JP2007049633A - 通信システム、通信装置、通信制御デバイス、制御プログラムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の制御局が相互に認識できないことにともなう無線フレームの衝突を抑制し、通信効率の好適なものとする。
【解決手段】 第１の制御局の子局として動作している無線通信装置が、第２の制御局を検出すると、従属制御局として動作する。これにより、第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信ネットワークの制御技術に関する。

現在、種々の無線通信システムが普及または開発途中にある。例えば、比較的近距離の無線通信システムとして、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが一般に普及している。

一方で、より近距離（例：１０ｍ以下）の無線通信システムとして、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが開発途中にある。これは、コンスーマ機器（例：コンピュータ周辺機器、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなど）と、プリンタや携帯電話機などを接続することができる。

現在、ＷＰＡＮに関しては、ＩＥＥＥ８０２．１５規格群として標準規格の策定が進められている。ネットワークトポロジー構成やメディアアクセスプロトコルに関しては、ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格にその仕様が定められている。

無線ＬＡＮと比較した場合のＷＰＡＮの特徴は、各々の無線通信装置が、周辺環境やアプリケーションの実行状況などに応じて動的（自律的）にネットワークを構成する点であろう。例えば、無線ＬＡＮのインフラストラクチャモードでは、アクセスポイントと呼ばれる予め決められた無線通信装置が各端末装置を制御する。これに対して、ＷＰＡＮにおける無線ネットワーク（以下、ピコネット）では、ＰＮＣ（Ｐｉｃｏｎｅｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）と呼ばれる制御局が各端末装置（子局）のメディアアクセスを制御する。しかしながら、必ずしも決まった無線通信装置がＰＮＣとなるわけではない。ＷＰＡＮの無線通信装置は、ＰＮＣ機能を持つ装置とＰＮＣ機能を持たない装置に分類される。ＰＮＣ機能を持つ装置のうちのどれか１つが実際にＰＮＣとしてピコネットを生成しこれを制御する。

図１４は、ＷＰＡＮにおけるピコネットの生成手順を表したシーケンス図である。図中のＤＥＶ１およびＤＥＶ２は、それぞれＰＮＣ機能を持ったＷＰＡＮの無線通信装置である。電源が投入されたＤＥＶ１は（Ｓ１４０１）、利用可能な周波数チャネルを順番にスキャンする（Ｓ１４０２）。これは、周辺にＷＰＡＮピコネットが既に存在するかどうかを判定するためである。ピコネットのＰＮＣは周期的にビーコンフレームを送出している。よって、ＤＥＶ１はこのビーコンフレームを検出できれば、ピコネットが存在していると判定できる。ピコネットが存在していれば、ＤＥＶ１は、そのピコネットに参加することになる。

もし、この時点でピコネットが存在していない場合には、ＰＮＣ機能を持つＤＥＶ１は、自らがＰＮＣとなる必要があると判断する。ＤＥＶ１は利用可能な周波数チャネルの中から最適なチャネルを選択する（Ｓ１４０３）。そして、ＤＥＶ１は、選択したチャネルにおいて自ら周期的にビーコンフレームの送出を開始することで、新たなピコネットを生成する（Ｓ１４０４）。

ＤＥＶ２は、ＤＥＶ１の次に電源が投入されると（Ｓ１４１１）、ＤＥＶ１と同様に一定時間周波数チャネルのスキャンを行う（Ｓ１４１２）。ＤＥＶ２は、このＤＥＶ１からのビーコンフレームを受信することで、ＤＥＶ１のピコネットワークを検出する（Ｓ１４１３）。ＤＥＶ２は、ピコネットの制御局であるＤＥＶ１に対して参加要求コマンドを送信する（Ｓ１４１４）。参加要求に対してＤＥＶ１は、参加許可コマンドをＤＥＶ２へ返送する（Ｓ１４１５）。参加許可コマンドには、ＤＥＶ２に対してＤＥＶ１が新たに割り当てたデバイスＩＤが含まれている。

以上のような動作によって、ＷＰＡＮでは複数の無線通信装置の１台が自律的に制御局となり、ピコネットを構築する。これ以降、さらに新たな無線通信装置が起動した場合においても、ＤＥＶ２と同様の手順でピコネットへ参加する。

またＷＰＡＮでは、メディアアクセス方式としてＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式が採用されている。一般に、ＴＤＭＡ方式では、データ通信路を確保したい端末装置はあらかじめ制御局に対して通信帯域の割り当てを要求する。

図１５は、ＷＰＡＮにおけるＴＤＭＡアクセス方式の原理を示した図である。横軸は時間を示している。スーパーフレーム１５０１は、ＰＮＣが周期的に送出するビーコン１５０２から開始される。それぞれのスーパーフレーム１５０１内は各端末装置が無線通信に使用できる期間となるタイムスロット１５０３に分割されている。

端末装置の利用できる通信帯域は、このように時間軸上におけるタイムスロットとして確保される。各タイムスロットにおいては、送信端末として指定された端末装置だけが無線フレームを送信できる。タイムスロットの開始時刻とタイムスロット長とが、制御局からのビーコンフレーム中で指定される。さらにそのタイムスロットにおいて送信元となる端末装置（Ｓｏｕｒｃｅ）と送信先となる端末装置（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）が指定される。

