JP7381350B2

JP7381350B2 - 無線通信装置および無線通信システム

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Publication number: JP7381350B2
Application number: JP2020005802A
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Inventors: 勝美金森
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-01-17
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Description

本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関する。

指向性の電波であっても、ある程度の伝送距離を確保しながらランダムマルチアクセスを実現することができる無線通信装置および無線通信方法が従来から提案されている。

例えば、特許文献１の無線通信装置は、それぞれ指向性が互いに正反対である２つの送受信方向からなる複数の送受信対を有し、複数の送受信対のそれぞれを単位として指向性電波を送受信するセクタアンテナを有している。そして、特許文献１の無線通信装置は、複数の送受信対を時間的に切り替える切り替えスイッチを有しているため、指向性のある電波であっても、ある程度の伝送距離を確保しながら無線端末とのランダムマルチアクセス通信を実現することができる。

特開２００８－９９２５５号公報

しかしながら、従来技術では、それぞれ指向性が互いに正反対である２つのセクタ対を単位として指向性電波を送受信するため、単一のセクタを単位として指向性電波を送受信する場合に比べて、各セクタのアンテナ利得が減少し、通信距離が短くなる場合もある。図１５に上記状態の一例を示す。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、単一のセクタを単位として指向性電波を送受信することによってアンテナ利得を最大とし、通信距離を短縮することなく高品質な無線通信を可能にすることにある。

本発明の態様に係る指向性が高いアンテナを複数備えるセクタアンテナを含む無線通信装置は、前記無線通信装置に送信するべき通信データが存在する場合に、前記セクタアンテナのセクタを順次切り替えて、切り替えられたセクタごとにノード探索フレームを送信し、前記ノード探索フレームを受信する他の無線通信装置がある場合に、前記他の無線通信装置から前記ノード探索フレームに対する応答フレームを、前記ノード探索フレームを送信したセクタで受信する送受信部と、前記応答フレームに含まれる、前記応答フレームを送信したセクタを特定する情報を抽出し、前記応答フレームが送信された後の前記応答フレームを送信したセクタに再び切り替わる直前のタイミングで他のノード探索フレームの送信を終了するように同期させる同期部と、を含み、前記他のノード探索フレームの送信終了後に、前記セクタアンテナのセクタを、前記ノード探索フレームを送信したセクタに設定し、前記応答フレームを送信したセクタに対してデータ伝送フレームを送信することが好ましい。

前記セクタアンテナのセクタを周期的に切り替え、一周期の間にすべてのセクタを一度ずつ選択するセクタ切り替え部をさらに含み、前記一周期の時間は、前記他の無線通信装置のセクタアンテナの一つのセクタが選択されている時間よりも短いことが好ましい。

前記応答フレームには、前記他の無線通信装置が前記応答フレームに対応する前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報が含まれ、
前記同期部は、前記受信品質情報によって示される受信品質があらかじめ定められた閾値よりも高い応答フレームがある場合に、前記応答フレームに含まれる、前記応答フレームを送信したセクタを特定する情報を抽出し、前記応答フレームが送信された後の前記応答フレームを送信したセクタに再び切り替わる直前のタイミングで他のノード探索フレームの送信を終了するように同期させることが好ましい。

前記応答フレームには、前記他の無線通信装置が前記応答フレームに対応する前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報が含まれ、前記同期部は、複数の前記応答フレームが受信されている場合には、前記受信品質情報によって示される受信品質が最も高い前記応答フレームを抽出し、前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタに新たに切り替わる直前のタイミングで前記他のノード探索フレームの送信を終了させることが好ましい。

前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタが前記他の無線通信装置によって新たに選択される前に、他の応答フレームを送信した他のセクタが前記他の無線通信装置によって新たに選択される場合には、前記他のセクタが選択されている間に、前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタに切り替えることを指示するセクタ指定フレームを前記他の無線通信装置に送信することが好ましい。

前記同期部は、前記受信品質情報によって示される受信品質があらかじめ定められた閾値よりも高い応答フレームが複数ある場合に、前記受信品質情報によって示される受信品質が最も高い前記応答フレームを抽出することが好ましい。

本発明の他の態様に係る指向性が高いアンテナを複数備えるセクタアンテナを含む無線通信装置は、前記無線通信装置に送信するべき通信データが存在しない場合に、前記セクタアンテナのセクタを順次切り替え、他の無線通信装置からノード探索フレームを受信すると、前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報を含む応答フレームを、前記ノード探索フレームを受信したセクタから送信する送受信部と、前記応答フレームを送信した後に、前記応答フレームを送信したセクタを、前記他の無線通信装置のセクタ切り替え周期が終了するまで維持し、次のセクタから一つのセクタの維持時間を前記他の無線通信装置のセクタ切り替え周期と一致させる同期部と、を含み、前記セクタ切り替え周期は、前記他の無線通信装置のすべてのセクタが一度ずつ選択される期間であることが好ましい。

前記応答フレームを送信する前は、前記一つのセクタの維持時間は、前記他の無線通信装置の前記セクタ切り替え周期よりも長いことが好ましい。

前記他の無線通信装置からセクタ指定フレームを受信すると、前記セクタ指定フレームによって指示されたセクタに切り替え、前記セクタ指定フレームによって指示されたセクタを前記他の無線通信装置の前記セクタ切り替え周期の間維持することが好ましい。

本発明によれば、単一のセクタを単位として指向性電波を送受信することによってアンテナ利得を最大とし、通信距離を短縮することなく高品質な無線通信を可能にすることが可能となる。

（１）本実施形態に係る無線通信装置を含む無線通信システムの一例を示す模式図である。（２）（１）の無線通信システムの通信プロトコルの一例を示す模式図である。（１）本実施形態に係るノード探索フレーム受信情報の一例を示す模式図である。（２）本実施形態に係る応答フレーム受信情報の一例を示す模式図である。本実施形態に係る通信フレームの種類および構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る無線通信装置の動作の概要を示すフローチャートである。本実施形態に係る無線通信装置のデータ伝送処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る無線通信装置のアイドル処理の一例を示すフローチャートである。（１）本実施形態に係る無線通信装置を含む無線通信システムの他の一例を示す模式図である。（２）（１）の無線通信システムの通信プロトコルの一例を示す模式図である。（１）本実施形態に係るノード探索フレーム受信情報の一例を示す模式図である。（２）本実施形態に係る応答フレーム受信情報の一例を示す模式図である。（１）本実施形態に係る無線通信装置を含む無線通信システムのさらなる他の一例を示す模式図である。（２）（１）の無線通信システムの通信プロトコルの一例を示す模式図である。（１）本実施形態に係るノード探索フレーム受信情報の一例を示す模式図である。（２）本実施形態に係る応答フレーム受信情報の一例を示す模式図である。（１）本実施形態に係る無線通信装置を含む無線通信システムのさらなる他の一例を示す模式図である。（２）（１）の無線通信システムの通信プロトコルの一例を示す模式図である。本実施形態に係る通信フレームの種類および構成の他の一例を示す模式図である。本実施形態に係る図１１の無線通信装置のデータ伝送処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る図１１の無線通信装置のアイドル処理の一例を示すフローチャートである。従来技術の課題の一例を示す模式図である。本実施形態に係る無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下、図面を用いて本実施形態に係る指向性制御装置について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なることがある。

