JPWO2004062198A1 - 無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
ネットワーク内の全ての装置が正確に同期を取らずとも、複数の任意の装置で時分割多重通信を行って、複数のデータ通信を行うことが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法であって、自立分散型ネットワークの時分割多重接続方法として、所定の周期で周囲に存在する無線通信装置を把握するため、フレーム周期にわたる連続受信（スキャン）動作を行い（ＳＴ１〜ＳＴ３）、他の無線通信装置からのビーコン信号を受信して（ＳＴ４）、通信可能な無線通信装置を把握し、受信したビーコン情報から、その無線通信装置の受信スロットを算出し、その設定状況と衝突しないように自己の受信スロットの設定を行って（ＳＴ７）、自己の周囲に存在する他の無線通信装置との間で自律的に時分割多重通信を行うネットワークを形成する。
Description
本発明は、自律分散型ネットワークにおける各通信装置の非同期制御による時分割多重接続方法を採用した無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法に関するものである。
現在、ＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ローカルエリアネットワーク（無線ＬＡＮ）のアドホックモードのように、ネットワーク内に基地局を配置せずに端末局同士が直接通信して運用する方法が知られている。
また近年、近距離間で超高速にデータ通信ができる技術として、従来からある特定のキャリアを用いた通信システムと異なり、非常に短いパルス列に情報を載せて搬送するウルトラワイドバンド無線通信が注目されている。
このウルトラワイドバンド無線通信は、ベースバンド信号を直接無線送信することができるため、簡素な回路構成が可能であって、データ伝送速度：１００Ｍｂｐｓ程度を想定したパーソナル・エリア・ネットワークの有力な候補として挙げられている。
また、従来からの時分割多重接続方法としては、携帯電話などのシステムで用いられているように、ネットワーク内に基地局を配置し、移動する全ての端末局がその基地局からの信号に同期して、時分割多重接続を行う方法が一般的に知られている。
そして、前記のウルトラワイドバンド通信を複数の装置の間で同時に行うためには、時分割多重接続を行う方法が一般的に考えられている。
さらに、複数の装置の間で無線ネットワークを形成するために、ネットワークの中心にコーディネータと呼ばれる制御局を配置し、その制御局の一元的な管理によって、複数の装置がウルトラワイドバンド通信の行う時間を時分割多重して利用する方法が一般的に知られている（ＩＥＥＥ８０２．１５．３）。
ところが、近年注目されている、ウルトラワイドバンド通信では、極めて微弱なパルス列を用いて通信を行うため、従来からの無線システムで利用されていたキャリアを検出する手段を容易に構成することが困難であるという不利益があった。
また、従来の無線ＬＡＮのアドホックモードでは、全ての端末間で同期を取る必要はないが、他の端末の通信と衝突が生じないように、情報を送信する前にキャリアを検出する手段が必要であるという不利益があった。したがって、技術をウルトラワイドバンド通信に利用することができない。
さらに、無線ＬＡＮのアドホックモードで動作する複数の端末を用いてネットワークを形成した場合には、いつ何時他の端末から情報が届くかが判らないため、常に受信動作を行う必要があり、消費電力の低減が困難であるという不利益があった。
またアドホックモードで動作する場合には、他の装置との間で常に同期が取れていないため、複数の通信リンクの間で所定の周期でくり返して送受信を行う時分割多重通信が行いにくいという不利益があった。
従来からある携帯電話などの時分割多重通信システムでは、時間的に分割されたスロットの衝突を避けるために、システム内に存在する全ての端末が基地局との間で同期を取る必要があったことから、全ての端末局が基地局に同期を取る高度なメカニズムを実装する必要があった。
また、従来からの無線ネットワークにおいて時分割多重で通信を行う場合において、そのネットワークの中心にコーディネータと呼ばれる制御局を配置し、その制御局の一元的な管理を行う必要があった。
また近年、近距離間で超高速にデータ通信ができる技術として、従来からある特定のキャリアを用いた通信システムと異なり、非常に短いパルス列に情報を載せて搬送するウルトラワイドバンド無線通信が注目されている。
このウルトラワイドバンド無線通信は、ベースバンド信号を直接無線送信することができるため、簡素な回路構成が可能であって、データ伝送速度：１００Ｍｂｐｓ程度を想定したパーソナル・エリア・ネットワークの有力な候補として挙げられている。
また、従来からの時分割多重接続方法としては、携帯電話などのシステムで用いられているように、ネットワーク内に基地局を配置し、移動する全ての端末局がその基地局からの信号に同期して、時分割多重接続を行う方法が一般的に知られている。
そして、前記のウルトラワイドバンド通信を複数の装置の間で同時に行うためには、時分割多重接続を行う方法が一般的に考えられている。
さらに、複数の装置の間で無線ネットワークを形成するために、ネットワークの中心にコーディネータと呼ばれる制御局を配置し、その制御局の一元的な管理によって、複数の装置がウルトラワイドバンド通信の行う時間を時分割多重して利用する方法が一般的に知られている（ＩＥＥＥ８０２．１５．３）。
ところが、近年注目されている、ウルトラワイドバンド通信では、極めて微弱なパルス列を用いて通信を行うため、従来からの無線システムで利用されていたキャリアを検出する手段を容易に構成することが困難であるという不利益があった。
また、従来の無線ＬＡＮのアドホックモードでは、全ての端末間で同期を取る必要はないが、他の端末の通信と衝突が生じないように、情報を送信する前にキャリアを検出する手段が必要であるという不利益があった。したがって、技術をウルトラワイドバンド通信に利用することができない。
さらに、無線ＬＡＮのアドホックモードで動作する複数の端末を用いてネットワークを形成した場合には、いつ何時他の端末から情報が届くかが判らないため、常に受信動作を行う必要があり、消費電力の低減が困難であるという不利益があった。
またアドホックモードで動作する場合には、他の装置との間で常に同期が取れていないため、複数の通信リンクの間で所定の周期でくり返して送受信を行う時分割多重通信が行いにくいという不利益があった。
従来からある携帯電話などの時分割多重通信システムでは、時間的に分割されたスロットの衝突を避けるために、システム内に存在する全ての端末が基地局との間で同期を取る必要があったことから、全ての端末局が基地局に同期を取る高度なメカニズムを実装する必要があった。
また、従来からの無線ネットワークにおいて時分割多重で通信を行う場合において、そのネットワークの中心にコーディネータと呼ばれる制御局を配置し、その制御局の一元的な管理を行う必要があった。
本発明の第１の目的は、ネットワーク内の全ての装置が正確に同期を取らずとも、複数の任意の装置で時分割多重通信を行って、複数のデータ通信を行うことが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、任意の通信装置がアドホックにネットワークを形成する場合において、容易に時分割多重通信が行うことが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、ウルトラワイドバンド無線通信において、特定の制御局装置を配置せずにアクセス制御を行うことができる無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、常に受信動作を行わずに、必要なときにだけ受信動作を行うことが可能で、ひいては消費電力の低減を容易に図ることが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期内で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する受信スロット設定手段とを有する。
好適には、上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載し、上記フレーム周期の所定のタイミングにてビーコン信号として他の無線通信装置に送信する送信手段と、他の無線通信装置による送信情報を受信する受信手段とを有する。
好適には、上記受信手段は、上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングで受信処理を行う。
本発明の第２の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、各通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設定するスキャン周期設定手段と、上記フレーム周期単位の時間にわたり他の無線通信装置から送信されるビーコン信号を受信するスキャン手段とを有する。
好適には、上記受信されたビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを自己のスロット位置に変換して管理する管理手段と、他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う送信手段とをさらに有する。