さらにＷＰＡＮによれば、あるピコネットに参加している子局は、階層的に従属ピコネットを生成することができる。この場合、従属ピコネットを生成した無線通信装置は、従属ピコネット内では制御局として振舞う。一方で、当該無線通信装置は、親ピコネット内では子局として動作する。このような無線通信装置は、従属制御局または従属ＰＮＣと呼ばれる。親ピコネットと従属ピコネットは、互いに同期しているため、理論的には、無線フレームが衝突することはない。

一方で、相互に独立している複数のピコネットは、時間的に非同期で動作する。従って、これらピコネットの通信カバーエリアが重複している領域に存在する無線通信装置は、それぞれのピコネットから無線信号が非同期に到来することになる。そのため、無線フレームの衝突が発生するおそれがある。ＴＤＭＡによるアクセスプロトコルにおいては、このようなフレームの衝突はデータ転送スループットの大きな低下を招く。

上述したように、親ピコネットと従属ピコネットの動作は同期しているため、このようなスループットの低下は回避される。

図１６は、親ピコネットと従属ピコネットの構成を示した図である。図１６においてＰＮＣ１は、親ピコネット１６０１の制御局であり、複数の無線通信装置を収容している。これら複数の無線通信装置のうちＤＥＶ２は、親ピコネット内では子局となるが、従属ピコネット１６０２においては制御局として動作するため、ＰＮＣ２としての役割も持つ。

図１７は、親ピコネットおよび従属ピコネットの動作タイミングを示す図である。図１７において親ピコネット１６０１のスーパーフレームは、ＰＮＣ１から周期的に送出されるビーコンフレーム１５０２によって管理されている。このスーパーフレーム中に従属ピコネット１６０２が使用できるタイムスロットが割り当てられている場合、このタイムスロットの開始時点で従属ＰＮＣであるＰＮＣ２はビーコンフレーム１７０２を送出する。従属ピコネット１６０２内の子局は、このビーコンフレーム１７０２に同期して動作する。そのため、親ピコネット１６０１の無線フレームと従属ピコネット１６０２の無線フレームとが衝突することはない。ここで、従属ピコネット１６０２のタイムスロットは、親ピコネット１６０１のビーコンフレーム１５０２で指定される。また、従属ピコネット１６０２におけるスーパーフレーム中のそれぞれのタイムスロットは、従属ピコネット１６０２のビーコンフレーム１７０２で指定される。

ところで、特許文献１によれば、マスタ局からの同期信号を受信できなかったスレーブ局が、スレーブモードからマスタモードに変更する技術が提案されている。

また、特許文献２によれば、複数の制御局が互いのビーコンフレームを受信し、互いにスーパーフレームの長さを調整することで、無線フレームの衝突を回避する方法が提案されている。
特開２０００−２８８８１３号公報 特開２００４−１４６８８３号公報

ところで、データの通信効率をより一層高めるためには、ネットワークトポロジーを可能な限り好適にすることが望ましい。

無線通信装置が動的かつ自律的にピコネットを構築するためには、上述したピコネットの生成機能および従属ピコネット機能などを利用できる。しかしながら、従来は、これらの機能を利用して好適なネットワークトポロジーを構築するための、具体的なアルゴリズムが提供されていなかった。

図１８は、ピコネット間でフレーム衝突が発生する場合のネットワーク構成を示す図である。本図において制御局として動作している第１の無線通信装置１８０１が第１のピコネット１８１０を形成している。このピコネット１８１０には子局として動作している第２の無線通信装置１８０２が収容されている。

このようなピコネット１８０１の近傍で第３の無線通信装置１８０３が起動した場合、第３の無線通信装置１８０３は、まず周辺にピコネットが存在するかどうかを検出する。第３の無線通信装置１８０３は、第２の無線通信装置１８０２から送信される無線フレームを受信可能である。しかしながら、第３の無線通信装置１８０３は、第１の無線通信装置１８０１、つまりピコネット１８１０の制御局からは遠くに位置するため、第１の無線通信装置１８０１が送出するビーコンフレームを受信できない。

この場合、第３の無線通信装置１８０３は周辺に自分が参加できるピコネットが存在しないと判断してしまうため、自らが制御局となり独立したピコネット１８２０を生成してしまう。ピコネット１８１０とピコネット１８２０は独立して非同期に動作するため、両方のピコネットのカバーエリアが重複した位置（第２の無線通信装置１８０２の位置）では、これら２つのピコネットから送信されるフレームが衝突するおそれがある。フレームの衝突が発生すれば、データの通信効率が低下することはいうまでもない。

要するに、お互いに相手の存在を認識できない複数の制御局が存在し、かつ、これらの制御局らと通信可能な子局が存在する場合、当該子局に関しては、通信効率が低下するおそれがある。

特許文献１に記載の技術によれば、同様に、複数のマスタ局がそれぞれ非同期にビーコンフレームを送信してしまうため、上述の課題を解決することはできない。

また、特許文献２に記載の技術によれば、制御局が互いに通信可能であることを前提条件としているため、やはり、上述の課題を解決できない。

そこで、本発明は、このような課題および他の課題の少なくとも１つを解決することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。

本発明によれば、例えば、第１の制御局の子局として動作している通信装置が、第２の制御局を検出すると、従属制御局として動作する。これにより、第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる。

本発明によれば、子局によって検出された他の制御局を子局または従属制御局へと変更させることで、好適なトポロジーを有するネットワークを再構築できる。これにより、データの通信効率も改善される。

