JP2011151657A - 無線通信装置及びプログラム、並びに、通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 送信側の無線通信装置からの同報通信に基づいて複数の受信側の無線通信装置がそれぞれデータ送信を行う通信システムにおいて、効率的にデータの送受信を行う。
【解決手段】 本発明は、送信側の無線通信装置からの同報通信に基づいたデータ送信を行う無線通信装置に関する。そして、無線通信装置は、送信側の無線通信装置から同報通信により送信された所定の同報データを受信すると、同報データの受信に応じたデータ送信を行う手段と、送信データを送信する前に１回以上キャリアセンスを行う手段と、少なくとも送信データの送信にかかる送信時間を含む送信単位時間とランダム値とを利用して、データ送信するタイミングを制御する手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置及びプログラム、並びに、通信システムに関し、例えば、複数の無線通信装置でマルチホップ通信を行う通信システムに適用し得る。

近年、他の無線通信装置を経由して通信を行うマルチホップ無線通信技術が実用化されており、その技術を利用したセンサネットワークなどが普及しつつある。センサネットワークの無線方式の国際標準としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４（非特許文献１参照）が有名であり、ＺｉｇＢｅｅなどのネットワーク方式と組み合わせて、広く利用されている。

一方、センサネットワークを利用できる周波数帯としては、日本では２．４ＧＨｚ帯が主流であったが、２００８年の電波法の改正により、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）パッシブタグシステムに割り当てられていた９５０ＭＨｚ帯も利用できるようになった。

同じ周波数（チャネル）で同時に無線通信を行うと、電波干渉が発生して正しく通信ができない。そのため、送信前にその周波数（チャネル）を他のシステムが利用していないことを確認する「キャリアセンス」という技術がＩＥＥＥ８０２．１５．４をはじめ多くの標準規格には規定されており、日本の電波法としても９５０ＭＨｚ帯においてはキャリアセンスを行うことが必須となっている。

また、同時に複数の無線通信装置がキャリアセンスをスタートすると、お互いの無線通信装置が利用していないと認識して、同時に送信を開始してしまい、キャリアセンスをしたにも関わらず電波干渉が発生するという問題がある。

例えば、ある無線通信装置から、他の無線通信装置へ、同報通信（ブロードキャストまたはマルチキャスト）での初期信号（例えば、ビーコン要求等）の送信に対して、その初期信号を受信した２つ以上の無線通信装置が同時にユニキャストで返事（ビーコン送信）をする場合、あるいは次の無線通信装置へユニキャスト、ブロードキャストまたはマルチキャストでその初期信号を中継するような場合を想定する。この場合、同報通信による初期信号を受信した無線通信装置の送信のタイミングが一致しやすくなり、上述のような電波干渉が多く発生する。この問題を解決するために、ＩＥＥＥ８０２．１５．４などの標準規格では、「ランダムバックオフ」と呼ばれる、ランダム時間の待機をキャリアセンス前に行うことで電波干渉を回避している。

図９は、従来のランダムバックオフに対応していない無線通信装置によるデータ送受信の動作について示したタイミングチャートである。

図１０は、従来のランダムバックオフに対応している無線通信装置によるデータ送受信の動作について示したタイミングチャートである。

図９、図１０では、無線通信装置Ａから、無線通信装置Ｂ１、Ｂ２へブロードキャストにより初期信号（ビーコン要求）のデータ送信を行い、無線通信装置Ｂ１、Ｂ２から、それぞれ無線通信装置Ａへユニキャストで応答（ビーコン）のデータ送信を行う例について示している。

無線通信装置Ｂ１、Ｂ２がランダムバックオフに対応していない場合には、図９に示すように、無線通信装置Ａからのブロードキャストの初期送信を受信した後に、無線通信装置Ｂ１とＢ２は同時にキャリアセンスを開始し、同時に送信を行ってしまうため、電波干渉が発生する。

一方、無線通信装置Ｂ１、Ｂ２がランダムバックオフに対応している場合には、図１０に示すように、無線通信装置Ｂ１とＢ２はランダム時間の待機をした後にキャリアセンスを行う。無線通信装置Ｂ１は短いバックオフ時間であったため、短い待機後すぐにキャリアセンスを開始して送信を行うが、無線通信装置Ｂ２はＢ１よりも長いバックオフ時間であったため、長い待機後にキャリアセンスを行う。この時には既に無線通信装置Ｂ１が送信を開始しているため、無線通信装置Ｂ２のキャリアセンスは失敗し、送信を開始しない。無線通信装置Ｂ２はキャリアセンスに失敗すると、再度ランダムバックオフを行い、キャリアセンスを繰り返す。ＩＥＥＥ８０２．１５．４などでは、規定回数のキャリアセンスを連続して失敗した場合には、バックオフ時間を長くなるように変更する仕組みになっており、待機時間が徐々に長くなる。予め定めた最大キャリアセンス回数まで、ランダムバックオフとキャリアセンスを繰り返し、キャリアセンスが成功した時点で、送信を開始する。これにより、無線通信装置Ｂ１とＢ２は電波干渉を起こすことなく、無線通信装置Ａへの返事をずらして送信することができる。

