JP2006311172A

JP2006311172A - 無線アドホック通信システム及び無線アドホック通信システムにおける通信端末の同期化方法

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Publication number: JP2006311172A
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Inventors: Nobuyuki Mizukoshi; 伸幸水越
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Filing date: 2005-04-28
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Abstract

【課題】
無線アドホック通信ネットワークでは、通信端末が移動する度に頻繁に同期化を行う必要があり、ネットワークの同期化処理が通信端末間の通信に与える影響が大きい。
【解決手段】
通信端末１１〜１３が属するネットワークＸと、通信端末１４及び１５が属するネットワークＹと、ネットワークＸに属する通信端末１２及び１３の出力するビーコンと、ネットワークＹに属する通信端末１４の出力するビーコンとを受信するとともに、ネットワークＸに属する通信端末１２及び１３とネットワークＹに属する通信端末１４に対してビーコンを出力する同期化端末１０とを備えている。ネッットワークＸ、ネットワークＹ及び同期化端末１０は、１つの同期化されたネットワークを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は無線アドホック通信システムに関し、特に、無線アドホック通信システムにおける通信端末の同期化に関する。

現在、ＩＥＥＥ８０２．１５無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）ワーキンググループにおいて、短距離無線通信の媒体アクセス制御方法（ＭＡＣ：Media Access Contorol）について検討が行われている。

無線ＰＡＮのネットワークには、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズに規格化されている無線ＬＡＮ（Local Area Network）のようなアクセスポイントは存在せず、ネットワークを構成する端末間のデータの送受信は端末間で直接行われる。このように無線ＰＡＮは、ネットワークを構成する端末同士がアドホック（ad-hoc）に、ピア・ツー・ピア（peer-to-peer）にデータ送受信を行う点が特徴である。

また、無線ＰＡＮは、アクセスポイントを持たないにも関わらず、端末間でのデータ転送において、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）等のアクセス制御方法を用いた非同期データ転送（アシンクロナス転送）だけでなく、ＴＤＭＡ（Time Division Multiplexing）による同期データ転送（アイソクロナス転送）をサポートする点が特徴である。

ＴＤＭＡによるアイソクロナス転送を行うためには、ネットワークを構成する端末間でタイムスロットの位相が一致するよう同期が確立している必要がある。この同期確立のため、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．３規格では、ピコネット・コントローラ（ＰＮＣ）と呼ばれる装置を導入している。ＰＮＣとそのＰＮＣによって制御される通信端末の集合をピコネットと呼ぶ。

ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格のピコネットの構成を図９に示す。ＰＮＣ６１は定期的にビーコンを送信して通信端末６２乃至６４の同期を確立するとともに、ビーコンによって始まるスーパーフレーム中のタイムスロットの通信端末６２乃至６４への割り当てを決定する。このようにＩＥＥＥ８０２．１５．３規格では、ＰＮＣの制御によってネットワーク内の同期が確立される。

なお、あるピコネットの電波到達範囲内に他のピコネットに属する通信端末が移動してくると、互いのピコネットのスーパーフレームの同期がとれていないため、電波干渉を生じることになる。例えば、図１０（ａ）に示すピコネットＡとピコネットＢが互いに接近し、図１０（ｂ）に示すように互いの電波到達範囲が重なり合った場合である。

図１１（ａ）は、図１０（ｂ）のようにピコネットＡ及びピコネットＢが互いに接近した場合のスーパーフレームの状態を示している。ビーコン６０１乃至６０３は、ＰＮＣ６１が発信するビーコンを示しており、ＣＴＡ６１１及び６１２は、ピコネットＡで使用されているアイソクロナス転送用のタイムスロットを示している。同様に、ビーコン６５１乃至６５３は、ＰＮＣ６５が発信するビーコンを示しており、ＣＴＡ６６１乃至６６５は、ピコネットＢで使用されているアイソクロナス転送用のタイムスロットを示している。図１１（ａ）では、ピコネットＡのビーコン６０１乃至６０３の送信時刻とピコネットＢのＣＴＡ６６１、６６３及び６６５の割り当て時刻が同時であり、ピコネットＡのＣＴＡ６１１及び６１２とピコネットＢのＣＴＡ６６２、６６４も互いに重なっている。このように、ビーコン送信又はアイソクロナス転送に使用するタイムスロットに干渉を生じると、致命的な通信障害を生じることになる。

