JP2008219554A - 通信システム、ならびに、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の端末装置同士の通信で採用すべきアンテナ指向性を適切に登録したテーブルを各端末装置で共有する通信システム等を提供する。
【解決手段】Ｐｉｃｏｎｅｔ等の通信システムの端末装置１０１は、ＰＮＣもしくはＤＥＶとして働き、指向性がk通りある指向性アンテナ１０２を使い、ＰＮＣのビーコン送信部１１１は、k個のスーパーフレームを、i番目のスーパーフレームのビーコン区間でk個のビーコンをi番目の指向性で送信し、ＤＥＶのビーコン受信部１２１は、ビーコン区間をk分割した時間長で指向性を切り替えてビーコンの受信を試み、j番目の指向性で受信できれば、指向性通知部１２２がこれをＰＮＣに送信し、ＰＮＣは、指向性取得部１１２がi番目のスーパーフレームでこれを受信し、i,jを２つの端末装置１０１の間の通信に用いるそれぞれの指向性とし、テーブルを生成してＤＥＶに送信して共有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の端末装置同士の通信で採用すべきアンテナ指向性を適切に登録したテーブルを各端末装置で共有するのに好適な通信システム、ならびに、コンピュータやディジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ等を当該通信システムの端末として機能させるためのプログラムに関する。

従来から、２.４ＧＨｚ帯における最大５５Ｍｂｐｓの通信のためのＩＥＥＥ ８０２.１５.３規格の策定が進められており、この規格では、無指向性のオムニアンテナを物理層に用いることが前提とされている。この規格では、複数の端末装置がＰｉｃｏｎｅｔと呼ばれるネットワークを自律的にアドホック形成し、Ｐｉｃｏｎｅｔ内では、端末装置の１つはＰＮＣ（PicoNet Coordinator）となり、他はＤＥＶ（DEVice）となる。

このような自律的なネットワーク形成の技術は、以下の文献に開示されている。
特許第３７９６５３７号公報 児島史秀、藍洲、表昌佑、加藤修三、中瀬博之、永井幸政、山内尚久、前田忠彦、池田秀人、大石泰之「ＩＥＥＥ８０２.１５.３ｃミリ波ＷＰＡＮに関する研究開発と標準化活動―（５）１５.３ｃＭＡＣにおける必要事項の検討―」、社団法人電子情報通信学会、無線通信システム研究会（ＲＣＳ）、移動通信ワークショップ（２００７年３月７日〜９日、横須賀テレコムリサーチパークにて開催）、信学技報、２００７年２月２８日発行

ここで、[特許文献１]では、端末装置が上位局（ＰＮＣに相当）と下位局（ＤＥＶに相当）のいずれとなるかを自律的に決定するアドホックネットワークの技術が開示されている。

一方、[非特許文献１]は、ＩＥＥＥ ８０２.１５.３規格を拡張して、より高速な通信を実現するために解決すべき課題を整理して述べるものである。

ここで、[非特許文献１]にも開示する通り、無線電波の減衰が深刻な６０ＧＨｚミリ波帯において高速の通信を実現するためには、オムニアンテナを前提とするＩＥＥＥ ８０２.１５.３規格をそのまま適用するのでは不十分であり、指向性アンテナを用いることにより、通信利得を増大させる技術が強く望まれている。

このために、アンテナ指向性を適切に検知して、通信に必要な情報を各端末装置で共有する技術が必要とされる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、複数の端末装置同士の通信で採用すべきアンテナ指向性を適切に登録したテーブルを各端末装置で共有するのに好適な通信システム、ならびに、コンピュータやディジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ等を当該通信システムの端末として機能させるためのプログラムを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。

本発明の第１の観点に係る通信システムは、k (k≧2)個の方向の指向性を有する指向性アンテナを有する第１の端末装置と、第２の端末装置と、の間で通信に採用すべき指向性を指定するテーブルを共有させるものであり、以下のように構成する。

すなわち、当該第１の端末装置は、k個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割し、当該分割された区間のそれぞれについて１個のビーコンを送信するビーコン送信部を備え、当該ビーコン送信部は、当該k個のスーパーフレームのうちi番目のスーパーフレームを、当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信する。

一方、当該第２の端末装置は、当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割した区間のうち、j番目の区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行するビーコン受信部、当該ビーコンの受信に成功した場合、当該ビーコンを含むスーパーフレームを受信したアクノリッジとして、当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかを当該第１の端末に通知する指向性通知部を備える。

さらに、当該第１の端末装置は、当該第２の端末装置から通知されたアクノリッジを受信して、当該第２の端末が当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかを取得する指向性取得部、当該アクノリッジが受信されたスーパーフレームがi番目のスーパーフレームであり、当該アクノリッジにより通知された指向性がj番目である場合、当該第１の端末装置は、当該第２の端末装置との通信に、i番目の指向性を採用し、当該第２の端末装置は、当該第１の端末装置との通信に、j番目の指向性を採用すべき旨を登録したテーブルを生成するテーブル生成部、生成されたテーブルを、当該第２の端末装置に送信するテーブル送信部、をさらに備える。

