JP5537022B2 - 通信方法及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信帯域を共有する複数の通信装置間で通信を行う通信方法及び通信装置に関する。

電力線通信、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等、通信帯域を共有する複数の通信装置間で通信を行う通信システムにおいては、複数の通信装置が１つの伝送路を使用して通信を行うので、複数の通信装置からのアクセスの競合を回避する必要がある。

その１つの方法が、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式である。この方式は、各通信装置が伝送路の使用状況を監視し、他の通信装置が伝送路を使用していないときに伝送を行うものであり、他の通信装置が伝送路を使用していないことを検出した時、ランダムな待ち時間（ランダムバックオフ時間）経過後にフレームの送信を開始する。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、同一の伝送路を介して複数の通信装置が送信しようとしても、ランダムバックオフ時間経過後に、送信開始可能としているので、フレーム衝突の発生を減少させることができる。しかし、ランダム値の上限を一定にした場合、アクセス台数（ネットワーク接続させた通信装置の数）が増加すると衝突が発生しやすくなり、パフォーマンス低下が避けられない。接続台数の増加に応じてランダム値を増加させると、衝突の確率は減少するが、ランダムバックオフ時間の平均値が長くなり、やはりパフォーマンスが低下する。さらに、基本的にランダムバックオフ時間の経過後にアクセスする方式であるので、最大遅延量が規定できない。

複数の通信装置からのアクセスの競合を回避する他の方法として、ＰＲＳ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｌｏｔ）方式がある（例えば、特許文献１参照）。ＰＲＳ方式は、伝送するデータの種類に応じた優先順位を示すプライオリティ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）をグループ分けしたプライオリティグループを設定し、フレームの送信を行う際に、ランダムバックオフによる競合開始前にプライオリティグループを絞り込む調停を行うアクセス方式である。

図２８は、ＰＲＳ方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図である。いずれかの通信装置がフレームＰ０を送信終了すると、所定のＣＩＦＳ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ＩｎｔｅｒＦｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間を確保した後に、ＰＲＳ時間（ＰＲＳ０，ＰＲＳ１）を設けてプライオリティグループの調停を行う。このＰＲＳ時間では、各通信装置が調停用信号を出し合うことによって、どのプライオリティグループにアクセス権があるのかを調停する。そして、調停によりアクセス権を得たプライオリティグループの中で、ＰＲＳ時間後の競合ウィンドウにおいてランダムバックオフ等により各通信装置がアクセスし、競合に勝った通信装置がフレームＰ１を送信する。

図２９は、ＰＲＳ時間に出力されるプライオリティグループ毎の調停用信号の一例を示す図である。ここでは、プライオリティグループとしてＣＡ０〜ＣＡ３の４段階のグループを定義し、ＰＲＳ時間の２つの期間ＰＲＳ０，ＰＲＳ１における信号の有無によって２ビット（計４種類）の情報を送信し、自身の送信データに割り当てられたプライオリティグループを通知する例を示す。この場合、優先度の高い最上位のアクセス権を持つプライオリティグループＣＡ３は、ＰＲＳ０＝信号有り，ＰＲＳ１＝信号有りとし、次のプライオリティグループＣＡ２はＰＲＳ０＝信号有り，ＰＲＳ１＝信号無しとし、その次のプライオリティグループＣＡ１はＰＲＳ０＝信号無し，ＰＲＳ１＝信号有りとし、最下位のアクセス権を持つプライオリティグループＣＡ０はＰＲＳ０＝信号無し，ＰＲＳ１＝信号無しとして、それぞれプライオリティグループに応じた調停用信号を送信する。

図３０は、ＰＲＳ方式による複数のプライオリティグループのアクセスタイミングの一例を示す図である。ＰＲＳ時間のＰＲＳ０において信号が出力された場合は、アクセス権はプライオリティグループＣＡ３またはＣＡ２に絞られる。よって、アクセス権が得られないプライオリティグループＣＡ１、ＣＡ０の通信装置は、その後のＰＲＳ１及び競合ウィンドウにおいて何も出力しない。次のＰＲＳ１において信号が出力された場合は、プライオリティグループＣＡ３がアクセス権を獲得する。よって、アクセス権が得られないプライオリティグループＣＡ２の通信装置は、その後の競合ウィンドウにおいて何も出力しない。そして、競合ウィンドウでは、アクセス権を得たプライオリティグループＣＡ３の通信装置同士が競合を行う。ここでは、プライオリティグループＣＡ３の各通信装置がランダムバックオフ時間経過後にフレームを送信することとする。図示例では、プライオリティグループＣＡ３の（Ａ）と（Ｂ）の通信装置のうち、ＣＡ３（Ａ）の通信装置が先にフレームＰ１を出力して競合に勝った場合を示している。一方のＣＡ３（Ｂ）の通信装置は、他の通信装置のフレームを先に検出すると、プライオリティグループＣＡ３同士の競合に負けたことになり、フレームを送信しない。

ＰＲＳ方式では、プライオリティグループの調停を行うことで、異なるプライオリティグループ間の衝突を回避できる。また、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に比べて、ＰＲＳ時間という短い時間でプライオリティグループ別のアクセス制御を実現できる。しかし、同じプライオリティグループでは、衝突が発生する可能性が残っている。また、同一プライオリティグループ同士の調停を行うために、競合ウィンドウを用いているため、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式と同様、調停時間が長くなり帯域を浪費するので、パフォーマンスが低下するという課題がある。

複数の通信装置からのアクセスの競合を回避するさらに他の方法として、スロット割り当て方式がある（例えば、特許文献２参照）。スロット割り当て方式は、複数スロットを設けてスロット毎にアクセス権を割り当てるもので、各スロットに番号を割り当て、番号に関連付けられた通信装置またはデータストリームのみが該当スロットにアクセスするアクセス方式である。

図３１は、スロット割り当て方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図である。ここでは、１〜４の４つのスロット番号を設定し、各スロット番号に割り当てられた通信装置がアクセスする例を示す。この場合、時間と共にスロット番号１〜４がカウントされて巡回され、通信装置は自身に割り当てられた番号のスロットのみにおいてフレームを送信する。自身に割り当てられた番号のスロットにはアクセスできない。図示例では、スロット番号２の通信装置がフレームＰ２１を送信し、その後スロット番号１の通信装置がフレームＰ１１を送信する場合を示している。１つの通信装置がフレームを送信して通信相手からのＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）の応答を受信した後、スロット再開時のスロット番号は、送信した通信装置の次のスロット番号（図示例では３）から開始する。スロット番号は、ビーコンで各通信装置に通知することにより、あるいはフレームのヘッダに格納されたスロットＩＤを受信することにより、各通信装置が把握する。

スロット割り当て方式では、スロット番号が重複しない限り衝突の発生を回避できる。しかし、スロットを割り当てるべき通信装置やデータストリームの数が多くなると、スロット数の増加により各スロットを巡回する時間が増大する。図３２はスロット割り当て方式において多数のスロット番号を設定した場合の課題を説明する図である。この場合、図示例のようにスロット番号１０に割り当てられた通信装置がフレームＰ１０１を送信する際、スロット番号を１〜１０まで巡回する時間を要する。このため、無駄な帯域を浪費し、パフォーマンスが低下するという課題がある。

また、スロット割り当て方式は、スロット番号が一周する毎にアクセス権を獲得するものであるので、送信のプライオリティを設定することができない。仮に、優先制御をそのまま導入しようとすると、制御が複雑化になる、あるいは１つのスロットに複数の通信装置やデータストリームを割り当てることで衝突が起こる可能性があるなどの課題が生じる。

また、従来のＰＲＳ方式やスロット割り当て方式では、プライオリティグループやスロットに従ったアクセス制御を行う際、特定の通信装置やデータにアクセス権が偏る場合があり、アクセス権が得られない未送信データが溜まる、あるいは優先度の高い送信データが発生した場合に直ちに送信できないなど、状況に応じたアクセス制御が十分にできないことがあった。
特開２００２−１８５４７３号公報 米国特許出願公開第２００７／００６４７２０号明細書

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、通信装置やデータストリームの数が増大しても比較的短時間でアクセス競合の調停を実行でき、帯域の浪費を防止してパフォーマンス低下を抑制することが可能な通信方法及び通信装置を提供することを目的とする。また、本発明は、優先制御を行う際に、同じ優先度を持つ通信装置同士の衝突を回避することが可能な通信方法及び通信装置を提供することを目的とする。また、本発明は、特定の通信装置やデータにアクセス権が偏ることを防止し、通信量等のトラフィック状況に応じた適切なアクセス制御を実行することが可能な通信方法及び通信装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、通信帯域を共有する複数の通信装置間で通信を行う通信方法であって、通信装置が通信媒体に対してデータを送信する際に、第１の期間において通知信号を送信することにより、前記第１の期間に後続する第２の期間で送信可能な通信装置を調停するための情報を通知する第１のステップと、前記第２の期間において、前記第１の期間で送信された通知信号に従って送信可能な通信装置が、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記第２の期間の特定タイミングでデータを送信する第２のステップと、を有する通信方法を提供する。

また、本発明は、第２に、上記第１の通信方法であって、前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況に基づいて、当該通信媒体に接続されたいずれかの装置の制御部が、前記第１の期間の通知信号を変更する第３のステップを有するものを含む。

また、本発明は、第３に、上記第２の通信方法であって、前記第３のステップにおいて、前記通信媒体上のトラフィック状況として用いる前記第２の期間でデータ送信した通信装置を含む通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量と、データの種類により予め決められている優先順位とに従って、前記第１の期間の通知信号を変更するものを含む。

また、本発明は、第４に、上記第１または第２の通信方法であって、前記第２の期間で送信可能な通信装置を区分するためのグループとして、データまたは通信装置の優先度を示すプライオリティグループを用い、前記第１の期間の通知信号は、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記プライオリティグループを通知する情報を含み、前記第１のステップにおいて前記第１の期間で通知信号を送信した通信装置のうち、優先度の高いプライオリティグループの通信装置が、後続する前記第２の期間において送信可能となるものを含む。

また、本発明は、第５に、上記第１または第２の通信方法であって、前記第２の期間で送信可能な通信装置を区分するためのグループとして、データまたは通信装置の優先度を示すプライオリティグループを用い、前記第２の期間の特定タイミングとして、前記第２の期間を区分するスロットを用い、各スロットに付与したスロットＩＤに対応させて前記プライオリティグループ毎にデータまたは通信装置を割り当てるものとし、前記第２のステップにおいて、前記第２の期間で送信可能な通信装置が、前記第２の期間中に先に送信された他の信号を検出しない場合に、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられたスロットＩＤのタイミングでデータを送信するものを含む。

また、本発明は、第６に、上記第１または第２の通信方法であって、前記第２の期間において送信可能な通信装置からデータの送信が無かった場合に、この第２の期間に後続する第３の期間において、いずれかの通信装置が、任意のタイミングで先に送信された他の信号を検出しない場合にデータを送信する第４のステップを有するものを含む。

