JP3968512B2 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式においてＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Local Area Network）を構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
従来、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて有線でＬＡＮ接続することが一般的であったが、この場合、回線敷設工事が必要であり、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便である。そこで、従来の有線方式によるＬＡＮの配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。この種の無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００５】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規定されている。
【０００６】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３では、２０Ｍｂｐｓを越える高速無線パーソナル・エリア・ネットワークの標準化活動が行われている。当該セクションでは、主として２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層に準拠した規格化が推進されている。
【０００７】
この種のパーソナル・エリア・ネットワークにおいては、１つの無線通信装置が「コーディネータ」と呼ばれる制御局として動作し、このコーディネータを中心にして、およそ１０ｍ以内の範囲で、パーソナル・エリア・ネットワークが構築される。コーディネータが所定の周期でビーコン（Beacon）信号を送信し、そのビーコンの周期が伝送フレーム周期として規定される。そして、この伝送フレーム周期毎に各無線通信装置が利用するタイムスロットの割り当てを行なう。
【０００８】
タイムスロットの割り当て方法としては、例えば、「ギャランティード・タイムスロット」（ＧＴＳ）と呼ばれる方法が採用されていて、所定の伝送容量を保証しながら、なおかつダイナミックに伝送帯域の割当てを行なう通信方法が想定されている。
【０００９】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層には、競合アクセス期間（コンテンション・アクセス期間：ＣＡＰ）と、非競合アクセス期間（コンテンション・フリー期間：ＣＦＰ）とが用意されている。そして、非同期通信を行なう場合には、競合アクセス期間を用いて短いデータやコマンド情報が交換される。一方、ストリーム通信を行なう場合には、非競合アクセス期間内にて、ギャランティード・タイム・スロット（ＧＴＳ）によるダイナミックなタイムスロットの割り当てを行ない、帯域予約伝送が行なわれる仕組みになっている。
【００１０】
なお、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層部分は、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に他のＰＨＹ層の標準仕様として応用できるように規定されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＰＨＹ層を、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に、他のＰＨＹ層を利用する標準化活動が開始されつつある。
【００１１】
また最近では、ＳＳ（Spread Spectrum：スペクトル拡散）方式を適用した無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムが実用化されている。また、ＰＡＮなどのアプリケーションを対象として、ＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）伝送方式が提案されている。
【００１２】
ＳＳ方式の一種であるＤＳ（Direct Spread：直接拡散）方式は、送信側において、情報信号にＰＮ（Pseudo Noise：疑似雑音）符号と呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。
【００１３】
ＵＷＢでは、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なう。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Spread Spectrum）やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【００１４】
図１１には、ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示している。入力された情報９０１は拡散系列９０２によって拡散される。ＵＷＢ方式を用いるシステムによっては、この拡散系列の乗算が省かれる場合も存在する。
【００１５】
スペクトラム拡散された情報信号９０３は、ＵＷＢ方式におけるインパルス信号（ウェーブレットパルス）を用いて変調される（９０４）。変調方式としては、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）や、位相変調（Biphase Modulation）、振幅変調などが考えられている。
【００１６】
ＵＷＢ方式において用いられるインパルス信号は非常に細いパルスであるため、周波数スペクトル的には非常に広い帯域を使用することになる。これにより、入力された情報信号が、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たないことになる。
【００１７】
受信信号９０５は雑音に紛れているが、受信信号とインパルス信号との相関値を計算することによって検出することが可能である。さらに、多くのシステムにおいては信号の拡散が行われるので、送信情報１ビットに対して多くのインパルス信号が送信される。よって、インパルス信号の受信相関値９０７をさらに拡散系列長分だけ積分することが可能であり（９０８）、これによって送信信号の検出はさらに容易になる。
【００１８】
ＵＷＢ伝送方式によって拡散された信号は、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たず、このためＵＷＢ伝送方式を用いた通信システムは他の方式の通信システムとの共存が比較的容易である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１５．３準拠の無線パーソナル・エリア・ネットワークのスーパーフレーム周期にて、競合アクセス周期（ＣＡＰ）の領域の代わりに、マネジメント・タイムスロット（Management Time Slot：ＭＴＳ）を配置する方法が検討されている。
【００２０】
このマネジメント・タイムスロットは、主に、非競合アクセス周期（ＣＦＰ）の領域でデータ伝送するためのギャランティード・タイムスロット（Guaranteed Time Slot：ＧＴＳ）の割当てをネットワークの制御局たるピコネット・コーディネータ（Piconet Coordinator：ＰＮＣ）から得る場合の要求を行なうために配置が検討されている。
【００２１】
しかしながら、従来からのマネジメント・タイムスロットの利用は、ギャランティード・タイムスロットの要求など、ネットワークの制御局との間の通信に用途が限定されているため、このマネジメント・タイムスロットの領域では、他の情報伝送が行なえない。
【００２２】
また、マネジメント・タイムスロットの配置は、ネットワークを構成する無線通信装置数が増加すると、その装置数に比例して、マネジメント・タイムスロットを配置しなければならない。
【００２３】
一方、８０２．１１系で利用されているキャリア検出多重アクセス／衝突回避方法（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を用いたデータ伝送方法では、データを送信した直後にＡＣＫ（Ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ＡＣＫ）の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を行なう方法が広く知られている。
【００２４】
しかしながら、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式には、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づくアクセス制御方法を適用することができない。
【００２５】
また、データを送信した直後にＡＣＫ（Ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ＡＣＫ）を返送する方法では、データ送信とＡＣＫ送信の間隔が厳密に定義されるために、通信が行なわれていることの検出に時間を要する無線通信方式には適用することができない。
【００２６】
とりわけ、ウルトラワイドバンド無線通信方式では、利用されるインパルス信号列が特定の周波数キャリアを持たないので、キャリア・センスを行なうのが難しい。同様に、ウルトラワイドバンド無線通信方式では、送信する情報の前に、同期獲得のために冗長なプリアンブル信号を付加しても、信号を検出するまでに時間がかかるため、ＡＣＫ情報の受信が非効率的であるという問題がある。
【００２７】
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式において効果的にＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数の無線通信装置で構成され所定のフレーム周期で動作する無線通信システムであって、
前記フレーム周期は、各無線通信装置が送信を行なうために割り当てられた個別の送信用タイムスロットと、各無線通信装置が受信を行なうために割り当てられた個別の受信用タイムスロットを備える、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００３１】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００３２】
本発明の第１の側面に係る無線通信システムによれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定するので、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【００３３】
また、各無線通信装置に個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【００３４】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置は、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【００３５】
また、本発明の第２の側面は、複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワーク内において制御局として動作する無線通信装置又は無線通信方法であって、
所定の周期で伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定手段又はステップと、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が送信を行なうための個別の送信用タイムスロット及び受信を行なうための個別の受信用タイムスロットを設定するタイムスロット設定手段又はステップと、
前記のタイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からの帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信手段又はステップと、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当て手段又はステップと、
前記タイムスロット設定手段又はステップにより設定したタイムスロットの情報、及び／又は、前記帯域割当て手段又はステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００３６】