そして、当該第２の端末装置は、当該第１の端末装置から送信されたテーブルを受信するテーブル受信部をさらに備える。

また、本発明の通信システムは、以下のように構成することができる。

すなわち、当該第１の端末装置は、のビーコン送信部は、「当該k個のスーパーフレームのうちi番目のスーパーフレームを、当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信」するのにかえて、「当該k個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間内のi番目のビーコンに当該ビーコンがi番目である旨を指定して、当該i番目のビーコンを当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信」する。

一方、当該第２の端末装置のビーコン受信部は、「当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割した区間のうち、j番目の区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行」するのにかえて、「当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのうち、j番目のスーパーフレームのビーコン区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行」する。

さらに、当該第２の端末装置の指向性通知部は、当該ビーコンを含むスーパーフレームを受信したアクノリッジとして、「当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるか」を通知するのにかえて、「当該ビーコンが何番目のビーコンであるか、と、当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるか、と、の組み合わせ」を通知する。

そして、当該第１の端末装置のテーブル生成部は、「当該アクノリッジが受信されたスーパーフレームがi番目のスーパーフレームであり、当該アクノリッジにより通知された指向性がj番目である場合」にかえて、「当該アクノリッジにより通知された指向性がi番目とj番目の組み合わせである場合」に、当該第１の端末装置は、当該第２の端末装置との通信に、i番目の指向性を採用し、当該第２の端末装置は、当該第１の端末装置との通信に、j番目の指向性を採用すべき旨を登録したテーブルを生成する。

また、本発明の通信システムにおいて、当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔにおけるＰＮＣであり、当該第２の端末装置は、当該ＰｉｃｏｎｅｔにおけるＤＥＶであるように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、当該第１の端末装置は、Ｐｉｃｏｎｅｔにおいて通信時間を割り当てられた第１のＤＥＶであり、当該第２の端末装置は、当該第１のＤＥＶ以外のＤＥＶであるように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、当該第１の端末装置は、それぞれのビーコンを送信するのと同時に、短周期ピンガーを、当該指向性アンテナのすべての指向性により送信するピンガー送信部、他の端末装置から送信される１つのスーパーフレーム内のビーコン区間において、短周期ピンガーの受信を試みるピンガー受信部をさらに備え、当該短周期ピンガーの受信がすべて失敗した場合、当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔのＰＮＣになり、ビーコン送信部は、ＰＮＣになった後に当該ビーコンを送信し、当該短周期ピンガーの受信が成功した場合、当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔのＤＥＶになり、その後は、当該ＰｉｃｏｎｅｔのＰＮＣは新たな第１の端末装置となり、当該第１の端末装置は新たな第２の端末装置となるように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、当該ビーコンの送受の際のスーパーフレーム内のデータは、単一のデータからなり、当該テーブルに基づいて行う通信の際のスーパーフレーム内のデータは、複数のデータを連結して圧縮したものであるように構成することができる。

本発明の他の観点に係るプログラムは、各種のコンピュータ、たとえば、ソフトウェアのダウンロードによって当該ソフトウェアに対応する各種の無線装置として機能するようなソフトウェアラジオを、上記の端末装置の各部として機能させるように構成する。

また、当該ソフトウェアラジオ等のコンピュータとは独立して、本発明のプログラムを記録した情報記録媒体を配布、販売することができる。また、本発明のプログラムを、インターネット等のコンピュータ通信網を介して伝送し、配布、販売することができる。

特に、当該ソフトウェアラジオ等のコンピュータがＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラム可能な電子回路を有する場合には、本発明の情報記録媒体に記録されたプログラムを無線にて当該コンピュータに伝送し、当該コンピュータ内のＤＳＰやＦ ＰＧＡにこれを実行させて、本発明の端末装置とすることができる。

本発明によれば、複数の端末装置同士の通信で採用すべきアンテナ指向性を適切に登録したテーブルを各端末装置で共有するのに好適な通信システム、ならびに、コンピュータやディジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ等を当該通信システムの端末として機能させるためのプログラムを提供することができる。

以下に本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

以下では、理解を容易にするため、Ｐｉｃｏｎｅｔにおける端末装置の台数（ＰＮＣとＤＥＶの総数）をn台とし、アンテナ指向性がk種類の方向に制御可能な場合を実施例として説明する。本構成は、ＩＥＥＥ ８０２.１５.３ｃミリ波ＷＰＡＮに好適なものであるが、本発明の原理は、他の態様にも適用することが可能である。

（端末装置）
図１は、本実施形態に係るＰｉｃｏｎｅｔを構成する端末装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。

