JP6643848B2 - 通信装置、通信方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信方法、およびプログラムに関する。

IEEE802.11に代表される無線LANシステムが広く利用されるようになっている。無線LANでは、アクセスポイント（以後、AP）と呼ばれる基地局によってネットワークが制御される。このAPと、APの電波到達範囲内に存在し、無線接続状態であるステーション（STA）とによって無線ネットワークが構成される。近年、このような従来型のAPとSTAによる単純な無線ネットワーク構成だけでなく、さまざまな無線LANネットワーク形態の製品および仕様規格が登場している。

特許文献１には、省電力で通信装置や該通信装置が提供するサービスなどを検出するための通信の規格として、Wi-Fi Allianceによって規定されるNeighbor Awareness Network(NAN)が記載されている。NANでは、NANを構成する各通信装置（以後、NANデバイス）が情報交換する期間を同期する。これにより、無線RFを有効にする時間を短くすることができ、省電力を実現することができる。NANでは、この同期のための期間を、Discovery Window(DW)と呼ぶ。また、所定の同期期間が共有されたNANデバイスの集合を、NANクラスタと呼ぶ。

NANデバイスは、NANクラスタ内で、Master、Non-Master Sync、Non-Master Non-Syncという役割のいずれかを担うことができる。Masterの役割を有する端末は、DW期間に、同じNANクラスタの各NANデバイスが同期をとれるようにするための信号であるSync Beaconを送信する。そして、NANクラスタ内の各NANデバイスは、同期を取った上で、DW期間に、サービスを探すための信号であるPublishメッセージや、サービスを提供していることを通知するための信号であるSubscribeメッセージを互いに送受信しあう。更に、各NANデバイスは、DW期間ではサービスに関する追加情報を交換するためのFollow-upメッセージをやりとりすることができる。Publish、Subscribe、Follow-upメッセージといったメッセージのフレーム構成はNAN規格で定義されており、Service Discovery Frame (SDF)と呼ばれる。SDFは、対象となるサービスを特定するための識別子であるService IDが含まれる。NANデバイスがお互いにSDFをやりとりすることで、サービスの検出を行うことができる。

米国特許出願公開第2014/302787号公報

NANデバイスは、NANクラスタ内で、サービスの検出を行うことができる。しかし、NANデバイスは、サービスを検出した後に実際にそのサービスを実施するためのアプリケーションの通信をする場合には、無線接続を別途確立する必要がある。サービスを実施するための通信は、NANクラスタとは別のネットワーク、すなわちInfraネットワーク、IBSS、Wi-Fi Directなどの、NANとは別のネットワークで行われる。NANデバイスは、新たなネットワークを確立して、アプリケーションによる通信をすることができるようになる。しかしながら、従来では、NANクラスタにおいて既に同期が確立している装置同士であるにも関わらず、別途新たなネットワークで通信するための同期を確立していたため、速やかにサービスを実行するための通信を開始することができない問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所望のサービスを実行可能な他の通信装置と、サービスを実行するための通信を速やかに開始することを目的とする。

上記目的を達成するための一手段として、本発明の通信装置は以下の構成を有する。すなわち、通信装置であって、所定の周期で繰り返し開始される期間であって、前記通信装置を含む複数の装置でビーコンを送信または受信する所定の期間において、サービス情報を他の通信装置と通信する第１の通信手段と、前記サービス情報が示すサービスを実行する際の通信に用いるアドレスに関する情報と、チャネルに関する情報と、前記所定の周期に基づく通信期間に関する情報とを含む所定のデータリンク確立信号を、前記所定の期間において前記他の通信装置と通信する第２の通信手段と、前記所定のデータリンク確立信号に含まれる前記アドレスに関する情報を用いて、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を、前記チャネルに関する情報に基づいて設定されたチャネルにおいて、前記通信期間に関する情報に基づくタイミングで前記他の通信装置と行う第３の通信手段と、を有する。

所望のサービスを実行可能な他の通信装置と、サービスを実行するための通信を速やかに開始すること
が可能となる。

実施形態における無線ネットワーク構成を示す図。 実施形態におけるNANデバイスの機能構成を示す図。 実施形態におけるNANデバイスのハードウェア構成を示す図。 実施形態におけるデータリンク確立要求処理のフローチャート。 実施形態におけるデータリンク確立の待受処理のフローチャート。 実施形態におけるデータリンク通信処理のフローチャート。 実施形態おけるシーケンス図。 実施形態におけるDW期間とDLW期間との関係を示す模式図。 実施形態におけるSDFの構成図。 実施形態におけるデータフレームの構成図。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜実施形態1＞
図1に、本実施形態におけるネットワーク構成例を示す。以下では、Neighbor Awareness Networking(NAN)規格に準拠した無線LANシステムを用いた例について説明する。NANでは、サービス情報をDiscovery Window（以降、DWと称す）と呼ばれる期間に通信する。DWは、NANを実行する複数のデバイスが、convergeする時間およびチャネルである。また、DWのスケジュールを共有している端末の集合をNANクラスタと呼ぶ。なお、DWは、一定周期毎に発生する。

NANクラスタに属する各端末は、Master、Non-Master Sync及びNon-Master Non-Syncのうちの何れかの役割で動作する。Masterとして動作する端末は、各端末がDWを識別し、同期するためのビーコンであるSynchoronization Beacon（以降、Sync Beaconと称す）を送信する。また、Masterとして動作する端末は、NANクラスタに属していない端末に当該NANクラスタを認識させるための信号であるDiscovery Beaconを送信する。Discovery Beaconは、例えば100msごとに、DWの期間外で送信される。なお、各NANクラスタにおいて、少なくとも１台の端末は、Masterとして動作する。

Non-Master Syncとして動作する端末は、Sync Beaconを送信するが、Discovery Beaconは送信しない。Non-Master Non-Syncとして動作する端末は、Sync BeaconもDiscovery Beaconも送信しない。

