JP4204932B2 - 無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法に関する。

複数の端末局が無線通信を利用したネットワークを構成するとき、このネットワークを構成する複数の端末局間で、それぞれが送信する送信データの衝突が起こらないように、あるいは衝突が起きても再送信させるなどの対応をすることで、データの送受信を行うための技術が存在する。このとき、既に通信を行う状態にある既存端末局だけではなく、ネットワークに新たに参加する新規参入端末局に対しても、参加のタイミングを与え、これを認知した後は、全ての端末局間で通信可能な状態とする必要がある。その一つとして、例えば特許文献１がある。

文献１では、送受信するデータ内に既存局同期区間および新規参入区間を含む管理情報伝達領域を設けて、既存局同期区間を等分分割して各端末局に割り当て、各端末局は割り当てられた順番でデータを送信するよう管理し、さらに、新規参入区間を利用して参加を求める端末局を新規参入端末局として認知することとしている。

特開２０００−２７８２８０号公報

文献１の方法では、送受信するデータ内に管理情報伝達領域を設ける必要があるが、送信するデータ容量が小さいときには、データ全体に対する管理情報伝達領域の占める割合が大きくなり、通信効率が悪くなる。また、新規参入端末局が存在しないときでも常に新規参入区間を設ける必要があるという問題がある。

そこで、この発明の課題は、送受信するデータ内に専用の領域を設けることなく、データ間の時間間隔を利用して、新規参入端末局がネットワークに参加する無線通信方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、データの送信を行う端末局の順序を規定する送信順序に従って、自局より一つ前の端末局がデータ送信を終了してから第１の時間間隔だけ待って、第１の端末局がデータ送信を開始する工程と、第１の時間間隔より長い第２の時間間隔だけデータ送信が行われないときに、第２の端末局がネットワークへの参加要求データを送信する工程と、前記送信順序の最後の端末局がデータ送信を終了してから、第２の時間間隔より長い第３の時間間隔だけ待って、全ての端末局のデータ送信が終了したことを通知するデータを、第３の端末局が送信する工程と、を備えることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線通信方法であって、さらに、前記第３の端末局が、前記送信順序の最後の端末局が送信を終了してから、前記第３の時間間隔に代えて前記第１の時間間隔だけ待って、全ての端末局の通信が終了したことを通知するデータを送信する工程、を備えることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の無線通信方法であって、さらに、前記送信順序に従って、自局より一つ前の端末局がデータ送信を終了してから第１の時間間隔だけ待って、第４の端末局がネットワークからの離脱を要求する離脱要求データを送信する工程、を備えることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載に無線通信方法であって、前記送信順序に従って、データ送信しない端末局があるときに、前記第３の端末局が、当該端末局を前記送信順序から削除する工程を備えることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載に無線通信方法であって、前記送信順序の最初の端末局がデータ送信を開始する前に、前記第３の端末局が、前記送信順序を含むデータを送信する工程を備えることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、送信するデータ間の時間間隔を使い分けることで、ネットワークへ新たに参加する端末局に対して、参加要求データを送信するタイミングを与えることが可能である。

請求項２に記載の発明によれば、送信するデータ間の時間間隔を常に参加要求データを送信する時間間隔より短くすることで、参加要求データを送信するタイミングを与えず、ネットワークへ新たに参加する端末局を制限することができる。

請求項３に記載の発明によれば、離脱要求データを送信した端末局を送信順序から削除することで、端末局の離脱後もその端末局からの送信データを待つといった動作を回避し、通信を円滑に進めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、送信順序に従ってデータ送信を行うはずの端末局が存在しなくなったときには、当該端末局を送信順序から削除することで、それ以降、存在しない端末局からの送信データを待つといった動作を回避し、通信を円滑に進めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、送信順序を通知してから、当該送信順序に従って通信を開始することで、送信順序を混乱すること無く全ての端末局がデータ送信を行うことができる。