本発明の第２の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定するので、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【００３７】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【００３８】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置は、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【００３９】
また、本発明の第３の側面は、制御局管理下の無線ネットワークで動作する無線通信装置又は無線通信方法であって、
制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手段又はステップと
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定されたマネジメント・タイムスロットを格納する手段又はステップと、
該マネジメント・タイムスロットの到来に合わせて前記無線ネットワーク内の任意の無線通信装置との間で情報の送信又は受信を行なう情報送受信手段又はステップと、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００４０】
本発明の第３の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、制御局によって設けられたマネジメント・タイムスロットを各無線通信装置が個別に送信あるいは受信を行なうために利用することによって、無線ネットワーク内の任意の無線通信装置間で情報交換が可能な伝送フレーム周期を設定することができ、無線伝送トラフィックを効率化することができる。
【００４１】
ここで、データ送信元となる無線通信装置側では、データ送信に先立ち、自己が送信すべきマネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信し、ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを送信し、そして、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットを利用してデータ受信先からのＡＣＫ情報を受信するようにしてもよい。
【００４２】
一方、データ受信先となる無線通信装置においては、ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを受信するとともに、データ送信元が受信すべきマネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信するようにしてもよい。
【００４３】
このような場合、各無線通信装置は、データを送信して、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を受信することで、ＡＣＫ返送タイミングを厳密に規定しなくても（あるいは、他の領域を利用してＡＣＫ情報の返送を規定しなくても）、ＡＣＫ情報を確実に返送する仕組みを得ることができる。
【００４４】
したがって、同期獲得に時間を要する無線通信方式においても、本発明の第３の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、好適にデータ受領確認シーケンスを実現することができる。例えば、データ送信直後にＡＣＫを返送するイミディエートＡＣＫを返送できない無線通信方式であっても、本発明によればデータ受領確認シーケンスを構築することができる。
【００４５】
さらに、マネジメント・タイムスロットで返送されたＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合に、そのフレームでデータ再送を行ない、未達データが存在しない場合には予約解除を行なう方法を規定することにより、帯域予約通信に最適な予約要求と解除を実現することができる。
【００４６】
また、本発明の第４の側面は、複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワークを管理するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
所定の周期で伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定ステップと、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が送信を行なうための個別の送信用タイムスロット及び受信を行なうための個別の受信用タイムスロットを設定するタイムスロット設定ステップと、
前記のタイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からの帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信ステップと、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当てステップと、
前記タイムスロット設定ステップにより設定したタイムスロットの情報、及び／又は、前記帯域割当てステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４７】
また、本発明の第５の側面は、制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信ステップと
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定されたマネジメント・タイムスロットを格納するステップと、
該マネジメント・タイムスロットの到来に合わせて前記無線ネットワーク内の任意の無線通信装置との間で情報の送信又は受信を行なう情報送受信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４８】
本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第２及び第３の各側面に係る無線通信装置又は無線通信方法のそれぞれと同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５１】
図１には、本発明の一実施形態に係る小規模無線ネットワークの構成を模式的に示している。
【００５２】
同図では、通信装置１から６が無線ネットワークを形成している様子が表されている。お互いに直接通信が可能な他の通信装置との間で自由に情報の交換が行なえる状態にあることを、双方向の矢印にて示している。ある通信装置の通信可能な範囲の周囲に他の通信装置が自由に存在して、無線ネットワークが自動的に構成されることとしても良い。
【００５３】
図示の例では、通信装置３を制御局として存在し、その通信範囲１０を無線ネットワークの範囲として、その他の通信装置がこの無線ネットワークに接続している。
【００５４】
また、通信装置１は通信装置２、３と通信が可能であり、通信装置２は、通信装置１、３、５と通信が可能であり、通信装置３はすべての通信装置１、２、４、５、６と通信が可能であり、通信装置４は通信装置３、５、６と通信が可能であり、通信装置５は通信装置２、３、４、６と通信が可能であり、通信装置６は通信装置３、４、５と通信が可能な状態にある。
【００５５】
図２には、ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示している。
【００５６】
図示の通り、スーパーフレーム周期２０の先頭にはビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）２１が配置され、これによってスーパーフレーム周期２０が決定される。
【００５７】
ビーコン２１に続いて、ビーコンに続いて競合伝送領域であるContention Access Period（ＣＡＰ）２２と、非競合伝送領域であるContention Free Period（ＣＦＰ）２３が配置される。
【００５８】
ここで、Contention Access Period（ＣＡＰ）２２では、例えばＣＳＭＡ／ＣＡによるランダム・アクセス・メカニズムを用いた非同期無線通信が行なわれる。また、Contention Free Period（ＣＦＰ）２３では、Guaranteed Time Slot（ＧＴＳ）２４と呼ばれる帯域予約／割当て通信が行なわれる。
【００５９】
ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークでは、このスーパーフレーム周期が繰り返し利用されることで、ネットワークが運営される。
【００６０】
また、図３にも、ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示している。
【００６１】
図示の通り、スーパーフレーム周期３０の先頭にはビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）３１が配置され、これによってスーパーフレーム周期２０が決定される。ビーコン周期は一定であるのが望ましいが、可変であってもよい。
【００６２】
ビーコン３１に続いて、競合伝送領域（ＣＡＰ）の代わりに、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）３２〜３７が割り当てられ、さらにその後に非競合伝送帯域であるContention Free Period３８が割り当てられている。
【００６３】
それぞれのＭＴＳは、無線ネットワークの制御局となる無線通信装置によって割り当てが行なわれる。ここでは、ＭＴＳは、送信元無線通信装置と受信先無線通信装置が指定されるようになっている。
【００６４】
従来、このマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の利用方法として、特定の無線通信装置が、送信元無線通信装置あるいは受信先無線通信装置に指定され、ネットワークの制御局となる無線通信装置との通信にしか利用することができないように規定されている。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、このマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の送信元と受信先として任意の無線通信装置を指定することを許容して、無線ネットワーク内にいて任意の無線通信装置間の通信に利用できるようにしている。
【００６６】
また、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）に続くContention Free Period（ＣＦＰ）３８では、Guaranteed Time Slot（ＧＴＳ）３９と呼ばれる帯域予約／割当て通信が行なわれる。
【００６７】
図４には、本実施形態に係る無線ネットワークのスーパーフレーム周期におけるマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の配置例を模式的に示している。但し、同図では、図１に示した６台の無線通信装置で１つの無線ネットワークを形成している場合について例示している。
【００６８】
まず、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃１からＭＴＳ＃６は、各無線通信装置が送信を行なうためにそれぞれ割り当てられた領域であり、例えば、ネットワークの制御局となる無線通信装置３に対して、予約要求を送信する場合などに利用される。
【００６９】
すなわち、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃１では、無線通信装置１だけが送信を行なうことができる。同様に、ＭＴＳ＃２では無線通信装置２だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃３では無線通信装置３だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃４では無線通信装置４だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃５では無線通信装置５だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃６では無線通信装置６だけが送信を行なうことができる。
【００７０】
さらに、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃７からＭＴＳ＃１２は、各無線通信装置が受信を行なう領域であり、例えば、データを受信した場合に返送されるＡＣＫ情報を受信するためなどに利用される。