そこで、互いのピコネットを制御するＰＮＣがスーパーフレームの同期とタイムスロットの再割り当てを行うことにより協調関係を構築し、アイソクロナス転送に使用するタイムスロットの干渉を回避する方法が知られている（例えば特許文献１を参照）。例えば、図１１（ｂ）に示すように、互いの送受信時刻が重ならないよう、ＰＮＣ６１とＰＮＣ６５がタイムスロット割り当てを変更する。

一方、ＰＮＣのような制御局を導入することなく、ＴＤＭＡによるアイソクロナス転送を行うために必要な通信端末間の同期を確立できる制御方法（ＭＡＣ）の検討も従来から行われている。このようなＭＡＣの１つに、ＷｉＭｅｄｉａ―ＭＢＯＡ（Wimedia-Multiband-OFDM Alliance）において検討中のＭＢＯＡＭＡＣがあることが、非特許文献１に記載されている。

ＭＢＯＡＭＡＣは、アイソクロナス転送及びアシンクロナス転送の両方をサポートするために、スーパーフレームと呼ばれる共通のビーコンインターバルを採用する。この点はＩＥＥＥ８０２．１５．３規格と同様である。また、共通のビーコンインターバルを採用する通信端末の集合をビーコングループと呼ぶ。ビーコングループ内の通信端末は、スーパーフレーム内の位相同期したタイムスロットを用いて、アイソクロナス転送及びアシンクロナス転送を行う。なお、ＭＢＯＡのネットワークにはＰＮＣに相当する制御局が存在しないため、各通信端末が互いにビーコンを送信することによってスーパーフレームの同期を確立する。

また、非特許文献２にも、ＭＢＯＡＭＡＣと同様にＰＮＣを用いない無線アドホック通信用のＭＡＣが開示されている。非特許文献２に開示されるＭＡＣでは、ビーコンインターバルで規定されるスーパーフレームの先頭部分に、複数のビーコンスロットに分割されたビーコンピリオドが定義されている。新たに起動してネットワークに参加する通信端末は、既に存在する通信端末のビーコンを聞き、空いているビーコンスロットに自身のビーコンを送信する。このような動作により、各通信端末は、１つの共通するスーパーフレームを利用することができ、アイソクロナス転送に必要な同期を確立することができる。

図１２は、上述したＭＢＯＡＭＡＣ等が採用しているＰＮＣを用いない無線アドホック通信システムの構成例を示すものである。全ての通信端末７１乃至７４が互いにビーコンを発信し、自律的に同期化を行うことにより、最終的にはシステム全体が共通のビーコンインターバル、スーパーフレームに収束することが可能である。

なお、上述したＩＥＥＥ８０２．１５．３規格と同様に、ＭＢＯＡＭＡＣや非特許文献２に開示されたＭＡＣにおいても、複数のビーコングループが互いに接近すると電波干渉を生じることになる。この干渉を回避するために、非特許文献２には、別々に同期化された２つのネットワークが接近した場合には、一方のネットワークに属するノードが、ビーコンピリオドの開始点を他方のネットワークのビーコンピリオドの開始点に合わせることによってスーパーフレームの同期化を行うことが開示されている。

ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格のＰＮＣのような制御局の存在しない無線アドホック通信ネットワークが互いに接近した場合の動作を図１３及び図１４を用いて説明する。図１３（ａ）は、ネットワークＣとネットワークＤが独立に存在する状態を示している。つまり、ネットワークＣを構成する通信端末８１乃至８３が発信するビーコンは、ネットワークＤを構成する通信端末８４、８５には到達せず、逆に通信端末８４、８５が発信するビーコンも通信端末８１乃至８３に到達しない状態である。

図１３（ａ）の通信端末の配置に対応するスーパーフレームを図１４（ｂ）に示す。ネットワークＣを構成する通信端末８１乃至８３が出力するビーコン８１１乃至８１３、８２１乃至８２３及び８３１乃至８３３は互いに同期化して配列された状態であり、通信端末８１乃至８３は共通の基本スーパーフレーム長を採用して同期化された状態にある。一方、ネットワークＤを構成する通信端末８４及び８５が出力するビーコン８４１乃至８４３並びに８５１乃至８５３も互いに同期化して配列された状態であり、通信端末８４及び８５は共通の基本スーパーフレーム長を採用して同期化された状態にある。しかしながら、ネットワークＣとネットワークＤの間でビーコンはやりとりされないため、ネットワークＣとネットワークＤのスーパーフレームの開始位置は一致せず、互いのネットワークで使用するアイソクロナス転送用のタイムスロット（ＣＴＡ８１４、８４４等）も時間軸上で重なった状態にある。