（一つの送信セクタに一つの受信セクタが対向している形態）
図１～図６を参照して本実施形態に係る無線通信装置の動作例について説明する。

図１は、指向性アンテナをそれぞれが備えた無線ノードＡおよび無線ノードＢから構成される無線通信システム１０００において、無線ノードＡから無線ノードＢに通信データを伝送する場合の一例を示す模式図である。なお、以下の説明において、無線通信装置を無線ノードと称する場合がある。

図１（１）では、無線ノードＡおよび無線ノードＢは、アンテナの指向性が４つのセクタに分割され、任意のセクタに切り替え可能である場合を示しているが、セクタ数は４つに限定されるものではなく、任意のセクタ数に設定することが可能である。なお、以下の説明では、図１（１）に示されるように一つの送信セクタであるセクタ１に一つの受信セクタであるセクタ３が対向している形態の動作について説明するが、通信フレームの構成等については、後述する形態に共通する。

図１（２）の上段では、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。また、図１（２）の下段では、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。詳細については後述する。

（通信フレームの概要）
図３は、無線ノードＡと無線ノードＢとの間で伝送される通信フレームの一例を列挙した模式図である。通信フレームには、ノード探索フレーム、データ伝送フレームおよび応答フレームが一例として挙げられる。

ノード探索フレームは、データ伝送要求が発生した無線ノードが、宛先となる無線ノードとの間で使用するセクタを決定するために送信する通信フレームである。データ伝送フレームは、通信データを伝送するための通信フレームである。応答フレームは、送信無線ノードから通信フレームを受信した無線ノードが、受信結果に関する情報を送信無線ノードへ通知するために送信する通信フレームである。

図３に挙げられた通信フレーム内の共通の情報として、ＰＲは同期信号のビット列を示し、ＵＷはフレーム同期用のビット列を示し、ＦＲＡＭＥＴＹＰは通信フレームの種別を示し、ＳＲＳＡＤＲは送信元の無線ノードのアドレスを示す。また、図３に挙げられた通信フレーム内のＴＯＴＡＬＳＥＣＮＵＭは通信フレームを送信した無線ノードのセクタの総数を示し、ＳＥＣＮＵＭは通信フレームの送信に使用したセクタ番号を示し、ＦＣＳは誤り制御用のビット列を示す。

また、データ伝送フレームおよび応答フレーム内のＤＥＳＡＤＲは、通信フレームの宛先となる無線ノードのアドレスを示す。また、データ伝送フレーム内のＤＡＴＡは通信データを示す。また、応答フレーム内のＳＩＧＱＴＹは受信した無線信号の受信品質を示す。

図４は、無線ノードの動作の概要を示すフローチャートである。無線ノードは、通信データの伝送要求が発生しない場合はアイドル処理を繰り返し実行し、通信データの伝送要求が発生すると通信データの伝送処理を実行する。

すなわち、ステップＳ４０１において、無線ノードは図６のフローチャートに示すアイドル処理を実行する。図６のアイドル処理を示すフローチャートの詳細については後述する。次に、無線ノードはステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２において、無線ノードは、自ノードに通信データの伝送要求が発生したか否かを判定する。自ノードに通信データの伝送要求が発生した場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）には、無線ノードはステップＳ４０３に進む。自ノードに通信データの伝送要求が発生していない場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）には、無線ノードはステップＳ４０１に戻り、アイドル処理を実行する。

ステップＳ４０３において、無線ノードは図５のフローチャートに示す通信データの伝送処理を実行する。図５の通信データの伝送処理を示すフローチャートの詳細については後述する。次に、無線ノードはステップＳ４０１に戻り、アイドル処理を実行する。

なお、図１の無線ノードＡはデータ伝送要求が発生しているのでステップＳ４０３を実行し、無線ノードＢはステップＳ４０１のアイドル処理を実行している。

次に、図１の無線ノードＢが実行する図４のステップＳ４０１のアイドル処理、および、図１の無線ノードＡが実行するステップＳ４０３のデータ伝送処理の概要について、図１（１）、（２）、図２（１）、（２）を用いて以下に説明する。

無線ノードＡは、無線ノードＢへのデータ伝送要求が発生しているので、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら、ノード探索フレームを送信し、応答フレームを受信するノード探索動作を実行する。図１（２）の上段に示されるように、無線ノードＡは、セクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながらノード探索フレームを送信する。

各無線ノードは、通信データの伝送要求が発生していないアイドル動作時には、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら通信フレームの受信動作を実行する（この処理をセクタスキャンと称する場合がある（図６参照））。図１においては無線ノードＢがセクタスキャンを実行している。

図１の（２）において、無線ノードＢはセクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながら通信フレームの受信動作（セクタスキャン）を実行している。図１（２）に示すように、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐとし、無線ノードＢのセクタ切り替え時間をＴｒｐ１とし、Ｔｒｐ１＝（送信無線ノードの指向性アンテナのセクタの総数＋１）×Ｔｓｐとする。このようにＴｒｐ１を設定すると、図１（２）に示すように、無線ノードＢのセクタ切り替え時間であるＴｒｐ１の間に、無線ノードＡは無線ノードＡのすべてのセクタからノード探索フレームを送信することが可能になる。なお、無線ノードＡのセクタ切り替え時間Ｔｓｐの値は、無線通信システムにおいて任意の値に設定することが可能である。

図１（２）において、無線ノードＢのセクタ３が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図２（１）に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部に記憶する。ノード探索フレーム受信情報には、ノード探索フレームの送信元の無線ノードの識別情報、ノード探索フレームを受信したセクタ番号情報、ノード探索フレームを受信したときの受信品質情報が含まれる。受信品質情報は、ノード探索フレームの受信時の受信電力強度や受信誤りの発生状況を数値化したものであって、本実施形態では受信品質情報を１～１０の数値で示し、数値が大きいほど受信品質が高いものとして表現している。また、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

さらに、無線ノードＢは、ノード探索フレームの受信タイミングと、受信したノード探索フレームに含まれる総セクタ数、送信したセクタ番号に基づいて、無線ノードＡのセクタ切り替えタイミングと同期処理を実行する。

一例として、図１（２）の無線ノードＢは、無線ノードＡがセクタ１で送信したノード探索フレームをセクタ３で受信すると、応答フレームをセクタ３から無線ノードＡに送信する。その後、無線ノードＢは、無線ノードＡのセクタ４の送信タイミングが終了するまで無線ノードＢのセクタ３を受信セクタとして維持する。そして、無線ノードＡのセクタ４からセクタ１への切り替えタイミングと同期して、無線ノードＢはセクタ３からセクタ４に受信セクタを切り替える。このようにして、無線ノードＡの送信セクタがセクタ１に切り替わるタイミングと、無線ノードＢの受信セクタがセクタ４に切り替わるタイミングが一致し、同期するようになる。

なお、以降、無線ノードＡの送信セクタがセクタ１に切り替わるタイミングと、無線ノードＢの受信セクタが切り替わるタイミングを一致させるために、無線ノードＢのセクタ切り替え時間をＴｒｐ１からＴｒｐ２へと変更する。ここで、Ｔｒｐ２＝（送信無線ノードのの指向性アンテナの総セクタ数）×Ｔｓｐとする。このようにＴｒｐ２を設定することによって、無線ノードＢのセクタ切り替えタイミングと、無線ノードＡがすべてのセクタにおいてノード探索フレームの送信を完了するタイミングとが一致するようになる。

