WO2010001557A1 - 無線通信システム、通信端末、管理端末、通信方法、及び集積回路 - Google Patents

無線通信システム、通信端末、管理端末、通信方法、及び集積回路 Download PDF

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WO2010001557A1
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WO
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terminal
communication
beacon
group
management terminal
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PCT/JP2009/002927
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白方亨宗
太田良隆
土居裕
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system using a wireless network that accommodates a large number of terminals such as a sensor network and an active RF tag, a communication terminal and a management terminal constituting the wireless communication system, a communication method executed by the wireless communication system,
  • the present invention also relates to an integrated circuit in which functions of a communication terminal or a management terminal are integrated.
  • these network systems can centrally manage many wireless communication terminals, they are expected to be applied in various fields. For example, it can be expected that the wireless communication terminal is attached to each article and the identification, tracking, management and the like of the article conveyed to the communication area of the management terminal are performed wirelessly. Alternatively, it can be expected that the wireless communication terminal is held by the student and the student's going to and from school is managed wirelessly by the management terminal installed at the school gate or the like (FIG. 15).
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional wireless communication system 1500 in which a plurality of communication terminals 1520 are authenticated by passing through a communication area of a management terminal (AP) 1510.
  • a management terminal AP
  • the management terminal 1510 detects the terminal STA.
  • the detected terminal STA transmits its own identification information and authentication request to the management terminal 1510. If the management terminal 1510 determines that authentication is possible, the management terminal 1510 transmits an authentication response to the corresponding terminal STA and completes the authentication.
  • the terminal STA that has been authenticated becomes the terminal ASTA that has been authenticated.
  • FIG. 16 shows an example of an authentication sequence in IEEE 802.15.4 which is the WPAN standard.
  • the communication terminal 1520 transmits an authentication request to the management terminal 1510. If the authentication request can be normally received, the management terminal 1510 transmits Ack (Acknowledge) to the communication terminal 1520, and enters the authentication process. When receiving the Ack, the communication terminal 1520 waits for a predetermined time required for the authentication process. After waiting for a predetermined time, the communication terminal 1520 transmits a data request to the management terminal 1510. If the management terminal 1510 determines that authentication is possible, the management terminal 1510 transmits an authentication response to the communication terminal 1520. The communication terminal 1520 transmits an authentication response Ack to the management terminal 1510. When this Ack is normally received by the management terminal 1510, the authentication is completed.
  • Ack Acknowledge
  • Wireless communication terminals used in these networks generally have a low transmission speed (several kbps to several hundreds kbps) and a short wireless signal reachable range (several meters to several tens of meters). Becomes narrower. That is, the time that the management terminal 1510 can spend for each of the moving communication terminals 1520 is limited. As a result, when a plurality of communication terminals 1520 enter the communication area, there is a problem that authentication request collision or authentication processing time out occurs.
  • FIG. 17A shows a state where there are few communication terminals 1520 in the communication area of the management terminal 1510 and no problem occurs.
  • FIG. 17B shows a situation in which there are many communication terminals 1520 in the communication area of the management terminal 1510, causing a problem.
  • the time until the completion of authentication becomes long or the authentication fails.
  • Patent Document 1 describes a method for distributing authentication processing using a plurality of management terminals as a countermeasure against problems such as collision of authentication requests and timeout of authentication processing.
  • an object of the present invention is to provide a wireless communication system, a communication terminal, a management terminal, which can authenticate more communication terminals even when a large number of communication terminals pass through the communication area of the management terminal in a short time.
  • a communication method and an integrated circuit are provided.
  • the present invention is directed to a wireless communication system including a plurality of communication terminals and a management terminal that manages the plurality of communication terminals. And in order to achieve the said objective, in the radio
  • Authenticate the identification information of the own terminal and the affiliated terminal stored in the storage unit in response to the reception of the second beacon and the second reception unit that receives the second beacon from the management terminal A second transmission unit that collectively transmits to the management terminal together with the request, and the management terminal transmits the identification information from the transmission unit that transmits the second beacon and the communication terminal that represents the group according to the second beacon. Receive all at once Comprising a part, using the identification information, and a control unit for performing each authentication procedure all communication terminals forming a group.
  • the transmission unit of the management terminal can transmit the second beacon including information specifying the frequency channel used for the response.
  • the control unit of the management terminal can perform the authentication procedure using a frequency channel different from the frequency channel used for the response.
  • the communication terminals belonging to the group continue the packets other than the preamble after the response transmitted by the communication terminal representing the group so that the response transmitted from the group to the management terminal is recognized as one packet. May be transmitted.
  • a third beacon is transmitted to a plurality of communication terminals before forming a group, an authentication request transmitted from another communication terminal that has received the third beacon is received, and the authentication request is received.
  • an auxiliary management terminal that designates either a communication terminal that represents the group or a communication terminal that belongs to the group may be provided.
  • Each process performed by the communication terminal and the management terminal of the wireless communication system described above can be regarded as a communication method that provides a series of processing procedures.
  • This method is provided in the form of a program for causing a computer to execute a series of processing procedures.
  • This program may be installed in a computer in a form recorded on a computer-readable recording medium.
  • some or all of the functional blocks constituting the above-described transmission / reception apparatus may be realized as an LSI that is an integrated circuit.
  • the amount of communication performed between a plurality of communication terminals and a management terminal can be greatly reduced. Accordingly, the collision rate of communication from a plurality of communication terminals to the management terminal is reduced, and the load of authentication processing performed by the management terminal can be reduced. Moreover, since the number of communication terminals that cannot form a group can be minimized by using the auxiliary management terminal, it is possible to further reduce the load of authentication processing performed by the management terminal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radio communication system 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the communication terminal 120.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a radio channel.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of communication packets transmitted and received between the management terminal 110 and the communication terminal 120.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the terminal STA.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the affiliated terminal SSTA.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the representative terminal MSTA.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the management terminal AP.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the authentication terminal ASTA.
  • FIG. 10A is a sequence diagram illustrating an example of a group formation process.
  • FIG. 10B is a sequence diagram illustrating another example of the group formation process.
  • FIG. 11A is a sequence diagram illustrating an example of group authentication processing.
  • FIG. 11B is a sequence diagram illustrating another example of the group authentication process.
  • FIG. 12A is a processing sequence diagram of the entire wireless communication system.
  • FIG. 12B is another processing sequence diagram of the entire wireless communication system.
  • FIG. 12C is another processing sequence diagram of the entire wireless communication system.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system 1300 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system 1300 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a processing sequence diagram of group formation processing using the auxiliary management terminal AAP.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional wireless communication system.
  • FIG. 16 is an authentication sequence diagram of IEEE 802.15.4.
  • FIG. 17A is a diagram for explaining a problem in a conventional wireless communication system.
  • FIG. 17B is a diagram for explaining a problem in the conventional wireless communication system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radio communication system 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 100 according to the first embodiment includes a management terminal (AP) 110 and a plurality of communication terminals 120.
  • AP management terminal
  • FIG. 1 the state where the three communication terminals 120 move in the direction of the arrow as the time passes and changes state is indicated by main sections 101-105.
  • each of the plurality of communication terminals 120 forms a network-connected group from the communication terminal (terminal STA) before being authenticated to the communication terminal (authentication terminal ASTA) that has been authenticated.
  • the communication terminal changes to either a communication terminal functioning as a master (hereinafter referred to as representative terminal MSTA) or a communication terminal functioning as a slave (hereinafter referred to as affiliated terminal SSTA).
  • the three communication terminals 120 shown in FIG. 1 are in the state of the terminal STA before being authenticated by the management terminal 110 and do not yet belong to any group (section 101).
  • the terminal STA tries to detect another terminal STA by transmitting a predetermined beacon (first beacon) at a unique timing in order to form a new group with the other terminal STA (section 102). This unique timing can be arbitrarily set.
  • one group is formed by the three terminals STA.
  • one communication terminal 120 becomes the representative terminal MSTA, and the remaining communication terminals 120 become the belonging terminals SSTA (section 103).
  • the representative terminal MSTA manages identification information (ID, address, etc.) of all affiliated terminals SSTA belonging to the group.
  • the representative terminal MSTA When the representative terminal MSTA enters the communication area of the management terminal 110 and receives a predetermined beacon (second beacon) from the management terminal 110, the representative terminal MSTA sends an authentication request for all belonging terminals SSTA belonging to itself and the group to the group For the management terminal 110 (section 104).
  • a predetermined beacon second beacon
  • the representative terminal MSTA When receiving the authentication response from the management terminal 110, the representative terminal MSTA becomes the authentication terminal ASTA, and all the belonging terminals SSTA belonging to the group also become the authentication terminal ASTA (section 105).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the communication terminal 120.
  • the communication terminal 120 includes an antenna 220, a transmission / reception unit 230, a modulation unit 250, a demodulation unit 260, a control unit 270, and a memory 280.
  • the modulation unit 250 includes an encoding unit 251 and a digital modulation unit 252.
  • the demodulator 260 includes a digital demodulator 261 and a decoder 262.
  • the transmission / reception unit 230 includes a digital-analog conversion unit 231, low-pass filters 232 and 240, mixers 233 and 238, band-pass filters 234 and 237, power amplifier 235, low-noise amplifier 236, local oscillator 239, variable gain amplifier 241, and analog-digital conversion. Part 242.
  • the memory 280 holds information indicating whether the communication terminal 120 is in the terminal STA, the representative terminal MSTA, the affiliated terminal SSTA, or the authentication terminal ASTA. In addition, the memory 280 stores identification information received from other communication terminals 120.
  • the control unit 270 generates necessary transmission data and processes received data based on its own terminal state stored in the memory 280.
  • the transmission data generated by the control unit 270 is converted into a transmission signal by the modulation unit 250, converted into a high-frequency radio signal by the transmission / reception unit 230, and then transmitted from the antenna 220.
  • a high-frequency radio signal received from the antenna 220 is converted into a reception signal by the transmission / reception unit 230, converted into reception data by the demodulation unit 260, and then input to the control unit 270.
  • the modulation unit 250 and the demodulation unit 260 may be realized by a digital signal processing circuit or a processor such as a DSP.
  • the management terminal 110 can also be realized with the same configuration.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a wireless channel.
  • FIG. 3 represents a spectrum mask with the horizontal axis as the frequency, and bands 301 to 306 indicate the channel bandwidths of the channels CH1 to CH6, respectively.
  • the communication terminal 120 and the management terminal 110 select a radio channel to be used for communication from the plurality of radio channels and communicate with the counterpart terminal.
  • the present invention can be applied by using time division communication or the like.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of communication packets transmitted / received between the management terminal 110 and the communication terminal 120.
