JP2005020162A - Wireless communication system, wireless communication apparatus and wireless communication method, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、制御局となる装置を特に配置せずにアドホック（Ａｄ−ｈｏｃ）通信により無線ネットワークが構築される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、アドホック通信環境下でマルチホップ伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、アドホック通信環境下で近隣ネットワークとの干渉などによる通信品質の低下を避けるために周波数チャネルの切り替えを動的に行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮを構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
従来、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて、有線でＬＡＮ接続することが一般的であったが、この場合、回線敷設工事が必要であり、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便である。そこで、有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００５】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規定されている。
【０００６】
無線ネットワークに関する標準的な規格としてＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１やＩＥＥＥ８０２．１５．３を挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格…などの各種無線通信方式が存在する。
【０００７】
無線技術を用いてローカル・エリア・ネットワークを構成するために、エリア内に「アクセス・ポイント」又は「コーディネータ」と呼ばれる制御局となる装置を１台設けて、この制御局の統括的な制御下でネットワークを形成する方法が一般的に用いられている。
【０００８】
アクセス・ポイントを配置した無線ネットワークでは、ある通信装置から情報伝送を行なう場合に、まずその情報伝送に必要な帯域をアクセス・ポイントに予約して、他の通信装置における情報伝送と衝突が生じないように伝送路の利用を行なうという、帯域予約に基づくアクセス制御方法などが広く採用されている。すなわち、アクセス・ポイントを配置することによって、無線ネットワーク内の通信装置が互いに同期をとるという同期的な無線通信を行なう。ところが、アクセス・ポイントが存在する無線通信システムで、送信側と受信側の通信装置間で非同期通信を行なう場合には、必ずアクセス・ポイントを介した無線通信が必要になるため、伝送路の利用効率が半減してしまうという問題がある。
【０００９】
これに対し、無線ネットワークを構成する他の方法として、端末同士が直接非同期的に無線通信を行なう「アドホック（Ａｄ−ｈｏｃ）通信」が考案されている。とりわけ近隣に位置する比較的少数のクライアントで構成される小規模無線ネットワークにおいては、特定のアクセス・ポイントを利用せずに、任意の端末同士が直接非同期の無線通信を行なうことができるアドホック通信が適当であると思料される。
【００１０】
また、無線ネットワークでは、各端末の通信範囲が電波の届く距離に限定されている。このため、通信相手が自己の通信範囲に収容されているとは限らず、ネットワークの利用効率が落ちるという問題がある。そこで、アドホック無線ネットワークにおいては、多数の端末をアクセス・ポイントの介在なしに相互に接続するという、「マルチホップ通信」が有力であると思料される。例えば、端末間で通信を行なう場合、送信元の端末は自己の通信範囲でパケットをブロードキャストする。以下、パケットを受信できた他の端末はさらに自己の通信範囲で受信パケットを再ブロードキャストするという動作を、すべての端末が受信するまで繰り返し実行する（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【００１１】
ところで、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報機器が普及し、オフィス内に多数の機器が混在する作業環境下では、通信局が氾濫し、複数のネットワークが重なり合って構築されていることが想定される。このような状況下では、単一チャネルのみを使用した無線ネットワークの場合、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などにより通信品質が低下したりしても、事態を修復する余地はない。
【００１２】
このため、無線ネットワーク・システムでは、他のネットワークとの共存のために周波数チャネルを複数用意しておき、利用する周波数チャネルを１つ選択して動作を開始するという、マルチチャネル通信方式が一般に採用されている。マルチチャネル通信方式によれば、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などにより通信品質が低下したりしたときに、利用する周波数チャネルを切り替えることにより、ネットワーク動作を維持し、他のネットワークとの共存を実現することができる。
【００１３】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の高速無線ＰＡＮシステムにおいても、システムで利用可能な周波数チャネルが複数用意され、無線通信デバイスは電源投入後に周囲にピコネット・コーディネータ（ＰＮＣ）としてビーコン信号を送信しているデバイスの有無を確認するため、すべての利用可能なチャネルにわたってスキャン動作を行なうことで利用する周波数チャネルを選択する、というアルゴリズムが採用されている。
【００１４】
制御局を配置しない自律分散型のアドホック・ネットワークにおいては、近隣で稼動中の異なる無線ネットワークとの干渉を極力抑えるために、周波数チャネルに関するリソース管理は重要である。しかしながら、ネットワークで使用する周波数チャネルを一斉に切り替えるためには、コーディネータあるいはアクセス・ポイントと呼ばれる代表局が各端末局に利用チャネルの指示を行なう必要がある。言い換えれば、アドホック・ネットワークにおいて周波数チャネルを切り替えることは困難である。
【００１５】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムにおいては、最初にアクセス・ポイントが設定した周波数チャネルを利用してネットワークが形成されるので、基地局を配置せずにアドホック・ネットワークを構築することが困難である。他の周波数チャネルで動作するアクセス・ポイントに収容されている無線通信装置（端末）と通信を行なう場合には、アクセス・ポイント同士を例えば有線ＬＡＮのケーブルなどで接続しておかなければならない。つまり、収容されたアクセス・ポイント同士が接続されていなければ、物理的に隣接して存在する無線通信装置（端末）同士が異なるアクセス・ポイントに収容されていても通信が行なえない。
【００１６】
また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の高速無線ＰＡＮシステムにおいても、最初にすべての周波数チャネルのスキャンを行ない、周辺に存在するコーディネータの探索を行なうことは可能であるが、一旦特定の周波数チャネルでの運用が開始されてしまうと、他の周波数チャネルの利用状況を把握することができない。このため、近隣に利用している周波数チャネルの異なるピコネットが存在しても、そのピコネットに接続されている無線通信装置との通信が行なえない。