無線ノードＡは、無線ノードＢから応答フレームを受信すると、応答フレーム内で通知される情報に基づいて、図２（２）に示される応答フレーム受信情報を記憶部に記憶する。無線ノードＡは、応答フレームに含まれるノード探索フレームの受信品質情報が最も高い無線ノードＢの受信セクタで通信データの伝送を実行するために、ノード探索フレームの終了タイミング（後述するノード探索動作の終了タイミング）を設定する。つまり、受信品質情報が最も高い無線ノードＢの受信セクタが開始する直前に、無線ノードＡはノード探索動作を終了させ、当該受信セクタが開始されると、無線ノードＡはデータ伝送フレームを無線ノードＢに伝送する。なお、データ伝送フレームを無線ノードＢに伝送する無線ノードＡの送信セクタは、応答フレームに含まれるノード探索フレームの受信品質情報が最も高い場合のノード探索フレームの送信セクタである。

なお、無線ノードＡが無線ノードＢから応答フレームを受信しない場合には、無線ノードＡはノード探索動作を継続する。しかし、あらかじめ定められた時間が経過しても、または、ノード探索フレームをあらかじめ定められた回数送信しても、無線ノードＡが無線ノードＢから応答フレームを受信しない場合には、無線ノードＡはアイドル処理に戻るようにしてもよい。

図１（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合だけに無線ノードＢのセクタ３から応答フレームを受信している。したがって、無線ノードＢのセクタ３に無線ノードＡのセクタ１で無線ノードＡがノード探索フレームを、再度、送信しようとする直前にノード探索動作を終了させる。

無線ノードＡは、ノード探索動作を終了した後に、受信したすべての応答フレームで通知された受信品質情報と、応答フレームを受信したセクタ番号の組み合わせから、最も通信品質が高いことが期待されるセクタをデータ通信のための送信セクタに設定する。その後、無線ノードＡは、無線ノードＢに対してデータ伝送フレームを送信し、通信データを伝送する。上述したように、図１（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合だけに無線ノードＢのセクタ３から応答フレームを受信している。したがって、無線ノードＡはセクタ１を送信セクタに設定し、無線ノードＢがセクタ３で受信動作を実行するタイミングで、データ伝送フレームを送信する。無線ノードＢは、無線ノードＡから送信されたデータ伝送フレームを受信し、応答フレームを無線ノードＡに送信する。図１（２）に示すように、無線ノードＡおよび無線ノードＢは上記処理後に、アイドル処理に戻る。

次に、図６のアイドル処理を示すフローチャートを用いて、ステップＳ４０１のアイドル処理の詳細について説明する。

ステップＳ６０１において、無線通信装置１００（図１６参照）は、受信セクタを設定する。受信セクタの順番は無線通信装置１００が任意に設定することが可能である。しかし、無線通信装置１００が有するセクタを重複なく、一通り設定し、一通り設定された順番を繰り返すことが好ましい。例えば、無線通信装置１００が４つのセクタを有する場合には、受信セクタを１、２、３、４、１、２、３、４・・・の順番、４、３、２、１、４、３、２、１・・・の順番等の順番で切り替えて設定することが可能である。次に、無線通信装置１００はステップＳ６０２に進む。

ステップＳ６０２において、無線通信装置１００はノード探索フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００がノード探索フレームを受信した場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０３に進む。無線通信装置１００がノード探索フレームを受信しない場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０３において、無線通信装置１００はステップＳ６０２において受信したノード探索フレームに関する情報をノード探索フレーム受信情報として記憶部１５０（図１６参照）に記憶する。次に、無線通信装置１００はステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４において、無線通信装置１００はステップＳ６０２において受信したノード探索フレームに対応する応答フレームを、ステップＳ６０２において受信したノード探索フレームを送信した無線ノードに送信する。また、無線通信装置１００は受信セクタの切り替えタイミング時間を変更し、ノード探索フレームを送信した無線ノードの送信セクタが一通り切り替わるタイミングに同期させる。詳細については前述したのでここでは説明を省略する。次に、無線通信装置１００はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５において、無線通信装置１００はデータ伝送フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００がデータ伝送フレームを受信した場合（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０６に進む。無線通信装置１００がデータ伝送フレームを受信しない場合（ステップＳ６０５：ＮＯ）には、無線通信装置１００はアイドル処理を終了し、図４のステップＳ４０２に進む。

ステップＳ６０５において、無線通信装置１００はステップＳ６０５において受信したデータ伝送フレームに対応する応答フレームを、ステップＳ６０５において受信したデータ伝送フレームを送信した無線ノードに送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０６において、無線通信装置１００は受信すべきすべてのデータ伝送フレームを受信したか否かを判定する。すべての通信データの伝送が終了した場合（ステップＳ６０６：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はアイドル処理を終了し、図４のステップＳ４０２に進む。すべての通信データの伝送が終了していない場合（ステップＳ６０６：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ６０５に戻る。

次に、図５のデータ伝送処理を示すフローチャートを用いて、ステップＳ４０３のデータ伝送処理の詳細について説明する。

ステップＳ５０１において、無線通信装置１００は、送信セクタを設定する。送信セクタの順番は無線通信装置１００が任意に設定することが可能である。しかし、無線通信装置１００が有するセクタを重複なく、一通り設定し、一通り設定された順番を繰り返すことが好ましい。次に、無線通信装置１００はステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０２において、無線通信装置１００は、ステップＳ５０１で設定された送信セクタを使用して、ノード探索フレームを送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３において、無線通信装置１００は、ステップＳ５０２で送信されたノード探索フレームに対する応答フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００が応答フレームを受信した場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０４に進む。無線通信装置１００が応答フレームを受信しない場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０４において、無線通信装置１００は、ステップＳ５０３で受信した応答フレームに関する情報を応答フレーム受信情報として記憶部１５０に記憶する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５において、無線通信装置１００は、記憶部１５０に記憶された応答フレーム受信情報から最適な送信セクタと受信セクタのペアを検出したか否かを判定する。無線通信装置１００が最適な送信セクタと受信セクタのペアを検出した場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０６に進む。無線通信装置１００が最適な送信セクタと受信セクタのペアを検出していない場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０７に進む。ステップＳ５０５の判定は、すべての送信セクタと受信セクタとの組み合わせについて、ノード探索フレームが送信された後に実行されることが好ましい。また、一例として、すべての送信セクタと受信セクタとの組み合わせについて複数回ノード探索フレームが送信された後にステップＳ５０５の判定が実行されてもよい。さらに、一例として、あらかじめ定められた時間が経過した後に、ステップＳ５０５の判定が実行されてもよい。

ステップＳ５０６において、無線通信装置１００はノード探索フレームの送信を終了する探索終了タイミングを設定、または、当該探索終了タイミングを再設定する。ステップＳ５０５において検出された、無線通信装置１００の最適な送信セクタと、ノード探索フレームを受信した無線ノードの最適な受信セクタとのペアを使用して、データ伝送フレームが送受信されるように探索終了タイミングを（再）設定する。すなわち、無線通信装置１００は無線ノードの最適な受信セクタが開始される直前に、無線通信装置１００の探索終了タイミングを（再）設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０７において、無線通信装置１００はノード探索が終了したか否かを判定する。ノード探索が終了した場合（ステップＳ５０７：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０８に進む。ノード探索が終了していない場合（ステップＳ５０７：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０１に戻る。

ステップＳ５０８において、無線通信装置１００は、送信セクタをステップＳ５０５において検出された最適な送信セクタに設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５０９に進む。

ステップＳ５０９において、無線通信装置１００は、データ伝送フレームを送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５１０において、無線通信装置１００は、ステップＳ５０９で送信されたデータ伝送フレームに対する応答フレームを受信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ５１１に進む。

