JP2007529157A - 通信システムの親局及びアクセス制御方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】通信帯域を、全ての親局がビーコンパケットを競合して送信するビーコン領域、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な第１のキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）領域、及び全ての局が競合してアクセス可能な第２のＣＳＭＡ領域の３つの領域に分割する。各親局は、第１のＣＳＭＡ領域で使用している通信帯域の情報を互いに交換し合い、それぞれの情報に基づいて、自己の通信システムが第１のＣＳＭＡ領域で使用可能な通信帯域を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信システムの親局及びアクセス制御方法に関し、より特定的には、同一のチャネルを共有する複数の通信システムに用いられ、複数の通信システム間の干渉発生を防止するアクセス制御方法に関する。

従来、同一のチャネルを共有する複数の通信システム間で生じる干渉を軽減させる技術として、送信電力制御を用いて干渉波の影響を軽減させるアクセス制御方法が存在する。例えば、特開２００２−１９８８３４号公報（特許文献１）、特開２００３−３７５５６号公報（特許文献２）、又は特開２００１−５３７４５公報（特許文献３）である。

特許文献１には、基地局に減衰器を設けて信号電力と干渉電力とを減衰させ、その一方で受信機に入力される無線信号の電力レベルが基準レベルになるように、端末局の送信機の送信パワーで保証する方法が開示されている。

また、特許文献２には、干渉電波を検出した基地局が構内通信網経由で干渉電波を送信している他の基地局に対して干渉情報を通知し、通知された他の基地局がその干渉情報に基づいて送信電力を低下させるという方法が開示されている。

さらに、特許文献３では、以下の方法が開示されている。まず、優先データを送信しようとする無線局が、周波数資源の割り当てを受け、また優先データを送信するためのタイミングとフレーム長とが割り当てられる。無線局は、割り当てられたタイミング及びフレーム長に従ってアクセスポイント（ＡＰ）から優先データを送信するとき、送信前に物理的キャリアセンスを行ってチャネルの空き状態を確認し、チャネルが空いている（アイドル状態の）場合にだけ優先データの送信を行う。

しかしながら、上述した通信システムが電力線通信システムのような場合、電力線伝送路の特性として、ネットワークに接続された機器構成によって、自己の通信システム内の信号減衰量が他の通信システムへ干渉を及ぼす信号減衰量よりも大きく上回る場合がある。つまり、特許文献１や特許文献２を電力線通信システムに適用する場合、通信システム間の干渉を電力制御で行うと、機器構成によっては信号強度が低下してシステム内で機器通信ができなくなる機器が発生する恐れがある。また、無線通信の場合においても、遮蔽物による信号強度の減衰により、物理的な距離は近いが信号強度が急激に低下するという同様の現象が起こり得る。

上記従来の構成では、送信電力制御によって自己の通信システム内の通信品質を維持しながら他の通信システムへの干渉を抑圧することが不可能となる。このため、通信システム間の干渉による各通信システムのスループットが大幅に劣化すると共に、通信帯域の制御を行うことが困難であるという課題を有していた。

また、特許文献３で開示されている制御を採用すれば、通信システム間の干渉自体は仮想キャリアや実キャリア検出で軽減させることが可能となるが、通信帯域のサービス品質（ＱｏＳ）は保証できないという課題を有していた。

それ故に、本発明の目的は、同一のチャネルを共有する複数の通信システムにおいて、送信電力制御を行うことなく、簡易に通信システム間の干渉を回避しかつ各通信システムの通信帯域のＱｏＳ保証を可能にする親局及びアクセス制御方法を提供することである。

本発明は、少なくとも１つの子局と子局を管理する親局とで構成される通信システムが、同一のチャネルを共有して複数存在するシステム環境において、各通信システムに用いられる親局に向けられている。そして、上記課題を解決するために、本発明の親局は、通信部、取得部及び判断部を備えている。

通信部は、全ての親局がビーコンパケットを競合して送信するビーコン領域と、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な第１のキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）領域と、全ての局が競合してアクセス可能な第２のＣＳＭＡ領域とに、通信帯域を区分して、周期的に繰り返して通信する。取得部は、他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得する。判断部は、取得部が取得した通信帯域の使用状況に基づいて、第１のＣＳＭＡ領域において自己の通信システムが使用できる通信帯域を算出し、当該算出した通信帯域に応じて、子局から要求されている通信の許可／不許可を判断する。

