JP4930178B2 - 無線通信装置、プログラム、無線通信方法および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、プログラム、無線通信方法および無線通信システムに関する。

近日、ＷｉＭｅｄｉａ Ａｌｌｉａｎｃｅは、自律分散型のメディアアクセス制御に関するＷｉＭｅｄｉａ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＷｉＭｅｄｉａ ＭＡＣ）規格の仕様を策定した。かかる規格においては、ネットワークを構成する全ての無線通信装置が所定のビーコンを交換し合い、自律分散的な制御でアドホックなネットワークを構成する技術が開示されている。

具体的には、所定の時間間隔（６５５３６μｓ）でスーパーフレーム周期が設定され、スーパーフレームの先頭に設けられたビーコン期間において各無線通信装置がビーコンを送信してネットワークを運営することができる。

また、上記ビーコン期間には複数のビーコンスロットが用意され、各無線通信装置は、各々異なるビーコンスロットにおいてビーコンを送信し、自己がビーコン期間においてビーコンを送信していない間は他の無線通信装置から送信されたビーコンを受信する。

したがって、各無線通信装置は自己がビーコンを送信している間は他の無線通信装置から送信されたビーコンを受信しないため、複数の無線通信装置が同一のビーコンスロットにおいてビーコンを送信していても、複数の無線通信装置の各々はビーコンスロットが競合していることを検出することができない。

また、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣ規格における無線通信装置は、あるビーコンスロットで受信したビーコンを正しく復号できなかった場合、該ビーコンスロットでビーコンの受信があったことを自己が送信するビーコンに記載し、該ビーコンスロットのデバイスアドレスとしてブロードキャストアドレスを記載することができる。つまり、当該無線通信装置は、あるビーコンスロットで受信したビーコンに含まれるヘッダーチェックシーケンス（ＨＣＳ）を正しく復号できなかった場合、該ビーコンスロットのデバイスアドレスとしてブロードキャストアドレスを記載し、ビーコンスロット利用の競合を通知することができる。しかし、複数の無線通信装置の周囲の無線通信装置は、最も受信強度が強かったビーコンのみを復号する場合が多く、複数の無線通信装置のビーコンスロットの競合を通知することは困難であった。このように複数の無線通信装置が同一のビーコンスロットを利用する状態は、各無線通信装置が移動することにより生じ得る。

かかる事情に鑑みて、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣ規格においては、無線通信装置が自己のビーコンスロットにおけるビーコンの送信を数秒に１回だけスキップし、自己のビーコンスロットを他の無線通信装置が利用しているか否かを把握する競合検出方法が記載されている。

また、特許文献１には、複数の無線通信装置によるビーコンの送信のタイミングが重なることを防ぐため、事前にジッタを含んだタイミングでビーコンの送信の開始を毎回ずらす方法が開示されている。

特表２０００−５１７１３２号公報

しかし、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣ規格に記載されている競合回避方法では、複数の無線通信装置のビーコンをスキップするタイミングが重なってしまうと、互いにビーコンスロットの競合を検出することができない。特に、同一のアルゴリズムで動作する複数の無線通信装置が、起動時期が同じで、固定的なビーコンスキップの周期を設定した場合、互いにビーコンスロットの競合を検出することができないという問題があった。

また、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣ規格におけるビーコンスロットの時間幅は狭いため、特許文献１記載の方法のように、同一のビーコンスロット内でビーコン送信のタイミングをずらすことは困難であった。また、各無線通信装置が利用するビーコンスロット自体を毎回変更するとすれば、ネットワークを構成する無線通信装置の数によってはビーコンスロットの競合が一層頻発し、ネットワークにおける情報交換の信頼性が著しく低下することが予想される。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ビーコンスロットの競合を容易に検出することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、プログラム、無線通信方法および無線通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置であって、所定のスーパーフレーム周期で、スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と、スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と、スキップ間隔生成部により生成されたスキップ間隔で通信部からの特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と、送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と、を備えることを特徴とする無線通信装置が提供される。

かかる構成においては、スキップ間隔生成部がスーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成し、通信部は、送信制御部の制御に基づいてスキップ間隔生成部により生成されたスキップ間隔で特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止し、受信制御部の制御に基づいてスキップ間隔生成部により生成されたスキップ間隔で特定のスロットにおいて他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行なう。ここで、上記スキップ間隔はスキップ間隔生成部により不規則に生成されるため、周囲の無線通信装置とスキップ間隔が一致する場合は少ない。したがって、複数の無線通信装置が同一のスロットをビーコン送信に利用している場合であっても、各無線通信装置が異なるタイミングでビーコン送信をスキップして他の無線通信装置から送信されたビーコンを受信し、ビーコン送信に利用するスロットが競合していることを検出することができる。

当該無線通信装置は、ビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで通信部が他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部をさらに備えてもよい。ここで、通信部がビーコンの送信を一時停止した特定のスロットにおいて他の無線通信装置からビーコンを受信したことは、特定のスロットをビーコン送信に利用する無線通信装置が競合していることと等価である。したがって、通信部がビーコンの送信を一時停止した特定のスロットにおいて他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、ビーコン送信に利用するスロットをスロット設定部が変更設定することにより、ビーコン送信に利用するスロットの競合を回避し、当該無線通信システムにおける情報交換の信頼性を向上させることができる。

