JP6534017B2 - 通信システム、通信装置、及び、通信システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、通信装置、及び、通信システムの制御方法に関する。

無線通信では、無線通信装置が送信する通信フレーム（単にフレームともいう）同士の衝突を回避するＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）というアクセス方式が採用されている。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、フレームを送信しようとする通信装置は、フレームを送信する前にキャリアセンスを行い、他の通信装置が送信するキャリアを検出しなかった場合にフレームを送信する。よって、通信装置によるフレームの送信には、周囲の電波状況に応じた時間を要する。

特許文献１は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づく無線通信において、予め設定された設定期間内における一の通信装置から他の通信装置へのフレームの送信処理に関する技術を開示している。

特許第６０９７９８３号公報

特許文献１に開示する技術では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づく無線通信において、予め設定された設定期間内に一の通信装置から他の通信装置へのフレームの送信処理、つまり、単方向通信の処理を行う。その際、送信処理が完了するまでに必要な見込時間を推定し、当該設定期間内に送信処理が完了しないと判断されるときにはフレームの送信を禁止する。

しかしながら、特許文献１では、双方向通信に関する技術を何ら開示していない。あらかじめ設定された設定期間内に通信装置が双方向通信を行う場合には、上記設定期間を有効に利用できないという問題が生じ得る。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行う通信システムなどを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る通信システムは、予め設定された設定期間内に双方向通信する、時刻同期がなされた第一装置と第二装置とを備える通信システムであって、前記第一装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式に基づいて無線通信をする第一通信モジュールと、前記設定期間が開始する第一時刻を含むフレームを生成し、生成した前記フレームを第一通信モジュールにより送信する生成部とを備え、前記第二装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする第二通信モジュールと、前記第一装置が送信した前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信し、受信した前記フレームに対する応答を示す応答フレームを生成し、生成した前記応答フレームを前記第二通信モジュールにより送信する応答部とを備え、前記応答部は、前記応答部が受信した前記フレームに含まれる前記第一時刻をＰ１とし、前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信した第二時刻をＰ２とし、前記設定期間の時間長をＴＡとするとき、現時点からＴ１の時間が経過するまでの第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、Ｔ１は、Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）を満たす。

これによれば、通信システムは、第二装置が設定期間の終了時刻までの時間を十分に利用して応答フレームの送信処理を行うことができる。仮に第二装置が予め定められた時間を用いて応答フレームの送信処理を行うとすれば、予め定められた時間の終了時刻が設定期間の終了時刻より前である場合には、設定期間の終了時刻より前に送信処理を完了してしまい、設定期間の終了時刻までの時間を十分に利用して応答フレームの送信処理を行うことができない。また、上記の予め定められた時間の終了時刻が設定期間の終了時刻より後である場合には、後続する設定期間にまで継続して応答フレームの送信処理を行うことになり、後続する設定期間内に送信されるフレームとの衝突が生じ得る。本発明に係る通信システムは、第二装置がＴ１という適切な時間長を用いることで、設定期間の終了時刻までの時間を利用して応答フレームの送信処理を行うことができる。

また、前記第二通信モジュールは、前記応答部から前記応答フレームの提供を受けるとともに、前記応答フレームの送信処理を完了すべき時間であるタイムアウト時間の提供を受ける機能を有し、前記応答部は、前記応答フレームの送信処理に係る前記タイムアウト時間として前記第二通信モジュールにＴ１を提供することで、前記第二通信モジュールの前記制御をしてもよい。

これによれば、通信システムは、通信モジュールに設定することができるタイムアウト時間を用いることで、より具体的かつ簡易な構成に基づいて、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

また、前記応答部は、前記第二時刻から前記現時点までの経過時間をＴＥとするとき、前記第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、Ｔ１は、Ｔ１＝ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）−ＴＥを満たしてもよい。

これによれば、通信システムは、フレームを受信した時刻から応答フレームを送信するまでの経過時間であるＴＥを考慮に入れることで、より具体的かつ簡易な構成に基づいて、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

また、前記応答部は、前記第二通信モジュールが前記第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了できない場合には、前記送信処理を中止してもよい。

これによれば、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。第一所定期間内に応答フレームの送信処理を完了できない場合に、設定期間に後続する期間にまで継続して応答フレームの送信を行うと、当該期間における通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。本発明に係る通信システムは、設定期間の終了時刻までの時間を利用して応答フレームの送信処理を行うとともに、設定期間に後続する期間のフレームの衝突を回避することができる。

また、前記応答部は、前記応答フレームの送信処理に要する時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、前記応答フレームの送信処理を禁止してもよい。

これによれば、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。応答フレームの送信に必要な時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、設定期間内に応答フレームの送信を完了することができない。仮に応答フレームの送信処理を開始すれば、設定期間に後続する期間における通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。このような場合に、応答フレームの送信処理を禁止することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

また、前記生成部は、前記応答フレームを送信するのに要する時間の最小値をＴ３とするとき、前記設定期間の開始時刻からＴ２の時間が経過するまでの第二所定期間内に前記フレームの送信処理を完了させるように、前記第一通信モジュールを制御し、Ｔ２は、Ｔ２＝ＴＡ−Ｔ３を満たしてもよい。