  • the communication packet illustrated in FIG. 4 includes a preamble 401, a PHY (physical layer) header 402, a MAC (media layer access) control 403 header, and a payload 404.
  • the preamble 401 is a signal for the demodulator 260 to perform time synchronization and frequency synchronization of packets.
  • the PHY header 402 stores parameters necessary for demodulation such as a data start position, a data modulation method, and a data length.
  • the MAC header 403 stores parameters necessary for access such as addresses and control commands.
  • the payload 404 stores transmission data and control data. Information indicating the type of data and the device status of the communication terminal 120 is described in the MAC header 403.
  • FIGS. 5 to 9 are flowcharts illustrating processes performed by the terminal STA, the affiliated terminal SSTA, the representative terminal MSTA, the management terminal AP, and the authentication terminal ASTA.
  • 10A to 12C are diagrams showing processing sequences performed by the management terminal 110 and the communication terminal 120.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a control flowchart performed by the terminal STA.
  • the communication terminal 120 sets the terminal state to STA (step S501).
  • initial settings such as a period for operating as a terminal STA, a period for sleeping, and a radio channel are performed.
  • the terminal STA that has completed the initial setting enters a beacon reception standby state (step S502), and receives an AP beacon (second beacon) transmitted from the management terminal 110 and an MSTA beacon (first beacon) transmitted from the representative terminal MSTA. It is determined whether or not it has been received (steps S503 and S504).
  • AP beacon second beacon
  • MSTA beacon first beacon
  • transmission / reception of information related to the first beacon is performed by a first reception unit (not shown) of the transmission / reception unit 230
  • transmission / reception of information related to the second beacon is performed by the second reception of the transmission / reception unit 230. (Not shown).
  • the terminal STA makes an authentication request directly to the management terminal 110 (step S507). If the authentication is successful before the predetermined timeout time, the terminal STA changes the terminal state to the authentication terminal ASTA, and if the authentication fails, the terminal STA returns to step S502 and repeats the process (steps S508 and S509).
  • the terminal STA makes an authentication request to the representative terminal MSTA that has transmitted the MSTA beacon (step S510). The terminal STA changes the terminal state to the affiliated terminal SSTA belonging to the group of the representative terminal MSTA if the authentication is successful before the predetermined timeout time, and returns to step S502 and repeats the process if the authentication fails.
  • the terminal STA determines whether or not it can operate as the representative terminal MSTA (steps S505 and S506). This determination may be made based on, for example, its own battery state, performance of the transmission / reception unit and modulation / demodulation unit, or random numbers. If it is determined that the terminal STA can operate as the representative terminal MSTA, the terminal STA performs an MSTA beacon transmission process and waits for a response from another terminal STA (steps S513 and S514).
  • the terminal STA performs an authentication process of the affiliated terminal SSTA for the transmission source terminal STA in response to the authentication request (steps S515 and S517).
  • the terminal STA changes the terminal state to the representative terminal MSTA that manages the new group if the authentication is successful before the predetermined timeout time, and returns to step S502 and repeats the process if the authentication fails (step S518). , S519). If a response to the authentication request cannot be received from another terminal STA by the predetermined timeout time, the terminal STA returns to step S502 and repeats the process (step S516).
  • a plurality of terminal STAs within a range where MSTA beacons can be transmitted and received can form one group.
  • This one group is composed of only one representative terminal MSTA and one or more affiliated terminals SSTA.
  • control of the affiliated terminal SSTA and representative terminal MSTA will be described.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the affiliated terminal SSTA.
  • initial settings such as a period for operating as the affiliated terminal SSTA, a period for sleeping, and a wireless channel are performed (step S601).
  • the affiliated terminal SSTA for which initialization has been completed enters a beacon reception standby state (step S602), whether an AP beacon has been received from the management terminal 110, whether an authentication response has been received from the management terminal 110, and the representative terminal It is determined whether an MSTA beacon is received from MSTA (steps S603 to S605).
  • the affiliated terminal SSTA waits until the representative terminal MSTA makes a group authentication request to the management terminal 110 (step S608). If the affiliated terminal SSTA can receive an authentication response from the management terminal 110 before the predetermined time-out time, it changes the terminal state to the authentication terminal ASTA after confirming the response, and if the authentication fails, the process returns to step S602. Is repeated (steps S609 to S611). When the authentication response is received from the management terminal 110, the affiliated terminal SSTA changes the terminal state to the authentication terminal ASTA after confirming the response (step S611).
  • the affiliated terminal SSTA when the affiliated terminal SSTA receives the MSTA beacon, the affiliated terminal SSTA performs communication processing necessary as the affiliated terminal SSTA (step S612).
  • the affiliated terminal SSTA does not receive the MSTA beacon within a predetermined timeout period, beacon synchronization is performed. It is determined whether there is no loss (lost) (steps S606 and S607).
  • it is determined that beacon synchronization is lost it is determined that the beacon synchronization is lost, and the affiliated terminal SSTA changes the terminal state to the terminal STA.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the representative terminal MSTA.
  • initial settings such as a period for operating as the representative terminal MSTA, a period for sleeping, and a radio channel are performed (step S701).
  • the representative terminal MSTA performs MSTA beacon transmission processing, and performs response waiting processing from the affiliated terminal SSTA (steps S702 and S703).
  • the representative terminal MSTA makes a group authentication request to the management terminal 110 (steps S704 and S708). If the representative terminal MSTA can receive the authentication response before the predetermined time-out time, the representative terminal MSTA changes the terminal state to the authentication terminal ASTA after confirming the response. If the authentication fails, the representative terminal MSTA returns to step S702 and repeats the process (step). S709, S710, S714).
  • the representative terminal MSTA performs the authentication process or the communication process of the affiliated terminal SSTA (steps S705 to S707, S711, S712). If neither the AP beacon nor the authentication request or communication request from the affiliated terminal SSTA is received by the predetermined timeout time, the wireless channel used is changed and the processing from step S702 is repeated (step S713). ).
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the management terminal 110.
  • the management terminal 110 performs AP beacon transmission processing and performs response waiting processing from each communication terminal 120 (steps S801 and S802).
  • the management terminal 110 When the group authentication request is received from the representative terminal MSTA, the management terminal 110 sends a group authentication response to the representative terminal MSTA (steps S803 and S807). If the authentication of the representative terminal MSTA and the affiliated terminal SSTA is successful by the predetermined timeout time, the management terminal 110 returns to step S802 and repeats the process (steps S808 to S811). On the other hand, when receiving an authentication request from the terminal STA or a communication request from the authentication terminal ASTA before a predetermined timeout period, the management terminal 110 performs an authentication process of the terminal STA or a communication process with the authentication terminal ASTA (steps S804 to S806). , S812, S813).
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a control flow performed by the authentication terminal ASTA.
  • initial settings such as a period for operating as the authentication terminal ASTA, a period for sleeping, and a radio channel are performed (step S901).
  • the authentication terminal ASTA performs a response waiting process from the management terminal 110 (step S902).
  • the authentication terminal ASTA When receiving the AP beacon from the management terminal 110, the authentication terminal ASTA performs communication processing necessary as the authentication terminal ASTA (steps S903 and S906), and when the AP beacon is not received by the predetermined timeout time, It is determined whether beacon synchronization has been lost (steps S903 to S905). If it is determined that the beacon synchronization is lost, the authentication terminal ASTA changes the terminal state to the terminal STA.
  • FIG. 10A is a sequence diagram illustrating an example of group formation processing.
  • FIG. 10A illustrates a case where three terminals STA1 to STA3 form one group. Signal transmission / reception between terminals is performed in the packet format shown in FIG.
  • the terminal STA1 waits for reception for a certain period in order to confirm whether another terminal is transmitting a beacon. Since a beacon is not received even after a certain period of time has elapsed, the terminal STA1 transmits a beacon (STA1) for itself to become the representative terminal MSTA. After transmitting the beacon (STA1), the terminal STA1 waits for reception for a certain period in order to receive a response from another terminal. If there is no response, the transmission of the beacon (STA1) is repeated.
  • the terminal STA2 is in a reception standby state.
  • the terminal STA2 receives the beacon (STA1) transmitted from the terminal STA1, and transmits an authentication request (STA2) to the terminal STA1.
  • the terminal STA1 Upon receiving the authentication request (STA2) from the terminal STA2, the terminal STA1 transmits an acknowledgment (ACK) to the terminal STA2 and changes its own terminal state to the representative terminal MSTA1 to perform authentication processing.
  • ACK acknowledgment
  • the terminal STA2 determines that an authentication request has been made, and enters a waiting state for a predetermined period until an authentication response is transmitted.
  • the terminal STA3 enters a reception standby state.
  • the terminal STA3 receives the ACK transmitted from the terminal STA1 to the terminal STA2. Thereby, the terminal STA3 determines that there is another terminal in the vicinity, and adjusts the reception standby timing so that the beacon can be received.
  • the representative terminal MSTA1 transmits an authentication response (STA2) to the terminal STA2 within a predetermined time from the authentication request (STA2).
  • the terminal STA2 releases the waiting state after a predetermined period of time and enters a reception waiting state.
  • the terminal STA2 receives the authentication response (STA2) from the representative terminal MSTA1, and transmits ACK to the representative terminal MSTA1.
  • the representative terminal MSTA1 receives the ACK, the authentication of the terminal STA2 ends.
  • the terminal STA2 changes its own terminal state to the affiliated terminal SSTA2.
  • the representative terminal MSTA1 repeatedly performs the same process as described above for the terminal STA3.
  • the terminal STA2 may voluntarily request an authentication response (STA2) from the representative terminal MSTA1.
  • the terminal STA2 transmits a data request (STA2) to the representative terminal MSTA1 after releasing the waiting state after a predetermined period has elapsed.
  • This data request includes a data request command and a request source address.
  • the terminal STA2 enters a standby state for a certain period after transmitting the data request (STA2).
  • the representative terminal MSTA1 that has received the data request (STA2) transmits the data addressed to the request source address if there is data.
  • STA2 since there is an authentication response (STA2) addressed to terminal STA2, representative terminal MSTA1 transmits to terminal STA2.
  • STA2 When receiving the authentication response (STA2), the terminal STA2 transmits ACK to the representative terminal MSTA1.
  • FIG. 11A is a sequence diagram illustrating an example of group authentication processing.
  • FIG. 11A illustrates a case where a group formed by the representative terminal MSTA1, the affiliated terminal SSTA2, and the affiliated terminal SSTA3 performs authentication with the management terminal 110.
  • Signal transmission / reception between terminals is performed in the packet format shown in FIG.