一方、図１３（ｂ）は、ネットワークＣとネットワークＤと接近し、１つの同期化したネットワークＥに収束した状態を示している。このときのスーパーフレームを図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）は、ネットワークＤに属していた通信端末８４及び８５が、ビーコンピリオドの開始点をネットワークＣのビーコンピリオドの開始点に合わせることによってスーパーフレームの同期化を行った場合を表している。スーパーフレーム同期の確立後に、干渉を生じていたタイムスロットの再配置も行われる。
特開２００３−１４３６４４号公報 Jim Lansford、「Balancing CE and PC Industry Requirements in a ultrawideband MAC」、［online］、２００４年５月１７日、［２００５年４月１４日検索］、インターネット＜URL：http://www.commsdesign.com/showArticle.jhtml?articleID=20300711＞ S.Datta、他３名、「Ad-hoc extensions to the 802.15.3 MAC Protocol」、［online］、［２００５年４月１４日検索］、インターネット＜URL：http://paul.rutgers.edu/~sdatta/wowmom.pdf＞

上述したように、２つのネットワークが接近した場合、ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格ではピコネットの協調関係を構築することにより、また、ＭＢＯＡＭＡＣではビーコングループのマージを行うことによって、スーパーフレームの同期を確立する必要がある。非特許文献２に開示されたＭＡＣにおいても、ビーコンピリオドを合わせてスーパーフレームの位相、つまりスーパーフレーム長とスーパーフレームの開始タイミングを合わせる動作を行う必要がある。このような同期化のためのネットワーク再構築の過程においては、通信端末間の通信が断絶する可能性が高い。

無線ＰＡＮでは、各通信端末の移動性が高いため、通信端末が移動する度に頻繁に同期化を行う必要がある。このため、ネットワークの同期化が通信端末間の通信に与える影響が大きいという課題がある。

特に、特許文献２に開示されたＭＡＣやＭＢＯＡＭＡＣの場合、ビーコングループの一部に他のビーコングループと干渉があった場合にも、一方のビーコングループ全体の通信端末が、他方のビーコングループのスーパーフレームに位相を合わせる必要がある。このため、ネットワークの同期化が通信端末間の通信に与える影響が特に大きい。

本発明にかかる無線アドホック通信システムは、複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムであって、１又は複数の前記通信端末が属する第１のネットワークと、１又は複数の前記通信端末が属する第２のネットワークと、前記通信端末との間で前記ビーコンを送受信可能な１又は複数の同期化端末とを備え、前記第１のネットワークに属する少なくとも１の前記通信端末及び前記第２のネットワークに属する少なくとも１の前記通信端末が、前記１又は複数の同期化端末のいずれかのビーコン到達範囲内に存在することにより、前記第１のネットワーク、前記第２のネットワーク及び前記同期化端末が１つの同期化ネットワークを形成するものである。

このような構成により、直接ビーコンを送受信できない複数の無線アドホック通信ネットワークを、同期化端末を介することによって同期化することができる。これにより、一方のネットワークに属する通信端末が他方のネットワークの近傍に移動した場合には、ネットワークの同期化処理が発生しないか又は既に行われている同期化処理を除く処理を行えばよい。このため、通信端末の移動に伴って発生するネットワークの同期化が、通信端末間のデータ通信に与える影響を小さくすることができる。

また、本発明にかかる無線アドホック通信システムおける通信端末の同期化方法は、複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムおける前記通信端末の同期化方法であって、前記通信端末との間でビーコンを送受信可能な同期化端末を、第１のネットワークに含まれる少なくとも１の前記通信端末及び第２のネットワークに含まれる少なくとも１の前記通信端末との間で前記ビーコンを送受信できるよう配置し、前記第１のネットワークと前記第２のネットワークとの間で直接ビーコンを送受信できない場合にも、前記第１のネッットワーク、前記第２のネットワーク及び前記同期化端末によって１つの同期化ネットワークを形成するものである。

このような方法により、直接ビーコンを送受信できない複数の無線アドホック通信ネットワークを、同期化端末を介することによって同期化することができ、通信端末の移動に伴って発生するネットワークの同期化が通信端末間のデータ通信に対するに与える影響を小さくすることができる。