ステップＳ５１１において、無線通信装置１００は、送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームを送信したか否かを判定する。送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームが送信された場合（ステップＳ５１１：ＹＥＳ）には、データ伝送処理を終了し、図４のステップＳ４０１のアイドル処理を実行する。送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームが送信されていない場合（ステップＳ５１１：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ５０９に戻る。

（一つの送信セクタに複数の受信セクタが対向している形態（１））
次に、一つの送信セクタに複数の受信セクタが対向している形態（１）について、図7および図８に基づいて説明する。

図７は、図１と同様に、指向性アンテナをそれぞれが備えた無線ノードＡおよび無線ノードＢから構成される無線通信システム１０００において、無線ノードＡから無線ノードＢに通信データを伝送する場合の他の一例を示す模式図である。

図７（１）でも、無線ノードＡおよび無線ノードＢは、アンテナの指向性が４つのセクタに分割され、任意のセクタに切り替え可能である場合を示しているが、セクタ数は４つに限定されるものではなく、任意のセクタ数に設定することが可能である。本実施形態では、一つの送信セクタであるセクタ１にセクタ３およびセクタ４の二つの受信セクタが対向している形態の動作について説明する。通信フレームの構成等については、すでに説明したのでここでは説明を省略する。

図７（２）の上段では、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。また、図７（２）の下段では、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。

本実施形態においても、無線ノードは図４に示すフローチャートに基づいて動作する。すなわち、無線ノードは、通信データの伝送要求が発生しない場合はアイドル処理を繰り返し実行し、通信データの伝送要求が発生すると通信データの伝送処理を実行する。無線ノードＡは、図７（２）の上段に示すように、図５に示すデータ伝送処理を実行した後に図６に示すアイドル処理を実行し始める。また、無線ノードＢは、図７（２）の下段に示すように、図６に示すアイドル処理を実行する。

無線ノードＡは、無線ノードＢへのデータ伝送要求が発生しているので、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら、ノード探索フレームを送信し、応答フレームを受信するノード探索動作を実行する。図７（２）の上段に示されるように、無線ノードＡは、セクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながらノード探索フレームを送信する。

各無線ノードは、通信データの伝送要求が発生していないアイドル動作時には、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら通信フレームの受信動作を実行する（セクタスキャン（図６参照））。図７においては無線ノードＢがセクタスキャンを実行している。

図７（２）において、無線ノードＢはセクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながら通信フレームの受信動作（セクタスキャン）を実行している。図７（２）において、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐとし、無線ノードＢのセクタ切り替え時間をＴｒｐ１とし、Ｔｒｐ１＝（送信無線ノードの指向性アンテナのセクタの総数＋１）×Ｔｓｐとする。このようにＴｒｐ１を設定すると、図７（２）に示すように、無線ノードＢのセクタ切り替え時間であるＴｒｐ１の間に、無線ノードＡは無線ノードＡのすべてのセクタからノード探索フレームを送信することが可能になる。なお、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐの値は、無線通信システムにおいて任意の値に設定することが可能である。

図７（２）において、無線ノードＢのセクタ３が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図８（１）に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部に記憶する。ノード探索フレーム受信情報には、ノード探索フレームの送信元の無線ノードの識別情報、ノード探索フレームを受信したセクタ番号情報、ノード探索フレームを受信したときの受信品質情報が含まれる。受信品質情報は、ノード探索フレームの受信時の受信電力強度や受信誤りの発生状況を数値化したものであって、本実施形態では受信品質情報を１～１０の数値で示し、数値が大きいほど受信品質が高いものとして表現している。また、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

一例として、図７（２）の無線ノードＢは、無線ノードＡがセクタ１で送信したノード探索フレームをセクタ３で受信すると、応答フレームをセクタ３から無線ノードＡに送信する。その後、無線ノードＢは、無線ノードＡのセクタ４の送信タイミングが終了するまで無線ノードＢのセクタ３を受信セクタとして維持する。そして、無線ノードＡのセクタ４からセクタ１への切り替えタイミングと同期して、無線ノードＢはセクタ３からセクタ４に受信セクタを切り替える。このようにして、無線ノードＡの送信セクタがセクタ１に切り替わるタイミングと、無線ノードＢの受信セクタがセクタ４に切り替わるタイミングが一致し、同期するようになる。

また、図７（２）において、無線ノードＢのセクタ４が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図８（１）の下段に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。さらに、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

無線ノードＡは、無線ノードＢから応答フレームを受信すると、応答フレーム内で通知される情報に基づいて、図８（２）に示される応答フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。図８（２）の上段の応答フレーム受信情報は無線ノードＢのセクタ３から送信された応答フレームに対応し、図８（２）の下段の応答フレーム受信情報は無線ノードＢのセクタ４から送信された応答フレームに対応する。

無線ノードＡは、応答フレームに含まれるノード探索フレームの受信品質情報が最も高い無線ノードＢの受信セクタで通信データの伝送を実行するために、ノード探索フレームの終了タイミング（ノード探索動作の終了タイミング）を設定する。つまり、受信品質情報が最も高い無線ノードＢの受信セクタが開始する直前に、無線ノードＡはノード探索動作を終了させ、当該受信セクタが開始されると、無線ノードＡはデータ伝送フレームを無線ノードＢに伝送する。なお、データ伝送フレームを無線ノードＢに伝送する無線ノードＡの送信セクタは、応答フレームに含まれるノード探索フレームの受信品質情報が最も高い場合のノード探索フレームの送信セクタである。

図７（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合に無線ノードＢのセクタ３から応答フレームを受信している。したがって、無線ノードＢのセクタ３に無線ノードＡのセクタ１で無線ノードＡがノード探索フレームを、再度、送信しようとする直前にノード探索動作を終了させる。その後、無線ノードＡは応答フレームを無線ノードＢのセクタ４から受信するが、無線ノードＢのセクタ３における受信品質の方が高いので、ノード探索動作の終了タイミングの再設定は実行していない。

無線ノードＡは、ノード探索動作を終了した後に、受信したすべての応答フレームで通知された受信品質情報と、応答フレームを受信したセクタ番号の組み合わせから、最も通信品質が高いことが期待されるセクタをデータ通信のための送信セクタに設定する。その後、無線ノードＡは、無線ノードＢに対してデータ伝送フレームを送信し、通信データを伝送する。上述したように、図７（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合だけに無線ノードＢのセクタ３およびセクタ４から応答フレームを受信している。そして、無線ノードＢのセクタ３における受信品質が、無線ノードＢのセクタ４における受信品質よりも高い。したがって、無線ノードＡはセクタ１を送信セクタに設定し、無線ノードＢがセクタ３で受信動作を実行するタイミングで、データ伝送フレームを送信する。無線ノードＢは、無線ノードＡから送信されたデータ伝送フレームを受信し、応答フレームを無線ノードＡに送信する。図７（２）に示すように、無線ノードＡおよび無線ノードＢは上記処理後に、アイドル処理に戻る。

（一つの送信セクタに複数の受信セクタが対向している形態（２））
次に、一つの送信セクタに複数の受信セクタが対向している形態（２）について、図９および図１０に基づいて説明する。

図９は、図１と同様に、指向性アンテナをそれぞれが備えた無線ノードＡおよび無線ノードＢから構成される無線通信システム１０００において、無線ノードＡから無線ノードＢに通信データを伝送する場合のさらなる他の一例を示す模式図である。

