JP4640812B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に無線通信の技術分野に関連し、特に複数の無線端末同士が基地局を経由して又は経由せずに通信する無線通信システムで使用される無線通信装置及び無線通信方法に関連する。

図１は無線インフラストラクチャネットワークを示し、基地局及び無線端末が図示されている。基地局と無線通信する無線端末又は移動局は、省電力技術を利用し、ユーザデータ又はトラフィックデータを送受信していない場合に消費する電力を節約している。基地局及び基地局と無線通信する無線端末から構成されるネットワークは、無線インフラストラクチャネットワークとも言及される。無線インフラストラクチャネットワークにおけるデータ通信は、基地局と無線端末の間では直接的に行われる一方、無線端末１，２の間の通信は基地局を介して間接的に行われる。

IEEE802.11で規定された無線インフラストラクチャネットワーク(BSS)では基地局は所定の周期で共通通知情報（ビーコン）を配下の無線端末に送信する。ビーコンの中には様々な情報が含まれてもよく、例えば配下の無線端末の識別情報や基準時間に関する情報に加えて、省電力モードで動作中の各無線端末宛のデータが基地局の送信バッファに蓄積されているか否か（データの有無）を示す情報が含まれる。データの有無を示す情報はトラフィック通知メッセージ(TIM: Traffic Indication Message)とも呼ばれる。省電力モードの無線端末は受信間隔（Listen Interval）パラメータに従って受信休止状態から受信待機状態に周期的に規則的に遷移し、ビーコンを受信する。受信休止状態はドーズ又は休止（Doze）状態とも呼ばれる。受信待機状態は起動（Awake）状態とも呼ばれる。上記の受信間隔パラメータはビーコンを受信する周期を規定するパラメータである。無線端末は受信したビーコンのTIM情報を解析することで、基地局に自局宛のデータが有るか否かを判断する。そのようなデータがもしあれば基地局は送信バッファにそれらを蓄積する。基地局に自局宛のデータが蓄積されていた場合はPS-Poll(Power Save-Poll)という制御フレームが基地局に伝送され、これに応じて基地局から無線端末にデータが転送される。転送が完了するまで無線端末は起動状態に維持される。一方、基地局に自局宛のデータが蓄積されていなかった場合は無線端末は速やかに休止状態へ遷移する。このように省電力モードの無線端末は一定の周期で起動状態と休止状態を繰り返す。

図２は基地局を介さずに無線端末同士でデータを中継する無線通信システム（以下、無線アドホックネットワークと言及される。）を示す。このようなシステムでも間欠受信による省電力技術が使用される。無線アドホックネットワークにおけるデータ通信は、互いの通信範囲内の無線端末間では直接的に行われるが（端末1-2間、2-3間、3-4間）、直接的に通信できない端末間（端末1-4間、1-3間、2-4間）では別の端末を介して間接的に行われる。無線アドホックネットワークは、図２に示されるようなノートＰＣや携帯端末などの無線ＬＡＮ端末だけから構成されるアドホック型ネットワークでもよいし、図3に示されるような無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末から構成されるメッシュ型ネットワークでもよい。

IEEE802.11で規定されたアドホックネットワーク(IBSS)では、予告トラフィック通知メッセージ（ATIM：Announcement Traffic Indication Message)という信号が利用され、自ノード近辺の省電力モードの他ノードにフレームが間もなく送信されることが事前に予告される。このメッセージはビーコン送信時刻から始まる特別な期間（ATIMウィンドウと呼ばれる）で送信される。ATIMウィンドウ期間中は、ビーコン又はATIMの送信しか許されておらず、省電力モードの受信待機状態であることが必要とされる。このATIMウィンドウでATIMを受信したノードはフレームを受信するまで起動状態を維持し、ATIMを受信しなかったノードは休止状態に戻る。つまり省電力モードのノードは一定周期で起動状態及び休止状態間の遷移を繰り返す。

