WO2009144921A1 - 無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システム - Google Patents

無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システム Download PDF

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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/02—Inter-networking arrangements

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly to a method for opening a channel used in a wireless communication apparatus and a wireless communication system.
  • centralized network In wireless communication, there are two main types of networks: “centralized network” and “distributed network”.
  • channel time is controlled by a specific control device generally called “master device”.
  • master device a specific control device
  • slave devices Other devices that rely on the master device for network control other than the master device are commonly referred to as “slave devices”.
  • master device a specific control device
  • slave devices There are many forms of this centralized network.
  • centralized networks there is only one slave device. This type of network is called a “point-to-point network”, “master / slave pair”, or “master / slave network”. In another form of centralized network, there are two or more slave devices that couple to the master device.
  • the “polling frame” is sometimes referred to as a “beacon frame”, but here it is referred to as a “polling frame”.
  • a polling frame is a special frame transmitted by the master device and is transmitted mainly for the following purposes. -Allow other devices to discover the master device-Provide other devices with a means to synchronize time information with the master device-Provide a means to notify the master devices about network-related information
  • the first problem of the second master device (503) is to notify the detected first master device (501) of the presence of the own device. Since the communication procedure between the master-to-master devices in the centralized network is not generally defined, it is difficult for the second master device (503) to communicate with the first master device (501).
  • the first master device (501) is first coupled to the second master device (503).
  • the first problem can be solved.
  • the second master device (703) has the same problem as that shown in FIG. 7
  • FIG. 12 shows the frame format of the polling response frame (900a).
  • the polling response frame (900a) includes at least a physical layer (PHY) header (901a), a medium access control (MAC) header (902a), and other polling response frame information (904a).
  • PHY physical layer
  • MAC medium access control
  • a “channel release request command” is defined in order for the second master device to request the first master device or slave device in the network of the first master device to release the current channel.
  • FIG. 18 shows an example of a frame format (1400) of a channel release request command composed of the following.
  • the frame format (1400) includes information such as a physical layer (PHY) header (1401), a medium access control (MAC) header (1402), network identification information of the network of the target device, and a channel if necessary. It consists of a channel release command payload (1403) including the reason for release.
  • PHY physical layer
  • MAC medium access control
  • 1403 a channel release command payload
  • an existing frame format for polling or “beacon”
  • an existing command frame can be used by embedding information indicating the intention of “channel release request”.
  • the timing is calculated based on the timing information in the polling frame timing IE of the master device received last, and the timing information is not based on the time when the last polling frame is received but on the time when the slave device transmits the frame. It shall be adjusted so that it may become relatively.
  • the slave device embeds the synchronization information in the frame format (as shown in FIGS. 15 and 16) after the timing IE is determined and before the frame transmission.
  • the device When the device receives a certain level of interference after power-on, it starts the channel release request procedure (1801).
  • the channel release request procedure After the start of the channel release request procedure (1801), in order to detect the presence / absence of an existing device, it is assumed that the channel is scanned for frame transmission (1802). If there is no received frame transmission (1803: No), the channel release request procedure ends (1812).
  • the apparatus checks the type of the transmission source apparatus of the received frame (1804). If the transmission frame transmission source device is the master device, the frame type of the reception frame is confirmed (1805).
  • the apparatus If the frame type is not a polling frame, the apparatus returns to the channel rescanning operation (1802). On the other hand, if the frame type is a polling frame, the apparatus transmits a channel release request command frame with the highest contention priority in the CEP (1806).
  • the highest contention priority depends on the implementation. For example, if the contention mechanism used in CEP is CSMA / CA with a random backoff selected from an integer value frame from “1” to “7”, the “highest contention priority” is It means the application of a random back-off value “1”, which is the minimum back-off latency.
  • the channel release request command frame is transmitted as a broadcast frame. However, in some cases, the receiving side apparatus can transmit the frame as a unicast frame that requests an acknowledgment frame to be returned as necessary.
  • the apparatus goes to the channel release request command retransmission operation (1806) in the CEP.
  • the process returns to the channel time scanning operation for frame transmission (1802).
  • FIG. 21 shows the channel opening request command frame (1504) in the CEP (1502) with the highest priority when the polling frame (1501) transmission by the master device is received during the scan operation process (1802). The network period at the time of transmitting is illustrated.
  • the device After the channel scanning operation, if the above-mentioned frame is received from the slave device instead of the master device, the device acquires timing synchronization information from the timing IE field of the received frame (1809). This is possible because all frames transmitted by the slave device embed the timing IE. After acquiring timing synchronization information from the timing IE field of the received frame (1809), the device can determine the timing of the network period of the transmission source slave device, so it can be determined whether or not it is currently a CEP (1810).
  • the device can determine that it is currently in the CEP (1703), it can begin broadcasting the channel release request command (1710) during the current CEP (1703).
  • FIG. 24 shows a flowchart of the response procedure of the master device for the received channel release request command frame.
  • the master device After receiving the channel release request command frame during CEP, the master device enters the start of channel release response procedure (2001), and whether the received channel release command request frame is addressed to the current network belonging to its own device. Is determined (2002).

