JP2009165008A - 無線端末装置及び無線基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線によるデータの送受信に必要な消費電力を低減させることができる無線端末装置及び無線基地局装置を提供する。
【解決手段】記憶部４０に記憶された経路情報により示される転送経路において本無線LAN端末局３０における転送元から送信されたフレームを転送先の無線LAN端末局３０へ送信して無線LAN基地局２０との間でマルチホップ通信を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線端末装置及び無線基地局装置に係り、特に、複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って無線基地局との間でマルチホップ通信を行う無線端末装置及び無線基地局装置に関する。

無線LANのような、基地局に対して無線によりデータの送受信を行なうネットワークは、無線LAN基地局の送信電波が届く範囲において通信を行い、その範囲内に存在する無線LAN端末局は、無線LAN基地局と直接的にフレームを送受信することにより通信を行う。なお、本発明では、無線LAN基地局の送信電波が届く範囲を、無線ネットワークと呼ぶこととする。

また、特に無線LANなどの無線ネットワークでは、CSMA/CA（Carrier Sence Maltiple Access / Corision Avoidance）と呼ばれる無線アクセス方式が採用されている。これは、同一周波数内の無線帯域を、１つの無線LAN基地局と無線ネットワーク内に帰属する全無線LAN端末局で分け合うような仕組み（ルール）となっている。

図１７（Ａ）には、無線LAN基地局２０’を中心としたネットワーク構成の一例が示されており、図１７（Ｂ）には、無線LAN基地局２０’と無線LAN端末局３０ａ’、３０ｂ’との間のフレーム交換シーケンスの一例が示されている。

従って、無線LANを利用した無線ネットワークにおいては、一度にフレームを送信できる無線局は、無線LAN基地局２０’もしくは１つの無線LAN端末局３０’に限られている。

無線ネットワークの中心に位置する無線LAN基地局２０’は、外部電源より電力が供給されることが多いため、消費電力に関する制約が少なく、送信電力を高く維持することができる。従って、無線LANを例にすると、送信電波は、約１００メートル程度まで到達可能となっている。この送信電波の到達可能な範囲が広い（無線ネットワークが広い）ということは、例えば、ホットスポットような無線LANが利用可能なインフラを整備する上で、無線LAN基地局２０’の数を減らすことができる（少ない無線LAN基地局２０’で広い範囲をカバーできる）というメリットがあり、非常に重要な要素となっている。

これに対して、無線LAN端末局３０’は、バッテリーなどの内部電源より電力が供給されることが多く、消費電力をできるだけ抑えたいという要求がある。

このため、無線LAN端末局３０’は、フレームの送受信に必要な電力をできるだけ低減することが求められるが、例えば、送信電力を下げた場合は、通信可能な範囲を狭めることになるため使い勝手が悪くなり、また受信電力は、受信したフレームが自局宛、他局宛に関わらず、決まった処理を行わなければならず、そうそう削減できるものでもない。

つまり、無線LAN基地局２０’を中心とした無線ネットワークにおける送信電力は、例えば、約１００メートル程度の通信範囲であるならば、その範囲においては、無線LAN端末局３０’側からもフレームを送信できる（無線LAN基地局２０’に電波が十分届く）だけの電力が要求されることになる。

しかし、無線LAN端末局３０’は、無線LAN基地局２０’から遠くなる程、多くの送信電力を使う必要があり、バッテリーの負担が大きくなる。これは、無線LAN基地局２０’を中心とした無線ネットワークにおける送信電力消費に関わる問題である。

図１８には、無線LAN基地局２０’と無線LAN端末局３０’との位置関係とフレームの送信に必要な送信電力の関係を示しており、矢印の線が太いほど送信電力が大きいことを示している。

この送信電力の消費に関する問題に対する従来の対策案としては、無線LAN端末局３０’ができるだけ送信電力を抑えられるよう、無線LAN基地局２０’に電波が届くぎりぎりの送信電力を保つよう制御するという方法がある。

しかし、この方法では、送信電力を抑えることで電波が弱まるため、周辺ノイズの影響を受け易くなる。

よって、通信の悪化によりフレームの再送を生じ、低消費電力の効果があまり期待できない状況が想定される。

また、送信電力の抑制に加えて通信のレートを落とすことで、周辺ノイズの影響を軽減するという（ノイズ耐性の強い変調方式を採用するという）対策も考えられる。

しかし、この方法では、通信レートを落とした分、送信に必要な時間が延びることで、トータルの消費電力はあまり変わらないことが想定される。

次に受信電力について考慮する。

無線LANの通信では、常に無線ネットワーク内の全フレームを受信し、他局宛か自局宛かを判断するため、フレームの先頭からフレーム最後尾までを受信し、FCS（Frame Check Sequence：CRC演算によるフレーム誤り検出シーケンス）を確認しなければならない。勿論、このFCS確認の前処理として、高周波の受信電波をベースバンド信号に変換したり、アナログ／ディジタル変換したり、フレーム同期を確立したり、復調したりといった処理も必要で、これらの処理にも多くの電力は消費されている。

このため、他局宛のフレームであっても、FCSを確認するために必要な電力は消費され、無線ネットワーク内の送信フレームが多くなればなる程、受信処理に必要な電力消費が増えてしまう。これは、無線LAN基地局２０’を中心とした無線ネットワークにおける受信電力消費に関わる問題である。

図１９（Ａ）には、無線LANで用いられるフレームのデータ構造（フォーマット）が示されており、図１９（Ｂ）には、フレームを受信した際に、行われる受信処理の一例が示されている。

