JP2005277633A - 媒体アクセス制御方法及び電力線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、通信帯域を有効活用することができ、また、漏洩電波を抑制し得る媒体アクセス制御方法及びこれを利用した電力線通信方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る、子局と通信を行うための複数個の時間帯を通信を望む子局の個数に応じて備えるスーパフレームを親局が繰り返しネットワークに送信することによって親局及び子局の媒体アクセス制御を行う媒体アクセス制御方法は、親局が、子局からデータの送信を望む旨の通信信号を受信した後にスーパフレームをネットワークに送信し（Ｓ３３）、子局からデータの受信が終了次第スーパフレームの送信を終了する（Ｓ３９）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層における媒体アクセス制御方法及び電力線を伝送路に利用して通信を行う電力線通信方法に関する。

近年、通信技術の進展により様々な技術分野でネットワーク化が進んでおり、建物内の様々な機器がネットワークに接続されつつある。機器をネットワークに接続する場合にケーブルを引き回すことなく接続することができることから、伝送路に無線を用いる無線ＬＡＮが近年普及し始めている。この無線ＬＡＮの通信規格としてＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｂがある。このＩＥＥＥ８０２．１１ａ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルのデータリンク層における媒体アクセス制御（ＭＡＣ；Media Access Control）に所謂ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式が利用されており、複数の子局がそれぞれ通信の空きを狙って親局に対して通信を行うことによって親局と複数の子局との間で通信が行われている。このため、ＷｅｂＢｒｏｗｓｅｒ（ウェブブラウザ）等のデータを通信する場合には、あまり問題とならないが、音声や動画等のストリーミングデータを通信する場合には、通信パケットの遅延による音声の乱れや動画のコマ落ち等が生じるため問題となる。

そこで、所謂ＱｏＳ（Quality of Service）機能を備えたＩＥＥＥ８０２．１１ｅが提唱されている（例えば、非特許文献１）。このＩＥＥＥ８０２．１１ｅでは、ＰＣＦ（Point Coordination Function）とＤＣＦ（Distributed Coordination Function）とを備えたスーパフレーム（Super Frame）と呼ばれる通信フレームを親局が繰り返しネットワークに送信することによって親局と複数の子局と間における媒体アクセス制御を行っている。

ＰＣＦは、子局と通信を行うための複数個の時間帯を通信を望む子局の個数に応じて備える時分割多重（ＴＤＭＡ、Time Division Multiple Access）の非競合期間である。各子局は、自己に割り当てられた時間帯を用いて親局とそれぞれ通信を行うため、通信信号の衝突が回避され、また、各子局は、親局との通信が保証される。このため、このＰＣＦによってＱｏＳ機能が達成され、ストリーミングデータ等のリアルタイム性が要求されるデータの通信に対応することができる。一方、ＤＣＦは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって各子局が親局と通信を行う競合期間である。

一方、電気・電子機器をネットワークに接続する場合に、電気・電子機器に電力を供給する既設の配線（電力線）を利用することから新たな伝送路を布設する必要がないため、電力線通信が利用される場合もある。電力線通信は、このように新たな伝送路を布設する必要がないため、導入に伴う初期費用がその分低廉であり、建物の美観も損ねない、という利点もある。この電力線通信では、配線が本来電力供給を目的とすることから全てのノードに対して通信が保証されているわけではなく、多くの場合、媒体アクセス制御に所謂ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式が採用される。このＣＳＭＡ／ＣＡ方式をそのまま採用するだけではＱｏＳの確保が困難であることから、ＱｏＳを確保するために上述のスーパフレーム方式を電力線通信に適用することが考えられる。
Ａｎｔｏｎｉｏ Ｇｒｉｌｏ，Ｍａｒｉｏ Ｎｕｎｅｓ，"ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＥＥＥ ８０２．１１Ｅ"，［ｏｎｌｉｎｅ］，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １３ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｅｒｓｏｎａｌ，Ｉｎｄｏｏｒ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００２．Ｖｏｌ Ｉ．［平成１６年３月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｘ．ｉｔ．ｐｔ／ｐｉｍｒｃ２００２／＞

ところで、背景技術に係るスーパフレーム方式による媒体アクセス制御方法では、子局がデータの送信を望まない場合でも、親局は、スーパフレームを繰り返し周期的に送信し続ける。ＩＥＥＥ８０２．１１には、パワーマネジメント機能があるが、パワーセーブモードであったとしても、親局は、スーパフレームを繰り返し周期的に送信し続けている。このため、他の媒体アクセス制御方法と共存することができず、通信帯域を有効に活用することができない。

また、電力線通信では、通信信号が電力線を流れると不平衡な伝送路を伝播するためにアンテナ効果によって、電力線から電波が放射され空中を伝播する（漏洩電波）。このため、スーパフレーム方式を電力線通信に適用した場合には、スーパフレームを送信し続けることから、常時、スーパフレームに基づく電波が漏洩することになる。この漏洩電波が他の電気・電子機器に影響を与えてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、通信帯域を有効活用することができ、また、漏洩電波を抑制し得る媒体アクセス制御方法及びこの媒体アクセス制御方法を用いた電力線通信方法を提供することを目的とする。

上述の問題を達成するために、本発明の一態様に係る、子局と通信を行うための複数個の時間帯を通信を望む子局の個数に応じて備えるスーパフレームを親局が繰り返しネットワークに送信することによって親局及び子局の媒体アクセス制御を行う媒体アクセス制御方法は、前記親局が、前記子局からデータの送信を望む旨の通信信号を受信した後に前記スーパフレームを前記ネットワークに送信し、前記子局からデータの受信が終了次第前記スーパフレームの送信を終了することを特徴とする。

