WO2006095650A1 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

　無線通信装置が提供される。該無線通信装置は、当該無線通信装置周辺に他の無線通信装置が存在することを検出する検出手段；　当該無線通信装置で管理される第１の基準値と、前記他の無線通信装置で管理される第２の基準値とを比較する比較手段；　比較結果に基づき、前記第１の基準値を修正する手段；　及び前記第１の基準値を前記他の無線通信装置に報知する手段；を有する。当該無線通信装置の電波は届かないが前記他の無線通信装置の電波は届く更に別の無線通信装置の周波数と、当該無線通信装置の周波数とが同じになるように、周波数が設定される。

Description

明 細 書

無線通信装置及び無線通信方法

技術分野

[0001] 本発明は、一般に無線通信の技術分野に関し、特に複数の無線通信装置 (無線ノ ード又はノードとも言う。 )を用いたアドホックネットワークにおける無線通信装置及び 無線通信方法に関する。

背景技術

[0002] この種の技術分野では、アドホックネットワーク、マルチホップネットワーク又はメッシ ュネットワーク等と呼ばれるネットワーク方式が注目されている。アドホックネットワーク では、アクセスポイント（AP : access point)や無線基地局等のような固定的なインフ ラを必要とせずに、隣接する無線ノード間で直接通信を行うことができ、通信相手の 無線ノードに情報を伝送する間ために、 1以上の他の無線ノードを経由することが許 容される。アドホックネットワークは、固定的なインフラの無い場所でも無線ネットヮー クを柔軟に構築できるので、経済的なネットワーク構築法として有望である。アドホック ネットワークは、家庭やオフィス等の屋内の通信環境だけでなぐホットスポットのよう な屋外の私的な又は公的なネットワークに利用することができる。また、アドホックネッ トワークは、固定的なインフラを要しないので、災害時における一時的なネットワーク の構築にも有効である。

[0003] 図 1はアドホックネットワークの模式的な全体図を示し、ノード A乃至 Gの複数のノー ドが示されている。アドホックネットワークは、複数のノードを集中的に統括又は制御 する装置を必要としないが、通信に関与する各ノードで使用される周波数は、同じで あることを要する。即ち、通信する各ノードの送信装置と受信装置が同一の周波数で 動作する必要があり、各ノードはそのように周波数を選択する周波数同期機能を有 する必要がある。

[0004] 例えば非特許文献 1に記述されている無線 LANシステムでは、 2つの通信モード を規定している。その 1つは BSSモードと呼ばれ、通信端末（STA: station)は、ァク セスポイント APである無線基地局を経由して通信を行う。 BSSモードでは、アクセス ポイント APが、通信に利用される周波数を統括的に決定し、各通信端末 STAは、ァ クセスポイント APから定期的に又は不定期的に送信される報知情報（ビーコンとも呼 ばれる）を受信し、アクセスポイント APで使用される周波数に合わせる。

[0005] もう 1つは iBSSモードと呼ばれ、全ての通信端末 STAが互いに電波の届く範囲内 に位置する条件のもとで、各通信端末 STAが互いに無線回線で直接接続することに より通信が行われる。 iBSSモードでは、他のノードが送信しているビーコンを受信で きるか否かを自ノードで確認し、他のノードから送信されるビーコンを検出できなかつ た場合には、その通信端末 STA (自ノード）は、使用する周波数を自ら決定し、ビー コンを送信する。また、他ノードから送信されたビーコンを検出できた場合には、通信 端末は、ビーコンに示される周波数に合わせる。

[0006] 非特許文献 2に示されているブルートゥース（Bluetooth (登録商標））においては、 ノードに、マスター（Master)とスレーブ（Slave)とレ、う 2つのカテゴリーがあり、マスタ 一の役割を担うノードが周波数を決定し、スレーブのノードはマスターの決定した周 波数に従って周波数の同期を図る。この場合において、マスターは、 1つのネットヮー ク（ピコネット）で 1つしか存在できなレ、。

特 3午文献 1 : The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.,( lEEE ), I EEE Wireless LAN Edition -A compilation based on IEEE Std 802.11TM-1999 (R20 03) and its amendments-", 2003

非特許文献 2 : J. Bray, Charles F Sturman, "Bluetooth Connect Without Cables", Pr entice- Hall, Inc, 2001

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] BSSモードの非特許文献 1及び非特許文献 2のような従来技術では、アクセスボイ ント APのような集中制御機能を有するノードが、配下の 1以上のノード STAを統括的 に制御することを前提としている。アドホックネットワークに集中制御機能を有するノー ドを配置することは技術的には可能である。しかし、 1つの集中制御ノードへの接続を 前提とした機構は、ネットワークの信頼性を低下させるおそれがある。なぜなら、ネット ワークを構成するノード数及び位置関係（ネットワークトポロジ）は逐次変化し、ノード 間を接する無線リンクの回線品質は不安定に変化しやすいためである。

[0008] 例えば、集中制御機能を有するノードがネットワークから離脱することや、集中制御 機能を有するノードに至るまでの途中経路の無線回線品質が劣化すること等により、 多数のノードの通信品質の劣化、さらにネットワーク全体の通信品質の劣化や通信 断を招くおそれがある。

[0009] また非特許文献 1の iBSSモードでは、そのような集中制御機能を有するノードを要 しないが、ネットワークを構成する総てのノードが互いに電波の届く範囲内にあること を前提としている。従って、この技術は、より広範囲にわたる領域でネットワークを展 開しょうとする場合（マルチホップネットワーク）には適切ではない。例えばノード Aの 電波が届く範囲では周波数 f ヽノード Bの電波が届く範囲では周波数 f が利用さ