なお、関連技術として、特許文献１には、無線WAN基地局へアクセスする無線WANシステムと、無線LAN基地局２０’へアクセスする無線LANシステムと、が併存した状況において、無線端末装置が、無線通信状況に応じて、無線WANシステムと無線LANによるマルチホップ無線システムの両方を併用して通信を行う技術が記載されている。

しかし、特許文献１の技術は、無線LAN基地局からの送信電波が届く範囲外に存在する無線端末装置が、無線LAN基地局からの送信電波が届く範囲内に存在する無線端末装置とマルチホップ通信を行って通信を行うものであり、無線LAN基地局からの送信電波が届く範囲内に存在する無線端末装置と、無線LAN基地局との間の通信が、当該範囲内の他の無線端末装置を介して実行されることについては開示されていない。
特開２００７−１０４６２９号公報

本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、無線によるデータの送受信に必要な消費電力を低減させることができる無線端末装置及び無線基地局装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明の無線端末装置は、通信対象とする無線基地局から無線により送信される、当該無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って前記無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報を記憶する記憶手段と、前記無線基地局及び他の無線端末装置から無線により送信されるフレームを受信する受信手段と、前記受信手段により受信されるフレームのうち、前記記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において本無線端末装置における転送元から送信されたフレームを転送先へ送信する送信手段と、を備えている。

請求項１記載の発明は、通信対象とする無線基地局から無線により送信される、当該無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って前記無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報が記憶手段に記憶されている。

そして、本発明では、受信手段により無線基地局及び他の無線端末装置から無線により送信されるフレームのうち、記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において本無線端末装置における転送元から送信されたフレームが、送信手段により、転送先へ送信される。

このように請求項１記載の発明よれば、経路情報により示される転送経路において無線端末装置における転送元から送信されたフレームを転送先へ送信して無線基地局との間でマルチホップ通信を行っているので、無線によるデータの送受信に必要な消費電力を低減させることができる。

なお、本発明は、請求項２記載の発明のように、前記無線基地局又は他の無線端末装置へ送信するフレームを生成する生成手段と、前記受信手段により受信されるフレームのうち、前記生成手段により生成されたフレームと同一の宛先のフレームに、当該生成されたフレームを結合する結合手段と、をさらに備え、前記送信手段が、前記結合手段により結合されたフレームを転送先へ送信してもよい。

また、本発明は、請求項３記載の発明のように、前記受信手段により受信される他の無線端末装置からのフレームの信号強度に基づいて近傍に他の無線端末装置が存在するか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記送信手段が、前記判定手段により近傍に他の無線端末装置が存在しないと判定された場合に、送信電力を増加させてもよい。

一方、請求項４記載の発明の無線基地局装置は、無線により送信する、本無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って本無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報を記憶する記憶手段と、
前記無線端末装置から無線により送信されるフレームを受信する受信手段と、バックボーンネットワークに接続され、当該バックボーンネットワークとの間でデータの送受信を行う通信手段と、前記受信手段により受信されるフレーム及び前記通信手段を介して受信されるフレームのうち、宛先が他の無線端末装置とされたフレームを、前記記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において当該宛先とされた無線端末装置の属する転送先へ送信する送信手段と、を備えている。

請求項４記載の発明は、無線により送信する、本無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って本無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報が記憶手段に記憶されている。

そして、本発明では、無線端末装置から無線により送信され、受信手段により受信されるフレーム及び通信手段を介してバックボーンネットワークから受信されるフレームのうち、宛先が他の無線端末装置とされたフレームが、送信手段により、記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において当該宛先とされた無線端末装置の属する転送先へ送信される。

このように請求項４記載の発明によれば、無線端末装置から無線により送信されるフレーム及びバックボーンネットワークから受信されるフレームのうち、宛先が他の無線端末装置とされたフレームが、記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において当該宛先とされた無線端末装置の属する転送先へ送信して無線基地局との間でマルチホップ通信を行っているので、無線によるデータの送受信に必要な消費電力を低減させることができる。

なお、本発明は、請求項５記載の発明のように、同一転送経路に送信される複数のフレームを結合する結合手段と、をさらに備え、前記送信手段が、前記結合手段により結合されたフレームを転送先へ送信してもよい。

そして、請求項６記載の発明のように、前記送信手段が、前記結合手段により結合されたフレームを転送先の転送経路に属する各無線端末装置に直接送信するようにしてもよい。

この際、請求項７記載の発明のように、前記送信手段が、前記結合手段により結合されたフレームをブロードキャストフレーム、あるいはマルチキャストフレームで送信することにより前記転送先の転送経路に属する各無線端末装置に直接送信してもよい。

また、本発明は、請求項８記載の発明のように、前記結合手段が、宛先が同一の複数のフレームを結合してもよい。

そして、請求項９記載の発明のように、前記送信手段が、前記結合手段により結合されたフレームを転送先の無線端末装置にユニキャストフレームで送信してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、経路情報により示される転送経路において無線端末装置における転送元から送信されたフレームを転送先へ送信して無線基地局との間でマルチホップ通信を行っているので、無線によるデータの送受信に必要な消費電力を低減させることができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、本発明を、無線LAN基地局と複数の無線LAN端末局３０とが無線により通信を行う無線ネットワークシステムに適用した場合について説明する。

［第１の実施の形態］
図１には、第１の実施の形態に係る無線ネットワークの一例が示されている。

同図に示すように、無線ネットワークには、無線LAN基地局２０を中心として、無線LAN基地局２０から無線により送信される、当該無線LAN基地局２０と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ、例えば、ビーコンフレームなどの所定の制御フレームが受信可能な範囲（以下、「無線エリア」ともいう。）１２内に複数の無線LAN端末局３０ａ１〜３０ａ４、３０ｂ１〜３０ｂ４、３０ｃ１〜３０ｃ４が存在している。なお、以下、各無線LAN端末局３０ａ１〜３０ａ４、３０ｂ１〜３０ｂ４、３０ｃ１〜３０ｃ４を特に区別しない場合は単に無線LAN端末局３０と記す。

