JP4730421B2

JP4730421B2 - 無線通信方法

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Description

本発明は、無線通信方法に関する。

一次利用のスペクトラムの利用状況（たとえば、米国のデジタルＴＶ放送の周波数帯）に応じて、同一のスペクトラムを二次利用サービス（たとえば、米国のデジタルＴＶ放送の周波数帯をIEEE802.22にて規定される通信方式をつかってデータ通信すること）として用いる場合に、無線通信装置は、一次利用のサービスに干渉を与えないように、周囲の利用スペクトラムの状況を周囲での通信状態を検知し、他の通信との競合が起こらないように通信を行う必要がある。このとき、無線通信装置が、自身が検知した通信状態のみを利用して自らの判断で通信を行ってしまうと、いわゆる隠れ端末やシャドーウィングなどの問題が生じる。これに対し、複数の無線通信装置が周囲の通信状態を検知し、当該通信状態を複数の無線通信装置で交換し合う分散検知技術によれば、上記問題が緩和できる。また、近日、複数の通信プロトコルでAd-hocに通信可能な無線通信装置は普及している。

しかし、複数の無線通信装置の各々が任意の通信プロトコルで動作する通信システムに属している場合に、上記の分散検知技術においていずれの通信プロトコルを選択すべきかについて検討した事例はない。

本発明は、上記の課題について鑑みてなされたものである。本発明の目的とするところは、複数の無線通信装置が、周囲の通信状態を協調して情報共有するにあたって、利用可能な複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択的に利用して交換し合うことが可能な、新規かつ改良された無線通信方法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、任意の通信プロトコルで動作する通信システムに属する無線通信装置が複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択するステップと、選択した通信プロトコルを利用して前記無線通信装置を含む複数の無線通信装置が各々の周囲の通信状態を含む情報を交換し合うステップと、前記情報の交換に利用する通信プロトコルを変更するステップと、を含む無線通信方法が提供される。

前記複数の通信プロトコルには、自律分散型の通信プロトコル、および階層管理型の通信プロトコルが含まれてもよい。

ネットワーク構成の変化に対する応答の即時性が必要な場合には前記自律分散型の通信プロトコルを選択し、ネットワーク構成の変化に対する応答の即時性が不要な場合には前記階層管理型の通信プロトコルを選択してもよい。

前記情報の交換に利用されている通信プロトコルが前記自律分散型の通信プロトコルであり、かつ、前記無線通信装置の残電力が所定値より低くなった場合には、前記情報の交換に利用する通信プロトコルを前記階層管理型の通信プロトコルに変更してもよい。

前記通信プロトコルの最初の選択に際し、無条件に前記自律分散型の通信プロトコルを選択してもよい。

前記通信プロトコルの最初の選択に際し、無条件に前記階層管理型の通信プロトコルを選択してもよい。

前記階層管理型の通信プロトコルでコーディネーターの役割を担う端末が存在しなかった場合、前記情報の交換に利用する通信プロトコルを、前記自律分散型の通信プロトコルに変更してもよい。

前記情報の交換を行なうネットワークにおける前記複数の無線通信装置の存在密度が所定値より高い場合には前記階層管理型の通信プロトコルを選択し、所定値より低い場合には前記自律分散型の通信プロトコルを選択してもよい。

前記自律分散型の通信プロトコルの利用中に、コーディネーターの役割を担う端末が検出された場合、前記情報の交換に利用する通信プロトコルを前記階層管理型の通信プロトコルに変更してもよい。

任意の無線通信装置から、自律分散型の通信プロトコルから階層管理型の通信プロトコルへの変更要求があった場合には、周辺装置が協力して、あるいは変更要求を出した無線通信装置が単独で、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う周辺装置が存在するか否かを探して、存在する場合には、当該周辺装置がその接続形態のコーディネータとなるようにネゴシエーションして、許可が得られれば、階層管理型の通信プロトコルへと移行してもよい。

さらに、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う周辺装置が複数存在する場合は、できるだけ多くの異なる基地局あるいはアクセスポイントに接続可能な周辺端末を、その接続形態のコーディネータの候補としてもよい。

一方、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う周辺装置が存在しない場合は、立候補する周辺装置を探すか、あるいはランダムな選択手段を用いて、コーディネータの候補を選択し、コーディネータとなるように互いにネゴシエーションして、許可が得られれば、階層管理型の通信プロトコルへと移行してもよい。

