JP7259999B2 - 基地局、端末、及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基地局、端末、及び無線通信方法に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）では、端末又は基地局である無線機器は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）又はＥＤＣＡ（Enhanced Distribution Channel Access）を用いて周波数チャネルにアクセスし、無線信号を送信する。ＣＳＭＡ／ＣＡ又はＥＤＣＡでは、無線機器は、アクセスパラメータによって決定される時間の間待機してその後にキャリアセンスにより他の無線機器によって周波数チャネルが使用されていないことを確認した上で、無線信号を送信する。アクセスパラメータは基本サービスセット（ＢＳＳ；Basic Service Set）ごとに制御される。

IEEE Std 802.11-2016, "9.3.3.3 Beacon frame format" and "10.22.2 HCF contention based channel access （EDCA）", 7 December 2016.

無線通信においては、低遅延性などの高信頼性を確保できることが求められる。例えば、ネットワークゲームや工業用ロボットの制御アプリケーションのようなリアルタイムアプリケーション（ＲＴＡ）は通信遅延に対する許容条件を有することがある。しかしながら、基地局がＲＴＡの通信遅延に対する許容条件を満たすようにアクセスパラメータを調整したとしても、同じ周波数チャネルを使用する他のＢＳＳが近くにある場合には、要求される低遅延性を確保できないことがある。

本発明の一態様に係る基地局は、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを生成する生成部と、前記ビーコンを送信する送信部と、を備える。

本発明の一態様によれば、信頼性の高い無線通信技術が提供される。

図１は、一実施形態に係る通信システムを示すブロック図である。 図２は、図１に示した基地局のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図３は、図１に示した基地局の機能構成例を示すブロック図である。 図４は、一実施形態に係るビーコンフレームの構造例を示す図である。 図５は、図１に示した端末のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図６は、図１に示した端末の機能構成例を示すブロック図である。 図７は、図１に示した基地局と端末との間でのデータ交換に関連する処理を示す図である。 図８は、図１に示した基地局の動作例を示すフローチャートである。 図９は、図１に示した基地局の動作例を示すフローチャートである。 図１０は、図１に示した端末の動作例を示すフローチャートである。 図１１は、図１の通信システムの動作例を説明するシーケンス図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

［概要］
図１は、一実施形態に係る通信システム１０を概略的に示している。図１に示すように、通信システム１０は、基地局１１（基地局１１－１、１１－２）、端末１２（端末１２－１、１２－２）、及びネットワーク１３を含む。

各基地局１１は、ネットワーク１３に例えば有線で接続され、ネットワーク１３上の図示しない情報処理装置（例えばサーバ）と端末１２との間の通信を中継する。ネットワーク１３は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、又はこれら両方を含んでよい。なお、基地局１１－１、１１－２は互いに異なるネットワークに接続されていてもよい。

基地局１１は端末１２と無線通信する。図１に示す例では、基地局１１－１は端末１２－１と無線通信し、基地局１１－２は端末１２－２と無線通信している。各基地局１１と無線通信している端末１２の数は動的に変化する。本実施形態では、基地局１１と端末１２との間の通信にＷｉ－Ｆｉ（登録商標）を使用する。基地局１１はＷｉ－Ｆｉのアクセスポイント（ＡＰ）に対応し、端末１２はＷｉ－Ｆｉのクライアントに対応する。なお、Ｗｉ－Ｆｉ以外の無線ＬＡＮ規格を使用してもよい。

基地局１１－１、１１－２は異なる基本サービスセット（ＢＳＳ）を形成するものとする。図１に示す例では、端末１２－１は基地局１１－１のＢＳＳに属し、端末１２－２は基地局１１－２のＢＳＳに属す。さらに、基地局１１－１、１１－２は、同じ周波数チャネルを使用するものとする。例えば、５ＧＨｚ帯のチャネルグループの１つであるＷ５２では、４つの周波数チャネル（３６ｃｈ、４０ｃｈ、４４ｃｈ、４８ｃｈ）が使用可能である。基地局１１は、使用する周波数チャネルを使用可能な複数の周波数チャネルの間で動的に切り替える。以下では、周波数チャネルを単にチャネルとも称する。

基地局１１は、通信チャネル情報と協調使用チャネル情報とを含むビーコンを周期的に送信する。通信チャネル情報は基地局１１が使用しているチャネルに関する情報を示す。通信チャネル情報は、使用中のチャネルを特定するチャネル識別情報と、このチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を含む。協調使用チャネル情報は基地局１１間で協調使用すべきチャネルに関する情報を示す。協調使用チャネル情報は対象のチャネルを協調使用するか否かを示す切替情報（協調使用切替情報とも称する）を含む。切替情報が対象のチャネルを協調使用することを示す場合に、協調使用チャネル情報は、対象のチャネルを特定するチャネル識別情報と、対象のチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む。通常時は、切替情報はチャネルを協調使用しないことを示す情報に設定される。