典型的には、ビーコン領域、第１のＣＳＭＡ領域及び第２のＣＳＭＡ領域の各割当時間を少なくとも与えるシステム情報が、ビーコンパケットに含まれる。このビーコンパケットは、ビーコン領域の周期毎にランダムバックオフ処理後に他の親局によるビーコンパケット送信の有無を検査し、無ければ送信して有れば送信されない。

また、取得部は、第２のＣＳＭＡ領域を使用した他の親局と情報交換によって、他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得してもよいし、ビーコン領域において受信する他の親局のビーコンパケットから、他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得してもよい。

この場合、第１のＣＳＭＡ領域における通信帯域に対してＣＳＭＡアクセス効率及び再送帯域を考慮した実帯域を求め、この実帯域を超過しないように子局からのアクセス要求を制限することが好ましい。また、許可された特定の局は、予め指定した要求帯域を超えないように第１のＣＳＭＡ領域における送信時間の管理を行うことが好ましい。さらに、 第１のＣＳＭＡ領域における割当時間ＡＴが、他の親局の通信システム内で要求されている通信帯域Ｔｎ、自己の通信システム内で要求されている通信帯域Ｍ、及び所定の係数αに基づいて、ＡＴ＝（ΣＴｎ＋Ｍ）×αで算出されてもよい。

また、ビーコンパケットを送信する親局の時刻タイマー値に従って、ビーコン領域の開始時刻及びビーコンパケットの送信時刻を少なくとも与えるシステム情報が、ビーコンパケットに含まれていてもよい。この場合、受信した他の親局のビーコンパケットからビーコンパケットの送信時刻を取得し、取得したビーコンパケットの送信時刻に基づいて自己の時刻タイマーを補正することが好ましい。特に、他の親局によるビーコンパケットの送信時刻と自己の時刻タイマー値との中間値を算出し、自己の時刻タイマーを当該中間値に補正すれば効率的である。

上述した親局の各構成が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与えるアクセス制御方法として捉えることができる。この方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。また、上述した親局の各構成は、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。

上記のように、本発明によれば、通信帯域をビーコン領域、第１のＣＳＭＡ領域及び第２のＣＳＭＡ領域の３つに時分割し、第１のＣＳＭＡ領域における割り当てを各通信システムの使用通信帯域の情報に基づいて決定する。これにより、複数の通信システムが同一のチャネルを共有する場合であっても、送信電力制御を行うことなく簡易に通信システム間の干渉を回避しかつ各通信システムの通信帯域のＱｏＳを保証することができる。また、異なるアクセス形態が互いに影響を与えることがなくなる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に述べる。
図１は、本発明が適用される通信システム環境の一例を示した図である。図１では、３つの通信システム１１〜１３が、相互に干渉して存在する環境を例示している。通信システム１１は、親局１１１及び子局１１２で構成され、通信システム１２は、親局１２１、子局１２２及び子局１２３から構成され、通信システム１３は、親局１３１、子局１３２及び子局１３３から構成されている。

それぞれの親局及び子局は、図２に示すように、帯域管理部２１と、制御部２２と、データバッファ部２３と、フレーム送信部２４と、フレーム受信部２５と、上位インタフェース部２６とを備える。帯域管理部２１は、通信帯域に関する様々な情報を管理する。制御部２２は、局全体の制御を司る。データバッファ部２３は、各種パケットを一時的に格納する。フレーム送信部２４は、データバッファ部２３に格納されたパケットを送信する。フレーム受信部２５は、受信したパケットをデータバッファ部２３に格納させる。上位インタフェース部２６は、例えば上位ホストとのインタフェースや、ブリッジ形態のように他のメディア（通信システム等）とのインタフェース等である。帯域管理部２１と制御部２２とによって、判断部が構成される。また、データバッファ部２３と、フレーム送信部２４と、フレーム受信部２５とによって、取得部が構成される。さらに、制御部２２と、フレーム送信部２４と、フレーム受信部２５とによって、通信部が構成される。

本発明の特徴の１つとして、通信システム１１〜１３が使用する通信帯域が、ビーコン領域、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域、及びＮｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域の３つの領域に予め区分され、各領域の役割が規定されていることが挙げられる。ビーコン領域は、全ての親局がビーコンパケットを競合して送信する区間である。Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域（第１のＣＳＭＡ領域）は、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な、すなわちアクセス制限されたキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）区間である。Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域（第２のＣＳＭＡ領域）は、全ての局が競合してアクセス可能な、すなわちアクセス制限がないＣＳＭＡ区間である。この３つの領域は、周期的に繰り返される（図３を参照）。

