JPWO2010007739A1 - 制御装置、端末装置及びこれらを用いた通信システム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

複数の周波数のチャネルを所定順序で定期的に切替えて通信する通信システムにおいて、所定のチャネルで制御装置と通信する端末装置（１０２）であって、アンテナと、制御装置（１０１）からチャネル切替の順序及びタイミングを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介し受信する受信部と、制御装置に送信データを、アンテナを介し送信する送信部と、所定チャネル使用期間内の送信データの送信完了可否を判定するデータ量判定部と、所定チャネル使用期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう受信部を制御し、送信データを送信するよう送信部を制御する制御部とを備え、制御部は、データ量判定部において送信完了不可と判定された場合、制御情報に基づき、次に使用されるチャネルを判定し、所定チャネル使用期間の経過後、次のチャネルに切替え、送信データの送信を継続するよう送信部をさらに制御する。

Description

本発明は、制御装置、複数の無線端末装置及び、これらによって構成される通信システム及び当該通信システムで用いられる通信方法に関し、特にセンサーネットワークやアクティブＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグなどの多数の端末を収容する無線ネットワークにおける省電力技術と伝送効率向上技術に関するものである。

近年、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やセンサーネットワークといった小型低消費電力の無線端末装置によるネットワークが注目されている。またこれに類似するシステムとして、自ら無線信号を発信するアクティブＲＦタグといったシステムがある。

このような、無線ネットワークは、基地局である制御装置及び複数の無線端末である端末装置で構成される。制御装置は、無線ネットワークを制御するための制御情報をビーコンパケットに含めて周期的にブロードキャストする。端末装置は、この制御情報に基づいて制御装置と通信する。通信端末のアクセス方式には様々なものを用いることができ、例えば、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）などを用いることができる。

これらの無線ネットワークで用いられる端末装置は、伝送速度は低速（数ｋｂｐｓから数百ｋｂｐｓ）で、無線信号の到達距離は短い（数ｍから数十ｍ程度）が、小型で、かつ電池で数年間駆動可能な低消費電力性能に特徴がある。端末装置の消費電力を低減するために、通信プロトコルやフレームフォーマットにも工夫がなされており、例えば、特許文献１が開示する無線ネットワークでは、無線ネットワーク内で通信を行うアクティブ期間と、通信を行わずにスリープ状態に入ることができる非アクティブ期間を設けた構成になっている。非アクティブ期間を長くとれば、スリープ状態を長くとれるので消費電力を低減することができる。

図２４は、従来の無線通信システムの一例を示す。無線通信システムは、制御装置と端末装置とから構成される無線ネットワークである。図２４に示す例では、無線ネットワーク４００は、無線ネットワーク４００を制御する制御装置４０１と、制御装置４０１の制御に従い、制御装置４０１との間で無線通信を行う無線端末である端末装置４０２〜４０４により構成されている。

図２５に、周期的なフレーム構成の一例であるスーパーフレーム期間を示す。図２５において、スーパーフレーム期間は、アクティブ期間と非アクティブ期間からなる。アクティブ期間は制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４が通信を行う期間である。非アクティブ期間は通信を行わない期間であり、この間各端末装置４０２〜４０４は、スリープ状態に入ることで消費電力を低減することができる。

制御装置４０１及び端末装置４０２〜４０４は、アクティブ期間を共用で使用する。アクティブ期間の最初は制御装置４０１が使用し、ビーコンフレームをブロードキャストする。それ以外のアクティブ期間は制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信に使用され、例えば、ＣＳＭＡなどを用いることができる。また、アクティブ期間を複数の時間スロットに分割し、スロットＣＳＭＡやＴＤＭＡでスロットを共用して使用することも可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、前半の時間スロットをＣＳＭＡによる競合アクセス用に用い、後半の時間スロット毎に使用する端末装置を割り当てて通信を行っている。

ビーコンフレームには、これらの時間スロット数やその割り当て順序、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さ、次のビーコンフレーム送信までの時間など通信に関する制御情報が含まれる。

図２６に、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信シーケンスの一例を示す。制御装置４０１は、アクティブ期間４５１の最初にビーコンフレーム４６０をブロードキャストする。端末装置４０２〜４０４は、ビーコンフレーム４６０を受信し、制御情報を取得する。制御情報には、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さなどの情報が含まれる。

アクティブ期間４５１では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間で通信が行われる。例えば、端末装置４０３から制御装置４０１にデータフレーム４６１が送信され、それに対してのＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）フレーム４６２が制御装置４０１から端末装置４０３に送信される。

非アクティブ期間４５２では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間での通信は行われない。制御情報であらかじめ通知された時間の間、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４は、スリープ状態に入ることができ、消費電力を低減することができる。制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４は、非アクティブ期間４５２が終了する直前に動作状態に復帰し、次のアクティブ期間の通信に備える。

制御装置４０１は、非アクティブ期間４５２が終了すると、次のアクティブ期間を開始し、ビーコンフレーム４７０をブロードキャストする。アクティブ期間４５３では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間で通信が行われる。

ここでは、端末装置４０２から制御装置４０１への通信が失敗した例を示す。例えば、端末装置４０２から制御装置４０１へデータフレーム４７１が送信されたが、制御装置４０１でこのデータの受信誤りが発生したとする。この場合、制御装置４０１は、このデータフレーム４７１に対するＡＣＫフレームを端末装置４０２へ送信しない。

端末装置４０２は、制御装置４０１からのＡＣＫフレームを所定期間待ち続ける。所定時間経過しても、ＡＣＫフレームが返ってこない場合、端末装置４０２は、データフレーム４７１の送信に失敗したと判定する。そこで、端末装置４０２は、データフレームの再送を試み、再送データフレーム４７２を送信する。ここでは、再送されたデータフレーム４７２は、制御装置４０１で正しく受信できたとする。この場合、制御装置４０１は、再送されたデータフレーム４７２に対するＡＣＫフレーム４７３を端末装置４０２に送信する。

以降、同様の動作を繰り返して、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信が行われる。

特開２００８−４８３６５号公報

しかしながら、このような無線ネットワークでは、この無線ネットワークに参加する複数の端末装置は、制御装置が規定するアクティブ期間と非アクティブ期間に従って動作することとなる。各端末装置が送受信するデータ量が少ない場合は、１つのアクティブ期間内でデータ送受信が完了するが、いずれかの端末装置からの送信データ量が多い場合は、１つのアクティブ期間で送受信が完了せず、次のアクティブ期間まで送受信を待たなければならなくなる。したがって、送受信すべきデータが多い場合には、遅延が大きくなるという課題がある。この課題に対して、非アクティブ期間に対するアクティブ期間を長くすることにより通信の遅延を小さくすることはできるが、この場合には、送受信するデータ量の少ない無線端末装置もアクティブ期間中は、動作する必要があり消費電力が大きくなってしまう。例えば、平時は、制御装置が、少ない通信量で定期的に各端末装置を認証するのみであるが、緊急時には、音声データ等、多量のデータを遅延なく送受信する必要があるようなシステムにおいて、この課題の解決が重要になる。

本発明は、上記課題を解決し、送受信するデータ量に応じて、端末装置がアクティブになる期間を増減でき、送受信すべきデータの通信をより早く完了することができ、送受信するデータに応じた省電力動作が可能な、制御装置、端末装置及びこれらを用いた通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の一局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置であって、無線信号の送受信を行うアンテナと、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信部と、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信部を制御し、送信データを送信するよう、送信部を制御する制御部とを備え、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する、端末装置である。

また、本発明の他の局面は、上述の制御部は、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信部をさらに制御することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の局面は、上述の制御部は、次に使用される周波数チャネルに切り替えを行わない場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルが再び使用される切り替えタイミングを判定し、当該切り替えタイミングまで、当該端末装置を省電力モードで待機するよう制御することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置であって、無線信号の送受信を行うアンテナと、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信部を制御する制御部とを備え、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する制御装置である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、制御装置と少なくとも１つの端末装置との間で通信を行う通信システムであって、端末装置は、無線信号の送受信を行う第１のアンテナと、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、第１のアンテナを介して受信する第１の受信部と、制御装置に、送信データを、第１のアンテナを介して送信する第１の送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第１のデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、第１の受信部を制御し、送信データを送信するよう、第１の送信部を制御する第１の制御部とを備え、第１の制御部は、第１のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、第１の送信部をさらに制御し、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、第１の受信部をさらに制御し、制御装置は、無線信号の送受信を行う第２のアンテナと、端末装置から、第２のアンテナを介して受信データを受信する第２の受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、第２のアンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する第２の送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第２のデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう第２の送信部を制御する第２の制御部とを備え、第２の制御部は、第２のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、第２の送信部をさらに制御する、制御装置とから構成される、通信システムである。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信部と、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信部を制御し、送信データを送信するよう、送信部を制御する制御部とを集積し、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信部を、さらに制御し、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信部を、さらに制御する、集積回路である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信部を制御する制御部とを集積し、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する、集積回路である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信方法であって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信ステップと、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信ステップを実行し、送信データを送信するよう、送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを、実行するステップと、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信ステップを、実行するステップとを含む、通信方法である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信方法であって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、
少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを実行するステップを含む通信方法である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置が実行する通信プログラムであって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信ステップと、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信ステップを実行し、送信データを送信するよう、送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを、実行するステップと、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信ステップを、実行するステップとを含む、通信プログラムである。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置が実行する通信プログラムであって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを実行するステップを含む、通信プログラムである。

本発明によれば、送受信するデータ量に応じて、端末がアクティブになる期間を変更することにより、送受信すべきデータの通信をより早く完了することができ、送受信するデータに応じた省電力動作が可能な、通信システム及び当該通信システムで用いられる通信装置及び通信方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１における制御装置及び端末装置からなる通信システムの構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１における端末装置の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態１におけるスーパーフレームの構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態１におけるビーコン期間と周波数チャネルの配置を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態１におけるビーコン期間の配置を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態１における無線フレームフォーマットを示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態１におけるＭＡＣヘッダフォーマットを示す模式図である。 図９は、本発明の実施の形態１における通信シーケンスの一例を示すシーケンス図である。 図１０は、本発明の実施の形態１における周波数チャネル切り替え時の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図である。 図１１は、本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロードを示す模式図である。 図１２は、本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内のチャネル使用順序を示す模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態１における周波数チャネル切り替え時の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図である。 図１４は、本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内の連続送信端末識別子を示す模式図である。 図１５は、本発明の実施の形態１における制御装置の処理を示すフローチャートである。 図１６は、本発明の実施の形態１における制御装置の初期設定処理を示すフローチャートである。 図１７は、本発明の実施の形態１における端末装置の処理を示すフローチャートである。 図１８は、本発明の実施の形態１における端末装置のビーコン受信処理を示すフローチャートである。 図１９は、本発明の実施の形態１における制御装置・端末装置のデータフレーム送信処理を示すフローチャートである。 図２０は、本発明の実施の形態１における制御装置・端末装置のデータ受信処理を示すフローチャートである。 図２１は、本発明の実施の形態１における端末装置のチャネル変更処理を示すフローチャートである。 図２２は、本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内の別のチャネル使用順序を示す模式図である。 図２３は、発明の実施の形態１における通信シーケンスの一例を示すシーケンス図である。 図２４は、従来の無線通信システムの構成図である。 図２５は、従来のスーパーフレームの構成を示す模式図である。 図２６は、従来の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における無線通信システムの一例を示す図である。無線通信システムは、制御装置と端末装置とから構成されるネットワークである。図１に示す例では、無線ネットワーク１００は、無線ネットワーク１００を制御する基地局である制御装置１０１と、制御装置１０１の制御に従い、制御装置１０１との間で無線通信を行う無線端末である端末装置１０２〜１０４により構成されている。端末装置の数は、本例では３台としたが、異なる台数であってもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１の装置構成の一例を示すブロック図である。制御装置１０１は、アンテナ２０１、無線受信部２０２、受信データ解析部２０３、タイミング制御部２０４、ビーコン生成部２０５、チャネル設定部２０６、無線送信部２０７、送信データ生成部２０８、インタフェース２０９及びデータ量判定部２１０を備える。アンテナ２０１で受信した無線信号は、無線受信部２０２に入力される。無線受信部２０２は、無線信号に対し復調処理を行い、受信フレームとして出力する。受信データ解析部２０３は、受信フレームを解析し、受信データを取り出して出力する。インタフェース２０９は、受信データを他の機器やユーザに対して出力する。また、インタフェース２０９は、他の機器やユーザからの送信データの入力を受け付ける。送信データ生成部２０８は、送信データをもとに送信データフレームを生成する。また、データ量判定部２１０は、インタフェース２０９から入力された送信データのデータを観測し、データ量を判定する。また、タイミング制御部２０４は、周期的に送信するビーコンフレームの送信タイミングを制御する。ビーコン生成部２０５は、メモリ（不図示）に格納されている制御情報や周波数チャネル毎の品質情報（例えば、通信におけるデータフレーム等の伝送誤り率）などを読み出してビーコンフレームを生成する。チャネル設定部２０６は、無線送受信を行う周波数チャネルの設定を行う。無線送信部２０７は、ビーコンフレームや送信データフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２０１を介して無線送信を行う。

図３は、本発明の実施の形態１における端末装置１０２の装置構成の一例を示すブロック図である。他の端末装置１０３、１０４も、同様の装置構成となっている。端末装置１０２は、アンテナ２２１、無線受信部２２２、受信データ解析部２２３、制御部２２４、チャネル設定部２２５、無線送信部２２６、送信データ生成部２２７、インタフェース２２８、データ量を判定するデータ量判定部２２９を備える。アンテナ２２１で受信した無線信号は、無線受信部２２２に入力される。無線受信部は、無線信号に対し復調処理を行い受信フレームとして出力する。受信データ解析部２２３は、受信フレームを解析し、受信データを出力する。インタフェース２２８は、受信データを、他の機器やユーザに対して出力する。また、インタフェース２２８は、他の機器やユーザから送信データの入力を受け付ける。送信データ生成部２２７は、送信データをもとにデータフレームを生成する。また、制御部２２４は、メモリ（不図示）に格納されている制御情報、制御装置から受信したビーコンフレームに含まれる制御情報、及び、周波数チャネルの品質情報などをもとに送信タイミングの制御や周波数チャネルを選択する。チャネル設定部２２５は、選択された周波数チャネルの設定を行う。また、データ量判定部２２９インタフェース２２８から入力された送信データのデータを観測し、データ量を判定する。無線送信部２２６は、送信データフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２２１を介して無線送信を行う。

