JP5120012B2 - 通信装置及び通信方法、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）若しくはＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう通信装置及び通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、自律分散的に動作する複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する通信装置及び通信方法、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、論理ネットワーク構成が相違する２以上の無線ネットワーク・システムに同時に参加して多重の役割を果たす通信装置及び通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワーク内で自律分散的に動作する通信局としての機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持つ通信装置及び通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。例えば、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、あるいはＩＥＥＥ８０２．１ｇといった無線ＬＡＮ規格が代表的である。無線ＬＡＮによれば柔軟なインターネット接続が可能であり、既存の有線ＬＡＮを置き換えるだけでなく、ホテルや空港ラウンジ、駅、カフェといった公共の場所でもインターネット接続手段を提供することができる。無線ＬＡＮは既に広範に普及しており、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報機器だけでなく、デジタルカメラや音楽プレーヤなどのＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器にも無線ＬＡＮ機能を搭載することが一般的となりつつある。

無線技術を用いてＬＡＮを構成するために、エリア内に「アクセスポイント（ＡＰ）」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一般的に用いられている。制御局は、ネットワーク内にある複数の端末局のアクセス・タイミングを調停し、各端末局が互いに同期をとるという同期的な無線通信を行なう。

また、無線ネットワークを構成する他の方法として、すべての端末局が対等で自律分散的にピア・ツウ・ピア（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）で動作し、端末局自らがアクセス・タイミングを決定する「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、特定の制御局を利用せずに、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、制御局が存在する「インフラストラクチャ・モード」で定義されるＢＳＳと、複数のＭＴ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：移動局又は端末局）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。

さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるアドホック・ネットワーク以外にも、自律分散的に動作する各通信局がピア・ツウ・ピアで接続する通信システムに関する開発がなされている。例えば、複数の通信局がフレームをリレーして伝送する「マルチホップ通信」は、電波が届く範囲にすべての通信相手が収容されているとは限らないという問題を解決し、複数の通信局がフレームをリレーして伝送する「マルチホップ通信」により多数の通信局を相互接続することができる。現在、ＩＥＥＥ８０２．１１中のタスク・グループ（ＴＧ）の１つとして、マルチホップ通信に関する標準化作業が進められている。本明細書中では、マルチホップ通信を行なう無線ネットワークのことを「メッシュ・ネットワーク」と呼び、メッシュ・ネットワークを構成する各通信局のことを「メッシュ・ポイント（ＭＰ）」とも呼ぶことにする。

まず、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるインフラストラクチャ・モード時の動作について説明する。

インフラストラクチャ・モード下では、ＡＰは、自局の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近隣に存在する端末局（ＭＴ）は、ＡＰに収容され、当該ＢＳＳのメンバとしてネットワークに参入する。具体的には、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、さらに該ＡＰとの間でコネクション確立を行なう。

図１１には、インフラストラクチャ・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作例を示している。図示の例では、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。ＡＰとしての通信局ＳＴＡ０は、同図右側のチャートに示すように、一定の時間間隔でビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）を送信する。ＡＰは、ビーコンの送信間隔をターゲット・ビーコン送信時刻（ＴＢＴＴ：Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｉｍｅ）というパラメータとして内部で管理しており、時刻がＴＢＴＴに到来する度にビーコン送信手順を起動する。また、ＡＰが報知するビーコンにはＢｅａｃｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌフィールドが含まれており、周辺のＭＴは、このＢｅａｃｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌフィールドとそのビーコンの受信時刻から次回のビーコン送信時刻ＴＢＴＴを認識することが可能である。

ここで、ＢＳＳは必要に応じて省電力（ＰｏｗｅｒＳａｖｅ）モードに移行し、各ＭＴは間欠的にのみ受信動作を行なうことにより、低消費電力化を図ることができる。省電力モード下では、ＢＳＳ内の少なくとも一部のＭＴはスリープ・モードで動作し、送受信機を動作させるＡｗａｋｅ状態と、送受信機の電源を落とすＤｏｚｅ状態とを行き来する。ＭＴは、受信したビーコンから次回のビーコン送信時刻を認識することができるので、スリープ・モード下では、受信の必要がないとき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省電力状態に入ることもある。なお、スリープ・モードでないＭＴはアクティブ・モードと呼ばれ、常に送受信機を動作させている（図１２を参照のこと）。

ＡＰは、スリープ状態の各ＭＴがＡｗａｋｅするタイミングを一元的に管理し、Ａｗａｋｅ状態のタイミングに合わせてＭＴへフレーム送信を行なうことで、省電力動作を援助する。具体的には、スリープ・モードのＭＴに宛てたパケットが存在する場合には、すぐさま送信せずこれを内部に蓄積しておき、ビーコン信号にパケットが蓄積されている旨を記載して相手ＭＴに伝える。このビーコン信号中に記載される情報は、ＴＩＭ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）と呼ばれる。スリープ・モード下のＭＴは、ＡＰからのビーコン信号を受信・解析し、ＴＩＭを参照することにより、ＡＰが自局宛てにデータを蓄積していることを認識することができる。すなわち、省電力モードのＭＴは、自分が受信動作を行なわなければならないことを認識すると、ＡＰに宛てて自局宛てにパケットを送信してほしい旨の要求信号を送信する。そして、ＡＰは、この要求信号に応答する形で、蓄積しているデータをＭＴ宛てに送信する。

続いて、ＩＥＥ８０２．１１におけるアドホック・モード時の動作について説明する。

ＩＥＥＥ８０２．１１のアドホックモード（ＩＢＳＳ）においては、ＭＴは複数のＭＴ同士が互いに存在を確認すると自律的にＩＢＳＳを定義する。これらのＭＴ群は、一定間隔毎にＴＢＴＴを定める。ビーコンの送信間隔がビーコン信号中のパラメータで通知されており、各ＭＴは、一度ビーコン信号を受信すると、次回のＴＢＴＴを算出することができる。そして、各ＭＴは自局内のクロックを参照することによりＴＢＴＴになったことを認識すると、ランダム時間の遅延（Ｒａｎｄｏｍ Ｂａｃｋｏｆｆ）の後、ま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。このビーコンを受信可能であるＭＴがこのＩＢＳＳに参入することができる。

図１３には、アドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作例を示している。図示の例では、ＭＴとして動作する２台の通信局ＳＴＡ１及びＳＴＡ２がＩＢＳＳ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。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＩＢＳＳにおいても省電力（ＰｏｗｅｒＳａｖｅ）モードが規定されており、ＭＴは必要に応じて受信機の電源を落とすＤｏｚｅ状態に入ることができる。ビーコン送出時間ＴＢＴＴから所定の時間帯は、ＡＴＩＭ（Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｓｓａｇｅ） Ｗｉｎｄｏｗとして定義されている。ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗの期間が終了するまでの間は、ＩＢＳＳに属するすべてのＭＴはＡｗａｋｅ状態となっており、この時間帯であれば、基本的にはスリープ・モードで動作しているＭＴも受信が可能である。そして、ＭＴはＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ終了時から次のビーコン送出時間ＴＢＴＴまでＤｏｚｅ状態になることができる。

