JP4419955B2 - 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、端末同士が非同期で直接通信（ランダム・アクセス）を行なうことにより無線ネットワークが運営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、制御局と被制御局の関係を有さずにアドホック（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・プログラムに係り、特に、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような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、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークによれば、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。

無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１や、ＩＥＥＥ８０２．１５．３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。

また、最近では、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

ＵＷＢ伝送方式には、ＤＳの情報信号の拡散速度を極限まで高くしたＤＳ−ＵＷＢ方式と、数１００ピコ秒程度の非常に短い周期のインパルス信号列を用いて情報信号を構成して、この信号列の送受信を行なうインパルス−ＵＷＢ方式の２種類がある。どちらの方式も例えば３ＧＨｚから１０ＧＨｚという超高帯域な周波数帯域に拡散して送受信を行なうことにより高速データ伝送を実現する。その占有帯域幅は、占有帯域幅をその中心周波数（例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）で割った値がほぼ１になるようなＧＨｚオーダの帯域であり、いわゆるＷ−ＣＤＭＡやｃｄｍａ２０００方式、並びにＳＳ（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いた無線ＬＡＮにおいて通常使用される帯域幅と比較しても超広帯域なものとなっている。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の標準化作業において、例えばウルトラワイドバンド無線通信を行なう無線通信装置の間でピコネットを形成して通信を行なう方法が規格化されつつある。

ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１を例にとって、従来の無線ネットワーキングの詳細について説明する。

ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングは、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）の概念に基づいている。ＢＳＳは、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：制御局）のようなマスタが存在するインフラ・モードで定義されるＢＳＳと、複数のＭＴ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：移動局）のみにより構成されるアドホック・モードで定義されるＩＢＳＳ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＢＳＳ）の２種類で構成される。

インフラ・モード：
インフラ・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作について、図２４を参照しながら説明する。インフラ・モードのＢＳＳにおいては、無線通信システム内にコーディネイションを行なうＡＰが必須である。

ＡＰは、自局周辺で電波の到達する範囲をＢＳＳとしてまとめ、いわゆるセルラ・システムで言うところの「セル」を構成する。ＡＰ近隣に存在するＭＴは、ＡＰに収容され、ＢＳＳのメンバとしてネットワークに参入する。すなわち、ＡＰは適当な時間間隔でビーコンと呼ばれる制御信号を送信し、このビーコンを受信可能であるＭＴはＡＰが近隣に存在することを認識し、さらにＡＰとの間でコネクション確立を行なう。

図２４に示す例では、通信局ＳＴＡ０がＡＰとして動作し、他の通信局ＳＴＡ１並びＳＴＡ２がＭＴとして動作している。ここで、ＡＰとしての通信局ＳＴＡ０は、同図右側のチャートに記したように、一定の時間間隔でビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）を送信する。次回のビーコンの送信時刻は、ターゲット・ビーコン送信時刻（ＴＢＴＴ：Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｉｍｅ）というパラメータの形式によりビーコン内で報知されている。そして、時刻がＴＢＴＴに到来すると、ＡＰはビーコン送信手順を動作させている。

また、周辺ＭＴは、ビーコンを受信することにより、内部のＴＢＴＴフィールドをデコードすることにより次回のビーコン送信時刻を認識することが可能であるから、場合によっては（受信の必要がない場合には）、次回あるいは複数回先のＴＢＴＴまで受信機の電源を落としスリープ状態に入ることもある。

アドホック・モード：
もう一方のアドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の動作について、図２５並びに図２６を参照しながら説明する。

アドホック・モードのＩＢＳＳにおいては、ＭＴは複数のＭＴ同士でネゴシエーションを行なった後に自律的にＩＢＳＳを定義する。ＩＢＳＳが定義されると、ＭＴ群は、ネゴシエーションの末に、一定間隔毎にＴＢＴＴを定める。各ＭＴは自局内のクロックを参照することによりＴＢＴＴが到来したことを認識すると、ランダム時間の遅延の後、未だ誰もビーコンを送信していないと認識した場合にはビーコンを送信する。

図２５に示すでは、２台のＭＴがＩＢＢＳを構成する様子を示している。この場合、ＩＢＳＳに属するいずれか一方のＭＴが、ＴＢＴＴが到来する毎にビーコンを送信することになる。また、各ＭＴから送出されるビーコンが衝突する場合も存在している。

また、ＩＢＳＳにおいても、ＭＴは必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態に入ることがある。図２６には、この場合の信号送受信手順について示している。

ＩＥＥＥ８０２．１１においては、ＩＢＳＳでスリープ・モードが適用されている場合には、ＴＢＴＴからしばらくの時間帯がＡＴＩＭ（Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｓｓａｇｅ）Ｗｉｎｄｏｗとして定義されている。ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗの時間帯は、ＩＢＳＳに属するすべてのＭＴは受信処理を動作させている。この時間帯であれば、基本的にはスリープ・モードで動作しているＭＴも受信が可能である。

各ＭＴは、自局が誰か宛ての情報を有している場合には、このＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗの時間帯においてビーコンが送信された後に、上記の誰か宛てにＡＴＩＭパケットを送信することにより、自局が上記の誰か宛ての情報を保持していることを受信側に通達する。ＡＴＩＭパケットを受信したＭＴは、ＡＴＩＭパケットを送信した局からの受信が終了するまで、受信機を動作させておく。

図２６に示す例では、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の３台のＭＴがＩＢＳＳ内に存在している。同図において、ＴＢＴＴに到来すると、ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各ＭＴは、ランダム時間にわたりメディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。図示の例では、ＳＴＡ１のタイマが最も早期に消滅し、ＳＴＡ１がビーコンを送信した場合を示している。ＳＴＡ１がビーコンを送信したため、これを受信したＳＴＡ２並びにＳＴＡ３はビーコンを送信しないようにする。

また、図２６に示す例では、ＳＴＡ１がＳＴＡ２宛ての送信情報を保持しており、且つ、ＳＴＡ２がＳＴＡ３への送信情報を保持している。このとき、ＳＴＡ１とＳＴＡ２は、ビーコンを送信又は受信した後に、再度ランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。図示の例では、ＳＴＡ２のタイマが先に消滅したため、まずＳＴＡ２からＡＴＩＭメッセージがＳＴＡ３に宛てて送信される。ＳＴＡ３は、ＡＴＩＭメッセージを受信すると、受信した旨をＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）パケットを送信することによりＳＴＡ２にフィードバックする。ＳＴＡ３からのＡＣＫが送信し終えると、ＳＴＡ１はさらにランダム時間にわたり各々メディア状態を監視しながらバックオフのタイマを動作させる。そして、タイマが消滅すると、ＳＴＡ１はＡＴＩＭパケットをＳＴＡ２に宛てて送信する。ＳＴＡ２はこれを受信した旨のＡＣＫパケットを返送することによりＳＴＡ１にフィードバックする。

これらＡＴＩＭパケットとＡＣＫパケットのやりとりがＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ内で行なわれると、その後の区間においても、ＳＴＡ３はＳＴＡ２からの情報を受信するために受信機を動作させ、ＳＴＡ２はＳＴＡ１からの情報を受信するために受信機を動作させる。

上記の手順において、ＡＴＩＭ Ｗｉｎｄｏｗ内でＡＴＩＭパケットを受信しない、又は誰宛ての送信情報も保持していない通信局は、次のＴＢＴＴまで送受信機の電源を落とし、消費電力を削減することが可能となる。

