JP2006287980A

JP2006287980A - 通信装置

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Publication number: JP2006287980A
Application number: JP2006185879A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takagi; 雅裕高木; Taijiyo Nishibayashi; 泰如西林; Yoriko Utsunomiya; 依子宇都宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP4444244B2

Abstract

【課題】、既存の装置との共存が可能であって、しかもフレームフォーマットの効率化により複数のフレームを送信することに伴うオーバヘッドを解消して通信の実質的なスループットを向上できる通信装置を提供すること。
【解決手段】一つのＭＡＣヘッダと複数のＭＡＣフレームとを含む単一の物理フレームを構築する物理フレーム構築手段と、前記物理フレームを宛先の通信装置に送信する送信手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理層のキャリアセンス情報とＭＡＣ層のキャリアセンス情報に基づいて媒体アクセス制御を行なう通信装置に関する。

同一の媒体を共有して通信を行なう複数の通信装置がどのように媒体を利用して通信データを送信するかを決めるのが、媒体アクセス制御(MAC: Media Access Control)である。媒体アクセス制御は、同時に二つ以上の通信装置が同一の媒体を利用して通信データの送信を行なった結果、受信側の通信装置が通信データを分離できなくなる事象（衝突）がなるべく少なくなり、一方、送信要求を持つ通信装置が存在するにもかかわらず媒体がいずれの通信装置によっても利用されない事象がなるべく少なくなるように、通信装置から媒体へのアクセスを制御するための技術である。

しかし、特に無線通信においては、通信装置がデータを送信しながら同時に送信データをモニタすることは困難であることから、衝突検出を前提としない媒体アクセス制御（ＭＡＣ）が必要である。無線ＬＡＮの代表的な技術標準であるIEEE802.11はＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を採用している。IEEE802.11のＣＳＭＡ／ＣＡでは、ＭＡＣフレームのヘッダに、該フレームに続く一つ以上のフレーム交換からなる一連のシーケンスが終了するまでの期間(Duration)が設定される。この期間において、該シーケンスに関係がなく送信権を持たない通信装置は、媒体の仮想的な占有状態を判断することにより、送信を待機する。したがって、衝突の発生が回避される。一方、該シーケンスで送信権を持つ通信装置は、実際に物理媒体が占有されている期間を除き、媒体は使用されていないものと認識する。IEEE802.11では、このようなＭＡＣ層の仮想キャリアセンスと、物理層の物理キャリアセンスとの組み合わせによって媒体の状態を判定し、媒体アクセスを制御する旨が規定されている。

ＣＳＭＡ／ＣＡを採用しているIEEE802.11は、これまで主として物理層プロトコルを変更することによって通信速度の高速化を図ってきた。２．４ＧＨｚ帯についてはIEEE802.11（１９９７年、２Ｍｂｐｓ）からIEEE802.11b（１９９９年、１１Ｍｂｐｓ）へ、そしてIEEE802.11g（２００３年、５４ＭＨｚ）へと変遷している。５ＧＨｚ帯については、今のところIEEE802.11a（１９９９年、５４ＭＨｚ）のみが標準として存在する。そして、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の両方で更なる高速化を目指す標準規格を策定するためにIEEE802.11 TGn(Task Group n)が既に設立されている。
米国特許第５３２９５３１号明細書

通信速度の高速化の実現において既存の規格と同一の周波数帯を用いるのであれば、新たに提供される通信装置は、既存の規格に従う通信装置との共存が可能であって、後方互換性も維持されることが好ましい。したがって、ＭＡＣ層のプロトコルは基本的には既存の規格と整合するＣＳＭＡ／ＣＡに従うのが良いと考えられる。この場合、ＣＳＭＡ／ＣＡに係わる時間的なパラメータ、例えばフレーム間の時間間隔(IFS: Interframe Space)やバックオフ期間を既存の規格と揃える必要がある。

ここで、物理層に関して通信速度の高速化を図れたとしても、通信の実質的なスループットを向上できないという問題点がある。すなわち、物理層の高速化が実現された場合、ＰＨＹフレームのフォーマットはもはや効率的ではなくなり、このことに起因するオーバヘッドがスループットの向上を阻害すると考えられる。ＰＨＹフレームにおいて、ＣＳＭＡ／ＣＡに係わる時間的なパラメータはＭＡＣフレームに固定的に付随している。また、ＰＨＹフレームヘッダは各ＭＡＣフレーム毎にそれぞれ必要である。

オーバヘッドを削減してスループットを向上させる方法の一つとして、最近のdraft IEEE802.11e draft 5.0 (IEEE802.11のQoS強化) で導入されたBlock ACKがある。これを用いれば、バックオフ無しで複数のMACフレームを連続的に送信できるため、バックオフの量は削減できるが、物理層のヘッダは削減されない。また、初期のdraft IEEE802.11eで導入されたアグリゲーションによれば、バックオフ量と物理層ヘッダのいずれも削減可能だが、従来の物理層の制約によりMACフレームが含まれる物理層のフレームの長さを約4k byte以上にはできないため、効率の向上には大きな制約がある。仮に物理層のフレームを長くできたとしても、エラー耐性が低下するという問題が生じる。

本発明はかかる問題を解決すべくなされたものであり、既存の装置との共存が可能であって、しかもフレームフォーマットの効率化により複数のフレームを送信することに伴うオーバヘッドを解消して通信の実質的なスループットを向上できる通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係る通信装置は、一つのＭＡＣヘッダと複数のＭＡＣフレームとを含む単一の物理フレームを構築する物理フレーム構築手段と、前記物理フレームを宛先の通信装置に送信する送信手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、既存の装置との共存が可能であって、しかもフレームフォーマットの効率化により複数のフレームを送信することに伴うオーバヘッドを解消して通信の実質的なスループットを向上できる通信装置を提供できる。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。この通信装置１００は無線リンクを介して他の通信装置と通信する装置であり、物理層、ＭＡＣ層、およびリンク層のそれぞれに相当する処理ユニット１０１、１０２、１０３を有する。これら処理ユニットは実装に応じてアナログ又はデジタルの電子回路として、あるいはＬＳＩに組み込まれたＣＰＵにより実行されるファームウェア等として実現される。物理層の処理ユニット（以下、「処理ユニット」の表記を省略）１０１にはアンテナ１０４が接続されている。ＭＡＣ層１０２は本発明に係わるアグリゲーション（集約）処理部１０５を有する。このアグリゲーション処理部１０５は第１実施形態では少なくともキャリアセンス制御部１０６を備える。なお、同図に示す再送制御部１０７は本発明の第２実施形態に係わり、省電力制御部１０８は同第３実施形態に係わる。これらは、該当する実施形態において詳細に説明する。物理層１０１は、二種類の物理層プロトコルに対応可能に構成される。それぞれのプロトコル処理のために、物理層１０１は第一種の物理層プロトコル処理部１０９および第二種の物理層プロトコル処理部１１０を有する。なお、実装では第一種の物理層プロトコル処理部１０９と第二種の物理層プロトコル処理部１１０との間で回路の共用などがしばしば行なわれるため、これらは必ずしも独立して存在するわけではない。

本発明の実施形態では、第一種の物理層プロトコルはIEEE802.11aに規定されるプロトコルとし、第二種の物理層プロトコルは送信側と受信側とでそれぞれ複数のアンテナを用いる、いわゆるＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)によるプロトコルと仮定する。周波数帯域を同一に保ってもアンテナの数にほぼ比例した伝送容量の増加が見込めることから、ＭＩＭＯはIEEE802.11の更なる高スループット化を目指すために利用可能な技術の一つである。リンク層１０３に関しては、IEEE802で規定される通常のリンク層機能を有するものとする。伝送レートを向上するために採用する技術はMIMOに限定されない。例えば、周波数占有帯域を増やすような方法、およびそれとMIMOの組み合わせでも構わない。

図２は本発明の実施形態に係る通信装置が用いるフレームフォーマットの一例を示す図である。フレームフォーマット２００は物理層およびＭＡＣ層に係わるフレーム構造を概略的に示しており、具体的にはIEEE802.11またはその拡張に従うものを想定する。なお、IEEE802.11のフレームは制御フレーム、管理フレーム、データフレームの三種類に大別され、主にデータフレームに対して本発明の実施形態が適用されることを想定するが、必ずしも制御フレーム、管理フレームへの適用が除外されるものではない。図２に示すように、このフレームフォーマット２００はＰＨＹヘッダ２０１と、ＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２およびＭＡＣスーパフレームペイロード２０３と、ＰＨＹトレーラ２０４とから構成されている。ＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２およびＭＡＣスーパフレームペイロード２０３は後述するＰＨＹペイロードに相当する。