各ＭＴは、自局が誰か宛ての情報を有している場合には、このＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗの時間帯において、上記の通信相手宛てにＡＴＩＭパケットを送信することにより、自局が送信情報を保持していることを受信側に通達する。これに対し、ＡＴＩＭパケットを受信したＭＴは、ＡＴＩＭパケットを送信した局からの受信が終了するまではＤｏｚｅ状態に移行せず、受信機を動作させておく。

図１４には、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の３台のＭＴがＩＢＳＳ内に存在している場合の動作例を示している。ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各ＭＴは、ＴＢＴＴが到来すると、ランダム時間にわたりメディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。図示の例では、ＳＴＡ１のタイマが最も早期にＥｘｐｉｒｅし、ＳＴＡ１がビーコンを送信している。ＳＴＡ１がビーコンを送信したため、これを受信したＳＴＡ２並びＳＴＡ３はビーコンを送信しない。

ここで、ＳＴＡ１がＳＴＡ２宛ての情報を保持するとともに、ＳＴＡ２がＳＴＡ３宛ての情報を保持しているとする。このような場合、ＳＴＡ１はビーコンを送信した後、ＳＴＡ２はビーコンを受信した後に、それぞれ再度ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。図１４に示した例では、ＳＴＡ２のタイマが先にＥｘｐｉｒｅしたため、まずＳＴＡ２からＳＴＡ３に宛ててＡＴＩＭメッセージが送信される。ＳＴＡ３は、このＡＴＩＭメッセージを受信すると、短いフレーム間隔（ＳＩＦＳ：Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）だけ待機した後に、受信した旨を示すＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）パケットをＳＴＡ２に返信する。ＳＴＡ３からのＡＣＫが送信し終えると、ＳＴＡ１は、さらにランダム時間にわたりメディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させ、タイマがＥｘｐｉｒｅすると、ＡＴＩＭパケットをＳＴＡ２に宛てて送信する。そして、ＳＴＡ２は、ＳＩＦＳが経過した後に、ＡＴＩＭパケットを受信した旨を示すＡＣＫパケットをＳＴＡ１に返信する。

ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ内でこのようなＡＴＩＭパケットとＡＣＫパケットの交換が行なわれると、その後の区間においても、ＳＴＡ３はＳＴＡ２からの情報を受信するために受信機を動作させ、また、ＳＴＡ２はＳＴＡ１からの情報を受信するために受信機を動作させる。

送信情報を保持しているＳＴＡ１並びＳＴＡ２は、ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗの終了とともに、メディアがアイドルである最小時間に相当する分散フレーム間隔（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ：ＤＩＦＳ）だけ待機した後、ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。図１４に示した例では、ＳＴＡ２のタイマが先にＥｘｐｉｒｅしたため、ＳＴＡ２からＳＴＡ３宛てのデータ・フレームが先に伝送されている。そして、ＳＴＡ３は、ＳＩＦＳが経過した後に、データ・フレームを受信した旨を示すＡＣＫパケットをＳＴＡ２に返信する。

このデータ・フレーム伝送が終了した後、ＳＴＡ１は、ＤＩＦＳだけ待機した後、さらに再度ランダム時間にわたりメディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させ、タイマがＥｘｐｉｒｅするとＳＴＡ２宛てのデータ・フレームを送信する。そして、ＳＴＡ２は、ＳＩＦＳが経過した後に、データ・フレームを受信した旨を示すＡＣＫパケットをＳＴＡ１に返信する。

上記の手順において、ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ内でＡＴＩＭパケットを受信せず、且つ、誰宛てにも情報を保持していないＭＴは、次のＴＢＴＴまで送受信機の電源を落とし、消費電力を削減することができる。

続いて、メッシュ・ネットワークの動作について説明する。

例えば、各通信局が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ようにして、そのビーコンで他の通信局での通信状態などの高度な判断を行なう無線通信システムについて提案がなされているが（例えば、特許文献１を参照のこと）、同様の方法を用いてメッシュ・ネットワークを構成することができる。

図１５には、各通信局がビーコン信号の交換を通じて自律分散的に通信する無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。同図に示す例では、ネットワークに参画する通信局としてＳＴＡ１及びＳＴＡ２の２台が互いの通信可能範囲に存在し、各通信局は、各々のＴＢＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ）を設定し、定期的にビーコン信号を送信している。そして、各通信局は、隣接するＭＴの情報を抽出するため、必要に応じて他の通信局からのビーコン信号を定期的に受信している。

また、ここではＳＴＡ１が必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ・モードに入ることを想定しており、省電力モードのＭＴは、送受信機を動作させるＡｗａｋｅ状態と、送受信機の電源を落とすＤｏｚｅ状態とを行き来する（同上）。

図１６には、ＳＴＡ１からＳＴＡ０に対してデータ送信を行なう様子を例示している。同図の上段がＳＴＡ０とＳＴＡ１の間におけるパケットの送受信シーケンスを示し、同図の下段がデータ受信先であるＳＴＡ０の送受信機の動作状態を示している（レベル・ハイがＡｗａｋｅ状態を示し、レベル・ローがＤｏｚｅ状態を示す）。なお、送受信機のいずれもがＤｏｚｅ状態にあるときに通信局が省電力状態となり、送受信機のうちいずれかがＡｗａｋｅ状態にあるときは通信局が省電力状態にない時間帯である。

ＭＴは、ビーコンを送信した後、一定の時間帯からなる受信期間（Ｌｉｓｔｅｎ Ｐｅｒｉｏｄ）を設け、この期間は受信機を動作させておく。そして、ＭＴは、このＬｉｓｔｅｎ Ｐｅｒｉｏｄ内で自分宛てのトラフィックを受信しなかったときは、送受信器の電源を落として省電力状態に移行することができる。図１６に示した例では、ＳＴＡ０は、ビーコンＢ０−０を送信した後、しばらくの間受信機を動作させており、ＳＴＡ１がこの期間内にＳＴＡ０宛にパケットを送信したので、ＳＴＡ０はこれを受信することができる。

ビーコン信号には、ＴＩＭ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）と呼ばれる情報が掲載されている。ＴＩＭとは、現在この通信局が誰宛ての情報を有しているかの報知情報であり、ビーコン受信局はこのＴＩＭを参照することにより、自分が受信を行なわなければならないか否かを認識することができる。各ＭＴは、周辺ＭＴのビーコン信号を定期的に受信し、このＴＩＭを解析し、自分宛てにデータが存在しないことを確認すると受信機の電源を落としてスリープ状態に入るが、自分宛てにデータが存在することを確認すると、スリープ状態に入らず、当該データを受信する状態へと変遷する。

図１６では、ビーコンＢ１−１のＴＩＭにおいて、ＳＴＡ０がＳＴＡ１から呼び出されていた場合を例示している。該ビーコンを受信したＳＴＡ０は、呼び出しに応答するレスポンスを行なう（０）。さらに、レスポンスを受信したＳＴＡ１は、ＳＴＡ０が受信可能状態にあることを確認すると、ＳＴＡ０宛てのパケットを送信する（１）。これ受信したＳＴＡ０は、正常に受信されたことを確認した上で、ＡＣＫを送信する（２）。

上記に示したように、無線ＬＡＮシステムでは、幾つか異なる論理ネットワーク構成が有り得る。また、１つの物理的な通信局が論理的に複数のネットワークに同時に参加することが可能であり、二重役割を持つ通信局（デュアル・ロール・デバイス）として知られている。