端末１２は、基地局１１からビーコンを受信し、ビーコンから通信チャネル情報を取得する。端末１２は、取得した通信チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータに従ってチャネルにアクセスする。端末１２は、基地局１１との無線接続を確立するために、基地局１１との間で認証及びアソシエーションを行う。その後に、端末１２は基地局１１とデータ交換する。

端末１２－１は、遅延に対する許容条件を有するデータを含む各種データ（トラフィック）を通信する。例えば、端末１２－１は、基地局１１－１を介してネットワーク１３上のサーバに、遅延に対する許容条件を有するデータを送信し、又は、基地局１１－１を介してネットワーク１３上のサーバから、遅延に対する許容条件を有するデータを受信する。一例として、端末１２－１には、通信（例えばネットワーク１３上のサーバとの通信）の即応性を要求するアプリケーションがインストールされている。アプリケーションが起動されると、端末１２－１は、アプリケーションからの要求に応答して、チャネルの協調使用を要求する協調要求を基地局１１－１に送信する。このようにして、端末１２－１はチャネルを特定用途に使用することを基地局１１に要求する。

基地局１１－１は、端末１２－１からの協調要求を受信すると、使用可能なチャネルの中から協調使用すべきチャネルを選択する。例えば、基地局１１－１は、使用中のチャネルを協調使用すべきチャネルとして選択する。さらに、基地局１１－１は、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを設定する。基地局１１－１は、チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報を含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。このビーコンでは、通信チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータは、協調使用チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータと同じであり得る。

端末１２－１は、基地局１１－１からのビーコンを受信すると、ビーコンに含まれる通信チャネル情報に従ってチャネルにアクセスして基地局１１－１と通信する。これにより、端末１２－１は、協調要求に応答して設定されたアクセスパラメータに従って基地局１１－１と通信するようになる。言い換えると、端末１２－１は、基地局１１－１により指定される協調使用すべきチャネルを用いて基地局１１－１と通信する。

基地局１１－２は基地局１１－１のカバレッジエリア内に存在する。言い換えると、基地局１１－２は基地局１１－１が発した電波の届く範囲内に位置する。よって、基地局１１－２は基地局１１－１からのビーコンを受信する。基地局１１－２は、受信したビーコンに含まれる切替情報がチャネルを協調使用することを示すことを認識する。協調使用チャネル情報に含まれるチャネル識別情報が基地局１１－２が使用しているチャネルと同じチャネルを示す場合、基地局１１－２は、協調使用チャネル情報に含まれるアクセスパラメータと同じアクセスパラメータを通信チャネル情報に含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。

端末１２－２は、基地局１１－２からのビーコンを受信すると、ビーコンに含まれる通信チャネル情報に従ってチャネルにアクセスして基地局１１－２と通信する。これにより、端末１２－２は、端末１２－１からの協調要求に応答して設定されたアクセスパラメータに従って基地局１１－２と通信するようになる。

上述した通信システム１０では、基地局１１－１の周囲環境において、特定のチャネルに関連するアクセスパラメータが揃えられるすなわち統一される。アクセスパラメータがＢＳＳ間で統一的に制御される。これにより、基地局１１－１のＢＳＳとは異なるＢＳＳからの影響による通信品質の劣化を回避することができる。この結果、無線通信の信頼性が向上する。

［構成］
図２は、基地局１１のハードウェア構成の一例を概略的に示している。基地局１１は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。図２に示すように、基地局１１は、コントローラ２１、無線モジュール２５、アンテナ２６、及びルータモジュール２７を備える。コントローラ２１は、無線モジュール２５及びルータモジュール２７に接続される。

コントローラ２１は、データを処理するとともに、他の構成要素を制御する。コントローラ２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、及びプログラムメモリ２４を備える。ＣＰＵ２２は汎用プロセッサの一例である。ＲＡＭ２３はワーキングメモリとしてＣＰＵ２２により使用される。ＲＡＭ２３はＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ２４はＣＰＵ２２により実行されるプログラムを記憶する。プログラムメモリ２４として、例えば、ＲＯＭ（Read-Only Memory）又はＮＯＲ型フラッシュメモリが使用される。コントローラ２１はプログラムに従って動作する。例えば、ＣＰＵ２２は、プログラムメモリ２４に記憶されたプログラムをＲＡＭ２３に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、プログラムに応じたデータ処理を行う。

無線モジュール２５は外部の情報処理装置（例えば図１に示した端末１２）と無線通信を行うように構成される。本実施形態では、無線モジュール２５はＷｉ－Ｆｉモジュールである。無線モジュール２５は、チップセットのような、プロセッサとメモリとＲＦ（Radio Frequency）回路とを含む処理回路であってよい。無線モジュール２５は送信機及び受信機を含む。無線モジュール２５はアンテナ２６に接続される。なお、アンテナ２６は無線モジュール２５に含まれていてもよい。

