JP4285138B2 - 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アドホック（Ａｄ−ｈｏｃ）通信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、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、近隣の無線システムが干渉し合うことなく特定の制御局の介在なしに自律分散型の無線ネットワークを形成する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数の周波数チャネルを効果的に利用し、空間位置的に隣接する異なるアクセス方式の無線システムからの干渉をチャネル切り替えにより低減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。

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一般的に用いられている。

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。

ところで、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報機器が普及し、オフィス内に多数の機器が混在する作業環境下では、通信局が散乱し、複数のネットワークが重なり合って構築されていることが想定される。このような状況下では、単一チャネルを使用した無線ネットワークの場合、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などにより通信品質が低下したりしても、事態を修復する余地はない。

このため、従来の無線ネットワーク・システムでは、他のネットワークとの共存のために周波数チャネルを複数用意しておき、アクセス・ポイントとなる無線通信装置において利用する周波数チャネルを１つ選択して動作を開始する方法が一般に採用されている。

このようなマルチチャネル通信方式によれば、通信中に他のシステムが割り込んできたり、干渉などにより通信品質が低下したりしたときに、利用する周波数チャネルを切り替えることにより、ネットワーク動作を維持し、他のネットワークとの共存を実現することができる。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の高速無線ＰＡＮシステムにおいても、システムで利用可能な周波数チャネルが複数用意され、無線通信デバイスは電源投入後に周囲にピコネット・コーディネータ（ＰＮＣ）としてビーコン信号を送信しているデバイスの有無を確認するため、すべての利用可能なチャネルにわたってスキャン動作を行なうことで利用する周波数チャネルを選択する、というアルゴリズムが採用されている。

制御局を配置しない自律分散型のアドホック・ネットワークにおいては、近隣で稼動中の異なる無線ネットワークとの干渉を極力抑えるために、周波数チャネルに関するリソース管理は重要である。しかしながら、ネットワークで使用する周波数チャネルを一斉に切り替えるためには、コーディネータあるいはアクセス・ポイントと呼ばれる代表局が各端末局に利用チャネルの指示を行なう必要がある。言い換えれば、アドホック・ネットワークにおいて周波数チャネルを切り替えることは困難である。

複数の周波数チャネルを使い分けるために、 ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２を例にとると、一斉にチャネルを切り替える方法が考えられている。図１７に示す通り、中央制御局であるＡＰ（基地局）が、周波数チャネルを変更する旨を繰り返し報知し、あるタイミングで、ＡＰと、ＡＰに接続しているＭＴ（移動局）が一斉にチャネルを切り替える。切り替えるべきか否かの判断はＡＰ主導で決定される。判断する上での情報は、図１８に示されるような処理手順を踏むことで集積している。具体的には、（１）ＡＰの指示により、接続中のＭＴが通信を一時的に休止し、別の周波数チャネルをスキャンしてチャネル品質評価をし、その結果をＡＰに報告する、（２）ＡＰの指示により、ＡＰが一時的に報知チャネルの送信を停止し、接続中のＭＴが現在使用中の周波数チャネルをスキャン並びにチャネル品質評価をし、その結果をＡＰに報告するなどの処理である。

また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信においては、マスターと呼ばれる中央制御局が基準となってランダムに周波数ホッピングすることで各周波数チャネルを公平に利用する方法が採られている。ネットワークを構成するためにはマスターと呼ばれる中央制御局の存在が必須で、周波数チャネルのホッピング・パターンと時間軸方向の同期の基準になっている。マスターが消失した場合は、それまで形成されたネットワークは一旦切断状態となり、新たなマスターを選択する処理が必要になる。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムにおいては、最初にアクセス・ポイントが設定した周波数チャネルを利用してネットワークが形成されるので、基地局を配置せずにアドホック・ネットワークを構築することが困難である。他の周波数チャネルで動作するＡＰに収容されているＭＴと通信を行なう場合には、ＡＰ同士を例えば有線ＬＡＮのケーブルなどで接続しておかなければならない。つまり、収容されたＡＰ同士が接続されていなければ、物理的に隣接して存在する無線通信装置（端末）同士が異なるＡＰに収容されていても通信が行なえない。

また、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の高速無線ＰＡＮシステムにおいても、最初にすべての周波数チャネルのスキャンを行ない、周辺に存在するコーディネータの探索を行なうことは可能であるが、一旦特定の周波数チャネルでの運用が開始されてしまうと、他の周波数チャネルの利用状況を把握することができない。このため、近隣に利用している周波数チャネルの異なるピコネットが存在しても、そのピコネットに接続されている無線通信装置との通信が行なえない。

このように従来の方法では、周波数チャネル切り替えのタイミング、参入している端末が相互に同期して周波数チャネル切り替え動作を開始するためにメッセージ交換などによって実現するセットアップ処理、周波数チャネル切り替えを決定する為の調停処理などといった複雑な機構が必要になる。また、制御を主体的に行なう、ＩＥＥＥ８０２．１１やＨｉｐｅｒＬＡＮ／２におけるＡＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信におけるマスターといった中央制御局の存在が必須である。仮にＡＰやマスターなどの中央制御局が消失した場合には、その代わりになる中央制御局を選択する何らかのプロトコル処理若しくは人為的な設定変更作業が必要になり、その処理の間は通信が途絶えるという問題点がある。