鄭立著，「ＺｉｇＢｅｅ開発ハンドブック」，リックテレコム，２００６年２月２２日出版

ＩＥＥＥ８０２．１５．４などの標準規格では、キャリアセンス時間（１００マイクロ秒程度）やバックオフ時間（数ミリ秒程度）は、送信時間（数十ミリ秒程度）に対して小さく設定されており、全体の伝送遅延をそれ程増やすことなく、安定して動作することができている。

しかし、日本の法律において９５０ＭＨｚ帯では、同じ周波数帯を共用しているＲＦＩＤパッシブタグシステムへの影響を考慮して、１０ミリ秒以上という、ＩＥＥＥ８０２．１５．４などの標準規格と比較して１００倍も長いキャリアセンス時間が規定されているため、大きな伝送遅延につながるとともに、各無線通信装置の消費電力も大きくなる。

図１１は、ランダムバックオフに対応しており、キャリアセンス時間が長い、従来の無線通信装置において、長いキャリアセンスが大きな伝送遅延につながる例について示したタイミングチャートである。

図１１では、無線通信装置Ａから、無線通信装置Ｂ１〜Ｂ３へブロードキャストによりデータ送信を行い、無線通信装置Ｂ１〜Ｂ３から、それぞれ無線通信装置Ａへユニキャストで応答のデータ送信を行う例について示している。

図１１では、ランダムバックオフ時間の短い無線通信装置から順に送信していくことになり、全体で［（装置台数×キャリアセンス時間）＋ランダムバックオフのタイミングによる遅延分］の遅延が発生する。また、キャリアセンス中は受信機能を使うため、消費電力が大きくなるが、ランダムバックオフが大きい装置は、何度も長いキャリアセンスを繰り返すことになり、消費電力も浪費されることになる。

また、ＩＥＥＥ８０２．１５．４では、無線通信装置が中継装置（ルータ）に接続する際に、「ビーコン要求」を行い、ルータから返されたビーコンの品質を比べて、接続先を選定することにしているが、ルータからのビーコンは、キャリアセンスに１回失敗したら、バックオフを挿入して２回目のキャリアセンスをせず、送信を中止する規定になっている。そのため、ランダムバックオフの規定があるにも関わらず、複数のルータからビーコンを受けることはできず、バックオフの乱数の最も小さいルータのみがビーコンを送信し、品質の悪いルータとつながることになってしまう。

以上の点を鑑み、送信側の無線通信装置からの同報通信に基づいて複数の受信側の無線通信装置がそれぞれデータ送信を行う通信システムにおいて、効率的にデータの送受信を行うことができる無線通信装置及びプログラム、並びに、通信システムが望まれている。

第１の本発明の無線通信装置は、（１）送信側の無線通信装置から同報通信により送信された所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じた送信データの送信を行うデータ送信手段と、（２）上記同報データを受信してから、データ送信手段が上記送信データを送信するまでの間に、１回以上キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、（３）少なくとも上記データ送信手段が上記送信データの送信にかかる送信時間を含む送信単位時間と、ランダム値とを利用して、上記データ送信手段がデータ送信するタイミングを制御するタイミング制御手段とを有することを特徴とする。

第２の本発明は、同報通信により所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じたデータ送信を行い、データ送信前にキャリアセンスを行う、複数の受信側の無線通信装置へ、同報通信により上記同報データを送信する無線通信装置において、（１）それぞれの上記受信側の無線通信装置が、上記同報データ受信終了後に、同一のルールに基づいて、キャリアセンスのタイミング及び送信データの送信タイミングを決定しているという性質を利用して、上記受信側の無線通信装置の全てがデータ送信を行わない非送信期間を推定する非送信期間推定手段と、（２）上記非送信期間推定手段により推定した非送信期間の間、当該無線通信装置について、上記受信側の無線通信装置からのデータ受信を停止する受信停止手段とを有することを特徴とする。

第３の本発明の無線通信プログラムは、無線通信装置に搭載されたコンピュータを、（１）送信側の無線通信装置から同報通信により送信された所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じた送信データの送信を行うデータ送信手段と、（２）上記同報データを受信してから、データ送信手段が上記送信データを送信するまでの間に、１回以上キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、（３）少なくとも上記データ送信手段が上記送信データの送信にかかる送信時間を含む送信単位時間と、ランダム値とを利用して、上記データ送信手段がデータ送信するタイミングを制御するタイミング制御手段として機能させることを特徴とする。