また、本発明は、第７に、上記第５の通信方法であって、前記複数の通信装置のうちのいずれかの通信装置の制御部が、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを行い、このスロット割り当て情報を所定間隔で送信する報知フレームにより各通信装置へ報知するステップを有するものを含む。

また、本発明は、第８に、上記第７の通信方法であって、前記複数の通信装置のうちのいずれかの通信装置が、自装置を含む全通信装置の送信信号を検出し、この信号検出に基づく通信媒体上のトラフィック状況に応じて、前記制御部が前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを変更し、更新したスロット割り当て情報を報知するものを含む。

また、本発明は、第９に、上記第８の通信方法であって、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値以上の場合に、前記制御部が該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が高いものに移行させるものを含む。

また、本発明は、第１０に、上記第８の通信方法であって、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値未満の場合に、前記制御部が該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が低いものに移行させるものを含む。

また、本発明は、第１１に、上記第８の通信方法であって、前記通信媒体上のトラフィック状況として、前記第１の期間及び前記第２の期間における送信データの有無を用い、前記プライオリティグループ毎のスロットに割り当てられたデータ及び通信装置に関して、所定期間送信データが検出されなかった場合に、前記制御部が該当するスロットを解放するものを含む。

また、本発明は、第１２に、上記第７の通信方法であって、前記プライオリティグループ毎のスロットへの割り当てがなされていない送信データを検出した場合に、前記制御部がデータの送信元情報に基づいてプライオリティグループを決定し、該当するプライオリティグループに割り当て可能な場合に、そのプライオリティグループの空きスロットにデータ及び通信装置を割り当てるものを含む。

また、本発明は、第１３に、上記第７の通信方法であって、前記スロット割り当て情報において、前記プライオリティグループによる調停を行う前記第１の期間の有無を示すＰＧＡ有無情報を設け、前記ＰＧＡ有無情報がＰＧＡ無しの情報である場合に、各通信装置が前記第１の期間を設けず直ちに前記第２の期間としてスロット割り当てによる調停を行うものを含む。

また、本発明は、第１４に、上記第７の通信方法であって、前記第２の期間において、前記スロット割り当て情報に割り当てられた前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤがｎ周巡回した後に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第１のスロット巡回方式を用いるものを含む。

また、本発明は、第１５に、上記第１４の通信方法であって、前記第２の期間において前記スロットＩＤを巡回させるスロット巡回周回数ｎを、前記制御部が前記通信媒体上のトラフィック状況に基づいて変更するものを含む。

また、本発明は、第１６に、上記第７の通信方法であって、前記第２の期間において、いずれかの通信装置からのデータの送信が終了する度に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第２のスロット巡回方式を用いるものを含む。

また、本発明は、第１７に、上記第７の通信方法であって、前記第２の期間において、前記スロット割り当て情報に割り当てられた前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤがｎ周巡回した後に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第１のスロット巡回方式と、いずれかの通信装置からのデータの送信が終了する度に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第２のスロット巡回方式とを用い、前記プライオリティグループによって前記第１または前記第２のいずれかのスロット巡回方式を設定するものを含む。

また、本発明は、第１８に、上記第５の通信方法であって、前記第２の期間において、前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤを記憶し、次回の第２の期間では、送信可能なプライオリティグループについて、巡回を開始するスロットＩＤを前回と異なるものに変更するものを含む。

本発明は、第１９に、通信帯域を共有する複数の通信装置間で通信を行う通信システムに用いられる通信装置であって、自装置が接続された通信媒体に対してデータを送信する際に、第１の期間において通知信号を送信することにより、前記第１の期間に後続する第２の期間で送信可能な通信装置を調停するための情報を通知する調停情報通知部と、前記第２の期間において、自装置が前記第１の期間で送信された通知信号に従って送信可能な通信装置である場合、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記第２の期間の特定タイミングでデータを送信するデータ送信部とを備え、前記第１の期間の通知信号として、データの種類により予め決められている優先順位に基づいて設定された信号を用いる通信装置を提供する。

また、本発明は、第２０に、上記第１９の通信装置であって、前記第１の期間の通知信号として、前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況と、データの種類により予め決められている優先順位とに基づいて設定された信号を用いるものを含む。

また、本発明は、第２１に、上記第１９または第２０の通信装置であって、前記第２の期間で送信可能な通信装置を区分するためのグループとして、データまたは通信装置の優先度を示すプライオリティグループが設定されており、前記調停情報通知部は、前記第１の期間の通知信号として、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記プライオリティグループを含む情報を通知し、前記第１の期間で通知信号を送信した通信装置のうち、自装置が最も優先度の高いプライオリティグループである場合、後続する前記第２の期間において送信可能となるものを含む。

また、本発明は、第２２に、上記第１９または第２０の通信装置であって、前記第２の期間で送信可能な通信装置を区分するためのグループとして、データまたは通信装置の優先度を示すプライオリティグループが設定されており、前記第２の期間の特定タイミングとして、前記第２の期間を区分するスロットを用い、各スロットに付与したスロットＩＤに対応させて前記プライオリティグループ毎にデータまたは通信装置が割り当てられており、前記データ送信部は、前記第２の期間中に先に送信された他の信号を検出しない場合に、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられたスロットＩＤのタイミングでデータを送信するものを含む。

また、本発明は、第２３に、上記第１９または第２０の通信装置であって、前記データ送信部は、自装置が前記第２の期間において送信可能ではなく、前記第２の期間において他の通信装置からデータの送信が無かった場合に、この第２の期間に後続する第３の期間において、任意のタイミングで先に送信された他の信号を検出しない場合にデータを送信するものを含む。

また、本発明は、第２４に、上記第２２の通信装置であって、前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況に基づいて、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを行い、このスロット割り当て情報を所定間隔で送信する報知フレームにより他の通信装置へ報知する制御部を備えるものを含む。

また、本発明は、第２５に、上記第２４の通信装置であって、前記制御部は、自装置を含む全通信装置の送信信号を検出し、この信号検出に基づく通信媒体上のトラフィック状況に応じて、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを変更し、更新したスロット割り当て情報を他の通信装置へ報知するものを含む。

また、本発明は、第２６に、上記第２５の通信装置であって、前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値以上の場合に、該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が高いものに移行させるものを含む。

また、本発明は、第２７に、上記第２５の通信装置であって、前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値未満の場合に、該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が低いものに移行させるものを含む。

また、本発明は、第２８に、上記第２５の通信装置であって、前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、前記第１の期間及び前記第２の期間における送信データの有無を用い、前記プライオリティグループ毎のスロットに割り当てたデータ及び通信装置に関して、所定期間送信データが検出されなかった場合に、該当するスロットを解放するものを含む。

また、本発明は、第２９に、上記第２４の通信装置であって、前記制御部は、前記プライオリティグループ毎のスロットへの割り当てがなされていない送信データを検出した場合に、データの送信元情報に基づいてプライオリティグループを決定し、該当するプライオリティグループに割り当て可能な場合に、そのプライオリティグループの空きスロットにデータ及び通信装置を割り当てるものを含む。

本発明によれば、通信装置やデータストリームの数が増大しても比較的短時間でアクセス競合の調停を実行でき、帯域の浪費を防止してパフォーマンス低下を抑制することができる。また、優先制御を行う際に、同じ優先度を持つ通信装置同士の衝突を回避することができる。また、特定の通信装置やデータにアクセス権が偏ることを防止し、通信量等のトラフィック状況に応じた適切なアクセス制御を実行することができる。

以下の実施形態では、本発明に係る通信方法及び通信装置の一例として、電力線を伝送路として用いる電力線通信装置及びこれを備える電力線通信システムにおいて適用した通信システムの構成例を示す。なお、本発明は、同軸ケーブルやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブルなどの他の有線伝送路を用いる有線ネットワークや、無線ＬＡＮなどの無線ネットワーク等、種々の通信媒体を用いる通信装置及び通信方法、通信システムに適用可能である。

図１は、本発明の通信方法及び通信装置を実現する電力線通信システムの一例の概略構成を示す図である。図１の電力線通信システムは、電力線９００に接続された複数台のＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）モデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、１００Ｔ４を備える。図１には、５台のＰＬＣモデムが示されているが、接続台数は任意である。ＰＬＣモデム１００Ｍは、親機として機能するものであり、子機として機能する他のＰＬＣモデム１００Ｔ１、・・１００Ｔ４の接続状態（リンク状態）の管理を行うものである。

なお、以降の説明において、親機及び特定の子機について言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、１００Ｔ４のように記述し、子機一般に言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｔと記述する。また、親機、子機の限定がないＰＬＣモデムに言及する場合は、単に、ＰＬＣモデム１００と記述する。

電力線９００は、図１では１本の線で示されているが、実際には２本以上の導線であり、ＰＬＣモデム１００は、それらの導線に接続されている。

ＰＬＣモデム１００は、詳細は後述するように、ＲＪ４５等のＬＡＮ用モジュラージャックを有しており、モジュラージャックには、テレビ（ＴＶ）５１、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５２、ＩＰ電話５３、レコーダ５４、ブロードバンドルータ（ＢＢルータ）５５が接続され、ブロードバンドルータ５５はインターネット６０に接続されている。

図２は、ＰＬＣモデム１００の外観を示す図であり、図２（ａ）は前面を示す外観斜視図、図２（ｂ）は前面図、図２（ｃ）は背面図である。図２に示すＰＬＣモデム１００は、筐体１０１を有しており、筐体１０１の前面には、図２（ａ）（ｂ）に示すようにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃからなる表示部１０５が設けられている。また、筐体１０１の背面には、図２（ｃ）に示すように電源コネクタ１０２、及びＲＪ４５等のＬＡＮ用モジュラージャック１０３、及び動作モード等の切換えのための切換えスイッチ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、電源ケーブル（図２では図示せず）が接続され、モジュラージャック１０３には、ＬＡＮケーブル（図２では図示せず）が接続される。なお、ＰＬＣモデム１００には、さらにＤｓｕｂ（Ｄ−ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ）コネクタを設け、Ｄｓｕｂケーブルを接続するようにしてもよい。

図３は、ＰＬＣモデム１００のハードウェアの一例を示すブロック図である。ＰＬＣモデム１００は、図３に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、各種（例えば、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖ）の電圧を回路モジュール２００に供給するものであり、例えば、スイッチングトランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）を含んで構成される。

回路モジュール２００には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２１０、ＡＦＥ・ＩＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ ＥＮＤ・Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)２２０、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ（Ｐｈｙｓｉｃ ｌａｙｅｒ・Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２３０、メモリ２４０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５１、ドライバＩＣ２５２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６０、及びカプラ２７０が設けられている。スイッチング電源３００及びカプラ２７０は、電源コネクタ１０２に接続され、さらに電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に接続される。なお、メインＩＣ２１０は電力線通信を行う制御回路として機能する。