各無線LAN端末局３０は、それぞれ無線LAN基地局２０と直接通信を行うことできる。また、各無線LAN端末局３０は、他の無線LAN端末局３０と通信を行うことが可能されており、各無線LAN端末局３０が隣接する他の無線LAN端末局３０と順次データの転送を行って各無線LAN端末局３０でフレームの中継を行うことにより、無線LAN基地局２０との間でマルチホップ通信を行うことも可能とされている。このような中継は、ルーティングと呼ばれ、例えば、無線LAN端末局３０ａ２が、無線LAN端末局３０ａ１から受信したフレームを無線LAN端末局３０ａ３に中継する仕組みは、例えば、「IEEE P802.11s/D1.03 Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment <number>: ESS Mesh Networking」や「RFC3561 Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing」、「RFC3626 Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)」などを利用することができる。なお、このルーティング機能の仕組みは、本発明の本質とは関わらないため、説明を割愛する。

各無線LAN端末局３０は、無線LAN基地局２０との間でマルチホップ通信を行う際のデータの転送経路を示す経路情報を記憶している。この経路情報は、各無線LAN端末局３０及び無線LAN基地局２０においてそれぞれ生成するものとしてもよく、また、例えば、特許文献１のように、別途、経路制御局を設け、当該経路制御局により生成した経路情報を各無線LAN端末局３０及び無線LAN基地局２０へ送信するものとしてもよい。

本実施の形態では、無線LAN端末局３０ａ１は、無線LAN端末局３０ａ２と通信することができ、無線LAN端末局３０ａ２は、無線LAN端末局３０ａ１とa３と通信することができる。また、無線LAN端末局３０ａ３は、無線LAN端末局３０ａ２、３０ａ４と通信することができ、無線LAN端末局３０ａ４は、無線LAN端末局３０ａ３及び無線LAN基地局２０と通信することができる。

また、無線LAN端末局３０ｂ１は、無線LAN端末局３０ｂ２と通信することができ、無線LAN端末局３０ｂ２は、無線LAN端末局３０ｂ１、３０ｂ３と通信することができる。また、無線LAN端末局３０ｂ３は、無線LAN端末局３０ｂ２、３０ｂ４と通信することができ、無線LAN端末局３０ｂ４は、無線LAN端末局３０ｂ３及び無線LAN基地局２０と通信することができる。

さらに、無線LAN端末局３０ｃ１は、無線LAN端末局３０ｃ２及び無線LAN基地局２０と通信することができ、無線LAN端末局３０ｃ２は、無線LAN端末局３０ｃ１、３０ｃ３と通信することができる。無線LAN端末局３０ｃ３は、無線LAN端末局３０ｃ２、３０ｃ４と通信することができ、無線LAN端末局３０ｃ４は、無線LAN端末局３０ｃ３と通信することができる。

なお、図１の矢印は、フレームの通信方向を示すもので、実線の矢印が送信データフレーム、破線の矢印がアクノリッジフレームを示している。

一方、無線LAN基地局２０は、センシング情報などを格納したデータフレームを、ユニキャスト送信を利用し、無線LAN端末局３０ａ４や無線LAN端末局３０ｂ４、無線LAN端末局３０ｃ１と通信することができる。

また、無線LAN基地局２０は、ビーコンフレームなどの無線ネットワークを管理するフレームを、ブロードキャスト送信を利用し、全無線LAN端末局３０に一度に送信することができる。ビーコンフレームは、無線LAN基地局２０から無線ネットワークに対して送信されるブロードキャストフレームで、制御情報として、無線エリア１２内で利用可能な通信レートなどの情報や、無線エリア１２内を時間同期させるためのタイムスタンプ情報などが格納されている。

図２には、本実施の形態に係る無線LAN端末局３０の無線LANによる通信を行う通信インタフェース部の概略的な機能構成を示すブロック図が示されている。

無線LAN端末局３０は、アンテナ３２と、アンテナ３２を介して無線LAN基地局２０や周辺の他の無線LAN端末局３０より送信されたフレームを受信する受信回路３４と、受信回路３４により受信されるフレームのFCS等の確認処理を行い、誤りの訂正を行なう誤り訂正部３６と、誤り訂正部３６により訂正が行なわれたフレームから実データ部分を抽出して送信されてきたデータを復元するデータ復元部３８と、本無線LAN端末局３０で受信対象とするデータを示す情報を記憶する記憶部４０と、データ復元部３８により復元されたデータのから、記憶部４０に記憶された情報において受信対象とされたデータを抽出する抽出部４２と、送信対象とするデータを分割し、分割した各データを埋め込んだフレームを生成するフレーム生成部４４と、送信対象とされたフレームをアンテナ３２を介して送信する送信回路４６と、を備えている。

本実施の形態に係る記憶部４０には、本無線LAN端末局３０のMACアドレスを示す情報や、上述のマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報が記憶されている。なお、この経路情報は、例えば、マルチホップ通信を行う各無線LAN端末局３０のMACアドレス等を転送経路順に記憶したものであってもよく、また、各無線LAN端末局３０毎に、当該無線LAN端末局３０における転送元及び転送先の無線LAN端末局３０のMACアドレスのみを記憶したものとしてもよい。