また、自チャネルの干渉は測定だけでなく隣接チャネルを使用した場合の干渉を測定して周波数チャネルを決定する無線通信システムについても提案がなされているが（例えば、特許文献１を参照のこと）、これは基地局の介在によりマルチチャネルが実現されるシステムである。

特開平６−３７７６２号公報 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

本発明の目的は、制御局となる装置を特に配置せずにアドホック通信により無線ネットワークが好適に構築される、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、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、通信局同士が干渉し合うことなく適当なアドホック・ネットワークを好適に形成することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・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、特定の制御局を必要としない自律分散型の無線ネットワークにおいて、複数の周波数チャネルを効果的に利用してチャネル・アクセスを行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、制御局を配置せずに複数の無線通信装置によりアドホック通信に基づくネットワークを形成する無線通信システムであって、各無線通信装置は、
自局のビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定する基となるシード情報を含んだビーコン情報を報知し、
ネットワークへ新規参入するときには、他局から受信したビーコン情報中のシード情報を基に各チャネル上でビーコン送信を行なうチャネル切替パターンを同定し、空いているビーコン送信タイミング及び送信チャネルの候補の中から自局のものを選択し、ビーコン情報を送信する、
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。

自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は伝送フレーム周期内でビーコン情報を報知するとともに、他局からのビーコン信号のスキャン動作を行なうことによりネットワーク構成を認識することができる。ところが、マルチチャネルを利用する自律分散型ネットワークの場合、伝送フレームが周波数軸上に利用チャネル数分だけ多重化された構成となっているため、通信局は他の通信のビーコン送信タイミングにおいて同じチャネル上に移行していなければビーコンを受信することはできず、新規参入局は自局のビーコン送信タイミングや送信チャネルを決定することが困難である、という問題がある。

そこで、本発明では、通信局同士でビーコン送信におけるチャネル遷移パターンを通知し合うことで、互いに干渉しないようなビーコン送信タイミングと送信チャネルを選択することで、マルチチャネルを利用した自律分散型の無線ネットワークを構築するようにした。

本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークでは、各無線通信装置は、自局にとって良好なチャネルの中からビーコン情報の送信チャネルを決定する。そして、周辺に既存の通信局が存在しない場合には、自己のビーコン送信タイミング及び送信チャネルを規定する任意のチャネル切替パターンを決定することができる。

また、無線通信装置は、新規参入時において、自局にとって通信品質が良好でないチャネルを除外した候補の中からビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定するようにする。

また、無線通信装置は、新規参入時には、選択したチャネル上では伝送フレーム内で時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定するようにしてもよい。また、通信リソースの有効利用のため、周波数軸上でも分散するように送信チャネルを決定するようにしてもよい。

また、無線通信装置は、定常状態において一部の周波数チャネルの通信品質が劣化した場合に、該劣化したチャネルを除外した候補の中からビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定してビーコン送信位置及び送信チャネルを切り替えるようにしてもよい。

また、本発明の第２の側面は、複数のチャネルが用意された、制御局を配置せずに特定の制御局を配置しない無線通信環境下で動作するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
自局のビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定するビーコン送信位置制御ステップと、
該決定した自局のビーコン送信タイミング及び送信チャネルを規定するチャネル切替パターンと一意に対応するシード情報を生成するシード情報生成ステップと、
自局の通信範囲内において所定のフレーム周期毎に、該生成したシード情報を含んだビーコン情報を報知するビーコン情報報知ステップと、
他局から受信したビーコン情報を解析するビーコン解析ステップとを備え、
前記ビーコン送信位置制御ステップでは、新規参入時において、受信したビーコン情報から取り出されたシード情報に基づいて同定されるチャネル切替パターンを参照して、空いているビーコン送信タイミング及び送信チャネルの候補の中から自局が使用するものを選択する、
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、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、通信局同士が干渉し合うことなく適当なアドホック・ネットワークを好適に形成することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・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、特定の制御局（アクセス・ポイント・基地局・マスター局など)を必要としない自律分散型の無線ネットワークにおいて、複数の周波数チャネルを効果的に利用してチャネル・アクセスを行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

本発明によれば、空間位置的に隣接する異なるアクセス方式の無線システム（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ準拠のシステムやＨｉｐｅｒＬＡＮ／２及びＨｉＳＷＡＮａ準拠のシステムなど）からの干渉を、チャネル切り替えにより効果的に低減することができる。

また、本発明によれば、ネットワークに参入している端末が一斉に周波数チャネルを切り替えるための複雑なプロトコルが不要になる。本発明は、各局がビーコンを送信した後に優先的に送信を行なえるスロットを有するような通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを有効利用したい場合にも適用することができる。

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。

本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、且つ複数の周波数チャネルからなる伝送媒体を用いて、複数の通信局間でネットワークを構築する。また、本発明で想定している通信は蓄積交換型のトラヒックであり、パケット単位で情報が転送される。

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）フレームにより複数のチャネル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無線通信システムでは、各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。また、ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信することにより、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。また、通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、各通信局が利用する各チャネルにおける伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義される。

