JP4201668B2 - 無線端末における共有データの同期方法および無線モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線端末間でデータを共有するための処理手順に関する。

各種無線LANやBluetoothなどのワイヤレスネットワークの普及が加速している。この中で、IEEE(Institute of Electrical and Electrics Engineers)によって標準化が進められている無線LANの方式（IEEE802.11）が最も有力なプロトコルとなっている。

IEEE802.11では、メディアそのものの仕様である物理層と、物理層を利用して基本的なコミュニケーションを確立するためのMAC(Media Access Control)層の仕様が規格化されている。そして、IEEE802.11におけるMAC層では、アクセス制御手順としてDCF(Distributed Coordination Function)方式とPCF(Point Coordination Function)方式が定義されている。

DCF方式は、各無線端末が対等の関係でアクセス制御を行う方式であり、キャリアセンスによって送信フレームの衝突を検出するCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance)方式が用いられている。

PCF方式は、親局となる無線端末がポーリングを送信することによって、各無線端末局に送信権を付与する方式である。

上述したアクセス制御方式のうち、DCF方式は、PCF方式に比べると手順が軽い反面、衝突が発生すると通信効率が低下するという問題がある。また、PCF方式は、衝突が発生しないという点においては通信の効率が高いが、全ての送信フレームが親局を経由するために、通信効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、共有データを同期させる目的において、上記の各アクセス制御手順よりも通信時間の短い通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数の無線端末間でデータを共有する方法であって、a)前記複数の無線端末のうちマスタ無線端末が他の全ての無線端末にデータ共有手順の開始を示すビーコンフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、b)前記マスタ無線端末からポーリングフレームを受信した無線端末が他の全ての無線端末にデータフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、c)前記工程ｂ)において最後にポーリングフレームを受信した無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末に終了フレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、d)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、次のビーコンフレーム送信タイミングまで無線送受信手段に対する電力供給を停止する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、e)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、他の無線端末から受信したデータの存在を自端末の全体制御用ＣＰＵに割り込み通知する工程、を備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、前記工程ｂ）の中のいずれかのタイミングにおいて、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末にデータフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、前記ビーコンフレームが送信されてから最後にポーリングフレームを受信した無線端末がデータフレームを送信するまでの期間中に送信されるフレームの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、前記工程ｂ)において、前記マスタ無線端末は、ポーリングフレームを送信した相手の無線端末からのデータフレームを所定期間受信しない場合には、別の無線端末に対してポーリングフレームを送信し、データフレームの送信権を移転させることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、無線モジュールに関するものであり、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法を実行する。

請求項１記載の発明によれば、ポーリングによりアクセス制御が行われるが、データの送信はマルチキャストで行われるので、データ共有の同期手順が少ない回数で実現される。

請求項２記載の発明によれば、全ての無線端末が無線送受信手段に対する電力供給を停止させるので、消費電力を低減させることが可能である。

請求項３記載の発明によれば、共有したデータの存在を全体制御用ＣＰＵに割り込み通知するので、ＣＰＵは即座に共有データを利用可能である。

請求項４記載の発明によれば、マスタ無線端末からもデータがマルチキャストされるので、通信効率がよい。

請求項５記載の発明によれば、共有データの同期手順を実行中は最短フレーム間隔でフレームが送信されるので、他の送信フレームが割り込まれることがない。

請求項６記載の発明によれば、送信すべきデータを保有していない無線端末はデータフレームを送信しないので、さらに通信効率がよい。

請求項７記載の発明によれば、無線モジュールに関するものであり、通信効率が高く、消費電力が低減される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、無線ネットワークの概略図を示している。この無線ネットワークでは、４台の無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４によって、ＢＳＳ(Basic Service Set)と呼ばれる無線ＬＡＮの基本単位が形成されている。また、４台の無線端末のうち無線端末ＳＴＡ１はマスタ無線端末であり、親局としての役割を持つ。

図２は、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４の機能ブロック図であり、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４に共通の機能ブロックを示している。したがって、以下の説明において無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４について共通の機能を説明する際には、無線端末ＳＴＡｎと称して説明することにする。無線端末ＳＴＡｎは、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、無線モジュール４、アンテナ５を備えている。また、無線モジュール４は、ＭＡＣモジュール４１、ＢＢＰモジュール４２、ＲＦモジュール４３を備えている。ＣＰＵ１は、無線端末ＳＴＡｎの全体制御を行う演算処理部である。

