JP4333347B2 - 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

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）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、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局が自律分散的に動作すること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、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

さらに詳しくは、本発明は、自律分散型のネットワーク環境下で、通信局が優先的に送信権を得ることができる期間を獲得することにより通信品質を維持したデータ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、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局がアクセス競合を行ないながらより柔軟なＱｏＳ管理を実現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。

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。

従来、光ファイバーや同軸ケーブル、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ったが、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。

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、有線ケー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。

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・ネットワーク（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。

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 Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ 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ＩＥＥＥ３０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。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、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格…などの各種無線通信方式が存在する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅには、無線ネットワークにおけるＱｏＳ管理について規定されている。

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、エリア内に「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。

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。

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。

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。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムでは、制御局を配さなくとも自律分散的にピア・ツウ・ピア（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）で動作するアドホック・モードが用意されている。この動作モード下では、ビーコン送信時間になると各端末がランダムな期間をカウントし、その期間が終わるまでに他の端末のビーコンを受信しなかった場合に、自分がビーコンを送信する。

ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１を例にとって、従来の無線ネットワーキングの詳細について説明する。

ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングは、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）の概念に基づいている。ＢＳＳは、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：制御局）のようなマスタが存在するインフラ・モードで定義されるＢＳＳと、複数のＭＴ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：移動局）のみにより構成されるアドホック・モードで定義されるＩＢＳＳ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＢＳＳ）の２種類で構成される。

インフラ・モード：
インフラ・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作について、図１８を参照しながら説明する。インフラ・モードのＢＳＳにおいては、無線通信システム内にコーディネイションを行なうＡＰが必須である。

ＡＰは、自局周辺で電波の到達する範囲をＢＳＳとしてまとめ、いわゆるセルラ・システムで言うところの「セル」を構成する。ＡＰ近隣に存在するＭＴは、ＡＰに収容され、ＢＳＳのメンバとしてネットワークに参入する。すなわち、ＡＰは適当な時間間隔でビーコンと呼ばれる制御信号を送信し、このビーコンを受信可能であるＭＴはＡＰが近隣に存在することを認識し、さらにＡＰとの間でコネクション確立を行なう。

図１８に示す例では、通信局ＳＴＡ０がＡＰとして動作し、他の通信局ＳＴＡ１並びＳＴＡ２がＭＴとして動作している。ここで、ＡＰとしての通信局ＳＴＡ０は、同図右側のチャートに記したように、一定の時間間隔でビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）を送信する。次回のビーコンの送信時刻は、ターゲット・ビーコン送信時刻（ＴＢＴＴ：Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｉｍｅ）というパラメータの形式によりビーコン内で報知されている。そして、時刻がＴＢＴＴに到来すると、ＡＰはビーコン送信手順を動作させている。

これに対し、ＡＰ周辺のＭＴは、ビーコンを受信することにより、内部のＴＢＴＴフィールドをデコードすることにより次回のビーコン送信時刻を認識することが可能であるから、場合によっては（受信の必要がない場合には）、次回あるいは複数回先のＴＢＴＴまで受信機の電源を落としスリープ状態に入ることもある。

インフラ・モード時には、ＡＰのみが所定フレーム周期でビーコンを送信する。他方、周辺ＭＴはＡＰからのビーコンを受信することでネットワークへの参入を果たし、自らはビーコンを送信しない。なお、本発明は、ＡＰのようなマスタ制御局の介在なしでネットワークを動作させることを主眼とし、インフラ・モードとは直接関連しないことから、インフラ・モードに関してはこれ以上説明を行なわない。

アドホック・モード：
もう一方のアドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作について、図１９を参照しながら説明する。

アドホック・モードのＩＢＳＳにおいては、ＭＴは複数のＭＴ同士でネゴシエーションを行なった後に自律的にＩＢＳＳを定義する。ＩＢＳＳが定義されると、ＭＴ群は、ネゴシエーションの末に、一定間隔毎にＴＢＴＴを定める。各ＭＴは自局内のクロックを参照することによりＴＢＴＴが到来したことを認識すると、ランダム時間の遅延の後、未だ誰もビーコンを送信していないと認識した場合にはビーコンを送信する。

図１９に示す例では、２台のＭＴがＩＢＢＳを構成する様子を示している。この場合、ＩＢＳＳに属するいずれか一方のＭＴが、ＴＢＴＴが到来する毎にビーコンを送信することになる。また、各ＭＴから送出されるビーコンが衝突する場合も存在している。

また、ＩＢＳＳにおいても、ＭＴは必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態に入ることがある。但し、スリープ状態は本発明の要旨とは直接関連しないので、本明細書では説明を省略する。

ＩＥＥＥ８０２．１１における送受信手順
続いて、ＩＥＥＥ８０２．１１における送受信手順について説明する。

アドホック環境の無線ＬＡＮネットワークにおいては、一般的に隠れ端末問題が生じることが知られている。隠れ端末とは、ある特定の通信局間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信局からは聞くことができるが他方の通信局からは聞くことができない通信局のことであり、隠れ端末同士ではネゴシエーションを行なうことができないため、送信動作が衝突する可能性がある。

隠れ端末問題を解決する方法論として、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順によるＣＳＭＡ／ＣＡが知られている。ＩＥＥＥ８０２．１１においてもこの方法論が採用されている。

ここで、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）と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。

また、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）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（Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を受信したことに応答してデータ送信を開始する。そして、隠れ端末はＲＴＳ又はＣＴＳのうち少なくとも一方を受信すると、ＲＴＳ／ＣＴＳ手続に基づくデータ伝送が行なわれると予想される期間だけ自局の送信停止期間を設定することにより、衝突を回避することができる。

