JP5272005B2 - 制御装置、端末装置、及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワークで用いられる制御装置、端末装置、通信システム及び通信方法に関し、より特定的には、センサーネットワークや、アクティブＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグなどの多数の無線端末を収容する無線ネットワークにおける干渉回避技術に関するものである。

近年、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や、センサーネットワークといった小型低消費電力の無線端末によるネットワークが注目されている。また、これらに類似するシステムとして、自ら無線信号を発信するアクティブＲＦタグといったシステムがある。

図２４は、従来の無線ネットワーク７００の構成の一例を示す図である。図２４において、従来の無線ネットワーク７００は、制御装置７０１と、複数の端末装置７０２〜７０４とから構成される。制御装置７０１は、無線ネットワーク７００内での通信を制御する無線端末である。制御装置７０１は、無線ネットワーク７００に関する制御情報を、ビーコンフレームに含めて周期的にブロードキャストする。端末装置７０２〜７０４は、この制御情報に基づいて、制御装置７０１と通信する無線端末である。端末装置７０２〜７０４のアクセス方式には、様々な方式を用いることができ、例えば、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）などを用いることができる。

これらの無線ネットワークで用いられる端末装置７０２〜７０４は、伝送速度が低速（数ｋｂｐｓから数百ｋｂｐｓ）で、無線信号の到達距離は短い（数ｍから数十ｍ程度）が、小型、かつ電池で数年間駆動可能な低消費電力性能に特徴がある。端末装置７０２〜７０４の消費電力を低減するために、通信プロトコルやフレームフォーマットにも工夫がなされており、例えば、無線ネットワーク７００内で通信を行うアクティブ期間と、通信を行わずにスリープ状態にはいることができる非アクティブ期間とをもうけた構成になっている。端末装置７０２〜７０４は、非アクティブ期間を長くとれば、スリープ状態を長くとれるので消費電力をより低減することができる。

図２５に、周期的なフレーム構成の一例であるスーパーフレーム期間を示す。図２５において、スーパーフレーム期間は、アクティブ期間と非アクティブ期間とからなる。アクティブ期間は、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４とが通信を行う期間である。非アクティブ期間は、通信を行わない期間であり、この期間各端末装置７０２〜７０４はスリープ状態に入ることで消費電力を低減することができる。

制御装置７０１及び端末装置７０２〜７０４は、アクティブ期間を共用で使用する。制御装置７０１は、アクティブ期間の最初を使用し、ビーコンフレームをブロードキャストする。それ以外のアクティブ期間は、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４との間の通信に使用され、例えば、ＣＳＭＡなどを用いることができる。また、アクティブ期間を複数の時間スロットに分割し、スロットＣＳＭＡやＴＤＭＡでスロットを共用して使用することも可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格では、前半の時間スロットをＣＳＭＡによる競合アクセス用に用い、後半の時間スロット毎に使用する無線端末を割り当てて通信を行う。

ビーコンフレームには、これらの時間スロット数やその割り当て規則、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さ、次のビーコンフレーム送信までの時間などの制御情報が含まれる。

図２６に、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４との間の通信シーケンスの一例を示す。図２６を参照して、制御装置７０１は、アクティブ期間３５１の最初にビーコンフレーム３６０をブロードキャストする。端末装置７０２〜７０４は、ビーコンフレーム３６０を受信し、制御情報を取得する。制御情報には、アクティブ期間の長さ、非アクティブ期間の長さなどの情報が含まれる。

アクティブ期間３５１では、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４との間で通信が行われる。例えば、端末装置７０２〜７０４は、制御装置７０１にデータフレーム３６１、３６３、３６５を送信し、制御装置７０１は、それに対してＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）フレーム３６２、３６４，３６６を応答する。

非アクティブ期間３５２では、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４との間で通信は行われない。この非アクティブ期間３５２の間、制御装置７０１、及び端末装置７０２〜７０４は、スリープ状態に入ることができ、消費電力を低減することができる。制御装置７０１、及び端末装置７０２〜７０４は、非アクティブ期間３５２が終了する直前に動作状態に復帰し、次のアクティブ期間３５３の通信に備える。

制御装置７０１は、非アクティブ期間３５２が終了し、次のアクティブ期間３５３が開始すると、ビーコンフレーム３７０をブロードキャストする。アクティブ期間３５３では、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４との間で通信が行われる。

ここでは、端末装置７０２からの通信が失敗した例を示す。端末装置７０２から制御装置７０１へデータフレーム３７１が送信されるが、制御装置７０１でこのデータフレーム３７１の受信誤りが発生したとする。この場合、制御装置７０１は、データフレーム３７１に対するＡＣＫフレームを端末装置７０２に送信しない。

端末装置７０２は、制御装置７０１からのＡＣＫフレームを所定期間待ち続けるが、ＡＣＫフレームが返ってこない場合（すなわち、タイムアウトが発生した場合）、送信に失敗したと判定する。そこで、端末装置７０２は、データフレーム３７２の再送を試みる。ここでは、再送されたデータフレーム３７２は、制御装置７０１で正しく受信できたものとする。この場合、制御装置７０１は、再送されたデータフレーム３７２に対するＡＣＫフレーム３７３を端末装置７０２に送信し、通信が終了する。

以降、同様の動作を繰り返して、制御装置７０１と端末装置７０２〜７０４とは通信を行う。上述したようなアクティブ期間と非アクティブ期間とを利用して通信を行うシステムとしては、例えば、特許文献１に開示された無線通信システムがある。

特開２００８−４８３６５号公報（第１２頁、図３）

しかしながら、従来の無線ネットワーク７００が使用する周波数帯域は、他の無線システムと周波数帯域を共用する場合が多く、他の無線システムとの間での干渉が問題となる。例えば、日本においては、２．４ＧＨｚの周波数帯域では無線ＬＡＮや、無線ＰＡＮなど多くの無線システムが周波数帯域を共有している。また、９５０ＭＨｚの周波数帯域においても、パッシブＲＦタグとアクティブＲＦタグとが一部で同じチャネルを使用する。さらに、隣接する周波数帯で送信電力の大きい無線システム（例えば、携帯電話システムなど）が通信を行っている場合、アクティブＲＦタグのような小型で簡素な高周波部品を用いる無線端末では、チャネル選択度が得られずに干渉を受ける可能性がある。

このような他の無線システムからの干渉が多い周波数帯域では、同一の周波数チャネルで継続して通信を行っていては干渉の影響を避けられず、使用する周波数チャネルを変更することが必要となる。

しかし、周波数チャネルを変更するには、制御装置７０１側、及び端末装置７０２〜７０４側の双方で、干渉の影響が少ない周波数チャネルを探索する必要があり、新たな周波数チャネルを探索中は、通信ができず、また、スリープ状態に入れないために、通信の遅延が大きくなるとともに、消費電力が大きくなってしまうという課題があった。

それ故に、本発明は、上記課題を解決し、干渉がある周波数チャネルを回避するように周波数チャネルを選択して、使用する周波数チャネルを短時間で変更することが可能な制御装置、端末装置、及びそれらを用いたシステム、方法を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の一態様である制御装置は、複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置に向けられている。そして、本発明の制御装置は、複数の周波数チャネルの無線信号を受信する無線受信部と、無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定する品質判定部と、周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するビーコン生成部と、周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、送信データを生成する送信データ生成部と、チャネル設定部が設定した周波数チャネルを用いて、ビーコン生成部が生成したビーコン、及び送信データ生成部が生成した送信データを、１つ以上の端末装置に無線信号で送信する無線送信部と、無線送信部に対して、無線信号を送信するタイミングを制御するタイミング制御部と、無線受信部及び無線送信部を介して、無線信号を送受信するアンテナとを備える。