本発明により、ネットワークの同期化が通信端末間の通信に与える影響を低減した無線アドホック通信システム、無線アドホック通信システムにおける通信端末の同期化方法を提供することができる。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、通信端末の同期化を制御するＩＥＥＥ８０２．１５．３規格のＰＮＣに相当する制御局が存在しない無線アドホック通信システムに本発明を適用したものである。

発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる無線アドホック通信システム１の構成を図１に示す。通信端末１１乃至１５は、ビーコンを送信してＴＤＭＡによる同期データ転送を行うために必要な同期を確立することができ、通信端末間でピア・ツー・ピアに情報データを送受信するものであり、図１３に示した従来の通信端末８１乃至８５と同様の機能を有するものである。なお、通信端末１１乃至１５は移動性を備えているため、図１は通信端末１１乃至１５の一時的な配置、いわばスナップショットを示すものである。

同期化端末１０は、通信端末１１乃至１５が発信するビーコンを受信可能であり、かつ、自身もビーコンの発信を行うことにより、通信端末１１乃至１５とともに同期化されたネットワークの自律的な形成を行うものである。

同期化端末１０の構成を図２に示す。無線受信部１０１はアンテナ１０６を介して受信した信号を復調し、復調後の受信信号をビーコン検出部１０２に出力する。ビーコン検出部１０２は、復調後の受信信号から通信端末によって発信されたビーコンを検出し、通信制御部１０３に出力する。通信制御部１０３は、ビーコンに含まれる帯域予約情報を取得し、ビーコン生成部１０４に出力する。なお、帯域予約情報とは、通信端末１１乃至１５のタイムスロット予約情報を含むものであり、ＩＥＥＥ８０２．１５．３のＰＮＣが出力するビーコンに含まれるタイムスロットの割り当て情報に相当するものである。さらに、通信制御部１０３は、新たな通信端末からのビーコンであることを検出した場合、必要に応じて、ネットワークの同期化に必要なビーコンの出力タイミングの変更の指示を、ビーコン生成部１０４に対して行う。

ビーコン生成部１０４は、通信制御部１０３からの帯域予約情報を含むビーコンを生成し、同期したネットワークのビーコンインターバルに従って無線送信部１０５に出力する。無線送信部１０５は、ビーコン生成部１０４から入力されたビーコンを変調し、アンテナ１０６を介して、通信端末１１乃至１５に出力する。

なお、図１において同期化端末１０が存在しない場合は、通信端末１１乃至１３と通信端末１４及び１５との間でビーコンの送受信はできず、それぞれ独立に同期化したネットワークＸ及びＹが形成されることになる。この場合、通信端末１１乃至１５が移動するたびに、図１３及び図１４を用いて説明したように同期ネットワークの結合と分離が繰り返されることになる。

これに対して、無線アドホック通信システム１では、同期化端末１０を配置しているため、同期化端末１０は、電波到達範囲に存在する通信端末１２、１３及び１４に対してビーコンを送信可能となり、逆に同期化端末１０はこれらの通信端末が発信するビーコンを受信可能となる。

これにより、ネットワークＸに属する通信端末１１乃至１３と同期化端末１０は、互いのスーパーフレームの位相を合わせるとによって、１つの同期化ネットワークに収束していく。また、ネットワークＹに属する通信端末１４及び１５と同期化端末１０も、互いのスーパーフレームの位相を合わせるとによって、１つの同期化ネットワークに収束していく。このような動作によって、最終的には、通信端末１１乃至１５及び同期化端末１０は、１つの同期化されたネットワークＺを形成することができる。

つまり、複数の無線アドホック通信を行う通信端末が存在し、通信端末の移動によって同期ネットワークの生成及び分離が動的に行われる空間において、互いの電波到達範囲によって当該空間がカバーされるように１又は複数の同期化端末を配置する。このような配置によって、当該空間に存在する通信端末の全てを１つの同期化されたネットワークとすることができる。

例えば、無線アドホック通信システムを使用する室内等にあらかじめ１又は複数の同期化端末を配置しておくことにより、室内に存在する通信端末の全体を予め同期化することができる。複数の同期化端末を配置する場合には、互いの電波到達可能範囲が予め同期化しておきたい空間の全てをカバーするように配置すればよい。

なお、同期化端末１０を導入して行うネットワークの同期化とは、少なくともネットワーク全体のビーコンインターバル、つまりスーパーフレームの開始位置あるいはスーパーフレームの位相を揃えることとすればよい。スーパーフレームの位相をドリフトさせることは、それまで同期化されていたネットワーク全体の通信断絶を招くことになる。これに比べて、少なくともスーパーフレームの位相が一致していれば、通信端末の移動による影響は、特定の通信端末間でのタイムスロットの干渉に限定することができる点で有効である。

