JP2008301075A - 通信装置および通信ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】無線ＬＡＮにおいて、通信終了後に複数の端末が同時にバックオフ制御を行ったときの信号衝突を防止する。
【解決手段】各端末の識別番号管理部２３４ｂは、無線ＬＡＮの全収容端末の識別番号からなる識別番号列を格納する。タイマ２３４ｅは、時刻情報を用いてシードを生成する。タイマ２３４ｅの時刻は、同期処理部２３４ｆによって、すべての端末間で同期されている。乱数発生部２３４ａは、このシードを用いて乱数を生成する。バックオフ時間計算部２３４ｃは、この乱数を用いて識別番号列をシャッフルすることにより優先順位列を生成する。自端末が送信優先順位がｎ番目の場合、バックオフ時間は（ｎ−１）×スロット時間となる。この発明では、各端末が同一の優先順位列から自端末の優先順位を判断してバックオフ時間を決定することになるため、複数端末間でバックオフ時間が同一になることがなく、よって衝突発生のおそれはない。
【選択図】図２

Description

この発明は、キャリアセンス機能を用いて通信接続を行う通信装置および通信ネットワークに関する。

キャリアセンス機能を有する通信ネットワークとしては、例えば無線ＬＡＮ(Local Area Network)が知られている。無線ＬＡＮ技術としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１で標準化されたものが知られている。ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線ＬＡＮを開示する文献としては、例えば下記特許文献１が知られている。

無線ＬＡＮでは、近隣の複数の無線通信端末が同時に無線送信を行ったために、送信信号どうしの衝突が発生して、正常な通信が行えなくなるおそれがある。このような信号衝突を防止する技術の１つとして、ＣＳＭＡ(Carrier Sense Multiple Access) が知られている。ＣＳＭＡでは、無線信号の衝突を回避するために、キャリアセンスが行われる。キャリアセンスとは、キャリアの非検出が一定時間（IFS:Inter Frame Space)だけ継続した場合に、通信が行われていないと判断する処理である。しかし、キャリアセンスを行った場合でも、衝突が発生する可能性がある。かかる信号衝突が発生し易いのは、例えば、同一ネットワークに属する無線通信端末のいずれか１台の通信中に、複数の無線通信端末が送信待ち状態になったような場合である。これらの送信待ち無線通信端末は、該通信が終了すると同時にＩＦＳ時間を開始することになり、このため、ＩＦＳ時間の終了タイミングも同じになってしまうからである。

衝突発生確率をさらに低減する技術として、バックオフ制御が知られている。バックオフ制御とは、ＩＦＳ時間だけキャリアセンスを行った後で、無線通信端末に、ランダムに決定された時間（すなわちバックオフ時間）だけキャリアセンスをさらに続行させる制御である。バックオフ時間をランダムに設定することにより、ＩＦＳだけ待機する場合よりもさらに、無線信号が衝突する確率を減らすことができる。バックオフ制御としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１で標準化されたものが知られている。

図１１は、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定されたバックオフ制御を説明するための概念図である。ここでは、３台の無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３が、アクセスポイントＡＰに対する送信待ちを行っている場合を例に採って説明する。

図１１において、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、例えば他の無線通信端末が、アクセスポイントＡＰに対する送信を行っている。そして、該無線通信端末の通信中に、各無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３内で送信要求が発生する。これにより、無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３は、キャリアセンスを開始する。

無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３は、キャリアが検出されない状態の継続時間がＩＦＳ時間（すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）に達すると、通信が終了したと判断する。さらに、無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３は、バックオフ制御を開始する。上述のように、ＩＦＳ時間の長さは無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３間で一致してるが、バックオフ時間の長さはランダムである。このバックオフ時間の長さは、例えば、ランダムに生成されるバックオフ値（例えば０〜１５のいずれか）とスロット時間との積である。バックオフ値は、無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３に内蔵された乱数発生機能を用いて生成される。スロット時間は、例えば無線通信速度が１０Ｍｂｐｓの場合は５１．２マイクロ秒、１００Ｍｂｐｓの場合は５．１２マイクロ秒である。

図１１の例では、無線通信端末ＤＩＶ１のバックオフ時間は７×スロット時間、無線通信端末ＤＩＶ２のバックオフ時間は１０×スロット時間、無線通信端末ＤＩＶ３のバックオフ時間は１５×スロット時間である。したがって、時刻ｔ３に無線通信端末ＤＩＶ１が送信を開始したとき、無線通信端末ＤＩＶ２，ＤＩＶ３は送信を開始しない。そして、無線通信端末ＤＩＶ２，ＤＩＶ３は、キャリアセンスによって無線通信端末ＤＩＶ１の送信開始を検出することになり、このため、自己のバックオフ時間が終了しても送信を開始しない。したがって、図１１の場合、信号衝突は発生しない。
特開２００２−２４７０５１号公報（段落０００１〜００１２参照）