ＰＨＹヘッダ２０１は受信側通信装置の物理層１０１により処理される。すなわち物理層１０１は受信したＰＨＹヘッダ２０１に基づいて、フレーム先頭の検出、キャリアセンス、タイミング同期確立、増幅器の増幅度制御(AGC: Automatic Gain Control)、送信側キャリア周波数への追随(Automatic Frequency Control)、伝送路推定などを行う。また物理層１０１はＰＨＹヘッダ２０１に続くＰＨＹペイロードの変調方式や符号化率、ならびに伝送レートおよびデータ長の検出も行う。

図３は第一種のＰＨＹフレームのフォーマットの一例を示す図である。このフォーマットはIEEE802.11aに規定のものと同じである。第一種のＰＨＹフレームは本発明に係る通信装置が既存の通信装置と通信する際に用いられ、物理層１０１の第一種の物理層プロトコル処理部１０９によって処理される（ここでは、IEEE802.11aによる通信とする）。図３に示すように、第一種のＰＨＹフレームすなわち第一種のＰＬＣＰフレームは、ＰＬＣＰ(Physical Layer Convergence Protocol)ショートプリアンブル３０１およびＰＬＣＰロングプリアンブル３０２と、シグナルフィールド３０３と、データフィールド３０４とから構成される。シグナルフィールド３０３は、ＰＣＬＰヘッダ３０５に相当し、同図に示すように伝送レート(Rate)フィールド３０６とデータ長(Length)フィールド３０７とを有する。なお、第一種のＰＨＹフレームはIEEE802.11aに規定のもののみに限定されないことは言うまでもない。

図４は第二種のＰＨＹフレームのフォーマットの一例を示す図である。第二種のＰＨＹフレームすなわち第二種のＰＬＣＰフレームは、第一種の物理層プロトコルのための第１のヘッダ部４０１と、第二種の物理層プロトコルのための第２のヘッダ部４０２とを有する。第１のヘッダ部４０１と第２のヘッダ部４０２とは時系列に沿って配置されており、図２に示したＰＨＹヘッダ２０１に対応する。また、第二種のＰＨＹフレームは第２のヘッダ部４０２に続くＰＨＹペイロード４０３と、テイル(Tail)およびパッドビット(Pad bits)４０４とを有する。ＰＨＹペイロード４０３は図２におけるＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２およびＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に対応しており、物理層のフォーマットにおけるＰＳＤＵ(PLCP Service Data Unit)に相当する。また、テイルおよびパッドビット４０４は図２のＰＨＹトレーラ２０４に対応している。

第一種の物理層プロトコルのための第１のヘッダ部４０１は、ＰＬＣＰショートプリアンブル４０５と、ＰＬＣＰロングプリアンブル４０６と、シグナルフィールド４０７とから構成される。シグナルフィールド４０７はＰＬＣＰヘッダの全部又は一部に相当し、少なくとも伝送レートフィールド４０８およびデータ長フィールド４０９には物理キャリアセンスを行えるように有効な値が設定される。このようなシグナルフィールド４０７は、図３に示した第一種のＰＨＹフレームのＰＬＣＰヘッダ３０５との間で対応する情報内容および変調方式などが同一である。

第二種の物理層プロトコルのための第２のヘッダ部４０２は、ＭＩＭＯ用ＰＬＣＰロングプリアンブル４１０と、ＭＩＭＯシグナルフィールド４１１と、ＭＩＭＯサービスフィールド４１２とから構成される。ＭＩＭＯシグナルフィールド４１１は、同図に示すように伝送レートフィールド４１３およびデータ長フィールド４１４を有し、物理キャリアセンスにおいて参照される。ＭＩＭＯ用ＰＬＣＰロングプリアンブル４１０は、第二種の物理プロトコルを解釈可能なＭＩＭＯの受信側通信装置が、復号処理に必要な伝送路情報を取得する際に用いられる。

第二種のＰＨＹフレームを図４に示すようなフォーマットとしていることにより、第一種の物理層プロトコルのみに従って動作可能な既存の通信装置は、少なくとも最初のシグナルフィールド４０７は解釈できるので該シグナルフィールド４０７に基づいて正しく物理層のキャリアセンスを行える。したがって、このような既存の通信装置と、第一種に加え第二種の物理層プロトコルにも従って動作可能な通信装置との間で同一の物理層のキャリアセンス情報を共有することが可能となる。なお、既存の通信装置はＭＡＣ層のキャリアセンス情報は共有できないが、このことは、後述するパーシャルＡＣＫにより問題とはならない。

物理媒体上をＰＨＹペイロードが送信される際の該ＰＨＹペイロードによる媒体占有期間（以下、「物理的占有期間」という）を表す情報は、信号強度と共に物理層のキャリアセンス情報として利用される。受信側通信装置は、当該ＰＨＹペイロードの物理的占有期間を物理キャリアセンスにより知った時点で、該期間は物理媒体が占有されている(PHY busy)と解釈する。また、信号強度が一定の閾値を超えている期間も物理媒体が占有されていると解釈する。ＰＨＹペイロードの物理的占有期間は、受信側通信装置において検出されたＰＨＹペイロードの伝送レート（４０８または４１３）とデータ長（４０９または４１４）とから計算により求めることができる。具体的には、オクテット長で表されるデータ長フィールドの値を伝送レートフィールドの値で除算することで求めることができる。これは図３に示した第一種のＰＨＹフレームについても同様である。

なお、第一種の物理層プロトコルが許容するＰＨＹペイロードの最大データ長（IEEE802.11aにおいては４０９６オクテット）が、実際には第二種の物理層プロトコルの許容するＰＨＹペイロードの最大データ長よりも短い場合には、ＰＨＹペイロードの物理的占有期間が適切となるように伝送レートフィールド４０８とデータ長フィールド４０９とを意図的に偽って設定すれば、物理層のキャリアセンス情報の共有が可能となる。

ここで、図２を参照する説明に戻る。一つのＭＡＣスーパフレームは複数のＭＡＣフレームを含む単一のＰＨＹフレームから成る。同図に示すフレームフォーマット２００において、ＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２は、８つのＭＡＣフレームのデータ長フィールド１〜８を固定的に持つ。なお、本実施形態ではＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２は固定長とするが、ＭＡＣフレーム数を示す情報を追加することにより、ＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２を可変長としても良い。

図２に示されるようにＭＡＣスーパフレームペイロード２０３には４つのＭＡＣフレーム１〜４のみが含まれる場合、同ペイロード２０３内には存在しないＭＡＣフレーム５〜８に対応するＭＡＣフレームデータ長フィールド５〜８にはゼロの値が埋められる。また、後述する再送制御の際に、例えば、ＭＡＣフレーム１とＭＡＣフレーム３は再送が必要だが、ＭＡＣフレーム２とＭＡＣフレーム４は再送の必要がない場合、ＭＡＣフレームデータ長１＞０、ＭＡＣフレームデータ長２＝０、ＭＡＣフレームデータ長３＞０、ＭＡＣフレームデータ長４＝０という具合に、再送の対象でないＭＡＣフレームを指定する際にもＭＡＣフレームデータ長はゼロに設定され得る。

ＨＣＳ２０５はヘッダチェックシーケンス(Header Check Sequence)のことであり、ＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２の誤りを検出可能にするため同ヘッダ２０２に付加される。受信側通信装置がＨＣＳ２０５によりＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２の誤りを検出した場合には、当該ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に含まれる全てのＭＡＣフレームは壊れているものと解釈する。受信側通信装置におけるバッファあふれを防止するために、ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に含めるＭＡＣフレーム数を動的に制限することが好ましい。これには、例えば後述するスライディング・ウインドウ(Sliding Window)制御を利用することができる。

図５はＭＡＣフレームのフォーマットの一例を示す図である。図２のＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に含める一つのＭＡＣフレームは、ＭＡＣヘッダ５００と、フレーム本体５０１と、ＦＣＳ(frame check sequence)５０２とから構成される。ＭＡＣヘッダ５００は、フレーム制御フィールド５０３と、期間(Duration)フィールド５０４と、アドレスフィールド５０５〜５０７，５０９と、シーケンス制御フィールド５０８とから構成される。フレーム本体５０１は０〜２３１２オクテット長の範囲で可変長であり、ＭＰＤＵ(MAC Protocol Data Unit)に相当するＭＡＣフレームのペイロードである。

第二種の物理層プロトコル（本実施形態ではＭＩＭＯとしている）による物理層の高速化に伴い、本実施形態ではＭＡＣスーパフレームとしてＰＨＹフレームに複数のＭＡＣフレームを含めることでフォーマットを効率的に構成していることから、フォーマットに起因するＰＨＹフレームごとのオーバヘッド、すなわちＰＬＣＰヘッダ、各種ＩＦＳ(Inter Frame Space)およびバックオフなど、を回避して通信の実質的なスループットを向上できる。

