JPH08167885A

JPH08167885A - 無線通信システム

Info

Publication number: JPH08167885A
Application number: JP6332717A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Uchiumi; 章博内海
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】優先度の高いデータ送信が大幅に延期される
ことを回避できるスペクトラム拡散無線通信システムを
提供することを目的とする。【構成】スペクトラム拡散無線を使用したパケットデ
ータの通信を行うスペクトラム拡散無線通信システムに
おいて、一度送信権を獲得し、１データパケットの送信
を終えた端末は、次のデータパケットの送信を行うため
に送信権を獲得する処理に移行するまでに、一定の間隔
を設け、その期間中はキャリアセンスを行えない規則を
設けることにより、優先度の高い複数のデータパケット
を送信する端末が、連続してデータパケットを送信し続
けることをなくし、他の優先度の高いデータ送信を実行
できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データ端末間でパケッ
トデータを送受信する無線通信システムに関し、特に、
ネットワークの使用権を調停するための制御チャネルを
２種類設け、送信データのデータ種別により使用する制
御チャネルを区別し、リアルタイム性が重要視されるデ
ータの送信を行おうとする端末が無線ネットワーク上に
競合した場合、無線ネットワークの使用権を各端末に平
等に分配することを可能にする無線通信システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会が進み、情報通信の媒
体としてＩＳＤＮ（デジタル統合サービス網）、またＬ
ＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などの普及に伴
い、携帯型や可搬型コンピュータ、可搬型無線端末等の
いわゆる移動端末のローカルエリアネットワーク（ＬＡ
Ｎ）化に対するニーズが高まっている。

【０００３】また、ＬＡＮシステムを敷設する際の配線
の複雑化や、配線工事費用の規模が大きい等の問題も発
生している。

【０００４】このような状況の下、デジタル無線通信の
一方式であるスペクトラム拡散無線通信方式を用いた、
いわゆる無線ＬＡＮシステムの開発が進められている。

【０００５】このスペクトラム拡散無線通信方式は、多
元接続性、秘匿性、耐干渉性などに優れた無線通信方式
であり、従来の有線系ＬＡＮの持つ種々の問題を解決す
べく期待がかけられている。

【０００６】このスペクトラム拡散無線通信方式は、変
調方式の違いから直接拡散方式と周波数ホッピング方式
の２種類の方式に大別される。

【０００７】直接拡散通信方式では、ＰＳＫ、ＦＭ、Ａ
Ｍ等で１次変調が行われた搬送波を送信データよりも広
帯域な拡散符号で乗算することによって２次変調する。
そして、この拡散変調が行われた後の信号のスペクトラ
ムは、１次変調後の信号のスペクトラムよりも広帯域と
なるため、単位周波数当たりの電力密度が著しく低下
し、他の通信への妨害を回避できる。また、上述の拡散
符号を複数使用することにより、複数の通信チャネルを
提供することも可能になる。

【０００８】一方、周波数ホッピング方式では、送信デ
ータで変調された搬送波周波数を与えられた帯域内でラ
ンダムに離散的に切り換えることにより、送信データを
広帯域に拡散する方式である。この周波数の切り換えパ
ターン（ホッピングパターン）を複数使用することによ
り、直接拡散方式と同様に複数の通信チャネルを提供す
ることができる。特に、低速周波数ホッピング変調方式
は、周波数シンセサイザ等の回路規模を小さくできるな
どの利点が大きいため、盛んに利用されるようになって
きている。

【０００９】また、無線ＬＡＮに接続された複数の端末
がデータの衝突を起こさずに、１つのネットワークを効
率的に共有するためのアクセス制御には、従来、有線系
ＬＡＮの代表的な競合制御方式であるＣＳＭＡ／ＣＤ方
式では、転送パケットの衝突を無線ネットワーク上で検
出することが極めて難しいため、ＣＳＭＡ／ＣＡ(carri
er sense multiple access/collision avoidance) とい
う方式が使用されている。

