JP5283066B2 - Ｃｔａｐにおいて時間割当を行う近距離無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は，近距離無線通信方法などに関する。より詳しく説明すると，本発明は，ＣＴＡＰにおいてタイムスロットの時間割当を行い，これによりＣＡＰにおける衝突を軽減できる近距離無線通信方法などに関する。

近年，ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式及びＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式に基づいたハイブリッド無線通信システムが，ＩＥＥＥワーキンググループ８０２．１１や８０２．１５などの標準化団体において検討されている。それらのいくつかは，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や，ＷｉＦｉ（登録商標）などすでに商業化されている。

図１は，ＩＥＥＥ８０２．１５．３無線ネットワークを図示する概略図である。この例では，ネットワーク１００が，３つの通信端末であるクライアント装置１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと，ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）とよばれる中央コーディネーション装置１０４とを含む。すべての装置は，好ましくは，ネットワーク１００中の信号送信用の同一周波数帯を共有するものである。ＰＮＣ１０４は，各スーパーフレームの先頭に位置するビーコン１０８を，ネットワーク内の全てのクライアント装置にブロードキャストする。ビーコンは，いつどのように媒体にアクセスするかとういう情報を含むため，全てのクライアント端末はビーコン信号をデコード（解読）できるようにされている。データ通信は，同じ信号フォーマットを持つリンク１０６間で起こりうるほか，ＰＮＣを介したリンク１１０によっても起こりうる。

それらのシステムでは，通信時間をスーパーフレームとよばれる区分に分割している。そして，それぞれのスーパーフレームは，さらにいくつかに分割されている。たとえば，ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃシステムでは，分割数は３つである。

図２は、スーパーフレームフォーマットの例を示す図である。図２に示されるスーパーフレームにおいて，最初の時間区分は，ビーコン時間とよばれる。ビーコン時間では，ピコネットの開始が示され，時間割り当てや管理情報がＰＮＣ（ピコネットコーディネータ）により送信される。次の時間は，コンテンションアクセスピリオド（ＣＡＰ）とよばれる。ＣＡＰでは，バックオフを通じて，ＣＳＭＡ／ＣＡが行われる。また，ＣＡＰを利用して，非同期データや時間に関係のない情報交換が行われる。最後の分割期間は，チャネル時間割り当て時間（ＣＴＡＰ）である。ＣＴＡＰは，ＴＤＭＡタイプの通信のために用いられる。ＣＴＡＰでは，ＰＮＣにより，いくつかの装置のためにいくつかのチャネル時間割り当て（ＣＴＡ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）が割り当てられており，競合なしにデータを送ることができる。

なお，ＣＴＡは，ＭＣＴＡに代替されても良い。ＭＣＴＡ（Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ ＣＴＡ）ではＳｌｏｔｔｅｄ Ａｌｏｈａ（スロッテドアロハ）を用いてチャンネルをアクセスできる。図２に示す例では，ＭＣＴＡ１及びＭＣＴＡ２が設けられている。そして，それらの前にはガードタイムが設けられている。また，ＣＴＡＰの後半には，ガードタイム，ＣＴＡ１，ガードタイム，及びＣＴＡ２がこの順で設けられている。

ＰＮＣは定期的にビーコンを送信して，通信端末の同期を確立する。さらにＰＮＣは，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ピコネット内の通信端末の割り当てを決定する。

上記のタイムスロットの割当は，通常ＣＡＰにおいて行われる。しかし，ＣＡＰは，パケットの衝突が起こりうる期間である。そのため，ＣＡＰにおける衝突を軽減するためにも，ＣＡＰのトラヒックを軽減することが望まれる。そこで，ＣＡＰに行われるタイムスロットの割当を効果的に行うことが検討される。

特開２００３−５１８２６号公報（又は，米国特許７３１３１５３号明細書，特許文献１，これらは引用することにより本明細書に取り込まれる。）は，無線ＰＡＮにおける帯域予約を行う場合に，伝送する情報の特性に合わせて伝送帯域の割り当てを効果的に行う無線通信システムが開示されている（要約，発明の名称）。

この公報に開示されたシステムは，フレーム周期ごとに各ギャランティードタイムスロット（ＧＴＳ：Ｇｕｒａｎｔｅｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｌｏｔ）の割当量が変化しない帯域割当（固定割当帯域）を用意する。そして，各デバイス（ＤＥＶ）は，ＮＣから送信されてくる帯域割当て情報を獲得できない場合であっても，固定的に割り当てられたＧＴＳの開始位置と終了位置を把握できる。これにより，フレーム周期を効果的に把握することができる。