従来の無線インフラストラクチャネットワーク及び無線アドホックネットワークについては例えば特許文献１乃至４及び非特許文献１に記載されている。特許文献１では、インフラストラクチャネットワークにおいて、端末が発着信回数の観点から間欠受信間隔を可変制御し、基地局に間隔変更を通知している。特許文献２では、インフラストラクチャネットワークにおいて、無線端末が起動中のアプリケーションにより間欠受信間隔を変化させている。特許文献３では、端末のネットワークインターフェースモジュールの電力状態を、他のモジュールから情報を受けて制御する方法が記載されている。特許文献４では、インフラストラクチャネットワークにおいて、基地局がトラヒック状況を考慮し、受信休止状態へ遷移することが記載されている。非特許参考文献１では、インフラストラクチャネットワークにおいては端末が間欠受信間隔を変えることが可能である旨記載されている。
特開平5-183487号公報 特開2005-57602号公報 特開2004-234667号公報 特開2004-336401号公報 ANSI/IEEE std 802.11, Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications, 1999.

しかしながら従来のＢＳＳでは間欠受信間隔が無線端末により決定されるので、基地局でのトラフィック状況に配慮できないという問題点がある。例えば間欠受信間隔が不必要に短く設定されていたとすると、基地局からの送信予定のない状況でも無線端末は過剰に起動状態へ遷移し、より多くの電力を浪費するおそれがある。逆に間欠受信間隔が不必要に長く設定されたとすると、パケットの送受信遅延が大きくなり、スループットの低下を招くおそれがある。

また、従来のＩＢＳＳではネットワーク内の無線端末（ノード）が一律に一定の周期で起動状態及び休止状態間で状態遷移を繰り返す。従ってＢＳＳの場合と同様に、送受信予定のない状況でも無線端末は過剰に起動状態へ遷移し、電力を浪費してしまうおそれがある。逆に間欠受信間隔が不必要に長く設定され、パケットの送受信遅延の長期化及びスループットの低下等を招くおそれがある。更にＩＢＳＳではＢＳＳとは異なり上り及び下りのような通信方向が区別されていないので、何れの通信方向でも上記の問題が生じるおそれがある。

更に上記の特許文献及び非特許文献では、間欠受信間隔を変えることが記載されているかもしれないが、いずれも実際のトラフィック状況に基づいて間隔を設定するものではなく、上記の問題点は依然として適切には解決されていない。

本発明の課題は、省電力モードにおける間欠受信間隔の適正化を図る無線通信装置及び無線通信方法を提供することである。

一実施例による無線通信装置は、
１以上の通信ノードの各々に宛てられたパケットを送信タイミングまで格納する送信バッファと、
前記送信バッファに蓄積されたパケット量に基づいて通信ノード毎に間欠受信間隔を決定する要求間隔決定手段と、
決定された間欠受信間隔に合わせて各通信ノードがビーコンを間欠的に受信するように、各通信ノードに要求する要求手段と
を有し、前記間欠受信間隔は、基準間隔及び間隔因子の積の関数として表現され、前記間隔因子はパケットの優先度及び前記パケット量の関数である、無線通信装置である。

本発明によれば無線通信装置における省電力モードでの間欠受信間隔の適正化を図ることができる。

本発明の一形態によれば、間欠受信間隔が送信バッファのバッファリング状況に応じて適切に設定されるので、送受信待ち時間における省電力効果を向上させることができる。また、リンクごとにパケット量の実情を適切に考慮できるので、過剰に受信待機状態へ遷移せずに済み、特にリアルタイム系アプリケーションの送受信遅延を抑制することに有利である。

本発明の一形態ではパケットの転送先毎に相対的な優先度を計算し、相対的な優先度はアクセスカテゴリ毎に蓄積されたパケット量の重み付け加算値から導出される。これによりパケットの転送先の相対的な優先度を適切に算出できる。

相対的な優先度は適切な対応関係に従って間欠受信間隔を決定するパラメータ（間隔因子）に変換されてもよい。間隔因子の複数の選択肢は２のべき乗に合わせて用意されてもよい。ビーコンの送信間隔は間隔因子の最小公倍数で決定されるので、間隔因子を２のべき乗に合わせて用意することは、ビーコンの送信間隔をなるべく短くすることができる。

本発明の一形態による無線通信装置は、間欠受信間隔が短縮される場合には間隔の変更要求に速やかに応答する。これにより優先度の高いパケットの伝送遅延の長期化を抑制できる。無線通信装置は、間欠受信間隔が拡張される場合には間隔の変更要求に対して、次回のビーコンで応答してもよい。