【００１０】この方式では、各端末が、パケットデータ
の送信を開始する前に無線ネットワークの使用状況を確
認し（キャリアセンス）、他の端末が使用していなけれ
ばデータの送信を開始する。このような方式により他の
端末からの送信データとの衝突を避け、各端末に平等な
アクセス権を与えることを可能とする。

【００１１】一方、この無線ＬＡＮでは、法令で決定さ
れる一定の周波数帯域を使用しており、従って、データ
パケットの伝送速度は限られており、一般的には有線系
のＬＡＮよりも低い。

【００１２】この無線ＬＡＮシステムを種々の端末が各
種のメディア通信に用いることを想定した場合、データ
容量が大きくなればなるほど不利となり、また、伝送遅
延を嫌うリアルタイム性の要求されるデータ転送では、
対等分散というＬＡＮの思想上、ある一端末の伝送遅延
を操作することが困難であった。

【００１３】そこで、このような問題点を解決するため
に、送信するデータ種別により優先順位を与え、その優
先順位によってキャリアセンスの時間を変える方式が用
いられている。

【００１４】これは、つまり、伝送遅延を嫌うような、
優先度の高いデータを送ろうとしている端末が、キャリ
アセンス時間を短くし、またキャリア発信間隔を短くす
るため、他の端末に対して早くデータ送信の意思表示が
でき、データを他の優先度の低い端末よりも先に送信す
ることができる。

【００１５】また、優先度の低いデータを送ろうとして
いる端末も、キャリアセンス時間を長くすることによっ
て、優先度の高いデータを送ろうとしている端末のキャ
リアを受けやすくなるので、送信を延期することができ
るという利点があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような優先制御方式を用いる場合、優先度の高いデータ
送信を行う端末と優先度の低いデータ送信を行う端末と
の間の優先制御は保たれるが、優先度の高いデータ送信
を行う端末同士が競合した場合には、先に送信権を獲得
した端末が無線ネットワークを占有してしまい、優先度
の高いデータ送信を行う他の端末が事実上送信を延期せ
ざるを得ないような状況を作り出す可能性がある。

【００１７】本発明は、優先度の高いデータ送信が大幅
に延期されることを回避できるスペクトラム拡散無線通
信システムを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、スペクトラム
拡散無線を使用したパケットデータの通信を行うスペク
トラム拡散無線通信システムにおいて、一度送信権を獲
得し、１データパケットの送信を終えた端末は、次のデ
ータパケットの送信を行うために送信権を獲得する処理
（つまり、キャリアセンスを行う処理）に移行するまで
に、一定の間隔を設け、その期間中はキャリアセンスを
行えない規則を設けることにより、優先度の高い複数の
データパケットを送信する端末が、連続してデータパケ
ットを送信し続けることをなくし、他の優先度の高いデ
ータ送信を実行できるようにしたものである。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例における無線制
御部の内部構成を示すブロック図である。

【００２０】同図において、データ端末１には、ケーブ
ルを介して無線制御部が接続されており、この無線制御
部の通信制御部２との間でデータ通信を行う。

【００２１】また、無線制御部は、この無線制御部の全
体を制御するＣＰＵ３と、各種プログラムやデータを格
納するメモリ４と、送受信データをアナログまたはデジ
タル信号へ変換するアナログ／デジタル変換部５と、周
波数シンセサイザ６と、フィルタ７と、発信器８と、同
期制御部９と、送受信データのパケット分解、フレーム
処理、パケットの組立等を行うパケット組立／分解部１
０と、ＩＦ信号を受信するＩＦ受信部１１と、アンテナ
１３を介してＲＦ信号の送受信を行うＲＦ送受信部１２
と、各種計時を行うタイマ１４と、データの種類（映
像、画像、テキスト等）を判別するデータ判別部１５
と、キャリア検出を行うキャリア検出部１６と、無線チ
ャネルを選択するチャネル選択部１７とを有する。

【００２２】図１０は、メモリ４内に初期設定時に配置
される８ビットのレジスタ群を示す説明図である。

【００２３】図中、１０−１は、フロー制御処理時に使
用される制御レジスタであり、１０−２は、後述する送
信権獲得処理時に使用するカウンタレジスタである。ま
た、１０−３は、データ種別による優先度を設定するた
めに使用する優先度レジスタであり、１０−４は、無線
制御部に一意に与えられる無線アドレスである。

