JP4863949B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にモバイル環境下のアドホックネットワークにおける無線通信装置および無線通信方法に関する。

無線通信ネットワークのランダムアクセスネットワークにおいて、無線通信装置（以下、「デバイス」という）のアドレスとは、無線通信装置を一意に指名するＩＤ（識別符号）であって、いわば名前のような役割を果たすものである。一般的にＬＡＮ系のアドレスには、ＭＡＣアドレスと呼ばれる、どのメーカのどの製品とも異なる固有のＩＤが、ＩＥＥＥにより割り振られている。デバイスは、このＭＡＣアドレスを基に相手を指定して通信を行うようになっている。

現在のＭＡＣアドレスは、４８ビットのアドレスフィールドを持つ。これはインターネットのＶｅｒｓｉｏｎ４のアドレスフィールドよりも１６ビットも長く、従ってより多くの装置に割り振ることができるアドレスである。しかし、これでもＭＡＣアドレスが足りなくなってくることからＥＵＩ−６４により６４ビット化することが計画されている。

このように装置に割り振るアドレスは、ますます長くなる傾向にある。しかし、このようなアドレスを用いてＬＡＮ系ネットワークで処理を行うと、特に大容量通信を実現しようとする広帯域通信ネットワークにおいてはアドレスがオーバヘッドとなってしまうという問題がある。またその結果として、無線通信プロトコルを維持管理する制御プロトコルのためのフレーム長が長くなってしまうという問題がある。

実際マイクロ波ＵＷＢ（Ultra Wide Band）を利用した、ＷｉＭｅｄｉａのＭＡＣプロトコル（詳細は非特許文献１を参照）においては、デバイスを認証管理するＭＡＣアドレスに加えて２バイトのデバイスアドレス（DevAddrと略記されることもある。以下、単に「アドレス」という）と呼ばれる別形態を持つアドレス体系を用いて通信を行うこととしている。これはＭＡＣアドレスのオーバヘッドを小さくするための工夫である。

アドレスの方式は以下のとおりである。特別なマルチキャストアドレスなどを除いた１６ビットアドレスが任意に自身の装置に実装される。但し、受信したフレームのソースアドレスや、後述するＢＰＯＩＥ（Beacon Period Occupation Information Element）に同じアドレスがあれば、他のビーコンやＢＰＯＩＥにて認知可能なデバイスのＩＤと重複しない値をランダムに計算して再設定することとなっている。

尚、ＢＰＯＩＥとは、自律分散ネットワーク上にて、スーパーフレーム同期を計るために、無線ネットワークに参加するデバイス全員がビーコンを整列させて送信する際の、互いのデバイスを認識していることを確認するためのビーコンに含まれる情報である。このとき、第ＸスロットにはデバイスＡのビーコンが存在する、というような情報を複数のデバイスが送信し合う。ここで、あるデバイスが一つでも自分の送信するスロットに自己のアドレスが書かれていないと認識すると、そのデバイスは重複（衝突）が発生しているものと見なして別のスロットに移動することとなる。結果的にそのデバイスは、近接または次近接のデバイスのアドレスの一覧を取得することができ、自身のビーコンを送信するスロットを決定するのに役に立っている。
Yunpeng Zang et.al. "Towards High Speed Wireless personal Area Network-Efficiency Analysis of MBOA MAC http://www.ctr.kcl.ac.uk/IWWAN2005/papers/88_invited_Philips.pdf

しかしながら、このような従来の技術においては、近接または次近接にあるデバイス同士でアドレス重複が生じた場合に同期通信が中断し、継続した同期通信ができないというという課題がある。

上記の従来技術の課題について、図１２を用いて説明する。この図１２は、アドレスＡのデバイスＱ（図１２の右側のデバイス）とアドレスＸのデバイスＰが通信している時に、同じアドレスＡを持つデバイスＲが接近してきた（３０００）場合の状況と動作を説明する図である。縦軸は時間経過を表している。デバイスＡを持つデバイスＲが接近することにより、あるスーパーフレームのビーコンピリオド（ＢＰ）にて異なるスロットにて同じアドレスＡをもつデバイスが２つ存在することをアドレスＸのデバイスＰが確認する（３１００）。

このときアドレスＸのデバイスＰとこれと通信しているアドレスＡのデバイスＱとの間に、ＤＲＰ(Distributed Reservation Period）によるスロット予約が成立している。この同じスロット時間にてアドレスＸのデバイスＰがアドレスＡのデバイスＱにデータを送信しようとすると、同じフレームにデバイスＱのみならずデバイスＲも反応してＡＣＫ(acknowledgement)を応答する。このため、アドレスＸのデバイスは二つのＡＣＫを受け取り、これらが衝突することになり、結局一時的に通信の継続が不可能となる（３２００）。

次のビーコンピリオド（ＢＰ）にて、アドレスＸのデバイスＰが自分自身が発信するビーコンのＢＰＯＩＥに二つのアドレスＡを記述する（３３００）ことにより、デバイスＱとデバイスＲは、それぞれデバイスＱとデバイスＲが重複アドレスとなっていることを発見する（３３００）。

これにより先に述べたようにアドレスの再割り当てが実行されるが、デバイスＸにおいて、次のデータピリオド（ＤＰ）（３４００）では、デバイスＲ、デバイスＱのアドレスがそれぞれＢ、Ｃとなったことは認識されない。ここでは同期通信の中断は続いたままである。