メインＩＣ２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１１、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２１３で構成されている。ＣＰＵ２１１は、３２ビットのＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）プロセッサを実装している。ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２は、送受信信号のＭＡＣ層（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）を管理し、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、送受信信号のＰＨＹ層（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）を管理する。ＡＦＥ・ＩＣ２２０は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ；Ｄ／Ａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２１、ＡＤ変換器（ＡＤＣ；Ａ／Ｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２２、及び可変増幅器（ＶＧＡ；Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２３で構成されている。カプラ２７０は、コイルトランス２７１、及びカップリング用コンデンサ２７２ａ、２７２ｂで構成されている。なお、ＣＰＵ２１１は、メモリ２４０に記憶されたデータを利用して、ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３の動作を制御するとともに、ＰＬＣモデム１００全体の制御も行う。

ＰＬＣモデム１００による通信は、概略次のように行われる。モジュラージャック１０３から入力されたデータは、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してメインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによってデジタル送信信号が生成される。生成されたデジタル送信信号は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ２５１、ドライバＩＣ２５２、カプラ２７０、電源コネクタ１０２、電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に出力される。

電力線９００から受信された信号は、カプラ２７０を経由してバンドパスフィルタ２６０に送られ、ＡＦＥ・ＩＣ２２０の可変増幅器（ＶＧＡ）２２３でゲイン調整がされた後、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２でデジタル信号に変換される。そして、変換されたデジタル信号は、メインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによって、デジタルデータに変換される。変換されたデジタルデータは、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してモジュラージャック１０３から出力される。

メインＩＣ２１０によって実現されるデジタル信号処理の一例を説明する。ＰＬＣモデム１００は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式等の複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア通信を行うものである。送信データをＯＦＤＭ送信信号に変換するとともに、ＯＦＤＭ受信信号を受信データに変換するデジタル処理は、主としてＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３で行われる。

図４は、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３によって実現されるデジタル信号処理の一例を説明するための機能ブロック図であり、ウェーブレット変換を利用するＯＦＤＭ伝送を行う場合のものである。図４に示すように、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、変換制御部１０、シンボルマッパ１１、シリアル−パラレル変換器（Ｓ／Ｐ変換器）１２、逆ウェーブレット変換器１３、ウェーブレット変換器１４、パラレル−シリアル変換器（Ｐ／Ｓ変換器）１５、デマッパ１６としての機能を有する。

シンボルマッパ１１は、送信すべきビットデータをシンボルデータに変換し、各シンボルデータにしたがってシンボルマッピング（例えばＰＡＭ変調）を行うものである。Ｓ／Ｐ変換器１２は、マッピングされた直列データを並列データに変換するものである。逆ウェーブレット変換器１３は、並列データを逆ウェーブレット変換し、時間軸上のデータとするものであり、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成するものである。このデータは、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１に送られる。

ウェーブレット変換器１４は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２から得られる受信デジタルデータ（送信時と同一のサンプルレートでサンプルされたサンプル値系列）を周波数軸上へ離散ウェーブレット変換するものである。Ｐ／Ｓ変換器１５は、周波数軸上の並列データを直列データに変換するものである。デマッパ１６は、各サブキャリアの振幅値を計算し、受信信号の判定を行って受信データを求めるものである。

図５は、本実施形態の電力線通信システムにおけるデータ送信タイミングの一例を示す図である。図１に示す電力線通信システムにおいて、データの伝送を行う場合、送信元のＰＬＣモデム１００が、データフレームＰｔ１〜Ｐｔ５を送信し、送信先のＰＬＣモデム１００が正常に受信できたときに応答フレームＡｔ１〜Ａｔ５を送信する。各ＰＬＣ間の通信を管理するための情報は、ＰＬＣモデム１００Ｍから、ブロードキャストの報知フレーム（制御フレーム、ビーコンとも称する）Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・として一定間隔で送信される。図５に示す例では、複数の送信装置からのデータフレームＰｔ１〜Ｐｔ５は、衝突することなく送信されているが、衝突を避けてデータ送信を行うために、本実施形態のＰＬＣモデム１００は以下で説明するアクセス制御を行う。このアクセス制御に関する処理は、ＰＬＣモデム１００のＣＰＵ２１１など、それぞれの通信装置における制御部の制御処理によって実現される。この際、ＰＬＣモデム１００のＣＰＵ２１１は、調停情報通知部、データ送信部の機能を実現し、所定のプログラムに基づいて対応する処理を実行する。また、通信システム全体の制御は、親機となる通信装置の制御部（ＰＬＣモデム１００ＭのＣＰＵ２１１などにおいて実現される）が主体となって行う。

［本実施形態のアクセス制御方式の概要］
図６は、本実施形態のアクセス制御方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図である。本実施形態では、データあるいはデータを送信する通信装置の優先度を示すグループ分けをしたプライオリティグループ（ＰＧ；Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｇｒｏｕｐ）によるアクセス権（送信権）の調停を行うＰＧＡ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｇｒｏｕｐ Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ）と、スロット毎に割り当てたアクセス権により調停を行うスロット調停とを組み合わせたハイブリッドアクセス方式のアクセス制御を採用する。プライオリティグループは、伝送するデータの種類に応じた優先順位を示すプライオリティ、送信データ量等による通信媒体上の通信量を示すトラフィック状況などに基づき、優先度を複数のグループに分けて設定する。

いずれかの通信装置がフレームＰ０を送信終了すると、所定のＣＩＦＳ時間を確保した後に、第１の期間に相当するＰＧＡ時間（ＰＧＡ０，ＰＧＡ１）を設けてプライオリティグループの調停を行う。このＰＧＡ時間では、各通信装置が通知信号として調停用信号を出し合うことによって、どのプライオリティグループがアクセス権を得るか調停し、アクセス可能なプライオリティグループを絞り込む。続いて、第２の期間に相当するスロット調停区間を設け、アクセス権を得たプライオリティグループの中で、スロット番号による調停を行い、各通信装置がスロット番号に対応する特定タイミングでデータを送信する。このスロット調停区間では、各通信装置またはデータストリームにスロット番号を割り当て、自身が割り当てられた番号のスロットにおいてアクセスし、該当通信装置がフレームＰ１を送信する。図示例では、スロット番号２の通信装置がフレームＰ１を送信する場合を示している。

図７は、ＰＧＡ時間に出力されるプライオリティグループ毎の調停用信号の一例を示す図である。ここでは、プライオリティグループとしてＰＧ０〜ＰＧ３の４段階のグループを定義し、ＰＧＡ時間に設けた２つの調停時間ＰＧＡ０，ＰＧＡ１における信号の有無によって２ビット（計４種類）の情報を通知信号として送信し、自身の送信データに割り当てられたプライオリティグループを通知する例を示す。この場合、優先度の高い最上位のアクセス権を持つプライオリティグループＰＧ３は、ＰＧＡ０＝信号有り，ＰＧＡ１＝信号有りとし、次のプライオリティグループＰＧ２はＰＧＡ０＝信号有り，ＰＧＡ１＝信号無しとし、その次のプライオリティグループＰＧ１はＰＧＡ０＝信号無し，ＰＧＡ１＝信号有りとし、最下位のアクセス権を持つプライオリティグループＰＧ０はＰＧＡ０＝信号無し，ＰＧＡ１＝信号無しとして、それぞれプライオリティグループに応じた調停用信号を送信する。そして、優先度の高いプライオリティグループの通信装置が後続するスロット調停区間において送信可能となる。ここで、ＰＧＡ時間における１つの調停時間（ＰＧＡ０，ＰＧＡ１のそれぞれ）は、送受信切り替えに必要な時間、想定される伝送遅延時間、および信号検出に必要な時間を含み、調停用信号の検出を確実に行うことができる最小時間に設定するのが好ましい。なお、ここではＰＧＡ時間の調停時間を２つとして４つのプライオリティグループを設定しているが、調停時間を３つとして８つのプライオリティグループを設定するなど、適宜変形が可能である。また、調停用信号は、短時間で検出可能な信号を用いるのが好ましく、典型的にはフレーム先頭に付加するプリアンブル信号と同じ形式の信号が用いられる。

本実施形態では、プライオリティグループは、データの種類により予め設定された優先順位であるプライオリティに基づいて設定し、ネットワークのトラフィック状況などに応じて適宜プライオリティグループを変更可能としている。なお、データ毎ではなく、通信装置毎（端末毎）にプライオリティやプライオリティグループを設定することも可能である。

次に、本実施形態のアクセス制御方式を用いるネットワーク上の各通信装置の動作を説明する。図８は、本実施形態における各通信装置のプライオリティグループ及びスロットの割り当て手順を示す図である。親機の通信装置であるＰＬＣモデム１００Ｍは、ネットワーク上の各通信装置間で伝送されるデータフレームをスヌーピング（Ｓｎｏｏｐｉｎｇ）し、ネットワーク全体のトラフィック状況を監視している。この場合、各通信装置は同一の通信媒体（電力線９００）を使用しているため、子機間で伝送されるフレームは親機でも確認することが可能である。例えば、図８（Ａ）に示すように、子機Ａ（端末Ａ）のＰＬＣモデム１００Ｔａから子機Ｂ（端末Ｂ）のＰＬＣモデム１００Ｔｂへのデータフレーム、子機Ｃ（端末Ｃ）のＰＬＣモデム１００Ｔｃから子機Ａ（端末Ａ）のＰＬＣモデム１００Ｔａへのデータフレーム、子機Ｃ（端末Ｃ）のＰＬＣモデム１００Ｔｃから子機Ｂ（端末Ｂ）のＰＬＣモデム１００Ｔｂへのデータフレームなどが親機のＰＬＣモデム１００Ｍにおいて検出される。そして、図８（Ｂ）に示すように、親機のＰＬＣモデム１００Ｍは、ネットワークのトラフィック状況を踏まえて、プライオリティグループの割り当てとスロットの割り当てを更新し、更新後の割り当て情報をブロードキャストの制御フレーム（ビーコンフレームなど）によって定期的に各子機Ａ〜Ｃ（ＰＬＣモデム１００Ｔａ〜１００Ｔｃ）に通知する。

図９は、プライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルの一例を示す図である。以下の説明では、それぞれの通信装置が送信するデータストリーム毎に、送信データの優先度としてプライオリティ７〜０の８段階のプライオリティを設定し、これらのプライオリティを図７に示した例のようにＰＧ３〜ＰＧ０の４段階のプライオリティグループに割り当てることとする。図９では、優先度の高い順に、プライオリティ７、６をプライオリティグループＰＧ３、プライオリティ５、４をプライオリティグループＰＧ２、プライオリティ３、２をプライオリティグループＰＧ１、プライオリティ１、０をプライオリティグループＰＧ０にそれぞれ割り当てる場合を示している。各プライオリティグループには、割り当てたスロット数を示す巡回スロット数と、スロットに割り当てた送信元情報として、送信端末を特定する送信元アドレス及びデータストリームのプライオリティなどを格納する。