図９（１）でも、無線ノードＡおよび無線ノードＢは、アンテナの指向性が４つのセクタに分割され、任意のセクタに切り替え可能である場合を示しているが、セクタ数は４つに限定されるものではなく、任意のセクタ数に設定することが可能である。本実施形態では、一つの送信セクタであるセクタ１にセクタ３およびセクタ４の二つの受信セクタが対向している形態の動作について説明する。通信フレームの構成等については、すでに説明したのでここでは説明を省略する。

図９（２）の上段では、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。また、図９（２）の下段では、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。

本実施形態においても、無線ノードは図４に示すフローチャートに基づいて動作する。すなわち、無線ノードは、通信データの伝送要求が発生しない場合はアイドル処理を繰り返し実行し、通信データの伝送要求が発生すると通信データの伝送処理を実行する。無線ノードＡは、図９（２）の上段に示すように、図５に示すデータ伝送処理を実行した後に図６に示すアイドル処理を実行し始める。また、無線ノードＢは、図９（２）の下段に示すように、図６に示すアイドル処理を実行する。

無線ノードＡは、無線ノードＢへのデータ伝送要求が発生しているので、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら、ノード探索フレームを送信し、応答フレームを受信するノード探索動作を実行する。図９（２）の上段に示されるように、無線ノードＡは、セクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながらノード探索フレームを送信する。

各無線ノードは、通信データの伝送要求が発生していないアイドル動作時には、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら通信フレームの受信動作を実行する（セクタスキャン（図６参照））。図９においては無線ノードＢがセクタスキャンを実行している。

図９（２）において、無線ノードＢはセクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながら通信フレームの受信動作（セクタスキャン）を実行している。図９（２）において、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐとし、無線ノードＢのセクタ切り替え時間をＴｒｐ１とし、Ｔｒｐ１＝（送信無線ノードの指向性アンテナのセクタの総数＋１）×Ｔｓｐとする。このようにＴｒｐ１を設定すると、図９（２）に示すように、無線ノードＢのセクタ切り替え時間であるＴｒｐ１の間に、無線ノードＡは無線ノードＡのすべてのセクタからノード探索フレームを送信することが可能になる。なお、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐの値は、無線通信システムにおいて任意の値に設定することが可能である。

図９（２）において、無線ノードＢのセクタ３が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図１０（１）に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。ノード探索フレーム受信情報には、ノード探索フレームの送信元の無線ノードの識別情報、ノード探索フレームを受信したセクタ番号情報、ノード探索フレームを受信したときの受信品質情報が含まれる。受信品質情報は、ノード探索フレームの受信時の受信電力強度や受信誤りの発生状況を数値化したものであって、本実施形態では受信品質情報を１～１０の数値で示し、数値が大きいほど受信品質が高いものとして表現している。また、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

一例として、図９（２）の無線ノードＢは、無線ノードＡがセクタ１で送信したノード探索フレームをセクタ３で受信すると、応答フレームをセクタ３から無線ノードＡに送信する。その後、無線ノードＢは、無線ノードＡのセクタ４の送信タイミングが終了するまで無線ノードＢのセクタ３を受信セクタとして維持する。そして、無線ノードＡのセクタ４からセクタ１への切り替えタイミングと同期して、無線ノードＢはセクタ３からセクタ４に受信セクタを切り替える。このようにして、無線ノードＡの送信セクタがセクタ１に切り替わるタイミングと、無線ノードＢの受信セクタがセクタ４に切り替わるタイミングが一致し、同期するようになる。

また、図９（２）において、無線ノードＢのセクタ４が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図１０（１）の下段に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。さらに、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

無線ノードＡは、無線ノードＢから応答フレームを受信すると、応答フレーム内で通知される情報に基づいて、図１０（２）に示される応答フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。図１０（２）の上段の応答フレーム受信情報は無線ノードＢのセクタ３から送信された応答フレームに対応し、図１０（２）の下段の応答フレーム受信情報は無線ノードＢのセクタ４から送信された応答フレームに対応する。

図９（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合に無線ノードＢのセクタ３から応答フレームを受信している。したがって、無線ノードＢのセクタ３に無線ノードＡのセクタ１で無線ノードＡがノード探索フレームを、再度、送信しようとする直前にノード探索動作を終了させる。その後、無線ノードＡは応答フレームを無線ノードＢのセクタ４から受信し、無線ノードＢのセクタ４における受信品質の方が高いので、ノード探索動作の終了タイミングの再設定をさらに実行する。

無線ノードＡは、ノード探索動作を終了した後に、受信したすべての応答フレームで通知された受信品質情報と、応答フレームを受信したセクタ番号の組み合わせから、最も通信品質が高いことが期待されるセクタをデータ通信のための送信セクタに設定する。その後、無線ノードＡは、無線ノードＢに対してデータ伝送フレームを送信し、通信データを伝送する。上述したように、図９（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合だけに無線ノードＢのセクタ３およびセクタ４から応答フレームを受信している。そして、無線ノードＢのセクタ４における受信品質が、無線ノードＢのセクタ３における受信品質よりも高い。したがって、無線ノードＡはセクタ１を送信セクタに設定し、無線ノードＢがセクタ４で受信動作を実行するタイミングで、データ伝送フレームを送信する。無線ノードＢは、無線ノードＡから送信されたデータ伝送フレームを受信し、応答フレームを無線ノードＡに送信する。図９（２）に示すように、無線ノードＡおよび無線ノードＢは上記処理後に、アイドル処理に戻る。

（変形例１）
上記実施形態においては、アイドル処理を実行中の無線ノードＢは、セクタ切り替え時間Ｔｒｐ２の間は、無線ノードＢのセクタを切り替えることはなかった。しかし、無線ノードＡから送信されるデータ伝送フレームを受信可能なセクタが複数ある場合には、データ伝送フレームの送受信のための待ち時間が発生する場合がある。例えば、図９（２）の無線ノードＢは、セクタ３およびセクタ４でデータ伝送フレームを受信可能であるが、受信品質が高いセクタ４はセクタ３の後に選択されるために、待ち時間Ｔｗが発生する。変形例１は当該待ち時間Ｔｗをなくし、データ伝送フレームの送受信タイミングを早める実施形態を提供する。

一つの送信セクタに複数の受信セクタが対向している形態であって、上記動作を実施する無線通信システム１０００について、図１１および図１２に基づいて説明する。

図１１は、図１と同様に、指向性アンテナをそれぞれが備えた無線ノードＡおよび無線ノードＢから構成される無線通信システム１０００において、無線ノードＡから無線ノードＢに通信データを伝送する場合の変形例の一例を示す模式図である。

図１１（１）でも、無線ノードＡおよび無線ノードＢは、アンテナの指向性が４つのセクタに分割され、任意のセクタに切り替え可能である場合を示しているが、セクタ数は４つに限定されるものではなく、任意のセクタ数に設定することが可能である。本実施形態では、一つの送信セクタであるセクタ１にセクタ３およびセクタ４の二つの受信セクタが対向している形態の動作について説明する。

図１１（２）の上段では、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＡの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。また、図１１（２）の下段では、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタを識別するための番号、無線ノードＢの送信セクタおよび受信セクタの切り替えタイミング、並びに、送受信される通信フレームの種類を示している。

図１２は、無線ノードＡと無線ノードＢとの間で伝送される通信フレームの一例を列挙した模式図である。通信フレームには、ノード探索フレーム、セクタ指定フレーム、データ伝送フレームおよび応答フレームが一例として挙げられる。ノード探索フレーム、データ伝送フレームおよび応答フレームは図３において説明したので詳細な説明は省略する。

