JP2012169740A - 無線通信端末、及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の端末を変更することなく、いずれの無線通信システムでも通信することができる無線通信端末、及び無線通信方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド端末３は、ＺｉｇＢｅｅと無線ＬＡＮとのそれぞれの通信を行うための無線ＬＡＮインタフェース３−１、ＺｉｇＢｅｅインタフェース３−２を備える。ハイブリッド端末３は、ビーコン周期に先立って、無線ＬＡＮで使用するチャネルを予約する情報を含むＲＴＳ信号を無線ＬＡＮ基地局１−１に送信する。無線ＬＡＮ基地局１−１は、ＲＴＳ信号を受信すると、ＣＴＳ信号を返す。これにより、無線ＬＡＮ端末１−２〜１−４は、予約された期間に、信号を送信することを回避する。その間、ハイブリッド端末３、ＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３は、ビーコン信号の送信を含むＺｉｇＢｅｅの通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチホップの無線通信システムにおいて、無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）とが共存するための無線通信端末、及び無線通信方法に関する。

近年、センサネットワーク等での活用、普及が期待されるシステムとして、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標。以下同様。）による無線通信ネットワークがある。この無線通信ネットワークでは、例えば２つのトポロジが利用できる。第１のトポロジは、スター型のトポロジであり、コーディネータと呼ばれる無線通信端末（ノード）を中心として、その周辺にエンドデバイスと呼ばれるノードが配置される。スター型のトポロジは１ホップのみのシンプルなネットワークである。他のトポロジは、ＰｔｏＰ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）型のトポロジであり、基本的にはノード間で一対一の通信を行うトポロジである。

ＰｔｏＰ型のトポロジにおいては、すべてのノードがルータの機能を備えることで、マルチホップネットワークを構築することができる。例えばＰｔｏＰに基づくツリー型のトポロジでは、ＺｉｇＢｅｅコーディネータと呼ばれるノードを頂点（ルート）として、中継機能を有するルータと呼ばれるノードと、中継機能を有さないエンドデバイスと呼ばれるノードとが配置される。中継機能とは、ルーティングテーブルを備えて、これに基づいてデータの転送を行う機能である。

この無線通信ネットワークでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式が採用されている。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、ノードは、送信前にキャリアセンス（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ）を行う。そして、ノードは、信号が無線チャネルに送出されていないことを確認してから送信する。そのため、ノードは、自らが信号を送信していないときでも、他ノードからの信号を受信するために待機している必要がある。そのため、消費電力が大きいという問題がある。

このような問題に対して、この無線通信ネットワークでは、スーパーフレーム構成を用いたビーコンモードが用意されている。ビーコンモードでは、ビーコン信号が送信されてから次のビーコン信号が送信されるまでの時間が、アクティブ（活性）期間とインアクティブ（不活性）期間とに分割される。コーディネータは、アクティブ期間とインアクティブ期間とを表す情報をビーコン信号に含めて送信する。アクティブ期間には、特定のノードにのみ通信を許可する割当期間（ＧＴＳ）を設けることができる。なお、ビーコン信号はキャリアセンスを行わず一定周期（ビーコン周期）で強制的に送信される。活性期間では、信号の送受信が行われる一方、不活性期間では信号の送受信が行われない。したがって、不活性期間において、ノードは、他ノードの送信状況を把握する必要が無く、消費電力を低減することができる。

"IEEE Std 802.15.4"、[online]、[平成２２年１１月２５日検索]、インターネット<URL: http://www.ieee802.org/15/pub/TG4.html> 鄭立、「ＺｉｇＢｅｅ開発ハンドブック」、株式会社リックテレコム、２００６年２月 Robert Morrow, "Active Coexistence," in Wireless Network Coexistence: McGraw-Hill ,2004. pp.374: Alternating Wireless Medium Access (AWMA) .