図示例においては、プライオリティグループＰＧ３は巡回スロット数＝２であり、スロット１に子機Ａ（端末Ａ）のプライオリティ７のデータが、スロット２に子機Ｂ（端末Ｂ）のプライオリティ６のデータがそれぞれ割り当てられている。また、プライオリティグループＰＧ２は巡回スロット数＝１であり、スロット１に子機Ｃ（端末Ｃ）のプライオリティ５のデータが割り当てられている。プライオリティグループＰＧ１は巡回スロット数＝４であり、スロット１に子機Ａ（端末Ａ）のプライオリティ３のデータが割り当てられ、図示しない他のスロット２〜４にもそれぞれデータが割り当てられている。

図１０は、本実施形態の通信装置における送信バッファの構成を示す図である。親機及び子機の通信装置は、ＭＡＣ部３１１において、送信データを保持する送信バッファ３１２を備えている。ＭＡＣ部３１１は、図３の構成例ではメインＩＣ２１０のＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２に対応する。送信バッファ３１２には、送信宛先及びデータ種別（プライオリティを含む）毎に、送信データのパケットを格納するキューが設けられる。図示例において、第１のキュー３２１は、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）データが格納される端末Ｘ宛のプライオリティ７の送信フレーム用のキューである。第２のキュー３２２は、映像ストリームデータが格納される端末Ｙ宛のプライオリティ６の送信フレーム用のキューである。第３のキュー３２３は、ジャミングデータが格納される端末Ｘ宛のプライオリティ３の送信フレーム用のキューである。ジャミングデータは、インターネットブラウザによるｈｔｔｐ等のアクセスデータなど、即時性が求められないプライオリティの低いデータが該当する。

送信用のデータストリームは、通信装置における上位層のインタフェースまたはブリッジしている他のインタフェースからパケットとして伝送され、ＭＡＣ部３１１に入力される。図３の構成例では、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２３０がイーサネット（登録商標）とＰＬＣ間の受け渡しを行うブリッジインタフェースである。そして、ＭＡＣ部３１１の送信バッファ３１２のキューに送信データのパケットが格納され、アクセス権を得たキューのデータが送信フレーム単位でＰＨＹ部３１３に出力され、通信媒体上にデータフレームとして送信される。この際、通信媒体上への送信時には１つのキューから１つのフレームが送信される。ＰＨＹ部３１３は、図３の構成例ではＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３に対応する。ここで、送信バッファ３１２内のキューは、送信データの入力に応じて動的に作成される。各キューには識別のためのＩＤを付与しておく。一旦キューを作成した後は、送信データが無くなっても所定期間は保持しておき、再度同一種別のデータが入力されたときに格納できるようにする。

ＭＡＣ部３１１では、送信データをパケットのヘッダ情報等によって送信宛先とデータ種別を識別し、各キューに振り分けて格納する。データ種別毎のプライオリティの設定は、当該データを取り扱うアプリケーションやネットワーク管理者が事前に適宜設定しておく。例えば、ＩＰ電話で用いられるＶｏＩＰデータなどのリアルタイムな音声系のデータでは、遅延を防止するために、プライオリティを高く設定する。また、ｈｔｔｐ等のウェブアクセスのデータなどでは、遅延の影響が小さいため、プライオリティを低めに設定する。プライオリティが不明のデータは、初期値としてプライオリティ３を設定する。

［本実施形態のアクセス制御方式の具体例］
図１１は、本実施形態におけるプライオリティグループ毎のアクセスタイミングの一例を示す図である。図１１では、図９の割り当て情報に対応するプライオリティグループ及びスロットが設定されている場合を示している。プライオリティグループＰＧ３のデータを持つ端末Ａ（プライオリティ７）及び端末Ｂ（プライオリティ６）は、それぞれＰＧＡ時間において調停時間ＰＧＡ０及びＰＧＡ１の両方で調停用信号を出力する。そして、プライオリティグループＰＧ３がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間において、１，２の２つのスロットが巡回され、自身の通信装置の送信データに割り当てられたスロットの区間において送信フレームを出力する。このとき、先に他の通信装置から送信された信号を検出しない場合に、自装置の送信データに割り当てられたスロットＩＤのタイミングでデータを送信する。図示例の場合、端末Ａの送信データにスロット１が割り当てられているため、まずスロット１の区間で端末Ａがプライオリティ７の送信フレームを出力する。なお、スロット調停区間において何もデータフレームが出力されなかった場合は、その後は第３の期間に相当するランダムバックオフ区間の競合区間とし、各通信装置がランダムバックオフ時間経過後にデータフレームを送信することで競合させ、競合に勝った通信装置のみがアクセス可能にする。

プライオリティグループＰＧ２のデータを持つ端末Ｃ（プライオリティ５）は、ＰＧＡ時間において調停時間ＰＧＡ０のみで調停用信号を出力する。そして、このプライオリティグループＰＧ２がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間において、スロット１の区間のみが繰り返され、スロット１が割り当てられている端末Ｃが送信フレームを出力する。なお、スロット調停区間において何もデータフレームが出力されなかった場合は、その後はランダムバックオフ区間による調停を行う。

プライオリティグループＰＧ１のデータを持つ端末Ａ（プライオリティ３）、端末Ｂ（プライオリティ３）、端末Ｃ（プライオリティ３）は、ＰＧＡ時間において調停時間ＰＧＡ１のみで調停用信号を出力する。そして、このプライオリティグループＰＧ１がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間において、１〜４の４つのスロットが巡回され、自身の通信装置の送信データに割り当てられたスロットの区間において送信フレームを出力する。図示例の場合、端末Ａの送信データにスロット１が割り当てられているため、まずスロット１の区間で端末Ａがプライオリティ３の送信フレームを出力する。なお、スロット調停区間において何もデータフレームが出力されなかった場合は、その後はランダムバックオフ区間による調停を行う。

プライオリティグループＰＧ０については、図示例ではスロットの割り当てがなされておらず、スロット調停を行わないようにしている。ここで、プライオリティグループＰＧ３〜ＰＧ１の端末からＰＧＡ時間において何も調停用信号が出力されず、プライオリティグループＰＧ０がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間を設けずに直ちにランダムバックオフ区間とし、各通信装置がランダムバックオフ時間経過後にデータフレームを送信することで競合させ、競合に勝った通信装置のみがアクセス可能にする。なお、プライオリティグループＰＧ０においても上記と同様にスロットを割り当ててスロット調停を行うようにしてもよい。

図１２は、本実施形態のアクセス制御方式による各通信装置の動作手順を示すフローチャートである。以下に説明する動作は、親機の通信装置及び子機の通信装置においてそれぞれ実行されるアクセス制御の基本的な動作処理である。まず、いずれかの通信装置から送信されたＡＣＫフレームの完了により、フレームの送受信の完了を検出する（ステップＳ１１）。そして、装置間の同期をとるためのＣＩＦＳ時間を待機した後（ステップＳ１２）、自身の送信バッファのキューに送信フレームがあるかどうかを判定する（ステップＳ１３）。ここで、キューに送信フレームがある場合は、上述したＰＧＡを実行し、アクセス権を持つプライオリティグループを決定する（ステップＳ１４）。

そして、ＰＧＡで決定したプライオリティグループに該当するキューがあるかどうかを判定し（ステップＳ１５）、該当するプライオリティグループのキューがある場合は、このプライオリティグループに割り当てられたスロット番号をカウントするスロット巡回を開始する（ステップＳ１６）。図１１の例の場合、ＰＧＡ時間においてプライオリティグループＰＧ３がアクセス権を獲得し、スロット調停区間においてスロット番号１，２のスロット巡回を行う。ここで、現在のスロット番号に該当する送信フレームがあるかを判定し（ステップＳ１７）、該当するスロット番号の送信フレームがある場合は、自装置が現スロット調停においてアクセス権を持つため、データフレームを送信開始する（ステップＳ１８）。そしてこのフローチャートの処理を終了する。

一方、ステップＳ１７で現在のスロット番号に該当する送信フレームが無い場合は、さらに他装置のデータフレームを検出したかを判定し（ステップＳ１９）、他装置のデータフレームを検出した場合は、他装置がスロット調停においてアクセス権を取得してデータフレームを送信したことになるため、何も送信せずにこの処理を終了する。一方、他装置のデータフレームを検出しなかった場合は、スロット番号をインクリメント（増分）し（ステップＳ２０）、スロット調停区間が終了したかを判定する（ステップＳ２１）。ここでまだスロット調停区間が終了していない場合は、ステップＳ１７に戻り、同様にステップＳ１７〜Ｓ２１の処理を繰り返す。ステップＳ２１においてスロット調停区間が終了した場合は、ランダムバックオフ区間による競合区間を開始する（ステップＳ２２）。

また、ステップＳ１３において、キューに送信フレームが無い場合は、ＰＧＡ時間を待機し（ステップＳ２３）、ステップＳ１６と同様にスロット巡回を開始することになる（ステップＳ２４）。また、ステップＳ１５において該当するプライオリティグループのキューが無い場合は、ＰＧＡにおいて自装置の送信データのプライオリティグループでアクセス権が得られなかった場合であり、同様にステップＳ２４でスロット巡回を開始することになる。その後、他装置のデータフレームを検出したかを判定し（ステップＳ２５）、他装置のデータフレームを検出した場合は、いずれかの他装置がスロット調停においてアクセス権を取得してデータフレームを送信したことになるため、何も送信せずにこの処理を終了する。一方、他装置のデータフレームを検出しなかった場合は、スロット番号をインクリメントし（ステップＳ２６）、スロット調停区間が終了したかを判定し（ステップＳ２７）、スロット調停区間が終了するまでステップＳ２５〜Ｓ２７の処理を繰り返す。ステップＳ２７においてスロット調停区間が終了した場合は、ステップＳ２２でランダムバックオフ区間による競合区間を開始する。

このように、ＰＧＡによってアクセス権を取得したプライオリティグループのみでスロット調停を行い、該当スロット番号の区間に割り当てられた通信装置がデータフレームを送信する。他装置のデータフレームを検出した場合は処理を終了し、スロット調停区間が終了した場合はランダムバックオフの競合区間を開始する。また、ＰＧＡでアクセス権を得られなかった通信装置は、スロット調停区間の時間待機し、他装置のデータフレームを検出した場合は処理を終了し、スロット調停区間が終了した場合はランダムバックオフの競合区間を開始する。

上記アクセス制御処理において、基本的に、送信バッファのキューに送信フレームが無い場合、ＰＧＡは実行しないものとする。ただし、ＶｏＩＰデータなどの優先度の高いキューが存在する場合は、現時点で送信フレームが無い場合であっても、そのキューのためのＰＧＡを実行してもよい。これにより、ＰＧＡ時間やスロット調停区間の途中でキューに送信フレームが入力された場合に、優先度の高い送信データを直ちに送信することが可能になる。

いずれかの通信装置がデータフレームを送信すると、図１２のフローチャートの処理を再度開始し、フレーム送受信の完了後、ＣＩＦＳ時間を経過してＰＧＡの処理に戻る。なお、図１１に示したプライオリティグループＰＧ０などのように、特定のプライオリティグループについてはスロット調停区間を設けずに直ちに競合区間を開始してもよい。また、スロット調停区間の後に競合区間を設けずにＰＧＡに戻るようにしてもよい。