抽出部４２は、データ復元部３８により復元されたデータのMACヘッダのアドレスを参照して自局宛のデータやブロードキャストアドレスのフレームを抽出してＯＳ等の図示しない制御部へ出力し、また、経路情報により示される転送経路において本無線LAN端末局３０における転送元から送信されたデータを抽出してフレーム生成部４４へ出力する。これにより、転送元から送信されたデータは、フレーム生成部４４により再度分割されてフレームが生成される。

送信回路４６は、フレーム生成部４４により生成されたフレームをアンテナ３２を介して送信する。

一方、本実施の形態に係る無線LAN基地局２０の通信インタフェース部も、図２に示した無線LAN端末局３０の通信インタフェース部と略同一の構成とされており、記憶部４０には、マルチホップ通信を行う各無線LAN端末局３０のMACアドレス等を転送経路順に記憶した経路情報が記憶されている。

次に、本実施の形態に係る無線ネットワークの動作について説明する。なお、本実施の形態では、図１に示されるように、無線LAN端末局３０ａ１、３０ａ２、３０ａ３、３０ａ４がマルチホップ通信を行って無線LAN基地局２０と通信を行い、無線LAN端末局３０ｂ１、３０ｂ２、３０ｂ３、３０ｂ４がマルチホップ通信を行って無線LAN基地局２０と通信を行い、無線LAN端末局３０ｃ１、３０ｃ２、３０ｃ３、３０ｃ４がマルチホップ通信を行って無線LAN基地局２０と通信を行うものとする。

本実施の形態に係る無線LAN端末局３０ａ１は、無線LAN基地局２０宛のフレームや、同一無線ネットワーク内に存在する他の無線LAN端末局３０宛のフレーム、無線LAN基地局２０を経由して他の無線ネットワークに存在する無線LAN端末局３０宛のフレームを必要に応じて無線LAN端末局３０ａ２へ送信する。

無線LAN端末局３０ａ２は、無線LAN端末局３０ａ１より受信したフレームを無線LAN端末局３０ａ３へ中継し、無線LAN端末局３０ａ３は、無線LAN端末局３０ａ２より受信したフレームを無線LAN端末局３０ａ４へ中継し、無線LAN端末局３０ａ４は、無線LAN端末局３０ａ３より受信したフレームを無線LAN基地局２０へ中継する。

無線LAN基地局２０は、もし無線LAN端末局３０ａ４より受信したフレームが、無線LAN基地局２０宛であれば、通信はそれで完了する。またもしこのフレームが、同一無線ネットワーク内に存在する他の無線LAN端末局３０（例えば、無線LAN端末局３０ｃ２宛）であれば、無線LAN基地局２０から無線LAN端末局３０ｃ１、無線LAN端末局３０ｃ１から無線LAN端末局３０ｃ２に中継され、通信は完了する。またもしこのフレームが、他の無線ネットワークに存在する無線LAN端末局３０宛ならば、無線LAN基地局２０は、バックボーンのネットワークを使って、他の無線LAN基地局２０へ中継する。

このように、マルチホップ通信を行ってデータの転送を行うことにより、例えば、無線LAN端末局３０ａ１が送信したデータフレームは、無線LAN端末局３０ａ２で受信できればよく、無線LAN端末局３０ａ２が返信したアクノリッジフレームは、無線LAN端末局３０ａ１で受信できればよいことになる。

これにより、無線LAN端末局３０ａ１は、無線LAN端末局３０ａ２への送信フレームを、無線LAN基地局２０へ送信するときよりも送信電力を弱くすることができ、無線LAN端末局３０ａ２に対して送信フレームが届くだけの電力を利用すれば良いことになる。そしてまた、無線LAN端末局３０ａ２が送信するアクノリッジフレームも同様である。

次に、無線LAN端末局３０ｂ１、無線LAN端末局３０ｂ２、無線LAN端末局３０ｂ３、無線LAN端末局３０ｂ４、無線LAN基地局２０間の通信だが、これら端末局、基地局間の送信フレームも、上述と同様のマルチホップ通信が行われる。

また、図１には、無線LAN基地局２０から無線LAN端末局３０ｃ４へ送信するフレームについても示されている。無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ４宛の送信フレームを、無線LAN端末局３０ｃ１、無線LAN端末局３０ｃ２、無線LAN端末局３０ｃ３を中継局として送信しており、中継方法は、上述と同様である。

この際、無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ１への送信フレームを、通常の送信電力より弱くすることができ、少なくても無線LAN端末局３０ｃ１に対して送信フレームが届くだけの電力を利用すれば良いことになる。そしてまた無線LAN端末局３０ｃ１が送信するアクノリッジフレームも同様である。

図３には、無線LAN基地局２０が無線LAN端末局３０ｃ１にフレームを送信するために必要な送信電力で無線LAN基地局２０と通信可能な範囲１４が示されている。

一方、無線LAN基地局２０は、ビーコンフレームなどの全無線LAN端末局３０宛に送信するフレームを、無線LAN端末局３０ｃ４宛のフレームとは異なり、マルチホップ通信を利用せず、全無線LAN端末局３０へ同報配信する。無線LANにおけるビーコンフレームは、無線エリア１２内で利用可能な通信レートなどの情報や、無線エリア１２内を時間同期させるためのタイムスタンプ情報などが格納されている（全無線LAN端末が必要な情報である）。このため、無線LAN基地局２０は、無線ネットワークに内に存在する全無線LAN端末局３０に対してブロードキャストしており、このようにブロードキャストやマルチキャストでアドレスされる送信フレームは、マルチホップ通信せず、一括に同報配信される。