図２０には、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順の動作例を示している。但し、無線通信環境下には、通信装置＃１、＃２、＃３、＃４が配置され、通信装置＃１は隣接する通信装置＃２と通信可能であり、通信装置＃２は隣接する通信装置＃１、＃３と通信可能であり、通信装置＃３は隣接する通信装置＃２、＃４と通信可能であり、通信装置＃４は隣接する通信装置＃３と通信可能な状態にあるが、通信装置＃１は通信装置＃３にとって隠れ端末となり、通信装置＃４は通信装置＃２にとって隠れ端末となっている。

図示の例では、データを送信する通信装置＃２から通信装置＃３に送信要求（ＲＴＳ）が送信され、通信装置＃３は通信装置＃２に確認通知（ＣＴＳ）を返送する。

このとき、通信装置＃２及び通信装置＃３からそれぞれ隠れ端末となり得る位置にある通信装置＃１並びに＃４では、伝送路の利用を検出してこの通信が終了するまで送信を行なわない制御を行なう。より具体的には、通信装置＃１では、ＲＴＳパケットに基づいて他の通信装置＃２が送信元となるデータ送信が開始されたことを検出し、以後引き続くデータ・パケットの送信が完了するまでの間は、伝送路が既に利用されていることを認識することができる。また、通信装置＃４では、ＣＴＳパケットに基づいて他の通信装置＃３が受信先となるデータ送信が開始されたことを検出し、通信装置＃３からのＡＣＫパケットの返送を検出するまでの間は、伝送路が既に利用されていることを認識することができる。

なお、情報送信元である通信装置＃２がＲＴＳを送信した際、他の通信装置がたまたまほぼ同時になんらかの信号を送信した場合には、信号が衝突するため、情報受信先である通信装置＃３はＲＴＳを受信できない。この場合、通信装置＃３はＣＴＳを返送しない。この結果、通信装置＃２は、しばらくの間ＣＴＳが受信されないことを理由に、先のＲＴＳが衝突したことを認識することができる。そして、通信装置＃２は、ランダム・バックオフをかけつつ、ＲＴＳを再送する手順が起動される。基本的には、このように衝突のリスクを負いながら送信権の獲得を競合する。

ＩＥＥＥ８０２．１１におけるアクセス競合方法
続いて、ＩＥＥＥ８０２．１１において規定されているアクセス競合方法について説明する。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、４種類のフレーム間スペース（ＩＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）が定義されている。ここでは、そのうち３つのＩＦＳについて図２１を参照しながら説明する。ＩＦＳとしては、短いものから順にＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ ＩＦＳ）、ＰＩＦＳ（ＰＣＦ ＩＦＳ）、ＤＩＦＳ（ＤＣＦ ＩＦＳ）が定義されている。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、基本的なメディア・アクセス手順としてＣＳＭＡが採用されているが（前述）、送信機が何かを送信する前には、メディア状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に始めて送信権が与えられる。

通常のパケットをＣＳＭＡの手順に従って送信する際（ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎと呼ばれる)には、何らかのパケットの送信が終了してから、まずＤＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間に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、送信権が与えられることになっている。

これに対し、ＡＣＫなどの例外的に緊急度の高いパケットを送信する際には、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。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パケットよりも先に送信することが可能となる。

要するに、異なる種類のフレーム間スペースＩＦＳが定義されている理由は、ＩＦＳがＳＩＦＳ、ＰＩＦＳ、ＤＩＦＳのいずれであるか、すなわちフレーム間スペ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、という点にある。

ＩＥＥＥ８０２．１１における帯域保証（１）
ＣＳＭＡによるアクセス競合を行なう場合、一定の帯域を保証して確保することが不可能である。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１では、帯域を保証して確保するためのメカニズムとして、ＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が存在する。しかし、ＰＣＦの基本はポーリングであり、アドホック・モードでは動作せず、インフラ・モードにおいてのみ、ＡＰの管理下で行なわれるので、ここでは説明を省略する。

ＩＥＥＥ８０２．１１における帯域保証（２）
ＩＥＥＥ８０２．１１では、さらなる帯域保証手段が検討されており、Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＤＣＦ（ＥＤＣＦ）と呼ばれる手法が採用される予定となっている（ＩＥＥＥ８０２．１１ｅにおけるＱｏＳ拡張）。ＥＤＣＦは、帯域を保証する必要のある優先度の高いトラヒックに関してはランダム・バックオフ値のとりうる幅を短く設定し、それ以外のトラヒックに関しては図２１に示したフレーム間スペースＩＦＳやバックオフ値のとりうる幅を長く設定するようにした。この結果、ＰＣＦほど確定的ではないものの、優先度の高いトラヒックを統計的に優先して送信可能にするメカニズムが実現する。

図２２には、ＥＤＣＦ動作により帯域を保証するトラフィックに優先送信を提供する様子を示している。同図に示す例では、ＳＴＡ１が優先トラヒックをＳＴＡ０に送信しようとし、ＳＴＡ２が非優先トラヒックをＳＴＡ０に送信しようとしている場合を想定している。また、両トラヒックとも基準ＩＦＳはＤＩＦＳ相当の時間が適用されているものと仮定する。

時刻Ｔ０からメディアがクリアになると、ＳＴＡ１及びＳＴＡ２がともにＤＩＦＳだけ時間の経過を待つ。Ｔ０からＤＩＦＳ経過後（時刻Ｔ１）でもまだメディアがクリアなため、ＳＴＡ１とＳＴＡ２はともにランダム・バックオフにて決定した時間だけメディアがクリアであることを確認し始める。

ＥＤＣＦ動作によれば、ＳＴＡ１のバックオフ値は優先トラヒックのため短く、ＳＴＡ２のバックオフ値は非優先トラヒックのため長い。図２２に示す例では、各通信局の時刻Ｔ１からのバックオフ値を矢印にて示している。ＳＴＡ１のバックオフ値だけ時間が経過した時刻Ｔ２において、ＳＴＡ１はＲＴＳを送信し始める。一方、ＳＴＡ２は、ＳＴＡ１から送信されたＲＴＳを検知し、バックオフの値を更新して次回の送信に備える。