A B

れるような設定がなされると、ネットワークが分断されてしまうことになる。

[0010] 上述したようなアドホックネットワークの制約の中で、全てのノードで利用される周波 数を、ネットワークの分断なく自律的に整合させ、ネットワーク内のノード構成が変更 されたとしても安定的な通信を確保できる周波数同期方式が望まれる。

[0011] 本発明は、上記問題点の少なくとも 1つに対処するためになされたものであり、その 課題は、ある無線ノードから他の無線ノードへ 1以上の無線ノードを経由して情報を 伝送するアドホックネットワークにおレ、て、情報伝送に関与する無線ノードに同一の 周波数を選択させる通信方法及びその無線通信方法を使用する無線通信装置を提 供することである。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明では、アドホックネットワークにおける無線通信装置が使用される。無線通信 装置は、当該無線通信装置周辺に他の無線通信装置が存在することを検出する検 出手段と、当該無線通信装置で管理される第 1の基準値と、前記他の無線通信装置 で管理される第 2の基準値とを比較する比較手段と、比較結果に基づき、前記第 1の 基準値を修正する手段と、前記第 1の基準値を前記他の無線通信装置に報知する 手段とを有する。当該無線通信装置の電波は届力ないが前記他の無線通信装置の 電波は届く更に別の無線通信装置の周波数と、当該無線通信装置の周波数とが同 じになるように、周波数が決定される。 発明の効果

[0013] 本発明の実施例によれば、アドホックネットワークにおける情報伝送に関与する無 線ノードに同一周波数を効率的に設定することができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]アドホックネットワークの全体図を示す。

[図 2]本発明の一実施例による通信装置のブロック図を示す。

[図 3]隣接ノードの存否を受動的に調べるシーケンスチャートを示す。

[図 4]隣接ノードの存否を能動的に調べるシーケンスチャートを示す。

[図 5]複数のノード間で使用周波数を一致させる方法を示すシーケンスチャートであ る。

[図 6]通信装置の動作に関する状態遷移図を示す。

[図 7]隣接ノードを認証する方法例を示すシーケンスチャートである。

[図 8]隣接ノードを認証する他の方法例を示すシーケンスチャートである。

[図 9]各ノードが複数の無線インターフェースを利用するアドホックネットワークを示す 図である。

[図 10]各ノードが複数の無線インターフェースを利用する他のアドホックネットワーク を示す概略図である。

符号の説明

アンアナ

204 無 ,線インターフェース

206 パケット転送部

208 経路制御部

210 中央処理装置（CPU)

212 pL [思 p[5

214 報知情報送信部

216 報知情報受信部

218 基準値制御部

220 周波数制御部 発明を実施するための最良の形態

[0016] 本発明の一態様によれば、アドホックネットワークにおける無線通信装置（ノード）に て、報知信号が受信され、無線通信装置で格納済みの第 1の基準値と、前記報知信 号に含まれる第 2の基準値とが比較される。比較結果に応じて、報知信号で指定され る周波数を、無線通信に使用するか否かが決定される。事前に周波数を設定するこ となぐ各ノードが自律的に周波数を設定するので、アドホックネットワーク（メッシュネ ットワーク）を簡易且つ柔軟に構築できる。ノードで使用されるべき周波数は、そのノ ードで自律的に決定されるので、集中制御機能を有するような特定のノードの通信状 況によらず、ノードは安定的に周波数を設定できる。また、そのような特定のノードを 要しないので、ネットワーク中のどのノードがネットワークから離脱しても、他のノード は通信を安定に維持できる。すべてのノードが 1ホップで到達可能な範囲に存在する ことは必須でないので、 2ホップ以上離れたノード間で、同一の周波数を簡易に決定 すること力 Sできる。決定又は選択される周波数は、どの周波数でもよぐ任意の周波 数にネットワーク全体のノードを同期させることができる。

[0017] 第 1及び第 2の基準値は、時間で表現される量でもよい。そのような量は例えば、起 動時点のようなある時点の時刻でもよいし、ある時点からの経過時間でもよレ、。この場 合、ネットワーク内で、より早期から動作しているノードを優先することができ、そのよう なノードでの周波数の設定変更をなるベく少なくすることができる。多くのノードに時 計機能は備わっているので、基準値を起動時の絶対時間で表すことは、ノードに付 加する機能を少なくする点で有利である。基準値に経過時間を使用する場合は、起 動時点からの比較的短期間を測定できるタイマーが備わっていればよいので、絶対 時間を正確に知る必要がなぐ GPSや正確な計時機能を備えなくて済む点で有利で ある。

[0018] 第 1及び第 2の基準値は、時間以外の値でもよい。そのような値は、例えば、乱数、 無線通信装置に固有の識別子、通信品質又はアドホックネットワークに接続済みの 無線通信装置の台数等でもよい。乱数が利用される場合は、 2つの乱数が一致する ことは極めて希であるので、何れのノードの周波数を優先させるかを確実に決定でき る (衝突又は競合を著しく少なくすることができる。）。同様な観点からは、第 1及び第 2の基準値は無線通信装置に固有の識別子で表現されてもよい。第 1及び第 2の基 準値は、通信品質で表現されてもよい。この場合は、品質の良好な周波数を優先し て使用すること力できる。

[0019] 通信に使用する周波数を合わせる必要性は、ノードがネットワークに参入する場合 に加えて、各自別個の周波数を利用する複数のネットワーク力 1つのネットワークに 統合される場合にも生じる。本発明は何れの場合にも適用可能である。後者のような 場合には、第 1及び第 2の基準値は、ネットワークに接続済みの無線通信装置の台 数で表現されてもよレ、。接続台数の多いネットワークの周波数を優先することで、周 波数の設定変更を要するノード数を少なくすることができる。