センサネットワークは、一般的にトラヒック量が少ないものが多いが、例えば、制御系の信号をセンサと送受信するような場合には、かかるトラヒックの通信品質が重要となる場合がある。一方、ＺｉｇＢｅｅの利用される周波数帯域は、無線ＬＡＮシステムにも利用されている。そのため、これらのシステムで時間的に棲み分けて周波数帯域を利用することとなるが、ビーコンモードでＺｉｇＢｅｅが運用されている場合には、ＺｉｇＢｅｅのノードは、周期的にビーコン信号を送信する必要がある。

しかしながら、当該ビーコン信号が送信される予定の時間帯に、無線ＬＡＮの信号が送信されていると、ＺｉｇＢｅｅのノードは、ビーコン信号を送信することができない。あるいは、ＺｉｇＢｅｅのノードがビーコン信号を送信しているときに、無線ＬＡＮのノードが信号を送信すると、衝突が生じることにより、ＺｉｇＢｅｅのノードがビーコン信号を正常に受信できない。いずれの状況においても、ビーコン信号が受信できないと、その後の通信を行うことができず、ＺｉｇＢｅｅのノード間で通信ができないという問題がある。

この問題に対して、非特許文献３では、無線ＬＡＮとＢｌｕｅｔｏｏｔｈとが共存している場合に、ビーコン間の期間を時間的に分割してそれぞれのシステムが時分割で使用する技術を提供している。ＢｌｕｅｔｏｏｔｈをＺｉｇＢｅｅに置き換えても同様のことができる。しかしながら、この技術では、無線ＬＡＮに変更が必要となることから、多数の無線ＬＡＮのノードが存在する現在の状況下においては、現実的ではない。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、異なる無線通信システムが共存している環境であっても、既存の端末を変更することなく、いずれの無線通信システムでも確実に通信することができる無線通信端末、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、定められたビーコン周期で出力されるビーコン信号の出力間隔のうち、定められた活性期間内において他の無線通信端末と通信を行う第１の無線通信システムと、キャリアセンスによって自律分散的に通信を行う第２の無線通信システムとのそれぞれの通信を行うための無線インタフェースを備える無線通信端末であって、前記第１の無線通信システムにおけるビーコン信号の送信を行う第１の送信手段と、前記ビーコン信号の送信に先立って、前記第１の無線通信システムで使用するチャネルを予約するチャネル予約信号を送信する第２の送信手段とを備えることを特徴とする無線通信端末である。

また、本発明は、前記チャネル予約信号は、当該チャネル予約信号の送信終了から前記ビーコン信号の送信後に割り当てられている活性期間が終了するまでの期間に渡ってチャネルを予約するための情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末である。

また、本発明は、前記第２の送信手段は、前記第１の送信手段によるビーコン信号の送信時間よりも所定の期間だけ早く起動されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末である。

また、本発明は、前記第２の送信手段は、前記チャネル予約信号の送信後、前記第１の送信手段による前記ビーコン信号の送信に先立って、再度、自身宛の受信準備完了信号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線通信端末である。

また、本発明は、定められたビーコン周期で出力されるビーコン信号の出力間隔のうち、定められた活性期間内において他の無線通信端末と通信を行う第１の無線通信システムと、キャリアセンスによって自律分散的に通信を行う第２の無線通信システムとのそれぞれの通信を行うための無線インタフェースを備える無線局における無線通信方法であって、前記第１の無線通信システムにおけるビーコン信号の送信を行う第１の送信過程と、前記ビーコン信号の送信に先立って、前記第１の無線通信システムで使用するチャネルを予約するチャネル予約信号を送信する第２の送信過程とを含むことを特徴とする無線通信方法である。

また、本発明は、前記チャネル予約信号は、当該チャネル予約信号の送信終了から前記ビーコン信号の送信後の活性期間が終了するまでの期間に渡ってチャネルを予約するための情報が含まれることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法である。

また、本発明は、前記第２の送信過程は、前記第１の送信過程で送信されるビーコン信号の送信時間よりも所定の期間だけ早く起動されることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法である。

また、本発明は、前記第２の送信過程は、前記チャネル予約信号の送信後、前記第１の送信過程での前記ビーコン信号の送信に先立って、再度、自身宛の受信準備完了信号を送信することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の無線通信方法である。

本発明によれば、第１の無線通信システムのビーコン信号送信時間に先立って、第１の無線通信システムで使用するチャネルを予約するチャネル予約信号を第２の送信手段により送信し、チャネルの予約を行う。
これにより、異なる無線通信システムが共存している環境であっても、既存の端末を変更することなく、いずれの無線通信システムでも確実に通信することができる。