NANクラスタに参加する端末は、Sync Beaconに従って、所定周期毎のDW期間に同期し、DW期間においてサービス情報を通信する。

各端末は、DW期間にサービスを検出または要求するための信号であるSubscribe信号や、サービスを提供していることを通知するための信号であるPublish信号を互いに通信する。更に、各端末は、DW期間にサービスに関する追加情報を交換するためのFollow-up信号をやりとりすることができる。なお、Publish、Subscribe、Follow-upといった信号を、総称してService Discovery Frame（SDF）と呼ぶ。各端末は、SDFをやりとりすることで、サービスの広告または検出を行うことができる。

また、同一のNANクラスタに参加している。NANクラスタに参加している各端末は、2.4GHzの周波数帯域の6ch(2.437GHz)で通信する。NANクラスタにおいて、512TU(Time Unit、1TUは1024μ秒)毎に16TUのDWが設けられる。即ち、NANクラスタにおいて、512TUごとに繰り返し、16TUのDWが設けられる。NANクラスタに参加する各端末は、DWにおいて送受信されるSync Beaconにより、DWのスケジュールを同期する。各DW期間にNANクラスタに属する各端末は、SDFにより、サービス情報を通信する。

また、NANでは、サービスまたはアプリケーションの検出を行い、当該サービスまたはアプリケーションを実行するための無線接続を確立することをPostNANと呼ぶ。PostNANでは、NANクラスタとは別のネットワーク、すなわちInfraネットワーク、IBSS、Wi-Fi Directなどの、NANとは別のネットワークである。NANデバイスは、新たなネットワークを確立して、アプリケーションによる通信をすることができるようになる。

NANデバイス101、102、103は、NAN規格に則った無線通信を行う無線通信装置である。なお、NANデバイス101、102、103は、NANに参加可能で、アプリケーションによる通信を行うことが可能であれば、どのような装置であってもよい。NANデバイス101、102、103は、NAN規格に基づいて、周囲の通信装置およびそれらが提供するサービスを発見、提供することができる。図1において、NANデバイス101、102、103は、NANクラスタ104に参加している。NANデバイス101、103はNon-Master SyncとしてNANクラスタ104に参加しており、NANデバイス102はMaster、AnchorMasterとしてNANクラスタ104に参加している。本実施形態では、NANデバイス101は、所定のサービスを探しているSubscriberである。また、NANデバイス103は、NANデバイス101が探している所定のサービスを提供可能なPublisherである。

NANクラスタ104は、NANデバイス101、102、103が参加しているネットワークである。本実施形態において、NANクラスタ104に参加しているNANデバイスは、6chでネットワークを構築している。NANクラスタ104のネットワーク内で、Discovery Window(DW)は、16TU(Time Unit)であり、また、DWの先頭から次のDWの先頭までは、512TUの間隔がある。なお、NANの無線チャネルとDWの構成は、これらに限定されない。

図2は、NANデバイス101の機能構成を示す図である。なお、NANデバイス102、103の機能構成は、NANデバイス101と同様である。無線LAN制御部201は、他の無線LAN装置との間で無線信号の送受信を行うための制御を行う。また、無線LAN制御部201は、IEEE802.11に則った無線LAN制御を行う。NAN制御部202は、NAN規格に則った制御を行う。NAN Data Link確立制御部203は、NAN制御部202を制御して、他のNANデバイスとアプリケーションによる通信をするためのデータリンク層を確立するための制御を行う。NAN Data Link確立制御部203の処理により、データリンク層が確立されると、NANデバイス101は、アプリケーションによるデータ通信を行うことが可能となる。本実施形態では、一例として、データリンクが確立した後、NANデバイス101は、IPv6による通信が可能になるものとする。データリンクの確立の詳細な処理は、図4、図5を用いて後述する。

NAN Data Link通信制御部204は、NAN Data Link確立制御部203によって確立されたデータリンク層を用いて、アプリケーションによる通信を制御する。NAN Data Link通信制御部204の制御により、NANデバイス101は、IPv6のパケットの送受信（すなわち、アプリケーションデータの通信）を行うことが可能となる。アプリケーションデータの通信の詳細な処理は、図4を用いて後述する。

アプリケーション制御部205は、NANで発見されたサービスを実行するための制御を行う。例えば、NANデバイス101がプリントサービスを発見した場合、アプリケーション制御部205は、プリントのジョブを要求するアプリケーションを実行するための制御を行う。あるいは、NANデバイス101が写真共有サービスを発見した場合には、アプリケーション制御部205は、写真データを交換するアプリケーションを実行するための制御を行う。NANデバイス101は複数のサービスを探しており、複数のアプリケーション制御部205を有することもできる。本実施形態では、一例として、NANデバイス101とNANデバイス103間において、アプリケーションとしてチャットアプリケーションが実行されるものとする。NANデバイス101のユーザ（不図示）は、チャットアプリケーションでチャットする相手を探している。また、NANデバイス103のユーザ（不図示）は、チャットアプリケーションでチャット相手を待ち受けているものとする。また、本実施形態では、チャットアプリケーションはIPv6を用いて通信を介して行われるものとする。操作制御部206は、NANデバイス101のユーザにより入力部304(図3)に対して行われた操作を管理し、必要な信号を他の制御部201〜205へ伝達する。

図3に、NANデバイス101のハードウェア構成を示す。なお、NANデバイス102、103のハードウェア構成は、NANデバイス101と同様である。記憶部301は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)の両方、もしくは、いずれか一方により構成され、後述する各種動作を行うためのプログラムや、無線通信のための通信パラメータ等の各種情報を記憶する。なお、記憶部301として、ROM、RAM等のメモリの他に、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、DVDなどの記憶媒体を用いてもよい。