前記自律分散型の通信プロトコルにはＷｉＭｅｄｉａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｓに規定される通信プロトコルが含まれ、前記階層管理型の通信プロトコルにはＺｉｇｂｅｅが含まれてもよい。

以上説明したように本発明にかかる無線通信方法によれば、複数の無線通信装置の周囲の通信状態を、複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択的に利用して交換し合うことができる。

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、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
１．通信プロトコルの具体例
[階層管理型の通信プロトコル]
[自律分散型の通信プロトコル]
[特性の一覧]
２．背景
３．本実施形態の全体構成
４．本実施形態にかかる無線通信装置の構成
５．本実施形態の動作
６．本実施形態の他の適用例
７．まとめ、および補足

＜１．通信プロトコルの具体例＞
まず、本実施形態を説明するに先立ち、通信プロトコルの一例を説明する。

まず、通信プロトコルは、階層管理型の通信プロトコル（ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＰｒｏｔｏｃｏｌ）および自律分散型の通信プロトコル（ｄｅ−ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＰｒｏｔｏｃｏｌ）に大別される。

[階層管理型の通信プロトコル]
階層管理型の通信プロトコルは、１の無線通信装置がコーディネータ（Ｃｏｏｄｉｎａｔｏｒ）として機能し、他の無線通信装置がノンコーディネータ（ｎｏｎ−ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）として機能する。このような階層管理型の通信プロトコルでは、コーディネータとなる無線通信装置がノンコーディネータの通信を管理する。

また、階層管理型の通信プロトコルとしては、例えばＺｉｇｂｅｅがあげられる。Ｚｉｇｂｅｅによる通信の流れについて図１を参照して説明する。

図１は、Ｚｉｇｂｅｅによる通信の流れを示した説明図である。図１に示したように、Ｚｉｇｂｅｅにおいては、まず、コーディネータによるビーコンの送信期間が到来した後に、ノンコーディネータがランダムバックオフにより通信を行うコンテンション期間が到来する。続いて、特定のノンコーディネータが通信を行うために確保されたリザーブド期間が到来する。

なお、Ｚｉｇｂｅｅにおいては各無線通信装置に、コーディネータまたはノンコーディネータのいずれとして機能するかが事前に設定されている。

[自律分散型の通信プロトコル]
一方、自律分散型の通信プロトコルにおける無線通信装置には主従の関係が無く、各無線通信装置が自律分散的に通信を管理する。

自律分散型の通信プロトコルとしては、例えば、ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ｓに規定される通信プロトコルや、ＷｉＭｅｄｉａなどがあげられる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｓに規定される通信プロトコルには、ＣＳＭＡ−ＣＡ型（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ）の自律分散方式が採用されている。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓに規定される通信プロトコルにおいては、各無線通信装置が一定周期でビーコンを任意のタイミングで送信し、周囲装置のビーコンタイミングと自装置のビーコンタイミングの差分を記憶しておく。また、無線通信装置は、サンプリング周波数のずれに基づくクロックドリフト対応として、周囲装置のうちで最も遅いビーコン周期に自装置のビーコン周期を合わせる。また、無線通信装置は、ビーコンの衝突回避のために、ビーコンに収集リストを付加して送信する。

他方、ＷｉＭｅｄｉａでは、ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）を基礎とする自律分散方式が採用されている。以下、図２を参照し、ＷｉＭｅｄｉａによる通信の流れを説明する。

図２は、ＷｉＭｅｄｉａによる通信の流れを示した説明図である。ＷｉＭｅｄｉａにおいては、無線通信装置により最初にビーコンが送信されたタイミングがスーパーフレーム周期の先頭となる。他の無線通信装置は、順次にビーコンスロットを獲得して通信に参加しいく。例えば、ビーコンスロット＃２まで利用されている場合、新たに参入しようとする無線通信装置はビーコンスロット＃３を獲得する。

また、ＷｉＭｅｄｉａにおいても、無線通信装置は、サンプリング周波数のずれに基づくクロックドリフト対応として、周囲装置のうちで最も遅いビーコン周期に自装置のビーコン周期を合わせる。また、無線通信装置は、ビーコンの衝突回避のために、ビーコンに収集リストを付加して送信する。

[特性の一覧]
以下に、上述したＺｉｇｂｅｅ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓに規定される通信プロトコル、ＷｉＭｅｄｉａの通信特性を示す。