セクタ指定フレームは送信ノードから受信ノードに対して送信される通信フレームであって、受信ノードの受信セクタを指定するための通信フレームである。図１２のセクタ指定フレーム内のＲＳＥＣＮＵＭは受信ノードに対して指定する受信セクタの識別情報である。一例として、当該識別情報は受信セクタの番号であってもよい。セクタ指定フレーム内のＰＲ、ＵＷ、ＦＲＡＭＥＴＹＰ、ＳＲＳＡＤＲ、ＴＯＴＡＬＳＥＣＮＵＭ、ＳＥＣＮＵＭ、ＤＥＳＡＤＲ、ＦＣＳは図３において説明したので、詳細な説明は省略する。なお、ノード探索フレームは、データ伝送要求が発生した無線ノードが、宛先となる無線ノードとの間で使用するセクタを決定するために送信する通信フレームである。データ伝送フレームは、通信データを伝送するための通信フレームである。応答フレームは、送信無線ノードから通信フレームを受信した無線ノードが、受信結果に関する情報を送信無線ノードへ通知するために送信する通信フレームである。

本実施形態においても、無線ノードは図４に示すフローチャートに基づいて動作する。すなわち、無線ノードは、通信データの伝送要求が発生しない場合はアイドル処理を繰り返し実行し、通信データの伝送要求が発生すると通信データの伝送処理を実行する。ただし、本実施形態におけるアイドル処理は図１４の処理を実行し、データ伝送処理は図１３の処理を実行する。すなわち、無線ノードＡは、図１１（２）の上段に示すように、図１３に示すデータ伝送処理を実行した後に図１４に示すアイドル処理を実行し始める。また、無線ノードＢは、図１１（２）の下段に示すように、図１４に示すアイドル処理を実行する。

無線ノードＡは、無線ノードＢへのデータ伝送要求が発生しているので、指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら、ノード探索フレームを送信し、応答フレームを受信するノード探索動作を実行する。図１１（２）の上段に示されるように、無線ノードＡは、セクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながらノード探索フレームを送信する。

各無線ノードは、通信データの伝送要求が発生していないアイドル動作時には、ノード探索動作よりも遅い周期で指向性アンテナの指向性をセクタ単位で切り替えながら通信フレームの受信動作を実行する（セクタスキャン（図１４参照））。図１１においては無線ノードＢがセクタスキャンを実行している。

図１１（２）において、無線ノードＢはセクタ１からセクタ４まで順番に指向性アンテナの指向性を切り替えながら通信フレームの受信動作（セクタスキャン）を実行している。図１１（２）に示すように、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐとし、無線ノードＢのセクタ切り替え時間をＴｒｐ１とし、Ｔｒｐ１＝（送信無線ノードの指向性アンテナのセクタの総数＋１）×Ｔｓｐとする。このようにＴｒｐ１を設定すると、図１１（２）に示すように、無線ノードＢのセクタ切り替え時間であるＴｒｐ１の間に、無線ノードＡは無線ノードＡのすべてのセクタからノード探索フレームを送信することが可能になる。なお、無線ノードＡのセクタ切り替え時間をＴｓｐの値は、無線通信システムにおいて任意の値に設定することが可能である。

図１１（２）において、無線ノードＢのセクタ３が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図１０（１）に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。ノード探索フレーム受信情報には、ノード探索フレームの送信元の無線ノードの識別情報、ノード探索フレームを受信したセクタ番号情報、ノード探索フレームを受信したときの受信品質情報が含まれる。受信品質情報は、ノード探索フレームの受信時の受信電力強度や受信誤りの発生状況を数値化したものであって、本実施形態では受信品質情報を１～１０の数値で示し、数値が大きいほど受信品質が高いものとして表現している。また、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

一例として、図１１（２）の無線ノードＢは、無線ノードＡがセクタ１で送信したノード探索フレームをセクタ３で受信すると、応答フレームをセクタ３から無線ノードＡに送信する。その後、無線ノードＢは、無線ノードＡのセクタ４の送信タイミングが終了するまで無線ノードＢのセクタ３を受信セクタとして維持する。そして、無線ノードＡのセクタ４からセクタ１への切り替えタイミングと同期して、無線ノードＢはセクタ３からセクタ４に受信セクタを切り替える。このようにして、無線ノードＡの送信セクタがセクタ１に切り替わるタイミングと、無線ノードＢの受信セクタがセクタ４に切り替わるタイミングが一致し、同期するようになる。

また、図１１（２）において、無線ノードＢのセクタ４が無線ノードＡのセクタ１からのノード探索フレームを受信すると、図１０（１）の下段に示すノード探索フレーム受信情報を記憶部１５０に記憶する。さらに、ノード探索フレームを受信した無線ノードＢは、ノード探索フレームを送信した無線ノードＡに対してノード探索フレームの受信結果を通知する応答フレームを送信する。

無線ノードＡは、初めて応答フレームを受信すると、ノード探索フレームの終了タイミング（ノード探索動作の終了タイミング）を、応答フレームを送信したセクタの切り替えタイミングに設定する。つまり、無線ノードＢの応答フレームを送信したセクタが開始する直前に、無線ノードＡはノード探索動作を終了させ、当該セクタが開始されると、無線ノードＡはデータ伝送フレームまたはセクタ指定フレームを無線ノードＢに伝送する。なお、データ伝送フレームまたはセクタ指定フレームを無線ノードＢに伝送する無線ノードＡの送信セクタは、応答フレームに含まれるノード探索フレームの受信品質情報が最も高い場合のノード探索フレームの送信セクタである。図１１（２）においては、無線ノードＢにおける受信品質がより高いセクタ（セクタ４）がセクタ３の後に検出されるので、無線ノードＢがセクタ３に切り替わったタイミングで、無線ノードＡからセクタ指定フレームが送信される。

図１１（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合に無線ノードＢのセクタ３から最初に応答フレームを受信している。したがって、無線ノードＢのセクタ３に無線ノードＡのセクタ１で無線ノードＡがノード探索フレームを、再度、送信しようとする直前にノード探索動作を終了させる。

無線ノードＡは、ノード探索動作を終了した後に、受信したすべての応答フレームで通知された受信品質情報と、応答フレームを受信したセクタ番号の組み合わせから、最も通信品質が高いことが期待されるセクタをデータ通信のための送信セクタに設定する。また、無線ノードＡは応答フレームから最も通信品質が高いことが期待される無線ノードＢのセクタをデータ通信のための受信セクタに設定する。その後、無線ノードＡは、無線ノードＢに対してセクタ指定フレームを送信し、データ通信のための受信セクタを無線ノードＢに通知する。その後、無線ノードＡは、無線ノードＢに対してデータ伝送フレームを送信し、通信データを伝送する。上述したように、図１１（２）では、無線ノードＡは無線ノードＡのセクタがセクタ１の場合だけに無線ノードＢのセクタ３およびセクタ４から応答フレームを受信している。そして、無線ノードＢのセクタ４における受信品質が、無線ノードＢのセクタ３における受信品質よりも高い。したがって、無線ノードＡはノード探索動作が終了した後に、セクタ１を送信セクタに設定し、無線ノードＢがセクタ３で受信動作を実行するタイミングで、無線ノードＢのセクタ４を指定するセクタ指定フレームを送信する。セクタ指定フレームを受信した無線ノードＢは、受信セクタを３からセクタ指定フレームで指定された４に切り替える。無線ノードＡは無線ノードＢがセクタを３からセクタ４に切り替えて、受信動作を実行するタイミングで、データ伝送フレームを送信する。無線ノードＢは、無線ノードＡから送信されたデータ伝送フレームを受信し、応答フレームを無線ノードＡに送信する。図１１（２）に示すように、無線ノードＡおよび無線ノードＢは上記処理後に、アイドル処理に戻る。