そしてその次のビーコンピリオドにおいて、アドレスＸのデバイスＰは、デバイスＲはアドレスＢに、デバイスＱはアドレスＣにそれぞれ変更となったことを認識する。（３５００）。この時点ですぐ次のデータピリオドでＤＲＰを入れられるかどうかは各デバイスのビーコンの順番による。いずれにせよ、デバイスＰとデバイスＱは、そのビーコンピリオドで始まるスーパーフレーム（３５００）もしくはその次のデータピリオドで始まるスーパフレーム（３７００）にて、ＤＲＰ交換を行って同期通信を再開することとなる。

このように、重複アドレスの衝突解消には２〜３周期のスーパーフレームの時間を要し、同期通信が１２８ｍｓ〜１９２ｍｓ程度中断するという課題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、近接、次近接に同じアドレスのデバイスが存在したとしても、アドレス重複による通信の中断が起こることを防止しつつ、通信を継続することができる無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレスおよびランダムに割り当てられる第２アドレスを生成するアドレス処理部と、前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定するビーコン処理部と、前記アドレス処理部によって生成された第１アドレスおよび第２アドレスのいずれか一方を使用してフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、を有する構成を採る。

本発明の他の無線通信装置は、複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、他の無線通信装置によって送信されたアドレスを含むフレームを受信する受信部と、自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレスおよびランダムに割り当てられる第２アドレスを自己のＩＤとして有し、前記受信部によって受信されたアドレスが、第１アドレスおよび第２アドレスのいずれかと一致するか否かを判定するアドレス判定部と、自己が有する第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定するビーコン処理部と、を有する構成を採る。

本発明によれば、近接、次近接に同じアドレスのデバイスが存在したとしても、アドレス重複による通信の中断が起こることを防止しつつ、通信を継続することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す無線通信装置１００は、主として受信に関わる部分としては、物理層受信部１１０、宛先判定部１２０、マルチキャスト判定部１３５、ビーコン処理部１４０、重複アドレス処理部１４５およびＭＡＣ自局宛処理部１３０から構成されている。また、宛先判定部１２０は、第１アドレス判定部１２２および第２アドレス判定部１２４から構成されている。

また、無線通信装置１００は、主として送信に関わる部分としては、ＭＡＣ自局発処理部１５０、相手先アドレス決定部１６０および物理層送信部１７０から構成されている。送受信両方に関わる部分としては、アンテナ１０５がある。

本実施の形態では、無線通信装置１００は、上記の構成により、他の無線通信装置と通信を行っている際に、近接または次近接に同じアドレスの無線通信装置が接近してきたとしても、アドレス重複による通信の中断が起こることを防止しつつ、通信を継続することができる。ここで、近接とは、狭義には、一つのデバイスから通信可能なデバイスの存在しうる範囲をいう。また、次近接とは、一つのデバイスからみて近接範囲にあるデバイスから通信可能なデバイスの存在しうる範囲をいう。尚、特許請求の範囲の解釈上、「近接」とは、近接と次近接と両方を含むものとする。

次に、図２を参照して、本発明に係る無線通信装置のデバイスアドレス（以下、単に「アドレス」という）の構成を説明する。デバイスのアドレスを１６ビットとして、以下のように定義する。先頭の１ビット２２０が、２つのアドレス記述方式の識別を表すビットとする。先頭の１ビット２２０は、０のとき、アドレスがフルモードのアドレス２００であることを示し、このとき、残りの１５ビット部分２３０は、本来のデバイスのＩＤを示す。この１５ビット部分２３０は、ランダムに計算して設定される。

先頭の１ビット２２０は、１のとき、アドレスがコンビネーションモードのアドレス２１０であることを示す。このとき、残り１５ビットを９ビット部分２５０と、６ビット部分２６０に分ける。９ビット部分２５０は、０ｂ１１１１１１１１１の場合を除いて、本来のデバイスのＩＤの上位９ビットをそのまま使用する。この９ビット部分２５０は、ランダムな値である。

一般的に良くある手法として、ＩＤで上位９ビットが全て１であるアドレスは、マルチキャストアドレスとしてリザーブされている。このため、本実施の形態でも、このアドレスをデバイスのＩＤとして割り当てることはない。そして残り６ビット部分２６０には、ビーコンピリオドスロット番号を使用する。

ビーコンピリオドスロット番号は、ビーコンピリオド内のビーコン送信スロット位置を示すものである。ビーコンピリオドスロット番号は、後述するＢＰＯＩＥによって近接、次近接のデバイスの中に同一のスロット位置のものがないようにスロット位置を選択するためのシステムで決定される番号である。

従って、コンビネーションモードのアドレス２１０の下位の６ビット２６０が同じデバイスは、近接、次近接には存在しないことになる。従って図３で後述するビーコンピリオド３２０が正しく構成されている場合には、コンビネーションモードのアドレスには近接、次近接のデバイスに同じアドレスをもつデバイスが存在しないように構成することができる。

図３は、ビーコンピリオドの構成を示す図である。ビーコンピリオド３２０は、スーパーフレーム１０の中の最初の部分に配置されている。ビーコンピリオド３２０は、ビーコンスロットの集合体であり、ビーコンスロット０、１、２、３、・・・とに区切られている。各ビーコンスロットのタイミングで、そのビーコンスロットに割り当てられたデバイスが、ビーコンを発信する。例えば図３においては、ビーコンスロット１にアドレスＸのデバイスがビーコン３４０を、ビーコンスロット２にアドレスＹのデバイスがビーコン３５０を、ビーコンスロット３にアドレスＺのデバイスがビーコン３６０をそれぞれ発信する様子を示している。

ビーコンピリオドスロット番号は、ビーコンピリオド３２０の中のビーコンスロットの位置を示す。あるデバイスのビーコンをどのビーコンスロットに割り当てるかについては、そのビーコンピリオドスロット番号が、各無線通信装置が送信するビーコンの送信順番から導かれるようにしてもよい。

