JP2005159771A - 無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 チャネル上での通信アクティビティに応じてスキャン動作の頻度をコントロールし、無駄なスキャン動作を削減して通信装置の低消費電力化を図る。
【解決手段】 新規参入局が途絶えた静的なチャネルや、干渉があり通信品質が劣悪で必然的に通信が途絶えたチャネルでは、スキャン動作の頻度を低下又はスキャンを停止する。チャネル上で新規参入局を検出したことに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を高めるようにする。また、スキャン動作停止中のチャネル上で送信信号を検出したことに応じて、当該チャネル又は他のスキャン動作停止中のチャネル上でのスキャン動作を再開するようにする。
【選択図】 図１７

Description

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装置及び無線通信方法、無線通信システム、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各通信局が自律分散的に動作することにより無線ネットワークが構築される無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

さらに詳しくは、本発明は、各通信局がビーコンを送信して存在把握やネットワーク状態変化の報知を行なうとともにチャネル上でビーコンのスキャン動作を行なうことにより、マルチチャネル自律分散型の無線ネットワークを形成する無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、各通信局がスキャン動作やチャネル移行動作を効率的に行ない装置の省電力化を図りながらマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークを形成する無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

ＬＡＮを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式による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。

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、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）の導入が検討されている。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並びに無線通信装置が規定されている。

無線ネットワークに関する標準的な規格の１つにＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）、ＩＥＥＥ３０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信など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。

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。

アクセス・ポイントを配置した無線ネットワークでは、帯域予約に基づくアクセス制御方法が広く採用されている。この場合、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。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。

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。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムでは、制御局を配さなくとも自律分散的にピア・ツウ・ピア（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）で動作するアドホック・モードが用意されている。この動作モード下では、ビーコン送信時間になると各端末がランダムな期間をカウントし、その期間が終わるまでに他の端末のビーコンを受信しなかった場合に、自分がビーコンを送信する。

一方、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、通信局が散乱し、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。

このため、従来の無線ネットワーク・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、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方法が一般に採用されている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈなどの標準規格では、チャネルを動的に変更する仕組み（ＤＦＳ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔ）が検討されている。

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。

上述したように自律分散的に動作する無線通信環境下では、通信局が所定の伝送フレーム周期でビーコンを送信して存在把握やネットワーク状態変化の報知を行なう必要がある。また、ビーコン送信を行なう一方で、ビーコン周期に渡ってビーコンの受信処理すなわちスキャン動作を定期的に実行して、これらの周辺局からのビーコンを受信しなければならない。

ところが、マルチチャネル型の自律分散通信システムにおいては、各通信局が区々のチャネル上でビーコンの送信を行なうことから、チャネル毎にスキャン動作を行なわなければならない。用意されているチャネル数が増えるにつれて、スキャン動作や、これに伴うチャネル移行処理が煩雑になってくる。

周辺局がどのチャネルに参入しビーコンを送信しているから分からずにすべてのチャネル上で闇雲にスキャン動作を行なうと、処理の無駄が増え、消費電力が増大してしまう。特に、通信装置がバッテリ駆動式のモバイル端末である場合には、バッテリの消耗は問題となる。

また、通信局はある１つのチャネルを受信している期間は、その他のチャネル上では送受信を行なうことができないので、このスキャン動作期間では通常の通信が途絶えてしまう。この意味でも、無駄なスキャン動作には問題がある。また、自局がスキャン動作を行なわなくとも、通信相手がスキャンして自局を発見してくれるような環境下では、スキャン動作そのものが不要となってくる。

これに対し、消費電力やその他自局の都合だけで勝手にスキャン動作を省略してしまうと、新規通信局が参入しても発見するまでの期間が長くなってしまい、ビーコンの衝突を招来するなど、良好なネットワーク構築の妨げとなる。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ

本発明の目的は、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局が自律分散的に動作することにより無線ネットワークが構築される、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、各通信局がビーコンを送信して存在把握やネットワーク状態変化の報知を行なうとともにチャネル上でビーコンのスキャン動作を行なうことにより、マルチチャネル自律分散型の無線ネットワークを形成することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、各通信局がスキャン動作やチャネル移行動作を効率的に行ない装置の省電力化を図りながらマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークを形成することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、スキャン動作の頻度を動的にコントロールすることにより、新規参入局を遅滞なく発見して良好なネットワークを構築しつつ、無駄なスキャン動作を削減して通信装置の低消費電力化を図ることができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

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、複数のチャネルが用意されている無線通信環境下で自律分散的に動作する無線通信装置であって、
各チャネルにおいて無線データを送受信する通信手段と、
自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段と、
前記通信手段における通信チャネルを制御する通信チャネル制御手段と、
各チャネルにおいてビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を制御するスキャン動作制御手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。

自律分散型の通信環境下では、各通信局は、周辺局のビーコン送信チャネル及びビーコン送信タイミングに関する近隣装置情報をビーコン信号に含めて送信する。すなわち、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。また、通信局は、各チャネル上でスキャン動作を行ない、ビーコン信号を受信することにより、隣接局の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。

また、各通信局は、周辺局のビーコン送信チャネル及びビーコン送信タイミングに関する近隣装置情報をビーコン信号に含めて送信するようにする。このような場合、通信局は、直接ビーコンを受信することができる隣接局のネットワーク情報だけでなく、自局はビーコンを受信できないが隣接局が受信することができる次隣接局すなわち隠れ端末についてのビーコン情報も取得することができる。

ここで、各通信局は、周辺局からのビーコン信号を発見するためのスキャン動作を行なう必要がある。マルチチャネル環境では、チャネル毎に時分割でスキャン動作を行なわなければならない。ところが、チャネル数が増えるにつれて、スキャン動作や、これに伴うチャネル移行処理が煩雑になってくる。また、周辺局がどのチャネルに参入しビーコンを送信しているから分からずにすべてのチャネル上で闇雲にスキャン動作を行なうと、処理の無駄が増え、消費電力が増大してしまう、という問題がある。

これに対し、消費電力やその他自局の都合だけで勝手にスキャン動作を省略してしまうと、新規通信局が参入しても発見するまでの期間が長くなってしまい、ビーコンの衝突を招来するなど、良好なネットワーク構築の妨げとなる。

そこで、本発明に係る無線通信装置は、スキャン動作の頻度が異なる複数のスキャン動作モードを備え、新規参入局の出現や既存局の消滅などチャネル上での通信のアクティビティに応じて、スキャン動作モードを動的に切り替えるようにした。例えばマルチチャネル通信環境下では、このようなスキャン動作モードをチャネル毎にスキャン動作モードを設定する。

すなわち、前記スキャン動作制御手段は、チャネル上での通信アクティビティに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を調整するようにする。

具体的には、前記スキャン動作制御手段は、チャネル上で最後にビーコンを受信してからの経過時間に応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を減じ、又は当該チャネル上でのスキャン動作を停止する。例えば、新規参入局が途絶えた静的なチャネルや、干渉があり通信品質が劣悪で必然的に通信が途絶えたチャネルでは、スキャン動作の頻度を低下又はスキャンを停止する。

このようにして無駄なスキャン動作やスキャン動作に伴うチャネル移行の回数を削減することにより、無線通信装置の低消費電力化を図ることができる。

一方、スキャン動作の頻度が低下し又は停止しているチャネル上では、新規参入局を発見できなくなる。また、あるチャネル上で１局を発見したときには、当該局が参入した場合だけでなく、今まで通信範囲外にいた無線通信ネットワーク自体が通信範囲内に突入した可能性もあり、ビーコン検出を怠ると、ネットワーク間で衝突を回避できなくなる。そこで、前記スキャン動作制御手段は、チャネル上で新規参入局を検出したことに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を高めるようにする。また、スキャン動作停止中のチャネル上で送信信号を検出したことに応じて、当該チャネル又は他のスキャン動作停止中のチャネル上でのスキャン動作を再開するようにする。

通信局は、チャネル上でのアクティビティに応じてチャネル毎に適当なスキャン動作モードを設定することができるので、無駄なスキャン動作を削減して機器の低消費電力化を図ることができるとともに、ネットワークの変動などにより新規ビーコンが到来するようになるとスキャン頻度を上げて、新規参入局を遅滞なく発見して良好なネットワークを構築することができるようになる。

また、前記スキャン動作制御手段は、全チャネルのスキャン動作を行なう第１のスキャン動作モードと、選択されているチャネル上でのスキャン動作のみを行なう第２のスキャン動作モードを備えていてもよい。

通信アクティビティの低いチャネル上でスキャン動作を停止することにより、低消費電力の効果を高めることができる一方、スキャン動作を停止しているチャネル上では新規参入局を全く発見できなくなる。そこで、前記スキャン動作制御手段は、前記第２のスキャン動作モード下でも、所定期間毎に前記第１のスキャン動作モードに復帰し、全チャネルのスキャン動作を行なうようにする。

前記スキャン動作制御手段は、例えば無線通信装置がバッテリ駆動である場合には、その電源状態に応じて、スキャン動作モードを選択する。あるいは、ユーザ入力に従って、スキャン動作モードを設定するようにしてもよい。このため、無線通信装置本体に動作モード設定用のハードウェア・スイッチを設けるようにしてもよい。あるいは、無線通信装置の利用形態に応じて動作モードを選択するようにしてもよい。例えば、無線通信装置自体はクライアントとして動作し、サーバ側が十分な頻度でスキャン動作を行なうことから、自局はスキャン動作する必要がない場合には、第２の動作モードを選択する。