図４は、図１の一部を拡大した図である。

エリア１６ａ１は、無線LAN端末局３０ａ１からの送信電波が到達する範囲を示している。

従来の無線ネットワークシステムでは、図１８に示すように、無線LAN端末局３０’は、送信フレームを無線LAN基地局２０’へ送る必要があったため、送信電力を大きくしてエリア１６ｄ’まで送信電波を到達させなければならなかった。

一方、図４に示すように、マルチホップ通信を行う場合においては、無線LAN端末局３０ａ１は、無線LAN端末局３０ａ２に送信フレームを送り届ければ良いため、エリア１６ａ１までの弱い送信電力を利用することが可能となり、バッテリーの消費電力を節約することができる。

また、本実施の形態のように、通信エリアを狭く（近距離）することにより、無線通信の安定度は増し、高レートでの送信が可能となるため、送信時間が短縮できると共に、受信確率が向上することで再送回数を減らし、バッテリーの消費電力を節約することができる。

また、本実施の形態のように、通信エリアを狭くすることにより、無線LAN端末局３０ａ１がフレームを送信し、無線LAN端末局３０ａ２がアクノリッジフレームを返信している間でも、エリア１６ａ１およびエリア１６ａ２以外の範囲は、通信が許され、無線ネットワーク内の帯域を有効に活用することができる。

このように、通信エリアが狭いことから、図４に示す無線LAN端末局３０ａ１〜a４は、無線LAN端末局３０ｂ１〜３０ｂ４間の通信や、無線LAN端末局３０ｃ１〜３０ｃ４の通信を受信することはなく、他局宛フレームの受信処理を行わずに済み、バッテリーの消費電力を節約することができる。

無線LAN基地局２０装置は、ブロードキャストやマルチキャストなどのグループアドレスのフレームを、一括同報配信することで、マルチキャスト送信するより通信時間を短縮でき、無線ネットワーク内の帯域を節約することができる。

［第２の実施の形態］
ところで、第１の実施の形態では、各無線LAN端末局３０は、それぞれ転送経路に沿ってフレームを転送することによりマルチホップ通信を行っている。

図５は、第１の実施の形態において示した図４の無線LAN端末局３０ａ１、無線LAN端末局３０ａ２、無線LAN端末局３０ａ３、無線LAN端末局３０ａ４、無線LAN基地局２０を示している。

すなわち、無線LAN端末局３０１aは、フレームＡを無線LAN端末局３０ａ２へ送信している。無線LAN端末局３０ａ２は、無線LAN端末局３０ａ１より受信したフレームＡを、無線LAN端末局３０ａ３へ転送し、また自らが有するフレームＢを、同じく無線LAN端末局３０ａ３へ送信している。無線LAN端末局３０ａ３は、無線LAN端末局３０ａ２より受信したフレームＡ、Ｂを、無線LAN端末局３０ａ４へ転送し、また自らが有するフレームＣを、同じく無線LAN端末局３０ａ４へ送信している。無線LAN端末局３０ａ４は、無線LAN基地局２０へフレームＡ、Ｂ、Ｃを送信している。

このように、第１の実施の形態では、無線LAN基地局２０に近い無線LAN端末局３０ほど、フレームを送信頻度が多くなり、電力消費が多くなる。

そこで、無線LAN基地局２０に近い無線LAN端末局３０であっても電力消費の増加を抑制することができる形態について説明する。

第２の実施の形態に係る無線ネットワークの構成は上記第１の実施の形態（図１参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

第２の実施の形態に係る無線LAN端末局３０の無線LANによる通信を制御部分の構成は上記第１の実施の形態（図２参照）と略同一であり、送信回路４６が無線LAN基地局２０又は他の無線LAN端末局３０へ送信するフレームのうち、宛先が同一のフレームを結合して、アンテナ３２を介して送信するものとされている。

図６には、第２の実施の形態に係る無線ネットワークの動作の一例が示されている。

無線LAN端末局３０ａ１は、フレームＡを無線LAN端末局３０ａ２へ送信している。無線LAN端末局３０ａ２は、無線LAN端末局３０ａ１より受信したフレームＡを、自らが有するフレームＢと結合することで、１つのフレームＡ＋Ｂとして無線LAN端末局３０ａ３へ送信している。

無線LAN端末局３０ａ３は、無線LAN端末局３０ａ２から受信したフレームＡ＋Ｂを、自らが有するフレームＣと結合することで、１つのフレームＡ＋Ｂ＋Ｃとして無線LAN端末局３０ａ４へ送信している。無線LAN端末局３０ａ４は、無線LAN端末局３０ａ３から受信したフレームＡ＋Ｂ＋Ｃをそのまま無線LAN基地局２０へ送信している。

図６に示されるように、無線LAN端末局３０ａ１から送信されたフレームＡは、マルチホップされながら伝達される。

フレームＡを受信した無線LAN端末局３０ａ２は、自ら送信を開始したいフレームＢを有する場合、フレームＡとフレームＢを結合することで、１つのフレームＡ＋Ｂとして中継転送する。

図７には、結合フレームＡ＋Ｂのデータ構造の一例が示されている。

フレームＡ＋Ｂを受信した無線LAN端末局３０ａ３は、自らが送信を開始したいフレームＣを有する場合、フレームＡ＋ＢとフレームＣを結合することで、１つのフレームＡ＋Ｂ＋Ｃとして中継転送する。

図８には、結合フレームＡ＋Ｂ＋Ｃのデータ構造の一例が示されている。

このようなフレームの結合は、例えば、「IEEE P802.11n/D2.00 Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications:Amendment <number>: Enhancements for Higher Throughput」を利用することができる。なお、このフレームを結合する機能の仕組みは、本発明の本質とは関わらないため、説明を割愛する。