[0020] 「周波数」なる語は、 1つのノードが通信に使用する最小単位の周波数だけでなぐ 適切ならば、使用可能な周波数の帯域を意味してもよい。例えば、 40MHzの帯域を 将来利用しょうとする無線通信装置と、 20MHzの帯域を実際に利用している無線通 信装置との間の周波数の調整を行う場合に、本発明が利用されてもよい。或いは、 2 0MHzの帯域を利用するネットワークと、 40MHzの帯域を利用するネットワークとを 統合するような状況に、本発明が使用されてもよい。

[0021] 第 1及び第 2の基準値は、時間で表現される量と、時間以外の数値との組み合わせ で表現されてもよい。そのような組み合わせで表現すると、時間で表現される量が同 じ場合であっても、基準値の比較結果に応じて、通信に使用する周波数を確実に決 定できる。

[0022] 本発明の一態様によれば、比較結果に応じて、第 1の基準値が前記第 2の基準値 に変更されてもよい。例えば、基準値が時間で表現される場合には、無線通信装置 間で基準値を合わせることで、時間を同期させることができる。このように基準値 (基 準値の少なくとも一部）が更新されることで、最終的には、ネットワーク内の総ての無 線通信装置が、時間及び周波数を合わせることができる。

[0023] 1つのノードに複数のネットワークインターフェースが備わっている場合には、ネット ワークインターフェース毎に周波数等を管理することが望ましレ、。このような場合には 、報知信号が、インターフェースの識別子を含み、その識別子でインターフェースが 区別されてもよい。この場合、インターフェース毎に基準値が管理されてもよい。 [0024] また、少なくとも一部が物理的に同じ空間内に複数のアドホックネットワークが存在 する場合には、ネットワーク毎に基準値及び周波数等を管理することが望ましい。こ のような場合には、報知信号にネットワークの識別子を含ませ、同一の識別子を有す るネットワークに属するノードのみが基準値等の管理の対象にされてもよい。

[0025] 本発明の一態様では、第 1の基準値を含む報知信号が無線通信装置で作成され、 他の無線通信装置にそれが送信される。第 1の基準値とは異なる値を基準値として 含む報知信号が無線通信装置で作成され、他の無線通信装置に送信されてもょレヽ 。これにより、その無線通信装置は、ネットワークで使用される周波数を、自身の指定 する内容に強制することができる。例えば、ある無線通信装置が、第 1の基準値 (起 動時点の絶対時刻）とは異なる値 (その絶対時刻よりも非常に前の時間）を基準値と して含む報知信号を報知することで、事実上、その無線通信装置の指定する周波数 を優先させることができる。或いは逆に、自身の真の基準値とは別に、常に最新時間 を含む報知信号を基準値として報知することで、その特定の無線通信装置の指定す る周波数等の内容が、他の無線通信装置の設定内容に影響を与えないようにしても よい。

実施例 1

[0026] 図 2は本発明の一実施例による通信装置の機能ブロック図を示す。通信装置は、 無線アドホックネットワークを構成する複数のノードの 1つに相当する。それ以外のノ ードも同様な構成及び機能を有する。通信装置は、アンテナ 202、無線インターフエ ース 204、パケット転送部 206、経路制御部 208、中央処理装置（CPU) 210及び記 憶部 210を有する。これらの要素に加えて、通信装置は、報知情報送信部 214、報 知情報受信部 216、基準値制御部 218及び周波数制御部 220を有する。

[0027] 無線インターフェース 204は、アンテナ 202を通じて通信する無線信号と、通信装 置内部で使用する信号との間の変換処理を行う。より具体的には、アナログ信号及 びディジタル信号間の形式の変換、周波数変換、帯域制限、利得制御等の処理が 行われる。例えば、 IEEE802. 11の規格に従う無線信号に関する処理が行われる。 パケット転送部 206は、他の通信装置に送信するパケットを作成し、無線インターフエ ース 204に与える。ユーザが送受信しょうとするペイロードは、このパケット転送部 20 6により伝送される。この場合において、送信されるパケットの伝送経路は、経路制御 部 208にて管理される。 CPU210は通信装置内の各要素の動作を制御する。記憶 部 212は、通信装置に必要なデータを格納する。

[0028] 報知情報送信部 214は報知パケットを作成し、それを無線インターフェース 204に 与える。報知パケットは近隣ノードに通知される。報知パケットは、ネットワーク内のノ ード間の周波数同期機能 (本発明により発揮される周波数を合わせる機能）に必要 な報知情報を含む。報知パケットは、定期的に他ノードに通知されてもよいし、他ノー ドからの要求に応じて通知されてもよレ、。前者の場合には、例えば、 IEEE802. 11 規格で規定されるビーコン (Beacon)等を利用して実現されてもよい。後者の場合に は、 IEEE802. 11規格で規定されるプローブ要求（Probe request)及びプローブ 応答（Probe response)等を利用して実現されてもよい。報知情報には、後述の「 基準値」が必ず含まれるが、この他に、ネットワーク識別子 (ID)、通信に実際に利用 する周波数 (使用周波数)、本発明のアルゴリズムによって選択された周波数 (基準 周波数）、基準周波数を実際に利用しているか否かの情報、インターフェースの識別 子等が含まれてもよい。インターフェースの識別子には、共通チャネル (ネットワーク 全体で共通に利用されるチャネル)用のインターフェースであることを示す情報が含 まれてもよい。後述されるように、ノードは、基準周波数と同じ周波数を使用周波数に 設定してもよいし、基準周波数とは異なる周波数を使用周波数に設定してもよい。

[0029] 報知情報受信部 216は、近隣のノードから通知される報知パケットを受信し、ネット ワークのノード間の周波数同期に必要な情報を取得する。上述したように、報知パケ ットは、定期的に他ノードから受動的に受信されてもよいし、或いは自ノードが他ノー ドに報知パケットを能動的に要求してもよい。報知情報受信部 216は、近隣の他ノー ドからの情報を取得するので、自ノード周辺における他ノードの存否を調べることもで きる。無線ノードが利用できる周波数 (チャネル）は、複数あってもよいので、その場 合の近隣ノードの検出は、使用される可能性のある周波数毎になされる必要がある。