次に、本実施形態に係わる図１４のアイドル処理を示すフローチャートを用いてアイドル処理の詳細について説明する。

ステップＳ１４０１において、無線通信装置１００は、受信セクタを設定する。受信セクタの順番は無線通信装置１００が任意に設定することが可能である。しかし、無線通信装置１００が有するセクタを重複なく、一通り設定し、一通り設定された順番を繰り返すことが好ましい。例えば、無線通信装置１００が４つのセクタを有する場合には、受信セクタを１、２、３、４、１、２、３、４・・・の順番、４、３、２、１、４、３、２、１・・・の順番等の順番で切り替えて設定することが可能である。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４０２に進む。

ステップＳ１４０２において、無線通信装置１００はノード探索フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００がノード探索フレームを受信した場合（ステップＳ１４０２：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０３に進む。無線通信装置１００がノード探索フレームを受信しない場合（ステップＳ１４０２：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０５に進む。

ステップＳ１４０３において、無線通信装置１００はステップＳ１４０２において受信したノード探索フレームに関する情報をノード探索フレーム受信情報として記憶部１５０に記憶する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４０４に進む。

ステップＳ１４０４において、無線通信装置１００はステップＳ１４０２において受信したノード探索フレームに対応する応答フレームを、ステップＳ１４０２において受信したノード探索フレームを送信した無線ノードに送信する。また、無線通信装置１００は受信セクタの切り替えタイミング時間を変更し、ノード探索フレームを送信した無線ノードの送信セクタが一通り切り替わるタイミングに同期させる。詳細については前述したのでここでは説明を省略する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４０５に進む。

ステップＳ１４０５において、無線通信装置１００はセクタ指定フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００がセクタ指定フレームを受信した場合（ステップＳ１４０５：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０６に進む。無線通信装置１００がセクタ指定フレームを受信しない場合（ステップＳ１４０５：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０８に進む。

ステップＳ１４０６において、無線通信装置１００はステップＳ１４０５において受信したセクタ指定フレームに対応する応答フレームを、ステップＳ１４０５において受信したセクタ指定フレームを送信した無線ノードに送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４０７に進む。

ステップＳ１４０７において、無線通信装置１００はステップＳ１４０５において受信したセクタ指定フレームで指定されたセクタに受信セクタを設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４０８に進む。

ステップＳ１４０８において、無線通信装置１００はデータ伝送フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００がデータ伝送フレームを受信した場合（ステップＳ１４０８：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０９に進む。無線通信装置１００がデータ伝送フレームを受信しない場合（ステップＳ１４０８：ＮＯ）には、無線通信装置１００はアイドル処理を終了する。

ステップＳ１４０９において、無線通信装置１００はステップＳ１４０８において受信したデータ伝送フレームに対応する応答フレームを、ステップＳ１４０８において受信したデータ伝送フレームを送信した無線ノードに送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１４１０に進む。

ステップＳ１４１０において、無線通信装置１００は受信すべきすべてのデータ伝送フレームを受信したか否かを判定する。すべての通信データの伝送が終了した場合（ステップＳ１４１０：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はアイドル処理を終了する。すべての通信データの伝送が終了していない場合（ステップＳ１４１０：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１４０８に戻る。

次に、本実施形態に係わる図１３のデータ伝送処理を示すフローチャートを用いてデータ伝送処理の詳細について説明する。

ステップＳ１３０１において、無線通信装置１００は、送信セクタを設定する。送信セクタの順番は無線通信装置１００が任意に設定することが可能である。しかし、無線通信装置１００が有するセクタを重複なく、一通り設定し、一通り設定された順番を繰り返すことが好ましい。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３０２に進む。

ステップＳ１３０２において、無線通信装置１００は、ステップＳ１３０１で設定された送信セクタを使用して、ノード探索フレームを送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３０３に進む。

ステップＳ１３０３において、無線通信装置１００は、ステップＳ１３０２で送信されたノード探索フレームに対する応答フレームを受信したか否かを判定する。無線通信装置１００が応答フレームを受信した場合（ステップＳ１３０３：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０４に進む。無線通信装置１００が応答フレームを受信しない場合（ステップＳ１３０３：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０７に進む。

ステップＳ１３０４において、無線通信装置１００は、ステップＳ１３０３で受信した応答フレームに関する情報を応答フレーム受信情報として記憶部１５０に記憶する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３０５に進む。

ステップＳ１３０５において、無線通信装置１００は、ステップＳ１３０３において受信された応答フレームが応答フレームを送信した無線ノードからの最初の応答フレームであったか否かを判定する。受信された応答フレームが応答フレームを送信した無線ノードからの最初の応答フレームであった場合（ステップＳ１３０５：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０６に進む。受信された応答フレームが応答フレームを送信した無線ノードからの最初の応答フレームではない場合（ステップＳ１３０５：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０７に進む。

ステップＳ１３０６において、無線通信装置１００はノード探索フレームの送信を終了する探索終了タイミングを設定する。ステップＳ１３０５における最初の応答フレームを受信した受信セクタと、最初の応答フレームを送信した送信セクタとのペアを使用して、セクタ指定フレームまたはデータ伝送フレームが送受信されるように探索終了タイミングを設定する。すなわち、無線通信装置１００は最初の応答フレームを送信した送信セクタが開始される直前に、無線通信装置１００の探索終了タイミングを設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３０７に進む。

ステップＳ１３０７において、無線通信装置１００はノード探索が終了したか否かを判定する。ノード探索が終了した場合（ステップＳ１３０７：ＹＥＳ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０８に進む。ノード探索が終了していない場合（ステップＳ１３０７：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３０１に戻る。

ステップＳ１３０８において、無線通信装置１００は送信セクタの番号をステップＳ１３０５における最初の応答フレームを受信した受信セクタの番号に設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３０９に進む。

ステップＳ１３０９において、無線通信装置１００は通信相手の受信セクタの番号を最も通信品質が高い応答フレームを送信した通信相手の送信セクタの番号に設定し、セクタ指定フレームを送信する。

ステップＳ１３１０において、無線通信装置１００はステップＳ１３０９で送信されたセクタ指定フレームに対する応答フレームを受信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３１１に進む。

ステップＳ１３１１において、無線通信装置１００は送信セクタの番号を、ステップＳ１３０９で送信したセクタ指定フレームで指定した受信セクタに対応する受信品質が最も高い送信セクタの番号に設定する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３１２に進む。

ステップＳ１３１２において、無線通信装置１００は、データ伝送フレームを送信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３１３に進む。

ステップＳ１３１３において、無線通信装置１００は、ステップＳ１３１２で送信されたデータ伝送フレームに対する応答フレームを受信する。次に、無線通信装置１００はステップＳ１３１４に進む。

ステップＳ１３１４において、無線通信装置１００は、送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームを送信したか否かを判定する。送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームが送信された場合（ステップＳ１３１４：ＹＥＳ）には、データ伝送処理を終了し、アイドル処理に移行する。送信されるべき、すべてのデータ伝送フレームが送信されていない場合（ステップＳ１３１４：ＮＯ）には、無線通信装置１００はステップＳ１３１２に戻る。

