WO2016039051A1 - 無線親局装置、無線子局装置、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

無線親局装置、無線子局装置、無線通信システム及び無線通信方法 Download PDF

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wireless
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slave station
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克夫 柚木
忠行 福原
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    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • wireless LANs that can transmit and receive data via wireless lines have been widely used.
  • text data between an access point (hereinafter referred to as a master station) connected to a communication line such as the Internet and a data processing device (hereinafter referred to as a slave station) such as a computer, a smartphone, and a tablet,
  • a master station an access point
  • a communication line such as the Internet
  • a data processing device hereinafter referred to as a slave station
  • Various data such as image data and audio data can be transmitted and received.
  • Non-Patent Document 1 describes a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) method as an autonomous distributed access control method.
  • Patent Document 1 discloses a technique for performing data communication simultaneously with a plurality of slave stations while preventing mutual interference by spatial multiplexing.
  • each wireless device performs carrier sense when attempting to transmit radio waves, and confirms that the wireless channel is not being used (hereinafter referred to as an idle state). . Then, when another wireless device uses the wireless channel, the wireless device waits until the wireless device that is transmitting the radio wave finishes transmitting the radio wave. When the wireless channel is in an idle state, the wireless device waits for a certain time (IFS (Inter Frame Space) time). The radio device further performs carrier sense after an indefinite length of back-off time has elapsed, confirms that the radio channel is in an idle state, and then starts transmitting radio waves.
  • IFS Inter Frame Space
  • the number of slave stations with which the master station communicates is large, the overhead associated with the communication procedure required to start the transmission of radio waves is large with respect to the time required for data transmission to each slave station, and the effective transmission rate is high.
  • a waiting time of about 620 times as long as the required transmission time of the data itself is required.
  • the DIFS (DCFDCInter Frame Space) time is the time that the wireless device waits before transmitting a data frame
  • the SIFS (Short Inter Frame Space) time is the time when the wireless device that received the data transmits an ACK frame. It is time to wait before.
  • interference of radio waves can be suppressed by spatial multiplexing using an antenna beam forming technique.
  • overhead is caused by exchanging control signals in advance.
  • a control signal for adjusting the transmission timing of the ACK frame of each slave station is further required.
  • These overheads are 1646 ( ⁇ s), and the time required for data transmission including exchange of control signals is 1600 times or more of 0.9 ( ⁇ s), which is the time required for transmission of data itself.
  • the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to improve the use efficiency of a radio channel.
  • a wireless master station device that wirelessly transmits data to a plurality of wireless slave station devices, the acquisition unit acquiring data packets including addresses of the plurality of wireless slave station devices; Generating a plurality of radio frames to be transmitted to a plurality of radio slave station devices based on the data packet, and performing carrier sense in a plurality of different radio channels for transmitting the plurality of radio frames, A determination unit configured to determine whether or not to transmit a radio frame; and the plurality of radio channels determined by the determination unit to be capable of transmitting the radio frame, from the radio slave station device in any of the plurality of radio channels. And a transmitter that transmits the plurality of radio frames at a timing that does not overlap with a timing at which a response is received. To.
  • the generating unit is configured to transmit the plurality of radio frames at a timing that does not overlap a timing at which a response from the radio slave station apparatus is received on any of the plurality of radio channels.
  • the plurality of radio frames may be generated by adjusting the transmission time length of the radio frames.
  • the generation unit generates the plurality of radio frames having the same transmission time length in the plurality of radio channels, and the transmission unit starts transmission of the plurality of radio frames at the same timing.
  • the generation unit may generate the plurality of radio frames having the same transmission time length by multiple connection of the plurality of data packets. Further, the generation unit adds the additional data to at least some of the plurality of data packets transmitted to the plurality of slave station devices, thereby the plurality of radio frames having the same transmission time length. May be generated.
  • the generation unit changes the transmission rate of data constituting at least a part of the plurality of data packets to be transmitted to the plurality of slave station devices, whereby the transmission time length is the same.
  • a plurality of radio frames may be generated.
  • the generation unit generates the radio frame including time difference information indicating a difference between a transmission time length of each of the plurality of radio frames and a longest transmission time length among the transmission time lengths of the plurality of radio frames. May be.
  • the acquisition unit may acquire a plurality of types of data packets having different priorities, and the transmission unit may transmit the plurality of radio frames including the data packets having the same priority at the same timing.
  • the acquisition unit includes a plurality of buffers for temporarily storing the data packets, and the generation unit stores a predetermined amount of the data packets in any of the buffers.
  • the radio frame including the data packet thus generated may be generated.
  • a slave station receiving unit that receives the plurality of radio frames transmitted through the plurality of radio channels from the radio master station device, and among the plurality of radio frames, And a wireless slave station device having an extraction unit that extracts a wireless frame including the address of the wireless slave station.
  • a radio communication system comprising a radio master station device and a plurality of radio slave station devices capable of radio communication with the radio master station device, wherein the radio master station device An acquisition unit that acquires data packets including addresses of a plurality of wireless slave station devices, a generation unit that generates a plurality of wireless frames to be transmitted to the plurality of wireless slave station devices based on the data packets, and the plurality of wireless devices A determination unit that performs carrier sense in a plurality of different radio channels that transmit frames, and determines whether the radio frame can be transmitted, and the plurality of radio channels that the determination unit determines to be able to transmit the radio frame In any of the plurality of wireless channels, the plurality of non-transmissions are transmitted at a timing that does not overlap a timing at which a response from the wireless slave station device is received.
  • Each of the plurality of wireless slave station devices includes a slave station receiving unit that receives the plurality of wireless frames transmitted through the plurality of wireless channels, and the plurality of wireless slave units.
  • a radio communication system having an extraction unit that extracts a radio frame including its own address from a frame.
  • a wireless transmission method for wirelessly transmitting data to a plurality of wireless slave station devices, the step of obtaining a data packet including addresses of the plurality of wireless slave station devices, Based on the data packet, generating a plurality of radio frames to be transmitted to a plurality of radio slave station devices, performing carrier sense in a plurality of different radio channels for transmitting the plurality of radio frames, A response from the wireless slave station device is received in any of the plurality of radio channels in the plurality of radio channels determined to be able to transmit the radio frame in the determining step and the determining step. Transmitting the plurality of radio frames at a timing that does not overlap with the timing to perform, To provide a radio transmission method having.
  • the master station 1 can simultaneously transmit and receive data to and from the plurality of slave stations 2 using a plurality of radio channels having different frequencies.
  • the plurality of radio channels are F1, F2, F3, and F4.
  • Each radio channel is assigned to a frequency band obtained by dividing a frequency band that can be used by the master station 1 and the plurality of slave stations 2.
  • the frequency band of each radio channel is 20 MHz.
  • the master station 1 confirms that each radio channel is in an idle state during the DIFS time before transmitting the radio frame.
  • the master station 1 transmits a radio frame in each of the radio channels F1, F2, F3, and F4 after the DIFS time and the backoff time have elapsed.
  • Each wireless frame may be addressed to a different slave station 2 or may be addressed to the same slave station 2.
  • the length of time for which the master station 1 transmits the radio frame is controlled so as to be substantially the same regardless of the radio channel. Details of the method for controlling the transmission time length of the radio frame will be described later.
  • the slave station 2 When the slave station 2 receives the radio frame transmitted by the master station 1, the slave station 2 extracts a radio frame addressed to the slave station from the received radio frame. The slave station 2 transmits an ACK frame to the master station 1 when the received radio frame is a data frame addressed to the slave station 2. The slave station 2 waits before transmitting the ACK frame, and transmits the ACK frame after the SIFS time has elapsed.
  • the transmission time lengths of the plurality of radio frames transmitted by the master station 1 are substantially the same, so the timings at which each slave station 2 starts transmitting the ACK frame is substantially the same. Therefore, as shown in FIG. 2, the timing at which the plurality of slave stations 2 transmit ACK frames does not overlap with the timing at which the master station 1 attempts to transmit radio frames.