【００７１】
すなわち、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃７では、無線通信装置１が受信を行なう。同様に、ＭＴＳ＃８では無線通信装置２が受信を行ない、ＭＴＳ＃９では無線通信装置３が受信を行ない、ＭＴＳ＃１０では無線通信装置４が受信を行ない、ＭＴＳ＃１１では無線通信装置５が受信を行ない、ＭＴＳ＃１２では無線通信装置６が受信を行なうことができる。
【００７２】
なお、図４に示す例では、１つのスーパーフレーム周期に、これらすべてのマネジメント・タイムスロットを配置した例を示しているが、複数のスーパーフレーム周期を用いてこれらのマネジメント・タイムスロットが配置されるように構成しても良く、あるいは、１つのスーパーフレーム周期にこれらのマネジメント・タイムスロットを適当な回数だけ配置するような構成としても良い。
【００７３】
図５には、本実施形態に係る小規模無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。
【００７４】
図示の通り、無線通信装置は、当該装置が各種電子機器と接続されるインターフェース５１と、無線送信する情報を一時的に蓄えておく無線送信バッファ５２と、無線送信する情報を所定の単位でフラグメント化するフラグメント処理部５３と、フラグメント化された情報を無線送信する信号に変換するための無線送信部５４と、無線送信部から情報を空中に無線送信したり、無線送信された信号を空中から収集したりするアンテナ５５と、無線送信されてきた信号から情報を抽出する無線受信部５６と、その抽出された情報をＡＣＫ情報として返送する機能を備えるデフラグメント処理部５７と、正しく受信できた情報を蓄えておく無線受信バッファ５８と、さらに、これら無線通信装置内における一連の制御を行なう中央制御部５０とで構成されている。
【００７５】
無線通信装置において情報送信を行なう場合、まず、当該装置に接続される各種電子機器から送信情報をインターフェース５１で受理して、その情報を無線送信バッファ５２に一時的に蓄える。
【００７６】
無線送信バッファ５２に蓄えられた情報は、フラグメント処理部５３において、所定の伝送単位でパケット化される。
【００７７】
中央制御部５０では、フラグメント処理部５３からの通知により、情報送信する必要があると判断する。
【００７８】
ここで、その情報送信に際して帯域予約が必要であると判断した場合には、中央制御部５０は、帯域予約要求を無線送信部５４に設定する。
【００７９】
無線送信部５４は、中央制御部５０からの送信タイミング制御により、例えば制御局となる無線通信装置が受信するマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域か、又は自己の無線通信装置に送信が許されたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報送信を行なう。
【００８０】
一方、無線通信装置において情報受信を行なう場合、無線受信部５６は、中央制御部５０からの受信タイミング制御により、例えば自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報受信を行なう。
【００８１】
さらに、中央制御部５０からの受信タイミング制御により、無線受信部５６は、フレームの先頭位置のタイミングでビーコン信号の受信処理を行なう。ここで受信したビーコン情報は中央制御部５０に送られ、その情報が解析される。
【００８２】
中央制御部５０では、前述の帯域予約要求に基づいてＧＴＳの予約が行なわれた場合には、そのＧＴＳのタイミングに、フラグメント処理部５３において所定の伝送単位でパケット化されたデータを無線送信部５４に供給して、アンテナ５５を介して無線送信する。
【００８３】
また、ビーコン情報に自己の無線通信装置が受信すべきＧＴＳの記載がある場合には、そのタイミングに合わせて無線受信部５６においてアンテナ５５を介してデータの受信処理を行なう。
【００８４】
ここで、受信できた情報は、デフラグメント処理部５７に供給される。また、正しく受信できたものをＡＣＫ情報として記載したＡＣＫフレームを形成する。
【００８５】
このＡＣＫフレームは、無線送信部５４に供給される。そして、本実施形態では、データの送信元となる無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域のタイミングに合わせて、アンテナ５５を介してＡＣＫ情報の無線送信が行なわれる。
【００８６】
これら送信・受信タイミングに関する情報はすべてビーコン情報に記載されている。各無線通信装置では、受信したビーコン情報を解析して、それらのタイミングに関する情報を、中央制御部５０に搭載された情報記憶部に逐一蓄えておき、必要な場合に読み出すようになっている。
【００８７】
さらに、自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロットＭＴＳ又はギャランティード・タイムスロットにおいて正しく受信できた情報は、無線受信バッファ５８において蓄えられる。そして、所定のタイミングで無線受信バッファ５８から、インターフェース５１に供給されて、当該通信装置に接続される各種電子機器に対して情報が届けられる。
【００８８】
また、制御局となる無線通信装置の無線受信部５６では、自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメントタイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報受信を行なう。そして、帯域予約要求を受信した場合には、その情報を中央制御部５０に供給し、その要求に基づいてＧＴＳを指定して帯域予約処理を行なう。
【００８９】
ここで指定されたＧＴＳは、ビーコン・フレーム情報として、無線送信部５４に供給され、フレーム周期の先頭のタイミングで、アンテナ５５を介して無線送信され、同じ無線ネットワーク内の各無線通信装置に周知化される。
【００９０】
図６には、本実施形態に係る無線ネットワーク内で制御局として動作する無線通信装置から送出されるビーコン・フレーム信号の構成を模式的に示している。
【００９１】
同図に示すように、ビーコン・フレーム信号は、ビーコン信号を示すヘッダ情報（Beacon Header）６１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）６２と、ネットワークを運営しているデバイスを識別するためにその通信装置を識別する装置識別情報（Device Identifier）６３と、ネットワークを運営する上で必要な同期パラメータの情報６４と、ネットワークでの最大送信電力を示す最大送信電力情報６５と、非競合伝送領域（ＣＦＰ）の帯域予約通信の割当て情報（Channel Time Allocation Element）６６と、そしてこのフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）６７とで構成される。
【００９２】
また、図７には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて無線通信装置が制御局に対して帯域予約を要求するための予約要求信号のコマンド・フレームの構成を模式的に示している。
【００９３】
同図に示すように、予約要求信号のコマンド・フレームは、予約要求のコマンドであることを示すヘッダ情報（Command Header）７１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）７２と、帯域予約の要求を行なうパラメータの記載された情報（Channel Time Request Block）７３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）７４とで構成される。
【００９４】
また、図８には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて、無線通信装置が実際にデータを送信するために用いるデータ・フレームの構成を模式的に示している。
【００９５】
同図に示すように、データ・フレームは、データであることを示すヘッダ情報（Data Header）８１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）８２と、送信情報の実体であるユーザ・データ（Data）８３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）８４で構成される。
【００９６】
また、図９には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて、データ受信先となる無線通信装置がデータの受領を確認するために返送するＡＣＫフレームの構成を模式的に示している。
【００９７】
同図に示すように、ＡＣＫフレームは、ＡＣＫであることを示すヘッダ情報（ACK Header）９１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）９２と、受信できたデータのシーケンス番号情報などを表わしたＡＣＫ情報（ACK information）９３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）９４とで構成される。
【００９８】
図１０には、本実施形態に係る無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の動作特性をフローチャートの形式で示している。同図に示す処理手順は、実際には、中央制御部５０が情報記憶部に格納されているプログラム・コードを実行するという形態で実現される。
【００９９】
まず、スーパーフレーム周期の先頭部分でビーコン・フレームを受信して、正しく受信することができたかどうかを判断する（ステップＳ１）。
【０１００】
ビーコン信号を正しく受信することができた場合には、そのビーコン情報を獲得して、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の送信タイミングと受信タイミングの設定を行なう（ステップＳ２）。
【０１０１】
さらに、自己の無線通信装置に対する帯域予約通信のためのギャランティード・タイムスロット（ＧＴＳ）の設定の有無を確認して（ステップＳ３）、これらの設定がある場合には、送信タイミングや受信タイミングの設定を行なう（ステップＳ４）。
【０１０２】
また、ビーコン信号を正しく受信することができなかった場合、自己の無線通信装置に対する帯域予約通信の設定がない場合、並びに自己の無線通信装置に対する帯域予約通信の設定を行なった場合には、インターフェース部５１を介して接続されている機器から無線送信するデータが供給されたかどうかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０３】
ここで、送信データが存在する場合には、その送信データを設定するとともに（ステップＳ６）、データ送信のために、制御局宛てに帯域予約要求コマンドを設定する（ステップＳ７）。
【０１０４】
次いで、ＭＴＳの送信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ８）。そして、ＭＴＳ送信タイミングが到来したときに、帯域予約要求などの事前に設定されたコマンドがあれば、そのコマンド・フレーム（図７を参照のこと）を送信して（ステップＳ９）、一連の処理を終えて本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０５】
また、ＭＴＳの送信タイミングが到来していない場合には、さらにＭＴＳの受信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１０）。そして、ＭＴＳ受信タイミング到来時において、データを送信した後ならば、ＡＣＫ情報の受信処理を行なう（ステップＳ１１）。
【０１０６】
次いで、受信したＡＣＫ情報を基に未受信のデータがあるかどうかを判断して（ステップＳ１２）、未受信のデータがあれば再送データを設定して（ステップＳ１４）、一連の処理を終え最初に戻る。また、送信したすべてのデータに対するＡＣＫが返送された場合には、未使用帯域を解放するために制御局宛てに予約解除コマンドを設定して（ステップＳ１３）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０７】
また、ＭＴＳ送受信いずれのタイミングも到来していない場合には、さらにＧＴＳ送信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１５）。
【０１０８】