図１７並びに図１８には、複数の異なる論理ネットワークで構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、１つの物理的な通信局が２つの論理ネットワークに対し二重役割を果たしている様子を示している。複数の異なる論理ネットワークが同一の周波数チャネルでオペレーションされることもある。

図１７に示す例では、ＳＴＡ−Ａが論理ネットワークＡを構成するとともに、ＳＴＡ−Ｄが論理ネットワークＤを構成している通信環境下で、物理的に１つの通信局ＳＴＡ−Ｃは、リンクＡ−Ｃを介してネットワークＡに参画する同時に、リンクＤ−Ｃを介してネットワークＤにも参画している。このとき、ネットワークＡ並びにネットワークＤはともにインフラストラクチャ・モードで動作し、ＳＴＡ−Ａ並びＳＴＡ−Ｄがともにアクセスポイントとして動作している場合も有り得る。

これに対し、図１８に示す例では、片方のネットワークＡがアドホック・モードで動作していたり、メッシュ・ネットワークのような自律分散ネットワークであったりする場合もある。この場合、二重役割を持つＳＴＡ−Ｃは、一方のネットワークＤでは、自らはＭＴとしてアクセスポイントであるＳＴＡ−Ｄと通信を行ないながら、他方のネットワークＡにおいては、自らＭＴ若しくはＭＰとして動作して各通信局ＳＴＡ−Ａ並びにＳＴＡ−Ｂとは直接通信をすることが可能である。

ここで、物理的には１つの通信局が二重役割を持つことのメリットについて、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワークなどの自律分散型ネットワークと、インフラストラクチャ・モード下のネットワークに同時に参加する場合を例にとって考察する。

図１８において、ＳＴＡ−Ｃは、ＳＴＡ−Ａ並びにＳＴＡ−Ｂと自律分散通信モードで相互に通信状態にあり、これら３台の通信局で対戦ゲームのようなアプリケーションを動作しているとする。このとき、ＳＴＡ−Ｃは、ＳＴＡ−Ａ並びにＳＴＡ−Ｂとの対戦ゲームを続行しながら、同時に、アクセスポイントに収容されてＭＴとして動作する機能しか備えていないパソコンのような機器に蓄積されている情報を基にゲームを制御するケースが想定される。このような場合、ＳＴＡ−Ｃは、ＳＴＡ−Ａ並びにＳＴＡ−Ｂと自律分散通信モードで通信状態を継続しながら、同時にインフラストラクチャ・モード下のアクセスポイントとしても動作してＭＴであるＳＴＡ−Ｄと通信を行ない、ＳＴＡ−Ｄから必要な情報を取得することが可能となる。図示の例のように、通信局が二重役割を持つことにより複数の論理ネットワークに同時に参加することができれば、多彩なネットワーク・サービスを提供できるようになることが期待される。

図１８に示した例では、二重役割を持つ通信局は、アドホック・モード下のネットワークとインフラストラクチャ・モード下のネットワークの両方に参入し、２つの論理的通信インターフェースを提供することができる。このような通信局は、異なる論理ネットワークに属する周辺通信局と通信することが可能であり便利ではあるが、複数の論理的通信インターフェースをすべてオン状態にしておく必要はなく、必要最低限の機能のみで動作させておくことが望まれている。特に、アクセスポイントとして動作すると、通信局は省電力モードで動作することができないことから、通信局の消費電力の問題が顕著となる。

ＷＯ２００４／０７１０２２

本発明の目的は、論理ネットワーク構成が相違する２以上の無線ネットワーク・システムに同時に参加して多重の役割を好適に果たすことができる、優れた通信装置及び通信方法、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、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワーク内で自律分散的に動作する通信局としての機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持ち、複数の論理ネットワークに同時に参加して多彩なネットワーク・サービスを提供することができる、優れた通信装置及び通信方法、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、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワーク内で自律分散的に動作する通信局としての機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持つとともに、必要な機能のみを適宜動作させて消費電力を節減することができる、優れた通信装置及び通信方法、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、
無線信号を送信する送信部と、
無線信号を受信する受信部と、
前記送信部及び受信部を用いて、複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する自律分散型の第１のネットワークにおいて端末局として動作させる端末局機能部と、
前記送信部及び受信部を用いて、インフラストラクチャ・モード下の第２のネットワークにおいてアクセスポイントとして動作させるアクセスポイント機能部と、
前記第２のネットワークに収容されている端末局との通信状況に応じて前記アクセスポイント機能部のオン／オフ状態を制御する状態制御部と、
を具備することを特徴とする通信装置である。

無線ネットワークを構成する方法として、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるインフラストラクチャ・モードのようにアクセスポイントが端末局ＭＴを収容して運営する方法と、すべての通信局がＭＴ又はＭＰとして対等で自律分散的にピア・ツウ・ピアで動作する方法が挙げられる。また、複数の異なる論理ネットワークで構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、ある１つの物理的な通信局が２つの論理ネットワークに対し二重役割を果たすことにより、複数の論理ネットワークに同時に参加して多彩なネットワーク・サービスを提供できるようになることが期待される。

ＩＥＥＥ８０２．１１などのネットワーキングでは、ＢＳＳ並びにＩＢＳＳのそれぞれにおいて省電力モードが規定されており、ＭＴとなる通信局は適当なタイミングでＤｏｚｅ状態に移行して装置の省電力化を図ることができる。ところが、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイントとしての機能がオン状態にある限りは、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてもスリープ状態に移行できず、装置の省電力化を図ることができなくなる。

これに対し、本発明に係る通信装置は、二重役割を持つ通信局として動作することができるが、アクセスポイントとしての機能を常時オン状態に保つのではなく、必要な機能のみを適宜動作させて消費電力を節減するようにしている。

例えば、当該通信局は、周囲にアクセスポイントと通信を行ないたい通信局が存在すると認識された場合にアクセスポイントの機能をオン状態にする。例えば、インフラストラクチャ・モードの端末局として動作している周辺通信局からプローブ要求フレームを受信することで、かかる認識を行なうことができる。また、当該通信局は、一定時間にわたりアクセスポイントとしての機能をオン状態にしていないことに起因して、アクセスポイントとしての機能をオン状態にする。また、当該通信局は、パケット受信待ち受け状態などにおいて、他通信局からアクセスポイントを探す信号を受信したことに応答して、アクセスポイントとしての機能をオン状態にする。このように、当該通信局、必要に応じてアクセスポイントとしての機能をオン状態にすることで、多彩なネットワーク・サービスを提供することができる。

一方、当該通信局は、アクセスポイント機能に基づいて定期的にビーコン信号の送信を行なっているにも拘わらず、一定時間にわたり当該アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったときには、アクセスポイント機能をオフ状態に移行させる。また、当該通信局は、アクセスポイント機能を用いて通信していた周辺通信局との通信状態が打ち切られてから一定時間が経過にわたり他通信局が当該アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったときには、アクセスポイント機能をオフ状態に移行させる。例えば、周辺通信局からディスアソシエーションを意図する信号を受信したことにより、通信状態が打ち切られたことを認識することができる。そして、当該通信局は、アクセスポイント機能がオフ状態のときには、ＭＴとしてスリープ状態に遷移することが可能となり、省電力化を実現することができる。

