JP2005269230A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 さらに省電力化をあげることが可能な通信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 無線ネットワークにおける複数のステーションをグループ分けし、グループ毎にビーコンの受信タイミングを設定すると共に、すくなくとも２以上のグループにおけるそれぞれのビーコンの受信タイミングを異ならせ、アクセスポイントから各ステーションに送信される複数のデータパケットを時間的に分散させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクセスポイントと複数のステーションとから構成される無線ネットワークにおける通信システムに関し、特には、複数のステーションそれぞれにおける省電力化に関する。

図３は、従来の通信システムにおけるステーション１〜３（ＳＴＡ１〜３）及びアクセスポイント４（ＡＰ４）それぞれのパケットの送信タイミングを示す図である。
なお、図３に示す通信システムは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格に準拠しているものとする。

また、図３は、ステーション１〜３がそれぞれ、アウェイク状態（パケットを送受信するために必要な回路（以下、パケット送受信部という）の電源がオンになっている状態）を常に保つアクティブモードからアウェイク状態とスリープ状態（パケット送受信部の電源がオフになっている状態）とが規則的に交互に入れ替わるパワーセーブモードに設定された状態を示している。

また、図３に示す波線枠は、アウェイク状態の期間を示している。
また、図３に示す通信システムは、ステーションだけで構成される無線ネットワークに適用してもよい。
図３に示すように、アクセスポイント４は、無線ネットワークの通信情報（例えば、内部タイマの値やサポートレートなど）を示すビーコン５（５−１、５−２、・・・）を一定間隔でステーション１〜３に送信している。

また、ステーション１〜３はそれぞれ、パワーセーブモードの間、ビーコン５の送信タイミングに合わせて、アウェイク状態とスリープ状態を交互に繰り返し、アウェイク状態のとき、ビーコン５を受信している。
次に、図３において、アクセスポイント４からステーション１へデータパケット６を送信する際のアクセスポイント４及びステーション１のそれぞれの動作について説明する。

まず、アクセスポイント４は、ビーコン５−１を送信した後にステーション１宛のデータを所有すると、ステーション１宛のデータを所有している旨をビーコン５−２に付加しそのビーコン５−２を送信する。
次に、ステーション１は、ビーコン５−２を受信すると、ビーコン５−２から自分宛のデータがアクセスポイント４に所有されていることを確認し、アクセスポイント４へデータパケット６の受信を待ち受けている旨を示す受信待受パケット（例えば、ＰＳ−Ｐｏｌｌ）７−１を送信する。

そして、アクセスポイント４は、受信待受パケット７−１を受信すると、ステーション１へデータパケット６−１を送信し、ステーション１は、データパケット６−１を受信する。
すなわち、上記ステーション１〜３は、ビーコン５により自分宛のデータパケット６の有無を確認し、その後アウェイク状態を継続してデータパケット６の受信に備えるか、またはスリープ状態にするかを決定している。

このように、従来の通信システムのステーション１〜３は、ビーコン５やデータパケット６の受信を待ち受けている期間をアウェイク状態とし、それ以外の期間をスリープ状態とすることで省電力化を図っている。（例えば、非特許文献１参照）
また、従来の通信システムでは、図３に示すステーション３のように、２つおきに送信されるビーコン５−２、５−４、５−６、及び５−８を受信可能なようにアウェイク状態の期間を設定することにより、さらに省電力化を図っている。
松江英明、守倉正博、８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書、株式会社ＩＤＧジャパン、２００３年３月２９日

ところで、上記通信システムにおけるアクセスポイント４では、複数の受信待受パケット７を受信すると、その受信した複数の受信待受パケット７に対応する全てのステーション宛にそれぞれ対応するデータパケット６を順次送信していく。
そのため、無線ネットワーク内のステーションの数が多くなると、アクセスポイント４が送信すべきデータパケット６の数も多くなり、アクセスポイント４がそれら全てのデータパケット６を送信するまでに多くの時間がかかる場合がある。

そして、アクセスポイント４が全てのデータパケット６を送信するまでに多くの時間がかかる場合、各ステーションは、データパケット６の受信を待ち受けている期間スリープ状態にすることができず、省電力化の効果が少なくなるという問題がある。
すなわち、例えば、図３に示すように、アクセスポイント４がステーション１〜３宛のデータを所有している旨を示すビーコン５−４を送信した後、受信待受パケット７−２〜７−４を受信した場合で、且つ、ステーション１及び３がビーコン５−４の受信タイミングから次のビーコン５−５の受信タイミングまでの間にデータパケット６−２（ステーション１宛）及び６−３（ステーション３宛）を受信し、ステーション２がビーコン５−５の受信タイミングから次のビーコン５−６の受信タイミングまでの間にデータパケット６−４（ステーション２宛）を受信した場合を考える。