本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末（無線通信端末）を用いた、無線通信システムの構成、及び略動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末のビーコンモードによる制御例を示す図である。 本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態によるハイブリッド端末を用いた、無線通信システムの構成、及び略動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第２実施形態によるハイブリッド端末の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第１及び第２実施形態によるハイブリッド端末を用いてシミュレーションした場合の評価結果を説明するための概念図である。 本発明の第１及び第２実施形態によるハイブリッド端末を用いた場合に、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎを操作することによる効果を説明するための概念図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明では、ＺｉｇＢｅｅ及び無線ＬＡＮの両方の無線インタフェースを具備するハイブリッド端末（無線通信端末）を用意し、該ハイブリッド端末により、まず、無線ＬＡＮのインタフェースによってチャネルを予約して、無線ＬＡＮがＺｉｇＢｅｅのビーコン送信タイミングで信号を送信することを回避する。このようにすることで、ＺｉｇＢｅｅコーディネータはビーコン周期で確実にビーコン信号を送出し、配下のノードが受信できることから、無線ＬＡＮが付近に存在する環境においても、ビーコンモードのＺｉｇＢｅｅで通信することができるようになる。なお、無線ＬＡＮインタフェースは、ビーコン信号を送出する前の所定の期間から動作すればよいため、それ以外の期間を省電力動作とすることが可能となる。

Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるハイブリッド端末（無線通信端末）を用いた、無線通信システムの構成、及び略動作を説明するためのブロック図である。図において、無線通信システムは、無線ＬＡＮ基地局（ＷＬＡＮ ＡＰ）１−１、無線ＬＡＮ端末（ＷＬＡＮのノード）１−２〜１−４と、複数のＺｉｇＢｅｅ端末（ＺｉｇＢｅｅのノード）２−１〜２−３と、１つのハイブリッド端末（無線通信端末）３とから構成されている。ハイブリッド端末３は、無線ＬＡＮインタフェース（通信機能）３−１とＺｉｇＢｅｅインタフェース（通信機能）３−２との双方を備えている。

ハイブリッド端末３は、まず、無線ＬＡＮインタフェース３−１を用いて、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ：送信要求）信号を無線ＬＡＮ基地局１−１に対して送信する（Ｓａ１）。該ＲＴＳ信号は、ＺｉｇＢｅｅによるチャネルを予約する期間情報を含んでいる。無線ＬＡＮ基地局１−１は、受信したＲＴＳ信号に従って、ハイブリッド端末３、及び他の無線ＬＡＮ端末１−２〜１−４に対してＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ：受信準備完了）信号を返す（Ｓａ２）。これにより、無線ＬＡＮ端末１−１〜１−４が、予約された期間に、信号を送信することを回避する。その間、ハイブリッド端末３の無線インタフェース（通信機能）３−２を含む、ＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３は、ビーコン信号の送信を含むＺｉｇＢｅｅの通信を行う（Ｓａ３）。

図２は、ハイブリッド端末３のビーコンモードによる制御例を示す図である。ここでは、ビーコン信号が一定周期（Ｔｂ）毎に出力される。あるビーコン信号が送信されてから次のビーコン信号が送信されるまでの時間が、アクティブ（活性区間）とインアクティブ（不活性区間）とに分割される。インアクティブ（不活性区間）では、各ＺｉｇＢｅｅノードは、送受信ともに行わない（スリープ）。ＺｉｇＢｅｅコーディネータ及びルータは、アクティブ期間とインアクティブ期間とを表す情報をビーコン信号に含めて送信する。ビーコン信号により開始される活性期間をスーパーフレームという。

このようなスーパーフレームは、１６個のタイムスロットに分割される。タイムスロットは、必須のＣＡＰ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ）期間とオプションであるＣＦＰ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｐｅｒｉｏｄ）期間とに分かれる。ＣＦＰ期間には、通信可能ノードを１つに限定したＧＴＳ（Ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔ：割当期間）を設ける。１つのＧＴＳは、特定のノードに割当てられており、ＧＴＳを割当てられたノードは、そのＧＴＳにおいては、キャリアセンスをすることなく排他的に信号を送信することができる。最大ＧＴＳ数は、７である。ＣＡＰ期間は、Ｓｌｏｔｔｅｄ−ＣＳＭＡ／ＣＡによる多元接続であり、各ノードは、キャリアセンスして空きを確認してから送受信を行う。ＧＴＳは、特定ノードに予め１、または複数の専用タイムスロットを割当てるもので、衝突が発生しないため、キャリアセンスの必要がない。各タイムスロット内においては、上階層ノードから下階層ノード、及び下階層ノードから上階層ノードへの上下双方向通信が行われる。