親局１１１、親局１２１及び親局１３１は、例えば各制御部２２が個別に備える時刻タイマーに従って、ビーコン領域、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域、及びＮｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域を管理している。典型的には、この３つの領域の割当時間を与えるシステム情報は、ビーコンパケットに格納されて送信される。
上記構成による親局及び子局を用いたアクセス制御方法を、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態に係るアクセス制御方法を説明するためのタイミングチャートである。なお、本実施形態では、各ビーコン領域の開始時刻が予め一致（同期）している場合を例に挙げて説明するが、このビーコン領域を一致させる処理には、例えば後述の第３の実施形態で説明する手法を用いればよい。また、通信システムが使用している通信帯域の情報が、ビーコンパケットに格納されて送信されるものとする。また、図５は、本発明の第１の実施形態に係るアクセス制御方法（帯域管理方法）を説明するためのフローチャートである。

図４に示すように、親局１１１、親局１２１及び親局１３１の制御部２２は、ビーコン領域が開始される時刻になると、自己のビーコンを送信するためにビーコン領域内の範囲でランダムバックオフ処理を行う。親局１１１の制御部２２はビーコンパケット４０１を、親局１２１の制御部２２はビーコン４０４パケットを、親局１３１の制御部２２はビーコン４０７パケットを、それぞれ送信するためにランダムバックオフ処理を行っている。それぞれの親局１１１、親局１２１及び親局１３１の制御部２２は、ランダムバックオフ処理が完了した時点で、すでに他のビーコンパケットが送信されていないかどうかを確認（メディアを検査）するためにキャリアセンスを行う。そして、他のビーコンパケットが送信されていない場合に限り、自己のビーコンパケットの送信を実行する。すなわち、最初にランダムバックオフ処理が完了した親局のみが自己のビーコンパケットを送信できるのである。

図４の例では、ランダムバックオフ処理が一番先に完了する親局１２１が、ビーコンパケット４０４をデータバッファ部２３内に生成してフレーム送信部２４を用いて送信することになる。このビーコンパケットには、時刻タイマーに基づいたビーコンパケットの送信時刻、ビーコン領域の開始時刻、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の開始時刻、及びＮｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域の開始時刻等が、システム情報として含まれる。なお、キャリアセンスによって他のビーコンパケット４０４の送信を確認した親局１１１及び親局１３１は、ビーコンパケット４０１及び４０７の送信を中止する。

親局１１１及び親局１３１は、フレーム受信部２５を介して親局１２１からビーコンパケット４０４を受信すると（ステップＳ５０１）、ビーコンパケット４０４をデータバッファ部２３に一時的に格納する。そして、親局１１１及び親局１３１の制御部２２は、格納されたビーコンパケットから通信システム１２が使用している通信帯域の情報を取り出して、帯域管理部２１に保持する（ステップＳ５０２）。新たな情報が帯域管理部２１に保持されると、親局１１１及び親局１３１は、各々の通信システム内で新たな要求が発生しているか否かを判断する（ステップＳ５０３）。新たな要求が発生している場合、親局１１１及び親局１３１は、保持された情報に基づいて自己の通信システムで使用可能な通信帯域を新たに算出し、現在自己の通信システムが使用している通信帯域及び新たな要求の通信帯域の合計値と比較する（ステップＳ５０４）。そして、親局１１１及び親局１３１は、比較の結果、合計値の方が小さければ新たな要求を許可し（ステップＳ５０５）、合計値の方が大きければ新たな要求を不許可にする（ステップＳ５０６）。

ここで、ステップＳ５０４で行われる、他の通信システムが使用している通信帯域に基づいて自己の通信システムで使用可能な通信帯域を算出する手法を、具体例で説明する。例えば、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域における最大帯域が３０Ｍｂｐｓであり、他の通信システムが使用している通信帯域の合計が６Ｍｂｐｓである場合において、図６に示す特性に基づいてＣＳＭＡ効率を０．６５と、再送等の冗長帯域分（マージン分）を２０％確保するものとする。よって、この場合には、全ての通信システムで使用可能な総通信帯域は、１５．６Ｍｂｐｓ（＝３０×０．６５×０．８）となる。従って、自己の通信システムで使用可能な通信帯域は、９．６Ｍｂｐｓ（＝１５．６−６．０）と算出される。よって、この例では、新たな要求の通信帯域が９．６Ｍｂｐｓ以下であれば、その要求が許可されることになる。

他の通信システムが使用している通信帯域の情報の取得方法は、上述したビーコン領域を利用する手法以外にも、Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域を利用する手法が考えられる。この手法を図７及び図８を用いて説明する。