スキップ間隔生成部は、無線通信システムにおける無線通信装置の無線通信の予約状況に応じた第１の間隔と第２の間隔との間でスキップ間隔を生成してもよい。ここで、ビーコンは、無線通信装置が無線通信に利用する時間帯を予約する情報を含む。したがって、無線通信装置が多くの時間帯を無線通信のために予約している場合にビーコンが頻繁に停止されると通信に悪影響を及ぼしかねない。そこで、上記のようにスキップ間隔生成部が無線通信装置の無線通信の予約状況に応じた第１の間隔と第２の間隔との間でスキップ間隔を生成することにより、無線通信システムにおける無線通信の安定性を担保しつつ、ビーコン送信に利用するスロットの競合を検出することができる。

通信部は、ビーコンを特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを他の無線通信装置から受信し、当該無線通信装置は、ビーコンに含まれる送信装置情報が他の無線通信装置を示す場合、通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部をさらに備えてもよい。通信部が、当該無線通信装置の利用する特定のスロットでビーコンを送信している無線通信装置が他の無線通信装置であることを示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信したことは、該特定のスロットの利用が他の無線通信装置と競合していることと等価である。したがって、通信部が特定のスロットでビーコンを送信している無線通信装置が他の無線通信装置であることを示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信した場合、ビーコン送信に利用するスロットをスロット設定部が変更設定することにより、ビーコン送信に利用するスロットの競合を回避し、当該無線通信システムにおける情報交換の信頼性を向上させることができる。

通信部は、特定のスロットでビーコンを送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信し、スキップ間隔生成部は、ビーコンに含まれる送信装置情報がブロードキャストアドレスを示す場合、次のスーパーフレーム周期において通信部からのビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成してもよい。ここで、通信部がブロードキャストアドレスを示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信したことは、例えば該特定のスロットの利用が他の無線通信装置と競合していること、または周囲の無線通信装置における自己が送信したビーコンの復号が失敗したことと等価である。したがって、通信部がブロードキャストアドレスを示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信した場合、スキップ間隔生成部が次のスーパーフレーム周期において通信部からのビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成し、次のスーパーフレーム周期の特定のスロットにおいて通信部にビーコンを受信させ、特定のスロットの利用が競合しているか否かを検出することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置であって、所定のスーパーフレーム周期で、スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と、スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と、スキップ間隔生成部により生成されたスキップ間隔で通信部からの特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と、送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と、を備える無線通信装置として機能させるためのプログラムが提供される。

かかるプログラムは、例えばＣＰＵ、ＲＯＭまたはＲＡＭなどを含むコンピュータのハードウェア資源に、上記のような通信部、スキップ間隔生成部および送信制御部などの機能を実行させることができる。すなわち、当該プログラムを用いるコンピュータを、上述の無線通信装置として機能させることが可能である。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置において実行される無線通信方法であって、所定のスーパーフレーム周期で、スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信するステップと、スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するステップと、スキップ間隔で特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止するステップと、ビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで他の無線通信装置から送信されたビーコンを受信するステップと、を含むことを特徴とする無線通信方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の無線通信装置が自立分散的に通信を行う無線通信システムであって、各無線通信装置は、所定のスーパーフレーム周期で、スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と、スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と、スキップ間隔生成部により生成されたスキップ間隔で通信部からの特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と、送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と、ビーコンの送信が一時停止された特定のスロットで通信部が他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部と、を備えることを特徴とする無線通信システムが提供される。

ここで、通信部がビーコンの送信を一時停止した特定のスロットにおいて他の無線通信装置からビーコンを受信したことは、特定のスロットをビーコン送信に利用する無線通信装置が競合していることと等価である。したがって、通信部がビーコンの送信を一時停止した特定のスロットにおいて他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、ビーコン送信に利用するスロットをスロット設定部が変更設定することにより、ビーコン送信に利用するスロットの競合を回避し、当該無線通信システムにおける情報交換の信頼性を向上させることができる。

以上説明したように本発明にかかる無線通信装置、プログラム、無線通信方法および無線通信システムによれば、ビーコンスロットの競合を容易に検出することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下の順序に従って「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
〔１〕本実施形態にかかる無線通信システム１の概要
〔２〕本実施形態にかかる無線通信装置１０の構成
〔３〕本実施形態にかかる無線通信方法
〔４〕まとめ

〔１〕本実施形態にかかる無線通信システム１の概要
まず、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信システム１について、図１〜図７を参照して説明する。

図１は、自律分散型の無線通信システム１の構成例を示した説明図である。図１に示したように、無線通信システム１は、無線通信装置１０Ａ〜１０Ｇを含み、点線で示した領域は各無線通信装置１０が通信を行うことが可能な電波到達範囲１２Ａ〜１２Ｇを示す。