ＭＡＣモジュール４１は、IEEE802.11の規格に基づいてMAC層におけるアクセス制御手順を実行する機能に加え、本発明の特有の処理手順を実行する機能を備えている。ＢＢＰモジュール４２は、ベースバンド処理を実行する機能を備える。ＲＦモジュール４３は、ＢＢＰモジュール４２からデジタルデータを受け取り、データを所定帯域の電波にのせてアンテナ５に出力し、アンテナ５が受信した電波からデータを抽出し、デジタル信号を復元してＢＢＰモジュール４２に渡す機能を有する。

次に、本発明の特徴部であるＭＡＣモジュール４１の処理内容について説明する。この実施の形態において、各無線端末ＳＴＡｎは、それぞれが保有しているデータを他の全ての無線端末ＳＴＡｎに送信することによって、データを共有する動作が必要とされている。

図３は、共有データの同期手順を示す図である。この同期手順はＭＡＣモジュール４１の処理によって実行される。図中、網掛け部分は、同じタイミングで他の無線端末から送信されたフレームを受信する状態を示している。

共有データの同期手順を実行する前提として、既に、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、図１に示すようなＢＳＳを形成し、無線通信が可能な状態となっている。具体的には、共通のＢＳＳＩＤ（ＢＳＳを識別する情報）を利用して、無線ネットワークを形成している。

無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４によりＢＳＳが形成されている状態で、マスタ無線端末ＳＴＡ１がビーコンフレームＢを無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４はビーコンフレームＢを受信することにより、共有データの同期手順が開始されたことを知る。そして、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、ビーコンフレームＢを送信した後、ＳＩＦＳ(Short Inter Frame Space)経過時にデータフレームｂｃ１を無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ１は、マスタ無線端末ＳＴＡ１が保有しているデータを含むフレームである。これにより、マスタ無線端末ＳＴＡ１が保有しているデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

ここで、IEEE802.11においては、チャネルがアイドル状態であるかどうかを判定するために、ＩＦＳ(Inter Frame Space)を規定しており、規定された期間以上にわたりチャネルに信号が検出されない場合にアイドルであると判定する。また、IEEE802.11において規定されているＩＦＳには、ＳＩＦＳ、ＰＩＦＳ(PCF Inter Frame Space)、ＤＩＦＳ(DCF Inter Frame Space)がある。ＳＩＦＳは、規定されている最も短い期間のＩＦＳであり、ＡＣＫ応答間隔などに用いられる（例えば、IEEE802.11のＳＩＦＳは、DS-SS（直接シーケンススペクトラム拡散）方式の場合１０usecである。）。ＤＩＦＳは規定されている最も長い期間のＩＦＳであり（例えば、IEEE802.11のＤＩＦＳは、DS-SS方式の場合５０usecである。）、ＰＩＦＳは、ＳＩＦＳよりも長くＤＩＦＳよりも短く定義された期間である（例えば、IEEE802.11のＰＩＦＳは、DS-SS方式の場合３０usecである。）。

マスタ無線端末ＳＴＡ１は、データフレームｂｃ１を送信した後、ＳＩＦＳ経過時に、ポーリングフレームＰｏｌｌを無線端末ＳＴＡ２にユニキャストで送信する。無線端末ＳＴＡ２はポーリングフレームＰｏｌｌを受信することにより、データフレームの送信権を得る。そして、無線端末ＳＴＡ２は、ポーリングフレームＰｏｌｌを受信後ＳＩＦＳ経過時にデータフレームｂｃ２を他の全ての無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ３、ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ２は、無線端末ＳＴＡ２が保有しているデータを含むフレームである。これにより、無線端末ＳＴＡ２が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

マスタ無線端末ＳＴＡ１は、無線端末ＳＴＡ２より送信されたデータフレームｂｃ２を受信後ＳＩＦＳ経過時に、無線端末ＳＴＡ３に対してポーリングフレームＰｏｌｌを送信する。このポーリングフレームＰｏｌｌには、無線端末ＳＴＡ２に対するＡＣＫ（データフレームｂｃ２に対する応答）が含まれる。したがって、このポーリングフレームＰｏｌｌを受信することにより無線端末ＳＴＡ３は自端末が次の送信権が与えられる端末であることがわかる。また、ポーリングフレームＰｏｌｌは無線端末ＳＴＡ３に対して送信されたものであるが、無線端末ＳＴＡ２は、このＡＣＫが含まれているポーリングフレームＰｏｌｌをモニタすることにより、正常にデータフレームｂｃ２が受信されたことを知ることができる。

そして、無線端末ＳＴＡ３は、ポーリングフレームＰｏｌｌを受信してからＳＩＦＳ経過時に、データフレームｂｃ３を他の全ての無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ４にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する。データフレームｂｃ３は、無線端末ＳＴＡ３が保有しているデータを含むフレームである。これにより、無線端末ＳＴＡ３が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