媒体アクセス制御は、物理層のキャリアセンスと、ＭＡＣ層のキャリアセンスとに基づいてなされる。以下、第１実施形態の特徴に係わるロバスト（頑健）なＭＡＣ層キャリアセンスについて説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る通信システムの一例を示す図である。この通信システムにおいて、無線リンクを介して通信装置１〜４が通信を行うものとする。同図に示す通信装置１〜３は図１に示した構成を有する。これに対し通信装置４は第一種の物理層プロトコル処理部１０９のみを備え、第二種の物理層プロトコル処理部１１０を備えておらず、よってＭＡＣスーパフレームの送信を行わない既存の通信端末に相当する。以下、通信装置１を送信側とし、通信装置２を受信側として通信が行われ、通信装置３および通信装置４はこの通信に関与しない場合を想定して説明を行う。

図２及び図５を参照して説明したように、ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に含まれるＭＡＣフレームの各々は、ＭＡＣヘッダ５００と、このＭＡＣヘッダ５００を含む当該ＭＡＣフレーム全体の誤りを検出可能なＦＣＳ５０２とを含む。送信側の通信装置１は、送信すべきＭＡＣスーパフレームペイロード２０３を構築するにあたり、各ＭＡＣフレームの各ＭＡＣヘッダ５００の期間フィールド５０４の値を次のように設定する。すなわち、ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に含まれる少なくとも一つのＭＡＣフレームが正常に受信されれば、これを受信した通信装置２が正しくＭＡＣ層のキャリアセンス状態を認識できるような値を設定する。具体的には、例えば以下に説明する方法１、方法２のいずれかに従う。

（方法１）：当該ＭＡＣスーパフレーム２０３を含むＰＨＹフレームが終了した時点を始まりとし、ＭＡＣ層で連続したシーケンスであると定義されたＭＡＣフレームの交換が完了した時点を終わりとする期間の値、またはＭＡＣ層で行なう媒体予約が終了した時点を終わりとする期間の値を期間フィールド５０４に設定する。方法１によれば、ＭＡＣスーパフレーム２０３に含まれる少なくとも複数のＭＡＣフレームの期間フィールド５０４に同じ値が設定されることになる（図７参照）。

（方法２）：期間フィールドを含む当該ＭＡＣフレームが終了する時点を始まりとし、ＭＡＣ層で連続したシーケンスであると定義されたＭＡＣフレームの交換が完了した時点を終わりとする期間の値、またはＭＡＣ層で行なう媒体予約が終了した時点を終わりとする期間の値を期間フィールド５０４に設定する。方法２によれば、ＭＡＣスーパフレーム２０３に含まれるＭＡＣフレームの期間フィールド５０４には各々異なる値が設定されることになる（図８参照）。

また、各ＭＡＣフレームにおけるＭＡＣヘッダ５００内のアドレスフィールド５０５〜５０７，５０９のいずれか（具体的にはアドレス１又はアドレス３に相当）に設定されるあて先アドレスは、次のように設定される。すなわち、同一ＭＡＣスーパフレーム内の各ＭＡＣフレームが全て同一のあて先を示すように、該当する通信装置のＭＡＣアドレスが設定される。

本例において、あて先アドレスに該当するＭＡＣアドレスを持つ通信装置２は、通常、期間フィールド５０４に指定された期間のＭＡＣフレーム交換シーケンスに関与し、ＭＡＣフレーム交換シーケンスの規則に従う送信権限を持つ。これに対しあて先アドレスに該当しない通信装置３、４は、ＭＡＣフレーム交換シーケンスに関与せず、この期間は送信権限を持たない。

ＭＡＣフレーム交換シーケンスに関与しない通信装置３は、受信したいずれかのＭＡＣフレームのＭＡＣヘッダ５００内の期間フィールド５０４の値を参照し、この値に相当する期間は媒体が仮想的（論理的）に占有されているものと解釈し、該期間が終了するまでフレームの送信を行わない。このような期間のことを「仮想的媒体占有期間」と称する。このため通信装置３は、仮想的媒体占有期間において送信を行わないようにするためのＮＡＶ(Network Allocation Vector)を設定する。なお、このようなＭＡＣ層の仮想的キャリアセンスに基づくＮＡＶ設定は、物理層のキャリアセンスに基づく物理的媒体占有期間に依らず行われる。一方、通信装置３と同じくＭＡＣフレーム交換シーケンスに関与しない既存の通信装置４は、ＥＩＦＳ(Extended IFS)期間の待機状態に入る。この場合の既存の通信装置４の動作の詳細については後述する。

本発明の実施形態においては、複数のＭＡＣフレームを一つのＰＨＹフレームに集約していることから、ＭＡＣ層のキャリアセンスをロバストに行って仮想的媒体占有期間を適切に設定することができる。

図７は、上記方法１に従って期間フィールド５０４の値を定めた場合の各通信装置のキャリアセンス状態の一例を示している。ＭＡＣフレーム１、ＭＡＣフレーム２、ＭＡＣフレーム３およびＭＡＣフレーム４の期間フィールド５０４の値は、ＳＩＦＳ(Short IFS)と、図９に一例を示すパーシャルＡＣＫフレームの送信時間との和に設定されている。

送信側通信装置１がパーシャルＡＣＫの送信時間を計算できるように、パーシャルＡＣＫの送信方法を受信側が一意に選択するように規則を定めておく必要がある。パーシャルＡＣＫは図３に示した第一種の物理プロトコルであるIEEE802.11aのＰＨＹフレームに担われ、仮にIEEE802.11aの最大の必須伝送レートで送信されることとする。後述するように、パーシャルＡＣＫが第一種の物理プロトコルのみ解釈可能な通信装置によっても復号および解釈できることが、後方互換性のために重要である。

送信側通信装置１が送信したフレームを受信側通信装置２が受信すると、受信側通信装置２は、まず物理層のキャリアセンスにより媒体がビジー(busy)、すなわち占有状態にあると認識する。また、通信装置３（自アドレスがＭＡＣフレーム１〜ＭＡＣフレーム４に指定されたあて先アドレスならびに送信元アドレスと異なり、かつ第一種および第二種の物理プロトコルを解釈可能）、通信装置４（第一種の物理プロトコルのみ解釈可能）も、同様に物理層のキャリアセンスにより媒体が占有状態にあると認識する。

次に、受信側の通信装置２は、ＭＡＣフレーム１〜ＭＡＣフレーム４のいずれかがＦＣＳによって誤りがないと判定されたならば、あて先アドレスが通信装置２のアドレスであることから、ＮＡＶを設定する必要がないことを知る。受信側の通信装置２は、ＭＡＣフレーム交換シーケンスの規則に則り、ＭＡＣスーパフレームを含む第二種のＰＨＹフレーム受信完了からＳＩＦＳ経過後にパーシャルＡＣＫを送信する。

通信装置３は、ＭＡＣフレーム１〜ＭＡＣフレーム４のいずれかがＦＣＳによって誤りがないと判定されたならば、あて先アドレスが該通信装置３のアドレスではなく、ＮＡＶを設定すべきであることを知る。通信装置３は、ＭＡＣスーパフレームを含む第二種のＰＨＹフレームの受信完了から、ＦＣＳで正しいと判定されたＭＡＣフレーム１〜ＭＡＣフレーム４のいずれかに含まれる期間フィールド５０４の値に相当する期間のＮＡＶを設定する。

既存の通信装置４は、第二種のＰＨＹフレームのシグナルフィールド以降を解釈できず、これを第一種のＰＨＹフレームであるとして処理を進める。そして、当該フレーム終了時にＦＣＳを計算してエラーを検出する。あるいは解釈不能な種類のＰＨＹフレームであるとして、フレーム終了時にやはりエラーを検出する。これらの場合、通信装置４は、当該ＰＨＹフレームの受信により設定されるべきＭＡＣ層の仮想キャリアセンス状態を正しく認識できていないので、エラーリカバリー状態に入る。つまり、最も長いＩＦＳであるＥＩＦＳ期間の待機状態に入る。この待機状態において、通信装置４はＥＩＦＳの終了前に受信側通信装置２が発したパーシャルＡＣＫを受信する。上述のようにパーシャルＡＣＫは第一種の物理層プロトコルであるIEEE802.11aの必須レートで送信されるので、既存の通信装置４にも解釈可能である。このパーシャルＡＣＫが正しく受信されれば、ＭＡＣ層のキャリアセンスが正しく行なわれるので、ＥＩＦＳによる待機状態はキャンセルされ、問題とはならない。したがって、本発明に係わる通信装置と既存（従来）の通信装置との共存が可能となる。

送信側通信装置１、通信装置３、および既存の通信装置４は、受信側通信装置２が送信したパーシャルＡＣＫを受信する。このパーシャルＡＣＫにおける期間フィールド５０４の値は０に設定されており、これに応じて各通信装置はＮＡＶをゼロに設定する。なお、ＭＡＣシーケンス上、パーシャルＡＣＫに続くＭＡＣフレーム交換シーケンスを定義しても良い。その場合には、パーシャルＡＣＫにおける期間フィールド５０４の値は当該ＭＡＣシーケンスの終了時点を示す値になる。