かかる無線通信システム１においては、無線通信装置１０Ａは、その電波到達範囲１２Ａに含まれる無線通信装置１０Ｂと通信が可能である。無線通信装置１０Ｂは、その電波到達範囲１２Ｂに含まれる無線通信装置１０Ａと無線通信装置１０Ｃとの間で通信が可能である。同様に、無線通信装置１０Ｃは、無線通信装置１０Ｂと無線通信装置１０Ｄと無線通信装置１０Ｆと無線通信装置１０Ｇとの間で通信が可能である。また、無線通信装置１０Ｄは、無線通信装置１０Ｃと無線通信装置１０Ｅと無線通信装置１０Ｆとの間で通信が可能である。また、無線通信装置１０Ｅは、無線通信装置１０Ｄとの間で通信が可能である。また、無線通信装置１０Ｆは、無線通信装置１０Ｃと無線通信装置１０Ｄと無線通信装置１０Ｇとの間で通信が可能である。また、無線通信装置１０Ｇは、無線通信装置Ｃと無線通信装置Ｆとの間で通信が可能である。このように、無線通信装置１０Ａ〜１０Ｇが、それぞれの電波到達範囲１２Ａ〜１２Ｇに含まれる通信装置との間で通信を行い、無線通信システム１として一の無線ネットワークを形成する。

なお、以下では無線通信装置１０Ａ〜１０Ｇを特に区別する必要が無い場合は単に無線通信装置１０と、電波到達範囲１２Ａ〜１２Ｇを特に区別する必要が無い場合は単に電波到達範囲１２として示す。

また、図１においては、ビーコンスロット２を利用する無線通信装置１０Ａおよび無線通信装置１０Ｆを色を付した丸印で示し、ビーコンスロット３を利用する無線通信装置１０Ｂを縦線を付した丸印で示し、ビーコンスロット４を利用する無線通信装置１０Ｃを横線を付した丸印で示し、ビーコンスロット５を利用する無線通信装置１０Ｄを網模様を付した丸印で示し、ビーコンスロット６を利用する無線通信装置１０Ｅおよび無線通信装置１０Ｇを斜め線を付した丸印で示している。

また、無線通信装置１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、家庭用ゲーム機器、携帯用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。

以上、自律分散型の無線通信システム１の構成例を説明した。続いて、無線通信システム１における時分割制御のためのスーパーフレームについて図２を参照して説明する。

図２は、スーパーフレームの構成例を示した説明図である。スーパーフレーム周期は、所定の時間（例えば、約６５．５ｍｓ）により定義され、２５６個のメディアアクセススロット（ＭＡＳ；Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｌｏｔ）に細分化されている。一の無線通信システム１を構成する無線通信装置１０Ａ〜１０Ｇは、該スーパーフレーム周期を所定周期のフレームとして共有し、上記細分化されたＭＡＳを単位としてメッセージの転送が行われる。

さらに、スーパーフレームの先頭には、ビーコン（ビーコン信号）により管理情報の送受信を行うための管理領域としてのビーコン期間（ＢＰ）があり、所定の間隔をおいてビーコンスロット（ＢＳ）が配置されている。また、無線通信装置１０毎に、固有のビーコンスロットが設定され、周囲の無線通信装置１０との間で、ネットワークの管理やアクセス制御を行うためのパラメータが交換される。図２においては、ビーコン周期として、ＢＳ０〜ＢＳ８の９個のビーコンスロットが設定されている例を示した。なお、ビーコン周期として設定されていない期間は、通常、データ伝送領域として利用される。

図３は、無線通信装置１０Ａ〜１０Ｇが設定する自己のビーコンスロット位置を示した概念図である。ここでは、一の無線通信システム１を構成する各無線通信装置１０が、利用されていないビーコンスロットを通知しあうことで、自己の利用するビーコンスロットを選定した様子が示している。

この例では、無線通信装置１０Ａはビーコンスロット２で自己のビーコンを送信し、無線通信装置１０Ｂはビーコンスロット３で自己のビーコンを送信する。同様に、無線通信装置１０Ｃはビーコンスロット４で自己のビーコンを送信し、無線通信装置１０Ｄはビーコンスロット５で自己のビーコンを送信する。無線通信装置１０Ｅはビーコンスロット６で自己のビーコンを送信する。

さらに、無線通信装置１０Ｆはビーコンスロット２で自己のビーコンを送信し、無線通信装置１０Ｇはビーコンスロット６で自己のビーコンを送信する。なお、当該無線通信システム１に新規参入する無線通信装置１０Ｈなどの為に、必要に応じてビーコンスロット０、ビーコンスロット１、ビーコンスロット７及びビーコンスロット８が確保されている。通常、自己のビーコンスロットの後方に所定数の空きビーコンスロットが設けられている。これらの空きビーコンスロットは、無線通信装置１０の新規参入に備えて準備されているものである。また、各無線通信装置１０のビーコン期間は、周囲に存在する無線通信装置１０のビーコンに応じて、適宜、拡張することが可能な構成となっている。

このように、図３に示した例では、ビーコンスロット２を無線通信装置１０Ａと無線通信装置１０Ｆとが重複して利用し、ビーコンスロット６を無線通信装置１０Ｅと無線通信装置１０Ｇとが重複して利用している。ここで、ある無線通信装置１０が同一のビーコンスロットで複数のビーコンを受信すると、両方のビーコンを復号できない、あるいはいずれか一方のビーコンの情報が破棄されるなどの問題が生じ得る。図３に示した例では、同一のビーコンスロットを利用する無線通信装置１０Ａと無線通信装置１０Ｆ、および無線通信装置１０Ｅと無線通信装置１０Ｇとが各々離れて配置されているため、上記のような問題は生じないと考えられている。