図１，２は、無線通信装置が子局（第１の端末局）または親局（第３の端末局）としてネットワークを構成し、本発明に係る無線通信方法に基づく通信を行っているときの、データ送信の様子を示している。図では、横軸方向が時間を示しており、例えば、図１最上段では、親局がビーコン信号の送信を終了してから、時間間隔１ａだけ経過した後、パケットデータＰの送信を開始することを示している。

図１，２に示すように、無線通信装置が送信するパケットデータ間には、短間隔（第１の時間間隔）１ａ〜１ｆ、中間隔（第２の時間間隔）２および長間隔（第３の時間間隔）３ａ，３ｂの３種類のデータ間隔が存在する（以下、各間隔を総称するときは短間隔１、中間隔２および長間隔３と称す）。無線通信装置は、これらの間隔を使い分けることで、各端末局が順番にパケットデータの送信を行いながら、新規参入端末局の参加タイミングを与え、さらに全ての端末局がパケットデータの送信を終えたことを認識することもできる。

尚、ここで無線通信装置とは、例えば、専用のハードウェアおよびソフトウェアプログラムによって、無線ＬＡＮによるネットワークを実現するコンピュータ装置のことをいうが、無線通信によるパケットデータの送受信機能を実現するものであれば、コンピュータ装置の他、携帯電話や携帯ゲーム機などであっても構わない。また、親局と子局は、その動作の違いにより区別して呼ぶものであって、同一のハードウェアおよびソフトウェアプログラムによって実現された無線通信装置のことをいう。

以下に、各端末局の動作について説明する。

＜既存端末局の通信動作＞
まず、既にネットワークを構成している既存の端末局間で通信を行うときの動作を、図１を用いて説明する。このネットワークは、親局および子局Ａ，Ｂの計３台の無線通信装置によって構成されている。

親局は、データ送信を開始するにあたり、まずビーコンを送信する。このビーコンの中には、親局の属するネットワークを構成する全ての端末局と、その送信順序を示す情報が含まれている。これを受信した子局Ａ，Ｂは、ビーコンに含まれるこれらの情報から、現在ネットワークを構成する端末局は、親局と子局Ａ，Ｂの計３台であり、親局に続いてデータを送信する子局の送信順序は、子局Ａ、子局Ｂの順であることを認識する。

親局は、ビーコンの送信に引き続いて、所定の短間隔１ａの時間だけ待って、自局からの送信データをパケットデータＰとして送信する。そして、次の送信が自局の番であることを認識している子局Ａは、親局からのパケットデータＰの送信終了後、短間隔１ｂの時間だけ経過すると、パケットデータＡの送信を開始する。さらに、次の送信が自局の番であることを認識している子局Ｂは、子局ＡからのパケットデータＡの送信終了後、短間隔１ｃの時間だけ経過すると、パケットデータＢの送信を開始する。このように、ビーコンに含まれる情報によって自局の送信順序を認識した各端末局は、自局の１つ前の順番に当たる端末局がパケットデータの送信を終了した後、所定の短間隔１だけ待って、自局からのパケットデータの送信を開始する。

そして、送信順序の最後に当たる子局ＢからのパケットデータＢの送信が終了した後、次に送信する端末局が存在しないため短間隔１を超えて送信データのない時間が経過するが、長間隔３ａの時間が経過した時点で、親局が、全ての端末局がパケットデータの送信を終了したことを通知するためのＡＣＫ信号を送信する。

そして、その後親局が、またビーコンを送信し、次の通信を開始する。これを繰り返すことで通信を継続するのである。

このように、パケットデータの送信が途絶えた後、複数の端末局が一度に送信を試みるのではなく、各端末局が、予め親局からビーコンによって通知された送信順序に従ってパケットデータを送信することで、送信データの衝突を回避することが可能である。また、送信順序に関する情報はビーコンに含めることで、送信する全てのパケットデータ内に、送信順序に関する専用領域を設ける必要はない。