ＧＴＳ送信タイミング到来時に送信するデータがあれば、そのタイミングでデータ・フレーム（図８を参照のこと）の送信を行ない（ステップＳ１６）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０９】
また、ＧＴＳ送信タイミングが到来していなければ、さらにＧＴＳ受信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１７）。ここで、データ受信が指定されていれば、そのタイミングでデータの受信を行ない（ステップＳ１８）、その受信状況をＡＣＫ情報としてＡＣＫフレーム（図９を参照のこと）を設定する（ステップＳ１９）。
【０１１０】
そして、データ送信元となる無線通信装置での受信が指定されたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）が到来したときに（ステップＳ２０）、ステップＳ１９で設定したＡＣＫフレームを送信して（ステップＳ２１）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１１１】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１３】
また、本発明によれば、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式において効果的にＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１４】
本発明によれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定することで、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【０１１５】
本発明に係る無線ネットワークでは、個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。また、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【０１１６】
本発明に係る無線ネットワークの制御局にて、各無線通信装置に対して送信あるいは受信を行なうためのマネジメント・タイムスロットを設けることで、任意の無線通信装置間で情報交換が可能な伝送フレーム周期を設定することで、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。また、制御局は、このフレーム周期内に各無線通信装置が送信あるいは受信を行なう個別の通信領域をマネジメント・タイムスロットとして設定することで、無線伝送トラフックを効率良く利用するように無線伝送フレームを設定することができる。
【０１１７】
また、本発明に係る無線ネットワーク内で動作する各無線通信装置では、マネジメント・タイムスロットで任意の情報を送信あるいは受信する手段を備え、そのマネジメント・タイムスロットの到来時に所定の送信処理と受信処理を行なう機能を備えることで、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【０１１８】
すなわち、データ送信元となる無線通信装置は、データを送信した後、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を受信することで、ＡＣＫ返送タイミングを厳密に規定しなくても、ＡＣＫ情報を確実に返送する手段を得られる。したがって、同期獲得に時間が掛かる無線通信システムに好適なデータ受領確認シーケンスを構築することができる。例えば、データ送信直後にＡＣＫを返送するイミディエートＡＣＫを返送できない無線通信システムであっても、データ受領確認シーケンスを構築することができる。さらに、マネジメント・タイムスロットで返送されたＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合には同じフレームでデータ再送を行ない、未達データが存在しない場合に予約解除を行なう方法を規定することで、帯域予約通信に最適な予約要求と解除を実施することができる。
【０１１９】
一方、データを受信した無線通信装置側では、その送信元が受信するマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を返信することで、他の領域を利用してＡＣＫ情報を返送する規定が不要になり、無線伝送シーケンスを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る小規模無線ネットワークの構成を模式的に示した図である。
【図２】ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示した図である。
【図３】ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示した図である。
【図４】本実施形態に係る無線ネットワークのスーパーフレーム周期のおけるマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の配置例を模式的に示した図である。
【図５】本実施形態に係る小規模無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示した図である。
【図６】ビーコン・フレーム信号の構成を模式的に示した図である。
【図７】予約要求信号のコマンド・フレームの構成を模式的に示した図である。
【図８】データ・フレームの構成を模式的に示した図である。
【図９】ＡＣＫフレームの構成を模式的に示した図である。
【図１０】本実施形態に係る無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の動作特性を示したフローチャートである。
【図１１】ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示した図である。
【符号の説明】
５０…中央制御部
５１…インターフェース
５２…無線送信バッファ
５３…フラグメント処理部
５４…無線送信部
５５…アンテナ
５６…無線受信部
５７…デフラグメント処理部
５８…無線受信バッファ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式においてＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Local Area Network）を構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
【０００４】
従来、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて有線でＬＡＮ接続することが一般的であったが、この場合、回線敷設工事が必要であり、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便である。そこで、従来の有線方式によるＬＡＮの配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。この種の無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００５】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入の検討が行なわれている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規定されている。
【０００６】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３では、２０Ｍｂｐｓを越える高速無線パーソナル・エリア・ネットワークの標準化活動が行われている。当該セクションでは、主として２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層に準拠した規格化が推進されている。
【０００７】
この種のパーソナル・エリア・ネットワークにおいては、１つの無線通信装置が「コーディネータ」と呼ばれる制御局として動作し、このコーディネータを中心にして、およそ１０ｍ以内の範囲で、パーソナル・エリア・ネットワークが構築される。コーディネータが所定の周期でビーコン（Beacon）信号を送信し、そのビーコンの周期が伝送フレーム周期として規定される。そして、この伝送フレーム周期毎に各無線通信装置が利用するタイムスロットの割り当てを行なう。
【０００８】
タイムスロットの割り当て方法としては、例えば、「ギャランティード・タイムスロット」（ＧＴＳ）と呼ばれる方法が採用されていて、所定の伝送容量を保証しながら、なおかつダイナミックに伝送帯域の割当てを行なう通信方法が想定されている。
【０００９】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層には、競合アクセス期間（コンテンション・アクセス期間：ＣＡＰ）と、非競合アクセス期間（コンテンション・フリー期間：ＣＦＰ）とが用意されている。そして、非同期通信を行なう場合には、競合アクセス期間を用いて短いデータやコマンド情報が交換される。一方、ストリーム通信を行なう場合には、非競合アクセス期間内にて、ギャランティード・タイム・スロット（ＧＴＳ）によるダイナミックなタイムスロットの割り当てを行ない、帯域予約伝送が行なわれる仕組みになっている。
【００１０】
なお、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層部分は、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に他のＰＨＹ層の標準仕様として応用できるように規定されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＰＨＹ層を、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に、他のＰＨＹ層を利用する標準化活動が開始されつつある。
【００１１】
また最近では、ＳＳ（Spread Spectrum：スペクトル拡散）方式を適用した無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムが実用化されている。また、ＰＡＮなどのアプリケーションを対象として、ＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）伝送方式が提案されている。
【００１２】
ＳＳ方式の一種であるＤＳ（Direct Spread：直接拡散）方式は、送信側において、情報信号にＰＮ（Pseudo Noise：疑似雑音）符号と呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。
【００１３】
ＵＷＢでは、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なう。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Spread Spectrum）やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【００１４】
図１１には、ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示している。入力された情報９０１は拡散系列９０２によって拡散される。ＵＷＢ方式を用いるシステムによっては、この拡散系列の乗算が省かれる場合も存在する。
【００１５】
スペクトラム拡散された情報信号９０３は、ＵＷＢ方式におけるインパルス信号（ウェーブレットパルス）を用いて変調される（９０４）。変調方式としては、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）や、位相変調（Biphase Modulation）、振幅変調などが考えられている。
【００１６】
ＵＷＢ方式において用いられるインパルス信号は非常に細いパルスであるため、周波数スペクトル的には非常に広い帯域を使用することになる。これにより、入力された情報信号が、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たないことになる。
【００１７】
受信信号９０５は雑音に紛れているが、受信信号とインパルス信号との相関値を計算することによって検出することが可能である。さらに、多くのシステムにおいては信号の拡散が行われるので、送信情報１ビットに対して多くのインパルス信号が送信される。よって、インパルス信号の受信相関値９０７をさらに拡散系列長分だけ積分することが可能であり（９０８）、これによって送信信号の検出はさらに容易になる。