例えば、子局１２２がＱｏＳを確保する必要が生じた場合、子局１２２は、同一通信システムの親局１２１に向けてＱｏＳリクエストパケット６１１を送信する（ステップＳ８０１）。このパケット６１１をフレーム受信部２５を介して受信した親局１２１は、データバッファ部２３に一時的に格納する。そして、親局１２１の制御部２２は、データバッファ部２３に格納されているビーコンパケットによって周囲にあることをすでに認識している親局１１１及び親局１３１に対し、ステータスリクエストパケット６１２及び６１４をそれぞれ送信する（ステップＳ８０２）。具体的には、親局１２１の制御部２２が、パケット６１２及び６１４をデータバッファ部２３内に生成し、フレーム送信部２４を介して親局１１１及び親局１３１へ送信する。

パケット６１２及び６１４を受信した親局１１１及び親局１３１のフレーム受信部２５は、パケットをデータバッファ部２３に格納する。そして、親局１１１及び親局１３１の制御部２２は、帯域管理部２１が保持している使用通信帯域の情報を含むステータスリプライパケット６１３及び６１５を、親局１２１に送信する。具体的には、親局１１１及び親局１３１の制御部２２が、パケット６１３及び６１５をデータバッファ部２３内に生成し、フレーム送信部２４を介して親局１２１へ送信する。

親局１１１及び親局１３１からパケット６１３及び６１５を受信すると（ステップＳ８０３）、親局１２１の制御部２２は、パケットに含まれる使用通信帯域の情報と、上述したＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の最大帯域及びマージン分とに基づいて、子局１２２からの要求を許可できるか否かを判断する（ステップＳ８０４）。そして、親局１２１の制御部２２は、その判断結果に基づいて、要求許可又は要求不許可を含んだＱｏＳリプライパケット６１６をデータバッファ部２３に生成し、フレーム送信部２４を介して子局１２２へ送信する（ステップＳ８０５、Ｓ８０６）。

そして、要求許可のパケット６１６を受信した子局１２２の制御部２２は、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域において、データパケットを一般的なＣＳＭＡ手順で伝送する。すなわち、送信側は、キャリアセンス後にデータパケットを送信し、データパケットを受信できた受信側は、応答パケットを返送する。もし衝突や誤り等で応答パケットが送信側で確認できない場合は、ランダムバックオフ処理を行いデータパケットを再送する。具体的には、ＩＰ等のデータが上位インタフェース部２６を介してデータバッファ部２３に格納されると、子局１２２の制御部２２は、格納されたデータがＱｏＳデータであるか否かを判別する。そして、ＱｏＳデータの場合、子局１２２の制御部２２は、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ期間においてランダムバックオフ処理を行った後にキャリアセンスによって他のデータフレーム等がないことを確認し、フレーム送信部２４を用いてデータフレームを送信する。なお、格納されたデータがＱｏＳデータでない場合には、子局１２２の制御部２２は、Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ期間において同様の処理を行ってデータフレームを送信する。

子局１２２の制御部２２は、送信データを多く持っていたとしても、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域における最大データ送信量を制限する。例えば、ＳｙｓｔｅｍＰｅｒｉｏｄ単位でレートを計算した場合、要求帯域の２０％増しまでに制限する等である。また、図９に示すように、最大の送信許可時間（ＴＸＯＰ）を設定して制限する等である。図９のようにＴＸＯＰを設定する場合、制御部２２は、データパケットを連続して送信することになる。この場合は、最小のパケット間隔を保つと共に、他の局は最小のパケット間隔以上の空きを検出できないと送信できないように制御する。

なお、制御部２２はデータパケットの送信に先立って、一般的なＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）やＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）の手順を含めてよい。これにより、隠れ端末問題が改善される。また、パケットに仮想キャリア持続情報等を含めることで仮想キャリアセンスを行い、衝突頻度を改善してもよい。また、親局がＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域にポーリングパケットを送信することでＴＸＯＰを設定し、そのポーリングに応じて子局がデータパケットを送信するようにしてもよい。もちろん、ＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを含んでもよい。ポーリングに対するデータパケット、応答パケット又はＲＴＳパケットが返送されない場合には、ポーリングの再送や次の局へのポーリングを行うようにしてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したアクセス制御方法を、電力線通信システムに適用させた場合の具体例を、図１０〜図１４を参照して説明する。図１０〜図１４は、電力線通信に用いられる、割当情報を格納してシステム内に報知するビーコンパケット（ビーコンフレーム）のフォーマットを示す図である。