そして、上述の媒体アクセス制御方法において、前記親局は、前記子局からデータの受信が終了してから所定回数前記スーパフレームを送信した後に前記スーパフレームの送信を終了することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る、所定の媒体アクセス制御方法によって媒体アクセスの制御を行って電力線を介して通信を行う電力線通信方法は、前記所定の媒体アクセス制御方法が上述のこれら媒体アクセス制御方法であることを特徴とする。

このような媒体アクセス制御方法では、親局は、必要に応じてスーパフレームをネットワークの伝送路に送信し、必要がなくなり次第送信を終了する。このため、他の媒体アクセス制御方法による通信は、このスーパフレームの送信を中断している時間帯を利用することができるから、他の媒体アクセス制御方法と共存することができ、通信帯域を有効に活用することができる。また、このような電力線通信では、必要がなくなり次第スーパフレームの送信を終了するこの媒体アクセス制御方法が採用されるので、スーパフレームによる漏洩電波を抑制することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

（本実施形態の構成）
図１は、実施形態に係るネットワークの構成を示す図である。図２は、親局及び子局の構成を示す図である。図２（Ａ）は、親局の構成を示し、図２（Ｂ）は、子局の構成を示す。

図１において、ローカルエリアネットワーク２０１は、親局（ＢＳＴ）１と、複数の子局（ＳＴＡ）５とを備えて構成され、親局１と複数の子局５とは、無線伝送路によって相互に通信可能に接続される。伝送手段は、例えば、電波、マイクロ波、赤外線及びレーザ光等である。図１には、子局（ＳＴＡａ）５−ａ、子局（ＳＴＡｂ）５−ｂ及び子局（ＳＴＡｃ）５−ｃの３個の子局５が示されている。なお、総称する場合には、添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には、添え字を付した参照符号で示す。

そして、ローカルエリアネットワーク２０１は、外部のネットワークとデータの交換を可能にする観点から、親局１が外部のネットワーク２０２に接続される。ネットワーク２０２は、例えば、電話網、ディジタル通信網及び無線通信網等の通信網であり、所定の通信プロトコルを用いてデータが伝送される。ネットワーク２０２は、例えば、通信プロトコルにＨＴＴＰ（Hyper Text Transfer Protocol）、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）及びＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）等のインターネットプロトコル群が用いられてインターネットを構成する。

親局１は、送信権を管理すると共に必要に応じてスーパフレームをローカルエリアネットワーク２０１に送信する等の、ローカルエリアネットワーク２０１に対し通信制御を行う装置である。親局１は、例えば、図２（Ａ）に示すように、親局側通信インタフェース部１１と、親局側制御部１２と、親局側記憶部１３とを備えて構成される。

親局側通信インタフェース部１１は、送信すべきデータをローカルエリアネットワーク２０１における通信プロトコルの信号形式に変調すると共に受信した通信信号を親局１が取扱い可能なデータ形式に復調する回路である。

親局側記憶部１３は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子、及び、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶素子等を備えて構成される。この不揮発性の記憶素子には、本親局１を動作させるための各種のプログラム、及び、各種のプログラムを実行する際に必要な情報等を記憶する。この揮発性の記憶素子は、親局側制御部１２が実行する各種のプログラムを不揮発性の記憶素子から読み込むと共に、これら各種のプログラムの実行中における各データを一時的に記憶するいわゆるワーキングメモリとなる。そして、親局側記憶部１３は、送信権を与えるべき子局５を管理するポーリングテーブルを記憶するポーリングテーブル記憶部（以下、「ＰＴ記憶部」と略記する。）３１を備える。

親局側制御部１２は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、ＰＴ記憶部３１のポーリングテーブルを用いて送信権の管理を行うと共にスーパフレームの送信の管理をプログラムに基づいて行う。親局側制御部１２は、機能的に、スーパフレームの送信を管理するスーパフレーム管理部（以下、「ＳＦ管理部」と略記する。）２１と、送信権の管理を行う送信権管理部２２と、回数を計数するカウンタ部２３とを備えて構成される。

子局５は、親局１との間でデータを送受信する端末装置である。子局５は、例えば、図２（Ｂ）に示すように、子局側通信インタフェース部５１と、子局側制御部５２と、子局側記憶部５３とを備えて構成される。

子局側通信インタフェース部５１は、親局側通信インタフェース部１１と同様に、送信すべきデータをローカルエリアネットワーク２０１における通信プロトコルの信号形式に変調すると共に受信した通信信号を子局１が取扱い可能なデータ形式に復調する回路である。

子局側制御部５２は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、子局側通信インタフェース部５１の通信制御を行う。子局側制御部５２は、子局側通信インタフェース部５１の出力に基づいてスーパフレームの有無を検出するスーパフレーム検出部（以下、「ＳＦ検出部」と略記する。）６１と、子局側通信インタフェース部５１を用いてスーパフレームにおける割り当てられた時間帯でデータを送受信する送受信処理部６２と、スーパフレームがローカルエリアネットワーク２０１に存在しない場合であって送信すべきデータが生じた場合に、データの送信を望む旨の情報を収容した通信信号（以下、「送信要求信号」と略記する。）を送信する送信要求処理部６３とを備えて構成される。

子局側記憶部５３は、本子局５を動作させるための各種のプログラム及び各種のプログラムを実行する際に必要な情報等を記憶する不揮発性の記憶素子と、ワーキングメモリとなる揮発性の記憶素子とを備えて構成される。