同様に、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、無線端末ＳＴＡ３より送信されたデータフレームｂｃ３を受信後ＳＩＦＳ経過時に、無線端末ＳＴＡ４に対してポーリングフレームＰｏｌｌを送信する。このポーリングフレームＰｏｌｌには、無線端末ＳＴＡ３に対するＡＣＫ（データフレームｂｃ３に対する応答）が含まれる。したがって、このポーリングフレームＰｏｌｌを受信することにより無線端末ＳＴＡ４は自端末が次の送信権が与えられる端末であることがわかる。また、無線端末ＳＴＡ３は、正常にデータフレームｂｃ３が受信されたことを知ることができる。

そして、無線端末ＳＴＡ４は、ポーリングフレームＰｏｌｌを受信してからＳＩＦＳ経過時に、データフレームｂｃ４を他の全ての無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３にマルチキャストあるいはブロードキャストで送信するのである。これにより、無線端末ＳＴＡ４が保有していたデータを他の全ての無線端末が共有することが可能となる。

このように、マスタ無線端末ＳＴＡ１がビーコンフレームＢを送信してからデータフレームｂｃ１を送信するまでの間隔、各無線端末からのデータフレームｂｃ２〜ｂｃ４を受信してからポーリングフレームＰｏｌｌを送信するまでの間隔、および、各無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４がポーリングフレームＰｏｌｌを受信してからデータフレームｂｃ２〜ｂｃ４を送信するまでの間隔は、使用している無線通信方式（ここではIEEE802.11）において定義されている最も短い期間（ＳＩＦＳ）としているので、他の通信を割り込ませることはない。各無線端末から送信されるフレームは衝突することなくデータフレームの送信が適正に行われる。

なお、マルチ無線端末ＳＴＡ１がポーリングフレームＰｏｌｌを送信する順番は特に制約はない。マルチ無線端末ＳＴＡ１は、現在ＢＳＳに接続している無線端末に対してランダムに順序を決定し、ポーリングフレームＰｏｌｌを送信してもよい。あるいは、ＢＳＳに接続している無線端末にＩＤを割り当て、ＩＤ順にポーリングフレームＰｏｌｌを送信するようにしてもよい。

なお、上記の説明では、各無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４にポーリングフレームＰｏｌｌを送信する前に、マスタ無線端末ＳＴＡ１がデータフレームｂｃ１を送信するようにしているが、マスタ無線端末ＳＴＡ１がデータフレームｂｃ１を送信するタイミングは他のタイミングでもよい。たとえば、ある無線端末からのデータフレームを受信した後、次の無線端末にポーリングフレームを送信するまでの間隔でデータフレームｂｃ１を送信するようにしてもよいし、全ての端末からのデータフレームを受信した後にデータフレームｂｃ１を送信するようにしてもよい。

マスタ無線端末ＳＴＡ１は、最後にポーリングフレームＰｏｌｌを受信した無線端末ＳＴＡ４からのデータフレームｂｃ４を受信すると、ＰＩＦＳ経過時に、終了フレームＥＮＤを無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に送信する。これにより、無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は、共有データの同期手順が終了したことを知る。

終了フレームＥＮＤを送信したマスタ無線端末ＳＴＡ１、および終了フレームＥＮＤを受信した無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は、各無線端末から受信したデータフレームｂｃ１〜ｂｃ４から共有すべきデータを取得し、当該データを自端末の全体制御を行うＣＰＵ１とのインタフェースであるＲＡＭ３（あるいは無線モジュール４に設けられたメモリ）に格納する。さらに、共有データの存在をＣＰＵ１へ割り込み通知する。これにより、ＣＵＰ１は、共有データを取得し、共有データを利用可能となるのである。

ＣＰＵ１への割り込み通知を行った後、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、休止状態（doze状態）となる。具体的には、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、無線モジュール４（無線送受信機能）に対する電力供給を停止するのである。このように、マスタ無線端末ＳＴＡ１を含めて全ての無線端末が休止状態となるので、消費電力を低減させることが可能である。

そして、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、次のビーコンフレームＢの送信タイミング前に無線モジュール４に対して電力を供給し、活動状態とさせる。なお、終了フレームＥＮＤを送信してからビーコンフレームＢを送信するまでの間隔は、あらかじめ一定の時間が規定されており、各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４がその情報を保有するようにすればよい。あるいは、上記共有データの同期手順の中で、マスタ無線端末ＳＴＡ１が各無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４に当該情報を与えるようにしてもよい。