本実施形態に係る端末装置１０１は、無線通信のためにk (k≧2)個の方向の指向性を有する指向性アンテナ１０２を有するほか、ビーコンを発する側（典型的にはＰＮＣ側）として機能するためのビーコン送信部１１１、指向性取得部１１２、テーブル生成部１１３、テーブル送信部１１４を備え、ビーコンを検知する側（典型的にはＤＥＶ側）として機能するためのビーコン受信部１２１、指向性通知部１２２、テーブル受信部１２３を備え、通常の通信を行うために、テーブル記憶部１３１、通信部１３２を備える。

なお、本図においては、後述する実施例２において説明するピンガー送信部１４１、ピンガー受信部１４２も図示している。

端末装置１０１は、スーパーフレーム単位で通信を行う。このスーパーフレームは、ＩＥＥＥ ８０２.１５.３規格に定められるものと同様であり、時間的に先行するビーコン区間とこれに後続するデータ区間の２つに分割することができる。

端末装置１０１は、ビーコンを発する側として機能する場合に、ビーコン送信部１１１は、k個の連続するスーパーフレームにおいて、以下のような送信を行う。すなわち、
（１）１番目のスーパーフレームでは、指向性アンテナ１０２において１番目の指向性を用いて送信する。
（２）２番目のスーパーフレームでは、指向性アンテナ１０２において２番目の指向性を用いて送信する。
…
（ｉ）i番目のスーパーフレームでは、指向性アンテナ１０２においてi番目の指向性を用いて送信する。
…
（ｋ）k番目のスーパーフレームでは、指向性アンテナ１０２においてk番目の指向性を用いて送信する。

さらに、ビーコン送信部１１１は、各スーパーフレームのそれぞれのビーコン区間を時間的にk分割して、各分割区間において、同じビーコンを繰り返し送出する。

一方、端末装置１０１がビーコンを受信する側として機能する場合には、当該端末装置１０１は、他の端末装置１０１から送信されるスーパーフレームを順次受信するのであるが、ビーコン受信部１２１は、受信されるべきスーパーフレームのビーコン区間を時間的にk分割して、各分割区間において、指向性アンテナ１０２の指向性を、１番目からk番目まで順次切り替えて、ビーコンが受信できるかどうかを試行する。

図２は、ビーコンを発する側の端末装置（ＰＮＣ）と、ビーコンを受信する側の端末装置（ＤＥＶ）と、の送受の関係を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す端末装置１０１（ＰＮＣ、ＤＥＶ）は、指向性アンテナ１０２の指向性として３種類が用意されている。本図上段には、両者の配置例が示されている。両者が通信を行う場合には、ＰＮＣ側の３番目の指向性とＤＥＶ側の３番目の指向性とを用いるのが良いことがわかる。これを、ビーコンを用いて検出する過程について説明する。

本図下段では、発せられるビーコンとこれをどのように受信するかを、時間順に上から下へ、図示している。

ビーコン送信側の端末装置１０１（ＰＮＣ）は、１番目のスーパーフレームのビーコン区間において、１番目の指向性を用いて、ビーコンを３つ送信する。

一方、ビーコン受信側の端末装置１０１（ＤＥＶ）は、１番目のスーパーフレームのビーコン区間を３つの時間区間に分割して、各区間で１番目の指向性、２番目の指向性、３番目の指向性を順に用いて、ビーコンの受信を試みる。

ついで、ビーコン送信側の端末装置１０１（ＰＮＣ）は、２番目のスーパーフレームのビーコン区間において、２番目の指向性を用いて、ビーコンを３つ送信する。

一方、ビーコン受信側の端末装置１０１（ＤＥＶ）は、２番目のスーパーフレームのビーコン区間を３つの時間区間に分割して、各区間で１番目の指向性、２番目の指向性、３番目の指向性を順に用いて、ビーコンの受信を試みる。

さらに、ビーコン送信側の端末装置１０１（ＰＮＣ）は、３番目のスーパーフレームのビーコン区間において、３番目の指向性を用いて、ビーコンを３つ送信する。

一方、ビーコン受信側の端末装置１０１（ＤＥＶ）は、３番目のスーパーフレームのビーコン区間を３つの時間区間に分割して、各区間で１番目の指向性、２番目の指向性、３番目の指向性を順に用いて、ビーコンの受信を試みる。

６０ＧＨｚミリ波帯では、無線電波の減衰が大きいため、アンテナの指向性が好適でない限り、ビーコンを検知することができない。本図に示す例では、最後になるまでＤＥＶによるビーコンの受信は失敗し、最後（送信側は３番目の指向性、受信側は３番目の指向性）になって初めて、ＤＥＶがビーコンの受信に成功する。