［第１の実施形態］
以下、本発明に係る実施形態について図を参照しながら説明する。図１は、本実施形態におけるピコネットの構成を例示した図である。１０１、１０２および１０３は、それぞれ子局または制御局として動作可能な無線通信装置である。無線通信装置１０１は、既存制御局（ＰＮＣ１）として動作している。既存制御局（ＰＮＣ１）は、既存ピコネット１００を形成している。

無線通信装置１０２は、既存子局（ＤＥＶ３）として動作している。既存子局（ＤＥＶ３）は、既存ピコネット１００に所属している。

ここで、この既存ピコネット１００の近傍において他の無線通信装置１０３が起動したとする。この無線通信装置１０３が、制御局（ＰＮＣ１）から送信されるビーコンフレームを受信できない場合、無線通信装置１０３は、新たな制御局（ＰＮＣ２）として動作を開始し、独立ピコネット１１０を形成する。この時点で、非同期に動作する２つのピコネットが隣接して存在することとなる。

図から明らかなように、ピコネット１００のカバーエリアとピコネット１１０のカバーエリアには、重複エリア１１５が存在する。重複エリア１１５においては、ピコネット１００および１１０の双方から送信された無線フレームが到達するため、無線フレームの衝突が発声する。

図から明らかなように、既存子局（ＤＥＶ３）が、この重複エリア１１５に位置している。従って、子局（ＤＥＶ３）は、ピコネット１００内での通信を、他の独立ピコネット１１０で送信される無線フレームによって妨害されることになる。

このように無線通信装置が自律的にネットワークを構築する無線通信システムにおいて、非同期で動作する複数の無線ネットワークが隣接して構築されることがある。例えば、複数の制御局間で相互に所定の制御信号を認識できない場合の如くである。この場合、隣接する複数の無線ネットワークの重複エリアにおいては、無線フレームの衝突が発生するため、通信効率が低下しやすい。

そこで、本実施形態では、子局として動作している無線通信装置１０２を、制御局（ＰＮＣ１）に従属して動作する従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）とする。これにより、制御局（ＰＮＣ２）として動作している無線通信装置１０３を、子局（ＤＥＶ２）へと変更させる。

また、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、新たな従属ピコネット１２０を形成することになる。従属ピコネット１２０が既存ピコネット１００と同期して動作することが言うまでもない。従属ピコネット１２０と既存ピコネット１００との各通信タイミングは、例えば、図１７に記載した通りである。また、無線通信装置１０３は、制御局（ＰＮＣ２）から子局（ＤＥＶ２）になるため、独立ピコネット１１０は動作を停止する。よって、重複エリア１１５における無線フレームの衝突は、理論上、回避されることになり、通信効率の向上が見込まれる。

図２は、実施形態における無線通信装置の例示的なブロック図である。制御部２０１は、無線通信装置の各部を統括的に制御する。制御部２０１は、全て論理回路により構成することもできるが、一般には、ＣＰＵ、ＤＳＰおよび制御プログラムなどにより実現される。また、以下で説明する機能は、無線通信装置の通信制御デバイスとして実現してもよいことはいうまでもない。

送受信部２０２は、無線信号を受信して復調したり、あるいは、データ等を変調して送信したりする通信回路である。検出部２０２は、制御局を検出するユニットである。検出部２０２は、例えば、制御局が周期的に送信する所定の制御信号（例：ビーコンフレーム）を受信することで、制御局を検出することができる。なお、検出部２０２は、制御部２０１内の検出モジュールとして実装されてもよい。

記憶部２０４は、制御部２０１などのワークエリアや制御プログラムの格納エリアとして利用される。記憶部２０４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブなどにより構成されうる。記憶部２０４は、例えば、現在の動作モード（制御局モード、子局モード、従属制御局モードなど）に関する情報、制御下にある子局の情報などを記憶している。

制御部２０１は、ハードウエアまたはソフトウエアによって実現される各種の機能モジュールが含まれている。制御局モジュール２１１は、何れの制御局からも所定の制御信号を受信できないときに、無線通信装置を自律的に制御局として動作させるためのモジュールである。子局モジュール２１２は、何れかの制御局から所定の制御信号を受信できたときに、無線通信装置を子局として動作させるためのモジュールである。

従属制御局モジュール２１３は、無線通信装置が子局として動作している際に、他の制御局から所定の制御信号を受信すると起動されるモジュールである。従属制御局モジュール２１３は、無線通信装置を従属制御局として動作させるためのモジュールである。また、従属制御局モジュール２１３は、自己の制御局に同期して所定の制御信号を送出することで、当該制御局に従属した無線ネットワーク（例：従属ピコネット）を形成する。なお、従属制御局モジュール２１３は、従属制御局として動作を開始する際に、従属要求を自己の制御局に対して送信する。

管理モジュール２１４は、他のモジュールの動作を管理するモジュールである。管理モジュール２１４は、例えば、無線通信装置が制御局として動作しているときに、従属制御局から所定の制御信号を受信すると、子局モジュール２１２または従属制御局モジュール２１３を起動する。管理モジュール２１４は、例えば、自己の制御下に子局が存在しない場合は、制御局モジュール２１１の動作を停止して、子局モジュール２１２を起動する。また、管理モジュール２１４は、例えば、自己の制御下に子局が存在する場合は、制御局モジュール２１１の動作を停止して、従属制御局モジュール２１３を起動する。