[0030] 図 3は、 自ノード周辺における他ノードの存否を調べるフローチャートを示す。図示 の例では、自ノードのそばに 1つの他ノード又は隣接ノードがあり、他ノードは周波数 f で通信を行っているものとする。 自他のノードで使用する可能性のある周波数は、 f , f , f であるとする。図示されているように、隣接ノードはビーコンを利用して定期的

1 2 3

に報知パケットを送信し、その報知パケットは自ノードに定期的に到来している。 自ノ ードは、ステップ 31にて、周波数 f で通信している他ノードの存否を調べる。隣接ノ ードは周波数 f で通信しているので、この段階では、その隣接ノードは検出されない

2

。 自ノードは、ステップ 32にて、周波数 f で通信している他ノードの存否を調べる。隣

2

接ノードは周波数 f で通信しているので、この段階で、その隣接ノードが検出される。

2

更に、 自ノードは、ステップ 33にて、周波数 f で通信している他ノードの存否を調べる

3

。隣接ノードは周波数 f で通信しているので、この段階では、その隣接ノードは検出

2

されなレ、。このようにして、 自ノードは、周波数 f で通信している隣接ノードが存在する

2

ことを知ることができる。以後、この隣接ノードと自ノードとの間の通信で、自ノードの 使用すべき周波数が、後述の手法に従って決定される。

図 4も、自ノード周辺における他ノードの存否を調べるフローチャートを示す。図示 の例では、自ノードのそばに 1つの他ノード又は隣接ノードがあり、他ノードは周波数 f で通信を行っているものとする。 自他のノードで使用する可能性のある周波数は、 f

2

， f ， f であるとする。この例では、 自ノードは、ステップ 41に先立って、プローブ要

1 2 3

求パケットを近辺の隣接ノードに送信する。このプローブ要求パケットは、隣接ノード が周波数 f を使用しているならば応答することを要求する。隣接ノードは周波数 f で

1 2 通信しているので、応答はなされず、この段階では、その隣接ノードは検出されない 。 自ノードは、ステップ 42に先立って、プローブ要求パケットを近辺の隣接ノードに送 信する。このプローブ要求パケットは、隣接ノードが周波数 f を使用しているならば応

2

答することを要求する。隣接ノードは周波数 f で通信しているので、応答がなされ、そ

2

の隣接ノードが検出される。 自ノードは、ステップ 43に先立って、プローブ要求バケツ トを近辺の隣接ノードに送信する。このプローブ要求パケットは、 P 接ノードが周波数 f を使用しているならば応答することを要求する。 P 接ノードは周波数 f で通信してい

3 2

るので、応答はなされず、この段階では、その隣接ノードは検出されない。このように して、自ノードは、周波数 f で通信している隣接ノードが存在することを知ることができ

2

る。以後、この隣接ノードと自ノードとの間の通信で、自ノードの使用すべき周波数が 、後述の手法に従って決定される。図 3， 4に示されるように、受動的に又は能動的に 近隣のノードを検出することができる。

[0032] なお、近隣のノードの存否を調べる際に、ネットワーク IDが併用されてもよレ、。例え ば、複数のネットワークが存在する場合には、ネットワーク（ネットワークインターフエ一 ス）毎に近隣ノードを検出する必要があり、そのような場合に、ネットワーク IDが使用さ れてもよレ、。この場合は、近隣ノードが報知するネットワーク IDと、 自ノードが保有す るネットワーク IDがー致した場合にのみ、近隣ノードが存在するものと判断される。

[0033] 近隣ノードの検出方法については、例えば、特開 2004— 48503号に記載されて レ、るような方法が使用されてもょレ、かもしれなレ、。但し、この公知技術は、いわゆるモ パイル IPネットワークにおいて、近隣ノードをレイヤ 3で検出しょうとするので、レイヤ 2 における処理を前提とする本発明の実施例の処理にそのまま適用することは容易で ないかもしれない。

[0034] 近隣ノードの検出結果および受信した報知情報の内容は、図 2の基準値制御部 21 8および周波数制御部 220に与えられる。

[0035] 基準値制御部 218は、 自ノードの基準値を管理する。具体的には、基準値制御部

218は、近隣ノードから取得した基準値と自ノードの記憶部 212等に格納済みの基 準値とを比較し、比較結果に基づいて、自ノードの基準値を更新する（例えば、 自ノ ードの基準値が、他ノードの基準値で置き換えられる。）。基準値制御部 218におけ る基準値の比較や基準値の更新は、典型的には、報知情報受信部 216が近隣ノー ドを検出した場合に行われる。報知情報受信部 216から供給される基準値には、様 々な形態があり得る。本実施例では、基準値に、ある時点からの経過時間が採用さ れている。ある時点とは、例えばそのノードを起動した時点でもよい。なお、基準値が 、後述されるように、経過時間を表す量であるならば、近隣ノードの存否とは別に、基 準値は適宜更新されてもょレ、。

[0036] 基準値制御部 218は、 自ノードの経過時間（基準値)と近隣ノードの経過時間（基 準値)を比較し、経過時間の長短を調べる。比較の結果、より長い経過時間を与える ノードはどれであるかが判定される。近隣ノードからの経過時間の方が長かった場合 は、 自ノードの経過時間が、近隣ノードの経過時間で置換される。一方、近隣ノード 力 の経過時間の方が短かった場合は、 自ノードの経過時間はそのまま維持される。 以後、時間の経過と共に、基準値としての経過時間が逐次更新される。基準値制御 部 218における比較結果は、周波数制御部 220及び報知情報送信部 214に通知さ れる。