＜新規参入端末局の通信動作＞
次に、既存の端末局間で通信を行っているネットワークに対し、新たな端末局である新規参入端末局（第２の端末局）が通信に参加するときの動作を、図２を用いて説明する。ここで、親局および子局Ａ，Ｂの計３台が既存端末局として通信を行っている端末局で、子局Ｃが新規参入端末局である。

まず、親局および子局Ａ，Ｂは、上述したように予め指定され送信順序に従って、短間隔１ｄ〜１ｆだけの間隔をあけながら、自局からパケットデータを送信する。

このとき、新規参入端末局である子局Ｃは、既存端末局の通信を監視している。そして、全ての端末局からのパケットデータ送信が完了した後、中間隔２だけ時間が経過すると、子局Ｃは、ネットワークへの参加要求データを含むパケットデータＣを送信する。則ち、既存端末局の送信は短間隔１で行われるため、既存端末局がパケットデータを送信している間は、新規参入端末局はデータを送信することはできず、既存端末局の送信順序の最後に当たる端末局である子局ＢがパケットデータＢの送信を完了し、親局が、長間隔３の経過を待っているときに、それよりも短い中間隔２で参加要求のパケットデータＣを送信するのである。

そして、パケットデータＣの送信が終了した後、長間隔３ｂの時間が経過すると、親局は、全ての端末局がパケットデータの送信を終了したことを示すＡＣＫ信号を送信する。 このＡＣＫ信号には、新規参入端末局のネットワークへの参加を許可するというデータが含まれている。子局Ｃは、親局の送信するＡＣＫ信号の中に、自局に対する参加許可のデータが含まれていないときは、自局からの送信データと、別の新規参入端末局からの送信データとが衝突したものと認識し、再度、参加要求データを含むパケットデータＣの送信を試みる。

このとき、子局Ｃは、バックオフアルゴリズムを利用する。具体的には、乱数を発生させ、この乱数によりバックオフを作成し、親局からのビーコンを受信する毎にこのバックオフを減算し、バックオフがゼロになってから、参加要求データを含むパケットデータＣの再送信を行う。則ち、新規参入端末局が複数存在し、これらからの送信データが衝突したときでも、乱数を利用してその後の再送信のタイミングをずらすことで、送信データの再度の衝突を回避することができる。

そして、ＡＣＫ信号により参加が認められると、それ以降、親局が送信するビーコンには、子局Ｃに関する送信順序などの情報が含まれ、子局Ｃは既存端末局として、子局Ａ，Ｂと同様に、上述したような動作でネットワークでの通信に参加することが可能となる。

このように、新規参入端末局に、中間隔２で参加要求データを送信するタイミングを与えることで、参加要求データと既存端末局間が送信するデータとの衝突を回避することができ、送信するパケットデータ内に新規参入端末局が利用する専用領域を設ける必要もない。また、参加許可データをＡＣＫ信号に含ませることで、新規参入端末局同士の送信データの衝突に対応することができる。さらに、参加要求データの衝突が起きたときに、バックオフアルゴリズムを利用して参加要求データの再送信のタイミングをずらすことで、送信データの再度の衝突を回避することができる。

＜新規参入端末局の参加制限＞
親局は、既存端末局の送信順序の最後に当たる端末局からの送信が終了した後、通常は長間隔３だけ待って、全ての端末局からの送信が終了したことを示すＡＣＫ信号を送信する。しかし、このときの時間間隔を変更することで、ネットワークへの新規参入端末局の参加を制限することも可能である。

例えば、一度に複数の新規参入端末局の参加要求データを受けたくないときには、１台目の新規参入端末局からの送信データを認識した後、長間隔３ではなく短間隔１だけしか待たずにＡＣＫ信号を送信する。これにより、中間隔２だけ待って参加要求データを送信する新規参入端末局はデータを送信するタイミングを得ることができない。

同様に、ネットワークに参加する端末局の数をそれ以上増やしたくないときには、送信順序の最後に当たる端末局からの送信が終了した後、親局が、長間隔３でなく短間隔１だけしか待たずにＡＣＫ信号を送信する。これにより、新規参入端末局は、参加要求データを送信する中間隔２のタイミングを得ることができず、ネットワークを構成する端末局はそれ以上、増えることはない。

