JP6236617B2

JP6236617B2 - 電波干渉防止機能を備えた通信装置及びその制御方法

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Publication number: JP6236617B2
Application number: JP2015010522A
Authority: JP
Inventors: 岡本　健; 健岡本; 高谷　和宏; 和宏高谷; 雄一郎奥川; 将克小川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sophia School Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sophia School Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: JP2016134894A

Description

本発明は、同じ周波数帯を利用する異なる無線通信方式の無線システムにおいて発生する電波干渉を回避する通信装置及びその制御方法であって、より詳細には、センサネットワークおよびＩＰ系無線ネットワークの異なる無線通信方式が共存する環境において、センサネットワークとＩＰ系無線ネットワークのフレームの衝突を回避することができる通信装置及びその制御方法に関する。

センサネットワークに接続された端末（ＺｉｇＢｅｅ端末：例えばＺｉｇＢｅｅコーディネータ又はＺｉｇＢｅｅエンドデバイス）と、ＩＰ系無線ネットワークに接続された端末（無線ＬＡＮ端末：例えば無線ＬＡＮアクセスポイント又は無線ＬＡＮステーション）とが同一の環境に存在する場合、つまり、２つの異なる無線通信方式が共存する環境において、２つのネットワークが、同じ周波数帯を利用している場合がある。このような状況の下では、センサネットワークと、ＩＰ系無線ネットワークとに、データフレームが同時に送信される場合、センサネットワークへの電波と、ＩＰ系無線ネットワークへの電波との間で、電波干渉が発生する。このような電波干渉を防止するために、それぞれの通信方式において、他の機器等による電波が送出されていないことを確認してから自身の電波を送出するキャリアセンスが行われている。

図１は、センサネットワークおよびＩＰ系無線ネットワークの異なる複数の無線通信方式が共存する環境において、それぞれのネットワークに接続された端末のデータの送受信の様子を示す図である。図１において、センサネットワークに接続された端末（ＺｉｇＢｅｅコーディネータ）がデータフレーム１０１を受信したとき、データフレーム１０１を受信してから一定時間後に正常にデータを受信できたことを通知（応答）する制御（ＡＣＫ）フレーム１０２を送信する。

また、ＩＰ系無線ネットワークに接続された無線ＬＡＮアクセスポイントは、無線ＬＡＮステーションを含むＩＰ系無線ネットワークに接続された通信可能な端末に、無線ＬＡＮアクセスポイントの存在を示す管理フレームを定期的に送信している。一方、無線ＬＡＮアクセスポイントは、管理フレームとは別にデータフレーム１０３を送信することがあり、無線ＬＡＮステーションも、データフレームを送信することがある。

ここで、ＺｉｇＢｅｅコーディネータは、応答を示す制御フレーム１０２を送信する際、キャリアセンスは実施していない。一方、ＩＰ系無線ネットワークに接続された無線ＬＡＮアクセスポイントは、データフレームを送信する際、キャリアセンスを行い、一定の期間（フレーム送信間隔：ＡＩＦＳ：ＡｒｂｉｔｒａｔｉｏｎＩｎｔｅｒ−ＦｒａｍｅＳｐａｃｉｎｇ）の経過後、更にコンテンションウィンドウ（ランダムな待ち時間）経過後、他の電波の送出がなければデータフレーム１０３を送信する。ここで、コンテンションウィンドウ（バックオフタイム）とは、ＡＩＦＳ経過後、データフレームの衝突を避けるために設定された待ち時間であり、一般的にはランダムに決定される。無線ＬＡＮステーションについても、ＡＩＦＳの経過後、更にコンテンションウィンドウ経過後、他の電波の送出がなければデータフレームを送信する。

ここで、ＡＩＦＳは、フレームの送信間隔であり、無線ＬＡＮアクセスポイントが送信する管理フレーム作成時に決定する。また、管理フレームには、ＡＩＦＳを示す情報であるＡＩＦＳＮが含まれており、無線ＬＡＮステーションは、受信した管理フレームのＡＩＦＳＮからＡＩＦＳを算出して反映する。