【００２４】図８は、データパケットのフォーマットを
示す説明図である。

【００２５】データパケットは、アドレス、パケット番
号、データ、ＣＲＣからなり、端末からデータ転送を受
けた無線制御部は、このパケットフォーマットにデータ
を変換する。

【００２６】図９は、本実施例で用いる無線チャネル構
成を示す説明図である。

【００２７】無線チャネルは大きく３つの部分に分けら
れる。まず、Ｆ１、Ｆ２は、制御チャネルであり、制御
チャネル上にキャリア（短い期間のパルス）を一定間隔
毎に送信することで、他の端末に送信する準備ができて
いることを通知する。また、このチャネルをセンスする
ことで、送信準備のできている端末の存在を確認するこ
ともできる。

【００２８】もし、キャリアを送信した端末が同時期に
他のキャリアを確認したならば、送信権要求が競合して
いると判断して、ランダムな期間だけキャリア送信を延
期し、再度送信権要求を行う。このようにして送信権の
獲得処理を行う。

【００２９】また、Ｆ３〜Ｆｎはデータチャネルであ
り、制御チャネルにて送信権を獲得した端末が、このチ
ャネルを用いてデータの送信並びにコマンドの送信を行
う。

【００３０】図２は、本実施例における端末同士の送受
信プロトコルの概要を示すシーケンス図であり、図３〜
図７は、本実施例の動作を示すフローチャートである。

【００３１】本実施例では、データを送信するデータ端
末を端末Ａ、データを受信するデータ端末を端末Ｂと
し、端末Ａは無線制御部Ａに接続され、端末Ｂが無線制
御部Ｂに接続されていると想定し、端末Ａから端末Ｂへ
データが送信される場合について説明する。

【００３２】初めに図２を用いて、端末Ａおよび無線制
御部Ａの送信動作、並びに端末Ｂおよび無線制御部Ｂの
受信動作の概要を説明する。

【００３３】端末Ａから無線制御部Ａに送信要求が発生
し、送信データが転送されたならば、無線制御部Ａは制
御チャネルｆ１上の送信中のデータの有無を確認する
（キャリアセンス）。

【００３４】そして、チャネルｆ１が他の端末により使
用されていなければ、送信要求パケットを組み立て、無
線制御部Ｂに対して送信する。

【００３５】送信要求パケットを受信した無線制御部Ｂ
は、制御チャネルｆ２のキャリアセンス後、無線制御部
Ｂが受信可能状態であれば、受信許可パケットを端末Ａ
に対して送信する。

【００３６】受信許可パケットを受信した端末Ａは、デ
ータチャネルｆｘのキャリアセンスの後、データパケッ
トの送信を開始する。

【００３７】最終パケットの送信が終了し、無線制御部
Ｂで受信エラーが確認されなければ、無線制御部Ｂは受
信応答パケットを端末Ａに対して送信して受信完了を通
知し、さらに端末Ｂに受信データを転送する。

【００３８】このようにしてデータが端末間で送受信さ
れる。

【００３９】次に、端末Ａおよび無線制御部Ａ内部の送
信動作を詳細に説明する。

【００４０】まず、無線アドレスの決定方法について説
明する。

【００４１】端末Ａから無線制御部Ａに送信要求が発生
し（Ｓ３−１）、無線制御部Ａに対して送信データが転
送されたならば、通信制御部２は、データをメモリ４に
一時的に格納する。

【００４２】ＣＰＵ３は、データ種別の判別が行われた
上記データを、パケット組立／分解部１０により固定長
のデータに分解するとともに、分解されたデータの前後
に、図８に示す通り、フラグ、送信先送信元無線アドレ
スフレーム、イーサネットアドレスフレーム、パケット
種別フレーム、エラー検出用のＣＲＣチェックフレーム
を付加し、データパケットを完成させる（Ｓ３−２）。