しかしながら、従来のバックオフ制御では、信号衝突を完全に防止することはできなかった。上述のバックオフ値が、異なる無線通信端末間で一致する可能性があるからである。

図１２の例では、無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２のバックオフ時間は、共に７（バックオフ値）×スロット時間である。無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２は、時刻ｔ１〜ｔ３の間キャリアセンスを行うが、他の無線通信端末の通信は検出されない。このため、無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２は、時刻ｔ３に同時に送信を開始し、信号衝突が発生する。このように、従来のバックオフ制御では、バックオフ値の最も小さい無線通信端末が複数台生じた場合に信号衝突が発生する。

ここで、発生し得るバックオフ値の種類（したがって、選択し得るバックオフ時間の種類）を増やすことにより、信号衝突の発生確率を低減させることも可能である。しかしながら、バックオフ値の種類を増やしても、ＩＦＳ時間が同時に終了したときの信号衝突確率を零にすることはできない。また、各無線通信端末ＤＩＶ１，ＤＩＶ２，ＤＩＶ３が取り得るバックオフ値の種類が多くなると、その分だけバックオフ時間が長くなる可能性が高まり、その結果、送信待ち状態の無線通信端末が存在するにも拘わらず通信が開始されない時間（図１１のｔ２〜ｔ３参照）の平均値が増大することになる。この結果、通信ネットワークの帯域使用効率が低下してしまう。

この発明の課題は、信号衝突を防止でき且つ帯域使用効率が高い通信ネットワークを提供することにある。

第１の発明は、キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、通信非実行が検出されてからの前記キャリアセンスの継続時間を決定する送信タイミング処理手段と、前記継続時間中に通信開始が検出されなかった場合に送信を開始する送信手段とを有する通信装置に関する。

そして、前記送信タイミング処理手段が、シードを用いて乱数を生成する乱数発生部と、時刻情報を前記シードとして前記乱数発生部に供給するためのシード供給部と、当該通信装置が参加するネットワークのすべての通信装置に係る送信優先順位を示す優先順位列を前記乱数を用いて生成し、該優先順位列に基づいて自装置の送信優先順位を決定し、該送信優先順位に応じて前記継続時間を決定する継続時間計算部とを備える。

第２の発明は、キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、通信非実行が検出されてからのキャリアセンスの継続時間を決定する送信タイミング処理手段と、継続時間中に通信開始が検出されなかった場合に送信を開始する送信手段とを有する通信装置を複数台収容する通信ネットワークに関する。

そして、それぞれの通信装置の送信タイミング処理手段が、シードを用いて乱数を生成する乱数発生部と、時刻情報をシードとして乱数発生部に供給するためのシード供給部と、すべての通信装置に係る送信優先順位を示す優先順位列を乱数を用いて生成し、優先順位列に基づいて自装置の送信優先順位を決定し、該送信優先順位に応じて継続時間を決定する継続時間計算部とを備える。

この発明の通信装置および通信ネットワークでは、乱数を用いて、それぞれ通信装置の優先順位列を生成する。そして、各通信装置は、この優先順位列から自装置の送信優先順位を判断して、キャリアセンスの継続時間を決定する。

ここで、この発明では、時刻情報をシードとして使用するため、複数の通信装置が同時に乱数発生演算を行う場合には互いに同一のシードが使用されることになり、したがって、これらの通信装置が決定した優先順位列も互いに一致する。このため、これら通信装置が他の通信の終了を同時に検出したときに、これら通信装置間で、キャリアセンスの継続時間が一致する可能性はない。したがって、通信非実行が同時に検出されたときの信号衝突確率を零にすることができる。

さらに、この発明によれば、選択し得る継続時間の種類を増やす必要がないので、送信待ち状態の無線通信端末が存在するにも拘わらず通信が開始されない時間の平均値を増大させることがなく、したがって、通信ネットワークの帯域使用効率を低下させることなしに信号衝突確率を低下させることができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

＜第１の実施形態＞
この発明の一実施形態に係る通信ネットワークについて、この発明を無線ＬＡＮに適用した場合を例に採り、図１〜図８を用いて説明する。

図１は、この実施形態に係る無線ＬＡＮのネットワーク構成を示す概念図である。図１に示したように、この実施形態に係る無線ＬＡＮ１００は、１台の無線アクセスポイント１０１と３台の無線通信端末１１１，１１２，１１３を有している。

図２は、各無線通信端末１１１，１１２，１１３の要部構成を示すブロック図である。図２に示したように、無線通信端末１１１，１１２，１１３は、アプリケーションデータ発生部２１０、アプリケーションデータ処理部２２０、アクセス制御部２３０、送信部２４０および受信部２５０を備えている。

アプリケーションデータ発生部２１０は、アプリケーションで発生した無線送信用のデータを、アクセス制御部２３０に送る。

アプリケーションデータ処理部２２０は、無線受信されたデータをアクセス制御部２３０から受け取り、所定の処理を行う。

アクセス制御部２３０は、アプリケーションデータ発生部２１０から受け取ったデータを送信部２４０に送る処理と、受信部２５０から受け取ったデータをアプリケーションデータ処理部２２０に送る処理とを行う。アクセス制御部２３０の内部構成については、後述する。