無線モジュール２５は、ＭＡＣ（Media Access Control）フレームを無線信号に変換してアンテナ２６を介して送信する。例えば、無線モジュール２５は、ビーコンフレームを無線信号に変換してアンテナ２６を介して送信する。ビーコンフレームは所定の時間間隔で（例えば１００ｍｓ間隔で）送信される。また、無線モジュール２５は、コントローラ２１からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号に変換してアンテナ２６を介して送信する。

さらに、無線モジュール２５は、アンテナ２６を介して無線信号を受信し、受信した無線信号からＭＡＣフレームを取得する。例えば、無線モジュール２５は、アンテナ２６を介してデータフレームに対応する無線信号を受信し、受信した無線信号からデータを取得し、取得したデータをコントローラ２１に転送する。また、無線モジュール２５は、アンテナ２６を介してビーコンフレーム又は協調要求フレームに対応する無線信号を受信し、受信した無線信号からビーコンフレーム又は協調要求フレームを取得し、取得したビーコンフレーム又は協調要求フレームを処理する。協調要求フレームは制御フレームの一種として規定されてよい。

ルータモジュール２７は、ネットワーク１３と通信するように構成される。例えば、ルータモジュール２７は、ネットワーク１３上のサーバとデータ交換する。ルータモジュール２７はプロセッサとメモリとを含む処理回路であってよい。なお、ルータモジュール２７は基地局１１に設けられていなくてもよい。基地局１１は、無線通信又は有線通信によって基地局１１の外部に設けられたルータにアクセスし、このルータを経由してネットワーク１３に接続するように構成されていてもよい。

上述した例では、コントローラ２１は汎用のプロセッサを含む。これに代えて又は追加して、コントローラ２１は専用のプロセッサを含んでよい。例えば、コントローラ２１はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で実施されてもよい。

図３は、基地局１１の機能構成の一例を概略的に示している。図３に示すように、基地局１１は、データ処理部３１、無線信号処理部３２、ビーコン分析部３３、アクセスパラメータ設定部３４、ビーコン生成部３５、及び通信部３６を備える。無線信号処理部３２は無線信号を送信する送信部と無線信号を受信する受信部とを備える。データ処理部３１、無線信号処理部３２、ビーコン分析部３３、アクセスパラメータ設定部３４、及びビーコン生成部３５は、コントローラ２１と無線モジュール２５とを含む処理回路によって実現される。一例では、データ処理部３１の一部分がコントローラ２１により実現され、データ処理部３１の残りの部分、無線信号処理部３２、ビーコン分析部３３、アクセスパラメータ設定部３４、及びビーコン生成部３５が無線モジュール２５により実現される。通信部３６はルータモジュール２７によって実現される。

データ処理部３１は通信部３６を介してネットワーク１３とデータをやり取りする。データ処理部３１は、通信部３６を介してネットワーク１３からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号処理部３２に転送する。無線信号処理部３２は、データ処理部３１からデータフレームを受け取り、受け取ったデータフレームを無線信号に変換して送信する。

無線信号処理部３２は、無線信号を受信し、受信した無線信号からＭＡＣフレームを抽出し、抽出したＭＡＣフレームをデータ処理部３１に転送する。データ処理部３１は、無線信号処理部３２からＭＡＣフレームを受け取る。ＭＡＣフレームがデータフレームである場合、データ処理部３１は、データフレームからデータを抽出し、通信部３６を介してネットワーク１３にデータを送出する。ＭＡＣフレームが協調要求フレームである場合、データ処理部３１は協調要求フレームをアクセスパラメータ設定部３４に転送する。ＭＡＣフレームが他の基地局からのビーコンフレームである場合、データ処理部３１はビーコンフレームをビーコン分析部３３に転送する。

ビーコン分析部３３は、データ処理部３１からビーコンフレームを受け取り、受け取ったビーコンフレームを分析する。ビーコンフレームは、図４に示すように、チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報としての協調使用フラグを格納するフィールド４１と、そのチャネルを特定するチャネル識別情報を格納するフィールド４２と、そのチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータの値を格納するフィールド４３と、を含む。一例では、チャネルを協調使用する場合には、フィールド４１に値“１”が格納され、チャネルを協調使用しない場合には、フィールド４１に値“０”が格納される。ビーコンフレームは、使用中のチャネルを特定するチャネル識別情報を格納するフィールドと、使用中のチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータの値を格納するフィールドと、をさらに含む。

図３を再び参照すると、ビーコン分析部３３は、ビーコンフレームに含まれる協調使用フラグを確認する。協調使用フラグがチャネルを協調使用することを示す（すなわち協調使用フラグが１である）場合、ビーコン分析部３３は、ビーコンフレームからチャネル識別情報及びアクセスパラメータの値を抽出し、抽出したチャネル識別情報及びアクセスパラメータの値をアクセスパラメータ設定部３４に転送する。