この場合、キャリアセンス中に電波の利用が検知されれば、電波が利用されていないことを確認した後、再びキャリアセンスを開始する。ここで、ＺｉｇＢｅｅコーディネータは、センサネットワークからのデータフレーム１０１を受信してから応答を示す制御フレーム１０２を送信するまでの時間は、電波を未送出である。従って、その間に無線ＬＡＮアクセスポイント（又は無線ＬＡＮステーション）がキャリアセンスを行うと、データ送信可能と判断される。このとき、無線ＬＡＮアクセスポイント（又は無線ＬＡＮステーション）がデータフレーム１０３の送信を行うと、無線ＬＡＮアクセスポイント（又は無線ＬＡＮステーション）から送出されるデータフレーム１０３と、ＺｉｇＢｅｅコーディネータから送出される応答を示す制御フレーム１０２が衝突する（送出時間が重なり、電波の干渉を起こしてしまう）。そうすると、無線ＬＡＮアクセスポイント（又は無線ＬＡＮステーション）は、データフレーム１０３の再送を行わなければならず、通信速度の低下を引き起こす。

この、データフレーム同士の衝突の問題に対して、非特許文献１には、センサネットワークに接続された端末において、データフレーム１０１受信後から応答を示す制御フレーム送信１０２までの間に、ｂｕｓｙトーンを送出することが提案されている。このｂｕｓｙトーンにより、キャリアセンスによりＩＰ系無線ネットワークに接続された端末がｂｕｓｙ状態であると検出され、ＩＰ系無線ネットワークにデータ送信ができず、結果的に衝突を回避している。

また、その他の方法として、ＺｉｇＢｅｅコーディネータからの応答を示す制御フレームと、無線ＬＡＮアクセスポイント（又は無線ＬＡＮステーション）からのデータフレームとが衝突する時刻を一意に予測し、データフレームの衝突が生じないように無線ＬＡＮアクセスポイントからのフレームの送信間隔を設定する方法も考えられている。

X. Zhang and K. G. Shin: "Cooperative Carrier Signaling: Harmonizing Coexisting WPAN and WLAN Devices", IEEE Trans. Networking, Vol.21, No.2, pp.426-439(2013)

しかし、非特許文献１に記載のデータフレームの衝突の回避の方法では、標準規格で規定されていない特殊なフレームを利用している。従って、標準規格のフレームだけを使用してデータの通信を行うことができないという問題がある。

また、ＺｉｇＢｅｅコーディネータからの応答を示す制御フレームと、無線ＬＡＮアクセスポイント又は無線ＬＡＮステーションからのデータフレームとが衝突する時刻を一意に予測した場合においては、データフレームの衝突時間の予測が外れる場合がある。電波伝搬特性やキャリアセンスなどによって、ＺｉｇＢｅｅコーディネータがデータフレームを受信する予測時刻と、実際のデータフレーム到着時刻が異なる場合があるからである。データフレームの衝突時間の予測が外れた場合、無駄な衝突回避処理を更に行うことになってしまい、結果的に通信速度の低下を引き起こす要因となるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＩＰ系無線ネットワークに接続された端末からのフレーム送信間隔を制御することにより、通信速度の低下を防止するための無線通信装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、センサネットワークに接続された第１の端末及びＩＰ系無線ネットワークに接続された第２の端末それぞれと通信可能なモジュールが搭載された通信装置であって、前記第１の端末による前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻を予測する手段と、前記第２の端末による前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームのうち、予測された前記データフレームの受信時刻の直前における管理フレームの送信時刻を予測する手段と、前記予測された前記管理フレームの送信時刻における、前記第２の端末から送信する管理フレームの情報に含まれるフレーム送信間隔及びコンテンションウィンドウを変更する手段であって、前記変更されるフレームの送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間は、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームを送信するための電波と、前記第２の端末又はＩＰ系無線ネットワークに接続された第３の端末からデータフレームを送信するための電波とが干渉しないように設定される、手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様の通信装置であって、前記フレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間が変更された管理フレーム送信間隔内に、前記第１の端末において前記データフレームが受信されたか否かを判定する手段と、前記フレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間が変更された管理フレーム送信間隔内に、前記第１の端末において前記データフレームが受信されない場合に、前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻及び前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームの送信時刻を再度予測する手段とをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第２の態様の通信装置であって、前記センサネットワークに接続された端末から受信したセンサネットワークのデータフレームの受信間隔の統計値を取り、後続のセンサネットワークのデータフレームの受信時刻を予測する手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１乃至第３のいずれか１つの態様の通信装置であって、前記変更されるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとは、合計時間が、前記データフレームの受信が終了した時刻から、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームの送信を開始する時刻との間隔と同じ又はそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第１乃至４のいずれか１つの態様の通信装置であって、前記第２の端末をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、センサネットワークに接続された第１の端末及びＩＰ系無線ネットワークに接続された第２の端末それぞれと通信可能なモジュールが搭載された通信装置において、前記第２の端末から送信するフレームのフレーム送信間隔を制御する方法であって、前記第１の端末による前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻を予測するステップと、前記第２の端末による前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームのうち、予測された前記データフレームの受信時刻の直前における管理フレームの送信時刻を予測するステップと、前記予測された前記管理フレームの送信時刻における前記第２の端末から送信する管理フレームの情報に含まれるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間を変更するステップであって、前記変更されるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間は、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームを送信するための電波と、前記第２の端末又はＩＰ系無線ネットワークに接続された第３の端末からデータフレームを送信するための電波とが干渉しないように設定される、ステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明の第７の態様は、コンピュータにより実行されたときに、第６の態様の制御方法をコンピュータに実行させる命令を格納することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。