送信部２４０は、アクセス制御部２３０の送信バッファ２３１（後述）から受け取ったデータを、無線信号に変換して、出力する。

受信部２５０は、無線信号を受信して電気データに変換し、アクセス制御部２３０の受信バッファ２３２（後述）に送る。加えて、受信部２５０は、キャリアセンス時に受信した無線電波を電気信号に変換して、アクセス制御部２３０のキャリアセンス部２３３（後述）に送る。さらに、受信部２５０は、同期信号を受信して、アクセス制御部２３０の送信タイミング処理部２３４（後述）に送る。

次に、アクセス制御部２３０の内部構成を説明する。図２に示したように、アクセス制御部２３０は、送信バッファ２３１、受信バッファ２３２、キャリアセンス部２３３および送信タイミング処理部２３４を備える。

送信バッファ２３１は、アプリケーションデータ発生部２１０から受信した送信データを一時的に格納し、送信指示信号（後述）を受信すると該無線送信用データを送信部２４０に送る。

受信バッファ２３２は、受信部２５０から受け取った受信データを一時的に格納するとともに、アプリケーションデータ処理部２２０からの要求に応じて出力する。

キャリアセンス部２３３は、受信部２５０から入力された信号の強度を検出し、この検出結果に基づいてキャリア情報を生成・出力する。例えば、この検出値が所定のしきい値を超えていた場合は、キャリア検出を示すキャリア情報（例えば信号値‘１’）を生成・出力し、且つ、該検出値が該しきい値を下回った場合は、キャリア非検出を示すキャリア情報（例えば信号値‘０’）を生成・出力する。

送信タイミング処理部２３４は、送信指示信号を生成して、送信バッファ２３１に送る。この送信タイミング処理部２３４は、乱数発生部２３４ａ、識別番号管理部２３４ｂ、バックオフ時間計算部２３４ｃ、送信指示生成部２３４ｄ，タイマ２３４ｅおよび同期処理部２３４ｆを備える。

乱数発生部２３４ａは、シードを用いた乱数演算を行う。周知のように、シードを用いた乱数演算では、同一のシードを用いて算出される乱数は同一である（例えば特開２００４−２３４１５３号公報の段落０００５参照）。したがって、無線通信端末１１１，１１２，１１３が同じシードを用いて乱数演算を行った場合、同一の乱数が得られる。

識別番号管理部２３４ｂは、自端末に割り当てられた識別番号と、全端末の識別番号からなる識別番号列とを記憶する。この実施形態では、無線通信端末１１１，１１２，１１３（図１参照）の識別番号を‘１’、‘２’、‘３’とする。したがって、例えば無線通信端末１１１の識別番号管理部２３４ｂには、自端末の識別番号としては‘１’が格納される。また、この実施形態では、識別番号列として、各端末の識別番号の並び順の全組み合わせ、すなわち（１，２，３）、（１，３，２）、（２，１，３）、・・・が、すべて格納されることにする。

バックオフ時間計算部２３４ｃは、すべての通信端末１１１，１１２，１１３に係る送信優先順位を示す優先順位列を、乱数発生部２３４ａが生成した乱数を用いて生成する処理と、この優先順位列に基づいて自端末の送信優先順位を決定する処理と、該送信優先順位に応じてバックオフ時間（この発明の「継続時間」に対応する）を決定する処理とを行う（後述）。

送信指示生成部２３４ｄは、外部からの送信命令を受けると、ＩＦＳ時間が経過するまでキャリアセンス部２３３から受け取ったキャリア情報をチェックし、キャリアが検出されなかった場合には、さらに、バックオフ時間が経過するまで該キャリア情報をチェックする。バックオフ時間が経過してもキャリアが検出されなかった場合、送信指示生成部２３４ｄは、送信指示信号を生成して、送信バッファ２３１に送る。

タイマ２３４ｅは、時刻情報を生成し、乱数発生部２３４ａにシードとして供給する。このシードは、例えば、時刻そのものの情報であってもよいし、無線ＬＡＮ１００が立ち上げられてからの経過時間を示す情報等でもよい。時刻に応じて変化し且つ同時刻に対応する値が必ず同値になれば、この実施形態に係る時刻情報として採用することができる。

同期処理部２３４ｆは、各無線通信端末１１１，１１２，１１３のタイマ２３４ｅを同期させる。例えば、各無線通信端末１１１，１１２，１１３の同期処理部２３４ｆが、無線アクセスポイント１０１から送信された同期情報に基づいてタイマ２３４ｅを補正することにより、これら無線通信端末１１１，１１２，１１３のタイマ２３４ｅを同期させることができる。無線アクセスポイント１０１から無線通信端末１１１，１１２，１１３に同期情報を提供する方法は任意であるが、例えば、ビーコンと称される接続情報用パケットや制御パケット等に同期情報を格納して無線アクセスポイント１０１から各無線通信端末１１１，１１２，１１３に送ることができる。

