JP3876752B2 - 通信システム、通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局間で相互に通信を行う通信システム、通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される通信システム、通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、複数の無線ネットワークが共存する通信システム、複数の無線ネットワークが競合する通信環境下で各無線ネットワーク内の通信動作を制御する通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、同じ周波数帯で競合する複数の無線ネットワークが共存する通信システム、同じ周波数帯で複数の無線ネットワークが競合する通信環境下で各無線ネットワーク内の通信動作を制御する通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラム関する。（但し、ここで言う「同じ周波数帯」には、データを超広周波数帯域に拡散して送受信を行なうＵＷＢ（Ultra Wide Band）無線通信方式を含むものとする。）
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Local Area Network）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うことができる。
【０００４】
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、従来の有線方式によるＬＡＮの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。この種の無線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。
【０００５】
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。
【０００６】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３では、２０Ｍｂｐｓを越える高速無線パーソナル・エリア・ネットワークの標準化活動が行われている。当該セクションでは、主として２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層に準拠した規格化が推進されている。
【０００７】
この種のワイヤレス・パーソナル・ネットワークにおいては、１つの無線通信装置が「コーディネータ」と呼ばれる制御局として動作し、このコーディネータを中心にして、およそ１０ｍ以内の範囲で、パーソナル・エリア・ネットワークが構築される。このコーディネータが所定の周期でビーコン（Beacon）信号を送信し、そのビーコンの周期が伝送フレーム周期として規定される。そして、この伝送フレーム周期毎に各無線通信装置が利用するタイムスロットの割り当てを行なう。
【０００８】
タイムスロットの割り当て方法としては、例えば、「ギャランティード・タイムスロット」（ＧＴＳ）と、「ダイナミックＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多重アクセス）」と呼ばれる方法が採用されていて、所定の伝送容量を保証しながら、なおかつダイナミックに伝送帯域の割当てを行なう通信方法が想定されている。
【０００９】
例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層には、競合アクセス期間（コンテンション・アクセス期間：ＣＡＰ）と、非競合アクセス期間（コンテンション・フリー期間：ＣＦＰ）とが用意されている。そして、非同期通信を行なう場合には、競合アクセス期間を用いて短いデータやコマンド情報が交換される。一方、ストリーム通信を行なう場合には、非競合アクセス期間内にて、ギャランティード・タイム・スロット（ＧＴＳ）によるダイナミックなタイムスロットの割り当てを行ない、帯域予約伝送が行なわれる仕組みになっている。
【００１０】
なお、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＭＡＣ層部分は、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に他のＰＨＹ層の標準仕様として応用できるように規定されている。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されるＰＨＹ層を、２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層以外に、他のＰＨＹ層を利用する標準化活動が開始されつつある。
【００１１】
また最近では、ＳＳ（Spread Spectrum ：スペクトル拡散）方式を適用した無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムが実用化されている。また、ＰＡＮなどのアプリケーションを対象として、ＳＳ方式を応用したＵＷＢ（Ultra Wide Band：ウルトラワイドバンド）伝送方式が提案されている。
【００１２】
ＳＳ方式の一種であるＤＳ（Direct Spread：直接拡散）方式は、送信側において、情報信号にＰＮ（Pseudo Noise：疑似雑音）符号と呼ばれるランダム符号系列を乗算することにより占有帯域を拡散して送信し、受信側において、受信した拡散情報信号にＰＮ符号を乗算することにより逆拡散して情報信号を再生する。ＵＷＢ伝送方式は、この情報信号の拡散率を極限まで大きくしたものであり、データを例えば２ＧＨｚから６ＧＨｚという超高帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行うことにより高速データ伝送を実現する。
【００１３】
ＵＷＢでは、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なう。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Spread Spectrum）やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。
【００１４】
図１３には、ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示している。入力された情報９０１は拡散系列９０２によって拡散される。ＵＷＢ方式を用いるシステムによっては、この拡散系列の乗算が省かれる場合も存在する。
