JP4840043B2 - 無線通信システムおよび無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信システムおよび無線通信装置にかかり、特に、無線通信装置間の帯域保護に重きを置くことが重要な近接型の無線通信システムと、近接型の無線通信システムを構成する無線通信装置に関する。

従来の無線通信システムにおいては、データ転送の必要がない場合においても無駄に電力が消費される場合があった。例えば、自立分散型の無線通信システムにおいては、自ノードの存在を周囲に知らしめるために定期的にビーコン送信を行う必要がある。また、集中制御型の無線通信システムにおいても、中央制御ノードに対して、定期的に応答を行うことで自ノードの存在を知らしめる必要がある。このような場合、データ転送を行っていないにも関わらず無駄に電力が消費される。

また、データ転送時の手法に関して、８０２．１１ａ／ｂ／ｇに代表されるＣＳＭＡ／ＣＡ方式のアクセス制御においては、無線サービスエリア内の各ノードに対して帯域を公平に割り当てる手法としてランダムバックオフによる手法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。ランダムバックオフ手法によれば、送信前に各ノードがランダムにバックオフを設定することで帯域を公平に使用することが可能となり、特定のノードによる帯域の占有を回避することができる。

図１１は、従来の無線通信システムの一具体例として、Ｄｅｖｉｃｅ＃１〜＃４とその無線通信範囲を示している。かかる無線通信システムは、例えば無線センサーモジュールを想定したものであり、Ｄｅｖｉｃｅ＃１〜＃４は、家庭内の各部屋に配置した無線式のセンサーモジュールを想定したものである。かかる無線センサーシステムでは、センサーが変化を検知したときのみに無線センサーモジュール間でデータの転送が行われる。

図１２は、図１１に示したような無線センサーシステムにおいて、センサーが変化を検知したときに無線センサーモジュール間でデータ（温度/湿度/振動/明るさなど）の転送が行われる状態を示す説明図である。図１２において、Ｔｘは送信データを表し、Ｒｘは受信データを表す。図１１、図１２に示したように、Ｄｅｖｉｃｅ＃１、＃２が互いの通信範囲内に存在して通信を行い、Ｄｅｖｉｃｅ＃３、＃４が互いの通信範囲内に存在して通信を行い、相互に干渉しないようなシステム構成となっている。

特開２００６−２２２６０８号公報

しかしながら、図１１、図１２に示すように、サービスエリア内でデータ転送が散発的にしか発生しない状態であり、かつデータ転送が短時間で完了するようなシステム（状態）では、各ノードに対して帯域を公平に割り当てる必要性はあまりないと言える。データ転送が散発的にしか発生しないシステム（状態）においては、帯域を公平に割り当てるためのランダムバックオフに代表される帯域を公平に割り当てるためのアクセス手法は、データ転送に要する時間を長引かせるだけで消費電力およびスループットの面から不利であると言える。

また、従来の方式では、無線ＬＡＮあるいはＺｉｇＢｅｅなどに代表されるＩＥＥＥ８０２．１５．４システム上で構築されるために、通信以外に無線帯域制御用の通信があり消費電力面で不利であるだけでなく、機器構成も複雑になるという問題があった。

さらにまた、図１３に示すように無線サービスエリアが小さな場合に関しても同様なことが言える。すなわち、図１３のような１対１の無線通信システムにおいては、Ｄｅｖｉｃｅ＃１−＃２間の通信が、Ｄｅｖｉｃｅ＃３−＃４の通信に対して与える影響が非常に小さい。また、干渉を与える場合であっても、図１３において、Ｄｅｖｉｃｅ＃１−＃２の組と、Ｄｅｖｉｃｅ＃３−＃４の組の位置を少し離すことで干渉が回避でき、良好な通信状態が相互に保てる。しかも、移動距離は数ｃｍ程度でありユーザが容易に調整が可能なことから、干渉回避、無線帯域の公平性よりも、通信端末間の帯域保護の方が重要である。

本発明は、上記背景技術が有する問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の主な目的は、データ転送を行うための無線接続を確立、維持、切断するまでの効率的な方法を提供することの可能な、新規かつ改良された無線通信システムおよび無線通信装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、データ送信側無線通信装置とデータ受信側無線通信装置との間でデータ通信を行う無線通信システムが提供される。本発明の無線通信システムにおいては、非対称ＩＦＳアクセス制御を行うことを特徴とする。すなわち、前記データ送信側無線通信装置と前記データ受信側無線通信装置との間で接続を確立し、接続確立後は、前記データ送信側無線通信装置に割り当てる送信側フレーム間スペースと、データ受信側無線通信装置に割り当てる受信側フレーム間スペースとを非対称に割り当てることを特徴とする。