後述の説明で明らかになるように、本発明は無線インフラストラクチャ型のネットワークに加えて、アドホック型及びメッシュ型の何れのネットワーク形式にも適用可能であり、ビーコンを送信するノードに広く適用可能である（例えば、アドホック型ネットワークでは無線ＬＡＮ端末が、メッシュ型ネットワークでは無線ＬＡＮ基地局が適用対象となる。）。以下、アドホック型ネットワーク、メッシュ型ネットワークともに「無線アドホックネットワーク」と呼ぶことにする。また、ビーコンを送信する無線ＬＡＮ基地局又は無線ＬＡＮ端末は「ノード」と呼ばれてもよい。

以下、本発明を無線インフラストラクチャネットワークに適用した場合の実施例が説明される。

図４Ａは本発明の一実施例による無線インフラストラクチャネットワークの全体図を示す。説明の便宜上１つの基地局の配下にＡ，Ｂ２つの無線端末しか図示されていないが、適切な如何なる数の無線端末が存在してもよい。基地局であるアクセスポイント（AP：Access Point)と移動局である無線端末Ａ，Bは、例えばIEEE802.11で規定されるような無線インフラストラクチャネットワーク（BSS）を構成する。基地局と無線端末の間では直接的に通信が行われ、無線端末１，２の間の通信は基地局を介して間接的に行われる。

基地局は所定の周期で共通通知情報（ビーコン）を配下の無線端末に送信する。ビーコンの中には様々な情報が含まれてもよい。例えばビーコンを送信する周期や基準時間に関する情報に加えて、省電力モードで動作中の各無線端末宛のデータが基地局の送信バッファに蓄積されているか否かを示す情報（TIM情報）がビーコンに含まれてもよい。省電力モードの無線端末は受信間隔（LI: Listen Interval）パラメータに従って、受信休止状態から受信待機状態に周期的に遷移し、ビーコンを間欠的に受信する。後述されるように本実施例ではこの無線端末は各自に相応しい間隔で間欠受信を行うことができるように、受信間隔LIが適切に設定される。

無線端末は受信したビーコンのTIM情報を解析することで、基地局に自局宛のデータが有るか否かを判断できる。基地局に自局宛のデータが蓄積されていた場合はPS-Poll(Power Save-Poll)という制御フレームが基地局に伝送され、これに応じて基地局から無線端末にデータが転送される。転送が完了するまで無線端末は起動状態に維持される。一方、基地局に自局宛のデータが蓄積されていなかった場合は無線端末は速やかに休止状態へ遷移する。このように省電力モードの無線端末は一定の周期で起動状態と休止状態を繰り返す。

図４Ｂは基地局（ＡＰ）のブロック図を示す。図４Ｂには送信バッファ４１と、優先度算出部（σ算出部）４２と、要求間隔算出部（要求ＬＩ算出部）４３と、ビーコン生成部４４と、パラメータ管理部４５とが描かれている。

送信バッファ４１は無線端末ＡからＢへ又はＢからＡへ中継すべきパケットを送信タイミングに至るまで格納する。本実施例ではパケットは、優先度を表すアクセスカテゴリＡＣ［ｉ］毎に蓄積される。図示の例ではアクセスカテゴリとしてＡＣ［０］〜ＡＣ［３］の４種類が用意されているが、より多くの或いはより少ないアクセスカテゴリが用意されてもよい。本実施例では図４Ｃに示されるように、ＡＣ［０］の優先度が最も高く、ＡＣ［１］，ＡＣ［２］，ＡＣ［３］の順に優先度が低くなることが便宜上仮定されている。

図４Ｂの優先度算出部４２は、送信バッファ４１に蓄積されているパケット量に基づいて、パケットの宛先（何れかの無線端末）毎に次式によりパラメータσの値を算出する。

ここで、Ｎ_i,AP,k はアクセスカテゴリがＡＣ［ｉ］に分類されたパケットの内、通信ノードｋ宛のパケット数を表す。Ｓ_ｉはアクセスカテゴリＡＣ［ｉ］として分類可能なパケット数（最大値）を表す。ｉは０，１，２又は３の値をとる優先度に関連するパラメータを表す。α，β及びγは、１＞α＞β＞γ＞０ を満たすように設定されるウエイトパラメータを表す。上記の数式から明らかなように、このパラメータσは高優先度のパケット数が多いほど大きな値をとり、高優先度のパケット数が少ないほど小さい値をとる。言い換えればパラメータσ（簡明化のため添え字は省略されている）の大小は、宛先の通信ノードの優先度の高低に関連付けることができる。