また、無線通信における繰り返し周期を表すスーパーフレーム期間は、無線通信を行うことが可能なアクティブ期間と、無線通信を行わない非アクティブ期間とからなる。タイミング制御部は、１つ以上の端末装置にビーコンを送信する周期単位として、アクティブ期間を複数のビーコン期間に分割し、当該複数のビーコン期間のそれぞれで、ビーコンを送信する。

チャネル設定部は、周波数チャネルの使用順序に従って、複数のビーコン期間毎に、使用する周波数チャネルを切替える。

各ビーコン期間は、ビーコンを送信する期間と、１つ以上の端末装置とデータを送受信することが可能なアクセス期間とに分割される。無線送信部は、現在のビーコン期間におけるアクセス期間で、無線信号の送信に失敗した場合、次のビーコン期間のアクセス期間で、無線信号を再度送信する。

好ましくは、品質判定部は、無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、複数の周波数チャネルの中から、干渉波の影響が少ない周波数チャネルを、使用可能な周波数チャネルとして決定する。

好ましくは、品質判定部は、１つ以上の端末装置から、無線受信部を介して、品質が悪いと判定された周波数チャネルを通知されると、当該通知された周波数チャネルを、周波数チャネルの使用順序から外す。

好ましくは、スーパーフレーム期間において、アクティブ期間よりも前にキャリアセンス期間を設け、品質判定部は、キャリアセンス期間において、複数の周波数チャネルの全てを順次切替えながら、周波数チャネル毎に電力を測定し、キャリアセンスを行う。

また、スーパーフレーム期間において、アクティブ期間よりも前に一括キャリアセンス期間を設け、品質判定部は、一括キャリアセンス期間において、複数の周波数チャネルの周波数解析を一括して行い、キャリアセンスを行ってもよい。

また、従来の課題を解決するために、本発明の一態様である端末装置は、複数の周波数チャネルを用いて無線通信を制御する制御装置を備えた無線ネットワーク内で、制御装置の制御に従って、複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、制御装置との間で無線通信を行う端末装置に向けられている。そして、本発明の端末装置は、制御装置から、複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信する無線受信部と、ビーコンに記載された周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、無線受信部における無線信号の受信状態に基づいて、制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定する品質判定部と、品質判定部が周波数チャネルの品質が悪いと判定した場合、制御装置から受信したビーコンに記載された周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えをチャネル設定部に指示する制御部と、送信データを生成する送信データ生成部と、チャネル設定部に設定された周波数チャネルを用いて、送信データ生成部が生成した送信データを、制御装置に無線信号で送信する無線送信部と、無線受信部及び無線送信部を介して、無線信号を送受信するアンテナとを備える。

好ましくは、制御部は、無線送信部を介して、品質判定部が品質が悪いと判定した周波数チャネルを制御装置に通知する。

好ましくは、品質判定部は、無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、干渉波の影響が大きい周波数チャネルを、品質が悪い周波数チャネルと判定する。

チャネル設定部は、ビーコンに含まれる周波数の使用順序に従って、ビーコン期間毎に、使用する周波数チャネルを切替える。

以上のように、本発明の実施の形態に係る制御装置は、使用可能な周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを、ビーコン期間毎に周波数チャネルを変更して、端末装置に送信するので、周波数チャネルの使用順序を、端末装置に通知することができる。これによって、端末装置は、使用している周波数チャネルの品質が悪い場合も、制御装置から通知されたビーコンに基づいて、次に使用する周波数チャネルを予測して変更することができる。このため、干渉波等の影響で制御装置と端末装置との間の通信が途絶えたとしても、次のビーコン期間で通信を再開させることが可能となる。

本発明の実施の形態１における無線ネットワーク１００の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１における制御装置１０１の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるスーパーフレーム期間を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるビーコン期間に対する周波数チャネルの配置を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるビーコン期間の構成を表した模式図 本発明の実施の形態１における無線フレーム５００のフォーマットを示す模式図 本発明の実施の形態１におけるＭＡＣヘッダ５０２のフォーマットを示す模式図 本発明の実施の形態１における通信シーケンスの一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるビーコンペイロード５２０を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるチャネル使用順序５２４の構成の一例を示す模式図 本発明の実施の形態１における他のチャネル使用順序５２４の構成の一例を示す模式図 本発明の実施の形態１における周波数チャネル切替え時の通信シーケンスの一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるスーパーフレーム単位の周波数チャネル切替えを示す模式図 本発明の実施の形態１における制御装置１０１の処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における制御装置１０１の初期化時の処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４の処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４のビーコン受信処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４のチャネル変更処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４のデータフレーム送信処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における制御装置１０１のデータ受信処理の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３におけるスーパーフレーム内のキャリアセンス期間を示す模式図 本発明の実施の形態３におけるスーパーフレーム内の別のキャリアセンス期間を示す模式図 従来の無線ネットワーク７００の一例を示す図 従来のスーパーフレームの構成を示す模式図 従来の通信シーケンスの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線ネットワーク１００の構成の一例を示す図である。図１において、無線ネットワーク１００は、制御装置１０１と、端末装置１０２〜１０４とにより構成される。端末装置１０２〜１０４の数は、１つ以上であれば任意の数であってよい。制御装置１０１は、無線ネットワーク１００内の通信を制御する無線端末である。端末装置１０２〜１０４は、制御装置１０１の制御に従って、制御装置１０１との間で無線通信を行う無線端末である。また、制御装置１０１と、端末装置１０２〜１０４とを合わせた構成を通信システムと記すことができる。

図２は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１の構成の一例を示すブロック図である。図２において、制御装置１０１は、アンテナ２０１、無線受信部２０２、品質判定部２０３、受信データ解析部２０４、メモリ２０５、ビーコン生成部２０６、タイミング制御部２０７、チャネル設定部２０８、無線送信部２０９、送信データ生成部２１０、及びインタフェース部２１１を備える。

無線受信部２０２は、アンテナ２０１で受信した無線信号の復調処理を行い、受信フレームを出力する。受信フレームの種類としては、データフレーム、及びＡＣＫフレーム等がある。品質判定部２０３は、無線受信部２０２が復調した受信フレームの受信状態（例えば、受信電力や受信品質）を測定することにより、周波数チャネル毎の品質（例えば、伝送路状態や干渉波の影響）を判定する。また、品質判定部２０３は、受信フレームが正常に受信できていると判定すると、無線送信部２０９にＡＣＫフレームを返信するように指示する。受信データ解析部２０４は、無線受信部２０２が復調した受信フレームを解析し、受信データを取り出して出力する。メモリ２０５は、制御装置１０１が管理する無線ネットワーク１００に関する制御情報や、品質判定部２０３により得られた使用可能な周波数チャネル毎の品質情報などを記憶する。ここで、制御情報とは、無線ネットワーク１００内の通信を制御するために必要な情報であり、後述するスーパーフレーム期間、ビーコン期間、ビーコン期間数、及びチャネル使用順序等を含む情報である。