【００１５】
スペクトラム拡散された情報信号９０３は、ＵＷＢ方式におけるインパルス信号（ウェーブレットパルス）を用いて変調される（９０５）。変調方式としては、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）や、位相変調（Biphase Modulation）、振幅変調などが考えられている。
【００１６】
ＵＷＢ方式において用いられるインパルス信号は非常に細いパルスであるため、周波数スペクトル的には非常に広い帯域を使用することになる。これにより、入力された情報信号が、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たないことになる。
【００１７】
受信信号９０５は雑音に紛れているが、受信信号とインパルス信号との相関値を計算することによって検出することが可能である。さらに、多くのシステムにおいては信号の拡散が行われるので、送信情報１ビットに対して多くのインパルス信号が送信される。よって、インパルス信号の受信相関値９０７をさらに拡散系列長分だけ積分することが可能であり（９０８）、これによって送信信号の検出は更に容易になる。
【００１８】
ＵＷＢ伝送方式によって拡散された信号は、各周波数領域においては雑音レベル以下の電力しか持たず、このためＵＷＢ伝送方式を用いた通信システムは他の方式の通信システムとの共存が比較的容易である。
【００１９】
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とともに、各機器どうしが無線ネットワークで接続されているような通信環境を考察した場合、２以上の無線ネットワークが狭い作業環境にひしめき合い、同じ周波数帯で複数の無線ネットワークが共存するという事態が発生し得る。ここで言う「同じ周波数帯」には、データを極めて広い周波数帯に拡散して送受信を行うＵＷＢ無線通信方式を含まれる。
【００２０】
前述したＩＥＥＥ８０２．１５．３で規格化されている２．４ＧＨｚ帯の信号を利用したＰＨＹ層の仕様では、同じ周波数帯に他の無線通信システムが複数存在しているため、これらのシステムとの共存性を考慮しなければならない。
【００２１】
従来からの無線ネットワークにおける共存方法として、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１５．３ Ｄｒａｆｔ ０．９に"Ｃｈｉｌｄ Ｐｉｃｏｎｅｔ"が記載されている。ここでは、親となるネットワークに含まれているある通信装置が、その制御局の制御の元に子ネットワークを形成してネットワークを運用する方法が開示されている。具体的には、親ネットワークで利用するフレーム周期の一部分を、子ネットワークで利用するフレーム周期として割り当てるようになっている。
【００２２】
さらに別の無線ネットワークの共存方法としては、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１５．３ Ｄｒａｆｔ ０．９に記載されている、"Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｐｉｃｏｎｅｔ"の構築方法が考えられている。この方法によれば、２つの独立した無線ネットワークの制御局が互いに相手方の無線ネットワークで利用する帯域をフレーム周期内に割り当てるようになっている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１５．３ Ｄｒａｆｔ ０．９に開示されている、親ネットワークと子ネットワークの関係を用いて複数の無線ネットワークを時分割多重して共存させる方法では、子ネットワークが一旦、親ネットワークに組み込まれなければならないため、ネットワーク参入手続きを伴うなど動作が複雑になる。
【００２４】
また、親ネットワークの制御局と通信ができなければ、無線ネットワークにおいて親子関係を結ぶことができない。
【００２５】
別の無線ネットワークの共存方法として開示されている方法では、相手方の無線ネットワークで利用する帯域をフレーム周期内に割当てるための処理が必要である。
【００２６】
つまり、一旦相手方の無線ネットワークに参入してから、所定の手続きを経て相手方の無線ネットワークで利用する帯域をフレーム周期内に割当てる処理を行なうため、制御が煩雑になる。
【００２７】
一方、ＵＷＢ無線通信ネットワークの場合、データを極めて広帯域に拡散して送受信を行なうことから、周波数方向に複数のチャンネルを設ける方法が存在しない。すなわち、従来からの無線ＬＡＮのように無線ネットワーク毎に異なる周波数チャネルを利用してネットワークを多重化させるという手法が適用できないため、同一空間上に複数のＵＷＢ無線通信システムが存在することが難しい。
【００２８】
また、ＵＷＢ無線通信式で利用されるインパルス信号列は、特定の周波数キャリアを持たないので、キャリア・センスを行うのが難しい。したがって、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．３のＰＨＹ層としてＵＷＢ無線通信方式を適用した場合、特定のキャリア信号が存在しないことから、同セクションで規格化されたキャリア・センスを利用してアクセス制御を行なうことができないので、時間軸方向に複数のチャネルを設けるという時分割多重方式によるアクセス制御に頼る他ない。
【００２９】
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、競合する複数の無線ネットワークが共存することができる優れた通信システム、並びに複数の無線ネットワークが競合する通信環境下で各無線ネットワーク内の通信動作を好適に制御することができる優れた通信制御装置及び通信制御方法、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、同じ周波数帯で競合する複数の無線ネットワークが共存することができる優れた通信システム、並びに、同じ周波数帯で複数の無線ネットワークが競合する通信環境下で各無線ネットワーク内の通信動作を好適に制御することができる優れた通信制御装置及び通信制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００３１】
本発明のさらなる目的は、一方の無線ネットワークが他方の無線ネットワークに参入するという複雑な手続きなしに、競合する複数の無線ネットワークの共存を実現することができる、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。
【００３２】
【課題を解決するための手段及び作用】