制御装置１０１は、無線ネットワーク１００を制御するための制御情報を含むビーコンを周期的に送信する。図４は、ビーコンを送信する周期の一例を、時系列に表した模式図である。最も大きな周期は、スーパーフレーム期間で、スーパーフレーム期間は無線通信を行うアクティブ期間と無線通信を行わない非アクティブ期間から構成される。非アクティブ期間においては、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、無線通信を行わず、スリープ状態になるので、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を停止する処理等が行われ、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となる。アクティブ期間は、さらに制御装置１０１がビーコンを送信する周期単位として、複数のビーコン期間に分割される。図４に示す例においては、アクティブ期間は８個のビーコン期間から構成される。

制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、ビーコン期間単位で周波数チャネルを切り替えながら通信を行う。図５に、ビーコン期間単位で周波数チャネルを切り替え通信する際の、各ビーコン期間のチャネル切り替えの例を表した模式図を示す。

図５において、制御装置１０１は、スーパーフレーム期間内のビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間６０１を配置している。同様に、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当てて無線通信期間６０２を、ビーコン期間ＢＩ４の期間には、周波数チャネルＣＨｎを割り当てて無線通信期間６０３を配置している。スーパーフレーム期間が終了し、次のスーパーフレーム期間になると、再びビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間６１１を配置し、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当て、無線通信期間６１２を配置している。以降、スーパーフレーム期間毎に同じ周波数チャネル割り当てを繰り返す。

図６は、ビーコン期間の構成の一例を表した模式図である。図６において、ビーコン期間内では、制御装置１０１が、最初に、無線ネットワーク１００の制御情報を含むビーコンを送信し、その後にアクセス期間を設けている。このアクセス期間内に、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、無線通信を行うことができる。本実施例では、このアクセス期間内において各端末装置１０２〜１０４は、ＣＳＭＡ（キャリアセンス多元接続）によりアクセス制御を行い、無線通信を行うものとする。なお、無線アクセス方式としてはＣＳＭＡに限定するものではなく、ＡＬＯＨＡやＴＤＭＡなど他の無線アクセス方式を用いてもよい。

端末装置１０２〜１０４には、自機が、通常、通信を行う周波数チャネルが、あらかじめ割り当てられている。例えば、図５において、端末装置１０２が、周波数チャネルＣＨ１で通信する場合には、ビーコン期間ＢＩ１のみ、起動する。すなわち、端末装置１０２は、無線通信期間４０１の次は、無線通信期間４１１内のアクセス期間に、ＣＳＭＡで通信する。端末装置１０２は、無線通信期間４０１と無線通信期間４１１の間の期間は、無線通信を行わない。この無線通信を行わない期間は、非アクティブ期間と同様、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となる。

なお、図４においては、無線ネットワーク１００において制御装置１０１が通信を行っているすべての期間をアクティブ期間として説明したが、例えば周波数チャネルＣＨ１に着目すると無線通信期間４０１と４１１がアクティブ期間であり、無線通信期間４０２、４０３、４１２、その他のＣＨ１以外のチャネルを用いた無線通信期間を、非アクティブ期間とみなすこともできる。その場合、周波数チャネルＣＨ２のアクティブ期間は、周波数チャネルＣＨ１の非アクティブ期間に設定されているとみなすことができる。

図７は、アクセス期間において、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４が送受信する無線フレームのフォーマットを示す図である。無線フレーム５００は、ビット同期符号やフレーム同期符号など無線信号の復調に必要な符号により構成されるＰＨＹ（ＰＨＹｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ヘッダ５０１、フレーム種別やアドレス情報より構成されるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ヘッダ５０２、通信相手先に送信する情報であるペイロード５０３、無線フレーム５００が正常に伝送されたか否かを検出するＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｅ）（誤り検出符号）５０４から構成される。また、ＭＡＣヘッダ５０２は、図８に示すように、無線フレーム５００の種別などを示すフレーム制御符号５１１、送信先の端末装置を示す送信先アドレス５１２、送信元の端末装置を示す送信元アドレス５１３より構成される。無線フレーム５００の種別としては、データの送受信を行うデータフレーム、データフレームなどが正常に受信されたことに対する応答であるＡＣＫフレーム、制御装置１０１が端末装置１０２〜１０４に制御情報を送信するためのビーコンフレームなどがある。

以下に、無線ネットワーク１００において、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間で無線通信を行う方法について説明する。

図９は、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間での通信シーケンスを示す図である。図９において、アクティブ期間が開始されると、最初に制御装置１０１は、ビーコンフレーム３１０を無線ネットワーク１００内の端末装置１０２〜１０４に配信する。図７に示すフレーム制御符号５１１には、フレーム種別を示す符号が付されており、フレーム種別がビーコンである場合には、ペイロード５０３には、図１１に示す、ビーコンフレームのペイロード５２０が挿入される。

図１１に、ビーコンフレームのペイロード５２０のフォーマットを示す。ビーコンフレームのペイロード５２０は、スーパーフレーム周期５２１、ビーコン期間５２２、ビーコン期間数５２３、チャネル使用順序５２４、連続送信端末識別子５２５により構成される。スーパーフレーム周期５２１及びビーコン期間５２２は、図４及び図５に示すスーパーフレーム周期及びビーコン期間の各長さを示す情報である。また、図４及び図５に示すアクティブ期間は、ビーコン期間５２２にビーコン期間数５２３を乗算することで算出することができ、また非アクティブ期間は、スーパーフレーム周期５２１からアクティブ期間を減算することにより算出することができる。

このように、制御装置１０１が、ビーコンフレームのペイロード５２０に、同じ周波数チャネルが次に使用される無線通信期間の開始時間を示す情報であるスーパーフレーム周期５２１と、他の周波数チャネルで無線通信期間が開始される時間と順序とをそれぞれ示す情報である、ビーコン期間５２２及びチャネル使用順序５２４の情報とを、格納して送信することにより、ビーコンフレームを受信した端末装置１０２〜１０４は、各無線通信期間のタイミング及び使用チャネルの情報を得ることができ、次に通信を行う期間を複数の無線通信期間から選択することができる。

図１２は、チャネル使用順序５２４の構成の一例を示す図である。図１２において、チャネル使用順序の最初にビーコン期間番号ＢＮが配置され、以降、ビーコン期間単位で使用する周波数チャネルが順番に並べられている。図１２に示す例では、ビーコン期間数は８で、周波数チャネルは、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ８、ＣＨ６、ＣＨ３、ＣＨ７、ＣＨ４、ＣＨ５の順に使用する。ここで、ビーコン期間番号ＢＮが１である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルは、ＣＨ１であること示しており、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ２、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ８であることがわかる。同様に、ビーコン期間番号ＢＮが２である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルは、ＣＨ２であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ８、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ６であることがわかる。なお、連続送信端末識別子５２５については、後述する。

制御装置１０１は、メモリ（図２に不図示）を備え、無線ネットワーク１００の制御情報であるスーパーフレーム周期、ビーコン期間、ビーコン期間数などとともに周波数チャネル使用可否情報を保持している。周波数チャネル使用可否情報は、制御装置１０１が無線ネットワーク１００を開設した時点で全周波数チャネルの受信電力を測定することにより、当該周波数チャネルが使用可能であるか否かを判定することで作成される。また、制御装置１０１は、ビーコン期間毎に切り替えたチャネルでの端末装置との通信状態や、キャリアセンスによる受信不可状態の継続時間などの情報により、周波数チャネルの使用可否を判断して、周波数チャネル使用可否情報を随時更新する。制御装置１０１は、周波数チャネル使用可否情報をもとにビーコン期間数に応じて使用可能周波数チャネルを選択し、使用可能な周波数チャネルの中からランダムに周波数チャネルを選択してチャネル使用順序を決定し、メモリに保持する。制御装置１０１は、メモリからスーパーフレーム周期、ビーコン期間、ビーコン期間数、及びチャネル使用順序を読出し、図１１に示すペイロードの形式で、ビーコンフレームを作成する。図９に示す例において、制御装置１０１が最初に送信するビーコンフレーム３１０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は１である。作成したビーコンフレームは、図２に示す無線送信部２０７で変調し、アンテナ２０１を介して送信される。

以下に、各端末装置１０２〜１０４が保持する送信データが、所定量以下であり１つのビーコン期間内で送信完了する場合の通信シーケンスについて、図９を参照して以下に説明する。端末装置１０２は、ビーコン期間３０１に周波数チャネルＣＨ１、端末装置１０３は、ビーコン期間３０２に周波数チャネルＣＨ２、端末装置１０４は、ビーコン期間３０３に周波数チャネルＣＨ８を使用して制御装置１０１と通信しているものとする。ビーコン期間３０１において、端末装置１０２は、起動状態にあるので、制御装置１０１が送信したビーコンフレーム３１０を受信する。ビーコンフレーム３１０を正常に受信すると、端末装置１０２は、ビーコンフレーム３１０内の図７に示すペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０２は、キャリアセンスを行い、データフレーム３１１を送信する。データフレーム３１１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３１２を端末装置１０２に送信する。端末装置１０２は、残りの送信データを保持しており、同様に、端末装置１０２は、次のデータフレーム３１３を送信し、制御装置１０１からＡＣＫフレーム３１４を受信する。本例では、端末装置１０２は、２回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

ビーコン期間３０１が終了すると、制御装置１０１は、周波数チャネルをＣＨ２に切り替える。端末装置１０２は、次のスーパーフレームのＣＨ２が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０２の開始タイミングでビーコンフレーム３２０を送信する。この時、ビーコンフレーム３２０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は２である。ビーコン期間３０２の期間中に起動している端末装置１０３は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、端末装置１０３は、ビーコンフレーム３２０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０３は、キャリアセンスを行い、データフレーム３２１を送信する。データフレーム３２１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３２２を端末装置１０３に送信する。本例では、端末装置１０３は、１回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

ビーコン期間３０２が終了すると、制御装置１０１は、周波数チャネルをＣＨ８に切り替える。端末装置１０３は、次のスーパーフレームのＣＨ８が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０３の開始タイミングでビーコンフレーム３３０を送信する。この時、ビーコンフレーム３３０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は、３である。ビーコン期間３０３の期間中に起動している端末装置１０４は、ビーコンフレーム３３０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３３０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０４は、キャリアセンスを行い、データフレーム３３１を送信する。データフレーム３３１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３３２を端末装置１０４に送信する。本例では、端末装置１０４は、１回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

非アクティブ期間３０５では、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４とのすべてがスリープ状態になる。また、非アクティブ期間３０５が完了すると、次のスーパーフレームになるので、制御装置１０１は、ＣＨ１にチャネルを切り替え、端末装置１０２からデータフレーム３４１を受信しＡＣＫフレーム３４２を返信する。以降、同様のシーケンスを繰り返す。

以下に、端末装置１０２〜１０４のいずれかに、所定量以上の送信データが発生し、１つのビーコン期間では、すべての送信データを送信することが不可能である場合の、通信シーケンスについて図１０を参照して説明する。端末装置１０２〜１０４は、それぞれ、自機内で連続送受信フラグを管理しており、１つのビーコン期間内に、自機が保持するデータフレームの送信が完了するかしないかの判断を行い、連続送受信フラグを用いて、判断結果を保持する。ここでは、１つのビーコン期間内に３個以上のデータフレームを送信することは、不可能であるとする。ここでは、連続送受信フラグの設定及び解除の条件として、保持している送信データ量がデータフレーム３個相当以上あれば連続送受信フラグを設定し、保持している送信データ量がデータフレーム１個相当以下になったとき連続送受信フラグを解除するものとする。制御装置１０１が、ビーコンフレーム３１０を送信すること、端末装置１０２が、データフレーム３１１を送信し、ＡＣＫフレーム３１２を受信すること、及びデータフレーム３１３を送信しＡＣＫフレーム３１４を受信することは、図９に示した例の場合と同様である。また、端末装置１０３、１０４の動作も図９の場合と同様である。ここで、端末装置１０２は、データフレーム３１１、３１３以外にデータフレーム３２３、３３３を保持しているとする。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３１０を受信したとき、ビーコン期間３０１の期間中に保持しているデータフレームをすべて送信可能かどうか判定する。ここでは、端末装置１０２は、４つのデータフレームに相当する送信データ量が存在するため、送信不可と判定する。端末装置１０２は、送信不可と判定すると自機で管理している連続送受信フラグを設定する。連続送信フラグ設定後に、データフレームの送信を開始するが、２つのデータフレーム３１１、３１３を送信後、ビーコン期間３０１が終了する。残りの２つのデータフレーム３２３、３３３は、ビーコン期間３０１内に送信できない。

このとき、端末装置１０２は、連続送信フラグが設定されていることを確認し、メモリ内に格納した制御情報のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ２を使用して通信を行うことを把握し、一旦スリープ状態になる。ビーコン期間３０１が終了する直前に端末装置１０２は、再起動し、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３２０を待つ。

次のビーコン期間であるビーコン期間３０２が開始すると、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３２０を送信する。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３２０内のペイロードを解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。その後、端末装置１０２は、ビーコン期間３０２の期間中に保持しているデータフレームをすべて送信可能か判定する。ここでは、端末装置１０２は、２つのデータフレームに相当する送信データ量が残っている。ＣＨ２は、もともと端末装置１０３に割り当てられており、端末装置１０３から、少なくとも１つのデータフレーム３２１が送信されることが想定される。したがって、端末装置１０２は、自機の送信データ量がデータフレーム２つ相当の場合は、送信が完了できない可能性が高い。そのため、送信データ量がデータフレーム１つ相当になるまでは、連続送受信フラグを解除しない。ここでは、端末装置１０２は、自機で管理している連続送受信フラグを設定した状態を維持する。

次に、端末装置１０２は、キャリアセンスの結果、無線メディアがアイドルになったと判断したら、データフレーム３２３を制御装置１０１へ送信する。ここで無線メディアとは、通信に使用する所定の周波数チャネルをいう。

このときデータフレーム３２３内の、図７及び図８に示すＭＡＣヘッダ５０２のフレーム制御符号５１１に、使用する周波数チャネルをＣＨ２に変更した旨を記載して制御装置１０１へ通知する。データフレーム３２３を受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３２４を端末装置１０２へ送信する。この時、制御装置１０１は、受信したデータフレーム３２３のＭＡＣヘッダ５０２を解析して、端末装置１０２が使用周波数チャネルを変更したことを把握する。端末装置１０２は、周波数チャネルＣＨ１ではデータフレームが送信しきれなかったことをメモリに格納する。