  • reception / demodulation of the ACK frame is caused by radio wave interference between transmission and reception by receiving the ACK frame on the adjacent wireless channel at the timing when the master station 1 transmits the wireless frame. Can be prevented. Therefore, the radio communication system S can improve the use efficiency of the radio channel when the master station 1 transmits and receives data simultaneously with the plurality of slave stations 2.
  • the configuration and operation of the master station 1 and the slave station 2 will be described in detail.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the master station 1.
  • the master station 1 includes a control unit 10, a primary buffer 11, a secondary buffer 12, a generation unit 13, a carrier sense unit 14, a transmission unit 15, a reception unit 16, a restoration unit 17, and data generation.
  • the control unit 10 is, for example, a CPU.
  • the control unit 10 controls each unit of the master station 1.
  • the control unit 10 manages the transmission rate when data is transmitted to the plurality of slave stations 2 in association with the slave station 2.
  • the control unit 10 refers to a memory (not shown) in which information about a transmission rate that can be used by the slave station 2 is stored, and instructs the generation unit 13 of a transmission rate to be used.
  • the primary buffer 11 acquires a data packet sequence to be transmitted to the slave station 2 and distributes the data packet according to the destination of the data packet based on the control of the control unit 10.
  • the data packet is, for example, an IP frame including the IP address of any slave station 2.
  • the primary buffer 11 acquires a plurality of data packets including the address of the slave station 2 and, based on the address included in each data packet, of the plurality of buffer memories included in the secondary buffer 12 Store the data packet in the corresponding buffer memory.
  • the generating unit 13 generates a plurality of radio frames having substantially the same transmission time length by adding additional data to at least some of the plurality of data packets transmitted to the plurality of slave stations 2. Specifically, the generation unit 13 obtains a transmission rate for transmitting a radio frame to the slave station 2 from the control unit 10, and a time required for transmitting the radio frame with the radio header added at the transmission rate ( Hereinafter, the transmission time length is calculated. The generation unit 13 calculates a transmission time length for each of the plurality of radio channels and specifies the maximum transmission time length (Tmax). The generation unit 13 adds the additional data to the data transmitted on the radio channel whose transmission time length is smaller than Tmax, so that the transmission time lengths of the radio frames transmitted on all the radio channels become substantially the same.
  • Tmax maximum transmission time length
  • the carrier sense unit 14 is a determination unit that performs carrier sense in a plurality of different radio channels that transmit radio frames and determines whether or not radio frames can be transmitted.
  • the carrier sense unit 14 uses a carrier detection unit (CS unit in FIG. 3) provided corresponding to each radio channel to measure the signal level observed in the corresponding radio channel before transmitting the radio frame. To do.
  • CS unit carrier detection unit
  • the carrier sense unit 14 When the signal level is continuously lower than the predetermined value until the DIFS time elapses, the carrier sense unit 14 allows the transmission unit 15 to transmit a radio frame on the radio channel.
  • the carrier sense unit 14 detects a signal level equal to or higher than a predetermined value in any of the radio channels before the DIFS time elapses, the carrier sense unit 14 sets the back-off time timer of the radio channel to the maximum value, Wait until the backoff time has elapsed.
  • the carrier sense unit 14 no longer detects a carrier after the back-off time has elapsed, the carrier sense unit 14 causes the generation unit 13 to transmit a radio frame.
  • the carrier sense unit 14 detects a carrier even after a predetermined time has elapsed, the carrier sense unit 14 causes the generation unit 13 not to transmit a radio frame until the next transmission timing.
  • the restoration unit 17 restores the MAC frame included in the wireless frame received by the reception unit 16 and performs error checking.
  • the restoration unit 17 analyzes the address in the MAC header included in the MAC frame, and determines whether the MAC frame is addressed to itself. If the received MAC frame is not a MAC frame addressed to itself, the restoration unit 17 discards the MAC frame.
  • the restoration unit 17 determines that the wireless frame transmitted by the data generation unit 18 has been successfully delivered. Thus, the data packet stored in the secondary buffer 12 is deleted.
  • the restoration unit 17 determines that the delivery has failed when the transmission unit 15 has not received the ACK frame after the transmission unit 15 transmits the data frame until a predetermined time elapses, and stores it in the secondary buffer 12. The data packet is retransmitted at the next transmission timing. When data is retransmitted, there is a possibility that it will fail again if it is transmitted on the same wireless channel. Therefore, the restoration unit 17 may input the data packet stored in the secondary buffer 12 to a frame generation unit different from the previous one so that the data packet can be transmitted on a radio channel different from the previous radio channel.
  • the data generation unit 18 generates an IP packet based on the received radio frame when the data received from the slave station 2 is not an ACK frame.
  • the IP packet generated by the data generation unit 18 is input to the parallel / serial conversion unit 20 via the buffer 19, converted into serial data, and output to the subsequent functional unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the slave station 2.
  • the slave station 2 includes a control unit 21, a generation unit 22, a carrier sense unit 23, a transmission unit 24, a reception unit 25, a restoration unit 26, a data generation unit 27, and a parallel / serial conversion unit 28. Have.
  • the control unit 21 is a CPU, for example.
  • the control unit 21 controls each unit of the slave station 2.
  • the generation unit 22 includes a frame generation unit that generates a frame to be transmitted to the master station 1 corresponding to each of the plurality of radio channels.
  • Each frame generation unit generates a data frame to be transmitted to the master station 1.
  • each frame generation unit generates an ACK frame to be transmitted to the master station 1 in response to receiving a radio frame from the master station 1.
  • the generation unit 22 sets the transmission source MAC address in the radio frame received from the master station 1 as the transmission destination MAC address.
  • the generation unit 22 generates a radio frame in a frame generation unit corresponding to a radio channel that transmits a radio frame among the plurality of frame generation units.
  • the carrier sense unit 23 corresponds to the carrier sense unit 14 in the master station 1 and performs carrier sense before transmitting a radio frame.
  • the carrier sense unit 23 is provided corresponding to each radio channel, and observes the signal level in the corresponding radio channel before transmitting the radio frame.
  • the carrier sense unit 23 has a countdown timer for setting a predetermined waiting time after the slave station 2 receives a radio frame from the master station 1.
  • the carrier sense unit 23 waits for a time corresponding to, for example, the SIFS time after the slave station 2 receives the radio frame, and then transmits the radio frame generated by the generation unit 22 to the transmission rate specified by the control unit 21. To transmit to the transmission unit 24.
  • the transmission unit 24 corresponds to the transmission unit 15 in the master station 1 and includes a modulation circuit that modulates a radio frame to be transmitted and a high-frequency circuit (transmission side) corresponding to a plurality of radio channels.
  • the transmission unit 24 transmits the radio frame generated by the generation unit 22 in each radio channel after the carrier sense in the carrier sense unit 23 is completed.
  • the receiving unit 25 corresponds to the receiving unit 16 in the master station 1 and includes a high-frequency circuit (receiving side) corresponding to a plurality of radio channels and a demodulation circuit that demodulates the received radio frame.
  • the receiving unit 25 identifies the transmission rate of the radio frame by analyzing the radio header after capturing synchronization based on the preamble in the received radio frame. Thereafter, the receiving unit 25 demodulates the data portion of the radio frame based on the specified transmission rate.
  • the receiving unit 25 can demodulate a plurality of radio frames received through a plurality of radio channels in parallel.
  • the restoration unit 26 restores the MAC frame included in the wireless frame received by the reception unit 25 and performs error checking.
  • the restoration unit 26 restores a MAC frame included in a plurality of radio frames received by each of a plurality of radio channels, analyzes contents of the normally received MAC frame, and extracts a MAC frame including its own address. To do. Specifically, the restoration unit 26 confirms the destination field of the MAC header, and discards the received MAC frame if the MAC frame is not addressed to itself.
  • the restoration unit 26 outputs the MAC frame to the data generation unit 27 when the MAC frame is addressed to itself.