本発明者らは、このような無線ネットワーキング動作において、主に３つの課題があると思料する。

第１の課題として、電波伝搬環境の変化による衝突がある。

例えば、図２７に示すように、既にネットワークを構築している系同士が接近してくる状況を考える。図２７上段においては、通信局ＳＴＡ０とＳＴＡ１で構成されるネットワークと、通信局ＳＴＡ２とＳＴＡ３で構成されるネットワークとは、例えば壁やドアなどの図示しない遮蔽物によって、電波の届かない範囲に存在している。したがって、ＳＴＡ０とＳＴＡ１が通信を行ない、また、これとはまったく独立してＳＴＡ２とＳＴＡ３が通信を行なっている。図２７上段の右側には、このときの各通信局におけるビーコン送信タイミングを示している。

このような通信環境下で、ネットワーク同士を遮断していたドアが開き、互いに認識していない局同士が認識された場合を想定する。図２７下段には、全く独立して通信動作を行なっていたＳＴＡ０とＳＴＡ１、並びにＳＴＡ２とＳＴＡ３の各局が送受信可能な状態になった様子を示している。このような場合、図２７下段の右側に示すように、各局のビーコンが衝突してしまう。

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、通信局が散乱していることが想定される。このような状況において、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づいてネットワーク構築を行なうことを考察してみる。

インフラ・モードでネットワークを構築するとなると、どの通信局をＡＰ（コーディネータ）として動作させるべきかの選定が問題となる。ＩＥＥＥ８０２．１１においては、ＢＳＳに収容されたＭＴは、同ＢＳＳに属する通信局のみとの通信を行なうことになっており、ＡＰは他ＢＳＳとのゲートウェイとして動作する。系全体として都合よくネットワーキングするために、事前にネットワーク全体の系をスケジューリングする必要がある。ところが、ホーム・ネットワークのような、ユーザが通信局を横切ったり、電波伝搬環境が頻繁に変換したりする環境では、どの位置に存在する通信局をＡＰとすべきか、ＡＰの電源が落とされた場合にどのようにネットワークを構築し直すかといった課題を解決することができない。このためコーディネータ不要でネットワークが構築できることが望ましいと考えられるが、ＩＥＥＥ８０２．１１のインフラ・モードではこの要求に応えることができない。

第２の課題として、移動端末によるネットワーク環境の変化による衝突が挙げられる。

図２７に示した場合と同様、図２８では、既にネットワークを構築している系同士が接近してくる状況を考える。各通信局ＳＴＡ０〜ＳＴＡ３の動作状態も図２７の場合と同様であるとする。このような通信環境下において、ユーザが通信局を移動させたことで、今まで互いに認識していない局同士がＳＴＡ４の存在によって認識された場合を想定する。

図２８下段に示すように、各局が送受信可能な状態になった場合、ＳＴＡ４以外の各局のビーコンが衝突してしまう。この問題に対し、ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＳＴＡ４は、第１のネットワーク（ＩＢＳＳ−Ａ）からの信号と第２のネットワーク（ＩＢＳＳ−Ｂ）からの信号の両方を受信することができてしまう。互いのビーコン情報が読み取れてしまうと、ネットワークは破綻する。この結果、ＳＴＡ４はＩＢＳＳ−ＡとＩＢＳＳ−Ｂのルールに従い動作する必要があり、どうしてもビーコンの衝突やＡＴＩＭパケットの衝突が生じる可能性がある。コーディネータ不要でネットワークが構築できることが望ましいが（同上）、ＩＥＥＥ８０２．１１のインフラ・モードではこの要求に応えることができない。

そして、第３の課題として、通信局の負荷の低いネットワーク管理の構成が挙げられる。

ここで、コーディネータ機能を持つ通信局の隣接局情報（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ）について考える。通常、コーディネータ機能を持つ通信局は、ビーコンを送信し、ネットワーク情報を隣接局へ通知している。コーディネータがネットワーク管理全般を行なうことで、隣接局の処理の負担は低くなっている。これに対し、上述したネットワーキングにおける課題１〜２を加味すると、ホーム・ネットワークでは特に、コーディネータの存在しないネットワークの構築が望ましい。その場合、各隣接局にＮｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔを実装する必要があるが、各隣接局が対応可能な隣接局数が多くなればなるほど、各隣接局の負担が重くなり、ネットワーク全体の負荷につながりかねない。よって、各通信局にとって、負荷の低いネットワーク管理構成を考える必要がある。

：日経エレクトロニクス２００２年３月１１日号「産声を上げる無線の革命児Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ」（Ｐ．５５−６６）

本発明の目的は、制御局と被制御局の関係を有さずにアドホック通信により無線ネットワークを好適に構築することができる、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、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、通信端末同士がネットワークを跨いで干渉し合うことなく適当な無線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、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、負荷の低いネットワーク管理構成により無線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、制御局と被制御局の関係を有さずに通信動作を行なう無線通信システムであって、
各通信局は所定のフレーム周期でビーコン信号を送信し、他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局を管理する、
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。

本発明に係る無線通信システムにおいては、コーディネータを特に配置せず、通信局の間で制御局と被制御局の関係は有しない。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。

周辺に通信局がいない場合、通信局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。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を獲得することから、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る。

各通信局は、自己のビーコン受信タイミングをビーコン中の近隣ビーコン情報フィールドに記載し、自己のビーコン受信タイミングと受信ビーコン中の近隣ビーコン情報フィールド（ＮＢＯＩ：Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ｏｆｆｓｅｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の記載に基づいてフレーム周期内における近隣の通信局のビーコン配置に関する隣接局リストを作成してネットワークを管理する。

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。

また、壁やドアなどの遮蔽物によってお互いのネットワークが電波の届かない範囲に存在している環境下で、ドアが開き、遮蔽物がなくなった場合に系同士が突然に接近するという交錯状態が起こる。ネットワークの系毎に実際のビーコンの送信タイミングを所定のフレーム周期で定まるタイミングから故意にずらすことにより、交錯状態において連続的にビーコンが衝突することを防ぐことができる。

また、交錯状態において、複数局におけるビーコン送信タイミングがほぼ同時に設定されている可能性がある。通信局は、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときにビーコン送信タイミングの変更を要求し、該要求を受けた通信局はフレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを再設定するようにする。あるいは、通信局は、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときに、フレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを再設定し、ビーコン位置を変更した旨を通知するメッセージを送信するようにしてもよい。

また、各通信局は、フレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストと、フレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストに基づいてネットワークを管理する。

隣接局リストには、ミニマムのビーコン間隔毎に通信局１台分のビーコンのみ記入を許容し、時間軸とリストの段数を対応させる構成にすることで、ハードウェアとソフトウェアが読み書きするスケジューリングをより確実に動作させることができる。交錯状態において、複数局におけるビーコン送信タイミングがほぼ同時に設定されているときのために、ビーコン位置に重複して送信されてくる（受信した）ビーコン情報を退避用隣接局リストに記載する。

また、各通信局は、通信プロトコルの下位レイヤにおいて新規に取得したビーコン受信タイミングを書き込む第１の隣接局リスト記憶領域と、通信プロトコルの上位レイヤにおいてフレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストとフレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを書き込む第２の隣接局リスト記憶領域に分けて備えるようにしてもよい。