次に、無線ＬＡＮ１００の動作について、図３〜図７を用いて説明する。

図３は、バックオフ時間計算部２３４ｃの処理を説明するための概念図である。

まず、バックオフ時間計算部２３４ｃは、優先順位列を生成する。優先順位列は、例えば、識別番号列を乱数に応じてシャッフルすることにより、生成することができる。シャッフルの方法は任意であるが、例えば、識別番号管理部２３４ｂ（図２参照）に複数種類の識別番号列をテーブル化して格納しておき、いずれか一つの識別番号列を乱数の値に応じて選択すればよい。また、例えば、乱数の値に応じて識別番号のペアを入れ替える処理を１回または複数回行う方法でもよい（この場合には、識別番号管理部２３４ｂに格納される識別番号列は一種類でよい）。どのような方法であっても、同一の乱数（したがって、同一のシード）に対応するシャッフル結果が常に同一となるような方法であれば、この実施形態のシャッフル方法として採用することができる。

次に、バックオフ時間計算部２３４ｃは、自端末の送信優先順位を決定する。この決定は、優先順位列（すなわちシャッフル後の識別番号列）における自端末の位置（自端末の識別番号が高位側から何番目にあるのか）を判定することにより、行われる。図３の例では優先順位列が（１，３，２）であるため、無線通信端末１１１の優先順位は１番目、無線通信端末１１２の優先順位は３番目、無線通信端末１１３の優先順位は２番目である（ここでは、左側ほど送信優先順位が高いものとする）。

続いて、バックオフ時間計算部２３４ｃは、自端末の送信優先順位に応じて、バックオフ時間を計算する。バックオフ時間の決定は、バックオフ値とスロット時間との積を演算することにより、行われる。この実施形態では、送信優先順位から‘１’を減算した結果を、バックオフ値として使用する。その結果、図３の場合は、無線通信端末１１１は、優先順位が１番目であるため、バックオフ時間が‘０’となる。また、無線通信端末１１２は、優先順位が３番目であるため、バックオフ時間がスロット時間の２倍となる。さらに、無線通信端末１１３は、優先順位が２番目であるため、バックオフ時間がスロット時間の１倍となる。スロット時間は任意に設定することができ、従来と同様（無線通信速度が１０Ｍｂｐｓの場合は５１．２マイクロ秒、１００Ｍｂｐｓの場合は５．１２マイクロ秒）でもよい。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、各無線通信端末１１１，１１２，１１３の識別番号管理部２３４ｂに識別番号および識別番号列を格納する動作を説明するための概念図である。

無線ＬＡＮ１００の立ち上げ時や、収容される無線通信端末が追加・変更された場合等には、無線アクセスポイント１０１から各無線通信端末１１１，１１２，１１３に、識別番号および識別番号列の更新を通知するための通信フレームが送信される。図４（Ａ）に示したように、かかる通信フレームは、送信元アドレス（すなわち、無線アクセスポイント１０１のアドレス）と、宛先アドレス（すなわち、宛先となる無線通信端末のアドレス）と、識別番号（すなわち、宛先アドレスに対応する無線通信端末の識別番号）と、識別番号列（すなわち、更新後の全ての無線通信端末の識別番号を含む識別番号列）とを含む。上述のように、識別番号列は、シャッフルの方法に応じて決定される。例えば、シャッフル方法が、複数種類の識別番号列のいずれか一つを乱数の値に応じて選択する方法である場合、これら複数種類の識別番号列すべてが、通信フレームに格納される（図４（Ｂ）参照）。一方、１個の識別番号列から送信優先順位を生成するシャッフル方法である場合には、かかる１個の識別番号列のみが通信フレームに格納される。

無線アクセスポイント１０１は、図４（Ｂ）に示したように、各無線通信端末毎に通信フレームを生成して、無線送信する。各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、これら通信フレームを受信部２５０で受信し、受信アドレスを読み出して、該通信フレームの宛先を判断し、該宛先が自端末である場合には、識別番号および識別番号列を識別番号管理部２３４ｂに格納する。宛先が自端末でない場合、無線通信端末１１１，１１２，１１３は、該通信フレームを廃棄する。

図５は、送信指示生成部２３４ｄの動作を説明するためのフローチャートである。

送信指示生成部２３４ｄは、無線通信端末の電源オンと同時に、送信要求の発生／非発生のチェックを開始する（ステップＳ５０１参照）。

送信要求が発生すると、送信指示生成部２３４ｄは、以下のようにして、他の無線通信が行われているか否かのチェックを行う。

まず、送信指示生成部２３４ｄは、キャリアセンス部２３３に、キャリア情報の生成開始を指示する（ステップＳ５０２参照）。

そして、送信指示生成部２３４ｄは、ＩＦＳ時間Ｔ１を‘０’にセットする（ステップＳ５０３参照）。

送信指示生成部２３４ｄは、キャリア情報を入力して、キャリアの検出／非検出をチェックする（ステップＳ５０４参照）。キャリアが検出された場合は、いずれかの無線通信端末が無線アクセスポイント１０１への送信を行っていると判断して、ステップＳ５０３に戻る。

一方、ステップＳ５０４でキャリアが検出されなかった場合、送信指示生成部２３４ｄは、無通信時間タイマの値Ｔ１に所定の定数Ｃ１を加算する（ステップＳ５０５参照）。定数Ｃ１の値は、ステップＳ５０４〜Ｓ５０６からなるループの１回の処理時間等に応じて定められ、したがって、このフローチャートに係る処理を実行するプロセッサの動作周波数等を考慮して定められる。