第４の本発明の無線通信プログラムは、（１）同報通信により所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じたデータ送信を行い、データ送信前にキャリアセンスを行う、複数の受信側の無線通信装置へ、同報通信により上記同報データを送信する無線通信装置に搭載されたコンピュータを、（２）それぞれの上記受信側の無線通信装置が、上記同報データ受信終了後に、同一のルールに基づいて、キャリアセンスのタイミング及び送信データの送信タイミングを決定しているという性質を利用して、上記受信側の無線通信装置の全てがデータ送信を行わない非送信期間を推定する非送信期間推定手段と、（３）上記非送信期間推定手段により推定した非送信期間の間、当該無線通信装置について、上記受信側の無線通信装置からのデータ受信を停止する受信停止手段として機能させることを特徴とする。

第５の本発明の通信システムは、複数の第１の本発明の無線通信装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、送信側の無線通信装置からの同報通信に基づいて複数の受信側の無線通信装置がそれぞれデータ送信を行う通信システムにおいて、効率的にデータの送受信を行うことができる。

第１の実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示したブロック図である。 第１の実施形態に係る通信システムの全体構成について示したブロック図である。 第１の実施形態に係る通信システムにおける各無線通信装置の動作について示したタイミングチャートである。 第１の実施形態の変形実施形態における各無線通信装置の動作について示したタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る無線通信装置の機能的構成について示したブロック図である。 第２の実施形態に係る通信システムにおける各無線通信装置の動作について示したタイミングチャートである。 第２の実施形態の変形実施形態における各無線通信装置の動作について示したタイミングチャート（１）である。 第２の実施形態の変形実施形態における各無線通信装置の動作について示したタイミングチャート（２）である。 従来のランダムバックオフに対応していない無線通信装置によるデータ送受信の動作について示したタイミングチャートである。 従来のランダムバックオフに対応している無線通信装置によるデータ送受信の動作について示したタイミングチャートである。 従来のキャリアセンス時間が長い無線通信装置によるデータ送受信の動作について示したタイミングチャートである。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による無線通信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の通信システム１の全体構成について示した説明図である。なお、図２において、括弧内の符号は、後述する第２の実施形態においてのみ用いられる符号である。

通信システム１には、無線通信装置２００と３つの無線通信装置１００（１００−１〜１００−３）が配置されている。なお、無線通信装置１００及び無線通信装置２００を配置する台数は限定されないものである。また、通信システム１における各無線通信装置は、マルチホップ通信を行うものであってもよい。

無線通信装置２００は、ブロードキャストまたはマルチキャスト等の同報通信により、初期信号（例えば、ビーコン要求）のデータを、無線通信装置１００−１〜１００−３に送信する。

無線通信装置１００−１〜１００−３は、初期信号（例えば、ビーコン要求）を受信して無線通信装置２００へユニキャストで応答（例えば、ビーコン要求に対するビーコン）のデータを返送する。ただし、無線通信装置１００−１〜１００−３は無線通信装置２００から受信したデータを、図示しない別の複数の無線通信装置へユニキャスト、ブロードキャストまたはマルチキャストで中継する（例えば、受信したビーコン要求をさらに同報通信により中継送信したりする）ようにしてもよい。

なお、通信システム１の各無線通信装置が対応するキャリアセンス時間は限定されないものあるが、ここでは例として、日本の法律で９５０ＭＨｚ帯の通信について制限された、上述の長いキャリアセンス時間（１０ｍｓ以上）に対応しているものとする。また、各無線通信装置におけるキャリアセンス時間や、以下において説明するデータ送信及びキャリアセンスのタイミング等、本発明の特徴部分以外通信仕様（ビーコン要求やビーコンの形式を含む）については、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４などの既存の規格に対応したものを適用するようにしても良い。

図２においては、無線通信装置２００は、無線通信装置１００−１〜１００−３へ同報通信（ここでは、ブロードキャストであるものとする）により初期信号を送信する構成を備え、無線通信装置１００−１〜１００−３は、それぞれ無線通信装置２００へ、受信した初期信号に対する応答信号をユニキャストで送信する構成を備えているものとする。通信システム１において、全ての無線通信装置が、他の無線通信装置に同報通信により初期信号を送信する構成と、同報通信を用いた初期信号を受信すると、その初期信号に対する応答信号を送信する構成の両方を備えるようにしても良い。ただし、図２においては説明を簡易にするため、無線通信装置２００が初期信号の送信側、無線通信装置１００が初期信号を受信して応答する側の構成を、それぞれ備えているものとする。

図１は、無線通信装置１００の機能的構成について示したブロック図である。

無線通信装置１００−１〜１００−３は全て同じ構成であり、それぞれ図１に示すものであるものとする。

ここで、無線通信装置１００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスクなどのプログラムの実行構成、及び、他の通信装置と通信をするためのインターフェースを有する情報処理装置に、実施形態の無線通信プログラム等をインストールして構築するようにしても良い。なお、無線通信装置２００についても、同様の情報処理装置に、実施形態の無線通信プログラム（同報通信により初期信号を送信する側に必要な構成）をインストールして構築するようにしても良い。