尚、ビーコンピリオド３２０のあと、スーパーフレームの終点までの間にＤＲＰ（Distributed Reservation Period）３３０が適宜配置されている。このＤＲＰ３３０は、あるデバイスが他のデバイスとの通信を予約するために利用される。

そして、各デバイスは、デバイスのＩＤから生成されるフルモードアドレス２００とコンビネーションモードアドレス２１０の二つのアドレスを、自身のアドレスとして持つ。すなわち送信時には送信アドレスにどちらを含めても良いし、他のデバイスからどちらのモードのアドレスを受信したとしても正常に受信しなくてはならない。

そのデバイスのアドレスまたは相手のデバイスのアドレスについて、この二つのモードのアドレスの使い分け方針を以下のように定める。

（１）フルモードのアドレス重複がない場合
フルモードを使用する。

（２）フルモードのアドレス重複があり、かつビーコンスロットが異なる場合
ＢＰＯＩＥにはフルモードを使用し、それ以外のフレーム送受信を含む処理のアドレス表示にはコンビネーションモードを使用する。このモードに入った場合、フルモードアドレスを変更することによって重複が生じなくなった後で、フルモードアドレスを使用するようにしてもよい。

但し、フルモードのアドレス重複があり、かつビーコンスロットが同一の場合は、フルモードを使用する。但しこの条件時には、ビーコンスロットへの再加入処理が開始される。別の重複の無いビーコンスロットに移動する。重複のないビーコンスロットに移動が完了するまでは通信が中断することになる。

但し、上記（２）の場合も、フルモードのアドレス重複があり、かつビーコンスロットが同一の場合も、フルモードアドレスを変更した場合は、次のスーパーフレームは旧アドレスでも新アドレスでも送受信できるようにする。この場合、２つのＩＤがそれぞれフルモードアドレスとコンビネーションアドレスを持つため、都合４つのアドレスに対応できるようにする必要がある。

デバイスは、以上のアドレスの使い分け方針により動作する。ＢＰＯＩＥは、必ずフルモードアドレスが表示されるので、重複があるかないかは、ビーコンのＢＰＯＩＥを見ていれば解る。

そしてフルモードのアドレス重複が判明した際には、重複アドレスの解消のため、フルモードのアドレスを再割り当てする。この時、フルモードの下位６ビットにランダムな別の値を入れたものを新しいアドレスとする。こうすることによってアドレスを変更している間に使用するコンビネーションモードのアドレスが、アドレスの再割り当てによって変化しない。

フルモードの新アドレスでは全く新しいアドレスでも通信可能となる。しかし新アドレスの下位６ビットにランダムな別の値を入れ、上位９ビットには旧アドレスと同一にすれば、旧アドレスのコンビネーションモードのアドレスは新しいアドレスのコンビネーションモードのアドレスと同じとなる。したがって新アドレスの下位６ビットにランダムな別の値を入れ、上位９ビットには旧アドレスと同一にする。この場合も、アドレスの重複が判明して、アドレスの付け替えを終了するまで同期通信は途絶えることが無い。

次に、無線通信装置１００の構成要素について図１を参照して詳細に説明する。

アンテナ１０５は、電磁波を送受信して電磁波と電気回路信号と相互変換を行う。物理層受信部１１０は、アンテナ１０５から受けた受信信号の復調を行い、スーパーフレームとして認識できるような電気信号に変換し、宛先判定部１２０へ送出する。宛先判定部１２０は、フレーム中の宛先アドレスとして指定されている部分およびビーコンフレームに書かれた宛先アドレスを参照して、受信したデータが自局宛すなわち当該無線通信装置宛に発信されたデータであるかどうかを判断する。その判断結果フルモードまたはコンビネーションモードの自局宛の宛先アドレスと判定したフレームは上位層へ送出し、その他のフレームおよびビーコンはマルチキャスト判定部１３５へ送出する。

宛先判定部１２０内の第１アドレス判定部１２２は、物理層受信部１１０から受け取ったフレームのアドレスの先頭ビットを確認することにより、フルモードであるかどうかを判断し、フルモードでなければ、第２アドレス判定部１２４へフレームを渡す。第１アドレス判定部１２２は、受け取ったフレームがフルモードであれば、そのフルモードアドレスと、内部に図示しないメモリに記憶している自局のフルモードのアドレスとを比較し、一致していれば自局宛のフレームと判断し、フレームをＭＡＣ自局宛処理部１３０へ送出する。一致していなければ第１アドレス判定部１２２は、他局宛のフレームと判断し、第２アドレス判定部１２４へフレームを渡す。第１アドレス判定部１２２は、重複アドレス処理部１４５により生成され、ランダムに割り振られたフルモードのアドレスを自局のＩＤとして保持する。第１アドレス判定部１２２は、判断終了後、フレームおよび判断結果を、ＭＡＣ自局宛処理部１３０または第２アドレス判定部１２４へ渡す。第１アドレス判定部１２２が受け取ったデータがビーコンである場合は、第２アドレス判定部１２４へそのビーコンを送出する。

宛先判定部１２０内の第２アドレス判定部１２４は、第１アドレス判定部１２２から受け取ったフレームのアドレスの先頭ビットを確認することにより、コンビネーションモードであるかどうかを判断する。第２アドレス判定部１２４は、受け取ったフレームがコンビネーションモードであれば、そのコンビネーションモードアドレスと、内部に図示しないメモリに記憶している自局のコンビネーションアドレスとを比較し、一致していれば自局宛のフレームと判断して、ＭＡＣ自局宛処理部１３０へフレームを送出する。一致していなければ第２アドレス判定部１２４は、他局宛のフレームと判断し、フレームおよび判断結果をマルチキャスト判定部１３５へ送出する。第２アドレス判定部１２４が受け取ったデータがビーコンである場合は、マルチキャスト判定部１３５へそのビーコンを送出する。