好適には、上記他の無線通信装置からのビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを把握しておき、他の無線通信装置宛のデータがある場合には、上記送信手段に対し、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行わせる制御手段を、さらに有する。
本発明の第３の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信システムであって、上記ネットワークを構成する各無線通信装置は、所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットを設定するビーコンスロット設定手段と、上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも一つ設定する受信スロット設定手段とを有する。
好適には、上記フレーム周期の先頭のタイミングにて、ビーコン信号を送信する。
好適には、各無線通信装置がビーコンを送信するタイミングは、互いに重ならないように配置される。
本発明の第４の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する。
好適には、設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の無線通信装置に存在通知を行う。
本発明の第５の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設けて、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行い、周囲に存在する他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信する。
好適には、上記他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理を行う。
本発明の第６の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期の先頭タイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記前記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定し、設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の通信装置に存在通知を行い、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設け、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行う。
好適には、周囲に存在する他の無線通信装置のビーコン信号を受信して、上記ビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理し、他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う。
本発明によれば、全ての装置で共通となるフレーム周期を設けて、そのフレームを更に短い時間単位のスロットに分割し、自装置が設定したフレーム周期の先頭タイミングにて周期的に送信するビーコンスロットと、自装置が受信する受信スロットを最低１つ設定し、その受信スロットの位置をビーコン情報に記載して前記ビーコンを送信することで周囲にある他の装置に通知を行う。
また各装置ではフレーム周期より長い周期で任意のスキャン周期を設けて、その周期が経過した場合に、フレーム周期にわたって受信動作を行い、周囲に存在する装置からのビーコンを受信し、周囲に存在する装置を確認する。
そして各装置は、前記受信スロットのタイミングが到来した場合に周期的に受信処理をくり返し行う。
この受信スロットはフレーム周期内に最低１つ設ければ良いが、各装置の必要に応じて複数の受信スロットを設けても良い。
データをある装置に送信する場合には、前記スキャンによって受信できた周囲の装置からのビーコン信号に記載された受信スロットの位置のタイミングでデータの送信を行う。
データを受信した装置は、受信スロットの追加が必要であれば、その都度追加を行うことで、大容量のデータ通信にも対応できる構成となりうる。
本発明の第２の目的は、任意の通信装置がアドホックにネットワークを形成する場合において、容易に時分割多重通信が行うことが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、ウルトラワイドバンド無線通信において、特定の制御局装置を配置せずにアクセス制御を行うことができる無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、常に受信動作を行わずに、必要なときにだけ受信動作を行うことが可能で、ひいては消費電力の低減を容易に図ることが可能な無線通信装置、無線通信システム、および無線通信方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期内で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する受信スロット設定手段とを有する。
好適には、上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載し、上記フレーム周期の所定のタイミングにてビーコン信号として他の無線通信装置に送信する送信手段と、他の無線通信装置による送信情報を受信する受信手段とを有する。
好適には、上記受信手段は、上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングで受信処理を行う。
本発明の第２の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、各通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設定するスキャン周期設定手段と、上記フレーム周期単位の時間にわたり他の無線通信装置から送信されるビーコン信号を受信するスキャン手段とを有する。
好適には、上記受信されたビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを自己のスロット位置に変換して管理する管理手段と、他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う送信手段とをさらに有する。
好適には、上記他の無線通信装置からのビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを把握しておき、他の無線通信装置宛のデータがある場合には、上記送信手段に対し、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行わせる制御手段を、さらに有する。
本発明の第３の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信システムであって、上記ネットワークを構成する各無線通信装置は、所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットを設定するビーコンスロット設定手段と、上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも一つ設定する受信スロット設定手段とを有する。
好適には、上記フレーム周期の先頭のタイミングにて、ビーコン信号を送信する。
好適には、各無線通信装置がビーコンを送信するタイミングは、互いに重ならないように配置される。
本発明の第４の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する。
好適には、設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の無線通信装置に存在通知を行う。
本発明の第５の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設けて、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行い、周囲に存在する他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信する。
好適には、上記他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理を行う。
本発明の第６の観点は、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、上記フレーム周期の先頭タイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記前記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定し、設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の通信装置に存在通知を行い、上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設け、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行う。
