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WO2005011200A1 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム Download PDF

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Publication number
WO2005011200A1
WO2005011200A1 PCT/JP2004/010509 JP2004010509W WO2005011200A1 WO 2005011200 A1 WO2005011200 A1 WO 2005011200A1 JP 2004010509 W JP2004010509 W JP 2004010509W WO 2005011200 A1 WO2005011200 A1 WO 2005011200A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
station
beacon
channel
communication
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2004/010509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yuichi Morioka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2003281586A external-priority patent/JP4222143B2/ja
Priority claimed from JP2003404833A external-priority patent/JP4264645B2/ja
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to US10/566,130 priority Critical patent/US7817612B2/en
Priority to EP04770902.7A priority patent/EP1650901B1/en
Publication of WO2005011200A1 publication Critical patent/WO2005011200A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US12/829,660 priority patent/US8078112B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04W74/006—Transmission of channel access control information in the downlink, i.e. towards the terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
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    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]
    • H04W74/0816—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA] with collision avoidance
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program.
  • the present invention relates to a wireless communication system, such as a wireless LAN (Local Area Network) or a PAN (Personal Area Network), for mutually communicating between a plurality of wireless stations, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer.
  • a wireless communication system such as a wireless LAN (Local Area Network) or a PAN (Personal Area Network)
  • a wireless communication method such as a wireless communication method, and a computer.
  • the present invention forms an autonomous decentralized wireless network in a communication environment in which a plurality of channels are prepared, without interference between neighboring wireless systems and without the intervention of a specific control station.
  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program, in which each communication station appropriately determines its own beacon transmission channel and data transmission channel, and performs
  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program that form a wireless network.
  • wireless LAN As a system that releases users from wired LAN wiring, wireless LAN Is attracting attention. According to the wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be relatively easily moved.
  • PC personal computer
  • PAN personal area network
  • different wireless communication systems are specified using frequency bands such as the 2.4 GHz band and the 5 GHz band that do not require a license from a regulatory agency.
  • IEEE The Institute of Elec trical and Electronics Engineers 802.11 (for example, see Non-Patent Document 1) and HiperLAN / 2 (for example, (See Patent Document 2 or Non-Patent Document 3), IE EE802.15.3, Bluetooth communication, and the like.
  • IEEE802.11 there are various wireless communication systems such as the IEEE802.11a standard, the IEEE802.11b standard, etc., depending on the wireless communication system and the frequency band used.
  • one device serving as a control station called an "access point” or “coordinator” is provided in an area.
  • a method of forming a network under the overall control of the control station is used.
  • a central control station Since a central control station does not exist in an ad hoc wireless communication system, it is suitable for, for example, configuring a home 'network including home electric appliances.
  • Ad-hoc networks are designed to automatically change the routing even if one unit fails or is powered off, so that the network is less likely to break down.By making packets hop multiple times between mobile stations, high-speed data rates can be achieved. The feature is that data can be transmitted to a relatively long distance while maintaining it.
  • Various development examples of the ad hoc system are known (for example, see Non-Patent Document 4).
  • a plurality of frequency channels are prepared in advance for coexistence with other networks, and one frequency channel to be used in a wireless communication device serving as an access point is selected.
  • a method of starting the operation by using the function is adopted.
  • beacon signal is transmitted as a piconet.coordinator (PNC) around the wireless communication device after the power is turned on.
  • PNC piconet.coordinator
  • Device sending An algorithm is used to select the frequency channel to be used by performing a scan operation over all available channels in order to check the frequency channel to be used.
  • an AP base station serving as a central control station repeatedly notifies that a frequency channel is to be changed, and at a certain timing, the AP and an MT (mobile station) connected to the AP simultaneously switch channels.
  • the decision on whether to switch is determined by the AP.
  • Information for determination can be obtained, for example, through the following processing procedure.
  • the connected MT temporarily suspends communication, scans another frequency channel, evaluates channel quality, and reports the result to the AP.
  • the AP temporarily stops transmitting the broadcast channel, the connected MT scans the currently used frequency channel, evaluates the channel quality, and reports the result to the AP. It accumulates by following the processing procedure.
  • each frequency channel is used fairly by random frequency hopping based on a central control station called a master as a reference.
  • a master that serves as a reference for synchronization between the frequency channel hopping pattern and the time axis. If a master is lost, the network that has been formed is temporarily disconnected, and the process of selecting a new master is required.
  • a network is initially formed using a frequency channel set by an access point, so an ad hoc network is constructed without disposing base stations. It is difficult. On other frequency channels
  • the APs When communicating with a wireless communication device (terminal) housed in an operating AP, the APs must be connected, for example, with a wired LAN cable. In other words, if the contained APs are not connected, communication cannot be performed even if the wireless communication devices (terminals) that are physically adjacent are accommodated in different APs.
  • a method is conceivable in which a communication station transmits a beacon on a channel most suitable for its own station, thereby designating a traffic reception channel.
  • the channel that is optimal for the own station may be the channel that is receiving interference for the communication station that receives the beacon.
  • the beacon transmission channel selected by the communication station based on its own station is a channel that can be received by all peripheral communication stations. Not necessarily.
  • the beacon transmission channel of one station is an interference channel or a channel that cannot be used due to deterioration of communication quality in the other station, these communication stations temporarily perform communication on the other channel. Even if they do, they will fall into a deadlock where they cannot recognize each other forever.
  • Patent Document 1 JP-A-6-37762
  • Non-Patent Document 2 ETSI Standard ETSI TS 101 761-1-1 VI.3.1 Broadband Radio Access Networks (BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN); BRAN; HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN); BRAN; HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN); BRAN; HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN); BRAN; HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control (BRAN).
  • BRAN Broadband Radio Access Networks
  • HIPERLAN Type 2 Data Link Control
  • Non-Patent Document 3 ETSI TS 101 761-2 VI.3.1 Broadband Radio Access Net works (BRAN); HIPERLAN Type 2; Data Link Control (DLC) Layer; Part 2: Radio Link Control (RLC) sublayer
  • BRAN Broadband Radio Access Net works
  • DLC Data Link Control
  • RLC Radio Link Control
  • Non Patent Literature 4 "Ad Hoc Mobile Wireless Network” by C. K. Tho (Prentice Hall PTR)
  • An object of the present invention is to provide a communication environment in which a plurality of channels are prepared, and a network can be suitably formed by operating communication stations autonomously and decentralized without interfering with each other.
  • An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program.
  • An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program.
  • a further object of the present invention is to provide a deadlock in which communication stations cannot recognize each other's existence.
  • An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program that can form an autonomous decentralized multi-channel wireless network while avoiding a state.
  • the present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect of the present invention has a relationship between a control station and a controlled station in a communication environment in which a plurality of channels are prepared. Rather, a wireless communication system that forms an autonomous decentralized network with multiple communication stations, where each communication station transmits a beacon signal at a predetermined cycle using a channel that can be received by more peripheral stations. Do
  • system refers to a logical collection of a plurality of devices (or function modules for realizing specific functions), and each device or function module is a single unit. It does not matter whether it is in one enclosure or not.
  • each communication station broadcasts beacon information within a transmission frame period and can perform a scan operation of a beacon signal from another station to recognize a network configuration.
  • the transmission frames are multiplexed on the frequency axis by the number of channels used. If a mobile station is not on the same channel, it cannot receive a beacon, and it is difficult for a newly joining station to determine its own beacon transmission timing and transmission channel.
  • the beacon transmission channel selected by the communication station based on its own station is not necessarily a channel that can be received by all peripheral stations.
  • the beacon transmission channel of one station is an interference channel or an unusable channel in the other station due to deterioration of communication quality, these communication stations may temporarily communicate on another channel. Even if they do, they end up in a deadlock where they cannot recognize each other forever.
  • the beacon signal (or a signal for notifying some interference information) periodically transmitted by each communication station is transmitted with the level information of the interference received by the own station.
  • the communication station determines the communication channel after grasping the interference situation based on the beacon information received from the peripheral station. Therefore, it is possible to control the communication channel autonomously and decentralized by avoiding the use of the channel that the peripheral communication station is receiving severe interference as a communication channel.
  • the communication station selects a channel that can be received by as many communication stations as possible as a beacon transmission channel based on the interference information of each channel described in the beacon signal. Also, if there is a peripheral station that cannot receive a beacon, an attempt is made to change the beacon transmission channel.
  • a channel that can be received by as many communication stations as possible is selected and operated as a beacon transmission channel in consideration of the interference level of the peripheral station in each channel, so that the presence of each other is forever. If it cannot recognize the deadlock, it can be avoided as much as possible to fall into a deadlock state.
  • each communication station does not need to switch channels during a period in which there is no transmission data and only reception of the beacon is performed.
  • the communication station is required to exchange RTS / CTS packets and shift channels by using the same communication channel as possible with peripheral communication stations. Overhead can be reduced.
  • the communication station may perform the data transmission operation using a channel other than the beacon transmission channel. For example, based on interference information obtained from a beacon signal of a communication partner, traffic may be transmitted between communication stations using an optimal channel having a low interference level.
  • the communication station may determine the beacon transmission channel according to, for example, whether or not the own station requires a wide band. For example, when the local station needs a wide band, it preferably selects a channel that is not used by other communication stations and has a low interference level for itself, and starts transmitting a beacon. The same operation is performed on the side that transmits and receives the broadband.
  • a communication station that does not need a wideband considers overhead when changing channels. Considering this, it is better to send beacons on the same channel as much as possible to be peripheral communication stations, so pay attention to the channel (the most channels) where the most communication stations send beacons.
  • the peripheral station including itself does not receive great interference on the channel with the largest number, transmission of a beacon is started on that channel. Also, if there are multiple communication stations that are receiving interference that is too large to receive the beacon transmitted at the lowest rate, select the channel with the lowest average interference level and start transmitting the beacon there. I do.
  • the wireless communication system of the present invention after transmitting a beacon, by giving a priority communication right to the beacon transmitting station, it is possible to manage traffic traffic autonomously and decentralized. it can. At this time, after transmitting the beacon, it is also possible to shift the channel to be used preferentially to a channel that is different from the beacon transmission channel and is optimal for traffic transmission, depending on the interference situation on the receiving side.
  • random access based on CSMA / CA is performed in periods other than the priority transmission period immediately after beacon transmission timing on each channel. Can do it.
  • the RTS / CTS method can be adopted as a means for avoiding collision and improving communication quality.
  • the communication station of the data transmission source transmits a transmission request packet RTS on the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination, and the communication station of the data transmission destination responds to the reception of the confirmation notification packet CTS. To start data transmission.
  • the data transmission source communication station performs its own beacon before transmitting the RTS signal.
  • a beacon that is multiplied with the RTS signal may be transmitted.
  • a peripheral station that receives such a beacon avoids interference by refraining from transmitting data for a predetermined time on a channel on which data transmission based on the RTS / CTS procedure is performed.
  • the RTS signal and the beacon that has been multiplied are regarded as the RTS signal itself.
  • the communication station at the data transmission destination can start data transmission by returning a CTS signal in response to receiving the beacon. . In this way, by omitting the retransmission of the RTS signal, the
  • the overhead of the SZCTS procedure can be reduced.
  • a plurality of communication stations are autonomously distributed without having a relationship between a control station and a controlled station.
  • Wireless communication system forming a network in
  • Each communication station transmits a beacon on its own beacon transmission channel at a predetermined transmission frame period, and the beacon transmission channel set by another station that does not need to communicate is currently used by its own station. If the channel is different from the channel being used, the operation of receiving the beacon from the other station is omitted, and the channel switching for beacon reception is not performed.
  • a communication station in a multi-channel autonomous distributed network, sets a more optimal channel as its own beacon transmission channel. can do.
  • each communication station needs to transmit a beacon at a predetermined transmission frame period to grasp the existence of the peripheral station and to notify the network state, and to receive the beacon of the peripheral station.
  • a communication station in order to receive a beacon, a communication station must shift to a beacon transmission channel in accordance with the beacon transmission timing of peripheral stations.
  • channel switching requires about 300 microseconds in hardware operation. Therefore, the communication station performing data communication suspends data communication in order to receive the beacon of another station, performs channel switching and beacon reception, then switches to the original channel and resumes data communication. In this case, the overhead increases.
  • the communication station when the communication station recognizes that the beacon transmission timing of another station is approaching, it determines whether it is necessary to perform communication with the beacon transmission station. Based on the judgment, if it is not necessary to receive the beacon and the channel currently used is different from the S beacon transmission channel, the beacon receiving operation shall be omitted. As described above, by omitting the operation of receiving unnecessary beacons, the time required for beacon transition and the power consumption of the device can be omitted, and the communication capacity can be increased.
  • beacon transmitting station may shift the channel to be used preferentially to a channel that is different from the beacon transmitting channel and is optimal for traffic transmission, depending on the interference situation on the receiving side.
  • the beacon transmitting station may shift the channel immediately after transmitting the beacon and start data communication, but if the communication station omits the beacon reception operation, it will not be able to recognize such a channel shift operation. . Therefore, if the beacon reception operation is omitted, the communication station estimates the transmission timing of the RTS and CTS signals based on the beacon transmission timing, and uses only these timings for the current channel. After performing the receiving operation, it detects whether or not the beacon transmitting station has shifted to the currently used channel.
  • the communication station When detecting that the beacon transmitting station has shifted to the channel currently being used at the transmission timing of the RTS and CTS signals, the communication station withholds its own data communication operation. Avoid communication collisions. On the other hand, if no signal is detected, the beacon transmitting station recognizes that it has acquired the priority transmission right on another channel, and uses its own data communication operation on the current channel. Continue to do so.
  • the beacon transmitting station when the beacon receiving operation of another station is omitted, the beacon transmitting station performs the receiving operation only for a predetermined period in the priority transmission period acquired by the beacon transmission, thereby making unnecessary channel shift. And collision of communication can be avoided.
  • a plurality of communication stations perform ad hoc communication without having a relationship between a control station and a controlled station.
  • a wireless communication system forming a base network
  • Each communication station transmits a beacon on the beacon transmission channel that is optimal for its own reception, and transmits data using the beacon transmission channel of the communication station to which data is transmitted.
  • each communication station selects a channel having the highest communication quality for its own station as a beacon transmission channel, and arranges its own beacon transmission timing on this channel. Perform beacon transmission. If the beacon transmission timing of the existing station is already set on its own beacon transmission channel, its own beacon transmission timing is determined so that it does not overlap in time. In the beacon information, for example, interference information or the like suffered on each channel is described. Further, the communication station shifts to the beacon transmission channel of the other station in accordance with the beacon transmission timing of the other station and receives a beacon.
  • each communication station determines a beacon transmission channel only depending on its own interference situation, and this is known as a channel for receiving its own traffic. In each type of communication environment, control at each communication station becomes easier.
  • each communication station may acquire a priority transmission period according to its own beacon transmission timing.
  • Each communication station shifts to the beacon transmission channel of the other station in accordance with the beacon transmission timing of the other station, receives a beacon, and then gives the beacon to the other station on the beacon transmission channel. Even during the specified priority transmission period, data transmission operation on other channels is allowed.
  • data transmission is performed using a beacon transmission channel of a communication station of a transmission destination using a priority transmission period acquired after transmission of a beacon by a communication station.
  • a priority transmission period acquired after transmission of a beacon by a communication station.
  • transmission is suspended and the beacon is stopped. Shift to the scheduled transmission channel.
  • the other station uses the priority transmission period in the destination channel, but if it is different from the channel used by its own station, it can return to the original channel and continue data transmission.
  • each communication station can determine a communication channel autonomously in a decentralized manner, avoid interference efficiently, and significantly improve communication capacity by effectively using a plurality of channels. can do.
  • random access based on CSMA / CA can be performed on each channel in a period other than the priority transmission period arranged immediately after the beacon transmission timing.
  • the RTS / CTS method can be adopted as a means for avoiding collision and improving communication quality.
  • the data transmission source communication station transmits a transmission request packet RTS on the beacon transmission channel of the data transmission destination communication station, and receives the confirmation notification packet CTS from the data transmission destination communication station. , The data transmission may be started.
  • the data transmission source communication station transmits its own beacon before transmitting the RTS signal.
  • a beacon specifying the communication station of the data transmission destination and its beacon transmission channel may be transmitted on the channel.
  • Peripheral stations that receive such a beacon refrain from transmitting data for a predetermined period of time on the beacon transmission channel of the data transmission destination communication station, that is, the channel on which data transmission based on the RTS / CTS procedure is performed, thereby causing interference. To avoid.
  • a beacon specifying the data transmission destination communication station and the beacon transmission channel is simulated. It is assumed that it is a typical RTS signal.
  • the data transmission destination communication station can start data transmission by returning a CTS signal in response to receiving the beacon indicating the data transmission destination communication station and its beacon transmission channel.
  • RTS signal retransmission By omitting the RTS signal transmission procedure (RTS signal retransmission) in this way, it is possible to reduce the overhead of the RTS / CTS procedure in multiple channels.
  • a fourth aspect of the present invention is a computer-implemented process for operating autonomously and decentralized in a wireless communication environment where a plurality of channels are prepared and there is no relationship between a control station and a controlled station.
  • a beacon analyzing step of analyzing a beacon signal received from a peripheral station wherein in the channel setting step, an interference state of each channel in the peripheral station is grasped based on interference level information included in a beacon received from the peripheral station. Determine the communication channel above,
  • a fifth aspect of the present invention relates to a computer which performs a process for autonomously and decentralized operation in a wireless communication environment in which a plurality of channels are prepared and there is no relation between a control station and a controlled station.
  • the beacon reception control step includes:
  • a process for operating autonomously and decentralized in a wireless communication environment in which a plurality of channels are prepared and there is no relationship between a control station and a controlled station is performed by a computer.
  • a beacon analyzing step of analyzing a beacon signal received from a peripheral station In the channel setting step, a beacon transmission channel of the own station is determined from the plurality of channels, and a data transmission destination communication station is used during data transmission. Determine the beacon transmission channel as the data transmission channel,
  • the computer 'program according to each of the fourth to sixth aspects of the present invention defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize a predetermined process on the computer' system. Things.
  • a cooperative action is exerted on the computer system and the computer operates as a wireless communication device. You.
  • By activating a plurality of such wireless communication devices to construct a wireless network it is possible to obtain the same operation and effect as those of the wireless communication systems according to the first to third aspects of the present invention.
  • an excellent wireless communication which can appropriately form an appropriate ad hoc network without interference between communication stations.
  • a system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program can be provided.
  • a specific control station an access point, a base station, a master, etc.
  • a plurality of frequencies are required. It is possible to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program that can perform channel access by using the method.
  • a communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program can be provided.
  • a deadlock state between communication stations can be preferably avoided, and the throughput of the entire system is improved by efficient frequency allocation. And the effect on other systems can be reduced.
  • a beacon is transmitted to ascertain the existence of a peripheral station and to notify the network state, and to receive a beacon of a peripheral station.
  • the transmission timing of the RTS and CTS signals is estimated based on the beacon transmission timing, and the reception operation is performed on the currently used channel only at these timings. In addition, it is possible to avoid unnecessary channel shifts and avoid communication collision.
  • each communication station efficiently allocates frequencies and performs flexible interference avoidance, thereby improving the overall system throughput and improving the proximity of neighboring systems.
  • the effect on other wireless systems can be reduced.
  • the throughput of the entire system can be improved also in this regard.
  • the propagation path of communication assumed in the present invention is wireless, and a network is constructed between a plurality of communication stations using a plurality of frequency channels, that is, a transmission medium having a multi-channel capability.
  • the communication assumed in the present invention is store-and-forward type traffic, and information is transferred in packet units.
  • each communication station directly (randomly) follows an access procedure based on carrier detection such as Carrier Sense Multipie Access (CSMA) or detection of a clear state of a medium. It can transmit information and build an autonomous decentralized wireless network.
  • carrier detection such as Carrier Sense Multipie Access (CSMA) or detection of a clear state of a medium. It can transmit information and build an autonomous decentralized wireless network.
  • CSMA Carrier Sense Multipie Access
  • each communication station broadcasts beacon information to notify other communication nearby (that is, within a communication range). It informs the station of its existence and informs the network configuration.
  • a communication station newly appearing in the communication range of a communication station detects that it has entered the communication range by receiving a beacon signal, and recognizes the network by decoding the information described in the beacon. And join the network.
  • each communication station Since the communication station transmits a beacon at the beginning of the transmission frame period, the transmission frame period in each channel used by each communication station is defined by the beacon interval.
  • Each communication station gently synchronizes its time according to each other's beacon transmission timing, and performs transmission control using a channel (resource) effectively using a transmission (MAC) frame having a time-division multiplexed access structure. Therefore, each communication station can perform an access method based on time synchronization, such as reserving a band or setting a priority use period.
  • the processing in each communication station described below is basically the processing executed in all communication stations participating in the autonomous distributed network according to the present invention. However, in some cases, not all communication stations configuring the network execute the processing described below.
  • FIG. 1 shows an example of the arrangement of communication devices constituting a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • each communication The devices operate autonomously and decentralized to form an ad hoc 'network.
  • the communication devices # 0 to # 6 are distributed in the same space and are shown.
  • the communication range of each communication device is indicated by a broken line, and not only can communication with other communication devices within the range be possible, but also the range in which a signal transmitted by itself can interfere.
  • communication device # 0 is in a range that can communicate with nearby communication devices # 1, # 4, and communication device # 1 is within a range that can communicate with nearby communication devices # 0, # 2, # 4.
  • communication device # 2 is within range of communication with nearby communication devices # 1, # 3, and # 6, and communication device # 3 is within range of communication with nearby communication device # 2.
  • Communication device # 4 is within communication range with nearby communication device # 0, # 1, # 5, and communication device # 5 is within communication range with nearby communication device # 4, and Device # 6 is within range of communication with neighboring communication device # 2.
  • FIG. 2 schematically shows a functional configuration of a wireless communication device that operates as a communication station in the wireless network according to one embodiment of the present invention.
  • the illustrated wireless communication device performs an appropriate ad hoc operation without interfering with other wireless systems by effectively performing channel access within the same wireless system in a communication environment where a plurality of channels are prepared. 'Can form a network.
  • the wireless communication device 100 includes an interface 101, a data buffer 102, a central control unit 103, a beacon generation unit 104, a control signal generation unit 105, a wireless transmission unit 106, and a timing control unit 107. , A channel setting unit 108, an antenna 109, a radio reception unit 110, a control signal analysis unit 111, a beacon analysis unit 112, and an information storage unit 113.
  • the interface 101 exchanges various information with an external device (for example, a personal computer (not shown)) connected to the wireless communication device 100.
  • an external device for example, a personal computer (not shown)
  • the data buffer 102 transmits, via the interface 101, data transmitted from a device connected via the interface 101 or data received via a wireless transmission path. Used for temporary storage before leaving.
  • the central control unit 103 manages a series of information transmission and reception processes in the wireless communication device 100, and controls access to a transmission path (scan setting operation, channel setting operation, beacon receiving operation, and RTSZCTS method in multi-channel). (Including data communication operations).
  • Beacon generation section 104 generates a beacon signal that is periodically exchanged with a nearby wireless communication apparatus.
  • the control signal generation unit 105 generates control information (described later) such as a transmission request (RTS: Request to Send) signal and a confirmation notification (CTS: Clear to Send) signal as necessary before data transmission. I do.
  • control information such as a transmission request (RTS: Request to Send) signal and a confirmation notification (CTS: Clear to Send) signal as necessary before data transmission. I do.
  • the RTS signal and the beacon signal may be transmitted in a multi-please state.
  • the RTS / CTS communication method in a multi-channel autonomous distributed communication environment will be described later in detail.
  • Antenna 109 wirelessly transmits a signal to another wireless communication device on the selected frequency channel, or collects a signal sent from another wireless communication device.
  • a single antenna is provided and transmission and reception cannot be performed in parallel. It is assumed that it is not possible to handle a plurality of frequency channels at the same time.
  • Wireless transmission section 106 wirelessly transmits data and beacons temporarily stored in data buffer 102.
  • Radio transmitting section 106 includes a modulator that modulates a transmission signal using a predetermined modulation scheme, a DZA converter that converts a digital transmission signal into an analog signal, an upconverter that performs frequency conversion on an analog transmission signal and upconverts the signal, and an upconverter. And a power amplifier (PA) (not shown) that amplifies the power of the transmitted signal.
  • PA power amplifier
  • Wireless receiving section 110 receives and processes information or a beacon signal transmitted from another wireless communication apparatus at a predetermined time.
  • the radio receiving unit 110 includes a low-noise amplifier (LNA) for voltage-amplifying a signal received from another station via the antenna 109, a down-converter for down-converting the voltage-amplified received signal by frequency conversion, an automatic gain controller ( AGC), AZD converter that converts analog received signals to digital, synchronization processing for acquiring synchronization, channel estimation, demodulator that performs demodulation processing according to a predetermined demodulation method, etc. ,).
  • LNA low-noise amplifier
  • AGC automatic gain controller
  • AZD converter that converts analog received signals to digital
  • synchronization processing for acquiring synchronization
  • channel estimation demodulator that performs demodulation processing according to a predetermined demodulation method, etc.
  • the beacon signal is transmitted at a configurable minimum rate so that as many communication stations as possible can receive it.
  • the communication quality of each channel is checked, and the best channel for the own station is set as a reference channel for beacon transmission.
  • the beacon transmission slot position of the own station is determined at an arbitrary timing so that the stations do not overlap in time. I do.
  • Information on the communication quality of each channel, the beacon transmission channel of the own station, and other beacon transmissions are stored in the information storage unit 113. The specific configuration of the beacon signal will be described later.
  • each communication station determines its own beacon transmission channel and data communication channel based on the communication quality of each channel. Therefore, radio receiving section 110 estimates the propagation path condition in each channel and notifies central control section 103 of the estimated channel state.
  • the best channel for the own station is set as the beacon transmission channel of the own station, and the communication destination serving as the transmission destination during data transmission is set. The station sequentially sets a channel suitable for reception (that is, a beacon transmission channel of the receiving station) as a data transmission channel.
  • wireless transmission / reception method in wireless transmission section 106 and wireless reception section 110 for example, various communication methods applicable to wireless LAN and suitable for relatively short-distance communication can be applied. Specifically, a UWB (Ultra Wide Band) system, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system, a CDMA (Code Division Multiple Access) system, or the like can be adopted.
  • a UWB Ultra Wide Band
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • Timing control section 107 controls timing for transmitting and receiving radio signals. For example, the own station's beacon transmission timing at the beginning of the transmission frame period specified on the own station's beacon transmission channel, the beacon reception timing from peripheral stations on each channel, the scan operation cycle on each channel, the beacon transmission channel, Refresh cycle for setting channel interference information, each packet conforming to RTS / CTS method It controls the transmission timing (interframe space (IFS)) of (RTS, CTS, data, ACK, etc.).
  • IFS interframe space
  • Channel setting section 108 selects a channel for actually transmitting and receiving a multi-channel wireless signal.
  • a channel that is the best for the own station or a channel that can be received by as many communication stations as possible is set as a beacon transmission channel.