また、ＳＴＡ０は、ＲＴＳを受信してからＳＩＦＳが経過した時刻Ｔ３にてＣＴＳを返送する。ＣＴＳを受信したＳＴＡ１は、ＣＴＳを受信してからＳＩＦＳが経過した時刻Ｔ４でデータの送信を開始する。そして、ＳＴＡ０は、ＳＴＡ１からのデータを受信してからＳＩＦＳが経過した時刻Ｔ５にてＡＣＫを返送する。

ＳＴＡ０によるＡＣＫの返送が終了した時刻Ｔ６において、メディアが再びクリアになる。ここで、ＳＴＡ１及びＳＴＡ２はともに再度ＤＩＦＳだけ時間の経過を待つ。そして、ＤＩＦＳ経過後（時刻Ｔ７）でもまだメディアがクリアであるから、ＳＴＡ１及びＳＴＡ２はともにランダム・バックオフにて決定した時間だけメディアがクリアであることを確認し始める。ここでも、ＳＴＡ１のバックオフ値は優先トラヒックのため再び短く設定され、時刻Ｔ８においてＳＴＡ２ のバックオフ値よりも早くＲＴＳの送信が行なわれる。

上述したような手順により、アクセス権を競合するＳＴＡ１とＳＴＡ２の間では、取り扱うトラヒックの優先度に応じてアクセス権獲得の優劣が提供されている。なお、図示していないが、ＳＴＡ２のバックオフ値も徐々に小さくなるため、アクセス権利が与えられなくなるということはない。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ

上述したようにＩＥＥＥ８０２．１１における送受信手順によれば、アクセス競合並びに帯域保証の問題を解決することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＥＤＣＦのメカニズムでは、基本的にはＡＰのようなＰｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒが存在しなくても、優先度の高いリンクを優先的に通すことが可能となる。しかしながら、優先度が高く設定されている通信局がより短いフレーム間スペースで送信権を獲得する結果として、優先度が低い通信局は送信権をなかなか得ることができず、帯域保証（ＱｏＳ管理）が柔軟性に欠けるという問題が発生する。また、優先度の低いトラヒックは長いＩＦＳが設定されると、これら優先度の低いトラヒックが支配的となる環境では、すべての通信局が長いＩＦＳが経過した後に送信権の獲得競合を行なうため、オーバーヘッドが大きくなり通信効率が下がるという問題が発生する。

本発明の目的は、制御局となる装置を特に配置せずに各通信局が自律分散的に動作することにより無線ネットワークが構築される、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。

本発明のさらなる目的は、自律分散型のネットワーク環境下で、通信局が優先的に送信権を得ることができる期間を獲得することにより通信品質を維持したデータ通信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。

本発明のさらなる目的は、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局がアクセス競合を行ないながらより柔軟なＱｏＳ管理を実現することかできる、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。

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、特定の制御局を配置せず、各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによってネットワークを構築する自律分散型の無線通信システムであって、
各通信局は、ビーコン送信後に統計的に優先して送信可能となる期間を獲得する、
ことを特徴とする無線通信システムである。

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ュール）が論理的に集合した物のことを言い、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。

自律分散型の通信環境下では、各通信局は、所定の時間間隔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。また、通信局は、各チャネル上でスキャン動作を行ない、ビーコン信号を受信することにより、隣接局の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し参入することができる。

そして、新規に参入する通信局は、所定期間にわたり連続して信号受信を試みるスキャン動作により、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、通信局は適当なビーコン送信タイミングを設定する。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、各受信ビーコンに記載されている近隣装置情報を参照して、いずれの既存局もビーコンを送信していないタイミングを自局のビーコン送信タイミングとして設定することで、衝突を回避する。

このような自律分散型の無線通信ネットワークでは、トラフィックの優先度に応じて通信局にフレーム間スペースＩＦＳやバックオフ値を設定することにより、アクセス競合と帯域保証を実現することができる。すなわち、優先度の高い通信局がより短いフレーム間スペースを設定することで優先的に送信権を獲得することができる。

しかしながら、優先度が高く設定されている通信局がより短いフレーム間スペースで送信権を獲得する結果として、優先度が低い通信局は送信権をなかなか得ることができず、帯域保証（ＱｏＳ管理）が柔軟性に欠けるという問題がある。

これに対し、本発明によれは、ビーコン送信後の通信局に優先送信期間が与えられるが、この優先期間内では、ビーコン送信局が伝送路を占有するのではなく、より高い確率で送信権を得るように設定されてだけであり、それ以外の局であっても、一定の確率で送信権を得ることができる。すなわち、ビーコン送信局の優先期間であってもすべての通信局は統計的には送信権を得ることができるので、より柔軟なＱｏＳ管理を実現することができる。優先期間は可変長でもよい。

ＣＳＭＡによるアクセス競合方式では、各通信局は、伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得する。本発明では、例えば、ビーコン送信局は、それ以外の局よりもバックオフ値のとりうる幅を短く設定する。これによって、各通信局がランダム・バックオフによるアクセス競合を行ない、ビーコン送信局が送信権を獲得する確率を高めつつ、すべての通信局に対し統計的に送信権を獲得する機会を与えながら、より柔軟なＱｏＳ管理を実現することができる。

また、ビーコン送信局により短いフレーム間スペースを与え、それ以外の局にはビーコン送信局と同等又はより長いフレーム間スペースを与えるようにしてもよい。

ビーコン送信局は、次のビーコンが送信されるまで優先期間を獲得する。ここで、ビーコン送信局は、より長い優先期間が必要なときには、次のビーコン送信タイミングまでの期間が長くなる位置へ自局のビーコン送信タイミングを移動するようにしてもよい。

勿論、ビーコン送信局は、次のビーコンが送信される以前に優先期間を終了するようにしてもよい。この場合、優先期間の終了から次のビーコンが送信され次のビーコン送信局の優先期間が設定されるまでの期間は、すべての通信局が同じフレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅を同じに設定してアクセス競合が行なわれ、統計的には、すべての通信局は同じ確率で送信権を得ることになる。