その後、ビーコン期間３０２は、端末装置１０２が残りのデータフレーム３３３を送信することなく終了する。

端末装置１０２は、連続送受信フラグが設定されていることを確認し、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ８を使用して通信を行うことを把握し、一旦スリープ状態になる。ビーコン期間３０２が終了する直前に端末装置１０２は、再起動し、周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３３０を待つ。

制御装置１０１が周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、次のビーコン期間であるビーコン期間３０３が開始すると、ビーコンフレーム３３０を送信する。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３３０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３３０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３３０を受信すると、ビーコン期間３０３の期間中に保持しているデータフレームが送信可能か判定する。ここでは、端末装置１０２には、１つのデータフレームに相当する送信データ量が残っているのみであるので、送信可能であると判定し、自機で管理している連続送受信フラグを解除する。

次に、端末装置１０２は、キャリアセンスの結果、無線メディアがアイドルになったと判断したら、データフレーム３３３を制御装置１０１へ送信する。このときデータフレーム３３３内のＭＡＣヘッダ５０２のフレーム制御符号５１１に、使用する周波数チャネルをＣＨ８に変更した旨を記載して制御装置１０１へ通知する。データフレーム３３３を受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３３４を端末装置１０２へ送信する。この時、制御装置１０１は、受信したデータフレーム３３３のＭＡＣヘッダ５０２を解析して、端末装置１０２が使用周波数チャネルを変更したことを把握し、端末装置１０２は、周波数チャネルＣＨ１及びＣＨ２では、データフレームが送信しきれなかったことをメモリに格納する。

ここで、端末装置１０２は、ビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレーム３２３、３３３の送信がビーコン期間３０２、２０３において完了したので、周波数チャネルをもともと割り当てられていたＣＨ１に切り替えて、次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

以降の制御装置１０１と各端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスは、図９と同様の動作を繰り返す。

端末装置１０２は、ビーコン期間３０１で送信するべきデータフレームをビーコン期間３０１で送信できずに次のＣＨ１のビーコン期間３０５まで保持しておくと、データフレームのバッファがオーバーフローする可能性がある。また、データフレームが音声などのリアルタイム伝送を必要とするデータならば伝送遅延が発生する。しかしながら本実施例では、端末装置１０２は、ＣＨ１のビーコン期間３０１でデータフレームを送信できない場合は、チャネルを切り替えて送信を継続するので、伝送遅延を短縮することが可能となる。従来ならば、次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間までの遅延が発生する。例えば、図１２のようにチャネルが８種類ある場合、非アクティブ期間を考慮しない場合でも、従来に比べて伝送遅延は、最大で８分の１に短縮できる。また、非アクティブ期間を考慮すると最大で８分の１以上に短縮可能である。

なお、本実施の形態では、端末装置１０２は、チャネル切り替えのときに一旦スリープしたがこれに限定されるものではなく、スリープしなくてもよい。

なお、本実施の形態では、連続送受信フラグの設定及び解除の条件として、保持している送信データ量がデータフレーム３個相当以上あれば連続送受信フラグを設定し、保持している送信データ量がデータフレーム１個相当以下になったとき連続送受信フラグを解除したが、これに限定されるものではなく、１ビーコン期間に送信可能なデータフレーム数等に基づいて、適切に設定すればよい。例えば、端末装置１０２〜１０４は、データフレームの合計サイズと自機で伝送可能なビットレートをパラメータにデータフレームの伝送に必要な時間を算出し、ビーコンフレームに含まれているビーコン期間の時間と比較して判定してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間３０２では端末装置１０３からのデータフレーム３２１、ビーコン期間３０３では端末装置１０４からのデータフレーム３３１を、それぞれ、端末装置１０２からのデータフレーム３２３、３３３より先に送信している。しかし、例えば、端末装置１０２のデータフレームを優先的に継続して受信するようにしてもよい。この場合は、制御装置１０１は、端末装置１０２のデータフレームの送信が未完了であることを把握しているので、ビーコンフレーム３２０及び３３０に、端末装置１０２以外の端末装置に自機のデータフレームを送信するタイミングを遅らせる指示を、さらに含めて、送信することができる。この場合、ビーコンフレーム３２０、３３０をそれぞれ受信した端末装置１０３、１０４は、それぞれのデータフレーム３２１、３３１を送信するタイミングを遅らせ、端末装置１０２がキャリアセンスを行う際、無線メディアをアイドルにしておくことができ、端末装置１０２からのデータフレーム３２３、３３３が、優先的に送信される。

以下に、図１３及び図１４を用いて、制御装置１０１に所定量以上のデータ量が発生した場合に、制御装置１０１が、端末装置１０２〜１０４へチャネル切り替えを指示して、データフレームの送受信を行う処理について説明する。図１３は、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスを示す図である。

ここで、まず、図１１に示した連続送信端末識別子５２５について、図１４を参照して説明する。図１４は、連続送信端末識別子５２５の構成の一例を示す図である。制御装置１０１は、各ビーコン期間において、当該ビーコン期間に通信を行う端末装置宛に自機が保持しているデータフレームの送信が、完了しないと判定したときに、当該データフレームの送信先である端末装置の識別子を設定する。なお、識別子は、認証時のＩＤでも端末のアドレス情報でもよい。

制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータ量が所定量以上で、４つのデータフレーム相当のデータ量があり、１つのビーコン期間で送信が完了しないとする。ビーコン期間３０１において通信するのは、端末装置１０２であり、端末装置１０２宛のデータフレームの送信が完了しないと判定されているので、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３５０の連続送信端末識別子５２５に端末装置１０２の識別子を設定して、ビーコンフレーム３５０を送信する。ここでの送信可否の判定方法は、上述の端末装置側のデータ量が所定量以上である場合の判定方法と同じとする。

ビーコン期間３０１において、端末装置１０２は、起動状態にあるので、制御装置１０１が送信したビーコンフレーム３５０を受信する。ビーコンフレーム３５０を正常に受信すると、端末装置１０２は、ビーコンフレーム３５０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。また、連続送信端末識別子に自機のＩＤが設定されていることを認識する。端末装置１０２は、このように自機のＩＤが設定されている場合は、連続送受信フラグを設定する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３５１を送信する。データフレーム３５１を正常に受信した端末装置１０２は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３５２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、次のデータフレーム３５３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３５４を受信する。

ビーコン期間３０１が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０２の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３５０に自機の連続送信端末識別子が記載されていたので、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ２を使用して通信を行うことを把握し、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３６０を待つ。制御装置１０１は、スリープ状態から復帰すると、周波数チャネルをＣＨ２に切り替える。ビーコン期間３０２において通信するのは、端末装置１０２、１０３である。制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータがデータフレーム２つ分ほど未送信であるので、ビーコン期間３０２においてもデータ送信が完了しないと判定する。また、端末装置１０３宛の送信データ量は、１つのデータフレームで足りるため、ビーコン期間３０２においてデータ送信が完了すると判定する。したがって、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３６０の連続送信端末識別子５２５に端末装置１０２の識別子のみを設定して、ビーコンフレーム３６０を送信する。

端末装置１０２、端末装置１０３は、ビーコンフレーム３６０を正常に受信すると、ビーコンフレーム内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。また、端末装置１０２は、連続送信端末識別子５２５に自機のＩＤが設定されていることを認識する。端末装置１０２は、自機のＩＤが設定されているので連続送受信フラグを設定する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３６１を送信する。データフレーム３６１を正常に受信した端末装置１０３は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３６２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、端末装置１０２にデータフレーム３６３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３６４を受信する。

ビーコン期間３０２が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるアクティブ時間３０３の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３６０に自機の連続送信端末識別子が記載されていたので、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ８を使用して通信を行うことを把握し、周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３７０を待つ。

その後、端末装置１０３は、次のスーパーフレームのＣＨ２が割り当てられたビーコン期間開始直前までのタイマをセットしてスリープ状態になる。

制御装置１０１は、スリープ状態から復帰すると周波数チャネルをＣＨ８に切り替える。ビーコン期間３０３において通信するのは、端末装置１０２、１０４である。制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータ量も、端末装置１０３宛のデータ量も、それぞれ１つのデータフレームで足りるため、端末装置１０２、１０４のいずれに対しても、ビーコン期間３０３においてデータ送信が完了すると判定する。したがって、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３７０の連続送信端末識別子５２５にいずれの端末装置の識別子も設定せず、ビーコンフレーム３７０を送信する。端末装置１０２、１０４は、ビーコンフレーム３７０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３７０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。また、端末装置１０２は、自機のＩＤが設定されていないので連続送受信フラグを解除する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３７１を端末装置１０４に送信する。データフレーム３７１を正常に受信した端末装置１０４は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３７２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、端末装置１０２にデータフレーム３７３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３７４を受信する。

ビーコン期間３０３が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるアクティブ時間の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２、１０４は、次のスーパーフレームのそれぞれＣＨ１、ＣＨ３が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

以降の制御装置１０１と各端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスは、図９と同様の動作を繰り返す。

制御装置１０１は、ビーコン期間３０１で送信すべきデータフレームをビーコン期間３０１で送信できずに次のＣＨ２のビーコン期間３０２まで保持しておくと、データフレームのバッファがオーバーフローする可能性がある。また、データフレームが音声などのリアルタイム伝送を必要とするデータならば伝送遅延が発生する。しかしながら本発明では、制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータがＣＨ１のビーコン期間３０１でデータフレームを送信できない場合は、あらかじめビーコンフレーム３５０にチャネルの切り替えを指示する情報を設定して、ビーコン期間３０２において、送信を継続するので、伝送遅延を短縮することが可能となる。従来なら次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間までの期間の遅延が発生する。例えば、図１２のようにチャネルが８種類ある場合なら非アクティブ期間を考慮しなくても、従来に比べて伝送遅延は、最大で８分の１に短縮できる。また、非アクティブ期間を考慮すると８分の１以上に短縮可能である。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間３０２では端末装置１０３へのデータフレーム３６１、ビーコン期間３０３では端末装置１０４へのデータフレーム３７１を、それぞれ、端末装置１０２へのデータフレーム３６３、３７３より先に送信したがこれに限定されるものではない。例えば、端末装置１０２のデータフレームを優先的に送信してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間のチャネル切り替えのときにスリープ状態になったがこれに限定されるものではない。例えば、スリープしなくてもよい。

次に、以上の処理シーケンスを処理する制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４の内部処理について図１５〜図２１を用いて説明する。

図１５は、制御装置１０１の処理フローの全体を示す図であり、また図１６は、制御装置１０１の初期化時の処理フローを示す図である。

図１５において、制御装置１０１は、最初に、ステップＳ１００１で初期化を行う。初期化の詳細を、図１６のステップＳ１０２１〜Ｓ１０２４に示す。ステップＳ１０２１では、使用可能な全周波数チャネルを順次他の端末装置が使用していないか、あるいは干渉の影響がないか電力測定等を行うことでスキャンし、使用可能周波数チャネルを得る。ステップＳ１０２２では、ステップＳ１０２１で得た使用可能周波数チャネル情報をメモリに格納する。次に、ステップＳ１０２３では、使用可能周波数チャネルからシステム情報として保持しているビーコン期間数に応じて周波数チャネルをランダムに選択してチャネル使用順序を決定する。ステップＳ１０２４では、決定したチャネル使用順序をメモリに格納して、初期化設定処理を終了する。

次に、図１５のステップＳ１００２において、メモリに保持しているスーパーフレーム期間、ビーコン期間、チャネル使用順序間などの無線ネットワークのチャネル情報を読み出す。ステップＳ１００３では、ステップＳ１００２で読み出したチャネル情報をもとにビーコンフレームを作成し、ステップＳ１００４では、Ｓ１００２で読み出したチャネル使用順序の最初の周波数チャネルに切り替える。ステップＳ１００５では、ビーコン期間の最初に、ビーコンフレームを送信する際、無線メディアがアイドルであるか否かを判定するため、キャリアセンスを行う。ステップＳ１００６では、ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが、所定のレベル以下である場合には、ビーコンフレーム送信可能であると判断してステップＳ１００７以下を実行する。ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが、所定のレベル以上の場合には、周波数チャネルが使用されておりビーコンフレーム送信不可能であると判断し、再度キャリアセンスを行うためステップＳ１００５を実行する。

ステップＳ１００６において、ビーコンフレーム送信可能となった場合には、ステップＳ１００７においてビーコンフレーム送信後のビーコン期間で送信するデータフレームがビーコン期間中に送信可能か判定し、送信が不可能な場合は、ステップＳ１００８でビーコンに該当端末装置の連続送信端末識別子を設定する。

次に、ステップＳ１００９でビーコンフレームを送信する。以降、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間でデータフレーム等の送受信を行うために、ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３までのデータ送信処理及びデータ受信処理を繰り返す。ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３の各処理は、ステップＳ１０１４においてビーコン期間が終了するまで繰り返しされ、ビーコン期間が終了したら、ステップＳ１０１５でビーコン期間の完了を判定する。ビーコン期間が終了しない場合は、Ｓ１００２に戻る。

最後に、端末装置は、ステップＳ１０１５において、ビーコン期間が終了したら、ステップＳ１１６においてスリープモードに入り、再びステップＳ１１０７のスリープタイマが終了するまで、スリープ状態になる。スリープタイマ終了後は、ステップＳ１００２に戻って以降の処理を繰り返す。

図１７は、端末装置１０２の処理フローの全体を示す図であり、また図１８は、端末装置１０２のビーコンフレーム受信時の処理フローを示す図、図１９は、端末装置１０２のデータ送信処理の処理フローを示す図、図２０は、端末装置１０２のデータ受信処理の処理フローを示す図、図２１は、端末装置１０２のチャネル変更処理時の処理フローを示す図である。また、無線ネットワーク１００に参入している他の端末装置１０３及び１０４の処理フローもすべて端末装置１０２と同様である。

図１７において、端末装置１０２は、処理開始の時点で、制御装置１０１との間で無線ネットワーク１００に参入する処理を終えており、スーパーフレーム期間及びビーコン期間のタイミングを認識してスリープ状態にあるものとする。

端末装置は、ステップＳ１１０１でスリープタイマが終了したら、ステップＳ１１０２でスリープ状態から抜けて起動する。ステップＳ１１０３では、ビーコンフレームの受信処理を行う。