また、本発明の第２の側面は、無線信号を送受信する送受信部を備えた通信装置における通信動作を制御する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、前記コンピュータを、
前記送受信部を用いて、複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する自律分散型の第１のネットワークにおいて端末局として動作させる端末局機能手段と、
前記送受信部を用いて、インフラストラクチャ・モード下の第２のネットワークにおいてアクセスポイントとして動作させるアクセスポイント機能手段と、
前記第２のネットワークに収容されている端末局との通信状況に応じて前記アクセスポイント機能部のオン／オフ状態を制御する状態制御手段と、
として機能させるためのコンピュータ・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にインストールすることによって、コンピュータ上では協働的作用が発揮され、本発明の第１の側面に係る通信装置と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、論理ネットワーク構成が相違する２以上の無線ネットワーク・システムに同時に参加して多重の役割を好適に果たすことができる、優れた通信装置及び通信方法、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、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワーク内で自律分散的に動作する通信局としての機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持ち、複数の論理ネットワークに同時に参加して多彩なネットワーク・サービスを提供することができる、優れた通信装置及び通信方法、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、アドホック・ネットワーク又はメッシュ・ネットワーク内で自律分散的に動作する通信局としての機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持つとともに、必要な機能のみを適宜動作させて消費電力を節減することができる、優れた通信装置及び通信方法、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。

本発明に係る通信装置は、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてネットワークに参加すると同時に、アクセスポイントとしてインフラストラクチャ・モード下のネットワークを運営するという二重役割を持つが、必要に応じてアクセスポイント機能をオン状態にするが、逆に、不要であると判断されたときにはアクセスポイント機能をオフ状態に移行させるようにしている。これによって、多彩なネットワーク・サービスを提供しながら、省電力化を実現することができる。

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。

以下で説明する実施形態において想定している通信の伝搬路は無線であり、且つ、単一の伝送媒体（周波数チャネルによりリンクが分離されていない場合）を用いて、複数の機器間でネットワークを構築する場合としてある。但し、複数の周波数チャネルが伝送媒体として存在する場合であっても、同様のことが言える。また、同実施形態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、以下に説明する各通信局での処理は、基本的に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。

図１には、本発明の一実施形態に係る無線装置のハードウェア構成を模式的に示している。無線装置は、パーソナル・コンピュータなどの無線ＬＡＮカードを搭載した情報機器、あるいはデジタルカメラや音楽プレーヤなどのＣＥ機器である。

図示の無線装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１が、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３などのメモリ装置、周辺装置４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置５、無線ＬＡＮインターフェース６などの周辺装置とはバスを介して相互接続されている。また、ブリッジ装置を介して２本以上のバスが連結されている。

ＣＰＵ１は、ＲＯＭ２に格納された制御コードや、外部記憶装置５にインストールされているプログラム・コードをＲＡＭ３上にロードして実行することによって、周辺装置４を用いた装置動作（例えば、デジタルカメラにおける撮影や画像再生動作、音楽プレーヤにおけるプレイリスト表示や音楽再生動作）や、無線ＬＡＮインターフェース部６を用いた通信動作など、装置全体の動作を統括的に制御する。

図１に示した例では、無線ＬＡＮインターフェース部６はＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）層のフレームをバス経由でＲＡＭ３に渡し、ＣＰＵ１でＭＡＣ層の処理を行なうようになっている。但し、本発明の要旨は、図１に示したような無線装置の構成に限定されるものではなく、図２に示すような別の構成も考えられる。図２では、無線ＬＡＮインターフェース部６は、Ｉ／Ｏインターフェース７経由でバスに接続されている。無線ＬＡＮインターフェース部６とバスをつなぐＩ／Ｏインターフェース７は、ＭＳＩＯ（Ｍｅｍｏｒｙ Ｓｔｉｃｋ ＩＯ）、ＳＤＩＯ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ＩＯ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などが一般的である。無線インターフェース部６は、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）層の処理を行ない、ＩＥＥＥ８０２．３と等価なフレームをＩ／Ｏインターフェース７を通じてホストＣＰＵ１に送るようになっている。

図１及び図２に示したような情報機器は、無線インターフェース部６を装備することで、例えばアドホック・ネットワーク上で動作する端末局（Ｍｏｂｉｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＭＴ）、メッシュ・ネットワーク上で動作するメッシュ・ポイント（Ｍｅｓｈ Ｐｏｉｎｔ：ＭＰ）などの自律分散的に動作する通信局として機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持ち、２つの論理的通信インターフェースにより多彩なネットワーク・サービスを提供することができる。複数の異なる論理ネットワークが同一の周波数チャネルでオペレーションされることもある。また、図１及び図２に示したような情報機器はバッテリ（図示しない）から駆動電力が供給されるバッテリ駆動式を想定しており、当該バッテリを充電する充電器を備え、当該バッテリの出力端子電圧などからその残量を求めて充電器による充電オペレーションを制御するようにしてもよい。

図３には、無線インターフェース部６の内部構成例を示している。図示の無線インターフェース部６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端末局として動作し、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。また、無線インターフェース部６は、インフラストラクチャ・モード下のネットワークにおいてアクセスポイントとしても機能することができ、二重役割を持つ。

図示の通り、通信局としての無線インターフェース部６は、ホスト・インターフェース部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を備えている。

ホスト・インターフェース部１０１は、このＩ／Ｏインターフェース７に接続されるホスト機器（図１又は図２を参照のこと）との間で各種情報の交換を行なう。

データ・バッファ１０２は、ホスト・インターフェース部１０１経由で接続されるホスト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ホスト・インターフェース部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、所定の実行命令プログラムを実行することによって、通信局としての当該無線インターフェース部６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。

本実施形態では、中央制御部１０３は、自律分散的に動作する通信局として機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を実現し、２つの論理的通信インターフェースにより多彩なネットワーク・サービスを提供するための処理を実施する。

ビーコン生成部１０４は、近隣にある通信局との間で周期的に交換されるビーコン信号を生成する。無線インターフェース部６を備えた無線装置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隣接局からのビーコン受信位置などを規定する。これらのビーコン時刻情報は、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掲載して隣接する通信局に報知する。各通信局は、伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、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。

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、所定の時間に他局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、他の通信局宛てに信号を所定の周波数チャネル上で無線送信し、あるいは他の通信局から到来する信号を収集する。本実施形態では、送受信機で共用する単一のアンテナを備え、送受信を同時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、隣接局からのビーコン受信タイミング、隣接局とのデータ送受信タイミング、スキャン動作周期などを制御する。

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、隠れ端末を含む周辺通信局の存在などを解析する。例えば、ＴＢＴＴなどのビーコン信号から抽出される隣接局のビーコン・タイミング情報は周辺通信局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周辺通信局情報などを蓄えておく。

図１又は図２に情報機器は、アドホック・ネットワーク上で動作する端末局又はメッシュ・ネットワーク上で動作するメッシュ・ポイントなどの自律分散的に動作する通信局として機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持ち、２つの論理的通信インターフェースにより多彩なネットワーク・サービスを提供する通信局として動作する。また、複数の論理的通信インターフェースをすべてオン状態にしておく必要はなく、必要最低限の機能のみで動作させておくことにより、低消費電力化を図るようにしている。