  • the management terminal 110 periodically transmits beacons (AP, CCH), and then enters a reception standby state for a predetermined period.
  • the representative terminal MSTA1 receives the beacon (AP, CCH)
  • the representative terminal MSTA1 transmits a group authentication request (STA1 to 3, CH).
  • the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 are synchronized with the representative terminal MSTA1, and can receive packets transmitted by the representative terminal MSTA.
  • beacons (AP, CCH), authentication requests, and the like are communicated using a control channel CCH that is different from the radio channel. In this way, since the beacon and the signal using the wireless channel do not interfere with each other, the effectiveness of the authentication process is improved.
  • the control channel CCH may be known by each terminal, or each terminal may identify the control channel CCH by detecting a beacon (AP, CCH) by channel search or the like.
  • the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 detect that the representative terminal MSTA1 has transmitted a group authentication request (STA1-3, CH)
  • the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 wait for an ACK from the management terminal 110 to be transmitted.
  • the representative terminal MSTA1, the affiliated terminal SSTA2, and the affiliated terminal SSTA3 determine that the group authentication process is performed, thereby entering a waiting state for a predetermined period of time required for the group authentication response. Then, it waits for transmission of a group authentication response (STA1 to STA3) from the management terminal 110.
  • the representative terminal MSTA1, the affiliated terminal SSTA2, and the affiliated terminal SSTA3 that have received the group authentication responses (STA1 to STA3) each transmit an ACK to the management terminal 110.
  • the order of transmitting the ACK for example, the order of addresses included in the group authentication response can be considered.
  • the transmission timing may be adjusted so that the ACK transmitted by each terminal can be regarded as one concatenated ACK packet. In this case, if the preamble part is included only in the first ACK, the transmission time of the ACK packet can be further shortened.
  • the management terminal 110 When the management terminal 110 receives an ACK from each terminal that has transmitted a group authentication response (STA1 to STA3), the group authentication is completed.
  • the management terminal 110 performs group authentication by repeating the same sequence for other groups existing in the communication area.
  • the management terminal 110 may be requested voluntarily from the representative terminal MSTA1 for group authentication responses (STA1 to 3).
  • the representative terminal MSTA1 transmits a data request (MSTA1) to the management terminal 110 after releasing the waiting state for a predetermined period until the authentication response is prepared.
  • the management terminal 110 that has received the data request (MSTA1) transmits the data addressed to the request source address if there is data.
  • group authentication response data addressed to the representative terminal MSTA1 it is transmitted to the representative terminal MSTA1 as group authentication responses (STA1 to STA3).
  • FIG. 12A is a processing sequence diagram of the entire wireless communication system based on the above-described contents.
  • FIG. 12A illustrates a case where six terminals STA1 to STA6 form two groups and make an authentication request to the management terminal 110 using one radio channel.
  • the processing sequence of FIG. 12 is divided into group formation processing 1211 and 1212, authentication request processing 1213, and authentication response processing 1214.
  • the terminal STA1 transmits a beacon (STA1) in order to detect other terminals STA2 and STA3.
  • the terminal STA2 that has received the beacon transmits an authentication request (STA2) including identification information (address, etc.) to the terminal STA1 in order to belong to the group.
  • STA2 receives the authentication request (STA2)
  • STA1 transmits an authentication response (STA2) to the terminal STA2.
  • STA2 successfully receives the authentication response (STA2)
  • the terminal STA2 changes the device state to the representative terminal MSTA1, and the terminal STA2 changes to the affiliated terminal SSTA2.
  • the representative terminal MSTA holds the identification information of all the belonging terminals SSTA belonging to the group. Thereafter, the representative terminal MSTA1 periodically transmits a beacon (MSTA1), and the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 perform communication based on the beacon (MSTA1).
  • a beacon MSTA1
  • the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 perform communication based on the beacon (MSTA1).
  • groups are similarly formed for the terminals STA4 to STA6, and the representative terminal MSTA5 and the affiliated terminals SSTA4 and SSTA6 are determined. Thereafter, the representative terminal MSTA5 periodically transmits a beacon (MSTA5), and the affiliated terminals SSTA4 and SSTA6 perform communication based on the beacon (MSTA5).
  • a beacon MSTA5
  • the affiliated terminals SSTA4 and SSTA6 perform communication based on the beacon (MSTA5).
  • the representative terminal MSTA1 and MSTA5 When the representative terminals MSTA1 and MSTA5 receive a beacon (AP) after the group is formed, an authentication request for its own group is made to the management terminal 110.
  • the representative terminal MSTA1 first makes an authentication request.
  • the representative terminal MSTA1 transmits group authentication requests (STA1 to STA3) to the management terminal 110.
  • This group authentication request (STA1 to STA3) includes a group authentication request command, the address of the representative terminal MSTA1, and the addresses of the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3.
  • the representative terminal MSTA1 enters a waiting state for a predetermined time until an authentication response (STA1 to 3) is returned from the management terminal 110 after transmitting the group authentication request (STA1 to 3).
  • the representative terminal MSTA5 makes an authentication request.
  • the representative terminal MSTA5 transmits a group authentication request (STA4 to STA6) to the management terminal 110.
  • This group authentication request (STA4 to STA6) includes a group authentication request command, the address of the representative terminal MSTA5, and the addresses of the affiliated terminals SSTA4 and SSTA6.
  • the representative terminal MSTA5 enters a waiting state for a predetermined time until the authentication response (STA4 to 6) is returned from the management terminal 110 after transmitting the group authentication request (STA4 to 6).
  • the management terminal 110 can detect how many terminals have entered the communication area at the time of receiving the group authentication request. Based on this, the subsequent authentication order can be scheduled.
  • the management terminal 110 When the management terminal 110 receives a group authentication request (STA1 to 3) from the group of the representative terminal MSTA1, the management terminal 110 transmits a group authentication response (STA1 to 3).
  • the group authentication response (STA1 to STA3) includes a group authentication response command, the address of the representative terminal MSTA1, and the addresses of the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3.
  • STA1-3 group authentication response command
  • the representative terminal MSTA1 and the affiliated terminals SSTA2 and SSTA3 become the authentication terminals ASTA1 to ASTA3.
  • the management terminal 110 transmits a group authentication response (STA4 to 6).
  • the group authentication response (STA4 to STA6) includes a group authentication response command, the address of the representative terminal MSTA5, and the addresses of the affiliated terminals SSTA4 and SSTA6.
  • the authentication terminals ASTA1 to ASTA6 communicate in the network of the management terminal 110 according to the beacon (AP).
  • FIG. 12B is another processing sequence diagram of the entire wireless communication system.
  • FIG. 12B illustrates a case where two groups make authentication requests to the management terminal 110 using three wireless channels in the authentication request processing 1213 of FIG. 12A. If a plurality of wireless channels are used, the number of terminals that can be accommodated can be increased. It is assumed that communication is started on the radio channel CH2 in the group formation process 1221 and communication is started on the radio channel CH3 in the group formation process 1222. Further, it is assumed that the management terminal 110 can use a plurality of radio channels simultaneously.
  • the representative terminals MSTA1 and MSTA5 start reception on the control channel CCH in order to receive beacons (AP, CCH) from the management terminal 110.
  • the representative terminal MSTA1 that has received the beacon (AP, CCH) transmits to the management terminal 110 a group authentication request (STA1-3, CH2) further including a radio channel number CH2 used by the group.
  • the representative terminal MSTA5 that has received the beacon (AP, CCH) also transmits to the management terminal 110 a group authentication request (STA4 to 6, CH3) that further includes the radio channel number CH3 used by the group.
  • the management terminal 110 When the management terminal 110 receives the group authentication request (STA1 to 3, CH2) from the group of the representative terminal MSTA1, the management terminal 110 transmits a group authentication response (STA1 to 3, CH2) further including the radio channel number CH2 used by the group to the radio channel. Transmit on CH2.
  • the management terminal 110 receives the group authentication request (STA4 to 6, CH3) from the group of the representative terminal MSTA5, the management terminal 110 sends a group authentication response (STA4 to 6, CH3) further including the radio channel number CH3 used by the group. It transmits on the radio channel CH3.
  • the management terminal 110 may simultaneously transmit the group authentication response (STA1 to 3, CH2) of the radio channel CH2 and the group authentication response (STA4 to 6, CH3) of the radio channel CH3. In this way, the time required for the authentication response can be further reduced.
  • the representative terminal MSTA1, the affiliated terminals SSTA2 to SSTA4, the representative terminal MSTA5, and the affiliated terminal SSTA6 become authentication terminals ASTA1 to ASTA3.
  • FIG. 12C is still another processing sequence diagram of the entire wireless communication system.
  • the management terminal 110 performs beacon transmission using the control channel CCH.
  • FIG. 12C describes a case where beacon transmission is performed by assigning a radio channel in advance for each group.
  • the beacon can include an authentication request channel assignment command and its radio channel number.
  • beacons AP, CH2, CH3
  • AP, CH2, CH3 include an authentication request channel assignment command and radio channels CH2 and CH3.
  • the representative terminal MSTA 1 that has received the beacon (AP, CH 2, CH 3) transmits a group authentication request (STA 1 to 3, CH 2) to the management terminal 110 using the radio channel CH 2 assigned to the group.
  • the representative terminal MSTA5 that has received the beacon (AP, CH2, CH3) transmits a group authentication request (STA4 to 6, CH2) to the management terminal 110 using the radio channel CH3 assigned to the group.
  • the group authentication request (STA1-3, CH2) from the representative terminal MSTA1 and the group authentication request (STA4-6, CH2) from the representative terminal MSTA5 can be transmitted simultaneously because the radio channels are different. The time required for the authentication request can be further reduced.
  • a group is formed in advance for each of the plurality of communication terminals 120, and a representative that can communicate with the management terminal 110 is determined in each group. deep.
  • the communication volume performed between the some communication terminal 120 and the management terminal 110 can be reduced significantly. Therefore, the collision rate of communication from the plurality of communication terminals 120 to the management terminal 110 is reduced, and the load of authentication processing performed by the management terminal 110 can be reduced.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system 1300 according to the second embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 1300 according to the second embodiment is different from the wireless communication system 100 in that an auxiliary management terminal (AAP) 1310 is further provided.
  • AAP auxiliary management terminal
  • the second embodiment will be described with a focus on processing related to the auxiliary management terminal 1310.
  • the same referential mark is attached
  • FIG. 13 shows main sections 101, 1302, and 103 to 105 as three communication terminals 120 move in the direction of the arrow and change state with time. As shown in FIG. 13, the processing in the section 1302 is a feature of the second embodiment.