ビーコン生成部２０６は、メモリ２０５に格納されている制御情報や、周波数チャネル毎の品質情報などを読み出して、それらを記載したビーコンフレームを生成する。タイミング制御部２０７は、周期的に送信するビーコンフレームの送信タイミングを制御する。チャネル設定部２０８は、無線信号を送受信する周波数チャネルの設定を行う。無線送信部２０９は、ビーコンフレームや、送信データフレームや、ＡＣＫフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２０１を介して無線送信を行う。送信データ生成部２１０は、インタフェース部２１１から入力された送信データをもとに、送信データフレームを生成する。インタフェース部２１１は、送信データ及び受信データを入出力するインタフェースである。

図３は、本発明の実施の形態１における端末装置１０２〜１０４の構成の一例を示すブロック図である。図３において、端末装置１０２〜１０４は、アンテナ２２１、無線受信部２２２、品質判定部２２３、受信データ解析部２２４、メモリ２２５、制御部２２６、チャネル設定部２２７、無線送信部２２８、送信データ生成部２２９、及びインタフェース部２３０を備える。

無線受信部２２２は、アンテナ２２１で受信した無線信号の復調処理を行い、受信フレームを出力する。受信フレームの種類としては、ビーコンフレーム、データフレーム、及びＡＣＫフレーム等がある。品質判定部２２３は、無線受信部２２２で復調した受信フレームの受信状態（例えば、受信電力や受信品質）を測定することにより、周波数チャネルの品質（例えば、伝送路状態や干渉波の影響）を判定する。また、品質判定部２２３は、受信フレームが正常に受信できていると判定すると、無線送信部２２８にＡＣＫフレームを返信するように指示する。受信データ解析部２２４は、無線受信部２２２が復調した受信フレームを解析し、受信データを出力する。メモリ２２５は、制御装置１０１が送信するビーコンフレームを、受信データ解析部２２４で解析することにより得られた無線ネットワーク１００に関する制御情報や、品質判定部２２３により得られた周波数チャネル毎の品質情報などを記憶する。

制御部２２６は、メモリ２２５に格納されている制御情報や、周波数チャネルの品質情報などに基づいて、送信タイミングの制御や周波数チャネルを選択する。チャネル設定部２２７は、無線信号の送受信を行う周波数チャネルの設定を行う。無線送信部２２８は、送信データフレームや、ＡＣＫフレームなどに変調を施して無線信号を生成し、アンテナ２２１を介して無線信号を送信する。送信データ生成部２２９は、インタフェース部２３０から入力された送信データをもとに送信データフレームを生成する。インタフェース部２３０は、送信データ及び受信データを入出力するインタフェースである。

制御装置１０１は、無線ネットワーク１００に関する制御情報を含むビーコンフレームを周期的に送信する。図４は、ビーコンフレームを送信する周期を時系列に表した模式図である。図４を参照して、最も大きな周期は、スーパーフレーム期間である。スーパーフレーム期間は、無線通信を行うアクティブ期間と、無線通信を行わない非アクティブ期間とから構成される。非アクティブ期間において、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となるため、非アクティブ期間を設けることで、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４の消費電力を抑えることができる。さらに、アクティブ期間は、制御装置１０１がビーコンフレームを送信する周期単位として、複数のビーコン期間（ビーコンインターバル）に分割される。

図４においては、アクティブ期間に、８個のビーコン期間を設けている。図４では、スーパーフレーム期間の構成を時系列に説明したが、制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４は、複数の周波数チャネルを切り替えながら無線通信を行うことが可能であり、ビーコン期間単位で周波数チャネルを切り替えながら通信を行っている。

図５は、ビーコン期間単位に、周波数チャネルを切り替えた時のビーコン期間に対する周波数チャネルの配置を表した模式図である。図５において、制御装置１０１は、スーパーフレーム期間内のビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間４０１を配置している。同様に、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当て、無線通信期間４０２を配置し、ビーコン期間ＢＩ４の期間には周波数チャネルＣＨｎを割り当て、無線通信期間４０３を配置している。スーパーフレーム期間が終了し、次のスーパーフレーム期間になると、再びビーコン期間ＢＩ１の期間に周波数チャネルＣＨ１を割り当て、無線通信期間４１１を配置し、ビーコン期間ＢＩ２の期間に周波数チャネルＣＨ２を割り当て、無線通信期間４１２を配置している。以降、制御装置１０１は、スーパーフレーム期間毎に同じ周波数チャネルの割り当てを繰り返す。

図５において、例えば、端末装置１０２が周波数チャネルＣＨ１で通信する場合には、ビーコン期間ＢＩ１でのみ起動する。すなわち、端末装置１０２は、無線通信期間４０１の次は無線通信期間４１１内のアクセス期間にＣＳＭＡで通信し、無線通信期間４０１と無線通信期間４１１との間の期間は無線通信を行わないので、非アクティブ期間と同様、無線通信に必要な機能ブロックの消費電力を最低限に抑えることが可能となる。

図６は、ビーコン期間の構成を表した模式図である。図６を参照して、ビーコン期間内では、制御装置１０１が最初に無線ネットワーク１００の制御情報を含むビーコンフレームを送信し、その後にアクセス期間を設けている。このアクセス期間内に、制御装置１０１を含む無線端末は、無線通信を行うことができる。以下、このアクセス期間内において、各無線端末は、ＣＳＭＡ（キャリアセンス多元接続）により無線通信を行うものとして説明する。なお、無線アクセス方式としては、ＣＳＭＡに限定するものではなく、ＡＬＯＨＡやＴＤＭＡなど他の無線アクセス方式を用いてもよい。

図７は、アクセス期間において、各無線端末が送信する無線フレーム５００のフォーマットを示す図である。図７を参照して、無線フレーム５００は、ビット同期符号やフレーム同期符号など無線信号の復調に必要な符号により構成されるＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）ヘッダ５０１、フレーム種別やアドレス情報より構成されるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ヘッダ５０２、通信相手先に送信する情報が格納されるペイロード５０３、無線フレーム５００が正常に伝送されたか否かを検出するための誤り検出符号（ＥＣＣ：Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｅ）５０４から構成される。

また、ＭＡＣヘッダ５０２は、図８に示すように、フレーム種別などを示すフレーム制御情報５１１、宛先アドレス５１２、及び送信元アドレス５１３より構成される。フレーム種別としては、データの送受信を行うデータフレーム、データフレームなどが正常に受信されたことに対する応答であるＡＣＫフレーム、無線ネットワーク１００内の端末装置１０２〜１０４に制御情報を送信するためのビーコンフレームなどがある。

以上のように構成された無線ネットワーク１００において、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間で無線通信を行う方法について説明する。

図９は、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間での通信シーケンスの一例を示す図である。図９において、アクティブ期間が開始されると、制御装置１０１は、最初にビーコンフレーム３１０を無線ネットワーク１００内の端末装置１０２〜１０４に配信する。この際、無線フレーム５００のフォーマットにおいて、フレーム制御情報５１１（図８参照）には、フレーム種別としてビーコンフレームを示す符号が付される。また、ペイロード５０３（図７参照）には、ビーコンペイロードが挿入される。

図１０に、ビーコンペイロード５２０のフォーマットを示す。図１０において、ビーコンペイロード５２０は、スーパーフレーム期間５２１、ビーコン期間５２２、ビーコン期間数５２３、及びチャネル使用順序５２４により構成される。スーパーフレーム期間５２１、及びビーコン期間５２２は、図４及び図５で説明したスーパーフレーム期間、及びビーコン期間と同様である。また、図４及び図５におけるアクティブ期間は、ビーコン期間５２２にビーコン期間数５２３を乗算することで算出することができる。また、非アクティブ期間は、スーパーフレーム期間５２１からアクティブ期間を減算することにより算出することができる。