このような場合、ステーション２は、アクセスポイント４からデータパケット６−４が送信されないにもかかわらず、ビーコン５−４の受信タイミングから次のビーコン５−５の受信タイミングまでの間アウェイク状態を保ち続ける必要があるため、そのアウェイク状態の期間電力が無駄に消費されてしまうという問題がある。

そこで、本発明では、さらに省電力化の効果をあげることが可能な通信システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の通信システムは、アクセスポイントと複数のステーションとから構成される無線ネットワークにおいて、前記無線ネットワークにおける通信情報を表示する報知信号が前記アクセスポイントから一定間隔で送信される通信システムであって、前記複数のステーションがグループ分けされ、前記報知信号の受信タイミングが前記グループ毎に設定されると共に、すくなくとも２以上のグループにおけるそれぞれの前記報知信号の受信タイミングが互いに異なるように設定されることを特徴とする。

上記報知信号とは、例えば、ビーコンを示し、アクセスポイントは、例えば、あるステーション宛のデータを所有すると、その旨をビーコンに付加してそのビーコンを送信する。
そして、本発明の通信システムでは、報知信号の受信タイミングがグループ毎に設定され、すくなくとも２以上のグループにおける報知信号の受信タイミングが異なっているので、アクセスポイントから各ステーションに送信される複数のデータパケットを時間的に分散させることができる。

また、上記通信システムのアクセスポイントがグループ化信号を送信し、前記複数のステーションがそれぞれ、受信される前記グループ化信号に基づいて自身の一部の回路の電源のオン、オフタイミングを制御するように構成してもよい。
また、上記通信システムの複数のステーションがそれぞれ、前記グループ化信号に示される前記報知信号の送信時刻及び前記一部の回路の電源オン周期に基づいて、前記一部の回路の電源のオン、オフタイミングを制御するように構成してもよい。

また、上記通信システムの電源オン開始時刻が前記グループ全てにおいて互いに異なるように、前記電源オン周期が前記グループ全てにおいて互いに同じになるように、前記グループ化信号が生成されてもよい。

本発明によれば、アクセスポイントから各ステーションに送信される複数のデータパケットを時間的に分散させることができるので、単位時間当りのデータパケットの送信数を少なくすることができる。これにより、例えば、各ステーションは自分宛のデータパケットの受信に備えるためのパケット送受信部などの電源オン期間を短くすることができ、その分パケット送受信部などの電源をオフする期間を長くすることができるので、さらに省電力化の効果をあげることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
本発明の実施形態の通信システムが従来の通信システムと比べて、さらに、省電力化の効果をあげるためには、各ステーションにおいて、できる限りデータパケットなどの受信待受期間、すなわち、アウェイク状態の期間を短くし、スリープ状態の期間を長くさせる必要がある。

そこで、本発明の実施形態の通信システムでは、無線ネットワークにおける複数のステーションをグループ分けし、グループ毎にビーコン（報知信号）の受信タイミングを設定すると共に、すくなくとも２以上のグループにおけるそれぞれのビーコンの受信タイミングを異ならせる。

このように、ビーコンの受信タイミングがグループ毎に設定され、すくなくとも２以上のグループにおけるそれぞれのビーコンの受信タイミングが互いに異なるので、アクセスポイントから各ステーションに送信される複数のデータパケットを時間的に分散させることができる。

そして、アクセスポイントから各ステーションに送信される複数のデータパケットを時間的に分散させることができるので、アクセスポイントにおける単位時間当り（例えば、あるビーコンの送信タイミングから次のビーコンの送信タイミングまでの期間）のデータパケットの送信数を少なくすることができる。

これにより、各ステーションは、自分宛のデータパケットの受信に備えるためのアウェイク状態の期間を短くすることができ、その分スリープ状態の期間を長くすることができるので、さらに省電力化の効果をあげることができる。
図１は、本発明の実施形態の通信システムにおけるステーション１〜３（ＳＴＡ１〜３）及びアクセスポイント４（ＡＰ４）のそれぞれのパケットの送信タイミングを示す図である。

なお、図１に示す通信システムは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格などに準拠しているものとする。
また、図１は、ステーション１〜３がそれぞれ、アウェイク状態を常に保つアクティブモードからアウェイク状態とスリープ状態とが規則的に交互に入れ替わるパワーセーブモードに設定された状態を示している。