かかるシステムによれば、接続確立後にはランダムバックオフ制御ではなく、非対称ＩＦＳアクセス制御を行うことで、データ転送の必要性が生じたときにのみ周囲ノードを検出するように制御でき、データ転送を行うための無線接続を確立、維持、切断するまでの効率的な方法を提供することが可能である。かかる無線通信システムは、データ転送が散発的にしか発生しない場合、あるいは、無線サービスエリアが小さな場合において特に有効である。

また、本発明によれば、従来のような無線ＬＡＮあるいはＺｉｇＢｅｅなどに代表されるＩＥＥＥ８０２．１５．４システム上で構築されるものではないので、通信以外の無線帯域制御用の通信が不要となり、消費電力面で有利であるだけでなく、機器構成も複雑にならないという効果が得られる。

本発明にかかる無線通信システムには様々な応用が可能である。いくつかの応用例を挙げれば以下の通りである。

前記データ送信側無線通信装置と前記データ受信側無線通信装置との間で接続を確立するまでは、前記データ送信側無線通信装置と前記データ受信側無線通信装置に帯域を公平に割り当てるランダムバックオフアクセス制御を行うようにしてもよい。接続を確立するまではランダムバックオフによるアクセス制御を行うことで、無線通信範囲内に複数の無線通信装置が存在した場合に、応答送信の衝突を軽減することが可能である。

前記データ送信側無線通信装置と前記データ受信側無線通信装置との間の接続確立後、前記データ送信側無線通信装置は、データ送信が完了するまで連続的にデータ送信を行うようにしてもよい。連続的にデータ送信を行うことで、他の無線通信装置からの送信を抑制することが可能となる。

アクセス制御の切り替え手順としては、例えば以下のように行うことができる。前記データ送信側無線通信装置は、データ転送の必要性が生じた際に、周囲の無線通信装置に対して、接続要求フレーム（Ｃ−Ｒｅｑ）を送信し、前記接続要求を受信した前記データ受信側無線通信装置は、接続許可応答（Ｃ−Ａｃｃ）フレームを前記送信側無線通信装置に送信し、前記データ送信側無線通信装置は、前記接続許可応答に対する応答フレーム（ＡＣＫ）の送信とともに、アクセス制御を（例えば、ランダムバックオフから）非対称ＩＦＳアクセス制御に切り替え、前記応答フレームを受信した前記データ受信側無線装置は、アクセス制御を（例えば、ランダムバックオフから）非対称ＩＦＳアクセス制御に切り替えることが可能である。

前記データ受信側無線通信装置にデータ送信の必要性が生じた場合に、前記データ受信側無線通信装置は、前記データ送信側無線通信装置に対して送信するフレーム受信応答（ＡＣＫ）の情報フィールドの一部を使用して、前記データ受信側無線通信装置から前記データ送信側無線通信装置に送信すべきデータがあることを通知するようにしてもよい。そして、前記データ受信側無線通信装置から送信すべきデータがあることの通知を受けたデータ送信側無線通信装置は、前記データ受信側無線通信装置がデータ送信に必要となる所定のフレーム間スペース（ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂ）を設定するようにしてもよい。

前記データ受信側無線通信装置にデータ送信の必要性が生じた場合に、前記データ受信側無線通信装置は、前記データ送信側無線通信装置に対して送信するフレーム受信応答（ＡＣＫ）と、前記送信の必要性が生じたデータとを連結して、前記データ送信側無線通信装置に送信するようにしてもよい。

前記データ送信側無線通信装置は、所定数のフレーム送信後に（例えば、数フレーム送信後に）、前記データ受信側無線通信装置がデータ送信に必要となる所定のフレーム間スペース（ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂ）を設定するようにしてもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明の第２の観点によれば、他の無線通信装置との間でデータ通信を行う無線通信装置が提供される。本発明の無線通信装置は、非対称ＩＦＳアクセス制御を行うアクセス制御部を備えたことを特徴とする。すなわち、他の無線通信装置と接続を確立し、接続確立後は、前記他の無線通信装置に割り当てる送信側フレーム間スペースと、データ受信側無線通信装置に割り当てる受信側フレーム間スペースとを非対称に割り当てる非対称ＩＦＳアクセス制御を行うことを特徴とする。

かかる構成によれば、接続確立後にはランダムバックオフ制御ではなく、非対称ＩＦＳアクセス制御を行うことで、データ転送の必要性が生じたときにのみ周囲ノードを検出するように制御でき、データ転送を行うための無線接続を確立、維持、切断するまでの効率的な方法を提供することが可能である。本発明の無線通信装置は、データ転送が散発的にしか発生しない無線通信システム、あるいは、無線サービスエリアが小さな無線通信システムにおいて特に有効である。

本発明にかかる無線通信装置には様々な応用が可能である。いくつかの応用例を挙げれば以下の通りである。

前記アクセス制御部は、前記他の無線通信装置との間で接続を確立するまでは、自無線通信装置と前記他の無線通信装置に帯域を公平に割り当てるランダムバックオフアクセス制御を行うようにしてもよい。接続を確立するまではランダムバックオフによるアクセス制御を行うことで、無線通信範囲内に複数の無線通信装置が存在した場合に、応答送信の衝突を軽減することが可能である。