以下に説明する各通信局での処理は、基本的に、本発明に係るアドホック・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通信システムを構成する通信装置の配置例を示している。この無線通信システムでは、特定の制御局を配置せず、各通信装置が自立分散的に動作し、アドホック・ネットワークが形成されている。同図では、通信装置＃０から通信装置＃６までが、同一空間上に分布して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。

本実施形態では、各通信装置は、周囲にある他の通信装置との間で互いに影響を考慮しながら１つの無線伝送路を時分割で利用するというアクセス制御を行なう。

図２には、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。図示の無線通信装置は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、同じ無線システム内では効果的にチャネル・アクセスを行なうことにより、他の無線システムと干渉し合うことなく適当なアドホック・ネットワークを形成することができる。

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、チャネル設定部１０８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（マルチチャネルにおけるスキャン設定やチャネル設定など）を一元的に行なう。

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、各チャネルにおける自己のビーコン送信スロット位置、各チャネルにおける自己の受信スロット位置、各チャネルにおける近隣の通信装置からのビーコン受信スロット位置、各チャネルにおける自己のスキャン動作周期などを規定する。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、無線通信装置１００が利用する各チャネルにおける伝送フレーム周期はビーコン間隔によって定義されることになる。

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を無線送信するために、所定の変調処理を行なう。

アンテナ１０９は、他の無線通信装置宛に信号を無線送信し、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。

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方式、ＯＦＤＭ方式、ＣＤＭＡ方式などを採用することができる。

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、利用する各チャネルにおいて規定した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チャネル切替タイミング、各チャネルにおけるスキャン動作周期、各チャネルにおける他の通信装置からのビーコン受信タイミングなどを制御する。そして、チャネル設定部１０８は、マルチチャネル方式の無線信号を実際に送受信するチャネルを選択する。

ビーコン解析部１１２は、受信できた他の無線通信装置の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、各チャネルにおけるビーコンの受信タイミングや、他の通信装置からの受信ビーコンに記載されているビーコン送信タイミング、チャネル遷移情報、受信スロット位置、近隣ビーコン受信スロット位置などの情報は、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（スキャン設定やチャネル設定などを行なうプログラム）や、他の通信局のビーコン送信タイミング、マルチチャネル情報、近隣装置情報、チャネル遷移情報、周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブル（後述）などを蓄えておく。

本実施形態では、通信局として動作する無線通信装置１００は、複数のチャネルが用意されている通信環境下において、特定の制御局を配置せずにアドホック・ネットワーク環境下で、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送（ＭＡＣ）フレームにより複数のチャネルを効果的に利用した伝送制御、又はＣＳＭＡ／ＣＡに基づくランダム・アクセスなどの通信動作を行なう。

各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣（すなわち通信範囲内）の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。また、ある通信局の通信範囲に新規に参入する通信局は、ビーコン信号を受信することにより、通信範囲に突入したことを検知するとともに、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知ることができる。

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。

周辺に通信局がいない場合、通信局０１は適当なタイミングでビーコンを送信し始めることができる。ビーコンの送信間隔は４０ミリ秒である（前述）。図３中の最上段に示す例では、Ｂ０１が通信局０１から送信されるビーコンを示している。

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。このとき、各通信局はビーコン送信の直後に優先利用領域（ＴＧＰ）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密集しているよりも伝送フレーム周期内で均等に分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、基本的に自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信を開始するようにしている。但し、各通信局のビーコン送信タイミングを集中して配置し、残りの伝送フレーム周期では受信動作を停止して装置の消費電力を低減させるという利用方法もある。

例えば、図３中の最上段に示すように、通信局０１のみが存在するネットワーク状態において、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（伝送フレーム周期）内がビーコンで溢れないように、ミニマムのビーコン間隔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ミリ秒の伝送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。

図４には、ビーコン送信タイミングの一例を示している。但し、同図に示す例では、４０ミリ秒からなる伝送フレーム周期における時間の経過を、円環上で時針が右回りで運針する時計のように表している。

図４に示す例では、通信局０から通信局Ｆまでの合計１６台の通信局がネットワークのノードとして構成されている。図３を参照しながら説明したように、既存の通信局が設定したビーコン間隔のほぼ真中のタイミングで新規参入局のビーコン送信タイミングを順次設定していくというアルゴリズムに従って、ビーコン配置が行なわれたものとする。Ｂｍｉｎを２．５ミリ秒と規定した場合には、これ以上の通信局は該ネットワークに参入できない。ビーコン送信位置決定の詳細な手順については、後述に譲る。

ＩＥＥＥ８０２．１１方式などの場合と同様に、本実施形態においても複数のパケット間隔を定義する。ここでのパケット間隔の定義を、図５を参照して説明する。ここでのパケット間隔は、Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＳＩＦＳ） とＬｏｎｇ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＬＩＦＳ）を定義する。プライオリティが与えられたパケットに限りＳＩＦＳのパケット間隔で送信を許容し、それ以外のパケットはＬＩＦＳ＋ランダムに値を得るランダムバックオフのパケット間隔だけメディアがクリアであることを確認した後に送信を許容する。ランダムバックオフ値の計算方法は既存技術で知られている方法を適用する。