これによれば、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。フレームの送信処理が第二所定期間を過ぎても完了しない場合には、仮にその後にフレームの送信が成功したとしても、その後の応答フレームの送信が設定期間内に完了しない。このような場合に、第二所定期間内にフレームを送信するように制御することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

また、前記生成部は、前記第一通信モジュールが前記第二所定期間内に前記フレームの送信処理を完了できない場合には、前記フレームの送信処理を中止してもよい。

これによれば、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。フレームの送信処理が第二所定期間を過ぎても完了しない場合に、フレームの送信処理を禁止することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

また、本発明の一態様に係る通信システムは、予め設定された設定期間内に双方向通信する、時刻同期がなされた第一装置と第二装置とを備える通信システムにおける前記第一装置である通信装置であって、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式に基づいて無線通信をする第一通信モジュールと、前記設定期間が開始する第一時刻を含むフレームを生成し、生成した前記フレームを第一通信モジュールにより送信する生成部とを備え、前記生成部は、前記フレームを送信することで、前記第二装置に、（ａ）前記第一装置が送信した前記フレームを受信させ、受信させた前記フレームに対する応答を示す応答フレームを生成し、生成した前記応答フレームを送信させ、（ｂ）受信した前記フレームに含まれる前記第一時刻をＰ１とし、前記フレームを受信した第二時刻をＰ２とし、前記設定期間の時間長をＴＡとするとき、現時点からＴ１の時間が経過するまでの第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように制御させ、Ｔ１は、Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）を満たす。

これによれば、上記通信システムと同様の効果を奏する。

また、本発明の一態様に係る通信システムは、予め設定された設定期間内に双方向通信する、時刻同期がなされた第一装置と第二装置とを備える通信システムにおける前記第二装置である通信装置であって、前記第一装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式に基づいて無線通信をする第一通信モジュールと、前記設定期間が開始する第一時刻を含むフレームを生成し、生成した前記フレームを第一通信モジュールにより送信する生成部とを備え、前記第二装置である前記通信装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする第二通信モジュールと、前記第一装置が送信した前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信し、受信した前記フレームに対する応答を示す応答フレームを生成し、生成した前記応答フレームを前記第二通信モジュールにより送信する応答部とを備え、前記応答部は、前記応答部が受信した前記フレームに含まれる前記第一時刻をＰ１とし、前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信した第二時刻をＰ２とし、前記設定期間の時間長をＴＡとするとき、現時点からＴ１の時間が経過するまでの第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、Ｔ１は、Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）を満たす。

これによれば、上記通信システムと同様の効果を奏する。

なお、本発明は、装置として実現できるだけでなく、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

本発明により、通信システムは、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

図１は、実施の形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態に係る通信システムでの基地局と端末とが通信するための期間を示す説明図である。 図３は、実施の形態に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を詳細に示す説明図である。 図４は、関連技術に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を示す第一の説明図である。 図５は、関連技術に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間を示す第二の説明図である。 図６は、実施の形態に係る通信システムの機能構成を示すブロック図である。 図７は、実施の形態に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を示す第一の説明図である。 図８は、実施の形態に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を示す第二の説明図である。 図９は、実施の形態に係る通信システムの制御方法を示すフロー図である。 図１０は、実施の形態に係る応答部の詳細な処理を示すフロー図である。 図１１は、実施の形態の変形例に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を示す説明図である。 図１２は、実施の形態の変形例に係る生成部の詳細な処理を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

（実施の形態）
本実施の形態において、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる通信システムなどについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る通信システム１の構成を示す模式図である。

図１に示されるように、通信システム１は、基地局１０と、端末２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃ（端末２０Ａ等ともいう）とを備える。

基地局１０は、端末２０Ａと無線通信をする基地局装置（一般にアクセスポイントともいう）である。基地局１０は、端末２０Ａとの間で無線通信リンクを確立し、無線通信リンクを通じて無線通信を行う。基地局１０は、端末２０Ａ等それぞれとの間で順次に電波によってフレームの送受信を行う。無線通信の規格は、どのようなものであってもよいが、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ等の規格に準拠した無線ＬＡＮを採用し得る。なお、基地局１０は、外部のネットワーク（不図示）に接続されていてもよい。その場合、基地局１０は、外部のネットワークに接続された装置と端末２０Ａ等との間でやりとりされる通信パケットを転送する。ここで、基地局１０は、第一装置に相当する。

端末２０Ａは、基地局１０と無線通信をする無線通信端末（一般にステーションともいう）である。端末２０Ａは、基地局１０との間で無線通信リンクを確立し、無線通信リンクを通じて無線通信を行う。基地局１０が外部のネットワークに接続されている場合、端末２０Ａは、基地局１０を通じて、外部のネットワークに接続された装置と通信し得る。ここで、端末２０Ａは、第二装置に相当する。

なお、ここでは基地局１０と端末２０Ａそれぞれとが通信する通信システム１を一例として説明するが、本実施の形態は、無線通信をする端末同士が基地局を介さずに通信するアドホックネットワークなどの通信システムにも適用可能である。つまり、このような通信システムでは、フレームを送信する装置が第一装置に相当し、フレームを受信する装置が第二装置に相当することになる。