【００４３】次に、ＣＰＵ３は、端末Ａから転送された
データをメモリ４から読み出し、データ判別部１５によ
り送信データのデータ種別を判別する（Ｓ３−３）。

【００４４】そして、判別の結果、データ種別がリアル
タイム性の高い（伝送遅延を嫌う）データであるなら
ば、優先度レジスタ１０−３にランク「Ａ」をセットす
る（Ｓ３−５）。

【００４５】また、それ以外のデータ、例えば、伝送遅
延を許容するデータであるならば、優先度レジスタ１０
−３に「Ｂ」を設定する（Ｓ３−６）。

【００４６】次に、ＣＰＵ３は、送信権処理を行う（Ｓ
３−７）。以下、この送信権処理の詳細について説明す
る。

【００４７】まず、カウンタレジスタ１０−２の値を初
期化（初期化の値は任意）し（Ｓ４−１）、チャネルｆ
ｘにおいて、キャリアパルスを送信する（Ｓ４−２）。

【００４８】その後、チャネルｆｘをセンスし（Ｓ４−
３）、無線制御部Ａが送信したキャリア以外のキャリア
の存在を確認する。

【００４９】もし、他のキャリアの存在が確認できない
のであれば（Ｓ４−４）、再びＳ４−２からＳ４−３ま
での処理をカウンタレジスタ１０−２の値が０になるま
で繰り返す（Ｓ４−６）。

【００５０】カウンタレジスタ１０−２が０になるまで
他のキャリアの存在が確認できないならば、競合する他
の端末がいないと判断して処理を終了する。

【００５１】また、前記Ｓ４−４で制御チャネルｆ１を
センスした時に他のキャリアの存在が確認された場合に
は、同時に送信権を獲得しようとしている端末が他に存
在すると判断して、送信を一定時間だけ延期し（Ｓ４−
５）、再びステップからの処理を開始する。

【００５２】次に、無線チャネル選択について説明す
る。

【００５３】本システムにおいてはデータパケットの送
受信に先立ち、無線制御部Ａと無線制御部Ｂの間で、デ
ータを送信するための無線チャネルを決める必要があ
る。

【００５４】本実施例では、アイドル状態の無線制御部
は必ずチャネルｆ１で待機しているので、無線制御部Ａ
は、キャリア検出部１１を利用して送信権処理を行う。

【００５５】送信権処理の後、チャネルｆ１の使用が可
能になれば、送信要求パケットを組み立て、無線制御部
Ｂに対して送出する（Ｓ３−８）。

【００５６】この送信要求パケットには、パケット種別
（送信要求、受信許可、異常終了）、指定チャネル番号
（本実施例では、ｆ４を用いる）、１オクテットの送信
先無線アドレス、フラグが付けられる。

【００５７】そして、送信要求パケットの送信終了後
は、ＣＰＵ３がチャネル選択部１２によってチャネルを
切り替え、周波数チャネルｆ２で無線制御部Ｂから送ら
れる受信許可パケットを待機する。

【００５８】このように送信権処理を終え、端末Ａが送
信権を獲得したならば、図５に示すパケット送信処理を
行う。

【００５９】次に、パケット送信処理の方法について説
明する。

【００６０】まず、無線制御部Ｂから受信許可パケット
を受け取ると（Ｓ５−３）、ＣＰＵ３は、無線制御部Ａ
と無線制御部Ｂの間で上記データパケットを送受信する
周波数チャネルが了解されたと判断し、データパケット
の送信処理を開始する。

【００６１】まず、無線制御部Ａは、データチャネルｆ
４に周波数を移し（Ｓ５−４）、チャネルｆ４における
送信権処理を行う（Ｓ５−５）。

【００６２】そして、チャネルｆ４の使用が可能になっ
たならば、プリアンブル信号を送出し、引き続きデータ
パケットの送信を開始する（Ｓ５−６）。

【００６３】そして、データパケットの送信後、優先度
レジスタを読み込み、値が「Ａ」ならば（Ｓ５−８）、
Ｔ１秒ウェイト（Ｓ５−９）した後、再度送信権処理を
行い、次のデータパケットの送信を開始する。