また、図１に示す波線枠は、アウェイク状態の期間を示している。
また、図１に示す通信システムは、例えば、ステーションだけで構成される無線ネットワークに適用してもよい。
また、図１に示す通信システムにおけるステーションの数は限定されない。

また、図１に示すステーション１〜３におけるそれぞれのアウェイク状態の期間は予め設定されているものとし、そのアウェイク状態の期間の長さは限定されない。
図１に示すように、ステーション１がグループ１（ＧＲＰ１）に、ステーション２がグループ２（ＧＲＰ２）に、ステーション３がグループ３（ＧＲＰ３）にグループ分けされている。

なお、グループ１〜３それぞれに属されるステーションの数は限定されない。また、１つの無線ネットワーク内に設定されるグループの数も限定されない。
また、図１に示すように、ステーション１〜３はそれぞれ、互いに異なる時刻でアウェイク状態の期間が開始されると共に、同じ周期でアウェイク状態の期間が開始されている。

すなわち、例えば、グループ１のステーション１は、ビーコン５−３、５−６、及び５−９が受信可能なようにアウェイク状態の期間が設定され、グループ２のステーション２は、ビーコン５−４、５−７、及び５−１０が受信可能なようにアウェイク状態の期間が設定され、グループ３のステーション３は、ビーコン５−５、５−８、及び５−１１が受信可能なようにアウェイク状態の期間が設定されている。

このように、ステーション１〜３はそれぞれ、互いに異なる時刻でアウェイク状態の期間が開始されると共に、互いに同じ周期でアウェイク状態の期間が開始されているので、ビーコン５の受信タイミングをグループ毎にそれぞれ互いに異ならせることができる。
すなわち、例えば、図１に示すように、アクセスポイント４がビーコン５−５の送信タイミングからビーコン５−６の送信タイミングまでの間にステーション１〜３宛の各データを所有した場合を考える。

まず、ステーション１はビーコン５−６を受信することにより、ビーコン５−６の受信タイミングとビーコン５−７の受信タイミングとの間でステーション１宛のデータパケット６−１を受信することができる。
次に、ステーション２はビーコン５−７を受信することにより、ビーコン５−７の受信タイミングとビーコン５−８の受信タイミングとの間でステーション２宛のデータパケット６−２を受信することができる。

そして、ステーション３はビーコン５−８を受信することにより、ビーコン５−８の受信タイミングとビーコン５−９の受信タイミングとの間でステーション３宛のデータパケット６−３を受信することができる。
このように、アクセスポイント４は、ステーション１〜３それぞれに対して、互いに異なる送信タイミングでビーコン５を送信しているので、ステーション１〜３はそれぞれ互いに異なるビーコン５の受信後に自分宛のデータパケット６を受信することができる。

これにより、ステーション１〜３はそれぞれ、自分宛のビーコン５を受信するためのアウェイク状態の期間及び自分宛のデータパケット６を受信するためのアウェイク状態の期間以外の期間をスリープ状態の期間とすることができるので、従来の通信システムに比べて省電力化の効果をあげることができる。

次に、グループ毎にビーコン５の受信タイミングが設定される際の各ステーションの動作の一例を説明する。
図２（ａ）は、ステーション１〜３のそれぞれの構成を模式的に示す図である。なお、ステーション１〜３は、それぞれ同じ構成であるため、ステーション１の構成のみを説明する。

図２（ａ）に示すように、ステーション１は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域の信号処理などを行うＲＦ部１１と、ベースバンドの信号処理などを行うＢＢＰ（ＢａｓｅＢａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）部１２と、ステーション１全体の消費電力やノートパソコンなどのホストとのデータ通信などの制御を行うＭＡＣ部１３とを備えて構成されている。

また、上記ＭＡＣ部１３は、アクセスポイント４から送信されるグループ化信号が示すグループ化情報と自身がもつグループ化情報とを比較するグループ化手段１４と、グループ化手段１４の比較結果とグループ化情報に基づいて、ＲＦ部１１やＢＢＰ部１２などの自身の一部の回路の電源のオン、オフタイミングを制御する電力制御手段１５とを備えて構成されている。

図２（ｂ）は、アクセスポイント４からステーション１〜３にグループ化信号Ｇ１〜Ｇ３を送信している様子を示す図である。
図２（ｂ）に示すように、アクセスポイント４は、ステーション１に対してグループ化信号Ｇ１を送信し、ステーション２に対してグループ化信号Ｇ２を送信し、ステーション３に対してグループ化信号Ｇ３を送信している。