また、前記ビーコン信号生成手段は、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報をビーコンに含ませて、自局のスキャン情報を報知するようにしてもよい。

このような場合、周辺局から受信したビーコン中のスキャン情報を解析し、周辺局がスキャン動作を行なうチャネルを自局のビーコン送信用チャネルに設定するようにしてもよい。

例えば新規参入した通信局などは、隣接局がスキャン動作を行なうチャネルの情報を考慮して自局のビーコン送信チャネルを選択することにより、効果的にビーコン情報の報知を行ない、効率的にネットワークを構築することができる。また、無駄なスキャン動作の回避にもつながる。

また、通信局は、ビーコン中のスキャン情報にスキャンを行なわないと記載したチャネルを、仮想的に干渉があるチャネルとして取り扱うようにしてもよい。同様に、ビーコンを受信した通信局側においても、スキャン情報にスキャンが行なわれないと記載されているチャネルを、仮想的に干渉があるチャネルとして取り扱うようにしてもよい。

また、多数のチャネルが用意されている場合には、すべてのチャネルを利用することはチャネル移行のためのオーバーヘッドが生じ、通信効率が低下する。このような場合、干渉状況などに基づいて、通信対象とするチャネルを一部に限定して通信制御を行なうようにしてもよい。そして、通信局は、自局が通信に使用する通信対象チャネルの情報をビーコンに含ませて報知するようにしてもよい。そして、隣接局間では通信対象チャネルを考慮してビーコンの送信を行なうようにしてもよい。

このように、スキャン情報や通信対象チャネル情報をビーコン信号により報知することで、各通信局が使用するチャネルが収束され、あるいはネットワーク内で同一にすることができる。この結果、新たな干渉や新規通信局の参入など通信環境に変化がない限り、チャネル移行処理を行なう頻度を低減することができ、効率的なネットワークの運用を図ることができる。

また、本発明の第２の側面は、複数のチャネルが用意されている無線通信環境下で自律分散的に動作する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、
自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成して報知するビーコン信号報知ステップと、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析ステップと、
各チャネルにおいてビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を制御するスキャン動作制御ステップと、
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。

本発明の第２の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の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、本発明の第１の側面に係る無線通信装置として動作する。さらに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、マルチチャネル方式の自律分散無線ネットワークを好適に実現することができる。

本発明によれば、各通信局がビーコンを送信して存在把握やネットワーク状態変化の報知を行なうとともにチャネル上でビーコンのスキャン動作を行なうことにより、マルチチャネル自律分散型の無線ネットワークを形成することができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、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。

また、本発明によれば、スキャン動作の頻度を動的にコントロールすることにより、新規参入局を遅滞なく発見して良好なネットワークを構築しつつ、無駄なスキャン動作を削減して通信装置の低消費電力化を図ることができる、優れた無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、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。

本発明によれば、通信局は、必要以上にスキャンをすることが無くなり、スキャン動作で消費される電力が削減されるとともに、スキャンにより他の通信動作が途絶える期間が短くなる。また、スキャン動作を抑制しつつも、再度必要と認められた場合にはスキャン動作をアクティブにし、新規参入局の情報をできる限り速く更新することができる。また、自律分散制御により、スキャン動作の抑制、再開が可能であり、使用する周波数チャネルも必要最低限の数へと収束していく。

一般に、無線端末が組み込まれる機器により、バッテリ容量、使用が想定される状況、移動頻度などが異なるが、本発明によれば、これらの状況に応じた動作モードを動的に設定できるようになり、最適な動作を行なうことができる。

また、スキャン情報や通信対象チャネル情報をビーコン信号により報知することで、各通信局が使用するチャネルが収束され、あるいはネットワーク内で同一にすることができる。この結果、新たな干渉や新規通信局の参入など通信環境に変化がない限り、チャネル移行処理を行なう頻度を低減することができ、効率的なネットワークの運用を図ることができる。

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。

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。

Ａ．システム構成
本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、且つ複数の周波数チャネルすなわちマルチ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。

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自律分散型のシステム構成であり、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームにより複数のチャネルを効果的に利用した伝送制御が行なわれる。また、各通信局は、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を行なうこともできる。

このように制御局を特に配置しない無線通信システムでは、各通信局は適宜選択されるビーコン送信チャネル上で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。また、各通信局は、利用チャネル上でビーコン信号を受信することにより周辺局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（又はネットワークに参入する）ことができる。また、通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、各通信局が利用する各チャネルにおける伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義される。

各通信局が自律分散的に動作する無線通信システムでは、周辺局からのビーコン信号を発見するために、チャネル上で信号受信を試み、周辺局の送信するビーコンの存在確認を行なうための「スキャン動作」を行なう。ここで、マルチチャネル通信環境下では、チャネル毎に時分割でスキャン動作を行なわなければならない。チャネル数が増えるにつれて、スキャン動作や、これに伴うチャネル移行処理が煩雑になってくる。また、周辺局がどのチャネルに参入しビーコンを送信しているから分からずにすべてのチャネル上で闇雲にスキャン動作を行なうと、処理の無駄が増え、消費電力が増大してしまう、という問題がある。

そこで、本発明では、各通信局は、スキャン動作の頻度が異なる複数のスキャン動作モードを備え、新規参入局の出現や既存局の消滅などチャネル上での通信のアクティビティに応じて、スキャン動作モードを動的に切り替えるようにした。これによって、通信局は無駄なスキャン動作を削減して機器の低消費電力化を図ることと、新規参入局を遅滞なく発見して良好なネットワークを構築することとを両立する。但し、このスキャン動作の仕組みの詳細については後述に譲る。

図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示している。この無線通信システムでは、特定の制御局を配置せず、各通信装置が自律分散的に動作し、アドホック・ネットワークが形成されている。同図では、通信装置＃０から通信装置＃６までが、同一空間上に分布している様子を表わしている。

また、同図において各通信装置の通信範囲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。すなわち、通信装置＃０は近隣にある通信装置＃１、＃４、と通信可能な範囲にあり、通信装置＃１は近隣にある通信装置＃０、＃２、＃４、と通信可能な範囲にあり、通信装置＃２は近隣にある通信装置＃１、＃３、＃６、と通信可能な範囲にあり、通信装置＃３は近隣にある通信装置＃２、と通信可能な範囲にあり、通信装置＃４は近隣にある通信装置＃０、＃１、＃５、と通信可能な範囲にあり、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り、通信装置＃６は近隣にある通信装置＃２、と通信可能な範囲にある。

ある特定の通信装置間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信装置からは聞くことができるが他方の通信装置からは聞くことができない通信装置、すなわち「隠れ端末」が存在する。

図２には、本発明の一実施形態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無線通信装置の機能構成を模式的に示している。図示の無線通信装置１００は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、同じ無線システム内では効果的にチャネル・アクセスを行なうことにより、他の無線システムと干渉し合うことなく自律分散的なネットワークを形成することができる。

図示の通り、無線通信装置１００は、インターフェース１０１と、データ・バッファ１０２と、中央制御部１０３と、ビーコン生成部１０４と、無線送信部１０６と、タイミング制御部１０７と、チャネル設定部１０８と、アンテナ１０９と、無線受信部１１０と、ビーコン解析部１１２と、情報記憶部１１３とで構成される。

インターフェース１０１は、この無線通信装置１００に接続される外部機器（例えば、パーソナル・コンピュータ（図示しない）など）との間で各種情報の交換を行なう。例えば、外部機器で入力されたユーザ・コマンドも、インターフェース１０１経由で無線通信装置に伝達される。ユーザ・コマンドには、スキャン動作モードの指定（後述）が含まれる。

データ・バッファ１０２は、インターフェース１０１経由で接続される機器から送られてきたデータや、無線伝送路経由で受信したデータをインターフェース１０１経由で送出する前に一時的に格納しておくために使用される。

中央制御部１０３は、無線通信装置１００における一連の情報送信並びに受信処理の管理と伝送路のアクセス制御を一元的に行なう。ここで言うアクセス制御には、マルチチャネル通信環境下において、通信対象チャネルの設定処理（後述）や、チャネル上での送受信タイミングの制御、スキャン・タイミングの制御、チャネル上でのアクティビティの検出や、通信アクティビティに応じたチャネル毎のスキャン動作モード（後述）の設定処理などが含まれる。また、スキャン動作モードのコントロールのため、装置１００の電源状態や利用形態の管理なども行なう。

ビーコン生成部１０４は、近隣にある無線通信装置との間で周期的に交換されるビーコン信号を生成する。無線通信装置１００が無線ネットワークを運用するためには、各チャネルにおける自己のビーコン送信スロット位置や、各チャネルにおける自己の受信スロット位置、各チャネルにおける近隣の通信装置からのビーコン受信スロット位置、各チャネルにおける自己のスキャン動作周期などのスキャン情報を規定する。これらの情報は、情報記憶部１１３に格納されるとともに、ビーコン信号の中に記載して周囲の無線通信装置に報知する。無線通信装置１００は、伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、無線通信装置１００が利用する各チャネルにおける伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義されることになる。なお、ビーコン信号の構成については後述する。

無線送信部１０６は、データ・バッファ１０２に一時格納されているデータやビーコン信号を無線送信するために、所定の変調処理を行なう。

アンテナ１０９は、他の無線通信装置宛に信号を選択された周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。本実施形態では、単一のアンテナを備え、送受信をともに並行しては行なえないものとする。また、同時刻に複数の周波数チャネルをハンドルすることはできないものとする。