図１８を用いて、ビーコン受信処理ステップＳ１１０３の詳細を説明する。端末装置は、ビーコンフレームを正常に受信すると、ステップＳ１１４１においてビーコンフレームのペイロードを解析し、チャネル使用順序を抽出し、メモリに格納することで、チャネル使用順序情報を更新する。また、ステップＳ１１４２において、ビーコンフレームのペイロードの連続送信端末識別子を解析し、自機の識別子が設定されている場合は、ステップＳ１１４３において、連続送受信フラグを設定する。自機の識別子が設定されていない場合は、連続送受信フラグを設定しない。以上でビーコン受信処理は終了する。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム受信処理のステップＳ１１０３を終えたら、ステップＳ１１０４で自機が保持する送信データ量が所定量を超えているか否かを調べ、送信するデータフレームが今回のビーコン期間中にすべて送信可能か判定を行う。

ステップＳ１１０４で送信データ量が所定量を超えており、送信不可能と判定した場合は、ステップＳ１１０５で連続送受信フラグを設定してステップＳ１１０６に進む。また、送信データ量が所定量を超えておらず、送信可能と判定した場合、連続送受信フラグを設定せずステップＳ１１０６に進む。

次に、端末装置１０２は、ステップＳ１１０６からステップＳ１１０８までのデータフレームの送信処理及び受信処理を、今回のビーコン期間の完了タイミングを設定したビーコンタイマが完了するまで繰り返し行う。

ここで、データ送信処理のステップＳ１１０６について、図１９を用いて説明する。端末装置１０２は、ステップＳ１１３２において、データフレームの送信を開始する前に無線メディアがアイドルであるか否かを判断するために、キャリアセンスを行う。ステップＳ１１３３では、ステップＳ１１３２のキャリアセンスの結果から無線メディアがアイドル状態であると判断した場合には、ステップＳ１１３４に進んで、データフレームの送信処理を行う。ステップＳ１１３５では、制御装置１０１からのＡＣＫフレーム応答を待ち、ＡＣＫフレームを正常に受信した場合には、データ送信処理は終了する。ステップＳ１１３３で無線メディアがアイドルでなかった場合及びステップＳ１１３５で制御装置１０１からのＡＣＫフレームが受信できないままタイムアウトした場合には、ステップＳ１１３２へ進んで、再度キャリアセンスから行う。

なお、制御装置１０１のデータ送信処理のステップＳ１０１１も端末装置のデータ送信処理と同様である。

次に、データ受信処理のステップＳ１１０８について、図２０を用いて説明する。

端末装置１０２は、ステップＳ１０３７において受信したフレームがデータフレームか確認する。

受信したフレームが、データフレーム以外なら、ステップＳ１０３８で、あらかじめ決められたその他のフレーム処理を行う。受信したフレームが、データフレームならば、ステップＳ１０３９へ進んで、受信したデータフレームにデフレーム処理を行い、データを取り出し、ステップＳ１１４０へ進んでデータをインタフェースへ出力する。その後、ステップＳ１１４１でＡＣＫを送信して処理を終了する。

最後に、端末装置１０２は、ステップＳ１１０９において、ビーコンタイマが終了したら、ステップＳ１１１０で連続送受信フラグを確認する。連続送受信フラグが設定されていないならステップＳ１１１２においてスリープモードに入り、再びステップＳ１１０１のスリープタイマが終了するまで、スリープ状態になる。

しかし、ステップＳ１１１０で連続送受信フラグを確認して、連続送受信フラグが設定されているならば、ステップＳ１１１１でチャネル切り替えを行う。

なお、制御装置１０１のデータ受信処理のステップＳ１０１３も端末装置のデータ受信処理と同様である。

図２１を用いてチャネル変更処理ステップＳ１１１１の詳細を説明する。最初にステップＳ１１２１で、メモリ内のチャネル使用順序を読み出す。次に、ステップＳ１１２２で、チャネル使用順序に記載されている現在使用している周波数チャネルの次のビーコン期間の周波数チャネルを選択し、ステップＳ１１２３で選択した周波数チャネルに切り替える。

以上の処理により、端末装置１０２は、自機が送信するデータ、または、制御装置１０１が送信するデータ量に応じて迅速に使用する周波数チャネルを切り替えてデータの送信遅延等の影響を回避することが可能となる。

なお、本実施の形態では、端末装置１０２は、ビーコン受信直後に自機で保持しているデータ量に応じて連続送受信フラグを設定したがこれに限定されるものではない。例えば、各周波数チャネルの無線通信期間の終了時、または、終了時からあらかじめ設定した時間前に設定するようにしてもよい。また、全体のデータ量で判定するのではなく未送信のデータフレームや送信の失敗したデータフレームが１つでも残っていれば連続送受信フラグを設定するように構成してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、図１１に示すビーコンフレームの連続送信端末識別子５２５を用いて端末装置１０２に周波数チャネルの切り替えを指示したが、これに限定されるものではない。例えば、制御装置１０１は、端末装置１０２に送信するデータフレームに連続送信端末識別子を設定してもよい。あるいは、制御装置１０１は、データフレームを送信する際。当該データフレーム以外にも送信すべきデータフレームを保持している場合に、そのことを示すフラグを当該データフレームに含めて送信してもよい。端末装置１０２は、フラグを認識して、次のデータフレームを同じビーコン期間で受信しなかった場合に、次のビーコン期間に割り当てられたチャネルに切り替え、受信を継続することとしてもよい。

なお、上記の実施の形態において、図１２に示すような、ビーコンフレーム内のチャネル使用順序５２４の構成を用いたが、他の構成として、図２２に示す構成を用いてもよい。図２２に示す構成においては、ビーコン期間番号ＢＮがない代わりに、周波数チャネルが使用順に並べられ、常に最初の位置に配置されている周波数チャネルが、現在使用されている周波数チャネルを示すようになっており、ビーコン期間が終了する毎にチャネル使用順序を巡回させている。このような構成では、ビーコン期間毎に、先頭位置に保持されたチャネルが、現在使用しているチャネルでありことがわかり、その２番目の位置に保持されたチャネルが、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルであることがわかる。例えば、ビーコン期間ＢＩ３では、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルはＣＨ８であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャンルはＣＨ６、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ３であることがわかる。

なお、上記の実施の形態では、図４に示すように無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定する場合を例に挙げて説明したが、無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定しなくてもよい。この場合、制御装置１０１からみると非アクティブ期間が存在せず、常にアクティブ期間として通信を行うことになるため、消費電力の低減の効果を得ることはできないが、端末装置１０２〜１０４のそれぞれからみると、使用している周波数チャネルの無線通信期間以外の無線通信期間には、通信を行わないことにより、消費電力の低減の効果を得ることができる。無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定しない場合、無線ネットワーク１００全体でみると、どの時点においても、いずれかの周波数チャネルにおいて無線通信期間が設定されている状態となるため、各端末装置１０２〜１０４は、緊急に送信すべきデータが発生した時点で、チャネル使用順序に基づいて使用する周波数チャネルを切り替えてビーコンを受信することにより、いずれの時間においても制御装置１０１と通信が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、図１０に示すように、端末装置１０２がビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレームを、ビーコン期間３０１の直後のビーコン期間３０２で送信する場合を例に挙げて説明したが、ビーコン期間３０２は、通信を行わずに待機してビーコン期間３０３で通信を開始してもよい。これは、例えば、周波数チャネルＣＨ２を使用している端末装置の数が多い場合は、端末装置１０２がビーコン期間３０２で通信をするとデータフレームの衝突する可能性が高くなり、無線ネットワーク１００全体の伝送効率を低下させることがあるためである。このような場合、図２３に示すように端末装置１０２は、ビーコン期間３０２を使用せずにビーコン期間３０３から通信を開始することにより無線ネットワーク１００全体の伝送効率を低下させずにビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレーム３３３を送信することができる。

本実施形態では、データ量が少ない場合は、消費電力を低減でき、データ量が多い場合は、伝送速度を向上でき、送信すべきデータ量に応じて、消費電力の低減と伝送速度の向上とのそれぞれの効果を得ることができる。

なお本実施の形態にかかる制御装置１０１のアンテナ２０１を除く構成、及び端末装置１０２〜１０４のアンテナ２２１を除く構成は、それぞれ集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。これらの構成は、１チップ化されてもよいし、一部を含むようにチップ化されてもよい。ここでいうＬＳＩとは、集積度の違いによって、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと称呼されることもあるが、いずれをも含む。また集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで集積回路化を行ってもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＧａｔｅＡｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを用いてもよい。あるいは、これらの機能ブロックの演算は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを用いて演算することもできる。さらにこれらの処理ステップは、プログラムとして記録媒体に記録して実行することで処理してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路かの技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適応などが可能性としてあり得る。

また、本発明は、上述のような制御装置及び端末装置の機能を実現する方法及びプログラムにも向けられている。さらに、上述のような制御装置及び端末装置によって構成される無線ネットワークシステムにも向けられている。

本発明にかかる通信システム及び当該通信システムで用いられる通信装置及び通信方法は、送受信するデータの伝送遅延や省電力性能に優れた効率のよい通信を行うもの等として有用である。

１００、４００ 無線ネットワーク
１０１、４０１ 制御装置
１０２、１０３、１０４、４０２、４０３、４０４ 端末装置
２０１ アンテナ
２０２ 無線受信部
２０３ 受信データ解析部
２０４ タイミング制御部
２０５ ビーコン生成部
２０６ チャネル設定部
２０７ 無線送信部
２０８ 送信データ生成部
２０９ インタフェース
２１０ データ量判定部
２２１ アンテナ
２２２ 無線受信部
２２３ 受信データ解析部
２２４ 制御部
２２５ チャネル設定部
２２６ 無線送信部
２２７ 送信データ生成部
２２８ インタフェース
２２９ データ量判定部
５００ 無線フレーム
５０１ ＰＨＹヘッダ
５０２ ＭＡＣヘッダ
５０３ ペイロード
５０４ 誤り検出符号
５１１ フレーム制御符号
５１２ 送信先アドレス
５１３ 送信元アドレス
５２０ ビーコンフレームペイロード
５２１ スーパーフレーム周期
５２２ ビーコン期間
５２３ ビーコン期間数
５２４ チャネル使用順序
５２５ 連続送信端末識別子

本発明は、制御装置、複数の無線端末装置及び、これらによって構成される通信システム及び当該通信システムで用いられる通信方法に関し、特にセンサーネットワークやアクティブＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグなどの多数の端末を収容する無線ネットワークにおける省電力技術と伝送効率向上技術に関するものである。

近年、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やセンサーネットワークといった小型低消費電力の無線端末装置によるネットワークが注目されている。またこれに類似するシステムとして、自ら無線信号を発信するアクティブＲＦタグといったシステムがある。

このような、無線ネットワークは、基地局である制御装置及び複数の無線端末である端末装置で構成される。制御装置は、無線ネットワークを制御するための制御情報をビーコンパケットに含めて周期的にブロードキャストする。端末装置は、この制御情報に基づいて制御装置と通信する。通信端末のアクセス方式には様々なものを用いることができ、例えば、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）などを用いることができる。

これらの無線ネットワークで用いられる端末装置は、伝送速度は低速（数ｋｂｐｓから数百ｋｂｐｓ）で、無線信号の到達距離は短い（数ｍから数十ｍ程度）が、小型で、かつ電池で数年間駆動可能な低消費電力性能に特徴がある。端末装置の消費電力を低減するために、通信プロトコルやフレームフォーマットにも工夫がなされており、例えば、特許文献１が開示する無線ネットワークでは、無線ネットワーク内で通信を行うアクティブ期間と、通信を行わずにスリープ状態に入ることができる非アクティブ期間を設けた構成になっている。非アクティブ期間を長くとれば、スリープ状態を長くとれるので消費電力を低減することができる。

図２４は、従来の無線通信システムの一例を示す。無線通信システムは、制御装置と端末装置とから構成される無線ネットワークである。図２４に示す例では、無線ネットワーク４００は、無線ネットワーク４００を制御する制御装置４０１と、制御装置４０１の制御に従い、制御装置４０１との間で無線通信を行う無線端末である端末装置４０２〜４０４により構成されている。

図２５に、周期的なフレーム構成の一例であるスーパーフレーム期間を示す。図２５において、スーパーフレーム期間は、アクティブ期間と非アクティブ期間からなる。アクティブ期間は制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４が通信を行う期間である。非アクティブ期間は通信を行わない期間であり、この間各端末装置４０２〜４０４は、スリープ状態に入ることで消費電力を低減することができる。

制御装置４０１及び端末装置４０２〜４０４は、アクティブ期間を共用で使用する。アクティブ期間の最初は制御装置４０１が使用し、ビーコンフレームをブロードキャストする。それ以外のアクティブ期間は制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信に使用され、例えば、ＣＳＭＡなどを用いることができる。また、アクティブ期間を複数の時間スロットに分割し、スロットＣＳＭＡやＴＤＭＡでスロットを共用して使用することも可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、前半の時間スロットをＣＳＭＡによる競合アクセス用に用い、後半の時間スロット毎に使用する端末装置を割り当てて通信を行っている。

ビーコンフレームには、これらの時間スロット数やその割り当て順序、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さ、次のビーコンフレーム送信までの時間など通信に関する制御情報が含まれる。

図２６に、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信シーケンスの一例を示す。制御装置４０１は、アクティブ期間４５１の最初にビーコンフレーム４６０をブロードキャストする。端末装置４０２〜４０４は、ビーコンフレーム４６０を受信し、制御情報を取得する。制御情報には、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さなどの情報が含まれる。

アクティブ期間４５１では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間で通信が行われる。例えば、端末装置４０３から制御装置４０１にデータフレーム４６１が送信され、それに対してのＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）フレーム４６２が制御装置４０１から端末装置４０３に送信される。

非アクティブ期間４５２では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間での通信は行われない。制御情報であらかじめ通知された時間の間、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４は、スリープ状態に入ることができ、消費電力を低減することができる。制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４は、非アクティブ期間４５２が終了する直前に動作状態に復帰し、次のアクティブ期間の通信に備える。

制御装置４０１は、非アクティブ期間４５２が終了すると、次のアクティブ期間を開始し、ビーコンフレーム４７０をブロードキャストする。アクティブ期間４５３では、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間で通信が行われる。

ここでは、端末装置４０２から制御装置４０１への通信が失敗した例を示す。例えば、端末装置４０２から制御装置４０１へデータフレーム４７１が送信されたが、制御装置４０１でこのデータの受信誤りが発生したとする。この場合、制御装置４０１は、このデータフレーム４７１に対するＡＣＫフレームを端末装置４０２へ送信しない。