さらに本実施形態においては、上述したパケット間隔である「ＳＩＦＳ」と「ＬＩＦＳ＋バックオフ」の他、「ＬＩＦＳ」と「ＦＩＦＳ＋ バックオフ」（ＦＩＦＳ：Ｆａｒ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）を定義する。通常は「ＳＩＦＳ」と「ＬＩＦＳ＋バックオフ」のパケット間隔を適用するが、ある通信局に送信の優先権が与えられている時間帯においては、他局は「ＦＩＦＳ＋バックオフ」のパケット間隔を用い、優先権が与えられている局はＳＩＦＳあるいはＬＩＦＳでのパケット間隔を用いるというものである。

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られる。図６には、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示している。この優先区間をＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ Ｐｅｒｉｏｄ（ＴＧＰ）と定義する。また、ＴＧＰ以外の区間をＦａｉｒｌｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｅｒｉｏｄ（ＦＡＰ）と定義する。図７には、伝送フレーム周期の構成を示している。同図に示すように、各通信局からのビーコンの送信に続いて、そのビーコンを送信した通信局のＴＧＰが割り当てられ、ＴＧＰの長さ分だけ時間が経過するとＦＡＰになり、次の通信局からのビーコンの送信でＦＡＰが終わる。なお、ここではビーコンの送信直後からＴＧＰが開始する例を示したが、これには限定されるものではなく、例えば、ビーコンの送信時刻から相対位置（時刻）でＴＧＰの開始時刻を設定してもよい。

ここで、パケット間隔について再度考察すると、下記のようになる。各通信局は、ＦＡＰにおいてはＬＩＦＳ＋バックオフの間隔での送信を行なう。また、ビーコン並び自局のＴＧＰ内でのパケットの送信に関しては、ＳＩＦＳ間隔での送信を許容する。また、自局のＴＧＰ内でのパケットの送信に関してはＬＩＦＳの間隔での送信をも許容する。さらに、他局のＴＧＰ内でのパケットの送信に関してはＦＩＦＳ＋バックオフの間隔での送信とするということになる。ＩＥＥＥ８０２．１１方式においては、常にパケット間隔としてＦＩＦＳ＋バックオフがとられていたが、本例の構成によれば、この間隔を詰めることができて、より効果的なパケット伝送が可能となる。

上記では、ＴＧＰ中の通信局にのみ優先送信権が与えられるという説明を行なったが、ＴＧＰ中の通信局に呼び出された通信局にも優先送信権を与える。基本的にＴＧＰにおいては、送信を優先するが、自通信局内に送信するものはないが、他局が自局宛てに送信したい情報を保持していることが判っている場合には、その「他局」宛てにページング（Ｐａｇｉｎｇ）メッセージあるいはポーリング（Ｐｏｌｌｉｎｇ） メッセージを投げたりしてもよい。

逆に、ビーコンを送信したものの、自局には何も送信するものがない場合でかつ他局が自局宛てに送信したい情報を保持していることを知らない場合、このような通信局は、何もせず、ＴＧＰで与えられた送信優先権を放棄し、何も送信しない。すると、ＬＩＦＳ＋バックオフあるいはＦＩＦＳ＋バックオフ経過後に他局がこの時間帯でも送信を開始する。

図７に示したようにビーコン送信した直後にＴＧＰが続くという構成を考慮すると、各通信局のビーコン送信タイミングは密集しているよりも伝送フレーム周期内で均等に分散している方が伝送効率上より好ましい。したがって、本実施形態では、基本的に自身が聞こえる範囲でビーコン間隔が最も長い時間帯のほぼ真中でビーコンの送信を開始するようにしている。但し、各通信局のビーコン送信タイミングを集中して配置し、残りの伝送フレーム周期では受信動作を停止して装置の消費電力を低減させるという利用方法もある。

図８には、ビーコン信号フォーマットの構成例を示している。同図に示すように、ビーコン信号は、当該信号の存在を知らしめるためのプリアンブルに、ヘディング、ペイロード部ＰＳＤＵが続いている。ヘディング領域において、該パケットがビーコンである旨を示す情報が掲載されている。また、ＰＳＤＵ内にはビーコンで報知したい以下の情報が記載されている。

ＴＸ．ＡＤＤＲ：送信局（ＴＸ）のＭＡＣ アドレス
ＴＯＩ：ＴＢＴＴオフセット・インジケータ（ＴＢＴＴ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ）
ＮＢＯＩ：近隣ビーコンのオフセット情報（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｂｅａｃｏｎ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）
ＴＩＭ：トラフィック・インジケーション・マップ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）
ＳＥＥＤ：周波数チャネル切替パターンを計算するための初期値

ＴＩＭとは、現在この通信局がどの通信局宛てに情報を有しているかの報知情報であり、ＴＩＭを参照することにより、受信局は自分が受信を行なわなければならないことを認識することができる。また、ＳＥＥＤは、周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブル（後述）に基づいて周波数チャネル切り替えパターンを計算するための初期値である。通信局における周波数チャネルの切り替え動作の詳細については後述に譲る。