要求間隔算出部（要求ＬＩ算出部）４３は、パラメータσを適切な変換関数Ｆ（σ）で変換し、配下の無線端末に要求する間欠受信間隔を決定する間隔因子（LI: Listen Interval）を導出する。

ＬＩ_AP,k＝Ｆ（σ_AP,k）
変換関数Ｆ（σ）は一例として図４Ｄに示されるような関数形をとってもよい。このようにすると、パラメータσが大きくなるほど（高優先になるほど）間隔因子LIは１に近づき、パラメータσが小さくなるほど（低優先になるほど）間隔因子LIは大きな値になる。更にこの例では間隔因子LIは２のべき乗の整数値で表現される。

図４Ｂのビーコン生成部４４は、配下の無線端末に定期的に知らせるビーコンを生成する。上述したようにビーコンには様々な情報が含まれるが、本実施例では無線端末の間欠受信間隔WIを決定する情報も含まれる。この情報は典型的にはLI又はWI_minで表現されるが、WI自体で表現されてもよい。単なる一例として、通信ノードｋ（無線端末）の間欠受信間隔WI_ｋは、
WI_ｋ＝LI_AP,k×WI_min
により算出されてもよい。ここで、WI_minはアプリケーションで決定される間欠受信間隔の最小値を表す。上述したように間隔因子LIは高優先であるほど小さな値をとり、低優先であるほど大きな値をとる。従って間欠受信間隔は高優先であるほど短くなり、低優先であるほど長くなる。

パラメータ管理部４５は、優先度に関連するパラメータα、β、γや、最小の間欠受信間隔WI_min等の各種のパラメータの値を管理する。間欠受信間隔の最小値は無線端末毎に相違していてもよいが、簡明化のため本実施例では全無線端末に共通しているものとする。別の実施例では、例えばリアルタイム性が更に要求されるアプリケーションの場合には、遅延に対する要求を厳しくするため、より小さな間欠受信間隔WI_minが設定されてもよい。更にパラメータα，β，γ及びWI_minはアプリケーション毎に適宜変更されてもよい。

図４Eは図４Aのネットワークで使用される無線端末（移動局）に関する機能ブロック図を示す。自ノードのLI決定部４７と、応答フレーム生成部４８とが描かれている。

自ノードのLI決定部４７は、基地局から要求される間欠受信間隔（WI_ｋ又はLI_AP,kで表現されてもよい）に従って自ノードの間欠受信間隔を決定する。間欠受信間隔に関する情報は、基地局から受信したビーコンを分析することによって取得できる。

応答フレーム生成部４８は無線端末が間欠受信間隔を適切に設定したことを基地局に通知するために、応答フレームを作成する。なお、応答フレームによる応答はアプリケーションによっては省略されてもよい。

図５を参照しながら動作が次に説明される。前提として基地局の送信バッファには図４Cに示されるように送信バッファのキュー内に無線端末Ａ，B宛のパケットがアクセスカテゴリ毎に蓄積されているものとする。各アクセスカテゴリＡＣ［ｉ］に対応するキューのサイズＳ_ｉはすべて１００であるとする（Ｓ_０＝Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＝１００）。基地局（AP）は１×WI_minの間隔でビーコンを送信する。図５に示される状況では、無線端末Ａ，Ｂは破線のブロックで表現されるタイムスロットの期間では起動状態であり、それ以外では休止状態である。当初の状態（図中左から数えて第３のビーコンが送信される以前の状態）では、無線端末Ａは１×WI_minの間隔で間欠的にビーコンを受信し、無線端末Ｂは２×WI_minの間隔でビーコンを受信している。その後、基地局の送信バッファ内の状況が変化し、間欠受信間隔を変更すべき状態になったとする。図５にしめされている「LI_A」，「LI_B」は無線端末A,Bでそれぞれ測定される実際の間隔因子の値を表す。これに対してLI_AP,AはAP(基地局)がA（無線端末）に要求する間隔因子を表す。同様にLI_AP,BはAP(基地局)がB（無線端末）に要求する間隔因子を表す。