マルチキャスト判定部１３５は、第２アドレス判定部１２４から受信したフレームが、マルチキャスト宛に送信されているかどうかを判定し、さらに受信したデータがビーコンであるかどうかを判定する。マルチキャスト宛で、かつビーコンであると判定した場合は、そのビーコンをビーコン処理部１４０へ送出する。マルチキャスト判定部１３５は、ビーコンでないと判断し、かつ、マルチキャスト宛であると判断した場合は、マルチキャスト判定部１３５は、フレームをＭＡＣ自局宛処理部１３０へ送出する。ＭＡＣ自局宛処理部１３０は、自局宛またはマルチキャスト宛として受け取ったフレームに対して、データリンク層として必要な処理を行い、無線通信装置の上位層へ引き渡す。

ビーコン処理部１４０は、マルチキャスト判定部１３５から受け取った同一ビーコンピリオド内の複数のビーコンにそれぞれ書き込まれている、そのビーコンを発信したデバイスの送信元アドレス（ＩＤ）を参照する。そして、その複数のデバイスのアドレス同士もしくは自局のアドレスで重複しているアドレスがある場合に、ビーコン処理部１４０は、そのアドレスを検出する。また、ビーコン処理部１４０は、ＢＰＯＩＥを参照することにより、自己のアドレスと他のデバイスのアドレスの重複を検出する。

また、ビーコン処理部１４０は、ビーコン上の他のデバイスのアドレスと自己のアドレスとが一致するかどうかを判断することより、自己と他のデバイスとの間のアドレスの重複を検出する。

ビーコン処理部１４０は、自己のアドレスと他のデバイスのアドレスとの重複（衝突）があった場合は、その旨を重複アドレス処理部１４５と、相手先アドレス決定部１６０へ通知する。また、他のデバイス同士のアドレスとの重複が有った場合は、その旨を相手先アドレス決定部１６０へ通知する。

ビーコン処理部１４０は、受信したビーコン等に基づいて、ビーコンの表示事項やＢＰＯＩＥの書き換えも行い、相手先アドレス決定部１６０へ引き渡し、内容を更新したビーコンを送信できるようにする。

重複アドレス処理部１４５は、自己のアドレスと他のデバイスのアドレスとの重複があった旨の通知をビーコン処理部１４０から受けると、新たなフルモードアドレスの生成を行い、第１アドレス判定部１２２に送出する。そして第１アドレス判定部１２２は、内部に記憶しているフルモードアドレスを新たなアドレスに書き換える。フルモードの下位６ビットのみを別の値に変更した場合は、コンビネーションモードのアドレスは変化しないので、第２アドレス判定部１２４に記憶しているコンビネーションモードのアドレスを書き換える必要はない。

重複アドレス処理部１４５は、あらかじめフルモードアドレスと、スロット番号等をもとにコンビネーションモードのアドレスの生成を行い、第２アドレス判定部１２４にアドレスを引き渡す。第２アドレス判定部１２４は、その内部のメモリにそのアドレスを書き込ませておく。

しかし、フルモードアドレスの変更に伴い、コンビネーションモードのアドレスも変更になるときは、重複アドレス処理部１４５は、変更後のコンビネーションモードのアドレスを生成して第２アドレス判定部１２４に送出する。そして、第２アドレス判定部１２４は、内部に記憶しているコンビネーションモードアドレスを書き換える。また、アドレスが重複して尚且つビーコンスロットへの再加入処理を行うときも、重複アドレス処理部１４５は、変更後のコンビネーションモードのアドレスを生成して第２アドレス判定部１２４に送出する。そして、第２アドレス判定部１２４は、内部に記憶しているコンビネーションモードアドレスを書き換える。

重複アドレス処理部１４５は、フルモードまたはコンビネーションモードのアドレスを変更した場合は、その変更後のアドレスを相手先アドレス決定部１６０へ通知する。

ＭＡＣ自局発処理部１５０は、上位層から、他局宛のフレームを送信するよう指示を受け、自局からフレームを発信するのに必要な処理を行い、相手先アドレス決定部１６０へ他局宛のフレームを送出する。

相手先アドレス決定部１６０は、自己のアドレスと他のデバイスのアドレスとの重複あるいは他のデバイス同士のアドレスの重複を検出した旨の通知をビーコン処理部１４０より受けたとき、あるいは上位層からコンビネーションモードを使用するデバイス宛のフレームを送信するよう指示されるときに、自局発の送信フレームの宛先をコンビネーションモードアドレスに変更する。このようにして、コンビネーションモードのアドレスへの切り換えを行う。フルモードまたはコンビネーションモードのアドレスの変更があった場合に、重複アドレス処理部１４５から、新アドレスを受け取り、ビーコン内に表示すべきアドレスの変更を行った上で物理層送信部１７０へ送信する。コンビネーションモードのアドレスの切替を行った後、他のデバイスにビーコンを用いて新しいアドレスを周知させてフルモードアドレスを用いて通信の予約ができるようになった後、再びフルモードアドレスへの切替を行う。

物理層送信部１７０は、相手先アドレス決定部１６０から受け取った送信フレームに対し、変調等の電磁波で送信するために必要な処理を行い、アンテナ１０５へ送出する。

次に、上記の構成を有する無線通信装置１００の動作について、図４を用いて説明する。ここでは、一例として、アドレスＸを使用しているデバイスＰと、アドレスＡを使用しているデバイスＱとが同期通信をしているところに、アドレスＡを使用しているデバイスＲが接近してきたときの動作を説明する。図４は、各デバイスＰ，Ｑ，Ｒの動作を示すシーケンス図である。