次に、通信システム１における、基地局１０と端末２０Ａ等とが通信する期間と、その通信の内容について説明する。

図２は、本実施の形態に係る通信システム１での基地局１０と端末２０Ａ等とが通信するための期間を示す説明図である。図２には、横軸を時間として、基地局１０と、端末２０Ａ等とが無線通信を行う期間として定められた期間４１、４２、４３、４４、４５及び４６が示されている。

図２に示されるように、期間４１〜４６は、基地局１０と、端末２０Ａ、端末２０Ｂ及び端末２０Ｃそれぞれとが順次に通信するために設定される通信期間（設定期間ともいう）である。また、期間４１〜４６は、基地局１０が各端末との通信のための期間を終えたら、再び、各端末と順次に通信できるように繰り返し設定される。期間４１〜４６は、基地局１０がフレームを端末２０Ａ等それぞれに順次に送信することによって設定され、言い換えれば、基地局１０によって主導的に決定されるものである。

例えば、期間４１は、基地局１０と端末２０Ａとが通信するための期間である。同様に、期間４２及び４３は、それぞれ、基地局１０と端末２０Ｂとが通信するための期間、及び、基地局１０と端末２０Ｃとが通信するための期間である。また、期間４１〜４３の後には、期間４１〜４３と同様に基地局１０と端末２０Ａ等それぞれとの通信のための期間４４〜４６が設定されている。期間４６の後にも同様の期間が繰り返し設定される。

図３は、本実施の形態に係る通信システム１での双方向通信に係る処理時間等を詳細に示す説明図である。図３には、横軸を時間として、図２に示される期間４１を例として、期間４１内における基地局１０及び端末２０Ａの処理時間及び待ち時間などが示されている。なお、図２に示される他の期間４２等にも同様の通信がなされる。

期間４１内に、基地局１０と端末２０Ａとが双方向に通信する。具体的には、最初に基地局１０が端末２０Ａにフレームを送信し、その後、端末２０Ａが基地局１０に上記フレームの応答を示すフレームを送信する。なお、基地局１０が端末２０Ａに送信するフレームをフレームＦ１ともいい、端末２０Ａが基地局１０に送信するフレームをフレームＦ２又は応答フレームともいう。

より詳細には、期間４１の開始時刻において、基地局１０は、キャリアセンスを行い、キャリアがＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間検出されない場合にバックオフ期間に入り、バックオフ期間にキャリアが検出されない場合にフレームＦ１を送信する。端末２０Ａは、基地局１０が送信したフレームＦ１を受信したら、キャリアセンスを行い、キャリアがＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間検出されない場合にＡＣＫ（ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）フレームを基地局１０に送信する。基地局１０は、端末２０ＡからのＡＣＫフレームを受信しない場合にはフレームＦ１の再送を行い、ＡＣＫフレームを受信するとフレームＦ１の送信処理を完了する。なお、図３には、フレームＦ１が１回目の送信により端末２０Ａに到達した場合を示しているが、一回目の送信に係るフレームＦ１が端末２０Ａに到達しなかった場合、又は、一回目の送信に係るフレームＦ１に対するＡＣＫフレームが基地局１０に到達しなかった場合には、基地局１０によるフレームＦ１の再送が繰り返される。

なお、ＤＩＦＳ時間及びＳＩＦＳ時間は、数１０μ秒程度であり、バックオフ期間の時間長は数１０μ秒〜数ミリ秒程度であり、これらの時間は通信規格に基づいて定められる。

次に、端末２０Ａが基地局１０にフレームＦ２を送信する。端末２０ＡによるフレームＦ２の送信に係る処理は、上記説明における基地局１０と端末２０Ａとを互いに入れ替えたものに相当する。

このようにして、基地局１０から端末２０ＡへのフレームＦ１の送信と、端末２０Ａから基地局１０へのフレームＦ２の送信が完了する。

上記のように、フレームＦ１及びＦ２それぞれの送信の際にキャリアセンス及びバックオフ期間に基づく待ち時間が発生する。そのため、フレームＦ１及びＦ２の送信処理に要する時間は、周囲の電波状況などによって変動し、期間４１内にフレームＦ１又はＦ２の送信処理を完了できないことがあり得る。期間４１内にフレームＦ１及びＦ２の送信処理を完了できない場合、この送信処理を、期間４１に後続する期間４２にまで継続して行うと、期間４２において行われる基地局１０と端末２０Ｂとの通信に係るフレームとの衝突などにより悪影響を与え得る。

このような通信に係る比較例となる関連技術に係る通信システムにおける双方向通信について説明する。

図４は、関連技術に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間等を示す第一の説明図である。関連技術に係る通信システムにおける基地局１１０及び端末１２０Ａは、それぞれ、本実施の形態の通信システム１における基地局１０及び端末２０Ａに相当する。なお、図４では、フレームＦ１及びＦ２それぞれの送信処理を１つの矩形で示しているが、これらの送信処理には図３に示される処理時間などが含まれている。以降の説明でも同様とする。