基地局は宛て先の無線端末Ａ，Ｂに関して次の計算を行う。ここでアクセスカテゴリＡＣの各優先度に対応するパラメータはα＝0.8，β＝0.4，γ＝0.2 としている。第３のビーコンを送信する前に、基地局は無線端末各々へのパケットに関するパラメータσを算出する。送信バッファのキュー内に蓄積されている無線端末Ａ宛のパケット数は、AC[0]に10個、AC[1]に20個、AC[2]に30個そしてAC[3]に20個であったとする。この場合、パラメータσは次のように算出される：

同様にパラメータσ_AP,Bも計算され、それは0.25であったとする。

次に、パラメータσの値が図４Ｄに示されるような変換関数により間隔因子LIに変換される。

LI_AP,A＝F(σ_AP,A)＝F(0.12)＝２
LI_AP,B＝F(σ_AP,B)＝F(0.25)＝１
このようにして算出された間隔因子に関する情報はビーコンに含められ、無線端末A,Bにそれぞれ通知される（図５の第３のタイミングの下向きの矢印）。

ビーコンを受信した無線端末Aはビーコン中の情報内容を分析し、間欠受信間隔WI_AP,kを更新する。アプリケーションにより決定される最小間隔WI_minの値が20msであったとすると、無線端末AはLI_AP,A×WI_min＝２×２０＝４０（ｍｓ）に間欠受信間隔を広げる。ここで、現在のWI_minの値は基地局がビーコンに含まれる情報として各無線端末に通知するものとする。この情報は間欠受信間隔を広げるのか狭めるのかを無線端末が判断するのに使用されもよい。一方、無線端末Bはビーコンの受信後、図中上向き矢印で示されるように基地局に肯定応答（Ack）を送信した後に自局の間欠受信間隔をLI_AP,B×WI_min＝１×２０＝２０（ｍｓ）に狭める。

間欠受信間隔を狭める場合にAckを基地局に送信するのは、基地局が無線端末の間欠受信間隔が短くなったことを確認可能にするためである。例えば間欠受信間隔が長いままであった場合に短い間隔でビーコンが送信されたとすると、休止状態中に伝送されたビーコンを受信することはできない。一方、間欠受信間隔が短いままであった場合に長い間隔でビーコンが送信されたとしても、無線端末はビーコンの受信に失敗することはない。この場合、電力が浪費されるだけで済む。このため、間欠受信間隔が短く変更される場合にはAckにより間隔の変更が確認されることが望ましい。なお、間欠受信間隔が長く変更される場合にAckによる確認が行われてもよい（但し、必須でないトラフィックを減らす観点からは省略した方がよい。）。

次に、本発明が無線アドホックネットワークに適用された場合の実施例が説明される。

図６Ａに示されるようなネットワークトポロジで無線端末又はノードA,B,C,Dが無線アドホックネットワークを構成しているとする。即ち、無線端末Aは無線端末B,Cと直接的に無線通信できるが、無線端末Dとは無線端末B又はCを経由して間接的にしか通信できない。無線端末B及びCは全ての無線端末と直接的に通信できる。無線端末Ｄは無線端末B,Cと直接的に無線通信できるが、無線端末Ａとは無線端末B又はCを経由して間接的にしか通信できない。無線端末A,B,C,Dは同期しており、それらが間欠受信状態（休止状態）の場合には、各自の間隔で起動状態及び休止状態への状態遷移が反復される。この場合に、ビーコンは全ての無線端末が起動状態になる時点で何れかの無線端末から送信される。

図６Ｂは本発明の一実施例による無線端末のブロック図を示す。無線端末は送信バッファ４１、σ算出部４２、要求ＬＩ算出部４３及びパラメータ管理部４５を有し、これらは図４Ｂで登場した要素と同様であるため重複的な説明は省略される。但し、本実施例では基地局は存在せず、無線端末同士がデータを中継するので、無線端末ｊの中で無線端末ｋに関して算出されるパラメータσは、