なお、ＤＥＶ側の指向性の切り替えは、必ずしもスーパーフレームが始まるときに１番目の指向性が採用される必要はなく、ビーコン区間内ですべての指向性による走査が行われれば良い。また、ＤＥＶ側でビーコンが検出できるまでは、ビーコン区間をk分割した時間長単位で、連続して、順次指向性の切り替えを行いながらビーコンの検出を行い続けるのが典型的であり、ビーコンが検出できて初めて、ビーコン区間とデータ区間、スーパーフレームとの同期をとることが可能となる。

このようにして、ビーコン受信側の端末装置１０１（ＤＥＶ）は、「あるスーパーフレーム」において、自身が受信の際に３番目の指向性を選択したところ、ビーコンが検出できた、ということがわかる。

そして、ビーコンが検出できたら、指向性通知部１２２は、当該スーパーフレームにおいて、当該ビーコンの受信に成功した場合、当該ビーコンを含むスーパーフレームを受信したアクノリッジとして、当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかをビーコン送信側の端末装置１０１に通知する。

図２における最後のビーコン区間に後続するデータ区間（図示せず）において、このアクノリッジが送信されるのである。

この場合のアクノリッジとしては、ＰｉｃｏｎｅｔのＰＮＣとＤＥＶの間でビーコンのやりとりが行われる場合には、スーパーフレームにおけるアソシエーション要求を用いるのが典型的である。

すると、ビーコン送信側の端末装置１０１において、指向性取得部１１２は、このアクノリッジを受信して、当該第２の端末が当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかを取得する。

そして、テーブル生成部１１３は、当該アクノリッジが受信されたスーパーフレームがi番目のスーパーフレームであり、当該アクノリッジにより通知された指向性がj番目である場合、当該ビーコン送信側の端末装置１０１は、当該ビーコン受信側の端末装置１０１との通信に、i番目の指向性を採用し、当該ビーコン受信側の端末装置１０１は、当該ビーコン送信側の端末装置１０１との通信に、j番目の指向性を採用すべき旨を登録したテーブルを生成する。図２に示す例では、i = 3，j = 3である。

そして、このテーブルをテーブル記憶部１３１に記憶するとともに、テーブル送信部１１４が当該ビーコン受信側の端末装置１０１に送信する。

一方、当該ビーコン受信側の端末装置１０１では、テーブル受信部１２３が送信されたテーブルを受信して、自身のテーブル記憶部１３１に記憶する。

この際に、受信したテーブルをそのままテーブル記憶部１３１に記憶することとしても良いし、すでにあるテーブルと内容が異なる要素のみ更新することとしても良い。また、ビーコン内に「何回目のスーパーフレームか」の情報が埋め込まれている場合には、ビーコン受信部１２１がビーコンを受信した段階で、テーブル記憶部１３１に情報を入れ込むことも可能である。

なお、当該テーブルの内容は、各スーパーフレームのデータ区間において行っても良いが、ビーコン区間において「ビーコン」そのものとして通信することも可能である。

そして、これ移行の通信では、通信部１３２は、テーブル記憶部１３１に記憶された指向性情報に基づいて、指向性アンテナ１０２の指向性を切り替えて、通信を行うのである。

ここでは、２つの端末装置１０１からなるＰｉｃｏｎｅｔを例にとって説明しているが、より多くの端末装置１０１からなる場合も同様である。図３は、３つの端末装置１０１を持つＰｉｃｏｎｅｔにおいて、指向性が６通りある場合の端末装置１０１の配置とテーブルの様子を示す説明図である。

図４は、ＰＮＣ−ＤＥＶ間の通信による制御シーケンスの流れを示す説明図である。以下、これらの図を参照して説明する。

本図においては、理解を容易にするため、Ａ−Ｂ間のみの検出が説明されているが、Ａ−Ｃ間についても、処理は同様である。

端末Ｂは、あるスーパーフレーム（実際には２番目）において３番目の指向性でビーコンを検出した。このため、端末Ｂ側のテーブルでは、端末Ａとの通信を行う場合に自身が３番の指向性を利用すれば良いことが登録できる。そして、その旨をＡＣＫとしてＰＮＣである端末Ａに通知する。すると、ＰＮＣである端末Ａは、当該スーパーフレームが２番目であることを知っているため、端末Ｂとの通信を行う場合に端末Ａが２番目の指向性を利用すれば良いことも登録できることになる。

そして、この結果生成されたテーブルを、さらなるＡＣＫとしてデータ区間で端末Ａから端末Ｂに通知している。

このように、ＰＮＣ−ＤＥＶ間については、Ｐｉｃｏｎｅｔ立ち上げ時のビーコンの走査により、指向性を検出することが可能である。すなわち、上記の処理を適用することで、図３に示すテーブル内の
Ａ（２）−Ｂ（５）；
Ａ（３）−Ｃ（１）
の部分については、指向性の情報を埋めることが可能となる。