無線通信装置１００は、送信データ識別部１０１、待機時間制御部１０２、送信部１０３、キャリアセンス制御部１０４、受信部１０５を有している。

送信データ識別部１０１は、当該無線通信装置１００が送信しようとするデータが、通常の送信データ（例えば、図示しない上位層の制御に基づいて送信しようとするデータ）なのか、他の無線通信装置からの同報通信による初期信号（ビーコン要求）に対する返送データ（ビーコン）や中継データ（ビーコン要求の中継送信）なのかを識別する。そして、送信データ識別部１０１は、送信しようとするデータが、返送や中継データの場合は、そのデータの送信時間を算出して待機時間制御部１０２へ渡すとともに、送信データを送信部１０３へ渡すものである。ここで送信時間は毎回算出するのではなく、予め算出された値または決められた値を渡すだけでも良い。

待機時間制御部１０２は、当該無線通信装置１００が次にデータ送信を開始するまでの待機時間を制御するものである。

待機時間制御部１０２は、ランダム値を生成し、［キャリアセンス時間と送信データ識別部１０１から得た送信時間の和］を１単位時間として、［ランダム値×単位時間］から求められる待機時間を算出し、送信部１０３へ与える。

待機時間制御部１０２が生成するランダム値の範囲は限定されないものであるが、ここでは、最小値０と予め決められた最大値の間をランダム値のとる範囲とする。

ここでランダム値の最大値は、当該無線通信装置１００の電波が届く範囲の近隣の無線通信装置の台数よりも大きくすることが望ましく、実際には例えば、１６や３２などの値を指定するようにしても良い。

また、送信部１０３から、キャリアセンスＮＧを通知された場合は、再びランダムな待機時間を算出して、送信部１０３へ与える。

ここで、再試行の際は、既に他の無線通信装置１００のいくつかは送信が終わっていることを考慮して、２回目以降の待機時間算出の際は、１回目の算出の時に用いたランダム値の最大値を半分などに減らして行っても良い。

送信部１０３は、当該無線通信装置１００が送信しようとするデータの送信制御及び送信を行うものである。

送信部１０３は、待機時間制御部１０２から与えられた待機時間だけ送信を停止し、その後、キャリアセンス制御部１０４にキャリアセンス開始を伝え、キャリアセンスの完了通知をキャリアセンス制御部１０４から受けた後に、送信データ識別部１０１から受けた送信データを送信する。

送信部１０３は、キャリアセンス制御部１０４からキャリアセンスＮＧが通知された場合は、再び待機時間制御部１０２から待機時間を受け取り、その待機時間の待機後にキャリアセンス制御部１０４へキャリアセンスを通知し、キャリアセンスが成功した後に送信を行う。キャリアセンスＮＧが何度も連続した場合は、回数上限までは上述の処理を繰り返す。

キャリアセンス制御部１０４は、送信部１０３からの要求に応じて、受信部１０５を制御してキャリアセンスの処理を行わせ、そのキャリアセンスの結果を、送信部１０３に返答するものである。

キャリアセンス制御部１０４は、送信部１０３からキャリアセンス開始の指示を受けると、受信部１０５から受信データを受け取り、予め設定した受信レベル以上の信号を、一定時間受信していないことを確認し、送信部１０３へキャリアセンス完了を通知する。一定時間内に設定した受信レベル以上の信号を受信した場合には、送信部１０３へキャリアセンスＮＧを通知し、そうでない場合にはキャリアセンスＯＫを通知する。

受信部１０５は、図示しないアンテナが受けた電波に基づく信号を取り込み、その信号に基づく受信データを出力する。キャリアセンス制御部１０４からキャリアセンスの指示があると、キャリアセンスを開始する。

なお、受信部１０５が行うキャリアセンスは既存の無線通信装置と同様の手順でも良い。ここで、受信部１０５が行う受信レベルの確認は、一定時間、全てに渡って一度に行うようにしても良いし、短い時間で確認し、信号がない場合にキャリアセンスを継続するようにしても良い。短い時間ごとに確認することで、キャリアセンスＮＧを早く検出することができる。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の通信システム１の動作を説明する。

図４は、無線通信装置２００から周辺の無線通信装置１００−１〜１００−３へ、ブロードキャストで初期信号（ビーコン要求）のデータ送信を行い、無線通信装置２００からのデータを受信した無線通信装置１００−１〜１００−３が、それぞれユニキャスト通信で応答（ビーコン）のデータ送信をする動作について示している。図４の、タイミングＴ１１〜Ｔ１６は、以下において、各無線通信装置の動作について説明するための基準となるタイミングを示している。

まず、無線通信装置２００が、タイミングＴ１１からキャリアセンス（１０ｍｓ以上）を行い、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の間、無線通信装置１００−１〜１００−３へブロードキャストで、初期信号（ビーコン要求）のデータ送信を行ったものとする。