[0037] 周波数制御部 220は、基準値制御部 218からの比較結果等に基づいて、自ノード の周波数を管理する。ただし、インターフェース IDが利用されている場合には、周波 数の管理はネットワークインターフェース毎に実施される。通信装置は、その起動時 又はネットワークへの参入時などの場合に、そのノードで使用しょうとする周波数 (基 準周波数)を選択する。様々な選択方法が考えられるが、一例として、利用可能な周 波数の利用状況を観測し、最も利用されていない周波数を選択することが挙げられ る。基準値制御部 218から通知された比較結果が、自ノードの経過時間の方が長い ことを示す等の場合には、基準周波数を用いて通信を行うことが許可される。一方、 他ノードの経過時間の方が長いことを示す場合には、基準周波数を用いて通信を行 うことは認められなレ、。この場合は、他ノードで使用している周波数を用いて通信が 行われる。図 3, 4の例において、隣接ノードがより長い経過時間を有しており、自ノ ードが周波数 f を利用しょうとしていたならば (基準周波数は f )、自ノードは周波数 f

2 2 2 を使用してもよい。この場合、周波数制御部 220は、基準周波数 f を実際に使用する

2

周波数 (使用周波数）として決定し、決定内容を無線インターフェース 204に通知す る。しかし、図 3, 4の例において、隣接ノードがより長い経過時間を有しており、 自ノ ードが周波数 f を利用しょうとしていたならば (基準周波数は f )、それは認められず 、自ノードは周波数 f で通信しなければならない。この場合、周波数制御部 220は、

2

実際の通信に使用する周波数 (使用周波数)を f に決定し、決定内容を無線インタ

2

一フェース 204に通知する。 自ノードの基準周波数は f から f に変更される。基準周

1 2

波数は、報知情報に含まれ、他ノードに通知される情報の一部をなす。

[0038] 図 5は、本発明の一実施例による、複数ノード間で使用周波数を一致させる方法を 示すフローチャートである。図中、下向きの縦軸は時間の流れに沿うものである。図 中左側の破線で示される矢印は、ノード 1の起動時から計時又はカウントされる経過 時間 ET1を示す。経過時間は、時刻と同様に時、分、秒などで連続的に計時されも よいが、簡明化のため、本実施例では経過時間は、 0, 10， 20,…のような離散的な 値をとるものとする。例えば、 ET1 = 0の期間の後に、 ET1 = 10の期間が続く。図中 右側の破線で示される矢印は、ノード 2の起動時から計時される経過時間 ET2を示 す。この経過時間も、 0, 10, 20,…のような離散的な値をとる。ノード 1の基準周波数 (通信に使用しょうとしている周波数）は当初は f に設定され、この周波数はこの時点

1

では未使用であるとする。ノード 2の基準周波数は f に設定され、ノード 2はノード 1の

2

起動前に既に周波数 f で実際の通信を行った実績があるものとする。即ち、ノード 1

2

の使用周波数は未定である力 ノード 2の使用周波数は f である。

2

[0039] ノード 1では、起動後に経過時間が計時され、経過時間 ET1は、 0， 10，…のように 増えてゆく。ノード 1は近隣のノードの有無を検出する。本実施例では、図 4で説明さ れたような能動的な検出方法が使用される（図 3に示されるような受動的な検出方法 が使用されてもよい。）。図示の例では、ノード 1は経過時間 ET1 = 20のときに、周波 数 f に関するプローブ要求パケットを送信する。このプローブ要求パケットを受信した

2

ノード 2の基準周波数は f であるので、プローブ応答パケットを返送する。プローブ応

2

答パケットは、その送信時点のノード 2の経過時間 ET2 ( = 50)を含む。このプローブ 応答パケットを受信したノード 1は、図 2の基準値制御部 218で、 2つの経過時間 ET 1 , ET2を比較する。図示の例では、 ET1 = 20で示される期間内で、この処理が行 われる。 目下の例では、 ET1 = 20く ET2 = 50なので、ノード 2の基準周波数及び使 用周波数が優先される。従って、ノード 1の基準周波数は f から f に変更され、使用

1 2

周波数は f に設定される。一方、ノード 2の側でも、 ET2 = 50の期間内で、通知され

2

た経過時間 ET1 = 20とノード 2自身の経過時間 ET2 = 50とが比較される。 ET1 = 2 0<ET2 = 50なので、ノード 2の基準周波数及び使用周波数が優先される。従って、 ノード 2の基準周波数は f のまま変更されず、使用周波数も f のままである。このよう

2 2

にして、経過時間の長い方を優先し、古くから動作しているノードの設定変更回数を なるべく少なくすることができる。

[0040] ノード 1では、基準周波数の更新と共に、経過時間 ET1も 20から 50に変更される。

以後、ノード 1での経過時間は、 50， 60, 70,…のように増えてゆく。これにより、ノー ド 1とノード 2の経過時間を同期させることもできる。更に、ノード 1及びノード 2の経過 時間（基準値）が同じなので、以後ネットワークに参入するノードは、ノード 1 , 2のどち らと周波数を合わせてもよい。従って、基準値を適切に更新することで、ある新規参 入ノードが、ノード 1の電波の届かない場所にあつたとしても、ノード 2と通信可能なら ば、ノード 1及び 2と周波数を合わせることができる。

[0041] 図 6は、図 2に示されるような通信装置の動作に関する状態遷移図を示す。本発明 に関しては、「初期設定」、「待機」、「近隣ノードの探索」、「基準値の比較」、「基準値 の同期」、「基準周波数の比較」、「基準周波数の同期」及び「基準値の報知」として 図示される状態が想定されてレ、る。