  • an optimal channel having a low interference level can be set as a data transmission channel between communication stations.
  • Which channel is optimal for receiving traffic in the own station can be determined by measuring communication quality when scanning each channel, for example.
  • a channel setting operation is performed by performing a refresh operation at a predetermined cycle to obtain the latest channel interference information in addition to a new entry.
  • the beacon transmission channel may be reset when the communication quality of any channel changes by a predetermined value or more. Since the method of measuring the communication quality of the channel and the resetting of the beacon transmission channel are not directly related to the gist of the present invention, they will not be further described in this specification.
  • the control signal analysis unit 111 analyzes control information such as an RTS signal (including an RTS signal multiplied into a beacon signal) and a CTS signal transmitted from a peripheral wireless communication device.
  • Beacon analysis section 112 analyzes a beacon signal received from a peripheral station, and analyzes the presence of a nearby wireless communication device. For example, information such as a beacon transmission channel of a peripheral station, its reception timing, and channel interference information described in a reception beacon are stored in the information storage unit 113 as neighbor device information.
  • the information storage unit 113 includes an execution procedure instruction (a program for performing scan setting, channel setting, and the like) such as a series of access control operations executed by the central control unit 103, its own beacon transmission timing, beacon transmission channel, and the like. Multi-channel information such as beacon transmission timing of another communication station / beacon transmission channel, neighboring device information, interference information in each channel of the local station / peripheral station, and the like are stored.
  • execution procedure instruction a program for performing scan setting, channel setting, and the like
  • Multi-channel information such as beacon transmission timing of another communication station / beacon transmission channel, neighboring device information, interference information in each channel of the local station / peripheral station, and the like are stored.
  • each channel is performed. After confirming the signal quality, the best channel for the local station or the channel that can be received by as many communication stations as possible is set as the reference channel for beacon transmission. Then, if there is an existing station on the beacon transmission channel of the own station, if there is an existing station, the existing beacon is not determined. .
  • the communication quality of each channel, the beacon transmission channel of the own station, and other information on beacon transmission and reception are stored in the information storage unit 113. The configuration of the beacon signal will be described later.
  • the wireless communication device 100 operating as a communication station has a transmission (MAC) frame having a slow time-division multiple access structure in a communication environment in which a plurality of channels are prepared and no specific control station is arranged. This performs transmission control using multiple channels effectively, or performs communication operations such as random access based on CSMA / CA.
  • MAC transmission
  • CSMA is a connection method for performing multiple access based on carrier detection.
  • CSMA / CA collision Avoidance
  • CD collision Detection
  • ultrashort pulse wave 1 nanosecond or less
  • a signal spread over a bandwidth of several gigahertz or a multicarrier signal without using a carrier in a very wide frequency band.
  • UWB ultra-wideband
  • each communication station selects, as a beacon transmission channel, a channel that can be received by as many communication stations as possible based on interference information of each channel of its own station and peripheral stations. .
  • a beacon transmission channel By notifying beacon information on the most channels, it informs other nearby communication stations (that is, within communication range) of its own presence, and by notifying the network configuration, it transmits information about its neighbors (ie, within communication range). Existence of self in other communication stations And inform the network configuration.
  • the beacon transmission cycle is defined as “transmission frame (T_SF)” and is set to, for example, 40 milliseconds.
  • the beacon transmission channel is set by the channel setting unit 108.
  • each communication station determines a channel for beacon transmission based on the communication quality of its own station, and broadcasts the beacon information, thereby determining the neighbor Inform other communication stations (within the communication range) of the existence of the own station and the network configuration.
  • a communication station that newly enters the communication range of a certain communication station detects that it has entered the communication range by receiving a beacon signal, and decodes the information described in the beacon. Network configuration can be recognized. Then, while gently synchronizing with the beacon reception timing, the beacon transmission timing of the own station is set at a timing when no beacon is transmitted from the peripheral station.
  • a beacon transmission procedure of each communication station according to the present embodiment will be described with reference to FIG. However, here, the case where the beacon of each communication station is arranged on a single channel will be described first.
  • Each communication station slowly synchronizes while listening to beacons transmitted in the vicinity. When a new communication station appears, the new communication station sets its own beacon transmission timing so as not to conflict with the beacon transmission timing of the existing communication station.
  • the communication station 01 can start transmitting a beacon at an appropriate timing.
  • the transmission interval of the beacon is 40 ms (described above).
  • B01 indicates a beacon transmitted from the communication station 01.
  • a communication station newly entering the communication range sets its own beacon transmission timing so as not to collide with the existing beacon arrangement.
  • the communication station 03 receives at least one of the beacons transmitted from each of the communication station 01 and the communication station 02, and recognizes the existence of these existing communication stations. Then, as shown in the third row of FIG. 3, the transmission is started at substantially the middle of the beacon interval transmitted from the communication station 01 and the communication station 02.
  • the beacon interval narrows.
  • the next appearing communication station 04 sets the beacon transmission timing at a timing almost in the middle of the beacon interval set by each of the communication station 02 and the communication station 01, and then, The appearing communication station 05 sets the beacon transmission timing at substantially the middle of the beacon interval set by each of the communication stations 02 and 04.
  • a minimum beacon interval B is defined so as not to overflow the beacon in the band (transmission frame period), and it is allowed to arrange two or more beacon transmission timings in B.
  • the minimum beacon interval B is specified to be 2.5 mm milliseconds with a transmission frame period of 40 milliseconds, only a maximum of 16 communication stations can be accommodated within the range of radio waves.
  • each communication station acquires the preferential use area (TPP) immediately after transmitting the beacon (described later), when arranging a new beacon in a transmission frame, it is necessary to use one channel. It is more preferable in terms of transmission efficiency that the beacon transmission timings of the communication stations be evenly dispersed within the transmission frame period than densely. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, transmission of a beacon is basically started in the middle of a time zone in which the beacon interval is longest within a range in which the user himself can hear. However, there is also a usage method in which the beacon transmission timing of each communication station is concentrated and the reception operation is stopped in the remaining transmission frame period to reduce the power consumption of the device.
  • FIG. 4 shows an example of beacon transmission timing in a transmission frame on one channel.
  • the passage of time is represented like a clock in which the hour hand moves clockwise on the ring.
  • the position in the transmission frame where the beacon transmission timing can be arranged is also called a “slot”.
  • Each communication station intentionally transmits at a time with a slight time offset (TBTT offset), which is its own beacon transmission timing, which is the target beacon transmission time (TBTT).
  • TBTT offset is its own beacon transmission timing, which is the target beacon transmission time (TBTT).
  • a total of 16 communication stations from communication station 0 to communication station F are configured as nodes of the network.
  • the beacon arrangement was performed according to the algorithm in which the beacon transmission timing of the new entrant station is set sequentially at almost the middle of the beacon interval set by the existing communication station. Shall be assumed. If B is specified as 5 milliseconds, only up to 16 frames can be transmitted per transmission frame.
  • I can't place one control. That is, more than 16 communication stations cannot join the network.
  • a plurality of inter-frame spaces are defined as in the case of the IEEE 802.11 system or the like.
  • SIF Short Inter Frame Space
  • LIFS Long Inter Frame s> pace
  • the LIFS When transmitting a normal packet in accordance with the CSMA procedure, as shown in Fig. 5 (b), after the transmission of some packet is completed, the LIFS first monitors the media state, and during this time the media is monitored. If the transmission is clear, that is, if there is no transmission signal, a random 'back-off' is performed, and if there is no transmission signal during this time, the transmission right is granted.
  • a method of calculating the random 'back-off value a method known in the existing art such as using a pseudo-random sequence is applied.
  • a communication station within the priority transmission period transmits after the inter-frame space of SIFS.
  • TPP priority transmission period
  • the right to preferentially transmit a packet is secured.
  • the CTS, data, and ACK packets transmitted following the RTS are also transmitted in the inter-frame space of the SIFS, so that a series of communication procedures can be performed without being disturbed by neighboring stations. Can be performed.
  • Each communication station transmits a beacon at regular intervals S, and for a while after transmitting a beacon, priority transmission that can transmit to the station that transmitted the beacon preferentially for a while.
  • TPP time period
  • Figure 6 shows how beacon transmission stations are given priority.
  • this priority section is defined as Transmission Prioritized Period (TT).
  • TPP Transmission Prioritized Period
  • the communication station starts transmission after the inter-frame space of SIFS, thereby securing the right to preferentially transmit packets.
  • a section other than the TPP is defined as a Fairly Access Period (FAP), and each communication station performs communication according to the normal CSMAZCA scheme.
  • FAP Fairly Access Period
  • FIG. 7 illustrates the operation of the beacon transmitting station and other stations in the TPP section to obtain the transmission right.
  • the beacon transmitting station can start transmitting after a shorter packet interval SIFS.
  • the beacon transmitting station has RTS followed by RTS Send a packet. After that, by transmitting the transmitted CTS, data, and ACK packets in the inter-frame space of the SIFS in the same manner, a series of communication procedures can be executed without being disturbed by the neighboring station.
  • the other stations first monitor the media state only by LIFS after the beacon is transmitted, and perform random 'backoff' if the medium is not cleared, that is, if no transmission signal exists, and further, during this time, Even if no transmission signal is present, transmission rights are granted. For this reason, if the beacon transmitting station transmits the RTS signal after the SIFS has elapsed first, the media will not be clear and other stations will not be able to start transmission.
  • FIG. 8 illustrates an operation for the communication station to start transmission in the TPP section and the FAP section, respectively.
  • a communication station can start transmitting after a shorter bucket interval SIFS after transmitting its own beacon.
  • the beacon transmitting station transmits an RTS packet after SIFS. Thereafter, by transmitting the transmitted CTS, data, and ACK packets in the inter-frame space of the SIFS in the same manner, a series of communication procedures can be executed without being disturbed by the neighboring station.
  • the communication station starts transmission after waiting for LIFS + random backoff as in the case of other peripheral stations. In other words, the transmission right is given evenly by random back-off.
  • the state of the medium is first monitored only by LIFS, and if the medium is cleared during this time, that is, if there is no transmission signal, random 'backoff is performed. If no transmission signal exists during this period, the RTS packet is transmitted. Note that a series of packets such as CTS, data, and ACK transmitted due to the RTS signal must be transmitted in the SIFS interframe space so that a series of communication procedures can be performed without being disturbed by neighboring stations. Can be.
  • FIG. 9 shows the configuration of the transmission frame period (T_SF). As shown in the figure, following transmission of a beacon from each communication station, a TPP force is assigned to the communication station that transmitted the immediately preceding beacon, and only that station is given priority in a short inter-frame space called SIFS. You can get the right to send.
  • T_SF transmission frame period
  • the TPP section When the TPP section elapses, it becomes FAP, and each communication station communicates by the normal CSMA / CA method. Shin does. That is, all communication stations wait for LIFS + random 'back-off and start power transmission, so transmission rights are equally given. Then, the beacon is transmitted from the next communication station adjacent to the beacon transmission timing, and the FAP ends. After that, the sequence that the TAP is given to the beacon transmitting station and then the FAP period starts is repeated.
  • the beacon is basically transmitted for constructing a network, but when transmitted for the purpose of indicating a reference for starting a priority transmission period TPP, all information described later (see FIG. 11). Need not be listed).
  • the beacon may contain only information related to the acquisition of the TPP, and in an extreme example, a 1-bit (or A beacon can be composed of information of several bits).
  • the communication station in an autonomous decentralized communication system, it is possible to realize a mechanism that allows a communication station to acquire a preferential transmission period TPP without using a beacon.
  • the communication station shall obtain the priority transmission period TPP and describe in part of the signal to be transmitted that the transmission is performed using the priority transmission period TPP. Accordingly, a network operation (collision avoidance operation) similar to the above-described communication system using a beacon can be realized.
  • each communication station notifies each other of the transmission / reception timing in the superframe based on the notification of the beacon signal or the description of a part of the signal such as the data frame, and With the CSMA procedure, it is possible to perform random access to media while realizing moderate time-division multiple access.
  • FIG. 9 shows an example in which the beacon transmitting station starts the TPP immediately after the beacon transmission
  • the present invention is not limited to this.
  • the TPP may be started at the relative position (time) from the beacon transmission time. May be set.
  • each communication station is higher in transmission of packets in the beacon and its own TPP because transmission at SIFS intervals is allowed. Priority is given. That is, each time a beacon is transmitted, the communication station can start transmission in a short inter-frame space, so data is transmitted preferentially. You will have the opportunity to trust.
  • a communication station can preferentially obtain a transmission right within its own TPP, but it does not occupy media in this interval.
  • other communication stations are allowed to start transmission at intervals of LIFS + backoff.
  • the communication station transmits a beacon and obtains a TPP, but informs that its own station has nothing to transmit and that the other station holds information that it wants to transmit to its own station. If not, the communication operation is not started in the inter-frame space of SIFS. As a result, the beacon transmitting station has abandoned its own TPP. Then, other communication stations not given the TPP can start transmission even during this time period after the LIFS + backoff or FIFS + backoff has elapsed.
  • Fig. 10 shows the operation when the beacon transmitting station abandons the TPP. If the beacon transmitting station does not start transmitting at SIFS intervals due to TPP abandonment, other stations can start transmitting packets with LIFS + backoff. In this case, other communication stations that have not been given a TPP can start transmitting even during this time after LIFS + backoff or FIFS + backoff has elapsed. Even if the TPP is abandoned, the beacon transmitting station, of course, within the TPP section of its own station, the communication station gives priority to the SIFS interval after the transmission operation of the other station is completed. Transmission can be started.
  • FIFS + backoff is always used as a space between frames S. According to the configuration of the present embodiment, this interval can be shortened, and more effective packet transmission can be performed. It becomes possible.
  • the priority transmission right is given only to the communication station in the TPP.
  • the priority transmission right is also given to the communication station called by the communication station in the TPP.
  • transmission is prioritized, but there is nothing to transmit in its own communication station, but if it is known that other stations hold the information to be transmitted to their own station, the Throw a paging message or polling message to "other stations" Or you may.
  • the beacon is transmitted but the own station has nothing to transmit and if it is not known that the other station holds the information to be transmitted to the own station, such a case occurs.
  • the communication station does not perform any communication operation, relinquishes the transmission priority given in the TPP, and transmits nothing. Then, according to the normal CSMA procedure, the other communication station starts transmission even after the predetermined inter-frame space and knock-off have elapsed in the TPP time zone.
  • the beacon transmission timing of each communication station is more uniformly distributed within the transmission frame period than denser Is more preferable in terms of transmission efficiency. Therefore, in the present embodiment, the transmission of the beacon is basically started almost in the middle of the time zone in which the beacon interval is the longest as long as the user can hear himself.
  • the beacon transmission timing of each communication station is centrally arranged and the reception operation is stopped in the remaining transmission frame period to reduce the power consumption of the device.
  • traffic is managed in an autonomous and decentralized manner by giving preferential communication rights to the beacon transmitting station (as described above).
  • the transmitting station does not always acquire the TPP on the beacon transmission channel.
  • the beacon transmitting station may shift to a channel that is preferentially used to a channel that is different from the beacon transmission channel and that is optimal for traffic transmission, depending on the interference situation on the receiving side.
  • FIG. 11 illustrates a configuration example of a beacon signal format.
  • the beacon signal includes a preamble for notifying the presence of the signal, a heading, and a payload unit PSDU.
  • Information indicating that the packet is a beacon is posted in the heading area.
  • PSDU the following information to be notified by the beacon is described.
  • TX. ADDR MAC address of transmitting station (TX)
  • T ⁇ IS TBTT Offset 'Indication Sequence' NBOI: Neighbor Beacon Offset Information TIM: Traffic 'Indication Map' PAGE: Paging
  • the T ⁇ IS field information (for example, a pseudo-random system 1J) for determining a TBTT offset (described above) is stored, and the offset of the beacon with respect to the beacon transmission timing TBTT is stored. To indicate whether or not it is sent.
  • the TBTT offset By setting the TBTT offset, the actual beacon transmission time can be shifted even if two communication stations place beacon transmission timing in the same slot on a transmission frame, and a certain transmission Even if a beacon collides during the frame period, each station can hear each other's beacons (or neighboring stations hear both beacons) in another transmission frame period, that is, it can recognize the collision. .
  • TIM is broadcast information indicating to which communication station this communication station currently has information. By referring to the TIM field, the receiving station must perform its own reception. The ability to recognize things. Also, Paging is a field indicating that among the receiving stations listed in the TIM, transmission is scheduled in the immediately following TPP, and the station specified in this field must be prepared for reception in the TPP. Must.
  • a field (ETC field) other than the above is prepared in the beacon.
  • the ETC field includes a field describing the degree of interference in each prepared frequency channel, that is, the interference level (IntLCH).
  • the communication station uses the ETC field (or provides a dedicated field for PSDU) to determine the communication destination of the data transmission destination and the communication station.
  • the beacon transmission channel may be specified. The ability to maintain communication quality through RTS / CTS procedures when performing random access based on CSMA / CA.
  • the NBOI field is information describing the position of a beacon of a neighboring station that can be received by the own station in the transmission frame (at the time of reception).
  • information on the arrangement of beacons that can be received is stored in 16-bit bits. Describe in map format. That is, the own station's beacon transmission timing TBTT is mapped to the first bit (MSB) of the NBOI field, and the other slots are relative to the own station's TBTT. It maps to the bit position corresponding to the position (offset). Then, write 1 to the bit position assigned to each slot of the transmission beacon of the own station and the receivable beacon, and leave the other bit positions at 0.
  • FIG. 12 shows a description example of the NBOI when the number of used channels is one.
  • Iij is used to create an NB ⁇ I field such as communication station 0 S “1100, 0000, 0100, 0000”. This is because, under the communication environment where the communication station 0F sets the TBTT in each slot capable of accommodating a maximum of 16 stations as shown in FIG. 4, the communication station 0 shown in FIG. "Beacons from communication station 1 and communication station 9 can be received.”
  • a mark is allocated if the beacon is receivable, and a space is allocated if the beacon is not received.
  • the MSB is set to 1 because the own station is transmitting a beacon, so the location corresponding to the time when the own station is transmitting a beacon is also marked.
  • each communication station Upon receiving each other's beacon signals on a certain channel, each communication station arranges its own beacon transmission timing while avoiding beacon collision on the channel based on the description of the NBOI included in the communication station. And beacon reception timing from peripheral stations.
  • Fig. 13 shows how a newly entered communication station sets its own TBTT based on the NBOI of each beacon obtained from beacons received from peripheral stations.
  • the communication station After turning on the power, the communication station first performs a scanning operation, that is, continuously tries to receive a signal over a transmission frame length or more, and confirms the presence of a beacon transmitted by a peripheral station. In this process, if no beacon is received from the peripheral station, the communication station sets an appropriate timing as TBTT. On the other hand, when a beacon transmitted from a peripheral station is received, the NBOI field of each beacon received by the peripheral station is referred to as a logical OR (OR) while shifting according to the reception time of the beacon. The beacon transmission timing is extracted from the timing corresponding to the bit position that has not been finally marked.
  • a scanning operation that is, continuously tries to receive a signal over a transmission frame length or more, and confirms the presence of a beacon transmitted by a peripheral station. In this process, if no beacon is received from the peripheral station, the communication station sets an appropriate timing as TBTT.
  • the NBOI field of each beacon received by the peripheral station is referred to as a logical OR
  • the NBOI field is described in a bitmap format in which the beacon reception time of the peripheral station is mapped to the relative position of the own station with respect to the beacon (described above). Therefore, communication station A shifts the NBOI fields of the three beacons that have been received by the peripheral station according to the reception time of each beacon, aligns the corresponding positions of the bits on the time axis, and then adjusts the timing of each timing. Refer to by ORing the NBOI bits.
  • the obtained sequence is "1101, 0001, 0100, 1000" indicated by "OR of NBOIs" in FIG.
  • the relative position at the timing when TBTT is already set, and 0 indicates the relative position at the timing when TBTT is not set.
  • the longest run length of the space (zero) is 3, which means that there are two candidates.
  • communication station A sets the fifteenth bit in the own station beacon TBTT.
  • Communication station A sets the time of the 15th bit as the TBTT of its own station's regular beacon (that is, the head of its own transmission frame), and starts transmitting beacons.
  • the NBOI field transmitted by the communication station A indicates the reception time of each beacon of the communication station 0-2 capable of receiving the beacon, and the bit position corresponding to the relative position from the transmission time of the normal beacon of the own station. It is described in a bitmap format, and is as shown by "NBOI for TX (1 Beacon TX)" in FIG.
  • the present invention relates to a multi-channel autonomous decentralized network, and requires NBOI information describing a beacon arrangement for each available frequency channel. This point will be described later.
  • Fig. 14 shows a state in which a new entrant station arranges its own beacon transmission timing on a certain frequency channel while avoiding collision with an existing beacon based on the description of the NBOI.
  • Each stage in the figure shows the entry state of the communication stations STA0-STA2.
  • the left side of each stage shows the arrangement state of each communication station, and the right side shows the arrangement of beacons transmitted from each station.
  • FIG. 14 shows a case where only the communication station STA0 exists.
  • ST # 0 attempts to receive a beacon but does not receive it, so set an appropriate beacon transmission timing. Then, transmission of the beacon can be started in response to the arrival of this timing.
  • the beacons are transmitted every 40 milliseconds (transmission frames). At this time, all bits of the NBOI field described in the beacon transmitted from STA0 are 0.
  • the middle part of FIG. 14 shows that STA1 has entered the communication range of communication station STA0.
  • STA1 attempts to receive a beacon
  • the beacon of STA0 is received.
  • the NBOI field of the beacon of STA0 since all bits other than the bit indicating the transmission timing of the own station are 0, the own beacon transmission timing is set substantially at the center of the STA0 beacon interval according to the processing procedure described above.
  • FIG. 14 shows that STA2 has entered the communication range of communication station STA1 after that.
  • STA0 is a hidden terminal for STA2. Therefore, STA2 cannot recognize that STA1 is receiving the STA0-powered beacon, and as shown on the right side, may transmit a beacon at the same timing as STA0 and cause a collision.
  • the NBOI field is used to avoid this phenomenon.
  • 1 is also set to the bit indicating the timing at which STA0 transmits the beacon. Therefore, STA2 cannot directly receive the beacon transmitted by STA0, which is a hidden terminal, but recognizes the beacon transmission timing of STA0 based on the beacon received from STA1, and avoids beacon transmission at this timing. .
  • STA2 determines the beacon transmission timing almost in the middle of the beacon interval between STA0 and STA1.
  • the bit indicating the beacon transmission timing of STA2 and STA1 is set to 1.
  • each communication station broadcasts beacon information within a transmission frame period, and scans a beacon signal from another station to perform network operation on one channel.
  • the configuration can be recognized.
  • the transmission frames as shown in FIG. 4 are arranged on the frequency axis by the number of used channels (see FIG. 16). That). Also, in the present invention, it is assumed that each communication station has a single antenna, cannot transmit and receive in parallel, and cannot handle a plurality of frequency channels at the same time. (See above). For this reason, the communication station cannot receive a beacon unless it has shifted to the same channel at the beacon transmission timing of another communication, and it is difficult to grasp the network configuration on all channels. It is.
  • the communication station is the most suitable channel for its own station, there is a possibility that the other station that is the communication partner is a channel that is receiving interference.
  • the beacon transmission channel of one station is an interference channel or a channel that cannot be used because the other station has deteriorated communication quality, these stations will communicate on another channel tentatively. Even if they can do that, they will fall into a deadlock situation where they cannot recognize each other's existence forever.
  • the beacon signal transmitted periodically by each communication station carries the level information of the interference received by the own station, and transmits the beacon signal.
  • the communication channel is determined after grasping the interference situation based on the computer information. For example, communication channels are controlled autonomously and decentralized by avoiding the use of channels that are severely interfered by peripheral communication stations as communication channels.
  • each communication station selects a channel having the highest communication quality for its own station as a beacon transmission channel, and when transmitting data, it transmits its own beacon transmission channel. Regardless of the channel, the data transmission is performed using a channel that has good communication quality and is suitable for reception at the communication station that is the data transmission destination.
  • the beacon signal transmitted periodically by each communication station carries the level information of the interference received by the own station, transmits the beacon signal, and receives from the peripheral station.
  • the communication channel is determined after grasping the interference status based on the beacon information. In this way, it is possible to autonomously and decentralize the control of the communication channel by avoiding the peripheral communication station from using the channel which is severely interfered as the communication channel.
  • channel # 1, channel # 3, and channel # 3 are provided as available channels. Interfering stations whose # 3 is the interfered channel are arranged.
  • beacons can be heard on all channels.
  • channels # 1 and # 2 are interfered channels
  • channel # 3 is an interfered channel, but the beacon signal transmitted at the lowest rate is Receivable interference level.
  • Communication station # 2 can receive a beacon from each station and acquire interference information for each channel in each station. Then, the beacon signal of its own station is transmitted using channel # 3, which allows all communication stations to transmit beacons.
  • Communication station # 2 may perform the data transmission operation using a channel other than the beacon transmission channel. For example, when transmitting traffic to the communication station # 4, after transmitting a beacon using the channel # 3, the communication station # 4 shifts to the channel # 1 or the channel # 2 having a low interference level, and Start sending traffic.
  • the communication station performs as many as possible based on the interference information of each channel described in the beacon signal when newly joining or refreshing. Select the channel that the communication station can receive as the beacon transmission channel To do. If there is a peripheral station that cannot receive a beacon, it tries to change the beacon transmission channel.
  • each communication station does not need to switch channels during a period in which there is no transmission data and only reception of a beacon is performed. If the interference received by the communication station is at an acceptable level, the communication station can use the same communication channel as the surrounding communication stations as much as possible, thereby reducing the overhead of transition to the channel. Since the channel transition requires a delay time of about 300 microseconds in hardware operation, the communication capacity can be increased by reducing the number of channel transitions.
  • the communication station may determine the beacon transmission channel according to, for example, whether or not the own station requires a wide band. For example, if the own station needs a wide band, it selects a channel that is not used by other communication stations and has a low interference level for itself, and starts transmitting a beacon. The same operation is performed on the side that transmits and receives the broadband.
  • peripheral stations including the own station are not receiving great interference on the channel with the largest number, transmission of a beacon is started on that channel. Also, if there are multiple communication stations that have received such interference that the beacon transmitted at the lowest rate cannot be received, select the channel with the lowest average interference level and start transmitting beacons there.
  • Each communication station periodically performs this operation to constantly refresh the communication channel to an optimal one.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation procedure for a communication station to select a beacon transmission channel in the multi-channel autonomous distributed wireless network according to the present embodiment. It is shown by an equation. Such an operation is actually realized in a form in which the central control unit 103 in the wireless communication apparatus executes an execution instruction program stored in the information storage unit 113.
  • a scan operation is performed on each channel according to a predetermined procedure, and an attempt is made to receive a beacon signal transmitted from a peripheral station (step S1).
  • step S2 if a beacon signal of a peripheral station can be found (step S2), next, it is determined whether or not the own station requires a wide band (step S3). Whether or not a wideband is required is determined considering both the transmitting side and the receiving side of the own station.