端末装置４０２は、制御装置４０１からのＡＣＫフレームを所定期間待ち続ける。所定時間経過しても、ＡＣＫフレームが返ってこない場合、端末装置４０２は、データフレーム４７１の送信に失敗したと判定する。そこで、端末装置４０２は、データフレームの再送を試み、再送データフレーム４７２を送信する。ここでは、再送されたデータフレーム４７２は、制御装置４０１で正しく受信できたとする。この場合、制御装置４０１は、再送されたデータフレーム４７２に対するＡＣＫフレーム４７３を端末装置４０２に送信する。

以降、同様の動作を繰り返して、制御装置４０１と端末装置４０２〜４０４との間の通信が行われる。

特開２００８−４８３６５号公報

しかしながら、このような無線ネットワークでは、この無線ネットワークに参加する複数の端末装置は、制御装置が規定するアクティブ期間と非アクティブ期間に従って動作することとなる。各端末装置が送受信するデータ量が少ない場合は、１つのアクティブ期間内でデータ送受信が完了するが、いずれかの端末装置からの送信データ量が多い場合は、１つのアクティブ期間で送受信が完了せず、次のアクティブ期間まで送受信を待たなければならなくなる。したがって、送受信すべきデータが多い場合には、遅延が大きくなるという課題がある。この課題に対して、非アクティブ期間に対するアクティブ期間を長くすることにより通信の遅延を小さくすることはできるが、この場合には、送受信するデータ量の少ない無線端末装置もアクティブ期間中は、動作する必要があり消費電力が大きくなってしまう。例えば、平時は、制御装置が、少ない通信量で定期的に各端末装置を認証するのみであるが、緊急時には、音声データ等、多量のデータを遅延なく送受信する必要があるようなシステムにおいて、この課題の解決が重要になる。

本発明は、上記課題を解決し、送受信するデータ量に応じて、端末装置がアクティブになる期間を増減でき、送受信すべきデータの通信をより早く完了することができ、送受信するデータに応じた省電力動作が可能な、制御装置、端末装置及びこれらを用いた通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の一局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置であって、無線信号の送受信を行うアンテナと、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信部と、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信部を制御し、送信データを送信するよう、送信部を制御する制御部とを備え、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する、端末装置である。

また、本発明の他の局面は、上述の制御部は、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信部をさらに制御することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の局面は、上述の制御部は、次に使用される周波数チャネルに切り替えを行わない場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルが再び使用される切り替えタイミングを判定し、当該切り替えタイミングまで、当該端末装置を省電力モードで待機するよう制御することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置であって、無線信号の送受信を行うアンテナと、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信部を制御する制御部とを備え、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する制御装置である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、制御装置と少なくとも１つの端末装置との間で通信を行う通信システムであって、端末装置は、無線信号の送受信を行う第１のアンテナと、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、第１のアンテナを介して受信する第１の受信部と、制御装置に、送信データを、第１のアンテナを介して送信する第１の送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第１のデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、第１の受信部を制御し、送信データを送信するよう、第１の送信部を制御する第１の制御部とを備え、第１の制御部は、第１のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、第１の送信部をさらに制御し、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、第１の受信部をさらに制御し、制御装置は、無線信号の送受信を行う第２のアンテナと、端末装置から、第２のアンテナを介して受信データを受信する第２の受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、第２のアンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する第２の送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第２のデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう第２の送信部を制御する第２の制御部とを備え、第２の制御部は、第２のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、第２の送信部をさらに制御する、制御装置とから構成される、通信システムである。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信部と、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信部と、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信部を制御し、送信データを送信するよう、送信部を制御する制御部とを集積し、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信部を、さらに制御し、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信部を、さらに制御する、集積回路である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信部と、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信部を制御する制御部とを集積し、制御部は、データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信部をさらに制御する、集積回路である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信方法であって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信ステップと、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信ステップを実行し、送信データを送信するよう、送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを、実行するステップと、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信ステップを、実行するステップとを含む、通信方法である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信方法であって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、
少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを実行するステップを含む通信方法である。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置が実行する通信プログラムであって、制御装置から、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、制御装置に、送信データを、アンテナを介して送信する送信ステップと、送信データを、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコン及び受信データを受信するよう、受信ステップを実行し、送信データを送信するよう、送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを、実行するステップと、ビーコンに含まれる制御情報に、所定の周波数チャネルを使用する期間内に、制御装置から当該端末装置への、受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、制御情報に基づいて、所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、受信データの受信を継続するよう、受信ステップを、実行するステップとを含む、通信プログラムである。

また、本発明のさらに他の局面は、複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置が実行する通信プログラムであって、端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、少なくとも周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、端末装置に、アンテナを介して、ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、端末装置のそれぞれへの送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、ビーコンを生成するようビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた端末装置への送信データとを、送信するよう送信ステップを実行する制御ステップとを備え、制御ステップは、データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、ビーコンに、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、ビーコンを生成するよう、ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、送信データの送信を継続するよう、送信ステップを実行するステップを含む、通信プログラムである。

本発明によれば、送受信するデータ量に応じて、端末がアクティブになる期間を変更することにより、送受信すべきデータの通信をより早く完了することができ、送受信するデータに応じた省電力動作が可能な、通信システム及び当該通信システムで用いられる通信装置及び通信方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１における制御装置及び端末装置からなる通信システムの構成図 本発明の実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における端末装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるスーパーフレームの構成を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるビーコン期間と周波数チャネルの配置を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるビーコン期間の配置を示す模式図 本発明の実施の形態１における無線フレームフォーマットを示す模式図 本発明の実施の形態１におけるＭＡＣヘッダフォーマットを示す模式図 本発明の実施の形態１における通信シーケンスの一例を示すシーケンス図 本発明の実施の形態１における周波数チャネル切り替え時の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図 本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロードを示す模式図 本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内のチャネル使用順序を示す模式図 本発明の実施の形態１における周波数チャネル切り替え時の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図 本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内の連続送信端末識別子を示す模式図 本発明の実施の形態１における制御装置の処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における制御装置の初期設定処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置の処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置のビーコン受信処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における制御装置・端末装置のデータフレーム送信処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における制御装置・端末装置のデータ受信処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置のチャネル変更処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１におけるビーコンフレームのペイロード内の別のチャネル使用順序を示す模式図 発明の実施の形態１における通信シーケンスの一例を示すシーケンス図 従来の無線通信システムの構成図 従来のスーパーフレームの構成を示す模式図 従来の通信シーケンスの一例を示すシーケンス図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における無線通信システムの一例を示す図である。無線通信システムは、制御装置と端末装置とから構成されるネットワークである。図１に示す例では、無線ネットワーク１００は、無線ネットワーク１００を制御する基地局である制御装置１０１と、制御装置１０１の制御に従い、制御装置１０１との間で無線通信を行う無線端末である端末装置１０２〜１０４により構成されている。端末装置の数は、本例では３台としたが、異なる台数であってもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１の装置構成の一例を示すブロック図である。制御装置１０１は、アンテナ２０１、無線受信部２０２、受信データ解析部２０３、タイミング制御部２０４、ビーコン生成部２０５、チャネル設定部２０６、無線送信部２０７、送信データ生成部２０８、インタフェース２０９及びデータ量判定部２１０を備える。アンテナ２０１で受信した無線信号は、無線受信部２０２に入力される。無線受信部２０２は、無線信号に対し復調処理を行い、受信フレームとして出力する。受信データ解析部２０３は、受信フレームを解析し、受信データを取り出して出力する。インタフェース２０９は、受信データを他の機器やユーザに対して出力する。また、インタフェース２０９は、他の機器やユーザからの送信データの入力を受け付ける。送信データ生成部２０８は、送信データをもとに送信データフレームを生成する。また、データ量判定部２１０は、インタフェース２０９から入力された送信データのデータを観測し、データ量を判定する。また、タイミング制御部２０４は、周期的に送信するビーコンフレームの送信タイミングを制御する。ビーコン生成部２０５は、メモリ（不図示）に格納されている制御情報や周波数チャネル毎の品質情報（例えば、通信におけるデータフレーム等の伝送誤り率）などを読み出してビーコンフレームを生成する。チャネル設定部２０６は、無線送受信を行う周波数チャネルの設定を行う。無線送信部２０７は、ビーコンフレームや送信データフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２０１を介して無線送信を行う。

図３は、本発明の実施の形態１における端末装置１０２の装置構成の一例を示すブロック図である。他の端末装置１０３、１０４も、同様の装置構成となっている。端末装置１０２は、アンテナ２２１、無線受信部２２２、受信データ解析部２２３、制御部２２４、チャネル設定部２２５、無線送信部２２６、送信データ生成部２２７、インタフェース２２８、データ量を判定するデータ量判定部２２９を備える。アンテナ２２１で受信した無線信号は、無線受信部２２２に入力される。無線受信部は、無線信号に対し復調処理を行い受信フレームとして出力する。受信データ解析部２２３は、受信フレームを解析し、受信データを出力する。インタフェース２２８は、受信データを、他の機器やユーザに対して出力する。また、インタフェース２２８は、他の機器やユーザから送信データの入力を受け付ける。送信データ生成部２２７は、送信データをもとにデータフレームを生成する。また、制御部２２４は、メモリ（不図示）に格納されている制御情報、制御装置から受信したビーコンフレームに含まれる制御情報、及び、周波数チャネルの品質情報などをもとに送信タイミングの制御や周波数チャネルを選択する。チャネル設定部２２５は、選択された周波数チャネルの設定を行う。また、データ量判定部２２９インタフェース２２８から入力された送信データのデータを観測し、データ量を判定する。無線送信部２２６は、送信データフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２２１を介して無線送信を行う。

制御装置１０１は、無線ネットワーク１００を制御するための制御情報を含むビーコンを周期的に送信する。図４は、ビーコンを送信する周期の一例を、時系列に表した模式図である。最も大きな周期は、スーパーフレーム期間で、スーパーフレーム期間は無線通信を行うアクティブ期間と無線通信を行わない非アクティブ期間から構成される。非アクティブ期間においては、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、無線通信を行わず、スリープ状態になるので、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を停止する処理等が行われ、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となる。アクティブ期間は、さらに制御装置１０１がビーコンを送信する周期単位として、複数のビーコン期間に分割される。図４に示す例においては、アクティブ期間は８個のビーコン期間から構成される。

制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、ビーコン期間単位で周波数チャネルを切り替えながら通信を行う。図５に、ビーコン期間単位で周波数チャネルを切り替え通信する際の、各ビーコン期間のチャネル切り替えの例を表した模式図を示す。

図５において、制御装置１０１は、スーパーフレーム期間内のビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間６０１を配置している。同様に、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当てて無線通信期間６０２を、ビーコン期間ＢＩ４の期間には、周波数チャネルＣＨｎを割り当てて無線通信期間６０３を配置している。スーパーフレーム期間が終了し、次のスーパーフレーム期間になると、再びビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間６１１を配置し、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当て、無線通信期間６１２を配置している。以降、スーパーフレーム期間毎に同じ周波数チャネル割り当てを繰り返す。

図６は、ビーコン期間の構成の一例を表した模式図である。図６において、ビーコン期間内では、制御装置１０１が、最初に、無線ネットワーク１００の制御情報を含むビーコンを送信し、その後にアクセス期間を設けている。このアクセス期間内に、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、無線通信を行うことができる。本実施例では、このアクセス期間内において各端末装置１０２〜１０４は、ＣＳＭＡ（キャリアセンス多元接続）によりアクセス制御を行い、無線通信を行うものとする。なお、無線アクセス方式としてはＣＳＭＡに限定するものではなく、ＡＬＯＨＡやＴＤＭＡなど他の無線アクセス方式を用いてもよい。

端末装置１０２〜１０４には、自機が、通常、通信を行う周波数チャネルが、あらかじめ割り当てられている。例えば、図５において、端末装置１０２が、周波数チャネルＣＨ１で通信する場合には、ビーコン期間ＢＩ１のみ、起動する。すなわち、端末装置１０２は、無線通信期間４０１の次は、無線通信期間４１１内のアクセス期間に、ＣＳＭＡで通信する。端末装置１０２は、無線通信期間４０１と無線通信期間４１１の間の期間は、無線通信を行わない。この無線通信を行わない期間は、非アクティブ期間と同様、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となる。

なお、図４においては、無線ネットワーク１００において制御装置１０１が通信を行っているすべての期間をアクティブ期間として説明したが、例えば周波数チャネルＣＨ１に着目すると無線通信期間４０１と４１１がアクティブ期間であり、無線通信期間４０２、４０３、４１２、その他のＣＨ１以外のチャネルを用いた無線通信期間を、非アクティブ期間とみなすこともできる。その場合、周波数チャネルＣＨ２のアクティブ期間は、周波数チャネルＣＨ１の非アクティブ期間に設定されているとみなすことができる。

図７は、アクセス期間において、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４が送受信する無線フレームのフォーマットを示す図である。無線フレーム５００は、ビット同期符号やフレーム同期符号など無線信号の復調に必要な符号により構成されるＰＨＹ（ＰＨＹｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ヘッダ５０１、フレーム種別やアドレス情報より構成されるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ヘッダ５０２、通信相手先に送信する情報であるペイロード５０３、無線フレーム５００が正常に伝送されたか否かを検出するＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｅ）（誤り検出符号）５０４から構成される。また、ＭＡＣヘッダ５０２は、図８に示すように、無線フレーム５００の種別などを示すフレーム制御符号５１１、送信先の端末装置を示す送信先アドレス５１２、送信元の端末装置を示す送信元アドレス５１３より構成される。無線フレーム５００の種別としては、データの送受信を行うデータフレーム、データフレームなどが正常に受信されたことに対する応答であるＡＣＫフレーム、制御装置１０１が端末装置１０２〜１０４に制御情報を送信するためのビーコンフレームなどがある。

以下に、無線ネットワーク１００において、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間で無線通信を行う方法について説明する。

図９は、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間での通信シーケンスを示す図である。図９において、アクティブ期間が開始されると、最初に制御装置１０１は、ビーコンフレーム３１０を無線ネットワーク１００内の端末装置１０２〜１０４に配信する。図７に示すフレーム制御符号５１１には、フレーム種別を示す符号が付されており、フレーム種別がビーコンである場合には、ペイロード５０３には、図１１に示す、ビーコンフレームのペイロード５２０が挿入される。