また、本発明の第２の側面は、特定の制御局を配置せず、各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なう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、前記無線通信環境下では、各通信局は伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得するアクセス競合を行ない、
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
自局のビーコン送信に応答して、フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより短く設定し、統計的に優先して送信権を獲得する優先送信ステップと、
フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより長く設定して送信権を獲得する通常通信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。

本発明の第２の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ピュータ・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２の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ってコンピュータ・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の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ができる。

本発明によれば、自律分散型のネットワーク環境下で、通信局が優先的に送信権を得ることができる期間を獲得することにより通信品質を維持したデータ通信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。

また、本発明によれば、自律分散型のネットワーク環境下で、各通信局がアクセス競合を行ないながらより柔軟なＱｏＳ管理を実現することかできる、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。

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。

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。

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、複数の通信局間でネットワークを構築する。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。また、以下の説明では、各通信局は単一のチャネルを想定しているが、複数の周波数チャネルすなわちマルチチャネルからなる伝送媒体を用いた場合に拡張することも可能である。

本発明に係る無線ネットワーク・システムは、コーディネータを配置しない自律分散型のシステム構成であり、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。また、各通信局は、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：キャリア検出多重接続）に基づくアクセス手順に従い直接非同期的に情報を伝送するアドホック通信を行なうこともできる。

このように制御局を特に配置しない自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は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。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、伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義される。また、各通信局は、伝送フレーム周期に相当する期間だけチャネル上をスキャン動作することにより、周辺局から送信されるビーコン信号を発見し、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知る（又はネットワークに参入する）ことができる。

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、各通信装置が自律分散的に動作し、特定の制御局を配置しないアドホック・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いる様子を表わしている。

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。

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から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。

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、制御局を配置しない自律分散型の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、衝突を回避しながらネットワークを形成することができる。

図示の通り、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、無線送信部１０６と、タイミング制御部１０７と、アンテナ１０９と、無線受信部１１０と、ビーコン解析部１１２と、情報記憶部１１３とで構成される。

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（図示しない）など）との間で各種情報の交換を行なう。

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。

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を一元的に行なう。基本的には、ＣＳＭＡに基づき、伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得するというアクセス競合を行なう。

本実施形態では、アクセス競合に優先送信のメカニズムを採り入れて、柔軟なＱｏＳを実現している。すなわち、自局のビーコン送信後に優先送信モードとなり、フレーム間スペースＩＦＳとランダム・バックオフ値のとりうる幅を短く設定し、統計的に優先して送信可能となる。また、他局のビーコン送信後やトラフィックの優先度が低いときには、通常動作モードとなり、フレーム間スペースＩＦＳとランダム・バックオフ値のとりうる幅をより長く設定する。後述するように、優先送信モード下ではより短いフレーム間スペースＳＩＦＳを、通常動作モード下では長いフレーム間スペースＬＩＦＳを設定する。優先送信モード下では、確定的ではないが、統計的には優先して送信可能となる。

また、中央制御部１０３では、ビーコン送信タイミングの設定処理などの動作制御が行なわれる。例えば、より長い優先期間が必要なときは、次のビーコン送信タイミングまでの期間が長くなる位置へ自局のビーコン送信タイミングを移動する。また、他局とビーコンが衝突したときに、自局のビーコン送信位置の移動や、自局のビーコン送信停止、他局へのビーコン送信位置変更（ビーコン送信位置の移動又は停止）要求などの衝突回避処理を行なう。

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。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、自己のビーコン送信位置や周辺局からのビーコン受信位置などを規定する。これらの情報は、情報記憶部１１３に格納されるとともに、ビーコン信号の中に記載して周囲の無線通信装置に報知する。ビーコン信号の構成については後述する。無線通信装置１００は、伝送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。

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信号を無線送信するために、所定の変調処理を行なう。また、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（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ 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。

アンテナ１０９は、他の無線通信装置宛に信号を所定の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。

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、伝送フレーム周期の先頭における自己のビーコン送信タイミングや、他の通信装置からのビーコン受信タイミング、スキャン動作周期、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やバックオフの設定）などを制御する。

ビーコン解析部１１２は、隣接局から受信でき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、隣接局のビーコンの受信タイミングや近隣ビーコン受信タイミング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。

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（衝突回避処理手順などを記述したプログラム）や、受信ビーコンの解析結果から得られる近隣装置情報などを蓄えておく。

本実施形態に係る自律分散型ネットワークでは、各通信局は、所定のチャネル上で所定の時間間隔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。ビーコンを送信する伝送フレーム周期のことを、ここではスーパーフレーム（Ｓｕｐｅｒ Ｆｒａｍｅ）と定義し、例えば４０ミリ秒とする。

新規に参入する通信局は、スキャン動作により周辺局からのビーコン信号を聞きながら、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知ることができる。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。

Ｂ．スーパーフレームの構築
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。ビーコン送信周期のことを、「スーパーフレーム（Ｔ＿ＳＦ）」と定義し、例えば４０ミリ秒とする。

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。

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と十分小さい。

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。

また、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。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。

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。

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。

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。

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。

但し、帯域（スーパーフレーム周期）内がビーコンで溢れないように、最小のビーコン間隔Ｂｍｉｎを規定しておき、Ｂｍｉｎ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容しない。例えば、４０ミリ秒のスーパーフレーム周期でミニマムのビーコン間隔Ｂｍｉｎを２．５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。

スーパーフレーム内に新規のビーコンを配置する際、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）、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スーパー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、残りのスーパー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。

図４には、スーパーフレーム周期内で配置可能なビーコン送信タイミングの構成例を示している。但し、同図に示す例では、４０ミリ秒からなるスーパー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。

図４に示す例では、０からＦまでの合計１６個の位置がビーコン送信を行なうことができる時刻すなわちビーコン送信タイミングを配置可能なスロット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。Ｂｍｉｎを２．５ミリ秒と規定した場合には、１スーパーフレームにつき最大１６個までしかビー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。