図４には、かかる通信局の状態遷移を示している。但し、同図では、通信局は、図１８に示した通信システムにおいて、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−ＣとしてネットワークＡ及びネットワークＤの両方に参加することを想定している。以下では、物理的に１つの通信局ＳＴＡ−Ｃが、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてネットワークＡに参加すると同時に、アクセスポイントとしてインフラストラクチャ・モード下のネットワークＤを運営するための通信動作について、図４を参照しながら説明する。

二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アイドル状態（Ｓｔａｔｅ１）とパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）を変遷し、主にタイマ制御によりこれらの状態を行き来する（状態遷移矢印１、２）。どのようなイベントに基づいてタイマが制御されるかについては、後に詳解する。

例えば、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ＭＴとしてスリープ・モードで動作しているとし、始めはアイドル（Ｄｏｚｅ）状態（Ｓｔａｔｅ１）にいたが、ネットワークＡの通信局との通信状態に入るために、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に入る。ネットワークＡとネットワークＤは同一の周波数チャネルでオペレーションされており、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）では通信局ＳＴＡ−ＣはネットワークＡ及びネットワークＤの双方からのパケットの受信を待ち受けることになる。

通信局ＳＴＡ−Ｃは、タイマ制御により、ネットワークＡに宛ててビーコンを送信する時刻になると、ネットワークＡ向けのビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ２）を起動し、送信処理が終了するとパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へ戻る（状態遷移矢印３、４）。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＡの通信局に宛ててパケットを送信する要求が発生した場合には、ネットワークＡ向け出た送信処理（Ｓｔａｔｅ３）を起動し、送信処理が終了するとパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へ戻る（状態遷移矢印５、６）。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）において、他通信局からパケットを受信すると、受信パケットのヘッダ・チェック（Ｓｔａｔｅ５）を行なう。ここで、受信パケットがネットワークＡの通信局ＳＴＡ−Ａからのパケットであったときには、ネットワークＡからのパケット受信処理（Ｓ４）を施してパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に戻る（状態遷移矢印７、１０、９）。一方、受信パケットがネットワークＤの通信局ＳＴＡ−Ｄからのパケットであったときには、ネットワークＤからのパケット受信処理（Ｓｔａｔｅ６）を施してパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に戻る（状態遷移矢印７、１１、１２）。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、タイマ制御などにより、ネットワークＤに宛ててビーコンを送信する時刻が到来すると、ネットワークＤ向けのビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ８）を起動し、送信処理が終了するとパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へと戻る（状態遷移矢印１６、１５）。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤの通信局に宛ててパケットを送信する要求が発生したときには、ネットワークＤに向けたデータ送信処理（Ｓｔａｔｅ７）を起動し、送信処理が終了するとパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へと戻る（状態遷移矢印１３、１４）。

図５には、図４に示した状態遷移図中の状態Ｓ５において実施される受信パケットのヘッダ解析処理の手順をフローチャートの形式で示している。当該処理ルーチンは、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）において、いずれかの周辺通信局から何らかのパケットを受信する度に起動する。

二重役割を持つ通信局は、パケットを受信すると、アクセス制御処理を起動して、まず受信パケットの宛て先をチェックし、明示的に自分宛て若しくはブロードキャストやマルチキャストなどの不特定多数宛てであるか否かをチェックする（ステップＳ１）。

そして、受信パケットの宛て先が明示的に自分宛て若しくはブロードキャストやマルチキャストなどの不特定多数宛てであった場合には（ステップＳ１のＹｅｓ）、自分宛てのパケットであると判断し，次ステップへと進む。他方、自分宛てでないと判断した場合には（ステップＳ１のＮｏ）、この受信パケットの処理は行なわずに（ステップＳ５）、処理を終了する。

次いで、通信局は、受信パケットにエラーが生じたか否かを判断する（ステップＳ２）なお、このエラー判定は宛先のチェックや送信元のチェックなどと前後して行なわれる場合もある。受信パケットにエラーが発生したことが明らかになった場合も（ステップＳ２のＹｅｓ）、この受信パケットの処理は行なわずに（ステップＳ５）、処理を終了する。

受信パケットにエラーが発生していない場合には（ステップＳ２のＮｏ）、続いて、受信パケットの送信元が自分の属するどのネットワークに属しているかを判断する。

ここで、受信パケットの送信元がネットワークＡの送信局（すなわち、自局が端末局として参加している自律分散型のネットワーク内の他の端末局）であった場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、状態Ｓ４に移行して、当該パケットをネットワークＡで受信したパケットとして受信処理を行なう。

また、受信パケットの送信元がネットワークＤの送信局（すなわち、自局がアクセスポイントとして運営しているインフラストラクチャ・モード下のネットワークに収容されている端末局）であった場合には（ステップＳ４のＹｅｓ）、状態Ｓ６に移行して、当該パケットをネットワークＤで受信したパケットとして受信処理を行なう。

送信元がどちらのネットワークにも属さない場合には（ステップＳ４のＮｏ）、自局と通信状態にない通信局からの受信として送信元が不明のフレーム処理を行なう（ステップＳ６）。

上述したように、図１８に示した通信システムにおいて、通信局ＳＴＡ−Ｃは、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてネットワークＡに参加すると同時に、アクセスポイントとしてインフラストラクチャ・モード下のネットワークＤを運営する。ところで、ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＢＳＳ並びにＩＢＳＳのそれぞれにおいて省電力（ＰｏｗｅｒＳａｖｅ）モードが規定されている。ＭＴは、ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ終了時から次のビーコン送出時間ＴＢＴＴまでＤｏｚｅ状態になる。これに対し、ＡＰは、スリープ状態の各ＭＴがＡｗａｋｅするタイミングを一元的に管理するため、自らはスリープ状態に遷移することはできない。このため、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイントとしての機能がオン状態にある限りは、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてもスリープ状態に移行できず、装置の省電力化を図ることができなくなる。

そこで、本実施形態では、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイントとしての機能を常時オン状態に保つのではなく、必要な機能のみを適宜動作させて消費電力を節減するようにしている。

通信局ＳＴＡ−Ｃは、周囲にアクセスポイントと通信を行ないたい通信局（ＳＴＡ−ＤのようなＭＴ）が存在すると認識された場合にアクセスポイントの機能をオン状態にする。

例えば、通信局ＳＴＡ−Ｃは、一定時間にわたりアクセスポイントとしての機能をオン状態にしていないことに起因して、アクセスポイントとしての機能をオン状態にする。具体的には、定期的にアクセスポイントとして機能して、ビーコン・フレームを送信することで、ＳＴＡ−Ｄなどの周辺通信局はパッシブ・スキャンによりネットワークＤを発見することができる。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）において、他通信局からアクセスポイントを探す信号を受信したことに応答して、アクセスポイントとしての機能をオン状態にする。アクセスポイントを探す信号は、具体的には、アクティブ・スキャンを行なう周辺通信局から送信されるプローブ（Ｐｒｏｂｅ）要求信号である。隣接するネットワークＡとネットワークＤが同一の周波数チャネルでオペレーションしている場合、通信局ＳＴＡ−Ａは、ネットワークＡにおいてパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に入っていても、ネットワークＤからのＰｒｏｂｅ信号を受信することができる。