フレームＡ＋Ｂ＋Ｃを受信した無線LAN端末局３０ａ４は、そのままフレームＡ＋Ｂ＋Ｃを無線LAN基地局２０へ中継転送する。

図９には、無線LAN端末局３０ａ３がフレームＡ、Ｂ、Ｃを結合せずにそれぞれ送信し、無線LAN端末局３０ａ４からフレームＡ、Ｂ、Ｃの受信を確認するためのアクノリッジフレームが返信される場合のフレーム交換シーケンスが示されている。

一方、図１０には、無線LAN端末局３０ａ３がフレームＡ、Ｂ、Ｃを結合したフレームＡ＋Ｂ＋Ｃを送信し、無線LAN端末局３０ａ４からフレームＡ＋Ｂ＋Ｃの受信を確認するためのアクノリッジフレームが返信される場合のフレーム交換シーケンスが示されている。なお、図１０では、無線LAN端末局３０ａ３と無線LAN端末局３０ａ４を例に記載しているが、無線LAN端末局３０ａ２と無線LAN端末局３０ａ３との間も同様であり、また無線LAN端末局３０ａ４と無線LAN基地局２０との間も同様である。

各無線LAN端末局３０が、マルチホップ通信において、転送するフレームに、自らが送信を開始したいフレームを結合し、１つのフレームを生成して送信することにより、各無線LAN端末局３０間で通信するフレーム数を減らし、特にアクノリッジフレームの送信処理や、受信処理を行うために必要な、バッテリーの消費電力を削減でき、また無線ネットワーク内の帯域を節約することができる。

［第３の実施の形態］
上記第２の実施の形態では、無線LAN端末局３０が複数のフレームを結合して送信する形態について説明したが、第３の実施の形態では、無線LAN基地局２０が無線LAN端末局３０宛のフレームを結合して送信する形態について説明する。

第３の実施の形態に係る無線ネットワークの構成は上記第１の実施の形態（図１参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

第３の実施の形態に係る無線LAN基地局２０は、複数の無線LAN端末局３０を各々所定数毎にグループに分け、各グループに属する無線LAN端末局３０に送信するフレームを結合し、１つのフレームを生成して送信するものとされている。

ここで、図１１は、第１の実施の形態において示した図４の無線LAN基地局２０、無線LAN端末局３０ｃ１、無線LAN端末局３０ｃ２、無線LAN端末局３０ｃ３、無線LAN端末局３０ｃ４を示している。無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ２宛のフレームＡを、無線LAN端末局３０ｃ１を経由して送信する。また同様に、無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ３宛のフレームＢを、無線LAN端末局３０ｃ１と無線LAN端末局３０ｃ２を経由して送信し、無線LAN端末局３０ｃ４宛のフレームＣを、無線LAN端末局３０ｃ１と無線LAN端末局３０ｃ２と無線LAN端末局３０ｃ３を経由して送信している。

図１２には、第３の実施の形態に係る無線ネットワークの動作の一例が示されている。

無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ２宛のフレームＡ、無線LAN端末局３０ｃ３宛のフレームＢ、無線LAN端末局３０ｃ４宛のフレームＣを結合して、１つのフレームＡ＋Ｂ＋Ｃをブロードキャスト、もしくはマルチキャスト送信している。本発明では、このブロードキャストアドレスおよびマルチキャストアドレスを総称して、グループアドレスと呼ぶことにする。

図１２において、無線LAN基地局２０は、無線LAN端末局３０ｃ２宛のフレームＡ、無線LAN端末局３０ｃ３宛のフレームＢ、無線LAN端末局３０ｃ４宛のフレームＣを送信するフレームとして有している。

無線LAN基地局２０は、異なる宛先のフレームＡ、フレームＢ、フレームＣを結合し、１つのフレームＡ＋Ｂ＋Ｃとして送信するが、結合したフレームの宛先は、ブロードキャストアドレス、もしくは無線LAN端末局３０ｃ２、無線LAN端末局３０ｃ３、無線LAN端末局３０ｃ４を含むグループに対するマルチキャストアドレスとなる。

グループアドレス送信されたフレームは、そのフレーム内に、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣの本来受信すべき無線LAN端末局３０のアドレス情報と、各フレームの長さ（結合情報）を内包しており、各無線LAN端末局３０は、自局宛のフレームを分離することができる。また逆に自局が宛先となっていない他局宛のフレームは、廃棄することもできる。このようなフレームの結合は、図７、図８と同様であり、例えば、上述した「IEEE P802.11n/D2.00 Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications:Amendment <number>: Enhancements for Higher Throughput」を利用することができる。なお、このフレームを結合する機能の仕組みは、本発明の本質とは関わらないため、説明を割愛する。

図１３には、矢印によってグループアドレス毎に結合フレームＡ＋Ｂ＋Ｃが受信される無線LAN端末局３０のグループが示されている。

グループアドレスで送信されたフレームＡ＋Ｂ＋Ｃは、無線エリア１２内に帰属する全ての無線LAN端末局３０が受信することになるが、上述のように結合フレームには、フレームＡ、フレームＢ、フレームＣのアドレス情報が内包されており、自局宛かそうでないかを確認することができる。

図１４には、無線LAN端末局３０がユニキャストフレーム、及びグループアドレスフレームを受信した場合のフレーム交換シーケンスが示されている。

ユニキャストフレームは、受信した無線LAN端末局３０が、フレームの受信を確認するためのアクノリッジフレームを返信するが、グループアドレスフレームは、確認のためのアクノリッジフレームを返信しない。

このため、無線LAN端末局３０は、無線LAN基地局２０から受信した結合フレームに対して、アクノリッジフレームを返信する必要がない。なお、結合フレームに対してアクノリッジフレームを返信するように構成してもよい。

