信タイミングと、前記カウント値から、送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を行なう
無線通信システム。
請求項２記載の無線通信システムにおいて、
前記送信を開始するまでのバックオフ時間を設定した場合に、その時間内に他の通信装置からの送信があった場合には、前記他の通信装置からの送信が終了した後に、残りのバックオフ時間が経過してから送信を開始する
無線通信システム。
ネットワーク内の無線通信装置が所定のフレーム周期でビーコン信号を送信する無線通信システムで通信を行う無線通信方法において、
ビーコン信号に前記フレーム周期のカウント値を記載して周辺の無線通信装置に報知するステップと、
前記ビーコン信号を受信した無線通信装置において、前記ビーコン信号に含まれるフレーム周期のカウント値を獲得するステップと、
前記獲得したフレーム周期のカウント値によって、そのビーコン信号の送信元の無線通信装置宛の送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を行なうステップと、
前記バックオフ時間が経過した後に送信するステップを備えた
無線通信方法。
請求項４記載の無線通信方法において、
前記バックオフ時間の設定を行なうステップは、自己のビーコン信号送信タイミングを基準とした時間と、ビーコン信号受信タイミングとの時間差を算出し、その算出した時間差と前記フレーム周期のカウント値から、送信を開始するまでのバックオフ時間の設定を行なう
無線通信方法。
請求項５記載の無線通信方法において、
前記送信を開始するまでのバックオフ時間を設定した場合に、その時間内に他の通信装置からの送信の有無を検出するステップを備え、送信があった場合にはその送信が終了した後に、残りのバックオフ時間を減算するステップを備えた
無線通信方法。
ビーコン信号を所定のフレーム周期で送信する無線通信装置において、
所定周期で送信される前記ビーコン信号に、前記フレーム周期のカウント値を記載するカウンタ値設定手段と、
前記ビーコン信号を送信し、周辺の無線通信装置からのビーコン信号を受信する無線通信手段と、
前記無線通信手段で受信したビーコン信号に含まれる情報を獲得するビーコン情報獲得手段と、
前期ビーコン信号に含まれる、そのビーコン信号の送信元の無線通信装置のフレーム周期内のカウンタ値を抽出してバックオフ時間を設定し、前記バックオフ時間が経過した後にデータを送信するアクセス制御手段とを備えた
無線通信装置。
請求項７記載の無線通信装置において、
前記アクセス制御手段は、自己のビーコン信号送信タイミングを基準とした時間と、ビーコン信号受信タイミングとの時間差を算出するビーコン相対位置算出手段を備え、
ビーコン相対位置算出手段で算出されたビーコン相対位置算出結果と、そのビーコン信号の送信元の無線通信装置のフレーム周期内のカウンタ値から、バックオフ時間の設定を行なう
無線通信装置。
請求項８記載の無線通信装置において、
前記アクセス制御手段は、前記送信を開始するまでのバックオフ時間を設定した場合に、その時間内に他の通信装置からの送信の有無を検出し、送信があった場合にはその送信が終了した後に、残りのバックオフ時間を減算する
無線通信装置。