ＮＢＯＩは、近隣の通信局のビーコン配置を記述した情報である。本実施形態では、各チャネルにおいて伝送フレーム周期内に最大１６個のビーコンを配置することができることから、ＮＢＯＩを各ビーコン位置に相当する１６ビット長のフィールドとして構成し、受信できたビーコンの配置に関する情報をビットマップ形式で記述する。そして、自局のビーコン送信タイミングを基準として、各通信局からのビーコン受信タイミングの相対位置に対応するビットに１を書き込み、ビーコンを受信しないタイミングの相対位置に対応するビット位置は０のままとする。本実施形態では、利用可能な周波数チャネル毎にＮＢＯＩ情報が用意される。

図９には、ＮＢＯＩの記述例を示している。同図に示す例では、図３に示した通信局０が、「通信局１並びに通信局９からのビーコンが受信可能である」旨を伝えるＮＢＯＩフィールドが示されている。受信可能なビーコンの相対位置に対応するビットに関し、ビーコンが受信されている場合にはマーク、受信されていない場合にはスペースを割り当てる。なお、これ以外の目的で、ビーコンが受信されていないタイミングに対応するビットに関してマークを行なうようにしてもよい。

各通信局はお互いのビーコン信号を受信し、その中に含まれるＮＢＯＩの記述に基づいて、使用可能な各周波数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他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。

図１０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１０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（伝送フレーム）毎に送信されている。このとき、ＳＴＡ０から送信されるビーコンに記載されているＮＢＯＩフィールドのすべてのビットが０である。

図１０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１０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１１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。

このように、自律分散型の無線通信システムでは、各通信局は伝送フレーム周期内でビーコン情報を報知するとともに、他局からのビーコン信号のスキャン動作を行なうことによりチャネル上でのネットワーク構成を認識することができる。ところが、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型ネットワークの場合、図４に示したような伝送フレームが周波数軸上に利用チャネル数分だけ配置された構成となっている（図１２を参照のこと）。このため、通信局は他の通信のビーコン送信タイミングにおいて同じチャネル上に移行していなければビーコンを受信することはできず、各チャネル上におけるネットワーク構成を把握することができない。言い換えれば、新規参入局は自局のビーコン送信タイミングや送信チャネルを決定することが困難である。

そこで、本実施形態では、通信局同士でビーコン送信におけるチャネル遷移パターンを通知し合い、互いに干渉しないようなビーコン送信タイミングと送信チャネルを選択することで、マルチチャネルを利用した自律分散型の無線ネットワークを構築するようにした。

本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線ネットワークにおける、通信局の基本的な動作手順を以下に示す。

（１）新規でネットワークに参入しようとする通信局は、 まず利用可能なすべての周波数チャネルをスキャンし、各周波数チャネルについての通信品質を評価する。通信品質の評価方法は特に限定されない。

（２）通信品質の評価結果に基づいて、自局がビーコンを送信するのに最適と判断する周波数チャネルを決定する。ビーコン送信用の周波数チャネルの決定方法は特に限定されない。

（３）周波数チャネル切り替えパターン生成用初期値（シード：ＳＥＥＤ）を決定する。シードの決定方法は特に限定されない。例えば乱数などを用いて生成してもよい。

（４）生成したシードを基に、周波数チャネル切り替えパターンを生成する。 例えば、図１３に示すような周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブルを用いて周波数チャネル切り替えパターンを生成してもよい。

（５）周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブルから得られたチャネル変更パターンに従い、周波数チャネルを変更しつつ、所定のタイミングでのビーコン送信とデータの送受信を行なう。

図１３に示した周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブルは、１６個の周波数チャネルを持ち、各チャネル上では４０ミリ秒からなる伝送フレーム周期を１６等分して２．５ミリ秒間隔でビーコン送信位置が設けられた無線通信システムにおけるテーブル構成である。

例えば、ある通信局がチャネル＃１を最適チャネルに決定するとともに、シードＢを生成した場合、伝送フレーム周期の２番目のビーコン位置＃１のビーコン送信タイミングにおいてビーコンを送出する。その後、チャネル＃２にホッピングしたときには３番目のビーコン位置＃２、チャネル＃３にホッピングしたときには４番目のビーコン位置＃３、といった具合に、得られたチャネル変更パターンに従いチャネルのホッピングを行なうとともに、遷移先の各チャネル上で順次ビーコンの受信若しくは必要に応じて送信を行なう。通信品質の評価で干渉などにより使用不可能とされたチャネルへのホッピングやビーコン送受信動作を省略することができる。

（６）通信局は、手順（１）及び（２）において、遷移先の各チャネル上でスキャン動作を行なう。但し、マルチチャネルにおけるスキャン動作シーケンスは特に限定されない。ここで、あるチャネルで他の通信局から送出されたビーコンを検出した場合、無線ネットワークが既に構築され稼働していると判断する。

（７）他の通信局からのビーコンを受信すると、その解析処理を行なう。例えば、各チャネルにおけるビーコンの受信タイミングや、他の通信装置からの受信ビーコンに記載されているビーコン送信タイミング、チャネル遷移情報、受信スロット位置、近隣ビーコン受信スロット位置などの情報は、近隣装置情報として保管される。

本実施形態では、受信したビーコンの情報に含まれている周波数チャネル切り替えパターンを計算するためのシードを読み取ると、受信したビーコンの伝送フレーム中の送信位置と周波数チャネル切り替パターンの導出を行なう。