  • the auxiliary management terminal 1310 is configured to assist the process performed by the management terminal 110, and performs the process of assigning the terminal STA to either the representative terminal MSTA or the affiliated terminal SSTA in forming a group of the terminals STA.
  • the auxiliary management terminal 1310 periodically transmits a beacon.
  • the terminal STA that does not yet belong to any group tries to detect the management terminal 110 or the auxiliary management terminal 1310 (section 1302).
  • the terminal STA makes an authentication request to the auxiliary management terminal 1310.
  • the auxiliary management terminal 1310 that has received the authentication request authenticates the terminal STA that has made the authentication request to either the representative terminal MSTA or the affiliated terminal SSTA.
  • a radio channel to be used may be allocated for each terminal STA.
  • the representative terminal MSTA authenticated as the representative by the auxiliary management terminal 1310 detects the affiliated terminal SSTA in the vicinity and performs authentication, and forms a group as in the first embodiment (section 103).
  • the processes performed in the subsequent sections 104 and 105 are as described above.
  • FIG. 14 is a processing sequence diagram of group formation processing using the auxiliary management terminal 1310.
  • the auxiliary management terminal 1310 periodically transmits a beacon (AAP) using the control channel CCH. Since the terminal STA1 that has received the beacon (AAP) does not belong to the network, the terminal STA1 transmits an authentication request (STA1) to the auxiliary management terminal 1310.
  • AAP beacon
  • STA1 authentication request
  • the auxiliary management terminal 1310 starts terminal authentication when receiving the authentication request (STA1).
  • STA1 the authentication request
  • the auxiliary management terminal 1310 selects to authenticate the terminal STA1 as a representative terminal and allocates the radio channel CH2.
  • the auxiliary management terminal 1310 transmits an authentication response (MSTA1, CH2).
  • the authentication response (MSTA1, CH2) includes an authentication response command, information indicating authentication as a representative terminal, an address of the receiving terminal STA1, and a wireless channel number CH2 to be used.
  • the terminal STA1 successfully receives the authentication response (MSTA1, CH2)
  • the authentication is completed.
  • the terminal STA1 changes its state to the representative terminal MSTA1, and changes the radio channel to CH2.
  • the terminal STA5 is authenticated as the representative terminal MSTA5, and the radio channel CH3 is assigned.
  • the representative terminal MSTA1 performs authentication with the terminals STA2 and STA3 to form one group. Also, the representative terminal MSTA5 performs authentication with the terminals STA4 and STA6 to form one group.
  • a group is formed in advance for each of the plurality of communication terminals 120, and a representative that can communicate with the management terminal 110 is determined in each group. deep.
  • the number of authentication requests made by the communication terminal 120 to the management terminal 110 can be greatly reduced.
  • the auxiliary management terminal 1310 designates the representative terminal MSTA and assigns the radio channel in advance, it is possible to reduce packet collision and reduce time when a group is formed.
  • each structure concerning the said embodiment may be implement
  • LSI is sometimes called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and circuit integration may be performed using a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • an FPGA Field Programmable GateArray
  • a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
  • the calculation of these functional blocks can be performed using, for example, a DSP or a CPU. Further, these processing steps can be processed by being recorded on a recording medium as a program and executed.
  • the present invention is applicable to a wireless communication system using a wireless network that accommodates a large number of terminals such as a sensor network and an active RF tag, and in particular, a large number of communication terminals pass through a communication area of a management terminal in a short time. This is useful when it is desired to authenticate more communication terminals even in such a case.

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Abstract

　複数の端末ＳＴＡ間でビーコンの送受信が行われる。ビーコンを送信した端末ＳＴＡがグループを管理する代表端末ＭＳＴＡに、ビーコンを受信した端末ＳＴＡがグループの所属端末ＳＳＴＡに割り当てられる。代表端末ＭＳＴＡは、所属端末ＳＳＴＡから識別情報を取得して保存する。そして、管理端末ＡＰからＡＰビーコンを受信すると、代表端末ＭＳＴＡが、自端末及び所属端末ＳＳＴＡの識別情報を管理端末ＡＰに一括送信する。管理端末ＡＰは、一括送信された識別情報を用いてグループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行う。

Description

無線通信システム、通信端末、管理端末、通信方法、及び集積回路
　本発明は、センサーネットワークやアクティブＲＦタグ等の多数の端末を収容する無線ネットワークを用いた無線通信システム、その無線通信システムを構成する通信端末及び管理端末、その無線通信システムが実行する通信方法、並びに通信端末又は管理端末の機能を集積した集積回路に関する。
　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通信端末を用いたネットワークシステムが注目されている。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タグを無線通信端末として用いたネットワークシステムがある。
　これらのネットワークシステムは、多くの無線通信端末を一元管理できるため、様々な分野への応用が期待されている。例えば、無線通信端末を個々の物品に貼り付けておき、管理端末の通信エリアに搬送されてくる物品の識別、追跡、管理等を無線で行うと言った用途が期待できる。又は、無線通信端末を生徒に所持させておき、学校校門等に設置された管理端末で生徒の登下校を無線で管理すると言った用途が期待できる（図１５）。