このようなグループアドレスフレームに対してアクノリッジフレームを返信しない仕組みは、無線LAN技術の基本となっている「ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications」にて規定されている。

すなわち、無線LAN端末局３０がフレームＡ、フレームＢ、フレームＣをそれぞれ個別にユニキャストフレームで送信した場合、各フレームの受信を確認するためのアクノリッジフレームが返信される。

一方、図１５に示すように、無線LAN端末局３０が、宛先の異なる３つのフレームＡ、フレームＢ、フレームＣを結合し、１つのグループアドレスフレームを生成し、送信した場合、確認のためのアクノリッジフレームを返信されない。

これにより、各無線LAN端末局３０間で通信するフレーム数を減らし、特にアクノリッジフレームの送信処理や、受信処理を行うために必要な、バッテリーの消費電力を削減でき、また無線ネットワーク内の帯域を節約することができる。

なお、結合したフレームにグループアドレスを付与して送信することは、図１３に示すように、宛先に無関係な無線LAN端末局３０もフレームを受信することになる。しかし、無線LANの通信において、自分宛でないフレームを受信して解析するということは、従来より行われてきた処理であり、従来より消費電力が増加するような仕組みではない。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態に係る無線ネットワークの構成は上記第１の実施の形態（図１参照）と同一であるので、ここでの説明は省略する。

第４の実施の形態に係る無線LAN端末局３０の無線LANによる通信を制御部分の構成は上記第１の実施の形態（図１参照）と略同一であり、送信回路４６が通信状況に応じて送信電力を変更しており、通信可能な無線LAN基地局２０や他の無線LAN端末局３０が存在しない場合に、一時的に送信電力を上げるものとされている。

図１６には、第４の実施の形態に係る無線ネットワークの動作の一例が示されている。

同図に示すように、無線LAN基地局２０を中心とした無線ネットワークが存在し、その無線エリア１２内に無線LAN端末局３０ａ０、無線LAN端末局３０ａ１、無線LAN端末局３０ａ２、無線LAN端末局３０ａ３、無線LAN端末局３０ａ４が存在している。

無線LAN端末局３０ａ０、無線LAN端末局３０ａ１、無線LAN端末局３０ａ２、無線LAN端末局３０ａ３、無線LAN端末局３０ａ４は、第１の実施の形態、もしくは第２の実施の形態を利用し、無線LAN基地局２０への送信フレームをマルチホップさせて通信する端末である。

そして、無線LAN基地局２０は、第１の実施の形態、もしくは第３の実施の形態を利用し、無線LAN端末局３０への送信フレームをマルチホップしたり、またはフレームを結合しブロードキャスト／マルチキャストアドレスを付して通信する基地局である。

無線LAN端末局３０ａ１、無線LAN端末局３０ａ２、無線LAN端末局３０ａ３、無線LAN端末局３０ａ４は、通信可能な範囲に別の端末局が存在し、送信フレームをマルチホップさせることができる状況にある。

しかし、無線LAN端末局３０ａ０は、通信可能な範囲に別の端末局が存在せず、送信フレームをマルチホップさせることができない状況にある。なお、この無線LAN端末局３０ａ０が送信フレームをマルチホップできないということを知る方法としては、例えば、送信フレームに対するアクノリッジフレームが返信されないことや、他の端末局同士が通信するフレームを受信することができないことなどが考えれるが、その方法は、本発明の本質とは関わらないため、説明を割愛する。

このような状況において無線LAN端末局３０ａ０は、送信電力を上げ、通信可能な範囲を広げることで、無線LAN基地局２０や他の無線LAN端末局３０と通信可能な状況へ遷移し、現在通信できないことを伝えるための管理フレームを送信する。

ここで、無線LAN端末局３０ａ０が送信電力を上げてデータフレームを送らず、管理フレームを送る理由は、データフレームを送信するたびに電力を上げることで、バッテリーを消耗してしまうためであり、またデータフレームを受信した無線LAN基地局２０や無線LAN端末局３０も、アクノリッジフレームを送信するため、送信電力を上げる必要があり、バッテリーを消耗させてしまうからである。

ここで、無線LAN端末局３０ａ０が無線LAN基地局２０へ管理フレームを送信するためには、無線LAN基地局２０のアドレスを知る必要があるのだが、その方法は、無線LAN基地局２０は常時無線エリア１２内にビーコンフレームを送信しているため、無線LAN端末局３０ａ０はそれを受信し、記憶しておくなどが考えられる。

しかし、無線LAN端末局３０ａ０は、他の無線LAN端末局３０からのフレームを受信することができず、そのアドレスを知ることはできない。

従って、無線LAN端末局３０ａ０は、他の無線LAN端末局３０に管理フレームを送信する場合、例えば、ブロードキャストフレームを利用するなどが考えられる。

このブロードキャストの管理フレームを受信した他の無線LAN端末局３０は、当該フレームを無線LAN基地局２０へマルチホップ転送することで、無線LAN基地局２０まで無線LAN端末局３０ａ０の状態を通知することも可能である。

このように、無線LAN端末局３０は、通信可能な無線LAN基地局２０や他の無線LAN端末局３０が存在しない場合に、一時的に送信電力を上げることで、少し離れて位置する無線LAN基地局２０や他の無線LAN端末局３０に、自らの状態を伝えるフレームを送信し、ネットワーク管理システム等に対して警報を通知することで、ネットワーク管理者が当該無線LAN端末局３０の位置を変えたり、フレームを中継する無線LAN端末局３０を増設したりすることができる。