図３は、ハイブリッド端末３の構成を示すブロック図である。ハイブリッド端末３は、アンテナ１０、第１のスイッチ１１、第２のスイッチ１２、受信処理部１３、送信処理部１４、制御部１５、ビーコン生成部１６、ビーコン生成タイミング算出部１７、データ処理部１８、無線ＬＡＮ処理部１９により構成される。

ビーコン生成部１６は、制御部１５によって算出されたタイミングに応じて、ＺｉｇＢｅｅ通信におけるビーコン信号を生成し、送信処理部１４に出力する。ビーコン信号には、そのビーコン信号が出力されるビーコン周期を示す情報、スーパーフレーム長を示す情報、タイムスロットのＣＡＰ期間とＣＦＰ期間を示す情報、ＣＦＰ期間におけるＧＴＳの割当を示す情報などが含まれる。

送信処理部１４は、ビーコン生成部１６から供給されるビーコン信号や、制御部１５を介してデータ処理部１８から供給されるデータ信号について、変調、Ｄ／Ａ変換、周波数変換等の処理を行い、第２のスイッチ１２、第１のスイッチ１１、及びアンテナ１０を介して無線信号として送信する。第２のスイッチ１２は、アンテナ１０を介して行われる受信処理部１３による受信処理と送信処理部１４による送信処理とを切替える。また、第１のスイッチ１１は、無線ＬＡＮ処理部１９による無線ＬＡＮ信号の送受信処理と受信処理部１３等により行われるＺｉｇＢｅｅ信号の送受信処理とを切り替える。すなわち、第１のスイッチ１１により、無線ＬＡＮとＺｉｇＢｅｅとのそれぞれの信号を切り替えながら送受信する。

データ処理部１８は、ＣＡＰ期間に行われる他のＺｉｇＢｅｅノードとのデータ通信処理などを行う。受信処理部１３は、他のＺｉｇＢｅｅノードから送信される信号、例えば、ビーコン信号や、データ信号等を、アンテナ１０を介して受信し、受信した無線信号について、Ａ／Ｄ変換、周波数変換、復調等の処理を行い、ベースバンド信号を抽出する。

ベースバンド信号は、制御部１５に供給され、データ信号であった場合には、データ処理部１８に出力される。それ以外の場合、例えば、ルータにおいて受信した信号がビーコン信号であった場合には、その中に含まれるスロットの割当情報等が抽出され、自局に割当てられたＧＴＳのタイムスロットのタイミングを取得する等、その信号に応じた処理が制御部１５を介して行われる。

無線ＬＡＮ処理部１９は、制御部１５の指示により起動し、無線ＬＡＮ信号の送受信を行う。無線ＬＡＮにおける信号の送受信は、一般的に、ＣＳＭＡ／ＣＡと呼ばれる手順で行われる。すなわち、受信電力に基づいてチャネルに信号が送出されているかどうかを判断し（キャリアセンス）、信号が出ていない場合には、信号の送信を開始する。

また、このような受信電力に基づくキャリアセンスに併せて、仮想的なキャリアセンスを行う。仮想的なキャリアセンスとは、受信した信号から当該信号の送受信に必要な時間を取得し、当該時間が経過するまでは、受信電力が閾値より低い場合であっても、信号が送出していると判断し、自己の信号の送信を行わない。なお、無線ＬＡＮノードが受信した信号から当該時間を取得するために、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）と呼ばれる制御用のパラメータが全ての無線ＬＡＮ信号に含まれている。

無線ＬＡＮ処理部１９は、双方のキャリアセンスによりチャネルに信号が出ていないと判断すると、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）信号を送信する。例えば、無線ＬＡＮ処理部１９を介して、ハイブリッド端末３が無線ＬＡＮ基地局（図１の無線ＬＡＮ基地局１−１）と接続している場合には、ＲＴＳ信号は、無線ＬＡＮ基地局１−１を宛先として送信される。