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Abstract

　無線通信において、特に集中型ネットワークにおいて、一般に直面する問題は複数のネットワーク間の共存の問題であり、異なるネットワークは互いに同期しない異なるネットワーク・タイミング・パラメータを使用するので、一つのネットワークから装置は、別のネットワークの他の装置とは、両者が無線通信範囲内にあるかないかに関わらず、通常、通信困難である。これは、同じ動作空間で二つ以上のネットワークが動作する場合、あるネットワークに属する装置が別のネットワークに属する装置に自装置の存在を知らせることは困難であり、その結果、不必要な相互干渉を引き起こすことになる。本発明は上記の第一の装置が上記の第二の装置と通信できるようにするための手段を提示し、確立された通信手段によって第二の装置のネットワーク内の第二の装置及びその他の装置に対して、現在のチャネルでの動作を停止し、現在の稼働中のチャネルを開放するようにする。

Description

無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システム
　本発明は無線通信に関係し、より詳しくは、無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システムに関係する。
　無線通信においては、「集中型ネットワーク」と「分散型ネットワーク」の二つの主要なネットワークの類別がある。
　集中型ネットワークでは、「マスター装置」と一般に呼ばれるある特定の制御装置によって、チャネル時間の制御が行われる。マスター装置以外の、ネットワーク制御をマスター装置に依存している他の装置は「スレーブ装置」と一般に呼ばれる。この集中型ネットワークには多くの形態がある。
　ある集中型ネットワークでは、スレーブ装置が一つしかない形態がある。この種のネットワークは、「ポイント・ツー・ポイント・ネットワーク」、「マスター／スレーブ・ペア」、または「マスター／スレーブ・ネットワーク」と呼ばれる。他の形態の集中型ネットワークでは、マスター装置へ結合する２個以上のスレーブ装置が存在する。
　マスター装置と２個以上のスレーブ装置が存在するこの種のネットワークは、「スター・トポロジー・ネットワーク」と呼ばれる。図１は、マスター装置（１０１）と３個のスレーブ装置（１０２）、（１０３）及び（１０４）を有する典型的な集中型ネットワークを例示する。点線の円（１１１）は、マスター装置（１０１）によって形成されたネットワークの領域カバレッジを表わす。直線（１２２）、（１２３）及び（１２４）は、スレーブ装置（１０２）、（１０３）及び（１０４）とマスター装置（１０１）の間の通信及び結合リンクをそれぞれ表わす。
　集中型ネットワークでは、マスター装置だけが周期的に「ポーリング・フレーム」を送信する。「ポーリング・フレーム」は、「ビーコン・フレーム」と呼ばれることもあるが、ここでは一貫して「ポーリング・フレーム」と称することにする。ポーリング・フレームは、マスター装置によって送信される特別なフレームであり、主に次の目的のために送信される。-　その他の装置が、マスター装置を発見できるようにする-　マスター装置と時間情報を同期するための手段をその他の装置に提供する-　ネットワーク関連情報を通知するための手段をマスター装置に提供する
　スレーブ装置は、通常、ポーリング・フレームを送信する必要はない。その代わり、スレーブ装置は、時間同期を継続して行うために、また自装置が送信可能かどうかを判断するために、マスター装置のポーリング・フレームを待ち受けする。スレーブ装置は、通常、コマンド、データ、または確認応答のフレームのみを送信する。
　集中型ネットワークでの通信チャネル内の一般的なタイミング構成を図２に示す。チャネル時間は、通常、マスター装置によるポーリング・フレーム（２０１）の送信とマスター装置またはスレーブ装置のいずれかによるコマンド・フレーム（２１０）及びデータ・フレーム（２１１）に使用される。必要に応じて、確認応答フレームも送信され得る。
　集中型ネットワークの例が、非特許文献１に開示されている。
　他方、分散型ネットワークでは、集中型ネットワークの場合のようにチャネル時間アクセスを制御する単一のマスター装置をもつのではなく、各装置が分散的にチャネル時間アクセスを制御する。各装置が独立した「マスター」そのものと考えられるので、「マスター」と「スレーブ」という概念はない。一般に、分散型ネットワーク内の各装置はポーリング・フレームを次の目的のために送信する。-　互いに相手の装置を発見する-　自装置とタイミング情報を同期するための手段をその他の装置に提供する-　ネットワーク関連情報を通知するための手段を自装置に提供する-　分散方式における送信の干渉を回避し検出するための手段を自装置に提供する
　図３は、４個の装置（３０１）、（３０２）、（３０３）及び（３０４）からなる典型的な分散型ネットワークのネットワーク・トポロジーを例示する。これらの装置の各々によって到達可能なネットワーク・カバレッジ（範囲）は、点線の円（３１１）、（３１２）、（３１３）及び（３１４）によってそれぞれ示される。直線（３２１）、（３２２）、（３２３）、及び（３２４）は二つの装置間の通信リンクを示す。
　分散型ネットワークでの通信チャネル内の一般的なタイミング構成を図４に示す。チャネル時間は、通常、すべての装置のポーリング・フレーム（４０１）、（４０２）、（４０３）及び（４０４）の送信といずれかの装置によるコマンド・フレーム（４１０）及びデータ・フレーム（４１１）に使用される。必要に応じて、確認応答フレームも送信される。
　分散型ネットワークの例が、非特許文献２に開示されている。
IEEE 802.15.3 High Rate Wireless Personal Area Network Standard ECMA-368 High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard
　分散型ネットワークによるチャネル時間使用法（図４）と集中型ネットワークのチャネル時間使用法（図２）とを比較すると、集中型ネットワークではポーリング・フレームを送信する装置（すなわち、マスター装置）が一つだけなので、集中型ネットワークでのデータ送信のほうが分散型ネットワークに比べてチャネル時間をより効率的に使用することができる。