Ｚｉｇｂｅｅ（ノンコーディネータ）
・通信範囲３０ｍ
・ビットレート２５０ｋｂｐｓ
・消費電力５０ｍＷ
・その他マルチホップにより数百ｍまでは伝送可能。

Ｚｉｇｂｅｅ（コーディネータ）
・通信範囲１ｋｍ
・ビットレート２５０ｋｂｐｓ
・消費電力８０ｍＷ
・その他マルチホップにより数十ｋｍまでは伝送可能。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｓ
・通信範囲１００ｍ
・ビットレート５Ｍｂｐｓ
・消費電力１Ｗ
・その他マルチホップにより数百ｍまでは伝送可能。

ＷｉＭｅｄｉａ
・通信範囲５ｍ
・ビットレート１００Ｍｂｐｓ
・消費電力２００ｍＷ
・その他マルチホップにより数十ｍまでは伝送可能。

＜２．背景＞
続いて、本実施形態に関する背景を以下に列挙する。

米国では、アナログＴＶ放送からデジタルＴＶ放送への移行に伴い、ＴＶ周波数帯の有効利用（利用率の低い周波数帯域：Ｗｈｉｔｅｓｐａｃｅ）に関する議論が活発化している。また、米国での完全なデジタルＴＶ放送への移行に伴い、放送チャネル数の少ない地域で使用されていないＴＶチャネルの周波数をブロードバンド接続サービスに利用するためのＩＥＥＥ８０２．２２規格が策定されている。

このような電波の二次利用は、ＴＶ周波数帯以外への拡張技術として、ＩＴＵＲ−ＷＰ５Ａ、ＩＥＥＥＳＣＣ４１においても、ＤｙｎａｍｉｃＳｐｅｃｔｒｕｍＡｃｃｅｓｓとして標準化規格策定が行われている。これは、通信需要に対して周波数が枯渇しているためである。

また、複数の無線通信システム間での動的なスペクトラムの利用形態と併せて、Ｗｈｉｔｅｓｐａｃｅの有効利用（都市部での広帯域スペクトラムの利用率の低さが問題視されている。）を実現する法的ルール改正や標準化技術の実現が望まれている現状である。

以上の検討課題を総称したものが、Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｒａｄｉｏとよばれるテーマである。Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｒａｄｉｏの実現により、ネットワークと端末が、通信コスト、リソース、通信路環境に対して、適応的に最適な構成を選択しながら、ＥｎｄｔｏＥｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙの最適化を図ることができる。

このようなスペクトラムの二次利用に際し、いわゆる隠れ端末やシャドーイングなどの問題を考慮すると、複数の無線通信装置がスペクトラム検知を行ない、スペクトラム検知の結果得られるセンシング情報を交換し合うことが望まれる。しかし、複数の無線通信装置の各々が任意の通信プロトコルで動作する通信システムに属している場合に、上記のセンシング情報をいずれの通信プロトコルを利用して交換するかについては十分な検討がなされていなかった。

そこで、上記事情を一着眼点にして本実施形態にかかる無線通信方法を創作するに至った。本実施形態にかかる無線通信方法によれば、複数の無線通信装置のセンシング情報を、複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択的に利用して交換し合うことができる。以下、このような本実施形態について詳細に説明する。

＜３．本実施形態の全体構成＞
図３は、本実施形態の全体構成を示した説明図である。図３に示したように、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａに無線通信装置２０Ａおよび２０Ｂが含まれ、基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂに無線通信装置２０Ａおよび２０Ｃが含まれている。また、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａおよび基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂの双方の範囲外に無線通信装置２０Ｄが存在している。

なお、本明細書においては、実質的に同一機能を有する複数の構成の各々は、同一符号の後に異なるアルファベットを付することで区別する。しかし、同一機能を有する複数の構成の各々を特に区別する必要が無い場合、同一符号のみを付する。例えば、無線通信装置２０Ａおよび２０Ｂを特に区別する必要が無い場合、単に無線通信装置２０と総称する。

基地局１０Ａは、任意の通信プロトコルで動作する通信システム（以下、通信システムＡと称する。）の基地局であり、電波到達範囲１２Ａ内に存在する無線通信装置２０による無線通信を制御する。同様に、基地局１０Ｂは、任意の通信プロトコルで動作する通信システム（以下、通信システムＢと称する。）の基地局であり、電波到達範囲１２Ｂ内に存在する無線通信装置２０による無線通信を制御する。