【００１７】
また、アドホックで且つマルチホップ方式の無線ネットワーク（前述）においては、システム内に集中的に管理するものがない。また、どこかの端末から送信した信号は必ずしも全部に届くとは限らないので、任意の端末からのチャネル切替要求に応じて周波数チャネルを同時に切り替えるといったような、一斉に何らかの動作をさせることが困難である。
【００１８】
複数の周波数チャネルを使用可能な場合で、現在使用している周波数チャネルが混信などの状況で不都合があるとき、これを回避するために別の周波数チャネルへ移行（ＤＦＳ）したいことがある。このようなとき、すべての端末が一斉に周波数チャネルを移行しないと、通信を継続することができない。
【００１９】
【特許文献１】
米国特許第５，７４０，３６３号明細書
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アドホック通信環境下でマルチホップ伝送を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、アドホック通信環境下において、近隣ネットワークとの干渉などによる通信品質の低下を避けるために周波数チャネルの切り替えを動的に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２２】
本発明のさらなる目的は、アドホックで且つマルチホップ方式の無線ネットワークにおいて、すべての端末が一斉に周波数チャネルを移行することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、アドホック通信環境下において複数の周波数チャネルを利用してマルチホップ伝送を行なう無線通信システムであって、
周波数チャネルを変更したい端末は、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案をマルチホップ伝送により行ない、該提案で指定されている移行時刻が到来したことに応答してすべての端末が周波数チャネルを一斉に変更する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００２４】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２５】
比較的少数のクライアントで構成される小規模無線ネットワークにおいては、特定のアクセス・ポイントを利用せずに、任意の端末同士が直接非同期の無線通信を行なうことができるアドホック通信が適当であると思料される。また、アドホック無線ネットワークにおいては、多数の端末をアクセス・ポイントの介在なしに相互に接続するマルチホップ通信が有効である。
【００２６】
他方、複数のネットワークが重なり合って構築される環境下では、他のネットワークとの共存のために周波数チャネルを複数用意しておき、利用する周波数チャネルを１つ選択して動作を開始するマルチチャネル方式が適している。ところが、アドホックで且つマルチホップ方式の無線ネットワークでは、すべての端末が一斉に周波数チャネルを移行しないと、通信を継続することができない。
【００２７】
本発明に係る無線通信システムによれば、周波数チャネルを変更したい端末は、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を行なうので、提案で指定されている移行時刻が到来したことに応答してすべての端末が周波数チャネルを一斉に変更することができ、チャネル切替え時に通信を継続することができる。
【００２８】
ここで、周波数チャネル変更提案を受信した他の端末は、提案に異論のない場合には特段の応答をしないようにする。
【００２９】
これに対し、周波数チャネル変更提案を受信した他の端末が該提案に異論のある場合には、ユニキャスト又はマルチホップ伝送を用いて周波数チャネルの変更に対する反対を唱える。そして、周波数チャネル変更提案を行なった端末は、該反対に応答して、マルチホップ伝送を用いて周波数チャネル変更の取り消しを宣言するようにする。
【００３０】
また、本発明の第２の側面は、アドホック通信環境下において複数の周波数チャネルを利用してマルチホップ伝送を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
周波数チャネルを変更すべきことを決定する周波数チャネル変更決定ステップと、
該周波数チャネルの変更の決定に応答して、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する周波数チャネル変更提案ステップと、
該提案で指定した移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００３１】
また、本発明の第３の側面は、アドホック通信環境下において複数の周波数チャネルを利用してマルチホップ伝送を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を受信する受信ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論があるかどうかを判別する判別ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する伝送ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該提案で指定された移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がある場合に、該提案した端末宛に周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える反対ステップと、を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００３２】
本発明の第２及び第３の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２及び第３の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、無線通信装置として動作する。このような無線通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
本発明において想定している通信の伝播路は無線であり、且つ複数の周波数チャネルからなる伝送媒体を用いて、複数の通信局間でネットワークを構築する。また、本発明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。
【００３６】
本発明に係る無線ネットワーク・システムは、コーディネータを配置しないシステム構成であり、各通信局は例えばＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：キャリア検出多重接続）に基づくアクセス手順に従い直接非同期的に情報を伝送するアドホック通信などを行なう。
【００３７】
このようにコーディネータを特に配置しない無線通信システムでは、各通信局は例えばビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知することができる。また、ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信することにより、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。
【００３８】
以下に説明する各通信局での処理は、基本的に、本発明に係るアドホック・ネットワークに参入するすべての通信局で実行される処理である。但し、場合によっては、ネットワークを構成するすべての通信局が、以下に説明する処理を実行するとは限らない。
【００３９】