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、同一空間上において、時分割多元接続方式により運用される複数のネットワークの共存を許容する通信システムであって、
複数の無線ネットワークが繰り返して利用可能なネットワーク・フレームを設定するとともに、該ネットワーク・フレーム内に各無線ネットワークが利用できる複数のチャネル・スロットをあらかじめ用意して、同一空間上に存在する各々の無線ネットワークは空きチャネル・スロットを分け合って使用する、
ことを特徴とする通信システムである。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明の第１の側面に係る通信システムによれば、所定の時間周期で、複数の無線ネットワークが繰り返して利用可能なネットワーク・フレームが設定される。そして、そのネットワーク・フレーム内に、各無線ネットワークが利用できる複数のチャネル・スロットがあらかじめ用意されるようになっている。
【００３５】
したがって、パーソナル・エリア・ネットワークを運用する各コーディネータは、他のコーディネータが利用していないチャネル・スロットの領域で、自己のパーソナル・エリア・ネットワークを起動するようにすればよい。すなわち、各無線ネットワークは、ネットワーク・フレーム中の空きチャネル・スロットを確認してこれを使用することができるので、新規ネットワークを起動して通信システムに参入するための手続きが著しく軽減される。
【００３６】
また、本発明の第２の側面は、同一空間上で複数のネットワークの共存が許容される通信環境下で、時分割多元接続方式によりネットワークを運用する通信制御装置又は通信制御方法であって、
通信環境下では、複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームが設定されており、
少なくとも１つのチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するネットワーク運用手段又はステップを備える、
ことを特徴とする通信制御装置又は通信制御方法である。
【００３７】
本発明の第２の側面に係る通信制御装置又は通信制御方法は、同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出手段又はステップをさらに備える。例えば、ネットワークを運用する通信制御装置は、ネットワーク・フレームに同期してネットワークの構築状況を記述したビーコン信号を報知している。したがって、ネットワーク・フレーム周期以上の受信動作を行ない、送信信号を検出できたかどうかに応じてネットワーク・フレームの存在を検出することができる。ここで、ネットワーク・フレームを検出するとは、同一空間上において１以上のネットワークがネットワーク・フレーム周期内のチャネル・スロットを利用して通信が行なわれている状況を検出することを言う。
【００３８】
そして、前記ネットワーク運用手段又はステップは、ネットワーク・フレームを検出しなかったことに応答して複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレーム周期を自ら設定し、１以上のチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するとともに、少なくとも一部のチャネル・スロットを未使用状態のまま残すようにする。
【００３９】
また、既存のネットワーク・フレームを発見した場合には、前記ネットワーク運用手段又はステップは、さらに他局からのビーコン信号を解読するなどして該ネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを検出して、空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するようにする。
【００４０】
また、他局からのビーコン信号を解読するなどして獲得したネットワーク・フレーム周期内の各チャネル・スロットの使用状況を管理するようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明の第３の側面は、同一空間上で複数のネットワークの共存が許容される通信環境下で、時分割多元接続方式によりネットワークを運用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、
同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出ステップと、
ネットワーク・フレームを検出しなかったことに応答して複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを自ら設定するネットワーク・フレーム設定ステップと、
少なくとも一部のチャネル・スロットを未使用状態のまま残しながら、１以上のチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する第１の利用スロット設定ステップと、
既存のネットワーク・フレームを発見したことに応答して、該ネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する第２の利用スロット設定ステップと、
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。
【００４２】
本発明の第３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３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、本発明の第１の側面に係る通信制御装置又は通信制御方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の実施の形態】
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。
【００４５】
図１には、同一空間に複数のネットワークが存在している状態を表わしている。
【００４６】
同図に示す例では、複数の通信装置１１、１２、１３、１４、１５が、通信装置１６を制御局とする第１のＵＷＢ無線ネットワーク１０を構築している。また、これと同時に、複数の通信装置２１、２２、２３、２４が通信装置２５を制御局とする第２のＵＷＢ無線ネットワーク２０を構築している。
【００４７】
同図では、それぞれの制御局の電波到達範囲（破線の円部分に相当）が、無線ネットワークの範囲になることを想定している。
【００４８】
このとき、双方のネットワークに重複して存在している通信装置１３、通信装置２１は、複数のビーコン信号を受信できる状態にあることとなる。