ここで、ビーコンに書き込まれている情報につき以下に説明する。後述する図５〜図９に示されているように、あるデバイスの発信するビーコンは、そのビーコンを発信している当該デバイスのアドレスと当該デバイスのスロット番号を当該デバイスの情報として表示する。また、ビーコンには、そのビーコンを発信するデバイスが認識する近接にある他のデバイスの情報を示すＢＰＯＩＥが表示され、他のデバイスのアドレスとそのデバイスのビーコンのビーコンピリオドスロット番号とを対応付けて表示している。

図４において縦の軸は時間経過を表している。図４の最も上の部分は、本実施の形態の無線通信装置である、アドレスＸ（以下、単にアドレスという場合はフルモードアドレスを意味することがある）を使用しているデバイスＰと、アドレスＡを使用しているデバイスＱとが通信しているところに、アドレスＡを使用しているデバイスＲが接近してきた状態を表している。デバイスＰ、Ｑ、Ｒのビーコンピリオドにおけるスロット番号はそれぞれ１、２、３とする。

最初のビーコンピリオド４７０（図中、ビーコンピリオドをＢＰと略記、以下同様）において、アドレスＡのデバイスＱがスロット番号２でビーコンを送信したとする（Ｓ４１０）。このときのデバイスＱが発信するビーコンの情報を図５に示す。図５において、アドレスはＡで、スロット番号は２であることを示している。ＢＰＯＩＥは、他のデバイスとして通信を行っている相手のデバイスＰのアドレスＸがスロット番号１にあることを示すが、この段階ではデバイスＲの情報はまだ反映されていない。

このとき、アドレスＡのデバイスＲが、スロット番号３でビーコンを送信したとする（Ｓ４００）。このときのビーコンの情報を図６に示す。このときのビーコンは、デバイスＲのアドレスはＡで、スロット番号は３であることを示している。ＢＰＯＩＥには他のデバイスとして通信を行っている相手はなく、アドレスは表示されていない。この段階ではデバイスＸ，Ｑの情報はまだ反映していない。

ここで、アドレスＸのデバイスＰにおいて、デバイスＰのビーコン処理部１４０は、デバイスＱの発信したビーコンとデバイスＲの発信したビーコンとをマルチキャスト判定部１３５から受け取ると、いずれのデバイスからのビーコンもアドレスがＡであることを認識する。このため、デバイスＰのビーコン処理部１４０は、デバイスＲが発信するビーコンとデバイスＱの発信するビーコンとが異なるスロットに存在し、いずれのデバイスも同一のアドレスＡを有していることを認識し、アドレスが重複していると判定し（Ｓ４０５）、相手先アドレス決定部１６０へその旨伝える。

ここで、相手先アドレス決定部１６０の送信先のアドレスの決定アルゴリズムについて説明する。図１０は、送信先のアドレスの決定アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップ１００１では、送信先のアドレスと重複している他のアドレスの有無について判断する。この判断の結果として、重複している他のアドレスがない場合は（Ｓ１００１：ＮＯ）、ステップ１００２で、フルモードのアドレスを使用して送信する。重複アドレスがある場合は（Ｓ１００１：ＹＥＳ）、ステップ１００３に進む。ステップ１００３では、相手先アドレス決定部１６０が、ビーコンピリオドスロット番号を検査して、他のデバイスのビーコンピリオドスロット番号と重複しているか否かについて判断する。この判断の結果として、ビーコンピリオドスロット番号が重複していない場合は（Ｓ１００３：ＮＯ）、ステップ１００４で、コンビネーションモードのアドレスを使用して送信する。ビーコンピリオドスロット番号が重複している場合（Ｓ１００３：ＹＥＳ）、ステップ１００５で、通信を中止する。

次のデータピリオド４７２（図中、データピリオドをＤＰと略記、以下同様）において、アドレスＸのデバイスＰは、ビーコンピリオドスロット番号が重複していないため、送信先のアドレスをコンビネーションモードに切り替える（Ｓ４１５）。すなわち、相手先アドレス決定部１６０は、デバイスＱのコンビネーションモードのアドレスを送信先とする。また、アドレスＡのデバイスＱにおいて、第２アドレス判定部１２４は、受信したフレームのコンビネーションモードのアドレスが自局宛であることを認識する。これに伴い、デバイスＱは、送信元のアドレスをコンビネーションモードに切り替える（Ｓ４２０）。すなわち相手先アドレス決定部１６０は、デバイスＱのコンビネーションモードのアドレスを送信元とする。

デバイスＱのビーコン処理部１４０から通知を受けた相手先アドレス決定部１６０は、デバイスＱの送信元をコンビネーションモードのアドレスに変更する。これらにより、デバイスＱは、アドレスＡをコンビネーションモードのアドレスに切り替えたため、デバイスＲとのアドレス重複は解消され、同期通信を継続することができる。

コンビネーションモードの旧アドレスとコンビネーションモードの新アドレスは同一であるため、コンビネーションモードの旧アドレスを使用する。

ビーコンピリオド４７４においては、アドレスＸのデバイスＰの相手先アドレス決定部１６０が、ＢＰＯＩＥのスロット番号２に対応する位置とスロット番号３に対応する位置にフルモードのアドレスＡを表示してビーコンを送信する（Ｓ４２５）。このときのアドレスＸのデバイスＰのビーコンの情報を図７に示す。デバイスＰのビーコンは、デバイスＰのアドレスはＸで、スロット番号は１であることを示している。ＢＰＯＩＥは、他のデバイスとして通信を行っている相手のデバイスＱのアドレスＡがスロット番号２にあることを示し、これに加えてデバイスＲの存在をステップ４０５で認識した結果、アドレスＡがスロット番号３にもあることを示している。