図１には、本発明に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作することができる無線通信装置の機能構成を模式的に示している。
【００４０】
同図に示す無線通信装置では、アンテナ１がアンテナ共用器２を介して受信処理部３と送信処理部４に接続してあり、受信処理部３及び送信処理部４は、ベースバンド部５に接続してある。受信処理部３での受信処理方式や、送信処理部４での受信処理方式については、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各種通信方式を適用することができる。具体的には、ＵＷＢ方式、ＯＦＤＭ方式、ＣＤＭＡ方式などを適用することができる。
【００４１】
ベースバンド部５は、インターフェース部６とＭＡＣ（メディア・アクセス・コントロール）部７とＤＬＣ（データリンク・コントロール）部８などを備えている。ＭＡＣ部７とＤＬＣ部８では、この通信システムに実装されるアクセス制御方式における各通信プロトコル層における処理がそれぞれ実行される。
【００４２】
本実施形態に係る無線ネットワークでは、アドホックで且つマルチホップな伝送方式が採用されている。この無線ネットワークでは、すべての端末に対し情報を伝達する手段として、受信したマルチキャスト・パケットを未受信の端末に向けて送信するという“ｆｌｏｏｄｉｎｇ”機構が用意されている。
【００４３】
また、本実施形態に係る無線ネットワークでは、他のネットワークとの共存のために周波数チャネルを複数用意しておき、アクセス・ポイントとなる無線通信装置において利用する周波数チャネルを１つ選択して動作を開始するという、マルチチャネル通信方式が採用される。そして、すべての端末が一斉に周波数チャネルを移行することを保証するために、以下の手順に従って周波数チャネルの変更を行なう。
【００４４】
（１）周波数チャネルを変更したい端末は、通信範囲を同一メディア内に限定したｆｌｏｏｄｉｎｇ動作により移行先の周波数チャネルの提案を行なう。その際、提案パケットには、いつから周波数チャネルを変更したいか移行タイミングを明記する。この提案 ｆｌｏｏｄｉｎｇを複数回行なう。
【００４５】
（２）提案パケットを受信した他の端末は、提案に異論のない場合には特段の応答をしない。他方、提案に異論のある端末は、提案ノード宛のユニキャスト又は同一の通信範囲内におけるｆｌｏｏｄｉｎｇ動作を用いて、周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える。
【００４６】
（３）周波数チャネルの切り替えを提案した端末は、反対が届いたら同一の通信可能範囲におけるｆｌｏｏｄｉｎｇ動作を用いて周波数チャネル移行のキャンセルを宣言する。キャンセルの宣言は、提案した変更タイミングまでの間に複数回送信する。
【００４７】
（４）一方、提案した変更タイミングまでに異論が届かなければ、すべての端末は周波数チャネルの移行を一斉に実行する。
【００４８】
図２には、周波数チャネル変更を提案するパケットのデータ構造を模式的に示している。同図に示すように、提案パケットには、所定の制御情報を記述するためのヘッダに続いて、周波数チャネルの移行先を記述するフィールドｆと、その移行時刻を記述するフィールドｔが含まれている。
【００４９】
図３には、本実施形態に係るアドホックで且つマルチホップ伝送方式を採用する無線ネットワークにおいて、一斉に周波数チャネルの切り替えを行なう動作を実現するための無線通信装置の処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００５０】
無線通信装置は、例えば近隣の無線ネットワークから干渉を受けるなどの問題が発生したことに応答して、周波数チャネルを変更すべきであることを決定する（ステップＳ１）。
【００５１】
そして、この決定に応答して、周波数チャネル変更提案パケット（図２を参照のこと）を送信する（ステップＳ２）。このとき、通信範囲を同一メディア内に限定したｆｌｏｏｄｉｎｇ動作により、提案パケットの送信を行なう。
【００５２】
次いで、無線通信装置は、所定時間が経過するまでの期間だけ（ステップＳ４）、周波数チャネル変更の提案に対する反対パケットの受信処理を行なう（ステップＳ３）。
【００５３】
ここで、反対が届いたら同一の通信可能範囲におけるｆｌｏｏｄｉｎｇ動作を用いて移行キャンセルを宣言する（ステップＳ６）。キャンセルの宣言は、提案した変更タイミングまでの間に複数回送信する。
【００５４】
他方、提案パケットを送信してから所定時間内に提案した変更タイミングまでに異論が届かなければ、すべての端末は周波数チャネルの移行を一斉に実行する（ステップＳ５）。
【００５５】
また、無線通信装置は、他の無線通信装置から周波数チャネルの変更提案パケットを受信したときには（ステップＳ１１）、提案パケットに記載されている周波数チャネルに移行することに問題がないかどうかをチェックする（ステップＳ１２）。
【００５６】
ここで、周波数チャネル移行の提案に異論のない場合には特段の応答をしない（ステップＳ１３）。この場合、周波数チャネル変更提案パケットを、ｆｌｏｏｄｉｎｇ機構を用いて他の端末に再送信する。
【００５７】
他方、周波数チャネル移行の提案に異論のある場合には、提案した端末宛のユニキャスト又は同一の通信範囲内におけるｆｌｏｏｄｉｎｇ動作を用いて、周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える（ステップＳ１４）。
【００５８】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、アドホック通信環境下において、近隣ネットワークとの干渉などによる通信品質の低下を避けるために周波数チャネルの切り替えを動的に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、アドホックで且つマルチホップ方式の無線ネットワークにおいて、すべての端末が一斉に周波数チャネルを移行することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作することができる無線通信装置の機能構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、周波数チャネル変更を提案するパケットのデータ構造を模式的に示した図である。
【図３】図３は、アドホックで且つマルチホップ伝送方式を採用する無線ネットワークにおいて、一斉に周波数チャネルの切り替えを行なう動作を実現するための無線通信装置の処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…アンテナ
２…アンテナ共用器
３…受信処理部
４…送信処理部
５…ベースバンド部
６…インターフェース部
７…ＭＡＣ部
８…ＤＬＣ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program that communicate with each other between a plurality of wireless stations such as a wireless LAN (Local Area Network), and more particularly to a control station. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus and a wireless communication method, and a computer program in which a wireless network is constructed by ad-hoc communication without any particular device.
[0002]
