JP4223891B2 - 無線端末における共有データの同期方法および無線モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線端末間でデータを共有するための処理手順に関する。

各種無線LANやBluetoothなどのワイヤレスネットワークの普及が加速している。この中で、IEEE(Institute of Electrical and Electrics Engineers)によって標準化が進められている無線LANの方式（IEEE802.11）が最も有力なプロトコルとなっている。

IEEE802.11では、メディアそのものの仕様である物理層と、物理層を利用して基本的なコミュニケーションを確立するためのMAC(Media Access Control)層の仕様が規格化されている。そして、IEEE802.11におけるMAC層では、アクセス制御手順としてDCF(Distributed Coordination Function)方式とPCF(Point Coordination Function)方式が定義されている。

DCF方式は、各無線端末が対等の関係でアクセス制御を行う方式であり、キャリアセンスによって送信フレームの衝突を検出するCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance)方式が用いられている。

PCF方式は、親局となる無線端末がポーリングを送信することによって、各無線端末局に送信権を付与する方式である。

上述したアクセス制御方式のうち、PCF方式は、衝突が発生しないという点においては通信の効率が高いが、親局による集中制御を行うため制御に関わる余分な通信を必要とするという問題がある。

また、DCF方式は、PCF方式に比べると手順が軽い反面、衝突が発生すると通信効率が低下するという問題がある。また、フレームを受信した無線端末は送信元の無線端末にACKを応答する必要があるため、ACKを応答する余分な通信を必要としている。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、共有データを同期させる目的において、上記の各アクセス制御手順よりも通信時間の短い通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数の無線端末間でデータを共有する方法であって、a)前記複数の無線端末に順序ＩＤを付与する工程と、b)前記複数の無線端末のうちマスタ無線端末がデータ共有手順の開始を示すビーコンフレームを他の全ての無線端末にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、c)ある順序ＩＤが付与された無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、次の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを他の全ての無線端末にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、を備えることを特徴とする。
さらに、d)前記工程c)において最終の順序ＩＤが付与された無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末に終了フレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、e)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、次のビーコンフレーム送信タイミングまで無線送受信手段に対する電力供給を停止する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、f)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、他の無線端末から受信したデータの存在を自端末の全体制御用ＣＰＵに割り込み通知する工程、を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の無線端末における共有データの同期方法において、前記ビーコンフレームを受信してから１番目の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを送信する間隔、および、ある順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを受信してから次の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを送信するまでの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、最終の順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを受信してから前記マスタ無線端末が前記終了フレームを送信するまでの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔以外の間隔であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、前記工程c)において、ある順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを所定期間受信しない場合には、次の順序ＩＤが付与された無線端末にデータフレームの送信権を移転させることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、無線モジュールに関するものであり、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法を実行する。

請求項１記載の発明によれば、順序ＩＤに従ってデータを全ての無線端末に送信するので、データ共有手順が簡略化される。これにより、通信時間の短縮と消費電力の低減を図ることが可能である。
さらに、データ共有手順が終了した後は、マスタ無線端末を含めて無線送受信手段を休止状態とできるので、さらに消費電力を低減させることが可能である。

請求項２記載の発明によれば、休止状態となる前に無線端末の全体制御用ＣＰＵに共有データの存在を割り込み通知するので、無線端末のアプリケーションは共有データを即座に利用可能である。

請求項３記載の発明によれば、データフレームは最短フレーム間隔で送信されるので、他の通信に割り込まれることはなく、共有データの同期手順にかかる時間を短縮することが可能である。

請求項４記載の発明によれば、最終のデータフレーム受信後は、最短フレーム間隔以外の間隔を空けて終了フレームを送信するので、エラー検出や新規端末の参入の受け付けが可能である。

請求項５記載の発明によれば、所定期間経過後データフレームを受信しない場合には、次の順序ＩＤの無線端末がデータフレームを送信するので、さらに効率がよい。

請求項６記載の発明は、上記方法を実行する無線モジュールに関するもので、通信効率がよく、消費電力も小さい。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、無線ネットワークの概略図を示している。この無線ネットワークは、４台の無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４によって、ＢＳＳ(Basic Service Set)と呼ばれる無線ＬＡＮの基本単位が形成されている。また、４台の無線端末のうち無線端末ＳＴＡ１はマスタ無線端末であり、親局としての役割を持つ。