通信プロトコルの下位レイヤが書き込みを行なう第１の隣接局リスト記憶領域と、通信プロトコルの上位レイヤが書き込みを行なう第２の隣接局リスト記憶領域を独立して設けることにより、それぞれの書き込みタイミングが衝突を起こすことなく、確実に隣接極リストを管理することができる。

このような場合、前記通信プロトコルの上位レイヤは、前記第１の隣接局リスト記憶領域に記載されているビーコン受信タイミング情報を前記第２の隣接局リスト記憶領域の隣接局リスト又は前記退避用隣接局リストに書き込み、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまでビーコン送信タイミングの変更を要求することで、フレーム周期内のビーコン配置をスケジューリングするようにすればよい。

また、本発明の第２の側面は、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、
自己の通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知ステップと、
他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局を管理する隣接局管理ステップと、
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、特定の制御局を配置しない無線通信環境下で動作することにより、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。

本発明によれば、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、通信端末同士がネットワークを跨いで干渉し合うことなく適当な無線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、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、負荷の低いネットワーク管理構成により無線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。

本発明によると、システムを構成する系内にシステム・タイムや共通のフレーム時刻を統括するマスタ局が存在しない無線通信システムにおいて、各通信局は、少なくとも一定間隔で定期的にビーコンを送受信し、その送受信を隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ）として管理することで、各通信局のネットワーク管理を分散して行なうことが可能となる。さらに、一定時間毎に送受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のビーコンを隣接局リストで管理する機構を設け、一定時間内にｎ個以上のビーコンを受信する場合のために退避領域を設けることにより、ハードウェア（新規ビーコン受信時）とソフトウェア（リスト更新時）においてリストの読み出し／書き込みの処理のスケジューリングが容易になり、隣接局リストの不具合が発生させないという利点がある。また、ネットワーク・トポロジが交錯するようなネットワーク管理に負荷の高い状況が発生しても不具合を起こさずに動作をさせることが可能となる。

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播路は無線であり、且つ単一の伝送媒体（周波数チャネルによりリンクが分離されていない場合）を用いて、複数の通信局間でネットワークを構築する。但し、複数の周波数チャネルが伝送媒体として存在する場合であっても、同様に本発明の効果を奏することができる。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システム構成であり、各通信局は、基本的には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などを行なう。

このようにコーディネータ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。

マスタ局とスレーブ局のような制御、被制御の関係なしに自律分散型のネットワークを構築する問題を解決するために、各通信局がネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことでネットワークを構築し、そのビーコンの記述情報に基づいて他局の通信状態などの高度な判断を行なうことができる。この点の詳細については、例えば本出願人に既に譲渡されている国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１０６５、国際出願日：２００４年２月３日）に詳解されている。

以下に説明する各通信局での処理は、基本的にネットワークに参入する全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。

第１の実施形態：
図１には、本発明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ことができる無線通信装置の機能構成を模式的に示している。

同図に示す無線通信装置では、アンテナ１がアンテナ共用器２を介して受信処理部３と送信処理部４に接続してあり、受信処理部３及び送信処理部４は、ベースバンド部５に接続してある。受信処理部３での受信処理方式や、送信処理部４での受信処理方式については、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方式などを適用することができる。

ベースバンド部５は、インターフェース部６とＭＡＣ（メディア・アクセス・コントロール）部７とＤＬＣ（データリンク・コントロール）部８などを備えて、それぞれの処理部で、この通信システムに実装されるアクセス制御方式における各通信プロトコル層における処理が実行される。

次いで、無線通信装置が本発明に係る無線ネットワーク・システムにおいて実行する動作について説明する。コーディネータが存在しない無線通信環境において、各通信局は、自己の存在を周辺（すなわち自己の通信範囲内）に知らせたりする目的で、周期的にビーコンを送信する。各通信局は、ビーコンを送信した直後の所定の時間間隔を、自己が優先して情報の伝送（送信及び／又は受信）に利用することができる優先利用領域として獲得することができる。

例えば、ネットワーク内の各通信局は、ネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し、そのビーコン信号の送信に前後する時間帯に受信動作を行なう状態を設定する。ネットワーク内の各通信局で送受信データが存在しない場合には、最小限の送受信動作にてシステムを構成可能であり、且つ、変動する送受信データ量に従って、送受信動作状態を変遷させることにより、必要最低限の送受信動作にて、極力小さいレイテンシでのデータ転送が可能になる。この点については、例えば本出願人に既に譲渡されている国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１０２７、国際出願日２００４年２月３日）に詳解されている。

ビーコンの送信で区切られる期間を「スーパーフレーム周期」と呼ぶ。本実施形態では、通信局におけるビーコンの送信周期を４０ミリ秒に設定し、４０ミリ秒毎にビーコンを送信するものとするが、スーパーフレーム周期を４０ミリ秒に限定している訳ではない。

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２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（伝送レートが１００Ｍｂｐｓ、プリアンブルが８マイクロ秒、物理（ＰＨＹ）ヘッダが２マイクロ秒）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、周辺で発振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２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スーパー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。

例えば、図２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２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２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２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（スーパーフレーム周期）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Ｂ_ｍｉｎを規定しておき、Ｂ_ｍｉｎ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、ミニマムのビーコン間隔Ｂ_ｍｉｎを６２５マイクロ秒に規定した場合、電波の届く範囲内では最大で６４台の通信局までしか収容できないことになる。

図３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ミリ秒からなるスーパーフレーム周期における時間の経過やビーコンの配置を、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３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２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。Ｂ_ｍｉｎを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。上述したような処理手順で各通信局のビーコンを配置しビーコンの送信を開始するフェーズを、以下では「ステップ１」と呼ぶことにする。

本実施形態に係る無線ネットワークでは、基本的には従来と同様にＣＳＭＡに基づくアクセス手順を採用し、送信前にメディアがクリアであることを確認した後に送信を行なうことを想定している。但し、各通信局は、近隣の他の通信局に自己の存在を知らしめるためのビーコン信号を送出した後、優先的に情報伝送を行なうことができる優先利用領域が確保される。

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４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５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６には、スーパー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、この間隔を短縮することができて、スーパーフレーム周期を効率的に運用し、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ようにする。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、該通信局は何もせず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６に示したようにビーコンの直後に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スーパー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、ビーコン配置方法はこれに限られないものとする。例えば、ビーコンの送信時刻から相対時間でＴＧＰの開始時刻を設定できる場合、それぞれのビーコンを１箇所にまとめたり、数局分のビーコンをまとめたりしてもよい。また、このようにまとめたビーコンは、１つのビーコンが複数台分のビーコン送信を共用したものでもよいものとする。

図７には、本発明の一実施形態に係る無線ネットワーク・システムにおけるパケット・フォーマットの構成例を示している。

パケットの先頭には、パケットの存在を知らしめる目的で、ユニーク・ワードで構成されるプリアンブルが付加されている。

プリアンブルの直後に送信されるヘディング領域には、このパケットの属性、長さ、送信電力、またＰＨＹがマルチ伝送レートモードならペイロード部伝送レートが格納されている。ヘディング領域すなわちＰＨＹヘッダは、ペイロード部に比べ所要ＳＮＲ（信号対ノイズ比）が数ｄＢ程度低くて済むように伝送速度を落とすことにより、誤りにくく加工されている。このヘディング領域は、いわゆるＭＡＣヘッダとは相違する。図示の例では、ＭＡＣヘッダはペイロード部に含まれている。