しかし、無線通信装置１０の各々が可搬性を有する場合、無線通信装置１０の移動によりビーコンスロットの利用が複数の無線通信装置１０の間で競合することが懸念される。図４を参照して具体的に説明する。

図４は、本実施形態にかかる無線通信システム１の他の例を示した説明図である。図４では、無線通信装置１０Ｇが移動され、同一のビーコンスロット６を利用する無線通信装置１０Ｅの電波到達範囲１２Ｅに含まれることとなった場合を示している。

図４に示した例では、無線通信装置１０Ｅの電波到達範囲１２Ｅ、および無線通信装置１０Ｇの電波到達範囲１２Ｇの双方に含まれる無線通信装置１０Ｄは、ビーコンスロット６で送信された２つのビーコンのうち、受信強度が強かった一方のビーコンのみを復号する場合が多い。

すなわち、無線通信装置１０Ｄは、以前はビーコンスロット６を無線通信装置１０Ｅのビーコンスロットとして登録していたものの、場合によっては、ビーコンスロット６において無線通信装置１０Ｇから送信されたビーコンを受信してしまうことが想定される。また、無線通信装置１０Ｅは、自身がビーコンを送信するビーコンスロット６では、同じくビーコンスロット６で無線通信装置１０Ｇから送信されたビーコンを受信することができず、無線通信装置１０Ｇとのビーコンスロットの競合を検出することができない。

このように、複数の無線通信装置１０が同一のビーコンスロットを利用してビーコンを送信（競合）すると、周囲の無線通信装置１０において各ビーコンを正確に受信、あるいは復号できず、無線通信システム１における情報交換の信頼性が低下しかねない。かかる事情に鑑みて、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣ規格においては、図５に示すように、無線通信装置１０が自己のビーコンスロットにおけるビーコンの送信を数秒に１回だけスキップし、自己のビーコンスロットを他の無線通信装置１０が利用しているか否かを把握する競合検出方法が記載されている。

図５は、ビーコンスキップの一例を示した説明図である。図５に示したように、各無線通信装置１０は、任意のスーパーフレームで、例えば所定スーパーフレーム周期でビーコンの送信をスキップする。

図５に示した例では、スーパーフレーム♯１で無線通信装置１０Ｄがビーコン送信をスキップ（一時停止）し、スーパーフレーム♯２で無線通信装置１０Ｂがビーコン送信をスキップし、スーパーフレーム♯４で無線通信装置１０Ｅがビーコン送信をスキップし、スーパーフレーム♯５で無線通信装置１０Ｆがビーコン送信をスキップし、スーパーフレーム♯６で無線通信装置１０Ｃがビーコン送信をスキップし、スーパーフレーム♯７で無線通信装置１０Ａがビーコン送信をスキップする。

このように各無線通信装置１０が任意のスーパーフレームでビーコン送信をスキップすることにより、例えば無線通信装置１０Ｅは、ビーコン送信をスキップしたスーパーフレーム♯４に同一のビーコンスロットを利用する無線通信装置１０Ｇから送信されたビーコンを受信し、利用するビーコンスロットの競合を検出することができる。

図６は、ビーコンスロットにおいて送信されるビーコンのビーコンフレーム構成例を示した説明図である。図６に示したように、ビーコンフレームは、ＭＡＣヘッダ情報６０、ヘッダーチェックシーケンス（ＨＣＳ）６１、ビーコンパラメータ６２、情報エレメント（その１）６３、情報エレメント（その２）６４、情報エレメント（そのＮ）６５およびフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）６６などの所定の管理情報を含む。

さらに、ＭＡＣヘッダ情報６０は、フレーム制御情報６０１と、受信先の無線通信装置を識別する届け先アドレス６０２と、送信元無線通信装置を識別するための送り元アドレス６０３と、シーケンス番号などのシーケンス制御情報６０４と、アクセス制御に必要なパラメータが記載されたアクセス制御情報６０５とを含む。

また、ビーコンパラメータ６２は、無線通信装置のＭＡＣアドレス情報などが記載されたデバイス識別子６２１と、自己がビーコンの送信を行なっているビーコンスロットを示すビーコンスロット番号６２２と、無線通信装置固有の情報を含んだデバイス制御情報６２３と、を含む。

また、ビーコンフレームには、ビーコンペイロード情報として任意の情報エレメントを付加することができ、図６では、情報エレメントの一例として情報エレメント（その１）６３、情報エレメント（その２）６４、および情報エレメント（そのＮ）６５を示している。上記（そのＮ）の「Ｎ」は、ビーコンに付加されて送信される情報エレメントの数を示しており、情報エレメントの数「Ｎ」は送信されるビーコンごとに相異なるようにしてもよい。

フレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）６６は、ビーコンフレームの誤りを検出する際に用いられる情報である。なお、上記の各種パラメータを、必要に応じて追加、削除してビーコンフレームを構成してもよい。