好適には、周囲に存在する他の無線通信装置のビーコン信号を受信して、上記ビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理し、他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う。
本発明によれば、全ての装置で共通となるフレーム周期を設けて、そのフレームを更に短い時間単位のスロットに分割し、自装置が設定したフレーム周期の先頭タイミングにて周期的に送信するビーコンスロットと、自装置が受信する受信スロットを最低１つ設定し、その受信スロットの位置をビーコン情報に記載して前記ビーコンを送信することで周囲にある他の装置に通知を行う。
また各装置ではフレーム周期より長い周期で任意のスキャン周期を設けて、その周期が経過した場合に、フレーム周期にわたって受信動作を行い、周囲に存在する装置からのビーコンを受信し、周囲に存在する装置を確認する。
そして各装置は、前記受信スロットのタイミングが到来した場合に周期的に受信処理をくり返し行う。
この受信スロットはフレーム周期内に最低１つ設ければ良いが、各装置の必要に応じて複数の受信スロットを設けても良い。
データをある装置に送信する場合には、前記スキャンによって受信できた周囲の装置からのビーコン信号に記載された受信スロットの位置のタイミングでデータの送信を行う。
データを受信した装置は、受信スロットの追加が必要であれば、その都度追加を行うことで、大容量のデータ通信にも対応できる構成となりうる。
図１は、本発明に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示す図である。
図２は、本実施形態に係る無線通信システムに採用されるフレーム周期の構成ならびにスキャン周期の構成を示す図である。
図３Ａ〜図３Ｅは、図１の無線通信システムの一連の動作を時系列的に具体的に示す図である。
図４は、本発明に係る無線通信装置の一実施形態を示す構成図である。
図５は、本実施形態に係るビーコン情報の構成例を示す図である。
図６は、本実施形態に係るデータ情報の構成例を示す図である。
図７は、本実施形態に係る無線通信装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。
図２は、本実施形態に係る無線通信システムに採用されるフレーム周期の構成ならびにスキャン周期の構成を示す図である。
図３Ａ〜図３Ｅは、図１の無線通信システムの一連の動作を時系列的に具体的に示す図である。
図４は、本発明に係る無線通信装置の一実施形態を示す構成図である。
図５は、本実施形態に係るビーコン情報の構成例を示す図である。
図６は、本実施形態に係るデータ情報の構成例を示す図である。
図７は、本実施形態に係る無線通信装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図１は、本発明に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示す図である。
図１の例の無線通信システム１０は、８個の無線通信装置１１〜１８が存在する場合である。
すなわち、図１は、無線通信装置１１から無線通信装置１８までが、同一空間上に分布している様子を表わしている。
さらに、図１においては、各無線通信装置１１〜１８の通信範囲を破線で示してあり、その範囲内にある他の無線通信装置と互いに通信ができるのみならず、自己の送信した信号が干渉する範囲として定義される。
図１の無線通信システム１０においては、無線通信装置１１は、近隣にある無線通信装置１２、１３、１７と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１２は、近隣にある無線通信装置１１、１３と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１３は、近隣にある無線通信装置１１、１２、１５と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１４は、近隣にある無線通信装置１５と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１５は、近隣にある無線通信装置１３、１４、１６と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１６は、近隣にある無線通信装置１５、１８と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１７は、近隣にある無線通信装置１１と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１８は、近隣にある無線通信装置１６と通信可能な範囲にある。
そして、本実施形態に係る無線通信システム１０におていは、各無線通信装置１１〜１８が、周囲にある他の無線通信装置との間で、互いに影響を考慮しながら１つの無線伝送路を時分割で利用するアクセス制御方法を採用している。
図２は、本実施形態に係る無線通信システムに採用されるフレーム周期の構成ならびにスキャン周期の構成を示す図である。
本実施形態においては、図２に示すように、所定のタイミングでビーコンを送信するためのビーコンスロット（Ｓ０：ＢＳＬＴ）と、データを受信するデータスロット（Ｓ１〜Ｓ２５５：ＤＳＬＴ）が配置され、これらが計２５６個集まってフレーム周期ＦＬＭＰを構成している。フレーム周期ＦＬＭＰは、たとえば３０ｍｓ〜４０ｍｓに設定される。
このフレーム周期ＦＬＭＰには、スキャンフレームＳＣＮＦと通常のフレームＮＲＭＦが用意され、各無線通信装置は、スキャンフレームＳＣＮＦに周囲の無線通信装置の存在を把握するスキャン動作を行う構成となっている。
このスキャンフレームＳＣＮＦ（Ｆ０）と通常のフレームＮＲＭＦ（Ｆ１〜Ｆ３１）が３２個集まって、スキャン周期ＳＣＮＰを形成している。
なお、ここで示したスロット数やフレーム数のパラメータは、便宜上設定された数字であり、ここで示された数字に限定されるものではない。
図３Ａ〜図３Ｅは、図１の無線通信システム１０の一連の動作を時系列的に具体的に示す図である。
ここでは、図１の位置関係にある無線通信装置１３での動作を、周辺に存在する通信装置１１、１２、１５との関係と対比させながら表わしている。
図３Ａが無線通信装置１１の通信状態を示し、図３Ｂが無線通信装置１２の通信状態を示し、図３Ｃが無線通信装置１５が通信状態を示し、図３Ｄおよび図３Ｅが無線通信装置１３の具体的な動作状態を示している。
なお、図３Ａ〜図３Ｅにおいて、ＢＣＮはビーコンを、ＲＳＬＴは受信スロットをＣＮＴＲＣＶは連続受信を、ＳＣＮＯはスキャン動作を、ＤＲＣＶはデータ受信を示す。また、ＦＬＭＰはフレーム周期を示し、各無線通信装置が送信するビーコンと次にこの無線通信装置が送信するビーコンまでの期間を指す（スーパーフレーム）。ＳＣＮＦはスキャンフレームを、ＳＣＮＰはスキャン周期、ｔは時間をそれぞれ示している。
また、図３Ａ〜図３Ｄに示されているように、無線通信装置１１，１２，１３，１５のビーコン送信位置は、互いに重ならないように配置されている。ビーコン同士の衝突を回避するためである。従って、各無線通信装置が設定するフレーム周期の先頭位置は、互いにずれて配置されることになる。
図３Ｄおよび図３Ｅに示すように、無線通信装置１３は、予め設定しフレーム周期ＦＬＭＰでビーコンＢＣＮを送信し、さらに予め設定したスキャン周期ＳＣＮＦに連続受信（ＣＮＴＲＣＶ）をしてスキャン動作（ＳＣＮＯ）を行う。
このとき、図３Ａ〜図３Ｃに示すような、周囲に存在する無線通信装置１２のビーコン信号と、無線通信装置１１のビーコン信号、無線通信装置１５のビーコン信号を受信する。
そしてこのビーコン信号より、それぞれの無線通信装置が設定した受信スロットＲＳＬＴを把握することができる。
さらに、無線通信装置１３では、図３Ａ〜図３Ｄに示すように、これら周辺の無線通信装置１１，１２，１５の受信スロットＲＳＬＴと衝突が起こらない位置に自己の受信スロットＲＳＬＴ１３を配置して、その設定状況を、自己が送信する次のビーコン情報ＢＣＮ１３で周囲の無線通信装置１１，１２，１５に対して送信する。
これら一連の動作をスキャン周期ＦＬＭＰごとに行うことで、周囲の無線通信装置の存在を把握しながら、データを送受信するためのスロットを配置しておくことができる。
ここで、この無線通信装置１３は、自己が設定した受信スロットのタイミングでデータの受信を行うことで、周辺に存在する他の無線通信装置１１，１２，１５からのデータを受信することができる。
さらに、この無線通信装置１３において、他の通信装置１１，１２，１５に向けてデータを送信する必要が生じた場合には、最新のスキャン結果から、該当する届け先の無線通信装置の受信スロットのタイミングにあわせて、データの送信動作を行うことで、他の無線通信装置からの通信と衝突することなくデータ送信をすることができる。