また、本発明の第８の態様は、コンピュータにより実行されたときに、請求項６に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明では、同じ周波数帯を利用する異なる通信方式の無線システムにおいて発生する電波干渉問題に対して、チャネル（周波数）変更ができない場合に、電波送出時間を制御することで異なる通信方式の無線システムにおけるフレーム送信による電波の干渉を回避することができる。そのため、干渉によるフレーム再送回数を減少し、通信速度の低下を防ぐことができる。

センサネットワークおよびＩＰ系無線ネットワークの異なる複数の無線通信方式が共存する環境において、それぞれのネットワークに接続された端末のデータの送受信の様子を示す図である。本発明の実施形態１に係る無線システムの構成を示すブロック図である。図２の無線システムを使用した場合における、センサネットワークからのフレーム受信と、ＩＰ系無線ネットワークへの管理フレーム送信との様子を示す図である。図２の無線システムの連携モジュールにおける、ＩＰ系無線ネットワークへのフレーム送信間隔を変更する手順を示すフローチャートである。図２の無線システムにおける、ＺｉｇＢｅｅコーディネータのデータフレームの受信間隔の度数分布を示す図である。図２の無線システムにおける、ＺｉｇＢｅｅコーディネータのデータフレーム受信時刻の推定の方法を示す図である。図２の無線システムにおける、センサネットワークに接続された端末と、ＩＰ系無線ネットワークに接続された端末とにおけるそれぞれのデータ送受信の様子を表す図である。本発明の実施形態２に係る無線システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態について説明する。
［実施形態１］
図２は、本発明の実施形態１に係る無線システムの構成を示すブロック図である。図２の無線システム２００は、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０と、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０と、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０及びＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０双方に通信可能に接続された連携モジュール２４０を備える通信装置２３０とを備える。無線ＬＡＮアクセスポイント２１０は、ＩＰ系無線ネットワークに接続された端末であり、ＩＰ無線系ネットワーク内の複数の無線ＬＡＮステーションと通信可能である。また、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０は、センサネットワークに接続された端末であり、センサネットワーク内の複数のＺｉｇＢｅｅエンドデバイスと通信可能である。連携モジュール２４０は無線ＬＡＮアクセスポイント２１０及びＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０からの情報を基に、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からのＢｅａｃｏｎ（管理フレーム）送信の管理を行う。

センサネットワークに接続されたＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０がデータフレームを受信したとき、データフレームを受信してから一定時間後に正常にデータを受信できたことを通知する制御フレームをＺｉｇＢｅｅエンドデバイスに送信する。

また、ＩＰ系無線ネットワークに接続された無線ＬＡＮアクセスポイントは、無線ＬＡＮステーションを含むＩＰ系無線ネットワーク内の通信可能な端末に、無線ＬＡＮアクセスポイントの存在を示すＢｅａｃｏｎを定期的に送信している。一方、無線ＬＡＮアクセスポイントは、Ｂｅａｃｏｎとは別にデータフレーム１０３を送信することがあり、無線ＬＡＮステーションも、データフレームを送信することがある。

ここで、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０は、応答を示す制御フレームを送信する際、キャリアセンスは実施していない。一方、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０又は無線ＬＡＮステーションがデータフレームを送信する際、ＡＩＦＳの間、キャリアセンスを行い、コンテンションウィンドウが設定された場合は更にバックオフタイム経過後、他の電波の送出がなければデータフレームを送信する。