前記アクセス制御部は、前記他の無線通信装置との間の接続確立後、データ送信が完了するまで連続的にデータ送信を行うようにしてもよい。連続的にデータ送信を行うことで、他の無線通信装置からの送信を抑制することが可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明の他の観点によれば、コンピュータを、上記本発明の無線通信装置として機能させるためのプログラムと、そのプログラムを記録した、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体が提供される。ここで、プログラムはいかなるプログラム言語により記述されていてもよい。また、記録媒体としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスクなど、プログラムを記録可能な記録媒体として現在一般に用いられている記録媒体、あるいは将来用いられるいかなる記録媒体をも採用することができる。

本発明によれば、接続確立後にはランダムバックオフ制御ではなく、非対称ＩＦＳアクセス制御を行うことで、データ転送の必要性が生じたときにのみ周囲ノードを検出するように制御でき、データ転送を行うための無線接続を確立、維持、切断するまでの効率的な方法を提供することが可能である。かかる無線通信装置は、データ転送が散発的にしか発生しない無線通信システム、あるいは、無線サービスエリアが小さな無線通信システムにおいて特に有効である。本発明の他の優れた効果については、以下の発明を実施するための最良の形態においても説明される。

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかる無線通信システムおよび無線通信装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、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。

まず、本発明の好適な実施形態を説明するにあたり、その前提として、通信距離に応じて無線通信システムを以下のように定義する。
（１）密着型（ＩＳＯ／ＩＥＣ １０５３６）：通信距離２ｍｍまで
（２）近接型（ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４４３）：通信距離１０ｃｍまで
（３）近傍型（ＩＳＯ／ＩＥＣ １５６９３）：通信距離７０ｃｍまで

本実施形態では、上記のうち（２）近接型の無線通信システムについて説明する。近接型の無線通信システムの一例としては、例えば非接触型ＩＣカードによるシステムなどが挙げられる。

近接型の無線通信システムでは、干渉回避、無線帯域の公平性に重きを置くのではなく、無線通信装置（端末）間の帯域保護に重きを置くことが重要である。すなわち、近接型の無線通信システムでは、周囲の無線通信装置に対して、干渉を与える可能性が低い。例えば、図１３において、Ｄｅｖｉｃｅ＃１−＃２間の通信が、Ｄｅｖｉｃｅ＃３−＃４の通信に対して与える影響が非常に低い。また、干渉を与える場合であっても、図１３において、Ｄｅｖｉｃｅ＃１−＃２の組と、Ｄｅｖｉｃｅ＃３−＃４の組の位置を少し離すことで干渉が回避でき、良好な通信状態を相互に保つことが可能である。しかも、移動距離は数ｃｍ程度であり、ユーザが容易に調整可能である。このことから、干渉回避、無線帯域の公平性に重きを置くのではなく、無線通信装置間の帯域保護に重きを置くことが重要である。以下、このような観点から本発明の好適な実施形態について説明する。なお以下の説明では、無線通信装置のことをノードと称することがある。

（１）無線通信装置の構成例（図１）
本実施形態にかかる無線通信装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる無線通信装置１００は、図１に示したように、送信信号処理部１１０と、受信信号処理部１２０と、アクセス制御部１３０と、制御プロセッサ１４０と、スイッチ１５０を含んで構成される。

送信信号処理部１１０は、送信フレームの組み立て、プリアンブル付加、ＲＦＴｘなどを処理する。受信信号処理部１２０は、ＲＦＲｘ、プリアンブル検出、受信フレーム分解、フレーム識別などを処理する。アクセス制御部１３０は、送信タイミング制御を行う。送信タイミングの詳細については、さらに後述する。制御プロセッサ１４０は、送信信号処理部１１０、受信信号処理部１２０、アクセス制御部１３０を制御するためのプロセッサである。送信信号処理部１１０と受信信号処理部１２０は、スイッチ１５０により切り替えられてアンテナに接続される。

（２）送信フレームの構成例（図２）
次に、無線通信装置１００が送信する送信フレームの構成例について、図２を参照しながら説明する。

送信フレーム２００は、図２に示したように、プリアンブル２１０と、宛先フィールド２２０と、発信元フィールド２３０と、制御情報フィールド２４０と、付加情報２５０を含んで構成される。

プリアンブル２１０は固定長のデータ（例えば５６ビット）であり、クロック同期のための“１”と“０”の繰り返しパターンからなる。宛先フィールド２２０には、この送信フレーム２００の宛先ノードが設定される。発信元フィールド２３０には、この送信フレーム２００の送信元ノード（自ノード）が設定される。制御情報２４０は、接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）、接続許可（Ｃ−Ａｃｃ）、切断（Ｃ−Ｒｌｓ）、フレーム受信応答（ＡＣＫ）、データフレーム（ＤＡＴＡ）などの無線接続制御、およびフレーム情報などを示す。付加情報フィールド２５０には、各制御情報に対応した付属情報が設定される。