【００４９】
また、それぞれのネットワークの制御局である通信装置１６や通信装置２５も他のネットワークのビーコン信号を受信できる状態にあること。
【００５０】
図２には、本実施形態に係る無線通信システムにおいて使用される伝送フレーム周期の構成例を示している。
【００５１】
同図に示す例では、あらかじめ定められた所定の時間周期を「ネットワーク・フレーム周期」として規定してある。
【００５２】
図示のネットワーク・フレームには、チャネル・スロット１、チャネル・スロット２、チャネル・スロット３、チャネル・スロット４という４つのチャネル・スロットで構成されている。さらに、その後に再びチャネル・スロット１が配置され、それぞれのチャネル・スロットがネットワーク・フレームの時間的な連続によって繰り返し設定されることを表わしている。
【００５３】
図示の例では、便宜上、１つのネットワーク・フレームは４つのチャネル・スロットで構成されているが、勿論、これ以外の個数のチャネル・スロットで構成されてもよい。
【００５４】
これら各チャネル・スロットは、後述するように、同一空間で共存するそれぞれの無線ネットワークで利用されるフレーム周期として設定される。すなわち、無線ネットワークの制御局となる通信装置から周期的に送信されるビーコン信号によって、その無線ネットワークで利用されるフレーム周期の割り当てが決定されるとともに、その制御局と通信可能な無線通信装置を組み込んでいくことによって、無線ネットワークが形成されることになる。
【００５５】
本実施形態に係る無線ネットワークでは、このフレーム周期を規定するビーコン信号に続いて、各通信装置がランダム・アクセスの手順を用いて非同期伝送を行なう競合アクセス期間（ＣＡＰ：Contention Access Period）と、特定の無線通信装置間での利用が許される非競合アクセス期間（ＣＦＰ：Contention Free Period）とから構成される。
【００５６】
また、この非競合アクセス期間は、任意の通信装置の送信に対して、その都度、ギャランティード・タイム・スロット（ＧＴＳ）と呼ばれるスロット割当てが適宜行なわれ、無線通信が行なわれる構成になっている。図示のチャネル・スロット１では、ＧＴＳ−１、ＧＴＳ−２、ＧＴＳ‐３と３つのＧＴＳが非競合アクセス期間に設定されている。
【００５７】
図３には、ネットワーク・フレームを構成する各チャネル・スロットを異なる無線ネットワークで利用している例を図解している。
【００５８】
同図に示す例では、図２に示したものと同様にネットワーク・フレームを４つのチャネル・スロットによって、無線通信路が時間的に繰り返し利用される。図中、各チャネル・スロットをそれぞれの無線ネットワークに割り当てることによって、複数の無線ネットワークが共存して動作することができる。
【００５９】
第１の無線ネットワークはチャネル・スロット１を利用して動作し、第２の無線ネットワークはチャネル・スロット２を利用して動作をし、第３の無線ネットワークはチャネル・スロット３を利用して動作し、第４の無線ネットワークはチャネル・スロット４を利用して動作をする。
【００６０】
そして、再びチャネル・スロット１が到来し、第１の無線ネットワークが動作をする構成が繰り返される。
【００６１】
また、第２から第４の無線ネットワークが存在しない場合であっても、第１の無線ネットワークはチャネル・スロット１を用いて動作することが可能である。
【００６２】
図４は、図３に示したネットワーク・フレームの変形例であり、複数のチャネル・スロットを１つの無線ネットワークで利用している。
【００６３】
図示の例では、チャネル・スロット１とチャネル・スロット２を第１の無線ネットワークが利用している。このような場合、他の無線ネットワークは残りのチャネル・スロット３とチャネル・スロット４でネットワークを運用することができ、それぞれ第２の無線ネットワークと第３の無線ネットワークが形成されている。そして、再びチャネル・スロット１が到来すると、第１の無線ネットワークが動作をするというフレーム構成が繰り返される。
【００６４】
また、図５は、図３に示したネットワーク・フレームについてのさらに他の変形例であり、複数のチャネル・スロットを１つの無線ネットワークで利用している。
【００６５】
この場合も、複数のチャネル・スロットを１つの無線ネットワークで利用している。図示の例では、チャネル・スロット１とチャネル・スロット２を第１の無線ネットワークが利用するとともに、残りのチャネル・スロット３とチャネル・スロット４を第２の無線ネットワークが利用している。
【００６６】
このように、後から構築される無線ネットワークであっても、複数のチャネル・スロットを利用して無線ネットワークを動作させることができる。
【００６７】
また、図６は、図３に示したネットワーク・フレームについてのさらに他の変形例であり、複数のチャネル・スロットを１つの無線ネットワークで利用している。
【００６８】
この場合も、複数のチャネル・スロットを１つの無線ネットワークで利用している。図示の例では、チャネル・スロット１とチャネル・スロット２、並びにチャネル・スロット３を第１の無線ネットワークのみが利用し、残りのチャネル・スロット４を第２の無線ネットワークが利用している。
【００６９】
このように、ネットワーク・フレームのうち少なくとも１つのチャネル・スロットを残して最初の無線ネットワークを動作させることによって、同じ空間上に後から無線ネットワークを構築する余地を残すことが可能である。
【００７０】
図７には、本実施形態に係る無線通信システムにおいて使用されるビーコン信号の構成例を示している。このビーコン信号は、同じ無線通信システムとして異なる無線ネットワークにおいても、同じ信号形式にて伝送されるものとして構成される。
【００７１】
同図に示すように、ビーコン信号は、当該信号がビーコンであることを識別するビーコン識別子と、どの装置が制御局となっているかを示す装置識別子と、このネットワーク同期用のパラメータが記載されたネットワーク同期パラメータと、ギャランティード・タイム・スロット（ＧＴＳ）の割当て状況を記載したＧＴＳ割当て情報と、この無線ネットワークで利用しているチャネル・スロットの情報を記載した利用チャネル・スロット情報と、他のチャネル・スロットが別の無線ネットワークに利用されていることを示す他スロット利用状況などで構成されている。
【００７２】
なお、ビーコン信号は、図７中で個々に記載されたパラメータは必要に応じて削除されてもよく、また必要に応じて別のパラメータが追加されて構成されてもよい。
【００７３】
図８には、本実施形態に係る無線通信装置１００の機能構成を模式的に示している。この無線通信装置１００は、同一空間上に複数の無線ネットワークが共存するような無線通信環境下で、制御局あるいは制御局の配下で動作する端末装置として動作することができる。