　図１５は、複数の通信端末１５２０が、管理端末（ＡＰ）１５１０の通信エリアを通過することで認証される従来の無線通信システム１５００の構成例を説明する図である。認証前である通信端末１５２０（以下、端末ＳＴＡと記す）がＡＰ通信エリアに入ると、管理端末１５１０は、端末ＳＴＡを検出する。検出された端末ＳＴＡは、自身の識別情報及び認証要求を管理端末１５１０に送信する。管理端末１５１０は、認証可能であると判定すると、該当する端末ＳＴＡに認証応答を送信して認証を完了する。認証が完了した端末ＳＴＡは、認証済みである端末ＡＳＴＡとなる。
　例えば、ＷＰＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４での認証シーケンスの一例を図１６に示す。図１６において、通信端末１５２０は、認証要求を管理端末１５１０へ送信する。管理端末１５１０は、認証要求が正常に受信できると、Ａｃｋ（Acknowledge；受信確認）を通信端末１５２０へ送信し、認証処理に入る。通信端末１５２０は、Ａｃｋを受信すると、認証処理にかかる所定時間の間待機する。所定時間の待機後、通信端末１５２０は、データ要求を管理端末１５１０へ送信する。管理端末１５１０は、認証できると判定した場合は認証応答を通信端末１５２０に送信する。通信端末１５２０は、認証応答のＡｃｋを管理端末１５１０に送信する。このＡｃｋが管理端末１５１０で正常に受信された時点で、認証が完了する。
　これらのネットワークで用いられる無線通信端末は、一般に伝送速度は低速（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）ため、管理端末１５１０の通信エリアが狭くなってしまう。すなわち、移動する通信端末１５２０の１つ１つに対して管理端末１５１０が割ける時間が限られてしまう。これにより、通信エリア内に複数の通信端末１５２０が入ってきた場合には、認証要求の衝突や認証処理の時間切れ等が発生するという問題がある。
　例えば、図１７Ａは、管理端末１５１０の通信エリアに入っている通信端末１５２０が少なくて問題が生じていない様子を示している。一方、図１７Ｂは、管理端末１５１０の通信エリアに入っている通信端末１５２０が多くて問題が生じている様子を示している。図１７Ｂに示すように、通信端末１５２０が多い場合には認証完了までの時間が長くなったり、認証に失敗したりする。
　上記認証要求の衝突や認証処理の時間切れ等の問題への対策として、複数の管理端末を用いて認証処理を分散させる方法が特許文献１に記載されている。
特開２００７－１６６０００号公報
　しかしながら、上記特許文献１のように管理端末の数を増やしたとしても、各管理端末が管轄する通信エリアに入ってきた通信端末を認証するためには、管理端末と通信端末とが１対１で認証を行う必要がある。従って、１つの通信エリア内に多くの通信端末が入った場合の根本的な問題は、特許文献１の方法を用いても未だ解決されていない。
　それ故に、本発明の目的は、多数の通信端末が管理端末の通信エリアを短い時間で通過するような場合でも、より多くの通信端末の認証が可能な無線通信システム、通信端末、管理端末、通信方法、及び集積回路を提供することである。
　本発明は、複数の通信端末と複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の無線通信システムにおいて、複数の通信端末の少なくとも１つは、第１のビーコンを送信する第１の送信部と、第１のビーコンを受信した他の通信端末から送信された識別情報を含む応答を受信する第１の受信部と、他の通信端末を自らが代表となるグループに所属する通信端末として登録し、他の通信端末の識別情報を保存する保存部と、第２のビーコンを管理端末から受信する第２の受信部と、第２のビーコンの受信に応じて、自端末及び保存部に保存された所属端末の識別情報を、認証要求と共に管理端末に一括送信する第２の送信部とを備え、管理端末は、第２のビーコンを送信する送信部と、第２のビーコンに応じて、グループの代表となる通信端末から識別情報を一括受信する受信部と、識別情報を用いて、グループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行う制御部とを備える。
　管理端末の送信部は、応答に使用する周波数チャネルを指定する情報を含めた第２のビーコンを送信することができる。また、管理端末の制御部は、応答に使用する周波数チャネルとは異なる周波数チャネルを使用して認証手続を行うことが可能である。
　ここで、グループに所属する通信端末は、グループから管理端末へ送信する応答が１つのパケットとして認識されるように、グループの代表となる通信端末が送信した応答の後にプリアンブル以外のパケットを連続して送信してもよい。
　さらには、グループを形成する前の複数の通信端末に対して第３のビーコンを送信し、この第３のビーコンを受信した他の通信端末から送信された認証要求を受信し、この認証要求に対して、グループの代表となる通信端末又はグループに所属する通信端末のいずれかを指定する補助管理端末を備えてもよい。
　上述した無線通信システムの通信端末及び管理端末が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与える通信方法として捉えることができる。この方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。また、上述した送受信装置を構成する一部又は全部の機能ブロックは、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。
　上記本発明によれば、複数の通信端末と管理端末との間で行う通信量を大幅に減らすことができる。従って、複数の通信端末から管理端末へ向かう通信の衝突割合が低減し、管理端末で行う認証処理の負荷を軽減できる。また、補助管理端末を用いることで、グループを形成できない通信端末の数を極力抑えることができるので、管理端末で行う認証処理の負荷をさらに軽減できる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１００の構成例を説明する図である。 図２は、通信端末１２０の詳細な構成例を示す図である。 図３は、無線チャネルの一例を示す図である。 図４は、管理端末１１０及び通信端末１２０で送受信される通信パケットの一例を示す図である。 図５は、端末ＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。 図６は、所属端末ＳＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。 図７は、代表端末ＭＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。 図８は、管理端末ＡＰが行う制御フローの一例を示す図である。 図９は、認証端末ＡＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。 図１０Ａは、グループ形成処理の一例を示すシーケンス図である。 図１０Ｂは、グループ形成処理の他の一例を示すシーケンス図である。 図１１Ａは、グループ認証処理の一例を示すシーケンス図である。 図１１Ｂは、グループ認証処理の他の一例を示すシーケンス図である。 図１２Ａは、無線通信システム全体の処理シーケンス図である。 図１２Ｂは、無線通信システム全体の他の処理シーケンス図である。 図１２Ｃは、無線通信システム全体の他の処理シーケンス図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システム１３００の構成例を説明する図である。 図１４は、補助管理端末ＡＡＰを用いたグループ形成処理の処理シーケンス図である。 図１５は、従来の無線通信システムの構成例を説明する図である。 図１６は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の認証シーケンス図である。 図１７Ａは、従来の無線通信システムでの問題を説明する図である。 図１７Ｂは、従来の無線通信システムでの問題を説明する図である。
　　＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１００の構成例を説明する図である。この第１の実施形態に係る無線通信システム１００は、管理端末（ＡＰ）１１０と、複数の通信端末１２０とで構成される。無線通信システム１００の具体的な適用例としては、背景技術でも述べた商品管理システムや登下校システム等が考えられる。図１では、３つの通信端末１２０が、時間経過に伴って矢印の方向へ移動して状態遷移する様子を、主要な区間１０１～１０５で示している。
　本発明では、複数の通信端末１２０のそれぞれが、認証される前である通信端末（端末ＳＴＡ）から認証済みである通信端末（認証端末ＡＳＴＡ）になるまでに、ネットワーク接続されたグループを形成し、このグループ内でマスタとして機能する通信端末（以下、代表端末ＭＳＴＡと記す）及びスレーブとして機能する通信端末（以下、所属端末ＳＳＴＡと記す）のいずれかに変化することを特徴とする。
（１）概要
　この代表端末ＭＳＴＡ及び所属端末ＳＳＴＡと管理端末１１０との間で行われる認証処理を詳細に説明する前に、図１を参照して、第１の実施形態に係る無線通信システム１００の認証処理の概念を簡単に説明する。
　図１に示す３つの通信端末１２０は、管理端末１１０に認証される前の端末ＳＴＡの状態であり、かつどのグループにもまだ属していないものとする（区間１０１）。端末ＳＴＡは、他の端末ＳＴＡとの間で新たなグループを形成するために、独自のタイミングで所定のビーコン（第１ビーコン）を送信して他の端末ＳＴＡの検出を試みる（区間１０２）。この独自のタイミングは、任意に設定可能である。
　検出の結果、３つの端末ＳＴＡによって１つのグループが形成される。そして、この構築されたグループにおいて、１つの通信端末１２０が代表端末ＭＳＴＡとなり、残りの通信端末１２０が所属端末ＳＳＴＡとなる（区間１０３）。代表端末ＭＳＴＡは、グループに属する全ての所属端末ＳＳＴＡの識別情報（ＩＤやアドレス等）を管理する。
　代表端末ＭＳＴＡが管理端末１１０の通信エリアに入り、管理端末１１０から所定のビーコン（第２ビーコン）を受信すると、代表端末ＭＳＴＡは、自己及びグループに属する全ての所属端末ＳＳＴＡの認証要求を、グループを代表して管理端末１１０に対して行う（区間１０４）。
　そして、管理端末１１０から認証応答を受信すると、代表端末ＭＳＴＡが認証端末ＡＳＴＡとなり、またグループに所属する全ての所属端末ＳＳＴＡも、認証端末ＡＳＴＡとなる（区間１０５）。
　図２は、通信端末１２０の詳細な構成例を示す図である。図２において通信端末１２０は、アンテナ２２０、送受信部２３０、変調部２５０、復調部２６０、制御部２７０、及びメモリ２８０を備える。変調部２５０は、符号化部２５１及びデジタル変調部２５２を含む。復調部２６０は、デジタル復調部２６１及び復号化部２６２を含む。送受信部２３０は、デジタルアナログ変換部２３１、ローパスフィルタ２３２及び２４０、ミキサ２３３及び２３８、バンドパスフィルタ２３４及び２３７、パワーアンプ２３５、ローノイズアンプ２３６、ローカル発振器２３９、可変ゲインアンプ２４１、及びアナログデジタル変換部２４２を含む。
　メモリ２８０は、通信端末１２０が、端末ＳＴＡ、代表端末ＭＳＴＡ、所属端末ＳＳＴＡ、及び認証端末ＡＳＴＡのいずれの端末状態であるかを示す情報を保持する。また、メモリ２８０は、他の通信端末１２０から受信した識別情報を保存する。制御部２７０は、メモリ２８０に保持された自身の端末状態に基づいて、必要な送信データの生成及び受信データの処理を行う。制御部２７０で生成された送信データは、変調部２５０で送信信号に変換され、送受信部２３０で高周波の無線信号に変換された後、アンテナ２２０から送信される。アンテナ２２０から受信された高周波の無線信号は、送受信部２３０で受信信号に変換され、復調部２６０で受信データに変換された後、制御部２７０に入力される。変調部２５０及び復調部２６０は、デジタル信号処理回路で実現してもよいし、ＤＳＰ等のプロセッサで実現してもよい。なお、管理端末１１０も同一の構成で実現可能である。