　一般に、分散型ネットワークは、高移動性の装置を想定した場合にはより良い性能を示すが、分散的にすべての装置がチャネル時間アクセスを制御し調整する必要があるため、装置構成がより複雑になる。これに対して、集中型ネットワークの方が装置構成を簡易にすることができ、また、良好なシステム・スループットを実現することができる。よって、集中型ネットワークの方が分散型ネットワークより望ましい。
　しかしながら、集中型ネットワークは以下のような問題がある。一つは、他のマスター装置との共存である。集中型ネットワークにおいては、チャネル時間のアクセスを制御するマスター装置は一つだけ存在するものと想定される。しかし、時には、第二のマスター装置が既存の第一のマスター装置の近くで動作することもあり得る。このような場合、両方のマスター装置によって形成されたネットワークが互いに干渉する可能性が高い。このため、データ送信がしづらくなり、最悪の場合にはデータ送信ができなくなる。
　図５は、既存の第一のマスター装置の近くに第二のマスター装置が出現する様子を示す。この図では、最初に集中型ネットワーク（５１１）がマスター装置（５０１）によって形成され、スレーブ装置（５０２）がマスター装置（５０１）と結合（５２２）し、通信を開始する。その後、第二のマスター装置（５０３）が同ネットワーク（５１１）内に出現する（移動性、環境状態の変化、またはユーザによって当装置がオンに切り換えられることなどが考えられる）。
　第二のマスター装置（５０３）は、チャネル時間の間、待ち受けし、第一のマスター装置（５０１）によって送信されたポーリング・フレームを受信し、第一のマスター装置（５０１）を検出する。このとき、第二のマスター装置（５０３）には二つの問題がある。
　第二のマスター装置（５０３）の第一の問題は、検出した第一のマスター装置（５０１）に対して自装置の存在を通知することである。集中型ネットワークにおけるマスター・ツー・マスター装置間の通信手順は一般に定義されていないので、第二のマスター装置（５０３）が第一のマスター装置（５０１）と通信するには困難が生じる。
　第二のマスター装置（５０３）の第二の問題は、第二のマスター装置（５０３）が、自装置のネットワークがより高い優先度であり、全チャネル時間を必要とする場合、第二のマスター装置（５０３）が第一のマスター装置（５０１）に現在のチャネルを開放するよう要求する手順がないことである。
　現行では、IEEE 802.15.3などのプロトコルにおいて、第一のマスター装置（５０１）と通信するためには、第二のマスター装置（５０３）に、先ず、第一のマスター装置（５０１）を結合させることによって、第一の問題は解決可能である。
　また、その後、第二のマスター装置（５０３）は、（IEEE 802.15.3のコンテクストでは「子の」または「隣接の」いずれかのネットワークとして）自装置のネットワークを形成するためにチャネル時間の一部分を第一のマスター装置（５０１）に要求することができる。言い換えれば、既存の第一のマスター装置（５０１）のチャネルを開放させることによって、第二の問題も解決可能である。
　図６は、スレーブ装置の近くに第二のマスター装置が出現する様子を示す。この図では、最初に集中型ネットワーク（６１１）がマスター装置（６０１）によって形成され、スレーブ装置（６０２）がマスター装置（６０１）と結合（６２２）し通信を開始する。その後、第二のマスター装置（６０３）がネットワーク（６１１）の外であり、かつ、スレーブ装置（６０２）の近くに出現する。
　第二のマスター装置（６０３）はチャネル時間の間、待ち受けし、第一のマスター装置（６０１）からのポーリング・フレームは何も受信できないので、ネットワーク（６１１）に関する情報を何も見出すことができない（すなわち、いつポーリング・フレームが送信されるのか、いつＣＥＰが開始するのか等がわからない）。
　しかし、第二のマスター装置（６０３）は、スレーブ装置（６０２）によって第一のマスター装置（６０１）に向けて送信されたコマンド、データまたは確認応答フレームを受信することによって、スレーブ装置（６０２）を何とか検出する。
　図５に示した場合と同様に、第二のマスター装置（６０３）は、（ｉ）自装置の存在を知らせるために検出したスレーブ装置（６０２）と通信することと、（ｉｉ）検出したスレーブ装置（６０２）に現在のチャネルを開放するよう指示することの二つの問題がある。
　第二のマスター装置（６０３）は、第一のマスター装置（６０１）のポーリング・フレームを受信することができないので、チャネル・タイミング構成に関するネットワーク構成について何も知らないことから、図６に示した問題では第一の問題がより難しくなる。したがって、第二のマスター装置（６０３）がスレーブ装置（６０２）と通信するための手段はない。
　IEEE 802.15.3標準では、この問題の解決策はなく、第二のマスター装置（６０３）は、（ｉ）ある程度の干渉を許容して自装置のネットワークを設定するためには、現在のチャネルに留まり続けるか、または（ｉｉ）自装置のネットワークを設定するために他の空きチャネルを探して、そのチャネルへ切り換えるかのいずれかを行えると推奨されている。
　第二のマスター装置（６０３）がスレーブ装置（６０２）と通信するための方法はないので、このことは、第二のマスター装置（６０３）がスレーブ装置（６０２）に現在のチャネルを開放するように要求するための方法がないことも意味する。したがって、第二の問題の解決策はない。
　図６に示した問題では、すべての装置が全方向性アンテナを使用すると想定した。すべての装置が指向性アンテナを使用するという第二のシナリオの変形も発生し得る。指向性アンテナを使用する場合、装置の送信範囲は全方向に外へ向けて広がらない。その代わり、送信エネルギーは特定の幅を有し、特定の方向へ伝播する。同様に、信号受信も特定の幅を有し、特定の方向に限定される。
　図７は、指向性アンテナを使用する既存の第一のマスター装置の近くに第二のマスター装置が出現する様子を示す。この図では、最初に集中型ネットワーク（７１１）がマスター装置（７０１）によって形成され、スレーブ装置（７０２）が、送信範囲（７１２）を用いて、マスター装置（７０１）と結合（７２２）し、通信を開始する。