連携モジュール２４０は、Ｂｅａｃｏｎ送信時刻を受信する無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻受信部２４１と、Ｂｅａｃｏｎ送信時刻を蓄積する無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻管理部２４２と、Ｂｅａｃｏｎ送信間隔を算出する無線ＬＡＮ管理フレーム送信間隔算出部２４３と、次のＢｅａｃｏｎ送信時刻を推定する無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻推定部２４４（管理フレーム送信推定手段）とを備える。また、連携モジュール２４０は、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻を受信するＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信部２４５と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻を蓄積するＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻管理部２４６と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔を算出するＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔算出部２４７と、次のＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻を推定するＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻推定部２４８（データフレーム受信推定手段）とを備える。さらに、連携モジュール２４０は、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻前後のフレーム送信間隔を変更する無線ＬＡＮフレーム送信間隔・コンテンションウィンドウ変更部２４９（フレーム送信間隔・コンテンションウィンドウ変更手段）と、ＡＩＦＳを変更したＢｅａｃｏｎ送信間隔においてＺｉｇＢｅｅデータフレームを受信したかを判定するＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信判定部２５０（データフレーム受信判定手段）とを備える。

図３は、図２の無線システム２００を使用した場合における、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０によるセンサネットワークからのデータフレーム受信と、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からのＩＰ系無線ネットワークへのＢｅａｃｏｎ送信との様子を示す図である。本実施形態においては、標準規格のフレームを用いて、データフレーム同士の衝突を回避するために、連携モジュール２４０において、センサネットワークにおけるフレーム管理と、ＩＰ系無線ネットワークとのフレーム管理とを連携させ、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０がデータフレームを受信する時刻前後におけるＩＰ系無線ネットワークのフレーム送信間隔（ＡＩＦＳ）を変更する。ここで、センサネットワークは、ＺｉｇＢｅｅのエンドデバイスが、温度データなどのセンシングデータを定期的にＺｉｇＢｅｅコーディネータに送信することに用いられることが多い。そのため、データの送信間隔が周期的であることを利用して、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔算出部２４７と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻推定部２４８とにより、センサネットワークからデータフレームを受信する時刻を予測することができる。予測したセンサネットワークからのデータフレーム受信時刻前後において無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からのＩＰ系無線ネットワークへのフレーム送信間隔（ＡＩＦＳ）を変更することにより、無線ＬＡＮアクセスポイント及び無線ＬＡＮステーションにおけるデータフレーム送信の制御を行うことが可能となる。

また、センサネットワークにおけるデータフレーム受信の予測時刻が、実際のデータフレームの受信時刻と逸脱する場合には、再度予測し直す機構を取り入れる。

次に、連携モジュール２４０における、ＩＰ系無線ネットワークへのフレーム送信間隔を変更するフローについて説明する。図４は、連携モジュール２４０における、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からのＩＰ系無線ネットワークへのフレーム送信間隔を変更する手順を示すフローチャートである。

図４のフローは、ステップ４００において開始し、ステップ４１１において、無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻受信部２４１により、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０から、無線ＬＡＮアクセスポイントの存在を通知するＢｅａｃｏｎ送信（作成）時刻の通知を受信する。ステップ４１２において、無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻管理部２４２により、受信した無線ＬＡＮアクセスポイントのＢｅａｃｏｎ送信時刻を蓄積する。ステップ４１３において、無線ＬＡＮ管理フレーム送信間隔算出部２４３により、蓄積した無線ＬＡＮアクセスポイントのＢｅａｃｏｎ送信時刻から、Ｂｅａｃｏｎ送信間隔を算出する。無線ＬＡＮアクセスポイントのＢｅａｃｏｎ送信間隔については、直近のＢｅａｃｏｎ送信間隔を代表値として、又はＢｅａｃｏｎ送信間隔を逐次計算してそれらの直近の数個の平均値をとることにより算出できる。

ステップ４１４において、無線ＬＡＮ管理フレーム送信時刻推定部２４４により、算出したＢｅａｃｏｎ送信間隔から、次のＢｅａｃｏｎ送信時刻を推定する。次のＢｅａｃｏｎ送信時刻については、例えば、算出されたＢｅａｃｏｎ送信間隔を、ステップ４１１において受信した最新の（直前の）のＢｅａｃｏｎ送信時刻に加算することで推定できる。