このとき、Ｘの発信したＢＰＯＩＥを読みとることにより、デバイスＲ，Ｑのビーコン処理部１４０は、アドレスＡが重複していることを検知する。これにより、次のビーコンピリオド４７８で、デバイスＲ，Ｑは新しいアドレスを宣言することができる。

図１１は、アドレスの付け替えの手順の一例を示すフローチャートである。

ステップ１１０１では、重複アドレス処理部１４５が、ＢＰＯＩＥまたは交わされるデータの中の送信元アドレスに自身のアドレスと同じアドレスがあるか否かを判断する。この判断の結果として、重複するアドレスがある場合は（Ｓ１１０１：ＹＥＳ）、ステップ１１０２へ進む。重複するアドレスがない場合は（Ｓ１１０１：ＮＯ）、処理を終了する。ステップ１１０２では、重複アドレス処理部１４５が、自身のアドレスのビーコンピリオドスロット番号と同じビーコンピリオドスロット番号を、重複するアドレスが使用しているか否かを判断する。この判断の結果として、ビーコンピリオドスロット番号が同じ場合（Ｓ１１０２：ＹＥＳ）、ステップ１１０３で、重複アドレス処理部１４５が、適正なビーコンピリオドスロット番号に変更する。その後、ステップ１１０４に進み、重複アドレス処理部１４５は、適正なビーコンピリオドスロット番号に変更されたアドレスをフルモードのアドレスに付け替える（Ｓ１１０２：ＮＯ，Ｓ１１０４）。

データピリオド４７６において、デバイスＰから送信されたＢＰＯＩＥ（Ｓ４２５）によりアドレスＡのデバイスＲは、重複アドレス処理部１４５と相手先アドレス決定部１６０により、アドレスＡをアドレスＢに付け替える準備を行う（Ｓ４３０）。具体的にはビーコン処理部１４０からの通知により、重複アドレス処理部１４５は新アドレスＢを生成し、第１アドレス判定部１２２に新アドレスＢの情報を書き込ませる。また、相手先アドレス決定部１６０は、重複アドレス処理部１４５から新アドレスＢを受け取り、保存し、以後ビーコンやフレームに新アドレスＢを使用できるようにする。

同様に、デバイスＰから送信されたＢＰＯＩＥによりアドレスＡのデバイスＱは、重複アドレス処理部１４５と相手先アドレス決定部１６０により、アドレスをＣに付け替える準備を行う（Ｓ４３５）。具体的には、ビーコン処理部１４０からの通知により、重複アドレス処理部１４５は新アドレスＣを生成し、第１アドレス判定部１２２に新アドレスＣの情報を書き込ませる。また、相手先アドレス決定部１６０は、重複アドレス処理部１４５から新アドレスＣを受け取り、保存し、以後ビーコンやフレームに新アドレスＣを使用できるようにする。

このデータピリオド４７６においては、アドレスＸのデバイスＰは、相手のアドレスＢ，Ｃを未だ認識しておらず、コンビネーションモードにてアドレスＡのデバイスＱと通信を継続している。

次に、ビーコンピリオド４７８において、デバイスＲは、相手先アドレス決定部１６０によってアドレスをＢとしてビーコンを作成して、そのビーコンを送信する（Ｓ４４０）。このときのデバイスＲが発信するビーコンの情報を図９に示す。デバイスＲが発信するビーコンは、デバイスＲのアドレスはＢで、スロット番号は３であることを示している。ＢＰＩＯＥは、アドレスＸがスロット番号１にあり、アドレスＡがスロット番号２にあることを表示している。

デバイスＱは、アドレスをＣとしてビーコンを送信する（Ｓ４５０）。このときのデバイスＱが発信するビーコンの情報を図８に示す。デバイスＱが発信するビーコンは、アドレスはＣで、スロット番号は２であることを示している。ＢＰＯＩＥには、アドレスＸがスロット番号１にあり、アドレスＡがスロット番号３にあることを表示している。

これらのビーコンを受信したアドレスＸのデバイスＰのビーコン処理部１４０は、デバイスＱがアドレスＣであり、デバイスＲがアドレスＢであることを認識し（Ｓ４４５）、その旨を相手先アドレス決定部１６０に伝える。デバイスＰのビーコンが、デバイスＱのビーコンより後であれば、新しいアドレスＣでＤＲＰにより予約を行うことにより、次のデータピリオドにおいて新アドレスが使用できる。デバイスＰでは、相手先アドレス決定部１６０が相手先アドレスを変更するなどして準備を行う。

デバイスＰのビーコンがデバイスＱのビーコンより先であれば、新しいアドレスＣでＤＲＰ予約を行うことができないため、次のデータピリオド４８０において新アドレスが使用できず、前のデータピリオド４７６で使用したコンビネーションアドレスを使用する。

データピリオド４８０では、前述のようにデバイスＰとデバイスＱのビーコンの位置関係により、新アドレスＣを使用する場合と、コンビネーションアドレスを使用する場合とがある。いずれにせよ、デバイスＰとデバイスＱの間の同期通信は継続することができる。

ビーコンピリオド４８２においては、ＢＰＯＩＥの交換終了により新しいフルモードアドレスによる通信を行う準備が完了しているため、アドレスＸのデバイスＰの相手先アドレス決定部１６０は、送信先のアドレスをフルモードに戻す（Ｓ４３５）。同様にアドレスＣとなったデバイスＱの相手先アドレス決定部１６０は、送信元のアドレスをフルモードに戻す（Ｓ４６０）。