次に、本実施形態の動作について説明する。

（本実施形態の動作）
図３は、子局の動作を示すフローチャートである。図４は、スーパフレームの構造と親局及び各子局間における通信の状況とを対応付けて示すタイムチャートである。図４（Ａ）は、スーパフレームの構造を示すと共に親局のタイムチャートを示し、図４（Ｂ）は、子局ａのタイムチャートを示し、図４（Ｃ）は、子局ｂのタイムチャートを示し、そして、図４（Ｄ）は、子局ｃのタイムチャートを示す。図５は、親局の動作を示すフローチャートである。図６は、ローカルネットネットワークにおけるスーパフレームの送信状況を示す図である。

図３において、子局５の子局側制御部５２は、送信すべきデータが生じると、ＳＦ検出部６１を用いて、ローカルエリアネットワーク２０１にスーパフレームが存在するか否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、スーパフレームは、本実施形態では、背景技術と同様にＩＥＥＥ８０２．１１ｅのスーパフレームである。また、図３及び図５では、スーパフレームは、「ＳＦ」と略記されている。

判断の結果、スーパフレームが存在する場合（有り）には、子局側制御部５２は、送受信処理部６２を用いて、背景技術と同様の手順によりデータを送信する（Ｓ１５）。

即ち、図４において、親局１が送信したスーパフレームの開始を示すビーコン（Beacon）を受信すると、子局側制御部５２は、送受信処理部６２を用いて、ＰＦＣへ参加することを要求する通信信号（アソシエーション要求フレーム、以下、「ＡＳＦ」と略記する。）を親局１へ所定の一定期間（ＡＳＦ期間）内に送信する。親局１の親局側制御部１２は、参加要求の受付け期間であるＡＳＦ期間（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）内にＡＳＦを受信すると、送信権管理部２２を用いて、ＰＦＣへ参加を望む子局５をＰＴ記憶部３１のポーリングテーブルに例えばＡＳＦの受信順に登録する。図４に示す例では、子局５−a、子局５−ｂ及び子局５−ｃの各子局５がポーリングリストに参加すべくＡＳＦを親局１にそれぞれ送信しており、送信権管理部２２は、子局５−a、子局５−ｂ及び子局５−ｃをこの順でポーリングテーブルに登録する。なお、ビーコンは、スーパフレームのサイズ等のスーパフレームを用いた通信に必要な情報を子局へ報知する通信信号であり、また、親局１と子局５とが通信上の同期をとる同期信号でもある。

親局１は、ＳＦ管理部２１を用いて、ポーリングテーブルの登録内容に従って子局５−ａへ、ＳＩＦＳ（Shortest Inter Frame Space）と呼ばれる所定の時間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）の経過後に、子局５−ａに送信権を与える旨の情報を収容した通信信号（以下、「ＣＦ−Ｐｏｌｌ」と略記する。）を送信する（時刻ｔ２）。子局５−ａは、このＣＦ−Ｐｏｌｌを受信すると、その送受信処理部６２−ａを用いて、自局に送信権が与えられたことを認識し、ＣＦ−Ｐｏｌｌの受信完了時刻（時刻ｔ３）からＳＩＦＳ時間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）の経過後に、データを送信し、そして、ＡＣＫ信号（Acknowledge信号、図４では、「ＣＦ−ＡＣＫ」）を送信する。

そして、親局１は、子局５−ａからデータ及びＡＣＫ信号を受信すると、ＳＦ管理部２１を用いて、ポーリングテーブルの登録内容に従って子局５−ｂへ、ＳＩＦＳ時間（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）の経過後に、子局５−ｂに送信権を与えるＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する（時刻ｔ６）。子局５−ｂは、このＣＦ−Ｐｏｌｌを受信すると、その送受信処理部６２−ｂを用いて、自局に送信権が与えられたことを認識し、ＣＦ−Ｐｏｌｌの受信完了時刻（時刻ｔ７）からＳＩＦＳ時間（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）の経過後に、データを送信し、そして、ＡＣＫ信号を送信する。

さらに、親局１は、子局５−ｂからデータ及びＡＣＫ信号を受信すると、ＳＦ管理部２１を用いて、ポーリングテーブルの登録内容に従って子局５−ｃへ、ＳＩＦＳ時間（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）の経過後に、子局５−ｃに送信権を与えるＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する（時刻ｔ１０）。子局５−ｃは、このＣＦ−Ｐｏｌｌを受信すると、その送受信処理部６２−ｃを用いて、自局に送信権が与えられたことを認識し、ＣＦ−Ｐｏｌｌの受信完了時刻（時刻ｔ１１）からＳＩＦＳ時間（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２）の経過後に、データを送信し、そして、ＡＣＫ信号を送信する。

そして、親局１は、子局５−ｃからデータ及びＡＣＫ信号を受信すると、ＳＦ管理部２１を用いて、ポーリングテーブルに登録された全ての子局５に送信権を付与したので、ＰＣＦを終了すべくＳＩＦＳ時間（時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４）の経過後に、ＰＣＦを終了する旨の通信信号（以下、「ＣＦ−Ｅｎｄ」と略記する。）を各子局５に送信する（時刻ｔ１４）。

親局１のＣＦ−Ｅｎｄの送信及び各子局５のＣＦ−Ｅｎｄの受信が終了すると（時刻ｔ１５）、ＰＣＦが終了すると共にＤＣＦが開始され、各子局５は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって親局１と競合的に通信を行う。