なお、上述した例では、ビーコン信号にそれぞれの無線通信装置が設定した受信スロットＲＳＬＴを記載することにより、他の無線通信装置に対し自己の受信スロットを報知する例を挙げたが、予めフレームの所定のスロットを受信スロットと決めておいてもよい。例えば、ネットワークに属する各無線通信端末がそれぞれ互いにずれたタイミングでビーコンを送信し、そのビーコン送信直後の所定の期間を、このビーコン送信端末の受信スロットと決定しておけば、上述の例のようにビーコンに受信スロットのタイミングを記載して報知する必要はなくなる。
この場合、各無線通信装置が送信するビーコンの配置を、互いに重ならないように制御できれば、それに伴って開始される受信スロットも必然的に衝突が回避できることになる。
各無線通信装置が送信するビーコンの配置を、互いに重ならないように制御する一例を挙げる。スキャン動作により自局が受信可能な他の無線通信端末からのビーコンの位置を、自己のビーコン送信時刻からの相対時刻で把握し、蓄積手段に蓄積しておく。そして、蓄積された他の無線通信装置からのビーコン送信位置を、自己のビーコンに記載して周囲の無線通信装置に報知する。その情報を得た周囲の無線通信装置は、フレーム周期の中で、自己以外の無線通信装置が既にビーコン送信タイミングとして使用しているタイミングを回避して、フレーム周期を開始させる。その結果、図３Ａ〜図３Ｄに示すように各無線通信端末のビーコン送信位置が互いに重ならないように、ビーコンを配置できる。
以下に、本実施形態に係る無線通信装置の具体的な構成例について説明する。
図４は、本発明に係る無線通信装置の一実施形態を示す構成図である。
図１の無線通信装置１１〜１８は、同様の構成を有することから、ここでは無線通信装置を符号１００で表すことにする。
この無線通信装置１００は、図４に示すように、時間計測部１０１、フレーム管理部１０２、情報格納部１０３、インターフェース１０４、送信バッファ１０５、スロット管理部１０６、受信バッファ１０７、ビーコン生成部１０８、ビーコン解析部１０９、無線送信部１１０、タイミング制御部１１１、無線受信部１１２、およびアンテナ１１３を有している。
なお、たとえばフレーム管理部１０２によりフレーム周期設定手段およびスキャン周期設定手段が構成され、スロット管理部１０６およびビーコン生成部１０８等にとより受信スロット設定手段が構成される。
時間計測部１０１は、たとえばカウンタを含み、全装置で共通のフレーム周期ＦＬＭＰやスキャン周期ＳＣＮＰ等の時間を計時し、計時結果をフレーム管理部１０２に出力する。
フレーム管理部１０２は、この無線通信装置１００が設定したフレーム周期ＦＬＭＰとその開始時間、スキャン周期ＳＣＮＰを設定する。
情報格納部１０３は、周辺に存在する無線通信装置のビーコン送信位置や受信スロット位置の情報を、スロット管理部１０６の管理の下で格納しておく。
インターフェース１０４は、この無線通信装置１００に接続される図示しないアプリケーション機器と送信バッファ１０５および受信バッファ１０７との間の入出力端子となる。
送信バッファ１０５は、インターフェース１０４を介して接続されるアプリケーション機器からの送信すべき情報を蓄えておく。
送信バッファ１０５は、データ送信を行う場合にインターフェース１０４を介してデータ送信要求を受理すると、そのデータの届け先情報を含んだ情報がスロット管理部１０６に通知する。
スロット管理部１０６は、この無線通信装置１００の受信スロットや他の無線通信装置宛に送信するスロットを指定する。
スロット管理部１０６では、個々の無線通信装置からのタイミング情報を自己のフレーム周期ＦＬＭＰのスロットにあてはめて、自己の周囲に存在する無線通信装置のタイミング情報として情報格納部１０３に格納する。
受信バッファ１０７は、接続されるアプリケーション機器へ情報を届けるため無線受信した情報を蓄えておく。
ビーコン生成部１０８は、スロット管理部１０６の指示に基づいてこの無線通信装置１００の識別子や設定した受信スロットをビーコン信号として生成する。
ビーコン解析部１０９は、受信できたビーコン信号からそのビーコンや受信スロットのタイミングを解析し、解析結果をスロット管理部１０６に出力する。
無線送信部１１０は、送信するビーコンや送信データに変調処理を施すことにより、無線送信信号に変換し、タイミング制御部１１１により指定されたタイミングでアンテナ１１３を通して無線信号を伝送媒体（空気中）に放出する。
タイミング制御部１１１は、スロット管理部１０６の指示にて送信タイミングを無線送信部１１０に指定し、受信を行うタイミングを無線受信部１１２に指定する。
無線受信部は１１２は、タイミング制御部１１１により指定された所定のタイミングにてアンテナ１１３を介して他の無線通信装置から送られてくる信号を受信する。
アンテナ１１３は、無線送信部１１０による無線信号を伝送媒体（空気中）に放出し、無線信号を伝送媒体（空気中）から受け取り無線受信部１１２に供給する。
以上の構成を有する無線通信装置１００においては、スキャン周期が到来した場合に、時間計測部１１１からの通知を受けて、フレーム管理部１０２がフレーム全域の受信をスロット管理部１０６に通知する。スロット管理部１０６はタイミング制御部１１１に指示を出し、そこで所定の時間にわたって無線受信部１１２を動作させる。
無線受信部１１２で受信できたビーコン信号は、ビーコン解析部１０９において解析され、その無線通信装置のビーコンのタイミングや受信スロットのタイミングの情報としてスロット管理部１０６に通知される。
スロット管理部１０６では、それら個々の無線通信装置からのタイミング情報を自己のフレーム周期ＦＬＭＰのスロットにあてはめて、自己の周囲に存在する無線通信装置のタイミング情報として情報格納部１０３に格納しておく。
また、ビーコンを送信する場合には、フレーム管理部１０２より、フレームの先頭のタイミングでビーコンを送信する指示がスロット管理部１０６に届く。スロット管理部１０６は、ビーコン生成部１０８にビーコン信号の生成を依頼し、自己の受信スロットのタイミングをタイミング制御部１１１に通知する。
ビーコン生成部１０８では、自己の受信スロットの位置を記載したビーコン信号を生成する。
そして、タイミング制御部１１１が、フレームの先頭のタイミングが到来した場合に、無線送信を行う指示を無線送信部１１０に伝え、無線送信部１１０からアンテナ１１３を介してビーコンが送信される。
データ送信を行う場合には、まずインターフェース１０４を介して送信バッファ１０５にデータ送信要求が受理され、そのデータの届け先情報を含んだ情報がスロット管理部１０６に通知が行われる。
スロット管理部１０６では、その届け先となる無線通信装置の受信スロットのタイミングを情報格納部１０３の格納情報から参照し、受信スロットの設定があれば、そのタイミング制御部１１１に送る。
そして、タイミング制御部１１１が、所定のスロットのタイミングが到来した場合に、無線送信を行う指示を無線送信部１１０に伝え、これにより送信すべきデータが無線送信部１１０からアンテナ１１３を介して送信される。
データ受信を行う場合には、まず自己の受信スロットのタイミングがスロット管理部１０６からタイミング制御部１１１に通知され、そこで受信スロットのタイミングで無線受信部１１２を動作させる。
無線受信部１１２で受信できたデータ信号は、受信バッファ１０７に格納され、一定のデータが正しく収集できた場合に所定のタイミングにて、インターフェース１０４を介して無線通信装置１００に接続されたアプリケーション機器にデータが届けられる。
図５は、本実施形態に係るビーコン情報の構成例を示す図である。
このビーコン情報２００は、無線通信装置の固有となる、たとえばＭＡＣアドレスのような通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）２０１、この無線通信装置のビーコン送信周期を示すビーコン周期情報（ＢＰＩ）２０２、受信スロットとして設定したタイミングの表わす受信スロット情報（ＲＳＮ）２０３、さらに必要に応じてこの受信スロット情報が付加される構成としてもよい。
これに、所定の情報長となるまで予約領域（ＲＳＶ）２０４を設け、末尾に誤り検出のためのＣＲＣ２０５が付加されて構成される。
なおここでは、便宜上各情報の長さの概算値を付加して示してある。
図５においては、通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）２０１が６バイト、ビーコン周期情報（ＢＰＩ）２０２が１バイト、受信スロット情報（ＲＳＮ）２０３が１バイトとして示してある。
図６は、本実施形態に係るデータ情報の構成例を示す図である。
このデータ情報３００は、たとえば届け先アドレス情報などを含んだＭＡＣヘッダー情報（ＨＤＩ）３０１、伝送されるデータの中身としてのデータペイロード（ＤＰＬＤ）３０２、末尾に誤り検出のためのＣＲＣ３０３が付加されて構成される。
なおここでは、便宜上各情報の長さの概算値を付加して示してある。
図６においては、データペイロード（ＤＰＬＤ）３０２は、ＩＰパケットが良好に伝送可能なサイズとして、１５００バイト程度の容量を想定している。
次に、上記構成の無線通信装置１００の一連の動作を図７のフローチャートに関連付けて説明する。
まず、無線通信装置１００は電源投入後に、自己のフレーム周期ＦＬＭＰとビーコン送信位置を設定し（ＳＴ１）、さらに、スキャン周期ＳＣＮＰの設定も行う（ＳＴ２）。
そして、フレーム周期ＦＬＭＰにわたるスキャン時間の設定を行い（ＳＴ３）、ビーコン受信動作に入る（ＳＴ４）。
ここで、ビーコンの受信があれば、ビーコン受信位置（タイミング）とそのビーコンに記載された受信スロット情報から受信位置（タイミング）を算出して登録する（ＳＴ５）。