このように、親局が、短間隔１および長間隔３を使い分けることで、規参入端末局の参加許可だけではなく、参加を制限することも可能である。

＜既存端末局の離脱＞
ネットワークから離脱する端末局（第４の端末局）は、自局の送信タイミングで離脱要求データを含むパケットデータを送信する。これを受信した親局は、次の通信からは、ビーコンに含まれる送信順序からこの端末局を削除し、それ以降、この端末局を除いた残りの既存端末局で通信を継続する。

また、通信状態の悪化など、離脱要求データを送信することなく通信が途切れ、送信順序にパケットデータを送信しない端末局が現れる場合がある。この場合、親局は、短間隔１だけ待って、該当する端末局からの送信がないことを認識すると、ＡＣＫ信号を送信して、これを他の端末局に通知し、これ以降、送信順序からこの端末局を削除して通信を再開する。

このとき、親局は、パケットデータを送信しない端末局を認識してすぐにこれを送信順序から削除してもよいし、その端末局がパケットデータを送信しなかった回数を数え、この回数が所定のしきい値に達した段階で、この端末局を送信順序から削除する態様であっても構わない。

尚、離脱要求データによりネットワークから離脱した端末局、または通信状態の悪化など何らかの原因によってパケットデータが送信できなかったために送信順序から削除された端末局は、必要により、上述したように新規参入端末局として参加要求データを送信することで、再度ネットワークに参加することが可能である。

このように、端末局がネットワークから離脱する場合の動作を規定することで、通信から離脱する端末局が現れたときでも、混乱なく円滑に通信を継続することが可能である。

＜変形例＞
上述した実施例では、各端末局がパケットデータを送信する送信順序は親局が管理し、ビーコンに含ませて子局に送信している。しかし、無線通信を行う各端末局は、送受信する無線電波の状況から、ネットワークを構成する各端末局の存在や送信されるパケットデータを認識することができる。よって、送信順序に関する情報をビーコンに含ませることなく、参加要求データを送信した順を、各端末局が送信順序として認識し、これに従って通信を行う態様であっても構わない。

この発明の既存端末局の送信するパケットデータを示す図である。 この発明の新規端末局が送信するパケットデータを示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｆ 短間隔
２ 中間隔
３ａ，３ｂ 長間隔

Claims (5)

1. データの送信を行う端末局の順序を規定する送信順序に従って、自局より一つ前の端末局がデータ送信を終了してから第１の時間間隔だけ待って、第１の端末局がデータ送信を開始する工程と、
   第１の時間間隔より長い第２の時間間隔だけデータ送信が行われないときに、第２の端末局がネットワークへの参加要求データを送信する工程と、
   前記送信順序の最後の端末局がデータ送信を終了してから、第２の時間間隔より長い第３の時間間隔だけ待って、全ての端末局のデータ送信が終了したことを通知するデータを、第３の端末局が送信する工程と、
   を備えることを特徴とする無線通信方法。
2. 請求項１に記載の無線通信方法であって、さらに、
   前記第３の端末が、前記送信順序の最後の端末局が送信を終了してから、前記第３の時間間隔に代えて前記第１の時間間隔だけ待って、全ての端末局の通信が終了したことを通知するデータを送信する工程、
   を備えることを特徴とする無線通信方法。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の無線通信方法であって、さらに、
   前記送信順序に従って、自局より一つ前の端末局がデータ送信を終了してから第１の時間間隔だけ待って、第４の端末局がネットワークからの離脱を要求する離脱要求データを送信する工程、
   を備えることを特徴とする無線通信方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載に無線通信方法であって、さらに、
   前記送信順序に従って、データ送信しない端末局があるときに、前記第３の端末局が、当該端末局を前記送信順序から削除する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載に無線通信方法であって、さらに、
   前記送信順序の最初の端末局がデータ送信を開始する前に、前記第３の端末局が前記送信順序を含むデータを送信する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
   

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