信号検出に基づいて衝突回避しながらアクセス制御を行なう場合、このように誤りにくく加工されているヘディング領域に、少なくともそのパケットのペイロードの情報抽出に必要な情報及びパケットの送信に起因して生じるパケットの送信のアクセス予約を制御するフィールドを設けることにより、そのフィールドを使用した処理が可能となる。この点については、本出願人に既に状とされていル国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１０２８、国際出願日：２００４年２月３日）に詳解されている。

ペイロード部は、ＰＳＤＵ（ＰＨＹ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）と示されている部分であり、制御信号や情報を含むベアラビット列が格納される。ＰＳＤＵは、ＭＡＣヘッダとＭＳＤＵ（ＭＡＣ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）により構成されており、ＭＳＤＵ部に上位レイヤから渡されたデータ列が格納される。

以下では、説明を具体的に行なうために、プリアンブルの長さは８マイクロ秒であり、ペイロード部のビットレートは１００Ｍｂｐｓで伝送され、ヘディング領域は３バイトで構成され１２Ｍｂｐｓで伝送される場合を想定する。すなわち、１つのＰＳＤＵを送受信する際には、１０マイクロ秒（プリアンブル８マイクロ秒−ヘディング２マイクロ秒）のオーバーヘッドが生じている。

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）
ＮＢＡＩ：近隣ビーコンのアクティビティ情報：（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）
ＴＩＭ：トラフィック・インジケーション・マップ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）
ＰＡＧＥ：ページング（Ｐａｇｉｎｇ）

ＴＩＭとは、現在この通信局が誰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、Ｐａｇｉｎｇは、ＴＩＭに掲載されている受信局のうち、直後のＴＧＰにおいて送信を予定していることを示すフィールドであり、このフィールドで指定された局はＴＧＰでの受信に備えなければならない。そのほかのフィールド（ＥＴＣフィールド）も用意されている。

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、スーパー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。

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。

また、本実施形態では、ＮＢＯＩフィールドと類似して、同じくビーコンで送信される情報の１つとして、Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＮＢＡＩ）フィールドを定義する。ＮＢＡＩフィールドには、自局が実際に受信を行なっているビーコンの位置（受信時刻）を自局のビーコンの位置からの相対位置でビットマップにて記載する。すなわち、ＮＢＡＩフィールドは、自局が受信可能なアクティブの状態にあることを示す。

さらに、通信局は、これらＮＢＯＩとＮＢＡＩの二つの情報により、スーパーフレーム内のそのビーコン位置で自局がビーコンを受信する情報を提供する。すなわち、ビーコンに含まれるＮＢＯＩ並びにＮＢＡＩフィールドにより、各通信局に関し、下記の２ビット情報を報知することになる。

本実施形態では、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の記述に基づいてビーコンの衝突を回避することができる。

図１０には、ＮＢＯＩの記述に基づいて通信局がビーコンの衝突を回避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中に記載される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、上記ステップ１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、このような隠れ端末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、ＳＴＡ０が送信するビーコンを直接受信はできないが、ＳＴＡ０がビーコンを送信するタイミングをＳＴＡ１から受信したビーコンに基づいて認識し、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。

上述したような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。しかしながら、ビーコンの衝突を回避できない場合がある。このような状況について、以下、図１２乃至図１４を参照しながら説明する。

図１２並びに図１３には、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークが、それぞれ構築されている状況を示している。但し、図示の例では、スーパーフレーム周期内には、６２５マイクロ秒間隔で最大６４個のビーコンを配置することができるが、ミニマムのビーコン間隔Ｂ_ｍｉｎやバックオフを考慮して、３２個までしかビーコンの配置は許容されないものとする。そして、ネットワークＩＤ０におけるビーコン位置を０〜３１とし、ネットワークＩＤ１におけるビーコン位置を３２〜６３とする。各ネットワークでは、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、３２個に到達するまで順次ビーコンの配置が決められていく。ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークは、それぞれ別々のタイミングで同期しているものとする。

ここで、図１２に示したネットワークＩＤ０と図１３に示したネットワークＩＤ１のネットワークをそれぞれ構築している系同士が接近してきたとする。ここでは、壁やドアなどの遮蔽物によってお互いのネットワークが電波の届かない範囲に存在している環境を想定しており、この環境下で、ドアが開き、遮蔽物がなくなった場合に系同士に接近が起こる。このような状況のことを、以下では「交錯状態」と呼ぶ。

本実施形態に係る無線ネットワークでは、各通信局は、ビーコンの受信タイミングとビーコン中のＮＢＯＩフィールドの記載内容に基づいて、近隣にある通信局を管理するための隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ）を管理している。図１５には、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークの通信局において管理されている隣接局リストの構造を示している。

ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークは、それぞれ別々のタイミングで同期している。ここで、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１のネットワーク間における同期の相対的なずれが６２５マイクロ秒ある場合に、図１４に示すような交錯状態が起こると、隣接局リストでは、別個に構築されたネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１を１つのネットワークのように管理する必要がある。

図１２及び図１３に示すように系毎に管理している状態からこれらを１つのネットワークのように状態遷移するときの隣接局リストの構成例を図１６に示している。また、図１７には、そのときのビーコン位置を概略的に示している。図１６において、図１５中の上段に示した隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩＤ０）は、図１２に示される各通信局ＳＴＡ０〜３１が管理している隣接局リストであり、また、図１５中の下段に示した隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩＤ１）は、図１３に示される各通信局ＳＴＡ３２〜６３が管理している隣接局リストである。そして、図１６に示す隣接局リストは、系の間で遮蔽物がなくなった場合の隣接局リストである。

図１４に示した交錯状態では、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の同期の相対的なずれが６２５マイクロ秒であることを想定しているため、お互いのビーコンが時間軸上で交互に均等に配置され、異常処理を行なわずにそのまま通信を行なうことができる。本実施形態に係るシステムが隣接局数を６４台分までとしているため、最大数のビーコン管理ができるので、系同士でビーコンの衝突を回避することができる。

次に、ビーコンの衝突を回避できない場合について説明する。ここで、図１２及び図１３において、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の同期の相対的なずれが０マイクロ秒である場合を想定する。この状況で交錯状態になった場合、ＮＢＯＩは遮蔽物が存在している状態をＮＢＯＩ情報として隣接局へ通知しているため、遮蔽物がなくなったときに瞬時の対応ができない。通信局は、一定時間毎に、隣接局のビーコンをすべて受信するフル・スキャン動作を行なうが、このフル・スキャン動作を行なうまで交錯状態に陥った状態のまま回避することができない。この状態を回避するため、本システムは、ＴＢＴＴオフセット・インジケータと、ビーコン送信タイミング変更リクエストという２つの機能を有する。以下、これらの機能について説明する。

ＴＢＴＴオフセット・インジケータ
ビーコンの送信タイミングは４０ミリ秒毎とステップ１で定めてある。この４０ミリ秒毎に定めたビーコンの送信時刻をＴＢＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｉｍｅ）と定義する。本発明においては、図１４に示す交錯状態において連続的にビーコンが衝突することを防ぐ目的で、ビーコン毎に衝突を回避するのではなく、ネットワークの系毎に実際のビーコンの送信タイミングをＴＢＴＴから故意にずらすようにした。