【００７４】
図示の通り、無線通信装置１００は、インターフェース１０１と、メモリ・バッファ１０２と、ＵＷＢ無線送信部１０３と、アンテナ１０４と、情報記憶部１０５と、中央制御部１０６と、フレーム管理部１０７と、ＵＷＢ無線受信部１０８とで構成される。
【００７５】
この無線通信装置１００内で実行される一連の動作は、中央制御部１０６の指示に基づいて起動され、中央制御部１０６は、伝送フレーム周期のタイミングに従って動作する。また、中央制御部１０６は、情報記憶部１０５に格納されている動作手順命令（プログラム）に従って動作する。
【００７６】
インターフェース１０１には、パーソナル・コンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、あるいはその他の形態の情報機器（図示しない）が接続されている。そして、インターフェース１０１を介して接続される機器から供給される情報があれば、中央制御部１０６は、これをメモリ・バッファ１０２に一時格納するとともに、ＵＷＢ無線送信部１０３に対して無線送信を指示する。ＵＷＢ無線送信部１０３は、メモリ・バッファ１０２中の送信データをＤ／Ａ変換及びアップコンバートするとともに、所定の送信タイミングが到来するとＵＷＢ無線伝送信号としてアンテナ１０４から送出する。
【００７７】
また、無線通信装置１００で情報受信を行なう場合、あらかじめ指定された受信タイミングの到来に応答して、ＵＷＢ無線受信部１０８を起動して、アンテナ１０４からの信号をダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換などして受信処理する。ここで得られた情報はメモリ・バッファ１０２に書き込まれる。中央制御部１０６は、メモリ・バッファ１０２内の受信情報を再構築して、これをインターフェース１０１経由で接続される機器に転送する。
【００７８】
無線通信装置１００がネットワークの制御局として動作する場合、無線ネットワークを形成する必要があれば、まず、同じ空間上に別の無線ネットワークが既に存在するかどうかを確認する。この場合、事前にネットワーク・フレーム周期の時間よりも長い時間、ＵＷＢ無線受信部１０８において、アンテナ１０４を介して受信される信号を解析して、他の無線ネットワークからのビーコン信号の受信を試みる。
【００７９】
ここで、中央制御部１０６は、ビーコン信号が存在していないと判断した場合には、自らチャネル・スロット（図３を参照のこと）の設定を行ない、フレーム管理部１０７にその設定内容を格納する。また、中央制御部１０６は、自ら設定したチャネル・スロットを基にビーコン信号（図７を参照のこと）を生成して、これをメモリ・バッファ１０２に格納する。そして、ＵＷＢ無線送信部１０３は、所定のネットワーク・フレーム周期で、ビーコン信号をアンテナ１０４より送信する。ネットワーク・フレーム周期は複数のチャネル・スロットで構成され、同じ空間上で後から構築される無線ネットワークが一部のチャネル・スロットを利用することが許容される。
【００８０】
他方、中央制御部１０６において、ビーコン信号が存在していると判断した場合には、そのビーコン信号から、既存のチャネル・スロットの設定を行ない、フレーム管理部１０７にその設定内容を格納する。また、中央制御部１０６は、自局内のネットワーク制御を行なうためのビーコン信号を生成して、メモリ・バッファ１０２に一時格納する。そして、ネットワーク・フレーム周期内で未使用とされるチャネル・スロットを利用して、ビーコン信号がアンテナ１０４より送信される。
【００８１】
また、無線通信装置１００が制御局ではなく一般の通信端末として動作する場合、ネットワーク・フレーム周期の時間よりも長い時間に渡って、ＵＷＢ無線受信部１０８にて、アンテナ１０４を介して受信される信号を解析して、前記制御局となる通信装置から送信されたビーコン信号の受信処理を行なう。そして受信されたビーコン信号の情報は、中央制御部１０８に供給され、どのような無線ネットワークが存在するのかを把握するようになっている。
【００８２】
なお、無線通信装置１００の構成は図８に示したものに限定されるものではなく、同じ機能又は動作特性を実現することができれば、図示の機能モジュールの一部又は全部を別の構成で代用することも可能である。
【００８３】
図９には、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下における制御局間で行なわれる動作シーケンスを示している。同図に示す例では、第１の制御局はネットワーク・フレームが存在しない状況で自らネットワーク・フレームを設定し、また、第２の制御局はネットワーク・フレームが既に設定されている状況下で、未使用状態のチャネル・スロットを利用することで自ネットワークを運用する。
【００８４】
まず、第１の制御局では、電源投入後、ネットワーク・フレーム以上の時間に渡って受信処理を行なう。そして、この期間にわたって何ら信号を受信しなかった場合には、自らネットワーク・フレームとチャネル・スロットを設定し、その設定内容を記述した第１のネットワークのビーコン信号を送信（ブロードキャスト）することによって、自ネットワークの運用を開始する。
【００８５】
この例では、１つのネットワーク・フレームの中には４つのチャネル・スロットが設けられている。図中、斜線で示した四角部分が第１のネットワークが利用するチャネル・スロットを表わしている。
【００８６】
次いで、第２の制御局では、電源投入後、ネットワーク・フレーム以上の時間に渡って受信処理を行なう。そして、この期間に第１のネットワークのビーコン信号を受信することで、ネットワーク・フレームが既に設定されていることを検出する。ここで、ネットワーク・フレームを検出するとは、同一空間上において１以上のネットワークがネットワーク・フレーム周期内のチャネル・スロットを利用して通信が行なわれている状況を検出することを言う。
【００８７】
このような場合、既存のネットワーク・フレームのうち、未使用となっているチャネル・スロットを用いて、第２のネットワークのビーコン信号を送信することによって、自ネットワークの運用を開始する。図中、斜線で示した四角部分が第２のネットワークが利用するチャネル・スロットを表わしている。
【００８８】
以降、第３の制御局、第４の制御局が同一空間上に存在する場合には、第２の制御局の動作と同じ動作を行なうようにすればよい。
【００８９】
また、図１０には、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下で、一般の通信端末が行なう動作シーケンスを示している。これは、制御局として動作する機能の備わっていない通信装置の動作シーケンスに相当するものである。