図２は、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４の機能ブロック図であり、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４に共通の機能ブロックを示している。したがって、以下の説明において無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４について共通の機能を説明する際には、無線端末ＳＴＡｎと称して説明することにする。無線端末ＳＴＡｎは、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、無線モジュール４、アンテナ５を備えている。また、無線モジュール４は、ＭＡＣモジュール４１、ＢＢＰモジュール４２、ＲＦモジュール４３を備えている。ＣＰＵ１は、無線端末ＳＴＡｎの全体制御を行う演算処理部である。

ＭＡＣモジュール４１は、IEEE802.11の規格に基づいてMAC層におけるアクセス制御手順を実行する機能に加え、本発明の特有の処理手順を実行する機能を備えている。ＢＢＰモジュール４２は、ベースバンド処理を実行する機能を備える。ＲＦモジュール４３は、ＢＢＰモジュール４２からデジタルデータを受け取り、データを所定帯域の電波にのせてアンテナ５に出力し、アンテナ５が受信した電波からデータを抽出し、デジタル信号を復元してＢＢＰモジュール４２に渡す機能を有する。

次に、本発明の特徴部であるＭＡＣモジュール４１の処理内容について説明する。この実施の形態において、各無線端末ＳＴＡｎは、それぞれが保有しているデータを他の全ての無線端末ＳＴＡｎに送信することによって、データを共有する動作が必要とされている。

図３は、共有データの同期手順を示す図である。この同期手順はＭＡＣモジュール４１の処理によって実行される。図中、網掛け部分は、同じタイミングで他の無線端末から送信されたフレームを受信する状態を示している。

共有データの同期手順を実行する前提として、既に、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、図１に示すようなＢＳＳを形成し、無線通信が可能な状態となっている。具体的には、共通のＢＳＳＩＤ（ＢＳＳを識別する情報）を利用して、無線ネットワークを形成している。さらに、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、自端末および他の無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に対してＩＤを付与している。ここでは、仮に、マスタ無線端末ＳＴＡ１にはＩＤとして１番が付与され、無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４には、それぞれＩＤとして２番〜４番が付与されているものとする。

無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４によりＢＳＳが形成され、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４に対してＩＤが付与されている状態で、マスタ無線端末ＳＴＡ１がビーコンフレームＢを無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４はビーコンフレームＢを受信することにより、共有データの同期手順が開始されたことを知る。そして、マスタ無線端末ＳＴＡ１がビーコンフレームＢを送信した後、ＳＩＦＳ(Short Inter Frame Space)経過時に、１番のＩＤが付与されているマスタ無線端末ＳＴＡ１がデータフレームｂｃ１を無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ１は、マスタ無線端末ＳＴＡ１が保有しているデータを含むフレームである。これにより、マスタ無線端末ＳＴＡ１が保有しているデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。また、無線端末ＳＴＡｎがデータフレームを送信する際には、あわせて自端末のＩＤ情報を送信するようにしている。したがって、マスタ無線端末ＳＴＡ１がデータフレームｂｃ１を送信する際には、あわせてＩＤが１番であることを示す情報も各無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に送信される。

ここで、IEEE802.11においては、チャネルがアイドル状態であるかどうかを判定するために、ＩＦＳ(Inter Frame Space)を規定しており、規定された期間以上にわたりチャネルに信号が検出されない場合にアイドルであると判定する。また、IEEE802.11において規定されているＩＦＳには、ＳＩＦＳ、ＰＩＦＳ(PCF Inter Frame Space)、ＤＩＦＳ(DCF Inter Frame Space)がある。ＳＩＦＳは、規定されている最も短い期間のＩＦＳであり、ＡＣＫ応答間隔などに用いられる（例えば、IEEE802.11のＳＩＦＳは、DS-SS（直接シーケンススペクトラム拡散）方式の場合１０usecである。）。ＤＩＦＳは規定されている最も長い期間のＩＦＳであり（例えば、IEEE802.11のＤＩＦＳは、DS-SS方式の場合５０usecである。）、ＰＩＦＳは、ＳＩＦＳよりも長くＤＩＦＳよりも短く定義された期間である（例えば、IEEE802.11のＰＩＦＳは、DS-SS方式の場合３０usecである。）。

マスタ無線端末ＳＴＡ１より送信されたデータフレームｂｃ１を受信した無線端末ＳＴＡ２は、データフレームｂｃ１とともに受信した無線端末ＳＴＡ１のＩＤから、自端末が次の送信権が与えられる端末であることがわかる。そして、無線端末ＳＴＡ２は、データフレームｂｃ１を受信してからＳＩＦＳ経過時に、データフレームｂｃ２を他の全ての無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ３、ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ２は、無線端末ＳＴＡ２が保有しているデータを含むフレームである。これにより、無線端末ＳＴＡ２が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