一方、Ｂ−Ｃ間、すなわち、ＤＥＶ−ＤＥＶ間については、一旦上記の手法でＰｉｃｏｎｅｔが確立した後に、「ビーコン」をＤＥＶから発する必要がある。図５は、ＤＥＶ−ＤＥＶ間の通信による制御シーケンスの流れを示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す例では、端末Ｂが端末Ｃへの通信を、データ区間でＰＮＣである端末Ａに要求している（Req.for B to C Communication）。

すると、端末Ａは、まず、この要求の受信側ＤＥＶに相当する端末Ｃに対して、CTAP allocationをビーコンとして、３番目の指向性を用いて送信する。

ついで、この要求の送信側ＤＥＶに相当する端末Ｂに大して、CTAP allocationをビーコンとして、２番目の指向性を用いて送信する。

これらのビーコンの送出は、Ｂ−Ｃ間のシェークハンドを確立することに相当する。

そして、送信側ＤＥＶである端末Ｂは、スーパーフレーム（のデータ区間）を６回送信する。ここで、
（１）１回目のスーパーフレーム（のデータ区間）の送信では、１番目の指向性を用いて、６回ハローフレームを送信する。
…
（ｉ）i回目のスーパーフレーム（のデータ区間）の送信では、i番目の指向性を用いて、６回ハローフレームを送信する。
…
（６）６回目のスーパーフレーム（のデータ区間）の送信では、６番目の指向性を用いて、６回ハローフレームを送信する。

一方、受信側ＤＥＶである端末Ｃは、端末Ｂから送信されるハローフレームを受信しようと試みる。この際に、送信ハローフレームと同じ時間長で、指向性アンテナの指向性を切り換える。

すると、３番目のスーパーフレームで、４番目の指向性でハローフレームの受信に成功する。

したがって、テーブルの中の、
Ｂ（３）−Ｃ（４）
の部分を埋めることができ、その旨を端末Ｂにアクノリッジとして通知する。

端末Ｂは、端末Ｃに、さらなるアクノリッジを返すが、この検出における繰り返しがすべて終わった後に、ＰＮＣである端末Ａに上記の検出結果を通知する。

すると、端末Ａは、テーブルに対する情報の追加を行い、適切なタイミングで、Ｐｉｃｏｎｅｔに参加している全端末装置１０１に、このテーブルを送信して、指向性情報の共有を図るのである。

このように、ＤＥＶ−ＤＥＶ間通信では、ハローフレームがＰＮＣ−ＤＥＶ間通信の「ビーコン」に相当し、データ区間内のハローフレーム送信区間がＰＮＣ−ＤＥＶ間通信の「ビーコン区間」に相当することになる。

このようにして、Ｐｉｃｏｎｅｔ内の指向性情報を、必要に応じて収拾するともに、ＰＮＣに集積して全体に配布することが可能となる。

なお、ＰｉｃｏｎｅｔにＤＥＶが新規参入することがあるため、一定時間おきに、テーブルの更新・再構築を行うことが望ましい。

Ｐｉｃｏｎｅｔでは、[特許文献１]における上位局設定と同様、他のＰＮＣから送出されるビーコンを検出できなかった端末装置１０１が自身をＰＮＣとする処理を行う。

しかしながら、上記実施形態では、ビーコンが初めて検出されるまでに、最長で、k個分のスーパーフレームを要する。このため、本来はＤＥＶとなるべき端末装置１０１が、ビーコンを見落としてＰＮＣとなってしまう可能性がある。本実施形態は、これを防止するためのものである。

すなわち、本実施形態においては、当該端末装置１０１の立ち上がり時のスキャンのためだけに用いられる短周期ピンガーを利用する。

図６は、短周期ピンガーを用いる形態における通信の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

ＰＮＣであることが確定している端末装置１０１において、ビーコン送信部１１１が各ビーコンを送信するのと同時に、ピンガー送信部１４１は短周期ピンガーを指向性アンテナ１０２の全指向性を用いて送信する。

一方、ＰＮＣとなるかＤＥＶとなるか未確定の端末装置１０１は、Ｐｉｃｏｎｅｔに参加しようとする際には、ピンガー受信部１４２が、ビーコン受信部１２１と同期して、ピンガーの検出を行う。

当該未確定の端末装置１０１は、初めて受信したスーパーフレームにおいて、短周期ピンガーが検出できるため、他にＰＮＣがいることがわかる。したがって、自身をＤＥＶに設定すれば良いことになる。

一方、１つのスーパーフレーム時間長に相当する時間、短周期ピンガーが検出できなければ、他にＰＮＣはいないことになる。したがって、自身をＰＮＣに設定すれば良いことになる。