このように、本実施形態によれば、近接または次近接に同一アドレスデバイスを有するデバイスＲが出現した後は、コンビネーションモードのアドレスを一時的に使用しその間にフルモードアドレスの変更を行うことにより、従来技術では生じていた２〜３のスーパーフレームの期間の同期中断を解消し、通信を継続することができる。すなわち、通常のアドレスにビーコンピリオドのスロットＩＤを組み合わせたものをコンビネーションモードのアドレスとして使用することにより、近接、次近接に同じコンビネーションモードのアドレスのデバイスが存在しないようにアドレスを割り振ることができるので、アドレス重複による通信の中断が起こることを防止しつつ、通信を継続することができる。

尚、デバイスＩＤとして初めからビーコンピリオドスロット番号のみを用いて通信することも考え得る。しかし今日良くある無線ネットワークの一般的なインターネット化技術によれば、あるノードＡ（ＩＰアドレス：Ｉａ、ＭＡＣアドレス：Ｍａ、ＤＥＶＩＤ：Ｄａ）がノードＢ（ＩＰアドレス：Ｉｂ、ＭＡＣアドレス：Ｍｂ、ＤＥＶＩＤ：Ｄｂ）に通信しようとすると、まずノードＡはノードＢのＩＰアドレスのみ通常知っているため、ＩｂからＭＡＣアドレスを解決する手順を取る。そして本システムのようにＤＥＶＩＤを使うものはＤｂを検索しなくてはならない。一般的にアドレスの解決は
ａ）自己の以前のアドレス解決した結果のキャッシュ
ｂ）新規のアドレス解決
の二つによって実施される。アドレス解決とはリクエストに添付されるＩＰアドレスと一致するＭＡＣアドレスを、ＩＰアドレスの合致するそのデバイスによるレスポンスによってもたらされるもため、ネットワークのリソースを消費する。ＭＡＣアドレスはデバイス毎に固定なのでキャッシュが古くなってしまうことは、システムがＩＰアドレスを付け替える管理的手段によるものでなければ発生しない。ＡからＢへの通信への手順は、次にＭＡＣアドレスからＤＥＶＩＤの検索へと移る。ＭＡＣアドレスからＤＥＶＩＤの検索はＭＡＣレイヤへのシステム間コールによって実現可能となる。一般的にシステム間コールはレイヤ毎にＣＰＵを変える現行の無線通信システムでは、かなり負荷の重い動作である。よってこの検索もキャッシュされてしまう。しかしＤＥＶＩＤはＭＡＣアドレスとは異なりＤＥＶＩＤの重複により付け替えされ得る。通常のＷｉＭｅｄｉａなどでのＤＥＶＩＤの重複は約２の１６乗通りの個数があるため、重複はそれほどは起こらない。しかしＤＥＶＩＤをビーコンピリオドスロット番号のみとした場合、ビーコンピリオドスロット番号の変更はモビリティ環境下などでは頻繁に起こるためキャッシュを破棄しなくてはならなくなる。すなわち各デバイスが通信相手のビーコンピリオドスロット番号の変化を検知したら上位レイヤに通知することによるキャッシュの破棄を必要とする。これはデバイスの負荷が大きい。

それゆえビーコンピリオドスロット番号をふくんだアドレスの使用を一時的なアドレス付け替えの過渡期のみに使用するように２モード構成する。そうすればＩＰレイヤは、ＭＡＣレイヤで付けられる重複フラグをつけている短期間のみＭＡＣアドレスとしてコンビネーションモードで送信することでキャッシュの更新を必要とせず効率的なソフトウェア構成が実現可能となる。

なお、本実施の形態で実現される機能および動作はコンピュータのプログラムにより実現するようにしてもよく、その場合は、そのプログラムを格納する図示しないメモリや制御を行うＣＰＵ等を、無線通信装置に備えるものとする。また、プログラムを格納する媒体は外部記憶媒体でもよく、例えば、ＥＰＲＯＭやフラッシュＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどであってもよい。

本発明は、アドレス重複による通信の中断が起こることを防止しつつ、通信を継続することができるという効果を有し、モバイル環境下のアドホックネットワークにおける無線通信装置等に有用である。

本発明の一実施の形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図 本発明の一実施の形態におけるアドレスの構成例を示す図 スーパーフレーム中におけるビーコンピリオドの構成例を示す構成図 本発明の一実施の形態における通信中のデバイスに他のデバイスが接近してきたときの処理手順を示すシーケンス図 デバイスＱのビーコンの構成例を示す図 デバイスＲのビーコンの構成例を示す図 デバイスＰのビーコンの構成例を示す図 デバイスＱのビーコンの他の構成例を示す図 デバイスＲのビーコンの他の構成例を示す図 送信先のアドレスの決定アルゴリズムの一例を示すフローチャート アドレスの付け替えの手順の一例を示すフローチャート 従来技術における重複アドレスによる通信遮断の説明図

符号の説明

１００ 無線通信装置
１０５ アンテナ
１１０ 物理層受信部
１２０ 宛先判定部
１２２ 第１アドレス判定部
１２４ 第２アドレス判定部
１３０ ＭＡＣ自局宛処理部
１３５ マルチキャスト判定部
１４０ ビーコン処理部
１４５ 重複アドレス処理部
１５０ ＭＡＣ自局発処理部
１６０ 相手先アドレス決定部
１７０ 物理層送信部
３２０ ビーコンピリオド
３３０ ＤＲＰ

Claims (14)