ＲＴＳ信号を受信した無線ＬＡＮ基地局１−１は、ＣＴＳ信号を送信する。これらの信号には、ＮＡＶにより、仮想的なキャリアセンスのための時間Ｔが格納されている。したがって、ＲＴＳ、またはＣＴＳを受信した他の無線ＬＡＮ端末１−２〜１−４は、上記時間Ｔの間はチャネルに信号を送出しない。すなわち、一時的にチャネルを予約した状態となる。そして、チャネルの予約が完了すると、無線ＬＡＮ処理部１９は、制御部１５に成功したことを通知するとともに、省電力状態に入り、次の起動の指示を待つ。一方、所定の時間を経過してもチャネルの予約ができない場合には、制御部１５により省電力状態へ移行するための指示が入力される。

一方、制御部１５は、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送信する周期が近づいてくると、無線ＬＡＮ処理部１９を起動するための指示を通知する。ここで、無線ＬＡＮ処理部１９を起動するための指示を通知するタイミングは、例えば、無線ＬＡＮにおいて１つのパケットがチャネルを占有する最大時間に基づいて定められる。すなわち、無線ＬＡＮにおける最低の伝送速度である６［Ｍｂｉｔ／ｓ］で許容される最大のデータ量である２３１２［Ｂｙｔｅ］のデータが送信される場合には、３１５６［μｓ］の間に渡ってチャネルが占有される。

したがって、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送出する時刻から遡って３１５６［μｓ］の間に無線ＬＡＮノードにより信号が送出されると、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送信するタイミングにおいて、チャネルが占有されている可能性があり、この場合には、ビーコン信号を送信することができない。すなわち、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送出する時刻から遡って３１５６［μｓ］より前にチャネルの予約が完了している必要がある。

よって、制御部１５は、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送出する時刻から３１５６［μｓ］の時間とＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号の送受信を行うために必要な時間とを遡った時刻において、無線ＬＡＮ処理部１９を起動する。また、この起動時に、無線ＬＡＮ処理部１９に対して、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号を送信し、その後に続く活性期間が終了する時刻を併せて通知する。

無線ＬＡＮ処理部１９は、起動するとともに、当該活性期間が終了する時刻に向けてカウントダウンを行い、ＲＴＳ信号を送出する際に、活性期間が終了する時刻までに必要な時間をＮＡＶに設定して送信する。このようにすることで、活性期間が終了するまでの間、チャネルを予約することができ、ＺｉｇＢｅｅの通信に必要な期間を担保することができる。

また、制御部１５は、無線ＬＡＮ処理部１９により、チャネルの予約の成功が通知されると、ビーコン信号を送出する周期に基づいて、ビーコン生成部１６等の他の処理部を起動し、ビーコン信号の生成から始まるＺｉｇＢｅｅ信号の送受信処理を開始する。一方、ビーコン信号を送出するタイミングになっても無線ＬＡＮ処理部１９によるチャネルの予約の成功が通知されない場合には、チャネルの予約は中止し、無線ＬＡＮ処理部１９に省電力動作に移行するための通知を行う。なお、他のＺｉｇＢｅｅ信号の送受信を行う処理部については、非活性期間は省電力動作を行っている。

図４、及び図５は、本第１実施形態によるハイブリッド端末３の動作を示すタイミングチャートである。ハイブリッド端末３は、キャリアセンスによりチャネルに信号が送信されていないことを確認すると、ＲＴＳ信号を無線ＬＡＮ基地局１−１に対して送信する（Ｓｂ１）。このとき、ＲＴＳ信号には、活性期間が終了するまでに必要な時間Ｔが格納されている（ＳＩＦＳ＋ＣＴＳ＋ＧＡＰｔｉｍｅ１＋Ｔ_active）。

ここで、ＳＩＦＳとは、ＲＴＳとＣＴＳの間の信号が送出されない短い期間であり、無線ＬＡＮ基地局１−１において受信から送信へスイッチを切り替えるための時間である。また、ＧＡＰｔｉｍｅ１は、ＣＴＳの送信からＺｉｇＢｅｅのビーコン信号周期までの期間であり、ＲＴＳが送信されるタイミングによって異なる。なお、ＧＡＰｔｉｍｅ１は、無線ＬＡＮ処理部１９が制御部１５により通知される活性期間の終了時刻からのカウントダウンに基づいて自動的にＮＡＶの値として含まれることになる。ＮＡＶにより、無線ＬＡＮ端末１−２、１−３等は、仮想的なキャリアセンスによって送信を行わない。