ＤＥＶとなるかＰＮＣとなるかが一旦定まった後は、上記実施例と同様にして、Ｐｉｃｏｎｅｔを確立することが可能である。

本実施形態によれば、ＰＮＣとなるかＤＥＶとなるかを、早期に確定することが可能となる。

上記実施形態では、ＩＥＥＥ ８０２.１５.３規格と同様のスーパーフレーム構成をとるものと仮定している。図７は、このようなスーパーフレームの構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

アクノリッジの方式としては、Ｎｏ−ＡＣＫ方式、Ｉｍｍ−ＡＣＫ方式、Ｄｌｙ−ＡＣＫ方式の３種類があるが、いずれのスーパーフレームにおいても、まずビーコン区間が先頭にあり、これに後続してデータ区間が配置されている。

Ｎｏ−ＡＣＫ方式では、全フレームについて再送を行わない方式であり、動画伝送等に適している。

一方、Ｉｍｍ−ＡＣＫ方式は、フレームごとにＡＣＫの到着を待ち、必要に応じて再送を行うもので、データ通信に適した方式である。

さらに、Ｄｌｙ−ＡＣＫ方式では、複数のフレームを束ねて一括送信し、一括してＡＣＫを要求する方式であり、Ｉｍｍ−ＡＣＫ方式の効率を向上させた方式である。

本図に示すように、データフレーム（frame#1，frame#2，…，frame#n等）に対して、スーパーフレーム内ではビーコン（Beacon）、ガードタイム（Guard Time）、ＭＩＦＳ、ＳＩＦＳ等の冗長部が必要となる。

また、各フレーム（frame#x）においても、ペイロードとなるデータであるＭＳＤＵに対し、以下のような冗長部が加わっている。
（１）Preamble（時間同期）
（２）PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) header
（２ａ）PHY header（物理層で扱うヘッダ。変調方式等を表す）
（２ｂ）MAC header（ＭＡＣ層で扱うヘッダ。送受信アドレス等を表す）
（２ｃ）HCS（ヘッダの誤り検出符号）
（３）FCS（フレームの誤り検出符号）
（４）TB/SB（パディング等）

これらの冗長部による通信効率の低下を抑制するため、本実施形態では、複数のＭＳＤＵを連結して、仮想的な巨大なＭＰＤＵを作るのである。このような、ＭＳＤＵの連結とＭＰＤＵの分割は、通信部１３２が行う。

図８は、ＭＳＤＵの連結による冗長部の圧縮の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図（１）は、従来のフレーム列の様子を示すものであり、図７最下段に示されているものと同様である。

本図（２）、（３）は、ＭＳＤＵを連結した様子を示すものであり、連結結果を受信側で分割して元に戻すための目印として、Dlmtr.を挿入することとしている。

本図（２）は、PHY headerが共通する場合に適用可能なものであり、PHY header以外の部分を連結することとしている。

本図（３）は、PHY headerが共通する場合に、MAC headerを並べてから、ペイロードであるＭＳＤＵを並べるものである。

本図（４）に示すように、Dlmtr.には、それに後続するＭＳＤＵの長さ（MPDU length）、ＣＲＣのほか、Dlmtr.を検出しやすくするための特有のパターン（Unique pattern）が含まれている。

また、MAC header 1〜MAC header nは、ポイント間通信が多くなる場合には、本図（５）の太枠で囲んだ領域の情報が同じとなることが極めて多いと考えられる。このほか、マルチホップの通信がMAC header内にて規定され、中継点アドレスが含まれる場合であっても、同様に、MAC headerのまとめあげが可能と考えられる。

そこで、この情報の重複部分を、本図（６）（７）に示すようにまとめあげ（SrcID，DestID，PNID/Common IDs）、残りの部分のみを後続するようにする（Stream Index，Fragmentation control，Frame control/Other MAC h.info.）。

また、本図（７）におけるOther MAC h.info.もまた、共通する可能性があり、この場合には、本図（８）に示すように、分割のためのAgg.Info.を追加した上で、共通するものをまとめあげることとしても良い。

また、まとめあげの際には、ハフマン符号化等の最適符号化を適用することも可能である。

このようにして、複数のフレームを１つのフレームにまとめあげ直したものが、本図（９）に示すものである。このようにして、冗長部の長さを短縮し、通信効率を上げることができる。

このようなまとめあげは、指向性を検知したテーブルの中身がすべて埋まってから行うのが好適である。

すなわち、指向性を検知するためにビーコンやハローフレームをやりとりしている間は、上記のまとめあげは行わず、テーブル内の必要なすべての要素が埋まり、通信し合う相手に対してどの指向性を利用するかが確定した後は、上記のまとめあげを行う、というものである。

上記実施形態では、ビーコン受信側の端末装置１０１は、スーパーフレームごとに指向性を切り替え、ビーコン受信側の端末装置１０１は、ビーコン区間をk分割した時間長で指向性アンテナ１０２の指向性を順次切り替えてビーコンの受信を試みていたが、本実施形態は、この対応関係を逆転させたものに相当する。