特開２００６−４２３６５号公報（又は，米国特許７３８８８４９号明細書，特許文献２，これらは引用することにより本明細書に取り込まれる。）には，ＣＴＡＰにおいて，ＴＤＭＡ方式に基づいてタイムスロットを割当てるステップを含む無線ＰＡＮにおける伝送方法が開示されている（請求項１，図４）。

しかしながら，この公報では，どのようにＣＴＡＰにおいて，ＴＤＭＡ方式に基づいてタイムスロットを割当てるかについては記載されていない。
米国特許７３１３１５３号明細書 米国特許７３８８８４９号明細書

本発明は，ＣＡＰにおけるタイムスロット割当要求により生じる衝突を効果的に軽減できる無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は，基本的には，ＣＡＰに行われていたタイムスロット割当をＣＴＡＰにおけるヘッダやＡＣＫパケットに含めることで，ＣＡＰにおける衝突を効果的に軽減できるという知見に基づくものである。

本発明の第１の側面は，チャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に基づいてタイムスロットを割当てる工程を含む，近距離無線通信方法に関する。そして，この方法では，ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）と，前記ＰＮＣによって制御される通信端末装置（ＤＥＶ）を含むピコネットを用いた近距離無線通信システムを用いる。

この方法は，ピコネットに含まれるＤＥＶから，ＣＴＡＰにおいて送信されるヘッダに，ＤＥＶが要求するタイムスロットの割当時間に関するフィールドを含める工程を含む。

すなわち，通常であれば，ＣＡＰにおいて行うタイムスロットの割当要求をＣＴＡＰにおいて行う。そして，ＣＴＡＰにおけるタイムスロットの割当要求を，ＰＮＣへ向けてブロードキャストされるヘッダのフィールドに含める。このようにすることで，ＣＡＰにおいてタイムスロットの割当処理を行わなくても，効果的にタイムスロットの割当を行うことができる。

なお，ＣＴＡＰにおいて送信されるヘッダは，ＰＨＹヘッダ又はＭＡＣヘッダであることが好ましい。すなわち，本発明の好ましい態様は，ＣＴＡＰにおけるタイムスロットの割当要求が，ＰＨＹヘッダ又はＭＡＣヘッダのあるフィールドとして送信されるものである。このようにすることで，ＰＮＣが迅速にタイムスロットの割当要求を把握することができる。この割当要求には，ＤＥＶのＩＤ（識別）情報，タイムスロットの割当時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）に関する情報が含まれていても良い。

本発明の好ましい態様は，ＰＮＣがＤＥＶからの割当要求を認めた場合に，ＰＮＣが，アクノリッジメント（ＡＣＫ）パケットに，割当要求を認めたタイムスロットの開始時間及び割当時間に関する情報を含めてブロードキャストするものである。

ＡＣＫパケットに割当要求に関する情報を含めたので，ＣＴＡＰにおいてＤＥＶが迅速にタイムスロットを把握して，必要な情報を送信できることとなる。この態様の発明は，先に説明したあらゆる態様の発明と組み合わせることができる。

本発明の好ましい態様は，時間が，ＰＮＣからブロードキャストされるビーコンにより示されるスーパーフレームにより分割されるものである。そして，スーパーフレームは，さらに，ビーコン期間，コンテンションアクセスピリオド（ＣＡＰ），及びチャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）に分割されるものである。これは，ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規定された無線ネットワークなどで用いられるフォーマットである。本発明は，スーパーフレームにより時間が管理されるため，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や，ＷｉＦｉ（登録商標）などに効果的に用いることができる。

ＣＡＰにおけるパケットには衝突が生じうる。このため，ＣＡＰにおけるトラヒックを軽減することは望ましい。本発明では，タイムスロット割当要求をヘッダ中のフィールドに含めることで，ＣＡＰにおけるトラヒックの一部をＣＴＡＰへと移すことができる。そして，そのフィールドには，たとえば，ＤＥＶ（装置）により要求された割当時間の量が含まれる。そして，その割当要求が認められた場合は,ＰＮＣは,ＡＣＫ(アクノリッジメント)パケットに，割当を認めたタイムスロットの開始時間と割当時間とに関する情報を含めて，ＡＣＫパケットを送信する。本発明によれば，ＣＡＰのＤＥＶ（装置）とＰＮＣとの間における割当要求とＡＣＫを削除することで，この期間におけるトラヒックを軽減できる。そして，このようにＣＡＰのトラヒックを軽減することで，ユーザから送信される他のパケットとの衝突をも軽減できる。

次に，図面を用いて，本発明を具体的に説明する。図３は，本発明の近距離無線通信方法に用いられる通信端末装置（ＤＥＶ）又はピコネットコントローラ（ＰＮＣ）を示すブロック図である。