本実施形態では、プライオリティグループを設定してＰＧＡとスロット調停とを併用することで、通信装置やデータストリームの数が増大しても比較的短時間でアクセス競合の調停を実行できる。また、スロット調停によって同じ優先度を持つ通信装置同士の衝突を回避することが可能である。したがって、優先度に応じた適切なアクセス制御が可能であるとともに、アクセス制御に要する時間を短縮し、帯域の無駄を無くすことができ、これによってパフォーマンス低下を抑制し、データ伝送効率を高めることができる。

［スロット割り当ての更新処理（登録、解放）］
次に、各通信装置のプライオリティグループ及びスロットの割り当ての処理例についていくつか説明する。

図１３は、いずれかのプライオリティグループにスロットが割り当てられていない場合の処理を示す図であり、（Ａ）はスロット割り当てテーブルの例を、（Ｂ）はアクセスタイミングを示したものである。図１３の例は、プライオリティグループＰＧ２にスロットが割り当てられておらず、このプライオリティグループＰＧ２がＰＧＡでアクセス権を獲得した場合を示している。

ネットワークの初期状態や、あるプライオリティグループに関して所定期間データフレームの送信がなされなかった場合は、該当プライオリティグループにスロットが割り当てられない状態となる。図１３のようにプライオリティグループＰＧ２にスロットが登録されていない状態で、ＰＧＡ時間の調停時間ＰＧＡ０に調停用信号が出力され、ＰＧＡによりプライオリティグループＰＧ２がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間に移行せず、ランダムバックオフ区間を開始する。このランダムバックオフ区間において、プライオリティグループＰＧ２の送信データを持つ各通信装置がランダムバックオフ時間経過後にデータフレームを送信し、競合に勝った通信装置のみがアクセス可能にする。なお、ネットワークの初期状態では、ランダムバックオフ区間でのアクセス結果により最初のスロット割り当てテーブルの登録が実行される。

図１４は、プライオリティグループ毎のスロットの割り当て情報の更新処理の一例を示す図である。各プライオリティグループのスロット割り当てにおいては、所定期間何も送信が無かった通信装置またはデータストリームに対してスロット割り当てを解除し、当該スロットを開放するエイジング処理を採用する。図１４の例は、プライオリティグループＰＧ３において、図１４（Ａ）のように端末Ａと端末Ｂにスロットが割り当てられた状態で、スロット調停区間のスロット１において端末Ａからのデータフレームの送信が所定期間無い場合を示している。この場合、端末Ａに対するエイジング処理が起動し、図１４（Ｂ）のようにスロットの解放及びスロット割り当てテーブルの更新を行い、更新後の割り当て情報をブロードキャストのビーコンなどによって報知する。スロット割り当てテーブルの更新後は、プライオリティグループＰＧ３においてスロット１に端末Ｂのプライオリティ６のデータのみが割り当てられ、図１４（Ｃ）のようにＰＧＡ時間でプライオリティグループＰＧ３がアクセス権を獲得した場合、スロット調停区間ではスロット１の区間のみが繰り返される。

図１５は、プライオリティグループ毎のスロットの割り当て情報の更新処理の一例を示すシーケンス図である。親機の通信装置からは、子機Ａ〜Ｃとなる端末Ａ〜Ｃに対して一斉にビーコンにより割り当て情報が通知される。このビーコンフレームには、スロット割り当てテーブルが含まれている。そして、例えば端末Ｂから端末Ｃへデータフレームの送信があった場合、親機はこのデータフレームのヘッダ部をスヌーピングし、ヘッダ部内の送信元アドレスやプライオリティ情報などから子機が正しく送信しているかを確認する。図示例では、端末Ｂから端末Ｃへのデータ送信があったことを検出する。ここで、プライオリティグループＰＧ３のスロット１に割り当てた端末Ａからのデータフレームの検出が所定期間無い場合、親機は上記エイジング処理によってスロットの解放及びスロット割り当てテーブルの更新を行い、更新後の割り当て情報をビーコンにより端末Ａ〜Ｃに対して一斉に通知する。

このように、一旦プライオリティグループ毎に端末のデータストリームをスロットに割り当てた後、スロットが割り当てられた端末の中で所定期間送信が無いものがあるなど、トラフィック状況が変化した場合、動的にプライオリティグループ毎のスロットの割り当てを更新することができる。したがって、ネットワーク上に送信されるデータフレームのヘッダ部をスヌーピングすることによって、ネットワークのトラフィック状況を確認でき、そのときのトラフィック状況に応じて、ネットワークへの子機の端末の参入・離脱の管理、及び優先度の管理を行うことが可能になる。

ここで、子機の端末の新規参入時の処理について説明する。ネットワーク上で子機の通信装置が新規に参入して通信しようとする場合、基本的に、新規参入する通信装置は、ランダムバックオフ区間において、データフレームを送信する。ランダムバックオフ区間は、上述した例では、プライオリティグループＰＧ０がアクセス権を獲得した場合や、ＰＧＡ時間及びスロット調停区間において他の通信装置がデータフレームを送信しなかった場合に設けられる。このとき、親機の通信装置は、データフレームのヘッダ部内の送信元アドレス及びプライオリティ情報をスヌーピングし、新規に通信する端末の存在を認識する。そして、親機は、当該端末及びプライオリティ情報をプライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルに新規に割り当てて割り当て情報を更新し、更新後の割り当て情報をビーコンにより子機の端末に対して一斉に報知する。

次に、子機の端末の新規参入時の処理の応用例を説明する。図１６は、ネットワークに子機の端末を新規参入させる場合の処理例を示す図であり、（Ａ）は第１の参入処理方法を、（Ｂ）は第２の参入処理方法をそれぞれ示したものである。図１６（Ａ）に示す第１の参入処理方法では、ＰＧＡ時間とスロット調停区間との間に参入スロットを設け、この参入スロットにおいて一様乱数の確率で新規端末をアクセスさせる。また、図１６（Ｂ）に示す第２の参入処理方法では、スロット調停区間の中に参入用スロットであるスロット０を設け、このスロット０において一様乱数の確率で新規端末をアクセスさせる。一様乱数の確率でアクセスする場合、プライオリティによって決められた確率でアクセスするか、あるいは、各プライオリティグループに割り当てられた巡回スロット数の値に対応する確率でアクセスする等の方法を用いればよい。プライオリティを用いる場合、例えばプライオリティ７であれば新規参入する際に１／２の確率でデータフレームを送信することとする。巡回スロット数を用いる場合、例えばプライオリティグループＰＧ３の巡回スロット数が３であれば、新規参入する際に１／３の確率でデータフレームを送信することとする。

図１７は、親機の通信装置におけるスロットの割り当て情報更新処理に関する動作手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、比較的短い所定期間毎に実行される。親機の通信装置は、子機または自装置から送信されたデータフレームを検出したかどうかを判定する（ステップＳ３１）。この際、自装置のデータフレーム送信の前後も同様に判定する。データフレームを検出した場合、スロット割り当てテーブルを参照し、データフレームのヘッダ内の送信元情報と一致するものを探索する（ステップＳ３２）。送信元情報としては、送信元アドレス（送信元ＩＤ）、プライオリティ、スロットＩＤ（スロット番号）、デフォルトＰＧ値、キューＩＤ、などがあり、これらの情報はヘッダ内に存在している。

そして、データフレームの送信元アドレス及びプライオリティがスロット割り当てテーブルに登録済みであるかを判定する（ステップＳ３３）。ここで、既に登録済みの場合は、該当するプライオリティグループのスロット番号のタイムスタンプを更新し（ステップＳ３４）、スロット割り当てテーブルの更新無しとして（ステップＳ３５）、次のビーコンにスロット割り当てテーブルを格納する（ステップＳ３６）。各スロット番号のタイムスタンプには、プライオリティグループＰＧｎのスロット番号ｍが時刻ｘｘにアクセスしたというような時間情報を記録しておき、上述したスロット割り当てのエイジング処理に利用する。

一方、データフレームの送信元アドレス及びプライオリティがスロット割り当てテーブルに登録済みでない場合は、この送信元情報から該当するプライオリティグループを決定し（ステップＳ３７）、該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能かを判定する（ステップＳ３８）。例えばプライオリティ７の場合はプライオリティグループＰＧ３、プライオリティ３の場合はプライオリティグループＰＧ１のように決定し、該当プライオリティグループの巡回スロット数が最大値より小さいかによって割り当て可能かどうかを判断する。ここで、割り当て可能な場合は、該当プライオリティグループの空きスロットに割り当てた端末の送信元アドレス及びデータストリームのプライオリティを登録し（ステップＳ３９）、スロット割り当てテーブルを更新する（ステップＳ４０）。そして、ステップＳ３６に進んで次のビーコンに更新後のスロット割り当てテーブルを格納する。

また、ステップＳ３８で該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能でない場合、及び、ステップＳ３１でデータフレームを検出しなかった場合、各プライオリティグループの各スロット番号のタイムスタンプをチェックし（ステップＳ４１）、所定時間アクセスの無いスロットがあるかどうかを判定する（ステップＳ４２）。ここで、所定時間アクセス無しのスロットが無い場合、スロット割り当てテーブルの更新無しとして（ステップＳ４３）、ステップＳ３６に進んで次のビーコンにスロット割り当てテーブルを格納する。一方、所定時間アクセス無しのスロットがある場合、該当するスロット割り当てを解放し（ステップＳ４４）、ステップＳ４０に進んでスロット割り当てテーブルを更新する。このステップＳ４１〜Ｓ４４により、スロット割り当てのエイジング処理が実行される。そして、ステップＳ３６で次のビーコンに更新後のスロット割り当てテーブルを格納する。

なお、ステップＳ３８においてスロット割り当て可能かを判定する際、他のスロットを解放することで割り当て可能ならば、そのスロットを解放して登録するようにしてもよい。また、ステップＳ４４においてスロットを解放する際、完全に解放するのではなく、プライオリティグループを１段階下げて、その下位のプライオリティグループに空きスロットがあればそこに再登録するようにしてもよい。

このようなスロット割り当て情報更新処理により、データフレームの有無に基づき、プライオリティグループ毎のスロットへの割り当て、スロットの解放を親機によって動的に行い、スロットの割り当て情報を更新することが可能になる。更新したスロット割り当てテーブルは、ビーコンによって定期的に各子機の通信装置に送信される。なお、ビーコン以外の他の制御フレームによって子機に通知するようにしてもよい。