関連技術に係る通信システムでは、基地局１１０と端末１２０Ａとの間でフレームＦ１とフレームＦ２との送受信を完了するために、時間長ＴＡを有する期間４１を、フレームＦ１の送信処理のための時間長ＴＡ１を有する期間（第一期間ともいう）と、フレームＦ２の送信処理のための時間長ＴＡ２を有する期間（第二期間ともいう）に分割する。

基地局１１０には、フレームＦ１を送信するための時間としてＴＡ１が予め設定されており、端末１２０Ａには、フレームＦ２を送信するための時間としてＴＡ２が予め設定されている。例えば、ＴＡ１及びＴＡ２は、それぞれＴＡ／２である。

そして、基地局１１０は、フレームＦ１の送信が第一期間内に完了するように制御し、言い換えれば、フレームＦ１の送信が第一期間内に完了できないと推定されるときには、フレームＦ１の送信を禁止する。また、端末１２０Ａは、フレームＦ２の送信が第二期間内に完了するように制御し、言い換えれば、フレームＦ２の送信が第二期間内に完了できないと推定されるときには、フレームＦ２の送信を禁止する。

このようにすることで、関連技術に係る通信システムは、期間４１内に双方向の通信を完了できないと推定される場合に、期間４２にまで継続して通信を行うことを抑制する。

ここで、基地局１１０によるフレームＦ１の送信が期間４１の終了時刻より前の時刻Ｐ１０１で完了した場合の動作について説明する。

図５は、関連技術に係る通信システムでの双方向通信に係る処理時間を示す第二の説明図である。

基地局１１０から端末１２０ＡへのフレームＦ１の送信が期間４１の終了時刻より前の時刻Ｐ１０１で完了した場合、端末１２０ＡによるフレームＦ２の送信処理を開始できる。時刻Ｐ１０１より後にはフレームＦ１の送信がなされないので、フレームＦ１とフレームＦ２とが衝突することがないからである。

端末１２０Ａには、フレームＦ２の送信処理のための時間がＴＡ２と予め設定されているので、時刻Ｐ１０１からＴＡ２を経過するまでの期間（第三期間ともいう）内にフレームＦ２の送信処理を完了させるように制御し、言い換えれば、フレームＦ２の送信が第三期間内に完了できないと推定されるときには、フレームＦ２の送信を禁止する。

すると、期間４１のうちの第三期間終了後に、どのフレームの送信にも利用されない、時間長ＴＲを有する第四期間が生じてしまう。第三期間内にフレームＦ２の送信を完了できないと推定された場合には、第三期間から引き続き第四期間も利用してフレームＦ２の送信がなされるのが望ましいが、端末２０Ａは上記のとおりフレームＦ２の送信を禁止してしまう。つまり、端末２０Ａは、フレームＦ２の送信処理のために期間４１を有効に利用できていないといえる。

このように、関連技術に係る通信システムは、周囲の電波状況によっては、期間４１を通信に有効に利用できないという問題が生じ得る。このような問題を回避できる通信システム１の詳細について以降で説明する。

図６は、本実施の形態に係る通信システム１の機能構成を示すブロック図である。

図６に示されるように、通信システム１は、基地局１０と端末２０Ａとを備える。

基地局１０は、通信モジュール１１と、計時部１２と、生成部１３と、制御部１４と、を備える。

通信モジュール１１は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする通信インタフェースモジュールである。通信モジュール１１は、アンテナ、電波の送受信回路、変復調部、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコル処理部などを備えて構成され、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ等の規格に準拠した無線通信を行う。通信モジュール１１は、第一通信モジュールに相当する。

通信モジュール１１は、基地局１０から端末２０Ａに送信すべきフレームＦ１の提供を受けるとともに、フレームＦ１の送信処理を完了すべき時間であるタイムアウト時間の提供を受ける機能を有する。通信モジュール１１は、フレームＦ１とともにタイムアウト時間が提供されると、提供されたフレームＦ１を、提供された時点からタイムアウト時間を経過するまでに送信するよう制御し、タイムアウト期間内にフレームＦ１を送信できない場合にはフレームＦ１の送信を禁止する。また、通信モジュール１１は、タイムアウト期間内にフレームＦ１を送信できない場合には、さらに、フレームＦ１の送信に失敗したことをフレームＦ１の提供元である生成部１３に通知してもよい。

計時部１２は、時刻情報を有し、時間経過とともに時刻情報を更新する処理部である。計時部１２は、端末２０Ａとの間で時刻同期をとっている。つまり、計時部１２が有する時刻情報と、端末２０Ａの計時部２２が有する時刻情報とは、時刻同期の精度（例えば最低でも１ミリ秒程度）の範囲内で同一である。なお、時刻同期の方法には、公知の時刻同期技術を採用し得る。

生成部１３は、設定期間が開始する第一時刻を含むフレームＦ１を生成し、生成したフレームＦ１を通信モジュール１１により送信する処理部である。生成部１３は、計時部１２から時刻情報を取得し、取得した時刻情報に基づいて、予め設定された期間（例えば期間４１）の開始時刻が到来したか否かを判定する。生成部１３は、開始時刻が到来したら、フレームＦ１を生成し、生成したフレームＦ１を通信モジュール１１に提供して送信させる。ここで、生成部１３は、フレームＦ１の送信処理を完了させるためのタイムアウト時間を通信モジュール１１に設定してもよい。設定するタイムアウト時間については後述する。なお、フレームＦ１は、例えば、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを含み、ＩＰパケットのペイロード部分に第一時刻を示す情報が含まれている。