なお、図３並びに図４では明示されていないが、各々のビーコンは、各ビーコン送信時刻であるＴＢＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ）から故意に若干の時間オフセットを持った時刻で送信されている。これを「ＴＢＴＴオフセット」と呼ぶ。本実施形態では、ＴＢＴＴオフセット値は擬似乱数にて決定される。この擬似乱数は、一意に定められる擬似ランダム系列ＴＯＩＳ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）により決定され、ＴＯＩＳはスーパーフレーム周期毎に更新される。

ＴＢＴＴオフセットを設けることにより、２台の通信局がスーパー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をずらすことができ、あるスーパーフレーム周期にはビーコンが衝突しても、別のスーパー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）ことができる。通信局は、スーパーフレーム周期毎に設定するＴＯＩＳをビーコン情報に含めて周辺局に報知する（後述）。

また、本実施形態では、各通信局は、データの送受信を行なっていない場合には、自局が送信するビーコンの前後は受信動作を行なうことが義務付けられる。また、データ送受信を行なわない場合であっても、数秒に一度は１スーパーフレームにわたり連続して受信機を動作させてスキャン動作を行ない、周辺ビーコンのプレゼンスに変化がないか、あるいは各周辺局のＴＢＴＴがずれていないかを確認することも義務付けられる。そして、ＴＢＴＴにずれを確認した場合には、自局の認識するＴＢＴＴ群を基準に−Ｂｍｉｎ／２ミリ秒以内をＴＢＴＴと規定しているものを「進んでいる」、＋Ｂｍｉｎ／２ミリ秒以内をＴＢＴＴと規定しているものを「遅れている」ものと定義し、最も遅れているＴＢＴＴに合わせて時刻を修正する。

Ｃ．ビーコンのフレーム・フォーマット
図５には、本実施形態に係る自律分散型の無線通信システムにおいて送信されるビーコン・フレームのフォーマット一例を示している。

図示の例では、ビーコンには、送信元局を一意に示すアドレスであるＴＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ａｄｄｒｅｓｓ）フィールドと、当該ビーコンの種類を示すＴｙｐｅフィールドと、周辺局から受信可能なビーコンの受信時刻情報であるＮＢＯＩ（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）フィールドと、当該ビーコンを送信したスーパーフレーム周期におけるＴＢＴＴオフセット値（前述）を示す情報であるＴＯＩＳ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）フィールドと、ＴＢＴＴの変更やその他各種の伝達すべき情報を格納するＡＬＥＲＴフィールドと、当該通信局が優先的にリソースを確保している量を示すＴｘＮｕｍフィールドと、当該スーパーフレーム周期内で複数のビーコンを送信する場合に当該ビーコンに割り振られた排他的な一意のシリアル番号を示すＳｅｒｉａｌフィールドなどが含まれている。

Ｔｙｐｅフィールドには、当該ビーコンの種類が８ビット長のビットマップ形式で記述される。本実施形態では、ビーコンが、各通信局が１スーパーフレーム毎のその先頭で１回だけ送信する「正規ビーコン」、あるいは優先的送信権を得るために送信されている「補助ビーコン」のいずれであるかを識別するための情報として、プライオリティを示す０から２５５までの値を用いて示される。具体的には、１スーパーフレーム毎に１回送信することが必須である正規ビーコンの場合は最大のプライオリティを示す２５５が割り当てられ、補助ビーコンに対してはトラフィックのプライオリティに相当する０から２５４までのいずれかの値が割り当てられる。

ＮＢＯＩフィールドは、スーパー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（受信時刻）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スーパーフレーム内で最大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、自局の正規ビーコンの送信時刻ＴＢＴＴのスロットをＮＢＯＩフィールドの先頭ビット（ＭＳＢ）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。

図６にはＮＢＯＩの記述例を示している。同図に示す例では、通信局０が「１１００，００００，０１００，００００」のようなＮＢＯＩフィールドを作っている。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、自局がビーコンを送信している時刻に相当する場所もマークする。

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ができる。

ＴＯＩＳフィールドでは、上述のＴＢＴＴオフセットを決定する擬似ランダム系列が格納されており、当該ビーコンがどれだけのＴＢＴＴオフセットを以って送信されているかを示す。ＴＢＴＴオフセットを設けることにより、２台の通信局がスーパー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、あるスーパーフレーム周期にはビーコンが衝突しても、別のスーパー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）ことができる。

図７には、ＴＢＴＴと実際のビーコン送信時刻を示している。図示のように、ＴＢＴＴ、ＴＢＴＴ＋２０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋４０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋６０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋８０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋１００マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋１２０マイクロ秒のいずれかの時刻となるようＴＢＴＴオフセットを定義した場合、スーパーフレーム周期毎にどのＴＢＴＴオフセットで送信するかを決定し、ＴＯＩＳを更新する。また、送信局が意図した時刻に送信できない場合には、ＴＯＩＳにオールゼロなどを格納し、ビーコンを受信可能な周辺局に対し、今回のビーコン送信タイミングは意図した時刻に行なえなかった旨を伝達する。

ＡＬＥＲＴフィールドには、異常状態において、周辺局に対して伝達すべき情報を格納する。例えば、ビーコンの衝突回避などのため自局の正規ビーコンのＴＢＴＴを変更する予定がある場合や、また周辺局に対し補助ビーコンの送信の停止を要求する場合には、その旨をＡＬＥＲＴフィールドに記載する。

ＴｘＮｕｍフィールドは、当該局がスーパーフレーム周期内で送信している補助ビーコンの個数が記載される。通信局はビーコン送信に続いてＴＰＰすなわち優先送信権が与えられることから、スーパーフレーム周期内での補助ビーコン数は優先的にリソースを確保して送信を行なっている時間率に相当する。