図７は、ビーコンに含ませる情報エレメントの一例として、ビーコン期間に収集したビーコンの情報を記載する際に用いられるビーコン期間利用情報エレメント（ＢＰＯＩＥ）を示している。ビーコン期間利用情報エレメントは、エレメント識別子７１１、情報長７１２、ビーコン期間長さ７１３、ビーコンスロット情報ビットマップ７１４、デバイスアドレス（その１）７１５、デバイスアドレス（そのＮ）７１６を含む。

エレメント識別子７１１は、各情報エレメントに付される情報であり、該情報エレメントが何に関する情報エレメントであるかを示す識別情報である。したがって、図７に示したエレメント識別子７１１はビーコン期間利用情報エレメントを示す。情報長７１２は該ビーコン期間利用情報エレメントの情報量を示す。

ビーコン期間長さ７１３は、例えばデバイス通信装置１２において設定されているビーコン期間の長さを示す。ビーコンスロット情報ビットマップ７１４は、ビーコンの受信があったビーコンスロットを全て示す。デバイスアドレス（その１）７１５、デバイスアドレス（そのＮ）７１６は、受信したビーコンの送信元装置のアドレスを示す。

しかし、図５に示したビーコンスキップによる競合検出方法おいて、複数の無線通信装置１０のビーコンをスキップするスーパーフレームが重なってしまうと、互いにビーコンスロットの競合を検出することができない。特に、同一のアルゴリズムで動作する複数の無線通信装置１０が、起動時期が同じで、固定的なビーコンスキップの周期を設定した場合、互いにビーコンスロットの競合を検出することができないという問題があった。

そこで、上記のような事情に鑑みて本実施形態にかかる無線通信装置１０を創作するに至った。本実施形態にかかる無線通信装置１０は、例えば図７に示すように、ビーコンスキップの間隔を不規則（ランダム）に設定することにより、容易に利用するビーコンスロットの競合を検出することができる。

図８は、本実施形態において不規則に設定されるビーコンスキップ間隔を示した説明図である。図８には、各無線通信装置１０が、第１の間隔（８スーパーフレーム）と第２の間隔（１２スーパーフレーム）との間でビーコンスキップ間隔を不規則に設定する場合を示している。

具体的には、無線通信装置１０Ａがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム１０周期分に設定しており、無線通信装置１０Ｂがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム１１周期分に設定しており、無線通信装置１０Ｃがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム８周期分に設定しており、無線通信装置１０Ｄがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム９周期分に設定しており、無線通信装置１０Ｅがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム１２周期分に設定しており、無線通信装置１０Ｆがビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム８周期分に設定している。このように各無線通信装置１０が設定しているビーコンスキップ間隔はビーコン送信がスキップされるたびに再設定されるようにしてもよい。

例えば、図８に示したように、ビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム１２周期分に設定していた無線通信装置１０Ｇが、ビーコン送信をスキップした後は、ビーコンスキップ間隔をスーパーフレーム９周期分に再設定することができる。かかる構成により、複数の無線通信装置１０の間で永続的にビーコン送信をスキップするタイミングが重なることを回避し、各無線通信装置１０によるビーコンスロットの競合の検出を可能とすることができる。以下、このようなビーコンスキップ間隔を不規則で設定する無線通信装置１０の構成を説明する。

〔２〕本実施形態にかかる無線通信装置１０の構成
図９は、本実施形態にかかる無線通信装置１０の構成を示した機能ブロック図である。無線通信装置１０は、アンテナ１０１と、ベースバンド受信部１０２と、ビーコン受信処理部１０３と、ビーコン送信処理部１０４と、ベースバンド送信部１０５と、ビーコンスキップ設定部１０６と、記載デバイスアドレス抽出部１０７と、ビーコンスロット管理部１０８と、自己ビーコンスロット設定部１０９と、無線アクセス制御部１１０と、データユニット受信処理部１１１と、入出力インターフェース１１２と、データユニット送信処理部１１３と、を備える。

アンテナ１０１は、周囲の無線通信装置１０から送信された無線信号を受信する受信部、または自己から無線信号を送信する送信部としての機能、すなわち通信部としての機能を有する。ベースバンド受信部１０２は、アンテナ１０１を介して周囲の無線通信装置１０から受信した信号を復号する。

ビーコン受信処理部１０３は、ベースバンド受信部１０２により復号された信号に含まれるビーコンフレームから、ビーコンフレームに記載されている情報を抽出する。また、アンテナ１０１、ベースバンド受信部１０２が協働して実現されるビーコンの受信を制御する受信制御部としての機能を有する。

ビーコン送信処理部１０４は、周囲の無線通信装置１０に対して送信するビーコンのビーコンフレームを構築し、アンテナ１０１、ベースバンド送信部１０５に協働して送信させる送信制御部としての機能を有する。ベースバンド送信部１０５は、周囲の無線通信装置１０に送信するための信号を無線信号に変調する処理を行う。

ビーコンスキップ設定部１０６は、ビーコン送信をスキップするビーコンスキップ間隔を不規則、無作為に生成するスキップ間隔生成部としての機能を有する。具体的には、ビーコンスキップ設定部１０６は、スーパーフレームの２以上の整数倍の間隔の、第１の間隔と第２の間隔との間で、ランダムにビーコンスキップ間隔を生成、および設定する。また、ビーコンスキップ設定部１０６は、ビーコン送信処理部１０４に任意のタイミングでビーコンスキップさせるよう制御することもできる。