全ての通信装置は、もし送信すべきデータを持っていれば、引き続きＤＩＦＳ(DCF IFS、即ちDistributed Coordinate Function IFS)による待機状態に入る。このＤＩＦＳ期間において、物理層とＭＡＣ層のキャリアセンスがアイドル状態を示していれば、バックオフ期間に入りカウントダウンを開始する。乱数で初期化されていたカウンタが最初にゼロに達した通信装置が送信権限を得る。

ここで、第二種のＰＨＹフレームの受信時のエラーについて述べる。通信装置２が、第二種のＰＨＹフレームに含まれるＭＡＣフレームを復号化した結果、ＦＣＳにより正しいと判定されるＭＡＣフレームが一つも存在しなかった場合を考える。ＦＣＳにより誤りがないと判定されるＭＡＣフレームが存在しない場合、通信装置２は、該第二種のＰＨＹフレームの受信に基づいて設定されるべきＭＡＣ層の仮想キャリアセンス状態を正しく認識できていないので、エラーリカバリー状態に遷移する。つまり、最も長いＩＦＳであるＥＩＦＳ期間の待機状態に遷移する。受信側ではない通信装置３がＥＩＦＳ期間の待機状態に遷移した場合には、引き続いて受信側通信装置２が送信するパーシャルＡＣＫを受信することになる。パーシャルＡＣＫが正しく受信されれば、後述のようにＭＡＣ層のキャリアセンスが正しく行われるので、ＥＩＦＳによる待機状態はこのときにキャンセルされる。

仮に、上記のような受信時のエラーが発生した場合、受信側通信装置２はパーシャルＡＣＫを送ることなくＥＩＦＳ期間の待機状態に遷移することになる。この場合、ＥＩＦＳ期間がＮＡＶとＤＩＦＳによる期間よりも長い場合には少なくともこの期間はいずれの通信装置も送信が行えない状況が生じることになる。この事象は通信に用いる物理媒体の利用効率を下げることになるから、なるべく発生しないようにするべき事象である。

しかし本発明の実施形態によれば、ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３に複数のＭＡＣフレームが含まれていることから、これら複数のＭＡＣフレームのいずれかに基づいてＭＡＣ層のキャリアセンス情報を得ることができ、その結果上記のような受信時のエラーが発生しにくくなる。具体的には、ＭＡＣスーパフレームに含まれているＭＡＣフレームのなかの複数のＭＡＣフレームがＭＡＣ層のキャリアセンスに必要な情報、すなわち、少なくとも期間フィールド５０４とあて先アドレスとを含むＭＡＣ層のキャリアセンス情報を有する。これらＭＡＣフレームの各々はＦＣＳを有することから、エラーの有無を検出可能であり、仮にいずれかのＭＡＣフレームの受信にエラーが生じたとしても、残るＭＡＣフレームのうち少なくとも一つのＭＡＣフレームが正常に受信されればよい。したがって、正常に受信できた少なくとも一つのＭＡＣフレームに基づいてＭＡＣ層のキャリアセンスをロバストに行うことができ、一つのＰＨＹフレームあたりの受信時のエラー耐性を相対的に高めることができる。

図８は、上記方法２に従って期間フィールド５０４の値を定めた場合の各通信装置のキャリアセンス状態の一例を示している。図７との相違のみ簡潔に説明すると、ＭＡＣフレーム１の期間フィールド５０４の値は、ＭＡＣフレーム２、ＭＡＣフレーム３、ＭＡＣフレーム４の送信時間と、ＳＩＦＳ期間と、パーシャルＡＣＫフレームの送信時間との和の値に設定される。ＭＡＣフレーム２の期間フィールド５０４の値は、ＭＡＣフレーム３、ＭＡＣフレーム４の送信時間と、ＳＩＦＳ期間と、パーシャルＡＣＫフレームの送信時間との和の値に設定される。ＭＡＣフレーム３、ＭＡＣフレーム４の各々の期間フィールド５０４の値も同様の方法で設定される。つまり、図７の場合とは異なり、期間フィールド５０４の値がＭＡＣフレーム毎に異なっており、ＮＡＶの設定もこれに応じて異なる。

通信装置３（自アドレスがＭＡＣフレーム１〜ＭＡＣフレーム４のあて先アドレスおよび送信元アドレスと異なり、かつ第一種および第二種の物理プロトコルを解釈可能）によるＮＡＶについては、期間フィールド５０４を含んでいたＭＡＣフレームの終了時点を起点としてその値を設定することになる。

なお、このような方法２においても、当該ＭＡＣスーパフレームの送信による媒体占有時間は、図８から分かるように同一時刻に終了する。

（第２実施形態）本発明の第２実施形態は省電力制御に係わる。図１０は、本発明の第２実施形態に係わる省電力制御を説明するための図である。本実施形態によれば、通信中の送信側通信装置１と受信側通信装置２は省電力状態には切り替わらないように制御され、通信に関わらない通信装置は省電力状態に切り替わるように制御可能となる。

通信装置３は、第二種のＰＨＹフレームに含まれるＭＡＣスーパフレームに含まれているＭＡＣフレームのいずれかがＦＣＳにより正しいと認識された時点で、該通信装置３が自ら設定するＮＡＶが終了するまでの期間にわたり受信も送信も行う必要がないことを知り、その時点から省電力動作を開始する。ただし、これは、各ＭＡＣフレームが受信側で時系列に復号化されるように、各ＭＡＣフレームがＰＨＹフレームに符号化されていることを条件とする。

ＮＡＶ終了後のＤＩＦＳ期間とバックオフ期間は、キャリアセンスを行なう必要があるため省電力状態はＮＡＶ終了時点で終了する。省電力状態を認識することにより、不要な回路を停止するなどして省電力化を図ることができる。具体的にどの回路をどのタイミングで停止するか、どのようなタイミングで再開するかは実装に依る。

既存の通信装置４についても、第二種のＰＨＹフレームのシグナルに基づいて第二種のＰＨＹフレームの継続時間を認識し、かつこのＰＨＹフレームは該通信装置４が復号可能でない方式で送信されているということを認識した時点で、当該ＰＨＹフレームが終了するまでの期間を省電力状態として認識できる。ただし、ＥＩＦＳ期間はキャリアセンスを行なう必要があるため省電力状態とはしない。

（第３実施形態）本発明の第３実施形態は再送制御に係わる。通信の公平性(Fairness)やＱｏＳ(Quality Of Service)の観点から、同一端末あての連続を避けるべく再送を制御することが好ましい。図１１は本発明の第３実施形態に係る再送制御に用いられる送信管理テーブルを示す図である。この送信管理テーブルにおいて、スライディング・ウインドウ(Sliding Window)が表現される。説明の都合上、送信管理テーブルは再送を含む送信と受信の全ての履歴を表記しているが、実際の通信装置は必ずしもここに挙げた全ての履歴を記憶しておく必要はない。

同一の送信側通信装置が同一の受信側通信装置に対して、他のフレームの通信に優先して連続的にＭＡＣフレーム（ＭＰＤＵ）を送信する状況を考える。特定の通信装置に偏って送信および受信の権利が割り当てられることを避けるために、連続的に送信できるＭＡＣフレームの数を送信管理テーブルに基づいて制限する。この制限は、送信側通信装置と受信側通信装置のいずれかが変更されるまで有効である。

図１１に示す送信管理テーブルでは、連続的に送信できるＭＡＣフレームの制限数が最大１６に定められており、これを総ウィンドウW_allという。また、連続的に送信する対象の一連のＭＡＣフレーム（ＭＰＤＵ）には、送信管理テーブルにおいてシーケンス番号(Seq.No.)が付与される。総ウィンドウW_allの始点はSEQ1であり、その終点はSEQ16に対応する。この総ウィンドウW_allに含まれるフレームの送信（あるいは再送）を一区切りとして、後述する一連の送信シーケンス（あるいは再送シーケンス）にもとづいて行う。なお、総ウィンドウW_allは、混雑の状況、受信側通信装置に与えられた優先度などを勘案して可変にしても良い。総ウィンドウW_allを大きくすると、遅延およびジッタの増大、通信装置間の不公平などが増すが、全体のスループットは向上する傾向を示す。従って、音声や動画のリアルタイム通信が存在することを認識した際には、総ウィンドウのサイズを小さくするといった動的制御を行なっても良い。このような制御は、全体のスループット自体は低下する傾向にあるので、トラフィック種別による優先制御などなんらかのトラフィック制御と組み合わせて使うのが良い。

また、総ウィンドウW_allと各時点のウィンドウW_n (n = 1, 2, 3, …) の最大値は、送信側と受信側の通信装置の対毎に、何らかのプロトコルによってネゴシエーションして設定しても良いし、システム全体で共通な値を取るようにしても良い。システム共通の値とする場合でも、必ずしも固定値にする必要はない。

送信側の通信装置の再送制御部１０７は、送信管理テーブルを参照しながらＭＡＣスーパフレームを構築する。このとき、再送制御部１０７はＭＡＣスーパフレームに含むべきＭＡＣフレームを再送の要否を勘案しつつ選定する。