無線受信部１１０は、所定の時間に他の無線通信装置から送られてきた情報やビーコンなどの信号を受信処理する。無線受信部１１０では、各チャネルにおける伝搬路推定や干渉状況の測定なども行なわれる。

無線送信部１０６及び無線受信部１１０における無線送受信方式は、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の通信方式を適用することができる。具体的には、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）方式、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）方式などを採用することができる。

チャネル設定部１０８は、中央制御部１０３からのチャネル設定指令に基づいて、ビーコン信号やデータ・パケットなど、マルチチャネル方式の無線信号を実際に送受信する際における通信チャネルや、スキャン動作を行なうチャネルを選択する。

タイミング制御部１０７は、中央制御部１０３からのタイミング指令に基づいて、チャネル設定部１０８において設定されたチャネル上で無線信号を送信並びに受信するためのタイミングの制御を行なう。例えば、自局のビーコン送信チャネルにおける伝送フレーム周期の先頭における自己のビーコン送信タイミングや、各チャネルにおける周辺局からのビーコン受信タイミング、他の通信装置とのデータ送受信タイミング、並びに各チャネルにおけるスキャン動作タイミングなどを制御する。スキャン動作の設定に関しては後に詳解する。

ビーコン解析部１１２は、隣接局から受信できたビーコン信号を解析し、近隣の無線通信装置の存在などを解析する。例えば、隣接局から受信したビーコンの受信タイミングや、近隣ビーコン受信タイミング、スキャン情報、通信対象チャネル情報などの情報は、近隣装置情報として情報記憶部１１３に格納される。

情報記憶部１１３は、中央制御部１０３において実行される一連のアクセス制御動作などの実行手順命令（スキャン動作モード設定やチャネル設定などを行なうプログラム）や、他の通信局のビーコン送信タイミングや、近隣装置情報などを蓄えておく。

Ｂ．チャネル上でのアクセス動作
本実施形態では、通信局として動作する無線通信装置１００は、複数のチャネルが用意され、特定の制御局を配置しない通信環境下で、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームにより複数のチャネルを効果的に利用した伝送制御、又はＣＳＭＡ／ＣＡに基づくランダム・アクセスなどの通信動作を行なう。

ここで、ＣＳＭＡはキャリア検出に基づいて多重アクセスを行なう接続方式である。無線通信では、自ら情報送信した信号を受信することが困難であることから、ＣＳＭＡ／ＣＤではなくＣＳＭＡ／ＣＡ方式により、他の通信装置の情報送信がないことを確認してから、自らの情報送信を開始することによって、衝突を回避する。

また、本実施形態に係る自律分散型ネットワークでは、各通信局は、特定のチャネル上で所定の時間間隔で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。ビーコン送信周期のことを、「伝送フレーム（Ｔ＿ＳＦ）」と定義し、例えば４０ミリ秒とする。ビーコン送信チャネルはチャネル設定部１０８により設定される。

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。そして、ビーコンの受信タイミングと緩やかに同期しながら、周辺局からビーコンが送信されていないタイミングに自局のビーコン送信タイミングを設定する。

本実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順について、図３を参照しながら説明する。但し、ここではまず単一チャネル上で各通信局のビーコンが配置されている場合について説明する。

ビーコンで送信される情報が１００バイトであるとすると、送信に要する時間は１８マイクロ秒となる。４０ミリ秒に１回の送信なので、通信局毎のビーコンのメディア占有率は２２２２分の１と十分小さい。

各通信局は、周辺で発信されるビーコンを聞きながら、ゆるやかに同期する。新規に通信局が現われた場合、新規通信局は既存の通信局のビーコン送信タイミングと衝突しないように、自分のビーコン送信タイミングを設定する。

周辺に通信局がいない場合、通信局０１は適当なタイミングでビーコンを送信し始めることができる。ビーコンの送信間隔は４０ミリ秒である（前述）。図２中の最上段に示す例では、Ｂ０１が通信局０１から送信されるビーコンを示している。

以降、通信範囲内に新規に参入する通信局は、既存のビーコン配置と衝突しないように、自己のビーコン送信タイミングを設定する。このとき、各通信局はビーコン送信の直後に優先利用領域（ＴＰＰ）を獲得することから、１つのチャネル上では各通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりも伝送フレーム周期内で均等に分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、基本的に自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信を開始するようにしている。

例えば、図３中の最上段に示すように、通信局０１のみが存在するチャネル上において、新たな通信局０２が現われたとする。このとき、通信局０２は、通信局０１からのビーコンを受信することによりその存在とビーコン位置を認識し、図３の第２段目に示すように、通信局０１のビーコン間隔のほぼ真中に自己のビーコン送信タイミングを設定して、ビーコンの送信を開始する。

さらに、新たな通信局０３が現われたとする。このとき、通信局０３は、通信局０１並びに通信局０２のそれぞれから送信されるビーコンの少なくとも一方を受信し、これら既存の通信局の存在を認識する。そして、図３の第３段に示すように、通信局０１及び通信局０２から送信されるビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで送信を開始する。

以下、同様のアルゴリズムに従って近隣で通信局が新規参入する度に、ビーコン間隔が狭まっていく。例えば、図３の最下段に示すように、次に現われる通信局０４は、通信局０２及び通信局０１それぞれが設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングでビーコン送信タイミングを設定し、さらにその次に現われる通信局０５は、通信局０２及び通信局０４それぞれが設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングでビーコン送信タイミングを設定する。

但し、帯域（伝送フレーム周期）内がビーコンで溢れないように、最小のビーコン間隔Ｂｍｉｎを規定しておき、Ｂｍｉｎ内に２以上のビーコン送信タイミングを配置することを許容しない。例えば、４０ミリ秒の伝送フレーム周期でミニマムのビーコン間隔Ｂｍｉｎを２．５ミリ秒に規定した場合、電波の届く範囲内では最大で１６台の通信局までしか収容できないことになる。

図４には、１チャネル上において伝送フレーム内でビーコン送信タイミングの一例を示している。但し、同図に示す例では、４０ミリ秒からなる１つの伝送フレーム周期における時間の経過を、円環上で時針が右回りで運針する時計のように表している。伝送フレーム内で、ビーコン送信タイミングを配置可能な位置のことを「スロット」とも呼ぶ。各通信局は、自局のビーコン送信タイミングであるＴＢＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ）から故意に若干の時間オフセット（ＴＢＴＴオフセット）を持った時刻で送信する。

図４に示す例では、通信局０から通信局Ｆまでの合計１６台の通信局がネットワークのノードとして構成されている。図３を参照しながら説明したように、既存の通信局が設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで新規参入局のビーコン送信タイミングを順次設定していくというアルゴリズムに従って、ビーコン配置が行なわれたものとする。Ｂｍｉｎを５ミリ秒と規定した場合には、１伝送フレームにつき最大１６個までしかビーコンを配置することができない。すなわち、１６台以上の通信局はネットワークに参入できない。

ＣＳＭＡに基づくアクセス方式では、通信局は、メディアがクリアになってから所定のパケット間隔だけ待ち時間を設けた後にパケットを送信する。本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１方式などの場合と同様に、複数のパケット間隔を定義する。図５に示すように、パケット間隔として、通常のパケット間隔としてのＬｏｎｇ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＬＩＦＳ）と、より短いパケット間隔としてのＳｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＳＩＦＳ）を定義する。

通常のパケットをＣＳＭＡの手順に従って送信する際には、何らかの直前のパケットの送信が終了してから、まずＬＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる（図５（ｂ）を参照のこと）。ランダム・バックオフ値の計算方法は、擬似ランダム系列を用いるなど既存技術で知られている方法を適用する。

これに対し、優先度又は緊急度の高いパケットを送信する際には、ＬＩＦＳよりも短いＳＩＦＳのパケット間隔の後に送信することが許されている（図５（ａ）を参照のこと）。これにより、緊急度の高いパケットは、通常のＣＳＭＡの手順に従って送信される（すなわち、ＬＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機してから送信される）パケットよりも先に送信することが可能となる。

例えば、優先送信期間（ＴＰＰ）内の通信局は、ＳＩＦＳのパケット間隔後に送信開始することにより、優先的にパケット送信する権利が確保される。また、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式に従って、送信されるＣＴＳ、データ、ＡＣＫの各パケットも、ＳＩＦＳのパケット間隔で送信することにより、近隣局に邪魔されず、一連の通信手順を実行することができる。

要するに、異なる種類のパケット間隔を定義することにより、パケット間隔の長さに応じてパケットの送信権争い優先付けが行なわれる訳である。

さらに本実施形態においては、上述したパケット間隔である「ＳＩＦＳ」と「ＬＩＦＳ＋バックオフ」の他、「ＬＩＦＳ」、「ＦＩＦＳ＋バックオフ」（ＦＩＦＳ：Ｆａｒ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）というパケット間隔を定義する（図５（ｃ）及び（ｄ）を参照のこと）。通常は「ＳＩＦＳ」と「ＬＩＦＳ＋バックオフ」のパケット間隔を適用する。他方、ある通信局に送信の優先権が与えられている時間帯においては、他局は「ＦＩＦＳ＋バックオフ」のパケット間隔を用い、優先権が与えられている局はＳＩＦＳあるいはＬＩＦＳでのパケット間隔を用いる。