なお、第１の実施の形態では、無線LAN端末局３０及び無線LAN基地局２０からの通信を共にマルチホップさせる場合について説明したが、無線LAN端末局３０から無線LAN基地局２０への通信はマルチホップし、無線LAN基地局２０から無線LAN端末局３０への通信は、直接宛先端末局と通信することもできる。すなわち、例えば、第３の実施の形態のようにフレームを結合しグループアドレスで送信するのではなく、１つのフレームを単独で、ユニキャストで送信するようにしてもよく、また、同じ宛先のフレームを結合し、ユニキャストで送信するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、無線による通信として、無線LANを例に無線LAN基地局２０、無線LAN端末局３０記載したが、これに限定されるものではない。

その他、上記各実施の形態で説明した無線LAN基地局２０の構成（図２参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

実施の形態に係る無線ネットワークの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る無線LAN端末局の通信インタフェース部の概略的な機能構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る無線LAN基地局の通信可能な範囲を示す図である。 第１の実施の形態に係る各無線LAN端末局の通信可能な範囲を示す図である。 第１の実施の形態に係る無線ネットワークによる通信結果を示す図である。 第２の実施の形態に係る無線ネットワークによる通信結果を示す図である。 結合フレームＡ＋Ｂのデータ構造の一例を示す図である。 結合フレームＡ＋Ｂ＋Ｃのデータ構造の一例を示す図である。 無線LAN端末局がフレームを結合せずにそれぞれ送信した場合のフレーム交換シーケンスを示す図である。 第２の実施の形態に係る無線LAN端末局がフレームを結合して送信した場合のフレーム交換シーケンスを示す図である。 第１の実施の形態に係る無線ネットワークによる通信結果を示す図である。 第３の実施の形態に係る無線ネットワークによる通信結果を示す図である。 第３の実施の形態に係るグループアドレス毎に結合フレームが受信される無線LAN端末局を示す図である。 無線LAN端末局がユニキャストフレーム、及びグループアドレスフレームを受信した場合のフレーム交換シーケンスを示す図である。 第３の実施の形態に係る無線LAN端末局がフレームを結合して送信した場合のフレーム交換シーケンスを示す図である。 第４の実施の形態に係る各無線LAN端末局の通信可能な範囲を示す図である。 （Ａ）は無線LAN基地局を中心とした無線ネットワークの構成を示す図であり、（Ｂ）は無線LAN基地局と無線LAN端末局との間のフレーム交換シーケンスの一例を示す図である。 無線LAN基地局と無線LAN端末局の位置関係と必要な送信電力を示す図である。 （Ａ）は無線LANで用いられるフレームのフォーマットを示す図であり、（Ｂ）はフレームを受信した際の受信処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

３４ 受信回路（受信手段）
４０ 記憶部（記憶手段）
４４ フレーム生成部（生成手段、結合手段）
４６ 送信回路（送信手段）

Claims (9)

1. 通信対象とする無線基地局から無線により送信される、当該無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って前記無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報を記憶する記憶手段と、
   前記無線基地局及び他の無線端末装置から無線により送信されるフレームを受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信されるフレームのうち、前記記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において本無線端末装置における転送元から送信されたフレームを転送先へ送信する送信手段と、
   を備えた無線端末装置。
2. 前記無線基地局又は他の無線端末装置へ送信するフレームを生成する生成手段と、
   前記受信手段により受信されるフレームのうち、前記生成手段により生成されたフレームと同一の宛先のフレームに、当該生成されたフレームを結合する結合手段と、をさらに備え、
   前記送信手段は、前記結合手段により結合されたフレームを転送先へ送信する
   請求項１記載の無線端末装置。
3. 前記受信手段により受信される他の無線端末装置からのフレームの信号強度に基づいて近傍に他の無線端末装置が存在するか否かを判定する判定手段をさらに備え、
   前記送信手段は、前記判定手段により近傍に他の無線端末装置が存在しないと判定された場合に、送信電力を増加させる
   請求項１又は請求項２記載の無線端末装置。
4. 無線により送信する、本無線基地局と無線によって通信を行なうための制御情報を含んだ所定の制御フレームが受信可能な範囲に属する複数の隣接する無線端末装置の間において順次データの転送を行って本無線基地局との間でマルチホップ通信を行うための転送経路を示す経路情報を記憶する記憶手段と、
   前記無線端末装置から無線により送信されるフレームを受信する受信手段と、
   バックボーンネットワークに接続され、当該バックボーンネットワークとの間でデータの送受信を行う通信手段と、
   前記受信手段により受信されるフレーム及び前記通信手段を介して受信されるフレームのうち、宛先が他の無線端末装置とされたフレームを、前記記憶手段に記憶された経路情報により示される転送経路において当該宛先とされた無線端末装置の属する転送先へ送信する送信手段と、
   を備えた無線基地局装置。
5. 同一転送経路に送信される複数のフレームを結合する結合手段と、をさらに備え、
   前記送信手段は、前記結合手段により結合されたフレームを転送先へ送信する
   請求項４記載の無線基地局装置。
6. 前記送信手段は、前記結合手段により結合されたフレームを転送先の転送経路に属する各無線端末装置に直接送信する
   請求項５記載の無線基地局装置。
7. 前記送信手段は、前記結合手段により結合されたフレームをブロードキャストフレーム、あるいはマルチキャストフレームで送信することにより前記転送先の転送経路に属する各無線端末装置に直接送信する
   請求項６記載の無線基地局装置。
8. 前記結合手段は、宛先が同一の複数のフレームを結合する
   請求項５記載の無線基地局装置。
9. 前記送信手段は、前記結合手段により結合されたフレームを転送先の無線端末装置にユニキャストフレームで送信する
   請求項８記載の無線基地局装置。

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