ビーコン送信処理部１０４は、ビーコンスキップ設定部１０６により設定されたビーコンスキップ間隔に基づいて、該当するスーパーフレームでのビーコン送信をスキップする。また、ビーコン受信処理部１０３は、ビーコン送信処理部１０４がビーコン送信をスキップしたスーパーフレームの、当該無線通信装置１０のビーコンスロットにおいてアンテナ１０１にビーコンの受信をさせる。アンテナ１０１およびベースバンド受信部１０２が当該無線通信装置１０のビーコンスロットにおいて他の無線通信装置１０から送信されたビーコンを受信した場合、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットは他の無線通信装置１０が利用するビーコンスロットと競合していることが検出される。

当該無線通信装置１０と他の無線通信装置１０とのビーコンスキップのタイミングが一致する場合には互いにビーコンスロットの競合を検出することはできないが、本実施形態においてはビーコンスキップ間隔はランダムな間隔に設定されるため、複数の無線通信装置１０の間で永続的にビーコン送信をスキップするタイミングが重なることを回避し、各無線通信装置１０によるビーコンスロットの競合の検出を可能とすることができる。

なお、毎スーパーフレームでビーコン送信がスキップされると無線通信システム１における無線通信が阻害されるため、ビーコンスキップ設定部１０６はスーパーフレームの２以上の整数倍の間隔でビーコンスキップ間隔を生成する。

また、第１の間隔と第２の間隔は、無線通信システム１における無線通信装置１０の無線通信の予約状況に応じた間隔であってもよい。ビーコンは、無線通信装置１０が無線通信に利用する時間帯を予約する情報を含む。したがって、無線通信装置１０が多くの時間帯を無線通信のために予約している場合にビーコンが頻繁に停止されると通信に悪影響を及ぼしかねない。そこで、上記のようにビーコンスキップ設定部１０６が無線通信装置１０の無線通信の予約状況に応じた第１の間隔と第２の間隔との間でスキップ間隔を生成することにより、無線通信システム１における無線通信の安定性を担保しつつ、ビーコン送信に利用するスロットの競合を検出することが可能となる。

記載デバイスアドレス抽出部１０７は、ビーコンフレームに含まれる、ビーコンの送信元装置を示す送り元アドレスや、各ビーコンスロットを利用する無線通信装置１０のデバイスアドレスを示す送信装置情報（ビーコン期間利用情報エレメント）を抽出する。ビーコンスロット管理部１０８は、記載デバイスアドレス抽出部１０７により抽出されたビーコン期間利用情報エレメントに基づいて、ビーコンスロットごとに、各ビーコンスロットを利用する無線通信装置１０のデバイスアドレスを記憶、管理する。

自己ビーコンスロット設定部１０９は、ビーコン送信がスキップされたスーパーフレームの、当該無線通信装置１０のビーコンスロットにおいてアンテナ１０１が他の無線通信装置１０からビーコンを受信した場合、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットを変更設定する。上述したように、アンテナ１０１およびベースバンド受信部１０２が当該無線通信装置１０のビーコンスロットにおいて他の無線通信装置１０から送信されたビーコンを受信した場合、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットは他の無線通信装置１０が利用するビーコンスロットと競合していると考えられる。したがって、上記構成により、複数の無線通信装置１０がビーコン送信に利用するスロットの競合を回避し、当該無線通信システム１における情報交換の信頼性を向上させることができる。

また、記載デバイスアドレス抽出部１０７により抽出されたビーコン期間利用情報エレメントにおいて、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットを他の無線通信装置１０が利用している旨が記載されていた場合、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットと他の無線通信装置１０が利用するビーコンスロットが競合していると考えられる。したがって、このような場合、自己ビーコンスロット設定部１０９が当該無線通信装置１０の利用するビーコンスロットを変更設定し、複数の無線通信装置１０が利用するビーコンスロットの競合を回避することができる。

また、記載デバイスアドレス抽出部１０７により抽出されたビーコン期間利用情報エレメントにおいて、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットにブロードキャストアドレスが記載されていた場合、例えば当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットが他の無線通信装置１０と競合している、または周囲の無線通信装置１０における自己が送信したビーコンの復号が失敗した可能性が高い。

したがって、記載デバイスアドレス抽出部１０７により抽出されたビーコン期間利用情報エレメントにおいて、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットにブロードキャストアドレスが記載されていた場合、ビーコンスキップ設定部１０６が次のスーパーフレームにおいてビーコン送信がスキップされるようにしてもよい。かかる構成により、当該無線通信装置１０は、次のスーパーフレームの当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットにおいて他の無線通信装置１０のビーコンを受信するか否かに基づき、ビーコンスロットの利用が競合しているか否かを検出することが可能となる。

無線アクセス制御部１１０は、任意のタイミングで無線信号が送受信されるようにベースバンド受信部１０２およびベースバンド送信部１０５を制御する。データユニット受信処理部１１１は、ベースバンド受信部１０２により復号された信号を、入出力インターフェース１１２を介して接続されている機器において対応可能な形式に変換する。データユニット送信処理部１１３は、入出力インターフェース１１２を介して接続されている機器から入力された信号を、無線送信するデータとして構築する。