1. 複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、
   自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および第２アドレスを生成するアドレス処理部と、
   前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定するビーコン処理部と、
   前記アドレス処理部によって生成された第１アドレスおよび第２アドレスのいずれか一方を使用してフレームを他の無線通信装置に送信する送信部と、
   を有する無線通信装置。
2. 前記ビーコンピリオドスロット番号は、前記複数の無線通信装置が送信するビーコンの送信順序から導かれる、
   請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記アドレス処理部は、
   前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致するとビーコン処理部により判定された場合、前記第２アドレスの再割り当てを行う、
   請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスを自己のアドレスとして前記他の無線通信装置へフレーム送信をしている場合において、前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致すると前記ビーコン処理部により判定されたときに、前記自己のアドレスを、前記アドレス処理部によって生成された第１アドレスに切り替え、前記アドレス処理部によって前記第２アドレスの再割り当てが完了した後に、前記自己のアドレスを、再割り当て後の第２アドレスに切り替えるアドレス決定部、
   をさらに有する請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記他の無線通信装置の前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスを当該無線通信装置の自己のアドレスとして前記他の無線通信装置へフレームを送信している場合において、前記他の無線通信装置の前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが別の前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致すると前記ビーコン処理部により判定されたときに、前記自己のアドレスを、当該無線通信装置の前記アドレス処理部によって生成された第１アドレスに切り替え、当該無線通信装置の前記アドレス処理部によって前記第２アドレスの再割り当てが完了した後に、前記自己のアドレスを、再割り当て後の第２アドレスに切り替えるアドレス決定部、
   をさらに有する請求項３記載の無線通信装置。
6. 前記再割り当て後の第２アドレスは、前記第１アドレスに含まれるビーコンピリオドスロット番号以外の部分を、前記第１アドレスにおける位置と同じ位置に含む、
   請求項３記載の無線通信装置。
7. 複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、
   他の無線通信装置によって送信されたアドレスを含むフレームを受信する受信部と、
   自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および第２アドレスを自己のＩＤとして有し、前記受信部によって受信されたフレームに含まれるアドレスが、前記自己のＩＤとしての第１アドレスおよび第２アドレスのいずれかと一致するか否かを判定するアドレス判定部と、
   自己または他者が有する第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定するビーコン処理部と、
   を有する無線通信装置。
8. 前記アドレス判定部は、
   複数の前記他の無線通信装置が有する第２アドレスが一致しているとき、一致する第２アドレスを有するそれら複数の前記他の無線通信装置のうち少なくとも１つに対して前記第１アドレスを用いて送受信を行う、
   請求項７記載の無線通信装置。
9. 前記アドレス判定部は、
   自己または他者が有する第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致すると前記ビーコン処理部により判定された場合、前記第２アドレスの再割り当てを行い、現在の第２アドレスを再割り当て後の第２アドレスに書き替える、
   請求項７記載の無線通信装置。
10. 前記再割り当て後の第２アドレスは、前記第１アドレスに含まれるビーコンピリオドスロット番号以外の部分を、前記第１アドレスにおける位置と同じ位置に含む、
    請求項９記載の無線通信装置。
11. 前記第２アドレスは、ランダムに割り当てられる、
    請求項１または請求項７記載の無線通信装置。
12. 複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムを構成する無線通信システムであって、
    前記無線通信システムは、第１の無線通信装置と、第２の無線通信装置と、を具備しており、
    前記第１の無線通信装置は、
    前記第１の無線通信装置が送信するビーコンのビーコン上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および、ランダムに割り当てられる第２アドレスを生成するアドレス処理部と、
    前記アドレス処理部によって生成された第２アドレスが前記第２の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定する第１ビーコン処理部と、
    前記アドレス処理部によって生成された第１アドレスおよび第２アドレスのいずれか一方を使用してフレームを前記第２の無線通信装置に送信する送信部と、
    を有し、
    前記第２の無線通信装置は、
    前記第１の無線通信装置によって送信されたアドレスを含むフレームを受信する受信部と、
    自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および、ランダムに割り当てられる第２アドレスを自己のＩＤとして有し、前記受信部によって受信されたフレームに含まれるアドレスが、前記自己のＩＤとしての第１アドレスおよび第２アドレスのいずれかと一致するか否かを判定するアドレス判定部と、
    自己または他者が有する第２アドレスが前記第１の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定する第２ビーコン処理部と、
    を有する無線通信システム。
13. 複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムにおける無線通信方法であって、
    自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および、ランダムに割り当てられる第２アドレスを生成するアドレス生成ステップと、
    前記アドレス生成ステップで生成した第２アドレスが他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定する判定ステップと、
    自己または他者において前記アドレス生成ステップで生成した第１アドレスおよび第２アドレスのいずれか一方を使用してフレームを前記他の無線通信装置に送信する送信ステップと、
    を有する無線通信方法。
14. 複数の無線通信装置が相互にビーコンを送信するアドホックネットワークシステムにおける無線通信方法であって、
    他の無線通信装置によって送信されたアドレスを含むフレームを受信する受信ステップと、
    自己が送信するビーコンのビーコンピリオド上の位置に対応するビーコンピリオドスロット番号を含む第１アドレス、および、ランダムに割り当てられる第２アドレスを自己のＩＤとして有し、前記受信ステップで受信したフレームに含まれるアドレスが、前記自己のＩＤとしての第１アドレスおよび第２アドレスのいずれかと一致するか否かを判定するアドレス判定ステップと、
    自己または他者が有する第２アドレスが前記他の無線通信装置における第２アドレスと一致するか否かを判定する重複判定ステップと、
    を有する無線通信方法。
    

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