このようにスーパフレームのＰＣＦには、通信を望む子局５の個数に応じた、子局と通信を行うための複数個の時間帯が用意され、各子局５は、自局に割り当てられた時間帯で親局１と通信を行う。図４に示す例では、ＰＣＦには、通信を望む３個の子局５−ａ、５−ｂ、５−ｃに応じた３個の時間帯、時刻ｔ２〜時刻ｔ５の第１時間帯、時刻ｔ６〜時刻ｔ９の第２時間帯及び時刻ｔ１０〜時刻ｔ１３の第３時間帯が用意される。子局５−ａは、自局に割り当てられた第１時間帯を用いて親局１と通信を行い、子局５−ｂは、自局に割り当てられた第２時間帯を用いて親局１と通信を行い、そして、子局５−ｃは、自局に割り当てられた第３時間帯を用いて親局１と通信を行う。このため、各子局５の通信が保証されＱｏＳ機能が達成され、各子局５にとって優先度の高いデータの通信が保証される。例えば、ストリーミングデータ等のリアルタイム性が要求されるデータの通信が保証される。

ここで、子局５は、１個のスーパフレームのＰＣＦに割り当てられた時間帯で送信すべきデータを全て送信することができない場合には、ＰＣＦに続くＤＣＦで送信を行うか、次のスーパフレームのＰＣＦに割り当てられた時間帯で送信する。このように各子局５において送信すべきデータが無くなるまで、親局１は、スーパフレームの送信を続けるが、子局５の中には、他の子局５よりも先に送信すべきデータが無くなる場合がある。このような場合には、送信すべきデータが無くなった子局５は、親局１からＣＦ−Ｐｏｌｌを受信するとＡＣＫ信号のみを親局１に返信する。

図３に戻って、一方、処理Ｓ１１における判断の結果、ローカルエリアネットワーク２０１にスーパフレームが存在しない場合（無し）には、子局５の子局側制御部５２は、送信要求処理部６３を用いて、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって媒体アクセス制御を行って、データの送信を要求すべく送信要求信号を親局１へ送信する（Ｓ１２）。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、周知のように、データを送信しようとするノードが所定時間以上継続して伝送路に通信信号が無いことを確認してからデータを送信し、受信側からのＡＣＫ信号を受信することによってデータが正しく送信されたことを確認し、ＡＣＫ信号が受信されない場合にはデータの再送信を行う方法である。この待ち時間である所定時間は、最小限の時間にランダムな長さの時間を加えた時間で、直前の通信があってから伝送路に接続されている複数のノードが一斉に送信する事態を防止するための時間である。

そして、子局側制御部５２は、親局１がスーパフレームの送信を再開したか否かの判断を繰り返す（Ｓ１３）。本実施形態では、子局側制御部５２は、ＳＦ検出部６１を用いて、スーパフレームの開始を告げるビーコンが受信されたか否かの判断を繰り返す。

図５において、親局１の親局側制御部１２は、例えば、ローカルエリアネットワーク２０１に配置され起動されると、送信要求信号の受信を待機する受信待機状態となっており（Ｓ３１）、送信要求信号を受信すると、ＳＦ管理部２１を用いて、スーパフレームによる送信権の管理を開始し（Ｓ３２）、スーパフレームの送信を開始する（Ｓ３３）。

図３に戻って、子局５の子局側制御部５２は、処理Ｓ１３でＳＦの送信が開始（再開）されたと判断すると、上述したようにＡＳＦ期間内にＡＳＦを送信し、ＰＣＦの自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する（Ｓ１４）。子局側制御部５２は、全てのデータを送信すると、子局５に送信すべきデータがないことを親局１に通知すべく、沈黙を続けたり、全てのデータを送信した旨の通信信号を親局１に送信したりする。本実施形態では、子局側制御部５２は、送受信処理部６２を用いて、親局１からＰＣＦにおいて送信されたＣＦ−Ｐｏｌｌの受信に対しＡＣＫ信号のみを返信する。

図５に戻って、親局１の親局側制御部１２は、ＳＦ管理部２１を用いて、ＰＴ記憶部３１のポーリングテーブルに登録されている全ての子局５からデータの受信を終了したか否かを判断する（Ｓ３４）。この判断は、本実施形態におけるスーパフレームでは、ＰＣＦにおけるＣＦ−Ｐｏｌｌに対し全ての子局５からＡＣＫ信号のみを受信したか否かによって行われる。全ての子局５からＡＣＫ信号のみを受信した判断すると、ＰＴ記憶部３１のポーリングテーブルに登録されている全ての子局５において、送信すべきデータが子局５に無いと判断され、全ての子局５からデータの受信が終了したと判断される。

判断の結果、データの受信が終了していない場合（Ｎｏ）には、親局側制御部１２は、ＳＦ管理部２１を用いてスーパフレームを送信し（Ｓ４０）、処理Ｓ３４を実行する。即ち、データの受信が終了していない間は、親局１は、スーパフレームを継続的に送信を続ける。一方、判断の結果、データの受信が終了している場合（Ｙｅｓ）には、親局側制御部１２は、カウンタ部２３を用いて、そのカウント変数を「０」に初期化し、スーパフレームの送信回数のカウント（計数）を開始する（Ｓ３５）。カウント変数は、スーパフレームの送信回数をカウントする変数である。

親局側制御部１２は、ＳＦ管理部２１を用いて、スーパフレームをローカルエリアネットワーク２０１に送信すると共に、カウント変数をカウントアップする（Ｓ３６）。次に、親局側制御部１２は、子局５から送信要求受付時間帯に送信要求があるか否かを判断する（Ｓ３７）。この判断は、本実施形態におけるスーパフレームでは、ＡＳＦ期間内に子局５からＡＳＦを受信したか否かによって判断される。親局１は、子局５からＡＳＦを受信すると送信要求があると判断する。なお、送信要求信号を受信した場合も送信要求があると判断してもよい。