　図３は、無線チャネルの一例を示す図である。この図３は、横軸を周波数としたスペクトルマスクを表現しており、帯域３０１～３０６がそれぞれチャネルＣＨ１～ＣＨ６のチャネル帯域幅を示している。通信端末１２０及び管理端末１１０は、これら複数の無線チャネルの中から通信に使用する無線チャネルを選択して、相手端末と通信する。もちろん、通信に使用する無線チャネルが１つであるシステムの場合でも、時分割通信等を用いれば本発明を適用可能である。
　図４は、管理端末１１０及び通信端末１２０で送受信される通信パケットの一例を示す図である。図４に示す通信パケットは、プリアンブル４０１、ＰＨＹ（physical layer）ヘッダ４０２、ＭＡＣ（media access control）ヘッダ４０３、及びペイロード４０４で構成される。プリアンブル４０１は、復調部２６０がパケットの時間同期や周波数同期を行うための信号である。ＰＨＹヘッダ４０２は、データの開始位置、データの変調方式、及びデータ長等の復調に必要なパラメータを格納している。ＭＡＣヘッダ４０３は、アドレスや制御コマンド等のアクセスに必要なパラメータを格納している。ペイロード４０４は、送信データや制御データを格納している。なお、データの種類及び通信端末１２０の装置状態を示す情報は、ＭＡＣヘッダ４０３に記述されている。
（２）詳細な説明
２－１．端末状態別の制御フローチャート
　次に、図５～図１２Ｃを参照して、管理端末１１０と通信端末１２０との間で行われる認証処理を詳細に説明する。図５～図９は、端末ＳＴＡ、所属端末ＳＳＴＡ、代表端末ＭＳＴＡ、管理端末ＡＰ、及び認証端末ＡＳＴＡが行う処理をそれぞれ説明したフローチャートである。図１０Ａ～図１２Ｃは、管理端末１１０及び通信端末１２０が行う処理シーケンスを示す図である。
　図５は、端末ＳＴＡが行う制御フローチャートの一例を示す図である。
　まず、通信端末１２０は、電源投入時等によって動作を開始すると、端末状態をＳＴＡに設定する（ステップＳ５０１）。このときに、端末ＳＴＡとして動作する期間、スリープする期間、及び無線チャネル等の初期設定が行われる。初期設定が済んだ端末ＳＴＡは、ビーコンの受信待ち受け状態となり（ステップＳ５０２）、管理端末１１０から送信されるＡＰビーコン（第２ビーコン）及び代表端末ＭＳＴＡから送信されるＭＳＴＡビーコン（第１ビーコン）を受信したか否かを判断する（ステップＳ５０３、Ｓ５０４）。なお、第１ビーコンに関連する情報の送受信は、送受信部２３０の第１の受信部（図示せず）で行われ、第２ビーコンに関連する情報の送受信は、送受信部２３０の第２の受信部（図示せず）で行われる。
　ＡＰビーコンを受信した場合、端末ＳＴＡは、管理端末１１０に対して認証要求を直接行う（ステップＳ５０７）。そして、端末ＳＴＡは、所定のタイムアウト時間までに認証が成功すれば、端末状態を認証端末ＡＳＴＡへ変化させ、認証が失敗すればステップＳ５０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ５０８、Ｓ５０９）。また、ＭＳＴＡビーコンを受信した場合、端末ＳＴＡは、ＭＳＴＡビーコンを送信してきた代表端末ＭＳＴＡに認証要求を行う（ステップＳ５１０）。そして、端末ＳＴＡは、所定のタイムアウト時間までに認証が成功すれば、端末状態をこの代表端末ＭＳＴＡのグループに属する所属端末ＳＳＴＡへ変化させ、認証が失敗すればステップＳ５０２に戻って処理を繰り返す。
　一方、所定のタイムアウト時間までに、管理端末１１０からも代表端末ＭＳＴＡからもビーコンを受信しない場合、端末ＳＴＡは、自らが代表端末ＭＳＴＡとして動作できるか否かを判断する（ステップＳ５０５、Ｓ５０６）。この判断は、例えば自身のバッテリー状態、送受信部及び変復調部の性能、又は乱数等で決定すればよい。代表端末ＭＳＴＡとして動作できると判断した場合、端末ＳＴＡは、ＭＳＴＡビーコンの送信処理を行って、他の端末ＳＴＡからの応答を待つ（ステップＳ５１３、Ｓ５１４）。
　そして、端末ＳＴＡは、他の端末ＳＴＡから認証要求の応答を受信すると、この認証要求に応じて送信元の端末ＳＴＡについて所属端末ＳＳＴＡの認証処理を行う（ステップＳ５１５、Ｓ５１７）。そして、端末ＳＴＡは、所定のタイムアウト時間までに認証が成功すれば、端末状態を新たなグループを管理する代表端末ＭＳＴＡへ変化させ、認証が失敗すればステップＳ５０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ５１８、Ｓ５１９）。なお、所定のタイムアウト時間までに他の端末ＳＴＡから認証要求の応答を受信できなかった場合には、端末ＳＴＡは、ステップＳ５０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ５１６）。
　上記端末ＳＴＡの処理によって、ＭＳＴＡビーコンの送受信が可能な範囲にある複数の端末ＳＴＡが１グループを形成することができる。この１グループは、唯一の代表端末ＭＳＴＡと、１つ以上の所属端末ＳＳＴＡとで構成されることになる。
　次に、この所属端末ＳＳＴＡ及び代表端末ＭＳＴＡの制御を説明する。
　図６は、所属端末ＳＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。
　端末状態がＳＳＴＡに変更されると、所属端末ＳＳＴＡとして動作する期間、スリープする期間、及び無線チャネル等の初期設定が行われる（ステップＳ６０１）。初期設定が済んだ所属端末ＳＳＴＡは、ビーコンの受信待ち受け状態となり（ステップＳ６０２）、管理端末１１０からＡＰビーコンを受信したか否か、管理端末１１０から認証応答を受信したか否か、及び代表端末ＭＳＴＡからＭＳＴＡビーコンを受信したか否かを判断する（ステップＳ６０３～Ｓ６０５）。
　ＡＰビーコンを受信した場合、所属端末ＳＳＴＡは、代表端末ＭＳＴＡが管理端末１１０に対してグループ認証要求を行った結果が来るまで待機する（ステップＳ６０８）。そして、所属端末ＳＳＴＡは、所定のタイムアウト時間までに管理端末１１０から認証応答を受信できれば、応答確認を行った後に端末状態を認証端末ＡＳＴＡへ変化させ、認証が失敗すればステップＳ６０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ６０９～Ｓ６１１）。また、管理端末１１０から認証応答を受信した場合、所属端末ＳＳＴＡは、応答確認を行った後に端末状態を認証端末ＡＳＴＡへ変化させる（ステップＳ６１１）。
　また、所属端末ＳＳＴＡは、ＭＳＴＡビーコンを受信した場合には、所属端末ＳＳＴＡとして必要な通信処理を行い（ステップＳ６１２）、所定のタイムアウト時間までにＭＳＴＡビーコンを受信しなかった場合には、ビーコン同期が無くなって（ロストして）いないかを判定する（ステップＳ６０６、Ｓ６０７）。ここで、ビーコン同期がロストしていると判断した場合にはグループから離脱したものと判断し、所属端末ＳＳＴＡは、端末状態を端末ＳＴＡへ変化させる。
　図７は、代表端末ＭＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。
　端末状態がＭＳＴＡに変更されると、代表端末ＭＳＴＡとして動作する期間、スリープする期間、及び無線チャネル等の初期設定が行われる（ステップＳ７０１）。次に、代表端末ＭＳＴＡは、ＭＳＴＡビーコンの送信処理を行い、所属端末ＳＳＴＡからの応答待ち受け処理を行う（ステップＳ７０２、Ｓ７０３）。
　管理端末１１０からＡＰビーコンを受信した場合、代表端末ＭＳＴＡは、管理端末１１０に対してグループ認証要求を行う（ステップＳ７０４、Ｓ７０８）。そして、代表端末ＭＳＴＡは、所定のタイムアウト時間までに認証応答を受信できれば、応答確認を行った後に端末状態を認証端末ＡＳＴＡへ変化させ、認証が失敗すればステップＳ７０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ７０９、Ｓ７１０、Ｓ７１４）。一方、所定のタイムアウト時間までに所属端末ＳＳＴＡから認証要求又は通信要求を受信した場合、代表端末ＭＳＴＡは、所属端末ＳＳＴＡの認証処理又は通信処理を行う（ステップＳ７０５～Ｓ７０７、Ｓ７１１、Ｓ７１２）。なお、所定のタイムアウト時間までにＡＰビーコンも所属端末ＳＳＴＡからの認証要求及び通信要求も受信しなかった場合には、使用している無線チャネルを変更してステップＳ７０２からの処理を繰り返す（ステップＳ７１３）。
　図８は、管理端末１１０が行う制御フローの一例を示す図である。
　管理端末１１０は、ＡＰビーコンの送信処理を行い、各通信端末１２０からの応答待ち受け処理を行う（ステップＳ８０１、Ｓ８０２）。
　代表端末ＭＳＴＡからグループ認証要求を受信した場合、管理端末１１０は、代表端末ＭＳＴＡにグループ認証応答を行う（ステップＳ８０３、Ｓ８０７）。そして、管理端末１１０は、所定のタイムアウト時間までに代表端末ＭＳＴＡ及び所属端末ＳＳＴＡの認証が成功すれば、ステップＳ８０２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ８０８～Ｓ８１１）。一方、所定のタイムアウト時間までに端末ＳＴＡから認証要求又は認証端末ＡＳＴＡから通信要求を受信した場合、管理端末１１０は、端末ＳＴＡの認証処理又は認証端末ＡＳＴＡとの通信処理を行う（ステップＳ８０４～Ｓ８０６、Ｓ８１２、Ｓ８１３）。
　図９は、認証端末ＡＳＴＡが行う制御フローの一例を示す図である。
　端末状態がＡＳＴＡに変更されると、認証端末ＡＳＴＡとして動作する期間、スリープする期間、及び無線チャネル等の初期設定が行われる（ステップＳ９０１）。次に、認証端末ＡＳＴＡは、管理端末１１０からの応答待ち受け処理を行う（ステップＳ９０２）。
　管理端末１１０からＡＰビーコンを受信した場合、認証端末ＡＳＴＡは、認証端末ＡＳＴＡとして必要な通信処理を行い（ステップＳ９０３、Ｓ９０６）、所定のタイムアウト時間までにＡＰビーコンを受信しなかった場合には、ビーコン同期がロストしていないかを判定する（ステップＳ９０３～Ｓ９０５）。ここで、ビーコン同期がロストしていると判断した場合には、認証端末ＡＳＴＡは、端末状態を端末ＳＴＡへ変化させる。
２－２．グループ形成処理のシーケンス
　図１０Ａは、グループ形成処理の一例を示すシーケンス図である。この図１０Ａでは、３つの端末ＳＴＡ１～ＳＴＡ３が１つのグループを形成する場合を説明する。なお、端末間の信号送受信は、図４に示したパケット形式で行われる。
　まず、端末ＳＴＡ１は、他の端末がビーコンを送信していないか確認するため、一定期間受信を待ち受ける。一定期間が経過してもビーコンが受信されないので、端末ＳＴＡ１は、自己が代表端末ＭＳＴＡになるためのビーコン(STA1)を送信する。端末ＳＴＡ１は、ビーコン(STA1)を送信後、他の端末からの応答を受信するため、一定期間受信を待ち受ける。なお、応答がなければビーコン(STA1)の送信を繰り返す。
　この時点で、端末ＳＴＡ２が受信待ち受け状態になったとする。端末ＳＴＡ２は、端末ＳＴＡ１が送信するビーコン(STA1)を受信し、端末ＳＴＡ１に対して認証要求(STA2)を送信する。端末ＳＴＡ１は、端末ＳＴＡ２から認証要求(STA2)を受信すると、端末ＳＴＡ２に対して受信確認（ＡＣＫ）を送信すると共に、自身の端末状態を代表端末ＭＳＴＡ１に変更して認証処理を行う。端末ＳＴＡ２は、代表端末ＭＳＴＡ１からＡＣＫを受信すると、認証要求がなされたと判断し、認証応答が送信されるまで所定期間待ち状態に入る。
　次にこの時点で、端末ＳＴＡ３が受信待ち受け状態になったとする。端末ＳＴＡ３は、端末ＳＴＡ１が端末ＳＴＡ２宛に送信したＡＣＫを受信する。これにより、端末ＳＴＡ３は、近傍に他の端末が存在すると判定し、ビーコンを受信できるよう受信待ち受けのタイミングを調整する。
　代表端末ＭＳＴＡ１は、認証要求(STA2)から所定時間内に認証応答(STA2)を端末ＳＴＡ２に送信する。端末ＳＴＡ２は、所定期間の経過後に待ち状態を解除し、受信待ち受け状態に入る。そして、端末ＳＴＡ２は、代表端末ＭＳＴＡ１から認証応答(STA2)を受信し、ＡＣＫを代表端末ＭＳＴＡ１に送信する。代表端末ＭＳＴＡ１がＡＣＫを受信すると、端末ＳＴＡ２の認証が終了する。この時点で、端末ＳＴＡ２は、自身の端末状態を所属端末ＳＳＴＡ２に変更する。代表端末ＭＳＴＡ１は、端末ＳＴＡ３に対しても上記と同様の処理を繰り返し行う。