フレームコントロール内のＶＦ（Variant Field ）に含まれるＴＩＮＦ情報には、複数の親局１〜ｎ（ｎは、任意の整数）で受け付けたＱｏＳ確保に必要な通信帯域Ｔ１〜Ｔｎの情報が格納されるものとする。また、図１４に示したように、ビーコンパケット内のデータボディ部に含まれるスケジュールインフォメーションＳＩに、ビーコン領域の時間割当、ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の時間割当ＡＴ、Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域の時間割当の各情報が格納される。本実施例では、ビーコン周期を５０ｍｓと仮定する。

親局１１１は、他の親局１２１及び親局１３１からビーコンパケットを受信し、データバッファ部２３に格納する。親局１１１は、データバッファ部２３に格納されたビーコンパケットを解析してＴＩＮＦ情報を取り出し、親局１２１又は１３１のアドレスとセットにして帯域管理部２１に保存する。すでにＴＩＮＦ情報がある場合には、情報の更新が行われる。本実施例では、親局１２１のＴＩＮＦ情報は５ｍｓ、親局１３１のＴＩＮＦ情報は８ｍｓであるものとする。なお、ビーコンパケットが衝突やエラー等で検出できない場合は更新されないので、制御部２２は以前に受信したＴＩＮＦの情報を用いることになる。ただし、そのデータが有効である時間を設けておくのが望ましい。

親局１１１は、自己の通信システムにおいて要求されている通信帯域Ｍを設定したビーコンパケットを生成する。この例のように、自己の通信システムに属する子局１１２から通信帯域の要求を受け付けていなければ通信帯域Ｍは０ｍｓとなる。よって、親局１１１は、通信帯域Ｍに「０」を設定したビーコンパケットを生成する。親局１１１は、ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ期間の時間割当ＡＴを、他の親局１２１及び親局１３１のＴＩＮＦ情報と自己の通信帯域情報とを用いて決定する。例えば、所定の係数αを１．３とした場合、ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ期間ＡＴを１６．９ｍｓ（＝（ΣＴｎ＋Ｍ）×α＝（５＋８＋０）×１．３）と演算して、スケジュールインフォメーションＳＩに設定する。

同様に、親局１２１及び親局１３１においても、他の親局から取得したＴＩＮＦ情報を用いてｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ期間の時間割当ＡＴを決定し、スケジュールインフォメーションＳＩに格納してビーコンを生成する。なお、α係数や計算式は一例であり、他の決定式を用いてもよい。例えば、ＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを用いる場合やポーリングを用いる場合に応じて変更してもよい。

次に、子局１１２から親局１１１へ向けて帯域要求がなされる場合のシーケンスについて説明する。
子局１１２の制御部２２は、通信帯域の要求を行う前に、通信相手局との間の伝送路状況をテストパターンを用いて測定して、伝送速度を求める。具体的には、データバッファ部２３にテストパターンを設定し、フレーム送信部２４を用いてチャネル測定フレームを送信する。通信相手局のフレーム受信部２５は、チャネル測定フレームを受信すると、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｚｅ Ｒａｔｉｏ）等からチャネルに最適な変調方式や伝送速度を判定する。通信相手局の制御部２２は、この判定結果からチャネル測定結果フレームをデータバッファ部２３に生成して子局１１２に送信する。子局１１２は、チャネル測定結果フレームを受信するとフレームを解析して、通信に必要な変調方式や伝送速度を取得する。

伝送速度が、例えば４８Ｍｂｐｓであったとする。このとき、子局１１２において６Ｍｂｐｓの帯域保証が必要であるならば、子局１１２の制御部２２は、伝送速度と要求帯域とを含む帯域要求フレームを生成して親局１１１に送信する。ただし、伝送速度が要求帯域よりも小さい場合は、割当が不可能であるので帯域要求フレームを送信しない。この例では、伝送速度が４８Ｍｂｐｓで６Ｍｂｐｓの帯域をビーコン周期５０ｍｓで要求しているので、ビーコン周期毎に６．２５ｍｓ割り当てれば帯域が保証できることになる。なお、この計算は、親局１１１の制御部２２が行ってもよいし、子局１１２の制御部２２が行った後親局１１１に通知してもよい。

親局１１１は、帯域要求フレームを受信するとデータバッファ部２３に格納する。親局１１１の制御部２２は、帯域要求フレーム中のデータを用いてｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の時間割当ＡＴを再度求める。ＡＴ＝２５．０２５（＝１．３×（５＋８＋６．２５））となる。仮にｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の上限が４０ｍｓであるとすると、この計算によるｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域の割当時間ＡＴは、それ以下であるので要求許可と判断する。この場合、親局１１１の制御部２２は、要求受付完了フレームを生成して子局１１２に送信する。要求不許可の場合は、親局１１１の制御部２２は要求受付不可フレームを同様に送信する処理を行う。