のように算出される。また、無線端末ｊが無線端末ｋに要求する間隔因子LI_jkは、LI_jk＝F(σ_j,k) のように算出される。

無線端末は更に要求フレーム生成部６１と、自ノードＬＩ決定部６２と、ビーコン生成部６３と、応答フレーム生成部６４とを有する。

要求フレーム生成部６１は要求フレームを作成し、その要求フレームは要求ＬＩ算出部４３算出された間隔因子で決定される間隔で間欠受信を行うように無線端末に要求するものである。

自ノードＬＩ決定部６２は、他の無線端末（ノード）から要求される間隔因子LI_j,kに応じて適切な１つの間隔因子を選択する（例えば、自ノードがBであったとすると、他ノードはA,C,Dである。）。様々な選択方法が考えられるが、本実施例では間隔因子の複数の選択肢があった場合に、より小さな間隔因子が選択される。更に、自ノードLI決定部６２は、選択された間隔因子と目下の間隔因子とを比較し、比較結果に応じて、選択された間隔因子をビーコン生成部６３又は応答フレーム生成部６４に通知する。選択された間隔が現在よりも長く変更される場合には、選択された間隔因子は次回のビーコンで他ノードに通知される。なお、LIの変更を通知するノードはビーコンの送信待ち時間を通常よりも短くすることで優先的にビーコン送信の機会が与えられる。仮に、通常通りの待ち時間で送信を試みようとすると、他のノードにビーコンの送信権を取られてしまい、他のノードへの変更通知が遅れてしまう。一方、選択された間隔が現在よりも短く変更される場合には、選択された間隔因子はビーコンとは別の応答フレームで速やかに他ノードに通知される（この点については動作説明で更に説明される）。

ビーコン生成部６３はビーコンを生成し、ビーコンは全ノードが起動しているタイミングで送信される。

応答フレーム生成部６４はビーコンとは別のフレーム（応答フレーム）を作成し、自ノードの間隔因子が短く変更された場合にその旨を速やかに近辺の他ノードにブロードキャストする。更に応答フレームには自ノードの変更後の間欠受信間隔又は間欠因子の情報が含まれていてもよいし、含まれなくてもよい。後者の場合は、変更後の間欠受信間隔等は次回のビーコンで送信されてもよい。このようにすることは応答フレームのデータ量を小さくし、それを速やかに伝送できる点で好都合である。

図７を参照しながら動作が次に説明される。前提として無線端末Bの送信バッファのキューには図６Ｃに示されるように無線端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ宛のパケットが蓄積されているものとする。各アクセスカテゴリＡＣ［ｉ］に対応するキューのサイズＳ_ｉはすべて１００であるとする（Ｓ_０＝Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３＝１００）。ビーコンは４×WI_minの間隔で何れかの無線端末から送信される。ビーコンは第３や第７のタイミングのような全ての無線端末が起動状態の場合に送信される。無線端末Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは休止状態及び起動状態を各自の間隔で繰り返す。初期状態で無線端末Ａの間欠因子LI_Aは１であり、無線端末Bの間欠因子LI_Bは２であり、無線端末Cの間欠因子LI_Cは１であり、無線端末Dの間欠因子LI_Dは４であったとする。

無線端末Bは他の無線端末に対するパラメータσを計算する。ここでアクセスカテゴリＡＣの各優先度に対応するパラメータはα＝0.8，β＝0.4，γ＝0.2 であるとする。無線端末Bの送信バッファのキュー内に蓄積されている無線端末Ａ宛のパケット数は、AC[0]に属するパケットが10、AC[1]が20、AC[2]が20、AC[3]が30であったとする。この場合、パラメータσは次のように算出される：