ハイブリッド端末３では、無線ＬＡＮ基地局１−１からのＣＴＳ信号を受信すると（Ｓｂ２）、チャネルの予約が完了したと判断し、無線ＬＡＮ処理部１９により、制御部１５に予約の成功を通知し、ビーコン生成タイミング算出部１７により算出されたタイミングに応じて、ビーコン生成部１６により、ＺｉｇＢｅｅ通信におけるビーコン信号が生成され、送信処理部１４により、アンテナ１０から送信される。その後、Ｔａｃｔｉｖｅの期間に渡って、ＣＦＰまたはＣＡＰ期間において、ハイブリッド端末３とＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３との間で、信号の送受信が行われる（Ｓｂ３）。不活性期間になると、ＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３、及びハイブリッド端末３のＺｉｇＢｅｅに関する処理部が省電力動作となり、一方で、無線ＬＡＮ基地局１−１、及び無線ＬＡＮ端末１−２〜１−４は、ＮＡＶによるチャネルの予約が終了するため、通信を開始する（Ｓｂ４）。

上述した第１実施形態によれば、無線ＬＡＮ処理部１９を備えるハイブリッド端末３により、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号の周期に先立って無線チャネルの予約を行うことにより、ＺｉｇＢｅｅのビーコン信号の送信タイミングにおいて無線ＬＡＮによりチャネルが占有されている可能性が低くなり、よってＺｉｇＢｅｅの通信が確保されることとなる。このとき、チャネルの予約について、すべての無線ＬＡＮノード１−１〜１−４が備える仮想的なキャリアセンスを用いていることから、無線ＬＡＮノード１−１〜１−４については一切の変更が必要ない。また、ＺｉｇＢｅｅのビーコン周期に基づいて無線ＬＡＮ処理部１９を起動し、それ以外の期間では、無線ＬＡＮ処理部１９を省電力動作とすることから、ハイブリッド端末３の省電力化の効果も有する。なお、省電力動作とは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に規定されるスリープモードのことを言う。

以上のように、定められたビーコン周期で出力されるビーコン信号の出力間隔のうち、定められた活性期間内において他の無線通信端末と通信を行うＺｉｇＢｅｅと、キャリアセンスによって自律分散的に通信を行う無線ＬＡＮとのそれぞれの通信を行うための無線インタフェースを備える無線通信端末であって、ビーコン周期に先立って、無線ＬＡＮで使用するチャネルを予約するＣＴＳ信号を送信する無線ＬＡＮ処理部１９と、ＺｉｇＢｅｅにおけるビーコン信号の送信を行う送信処理部１４とを備える。
これにより、ＺｉｇＢｅｅと無線ＬＡＮとが共存している環境であっても、無線ＬＡＮ端末を変更することなく、ＺｉｇＢｅｅによる通信を確実に行うことができる。また、また、ＺｉｇＢｅｅのビーコン周期に基づいて無線ＬＡＮ処理部１９を起動し、それ以外の期間では、無線ＬＡＮ処理部１９を省電力動作とすることで、ハイブリッド端末３の省電力化を図ることができる。

また、ＣＴＳ信号は、当該ＣＴＳ信号の送信終了からビーコン信号の送信後に割り当てられている活性期間が終了するまでの期間に渡ってチャネルを予約するための情報を含む。
これにより、ＺｉｇＢｅｅと無線ＬＡＮとが共存している環境であっても、ＺｉｇＢｅｅによる通信を確実に行うことができる。

また、無線ＬＡＮ処理部１９は、送信処理部１４によるビーコン信号の送信周期よりも所定の期間だけ早く起動される。
これにより、ＺｉｇＢｅｅと無線ＬＡＮとが共存している環境であっても、無線ＬＡＮ端末を変更することなく、ＺｉｇＢｅｅによる通信を確実に行うことができる。

Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第２実施形態では、ＲＴＳ／ＣＴＳだけでは、ＲＴＳを受信した無線ＬＡＮ基地局１−１は、ＮＡＶを張らないため（自身宛のＲＴＳを受信した無線ＬＡＮ基地局はＮＡＶを張らなくてはならないという明確な規定はない）、無線ＬＡＮ基地局１−１のＮＡＶを確保する目的で、ハイブリッド端末３は、ＲＴＳ／ＣＴＳの送信後に、もう一度、ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ（自分宛のＣＴＳフレーム）を送信することを特徴としている。