制御部302は、CPU(Central Processing Unit)、または、MPU(Micro Processing Unit)により構成され、記憶部301に記憶されたプログラムを実行することによりNANデバイス101全体を制御する。なお、制御部302は、記憶部301に記憶されたプログラムとOS(Operating System)との協働によりNANデバイス101全体を制御するようにしてもよい。また、制御部302は、機能部303を制御して、撮像や印刷、投影等の所定の処理を実行する。

機能部303は、NANデバイス101が所定の処理を実行するためのハードウェアである。例えば、NANデバイス101がカメラである場合、機能部303は撮像部であり、撮像処理を行う。また、例えば、NANデバイス101がプリンタである場合、機能部303は印刷部であり、印刷処理を行う。また、例えば、NANデバイス101がプロジェクタである場合、機能部303は投影部であり、投影処理を行う。機能部303が処理するデータは、記憶部301に記憶されているデータであってもよいし、後述する通信部306を介して他のNANデバイスと通信したデータであってもよい。

入力部304は、ユーザからの各種操作の受付を行う。出力部305は、ユーザに対して各種出力を行う。ここで、出力部305による出力とは、画面上への表示や、スピーカーによる音声出力、振動出力等の少なくとも１つを含む。なお、タッチパネルのように入力部304と出力部305の両方を１つのモジュールで実現するようにしてもよい。

通信部306は、IEEE802.11シリーズに準拠した無線通信の制御や、IP(Internet Protocol)通信の制御を行う。また、通信部306はアンテナ307を制御して、無線通信のための無線信号の送受信を行う。NANデバイス101は通信部306を介して、画像データや文書データ、映像データ等のコンテンツを他のNANデバイスと通信する。

次に、図4を参照して、NANデバイスがデータリンクの確立を要求するための処理を説明する。図4は、本実施形態におけるデータリンク確立要求処理のフローチャートである。図4に示すフローチャートは、NANデバイス101の制御部302が記憶部301に記憶されている制御プログラムを実行し、情報の演算および加工並びに各ハードウェアの制御を実行することにより実現される。なお、図4に示すフローチャートに示すステップの一部または全部を例えばＡＳＩＣ等のハードウェアで実現する構成としても良い。本実施形態では、図1を用いて説明したネットワーク構成を基づき、まず、データリンクの確立を要求するNANデバイス101が、NANクラスタ104においてデータリンクを確立する先のNANデバイスを発見する。そして、NANデバイス101は、実際のデータリンクを確立するための要求を送信し、その要求に対する応答を受信する。これにより、データリンクが確立される。本処理は、ユーザがNANデバイス101の入力部304を操作し、NANデバイス101においてチャットアプリケーションに対応するサービス検索が開始されることにより、開始される。以下、NANデバイス101の処理として説明するが、NANクラスタ104の他のNANデバイスも同様の処理を行うことができる。

まず、NANデバイス101は、NANクラスタ104における周期的なDW期間を待つ(S401)。次に、NANデバイス101は、DW期間内において、Subscribeメッセージをブロードキャストして、チャットアプリケーションを稼働している若しくは実行可能なNANクラスタ104におけるNANデバイスを探す(S402)。このときのSubscribeメッセージでは、Service Discovery Frame(SDF)においてサービスを識別するService IDとして、チャットアプリケーションサービスに該当するService IDを指定する。また、このSubscribeメッセージには、NANによるデータリンクを確立できるNANデバイスを探索していることを示す情報が含まれる。

本実施形態におけるSDFをSDF900として図9に示す。SDF900は、NAN規格のSDFに対して拡張したものとなっており、NAN Attributes901として、Data Link Setup Attribute(DLSA)903が追加されている。SDF900にDLSA903が含まれることにより、SDFを送信するNANデバイス101は、NANによるデータリンク確立の要求を行うことができる。

図9に示すように、本実施形態では、DLSA903におけるAttribute IDを、0x14と定義する。また、Typeには、データリンクを確立できるNANデバイスを探索していることを示す数値である0 (data link search)が指定される。尚、Typeの値が1〜3の場合については後述する。Channel Numberには、NANデバイスがサポートしている無線チャネルの数が指定される。Channel Listには、NANデバイスがサポートしている無線チャネルを列挙して指定する。例えば、1〜13chの無線チャネルをサポートしているNANデバイスは、Channel Numberに13を指定し、Channel Listには1〜13の値をそれぞれ順番に入れる。また、36ch, 40ch, 44ch, 48chの無線チャネルをサポートしているNANデバイスは、Channel Numberに4を指定し、Channel Listには36,40,44,48の値を指定する。なお、NANデバイスは2.4GHz帯と5GHz帯の両方の無線チャネルをサポート可能であり、Channel Listに両方の無線チャネルを指定してもよい。

Channel Listに続くIP addressについては、Typeを0: data link searchとした場合は、何も指定しない。また、IP addressに続く情報として、HT Capabilities element (IE)とVHT Capabilities IEがある。HT Capabilities IEを指定することにより、802.11nの通信に対応していることが示され、VHT Capabilities IEを指定することにより、802.11acの通信に対応していることが示される。HT Capabilities IEとVHT Capabilities IEにより、送信先のNANデバイスに対して、802.11nや802.11acに準拠する通信に対応していることを示すことができる。ただし、Typeを0: data link searchとした場合は、HT Capabilities IEとVHT Capabilities IEを指定する必要はない。

尚、図9には、Data Link Window Attribute(DLWA)904も示されているが、これはSubscribeメッセージに含めなくても良い。また、Service IDは、Service Descriptor Attribute(SDA)902に含まれる情報である。Service IDについては、NAN規格と同様であるため、本実施形態において詳細な説明を省略する。