図１１は、チャネル使用順序５２４の構成の一例を示す図である。図１１において、チャネル使用順序５２４は、最初にビーコン期間番号ＢＮが配置され、以降、ビーコン期間単位で使用する周波数チャネルが順番に並べられている。図１１に示す例では、ビーコン期間数は８で、周波数チャネルは、ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ８、ＣＨ６、ＣＨ３、ＣＨ７、ＣＨ４、ＣＨ５の順に使用される。ここで、ビーコン期間番号ＢＮが１である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルはＣＨ１であること示しており、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ２であり、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ８であることがわかる。同様に、ビーコン期間番号ＢＮが２である場合には、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルはＣＨ２であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ８であり、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ６であることがわかる。

なお、ビーコンフレーム内のチャネル使用順序５２４の構成は、図１１に示す構成を用いたが、他の構成として図１２に示す構成を用いてもよい。図１２は、他のチャネル使用順序５２４の構成の一例を示す図である。図１２に示す構成においては、ビーコン期間番号ＢＮを用いずに、常に最初の位置に配置されている周波数チャネルが、現在使用されている周波数チャネルであり、ビーコン期間が終了する毎にチャネル使用順序を入れ替えている。したがって、ビーコン期間毎にチャネル使用順序５２４の最初が現在使用しているチャネルであることがわかり、その次が、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルであることがわかる。例えば、ビーコン期間ＢＩ３では、現在のビーコン期間で使用している周波数チャネルはＣＨ８であり、次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ６であり、その次のビーコン期間で使用する周波数チャネルはＣＨ３であることがわかる。

制御装置１０１は、メモリ２０５に、無線ネットワーク１００に関する制御情報であるスーパーフレーム期間、ビーコン期間、及びビーコン期間数などと共に、品質情報である周波数チャネル使用可否情報を保持している。周波数チャネル使用可否情報は、制御装置１０１が無線ネットワーク１００を開設した時点で、全周波数チャネルの受信状態（例えば、受信電力や受信品質）を測定することにより、周波数チャネルが使用可能であるか否かを判定することで作成される。また、制御装置１０１は、ビーコン期間毎に切り替えたチャネルでの端末装置１０２〜１０４との通信状態や、キャリアセンスによる受信不可状態の継続時間などの情報により、周波数チャネルの使用可否を判断して、周波数チャネル使用可否情報を随時更新する。

制御装置１０１は、周波数チャネル使用可否情報に基づいて、ビーコン期間数に応じて使用可能周波数チャネルを選択し、使用可能周波数チャネルの中からランダムに周波数チャネルを選択してチャネル使用順序を決定し、制御情報としてメモリ２０５に保持する。制御装置１０１は、メモリ２０５からスーパーフレーム期間、ビーコン期間、ビーコン期間数、及びチャネル使用順序を読み出し、図１０に示すペイロード５２０のフォーマット形式で、ビーコンフレームを作成する。この時、ビーコンフレーム内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は１である。ビーコンフレームは、無線送信部２０９で変調され、アンテナ２０１を介して送信される。

図９において、端末装置１０２及び端末装置１０３は、アクティブ期間３０１に周波数チャネルＣＨ１を使用して、端末装置１０４は、アクティブ期間３０３に周波数チャネルＣＨ２を使用して、制御装置１０１と通信しているものとする。アクティブ期間３０１において、端末装置１０２と端末装置１０３とは、起動状態にあるので、制御装置１０１が送信したビーコン３１０を受信する。ビーコン３１０を正常に受信すると、端末装置１０２と端末装置１０３とは、ビーコンフレーム内のペイロードを解析し、チャネル使用順序を含む制御情報をメモリ２２５に格納する。

次に、送信データを保持する端末装置１０３は、キャリアセンスを行い、データフレーム３１１を送信する。データフレーム３１１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３１２を端末装置１０３に送信する。同様に、送信データを保持する端末装置１０２は、キャリアセンスを行い、データフレーム３１３を送信する。データフレーム３１３を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答としてＡＣＫフレーム３１４を端末装置１０２に送信する。アクティブ期間が終了すると、制御装置１０１は、非アクティブ期間終了から、起動に要する時間と周波数チャネル切替えに要する時間とを減算した時間のタイマをセットして、無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を遮断し、スリープ状態になる。同様に、端末装置１０２及び端末装置１０３は、スーパーフレーム期間開始までのタイマをセットしてスリープ状態になる。

制御装置１０１は、非アクティブ期間が終了する前に、タイマが満了して無線通信に必要な機能ブロックへの電源供給を再開して再起動し、周波数チャネルをＣＨ２に切替える。さらに、制御装置１０１は、アクティブ期間３０３の開始タイミングでビーコンフレーム３２０を送信する。この時、ビーコンフレーム３２０内のチャネル使用順序におけるビーコン期間番号は２である。アクティブ期間３０３の期間中に起動している端末装置１０４は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３２０内のペイロードを解析し、チャネル使用順序等を含む制御情報をメモリ２２５に格納する。次に、送信データを保持する端末装置１０４は、キャリアセンスを行い、データフレーム３２１を送信する。データフレーム３２１を正常に受信した制御装置１０１は、正常受信応答として、ＡＣＫフレーム３２２を端末装置１０４に送信する。以降、同様のシーケンスを繰り返す。

次に、図１３を用いて、端末装置１０２〜１０４側で干渉が発生した場合の周波数チャネルの切替えシーケンスについて説明する。図１３において、制御装置１０１がビーコンフレーム３１０を送信すること、端末装置１０３がデータフレーム３１１を送信すること、及び端末装置１０３がＡＣＫフレーム３１２を受信することは、図９に示す場合と同様であるので、説明を省略する。端末装置１０２は、データフレーム３１３を送信すると、制御装置１０１からのＡＣＫフレームの応答を待つ。制御装置１０１は、データフレーム３１３を正常に受信したら、ＡＣＫフレーム３１４を送信する。しかし、ここで端末装置１０２の極周辺で同じ周波数チャネルを使用する別の無線端末が動作を開始し、端末装置１０２に対して干渉を与えたとする。

なお、ここでの干渉は同じ周波数チャネルを使用する異なる無線システムだけではなく、隣接する周波数チャネルを使用する無線端末からの干渉や、自局内の電磁妨害なども考えられる。

この時、端末装置１０２は、この干渉の影響でＡＣＫフレーム３１４が正常に受信できない。端末装置１０２は、ＡＣＫフレーム３１４の受信がタイムアウトになった場合、データフレーム３１３が制御装置１０１に届かなかったものとして、データフレーム３１３と同じデータフレームを再送データフレーム３１５として再送する。制御装置１０１は、再送データフレーム３１５を正常に受信し、再度ＡＣＫフレーム３１６を送信するが、再び干渉の影響で端末装置１０２はＡＣＫフレーム３１６を正常に受信できない。端末装置１０２は、このデータフレームの再送を所定の回数繰り返した後、制御装置１０１からのＡＣＫフレームが受信できない場合に、何らかの干渉等の影響により、現在使用している周波数チャネルＣＨ１では通信が不可能であると判断する。