（８）さらに、受信したビーコンに含まれる他局のビーコン受信情報（ＮＢＯＩ）を読み取り、未使用になっているビーコン送信位置一覧を生成する。

（９）手順（８）で生成したビーコン送信位置と対応する周波数チャネルのうち、 自ビーコンに最適なチャネルを選択する。

（１０）手順（７）で導出された周波数チャネル切り替えパターンに従い、ビーコンの送受信及び周波数チャネル切り替え動作を開始する。

なお、通信局のチャネル切り替えパターンを同定する方法として、図１３に示したような周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブルを計算する以外に、受信したビーコンに記載されているシードに基づいてチャネル切り替えパターンを計算する関数を備え、他局からのビーコン受信とともにそのチャネル切り替えパターンを逐次計算するようにしてもよい。

ビーコン受信により、送信元の通信局のシードＳと利用チャネルＣＨを得ることができる。したがって、シードＳと利用チャネルＣＨに基づいて伝送フレーム中のビーコン位置ＢＰを決定するための関数ｆと、シードＳとビーコン位置ＢＰに基づいて切り替えるべきチャネルＣＨを決定するための関数ｇと、シードＳと現在のチャネルＣＨ_ｃｕｒｒｅｎｔに基づいて次のビーコン位置でのチャネルＣＨ_ｎｅｘｔを決定するための関数ｈを備えていればよい。

ＢＰ＝ｆ（Ｓ，ＣＨ）
ＣＨ＝ｇ（Ｓ，ＢＰ）
ＣＨ_ｎｅｘｔ＝ｈ（Ｓ，ＣＨ_ｃｕｒｒｅｎｔ）

関数の構成例を以下に示しておく。

（例１）
ｆ（Ｓ，ＣＨ）＝（ＣＨ＋Ｓ） ｍｏｄ Ｎ
ｇ（Ｓ，ＣＨ）＝（ＢＰ−Ｓ） ｍｏｄ Ｎ
ｈ（Ｓ，ＣＨ）＝（ＣＨ＋１） ｍｏｄ Ｎ

（例２）
ｆ（Ｓ，ＣＨ）＝（（（Ｓ＋ＣＨ） ｍｏｄ ＭＡＸ_ＣＨ） ｍｏｄ ＭＡＸ_ＢＰ）

図１４には、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信環境下で、通信局として動作する無線通信装置１００が新規参入するための基本動作手順をフローチャートの形式で示している。但し、図示の例では、隣接システムとの干渉を考慮しない。この動作手順は、実際には、中央制御部１０３が情報記憶部１１３に格納されている実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。

まず、あるチャネル上で他局からの送信ビーコンを検出するためのスキャン動作を開始する（ステップＳ１）。そして、周辺に他の通信局が存在し、そのネットワークに参入することができるかどうかを、受信ビーコンの解析や当該チャネルの通信品質の測定などに基づいて判断する（ステップＳ２）。

ここで、周辺の通信局によって構成される既存のネットワークに参入することができないと判断された場合には、任意のチャネル切替パターンを決定し、自局が最も良好と思われるチャネル上でビーコンを送信する（ステップＳ６）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

一方、周辺の通信局によって構成される既存のネットワークに参入することができると判断された場合には、周辺局から受信したビーコン情報を解析し、そのチャネル切り替えパターンを同定する（ステップＳ３）。チャネル切替パターンは、ビーコン情報から取り出されたシードに基づいて算出することができる（前述）。

次いで、現チャネル上の既存のネットワークに参入する際に、複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ４）。

複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在する場合には、これらの候補のうち１つを所定の方法で選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを決定し、このタイミングに基づいてビーコンの送信を開始する（ステップＳ５）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。このとき、通信局は、選択したチャネル上では伝送フレーム（図４を参照のこと）内で時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定するようにしてもよい。また、通信リソースの有効利用のため、周波数軸上（図１２を参照のこと）でも分散するように送信チャネルを決定するようにしてもよい。

一方、複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在しない場合には、唯一の候補を選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを決定し、このタイミングに基づいてビーコンの送信を開始する（ステップＳ７）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

図１５には、本実施形態に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信環境下で、通信局として動作する無線通信装置１００が新規参入するための基本動作手順をフローチャートの形式で示している。但し、図示の例では、隣接システムとの干渉を考慮するようになっている。この動作手順は、実際には、中央制御部１０３が情報記憶部１１３に格納されている実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。

まず、あるチャネル上で他局からの送信ビーコンを検出するためのスキャン動作を開始する（ステップＳ１１）。そして、周辺に他の通信局が存在し、そのネットワークに参入することができるかどうかを、受信ビーコンの解析や当該チャネルの通信品質の測定などに基づいて判断する（ステップＳ１２）。

ここで、周辺の通信局によって構成される既存のネットワークに参入することができないと判断された場合には、相互に通信不可能な隣接システムや妨害電波・雑音などで、通信に不適当な送信チャネル（通信品質のよくないチャネル）が存在するかどうかをさらに判断する（ステップＳ１７）。