【００９０】
同図に示す例では、通信端末は、第１の制御局及び第２の制御局の双方からビーコン信号を受信できる場所に存在するものとする。また、図中の四角で示した部分はネットワークが利用するチャネル・スロットを表わしている。
【００９１】
通信端末は、電源投入後、ネットワーク・フレーム以上の時間に渡って受信処理を行ない、この期間に任意のネットワークの制御局からのビーコン信号の受信を試みる。
【００９２】
そして、受信できたビーコン信号の記述内容を基に、どのネットワークに参入するかを判断して、参入を希望するネットワークで使用しているチャネル・スロットを利用して、その制御局宛にネットワーク参入要求の送信を行なう。
【００９３】
図１０に示す動作シーケンス上では、通信端末は、第１のネットワークに参入するために、第１のネットワークのチャネル・スロット内で参入要求の送信とこれに対する参入許可の受信動作を行なっている。
【００９４】
そして、通信端末は、第１のネットワークの制御局から参入許可を受信した以後、第１のネットワークでの動作が行える状態となる。
【００９５】
図１１には、本実施形態に係る無線通信装置１００が、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下において制御局として動作するための処理手順をフローチャートの形式で示している。かかる処理動作は、実際には、中央制御部１０６が情報記憶部１０５に格納されている動作手順命令を実行するという形態で実現される。以下、図示のフローチャートを参照しながら、制御局としての動作について詳解する。
【００９６】
ネットワークの制御局として動作することが設定された無線通信装置１００では、電源投入時に、ネットワーク・フレーム周期以上の長い時間にわたって連続して受信動作を行なう（ステップＳ１）。そして、ビーコンの受信の有無を判定する（ステップＳ２）。
【００９７】
ビーコン信号の受信があれば、この場所に他の無線ネットワークが存在することとなり、さらに利用中のチャネル・スロットのパラメータを獲得する（ステップＳ３）。この時点で、既存の無線ネットワークに則って、ネットワーク・フレームの設定が行なわれるものとする。
【００９８】
次いで、ネットワーク・フレームに空きチャネル・スロットが存在するかを判断する（ステップＳ４）。そして、空きチャネル・スロットが存在すれば、自己の無線ネットワークで利用するチャネル・スロットの設定を行なう（ステップＳ５）。
【００９９】
一方、ステップＳ４において空きチャネル・スロットが存在しなければ、ステップＳ１に戻り、起動処理を引き続き行なう。
【０１００】
また、ステップＳ２においてビーコンの受信がなければ、そのまま、ステップＳ５に移行して、自己の無線ネットワークで利用するチャネル・スロットの設定を行なう。
【０１０１】
その後、自己のネットワークで利用するチャネル・スロットの到来を待機する（ステップＳ６）。そして、当該チャネル・スロットが到来する度にビーコン信号を繰り返し送信して（ステップＳ７）、無線ネットワークを運用する。
【０１０２】
また、ビーコン信号の送信タイミング以外には、自己のネットワークで利用する以外のチャネル・スロットで、他の無線ネットワークからのビーコン信号の受信を試みる（ステップＳ８）。そして、他の無線ネットワークからのビーコン信号を受信した場合には、そのチャネル・スロットが利用中であることを内部のメモリに登録しておいてもよい（ステップＳ９）。
【０１０３】
また、図１２には、本実施形態に係る無線通信装置１００が、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下において一般の通信局として動作するための処理手順をフローチャートの形式で示している。かかる処理動作は、実際には、中央制御部１０６が情報記憶部１０５に格納されている動作手順命令を実行するという形態で実現される。以下、図示のフローチャートを参照しながら、通信局としての動作について詳解する。
【０１０４】
ネットワークの制御局として動作しないことが設定された無線通信装置１００では、電源投入時に、ネットワーク・フレーム周期以上の長い時間にわたって連続受信動作を行なう（ステップＳ１１）。そして、ネットワークの制御局からのビーコンの受信の有無を判定する（ステップＳ１２）。
【０１０５】
制御局からのビーコン信号を受信した場合、この場所に無線ネットワークが存在することを把握し、その無線ネットワークが利用しているチャネル・スロットのパラメータや、ネットワーク識別子の情報を獲得する（ステップＳ１３）。また、複数の無線ネットワークが存在した場合には、それぞれの無線ネットワークに関するパラメータを保持する。
【０１０６】
次いで、自己の無線通信装置が参入する無線ネットワークの有無を判断する（ステップＳ１４）。そして、参入する無線ネットワークがあれば、自己の無線ネットワークで利用するチャネル・スロットの設定を行なうとともに（ステップＳ１５）、その無線ネットワークの制御局に対して、所定の参入信号を送信する（ステップＳ１６）。
【０１０７】
その後、制御局からのレスポンスを待機する（ステップＳ１７）。そして、制御局からのレスポンスを受信したことに応答して、制御局の配下でその無線ネットワークの通信装置として動作する（ステップＳ１８）。
【０１０８】
そして、無線ネットワークに対するビーコン信号が受信できるか判断し、ビーコン信号の受信処理を繰り返し（ステップＳ１９）、ビーコン信号を受信するたびにステップＳ１８に戻り、その無線ネットワークの通信装置として動作を継続する。
【０１０９】
一方、ビーコン信号を受信できなくなった場合には、ステップＳ１１に戻り、再度無線ネットワークの検索動作が再び起動される。
【０１１０】
また、ステップＳ１７において無線ネットワークへの参入処理が完了しなかった場合や、ステップＳ１４において参入する無線ネットワークが存在しないと判断された場合、並びに、ステップＳ１２においてビーコン信号をまったく受信することができなかった場合には、ステップＳ１１に戻り、再度無線ネットワークの検索動作が起動される。
【０１１１】
［追補］
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。すなわち、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。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、一方の無線ネットワークが他方の無線ネットワークに参入するという複雑な手続きなしに、競合する複数の無線ネットワークの共存を実現することができる、優れた通信システム、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。