図１８は、プライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルの他の例を示す図である。図１８の例は、図９に示したスロット割り当てテーブルの変形例であり、図１８（Ａ）に示すようにＰＧＡ有無情報を格納する情報フィールドを追加して設けたものである。ＰＧＡによって上位のプライオリティグループのデータを優先する必要が無い場合は、ＰＧＡ有無情報＝０とする。例えば、図示例のようにスロット割り当てテーブルに登録されているデータストリームが全て同じプライオリティである場合や、登録されているスロット数の総数が少ない場合などに有効である。ＰＧＡ有無情報＝０である場合は、図１８（Ｂ）に示すように、ＰＧＡ時間を無くして直ちにスロット調停区間を開始する。これにより、アクセス制御に要する時間を短縮でき、データ伝送効率を向上できる。登録済みスロットが全て同じプライオリティでグループ分けの必要が無い場合は、無駄なＰＧＡ時間を省くことができる。

［トラフィック状況に応じたプライオリティグループ変更］
図１９は、トラフィック状況に応じたスロット割り当て情報の更新処理を説明する図である。上述したように、親機の通信装置は、ネットワーク上の通信装置間で伝送されるデータフレームをスヌーピングし、ネットワークのトラフィック状況を監視している。この際、例えば図１９（Ａ）に示すように、データフレームのヘッダ内に、キューに残っているパケット数など、該当の送信装置が未送信で蓄積している送信バッファ量情報を格納しておく。そして、親機の通信装置がデータフレームを検出して送信バッファ量情報を取得し、各装置に留保された送信データ量を把握する。

例えば、図１９（Ｂ）の左側に示すスロット割り当てテーブルの状態で、プライオリティグループＰＧ３の端末Ｂの送信データ量が少なく、プライオリティグループＰＧ２の端末Ｃの送信バッファに大量のデータが蓄積されている場合、図１９（Ｂ）の右側に示すようにスロット割り当てテーブルを更新し、端末Ｂと端末Ｃでプライオリティグループを入れ替える。この場合、元に設定された通信装置及びデータストリームのプライオリティに関わらず、トラフィック状況に応じてプライオリティグループを変更し、スロット割り当てテーブルを更新する。

トラフィック状況を把握するために使用可能な情報としては、送信バッファ量情報の他に、ＭＡＣレート、回線情報、優先依頼フラグなどがある。ＭＡＣレートは、各データストリームのヘッダ内のパケット長情報（バイト数、ビット数）を総和して単位時間当たりの伝送レートを算出したものである。回線情報は、各データストリームのヘッダ内のＦＬ（シンボル数）を総和して単位時間当たりのメディア占有率（通信媒体の占有率）を算出したものである。優先依頼フラグは、重要制御パケットとしてＤＨＣＰ、ＡＲＰ、ＩＧＭＰ、Ｍ−Ｓｅａｒｃｈ等がある場合に、プライオリティに関わらず親機に優先依頼をするためのヘッダ内に設けるフラグである。

このような更新処理により、優先度情報以外のヘッダ情報を使用してトラフィック状況を把握し、そのトラフィック状況に応じて、プライオリティグループ間を動的に上下移動するようなスロット割り当て情報の更新を行うことができる。

図２０は、スロット割り当てテーブルの更新によりプライオリティグループを移行させた例を示す図である。図示例では、プライオリティグループＰＧ１の巡回スロット数が７であり、７つのスロットが割り当てられている場合を示している。ここで、親機の通信装置は、トラフィック状況に応じてスロット割り当てテーブルを更新し、上位のプライオリティグループＰＧ２に３つのスロットを移行させて割り当て、プライオリティグループＰＧ１に４つのスロットを割り当てる。

このようなプライオリティグループの移行処理により、ユーザやネットワーク管理者が特に優先度情報を設定しなくても、トラフィック状況に応じて親機の通信装置がプライオリティグループのグループ分けを行うことができる。また、プライオリティグループ毎の巡回スロット数が多くならないように、バランス良く制御してプライオリティグループを割り当てることが可能である。なお、ネットワーク管理者などによって優先度情報が既に設定されている場合、設定された優先度情報とトラフィック状況との組み合わせによって、移行するプライオリティグループの上下範囲を決定するようにしてもよい。

図２１は、プライオリティグループの移行を行う場合のスロットの割り当て情報更新処理に関する動作手順を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、基本的にアイドル時など、所定期間毎に実行される。親機の通信装置は、子機または自装置から送信されたデータフレームを検出したかどうかを判定する（ステップＳ５１）。データフレームを検出した場合、スロット割り当てテーブルを参照し、データフレームのヘッダ内の送信元情報と一致するものを探索する（ステップＳ５２）。そして、データフレームの送信元アドレス及びプライオリティがスロット割り当てテーブルに登録済みであるかを判定し（ステップＳ５３）、既に登録済みの場合は、該当するプライオリティグループのスロット番号のタイムスタンプを更新する（ステップＳ５４）。

その後、データフレームのヘッダから送信バッファ量情報を取得し（ステップＳ５５）、送信バッファ量が所定値以上かどうかを判定する（ステップＳ５６）。ここで、所定値未満の場合は、スロット割り当てテーブルの更新無しとして（ステップＳ５７）、次のビーコンにスロット割り当てテーブルを格納する（ステップＳ５８）。一方、送信バッファ量が所定値以上の場合は、そのデータフレームのプライオリティグループを１つ上げて（ステップＳ５９）、該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能かを判定する（ステップＳ６０）。ここで、割り当て可能な場合は、該当プライオリティグループの空きスロットに割り当てた端末の送信元アドレス及びデータストリームのプライオリティを登録し（ステップＳ６１）、スロット割り当てテーブルを更新する（ステップＳ６２）。そして、ステップＳ５８に進んで次のビーコンに更新後のスロット割り当てテーブルを格納する。また、ステップＳ６０で該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能でない場合、ステップＳ５７に進んでスロット割り当てテーブルの更新無しとし、ステップＳ５８で次のビーコンにスロット割り当てテーブルを格納する。

一方、ステップＳ５３でデータフレームの送信元アドレス及びプライオリティがスロット割り当てテーブルに登録済みでない場合は、この送信元情報から該当するプライオリティグループを決定し（ステップＳ６３）、該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能かを判定する（ステップＳ６４）。ここで、割り当て可能な場合は、ステップＳ６１に進んで該当プライオリティグループの空きスロットに割り当てた端末の送信元アドレス及びデータストリームのプライオリティを登録し、ステップＳ６２でスロット割り当てテーブルを更新する。そして、ステップＳ５８で次のビーコンに更新後のスロット割り当てテーブルを格納する。

また、ステップＳ６４で該当プライオリティグループのスロットに割り当て可能でない場合、及び、ステップＳ５１でデータフレームを検出しなかった場合、図１７に示したステップＳ４１〜Ｓ４４と同様にして、スロット割り当てのエイジング処理を行う（ステップＳ６５）。

なお、ステップＳ５６において送信バッファ量を判定する際、所定値はプライオリティグループ毎に異なる値を設定してもよい。また、送信バッファ量が所定値以下であるかを判定し、所定値以下の場合にプライオリティグループを１つ下げるようにしてもよい。また、プライオリティグループの更新は、フレーム送受信毎に行うのでなく、割り当てた各スロットに対応するデータフレームのキューの送信バッファ量を集計し、単位時間当たりの送信バッファ量を求めて、周期的に各スロットの送信バッファ量を比較して実行するようにしてもよい。

［スロット巡回の応用例（バリエーション）］
以下に、スロット調停区間におけるスロット巡回の応用例をいくつか示す。図２２は、スロット巡回方式の第１例のアクセスタイミングを示す図である。第１例（第１のスロット巡回方式）は、スロット調停区間において、現在のプライオリティグループに割り当てられた巡回スロット数分のスロット巡回を１回とし、ｎ周スロット巡回するまでは次のＰＧＡを行わないようにしたものである。図２２では、プライオリティグループＰＧ１の巡回スロット数＝５、プライオリティグループＰＧ２の巡回スロット数＝３、プライオリティグループＰＧ０はスロット調停を行わずにランダムバックオフ区間とし、ｎ＝１の場合を示したものである。

この場合、各プライオリティグループのスロット調停区間では少なくとも一周のスロット巡回が行われる。ここで、次のＰＧＡを発動するまでのスロット巡回周回数ｎは、スロット割り当てテーブルに記憶しておく。なお、プライオリティグループ毎に異なるスロット巡回周回数ｎを設定してもよい。第１例によれば、一度のＰＧＡにより決定したプライオリティグループのデータフレームをスロット調停区間において各端末が一通り送信可能となる。ただし、各プライオリティグループに割り当てられたスロット数が多い場合で、これに対して端末からのデータフレームの送信があまり無い場合は、帯域に無駄が生じることがある。例えば、優先度の低いプライオリティグループで多くのスロット巡回を行っている最中に、優先度の高いプライオリティグループで送信すべきデータフレームが発生した場合に、そのデータフレームの送信までに時間がかかることがある。

図２３は、スロット巡回方式の第２例のアクセスタイミングを示す図である。第２例（第２のスロット巡回方式）は、スロット調停区間においてデータフレームの送信が終了するごとに、次のＰＧＡを行うようにしたものである。図２３では、図２２と同様にプライオリティグループＰＧ１の巡回スロット数＝５、プライオリティグループＰＧ２の巡回スロット数＝３としているが、ＰＧＡ後のスロット調停区間でデータフレームが送信されると、送信終了後に次のＰＧＡが発動される。この場合、各端末はプライオリティグループ毎に前回送信終了したスロット番号を記憶し、次のＰＧＡでアクセス権を獲得したプライオリティグループにおいて、記憶したスロット番号の次から引き続きカウントを開始する。

図２４は、スロット番号の記憶方法の例を示す図である。例えば、図２４（Ａ）に示すように、各端末においてスロット番号テーブルを設けるようにする。この場合、各端末はスロット調停区間でスロット巡回が始まるとスロット番号をカウントし、データフレームが送信されアクセスのあったスロット番号を記憶する。データフレームのヘッダにはスロット番号に対応するスロットＩＤが含まれており、各端末は受信時にこのスロットＩＤを取得し、スロット番号またはスロットＩＤの値をスロット番号テーブルに記憶する。そして、データフレームを受信してアクセスを検出するたびに、プライオリティグループ毎のスロット番号テーブルを更新する。そして、ＰＧＡによってアクセス権を取得したプライオリティグループが切り替わった場合、前回記憶した当該プライオリティグループのスロット番号からスロット巡回を開始する。なお、各端末はビーコンを受信する毎にスロット番号テーブルクリアする。

図２４（Ｂ）はスロット番号の記憶方法の応用例を示したものであり、図２４（Ａ）のようなプライオリティグループ毎のスロット番号テーブルをフレームヘッダに格納するようにしたものである。この場合、他装置のアクセス検出に失敗した端末がある場合でも、検出に成功した端末がスロット番号の情報をデータフレームにより他の端末に伝達することができる。これにより、端末間でスロット番号の不一致が生じることを防止でき、スロット調停時の衝突を回避できる。