制御部１４は、生成部１３が送信したフレームＦ１に対して端末２０Ａが送信するフレームＦ２を、通信モジュール１１を経由して受信する処理部である。制御部１４は、端末２０Ａから通信モジュール１１を経由してフレームＦ２を受信する処理（受信処理）をし、受信したフレームＦ２の内容に応じて基地局１０を制御する。

端末２０Ａは、通信モジュール２１と、計時部２２と、応答部２３とを備える。

通信モジュール２１は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする通信インタフェースモジュールである。通信モジュール２１は、端末２０Ａから基地局１０に送信すべきフレームＦ２の提供を受けるとともに、フレームＦ２の送信処理を完了すべき時間であるタイムアウト時間の提供を受ける機能を有する。通信モジュール２１は、詳細な動作、構成については、通信モジュール１１と同様であるので詳細な説明を省略する。通信モジュール２１は、第二通信モジュールに相当する。

計時部２２は、時刻情報を有し、時間経過とともに時刻情報を更新する処理部である。計時部２２は、基地局１０との間で時刻同期をとっている。よって、計時部２２が有する時刻情報と、基地局１０の計時部１２が有する時刻情報とは、時刻同期の精度（例えば最低でも１ミリ秒程度）の範囲内で同一である。なお、時刻同期の方法には、公知の時刻同期技術を採用し得る。

応答部２３は、基地局１０が送信したフレームＦ１を通信モジュール２１により受信し、受信したフレームＦ１に対する応答を示すフレームＦ２を生成し、生成したフレームＦ２を通信モジュール２１により送信する処理部である。応答部２３は、フレームＦ２の送信処理を完了させるべき時間を算出し、算出した時間が現時点から経過するまでにフレームＦ２の送信処理を完了させるように、通信モジュール２１を制御する。具体的には、応答部２３は、フレームＦ２の送信処理に係るタイムアウト時間を通信モジュール２１に提供することで、通信モジュール２１の制御をする。

以降において、応答部２３が設定するタイムアウト時間について詳細に説明する。

図７及び図８は、本実施の形態に係る通信システム１での双方向通信に係る処理時間等を示す説明図である。図７及び図８には、横軸を時間として、図２に示される期間４１を例として、期間４１内における、基地局１０から端末２０ＡへのフレームＦ１の送信処理のための期間と、端末２０Ａから基地局１０へのフレームＦ２の送信処理のための期間とが示されている。

図７及び図８は、時刻Ｐ１において基地局１０がフレームＦ１の送信処理を開始し、時刻Ｐ２において端末２０ＡがフレームＦ１の受信処理を完了した場合を示している。

この場合、応答部２３は、端末２０ＡがフレームＦ１の受信処理を完了した時刻Ｐ２、言い換えれば、通信モジュール２１がフレームＦ１を受信した時刻Ｐ２より後の時点である現時点からＴ１の時間が経過するまでの期間（第一所定期間ともいう）内にフレームＦ２の送信処理を完了させるように通信モジュール２１を制御する。より具体的には、応答部２３は、フレームＦ２の送信処理に係るタイムアウト時間として以下（式１）に示されるＴ１を設定する。ここで、応答部２３が受信したフレームＦ１に含まれる第一時刻をＰ１とし、フレームＦ１を通信モジュール２１により受信した第二時刻をＰ２とし、設定期間の時間長をＴＡとする。

Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１） （式１）

ここで、時刻Ｐ２からフレームＦ２の送信までの経過時間が、ＴＡ又はＴ１等と比較して無視できるほど小さい値である場合には、Ｔ１を以下の（式２）のように算出しても構わない。

Ｔ１＝ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１） （式２）

これは、応答部２３が時刻Ｐ２とほぼ同時にフレームＦ２の送信処理を開始するとみなせる場合に相当する（図７参照）。

また、時刻Ｐ２からフレームＦ２の送信までの経過時間が、ＴＡ又はＴ１等と比較して無視できない値である場合には、Ｔ１を以下の（式３）のように算出しても構わない。ここで、時刻Ｐ２から現時点までの経過時間をＴＥとしている。

Ｔ１＝ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）−ＴＥ （式３）

これは、応答部２３が、時刻Ｐ２から時間ＴＥを経過した後に、フレームＦ２の送信処理を開始する場合に相当する（図８参照）。

このようにすることで、端末２０Ａは、期間４１の終了時刻までの時間を利用してフレームＦ２の送信処理を行うことができ、言い換えれば、図５における第四期間を生じさせないようにすることができる。

なお、応答部２３は、通信モジュール２１が第一所定期間内にフレームＦ２の送信処理を完了できない場合には、フレームＦ２の送信処理を中止する。ここで、送信処理を中止するとは、通信モジュール２１が実行しているフレームＦ２の送信処理を、その処理中に中断して終了することをいう。以降でも同様とする。