More particularly, the present invention relates to a radio communication system, a radio communication apparatus, a radio communication method, and a computer program that perform multi-hop transmission in an ad hoc communication environment, and in particular, interference with neighboring networks in an ad hoc communication environment. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program that dynamically switch frequency channels in order to avoid deterioration of communication quality due to the above.
[0003]
[Prior art]
By connecting multiple computers and configuring a LAN, you can share information such as files and data, share peripheral devices such as printers, and exchange information such as e-mail and data / content transfer Can be done.
[0004]
Conventionally, it has been common to use an optical fiber, a coaxial cable, or a twisted pair cable to connect to a wired LAN. In this case, however, a line laying work is required, and it is difficult to construct a network easily. The cable routing becomes complicated. In addition, even after LAN construction, the movement range of the device is limited by the cable length, which is inconvenient. Therefore, a wireless LAN has attracted attention as a system that releases users from wired LAN connection. According to the wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be moved relatively easily.
[0005]
In recent years, the demand for wireless LAN systems has increased remarkably with the increase in speed and cost. In particular, recently, in order to establish a small-scale wireless network between a plurality of electronic devices existing around a person and perform information communication, introduction of a personal area network (PAN) has been studied. For example, different wireless communication systems are defined using frequency bands that do not require a license from a supervisory authority, such as 2.4 GHz band and 5 GHz band.
[0006]
Examples of standard specifications relating to wireless networks include IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 and IEEE 802.15.3. As for the IEEE802.11 standard, there are various wireless communication systems such as the IEEE802.11a standard, the IEEE802.11b standard, etc., depending on the wireless communication system and the frequency band to be used.
[0007]
In order to configure a local area network using wireless technology, a single device serving as a control station called an “access point” or “coordinator” is provided in the area, and is under the overall control of this control station. A method of forming a network is generally used.
[0008]
In a wireless network in which an access point is arranged, when information is transmitted from a certain communication device, a bandwidth necessary for the information transmission is first reserved in the access point so that there is no collision with information transmission in another communication device. As described above, an access control method based on bandwidth reservation that uses a transmission line is widely adopted. That is, by arranging access points, synchronous wireless communication is performed in which communication devices in a wireless network are synchronized with each other. However, when asynchronous communication is performed between the communication device on the transmission side and the reception side in a wireless communication system in which an access point exists, wireless communication via the access point is always required. There is a problem that the efficiency is halved.