この第２例では、頻繁に優先度の高いプライオリティグループのデータフレームの送信機会がある場合に、ＰＧＡによってプライオリティグループの優先度に応じた適切な調停が可能である。ただし、この場合、データフレームの送信終了ごとにＰＧＡ時間が挿入されるため、ＰＧＡの必要が無い場合に帯域に無駄が生じることがある。例えば、１つのプライオリティグループのみにスロットの割り当てがあり、他のプライオリティグループにはスロット割り当てが無い場合、データフレームの送信終了ごとに不要なＰＧＡ時間が設けられることになる。

図２５は、スロット巡回方式の第３例のアクセスタイミングを示す図である。第３例は、上述した第１例と第２例を組み合わせて、プライオリティグループ毎に第１例または第２例を選択的に用いるようにしたものである。例えば、図示例のように優先度の高いプライオリティグループＰＧ３は第１例を適用し、優先度の低いプライオリティグループＰＧ１は第２例を適用する。図２５では、プライオリティグループＰＧ３は巡回スロット数＝３、プライオリティグループＰＧ１は巡回スロット数＝６としている。プライオリティグループＰＧ３がＰＧＡでアクセス権を獲得した場合は、スロット調停区間でｎ周スロット巡回を行った後、次のＰＧＡが実行される。ここでは簡単のためｎ＝１とする。プライオリティグループＰＧ１がＰＧＡでアクセス権を獲得した場合は、いずれかの端末からデータフレームが送信される毎に、データフレーム送信終了後に次のＰＧＡが実行される。

図２５において、１番目のＰＧＡにおいてプライオリティグループＰＧ１にアクセス権が決定した後、スロット調停が行われ、スロット番号３でデータフレームが送信されたとする。この場合はデータフレーム送信後にＰＧＡが実行される。そして、２番目のＰＧＡにおいてプライオリティグループＰＧ３にアクセス権が決定した後、スロット調停が行われ、スロット番号１でデータフレームが送信されたとする。この場合は、スロット番号３まで１周分のスロット巡回が行われた後に次のＰＧＡが実行される。次に、３番目のＰＧＡにおいてプライオリティグループＰＧ１にアクセス権が決定した場合は、スロット調停区間において、スロット番号４からスロット巡回が開始される。そして、スロット番号５でデータフレームが送信されると、データフレーム送信後にＰＧＡが実行される。次に、４番目のＰＧＡにおいてプライオリティグループＰＧ１にアクセス権が決定した場合は、スロット調停区間において、スロット番号６からスロット巡回が開始される。そして、スロット番号６でデータフレームが送信されると、データフレーム送信後にＰＧＡが実行される。その後、５番目のＰＧＡにおいてプライオリティグループＰＧ１にアクセス権が決定した場合は、プライオリティグループＰＧ１のスロット巡回が１周巡回したので、またスロット番号１からスロット巡回を開始する。

図２６は、第３例のスロット巡回方式に対応するスロット割り当てテーブルの例を示す図である。第３例では、上記第１例の方式と第２例の方式のいずれを適用するかを示すスロット巡回方式情報を、プライオリティグループ毎に設定して格納しておく。例えば、スロット巡回方式情報が０であれば第１例の方式、１であれば第２例の方式が選択されたことを示すものとする。また、スロット巡回方式情報には、第１例の方式の場合に何周巡回するかを示すスロット巡回周回数ｎの値を含めるようにしてもよい。

この第３例の場合、プライオリティグループＰＧ３では、１回のＰＧＡでアクセス権を獲得すると、各端末が１通り送信機会がある上に、プライオリティグループＰＧ１がアクセス権を得た後でも、すぐに送信可能な機会がある。このため、例えばＶｏＩＰなどのような優先度の高いデータについては、上記のようにプライオリティグループＰＧ３に割り当てて第１例の方式を適用することで、ネットワークが他のジャミングデータで混み合っている場合でも直ちにデータ送信を行うことが可能になる。ＶｏＩＰの場合は、双方向で通信され、１つのデータ送信に対して逆方向のデータ送信が必ず行われるため、同じプライオリティグループのデータフレームが発生する可能性が高い。そこで、プライオリティグループ毎に適切なアクセス制御を行うことで、遅延の発生を防止できる。

［スロット巡回の変形例］
図２７は、スロット巡回方式の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１変形例に係るアクセスタイミングを、（Ｂ）は第２変形例に係るスロット割り当てテーブルの更新処理をそれぞれ示したものである。図２７に示す変形例は、上述した第３例のスロット巡回方法の一部変更したものである。上記第１例、あるいは上記第１例と第２例とを混在させた第３例において、ＰＧＡの後にｎ周分スロット巡回を行う際、スロット番号１からスロット巡回を開始すると、若いスロット番号に割り当てられたデータフレームが常に有利になる。そこで、大きいスロット番号に割り当てられたデータフレームの遅延を回避するための方法を変形例として以下に示す。

図２７（Ａ）の第１変形例は、スロット巡回時のスロット番号の開始を定期的にシフトさせるようにしたものである。図示例では、プライオリティグループＰＧ２の巡回スロット数＝５とし、プライオリティグループＰＧ２がアクセス権を獲得した場合に１周分のスロット巡回を行う毎に、開始するスロット番号を１ずつ増分してシフトしている。

図２７（Ｂ）の第２変形例は、プライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルにおいて、各端末及びデータに割り当てるスロット番号を所定期間ごとにシフトさせて更新するようにしたものである。図示例では、プライオリティグループＰＧ２のスロット番号１〜３に割り当てられた端末Ａ〜Ｃについて、所定期間ごとにスロット番号を変更し、更新後のスロット割り当てテーブルをビーコン等によって各端末に通知する。この第２変形例では、各端末が図２４（Ａ）に示したようなスロット番号テーブルを備えてスロット番号をシフトさせる等の複雑な制御をする必要がなく、親機のスロット割り当てテーブル更新処理によって容易に実現できる。

また、スロット調停区間でｎ周のスロット巡回を行う際に、トラフィック状況に応じてスロット巡回周回数ｎの値を変化させることも可能である。例えば、プライオリティグループＰＧ３の各スロットに割り当てられている各端末の送信バッファ量の合計が所定値よりも大きい場合、プライオリティグループＰＧ３のスロット巡回周回数をｎ＝ｎ＋１として１周増やしてもよい。反対に、プライオリティグループＰＧ３の各スロットに割り当てられている各端末の送信バッファ量の合計が所定値よりも小さく、プライオリティグループＰＧ２の各スロットに割り当てられている各端末の送信バッファ量の合計が所定値よりも大きい場合、プライオリティグループＰＧ３のスロット巡回周回数をｎ＝ｎ−１として１周減らし、プライオリティグループＰＧ２のスロット巡回周回数をｎ＝ｎ＋１として１周増やしてもよい。あるいは、上述したメディア占有率を所定値と比較して、各プライオリティグループのスロット巡回周回数ｎを増減させてもよい。この際、各プライオリティグループのスロット巡回周回数ｎは、図２６に示したスロット割り当てテーブルのスロット巡回方式情報と共に格納する。このようにトラフィック状況に応じてスロット巡回周回数を増減することで、データ伝送効率を高めることができる。

本実施形態では、ＰＧＡとスロット調停とを組み合わせて用い、ＰＧＡによるプライオリティグループ単位での調停と、スロット調停によるスロット割り当てに従った調停とを行うことで、ＰＧＡとスロット調停をそれぞれ単独に用いた場合の課題を解決することができる。すなわち、割り当てスロット数が増大した場合の無駄な帯域の浪費を無くし、パフォーマンスの低下を抑制できるとともに、同じプライオリティグループ同士の衝突を回避でき、衝突によるパフォーマンスの低下を抑制できる。

また、送信すべきデータストリームの優先度に応じたプライオリティグループ毎に、適切なアクセス制御を行いながら、ネットワークのトラフィック状況に応じて動的にスロット割り当て情報を更新し、プライオリティグループの変更等を行うことで、より現在の状況に即したアクセス制御が可能になる。この際、トラフィック状況に応じたプライオリティグループの設定や、プライオリティグループ毎の割り当てスロット数の調整、スロット調停におけるスロット巡回周回数の変更など、バランス良く制御を行うことができる。これによって、状況に合わせたデータ伝送が可能であり、ネットワーク全体のパフォーマンスを向上できる。また、プライオリティグループ毎に好適なスロット調停時のスロット巡回方法を選択することで、アクセス制御にかかる帯域の無駄を無くし、優先度の高いデータの遅延を防止するとともに、データ伝送効率を高めることができる。また、スロット調停においてスロット巡回を開始するスロット番号をシフトさせることで、各データの送信機会の不均衡を無くし、遅延の発生を抑制できる。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、通信装置やデータストリームの数が増大しても比較的短時間でアクセス競合の調停を実行でき、帯域の浪費を防止してパフォーマンス低下を抑制する効果、優先制御を行う際に、同じ優先度を持つ通信装置同士の衝突を回避する効果、特定の通信装置やデータにアクセス権が偏ることを防止し、通信量等のトラフィック状況に応じた適切なアクセス制御を実行可能とする効果を有し、通信帯域を共有する複数の通信装置間で通信を行う通信方法及び通信装置等として有用である。

本発明の通信方法及び通信装置を実現する電力線通信システムの一例の概略構成を示す図 ＰＬＣモデムの外観を示す図 ＰＬＣモデムのハードウェアの一例を示すブロック図 ＰＬＣ・ＰＨＹブロックによって実現されるデジタル信号処理の一例を説明するための機能ブロック図 本実施形態の電力線通信システムにおけるデータ送信タイミングの一例を示す図 本実施形態のアクセス制御方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図 ＰＧＡ時間に出力されるプライオリティグループ毎の調停用信号の一例を示す図 本実施形態における各通信装置のプライオリティグループ及びスロットの割り当て手順を示す図 プライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルの一例を示す図 本実施形態の通信装置における送信バッファの構成を示す図 本実施形態におけるプライオリティグループ毎のアクセスタイミングの一例を示す図 本実施形態のアクセス制御方式による各通信装置の動作手順を示すフローチャート いずれかのプライオリティグループにスロットが割り当てられていない場合の処理を示す図 プライオリティグループ毎のスロットの割り当て情報の更新処理の一例を示す図 プライオリティグループ毎のスロットの割り当て情報の更新処理の一例を示すシーケンス図 ネットワークに子機の端末を新規参入させる場合の処理例を示す図 親機の通信装置におけるスロットの割り当て情報更新処理に関する動作手順を示すフローチャート プライオリティグループ毎のスロット割り当てテーブルの他の例を示す図 トラフィック状況に応じたスロット割り当て情報の更新処理を説明する図 スロット割り当てテーブルの更新によりプライオリティグループを移行させた例を示す図 プライオリティグループの移行を行う場合のスロットの割り当て情報更新処理に関する動作手順を示すフローチャート スロット巡回方式の第１例のアクセスタイミングを示す図 スロット巡回方式の第２例のアクセスタイミングを示す図 スロット番号の記憶方法の例を示す図 スロット巡回方式の第３例のアクセスタイミングを示す図 第３例のスロット巡回方式に対応するスロット割り当てテーブルの例を示す図 スロット巡回方式の変形例を示す図 ＰＲＳ方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図 ＰＲＳ時間に出力されるプライオリティグループ毎の調停用信号の一例を示す図 ＰＲＳ方式による複数のプライオリティグループのアクセスタイミングの一例を示す図 スロット割り当て方式によりデータを送信する場合のアクセスタイミングの一例を示す図 スロット割り当て方式において多数のスロット番号を設定した場合の課題を説明する図