なお、任意の通信プロトコルとしては、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定される通信プロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１６に規定されるＷｉＭＡＸ（ＷｏｒｌｄｗｉｄｅＩｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）、およびＺｉｇｂｅｅなどがあげられる。

無線通信装置２０Ａは、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａおよび基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂの双方に含まれているため、基地局１０Ａから送信されるビーコンおよび基地局１０Ｂから送信されるビーコンの双方を受信できる。ここで、ビーコンには各通信システムの状態を示すセンシング情報が含まれているため、無線通信装置２０Ａは、通信システムＡおよび通信システムＢの双方の状態を把握している。

なお、無線通信装置２０は、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの情報処理装置であってもよい。また、無線通信装置２０は、携帯電話、ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、携帯用ゲーム機器、家庭用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。

一方、無線通信装置２０Ｂは、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａに含まれているため通信システムＡの状態を把握しているが、基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂに含まれていないため通信システムＢの状態を把握していない。

同様に、無線通信装置２０Ｃは、基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂに含まれているため通信システムＢの状態を把握しているが、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａに含まれていないため通信システムＡの状態を把握していない。

また、無線通信装置２０Ｄは、基地局１０Ａの電波到達範囲１２Ａおよび基地局１０Ｂの電波到達範囲１２Ｂの双方の範囲外に存在するため、通信システムＡおよび通信システムＢの双方の状態を把握していない。

図３に示した状態において、無線通信装置２０Ａ〜無線通信装置２０Ｄは、スペクトラムを二次利用して通信を行なうために、各無線通信装置２０が有するセンシング情報を交換し合う。ここで、１の無線通信装置２０、例えば無線通信装置２０Ｂの有するセンシング情報にのみ基づいてスペクトラムを二次利用してしまうと、通信システムＢの状態が考慮されないため、上記のようにセンシング情報を交換し合うことが有効である。以下、センシング情報を交換し合うための通信プロトコルを選択、変更する無線通信装置２０の構成について図４および図５を参照して説明する。

＜４．本実施形態にかかる無線通信装置の構成＞
図４は、無線通信装置２０のハードウェア構成を示したブロック図である。無線通信装置２０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２０１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２０２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２０３と、ホストバス２０４と、を備える。また、無線通信装置２０は、ブリッジ２０５と、外部バス２０６と、インタフェース２０７と、入力装置２０８と、出力装置２１０と、ストレージ装置（ＨＤＤ）２１１と、ドライブ２１２と、通信装置２１５とを備える。

ＣＰＵ２０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って無線通信装置２０内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ２０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバス２０４により相互に接続されている。

ホストバス２０４は、ブリッジ２０５を介して、ＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス２０６に接続されている。なお、必ずしもホストバス２０４、ブリッジ２０５および外部バス２０６を分離構成する必要はなく、一のバスにこれらの機能を実装してもよい。

入力装置２０８は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイク、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ２０１に出力する入力制御回路などから構成されている。無線通信装置２０のユーザは、該入力装置２０８を操作することにより、無線通信装置２０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置２１０は、例えば、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）装置およびランプなどの表示装置を含む。さらに、出力装置２１０は、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置を含む。出力装置２１０は、例えば、再生されたコンテンツを出力する。具体的には、表示装置は再生された映像データ等の各種情報をテキストまたはイメージで表示する。一方、音声出力装置は、再生された音声データ等を音声に変換して出力する。

ストレージ装置２１１は、本実施形態にかかる無線通信装置２０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置２１１は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。このストレージ装置２１１は、ハードディスクを駆動し、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムや各種データを格納する。

なお、ストレージ装置２１１は、例えば、不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク、およびＭＯ（ＭａｇｎｅｔｏＯｐｔｉｃａｌ）ディスクなどの記憶媒体を含んでもよい。不揮発性メモリとしては、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）があげられる。また、磁気ディスクとしては、ハードディスクおよび円盤型磁性体ディスクなどがあげられる。また、光ディスクとしては、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ、ＤＶＤ−Ｒ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃＲｅｃｏｒｄａｂｌｅ）およびＢＤ（Ｂｌｕ−ＲａｙＤｉｓｃ（登録商標））などがあげられる。