一方で、ステップ４２１において、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信部２４５により、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０から、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信時刻の通知を受信する。ステップ４２２において、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻管理部２４６により、受信したＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレーム受信時刻を蓄積する。ステップ４２３において、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔算出部２４７により、蓄積したデータフレーム受信時刻からデータフレーム受信間隔を算出する。

ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレーム受信間隔の算出については、以下の方法により求めることができる。

第１に、直近のデータフレーム受信間隔を代表値として、又はデータフレーム受信間隔を逐次計算してそれらの直近の数個の平均値をとることによりデータフレームの受信間隔が算出できる。

第２に、ＺｉｇＢｅｅのデータフレームには、シーケンス番号が振られていることを利用すると、以下の式でＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信間隔（ＤＩ）を算出することもできる。

ここで、ＮＲはＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０が受信したデータフレーム数、Ｔ_iは、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０が受信した受信番号ｉにおけるデータフレーム受信時刻、Ｓ_iは、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０が受信した受信番号ｉにおけるデータフレームのシーケンス番号を表す。

第３に、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信間隔の度数分布から、データフレームの受信間隔を算出こともできる。図５は、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信間隔の度数分布を示す図である。図５のデータフレーム受信間隔の度数分布から、発生頻度が高いデータフレーム受信間隔を抽出（複数個も可）する。ＺｉｇＢｅｅエンドデバイスがセンサネットワークに複数接続されている場合には、受信されたデータフレームがどのＺｉｇＢｅｅエンドデバイスからのデータフレームであるかを識別することで、ＺｉｇＢｅｅエンドデバイスごとに度数分布を作成することができる。

ステップ４２４において、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻推定部２４８により、算出したデータフレーム受信間隔から、次にデータフレームが受信される時刻を推定する。図６は、ＺｉｇＢｅｅコーディネータのデータフレーム受信時刻の推定の方法を示す図である。例えば、ステップ４２３において算出したデータフレームの受信間隔（例えばＴ１、Ｔ２又はＴ３）を、ステップ４２１において受信した最新の（直前の）ＺｉｇＢｅｅコーディネータのデータフレームの受信時刻に加算する。データフレームの受信間隔を最新のデータフレームの受信時刻に加算することにより、次に受信されるデータフレームの受信時刻が予測できる。

ステップ４３１において、無線ＬＡＮフレーム送信間隔変更部２４９により、推定されたＺｉｇＢｅｅコーディネータの次のデータフレーム受信時刻に対して、そのデータフレーム受信時刻の直前の無線ＬＡＮアクセスポイントのＢｅａｃｏｎ送信時刻を算出する。

ステップ４３２において、無線ＬＡＮフレーム送信間隔変更部２４９から、無線ＬＡＮアクセスポイントに、算出されたＢｅａｃｏｎ送信時刻において送信されるＢｅａｃｏｎに含まれるＡＩＦＳＮにおけるＡＩＦＳ及びコンテンションウィンドウの変更を通知する。変更すべきＡＩＦＳとコンテンションウィンドウとの合計時間については、データフレーム同士の衝突が起きないようにするが、この場合、以下の２つの場合を考える。

第１の例として、無線ＬＡＮのスロットタイムが２０μｓである場合、ＺｉｇＢｅｅコーディネータのデータフレーム受信から応答を示す制御フレーム送信までの時間（ａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅ）が１９２μｓであることから、変更すべきＡＩＦＳとして、ａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅである１９２μｓよりも少し長い時間、例えば２１０μｓと設定するのがよい。ＺｉｇＢｅｅコーディネータのａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅを完全に一致させなくとも、データフレーム同士の衝突を回避できるように、予測時間となるＡＩＦＳをａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅよりも若干長めに設定するのがよいからである。

無線ＬＡＮアクセスポイントがＡＩＦＳを変更すると、この時点におけるＢｅａｃｏｎ間隔において、データフレーム同士の衝突を回避できる間隔でデータフレームを送信することができる。また、無線ＬＡＮステーションには無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からＢｅａｃｏｎが送信されるが、このとき無線ＬＡＮステーションは送信されたＢｅａｃｏｎに含まれるＡＩＦＳＮにおける変更されたＡＩＦＳ及びコンテンションウィンドウにより、無線ＬＡＮステーションもデータフレーム同士の衝突を回避できる間隔でデータフレームを送信することができる。