通信に不適当な送信チャネルが存在しない場合には、任意のチャネル切り替えパターンを決定し、自局が最も良好と思われるチャネル上でビーコンを送信する（ステップＳ１９）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

また、通信に不適当な送信チャネルが存在する場合には、通信品質のよくないチャネルを極力使用しないチャネル遷移パターンを決定し、自局が最も良好と思われるチャネル上でビーコンを送信する（ステップＳ１８）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

ステップＳ１２において、周辺の通信局によって構成される既存のネットワークに参入することができると判断された場合には、周辺局から受信したビーコン情報を解析し、そのチャネル切替パターンを同定する（ステップＳ１３）。チャネル切り替えパターンは、ビーコン情報から取り出されたシードに基づいて算出することができる（前述）。

次いで、現チャネル上の既存のネットワークに参入する際に、複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ１４）。

複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在しない場合には、唯一の候補を選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを決定し、このタイミングに基づいてビーコンの送信を開始する（ステップＳ２０）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

一方、複数のビーコン送信位置及び送信チャネルの候補が存在する場合には、相互に通信不可能な隣接システムや妨害電波・雑音などで、通信に不適当な送信チャネル（通信品質のよくないチャネル）が存在するかどうかをさらに判断する（ステップＳ１５）。

通信に不適当な送信チャネルが存在しない場合には、これらの候補のうちの１つを所定の方法で選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを決定し、このタイミングに基づいてビーコンの送信を開始する（ステップＳ２１）。このとき、通信局は、選択したチャネル上では伝送フレーム内で時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定するようにしてもよい。また、通信リソースの有効利用のため、周波数軸上でも分散するように送信チャネルを決定するようにしてもよい（同上）。

また、通信に不適当な送信チャネルが存在する場合には、これらの候補のうち通信品質がよくないものを除外したものの中から１つを所定の方法で選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを決定し、このタイミングに基づいてビーコンの送信を開始する（ステップＳ１６）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。このとき、通信局は、選択したチャネル上では伝送フレーム内で時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定するようにしてもよい。また、通信リソースの有効利用のため、周波数軸上でも分散するように送信チャネルを決定するようにしてもよい（同上）。

図１６には、干渉が発生したときの通信局の動作手順をフローチャートの形式で示している。この動作手順は、実際には、中央制御部１０３が情報記憶部１１３に格納されている実行命令プログラムを実行するという形態で実現される。

通信局は、定常状態において、所定の伝送フレーム周期毎にビーコンの送信動作を行なっている（ステップＳ３１）。ビーコンには、決定されたチャネル切替パターンを生成する基となるシードが書き込まれる。

ここで、現在使用しているチャネル上で通信品質が劣化したか、あるいは使用に耐えないチャネルが現われたかどうかを判断する（ステップＳ３２）。

各チャネル上で通信品質の劣化が生じない期間中は、定常状態でのビーコン送信動作を継続する（ステップＳ３４）。

一方、あるチャネル上で通信品質の劣化が生じた場合には、ビーコン送信タイミング及び送信チャネルの候補のうち通信品質の劣化が生じたものを除外し、残りの候補の中から１つを所定の方法で選択し、選択したチャネル上での自己のビーコン送信タイミングを切り替える（ステップＳ３３）。このとき、通信局は、選択したチャネル上では伝送フレーム内で時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定するようにしてもよい。また、通信リソースの有効利用のため、周波数軸上でも分散するように送信チャネルを決定するようにしてもよい（同上）。

［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。

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、本実施形態に係る各通信局のビーコン送信手順を説明するための図である。 図４は、ビーコン送信タイミングの一例を示した図である。 図５は、パケット間隔の定義を説明するための図である。 図６は、ビーコン送信局に優先権が与えられる様子を示した図である。 図７は、伝送フレーム周期の構成を示した図である。 図８は、ビーコン信号フォーマットの構成例を示した図である。 図９は、ＮＢＯＩの記述例を示した図である。 図１０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１１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１２は、自律分散型のマルチチャネル無線通信システムの伝送フレーム構成を模式的に示した図である。 図１３は、周波数チャネル変更パターン計算用チャネル・テーブルの構成例を示した図である。 図１４は、本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信環境下で、通信局が新規参入するための基本動作手順を示したフローチャートである。 図１５は、本発明に係るマルチチャネル自律分散型の無線通信環境下で、通信局が新規参入するための基本動作手順の他の例を示したフローチャートである。 図１６は、干渉が発生したときの通信局の動作手順を示したフローチャートである。 図１７は、ＡＰが周波数チャネルを変更する旨を繰り返し報知し、あるタイミングで、ＡＰとＭＴが一斉にチャネルを切り替える様子を示した図である。 図１８は、ＡＰ主導で周波数チャネルを切り替えるべきかどうかを判断する処理手順を示した図である。

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
１０８…チャネル設定部
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 (10)