【００１８】
ＵＷＢ伝送方式によって拡散された信号は、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たず、このためＵＷＢ伝送方式を用いた通信システムは他の方式の通信システムとの共存が比較的容易である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１５．３準拠の無線パーソナル・エリア・ネットワークのスーパーフレーム周期にて、競合アクセス周期（ＣＡＰ）の領域の代わりに、マネジメント・タイムスロット（Management Time Slot：ＭＴＳ）を配置する方法が検討されている。
【００２０】
このマネジメント・タイムスロットは、主に、非競合アクセス周期（ＣＦＰ）の領域でデータ伝送するためのギャランティード・タイムスロット（Guaranteed Time Slot：ＧＴＳ）の割当てをネットワークの制御局たるピコネット・コーディネータ（Piconet Coordinator：ＰＮＣ）から得る場合の要求を行なうために配置が検討されている。
【００２１】
しかしながら、従来からのマネジメント・タイムスロットの利用は、ギャランティード・タイムスロットの要求など、ネットワークの制御局との間の通信に用途が限定されているため、このマネジメント・タイムスロットの領域では、他の情報伝送が行なえない。
【００２２】
また、マネジメント・タイムスロットの配置は、ネットワークを構成する無線通信装置数が増加すると、その装置数に比例して、マネジメント・タイムスロットを配置しなければならない。
【００２３】
一方、８０２．１１系で利用されているキャリア検出多重アクセス／衝突回避方法（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を用いたデータ伝送方法では、データを送信した直後にＡＣＫ（Ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ＡＣＫ）の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を行なう方法が広く知られている。
【００２４】
しかしながら、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式には、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づくアクセス制御方法を適用することができない。
【００２５】
また、データを送信した直後にＡＣＫ（Ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ＡＣＫ）を返送する方法では、データ送信とＡＣＫ送信の間隔が厳密に定義されるために、通信が行なわれていることの検出に時間を要する無線通信方式には適用することができない。
【００２６】
とりわけ、ウルトラワイドバンド無線通信方式では、利用されるインパルス信号列が特定の周波数キャリアを持たないので、キャリア・センスを行なうのが難しい。同様に、ウルトラワイドバンド無線通信方式では、送信する情報の前に、同期獲得のために冗長なプリアンブル信号を付加しても、信号を検出するまでに時間がかかるため、ＡＣＫ情報の受信が非効率的であるという問題がある。
【００２７】
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式において効果的にＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数の無線通信装置で構成され所定のフレーム周期で動作する無線通信システムであって、
前記フレーム周期は、各無線通信装置が送信を行なうために割り当てられた個別の送信用タイムスロットと、各無線通信装置が受信を行なうために割り当てられた個別の受信用タイムスロットを備える、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００３１】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００３２】
本発明の第１の側面に係る無線通信システムによれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定するので、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【００３３】
また、各無線通信装置に個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【００３４】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置は、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【００３５】
また、本発明の第２の側面は、複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワーク内において制御局として動作する無線通信装置又は無線通信方法であって、
所定の周期で伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定手段又はステップと、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が送信を行なうための個別の送信用タイムスロット及び受信を行なうための個別の受信用タイムスロットを設定するタイムスロット設定手段又はステップと、
前記のタイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からの帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信手段又はステップと、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当て手段又はステップと、
前記タイムスロット設定手段又はステップにより設定したタイムスロットの情報、及び／又は、前記帯域割当て手段又はステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００３６】
本発明の第２の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定するので、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【００３７】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【００３８】
また、無線ネットワーク内の各無線通信装置は、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【００３９】
また、本発明の第３の側面は、制御局管理下の無線ネットワークで動作する無線通信装置又は無線通信方法であって、
制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手段又はステップと
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定されたマネジメント・タイムスロットを格納する手段又はステップと、
該マネジメント・タイムスロットの到来に合わせて前記無線ネットワーク内の任意の無線通信装置との間で情報の送信又は受信を行なう情報送受信手段又はステップと、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００４０】
本発明の第３の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、制御局によって設けられたマネジメント・タイムスロットを各無線通信装置が個別に送信あるいは受信を行なうために利用することによって、無線ネットワーク内の任意の無線通信装置間で情報交換が可能な伝送フレーム周期を設定することができ、無線伝送トラフィックを効率化することができる。
【００４１】
ここで、データ送信元となる無線通信装置側では、データ送信に先立ち、自己が送信すべきマネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信し、ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを送信し、そして、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットを利用してデータ受信先からのＡＣＫ情報を受信するようにしてもよい。
【００４２】
一方、データ受信先となる無線通信装置においては、ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを受信するとともに、データ送信元が受信すべきマネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信するようにしてもよい。
【００４３】
このような場合、各無線通信装置は、データを送信して、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を受信することで、ＡＣＫ返送タイミングを厳密に規定しなくても（あるいは、他の領域を利用してＡＣＫ情報の返送を規定しなくても）、ＡＣＫ情報を確実に返送する仕組みを得ることができる。
【００４４】
したがって、同期獲得に時間を要する無線通信方式においても、本発明の第３の側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、好適にデータ受領確認シーケンスを実現することができる。例えば、データ送信直後にＡＣＫを返送するイミディエートＡＣＫを返送できない無線通信方式であっても、本発明によればデータ受領確認シーケンスを構築することができる。
【００４５】
さらに、マネジメント・タイムスロットで返送されたＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合に、そのフレームでデータ再送を行ない、未達データが存在しない場合には予約解除を行なう方法を規定することにより、帯域予約通信に最適な予約要求と解除を実現することができる。
【００４６】
また、本発明の第４の側面は、複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワークを管理するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
所定の周期で伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定ステップと、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が送信を行なうための個別の送信用タイムスロット及び受信を行なうための個別の受信用タイムスロットを設定するタイムスロット設定ステップと、
前記のタイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からの帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信ステップと、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当てステップと、
前記タイムスロット設定ステップにより設定したタイムスロットの情報、及び／又は、前記帯域割当てステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４７】
また、本発明の第５の側面は、制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信ステップと
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定されたマネジメント・タイムスロットを格納するステップと、
該マネジメント・タイムスロットの到来に合わせて前記無線ネットワーク内の任意の無線通信装置との間で情報の送信又は受信を行なう情報送受信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４８】
本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第２及び第３の各側面に係る無線通信装置又は無線通信方法のそれぞれと同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５１】
図１には、本発明の一実施形態に係る小規模無線ネットワークの構成を模式的に示している。
【００５２】