図4に戻り、NAN Data Link確立制御部203は、送信したSubscribeメッセージの応答として、Publishメッセージを受信したかどうかを判断する(S403)。このとき、NAN Data Link確立制御部203は、受信したPublishメッセージに含まれているService IDと、S402でSubscribeメッセージにおいて指定したService IDが一致しているかを判断する。Service IDが一致していた場合に、NAN Data Link確立制御部203は、S402で送信したSubscribeメッセージの応答であると判断する(S403のYes)。応答が受信できなかった場合(S403のNo)、NAN Data Link確立制御部203は、次のDW期間まで待つ(S401)。

更に、NAN Data Link確立制御部203は、PublishメッセージにDLSAが含まれているかを確認する(S404)。DLSAが含まれるPublishメッセージは、Subscribeメッセージと同様に、図9で示される。Publishメッセージの場合には、SDAに含まれるService Control FieldがPublishを示す値になっている。本実施形態において、Publishメッセージに含まれるDLSAは以下のような構成となる。すなわち、DLSAに含まれるTypeには、NANのデータリンク通信が可能なNANデバイスであることを示すための数値である0 (data link search)が指定される。また、IP addressは指定されない。また、HT Capabilities IEとVHT Capabilities IEは、含まれていてもいなくてもよい。

NAN Data Link確立制御部203が、DLSAが含まれていないPublishメッセージを受信した場合(S404のNo)、Publishメッセージの送信元の端末はデータリンクの確立に対応していないNANデバイスである。この場合、NAN Data Link確立制御部203は、チャットアプリケーションによる通信をするために、別の方法での接続としてPostNAN接続を実施し(S409)、所為はS408に進む。PostNAN接続とはNAN規格で定義されたものであり、NANで発見した後に、Infra、IBSS、Wi-Fi Direct Services、Meshなど、NAN以外の接続形態で確立されたデータリンクの接続である。尚、必ずしもS409において、NAN Data Link確立制御部203はPostNANで接続を行う必要はない。Subscribeメッセージを送信したNANデバイス101は、NANデータリンクを確立できないNANデバイスとのチャットアプリケーションによる通信を諦めてもよい。

NAN Data Link確立制御部203が、DLSAが含まれたPublishメッセージを受信できた場合(S404のYes)、データリンクを確立するために、Publishメッセージの送信元のNANデバイスに対してdata link setup requestを送信する(S405)。data link setup requestはNANによるデータリンク確立を要求するためのメッセージである。data link setup requestは、Subscribeメッセージと同様に、図9で示される。data link setup requestの場合には、DLSAにおけるTypeには、データリンクのセットアップを要求していることを示す数値である1(data link setup request)が指定される。Subscribeメッセージを送信したNANデバイスは101、チャットアプリケーションを実行する上でSubscriberであるため、SDAのService Control Fieldには、Subscribeを示す値が指定される。

また、Channel Listには、データリンクで使用する、NANクラスタ104で使用される無線チャネルとは異なる無線チャネルを一つ指定する。このとき、S402で送信したSubscribeメッセージに含まれるChannel Listと、S403で受信したPublishメッセージに含まれるChannel Listで一致する無線チャネルの中から一つ指定するものとする。もし、一致する無線チャネルがひとつもなかった場合には、NANデバイス101は、NANデータリンクの確立を諦めることができる。この場合、NANデバイス101は、data link setup requestにおけるChannel Numberに、1を指定する。また、この場合、NANデバイス101は、data link setup requestにおけるChannel NumberとChannel Listの指定を省略してもよい。省略した場合には、NANデバイス101は、NANクラスタ104で使用されている無線チャネルと同じ無線チャネルを使用する。指定を省略することによって、data link setup requestのデータサイズを小さくすることができ、帯域の占有を減らすことができる。

更に、NANデバイス101は、data link setup requestのDLSAにおいてアドレス情報としてIP Addressを指定する。このとき、本実施形態では、IP Addressに、IPv6のlink local addressが指定される。IPv6のlink local addressを用いることにより、他の通信装置と重複しないアドレスを用いることが可能となる。また、DHCPなどのアドレッシングに時間や無線帯域を占有する必要がなくなるため、通信ができる状態になるまでの時間を短縮することができる。また、IP Addressをデータリンク接続の要求に含めることによって、接続処理のための無線帯域の占有を防ぐことができる。すなわち、通常は、接続処理のために、Association Request/Responseでデータリンクの接続を確立した後に、IP Addressのアドレッシングをするといった二段階の手順を踏む。しかし、データリンク確立のメッセージにIP Address含めることによって、フレームの交換数を少なくすることができる。NANクラスタ内では、複数のNANデバイスは、DW期間という短い期間で、NANクラスタ内のNANデバイスが相互にパケットの交換をするため、少ないフレームでデータリンクの確立およびIPアドレスの交換をすることで、無線帯域の占有を防ぎ、他の通信装置にも通信の機会を与えることができる。

また、NANデバイス101が802.11nや802.11acによる通信を行うことができる場合には、それぞれHT Capabilities IEおよびVHT Capabilities IEの情報をDLSAに含める。

本実施形態では、NANデバイス101は、data link setup requestにDLWA904を含める。NANデバイス101は、DLWA904に、DW期間を基準としてどのタイミングでNANによるデータリンクの通信をするかを示す情報として、DW NumberとData link bitmapを指定する。

DW Numberは、直後のData link BitmapがどのDWに該当する情報を示すのかに用いられる。例えばDW Numberが0であれば、DW0直後からDW1直前までの期間でのデータリンクの通信が行われるかを示すものである。DWはDW0からDW15までNAN規格で定められているが、すべてのDWについて指定する必要はない。データリンクによる通信がないDWの場合にはDWの番号を指定しないことでデータサイズを小さくすることができる。