次に、送信指示生成部２３４ｄは、値Ｔ１をＩＦＳ時間と比較し（ステップＳ５０６参照）、Ｔ１≦ＩＦＳの場合はステップＳ５０４に戻る。

ステップＳ５０６でＴ１＞ＩＦＳであった場合、すなわちキャリア非検出状態の継続時間がＩＦＳに達した場合、送信指示生成部２３４ｄは、他の通信が行われていないと判断する。そして、送信指示生成部２３４ｄは、バックオフ制御を開始する。

バックオフ制御では、まず、送信指示生成部２３４ｄは、バックオフ時間計算部２３４ｃに、バックオフ時間の計算を指示する（ステップＳ５０７参照）。上述のように、バックオフ時間計算部２３４ｃは、乱数発生部２３４ａから入力した乱数を用いて識別番号列をシャッフルすることにより優先順位列を生成し、この優先順位列から自端末の優先順位を決定し、この優先順位から‘１’を減算することによってバックオフ値を計算する。さらに、バックオフ時間計算部２３４ｃは、このバックオフ値にスロット時間を掛け合わせることによって、バックオフ時間を計算する。計算結果は、バックオフ時間計算部２３４ｃから送信指示生成部２３４ｄに送られる。

送信指示生成部２３４ｄは、内蔵タイマの値Ｔ２を‘０’にセットする（ステップＳ５０８参照）。

続いて、送信指示生成部２３４ｄは、値Ｔ２を、バックオフ時間計算部２３４ｃから受け取ったバックオフ時間Ｔｂと比較する（ステップＳ５０９参照）。

次に、ステップ５０９で値Ｔ２がＴ２≦Ｔｂの場合、送信指示生成部２３４ｄは、キャリア情報を入力して、キャリアの検出／非検出をチェックする（ステップＳ５１０参照）。キャリアが検出された場合は、いずれかの無線通信端末が無線アクセスポイント１０１への送信を行っていると判断して、ステップＳ５０２に戻る。

一方、ステップＳ５１０でキャリアが検出されなかった場合、送信指示生成部２３４ｄは、無通信時間タイマの値Ｔ２に所定の定数Ｃ２を加算する（ステップＳ５１１参照）。定数Ｃ２の値は、ステップＳ５０９〜Ｓ５１１からなるループの１回の処理時間等に応じて定められ、したがって、このフローチャートに係る処理を実行するプロセッサの動作周波数等を考慮して定められる。

ステップＳ５０９で値Ｔ２がバックオフ時間よりも大きかった場合、すなわちキャリアが検出されない状態の継続時間がバックオフ時間に達した場合、送信指示生成部２３４ｄは、他の通信が開始されなかったと判断して、送信指示信号を出力する（ステップＳ５１２参照）。これにより、送信バッファ２３１（図２参照）が送信を開始する。

図６および図７は、無線ＬＡＮ１００の全体動作を説明するための概念図である。

図６においては、時刻ｔ０に、無線通信端末１１１，１１２，１１３のいずれか（或いは、図示しない他の無線通信端末）が、アクセスポイント１０１に対する送信を開始する。そして、該無線通信端末の通信中に、各無線通信端末１１１，１１２，１１３内で送信要求が発生する。これにより、無線通信端末１１１，１１２，１１３は、キャリアセンスを開始する。

時刻ｔ１に、かかる通信が終了する。これにより、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、ＩＦＳ時間の計測を開始する（図５参照）。

時刻ｔ２に、キャリアが検出されない状態の継続時間がＩＦＳ時間に達する。これにより、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、この通信が終了したと判断する。このように、他の通信の継続中に各無線通信端末１１１，１１２，１１３で送信要求が発生した場合、これら無線通信端末では通信の終了を同じタイミングで検出する。したがって、無線通信端末１１１，１１２，１１３は、バックオフ制御を同時に開始する。

この結果、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、バックオフ時間の計算を、同時に開始する（図５参照）。上述のように、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、タイマ２３４ｅが生成するシードを用いて乱数を生成し、この乱数に応じて識別番号列のシャッフルを行う。ここで、各無線通信端末１１１，１１２，１１３のタイマ２３４ｅは同期されているため、これら無線通信端末が同時にバックオフ制御を開始した場合、シードの値は各無線通信端末間で同一になる。また、シードが同一の場合、生成される乱数の値も同一になる。さらに、乱数の値が同一の場合、シャッフルの結果も同一になる。したがって、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、同一のシャッフル結果（すなわち、同一の優先順位列）を生成することになる。例えば、上述の図３では、すべての無線通信端末１１１，１１２，１１３で同一の優先順位列（１，３，２）が生成されている。

その後、各無線通信端末１１１，１１２，１１３は、各々が生成した優先順位列から自端末の送信優先順位を決定し、この送信優先順位を用いてバックオフ時間を計算する。上述のように、これらの優先順位列は互いに同一なので、各無線通信端末１１１，１１２，１１３の優先順位が同一になる可能性は無い。したがって、各無線通信端末１１１，１１２，１１３のバックオフ時間が同一になる可能性も無い。