アクセスパラメータ設定部３４は、使用中のチャネルに関連するアクセスパラメータを設定する。アクセス制御方式としてＥＤＣＡを採用する例では、アクセスパラメータは、各アクセスカテゴリについて、ＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを含む。例えば、４つのアクセスカテゴリ、ＡＣ＿ＶＯ（Voice）、ＡＣ＿ＶＩ(Video)、ＡＣ＿ＢＥ(Best effort)、ＡＣ＿ＢＫ（Background）がある。ＣＷｍａｘ及びＣＷｍｉｎは送信待ちの時間であるＣＷ（Contention Window）の最大値及び最小値である。ＡＩＦＳ（Arbitration Inter Frame Space）はフレームの送信間隔である。ＴＸＯＰＬｉｍｉｔはチャネルの占有時間であるＴＸＯＰ（Transmission Opportunity）の上限値である。ＴＸＯＰの値が小さいほど、１回の送信権で送信できるデータ量は小さくなるが、各端末１２は送信権を得やすくなる。このため、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔの値を小さくすることで、低遅延特性を改善することができる。

通常時は、アクセスパラメータ設定部３４は、アクセスパラメータを予め用意された値に設定する。例えば、アクセスパラメータ設定部３４は、通信状況に応じて、予め用意された複数の値から値を選択してよい。アクセスパラメータ設定部３４は、データ処理部３１から協調要求フレームを受け取った場合には、協調要求フレームに含まれる情報に基づいて、アクセスパラメータを設定する。例えば、協調要求フレームが送信遅延などの通信指標に対する許容値を含む場合、アクセスパラメータ設定部３４は、この許容値を満たすようにアクセスパラメータの値を決定してよい。協調要求フレームがアクセスパラメータの値を含む場合、アクセスパラメータ設定部３４は、アクセスパラメータを協調要求フレームにより指定される値に決定してよい。アクセスパラメータ設定部３４は、ビーコン分析部３３からアクセスパラメータの値を受け取った場合には、アクセスパラメータをビーコン分析部３３から受け取った値に設定する。

ビーコン生成部３５は、通信チャネル情報及び協調使用チャネル情報を含むビーコンフレームを生成する。通信チャネル情報は、アクセスパラメータ設定部３４によって設定されたアクセスパラメータの値を含む。協調使用チャネル情報は、図４に示すように、協調使用フラグと、チャネル識別情報と、アクセスパラメータの値と、を含む。協調使用フラグは、端末１２からの協調要求に応答して、チャネルを協調使用することを示す値“１”に設定される。協調使用フラグは、他の基地局１１からのビーコンに含まれる協調使用チャネル情報に応答して値“１”に設定されてよい。

無線信号処理部３２は、ビーコン生成部３５によって生成されたビーコンフレームを周期的に送信する。具体的には、無線信号処理部３２は、ビーコンフレームを無線信号に変換し、無線信号に変換されたビーコンフレームを所定の時間間隔でブロードキャストする。

図５は、端末１２のハードウェア構成の一例を概略的に示している。端末１２は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。ここでは、端末１２としてスマートフォンのような携帯端末装置を想定する。図５に示すように、端末１２は、コントローラ５１、ストレージ５５、無線モジュール５６、アンテナ５７、入出力インタフェース５８、及びバッテリ５９を備える。コントローラ５１は、ストレージ５５、無線モジュール５６、入出力インタフェース５８、及びバッテリ５９に接続される。

コントローラ５１は、データを処理するとともに、他の構成要素を制御する。コントローラ５１は、ＣＰＵ５２、ＲＡＭ５３、及びプログラムメモリ５４を備える。ＲＡＭ５３はワーキングメモリとしてＣＰＵ５２により使用される。ＲＡＭ５３はＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ５４はＣＰＵ５２により実行されるプログラムを記憶する。プログラムメモリ５４として、例えば、ＲＯＭ、ストレージ５５、又はその組み合わせが使用される。コントローラ５１はプログラムに従って動作する。例えば、ＣＰＵ５２は、プログラムメモリ５４に記憶されたプログラムをＲＡＭ５３に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、プログラムに応じたデータ処理を行う。

ストレージ５５はデータを非一時的に記憶する。ストレージ５５は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの不揮発性メモリを含む。

無線モジュール５６は外部の情報処理装置（例えば図１に示した基地局１１）と無線通信を行うように構成される。本実施形態では、無線モジュール５６はＷｉ－Ｆｉモジュールを含む。無線モジュール５６はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールをさらに含んでよい。無線モジュール５６は、チップセットのような、プロセッサとメモリとＲＦ回路とを含む処理回路であってよい。無線モジュール５６はアンテナ５７に接続される。なお、アンテナ５７は無線モジュール５６に含まれていてもよい。