Ｓｅｒｉａｌフィールドには、当該スーパーフレーム周期内で複数のビーコンを送信する場合に当該ビーコンに割り振られた排他的な一意のシリアル番号が書き込まれる。当該ビーコンのシリアル番号として、スーパーフレーム内に送信する各々のビーコンに排他的な一意の番号が記載される。本実施形態では、自局の正規ビーコンを基準に、何番目のＴＢＴＴで送信している補助ビーコンであるかの情報が記載される。

Ｄ．正規ビーコンのＴＢＴＴの設定
通信局は電源投入後、まずスキャン動作すなわちスーパー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、周辺局から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）をとって参照することにより、最終的にマークされていない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。

基本的には、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、各通信局のビーコン送信タイミングはスーパー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、周辺局から受信したビーコンから得たＮＢＯＩのＯＲをとった結果、スペースのランレングスが最長となる区間の中心をビーコン送信タイミングとして定める。

但し、ランレングスが最長となるＴＢＴＴ間隔が最小のＴＢＴＴ間隔よりも小さい場合（すなわちＢｍｉｎ以下の場合）には、新規通信局はこの系に参入することができない。

図８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に基づいて自局のＴＢＴＴを設定する様子を示している。

通信局は電源投入後、まずスキャン動作すなわちスーパー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、周辺局から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）をとって参照することにより、最終的にマークされていない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。

図８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スーパーフレーム内にこの３つの局０〜２からのビーコンが受信できたとする。

ＮＢＯＩフィールドは、周辺局のビーコン受信時刻を自局の正規ビーコンに対する相対位置に対応するビットにマッピングしたビットマップ形式で受信ビーコンのは位置情報を記述している（前述）。そこで、通信局Ａでは、周辺局から受信できた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をとって参照する。

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“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”で示されている「１１０１，０００１，０１００，１０００」であり、１はスーパーフレーム内で既に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８に示す例では通信局Ａは、このうち１５ビット目を自局の正規ビーコンのＴＢＴＴに定めている。

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（すなわち自局のスーパーフレームの先頭）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たものである、図１３中の“ＮＢＯＩ ｆｏｒ ＴＸ （１ Ｂｅａｃｏｎ ＴＸ）”で示す通りとなる。

なお、通信局Ａが優先送信権利を得るなどの目的で補助ビーコンを送信する際には、さらにこの後、周辺局のＮＢＯＩフィールドを統合した“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”で示されている系列のスペース（ゼロ）の最長ランレングスを探し、探し当てたスペースの箇所に補助ビーコンの送信時刻を設定する。図８に示す例では、２つの補助ビーコンを送信する場合を想定しており，“ＯＲ ｏｆ ＮＢＯＩｓ”の６ビット目と１１ビット目のスペースの時刻に補助ビーコンの送信タイミングを設定している。この場合、通信局Ａが送信するＮＢＯＩフィールドは、自局の正規ビーコンと周辺局の受信ビーコンの相対位置に加え、さらに自局が補助ビーコン送信を行なっている箇所（正規ビーコンに対する相対位置）にもマークされ、“ＮＢＯＩ ｆｏｒ ＴＸ （３ Ｂｅａｃｏｎ ＴＸ）”で示されている通りとなる。

各通信局が上述したような処理手順で自局のビーコン送信タイミングＴＢＴＴを設定してビーコンの送信を行なう場合、各通信局が静止して電波の到来範囲が変動しないという条件下では、ビーコンの衝突を回避することができる。また、送信データの優先度に応じて、補助ビーコン（又は複数のビーコンに類する信号）をスーパーフレーム内で送信することにより、優先的にリソースを割り当て、ＱｏＳ通信を提供することが可能である。また、周辺から受信したビーコン数（ＮＢＯＩフィールド）を参照することにより、各通信局がシステムの飽和度を自律的に把握することができるので、分散制御システムでありながら、通信局毎に系の飽和度を加味しつつ優先トラヒックの収容を行なうことが可能となる。さらに、各通信局が受信ビーコンのＮＢＯＩフィールドを参照することで、ビーコン送信時刻は衝突しないように配置されるので、複数の通信局が優先トラヒックを収容した場合であっても、衝突が多発するといった事態を避けることができる。

Ｅ．ビーコン衝突シナリオと衝突回避手順
図９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。

図９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、ＳＴＡ０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。ビーコンは４０ミリ秒（スーパーフレーム）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。

図９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ＳＴＡ０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。

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フィールドの該当するビット位置に１を設定する。

図９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にとって隠れ端末となっている。このため、ＳＴＡ２は、ＳＴＡ１がＳＴＡ０から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。

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いが、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。

そして、図１０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。

Ｆ．送信優先区間ＴＰＰを利用した通信帯域の保証
通信局として動作する無線通信装置１００は、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）フレームにより伝送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。

本実施形態では、各通信局はビーコンを一定間隔で送信しているが、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権を与えることで、信号の往来を自律分散的に管理し、通信帯域（ＱｏＳ）を確保するようにしている。図１１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（ＴＰＰ）と定義する。

図１２には、ビーコン送信局に優先送信期間ＴＰＰを与える場合のスーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示している。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、そのビーコンを送信した通信局のＴＰＰが割り当てられるが、ＴＰＰに続く区間をＦａｉｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ（ＦＡＰ）と定義され、通信局間では通常のＣＳＭＡ／ＣＡ方式により通信が行なわれる。そして、次の通信局からのビーコン送信タイミングでＦＡＰが終わり、以降は同様にビーコン送信局のＴＰＰとＦＡＰが続く。

各通信局は、基本的にはスーパーフレーム周期毎に１回のビーコンを送信するが、場合に応じて複数個のビーコンあるいはビーコンに類する信号を送信することが許容され、ビーコンを送信する度にＴＰＰを獲得することができる。言い換えれば、通信局は、スーパーフレーム周期毎に送信するビーコンの個数に応じて優先的な送信用のリソースを確保できることになる。ここで、通信局がスーパーフレーム周期の先頭で必ず送信するビーコンのことを「正規ビーコン」、それ以外のタイミングでＴＰＰ獲得又はその他の目的で送信する２番目以降のビーコンのことを「補助ビーコン」と呼ぶ。