  • step S4 the channel where the largest number of communication stations among the peripheral stations are transmitting beacons (most channels) is focused (step S4), and the most Then, it is further determined whether or not peripheral stations including itself are receiving great interference (step S5).
  • step S6 if the peripheral stations including the own station are not receiving great interference in the most channels, the most frequent channel is selected (step S6), and beacon transmission is started on the channel (step S6). Step S 7).
  • step S10 when there are a plurality of communication stations that are receiving large interference on the most channels, the channel having the lowest average interference level is selected (step S10), and beacon transmission is started there (step S10). S7).
  • step S3 If it is determined in step S3 that the own station requires a wideband communication capacity, a channel that is not used by other communication stations as much as possible and has a low interference level for the own station is selected (step S9). ), The transmission of the beacon starts (step S7). The same operation is performed on the side that transmits and receives the broadband.
  • step S2 if a beacon signal from a peripheral station is not found, a channel optimal for the own station, specifically, a channel having the lowest interference level for the own station is set to a beacon transmission channel. (Step S8), and starts transmitting the beacon (step S7).
  • step S11 When the periodic refresh time arrives (step S11), the communication station returns to step S1 and repeats the operation of selecting a beacon transmission channel. Thus, the communication station By performing the above operations regularly, the communication channel is always refreshed to the optimum one.
  • the RTS / CTS method can be adopted as a means to avoid collisions and improve communication quality while allocating priority transmission rights according to the inter-frame space (for example, see FIGS. 7 and 8).
  • a source communication station transmits an RTS (Request to Send: transmission request), and a destination communication station receives the RTS and receives data. If possible, return CTS (Clear to Send: ready to receive) as the response. Then, data transmission is performed after a connection is established between the transmitting and receiving stations by RTS / CTS information exchange.
  • RTS Request to Send: transmission request
  • CTS Call to Send: ready to receive
  • Communication station # 0 is a hidden terminal for communication station # 2
  • communication station # 3 is a hidden terminal for communication station # 1.
  • the communication station # 1 detects that the channel is idle, and then transmits a predetermined preamble signal P (131) Then, the RTS signal (132) is transmitted.
  • the RTS signal describes time information (Duration) until the CTS is received, and the peripheral stations that have been able to receive the RTS signal use the NAV (Network)
  • the collision avoidance operation is performed by setting the Allocation Vector) and stopping signal transmission.
  • the communication station # 0 receives the RTS signal of the communication station # 1, and, based on the reception time information, sets a time (transmission waiting period) in which transmission from itself is to be suppressed. Perform the operation to determine.
  • communication station # 3 cannot receive the RTS signal, which is a hidden terminal.
  • communication station # 2 can receive the RTS signal and can receive data thereafter, it returns a predetermined preamble signal P (133) and a CTS signal (134).
  • the CTS signal describes time information (Duration) until data reception ends.
  • the peripheral station that has received the CTS signal performs the collision avoidance operation by setting the NAV and stopping the signal transmission during the period specified by the Duration.
  • the communication station # 3 receives the CTS signal from the communication station # 2, the communication station # 3 performs an operation of setting a time (transmission standby period) for which transmission from itself is to be suppressed based on the reception time information.
  • the communication station # 1 that has been able to receive the CTS signal performs transmission processing of the predetermined preamble signal P (135) and data Data (136) for the time described in the CTS signal, and In # 2, the receiving operation of data Data (136) is performed at the same time.
  • communication station # 0 recognizes that data communication from communication station # 1 will be performed from header information Head (not shown) of data Data (136), and this data communication duration time Over time, control may be performed such that transmission to communication station # 1 is not performed.
  • the data transmission source communication station shifts to the beacon transmission channel of the data transmission destination communication station and performs the data transmission operation. For this reason, a peripheral station that is a hidden terminal for the data transmission destination communication station cannot hear the RTS signal transmitted on the migration destination channel if the migration destination channel is an interference channel. A multi-channel hidden terminal problem arises. [0219] Therefore, assuming that there is a communication station that is hidden from the data transmission destination communication station, the data transmission source communication station performs its own beacon transmission before transmitting the RTS signal. On the channel, a beacon signal (a beacon signal containing information on the channel in which data communication is performed) that has been multiplied with the RTS signal is transmitted.
  • a beacon signal (a beacon signal containing information on the channel in which data communication is performed) that has been multiplied with the RTS signal is transmitted.
  • This beacon signal serves as a pseudo RTS signal.
  • the hidden terminal withholds the data transmission operation for a predetermined time in response to receiving the beacon in which the RTS signal is multiplied on the beacon transmission channel (a beacon including information of a channel performing data communication). By doing so, interference can be avoided.
  • the communication station of the data transmission source transitions to the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination, transmits a transmission request packet RTS, and receives the confirmation notification packet CTS from the communication station of the data transmission destination. In response, the data transmission is started.
  • Fig. 21 shows another example in which the RTS / CTS scheme is applied to the multi-channel autonomous decentralized wireless network according to the present embodiment.
  • the communication station of the data transmission source uses the RTS in order to avoid the hidden terminal problem associated with performing the data transmission operation by shifting to a channel having a low interference level for the communication station of the data transmission destination.
  • the RTS signal Prior to transmission of the signal, the RTS signal is transmitted on the beacon transmission channel of the own station together with a beacon (a beacon including channel information for data communication) that has been multiplied with the RTS signal.
  • the RTS signal multiplied beacon is regarded as the pseudo RTS signal itself.
  • the RTS signal multi-present beacon (a beacon containing channel information for performing data communication) is transmitted to the RTS signal.
  • the communication station of the data transmission destination waits for the arrival of a normal RTS signal in response to receiving a beacon (a beacon including channel information performing data communication) obtained by multiplying the RTS signal. By returning the CTS signal, it is possible to start data transmission. [0227] In this way, by omitting the RTS signal transmission procedure (RTS signal retransmission), it is possible to reduce the overhead of the RTSZCTS procedure in a multi-channel.
  • a beacon a beacon including channel information performing data communication
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating a processing procedure for the wireless communication apparatus 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present embodiment.
  • the wireless communication station 100 has already acquired neighboring station information such as a beacon transmission channel and beacon transmission timing of a peripheral station by a scanning operation (not shown) or the like.
  • the communication station has a steady operation mode that does not depend on a transmission request, a transmission start mode triggered by beacon transmission, and a transmission continuation mode.
  • Such a processing procedure is actually realized in a form in which the central control unit 103 executes an execution instruction program stored in the information storage unit 113.
  • step S31 when the beacon transmission timing of the peripheral station arrives until the beacon transmission timing arrives (step S31), the operation shifts to the beacon transmission channel of the peripheral station to receive the beacon. Is performed (step S32).
  • step S21 When the beacon transmission timing of the own station comes (step S21), it is checked whether there is a transmission request from an upper layer of the communication protocol (for example, an external device connected via the interface 101) (step S21). Step S22). If there is no transmission request, a beacon is transmitted on a beacon transmission channel that is most suitable for itself (step S33).
  • an upper layer of the communication protocol for example, an external device connected via the interface 101
  • the RTS signal is transmitted to the beacon transmission channel of the own station for the RTSZCTS procedure. Is transmitted at a predetermined beacon transmission timing (step S23).
  • the mode transits to the transmission start mode, and checks whether the beacon transmission channel of its own station matches the beacon transmission channel of the data transmission destination communication station (that is, the channel used for data transmission). (Step S24).
  • the mobile station shifts to the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination (step S34) and transmits an RTS signal (step S35).
  • a beacon a beacon including channel information for data communication obtained by multiplying the RTS signal is used.
  • step S26 if the CTS signal cannot be received within the predetermined time (step S26), the process proceeds to step S35 to retransmit the RTS signal.
  • step S26 when the CTS signal has been successfully received within the predetermined time (step S26), the data transmission requested by the upper layer is executed (step S27). Then, it is checked whether or not there is a transmission request of a higher layer (step S28). If the transmission request has been completed, the process returns to step S21 to perform the beacon transmission / reception operation in the normal operation mode.
  • step S28 the mode transits to the transmission continuation mode.
  • step S29 it is checked whether there is still enough time until the beacon transmission timing of the own station. If there is not enough time, the flow returns to step S21 to perform the beacon transmission operation in the steady operation mode.
  • step S29 If there is still room until the beacon transmission timing of the own station (step S29), it is checked whether there is still room until the beacon transmission timing of the peripheral station (step S30).
  • step S30 If there is room for the beacon transmission timing of the own station and the peripheral stations (step S30), the process proceeds to step S35, where the RTS signal is transmitted, and the data communication operation is continued.
  • step S30 If there is no margin until the beacon transmission timing of the peripheral station (step S30), if the currently used channel is different from the beacon transmission channel of the peripheral station, the channel shifts (steps S36 and S37) and the beacon is received. (Step S38).
  • step S39 If the beacon transmission channels do not match, proceed to step S34, shift to the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination, transmit an RTS signal (step S35), and perform data communication operation. To resume.
  • step S39 the communication station cannot restart the data communication operation because it is the priority transmission section of the transmission station. In this case, the process returns to step S21, and the beacon transmission operation in the steady operation mode is performed.
  • a communication station By setting the beacon transmission channel according to the procedure shown in Fig. 18, in a multi-channel autonomous distributed network, a communication station sets a more optimal channel as its own beacon transmission channel. can do.
  • the communication station transmits a beacon at a predetermined transmission frame period to grasp the existence of the peripheral station and to notify the network state, and to notify the network state of the peripheral station.
  • Data communication according to the RTS / CTS method can be performed while performing a beacon reception operation by shifting to the beacon transmission channel at the beacon transmission timing.
  • channel switching takes about 300 microseconds in terms of hardware operation. For this reason, the communication station performing data communication suspends data communication to receive a beacon of another station, shifts to a channel and receives a beacon, and then shifts to the original use channel to perform data communication. When restarting, the overhead increases.
  • Fig. 25 shows that a communication station performing data communication interrupts data communication to receive a beacon of another station, shifts to a channel and receives a beacon, shifts to the original channel, and shifts to the original channel. An operation example of restarting communication will be described.
  • an RTS packet is transmitted from communication station # 2, which is the data transmission source, and a response is made that a CTS packet is returned from communication station # 3, which is the data transmission destination. Then, the communication station # 2 starts the transmission operation of the data 'packet.
  • Communication station # 1 which is a beacon transmitting station, acquires the priority transmission right and starts a priority data transmission operation on channel CH3 according to the RTS / CTS procedure within the TPP section.
  • communication station # 2 (and communication station # 3) performs a priority transmission operation on channel CH3 due to the reception of the RTS packet, and performs data transmission on its own data communication channel CH2.
  • communication station # 2 spends the channel transition time T_CHCH and returns to channel CH2.
  • the communication station # 2 resumes the transmission operation of the data 'packet.
  • traffic is managed autonomously and decentralized by giving preferential communication rights to the beacon transmitting station (as described above), but the beacon transmitting station is not necessarily required. Re, not necessarily getting the TPP on the beacon transmission channel. In other words, the beacon transmitting station may shift to a channel that is used preferentially for traffic transmission different from the beacon transmission channel according to the interference situation on the receiving side.
  • the communication station estimates the transmission timing of the RTS and CTS signals based on the beacon transmission timing, and performs the reception operation on the currently used channel only at these timings. It detects whether the beacon transmitting station has shifted to the channel currently being used.
  • the communication station When the communication station detects that the beacon transmitting station has shifted to the channel currently being used at the transmission timing of the RTS and CTS signals, the communication station withholds its own data communication operation. Avoid communication collisions. On the other hand, if no The transmitting station recognizes that it has acquired the priority transmission right on another channel, and continues to use its own data communication operation on the current channel.
  • the beacon transmitting station performs the receiving operation according to the priority transmission period acquired by the beacon transmission, thereby performing unnecessary channel shift. In other words, communication collision can be avoided.
  • FIG. 26 shows an operation example in which a communication station performing data communication omits beacon reception of another station.
  • an RTS packet is transmitted from communication station # 2, which is the data transmission source, and a response is made that a CTS packet is returned from communication station # 3, which is the data transmission destination. Then, the communication station # 2 starts the transmission operation of the data 'packet.
  • beacon transmission timing TBTT from peripheral station # 1 approaches another channel CH3, communication station # 2 (and communication station # 3) needs to receive a beacon from peripheral station # 1. Determine if there is. If it is not necessary to receive a beacon and the currently used channel CH2 is different from the beacon transmission channel CH3, the beacon receiving operation is omitted.
  • the beacon transmission timing TBTT by the peripheral station # 1 starts. Estimate the transmission timing of the RTS and CTS signals, perform the receiving operation on the currently used channel CH2 only at these timings, and detect whether the beacon transmitting station has shifted to the currently used channel.
  • communication station # 1 which is a beacon transmission station, shifts to channel CH4, which is optimal for traffic transmission different from beacon transmission channel CH3, and, based on the acquired priority transmission right, sets the TPP interval.
  • channel CH4 which is optimal for traffic transmission different from beacon transmission channel CH3, and, based on the acquired priority transmission right, sets the TPP interval.
  • a priority data transmission operation is started according to the RTS / CTS procedure.
  • beacon transmission station # 1 Recognizes that it has acquired the priority transmission right on another channel. In this case, the data communication operation of the own station can be restarted on the currently used channel.
  • Channel transfer It should be appreciated that data communication can be resumed at the end of the waiting period without spending the line time T_CHCH.
  • step S28 After performing data transmission in step S27, if the transmission request from the upper layer is continued (step S28), the mode transits to the transmission continuation mode. Then, it is checked whether or not there is still room until the beacon transmission timing of the own station (step S29). If there is not enough time, the flow returns to step S21 to perform the beacon transmission operation in the steady operation mode.
  • step S29 If there is still room until the beacon transmission timing of the own station (step S29), it is checked whether there is still room until the beacon transmission timing of the peripheral station (step S29).
  • step S30 If there is room for the beacon transmission timing of the own station and the peripheral stations (step S30), the process proceeds to step S35, where the RTS signal is transmitted and the data communication operation is continued.
  • step S30 if there is not enough time to transmit the beacon transmission timing of the peripheral station (that is, it is understood that the beacon transmission timing of another station is approaching, losing, etc.) (step S30), the current It is determined whether the use channel and the beacon transmission channel of the peripheral station are the same (step S40).
  • step S38 If the currently used channel and the beacon transmission channel of the peripheral station are the same, a beacon is received on this channel (step S38).
  • step S40 if the currently used channel is different from the beacon transmission channel of the peripheral station (step S40), it is further determined whether or not it is necessary to communicate with the beacon transmission station (step S41).
  • step S37 when it is determined that a beacon needs to be received, if the beacon transmission channel of the peripheral station is different, the channel shifts (step S37) and a beacon is received (step S38).
  • the beacon transmission channel of the peripheral station which is the migration destination, matches the channel used by the own station for data transmission. It is checked whether it is (step S39). Mutual beacon transmission If the channels do not match, the process proceeds to step S34, shifts to the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination, transmits an RTS signal (step S35), and resumes the data communication operation.
  • step S39 If the beacon transmission channels match each other (step S39), the data transmission operation cannot be resumed because the priority transmission section of the beacon transmission station is set. In this case, the process returns to step S21 to perform the beacon transmission operation in the normal operation mode.
  • step S41 determines whether there is no need to receive a beacon, and if the currently used channel is different from the beacon transmission channel.
  • the operation of receiving the beacon is omitted.
  • the beacon transmitting station does not always acquire the TPP on the beacon transmission channel. In other words, the beacon transmitting station may shift to its current channel and acquire the priority transmission section TPP.If the beacon receiving operation is skipped and data communication is continued, communication collision occurs. there is a possibility.
  • the communication station estimates the transmission timing of the RTS and CTS signals based on the beacon transmission timing, and performs the reception operation on the currently used channel only at these timings. This is performed (step S42), and it is detected whether the beacon transmitting station has shifted to the currently used channel.
  • step S43 when the RTS / CTS signal is received at the transmission timing of the RTS / CTS signal (step S43), it recognizes that the beacon transmitting station has shifted to the channel currently being used, and By interrupting the data communication operation (step S44), a communication collision is avoided. In this case, the process returns to step S21 to perform the beacon transmission operation in the normal operation mode.
  • the beacon transmitting station acquires the priority transmission right on another channel. Recognize that In this case, the process returns to step S35, and the data communication operation of the own station on the currently used channel is continuously performed by transmitting the RTS signal.
  • each communication station selects a channel having the best communication quality for its own station as a beacon transmission channel, while transmitting data, regardless of its own beacon transmission channel.
  • data is transmitted using a channel having good communication quality and suitable for reception at a communication station as a data transmission destination.
  • each communication station determines the beacon transmission channel only depending on its own interference situation, and since this is known as a channel for receiving its own traffic, in a multi-channel autonomous distributed communication environment, Control at each communication station is facilitated.
  • Each communication station sets a channel with the highest communication quality as its own beacon transmission channel, taking into account only the interference situation at the own station.
  • communication station # 2 is receiving interference on channel # 4
  • communication station # 3 is receiving interference on channel # 1. Therefore, in order to avoid interference when receiving data, communication station # 2 transmits a beacon on channel # 3 and communication station # 3 transmits a beacon on channel # 2. Can be instructed to send on the other channel.
  • communication station # 1 since communication station # 1 has not received interference on channel # 1, it uses its channel # 1 to transmit its own beacon, and performs efficient frequency reuse. Similarly, the communication station # 4 receives the interference in the channel # 4, so the base station transmits a beacon using the channel # 4 to efficiently reuse the frequency. . By transmitting a beacon on the channel that receives traffic, it is declared that the band will be used, and the effect of reducing interference from other systems can be expected.
  • Fig. 29 shows a state where each communication station performs beacon transmission and data transmission on each channel. However, in the illustrated example, it is assumed that each communication station acquires the priority transmission period TPP immediately after its own beacon transmission timing.
  • Each communication station uses its own beacon transmission channel to select the channel with the best communication quality.
  • Set as channel In the illustrated example, communication station # 1 is channel # 1, communication station # 2 is channel # 3, communication station # 3 is channel # 2, communication station # 4 is channel # 4, and station # 4 is the current station, respectively. Is set as a beacon transmission channel.
  • Each communication station transmits a beacon at the head of its own frame period on its own beacon transmission channel, so that the transmission frame period is defined by the beacon interval.
  • the transmission frame period is composed of a plurality of (five in the example shown) slots.
  • the first beacon transmission slot is allocated on the beacon transmission channel of the own station, and the own reception slot on other channels. And beacon reception slots from peripheral stations.
  • Each communication station transmits a beacon to a beacon's slot determined on the beacon transmission channel of the time station at a timing that does not temporally overlap with other beacons.
  • each communication station shifts to the beacon transmission channel of the other station and receives a beacon.
  • the communication station can receive a beacon signal of another station on each channel and acquire these beacon transmission channels and beacon transmission timing, for example, by a scan operation at the time of startup.
  • the communication station performs a scan operation at predetermined intervals on its own beacon transmission channel and other communicable (interfering, unaware, etc.) channels, and performs beacon transmission channels of other stations. Neighboring information such as beacon transmission timing may be constantly updated. Note that the procedure of the scanning operation itself is not directly related to the gist of the present invention, and will not be further described in this specification.
  • each communication station can acquire a priority transmission period TPP (see Fig. 6).
  • the communication station that has obtained the priority transmission right shifts to the optimal channel on the receiving side (that is, the beacon transmission channel on the receiving side) and starts transmitting traffic.
  • the communication station that is transmitting data temporarily stops the data transmission operation and shifts to the beacon transmission scheduled channel to receive the beacon. . Then, the other station that transmitted the beacon will subsequently acquire the priority transmission period TPP.
  • communication station # 1 sets channel # 3, which is the beacon transmission channel of communication station # 2 of the data transmission destination, in its own preferential transmission period acquired during beacon transmission. A data transmission operation is performed using the data.
  • each communication station can determine a communication channel autonomously in a decentralized manner, avoid interference efficiently, and significantly utilize a plurality of channels to significantly increase communication capacity. Can be improved.
  • Random 'access based on CSMAZCA can be performed in periods other than the priority transmission period arranged immediately after the beacon transmission timing on the channel.
  • the RTSZCTS method can be adopted as a means to avoid collision and improve communication quality.
  • the source communication station before transmitting the net information, transmits an RTS, and if the destination communication station can receive the RTS and receive data, it returns a CTS as a response. . Then, after the connection is established between the transmitting and receiving stations by the RTSZCTS information exchange, data transmission is performed.
  • Fig. 30 to Fig. 32 show, in the form of a flowchart, a processing procedure for the wireless communication device 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present embodiment.
  • the wireless communication station 100 has already acquired neighboring station information such as a beacon transmission channel and beacon transmission timing of a peripheral station by a scanning operation (not shown) or the like.
  • the communication station has a steady operation mode that does not depend on a transmission request, a transmission start mode triggered by beacon transmission, and a transmission continuation mode.
  • Such a processing procedure is actually realized in a form in which the central control unit 103 executes an execution instruction program stored in the information storage unit 113.
  • step S61 when the beacon transmission timing of the peripheral station arrives (step S61) until the beacon transmission timing arrives (step S61), the mobile station shifts to the beacon transmission channel of the peripheral station, A beacon is received (step S62).
  • step S51 when the beacon transmission timing of the own station comes (step S51), it is checked whether there is a transmission request from an upper layer of the communication protocol (for example, an external device connected via the interface 101) (step S51). Step S52). If there is no transmission request, a beacon is transmitted on a beacon transmission channel that is most suitable for itself (step S63).
  • an upper layer of the communication protocol for example, an external device connected via the interface 101
  • a beacon specifying the data transmission destination communication station and the beacon transmission channel is transmitted at a predetermined beacon transmission timing (step S53).
  • the system transits to the transmission start mode and checks whether the beacon transmission channel of its own station matches the beacon transmission channel of the data transmission destination communication station (that is, the channel used for data transmission). (Step S54).
  • the mobile station shifts to the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination (step S64), and transmits an RTS signal (step S65).
  • step S54 when the beacon transmission channels of the respective devices match each other (step S54), the communication station of the data transmission destination and the beacon specifying the beacon transmission channel are regarded as pseudo RTS signals, and the The transmission of the RTS signal and the channel shift operation are omitted. Then, it waits until a CTS signal is sent from the communication station of the data transmission destination (step S55).
  • step S56 if the CTS signal cannot be received within the predetermined time (step S56), the process proceeds to step S65, where the RTS signal is retransmitted.
  • step S57 data transmission requested by the upper layer is executed (step S57). Then, it is checked whether or not there is a further transmission request from the upper layer (step S58). When the transmission request has been completed, the process returns to step S51 to perform a beacon transmission / reception operation in the steady operation mode.
  • step S58 If the transmission request continues (step S58), the mode transits to the transmission continuation mode.
  • step S59 it is checked whether there is still enough time until the beacon transmission timing of the own station (step S59). If there is not enough time, the flow returns to step S51 to perform the beacon transmission operation in the steady operation mode.
  • step S59 If there is still room until the beacon transmission timing of the own station (step S59), it is checked whether there is still room until the beacon transmission timing of the peripheral station (step S60). If there is no room, the mobile station shifts to the beacon transmission channel of the peripheral station and receives a beacon (step S66).
  • step S67 it is checked whether or not the beacon transmission channel of its own station matches the beacon transmission channel of the communication station of the data transmission destination. Beacon transmission channel of each other If not, the flow advances to step S65 to retransmit the RTS signal. If the beacon transmission channels match each other, the process returns to step S1 to perform the beacon transmission operation in the normal operation mode.
  • step S6 If there is enough time before the beacon transmission timing of the own station and peripheral stations (step S6
  • step S65 proceed to step S65 to retransmit the RTS signal.
  • step S59 If there is not enough time until the beacon transmission timing of the peripheral station (step S59), the flow returns to step S51 to perform the beacon transmission operation in the steady operation mode.
  • a multi-channel communication system of a type other than autonomous decentralization for example, operated under the control of a control station.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an arrangement of communication devices constituting a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a functional configuration of a wireless communication device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a beacon transmission procedure of each communication station according to the present embodiment. It is.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of beacon transmission timing on one channel.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a definition of a space between frames.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state where a priority is given to a beacon transmitting station.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining operations for beacon transmitting stations and other stations in the TPP section to obtain a transmission right.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an operation for a communication station to start transmission in a TPP section and a FAP section, respectively.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a transmission frame period.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation when the beacon transmitting station abandons the TPP.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a beacon signal format.
  • FIG. 12 is a diagram showing a description example of NBOI.
  • FIG. 13 is a diagram showing how a newly joined communication station sets its own TBTT based on the NBOI of each beacons obtained from beacons received from peripheral stations.
  • FIG. 14 is a diagram showing how a new entrant station arranges its own beacon transmission timing on a certain frequency channel while avoiding collision with an existing beacon based on the NBOI description. is there.
  • FIG. 15 is a diagram showing a situation in which a new entry station arranges its own beacon transmission timing while avoiding beacon transmission timing of a hidden terminal based on beacon information received.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a transmission frame configuration of an autonomous decentralized multi-channel wireless communication system.
  • FIG. 17 is a diagram showing a state where two or more communication stations are arranged in an interference environment.
  • FIG. 18 is a flowchart showing an operation procedure for a communication station to select a beacon transmission channel in the multi-channel autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing an operation sequence of the RTS / CTS method.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example in which the RTS ZCTS scheme is applied to a multi-channel autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing another example in which the RTS ZCTS method is applied to the multi-channel autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a processing procedure (but in a steady state) for the wireless communication device 100 to operate autonomously as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart showing a processing procedure (a transmission start state) for the wireless communication apparatus 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention. is there.
  • FIG. 24 is a flowchart showing a processing procedure (however, a transmission continuation state) for the wireless communication device 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention. is there.
  • Figure 25 shows that a communication station performing data communication interrupts data communication to receive a beacon of another station, shifts to the channel, receives a beacon, and then shifts to the original channel to change the data.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of restarting communication.
  • Fig. 26 is a diagram showing an operation of a communication station performing data communication for omitting beacon reception of another station.
  • FIG. 27 is a processing procedure for the wireless communication apparatus 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous decentralized wireless network according to the present invention (however, beacon reception is omitted in the transmission continuation state).
  • FIG. 27 is a processing procedure for the wireless communication apparatus 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous decentralized wireless network according to the present invention (however, beacon reception is omitted in the transmission continuation state).
  • FIG. 28 is a diagram showing a situation where each communication station transmits its own beacon using a channel for receiving traffic.
  • FIG. 29 is a diagram showing a state where each communication station performs beacon transmission and data transmission using a priority transmission period TPP on each channel.
  • FIG. 30 is a flowchart showing a processing procedure for the wireless communication device 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 31 is a flowchart showing a processing procedure for the wireless communication device 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention.
  • FIG. 32 is a flowchart showing a processing procedure for the wireless communication device 100 to autonomously operate as a communication station in the multipath autonomous distributed wireless network according to the present invention.