各通信局はビーコンを一定間隔で送信しているが、ビーコンを送信した後しばらくの間は、該ビーコンを送信した局に送信の優先的に送信を行なうことができる優先送信期間（ＴＰＰ）を得ることができる。図６には、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示している。本明細書では、この優先区間をＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ Ｐｅｒｉｏｄ（ＴＰＰ）と定義する。ＴＰＰ内では、通信局は、ＳＩＦＳのパケット間隔後に送信開始することにより、優先的にパケット送信する権利が確保される。

また、ＴＰＰ以外の区間をＦａｉｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ（ＦＡＰ）と定義され、各通信局が通常のＣＳＭＡ／ＣＡ方式により通信が行なわれる。すなわち、ＴＰＰが経過したビーコン送信局を含め、すべての通信局は、ＬＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機してから送信開始することができるので、言い換えれば、ランダムなバックオフにより送信権が各通信局に均等に与えられることになる。

図７には、伝送フレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成を示している。同図に示すように、各通信局からのビーコンの送信に続いて、直前のビーコンを送信した通信局に対してＴＰＰが割り当てられ、当該局だけがＳＩＦＳという短いパケット間隔で優先的に送信権を得ることができる。

ＴＰＰ区間が経過するとＦＡＰになり、各通信局が通常のＣＳＭＡ／ＣＡ方式により通信が行なわれる。すなわち、すべての通信局は、ＬＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機してから送信開始するので送信権が均等に与えられる。そして、次のＴＢＴＴタイミングが到来することにより、ＦＡＰが終わる。その後、同様にビーコン送信局にＴＰＰが与えられた後にＦＡＰ期間となる、というシーケンスが繰り返される。

なお、図７ではビーコンの送信直後からＴＰＰが開始する例を示したが、これには限定されるものではなく、例えば、ビーコンの送信時刻から相対位置（時刻）でＴＰＰの開始時刻を設定してもよい。

ここで、１チャネル上のパケット間隔についてまとめると、各通信局は、ビーコン並びに自局のＴＰＰ内でのパケットの送信に関しては、ＳＩＦＳ間隔での送信が許容されることにより高いプライオリティが与えられる。すなわち、通信局は、ビーコンを送信する度に、短いパケット間隔で送信開始できるので、優先的にデータを送信する機会が得られることになる。

一方、それ以外のＦＡＰパケットＦＡＰにおいてはＬＩＦＳ＋バックオフの間隔での送信を行なうことが許容される。

また、通信局は、自局のＴＰＰ内でも、他の通信局がＬＩＦＳ＋バックオフの間隔を以って送信を開始することも許容する。ＴＰＰを与えられていない他の通信局は、ＬＩＦＳ＋バックオフあるいはＦＩＦＳ＋バックオフ経過後に、この時間帯でも送信を開始することができる。この場合であっても、ＴＰＰを得た通信局は、他局よりも短いＳＩＦＳ間隔でパケット送信を開始することができるので、優先送信権を確保することができる。また、ビーコン送信局がＴＰＰの放棄により（後述）ＳＩＦＳ間隔で送信を開始しなければ、他局はＬＩＦＳ＋バックオフでパケットの送信を開始することができる。勿論、自局のＴＰＰ区間内であれば、ビーコン送信局は、他局の送信動作が完了した後に、さらにＳＩＦＳ間隔で優先的に送信を開始することができる。

さらに、他局のＴＰＰ内でのパケットの送信に関しては、ＦＩＦＳ＋バックオフの間隔での送信とし、ビーコン送信局以外の局には低いプライオリティが与えられる。ＩＥＥＥ８０２．１１方式においては、常にパケット間隔としてＦＩＦＳ＋バックオフが採られているが、本実施形態の構成によれば、この間隔を詰めることができて、より効果的なパケット伝送が可能となる。

上記では、ＴＰＰ中の通信局にのみ優先送信権が与えられるという説明を行なったが、ＴＰＰ中の通信局に呼び出された通信局にも優先送信権を与える。基本的にＴＰＰにおいては、送信を優先するが、自通信局内に送信するものはないが、他局が自局宛てに送信したい情報を保持していることが判っている場合には、その「他局」宛てにページング（Ｐａｇｉｎｇ）メッセージあるいはポーリング（Ｐｏｌｌｉｎｇ）メッセージを投げたりしてもよい。

また、通信局は、ビーコンを送信してＴＰＰを獲得したものの、自局には何も送信するものがない場合で且つ他局が自局宛てに送信したい情報を保持していることを知らない場合には、ＳＩＦＳのパケット間隔で通信動作を開始しない。すると、ＴＰＰを与えられていない他の通信局は、ＬＩＦＳ＋バックオフあるいはＦＩＦＳ＋バックオフ経過後に、この時間帯でも送信を開始することができる。この結果、ビーコン送信局は、自局のＴＰＰを放棄したこととなる。

図７に示したようにビーコン送信した直後にＴＰＰが続くという構成を考慮すると、各通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりも伝送フレーム周期内で均等に分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、基本的に自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信を開始するようにしている。勿論、各通信局のビーコン送信タイミングを集中して配置し、残りの伝送フレーム周期では受信動作を停止して装置の消費電力を低減させるという利用方法もある。

図８には、ビーコン信号フォーマットの構成例を示している。同図に示すように、ビーコン信号は、当該信号の存在を知らしめるためのプリアンブルに、ヘディング、ペイロード部ＰＳＤＵが続いている。ヘディング領域において、該パケットがビーコンである旨を示す情報が掲載されている。また、ＰＳＤＵ内にはビーコンで報知したい以下の情報が記載されている。

ＴＸ．ＡＤＤＲ：送信局（ＴＸ）のＭＡＣアドレス
ＴＯＩＳ：ＴＢＴＴオフセット・インジケータ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）
ＮＢＯＩ：近隣ビーコンのオフセット情報（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｂｅａｃｏｎ Ｏｆｆｓｅt Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）
ＴＩＭ：トラフィック・インジケーション・マップ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）
ＰＡＧＥ：ページング（Ｐａｇｉｎｇ）

ＴＯＩＳフィールドでは、ＴＢＴＴオフセット（上述）を決定するための情報（例えば、擬似ランダム系列）が格納されており、当該ビーコンがビーコン送信タイミングＴＢＴＴに対してどれだけのオフセットを以って送信されているかを示す。ＴＢＴＴオフセットを設けることにより、２台の通信局がある伝送フレーム上では同じスロットにビーコン送信タイミングを配置している場合であっても、実際のビーコン送信時刻がずらすことができる。したがって、ある伝送フレーム周期にはビーコンが衝突しても、別の伝送フレーム周期ではオフセットにより送信タイミングがずれることにより各通信局は互いのビーコンを聞き合う（あるいは、近隣の通信局は双方のビーコンを聞く）、すなわち衝突を認識することができる。

ＴＩＭとは、現当該通信局がどの通信局宛てに情報を有しているかの報知情報であり、ＴＩＭフィールドを参照することにより、受信局は自分が受信を行なわなければならないことを認識することができる。また、Ｐａｇｉｎｇは、ＴＩＭに掲載されている受信局のうち、直後のＴＰＰ において送信を予定していることを示すフィールドであり、このフィールドで指定された局はＴＰＰでの受信に備えなければならない。その他のフィールド（ＥＴＣフィールド）も用意されている。

ＮＢＯＩフィールドは、伝送フレーム内において自局が受信可能な隣接局のビーコンの位置（受信時刻）を記述した情報である。本実施形態では、図４に示したように１伝送フレーム内で最大１６個のビーコンを配置なスロットが用意されている場合には、受信できたビーコンの配置に関する情報を１６ビット長のビットマップ形式で記述する。すなわち、自局のビーコン送信時刻ＴＢＴＴに相当するスロットをＮＢＯＩフィールドの先頭ビット（ＭＳＢ）にマッピングするとともに、その他の各スロットを自局のＴＢＴＴを基準とした相対位置（オフセット）に対応するビット位置にそれぞれマッピングする。そして、自局の送信ビーコン並びに受信可能なビーコンの各スロットに割り当てられたビット位置に１を書き込み、それ以外のビット位置は０のままとする。

図９には、利用チャネル数を１つとした場合におけるＮＢＯＩの記述例を示している。同図に示す例では、通信局０が「１１００，００００，０１００，００００」のようなＮＢＯＩフィールドを作っている。これは、図４に示したように最大１６局を収容可能な各スロットに通信局０〜ＦがそれぞれＴＢＴＴを設定しているような通信環境下で、図３に示した通信局０が、「通信局１並び通信局９からのビーコンが受信可能である」旨を伝えることになる。つまり、受信ビーコンの相対位置に対応するＮＢＯＩの各ビットに関し、ビーコンが受信可能である場合にはマーク（１）を、受信されてない場合にはスペース（ゼロ）を割り当てる。また、ＭＳＢが１になっているのは自局がビーコンを送信しているためで、自局がビーコンを送信している時刻に相当する場所もマークする。

各通信局は、あるチャネル上でお互いのビーコン信号を受信すると、その中に含まれるＮＢＯＩの記述に基づいて、チャネル上でビーコンの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置したり周辺局からのビーコン受信タイミングを検出したりすることができる。

本発明はマルチチャネル型の自律分散ネットワークに関するものであり、利用可能な各周波数チャネルについてのビーコン配置を記述したＮＢＯＩ情報が必要であるが、この点について後述に譲る。