例えば、図１８に示すように、ＴＢＴＴ、ＴＢＴＴ−２０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋４０マイクロ秒、ＴＢＴＴ−６０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋８０マイクロ秒、ＴＢＴＴ＋１００マイクロ秒、ＴＢＴＴ−１２０マイクロ秒という具合に、実際のビーコン送信タイミングを２０マイクロ秒間隔でずらして、合計７つのビーコン送信タイミングを定義しておく。そして、ビーコン送信に先立ち今回はＴＢＴＴからどれだけずらしてビーコンを送信するかをランダムに選択し、実際のビーコン送信時刻を決定する。ここでは、２０マイクロ秒間隔で異なるＴＢＴＴを定義したが、２０マイクロ秒毎である必要はなく、もっと小さい又は大きい間隔で定義してもよい。このように、実際のビーコン送信タイミングをＴＢＴＴから故意にずらした分をＴＢＴＴオフセットと呼ぶ。

ビーコン送信タイミング変更リクエスト
交錯状態では、ＴＢＴＴオフセット・インジケータによって、３２台分すべてのビーコンが衝突するという事態は回避できたとしても、数回に１回はビーコンが衝突する可能性があり、問題が残る。

そこで、各局は、複数局におけるＴＢＴＴがほぼ同時に設定されていると認識した場合は、該ビーコン送信局のいずれかに対してＴＢＴＴを変更してほしい旨を通達するメッセージすなわちビーコン送信タイミングの変更要求に関するシーケンスを実行する。

ＴＢＴＴの変更に関する通達を受け取った通信局は、周辺局のビーコンをスキャンする。そして、自局においてビーコンが受信されておらず、且つ受信ビーコンのＮＢＯＩにより１がセットされていない時刻を見つけ出し、これを新たなＴＢＴＴ（新ＴＢＴＴ）として設定する。新ＴＢＴＴを設定した後、実際にＴＢＴＴを変更する前に、現行ＴＢＴＴで送信するビーコンに「新ＴＢＴＴを設定したのでこれからＸＸミリ秒後にＴＢＴＴを変更します」という旨のメッセージを掲載した後に、ＴＢＴＴの変更を行なう。

このようなビーコン送信タイミング変更リクエストを送信する場合、ビーコンが衝突しているかどうかを判断するために、図１６に示した隣接局リストを用いる。この隣接局リストはネットワーク管理を行なうために参照されるが、変更リクエストを出すために、毎回リスト中のすべてのエントリを参照するのは非効率であり検索時間もかかる。隣接局リストは、図１６に示すように、時間軸と同等の順番に従ってエントリが配列されており、衝突しているか否かを判断するため、ビーコン間隔を測定するカウンタ情報をリスト中に載せている。この隣接局リスト上の順番に従ってビーコンを配置させることで、ビーコン送受信時の検索時間の短縮、ビーコンの衝突検出の処理を短時間に行なうことが可能となる。

勿論、通信局は、他の局からビーコン送信タイミング変更リクエストを受信したことに応答してビーコン位置を変更するのではなく、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときに、フレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを再設定するようにしてもよい。このような場合、周辺の通信局はビーコン位置が変更したことを知らないので、ビーコン位置を変更した旨を通知するメッセージを送信するようにする。また、すべての通信局が同じアルゴリズムで動作している環境下においては、変更メッセージを同報通知によって実現してもよい。例えば、２つのビーコンの相対時間がＴＢＴＴの半分（３１２．５マイクロ秒）であるとき、ビーコン送信のタイミングが時間的に遅い（若しくは時間的に早い）通信局はそのままの送信タイミングでビーコン送信を続けるアルゴリズムにすると、変更メッセージをすぐに送信する必要がない。上記アルゴリズムにより、自動的にビーコン送信のタイミングが調整されることを、すべての通信局は把握しているからである。また、ビーコン送信位置を変更した旨は、ビーコン情報に含まれるＮＢＯＩ若しくはＮＢＡＩのマッピング状況の変化によって通知されてもよい。

なお、本発明の第１の実施形態は、複数の周波数チャネルが伝送媒体として存在する場合であっても、同様に適用することができる。また、説明を具体的に行なうために、プリアンブルの長さは８マイクロ秒であり、ペイロード部のビットレートは１００Ｍｂｐｓとしたが、この数値は別のものでもよい。また、基本的なアクセス手順はＣＳＭＡとしたが隣接局リストの構成自体はＴＤＭＡを始めさまざまなアクセス方式で使用してもよく、他のアクセス方式では送信前にメディアがクリアであることを確認しなくてもよい。

また、本発明の第１の実施形態では、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１を想定し、同期タイミングの相対的なずれを０マイクロ秒と６２５マイクロ秒の場合についてのみ説明を行なったが、勿論、本発明の要旨はこのような特定の実施例に限定されない。ネットワークＩＤは、１つのグループを想定する名称であり、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）のＩＰアドレスを利用したセグメンテーションや、ＩＥＥＥ８０２．１１のようなＢＳＳやＩＢＳＳでもよい。

また、本発明の第１の実施形態では、ビーコン間隔を測定するカウンタ情報を隣接局リストに載せているが、カウンタ情報としてなくてもよい。自局の隣接局のビーコン送受信タイミングより６２５マイクロ秒後までにビーコンを受信した場合、新規隣接局として受信したビーコンの送信元に対し、メッセージ経由で問うこともできる。

また、本発明の第１の実施形態では、ビーコンを受信したものを隣接局リストに載せるという前提で説明を行なったが、本発明の要旨はこれに限らないものとする。例えば、ＮＢＯＩのようなビーコン配置情報によって、ビーコン受信はしていないが配置情報によってビーコンの存在を把握することができるので、隣接局リストにビーコン受信があったものとして動作することも可能とする。

第２の実施形態：
コーディネータ不要のネットワークにおいて、隣接局リストは、各通信局との同期を統制し、通信局間のデータ通信を可能にするネットワーク制御のコアであると考えられる。その分、ハードウェア（若しくは通信プロトコルの下位レイヤ）とソフトウェア（若しくは通信プロトコルの上位レイヤ）が隣接局リストを介して、送受信のスケジュールを行なうといった複雑な制御を実行する必要があるので、それぞれの通信局内に実装するには、より簡単に制御可能な隣接局リストの構成が望まれる。

本実施形態では、ハードウェアやソフトウェアにとって、より簡単な制御を可能にする隣接局リストの構成について説明する。本実施形態では、自局のビーコン送信タイミング間隔を４０ミリ秒とし、他の通信局から受信するビーコンのミニマム間隔Ｂ_ｍｉｎを６２５マイクロ秒としたシステムを想定する。この場合、最大で６４台（＝４０／０．６２５）のビーコンを自局を含むネットワークとして構成させることが可能であるので、以下では６４台を最大とするシステムの隣接局リストについて説明する。

図１９には、本実施形態における隣接局リストの構成を示している。同図において、インデックス（Ｉｎｄｅｘ）には時間軸に相当する０〜６３の数字（通し番号）が振られており、合計６４段の情報領域エントリを書き込む又は読み出すことが可能である。

各々の情報領域は、アドレス、ネットワークＩＤ、ＮＢＯＩ、ＮＢＡＩ、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎをハードウェアとソフトウェア間でやり取りする情報を記載する。ＮＢＡＩ（Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｂｅａｃｏｎ Ａｃｔｉｖｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）フィールドには、自局が実際に受信を行なっているビーコンの位置（受信時刻）を自局のビーコン位置からの相対位置にビットマップ形式で記載する（同上）。