図３は、実施形態における無線通信装置の処理を示すフローチャートである。本フローチャートに係る処理は、例えば、無線通信装置が起動されたときに、管理モジュール２１４によって実行されるものとする。

ステップＳ３０１において、制御部２０１は、検出部２０３を用いて周囲に他の制御局が存在するか否か（起動したか否か）を検出する。例えば、制御局が送信することを義務付けられているビーコンフレームを受信したか否かを判定する。

ステップＳ３０２において、制御部２０１は、他の制御局を検出したか否かを判定する。制御局を検出できなかった場合は、ステップＳ３０３に進み、制御部２０１は、制御局としての動作を開始する。例えば、制御局モジュール２１１を起動する。一方、他の制御局を検出した場合、ステップＳ３０４に進み、制御部２０１は、子局としての動作を開始する。例えば、子局モジュール２１２を起動する。

図４は、実施形態における制御局としての動作例を示すフローチャートである。なお、本処理は、上述のステップＳ３０３を、便宜上、サブルーチンとして記述したものである。また、本処理は、例えば、制御部２０１内の制御局モジュール２１１によって実行される。

ステップＳ４０１において、制御部２０１は、送受信部２０２を用いて所定の制御信号（例：ビーコンフレームなど）を送信する。通常、この制御信号は、制御局の存在を周囲の無線通信装置に報知する役割を備えているので、周期的に送信されることが望ましい。なお、この制御信号を送信することで、ピコネットが構築される。また、ピコネットのカバーエリアは、通常、制御信号の到達可能な範囲となる。

ステップＳ４０２において、制御部２０１は、周囲の無線通信装置（子局）からピコネットへの参加要求を受信したか否かを判定する。受信した場合は、ステップＳ４０３に進み、制御部２０１は、送受信部２０２を用いてピコネットへの参加許可を子局に送信する。例えば、制御部２０１は、参加を許可した子局の情報をリスト化して記憶部２０４に記憶することで、制御下の子局を管理してもよい。

ステップＳ４０４において、制御部２０１は、制御部としての動作を終了させるべきタイミングであれば、本処理を終了し、メインルーチン（図３）に戻る。一方で、まだ終了タイミングでなければ、ステップＳ４０１に戻る。

一方で、参加要求を受信しなかったときは、ステップＳ４０５に進み、制御部２０１は、従属要求を受信したか否かを判定する。従属要求は、例えば、制御下の子局から送信される、従属ピコネットの生成要求である。従属ピコネットは、上位のピコネットに同期して無線フレームを送受信することになる。従属要求を受信した場合、ステップＳ４０６に進み、制御部２０１は、送受信部２０２により従属許可を送信する。従属許可は、例えば、従属ピコネットの生成許可を意味してもよい。

一方、従属要求を受信していない場合は、ステップＳ４０７に進み、制御部２０１は、検出部２０３により他の制御局を検出したか否かを判定する。他の制御局を検出した場合は、ステップＳ４０８に進み、制御部２０１は、そのときの状況に応じて、子局または従属制御局として動作を開始する。一方、他の制御局を検出しなかった場合は、ステップＳ４０４に進む。

図５は、実施形態における子局または従属制御局としての動作例を示す図である。なお、本処理は、上述のステップＳ４０８を、便宜上、サブルーチンとして記述したものである。また、本処理は、例えば、制御部２０１内の制御局モジュール２１１または管理モジュール２１４によって実行される。

ステップＳ５０１において、制御部２０１は、制御下に子局が存在しているかどうかを判定する。制御下に子局が存在する場合は、ステップＳ５０２に進み、制御部２０１は、従属制御局としての動作を開始する。例えば、制御部２０１は、従属制御モジュール２１３を起動する。

一方、制御下に子局が存在しない場合は、ステップＳ５０３に進み、制御部２０１は、自己のピコネットの形成を終了する。例えば、制御部２０１は、送受信部２０２からのビーコンフレームの送信を停止する。

ステップＳ５０４において、制御部２０１は、子局としての動作を開始する。例えば、制御部２０１は、子局モジュール２１２を起動する。

図６は、実施形態における従属制御局の動作例を示すフローチャートである。本処理は、例えば、従属制御局モジュール２１３によって実行される。また、ステップＳ５０２をサブルーチンとして記述したものである。

ステップＳ６０１において、制御部２０１は、送受信部２０２を用いて、自己の制御局に対して従属要求を送信する。ステップＳ６０２において、制御部２０１は、送受信部２０２を用いて、自己の制御局から従属許可を受信する。ステップＳ６０３において、制御部２０１は、従属ピコネットを生成する。例えば、制御部２０１は、送受信部２０２を用いてビーコンフレームを送信する。

ステップＳ６０４において、制御部２０１は、周囲の無線通信装置（子局）からピコネットへの参加要求を受信したか否かを判定する。受信した場合は、ステップＳ６０５に進み、制御部２０１は、送受信部２０２を用いてピコネットへの参加許可を子局に送信する。例えば、制御部２０１は、参加を許可した子局の情報をリスト化して記憶部２０４に記憶しておくことで、制御下の子局を管理してもよい。

ステップＳ６０６において、制御部２０１は、従属制御部としての動作を終了させるべきタイミングであれば、本処理を終了し、本のルーチンに戻る。なお、メインルーチン（図３）に戻ってもよい。一方で、まだ終了タイミングでなければ、ステップＳ６０３に戻る。