そして、無線通信装置１００−１〜１００−３では、それぞれ無線通信装置２００からのデータ受信終了時点（タイミングＴ１３）で待機時間制御部１０２により、ランダム値に基づく待機時間（ランダム値×単位時間）が求められる。

ここでは、無線通信装置１００−１のランダム値が０、無線通信装置１００−２のランダム値が１、無線通信装置１００−３のランダム値が２であったものとする。

なお、ここで無線通信装置１００−１〜１００−３のそれぞれが、無線通信装置２００へ送信するものは、ビーコン要求に対するビーコン送信であるので、無線通信装置１００−１〜１００−３のそれぞれが送信しようとするデータの大きさは、同じかほぼ同じ大きさとなる。したがって、以下の説明では、それぞれの無線通信装置１００−１〜１００−３において算出される上述の１単位時間は、全て同じであるものとして以下の説明を行う。

そして、無線通信装置１００−１では、無線通信装置２００からのデータ受信終了直後（タイミングＴ１３）で、キャリアセンスを開始し、キャリアセンス後に、無線通信装置２００へのデータ送信を開始し、タイミングＴ１４の時点でデータ送信が終了する。

この場合に、無線通信装置１００−１がキャリアセンス開始（タイミングＴ１３）からデータ送信完了（タイミングＴ１４）までの間は、上述の１単位時間の間となる。

そして、無線通信装置１００−２では、データ受信終了時点（タイミングＴ１３）から１単位時間経過後のタイミングＴ１４の時点から、キャリアセンス及びデータ送信を行い、さらに１単位時間経過後のタイミングＴ１５の時点でデータ送信が終了する。

そして、無線通信装置１００−３では、データ受信終了時点（タイミングＴ１３）から２単位時間経過後のタイミングＴ１５の時点から、キャリアセンス及びデータ送信を行い、さらに１単位時間後のタイミングＴ１６の時点でデータ送信が終了する。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

各無線通信装置１００からの返送データ、または中継データの長さがある程度わかっている場合には、ランダムバックオフのタイミングによる遅延分がなくなり、装置ごとに発生する伝送遅延は、［キャリアセンス時間＋送信時間］まで短縮することができる。また、従来方式のようにキャリアセンスを繰り返し行うことがないため、無線通信装置１００において消費電力を抑えることもできる。

また、各無線通信装置１００のキャリアセンスは１回目で成功する確率が高くなるため、無線通信装置２００からの初期信号（ビーコン要求）に対して各無線通信装置１００は応答（ビーコン）を送信する確率も高くなる。これにより、無線通信装置２００は、複数のビーコンから品質を比べて、接続先を選定するという本来の機能を実現することが可能となり、安定したネットワークを構成することができる。

さらに、通信システム１では、ある無線通信装置からのブロードキャストまたはマルチキャストによる初期送信に対して、別の無線通信装置が返送または中継する場合において、日本の法律で９５０ＭＨｚ帯の通信について制限された長いキャリアセンスの影響をあまり受けることなく、複数の送信をより短い時間に完了させることができる。

（Ａ−４）第１の実施形態の変形例について
第１の実施形態については、さらに、以下に例示する変形実施形態を挙げることができる。

図４は、図３と同様に、無線通信装置２００からの初期信号（ビーコン要求）のデータ送信に基づいて無線通信装置１００−１〜１００−３が応答（ビーコン）のデータ送信をする動作について示している。図４は、無線通信装置２００側で、無線通信装置１００−１〜１００−３がキャリアセンスしていると推測される間は受信動作を行っていない点で図４と異なっている。以下、図４についてと図３の差異についてのみ説明する。

図４は、無線通信装置１００−１〜１００−３側の動作は、図３と同様であるので、以下では無線通信装置２００側の動作についてのみ説明する。

なお、図４においては、無線通信装置２００は、それぞれの無線通信装置１００−１〜１００−３の待機時間制御部１０２において算出される上述の１単位時間、及びキャリアセンス時間の情報が保持されているものとする。例えば、通信システム１上の無線通信装置が全て同じ通信仕様である場合には、予めビーコン送信にかかる１単位時間及びキャリアセンス時間を、無線通信装置２００に登録しておいても良いし、送信データ識別部１０１及び待機時間制御部１０２と同様のものを無線通信装置２００に備えて算出するようにしても良い。

図４に示すように、無線通信装置２００によるデータ送信終了の時点（タイミングＴ１３）及び、その時点から１単位時間おきに、いずれかの無線通信装置１００でキャリアセンス時間が開始される。そして、無線通信装置２００側では、１単位時間おきにキャリアセンス時間分受信動作を停止し、受信動作を行っているときよりも省電力で動作する状態（以下、「省電力動作状態」という）になるものとする。