また、親局１１１の制御部２２は、要求を受け付けた場合、帯域管理部２１内のデータを更新すると共に、ＴＩＮＦ情報に６．２５ｍｓを設定し、かつスケジュールインフォメーションＳＩを２５．０２５ｍｓに更新したビーコンパケットを生成して周期的な送信を行う。子局１１２は、ビーコンパケットを受信するとパケットのデータ内容を解析する。そして、子局１１２は、スケジュールインフォメーションＳＩを取得し、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域を把握して、スケジュールインフォメーションＳＩの２５．０２５ｍｓ期間にＣＳＭＡ手順を用いて帯域保証が必要なデータフレームを送信する。なお、帯域保証が必要とされないデータフレームは、Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域で送信が行われる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明したアクセス制御方法と組み合わせて用いることが可能なビーコン領域を一致させる処理について説明する。図１５は、本発明の第３の実施形態に係るアクセス制御方法の処理手順を示すフローチャートである（親局側）。図１６は、本発明の第３の実施形態に係るアクセス制御方法の処理手順を示すフローチャートである（子局側）。

各親局は、ビーコンパケットを新たに受信したか否かを個別に判断する（ステップＳ１５０１）。ビーコンパケットを受信していない場合、親局は、自己の時刻タイマーの値を取得する（ステップＳ１５０２）。そして、親局は、取得した時刻タイマーの値がビーコン領域の開始タイミングに達したか否かを判断する（ステップＳ１５０３）。達していなければステップＳ１５０１の処理に戻る。達していれば、親局は、ランダムバックオフ処理を開始する（ステップＳ１５０４）。

ランダムバックオフ処理の途中に他の親局からビーコンパケットを受信した場合（ステップＳ１５０５、Ｙｅｓ）、親局は、自己の時刻タイマーの値を取得する（ステップＳ１５０８）。次に、親局は、受信したビーコンパケットからビーコン領域開始時刻を抽出し、このビーコン領域開始時刻に所定のオフセット時間（ＤｅｌａｙＯｆｆｓｅｔ）を加算して他の親局でのビーコンパケット送信時刻を求める（ステップＳ１５０９）。図１７を参照。そして、親局は、求めたビーコンパケット送信時刻と自己の時刻タイマー値との中間値を算出し、時刻タイマーをこの中間値に補正する（ステップＳ１５１０）。例えば、他の親局でのビーコンパケット送信時刻の値が「１２００カウント」のときに、自己の時刻タイマーの値が「１３００カウント」であった場合には、中間値である「１２５０カウント」に時刻タイマーの値が補正される。

一方、他の親局からビーコンパケットを受信することなくランダムバックオフ処理が完了した場合（ステップＳ１５０６、Ｙｅｓ）、親局は、自己の時刻タイマー値に従ったビーコン領域開始時刻及び所定のオフセット時刻を付加したビーコンパケットを生成し、他の親局に向けて送信する（ステップＳ１５０７）。

そして、各親局は、ビーコンパケットに含まれるビーコン領域、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域、及びＮｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域の開始時刻を取得して、タイミングを認識する。なお、ビーコン領域の開始時刻にビーコン領域の発生周期であるＳｙｓｔｅｍＰｅｒｉｏｄを加算すると、次のビーコン領域の開始時刻が得られる。

各子局は、所属する通信システムの親局からビーコンパケットを受信すると（ステップＳ１６０１）、受信したビーコンパケットからビーコンパケット送信時刻を抽出する（ステップＳ１６０２）。そして、各子局は、抽出したビーコンパケット送信時刻を時刻タイマーの値に設定する（ステップＳ１６０３）。

以上のように、本発明のアクセス制御方法によれば、通信帯域をビーコン領域、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域及びＮｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域の３つに時分割し、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域における割り当てを各通信システムの使用通信帯域の情報に基づいて決定する。これにより、複数の通信システムが同一のチャネルを共有する場合であっても、送信電力制御を行うことなく簡易に通信システム間の干渉を回避しかつ各通信システムの通信帯域のＱｏＳを保証することができる。また、異なるアクセス形態が互いに影響を与えることがなくなる。