無線端末ＳＴＡ２より送信されたデータフレームｂｃ２を受信した無線端末ＳＴＡ３は、データフレームｂｃ２とともに受信した無線端末ＳＴＡ２のＩＤから、自端末が次の送信権が与えられる端末であることがわかる。そして、無線端末ＳＴＡ３は、データフレームｂｃ２を受信してからＳＩＦＳ経過時に、データフレームｂｃ３を他の全ての無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ３は、無線端末ＳＴＡ３が保有しているデータを含むフレームである。これにより、無線端末ＳＴＡ３が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

同様に、無線端末ＳＴＡ４は、データフレームｂｃ３を受信してからＳＩＦＳ経過時に、データフレームｂｃ４を他の全ての無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。これにより、無線端末ＳＴＡ４が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

このように、マスタ無線端末ＳＴＡ１がビーコンフレームＢを送信してからデータフレームｂｃ１を送信するまでの間隔、および、前順位のＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを受信してから自端末がデータフレームを送信するまでの間隔は、使用している無線通信方式（ここではIEEE802.11）において定義されている最も短い期間（ＳＩＦＳ）としているので、他の通信を割り込ませることなく、各無線端末がＩＤ順に従ってデータフレームを送信することが可能である。

なお、上記の説明では、マスタ無線端末ＳＴＡ１がＩＤとして１番を付与されているが、マスタ無線端末ＳＴＡ１以外の無線端末にＩＤとして１番が付与されてもよい。この場合には、１番のＩＤが付与された無線端末は、ビーコンフレームＢを受信した後ＳＩＦＳ経過時にデータフレームを送信することになる。

マスタ無線端末ＳＴＡ１は、最終のＩＤ（ここでは４番が最終のＩＤ）が付与された無線端末ＳＴＡ４からのデータフレームｂｃ４を受信すると、ＤＩＦＳ経過時に、終了フレームＥＮＤを無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に送信する。これにより、無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は、共有データの同期手順が終了したことを知る。なお、ＤＩＦＳは、各無線端末からのエラー報告フレームを受信するための待ち時間である。各無線端末は、上記の手順によって各無線端末から送信されるデータフレームを正常に受信できなかった場合、ＳＩＦＳより長い期間の経過時にエラー報告フレームをマスタ無線端末ＳＴＡ１に送信することとしている。したがって、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、最終のＩＤが付与された無線端末ＳＴＡｎからのデータフレームを受信すると、最短フレーム間隔であるＳＩＦＳ以外の間隔を空けて終了フレームＥＮＤを送信するようにしているのである。

終了フレームＥＮＤを送信したマスタ無線端末ＳＴＡ１、および終了フレームＥＮＤを受信した無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は、各無線端末から受信したデータフレームｂｃ１〜ｂｃ４から共有すべきデータを取得し、当該データを自端末の全体制御を行うＣＰＵ１とのインタフェースであるＲＡＭ３（あるいは無線モジュール４に設けられたメモリ）に格納する。さらに、共有データの存在をＣＰＵ１へ割り込み通知する。これにより、ＣＵＰ１は、共有データを取得し、共有データを利用可能となるのである。

ＣＰＵ１への割り込み通知を行った後、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、休止状態（doze状態）となる。具体的には、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、無線モジュール４（無線送受信機能）に対する電力供給を停止するのである。このように、マスタ無線端末ＳＴＡ１を含めて全ての無線端末が休止状態となるので、消費電力を低減させることが可能である。

そして、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、次のビーコンフレームＢの送信タイミング前に無線モジュール４に対して電力を供給し、活動状態とさせる。なお、終了フレームＥＮＤを送信してからビーコンフレームＢを送信するまでの間隔は、あらかじめ一定の時間が規定されており、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４がその情報を保有するようにすればよい。あるいは、上記共有データの同期手順の中で、マスタ無線端末ＳＴＡ１が各無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に当該情報を与えるようにしてもよい。