【００６４】また、前記Ｓ５−８で優先度レジスタの値
が「Ｂ」ならば、ウェイトすぜに次のデータパケットの
ための送信権処理を開始する。

【００６５】そして、以上のような処理を繰り返し、デ
ータパケットを全て送信し終えたならば（Ｓ５−７）、
無線制御部Ａは制御チャネルｆ２に周波数を移し（Ｓ５
−１０）、無線制御部Ｂからの受信応答パケットを待
つ。

【００６６】無線制御部Ａが無線制御部Ｂから受信応答
パケットを受信したならば（Ｓ５−１１）、無線制御部
Ａは、無線制御部Ｂが正常に受信を終了したと見なし、
全送信処理を終了する。

【００６７】その後、無線制御部Ａは、他端末の無線制
御部からの制御パケットの受信に備え、チャネルｆ１に
周波数を切り替え、アイドル状態にて待機する。

【００６８】また、前記Ｓ５−１１で一定時間待っても
無線制御部Ｂから受信応答パケットを受信しない、つま
り、受信応答パケットを受信しないままタイマ１４がタ
イムアウトしたならば（Ｓ５−１２）、ＣＰＵ３は、異
常終了パケットを通信制御部２を介して端末Ａに対して
送信する（Ｓ５−１３）。

【００６９】次に、パケット受信処理について、無線制
御部Ｂ内部でのパケット受信動作を説明する。

【００７０】無線制御部Ａからの送信要求パケットを受
信（Ｓ６−１）したＲＦ送受信部１２は、ＩＦ受信部１
１を介してＣＰＵ３に通知する。

【００７１】送信要求パケットを受け取ったＣＰＵ３
は、送信要求パケットから送信先無線アドレスフレーム
を抽出し（Ｓ６−２）、自分の所有するアドレス（本実
施例の場合、Ｂ２）と比較する。

【００７２】もし、この送信先無線アドレスが自分の所
有するアドレスと同一であり（Ｓ６−３）、かつ、無線
制御部Ｂがデータ受信可能状態であるならば、周波数を
チャネルｆ２に切り替え（Ｓ６−４）、送信権処理を行
う（Ｓ６−５）。

【００７３】そして、この送信権処理の結果、無線ネッ
トワークが他の端末により使用されていないのであれ
ば、受信許可パケットを組み立て、無線制御部Ａに対し
て受信許可パケットを送信（Ｓ６−６）した後、データ
チャネルｆ４に周波数を移し（Ｓ７−２）、待機する。

【００７４】逆に、データパケット中の送信先無線アド
レスフレームの値が端末Ｂの無線アドレスと異なる場合
には（Ｓ７−１）、受信処理を終了する。

【００７５】また、前記受信許可パケットに引き続き、
第１データパケットを受信したならば（Ｓ７−３）、フ
ィルタ７、ＩＦ受信部１１を介して、この第１データパ
ケットをデジタルデータに変換する。

【００７６】ＣＰＵ３は、この第１データパケット内の
送信先無線アドレスフレームを読み込み（Ｓ７−４）、
この送信先無線アドレスフレームの値が無線制御部Ａが
保有する無線アドレス９−４と一致していることを確認
する（Ｓ７−５）。

【００７７】そして、Ｓ７−５において、各アドレスが
一致しているならば、データのＣＲＣチェックを行い、
その結果、パケット中に転送誤りがないと判明した場
合、正常受信として前記データパケットをメモリ４に格
納する。

【００７８】また、Ｓ７−５において、各アドレスが一
致していない場合には、受信したデータパケットを廃棄
する（Ｓ７−１）。

【００７９】このようにアドレスの照合を行いながらデ
ータパケットの受信を繰り返し、最終データパケットを
正常に受信したならば（Ｓ７−６）、受信応答パケット
を組み立て、チャネルをｆ２に切り替えた後、送信権処
理を行い、受信応答パケットを無線制御部Ａに対して送
信して（Ｓ７−９）、受信動作を終了する。