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Abstract

　各通信局が互いの存在を認識できないというデッドロック状態を回避して、自律分散型のマルチチャネル無線ネットワークを形成する。 　通信局は、新規参入時やリフレッシュ時に、ビーコン信号に記載されている各チャネルの干渉情報を基に、なるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チャネルに選択する。また、ビーコンを受信できない周辺局がある場合には、ビーコン送信チャネルの変更を試みる。通信局は、特定のチャネル上でビーコン受信動作を行なうことですべての周辺局からビーコンを受信でき、デッドロック状態を回避できる。

Description

明 細 書
無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンビユー タ ·プログラム 技術分野
[0001] 本発明は、無線 LAN (Local Area Network)又は PAN (Personal Area Net work)のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信 装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ 'プログラムに係り、特に、制御局と被 制御局の関係を特に有しない各通信局の自律分散的な動作により無線ネットワーク が構築される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンビュ ータ'プログラムに関する。
[0002] さらに詳しくは、本発明は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において 、近隣の無線システムが干渉し合うことなく特定の制御局の介在なしに自律分散型の 無線ネットワークを形成する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、 並びにコンピュータ 'プログラムに係り、特に、各通信局が自己のビーコン送信用チヤ ネルとデータ送信用のチャネルを適宜決定してマルチチャネル自律分散型の無線ネ ットワークを形成する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びに コンピュータ 'プログラムに関する。 背景技術
[0003] 複数のコンピュータを接続して LANを構成することにより、ファイルやデータなどの 情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ · コンテンツの転送などの情報の交換を行なったりすることができる。
[0004] 従来、光ファイバ一や同軸ケーブル、あるいはツイストペア'ケーブルを用いて、有 線で LAN接続することが一般的であつたが、この場合、回線敷設工事が必要であり 、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑に なる。また、 LAN構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、 不便である。
[0005] そこで、有線方式による LAN配線からユーザを解放するシステムとして、無線 LAN が注目されている。無線 LANによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケ 一ブルの大半を省略することができるので、パーソナル 'コンピュータ（PC)などの通 信端末を比較的容易に移動させることができる。
[0006] 近年では、無線 LANシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加 してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模 な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル ·エリア'ネットヮ ーク（PAN)の導入の検討が行なわれている。例えば、 2. 4GHz帯や、 5GHz帯など 、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システムが規 定されている。
[0007] 無線ネットワークに関する標準的な規格の 1つに IEEE (The Institute of Elec trical and Electronics Engineers) 802· 11 (例えば、非特許文献 1を参照のこ と）や、 HiperLAN/2 (例えば、非特許文献 2又は非特許文献 3を参照のこと）や IE EE802. 15. 3、 Bluetooth通信などを挙げること力 Sできる。 IEEE802. 11規格に ついては、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、 IEEE802. 11a 規格、 IEEE802. l ib規格…などの各種無線通信方式が存在する。
[0008] 一般的には、無線技術を用いてローカル ·エリア ·ネットワークを構成するために、ェ リア内に「アクセス 'ポイント」又は「コーディネータ」と呼ばれる制御局となる装置を 1 台設けて、この制御局の統括的な制御下でネットワークを形成する方法が用いられ ている。
[0009] アクセス 'ポイントを配置した無線ネットワークでは、ある通信装置から情報伝送を行 なう場合に、まずその情報伝送に必要な帯域をアクセス 'ポイントに予約して、他の通 信装置における情報伝送と衝突が生じないように伝送路の利用を行なうという、帯域 予約に基づくアクセス制御方法が広く採用されている。すなわち、アクセス 'ポイントを 配置することによって、無線ネットワーク内の通信装置が互いに同期をとるという同期 的な無線通信を行なう。
[0010] ところが、アクセス 'ポイントが存在する無線通信システムで、送信側と受信側の通 信装置間で非同期通信を行なう場合には、必ずアクセス 'ポイントを介した無線通信 が必要になるため、伝送路の利用効率が半減してしまうという問題がある。 [0011] これに対し、無線ネットワークを構成する他の方法として、端末同士が直接非同期 的に無線通信を行なう「アドホック (Ad-hoc)通信」が考案されている。とりわけ近隣 に位置する比較的少数のクライアントで構成される小規模無線ネットワークにおいて は、特定のアクセス 'ポイントを利用せずに、任意の端末同士が直接非同期の無線通 信を行なうことができるアドホック通信が適当であると思料される。
[0012] アドホック型無線通信システムには中央制御局が存在しないので、例えば家庭用 電気機器からなるホーム'ネットワークを構成するのに適している。アドホック 'ネットヮ ークには、 1台が故障又は電源オフになってもルーティングを自動的に変更するので ネットワークが破綻しにくい、移動局間でパケットを複数回ホップさせることにより高速 データ'レートを保ったままで比較的遠くまでデータを伝送することができる、といった 特徴がある。アドホック 'システムにはいろいろな開発事例が知られている（例えば、 非特許文献 4を参照のこと)。
[0013] ところで、パーソナル 'コンピュータ（PC)などの情報機器が普及し、オフィス内に多 数の機器が混在する作業環境下では、通信局が散乱し、複数のネットワークが重なり 合って構築されていることが想定される。このような状況下では、単一チャネルを使用 した無線ネットワークの場合、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などに より通信品質が低下したりしても、事態を修復する余地はない。
[0014] このため、従来の無線ネットワーク 'システムでは、他のネットワークとの共存のため に周波数チャネルをあらかじめ複数用意しておき、アクセス 'ポイントとなる無線通信 装置において利用する周波数チャネルを 1つ選択して動作を開始する方法が一般に 採用されている。
[0015] このようなマルチチャネル通信方式によれば、通信中に他のシステムが割り込んで きたり、干渉などにより通信品質が低下したりしたときに、利用する周波数チャネルを 切り替えることにより、ネットワーク動作を維持し、他のネットワークとの共存を実現する こと力 Sできる。
[0016] 例えば、 IEEE802. 15. 3の高速無線 PANシステムにおいても、システムで利用 可能な周波数チャネルが複数用意され、無線通信デバイスは電源投入後に周囲に ピコネット.コーディネ一タ（PNC)としてビーコン信号を送信しているデバイスの有無 を確認するため、すべての利用可能なチャネルにわたってスキャン動作を行なうこと で利用する周波数チャネルを選択する、というアルゴリズムが採用されている。
[0017] 制御局を配置しない自律分散型のアドホック 'ネットワークにおいては、近隣で稼動 中の異なる無線ネットワークとの干渉を極力抑えるために、周波数チャネルに関する リソース管理は重要である。し力 ながら、ネットワークで使用する周波数チャネルを 一斉に切り替えるためには、コーディネータあるいはアクセス ·ポイントと呼ばれる代 表局が各端末局に利用チャネルの指示を行なう必要がある。言い換えれば、アドホッ ク 'ネットワークにおいて周波数チャネルを切り替えることは困難である。
[0018] 複数の周波数チャネルを使い分けるために、 HiperLAN/2を例にとると、一斉に チャネルを切り替える方法が考えられている。例えば、中央制御局である AP (基地局 )が、周波数チャネルを変更する旨を繰り返し報知し、あるタイミングで、 APと、 APに 接続している MT (移動局）が一斉にチャネルを切り替える。切り替えるべきか否かの 判断は AP主導により決定される。判断する上での情報は、例えば以下の処理手順 を経て取得することができる。
[0019] (1) APの指示により、接続中の MTが通信を一時的に休止し、別の周波数チャネル をスキャンしてチャネル品質評価をし、その結果を APに報告する。
(2) APの指示により、 APが一時的に報知チャネルの送信を停止し、接続中の MT が現在使用中の周波数チャネルをスキャン並びにチャネル品質評価をし、その結果 を APに報告するなどの処理手順を踏むことで集積している。
[0020] また、 Bluetooth通信においては、マスタと呼ばれる中央制御局が基準となってラ ンダムに周波数ホッピングすることで各周波数チャネルを公平に利用する方法が採ら れている。ネットワークを構成するためには、周波数チャネルのホッピング 'パターンと 時間軸方向の同期の基準となるマスタの存在が必須である。マスタが消失した場合 は、それまで形成されたネットワークは一旦切断状態となり、新たなマスタを選択する 処理が必要になる。
[0021] また、 IEEE802. 11系の無線 LANシステムにおいては、最初にアクセス 'ポイント が設定した周波数チャネルを利用してネットワークが形成されるので、基地局を配置 せずにアドホック 'ネットワークを構築することが困難である。他の周波数チャネルで 動作する APに収容されている無線通信装置 (端末）と通信を行なう場合には、 AP同 士を例えば有線 LANのケーブルなどで接続しておかなければならなレ、。つまり、収 容された AP同士が接続されていなければ、物理的に隣接して存在する無線通信装 置 (端末）同士が異なる APに収容されていても通信が行なえない。
[0022] また、 IEEE802. 15. 3の高速無線 PANシステムにおいても、最初にすべての周 波数チャネルのスキャンを行なレ、、周辺に存在するコーディネータの探索を行なうこ とは可能である力 ー且特定の周波数チャネルでの運用が開始されてしまうと、他の 周波数チャネルの利用状況を把握することができなレ、。このため、近隣に利用してい る周波数チャネルの異なるピコネットが存在しても、そのピコネットに接続されている 無線通信装置との通信が行なえなレ、。
[0023] このように従来の無線通信方式では、周波数チャネル切り替えのタイミング、参入し ている端末が相互に同期して周波数チャネル切り替え動作を開始するためにメッセ ージ交換などによって実現するセットアップ処理、周波数チャネル切り替えを決定す るための調停処理などとレ、つた複雑な機構が必要になる。また、制御を主体的に行 なう、 IEEE802. 11や HiperLAN/2における AP、 Bluetooth通信におけるマスタ とレ、つた中央制御局の存在が必須である。仮に APやマスタなどの中央制御局が消 失した場合には、その代わりになる中央制御局を選択する何らかのプロトコル処理若 しくは人為的な設定変更作業が必要になり、その処理の間は通信が途絶えるという 問題点がある。
[0024] また、 自チャネルの干渉は測定だけでなく隣接チャネルを使用した場合の干渉を 測定して周波数チャネルを決定する無線通信システムについても提案がなされてい るが（例えば、特許文献 1を参照のこと）、これは基地局の介在によりマルチチャネル が実現されるシステムであり、 自律分散型のシステムには適用できない。
[0025] 例えば、通信局が自局にとって最適なチャネルでビーコンを送信することによって、 トラフィック受信チャネルを指定するという方法が考えられる。しかしながら、 自局にと つて最適なチャネルでも、そのビーコンを受信する通信局にとっては干渉を受けてい るチャネルである可能性がある。勿論、通信局が自局を基準にして選択したビーコン 送信チャネルが必ずしもすべての周辺通信局にとっても受信可能なチャネルである とは限らない。
[0026] また、一方の局のビーコン送信チャネルが他方の局では干渉チャネル若しくは通 信品質が劣化し使用不能なチャネルであった場合には、これらの通信局は、仮に他 のチャネル上では通信し合うことができたとしても、お互いの存在を永遠に認識する ことができないというデッドロックの状態に陥ってしまう。
[0027] 特許文献 1 :特開平 6— 37762号公報
非特許文献 international Standard ISO/IEC 8802-11： 1999 (E) ANSI
/IEEE Std 802. 11 , 1999 Edition, Parti 1 : Wireless LAN Medium Acc ess Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
非特許文献 2 : ETSI Standard ETSI TS 101 761—1 VI . 3. 1 Broadband Ra dio Access Networks (BRAN)； HIPERLAN Type 2 ; Data Link Control (
DLC) Layer ; Parti： Basic Data Transport Functions
非特許文献 3 : ETSI TS 101 761-2 VI . 3. 1 Broadband Radio Access Net works (BRAN)； HIPERLAN Type 2 ; Data Link Control (DLC) Layer ; Pa rt2： Radio Link Control (RLC) sublayer
非特許文献 4 : C. K. Tho著" Ad Hoc Mobile Wireless Network" (Prentice H all PTR社刊）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0028] 本発明の目的は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、通信局 同士が干渉し合うことなく互いに自律分散的に動作することによりネットワークを好適 に形成することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方 法、並びにコンピュータ 'プログラムを提供することにある。
[0029] 本発明のさらなる目的は、特定の制御局を必要としない自律分散型の無線ネットヮ ークにおいて、複数の周波数チャネルを効果的に利用してチャネル ·アクセスを行な うことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びに コンピュータ ·プログラムを提供することにある。
[0030] 本発明のさらなる目的は、各通信局が互いの存在を認識できないというデッドロック 状態を回避して、 自律分散型のマルチチャネル無線ネットワークを形成することがで きる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンビュ ータ'プログラムを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0031] 本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第 1の側面は、複数のチ ャネルが用意されている通信環境下において、制御局と被制御局の関係を有さずに 複数の通信局により自律分散型のネットワークを形成する無線通信システムであって 各通信局は、より多くの周辺局が受信可能なチャネルを利用して所定の周期でビ ーコン信号を送信する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
[0032] 但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置 (又は特定の機能を実現する機能モジ ユール）が論理的に集合した物のことを言レ、、各装置や機能モジュールが単一の筐 体内にあるか否かは特に問わない。
[0033] 自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は伝送フレーム周期内でビーコン 情報を報知するとともに、他局からのビーコン信号のスキャン動作を行なうことにより ネットワーク構成を認識することができる。ところ力 マルチチャネルを利用する自律 分散型ネットワークの場合、伝送フレームが周波数軸上に利用チャネル数分だけ多 重化された構成となっているため、通信局は他の通信のビーコン送信タイミングにお レ、て同じチャネル上に移行していなければビーコンを受信することはできず、新規参 入局は自局のビーコン送信タイミングや送信チャネルを決定することが困難である。
[0034] また、通信局が自局にとって最適なチャネルであっても、通信相手となる他局にとつ ては干渉を受けているチャネルである可能性がある。勿論、通信局が自局を基準に して選択したビーコン送信チャネルが必ずしもすべての周辺局にとっても受信可能な チャネルであるとは限らない。例えば、一方の局のビーコン送信チャネルが他方の局 では干渉チャネル若しくは通信品質が劣化し使用不能なチャネルであった場合には 、これらの通信局は、仮に他のチャネル上では通信し合うことができたとしても、お互 いの存在を永遠に認識することができないというデッドロックの状態に陥ってしまう。 [0035] 本発明では、各通信局が定期的に送信するビーコン信号 (若しくは何らかの干渉 情報を報知する信号）に自局が受けている干渉のレベル情報を載せて送信するよう になっている。そこで、通信局は、周辺局から受信したビーコン情報に基づいて干渉 状況を把握した上で通信チャネルを決定する。したがって、周辺通信局が酷く干渉を 受けているチャネルを通信チャネルとして利用することを避けることにより、 自律分散 的に通信チャネルをコントロールすることができる。
[0036] 通信局は、新規参入時やリフレッシュ時に、ビーコン信号に記載されている各チヤ ネルの干渉情報を基に、なるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信 チャネルに選択する。また、ビーコンを受信できない周辺局がある場合には、ビーコ ン送信チャネルの変更を試みる。
[0037] したがって、本発明によれば、各チャネルにおける周辺局の干渉レベルを考慮して 、なるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チャネルとして選択して 動作するので、お互いの存在を永遠に認識することができないとレ、うデッドロックの状 態に陥ることを極力回避することができる。また、各通信局は、送信データがなくビー コンの受信だけを行なっている期間中はチャネルの切り替えが不要となる。
[0038] 通信局は、自局が受けている干渉が許容レベルであれば、なるべく周辺通信局と 同一の通信チャネルを利用することにより、 RTS/CTSパケットの交換やチャネル移 行に必要とされるオーバーヘッドを軽減することができる。
[0039] また、通信局は、ビーコン送信チャネル以外のチャネルを用いてデータ送信動作を 行なうようにしてもよい。例えば、通信相手のビーコン信号から得られる干渉情報に基 づいて、通信局間では干渉レベルの低い最適なチャネルを用いてトラフィックを送信 するようにしてもよい。
[0040] 通信局は、例えば自局が広帯域を必要とするかどうかに応じてビーコン送信チヤネ ルを決定するようにしてもよい。例えば、自局が広帯域を必要とする場合には、なるベ く他の通信局が利用していなく自身にとって干渉レベルの低いチャネルを選択し、ビ 一コンの送信を開始する。 自分が広帯域を送信する側でも受信する側でも同様の動 作を行なう。
[0041] 他方、広帯域が必要でない通信局は、チャネル変更時のオーバーヘッドなどを考 慮すると、周辺通信局となるべく同一チャネルでビーコンを送信した方がよいので、 最も多くの通信局がビーコンを送信してレ、るチャネル (最多チャネル）に注目する。
[0042] その最多チャネルで、自分を含む周辺局が大きな干渉を受けていない場合は、そ のチャネルでビーコンの送信を開始する。また、最低レートで送信しているビーコンが 受信できないほどの大きな干渉を受けている通信局が複数ある場合は、平均干渉レ ベルが最も低くなるチャネルを選択し、そこでビーコンを送信開始するようにする。
[0043] また、本発明に係る無線通信システムによれば、ビーコン送信後に、そのビーコン 送信局に対して優先的な通信権を与えることによって、 自律分散的にトラフィックの往 来を管理することができる。このとき、ビーコン送信後、優先的に利用するチャネルを 受信側の干渉状況に応じて、ビーコン送信チャネルとは異なる、トラフィック送信に最 適なチャネルへ移行することも可能である。
[0044] また、本発明に係る自律分散型の無線通信システムでは、各チャネル上にぉレ、て ビーコン送信タイミング直後に配置される優先送信期間以外の期間では CSMA/C Aに基づくランダム 'アクセスが行なうことができる。このとき、衝突を回避し通信品質 を向上させる手段として RTS/CTS方式を採用することができる。この通信方式では 、データ送信元の通信局はデータ送信先の通信局のビーコン送信チャネル上で送 信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局力も確認通知パケット CTSを 受信したことに応答してデータ送信を開始する。
[0045] ここで、データ送信元の通信局は、データ送信先の通信局からは隠れ端末となる通 信局が存在することを想定して、 RTS信号の送信に先駆けて、 自局のビーコン送信 チャネル上で、 RTS信号とマルチプレタスしたビーコンを送信するようにしてもよい。 このようなビーコンを受信した周辺局は、 RTS/CTS手続に基づくデータ伝送が行 なわれるチャネル上で所定時間のデータ送信を差し控えることにより、干渉を回避す るようにする。
[0046] このとき、データ送信元のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルが一致する場合には、 RTS信号とマルチプレタスしたビーコンを RT S信号そのものであるとみなす。また、データ送信先の通信局は、当該ビーコンを受 信したことに応答して CTS信号を返すことにより、データ送信を開始することができる 。このようにして、 RTS信号の再送を省略することにより、マルチチャネルにおける RT
SZCTS手続のオーバーヘッドを軽減することができる。
[0047] また、本発明の第 2の側面は、複数のチャネルが用意されている通信環境下にお いて、制御局と被制御局の関係を有さずに複数の通信局が自律分散的にネットヮー クを形成する無線通信システムであって、
各通信局は、自局のビーコン送信チャネル上で所定の伝送フレーム周期でビーコ ンを送信するとともに、通信を行なう必要がない他局が設定しているビーコン送信チ ャネルが現在現在自局が利用しているチャネルと異なる場合には、当該他局からの ビーコンの受信動作を省略し、ビーコン受信のためのチャネル切り替えを行なわない ようにする、
ことを特徴とする無線通信システムである。
[0048] 上述したように、本発明の第 1の側面に係る無線通信システムによれば、マルチチ ャネル方式の自律分散ネットワークで、通信局はより最適なチャネルを自局のビーコ ン送信チャネルに設定することができる。
[0049] ここで、各通信局は、所定の伝送フレーム周期でビーコンを送信して周辺局の存在 把握やネットワーク状態の報知を行なうとともに、周辺局のビーコンを受信する必要が ある。マルチチャネル方式のネットワークでは、ビーコンを受信するためには、通信局 は、周辺局のビーコン送信タイミングに合わせてビーコン送信チャネルに移行しなけ ればならなレ、。し力 ながら、チャネル切り替えには、ハードウェア動作上約 300マイ クロ秒程度の時間を要する。このため、データ通信中の通信局が、他局のビーコンを 受信するために、データ通信を中断し、チャネル移行並びにビーコン受信を行なつ た後、元のチャネルに移行してデータ通信を再開する場合、オーバーヘッドが大きく なってしまう。
[0050] そこで、本発明の第 2の側面では、通信局は、他局のビーコン送信タイミングが近 づいていることを把握した場合、当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどう かを判断した上で、ビーコンを受信する必要がなぐ且つ現在利用しているチャネル 力 Sビーコン送信チャネルとは相違する場合には、ビーコンの受信動作を省略するよう しし/し [0051] このように、必要のないビーコンの受信動作を省略することにより、ビーコン移行に 要する時間や装置の消費電力を省略し、通信容量を増大することができる。
[0052] ここで、本発明に係る無線通信システムでは、ビーコン送信局に対して優先的な通 信権を与えることによって、自律分散的にトラフィックの往来を管理するが（前述）、ビ ーコン送信局は必ずしもビーコン送信チャネル上で優先送信権を獲得するとは限ら なレ、。すなわち、ビーコン送信局は、優先的に利用するチャネルを受信側の干渉状 況に応じて、ビーコン送信チャネルとは異なるトラフィック送信に最適なチャネルへ移 行する可能もある。
[0053] ビーコン送信局がビーコン送信直後にチャネルを移行してデータ通信を開始する 可能性があるが、通信局がビーコン受信動作を省略すると、このようなチャネル移行 動作を認識することができなくなる。そこで、通信局は、ビーコン受信動作を省略した 場合には、ビーコン送信タイミングを基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、 これらのタイミングだけ現在利用してレ、るチャネルにおレ、て受信動作を行なレ、、ビー コン送信局が現在利用しているチャネルに移行してきたかどうかを検知する。
[0054] そして、通信局は、 RTS、 CTS信号の送信タイミングでビーコン送信局が現在利用 しているチャネルに移行してきたことを検知した場合には、 自局のデータ通信動作を 差し控えることにより、通信の衝突を回避する。一方、検知しなかった場合には、ビー コン送信局が別のチャネル上で優先送信権を獲得していると認識し、現在利用して レ、るチャネル上での自局のデータ通信動作を継続して行なう。
[0055] このように、他局のビーコンの受信動作を省略した場合には、ビーコン送信局がビ ーコン送信により獲得した優先送信期間において、所定期間だけ受信動作を行なう ことにより、不要なチャネル移行を行なうことなぐ且つ通信の衝突を回避することが できる。
[0056] また、本発明の第 3の側面は、複数のチャネルが用意されている通信環境下にお いて、制御局と被制御局の関係を有さずに複数の通信局によりアドホック通信に基づ くネットワークを形成する無線通信システムであって、
各通信局は、自己の受信に最適となるビーコン送信チャネル上でビーコンを送信 するとともに、データ送信先の通信局のビーコン送信チャネルを利用してデータ送信 を行なう、
ことを特徴とする無線通信システムである。
[0057] 本発明の第 3の側面では、各通信局は、 自局にとって最も通信品質の良いチヤネ ルをビーコン送信チャネルに選択し、このチャネル上で自局のビーコン送信タイミン グを配置してビーコン送信を行なうようにする。 自己のビーコン送信チャネル上で既 存の局のビーコン送信タイミングが既に設定されている場合には、時間的に重ならな レ、ように自己のビーコン送信タイミングを決定する。ビーコン情報には、例えば各チヤ ネルにおいて被っている干渉情報などが記載される。また、通信局は、他局のビーコ ン送信タイミングに伴い該他局のビーコン送信チャネルに移行してビーコンの受信を 行なう。
[0058] 一方、通信局かデータを送信するときには、 自局のビーコン送信チャネルとは無関 係に、データ送信先となる通信局において良好な通信品質を持ち受信に適したチヤ ネルを利用してデータ送信を行なう。各通信局においてどのチャネルの通信品質が よいかは、その局がどのチャネルを用いてビーコン送信を行なっているかによって簡 単に判別することができる。
[0059] このように各通信局は自己の干渉状況のみに依存してビーコン送信チャネルを決 定し、これが自局のトラフィックを受信するためのチャネルとして周知化されることから 、マルチチャネル自律分散型の通信環境下における各通信局における制御が容易 となる。
[0060] ここで、各通信局は、 自局のビーコン送信タイミングに伴い優先送信期間を獲得す るようにしてもよい。
[0061] また、各通信局は、他局のビーコン送信タイミングに伴い該他局のビーコン送信チ ャネルに移行してビーコンの受信を行なった後、当該ビーコン送信チャネル上で当 該他局に与えられている優先送信期間中であっても、それ以外のチャネル上でのデ ータ送信動作が許容される。
[0062] 例えば、ある通信局がビーコン送信後に獲得した優先送信期間を利用して、送信 先の通信局のビーコン送信チャネルを利用してデータ送信を行なう。そして、優先期 間中に、他局のビーコン受信タイミングが近づくと、送信を一時停止し、そのビーコン 送信予定チャネルへ移行する。移行先のチャネルでは他局が優先送信期間を利用 するが、 自局が利用していたチャネルと異なる場合には元のチャネルに戻ってデータ 送信動作を引き続き行なうことができる。
[0063] したがって、本発明によれば、各通信局は自律分散的に通信チャネルを決定し、 干渉を効率的に避けることができる他、複数チャネルを有効利用することにより大幅 に通信容量を向上することができる。
[0064] また、本発明に係る自律分散型の無線通信システムでは、各チャネル上において ビーコン送信タイミング直後に配置される優先送信期間以外の期間では CSMA/C Aに基づくランダム 'アクセスが行なうことができる。このとき、衝突を回避し通信品質 を向上させる手段として RTS/CTS方式を採用することができる。
[0065] このような場合、データ送信元の通信局はデータ送信先の通信局のビーコン送信 チャネル上で送信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局から確認通知 パケット CTSを受信したことに応答してデータ送信を開始するようにすればよい。
[0066] また、データ送信元の通信局は、データ送信先の通信局からは隠れ端末となる通 信局が存在することを想定して、 RTS信号の送信に先駆けて、 自局のビーコン送信 チャネル上で、データ送信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを明記したビーコ ンを送信するようにしてもよい。このようなビーコンを受信した周辺局は、データ送信 先の通信局のビーコン送信チャネル、すなわち RTS/CTS手続に基づくデータ伝 送が行なわれるチャネル上で所定時間のデータ送信を差し控えることにより、干渉を 回避するようにする。
[0067] このとき、データ送信元のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルが一致する場合には、データ送信先の通信局とそのビーコン送信チ ャネルを明記したビーコンを擬似的な RTS信号であるとみなす。また、データ送信先 の通信局は、データ送信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを明記したビーコ ンを受信したことに応答して CTS信号を返すことにより、データ送信を開始することが できる。このようにして、 RTS信号の送信手続 (RTS信号の再送）を省略することによ り、マルチチャネルにおける RTS/CTS手続のオーバーヘッドを軽減することができ る。 [0068] また、本発明の第 4の側面は、複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関 係を有しない無線通信環境下で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ- システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ'プログ ラムであって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信を制御する通信制御ステップと、