  • the generating unit 13 changes a plurality of data packets transmitted to the plurality of slave stations 2 by changing a transmission rate of data constituting at least some of the data packets, thereby generating a plurality of radio frames having the same transmission time length. It may be generated.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method for adjusting the transmission time length of a radio frame by changing the transmission rate.
  • FIG. 6A is a diagram showing the transmission time length of a radio frame in each radio channel when the transmission rate is not changed.
  • the wireless header is transmitted at the same transmission rate (for example, 6 Mbps), and the data is assumed to be transmitted at a different transmission rate for each wireless channel.
  • the wireless channel F1 data is transmitted at 6 Mbps, and the transmission time length is the maximum among the four wireless channels.
  • the radio channel F2 data is transmitted at 18 Mbps, and the transmission time length is the smallest among the four radio channels.
  • the generation unit 13 may change the transmission time length by changing the transmission rate and adding the additional data described with reference to FIG. Even if the transmission rate is changed from 12 Mbps to 6 Mbps, the wireless channel F4 has a shorter transmission time length than the transmission time length in the wireless channel F1. Therefore, the generation unit 13 adds the additional data to the radio frame after changing the transmission rate, so that the transmission time length of the radio frame of the radio channel F4 is the same as the transmission time length of the radio frame of the radio channel F1. It is trying to become.
  • the generation unit 13 acquires a plurality of data packets whose transmission destination is the same slave station 2 from the secondary buffer 12 and multiplex-links them.
  • the generation unit 13 multiplex-connects data packets from MAC frame 1 to MAC frame n, and a wireless header is added. If the transmission time length of a radio frame generated by multiplexing a plurality of data packets is smaller than the maximum transmission time length of a radio frame of another radio channel, the generation unit 13 may add additional data. Good. By doing in this way, the generation unit 13 generates a radio frame having a transmission time length almost the same as the transmission time length of the radio frame transmitted on another radio channel even when each data packet is short. Can do.
  • the transmission time length It is not necessary to fill in the additional data with less than 10 milliseconds.
  • t w 16 ( ⁇ s).
  • the radio communication system S can reduce the communication time when communicating with a plurality of slave stations 2 and has the same throughput as when communicating with only one slave station 2. Can be maintained. Further, since the radio communication system S can reduce the occupation time of the radio space to about a quarter of the conventional time, the use of the radio space itself can be made more efficient, and the influence on the surrounding radio devices can be reduced. This is preferable in that it can be performed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the master station 1 according to the second embodiment.
  • the secondary buffer 12 according to the first embodiment has one buffer memory corresponding to each radio channel, whereas the secondary buffer 12 according to the second embodiment has a radio that can be used. It has more buffer memory than the number of channels.
  • the master station 1 according to the second embodiment inputs data packets stored in a buffer memory larger than the number of radio channels to the frame generation unit corresponding to one of the radio channels in the generation unit 13. The point which has the selection part 30 for this also differs from 1st Embodiment.
  • the secondary buffer 12 transmits the data packet to the slave station 2 corresponding to the buffer memory.
  • a radio frame to be generated is generated. Specifically, when the transmission of the radio frame generated immediately before by the generation unit 13 is completed, the secondary buffer 12 inputs to the generation unit 13 in order from the data packet in the buffer memory storing a predetermined amount or more of data packets. To do. If the generation unit 13 generates a radio frame and the carrier sense unit 14 determines that transmission is possible, the generation unit 13 transmits the radio frame.