　その後、第一のマスター装置（７０１）の送信範囲（７１１）外であり、かつ、スレーブ装置（７０２）の送信範囲（７１２）内に第二のマスター装置（７０３）が出現する。
　図６に示した場合のように、第二のマスター装置（７０３）は、第一のマスター装置（７０１）により送信されたポーリング・フレームを受信することはできないが、スレーブ装置（７０２）によって第一のマスター装置（７０１）へ向けて送信されたコマンド、データまたは確認応答フレームを受信することによって、スレーブ装置（７０２）を検出することができる。
　したがって、図７に示す場合では、第二のマスター装置（７０３）は図６に示した場合と同様の問題がある。
　本発明の目的は、集中型ネットワークにおいて、高優先度のマスター装置がチャネル時間を効率的に使用することができる、無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システムを提供することである。
　本発明の方法は、無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法であり、第１のネットワークにおいて制御装置の役割をする第１の無線通信装置が、前記第１のネットワークのタイミング同期情報を周期的に送信することと、前記第１の無線通信装置によって制御される第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報を送信可能なフレームに埋め込むことと、前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークにおける第３の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報に基づいて、前記第１のネットワークを識別し、前記第２のネットワークにおけるコマンド・フレームを送信可能な期間を特定することと、前記第２のネットワークにおける前記第３の無線通信装置が、特定した前記期間に基づいて、前記第１のネットワーク内の前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置に対して現在の無線チャネルを開放するように通知することと、を含んでなる。
　本発明の無線通信システムは、第１のネットワークにおける制御装置であって、前記第１のネットワークのタイミング同期情報を周期的に送信する第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置によって制御され前記第１の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報を送信可能なフレームに埋め込んで送信する第２の無線通信装置と、前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークにおいて、前記第２の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報に基づいて、前記第１のネットワークを識別し、前記第２のネットワークにおけるコマンド・フレームを送信可能な期間を特定し、特定した前記期間に基づいて、前記第１のネットワーク内の前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置に対して現在の無線チャネルを開放するように通知する第３の無線通信装置と、を具備する構成を採る。
　本発明によれば、集中型ネットワークにおいて、高優先度のマスター装置がチャネル時間を効率的に使用することができる。
一つのマスター装置と３個のスレーブ装置を有する集中型ネットワークを示す図 集中型ネットワークのタイミング構成を示す図 ４個の装置を有する分散型ネットワークを示す図 分散型ネットワークのタイミング構成を示す図 既存の第一のマスター装置の近くに出現する第二のマスター装置を示す図 スレーブ装置の近くに出現する第二のマスター装置を示す図 指向性アンテナを使用する既存の第一のマスター装置の近くに出現する第二のマスター装置を示す図 あるネットワークにおいて指向性アンテナを使用するマスター装置とスレーブ装置及び全方向性アンテナを使用する第三及び第四の装置を含む、実例のシナリオを示す図 実施形態に使用される無線通信装置の内部構成を示す図 集中型ネットワークで用いるネットワーク期間のタイミング構成を示す図 ポーリング・フレームのフレーム・フォーマットを示す図 ポーリング応答フレームのフレーム・フォーマットを示す図 コマンドまたはデータ・フレームのフレーム・フォーマットを示す図 確認応答フレームのフレーム・フォーマットを示す図 タイミングＩＥを含むスレーブ装置用のコマンドまたはデータ・フレームのフレーム・フォーマットを示す図 タイミングＩＥを含むスレーブ装置用の確認応答フレームのフレーム・フォーマットを示す図 スレーブ装置用のポーリング応答フレームのフレーム・フォーマットを示す図 チャネル開放要求コマンドのコマンド・フレームを示す図 ネットワーク終了コマンド・フレームのフレーム・フォーマットを示す図 チャネル開放要求手順を示すフローチャート ポーリング・フレームの受信後にチャネル開放要求コマンドが送信されるときのネットワーク期間を示す図 スレーブ装置からのデータ・フレームの受信後にチャネル開放要求コマンドが送信されるときのネットワーク期間を示す図 スレーブ装置からの確認応答フレームの受信後にチャネル開放要求コマンドが送信されるときのネットワーク期間を示す図 マスター装置でのチャネル開放応答手順を示すフローチャート
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図８は、第一のマスター装置（２２０１）とスレーブ装置（２２０２）とが結合している様子を示す。マスター装置（２２０１）とスレーブ装置（２２０２）は指向性アンテナを使用し、それらの送信方向と範囲は、（２２１１）と（２２１２）によってそれぞれ表わされる。ここでは、送信範囲（２２１３）を有する全方向性アンテナを備えた第三の装置（２２０３）が出現したとする。この場合、第三の装置（２２０３）はスレーブ装置（２２０２）だけを検出可能であり、スレーブ装置（２２０２）をチャネルから開放させたい。
　また、送信範囲（２２１４）を有する全方向性アンテナを備えた第四の装置（２２０４）が出現したとする。この場合、第四の装置（２２０４）はマスター装置（２２０１）だけを検出可能であり、マスター装置（２２０１）をチャネルから開放させたい。