図４に示すように、通信システム１では、無線通信装置１００−１〜１００−３が全て同一のルールに基づいてキャリアセンス及びデータ送信を行うタイミングを決定しているため、無線通信装置２００側ではそれらのタイミングを把握することができる。これにより、無線通信装置２００では、無線通信装置１００−１〜１００−３がいずれもデータ送信を行わないタイミングを推定することができる。

すなわち、各無線通信装置１００からの送信は、一定の長さのキャリアセンス時間と一定の長さの送信時間が繰り返されるため、図４のように、無線通信装置２００はキャリアセンスの期間は受信を停止することができ、これにより省電力効果をさらに高めることができる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による無線通信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の通信システム１Ａの全体構成についても、上述の図２を用いて示すことができる。なお、図２において、括弧内の符号は、第２の実施形態においてのみ用いられる符号である。

以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との差異について説明する。

第２の実施形態の通信システム１Ａには、無線通信装置２００と３つの無線通信装置１００Ａ（１００Ａ−１〜１００Ａ−３）が配置されている。なお、無線通信装置２００については、第１の実施形態と同様のものなので詳しい説明を省略する。

図５は、無線通信装置１００Ａの機能的構成について示したブロック図であり、上述した図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

無線通信装置１００Ａは、送信データ識別部１０１、待機時間制御部１０２Ａ、送信部１０３Ａ、キャリアセンス制御部１０４Ａ、受信部１０５、ランダムバックオフ部１０６を有している。なお、送信データ識別部１０１、受信部１０５は、第１の実施形態と同様のものであるので詳しい説明は省略する。

待機時間制御部１０２Ａは、最小値０と予め決められた最大値の間のランダム値（第１の実施形態と同様のもの）を生成し、［送信データ識別部１０１から得た送信時間］を１単位時間として、［ランダム値×１単位時間］から求められる待機時間を算出し、送信部１０３Ａへ渡す。

送信部１０３Ａは、まずキャリアセンス制御部１０４Ａにキャリアセンス開始を伝え、キャリアセンスの完了通知をキャリアセンス制御部１０４Ａから受けた後に、待機時間制御部１０２Ａから受けた待機時間だけ送信開始を待機し、その後、送信データ識別部１０１から受けた送信データを送信する。

キャリアセンス制御部１０４Ａは、送信部１０３Ａからキャリアセンス開始の指示を受けると、受信部１０５から受信データを受け取り、予め設定した受信レベル以上の信号を、一定時間受信していないことを確認し、送信部１０３Ａへキャリアセンス完了を通知する。そして、一定時間内に設定した受信レベル以上の信号を受信した場合には、ランダムバックオフ部１０６へキャリアセンスＮＧを通知し、従来手法と同様の短いランダムバックオフ時間後にキャリアセンスを再開する。キャリアセンスＮＧが何度も連続した場合は、回数上限までは上述の処理を繰り返すようにしても良い。

ランダムバックオフ部１０６は、キャリアセンス制御部１０４ＡからキャリアセンスＮＧの通知を受けると、乱数等により生成した短いバックオフ時間待機して、キャリアセンス制御部１０４Ａへ通知する。バックオフ時間は、従来手法のように最初は短く、回数を重ねるごとに長くなるように制御しても良い。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の通信システム１Ａの動作を説明する。

図６は、無線通信装置２００から周辺の無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３へ、ブロードキャストで初期信号（ビーコン要求）のデータ送信を行い、無線通信装置２００からのデータを受信した無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が、それぞれユニキャスト通信で応答（ビーコン）のデータ送信をする動作について示している。図６の、タイミングＴ２１〜Ｔ２７は、以下において、各無線通信装置の動作について説明するための基準となるタイミングを示している。

まず、無線通信装置２００が、タイミングＴ２１からキャリアセンス（１０ｍｓ以上）を行い、タイミングＴ２２〜Ｔ２３の間、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３へブロードキャストで、データ送信を行ったものとする。

そして、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３は、それぞれ無線通信装置２００からのデータ受信終了時点（タイミングＴ２３）から、一斉にキャリアセンス（１０ｍｓ以上）を行う。そして、それぞれの無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３では、キャリアセンスが終了した時点（タイミングＴ２４）からの待機時間（ランダム値×１単位時間）が求められる。

ここでは、無線通信装置１００Ａ−１のランダム値が０、無線通信装置１００Ａ−２のランダム値が１、無線通信装置１００Ａ−３のランダム値が２であったものとする。

そうすると、無線通信装置１００Ａ−１では、キャリアセンス終了直後（タイミングＴ２４）から、無線通信装置２００へのデータ送信を開始し、タイミングＴ２５の時点でデータ送信が終了する。

この場合に、無線通信装置１００Ａ−１がキャリアセンス開始（タイミングＴ２４）からデータ送信完了（タイミングＴ２５）までの間は、上述の１単位時間の間となる。

そして、無線通信装置１００Ａ−２では、キャリアセンス終了直後（タイミングＴ２４）から１単位時間経過後のタイミングＴ２５の時点から、無線通信装置２００へのデータ送信を開始し、タイミングＴ２６の時点でデータ送信が終了する。