  • the master station 1 may have a plurality of buffer memories that are not associated with the priority of the data packet, like the secondary buffer 12 according to the second embodiment shown in FIG.
  • the control unit 10 inputs the data packet having the highest priority among the data packets stored in any of the buffer memories to the generation unit 13, the control unit 10 stores the same priority stored in the other buffer memory. Are also input to the generation unit 13. In this way, the master station 1 can transmit a plurality of data frames including data packets having the same priority at the same timing.
  • the master station 1 according to the third embodiment can simultaneously transmit high priority data packets in a plurality of radio frames. Therefore, the master station 1 can preferentially transmit data that has a large influence on quality due to data interruption, such as audio and video.

Abstract

　親局１は、複数の子局２のアドレスを含むデータパケットを取得する取得部としての１次バッファ１１と、データパケットに基づいて、複数の子局２に送信する複数の無線フレームを生成する生成部１３と、複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、無線フレームの送信可否を判定する判定部としてのキャリアセンス部１４と、キャリアセンス部１４が無線フレームを送信可能であると判定した複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで複数の無線フレームを送信する送信部１５と、を備える。

Description

無線親局装置、無線子局装置、無線通信システム及び無線通信方法
　本発明は、複数の無線子局装置と通信可能な無線親局装置、無線子局装置、無線親局装置と複数の無線子局装置とを含む無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
　従来、無線回線を介してデータを送受信することができる無線ＬＡＮが広く普及している。無線ＬＡＮにおいては、インターネット等の通信回線に接続されたアクセスポイント（以下、親局という）と、コンピュータ、スマートフォン及びタブレット等のデータ処理装置（以下、子局という）との間で、テキストデータ、画像データ、音声データ等の多様なデータを送受信することができる。
　無線ＬＡＮにおいては、周囲に設置された他の無線システムと電波環境を共用しながら無線通信が行われるので、電波干渉が発生する可能性がある。そこで、電波干渉を緩和する仕組みの１つとして、キャリアセンスを用いた無線方式が知られている。非特許文献１には、自律分散的なアクセス制御の方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式が記載されている。また、特許文献１には、空間多重によって、相互干渉を防ぎつつ複数の子局と同時にデータ通信をする技術が開示されている。
特開２００５－９４３３７号公報
「ＩＥＥＥ８０２．１１方式無線ＬＡＮのＭＡＣレイヤ技術」、［online］、［平成２６年９月１日検索］、インターネット（URL:http://www.cqpub.co.jp/interface/toku/2003/200302/toku3.htm）
　従来のＣＳＭＡ／ＣＡ方式によれば、各無線機は、電波を送信しようとするときにキャリアセンスをして、無線チャネルが使用されていない状態（以下、アイドル状態という）であることを確認する。そして、無線機は、他の無線機が無線チャネルを使用している場合は、電波を送信中の無線機が電波の送出を終了するまで待機する。無線機は、無線チャネルがアイドル状態になると、一定時間（ＩＦＳ（Inter Frame Space）時間）待機する。無線機は、さらに不定長のバックオフの時間が経過した後にキャリアセンスを行って、無線チャネルがアイドル状態であることを確認してから電波の送信を開始する。
　しかしながら、親局が通信する子局の数が多いと、各子局へのデータ送信に要する時間に対して、電波の送信を開始するまでに要する通信手順に伴うオーバヘッドが大きく、実効伝送速度が低下するという問題があった。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ方式において規定される４３３Ｍｂｐｓの伝送レートで５０バイトのデータを送る場合、データ自体の送信所要時間は５０×８÷４３３＝約０．９（μｓ）である。これに対して、ＰＨＹヘッダ及びＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダの送信所要時間は４４＋２８×８÷４３３＋０．９＝約４５．４（μｓ）であり、データ自体の送信所要時間の５０倍以上である。
　また、ランダムアクセス待ち時間を考慮すると、１つのデータフレームを送信するのに要する時間は、ＤＩＦＳ時間＋データフレーム送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋ＡＣＫフレーム送信時間＝３４＋４５．４＋１６＋（４４＋１４×８÷４３３）＝１３９．７（μｓ）である。なお、ここでは不定長のバックオフ時間は考慮していない。親局が４台の子局に対してデータを送る場合のオーバヘッドは、他の子局宛てに送信している待ち時間を考慮すると、１３９．７×４－０．９＝５５７．９（μｓ）となり、データ自体の送信所要時間に対して約６２０倍の待ち時間が必要となる。なお、ＤＩＦＳ（DCF Inter Frame Space）時間は、無線機がデータフレームを送信する前に待機する時間であり、ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）時間は、データを受信した無線機がＡＣＫフレームを送信する前に待機する時間である。
　特許文献１に記載された技術によれば、アンテナビームフォーミング技術を用いて空間多重することにより、電波の干渉を抑制することができる。しかしながら、データを送信する相手端末に対してアンテナビームを向けるために、事前に制御信号を交換することによるオーバヘッドが生じてしまう。また、子局がＡＣＫフレームを送信する方向においては空間多重することができないので、各子局のＡＣＫフレームの送信タイミングを調整するための制御信号がさらに必要であった。これらのオーバヘッドは１６４６（μｓ）になり、制御信号のやり取りを含むデータ送信の所要時間は、データ自体の送信所要時間である０．９（μｓ）の１６００倍以上となってしまう。このように、従来の方法を用いると、無線チャネルを効率的に使用することが困難であり、実効伝送速度を向上させることができなかった。
　そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、無線チャネルの使用効率を向上させることを目的とする。
　本発明の第１の態様においては、複数の無線子局装置に無線によりデータを送信する無線親局装置であって、前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得する取得部と、前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成する生成部と、前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定する判定部と、前記判定部が前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信する送信部と、を備える無線親局装置を提供する。
　前記生成部は、前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信するべく、前記複数の無線フレームの送信時間長を調整することにより前記複数の無線フレームを生成してもよい。
　また、前記生成部は、例えば、前記複数の無線チャネルにおける送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成し、前記送信部は、同一のタイミングで前記複数の無線フレームの送信を開始する。前記生成部は、複数の前記データパケットを多重連結することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成してもよい。また、前記生成部は、前記複数の子局装置に送信する複数の前記データパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットに付加データを付加することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成してもよい。
　また、前記生成部は、前記複数の子局装置に送信する複数の前記データパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットを構成するデータの伝送レートを変更することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成してもよい。
　また、前記生成部は、前記複数の無線フレームの夫々の送信時間長と、前記複数の無線フレームの送信時間長のうち最も長い送信時間長との差を示す時間差情報を含む前記無線フレームを生成してもよい。
　前記取得部は、優先度が異なる複数種類の前記データパケットを取得し、前記送信部は、前記優先度が同一の前記データパケットを含む前記複数の無線フレームを同一のタイミングで送信してもよい。また、前記取得部は、前記データパケットを一時的に記憶する複数のバッファを有し、前記生成部は、前記バッファのいずれかに所定量の前記データパケットが格納されると、当該バッファに格納された前記データパケットを含む前記無線フレームを生成してもよい。