　図９は、この実施形態で使用される無線通信装置の内部構成を示す。これによれば、各装置（２３００）は無線送信アンテナ（２３０１）を有する。本実施形態では、１セットのアンテナが使用される。しかし、指向性ビーム形成と全方向性送信の両方を実現できる２セット以上のアンテナを有することも可能であり、本発明はそのような実現にも同様に適用される。
　無線周波数ユニット（２３０２）は、無線送信に使用される無線周波数を制御するために使用される。送信メッセージ及び受信メッセージの変調／復調及びコーディング／デコーディングを行うためのベースバンド及びデジタル変調ユニット（２３０３）も搭載されている。媒体アクセス予約制御部（２３０４）は、どのように無線チャネル時間がアクセスされ、共有されるかを制御する。
　チャネル開放制御ユニット（２３０６）は、どのように装置がチャネル開放要求を発信でき、他の装置からのチャネル開放要求に応答できるかを制御する。データ送信／受信ユニット（２３０５）は、媒体アクセス予約制御部（２３０４）によって予約された媒体アクセス時間を使用して、ピア・ツー・ピア・データ・メッセージ交換を行う。
　最後に、データ送信／受信ユニット（２３０５）、媒体アクセス予約制御部（２３０４）、及びチャネル開放制御ユニット（２３０６）によって提供される無線通信手段を利用する一つまたは複数のアプリケーションを実行するためのアプリケーション・ユニット（２３０７）が搭載されている。
　本発明を説明するにあたり先ず、本発明における集中型ネットワークは、図１０に示したような基本的なチャネル時間構成を使用することを前提とする。また、マスター装置がポーリング・フレーム（８０１）を周期的に送信するものとし、隣り合う二つのポーリング・フレーム送信の期間（８０４）を「ネットワーク期間」と呼ぶ。ネットワーク期間（８０４）は、ポーリング・フレーム（８０１）の送信によって開始され、コマンド交換期間（ＣＥＰ）（８０２）とデータ交換期間（ＤＥＰ）（８０３）とを有する。あるネットワークでは、必要に応じて、ポーリング・フレームの受信を確認応答するために、ポーリング・フレームの受信直後に、ポーリング応答フレーム（８０７）がスレーブ装置によって送信されることもある。
　ＣＥＰ（８０２）は、コンテンションに基づくアクセス・メカニズム（例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ、Slotted Aloha 等）を用いて、装置がコマンド、データまたは確認応答のフレームを送信可能な期間である。図１０では、コマンド・フレーム（８０５）と確認応答フレーム（８０６）が例示されている。
　ＤＥＰ（８０３）は、非コンテンション・アクセスのために予約された期間である。ＤＥＰ内のチャネル時間は、送信前のコンテンションを必要としない効率的なデータ送信に予約可能である。
　本発明は、上記のＣＥＰ、ＤＥＰの順番に限定されない。ＣＥＰ、ＤＥＰの順番と同等の機能をもつ期間のその他の順番も代替的に使用できる。
　五種類の送信フレーム、すなわち、ポーリング・フレーム、コマンド・フレーム、データ・フレーム確認応答フレーム及びポーリング応答フレームがあると想定する。
　図１１は、ポーリング・フレーム（９００）のフレーム・フォーマットを示す。一般に、ポーリング・フレーム（９００）は、少なくとも物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（９０１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（９０２）、タイミング情報要素（ＩＥ）（９０３）、及びその他のポーリング・フレーム情報（９０４）からなる。タイミングＩＥ（９０３）は、時間同期のために必要な情報を含む（すなわち、受信した装置がネットワーク期間のタイミング構成を特定できるようにするために必要なタイミング情報を含む）。含まれる情報は、ネットワーク期間の長さ、ＣＥＰの長さ、次のＣＥＰの開始時間等である。時間同期に加えて、タイミングＩＥはネットワークを一意に識別するためのネットワーク識別情報も含む（例えば、ネットワークＩＤ、またはマスター装置ＭＡＣアドレス等）。
　図１２は、ポーリング応答フレーム（９００ａ）のフレーム・フォーマットを示す。一般に、ポーリング応答フレーム（９００ａ）は、少なくとも物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（９０１ａ）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（９０２ａ）、及びその他のポーリング応答フレーム情報（９０４ａ）からなる。
　図１３は、コマンドまたはデータ・フレームのフレーム・フォーマットを示す。一般に、コマンド・フレーム及びデータ・フレームは、とてもよく似たフォーマット（１０００）をもち、少なくとも物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１００１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１００２）、及びコマンドまたはデータ・ペイロード（１００３）からなる。
　図１４は、確認応答フレーム（１１００）のフレーム・フォーマットを示す。一般に、確認応答フレーム（１１００）は、物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１１０１）と媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１１０２）のみからなる。
　第二のマスター装置が第一のマスター装置によって形成された別のネットワークに属するスレーブ装置と通信することを可能にするため、スレーブ装置によって送信されるフレームは、コマンド、データ、確認応答、及びポーリング応答フレームのフレーム・フォーマットが修正される。
　図１５は、スレーブ装置用のコマンド及びデータ・フレームの修正フレーム・フォーマットを示す。新しいフレーム・フォーマット（１２００）は、少なくとも物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１２０１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１２０２）、タイミングＩＥ（１２０３）、及びコマンドまたはデータ・ペイロード（１２０４）からなる。タイミングＩＥ内の情報は、当該スレーブ装置がそのマスター装置から最後に受信したポーリング・フレーム中で受信したタイミングＩＥに基づいた計算によって決定される。