【０１１３】
本発明によれば、事前に所定の時間周期で繰り返し利用可能なチャネル・スロットを複数用意して、それらチャネル・スロットの１つをその無線通信システムで規定されたネットワークが逐次利用することによって、時間軸方向に多重化して複数の無線ネットワークの共存を図ることができる。
【０１１４】
すなわち、無線ネットワークを運営する場合に、事前に用意された全てのチャネル・スロットの時間に渡って受信を行ない、既に他の無線ネットワークがチャネル・スロットを設定している場合には、その空きチャネル・スロットを用いて自己の無線ネットワークを動作させ、他の無線ネットワークによってチャネル・スロットが設定されていなければ、自らチャネル・スロットを設定して無線ネットワークを形成する。これによって、周波数方向に複数の無線チャンネルを設けることが困難なウルトラワイドバンド無線通信においても、複数のチャンネルを用意することができる。
【０１１５】
また、本発明によれば、必要とする無線伝送量に応じた個数のチャネル・スロットを各無線ネットワークに割り当てていくことにより、好適な無線ネットワークの運用を図ることができる
【０１１６】
さらに、複数のチャネル・スロットを事前に設けた無線ネットワークは、少なくとも一部のチャネル・スロットを他の無線ネットワークで利用できるように空き領域としておくことで、同一空間上に複数の無線ネットワークが共存できる環境をあらかじめ構築することができる。
【０１１７】
また、本発明によれば、無線伝送路を時分割して複数の無線ネットワークで多重化して利用することで、複数の周波数チャンネルを用意する従来からの無線ＬＡＮシステムと同様に、複数の無線ネットワークを同一空間上に共存させることができる。
【０１１８】
また、本発明によれば、チャネル・スロットの先頭で所定のビーコン信号の有無を確認するだけで他の周波数チャンネルでの検索（チャンネル・スキャン）処理を実行することができるので、他の無線ネットワークの検索処理が簡素化することができる。
【０１１９】
また、本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３にて規格化される"Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｐｉｃｏｎｅｔ"のように、新規の無線ネットワークがチャネル・スロットを獲得することができる。言い換えれば、親となるネットワークへの参入処理（Association）を経る必要がなくなるため、複数のネットワークが短時間で且つ簡素な手続きだけで共存動作を行なうことができる。
【０１２０】
また、本発明によれば、無線ネットワークの制御局となる無線通信装置は、他の無線ネットワークによってチャネル・スロットが設定されていなければ、自らチャネル・スロットを設定して無線ネットワークを形成することで、パーソナル・エリア・ネットワークに最適な無線ネットワークを自ら構築することができる。
【０１２１】
また、本発明によれば、無線ネットワークの制御局となる無線通信装置は、自らチャネル・スロットを設定する機能を備えることで、その後同一空間上に存在する他の無線ネットワークの制御局装置は、その空き領域となるチャネル・スロットを用いて無線ネットワークを形成するようにすることで、各無線ネットワーク間で共存を図ることができる。
【０１２２】
また、本発明によれば、無線ネットワークの無線通信装置は、ネットワーク・フレームのすべてのチャネル・スロットにわたって受信動作をする機能を設けることで、周辺に存在する無線ネットワークの存在を容易に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】同一空間に複数のネットワークが存在している状態を表わした図である。
【図２】本実施形態に係る無線通信システムにおいて使用される伝送フレーム周期の構成例を示した図である。
【図３】ネットワーク・フレームを構成する各チャネル・スロットを異なる無線ネットワークで利用している例を示した図である。
【図４】図３に示したネットワーク・フレームの変形例を示した図である。
【図５】図３に示したネットワーク・フレームの変形例を示した図である。
【図６】図３に示したネットワーク・フレームの変形例を示した図である。
【図７】本実施形態に係る無線通信システムにおいて使用されるビーコン信号の構成例を示した図である。
【図８】本実施形態に係る無線通信装置１００の機能構成を模式的に示した図である。
【図９】同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下における制御局間で行なわれる動作シーケンスを示した図である。
【図１０】同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下で、一般の通信端末が行なう動作シーケンスを示した図である。
【図１１】本実施形態に係る無線通信装置１００が、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下において制御局として動作するための処理手順を示したフローチャートである。
【図１２】本実施形態に係る無線通信装置１００が、同じ空間上に複数の無線ネットワークが共存する無線通信環境下において一般の通信局として動作するための処理手順を示したフローチャートである。
【図１３】ＵＷＢを用いたデータ伝送の例を示した図である。
【符号の説明】
１００…無線通信装置
１０１…インターフェース
１０２…メモリ・バッファ
１０３…ＵＷＢ無線送信部
１０４…アンテナ
１０５…情報記憶部
１０６…中央制御部
１０７…フレーム管理部
１０８…ＵＷＢ無線受信部

Claims (10)

1. 時分割多元接続方式によりネットワークが運用される通信システムであって、
   各ネットワークは、通信制御装置が複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを設定して、該ネットワーク・フレームを繰り返し利用することで運用され、
   各通信制御装置は、ネットワーク・フレームの少なくとも１つのチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するネットワーク運用手段と、同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出手段を備え、前記ネットワーク・フレーム検出手段が同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出したときに、前記ネットワーク運用手段は、該検出したネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