そこで、端末装置１０２は、メモリ２２５内のチャネル使用順序を読み出し、次のビーコン期間で制御装置１０１が周波数チャネルＣＨ２を使用して通信を行うことを把握し、一旦スリープ状態になる。アクティブ期間３０１が終了する直前に、端末装置１０２は再起動し、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、制御装置１０１が送信するビーコンフレームを待つ。制御装置１０１は、周波数チャネルをＣＨ２に切り替え、アクティブ期間３０３が開始すると、ビーコンフレーム３２０を送信する。

端末装置１０２は、ビーコンフレーム３２０を正常に受信すると、ビーコンフレーム３２０内のペイロードを解析し、チャネル使用順序を含む制御情報を更新してメモリ２２５に格納する。次に、端末装置１０２は、キャリアセンスを行ってから、無線メディアがアイドル状態であると判断したら、データフレーム３１３の再送データである再送データフレーム３１７を制御装置１０１へ送信する。

このとき、端末装置１０２は、再送したデータフレーム３１７内のＭＡＣヘッダのフレーム制御情報に、使用する周波数チャネルを変更した旨を記載して、制御装置１０１へ通知する。再送データフレーム３１７を受信した制御装置１０１は、正常受信応答として、ＡＣＫフレーム３１８を端末装置１０２へ送信する。この時、制御装置１０１は、受信したデータフレーム３１７のＭＡＣヘッダを解析して、端末装置１０２が使用周波数チャネルを変更したことを把握し、端末装置１０２が周波数チャネルＣＨ１を使用不可であることをメモリ２０５に格納する。以降の制御装置１０１と、各端末装置１０２〜１０４との間の通信シーケンスは、図９と同様の動作を繰り返す。

図１４は、端末装置１０２が周波数チャネルを切り替える状態を示したタイミング図である。図１４を参照して、周波数チャネルＣＨ１で、ビーコンフレーム４３１が送信された後、各無線端末１０１〜１０４がＣＳＭＡにより通信を行うアクセス期間に入る。このアクセス期間中に、端末装置１０２は、データフレーム４３２を送信するが、制御装置１０１からＡＣＫフレームの応答がないので、さらに２回、データフレーム４３２を再送している。ここで、端末装置１０２は、周波数チャネルＣＨ１が干渉等の影響で使用できないものと判断して、周波数チャネルをＣＨ２に切り替える。制御装置１０１が周波数チャネルＣＨ２に切替えてビーコンフレーム４３３を送信した後、各無線端末１０１〜１０４がＣＳＭＡにより通信を行うアクセス期間に入る。このアクセス期間中に、端末装置１０２は、データフレーム４３２の再送フレームであるデータフレーム４３４を送信し、制御装置１０１からＡＣＫフレーム４３５を受信する。これにより、制御装置１０１と端末装置１０２との間で周波数チャネルＣＨ２での通信が成立する。

端末装置１０２は、周波数チャネルを切替えずに再送を行い続けると、干渉の影響等により、制御装置１０１との間で、全く通信を成立させることができなくなるか、あるいは次のスーパーフレーム期間まで待ってからデータフレームの再送が成功したとしても、スーパーフレーム期間だけ再送遅延が発生する。しかしながら、本発明の実施の形態１によれば、再送による伝送遅延は、図１４に示すＴｒｄ期間のみとなる。Ｔｒｄ期間は、最大でも２ビーコン期間であり、伝送遅延を大幅に短縮することが可能となる。

また、端末装置１０２が周波数チャネルＣＨ１を切替えずに制御装置１０１からＡＣＫフレームを受信するまでデータフレームの再送を続けると、干渉等の影響がなくなるまで、送信に必要な電力を無駄に消費することになる。本発明の実施の形態１によれば、迅速に使用する周波数チャネルを切り替えて干渉等の影響を回避しているので、無駄に電力を消費することを避けることも可能である。

次に、以上の処理シーケンスを処理する制御装置１０１及び端末装置１０２〜１０４の内部処理について、図１５〜図１９を用いて説明する。

図１５は、制御装置１０１の処理フローの一例を示す図である。図１６は、制御装置１０１の初期化時の処理フローの一例を示す図である。図１５において、制御装置１０１は、ステップＳ１００１で、図１６に示す初期設定処理の各ステップＳ１０２１〜Ｓ１０２４を実行する。図１６を参照して、制御装置１０１は、ステップＳ１０２１では、使用可能な全周波数チャネルを順次他の無線端末が使用していないか、あるいは干渉の影響がないかを電力測定等を行うことでスキャンし、使用可能周波数チャネルを得る。ステップＳ１０２２では、制御装置１０１は、ステップ１０２１で得た使用可能周波数チャネル情報をメモリ２０５に格納する。次に、ステップＳ１０２３では、制御装置１０１は、制御情報として保持しているビーコン期間数に応じて、使用可能周波数チャネルから周波数チャネルをランダムに選択して、チャネル使用順序を決定する。ステップＳ１０２４では、制御装置１０１は、決定したチャネル使用順序をメモリ２０５に格納して、初期化設定処理を終える。

次に、図１５のステップＳ１００２において、制御装置１０１は、メモリ２０５に保持しているスーパーフレーム期間、ビーコン期間、及びチャネル使用順序間などの無線ネットワークのチャネル情報を読み出す。ステップＳ１００３では、制御装置１０１は、ステップＳ１００２で読み出したチャネル情報を元にビーコンフレームを作成する。ステップＳ１００４では、制御装置１０１は、Ｓ１００２で読み出したチャネル使用順序の最初の周波数チャネルに切り替える。ステップＳ１００５では、制御装置１０１は、ビーコン期間の最初でビーコンフレームを送信するために無線メディアがアイドル状態であるか否かを判定するためにキャリアセンスを行う。ステップＳ１００６では、制御装置１０１は、ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが所定のレベル以下である場合には、ビーコンフレームを送信可能であると判断してステップＳ１０１１以下を実行する。

制御装置１０１は、ステップＳ１００５で行ったキャリアセンスが所定のレベル以上の場合には、当該周波数チャネルが使用されているため、ステップＳ１００７以下を実行する。ステップＳ１００７では、制御装置１０１は、ステップＳ１００５からＳ１００６を繰り返し行ったものの、無線メディアがアイドル状態にならない場合は、現在の周波数チャネルを他システムが継続的に使用しているか、何らかの干渉の影響があるものと判断して、当該周波数チャネルを使用不可と判断する。ステップＳ１００８では、制御装置１０１は、現在の周波数チャネルを使用不可チャネルとしてメモリ２０５に格納する。ステップＳ１００９では、制御装置１０１は、使用不可とした周波数チャネルを除いて、使用可能チャネルから再度ランダムに周波数チャネルを選択し、チャネル使用順序を再決定する。ステップＳ１０１０では、制御装置１０１は、再決定したチャネル使用順序をメモリ２０５に格納する。

ステップＳ１００６において、ビーコン送信可能となった場合には、ステップＳ１０１１でビーコンフレームを送信する。以降、制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間でデータフレーム等の送受信を行うために、ステップＳ１０１２からステップＳ１０１５までのデータ送信処理およびデータ受信処理を繰り返す。ステップＳ１０１２からステップＳ１０１５の各処理は、ステップＳ１０１６においてビーコン期間が終了するまで繰り返され、ビーコン期間が終了したら、ステップＳ１００２に戻って以降の処理を繰り返す。

図１７は、端末装置１０２〜１０４の処理フローの一例を示す図である。図１８は、端末装置１０２〜１０４のビーコン受信時の処理フローの一例を示す図である。図１９は、端末装置１０２〜１０４のチャネル変更処理時の処理フローを示す図である。