図１９に示す例では、１段目の情報領域エントリ（Ｉｎｄｅｘ０）には、ミニマムのビーコン間隔Ｂ_ｍｉｎである６２５マイクロ秒（＝４０ミリ秒／６４ノード）間に送受信したビーコンを１台分のみ記入させる。６２５マイクロ秒毎に１段しか情報領域エントリを使用できないように制限したのは、時間軸と情報領域エントリの段数を対応させる構成に固定することで、ハードウェアとソフトウェアが読み書きするスケジューリングをより確実に動作させるためである。

Ｉｎｄｅｘ０を例に説明を追加すると、Ｉｎｄｅｘ０には自局のビーコン送信情報が記載されている。各通信局は、自局のビーコンを送信するＴＢＴＴタイミングを０としている。０以上６２５マイクロ秒未満のビーコンに関する情報が１台分のみ記載される場合、他局のビーコンを受信する前に、自局のビーコン送信を行なうため、０以上６２５マイクロ秒未満の情報領域エントリには他の通信局から受信情報は記載されない。

しかしながら、０以上６２５マイクロ秒未満の領域に他局からビーコンを受信するケース、すなわちビーコンが交錯するケースも想定できる。例えば、系同士を遮っていた遮蔽物が突然取り除かれ、図１４に示したような交錯状態が生じた場合である。このため、隣接局リストは０以上６２５マイクロ秒未満という同じビーコン位置に重複して送信されてくる（受信した）ビーコン情報を記載する領域を別に用意している。図１９に示した下段のテーブルがこの記載領域であり、本明細書中では退避領域（Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｌｉｓｔ）と呼ぶ。

同様に、Ｉｎｄｅｘ１では６２５マイクロ秒以上１２５０マイクロ秒未満の領域に他局から受信したビーコンが２台以上ある場合、一方は隣接局リストの通常領域Ｉｎｄｅｘ１に記載され、他方は退避領域に記載される。２以上のビーコンを受信した通信局は、退避領域に記載された通信局に対して、隣接局リストの通常領域であるＩｎｄｅｘ０〜６３に再配置されるまで、退避領域でビーコン送信タイミング変更リクエスト・メッセージ送信する（前述）。または、退避領域に記載された通信局は、自己のビーコン送信タイミングを所定のアルゴリズムにより移動させて再設定を行なう（前述）。後者の場合、通信局は、退避用隣接局リストに記載された通信局が隣接局リストに再配置されるまで待機することになる。

ソフトウェアは、通常動作時、隣接局リストを前以て決められたタイミングで読むが、図１４に示したような交錯状態において、ビーコン３２台がすべて衝突する場合、ＳＴＡ０〜３１が隣接局リストの通常領域に記載され、ＳＴＡ３２〜６３が退避領域に記載される。この場合、３．１２５ミリ秒（＝６２５マイクロ秒×５）で退避領域がフルになるため、退避領域がフルになる前にハードウェアはソフトウェアに割り込みで通知し、メッセージを送信させる必要がある。２つのネットワーク間で、どちらのビーコンタイミングに合わせるかをメッセージ送信しながら調整することも、衝突しているビーコンを第３者の通信局として衝突している２者の通信局へ通知するためにメッセージ送信することもあり得る。

このような場合、ハードウェアは、退避領域にビーコン受信データを書き込むことによって、ビーコンの衝突をソフトウェアに通知する。その後、ソフトウェアはビーコン送信タイミング変更リクエスト・メッセージを送信準備し、ハードウェア経由で本メッセージ処理を行なう。

なお、本実施形態では、自局のビーコン送信タイミング間隔を４０ミリ秒、他の通信局から受信するビーコンのミニマム間隔Ｂ_ｍｉｎを６２５マイクロ秒としたシステムを想定したが、本発明の要旨はこれらの数値に限定されるものではなく、他の数値でも同様に本発明を適応することが可能である。

また、図１９では、退避領域としてＩｎｄｅｘ６４〜６８の５台分のエントリしか用意していないが、これに限らない。６４台対応のシステムの場合、最悪のケースとして、図１４に示したネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の交錯状態において、各々のネットワーク間で同期のずれがない場合が考えられる。このとき、ビーコンは３２台分がすべて衝突するので、３２台分の衝突を回避するため、３２台分の情報領域エントリを持つ退避領域を用意することにより、瞬時に対応することができる。この退避領域は発生確率とハードウェアの容量を考慮し適当に実装すればよい。

また、図１９に示す例では、６２５マイクロ秒分に送受信する通信局を１台として実施例を説明したが、１台に限定されない。メモリが多く使えるのであれば何台分でも書き込めるようにしてもよい。

第３の実施形態：
本実施形態においても、第２の実施形態と同様、コーディネータ不要のネットワークにおいて、自局のビーコン送信タイミング間隔を４０ミリ秒とし、他の通信局から受信するビーコンのミニマム間隔Ｂ_ｍｉｎを６２５マイクロ秒としたシステムを想定する。この場合、６４台（＝４０／０．６２５）のビーコンを、自局を含むネットワークとして構成させることが可能である。以下では、６４台を最大とするシステムの隣接局リストについて説明する。本実施形態では、ハードウェア（若しくは新規に取得したビーコンを退避領域に記載する通信プロトコルの下位レイヤ）とソフトウェア（若しくは退避領域のビーコンを通常領域に再配置させる通信プロトコルの上位レイヤ）が読み書きするスケジューリングをより確実に動作させることができる。

図２０には、本実施形態に係る隣接局リストの構成を示している。同図に示す例では、隣接局リストを２面用意している。一方は、ハードウェア（若しくは新規に取得したビーコン受信タイミングを書き込む通信プロトコルの下位レイヤ）が書き込んで、ソフトウェア（若しくは通信プロトコルの上位レイヤ）が読み出す面（以下、仮に「Ａ面」と呼ぶ）である。また、他方は、ソフトウェアが書き込んで、ハードウェアが読み出す面（以下では、仮に「Ｂ面」と呼ぶ）である。

Ｂ面は図１９と同様の構成であり、情報領域エントリ（Ｉｎｄｅｘ）と時間軸が対応している。また、図１９と同様、ビーコンが衝突しそうな場合、ビーコンを受信した一方の通信局は、ビーコン送信タイミングの変更などの操作により隣接局リストに記述されるまでの間、退避領域の情報領域エントリに記載される。一方、Ａ面は、スーパーフレーム周期内に配置可能な最大６３台までの新規ビーコンを受信可能にするため、６４段の情報領域エントリを確保している。

図２１には、ハードウェア並びにソフトウェアが隣接局リストのＡ面及びＢ面にアクセスする様子を示している。ネットワーク管理を行うソフトウェアは、Ｂ面の隣接局リストにアクセスし、空いていればビーコンの配置が可能であると判断し、隣接局リストにビーコンを書き込む。一方、Ｂ面の隣接局リストが空いていない場合は、ビーコンの配置が不可能であると判断し、退避領域にビーコンを書き込むことになる。そして、隣接局リスト及び退避領域に記載された情報をハードウェアに渡す。また、図２２には、隣接局リストにアクセスするためのハードウェアの動作を、図２３には同リストにアクセスするソフトウェアの動作を、それぞれフローチャートの形式で示している。