ドライブ２１２は、記憶媒体用リーダライタであり、無線通信装置２０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ２１２は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体２４に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ２０３に出力する。

通信装置２１５は、他の無線通信装置２０や基地局１０に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。例えば、この通信装置２１５は、基地局１０との間でビーコンを送受信したり、他の無線通信装置２０との間でセンシング情報を送受信したりする。

図５は、無線通信装置２０の構成を示した機能ブロック図である。図５に示したように、無線通信装置２０は、通信部２１６と、残電力検出部２２０と、プロトコル選択部２２４と、を備える。

通信部２１６は、基地局１０から送信されたビーコンを受信する。ここで、当該ビーコンには、基地局１０が管理する通信システムの状態（電波環境、コスト、トラフック、遅延など）を示すセンシング情報やケーパビリティ情報が含まれる。ケーパビリティ情報は、基地局１０が管理する通信システム内の各無線通信装置２０が対応可能な通信プロトコルを示す情報である。

また、通信部２１６は、プロトコル選択部２２４により選択されたプロトコルを利用して他の無線通信装置２０（図５においては一例として無線通信装置２０Ｂを示している。）と通信することもできる。

残電力検出部２２０は、無線通信装置２０が無線通信に利用することが可能な電力の残量を検出する。

プロトコル選択部２２４は、センシング情報の交換を開始する際に複数の通信プロトコルから１の通信プロトコルを選択する。また、プロトコル選択部２２４は、センシング情報の交換後、必要に応じて通信プロトコルの変更を行う。

ここで、「＜１．通信プロトコルの具体例＞」において説明したように、通信プロトコルごとに消費電力やビットレートなどの特性が異なる。そこで、プロトコル選択部２２４は、自装置の状態や周囲状態に応じて通信プロトコルを選択、または変更する。

例えば、プロトコル選択部２２４は、残電力検出部２２０により検出された残電力が少ないほど消費電力の少ない通信プロトコルを選択してもよい。具体的には、Ｚｉｇｂｅｅなどの階層管理型の通信プロトコルは「＜１．通信プロトコルの具体例＞」において説明したように消費電力が比較的少ないため、プロトコル選択部２２４は、残電力が所定値以下の場合に階層管理型の通信プロトコルを選択してもよい。

また、プロトコル選択部２２４は、ネットワーク構成の変化に対する応答の即時性が必要な場合、または重視する設定である場合、ＷｉＭｅｄｉａなどの自律分散型の通信プロトコルを選択してもよい。

また、プロトコル選択部２２４は、情報の交換を行なうネットワークにおける複数の無線通信装置２０の存在密度が所定値より高い場合には階層管理型の通信プロトコルを選択し、所定値より低い場合には自律分散型の通信プロトコルを選択してもよい。

また、プロトコル選択部２２４は、ネットワーク構成の変化に対する応答の基準値を超えてしまった場合には、階層管理型の通信プロトコルを自律分散型の通信プロトコルに変更してもよい。

なお、上記ではプロトコル選択部２２４が、残電力またはネットワーク構成の変化に対する応答の即時性などに基づいて通信プロトコルを選択または変更する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、プロトコル選択部２２４は、二次利用に参加する無線通信装置２０から構成されるネットワークの広さ、確実性、情報交換の際のビットレートなどに基づいて通信プロトコルを選択または変更してもよい。

＜５．本実施形態の動作＞
次に、図６および図７を参照し、本実施形態の動作の流れを説明する。

図６は、無線通信装置２０の動作の流れを示したフローチャートである。図６に示したように、利用する通信プロトコルが特定されていない場合（Ｓ３０４）、接続中の基地局（仮想的な基地局でもよい）１０から周辺端末のケーパビリティリストとスペクトラム二次利用のためのポリシーを取得する（Ｓ３０８）。

そして、プロトコル選択部２２４は、二次利用サービスの開始の即時性が必要な場合には、周辺端末に関するケーパビリティリストから通信範囲の広い通信プロトコルを選択し（Ｓ３１６）、それ以外の場合には通信範囲の狭い通信プロトコルを選択する（Ｓ３２０）。

なお、利用する通信プロトコルが特定されている場合（Ｓ３０４）、プロトコル選択部２２４は、当該通信プロトコルを選択する。例えば、階層管理型の通信プロトコルの利用が特定されている場合には階層管理型の通信プロトコルを無条件に選択し、自律分散型の通信プロトコルの利用が特定されている場合には自律分散型の通信プロトコルを無条件に選択する。