〔３〕本実施形態にかかる無線通信方法
図１０は、本実施形態にかかる無線通信装置１０において実行される無線通信方法の流れを示したフローチャートである。まず、無線通信装置１０は、数スーパーフレームにわたって周囲で送信されているビーコンをスキャンし、ビーコン期間および当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットの設定を行う（Ｓ２０１）。続いて、ビーコンスキップ設定部１０６がビーコンスキップ間隔を無作為に決定する（Ｓ２０２）。

そして、ビーコン期間が到来し（Ｓ２０３）、自己のビーコンスロットが到来し（Ｓ２０４）、当該自己のビーコンスロットにビーコンスキップが設定されている場合（Ｓ２０５）、ビーコンスキップ設定部１０６がビーコンスキップ間隔を再設定する（Ｓ２０６）。また、ビーコンスキップが設定されている自己のビーコンスロットにおいてアンテナ１０１およびベースバンド受信部１０２などの通信部が協働してビーコンの受信処理を行う（Ｓ２０７）。

ビーコンスキップが設定されている自己のビーコンスロットにおいて他の無線通信装置１０からビーコンを受信した場合（Ｓ２０８）、当該無線通信装置１０は自己のビーコンスロットの利用が他の無線通信装置１０と競合していることを検出する。そこで、受信されたビーコンから記載デバイスアドレス抽出部１０７がビーコン期間利用情報エレメントを抽出し（Ｓ２０９）、自己ビーコンスロット設定部１０９が周囲の無線通信装置１０により利用されていないビーコンスロットを選択し、自己が利用するビーコンスロットとして設定する（Ｓ２１０）。

ビーコンスキップが設定されていない自己のビーコンスロットが到来した場合（Ｓ２０５）、ビーコン送信処理部１０４がビーコンに記載するパラメータを獲得し（Ｓ２１１）、アンテナ１０１およびベースバンド送信部１０５にビーコンを送信させる（Ｓ２１２）。

ビーコン期間であって自己のビーコンスロットでない場合は（Ｓ２０４）、アンテナ１０１およびベースバンド受信部１０２が周囲の無線通信装置１０から送信されたビーコンの受信処理を行う（Ｓ２１３）。Ｓ２１３においてビーコンが受信された場合（Ｓ２１４）、受信されたビーコンに含まれるビーコンスロット情報ビットマップを抽出し（Ｓ２１５）、主意の無線通信装置１０が利用しているビーコンスロットの情報を更新する（Ｓ２１６）。

また、Ｓ２１３において受信されたビーコンに自己宛のＤＲＰ予約設定が記載されている場合（Ｓ２１７）、該ＤＲＰ予約設定に対応する応答パラメータとして当該無線通信装置１０も同じＤＲＰ予約の設定を行い（Ｓ２１８）、指定されたＤＲＰ予約のＭＡＳを受信タイミングとして設定する（Ｓ２１９）。

そして、Ｓ２１３において受信されたビーコンに含まれるビーコンスロット情報ビットマップから、自己が利用するビーコンスロット位置に記載されているデバイスアドレス情報を記載デバイスアドレス抽出部１０７が獲得する（Ｓ２２０）。その後、自己が利用するビーコンスロット位置に自己のデバイスアドレスが記載されておらず（Ｓ２２１）、ブロードキャストアドレスが記載されていた場合（Ｓ２２２）、ビーコンスキップ設定部１０６が次のスーパーフレームでのビーコンスキップを設定する（Ｓ２２３）。一方、自己が利用するビーコンスロット位置に自己のデバイスアドレスが記載されておらず（Ｓ２２１）、ブロードキャストアドレスも記載されていなかった場合（Ｓ２２２）、Ｓ２０９の処理に進む。

ビーコン期間でない場合（Ｓ２０３）、無線通信装置１０の入出力インターフェース１１２が送信するデータを受領すると（Ｓ２２４）、該データの受信先装置を特定し（Ｓ２２５）、必要に応じて受信先装置が利用可能なＤＲＰＭＡＳの情報を収集し（Ｓ２２６）、当該無線通信装置１０と受信先装置とが利用可能なＭＡＳでＤＲＰ予約を設定し（Ｓ２２７）、受信先装置から応答があった場合にはＳ２２７において設定したＭＡＳを送信タイミングとして設定する（Ｓ２２８）。

そして、データ送信のタイミングが到来した場合（Ｓ２２９）にデータ送信処理を行い（Ｓ２３０）、データ受信のタイミングが到来した場合（Ｓ２３１）にデータ受信処理を行う（Ｓ２３２）。このように、ビーコンスキップ間隔を不規則に設定するステップを含み一連の流れを繰り返すことにより、当該無線通信装置１０が利用するビーコンスロットの競合を想起に検出することができる。

〔４〕まとめ
以上説明したように、本実施形態にかかる無線通信装置１０は、ビーコンスキップ間隔を不規則に生成するため、周囲の無線通信装置１０とビーコン送信をスキップするタイミングが永続的に一致する可能性をほぼ排除できる。したがって、複数の無線通信装置１０が同一のビーコンスロットをビーコン送信に利用している場合であっても、各無線通信装置１０が異なるタイミングでビーコン送信をスキップして他の無線通信装置１０から送信されたビーコンを受信し、ビーコン送信に利用するスロットが競合していることを検出することができる。