このように、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、必要に応じてアクセスポイントとしての機能をオン状態にすることで、多彩なネットワーク・サービスを提供することができる。

一方、通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能に基づいてネットワークＤ向けに定期的にビーコン信号の送信を行なっているにも拘らず、一定時間にわたり当該アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったときには、アクセスポイント機能をオフ状態に移行させるようにしている。また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能を用いて通信していた周辺通信局との通信状態が打ち切られてから一定時間が経過にわたり他通信局が当該アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったときには、アクセスポイント機能をオフ状態に移行させるようにしている。そして、通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能がオフ状態のときには、ＭＴとしてのみ機能しておりスリープ状態に遷移することが可能となり、省電力化を実現することができる。

二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃのアクセスポイント機能のオン／オフ制御について、図４に示した状態遷移図に則って説明する。

二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＡの通信局との通信状態に入るために、アイドル状態（Ｓｔａｔｅ１）からパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に移行した時点では、例えばアクセスポイント機能はオフ状態であるとする。通信局ＳＴＡ−Ｃは、自局のビーコン送信タイミングに合わせて定期的にアクセスポイント機能をオン状態にするとともにネットワークＤ向けのビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ８）を行なう。これによって、ＳＴＡ−Ｄなどの周辺通信局は、パッシブ・スキャンによりネットワークＤを発見することができる。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）において、ネットワークＤからのＰｒｏｂｅ信号を受信すると、受信パケットのヘッダ・チェック（Ｓｔａｔｅ５）を行ない、自局宛てのＰｒｏｂｅ信号であることを認識すると、アクセスポイントとしての機能をオン状態にする。

勿論、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アイドル状態（Ｓｔａｔｅ１）からパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に移行した時点でアクセスポイント機能をオン状態にし、その後のネットワークＤにおける挙動に応じてアクセスポイント機能をオフ状態にするようにしてもよい。

通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能をオン状態にして、ネットワークＡ及びネットワークＤの双方においてパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）であるとする。そして、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤ内の通信局によるパッシブ・スキャンを可能にするために、自局のビーコン送信周期毎にビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ８）を行なう。ところが、一定時間にわたり当該アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったとき、具体的には、ネットワークＤからのパケット受信処理（Ｓｔａｔｅ６）やネットワークＤ向けのデータ送信処理（Ｓｔａｔｅ７）を起動することが無かったときには、通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能をオフ状態にする。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤからパケットを受信すると、受信パケットのヘッダ・チェック（Ｓｔａｔｅ５）を経て、パケット受信処理（Ｓｔａｔｅ６）を行ない、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へと戻る。あるいは、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤの通信局に宛ててパケットを送信する要求が発生したときには、ネットワークＤに向けたデータ送信処理（Ｓｔａｔｅ７）を起動し、送信処理が終了するとパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）へと戻る。そして、最後にＳｔａｔｅ６又はＳｔａｔｅ７に移行してパケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）に復帰してから一定期間にわたってＳｔａｔｅ６又はＳｔａｔｅ７のいずれにも移行しなかったときには、通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能をオフ状態にする。

図６には、図１８に示した通信システムにおいて、通信局ＳＴＡ−Ｃが、自律分散型のＭＴ又はＭＰとしてネットワークＡに参加すると同時に、アクセスポイントとしてインフラストラクチャ・モード下のネットワークＤを運営する場合の通信シーケンス例を示している。図１８に示したように、ネットワークＡにはＳＴＡ−Ａが属していてＳＴＡ−Ｃとピア・ツウ・ピアで通信状態にある。また、ネットワークＤにはＳＴＡ−ＤがＭＴ（端末局）として属しており、アクセスポイント機能をオン状態にしたＳＴＡ−Ｃと通信状態にある。但し、ネットワークＡとネットワークＤは同一の周波数チャネルでオペレーションされているとする。

通信局ＳＴＡ−Ａは、定期的にビーコンを送信している。図６に示す通信シーケンス例ではＳＴＡ−Ａは、時刻Ｔ２並びにＴ５にて、ネットワークＡ宛てにビーコンを送信している。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃも、定期的にビーコンを送信している。図６に示す通信シーケンス例では、通信局ＳＴＡ−Ｃは、時刻Ｔ３並びにＴ６にて、ネットワークＡ宛てにビーコンを送信するとともに、さらに時刻Ｔ１並びにＴ４にてネットワークＤ宛てにビーコンを送信している。

このとき、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤにおいてアクセスポイントとして動作しているため、省電力動作に入ることができず、フレームを送信していないときは常に受信機をオン状態にしている必要がある。

また、図７の上段には、図６に示した状態から、通信局ＳＴＡ−Ｃがアクセスポイント機能をオフ状態にしてネットワークＤを非動作状態にしたときの通信シーケンス例を示している。

通信局ＳＴＡ−Ａは、定期的にビーコンを送信している。図７に示す例では、時刻Ｔ２並びにＴ５にて、ネットワークＡ宛てにビーコンを送信している。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃも、定期的にビーコンを送信している。図７に示す例では、時刻Ｔ３並びにＴ６にて、ネットワークＡ宛てのビーコンのみを送信している。

図７の下段には、上述したような通信状況において、通信局ＳＴＡ−Ｃがとり得るアクティビティを示している。図１６などで既に示した通り、通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＡにて通信状態にある通信局ＳＴＡ−Ａのビーコン送信時刻に、送受信機をアクティブ（Ａｗａｋｅ）状態へと遷移させ、ビーコンを受信した後、自局宛てのトラヒックが存在しないと判断すると再びアイドル（Ｄｏｚｅ）状態へと遷移させる。ここで示した通信シーケンス例では、ＳＴＡ−ＣはＳＴＡ−Ａのビーコン信号を毎回受信しているが、省電力化を促進するために、数回に１度だけ受信するといった場合もある。以下では説明の簡略化のため、通信局は隣接局のビーコンを毎回受信する場合を例にとって説明するが、必ずしもそのような動作をする必要はない。

また、通信局ＳＴＡ−Ｃは、自局のビーコン送信時刻に先立ち、送受信機をアクティブ状態へ遷移させる。そして、ビーコンを送信した後、Ｌｉｓｔｅｎ Ｐｅｒｉｏｄの間は受信機をアクティブ状態にしておくが、この間に何も受信されないと再びアイドル状態へと遷移させる。

このように、図７に示した通信シーケンス例では、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃはアクセスポイントの機能をオフ状態にしているので、不要な時間帯においては受信機をオフ状態にして、低消費電力化に努めることが可能となる。

図７に示した通信シーケンス例では、ネットワークＡが自律分散ネットワークのモードで動作していることを想定しており、ネットワークＡに属する各通信局ＳＴＡ−Ａ、ＳＴＡ−Ｃがそれぞれ定期的にビーコンを送信している。勿論、ネットワークＡがアドホック・モードで動作している場合であっても、基本的には同様のことが言える。但し、ネットワークＡがアドホック・モードで動作している場合、ＳＴＡ−ＡとＳＴＡ−Ｃが双方とも定期的にビーコンを送信するのではなく、定期的にどちらか一方のみがビーコンを送信するという違いがある。