第一所定期間の後には、基地局１０と端末２０Ｂとが通信する期間４２が設定されている。よって、第一所定期間内にフレームＦ２の送信処理を完了できない場合に、期間４２にまで継続してフレームＦ２の送信を行うと、期間４２における基地局１０と端末２０Ｂとの通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。応答部２３が上記のようにフレームＦ２の送信処理を中止することで、期間４２における基地局１０と端末２０Ｂとの通信に係るフレームとの衝突を回避することができる。

また、応答部２３は、フレームＦ２の送信処理に要する時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、フレームＦ２の送信処理を禁止する。ここで、送信処理を禁止するとは、フレームＦ２の送信処理を開始しない、又は、行わないことをいう。以降でも同様とする。

応答部２３は、無線通信の伝送レート及びフレームＦ２のフレーム長などに基づいて、フレームＦ２の送信に必要な時間の最小値を算出することができる。応答部２３がＴ１を算出した時点で、フレームＦ２の送信に必要な時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、期間４１内にフレームＦ２の送信を完了することができない。仮にフレームＦ２の送信処理を開始すれば、期間４２における基地局１０と端末２０Ｂとの通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。そこで、このような場合には、フレームＦ２の送信処理を禁止することで、期間４２における基地局１０と端末２０Ｂとの通信に係るフレームとの衝突を回避することができる。

以上のように構成された通信システム１の処理の流れを説明する。

図９は、本実施の形態に係る通信システム１の制御方法を示すフロー図である。

ステップＳ１０１において、生成部１３は、時刻Ｐ１を含むフレームＦ１を生成する。

ステップＳ１０２において、生成部１３は、ステップＳ１０１で生成したフレームＦ１を通信モジュール１１により端末２０Ａに送信する。

ステップＳ１１１において、応答部２３は、ステップＳ１０２で通信モジュール１１によって送信されたフレームＦ１を、通信モジュール２１によって受信する。

ステップＳ１１２において、応答部２３は、ステップＳ１１１でフレームＦ１を受信したことに応じて、その応答を示すフレームＦ２を生成する。

ステップＳ１１３において、応答部２３は、期間４１のうち、フレームＦ２の送信処理のための時間Ｔ１を算出する。時間Ｔ１は、後で、通信モジュール２１に設定されるタイムアウト時間として用いられる。

ステップＳ１１４において、応答部２３は、ステップＳ１１３で算出した時間Ｔ１を用いてフレームＦ２の送信処理を行う。ステップＳ１１４に含まれる詳細な処理については後述する。

ステップＳ１０３において、制御部１４は、ステップＳ１１４で応答部２３が送信したフレームＦ２を受信する。

ステップＳ１１４に含まれる詳細な処理について以降で説明する。

図１０は、本実施の形態に係る応答部２３の詳細な処理を示すフロー図である。

ステップＳ２０１において、応答部２３は、ステップＳ１１３で算出した時間Ｔ１が、フレームＦ２の送信処理に要する時間の最小値（送信最小時間ともいう）より小さいか否かを判定する。時間Ｔ１が、フレームＦ２の送信最小時間より小さい場合には、ステップＳ２１１に進み、そうでない場合には、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２において、応答部２３は、ステップＳ１１２で生成したフレームＦ２を通信モジュール２１に提供するとともに、ステップＳ１１３で算出した時間Ｔ１をフレームＦ２の送信処理に係るタイムアウト時間として通信モジュール２１に提供する。

ステップＳ２０３において、通信モジュール２１は、現時点がフレームＦ２の送信処理期間内であるか否かを判定する。現時点がフレームＦ２の送信処理期間内である場合には、ステップＳ２０４に進み、そうでない場合、つまり現時点で送信処理期間を徒過している場合には、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２０４において、通信モジュール２１は、フレームＦ２を送信する。

ステップＳ２０５において、通信モジュール２１は、ステップＳ２０４で送信したフレームＦ２に対するＡＣＫフレームを受信するか否かを判定する。ＡＣＫフレームを受信した場合には、フレームＦ２の基地局１０への送信が完了したとして一連の処理を終了する。一方、ＡＣＫフレームを受信しない場合には、ステップＳ２０３を再び実行する。

ステップＳ２１１において、端末２０Ａは、必要に応じて例外処理を行う。ステップＳ２１１を実行することになるのは、フレームＦ２の基地局１０への送信が送信処理期間内に完了できない場合である。その場合、応答部２３は、フレームＦ２の提供元である生成部１３への通知、又は、フレームＦ２の破棄などの処理を例外処理として行う。その後、端末２０Ａは、フレームＦ２の基地局１０への送信が失敗したとして一連の処理を終了する。

（実施の形態の変形例）
本変形例では、基地局１０と端末２０Ａとの双方向通信において、基地局１０から端末２０ＡへのフレームＦ１の送信処理のための期間をさらに設定する技術を説明する。

図１１は、本変形例に係る通信システム１での双方向通信に係る処理時間等を示す説明図である。

図１１には、横軸を時間として、図２に示される期間４１を例として、期間４１内における、基地局１０から端末２０ＡへのフレームＦ１の送信処理のための期間と、端末２０Ａから基地局１０へのフレームＦ２の送信処理のための期間とが示されている。