一方、ステップＳＴ４において、ビーコンの受信がないと判別した場合にはステップＳＴ６の処理に移行する。
ステップＳＴ６において、スキャン時間が経過したか否かを判断し、スキャン時間が経過していなければステップＳＴ４の処理に戻り、経過した場合にはステップＳＴ７の処理に移行する。
さらに、これら他の無線通信装置の受信スロット位置と衝突を避けるように自己の受信スロットの設定を行い、ビーコン情報として記載を行う（ＳＴ７）。
そして、そのビーコンの送信位置（フレームの先頭）のタイミングが到来したか否かを判断し（ＳＴ８）、到来した場合にのみビーコン信号を送信する（ＳＴ９）。
自己の受信スロットにおける受信処理は、自己の受信スロットが到来したか否かを判断し（ＳＴ１０））、到来した場合には無線受信部１１２を起動し受信処理を行う（ＳＴ１１）。
ここで自己宛のデータ受信があったか否かを判断し（ＳＴ１２）、受信があればそのデータを受信バッファ１０７に格納し（ＳＴ１３）、ステップＳＴ１４の処理に移行する。このとき、他の無線通信装置のビーコンを受信した場合にはビーコン受信処理を行えばよい。
ステップＳＴ１０の判断で受信スロットが到来していない場合と、ステップＳＴ１２の判断で自己宛のデータ受信がない場合にも、ステップＳＴ１４の処理に移行する。
データの送信を行う送信処理は、インターフェース１０４を介して送信バッファ１０５にデータ送信要求が受理されたか否かを判断する（ＳＴ１４）。
その要求に基づいて届け先の無線通信装置のアドレス情報を獲得する（ＳＴ１５）。
そして、そのアドレスに該当する無線通信装置の受信スロット情報が登録されているか否かを判断し（ＳＴ１６）、登録されている場合にそのタイミングでの送信を設定する。
つまり該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングが到来したか否かを判断し（ＳＴ１７）、到来した場合にのみ、データ送信処理を行う（ＳＴ１８）。その後、ステップＳＴ１９の処理に移行する。
ここで、ステップＳＴ１４の判断で、データ送信要求がない場合と該当する無線通信装置の受信スロットの登録がない場合にも、ステップＳＴ１９の処理に移行する。
ステップＳＴ１９においては、、ステップＳＴ２で設定したスキャン周期が到来したか否かを判断し、到来していない場合にはステップＳＴ８の処理に移行し、周期的にビーコンを送信するタイミングにはビーコンの送信を行い、受信スロットには受信動作を行う処理が継続される。
また、スキャン周期が到来した場合には、ステップＳＴ３の処理に移行して、再度周囲の無線通信装置の存在を把握するスキャン動作を行う。
以上説明したように、本実施形態によれば、自律分散型ネットワークの時分割多重接続方法として、各無線通信装置が所定の周期で周囲に存在する無線通信装置を把握するため、フレーム周期にわたる連続受信（スキャン）動作を行い、他の無線通信装置からのビーコン信号を受信して、通信可能な無線通信装置を把握し、受信したビーコン情報から、その無線通信装置の受信スロットを算出し、その設定状況と衝突しないように自己の受信スロットの設定を行って、自己の周囲に存在する他の無線通信装置との間で自律的に時分割多重通信を行うネットワークを形成するようにしたので、自律分散型ネットワークにおける各通信装置の非同期制御による時分割多重接続方法を容易に実現できる利点がある。
そして、全ての装置で共通となるフレーム周期を設けて、そのフレームを更に短い時間単位のスロットに分割し、そのスロット単位で通信を行うことで、周囲の装置と同期を取らずにアドホックなネットワークを形成しながら、無線伝送路上でランダムアクセス性の高い通信を行うことができる。
また、各無線通信装置で共通となるフレーム周期を設けて、フレーム周期の先頭タイミングにて周期的にビーコンを送信することによって、全ての無線通信装置において周囲に存在する他の無線通信装置の存在を把握できる。
また、各装置が設定したフレーム周期に、周期的にビーコンを送信し、その通信装置が受信する受信スロットを最低１つ設定することで、これら以外の領域を他の装置の通信に利用することができ、無線伝送路のくり返し利用効率を向上させることができる。
また、各装置で任意のスキャン周期を設けて、フレーム周期単位の連続受信（スキャン）を行うことで、周囲に存在する他の装置を把握することができる。
また、たとえ、他の装置との間で動作クロックにずれが生じていたとしても、過去のスキャン情報を無視して、最新のスキャン情報を有効にすることで、他の装置との間のクロックずれを意識せずに通信を行うことができる。
以上により、複数の装置の間でクロック補正を必要とせずに通信を行う無線通信システム、並びに無線通信方法を実現することができる。
図１は、本発明に係る無線通信システムを構成する通信装置の配置例を示す図である。
図１の例の無線通信システム１０は、８個の無線通信装置１１〜１８が存在する場合である。
すなわち、図１は、無線通信装置１１から無線通信装置１８までが、同一空間上に分布している様子を表わしている。
さらに、図１においては、各無線通信装置１１〜１８の通信範囲を破線で示してあり、その範囲内にある他の無線通信装置と互いに通信ができるのみならず、自己の送信した信号が干渉する範囲として定義される。
図１の無線通信システム１０においては、無線通信装置１１は、近隣にある無線通信装置１２、１３、１７と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１２は、近隣にある無線通信装置１１、１３と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１３は、近隣にある無線通信装置１１、１２、１５と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１４は、近隣にある無線通信装置１５と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１５は、近隣にある無線通信装置１３、１４、１６と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１６は、近隣にある無線通信装置１５、１８と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１７は、近隣にある無線通信装置１１と通信可能な範囲にある。
無線通信装置１８は、近隣にある無線通信装置１６と通信可能な範囲にある。
そして、本実施形態に係る無線通信システム１０におていは、各無線通信装置１１〜１８が、周囲にある他の無線通信装置との間で、互いに影響を考慮しながら１つの無線伝送路を時分割で利用するアクセス制御方法を採用している。
図２は、本実施形態に係る無線通信システムに採用されるフレーム周期の構成ならびにスキャン周期の構成を示す図である。
本実施形態においては、図２に示すように、所定のタイミングでビーコンを送信するためのビーコンスロット（Ｓ０：ＢＳＬＴ）と、データを受信するデータスロット（Ｓ１〜Ｓ２５５：ＤＳＬＴ）が配置され、これらが計２５６個集まってフレーム周期ＦＬＭＰを構成している。フレーム周期ＦＬＭＰは、たとえば３０ｍｓ〜４０ｍｓに設定される。
このフレーム周期ＦＬＭＰには、スキャンフレームＳＣＮＦと通常のフレームＮＲＭＦが用意され、各無線通信装置は、スキャンフレームＳＣＮＦに周囲の無線通信装置の存在を把握するスキャン動作を行う構成となっている。
このスキャンフレームＳＣＮＦ（Ｆ０）と通常のフレームＮＲＭＦ（Ｆ１〜Ｆ３１）が３２個集まって、スキャン周期ＳＣＮＰを形成している。
なお、ここで示したスロット数やフレーム数のパラメータは、便宜上設定された数字であり、ここで示された数字に限定されるものではない。
図３Ａ〜図３Ｅは、図１の無線通信システム１０の一連の動作を時系列的に具体的に示す図である。
ここでは、図１の位置関係にある無線通信装置１３での動作を、周辺に存在する通信装置１１、１２、１５との関係と対比させながら表わしている。
図３Ａが無線通信装置１１の通信状態を示し、図３Ｂが無線通信装置１２の通信状態を示し、図３Ｃが無線通信装置１５が通信状態を示し、図３Ｄおよび図３Ｅが無線通信装置１３の具体的な動作状態を示している。
なお、図３Ａ〜図３Ｅにおいて、ＢＣＮはビーコンを、ＲＳＬＴは受信スロットをＣＮＴＲＣＶは連続受信を、ＳＣＮＯはスキャン動作を、ＤＲＣＶはデータ受信を示す。また、ＦＬＭＰはフレーム周期を示し、各無線通信装置が送信するビーコンと次にこの無線通信装置が送信するビーコンまでの期間を指す（スーパーフレーム）。ＳＣＮＦはスキャンフレームを、ＳＣＮＰはスキャン周期、ｔは時間をそれぞれ示している。
また、図３Ａ〜図３Ｄに示されているように、無線通信装置１１，１２，１３，１５のビーコン送信位置は、互いに重ならないように配置されている。ビーコン同士の衝突を回避するためである。従って、各無線通信装置が設定するフレーム周期の先頭位置は、互いにずれて配置されることになる。
図３Ｄおよび図３Ｅに示すように、無線通信装置１３は、予め設定しフレーム周期ＦＬＭＰでビーコンＢＣＮを送信し、さらに予め設定したスキャン周期ＳＣＮＦに連続受信（ＣＮＴＲＣＶ）をしてスキャン動作（ＳＣＮＯ）を行う。
このとき、図３Ａ〜図３Ｃに示すような、周囲に存在する無線通信装置１２のビーコン信号と、無線通信装置１１のビーコン信号、無線通信装置１５のビーコン信号を受信する。