自局が受けている干渉のレベル情報を含んだビーコン信号を生成するビーコン生 成ステップと、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップを備え、 前記チャネル設定ステップでは、周辺局から受信したビーコンに含まれる干渉レべ ル情報に基づいて周辺局における各チャネルの干渉状況を把握した上で通信チヤ ネルを決定する、
ことを特徴とするコンピュータ 'プログラムである。
[0069] また、本発明の第 5の側面は、複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関 係を有しない無線通信環境下で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ · システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ'プログ ラムであって、
自局のビーコン送信チャネルを設定してビーコンを送信するビーコン送信ステップ と、
周辺局からのビーコン受信動作を制御するビーコン受信制御ステップと、 周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップと、 データ通信チャネルを設定してデータ通信動作を制御する通信制御ステップを備え 前記ビーコン受信制御ステップは、
他局のビーコン送信タイミングが近づいていることを把握するサブステップと、 当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどうかを判断するサブステップと、 ビーコンを受信する必要がなく且つ現在利用しているチャネルがビーコン送信チヤネ ルとは相違する場合にはビーコンの受信動作を省略するサブステップとを含む、 ことを特徴とするコンピュータ 'プログラムである。
[0070] また、本発明の第 6の側面は、複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関 係を有しない無線通信環境下で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ- システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ'プログ ラムであって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信のタイミングを制御する通信制御ステップと、
自局のビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、
周辺局からの受信ビーコン信号を解析するビーコン解析ステップとを備え、 前記チャネル設定ステップでは、前記複数のチャネルの中から自己のビーコン送 信チャネルを決定するとともに、データ送信時にはデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルをデータ送信チャネルとして決定する、
ことを特徴とするコンピュータ 'プログラムである。
[0071] 本発明の第 4乃至第 6の各側面に係るコンピュータ 'プログラムは、コンピュータ'シ ステム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンビュ 一タ.プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第 4乃至第 6の各側面 に係るコンピュータ 'プログラムをコンピュータ 'システムにインストールすることによつ てコンピュータ ·システム上では協働的作用が発揮され、無線通信装置として動作す る。このような無線通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって 、本発明の第 1乃至第 3の各側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得る こと力 Sできる。
発明の効果
[0072] 本発明によれば、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、通信局 同士が干渉し合うことなく適当なアドホック 'ネットワークを好適に形成することができ る、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンビユー タ.プログラムを提供することができる。
[0073] また、本発明によれば、特定の制御局（アクセス 'ポイント、基地局、マスタなど)を必 要としなレ、自律分散型の無線ネットワークにおレ、て、複数の周波数 的に利用してチャネル ·アクセスを行なうことができる、優れた無線通信システム、無 線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ 'プログラムを提供することがで きる。
[0074] また、本発明によれば、各通信局が互いの存在を認識できないというデッドロック状 態を回避して、 自律分散型のマルチチャネル無線ネットワークを形成することができ る、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンビユー タ.プログラムを提供することができる。
[0075] 本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信システムによれば、通信局同 士のデッドロック状態を好適に回避することができるとともに、効率のよい周波数配置 によりシステム全体のスループットを向上させることができ、さらに他システムへの影 響を軽減することができる。
[0076] また、本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信システムによれば、ビ 一コンを送信して周辺局の存在把握やネットワーク状態の報知を行なうとともに、周 辺局のビーコンを受信する必要がある力 S、必要のないビーコンの受信動作を省略す ることにより、ビーコン移行に要する時間や装置の消費電力を省略し、通信容量を増 大すること力 Sできる。
[0077] また、ビーコン受信動作を省略した場合には、ビーコン送信タイミングを基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミングだけ現在利用しているチヤネ ルにおいて受信動作を行なうことにより、不要なチャネル移行を行なうことなぐ且つ 通信の衝突を回避することができる。
[0078] また、本発明によれば、 自律分散型のマルチチャネル無線ネットワークにおいて、 各通信局が効率よく周波数配置を行ない柔軟な干渉回避を行なうことによりシステム 全体のスループットが向上するとともに、近隣の他の無線システムへの影響を低減す ることができる。また、複数チャネルを同時に利用することができるので、この点でもシ ステム全体のスループットを向上させることができる。
[0079] 本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する 図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態 [0080] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
[0081] A.システム構成
本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、且つ複数の周波数チヤ ネルすなわちマルチチャネル力 なる伝送媒体を用いて、複数の通信局間でネットヮ ークを構築する。また、本発明で想定している通信は蓄積交換型のトラヒックであり、 パケット単位で情報が転送される。
[0082] 本発明に係る無線ネットワークでは、各通信局は、 CSMA (Carrier Sense Multi pie Access：キャリア検出多重接続）などのキャリア検出若しくはメディアのクリア状態 の検出に基づくアクセス手順に従い直接 (ランダム）に情報を伝送し、自律分散型の 無線ネットワークを構築することができる。
[0083] 制御局と被制御局の関係を有しなレヽ自律分散型の無線通信システムでは、例えば 、各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣 (すなわち通信範囲内）の他の 通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。また、ある 通信局の通信範囲に新規に出現した通信局は、ビーコン信号を受信することにより、 通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読 することによりネットワーク認識し、ネットワークに参入することができる。
[0084] 通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、各通信局が利用す る各チャネルにおける伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義される。各通信 局は互いのビーコン送信タイミングに従い緩やかに時間同期して、時分割多重ァク セス構造を持った伝送（MAC)フレームによりチャネル 'リソースを効果的に利用した 伝送制御が行なわれる。したがって、各通信局は、帯域を予約する、あるいは優先利 用期間を設定するなど時間同期をベースにしたアクセス方式を行なうことができる。
[0085] 以下に説明する各通信局での処理は、基本的に、本発明に係る自律分散型ネット ワークに参入するすべての通信局で実行される処理である。但し、場合によっては、 ネットワークを構成するすべての通信局が、以下に説明する処理を実行するとは限ら ない。
[0086] 図 1には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の配 置例を示している。この無線通信システムでは、特定の制御局を配置せず、各通信 装置が自律分散的に動作し、アドホック 'ネットワークが形成されている。同図では、 通信装置 # 0から通信装置 # 6までが同一空間上に分布してレ、る様子を表わしてレヽ る。
[0087] また、同図において、各通信装置の通信範囲を破線で示してあり、その範囲内にあ る他の通信装置と互いに通信ができるのみならず、 自己の送信した信号が干渉する 範囲として定義される。すなわち、通信装置 # 0は近隣にある通信装置 # 1、 # 4、と 通信可能な範囲にあり、通信装置 # 1は近隣にある通信装置 # 0、 # 2、 # 4、と通信 可能な範囲にあり、通信装置 # 2は近隣にある通信装置 # 1、 # 3、 # 6、と通信可能 な範囲にあり、通信装置 # 3は近隣にある通信装置 # 2、と通信可能な範囲にあり、 通信装置 # 4は近隣にある通信装置 # 0、 # 1、 # 5、と通信可能な範囲にあり、通信 装置 # 5は近隣にある通信装置 # 4、と通信可能な範囲にあり、通信装置 # 6は近隣 にある通信装置 # 2、と通信可能な範囲にある。
[0088] ある特定の通信装置間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信装置から は聞くことができるが他方の通信装置力もは聞くことができない通信装置、すなわち「 隠れ端末」が存在する。
[0089] 図 2には、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作 する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。図示の無線通信装置は、複 数のチャネルが用意されている通信環境下において、同じ無線システム内では効果 的にチャネル ·アクセスを行なうことにより、他の無線システムと干渉し合うことなく適当 なアドホック 'ネットワークを形成することができる。
[0090] 無線通信装置 100は、インターフェース 101と、データ'バッファ 102と、中央制御 部 103と、ビーコン生成部 104と、制御信号生成部 105と、無線送信部 106と、タイミ ング制御部 107と、チャネル設定部 108と、アンテナ 109と、無線受信部 110と、制御 信号解析部 111と、ビーコン解析部 112と、情報記憶部 113とで構成される。
[0091] インターフェース 101は、この無線通信装置 100に接続される外部機器 (例えば、 パーソナル 'コンピュータ（図示しなレ、）など）との間で各種情報の交換を行なう。
[0092] データ'バッファ 102は、インターフェース 101経由で接続される機器から送られて きたデータや、無線伝送路経由で受信したデータをインターフェース 101経由で送 出する前に一時的に格納しておくために使用される。
[0093] 中央制御部 103は、無線通信装置 100における一連の情報送信並びに受信処理 の管理と伝送路のアクセス制御（マルチチャネルにおけるスキャン設定動作やチヤネ ル設定動作、ビーコン受信動作、 RTSZCTS方式に則ったデータ通信動作などを 含む）を一元的に行なう。
[0094] ビーコン生成部 104は、近隣にある無線通信装置との間で周期的に交換されるビ ーコン信号を生成する。
[0095] 制御信号生成部 105は、データ送信に先立ち、必要に応じて送信要求 (RTS : Re quest to Send)信号や確認通知（CTS : Clear to Send)信号などの制御情報 (後述）を生成する。本実施形態では、 RTS信号とビーコン信号をマルチプレタスし て送信することもある。但し、マルチチャネル自律分散型の通信環境下での RTS/C TS通信方式については後に詳解する。
[0096] アンテナ 109は、他の無線通信装置宛に信号を選択された周波数チャネル上で無 線送信し、あるいは他の無線通信装置から送られる信号を収集する。本実施形態で は、単一のアンテナを備え、送受信をともに並行しては行なえないものとする。また、 同時刻に複数の周波数チャネルをハンドルすることはできないものとする。
[0097] 無線送信部 106は、データ'バッファ 102に一時格納されているデータやビーコン を無線送信する。無線送信部 106は、送信信号を所定の変調方式で変調する変調 器や、デジタル送信信号をアナログ信号に変換する DZA変換器、アナログ送信信 号を周波数変換してアップコンバートするアップコンバータ、アップコンバートされた 送信信号の電力を増幅するパワーアンプ (PA)など（いずれも図示しない）で構成さ れる。
[0098] 無線受信部 110は、所定の時間に他の無線通信装置から送られてきた情報やビー コンなどの信号を受信処理する。無線受信部 110は、アンテナ 109を介して他局から 受信した信号を電圧増幅する低雑音アンプ (LNA)や、電圧増幅された受信信号を 周波数変換によりダウンコンバートするダウンコンバータ、 自動利得制御器 (AGC)、 アナログ受信信号をデジタル変換する AZD変換器、同期獲得のための同期処理、 チャネル推定、所定の復調方式により復調処理する復調器など (いずれも図示しな レ、）で構成される。
[0099] 本発明の第 1の実施形態では、ビーコン信号は、設定可能な最低レートで送信され 、なるべく多くの通信局が受信できるようにする。また、第 2の実施形態では、無線通 信装置 100が無線ネットワークを運用するために、各チャネルにおける通信品質を確 認し、 自局にとって最も良好なチャネルをビーコン送信用の基準チャネルに設定する 。そして、 自局のビーコン送信チャネル上で既存の局がある場合には時間的に重な らないように、既存の局がない場合には任意のタイミングで自局のビーコン送信スロッ ト位置を決定する。各チャネルの通信品質や、 自局のビーコン送信チャネルやその 他のビーコン送信に関する情報は、情報記憶部 113に格納される。ビーコン信号の 具体的な構成については後述する。
[0100] また、本発明の第 1の実施形態では、各通信局は各チャネルの通信品質を基に自 局のビーコン送信チャネルやデータ通信チャネルを決定する。このため、無線受信 部 110は、各チャネルにおける伝搬路状況を推定し、中央制御部 103に通知する。 これに対し、第 2の実施形態では、用意されている複数の周波数チャネルのうち、 自 局にとって最も良好なチャネルを自局のビーコン送信チャネルとして設定するととも に、データ送信時には送信先となる通信局が受信に適したチャネル (すなわち当該 受信局のビーコン送信チャネル)をデータ送信用チャネルとして逐次的に設定する。
[0101] なお、無線送信部 106及び無線受信部 110における無線送受信方式は、例えば 無線 LANに適用可能な、比較的近距離の通信に適した各種の通信方式を適用す ることができる。具体的には、 UWB (Ultra Wide Band)方式、 OFDM (Orthogo nal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式、 CDMA (C ode Division Multiple Access :符号分割多元接続）方式などを採用することが できる。
[0102] タイミング制御部 107は、無線信号を送信並びに受信するためのタイミングの制御 を行なう。例えば、 自局のビーコン送信チャネル上で規定した伝送フレーム周期の先 頭における自局のビーコン送信タイミングや、各チャネルにおける周辺局からのビー コン受信タイミング、各チャネルにおけるスキャン動作周期、ビーコン送信チャネルや チャネル干渉情報を設定するリフレッシュ周期、 RTS/CTS方式に則った各パケット (RTS, CTS、データ、 ACKなど）の送信タイミング（フレーム間スペース（IFS) )など を制御する。
[0103] チャネル設定部 108は、マルチチャネル方式の無線信号を実際に送受信するチヤ ネルを選択する。本実施形態では、 自局にとって最も良好なチャネル若しくはなるべ く多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チャネルとして設定する。また、 通信相手のビーコン信号から得られる干渉情報に基づいて、通信局間では干渉レべ ルの低い最適なチャネルをデータ送信チャネルに設定することもできる。
[0104] どのチャネルが自局においてトラフィックの受信に最適であるかどうかは、例えば、 各チャネルをスキャン動作する際に、通信品質を計測することによって判断すること ができる。また、各チャネルの状態は時々刻々と変動することから、新規参入時の他 、所定周期でリフレッシュ動作を行なって最新のチャネル干渉情報を得てチャネル設 定動作を行なう。勿論、いずれかのチャネルで通信品質が所定値以上変化したとき にビーコン送信チャネルを再設定するようにしてもよい。なお、チャネルの通信品質 の計測方法やビーコン送信チャネルの再設定は本発明の要旨には直接関連しない ので、本明細書中ではこれ以上説明しない。
[0105] 制御信号解析部 111は、周辺の無線通信装置から送られてきた RTS信号 (ビーコ ン信号にマルチプレタスされた RTS信号を含む）や CTS信号などの制御情報を解析 する。
[0106] ビーコン解析部 112は、周辺局から受信したビーコン信号を解析し、近隣の無線通 信装置の存在などを解析する。例えば、周辺局のビーコン送信チャネルやその受信 タイミング、受信ビーコンに記載されているチャネル干渉情報などの情報は近隣装置 情報として情報記憶部 113に格納される。
[0107] 情報記憶部 113は、中央制御部 103において実行される一連のアクセス制御動作 などの実行手順命令 (スキャン設定やチャネル設定などを行なうプログラム）や、 自己 のビーコン送信タイミングやビーコン送信チャネル、他の通信局のビーコン送信タイミ ングゃビーコン送信チャネルなどのマルチチャネル情報、近隣装置情報、自局ゃ周 辺局の各チャネルにおける干渉情報などを蓄えておく。
[0108] 無線通信装置 100が無線ネットワークを運用するためには、各チャネルにおける通 信品質を確認し、自局にとって最も良好なチャネル若しくはなるべく多くの通信局が 受信できるチャネルをビーコン送信用の基準チャネルに設定する。そして、 自局のビ ーコン送信チャネル上で、既存の局がある場合には時間的に重ならないように、既存 の局がなレ、場合には任意のタイミングで自己のビーコン送信タイミングを決定する。 各チャネルの通信品質や、 自局のビーコン送信チャネルやその他のビーコン送受信 に関する情報は、情報記憶部 113に格納される。ビーコン信号の構成については後 述する。
[0109] B.チャネル上でのアクセス動作
本実施形態では、通信局として動作する無線通信装置 100は、複数のチャネルが 用意され、特定の制御局を配置しない通信環境下で、緩やかな時分割多重アクセス 構造を持った伝送 (MAC)フレームにより複数のチャネルを効果的に利用した伝送 制御、又は CSMA/CAに基づくランダム 'アクセスなどの通信動作を行なう。
[0110] ここで、 CSMAはキャリア検出に基づいて多重アクセスを行なう接続方式である。
無線通信では自ら情報送信した信号を受信することが困難であることから、 CSMA /CD (Collision Detection)ではなく CSMA/CA (Collision Avoidance)方 式により、他の通信装置の情報送信がないことを確認してから、 自らの情報送信を開 始することによって、衝突を回避する。 CSMA方式は、ファイル転送や電子メールな どの非同期データ通信に適しているアクセス方式である。
[0111] なお、非常に広い周波数帯域でキャリアを使用せず 1ナノ秒以下の超短パルス波 や、数ギガへルツの帯域幅に拡散した信号やマルチキャリア信号を用いた通信を行 なうウルトラワイドバンド（UWB)通信では、キャリア検出を行なうことができなレ、が、デ ータ送信を行なう通信局がメディアのクリア状態を検出することにより、同様のランダ ム ·アクセスを行なうことができる。
[0112] 本発明の第 1の実施形態では、各通信局は、 自局並びに周辺局の各チャネルの干 渉情報に基づいてなるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チヤネ ルに選択する。そして、最多チャネル上でビーコン情報を報知することにより、近隣（ すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク 構成を通知することにより、近隣 (すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在 を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。ビーコン送信周期のことを、「伝送 フレーム (T_SF)」と定義し、例えば 40ミリ秒とする。ビーコン送信チャネルはチヤネ ル設定部 108により設定される。
[0113] また、本発明の第 2の実施形態では、各通信局は、 自局の通信品質に基づいてビ ーコン送信用のチャネルを決定し、ビーコン情報を報知することにより、近隣 (すなわ ち通信範囲内）の他の通信局に自局の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を 通知する。
[0114] ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信すること により、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報 を解読することにより、ネットワーク構成を認識することができる。そして、ビーコンの受 信タイミングと緩やかに同期しながら、周辺局からビーコンが送信されていないタイミ ングに自局のビーコン送信タイミングを設定する。
[0115] 本実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順について、図 3を参照しながら説 明する。但し、ここではまず単一チャネル上で各通信局のビーコンが配置されている 場合について説明する。
[0116] ビーコンで送信される情報が 100バイトであるとすると、送信に要する時間は 18マイ クロ秒となる。 40ミリ秒に 1回の送信なので、通信局毎のビーコンのメディア占有率は
2222分の 1と十分/ Jヽさレヽ。
[0117] 各通信局は、周辺で発信されるビーコンを聞きながら、ゆるやかに同期する。新規 に通信局が現われた場合、新規通信局は既存の通信局のビーコン送信タイミングと 衝突しないように、 自分のビーコン送信タイミングを設定する。
[0118] 周辺に通信局がいない場合、通信局 01は適当なタイミングでビーコンを送信し始 めることができる。ビーコンの送信間隔は 40ミリ秒である（前述)。図 3中の最上段に 示す例では、 B01が通信局 01から送信されるビーコンを示している。
[0119] 以降、通信範囲内に新規に参入する通信局は、既存のビーコン配置と衝突しない ように、自己のビーコン送信タイミングを設定する。
[0120] 例えば、図 3中の最上段に示すように、通信局 01のみが存在するチャネル上にお いて、新たな通信局 02が現われたとする。このとき、通信局 02は、通信局 01からの ビーコンを受信することによりその存在とビーコン位置を認識し、図 3の第 2段目に示 すように、通信局 01のビーコン間隔のほぼ真中に自己のビーコン送信タイミングを設 定して、ビーコンの送信を開始する。
[0121] さらに、新たな通信局 03が現われたとする。このとき、通信局 03は、通信局 01並び に通信局 02のそれぞれから送信されるビーコンの少なくとも一方を受信し、これら既 存の通信局の存在を認識する。そして、図 3の第 3段に示すように、通信局 01及び通 信局 02から送信されるビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで送信を開始する。
[0122] 以下、同様のアルゴリズムに従って近隣で通信局が新規参入する度に、ビーコン間 隔が狭まっていく。例えば、図 3の最下段に示すように、次に現われる通信局 04は、 通信局 02及び通信局 01それぞれが設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミング でビーコン送信タイミングを設定し、さらにその次に現われる通信局 05は、通信局 02 及び通信局 04それぞれが設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングでビーコン 送信タイミングを設定する。
[0123] 但し、帯域 (伝送フレーム周期）内がビーコンで溢れないように、最小のビーコン間 隔 B を規定しておき、 B 内に 2以上のビーコン送信タイミングを配置することを許 min mm
容しない。例えば、 40ミリ秒の伝送フレーム周期でミニマムのビーコン間隔 B を 2. 5 mm ミリ秒に規定した場合、電波の届く範囲内では最大で 16台の通信局までしか収容で きないことになる。
[0124] ここで、各通信局はビーコン送信の直後に優先利用領域 (TPP)を獲得することか ら（後述）、伝送フレーム内に新規のビーコンを配置する際には、 1つのチャネル上で は各通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりも伝送フレーム周期内で均 等に分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、図 3 に示したように基本的に自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほ ぼ真中でビーコンの送信を開始するようにしている。但し、各通信局のビーコン送信 タイミングを集中して配置し、残りの伝送フレーム周期では受信動作を停止して装置 の消費電力を低減させるという利用方法もある。
[0125] 図 4には、 1チャネル上において伝送フレーム内でビーコン送信タイミングの一例を 示している。但し、同図に示す例では、 40ミリ秒からなる伝送フレーム周期における 時間の経過を、円環上で時針が右回りで運針する時計のように表している。伝送フレ ーム内で、ビーコン送信タイミングを配置可能な位置のことを「スロット」とも呼ぶ。各通 信局は、自局のビーコン送信タイミングである TBTT (Target Beacon Transmissi on Time)力 故意に若干の時間オフセット (TBTTオフセット）を持った時刻で送信 する。
[0126] 図 4に示す例では、通信局 0から通信局 Fまでの合計 16台の通信局がネットワーク のノードとして構成されている。図 3を参照しながら説明したように、既存の通信局が 設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで新規参入局のビーコン送信タイミン グを順次設定していくというアルゴリズムに従って、ビーコン配置が行なわれたものと する。 B を 5ミリ秒と規定した場合には、 1伝送フレームにっき最大 16個までしかビ min
一コンを配置することができない。すなわち、 16台以上の通信局はネットワークに参 入できない。
[0127] 本実施形態では、 IEEE802. 11方式などの場合と同様に、複数のフレーム間スぺ ースを定義する。図 5に示すように、フレーム間スペースとして、 Short Inter Frame Space (SIF )と Long Inter Frame s>pace (LIFSノ 疋義する。
[0128] 通常のパケットを CSMAの手順に従って送信する際には、図 5 (b)に示すように、 何らかのパケットの送信が終了してから、まず LIFSだけメディア状態を監視し、この 間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム 'バックオフを行 ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる。ラン ダム'バックオフ値の計算方法は、擬似ランダム系列を用いるなど既存技術で知られ ている方法を適用する。
[0129] これに対し、優先度又は緊急度の高いパケットを送信する際には、 LIFSよりも短レ、 SIFSのフレーム間スペースの後に送信することが許されている。すなわち、図 5 (a) に示すように SIFSだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信 信号が存在しなければ、送信権利が与えられる。これにより、緊急度の高いパケット は、通常の CSMAの手順に従って送信される（すなわち、 LIFS +ランダム 'バックォ フだけ待機してから送信される)パケットよりも先に送信することが可能となる。
[0130] 例えば、優先送信期間（TPP)内の通信局は、 SIFSのフレーム間スペース後に送 信開始することにより、優先的にパケットを送信する権利が確保される。また、 RTS/ CTS方式に従って、 RTSに引き続いて送信される CTS、データ、 ACKの各パケット も同様に SIFSのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔されず、一 連の通信手順を実行することができる。
[0131] 要するに、異なる種類のフレーム間スペースを定義することにより、フレーム間スぺ ースの長さに応じてパケットの送信権争い優先付けが行なわれる訳である。
[0132] さらに本実施形態においては、上述したフレーム間スペースである「3 3」と「し S +バックオフ」の他に、図 5 (c)並びに（d)に示すように、「し 3」と^ 3 +バック オフ」（FIFS : Far Inter Frame Space)を定義する。通常は「SIFS」と「し 3 +ノ ックオフ」のフレーム間スペースを適用する。他方、ある通信局に送信の優先権が与 えられている時間帯においては、その他の通信局は「FIFS +バックオフ」のフレーム 間スペースを用レ、、優先権が与えられている局は SIFSあるいは LIFSでのフレーム 間スペースを用いる。
[0133] 各通信局はビーコンを一定間隔で送信している力 S、ビーコンを送信した後しばらく の間は、該ビーコンを送信した局に送信の優先的に送信を行なうことができる優先送 信期間 (TPP)を獲得する。図 6には、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を 示している。本明細書では、この優先区間を Transmission Prioritized Period (T ΡΡ)と定義する。 TPP内では、通信局は、 SIFSのフレーム間スペース後に送信開始 することにより、優先的にパケット送信する権利が確保される。
[0134] また、 TPP以外の区間を Fairly Access Period (FAP)と定義され、各通信局が 通常の CSMAZCA方式により通信が行なわれる。すなわち、 TPPが経過したビー コン送信局を含め、すべての通信局は、 LIFS +ランダム 'バックオフだけ待機してか ら送信開始することができるので、言い換えれば、ランダムなバックオフにより送信権 が均等に与えられることになる。