無線モジュール５６は、例えば、コントローラ５１からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号に変換してアンテナ５７を介して送信する。また、無線モジュール５６は、協調要求フレームなどの制御フレームを送信する。さらに、無線モジュール５６は、アンテナ５７を介して無線信号を受信し、受信した無線信号からＭＡＣフレームを抽出する。ＭＡＣフレームがデータフレームである場合、無線モジュール５６はデータフレームをコントローラ５１に転送する。ＭＡＣフレームがビーコンフレームである場合、無線モジュール５６はビーコンフレームを処理する。

入出力インタフェース５８は、端末１２にデータを入力するための入力装置、端末１２からデータを出力するための出力装置、及び周辺機器を接続するための端子を備える。入力装置及び出力装置として、典型的には、ディスプレイとタッチセンサとを含むタッチスクリーンが使用される。入力装置はマイクロフォンをさらに含んでよい。出力装置はスピーカをさらに含んでよい。

バッテリ５９は充電可能なバッテリである。バッテリ５９は、コントローラ５１、ストレージ５５、無線モジュール５６、アンテナ５７、及び入出力インタフェース５８に電力を供給する。

図６は、端末１２の機能構成の一例を概略的に示している。図６に示すように、端末１２は、データ処理部６１、無線信号処理部６２、及びビーコン分析部６３を備える。無線信号処理部６２は無線信号を送信する送信部と無線信号を受信する受信部とを備える。データ処理部６１、無線信号処理部６２、及びビーコン分析部６３は、コントローラ５１と無線モジュール５６とを含む処理回路によって実現される。一例では、データ処理部６１の一部分がコントローラ５１によって実現され、データ処理部６１の残りの部分、ビーコン分析部６３、及び無線信号処理部６２が無線モジュール５６により実現される。

データ処理部６１は、コントローラ５１によって実行されているアプリケーションなどの上位層からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号処理部６２に転送する。アプリケーションは、特定のアプリケーションに限定されない。例えば、アプリケーションは、ネットワークゲームや工業用ロボットの制御アプリケーションといったリアルタイムアプリケーション（ＲＴＡ）であってよい。無線信号処理部６２は、データ処理部６１からデータフレームを受け取り、受け取ったデータフレームを無線信号に変換して送信する。

無線信号処理部６２は、無線信号を受信し、受信した無線信号からＭＡＣフレームを抽出してデータ処理部６１に転送する。データ処理部６１は、無線信号処理部６２からＭＡＣフレームを受け取る。ＭＡＣフレームがデータフレームである場合、データ処理部６１はデータフレームからデータを抽出し、抽出したデータを上位層に渡す。データは例えばアプリケーションによって使用される。

ＭＡＣフレームがビーコンフレームである場合、データ処理部６１はビーコンフレームをビーコン分析部６３に転送する。ビーコン分析部６３は、データ処理部６１からビーコンフレームを受け取り、受け取ったビーコンフレームを分析する。ビーコン分析部６３は、ビーコンフレームに含まれる通信チャネル情報中のチャネル識別情報及びアクセスパラメータ値を確認する。例えば、通信チャネル情報がＴＸＯＰＬｉｍｉｔの値を含み、ＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳの値を含まない場合、ビーコン分析部６３は、ＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳの値を自身で決定する。ビーコン分析部６３は、使用すべきチャネル及びアクセスパラメータ値を無線信号処理部６２に通知する。無線信号処理部６２は、ビーコン分析部６３から受け取った情報に従って無線通信する。

データ処理部６１は、上位層から通信特性に関する要求を受け取る。要求は、例えば、送信遅延などの通信指標に対する許容値を含む。例えば、上述したアプリケーションから出力されるデータの少なくとも一部が遅延に対する許容値を有し、アプリケーションは、遅延に対する許容値を満たすようにデータを送信することをデータ処理部６１に要求する。データ処理部６１は、上位層からの要求に応答して、チャネルの協調使用を要求する協調要求フレームを生成し、無線信号処理部６２は、協調要求フレームを無線信号に変換して送信する。一例では、協調要求フレームは、通信指標に対する許容値を含む。他の例では、データ処理部６１は、通信指標に対する許容値に基づいてアクセスパラメータの値を決定し、協調要求フレームは、データ処理部６１によって決定されたアクセスパラメータの値を含む。データ処理部６１及び無線信号処理部６２は協調要求を基地局１１に要求する要求部として機能する。

図７は、基地局１１と端末１２とのデータ交換に関連するＭＡＣ層の処理を概略的に示している。図７では、送信側の処理と受信側の処理との両方が示されている。基地局１１と端末１２とのうちの一方の無線モジュールが送信側の処理をするとき、他方の無線モジュールが受信側の処理をする。以下の例では、送信側と受信側の無線モジュールを区別せずに記載する。