図１１は、期間４１内に基地局１０と端末２０Ａと双方向通信をする場合において、基地局１０から端末２０ＡのフレームＦ１の送信処理になるべく長い時間を割り当てる場合を示したものである。つまり、図１１におけるフレームＦ２の送信処理の期間は、フレームＦ２の送信をなるべく短い時間、例えば、再送が一回もなく、バックオフ期間の時間長が最小である場合の期間を示している。そして、図１１におけるフレームＦ１の送信処理の期間は、期間４１から、上記のように定められるフレームＦ２の送信処理の期間を除いたものである。

このように定められる時間Ｔ２は、基地局１０によるフレームＦ１の送信処理に利用できる最大限の時間に相当する。フレームＦ１の送信処理がこの時間を過ぎても完了しない場合には、仮にその後にフレームＦ１の送信が成功したとしても端末２０Ａから基地局１０へのフレームＦ２の送信が期間４１内に完了しない。

そこで、生成部１３は、時刻Ｐ１からＴ２の時間が経過するまでの期間（第二所定期間ともいう）にフレームＦ１の送信処理を完了させるように通信モジュール１１を制御する。より具体的には、生成部１３は、フレームＦ１の送信処理に係るタイムアウト時間として以下（式４）を満たすＴ２を設定する。ここで、フレームＦ２を送信するのに要する時間の最小値をＴ３とする。

Ｔ２＝ＴＡ−Ｔ３ （式４）

なお、生成部１３は、通信モジュール１１が第二所定期間内にフレームＦ１の送信処理を完了できない場合には、フレームＦ１の送信処理を中止してもよい。このようにすることで、期間４１に後続する期間４２に送信されるフレームと、フレームＦ２との衝突を回避することができる。

以降において、本変形例に係る生成部１３の処理を詳細に説明する。

図１２は、本実施の形態に係る生成部１３の詳細な処理を示すフロー図である。この処理は、図９のステップＳ１０２に含まれる処理である。

ステップＳ３０１において、生成部１３は、フレームＦ１の送信処理のための時間Ｔ２を算出する。時間Ｔ２は、後で、通信モジュール１１に設定されるタイムアウト時間として用いられる。

ステップＳ３０２において、生成部１３は、ステップＳ１０１で生成したフレームＦ１を通信モジュール１１に提供するとともに、ステップＳ３０１で算出した時間Ｔ２をフレームＦ１の送信処理に係るタイムアウト時間として通信モジュール１１に提供する。

ステップＳ３０３において、通信モジュール１１は、現時点がフレームＦ１の送信処理期間内であるか否かを判定する。現時点がフレームＦ１の送信処理期間内である場合には、ステップＳ３０４に進み、そうでない場合には、ステップＳ３１１に進む。

ステップＳ３０４において、通信モジュール１１は、フレームＦ１を送信する。

ステップＳ３０５において、通信モジュール１１は、ステップＳ３０４で送信したフレームＦ１に対するＡＣＫフレームを受信するか否かを判定する。ＡＣＫフレームを受信した場合には、フレームＦ１の端末２０Ａへの送信が完了したとして一連の処理を終了する。一方、ＡＣＫフレームを受信しない場合には、ステップＳ３０３を再び実行する。

ステップＳ３１１において、基地局１０は、必要に応じて例外処理を行う。ステップＳ３１１を実行することになるのは、フレームＦ１の端末２０Ａへの送信が完了できない場合である。その場合、生成部１３は、生成したフレームＦ１を破棄するなどの処理を例外処理として行う。その後、基地局１０は、フレームＦ１の端末２０Ａへの送信が失敗したとして一連の処理を終了する。

以上の一連の流れにより、通信システム１は、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

以上のように、本実施の形態の通信システムは、第二装置が設定期間の終了時刻までの時間を十分に利用して応答フレームの送信処理を行うことができる。仮に第二装置が予め定められた時間を用いて応答フレームの送信処理を行うとすれば、予め定められた時間の終了時刻が設定期間の終了時刻より前である場合には、設定期間の終了時刻より前に送信処理を完了してしまい、設定期間の終了時刻までの時間を十分に利用して応答フレームの送信処理を行うことができない。また、上記の予め定められた時間の終了時刻が設定期間の終了時刻より後である場合には、後続する設定期間にまで継続して応答フレームの送信処理を行うことになり、後続する設定期間内に送信されるフレームとの衝突が生じ得る。本発明に係る通信システムは、第二装置がＴ１という適切な時間長を用いることで、設定期間の終了時刻までの時間を利用して応答フレームの送信処理を行うことができる。

また、通信システムは、通信モジュールに設定することができるタイムアウト時間を用いることで、より具体的かつ簡易な構成に基づいて、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

また、通信システムは、フレームを受信した時刻から応答フレームを送信するまでの経過時間であるＴＥを考慮に入れることで、より具体的かつ簡易な構成に基づいて、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行うことができる。

また、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。第一所定期間内に応答フレームの送信処理を完了できない場合に、設定期間に後続する期間にまで継続して応答フレームの送信を行うと、当該期間における通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。本発明に係る通信システムは、設定期間の終了時刻までの時間を利用して応答フレームの送信処理を行うとともに、設定期間に後続する期間のフレームの衝突を回避することができる。