同図では、通信装置１から６が無線ネットワークを形成している様子が表されている。お互いに直接通信が可能な他の通信装置との間で自由に情報の交換が行なえる状態にあることを、双方向の矢印にて示している。ある通信装置の通信可能な範囲の周囲に他の通信装置が自由に存在して、無線ネットワークが自動的に構成されることとしても良い。
【００５３】
図示の例では、通信装置３を制御局として存在し、その通信範囲１０を無線ネットワークの範囲として、その他の通信装置がこの無線ネットワークに接続している。
【００５４】
また、通信装置１は通信装置２、３と通信が可能であり、通信装置２は、通信装置１、３、５と通信が可能であり、通信装置３はすべての通信装置１、２、４、５、６と通信が可能であり、通信装置４は通信装置３、５、６と通信が可能であり、通信装置５は通信装置２、３、４、６と通信が可能であり、通信装置６は通信装置３、４、５と通信が可能な状態にある。
【００５５】
図２には、ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示している。
【００５６】
図示の通り、スーパーフレーム周期２０の先頭にはビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）２１が配置され、これによってスーパーフレーム周期２０が決定される。
【００５７】
ビーコン２１に続いて、ビーコンに続いて競合伝送領域であるContention Access Period（ＣＡＰ）２２と、非競合伝送領域であるContention Free Period（ＣＦＰ）２３が配置される。
【００５８】
ここで、Contention Access Period（ＣＡＰ）２２では、例えばＣＳＭＡ／ＣＡによるランダム・アクセス・メカニズムを用いた非同期無線通信が行なわれる。また、Contention Free Period（ＣＦＰ）２３では、Guaranteed Time Slot（ＧＴＳ）２４と呼ばれる帯域予約／割当て通信が行なわれる。
【００５９】
ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークでは、このスーパーフレーム周期が繰り返し利用されることで、ネットワークが運営される。
【００６０】
また、図３にも、ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示している。
【００６１】
図示の通り、スーパーフレーム周期３０の先頭にはビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）３１が配置され、これによってスーパーフレーム周期２０が決定される。ビーコン周期は一定であるのが望ましいが、可変であってもよい。
【００６２】
ビーコン３１に続いて、競合伝送領域（ＣＡＰ）の代わりに、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）３２〜３７が割り当てられ、さらにその後に非競合伝送帯域であるContention Free Period３８が割り当てられている。
【００６３】
それぞれのＭＴＳは、無線ネットワークの制御局となる無線通信装置によって割り当てが行なわれる。ここでは、ＭＴＳは、送信元無線通信装置と受信先無線通信装置が指定されるようになっている。
【００６４】
従来、このマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の利用方法として、特定の無線通信装置が、送信元無線通信装置あるいは受信先無線通信装置に指定され、ネットワークの制御局となる無線通信装置との通信にしか利用することができないように規定されている。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、このマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の送信元と受信先として任意の無線通信装置を指定することを許容して、無線ネットワーク内にいて任意の無線通信装置間の通信に利用できるようにしている。
【００６６】
また、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）に続くContention Free Period（ＣＦＰ）３８では、Guaranteed Time Slot（ＧＴＳ）３９と呼ばれる帯域予約／割当て通信が行なわれる。
【００６７】
図４には、本実施形態に係る無線ネットワークのスーパーフレーム周期におけるマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の配置例を模式的に示している。但し、同図では、図１に示した６台の無線通信装置で１つの無線ネットワークを形成している場合について例示している。
【００６８】
まず、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃１からＭＴＳ＃６は、各無線通信装置が送信を行なうためにそれぞれ割り当てられた領域であり、例えば、ネットワークの制御局となる無線通信装置３に対して、予約要求を送信する場合などに利用される。
【００６９】
すなわち、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃１では、無線通信装置１だけが送信を行なうことができる。同様に、ＭＴＳ＃２では無線通信装置２だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃３では無線通信装置３だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃４では無線通信装置４だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃５では無線通信装置５だけが送信を行なうことができ、ＭＴＳ＃６では無線通信装置６だけが送信を行なうことができる。
【００７０】
さらに、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃７からＭＴＳ＃１２は、各無線通信装置が受信を行なう領域であり、例えば、データを受信した場合に返送されるＡＣＫ情報を受信するためなどに利用される。
【００７１】
すなわち、マネジメント・タイムスロットＭＴＳ＃７では、無線通信装置１が受信を行なう。同様に、ＭＴＳ＃８では無線通信装置２が受信を行ない、ＭＴＳ＃９では無線通信装置３が受信を行ない、ＭＴＳ＃１０では無線通信装置４が受信を行ない、ＭＴＳ＃１１では無線通信装置５が受信を行ない、ＭＴＳ＃１２では無線通信装置６が受信を行なうことができる。
【００７２】
なお、図４に示す例では、１つのスーパーフレーム周期に、これらすべてのマネジメント・タイムスロットを配置した例を示しているが、複数のスーパーフレーム周期を用いてこれらのマネジメント・タイムスロットが配置されるように構成しても良く、あるいは、１つのスーパーフレーム周期にこれらのマネジメント・タイムスロットを適当な回数だけ配置するような構成としても良い。
【００７３】
図５には、本実施形態に係る小規模無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。
【００７４】
図示の通り、無線通信装置は、当該装置が各種電子機器と接続されるインターフェース５１と、無線送信する情報を一時的に蓄えておく無線送信バッファ５２と、無線送信する情報を所定の単位でフラグメント化するフラグメント処理部５３と、フラグメント化された情報を無線送信する信号に変換するための無線送信部５４と、無線送信部から情報を空中に無線送信したり、無線送信された信号を空中から収集したりするアンテナ５５と、無線送信されてきた信号から情報を抽出する無線受信部５６と、その抽出された情報をＡＣＫ情報として返送する機能を備えるデフラグメント処理部５７と、正しく受信できた情報を蓄えておく無線受信バッファ５８と、さらに、これら無線通信装置内における一連の制御を行なう中央制御部５０とで構成されている。
【００７５】
無線通信装置において情報送信を行なう場合、まず、当該装置に接続される各種電子機器から送信情報をインターフェース５１で受理して、その情報を無線送信バッファ５２に一時的に蓄える。
【００７６】
無線送信バッファ５２に蓄えられた情報は、フラグメント処理部５３において、所定の伝送単位でパケット化される。
【００７７】
中央制御部５０では、フラグメント処理部５３からの通知により、情報送信する必要があると判断する。
【００７８】
ここで、その情報送信に際して帯域予約が必要であると判断した場合には、中央制御部５０は、帯域予約要求を無線送信部５４に設定する。
【００７９】
無線送信部５４は、中央制御部５０からの送信タイミング制御により、例えば制御局となる無線通信装置が受信するマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域か、又は自己の無線通信装置に送信が許されたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報送信を行なう。
【００８０】
一方、無線通信装置において情報受信を行なう場合、無線受信部５６は、中央制御部５０からの受信タイミング制御により、例えば自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報受信を行なう。
【００８１】
さらに、中央制御部５０からの受信タイミング制御により、無線受信部５６は、フレームの先頭位置のタイミングでビーコン信号の受信処理を行なう。ここで受信したビーコン情報は中央制御部５０に送られ、その情報が解析される。
【００８２】
中央制御部５０では、前述の帯域予約要求に基づいてＧＴＳの予約が行なわれた場合には、そのＧＴＳのタイミングに、フラグメント処理部５３において所定の伝送単位でパケット化されたデータを無線送信部５４に供給して、アンテナ５５を介して無線送信する。
【００８３】
また、ビーコン情報に自己の無線通信装置が受信すべきＧＴＳの記載がある場合には、そのタイミングに合わせて無線受信部５６においてアンテナ５５を介してデータの受信処理を行なう。
【００８４】
ここで、受信できた情報は、デフラグメント処理部５７に供給される。また、正しく受信できたものをＡＣＫ情報として記載したＡＣＫフレームを形成する。
【００８５】
このＡＣＫフレームは、無線送信部５４に供給される。そして、本実施形態では、データの送信元となる無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の領域のタイミングに合わせて、アンテナ５５を介してＡＣＫ情報の無線送信が行なわれる。
【００８６】
これら送信・受信タイミングに関する情報はすべてビーコン情報に記載されている。各無線通信装置では、受信したビーコン情報を解析して、それらのタイミングに関する情報を、中央制御部５０に搭載された情報記憶部に逐一蓄えておき、必要な場合に読み出すようになっている。
【００８７】
さらに、自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメント・タイムスロットＭＴＳ又はギャランティード・タイムスロットにおいて正しく受信できた情報は、無線受信バッファ５８において蓄えられる。そして、所定のタイミングで無線受信バッファ５８から、インターフェース５１に供給されて、当該通信装置に接続される各種電子機器に対して情報が届けられる。
【００８８】
また、制御局となる無線通信装置の無線受信部５６では、自己の無線通信装置に受信することが求められたマネジメントタイムスロット（ＭＴＳ）の領域において、アンテナ５５を介して情報受信を行なう。そして、帯域予約要求を受信した場合には、その情報を中央制御部５０に供給し、その要求に基づいてＧＴＳを指定して帯域予約処理を行なう。
【００８９】
ここで指定されたＧＴＳは、ビーコン・フレーム情報として、無線送信部５４に供給され、フレーム周期の先頭のタイミングで、アンテナ５５を介して無線送信され、同じ無線ネットワーク内の各無線通信装置に周知化される。
【００９０】
図６には、本実施形態に係る無線ネットワーク内で制御局として動作する無線通信装置から送出されるビーコン・フレーム信号の構成を模式的に示している。
【００９１】
同図に示すように、ビーコン・フレーム信号は、ビーコン信号を示すヘッダ情報（Beacon Header）６１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）６２と、ネットワークを運営しているデバイスを識別するためにその通信装置を識別する装置識別情報（Device Identifier）６３と、ネットワークを運営する上で必要な同期パラメータの情報６４と、ネットワークでの最大送信電力を示す最大送信電力情報６５と、非競合伝送領域（ＣＦＰ）の帯域予約通信の割当て情報（Channel Time Allocation Element）６６と、そしてこのフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）６７とで構成される。