[0135] 図 7には、 TPP区間内におけるビーコン送信局並びにそれ以外の局が送信権を得 るための動作について図解している。
[0136] ビーコン送信局は、 自局のビーコンを送信した後、より短いパケット間隔 SIFSの後 に送信を開始することができる。図示の例では、ビーコン送信局は SIFSの後に RTS パケットを送信する。そして、その後も、送信される CTS、データ、 ACKの各パケット も同様に SIFSのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔されず、一 連の通信手順を実行することができる。
[0137] 一方、その他の局は、ビーコンが送信された後、まず LIFSだけメディア状態を監視 し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム 'バックォ フを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる 。このため、ビーコン送信局が先に SIFS経過後に RTS信号を送信すると、メディア はクリアでなくなるから、他局は送信を開始することができなくなる。
[0138] 図 8には、通信局が TPP区間及び FAP区間においてそれぞれ送信を開始するた めの動作を図解している。
[0139] TPP区間内では、通信局は、 自局のビーコンを送信した後、より短いバケツト間隔 S IFSの後に送信を開始することができる。図示の例では、ビーコン送信局は SIFSの 後に RTSパケットを送信する。そして、その後も、送信される CTS、データ、 ACKの 各パケットも同様に SIFSのフレーム間スペースで送信することにより、近隣局に邪魔 されず、一連の通信手順を実行することができる。
[0140] これに対し、 FAP区間では、通信局は、他の周辺局と同様に LIFS +ランダム ·バッ クオフだけ待機してから送信開始する。言い換えれば、ランダムなバックオフにより送 信権が均等に与えられることになる。図示の例では、他局のビーコンが送信された後 、まず LIFSだけメディアの状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信 号が存在しなければ、ランダム 'バックオフを行なレ、、さらにこの間にも送信信号が存 在しない場合に、 RTSパケットを送信する。なお、 RTS信号に起因して送信される C TS、データ、 ACKなどの一連のパケットは SIFSのフレーム間スペースで送信するこ とにより、近隣局に邪魔されず、一連の通信手順を実行することができる。
[0141] 図 9には、伝送フレーム周期（T_SF)の構成を示している。同図に示すように、各 通信局からのビーコンの送信に続いて、直前のビーコンを送信した通信局に対して T PP力 割り当てられ、当該局だけが SIFSという短いフレーム間スペースで優先的に送 信権を得ることができる。
[0142] TPP区間が経過すると FAPになり、各通信局が通常の CSMA/CA方式により通 信が行なう。すなわち、すべての通信局は、 LIFS +ランダム 'バックオフだけ待機し て力 送信開始するので送信権が均等に与えられる。そして、ビーコン送信タイミン グが隣接する次の通信局からビーコンが送信されることにより、 FAPが終わる。その 後、同様にビーコン送信局に TPPが与えられた後 FAP期間となる、というシーケンス が繰り返される。
[0143] ビーコンは、基本的にはネットワーク構築のために送信されるが、優先送信期間 TP P開始の基準を示すという目的で送信される場合には、後述するすべての情報（図 1 1を参照のこと）が掲載されている必要はない。すなわち、ビーコンには、 TPP獲得に 関連する情報のみが含まれている場合もあり、極端な例では、本信号が TPPを獲得 した上で送信されてレ、る旨を記載した 1ビット (若しくは数ビット程度）の情報でビーコ ンを構成することもできる。
[0144] また、 自律分散的な通信システムにおいて、ビーコンを用いなくても、通信局が優 先送信期間 TPPを獲得することができる仕組みを実現することができる。ビーコンを 使用しないで優先送信期間 TPPを獲得するシステムでは、通信局が優先送信期間 TPPを得て送信する信号の一部に優先送信期間 TPPを利用して送信している旨を 記載することによつても、ビーコンを使用する上記の通信システムと同様のネットヮー ク動作 (衝突回避動作）を実現することができる。このように、各通信局は、ビーコン信 号の報知、若しくはデータ'フレームなどの信号の一部の記載に基づいて互いのスー パーフレーム内の送受信タイミングを通知し合レ、、 自律分散的に CSMA手順によりメ ディアへのランダム .アクセスを行なレ、つつ、緩やかな時分割多重アクセスを実現す ること力 Sできる。
[0145] なお、図 9ではビーコン送信局がビーコン送信の直後から TPPが開始する例を示し たが、これには限定されるものではなぐ例えば、ビーコンの送信時刻から相対位置（ 時刻）で TPPの開始時刻を設定するようにしてもよい。
[0146] ここで、 1チャネル上のフレーム間スペースについてまとめると、各通信局は、ビーコ ン並びに自局の TPP内でのパケットの送信に関しては、 SIFS間隔での送信が許容 されることにより高いプライオリティが与えられる。すなわち、通信局は、ビーコンを送 信する度に、短いフレーム間スペースで送信開始できるので、優先的にデータを送 信する機会が得られることになる。
[0147] 一方、それ以外の FAPにおいては LIFS +バックオフの間隔での送信を行なうこと が許容される。
[0148] また、通信局は、 自局の TPP内では送信権を優先的に得ることができるが、この区 間でメディアを占有するものではなレ、。すなわち、自局の TPP内でも、他の通信局が LIFS +バックオフの間隔を以つて送信を開始することも許容する。例えば、通信局 は、ビーコンを送信して TPPを獲得したものの、 自局には何も送信するものがない場 合で且つ他局が自局宛てに送信したい情報を保持していることを知らない場合には 、 SIFSのフレーム間スペースで通信動作を開始しない。この結果、ビーコン送信局 は、自局の TPPを放棄したこととなる。すると、 TPPを与えられていない他の通信局 は、 LIFS +バックオフあるいは FIFS +バックオフが経過した後に、この時間帯でも 送信を開始することができる。
[0149] 図 10には、ビーコン送信局が TPPを放棄したときの動作を示している。ビーコン送 信局が TPPの放棄により SIFS間隔で送信を開始しなければ、他局は LIFS +バック オフでパケットの送信を開始することができる。この場合、 TPPを与えられていない他 の通信局は、 LIFS +バックオフあるいは FIFS +バックオフが経過した後に、この時 間帯でも送信を開始することができる。また、 TPPを放棄した場合であっても、ビーコ ン送信局は、勿論、 自局の TPP区間内であれば、通信局は、他局の送信動作が完 了した後に、さらに SIFS間隔で優先的に送信を開始することができる。
[0150] さらに、他局の TPP内でのパケットの送信に関しては FIFS +バックオフの間隔での 送信とし、低いプライオリティが与えられる。 IEEE802. 11方式においては、常にフ レーム間スペースとして FIFS +バックオフが採られている力 S、本実施形態の構成に よれば、この間隔を詰めることができて、より効果的なパケット伝送が可能となる。
[0151] 上記では、 TPP中の通信局にのみ優先送信権が与えられるという説明を行なった 力 TPP中の通信局に呼び出された通信局にも優先送信権を与える。基本的に TP Pにおいては、送信を優先するが、自通信局内に送信するものはないが、他局が自 局宛てに送信したい情報を保持していることが判っている場合には、その「他局」宛 てにページング（Paging)メッセージあるいはポーリング（Polling)メッセージを投げ たりしてもよい。
[0152] 逆に、ビーコンを送信したものの、 自局には何も送信するものがない場合でかつ他 局が自局宛てに送信したい情報を保持していることを知らない場合、このような通信 局は、通信動作を行なわず、 TPPで与えられた送信優先権を放棄し、何も送信しな レ、。すると、他の通信局は、通常の CSMA手順に従レ、、所定のフレーム間スペースと ノ ックオフが経過した後にこの TPPの時間帯でも送信を開始する。
[0153] 図 9に示したようにビーコン送信した直後に TPPが続くという構成を考慮すると、各 通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりも伝送フレーム周期内で均等に 分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、基本的に 自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信 を開始するようにしている。勿論、各通信局のビーコン送信タイミングを集中して配置 し、残りの伝送フレーム周期では受信動作を停止して装置の消費電力を低減させる という利用方法もある。
[0154] また、本実施形態では、ビーコン送信局に対して優先的な通信権を与えることによ つて自律分散的にトラフィックの往来を管理するが（前述）、マルチチャネル環境下で は、ビーコン送信局は必ずしもビーコン送信チャネル上で TPPを獲得するとは限らな い。すなわち、ビーコン送信局は、優先的に利用するチャネルを受信側の干渉状況 に応じて、ビーコン送信チャネルとは異なるトラフィック送信に最適なチャネルへ移行 する可能もある。
[0155] 図 11には、ビーコン信号フォーマットの構成例を示している。同図に示すように、ビ ーコン信号は、当該信号の存在を知らしめるためのプリアンブルに、ヘディング、ペイ ロード部 PSDUが続いている。ヘディング領域において、該パケットがビーコンである 旨を示す情報が掲載されている。また、 PSDU内にはビーコンで報知したい以下の 情報が記載されている。
[0156] TX. ADDR:送信局（TX)の MACアドレス
T〇IS : TBTTオフセット 'インジケータ（TBTT Offset Indication Sequence) NBOI :近隣ビーコンのオフセット情報（Neighbor Beacon Offset Information) TIM :トラフィック 'インジケーシヨン'マップ（Traffic Indication Map) PAGE：ページング（Paging)
[0157] T〇ISフィールドでは、 TBTTオフセット（上述）を決定するための情報（例えば、擬 似ランダム系歹 1J)が格納されており、当該ビーコンがビーコン送信タイミング TBTTに 対してどれだけのオフセットを以つて送信されてレ、るかを示す。 TBTTオフセットを設 けることにより、 2台の通信局が伝送フレーム上では同じスロットにビーコン送信タイミ ングを配置している場合であっても、実際のビーコン送信時刻がずらすことができ、あ る伝送フレーム周期にはビーコンが衝突しても、別の伝送フレーム周期では各通信 局は互いのビーコンを聞き合う（あるいは、近隣の通信局は双方のビーコンを聞く）、 すなわち衝突を認識することができる。
[0158] TIMとは、現在この通信局がどの通信局宛てに情報を有しているかの報知情報で あり、 TIMフィールドを参照することにより、受信局は自分が受信を行なわなければな らないことを認識すること力 Sできる。また、 Pagingは、 TIMに掲載されている受信局の うち、直後の TPPにおいて送信を予定していることを示すフィールドであり、このフィ 一ルドで指定された局は TPPでの受信に備えなければならない。
[0159] ビーコンには上記以外のフィールド（ETCフィールド）も用意されている。 ETCフィ 一ルドは、用意されている各周波数チャネルにおいて干渉を受けている度合いすな わち干渉度レベル（IntLCH)を記述するフィールドを含んでレ、てもよレ、。
[0160] また、通信局は、これ力 RTSZCTS手続に基づいてデータ送信を行なおうとする 際に、 ETCフィールドを使って（あるいは PSDUの専用のフィールドを設けて）データ 送信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを明記するようにしてもよい。 CSMA/ CAに基づくランダム 'アクセスを行なう際に RTS/CTS手続により通信品質を維持 すること力 Sできる力 この点については後述に譲る。
[0161] NBOIフィールドは、伝送フレーム内において自局が受信可能な隣接局のビーコン の位置 (受信時亥 lj)を記述した情報である。本実施形態では、図 4に示したように 1伝 送フレーム内で最大 16個のビーコンを配置なスロットが用意されていることから、受 信できたビーコンの配置に関する情報を 16ビット長のビットマップ形式で記述する。 すなわち、 自局のビーコン送信タイミング TBTTを NBOIフィールドの先頭ビット（MS B)にマッピングするとともに、その他の各スロットを自局の TBTTを基準とした相対位 置 (オフセット）に対応するビット位置にそれぞれマッピングする。そして、 自局の送信 ビーコン並びに受信可能なビーコンの各スロットに割り当てられたビット位置に 1を書 き込み、それ以外のビット位置は 0のままとする。
[0162] 図 12には、利用チャネル数を 1つとした場合における NBOIの記述例を示している 。同図に示す伊 ijで ίま、通信局 0力 S「1100， 0000， 0100, 0000」のような NB〇Iフィ 一ルドを作っている。これは、図 4に示したように最大 16局を収容可能な各スロットに 通信局 0 Fがそれぞれ TBTTを設定しているような通信環境下で、図 3に示した通 信局 0が、「通信局 1並び通信局 9からのビーコンが受信可能である」旨を伝えること になる。つまり、受信ビーコンの相対位置に対応する NBOIの各ビットに関し、ビーコ ンが受信可能である場合にはマーク、受信されてない場合にはスペースを割り当てる 。また、 MSBが 1になっているのは自局がビーコンを送信しているためで、自局がビ 一コンを送信している時刻に相当する場所もマークする。
[0163] 各通信局は、あるチャネル上でお互いのビーコン信号を受信すると、その中に含ま れる NBOIの記述に基づいて、チャネル上でビーコンの衝突を回避しながら自己の ビーコン送信タイミングを配置したり周辺局からのビーコン受信タイミングを検出したり すること力 Sできる。
[0164] 図 13には、新規に参入した通信局が周辺局から受信したビーコンから得た各ビー コンの NBOIに基づレ、て自局の TBTTを設定する様子を示してレ、る。
[0165] 通信局は電源投入後、まずスキャン動作すなわち伝送フレーム長以上にわたり連 続して信号受信を試み、周辺局の送信するビーコンの存在確認を行なう。この過程 で、周辺局からビーコンが受信されなかった場合には、通信局は適当なタイミングを TBTTとして設定する。一方、周辺局から送信されるビーコンを受信した場合には、 周辺局力 受信した各ビーコンの NBOIフィールドを当該ビーコンの受信時刻に応じ てシフトしながら論理和（OR)をとつて参照することにより、最終的にマークされていな レ、ビット位置に相当するタイミングの中からビーコン送信タイミングを抽出する。
[0166] 図 13に示す例では、新規に登場した通信局 Aに着目し、通信局 Aの周辺には通信 局 0、通信局 1、通信局 2が存在しているという通信環境を想定している。そして、通 信局 Aは、スキャン動作により伝送フレーム内にこの 3つの局 0— 2からのビーコンが 受信できたとする。
[0167] NBOIフィールドは、周辺局のビーコン受信時刻を自局のビーコンに対する相対位 置にマッピングしたビットマップ形式で記述される（前述)。そこで、通信局 Aでは、周 辺局力 受信できた 3つのビーコンの NBOIフィールドを各ビーコンの受信時刻に応 じてシフトして時間軸上でビットの対応位置を揃えた上で、各タイミングの NBOIビット の ORをとつて参照する。
[0168] 周辺局の NBOIフィールドを統合して参照した結果、得られている系列が図 9中" O R of NBOIs"で示されてレヽる「1101 , 0001 , 0100, 1000」であり、 1は伝送フレー ム内で既に TBTTが設定されているタイミングの相対位置を、 0は TBTTが設定され ていないタイミングの相対位置を示している。この系列において、スペース（ゼロ）の 最長ランレングスは 3であり、候補が 2箇所存在していることになる。図 13に示す例で は通信局 Aは、このうち 15ビット目を自局ビーコンの TBTTに定めている。
[0169] 通信局 Aは、 15ビット目の時刻を自局の正規ビーコンの TBTT (すなわち自局の伝 送フレームの先頭）として設定し、ビーコンの送信を開始する。このとき、通信局 Aが 送信する NBOIフィールドは、ビーコン受信可能な通信局 0— 2のビーコンの各受信 時刻を、 自局の正規ビーコンの送信時刻からの相対位置に相当するビット位置をマ ークしたビットマップ形式で記載し、図 13中の" NBOI for TX (1 Beacon TX) " で示す通りとなる。
[0170] 本発明はマルチチャネル型の自律分散ネットワークに関するものであり、利用可能 な各周波数チャネルについてのビーコン配置を記述した NBOI情報が必要であるが 、この点について後述に譲る。
[0171] 図 14には、ある周波数チャネル上において、新規参入局が NBOIの記述に基づい て既存のビーコンとの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置する 様子を示している。同図の各段では、通信局 STA0— STA2の参入状態を表してい る。そして、各段の左側には各通信局の配置状態を示し、その右側には各局から送 信されるビーコンの配置を示している。
[0172] 図 14上段では、通信局 STA0のみが存在している場合を示している。このとき、 ST Α0はビーコン受信を試みるが受信されないため、適当なビーコン送信タイミングを設 定して、このタイミングの到来に応答してビーコンの送信を開始することができる。ビ 一コンは 40ミリ秒 (伝送フレーム）毎に送信されている。このとき、 STA0から送信され るビーコンに記載されている NBOIフィールドのすべてのビットが 0である。
[0173] 図 14中段には、通信局 STA0の通信範囲内で STA1が参入してきた様子を示して いる。 STA1は、ビーコンの受信を試みると、 STA0のビーコンが受信される。さらに S TA0のビーコンの NBOIフィールドは自局の送信タイミングを示すビット以外のビット はすべて 0であることから、上述した処理手順に従って STA0のビーコン間隔のほぼ 真中に自己のビーコン送信タイミングを設定する。
[0174] STA1が送信するビーコンの NBOIフィールドは、 自局の送信タイミングを示すビッ トと STA0からのビーコン受信タイミングを示すビットに 1が設定され、それ以外のビッ トはすべて 0である。また、 STA0も、 STA1からのビーコンを認識すると、 NBOIフィ 一ルドの該当するビット位置に 1を設定する。
[0175] 図 14の最下段には、さらにその後、通信局 STA1の通信範囲に STA2が参入して きた様子を示している。図示の例では、 STA0は STA2にとつて隠れ端末となってい る。このため、 STA2は、 STA1が STA0力 のビーコンを受信していることを認識で きず、右側に示すように、 STA0と同じタイミングでビーコンを送信し衝突が生じてしま う可能性がある。
[0176] NBOIフィールドはこの現象を回避するために用いられる。まず、 STA1のビーコン の NBOIフィールドは自局の送信タイミングを示すビットに加え、 STA0がビーコンを 送信しているタイミングを示すビットにも 1が設定されている。そこで、 STA2は、隠れ 端末である STA0が送信するビーコンを直接受信はできなレ、が、 STA1から受信した ビーコンに基づいて STA0のビーコン送信タイミングを認識し、このタイミングでのビ ーコン送信を避ける。
[0177] そして、図 15に示すように、このとき STA2は、 STA0と STA1のビーコン間隔のほ ぼ真中にビーコン送信タイミングを定める。勿論、 STA2の送信ビーコン中の NBOI では、 STA2と STA1のビーコン送信タイミングを示すビットを 1に設定する。このよう な NBOIフィールドの記述に基づくビーコンの衝突回避機能により、隠れ端末すなわ ち 2つ先の隣接局のビーコン位置を把握しビーコンの衝突を回避することができる。 [0178] C.マルチチャネル環境下でのアクセス動作
上述したように、 自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は伝送フレーム周 期内でビーコン情報を報知するとともに、他局からのビーコン信号のスキャン動作を 行なうことにより 1チャネル上でのネットワーク構成を認識することができる。
[0179] ところが、本発明に係るマルチチャネル自律分散型ネットワークの場合、図 4に示し たような伝送フレームが周波数軸上に利用チャネル数分だけ配置された構成となつ ている（図 16を参照のこと）。また、本発明では、各通信局は、単一のアンテナを備え 、送受信をともに並行しては行なえず、且つ、同時刻に複数の周波数チャネルをハン ドルすることはできないということを想定している（前述）。このため、通信局は他の通 信のビーコン送信タイミングにおいて同じチャネル上に移行していなければビーコン を受信することはできず、すべてのチャネル上にぉレ、てネットワーク構成を把握する ことは困難である。
[0180] また、通信局が自局にとって最適なチャネルであっても、通信相手となる他局にとつ ては干渉を受けているチャネルである可能性がある。例えば、一方の局のビーコン送 信チャネルが他方の局では干渉チャネル若しくは通信品質が劣化し使用不能なチヤ ネルであった場合には、これらの通信局は、仮に他のチャネル上では通信し合うこと ができたとしても、お互いの存在を永遠に認識することができないというデッドロックの 状態に陥ってしまう。
[0181] そこで、本発明の第 1の実施形態では、各通信局が定期的に送信するビーコン信 号に自局が受けている干渉のレベル情報を載せて送信し、周辺局から受信したビー コン情報に基づいて干渉状況を把握した上で通信チャネルを決定するようになって いる。例えば、周辺通信局が酷く干渉を受けているチャネルを通信チャネルとして利 用することを避けることにより、 自律分散的に通信チャネルをコントロールするようにし ている。
[0182] また、本発明の第 2の実施形態では、各通信局は、 自局にとって最も通信品質の良 いチャネルをビーコン送信チャネルに選択する一方、データを送信するときには、自 局のビーコン送信チャネルとは無関係に、データ送信先となる通信局において良好 な通信品質を持ち受信に適したチャネルを利用してデータ送信を行なう。 [0183] D.第 1の実施形熊
本発明の第 1の実施形態に係るマルチチャネル通信システムでは、各通信局が定 期的に送信するビーコン信号に自局が受けている干渉のレベル情報を載せて送信 し、周辺局から受信したビーコン情報に基づいて干渉状況を把握した上で通信チヤ ネルを決定する。これによつて、周辺通信局が酷く干渉を受けているチャネルを通信 チャネルとして利用することを避けることにより、通信チャネルを自律分散的にコント口 一ノレすること力できる。
[0184] ここで、図 17に示すような干渉環境下で 2台以上の通信局が配置されている状態 について考察してみる。
[0185] 同図に示す無線通信システムでは、チャネル # 1一チャネル # 3の 3つのチヤネノレ が利用可能チャネルとして用意されている力 空間上の左右に、チャネル # 1、チヤ ネル # 2、並びにチャネル # 3が被干渉チャネルとなる干渉局がそれぞれ配置されて いる。
[0186] この空間の略中央に配置されている通信局 # 2、並びに通信局 # 3では、すべての チャネルでビーコンを聞き取ることができる。また、通信局 # 1ではチャネル # 1及び チャネル # 2が被干渉チャネルとなっており、通信局 # 4ではチャネル # 3が被干渉 チャネルとなっているが、最低レートで送信されるビーコン信号は受信可能な干渉レ ベルである。
[0187] 通信局 # 2は、各局からのビーコンを受信して、各局におけるチャネル毎の干渉情 報を取得することができる。そして、すべての通信局がビーコンを送信することができ るチャネル # 3を利用して、 自局のビーコン信号の送信を行なう。
[0188] また、通信局 # 2は、ビーコン送信チャネル以外のチャネルを用いてデータ送信動 作を行なうようにしてもよい。例えば、通信局 # 4宛てにトラフィックを送信するときに は、チャネル # 3を利用してビーコンを送信した後、通信局 # 4において干渉レベル の低いチャネル # 1又はチャネル # 2へ移行して、トラフィックの送信を開始する。
[0189] 本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型無線ネットワークでは、通信局は、新 規参入時やリフレッシュ時に、ビーコン信号に記載されてレ、る各チャネルの干渉情報 を基に、なるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チャネルに選択 する。また、ビーコンを受信できない周辺局がある場合には、ビーコン送信チャネル の変更を試みる。
[0190] このように、なるべく多くの通信局が受信できるチャネルをビーコン送信チャネルとし ビーコンの送信動作を行なうことにより、より多くの通信局がお互いのビーコンを受信 してその存在を認識することができ、デッドロックの状態に陥ることを極力回避すること ができる。
[0191] また、各通信局は、送信データがなくビーコンの受信だけを行なっている期間中は チャネルの切り替えが不要となる。通信局は、 自局が受けている干渉が許容レベル であれば、なるべく周辺通信局と同一の通信チャネルを利用することにより、チヤネノレ 移行のオーバーヘッドを軽減することができる。チャネル移行にはハードウェア動作 上約 300マイクロ秒程度の遅延時間を要することから、チャネル移行の回数を削減 することにより、通信容量を増大することができる。
[0192] また、通信局は、例えば自局が広帯域を必要とするかどうかに応じてビーコン送信 チャネルを決定するようにしてもよい。例えば、 自局が広帯域を必要とする場合には、 なるべく他の通信局が利用していなく自身にとって干渉レベルの低いチャネルを選 択し、ビーコンの送信を開始する。 自分が広帯域を送信する側でも受信する側でも 同様の動作を行なう。
[0193] 他方、広帯域が必要でない通信局は、チャネル変更時のオーバーヘッドなどを考 慮すると、周辺局となるべく同一チャネルでビーコンを送信した方がよいので、最も多 くの通信局がビーコンを送信しているチャネル (最多チャネル）に注目する。
[0194] その最多チャネルで、自分を含む周辺局が大きな干渉を受けていない場合は、そ のチャネルでビーコンの送信を開始する。また、最低レートで送信しているビーコンが 受信できないほどの大きな干渉を受けている通信局が複数いる場合は、平均干渉レ ベルが一番低くなるチャネルを選択し、そこでビーコンを送信開始するようにする。
[0195] 各通信局はそれぞれ定期的に、この動作を行なうことによって、常に通信チャネル を最適なものにリフレッシュしていく。
[0196] 図 18には、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型無線ネットワークにおい て、通信局がビーコン送信チャネルを選択するための動作手順をフローチャートの形 式で示している。このような動作は、実際には、無線通信装置内の中央制御部 103 が情報記憶部 113に格納されている実行命令プログラムを実行するという形態で実 現される。
[0197] まず、所定の手順に従い各チャネル上でスキャン動作を行なレ、、周辺局から送信さ れるビーコン信号の受信を試みる (ステップ S1)。
[0198] ここで、周辺局のビーコン信号を発見することができた場合には (ステップ S2)、次 いで、 自局が広帯域を必要とするかどうかを判別する (ステップ S3)。広帯域が必要 かどうかは、 自局が送信する側及び受信する側の双方の場合を考慮して判断する。
[0199] 自局が広帯域を必要としない場合には、周辺局の中で最も多くの通信局がビーコ ンを送信しているチャネル (最多チャネル）に着目し (ステップ S4)、その最多チヤネ ルで自分を含む周辺局が大きな干渉を受けているかどうかをさらに判別する（ステツ プ S5)。
[0200] ここで、最多チャネルで自局を含む周辺局が大きな干渉を受けていない場合には、 その最多チャネルを選択して (ステップ S6)、そのチャネル上でビーコンの送信を開 始する (ステップ S 7)。
[0201] また、最多チャネルで大きな干渉を受けている通信局が複数ある場合には、平均 干渉レベルが最も低くなるチャネルを選択し (ステップ S10)、そこでビーコンを送信 開始するようにする (ステップ S7)。
[0202] また、ステップ S3において、自局が広帯域の通信容量を必要とすると判断した場合 には、なるべく他の通信局が利用していなく自局にとって干渉レベルの低いチャネル を選択し (ステップ S9)、ビーコンの送信を開始する (ステップ S7)。 自分が広帯域を 送信する側でも受信する側でも同様の動作を行なう。
[0203] また、ステップ S2において、周辺局からのビーコン信号を発見しなかった場合には 、 自局にとって最適なチャネル、具体的には自局にとって干渉レベルが最低となるチ ャネルをビーコン送信チャネルとして選択し (ステップ S8)、ビーコンの送信を開始す る (ステップ S 7)。
[0204] そして、通信局は、定期的リフレッシュ時刻が到来すると（ステップ S11)、ステップ S 1に戻り、ビーコン送信チャネルの選択動作を繰り返し行なう。このように、通信局は 定期的に上述した動作を行なうことによって、常に通信チャネルを最適なものにリフレ ッシュしていく。
[0205] 次に、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークにおいて、 通信局が時系列的にチャネル変更を行なう動作について説明する。
[0206] 本実施形態に係る自律分散型の無線通信システムでは、各チャネル上にぉレヽてビ ーコン送信タイミング直後に配置される優先送信期間 (TPP)、並びに TPPに続く FA Pの各期間では、 CSMA/CAに基づくランダム 'アクセスが行なう。このとき、フレー ム間スペースにより優先送信権を割り当てるとともに、衝突を回避し通信品質を向上 させる手段として RTS/CTS方式を採用することができる（例えば、図 7並びに図 8を 参照のこと）。
[0207] RTS/CTS方式では、正味の情報の送信に先立ち、送信元通信局は RTS (Req uest to Send:送信要求）を送信し、受信先通信局がこの RTSを受信してデータを 受信可能であれば、その応答として CTS (Clear to Send:受信準備完了）を返す。 そして、 RTS/CTSの情報交換により送受信局間でコネクションが確立した後にデ ータ伝送を実行する。
[0208] ここで、 RTS/CTSの情報交換を利用した一般的なデータ送受信シーケンスにつ いて、図 19を参照しながら説明する。但し、同図に示す例は、特定の 1チャネル上で 送信元通信局 # 1から受信先通信局 # 2へデータ伝送が行なわれる場合のシーケン スである。また、通信局 # 0は通信局 # 2にとつて隠れ端末であり、通信局 # 3は通信 局 # 1にとつて隠れ端末となる。
[0209] まず、通信局 # 1から通信局 # 2へデータを送信するに先立ち、通信局 # 1におレヽ てチャネルが空き状態であることを検出した後に、所定のプリアンブル信号 P (131)と 、RTS信号（132)を送信する。
[0210] ここで、 RTS信号には、 CTSを受信するまでの時間情報（Duration)が記載され、 この RTS信号を受信できた周辺局は、 Durationで指定されている期間は、 NAV (N etwork Allocation Vector)を設定して信号の送信を停止することで、衝突回避 動作を行なう。図示の例では、通信局 # 0は通信局 # 1の RTS信号を受信したことに よって、その受信時刻情報から、 自己からの送信を控える時間（送信待機期間）を設 定する動作を行なう。一方、通信局 # 3は隠れ端末である力 RTS信号を受信するこ とはできない。
[0211] さらに、通信局 # 2は RTS信号を受信できて、なお且つその後のデータ受信が可 能であれば、所定のプリアンブル信号 P (133)と、 CTS信号（134)を返信する。
[0212] CTS信号には、データの受信が終了するまでの時間情報 (Duration)が記載され ている。この CTS信号を受信できた周辺局は、 Durationで指定されている期間は、 NAVを設定して信号の送信を停止することで、衝突回避動作を行なう。図示の例で は、通信局 # 3は通信局 # 2の CTS信号を受信したことによって、その受信時刻情 報から、自己からの送信を控える時間（送信待機期間）を設定する動作を行なう。