　なお、図１０Ｂに示すように、端末ＳＴＡ２から自主的に、認証応答(STA2)を代表端末ＭＳＴＡ１に要求するようにしてもよい。この場合、端末ＳＴＡ２は、所定期間の経過後に待ち状態を解除した後、代表端末ＭＳＴＡ１に対してデータ要求(STA2)を送信する。このデータ要求には、データ要求コマンド及び要求元のアドレスが含まれている。端末ＳＴＡ２は、データ要求(STA2)を送信後、一定期間待ち受け状態に入る。
　データ要求(STA2)を受信した代表端末ＭＳＴＡ１は、要求元のアドレス宛のデータがあればそのデータを送信する。ここでは、端末ＳＴＡ２宛の認証応答(STA2)があるので、代表端末ＭＳＴＡ１は、端末ＳＴＡ２に送信する。認証応答(STA2)を受信すると、端末ＳＴＡ２は、ＡＣＫを代表端末ＭＳＴＡ１へ送信する。
２－３．グループ認証処理のシーケンス
　図１１Ａは、グループ認証処理の一例を示すシーケンス図である。この図１１Ａでは、代表端末ＭＳＴＡ１、所属端末ＳＳＴＡ２、及び所属端末ＳＳＴＡ３で形成されるグループが、管理端末１１０との間で認証を行う場合を説明する。なお、端末間の信号送受信は、図４に示すパケット形式で行われる。
　まず、管理端末１１０は、定期的にビーコン(AP,CCH)を送信し、その後所定期間受信待ち受け状態になる。代表端末ＭＳＴＡ１は、ビーコン(AP,CCH)を受信するとグループ認証要求(STA1～3、CH)を送信する。所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３は、代表端末ＭＳＴＡ１と同期しており、代表端末ＭＳＴＡが送信するパケットは受信することができる。典型的には、ビーコン(AP,CCH)や認証要求等は、無線チャネルとは異なる制御チャネルＣＣＨで通信される。このようにすれば、ビーコンと無線チャネルを使用した信号とが干渉しないため、認証処理の実効性が上がる。なお、この制御チャネルＣＣＨは、各端末で既知であってもよいし、各端末がチャネルサーチ等でビーコン(AP,CCH)を検出して制御チャネルＣＣＨを特定してもよい。
　所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３は、代表端末ＭＳＴＡ１がグループ認証要求(STA1～3、CH)を送信したことを検出すると、管理端末１１０からのＡＣＫが送信されるのを待つ。代表端末ＭＳＴＡ１宛に送信されるＡＣＫを受信すると、代表端末ＭＳＴＡ１、所属端末ＳＳＴＡ２、及び所属端末ＳＳＴＡ３は、グループ認証処理が行われると判定し、これによりグループ認証応答にかかる所定期間待ち状態に入り、管理端末１１０からのグループ認証応答(STA1～3)の送信を待ち受ける。
　グループ認証応答(STA1～3)を受信した代表端末ＭＳＴＡ１、所属端末ＳＳＴＡ２、及び所属端末ＳＳＴＡ３は、管理端末１１０にＡＣＫをそれぞれ送信する。このＡＣＫを送信する順番としては、例えばグループ認証応答に含まれるアドレス順が考えられる。又は、各端末が送信するＡＣＫが連結された１つのＡＣＫパケットとみなせるように、送信タイミングを調整してもよい。この場合、最初のＡＣＫだけにプリアンブル部分を含めるようにすれば、ＡＣＫパケットの送信時間をさらに短縮することが可能である。
　管理端末１１０がグループ認証応答(STA1～3)を送信した各端末からのＡＣＫを受信した時点で、グループ認証が完了する。管理端末１１０は、通信エリア内に存在する他のグループについても同様のシーケンスを繰り返してグループ認証を行う。
　なお、図１１Ｂに示すように、代表端末ＭＳＴＡ１から自主的に、グループ認証応答(STA1～3)を管理端末１１０に要求するようにしてもよい。この場合、代表端末ＭＳＴＡ１は、認証応答が用意されるまでの所定期間待ち状態を解除した後、管理端末１１０に対してデータ要求(MSTA1)を送信する。データ要求(MSTA1)を受信した管理端末１１０は、要求元のアドレス宛のデータがあればそのデータを送信する。ここでは、代表端末ＭＳＴＡ１宛のグループ認証応答データがあるので、これをグループ認証応答(STA1～3)として代表端末ＭＳＴＡ１に送信する。
２－４．無線通信システム全体の処理シーケンス
　図１２Ａは、上述した内容に基づいた無線通信システム全体の処理シーケンス図である。この図１２Ａでは、６つの端末ＳＴＡ１～ＳＴＡ６が２つのグループを形成し、１つの無線チャネルを使用して管理端末１１０に認証要求する場合を説明している。図１２の処理シーケンスは、グループ形成処理１２１１及び１２１２、認証要求処理１２１３、及び認証応答処理１２１４に分かれる。
　端末ＳＴＡ１が他の端末ＳＴＡ２及びＳＴＡ３を検出するためにビーコン(STA1)を送信する。ビーコンを受信した端末ＳＴＡ２は、グループに所属するために識別情報（アドレス等）を含めた認証要求(STA2)を端末ＳＴＡ１へ送信する。端末ＳＴＡ１は、認証要求(STA2)を受信するとグループ形成を開始する。そして、端末ＳＴＡ１は、端末ＳＴＡ２へ認証応答(STA2)を送信する。端末ＳＴＡ２で認証応答(STA2)の受信が成功するとグループ内の認証が完了する。この時点で、端末ＳＴＡ１は代表端末ＭＳＴＡ１に、端末ＳＴＡ２は所属端末ＳＳＴＡ２に、装置状態を変更する。所属端末ＳＳＴＡ３についても同様である。この処理により、代表端末ＭＳＴＡは、グループに所属する全ての所属端末ＳＳＴＡの識別情報を保持することになる。以降、代表端末ＭＳＴＡ１は、定期的にビーコン(MSTA1)を送信し、所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３はこのビーコン(MSTA1)に基づいて通信を行う。
　一方、端末ＳＴＡ４～ＳＴＡ６についても同様にグループ形成が行われ、代表端末ＭＳＴＡ５と、所属端末ＳＳＴＡ４及びＳＳＴＡ６が決定される。以降、代表端末ＭＳＴＡ５は、定期的にビーコン(MSTA5)を送信し、所属端末ＳＳＴＡ４及びＳＳＴＡ６はこのビーコン(MSTA5)に基づいて通信を行う。
　グループ形成後、代表端末ＭＳＴＡ１及びＭＳＴＡ５がビーコン(AP)を受信すると、自身のグループの認証要求を管理端末１１０に対して行う。
　図１２Ａでは、まず代表端末ＭＳＴＡ１が認証要求を行う。代表端末ＭＳＴＡ１は、グループ認証要求(STA1～3)を管理端末１１０へ送信する。このグループ認証要求(STA1～3)には、グループ認証要求コマンドと、代表端末ＭＳＴＡ１のアドレスと、所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３のアドレスとが含まれている。代表端末ＭＳＴＡ１は、グループ認証要求(STA1～3)を送信した後、管理端末１１０から認証応答(STA1～3)が返信されるまでの所定時間待ち状態に入る。
　次に、代表端末ＭＳＴＡ５が認証要求を行う。代表端末ＭＳＴＡ５は、グループ認証要求(STA4～6)を管理端末１１０送信する。このグループ認証要求(STA4～6)には、グループ認証要求コマンドと、代表端末ＭＳＴＡ５のアドレスと、所属端末ＳＳＴＡ４及びＳＳＴＡ６のアドレスとが含まれている。代表端末ＭＳＴＡ５は、グループ認証要求(STA4～6)を送信した後、管理端末１１０から認証応答(STA4～6)が返信されるまでの所定時間待ち状態に入る。
　管理端末１１０は、グループ認証要求を受信した時点で自身の通信エリアにどの端末が何台入ってきたかを検出することができる。これに基づいて以降の認証順序をスケジューリングすることが可能となる。
　管理端末１１０は、代表端末ＭＳＴＡ１のグループからグループ認証要求(STA1～3)を受信すると、グループ認証応答(STA1～3)を送信する。グループ認証応答(STA1～3)には、グループ認証応答コマンドと、代表端末ＭＳＴＡ１のアドレスと、所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３のアドレスとが含まれている。各端末がグループ認証応答(STA1～3)の受信に成功すると、管理端末１１０による認証が完了する。よって、代表端末ＭＳＴＡ１、所属端末ＳＳＴＡ２及びＳＳＴＡ３は、認証端末ＡＳＴＡ１～ＡＳＴＡ３となる。
　続いて管理端末１１０は、代表端末ＭＳＴＡ５のグループからグループ認証要求(STA4～6)を受信すると、グループ認証応答(STA4～6)を送信する。グループ認証応答(STA4～6)には、グループ認証応答コマンドと、代表端末ＭＳＴＡ５のアドレスと、所属端末ＳＳＴＡ４及びＳＳＴＡ６のアドレスとが含まれている。各端末がグループ認証応答(STA4～6)の受信に成功すると、管理端末１１０による認証が完了する。よって、代表端末ＭＳＴＡ５、所属端末ＳＳＴＡ４及びＳＳＴＡ６は、認証端末ＡＳＴＡ４～ＡＳＴＡ６となる。
　管理端末１１０による認証が完了すると、認証端末ＡＳＴＡ１～ＡＳＴＡ６は、ビーコン(AP)に従い、管理端末１１０のネットワーク内で通信を行う。
　図１２Ｂは、無線通信システム全体の他の処理シーケンス図である。この図１２Ｂは、図１２Ａの認証要求処理１２１３において、２つのグループが３つの無線チャネルを使用して管理端末１１０に認証要求する場合を説明している。複数の無線チャネルを使用すれば、収容できる端末数を増やすことができる。なお、グループ形成処理１２２１では、無線チャネルＣＨ２で通信を開始し、グループ形成処理１２２２では、無線チャネルＣＨ３で通信を開始しているものとする。また、管理端末１１０は、複数の無線チャネルを同時に使用できるものとする。
　グループ形成後、代表端末ＭＳＴＡ１及びＭＳＴＡ５は、管理端末１１０からのビーコン(AP,CCH)を受信するために、制御チャネルＣＣＨでの受信を開始する。ビーコン(AP,CCH)を受信した代表端末ＭＳＴＡ１は、グループが使用している無線チャネル番号ＣＨ２をさらに含んだグループ認証要求(STA1～3、CH2)を管理端末１１０へ送信する。また、ビーコン(AP,CCH)を受信した代表端末ＭＳＴＡ５も、グループが使用している無線チャネル番号ＣＨ３をさらに含んだグループ認証要求(STA4～6、CH3)を管理端末１１０へ送信する。
　管理端末１１０は、代表端末ＭＳＴＡ１のグループからグループ認証要求(STA1～3、CH2)を受信すると、グループが使用する無線チャネル番号ＣＨ２をさらに含んだグループ認証応答(STA1～3、CH2)を無線チャネルＣＨ２で送信する。また、管理端末１１０は、代表端末ＭＳＴＡ５のグループからグループ認証要求(STA4～6、CH3)を受信すると、グループが使用する無線チャネル番号ＣＨ３をさらに含んだグループ認証応答(STA4～6、CH3)を無線チャネルＣＨ３で送信する。ここで、管理端末１１０は、無線チャネルＣＨ２のグループ認証応答(STA1～3、CH2)と無線チャネルＣＨ３のグループ認証応答(STA4～6、CH3)とを同時に送信してもよい。こうすれば、認証応答にかかる時間をさらに低減することができる。なお、グループ認証応答の送信前に、割り当てられる無線チャネルを通知するＡＣＫを送信してもよい（図示せず）。
　各端末がグループ認証応答の受信に成功すると、管理端末１１０による認証が完了する。よって、代表端末ＭＳＴＡ１、所属端末ＳＳＴＡ２～ＳＳＴＡ４、代表端末ＭＳＴＡ５、所属端末ＳＳＴＡ６は、認証端末ＡＳＴＡ１～ＡＳＴＡ３となる。
　図１２Ｃは、無線通信システム全体のさらに他の処理シーケンス図である。図１２Ｂの認証要求処理１２２３では管理端末１１０が制御チャネルＣＣＨを用いてビーコン送信を行っていたが、この図１２Ｃではグループ毎に予め無線チャネルを割り当ててビーコン送信を行う場合を説明する。
　ビーコンには、認証要求チャネル割り当てコマンドとその無線チャネル番号とを含めることができる。例えば、ビーコン(AP、CH2、CH3)には、認証要求チャネル割り当てコマンドと、無線チャネルＣＨ２及びＣＨ３が含まれる。
　ビーコン(AP、CH2、CH3)を受信した代表端末ＭＳＴＡ１は、グループに割り当てられた無線チャネルＣＨ２を使用して、グループ認証要求(STA1～3、CH2)を管理端末１１０へ送信する。また、ビーコン(AP、CH2、CH3)を受信した代表端末ＭＳＴＡ５は、グループに割り当てられた無線チャネルＣＨ３を使用して、グループ認証要求(STA4～6、CH2)を管理端末１１０へ送信する。ここで、代表端末ＭＳＴＡ１からのグループ認証要求(STA1～3、CH2)と、代表端末ＭＳＴＡ５からのグループ認証要求(STA4～6、CH2)とは、無線チャネルが異なるため同時に送信することができ、認証要求にかかる時間をさらに低減することができる。