そしてこのビーコン信号より、それぞれの無線通信装置が設定した受信スロットＲＳＬＴを把握することができる。
さらに、無線通信装置１３では、図３Ａ〜図３Ｄに示すように、これら周辺の無線通信装置１１，１２，１５の受信スロットＲＳＬＴと衝突が起こらない位置に自己の受信スロットＲＳＬＴ１３を配置して、その設定状況を、自己が送信する次のビーコン情報ＢＣＮ１３で周囲の無線通信装置１１，１２，１５に対して送信する。
これら一連の動作をスキャン周期ＦＬＭＰごとに行うことで、周囲の無線通信装置の存在を把握しながら、データを送受信するためのスロットを配置しておくことができる。
ここで、この無線通信装置１３は、自己が設定した受信スロットのタイミングでデータの受信を行うことで、周辺に存在する他の無線通信装置１１，１２，１５からのデータを受信することができる。
さらに、この無線通信装置１３において、他の通信装置１１，１２，１５に向けてデータを送信する必要が生じた場合には、最新のスキャン結果から、該当する届け先の無線通信装置の受信スロットのタイミングにあわせて、データの送信動作を行うことで、他の無線通信装置からの通信と衝突することなくデータ送信をすることができる。
なお、上述した例では、ビーコン信号にそれぞれの無線通信装置が設定した受信スロットＲＳＬＴを記載することにより、他の無線通信装置に対し自己の受信スロットを報知する例を挙げたが、予めフレームの所定のスロットを受信スロットと決めておいてもよい。例えば、ネットワークに属する各無線通信端末がそれぞれ互いにずれたタイミングでビーコンを送信し、そのビーコン送信直後の所定の期間を、このビーコン送信端末の受信スロットと決定しておけば、上述の例のようにビーコンに受信スロットのタイミングを記載して報知する必要はなくなる。
この場合、各無線通信装置が送信するビーコンの配置を、互いに重ならないように制御できれば、それに伴って開始される受信スロットも必然的に衝突が回避できることになる。
各無線通信装置が送信するビーコンの配置を、互いに重ならないように制御する一例を挙げる。スキャン動作により自局が受信可能な他の無線通信端末からのビーコンの位置を、自己のビーコン送信時刻からの相対時刻で把握し、蓄積手段に蓄積しておく。そして、蓄積された他の無線通信装置からのビーコン送信位置を、自己のビーコンに記載して周囲の無線通信装置に報知する。その情報を得た周囲の無線通信装置は、フレーム周期の中で、自己以外の無線通信装置が既にビーコン送信タイミングとして使用しているタイミングを回避して、フレーム周期を開始させる。その結果、図３Ａ〜図３Ｄに示すように各無線通信端末のビーコン送信位置が互いに重ならないように、ビーコンを配置できる。
以下に、本実施形態に係る無線通信装置の具体的な構成例について説明する。
図４は、本発明に係る無線通信装置の一実施形態を示す構成図である。
図１の無線通信装置１１〜１８は、同様の構成を有することから、ここでは無線通信装置を符号１００で表すことにする。
この無線通信装置１００は、図４に示すように、時間計測部１０１、フレーム管理部１０２、情報格納部１０３、インターフェース１０４、送信バッファ１０５、スロット管理部１０６、受信バッファ１０７、ビーコン生成部１０８、ビーコン解析部１０９、無線送信部１１０、タイミング制御部１１１、無線受信部１１２、およびアンテナ１１３を有している。
なお、たとえばフレーム管理部１０２によりフレーム周期設定手段およびスキャン周期設定手段が構成され、スロット管理部１０６およびビーコン生成部１０８等にとより受信スロット設定手段が構成される。
時間計測部１０１は、たとえばカウンタを含み、全装置で共通のフレーム周期ＦＬＭＰやスキャン周期ＳＣＮＰ等の時間を計時し、計時結果をフレーム管理部１０２に出力する。
フレーム管理部１０２は、この無線通信装置１００が設定したフレーム周期ＦＬＭＰとその開始時間、スキャン周期ＳＣＮＰを設定する。
情報格納部１０３は、周辺に存在する無線通信装置のビーコン送信位置や受信スロット位置の情報を、スロット管理部１０６の管理の下で格納しておく。
インターフェース１０４は、この無線通信装置１００に接続される図示しないアプリケーション機器と送信バッファ１０５および受信バッファ１０７との間の入出力端子となる。
送信バッファ１０５は、インターフェース１０４を介して接続されるアプリケーション機器からの送信すべき情報を蓄えておく。
送信バッファ１０５は、データ送信を行う場合にインターフェース１０４を介してデータ送信要求を受理すると、そのデータの届け先情報を含んだ情報がスロット管理部１０６に通知する。
スロット管理部１０６は、この無線通信装置１００の受信スロットや他の無線通信装置宛に送信するスロットを指定する。
スロット管理部１０６では、個々の無線通信装置からのタイミング情報を自己のフレーム周期ＦＬＭＰのスロットにあてはめて、自己の周囲に存在する無線通信装置のタイミング情報として情報格納部１０３に格納する。
受信バッファ１０７は、接続されるアプリケーション機器へ情報を届けるため無線受信した情報を蓄えておく。
ビーコン生成部１０８は、スロット管理部１０６の指示に基づいてこの無線通信装置１００の識別子や設定した受信スロットをビーコン信号として生成する。
ビーコン解析部１０９は、受信できたビーコン信号からそのビーコンや受信スロットのタイミングを解析し、解析結果をスロット管理部１０６に出力する。
無線送信部１１０は、送信するビーコンや送信データに変調処理を施すことにより、無線送信信号に変換し、タイミング制御部１１１により指定されたタイミングでアンテナ１１３を通して無線信号を伝送媒体（空気中）に放出する。
タイミング制御部１１１は、スロット管理部１０６の指示にて送信タイミングを無線送信部１１０に指定し、受信を行うタイミングを無線受信部１１２に指定する。
無線受信部は１１２は、タイミング制御部１１１により指定された所定のタイミングにてアンテナ１１３を介して他の無線通信装置から送られてくる信号を受信する。
アンテナ１１３は、無線送信部１１０による無線信号を伝送媒体（空気中）に放出し、無線信号を伝送媒体（空気中）から受け取り無線受信部１１２に供給する。
以上の構成を有する無線通信装置１００においては、スキャン周期が到来した場合に、時間計測部１１１からの通知を受けて、フレーム管理部１０２がフレーム全域の受信をスロット管理部１０６に通知する。スロット管理部１０６はタイミング制御部１１１に指示を出し、そこで所定の時間にわたって無線受信部１１２を動作させる。
無線受信部１１２で受信できたビーコン信号は、ビーコン解析部１０９において解析され、その無線通信装置のビーコンのタイミングや受信スロットのタイミングの情報としてスロット管理部１０６に通知される。
スロット管理部１０６では、それら個々の無線通信装置からのタイミング情報を自己のフレーム周期ＦＬＭＰのスロットにあてはめて、自己の周囲に存在する無線通信装置のタイミング情報として情報格納部１０３に格納しておく。
また、ビーコンを送信する場合には、フレーム管理部１０２より、フレームの先頭のタイミングでビーコンを送信する指示がスロット管理部１０６に届く。スロット管理部１０６は、ビーコン生成部１０８にビーコン信号の生成を依頼し、自己の受信スロットのタイミングをタイミング制御部１１１に通知する。
ビーコン生成部１０８では、自己の受信スロットの位置を記載したビーコン信号を生成する。
そして、タイミング制御部１１１が、フレームの先頭のタイミングが到来した場合に、無線送信を行う指示を無線送信部１１０に伝え、無線送信部１１０からアンテナ１１３を介してビーコンが送信される。
データ送信を行う場合には、まずインターフェース１０４を介して送信バッファ１０５にデータ送信要求が受理され、そのデータの届け先情報を含んだ情報がスロット管理部１０６に通知が行われる。
スロット管理部１０６では、その届け先となる無線通信装置の受信スロットのタイミングを情報格納部１０３の格納情報から参照し、受信スロットの設定があれば、そのタイミング制御部１１１に送る。
そして、タイミング制御部１１１が、所定のスロットのタイミングが到来した場合に、無線送信を行う指示を無線送信部１１０に伝え、これにより送信すべきデータが無線送信部１１０からアンテナ１１３を介して送信される。
データ受信を行う場合には、まず自己の受信スロットのタイミングがスロット管理部１０６からタイミング制御部１１１に通知され、そこで受信スロットのタイミングで無線受信部１１２を動作させる。
無線受信部１１２で受信できたデータ信号は、受信バッファ１０７に格納され、一定のデータが正しく収集できた場合に所定のタイミングにて、インターフェース１０４を介して無線通信装置１００に接続されたアプリケーション機器にデータが届けられる。
図５は、本実施形態に係るビーコン情報の構成例を示す図である。
このビーコン情報２００は、無線通信装置の固有となる、たとえばＭＡＣアドレスのような通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）２０１、この無線通信装置のビーコン送信周期を示すビーコン周期情報（ＢＰＩ）２０２、受信スロットとして設定したタイミングの表わす受信スロット情報（ＲＳＮ）２０３、さらに必要に応じてこの受信スロット情報が付加される構成としてもよい。
これに、所定の情報長となるまで予約領域（ＲＳＶ）２０４を設け、末尾に誤り検出のためのＣＲＣ２０５が付加されて構成される。
なおここでは、便宜上各情報の長さの概算値を付加して示してある。