図１１に、ビーコンフレームのペイロード５２０のフォーマットを示す。ビーコンフレームのペイロード５２０は、スーパーフレーム周期５２１、ビーコン期間５２２、ビーコン期間数５２３、チャネル使用順序５２４、連続送信端末識別子５２５により構成される。スーパーフレーム周期５２１及びビーコン期間５２２は、図４及び図５に示すスーパーフレーム周期及びビーコン期間の各長さを示す情報である。また、図４及び図５に示すアクティブ期間は、ビーコン期間５２２にビーコン期間数５２３を乗算することで算出することができ、また非アクティブ期間は、スーパーフレーム周期５２１からアクティブ期間を減算することにより算出することができる。

このように、制御装置１０１が、ビーコンフレームのペイロード５２０に、同じ周波数チャネルが次に使用される無線通信期間の開始時間を示す情報であるスーパーフレーム周期５２１と、他の周波数チャネルで無線通信期間が開始される時間と順序とをそれぞれ示す情報である、ビーコン期間５２２及びチャネル使用順序５２４の情報とを、格納して送信することにより、ビーコンフレームを受信した端末装置１０２〜１０４は、各無線通信期間のタイミング及び使用チャネルの情報を得ることができ、次に通信を行う期間を複数の無線通信期間から選択することができる。

図１２は、チャネル使用順序５２４の構成の一例を示す図である。図１２において、チャネル使用順序の最初にビーコン期間番号ＢＮが配置され、以降、ビーコン期間単位で使用する周波数チャネルが順番に並べられている。図１２に示す例では、ビーコン期間数は８で、周波数チャネルは、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ８、ＣＨ６、ＣＨ３、ＣＨ７、ＣＨ４、ＣＨ５の順に使用する。ここで、ビーコン期間番号ＢＮが１である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルは、ＣＨ１であること示しており、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ２、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ８であることがわかる。同様に、ビーコン期間番号ＢＮが２である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルは、ＣＨ２であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ８、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルは、ＣＨ６であることがわかる。なお、連続送信端末識別子５２５については、後述する。

制御装置１０１は、メモリ（図２に不図示）を備え、無線ネットワーク１００の制御情報であるスーパーフレーム周期、ビーコン期間、ビーコン期間数などとともに周波数チャネル使用可否情報を保持している。周波数チャネル使用可否情報は、制御装置１０１が無線ネットワーク１００を開設した時点で全周波数チャネルの受信電力を測定することにより、当該周波数チャネルが使用可能であるか否かを判定することで作成される。また、制御装置１０１は、ビーコン期間毎に切り替えたチャネルでの端末装置との通信状態や、キャリアセンスによる受信不可状態の継続時間などの情報により、周波数チャネルの使用可否を判断して、周波数チャネル使用可否情報を随時更新する。制御装置１０１は、周波数チャネル使用可否情報をもとにビーコン期間数に応じて使用可能周波数チャネルを選択し、使用可能な周波数チャネルの中からランダムに周波数チャネルを選択してチャネル使用順序を決定し、メモリに保持する。制御装置１０１は、メモリからスーパーフレーム周期、ビーコン期間、ビーコン期間数、及びチャネル使用順序を読出し、図１１に示すペイロードの形式で、ビーコンフレームを作成する。図９に示す例において、制御装置１０１が最初に送信するビーコンフレーム３１０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は１である。作成したビーコンフレームは、図２に示す無線送信部２０７で変調し、アンテナ２０１を介して送信される。

以下に、各端末装置１０２〜１０４が保持する送信データが、所定量以下であり１つのビーコン期間内で送信完了する場合の通信シーケンスについて、図９を参照して以下に説明する。端末装置１０２は、ビーコン期間３０１に周波数チャネルＣＨ１、端末装置１０３は、ビーコン期間３０２に周波数チャネルＣＨ２、端末装置１０４は、ビーコン期間３０３に周波数チャネルＣＨ８を使用して制御装置１０１と通信しているものとする。ビーコン期間３０１において、端末装置１０２は、起動状態にあるので、制御装置１０１が送信したビーコンフレーム３１０を受信する。ビーコンフレーム３１０を正常に受信すると、端末装置１０２は、ビーコンフレーム３１０内の図７に示すペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０２は、キャリアセンスを行い、データフレーム３１１を送信する。データフレーム３１１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３１２を端末装置１０２に送信する。端末装置１０２は、残りの送信データを保持しており、同様に、端末装置１０２は、次のデータフレーム３１３を送信し、制御装置１０１からＡＣＫフレーム３１４を受信する。本例では、端末装置１０２は、２回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

ビーコン期間３０１が終了すると、制御装置１０１は、周波数チャネルをＣＨ２に切り替える。端末装置１０２は、次のスーパーフレームのＣＨ２が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０２の開始タイミングでビーコンフレーム３２０を送信する。この時、ビーコンフレーム３２０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は２である。ビーコン期間３０２の期間中に起動している端末装置１０３は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、端末装置１０３は、ビーコンフレーム３２０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０３は、キャリアセンスを行い、データフレーム３２１を送信する。データフレーム３２１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３２２を端末装置１０３に送信する。本例では、端末装置１０３は、１回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

ビーコン期間３０２が終了すると、制御装置１０１は、周波数チャネルをＣＨ８に切り替える。端末装置１０３は、次のスーパーフレームのＣＨ８が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０３の開始タイミングでビーコンフレーム３３０を送信する。この時、ビーコンフレーム３３０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は、３である。ビーコン期間３０３の期間中に起動している端末装置１０４は、ビーコンフレーム３３０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３３０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０４は、キャリアセンスを行い、データフレーム３３１を送信する。データフレーム３３１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３３２を端末装置１０４に送信する。本例では、端末装置１０４は、１回のデータフレームの送信で、送信データの送信を完了する。

非アクティブ期間３０５では、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４とのすべてがスリープ状態になる。また、非アクティブ期間３０５が完了すると、次のスーパーフレームになるので、制御装置１０１は、ＣＨ１にチャネルを切り替え、端末装置１０２からデータフレーム３４１を受信しＡＣＫフレーム３４２を返信する。以降、同様のシーケンスを繰り返す。

以下に、端末装置１０２〜１０４のいずれかに、所定量以上の送信データが発生し、１つのビーコン期間では、すべての送信データを送信することが不可能である場合の、通信シーケンスについて図１０を参照して説明する。端末装置１０２〜１０４は、それぞれ、自機内で連続送受信フラグを管理しており、１つのビーコン期間内に、自機が保持するデータフレームの送信が完了するかしないかの判断を行い、連続送受信フラグを用いて、判断結果を保持する。ここでは、１つのビーコン期間内に３個以上のデータフレームを送信することは、不可能であるとする。ここでは、連続送受信フラグの設定及び解除の条件として、保持している送信データ量がデータフレーム３個相当以上あれば連続送受信フラグを設定し、保持している送信データ量がデータフレーム１個相当以下になったとき連続送受信フラグを解除するものとする。制御装置１０１が、ビーコンフレーム３１０を送信すること、端末装置１０２が、データフレーム３１１を送信し、ＡＣＫフレーム３１２を受信すること、及びデータフレーム３１３を送信しＡＣＫフレーム３１４を受信することは、図９に示した例の場合と同様である。また、端末装置１０３、１０４の動作も図９の場合と同様である。ここで、端末装置１０２は、データフレーム３１１、３１３以外にデータフレーム３２３、３３３を保持しているとする。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３１０を受信したとき、ビーコン期間３０１の期間中に保持しているデータフレームをすべて送信可能かどうか判定する。ここでは、端末装置１０２は、４つのデータフレームに相当する送信データ量が存在するため、送信不可と判定する。端末装置１０２は、送信不可と判定すると自機で管理している連続送受信フラグを設定する。連続送信フラグ設定後に、データフレームの送信を開始するが、２つのデータフレーム３１１、３１３を送信後、ビーコン期間３０１が終了する。残りの２つのデータフレーム３２３、３３３は、ビーコン期間３０１内に送信できない。

このとき、端末装置１０２は、連続送信フラグが設定されていることを確認し、メモリ内に格納した制御情報のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ２を使用して通信を行うことを把握し、一旦スリープ状態になる。ビーコン期間３０１が終了する直前に端末装置１０２は、再起動し、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３２０を待つ。

次のビーコン期間であるビーコン期間３０２が開始すると、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３２０を送信する。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３２０内のペイロードを解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。その後、端末装置１０２は、ビーコン期間３０２の期間中に保持しているデータフレームをすべて送信可能か判定する。ここでは、端末装置１０２は、２つのデータフレームに相当する送信データ量が残っている。ＣＨ２は、もともと端末装置１０３に割り当てられており、端末装置１０３から、少なくとも１つのデータフレーム３２１が送信されることが想定される。したがって、端末装置１０２は、自機の送信データ量がデータフレーム２つ相当の場合は、送信が完了できない可能性が高い。そのため、送信データ量がデータフレーム１つ相当になるまでは、連続送受信フラグを解除しない。ここでは、端末装置１０２は、自機で管理している連続送受信フラグを設定した状態を維持する。

次に、端末装置１０２は、キャリアセンスの結果、無線メディアがアイドルになったと判断したら、データフレーム３２３を制御装置１０１へ送信する。ここで無線メディアとは、通信に使用する所定の周波数チャネルをいう。

このときデータフレーム３２３内の、図７及び図８に示すＭＡＣヘッダ５０２のフレーム制御符号５１１に、使用する周波数チャネルをＣＨ２に変更した旨を記載して制御装置１０１へ通知する。データフレーム３２３を受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３２４を端末装置１０２へ送信する。この時、制御装置１０１は、受信したデータフレーム３２３のＭＡＣヘッダ５０２を解析して、端末装置１０２が使用周波数チャネルを変更したことを把握する。端末装置１０２は、周波数チャネルＣＨ１ではデータフレームが送信しきれなかったことをメモリに格納する。

その後、ビーコン期間３０２は、端末装置１０２が残りのデータフレーム３３３を送信することなく終了する。

端末装置１０２は、連続送受信フラグが設定されていることを確認し、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ８を使用して通信を行うことを把握し、一旦スリープ状態になる。ビーコン期間３０２が終了する直前に端末装置１０２は、再起動し、周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３３０を待つ。

制御装置１０１が周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、次のビーコン期間であるビーコン期間３０３が開始すると、ビーコンフレーム３３０を送信する。端末装置１０２は、ビーコンフレーム３３０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３３０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３３０を受信すると、ビーコン期間３０３の期間中に保持しているデータフレームが送信可能か判定する。ここでは、端末装置１０２には、１つのデータフレームに相当する送信データ量が残っているのみであるので、送信可能であると判定し、自機で管理している連続送受信フラグを解除する。

次に、端末装置１０２は、キャリアセンスの結果、無線メディアがアイドルになったと判断したら、データフレーム３３３を制御装置１０１へ送信する。このときデータフレーム３３３内のＭＡＣヘッダ５０２のフレーム制御符号５１１に、使用する周波数チャネルをＣＨ８に変更した旨を記載して制御装置１０１へ通知する。データフレーム３３３を受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３３４を端末装置１０２へ送信する。この時、制御装置１０１は、受信したデータフレーム３３３のＭＡＣヘッダ５０２を解析して、端末装置１０２が使用周波数チャネルを変更したことを把握し、端末装置１０２は、周波数チャネルＣＨ１及びＣＨ２では、データフレームが送信しきれなかったことをメモリに格納する。

ここで、端末装置１０２は、ビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレーム３２３、３３３の送信がビーコン期間３０２、２０３において完了したので、周波数チャネルをもともと割り当てられていたＣＨ１に切り替えて、次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

以降の制御装置１０１と各端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスは、図９と同様の動作を繰り返す。

端末装置１０２は、ビーコン期間３０１で送信するべきデータフレームをビーコン期間３０１で送信できずに次のＣＨ１のビーコン期間３０５まで保持しておくと、データフレームのバッファがオーバーフローする可能性がある。また、データフレームが音声などのリアルタイム伝送を必要とするデータならば伝送遅延が発生する。しかしながら本実施例では、端末装置１０２は、ＣＨ１のビーコン期間３０１でデータフレームを送信できない場合は、チャネルを切り替えて送信を継続するので、伝送遅延を短縮することが可能となる。従来ならば、次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間までの遅延が発生する。例えば、図１２のようにチャネルが８種類ある場合、非アクティブ期間を考慮しない場合でも、従来に比べて伝送遅延は、最大で８分の１に短縮できる。また、非アクティブ期間を考慮すると最大で８分の１以上に短縮可能である。

なお、本実施の形態では、端末装置１０２は、チャネル切り替えのときに一旦スリープしたがこれに限定されるものではなく、スリープしなくてもよい。

なお、本実施の形態では、連続送受信フラグの設定及び解除の条件として、保持している送信データ量がデータフレーム３個相当以上あれば連続送受信フラグを設定し、保持している送信データ量がデータフレーム１個相当以下になったとき連続送受信フラグを解除したが、これに限定されるものではなく、１ビーコン期間に送信可能なデータフレーム数等に基づいて、適切に設定すればよい。例えば、端末装置１０２〜１０４は、データフレームの合計サイズと自機で伝送可能なビットレートをパラメータにデータフレームの伝送に必要な時間を算出し、ビーコンフレームに含まれているビーコン期間の時間と比較して判定してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間３０２では端末装置１０３からのデータフレーム３２１、ビーコン期間３０３では端末装置１０４からのデータフレーム３３１を、それぞれ、端末装置１０２からのデータフレーム３２３、３３３より先に送信している。しかし、例えば、端末装置１０２のデータフレームを優先的に継続して受信するようにしてもよい。この場合は、制御装置１０１は、端末装置１０２のデータフレームの送信が未完了であることを把握しているので、ビーコンフレーム３２０及び３３０に、端末装置１０２以外の端末装置に自機のデータフレームを送信するタイミングを遅らせる指示を、さらに含めて、送信することができる。この場合、ビーコンフレーム３２０、３３０をそれぞれ受信した端末装置１０３、１０４は、それぞれのデータフレーム３２１、３３１を送信するタイミングを遅らせ、端末装置１０２がキャリアセンスを行う際、無線メディアをアイドルにしておくことができ、端末装置１０２からのデータフレーム３２３、３３３が、優先的に送信される。

以下に、図１３及び図１４を用いて、制御装置１０１に所定量以上のデータ量が発生した場合に、制御装置１０１が、端末装置１０２〜１０４へチャネル切り替えを指示して、データフレームの送受信を行う処理について説明する。図１３は、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスを示す図である。