【００８０】また、前記Ｓ７−３でデータパケットが受
信できず、タイマ１４がタイムアウトした場合（Ｓ７−
１０）、無線制御部Ｂは通信制御部２を使用して、異常
終了パケットを端末Ｂに対して送信する（Ｓ７−１
１）。

【００８１】なお、以上の第１実施例においては、複数
のチャネルを有する周波数ホッピング方式を用いたスペ
クトラム拡散無線通信システムについて説明したが、本
発明は無線通信方式やチャネルの構成等に依存するもの
ではない。

【００８２】例えば、チャネル数が１チャネルのみのシ
ステムにおいても、上記第１実施例と全く同様の構成で
上記効果を得ることが可能である。

【００８３】また、無線媒体に関して、上記第１実施例
においては電波を使用するとしていたが、光を用いて
も、上記第１実施例と全く同様の効果を得ることができ
る。

【００８４】上記第１実施例においては、送信意思を他
の端末へ通知するためのキャリアパルスをデータパケッ
ト送信前のキャリアセンス期間中に送出していたが、こ
のキャリアパルスを送出せずにキャリアセンスのみで送
信権を獲得できるシステムにおいても、データを送信す
るまでの時間を変えることによって、同様にデータの優
先度をつけて送信することができるため、上記第１実施
例と全く同様の効果を得ることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一度データパケットの送信を終えた端末は、次のデータ
パケットの送信を行うためのキャリアセンスに移行する
までに一定の間隔を空けるため、優先度の高い複数のデ
ータパケットを送信する端末が、連続してデータパケッ
トを送信し続けることがなくなる。

【００８６】従って、伝送遅延を嫌うリアルタイムデー
タを扱う無線ネットワーク上の端末が複数存在し、無線
ネットワーク上で送信の競合を起こした場合にも、競合
している端末に平等に送信権を分配できるため、送信権
獲得率の低下により待ち時間が増加し、データのリアル
タイム性が確保できない状況を回避でき、リアルタイム
データの品質劣化を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】上記実施例における端末同士の送受信プロトコ
ルの概要を示すシーケンス図である。

【図３】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】上記実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図８】上記実施例におけるデータパケットのフォーマ
ットを示す説明図である。

【図９】上記実施例で用いる無線チャネル構成を示す説
明図である。

【図１０】上記実施例において、メモリ内に初期設定時
に配置される８ビットのレジスタ群を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…データ端末、２…通信制御部、３…ＣＰＵ、４…メモリ、５…アナログ／デジタル変換部、６…周波数シンセサイザ、７…フィルタ、８…発信器、９…同期制御部、１０…パケット組立／分解部、１１…ＩＦ受信部、１２…ＲＦ送受信部、１３…アンテナ、１４…タイマ、１５…データ判別部、１６…キャリア検出部、１７…チャネル選択部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線ネットワーク上のキャリアの有無を
検出する検出手段と、無線ネットワークに擬似的にキャ
リアパルス信号を送信する送信手段とを有することを特
徴とする無線通信システム。
【請求項２】請求項１の無線通信システムにおいて、さらに、スペクトラム拡散通信によりパケットデータの
通信を行う手段を有することを特徴とする無線通信シス
テム。
【請求項３】請求項１の無線通信システムにおいて、アクセス制御チャネルによりデータパケットの送受信に
使用するチャネル番号を確認する確認手段と、複数の端
末により無線ネットワークの使用競合が起きた場合に競
合制御を行う制御手段を有することを特徴とする無線通
信システム。
【請求項４】請求項１の無線通信システムにおいて、上記データ端末から通信ケーブルを介して転送されるデ
ータのデータ種別を判別する判別手段と、この判別手段
を用いて判別されるデータ種別毎に２段階の優先度を設
定する設定手段とを有することを特徴とする無線通信シ
ステム。
【請求項５】請求項４の無線通信システムにおいて、上記検出手段を用いて行うデータ送信前のキャリア検出
時間を上記設定手段を用いて設定される優先度に従い決
定する時間決定手段を有することを特徴とする無線通信
システム。