さらに、ビーコンに含まれるタイムスロットの予約情報を参照することにより、スーパーフレーム内のタイムスロットの衝突を避けるよう通信端末がタイムスロットを選択することも可能である。これにより、通信端末が移動してもタイムスロットの干渉を生じないようにすることができる。しかしながら、各通信端末がタイムスロットを排他的に用いることとすると、限られた無線通信帯域を全ての通信端末間でシェアすることになり、通信帯域の有効利用の観点からは無駄が多い。このため、互いに電波到達可能な範囲にない通信端末は、同じタイムスロットの再利用、いわゆる空間再利用（Spatial Reuse）を行うこととし、タイムスロットの干渉が起こった時点で干渉の合った通信端末のタイムスロットの予約の変更を行うことが望ましい。

図１に示す通信端末の配置における無線アドホック通信システム１のスーパーフレームを図３に示す。上述したように、無線アドホック通信システム１は、同期化端末１０を配置することによって、同期化タイミングつまりスーパーフレームの位相がネットワークＺ全体で共有されている。このため、図３に示すように、同期化端末１０及び全ての通信端末１１乃至１５の間でスーパーフレーム長及びその開始位置を一致させることができる。なお、通信端末１２及び１３が予約したタイムスロットであるＣＴＡ２２４、２２５、２３４及び２３５と、通信端末１４が予約したＣＴＡ２４４及び２４５は時間軸上で重なった位置にあるのは、通信端末１２及び１３と通信端末１４とは互いに電波到達範囲外にあるため、タイムスロットの再利用を行っているためである。

さらに、複数の同期化端末の間を、無線アドホック通信システムの採用する無線通信方式ではなく、長距離伝送が可能な他の通信方式、例えば光ファイバやツイスト・ペア・ケーブルを用いた有線通信方式によって接続し、スーパーフレームの位相を合わせるために必要なタイミング情報であるスーパーフレームの開始タイミングを互いに通知することとしても良い。このような構成は、ドアの開け閉めによって無線アドホック通信ネットワークの電波到達範囲が変化し、ネットワークの結合、分離が頻繁に発生するような場合に有効である。ドアに隔てられた両側に同期化端末をそれぞれ配置し、これらの間を光ファイバ等で接続してスーパーフレームの開始タイミングを互いに通知しておくことにより、ドアの開け閉めの状態に関わらず、ネットワーク全体を同期化しておくことが可能となる。このため、ドアの開け閉めによって無線アドホック通信ネットワークの電波到達範囲が変化しても、ネットワークの結合、分離が頻繁に発生することがない。

なお、複数の同期化端末が、スーパーフレームの開始タイミングを互いに通知するのではなく、ＧＰＳ等の同期信号生成装置が送信する同期信号を各同期化端末が受信し、各同期化端末が同期信号に基づいて共通のスーパーフレームの開始タイミングを独立に生成することとしてもよい。

またさらに、スーパーフレームの開始タイミングだけでなく、ビーコンフレームに含まれる帯域予約情報も光ファイバ等を介して交換することとしても良い。これにより、ドアに隔てられて存在する通信端末の間でスーパーフレーム内のタイムスロットの衝突を避けるよう、各通信端末がタイムスロットの選択を行うことができる。

発明の実施の形態２．
本実施の形態の無線アドホック通信システムは、発明の実施の形態１に示した無線アドホック通信システム１が備える構成、機能に加えて、ビーコンに優先度情報を付加することとしたものである。

本実施の形態にかかる通信端末及び同期化端末が発信するビーコン３０のフレーム構成を図４に示す。ここで、プリアンブル３１は、ビーコンフレームの検出に使用するフィールドである。ヘッダ３２は、ビーコンフレームであることを示すフィールドである。デバイスＩＤ３３は、ビーコンの送信元である通信端末の識別子である。また、帯域予約情報３５は、通信端末によるスーパーフレーム内のタイムスロットの予約状況を示す情報である。ＦＣＳ３６は、ビーコンフレーム３０の受信誤りの有無を検出するためのフレーム・チェック・シーケンスである。