まず、送信側の処理について説明する。ステップＳ１０において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、アプリケーションレイヤなどの上位層から入力される複数のデータを結合してＡ－ＭＳＤＵ（Aggregate-MAC Service Data Unit）を生成する。

ステップＳ１１において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵにシーケンスナンバー（ＳＮ）を割り当てる。シーケンスナンバーは、Ａ－ＭＳＤＵを特定するための一意の番号である。

ステップＳ１２において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵを複数のＭＰＤＵ（MAC Protocol Data Unit）にフラグメント（分割）する。

ステップＳ１３において、無線モジュールは、それぞれのＭＰＤＵを暗号化し、暗号化ＭＰＤＵを生成する。

ステップＳ１４において、無線モジュールは、それぞれの暗号化ＭＰＤＵにＭＡＣヘッダと誤り検出符号とを付加する。誤り検出符号は、例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号である。

ステップＳ１５において、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、複数のＭＰＤＵを結合し、ＭＡＣフレームとしてのＡ－ＭＰＤＵ（Aggregate-MAC Protocol Data Unit）を生成する。

ステップＳ１５の後、無線モジュールは、ＭＡＣフレームに対して物理層の処理を行う。つまり、無線モジュールは、ＭＡＣフレームに対して変調処理等を行って無線信号を生成し、無線信号を基地局１１に送信する。

次に、受信側の処理について説明する。無線信号が受信されると、無線モジュールは、物理層の処理を行って無線信号からＭＡＣフレームを復元する。その後、無線モジュールは、図７に示すＭＡＣ層の処理を行う。

ステップＳ２０において、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵをＭＰＤＵの単位に分割する。

ステップＳ２１において、無線モジュールは、誤り検出をする。例えば、無線モジュールは、ＣＲＣにより、無線信号の受信が成功したか否かを判定する。無線信号の受信が失敗したときには、無線モジュールは、再送要求をしてよい。このとき、無線モジュールは、ＭＰＤＵの単位で再送を要求してよい。一方、無線信号の受信が成功したときには、無線モジュールは、次の処理を行う。

ステップＳ２２において、無線モジュールは、アドレス検出を行う。このとき、無線モジュールは、それぞれのＭＰＤＵのＭＡＣヘッダに記録されているアドレスにより、送られてきたＭＰＤＵが自分宛であるか否かを判定する。自分宛でないときには、無線モジュールは、次の処理を行わない。自分宛であるときには、無線モジュールは、次の処理を行う。

ステップＳ２３において、無線モジュールは、暗号化されているＭＰＤＵを復号する。

ステップＳ２４において、無線モジュールは、ＭＰＤＵに対してデフラグメントを行う。つまり、無線モジュールは、複数のＭＰＤＵからＡ－ＭＳＤＵを復元する。

ステップＳ２５において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵをＭＳＤＵ単位のデータに復元する。

ステップＳ２５の後、無線モジュールは、データをＭＡＣ層の上位層に出力する。上位層は、例えばアプリケーション層である。

［動作］
次に、通信システム１０の動作例について説明する。

図８は、基地局１１がビーコンを送信する処理の一例を概略的に示している。

図８のステップＳ８１において、アクセスパラメータ設定部３４は基地局１１が現在使用しているチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを設定する。例えば、アクセスパラメータ設定部３４はアクセスパラメータをデフォルト値に設定する。例えば、アクセスパラメータは、アクセスカテゴリＡＣ＿ＶＯに関するＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔ、アクセスカテゴリＡＣ＿ＶＩに関するＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔ、アクセスカテゴリＡＣ＿ＢＥに関するＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔ、アクセスカテゴリＡＣ＿ＢＫに関するＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを含む。

ステップＳ８２において、無線信号処理部３２は、アクセスパラメータ設定部３４により設定されたアクセスパラメータ値を通信チャネル情報に含むビーコンを送信する。このとき、協調使用フラグはチャネルを協調使用しないことを示す値“０”に設定される。

基地局１１が端末１２から協調要求を受信しない場合（ステップＳ８３；Ｎｏ）、ステップＳ８２の処理が繰り返される。このとき、アクセスパラメータ設定部３４は、通信中の端末の数などの通信環境に応じて、アクセスパラメータを調整してよい。基地局１１が端末１２から協調要求を受信した場合（ステップＳ８３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ８４に進む。

ステップＳ８４において、アクセスパラメータ設定部３４は、協調要求に応答してアクセスパラメータを設定する。協調要求がアクセスパラメータの値を指定する場合、アクセスパラメータ設定部３４は協調要求により指定された値を採用する。例えば、協調要求がアクセスカテゴリＡＣ＿ＶＯ、ＡＣ＿ＶＩ、ＡＣ＿ＢＥ、ＡＣ＿ＢＫそれぞれに関するＴＸＯＰＬｉｍｉｔの値を指定する場合、アクセスパラメータ設定部３４は、アクセスカテゴリＡＣ＿ＶＯ、ＡＣ＿ＶＩ、ＡＣ＿ＢＥ、ＡＣ＿ＢＫそれぞれに関するＴＸＯＰＬｉｍｉｔを協調要求により指定される値に設定し、他のアクセスパラメータを自身で決定した値に設定する。