また、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。応答フレームの送信に必要な時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、設定期間内に応答フレームの送信を完了することができない。仮に応答フレームの送信処理を開始すれば、設定期間に後続する期間における通信に係るフレームとの衝突が生じ得る。このような場合に、応答フレームの送信処理を禁止することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

また、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。フレームの送信処理が第二所定期間を過ぎても完了しない場合には、仮にその後にフレームの送信が成功したとしても、その後の応答フレームの送信が設定期間内に完了しない。このような場合に、第二所定期間内にフレームを送信するように制御することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

また、通信システムは、設定期間に後続する期間に送信されるフレームと、応答フレームとの衝突を回避することができる。フレームの送信処理が第二所定期間を過ぎても完了しない場合に、フレームの送信処理を禁止することで、設定期間に後続する期間におけるフレームの衝突を回避することができる。

以上、本発明の通信システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、設定期間をより有効に利用して通信装置間の双方向通信を行う通信システムに適用され得る。より具体的には、産業機器を制御する制御システム等に適用され得る。

１ 通信システム
１０、１１０ 基地局
１１、２１ 通信モジュール
１２、２２ 計時部
１３ 生成部
１４ 制御部
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、１２０Ａ 端末
２３ 応答部
４１、４２、４３、４４、４５、４６ 期間
Ｆ１、Ｆ２ フレーム
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１０１ 時刻

Claims (9)

1. 予め設定された設定期間内に双方向通信する、時刻同期がなされた第一装置と第二装置とを備える通信システムであって、
   前記第一装置は、
   ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式に基づいて無線通信をする第一通信モジュールと、
   前記設定期間が開始する第一時刻を含むフレームを生成し、生成した前記フレームを第一通信モジュールにより送信する生成部とを備え、
   前記第二装置は、
   ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする第二通信モジュールと、
   前記第一装置が送信した前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信し、受信した前記フレームに対する応答を示す応答フレームを生成し、生成した前記応答フレームを前記第二通信モジュールにより送信する応答部とを備え、
   前記応答部は、
   前記応答部が受信した前記フレームに含まれる前記第一時刻をＰ１とし、前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信した第二時刻をＰ２とし、前記設定期間の時間長をＴＡとするとき、現時点からＴ１の時間が経過するまでの第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、
   Ｔ１は、Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）を満たし、
   前記現時点は、第二通信モジュールが前記フレームを受信した時刻より後の時点である
   通信システム。
2. 前記第二通信モジュールは、
   前記応答部から前記応答フレームの提供を受けるとともに、前記応答フレームの送信処理を完了すべき時間であるタイムアウト時間の提供を受ける機能を有し、
   前記応答部は、
   前記応答フレームの送信処理に係る前記タイムアウト時間として前記第二通信モジュールにＴ１を提供することで、前記第二通信モジュールの前記制御をする
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記応答部は、前記第二時刻から前記現時点までの経過時間をＴＥとするとき、前記第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、
   Ｔ１は、Ｔ１＝ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）−ＴＥを満たす
   請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記応答部は、前記第二通信モジュールが前記第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了できない場合には、前記送信処理を中止する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記応答部は、前記応答フレームの送信処理に要する時間の最小値よりＴ１が小さい場合には、前記応答フレームの送信処理を禁止する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記生成部は、前記応答フレームを送信するのに要する時間の最小値をＴ３とするとき、前記設定期間の開始時刻からＴ２の時間が経過するまでの第二所定期間内に前記フレームの送信処理を完了させるように、前記第一通信モジュールを制御し、
   Ｔ２は、Ｔ２＝ＴＡ−Ｔ３を満たす
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記生成部は、前記第一通信モジュールが前記第二所定期間内に前記フレームの送信処理を完了できない場合には、前記フレームの送信処理を中止する
   請求項６に記載の通信システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システムにおける前記第二装置である
   通信装置。
9. 予め設定された設定期間内に双方向通信する、時刻同期がなされた第一装置と第二装置とを備える通信システムの制御方法であって、
   前記第一装置は、
   ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式に基づいて無線通信をする第一通信モジュールを備え、
   前記第二装置は、
   ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて無線通信をする第二通信モジュールを備え、
   前記制御方法は、
   前記第一装置により、前記設定期間が開始する第一時刻を含むフレームを生成し、生成した前記フレームを第一通信モジュールにより送信する生成ステップと、
   前記第二装置により、前記第一装置が送信した前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信し、受信した前記フレームに対する応答を示す応答フレームを生成し、生成した前記応答フレームを前記第二通信モジュールにより送信する応答ステップとを含み、
   前記応答ステップでは、
   前記応答ステップで受信した前記フレームに含まれる前記第一時刻をＰ１とし、前記フレームを前記第二通信モジュールにより受信した第二時刻をＰ２とし、前記設定期間の時間長をＴＡとするとき、現時点からＴ１の時間が経過するまでの第一所定期間内に前記応答フレームの送信処理を完了させるように、前記第二通信モジュールを制御し、
   Ｔ１は、Ｔ１≦ＴＡ−（Ｐ２−Ｐ１）を満たし、
   前記現時点は、第二通信モジュールが前記フレームを受信した時刻より後の時点である
   制御方法。
   

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