なお、ステーション１〜３はそれぞれ、グループ化信号Ｇ１〜Ｇ３を受信した旨を示す信号をアクセスポイント４に返信してもよい。
また、グループ化信号Ｇの送信方法としては、例えば、ユニキャストやブロードキャストが考えられる。

まず、ユニキャストによりグループ化信号Ｇ１〜Ｇ３をステーション１〜３にそれぞれ送信する場合を説明する。
なお、ここでは、例えば、アクセスポイント４がステーション１宛のグループ化信号Ｇ１を作成する場合を考える。また、アクセスポイント１やステーション１〜３は、それぞれ内部タイマ（例えば、１μｓ毎にインクルメントする内部タイマ）を持ち、ビーコン５などにより各内部タイマの同期がそれぞれとられているものとする。

まず、アクセスポイント４は、グループ化信号Ｇ１の送信先アドレス領域にステーション１のアドレスを付加し、グループ化信号Ｇ１のビーコン送信時刻領域に次のビーコン５の送信時刻（例えば、ステーション１がパワーセーブモードの最初のアウェイク状態になってビーコン５−３を受信する時刻におけるアクセスポイント４の内部タイマ値）、すなわち、図１に示す送信時刻Ａ１を付加し、さらに、グループ化信号Ｇ１の電源オン周期領域にグループ１におけるアウェイク状態の期間の開始から次のアウェイク状態の期間の開始までの時間、例えば、図１に示す電源オン周期Ｂ１を付加する。

次に、ステーション１は、グループ化信号Ｇ１を受信すると、図２（ａ）に示すグループ化手段１４において、グループ化信号Ｇ１に付加されている送信先アドレスと自身のアドレスとを比較し、アドレスが一致すると、「グループ化信号Ｇ１に付加されている送信時刻Ａ１」と「グループ化信号Ｇ１を受信した時点での自身の内部タイマ値」と「アウェイク状態にしてからパケットを受信できるようになるまでの時間」とから計算した時間、すなわち、図１に示す時間Ｃ１を内部タイマにセットし、その内部タイマをカウントダウンさせると共に、そのカウントダウンの期間スリープ状態とする。

次に、ステーション１は、図２（ａ）に示す電力制御手段１５において、内部タイマのカウントダウン終了後、アウェイク状態にしてビーコン５−３を受信する。その後、自分宛のデータパケットが無いことがわかった場合や、後続する自分宛のデータパケットが無いことがわかった場合は、スリープ状態へ移行する。スリープ状態へ移行する時は、「グループ化信号Ｇ１に付加されている電源オン周期Ｂ１」と、「スリープ状態へ移行する時点での内部タイマ値」と、「グループ化信号Ｇ１に付加されている送信時刻Ａ１」と、「アウェイク状態にしてからパケットを受信できるようになるまでの時間」とから計算したスリープ時間Ｄ１を上記内部タイマにセットし、その内部タイマのカウントダウン期間をパワーセーブモードにおけるスリープ状態の期間とする。

その後、ステーション１は、アウェイク状態と設定されたスリープ状態とを交互に繰り返す。
次に、ブロードキャストによりグループ化信号Ｇをステーション１〜３にそれぞれ送信する場合を説明する。

なお、ユニキャストの場合と同様に、例えば、アクセスポイント４がステーション１宛のグループ化信号Ｇ１を作成する場合を考える。また、アクセスポイント１やステーション１〜３は、それぞれ内部タイマを持ち、ビーコン５により各内部タイマの同期がそれぞれとられているものとする。

まず、アクセスポイント４は、グループ化信号Ｇ１のグループ化ＩＤ領域にグループ１を示すＩＤ（または設定先アドレス）を付加し、グループ化信号Ｇ１のビーコン送信時刻領域に次のビーコン５の送信時刻（例えば、ステーション１がパワーセーブモードの最初のアウェイク状態になってビーコン５−３を受信する時刻におけるアクセスポイント４の内部タイマ値）、すなわち、図１に示す送信時刻Ａ１を付加し、さらに、グループ化信号Ｇ１の電源オン周期領域にグループ１におけるアウェイク状態の期間の開始から次のアウェイク状態の期間の開始までの時間、すなわち、図１に示す電源オン周期Ｂ１を付加する。

次に、ステーション１は、図２（ａ）に示すグループ化手段１４において、グループ化信号Ｇ１に付加されているＩＤと自身のＩＤとを比較し（または上記設定先アドレスと自身のアドレスとを比較し）、グループ化ＩＤ（またはアドレス）が一致すると、「グループ化信号Ｇ１に付加されている送信時刻Ａ１」と「グループ化信号Ｇ１を受信した時点での自身の内部タイマ値」と「アウェイク状態にしてからパケットを受信できるようになるまでの時間」とから計算した時間、すなわち、図１に示す時間Ｃ１を内部タイマにセットし、その内部タイマをカウントダウンさせると共に、そのカウントダウンの期間スリープ状態とする。