Data Link Bitmapの各bitは、DW期間からどれくらい離れた期間でNANデータリンクによる通信をするかを指定する。具体的には、DW期間開始を0TUでDW終了直後を16TUとした場合には、N bit目が1であるData Link Bitmapは、(N+1)×16TU〜(N+2)×16TUの期間にデータリンクによる通信が発生する可能性があることを示す。例えば、0bitが1であるData Link Bitmapは、16TUから32TU、2bit目が1であるData Link Bitmapは、48TUから64TUまでの期間でデータリンクによる通信が発生する可能性があることを示す。Data Link Bitmapでは、複数のbitに対して1が指定されてもよい。このように、DW以外の期間において、DW期間と同じ時間幅の単位でデータリンクによる通信が可能な期間が指定できる。なお、データリンクによる通信を行う期間を指定する方法は、DW期間以外の期間を指定するものであれば、上記の方法に限定されない。

NANデバイス101は、上述のように構成されたdata link setup requestを送信すると(S405)、次にdata link setup responseの受信を待つ(S406)。data link setup requestは、Subscribeメッセージと同様に、図9で示される。data link setup requestの場合には、DLSAにおけるTypeには、データリンクのセットアップの要求に応答することを示す数値である2(data link setup response)が指定される。NANデバイス101は、現在のDWでdata link setup responseを受信できなかった場合には(S406のNo)、次のDW期間まで再度待つ(S401)。

NANデバイス101はdata link setup responseを受信できた場合には(S406のYes)、受信したdata link setup responseに含まれるDLSAのIP addressにIPv6のlink local addressが含まれているかを判断する(S407)。IPv6のlink local addressが含まれていなかった場合には(S407のNo)、NANデバイス101は、次のDW期間まで再度待つ(S401)。IPv6のアドレスが含まれていた場合には(S407のYes)、NANデバイス101のNAN Data Link確立制御部203は、NANによるデータリンクが確立した状態を示すために、チャットアプリケーションに対してデータ通信が可能な状態であることを通知する。また、S409の処理を行った場合も、NAN Data Link確立制御部203は、チャットアプリケーションに対してデータ通信が可能な状態であることを通知する。NANデバイス101は、チャットアプリケーションがデータ通信可能な状態になると、NANによるデータ通信を実施するが、この場合の処理については図6を用いて後述する。

次に、図5を参照して、NANデバイスがデータリンクの確立の要求を待ち受けるための処理を説明する。図5は、本実施形態におけるデータリンク確立の待受処理のフローチャートである。本実施形態では、図1を用いて説明したネットワーク構成を基づき、NANデバイス103においてチャットアプリケーションがバックグラウンドで動作しているときに、本処理が実施される。以下、NANデバイス103の処理として説明するが、NANクラスタ104の他のNANデバイスも同様の処理を行うことができる。

まず、NANデバイス103は、NANクラスタ104におけるDW期間を待つ(S501)。消費電力の観点から、NANデバイス103は、DW期間以外では無線の送受信をオフにしてもよい。DW期間になると、NAN Data Link確立制御部203は、NANデバイス103がDLSAを含むSubscribeメッセージを受信したかどうかを判断 する(S502)。NAN Data Link確立制御部203は、DLSAを含むSubscribeメッセージを受信したことを確認した場合には(S502のYes)、NANデバイス103が対応しているサービスのService IDをDLSAに含めたPublishメッセージを送信する(S503)。ここで、NAN Data Link確立制御部203は、NANデバイス103で対応しているサービスのService IDの中で、受信したSubscribeメッセージに含まれるService IDと合致するService IDがあれば、該合致したService IDを含めたPublishメッセージを送信してもよい。また、NANデバイス103で対応しているサービスのService IDの中で、受信したSubscribeメッセージに含まれるService IDと合致するService IDがなければ、Service IDを含めないPublishメッセージを送信してもよい。または、Publishメッセージを送信しないようにしてもよい。

このように、DLSAを含むSubscribeメッセージにDLSAが含まれていた場合、NAN Data Link確立制御部203は、S503で送信するPublishメッセージに対しても図9で示すDLSAを含める。これにより、Subscribeメッセージを送信したNANデバイスは、Publishメッセージを受信した際に、Publishメッセージを送信したNANデバイス103がNANのデータリンクによる通信に対応していることを確認することができる。そのため、Subscribeメッセージを送信したNANデバイスは、必要に応じてNANによるデータリンク確立をするかどうかを決定することができる。

NANデバイス103がPublishメッセージを送信すると(S503)、NAN Data Link確立制御部203は、現在のDW期間が終了したかを確認する(S504)。現在のDW期間が終了した場合には(S504のYes)、次のDW期間まで待つ(S501)。

S502において、NANデバイス103がSubscribeメッセージと別のメッセージを受信した場合には(S502のNo)、NAN Data Link確立制御部203は、受信したメッセージがdata link setup requestであるかを判断する(S505)。受信したメッセージがdata link setup requestでなければ (S505のNo)、NAN Data Link確立制御部203は、S504の処理を実施する。data link setup requestを受信した場合には(S505のYes)、処理はS506へ進む。

S506では、NAN Data Link確立制御部203は、Subscribeメッセージを送信したNANデバイスとの間でデータリンクを確立できるかの判断を行う。まず、NAN Data Link確立制御部203は、NANデバイス103が対応しているサービスのService ID、および、その他のアプリケーション情報を確認する。次に、NAN Data Link確立制御部203は、受信したdata link setup requestのDLSAに含まれるChannel Listが、NANデバイス103が使用できる無線チャネルであるか、そしてIP addressフィールドにIPv6のlink local addressが含まれているかを確認する。また、NAN Data Link確立制御部203は、受信したdata link setup requestにDLWAに含まれており、DLWAに含まれる情報から特定できるタイミングが、NANデバイス103が送受信できるタイミングであるかを確認する。