[0213] このように送受信局の一方にとって隠れ端末となる通信局であっても、 RTS又は C TS信号のうちいずれ力を受信することによって所定時間だけ送信動作を行なわない ことにより、干渉が回避され、通信品質が維持される。
[0214] そして、この CTS信号を受信できた通信局 # 1では、 CTS信号で記載された時間 にわたり、所定のプリアンブル信号 P (135)とデータ Data (136)の送信処理を行なう とともに、通信局 # 2では、同時にデータ Data (136)の受信動作を行なう。
[0215] このとき、通信局 # 0では、通信局 # 1からのデータ通信が行なわれることを、デー タ Data (136)のヘッダ情報 Head (図示しない）から把握し、このデータ通信持続時 間にわたり、通信局 # 1宛ての送信が行なわない制御を行なうようにしても良い。
[0216] この他に必要に応じて、データの受信が正しく行なわれたか否かを ACK情報（図 示しなレ、）として、無線通信装置 # 2から無線通信装置 # 1に返送するようにしても良 レ、。
[0217] 次いで、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークへの RT SZCTS方式の適用例について、図 20を参照しながら説明する。
[0218] 既に述べたように、本実施形態では、データ送信元の通信局は、データ送信先の 通信局のビーコン送信チャネルに移行してデータ送信動作を行なう。このため、デー タ送信先の通信局にとって隠れ端末となる周辺局が移行先のチャネルが干渉チヤネ ルとなっている場合には、移行先のチャネルで送信する RTS信号を聞きとれないと いう、マルチチャネル固有の隠れ端末問題が生じる。 [0219] そこで、データ送信元の通信局は、データ送信先の通信局からは隠れ端末となる 通信局が存在することを想定して、 RTS信号の送信に先駆けて、 自局のビーコン送 信チャネル上で、 RTS信号とマルチプレタスしたビーコン信号（データ通信を行なつ てレ、るチャネルの情報を含んだビーコン信号)を送信する。
[0220] このビーコン信号は擬似的に RTS信号としての役割を果たす。隠れ端末は、ビーコ ン送信チャネル上で RTS信号がマルチプレタスされたビーコン（データ通信を行なつ ているチャネル情報を含むビーコン)を受信したことに応答して、所定時間だけデー タ送信動作を差し控えることにより、干渉を回避することができる。
[0221] その後、データ送信元の通信局は、データ送信先の通信局のビーコン送信チヤネ ルに移行して送信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局から確認通知 パケット CTSを受信したことに応答してデータ送信を開始する。
[0222] 図 21には、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークへ RT S/CTS方式を適用した他の例を示している。
[0223] 本実施形態では、データ送信元の通信局は、データ送信先の通信局にとって干渉 レベルの低いチャネルに移行してデータ送信動作を行なうことに伴う隠れ端末問題 を回避するために、 RTS信号の送信に先駆けて、 自局のビーコン送信チャネル上で 、 RTS信号とマルチプレタスしたビーコン（データ通信を行なっているチャネル情報を 含むビーコン）とともに送信する。
[0224] このとき、データ送信元のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルが一致する場合には、 RTS信号マルチプレタスしたビーコンを擬似 的な RTS信号そのものであるとみなす。
[0225] また、データ送信元のビーコン送信チャネルとデータ伝送を行なうチャネルが一致 する場合には、 RTS信号マルチプレタスしたビーコン (データ通信を行なってレ、るチ ャネル情報を含むビーコン）を RTS信号そのものであるとみなす。
[0226] また、データ送信先の通信局は、 RTS信号をマルチプレタスしたビーコン（データ 通信を行なっているチャネル情報を含むビーコン）を受信したことに応答して、通常 の RTS信号の到来を待つことなぐ CTS信号を返すことにより、データ送信を開始す ること力 Sできる。 [0227] このようにして、 RTS信号の送信手続 (RTS信号の再送）を省略することにより、マ ルチチャネルにおける RTSZCTS手続のオーバーヘッドを軽減することができる。
[0228] 図 22 図 24には、本実施形態に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークに おいて、無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順をフローチ ヤートの形式で示している。但し、無線通信局 100は、図示しないスキャン動作など により、周辺局のビーコン送信チャネルやビーコン送信タイミングなどの近隣局情報 を既に獲得しているものとする。図示の通り、通信局は、送信要求に依存しない定常 動作モード、ビーコン送信をトリガとした送信開始モード、並びに送信継続モードを持 つ。このような処理手順は、実際には、中央制御部 103が情報記憶部 113に格納さ れてレ、る実行命令プログラムを実行するとレ、う形態で実現される。
[0229] 定常動作モード下では、ビーコン送信タイミングが到来するまでの間、周辺局のビ ーコン送信タイミングが到来すると（ステップ S31)、その周辺局のビーコン送信チヤ ネルへ移行して、ビーコンの受信を行なう（ステップ S32)。
[0230] そして、 自局のビーコン送信タイミングが到来すると（ステップ S21)、通信プロトコル の上位層（例えば、インターフェース 101経由で接続される外部機器)からの送信要 求があるかどうかをチェックする（ステップ S22)。送信要求がない場合には、 自己に 最適となるビーコン送信チャネル上でビーコンの送信を行なう（ステップ S33)。
[0231] 一方、上位層からの送信要求がある場合には、 RTSZCTS手続のために、 自局の ビーコン送信チャネル上で、 RTS信号をマルチプレタスしたビーコン（データ通信を 行なってレ、るチャネル情報を含むビーコン）を所定のビーコン送信タイミングで送信 する（ステップ S23)。
[0232] 次レ、で、送信開始モードに遷移し、 自局のビーコン送信チャネルとデータ送信先の 通信局のビーコン送信チャネル (すなわちデータ伝送に用いられるチャネル）がー致 するかどうかをチェックする（ステップ S24)。
[0233] ここで、互いのビーコン送信チャネルが一致しない場合には、データ送信先の通信 局のビーコン送信チャネルへ移行してから (ステップ S34)、 RTS信号を送信する（ス テツプ S35)。一方、互いのビーコン送信チャネルが一致する場合には、 RTS信号を マルチプレタスしたビーコン（データ通信を行なっているチャネル情報を含むビーコ ン）を RTS信号そのものであるとみなし、正規の RTS信号の送信並びにチャネル移 行動作が省略される。そして、データ送信先の通信局から CTS信号されるまで待機 する（ステップ S25)。
[0234] ここで、所定時間内に CTS信号を受信することができなかった場合には (ステップ S 26)、ステップ S35へ進んで、 RTS信号の再送を行なう。
[0235] 一方、所定時間内に CTS信号を無事受信することができた場合には (ステップ S26 )、上位層から要求されているデータ送信を実行する（ステップ S27)。そして、上位層 力もの送信要求がさらにあるかどうかをチェックする (ステップ S28)。送信要求が完了 した場合には、ステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビーコン送受信動作を行 なう。
[0236] また、送信要求が継続する場合には (ステップ S28)、送信継続モードに遷移する。
そして、 自局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする (ス テツプ S29)。余裕がない場合には、ステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビ ーコン送信動作を行なう。
[0237] 自局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕がある場合には (ステップ S29)、さらに 周辺局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする（ステップ S30)。
[0238] 自局並びに周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がある場合には (ステップ S3 0)、ステップ S35へ進んで、 RTS信号を送信し、データ通信動作を継続する。
[0239] 周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がない場合には (ステップ S30)、現在利 用チャネルと当該周辺局のビーコン送信チャネルが異なる場合はチャンネル移行し（ ステップ S36、 S37)、ビーコンを受信する（ステップ S38)。
[0240] そして、周辺局のビーコンの受信を行なった後、移行先である周辺局のビーコン送 信チャネルと、 自局がこれまでデータ送信に利用していた利用チャネルとが一致する かどうかをチェックする（ステップ S39)。互いのビーコン送信チャネルがー致しない場 合には、ステップ S34へ進み、データ送信先の通信局のビーコン送信チャネルへ移 行してから、 RTS信号を送信し (ステップ S35)、データ通信動作を再開する。
[0241] また、互レ、のビーコン送信チャネルが一致する場合には（ステップ S39)、ビーコン 送信局の優先送信区間となるので、通信局はデータ通信動作を再開することはでき ない。この場合はステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビーコン送信動作を行 なう。
[0242] 図 18に示したような手順に従がつてビーコン送信チャネルを設定することにより、マ ルチチャネル方式の自律分散ネットワークで、通信局はより最適なチャネルを自局の ビーコン送信チャネルに設定することができる。また、図 22—図 24に示した通信動 作手順に従えば、通信局は、所定の伝送フレーム周期でビーコンを送信して周辺局 の存在把握やネットワーク状態の報知を行なうとともに、周辺局のビーコン送信タイミ ングに合わせてビーコン送信チャネルに移行してビーコンの受信動作を行ないなが ら、 RTS/CTS方式に従ったデータ通信を行なうことができる。
[0243] ここで、チャネル切り替えには、ハードウェア動作上、約 300マイクロ秒程度の時間 を要する。このため、データ通信中の通信局が、他局のビーコンを受信するためにデ ータ通信を中断し、チャネル移行並びにビーコン受信を行なった後、元の利用チヤ ネルに移行してデータ通信を再開する場合、オーバーヘッドが大きくなつてしまう。
[0244] 図 25には、データ通信中の通信局が、他局のビーコンを受信するためにデータ通 信を中断し、チャネル移行並びにビーコン受信を行なった後、元のチャネルに移行し てデータ通信を再開する動作例を示してレ、る。
[0245] 同図に示すように、チャネル CH2上では、データ送信元である通信局 # 2から RTS パケットを送信しデータ送信先である通信局 # 3から CTSパケットが戻されたことに応 答して、通信局 # 2はデータ'パケットの伝送動作を開始する。
[0246] ここで、別のチャネル CH3上で、周辺局 # 1によるビーコン送信タイミング TBTTが 近づくと、通信局 # 2 (並びに通信局 # 3)は、送信データが継続するかどうかに拘ら ず、チャネル移行時間 T_CHCHを費やしてチャネル CH3へ移行し、ビーコンを受 信する。
[0247] ビーコン送信局である通信局 # 1は優先送信権を獲得し、 TPP区間内にチャネル CH3上で RTS/CTS手続きに従って優先的なデータ送信動作を開始する。
[0248] これに対し、通信局 # 2 (並びに通信局 # 3)は、 RTSパケットの受信により、チヤネ ル CH3で優先送信動作が行なわれ、自局のデータ通信チャネル CH2ではデータ通 信を継続できることを認識すると、チャネル移行時間 T_CHCHを費やしてチャネル CH2へ戻る。そして、通信局 # 2から RTSパケットを送信し通信局 # 3から CTSパケ ットが戻されたことに応答して、通信局 # 2はデータ'パケットの伝送動作を再開する
[0249] 図 25に示すように、マルチチャネル通信環境では、周辺局のビーコン受信に伴い 、データ通信のオーバーヘッドが増大する。他方、データ通信の相手ではない周辺 局からのビーコンは必ずしも毎回受信する必要はないという事態も想定される。
[0250] そこで、上述した通信動作手順の変形例として、通信局は、他局のビーコン送信タ イミングが近づいていることを把握した場合、当該ビーコン送信局と通信を行なう必要 があるかどうかを判断した上で、ビーコンを受信する必要がなぐ且つ現在利用して レ、るチャネルがビーコン送信チャネルとは相違する場合には、ビーコンの受信動作を 省略することを提案する。
[0251] このように、必要のないビーコンの受信動作を省略することにより、ビーコン移行に 要する時間や装置の消費電力を省略し、通信容量を増大することができる。
[0252] ここで、本実施形態では、ビーコン送信局に対して優先的な通信権を与えることに よって、 自律分散的にトラフィックの往来を管理するが（前述）、ビーコン送信局は必 ずしもビーコン送信チャネル上で TPPを獲得するとは限らなレ、。すなわち、ビーコン 送信局は、優先的に利用するチャネルを受信側の干渉状況に応じて、ビーコン送信 チャネルとは異なるトラフィック送信に最適なチャネルへ移行する可能もある。
[0253] このため、通信局がビーコン受信動作を省略すると、このようなチャネル移行動作を 認識することができなくなる、という問題がある。
[0254] そこで、通信局は、ビーコン受信動作を省略した場合には、ビーコン送信タイミング を基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミングだけ現在利用し ているチャネルにおいて受信動作を行なレ、、ビーコン送信局が現在利用しているチ ャネルに移行してきたかどうかを検知する。
[0255] そして、通信局は、 RTS、 CTS信号の送信タイミングでビーコン送信局が現在利用 しているチャネルに移行してきたことを検知した場合には、 自局のデータ通信動作を 差し控えることにより、通信の衝突を回避する。一方、検知しなかった場合には、ビー コン送信局が別のチャネル上で優先送信権を獲得していると認識し、現在利用して レ、るチャネル上での自局のデータ通信動作を継続して行なう。
[0256] このように、他局のビーコンの受信動作を省略した場合には、ビーコン送信局がビ ーコン送信により獲得した優先送信期間に応じて受信動作を行なうことにより、不要 なチャネル移行を行なうことなぐ且つ通信の衝突を回避することができる。
[0257] 図 26には、データ通信中の通信局が、他局のビーコン受信を省略するための動作 例を示している。
[0258] 同図に示すように、チャネル CH2上では、データ送信元である通信局 # 2から RTS パケットを送信しデータ送信先である通信局 # 3から CTSパケットが戻されたことに応 答して、通信局 # 2はデータ'パケットの伝送動作を開始する。
[0259] ここで、別のチャネル CH3上で、周辺局 # 1によるビーコン送信タイミング TBTTが 近づくと、通信局 # 2 (並びに通信局 # 3)は、周辺局 # 1からのビーコンを受信する 必要があるかどうかを判断する。そして、ビーコンを受信する必要がなぐ且つ現在利 用しているチャネル CH2がビーコン送信チャネル CH3とは相違する場合には、ビー コンの受信動作を省略する。
[0260] そして、通信局 # 2 (並びに通信局 # 3)は、チャネル移行時間 T— CHCHに相当 する期間だけさらにデータ伝送動作を継続した後、周辺局 # 1によるビーコン送信タ イミング TBTT以降、 RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミング だけ現在利用しているチャネル CH2において受信動作を行なレ、、ビーコン送信局が 現在利用しているチャネルに移行してきたかどうかを検知する。
[0261] 同図に示す例では、ビーコン送信局である通信局 # 1は、ビーコン送信チャネル C H3とは異なるトラフィック送信に最適なチャネル CH4へ移行し、獲得した優先送信 権に基づき、 TPP区間内にチャネル CH4上で RTS/CTS手続きに従って優先的 なデータ送信動作を開始する。
[0262] 一方、通信局 # 2 (並びに通信局 # 3)は、現在利用チャネル CH2上では、 RTS、 CTSパケットの到来が推定される待機期間中に検知しなかったので、ビーコン送信 局 # 1が別のチャネル上で優先送信権を獲得していると認識する。この場合、現在利 用しているチャネル上で自局のデータ通信動作を再開することができる。チャネル移 行時間 T_CHCHを費やすことなぐ待機期間の終了とともにデータ通信を再開す ることができるという点を十分理解されたい。
[0263] 通信局が図 26に示すような通信動作を行なう場合、送信継続状態における通信動 作手順は、図 24ではなぐ図 27へ示すフローチャートへと修正される。
[0264] ステップ S27においてデータ送信を実行した後、上位層からの送信要求が継続す る場合には (ステップ S28)、送信継続モードに遷移する。そして、 自局のビーコン送 信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする（ステップ S29)。余裕がなレ、 場合には、ステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビーコン送信動作を行なう。
[0265] 自局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕がある場合には (ステップ S29)、さらに 周辺局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする（ステップ
S30)。
[0266] 自局並びに周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がある場合には (ステップ S3 0)、ステップ S35へ進んで、 RTS信号を送信し、データ通信動作を継続する。
[0267] 一方、周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がなレ、（すなわち、他局のビーコン 送信タイミングが近づレ、てレ、ることを把握した）場合には (ステップ S30)、さらに現在 利用チャネルと当該周辺局のビーコン送信チャネルが同じであるかどうかを判別する (ステップ S40)。
[0268] 現在利用チャネルと当該周辺局のビーコン送信チャネルが同じである場合には、こ のチャネル上で、ビーコンを受信する（ステップ S38)。
[0269] これに対し、現在利用チャネルと当該周辺局のビーコン送信チャネルが異なる場合 には (ステップ S40)、当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどうかをさらに 判断する (ステップ S41)。
[0270] ここで、ビーコンを受信する必要があると判断された場合には、当該周辺局のビー コン送信チャネルが異なる場合はチャンネル移行し (ステップ S37)、ビーコンを受信 する（ステップ S38)。
[0271] そして、ステップ S38において周辺局のビーコンの受信を行なった後、移行先であ る周辺局のビーコン送信チャネルと、 自局がこれまでデータ送信に利用していた利 用チャネルは一致するかどうかをチェックする（ステップ S39)。互いのビーコン送信 チャネルが一致しない場合には、ステップ S34へ進み、データ送信先の通信局のビ ーコン送信チャネルへ移行してから、 RTS信号を送信し (ステップ S35)、データ通信 動作を再開する。
[0272] また、互レ、のビーコン送信チャネルが一致する場合には（ステップ S39)、ビーコン 送信局の優先送信区間となるので、データ通信動作を再開することはできない。この 場合はステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビーコン送信動作を行なう。
[0273] 一方、ステップ S41において、ビーコンを受信する必要がないと判断された場合に は、且つ現在利用しているチャネルがビーコン送信チャネルとは相違する場合には、 ビーコンの受信動作を省略する。このように、必要のないビーコンの受信動作を省略 することにより、ビーコン移行に要する時間や装置の消費電力を省略し、通信容量を i曽大すること力 Sできる。
[0274] ここで、ビーコン送信局は必ずしもビーコン送信チャネル上で TPPを獲得するとは 限らない。すなわち、ビーコン送信局が自局の現在利用チャネルに移行して優先送 信区間 TPPを獲得することもあるので、ビーコンの受信動作を省略してデータ通信を 継続して行なうと、通信が衝突する可能性がある。
[0275] そこで、通信局は、ビーコン受信動作を省略した場合には、ビーコン送信タイミング を基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミングだけ現在利用し ているチャネルにおいて受信動作を行ない（ステップ S42)、ビーコン送信局が現在 利用しているチャネルに移行してきたかどうかを検知する。
[0276] そして、 RTS、 CTS信号の送信タイミングで RTS、 CTS信号を受信した場合には（ ステップ S43)、ビーコン送信局が現在利用しているチャネルに移行してきたことを認 識し、 自局のデータ通信動作を中断することにより（ステップ S44)、通信の衝突を回 避する。この場合、ステップ S21に戻り、定常動作モード下でのビーコン送信動作を 行なう。
[0277] 一方、通信局は、 RTS、 CTS信号の送信タイミングで RTS、 CTS信号を受信しな 力 た場合には (ステップ S43)、ビーコン送信局が別のチャネル上で優先送信権を 獲得していると認識する。この場合、ステップ S35に戻り、 RTS信号を送信することに より、現在利用しているチャネル上での自局のデータ通信動作を継続して行なう。 [0278] E.第 2の実施形態
本発明の第 2の実施形態では、各通信局は、 自局にとって最も通信品質の良いチ ャネルをビーコン送信チャネルに選択する一方、データを送信するときには、自局の ビーコン送信チャネルとは無関係に、データ送信先となる通信局において良好な通 信品質を持ち受信に適したチャネルを利用してデータ送信を行なう。
[0279] 各通信局においてどのチャネルの通信品質がよいかは、その局がどのチャネルを 用いてビーコン送信を行なっているかによって簡単に判別することができる。各通信 局は自己の干渉状況のみに依存してビーコン送信チャネルを決定し、これが自局の トラフィックを受信するためのチャネルとして周知化されることから、マルチチャネル自 律分散型の通信環境下における各通信局における制御が容易となる。
[0280] ここで、図 28に示すような干渉環境下で 2台以上の通信局が配置されている状態 について考察してみる。
[0281] 各通信局は、自局における干渉状況のみを考慮して、最も通信品質の良いチヤネ ルを自局のビーコン送信チャネルとして設定する。図示の例では、通信局 # 2はチヤ ネル # 4で、通信局 # 3はチャネル # 1でそれぞれ干渉を受けている。そこで、データ 受信時の干渉を避けるために、通信局 # 2はチャネル # 3で、通信局 # 3はチヤネノレ # 2でそれぞれビーコンを送信することによって、自局宛てにトラフィックを送信する 場合はそれらのチャネルで送るように周辺局に指示することができる。
[0282] さらに、通信局 # 1はチャネル # 1での干渉は受けていないので、チャネル # 1を利 用して自局ビーコンを送信し、周波数の効率的な再利用を行なっている。同様に、通 信局 # 4はチヤネノレ # 4での干渉は受けてレ、なレ、ので、チャネル # 4を利用して自局 ビーコンを送信し、周波数の効率的な再利用を行なっている。トラフィックを受信する チャネルでビーコンを送信することによって、その帯域を利用することを宣言し、他シ ステムからの干渉を低減させる効果も期待できる。
[0283] 図 29には、各チャネル上において各通信局がビーコン送信並びにデータ送信を 行なう様子を示している。但し、図示の例では、各通信局は自局のビーコン送信タイ ミングの直後に優先送信期間 TPPを獲得するものとする。
[0284] 各通信局は、自局において最も通信品質の良いチャネルを自局のビーコン送信チ ャネルとして設定する。図示の例では、通信局 # 1はチヤネノレ # 1を、通信局 # 2は チャネル # 3を、通信局 # 3はチャネル # 2を、通信局 # 4はチヤネノレ # 4を、それぞ れ時局のビーコン送信チャネルとして設定している。
[0285] 各通信局は、自局のビーコン送信チャネル上で自局のフレーム周期の先頭でビー コンを送信するので、伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義されることにな る。伝送フレーム周期は複数（図示の例では 5個）のスロットで構成され、 自局のビー コン送信チャネル上では先頭のビーコン送信スロットが配置される他に、他のチヤネ ル上では自己の受信スロットや周辺局からのビーコン受信スロットなどが配置される。
[0286] 各通信局は、それぞれ時局のビーコン送信チャネル上で決まったビーコン 'スロット に、時間的に他のビーコンとは重ならないようなタイミングで、ビーコンを送信する。ま た、各通信局は、他局のビーコン送信タイミングの到来に伴レ、、当該他局のビーコン 送信チャネルに移行してビーコンの受信を行なう。
[0287] 通信局は、例えば起動時におけるスキャン動作により、各チャネル上で他局のビー コン信号を受信し、これらのビーコン送信チャネルやビーコン送信タイミングを獲得す ることができる。また、通信局は、 自局のビーコン送信チャネルやそれ以外の通信可 能な（干渉を受けてレ、なレ、）チャネル上で所定の間隔でスキャン動作を行ない、他局 のビーコン送信チャネルやビーコン送信タイミングなどの近隣情報を常時更新するよ うにしてもよい。なお、スキャン動作の手順自体は本発明の要旨に直接関連しないの で、本明細書中ではこれ以上説明しない。
[0288] 各通信局はビーコン送信に引き続いて、優先送信期間 TPPを獲得することができ る（図 6を参照のこと)。優先送信権を得た通信局は、受信側の最適チャネル (すなわ ち受信側のビーコン送信チャネル)へ移行し、トラフィックの送信を開始する。
[0289] データ送信中の通信局は、優先送信期間中に他局のビーコン送信タイミングが近 づくと、データ送信動作を一旦停止し、そのビーコンの受信のためにビーコン送信予 定チャネルへ移行する。そして、ビーコンを送信した他局が引き続いて優先送信期 間 TPPを獲得することになる。
[0290] 本実施形態では、ある通信局の優先送信期間中であっても、この優先送信に利用 されている以外のチャネル上では、その他のデータ送信動作が許容される。すなわ ち、ビーコンを送信した通信局が TPPとして利用するチャネルが、現在自通信局が 利用しているチャネルと異なれば、ビーコン受信後も引き続きそのチャネルを利用で きる。
[0291] 図 29に示す例では、通信局 # 1は、ビーコン送信に伴って獲得した自己の優先送 信期間において、データ送信先の通信局 # 2のビーコン送信チャネルであるチヤネ ル # 3を利用してデータ送信動作を行なう。
[0292] その後、送信データを送り終わる前に、他の通信局 # 3のビーコン送信タイミングが 近づいてきたので、データ送信動作をー且停止して、ビーコン送信予定チャネルで あるチャネル # 2に移行して、通信局 # 3のビーコンを受信する。通信局 # 3は、ビー コン送信に伴って獲得した優先送信期間において、データ送信先の通信局 # 4のビ ーコン送信チャネルであるチャネル # 4を利用してデータ送信動作を行なう。
[0293] このとき、通信局 # 1は、通信局 # 3が優先送信期間として利用するチャネル # 4が 、現在自局が利用しているチャネル # 3と異なることから、ビーコン受信後も引き続き そのチャネルを利用することができる。すなわち、通信局 # 1は、通信局 # 3のビーコ ンを受信した後、チャネル # 3上で引き続き優先送信期間を得て、通信局 # 2へのデ ータ送信動作を再開する。
[0294] 他局のビーコン送信チャネルに移行してビーコンの受信を行なった後、他局がデ ータ送信を行なうチャネル以外であればどのチャネルであっても、データ送信動作が 継続されることになる。本実施形態では、図 29に示したように、他局のビーコン受信 前に使用していたチャネルをそのまま使う場合は、特に通信局間で新たなネゴシェ ーシヨンを行なうことなしにデータ送信が可能となる。但し、他局のビーコン受信前に 使用していたチャネル以外を使う場合は、通信が可能なチャネルが複数ある場合、 事前に送信側受信側が同じチャネルを利用する必要があり、送信前に何らかの形で 利用チャネルをネゴシエーションする必要がある。
[0295] したがって、本実施形態によれば、各通信局は自律分散的に通信チャネルを決定 し、干渉を効率的に避けることができる他、複数チャネルを有効利用することにより大 幅に通信容量を向上することができる。
[0296] また、本実施形態に係る自律分散型のマルチチャネル無線通信システムでは、各 チャネル上においてビーコン送信タイミング直後に配置される優先送信期間以外の 期間では CSMAZCAに基づくランダム 'アクセスが行なうことができる。このとき、衝 突を回避し通信品質を向上させる手段として RTSZCTS方式を採用することができ る。
[0297] この場合、正味の情報の送信に先立ち、送信元通信局は RTSを送信し、受信先通 信局がこの RTSを受信してデータを受信可能であれば、その応答として CTSを返す 。そして、 RTSZCTSの情報交換により送受信局間でコネクションが確立した後にデ ータ伝送を実行する。
[0298] なお、 RTS/CTSの情報交換を利用したデータ送受信シーケンスについては、図 19を参照しながら既に説明したので、ここでは説明を省略する。また、図 20又は図 2 1に示した動作シーケンスに従レ、、マルチチャネル通信システムに RTS/CTS方式 の通信手順を適用できるものとする。
[0299] 図 30—図 32には、本実施形態に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークに おいて、無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順をフローチ ヤートの形式で示している。但し、無線通信局 100は、図示しないスキャン動作など により、周辺局のビーコン送信チャネルやビーコン送信タイミングなどの近隣局情報 を既に獲得しているものとする。図示の通り、通信局は、送信要求に依存しない定常 動作モード、ビーコン送信をトリガとした送信開始モード、並びに送信継続モードを持 つ。このような処理手順は、実際には、中央制御部 103が情報記憶部 113に格納さ れてレ、る実行命令プログラムを実行するとレ、う形態で実現される。
[0300] 定常動作モード下では、ビーコン送信タイミングが到来するまでの間（ステップ S51 )、周辺局のビーコン送信タイミングが到来すると（ステップ S61)、その周辺局のビー コン送信チャネルへ移行して、ビーコンの受信を行なう（ステップ S62)。
[0301] そして、 自局のビーコン送信タイミングが到来すると（ステップ S51)、通信プロトコル の上位層（例えば、インターフェース 101経由で接続される外部機器)からの送信要 求があるかどうかをチェックする（ステップ S52)。送信要求がない場合には、 自己に 最適となるビーコン送信チャネル上でビーコンの送信を行なう（ステップ S63)。
[0302] 一方、上位層からの送信要求がある場合には、 RTS/CTS手続のために、 自局の ビーコン送信チャネル上で、データ送信先となる通信局とそのビーコン送信チャネル を明記したビーコンを所定のビーコン送信タイミングで送信する（ステップ S53)。
[0303] 次レ、で、送信開始モードに遷移し、 自局のビーコン送信チャネルとデータ送信先の 通信局のビーコン送信チャネル (すなわちデータ伝送に用いられるチャネル）がー致 するかどうかをチェックする（ステップ S54)。
[0304] ここで、互いのビーコン送信チャネルが一致しない場合には、データ送信先の通信 局のビーコン送信チャネルへ移行してから (ステップ S64)、 RTS信号を送信する（ス テツプ S 65)。
[0305] 一方、互いのビーコン送信チャネルが一致する場合には (ステップ S54)、データ送 信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを明記したビーコンを擬似的な RTS信号 であるとみなし、正規の RTS信号の送信並びにチャネル移行動作が省略される。そ して、データ送信先の通信局から CTS信号されるまで待機する（ステップ S55)。