図１に示す無線通信装置１００は、各ノードを識別するためのＵＩＤ（Ｕｎｉｑｕｅ ＩＤ）を備えている。自ノードのＵＩＤは、フレーム送信時に、図２に示すフレームの発信元を示すための発信元フィールド２３０に設定される。また、特殊な宛先アドレスとしてＵｎＳＰ＿ＵＩＤ（Unspecified Paging Unique ID：不特定ノード呼び出しＵＩＤ）を規定することができる。このＵｎＳＰ＿ＵＩＤは、宛先を特定しないことを示し、全てのノードに対して受信を指示するためのものである。一般的にはブロードキャストアドレスと呼ばれているものに相当する。本実施形態のシステムでは、以下に説明するように、ＵＩＤを切り替えることで多数の無線通信装置に対応可能である。

無線通信装置１００の受信信号処理部１２０は、図２に示すフレームの宛先２２０および発信元２３０の情報をもとに、受信すべきフレームかどうかの判断を行う。

（３）フレーム間スペース（図３）
次に、本実施形態に特徴的なフレーム間スペース（Inter Frame Space：ＩＦＳ）について、図３を参照しながら説明する。

フレーム間スペースは、図３に示したように、直前のフレーム（Previous Frame）と、次のフレームとの間の時間的間隔を表すものである。本実施形態では、図３に示したように、ＡＣＫフレーム（ACK
Frame Tx）と、データ送信側ノードの送信データ（DATA Tx（Source））と、データ受信側の送信データ（DATA Tx（Sink））と、接続要求（C-Req
Tx）と、接続許可応答（C-Acc Tx）について規定する。

ＡＣＫフレームは、ＤＡＴＡおよびＣ−Ａｃｃフレームの受信確認応答を行うためのものである。また、Ｓｏｕｒｃｅは、データを送信する側のノードを示し、Ｓｉｎｋはデータを受信する側のノードを示す。また図３では、Ｓｏｕｒｃｅ側に割り当てたＩＦＳをＩＩＦＳ（Initiator Inter Frame Space、ここでInitiatorは、Sourceノードを指し示す。）で表し、Ｓｉｎｋ側に割り当てたＩＦＳをＲＩＴＳ（Responder Inter Frame Space、ここでResponderは、Sinkノードを指し示す。）で表す。

フレーム間スペース後の次のフレームにおいて、Ｐｒｅは図２のプリアンブル２１０に相当するものである。また、ＡＣＫ／ＤＡＴＡ／Ｃ−Ｒｅｑ／Ｃ−Ａｃｃは図２の宛先２２０以降を示し、宛先／発信元などの情報をも含むものである。

図３に示したように、ＡＣＫフレーム（ACK Frame Tx）のフレーム間スペースは、ＳＩＦＳである。また、データ送信側ノードの送信データ（DATA Tx（Source））のフレーム間スペースＩＩＦＳ＝ＳＩＦＳである。また、データ受信側の送信データ（DATA Tx（Sink））のフレーム間スペースＲＩＦＳ＝ＳＩＦＳ＝ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂである。ここで、Ｔｒｆｂはプリアンブルの検出に要する時間を示す。搬送波検出で行う場合は、搬送波検出に要する時間となる。また、接続要求（C-Req Tx）のフレーム間スペースは、ＳＩＦＳ＋２＊Ｔｒｆｂである。また、接続許可応答（C-Acc Tx）のフレーム間スペースは、ＳＩＦＳ＋２＊Ｔｒｆｂにさらにランダムバックオフであるｍ＊Ｔｒｆｂを加えたものである。

図３において、フレーム間スペースの短いものは、スペースの長いものより優先して送信することが可能となる。

例えば、ある無線通信装置（Ｄｅｖｉｃｅ＃ａ）に接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）の送信の必要性が生じて、Ｃ−Ｒｅｑフレームを送信する場合は、図３の接続要求（C-Req Tx）の場合に該当し、直前のフレーム（Previous Frame）の終わりからフレーム間スペースＳＩＦＳ＋２＊Ｔｒｆｂ後でないと送信することができない。

一方、データ転送を行っている無線通信装置（Ｄｅｖｉｃｅ＃ｂ）がデータ送信を行う場合は、図３の送信データ（DATA Tx（Source））の場合に該当し、直前のフレーム（Previous Frame）の終わりからフレーム間スペースＳＩＦＳ後に送信可能となる。

すなわち、Ｄｅｖｉｃｅ＃ｂは、Ｄｅｖｉｃｅ＃ａより優先的にデータの送信が可能となり、Ｄｅｖｉｃｅ＃ａはＳＩＦＳ＋２＊Ｔｒｆｂの間隔が空くまで、接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）の送信を待たなければならない。

