JP2010193290A - 省電力通信制御方法、無線通信システムおよび無線基地局 - Google Patents

省電力通信制御方法、無線通信システムおよび無線基地局 Download PDF

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Abstract

【課題】無線端末のスリープ状態に合せて無線基地局をスリープ状態にして、省電力モードを実現する。
【解決手段】無線基地局は、ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信し、基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する。また、基地局スリープ期間に無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信し、無線端末は、制御情報を受信したときに、制御信号に付加された送信禁止期間は送信信号が発生しても送信せずに待機する。
【選択図】図7

Description

本発明は、無線基地局APと少なくとも1つの無線端末STAとの間で無線パケットを送受信する無線通信システムにおいて、無線端末STAだけでなく無線基地局APでも省電力通信制御を行う省電力通信制御方法、無線通信システムおよび無線基地局に関する。
また、無線基地局APがスリープ状態のときに無線端末STAの送信を禁止する制御を行う省電力通信制御方法、無線通信システムおよび無線基地局に関する。
IEEE802.11標準規格(非特許文献1)に準拠する無線LANシステムでは、無線端末STAにおける省電力モードが規定されている。
無線基地局APが一定周期で送信するビーコン信号には、TIM(Traffic Indication Map) ビーコンと、DTIM(Delivery Traffic Indication Message)ビーコンがあり、DTIMビーコンはDTIM間隔で送信される。TIMビーコンおよびDTIMビーコンには、サポートする伝送レートやサービスセット種別(SSID)、ビーコンの周期情報、TIM情報要素などの無線ネットワーク情報が含まれる。TIM情報要素は、APの送信バッファにおけるマルチキャスト/ブロードキャストフレームの有無の情報、およびDTIMビーコンの送信間隔であるDTIM間隔、次のDTIMビーコンを送信するまでの送信ビーコン数であるDTIMカウントなどである。
APは、ネットワーク内に省電力モードで動作中のSTAがいる場合に、当該STA宛ての送信データがあってもすぐに送信せず、DTIMビーコンのTIM情報要素で送信データ蓄積中であることを通知する。省電力モードで動作中のSTAはDTIM間隔でアウェイク状態となり、受信したDTIMビーコンのTIM情報要素を解析して自身宛てデータの蓄積の有無を判断する。そして、自身宛てデータがAPに蓄積されていれば、制御フレームをAPに送信してAPから蓄積している自身宛てデータを転送してもらう。
このように、APはDTIM間隔でDTIMビーコンを送信し、省電力モードで動作中のSTAはDTIMビーコンを受信するためにDTIM間隔でアウェイク状態となり、そのときに送受信するパケットがなければスリープ状態に移行して消費電力を抑えている。
ところで、APは省電力モードがない。一方、省電力モードのSTAは、図8に示すようにスリープ状態とアウェイク状態を繰り返し、アウェイク状態でAPへデータ送信を行う。そのため、APはSTAがスリープ状態とアウェイク状態を繰り返しているときでも、常にアウェイク状態を継続する必要があった。しかし、STAがスリープ状態にあるときは、APが無駄に電力を消費していることになり、その無駄な電力消費によってポータブルAPのようにバッテリー駆動のAPでは駆動時間が短くなっていた。
本発明は、無線端末のスリープ状態に合せて無線基地局をスリープ状態にする省電力モードを実現し、また無線基地局がスリープ状態のときに無線端末の送信を禁止することができる省電力通信制御方法、無線通信システムおよび無線基地局を提供することを目的とする。
第1の発明は、一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末から構成される無線通信システムの省電力通信制御方法において、無線基地局は、ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信し、基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する。
第1の発明における無線基地局は、無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または無線基地局に帰属する無線端末がない場合に制御信号を送信する。
第1の発明における無線基地局は、基地局スリープ期間に無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信し、無線端末は、制御情報を受信したときに、制御信号に付加された送信禁止期間は送信信号が発生しても送信せずに待機する。
また、無線基地局は、基地局スリープ期間が送信禁止期間の上限より長いときに、送信禁止期間の上限の範囲で基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに制御信号を送信してもよい。
第2の発明は、一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末とを備えた無線通信システムにおいて、無線基地局は、ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信する制御信号送信手段と、基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する省電力制御手段とを備える。
第2の発明における無線基地局の制御信号送信手段は、無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または無線基地局に帰属する無線端末がない場合に制御信号を送信する構成である。
第2の発明における無線基地局の制御信号送信手段は、基地局スリープ期間に無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信する構成であり、無線端末は、制御情報を受信したときに、制御信号に付加された送信禁止期間は送信信号が発生しても送信せずに待機する送信制御手段を備える。