複数のＭＡＣフレームが単一のＭＡＣスーパフレームに含まれるが、格納可能な最大のＭＡＣフレーム数は制限される。本実施形態では最大８つのＭＡＣフレームを含めることができる。受信側通信装置はこの最大数までのＭＡＣフレームをバッファできる必要がある。受信側通信装置は、ＭＡＣ層の上位に対して順序を保存した形でＭＡＣフレームを渡す。これにより、正常に受信されたＭＡＣフレームも、それに先行するシーケンス番号を持つＭＡＣフレームが再送により正常に受信されるか、あるいは先行するシーケンス番号を持つＭＡＣフレームが再送されることはないと判断するまでバッファに蓄積しておく必要がある。バッファには、未だ正常な受信に成功していない最低のシーケンス番号を持つＭＡＣフレームから、当該最低のシーケンス番号＋７のシーケンス番号を持つＭＡＣフレームまでが蓄積されることになる。

図１１では、各時点におけるこのシーケンス番号の範囲が、それぞれウィンドウW1〜W5により始点と終点とで表現されている。送信側通信装置がＭＡＣスーパフレームに含めて送るべきＭＡＣフレームは、このウィンドウの範囲内で、送達確認されていないために再送が必要なＭＡＣフレームか、あるいはこのウィンドウの範囲内で、新規に送信するＭＡＣフレームに制限される。図１１において、TX1〜TX5に「LenX」と書かれている場合、対応するＭＡＣスーパフレームの送信により、シーケンス番号ＸのＭＡＣフレームが送信され、「ゼロ」と書かれている場合には、対応するシーケンス番号のＭＡＣフレームは送信されない。これらの値は図２に示したＭＡＣスーパフレームヘッダ２０２におけるＭＡＣフレームのデータ長フィールド１〜８に対応している。RX1〜RX5において「○」である場合、これは、対応するシーケンス番号のＭＡＣフレームが既に正常に受信されていることを示す。RX1〜RX5が「×」である場合、これは、対応するシーケンス番号のＭＡＣフレームはその時点までに正常に受信されたことはないことを示す。これら「○」「×」は真偽値に対応しており、図９に示したパーシャルＡＣＫフレームにおけるパーシャルＡＣＫビットマップ(Partial ACK Bitmap)９１の値に対応する。

各時点におけるウィンドウW1〜W5の先頭は、受信側通信装置が一度も正常に受信したことのないＭＡＣフレームのシーケンス番号になる。このウィンドウの始点の進捗速度の下限を決め、所定の再送回数を経た後にその下限を上回る、つまりウィンドウサイズ（ここでは８）以上に進まなければならないものと制限する。要するに、連続的なＭＡＣフレームの送信が継続される条件は、再送限度以内にそのＭＡＣフレームが受信側に受信されることである。

本実施形態の場合この再送限度を３回とすると、図１１に示す例では、シーケンス番号１５のＭＡＣフレームがTX3からTX5の３回の再送を行ったにも関わらず失敗したと判断される。よってこの時点で再送先の通信装置への一連の再送シーケンスが中止される。このような再送制限によれば、例えば既に受信側の通信装置が無線の到達範囲から出た場合など比較的長期間にわたり受信側の通信装置との間の伝送路状況が悪化した状況等に応じ、無駄な送信を避けることができ有効である。

この時点で再送シーケンスが終了したことを知るのは、送信側の通信装置のみである。受信側の通信装置は、シーケンス番号１〜１４まではバッファから上位に渡しているが、シーケンス番号１５を正常に受信していないので、シーケンス番号１６がバッファに残った状態にある。この場合、受信側の通信装置は、自装置がまだ送達確認していないＭＡＣフレームのシーケンス番号よりも大きなシーケンス番号を持つＭＡＣフレームを先頭とするＭＡＣスーパフレームを受信することで、送信側の通信装置が自装置がまだ送達確認していないＭＡＣフレームの再送を諦めたことを知る。そして、受信側の通信装置は新規のＭＡＣスーパフレームの先頭シーケンス番号より小さなシーケンス番号を持つＭＡＣフレームを全て上位の処理に渡し、バッファを空にする。なお、単一のＭＡＣスーパフレーム内ではシーケンス番号は各ＭＡＣフレームに連続的に付与されるので、たとえ先頭のＭＡＣフレームが壊れていたとしても、他に正常に受信できたＭＡＣフレームが一つ以上あれば、受信側の通信装置は先頭のＭＡＣフレームのシーケンス番号を知ることができる。

また、受信側の通信装置は、ある期間にわたり送信側の通信装置からの新たなＭＡＣスーパフレームの受信が無ければ、当該送信側の通信装置に割り当てられたバッファ内に停留しているＭＡＣフレームを上位の処理に渡す。

以上説明した送信管理テーブルに基づく再送制御が行われる際の送信側通信装置および受信側通信装置のそれぞれの動作を説明する。以下の説明では、送信側通信装置をSTA0とし、受信側通信装置をSTA1とする。

図１２は本実施形態における送信側通信装置の再送制御に用いられるメインキュー１２１およびサブキュー１２２の一例を示す図である。サブキュー１２２が上記図１１を参照して説明したバッファに相当する。

図１３は本実施形態における送信側通信装置の再送制御の処理手順を示すフローチャートの一例である。先ず、再送すべきＭＡＣフレームを選択する（ステップＳ１）。このステップＳ１では、様々な通信装置のあて先アドレス（ここではSTA1〜STA4）が指定されているＭＡＣフレームが蓄積されているメインキュー１２１から、今回一連のシーケンスで再送する送信先宛ての通信装置（ここではSTA1）があて先アドレスに指定されているＭＡＣフレームを総ウィンドウ(W_all)およびその時点のウィンドウの範囲（例えばW1,）を越えない範囲で選択する。その後、選択したＭＡＣフレームを図１２に示すように再送すべき事情が発生した順にウィンドウと同じ大きさを持つサブキュー１２２に抽出する。このとき抽出したＭＡＣフレームについて最初の再送となるので、図１２のサブキュー１２２の状態を図１１のウィンドウW1と呼ぶこととする。以降送信することに、ウィンドウW2、W3、・・・と増加する。なお、メインキュー１２１において一連の再送シーケンスの対象に係るＭＡＣフレームが少なく、ウィンドウサイズに満たない場合にも、サブキュー１２２を構成してよい。サブキュー１２２に抽出されたＭＡＣフレームには連続的なシーケンス番号SEQ1〜SEQ8が付与される。また、これらＭＡＣフレームのデータ長LEN1〜LEN8を記憶する。さらに、各ＭＡＣフレームの送達確認の初期状態として、送達確認が完了していないことを示す「Ｎ」を設定する。

このとき再送すべきＭＡＣフレームがサブキュー１２２に抽出されなかったときは少なくともその通信装置(STA1)に対しては再送を続ける必要がないため今回の一連の再送制御の処理を終了する（ステップＳ２）。

次に、再送限度を超過した未送達ＭＡＣフレームがある場合にも当該通信装置への一連の再送シーケンスを中止する（ステップＳ３）。このときサブキュー１２２内の未送達ＭＡＣフレームを破棄（ステップＳ９）する。ここでメインキューに未送達のＭＡＣフレームが残っている場合には、次の一連の再送シーケンスで再送される。再送限度とする回数は既述したように特定の回数に限られず、通信相手や通信媒体の状況に応じて適宜選択すればよい。

次に、サブキュー１２２の先頭から順にＭＡＣフレームを取り出してＭＡＣスーパフレームヘッダおよびＭＡＣスーパフレームペイロードを構築し（ステップＳ４）、かかるＭＡＣスーパフレームをあて先の通信装置（ここではSTA1）に送信する（ステップＳ５）。これにより、あて先の通信装置は該ＭＡＣスーパフレームを受信するとともに、当該ＭＡＣスーパフレームに対するパーシャルＡＣＫを送信する。送信側の通信装置は、あて先の通信装置からこのパーシャルＡＣＫを受信する（ステップＳ６）。

次にステップＳ７において、パーシャルＡＣＫフレーム内のパーシャルＡＣＫビットマップ９１に基づき、サブキュー１２２内のＭＡＣフレームの各々の送達確認、すなわち該ＭＡＣフレームの送達があて先通信装置において受信されたか否かを確認する。その結果に基づき、サブキュー１２２における送達確認状態を更新する。このときビットマップ９１の各ビットとサブキュー１２２内の位置に相当するシーケンス番号とは、並びがそれぞれ対応するように格納されており相互の対応が容易に分かるように構成されている。図１１に示す例ではSEQ3とSEQ5のＭＡＣフレームのみが依然として送達確認なし「Ｎ」、すなわち未送達であって、SEQ3とSEQ5以外のＭＡＣフレームは送達確認済み「Ｙ」となる（RX1）。このようにパーシャルＡＣＫに含まれるパーシャルＡＣＫビットマップ９１に示すそれぞれのＭＡＣフレームの送達確認情報を、再送したＭＡＣスーパフレームペイロードに相当するサブキュー１２２のＭＡＣフレーム位置との対応付けることで容易に判断できるようになる。