受信したdata link setup requestが以上のようなdata link setup requestであった場合に、NAN Data Link確立制御部203は、NANのデータリンクを確立することを知らせるdata link setup responseを送信する(S507)。このときのdata link setup responseは、Subscribeメッセージと同様に、図9の構成で示される。NAN Data Link確立制御部203は、DLSAのChannel Listに、受信したdata link setup requestで指定された無線チャネルと同じ無線チャネルを指定する。また、NAN Data Link確立制御部203は、DLSAのIP addressにはNANデバイス103自身のIPv6のlink local addressを指定する。また、NAN Data Link確立制御部203は、DLWAにおいて、受信したdata link setup requestで指定されたDW NumberおよびData Link Bitmapのうち、NANデバイス103自身が送受信できるタイミングのうちのサブセットを選択して設定する。このときに設定したサブセットを、本実施形態ではData Link Window (以降、DLW)期間と定義する。NANによるデータリンクの通信は、DLW期間でも実施される。

NANデバイス103は、Data link setup responseを送信すると、NANのデータリンクが確立され、図4のS407と同様に、チャットアプリケーションにデータ通信可能状態であることを通知する(S508)。このとき、チャットアプリケーションがバックグラウンドで動作していたり、入力部304の操作が無効の状態であったりした場合には、NANデバイス103は、出力部305等を介して、チャットができることをユーザに通知してもよい。

NANデバイス101との間でデータリンクが確立された後は、NANデバイス103のNAN Data Link通信制御部204は、データリンクの確立を解除するまでは通常のNANのDW期間に加えて、DLW期間においてもパケットの送受信をするように制御する。ただし、NAN Data Link通信制御部204は、DW期間ではサービスの探索やデータリンクを確立するためのメッセージのやりとりを行う。一方で、NAN Data Link通信制御部204は、DLW期間では逆にアプリケーションによるデータ通信を実施するように制御する。このように、NANクラスタ内におけるサービスおよび通信装置を発見する期間(DW)と、データ通信をする期間(DLW)を重ならないように分離することによって、それぞれの帯域の占有を防ぐことができ、更に省電力を実現できる。

次に、NANデバイス間でデータリンクが確立された後に、データリンクを用いた、チャットアプリケーションの通信処理フローについて説明する。図6は、本実施形態におけるデータリンク通信処理のフローチャートである。本処理は、アプリケーション制御部205がNAN Data Link通信制御部204を制御することによって実施される。

まず、NANデバイスは、S507で述べたNANのデータリンク通信ができるDLW期間まで待つ(S601)。DLW期間になると、NAN Data Link通信制御部204は、入力部304を介してユーザにより入力されたチャットメッセージがあるかどうかを判断する(S602)。すなわち、NAN Data Link通信制御部204は、NANデータリンクを確立した通信相手装置であるNANデバイスに送信するチャットメッセージがあるかどうかを判断する。チャットメッセージがある場合には、NANデバイスは、DLW期間中にチャットメッセージを送信する(S603)。このときのフレームの構成を、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態におけるデータフレーム1000であり、NANのデータリンク通信時に送信されるデータフレームの構成図である。このデータフレームは、IEEE802.11で定義されるQoS Data Frameを拡張したものである。IEEE802.11と同じ点については詳細な説明を省略する。

A1(Address1)には、データフレームの送信先の通信装置のMACアドレスまたはInterfaceアドレスが指定される。A2(Address2)には、データフレームの送信元の通信装置のMACアドレスまたはInterfaceアドレスが指定される。A3(Address3)には、データフレームの送信先および送信元の通信装置が参加しているNANクラスタのクラスタIDが指定される。これにより、NANデバイスは、複数のNANクラスタに参加している場合であっても、どのNANクラスタのNANデバイスからから来たフレームなのかを認識することができる。

Frame Bodyには、IPv6のデータフレームとして、IPv6のヘッダ(UPv6 Hdr)およびIPv6のペイロード(UPv6 Payload)が含まれる。DWにおいて送受信されたIP Addressは、このIPv6ヘッダの中に情報として含まれ、また、チャットメッセージのようなチャットアプリケーションによる通信の情報は、IPv6ペイロードに含まれ、送受信される。

NANデバイスは、チャットメッセージを送信した場合(S603)、あるいは送信すべきチャットメッセージがないと判断した場合(S602のNo)には、チャットメッセージの受信処理を行う(S604)。チャットメッセージが受信された場合には(S604のYes)、NANデバイスは、受信したメッセージを出力部305等を介して、ユーザに通知、表示する(S605)。受信されるチャットメッセージの構成は、図10で示されるデータフレームの構成と同様である。

NANデバイスが、受信したメッセージを表示した場合(S605)、あるいは、チャットメッセージを受信しなかった場合には(S604のNo)、DLW期間が終了したかどうかを確認する(S606)。DLW期間が終了していない場合には(S606のNo)、NANデバイスは、再度、送信すべきチャットメッセージがあるかどうかを判断する処理に入る(S602)。NANデバイスは、DLW期間が終了すると(S606のYes)、NAN Data Link通信制御部204は、一定の期間チャットメッセージの送受信をしていないかどうかを判断する(S607)。一定期間の間でチャットメッセージの送信あるいは受信をしている場合には(S607のNo)、再度、DLW期間まで待つ(S601)。一定期間チャットメッセージを送受信していない場合には(S607のYes)、NANデバイスは、次のDW期間まで待ち(S608)、そのDWにおいてdata link tear downを送信する(S609)。data link tear downは、Subscribeメッセージと同様に、図9で示される。data link tear downの場合には、DLSAにおけるTypeには、NANのデータリンクの確立を解除することを通知することを示す数値である3(data link tear down)が指定される。NANデバイスは、data link tear downを送信または受信をすると当該NANデバイスはNANのデータリンクを解除する。これ以降では、NANデバイスは、DLW期間において無線フレームの送受信は実施しない。