図７は、無線通信装置２０Ａにより通信プロトコルが選択された後にセンシング情報が交換される流れを示したシーケンス図である。なお、図７においては、無線通信装置２０Ａが階層管理型の通信プロトコルを選択し、無線通信装置２０Ａがコーディネータとして機能する例を示している。

まず、図７に示したように、無線通信装置２０Ａは、選択した階層管理型の通信プロトコルを利用してビーコンを送信する（Ｓ３５４）。そして、当該ビーコンを受信した無線通信装置２０Ｂは、自装置が有するセンシング情報を無線通信装置２０Ａに送信する（Ｓ３５８）。ここで、センシング情報は、スペクトラムの二次利用による通信に参加するか否かを示す情報を含んでもよい。

なお、上記は、周囲のコーディネータを探し、センシング情報の共有を行う場合であるが、その他の方法として、最初は、階層管理型の通信プロトコルを用い、コーディネータが見つからなければ、自律分散型の通信プロトコルを用いてるという方法も選択できる。あるいは、最初から、自律分散型の通信プロトコルを用いて、周辺端末とのセンシング情報の共有を行うことを試みるという方法も選択できる。

同様に、無線通信装置２０Ａからビーコンを受信した無線通信装置２０Ｃは、自装置が有するセンシング情報を無線通信装置２０Ａに送信する（Ｓ３６２）。その後、無線通信装置２０Ａのプロトコル選択部２２４は、自装置の残電力、または無線通信装置２０Ｂおよび２０Ｃから受信したセンシング情報などに基づき、必要に応じ通信プロトコルを変更する（Ｓ３６６）。その後、Ｓ３５４からの処理が繰り返される。

なお、Ｓ３６６に関し、ある無線通信装置２０から、自律分散型の通信プロトコルから階層管理型の通信プロトコルへの変更要求があった場合には、周辺装置が協力して、あるいは変更要求を出した無線通信装置２０が単独で、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う周辺装置が存在するか否かを探して、存在する場合には、当該周辺装置がその接続形態のコーディネータとなるようにネゴシエーションして、許可が得られれば、階層管理型の通信プロトコルへと移行してもよい。

＜６．本実施形態の他の適用例＞
次に、本実施形態の他の適用例について図８〜図１１を参照して説明する。

図８は、本実施形態の他の適用例を示した説明図である。本実施形態は、図８に示したような、電話基地局１４と電話端末４０の間の通信を中継装置３０が中継する電話通信システムにも適用可能である。

なお、図８に示した例では、中継装置３０Ａが電話端末４０および４１による通信を中継し、中継装置３０Ｂが電話端末４２−４４による通信を中継し、中継装置３０Ｃが電話端末４５および４６による通信を中継する。このような電話通信システムにおいては、中継装置３０が上述の無線通信装置２０と同等の機能を発揮する。

具体的には、中継装置３０Ａは電話基地局１４の電波到達範囲１６に含まれているため、電話基地局１４から送信される情報に基づいて電話基地局１４が管理する電話通信システムの状態を把握することができる。

一方、中継装置３０Ｂおよび３０Ｃは電話基地局１４の電波到達範囲１６に含まれているため、電話基地局１４が管理する電話通信システムの状態を把握できていない。

そこで、例えば中継装置３０Ａが通信プロトコル（例えば、自律分散型の通信プロトコル）を選択し、当該通信プロトコルを利用して無線通信装置３０Ａ〜３０Ｃの各々が把握している電話通信システムの状態を交換し合ってもよい。その結果、中継装置３０Ｂおよび３０Ｃが電話基地局１４により管理される電話通信システムの状態を把握し、中継を行なう際の電力、ビットレート、および指向性などの最適化を図ることが可能となる。

図９は、一次利用サービスエリア５２の中に位置する、仮想的なアクセスポイントあるいは基地局５４が、二次利用をサービスエリア５６のコーディネータとしての役割を担う例を示している。より詳細には、二次利用サービスエリア５６内に丸印で示したうちの任意の端末ＡがＩＰ接続（外界のネットワークとの接続）をしたい場合には、リピーターとして、基地局５０に端末ＡのＩＰ接続を仲介する。