ステップＳ８においては、未送達のフレームのうち最もシーケンス番号が若いもの（例えばRX1におけるSEQ3）をウインドウの始点に決定する。この始点は、第２回目の再送のための送信(TX2)におけるウインドウW2の始点に相当する。このように始点を移動することでサブキュー１２２への、最小のシーケンス番号（TX1ではSEQ1）から最初の送達確認なしのシーケンス番号（TX1ではSEQ3）の手前までのＭＡＣフレームの抽出をしないようにできる。ウィンドウW1と比較すると、ウィンドウＭＡＣフレーム２つ分の空きができたことになる。また先のステップＳ３における再送限度超過の判断は、このウィンドウの始点の位置を把握しておくことで容易に判断することが可能となる。例えばウィンドウW1の最後のＭＡＣフレームに振られたSEQ8を、再送限度だけ再送した後のウィンドウの始点が越えていなければ、いずれかの未送達ＭＡＣフレームが再送限度を超過したと判断できる。

ステップ８で新たにウィンドウの始点が設定されると再びステップＳ１に戻り、メインキュー１２１から同一のあて先アドレスSTA1を持つ２つのＭＡＣフレームをサブキュー１２２の後尾に順に追加し、新たなシーケンス番号SEQ9、SEQ10を割り当てる。このとき、追加された２つのＭＡＣフレームのデータ長LEN9およびLEN10を記憶するとともに、送達確認状態を「Ｎ」にする。このようにサブキュー１２２を更新する。

すなわち、ステップＳ１においては、ステップＳ８において更新がなされたサブキュー１２２を参照し、送達確認状態が「Ｎ」であるＭＡＣフレームに対しては記憶されたデータ長LENに従い、送達確認状態が「Ｙ」であるＭＡＣフレームに対してはこれをゼロにする。そしてステップＳ４によりサブキュー１２２の情報に基づいてＭＡＣスーパフレームヘッダと、サブキュー１２２の先頭から順に送達確認状態が「Ｎ」であるＭＡＣフレームが選択的に取り出され、ＭＡＣスーパフレームペイロードが構築されて、次に再送するＭＡＣスーパフレームが完成する。

そして、ステップＳ５において２回目の送信(TX2)が実行され、以後、上述した動作が繰り返される(TX3〜)。

ビーコンは普通のデータフレームよりも送信の優先度が高いため、上述のような一連のＭＡＣフレームの送信に割り込む可能性がある。このような場合でシーケンス番号に不連続性が生じるようなときには、不連続になる手前でそれまでの一連の再送シーケンスを終了させ、別の一連の再送シーケンスを開始するようにすればよい。

一方、図１４は受信側通信装置で用いられるサブキューを示す図、図１５は受信側通信装置の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１においてＭＡＣスーパフレームを受信する。ＭＡＣスーパフレームヘッダから各ＭＡＣフレームのデータ長を得るとともに、各ＭＡＣフレームのＭＡＣヘッダからシーケンス番号を得る。仮にＭＡＣスーパフレーム内のいずれかのＭＡＣフレームにエラーが生じていたとしても、シーケンス番号はその値が連続するように付与されることから、正常に受信できた他のＭＡＣフレームのシーケンス番号に基づいて、該ＭＡＣスーパフレーム内の全てのＭＡＣフレームのシーケンス番号を得ることができる。さらに、送信元アドレス、すなわち送信側通信装置のＭＡＣアドレス（ここではSTA0）も記憶する。

図１１の例では、SEQ3とSEQ5のＭＡＣフレーム以外は正常に受信されているので、そのように受信状態を記憶する（ステップＳ２）。すなわち、SEQ3とSEQ5の受信状態を「Ｎ」とし、それ以外を「Ｙ」とする。

次に、この受信状態を反映するようにパーシャルＡＣＫビットマップ９１を構築し（ステップＳ３）、送信側の通信装置にパーシャルＡＣＫを送信する（ステップＳ４）。

図１４に示すように、受信したＭＡＣスーパフレームペイロードに含まれるＭＡＣフレームの並びと対応したパーシャルＡＣＫビットマップ９１とすることで、ＡＣＫ作成にかかる処理コストを低減することができる。

そして、最小のシーケンス番号（ここではSEQ1）から、最初の受信状態「Ｎ」（ここではSEQ3）の手前までのＭＡＣフレームをサブキュー１３１から取り出し、これらを上位の処理に渡す（ステップＳ５）。

次に、サブキュー１３１内の全てのＭＡＣフレームの受信処理ができたか否かを判定する（ステップＳ６）。サブキュー１３１内の全てのＭＡＣフレームの受信状態が「Ｙ」になると、これら受信したＭＡＣフレームは該サブキュー１３１から全て取り出されて空になる。したがって、STA0に対して割り当てられていたこのサブキュー１３１を開放して終了する（ステップＳ７）。一方、サブキュー１３１内のいずれかのＭＡＣフレームが未受信である場合はステップＳ１に戻る。２回目の受信(RX2)においては、SEQ3からSEQ9を取り出して上位に渡す。以下、３〜５回目のＭＡＣスーパフレームの受信に対し、ステップＳ１〜Ｓ６の処理が繰り返される。

なお、サブキュー１３１内のいずれかのＭＡＣフレームが未受信であっても、送信側の通信装置STA0からＭＡＣスーパフレームを受信しない状態が一定期間連続して続けば、該サブキュー１３１に停留しているＭＡＣフレームを全てリンク層処理といった上位の処理に渡す。また、送信側の通信装置STA0からのＭＡＣスーパフレームの先頭のＭＡＣフレームのシーケンス番号が、受信状態「Ｎ」で再送を待っているＭＡＣフレームのシーケンス番号よりも大きい場合にも、サブキュー１３１のＭＡＣフレームを全て上位の処理に渡し、新たなＭＡＣスーパフレームのために新たなサブキューを作成する。これらの場合には、ＭＡＣフレームの損失が発生する。

受信側の通信装置がパーシャルＡＣＫビットマップを構築する際に、それまでの送達状態の履歴は参照せずに直前のＭＡＣスーパフレームに含まれていたＭＡＣフレームの送達状態のみを示すようにしても良い。この場合には、送信側の通信装置がパーシャルＡＣＫを受信した際に、送達確認済みのＭＡＣフレームをサブキューから削除するか、対応するＭＡＣフレームに送達確認済みのマークをつけることで、送達状態の履歴を記憶するようにすれば良い。

また、受信側の通信装置がパーシャルＡＣＫを返す際に、図９のＰＨＹフィードバック情報(PHY Feedback Information)フィールド９２を用い、物理層の情報を適当に縮約した形で送信側の通信装置にフィードバックしても良い。送信側の通信装置は、パーシャルＡＣＫビットマップ９１によって表されるＭＡＣフレーム単位の送達状態と、ＰＨＹフィードバック情報９２との両者に基づき、物理層の送信方式（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯの独立のストリーム数など）を切り替えることができる。例えば、ＭＡＣフレームが全て正常に受信された場合に、物理層のマージンが大きいか否かを調べ、大きければより高速な送信方式に切り替えたり、いくつかのＭＡＣフレームにエラーがある際に、変調方式や符号化率を下げてマージンを稼ぐべきか、ＭＩＭＯの独立ストリーム数を減らすべきか、などの判断を行なうことができる。このようにするとＭＡＣフレームの送受信を行いながら物理層における通信に必要な情報を伝達することが出来る。

（第４実施形態）本実施形態は、ＭＡＣスーパフレームを構成するＭＡＣフレームとして、データフレーム以外に、パーシャルＡＣＫフレームを含めることも許容する場合である。パーシャルＡＣＫをＭＡＣスーパフレームにする相乗りさせる（piggyback）ことにより、スループットの更なる向上が見込める。

図１６に、ＭＡＣスーパフレームペイロード２０３の第一のＭＡＣフレームとして、パーシャルＡＣＫフレームを許容する場合のフレーム構成を示す。また、この場合のキャリアセンス状態を図１７に示す。以下、既述の実施形態との相違を中心に説明する。

図１６のパーシャルＡＣＫフレームは、アドレス１のみ、つまり受信側通信装置のアドレスのみを含み、アドレス２〜アドレス４は含まない。アドレス１と期間フィールドの値が、ＭＡＣ層の仮想キャリアセンスを行うために必要十分な情報である。

本実施形態においては、通信媒体を利用する送信権がいったん確保されると、複数のＭＡＣスーパフレームと最後のパーシャルＡＣＫがＳＩＦＳ間隔（つまり新たな送信権確保の手続きなしに）で、連続的に送受信されるシーケンスが構成できる。