   ことを特徴とする通信システム。
2. 複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを繰り返し利用可能なネットワークを時分割多元接続方式により運用する通信制御装置であって、
   複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームの少なくとも１つのチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するネットワーク運用手段と、
   同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出手段を備え、
   前記ネットワーク・フレーム検出手段が同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出したときに、前記ネットワーク運用手段は、該検出したネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
   ことを特徴とする通信制御装置。
3. 前記ネットワーク運用手段は、前記ネットワーク・フレーム検出手段が同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出しなかったときには、複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを自ら設定し、該ネットワーク・フレーム内の少なくとも一部のチャネル・スロットを同一空間に参入する他のネットワークを運用するために未使用状態のまま残しながら他の１以上のチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信制御装置。
4. 前記ネットワーク・フレーム検出手段は、所定のネットワーク・フレーム周期以上の受信動作を行ない、送信信号を検出できたかどうかに応じてネットワーク・フレームの存在を検出する、
   ことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の通信制御装置。
5. ネットワーク・フレーム周期内の各チャネル・スロットの使用状況を管理するフレーム管理手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の通信制御装置。
6. 複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを繰り返し利用可能なネットワークを時分割多元接続方式により運用する通信制御方法であって、
   複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームの少なくとも１つのチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するネットワーク運用ステップと、
   同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出ステップを備え、
   前記ネットワーク・フレーム検出ステップにおいて同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出したときに、前記ネットワーク運用ステップでは、該検出したネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
   ことを特徴とする通信制御方法。
7. 前記ネットワーク運用ステップでは、前記ネットワーク・フレーム検出ステップにおいて同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出しなかったときには、複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを自ら設定し、該ネットワーク・フレーム内の少なくとも一部のチャネル・スロットを同一空間に参入する他のネットワークを運用するために未使用状態のまま残しながら他の１以上のチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。
8. 前記ネットワーク・フレーム検出ステップでは、所定のネットワーク・フレーム周期以上の受信動作を行ない、送信信号を検出できたかどうかに応じてネットワーク・フレームの存在を検出する、
   ことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の通信制御方法。
9. ネットワーク・フレーム周期内の各チャネル・スロットの使用状況を管理するフレーム管理ステップをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の通信制御方法。
10. 複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを繰り返し利用可能なネットワークを時分割多元接続方式により運用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、前記コンピュータ・システムに対し、
    複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームの少なくとも１つのチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するネットワーク運用手順と、
    同一空間上にネットワーク・フレームが設定されているかどうかを検出するネットワーク・フレーム検出手順を実行させ、
    前記ネットワーク・フレーム検出手順において同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出したときに、前記ネットワーク運用手順は、該検出したネットワーク・フレーム内の空きチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用するが、同一空間上に設定されているネットワーク・フレームを検出しなかったときには、複数のチャネル・スロットからなるネットワーク・フレームを自ら設定し、該ネットワーク・フレーム内の少なくとも一部のチャネル・スロットを未使用状態のまま残しながら他の１以上のチャネル・スロットを用いて自局ネットワークを運用する、
    ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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