図３の例では、無線通信端末１１１の優先順位は‘１’、無線通信端末１１２の優先順位は‘３’、無線通信端末１１３の優先順位は‘２’である。したがって、バックオフ時間は、無線通信端末１１１が‘０’、無線通信端末１１２が‘２×スロット時間’、無線通信端末１１３が‘１×スロット時間’である。このため、無線通信端末１１１は直ちに送信を開始するが、他の無線通信端末１１２，１１３は送信を開始せずにキャリアセンスを続行する（図７参照）。

無線通信端末１１１が送信を開始すると、無線通信端末１１２，１１３では、キャリアセンス部２３３がキャリアを検出する。したがって、無線通信端末１１２，１１３の送信指示生成部２３４ｄは、バックオフ制御を中止する（図５参照）。したがって、無線通信端末１１２，１１３はバックオフ時間が経過しても送信を開始せず、このため、信号衝突は発生しない。

なお、無線通信端末１１１で送信要求が発生していなかった場合等には、バックオフ制御の開始から‘１×スロット時間’経過後に、無線通信端末１１３が送信を開始する。これにより、無線通信端末１１２では、キャリアセンス部２３３がキャリアを検出するので、バックオフ制御を中止する。

また、無線通信端末１１１，１１３の両方で送信要求が発生していなかった場合には、バックオフ制御の開始から‘２×スロット時間’経過後に、無線通信端末１１２が送信を開始する。

以上説明したように、この実施形態に係る無線ＬＡＮでは、従来のように各無線通信端末が自己のバックオフ時間のみをランダムに生成するのではなく、まず、すべての無線通信端末の優先順位を含む優先順位列を生成し、この優先順位列に含まれる自端末の優先順位に応じて自己のバックオフ時間を決定する。また、この発明では、複数の無線通信端末間で、同時刻に生成されたシードは同一になり、したがって乱数も同一になり、したがって優先順位列も同一になる。このため、各端末は、同一の優先順位列を用いて、自端末の優先順位に応じたバックオフ時間を計算することになる。したがって、この実施形態では、複数の無線通信端末が同時にバックオフ制御を行う場合に、これら無線通信端末のバックオフ時間は常に異なる値になり、よって、信号衝突が発生するおそれはない。

さらに、この実施形態によれば、選択し得るバックオフ時間の種類は、無線ＬＡＮ１００に収容された無線通信端末の台数と同じでよい。したがって、送信待ち状態の無線通信端末が存在するにも拘わらず通信が開始されないことによる非通信時間は、非常に短くなる。したがって、この実施形態によれば、無線ＬＡＮの帯域使用効率を向上させることができる。但し、この発明は、選択し得るバックオフ時間の種類が無線通信端末の台数と同一の場合に限定されない。

＜第２の実施形態＞
次に、この発明の第２の実施形態に係る通信ネットワークついて、無線ＬＡＮに適用した場合を例に採り、図８および図９を用いて説明する。

この実施形態は、通信帯域が互いに異なる複数の無線通信端末を収容することができる無線ＬＡＮの例である。

図８は、この実施形態に係る無線ＬＡＮのネットワーク構成を説明するための概念図である。

図８に示したように、この実施形態に係る無線ＬＡＮ８００は、１台の無線アクセスポイント８０１と３台の無線通信端末８１１，８１２，８１３を有している。

ここで、無線通信端末８１１，８１２，８１３は、同じ周波数帯を利用して、無線アクセスポイント８０１と通信する。この実施形態では、無線通信端末８１１の識別番号を‘１’、無線通信端末８１２の識別番号を‘２’、無線通信端末８１３の識別番号を‘３’とする。また、無線通信端末８１１，８１２，８１３に割り当てられた通信帯域の比Ｚ１：Ｚ２：Ｚ３は、１：２：３とする。

この実施形態に係る無線通信端末の構成は、上述の第１の実施形態とほぼ同様である。但し、識別番号管理部２３４ｂ（図２参照）に格納される情報が、第１の実施形態と異なる。

識別番号管理部２３４ｂの各識別番号列は、‘１’を１個、‘２’を２個、‘３’を３個含む。すなわち、識別番号列に含まれる識別番号の個数は、これら識別番号に対応する無線通信端末の通信帯域比Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３に応じて定められる。第１の実施形態と同様、識別番号管理部２３４ｂには、これら識別番号の並び順の全組み合わせ、すなわち（１，２，２，３，３，３）、（１，２，３，２，３，３）、（１，３，３，２，２，３）、・・・を、テーブル化して格納することができる。これらの識別番号列は、第１の実施形態と同様、例えば通信フレーム化されて、無線アクセスポイント８０１から各無線通信端末８１１，８１２，８１３に供給される。

図９は、この実施形態に係る無線ＬＡＮの動作を説明するための概念図である。

バックオフ時間計算部２３４ｃは、シャッフル処理時に、これらの識別番号列のいずれか一つを選択する。これにより、優先順位列が生成される。なお、一種類の識別番号列、例えば（１，２，２，３，３，３）のみを識別番号管理部２３４ｂに格納し、バックオフ時間計算部２３４ｃのシャッフル処理で、この識別番号列内の識別番号の並び順を変更することとしてもよい。