[0009]
On the other hand, as another method of configuring a wireless network, “ad-hoc communication” in which terminals perform wireless communication directly and asynchronously has been devised. In particular, in a small-scale wireless network composed of a relatively small number of clients located in the vicinity, ad-hoc communication that allows any terminal to perform asynchronous wireless communication directly without using a specific access point is provided. It seems to be appropriate.
[0010]
Further, in a wireless network, the communication range of each terminal is limited to the distance that radio waves reach. For this reason, the communication partner is not necessarily accommodated in its own communication range, and there is a problem that the use efficiency of the network is lowered. Thus, in an ad hoc wireless network, “multihop communication” in which a large number of terminals are connected to each other without intervention of an access point is considered to be promising. For example, when communication is performed between terminals, a transmission source terminal broadcasts a packet within its own communication range. Thereafter, the other terminals that have received the packet repeatedly perform the operation of re-broadcasting the received packet in its own communication range until all terminals receive it (see, for example, Patent Document 1).
[0011]
By the way, in the work environment in which information devices such as personal computers (PCs) are widespread and many devices are mixed in an office, it is assumed that the communication station is flooded and a plurality of networks are overlapped. The Under these circumstances, in the case of a wireless network that uses only a single channel, there is no room to repair the situation even if other systems interrupt during communication or the communication quality deteriorates due to interference or the like. .
[0012]
For this reason, a wireless network system generally employs a multi-channel communication system in which multiple frequency channels are prepared for coexistence with other networks, and one frequency channel to be used is selected to start operation. Has been. According to the multi-channel communication method, when other systems interrupt during communication or communication quality deteriorates due to interference or the like, the network operation is maintained by switching the frequency channel to be used, and other networks Coexistence with can be realized.
[0013]
For example, even in an IEEE 802.15.3 high-speed wireless PAN system, a plurality of frequency channels that can be used in the system are prepared, and a wireless communication device transmits a beacon signal as a piconet coordinator (PNC) to the surroundings after power-on In order to confirm the presence or absence of a device, an algorithm is adopted in which a frequency channel to be used is selected by performing a scanning operation over all available channels.
[0014]
In an autonomous decentralized ad hoc network that does not have a control station, resource management for frequency channels is important in order to minimize interference with different wireless networks operating in the vicinity. However, in order to simultaneously switch the frequency channels used in the network, it is necessary for a representative station called a coordinator or an access point to instruct each terminal station about the channel to be used. In other words, it is difficult to switch frequency channels in an ad hoc network.
[0015]
For example, in an IEEE802.11 wireless LAN system, a network is formed using a frequency channel initially set by an access point, so it is difficult to construct an ad hoc network without arranging base stations. It is. When communicating with a wireless communication device (terminal) accommodated in an access point that operates on another frequency channel, the access points must be connected to each other by, for example, a wired LAN cable. That is, if the accommodated access points are not connected, communication cannot be performed even if the wireless communication apparatuses (terminals) that are physically adjacent to each other are accommodated in different access points.
[0016]
Also, in the IEEE 802.15.3 high-speed wireless PAN system, it is possible to scan all frequency channels first and search for coordinators existing in the vicinity. If this is started, it is impossible to grasp the usage status of other frequency channels. For this reason, even if there is a piconet with a different frequency channel used in the vicinity, communication with a wireless communication apparatus connected to the piconet cannot be performed.
[0017]
Further, in an ad hoc and multi-hop wireless network (described above), there is no centralized management in the system. In addition, since signals transmitted from some terminal do not always reach all, it is difficult to perform any operation at once such as switching frequency channels simultaneously in response to a channel switching request from any terminal. It is.
[0018]
When a plurality of frequency channels can be used and the currently used frequency channel is inconvenient in a situation such as interference, it may be desired to shift to another frequency channel (DFS) to avoid this. In such a case, communication cannot be continued unless all terminals simultaneously shift the frequency channel.
[0019]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,740,363 [0020]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an excellent radio communication system, radio communication apparatus, radio communication method, and computer program capable of suitably performing multi-hop transmission in an ad hoc communication environment.
[0021]
A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication system and radio communication apparatus capable of dynamically switching frequency channels in order to avoid deterioration in communication quality due to interference with neighboring networks in an ad hoc communication environment. And a wireless communication method, and a computer program.
[0022]
A further object of the present invention is to provide an excellent radio communication system, radio communication apparatus and radio communication method, and computer / communication method, in which all terminals can simultaneously shift frequency channels in an ad hoc and multi-hop wireless network. To provide a program.