優先度情報３４は、ビーコン３０の属性を示す情報であり、同期化端末によって発信されたビーコンであるか、独立した通信端末が発信するビーコンであるか等を示す識別子である。優先度情報３４が示す情報の一例を図５に示す。図５（ａ）は、２ビットの優先度情報により、ビーコン３０に３種類の優先度を与える例である。具体的には、（１）同期化端末が出力するビーコン、（２）同期化端末と同期化している通信端末が出力するビーコン、（３）上記以外の独立した通信端末の出力するビーコンの３通りの優先度によってビーコンを分類する。

図５（ｂ）は、同期化端末からのビーコンの中継段数を優先度情報に利用する例を示している、図５（ｂ）では、同期化端末の出力するビーコンの優先度を"００００"として最も高い優先度とする。通信端末には、同期化端末の出力するビーコンの中継段数によって、優先度の値を"０００１"〜"１１１１"とする。例えば、同期化端末の出力するビーコンを直接受信した通信端末が、自身の送信するビーコンに付加する優先度は"０００１"となる。つまり、各通信端末は、自身が受信したビーコンに付加された優先度のうち最も優先度の高い値に１を加えた値を自身が出力するビーコンの優先度とする。

このような優先度をビーコンに付加することによって、別々の同期化ネットワークを形成する通信端末が接近し、これらの同期化ネットワークを結合して１つの同期化ネットワークとする場合に、どちらのネットワークのスーパーフレームに優先的に位相を合わせていくかを決する際の指針として、優先度を利用することができきる。優先度を用いた同期化手順の詳細については後述する。

図６は、本実施の形態にかかる同期化端末４０の構成図である。同期化端末４０はビーコン生成部４０４が、同期化端末のビーコンであることを示す優先度を付加したビーコンを生成する。その他の構成要素は、発明の実施の形態１にかかる同期化端末１０と同様であるため説明を省略する。

図７は、本実施の形態にかかる通信端末４１の構成図である。無線受信部４１１は、アンテナ４１６を介して受信した信号を復調し、復調後の受信データをビーコン検出部４１２及び上位レイヤ処理部（不図示）に出力する。上位レイヤ処理部は、スーパーフレーム内のタイムスロットを用いて受信した情報の処理を行う機能部である。ビーコン検出部４１２は、ビーコンを受信データから抽出し、通信制御部４１３に出力する。通信制御部４１３は、ビーコンに含まれる帯域予約情報を取得し、自身が予約するタイムスロットの情報を追加してビーコン生成部４１４に出力する。ビーコン生成部４１４は、通信制御部４１３から受信した帯域予約情報及び優先度情報を含むビーコンを生成し、同期したネットワークのビーコンインターバルに従って無線送信部４１５に出力する。無線送信部４１５は、ビーコン生成部４１４から入力されたビーコンを変調し、アンテナ４１６を介して、通信端末１１乃至１５に出力する。

さらに、上述した通信制御部４１３は、自身が属する同期ネットワーク以外のビーコンを受信した場合にスーパーフレームの同期処理を行う。当該処理の手順を図８のフローチャートを用いて説明する。

まずステップＳ１０１では、通信制御部４１３がビーコン検出部４１２からビーコン３０を受信する。ステップＳ１０２では、受信したビーコンが、自身が属する同期ネットワーク以外の通信端末又は同期化端末から送信された新たなビーコンであるか否かを判定する。新たなビーコンでない場合には、既存の同期ネットワークが採用するスーパーフレームを維持し、ビーコン送信及びデータ送信の動作を継続する（ステップＳ１０３）。

他方、新たなビーコンであると判定した場合は、新たなビーコンの優先度情報３４で示される優先度が、自身の保持する既存の優先度より高いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。既存の優先度より低い場合には、既存の同期ネットワークが採用するスーパーフレームを維持し、ビーコン送信及びデータ送信の動作を継続する（ステップＳ１０５）。

新たなビーコンの優先度が既存の優先度より高い場合には、新たなビーコンの送信元が属する同期ネットワークに参加するため、新たなビーコンのビーコンインターバルで規定されるスーパーフレームの位相を合わせる再同期を行う（ステップＳ１０６）。

無線アドホック通信システムでは、通信端末同士がビーコンをやりとりすることによって、アイソクロナス転送に必要な同期を確立する。したがって、同期化されたネットワークに外部から新たな通信端末が近づくと、新たな通信端末と既存の同期化ネットワークとの間でスーパーフレームを共通化することによって同期化が行われる。このとき、安定して同期化していた既存の同期化ネットワークの通信端末が、新たな通信端末のスーパーフレームに一斉にアジャストしてしまうと、既存のネットワークに属する通信端末間でのデータ送受信の中断等の影響を生じる。また、既存のネットワークが大規模であるほど再度同期が確立するまでの時間が長くなり、通信端末間のデータ送受信に対する影響が大きいという問題がある。