続いて、バックオフ時間計算部２３４ｃは、この優先順位列を用いて、各無線通信端末８１１，８１２，８１３のバックオフ時間を計算する。まず、バックオフ時間計算部２３４ｃは、各無線通信端末８１１，８１２，８１３のうち優先順位の高いものから順に、バックオフ値‘０’，‘１’，‘２’を１個ずつ割り振る。例えば、シャッフル後の識別番号列が（３，２，２，３，１，３）であった場合、バックオフ時間計算部２３４ｃは、最初の識別番号‘３’にバックオフ値を‘０’を割り振り、さらに、２番目の識別番号‘２’にバックオフ値‘１’を割り振る。３番目の識別番号は‘２’であるが、この識別番号‘２’に対しては既にバックオフ値‘１’が割り振られているので無視する。同様に、４番目の識別番号‘３’に対しても、バックオフ値の割り当てを行わない。そして、５番目の識別番号‘１’に対して、バックオフ値‘３’を割り振る。

その後、各バックオフ時間計算部２３４ｃは、バックオフ値をスロット時間に掛け合わせることにより、バックオフ時間を計算する。

その後、第１の実施形態と同様にして、優先順位に応じた送信が行われる。ここでは、無線通信端末８１３の優先順位が‘１’だったので、該無線通信端末８１３がターンオフ時間が‘０’になり、送信を行う。

このような処理によれば、各無線通信端末８１１，８１２，８１３の送信優先順位が‘１’になる確率は、１：２：３となる。

他の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上説明したように、この実施形態によれば、無線通信端末８１１，８１２，８１３に割り当てられる通信帯域の比を、識別番号列に含まれる各識別番号の個数のみによって設定することができる。すなわち、この実施形態によれば、同じ周波数を用いる複数の無線通信端末を収容する無線ＬＡＮにおいて、通信帯域比を簡単且つ安価に設定することができる。

加えて、この実施形態に係る無線ＬＡＮによれば、第１の実施形態と同様の理由により、複数の通信装置が同時にバックオフ制御を開始する場合の信号衝突を完全に防止することができるとともに、帯域使用効率を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、この発明の第３の実施形態に係る通信ネットワークついて、無線ＬＡＮに適用した場合を例に採り、図１０を用いて説明する。

この実施形態は、各無線通信端末に送信優先度を設定することができる無線ＬＡＮの例である。

図１０は、この実施形態に係る無線ＬＡＮのネットワーク構成を説明するための概念図である。

図１０（Ａ）に示したように、この実施形態に係る無線ＬＡＮ１０００は、１台の無線アクセスポイント１００１と５台の無線通信端末１０１１，１０１２，１０１３，１０１４，１０１５とを有している。

この実施形態では、無線通信端末１０１１の識別番号を‘１’、無線通信端末１０１２の識別番号を‘２’、無線通信端末１０１３の識別番号を‘３’、無線通信端末１０１４の識別番号を‘４’、無線通信端末１０１５の識別番号を‘５’とする。また、無線通信端末１０１１，１０１３の送信優先度を上位ランクとし、他の無線通信端末１０１２，１０１４，１０１５の送信優先度を下位ランクとする。

この実施形態に係る無線通信端末の構成は、上述の第１の実施形態とほぼ同様である。但し、識別番号管理部２３４ｂ（図２参照）に記憶される識別番号列のデータ構成と、バックオフ時間計算部２３４ｃのシャッフル処理の方法とが、第１の実施形態と異なる。

識別番号管理部２３４ｂは、送信優先度が上位の識別番号のみからなる識別番号列のグループと、送信優先度が下位の識別番号列のグループとを、格納する（図１０（Ｂ）参照）。これらの識別番号列は、無線アクセスポイント１００１から各無線通信端末１０１１〜１０１５に供給され、それぞれの識別番号管理部２３４ｂに格納される。

この実施形態では、バックオフ時間計算部２３４ｃは、シャッフル処理に際して、かかる識別番号列をグループ毎に個別にシャッフルする。第１の実施形態と同様、シャッフルの方法は、同じ識別番号を含む複数種類のグループからいずれか一つを選択する方法でもよいし、グループ毎に一種類の識別番号列のみを用意しておいて該グループ内の識別番号の並び順を変更する方法でもよい。ここでは、上位グループのシャッフル結果は（３，１）、下位グループのシャッフル結果は（４，５，２）とする。

続いて、バックオフ時間計算部２３４ｃは、シャッフル後の各グループを結合することによって、優先順位列を生成する。このとき、上位ランク・グループに属する識別番号の送信優先順位が高くなるように、これらのグループが結合される。ここでは、優先順位列は、（３，１，４，５，２）になる。