　本発明の第２の態様においては、上記の無線親局装置から、前記複数の無線チャネルで伝送された前記複数の無線フレームを受信する子局受信部と、前記複数の無線フレームのうち、自身のアドレスが含まれる無線フレームを抽出する抽出部と、を有する無線子局装置を提供する。
　本発明の第３の態様においては、無線親局装置と、前記無線親局装置と無線通信可能な複数の無線子局装置とを備える無線通信システムであって、前記無線親局装置は、前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得する取得部と、前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成する生成部と、前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定する判定部と、前記判定部が前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信する送信部と、を有し、前記複数の無線子局装置の夫々は、前記複数の無線チャネルで伝送された前記複数の無線フレームを受信する子局受信部と、前記複数の無線フレームのうち、自身のアドレスが含まれる無線フレームを抽出する抽出部と、を有する無線通信システムを提供する。
　前記無線親局装置の前記送信部は、前記複数の無線フレームの夫々の送信時間長と、前記複数の無線フレームの送信時間長のうち最も長い送信時間長との差を示す時間差情報を含む前記無線フレームを送信し、前記無線子局装置は、前記抽出部が前記無線フレームを抽出してから、当該無線フレームに含まれる前記時間差情報に基づく時間が経過した後に、前記無線フレームを正常に受信したことを示す確認応答情報を含む無線フレームを送信する子局送信部をさらに有してもよい。
　本発明の第４の態様においては、複数の無線子局装置に無線によりデータを送信する無線送信方法であって、前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得するステップと、前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成するステップと、前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定するステップと、前記判定するステップにおいて前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信するステップと、を有する無線送信方法を提供する。
　本発明によれば、無線チャネルの使用効率を向上させることができるという効果を奏する。
第１の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。 データ送受信の様子を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る親局の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る子局の構成を示す図である。 フレーム生成部における無線フレーム長の調整方法を示す図である。 伝送レートを変更することにより無線フレームの送信時間長を調整する方法を示す図である。 無線フレームの送信時間長の他の調整方法を示す図である。 無線フレームの送信時間長の他の調整方法を示す図である。 第２の実施形態に係る親局の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る親局の構成を示す図である。
＜第１の実施形態＞
［本実施形態の概要］
　図１は、第１の実施形態に係る無線通信システムＳの構成を示す図である。無線通信システムＳは、親局１と、複数の子局２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とを含んで構成されている。親局１は、無線ＬＡＮのアクセスポイントであり、所定の周波数帯域の無線チャネルを用いて、複数の子局２とデータの送受信をすることができる。子局２は、例えばコンピュータ、スマートフォン、タブレット等の通信端末である。
　親局１は、複数の子局２との間で、夫々周波数が異なる複数の無線チャネルを用いて、同時にデータの送受信をすることができる。本実施形態においては、複数の無線チャネルをＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とする。夫々の無線チャネルは、親局１及び複数の子局２が使用可能な周波数帯域を分割した周波数帯域に割り当てられている。親局１及び複数の子局２が使用可能な周波数帯域が８０ＭＨｚである場合、夫々の無線チャネルの周波数帯域は２０ＭＨｚである。
　図２は、親局１と複数の子局２とが同時に通信をする場合のデータ送受信の様子を模式的に示す図である。親局１は、送信するデータに所定のヘッダを付した無線フレームを送信する。なお、無線フレームには、送信すべきデータを含むデータフレームと、データフレームを受信したことを応答するためのＡＣＫフレームとが存在する。本明細書においては、データフレーム及びＡＣＫフレームに共通する事項を説明する場合には、無線フレームと称し、データフレームとＡＣＫフレームとで相違する事項を説明する場合には、「データフレーム」、「ＡＣＫフレーム」と区別して用いることがある。
　親局１は、無線フレームの送信前に、ＤＩＦＳ時間の間、夫々の無線チャネルがアイドル状態であることを確認する。親局１は、ＤＩＦＳ時間及びバックオフ時間が経過した後に、無線チャネルＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の夫々において、無線フレームを送信する。なお、夫々の無線フレームは、異なる子局２に宛てたものであってもよく、同一の子局２に宛てたものであってもよい。ここで、親局１が無線フレームを送信する時間長は、無線チャネルによらずほぼ同一になるように制御される。無線フレームの送信時間長を制御する方法の詳細については後述する。
　子局２は、親局１が送信した無線フレームを受信すると、受信した無線フレームから自子局宛ての無線フレームを抽出する。子局２は、受信した無線フレームが自子局宛てのデータフレームである場合、親局１に対してＡＣＫフレームを送信する。子局２は、ＡＣＫフレームの送信前に待機し、ＳＩＦＳ時間の経過後にＡＣＫフレームを送信する。
　本実施形態においては、親局１が送信した複数の無線フレームの送信時間長は、ほぼ同一なので、夫々の子局２がＡＣＫフレームの送信を開始するタイミングは、ほぼ同一になる。したがって、図２に示すように、複数の子局２がＡＣＫフレームを送信するタイミングが、親局１が無線フレームを送信しようとするタイミングと重ならない。その結果、無線通信システムＳにおいては、親局１が、無線フレームを送信しているタイミングで、隣接する無線チャネルでＡＣＫフレームを受信することによる送受間の電波干渉により、ＡＣＫフレームの受信・復調に支障を来すことを防止できる。よって、無線通信システムＳは、親局１が複数の子局２と同時にデータを送受信する際の無線チャネルの使用効率を向上させることができる。
　以下、親局１及び子局２の構成及び動作について詳細に説明する。
［親局１の構成］
　図３は、親局１の構成を示す図である。親局１は、制御部１０と、１次バッファ１１と、２次バッファ１２と、生成部１３と、キャリアセンス部１４と、送信部１５と、受信部１６と、復元部１７と、データ生成部１８と、バッファ１９と、パラレル／シリアル変換部２０とを有する。
　制御部１０は、例えばＣＰＵである。制御部１０は、親局１の各部の制御を司る。また、制御部１０は、複数の子局２にデータを送信する場合の伝送レートを、子局２に関連付けて管理している。制御部１０は、例えば子局２が使用可能な伝送レートに関する情報が記憶されたメモリ（不図示）を参照し、使用すべき伝送レートを生成部１３に指示する。
　１次バッファ１１は、子局２に送信するデータパケット列を取得し、制御部１０の制御に基づいて、データパケットの宛先に応じて分配する。データパケットは、例えば、いずれかの子局２のＩＰアドレスを含むＩＰフレームである。１次バッファ１１は、子局２のアドレスを含む複数のデータパケットを取得し、夫々のデータパケットに含まれているアドレスに基づいて、２次バッファ１２が有する複数のバッファメモリのうち、アドレスに対応するバッファメモリにデータパケットを格納する。
　２次バッファ１２は、複数の無線チャネルの夫々に対応する複数のバッファメモリを有し、制御部１０の制御に基づいて、１次バッファ１１から入力されたデータパケットを一時的に格納した後に、生成部１３へと出力する。２次バッファ１２は、直前に生成部１３へと出力したデータパケットを含むデータフレームが送信された後に、１次バッファ１１から入力されたデータパケットを一時的に格納する。なお、２次バッファ１２は、データフレームの再送が必要な場合に備えて、データパケットを生成部１３へと出力した後、当該データパケットの子局２への送信が完了し、受信部１６がＡＣＫフレームを受信するまで、当該データパケットを格納しておく。
　生成部１３は、データパケットに基づいて、複数の子局２に送信する複数の無線フレームを生成する。生成部１３は、複数の無線チャネルの夫々に対応する複数のフレーム生成部を有する。生成部１３が有する複数のフレーム生成部の夫々は、２次バッファ１２が有する対応するバッファメモリから出力されたデータパケットに所定の無線ヘッダを付加する。無線ヘッダには、子局２が同期を捕捉するために用いるプリアンブル、及び無線フレームに含まれるデータを送信する間の伝送レートを子局２が特定するための情報が含まれている。
　生成部１３は、複数の子局２に送信する複数のデータパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットに付加データを付加することにより、送信時間長がほぼ同一の複数の無線フレームを生成する。具体的には、生成部１３は、子局２に無線フレームを送信する際の伝送レートを制御部１０から取得し、無線ヘッダを付加した無線フレームを当該伝送レートで送信する場合に要する時間（以下、送信時間長という）を算出する。生成部１３は、複数の無線チャネルの夫々に対して送信時間長を算出し、最大の送信時間長（Ｔmax）を特定する。生成部１３は、送信時間長がＴmaxより小さい無線チャネルで送信するデータに付加データを付加することにより、全ての無線チャネルで送信される無線フレームの送信時間長がほぼ同一になるようにする。無線フレームの送信時間長は、Ｔmaxが経過するまでの無線フレームを送信中に、複数の無線チャネルのいずれかにおいて子局２からの応答としてのＡＣＫフレームを受信するタイミングに重ならない範囲で、それぞれ異なる長さであってもよい。