図６は、ハイブリッド３を用いた、無線通信システムの構成、及び略動作を説明するためのブロック図である。なお、図１に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、無線通信端末（ハイブリッド端末）３は、まず、無線ＬＡＮインタフェース３−１を用いて、ＲＴＳ信号を送信する（Ｓｃ１）。該ＲＴＳ信号は、ＺｉｇＢｅｅによるチャネルを予約する期間情報を含んでいる。

無線ＬＡＮ基地局１−１は、受信したＲＴＳ信号に従って、ハイブリッド端末３、及び他の無線ＬＡＮ端末１−２〜１−４に対してＣＴＳ信号を返す（Ｓｃ２）。ハイブリッド端末３は、無線ＬＡＮ基地局１−１が返したＣＴＳを受信すると、再び、ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆを送信する（Ｓｃ３）。無線ＬＡＮ基地局１−１は、無線ＬＡＮ基地局１−１以外への宛先に送信されたＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆを受信すると、ＮＡＶ区間へと入る。これにより、無線ＬＡＮ基地局１−１、無線LＡＮ端末１−２〜１−４は、予約された期間に、信号を送信することを回避する。その間、ハイブリッド端末３の無線インタフェース（通信機能）３−２を含む、ＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３は、ビーコン信号の送信を含むＺｉｇＢｅｅの通信を行う（Ｓｃ４）。

図７は、ハイブリッド端末３の動作を示すタイミングチャートである。ハイブリッド端末３は、キャリアセンスによりチャネルに信号が送信されていないことを確認すると、ＲＴＳ信号を無線ＬＡＮ基地局１−１に対して送信する（Ｓｄ１）。

ハイブリッド端末３では、無線ＬＡＮ基地局１−１からのＣＴＳ信号を受信すると（Ｓｄ２）、再び、ＣＴＳ２ｓｅｌｆを送信する（Ｓｄ３）。無線ＬＡＮ基地局１−１は、自身以外への宛先でＣＴＳが送信されたと判断すると、ＮＡＶ区間へと入る。これにより、無線ＬＡＮ基地局１−１、無線LＡＮ端末１−２〜１−４は、予約された期間に、信号を送信することを回避する。その間、ハイブリッド端末３の無線インタフェース３−２を含む、ＺｉｇＢｅｅ端末２−１〜２−３は、ビーコン信号の送信を含むＺｉｇＢｅｅの通信を行う（Ｓｄ４）。

以上のように、無線ＬＡＮ処理部１９は、ＲＴＳ信号の送信後、送信処理部１４によるビーコン信号の送信に先立って、再度、自身宛のＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆを送信する。これにより、無線ＬＡＮ基地局１−１のＮＡＶをより確実に確保するができる。

図８は、ハイブリッド端末３を用いてシミュレーションした場合の評価結果を説明するための概念図である。シミュレーション条件は、ビーコン周期：２４５．７６［ｍｓ］、スーパーフレーム区間：３０．７２［ｍｓ］、ＲＴＳ送信区間：ビーコンの送信開始時点前の２［ｍｓ］区間、１つの無線ＬＡＮ局からアクセスポイントへ５４［Ｍｂｐｓ］モードで飽和トラヒック送信したものとする。

シミュレーション時間６００［秒］としたとき、無線ＬＡＮは、２６．９４３［Ｍｂｐｓ］、ビーコン失敗率は、０．０１６７９６４、遅延は、６２３．３９６［μｓ］となった。なお、ハイブリッド端末３がなく、無線ＬＡＮ基地局１−１が飽和モードで通信を行っているときのスループットは、３０．８１［Ｍｂｐｓ］である。

本シミュレーションによれば、トラヒックが飽和しているにも関わらず、ビーコンの損失率１．６％を実現している。ＲＴＳパケットを送り始める時間をさらに早くすれば、ビーコン損失率をさらに低減することが可能である。さらに、無線ＬＡＮのスループットは、１２％程度の低下で実現可能となっている。