また、基地局５０は、仮想的なアクセスポイントあるいは基地局５４にその周辺の一次利用の端末の状況（ある端末は二次利用サービスエリア５６の傍にいるといった情報）を伝えることが可能である。したがって、それを受けた仮想的なアクセスポイントあるいは基地局５４は、二次利用サービスエリア５６内の端末群の送信電力制御や指向性制御などを促す制御を行い、一次利用サービスとの干渉を防ぎながら、２次利用サービスを構築する。

図１０は、一次利用サービスエリア６２ＡおよびＢ内に位置する、複数の通信システムに対応する仮想的なアクセスポイントあるいは基地局７０Ａが、二次利用サービスエリア７２のコーディネータとしての役割を担う例を示している。より詳細には、二次利用サービスエリア７２内の端末Ａ（７０Ｂ〜７０Ｄのいずれか）がＩＰ接続をしたい場合には、リピーターとして、一次利用サービスの基地局６２Ａおよび６２Ｂに端末ＡのＩＰ接続を仲介する。

また、仮想的なアクセスポイントあるいは基地局７０Ａは、複数の通信システムに対応しているため、通信品質をモニタし、どちらの通信システムの通信品質がより良い状態にあるかといった判断基準などにより、一次利用サービスの基地局を複数の基地局６０Ａおよび６０Ｂから選択することが可能である。

そのほか、複数の基地局６０Ａおよび６０Ｂは、仮想的なアクセスポイントあるいは基地局７０Ａにその周辺の一次利用の端末の状況（ある端末は二次利用サービスエリア７２の傍にいるといった情報）を伝えることが可能である。したがって、それを受けた仮想的なアクセスポイントあるいは基地局７０Ａは、二次利用サービスエリア７２内の端末群の送信電力制御や指向性制御などを促す制御を行い、一次利用サービスとの干渉を防ぎながら、２次利用サービスを構築する。

図１１に示した例は、一次利用サービスエリア８２内の、一次利用サービスに対しては受信電力（Ｐｐ）が十分に小さい位置における端末により、自律分散通信（アドホック通信）を用いて二次利用サービス８４Ａおよび８４Ｂが行なわれる。二次利用を行なう端末は、周辺の一次利用を行っている端末に影響を与えない範囲の制限された送信電力（Ｐｓ）で自律分散通信を行う。このとき、（Ｐｐ＞Ｐｓ）ではあるが、周辺の一次利用を行っている端末に影響を与えないように、一次利用サービスの通信手段を用いて、定期的に、指向性制御や電力制限が基地局８０からの中央制御により実施される

＜７．まとめ、および補足＞
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の無線通信装置のセンシング情報を、複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択的に利用して交換し合うことができる。

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、複数の無線通信装置２０は、自装置が属する通信システムにおける通信を行いながら上述のセンシング情報の交換を行なってもよい。

また、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う無線通信装置２０が,スペクトラムの一次利用運用者から、スペクトラムの二次利用の許可を与えられるか、あるいは、あらかじめ決められたスペクトラム二次利用のルールを満たす通信環境にいると判断された場合には、自律的に、コーディネータの役割を担い、通信接続が可能な周辺装置に対して、周辺の一次利用者に対する干渉とならないように、送信電力や指向性を制御して、スペクトラムの二次利用サービスを行なってもよい。

さらに、仮想的な基地局あるいはアクセスポイントの役割を担う周辺装置が複数存在する場合には、複数の周辺装置が、周囲のスペクトラムの利用状況をやり取りし、スペクトラム二次利用を行う周辺装置（通信接続が可能な周囲の無線通信装置２０）の送信電力や指向性を制御して、周辺の一次利用者に対する干渉とならないようにスペクトラムの二次利用サービスを行ってもよい。

また、スペクトラムの一次利用サービスエリア内の無線通信装置２０から,一時的に、そのネットワークエリア内で、周辺端末との自律分散通信を行う要求が発生した場合に、スペクトラムの一次利用運用者から、スペクトラムの二次利用の許可を与えられるか、あるいは、あらかじめ決められたスペクトラム二次利用のルールを満たす通信環境にいると判断された場合には、自ら、自律分散通信を行いたい周辺端末のケーパビリティに応じて通信プロトコルを決定して、周辺の一次利用者に対する干渉とならないように、スペクトラムの一次利用運用者からの周辺端末の情報を入手して、送信電力や指向性を制御し、スペクトラムの二次利用サービスを行ってもよい。スペクトラム二次利用のルールは、あくまで、周辺の一次利用者に対する干渉とならないためのルールであり、仮に、一次利用サービスからのスペクトラム強度（Pp）は小さいが、仮に受信できる環境にあった場合でも、Ppよりも大きな強度の送信電力（Ps）を使って、二次利用サービスを行う場合も含まれる。