図７は、実施形態における子局の動作例を示すフローチャートである。本処理は、例えば、子局モジュール２１２によって実行される。また、ステップＳ３０４およびステップＳ５０２をサブルーチンとして記述したものである。

ステップＳ７０１において、制御部２０１は、送受信部２０２を用いて、制御局に対して参加要求を送信する。ステップＳ７０２において、制御部２０１は、送受信部２０２を用いて、自己の制御局から参加許可を受信する。

ステップＳ７０３に進み、制御部２０１は、検出部２０３により他の制御局を検出したか否かを判定する。他の制御局を検出した場合は、ステップＳ７０４に進み、制御部２０１は、従属制御局としての動作を開始する（図６）。一方、他の制御局を検出しなかった場合は、ステップＳ７０５に進む。

ステップＳ７０４において、制御部２０１は、従属制御部としての動作を終了させるべきタイミングであれば、本処理を終了し、本のルーチンに戻る。なお、メインルーチン（図３）に戻ってもよい。一方で、まだ終了タイミングでなければ、ステップＳ７０３に戻る。

図８は、実施形態における既存制御局、既存子局、および新規端末の動作を示したシーケンス図である。ここでは、図１で示したように配置された複数の無線通信装置らがどのように動作するかの実例を説明する。なお、既存制御局（ＰＮＣ１）は、無線通信装置１０１に対応する。また、既存子局（ＤＥＶ３）は、無線通信装置１０２に対応する。新規端末は、無線通信装置１０３に対応する。

既存制御局（ＰＮＣ１）は、すでに既存ピコネット１００を生成しており、周期的にビーコンフレームＡを送信しているもとする。既存子局（ＤＥＶ３）は、このビーコンフレームＡに基づいて、既存ピコネット１００に同期して動作しているものとする。

まず、新規の無線通信装置（以下、新規端末と称す）１０３が起動すると（Ｓ８０１）、この新規端末１０３は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３プロトコルに規定された処理に従って、チャネルスキャンを実行する（Ｓ８０２）。これにより、周辺で伝送されている無線フレームを傍受する。

新規端末１０３が、既存制御局（ＰＮＣ１）からビーコンフレームＡを受信できるほど、既存制御局（ＰＮＣ１）から近い位置に存在する場合、新規端末１０３は、既存制御局（ＰＮＣ１）に対して接続動作を起動する。しかしながら、本シーケンスのようにビーコンフレームＡが受信できない場合には（Ｓ８０３）、新規端末１０３は、自らが新規制御局（ＰＮＣ２）となる（Ｓ８０４）。

新規制御局（ＰＮＣ２）は、独立ピコネット１１０を生成する（Ｓ８０５）。新規制御局（ＰＮＣ２）は、周期的にビーコンフレームＢを送信する（Ｓ８０６）。新規制御局（ＰＮＣ２）は、既存制御局（ＰＮＣ１）のビーコンフレームＡを受信できないため、既存制御局（ＰＮＣ１）と同期せずに動作する。そのため、ビーコンフレームＡとビーコンフレームＢとは、それぞれ非同期のタイミングで周期的に送信されることになる。

既存子局（ＤＥＶ３）として動作している無線通信装置１０２は、新たにこのビーコンフレームＢを受信するようになる。既存子局（ＤＥＶ３）は、重複エリア１１５に位置しているからである。

既存子局（ＤＥＶ３）は、ビーコンフレームＢを検出すると（Ｓ８０７）、既存ピコネット１００の近傍に、新たに独立ピコネット１１０が生成されたことを認識する。既存子局（ＤＥＶ３）は、既存制御局（ＰＮＣ１）に対し、従属ピコネットの生成要求を送信する（Ｓ８０８）。この要求に対して従属ピコネットの生成を既存制御局（ＰＮＣ１）が許可すると（Ｓ８０９）、既存子局（ＤＥＶ３）は、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）となる（Ｓ８１０）。従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、従属ピコネット１２０を形成する（Ｓ８１１）。すなわち、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、既存制御局（ＰＮＣ１）から自己に対して割り当てられたタイミングに従ってビーコンフレームＣの送信を開始する（Ｓ８１２）。

新規制御局（ＰＮＣ２）として動作している無線通信装置１０３は、ビーコンフレームＣを受信すると（Ｓ８１３）、自分が子局を収容しているか否かを判定する。上述したように子局を収容していなければ、制御局としての動作を継続する必要が無い。そのため、無線通信装置１０３は、既に形成した独立ピコネット１１０を終了し（Ｓ８１４）、制御局（ＰＮＣ２）から子局（ＤＥＶ２）へと動作モードを切り替える（Ｓ８１５）。また、子局（ＤＥＶ２）となった無線通信装置１０３は、従属ピコネット１２０の制御局である従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）に対して接続動作を実行する。

以上説明したように本実施形態によれば、第１の制御局の制御下にある子局が、検出部２０３によって第２の制御局を検出する。そして、第２の制御局を検出すると、子局の制御部２０１は、第１の制御局に従属する従属制御局として動作する。これによって、第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる。

従って、第１の制御局と、第２の制御局とは直接的に認識できないものの、それぞれのピコネット間に重複エリアが存在し、そこに子局が位置する場合、本実施形態に係る発明によって、無線フレームの衝突を抑制できる。

すなわち、お互いに非同期で動作しているピコネット１００およびピコネット１１０について、従属制御局を設けることで、ピコネット１１０を従属ピコネット１２０に変更する。これにより、双方のピコネットは同期して動作することになるので、通信効率が改善された好適なネットワークトポロジーを実現できる。