この通信端末１３０は，アンテナ１３１を有しており，アンテナ１３１を通じて周辺の通信端末から送信された信号を受信し，自己端末から送信信号を送信する。アンテナ１３１は，無線受信部１３３及び無線送信部１３５と接続されている。無線送信部１３５では，たとえば，ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）信号として変調処理を行う。一方，無線受信部１３３では，たとえば，ＵＷＢ信号の復調処理を行う。そして，無線受信部１３３は，復調した信号を他の回路に供給する。なお，ＵＷＢ変調以外にも公知の変調方式を用いることができる。

無線受信部１３３は，復調した信号を，受信データ解析部１３７に供給する。すると，受信データ解析部１３７は，受信した信号から所定の形式に構築されているデータ情報部分を抽出する。無線受信部１３３は，復調した信号の中からヘッダ情報を抽出し，ヘッダ解析部１３９に供給する。

本発明のヘッダ解析部１３９は，割当時間解読部１４１を有している。割当時間解読部１４１は，ヘッダに含まれるタイムスロットの割当要求に関する情報を抽出し，タイムスロットの割当時間に関する情報を解読する。割当時間解読部１４１が解読した割当時間に関する情報は，中央処理部１４３に供給される。この割当時間に関する情報を受け取った中央処理部１４３は，割当時間に関する情報を用いたさまざまな制御を行う。

通信端末は，動作時間の基準となるクロック信号を所定の間隔で発生する基準時間生成部１４９を有する。基準時間生成部１４９で生成されたクロック信号は，中央制御部１４３などの各部に供給される。さらに通信端末は，中央制御部１４３の制御に基づいて，各種タイミングを設定するタイミング制御部１４７を有する。また，周辺の通信端末に対して送信する信号を生成する送信データ生成部１５１を有する。

無線送信部１３５では，送信データ生成部１５１で生成された送信情報や，データバッファ１５３から供給されたアプリケーションデータ情報を所定の信号形式に変調処理する。なお，中央制御部１４３は，情報記録部１５５と接続される。情報記録部１５５は，メモリにより構成される。そして，情報記録部１５５は，たとえば，制御プログラムを記憶している。中央制御部１４３は，制御プログラムを読み出して，制御プログラムの指令に基づき，各種演算処理を行う。

図４は，本発明におけるチャネル時間割当要求を説明するフローチャートである。図中，Ｓは，ステップを意味する。先に説明したとおり，本発明の第１の側面は，チャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に基づいてタイムスロットを割当てる工程を含む，近距離無線通信方法に関する。そして，この方法では，ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）と，前記ＰＮＣによって制御される通信端末装置（ＤＥＶ）を含むピコネットを用いた近距離無線通信システムを用いる。

ＤＥＶが，ＣＴＡＰにおいて送信されるパケットのヘッダに，このＤＥＶが要求するタイムスロットの割当時間に関するフィールドを含める（ステップ１０１）。この作業は，ヘッダにフィールドを含める作業を行う他は，通常のヘッダを作成するのと同様の作業を行うことにより達成できる。ＣＴＡＰにおいて送信されるヘッダは，ＰＨＹヘッダ又はＭＡＣヘッダであることが好ましい。すなわち，ＤＥＶは，後述する制御部や制御プログラムを格納したメモリを有しており，その制御プログラムにしたがって，ＰＨＹヘッダ又はＭＡＣヘッダに，ＤＥＶが要求するタイムスロットの割当時間に関するフィールドを含める。この割当要求には，ＤＥＶのＩＤ（識別）情報，タイムスロットの割当時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）に関する情報が含まれていても良い。

そして，ＤＥＶは，このヘッダを含むパケットをブロードキャストする（ステップ１０２）。これにより，タイムスロットの割当要求が行われる。ＰＮＣは，そのパケットを受信して，以下説明する割当処理を行う。

ＰＮＣは，あるスーパーフレームにおけるタイムスロットの割当を制御する。ＰＮＣは，ＤＥＶからのパケットを受信する（ステップ２０１）。そして，そのパケットのヘッダに含まれるタイムスロットの割当時間に関するフィールドを抽出し，解析する（ステップ２０２）。この抽出および解析の方法は，ヘッダを解析する通常の方法を用いればよい。すなわち，ＰＮＣは，ＰＨＹヘッダやＭＡＣヘッダを復号化できるので，そのアルゴリズムを用いて，ヘッダを復号化して，復号化したヘッダから所定のフィールドを抽出し，情報を解析すればよい。このようにして，ＰＮＣは，ＤＥＶから要求されたタイムスロットの割当時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）を把握できることとなる。

ＰＮＣは，あるスーパーフレームにおける，ＣＴＡＰのタイムスケジュールを管理している。そこで，ステップ２０２において解析した割当時間について，あるスーパーフレームにおいてタイムスロットを割当てることができるかどうか判断する（ステップ２０３）。