　図１６は、スレーブ装置用の確認応答フレームの修正フレーム・フォーマットを示す。新しいフレーム・フォーマット（１３００）は、物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１３０１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１３０２）、及びタイミングＩＥ（１３０３）からなる。タイミングＩＥ内の情報は、当該スレーブ装置がそのマスター装置から最後に受信したポーリング・フレーム中で受信したタイミングＩＥに基づいた計算によって決定される。
　図１７は、スレーブ装置用のポーリング応答フレームの修正フレーム・フォーマットを示す。新しいフレーム・フォーマット（１３００ａ）は、物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１３０１ａ）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１３０２ａ）、タイミングＩＥ（１３０３ａ）、及びその他のポーリング応答フレーム情報（１３０４ａ）からなる。タイミングＩＥ内の情報は、当該スレーブ装置がそのマスター装置から最後に受信したポーリング・フレーム中で受信したタイミングＩＥに基づいた計算によって決定される。
　第二のマスター装置が、第一のマスター装置のネットワーク中の第一のマスター装置またはスレーブ装置に現在のチャネルの開放を要求するため、「チャネル開放要求コマンド」が定義される。
　図１８は、次のものからなるチャネル開放要求コマンドのフレーム・フォーマット（１４００）の一例を示す。フレーム・フォーマット（１４００）は、物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１４０１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１４０２）、及び対象の装置のネットワークのネットワーク識別情報などの情報と、必要に応じて、チャネル開放の理由等を含むチャネル開放コマンド・ペイロード（１４０３）からなる。代替的に、「チャネル開放要求」の意向を示す情報を埋め込むことによってポーリング（または「ビーコン」）用の既存のフレーム・フォーマットまたは既存のコマンド・フレームを使用することができることに留意されたい。
　次に、第二のマスター装置からチャネル開放要求を受信する第一のマスター装置が、自装置に結合しているスレーブ装置に対してネットワークを終了し、すべての送信を停止することを通知できるようにするため、「ネットワーク終了コマンド」が定義される。
　図１９は、ネットワーク終了コマンドのフレーム・フォーマット（１９００）を示す。フレーム・フォーマット（１９００）は、物理層（ＰＨＹ）ヘッダー（１９０１）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダー（１９０２）、及びネットワーク終了の理由（例えば、他の装置によるチャネル開放等）などの情報を含み得るネットワーク終了コマンド・ペイロード（１９０３）からなる。代替的に、「ネットワーク終了」情報伝達の意向を示す情報を埋め込むことによってポーリング（または「ビーコン」）用の既存のフレーム・フォーマットまたは既存のコマンド・フレームを使用することができることに留意されたい。
　別のネットワークからマスター装置がスレーブ装置と通信することを可能にするために、スレーブ装置は、それが結合しているマスター装置から最後に受信したポーリング・フレーム中で受信したタイミングＩＥに基づいて、各フレーム送信前に、先ず自身のタイミングＩＥを決定するものとする。スレーブ装置のタイミングＩＥは、次のものからなるものとする。-　ネットワーク識別情報―これは、現在のネットワークを一意に識別する情報である。最後に受信したマスター装置のポーリング・フレーム中のタイミングＩＥと同一であるものとする。-　タイミング同期情報―この情報はここでは当該フレームの送信時を基準にして相対的なネットワーク・タイミング情報を含むものとする。したがって、最後に受信したマスター装置のポーリング・フレームのタイミングＩＥ内のタイミング情報に基づいて計算され、タイミング情報が最後のポーリング・フレームの受信時ではなく、スレーブ装置のフレーム送信時が現在を基準に相対的になるように調整されたものとする。
　タイミングＩＥを決定後であって、フレーム送信前に、スレーブ装置は同期情報をフレーム・フォーマット（図１５及図１６に示したように）中に埋め込むものとする。
　次に、チャネル内の既存の装置を検出し、チャネルを開放させる手順について図２０を参照して説明する。
　装置は、電源投入後、あるレベルの干渉を受けるとチャネル開放要求手順の開始（１８０１）に入る。
　チャネル開放要求手順の開始（１８０１）後、既存の装置の有無を検出するために、チャネルでフレーム送信があるかスキャンするものとする（１８０２）。受信したフレーム送信がなければ（１８０３：Ｎｏ）、チャネル開放要求手順は終了する（１８１２）。
　一方、フレームを受信する場合（１８０３：Ｙｅｓ）、装置は受信したフレームの送信元装置の種別を確認する（１８０４）。受信フレームの送信元装置がマスター装置である場合、受信フレームのフレーム種別を確認する（１８０５）。
　フレーム種別がポーリング・フレームでなければ、装置はチャネルの再スキャン動作に戻る（１８０２）。一方、フレーム種別がポーリング・フレームであれば、装置は最高のコンテンション優先度を付けてチャネル開放要求コマンド・フレームをＣＥＰ中に送信する（１８０６）。
　「最高のコンテンション優先度」は実装に依存する。例えば、ＣＥＰで使用されるコンテンション・メカニズムが「１」から「７」までの整数値枠から選択したランダム・バックオフを用いるＣＳＭＡ／ＣＡである場合、「最高のコンテンション優先度」は、最小のバックオフ待ち時間である、ランダム・バックオフ値「１」の適用を意味する。チャネル開放要求コマンド・フレームは、ブロードキャスト・フレームとして送信されるものとする。ただし、受信側装置が確認応答フレームを返すことを必要に応じて要求する、ユニキャスト・フレームとして上記フレームを送信できる場合もある。