図7に、本実施形態における、サービスの発見、NANによるデータリンクの確立、NANのデータリンクによるアプリケーション通信処理の一連の流れをシーケンス図で示す。NANデバイス101はチャットアプリケーションでチャット相手を探しており、NANデバイス103は、チャットアプリケーションにおいてチャット相手を待ち受ける処理を実施している状況を想定する。NANデバイス102は、チャットアプリケーション以外のアプリケーションが動作しているものとする。

まず、NANデバイス101のユーザが、入力部304を介して、チャットアプリケーションに対してチャット相手の検索する処理を開始させる(S701)。NANデバイス102がSync BeaconでDW期間を通知する(S702)。NANデバイス101は、検索処理を開始しても、DW期間になるまではメッセージの送信はしない。

NANデバイス101はDW期間になると、チャットアプリケーションを探すためにSubscribeメッセージをブロードキャストで送信する(S703)。NANデバイス103は、チャットアプリケーションを探しているSubscribeメッセージを受信すると、チャットアプリケーションが動作していることを示すPublishメッセージでNANデバイス101に応答する(S704)。

NANデバイス101はPublishメッセージを受信し、送信相手がDLSAでNANのデータリンクによる通信に対応している判断できた場合には、data link setup requestをDW期間中に送信する(S705)。このとき、DW期間が終了していた場合には、NANデバイス101は、次のDW期間においてdata link setup requestを送信することができる。

NANデバイス103は、data link setup requestを受信すると、data link setup responseで応答する(S706)。これらのやりとりを完了すると、NANデバイス101とNANデバイス103間で、NANのデータリンクが確立され、NANデバイス101とNANデバイス103はともにチャットアプリケーションによる通信が可能な状態になる(S707、S708)。そして、これ以降ではDW期間だけはなく、data link setup responseで指定されたDLW期間でも無線のパケットの送受信が実施される。すなわち、NANデバイス101とNANデバイス103は、DW期間での通信を継続可能な状態で、データリンクによる通信を行うことが可能となる。

チャットが可能な状態になり、NANデバイス101のユーザは、チャットメッセージの送信を要求したとする(S709)。すると、NANデバイス101は、NANデバイス103に対して、DLW期間になってから当該チャットメッセージを送信する(S710)。NANデバイス103は、チャットメッセージを受信すると、チャットメッセージをNANデバイス103のユーザに通知する。それを見たNANデバイス103のユーザがチャットメッセージの送信を要求したとする(S711)。すると、DLW期間になってからNANデバイス103はチャットメッセージを送信する(S713)。ここでは、チャットメッセージの送信要求から、実際にチャットメッセージを送信するまでの間で、DW期間が発生して、NANデバイス102がSync Beaconを送信したものとして図示している(S712、S714)。

その後しばらくNANによるデータリンク通信がないと、NANデバイス101はdata link tear downを送信し、NANのデータリンクを解除する(S715)。これ以降では、NANデバイス101とNANデバイス103は、DLW期間では無線フレームの送受信をしないことによって消費電力を低減する。

図8に、DW期間とDLW期間との関係を示す模式図を示す。図8(a)は、NANのデータリンクが確立しておらずDW期間のみでパケットの送受信が行われる場合を示し、図8(b)は、NANのデータリンクが確立してDW期間およびDLW期間の両方でパケットの送受信が行われることを示している。

図8(a)では、512TU毎にDW期間があらわれ、DW期間が16TUであることが示され、また、DW期間のみパケットの送受信が行われる場合が示されている。DW期間は、NANクラスタに参加している複数のNANデバイスが起きている期間であるため、該NANデバイスはこのDW期間において、サービスの発見・検出、およびデータリンクを確立するためのフレームを送受信する。DW期間以外では無線フレームの送受信は行われないため、消費電力の低減が図れる。

図8(b)は、データリンクが確立して、DLW期間がDW0開始から128TU後およびDW1開始から128TU後のみであり、各DLW期間が16TUである場合を示している。また、図8(b)では、DW2〜15の開始から128TU後ではDLW期間は設けられていない。すなわち、data link setup responseのDLWAとして、DW Numberとして0と1が指定されており、DW0およびDW1に対応するData Link Bitmapではいずれも0b00000100が指定されている。DW期間では、NANデバイスは、図8(a)で説明したのと同じように動作する。また、図8(a)と異なり、NANデバイスは、DLW期間ではアプリケーションのデータの送受信を実施する。そしてそれた以外の期間では、無線フレームの送受信は行わないため、消費電力の低減が図れる。

このように、DLW期間は、DW期間に付随した通信タイミングで発生しており、NANクラスタに同期しているため、別途他のネットワークを構築することなく、データリンクによる通信をすることが可能となる。また、DW期間ではサービスの発見・検出したまま、データリンクによる通信をすることができる。また、データリンクを確立する際のオーバヘッドを減らすことができる。

また、本実施形態によれば、NANデバイスがPostNANとして別のネットワークに参加した場合、NANクラスタと該別のネットワークとは、同じタイミングで同期しているため、NANデバイスがNANクラスタに参加し続けるためには制御が複雑になることかない。すわなち、本実施形態によれば、NANデバイスは、NANクラスタに参加し続けるとともに、アプリケーションのための通信を行うことができる。したがって、DW期間の度に、PostNANネットワークを停止するなどしてNANクラスタに戻ってきて通信をする等のNANデバイスにおける制御が複雑とならない。また、本実施形態によれば、NANデバイスがPostNANネットワークでの通信においてDW期間中にNANクラスタに戻ることによって、パケットロスが発生してしまったり、相手の通信装置が当該NANデバイスはいなくなったと誤認識してしまって通信を中断してしまったりする可能性が低減される。また、本実施形態によれば、NANデバイスがPostNANにおける通信中も他のサービスを探したい場合や、他の通信装置を探したい場合にNANによるサービス発見ができる。