あるＤＥＶからの割当要求が認められる場合は，あるＣＡＴＰにおけるタイムスロットの割当処理を行う（ステップ２０４）。すなわち，あるＤＥＶから要求されたタイムスロットの割当要求に対して，ＣＡＴＰにおいて割当てるタイムスロットの時間を決定する。

そして，ＰＮＣは，割当要求を認めたＤＥＶのＩＤ（識別）情報とともに，割当要求を認めたタイムスロットの開始時間及び割当時間に関する情報を含めてブロードキャストする（ステップ２０５）。なお，ＰＮＣから送信されるアクノリッジメント（ＡＣＫ）パケットに，割当要求を認めたタイムスロットの開始時間及び割当時間に関する情報を含めてブロードキャストするものは，本発明の好ましい態様である。このような処理は，ＰＮＣが，ＡＣＫパケットを作成する際に，ＡＣＫパケットにタイムスロットの割当時間に関するフィールドを含めればよい。

ブロードキャストされたＡＣＫパケットを受信したＤＥＶは，割当要求が認められたタイムスロットの開始時間及び割当時間に関する情報を用いて，所定のタイミングで必要な情報を送信する。このように，ＰＮＣから送信されるＡＣＫパケットに割当要求に関する情報を含めたので，ＣＴＡＰにおいてＤＥＶが迅速にタイムスロットを把握して，必要な情報を送信できることとなる。

なお，あるＤＥＶからの割当要求が認められない場合は，その旨をＤＥＶに送信してもよい。また，次のスーパーフレームにおけるＣＡＴＰにおいて時間割当を行ってもよい。

本発明の好ましい態様は，時間が，ＰＮＣからブロードキャストされるビーコンにより示されるスーパーフレームにより分割されるものである。そして，スーパーフレームは，さらに，ビーコン期間，コンテンションアクセスピリオド（ＣＡＰ），及びチャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）に分割されるものである。これは，ＩＥＥＥ８０２．１５．３で規定された無線ネットワークなどで用いられるフォーマットである。本発明は，スーパーフレームにより時間が管理されるため，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や，ＷｉＦｉ（登録商標）などに効果的に用いることができる。

本発明は，無線ＰＡＮなどの分野で好適に利用されうる。

図１は，ＩＥＥＥ８０２．１５．３無線ネットワークを図示する概略図である。 図２は、スーパーフレームフォーマットの例を示す図である。 図３は，本発明の近距離無線通信方法に用いられる通信端末装置（ＤＥＶ）又はピコネットコントローラ（ＰＮＣ）を示すブロック図である。 図４は，本発明の通信端末の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ ネットワーク
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ 通信端末
１０４ 中央コーディネーション装置（ＰＮＣ）
１０６ リンク
１０８ ビーコン
１１０ リンク
１１１ ビーコン
１３０ 通信端末
１３１ アンテナ
１３３ 無線受信部
１３５ 無線送信部
１３７ 受信データ解析部
１３９ ヘッダ解析部
１４１ 割当時間解読部
１４３ 中央処理部
１４７ タイミング制御部
１４９ 基準時間生成部
１５１ 送信データ生成部
１５３ データバッファ
１５５ 情報記録部

Claims (2)

1. ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）と，前記ＰＮＣによって制御される通信端末装置（ＤＥＶ）を含むピコネットを用いた，チャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に基づいてタイムスロットを割当てる工程を含む，近距離無線通信方法において，
   時間が，前記ＰＮＣからブロードキャストされるビーコンにより示されるスーパーフレームにより分割され，前記スーパーフレームは，ビーコン期間，コンテンションアクセスピリオド（ＣＡＰ），及び前記チャネル時間割当期間（ＣＴＡＰ）に分割されており，
   前記ＣＴＡＰにおいて，前記ピコネットに含まれるＤＥＶから送信されるヘッダに，前記ＤＥＶが要求するタイムスロットの割当時間に関するフィールドが含まれ，
   前記ＣＡＰには，前記ＤＥＶが要求するタイムスロットの割当時間に関するフィールドが含まれておらず，
   前記ＰＮＣが，前記ＤＥＶからの割当要求を認めた場合に，前記ＰＮＣは，アクノリッジメント（ＡＣＫ）パケットに，前記割当要求を認めたタイムスロットの開始時間及び割当時間に関する情報を含めて送信する，
   近距離無線通信方法。
2. 前記タイムスロットの割当時間に関するフィールドが含まれるヘッダは，ＰＨＹヘッダ又はＭＡＣヘッダである，
   請求項１に記載の近距離無線通信方法。

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