図５においては、通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）２０１が６バイト、ビーコン周期情報（ＢＰＩ）２０２が１バイト、受信スロット情報（ＲＳＮ）２０３が１バイトとして示してある。
図６は、本実施形態に係るデータ情報の構成例を示す図である。
このデータ情報３００は、たとえば届け先アドレス情報などを含んだＭＡＣヘッダー情報（ＨＤＩ）３０１、伝送されるデータの中身としてのデータペイロード（ＤＰＬＤ）３０２、末尾に誤り検出のためのＣＲＣ３０３が付加されて構成される。
なおここでは、便宜上各情報の長さの概算値を付加して示してある。
図６においては、データペイロード（ＤＰＬＤ）３０２は、ＩＰパケットが良好に伝送可能なサイズとして、１５００バイト程度の容量を想定している。
次に、上記構成の無線通信装置１００の一連の動作を図７のフローチャートに関連付けて説明する。
まず、無線通信装置１００は電源投入後に、自己のフレーム周期ＦＬＭＰとビーコン送信位置を設定し（ＳＴ１）、さらに、スキャン周期ＳＣＮＰの設定も行う（ＳＴ２）。
そして、フレーム周期ＦＬＭＰにわたるスキャン時間の設定を行い（ＳＴ３）、ビーコン受信動作に入る（ＳＴ４）。
ここで、ビーコンの受信があれば、ビーコン受信位置（タイミング）とそのビーコンに記載された受信スロット情報から受信位置（タイミング）を算出して登録する（ＳＴ５）。
一方、ステップＳＴ４において、ビーコンの受信がないと判別した場合にはステップＳＴ６の処理に移行する。
ステップＳＴ６において、スキャン時間が経過したか否かを判断し、スキャン時間が経過していなければステップＳＴ４の処理に戻り、経過した場合にはステップＳＴ７の処理に移行する。
さらに、これら他の無線通信装置の受信スロット位置と衝突を避けるように自己の受信スロットの設定を行い、ビーコン情報として記載を行う（ＳＴ７）。
そして、そのビーコンの送信位置（フレームの先頭）のタイミングが到来したか否かを判断し（ＳＴ８）、到来した場合にのみビーコン信号を送信する（ＳＴ９）。
自己の受信スロットにおける受信処理は、自己の受信スロットが到来したか否かを判断し（ＳＴ１０））、到来した場合には無線受信部１１２を起動し受信処理を行う（ＳＴ１１）。
ここで自己宛のデータ受信があったか否かを判断し（ＳＴ１２）、受信があればそのデータを受信バッファ１０７に格納し（ＳＴ１３）、ステップＳＴ１４の処理に移行する。このとき、他の無線通信装置のビーコンを受信した場合にはビーコン受信処理を行えばよい。
ステップＳＴ１０の判断で受信スロットが到来していない場合と、ステップＳＴ１２の判断で自己宛のデータ受信がない場合にも、ステップＳＴ１４の処理に移行する。
データの送信を行う送信処理は、インターフェース１０４を介して送信バッファ１０５にデータ送信要求が受理されたか否かを判断する（ＳＴ１４）。
その要求に基づいて届け先の無線通信装置のアドレス情報を獲得する（ＳＴ１５）。
そして、そのアドレスに該当する無線通信装置の受信スロット情報が登録されているか否かを判断し（ＳＴ１６）、登録されている場合にそのタイミングでの送信を設定する。
つまり該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングが到来したか否かを判断し（ＳＴ１７）、到来した場合にのみ、データ送信処理を行う（ＳＴ１８）。その後、ステップＳＴ１９の処理に移行する。
ここで、ステップＳＴ１４の判断で、データ送信要求がない場合と該当する無線通信装置の受信スロットの登録がない場合にも、ステップＳＴ１９の処理に移行する。
ステップＳＴ１９においては、、ステップＳＴ２で設定したスキャン周期が到来したか否かを判断し、到来していない場合にはステップＳＴ８の処理に移行し、周期的にビーコンを送信するタイミングにはビーコンの送信を行い、受信スロットには受信動作を行う処理が継続される。
また、スキャン周期が到来した場合には、ステップＳＴ３の処理に移行して、再度周囲の無線通信装置の存在を把握するスキャン動作を行う。
以上説明したように、本実施形態によれば、自律分散型ネットワークの時分割多重接続方法として、各無線通信装置が所定の周期で周囲に存在する無線通信装置を把握するため、フレーム周期にわたる連続受信（スキャン）動作を行い、他の無線通信装置からのビーコン信号を受信して、通信可能な無線通信装置を把握し、受信したビーコン情報から、その無線通信装置の受信スロットを算出し、その設定状況と衝突しないように自己の受信スロットの設定を行って、自己の周囲に存在する他の無線通信装置との間で自律的に時分割多重通信を行うネットワークを形成するようにしたので、自律分散型ネットワークにおける各通信装置の非同期制御による時分割多重接続方法を容易に実現できる利点がある。
そして、全ての装置で共通となるフレーム周期を設けて、そのフレームを更に短い時間単位のスロットに分割し、そのスロット単位で通信を行うことで、周囲の装置と同期を取らずにアドホックなネットワークを形成しながら、無線伝送路上でランダムアクセス性の高い通信を行うことができる。
また、各無線通信装置で共通となるフレーム周期を設けて、フレーム周期の先頭タイミングにて周期的にビーコンを送信することによって、全ての無線通信装置において周囲に存在する他の無線通信装置の存在を把握できる。
また、各装置が設定したフレーム周期に、周期的にビーコンを送信し、その通信装置が受信する受信スロットを最低１つ設定することで、これら以外の領域を他の装置の通信に利用することができ、無線伝送路のくり返し利用効率を向上させることができる。
また、各装置で任意のスキャン周期を設けて、フレーム周期単位の連続受信（スキャン）を行うことで、周囲に存在する他の装置を把握することができる。
また、たとえ、他の装置との間で動作クロックにずれが生じていたとしても、過去のスキャン情報を無視して、最新のスキャン情報を有効にすることで、他の装置との間のクロックずれを意識せずに通信を行うことができる。
以上により、複数の装置の間でクロック補正を必要とせずに通信を行う無線通信システム、並びに無線通信方法を実現することができる。
本発明は、周囲の装置と同期を取らずにアドホックなネットワークを形成しながら、無線伝送路上でランダムアクセス性の高い通信を行うことができ、全ての通信装置において周囲に存在する他の通信装置の存在を把握することができ、また、無線伝送路のくり返し利用効率を向上させることができ、また、周囲に存在する他の装置を把握することができ、また、他の装置との間のクロックずれを意識せずに通信を行うことができることから、特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて、他の無線通信装置と通信を行うシステムに適用可能である。
１０…無線通信システム、
１１〜１８，１００…無線通信装置
１０１…時間計測部
１０２…フレーム管理部
１０３…情報格納部
１０４…インターフェース
１０５…送信バッファ
１０６…スロット管理部
１０７…受信バッファ
１０８…ビーコン生成部
１０９…ビーコン解析部
１１０…無線送信部
１１１…タイミング制御部
１１２…無線受信部
１１３…アンテナ、ＦＬＭＰフレーム周期
ＳＣＮＰ…スキャン周期
ＢＳＬＴ…ビーコンスロット
ＤＳＬＴ…データスロット
ＳＣＮＦ…スキャンフレーム
ＮＲＭＦ…通常のフレーム
ＢＣＮ…ビーコン
ＲＳＬＴ…受信スロット
２００…ビーコン情報
２０１…通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）
２０２…ビーコン周期情報（ＢＰＩ）
２０３…受信スロット番号（ＲＳＮ）
２０４…予約領域（ＲＳＶ）
２０５…ＣＲＣ
３００…データ情報
３０１…ＭＡＣヘッダー情報（ＨＤＩ）
３０２…データペイロード（ＤＰＬＤ）
３０３…ＣＲＣ
１１〜１８，１００…無線通信装置
１０１…時間計測部
１０２…フレーム管理部
１０３…情報格納部
１０４…インターフェース
１０５…送信バッファ
１０６…スロット管理部
１０７…受信バッファ
１０８…ビーコン生成部
１０９…ビーコン解析部
１１０…無線送信部
１１１…タイミング制御部
１１２…無線受信部
１１３…アンテナ、ＦＬＭＰフレーム周期
ＳＣＮＰ…スキャン周期
ＢＳＬＴ…ビーコンスロット
ＤＳＬＴ…データスロット
ＳＣＮＦ…スキャンフレーム
ＮＲＭＦ…通常のフレーム
ＢＣＮ…ビーコン
ＲＳＬＴ…受信スロット
２００…ビーコン情報
２０１…通信装置アドレス（ＣＭＡＤＲ）
２０２…ビーコン周期情報（ＢＰＩ）
２０３…受信スロット番号（ＲＳＮ）
２０４…予約領域（ＲＳＶ）
２０５…ＣＲＣ
３００…データ情報
３０１…ＭＡＣヘッダー情報（ＨＤＩ）
３０２…データペイロード（ＤＰＬＤ）
３０３…ＣＲＣ
Claims (25)
- 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、
各無線通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、
データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、