図９は、上記実施形態と本実施形態における指向性の切り替えの様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図左側には上記実施形態における指向性の切り替えの様子を示す。本図に示すように、送信側は、スーパーフレーム単位で指向性を切り替え、受信側は、ビーコン区間をk分割した時間長（これは、各ビーコンの時間長にほぼ等しい。）で指向性を切り替えることとしている。

本図右側には、本実施形態における指向性の切り替えの様子を示す。

本図に示すように、ビーコン送信側は、各スーパーフレームのビーコン区間内の１番目のビーコンは１番目の指向性で、２番目のビーコンは２番目の指向性で、…k番目のビーコンはk番目の指向性で、それぞれビーコンを送信する。この際に、各ビーコン内には、当該ビーコンが何番目のものであるか、を情報として埋め込んでおく。

ビーコン受信側は、１番目のスーパーフレームでは１番目の指向性で、２番目のスーパーフレームでは２番目の指向性で、…k番目のスーパーフレームではk番目の指向性で、それぞれビーコン受信を試みる。

また、本図右側では、理解を容易にするために、ビーコン受信を試みる時間長をビーコン区間とほぼ等しい長さとして図示しているが、実際には、本図左側同様、データ区間においてもビーコン受信を試みることになる。したがって、本実施形態におけるビーコン受信側の指向性アンテナ１０２の指向性切り替えの時間長は、スーパーフレーム長に略等しいものとすれば良い。

また、ビーコンが受信できるまでは、送信側と受信側の同期はとれないのが一般的である。したがってこの場合、受信側ではスーパーフレーム時間長で指向性を切り替え、ビーコンが受信できてから、スーパーフレームの同期をとることになる。

ビーコンが受信できたら、ビーコンの内容とビーコンの受信タイミングから、そのビーコンが送信側でi番目の指向性を採用したものであること、受信側でj番目の指向性を採用したものであること、がわかるので、これらの情報をアクノリッジとしてビーコン送信側に通知して、テーブルを生成させるのである。

なお、上記実施形態、本実施形態ともに、一旦テーブルができあがった後も、ビーコン区間の時間長、スーパーフレームの時間長には変更はないまま通信を進めるのが典型的である。

そして、上記実施形態の場合は、テーブル確立後も、１つのスーパーフレーム時間内は１つの指向性のみを採用することとする。すなわち、スーパーフレーム時間は、ＰＮＣのアンテナ方向に存在するＤＥＶのみが利用できる時間帯、ということになる。

一方、本実施形態の場合には、テーブル確立後は、ビーコン区間では、ＤＥＶが存在しているアンテナ方向へのビーコンのみを送出することとし、データ区間は、存在するＤＥＶによって分割する。ＰＮＣは、データ区間が、いずれの方向に存在するＤＥＶ用のものであるかを見て、アンテナ方向を切り換える。

同様の処理をＤＥＶ側でも行い、指向性アンテナ１０２の指向性を、必要に応じてＰＮＣ側に設定することとなる。

このように、本実施形態では、指向性の切り替え周期の組み合わせを上記実施形態とは異なるものとすることで、状況や用途に応じた通信形態を提供することができるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、複数の端末装置同士の通信で採用すべきアンテナ指向性を適切に登録したテーブルを各端末装置で共有するのに好適な通信システム、ならびに、コンピュータやディジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ等を当該通信システムの端末として機能させるためのプログラムを提供することができる。

本実施形態に係るＰｉｃｏｎｅｔを構成する端末装置の概要構成を示す模式図である。 ビーコンを発する側の端末装置（ＰＮＣ）と、ビーコンを受信する側の端末装置（ＤＥＶ）と、の送受の関係を示す説明図である。 ３つの端末装置を持つＰｉｃｏｎｅｔにおける端末装置の配置とテーブルの様子を示す説明図である。 ＰＮＣ−ＤＥＶ間の通信による制御シーケンスの流れを示す説明図である。 ＤＥＶ−ＤＥＶ間の通信による制御シーケンスの流れを示す説明図である。 短周期ピンガーを用いる形態における通信の様子を示す説明図である。 スーパーフレームのフレーム構成を示す説明図である。 ＭＳＤＵの連結による冗長部の圧縮の様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。 ２つの実施形態における指向性の切り替えの様子を示す説明図である。

符号の説明

１０１ 端末装置
１０２ 指向性アンテナ
１１１ ビーコン送信部
１１２ 指向性取得部
１１３ テーブル生成部
１１４ テーブル送信部
１２１ ビーコン受信部
１２２ 指向性通知部
１２３ テーブル受信部
１３１ テーブル記憶部
１３２ 通信部
１４１ ピンガー送信部
１４２ ピンガー受信部

Claims (7)