また、ビーコンパケットの送信時刻に基づいて自己の時刻タイマーを補正するので、簡単にシステム同期を取ることができる。特に、他局のビーコンパケット送信時刻と自局の時刻タイマー値との中間値を求めてシステム時刻を補正することで、時刻タイマーが大きくずれた局が存在しても繰り返し処理を行うことでシステム同期を取ることができる。

なお、上記した各実施形態は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現される。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

また、本発明の親局を構成する全て又は一部の機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）として実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。

また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別の技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

また以下に、上記各実施形態で説明した発明を実際のネットワークシステムに応用した例を示す。図１８は、本発明を高速電力線伝送に適用したネットワークシステム例を示す図である。図１８では、本発明の機能を備えたモジュールを介して、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤレコーダ、デジタルテレビ、ホームサーバシステム等のマルチメディア機器が備えるＩＥＥＥ１３９４のインタフェースやＵＳＢインタフェース等と電力線とを接続している。これにより、電力線を媒体としたマルチメディアデータ等のデジタルデータを高速伝送できるネットワークシステムを構築することができる。このシステムでは、従来の有線ＬＡＮのようにネットワークケーブルを新たに設置することなく、家庭やオフィス等にすでに設置されてる電力線をそのままネットワーク回線として利用できるので、コスト面及び設置容易の面からその利便性は大きい。

上記の形態は、既存のマルチメディア機器の信号インタフェースを、電力線通信のインタフェースに変換するアダプタを介すことによって、既存の機器を電力線通信に適用する例である。しかし、将来的には、マルチメディア機器が本発明の機能を内蔵することにより、マルチメディア機器の電源コードを介して機器間のデータ伝送が可能になる。この場合、図１８に示したように、アダプタやＩＥＥＥ１３９４ケーブルやＵＳＢケーブルが不要になり、配線が簡素化される。また、ルータを介したインターネットへの接続や、無線／有線ＬＡＮにハブ等を用いて接続することができるので、本発明の高速電力線伝送システムを用いたＬＡＮシステムの拡張も可能である。また、電力線伝送方式では、通信データが電力線を介して流されるため、無線ＬＡＮのように電波が傍受されてデータが漏洩するという問題が生じない。よって、電力線伝送方式は、セキュリティの面からのデータ保護にも効果を有する。もちろん、電力線を流れるデータは、例えばＩＰプロトコルにおけるＩＰｓｅｃ、コンテンツ自身の暗号化、その他のＤＲＭ方式等で保護される。

このように、コンテンツの暗号化による著作権保護機能や本発明の効果（スループットの向上、再送増加やトラフィック変動に柔軟に対応した帯域割り当て）を含めたＱｏＳ機能を実装することによって、電力線を用いた高品質なＡＶコンテンツの伝送が可能となる。

本発明にかかる制御方法は、複数の通信システムが同一のチャネルを共有する場合等に利用可能であり、特に送信電力制御を行うことなく簡易に通信システム間の干渉を回避しかつ各通信システムの通信帯域のＱｏＳを保証する場合等に有用である。

本発明が適用される通信システムの環境の一例を示した図 局の詳細な構成例を示すブロック図 通信帯域の領域分割を説明する図 本発明の第１の実施形態に係るアクセス制御方法を説明するためのタイミングチャート 本発明の第１の実施形態に係るアクセス制御方法を説明するためのフローチャート ＣＳＭＡアクセスにおけるトラフィックとスループットとの関係を示した図 Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域を利用する手法を説明するためのシーケンス Ｎｏｒｍａｌ−ＣＳＭＡ領域を利用する手法を説明するためのフローチャート Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ＣＳＭＡ領域におけるＴＸＯＰを示した図 電力線通信に用いられる、割当情報を格納してシステム内に報知するビーコンパケット（ビーコンフレーム）のフォーマットを示す図 図１０におけるフレームコントロール部の詳細を示す図 図１１におけるＶａｒｉａｎｔフィールド（ＶＦ）の詳細を示す図 図１０におけるセグメントヘッダ部の詳細を示す図 図１０におけるデータボディ部の詳細を示す図 本発明の第３の実施形態に係るアクセス制御方法の処理手順を示すフローチャート（親局側） 本発明の第３の実施形態に係るアクセス制御方法の処理手順を示すフローチャート（子局側） ビーコン領域におけるビーコンパケットの情報及びタイミングを示す図 本発明のアクセス制御方法を高速電力線伝送に適用したネットワークシステム例を示す図

Claims (13)