　図５は、生成部１３における無線フレーム長の調整方法を示す図である。図５（ａ）は、無線フレーム長が調整される前の各無線チャネルに対応するデータフレームを示している。無線チャネルＦ１に対応するデータフレームの送信時間長が最も長く、無線チャネルＦ２に対応するデータフレームの送信時間長が最も短い。この状態で各データフレームが送信されると、親局１が無線チャネルＦ１においてデータフレームを送信している間に、無線チャネルＦ２においてＡＣＫフレームが子局２から送信される場合が発生する。このように、複数の無線チャネルにおけるデータフレームの送信タイミングとＡＣＫフレームの送信タイミングとが非同期である場合、親局１がデータフレームの送信を完了していないしタイミングでＡＣＫフレームが到着する場合が有り、隣接チャネルでの送受間の電波干渉によりＡＣＫフレームを受信・復号できなくなる不都合がある。
　図５（ｂ）は、付加データ（ＰＡＤ）を付加したことにより、夫々の無線チャネルに対応するデータフレームの送信時間長が同一になった状態を示している。このように、生成部１３が、データフレームの送信時間長を同一にすることにより、親局１がデータフレームの送信を完了していないタイミングで、ＡＣＫフレームが到着する不都合を回避することができる。
　図３に戻って、キャリアセンス部１４について説明する。キャリアセンス部１４は、無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、無線フレームの送信可否を判定する判定部である。キャリアセンス部１４は、夫々の無線チャネルに対応して設けられたキャリア検出部（図３におけるＣＳ部）を用いて、無線フレームの送信前に、対応する無線チャネルにおいて観測される信号レベルを測定する。
　キャリアセンス部１４は、ＤＩＦＳ時間が経過するまでの間、継続して信号レベルが所定値より小さい場合に、送信部１５に、当該無線チャネルにおける無線フレームの送信を許可する。キャリアセンス部１４は、ＤＩＦＳ時間が経過するまでの間に、いずれかの無線チャネルにおいて所定値以上の信号レベルを検出した場合、当該無線チャネルのバックオフ時間のタイマーを最大値にセットして、バックオフ時間が経過するまで待機する。キャリアセンス部１４は、バックオフ時間が経過した後に、キャリアを検出しなくなった場合、生成部１３に無線フレームを送信させる。キャリアセンス部１４は、所定の時間が経過した後にもキャリアを検出している場合、生成部１３に、次の送信タイミングまで無線フレームを送信しないようにさせる。
　送信部１５は、送信する無線フレームを変調する変調回路と、複数の無線チャネルに対応する高周波回路（送信側）とを有する。送信部１５は、キャリアセンス部１４におけるキャリアセンスが終了して、キャリアセンス部１４が無線フレームを送信可能であると判定した複数の無線チャネルにおいて、生成部１３が生成した複数の無線フレームを、複数の無線チャネルのいずれかにおいて子局２からＡＣＫフレーム（応答）を受信するタイミングに重ならないタイミングで送信する。
　例えば、送信部１５は、生成部１３が生成した複数の無線フレームを、ほぼ同一のタイミングで送信する。各無線チャネルで送信されるデータフレームの送信時間長がほぼ同一である場合、送信部１５は、ほぼ同一のタイミングでデータフレームの送信を開始することにより、ほぼ同一のタイミングでデータフレームの送信が終了する。その結果、親局１がデータフレームの送信を完了していないタイミングで、ＡＣＫフレームが到着する不都合を回避することができる。
　また、送信部１５は、各無線チャネルで送信されるデータフレームの送信時間長がほぼ同一でない場合、各無線チャネルでデータフレームの送信が終了するタイミングを合わせることにより、親局１がデータフレームの送信を完了していないタイミングで、ＡＣＫフレームが到着する不都合を回避するようにしてもよい。
　続いて、親局１における受信側の構成について説明する。
　受信部１６は、複数の無線チャネルに対応する高周波回路（受信側）と、受信した無線フレームを復調する復調回路とを有する。受信部１６は、例えば、複数の子局２から送信されるＡＣＫフレームを受信する。なお、受信部１６は、子局２が送信するデータパケットを含む無線フレームを受信してもよい。
　復元部１７は、受信部１６が受信した無線フレームに含まれるＭＡＣフレームを復元し、エラーチェックを行う。復元部１７は、受信したＭＡＣフレームが正常である場合、ＭＡＣフレームに含まれているＭＡＣヘッダ内のアドレスを解析し、自身に宛てたＭＡＣフレームであるか否かを判定する。復元部１７は、受信したＭＡＣフレームが自身に宛てたＭＡＣフレームでない場合、当該ＭＡＣフレームを破棄する。復元部１７は、受信したＭＡＣフレームが自身に宛てたＭＡＣフレームであり、かつ当該ＭＡＣフレームがＡＣＫフレームである場合は、先にデータ生成部１８が送信した無線フレームの送達に成功したと判定して、２次バッファ１２に格納されていたデータパケットを削除させる。
　復元部１７は、送信部１５がデータフレームを送信してから所定時間が経過するまでの間にＡＣＫフレームを受信できなかった場合は、送達に失敗したと判定し、２次バッファ１２に格納されているデータパケットを、次の送信タイミングに再送させる。なお、データを再送させる場合、同じ無線チャネルで送信すると再度失敗する可能性も考えられる。そこで、復元部１７は、２次バッファ１２が格納しているデータパケットを、前回使用した無線チャネルと異なる無線チャネルで送信できるように、前回と異なるフレーム生成部に入力させてもよい。
　データ生成部１８は、子局２から受信したデータがＡＣＫフレームでない場合に、受信した無線フレームに基づいてＩＰパケットを生成する。データ生成部１８が生成したＩＰパケットは、バッファ１９を介してパラレル／シリアル変換部２０に入力され、シリアルデータに変換されて後位の機能部へと出力される。
［子局２の構成］
　図４は、子局２の構成を示す図である。子局２は、制御部２１と、生成部２２と、キャリアセンス部２３と、送信部２４と、受信部２５と、復元部２６と、データ生成部２７と、パラレル／シリアル変換部２８とを有する。
　制御部２１は、例えばＣＰＵである。制御部２１は、子局２の各部の制御を司る。
　生成部２２は、複数の無線チャネルの夫々に対応する、親局１に送信するフレームを生成するフレーム生成部を有する。夫々のフレーム生成部は、親局１に送信するデータフレームを生成する。また、夫々のフレーム生成部は、親局１から無線フレームを受信したことに応じて親局１に送信するＡＣＫフレームを生成する。生成部２２は、ＡＣＫフレームを生成する場合、親局１から受信した無線フレーム内の送信元ＭＡＣアドレスを送信先ＭＡＣアドレスとする。生成部２２は、複数のフレーム生成部のうち、無線フレームを送信する無線チャネルに対応するフレーム生成部において無線フレームを生成する。
　キャリアセンス部２３は、親局１におけるキャリアセンス部１４に対応し、無線フレームの送信前にキャリアセンスをする。キャリアセンス部２３は、夫々の無線チャネルに対応して設けられており、無線フレームの送信前に、対応する無線チャネルにおける信号レベルを観測する。なお、キャリアセンス部２３は、子局２が親局１から無線フレームを受信してからの規定の待ち時間を設定するカウントダウンタイマを有している。キャリアセンス部２３は、子局２が無線フレームを受信してから、例えばＳＩＦＳ時間に相当する時間を待機してから、生成部２２が生成した無線フレームを、制御部２１により指定される伝送レートで送信部２４に送信させる。
　送信部２４は、親局１における送信部１５に対応し、送信する無線フレームを変調する変調回路と、複数の無線チャネルに対応する高周波回路（送信側）とを有する。送信部２４は、キャリアセンス部２３におけるキャリアセンスが終了した後に、生成部２２が生成した無線フレームを、夫々の無線チャネルにおいて送信する。
　受信部２５は、親局１における受信部１６に対応し、複数の無線チャネルに対応する高周波回路（受信側）と、受信した無線フレームを復調する復調回路とを有する。受信部２５は、受信した無線フレームにおけるプリアンブルに基づいて同期を捕捉した後に無線ヘッダを解析することにより、無線フレームの伝送レートを特定する。その後、受信部２５は、特定した伝送レートに基づいて無線フレームのデータ部分を復調する。受信部２５は、複数の無線チャネルで受信した複数の無線フレームを並行して復調することができる。
　復元部２６は、受信部２５が受信した無線フレームに含まれるＭＡＣフレームを復元し、エラーチェックを行う。復元部２６は、複数の無線チャネルの夫々で受信した複数の無線フレームに含まれるＭＡＣフレームを復元し、正常に受信されたＭＡＣフレームの内容を解析し、自身のアドレスが含まれるＭＡＣフレームを抽出する。具体的には、復元部２６は、ＭＡＣヘッダの宛先フィールドを確認し、ＭＡＣフレームが自身宛てでない場合は、受信したＭＡＣフレームを破棄する。復元部２６は、ＭＡＣフレームが自身宛てであった場合は、ＭＡＣフレームをデータ生成部２７へと出力する。
　データ生成部２７は、復元部２６から受け取ったＭＡＣフレームからＭＡＣヘッダを削除してＩＰパケットを生成し、パラレル／シリアル変換部２８へと出力する。
　パラレル／シリアル変換部２８は、データ生成部２７から受け取ったＩＰパケットをシリアルデータに変換し、１つのデータストリームにして後位の機能部へと引き渡す。
［無線フレーム送信時間長の他の調整方法１］
　上記の説明において、生成部１３が付加データを付加することにより、送信時間長が同一の複数の無線フレームを生成する方法について説明したが、無線フレーム送信時間長の調整方法はこれに限らない。生成部１３は、複数の子局２に送信する複数のデータパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットを構成するデータの伝送レートを変更することにより、送信時間長が同一の複数の無線フレームを生成してもよい。
　図６は、伝送レートを変更することにより無線フレームの送信時間長を調整する方法を示す図である。図６（ａ）は、伝送レートを変更しない場合の、夫々の無線チャネルにおける無線フレームの送信時間長を示す図である。無線ヘッダは、同一の伝送レート（例えば６Ｍｂｐｓ）で送信され、データは、無線チャネルごとに異なる伝送レートで伝送されることが想定されている。無線チャネルＦ１においては、データが６Ｍｂｐｓで伝送され、４つの無線チャネルの中で送信時間長が最大になっている。無線チャネルＦ２においては、データが１８Ｍｂｐｓで伝送され、４つの無線チャネルの中で送信時間長が最小になっている。