図１３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。

ビーコン送信局は、自局のビーコンを送信した後、優先送信モードで動作し、より短いバケット間隔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。

一方、通常動作モードで動作するその他の局は、ビーコンが送信された後、まずＳＩＦＳよりも長いフレーム間スペース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。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、送信を開始することができなくなる。

図１４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。

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。

これに対し、ＦＡＰ区間では、ビーコン送信局は、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、すべての通信局に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、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ＣＴＳ、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。

上述した信号の往来管理方法によれば、優先度の高い通信局がより短いフレーム間スペースを設定することで優先的に送信権を獲得することができる。しかしながら、優先度が高く設定されている通信局がより短いフレーム間スペースで送信権を獲得する結果として、優先度が低い通信局は送信権をなかなか得ることができず、帯域保証（ＱｏＳ管理）が柔軟性に欠けるという問題がある。

そこで、本発明の他の実施形態では、ビーコン送信後の通信局に優先送信期間が与えられるが、この優先期間内では、ビーコン送信局が伝送路を占有するのではなく、より高い確率で送信権を得るように設定し、それ以外の局であっても、一定の確率で送信権を得るように構成する。すなわち、ビーコン送信局の優先期間であってもすべての通信局は統計的には送信権を得ることができるので、より柔軟なＱｏＳ管理を実現することができる。

ＣＳＭＡによるアクセス競合方式では、各通信局は、伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得する。本発明では、例えば、ビーコン送信局は、それ以外の局よりもバックオフ値のとりうる幅を短く設定する。これによって、すべての通信局がランダム・バックオフによるアクセス競合を行なうことにより、より柔軟なＱｏＳ管理を実現することができる。

また、ビーコン送信局により短いフレーム間スペースＳＩＦＳを与え、それ以外の局にはビーコン送信局と同等又はより長いフレーム間スペースＬＩＦＳを与えるようにしてもよい。

優先送信権を得たビーコン送信局は、より短いフレーム間スペースＳＩＦＳ、及びより短い範囲から乱数を引いたランダム・バックオフを待ってから送信することによって、統計的に高い確率で送信権を獲得する。これに対し、ビーコン送信局以外の通信局は、ビーコン送信局と同等若しくはより長いフレーム間スペースＬＩＦＳ、及びビーコン送信局と同様若しくはより長い範囲から乱数を引いたランダム・バックオフを待ってから送信する。

例えば、ビーコン送信局及びそれ以外の通信局が下表に示すようなフレーム間スペースＩＦＳ並びにランダム・バックオフの乱数を引く範囲でＣｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｗｉｎｄｏｗを設定することが可能である。

上記の例では、例えば優先送信区間ＴＰＰを得た通信局が３４マイクロ秒のフレーム間スペースＩＦＳの後、１マイクロ秒から１５マイクロ秒の間から乱数を引き、１２マイクロ秒のランダム・バックオフを選択したとする。このとき、直前のパケット送信後から４６マイクロ秒間だけチャネルがクリアであれば、この通信局は送信権を得ることができる。

このとき、優先送信権を得ていない他の通信局は、４３マイクロ秒のフレーム間スペースＩＦＳの後、さらに１マイクロ秒のランダム・バックオフを引いたとすると、この通信局は、自局の優先送信期間ＴＰＰでないにも拘らず送信権を得ることができる。

ＴＰＰ区間内の通信局に比べて、ＴＰＰ区間外の通信局は送信権を獲得する確率は低くなるが、ランダム・バックオフによる通信権を得ることが可能である。すなわち、すべての通信局がランダム・バックオフによるアクセス競合を行なうことにより、より柔軟なＱｏＳ管理を実現することができる。

図１５には、ビーコン送信局に対して統計的に優先して送信可能となる優先期間を与えるようにした場合のスーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示している。

図１２に示した例では、ビーコン送信局がほぼ独占的に送信権を獲得することができる所定期間のＴＰＰに続いて、すべての通信局が統計的に均等な機会でアクセス競合を行なうＦＡＰが設けられている。

これに対し、この実施形態では、ビーコン送信局のＴＰＰ区間内であっても、それ以外の通信局も統計的には送信権を獲得することができることから、図１５に示すようにＦＡＰを設ける必要はなく、ビーコン送信局は次の通信局のビーコン送信タイミングが到来するまでの間ＴＰＰを継続することができる。

このように次のビーコン送信タイミングが到来するまでの間ＴＰＰを継続する場合には、通信局は、トラフィックのリソースを確保するために補助ビーコンをスーパーフレーム内に配置する必要がなくなる。したがって、余分なビーコン送信に伴う帯域の無駄を省き、リソースの限界を拡張することができる。勿論、この場合であっても、図１２に示した場合と同様にＦＡＰ区間を設けるようにしてもよい。

また、ビーコン送信局は、次のビーコンが送信されるまで優先期間を獲得するが、より長い優先期間が必要なときには、次のビーコン送信タイミングまでの期間が長くなる位置へ自局のビーコン送信タイミングを移動するようにしてもよい。

図１６には、通信局がより長い優先送信期間ＴＰＰを獲得するための動作手順を図解している。同図に示す例では、通信局＃２がＴＰＰの延長を要求するとする。このとき、通信局＃２のビーコンの直後には通信局＃３のビーコンがあるためにＴＰＰは短く制限されている。そこで、通信局＃２は、ビーコンの位置を通信局 ＃１のＴＰＰ内へ移動し、ＴＰＰの延長を行なっている。

図１７には、通信局が自局のビーコン送信タイミングを移動するための動作をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、実際には無線通信装置１００内の中央制御部１０３において所定の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。