二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤでアクセスポイントとして動作するときにはネットワークＤ宛てのビーコンを定期的に送信する。これに対し、ネットワークＤでアクセスポイントとして動作しないときには、ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤ宛てのビーコンを定期的に送信せず，省電力モードで動作することが可能である（同上）。以下では、便宜上、通信局ＳＴＡ−Ｃが自律分散ネットワークのモードとインフラストラクチャ・モードの各々で動作する場合を例にとって説明するが、ＳＴＡ−Ｃがアドホック・モードとインフラストラクチャ・モードの二重役割で動作する場合でも全く同じことを適用することが可能であることを十分理解されたい。

二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃが、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供していない状態から、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態に移行する契機は、時間の経過である。通信局ＳＴＡ−Ｃは、内部のタイマ機能を用いてアクセスポイントとしての機能をどれだけ連続的に提供していないかを管理している。そして、この時間が一定時間を超えると、周辺にＳＴＡ−ＤのようなＭＴが現れたかもしれないので、アクセスポイントとしての機能の提供を開始することを決定する。アクセスポイントとしての機能の提供を開始した後は、図６に示したように、ネットワークＡにおける周期的なビーコン信号の送受信動作に加えて、ネットワークＤに宛てたビーコン信号も定期的に送信を行なう。

その後、アクセスポイント機能を提供する通信局ＳＴＡ−Ｃは、再度、アクセスポイント機能の提供を終了することもあるが、かかる状態の遷移については後に詳解する。

図８には、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供していない状態から、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態に移行する通信シーケンス例を示している。また、図８の下段には、通信局ＳＴＡ−Ｃが提供している機能の時間的な変化を示している。

通信局ＳＴＡ−Ｃは、当初、自律分散型のネットワークＡにおけるメッシュ・ポイントの機能のみを提供しており、時刻Ｔ２でＳＴＡ−Ａのビーコンを受信し時刻Ｔ３で自局のビーコンを送信している。

このとき、ＳＴＡ−Ｄは、ＭＴ（端末局）として動作することを欲し、所望のアクセスポイントを探しており、周辺にアクセスポイントが存在しないかを探索する目的で送信されるプローブ要求フレームを不特定多数の通信局に宛てて送信する。ＳＴＡ−Ｃは、このプローブ要求フレームを受信することで、周辺にＭＴとして接続したい通信局があることを認識すると、アクセスポイントとしての機能の提供を開始する。このとき、ＳＴＡ−Ｃは、ＳＴＡ−Ｄに対してプローブ応答フレームして（図８では記載を省略する）、アクセスポイントが存在することを明示的にＳＴＡ−Ｄに示す場合もある。その後、ＳＴＡ−ＤとＳＴＡ−Ｃは、アソシエーションを行なってから、インフラモード下のネットワークＤは通信状態へ移行する。但し、アソシエーションの手順は当業界において周知なので、ここでは詳細な説明を省略する。

このようにして、二重役割を持つ通信局ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイントとしての機能も提供することになったことから、以降はネットワークＤに宛ててビーコン信号の定期的送信を開始するようになる（すなわち、図４に示した状態遷移図において、ＳＴＡ−Ｃは、内部のタイマ制御により、パケット受信待ち受け状態（Ｓｔａｔｅ９）から、定期的にネットワークＤ向けビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ８）を起動する）。時刻Ｔ４にＳＴＡ−Ｃから送信されているビーコンは、ネットワークＤに宛てたビーコン信号である。ＳＴＡ−Ｄは、ＳＴＡ−Ｃからのビーコンを受信することで、アクセスポイントとして動作するＳＴＡ−Ｃが存在することを確認することができる。

その後は、図６で示したのと同様の通信シーケンスが実施される。すなわち、時刻Ｔ５でＳＴＡ−ＡがネットワークＡ宛てにビーコンが送信し、ＳＴＡ−Ｃも時刻Ｔ６にてネットワークＡ宛てのビーコンが送信する（ネットワークＡ向けビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ２）の起動）。さらに、ＳＴＡ−Ｃは、時刻Ｔ７では、ネットワークＤ宛てにもビーコン信号を送信する（ネットワークＡ向けビーコン送信処理（Ｓｔａｔｅ８）の起動）。

図９には、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態から、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を取り下げている状態に移行する通信シーケンス例を示している。また、図９の下段には、通信局ＳＴＡ−Ｃが提供している機能の時間的な変化を示している。

ＳＴＡ−Ｃは、当初、ネットワークＡにおけるメッシュ・ポイントの機能とネットワークＤにおけるアクセスポイントの機能をともに提供している。すなわち、ＳＴＡ−Ｃは、時刻Ｔ１でネットワークＤ宛てにビーコンを送信し、時刻Ｔ２並びにＴ５でＳＴＡ−Ａ（ネットワークＡに属する)からビーコンを受信するとともに時刻Ｔ３並びにＴ６でネットワークＡ宛てにビーコンを送信している。

このとき、ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイントとしての機能に基づき定期的なビーコン信号の送信を行なっているにも拘わらず、一定時間にわたりネットワークＤ経由で他通信局と通信状態に入っていない状態であると仮定する。ＳＴＡ−Ｃは、ネットワークＤを介していずれの通信局とも通信状態に入っていない状態が一定時間経過したことをきっかけにして、アクセスポイントとしての機能提供を終了することを決定する。なお、アクセスポイントとしての機能は、本来、次にネットワークＤに対してビーコンを送信するべきであった時刻Ｔ４までは提供を続け、時刻Ｔ４でビーコン送信を行なわずに、その後にアクセスポイント機能を停止させる。時刻Ｔ４以降は、図７で示したような通信状態へと変遷する。ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能がオフ状態のときには、ＭＴとしてスリープ状態に遷移することが可能となり、省電力化を実現することができる。

なお、ＳＴＡ−Ｃは、時刻Ｔ４までの間に他通信局がネットワークＤを介して通信状態に入ることを示すような信号（例えば、プローブ要求フレーム）を受信した場合には、アクセスポイントとしての機能を継続的に提供するよう、処理を変更する。

図１０には、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態から、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を取り下げている状態に移行するための他の通信シーケンス例を示している。また、図１０の下段には、通信局ＳＴＡ−Ｃが提供している機能の時間的な変化を示している。

ＳＴＡ−Ｃは、当初、ネットワークＡにおけるメッシュ・ポイントの機能とネットワークＤにおけるアクセスポイントの機能をともに提供しており、時刻Ｔ１でネットワークＤ宛てにビーコンを送信し、時刻Ｔ２並びにＴ５でＳＴＡ−Ａ（ネットワークＡに属する）のビーコンを受信するとともに時刻Ｔ３並びにＴ６でネットワークＡ宛てにビーコンを送信している。

このとき、ＳＴＡ−Ｃは、インフラストラクチャ・モード下のネットワークＤにおいて唯一通信状態にあったＳＴＡ−Ｄからディスアソシエーション（アソシエーション打ち切り：同図中ではＤｉｓａｓｓと表記する）を意図するメッセージを受信したことで、ＳＴＡ−Ｄが明示的に通信状態を解除したことになる。

ＳＴＡ−Ｃは、Ｄｉｓａｓｓメッセージの受信により、ネットワークＤを介していずれの通信局とも通信状態になくなったことから、これを契機にタイマを起動する。そして、ＳＴＡ−Ｃは、このタイマが満了した時点で、アクセスポイントとしての機能を停止させる。