[0042] (初期設定）

この状態では、基準値及び基準周波数が初期設定される。近隣で最も利用されて いない周波数が、初期の基準周波数に自動的に選択されてもよいし、何らかの周波 数が基準周波数として手動的に設定されてもょレ、（マニュアル設定)。 自ノードが実際 に通信に利用する周波数 (使用周波数）に、基準周波数がそのまま採用されてもよい し、後述されるように、基準周波数とは異なる周波数が採用されてもよい。初期設定 の状態では、ネットワークを識別するネットワーク ID、インターフェースを区別するイン ターフェース IDが設定されてもょレ、。ノードが複数の無線インターフェースを実装して レ、るならば、基準値及び基準周波数がインターフェース毎に設定できるように、インタ 一フェース IDが使用されてもよい。初期設定の後は「待機」状態に移行する。

[0043] (待機）

二重の円で示されるこの状態では、通信装置は、次の状態に移るまで待機する。こ の状態は、初期設定後の状態遷移間の基本状態である。「待機」状態から次の状態 への状態遷移は、ある時間経過の後に行われてもよいし、何らかのイベントに応じて 行われてもよい。

[0044] (近隣ノードの探索）

ノードは、「待機」状態からの移行後にこの状態に至る。この移行は、タイマー等で 管理されたタイミングで、又は近隣ノードの探索の要求を受けた場合に行われる。図 2の報知信号受信部 216で近隣ノードが検出されな力、つた場合は、「待機」状態に戻 る。また近隣ノードが検出された場合は、ノードは、近隣ノードの基準値、基準周波数 、インターフェース ID等の情報を取得し、「基準値の比較」状態に移行する。近隣ノ ードの基準周波数は、近隣ノードの使用周波数を検出することで見出してもよいし、 近隣ノードから受信した報知パケットから抽出してもよい。近隣ノードが検出されると、 ノードは「基準値の比較」状態に移行し、そうでなければ「待機」状態に戻る。報知パ ケットにネットワーク IDが揷入されている場合であって、 自ノードが所属するネットヮー ク IDと近隣ノードから取得したネットワーク IDが異なっているときは、近隣ノードは発 見されなかったのと同じであるから、ノードは「待機」状態に移行する。

[0045] (基準値の比較）

この状態では、 自ノードの基準値と、検出された近隣ノードの基準値との比較が行 われ、何れかが選択される（例えば、より大きな値が選択される。）。 自ノードの基準値 が選択された場合には、「待機」状態への移行が行われる。近隣ノードの基準値が選 択された場合には、「基準値の同期」状態への移行が行われる。

[0046] 基準値の内容として、上記の経過時間の他に様々なものが使用されてもよい。以下 の基準値は、限定的に列挙されるものではなぐ例示的なものに過ぎない。

[0047] (a)起動時の絶対時間

ノードが起動された時刻（絶対時間）が、基準値として利用されてもよい。この場合、 各ノードは、少なくともそのような時間を知るための構成を備えている必要があり、時 計 (タイマー）や GPS等を実装する必要がある。ノードが起動された時刻を比較する ことで、古くから動作しているノードの周波数を優先し、周波数の設定変更を要するノ ード数をなるベく減らすことができる。時計等の機能は通信装置に備わっていること が多いので、基準値を管理するだけのために別段の機構を用意しなくて済む。

[0048] (b)起動からの経過時間

図 5に示される例のように、各ノードの起動時からの経過時間が基準値として利用さ れてもよレ、。経過時間の長短を比較することで、より以前から動作しているノードの周 波数を優先させることができる。基準値に経過時間を利用する場合は、経過時間を 測定するために適宜リセットすることのできるタイマーが必要になる。更にそのタイマ 一は、基準値制御部 218の比較結果に応じて、経過時間を調整できることが望まし レ、。調整には、リセットだけでなぐ時間を進める又は遅らせることが含まれてもよい。

[0049] (c)各ノード一意の識別子 各ノードが作成する乱数や、各ノードに一意の値 (MACアドレス等）が基準値として 禾 IJ用されてもよい。時間で表現される基準値は、比較の結果、同じ値になる可能性が あり、何れのノードの周波数を優先させるべきかが明確でないことも起こり得る。ノード に一義的に対応する値を基準値に採用することで、競合するノード間の優先性を明 確に決定することができる。

[0050] (d)既にネットワークに接続してレ、るノードの台数

複数のネットワークが存在し、各ネットワークで現在は異なる使用周波数が設定され ているが、それらのネットワークは将来統合される場合に、各ネットワークに既に接続 しているノードの数力 基準値に利用されてもよい。各ノードは、ネットワークの接続台 数を管理するためのカウンタを有し、接続台数を定期的に又は不定期的に逐次更新 する必要がある。例えば、 3台のノードが接続されているネットワーク Aと、 10台のノー ドが接続されてるネットワーク Bが存在し、それらが統合される場合、ネットワーク Bの 使用周波数を優先させることが考えられる。これにより、使用周波数の設定変更を行 うノード数を、なるべく少なくすることができる。

[0051] (e)使用周波数の品質

実際に通信に使用されてレ、る使用周波数での通信品質が、基準値に使用されても よい。通信品質は、例えば SIR等で表現されてもよい。利用可能な周波数のうち、利 用度の少ない周波数を選択することで、通信品質や通信資源の使用効率を向上さ せること力 Sできる。通信品質の測定は、定期的に又は不定期的に行ってもよい。