また、当該無線通信装置１０は、ビーコン送信をスキップした自己が利用するビーコンスロットに他の無線通信装置１０からビーコンを受信した場合、ビーコン送信に利用するビーコンスロットを自己ビーコンスロット設定部１０９が変更設定することにより、当該無線通信装置１０と他の無線通信装置１０とがビーコン送信に利用するスロットの競合を回避し、当該無線通信システム１における情報交換の信頼性を向上させることができる。

なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本明細書の無線通信装置１０の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしてもよい。

また、無線通信装置１０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した無線通信装置１０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。

自律分散型の無線通信システムの構成例を示した説明図である。 スーパーフレームの構成例を示した説明図である。 無線通信装置が設定する自己のビーコンスロット位置を示した概念図である。 無線通信システムの他の例を示した説明図である。 ビーコンスキップの一例を示した説明図である。 ビーコンスロットにおいて送信されるビーコンのビーコンフレーム構成例を示した説明図である。 ビーコンに含ませる情報エレメントの一例として、ビーコン期間利用情報エレメントを示した説明図である。 不規則に設定されるビーコンスキップ間隔を示した説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信装置の構成を示した機能ブロック図である。 同実施形態にかかる無線通信装置において実行される無線通信方法の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１０ 無線通信装置
１０１ アンテナ
１０２ ベースバンド受信部
１０３ ビーコン受信処理部
１０４ ビーコン送信処理部
１０５ ベースバンド送信部
１０６ ビーコンスキップ設定部
１０７ 記載デバイスアドレス抽出部
１０８ ビーコンスロット管理部
１０９ 自己ビーコンスロット設定部

Claims (7)

1. 自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置であって：
   所定のスーパーフレーム周期で、前記スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と；
   前記スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と；
   前記スキップ間隔生成部により生成された前記スキップ間隔で前記通信部からの前記特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と；
   前記送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで前記通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と；
   を備え、
   前記通信部は、ビーコンを前記特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信し、
   前記スキップ間隔生成部は、前記ビーコンに含まれる前記送信装置情報がブロードキャストアドレスを示す場合、次の前記スーパーフレーム周期において前記通信部からのビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成する、無線通信装置。
2. ビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで前記通信部が他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、前記通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記スキップ間隔生成部は、前記無線通信システムにおける前記無線通信装置の無線通信の予約状況に応じた第１の間隔と第２の間隔との間で前記スキップ間隔を生成することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記通信部は、ビーコンを前記特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信し、
   前記ビーコンに含まれる前記送信装置情報が他の無線通信装置を示す場合、前記通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
5. コンピュータを、
   自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置であって、
   所定のスーパーフレーム周期で、前記スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と；
   前記スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と；
   前記スキップ間隔生成部により生成された前記スキップ間隔で前記通信部からの前記特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と；
   前記送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで前記通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と；
   を備え、
   前記通信部は、ビーコンを前記特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信し、
   前記スキップ間隔生成部は、前記ビーコンに含まれる前記送信装置情報がブロードキャストアドレスを示す場合、次の前記スーパーフレーム周期において前記通信部からのビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成する、無線通信装置として機能させるための、プログラム。
6. 自立分散型の無線通信システムを構成する無線通信装置において実行される無線通信方法であって：
   所定のスーパーフレーム周期で、前記スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信するステップと；
   ビーコンを前記特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信するステップと、
   前記スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するステップと；
   前記スキップ間隔で前記特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止するステップと；
   ビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで他の無線通信装置から送信されたビーコンを受信するステップと；
   を含み、
   前記スキップ間隔を生成するステップでは、前記ビーコンに含まれる前記送信装置情報がブロードキャストアドレスを示す場合、次の前記スーパーフレーム周期においてビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成する、無線通信方法。
7. 複数の無線通信装置が自立分散的に通信を行う無線通信システムであって：
   前記各無線通信装置は、
   所定のスーパーフレーム周期で、前記スーパーフレームにおける特定のスロットでビーコンを送信する通信部と；
   前記スーパーフレーム周期の２以上の整数倍となるスキップ間隔を不規則に生成するスキップ間隔生成部と；
   前記スキップ間隔生成部により生成された前記スキップ間隔で前記通信部からの前記特定のスロットにおけるビーコンの送信を一時停止させる送信制御部と；
   前記送信制御部によりビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで前記通信部に他の無線通信装置から送信されたビーコンの受信を行わせる受信制御部と；
   ビーコンの送信が一時停止された前記特定のスロットで前記通信部が他の無線通信装置からビーコンを受信した場合、前記通信部にビーコンを送信させるスロットを変更設定するスロット設定部と；
   を備え、
   前記通信部は、ビーコンを前記特定のスロットで送信している無線通信装置を示す送信装置情報を含むビーコンを周囲の無線通信装置から受信し、
   前記スキップ間隔生成部は、前記ビーコンに含まれる前記送信装置情報がブロードキャストアドレスを示す場合、次の前記スーパーフレーム周期において前記通信部からのビーコンの送信が一時停止されるようなスキップ間隔を生成する、無線通信システム。
   

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