また、本実施形態では、ビーコンのペイロードに含まれるその他の情報ＥＴＣとして、複数の利用可能チャネルのうちどのチャネル上でスキャン動作を行なっているかを示す「スキャン情報」や、いずれのチャネルを通信対象としているかを示す「通信対象チャネル情報」なども記載することができるが、これらについては後述に譲る。

図１０には、ある周波数チャネル上において、新規参入局がＮＢＯＩの記述に基づいて既存のビーコンとの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置する様子を示している。同図の各段では、通信局ＳＴＡ０〜ＳＴＡ２の参入状態を表している。そして、各段の左側には各通信局の配置状態を示し、その右側には各局から送信されるビーコンの配置を示している。

図１０上段では、通信局ＳＴＡ０のみが存在している場合を示している。このとき、ＳＴＡ０はビーコン受信を試みるが受信されないため、適当なビーコン送信タイミングを設定して、このタイミングの到来に応答してビーコンの送信を開始することができる。ビーコンは４０ミリ秒（伝送フレーム）毎に送信されている。このとき、ＳＴＡ０から送信されるビーコンに記載されているＮＢＯＩフィールドのすべてのビットが０である。

図１０中段には、通信局ＳＴＡ０の通信範囲内でＳＴＡ１が参入してきた様子を示している。ＳＴＡ１は、ビーコンの受信を試みるとＳＴＡ０のビーコンが受信される。さらにＳＴＡ０のビーコンのＮＢＯＩフィールドは自局の送信タイミングを示すビット以外のビットはすべて０であることから、上述した処理手順に従ってＳＴＡ０のビーコン間隔のほぼ真中に自己のビーコン送信タイミングを設定する。

ＳＴＡ１が送信するビーコンのＮＢＯＩフィールドは、自局の送信タイミングを示すビットとＳＴＡ０からのビーコン受信タイミングを示すビットに１が設定され、それ以外のビットはすべて０である。また、ＳＴＡ０も、ＳＴＡ１からのビーコンを認識すると、ＮＢＯＩフィールドの該当するビット位置に１を設定する。

図１０の最下段には、さらにその後、通信局ＳＴＡ１の通信範囲にＳＴＡ２が参入してきた様子を示している。図示の例では、ＳＴＡ０はＳＴＡ２にとって隠れ端末となっている。このため、ＳＴＡ２は、ＳＴＡ１がＳＴＡ０からのビーコンを受信していることを認識できず、右側に示すように、ＳＴＡ０と同じタイミングでビーコンを送信し衝突が生じてしまう可能性がある。

ＮＢＯＩフィールドはこの現象を回避するために用いられる。まず、ＳＴＡ１のビーコンのＮＢＯＩフィールドは自局の送信タイミングを示すビットに加え、ＳＴＡ０がビーコンを送信しているタイミングを示すビットにも１が設定されている。そこで、ＳＴＡ２は、隠れ端末であるＳＴＡ０が送信するビーコンを直接受信はできないが、ＳＴＡ１から受信したビーコンに基づいてＳＴＡ０のビーコン送信タイミングを認識し、このタイミングでのビーコン送信を避ける。

そして、図１１に示すように、このときＳＴＡ２は、ＳＴＡ０とＳＴＡ１のビーコン間隔のほぼ真中にビーコン送信タイミングを定める。勿論、ＳＴＡ２の送信ビーコン中のＮＢＯＩでは、ＳＴＡ２とＳＴＡ１のビーコン送信タイミングを示すビットを１に設定する。このようなＮＢＯＩフィールドの記述に基づくビーコンの衝突回避機能により、隠れ端末すなわち２つ先の隣接局のビーコン位置を把握しビーコンの衝突を回避することができる。

Ｃ．マルチチャネル環境下でのアクセス動作
上述したように、自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は伝送フレーム周期内でビーコン情報を報知するとともに、他局からのビーコン信号のスキャン動作を行なうことにより１チャネル上でのネットワーク構成を認識することができる。ところが、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型ネットワークの場合、図４に示したような伝送フレームが周波数軸上に利用チャネル数分だけ配置された構成となっている（図１２を参照のこと）。このため、通信局は、利用可能な各チャネルにおいてスキャン動作を行なうとともに、周辺局のビーコン送信タイミングなどの近隣装置情報を獲得する必要がある。

単チャネルの自律分散型システムの場合、図９に示したようなビットマップ形式のＮＢＯＩ情報をビーコン信号に含ませて報知することにより、各通信局は、衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置したり周辺局（隣接局並びに次隣接局を含む）のビーコン受信タイミングを検出したりすることができる（前述）。この項では、マルチチャネルの通信システムにおいて、各通信局が近隣装置情報を獲得する仕組みについて説明する。

ここで、図１３に示すように、チャネル１〜チャネル４の４チャネルからなるマルチチャネル通信システムにおいて、通信範囲内に通信局Ａ〜Ｄが４台だけ存在し、このうち通信局Ａが送信チャネルを選択する場合について考える。そして、通信局Ａ〜Ｄが各チャネル１〜４上で図１４に示すようにビーコン送信タイミングを配置しているとする。

図１４に示すように、各通信局Ａ〜Ｄは、ビーコン送信タイミングが他局のビーコンと衝突しないように互いにずらして配置している。また、ビーコンが送受信されるチャネルは、例えば通信局毎に周辺局でのチャネル品質情報に基づいてそれぞれ設定される。

仮に、伝送フレーム内で配置可能なビーコン送信タイミングＴＢＴＴの個数すなわちスロット数を８個とすると、図１４に示したようなビーコン送信時刻、相対的なチャネル配置の場合には、図１５のように記述されるビーコン位置情報として把握することができる。

図１５に示す例では、ビーコン位置情報には、伝送フレーム周期Ｔ＿ＳＦ内に配置可能なビーコンの個数だけカラムが用意されている。その先頭カラムは、自局のビーコン送信位置に割り当てられ、自局のビーコン送信チャネルが書き込まれる。そして、以降の各カラムは、自局のビーコン送信位置ＴＢＴＴを基準としたＴ＿ＳＦ／８毎の送信時刻（スロット）に割り当てられており、自局のビーコン送信位置ＴＢＴＴから対応する相対位置（オフセット）において受信することができたビーコンのチャネル情報が書き込まれる。

図１５に示したようなビーコン位置情報は、それぞれのカラムに該当する送信時刻（スロット）における受信ビーコンの有無と、受信できたビーコンがある場合はその受信ビーコンが伝送されるチャネルが記録されており、マルチチャネル通信環境下における近隣通信装置情報ＮＢＯＩに相当する。図示の例では、ビーコン位置情報には、自局はチャネルＣＨ２上でビーコンを送信するとともに、自局のＴＢＴＴに対し、２番目、４番目、５番目、並びに６番目の各スロットではそれぞれＣＨ３、ＣＨ２、ＣＨ４、ＣＨ１でビーコンを受信することが記載されている。各通信局は、自局が各チャネル上で受信できたビーコンに基づいてビーコン位置情報を作成するとともに、ビーコン内にこのマルチチャネル近隣通信装置情報ＮＢＯＩとして書き込んで周辺局に報知し合うことで、近隣の通信環境を把握することができる。また、受信したビーコンからビーコン位置情報を取り出して、自局のビーコン位置情報の内容を更新する。

通信局は、このようなマルチチャネルＮＢＯＩの記載内容に基づいて、各伝送フレーム周期において、ビーコン送信チャネルを求め、ビーコン送受信時刻になったら該当のチャネルに切り替えて、ビーコンの送受信を試みる。

ビーコンは、各ビーコンの送信時刻が互いにできる限り離れるように配置するのが望ましい。何故ならば、通信局はビーコン送受信後に優先送信期間ＴＰＰを獲得するからであり、できる限りビーコンが離れている方が各局の優先的な通信可能時間を長くできるからである。図１６には、マルチチャネル上における各通信局のビーコン配置例を示している。

Ｄ．マルチチャネル上でのスキャン動作
各通信局が自律分散的に動作する無線通信システムでは、周辺局からのビーコン信号を発見するためのスキャン動作を行なう必要がある。通信局は、通常はスリープ動作により最低限の送受信動作を行なうが、定期的にビーコン周期の受信動作を行なうことで、数回に一度は周辺端末のビーコンを受信し、情報を更新する。どの端末も伝送フレーム毎にビーコンを送信しているため、伝送フレームの間だけ受信すればすべての隣接局からのビーコンを受信することができる。新規に参入した局や消滅してしまった局を検知するためにも、この定期的にスキャン動作を行なう必要がある。

ここで、マルチチャネル環境では、チャネル毎に時分割でスキャン動作を行なわなければならない。ところが、チャネル数が増えるにつれて、スキャン動作や、これに伴うチャネル移行処理が煩雑になってくる。また、周辺局がどのチャネルに参入しビーコンを送信しているから分からずにすべてのチャネル上で闇雲にスキャン動作を行なうと、処理の無駄が増え、消費電力が増大してしまう、という問題がある。

これに対し、消費電力やその他自局の都合だけで勝手にスキャン動作を省略してしまうと、新規通信局が参入しても発見するまでの期間が長くなってしまい、ビーコンの衝突を招来するなど、良好なネットワーク構築の妨げとなる。