このようにして、マスタ無線端末ＳＴＡ１が次のビーコンフレームＢを送信すると、再び、上記共有データの同期手順が実行される。各無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、ビーコンフレームＢを受信してから終了フレームＥＮＤを受信するまでの間に各無線端末の保有するデータを共有し、終了フレームＥＮＤ受信後は、無線モジュール４を休止状態とさせる。

本実施の形態の共有データの同期手順は、ポーリングを使用した同期手順を行いつつ、しかし、共有データの送信はマスタ無線端末ＳＴＡ１を経由することなく、マルチキャストで直接他の無線端末に送信するので、通信手順を簡略化させることが可能である。また、ＤＣＦ方式のように、各無線端末が送信するデータが衝突することはない。これにより、共有データの同期手順に係る通信時間を短縮することができ、また、無線端末の消費電力を低減させることも可能である。

上記実施の形態において、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、ポーリングにより送信権を付与した無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４からのデータフレームｂｃ２〜ｂｃ４を受信することにより、次の無線端末ＳＴＡｎへポーリングフレームＰｏｌｌを送信するようにしたが、無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は共有すべきデータを保有していない場合がある。あるいは、前回の共有データの同期手順終了後、データ更新がされていない端末が存在するような場合がある。このような場合には、送信すべきデータフレームｂｃ２〜ｂｃ４の存在しない無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４は、フレームの送信を行わないようにしてもよい。そして、ポーリングにより送信権を付与した無線端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４から所定時間データフレームｂｃ２〜ｂｃ４が送信されてこない場合には、マスタ無線端末ＳＴＡ１は、次の無線端末ＳＴＡｎにポーリングフレームＰｏｌｌを送信し、データフレームの送信権を移転させるのである。これにより、さらなる通信の効率化と消費電力の低減が実現される。

以上説明した本実施の形態にかかる無線端末は、産業用途、公共用途、娯楽用途などあらゆる方面で利用可能である。たとえば、産業システムにおいて利用する各無線端末について、相互に共有データを同期させる場合に利用可能である。あるいは、公共施設内において利用者が所持する無線端末に最新情報を反映させる場合などにも利用可能である。また、無線機能を搭載した携帯型ゲーム機においては、複数のプレーヤーが所持するゲーム機間でデータを共有する場合などにも有効である。また、無線機能付きのデジタルカメラにおいて、各デジタルカメラで画像データを共有させる場合にも有効である。

複数の無線端末で形成されたＢＳＳを示すイメージ図である。 無線端末の機能ブロック図である。 共有データの同期手順を示す図である。

符号の説明

４１ ＭＡＣモジュール
Ｂ ビーコンフレーム
ｂｃ１〜ｂｃ４ データフレーム
ＥＮＤ 終了フレーム
Ｐｏｌｌ ポーリングフレーム
ＳＴＡｎ（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４） 無線端末

Claims (7)

1. 複数の無線端末間でデータを共有する方法であって、
   a)前記複数の無線端末のうちマスタ無線端末が他の全ての無線端末にデータ共有手順の開始を示すビーコンフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   b)前記マスタ無線端末からポーリングフレームを受信した無線端末が他の全ての無線端末にデータフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   を備えることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
2. 請求項１に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、
   c)前記工程ｂ)において最後にポーリングフレームを受信した無線端末から送信されたデータフレームを受信することにより、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末に終了フレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信する工程と、
   d)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、次のビーコンフレーム送信タイミングまで無線送受信手段に対する電力供給を停止する工程と、
   を備えることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
3. 請求項２に記載の無線端末における共有データの同期方法において、さらに、
   e)前記終了フレームを送信した前記マスタ無線端末および前記終了フレームを受信した他の全ての無線端末は、他の無線端末から受信したデータの存在を自端末の全体制御用ＣＰＵに割り込み通知する工程、
   を備えることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   前記工程ｂ）の中のいずれかのタイミングにおいて、前記マスタ無線端末が他の全ての無線端末にデータフレームをマルチキャストあるいはブロードキャストで送信することを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   前記ビーコンフレームが送信されてから最後にポーリングフレームを受信した無線端末がデータフレームを送信するまでの期間中に送信されるフレームの間隔は、使用する無線通信方式において定義されている最短フレーム間隔であることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法において、
   前記工程ｂ)において、前記マスタ無線端末は、ポーリングフレームを送信した相手の無線端末からのデータフレームを所定期間受信しない場合には、別の無線端末に対してポーリングフレームを送信し、データフレームの送信権を移転させることを特徴とする無線端末における共有データの同期方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の無線端末における共有データの同期方法を実行する無線モジュール。
   

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