[0023]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is a wireless communication system that performs multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
The terminal that wants to change the frequency channel makes a frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time by multi-hop transmission, and all terminals respond to the arrival of the transition time specified in the proposal. Change frequency channels all at once,
This is a wireless communication system.
[0024]
However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not.
[0025]
In a small-scale wireless network composed of a relatively small number of clients, ad hoc communication that allows arbitrary terminals to directly perform asynchronous wireless communication without using a specific access point is considered appropriate. Is done. Further, in an ad hoc wireless network, multi-hop communication in which a large number of terminals are connected to each other without intervention of an access point is effective.
[0026]
On the other hand, in an environment in which a plurality of networks are overlapped, a multi-channel method in which a plurality of frequency channels are prepared for coexistence with other networks, and one frequency channel to be used is selected to start operation. Is suitable. However, in an ad hoc and multi-hop wireless network, communication cannot be continued unless all terminals simultaneously shift frequency channels.
[0027]
According to the radio communication system of the present invention, the terminal that wants to change the frequency channel makes a frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time, so that the transition time specified in the proposal has arrived. In response, all the terminals can change the frequency channel at the same time, and communication can be continued when the channel is switched.
[0028]
Here, other terminals that have received the frequency channel change proposal do not make a special response if there is no objection to the proposal.
[0029]
On the other hand, if another terminal that has received the frequency channel change proposal has an objection to the proposal, it opposes the change of the frequency channel using unicast or multi-hop transmission. Then, in response to the opposite, the terminal that has made the frequency channel change proposal declares cancellation of the frequency channel change using multi-hop transmission.
[0030]
A second aspect of the present invention is a computer described in a computer-readable format so that processing for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment is executed on a computer system. A program,
A frequency channel change determination step for determining that the frequency channel should be changed;
In response to the determination of the change of the frequency channel, a frequency channel change proposal step for multihop transmission of the frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time to another terminal;
And a frequency channel transition step of changing a frequency channel in response to arrival of a transition time designated by the proposal.
[0031]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer described in a computer-readable format so that processing for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment is executed on a computer system. A program,
A receiving step of receiving a frequency channel change proposal including the frequency channel of the transition destination and the transition time;
A discriminating step for discriminating whether or not there is an objection to the frequency channel change proposal;
If there is no objection to the frequency channel change proposal, a transmission step of transmitting the frequency channel change proposal to other terminals in a multihop manner;
A frequency channel transition step for changing the frequency channel in response to arrival of a transition time specified in the proposal when there is no objection to the frequency channel change proposal;
And a counter step for protesting the frequency channel switching addressed to the proposed terminal when there is an objection to the frequency channel change proposal.
[0032]
The computer program according to each of the second and third aspects of the present invention defines a computer program written in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on the computer system. In other words, by installing the computer program according to each of the second and third aspects of the present invention in the computer system, a cooperative action is exhibited on the computer system and it operates as a wireless communication device. By activating a plurality of such wireless communication devices to construct a wireless network, it is possible to obtain the same effects as the wireless communication system according to the first aspect of the present invention.
[0033]
Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0035]
The propagation path of communication assumed in the present invention is wireless, and a network is constructed between a plurality of communication stations using a transmission medium composed of a plurality of frequency channels. Further, the communication assumed in the present invention is a storage and exchange type traffic, and information is transferred in units of packets.
[0036]
The radio network system according to the present invention has a system configuration in which a coordinator is not disposed, and each communication station directly and asynchronously transmits information according to an access procedure based on, for example, CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Communicate etc.
[0037]
In this way, in a wireless communication system in which no coordinator is particularly arranged, each communication station informs other communication stations in the neighborhood (that is, within the communication range) of its own by notifying beacon information, for example, and configuring the network configuration. You can be notified. In addition, a communication station that newly enters the communication range of a certain communication station detects that it has entered the communication range by receiving a beacon signal, and decodes information described in the beacon to configure the network configuration Can know.
[0038]
The processing in each communication station described below is basically processing executed in all communication stations that enter the ad hoc network according to the present invention. However, depending on the case, not all communication stations configuring the network execute the processing described below.
[0039]
FIG. 1 schematically shows a functional configuration of a wireless communication apparatus that can operate as a communication station in a wireless network according to the present invention.
[0040]
In the wireless communication apparatus shown in the figure, the
[0041]
The
[0042]
In the wireless network according to the present embodiment, an ad hoc and multi-hop transmission scheme is adopted. In this wireless network, as a means for transmitting information to all terminals, a “flooding” mechanism for transmitting received multicast packets toward unreceived terminals is prepared.