そこで、本実施形態では、通信局として動作する無線通信装置１００は、スキャン動作の頻度が異なる複数のスキャン動作モードを備え、新規参入局の出現や既存局の消滅などチャネル上での通信のアクティビティに応じて、スキャン動作モードを動的に切り替えるようにした。マルチチャネル通信環境下では、このようなスキャン動作モードをチャネル毎にスキャン動作モードを設定する。

Ｄ−１．チャネル上でのスキャン頻度：
図１７には、無線通信装置１００のあるチャネル上でのスキャン動作モードの遷移図を示している。同図に示す例では、特定の１チャネル上でのスキャン動作の頻度が高いモード、中程度のモード、低いモードと、スキャン動作を完全に停止した停止モードの４つの動作モードが規定されている。

当該チャネル上で最後にビーコンを受信してからの経過時間に応じてスキャン動作の頻度が高いモードからより低いモードへ、モードの遷移が行なわれる。例えば、スキャン動作頻度が最高のモード下で、最後にビーコンを受信してから時間Ｔ１が経過すると、スキャン動作頻度が中程度のモードへ移行する。さらにビーコンを受信しない期間がＴ２だけ続くと、スキャン動作モードが最低のモードへ移行する。さらにビーコンを受信しない期間がＴ３だけ続くと、スキャン動作を完全に停止させる。

また、いずれのスキャン動作モード下でも、干渉が発生し通信品質が劣悪となった場合には、自局がビーコンを送信することも他局からのビーコン受信を試みることも無駄となるので、スキャン停止モードへ遷移する。

この結果、新規参入局が途絶えた静的なチャネルや、干渉があり通信品質が劣悪で必然的に通信が途絶えたチャネルでは、スキャン動作の頻度が徐々に低下し、最終的にはスキャン動作が停止される。なお、通信アクティビティの低下は、１チャネルに限らず、マルチチャネル・システム全体に及んでいる可能性があることから、１チャネルでのモード遷移に限定せず、全チャネルのモードを切り替えるようにしてもよい。

一方、スキャン動作の頻度が低下し又は停止しているチャネル上では、新規参入局を発見できなくなる。また、新規に１局を発見したときには、当該局が参入した場合だけでなく、今まで通信範囲外にいた無線通信ネットワーク自体が通信範囲内に突入した可能性もあり、ビーコン検出を怠ると、ネットワーク間で衝突を回避できなくなる。そこで、スキャン動作停止中のチャネル上で新規参入局を発見したことに応じて、スキャン頻度が最大となる動作モードへ移行してスキャン動作を再開するようにする。また、スキャン動作停止中のチャネル上で送信信号を検出したことに応じて、スキャン頻度が最大となる動作モードへ移行してスキャン動作を再開するようにする。

なお、近隣ネットワークの移動が起きた場合などは、通信アクティビティの増大は、１チャネルに限らず、マルチチャネル・システム全体に及んでいる可能性があることから、１チャネルでのモード遷移に限定せず、全チャネルのモードを切り替えるようにしてもよい。

上述したようなスキャン動作モードの動的なコントロールにより、チャネル上でのアクティビティに応じてチャネル毎に適当なスキャン動作モードを設定することができるので、無駄なスキャン動作を削減して機器の低消費電力化を図ることができるとともに、ネットワークの変動などにより新規ビーコンが到来するようになるとスキャン頻度を上げて、新規参入局を遅滞なく発見して良好なネットワークを構築することができるようになる。

Ｄ−２．スキャン動作モード：
また、無線通信装置１００は、チャネル毎のスキャン動作頻度をコントロールする他、スキャン動作を実行するチャネル数のコントロールも行なうようにする。例えば、全チャネルのスキャン動作を行なう第１のスキャン動作モードと、選択されているチャネル上でのスキャン動作のみを行なう第２のスキャン動作モードを備える（図１８を参照のこと）。

ここで、第２のスキャン動作モード下でスキャン動作を行なうチャネルは、ユーザの設定に行なう他、各チャネルの干渉状況、周辺局が通信対象としているチャネルなどを考慮して決定することができる。

第１のスキャン動作モードと第２のスキャン動作モードの切り替えは、例えば無線通信装置の電源状態に応じて決定する。無線通信装置１００がバッテリ駆動である場合には、バッテリ残存容量が低下したことに応答して、第１のスキャン動作モードから第２のスキャン動作モードへ移行する。あるいは、商用ＡＣ電源からバッテリへ主電源が切り替わったことに応答して、第１のスキャン動作モードから第２のスキャン動作モードへ移行する（この場合、主電源が商用ＡＣ電源に戻ったことに応答して、第１のスキャン動作モードへ復帰するようにしてもよい）。

また、ユーザ入力に従って、スキャン動作モードを切り替えるようにしてもよい。ユーザ入力は、例えばインターフェース１０１経由で外部機器で行なわれる。あるいは、無線通信装置１００本体に動作モード設定用のハードウェア・スイッチを設けるようにしてもよい。

第２のスキャン動作モード下では、無線通信装置１００は、通信アクティビティの低いチャネル上でスキャン動作を停止することにより、低消費電力の効果を高めることができる。

一方、スキャン動作を停止しているチャネル上では新規参入局を全く発見できなくなる。そこで、第２のスキャン動作モード下でも、所定期間すなわち全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌが到来する毎に第１のスキャン動作モードに復帰し、全チャネルのスキャン動作を行なうようにする。

通信局は、全チャネル・スキャン周期ではすべてのチャネルをスキャン動作の対象とするが、通常は第２のスキャン動作モード下で動作し、選択したチャネルのみスキャン動作する。これにより、通常動作時におけるスキャンの動作時間率を低減し、消費電力の削減、通常信号の通信期間の増加が期待できる。また、スキャン動作を継続するチャネル内でビーコンを送信する端末の情報の更新頻度を上げることも可能である。

また、第１のスキャン動作モードと第２のスキャン動作モードの切り替えは、無線通信装置１００が適用されているアプリケーションに応じて決定するようにしてもよい。例えば、無線通信装置１００自体はクライアントとして動作し、サーバ側が十分な頻度でスキャン動作を行なうことから自局はスキャン動作する必要がない場合には、第２の動作モードを選択する。

例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）は、バッテリの容量を考慮して、１チャネルのみをスキャンする第２のスキャン動作モードに固定的に設定する。その他のテレビやパソコンなどの固定機器に搭載されている無線通信端末は、基本的には第２のスキャン動作モード下で1チャネルのみをスキャンしつつも、全チャネル・スキャン周期毎に第１のスキャン動作モードに遷移して、周辺局の発見を行なう。

このような設定で固定機器端末間のスキャン動作がしばらく続き安定すると、ほとんどの時間ではある第２のスキャン動作モード下で１チャネルのみをスキャンするだけで十分となる。ここで、ＰＤＡなどの移動端末が到来したとする。この場合、固定端末並びに移動端末ともに１チャネルしかスキャンしていないため、伝送フレーム周期内では互いに別チャネル上で動作する場合にはお互いにビーコンを受信することはできない。しかし、固定端末は、全チャネル・スキャン周期という比較的長い間隔ではすべてのチャネルをスキャンするので、固定端末側が移動端末のビーコンを発見することができる。

図１８に示したようなスキャン動作モードのコントロールを採用する場合、周辺局がスキャン動作を行なっていないチャネルを通信対象にすると、通信効率がよくない。そこで、各通信局は、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報をビーコンに含ませて、自局のスキャン情報を報知するようにしてもよい。

このような場合、周辺局から受信したビーコン中のスキャン情報を解析し、周辺局がスキャン動作を行なうチャネルを自局のビーコン送信用チャネルに設定することができる。

例えば新規参入した通信局などは、隣接局がスキャン動作を行なうチャネルの情報を考慮して自局のビーコン送信チャネルを選択することにより、効果的にビーコン情報の報知を行ない、効率的にネットワークを構築することができる。また、無駄なスキャン動作の回避にもつながる。

また、通信局は、ビーコン中のスキャン情報にスキャンを行なわないと記載したチャネルを、仮想的に干渉があるチャネルとして取り扱うようにしてもよい。同様に、ビーコンを受信した通信局側においても、スキャン情報にスキャンが行なわれないと記載されているチャネルを、仮想的に干渉があるチャネルとして取り扱うようにしてもよい。

図１９には、スキャン情報を含んだビーコン情報フォーマットの構成例を示している。但し、同図において、ビーコン情報（Ｂｅａｃｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と記載されているフィールドは、図８に記載したものと略同一の構造なので、ここでは説明を省略する。

同図に示すビーコン情報には、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報が付加されている。図示の例では、スキャン情報は、利用可能なチャネル総数だけのビットで構成され、スキャン動作を行なうチャネルに対応するビット位置に１を、スキャン動作を行なわないチャネルに対応するビット位置に０を、それぞれ記載したビットマップ形式で構成される。図示の例では、ビーコン送信局は、チャネルＣＨ１及びＣＨ４上で選択的にスキャン動作を行なう旨が記載されている。

このように、スキャン情報をビーコン信号により報知することで、各通信局が使用するチャネルが収束され、あるいはネットワーク内で同一にすることができる。この結果、新たな干渉や新規通信局の参入など通信環境に変化がない限り、チャネル移行処理を行なう頻度を低減することができ、効率的なネットワークの運用を図ることができる。

図２０には、通信局が周辺局から受信したスキャン情報に基づいてビーコン送信チャネルを決定するための処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、実際には、通信局として動作する無線通信装置１００内で中央制御部１０３が所定の実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。