判断の結果、送信要求がある場合（有り）には、親局側制御部１２は、ＳＦ管理部２１を用いて、上述したように、ＰＴ記憶部３１のポーリングテーブルに送信要求した子局５を登録し、スーパフレームのＰＣＦ及びＤＣＦで子局５と通信を行い（Ｓ４１）、処理を処理Ｓ３４に戻す。

一方、判断の結果、送信要求が無い場合（無し）には、親局側制御部１２は、カウンタ部２３がカウントアウトしたか否かを判断する（Ｓ３８）。判断の結果、カウントアウトしていない場合（Ｎｏ）には、親局側制御部１２は、処理を処理Ｓ３６に戻し、カウントアウトしている場合（Ｙｅｓ）には、親局側制御部１２は、スーパフレームをローカルエリアネットワーク２０１に送信することを止めることによって、スーパフレームによる送信権の管理を中断し（Ｓ３９）、処理を処理Ｓ３１に戻す。即ち、カウンタ部２３がカウントアウトするまで、データの受信が終了した後においてもスーパフレームがローカルエリアネットワークに所定の回数だけ周期的に繰り返し送信され、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が継続され、カウンタ部２３がカウントアウトすると、スーパフレームの送信が中止され、送信要求信号が受信されるまでスーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断される。

なお、カウンタ部２３がカウントアウトするまでの回数は、例えば、２回、３回、あるいは、５回に適宜に設定され、スーパフレームは、子局５からのデータ受信の終了後においもこの回数だけ周期的に繰り返し送信される。この回数が多いと、子局５は、送信要求信号を送信することなく直ちにスーパフレームのＡＳＦ期間内にＡＳＦを送信することによって迅速にデータを送信することができる一方、スーパフレームサイクルの中断期間が圧迫されることになる。このため、この回数は、例えば、子局５の通信頻度と通信帯域の効率的な利用とスーパフレームによる漏洩電波との兼ね合い等から適宜に設計される。本実施形態では、２回に設定される。

例えば、図６において、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断されている間に、子局（ＳＴＡａ）５−ａがデータの送信を望む場合には、まず、処理Ｓ１１及び処理Ｓ１２により、子局５−ａは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をローカルエリアネットワーク２０１に送信する。処理Ｓ３１乃至処理Ｓ３４及び処理Ｓ４０により、この送信要求信号を受信した親局（ＢＳＴ）１は、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を再開すべく、スーパフレームの送信を再開する。即ち、本実施形態のスーパフレーム方式では、ビーコンが送信される。親局１は、ビーコンを受信した子局５から必要に応じて送信されたＡＳＦを受信することによって、ＡＳＦを送信した子局５をポーリングテーブルに登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、処理Ｓ１３及び処理Ｓ１４により、子局５−ａは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、スーパフレームのＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。

データの送信が終了すると、処理Ｓ３５乃至処理Ｓ３９により、親局１は、カウンタ部２３でスーパフレームのカウントを始めてカウントアウトするまで、送信権を管理するためのデータだけが収容され送信すべき実データのない空のスーパフレームをローカルエリアネットワーク２０１に送信し、この間に子局５から送信要求がない場合にはスーパフレームの送信を中止し、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断する。

そして、子局（ＳＴＡｃ）５−ｃに送信すべきデータが生じると、処理Ｓ１１及び処理Ｓ１２により、子局５−ｃは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をローカルエリアネットワーク２０１に送信する。処理Ｓ３１乃至処理Ｓ３４及び処理Ｓ４０により、この送信要求信号を受信した親局１は、スーパフレームの送信を開始し、子局５−ｃからＡＳＦを受信することによってポーリングテーブルに子局５−ｃを登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、処理Ｓ１３及び処理Ｓ１４により、子局５−ｃは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、このＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。

データの送信が終了すると、処理Ｓ３５乃至処理Ｓ３９により、親局１は、カウンタ部２３でスーパフレームのカウントを始めてカウントアウトするまで、空のスーパフレームをローカルエリアネットワーク２０１に送信し、この間に子局５から送信要求がない場合にはスーパフレームの送信を中止し、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断する。

このように本実施形態におけるスーパフレーム方式による媒体アクセス制御では、親局１は、通常、スーパフレームの送信を中断してスーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断し、子局５からの送信要求信号を待ってスーパフレームの送信を再開する。このため、他の媒体アクセス制御方法による通信は、このスーパフレームの送信を中断している中断期間を利用することができるから、他の媒体アクセス制御方法と共存することができ、通信帯域を有効に活用することができる。また、子局５から実データの送信が終了後も所定回数スーパフレームを送信するので、この間にデータを送信しようとする子局５は、迅速に送信権の付与を受け、データを送信することができる。さらに、このようなスーパフレームによる媒体アクセス制御を電力線通信に適用することによって、必要がなくなり次第スーパフレームの送信を終了するので、スーパフレームによる漏洩電波を抑制することができる。

なお、上述において親局１が子局５へ送信すべきデータがある場合、スーパフレームサイクルによる送信権を管理している場合には送信するスーパフレームを用いて、あるいは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断している場合には送信を再開したスーパフレームを用いて、親局１は、ＰＣＦにおけるＣＦ−Ｐｏｌｌに送信すべきデータを埋め込んで送信したり、ＤＣＦにおいてＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって競合的に通信を行って子局５へデータを送信したりする。