とりわけ、子局の制御部２０１は、他の制御局から所定の制御信号を受信すると、従属制御局として動作する。すなわち、動作モードを切り替える。制御部２０１の従属制御局モジュール２１３は、所定の制御信号を送信することで、当該他の制御局を子局または従属制御局に変更することができる。

なお、他の制御局は、従属制御局から所定の制御信号を受信すると、自己の制御下に子局が存在するか否かに応じて子局または従属制御局として動作する。これは、子局を収容している制御局であるにもかかわらず、自らが子局に変更してしまうと、収容されている子局の通信を途絶させてしまうおそれがあるからである。

なお、従属制御局として動作を開始する際に、制御部２０１は、従属要求を自己の制御局に対して送信する。これによって、自己の制御局から従属制御局（従属ピコネット）の通信タイミングを割り当てられるため、自己の制御局のピコネットと従属ピコネットとを同期させて運用することが可能となる。

［第２の実施形態］
図８については、子局を収容していない新規制御局を、制御局から子局へと切り替える事例を説明した。そこで、第２の実施形態では、既に子局を収容している新規制御局に、本発明を適用する事例を紹介する。

図９は、第２の実施形態におけるピコネットの構成例を示した図である。図１と比較すると、制御局（ＰＮＣ２）の制御下に、子局（ＤＥＶ４）として動作している無線通信装置９０４が存在している点が相異する。このような状況下では、制御局（ＰＮＣ２）を単純に子局に変更してしまうことは好ましくない。なぜなら、子局（ＤＥＶ４）が孤立し、通信が途絶してしまうからである。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格によれば、第１の制御局が、第２の制御局を認識した場合、第１の制御局は第２の制御局に同期して動作する従属制御局となることができる。これによって、ピコネット間の干渉が低減される。

しかしながら図９に示したように、２つの制御局ＰＮＣ１とＰＮＣ２とが互いに相手のビーコンフレームを受信することができない場合、ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格による解決方法を適用できない課題がある。すなわち、互いに相手の従属制御局となることが不可能だからである、よって、ネットワークトポロジーを好適な状態に維持することが困難となる。

そこで、制御局（ＰＮＣ２）の制御下に子局（ＤＥＶ４）が存在する場合は、この制御局（ＰＮＣ２）を従属制御局（ＤＥＶ２／ＰＮＣ２）へと変更する。これによって、親ピコネット１００、従属ピコネット１２０およびさらなる従属ピコネット９００を同期させて運用することが可能となる。従って、従来のような無線フレームの衝突による通信効率の低下を、本実施形態に係る発明では抑制することができる。

図１０は、実施形態における各無線通信装置の動作例を示すシーケンス図である。なお、既に説明した個所には同一の参照符号を付すことで、説明を簡略化する。

ここでは、既存制御局（ＰＮＣ１）は、既存ピコネット１００を形成しており、かつ、既存子局（ＤＥＶ３）を収容しているものとする。また、新規制御局（ＰＮＣ２）は、独立ピコネット１１０を形成しており、かつ、他の子局（ＤＥＶ４）を収容しているものとする。

また、新規制御局（ＰＮＣ２）から送信されているビーコンフレームＢを検出した既存子局（ＤＥＶ３）が、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）となって、従属ピコネット１２０を生成するまでの処理は、図８に関して説明した通りである。

ビーコンフレームＣを受信した新規制御局（ＰＮＣ２）は、既に自分が子局を収容しているか否かを判定する。この判定処理は、図５のステップＳ５０１として説明した通りである。子局を収容していれば、制御局としての動作を継続しなければならない。そこで、新規制御局（ＰＮＣ２）は、自らが従属制御局（ＤＥＶ２／ＰＮＣ２）になるべく、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）に対して従属ピコネットの生成を要求する（Ｓ１０１４）。

この要求が許可されると（Ｓ１０１５）、新規制御局（ＰＮＣ２）は他の従属制御局（ＤＥＶ２／ＰＮＣ２）となり（Ｓ１０１６）、他の従属ピコネット９００を形成する（Ｓ１０１７）。なお、従属制御局（ＤＥＶ２／ＰＮＣ２）として動作している無線通信装置１０３が、従属ピコネットに子局（ＤＥＶ２）として参加していることはいうまでもない（Ｓ１０１８）。

従属制御局（ＤＥＶ２／ＰＮＣ２）が送信するビーコンフレームＤによって、子局（ＤＥＶ４）は、従属ピコネット９００に参加する（Ｓ１０１９）
以上説明したように、新規制御局（ＰＮＣ２）は、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）から所定の制御信号を受信すると、自己の制御下に子局が存在する場合は、従属制御局としての動作を開始する。

これによって、新規制御局（ＰＮＣ２）に収容されている子局の通信を途絶させてしまうおそれを軽減できる。

さらに、親ピコネット１００、従属ピコネット１２０およびさらなる従属ピコネット９００を同期させて運用することが可能となる。従って、従来のような無線フレームの衝突による通信効率の低下を、本実施形態に係る発明では抑制することができる。

［第３の実施形態］
上述の実施形態に関する事例では、重複エリアには１台の既存子局が存在しているものとして説明した。しかしながら、現実には、複数の既存子局が存在する場合もある。