[0052] (f)組み合わせ

図 5に示される例では、経過時間の相違に基づいて基準周波数等が更新された。従 つて、経過時間が同じ場合には、基準周波数を合わせることができない。この問題に 対処するには、異なる基準値を付加的に又は代替的に使用することが考えられる。 例えば、経過時間に加えて、 MACアドレスや乱数値が基準値に併用されてもよい。 絶対時間や経過時間等が同じ場合には、 MACアドレスや乱数値の情報を比較する ことで、何れかのノードを優先させることができる。即ち、基準値が、経過時間と MAC アドレス（及び Z又は乱数）とで表現されてもよい。 IEEE802. 11規格では時間に関 する情報がノード間で通信されるので、上記のような態様はそのような規格に準拠す る通信装置に望ましい。なお、基準値の組み合わせは、これに限定されず、適切な レ、かなる組み合わせが使用されてもよい。

[0053] (基準値の同期）

図 6の「基準値の同期」状態では、 自分ノードの基準値が、他ノードの基準値に合 わせられる（置換される又は更新される。）。その後、ノードは「基準周波数の比較」状 態へ移行する。

[0054] (基準周波数の比較）

この状態では、近隣ノードの基準周波数と自ノードの基準周波数とが比較され、同 一だった場合には「待機」状態への移行が行われる。異なっていた場合は、「基準周 波数の同期」状態への移行が行われる。

[0055] (基準周波数の同期）

この状態では、 自ノードの基準周波数が、他ノードの基準周波数に変更される。そ の後、「待機」状態への移行が行われる。基準周波数が使用周波数として設定される 場合には、基準周波数の変更に応じて、使用周波数の変更も行われる。このように、 基準周波数の変更は、基準値の比較により行われる。

[0056] ところで、基準値や周波数の変更は、そのノードの通信環境だけでなくネットワーク 内の他ノードの通信環境にも影響を及ぼすので、適切且つ慎重になされるべきであ る。そのようなセキュリティを高める観点からは、隣接ノードから報知される基準情報が 信頼できるか否力を検討し、認証後に、基準値の制御や、周波数の変更処理等を行 うことが望ましい。隣接ノードの認証方法としては、報知パケットに認証子が付加され てもよい（図 7)。この場合は、一方のノードから他方のノードへ認証子を含む報知パ ケットが伝送され、他方のノードで認証が行われる。そして、他方のノードから一方の ノードへ認証子を含む報知パケットが伝送され、一方のノードでも認証が行われる。 或いは、何らかの認証処理機能部による認証後に、報知パケットの情報に合わせて 基準値や周波数が変更されてもよい（図 8)。

[0057] 近隣に複数のノードが存在した場合、それら複数のノードからの複数の報知バケツ トが受信される力、もしれない。この場合に、報知パケットを受信する毎に基準値や周 波数の更新が行われてもよいし、一定時間経過後に基準値等の更新が行われてもよ レ、。前者の場合は、基準値や周波数の変更が頻繁に発生する可能性があるので、 高速な処理が必要になる。後者の場合は、周波数等の更新頻度を一定値以下に制 限し、動作の安定化を図ることができる。ただし、待機する期間の長さによっては、一 定時間待機している間に、 自ノードの基準値が変わる可能性がある（例えば、経過時 間 ETが進んでしまうことが起こり得る。）。このため、報知パケットを受信した場合、受 信した時点での自ノードの基準値を隣接ノード毎に管理することが望ましい。なお、 待機中に基準値が変わるおそれがある点については、近隣ノード数によらず、対処 する必要がある。また、一定時間待機する場合には、一定時間内に自ノードの基準 値より良好な値 (望ましレ、値)を示す報知パケットを複数のノードから受信する可能性 力ある。この場合、ノードは、その中で最も良好な値を示す基準値に自ノードの基準 値を変えてもよい。

[0058] 典型的なアドホックネットワークでは、それを構成する複数のノードは互いに対等な 関係にあり、特定のノードが全ノードを統括的に管理しなくてよい。し力 ながら、その ような統括的な管理機能 (集中制御機能)を特定のノードが備えることが、禁止される 必要もない。即ち、何らかの特権を有するノードが、ネットワークでの使用周波数を変 更する契機を他のノードに与えてもよい。具体的には、利用される基準値にも依存す るが、経過時間を基準値として利用した場合は、所望の周波数に基準周波数を変更 し、一定値以上の時間を強制的に経過させた基準値を他ノードに報知することが考 えられる。強制的に調整された経過時間は、どのノードの経過時間よりも長いので、 各ノードで基準値が比較された結果、その特定のノードで使用される基準値及び周 波数等が優先される。逆に、どのノードの経過時間よりも短い時間（例えば、最新の 時間や未来の時間）を他ノードに報知することで、基準値や周波数の決定に、そのノ ードが関与しなレ、ようにしてもょレ、。

[0059] (基準値の報知）

この状態は、「待機」状態に続く状態であり、近隣ノードからの要求を受信した場合 、自ノードのタイマー等で管理される期間が満了した場合、基準値の報知要求を受 信した場合その他必要が生じた場合に生じる。この状態では、ノードは、基準値を含 む報知パケットを送信し、以後、再び「待機」状態へ移行する。基準値に加えて、基 準周波数、利用周波数、ネットワーク ID、インターフェース ID等の情報が報知されて あよい。

実施例 2

[0060] 1ノードが複数の無線インターフェース（例えば IFa、 IFb)を実装している場合には 、無線インターフェース間の電波干渉の影響を減らすため、各無線インターフェース 間で異なる周波数が利用されてもよい。従って、近隣ノードの探索、基準値や周波数 の管理等の処理は、無線インターフェース毎に行われることが望ましい。このため、複 数の無線インターフェースを実装してレ、るノードは、無線インターフェース毎に付与さ れたインターフェース IDを含む報知パケットを、近隣ノードへ送信することが望ましレヽ 。報知情報受信部 216、基準値制御部 218及び周波数制御部 220等は、この受信 した IDに基づいて、無線インターフェース毎に状態や設定を管理することができる。 なお、複数のネットワークが存在する場合には、同じネットワークに属するノード間で 通信が行われる。所属するネットワークが異なれば、たとえ電波が届く範囲内にノード が存在したとしても、そのノードとの間では周波数を合わせる等の動作はなされない。 従って、ネットワークが複数存在する場合には、それらを区別するネットワーク IDが報 知パケットに含まれていることが望ましい。従って、あるノードが複数のインターフエ一 スを有し、ネットワークも複数存在する場合には、同一のネットワークに属するノードと の間で、インターフェース毎に周波数等が管理される。