図２２において、ハードウェアはビーコンを受信すると（ステップＳ１０１）、隣接局リストのインデックス・カウンタ値とハードウェアが持っているフレーム・カウンタ（自局のビーコン間隔をフレーム（スーパーフレーム）としてフレームを司るカウンタ）を比較し（ステップＳ１０２）、いま受信したビーコン情報が隣接局リストに既に記載されているかを判断する（ステップＳ１０３）。

いま受信したビーコン情報が隣接局リストに既に記載されている場合、ネットワークの管理を司るアクセス制御部（ソフトウェア）へビーコンを受信したことのみを通知して（ステップＳ１０４）、処理を終了する。
一方、いま受信したビーコン情報が隣接局リストに既に記載されてない場合にはＡ面の空き情報領域エントリに受信ビーコンに関するＡｄｄｒｅｓｓ、ネットワークＩＤ、ＮＢＯＩ、ＮＢＡＩ情報を書き込む（ステップＳ１０５）。

また、図２３において、ネットワーク管理を行なうソフトウェアは、Ａ面の情報領域エントリを調査し（ステップＳ２０１）、通信局が新規参入したかどうかを確認する（ステップＳ２０３）。

次に、内部に保持しているＢ面のコピー情報と、新規参入した通信局の受信時間を比較し（ステップＳ２０４）、受信したビーコンの送信タイミングの変更を行なう必要があるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。

ビーコン送信タイミングの変更を行なう必要がある場合、ビーコン送信タイミング変更リクエスト・メッセージを送信する（ステップＳ２０６）。また、変更を行なう必要がない場合には、自局を含むネットワークの通信局か否かを判断するため、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ（認証）の処理を行なう（ステップＳ２０７）。

以上のように、ハードウェアとソフトウェアの書き込みタイミングを衝突させない機構を設けることで、確実に隣接局リストを管理できる構成にしている。６４台対応のシステムの場合、最悪のケースとして、図１２及び図１３にそれぞれ示したネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の系同士がネットワーク間で同期のずれがなく、交錯状態に陥った場合が考えられる。このような場合、ビーコンは３２台分がすべて衝突するような交錯状態に陥り、ネットワーク管理の負荷が重くなる。本実施形態では、図２１に示したように、確実に隣接局リストを管理できる構成にすることで、不具合を起こさずに動作をさせることが可能となる。

なお、本発明の要旨は上述した本実施形態に限定されないものとする。本実施形態において、自局のビーコン送信タイミング間隔を４０ミリ秒、他の通信局から受信するビーコンのミニマム間隔Ｂ_ｍｉｎを６２５マイクロ秒としたシステムを想定したが、これらの数値に限定されないものとし、他の数値でも勿論、本発明は適応可能である。

また、本実施形態では、退避領域の情報領域エントリとしてＩｎｄｅｘ６４〜６８の５台分しか用意していないが、これに限らない。６４台対応のシステムの場合、最悪のケースとして、図１２及び図１３にそれぞれ示したネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の系同士がネットワーク間で同期のずれがなく、交錯状態に陥った場合が考えられる。このとき、ビーコンは３２台分がすべて衝突するため、３２台分の退避領域があれば瞬時に衝突退避のための対応を行なうことができる。この退避領域は発生確率とハードウェアの容量を考慮し適当に実装すればよい。

さらに、ステップＳ２０６ではビーコン送信タイミング変更リクエスト・メッセージを送信しているが、ビーコン送信タイミング変更リクエスト・メッセージを送信するのではなく、自己のビーコン送信タイミングを再設定し、ビーコン位置を変更した旨を通知するメッセージを送信してもよい。

２つのネットワーク間で、どちらのビーコン？タイミングに合わせるかをメッセージ送信しながら調整することも、衝突しているビーコンを第３者の通信局として衝突している２者の通信局へ通知するためにメッセージ送信することもあり得る。

追補
以上、特定の実施例を参照しながら、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例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、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

本発明によれば、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、通信端末同士がネットワークを跨いで干渉し合うことなく適当な無線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、複数のアドホック・ネットワークが隣接するような通信環境下において、負荷の低いネットワーク管理構成により無線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。

本発明によると、システムを構成する系内にシステム・タイムや共通のフレーム時刻を統括するマスタ局が存在しない無線通信システムにおいて、各通信局は、少なくとも一定間隔で定期的にビーコンを送受信し、その送受信を隣接局リスト（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｌｉｓｔ）として管理することで、各通信局のネットワーク管理を分散して行なうことが可能となる。さらに、一定時間毎に送受信するｎ個（ｎは１以上の整数）のビーコンを隣接局リストで管理する機構を設け、一定時間内にｎ個以上のビーコンを受信する場合のために退避領域を設けることにより、ハードウェア（新規ビーコン受信時）とソフトウェア（リスト更新時）においてリストの読み出し／書き込みの処理のスケジューリングが容易になり、隣接局リストの不具合が発生させないという利点がある。また、ネットワーク・トポロジが交錯するようなネットワーク管理に負荷の高い状況が発生しても不具合を起こさずに動作をさせることが可能となる。

［図１］図１は、本発明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ことができ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２］図２は、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３］図３は、ビーコン送信タイミングの一例を示した図である。
［図４］図４は、パケット間隔の規定を示した図である。
［図５］図５は、ビーコンを送信した局に送信優先権が与えられる様子を示した図である。
［図６］図６は、スーパーフレーム周期内の送信優先区間と競合送信区間を示した図である。
［図７］図７は、パケット・フォーマットの構成例を示した図である。
［図８］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］図９は、ＮＢＯＩの記述例を示した図である。
［図１０］図１０は、ＮＢＯＩを利用してビーコンの衝突を回避する仕組みを説明するための図である。
［図１１］図１１は、新規参入した通信局ＳＴＡ２のビーコン送信タイミングをＳＴＡ０とＳＴＡ１のビーコン間隔のほぼ真中に定める様子を示した図である。
［図１２］図１２は、ビーコンの衝突を回避できない場合を説明するための図である。
［図１３］図１３は、ビーコンの衝突を回避できない場合を説明するための図である。
［図１４］図１４は、ビーコンの衝突を回避できない場合を説明するための図である。
［図１５］図１５は、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークの通信局において管理されている隣接局リストの構造を示した図である。
［図１６］図１６は、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１を１つのネットワークのように管理する隣接局リストの構造を示した図である。
［図１７］図１７は、ネットワークＩＤ０とネットワークＩＤ１の各ネットワークが交錯したときのビーコン位置を概略的に示した図である。
［図１８］図１８は、複数のビーコン送信時刻を定義した様子を示した図である。
［図１９］図１９は、本発明の第２の実施形態に係る隣接局リストの構成を示した図である。
［図２０］図２０は、本発明の第３の実施形態に係る隣接局リストの構成を示した図である。
［図２１］図２１は、ハードウェア並びにソフトウェアが隣接局リストのＡ面及びＢ面にアクセスする様子を示した図である。
［図２２］図２２は、隣接局リストにアクセスするためのハードウェアの動作を示したフローチャートである。
［図２３］図２３は、隣接局リストにアクセスするソフトウェアの動作を示したフローチャートである。
［図２４］図２４は、インフラ・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の無線ネットワーキング動作を説明するための図である。
［図２５］図２５は、アドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の無線ネットワーキング動作を説明するための図である。
［図２６］図２６は、アドホック・モード時のＩＥＥＥ８０２．１１の無線ネットワーキング動作を説明するための図である。
［図２７］図２７は、無線ネットワーキングにおける課題を説明するための図である。
［図２８］図２８は、無線ネットワーキングにおける課題を説明するための図である。