このように、本実施形態では、Ｓｏｕｒｃｅ側のノードは直前のフレーム（Previous Frame）の終わりからＩＩＦＳ(＝ＳＩＦＳと同じ期間)後にフレームの送信を開始することが可能となる。一方、Ｓｉｎｋ側のノードは直前のフレーム（Previous Frame）の終わりからＲＩＦＳ（＝ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂ：ＳＩＦＳよりＴｒｆｂ分長い期間）後でないとフレームの送信をすることができない。このように、Ｓｏｕｒｃｅ側ノードとＳｉｎｋ側ノードに同じ（対称に）ＩＦＳ（Inter Frame Space）を割り当てずに、Ｓｏｕｒｃｅ側ノードにはＩＩＦＳ（＝ＳＩＦＳ）のＩＦＳを割り当て、Ｓｉｎｋ側ノードには、ＲＩＦＳ（＝ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂ）のＩＦＳを割り当てていることから、本実施形態のアクセス制御方式を「非対称（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）ＩＦＳアクセス制御」と称する。

（４）アクセス制御期間（図４）
本実施形態に特徴的なアクセス制御期間について、図４を参照しながら説明する。

本実施形態では、接続を確立するまでは、ランダムバックオフによるアクセス制御を行い、接続確立後は非対称（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）ＩＦＳによるアクセス制御を行うことを特徴とする。

図４において、ランダムアクセス期間（Random Access Period）は、ランダムバックオフによるアクセス制御を行う期間であり、非対称ＩＦＳアクセス期間（Asymmetric IFS Access Period）は、非対称なＩＦＳのよるアクセス制御を行う期間である。

図４に示したように、ランダムアクセス期間（Random Access Period）では、Ｓｏｕｒｃｅ側ノードがＴｃｒ＿ｒｅｐ間隔で接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）を送信する。その後、Ｔｃａ＿ｒｓｐ後に、Ｓｉｎｋ側ノードが接続許可応答（Ｃ−Ａｃｃ）を送信する。その後、ＳＩＦＳ後に、Ｓｏｕｒｃｅ側ノードが受信確認応答（ＡＣＫ）を送信する。ランダムアクセス期間（無線接続確立フェーズ）の詳細については、さらに後述する。

図４において、非対称ＩＦＳアクセス期間（Asymmetric IFS Access Period）では、Ｓｏｕｒｃｅ側ノードがデータを送信し、ＳＩＦＳ後にＳｉｎｋ側ノードが受信確認応答（ＡＣＫ）を送信する。この繰り返しにより、データ送信が完了するまで連続的にデータ送信を行う。非対称ＩＦＳアクセス期間（データ転送フェーズ）の詳細については、さらに後述する。

以下では、ある程度、無線サービスエリアが小さな無線通信システムを想定し、本実施形態にかかるアクセス方式の動作例を以下に示す。本実施形態にかかるアクセス方式は、データ転送の必要性が生じたときのみに周囲ノードを検出し、無線接続を行うことを特徴とする。

［無線接続確立フェーズの動作］
データ転送の必要性がない状態では、各ノードは消費電力低減の観点から定期的に受信状態と電源オフ状態を切り替えて周囲ノードからの信号を待ち受ける。

データ転送の必要性が生じたＤｅｖｉｃｅ＃１（Ｓｏｕｒｃｅノード）は、例えば図４に示したように、周囲ノードに対して接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）フレームの信号を一定周期で送信を行う。なお、間欠受信間隔とＣ−Ｒｅｑの送信間隔／期間は、特開平２００６−１４８９０６号公報（ソニードイツ）の手法が有用である。ただし、当該技術はフレームの信号の送信に関する一例に過ぎず、本実施形態の説明の核心的部分ではないため、詳細な説明については省略する。

特定のノードに対して接続を行う場合は、宛先にその特定ノードのＵＩＤを設定する。接続ノードを特定しない場合には、宛先にＵｎＳＰ＿ＵＩＤ（Unspecified Paging Unique ID：不特定ノード呼び出しＵＩＤ）を指定しＣ−Ｒｅｑフレームの送信を行う。

Ｄｅｖｉｃｅ＃１とＤｅｖｉｃｅ＃２の位置関係について、図５、図６を参照しながら説明する。

Ｄｅｖｉｃｅ＃１とＤｅｖｉｃｅ＃２の位置関係が、図５の状態ではＤｅｖｉｃｅ＃２はＤｅｖｉｃｅ＃１の送信する信号は受信できない状態にあり、図６の状態になるとＤｅｖｉｃｅ＃２はＤｅｖｉｃｅ＃１の信号を受信することが可能となる。Ｃ−Ｒｅｑフレームを検出したＤｅｖｉｃｅ＃２は、Ｃ−Ｒｅｑフレーム中の発信元フィールドからＤｅｖｉｃｅ＃１から接続要求であることを認識し、接続要求に対する接続許可応答としてＣ−ＡｃｃフレームをＤｅｖｉｃｅ＃１に対して送信を行う。Ｃ−Ａｃｃフレームの発信元フィールドはＤｅｖｉｃｅ＃２のＵＩＤを設定し、宛先フィールドにはＤｅｖｉｃｅ＃１のＵＩＤを設定して送信を行う。