【００９２】
また、図７には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて無線通信装置が制御局に対して帯域予約を要求するための予約要求信号のコマンド・フレームの構成を模式的に示している。
【００９３】
同図に示すように、予約要求信号のコマンド・フレームは、予約要求のコマンドであることを示すヘッダ情報（Command Header）７１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）７２と、帯域予約の要求を行なうパラメータの記載された情報（Channel Time Request Block）７３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）７４とで構成される。
【００９４】
また、図８には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて、無線通信装置が実際にデータを送信するために用いるデータ・フレームの構成を模式的に示している。
【００９５】
同図に示すように、データ・フレームは、データであることを示すヘッダ情報（Data Header）８１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）８２と、送信情報の実体であるユーザ・データ（Data）８３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）８４で構成される。
【００９６】
また、図９には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて、データ受信先となる無線通信装置がデータの受領を確認するために返送するＡＣＫフレームの構成を模式的に示している。
【００９７】
同図に示すように、ＡＣＫフレームは、ＡＣＫであることを示すヘッダ情報（ACK Header）９１と、ヘッダ情報の誤りの有無を確認するヘッダ・チェック・シーケンス（Header Check）９２と、受信できたデータのシーケンス番号情報などを表わしたＡＣＫ情報（ACK information）９３と、このフレーム情報の誤りの有無を確認するフレーム・チェック・シーケンス（Frame Check）９４とで構成される。
【００９８】
図１０には、本実施形態に係る無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の動作特性をフローチャートの形式で示している。同図に示す処理手順は、実際には、中央制御部５０が情報記憶部に格納されているプログラム・コードを実行するという形態で実現される。
【００９９】
まず、スーパーフレーム周期の先頭部分でビーコン・フレームを受信して、正しく受信することができたかどうかを判断する（ステップＳ１）。
【０１００】
ビーコン信号を正しく受信することができた場合には、そのビーコン情報を獲得して、マネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の送信タイミングと受信タイミングの設定を行なう（ステップＳ２）。
【０１０１】
さらに、自己の無線通信装置に対する帯域予約通信のためのギャランティード・タイムスロット（ＧＴＳ）の設定の有無を確認して（ステップＳ３）、これらの設定がある場合には、送信タイミングや受信タイミングの設定を行なう（ステップＳ４）。
【０１０２】
また、ビーコン信号を正しく受信することができなかった場合、自己の無線通信装置に対する帯域予約通信の設定がない場合、並びに自己の無線通信装置に対する帯域予約通信の設定を行なった場合には、インターフェース部５１を介して接続されている機器から無線送信するデータが供給されたかどうかを判断する（ステップＳ５）。
【０１０３】
ここで、送信データが存在する場合には、その送信データを設定するとともに（ステップＳ６）、データ送信のために、制御局宛てに帯域予約要求コマンドを設定する（ステップＳ７）。
【０１０４】
次いで、ＭＴＳの送信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ８）。そして、ＭＴＳ送信タイミングが到来したときに、帯域予約要求などの事前に設定されたコマンドがあれば、そのコマンド・フレーム（図７を参照のこと）を送信して（ステップＳ９）、一連の処理を終えて本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０５】
また、ＭＴＳの送信タイミングが到来していない場合には、さらにＭＴＳの受信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１０）。そして、ＭＴＳ受信タイミング到来時において、データを送信した後ならば、ＡＣＫ情報の受信処理を行なう（ステップＳ１１）。
【０１０６】
次いで、受信したＡＣＫ情報を基に未受信のデータがあるかどうかを判断して（ステップＳ１２）、未受信のデータがあれば再送データを設定して（ステップＳ１４）、一連の処理を終え最初に戻る。また、送信したすべてのデータに対するＡＣＫが返送された場合には、未使用帯域を解放するために制御局宛てに予約解除コマンドを設定して（ステップＳ１３）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０７】
また、ＭＴＳ送受信いずれのタイミングも到来していない場合には、さらにＧＴＳ送信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１５）。
【０１０８】
ＧＴＳ送信タイミング到来時に送信するデータがあれば、そのタイミングでデータ・フレーム（図８を参照のこと）の送信を行ない（ステップＳ１６）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１０９】
また、ＧＴＳ送信タイミングが到来していなければ、さらにＧＴＳ受信タイミングが到来したかどうかを判断する（ステップＳ１７）。ここで、データ受信が指定されていれば、そのタイミングでデータの受信を行ない（ステップＳ１８）、その受信状況をＡＣＫ情報としてＡＣＫフレーム（図９を参照のこと）を設定する（ステップＳ１９）。
【０１１０】
そして、データ送信元となる無線通信装置での受信が指定されたマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）が到来したときに（ステップＳ２０）、ステップＳ１９で設定したＡＣＫフレームを送信して（ステップＳ２１）、一連の処理を終え本処理ルーチンの先頭に戻る。
【０１１１】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、データを送信した後にＡＣＫ情報の返送を以って無線伝送区間内での受領確認を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１３】
また、本発明によれば、特定の周波数的なキャリアを持たない無線通信方式や通信が行なわれていることを検出するまでに時間を要する無線通信方式において効果的にＡＣＫ情報の返送により受信確認を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１４】
本発明によれば、フレーム周期内に各無線通信装置が送信元あるいは受信先を個別に指定した通信領域を設定することで、情報伝送と衝突を回避した通信を提供することができ、任意の無線通信装置間で確実な情報交換を行なうことが可能となる。
【０１１５】
本発明に係る無線ネットワークでは、個別に指定した通信領域を、マネジメント・タイムスロットとして配置し、任意の無線通信装置の間でコマンド情報を交換できるようにすることで、ある無線通信装置と制御局との間の通信以外にも利用ができ、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。また、任意の無線通信装置からのデータ受信後に、ＡＣＫ情報の返送にマネジメント・タイムスロットを利用することで、コマンド情報以外の通信にも利用でき、信頼性が要求されるＡＣＫ情報の返送が確実にできる。
【０１１６】
本発明に係る無線ネットワークの制御局にて、各無線通信装置に対して送信あるいは受信を行なうためのマネジメント・タイムスロットを設けることで、任意の無線通信装置間で情報交換が可能な伝送フレーム周期を設定することで、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。また、制御局は、このフレーム周期内に各無線通信装置が送信あるいは受信を行なう個別の通信領域をマネジメント・タイムスロットとして設定することで、無線伝送トラフックを効率良く利用するように無線伝送フレームを設定することができる。
【０１１７】
また、本発明に係る無線ネットワーク内で動作する各無線通信装置では、マネジメント・タイムスロットで任意の情報を送信あるいは受信する手段を備え、そのマネジメント・タイムスロットの到来時に所定の送信処理と受信処理を行なう機能を備えることで、無線伝送トラフックを効率良く利用することができる。
【０１１８】
すなわち、データ送信元となる無線通信装置は、データを送信した後、自己が受信すべきマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を受信することで、ＡＣＫ返送タイミングを厳密に規定しなくても、ＡＣＫ情報を確実に返送する手段を得られる。したがって、同期獲得に時間が掛かる無線通信システムに好適なデータ受領確認シーケンスを構築することができる。例えば、データ送信直後にＡＣＫを返送するイミディエートＡＣＫを返送できない無線通信システムであっても、データ受領確認シーケンスを構築することができる。さらに、マネジメント・タイムスロットで返送されたＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合には同じフレームでデータ再送を行ない、未達データが存在しない場合に予約解除を行なう方法を規定することで、帯域予約通信に最適な予約要求と解除を実施することができる。
【０１１９】
一方、データを受信した無線通信装置側では、その送信元が受信するマネジメント・タイムスロットにてＡＣＫ情報を返信することで、他の領域を利用してＡＣＫ情報を返送する規定が不要になり、無線伝送シーケンスを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る小規模無線ネットワークの構成を模式的に示した図である。
【図２】ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示した図である。
【図３】ＩＥＥＥ８０２．１５．３準拠のパーソナル・エリア・ネットワークにて利用されるスーパーフレーム周期の構成を模式的に示した図である。
【図４】本実施形態に係る無線ネットワークのスーパーフレーム周期のおけるマネジメント・タイムスロット（ＭＴＳ）の配置例を模式的に示した図である。
【図５】本実施形態に係る小規模無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示した図である。
【図６】ビーコン・フレーム信号の構成を模式的に示した図である。
【図７】予約要求信号のコマンド・フレームの構成を模式的に示した図である。
【図８】データ・フレームの構成を模式的に示した図である。
【図９】ＡＣＫフレームの構成を模式的に示した図である。
【図１０】本実施形態に係る無線ネットワーク内で動作する無線通信装置の動作特性を示したフローチャートである。
【図１１】ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示した図である。
【符号の説明】
５０…中央制御部
５１…インターフェース
５２…無線送信バッファ
５３…フラグメント処理部
５４…無線送信部
５５…アンテナ
５６…無線受信部
５７…デフラグメント処理部
５８…無線受信バッファ
Claims (14)
- 制御局管理下の無線ネットワークで動作する複数の無線通信装置で構成され所定のフレーム周期で動作する無線通信システムであって、
前記フレーム周期は、各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と、各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含み、