ステップＳ８５において、ビーコン生成部３５は、協調使用フラグがチャネルを協調使用することを示す値“１”に設定されたビーコンを生成する。このビーコンは、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータ（ステップＳ８４において設定された値）と、を協調使用チャネル情報に含む。ステップＳ８６において、無線信号処理部３２はビーコンを送信する。

このようにして、基地局１１は、端末１２から協調要求を受信したときに、特定のチャネルを協調使用することを周囲に存在する他の基地局１１に要求する。基地局１１は任意のタイミングでチャネルの協調使用を解除してよい。一例では、基地局１１は、端末１２から解除要求を受けたときに、アクセスパラメータを元の値に戻してよい。他の例では、基地局１１は、協調要求を受信した時点から所定時間経過したときに、アクセスパラメータを元の値に戻してよい。

図９は、基地局１１がビーコン信号を送信する処理の他の例を概略的に示している。

図９のステップＳ９１において、無線信号処理部３２は、他の基地局１１（他のＢＳＳ）からビーコンを受信する。例えば、図９に示す処理を行う基地局１１は図１に示した基地局１１－２であり、他の基地局１１は図１に示した基地局１１－１である。

ステップＳ９２において、ビーコン分析部３３は受信ビーコンに含まれる協調使用フラグが協調使用を要求する値“１”であるか否かを判断する。協調使用フラグが協調使用を要求しない値“０”である場合（ステップＳ９２；Ｎｏ）、処理はステップＳ９４に進む。ステップＳ９４において、アクセスパラメータ設定部３４は、アクセスパラメータを自身で決定した値（例えばデフォルト値）に設定する。

協調使用フラグが協調使用を要求する値“１”である場合（ステップＳ９２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ９３に進む。ステップＳ９３において、アクセスパラメータ設定部３４は、無線信号処理部３２が協調使用チャネル情報により示されるものと同じチャネルを使用している場合に、ビーコンに含まれる協調使用チャネル情報中のアクセスパラメータを用いてアクセスパラメータを設定する。

ステップＳ９５において、ビーコン生成部３５は、ステップＳ９３又はステップＳ９４において設定されたアクセスパラメータを通信チャネル情報に含むビーコンを生成する。アクセスパラメータ値がステップＳ９４において設定された場合には、ビーコン生成部３５は、協調使用フラグをチャネルの協調使用を示す値“１”に設定してよい。ステップＳ９６において、無線信号処理部３２はビーコンを送信する。

このようにして、基地局１１は、他の基地局１１から特定のチャネルを協調使用するように要求されたときに、端末１２との通信にそのチャネルを使用する場合には、他の基地局１１からの要求に従ってアクセスパラメータを設定する。

図１０は、端末１２が遅延に対する許容条件を有するデータを送信する処理を概略的に示している。

図１０のステップＳ１０１において、端末１２は、遅延に対する許容条件に基づいて、チャネルの協調使用を基地局１１に要求する。例えば、データ処理部６１が許容条件に基づいてアクセスカテゴリごとのＴＸＯＰＬｉｍｉｔの値を決定し、無線信号処理部６２がアクセスカテゴリごとのＴＸＯＰＬｉｍｉｔの値を含む協調要求を送信する。協調要求を受信した基地局１１は、使用可能なチャネルの中から協調使用すべきチャネルを選択し、チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報と、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を協調使用チャネル情報に含むビーコンを送信する。基地局１１は、ビーコン中の通信チャネル情報によって、使用するチャネルを協調使用すべきチャネルに変更することをさらに通知する。

ステップＳ１０２において、端末１２は基地局１１からビーコンを受信する。ステップＳ１０３において、端末１２は、ビーコンにより通知された協調使用すべきチャネルを使用して、遅延に対する許容条件を有するデータを送信する。

図１１を参照して通信システム１０の動作の一例を説明する。基地局１１－１は、ビーコン１によって、チャネルを協調使用することと、協調使用するチャネルの番号と、協調使用するチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を通知する。

基地局１１－２はビーコン１を受信する。基地局１１－２は、ビーコン１からアクセスパラメータを抽出し、抽出したアクセスパラメータを使用してビーコン２を生成し、ビーコン２によって、協調使用するチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを通知する。