ここで、まず、図１１に示した連続送信端末識別子５２５について、図１４を参照して説明する。図１４は、連続送信端末識別子５２５の構成の一例を示す図である。制御装置１０１は、各ビーコン期間において、当該ビーコン期間に通信を行う端末装置宛に自機が保持しているデータフレームの送信が、完了しないと判定したときに、当該データフレームの送信先である端末装置の識別子を設定する。なお、識別子は、認証時のＩＤでも端末のアドレス情報でもよい。

制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータ量が所定量以上で、４つのデータフレーム相当のデータ量があり、１つのビーコン期間で送信が完了しないとする。ビーコン期間３０１において通信するのは、端末装置１０２であり、端末装置１０２宛のデータフレームの送信が完了しないと判定されているので、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３５０の連続送信端末識別子５２５に端末装置１０２の識別子を設定して、ビーコンフレーム３５０を送信する。ここでの送信可否の判定方法は、上述の端末装置側のデータ量が所定量以上である場合の判定方法と同じとする。

ビーコン期間３０１において、端末装置１０２は、起動状態にあるので、制御装置１０１が送信したビーコンフレーム３５０を受信する。ビーコンフレーム３５０を正常に受信すると、端末装置１０２は、ビーコンフレーム３５０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリに格納する。また、連続送信端末識別子に自機のＩＤが設定されていることを認識する。端末装置１０２は、このように自機のＩＤが設定されている場合は、連続送受信フラグを設定する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３５１を送信する。データフレーム３５１を正常に受信した端末装置１０２は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３５２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、次のデータフレーム３５３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３５４を受信する。

ビーコン期間３０１が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０２の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３５０に自機の連続送信端末識別子が記載されていたので、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ２を使用して通信を行うことを把握し、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３６０を待つ。制御装置１０１は、スリープ状態から復帰すると、周波数チャネルをＣＨ２に切り替える。ビーコン期間３０２において通信するのは、端末装置１０２、１０３である。制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータがデータフレーム２つ分ほど未送信であるので、ビーコン期間３０２においてもデータ送信が完了しないと判定する。また、端末装置１０３宛の送信データ量は、１つのデータフレームで足りるため、ビーコン期間３０２においてデータ送信が完了すると判定する。したがって、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３６０の連続送信端末識別子５２５に端末装置１０２の識別子のみを設定して、ビーコンフレーム３６０を送信する。

端末装置１０２、端末装置１０３は、ビーコンフレーム３６０を正常に受信すると、ビーコンフレーム内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。また、端末装置１０２は、連続送信端末識別子５２５に自機のＩＤが設定されていることを認識する。端末装置１０２は、自機のＩＤが設定されているので連続送受信フラグを設定する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３６１を送信する。データフレーム３６１を正常に受信した端末装置１０３は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３６２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、端末装置１０２にデータフレーム３６３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３６４を受信する。

ビーコン期間３０２が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるビーコン期間３０３の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３６０に自機の連続送信端末識別子が記載されていたので、メモリ内のチャネル使用順序を読出し、次のビーコン期間で制御装置１０１は、周波数チャネルＣＨ８を使用して通信を行うことを把握し、周波数チャネルをＣＨ８に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレーム３７０を待つ。

その後、端末装置１０３は、次のスーパーフレームのＣＨ２が割り当てられたビーコン期間開始直前までのタイマをセットしてスリープ状態になる。

制御装置１０１は、スリープ状態から復帰すると周波数チャネルをＣＨ８に切り替える。ビーコン期間３０３において通信するのは、端末装置１０２、１０４である。制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータ量も、端末装置１０３宛のデータ量も、それぞれ１つのデータフレームで足りるため、端末装置１０２、１０４のいずれに対しても、ビーコン期間３０３においてデータ送信が完了すると判定する。したがって、制御装置１０１は、ビーコンフレーム３７０の連続送信端末識別子５２５にいずれの端末装置の識別子も設定せず、ビーコンフレーム３７０を送信する。端末装置１０２、１０４は、ビーコンフレーム３７０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３７０内のペイロード５０３を解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリに格納する。また、端末装置１０２は、自機のＩＤが設定されていないので連続送受信フラグを解除する。

次に、制御装置１０１は、キャリアセンスを行い、データフレーム３７１を端末装置１０４に送信する。データフレーム３７１を正常に受信した端末装置１０４は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３７２を制御装置１０１に送信する。同様に、制御装置１０１は、端末装置１０２にデータフレーム３７３を送信し、端末装置１０２からＡＣＫフレーム３７４を受信する。

ビーコン期間３０３が終了すると、制御装置１０１は、次のビーコン期間であるアクティブ時間の開始時間から周波数チャネル切り替えに要する時間を減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。

端末装置１０２、１０４は、次のスーパーフレームのそれぞれＣＨ１、ＣＨ３が割り当てられたビーコン期間開始直前までタイマをセットしてスリープ状態になる。

以降の制御装置１０１と各端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスは、図９と同様の動作を繰り返す。

制御装置１０１は、ビーコン期間３０１で送信すべきデータフレームをビーコン期間３０１で送信できずに次のＣＨ２のビーコン期間３０２まで保持しておくと、データフレームのバッファがオーバーフローする可能性がある。また、データフレームが音声などのリアルタイム伝送を必要とするデータならば伝送遅延が発生する。しかしながら本発明では、制御装置１０１は、端末装置１０２宛のデータがＣＨ１のビーコン期間３０１でデータフレームを送信できない場合は、あらかじめビーコンフレーム３５０にチャネルの切り替えを指示する情報を設定して、ビーコン期間３０２において、送信を継続するので、伝送遅延を短縮することが可能となる。従来なら次のスーパーフレームのＣＨ１が割り当てられたビーコン期間までの期間の遅延が発生する。例えば、図１２のようにチャネルが８種類ある場合なら非アクティブ期間を考慮しなくても、従来に比べて伝送遅延は、最大で８分の１に短縮できる。また、非アクティブ期間を考慮すると８分の１以上に短縮可能である。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間３０２では端末装置１０３へのデータフレーム３６１、ビーコン期間３０３では端末装置１０４へのデータフレーム３７１を、それぞれ、端末装置１０２へのデータフレーム３６３、３７３より先に送信したがこれに限定されるものではない。例えば、端末装置１０２のデータフレームを優先的に送信してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、ビーコン期間のチャネル切り替えのときにスリープ状態になったがこれに限定されるものではない。例えば、スリープしなくてもよい。

次に、以上の処理シーケンスを処理する制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４の内部処理について図１５〜図２１を用いて説明する。

図１５は、制御装置１０１の処理フローの全体を示す図であり、また図１６は、制御装置１０１の初期化時の処理フローを示す図である。

図１５において、制御装置１０１は、最初に、ステップＳ１００１で初期化を行う。初期化の詳細を、図１６のステップＳ１０２１〜Ｓ１０２４に示す。ステップＳ１０２１では、使用可能な全周波数チャネルを順次他の端末装置が使用していないか、あるいは干渉の影響がないか電力測定等を行うことでスキャンし、使用可能周波数チャネルを得る。ステップＳ１０２２では、ステップＳ１０２１で得た使用可能周波数チャネル情報をメモリに格納する。次に、ステップＳ１０２３では、使用可能周波数チャネルからシステム情報として保持しているビーコン期間数に応じて周波数チャネルをランダムに選択してチャネル使用順序を決定する。ステップＳ１０２４では、決定したチャネル使用順序をメモリに格納して、初期化設定処理を終了する。

次に、図１５のステップＳ１００２において、メモリに保持しているスーパーフレーム期間、ビーコン期間、チャネル使用順序間などの無線ネットワークのチャネル情報を読み出す。ステップＳ１００３では、ステップＳ１００２で読み出したチャネル情報をもとにビーコンフレームを作成し、ステップＳ１００４では、Ｓ１００２で読み出したチャネル使用順序の最初の周波数チャネルに切り替える。ステップＳ１００５では、ビーコン期間の最初に、ビーコンフレームを送信する際、無線メディアがアイドルであるか否かを判定するため、キャリアセンスを行う。ステップＳ１００６では、ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが、所定のレベル以下である場合には、ビーコンフレーム送信可能であると判断してステップＳ１００７以下を実行する。ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが、所定のレベル以上の場合には、周波数チャネルが使用されておりビーコンフレーム送信不可能であると判断し、再度キャリアセンスを行うためステップＳ１００５を実行する。

ステップＳ１００６において、ビーコンフレーム送信可能となった場合には、ステップＳ１００７においてビーコンフレーム送信後のビーコン期間で送信するデータフレームがビーコン期間中に送信可能か判定し、送信が不可能な場合は、ステップＳ１００８でビーコンに該当端末装置の連続送信端末識別子を設定する。

次に、ステップＳ１００９でビーコンフレームを送信する。以降、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間でデータフレーム等の送受信を行うために、ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３までのデータ送信処理及びデータ受信処理を繰り返す。ステップＳ１０１０からステップＳ１０１３の各処理は、ステップＳ１０１４においてビーコン期間が終了するまで繰り返しされ、ビーコン期間が終了したら、ステップＳ１０１５でビーコン期間の完了を判定する。ビーコン期間が終了しない場合は、Ｓ１００２に戻る。

最後に、端末装置は、ステップＳ１０１５において、ビーコン期間が終了したら、ステップＳ１１６においてスリープモードに入り、再びステップＳ１１０７のスリープタイマが終了するまで、スリープ状態になる。スリープタイマ終了後は、ステップＳ１００２に戻って以降の処理を繰り返す。

図１７は、端末装置１０２の処理フローの全体を示す図であり、また図１８は、端末装置１０２のビーコンフレーム受信時の処理フローを示す図、図１９は、端末装置１０２のデータ送信処理の処理フローを示す図、図２０は、端末装置１０２のデータ受信処理の処理フローを示す図、図２１は、端末装置１０２のチャネル変更処理時の処理フローを示す図である。また、無線ネットワーク１００に参入している他の端末装置１０３及び１０４の処理フローもすべて端末装置１０２と同様である。

図１７において、端末装置１０２は、処理開始の時点で、制御装置１０１との間で無線ネットワーク１００に参入する処理を終えており、スーパーフレーム期間及びビーコン期間のタイミングを認識してスリープ状態にあるものとする。

端末装置は、ステップＳ１１０１でスリープタイマが終了したら、ステップＳ１１０２でスリープ状態から抜けて起動する。ステップＳ１１０３では、ビーコンフレームの受信処理を行う。

図１８を用いて、ビーコン受信処理ステップＳ１１０３の詳細を説明する。端末装置は、ビーコンフレームを正常に受信すると、ステップＳ１１４１においてビーコンフレームのペイロードを解析し、チャネル使用順序を抽出し、メモリに格納することで、チャネル使用順序情報を更新する。また、ステップＳ１１４２において、ビーコンフレームのペイロードの連続送信端末識別子を解析し、自機の識別子が設定されている場合は、ステップＳ１１４３において、連続送受信フラグを設定する。自機の識別子が設定されていない場合は、連続送受信フラグを設定しない。以上でビーコン受信処理は終了する。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム受信処理のステップＳ１１０３を終えたら、ステップＳ１１０４で自機が保持する送信データ量が所定量を超えているか否かを調べ、送信するデータフレームが今回のビーコン期間中にすべて送信可能か判定を行う。

ステップＳ１１０４で送信データ量が所定量を超えており、送信不可能と判定した場合は、ステップＳ１１０５で連続送受信フラグを設定してステップＳ１１０６に進む。また、送信データ量が所定量を超えておらず、送信可能と判定した場合、連続送受信フラグを設定せずステップＳ１１０６に進む。

次に、端末装置１０２は、ステップＳ１１０６からステップＳ１１０８までのデータフレームの送信処理及び受信処理を、今回のビーコン期間の完了タイミングを設定したビーコンタイマが完了するまで繰り返し行う。

ここで、データ送信処理のステップＳ１１０６について、図１９を用いて説明する。端末装置１０２は、ステップＳ１１３２において、データフレームの送信を開始する前に無線メディアがアイドルであるか否かを判断するために、キャリアセンスを行う。ステップＳ１１３３では、ステップＳ１１３２のキャリアセンスの結果から無線メディアがアイドル状態であると判断した場合には、ステップＳ１１３４に進んで、データフレームの送信処理を行う。ステップＳ１１３５では、制御装置１０１からのＡＣＫフレーム応答を待ち、ＡＣＫフレームを正常に受信した場合には、データ送信処理は終了する。ステップＳ１１３３で無線メディアがアイドルでなかった場合及びステップＳ１１３５で制御装置１０１からのＡＣＫフレームが受信できないままタイムアウトした場合には、ステップＳ１１３２へ進んで、再度キャリアセンスから行う。

なお、制御装置１０１のデータ送信処理のステップＳ１０１１も端末装置のデータ送信処理と同様である。

次に、データ受信処理のステップＳ１１０８について、図２０を用いて説明する。

端末装置１０２は、ステップＳ１０３７において受信したフレームがデータフレームか確認する。

受信したフレームが、データフレーム以外なら、ステップＳ１０３８で、あらかじめ決められたその他のフレーム処理を行う。受信したフレームが、データフレームならば、ステップＳ１０３９へ進んで、受信したデータフレームにデフレーム処理を行い、データを取り出し、ステップＳ１１４０へ進んでデータをインタフェースへ出力する。その後、ステップＳ１１４１でＡＣＫを送信して処理を終了する。

最後に、端末装置１０２は、ステップＳ１１０９において、ビーコンタイマが終了したら、ステップＳ１１１０で連続送受信フラグを確認する。連続送受信フラグが設定されていないならステップＳ１１１２においてスリープモードに入り、再びステップＳ１１０１のスリープタイマが終了するまで、スリープ状態になる。

しかし、ステップＳ１１１０で連続送受信フラグを確認して、連続送受信フラグが設定されているならば、ステップＳ１１１１でチャネル切り替えを行う。

なお、制御装置１０１のデータ受信処理のステップＳ１０１３も端末装置のデータ受信処理と同様である。

図２１を用いてチャネル変更処理ステップＳ１１１１の詳細を説明する。最初にステップＳ１１２１で、メモリ内のチャネル使用順序を読み出す。次に、ステップＳ１１２２で、チャネル使用順序に記載されている現在使用している周波数チャネルの次のビーコン期間の周波数チャネルを選択し、ステップＳ１１２３で選択した周波数チャネルに切り替える。