図１７は本実施形態の通信装置における期間フィールドの値を定めるキャリアセンス状態の一例を示したものである。図１７では３つのフレーム交換で一連の通信が終了する例を示しているが、更にシーケンスを継続しても構わない。図１７の最大ＴＸＯＰ (Transmission Opportunities) は、１つのシーケンスに許される最大時間を示している。ＴＸＯＰは、例えばビーコンにより全ての通信装置に共通の値として各通信装置に通知される。あるいは、通信媒体の利用権を中央集権的に管理する通信装置が、個別の通信装置に個別のＴＸＯＰ値を持つ送信権を、動的に割り当てる場合も考えられる。

また、通信装置が送信時に通信媒体を占有する、ＳＩＦＳとパーシャルＡＣＫフレーム送信時間の和に相当する期間(Duration)の値を設定する際に、応答に含まれるパーシャルＡＣＫが第一種のＰＨＹフレームによって送信されるのか、あるいは第二種のＰＨＹフレームによって送信されるのかが必ずしも明らかでないことを考慮しなければならない。通常、相手の通信装置が送信すべきデータフレームがない場合、あるいはデータフレームを入れようとするとＴＸＯＰに収まらなくなる場合には、第一種のＰＨＹフレームで送信される。それ以外の場合には第二種のＰＨＹフレームによってパーシャルＡＣＫが送信される。第一種のＰＨＹフレームのＰＨＹヘッダより第二種のＰＨＹフレームのＰＨＹヘッダが長いこと、およびパーシャルＡＣＫ自体のデータ長は短くこれを送信するために必要な時間は伝送レートにあまり依存しないことから、第一種のＰＨＹフレームを用いる方がパーシャルＡＣＫを含むフレームの送信時間は短くなる。長い方の値を期間(Duration)の値として設定すると通信媒体を不要に占有することになり他の通信で利用されない無駄な時間が生じ易くなるので、短い方の値を期間(Duration)の値として設定するようにする。

図１７では、ＭＡＣフレーム１とＭＡＣフレーム２の期間(Duration)の値として、第一種のＰＨＹフレームによってパーシャルＡＣＫが送信されると仮定したときの値が設定されている。実際には第二種のＰＨＹフレームによりパーシャルＡＣＫ(ＭＡＣフレーム３に相当) が送信された場合が示されている。期間１(Duration1)は、パーシャルＡＣＫ送信完了以前に終了する値で示されているが、期間１によって設定されたＮＡＶの期間中に通信装置３と通信装置４はＰＨＹビジー状態を検出している。通信装置３のＰＨＹビジー状態が継続している間に、パーシャルＡＣＫ(ＭＡＣフレーム３) およびＭＡＣフレーム４に含まれる期間２(Duration2)の値により通信装置３のＮＡＶが更新されるため、通信装置３のキャリアセンスの状態が当該通信の仮想的媒体占有期間にとって問題となることはない。また通信装置４についても、パーシャルＡＣＫを含む第二種のＰＨＹフレームの受信完了後は再びＥＩＦＳ期間が開始されるため、通信装置４のキャリアセンス状態にも問題は生じない。これにより第一種のＰＨＹフレームでパーシャルＡＣＫが送信されると仮定して期間(Duration)の値を計算しても、当該通信の上でそれぞれの通信装置に問題が生じないことが分かる。よって本実施形態のように構成すると他の通信装置と共存しながら、パーシャルＡＣＫを効率よく送信することができる。

なお、ＭＡＣスーパフレームに含まれるパーシャルＡＣＫが正しく受信されなかった場合には、このパーシャルＡＣＫを再送するようにしなくとも良い。この場合はアグリゲートなしのパーシャルＡＣＫが失われた場合と同様にリカバリーすれば良い。つまり、パーシャルＡＣＫが受信されなかったことを検出した後に、そのパーシャルＡＣＫを含んだ直前に送信したＭＡＣスーパフレームと同じＭＡＣスーパフレームを再送する。

（第５実施形態）本実施形態は、１つのＭＳＤＵが分割 (fragmentation) されたことにより生成された複数のＭＰＤＵをアグリゲート（集約）する場合に関する。

図１８に、本実施形態におけるＭＡＣスーパフレームヘッダの一例を示す。各ＭＡＣフレーム長(MAC Frame length)に加え、各ＭＡＣフレームのフラグメント番号 (fragment number) を含んでいる。フラグメント番号の扱いについては次に説明する。

前提として１つのＭＳＤＵを構成するＭＰＤＵが別々のＭＡＣスーパフレームにまたがることは無いものとする。シーケンス番号は、ＭＳＤＵについて連続の値になるように割り当てられる。つまり、同じＭＳＤＵから生成されたＭＰＤＵは同じシーケンス番号を持つ。フラグメント番号はＭＳＤＵ内での当該ＭＰＤＵの相対位置を表す値で、通常は０から始まる連続値を取る。最終的には、シーケンス番号とフラグメント番号およびＭＡＣスーパフレームの一連の送信・再送における各ＭＡＣフレームの相対位置は送信した時に確定する。従って、パーシャルＡＣＫのビットマップ情報のみで、送信側の通信装置は対応するＭＡＣフレームを特定することができ、既述の方式の簡単な拡張により再送制御を行うことができる。

あるいはＭＡＣスーパフレームヘッダにフラグメント番号を明示的に示さず、ＭＳＤＵの最初と最後のＭＰＤＵを示す（いずれか一方は暗黙に示されれば良い）だけでも、本実施形態にかかる再送制御は同様に機能させることができる。

（第６実施形態）本実施形態にかかるＭＡＣスーパフレームヘッダは、ＭＡＣスーパフレームヘッダ自体がＭＰＤＵと同じフォーマットを持つ。受信側の通信装置は通常のＭＡＣフレームとＭＡＣスーパフレームの処理の分岐を、物理層からの情報を受けることなくＭＡＣ層の処理だけで行うことができる。

図１９にＭＰＤＵと同じフォーマットを持つＭＡＣスーパフレームヘッダ１９００の一例を示す。例えばフレーム制御(Frame Control)フィールドに含まれるType / Sub-type領域に、ＭＡＣスーパフレームヘッダであることを示す値を新たに規定して割り当てる。受信側の通信装置のＭＡＣ層は、この値にしたがって以後ＭＡＣスーパフレームの処理を行うべきか、通常のＭＡＣフレームの処理を行うべきかを決定する。期間(Duration)５０４の値は、当該ＭＡＣスーパフレームに含まれる他のＭＡＣフレームの期間の値の計算方法に準じて設定される。アドレス１フィールド５０５(Receiver Address)の値は、当該ＭＡＣスーパフレームに含まれる他のＭＡＣフレームのアドレス１と同じになるように設定される。このようにアドレス１フィールド５０５には受信側の通信装置を特定するアドレスが設定される。

ＭＡＣスーパフレームヘッダ１９００は、分割(fragment)されずまた再送されることもないので、シーケンス制御(Sequence Control)フィールド５０８の値は特に意味を持たない。よってＭＡＣスーパフレームのTypeを制御(Control)フレームとして割り当てれば、このシーケンス制御フィールド５０８が省略されるためより好ましい。

TypeをManagementまたはDataとして定義すると、シーケンス制御フィールド５０８を持つ必要があるが、その値は本発明に係る実施形態の再送制御と整合が取れるように扱う必要がある。既存の通信では例えばＭＡＣスーパフレームの一連の再送制御において再送対象となるＭＡＣフレームのシーケンス番号(Sequence number)は連続値を取ると仮定されているので、シーケンス番号が不連続な値を設定する場合は当該ＭＡＣスーパフレームの一連の再送制御をいったん終了し、別のシーケンスによる再送制御を開始する必要がある。このためシーケンス番号の不連続が起きないようにするか、不連続になったとしても一連の再送制御を継続できるようにする必要がある。これを解決する一例として、本発明の別の実施形態に示すような再送時のウィンドウ制御をしているときは、一連の再送制御で再送対象のＭＡＣフレームに割り当てられる可能性のある最大のシーケンス番号の値がわかるので、この最大値を超える値のシーケンス番号となるように順次割り当てるという方法がある。またこの値には再送対象のＭＡＣフレームも含めて連続的な値を割り当てる必要があるのだが、再送制御をするときには再送対象のＭＡＣフレームのシーケンス番号を無視することで不連続になっても良いように制御するという方法も可能である。

図１９に示すペイロードに相当する部分１９０１には、当該ＭＡＣスーパフレームに含まれる各ＭＡＣフレームの長さを設定する。本発明の別の実施形態で述べたように、ペイロード１９０１には分割(fragment)に対応するためのフラグメント番号(fragment number)を含めても良い。