符号の説明

１…アンテナ
２…アンテナ共用器
３…受信処理部
４…送信処理部
５…ベースバンド部
６…インターフェース部
７…ＭＡＣ部
８…ＤＬＣ部

Claims (26)

1. ２以上の通信局から構成され、自律分散的に動作する無線通信システムであって、
   各通信局は、所定のフレーム周期毎にビーコン信号を送信し、他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局を管理し、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときに、フレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを再設定し、ビーコン位置を変更した旨を通知するメッセージを送信する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 通信局は、前記ビーコン位置を変更した旨は、ビーコンに含まれる、自局がどの時刻に送信されるビーコン信号を受信しているかを示す情報により通知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 通信局は、前記ビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングの再設定を行なう際、所定のアルゴリズムを基にビーコン送信タイミングを移動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 通信局は、前記ビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングの再設定を行なう際、ビーコンを自局で受信しなくても、他の通信局からのビーコン配置情報によってビーコンの存在を認識したとき、ビーコンが配置されているものとして処理を行なう、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. ２以上の通信局から構成され、自律分散的に動作する無線通信システムであって、
   各通信局は、所定のフレーム周期毎にビーコン信号を送信し、他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいてフレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストと、フレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストに基づいてネットワークを管理する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 通信局は、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまでビーコン送信タイミングの変更を要求する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 通信局は、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまで待機する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
8. 各通信局は、通信プロトコルの下位レイヤにおいて新規に取得したビーコン受信タイミングを書き込む第１の隣接局リスト記憶領域と、通信プロトコルの上位レイヤにおいてフレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストとフレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを書き込む第２の隣接局リスト記憶領域を備える、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
9. 前記ビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストは、タイミング情報が前もって決められたインデックスで管理されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
10. 前記通信プロトコルの上位レイヤは、前記第１の隣接局リスト記憶領域に記載されているビーコン受信タイミング情報を前記第２の隣接局リスト記憶領域の隣接局リスト又は前記退避用隣接局リストに書き込み、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまでビーコン送信タイミングの変更を要求することで、フレーム周期内のビーコン配置をスケジューリングする、
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
11. 前記通信プロトコルの上位レイヤは、前記第１の隣接局リスト記憶領域に記載されているビーコン受信タイミング情報を前記第２の隣接局リスト記憶領域の隣接局リスト又は前記退避用隣接局リストに書き込み、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまで待機し、フレーム周期内のビーコン配置をスケジューリングする、
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
12. 自律分散的に動作する無線通信装置であって、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段と、
    前記通信手段による通信範囲内において、所定のフレーム周期毎に、自己のビーコン受信タイミングを近隣ビーコン情報フィールドに記載したビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段と、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングと受信ビーコン中の近隣ビーコン情報フィールドの記載に基づいてフレーム周期内における近隣の通信局のビーコン配置に関する隣接局リストを作成してネットワークを管理する隣接局管理手段と、
    を具備することを特徴とする無線通信装置。
13. 前記ビーコン信号報知手段は、他の通信局から受信したビーコン中の近隣ビーコン情報フィールドに基づいて、フレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを設定する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信装置。
14. 自律分散的に動作する無線通信装置であって、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段と、
    前記通信手段による通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段と、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局リストを管理し、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときにビーコン送信タイミングの変更を要求する隣接局管理手段と、
    を具備することを特徴とする無線通信装置。
15. 前記ビーコン信号報知手段は、ビーコン送信タイミングの変更要求を受信したことに応答して、フレーム周期内でビーコンが配置されていない時刻を見つけ出して自己のビーコン送信タイミングを再設定する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
16. ビーコン位置を変更した旨を通知するメッセージを送信する手段をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１３又は１５のいずれかに記載の無線通信装置。
17. 自律分散的に動作する無線通信装置であって、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段と、
    前記通信手段による通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段と、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて、フレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストと、フレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを作成して、ネットワークを管理する隣接局管理手段と、
    を具備することを特徴とする無線通信装置。
18. 前記隣接局管理手段は、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまでビーコン送信タイミングの変更を要求する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
19. 前記隣接局管理手段は、通信プロトコルの下位レイヤにおいて新規に取得したビーコン受信タイミングを書き込む第１の隣接局リスト記憶領域と、通信プロトコルの上位レイヤにおいてフレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストとフレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを書き込む第２の隣接局リスト記憶領域を備える、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
20. 前記通信プロトコルの上位レイヤは、前記第１の隣接局リスト記憶領域に記載されているビーコン受信タイミング情報を前記第２の隣接局リスト記憶領域の隣接局リスト又は前記退避用隣接局リストに書き込み、前記退避用隣接局リストに記載された通信局が前記隣接局リストに再配置されるまでビーコン送信タイミングの変更を要求することで、フレーム周期内のビーコン配置をスケジューリングする、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の無線通信装置。
21. 自律分散的に動作するための無線通信方法であって、
    自己の通信範囲内において、所定のフレーム周期毎に、自己のビーコン受信タイミングを近隣ビーコン情報フィールドに記載したビーコン信号を報知するビーコン信号報知ステップと、
    自己のビーコン受信タイミングと受信ビーコン中の近隣ビーコン情報フィールドの記載に基づいてフレーム周期内における近隣の通信局のビーコン配置に関する隣接局リストを作成してネットワークを管理する隣接局管理ステップと、
    を有することを特徴とする無線通信方法。
22. 自律分散的に動作するための無線通信方法であって、
    自己の通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知ステップと、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局リストを管理し、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときにビーコン送信タイミングの変更を要求する隣接局管理ステップと、
    を有することを特徴とする無線通信方法。
23. 自律分散的に動作するための無線通信方法であって、
    自己の通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知ステップと、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて、フレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストと、フレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを作成して、ネットワークを管理する隣接局管理ステップと、
    を有することを特徴とする無線通信方法。
24. 自律分散的に動作する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、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段、
    前記通信手段による通信範囲内において、所定のフレーム周期毎に、自己のビーコン受信タイミングを近隣ビーコン情報フィールドに記載したビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングと受信ビーコン中の近隣ビーコン情報フィールドの記載に基づいてフレーム周期内における近隣の通信局のビーコン配置に関する隣接局リストを作成してネットワークを管理する隣接局管理手段、
    として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
25. 自律分散的に動作する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、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段と、
    前記通信手段による通信範囲内において所定のフレーム周期毎にビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて隣接局リストを管理し、自己が管理する隣接局リストで管理するビーコン受信タイミングと重なる局が出現したときにビーコン送信タイミングの変更を要求する隣接局管理手段、
    として機能させるためのコンピュータ・プログラム。
26. 自律分散的に動作する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、
    前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する制御手段、
    前記通信手段による通信範囲内において、所定のフレーム周期毎に、自己のビーコン受信タイミングを近隣ビーコン情報フィールドに記載したビーコン信号を報知するビーコン信号報知手段、
    他の通信局からのビーコン受信タイミングに基づいて、フレーム周期に配置可能な近隣の通信局からのビーコン受信タイミング情報を記述した隣接局リストと、フレーム周期に配置不能な退避用隣接局リストを作成して、ネットワークを管理する隣接局管理手段、
    として機能させるためのコンピュータ・プログラム。

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