これに対して、本実施の形態も無線アドホック通信システムは、優先度の高い同期化端末のビーコンと同期化しているネットワークに対して、他のネットワークに属する通信端末がスーパーフレームの位相を合わせて同期化していくよう誘導することができる。このため、本実施の形態の無線アドホック通信システムは、外部から新たな通信端末が接近した場合に、既存の同期化ネットワークの通信端末及び同期化端末が新たな通信端末のスーパーフレームに一斉にアジャストしてしまうような非効率な状況を回避することができる。

なお、上述した実施の形態では、同期化端末１０及び４０を、通信端末１０乃至１５並びに４１との間ではビーコンの送受信のみを行い、アイソクロナス転送又はアシンクロナス転送によるデータ転送は行わない装置として説明した。しかしながら、同期化端末１０及び４０を、通信端末１０乃至１５並びに４１との間でデータ転送を行う装置として構成しても良い。これにより、同期化端末を１の通信端末として利用することが可能となる。

また、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。上述した発明の実施の形態では、ＰＮＣに相当する制御局が存在しない無線アドホック通信システムに本発明を適用した場合について説明した。しかしながら、ＰＮＣが存在するＩＥＥＥ８０２．１５．３規格等の無線アドホック通信システムにおいて、互いにビーコンを送受信するＰＮＣ間の同期を確立する場合にも本発明を適用することが可能である。

本発明にかかるアドホック通信システムの構成図である。本発明にかかる同期化端末の構成図である。本発明にかかるアドホック通信システムの同期化を説明する図である。ビーコンフレームの構成を示す図である。ビーコンに含まれる優先度情報を示す図である。本発明にかかる同期化端末の構成図である。本発明にかかる通信端末の構成図である。優先度情報を用いた同期化処理のフローチャートである。ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格のピコネットを示す図である。複数のピコネットの同期化を説明するための図である。ピコネットのスーパーフレームを示す図である。従来の無線アドホック通信システムを示す図である。複数の無線アドホック通信システムの同期化を説明するための図である。複数の無線アドホック通信システムの同期化を説明するための図である。

符号の説明

１無線アドホック通信システム
１０、４０同期化端末
１１〜１５、４１通信端末
１０１、４１１無線受信部
１０２、４１２ビーコン検出部
１０３、４１３通信制御部
１０４、４０４、４１４ビーコン生成部
１０５、４１５無線送信部
１０６、４１６アンテナ