ＳＴＡ−Ｃがアクセスポイント機能を停止させた以降は、図７に示したような通信状態へと移行する。ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能がオフ状態のときには、ＭＴとしてスリープ状態に遷移することが可能となり、省電力化を実現することができる。

なお、ＳＴＡ−Ｃは、アクセスポイント機能を実際に停止するまでの間に、ネットワークＤを介して他通信局が通信状態に入ることを示すような信号（例えば、プローブ要求フレーム）を受信した場合には、アクセスポイントとしての機能を継続的に提供するよう、処理を変更する。

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、ＩＥＥＥ８０２．１１のような無線ＬＡＮシステムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。幾つか異なる論理ネットワーク構成からなるさまざまなタイプの無線通信環境に対しても、本発明を同様に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、特許請求の範囲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装置のハードウェア構成を模式的に示した図である。 図２は、本発明の他の実施形態に係る無線装置のハードウェア構成を模式的に示した図である。 図３は、無線インターフェース部６の内部構成例を示した図である。 図４は、自律分散的に動作する通信局として機能と、インフラストラクチャ・モード下のネットワーク内でアクセスポイントとしての機能の二重役割を持つ通信局の状態遷移図である。 図５は、図４に示した状態遷移図中の状態Ｓ５において実施される受信パケットのヘッダ解析処理の手順を示したフローチャートである。 図６は、自律分散型のネットワークとインフラストラクチャ・モード下のネットワークが隣接する際の、各ネットワークに参加している各通信局が行なう通信シーケンス例を示した図である。 図７は、図６に示した状態から、通信局ＳＴＡ−Ｃがアクセスポイント機能をオフ状態にしてネットワークＤを非動作状態にしたときの通信シーケンス例を示した図である。 図８は、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供していない状態から、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態に移行する通信シーケンス例を示した図である。 図９は、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態から、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を取り下げている状態に移行する通信シーケンス例を示した図である。 図１０は、通信局ＳＴＡ−Ｃが、図６に示したようにアクセスポイントとしての機能を提供する状態から、図７に示したようにアクセスポイントとしての機能を取り下げている状態に移行するための他の通信シーケンス例を示した図である。 図１１は、インフラストラクチャ・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作例を示した図である。 図１２は、ＭＴとして動作する通信局の省電力動作を説明するための状態遷移図である。 図１３は、アドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作例を示した図である。 図１４は、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の３台のＭＴがＩＢＳＳ内に存在している場合の動作例を示した図である。 図１５は、各通信局がビーコン信号の交換を通じて自律分散的に通信する無線通信システムにおける通信シーケンス例を示した図である。 図１６は、ＳＴＡ１からＳＴＡ０に対してデータ送信を行なう様子と、データ受信先であるＳＴＡ０の送受信機の動作状態を示した図である。 図１７は、複数の異なる論理ネットワークで構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、１つの物理的な通信局が２つの論理ネットワークに対し二重役割を果たしている様子を示した図である。 図１８は、複数の異なる論理ネットワークで構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、１つの物理的な通信局が２つの論理ネットワークに対し二重役割を果たしている様子を示した図である。

符号の説明

１…ＣＰＵ
２…ＲＯＭ
３…ＲＡＭ
４…周辺装置
５…外部記憶装置
６…無線ＬＡＮインターフェース部
７…Ｉ／Ｏインターフェース
１０１…ホスト・インターフェース部
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 (8)

1. 無線信号を送信する送信部と、
   無線信号を受信する受信部と、
   前記送信部及び受信部を用いて、複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する自律分散型の第１のネットワークにおいて端末局として動作させる端末局機能部と、
   前記送信部及び受信部を用いて、インフラストラクチャ・モード下の第２のネットワークにおいてアクセスポイントとして動作させるアクセスポイント機能部と、
   前記第１のネットワーク及び前記第２のネットワークの両方に参加している際に、前記第２のネットワークに収容されている端末局との通信状況に応じて前記アクセスポイント機能部のオン／オフ状態を制御する状態制御部と、
   を具備し、
   前記アクセスポイント機能部は、オン状態において、前記第２のネットワーク宛てに周期的にビーコン信号を送信し、
   前記状態制御部は、一定時間にわたり前記アクセスポイント機能部を用いた通信状態に入らなかったときに、前記アクセスポイント機能部をオフ状態に移行させる、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記状態制御部は、前記第２のネットワーク内においてアクセスポイントと通信を行ないたい端末局が存在すると認識された場合に前記アクセスポイント機能部をオン状態にする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記状態制御部は、一定時間にわたり前記アクセスポイント機能部をオン状態にしていないことに起因して、前記アクセスポイント機能部をオン状態にする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記状態制御部は、前記第２のネットワーク内の端末局からアクセスポイントを探す信号を受信したことに応答して、前記アクセスポイント機能部をオン状態にする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記状態制御部は、前記アクセスポイント機能部を用いて通信していた前記第２のネットワーク内の端末局との通信状態が打ち切られてから一定時間が経過にわたり前記アクセスポイント機能部を用いた通信状態に入らなかったときに、前記アクセスポイント機能部をオフ状態に移行させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
6. 前記アクセスポイント機能部のオフ状態において、前記第１のネットワークにおける通信のアクティビティに応じて前記送信部又は前記受信部の省電力動作を制御する省電力制御部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
7. 複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する自律分散型の第１のネットワークにおいて端末局として動作する端末局機能ステップと、
   インフラストラクチャ・モード下の第２のネットワークにおいてアクセスポイントとして動作するアクセスポイント機能ステップと、
   前記第１のネットワーク及び前記第２のネットワークの両方に参加している際に、前記第２のネットワークに収容されている端末局との通信状況に応じて前記アクセスポイント機能ステップの起動を制御する状態制御ステップと、
   を有し、
   前記アクセスポイント機能ステップでは、アクセスポイント機能のオン状態において、前記第２のネットワーク宛てに周期的にビーコン信号を送信し、
   前記状態制御ステップは、一定時間にわたり前記アクセスポイント機能を用いた通信状態に入らなかったときに、前記アクセスポイント機能をオフ状態に移行させる、
   ことを特徴とする通信方法。
8. 無線信号を送受信する送受信部を備えた通信装置における通信動作を制御する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、前記コンピュータを、
   前記送受信部を用いて、複数の通信局がピア・ツウ・ピアで接続する自律分散型の第１のネットワークにおいて端末局として動作させる端末局機能手段、
   前記送受信部を用いて、インフラストラクチャ・モード下の第２のネットワークにおいてアクセスポイントとして動作させるアクセスポイント機能手段、
   前記第１のネットワーク及び前記第２のネットワークの両方に参加している際に、前記第２のネットワークに収容されている端末局との通信状況に応じて前記アクセスポイント機能部のオン／オフ状態を制御する状態制御手段、
   として機能させ、
   前記アクセスポイント機能部は、オン状態において、前記第２のネットワーク宛てに周期的にビーコン信号を送信し、
   前記状態制御部は、一定時間にわたり前記アクセスポイント機能部を用いた通信状態に入らなかったときに、前記アクセスポイント機能部をオフ状態に移行させる、
   ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
   

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