符号の説明

１００ ＰＬＣモデム
１００Ｍ ＰＬＣモデム（親機）
１００Ｔ ＰＬＣモデム（子機）
１００Ｔ１〜−Ｔ４、１００Ｔａ〜Ｔｃ ＰＬＣモデム（子機）
１０１ 筐体
１０２ 電源コネクタ
１０３ モジュラージャック
１０４ 切換えスイッチ
１０５ 表示部
２００ 回路モジュール
２１０ メインＩＣ
２１１ ＣＰＵ
２１２ ＰＬＣ・ＭＡＣブロック
２１３ ＰＬＣ・ＰＨＹブロック
２２０ ＡＦＥ・ＩＣ
２２１ ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
２２２ ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
２２３ 可変増幅器（ＶＧＡ）
２３０ イーサネットＰＨＹ・ＩＣ
２５１ ローパスフィルタ
２５２ ドライバＩＣ
２６０ バンドパスフィルタ
２７０ カプラ
２７１ コイルトランス
２７２ａ、２７２ｂ カップリング用コンデンサ
３００ スイッチング電源
４００ 電源プラグ
５００ コンセント
６００ 電源ケーブル
９００ 電力線
１０ 変換制御部
１１ シンボルマッパ
１２ シリアル−パラレル変換器
１３ 逆ウェーブレット変換器
１４ ウェーブレット変換器
１５ パラレル−シリアル変換器
１６ デマッパ
３１１ ＭＡＣ部
３１２ 送信バッファ
３１３ ＰＨＹ部
３２１、３２２、３２３ キュー

Claims (29)

1. 複数のプライオリティグループ間で通信帯域を共有して通信を行う通信方法であって、
   複数のプライオリティグループのうちの１つに属する通信装置が第１の期間において通知信号を送信することにより、前記第１の期間後の第２の期間で送信可能なプライオリティグループを調停する第１のステップと、
   前記第２の期間において、前記調停に基づいて送信可能なプライオリティグループに属する通信装置が、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記第２の期間の特定タイミングでデータを送信する第２のステップと、を備え、
   前記特定タイミングの数はプライオリティグループごとに任意に設定される通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法であって、
   前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況に基づいて、当該通信媒体に接続されたいずれかの装置の制御部が、前記第１の期間の通知信号を変更する第３のステップ
   を有する通信方法。
3. 請求項２に記載の通信方法であって、
   前記第３のステップにおいて、前記通信媒体上のトラフィック状況として用いる前記第２の期間でデータ送信した通信装置を含む通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量と、データの種類により予め決められている優先順位とに従って、前記第１の期間の通知信号を変更する通信方法。
4. 請求項１または２に記載の通信方法であって、
   前記第１の期間の通知信号は、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記プライオリティグループを通知する情報を含み、
   前記第１のステップにおいて前記第１の期間で通知信号を送信した通信装置のうち、優先度の高いプライオリティグループの通信装置が、後続する前記第２の期間において送信可能となる通信方法。
5. 請求項１または２に記載の通信方法であって、
   前記第２の期間の特定タイミングとして、前記第２の期間を区分するスロットを用い、各スロットに付与したスロットＩＤに対応させて前記プライオリティグループ毎にデータまたは通信装置を割り当てるものとし、
   前記第２のステップにおいて、前記第２の期間で送信可能な通信装置が、前記第２の期間中に先に送信された他の信号を検出しない場合に、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられたスロットＩＤのタイミングでデータを送信する通信方法。
6. 請求項１または２に記載の通信方法であって、
   前記第２の期間において送信可能な通信装置からデータの送信が無かった場合に、この第２の期間に後続する第３の期間において、いずれかの通信装置が、任意のタイミングで先に送信された他の信号を検出しない場合にデータを送信する第４のステップを有する通信方法。
7. 請求項５に記載の通信方法であって、
   前記複数の通信装置のうちのいずれかの通信装置の制御部が、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを行い、このスロット割り当て情報を所定間隔で送信する報知フレームにより各通信装置へ報知するステップを有する通信方法。
8. 請求項７に記載の通信方法であって、
   前記複数の通信装置のうちのいずれかの通信装置が、自装置を含む全通信装置の送信信号を検出し、この信号検出に基づく通信媒体上のトラフィック状況に応じて、前記制御部が前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを変更し、更新したスロット割り当て情報を報知する通信方法。
9. 請求項８に記載の通信方法であって、
   前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値以上の場合に、前記制御部が該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が高いものに移行させる通信方法。
10. 請求項８に記載の通信方法であって、
    前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値未満の場合に、前記制御部が該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が低いものに移行させる通信方法。
11. 請求項８に記載の通信方法であって、
    前記通信媒体上のトラフィック状況として、前記第１の期間及び前記第２の期間における送信データの有無を用い、前記プライオリティグループ毎のスロットに割り当てられたデータ及び通信装置に関して、所定期間送信データが検出されなかった場合に、前記制御部が該当するスロットを解放する通信方法。
12. 請求項７に記載の通信方法であって、
    前記プライオリティグループ毎のスロットへの割り当てがなされていない送信データを検出した場合に、前記制御部がデータの送信元情報に基づいてプライオリティグループを決定し、該当するプライオリティグループに割り当て可能な場合に、そのプライオリティグループの空きスロットにデータ及び通信装置を割り当てる通信方法。
13. 請求項７に記載の通信方法であって、
    前記スロット割り当て情報において、前記プライオリティグループによる調停を行う前記第１の期間の有無を示すＰＧＡ有無情報を設け、
    前記ＰＧＡ有無情報がＰＧＡ無しの情報である場合に、各通信装置が前記第１の期間を設けず直ちに前記第２の期間としてスロット割り当てによる調停を行う通信方法。
14. 請求項７に記載の通信方法であって、
    前記第２の期間において、前記スロット割り当て情報に割り当てられた前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤがｎ周巡回した後に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第１のスロット巡回方式を用いる通信方法。
15. 請求項１４に記載の通信方法であって、
    前記第２の期間において前記スロットＩＤを巡回させるスロット巡回周回数ｎを、前記制御部が前記通信媒体上のトラフィック状況に基づいて変更する通信方法。
16. 請求項７に記載の通信方法であって、
    前記第２の期間において、いずれかの通信装置からのデータの送信が終了する度に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第２のスロット巡回方式を用いる通信方法。
17. 請求項７に記載の通信方法であって、
    前記第２の期間において、前記スロット割り当て情報に割り当てられた前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤがｎ周巡回した後に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第１のスロット巡回方式と、いずれかの通信装置からのデータの送信が終了する度に、前記第１の期間として次の前記プライオリティグループによる調停を行う第２のスロット巡回方式とを用い、前記プライオリティグループによって前記第１または前記第２のいずれかのスロット巡回方式を設定する通信方法。
18. 請求項５に記載の通信方法であって、
    前記第２の期間において、前記プライオリティグループ毎のスロットＩＤを記憶し、次回の第２の期間では、送信可能なプライオリティグループについて、巡回を開始するスロットＩＤを前回と異なるものに変更する通信方法。
19. 複数のプライオリティグループ間で通信帯域を共有する通信システムにおける通信装置であって、
    第１の期間において通知信号を送信することにより、前記第１の期間後の第２の期間で送信可能なプライオリティグループを調停する調停情報通知部と、
    前記第２の期間において、前記調停に基づいて自装置が送信可能なプライオリティグループに属する場合、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記第２の期間の特定タイミングでデータを送信するデータ送信部とを備え、
    前記特定タイミングの数はプライオリティグループごとに任意に設定される通信装置。
20. 請求項１９に記載の通信装置であって、
    前記第１の期間の通知信号として、前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況と、データの種類により予め決められている優先順位とに基づいて設定された信号を用いる通信装置。
21. 請求項１９または２０に記載の通信装置であって、
    前記調停情報通知部は、前記第１の期間の通知信号として、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられた前記プライオリティグループを含む情報を通知し、
    前記第１の期間で通知信号を送信した通信装置のうち、自装置が最も優先度の高いプライオリティグループである場合、後続する前記第２の期間において送信可能となる通信装置。
22. 請求項１９または２０に記載の通信装置であって、
    前記第２の期間の特定タイミングとして、前記第２の期間を区分するスロットを用い、各スロットに付与したスロットＩＤに対応させて前記プライオリティグループ毎にデータまたは通信装置が割り当てられており、
    前記データ送信部は、前記第２の期間中に先に送信された他の信号を検出しない場合に、自装置の送信データまたは自装置自体に割り当てられたスロットＩＤのタイミングでデータを送信する通信装置。
23. 請求項１９または２０に記載の通信装置であって、
    前記データ送信部は、自装置が前記第２の期間において送信可能ではなく、前記第２の期間において他の通信装置からデータの送信が無かった場合に、この第２の期間に後続する第３の期間において、任意のタイミングで先に送信された他の信号を検出しない場合にデータを送信する通信装置。
24. 請求項２２に記載の通信装置であって、
    前記第２の期間で送信されたデータを含む通信媒体上のトラフィック状況に基づいて、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを行い、このスロット割り当て情報を所定間隔で送信する報知フレームにより他の通信装置へ報知する制御部を備える通信装置。
25. 請求項２４に記載の通信装置であって、
    前記制御部は、自装置を含む全通信装置の送信信号を検出し、この信号検出に基づく通信媒体上のトラフィック状況に応じて、前記プライオリティグループ毎のスロットへのデータ及び通信装置の割り当てを変更し、更新したスロット割り当て情報を他の通信装置へ報知する通信装置。
26. 請求項２５に記載の通信装置であって、
    前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値以上の場合に、該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が高いものに移行させる通信装置。
27. 請求項２５に記載の通信方法であって、
    前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、通信装置の送信バッファに蓄積されているデータ量を用い、このデータ量が所定値未満の場合に、該当するデータ及び通信装置のプライオリティグループの割り当てを優先度が低いものに移行させる通信装置。
28. 請求項２５に記載の通信方法であって、
    前記制御部は、前記通信媒体上のトラフィック状況として、前記第１の期間及び前記第２の期間における送信データの有無を用い、前記プライオリティグループ毎のスロットに割り当てたデータ及び通信装置に関して、所定期間送信データが検出されなかった場合に、該当するスロットを解放する通信装置。
29. 請求項２４に記載の通信方法であって、
    前記制御部は、前記プライオリティグループ毎のスロットへの割り当てがなされていない送信データを検出した場合に、データの送信元情報に基づいてプライオリティグループを決定し、該当するプライオリティグループに割り当て可能な場合に、そのプライオリティグループの空きスロットにデータ及び通信装置を割り当てる通信装置。

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