図１７において、処理フローでは図示していないが、端末装置１０２〜１０４は、処理開始の時点では制御装置１０１との間で無線ネットワーク１００に参入する処理を終えており、スーパーフレーム期間、及びビーコン期間のタイミングを認識してスリープ状態にあるものとする。端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１０１でスリープタイマが終了したら、ステップＳ１１０２でスリープ状態から抜けて起動する。ステップＳ１１０３では、端末装置１０２〜１０４は、ビーコンの受信処理を行う。

図１８を用いて、ビーコン受信処理ステップＳ１１０３の詳細を説明する。図１８を参照して、端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１１１において、ビーコンフレームを正常に受信すると、ステップＳ１１１２においてビーコンフレームのペイロードを解析し、チャネル使用順序を抽出し、メモリ２２５に格納する。これにより、端末装置１０２〜１０４は、チャネル使用順序情報を更新する。また、ステップＳ１１１１において、端末装置１０２〜１０４は、ビーコンフレームを正常に受信できなかった場合は、ステップＳ１１１３でチャネル使用可否判定を行う。チャネル使用可否の判定は、スーパーフレーム期間毎のビーコン受信タイミングであるにもかかわらず、所定の回数ビーコンフレームが受信できなかった場合や、ビーコン期間中に所定の回数データフレームの伝送に失敗した後にビーコン受信タイミングであるにもかかわらず、ビーコンフレームが受信できなかった場合に現在使用している周波数チャネルを使用不可と判定する。

端末装置１０２〜１０４は、現在使用中の周波数チャネルが使用不可であると判断した場合には、ステップＳ１１１４でチャネル変更処理を行う。図１９を用いてチャネル変更処理ステップＳ１１１４の詳細を説明する。図１９を参照して、最初にステップＳ１１２１で、端末装置１０２〜１０４は、メモリ２２５内のチャネル使用順序を読み出す。次に、ステップＳ１１２２で、端末装置１０２〜１０４は、チャネル使用順序に記載されている現在使用している周波数チャネルの次のビーコン期間の周波数チャネルを選択し、ステップＳ１１２３で選択した周波数チャネルに切り替える。端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１２４でビーコンタイマ終了まで待ち、ビーコンタイマが終了したら、チャネル変更処理を終了して、ステップＳ１１１１のビーコン受信に戻る。ここで、ビーコンタイマ終了までの期間はスリープ状態になってもよい。

図１７に戻り、端末装置１０２〜１０４は、ビーコン受信処理のステップＳ１１０３を終えたら、ステップＳ１１０４からステップＳ１１０６までのデータフレームの送信処理、及び受信処理をビーコンタイマが完了するまで繰り返し行う。

ここで、データ送信処理のステップＳ１１０４について、図２０を用いて説明する。図２０を参照して、端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１３１で、インタフェース部２３０から送信データの入力があると、データフレームを作成する。次に、ステップＳ１１３２において、端末装置１０２〜１０４は、データフレームの送信を開始する前に、無線メディアがアイドル状態であるか否かを判断するために、キャリアセンスを行う。ステップＳ１１３３では、端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１３２のキャリアセンスの結果から無線メディアがアイドル状態であると判断した場合には、ステップＳ１１３４に進んで、データフレームの送信処理を行う。ステップＳ１１３５では、端末装置１０２〜１０４は、制御装置１０１からのＡＣＫフレームの応答を待ち、ＡＣＫフレームを正常に受信した場合にはデータ送信処理は終了する。

端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１３３で無線メディアがアイドル状態でなかった場合、及びステップＳ１１３５で制御装置１０１からのＡＣＫフレームの応答が受信できなかった場合には、ステップＳ１１３６へ進んで、現在使用中の周波数チャネルの使用可否を判定する。ステップＳ１１３６で、現在使用中の周波数チャネルを使用不可と判定するのは、複数回続けてキャリアセンスの結果が送信不可であった場合、及び複数回続けてデータフレームを送信したにもかかわらず、制御装置１０１からＡＣＫフレームを受信できなかった場合である。端末装置１０２〜１０４は、現在使用中の周波数チャネルが使用不可となった場合には、ステップＳ１１１４へ進んで、チャネル変更処理を行う。ステップＳ１１１４のチャネル変更処理は、図１９を用いて説明したものと同様である。

最後に、端末装置１０２〜１０４は、ステップＳ１１０７において、ビーコンタイマが終了したら、ステップＳ１１０８においてスリープモードに入り、再びステップＳ１１０１のスリープタイマが終了するまで、スリープ状態になる。以上の処理により、端末装置１０２〜１０４は、迅速に使用する周波数チャネルを切り替えて、干渉等の影響を回避することが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０１は、使用可能な周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを、ビーコン期間毎に周波数チャネルを変更して、端末装置１０２〜１０４に送信するので、周波数チャネルの使用順序を、端末装置１０２〜１０４に通知することができる。これによって、端末装置１０２〜１０４は、使用している周波数チャネルの品質が悪い場合も、制御装置１０１から通知されたビーコンに基づいて、次に使用する周波数チャネルを予測して変更することができる。このため、干渉波等の影響で制御装置１０１と端末装置１０２〜１０４との間の通信が途絶えたとしても、次のビーコン期間で通信を再開させることが可能となる。

（実施の形態２）
図２１は、本発明の実施の形態２における制御装置１０１におけるデータ受信処理の処理フローの一例を示す図である。制御装置１０１のその他の処理については、本発明の実施の形態１の処理フローと同様であり、図１５及び図１６に示す処理フローと同様の処理を行い、ステップＳ１０１５のデータ受信処理のみが異なる。

図２１において、制御装置１０１は、ステップＳ１０３１で、端末装置１０２〜１０４からフレームを受信するとデータフレームであるか否かを判定する。制御装置１０１は、受信したフレームがデータフレームでない場合には、ステップＳ１０３２へ進んで、その他のフレームの処理を行い、処理を終了する。受信したフレームがデータフレームである場合には、ステップＳ１０３３に進む。ここで、端末装置１０２〜１０４が前のビーコン期間から周波数チャネルを切替えた場合には、データフレームのＭＡＣヘッダ中にその情報を記載している。このため、ステップＳ１０３３において、制御装置１０１は、チャネル変更通知があるか否かを判定する。チャネル変更通知がない場合には、ステップＳ１０３９へ進んで、制御装置１０１は、受信したデータフレームから受信データを取り出し、ステップＳ１１４０へ進んで、受信データをインタフェース部２１１へ出力する。

ステップＳ１０３３において、端末装置１０２〜１０４からのチャネル変更通知があった場合には、ステップＳ１１３４へ進んで、その端末装置１０２〜１０４のアドレスと、その端末装置１０２〜１０４の使用不可チャネル情報とを記録する。ステップＳ１１３５では、制御装置１０１は、全ての端末装置１０２〜１０４の使用不可チャネル情報を読み出して累計をとり、周波数チャネル毎に使用不可とした端末装置１０２〜１０４の数が、所定の閾値以上である場合には、その周波数チャネルを使用不可としてステップＳ１１３６において、使用可能チャネルの情報更新を行う。ステップＳ１１３７では、更新された使用可能チャネルからチャネル使用順序を再度決定してステップＳ１１３８でチャネル使用順序の更新を行う。