Ｄｅｖｉｃｅ＃２からのＣ−Ａｃｃフレームを受信したＤｅｖｉｃｅ＃１は、Ｃ−Ａｃｃフレームの受信確認応答（ＡＣＫ）フレームを送信する。ＡＣＫフレームの発信元フィールドにはＤｅｖｉｃｅ＃１のＵＩＤが設定され、宛先フィールドにはＤｅｖｉｃｅ＃２のＵＩＤが設定される。上記に示す手順によりＵＩＤの交換を行いデータ転送までに通信相手の絞込みを行う。そして、データ転送フェーズでは絞り込んだ相手以外からのフレームの受信処理は行わないものとする。データ転送が完了した時点でお互いの相手ＵＩＤを消去し、次の接続に備える。

上記Ｃ−Ｒｅｑ送信からＣ−Ａｃｃに対するＡＣＫ送受信までの期間は、ランダムバックオフにより無線メディアに対してアクセスを行う。この期間でランダムバックオフによるアクセス方式を採用するのは、後述の図１０のような状態（Ｄｅｖｉｃｅ＃３の存在）を想定したものである。図１０の状態では、Ｄｅｖｉｃｅ＃１のＣ−Ｒｅｑフレームの宛先にＵｎＳＰ＿ＵＩＤを設定していた場合に、Ｄｅｖｉｃｅ＃２およびＤｅｖｉｃｅ＃３からＣ−Ａｃｃの応答が送信されることになる。そこで、Ｃ−Ａｃｃの衝突を軽減するためにランダムバックオフによるＣ−Ａｃｃの応答タイミング制御を採用するのが好適である。ただし、Ｄｅｖｉｃｅ＃２およびＤｅｖｉｃｅ＃３の送受信処理遅延量が異なるなどで、Ｃ−Ａｃｃの応答タイミングにランダム性が期待できる場合にはランダムバックオフによるＣ−Ａｃｃ応答タイミング制御は不要となる。

また、図１０のような状況が存在しない場合や、図１０のような状況の場合は接続の確立を保証しない場合などもランダムバックオフは不要となる。

［データ転送フェーズの動作］
Ｃ−Ａｃｃフレームに対するＡＣＫフレームの送信と同時に、Ｄｅｖｉｃｅ＃１はアクセス制御モードを非対称ＩＦＳアクセス制御に切り替える。同様にＣ−Ａｃｃフレームに対するＡＣＫフレームを受信したＤｅｖｉｃｅ＃２もアクセス制御モードを非対称ＩＦＳアクセス制御に切り替える。切り替え後は、Ｄｅｖｉｃｅ＃１は速やかにデータ送信を開始し、かつデータ転送が完了するまで連続的にデータ送信を行うことが望ましい。

データ転送が完了するまで連続的にデータ送信を行うことで、無線メディア上は、ＤＡＴＡ−ＡＣＫ−ＤＡＴＡ−ＡＣＫ−ＤＡＴＡ−・・・のフレームがＳＩＦＳ間隔で出現することになるため、他Ｄｅｖｉｃｅからの送信を抑制することが可能となる。データ転送が完了した時点で、Ｄｅｖｉｃｅ＃１はＤｅｖｉｃｅ＃２に対して切断を指示するためのＣ−Ｒｌｓフレームの送信を行う。Ｃ−Ｒｌｓフレームは相手に対して明示的に切断を指示するものである。この他の方法として、一定期間フレームの送受信が行われないことを検出して、自立的に切断の判断を行う実装方法も考えられる。切断処理後は、間欠受信動作を開始する。

以上、本実施形態にかかるアクセス方式の動作例について説明した。以下では、データ転送フェーズでＤｅｖｉｃｅ＃２に送信の必要性が生じた場合の対応と、Ｄｅｖｉｃｅ＃３（第三者ノード）が存在する場合の対応について説明する。

［データ転送フェーズでＤｅｖｉｃｅ＃２に送信の必要性が生じた場合の対応］
Ｄｅｖｉｃｅ＃２はデータ受信側（Ｓｉｎｋ側）となることから、フレームスペースがＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂ以上の間隔が空かないと送信することができない。この場合は、以下の（１）〜（３）のような方法が考えられる。