（変形例２）
上記すべての実施形態において、受信品質情報については、特に制限を設けなかった。しかし、応答フレームにおいて通知された受信品質情報があらかじめ定められた閾値を超えた場合にのみ、ノード探索終了タイミングの（再）設定を実行する構成とすることも可能である。

（無線通信装置の構成）
上記機能を有する無線通信装置の構成の一例について、図１６を参照して説明する。

無線通信装置１００は、セクタアンテナを構成する指向性アンテナ１１０、セクタ切り替え部１２０、送受信部１３０、制御部１４０、記憶部１５０および外部Ｉ／Ｆ部１６０を含んで構成される（Ｉ／Ｆ：ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）。

指向性アンテナ１１０は複数含まれてセクタアンテナを構成する。

セクタ切り替え部１２０は、セクタアンテナのセクタを切り替える機能を有する。

送受信部１３０は、ノード探索フレーム、応答フレーム、データ伝送フレーム、セクタ指定フレーム等の各種通信フレームを送受信する機能を有する。

記憶部１５０は、ノード探索フレーム受信情報１５１および応答フレーム受信情報１５２を含む各種情報を記憶する機能を有する。ノード探索フレーム受信情報１５１および応答フレーム受信情報１５２についてはすでに説明したので、ここでは詳細を省略する。

外部Ｉ／Ｆ部１６０は、各種データを無線通信装置１００の外部にある電子装置と送受信する機能を有する。データ伝送フレームによって伝送される通信データが外部にある電子装置から外部Ｉ／Ｆ部１６０を介して伝送される場合もある。

制御部１４０は、ノード探索フレーム生成部１４１、応答フレーム生成部１４２、同期部１４３、セクタ決定部１４４、データ伝送フレーム生成部１４５およびセクタ指定フレーム生成部１４６を含んで構成される。なお、セクタ指定フレーム生成部１４６は必須の構成ではない場合がある。

ノード探索フレーム生成部１４１は、すでに説明したノード探索フレームを生成する機能を有する。また、応答フレーム生成部１４２は、すでに説明した応答フレームを生成する機能を有する。さらに、データ伝送フレーム生成部１４５は、すでに説明した通信データを伝送するデータ伝送フレームを生成する機能を有する。さらに、セクタ指定フレーム生成部１４６はすでに説明したセクタ指定フレームを生成する機能を有する。

同期部１４３は、無線通信装置１００のセクタ切り替えタイミングを同期させる機能を有する。Ｔｓｐ、Ｔｒｐ１、Ｔｒｐ２およびセクタ切り替え順番等に関する情報は無線通信システム１０００内の無線通信装置１００の間で共有されることが可能である。

セクタ決定部１４４は、セクタ切り替え部１２０において選択されるセクタを決定する機能を有する。

実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１００無線通信装置
１２０セクタ切り替え部
１３０送受信部
１４０制御部
１４３同期部
１５０記憶部
１０００無線通信システム

Claims

指向性が高いアンテナを複数備えるセクタアンテナを含む無線通信装置であって、
前記無線通信装置に送信するべき通信データが存在する場合に、前記セクタアンテナのセクタを順次切り替えて、切り替えられたセクタごとにノード探索フレームを送信し、前記ノード探索フレームを受信する他の無線通信装置がある場合に、前記他の無線通信装置から前記ノード探索フレームに対する応答フレームを、前記ノード探索フレームを送信したセクタで受信する送受信部と、
前記応答フレームに含まれる、前記応答フレームを送信したセクタを特定する情報を抽出し、前記応答フレームが送信された後の前記応答フレームを送信したセクタに再び切り替わる直前のタイミングで他のノード探索フレームの送信を終了するように同期させる同期部と、を含み、
前記他のノード探索フレームの送信終了後に、前記セクタアンテナのセクタを、前記ノード探索フレームを送信したセクタに設定し、前記応答フレームを送信したセクタに対してデータ伝送フレームを送信する無線通信装置。
前記セクタアンテナのセクタを周期的に切り替え、一周期の間にすべてのセクタを一度ずつ選択するセクタ切り替え部をさらに含み、
前記一周期の時間は、前記他の無線通信装置のセクタアンテナの一つのセクタが選択されている時間よりも短い請求項１に記載の無線通信装置。
前記応答フレームには、前記他の無線通信装置が前記応答フレームに対応する前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報が含まれ、
前記同期部は、前記受信品質情報によって示される受信品質があらかじめ定められた閾値よりも高い応答フレームがある場合に、前記応答フレームに含まれる、前記応答フレームを送信したセクタを特定する情報を抽出し、前記応答フレームが送信された後の前記応答フレームを送信したセクタに再び切り替わる直前のタイミングで他のノード探索フレームの送信を終了するように同期させる請求項１または２に記載の無線通信装置。
前記応答フレームには、前記他の無線通信装置が前記応答フレームに対応する前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報が含まれ、
前記同期部は、複数の前記応答フレームが受信されている場合には、前記受信品質情報によって示される受信品質が最も高い前記応答フレームを抽出し、前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタに新たに切り替わる直前のタイミングで前記他のノード探索フレームの送信を終了させる請求項１または２に記載の無線通信装置。
前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタが前記他の無線通信装置によって新たに選択される前に、他の応答フレームを送信した他のセクタが前記他の無線通信装置によって新たに選択される場合には、前記他のセクタが選択されている間に、前記受信品質が最も高い応答フレームを送信したセクタに切り替えることを指示するセクタ指定フレームを前記他の無線通信装置に送信する請求項４に記載の無線通信装置。
前記同期部は、前記受信品質情報によって示される受信品質があらかじめ定められた閾値よりも高い応答フレームが複数ある場合に、前記受信品質情報によって示される受信品質が最も高い前記応答フレームを抽出する請求項４または５に記載の無線通信装置。
指向性が高いアンテナを複数備えるセクタアンテナを含む無線通信装置であって、
前記無線通信装置に送信するべき通信データが存在しない場合に、前記セクタアンテナのセクタを順次切り替え、他の無線通信装置からノード探索フレームを受信すると、前記ノード探索フレームを受信した時の受信品質情報を含む応答フレームを、前記ノード探索フレームを受信したセクタから送信する送受信部と、
前記応答フレームを送信した後に、前記応答フレームを送信したセクタを、前記他の無線通信装置のセクタ切り替え周期が終了するまで維持し、次のセクタから一つのセクタの維持時間を前記他の無線通信装置のセクタ切り替え周期と一致させる同期部と、を含み、
前記セクタ切り替え周期は、前記他の無線通信装置のすべてのセクタが一度ずつ選択される期間である無線通信装置。
前記応答フレームを送信する前は、前記一つのセクタの維持時間は、前記他の無線通信装置の前記セクタ切り替え周期よりも長い請求項７に記載の無線通信装置。
前記他の無線通信装置からセクタ指定フレームを受信すると、前記セクタ指定フレームによって指示されたセクタに切り替え、前記セクタ指定フレームによって指示されたセクタを前記他の無線通信装置の前記セクタ切り替え周期の間維持する請求項７または８に記載の無線通信装置。
請求項１から４、および、請求項４を引用する請求項６のいずれか一項に記載の無線通信装置と、
請求項７または８に記載の無線通信装置と、を含む、または、
請求項５、または、請求項５を引用する請求項６に記載の無線通信装置と、
請求項９に記載の無線通信装置と、を含む、無線通信システム。