以上の処理により、多くの端末装置１０２〜１０４が使用不可能である周波数チャネルを除いてチャネル使用順序を決定できるため、端末装置１０２〜１０４が使用するビーコン期間を変更して、周波数チャネルを変更したにもかかわらず、その周波数チャネルも干渉等の影響により使用できずに、再度周波数チャネルを変更する確率を低減することが可能となる。

また、多くの端末装置１０２〜１０４が使用不可である周波数チャネルに変更することを回避することができるので、端末装置１０２〜１０４は、迅速に使用する周波数チャネルを切り替えて干渉等の影響を回避することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態２においては、端末装置１０２〜１０４が送信するデータフレームのＭＡＣヘッダの中に、周波数チャネルを切替えたことを通知する情報を埋め込むこととしたが、端末装置１０２〜１０４は、周波数チャネルを切替えたことをデータフレーム以外のフレームで制御装置１０１に通知してもよい。その場合は、図２１に示すステップＳ１０３３からステップＳ１１３８までの処理は、ステップＳ１０３２のその他のフレーム処理の中で実行される。

（実施の形態３）
図２２は、本発明の実施の形態３におけるスーパーフレーム期間の構成を表した図である。図２２において、スーパーフレーム期間、及びビーコン期間は、本発明の実施の形態１において図５で説明したスーパーフレーム期間、及びビーコン期間と同じであり、説明を省略する。

図２２において、図５で説明したスーパーフレーム期間と異なるのは、スーパーフレーム期間の先頭にキャリアセンス期間を設けていることである。キャリアセンス期間において、制御装置１０１は、全ての周波数チャネルを順次切替えながら、所定の期間各周波数チャネルの電力測定を行い、全ての周波数チャネルについて使用可能であるか否かを判定する。この判定結果を用いて、使用可能周波数チャネル情報を更新する。

上記の操作により、使用不可となっていた周波数チャネルが、干渉等の影響がなくなって再び使用可能となった場合に使用可能チャネルを増やすことができる。

また、図２３は、本発明の実施の形態３の別のキャリアセンス期間の構成を表した図である。図２３において、制御装置１０１は、一括キャリアセンス期間において、全チャネルの周波数解析を一括で行う。これにより、キャリアセンス期間を短縮することができる。

なお、上記の各実施の形態にかかる制御装置１０１のアンテナ２０１を除く各構成、及び端末装置１０２〜１０４のアンテナ２２１を除く各構成は、集積回路であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。これらの構成は、１チップ化されても良いし、一部又は全ての構成を含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩといったが集積度の違いによっては、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、及びウルトラＬＳＩと称呼されることもある。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで集積回路化を行ってもよい。

また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＧａｔｅＡｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを用いてもよい。あるいは、これらの機能ブロックの演算は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを用いて演算することもできる。さらに、これらの処理ステップは、プログラムとして記録媒体に記録して実行することで処理することもできる。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適応などが可能性としてあり得る。

本発明に係る制御装置及び端末装置は、複数の周波数チャネルを使用して、同一あるいは隣接する周波数帯を使用する異なる無線通信システムとの干渉を避けながら、レイテンシや省電力性能に優れた効率の良い通信等を行うものとして有用である。

１００ 無線ネットワーク
１０１ 制御装置
１０２〜１０４ 端末装置
２０１ アンテナ
２０２ 無線受信部
２０３ 品質判定部
２０４ 受信データ解析部
２０５ メモリ
２０６ ビーコン生成部
２０７ タイミング制御部
２０８ チャネル設定部
２０９ 無線送信部
２１０ 送信データ生成部
２１１ インタフェース
２２０ 端末装置
２２１ アンテナ
２２２ 無線受信部
２２３ 品質判定部
２２４ 受信データ解析部
２２５ メモリ
２２６ 制御部
２２７ チャネル設定部
２２８ 無線送信部
２２９ 送信データ生成部
２３０ インタフェース
５００ 無線フレーム
５０１ ＰＨＹヘッダ
５０２ ＭＡＣヘッダ
５０３ ペイロード
５０４ 誤り検出符号
５１１ フレーム制御情報
５１２ 宛先アドレス
５１３ 送信元アドレス
５２０ ビーコンフレームペイロード
５２１ スーパーフレーム期間
５２２ ビーコン期間
５２３ ビーコン期間数
５２４ チャネル使用順序

Claims (20)