まず、周辺局から受信したビーコン中のスキャン情報を集計し、スキャン対象としているチャネルの論理和をとる（ステップＳ１）。例えば、スキャン情報としての各ビットマップをビット位置毎にＡＮＤをとる。

そして、各周辺局がスキャン対象としているチャネルの中から、最も干渉が少ない（すなわち、通信品質が良好な）チャネルを、自局のビーコン送信チャネルとして決定する（ステップＳ２）。

その後、当該通信局は、所定の伝送フレーム周期毎に、選択したビーコン送信チャネル上でビーコンの送信処理を行なうこととなる。

通信局は、通常は第２のスキャン動作モード下で動作し、選択したチャネルのみスキャン動作するが、全チャネル・スキャン周期という長い間隔ではすべてのチャネルをスキャン動作の対象とする。第２のスキャン動作モード下でスキャン動作を行なっていないチャネル上で、ビーコンなど何らかのパケットを受信した場合には、当該チャネル上で定常的なスキャンを再開するものとする。逆に、定常的なスキャンの対象となっているチャネルにおいてビーコンが受信されなくなり、そのままスキャン動作停止期間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）が経過したら、当該チャネルを定常的スキャンの対象外に設定する。このようにして、利用が一定期間認められないチャネルのスキャン動作を適宜停止し、効率的なスキャン動作を行なう。

通信局が、全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌ毎に定期的に第１のスキャン動作モードへ移行し、全チャネルのスキャンを行なう目的は、第２のスキャン動作モード下でスキャンを行なっていないチャネル上で新規参入局を検出することにある。そこで、スキャンの度に新たな端末が発見されない場合には、Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌの値を増やしていき、不要なスキャン動作の頻度を低下させていく。また、新規参入局発生時にはＴ＿ＳｃａｎＡｌｌの値はＴ＿ＳｃａｎＡｌｌＩｎｉｔｉａｌ（＜Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌ）へと初期化し、必要なスキャン動作の頻度を高める。

新規参入局の出現や、通信局の移動（あるいはネットワークの移動）が発生したときには、スキャン動作の必要性が高まるが、その後、ビーコン情報の交換などにより隣接局間の情報認識が定常化してきた場合には、スキャン動作の必要性が低下していく。上述したような、全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌを切り替えていく仕組みにより、スキャン動作の必要性に応じて、全チャネル・スキャンの頻度を減じることができる。

図２１には、通信局が全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌを切り替えていくための処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、実際には、通信局として動作する無線通信装置１００内で中央制御部１０３が所定の実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。

無線通信装置１００は、基本的には第２のスキャン動作モード下で動作しているものとする。そして、スキャン周期が到来すると（ステップＳ１１）、全チャネル・スキャン周期、すなわち前回全チャネルをスキャンしてからＴ＿ＳｃａｎＡｌｌだけ時間が経過したかどうかをチェックする（ステップＳ１２）。

ここで、前回全チャネルをスキャンしてからＴ＿ＳｃａｎＡｌｌが経過していない場合には、第２のスキャン動作モード下で、選択されているチャネル上でのみスキャン動作を行なう（ステップＳ２０）。なお、第２のスキャン動作モード下でスキャン動作を行なうチャネルは、ビーコン中にスキャン情報を記載して報知している（前述）。

一方、前回全チャネルをスキャンしてからＴ＿ＳｃａｎＡｌｌが経過した場合には、第１のスキャン動作モードに遷移して、全チャネルのスキャン動作を実行する（ステップＳ１３）。

チャネルのスキャン動作により、新規通信局を発見しなかった場合には（ステップＳ１４）、チャネル上での周辺局の挙動が定常化し、スキャン動作の必要性が低下したと判断されることから、全チャネル・スキャン動作周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌを所定地だけインクリメントする（ステップＳ２１）。

これに対し、チャネルのスキャン動作により新規通信局を発見した場合には（ステップＳ１４）、チャネル上での周辺局の動作が活発化しており、スキャン動作の必要性が高まったと判断されることから、Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌの値をＴ＿ＳｃａｎＡｌｌＩｎｉｔｉａｌ（＜Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌ）へと初期化する（ステップＳ１５）。

また、第２のスキャン動作モード下でスキャン動作を停止していたチャネル上で新規通信局を発見した場合には（ステップＳ１６）、第２のスキャン動作モード下で当該チャネルを選択し、スキャン動作を再開する（ステップＳ１７）。

また、チャネル上でビーコンが検出されなくなってから、所定時間Ｔ＿ＳｃａｎＳｔｏｐが経過したならば（ステップＳ１８）、もはや当該チャネル上でスキャン動作を行なう必要がなくなったと推定されることから、第２の動作モード下で当該チャネルのスキャン動作を停止する（ステップＳ１９）。

なお、チャネル上でビーコンが検出されなくなる原因として、当該チャネル上で動作していた周辺局が消滅したこと以外に、当該チャネルで干渉が発生し通信品質の劣化によりビーコンを受信できなくなったことが挙げられる。いずれにせよ、本実施形態では、スキャン動作を停止したチャネルは、仮想的な監視チャネルとして扱われる。

以上のようにして、必要性の低くなったスキャンは停止するとともに、再度スキャンが必要な状況が訪れた場合には高い頻度でスキャンを始めるように動作する。この結果、端末の移動がなく安定した状況では無駄なスキャンが無くなり、消費電力削減、通信可能時間の増大という効果を得ることができる。

Ｄ−３．通信対象チャネル：
多数のチャネルが用意されている場合には、そのすべてのチャネルをハンドリングすることは、困難である。例えば、チャネル移行のためのオーバーヘッドが生じ、通信効率が低下する。

そこで、多数の周波数チャネルの中から幾つかのチャネルをピックアップし、そのチャネルに対して通信制御を行なう。例えば、干渉状況などに基づいて、通信対象とするチャネルを一部に限定して通信制御を行なう。

このような場合、通信局は、自局が通信に使用する通信対象チャネルの情報をビーコンに含ませて報知する。そして、隣接局間では通信対象チャネルを考慮してビーコンの送信を行なうよう。

図２２には、通信対象チャネル情報を含んだビーコン情報フォーマットの構成例を示している。但し、同図において、ビーコン情報（Ｂｅａｃｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と記載されているフィールドは、図８に記載したものと略同一の構造なので、ここでは説明を省略する。

同図に示すビーコン情報には、周辺局が互いに通信可能なチャネルを把握する目的で、ビーコンには通信対象として選択された周波数チャネルの識別番号を記載する。図示の例では、通信対象チャネル情報として、チャネルＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ７、ＣＨ９の４チャネルを選択していることが記載されている。新規参入端末は、ビーコン受信により、通信が可能なチャネルを把握し、自らも同一チャネルを選択することでネットワークに参入する。

このように、通信対象チャネル情報をビーコン信号により報知することで、各通信局が使用するチャネルが収束され、あるいはネットワーク内で同一にすることができる。この結果、新たな干渉や新規通信局の参入など通信環境に変化がない限り、チャネル移行処理を行なう頻度を低減することができ、効率的なネットワークの運用を図ることができる。

Ｄ−４．スキャン動作シーケンス
最後に、通信局が複数のチャネルを順次スキャン動作するためのシーケンスについて説明する。但し、図１３に示したような自律分散型の通信環境下で、各通信局Ａ〜Ｄがそれぞれ所定の伝送フレーム周期Ｔ＿ＳＦ間隔で定期的にビーコンを送信していると想定する。また、各通信局Ａ〜Ｄは図１４に示したようなタイミングで各チャネル上にビーコンを配置しているものとする。

図２３には、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の一例を示している。図示の例では、４チャネル構成のマルチチャネルにおいて、各チャネル上で連続的にスキャン動作を行なっている。この場合、伝送フレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）×チャネル数（４）の期間だけ通信の不安定な状態が続いてしまう。

また、図２４には、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の他の例を示している。同図に示す例では、伝送フレーム周期×全チャネル数よりも長い全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌ内で時間的に分散させて、各チャネル上でスキャン動作期間を配置するようにした。この場合、各チャネル上での１回当たりのスキャン動作を１伝送フレーム周期分とし、全チャネル・スキャン周期内で分散して配置している。

図２４に示したようなスキャン動作タイミングの配置方法によれば、ビーコンの受信頻度、周辺端末の情報の更新間隔は同じままで、スキャンによる通信不安定期間を分散させることができる。また、通信の遅延も小さくすることができる。

伝送フレーム周期×全チャネル数よりも長い全チャネル・スキャン周期（Ａｌｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｃａｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）内で時間的に分散させて、各チャネル上でスキャン動作期間を配置することにより、ビーコンの受信頻度、周辺端末の情報の更新間隔は同じままで、スキャンによる通信不安定期間を分散させることができる。

図２４に示した例では、通信局は、各チャネル上での１回当たりのスキャン動作を１伝送フレーム周期としたが、１回当たりのスキャン動作を１伝送フレーム周期よりも短い期間で行なうようにしてもよい。この場合、さらに、チャネル上のスキャン動作が分散するので、スキャンによる通信不安定期間をさらに分散させ、通信の遅延もより小さくすることができる。

例えば、１回当たりのスキャン動作を伝送フレーム周期のＮ分の１の期間とし、全チャネル・スキャン周期内でＮ回の分散したスキャン動作により１チャネル上での１伝送フレーム周期分のスキャンを行なう。全チャネル・スキャン周期内でのあるチャネル上でのｋ回目のスキャン動作では、伝送フレーム周期の先頭から（ｋ−１）／Ｎの時間的位置から開始するようにする（但し、１＜ｋ＜Ｎとする）。