1. 複数のチャネルが用意されている通信環境下においてネットワークを形成する無線通信システムであって、各無線通信装置は、
   利用可能な各チャネルの中から自局がビーコンを送信するチャネルを決定するチャネル決定手段と、
   シード情報を決定するシード情報決定手段と、
   シード情報と一意となるチャネル切替パターンを決定するチャネル切替パターン決定手段と、
   前記チャネル決定手段が決定したチャネルにおけるビーコン送信タイミングを前記チャネル切替パターン決定手段が決定したチャネル切替パターンに従って決定して、近隣のビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）並びに前記シード情報決定手段が決定したシード情報を含んだビーコンの送信とデータ送受信を行なう送受信手段と、
   他局から受信したビーコン情報を解析するビーコン解析手段と、
   を備え、
   周辺局から受信したビーコンに含まれるシード情報に基づいてチャネル切替パターンを導出して、該導出したチャネル切替パターンに従ってビーコンの送受信及びチャネル切り替え動作を行なうとともに、周辺局から受信したビーコンに含まれるビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）に基づいてチャネル上での未使用ビーコン送信タイミングを検出して自局がビーコンを送信するチャネル及びビーコン送信タイミングを決定する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 複数のチャネルが用意された無線通信環境下で動作する無線通信装置であって、
   利用可能な各チャネルの中から自局がビーコンを送信するチャネルを決定するチャネル決定手段と、
   シード情報を決定するシード情報決定手段と、
   シード情報と一意となるチャネル切替パターンを決定するチャネル切替パターン決定手段と、
   前記チャネル決定手段が決定したチャネルにおけるビーコン送信タイミングを前記チャネル切替パターン決定手段が決定したチャネル切替パターンに従って決定して、近隣のビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）並びに前記シード情報決定手段が決定したシード情報を含んだビーコンの送信とデータ送受信を行なう送受信手段と、
   を備え、
   周辺局から受信したビーコンに含まれるシード情報に基づいてチャネル切替パターンを導出して、該導出したチャネル切替パターンに従ってビーコンの送受信及びチャネル切り替え動作を行なうとともに、周辺局から受信したビーコンに含まれるビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）に基づいてチャネル上での未使用ビーコン送信位置を検出して自局がビーコンを送信するチャネル及びビーコン送信タイミングを決定する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 前記チャネル決定手段は、自局にとって良好なチャネルの中からビーコン情報の送信チャネルを決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記チャネル決定手段は、新規参入時において、受信したビーコン情報から取り出されたシード情報に基づいて同定されるチャネル切替パターンを参照して、空いているビーコン送信タイミング及び送信チャネルの候補の中から自局が使用するものを選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記チャネル決定手段は、自局にとって通信品質が良好でないチャネルを除外した候補の中からビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記チャネル決定手段は、決定したビーコン送信チャネル上で他局と時間的に分散するようにビーコン送信タイミングを決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
7. 前記チャネル決定御手段は、周波数軸上で他局との間で分散するようにビーコン送信チャネルを決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
8. 前記チャネル決定手段は、定常状態において一部の周波数チャネルの通信品質が劣化した場合に、該劣化したチャネルを除外した候補の中からビーコン送信タイミング及び送信チャネルを決定してビーコン送信位置及び送信チャネルを切り替える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
9. 複数のチャネルが用意された無線通信環境下で動作するための無線通信方法であって、
   利用可能な各チャネルの中から自局がビーコンを送信するチャネルを決定するチャネル決定ステップと、
   シード情報を決定するシード情報決定ステップと、
   シード情報と一意となるチャネル切替パターンを決定するチャネル切替パターン決定ステップと、
   前記チャネル決定ステップにおいて決定したチャネルにおけるビーコン送信タイミングを前記チャネル切替パターン決定ステップにおいて決定したチャネル切替パターンに従って決定して、近隣のビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）並びに前記シード情報決定手段が決定したシード情報を含んだビーコンの送信とデータ送受信を行なう送受信ステップと、
   を有し、
   周辺局から受信したビーコンに含まれるシード情報に基づいてチャネル切替パターンを導出して、該導出したチャネル切替パターンに従ってビーコンの送受信及びチャネル切り替え動作を行なうとともに、周辺局から受信したビーコンに含まれるビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）に基づいてチャネル上での未使用ビーコン送信位置を検出して自局がビーコンを送信するチャネル及びビーコン送信タイミングを決定する、
   ことを特徴とする無線通信方法。
10. 複数のチャネルが用意された無線通信環境下で動作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、
    利用可能な各チャネルの中から自局がビーコンを送信するチャネルを決定するチャネル決定手段、
    シード情報を決定するシード情報決定手段、
    シード情報と一意となるチャネル切替パターンを決定するチャネル切替パターン決定手段、
    前記チャネル決定手段が決定したチャネルにおけるビーコン送信タイミングを前記チャネル切替パターン決定手段が決定したチャネル切替パターンに従って決定して、近隣のビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）並びに前記シード情報決定手段が決定したシード情報を含んだビーコンの送信とデータ送受信を行なう送受信手段、
    として機能させ、
    周辺局から受信したビーコンに含まれるシード情報に基づいてチャネル切替パターンを導出して、該導出したチャネル切替パターンに従ってビーコンの送受信及びチャネル切り替え動作を行なうとともに、周辺局から受信したビーコンに含まれるビーコン送信タイミングの情報（ＮＢＯＩ）に基づいてチャネル上での未使用ビーコン送信位置を検出して自局がビーコンを送信するチャネル及びビーコン送信タイミングを決定するように前記コンピュータを動作させる、
    ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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