　図６（ｂ）は、伝送レートを変更した後の夫々の無線チャネルにおける無線フレームの送信時間長を示す図である。無線チャネルＦ２においては、伝送レートが１８Ｍｂｐｓから６Ｍｂｐｓに変更されることにより、無線チャネルＦ１の無線フレームの送信時間長と同じ送信時間長になっている。無線チャネルＦ３においては、伝送レートが１８Ｍｂｐｓから１２Ｍｂｐｓに変更されることにより、無線チャネルＦ１の無線フレームの送信時間長と同じ送信時間長になっている。
　生成部１３は、伝送レートを変更するとともに、図５を参照して説明した付加データを付加することにより、送信時間長を変更してもよい。無線チャネルＦ４は、伝送レートを１２Ｍｂｐｓから６Ｍｂｐｓに変更しても、送信時間長が無線チャネルＦ１における送信時間長よりも短い。そこで、生成部１３は、伝送レートを変更した後の無線フレームに付加データを付加することにより、無線チャネルＦ４の無線フレームの送信時間長が、無線チャネルＦ１の無線フレームの送信時間長と同じになるようにしている。
［無線フレーム送信時間長の他の調整方法２］
　図７は、無線フレームの送信時間長の他の調整方法を示す図である。生成部１３は、図７に示すように、複数のデータパケットを連結して多重連結することにより、送信時間長がほぼ同一の複数の無線フレームを生成してもよい。
　具体的には、生成部１３は、同一の子局２が送信先になっている複数のデータパケットを２次バッファ１２から取得して、多重連結する。図７においては、生成部１３は、ＭＡＣフレーム１からＭＡＣフレームｎまでのデータパケットを多重連結し、無線ヘッダが付加されている。生成部１３は、複数のデータパケットを多重化することにより生成される無線フレームの送信時間長が、他の無線チャネルの無線フレームの最大送信時間長よりも小さい場合、付加データを付加してもよい。このようにすることで、生成部１３は、各データパケットが短い場合であっても、他の無線チャネルで送信される無線フレームの送信時間長とほぼ同じ送信時間長の無線フレームを生成することができる。
　ここで、無線ヘッダの時間長をｔh（μｓ）、ＭＡＣヘッダを含む各ＭＡＣフレームのサイズをＢm（ｂｙｔｅ）（ｍはＭＡＣフレーム番号）、伝送レートをＤＲ（Ｍｂｐｓ）とする。制御部１０は、無線フレームの送信時間長が１０ミリ秒＝１００００（μｓ）になるように、ｔh＋（Ｂ1+Ｂ2+・・・+Ｂn-1)×８／ＤＲ＞１００００－Ｂn×８／ＤＲとなるｎを選定してデータパケットを連結し、１０ミリ秒に満たない分を付加データで埋めることにより、無線フレームの送信時間長を１０ミリ秒にする。制御部１０は、各子局２に割り当てられた２次バッファ１２のバッファメモリ上で同様の処理を行い、無線フレーム長を１０ミリ秒に揃えることができたバッファメモリの連結データを生成部１３に入力して、送信可能なタイミングまで待機させる。
　無線フレームを受信した子局２が所定の待ち時間（ｔw）の後にＡＣＫフレームを応答する無線方式を用いる場合は、１００００－ｔw＜送信時間長≦１００００となるのであれば、送信時間長が１０ミリ秒に満たない分を付加データで埋めなくてもよい。なお、無線ＬＡＮの場合、ｔw＝１６（μｓ）である。これにより、親局１における送信完了が最も遅いデータフレームの送信と、最も受信開始が早いＡＣＫフレームの受信とが時間的に重複することがないため、親局１は、ＡＣＫフレームを隣接チャネルとの送受間干渉なく受信することができる。
［無線フレーム送信時間長の他の調整方法３］
　図８は、無線フレームの送信時間長の他の調整方法を示す図である。生成部１３は、図８に示すように、複数の無線フレームの夫々の送信時間長と、複数の無線フレームの送信時間長のうち最も長い送信時間長との差を示す時間差情報を含む無線フレームを生成してもよい。図８においては、無線チャネルＦ２における時間差情報がＴｄ１であり、無線チャネルＦ３における時間差情報がＴｄ２であり、無線チャネルＦ４における時間差情報がＴｄ３である。時間差情報が含まれる無線フレームを受信した子局２は、自身のアドレスが含まれる無線フレームを抽出してから、時間差情報に基づく時間が経過した後にＡＣＫフレームを送信する。この場合、無線フレームの送信時間長そのものが長くなるわけではないが、時間差情報に示される時間は、子局２がＡＣＫフレームを送信しない。したがって、時間差情報を含む無線フレームは、送信時間長が大きくなるように変更された無線フレームと、実質的に同等の効果を生じさせることができる。
［第１の実施形態における効果］
　以上説明したように、第１の実施形態に係る親局１においては、キャリアセンス部１４が、無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、無線フレームの送信可否を判定する。そして、送信部１５は、キャリアセンス部１４が無線フレームを送信可能であると判定した複数の無線チャネルにおいて、同一のタイミングで複数の無線フレームを送信する。このようにすることで、複数の無線チャネルにおいて、同一のタイミングで複数の子局２宛ての無線フレームが送信されるので、複数の子局２に対してデータ送信が必要な場合には、あるタイミングに単一の子局２に対してしかデータ送信できない従来技術と比較して無線チャネルの時間的使用効率が向上する。
　具体的には、本実施形態においては、周波数方向に多重化を行うことにより、４台の子局２へのデータパケットの送信を同時に行うこととしている。親局１は、４３３Ｍｂｐｓの伝送速度に対応する帯域を有する無線チャネルを４分割して、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ方式に規定される約８７Ｍｂｐｓ×４のチャネルを用いてデータパケットを送信する場合、伝送速度が８７Ｍｂｐｓの１つのデータストリームが５０バイトのデータを送るのに要する時間は５０×８÷８７＝４．６（μｓ）である。オーバヘッドを含む所要時間は、ＤＩＦＳ時間＋データフレーム送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋ＡＣＫフレーム受信時間＝３４＋（４４＋２８×８÷８７＋４．６）＋１６＋（４４＋１４×８÷８７）＝１４６．５（μｓ）となる。４つの子局２の全てに対して送信するデータパケットがあるときにも所要時間は変わらないため、従来方式における所要時間の５５７．９（μｓ）と比較して、概ね４分の１の待ち時間で送信することができる。
　このように、本実施形態に係る無線通信システムＳは、複数の子局２と通信をする場合の通信時間を短縮できるとともに、スループットを、１台の子局２とのみ通信する場合と同程度に維持することができる。また、無線通信システムＳは、無線空間の占有時間を従来の４分の１程度にできるので、無線空間そのものの利用を効率化することが可能であり、周囲の無線装置に与える影響も軽減することができる点で好適である。
＜第２の実施形態＞
　図９は、第２の実施形態に係る親局１の構成を示す図である。第１の実施形態に係る２次バッファ１２は、無線チャネルに対応するバッファメモリを１つずつ有していたのに対して、第２の実施形態に係る２次バッファ１２は、使用可能な無線チャネルの数よりも多くのバッファメモリを有している。また、第２の実施形態に係る親局１は、無線チャネルの数よりも多いバッファメモリに格納されたデータパケットを、生成部１３における、いずれかの無線チャネルに対応するフレーム生成部に入力するための選択部３０を有する点でも、第１の実施形態と異なる。
　以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　２次バッファ１２は、複数の子局２の夫々に対応し、データパケットを一時的に記憶する複数のバッファメモリを有する。すなわち、２次バッファ１２は、送信先が同一のデータパケットを、順次１つのバッファメモリに格納する。２次バッファ１２は、送信先が同一のデータパケットが、送信を予定する無線フレームを構成するための時間長に達した場合は、他のバッファメモリに格納する。例えば、子局２ａを送信先とするデータパケットのみが連続する場合、２次バッファ１２は、複数のバッファメモリに、子局２ａに送信するデータパケットを順次格納していく。
　２次バッファ１２は、いずれかのバッファメモリに所定量のデータパケットが格納され、送信する無線チャネル数のデータパケットが準備できると、生成部１３に、当該バッファメモリに対応する子局２に送信する無線フレームを生成させる。具体的には、２次バッファ１２は、直前に生成部１３が生成した無線フレームの送信が完了すると、所定量以上のデータパケットを格納したバッファメモリ内のデータパケットから順に、生成部１３に入力する。生成部１３は、無線フレームを生成し、キャリアセンス部１４が送信可能であると判定すると、無線フレームを送信する。この際、送信部１５は、複数の無線チャネルを用いて、同一の子局２（例えば子局２ａ）に複数の無線フレームを送信してもよい。図４を参照して説明したように、子局２は、複数の無線チャネルを介して送信された無線フレームを同時に受信することができる。したがって、このようにすることで、多くの接続中の子局に対してデータを送信する必要がある場合であっても、親局１は、順序に関係なく送信準備のできた子局宛てのデータから無線フレームの送信を処理することができる。
［第２の実施形態における効果］
　第２の実施形態に係る親局１は、２次バッファ１２が、無線チャネルの数よりも多くのバッファメモリを有する。このようにすることで、多くの子局と接続していてランダムな順序で１次バッファ１１からデータパケットが流れてくる場合に、送信準備が整った２次バッファ１２のデータから順次送信することで１次バッファ１１からのデータの到着順序とは関係なく多くの子局２に対しての無線フレーム送信を処理することができる。
＜第３の実施形態＞
　図１０は、第３の実施形態に係る親局１の構成を示す図である。第１の実施形態に係る親局１は、データパケットの種類に関係なく、１次バッファ１１がデータパケットを取得した順に無線フレームを組み立てて送信していたのに対して、本実施形態に係る親局１は、データパケットの種類に応じて、無線フレームを送信する優先度を制御する点で異なる。ここで、データパケットの種類は、例えばデータパケットに含まれるデータのリアルタイム性の必要度に基づいて定められ、音声＞映像＞画像＞テキストの順に優先度が高い。