　以上のように、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１００によれば、予め複数の通信端末１２０毎にグループを形成し、各グループにおいて管理端末１１０と通信できる代表を決定しておく。これにより、複数の通信端末１２０と管理端末１１０との間で行う通信量を大幅に減らすことができる。従って、複数の通信端末１２０から管理端末１１０へ向かう通信の衝突割合が低減し、管理端末１１０で行う認証処理の負荷を軽減できる。
　　＜第２の実施形態＞
　図１３は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システム１３００の構成例を説明する図である。この第２の実施形態に係る無線通信システム１３００は、補助管理端末（ＡＡＰ）１３１０をさらに備えることが、上記無線通信システム１００と異なる。以下、この補助管理端末１３１０に関する処理を中心に、第２の実施形態を説明する。なお、無線通信システム１００と同じ処理を行う無線通信システム１３００の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
　図１３では、３つの通信端末１２０が、時間経過に伴って矢印の方向へ移動して状態遷移する様子を、主要な区間１０１、１３０２、１０３～１０５で示している。図１３に示すように、区間１３０２における処理が第２の実施形態の特徴である。
　補助管理端末１３１０は、管理端末１１０が行う処理を補助する構成であり、端末ＳＴＡのグループ形成にあたり、端末ＳＴＡを代表端末ＭＳＴＡ又は所属端末ＳＳＴＡのどちらかに割り当てる処理を行う。この補助管理端末１３１０は、定期的にビーコンを送信している。
　どのグループにもまだ属していない端末ＳＴＡは（区間１０１）、管理端末１１０又は補助管理端末１３１０の検出を試みる（区間１３０２）。ここで、ビーコンを受信した場合、端末ＳＴＡは、補助管理端末１３１０に対して認証要求を行う。認証要求を受けた補助管理端末１３１０は、認証要求してきた端末ＳＴＡを代表端末ＭＳＴＡ又は所属端末ＳＳＴＡのいずれかに認証する。このとき、端末ＳＴＡ毎に使用する無線チャネルを割り当ててもよい。補助管理端末１３１０に代表として認証された代表端末ＭＳＴＡは、近傍にいる所属端末ＳＳＴＡを検出しかつ認証を行って、上記第１の実施形態と同様にグループを形成する（区間１０３）。以降の区間１０４及び１０５で行われる処理は、上述したとおりである。
　図１４は、補助管理端末１３１０を用いたグループ形成処理の処理シーケンス図である。補助管理端末１３１０は、制御チャネルＣＣＨを用いてビーコン(AAP)を定期的に送信する。ビーコン(AAP)を受信した端末ＳＴＡ１は、ネットワークに属していないため、補助管理端末１３１０に認証要求(STA1)を送信する。
　補助管理端末１３１０は、認証要求(STA1)を受信すると端末認証を開始する。ここで、補助管理端末１３１０は、端末ＳＴＡ１を代表端末として認証することを選択し、無線チャネルＣＨ２を割り当てるとする。この場合、補助管理端末１３１０は、認証応答(MSTA1、CH2)を送信する。認証応答(MSTA1、CH2)には、認証応答コマンド、代表端末としての認証を示す情報、受信先の端末ＳＴＡ１のアドレス、及び使用する無線チャネル番号ＣＨ２が含まれている。端末ＳＴＡ１で認証応答(MSTA1、CH2)の受信が成功すると、認証が完了する。この時点で、端末ＳＴＡ１は自身の状態を代表端末ＭＳＴＡ１に変更し、無線チャネルをＣＨ２に変更する。同様にして、端末ＳＴＡ５が代表端末ＭＳＴＡ５として認証され、無線チャネルＣＨ３が割り当てられる。
　その後、代表端末ＭＳＴＡ１は、端末ＳＴＡ２及びＳＴＡ３との間で認証を行い、１つのグループを形成する。また、代表端末ＭＳＴＡ５は、端末ＳＴＡ４及びＳＴＡ６との間で認証を行い、１つのグループを形成する。
　以上のように、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システム１３００によれば、予め複数の通信端末１２０毎にグループを形成し、各グループにおいて管理端末１１０と通信できる代表を決定しておく。これにより、通信端末１２０が管理端末１１０に対して行う認証要求の数を、大幅に減らすことができる。また、補助管理端末１３１０が、代表端末ＭＳＴＡの指定及び無線チャネルの割り当てを事前に行うので、グループ形成時におけるパケット衝突の低減及び時間短縮を図れる。
　なお、上記実施形態にかかる各構成は、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらの構成は１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩといったが集積度の違いによっては、ＩＣ、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。また集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路又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やＣＰＵ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することもできる。
　さらには、半導体技術の進歩又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。
　本発明は、センサーネットワークやアクティブＲＦタグ等の多数の端末を収容する無線ネットワークを用いた無線通信システム等に利用可能であり、特に多数の通信端末が管理端末の通信エリアを短い時間で通過するような場合でもより多くの通信端末の認証を行いたい場合等に有用である。
１００、１５００　無線通信システム
１１０、１５１０　管理端末
１２０、１５２０　通信端末
２２０　アンテナ
２３０　送受信部
２５０　変調部
２６０　復調部
２７０　制御部
２８０　メモリ
３０１～３０６　チャネル帯域幅
４０１　プリアンブル
４０２　ＰＨＹヘッダ
４０３　ＭＡＣヘッダ
４０４　ペイロード
１３１０　補助管理端末
１０１～１０４、１３０２　区間
　

Claims (10)

  1. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムであって、
    　前記複数の通信端末の少なくとも１つは、
    　　第１のビーコンを送信する第１の送信部と、
    　　前記第１のビーコンを受信した他の通信端末から送信された識別情報を含む応答を受信する第１の受信部と、
    　　前記他の通信端末を自らが代表となるグループに所属する通信端末として登録し、前記他の通信端末の識別情報を保存する保存部と、
    　　第２のビーコンを前記管理端末から受信する第２の受信部と、
    　　前記第２のビーコンの受信に応じて、自端末及び前記保存部に保存された所属端末の識別情報を、認証要求と共に前記管理端末に一括送信する第２の送信部とを備え、
    　前記管理端末は、
    　　前記第２のビーコンを送信する送信部と、
    　　前記グループの代表となる通信端末から前記識別情報を一括受信する受信部と、
    　　前記識別情報を用いて、前記グループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行う制御部とを備える、無線通信システム。
  2. 　前記管理端末の送信部は、応答に使用する周波数チャネルを指定する情報を含めた前記第２のビーコンを送信する、請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記管理端末の制御部は、前記応答に使用する周波数チャネルとは異なる周波数チャネルを使用して前記認証手続を行う、請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記グループに所属する通信端末は、前記グループから前記管理端末へ送信する応答が１つのパケットとして認識されるように、前記グループの代表となる通信端末が送信した応答の後にプリアンブル以外のパケットを連続して送信する、請求項１に記載の無線通信システム。
  5. 　前記グループを形成する前の複数の通信端末に対して第３のビーコンを送信し、当該第３のビーコンを受信した他の通信端末から送信された認証要求を受信し、当該認証要求に対して、グループの代表となる通信端末又はグループに所属する通信端末のいずれかを指定する補助管理端末をさらに備える、請求項１に記載の無線通信システム。
  6. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムにおける通信端末であって、
    　第１のビーコンを送信する第１の送信部と、
    　前記第１のビーコンを受信した他の通信端末から送信された識別情報を含む応答を受信する第１の受信部と、
    　前記他の通信端末を自らが管理するグループに所属する端末として登録し、前記他の通信端末の識別情報を保存する保存部と、
    　第２のビーコンを前記管理端末から受信する第２の受信部と、
    　前記第２のビーコンの受信に応じて、自端末及び前記保存部に保存された所属端末の識別情報を、前記管理端末に一括送信する第２の送信部とを備える、通信端末。
  7. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムにおける管理端末であって、
    　ビーコンを送信する送信部と、
    　前記ビーコンに応じて、前記複数の通信端末の幾つかで形成されるグループの代表端末から、当該グループを形成する全ての通信端末の識別情報を一括受信する受信部と、
    　前記識別情報を用いて、前記グループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行う制御部とを備える、管理端末。
  8. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む、無線通信システムで行われる通信方法であって、
    　前記複数の通信端末間で第１のビーコンを送受信するステップと、
    　前記第１のビーコンを送信した通信端末をグループの代表端末に、前記第１のビーコンを受信した通信端末をグループの所属端末に割り当てるステップと、
    　前記代表端末が、前記所属端末から識別情報を受信して保存するステップと、
    　前記管理端末から送信される第２のビーコンの受信に応じて、前記代表端末が、前記代表端末及び前記所属端末の識別情報を前記管理端末に一括送信するステップと、
    　前記代表端末から一括受信する前記識別情報を用いて、前記管理端末が、前記グループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行うステップとを備える、通信方法。
  9. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムにおける、通信端末に用いられる集積回路であって、
    　第１のビーコンを送信する第１の送信部、
    　前記第１のビーコンを受信した他の通信端末から送信された識別情報を含む応答を受信する第１の受信部、
    　前記他の通信端末を自らが代表となるグループに所属する通信端末として登録し、前記他の通信端末の識別情報を保存する保存部、
    　第２のビーコンを前記管理端末から受信する第２の受信部、及び
    　前記第２のビーコンの受信に応じて、自端末及び前記保存部に保存された所属端末の識別情報を、認証要求と共に前記管理端末に一括送信する第２の送信部として機能する回路を、集積する。
  10. 　複数の通信端末と当該複数の通信端末を管理する管理端末とを含む無線通信システムにおける、管理端末に用いられる集積回路であって、
    　ビーコンを送信する送信部、
    　前記ビーコンに応じて、前記複数の通信端末の幾つかで形成されるグループの代表端末から、当該グループを形成する全ての通信端末の識別情報を一括受信する受信部、及び
    　前記識別情報を用いて、前記グループを形成する全ての通信端末の各々と認証手続を行う制御部として機能する回路を、集積する。
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