（１）Ｄｅｖｉｃｅ＃１に対して送信するＡＣＫフレームの情報フィールドの一部を使用し、Ｄｅｖｉｃｅ＃２からＤｅｖｉｃｅ＃１に送信すべきデータあることを通知し、Ｄｅｖｉｃｅ＃１にＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂのフレームスペースを設けてもらい送信を行う。図７に示した送信フレーム５００は、プリアンブル５１０と、宛先５２０と、発信元５３０と、制御情報５４０と、付加情報５５０からなる。制御情報５４０は、フレーム情報５４１と、送信データ有無情報５４２とを含む。フレーム情報５４１は、この送信フレーム５００が、接続要求（Ｃ−Ｒｅｑ）、接続許可（Ｃ−Ａｃｃ）、切断（Ｃ−Ｒｌｓ）、ＡＣＫ、ＤＡＴＡのいずれであるかを示す情報である。送信データ有無５４２は、例えば１ビットで送信データの有無を示す情報であり、例えば、データ“０”を送信データ無し、データ“１”を送信データ有りとすることができる。

（２）ＡＣＫフレームとＤＡＴＡフレームを連結して送信する。図８に示した送信フレーム６００は、プリアンブル６１０と、宛先６２０と、発信元６３０と、制御情報６４１、６４２と、付加情報６５０からなる。制御情報６４１は、フレームタイプがＡＣＫであり、制御情報６４２は、フレームタイプがＤＡＴＡである。

（３）図９に破線の円で示したように、Ｄｅｖｉｃｅ＃１が、数フレーム送信後に、ＲＩＦＳ＝ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂのフレームスペースを設け、Ｄｅｖｉｃｅ＃２からの送信が可能な状態をつくる。ここで、ＲＩＦＳ＝ＳＩＦＳ＋Ｔｒｆｂのフレームスペースを設けるタイミング（何フレーム送信後にフレームスペースを設けるか）については、任意に設定可能である。

非対称ＩＦＳアクセス制御は、接続を確立したＤｅｖｉｃｅ＃１と＃２間での同時送信によるフレームの衝突を回避するため、非対称なフレーム間スペースを設定しているものであり、＃１と＃２間のフレームの衝突を許容する場合、あるいは用途上＃１と＃２の同時送信が発生しない場合などは非対称に設定する必要はない。

［Ｄｅｖｉｃｅ＃３（第三者ノード）の動作について］
Ｄｅｖｉｃｅ＃１−＃２間で接続を確立した場合のＤｅｖｉｃｅ＃３（第三者ノード）の動作について、図１０を参照しながら説明する。

Ｄｅｖｉｃｅ＃３は、自ノードのＣ−Ａｃｃ送信直前に他ノード（Ｄｅｖｉｃｅ＃２）の送信したフレームのプリアンブルを検出したため、Ｃ−Ａｃｃフレームの送信を控え、次の送信タイミングを待つ。しかし、この時点でＤｅｖｉｃｅ＃１−＃２間でデータ転送が開始されている場合は、無線メディア上ではＤＡＴＡ−ＡＣＫ−ＤＡＴＡ−ＡＣＫ−…が連続的に送信されているため、Ｃ−Ａｃｃの送信機会が得られなくなる。一定時間Ｃ−Ａｃｃ送信ができないことを検出して、Ｄｅｖｉｃｅ＃３はＣ−Ａｃｃ送信を停止する。また、Ｃ−Ａｃｃの送信機会が得られた場合でも、Ｄｅｖｉｃｅ＃１は、Ｄｅｖｉｃｅ＃２と接続を確立しているため、Ｄｅｖｉｃｅ＃３に対するＡＣＫフレームによる応答は行わないことから、一定期間Ｃ−Ａｃｃフレーム送信に対するＡＣＫフレーム応答が得られなかった場合もＣ−Ａｃｃ送信を停止する。

上記の方法以外に、自ノードに先駆けて他ノードの送信するＣ−Ａｃｃフレームを検出した場合には、自ノードからのＣ−Ａｃｃ送信を停止する方法も考えられる。

以上、本実施形態にかかる無線通信システムにおける無線通信装置１００の構成および作用について説明した。かかる無線通信装置１００は、コンピュータに上記機能を実現するためのコンピュータプログラムを組み込むことで、コンピュータを無線通信装置１００として機能させることが可能である。かかるコンピュータプログラムは、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）に記録された形で、あるいは、電子ネットワークを介したダウンロードの形で市場を流通させることが可能である。

（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態によれば、データ転送が散発的にしか発生しない無線通信システム、あるいは、無線サービスエリアが小さな無線通信システムにおいて、データ転送の必要性が生じたときにのみ、周囲ノードを検出し、データ転送を行うための無線接続を確立、維持、切断するまでの効率的な方法を提供することが可能である。また、接続を確立するまではランダムバックオフによるアクセス制御を行うことで、無線通信範囲内に複数の無線通信装置が存在した場合に、応答送信の衝突を軽減することが可能である。

さらに、データ転送に要する時間を短くすることで、消費電力およびスループットの面から有効である。また、ＵＩＤを切り替えることで多数の無線通信装置に対応可能である。さらに、無線ＬＡＮあるいはＺｉｇＢｅｅなどに代表されるＩＥＥＥ８０２．１５．４システム上で構築するものでないため、通信以外に無線帯域制御用の通信が不要となり、機器構成も簡易なものとすることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる無線通信システムおよび無線通信装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の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。