1. k (k≧2)個の方向の指向性を有する指向性アンテナを有する第１の端末装置と、第２の端末装置と、の間で通信に採用すべき指向性を指定するテーブルを共有する通信システムであって、
   （ａ）当該第１の端末装置は、
   k個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割し、当該分割された区間のそれぞれについて１個のビーコンを送信するビーコン送信部
   を備え、
   当該ビーコン送信部は、当該k個のスーパーフレームのうちi番目のスーパーフレームを、当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信し、
   （ｂ）当該第２の端末装置は、
   当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割した区間のうち、j番目の区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行するビーコン受信部、
   当該ビーコンの受信に成功した場合、当該ビーコンを含むスーパーフレームを受信したアクノリッジとして、当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかを当該第１の端末に通知する指向性通知部
   を備え、
   （ｃ）当該第１の端末装置は、
   当該第２の端末装置から通知されたアクノリッジを受信して、当該第２の端末が当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるかを取得する指向性取得部、
   当該アクノリッジが受信されたスーパーフレームがi番目のスーパーフレームであり、当該アクノリッジにより通知された指向性がj番目である場合、当該第１の端末装置は、当該第２の端末装置との通信に、i番目の指向性を採用し、当該第２の端末装置は、当該第１の端末装置との通信に、j番目の指向性を採用すべき旨を登録したテーブルを生成するテーブル生成部、
   前記生成されたテーブルを、当該第２の端末装置に送信するテーブル送信部、
   をさらに備え、
   （ｄ）当該第２の端末装置は、
   当該第１の端末装置から送信されたテーブルを受信するテーブル受信部
   をさらに備える
   ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   当該第１の端末装置のビーコン送信部は、「当該k個のスーパーフレームのうちi番目のスーパーフレームを、当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信」するのにかえて、「当該k個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間内のi番目のビーコンに当該ビーコンがi番目である旨を指定して、当該i番目のビーコンを当該指向性アンテナのi番目の指向性により送信」し、
   当該第２の端末装置のビーコン受信部は、「当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのそれぞれのビーコン区間をk分割した区間のうち、j番目の区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行」するのにかえて、「当該第１の端末から送信されるk個のスーパーフレームのうち、j番目のスーパーフレームのビーコン区間において当該指向性アンテナのj番目の指向性により、当該ビーコンの受信を試行」し、
   当該第２の端末装置の指向性通知部は、当該ビーコンを含むスーパーフレームを受信したアクノリッジとして、「当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるか」を通知するのにかえて、「当該ビーコンが何番目のビーコンであるか、と、当該ビーコンの受信に成功した指向性が何番目であるか、と、の組み合わせ」を通知し、
   当該第１の端末装置のテーブル生成部は、「当該アクノリッジが受信されたスーパーフレームがi番目のスーパーフレームであり、当該アクノリッジにより通知された指向性がj番目である場合」にかえて、「当該アクノリッジにより通知された指向性がi番目とj番目の組み合わせである場合」に、当該第１の端末装置は、当該第２の端末装置との通信に、i番目の指向性を採用し、当該第２の端末装置は、当該第１の端末装置との通信に、j番目の指向性を採用すべき旨を登録したテーブルを生成する
   ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１または２に記載の通信システムであって、
   当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔにおけるＰＮＣであり、当該第２の端末装置は、当該ＰｉｃｏｎｅｔにおけるＤＥＶである
   ことを特徴とする通信システム。
4. 請求項１または２に記載の通信システムであって、
   当該第１の端末装置は、Ｐｉｃｏｎｅｔにおいて通信時間を割り当てられた第１のＤＥＶであり、当該第２の端末装置は、当該第１のＤＥＶ以外のＤＥＶである
   ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項１または２に記載の通信システムであって、
   当該第１の端末装置は、
   それぞれのビーコンを送信するのと同時に、短周期ピンガーを、当該指向性アンテナのすべての指向性により送信するピンガー送信部、
   他の端末装置から送信される１つのスーパーフレーム内のビーコン区間において、短周期ピンガーの受信を試みるピンガー受信部
   をさらに備え、
   当該短周期ピンガーの受信がすべて失敗した場合、当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔのＰＮＣになり、ビーコン送信部は、ＰＮＣになった後に当該ビーコンを送信し、
   当該短周期ピンガーの受信が成功した場合、当該第１の端末装置は、ＰｉｃｏｎｅｔのＤＥＶになり、その後は、当該ＰｉｃｏｎｅｔのＰＮＣは新たな第１の端末装置となり、当該第１の端末装置は新たな第２の端末装置となる
   ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の通信システムであって、
   当該テーブルに基づいて行う通信の際のスーパーフレーム内のデータは、複数のデータを連結して圧縮したものである
   ことを特徴とする通信システム。
7. コンピュータ、ディジタル信号プロセッサ、もしくは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を、請求項１から６のいずれか１項に記載の第１の端末装置および第２の端末装置の各部として機能させることを特徴とするプログラム。

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