バックオフ時間計算部２３４ｃは、この優先順位列に基づいて、各無線通信端末１０１１〜１０１５にバックオフ値を決定する。第１の実施形態と同様、バックオフ値は、送信優先順位から‘１’を引いた値である。図１０の例では、無線通信端末１０１１のバックオフ値は‘１’、無線通信端末１０１２のバックオフ値は‘４’、無線通信端末１０１３のバックオフ値は‘０’、無線通信端末１０１４のバックオフ値は‘２’、無線通信端末１０１５のバックオフ値は‘３’である。

さらに、バックオフ時間計算部２３４ｃは、各バックオフ値をスロット時間に掛け合わせることにより、バックオフ時間を計算する。

その後、第１の実施形態と同様にして、優先順位に応じた送信が行われる。ここでは、無線通信端末１０１３の優先順位が‘１’だったので、該無線通信端末１０１３のターンオフ時間が‘０’になる。したがって、無線通信端末１０１３内で送信要求が発生していた場合には、該無線通信端末１０１３が送信を行う。

このような処理によれば、無線通信端末１０１１，１０１３は、常に、他の無線通信端末１０１２，１０１４，１０１５に優先して送信を行うことができる。
作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上説明したように、この実施形態によれば、各無線通信端末に送信優先度を設定することができる。したがって、優先度が上位の無線通信端末は、下位の無線通信端末に優先して送信を行うことができる。

加えて、この実施形態に係る無線ＬＡＮによれば、第１の実施形態と同様の理由により、複数の通信装置が同時にバックオフ制御を開始する場合の信号衝突を完全に防止することができるとともに、帯域使用効率を向上させることができる。

第１の実施形態に係る通信ネットワークの構成を示す概念図である。 第１の実施形態に係る無線通信端末の要部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る通信ネットワークの構成を説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る通信ネットワークの動作を説明するための概念図である。 第３の実施形態に係る通信ネットワークの構成を説明するための概念図である。 従来のバックオフ制御を説明するための概念図である。 従来のバックオフ制御を説明するための概念図である。

符号の説明

１００ 無線ＬＡＮ
１０１ 無線アクセスポイント
１１１，１１２，１１３ 無線通信端末
２１０ アプリケーションデータ発生部
２２０ アプリケーションデータ処理部
２３０ アクセス制御部
２３１ 送信バッファ
２３２ 受信バッファ
２３３ キャリアセンス部
２３４ 送信タイミング処理部
２３４ａ 乱数発生部
２３４ｂ 識別番号管理部
２３４ｃ バックオフ時間計算部
２３４ｄ 送信指示生成部
２３４ｅ タイマ
２３４ｆ 同期処理部
２４０ 送信部
２５０ 受信部

Claims (7)

1. キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、通信非実行が検出されてからの前記キャリアセンスの継続時間を決定する送信タイミング処理手段と、前記継続時間中に通信開始が検出されなかった場合に送信を開始する送信手段とを有する通信装置であって、
   前記送信タイミング処理手段が、
   シードを用いて乱数を生成する乱数発生部と、
   時刻情報を前記シードとして前記乱数発生部に供給するためのシード供給部と、
   当該通信装置が参加するネットワークのすべての通信装置に係る送信優先順位を示す優先順位列を前記乱数を用いて生成し、該優先順位列に基づいて自装置の送信優先順位を決定し、該送信優先順位に応じて前記継続時間を決定する継続時間計算部と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記シード供給部が、
   前記シードを前記乱数発生部に供給するタイマと、
   該タイマの時刻をすべての前記通信装置間で同期させる同期処理部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記継続時間計算部が、
   前記通信装置それぞれに割り当てられた識別番号をすべて含む識別番号列をシャッフルすることにより前記優先順位列を決定するシャッフル処理と、
   該優先順位列における前記識別番号の並び順に基づいて自装置の前記送信優先順位を決定する優先順位決定処理と、
   を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
4. 前記シャッフル処理が、前記通信装置内に予め格納された複数種類の識別番号列のいずれか一つを前記乱数の値に応じて選択する処理であることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記シャッフル処理が、前記識別番号列として、前記通信装置に割り当てられた通信帯域に応じた個数ずつ前記識別番号を含む番号列を使用することを特徴とする請求項３または４に記載の通信装置。
6. 前記シャッフル処理が、
   前記識別番号列を、送信優先度が同一の前記識別番号のみからなるグループ毎にシャッフルする処理と、
   前記送信優先度が高い前記通信装置ほど前記送信優先順位が高くなるようにこれらの識別番号グループを結合する処理と、
   を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の通信装置。
7. キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、通信非実行が検出されてからの前記キャリアセンスの継続時間を決定する送信タイミング処理手段と、前記継続時間中に通信開始が検出されなかった場合に送信を開始する送信手段とを有する通信装置を複数台収容する通信ネットワークであって、
   それぞれの前記通信装置の前記送信タイミング処理手段が、
   シードを用いて乱数を生成する乱数発生部と、
   時刻情報を前記シードとして前記乱数発生部に供給するためのシード供給部と、
   すべての通信装置に係る送信優先順位を示す優先順位列を前記乱数を用いて生成し、該優先順位列に基づいて自装置の送信優先順位を決定し、該送信優先順位に応じて前記継続時間を決定する継続時間計算部と、
   を備えることを特徴とする通信ネットワーク。

Images