　装置は、受信したポーリング・フレーム中のタイミングＩＥを読み取ることができるので、ＣＥＰがいつ開始し、いつ終わるのかを知ることができる。チャネル開放要求コマンドを送信後、装置はチャネル開放要求手順を終了する（１８１２）。
　一方、確認応答フレームが受信されない場合（１８０７：Ｎｏ）、ＣＥＰに再送信のための残り時間があれば（１８０８：Ｎｏ）、装置はＣＥＰ中でのチャネル開放要求コマンド再送信動作（１８０６）に戻り、ＣＥＰに再送信のための残り時間がなければ（１８０８：Ｙｅｓ）、フレーム送信のためのチャネル時間のスキャン動作（１８０２）に戻る。
　図２１は、スキャン動作プロセス（１８０２）中にマスター装置によるポーリング・フレーム（１５０１）送信を受信したとき、最高の優先度を付けてチャネル開放要求コマンド・フレーム（１５０４）をＣＥＰ（１５０２）中に送信した場合のネットワーク期間を例示する。
　チャネルのスキャン動作後、前述のフレームがマスター装置からではなく、スレーブ装置から受信された場合、装置は受信したフレームのタイミングＩＥフィールドからタイミング同期情報を取得する（１８０９）。これは、スレーブ装置によって送信されるすべてのフレームがタイミングＩＥを埋め込んでいるので可能である。受信したフレームのタイミングＩＥフィールドからタイミング同期情報を取得（１８０９）後、装置は送信元のスレーブ装置のネットワーク期間のタイミングを特定できるので、今現在ＣＥＰであるか否かを判定できる（１８１０）。
　スレーブ装置が現在ＣＥＰ内にないと判定された場合（１８１０：Ｎｏ）、装置は次のＣＥＰが開始するまでチャネル開放要求コマンドの送信を遅らせる（１８１１）。
　装置は、取得したタイミング同期情報から次のＣＥＰの開始時間を計算することができる。スレーブ装置がＣＥＰ内にあると判定されると（１８１０：Ｙｅｓ）、装置は最高のコンテンション優先度を付けてチャネル開放要求コマンド・フレームをＣＥＰ中にブロードキャストし（１８０６）、チャネル開放要求手順を終了する（１８１２）。
　一方、確認応答フレームが受信されない場合（１８０７：Ｎｏ）、ＣＥＰに再送信のための残り時間があれば（１８０８：Ｎｏ）、装置はＣＥＰ中でのチャネル開放要求コマンド再送信動作（１８０６）に戻り、ＣＥＰに再送信のための残り時間がなければ（１８０８：Ｙｅｓ）、フレーム送信のためのチャネル時間のスキャン動作（１８０２）に戻る。
　図２２は、スレーブ装置によりＤＥＰ（１６０３）中に送信されたデータ・フレームが、チャネル・スキャン（１８０２）を実行中の装置によって受信されたときのネットワーク期間を例示する。受信したデータ・フレーム（１６０４）はタイミングＩＥを含み、タイミングＩＥ内のタイミング同期情報によって、受信した装置はネットワーク期間のタイミング構成（すなわち、当該ネットワークのマスター装置がポーリング・フレーム（１６０６）を送信する次の開始時間、次のＣＥＰ（１６０９）とＤＥＰ（１６１１）の開始と終了）を特定することができる。
　したがって、装置は現在ＤＥＰ（１６０３）内にあることを判定することができるので、チャネル開放要求コマンド（１６０７）の送信（１８１１）を次のＣＥＰ（１６０９）まで遅らせる。
　図２３は、ポーリング・フレームを受信したスレーブ装置により送信されたポーリング応答フレーム（１７０２）が、チャネル・スキャン（１８０２）を実行中の装置によって受信されたときのネットワーク期間を例示する。
　受信したポーリング応答フレーム（１７０２）はタイミングＩＥを含み、タイミングＩＥ内のタイミング同期情報によって、受信した装置はネットワーク期間のタイミング構成（すなわち、当該ネットワークのマスター装置がポーリング・フレーム（１７０５）を送信する次の開始時間、次のＣＥＰ（１７０３）とＤＥＰ（１７０４）の開始）を特定することができる。
　したがって、装置は現在ＣＥＰ（１７０３）内にあることを判定することができるので、現在のＣＥＰ（１７０３）中にチャネル開放要求コマンド（１７１０）のブロードキャストを始めることができる。
　次に、受信したチャネル開放要求コマンド・フレームに対する応答を説明する。
　受信したチャネル開放要求コマンド・フレームに対するマスター装置の応答手順のフローチャートを図２４に示す。ＣＥＰ中にチャネル開放要求コマンド・フレームを受信後、マスター装置はチャネル開放応答手順の開始（２００１）に入り、受信したチャネル開放コマンド要求フレームが自装置に属する現在のネットワークにアドレス指定されているかどうかを判定する（２００２）。
　チャネル開放コマンド要求フレームがそのネットワークにアドレス指定されていない場合は（２００２：Ｎｏ）、マスター装置はチャネル開放応答手順を終了する（２００６）。そうでなければ（２００２：Ｙｅｓ）、マスター装置は、ネットワーク終了コマンド・フレームを送信するのに足りる時間が現ＣＥＰに残されているかどうかを判定する（２００３）。
　時間が残されていれば（２００３：Ｙｅｓ）、他の装置から現在のチャネルを開放するように要求があるので、ネットワークを終了することを当該ネットワーク内のすべてのスレーブ装置に通知するために、マスター装置はネットワーク終了コマンド・フレームの送信を行う（２００４）。ネットワーク終了コマンド・フレームが送信されるか否かに関わらず、マスター装置はネットワークの終了と現在のチャネルでのすべての送信の停止を実行するものとする（２００５）。その後、マスター装置は、チャネル開放応答手順を終了する（２００６）。
　このように本実施形態によれば、ある装置が別のネットワークにおける他の装置が送信したフレームを検出し、検出したフレームの送信元装置がマスター装置であり、検出したフレームがポーリング・フレームである場合に最高のコンテンション優先度を付けてチャネル開放要求コマンド・フレームをＣＥＰ中に送信する。一方、検出したフレームの送信元装置がスレーブ装置である場合に検出したフレームのタイミングＩＥからタイミング同期情報を取得し、最高のコンテンション優先度を付けてチャネル開放要求コマンド・フレームをＣＥＰ中に送信する。