[0306] ここで、所定時間内に CTS信号を受信することができなかった場合には (ステップ S 56)、ステップ S65へ進んで、 RTS信号の再送を行なう。
[0307] 一方、所定時間内に CTS信号を無事受信することができた場合には、上位層から 要求されているデータ送信を実行する (ステップ S57)。そして、上位層からの送信要 求がさらにあるかどうかをチェックする (ステップ S58)。送信要求が完了した場合には 、ステップ S51に戻り、定常動作モード下でのビーコン送受信動作を行なう。
[0308] また、送信要求が継続する場合には (ステップ S58)、送信継続モードに遷移する。
そして、 自局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする (ス テツプ S59)。余裕がない場合には、ステップ S51に戻り、定常動作モード下でのビ ーコン送信動作を行なう。
[0309] 自局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕がある場合には (ステップ S59)、さらに 周辺局のビーコン送信タイミングまで未だ余裕があるかどうかをチェックする（ステップ S60)。余裕がない場合には、当該周辺局のビーコン送信チャネルへ移行してビーコ ンを受信する（ステップ S66)。
[0310] そして、 自局のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局のビーコン送信チヤ ネルが一致するかどうかをチェックする（ステップ S67)。互いのビーコン送信チャネル がー致しない場合には、ステップ S65へ進んで、 RTS信号の再送を行なう。また、互 いのビーコン送信チャネルが一致する場合には、ステップ S1に戻り、定常動作モー ド下でのビーコン送信動作を行なう。
[0311] 自局並びに周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がある場合には (ステップ S6
0)、ステップ S65へ進んで、 RTS信号の再送を行なう。
[0312] また、周辺局のビーコン送信タイミングまで余裕がない場合には (ステップ S59)、ス テツプ S51に戻り、定常動作モード下でのビーコン送信動作を行なう。
産業上の利用可能性
[0313] 以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしなが ら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得 ることは自明である。
[0314] 本明細書では、各通信局がビーコンを報知し合うことにより緩やかに時間同期する 自律分散型のマルチチャネル通信システムに本発明を適用した実施形態にっレ、て 説明してきた力 本発明の要旨はこれに限定されるものではない。
[0315] 例えば、ビーコンの報知を伴わない自律分散型のマルチチャネル通信システムや 、 自律分散以外のタイプ (例えば、制御局の配下で運用される）のマルチチャネル通 信システムに対しても、同様に本発明を適用することにより、各通信局が互いの存在 を認識できないというデッドロック状態を回避し、効率のよい周波数配置によりシステ ム全体のスループットを向上させることができる。
[0316] 要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容 を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の 範囲を参酌すべきである。
図面の簡単な説明
[0317] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを構成する通信装置の 配置例を示した図である。
[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の機能構成を模式的に示し た図である。
[図 3]図 3は、本実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順を説明するための図 である。
[図 4]図 4は、 1チャネル上におけるビーコン送信タイミングの一例を示した図である。
[図 5]図 5は、フレーム間スペースの定義を説明するための図である。
[図 6]図 6は、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示した図である。
[図 7]図 7は、 TPP区間内におけるビーコン送信局並びにそれ以外の局が送信権を 得るための動作を説明するための図である。
[図 8]通信局が TPP区間及び FAP区間においてそれぞれ送信を開始するための動 作を説明するための図である。
[図 9]図 9は、伝送フレーム周期の構成を示した図である。
[図 10]図 10は、ビーコン送信局が TPPを放棄したときの動作を示した図である。
[図 11]図 11は、ビーコン信号フォーマットの構成例を示した図である。
[図 12]図 12は、 NBOIの記述例を示した図である。
[図 13]図 13は、新規に参入した通信局が周辺局から受信したビーコンから得た各ビ 一コンの NBOIに基づいて自局の TBTTを設定する様子を示した図である。
[図 14]図 14は、ある周波数チャネル上において、新規参入局が NBOIの記述に基づ いて既存のビーコンとの衝突を回避しながら自己のビーコン送信タイミングを配置す る様子を示した図である。
[図 15]図 15は、新規参入局が受信したビーコン情報に基づいて隠れ端末のビーコン 送信タイミングを避けながら自己のビーコン送信タイミングを配置する様子を示した図 である。
[図 16]図 16は、 自律分散型のマルチチャネル無線通信システムの伝送フレーム構 成を模式的に示した図である。
[図 17]図 17は、干渉環境下で 2台以上の通信局が配置されている状態を示した図で める。
[図 18]図 18は、本発明に係るマルチチャネル自律分散型無線ネットワークにおいて 、通信局がビーコン送信チャネルを選択するための動作手順を示したフローチャート である。
[図 19]図 19は、 RTS/CTS方式の動作シーケンスを示した図である。 [図 20]図 20は、本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークへ RTS ZCTS方式を適用した例を示した図である。
[図 21]図 21は、本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークへ RTS ZCTS方式を適用した他の例を示した図である。
[図 22]図 22は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順 (但し、定常状態） を示したフローチャートである。
[図 23]図 23は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順 (但し、送信開始状 態）を示したフローチャートである。
[図 24]図 24は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順 (但し、送信継続状 態）を示したフローチャートである。
[図 25]図 25は、データ通信中の通信局が、他局のビーコンを受信するためにデータ 通信を中断し、チャネル移行並びにビーコン受信を行なった後、元のチャネルに移 行してデータ通信を再開する動作を示した図である。
[図 26]図 26は、データ通信中の通信局が、他局のビーコン受信を省略するための動 作を示した図である。
[図 27]図 27は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順 (但し、送信継続状 態においてビーコン受信を省略する場合）を示したフローチャートである。
[図 28]図 28は、各通信局がトラフィックを受信するチャネルを利用して自局のビーコ ンを送信する様子を示した図である。
[図 29]図 29は、各チャネル上において優先送信期間 TPPを利用して各通信局がビ ーコン送信並びにデータ送信を行なう様子を示した図である。
[図 30]図 30は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順を示したフローチヤ ートである。 [図 31]図 31は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順を示したフローチヤ ートである。
[図 32]図 32は、本発明に係るマルチパス自律分散型の無線ネットワークにおいて、 無線通信装置 100が通信局として自律動作するための処理手順を示したフローチヤ ートである。
符号の説明
100…無線通信装置
101…インターフェース
102…データ'バッファ
103…中央制御部
104…ビーコン生成部
105…制御信号生成部
106…無線送信部
107…タイミング制御部
108…チャネル設定部
109…アンテナ
110· · ·無線受信部
111…制御信号解析部
112…ビーコン解析部
113…情報記憶部

Claims

請求の範囲
[1] 複数のチャネルが用意されている通信環境下において、制御局と被制御局の関係 を有しない複数の通信局により自律分散型のネットワークを形成する無線通信システ ムであって、
各通信局は、より多くの周辺局が受信可能なチャネルを利用して所定の周期でビ ーコン信号を送信する、
ことを特徴とする無線通信システム。
[2] 通信局は、ビーコンを受信できない周辺局がある場合には、ビーコン送信チャネル の変更を試みる、
ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。
[3] 各通信局は、自局が受けている干渉のレベル情報をビーコン信号に載せて送信し 、周辺局から受信したビーコンに含まれる干渉レベル情報に基づいて周辺局におけ る各チャネルの干渉状況を把握した上で通信チャネルを決定する、
ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。
[4] 通信局は、いずれのチャネルにおいても他局のビーコン信号を検出しない場合に は、自局にとって干渉レベルの最も低いチャネルをビーコン送信チャネルに設定する ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信、：
[5] 通信局は、周辺局の中で最も多くの通信局がビーコンを送信している最多チャネル を抽出し、該最多チャネルで自局を含む周辺局が大きな干渉を受けていない場合に は該最多チャネルを自局のビーコン送信チャネルに設定する、
ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。
[6] 該最多チャネル上でいずれかの周辺局が大きな干渉を受けている場合には、平均 干渉レベルが最も低くなるチャネルをビーコン送信チャネルに設定する、
ことを特徴とする請求項 5に記載の無線通信システム。
[7] 通信局は、自局が広帯域の通信容量を必要とする場合には、他の通信局の利用 が少なく自局にとって干渉レベルの低いチャネルをビーコン送信チャネルに設定す る、 ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信、：
[8] データ送信元の通信局はデータ送信先の通信局における干渉レベルの低いチヤ ネル上で送信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケ ット CTSを受信したことに応答してデータ送信を開始する、
ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。
[9] データ送信元の通信局若しくはデータ送信先の通信局は、自局のビーコン送信チ ャネル上で、データ通信を行っているチャネルの情報を含むビーコンを送信し、 該ビーコンを受信した周辺局は所定期間だけ当該データ通信を行なっているチヤ ネル上でのデータ送信を差し控える、
ことを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。
[10] データ送信元の通信局は、 自局のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局 との通信チャネルが一致する場合には、 自局のビーコン送信チャネル上で、データ 通信を行なっているチャネルの情報を含むビーコン送信後は送信要求パケット RTS の送信を省略し、
データ送信先の通信局は、データ通信を行なっているチャネルの情報を含むビー コンを受信したことに応答して確認通知パケット CTSを送信する、
ことを特徴とする請求項 8に記載の無線通信システム。
[11] 複数のチャネルが用意されている通信環境下において、制御局と被制御局の関係 を有しない複数の通信局が自律分散的にネットワークを形成する無線通信システム であって、
各通信局は、自局のビーコン送信チャネル上で所定の伝送フレーム周期でビーコ ンを送信するとともに、通信を行なう必要がない他局が設定しているビーコン送信チ ャネルが現在自局が利用しているチャネルと異なる場合には、当該他局からのビーコ ンの受信動作を省略する、
ことを特徴とする無線通信システム。
[12] データ送信元の通信局が送信要求パケット RTSを送信するとともに、データ送信先 の通信局力 確認通知パケット CTSを受信したことに応答してデータ送信を開始す る RTS/CTS方式が採用され、 通信局は、他局からのビーコンの受信動作を省略したとき、ビーコン送信タイミング を基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミングだけ自局が現 在利用しているチャネルにおいて受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項 11に記載の無線通信システム。
[13] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作する無線通信装置であって、
各チャネルにおいて無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段におけるデータ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定手段と 前記通信手段におけるデータ送受信を制御する通信制御手段と、
自局が受けている干渉のレベル情報を含んだビーコン信号を生成するビーコン生 成手段と、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析手段を備え、 前記チャネル設定手段は、周辺局から受信したビーコンに含まれる干渉レベル情 報に基づいて周辺局における各チャネルの干渉状況を把握した上で通信チャネル を決定する、
ことを特徴とする無線通信装置。
[14] いずれのチャネルにおいても他局のビーコン信号を検出しない場合には、前記チ ャネル設定手段は、 自局にとって干渉レベルの最も低いチャネルをビーコン送信チ ャネルに設定する、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[15] 前記チャネル設定手段は、周辺局の中で最も多くの通信局がビーコンを送信して いる最多チャネルを抽出し、該最多チャネルで自局を含む周辺局が大きな干渉を受 けていない場合には該最多チャネルを自局のビーコン送信チャネルに設定する、 ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[16] 前記チャネル設定手段は、該最多チャネル上でレ、ずれかの周辺局が大きな干渉を 受けている場合には、平均干渉レベルが最も低くなるチャネルをビーコン送信チヤネ ルに設定する、 ことを特徴とする請求項 15に記載の無線通信装置。
[17] 自局が広帯域の通信容量を必要とする場合には、前記チャネル設定手段は、他の 通信局の利用が少なく自局にとって干渉レベルの低いチャネルをビーコン送信チヤ ネルに設定する、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[18] 前記通信制御手段は、データ送信先の通信局において干渉レベルの低いチヤネ ル上で送信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局力 確認通知バケツ ト CTSを受信したことに応答してデータ送信を開始する、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[19] 前記ビーコン生成手段はデータ通信を行なっているチャネルの情報を含むビーコ ンを生成する、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[20] 前記通信制御手段は、自局宛ての送信要求パケット RTS又はデータ通信を行なつ ているチャネルの情報を含むビーコンを受信したことに応答して、確認通知パケットを 返す、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[21] 前記通信制御手段は、他局宛ての送信要求パケット RTS又は他局宛ての送信要 求パケット RTSを重畳したビーコン又はデータ通信が行なわれているチャネルの情 報を含むビーコンを受信したことに応答して、当該受信チャネル上で所定時間のデ ータ送信を差し控える、
ことを特徴とする請求項 13に記載の無線通信装置。
[22] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作する無線通信装置であって、
各チャネルにおいて無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段におけるデータ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定手段と 前記通信手段におけるデータ送受信を制御する通信制御手段と、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析手段と、 上での通信動作を制御する通信制御手段を備え、 前記通信制御手段は、他局のビーコン送信タイミングが近づいていることを把握し たとき、当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどうかを判断した上で、ビー コンを受信する必要がなく且つ現在自局が利用しているチャネルがビーコン送信チ ャネルとは相違する場合にはビーコンの受信動作を省略する、
ことを特徴とする無線通信装置。
[23] 前記無線通信環境下では、データ送信元の通信局が送信要求パケット RTSを送 信するとともに、データ送信先の通信局力も確認通知パケット CTSを受信したことに 応答してデータ送信を開始する RTS/CTS方式が採用され、
前記通信制御手段は、他局からのビーコンの受信動作を省略したとき、ビーコン送 信タイミングを基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミングだ け自局が現在利用しているチャネルにおいて受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項 22に記載の無線通信装置。
[24] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作するための無線通信方法であって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信を制御する通信制御ステップと、
自局が受けている干渉のレベル情報を含んだビーコン信号を生成するビーコン生 成ステップと、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップを備え、 前記チャネル設定ステップでは、周辺局から受信したビーコンに含まれる干渉レべ ル情報に基づいて周辺局における各チャネルの干渉状況を把握した上で通信チヤ ネルを決定する、
ことを特徴とする無線通信方法。
[25] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作するための無線通信方法であって、
自局のビーコン送信チャネルを設定してビーコンを送信するビーコン送信ステップ と、 周辺局からのビーコン受信動作を制御するビーコン受信制御ステップと、 周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップと、 データ通信チャネルを設定してデータ通信動作を制御する通信制御ステップを備 え、
前記ビーコン受信制御ステップは、
他局のビーコン送信タイミングが近づレ、てレ、ることを把握するサブステップと、 当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどうかを判断するサブステップと、 ビーコンを受信する必要がなく且つ現在利用しているチャネルがビーコン送信チヤ ネルとは相違する場合にはビーコンの受信動作を省略するサブステップとを含む、 ことを特徴とする無線通信方法。
[26] 前記無線通信環境下では、データ送信元の通信局が送信要求パケット RTSを送 信するとともに、データ送信先の通信局力も確認通知パケット CTSを受信したことに 応答してデータ送信を開始する RTS/CTS方式が採用され、
前記通信制御ステップでは、他局からのビーコンの受信動作を省略したとき、ビー コン送信タイミングを基に RTS、 CTS信号の送信タイミングを推定し、これらのタイミ ングだけ現在利用しているチャネルにおいて受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項 25に記載の無線通信方法。
[27] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ 'システム上で実行するようにコ ンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ 'プログラムであって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信を制御する通信制御ステップと、
自局が受けている干渉のレベル情報を含んだビーコン信号を生成するビーコン生 成ステップと、
周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップを備え、 前記チャネル設定ステップでは、周辺局から受信したビーコンに含まれる干渉レべ ル情報に基づいて周辺局における各チャネルの干渉状況を把握した上で通信チヤ ネルを決定する、 ことを特徴とするコンピュータ 'プログラム。
[28] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ 'システム上で実行するようにコ ンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ 'プログラムであって、
自局のビーコン送信チャネルを設定してビーコンを送信するビーコン送信ステップ と、
周辺局からのビーコン受信動作を制御するビーコン受信制御ステップと、 周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン解析ステップと、 データ通信チャネルを設定してデータ通信動作を制御する通信制御ステップを備 え、
前記ビーコン受信制御ステップは、
他局のビーコン送信タイミングが近づレ、てレ、ることを把握するサブステップと、 当該ビーコン送信局と通信を行なう必要があるかどうかを判断するサブステップと、 ビーコンを受信する必要がなく且つ現在利用しているチャネルがビーコン送信チヤ ネルとは相違する場合にはビーコンの受信動作を省略するサブステップとを含む、 ことを特徴とするコンピュータ 'プログラム。
[29] 複数のチャネルが用意されている通信環境下において、制御局と被制御局の関係 を有さずに複数の通信局により自律分散型のネットワークを形成する無線通信システ ムであって、
各通信局は、自己の受信に最適となるビーコン送信チャネル上でビーコンを送信 するとともに、データ送信先の通信局のビーコン送信チャネルを利用してデータ送信 を行なう、
ことを特徴とする無線通信システム。
[30] 各通信局は、自己の受信に最適として決定したビーコン送信チャネル上で既存の 局のビーコン送信タイミングが既に設定されている場合には、時間的に重ならないよ うに自己のビーコン送信タイミングを決定する、
ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[31] 各通信局は、他局のビーコン送信タイミングの到来に伴い該他局のビーコン送信チ ャネルに移行してビーコンの受信を行なう、
ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[32] 各通信局は、自局のビーコン送信に伴い優先送信期間を獲得する、
ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[33] 各通信局は、他局のビーコン送信タイミングに伴い該他局のビーコン送信チャネル に移行してビーコンの受信を行なった後、当該他局に与えられている優先送信期間 中であっても、当該他局がデータ送信を行なうチャネル以外のチャネル上でのデー タ送信動作が許容される、
ことを特徴とする請求項 32に記載の無線通信システム。
[34] データ送信元の通信局はデータ送信先の通信局のビーコン送信チャネル上で送 信要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局力も確認通知パケット CTSを 受信したことに応答してデータ送信を開始する、
ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[35] データ送信元の通信局は、 自局のビーコン送信チャネル上で、データ送信先の通 信局とそのビーコン送信チャネルを明記したビーコンを送信し、
該ビーコンを受信した周辺局は所定期間の当該ビーコン送信チャネル上でのデー タ送信を差し控える、
ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[36] データ送信元の通信局は、 自局のビーコン送信チャネルとデータ送信先の通信局 のビーコン送信チャネルが一致する場合には、送信要求パケット RTSの送信を省略 し、
データ送信先の通信局は、データ送信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを 明記したビーコンを受信したことに応答して確認通知パケット CTSを送信する、 ことを特徴とする請求項 29に記載の無線通信システム。
[37] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作する無線通信装置であって、
各チャネルにおいて無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段におけるデータ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定手段と 前記通信手段におけるデータ送受信のタイミングを制御する通信制御手段と、 前記通信手段を介して送信する自局のビーコン信号を生成するビーコン生成手段 と、
前記通信手段により受信した周辺局のビーコン信号を解析するビーコン解析手段 とを備え、
前記チャネル設定手段は、前記複数のチャネルの中から自己のビーコン送信チヤ ネルを決定するとともに、データ送信時にはデータ送信先の通信局のビーコン送信 チャネルをデータ送信チャネルとして設定する、
ことを特徴とする無線通信装置。
[38] 前記チャネル設定手段は、前記複数のチャネルのうち自局にとって最も通信品質 のよい又は受信に適したチャネルを自局のビーコン送信チャネルとして決定する、 ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[39] 前記通信制御手段は、自局のビーコン送信チャネル上で既存の局のビーコン送信 タイミングが既に設定されている場合には、時間的に重ならないように自己のビーコ ン送信タイミングを決定する、
ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[40] 前記チャネル設定手段は、 自局のビーコン送信タイミングが近づいたことに応答し て、該自局のビーコン送信チャネルを送信チャネルに設定し、
前記通信制御手段は、該自局のビーコン送信タイミングの到来に応答してビーコン 送信動作の制御を行なう、
ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[41] 前記チャネル設定手段は、周辺局のビーコン送信タイミングが近づいたことに応答 して、該周辺局のビーコン送信チャネルを受信チャネルに設定し、
前記通信制御手段は、該周辺局のビーコン送信タイミングの到来に応答してその 受信動作の制御を行なう、
ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[42] 前記通信制御手段は、自局のビーコン送信に伴い優先送信期間を獲得する、 ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[43] 前記通信制御手段は、他局のビーコン送信タイミングに伴い該他局のビーコン送 信チャネルに移行してビーコンの受信を行なった後、当該他局に与えられている優 先送信期間中であっても、当該他局がデータ送信を行なうチャネル以外のチャネル 上でのデータ送信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項 42に記載の無線通信装置。
[44] 前記通信制御手段は、データ送信先の通信局のビーコン送信チャネル上で送信 要求パケット RTSを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケット CTSを受 信したことに応答してデータ送信を開始する、
ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[45] 前記ビーコン生成手段はデータ送信先の通信局とそのビーコン送信チャネルを明 記したビーコンを生成し、
前記通信制御手段は該ビーコンを自局のビーコン送信チャネル上で送信する、 ことを特徴とする請求項 37に記載の無線通信装置。
[46] 前記通信制御手段は、自局のビーコン送信チャネル上で、 自局宛ての送信要求パ ケット RTS又は自局を送信先として明記したビーコンを受信したことに応答して、確 認通知パケットを返す、
ことを特徴とする請求項 45に記載の無線通信装置。
[47] 前記通信制御手段は、他局宛ての送信要求パケット RTS又は他局を送信先として 明記したビーコンを受信したことに応答して、当該受信チャネル上で所定時間のデ ータ送信を差し控える、
ことを特徴とする請求項 45に記載の無線通信装置。
[48] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作する無線通信方法であって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信のタイミングを制御する通信制御ステップと、
自局のビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、
周辺局からの受信ビーコン信号を解析するビーコン解析ステップとを備え、 前記チャネル設定ステップでは、前記複数のチャネルの中から自己のビーコン送 信チャネルを決定するとともに、データ送信時にはデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルをデータ送信チャネルとして決定する、
ことを特徴とする無線通信方法。
[49] 前記チャネル設定ステップでは、前記複数のチャネルのうち自局にとって最も通信 品質のよい、又は受信に適したチャネルを自局のビーコン送信チャネルとして決定す る、
ことを特徴とする請求項 48に記載の無線通信方法。
[50] 複数のチャネルが用意され、制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下 で自律分散的に動作するための処理をコンピュータ 'システム上で実行するようにコ ンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ 'プログラムであって、
データ送受信用のチャネルを設定するチャネル設定ステップと、
データ送受信のタイミングを制御する通信制御ステップと、
自局のビーコン信号を生成するビーコン生成ステップと、
周辺局からの受信ビーコン信号を解析するビーコン解析ステップとを備え、 前記チャネル設定ステップでは、前記複数のチャネルの中から自己のビーコン送 信チャネルを決定するとともに、データ送信時にはデータ送信先の通信局のビーコ ン送信チャネルをデータ送信チャネルとして決定する、
ことを特徴とするコンピュータ 'プログラム。
PCT/JP2004/010509 2003-07-29 2004-07-23 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム Ceased WO2005011200A1 (ja)

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