[0043]
In the wireless network according to the present embodiment, a plurality of frequency channels are prepared for coexistence with other networks, and one frequency channel to be used in a wireless communication device serving as an access point is selected to operate. A multi-channel communication system is adopted that starts. Then, in order to ensure that all terminals simultaneously shift the frequency channel, the frequency channel is changed according to the following procedure.
[0044]
(1) A terminal that wishes to change a frequency channel proposes a destination frequency channel by a flooding operation in which the communication range is limited to the same medium. At that time, the proposed packet clearly indicates the transition timing at which it is desired to change the frequency channel. This proposal flooding is performed several times.
[0045]
(2) Other terminals that have received the proposal packet do not respond particularly when there is no objection to the proposal. On the other hand, a terminal having an objection to the proposal uses a unicast addressed to the proposal node or a flooding operation within the same communication range to oppose frequency channel switching.
[0046]
(3) When the terminal that has proposed switching of the frequency channel reaches the opposite, the terminal declares cancellation of the frequency channel transition using a flooding operation in the same communicable range. The cancellation declaration is sent multiple times before the proposed change timing.
[0047]
(4) On the other hand, if the objection does not arrive by the proposed change timing, all the terminals perform frequency channel transition all at once.
[0048]
FIG. 2 schematically shows the data structure of a packet that proposes a frequency channel change. As shown in the figure, the proposed packet includes a field f describing the transition destination of the frequency channel and a field t describing the transition time following the header for describing the predetermined control information. Yes.
[0049]
FIG. 3 shows, in the form of a flowchart, the processing procedure of the wireless communication apparatus for realizing the operation of switching frequency channels all together in the wireless network that adopts the ad hoc and multi-hop transmission scheme according to the present embodiment. ing.
[0050]
The wireless communication apparatus determines that the frequency channel should be changed in response to occurrence of a problem such as interference from a neighboring wireless network (step S1).
[0051]
In response to this determination, a frequency channel change proposal packet (see FIG. 2) is transmitted (step S2). At this time, the proposed packet is transmitted by a flooding operation in which the communication range is limited to the same medium.
[0052]
Next, the wireless communication apparatus performs reception processing of a packet opposite to the frequency channel change proposal only during a period until a predetermined time elapses (step S4) (step S3).
[0053]
Here, when the opposite arrives, a transition cancellation is declared using a flooding operation in the same communicable range (step S6). The cancellation declaration is sent multiple times before the proposed change timing.
[0054]
On the other hand, if no objection is received by the proposed change timing within a predetermined time after the transmission of the proposal packet, all terminals perform frequency channel transition all at once (step S5).
[0055]
When the wireless communication device receives a frequency channel change proposal packet from another wireless communication device (step S11), the wireless communication device checks whether there is a problem in shifting to the frequency channel described in the proposed packet. (Step S12).
[0056]
Here, when there is no objection to the proposal of frequency channel transition, no special response is made (step S13). In this case, the frequency channel change proposal packet is retransmitted to another terminal using the flooding mechanism.
[0057]
On the other hand, when there is an objection to the proposal of frequency channel transition, the opposite of the frequency channel switching is proposed using the proposed unicast addressed to the terminal or the flooding operation within the same communication range (step S14).
[0058]
[Supplement]
The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims section described at the beginning should be considered.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in an ad hoc communication environment, an excellent radio that can dynamically switch frequency channels in order to avoid deterioration in communication quality due to interference with neighboring networks or the like. A communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program can be provided.
[0060]
Further, according to the present invention, in an ad hoc and multi-hop wireless network, all terminals can simultaneously shift frequency channels, and an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus and wireless communication method, and computer・ Provide programs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a functional configuration of a wireless communication apparatus that can operate as a communication station in a wireless network according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a data structure of a packet that proposes a frequency channel change.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a wireless communication apparatus for realizing an operation of switching frequency channels simultaneously in a wireless network that adopts an ad hoc and multi-hop transmission scheme;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
周波数チャネルを変更したい端末は、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案をマルチホップ伝送し、該提案で指定されている移行時刻が到来したことに応答してすべての端末が周波数チャネルを一斉に変更する、ことを特徴とする無線通信システム。A wireless communication system that performs multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
The terminal that wants to change the frequency channel transmits the frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time in a multi-hop manner, and all terminals respond in response to the arrival of the transition time specified in the proposal. A radio communication system characterized by changing frequency channels all at once.
周波数チャネル変更提案を行なった端末は、該反対に応答して、マルチホップ伝送を用いて周波数チャネル変更の取り消しを宣言する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。Other terminals receiving the frequency channel change proposal, in case of disagreement with the proposal, use unicast or multi-hop transmission to challenge the frequency channel change,
2. The wireless communication system according to claim 1, wherein the terminal that has made the frequency channel change proposal declares cancellation of the frequency channel change using multi-hop transmission in response to the opposite.