また、本明細書の無線通信方法の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図または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い。例えば、無線通信方法の処理における各ステップは、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）を含んでもよい。

また、無線通信装置２０に内蔵されるＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２およびＲＡＭ２０３などのハードウェアを、上述した無線通信装置２０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。また、図５の機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。

Ｚｉｇｂｅｅによる通信の流れを示した説明図である。ＷｉＭｅｄｉａによる通信の流れを示した説明図である。本実施形態の全体構成を示した説明図である。無線通信装置のハードウェア構成を示したブロック図である。無線通信装置の構成を示した機能ブロック図である。無線通信装置の動作の流れを示したフローチャートである。無線通信装置により通信プロトコルが選択された後にセンシング情報が交換される流れを示したシーケンス図である。本実施形態の他の適用例を示した説明図である。本実施形態の他の適用例を示した説明図である。本実施形態の他の適用例を示した説明図である。本実施形態の他の適用例を示した説明図である。

符号の説明

１０基地局
１４電話基地局
２０無線通信装置
３０中継装置
４０電話端末
２１６通信部
２２０残電力検出部
２２４プロトコル選択部

Claims

複数の無線通信装置のうちで、任意の通信プロトコルで動作する通信システムに属する無線通信装置が、複数の通信プロトコルのうちのいずれかの通信プロトコルを選択するステップと；
選択した通信プロトコルを利用して前記複数の無線通信装置が各々の周囲の通信状態を含む情報を通信するステップと；
前記情報の通信に利用する通信プロトコルを変更するステップと；
前記通信された情報に基づいて前記無線通信装置が前記任意の通信プロトコルで動作する前記通信システムで使用される周波数を二次利用して通信を行うステップと；
を含む、無線通信方法。
前記複数の無線通信装置は、前記複数の無線通信装置の各々の属する通信システムにおける通信を行いつつ、前記情報を通信するステップを行う、請求項１に記載の無線通信方法。
前記複数の通信プロトコルには、自律分散型の通信プロトコル、および階層管理型の通信プロトコルが含まれる、請求項１に記載の無線通信方法。
前記情報の通信に利用されている通信プロトコルが前記自律分散型の通信プロトコルであり、かつ、他にコーディネーターの役割を担う端末が存在し、かつ、いずれかの無線通信装置の残電力が所定値より低くなった場合には、前記複数の無線通信装置が前記情報の通信に利用する通信プロトコルを前記階層管理型の通信プロトコルに変更する、請求項３に記載の無線通信方法。
前記通信プロトコルの最初の選択に際し、前記自律分散型の通信プロトコルを選択する、請求項３に記載の無線通信方法。
前記通信プロトコルの最初の選択に際し、前記階層管理型の通信プロトコルを選択する、請求項３に記載の無線通信方法。
前記階層管理型の通信プロトコルでコーディネーターの役割を担う端末が存在しなかった場合、前記複数の無線通信装置が前記情報の通信に利用する通信プロトコルを、前記自律分散型の通信プロトコルに変更する、請求項６に記載の無線通信方法。
前記情報の通信を行なうネットワークにおける前記複数の無線通信装置の存在密度が所定値より高い場合には前記複数の無線通信装置間の通信のために前記階層管理型の通信プロトコルを選択し、所定値より低い場合には前記複数の無線通信装置間の通信のために前記自律分散型の通信プロトコルを選択する、請求項３に記載の無線通信方法。
前記自律分散型の通信プロトコルの利用中に、コーディネーターの役割を担う無線通信装置が検出された場合、前記複数の無線通信装置が前記情報の通信に利用する通信プロトコルを前記階層管理型の通信プロトコルに変更する、請求項３に記載の無線通信方法。
前記自律分散型の通信プロトコルにはＷｉＭｅｄｉａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｓに規定される通信プロトコルが含まれ、前記階層管理型の通信プロトコルにはＺｉｇｂｅｅが含まれる、請求項２〜９に記載の無線通信方法。