次に、このようなスーパフレームによる媒体アクセス制御を電力線通信に適用した場合について説明する。

電力線通信では、電力線を利用するため、第１に、電力線に接続される電気・電子機器が発生するノイズ、及び、電気・電子機器が接続されることによる電力線のインピーダンスの低下等により、伝送環境が悪化し、通信エラー率が増大し、場合によっては通信不可能な状況が生じてしまう。そして、伝送環境は、電気・電子機器の電力線への接続状況（抜き差し）や電気・電子機器の稼動状態に応じてダイナミックに変化してしまい、その結果、通信の可否の状況もダイナミックに変化してしまう。また、第２に、電力線は、分電盤から各コンセントへ一般に分岐されるので、通信を行う子局同士がたとえ見通せる場所に在ったとしても、電力線の実配線長が長くなることがある。そのため、送受信信号の減衰量が大きくなる結果、受信に充分な強度（受信レベル）が得られず通信不可能な状況が生じてしまう。さらに、第３に、１本の中性線Ｎ及び中性線Ｎと１００Ｖの電位差がある２本の電圧線Ｌ１、Ｌ２からなる単相３線式で一般に給電されるため、電力線の分電盤から各コンセントへの分岐は、中性線Ｎと電圧線Ｌ１との線間１００Ｖ、中性線Ｎと電圧線Ｌ２との線間１００Ｖ、及び、電圧線Ｌ１と電圧線Ｌ２との線間２００Ｖの３組の組み合わせのうちの何れかで接続される。このため、コンセントに接続される子局同士が互いに異なる相に接続される場合があり、その結果、通信不可能になってしまう。このため、電力線通信では、通信信号を中継する中継局がネットワークに配置される場合が多い。

図７は、実施形態に係る電力線通信の場合におけるネットワークの構成を示す図である。図７において、電力線通信の場合におけるネットワーク２０３は、親局（ＢＳＴ）１と、複数の子局（ＳＴＡ）５と、１又は複数の中継局（ＲＰＴ）６とを備えて構成される。ローカルエリアネットワーク２０１は、外部のネットワークとデータの交換を可能にする観点から、親局１が外部のネットワーク２０２に接続される。

図７には、子局（ＳＴＡａａ）５−ａａ、子局（ＳＴＡａｂ）５−ａｂ、子局（ＳＴＡａｃ）５−ａｃ、子局（ＳＴＡｂａ）５−ｂａ、子局（ＳＴＡｂｂ）５−ｂｂ、子局（ＳＴＡｂｃ）５−ｂｃ、子局（ＳＴＡｃａ）５−ｃａ、子局（ＳＴＡｃｂ）５−ｃｂ、子局（ＳＴＡｃｃ）５−ｃｃ、子局（ＳＴＡｄａ）５−ｄａ、子局（ＳＴＡｄｂ）５−ｄｂ及び子局（ＳＴＡｄｃ）５−ｄｃの１２個の子局５が示され、中継局（ＲＰＴａ）６−ａ、中継局（ＲＰＴｂ）６−ｂ及び中継局（ＲＰＴｃ）６−ｃの３個の中継局６が示されている。

そして、これら親局１、子局５及び中継局６は、親局１に３個の子局５−ａａ、子局５−ａｂ、子局５−ａｃ及び２個の中継局６−ａ及び中継局６−ｂが電力線を介してそれぞれ接続され、中継局６−ａに３個の子局５−ｂａ、子局５−ｂｂ及び子局５−ｂｃが電力線を介してそれぞれ接続され、中継局６−ｂに３個の子局５−ｄａ、子局５−ｄｂ、子局５−ｄｃ及び１個の中継局６−ｃが電力線を介してそれぞれ接続され、中継局６−ｃに３個の子局５−ｃａ、子局５−ｃｂ及び子局５−ｃｃが電力線を介してそれぞれ接続され、ネットワーク・トポロジとして親局１をルートとするツリー構造を構成する。また、中継局６−ａ、子局５−ｂａ、子局５−ｂｂ及び子局５−ｂｃは、サブネットワーク３０１を構成し、中継局６−ｃ、子局５−ｃａ、子局５−ｃｂ及び子局５−ｃｃは、サブネットワーク３０３を構成し、中継局６−ｂ、子局５−ｄａ、子局５−ｄｂ、子局５−ｄｃ及びサブネットワーク３０３は、サブネットワーク３０２を構成する。

親局１及び子局５は、親局側通信インタフェース部１１及び子局側通信インタフェース部５１が電力線通信に対応するものであるが、その構成は、図２を用いて説明した上述と同様であるので、その説明を省略する。

中継局６は、親局１と子局５又は他の中継局６との間で通信信号を中継するノードである。中継局６は、サブネットワーク内の子局５及び中継局６（下流側の中継局６）に対しては、親局１と同様に動作する。即ち、中継局６は、サブネットワーク内から送信要求信号を受付けると、サブネットワーク内にスーパフレームを送信することによってサブネットワーク内の子局５及び中継局６の送信権を管理し、サブネットワーク内の子局５及び中継局６との通信が終了すると所定回数だけスーパフレームを送信した後にスーパフレームの送信を中断する。そして、中継局６は、親局１及び上流側の中継局６に対しては、子局５と同様に動作する。即ち、サブネットワーク内の子局５及び中継局６から親局１に送信すべきデータを受信すると、スーパフレームが親局１及び上流側の中継局６から送信されているか否かの検出を行い、スーパフレームの送信が中断されている場合には、送信要求信号を親局１及び上流側の中継局６に送信し、スーパフレームの送信が再開されると、自局に割り当てられた時間帯を用いてデータの送信を行う。