周波数チャネルを変更すべきことを決定する周波数チャネル変更決定手段と、
該周波数チャネルの変更の決定に応答して、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する周波数チャネル変更提案手段と、
該提案で指定した移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。A wireless communication device that performs multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
A frequency channel change determining means for determining that the frequency channel should be changed;
In response to the determination of the change of the frequency channel, the frequency channel change proposing means for multihop transmission of the frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time to other terminals;
A radio communication apparatus comprising: frequency channel shift means for changing a frequency channel in response to arrival of a shift time designated in the proposal.
周波数チャネルを変更すべきことを決定する周波数チャネル変更決定ステップと、
該周波数チャネルの変更の決定に応答して、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する周波数チャネル変更提案ステップと、
該提案で指定した移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、を具備することを特徴とする無線通信方法。A wireless communication method for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
A frequency channel change determination step for determining that the frequency channel should be changed;
In response to the determination of the change of the frequency channel, a frequency channel change proposal step for multihop transmission of the frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time to another terminal;
And a frequency channel transition step of changing a frequency channel in response to arrival of a transition time designated in the proposal.
移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を受信する受信手段と、
該周波数チャネル変更提案に異論があるかどうかを判別する判別手段と、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する伝送手段と、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該提案で指定された移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行手段と、
該周波数チャネル変更提案に異論がある場合に、該提案した端末宛に周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える反対手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置。A wireless communication device that performs multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
A receiving means for receiving a frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time;
Discriminating means for discriminating whether or not there is an objection to the frequency channel change proposal;
When there is no objection to the frequency channel change proposal, transmission means for multihop transmission of the frequency channel change proposal to another terminal;
If there is no objection to the frequency channel change proposal, frequency channel shift means for changing the frequency channel in response to the arrival of the shift time specified in the proposal;
A radio communication apparatus, comprising: an opposite unit that opposes frequency channel switching for the proposed terminal when there is an objection to the frequency channel change proposal.
移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を受信する受信ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論があるかどうかを判別する判別ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する伝送ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該提案で指定された移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がある場合に、該提案した端末宛に周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える反対ステップと、を具備することを特徴とする無線通信方法。A wireless communication method for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment,
A receiving step of receiving a frequency channel change proposal including the frequency channel of the transition destination and the transition time;
A discriminating step for discriminating whether or not there is an objection to the frequency channel change proposal;
If there is no objection to the frequency channel change proposal, a transmission step of transmitting the frequency channel change proposal to other terminals in a multihop manner;
A frequency channel transition step for changing the frequency channel in response to arrival of a transition time specified in the proposal when there is no objection to the frequency channel change proposal;
A radio communication method comprising: an opposite step of protesting frequency channel switching for the proposed terminal when there is an objection to the frequency channel change proposal.
周波数チャネルを変更すべきことを決定する周波数チャネル変更決定ステップと、
該周波数チャネルの変更の決定に応答して、移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する周波数チャネル変更提案ステップと、
該提案で指定した移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。A computer program written in a computer-readable format to execute processing for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment on a computer system,
A frequency channel change determination step for determining that the frequency channel should be changed;
In response to the determination of the change of the frequency channel, a frequency channel change proposal step for multihop transmission of the frequency channel change proposal including the destination frequency channel and the transition time to another terminal;
And a frequency channel transition step of changing a frequency channel in response to arrival of a transition time designated in the proposal.
移行先の周波数チャネルと移行時刻を含んだ周波数チャネル変更提案を受信する受信ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論があるかどうかを判別する判別ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該周波数チャネル変更提案を他の端末にマルチホップ伝送する伝送ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がない場合に、該提案で指定された移行時刻が到来したことに応答して周波数チャネルを変更する周波数チャネル移行ステップと、
該周波数チャネル変更提案に異論がある場合に、該提案した端末宛に周波数チャネルの切り替えに対し反対を唱える反対ステップと、を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。A computer program written in a computer-readable format to execute processing for performing multi-hop transmission using a plurality of frequency channels in an ad hoc communication environment on a computer system,
A receiving step of receiving a frequency channel change proposal including the frequency channel of the transition destination and the transition time;
A discriminating step for discriminating whether or not there is an objection to the frequency channel change proposal;
If there is no objection to the frequency channel change proposal, a transmission step of transmitting the frequency channel change proposal to other terminals in a multihop manner;
A frequency channel transition step for changing the frequency channel in response to arrival of a transition time specified in the proposal when there is no objection to the frequency channel change proposal;
A computer program comprising: an opposite step of protesting against frequency channel switching to the proposed terminal when there is an objection to the frequency channel change proposal.
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