1. 少なくとも１つの子局と子局を管理する親局とで構成される通信システムが、同一のチャネルを共有して複数存在するシステム環境において、各通信システムに用いられる親局であって、
   全ての親局がビーコンパケットを競合して送信するビーコン領域と、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な第１のキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）領域と、全ての局が競合してアクセス可能な第２のＣＳＭＡ領域とに、通信帯域を区分して、周期的に繰り返して通信する通信部と、
   他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した通信帯域の使用状況に基づいて、前記第１のＣＳＭＡ領域において自己の通信システムが使用できる通信帯域を算出し、当該算出した通信帯域に応じて、子局から要求されている通信の許可／不許可を判断する判断部とを備えることを特徴とする、親局。
2. 前記ビーコン領域、前記第１のＣＳＭＡ領域及び前記第２のＣＳＭＡ領域の各割当時間を少なくとも与えるシステム情報が、前記ビーコンパケットに含まれることを特徴とする、請求項１に記載の親局。
3. 前記ビーコン領域の周期毎に、ランダムバックオフ処理後に他の親局によるビーコンパケット送信の有無を検査し、無ければ自己のビーコンパケットを送信して、有れば送信を放棄することを特徴とする、請求項１に記載の親局。
4. 前記ビーコンパケットを送信する親局の時刻タイマー値に従って、前記ビーコン領域の開始時刻及び前記ビーコンパケットの送信時刻を少なくとも与えるシステム情報が、前記ビーコンパケットに含まれることを特徴とする、請求項１に記載の親局。
5. 受信した他の親局の前記ビーコンパケットから当該ビーコンパケットの送信時刻を取得し、当該取得したビーコンパケットの送信時刻に基づいて自己の時刻タイマーを補正することを特徴とする、請求項４に記載の親局。
6. 他の親局による前記ビーコンパケットの送信時刻と自己の時刻タイマー値との中間値を算出し、自己の時刻タイマーを当該中間値に補正することを特徴とする、請求項５に記載の親局。
7. 前記第１のＣＳＭＡ領域における通信帯域に対してＣＳＭＡアクセス効率及び再送帯域を考慮した実帯域を求め、当該実帯域を超過しないように子局からのアクセス要求を制限することを特徴とする、請求項１に記載の親局。
8. 前記取得部は、前記第２のＣＳＭＡ領域を使用した他の親局と情報交換によって、他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得することを特徴とする、請求項１に記載の親局。
9. 前記取得部は、前記ビーコン領域において受信する他の親局のビーコンパケットから、他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得することを特徴とする、請求項１に記載の親局。
10. 前記許可された特定の局は、予め指定した要求帯域を超えないように前記第１のＣＳＭＡ領域における送信時間の管理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の親局。
11. 前記第１のＣＳＭＡ領域における割当時間ＡＴが、他の親局の通信システム内で要求されている通信帯域Ｔｎ、自己の通信システム内で要求されている通信帯域Ｍ、及び所定の係数αに基づいて、ＡＴ＝（ΣＴｎ＋Ｍ）×αで算出されることを特徴とする、請求項１に記載の親局。
12. 少なくとも１つの子局と子局を管理する親局とで構成される通信システムが、同一のチャネルを共有して複数存在するシステム環境において、各通信システムに用いられる親局が実行するアクセス制御方法であって、
    全ての親局がビーコンパケットを競合して送信するビーコン領域と、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な第１のキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）領域と、全ての局が競合してアクセス可能な第２のＣＳＭＡ領域とを、周期的に繰り返して通信しており、
    他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得するステップと、
    前記取得した通信帯域の使用状況に基づいて、前記第１のＣＳＭＡ領域において自己の通信システムが使用できる通信帯域を算出するステップと、
    前記算出した通信帯域に応じて、子局から要求されている通信の許可／不許可を判断するステップとを含むことを特徴とする、アクセス制御方法。
13. 少なくとも１つの子局と子局を管理する親局とで構成される通信システムが、同一のチャネルを共有して複数存在するシステム環境において、各通信システムに用いられる親局に内蔵される集積回路であって、
    全ての親局がビーコンパケットを競合して送信するビーコン領域と、許可された特定の局だけが競合してアクセス可能な第１のキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ）領域と、全ての局が競合してアクセス可能な第２のＣＳＭＡ領域とに、通信帯域を区分して、周期的に繰り返して通信する通信部、
    他の通信システムにおける通信帯域の使用状況を取得する取得部、及び
    前記取得部が取得した通信帯域の使用状況に基づいて、前記第１のＣＳＭＡ領域において自己の通信システムが使用できる通信帯域を算出し、当該算出した通信帯域に応じて、子局から要求されている通信の許可／不許可を判断する判断部、として機能する回路を集積していることを特徴とする、集積回路。

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