そのため、中継局６は、親局側通信インタフェース部１１及び子局側通信インタフェース部５１と同様のサブネットワーク内向け中継局側通信インタフェース部（不図示）及びサブネットワーク外向け中継局側通信インタフェース部（不図示）と、親局側制御部１２と同様のサブネットワーク内向け中継局側制御部（不図示）と、子局側制御部５２と同様のサブネットワーク外向け中継局側制御部（不図示）と、親局側記憶部１３と同様のサブネットワーク内向け中継局側制御部用の第１中継局側記憶部（不図示）と、子局側記憶部５３と同様のサブネットワーク外向け中継局側制御部用の第２中継局側記憶部（不図示）とを備えて構成される。

なお、親局１をルートとするツリー構造において、親局１側を上流側と呼称し、ツリー構造の末端側を下流側と呼称することとする。

例えば、親局１と直接的に通信可能な子局５−ａａ、５−ａｂ、５−ａｃは、上述の子局５−ａや子局５−ｃと同様に動作することによって、親局１と通信を行う。

また例えば、中継局６−ａを介して親局１と間接的に通信可能な子局５−ｂａ、５−ｂｂ、５−ｂｃでは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断されている間に、これら子局５−ｂａ、５−ｂｂ、５−ｂｃ、例えば子局５−ｂｂがデータの送信を望む場合には、まず、子局５−ｂｂは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をサブネットワーク３０１に送信する。この送信要求信号を受信した中継局６−ａは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を再開すべく、スーパフレームの送信を再開する。中継局６−ａは、ビーコンを受信した子局５から必要に応じて送信されたＡＳＦを受信することによって、ＡＳＦを送信した子局５をポーリングテーブルに登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、子局５−ｂｂは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、スーパフレームのＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。その一方では、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断されている間に、サブネットワーク３０１内の子局５からデータを受信すると、中継局６−ａは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をローカルエリアネットワーク２０３に送信する。この送信要求信号を受信した親局１は、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を再開すべく、スーパフレームの送信を再開する。親局１は、ビーコンを受信した中継局６−ａや子局５−ａａ、５−ａｂ、５−ａｃから必要に応じて送信されたＡＳＦを受信することによって、ＡＳＦを送信した中継局６や子局５をポーリングテーブルに登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、中継局６−ａは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、スーパフレームのＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。

そして、サブネットワーク３０１内の子局５におけるデータの送信が終了すると、中継局６−ａは、カウンタ部２３でスーパフレームのカウントを始めてカウントアウトするまで、空のスーパフレームをサブネットワーク３０１に送信し、この間にサブネットワーク３０１内の子局５から送信要求がない場合にはスーパフレームの送信を中止し、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断する。

また例えば、中継局６−ｃ及び中継局６−ｂを介して親局１と間接的に通信可能な子局５−ｃａ、５−ｃｂ、５−ｃｃでは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断されている間に、これら子局５−ｃａ、５−ｃｂ、５−ｃｃ、例えば子局５−ｃｃがデータの送信を望む場合には、まず、子局５−ｃｃは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をサブネットワーク３０３に送信する。この送信要求信号を受信した中継局６−ｃは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を再開すべく、スーパフレームの送信を再開する。中継局６−ｃは、ビーコンを受信した子局５−ｃａ、５−ｃｂ、５−ｃｃから必要に応じて送信されたＡＳＦを受信することによって、ＡＳＦを送信した子局５をポーリングテーブルに登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、子局５−ｃｃは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、スーパフレームのＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。その一方では、スーパフレームサイクルによる送信権の管理が中断されている間に、サブネットワーク３０３内の子局５からデータを受信すると、中継局６−ｃは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信要求信号をサブネットワーク３０２に送信する。この送信要求信号を受信した中継局６−ｂは、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を再開すべく、スーパフレームの送信を再開する。中継局６−ｂは、ビーコンを受信した中継局６−ｃや子局５−ｄａ、５−ｄｂ、５−ｄｃから必要に応じて送信されたＡＳＦを受信することによって、ＡＳＦを送信した中継局６−ｃや子局５をポーリングテーブルに登録し、ＰＣＦに時間帯を割り当て、ＣＦ−Ｐｏｌｌを送信する。そして、中継局６−ｃは、ＣＦ−Ｐｏｌｌを受信し、スーパフレームのＰＣＦにおける自局に割り当てられた時間帯を用いてデータを送信する。そして、中継局６−ｃからデータを受信した中継局６−ｂは、同様に動作することによって、親局１にデータを中継する。このように動作することによって子局５−ｃｃが送信したデータは、中継局６−ｃ及び中継局６−ｂによって中継され、親局１に送信される。

そして、サブネットワーク３０３内の子局５におけるデータの送信が終了すると、中継局６−ｃは、カウンタ部２３でスーパフレームのカウントを始めてカウントアウトするまで、空のスーパフレームをサブネットワーク３０３に送信し、この間にサブネットワーク３０３内の子局５から送信要求がない場合にはスーパフレームの送信を中止し、スーパフレームサイクルによる送信権の管理を中断する。

このように本実施形態におけるスーパフレーム方式による媒体アクセス制御を電力線通信に適用した場合には、他の媒体アクセス制御方法との共存や通信帯域の有効活用のほか、さらに、必要がなくなり次第スーパフレームの送信を終了するので、スーパフレームによる漏洩電波を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、子局５が迅速にデータを送信することができるようにする観点から、子局５から実データの送信が終了後も所定回数スーパフレームを送信するように構成したが、通信帯域をより活用する観点や漏洩電波をより抑制する観点から、子局５から実データの送信が終了次第スーパフレームの送信を中断するように構成してもよい。