前記マネジメント・タイムスロット領域は、各無線通信装置が送信を行なうためにそれぞれ割り当てられた送信用のマネジメント・タイムスロットと、各無線通信装置が受信を行なうためにそれぞれ割り当てられた受信用のマネジメント・タイムスロットを含み、
データ送信元となる無線通信装置は、データ送信に先立って自己が送信すべき送信用マネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信するとともに、帯域予約領域を利用してデータを送信し、
データ受信先となる無線通信装置は、データ・フレームを受信した際に、データ送信元となる無線通信装置の受信用マネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワーク内において制御局として動作する無線通信装置であって、
各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定手段と、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が、制御局に対して帯域予約要求するコマンド送信を行なうための個別の送信用マネジメント・タイムスロット、及び、データ送信時においてデータ受信先の無線通信装置からのＡＣＫ情報の受信を行なうための個別の受信用マネジメント・タイムスロットを設定するマネジメント・タイムスロット設定手段と、
前記の送信用マネジメント・タイムスロットにおいて、前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からのデータ伝送のための帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信手段と、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当て手段と、
前記マネジメント・タイムスロット設定手段により設定したタイムスロットの情報、及び、前記帯域割当て手段により割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワークを制御局として管理するための無線通信方法であって、
各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定ステップと、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が、制御局に対して帯域予約要求するコマンド送信を行なうための個別の送信用マネジメント・タイムスロット、及び、データ送信時においてデータ受信先の無線通信装置からのＡＣＫ情報の受信を行なうための個別の受信用マネジメント・タイムスロットを設定するマネジメント・タイムスロット設定ステップと、
前記の送信用マネジメント・タイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からのデータ伝送のための帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信ステップと、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当てステップと、
前記マネジメント・タイムスロット設定ステップにより設定したマネジメント・タイムスロットの情報、及び、前記帯域割当てステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。 - 制御局管理下の無線ネットワークで動作する無線通信装置であって、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手段と、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定された送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納する手段と、
データ送信に先立ち、自己が送信すべき送信用マネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信する帯域予約要求手段と、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを送信するデータ送信手段と、
自己が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してデータ受信先からのＡＣＫ情報を受信するＡＣＫ情報受信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - ＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合にデータを再送するデータ再送手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。 - ＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在しない場合に、自己が送信すべきマネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に予約解除要求を送信する予約解除要求手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。 - 制御局管理下の無線ネットワークで動作する無線通信装置であって、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手段と、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定された送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納する手段と、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータ・フレームを受信するデータ受信手段と、
データ・フレームを受信した際に、データ送信元が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信するＡＣＫ情報送信手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための無線通信方法であって、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信ステップと、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定さ れた送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納するステップと、
データ送信に先立ち、自己が送信すべき送信用マネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信する帯域予約要求ステップと、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを送信するデータ送信ステップと、
自己が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してデータ受信先からのＡＣＫ情報を受信するＡＣＫ情報受信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。 - ＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在する場合にデータを再送するデータ再送ステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。 - ＡＣＫ情報に基づいて、未達データが存在しない場合に、自己が送信すべきマネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に予約解除要求を送信する予約解除要求ステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。 - 制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための無線通信方法であって、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信ステップと、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定された送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納するステップと、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータ・フレームを受信するデータ受信ステップと、
データ・フレームを受信した際に、データ送信元が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信するＡＣＫ情報送信ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。 - 複数の無線通信装置間で無線通信が行われる無線ネットワークを制御局として管理するための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータに対し、
各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期を規定する伝送フレーム周期規定手順と、
前記無線ネットワーク内の各無線通信装置が、制御局に対して帯域予約要求するコマンド送信を行なうための個別の送信用マネジメント・タイムスロット、及び、データ送信時においてデータ受信先の無線通信装置からのＡＣＫ情報の受信を行なうための個別の受信用マネジメント・タイムスロットを設定するマネジメント・タイムスロット設定手順と、
前記の送信用マネジメント・タイムスロットにおいて前記無線ネットワーク内の各無線通信装置からのデータ伝送のための帯域予約要求を受信する帯域予約要求受信手順と、
該受信した帯域予約要求に応じて帯域を割り当てる帯域割当て手順と、
前記マネジメント・タイムスロット設定ステップにより設定したマネジメント・タイムスロットの情報、及び、前記帯域割当てステップにより割り当てた帯域割当て情報をビーコン信号として送信するビーコン送信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記コンピュータ・プログラムは前記コンピュータに対し、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手順と、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定された送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納する手順と、
データ送信に先立ち、自己が送信すべき送信用マネジメント・タイムスロットを利用して前記制御局に帯域予約要求を送信する帯域予約要求手順と、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータを送信するデータ送信手順と、
自己が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してデータ受信先からのＡＣＫ情報を受信するＡＣＫ情報受信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 制御局管理下の無線ネットワークで無線通信を行なうための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータに対し、
前記制御局は、前記無線ネットワーク内の各無線通信機装置がコマンド送受信を行なうために個別に割り当てられた複数のマネジメント・タイムスロット領域と各無線通信装置間で帯域予約／割り当て通信を行なう非競合伝送領域を含む伝送フレーム周期毎にビーコン信号を報知しており、
前記コンピュータ・プログラムは前記コンピュータに対し、
前記制御局からのビーコン信号を受信するビーコン信号受信手順と、
該ビーコン信号に記載された前記無線ネットワーク内の各無線通信装置に個別に設定された送信用及び受信用のマネジメント・タイムスロットを格納する手順と、
前記ビーコン信号により指定された帯域予約領域を利用してデータ・フレームを受信するデータ受信手順と、
データ・フレームを受信した際に、データ送信元が受信すべき受信用マネジメント・タイムスロットを利用してＡＣＫ情報を返信するＡＣＫ情報送信手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
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