本発明は無線通信システムおよび無線通信装置に利用可能であり、特に、無線通信装置間の帯域保護に重きを置くことが重要な近接型の無線通信システムと、近接型の無線通信システムを構成する無線通信装置に利用可能である。

本発明の一実施形態にかかる無線通信装置の構成を示す説明図である。 送信フレームを示す説明図である。 フレーム間スペースを示す説明図である。 データ通信のタイミングを示す説明図である。 デバイスの通信範囲を示す説明図である。 デバイスの通信範囲を示す説明図である。 データ転送フェーズでデータ受信側に送信の必要性が生じた場合の対応（１）を示す説明図である。 データ転送フェーズでデータ受信側に送信の必要性が生じた場合の対応（２）を示す説明図である。 データ転送フェーズでデータ受信側に送信の必要性が生じた場合の対応（３）を示す説明図である。 第三者ノードの動作を示す説明図である。デバイスの通信範囲を示す説明図である。 従来の無線通信システムを示す説明図である。 図１１の無線通信システムのデータ送受信を示す説明図である。 無線サービスエリアが小さな場合を示す説明図である。

符号の説明

１００ 無線通信装置
１１０ 送信信号処理部
１２０ 受信信号処理部
１３０ アクセス制御部
１４０ 制御プロセッサ
１５０ スイッチ
２００ 送信フレーム
２１０ プリアンブル
２２０ 宛先フィールド
２３０ 発信元フィールド
２４０ 制御情報フィールド
２５０ 付加情報フィールド
５００ 送信フレーム
５１０ プリアンブル
５２０ 宛先フィールド
５３０ 発信元フィールド
５４０ 制御情報フィールド
５４１ フレーム情報フィールド
５４２ 送信データ有無情報フィールド
５５０ 付加情報フィールド
６００ 送信フレーム
６１０ プリアンブル
６２０ 宛先フィールド
６３０ 発信元フィールド
６４１ 制御情報フィールド（フレームタイプ：ＡＣＫ）
６４２ 付加情報フィールド（フレームタイプ：ＤＡＴＡ）
６５０ 付加情報フィールド（ユーザーデータ）

Claims (9)

1. イニシエータである第１の無線通信装置とレスポンダである第２の無線通信装置との間で近接型の通信方式に従ってデータ通信を行う無線通信システムであって、
   前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間の接続確立後、前記第１の無線通信装置は、データ送信が完了するまで、前記第２の無線通信装置によるデータ送信のための第１のフレーム間スペースよりも短い第２のフレーム間スペースを用いて連続的にデータ送信を行う、
   無線通信システム。
2. 前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間で接続を確立するまでは、前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置とに帯域を公平に割り当てるランダムバックオフアクセス制御を行う、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の無線通信装置は、データ転送の必要性が生じた際に、周囲の無線通信装置に対して、接続要求フレームを送信し、
   前記接続要求を受信した前記第２の無線通信装置は、接続許可応答フレームを前記第１の無線通信装置に送信し、
   前記第１の無線通信装置は、前記接続許可応答フレームに対する応答フレームの送信後に、前記第２のフレーム間スペースを用いて連続的にデータ送信を行い、
   前記応答フレームを受信した前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置から連続的にデータ受信を行う、
   請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記第２の無線通信装置にデータ送信の必要性が生じた場合に、前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置に対して送信するフレーム受信応答の情報フィールドの一部を使用して、前記第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置に送信すべきデータがあることを通知する、請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記第２の無線通信装置から送信すべきデータがあることの通知を受けた前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置がデータ送信に必要となる所定のフレーム間スペースを設定する、請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記第２の無線通信装置にデータ送信の必要性が生じた場合に、前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置に対して送信するフレーム受信応答と、前記送信の必要性が生じたデータとを連結して、前記第１の無線通信装置に送信する、請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記第１の無線通信装置は、所定数のフレーム送信後に、前記第２の無線通信装置がデータ送信に必要となる所定のフレーム間スペースを設定する、請求項１に記載の無線通信システム。
8. レスポンダである他の無線通信装置との間で近接型の通信方式に従ってイニシエータとしてデータ通信を行う無線通信装置であって、
   前記他の無線通信装置との間の接続確立後、データ送信が完了するまで、前記第２の無線通信装置によるデータ送信のための第１のフレーム間スペースよりも短い第２のフレーム間スペースを用いて連続的にデータ送信を行わせるアクセス制御部
   を備える無線通信装置。
9. 前記アクセス制御部は、前記他の無線通信装置との間で接続を確立するまでは、自無線通信装置と前記他の無線通信装置とに帯域を公平に割り当てるランダムバックオフアクセス制御を行う、請求項８に記載の無線通信装置。
   

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