さらに、無線通信装置１００Ａ−３では、データ受信終了時点（タイミングＴ２４）から２単位時間経過後のタイミングＴ２６の時点から、キャリアセンスを開始し、さらに１単位時間後のタイミングＴ２７の時点でデータ送信が終了する。

上述のように、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３では、それぞれ、タイミングＴ２４からランダム値×単位時間を待機時間として待機して、キャリアセンス及びデータ送信を行っている。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を奏することができる。

無線通信装置１００Ａでは、無線通信装置ごとに異なるタイミングでキャリアセンスを行わずに一斉におこなっているので、無線通信装置ごとに発生する伝送遅延は、送信時間まで短縮することができ、より短い時間で全ての装置の送信を完了させることができる。

特に、各無線通信装置が、日本の９５０ＭＨｚの法令で規定された長いキャリアセンスに対応する場合、遅延時間の影響は、一斉にキャリアセンスを行う１０ミリ秒だけとすることができる。

（Ｂ−４）第２の実施形態の変形例について
第２の実施形態については、さらに、以下に例示する変形実施形態を挙げることができる。

（Ｂ−４−１）第２の実施形態では、図６に示すように、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３では、一斉にキャリアセンスを行い（タイミングＴ２３からＴ２４の間）、その後は個別にキャリアセンスを省略して、無線通信装置２００への応答のデータ送信をしているが、個別にごく短時間のキャリアセンスを行うようにしても良い。

図７は、図６と同様に、無線通信装置２００からの初期信号（ビーコン要求）のデータ送信に基づいて無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が応答（ビーコン）のデータ送信をする動作について示している。図７では、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が個別に短時間のキャリアセンスを行っている点で、図６と異なっている。以下、図７について、図６との差異についてのみ説明する。

図７では、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が、タイミングＴ２３からＴ２４の間で一斉にキャリアセンスを行った後に、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３がそれぞれ異なるタイミングで無線通信装置２００へ応答のデータ送信を行っているが、データ送信を行う前にそれぞれ個別に短時間（タイミングＴ２３からＴ２４より短い時間）キャリアセンスを行っている。

なお、図７では、ランダム値が０となる無線通信装置１００Ａ−１についても、個別の短時間のキャリアセンスを行っているが、省略してタイミングＴ２４からデータ送信を開始するようにしても良い。その場合、ランダム値が１以上となっている無線通信装置１００Ａでは、待機時間について個別の短時間のキャリアセンス分減じた時間を適用するようにしても良い。

この場合、各無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が待機時間の算出に利用する単位時間は、上述の短いキャリアセンスの時間と、送信データ識別部１０１から得た送信時間の和となる。

日本の法令では、１０ミリ秒のキャリアセンス後は、１秒以内に送信を完了することが条件となっているため、上述のようにキャリアセンス後に送信までの間が空いてしまっても問題はないが、実際にはキャリアセンスをした後にすぐに送信しないと、他の無線通信装置の送信と干渉を起こす可能性がある。そこで、図７のように、待機時間後の送信前に、短いキャリアセンスを挿入することにより、わずかに全体の遅延は増えるものの、待機時間の長い無線通信装置の干渉をことができる。

（Ｂ−４−２）第２の実施形態では、図６に示すように、無線通信装置２００は、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３へのデータ送信後から継続して、応答を受信可能な状態にしているが、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３がいずれもデータ送信を行わないと推定できる期間（例えば、タイミングＴ２３〜Ｔ２４の一斉キャリアセンスの間）受信動作を停止し、省電力動作状態とするようにしても良い。

図８は、図６と同様に、無線通信装置２００からの初期信号（ビーコン要求）のデータ送信に基づいて無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が応答（ビーコン）のデータ送信をする動作について示しているが、無線通信装置２００側で受信動作を停止し、省電力動作状態の期間が設けられている点で、図６と異なっている。以下、図８について、図６との差異についてのみ説明する。

図８では、上述の通り、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３が、タイミングＴ２３からＴ２４で一斉にキャリアセンスを行っている間、無線通信装置２００が受信動作を停止し、省電力動作状態となっている。

なお、図８では、上述の図４（第１の実施形態の変形例）の場合と同様に、無線通信装置２００は、それぞれの無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３のキャリアセンス時間の情報が保持されているものとする。

図８に示すように、無線通信装置２００は、無線通信装置１００Ａ−１〜１００Ａ−３がいずれもデータ送信を行わないと推定できる期間だけ、受信動作を停止し、省電力動作状態にすることにより、省電力効果をさらに高めることができる。

（Ｃ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｃ−１）上記の各実施形態においては、本発明の無線通信装置を、ビーコン要求を送信する無線通信装置と、ビーコン要求に対してビーコンの返答をする無線通信装置に適用した例について説明したが、その他の制御信号をやりとりする無線通信装置に適用するようにしても良い。