同様に無線端末Bは無線端末C，Dに関してもパラメータσを計算し、それぞれ、0.2、0.05という値が算出されたとする。

更に、図４Dに示されるような変換関数を利用して、パラメータσが間隔因子（要求LI）に変換される。

LI_B,A＝F(σ_B,A)＝F(0.1)=２
LI_B,C＝F(σ_B,C)＝F(0.2)=１
LI_B,D＝F(σ_B,D)＝F(0.05)=４
初期状態では、L_A=1，L_B=２，L_C=1，L_D=４ であった。これらと上記の要求LIとを比較すると、無線端末C,Dについては要求LIと実際の間隔が合致しているので、間隔の変更は不要である。しかし、無線端末Aについてはそれらは相違しているので、間隔を変更する必要がある。このため、第1のタイミングで無線端末Bは要求フレームを無線端末Aに送信する。この要求フレームは間隔因子L_Aの値を１から２に増やすことを要求する。この要求に対して無線端末Aは、次回のビーコン送信時（第3のタイミング）に、自局の間隔因子が変更されたことを示すビーコンを近隣の無線端末（B,C）に送信する。このビーコンは、無線端末Bにとっては要求フレームに対する応答信号として機能する。無線端末Cは現在想定しているネットワークトポロジ（図６A）では無線端末Aと近接しているので、無線端末Aの間隔因子の変更を把握しておく必要がある。

上述したようにビーコンは全ての無線端末が起動している場合に、何れか１つの無線端末から伝送可能である。本実施例では間隔因子を変更した無線端末が優先的にビーコンを送信できる(送信権が付与される)。その後、無線端末Aは実際に自局の間隔因子を１から２に増やす。すなわち、アプリケーションにより決定される間欠受信機間の最小値WI_minの値が20msであったとすると、無線端末Aの間欠受信間隔は２×２０＝４０ｍｓに変更される。

次に第5のタイミングで無線端末CがLI_C,B=１を算出したとする。この時点では無線端末Bの間隔因子L_Bは２であるので、無線端末Cから要求される間隔と実際の間隔が相違する。このため、無線端末Cは無線端末Bへ要求フレームを送信する。要求フレームは間隔因子の値を２から１に減らすことを要求する。この場合、無線端末Bは（次回のビーコン送信タイミングを待たずに）要求フレームの受信直後に応答フレームをブロードキャストすることで、無線端末Bの間隔因子が短縮されたことが近隣ノード（A,C）に通知される。そして無線端末Bで実際に間隔因子が２から1へ変更される。これにより無線端末Cは無線端末Bによる次回のビーコンの送信に先立って無線端末Bへパケットを送信できる。また、ノードCが即時性を要求するパケットを送信する際の遅延抑制が可能となる。無線端末Bは第7のタイミングでビーコンを近隣の無線端末にブロードキャストする。なお、間隔因子を長く変更する無線端末が早期にビーコンを送信できるように、そのような無線端末によるビーコンの送信待機時間は本来の待機期間よりも短縮されることが望ましい。

一方、無線端末Bが応答パケットではなくこの第7のタイミングのビーコンで無線端末Cに、要求フレームに対する応答が行われたとする。この場合、無線端末Bは第7のタイミング以前は間隔因子は２であり、第7のタイミング以後に間隔因子が１になる。従って、無線端末Cは第7のタイミングが訪れるまで無線端末Bへの送信頻度を上げることができず、遅延量が増えてしまうおそれがある。しかしながら本実施例のように第5のタイミングで受けた要求フレームに対して第5のタイミングで応答パケットを速やかに返すことで、以後無線端末Cは無線端末Bへの送信頻度を速やかに上げることができ、伝送遅延をなるべく小さくできる。

なお、複数の要求フレームが所定の期間（本実施例ではビーコンの周期）の間に受信された場合は、それらの中で最も高頻度になる間隔因子が採用され、他の要求は無視される。例えば、図７の第3のタイミングに示されるように無線端末Dが無線端末BへLI_D,B=４の要求を行っており、第5のタイミングで無線端末Cが無線端末BへLI_C,B=１の要求を行っている。この場合無線端末Dからの要求よりも無線端末Cからの要求の方が、高頻度の間隔因子になるので、無線端末Bは無線端末Dからの要求には従わず、無線端末Cからの要求に従う。

その結果、図７に示されるように、ビーコンの送信間隔は80msであり、無線端末Aは40ms、無線端末Bは20ms、無線端末Cは20msそして無線端末Dは80msで状態遷移を行う。