Claims

複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムであって、
１又は複数の前記通信端末が属する第１のネットワークと、
１又は複数の前記通信端末が属する第２のネットワークと、
前記通信端末との間で前記ビーコンを送受信可能な１又は複数の同期化端末とを備え、
前記第１のネットワークに属する少なくとも１の前記通信端末及び前記第２のネットワークに属する少なくとも１の前記通信端末が、前記１又は複数の同期化端末のいずれかのビーコン到達範囲内に存在することにより、
前記第１のネットワーク、前記第２のネットワーク及び前記同期化端末が１つの同期化ネットワークを形成する無線アドホック通信システム。
前記同期化ネットワークの形成は、前記ビーコンの出力間隔により規定される伝送フレームの先頭位置及び伝送フレーム長を、前記通信端末の間で共通化することにより行う請求項１に記載の無線アドホック通信システム。
前記通信端末及び前記同期化端末が出力するビーコンには優先度が付加されており、
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付与された優先度を比較し、前記優先度の最も高いビーコンを基準に同期化されたネットワークを形成する請求項１に記載の無線アドホック通信システム。
前記同期化端末が送信するビーコンには、前記通信端末の出力するビーコンより高い優先度が付加されている請求項３に記載の無線アドホック通信システム。
前記優先度は、前記同期化端末からの中継段数を示すものである請求項４に記載の無線アドホック通信システム。
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付加された優先度に基づいて、自身が送信するビーコンに付加する優先度を決定する請求項３に記載の無線アドホック通信システム。
前記通信端末は、自身が属する前記同期化ネットワークと同期していない新ビーコンを受信すると、前記新ビーコンに付加された優先度と自身が属する前記同期化ネットワーク内の端末から受信した前記ビーコンに付加された優先度を比較し、
前記新ビーコンの優先度のほうが高いと判定した場合は、前記新ビーコンの送信元の同期化ネットワークに同期化する請求項３に記載の無線アドホック通信システム。
前記同期化端末の間では、前記同期化ネットワークの形成に使用する同期タイミング情報を、前記同期化端末と前記通信端末との間でのビーコン送受信とは異なる通信手段によって送受信する請求項１に記載の無線アドホック通信システム。
複数の前記同期化端末を備え、
前記同期化端末は、同期信号生成装置が送信する同期信号を受信し、前記同期信号に基づいて前記同期化ネットワークの形成に使用する共通の同期タイミングを生成する請求項１に記載の無線アドホック通信システム。
前記同期化端末は、前記通信端末との間で前記ビーコンを送受信するとともにデータ送受信も行う請求項１に記載の無線アドホック通信システム。
複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムおける通信端末の同期化方法であって、
前記通信端末との間でビーコンを送受信可能な同期化端末を、第１のネットワークに含まれる少なくとも１の前記通信端末及び第２のネットワークに含まれる少なくとも１の前記通信端末との間で前記ビーコンを送受信できるよう配置し、
前記第１のネットワークと前記第２のネットワークとの間で直接ビーコンを送受信できない場合にも、前記第１のネッットワーク、前記第２のネットワーク及び前記同期化端末によって１つの同期化ネットワークを形成する通信端末の同期化方法。
前記通信端末及び前記同期化端末が出力するビーコンには優先度が付加されており、
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付与された優先度を比較し、前記優先度の最も高いビーコンを基準に同期化されたネットワークを形成する請求項１１に記載の通信端末の同期化方法。
前記同期化端末が送信するビーコンには、前記通信端末の出力するビーコンより高い優先度が付加されている請求項１２に記載の通信端末の同期化方法。
前記通信端末は、自身が属する前記同期化ネットワークと同期していない新ビーコンを受信すると、前記新ビーコンに付加された優先度と自身が属する前記同期化ネットワーク内の端末から受信した前記ビーコンに付加された優先度を比較し、
前記新ビーコンの優先度のほうが高いと判定した場合は、前記新ビーコンの送信元の同期化ネットワークに同期化する請求項１２に記載の通信端末の同期化方法。
複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムにおいて、前記通信端末が行う同期化方法であって、
優先度を含む複数のビーコンを受信し、
受信した前記ビーコンに付与された優先度を比較し、
前記優先度の最も高いビーコンに同期する通信端末の同期化方法。
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付加された優先度に基づいて、自身が送信するビーコンに付加する優先度を決定する請求項１５記載の通信端末の同期化方法。
前記無線アドホック通信システムに同期化端末を配置し、前記同期化端末の出力するビーコンに対して、前記通信端末の前記優先度より高い優先度を付与し、
前記通信端末が前記優先度の高いビーコンに同期する際には、前記同期化端末の出力するビーコンに優先的に同期することを特徴とする請求項１５に記載の通信端末の同期化方法。
前記優先度は、前記同期化端末からの中継段数を示すものである請求項１５に記載の通信端末の同期化方法。
複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムであって、
各通信端末は優先度を含むビーコンを送受信し、
各通信端末は、受信した前記ビーコンに付与された優先度を比較して前記優先度の最も高いビーコンに同期することを特徴とする無線アドホック通信システム。
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付加された優先度に基づいて、自身が送信するビーコンに付加する優先度を決定する請求項１９に記載の無線アドホック通信システム。
前記無線アドホック通信システムは、前記通信端末の出力するビーコンより高い優先度を付加したビーコンを出力する同期化端末を備え、
前記通信端末が同期する際には、前記同期化端末の出力するビーコンに優先的に同期することを特徴とする請求項１９に記載の無線アドホック通信システム。
前記優先度は、前記同期化端末からの中継段数を示すものである請求項２１に記載の無線アドホック通信システム。
複数の通信端末がビーコンを送受信することにより前記通信端末間の同期を確立する無線アドホック通信システムを構成する前記通信端末であって、
優先度を含むビーコンを受信する受信手段と、
前記受信手段により受信したビーコンに付与された前記優先度を比較し、前記優先度の最も高いビーコンに同期する同期化手段とを備える通信端末。
前記通信端末は、受信した前記ビーコンに付加された優先度に基づいて、自身が送信するビーコンに付加する優先度を決定する請求項２３に記載の通信端末。