次に、ステーション１は、図２（ａ）に示す電力制御手段１５において、内部タイマのカウントダウン終了後、アウェイク状態にしてビーコン５−３を受信する。その後、自分宛のデータパケットが無いことがわかった場合や、後続する自分宛のデータパケットが無いことがわかった場合は、スリープ状態へ移行する。スリープ状態へ移行する時は、「グループ化信号Ｇ１に付加されている電源オン周期Ｂ１」と、「スリープ状態へ移行する時点での内部タイマ値」と、「グループ化信号Ｇ１に付加されている送信時刻Ａ１」と、「アウェイク状態にしてからパケットを受信できるようになるまでの時間」とから計算したスリープ時間Ｄ１を上記内部タイマにセットし、その内部タイマのカウントダウン期間をパワーセーブモードにおけるスリープ状態の期間とする。

その後、ステーション１は、アウェイク状態と設定されたスリープ状態を繰り返す。
なお、ユニキャストまたはブロードキャストにおいて、例えば、ステーション１は、アドレスまたはＩＤが一致すると、「グループ化信号Ｇ１に付加されている送信時刻Ａ１」と「アウェイク状態にしてからパケットを受信できるようになるまでの時間」とからアウェイク状態の期間の開始時刻Ｅ１を計算し、その開始時刻Ｅ１をレジスタにセットし、その開始時刻Ｅ１と自身の内部タイマ値とが一致した時点からパワーセーブモードにおける最初のアウェイク状態を開始するように構成してもよい。このような構成の場合、ステーション１は、アウェイク状態にした直後にグループ化信号Ｇ１に付加されている電源オン周期Ｂ１から計算したアウェイク開始時刻を上記レジスタにセットし、内部タイマ値とそのアウェイク開始時刻とが一致する時点を次回以降のアウェイク状態の開始時刻とするように構成してもよい。

また、上記実施形態では、グループ毎にビーコン５の受信タイミングを互いに異ならせる構成であるが、各グループ内のそれぞれのステーションのビーコン５の受信タイミングを互いに異ならせてもよい。
すなわち、例えば、グループ３に属するステーション３がビーコン５−５、５−８、及び５−１１を受信可能なようにアウェイク状態の期間を設定すると共に、グループ３に属するステーション４（不図示）がビーコン５−５及び５−１１を受信可能なようにアウェイク状態の期間を設定してもよい。

本発明の実施形態の通信システムにおけるアクセスポイント及び各ステーションのそれぞれのパケット送信タイミングを示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の通信システムにおける各ステーションの構成を模式的に示す図である。（ｂ）は、アクセスポイントから各ステーションにグループ化信号Ｇを送信している様子を示す図である。 既存の通信システムにおけるアクセスポイント及び各ステーションのそれぞれのパケット送信タイミングを示す図である。

符号の説明

１〜３ ステーション
４ アクセスポイント
５ ビーコン
６ データパケット
７ 受信待受パケット
１１ ＲＦ部
１２ ＢＢＰ部
１３ ＭＡＣ部
１４ グループ化手段
１５ 電力制御手段

Claims (4)

1. アクセスポイントと複数のステーションとから構成される無線ネットワークにおいて、前記無線ネットワークにおける通信情報を表示する報知信号が前記アクセスポイントから一定間隔で送信される通信システムであって、
   前記複数のステーションがグループ分けされ、前記報知信号の受信タイミングが前記グループ毎に設定されると共に、すくなくとも２以上のグループにおけるそれぞれの前記報知信号の受信タイミングが互いに異なるように設定されることを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記アクセスポイントは、グループ化信号を送信し、
   前記複数のステーションはそれぞれ、受信される前記グループ化信号に基づいて自身の一部の回路の電源のオン、オフタイミングを制御することを特徴とする通信システム。
3. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記複数のステーションはそれぞれ、前記グループ化信号に示される前記報知信号の送信時刻及び前記一部の回路の電源オン周期に基づいて、前記一部の回路の電源のオン、オフタイミングを制御することを特徴とする通信システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の通信システムであって、
   前記電源オン開始時刻が前記グループ全てにおいて互いに異なるように、前記電源オン周期が前記グループ全てにおいて互いに同じになるように、前記グループ化信号が生成されることを特徴とする通信システム。
   
   
   

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