[0061] 図 9は、アドホックネットワークの全体図を示し、この例では、 4つの各ノード力 2つ 無線インターフェース A， Bを利用できる。無線インターフェース A， Bは、インターフエ ースの識別子 IFa, IFbでそれぞれ区別される。これらの IDを用いて、無線インターフ エース各々で使用される周波数が別々に決定される。図示のノード:!〜 4は総て同じ ネットワークに属するものとする。ネットワーク全体で共通に使用される周波数は、実 施例 1で説明済みの方法で決定される。図 9に示される例では、全ノードの無線イン ターフェース Aの基準周波数及び使用周波数は、 f に設定される。また、全ノードの

A

無線インターフェース Bの基準周波数及び使用周波数は、 f に設定される。

B

[0062] 図 10も、アドホックネットワークの全体図を示し、この例でも、 4つの各ノード力 2つ 無線インターフェース A, Bを利用できる。図示の例では、全ノードの無線インターフ エース Aの基準周波数及び使用周波数は、 f に設定される。周波数 f は実施例 1説

A A

明済みの方法で決定される。これに対して、ノード 1及びノード 4の無線インターフエ ース Bで使用される周波数は、 f に設定される。周波数 f は、ノード 1及びノード 4の

14 14

間で任意に決定されてもよい。従って、周波数 f は、実施例 1で説明済みの方法で

14

決定されてもよいし、それ以外の方法で決定されてもよレ、。周波数 f は全ノードで統

14

一的に使用されるものではなぐノード 1及びノード 4間の通信に適切でありさえすれ ばよいからである。また、ノード 2及びノード 3の無線インターフェース Bで使用される 周波数は、 f に設定される。周波数 f も、実施例 1で説明済みの方法で決定されて

23 23

もよレ、し、それ以外の方法で決定されてもよい。周波数 f は全ノードで統一的に使用

23

されるものではなぐノード 2及びノード 3間の通信に適切でありさえすればよいからで ある。

[0063] 従って、ノード 1， 4間の通信に使用される周波数 (使用周波数) f や、ノード 2, 3間

14

での使用周波数 f は、無線インターフェース Bに関する基準周波数 f と同一でもよい

23 B

し、異なっていてもよい。同一ならば図 9に示される状況が実現され、異なっていれば 図 10に示される状況が実現される。図 9, 10に示されるような状況を各ノードが識別 するため、無線インターフェース Bに関する報知パケットが、基準周波数 f と使用周

B

波数 f との関係を示す情報を含んでもよい。或いは、報知パケットが、基準周波数 f ij B だけでなぐ使用周波数 f を示す情報を含んでもよい。

[0064] 本国際出願は 2005年 3月 11日に出願された日本国特許出願 2005— 069607号 に基づく優先権を主張するものであり、 2005— 069607号の全内容をここに本国際 出願に援用する。

Claims

請求の範囲

[1] アドホックネットワークにおける無線通信装置であって：

当該無線通信装置周辺に他の無線通信装置が存在することを検出する検出手段; 当該無線通信装置で管理される第 1の基準値と、前記他の無線通信装置で管理さ れる第 2の基準値とを比較する比較手段；

比較結果に基づき、前記第 1の基準値を修正する手段；

前記第 1の基準値を前記他の無線通信装置に報知する手段；

を有し、

当該無線通信装置の電波は届かないが前記他の無線通信装置の電波は届く更に 別の無線通信装置の周波数と、当該無線通信装置の周波数とを一致させる； ことを特徴とする無線通信装置。

[2] アドホックネットワークにおける無線通信装置であって：

第 1の基準値を格納する記憶手段；

第 2の基準値を含む報知信号を、他の無線通信装置から受信する受信手段； 前記第 1及び第 2の基準値を比較する比較手段；

比較手段による比較結果に応じて、前記報知信号で指定される周波数を、無線通 信に使用するか否力、を決定する手段；

を備えることを特徴とする無線通信装置。

[3] 前記第 1及び第 2の基準値が、時間で表現される量である；

ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[4] 前記第 1及び第 2の基準値が、時間以外の数値である；

ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[5] 前記第 1及び第 2の基準値が、時間で表現される量と時間以外の数値との組み合 わせで表現される；

ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[6] 前記第 1及び第 2の基準値が、時刻、ある時点からの経過時間、乱数、無線通信装 置に固有の識別子、通信品質又はアドホックネットワークに接続済みの無線通信装 置の台数の内の 1以上で表現される； ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[7] 第 1の基準値を含む報知信号を作成し、他の無線通信装置に送信する手段； を更に備えることを特徴とする請求項 2記載の無線通信装置。

[8] 前記第 1の基準値とは異なる値を基準値として含む報知信号を作成し、他の無線 通信装置に送信する手段；

を更に備えることを特徴とする請求項 2記載の無線通信装置。

[9] 前記比較結果に応じて、第 1の基準値が前記第 2の基準値に変更される；

ことを特徴とする請求項 2記載の無線通信装置。

[10] アドホックネットワークにおける無線通信装置で使用される無線通信方法であって： 報知信号を受信する段階；

無線通信装置で格納済みの第 1の基準値と、前記報知信号に含まれる第 2の基準 値とを比較する段階;及び

比較結果に応じて、前記報知信号で指定される周波数を、無線通信に使用するか 否かを決定する段階；

から構成される無線通信方法。