　図１０に示すように、１次バッファ１１は、分配部１１１と、複数の送信キュー１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）とを有する。また、親局１は、それぞれの送信キュー１１２に対応する複数の２次バッファ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を有する。
　分配部１１１は、優先度が異なる複数種類のデータパケットを取得し、取得したデータパケットの優先度の種類に基づいて、夫々のデータパケットを、複数の送信キュー１１２のいずれかに分配する。例えば、送信キュー１１２ａは音声用のメモリであり、送信キュー１１２ｂは映像用のメモリであり、送信キュー１１２ｃは画像用のメモリである。それぞれの送信キュー１１２に分配されたデータパケットは、対応する２次バッファ１２に入力される。
　制御部１０は、無線フレームの送信が完了すると、複数の２次バッファ１２のうち、どの２次バッファ１２にデータパケットが格納されているかを確認する。制御部１０は、複数の２次バッファ１２にデータパケットが格納されている場合、優先度がより高い２次バッファ１２に格納されているデータパケットを読み出して、生成部１３に入力する。ここで、制御部１０は、データパケットを読み出した２次バッファ１２が有するバッファメモリのうち、一部のバッファメモリが空き状態である場合も、他の２次バッファ１２内のデータパケットを生成部１３に書き込まないものとする。このようにすることで、生成部１３は、同一の優先度のデータパケットに対応する複数の無線フレームを生成できるので、キャリアセンス部１４は、キャリアセンス時に、送信するデータパケットの優先度に応じたバックオフ時間を用いることができる。
　送信部１５は、キャリアセンス部１４が、無線フレームを送信しようとする無線チャネルがアイドル状態であると判定すると、優先度が同一のデータパケットを含む複数のデータフレームを同一のタイミングで送信する。
　なお、以上の説明においては、親局１が、データパケットの優先度に関連付けられた複数の２次バッファ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を有する例について説明したが、これに限らない。親局１は、図９に示した第２の実施形態に係る２次バッファ１２のように、データパケットの優先度に関連付けられていない複数のバッファメモリを有してもよい。この場合、制御部１０は、いずれかのバッファメモリに格納されたデータパケットのうち、最も優先度が高いデータパケットを生成部１３に入力する際に、他のバッファメモリに格納された同じ優先度のデータパケットも生成部１３に入力する。このようにすることで、親局１は、優先度が同一のデータパケットを含む複数のデータフレームを同一のタイミングで送信することができる。
［第３の実施形態における効果］
　第３の実施形態に係る親局１は、優先度が高いデータパケットを、複数の無線フレームで同時に送信することができる。したがって、親局１は、音声や映像のように、データが途切れることによる品質への影響が大きいデータを優先して送信することができる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。特に、装置の分散・統合の具体的な実施形態は以上に図示するものに限られず、その全部又は一部について、種々の付加等に応じて、又は、機能負荷に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、無線通信システムＳには、空間多重技術等の他の多重化技術を適用してもよい。
１　親局
２　子局
１０　制御部
１１　１次バッファ
１２　２次バッファ
１３　生成部
１４　キャリアセンス部
１５　送信部
１６　受信部
１７　復元部
１８　データ生成部
１９　バッファ
２０　パラレル／シリアル変換部
２１　制御部
２２　生成部
２３　キャリアセンス部
２４　送信部
２５　受信部
２６　復元部
２７　データ生成部
２８　パラレル／シリアル変換部
３０　選択部
１１１　分配部
１１２　送信キュー

Claims (13)

  1. 　複数の無線子局装置に無線によりデータを送信する無線親局装置であって、
    　前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得する取得部と、
    　前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成する生成部と、
    　前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定する判定部と、
    　前記判定部が前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信する送信部と、
    　を備える無線親局装置。
  2. 　前記生成部は、前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信するべく、前記複数の無線フレームの送信時間長を調整することにより前記複数の無線フレームを生成する、
    　請求項１に記載の無線親局装置。
  3. 　前記生成部は、前記複数の無線チャネルにおける送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成し、
    　前記送信部は、同一のタイミングで前記複数の無線フレームの送信を開始する、
    　請求項２に記載の無線親局装置。
  4. 　前記生成部は、複数の前記データパケットを多重連結することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成する、
    　請求項３に記載の無線親局装置。
  5. 　前記生成部は、前記複数の子局装置に送信する複数の前記データパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットに付加データを付加することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成する、
    　請求項３又は４に記載の無線親局装置。
  6. 　前記生成部は、前記複数の子局装置に送信する複数の前記データパケットのうち、少なくとも一部のデータパケットを構成するデータの伝送レートを変更することにより、送信時間長が同一の前記複数の無線フレームを生成する、
    　請求項３から５のいずれか１項に記載の無線親局装置。
  7. 　前記生成部は、前記複数の無線フレームの夫々の送信時間長と、前記複数の無線フレームの送信時間長のうち最も長い送信時間長との差を示す時間差情報を含む前記無線フレームを生成する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の無線親局装置。
  8. 　前記取得部は、優先度が異なる複数種類の前記データパケットを取得し、
    　前記送信部は、前記優先度が同一の前記データパケットを含む前記複数の無線フレームを同一のタイミングで送信する、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の無線親局装置。
  9. 　前記取得部は前記データパケットを一時的に記憶する複数のバッファを有し、
    　前記生成部は、前記バッファのいずれかに所定量の前記データパケットが格納されると、当該バッファに格納された前記データパケットを含む前記無線フレームを生成する、
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の無線親局装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載の無線親局装置から、前記複数の無線チャネルで伝送された前記複数の無線フレームを受信する子局受信部と、
    　前記複数の無線フレームのうち、自身のアドレスが含まれる無線フレームを抽出する抽出部と、
    　を有する無線子局装置。
  11. 　無線親局装置と、前記無線親局装置と無線通信可能な複数の無線子局装置とを備える無線通信システムであって、
    　前記無線親局装置は、
    　前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得する取得部と、
    　前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成する生成部と、
    　前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定する判定部と、
    　前記判定部が前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信する送信部と、
    　を有し、
    　前記複数の無線子局装置の夫々は、
    　前記複数の無線チャネルで伝送された前記複数の無線フレームを受信する子局受信部と、
    　前記複数の無線フレームのうち、自身のアドレスが含まれる無線フレームを抽出する抽出部と、
    　を有する
    　無線通信システム。
  12. 　前記無線親局装置の前記送信部は、前記複数の無線フレームの夫々の送信時間長と、前記複数の無線フレームの送信時間長のうち最も長い送信時間長との差を示す時間差情報を含む前記無線フレームを送信し、
    　前記無線子局装置は、前記抽出部が前記無線フレームを抽出してから、当該無線フレームに含まれる前記時間差情報に基づく時間が経過した後に、前記無線フレームを正常に受信したことを示す確認応答情報を含む無線フレームを送信する子局送信部をさらに有する、
    　請求項１１に記載の無線通信システム。
  13. 　複数の無線子局装置に無線によりデータを送信する無線送信方法であって、
    　前記複数の無線子局装置のアドレスを含むデータパケットを取得するステップと、
    　前記データパケットに基づいて、複数の無線子局装置に送信する複数の無線フレームを生成するステップと、
    　前記複数の無線フレームを送信する夫々異なる複数の無線チャネルにおいてキャリアセンスをして、前記無線フレームの送信可否を判定するステップと、
    　前記判定するステップにおいて前記無線フレームを送信可能であると判定した前記複数の無線チャネルにおいて、前記複数の無線チャネルのいずれかにおいて前記無線子局装置からの応答を受信するタイミングに重ならないタイミングで前記複数の無線フレームを送信するステップと、
    　を有する無線送信方法。
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