　これにより、集中型ネットワークにおいて、優先度を高めたマスター装置が、別のネットワークにおける他の装置のチャネルを開放させることができるので、チャネル時間を効率的に使用することができる。
　本発明の第一の態様では、第一の装置が別のネットワークから任意の第二の装置と通信できることを可能にする方法は、第二の装置のネットワークのネットワーク・タイミング情報を稼動中のチャネルに潜在的に存在し得るどの装置でも利用できるようにする。集中型ネットワークでは典型的に、マスター装置のみがネットワーク・タイミング情報を周期的に送信する。電力消費の配慮からスレーブ装置はこの情報を周期的に送信しない。本発明では、スレーブ装置が送信し得るどのフレームにもネットワーク・タイミング情報が埋め込まれる。これにより、スレーブ装置を聴取することしかできない第一の装置がスレーブ装置のネットワーク・タイミング情報を特定することも可能になるので、スレーブ装置との通信を可能にする。
　本発明の第二の態様では、第一の装置は、第二の装置のネットワークのネットワーク・タイミング情報を抽出した後、そのネットワーク内の一つ以上の装置に現在の無線チャネルでのすべての送信を停止するように通知するためのフレームを送信し、これにより当該無線チャネルにおける動作から既存の装置を開放させる。上記フレームを受信した装置はすべての送信を停止するものとし、これにより第一の装置は一つ以上の装置に無線チャネルから開放するように、特定のネットワークから首尾よく指示することができるようになる。
　本発明の第三の態様では、現在の稼動中のチャネルからの開放を要求する第一の装置からのフレームを受信後、第二の装置は、すべての送信の停止を実行する前に、必要に応じて、同ネットワーク内のすべての装置に対しても現在の稼動中のチャネルから開放するように通知するための別のフレームを送信する。これにより、第一の装置を聴取することができない他の装置にも第一の装置によるチャネル開放要求を知らせることができるようになる。
　２００８年５月２６日出願の特願２００８－１３６９１０の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明にかかる無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法及び無線通信システムは、例えば、移動通信システム等に適用できる。
 

Claims (6)

  1. 　無線通信装置に用いるチャネル開放のための方法であり、
    　第１のネットワークにおいて制御装置の役割をする第１の無線通信装置が、前記第１のネットワークのタイミング同期情報を周期的に送信することと、
    　前記第１の無線通信装置によって制御される第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報を送信可能なフレームに埋め込むことと、
    　前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークにおける第３の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報に基づいて、前記第１のネットワークを識別し、前記第２のネットワークにおけるコマンド・フレームを送信可能な期間を特定することと、
    　前記第２のネットワークにおける前記第３の無線通信装置が、特定した前記期間に基づいて、前記第１のネットワーク内の前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置に対して現在の無線チャネルを開放するように通知することと、
    　を含んでなる方法。
  2. 　前記第２のネットワークにおける前記第３の無線通信装置が、特定した前記期間に基づいて、前記第１のネットワーク内の前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置に対して現在の無線チャネルを開放するように通知することは、
    　前記第３の無線通信装置が、特定した前記期間中に、前記第１のネットワークに属する無線通信装置にアドレスを指定してチャネル開放要求フレームを送信すること
    　をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 　前記第１の無線通信装置がチャネル開放要求フレームを受信すると、前記第１の無線通信装置は現在の稼動中のチャネルでのすべての送信を停止すること
    　をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 　前記第１の無線通信装置がチャネル開放要求フレームを受信すると、前記第１の無線通信装置は前記第１のネットワーク内の前記第２の無線通信装置にアドレスを指定して、現在の稼動中のチャネルでのすべての送信を停止するように指示するネットワーク終了コマンドを送信すること
    　をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 　前記第２の無線通信装置が前記ネットワーク終了コマンドを受信すると、前記第２の無線通信装置は現在の稼動中のチャネルでのすべての送信を停止すること
    　をさらに含む、請求項４に記載の方法。
  6. 　第１のネットワークにおける制御装置であって、前記第１のネットワークのタイミング同期情報を周期的に送信する第１の無線通信装置と、
    　前記第１の無線通信装置によって制御され前記第１の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報を送信可能なフレームに埋め込んで送信する第２の無線通信装置と、
    　前記第１のネットワークとは異なる第２のネットワークにおいて、前記第２の無線通信装置から送信された前記タイミング同期情報に基づいて、前記第１のネットワークを識別し、前記第２のネットワークにおけるコマンド・フレームを送信可能な期間を特定し、特定した前記期間に基づいて、前記第１のネットワーク内の前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置に対して現在の無線チャネルを開放するように通知する第３の無線通信装置と、
    　を具備する無線通信システム。
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