また、本実施形態によれば、PostNANとして別ネットワークを確立するためのオーバヘッドである端末の発見、無線パラメータの交換、無線のリンクの確立、IP(Internet Protocol)によるアドレッシングといった手順を簡略化することができる。そのため、チャットアプリケーションなどのように時々しかデータ通信が発生しないアプリケーションの場合に、頻繁にこれらのオーバヘッドにより通信効率が損なわれることが低減される。

＜変形例＞
上記実施形態では、データ通信用に別途同期をするための同期信号を送信しないため、帯域の占有率が少なくてすむ。ただし、DLW期間の先頭で別途同期用乃至は送信するデータがあることを通知するためのBeaconを送信するように制御してもよい。この場合でもDLW期間は毎回DW期間から常に一定時間後であるため、別のネットワークに参加するときとは異なり、別ネットワーク用に別途同期用のタイマを持つ必要はない。いずれにせよ、DW期間でのSync Beaconによる同期は維持したままであるので、データ通信をしながらNANによるサービス発見・検出も維持することができる。

また、上記実施形態では、NANデバイス101とNANデバイス103で動作するアプリケーションをチャットアプリケーションとして説明した。しかし、本発明は、チャットアプリケーションによらず、その他のアプリケーションでも適用できる。例えば、写真共有アプリケーションやプリントアプリケーションなどが該当する。

また、上記実施形態では、Subscribeメッセージの送信からサービスの発見を実施しているが、Publisherが能動的にサービスを必要としているNANデバイスを探しても良い。すなわち、PublisherがPublishメッセージを送信し、その応答としてSubscribeメッセージを受信できた場合に、NANのデータリンクを確立するようにしてもよい。また、Publisher側、Subscriber側のいずれからNANのデータリンクを確立するようにしてもよい。

＜その他の実施形態＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

101、102、103 NANデバイス
104 NANクラスタ

Claims (17)

1. 通信装置であって、
   所定の周期で繰り返し開始される期間であって、前記通信装置を含む複数の装置でビーコンを送信または受信する所定の期間において、サービス情報を他の通信装置と通信する第１の通信手段と、
   前記サービス情報が示すサービスを実行する際の通信に用いるアドレスに関する情報と、チャネルに関する情報と、前記所定の周期に基づく通信期間に関する情報とを含む所定のデータリンク確立信号を、前記所定の期間において前記他の通信装置と通信する第２の通信手段と、
   前記所定のデータリンク確立信号に含まれる前記アドレスに関する情報を用いて、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を、前記チャネルに関する情報に基づいて設定されたチャネルにおいて、前記通信期間に関する情報に基づくタイミングで前記他の通信装置と行う第３の通信手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記所定の期間は、Neighbor Awareness Networking(NAN)のDiscovery Window(DW)であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の通信手段による通信を介して、前記通信装置が要求するサービスが前記他の通信装置が提供可能なサービスに含まれることを確認できた場合、前記第３の通信手段は、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を前記他の通信装置と行うことを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
4. 前記第１の通信手段が、所定のサービスを識別する情報を含むSubscribeメッセージを送信し、該送信した信号に応答して、前記他の通信装置から該所定のサービスを識別する情報とデータリンクでの通信が可能であることを示す情報を含むPublishメッセージを受信した場合、前記第３の通信手段は、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を前記他の通信装置と行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記アドレスに関する情報は、前記通信装置のIP（Internet Protocol）アドレスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記アドレスに関する情報は、前記他の通信装置のIP（Internet Protocol）アドレスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 前記通信期間に関する情報に基づいて、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を行う期間を設定する設定手段を更に有し、
   前記第３の通信手段は、前記設定手段により設定された期間において前記他の通信装置と通信を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置。
8. 前記設定手段は、前記所定の期間と同じ時間幅の単位で前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を行う期間を設定することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
9. 前記設定手段は、前記チャネルに関する情報に基づいて、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を行うための無線チャネルを更に設定し、
   前記第３の通信手段は、前記設定手段により設定された無線チャネルを用いて前記他の通信装置と通信を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の通信装置。
10. 前記第１の通信手段による通信を介して、前記他の通信装置が要求するサービスを提供可能であることを確認できた場合、前記第３の通信手段は、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を前記他の通信装置と行うことを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
11. 前記第１の通信手段により受信されたSubscribeメッセージに、前記通信装置が提供可能なサービスを識別する情報が含まれていた場合、前記他の通信装置にPublishメッセージを送信する送信手段を更に有することを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. 前記第１の通信手段および前記第２の通信手段は、第１の通信層における通信を行い、
    前記第３の通信手段は、第２の通信層における通信を行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の通信装置。
13. 前記第１の通信層は、データリンク層であることを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
14. 前記第２の通信層は、IP（Internet Protocol）層であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の通信装置。
15. 前記チャネルに関する情報は、前記通信装置がサポートする無線チャネルを示す情報であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の通信装置。
16. 通信装置の通信方法であって、
    所定の周期で繰り返し開始される期間であって、前記通信装置を含む複数の装置でビーコンを送信または受信する所定の期間において、サービス情報を他の通信装置と通信する第１の通信工程と、
    前記サービス情報が示すサービスを実行する際の通信に用いるアドレスに関する情報と、チャネルに関する情報と、前記所定の周期に基づく通信期間に関する情報とを含む所定のデータリンク確立信号を、前記所定の期間において前記他の通信装置と通信する第２の通信工程と、
    前記所定のデータリンク確立信号に含まれる前記アドレスに関する情報を用いて、前記サービス情報が示すサービスを実行するための通信を、前記チャネルに関する情報に基づいて設定されたチャネルにおいて、前記通信期間に関する情報に基づくタイミングで前記他の通信装置と行う第３の通信工程と、
    を有することを特徴とする通信方法。
17. コンピュータを、請求項１から１５のいずれか１項に記載の通信装置として機能させるためのプログラム。

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