上記フレーム周期内で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する受信スロット設定手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。 - 上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載し、上記フレーム周期の所定のタイミングにてビーコン信号として他の無線通信装置に送信する送信手段と、
他の無線通信装置による送信情報を受信する受信手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。 - 上記受信手段は、上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングで受信処理を行う
ことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。 - 上記フレーム周期の先頭のタイミングにて、ビーコン信号を送信するビーコン送信手段
を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。 - 他の無線通信装置に対しデータを送信するデータ送信手段と、
他の無線通信装置の受信スロットのタイミングを把握して蓄積する蓄積手段と、
他の無線通信装置宛のデータがある場合には、上記データ送信手段に対し、上記他の無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行わせる制御手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。 - 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって
各通信装置が所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、
データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、
上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設定するスキャン周期設定手段と、
上記フレーム周期単位の時間にわたり他の無線通信装置から送信されるビーコン信号を受信するスキャン手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。 - 上記受信されたビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを自己のスロット位置に変換して管理する管理手段と、
他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う送信手段と
をさらに有する請求項６記載の無線通信装置。 - 上記他の無線通信装置からのビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを把握しておき、他の無線通信装置宛のデータがある場合には、上記送信手段に対し、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行わせる制御手段を、さらに有する
ことを特徴とする請求項７記載の無線通信装置。 - 前記スキャン手段により、他の無線通信装置からのビーコンを受信し、前記他の無線通信装置からのビーコンと衝突しないよう自己のビーコン送信のタイミングを制御するビーコン送信タイミング制御手段
を特徴とする請求項６記載の無線通信装置。 - 前記スキャン手段により、他の無線通信装置から送信されたビーコン送信スロットに関する情報を自己が送信するビーコン信号に記載し、上記フレーム周期の所定のタイミングにてビーコン信号を送信する送信手段
を有することを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。 - 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信システムであって、
上記ネットワークを構成する各無線通信装置は、
所定のフレーム周期を設定するフレーム周期設定手段と、
データ伝送単位となるスロットを設定するデータスロット設定手段と、
上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットを設定するビーコンスロット設定手段と、
上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも一つ設定する受信スロット設定手段と、
を有することを特徴とする無線通信システム。 - 上記フレーム周期の先頭のタイミングにて、ビーコン信号を送信する
ことを特徴とする請求項１１記載の無線通信システム。 - 各無線通信装置がビーコンを送信するタイミングは、互いに重ならないように配置される
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。 - 上記受信スロット設定手段で設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の無線通信装置に存在通知を行う送信手段と、
上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設定するスキャン周期設定手段と、
上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行い、周囲にある他の無線通信装置のビーコン信号を受信して、上記ビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理を行う管理手段と
を含むことを特徴とする請求項１１記載の無線通信システム。 - 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、
各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、
上記フレーム周期の所定のタイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の無線通信装置に存在通知を行う
ことを特徴とする請求項１５記載の無線通信方法。 - 無線通信装置において、上記設定した受信スロットのタイミングで受信処理を行い、他の無線通信装置から送信されてきたデータを受信する
ことを特徴とする請求項１５記載の無線通信方法。 - 上記フレーム周期の先頭のタイミングにて、ビーコン信号を送信するビーコン送信
することを特徴とする請求項１５記載の無線通信方法。 - 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、
各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、
上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設けて、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行い、
周囲に存在する他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 上記他の無線通信装置から送信されたビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理を行う
ことを特徴とする請求項１９記載の無線通信方法。 - 無線通信方法において、上記周囲に存在する他の無線通信装置からのビーコン信号のタイミングと受信スロットのタイミングを把握し蓄えておき、
他の無線通信装置宛のデータがある場合には、該当する通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う
ことを特徴とする請求項１９記載の無線通信方法。 - 特定の制御局装置を配置しない自立分散型のネットワークにおいて複数の無線通信装置間で通信を行う無線通信方法であって、
各無線通信装置が所定のフレーム周期とデータ伝送単位となるスロットを設定し、
上記フレーム周期の先頭タイミングでビーコン信号を送信するビーコンスロットと、上記前記フレーム周期で受信動作をする受信スロットを少なくとも１つ設定し、
設定した受信スロットのタイミングをビーコン信号に記載して送信し、周囲にある他の通信装置に存在通知を行い、
上記フレーム周期よりも長い任意のスキャン周期を設け、上記フレーム周期単位の時間にわたり連続受信するスキャン処理を行う、
ことを特徴とする無線通信方法。 - 周囲に存在する他の無線通信装置のビーコン信号を受信して、上記ビーコン信号を受信したタイミングと受信スロットのタイミングの管理し、
他の無線通信装置宛に通信を行う場合に、該当する無線通信装置の受信スロットのタイミングで送信動作を行う
ことを特徴とする請求項２２記載の無線通信方法。 - 前記スキャン処理により、他の無線通信装置からのビーコンを受信し、前記他の無線通信装置からのビーコンと衝突しないよう自己のビーコン送信のタイミングを制御する
ことを特徴とする請求項２２記載の無線通信方法。 - 前記スキャン処理により、他の無線通信装置から送信されたビーコン送信スロットに関する情報を自己が送信するビーコン信号に記載し、上記フレーム周期の所定のタイミングにてビーコン信号を送信する
ことを特徴とする請求項２２記載の無線通信方法。
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