端末１２－１、１２－２はそれぞれ、ビーコン１、２により通知されたアクセスパラメータを使用してチャネルにアクセスする。これにより、端末１２－１、１２－２は、同じチャネルにアクセスする場合には、同じアクセスパラメータを使用することとなる。したがって、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを小さい値に設定することにより、一部の端末１２によりチャネルが長く使用されることがなく、チャネルが短い周期でリリースされることになる。このため、低遅延トラフィックがチャネルにアクセスできる機会が増え、信頼性を高めることができるようになる。

［効果］
以上のように、本実施形態では、各基地局１１は、チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを送信する。切替情報がチャネルを協調使用することを示す場合、ビーコンは、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む。このビーコンを受信した他の基地局１１は、協調使用すべきチャネルが自身が使用しているチャネルに一致する場合に、受信ビーコンにより指定されたアクセスパラメータを含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。このようにして、基地局１１の周囲環境において、特定のチャネルに関連するアクセスパラメータが揃えられるすなわち統一される。これにより、基地局１１のＢＳＳとは異なるＢＳＳからの影響による通信品質の劣化を回避することができる。この結果、無線通信の信頼性が向上する。

例えば、低遅延特性が求められる場合、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを短くする。ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを短くすることにより、送信権の回転が高まる。その結果、低遅延特性を改善することができる。

各基地局１１は、他の基地局から、周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報を含むビーコンを受信した場合に、自身が送信するビーコンにおいて、切替情報を周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定してよい。これにより、より広い範囲で協調使用が実施される。その結果、低遅延特性をより改善することができる。

［変形例など］
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。一実施形態では、基地局１１は、ネットワーク１３から、例えば、ネットワーク１３を介して端末１２のアプリケーションとデータ交換するサーバから、協調要求を受信してもよい。

上述した処理はソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されてよい。例えば、上述した基地局１１の処理の一部又は全部は、基地局１１のプロセッサがプログラムを実行することにより実行される。プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で基地局１１に提供されてよい。この場合、例えば、基地局１１は、記憶媒体からデータを読み出すドライブを備え、記憶媒体からプログラムを取得する。記憶媒体の例は、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリを含む。また、プログラムをネットワーク１３上のサーバに格納し、基地局１１がサーバからプログラムをダウンロードするようにしてもよい。

本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…通信システム
１１…基地局
１２…端末
１３…ネットワーク
２１…コントローラ
２２…ＣＰＵ
２３…ＲＡＭ
２４…プログラムメモリ
２５…無線モジュール
２６…アンテナ
２７…ルータモジュール
３１…データ処理部
３２…無線信号処理部
３３…ビーコン分析部
３４…アクセスパラメータ設定部
３５…ビーコン生成部
３６…通信部
５１…コントローラ
５２…ＣＰＵ
５３…ＲＡＭ
５４…プログラムメモリ
５５…ストレージ
５６…無線モジュール
５７…アンテナ
５８…入出力インタフェース
５９…バッテリ
６１…データ処理部
６２…無線信号処理部
６３…ビーコン分析部

Claims (10)

1. 周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含む第１のビーコンを生成する生成部と、
   前記第１のビーコンを送信する送信部と、
   を備える基地局。
2. 前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記第１のビーコンは、前記周波数チャネルを特定するチャネル識別情報と、前記周波数チャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む、
   請求項１に記載の基地局。
3. 前記アクセスパラメータはＴＸＯＰＬｉｍｉｔを含む、
   請求項２に記載の基地局。
4. 前記周波数チャネルの協調使用を要求する協調要求を受信する受信部をさらに備え、
   前記生成部は、前記協調要求に応答して、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された前記切替情報を含む前記第１のビーコンを生成する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基地局。
5. 他の局から、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報と、前記周波数チャネルを特定するチャネル識別情報と、前記周波数チャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を含む第２のビーコンを受信する受信部をさらに備え、
   前記基地局が前記周波数チャネルを通信に使用している場合に、前記生成部は、前記第２のビーコンに応答して、前記周波数チャネルにアクセスするための前記アクセスパラメータをさらに含む前記第１のビーコンを生成する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基地局。
6. 前記生成部は、前記第２のビーコンに応答して、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された前記切替情報を含む前記第１のビーコンを生成する、
   請求項５に記載の基地局。
7. 基地局によって実行される無線通信方法であって、
   周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを生成することと、
   前記ビーコンを送信することと、
   を備える無線通信方法。
8. 遅延に対する許容条件を有するデータを送信する端末であって、
   基地局から、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを受信する受信部と、
   前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記周波数チャネルを用いて前記データを送信する送信部と、
   を備える端末。
9. 前記許容条件に基づいて、周波数チャネルの協調使用を前記基地局に要求する要求部をさらに備える請求項８に記載の端末。
10. 遅延に対する許容条件を有するデータを送信する端末によって実行される無線通信方法であって、
    基地局から、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを受信することと、
    前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記周波数チャネルを用いて前記データを送信することと、
    を備える無線通信方法。

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