図７は、本実施形態における、センサネットワークに接続された端末（ＺｉｇＢｅｅコーディネータ）と、ＩＰ系無線ネットワークに接続された端末（無線ＬＡＮアクセスポイント）とにおけるそれぞれのデータ送受信の様子を表す図である。例えば、ＡＩＦＳを２１０μｓとした場合、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０は、ステップ４３１において算出されたＢｅａｃｏｎ送信時刻からＡＩＦＳの間（２１０μｓ）キャリアセンスを行う。ここで、センサネットワークにおけるＺｉｇＢｅｅコーディネータへのデータフレームの送信による電波の利用を感知すると、ＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信が終了し、電波が利用されていないことを確認した後、再びキャリアセンスを開始する。キャリアセンスをＡＩＦＳの間（２１０μｓ）行うと、１９２μｓ後にＺｉｇＢｅｅの応答を示す制御フレームが送信されるため、電波の利用が感知され、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０からデータフレームを送信することができない。従って、制御フレームとデータフレームとの衝突が回避される。ＺｉｇＢｅｅの応答を示す制御フレームの送信後に再びＡＩＦＳがカウントされ、２１０μｓ後、更にコンテンションウィンドウを経たのち、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０データフレームを送信する。この時点で、ＺｉｇＢｅｅの応答を示す制御フレームの送信が終了しているため、この場合にも制御フレームとデータフレームとの衝突が生じない。

第２の例として、無線ＬＡＮのスロットタイムが９μｓである場合、ＡＩＦＳは最大でも１４５μｓしか設定できない。ＺｉｇＢｅｅコーディネータのａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅが１９２μｓであるが、この場合、ＡＩＦＳはＺｉｇＢｅｅコーディネータのａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅよりも小さい。そこで、コンテンションウィンドウの値を大きくして、ＡＩＦＳとコンテンションウィンドウとの合計がＺｉｇＢｅｅコーディネータのａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅよりも長くするように設定する。コンテンションウィンドウは、タイムスロットの整数倍の値であるため、タイムスロットにかける数を大きくすることにより、値を大きくすることができる。本実施形態においては、このコンテンションウィンドウを決定するパラメータの一つであるＣＷｍｉｎを変更して、ＡＩＦＳとコンテンションウィンドウとの合計がＺｉｇＢｅｅコーディネータのａＴｕｒｎａｒｏｕｎｄＴｉｍｅよりも長くなるように設定すれば、制御フレームとデータフレームとの衝突が生じないようにすることができる。無線ＬＡＮステーションからのデータフレーム送信についても同様である。

ステップ４３３において、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信判定部２５０により、ＡＩＦＳ及びコンテンションウィンドウを変更したＢｅａｃｏｎ間隔内において、実際にＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０がデータフレームを受信したか判別する。ステップ４３３において、ＡＩＦＳ及びコンテンションウィンドウを変更したＢｅａｃｏｎ間隔に、実際にＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０がデータフレームを受信した場合は、推定したＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０の受信したデータフレームの受信間隔は正しいと判断し（ステップ４３３：Ｙｅｓ）、ステップ４２４に戻り、後続のＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０のデータフレームの受信予定時刻を推定する。一方、ＡＩＦＳ及びコンテンションウィンドウを変更したＢｅａｃｏｎ間隔において、実際にＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０がデータフレームを受信しなかった場合は、推定したＺｉｇＢｅｅコーディネータ２２０の受信したデータフレームの受信間隔が誤っていると判断し（ステップ４３３：Ｎｏ）、ステップ４００に戻り、データフレームの受信時刻及びＢｅａｃｏｎの送信時刻の受信・蓄積から再度行う。データフレームの受信時刻の受信・蓄積から再度行うことで、予測が外れてもすぐに修正可能になる。

本実施形態の連携モジュール２４０における、無線ＬＡＮアクセスポイント２１０又は無線ＬＡＮステーションからのＩＰ系無線ネットワークへのフレーム送信間隔を変更する方法は、プログラムモジュールの中に含まれ、通信装置２３０において、目標の現実のプロセッサ上または仮想のプロセッサ上で実行されるコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で説明することができる。プログラムモジュールのためのコンピュータ実行可能命令は、ローカルのコンピューティング環境内で、または分散コンピューティング環境において実行することができる。