図９は、ハイブリッド端末３を用いた場合に、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎを操作することによる効果を説明するための概念図である。図９では、横軸にノード数、縦軸にビーコン失敗率をとっている。「＋」は、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎ＝１５、「×」は、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎ＝７、そして、「＊」はコンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎ＝３としたときのノード数の増加によってビーコン失敗率がどのように変化するかをプロットしている。

ハイブリッド端末３がＲＴＳパケットを送信し、そのパケットが衝突した場合に、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎを操作することで（小さくすることで）、ビーコン失敗率が低下することが分かる。つまり、コンテンションウインドウサイズの最小値ＣＷｍｉｎを操作することで（小さくすることで）、ＲＴＳの信頼度を向上させることができることが分かる。本発明により、ＺｉｇＢｅｅのビーコン損失率が改善することを示している。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、ＺｉｇＢｅｅだけではなく、同じ周波数帯を使う他の無線機器に対しても適用できる。すなわち、無線ＬＡＮと同じ周波数帯を使用する無線システム［ａ］において、ＷＬＡＮの周波数利用を一時的に抑え、無線システム［ａ］の通信を行いたい場合には、ＲＴＳ／ＣＴＳの機能を搭載した無線通信端末（ハイブリッド端末）を設け、無線ＬＡＮのノードにＮＡＶを設定させる。これにより、無線ＬＡＮは、ＮＡＶの間は電波を送信しないので、無線システム［ａ］の通信が成功することになる．

なお、以上に説明したハイブリッド端末を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１−１…無線ＬＡＮ基地局（ＷＬＡＮ ＡＰ）、１−２〜１−４…無線ＬＡＮ端末、２−１〜２−３…ＺｉｇＢｅｅ端末、３…ハイブリッド端末、３−１…無線ＬＡＮインタフェース、３−２…ＺｉｇＢｅｅインタフェース、１０…アンテナ、１１…第１のスイッチ、１２…第２のスイッチ、１３…受信処理部、１４…送信処理部、１５…制御部、１６…ビーコン生成部、１７…ビーコン生成タイミング算出部、１８…データ処理部、１９…無線ＬＡＮ処理部

Claims (8)

1. 定められたビーコン周期で出力されるビーコン信号の出力間隔のうち、定められた活性期間内において他の無線通信端末と通信を行う第１の無線通信システムと、キャリアセンスによって自律分散的に通信を行う第２の無線通信システムとのそれぞれの通信を行うための無線インタフェースを備える無線通信端末であって、
   前記第１の無線通信システムにおけるビーコン信号の送信を行う第１の送信手段と、
   前記ビーコン信号の送信に先立って、前記第１の無線通信システムで使用するチャネルを予約するチャネル予約信号を送信する第２の送信手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信端末。
2. 前記チャネル予約信号は、当該チャネル予約信号の送信終了から前記ビーコン信号の送信後に割り当てられている活性期間が終了するまでの期間に渡ってチャネルを予約するための情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
3. 前記第２の送信手段は、前記第１の送信手段によるビーコン信号の送信時間よりも所定の期間だけ早く起動されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
4. 前記第２の送信手段は、前記チャネル予約信号の送信後、前記第１の送信手段による前記ビーコン信号の送信に先立って、再度、自身宛の受信準備完了信号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線通信端末。
5. 定められたビーコン周期で出力されるビーコン信号の出力間隔のうち、定められた活性期間内において他の無線通信端末と通信を行う第１の無線通信システムと、キャリアセンスによって自律分散的に通信を行う第２の無線通信システムとのそれぞれの通信を行うための無線インタフェースを備える無線局における無線通信方法であって、
   前記第１の無線通信システムにおけるビーコン信号の送信を行う第１の送信過程と、
   前記ビーコン信号の送信に先立って、前記第１の無線通信システムで使用するチャネルを予約するチャネル予約信号を送信する第２の送信過程と、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
6. 前記チャネル予約信号は、当該チャネル予約信号の送信終了から前記ビーコン信号の送信後の活性期間が終了するまでの期間に渡ってチャネルを予約するための情報が含まれることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
7. 前記第２の送信過程は、前記第１の送信過程で送信されるビーコン信号の送信時間よりも所定の期間だけ早く起動されることを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
8. 前記第２の送信過程は、前記チャネル予約信号の送信後、前記第１の送信過程での前記ビーコン信号の送信に先立って、再度、自身宛の受信準備完了信号を送信することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の無線通信方法。

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