1. 複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置であって、
   前記複数の周波数チャネルの無線信号を受信する無線受信部と、
   前記無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定する品質判定部と、
   前記周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するビーコン生成部と、
   前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、
   送信データを生成する送信データ生成部と、
   前記チャネル設定部が設定した周波数チャネルを用いて、前記ビーコン生成部が生成したビーコン、及び前記送信データ生成部が生成した送信データを、前記１つ以上の端末装置に無線信号で送信する無線送信部と、
   前記無線送信部に対して、前記無線信号を送信するタイミングを制御するタイミング制御部と、
   前記無線受信部及び前記無線送信部を介して、前記無線信号を送受信するアンテナとを備える、制御装置。
2. 前記無線通信における繰り返し周期を表すスーパーフレーム期間は、無線通信を行うことが可能なアクティブ期間と、無線通信を行わない非アクティブ期間とからなり、
   前記タイミング制御部は、前記１つ以上の端末装置にビーコンを送信する周期単位として、前記アクティブ期間を複数のビーコン期間に分割し、当該複数のビーコン期間のそれぞれで、前記ビーコンを送信することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記チャネル設定部は、前記周波数チャネルの使用順序に従って、前記複数のビーコン期間毎に、使用する周波数チャネルを切替えることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
4. 各前記ビーコン期間は、前記ビーコンを送信する期間と、前記１つ以上の端末装置とデータを送受信することが可能なアクセス期間とに分割され、
   前記無線送信部は、現在のビーコン期間における前記アクセス期間で、無線信号の送信に失敗した場合、次のビーコン期間の前記アクセス期間で、無線信号を再度送信することを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記品質判定部は、前記無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、干渉波の影響が少ない周波数チャネルを、前記使用可能な周波数チャネルとして決定することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
6. 前記品質判定部は、前記１つ以上の端末装置から、前記無線受信部を介して、品質が悪いと判定された周波数チャネルを通知されると、当該通知された周波数チャネルを、前記周波数チャネルの使用順序から外すことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
7. 前記スーパーフレーム期間において、前記アクティブ期間よりも前にキャリアセンス期間を設け、
   前記品質判定部は、当該キャリアセンス期間において、前記複数の周波数チャネルの全てを順次切替えながら、周波数チャネル毎に電力を測定し、キャリアセンスを行うことを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
8. 前記スーパーフレーム期間において、前記アクティブ期間よりも前に一括キャリアセンス期間を設け、
   前記品質判定部は、当該一括キャリアセンス期間において、前記複数の周波数チャネルの周波数解析を一括して行い、キャリアセンスを行うことを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
9. 複数の周波数チャネルを用いて無線通信を制御する制御装置を備えた無線ネットワーク内で、前記制御装置の制御に従って、前記複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、前記制御装置との間で無線通信を行う端末装置であって、
   前記制御装置から、前記複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信する無線受信部と、
   前記ビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、
   前記無線受信部における無線信号の受信状態に基づいて、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定する品質判定部と、
   前記品質判定部が前記周波数チャネルの品質が悪いと判定した場合、前記制御装置から受信したビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えを前記チャネル設定部に指示する制御部と、
   送信データを生成する送信データ生成部と、
   前記チャネル設定部に設定された周波数チャネルを用いて、前記送信データ生成部が生成した送信データを、前記制御装置に無線信号で送信する無線送信部と、
   前記無線受信部及び前記無線送信部を介して、前記無線信号を送受信するアンテナとを備える、端末装置。
10. 前記制御部は、前記無線送信部を介して、前記品質判定部が品質が悪いと判定した周波数チャネルを前記制御装置に通知することを特徴とする、請求項９に記載の端末装置。
11. 前記品質判定部は、前記無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、干渉波の影響が大きい周波数チャネルを、品質が悪い周波数チャネルと判定することを特徴とする、請求項９に記載の端末装置。
12. 前記チャネル設定部は、前記ビーコンに含まれる前記周波数の使用順序に従って、ビーコン期間毎に、使用する周波数チャネルを切替えることを特徴とする、請求項９に記載の端末装置。
13. 複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置と、前記制御装置の制御に従って、前記複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、前記制御装置と無線通信を行う端末装置とを備えた通信システムであって、
    前記制御装置は、
    前記複数の周波数チャネルの無線信号を受信する第１の無線受信部と、
    前記第１の無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定する第１の品質判定部と、
    前記周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するビーコン生成部と、
    前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、
    送信データを生成する第１の送信データ生成部と、
    前記チャネル設定部が設定した周波数チャネルを用いて、前記ビーコン生成部が生成したビーコン、及び前記第１の送信データ生成部が生成した送信データを、前記１つ以上の端末装置に無線信号で送信する第１の無線送信部と、
    前記無線送信部に対して、前記無線信号を送信するタイミングを制御するタイミング制御部と、
    前記第１の無線受信部及び前記第１の無線送信部を介して、前記無線信号を送受信する第１のアンテナとを備え、
    前記端末装置は、
    前記制御装置から、前記複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信する第２の無線受信部と、
    前記ビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定する第２のチャネル設定部と、
    前記第２の無線受信部における無線信号の受信状態に基づいて、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定する第２の品質判定部と、
    前記第２の品質判定部で品質が悪いと判定した場合、前記制御装置から受信したビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えを前記第２のチャネル設定部に指示する制御部と、
    送信データを生成する第２の送信データ生成部と、
    前記第２のチャネル設定部に設定された周波数チャネルを用いて、前記第２の送信データ生成部が生成した送信データを、前記制御装置に無線信号で送信する第２の無線送信部と、
    前記第２の無線受信部及び前記第２の無線送信部を介して、前記無線信号を送受信する第２のアンテナとを備える、通信システム。
14. 複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置が備える集積回路であって、
    前記制御装置は、無線信号を送受信するアンテナを備え、
    前記集積回路は、
    前記複数の周波数チャネルの無線信号を受信する無線受信部と、
    前記無線受信部が受信した無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定する品質判定部と、
    前記周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するビーコン生成部と、
    前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、
    送信データを生成する送信データ生成部と、
    前記チャネル設定部が設定した周波数チャネルを用いて、前記ビーコン生成部が生成したビーコン、及び前記送信データ生成部が生成した送信データを、前記１つ以上の端末装置に無線信号で送信する無線送信部と、
    前記無線送信部に対して、前記無線信号を送信するタイミングを制御するタイミング制御部とを備える、集積回路。
15. 複数の周波数チャネルを用いて無線通信を制御する制御装置を備えた無線ネットワーク内で、前記制御装置の制御に従って、前記複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、前記制御装置との間で無線通信を行う端末装置が備える集積回路であって、
    前記端末装置は、無線信号を送受信するアンテナを備え、
    前記集積回路は、
    前記制御装置から、前記複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信する無線受信部と、
    前記ビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するチャネル設定部と、
    前記無線受信部における無線信号の受信状態に基づいて、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定する品質判定部と、
    前記品質判定部が前記周波数チャネルの品質が悪いと判定した場合、前記制御装置から受信したビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えを前記チャネル設定部に指示する制御部と、
    送信データを生成する送信データ生成部と、
    前記チャネル設定部に設定された周波数チャネルを用いて、前記送信データ生成部が生成した送信データを、前記制御装置に無線信号で送信する無線送信部とを備える、集積回路。
16. 複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置が実行する方法であって、
    前記複数の周波数チャネルの無線信号を受信するステップと、
    前記無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定するステップと、
    前記周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するステップと、
    前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するステップと、
    送信データを生成するステップと、
    前記設定された周波数チャネルを用いて、前記生成されたビーコン、及び前記送信データを、前記１つ以上の端末装置に無線信号で送信するステップと、
    前記無線信号を送信するタイミングを制御するステップとを備える、方法。
17. 複数の周波数チャネルを用いて無線通信を制御する制御装置を備えた無線ネットワーク内で、前記制御装置の制御に従って、前記複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、前記制御装置との間で無線通信を行う端末装置が実行する方法であって、
    前記制御装置から、前記複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信するステップと、
    前記ビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するステップと、
    前記端末装置における前記制御装置からの無線信号の受信状態に基づいて、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定するステップと、
    前記周波数チャネルの品質が悪いと判定した場合、前記制御装置から受信したビーコンに記載された前記複数の周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えを制御するステップと、
    送信データを生成するステップと、
    前記設定された周波数チャネルを用いて、前記送信データを、前記制御装置に無線信号で送信するステップとを備える、方法。
18. 複数の周波数チャネルを用いて、１つ以上の端末装置を備えた無線ネットワーク内での無線通信を制御する制御装置が実行するプログラムであって、
    前記複数の周波数チャネルの無線信号を受信するステップと、
    前記無線信号の受信状態に基づいて、前記複数の周波数チャネルの中から、使用可能な周波数チャネルを判定し、当該判定された使用可能な周波数チャネルに対して、通信に使用する使用順序を決定するステップと、
    前記周波数チャネルの使用順序を記載したビーコンを生成するステップと、
    前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するステップと、
    送信データを生成するステップと、
    前記設定された周波数チャネルを用いて、前記生成されたビーコン、及び前記送信データを、前記１つ以上の端末装置に無線信号で送信するステップと、
    前記無線信号を送信するタイミングを制御するステップとを実行する、プログラム。
19. 複数の周波数チャネルを用いて無線通信を制御する制御装置を備えた無線ネットワーク内で、前記制御装置の制御に従って、前記複数の周波数チャネルのうちいずれか１つを用いて、前記制御装置との間で無線通信を行う端末装置が実行するプログラムであって、
    前記制御装置から、前記複数の周波数チャネルのうち、使用可能な周波数チャネルの使用順序が記載されたビーコンを無線信号として受信するステップと、
    前記ビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に従って、使用する周波数チャネルを設定するステップと、
    前記端末装置における前記制御装置からの無線信号の受信状態に基づいて、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質を判定するステップと、
    前記周波数チャネルの品質が悪いと判定した場合、前記制御装置から受信したビーコンに記載された前記周波数チャネルの使用順序に基づいて、使用する周波数チャネルの切替えを制御するステップと、
    送信データを生成するステップと、
    前記設定された周波数チャネルを用いて、前記送信データを、前記制御装置に無線信号で送信するステップとを実行する、プログラム。
20. 前記品質判定部は、前記無線受信部における無線信号の受信状態として、当該端末装置から送信したデータフレームに対する前記制御装置からのＡＣＫフレームを受信できない場合に、前記制御装置との通信で使用している周波数チャネルの品質が悪いと判定することを特徴とする、請求項９に記載の端末装置。

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