このようにして、マスタ無線端末ＳＴＡ１が次のビーコンフレームＢを送信すると、再び、上記共有データの同期手順が実行される。各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、ビーコンフレームＢを受信してから終了フレームＥＮＤを受信するまでの間に各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４の保有するデータを共有し、終了フレームＥＮＤ受信後は、無線モジュール４を休止状態とさせる。共有データの同期手順を実行している間、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４のアクセス制御については、ＰＣＦ方式のようにポーリングを使用した同期手順を行わないので、通信手順を簡略化させることが可能である。また、ＤＣＦ方式のように、キャリアセンスにより衝突を回避する必要もなく、手順が簡略化される。これにより、共有データの同期手順に係る通信時間を短縮することができ、また、無線端末の消費電力を低減させることも可能である。

上記実施の形態においては、前順位のＩＤが付与された無線端末ＳＴＡｎからのデータフレームを受信することにより、自端末のデータフレームを他の無線端末ＳＴＡｎに送信するようにしたが、無線端末ＳＴＡｎは共有すべきデータを保有していない場合がある。あるいは、前回の共有データの同期手順終了後、データ更新がされていない無線端末ＳＴＡｎが存在するような場合がある。このような場合には、送信すべきデータフレームの存在しない無線端末ＳＴＡｎは、フレームの送信を行わないようにしてもよい。そして、ある順位のＩＤが付与された無線端末ＳＴＡｎから所定時間データフレームが送信されてこない場合には、次の順位のＩＤが付与された無線端末ＳＴＡｎにデータフレームの送信権が移転し、当該無線端末ＳＴＡｎがデータフレームを送信するようにするのである。これにより、さらなる通信の効率化と消費電力の低減が実現される。

そして、たとえば、ＩＤが２番目と３番目の無線端末ＳＴＡｎにいずれも送信すべきデータが存在しない場合には、これらの無線端末ＳＴＡｎはいずれもフレームを送信する必要はない。この場合、ＩＤが１番目の無線端末ＳＴＡｎがデータフレームを送信した後、所定時間経過後にデータフレームの送信権はＩＤが３番目の無線端末ＳＴＡｎに移転し、さらに、所定時間経過後にデータフレームの送信権はＩＤが４番目の無線端末ＳＴＡｎに移転するのである。つまり、ＩＤが４番目の無線端末ＳＴＡｎは、所定時間を積算（２倍の所定時間を計測）した後、自端末のデータフレームを送信するようにすればよい。

以上説明した本実施の形態にかかる無線端末は、産業用途、公共用途、娯楽用途などあらゆる方面で利用可能である。たとえば、産業システムにおいて利用する各無線端末について、相互に共有データを同期させる場合に利用可能である。あるいは、公共施設内において利用者が所持する無線端末に最新情報を反映させる場合などにも利用可能である。また、無線機能を搭載した携帯型ゲーム機においては、複数のプレーヤーが所持するゲーム機間でデータを共有する場合などにも有効である。また、無線機能付きのデジタルカメラにおいて、各デジタルカメラで画像データを共有させる場合にも有効である。

複数の無線端末で形成されたＢＳＳを示すイメージ図である。 無線端末の機能ブロック図である。 共有データの同期手順を示す図である。

符号の説明

４１ ＭＡＣモジュール
Ｂ ビーコンフレーム
ｂｃ１〜ｂｃ４ データフレーム
ＥＮＤ 終了フレーム
ＳＴＡｎ（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４） 無線端末

Claims (6)

1. 複数の無線端末間でデータを共有する方法であって、
   a)前記複数の無線端末に順序ＩＤを付与する工程と、
   b)前記複数の無線端末のうちマスタ無線端末がデータ共有手順の開始を示すビーコンフレームを他の全ての無線端末にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   c)ある順序ＩＤが付与された無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、次の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを他の全ての無線端末にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   を備え、さらに、
   d)前記工程c)において最終の順序ＩＤが付与された無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末に終了フレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   e)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、次のビーコンフレーム送信タイミングまで無線送受信手段に対する電力供給を停止する工程と、
   を備えることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
2. 請求項１に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、
   f)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、他の無線端末から受信したデータの存在を自端末の全体制御用ＣＰＵに割り込み通知する工程、
   を備えることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   前記ビーコンフレームを受信してから１番目の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを送信する間隔、および、ある順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを受信してから次の順序ＩＤが付与された無線端末がデータフレームを送信するまでの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔であることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   最終の順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを受信してから前記マスタ無線端末が前記終了フレームを送信するまでの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔以外の間隔であることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   前記工程c)において、ある順序ＩＤが付与された無線端末からのデータフレームを所定期間受信しない場合には、次の順序ＩＤが付与された無線端末にデータフレームの送信権を移転させることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法を実行する無線モジュール。

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