以上の処理により、端末装置１０２は、自機が送信するデータ、または、制御装置１０１が送信するデータ量に応じて迅速に使用する周波数チャネルを切り替えてデータの送信遅延等の影響を回避することが可能となる。

なお、本実施の形態では、端末装置１０２は、ビーコン受信直後に自機で保持しているデータ量に応じて連続送受信フラグを設定したがこれに限定されるものではない。例えば、各周波数チャネルの無線通信期間の終了時、または、終了時からあらかじめ設定した時間前に設定するようにしてもよい。また、全体のデータ量で判定するのではなく未送信のデータフレームや送信の失敗したデータフレームが１つでも残っていれば連続送受信フラグを設定するように構成してもよい。

なお、本実施の形態では、制御装置１０１は、図１１に示すビーコンフレームの連続送信端末識別子５２５を用いて端末装置１０２に周波数チャネルの切り替えを指示したが、これに限定されるものではない。例えば、制御装置１０１は、端末装置１０２に送信するデータフレームに連続送信端末識別子を設定してもよい。あるいは、制御装置１０１は、データフレームを送信する際。当該データフレーム以外にも送信すべきデータフレームを保持している場合に、そのことを示すフラグを当該データフレームに含めて送信してもよい。端末装置１０２は、フラグを認識して、次のデータフレームを同じビーコン期間で受信しなかった場合に、次のビーコン期間に割り当てられたチャネルに切り替え、受信を継続することとしてもよい。

なお、上記の実施の形態において、図１２に示すような、ビーコンフレーム内のチャネル使用順序５２４の構成を用いたが、他の構成として、図２２に示す構成を用いてもよい。図２２に示す構成においては、ビーコン期間番号ＢＮがない代わりに、周波数チャネルが使用順に並べられ、常に最初の位置に配置されている周波数チャネルが、現在使用されている周波数チャネルを示すようになっており、ビーコン期間が終了する毎にチャネル使用順序を巡回させている。このような構成では、ビーコン期間毎に、先頭位置に保持されたチャネルが、現在使用しているチャネルでありことがわかり、その２番目の位置に保持されたチャネルが、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルであることがわかる。例えば、ビーコン期間ＢＩ３では、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルはＣＨ８であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャンルはＣＨ６、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ３であることがわかる。

なお、上記の実施の形態では、図４に示すように無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定する場合を例に挙げて説明したが、無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定しなくてもよい。この場合、制御装置１０１からみると非アクティブ期間が存在せず、常にアクティブ期間として通信を行うことになるため、消費電力の低減の効果を得ることはできないが、端末装置１０２〜１０４のそれぞれからみると、使用している周波数チャネルの無線通信期間以外の無線通信期間には、通信を行わないことにより、消費電力の低減の効果を得ることができる。無線ネットワーク１００の全体に共通する非アクティブ期間を設定しない場合、無線ネットワーク１００全体でみると、どの時点においても、いずれかの周波数チャネルにおいて無線通信期間が設定されている状態となるため、各端末装置１０２〜１０４は、緊急に送信すべきデータが発生した時点で、チャネル使用順序に基づいて使用する周波数チャネルを切り替えてビーコンを受信することにより、いずれの時間においても制御装置１０１と通信が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、図１０に示すように、端末装置１０２がビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレームを、ビーコン期間３０１の直後のビーコン期間３０２で送信する場合を例に挙げて説明したが、ビーコン期間３０２は、通信を行わずに待機してビーコン期間３０３で通信を開始してもよい。これは、例えば、周波数チャネルＣＨ２を使用している端末装置の数が多い場合は、端末装置１０２がビーコン期間３０２で通信をするとデータフレームの衝突する可能性が高くなり、無線ネットワーク１００全体の伝送効率を低下させることがあるためである。このような場合、図２３に示すように端末装置１０２は、ビーコン期間３０２を使用せずにビーコン期間３０３から通信を開始することにより無線ネットワーク１００全体の伝送効率を低下させずにビーコン期間３０１で送信できなかったデータフレーム３３３を送信することができる。

本実施形態では、データ量が少ない場合は、消費電力を低減でき、データ量が多い場合は、伝送速度を向上でき、送信すべきデータ量に応じて、消費電力の低減と伝送速度の向上とのそれぞれの効果を得ることができる。

なお本実施の形態にかかる制御装置１０１のアンテナ２０１を除く構成、及び端末装置１０２〜１０４のアンテナ２２１を除く構成は、それぞれ集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。これらの構成は、１チップ化されてもよいし、一部を含むようにチップ化されてもよい。ここでいうＬＳＩとは、集積度の違いによって、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと称呼されることもあるが、いずれをも含む。また集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで集積回路化を行ってもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＧａｔｅＡｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを用いてもよい。あるいは、これらの機能ブロックの演算は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを用いて演算することもできる。さらにこれらの処理ステップは、プログラムとして記録媒体に記録して実行することで処理してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路かの技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適応などが可能性としてあり得る。

また、本発明は、上述のような制御装置及び端末装置の機能を実現する方法及びプログラムにも向けられている。さらに、上述のような制御装置及び端末装置によって構成される無線ネットワークシステムにも向けられている。

本発明にかかる通信システム及び当該通信システムで用いられる通信装置及び通信方法は、送受信するデータの伝送遅延や省電力性能に優れた効率のよい通信を行うもの等として有用である。

１００、４００ 無線ネットワーク
１０１、４０１ 制御装置
１０２、１０３、１０４、４０２、４０３、４０４ 端末装置
２０１ アンテナ
２０２ 無線受信部
２０３ 受信データ解析部
２０４ タイミング制御部
２０５ ビーコン生成部
２０６ チャネル設定部
２０７ 無線送信部
２０８ 送信データ生成部
２０９ インタフェース
２１０ データ量判定部
２２１ アンテナ
２２２ 無線受信部
２２３ 受信データ解析部
２２４ 制御部
２２５ チャネル設定部
２２６ 無線送信部
２２７ 送信データ生成部
２２８ インタフェース
２２９ データ量判定部
５００ 無線フレーム
５０１ ＰＨＹヘッダ
５０２ ＭＡＣヘッダ
５０３ ペイロード
５０４ 誤り検出符号
５１１ フレーム制御符号
５１２ 送信先アドレス
５１３ 送信元アドレス
５２０ ビーコンフレームペイロード
５２１ スーパーフレーム周期
５２２ ビーコン期間
５２３ ビーコン期間数
５２４ チャネル使用順序
５２５ 連続送信端末識別子

Claims (11)

1. 複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置であって、
   無線信号の送受信を行うアンテナと、
   前記制御装置から、少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、前記アンテナを介して受信する受信部と、
   前記制御装置に、送信データを、前記アンテナを介して送信する送信部と、
   前記送信データを、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、
   前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコン及び前記受信データを受信するよう、前記受信部を制御し、前記送信データを送信するよう、前記送信部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信部をさらに制御する、端末装置。
2. 前記制御部は、前記ビーコンに含まれる前記制御情報に、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記制御装置から当該端末装置への、前記受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記受信データの受信を継続するよう、前記受信部をさらに制御することを特徴とする、請求項１に記載の端末装置。
3. 前記制御部は、前記次に使用される周波数チャネルに切り替えを行わない場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルが再び使用される前記切り替えタイミングを判定し、当該切り替えタイミングまで、当該端末装置を省電力モードで待機するよう制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の端末装置。
4. 複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置であって、
   無線信号の送受信を行うアンテナと、
   前記端末装置から、前記アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、
   少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、
   前記端末装置に、前記アンテナを介して、前記ビーコン及び送信データを送信する送信部と、
   前記端末装置のそれぞれへの前記送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、
   前記周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、前記ビーコンを生成するよう前記ビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた前記端末装置への前記送信データとを、送信するよう前記送信部を制御する制御部とを備え、
   
   前記制御部は、前記データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、前記ビーコンを生成するよう、前記ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信部をさらに制御する、制御装置。
5. 複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、制御装置と少なくとも１つの端末装置との間で通信を行う通信システムであって、
   前記端末装置は、
   無線信号の送受信を行う第１のアンテナと、
   前記制御装置から、少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、前記第１のアンテナを介して受信する第１の受信部と、
   前記制御装置に、送信データを、前記第１のアンテナを介して送信する第１の送信部と、
   前記送信データを、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第１のデータ量判定部と、
   前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコン及び前記受信データを受信するよう、前記第１の受信部を制御し、前記送信データを送信するよう、前記第１の送信部を制御する第１の制御部とを備え、
   前記第１の制御部は、
   前記第１のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記送信データの送信を継続するよう、前記第１の送信部をさらに制御し、
   前記ビーコンに含まれる前記制御情報に、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記制御装置から当該端末装置への、前記受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記受信データの受信を継続するよう、前記第１の受信部をさらに制御し、
   前記制御装置は、
   無線信号の送受信を行う第２のアンテナと、
   前記端末装置から、前記第２のアンテナを介して受信データを受信する第２の受信部と、
   少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、
   前記端末装置に、前記第２のアンテナを介して、前記ビーコン及び送信データを送信する第２の送信部と、
   前記端末装置のそれぞれへの前記送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定する第２のデータ量判定部と、
   前記周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、前記ビーコンを生成するよう前記ビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた前記端末装置への前記送信データとを、送信するよう前記第２の送信部を制御する第２の制御部とを備え、
   前記第２の制御部は、前記第２のデータ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、前記ビーコンを生成するよう、前記ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、前記送信データの送信を継続するよう、前記第２の送信部をさらに制御する制御装置とから、構成される、通信システム。
6. 複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、
   前記制御装置から、少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信部と、
   前記制御装置に、送信データを、前記アンテナを介して送信する送信部と、
   前記送信データを、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、
   前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコン及び前記受信データを受信するよう、前記受信部を制御し、前記送信データを送信するよう、前記送信部を制御する制御部とを集積し、
   前記制御部は、
   前記データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信部を、さらに制御し、
   前記ビーコンに含まれる前記制御情報に、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記制御装置から当該端末装置への、前記受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記受信データの受信を継続するよう、前記受信部を、さらに制御する、集積回路。
7. 複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信機能を集積した集積回路であって、
   前記端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信部と、
   少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成部と、
   前記端末装置に、前記アンテナを介して、前記ビーコン及び送信データを送信する送信部と、
   前記端末装置のそれぞれへの前記送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定部と、
   前記周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、前記ビーコンを生成するよう前記ビーコン生成部を制御し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた前記端末装置への前記送信データとを、送信するよう前記送信部を制御する制御部とを集積し、
   前記制御部は、前記データ量判定部において、送信完了できないと判定された場合、前記ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、前記ビーコンを生成するよう、前記ビーコン生成部を制御し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信部をさらに制御する、集積回路。
8. 複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う通信方法であって、
   前記制御装置から、少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、
   前記制御装置に、送信データを、前記アンテナを介して送信する送信ステップと、
   前記送信データを、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、
   前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコン及び前記受信データを受信するよう、前記受信ステップを実行し、前記送信データを送信するよう、前記送信ステップを実行する制御ステップとを備え、
   前記制御ステップは、
   前記データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信ステップを、実行するステップと、
   前記ビーコンに含まれる前記制御情報に、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記制御装置から当該端末装置への、前記受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記受信データの受信を継続するよう、前記受信ステップを、実行するステップとを含む、通信方法。
9. 複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う通信方法であって、
   前記端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、
   少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、
   前記端末装置に、前記アンテナを介して、前記ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、
   前記端末装置のそれぞれへの前記送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、
   前記周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、前記ビーコンを生成するよう前記ビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた前記端末装置への前記送信データとを、送信するよう前記送信ステップを実行する制御ステップとを備え、
   前記制御ステップは、前記データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、前記ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、前記ビーコンを生成するよう、前記ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信ステップを実行するステップを含む、通信方法。
10. 複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルのうち、所定の周波数チャネルを用いて制御装置と通信を行う端末装置が実行する通信プログラムであって、
    前記制御装置から、少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンと、受信データとを、アンテナを介して受信する受信ステップと、
    前記制御装置に、送信データを、前記アンテナを介して送信する送信ステップと、
    前記送信データを、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、
    前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコン及び前記受信データを受信するよう、前記受信ステップを実行し、前記送信データを送信するよう、前記送信ステップを実行する制御ステップとを備え、
    前記制御ステップは、
    前記データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信ステップを、実行するステップと、
    前記ビーコンに含まれる前記制御情報に、前記所定の周波数チャネルを使用する期間内に、前記制御装置から当該端末装置への、前記受信データの送信が完了しないことを示す、当該端末装置の識別子が、さらに含まれている場合、前記制御情報に基づいて、前記所定の周波数チャネルの次に使用される周波数チャネルを判定し、前記所定の周波数チャネルを使用する期間経過後、当該次に使用される周波数チャネルに切り替えて、前記受信データの受信を継続するよう、前記受信ステップを、実行するステップとを含む、通信プログラム。
11. 複数の周波数チャネルを用いて通信を行う通信システムにおいて、前記複数の周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替えて、それぞれ所定の周波数チャネルが割り当てられた、少なくとも１つの端末装置と、通信を行う制御装置が実行する通信プログラムであって、
    前記端末装置から、アンテナを介して、受信データを受信する受信ステップと、
    少なくとも前記周波数チャネルの切り替え順序と切り替えタイミングとを示す制御情報を含むビーコンを生成するビーコン生成ステップと、
    前記端末装置に、前記アンテナを介して、前記ビーコン及び送信データを送信する送信ステップと、
    前記端末装置のそれぞれへの前記送信データを、当該端末装置に割り当てられた周波数チャネルを使用する期間内に、送信完了できるか否かを判定するデータ量判定ステップと、
    前記周波数チャネルを所定の順序で定期的に切り替え、前記ビーコンを生成するよう前記ビーコン生成ステップを実行し、当該切り替えた周波数チャネルを使用する期間内に、前記ビーコンと、当該切り替えた周波数チャネルが割り当てられた前記端末装置への前記送信データとを、送信するよう前記送信ステップを実行する制御ステップとを備え、
    前記制御ステップは、前記データ量判定ステップにおいて、送信完了できないと判定された場合、前記ビーコンに、送信完了できないことを示す、当該端末装置の識別子を、さらに含めて、前記ビーコンを生成するよう、前記ビーコン生成ステップを実行し、次に使用される周波数チャネルに切り替え後、前記送信データの送信を継続するよう、前記送信ステップを実行するステップを含む、通信プログラム。

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