そして、上述の実施形態に係る中継局６は、サブネットワーク内の子局５及び中継局６（下流側の中継局６）に対しては親局１と同様に動作する一方、親局１及び上流側の中継局６に対しては子局５と同様に動作する再生中継局であったが、サブネットワーク内の子局５及び中継局６からの通信信号を増幅してから親局１及び上流側中継局６へ送信すると共に、親局１及び上流側中継局６からの通信信号を増幅してからサブネットワーク内の子局５及び中継局６へ送信する増幅中継局であってもよい。

また、上述の実施形態では、スーパフレームは、ＰＣＦとＤＣＦとを備えて構成されているが、ＰＣＦのみのスーパフレームでもよい。

さらに、ダウンリンク（Down-Link）の通信を行うためのダウンリンク時間帯と、アップリンク（Up-Link）の通信を行うためのアップリンク時間帯と、子局５が送信の開始を要求する場合に送信の要求を行うための送信要求受付時間帯とから成るスーパフレームを、ネットワーク・トポロジの所定単位ごとに構成し、さらに、ネットワーク・トポロジと相関させてこれらを入れ子構造にしたスーパフレームを用いてもよい。ここで、ダウンリンクは、上流側から下流側への通信、即ち、親局１から子局５及び中継局６への通信であり、アップリンクは、下流側から上流側への通信、即ち、子局５及び中継局６から親局１への通信である。

図８は、他のスーパフレームの構造を示す図である。例えば、図７に示すツリー構造のローカルエリアネットワーク２０３では、図８に示すように、まず、中継局６−ｃに接続される３個の子局５−ｃａ、子局５−ｃｂ、子局５−ｃｃのために中継局６−ｃのスーパフレーム（ＲＰＴ−ｃのＳＦ）が構成される。この中継局６−ｃのスーパフレームを入れ子にして、中継局６−ｂに接続される中継局６−ｃ及び３個の子局５−ｄａ、子局５−ｄｂ、子局５−ｄｃのために中継局６−ｂのスーパフレーム（ＲＰＴ−ｂのＳＦ）が構成され、また、中継局６−ａに接続される３個の子局５−ｂａ、子局５−ｂｂ、子局５−ｂｃのために中継局６−ａのスーパフレーム（ＲＰＴ−ａのＳＦ）が構成される。そして、これら中継局６−ａのスーパフレーム及び中継局６−ｂのスーパフレームを入れ子にして、親局１に接続される中継局６−ａ、中継局６−ｂ及び３個の子局５−ａａ、子局５−ａｂ、子局５−ａｃのために親局１のスーパフレーム（ＢＳＴのＳＦ）が構成される。

このような構造のスーパフレームにおいて、子局５がデータを送信する場合には、このネットワークに流れるスーパフレームサイクルにおける、当該子局５に対するネットワーク・トポロジ上の直上に位置する中継局６のスーパフレームの送信要求受付時間帯に送信要求をリクエストし、これが順次にスーパフレームの入れ子構造を遡って親局１に到達する。送信要求のリクエストを受けた親局１は、管理しているポーリングテーブルに送信要求のリクエストを登録し、スーパフレーム内のアップリンク時間帯に当該子局５が送信するための時間帯を割り当てる。当該子局５は、この割り当てられたアップリンク時間帯を用いて親局にデータを送信する。

実施形態に係るネットワークの構成を示す図である。 親局及び子局の構成を示す図である。 子局の動作を示すフローチャートである。 スーパフレームの構造と親局及び各子局間における通信の状況とを対応付けて示すタイムチャートである。 親局の動作を示すフローチャートである。 ローカルネットネットワークにおけるスーパフレームの送信状況を示す図である。 実施形態に係る電力線通信の場合におけるネットワークの構成を示す図である。 他のスーパフレームの構造を示す図である。

符号の説明

１ 親局
５ 子局
６ 中継局
１１ 親局側通信インタフェース部
１２ 親局側制御部
１３ 親局側記憶部
２１ スーパフレーム管理部
２２ 送信権管理部
２３ カウンタ部
３１ ポーリングテーブル記憶部
５１ 子局側通信インタフェース部
５２ 子局側制御部
５３ 子局側記憶部
６１ スーパフレーム検出部
６２ 送受信処理部
６３ 送信要求処理部
２０１、２０３ ローカルエリアネットワーク
２０２ ネットワーク
３０１、３０２、３０３ サブネットワーク

Claims (3)

1. 子局と通信を行うための複数個の時間帯を通信を望む子局の個数に応じて備えるスーパフレームを親局が繰り返しネットワークに送信することによって親局及び子局の媒体アクセス制御を行う媒体アクセス制御方法において、
   前記親局は、前記子局からデータの送信を望む旨の通信信号を受信した後に前記スーパフレームを前記ネットワークに送信し、前記子局からデータの受信が終了次第前記スーパフレームの送信を終了すること
   を特徴とする媒体アクセス制御方法。
2. 前記親局は、前記子局からデータの受信が終了してから所定回数前記スーパフレームを送信した後に前記スーパフレームの送信を終了すること
   を特徴とする請求項１に記載の媒体アクセス制御方法。
3. 所定の媒体アクセス制御方法によって媒体アクセスの制御を行って電力線を介して通信を行う電力線通信方法において、
   前記所定の媒体アクセス制御方法は、請求項１又は請求項２に記載の媒体アクセス制御方法であること
   を特徴とする電力線通信方法。

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