図１１は、第３の実施形態におけるピコネットの構成例を示す図である。図１２は、第３の実施形態における各無線通信装置の動作例を示すシーケンス図である。なお、既に説明した個所には同一の参照符号を付すことで、説明を簡略化する。

図１１によれば、既存制御局（ＰＮＣ１）は既存ピコネット１００を形成している。既存子局（ＤＥＶ３）および他の既存子局（ＤＥＶ５）がこの既存ピコネット１００収容されている。なお、無線通信装置１１０５が、他の既存子局（ＤＥＶ５）として動作しているものとする。

この状態で、既存ピコネット１００の近傍において新規の無線通信装置１０３が起動したとする（Ｓ８０１）。無線通信装置１０３は、既存制御局（ＰＮＣ１）から送信されるビーコンフレームを受信できない（Ｓ８０２，Ｓ８０３）。無線通信装置１０３と既存制御局（ＰＮＣ１）との間の距離が十分に離れているからである。そのため、無線通信装置１０３は、新規制御局（ＰＮＣ２）として動作を開始し（Ｓ８０４）、独立ピコネット１１０を形成する（Ｓ８０５）。

この新規制御局（ＰＮＣ２）から送信されるビーコンフレームＢを受信した既存子局（ＤＥＶ３）および他の既存子局（ＤＥＶ５）は、既存制御局（ＰＮＣ１）に対して従属ピコネットの生成を要求する（Ｓ８０６−Ｓ８０８）。既存子局（ＤＥＶ３）および他の既存子局（ＤＥＶ５）は、生成許可を受信すると、それぞれ従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）、（ＤＥＶ５／ＰＮＣ５）となり、異なる従属ピコネットを形成する（Ｓ８０９−Ｓ８１１）。

その結果、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、ビーコンフレームＣの送信を開始する（Ｓ８１２）。同様に、従属制御局（ＤＥＶ５／ＰＮＣ５）はビーコンフレームＤの送信を開始する（Ｓ１２１２）。

ここで、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）および（ＤＥＶ５／ＰＮＣ５）は、それぞれあらかじめ定められた期間を計測するタイマを起動する（Ｓ１２１４）。あらかじめ定められた期間を過ぎても、子局が参加してこない場合、従属制御局は、制御局とし動作する必要はない。そこで、制御部２０１は、例えば、タイマを利用して、従属制御局モジュール２１３を停止し、子局モジュール２１２を再び起動する。

ビーコンフレームＣおよびＤを受信した新規制御局（ＰＮＣ２）は、自分の周辺に自分が接続できる従属制御局が存在することを認識する（Ｓ８１３）。そこで、制御局（ＰＮＣ２）は、複数の従属制御局のどちらかを選択し、選択された従属制御局へと接続動作を実行する。１台の従属制御局を選択する方法は、種々考えられる。例えば、制御部２０１は、ビーコンフレームに含まれているそれぞれの従属制御局の機能を比較して、自己にとって好適な機能を有する従属制御局を決定してもよい。もちろん、信号品質（信号強度、エラーレートなど）の良いほう選択するなど、他の選択方法を用いてもよいことはいうまでもない。

本実施形態に係る事例では、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）が選択されるものとする。新規制御局（ＰＮＣ２）は、独立ピコネット１１０を終了し（Ｓ８１４）、子局（ＤＥＶ２）として動作を開始する。

新規子局（ＤＥＶ２）は、選択した従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）に対して、参加要求などの接続動作を実行する。従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、タイマがタイムアウトする前に、新規子局（ＤＥＶ２）が参加要求を送信してきたときは、従属ピコネット１１００への新規子局（ＤＥＶ２）の参加を許可する。なお、従属制御局（ＤＥＶ３／ＰＮＣ３）は、子局（ＤＥＶ２）を収容した後も、従属制御局としての動作を継続することはいうまでもない。

一方、従属制御局（ＤＥＶ５／ＰＮＣ５）は、いったん従属制御局となったものの、新規子局（ＤＥＶ２）により選択されなかったため、前述したタイマが満了することになる（Ｓ１２１５）。よって、制御部２０１は、タイマの満了時点で、従属制御局としての動作を終了し（Ｓ１２１６）、元の既存子局（ＤＥＶ５）としての動作を再開する（Ｓ１２１７）。

図１３は、第３の実施形態における従属制御局の動作例を示すフローチャートである。なお、既に説明した個所には同一の参照符号を付すことで、説明を簡略化する。また、上述したように、従属制御局は、制御部２０１の従属制御局モジュール２１３によって実現されるものとする。

従属許可を受信すると、制御部２０１は、ステップＳ１３０１において、所定期間を計測するためのタイマをスタートさせる。その後、ビーコンフレームを送信し、従属ピコネットを形成する（Ｓ６０３）。

もし、ステップＳ６０４において、参加要求を受信していないと判定すると、制御部２０１は、ステップＳ１３０２に進み、タイマがタイムアウトしたか否かを判定する。タイムアウトしていれば、子局の動作を再開すべく、本フローチャートに係る処理を終了する。終了すると、再び、子局モジュール２１２が起動することになる。

一方、参加許可を受信した場合、制御部２０１は、参加許可を送信する（Ｓ６０５）。続いて、ステップＳ１３０３において、制御部２０１は、タイマの計測を停止させる。

以上説明したように、本実施形態によれば、タイマを導入することで、複数の従属制御局が動作した場合であっても、新規子局から選択されなかった従属制御局を子局に戻すことができる。これによって、不必要な従属ピコネットの運用を停止させ、ネットワークトポロジーを好適な状態に維持できる。