また、本実施形態のフレーム送信間隔を変更する方法は、コンピュータ可読媒体の一般的な文脈で説明することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピューティング環境内でアクセスすることが可能な任意の可用な媒体である。例として、限定としてではなく、コンピューティング環境内で、コンピュータ可読媒体には、メモリ、ストレージ、通信媒体、および以上のいずれの組合せも含まれる。

［実施形態２］
図８は、本発明の実施形態２に係る無線システムの構成を示すブロック図である。図８の無線システムは、無線ＬＡＮアクセスポイント８００内に、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信部８１１と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻管理部８１２と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔算出部８１３と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻推定部８１４と、無線ＬＡＮフレーム送信間隔・コンテンションウィンドウ変更部８１５と、ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信判定部８１６とを備える。本実施形態の無線ＬＡＮアクセスポイント８００におけるＢｅａｃｏｎ送信（作成）時刻および送信（作成）間隔については、無線ＬＡＮアクセスポイント８００自体が収集し、その他の各機能の処理内容は、実施形態１と同一である。

１０１データフレーム
１０２制御フレーム
１０３データフレーム
２００無線システム
２１０、８００無線ＬＡＮアクセスポイント
２２０ＺｉｇＢｅｅコーディネータ
２３０通信装置
２４０連携モジュール
２４１無線ＬＡＮ管理フレーム作成時刻受信部
２４２無線ＬＡＮ管理フレーム作成時刻管理部
２４３無線ＬＡＮ管理フレーム作成間隔算出部
２４４無線ＬＡＮ管理フレーム作成時刻推定部
２４５、８１１ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信部
２４６、８１２ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻管理部
２４７、８１３ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信間隔算出部
２４８、８１４ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信時刻推定部
２４９、８１５無線ＬＡＮフレーム・コンテンションウィンドウ作成間隔変更部
２５０、８１６ＺｉｇＢｅｅデータフレーム受信判定部

Claims

センサネットワークに接続された第１の端末及びＩＰ系無線ネットワークに接続された第２の端末それぞれと通信可能なモジュールが搭載された通信装置であって、
前記第１の端末による前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻を予測する手段と、
前記第２の端末による前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームのうち、予測された前記データフレームの受信時刻の直前における管理フレームの送信時刻を予測する手段と、
前記予測された前記管理フレームの送信時刻における、前記第２の端末から送信する管理フレームの情報に含まれるフレーム送信間隔及びコンテンションウィンドウを変更する手段であって、前記変更されるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間は、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームを送信するための電波と、前記第２の端末又はＩＰ系無線ネットワークに接続された第３の端末から送信するデータフレームを送信するための電波とが干渉しないように設定される、手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
前記フレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間が変更された前記管理フレームの送信間隔内に、前記第１の端末において前記データフレームが受信されたか否かを判定する手段と、
前記フレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間が変更された前記管理フレームの送信間隔内に、前記第１の端末において前記データフレームが受信されない場合に、前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻及び前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームの送信時刻を再度予測する手段と
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記センサネットワークに接続された端末から受信したセンサネットワークのデータフレームの受信間隔の統計値を取り、後続のセンサネットワークのデータフレームの受信時刻を予測する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
前記変更されるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとは、合計時間が、前記データフレームの受信が終了した時刻から、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームの送信を開始する時刻との間隔と同じ又はそれ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信装置。
前記第２の端末をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信装置。
センサネットワークに接続された第１の端末及びＩＰ系無線ネットワークに接続された第２の端末それぞれと通信可能なモジュールが搭載された通信装置において、前記第２の端末から送信するフレームの送信間隔を制御する方法であって、
前記第１の端末による前記センサネットワークからのデータフレームの受信時刻を予測するステップと、
前記第２の端末による前記ＩＰ系無線ネットワークに送信する管理フレームのうち、予測された前記データフレームの受信時刻の直前における管理フレームの送信時刻を予測するステップと、
前記予測された前記管理フレームの送信時刻における前記第２の端末から送信する管理フレームの情報に含まれるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間を変更するステップであって、前記変更されるフレーム送信間隔とコンテンションウィンドウとの合計時間は、前記データフレームに対する応答を示す制御フレームを送信するための電波と、前記第２の端末又はＩＰ系無線ネットワークに接続された第３の端末から送信するデータフレームを送信するための電波とが干渉しないように設定される、ステップと
を備えることを特徴とする方法。
コンピュータにより実行されたときに、請求項６に記載の制御方法をコンピュータに実行させる命令を格納することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
コンピュータにより実行されたときに、請求項６に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。