ところで、パラメータσが関数F(σ)により関連付けられる間隔因子LIは、２のべき乗に限定されず、それ以外の値でもよい。但し、複数の間隔因子LIの最小公倍数でビーコンの送信間隔が決定されるので、間隔因子は所定の選択肢の中から選択されることが望ましい。間隔因子の選択肢は１，２，３，．．．のように等間隔に用意されてもよいし、上記のように２のべき乗に合わせて用意されてもよい。但し、ビーコンの送信間隔を短くする観点からは、２のべき乗に合わせて用意することが望ましい。例えば、選択肢数が４であり、LIが等間隔に１，２，３又は４として用意されたとする。この場合最小公倍数は１２になるのでビーコンは１２×WI_min毎に送信される。これに対してLIが１，２，４又は８のように２のべき乗に合わせて用意されたとすると、最小公倍数は８になり、ビーコンは８×WI_min毎に送信できる。更に選択肢数が６になると、それらを等間隔に用意した場合（１，２，３，４，５，６）は６０×WI_min毎にビーコンが送信されることになる。しかし、１，２，４，８，１６，３２のように２のべき乗に合わせて用意すると、ビーコンの送信間隔は３２×WI_minで済む。従って、後者の方がより頻繁に無線端末同士を実情に相応しく設定変更させることができる。

無線インフラストラクチャネットワークを示す図である。 無線アドホックネットワークを示す図である。 メッシュ型ネットワークを示す図である。 無線インフラストラクチャネットワークを示す図である。 本発明の一実施例による基地局の機能ブロック図を示す図である。 送信バッファのキュー内の様子を模式的に示す図である。 パラメータσと間隔因子LIの対応関係F(σ)を例示する図である。 本発明の一実施例による移動局の機能ブロック図を示す図である。 本発明の一実施例による動作例を示す図である。 無線アドホックネットワークを示す図である。 本発明の一実施例による基地局の機能ブロック図を示す図である。 送信バッファのキュー内の様子を模式的に示す図である。 本発明の一実施例による動作例を示す図である。

符号の説明

４１ 送信バッファ
４２ 優先度算出部
４３ 要求ＬＩ算出部
４４ ビーコン生成部
４５ パラメータ管理部
４７ ＬＩ決定部
４８ 応答フレーム生成部
６１ 要求フレーム生成部
６２ ＬＩ決定部
６３ ビーコン生成部
６４ 応答フレーム生成部

Claims (9)

1. １以上の通信ノードの各々に宛てられたパケットを送信タイミングまで格納する送信バッファと、
   前記送信バッファに蓄積されたパケット量に基づいて通信ノード毎に間欠受信間隔を決定する要求間隔決定手段と、
   決定された間欠受信間隔に合わせて各通信ノードがビーコンを間欠的に受信するように、各通信ノードに要求する要求手段と
   を有し、前記間欠受信間隔は、基準間隔及び間隔因子の積の関数として表現され、前記間隔因子はパケットの優先度及び前記パケット量の関数である、無線通信装置。
2. 前記要求手段が、ビーコンを利用して１以上の通信ノードに各自のための間欠受信間隔を通知する、請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記送信バッファ中のパケットは前記優先度に応じて区別される、請求項１記載の無線通信装置。
4. 複数の前記間隔因子の各々が２の累乗で表現される、請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記要求手段が、ビーコンとは別に作成した要求フレームを利用して、１以上の通信ノードに各自のための間欠受信間隔を通知する、請求項１記載の無線通信装置。
6. 当該無線通信装置での間欠受信間隔を変更すべきことが１以上の通信ノードから要求された場合に、１つの間欠受信間隔を決定する手段を有する、請求項５記載の無線通信装置。
7. 前記決定された間欠受信間隔が決定前の間隔より短い場合に、ビーコンとは異なる応答フレームで変更要求直後に応答する手段を有する、請求項６記載の無線通信装置。
8. 前記決定された間欠受信間隔が決定前の間隔より長い場合に、ビーコンの送信待機時間が短縮され、変更後の間欠受信間隔が１以上の通信ノードにビーコンで通知される、請求項６記載の無線通信装置。
9. １以上の通信ノードの各々に宛てられたパケットを送信バッファに格納し、
   前記送信バッファに蓄積されたパケット量に基づいて通信ノード毎に間欠受信間隔を決定し、
   決定された間欠受信間隔に合わせて各通信ノードがビーコンを間欠的に受信するように、各通信ノードに要求するステップ
   を有し、前記間欠受信間隔は、基準間隔及び間隔因子の積の関数として表現され、前記間隔因子はパケットの優先度及び前記パケット量の関数である、無線通信方法。

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