またＦＣＳ５０２は図２に示すＨＣＳ２０５に対応し、本実施形態の場合もＦＣＳ５０２を用いて通常のＭＰＤＵと同様の扱いとすれば良い。たとえばＦＣＳ５０２にはＭＡＣスーパフレームヘッダ全体に対して計算したＣＲＣ値を設定する。ＭＡＣスーパフレームヘッダ１９００に付随するＦＣＳ５０２により、受信側通信装置でＭＡＣスーパフレームヘッダ１９００が壊れていると認識した場合には、ＨＣＳ２０５により誤りが検出された場合と同様に扱い、これを検出した受信側通信装置はＭＡＣスーパフレーム全体を廃棄する。

（第７実施形態）本実施形態は、パーシャルＡＣＫと本発明の別の実施形態で示したＭＡＣフレームと同様に扱えるＭＡＣスーパフレームヘッダを同一のＭＡＣスーパフレームに格納するものである。

図２０に本実施形態におけるＭＡＣスーパフレーム２０００のフォーマットの一例を示す。ここではＭＡＣスーパフレームペイロード２０３の先頭にパーシャルＡＣＫフレームを配し、次にＭＡＣスーパフレームヘッダのＭＡＣフレームという順序で設定する。ＭＡＣスーパフレームヘッダ２００１に含まれる本質的な情報は、受信側がＭＡＣスーパフレームペイロード２０３内の各ＭＡＣフレームの境界を認識するために必要となる各ＭＡＣフレームの長さである。パーシャルＡＣＫの長さは基本的に固定長にできるため、パーシャルＡＣＫを先頭に置いても受信側通信装置での処理に問題は生じない。パーシャルＡＣＫを先頭に置くことで、ＭＡＣスーパフレームヘッダが壊れても先行するパーシャルＡＣＫが問題なく受信できる可能性が高い。パーシャルＡＣＫが問題なく受信されればＭＡＣ層のキャリアセンスの状態が正しく設定されるので、エラーリカバリーの待ち時間なしに次に必要となる再送を行うことができる。このようにエラーリカバリーの待ち時間が排除できることにより通信スループットの向上が期待できる。

逆にＭＡＣスーパフレームペイロード２０３内でパーシャルＡＣＫとＭＡＣスーパフレームヘッダ２００１の位置関係が逆転していたとしても、ＭＡＣスーパフレームヘッダ２００１を固定長とするならば、先行する当該ＭＡＣスーパフレームヘッダ２００１が壊れていてもその後に存在するパーシャルＡＣＫが正しく受信できる可能性が高い。同様に当該パーシャルＡＣＫに基づいてキャリアセンスと再送制御を行うということにすれば、同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図本発明の実施形態に係る通信装置が用いるフレームフォーマットの一例を示す図第一種のＰＨＹフレームのフォーマットの一例を示す図第二種のＰＨＹフレームのフォーマットの一例を示す図ＭＡＣフレームのフォーマットの一例を示す図本発明の一実施形態に係る通信システムの一例を示す図方法１に従って期間フィールドの値を定めた場合の各通信装置のキャリアセンス状態の一例を示す図方法２に従って期間フィールドの値を定めた場合の各通信装置のキャリアセンス状態の一例を示す図パーシャルＡＣＫフレームのフォーマットの一例を示す図本発明の第２実施形態に係わる省電力制御を説明するための図本発明の第３実施形態に係る再送制御に用いられる送信管理テーブルを示す図送信側通信装置の再送制御に用いられるメインキューおよびサブキューを示す図送信側通信装置の再送制御の処理手順を示すフローチャート受信側通信装置で用いられるサブキューを示す図受信側通信装置の処理手順を示すフローチャート本発明の第４実施形態に係る通信装置が用いるフレームフォーマットの一例を示す図本発明の第４実施形態に係る通信装置における期間フィールドの値を定めた場合の各通信装置のキャリアセンス状態の一例を示す図本発明の第５実施形態に係る通信装置が用いるスーパフレームヘッダフォーマットの一例を示す図本発明の第６実施形態に係る通信装置が用いるフレームフォーマットの一例を示す図本発明の第７実施形態に係る通信装置が用いるフレームフォーマットの一例を示す図

符号の説明

１００…通信装置、１０１…物理層、１０２…ＭＡＣ層、１０３…リンク層、１０４…アンテナ、１０５…アグリゲーション処理部、１０６…キャリアセンス制御部、１０７…再送制御部、１０８…省電力制御部、１０９…第一種の物理層プロトコル処理部、１１０…第二種の物理層プロトコル処理部。

Claims

一つのＭＡＣヘッダと複数のＭＡＣフレームとを含む単一の物理フレームを構築する物理フレーム構築手段と、
前記物理フレームを宛先の通信装置に送信する送信手段とを具備することを特徴とする通信装置。
前記各ＭＡＣフレームは固定長であり、前記物理フレームに含まれる該ＭＡＣフレームの数を示す情報を前記ＭＡＣヘッダに含むようにしたことを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記各ＭＡＣフレームは、自ＭＡＣフレームの誤りを検出可能にするためのＦＣＳ（Frame Check Sequence）を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記送信手段が送信した前記物理フレームを前記宛先の通信装置が受信しＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩＦＳ）期間経過後に前記物理フレームの受信確認のための応答として送信されるパーシャルＡＣＫフレームを受信する受信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記送信手段が送信した前記物理フレームを前記宛先の通信装置が受信しＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩＦＳ）期間経過後に前記物理フレームの受信確認のため応答として送信されるものであって、前記物理フレームを復号できない他の通信装置でも解釈可能なパーシャルＡＣＫフレームを受信する受信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記受信手段が受信したパーシャルＡＣＫフレームに基づき、送信した複数のＭＡＣフレームの各々が、正しく受信されたか否かを確認する確認手段を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の通信装置。
前記パーシャルＡＣＫフレームには、前記送信手段が送信した前記物理フレームに含まれる前記各ＭＡＣフレームにシーケンス番号が振られており、このシーケンス番号の並びに対応して、各ＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かを示す真偽値が示されたパーシャルＡＣＫビットマップを含んでいることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の通信装置。
一つのＭＡＣヘッダと複数のＭＡＣフレームとを含む単一の物理フレームを受信する受信手段と、
前記物理フレームを受信し、新たな送信権確保の手続きをすることなくＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩＦＳ）期間経過後に前記物理フレームの受信確認のための応答としてブロックＡＣＫフレームを送信する送信手段とを備えたことを特徴とする通信装置。
前記送信手段は、前記受信手段により受信された前記物理フレームに含まれる前記ＭＡＣフレームのそれぞれが正しく受信できたか否かを示す受信状況を、前記ブロックＡＣＫフレームに含めて送信するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
前記受信手段は、前記受信状況によって正しく受信できなかったＭＡＣフレームを含む、再送された単一の物理フレームを更に受信し、
前記送信手段は、過去の受信状況の履歴は参照せずに今回受信した物理フレームに含まれていたＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かを示す受信状況のみを、新たなブロックＡＣＫフレームに含めて送信するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
前記受信手段は、前記受信状況によって正しく受信できなかったＭＡＣフレームを含む、再送された単一の物理フレームを更に受信し、
前記送信手段は、前回の受信状況に、今回受信した物理フレームに含まれていたＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かを示す受信状況を更新し、新たなブロックＡＣＫフレームに含めて送信するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
前記受信手段により受信された前記物理フレームに含まれる前記各ＭＡＣフレームにシーケンス番号が振られており、このシーケンス番号の並びに対応して、各ＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かを示す真偽値を示すパーシャルＡＣＫビットマップを構築する構築手段を備え、前記送信手段は、前記ブロックＡＣＫフレームに、構築された前記パーシャルＡＣＫビットマップを含めるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
前記受信手段は、前記受信状況によって正しく受信できなかったＭＡＣフレームを含む、再送された単一の物理フレームを更に受信し、
前記構築手段は、過去の受信状況の履歴は参照せずに今回受信した物理フレームに含まれていたＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かの真偽値のみに基づいてパーシャルＡＣＫビットマップを構築するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
前記受信手段は、前記受信状況によって正しく受信できなかったＭＡＣフレームを含む、再送された単一の物理フレームを更に受信し、
前記構築手段は、過去のパーシャルＡＣＫビットマップに、今回受信した物理フレームに含まれていたＭＡＣフレームが正しく受信できたか否かの真偽値を更新し、新たなパーシャルＡＣＫビットマップを構築するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
前記受信手段により受信された前記物理フレームに含まれる前記各ＭＡＣフレームにはシーケンス番号が振られており、
前記受信した物理フレームに含まれる複数のＭＡＣフレームのうち正しく受信できたＭＡＣフレームをシーケンス番号順に読み出せるように一時的に格納するバッファと、
前記受信手段が新たに受信した物理フレームに含まれる先頭のＭＡＣフレームのシーケンス番号よりも小さいシーケンス番号を有するＭＡＣフレームを前記バッファから読み出して上位層の処理に転送する転送手段と、
前記転送手段が転送したＭＡＣフレームを前記バッファから削除する削除手段とを備えたことを特徴する請求項８に記載の通信装置。