図２５には、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の他の例を示している。同図に示す例では、Ｎ＝２とし、１チャネル上でのスキャン動作を伝送フレーム周期の前半と後半の２つに分割している。この分割により、他のチャネルでの通信が連続して途絶えてしまう期間を短くすることができる。これにより、通信の不安定期間を分散するとともに、通信の遅延を小さくすることが可能になる。

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。

本明細書では、自律分散型の無線ネットワークにおいて、自律分散型のマルチチャネル通信環境下において本発明を適用した場合を主な実施形態として説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、通信範囲内で複数の通信局からビーコンが送信されるともとにスキャン動作を行なうような他の形態の通信システムに対しても、本発明を同様に適用することができる。

要するに、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。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示した図である。 図２は、本発明の一実施形態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無線通信装置の機能構成を模式的に示した図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順を示した図である。 図４は、１チャネル上におけるビーコン送信タイミングの一例を示した図である。 図５は、パケット間隔の定義を示した図である。 図６は、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示した図である。 図７は、伝送フレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成を示した図である。 図８は、ビーコン信号フォーマットの構成例を示した図である。 図９は、利用チャネル数を１つとした場合におけるＮＢＯＩの記述例を示した図である。 図１０は、ある周波数チャネル上において、新規参入局がＮＢＯＩの記述に基づいて既存のビーコンとの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置する様子を示した図である。 図１１は、新規参入局がビーコン間隔のほぼ真中にビーコン送信タイミングを定める様子を示した図である。 図１２は、マルチチャネル構成の無線通信システムの構成を模式的に示した図である。 図１３は、通信範囲内に通信局Ａ〜Ｄが４台だけ存在し、このうち通信局Ａが送信チャネルを選択する様子を示した図である。 図１４は、チャネル１〜チャネル４の４チャネルからなるマルチチャネル通信システムにおいて、通信局Ａ〜Ｄが各チャネル上でビーコン送信タイミングを配置している様子を示した図である。 図１５は、図１４に示したようなビーコン送信時刻、相対的なチャネル配置の場合のビーコン位置情報を示した図である。 図１６は、マルチチャネル上における各通信局のビーコン配置例を示した図である。 図１７は、無線通信装置１００のスキャン動作モードの遷移図である。 図１８は、無線通信装置１００のスキャン動作モードの遷移図である。 図１９は、スキャン情報を含んだビーコン情報フォーマットの構成例を示した図である。 図２０は、通信局が周辺局から受信したスキャン情報に基づいてビーコン送信チャネルを決定するための処理手順を示したフローチャートである。 図２１は、通信局が全チャネル・スキャン周期Ｔ＿ＳｃａｎＡｌｌを切り替えていくための処理手順を示したフローチャートである。 図２２は、通信対象チャネル情報を含んだビーコン情報フォーマットの構成例を示した図である。 図２３は、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の例を示した図である。 図２４は、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の例を示した図である。 図２５は、通信局が各チャネル上でスキャン動作を行なう手順の例を示した図である。

符号の説明

１００…無線通信装置
１０１…インターフェース
１０２…データ・バッファ
１０３…中央制御部
１０４…ビーコン生成部
１０６…無線送信部
１０７…タイミング制御部
１０８…チャネル設定部
１０９…アンテナ
１１０…無線受信部
１１２…ビーコン解析部
１１３…情報記憶部

Claims (30)

1. 複数のチャネルが用意されている無線通信環境下で自律分散的に動作する無線通信装置であって、
   各チャネルにおいて無線データを送受信する通信手段と、
   自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
   前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段と、
   前記通信手段における通信チャネルを制御する通信チャネル制御手段と、
   各チャネルにおいてビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を制御するスキャン動作制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記スキャン動作制御手段は、チャネル上での通信アクティビティに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記スキャン動作制御手段は、チャネル上で最後にビーコンを受信してからの経過時間に応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を減じ、又は当該チャネル上でのスキャン動作を停止する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記スキャン動作制御手段は、チャネル上で新規参入局を検出したことに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を高める、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記スキャン動作制御手段は、スキャン動作停止中のチャネル上で送信信号を検出したことに応じて、当該チャネル又は他のスキャン動作停止中のチャネル上でのスキャン動作を再開する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
6. 前記スキャン動作制御手段は、全チャネルのスキャン動作を行なう第１のスキャン動作モードと、選択されているチャネル上でのスキャン動作のみを行なう第２のスキャン動作モードを備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
7. 前記スキャン動作制御手段は、前記第２のスキャン動作モード下でも、所定期間毎に前記第１のスキャン動作モードに復帰し、全チャネルのスキャン動作を行なう、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記スキャン動作制御手段は、当該装置の電源状態、ユーザ入力、又は当該装置の利用形態に応じて動作モードを選択する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
9. 前記ビーコン信号生成手段は、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報をビーコンに含ませて、自局のスキャン情報を報知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
10. 前記ビーコン信号解析手段は、周辺局から受信したビーコン中のスキャン情報を解析し、
    前記通信チャネル制御手段は、周辺局がスキャン動作を行なうチャネルを自局のビーコン送信用チャネルに設定する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 前記通信チャネル制御手段は、自局又は周辺局がスキャン動作を行なわないチャネルを仮想的に干渉が発生しているチャネルとして扱う、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
12. 前記通信チャネル制御手段は、前記複数のチャネルの中から自局が通信に使用する通信対象チャネルを選択し、
    前記ビーコン信号生成手段は、自局の通信対象チャネル情報をビーコンに含ませて、報知する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
13. 複数のチャネルが用意されている無線通信環境下で自律分散的に動作する無線通信方法であって、
    自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成して報知するビーコン信号報知ステップと、
    周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析ステップと、
    各チャネルにおいてビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を制御するスキャン動作制御ステップと、
    を具備することを特徴とする無線通信方法。
14. 前記スキャン動作制御ステップでは、チャネル上での通信アクティビティに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を調整する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信方法。
15. 前記スキャン動作制御ステップでは、チャネル上で最後にビーコンを受信してからの経過時間に応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を減じ、又は当該チャネル上でのスキャン動作を停止する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
16. 前記スキャン動作制御ステップでは、チャネル上で新規参入局を検出したことに応じて当該チャネル又は全チャネルにおけるスキャン頻度を高める、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
17. 前記スキャン動作制御ステップでは、スキャン動作停止中のチャネル上で送信信号を検出したことに応じて、当該チャネル又は他のスキャン動作停止中のチャネル上でのスキャン動作を再開する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
18. 前記スキャン動作制御ステップでは、全チャネルのスキャン動作を行なう第１のスキャン動作モードと、選択されているチャネル上でのスキャン動作のみを行なう第２のスキャン動作モード間でスキャン動作の頻度を制御する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信方法。
19. 前記スキャン動作制御ステップでは、前記第２のスキャン動作モード下でも、所定期間毎に前記第１のスキャン動作モードに復帰し、全チャネルのスキャン動作を行なう、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信方法。
20. 前記スキャン動作制御ステップでは、当該装置の電源状態、ユーザ入力、又は当該装置の利用形態に応じて動作モードを選択する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信方法。
21. 前記ビーコン信号報知ステップでは、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報をビーコンに含ませて、自局のスキャン情報を報知する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信方法。
22. 前記ビーコン信号解析ステップでは周辺局から受信したビーコン中のスキャン情報を解析し、周辺局がスキャン動作を行なうチャネルを自局のビーコン送信用チャネルに設定する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
23. 自局又は周辺局がスキャン動作を行なわないチャネルを仮想的に干渉が発生しているチャネルとして扱う、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
24. 前記複数のチャネルの中から自局が通信に使用する通信対象チャネルを選択するステップをさらに備え、
    前記ビーコン信号報知ステップでは、自局の通信対象チャネル情報をビーコンに含ませて、報知する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の無線通信方法。
25. 複数のチャネルが用意されている通信環境下において、制御局を配置せずに複数の通信局が自律分散的にネットワークを形成する無線通信システムであって、
    各通信局は、所定の伝送フレーム周期でビーコンを送信して周辺局の存在把握やネットワーク状態の報知を行なうとともに、各チャネル上で周辺局からのビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を自律的に制御する、
    ことを特徴とする無線通信システム。
26. 各通信局は、各チャネルにおいてスキャン動作を行なうかどうかを記述したスキャン情報をビーコンに含ませて、自局のスキャン情報を報知する、
    ことを特徴とする請求項２５に記載の無線通信システム。
27. 通信局は、周辺局がスキャン動作を行なうチャネルを自局のビーコン送信用チャネルに設定する、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の無線通信システム。
28. 通信局は、自局又は周辺局がスキャン動作を行なわないチャネルを仮想的に干渉が発生しているチャネルとして扱う、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の無線通信システム。
29. 通信局は、前記複数のチャネルの中から自局が通信に使用する通信対象チャネルを選択し、自局の通信対象チャネル情報をビーコンに含ませて報知する、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の無線通信システム。
30. 複数のチャネルが用意されている無線通信環境下で自律分散的に動作する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、
    自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成して報知するビーコン信号報知ステップと、
    周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析ステップと、
    各チャネルにおいてビーコン信号の受信を試みるスキャン動作の頻度を制御するスキャン動作制御ステップと、
    を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
    

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