［他の実施形態］
以上、様々な実施形態を詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。また、無線通信装置に限らず、本発明を有線通信装置に適用してもよい。

本発明は、前述した実施形態の各機能を実現するソフトウェアプログラムを、システム若しくは装置に対して直接または遠隔から供給し、そのシステム等に含まれるコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。ソフトウェアプログラムとしては、図３〜７または１３の何れかに示すフローチャートに対応したプログラムなどがある。

従って、本発明の機能・処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、上記機能・処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明の一つである。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、記録媒体としては、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。

また、プログラムは、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページからダウンロードしてもよい。すなわち、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードしてもよいのである。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の構成要件となる場合がある。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布してもよい。この場合、所定条件をクリアしたユーザにのみ、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報で暗号化されたプログラムを復号して実行し、プログラムをコンピュータにインストールしてもよい。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現されてもよい。なお、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ってもよい。もちろん、この場合も、前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれてもよい。そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ってもよい。このようにして、前述した実施形態の機能が実現されることもある。

本実施形態におけるピコネットの構成を例示した図である。 実施形態における無線通信装置の例示的なブロック図である。 実施形態における無線通信装置の処理例を示すフローチャートである。 実施形態における制御局としての動作例を示すフローチャートである。 実施形態における子局または従属制御局としての動作例を示す図である。 実施形態における従属制御局の動作例を示すフローチャートである。 実施形態における子局の動作を示すフローチャートである。 実施形態における既存制御局、既存子局、および新規端末の動作例を示したシーケンス図である。 第２の実施形態におけるピコネットの構成例を示した図である。 第２の実施形態における各無線通信装置の動作例を示すシーケンス図である。 第３の実施形態におけるピコネットの構成例を示す図である。 第３の実施形態における各無線通信装置の動作例を示すシーケンス図である。 第３の実施形態における従属制御局の動作例を示すフローチャートである ＷＰＡＮにおけるピコネットの生成手順を表したシーケンス図である。 ＷＰＡＮにおけるＴＤＭＡアクセス方式の原理を示した図である。 親ピコネットと従属ピコネットの構成を示した図である。 親ピコネットおよび従属ピコネットの動作タイミングを示す図である。 ピコネット間でフレーム衝突が発生する場合のネットワーク構成を示す図である。

Claims (12)

1. 複数の通信装置を含む通信システムであって、
   制御局として動作している第１の通信装置の子局として動作している第２の通信装置は、
   他の制御局として動作を開始した第３の通信装置を検出する検出部と、
   前記第３の通信装置が検出されると、前記第１の通信装置に従属する従属制御局として動作することで、前記第３の通信装置を制御局から子局または他の従属制御局へと変更させる制御部と
   を含む、ことを特徴とする通信システム。
2. 前記制御部は、
   前記子局として動作している際に、前記第３の通信装置から前記所定の制御信号を受信したときは、従属制御局として動作することで、前記第３の通信装置に前記所定の制御信号を送信する手段
   を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第３の通信装置は、
   前記第２の通信装置から前記所定の制御信号を受信したときに、自己の制御下に子局が存在しない場合、制御局としての動作を停止して、前記第２の通信装置の子局として動作する手段
   をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
4. 前記第３の通信装置は、
   前記第２の通信装置から前記所定の制御信号を受信したときに、自己の制御下に子局が存在する場合、前記第２の通信装置に従属する従属制御局として動作する手段
   をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
5. 前記第２の通信装置は、
   従属制御局として動作を開始する際に、従属要求を自己の制御局に対して送信する手段
   をさらに含む、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の通信システム。
6. 従属制御局として動作している前記第２の通信装置は、
   従属制御局として動作を開始してから所定期間内に子局を検出できない場合に、従属制御局から子局へと動作を変更する手段
   をさらに含む、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の通信システム。
7. 通信装置であって、
   第１の制御局の子局として動作している際に、第２の制御局を検出する検出部と、
   前記第２の制御局が検出されると、前記第１の制御局に従属する従属制御局として動作することで、前記第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる制御部と
   を含む、ことを特徴とする通信装置。
8. 前記第２の制御局からの前記所定の制御信号の受信に基づいて、前記第２の制御局を検出することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
9. 前記第１の制御局に従属する従属制御局として動作開始後、所定の条件に応じて、前記第1の制御局の子局に戻る再変更手段を有することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
10. 通信装置の通信制御デバイスであって、
    第１の制御局の子局として動作している際に、第２の制御局を検出する検出部と、
    前記第２の制御局が検出されると、前記第１の制御局に従属する従属制御局として動作することで、前記第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる制御部と
    を含む、ことを特徴とする通信制御デバイス。
11. 通信装置の制御プログラムであって、
    第１の制御局の子局として動作している際に、第２の制御局を検出し、
    前記第２の制御局が検出されると、前記第１の制御局に従属する従属制御局として動作することで、前記第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させる
    ことを特徴とする制御プログラム。
12. 通信装置の制御方法であって、
    第１の制御局の子局として動作している際に、第２の制御局を検出するステップと、
    前記第２の制御局が検出されると、前記第１の制御局に従属する従属制御局として動作することで、前記第２の制御局を子局または従属制御局へと変更させるステップと
    を含む、ことを特徴とする制御方法。

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