例えば、ブロードキャストでＰｉｎｇ（ｅｃｈｏ ｒｅｑｕｅｓｔ）等の何らかの応答を要求する信号が送信側の無線通信装置から送信され、その信号を受信した受信側の無線通信装置が、送信側の無線通信装置へ応答（ｅｃｈｏ ｒｅｐｌｙ）の信号を送信する場合などが挙げられる。

１…通信システム、１００、１００−１〜１００−３、２００…無線通信装置、１０１…送信データ識別部、１０２…待機時間制御部、１０３…送信部、１０４…キャリアセンス制御部、１０５…受信部。

Claims (9)

1. 送信側の無線通信装置から同報通信により送信された所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じた送信データの送信を行うデータ送信手段と、
   上記同報データを受信してから、データ送信手段が上記送信データを送信するまでの間に、１回以上キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、
   少なくとも上記データ送信手段が上記送信データの送信にかかる送信時間を含む送信単位時間と、ランダム値とを利用して、上記データ送信手段がデータ送信するタイミングを制御するタイミング制御手段と
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 上記送信単位時間は、上記送信時間と、上記キャリアセンス手段が行うキャリアセンス１回あたりのキャリアセンス時間との和であり、
   上記タイミング制御手段は、上記同報データの受信が終了してから、上記送信単位時間に上記ランダム値を乗じた時間の経過後に、上記キャリアセンス手段によるキャリアセンスを開始させ、そのキャリアセンス終了後に、上記データ送信手段に上記送信データの送信を開始させること
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 上記タイミング制御手段は、上記同報データの受信が終了すると、上記キャリアセンス手段によるキャリアセンスを開始させ、そのキャリアセンスが終了してから、上記送信単位時間に上記ランダム値を乗じた時間の経過後に、上記データ送信手段に上記送信データの送信を開始させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 上記キャリアセンス手段は、上記同報データの受信終了時には第１のキャリアセンス時間の間キャリアセンスを行い、さらに、上記データ送信手段によるデータ送信の直前には、上記第１のキャリアセンス時間よりも短い第２のキャリアセンス時間の間キャリアセンスを行い、
   上記送信単位時間は、上記送信時間と、上記第２のキャリアセンス時間との和であり、
   上記タイミング制御手段は、上記同報データの受信が終了すると、上記キャリアセンス手段に、上記第１のキャリアセンス時間のキャリアセンスを開始させ、そのキャリアセンスが終了してから、上記送信単位時間に上記ランダム値を乗じた時間の経過後に、上記キャリアセンス手段に上記第２のキャリアセンス時間のキャリアセンスを開始させ、そのキャリアセンス終了後に、上記データ送信手段に上記送信データの送信を開始させること
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
5. 同報通信により所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じたデータ送信を行い、データ送信前にキャリアセンスを行う、複数の受信側の無線通信装置へ、同報通信により上記同報データを送信する無線通信装置において、
   それぞれの上記受信側の無線通信装置が、上記同報データ受信終了後に、同一のルールに基づいて、キャリアセンスのタイミング及び送信データの送信タイミングを決定しているという性質を利用して、上記受信側の無線通信装置の全てがデータ送信を行わない非送信期間を推定する非送信期間推定手段と、
   上記非送信期間推定手段により推定した非送信期間の間、当該無線通信装置について、上記受信側の無線通信装置からのデータ受信を停止する受信停止手段と
   を有することを特徴とする無線通信装置。
6. 無線通信装置に搭載されたコンピュータを、
   送信側の無線通信装置から同報通信により送信された所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じた送信データの送信を行うデータ送信手段と、
   上記同報データを受信してから、データ送信手段が上記送信データを送信するまでの間に、１回以上キャリアセンスを行うキャリアセンス手段と、
   少なくとも上記データ送信手段が上記送信データの送信にかかる送信時間を含む送信単位時間と、ランダム値とを利用して、上記データ送信手段がデータ送信するタイミングを制御するタイミング制御手段と
   して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
7. 同報通信により所定の同報データを受信すると、上記同報データの受信に応じたデータ送信を行い、データ送信前にキャリアセンスを行う、複数の受信側の無線通信装置へ、同報通信により上記同報データを送信する無線通信装置に搭載されたコンピュータを、
   それぞれの上記受信側の無線通信装置が、上記同報データ受信終了後に、同一のルールに基づいて、キャリアセンスのタイミング及び送信データの送信タイミングを決定しているという性質を利用して、上記受信側の無線通信装置の全てがデータ送信を行わない非送信期間を推定する非送信期間推定手段と、
   上記非送信期間推定手段により推定した非送信期間の間、当該無線通信装置について、上記受信側の無線通信装置からのデータ受信を停止する受信停止手段と
   して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
8. 複数の請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置を有することを特徴とする通信システム。
9. １以上の請求項５に記載の無線通信装置をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の通信システム。

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