通信局は、自局のビーコン送信タイミングを移動するため、少なくとも１スーパーフレーム分だけスキャンを実行する（ステップＳ１）。また、ＴＢＴＴを変更する旨をＡＬＥＲＴフィールドに記載したビーコンを周辺局に報知し（ステップＳ２）、さらに図８を参照しながら説明した上記の手順により、ＮＢＯＩ情報を基に次のＴＢＴＴまでの間隔が長いＴＢＴＴを発見し、ビーコンの移動先を検出する（ステップＳ３）。そして、新規のＴＢＴＴにてビーコンを送信することにより（ステップＳ４）、ビーコン送信タイミングの移動先を周辺局に報知する。

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。

本明細書では、自律分散型の無線ネットワークにおいて、各通信局が所定のフレーム周期毎にビーコンを報知し合うような通信環境下において本発明を適用した場合を主な実施形態として説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。

例えば、通信範囲内で複数の通信局からビーコンが送信されるような通信システムであれば、自律分散以外の形態のネットワークであっても、本発明を同様に適用することができる。また、各通信局が複数の周波数チャネル上をホッピングして通信を行なうマルチチャネル型の通信システムに対しても、本発明を適用することができる。

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、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

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た図である。 図３は、本発明に係る自律分散型ネットワークにおいて、各通信局がビーコンを送信するための手順を説明するための図である。 図４は、スーパーフレーム周期内で配置可能なビーコン送信タイミングの構成例を示した図である。 図５は、本実施形態に係る自律分散型の無線通信システムにおいて送信されるビーコン・フレームのフォーマット一例を示した図である。 図６は、ＮＢＯＩの記述例を示した図である。 図７は、ＴＢＴＴオフセットを説明するための図である。 図８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に基づいて自局のＴＢＴＴを設定する手順を説明するための図である。 図９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１０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１１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１２は、スーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示した図である。 図１３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１４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説明するための図である。 図１５は、ビーコン送信局に対して統計的に優先して送信可能となる優先期間を与えるようにした場合のスーパーフレーム周期（Ｔ＿ＳＦ）の構成例を示した図である。 図１６は、通信局がより長い優先送信期間ＴＰＰを獲得するための動作手順を説明するための図である。 図１７は、通信局が自局のビーコン送信タイミングを移動するための動作を示したフローチャートである。 図１８は、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく無線ネットワークにおけるインフラ・モード時の動作を説明するための図である。 図１９は、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく無線ネットワークにおけるアドホック・モード時の動作を説明するための図である。 図２０は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順によるアクセス動作例を示したチャートである。 図２１は、ＩＥＥＥ８０２．１１において定義されているフレーム間スペースＩＦＳを示した図である。 図２２は、ＥＤＣＦ動作により帯域を保証するトラフィックに優先送信を提供する様子を示した図である。

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
１０６…無線送信部
１０７…タイミング制御部
１０９…アンテナ
１１０…無線受信部
１１２…ビーコン解析部
１１３…情報記憶部

Claims (13)

1. 特定の制御局を配置せず、各通信局が所定のフレーム周期毎にネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによってネットワークを構築する自律分散型の無線通信システムであって、
   各通信局は、前記フレーム周期のうちビーコン送信後に獲得した優先期間内でそれ以外の局よりもバックオフ値のとりうる幅を短く設定して送信権を獲得し、前記フレーム周期の前記優先期間外では伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記優先期間は可変長である、
   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. ビーコン送信局により短いフレーム間スペースを与え、それ以外の通信局にはビーコン送信局と同等又はより長いフレーム間スペースを与える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. ビーコン送信局は、次のビーコンが送信されるまで優先期間を獲得できる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. ビーコン送信局は、より長い優先期間が必要なときには、次のビーコン送信タイミングまでの期間が長くなる位置へ自局のビーコン送信タイミングを移動する、
   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. ビーコン送信局は、次のビーコンが送信される以前に優先期間を終了する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 特定の制御局を配置せず、各通信局が所定のフレーム周期毎にネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で動作する無線通信装置であって、
   チャネル上で無線データを送受信する通信手段と、
   自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
   前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段と、
   前記フレーム周期のうちビーコン送信後に獲得した優先期間内で他局よりもバックオフ値のとりうる幅を短く設定して送信権を獲得し、前記フレーム周期の前記優先期間外では伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得する通信制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
8. 前記通信制御手段は、可変長の優先期間を設定できる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記通信制御手段は、次のビーコンが送信されるまで優先期間を設定できる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
10. 前記チャネル上で他局からの受信ビーコンと衝突を回避しながら自局のビーコン送信タイミングを設定するビーコン送信タイミング設定手段をさらに備え、
    前記通信制御手段は、より長い優先期間が必要なときには、前記ビーコン送信タイミング設定手段は、次のビーコン送信タイミングまでの期間が長くなる位置へ自局のビーコン送信タイミングを移動する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
11. 前記通信制御手段は、次のビーコンが送信される以前に優先期間を停止する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
12. 特定の制御局を配置せず、各通信局が所定のフレーム周期毎にネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための無線通信方法であって、前記無線通信環境下では、各通信局は伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得するアクセス競合を行ない、
    前記フレーム周期内で所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
    前記フレーム周期のうちビーコン送信後に獲得した優先期間内で、フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより短く設定し、統計的に優先して送信権を獲得する優先送信ステップと、
    前記フレーム周期の前記優先期間外で、フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより長く設定して送信権を獲得する通常通信ステップと、
    を有することを特徴とする無線通信方法。
13. 特定の制御局を配置せず、各通信局が所定のフレーム周期毎にネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための処理をコンピュータ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、前記無線通信環境下では、各通信局は伝送路の状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に送信権を獲得するアクセス競合を行ない、
    所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
    前記フレーム周期のうちビーコン送信後に獲得した優先期間内で、フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより短く設定し、統計的に優先して送信権を獲得する優先送信ステップと、
    前記フレーム周期の前記優先期間外で、フレーム間スペース並びにバックオフ値のとりうる幅をより長く設定して送信権を獲得する通常通信ステップと、
    を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータ・プログラム。

Images