また、制御信号送信手段は、基地局スリープ期間が送信禁止期間の上限より長いときに、送信禁止期間の上限の範囲で基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに制御信号を送信する構成としてもよい。
第3の発明は、一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末とを備えた無線通信システムの無線基地局において、ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信する制御信号送信手段と、基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する省電力制御手段とを備える。
第3の発明における無線基地局の制御信号送信手段は、無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または無線基地局に帰属する無線端末がない場合に制御信号を送信する構成である。
第3の発明における無線基地局の制御信号送信手段は、基地局スリープ期間に無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信する構成である。
また、制御信号送信手段は、基地局スリープ期間が送信禁止期間の上限より長いときに、送信禁止期間の上限の範囲で基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに制御信号を送信する構成としてもよい。
本発明は、無線基地局がビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信し、基地局スリープ期間だけスリープ状態に移行することができる。この制御信号を送信する条件として、例えば無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合は無線端末がスリープ状態に入ることを想定でき、また無線基地局に帰属する無線端末がない場合は無線端末からの送信がないことを想定できるので、その間に無線基地局が基地局スリープ期間だけスリープ状態に移行する。これにより、無線基地局の省電力化を実現することができる。
また、無線基地局は、基地局スリープ期間を無線端末の送信禁止期間として無線端末に通知することにより、無線端末は基地局スリープ期間中に送信信号が発生しても待機することができる。これにより、無線端末が基地局スリープ期間中に無駄に信号を送信することなく、無線端末のさらなる省電力化も実現することができる。
本発明の無線通信システムの全体構成を示す図である。 本発明の無線基地局APの構成例を示す図である。 ビーコンのフレーム構成を示す図である。 スリープ制御パケットのフレーム構成を示す図である。 本発明の無線基地局APの省電力制御手順例1を示すフローチャートである。 本発明の無線基地局APの省電力制御手順例2を示すフローチャートである。 本発明の無線通信システムの動作例を示すタイミングチャートである。 従来の無線通信システムの動作例を示すタイミングチャートである。
図1は、本発明の無線通信システムの全体構成を示す。
図において、無線基地局APと、その通信エリア内にある無線端末STAとの間で無線パケットの送受信が行われる。また、無線基地局APは、配下の無線端末STAと接続するためのLANインタフェースの他にWANインタフェースをもち、無線端末STAとWAN側の無線装置との間の通信を中継する機能があってもよい。
図2は、本発明の無線基地局APの構成例を示す。
図において、無線基地局APは、無線パケットの送受信を行う送受信部10と、無線パケットの送受信制御および無線基地局APの省電力通信制御を行う制御部20とを備える。制御部20は、送信データを蓄積し、蓄積した送信データを送受信部10に出力する送信バッファ22、送信バッファ22の送信データの有無を監視するバッファ監視部23、送信データの有無情報を含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送受信部10に出力するビーコン生成部24、ビーコンの生成および送受信制御部21を介して送信タイミング制御を行うビーコン送信制御部25、無線基地局APのスリープ期間を無線端末STAに通知するためのスリープ制御パケットを生成し、生成したスリープ制御パケットを送受信部10に出力するスリープ制御パケット生成部26、無線基地局APのスリープ期間SLおよびスリープ制御パケットに設定するNAVを管理するスリープ期間管理部27、ビーコン送信制御部25からビーコン生成通知を受けてスリープ制御パケットの生成および送受信制御部21を介して送信タイミング制御を行うスリープ制御パケット送信制御部28により構成される。なお、図2中の実線矢印は送信データ、ビーコン、スリープ制御パケットの流れを示し、破線矢印は制御信号の流れを示す。
図3は、ビーコンのフレーム構成を示す。
図において、ビーコンフレームは、MACヘッダと、フレームボディのTIMと、FCSとを有する。TIMのBitmap Controlには、ビーコンフレームに続いてスリープ制御パケットを送信するか否かを示す情報が設定される。ビーコンフレームの受信タイミングに合せてアウェイク状態になった無線端末STAは、スリープ制御パケットの送信無しのビーコンフレームを受信すればスリープ状態に移行するが、スリープ制御パケットの送信有りの場合はスリープ制御パケットを受信するまでアウェイク状態を継続する。なお、これは、無線基地局APがTIMのBitmap Controlを用いて無線端末STAへの送信データの有無を通知し、送信データ有りであれば、無線端末STAが無線基地局APから送信データを転送してもらう処理と同じシーケンスである。
図4は、スリープ制御パケットのフレーム構成を示す。ここでは、スリープ制御パケットとしてブロードキャスト/マルチキャストまたはCTS(Clear to Send) を利用する例を示す。
図4(1) はブロードキャスト/マルチキャストのフレーム構成を示す。ブロードキャスト/マルチキャストのフレーム構成は、MACヘッダとFCSからなり、フレームボディがない(Nullデータ)。MACヘッダのフレーム制御のMore Data には、後続するブロードキャスト/マルチキャストの有無を示す情報が設定される。省電力モードの無線端末STAは、More Data が「無」になっているブロードキャスト/マルチキャストを受信した後にスリープ状態に移行する。MACヘッダのデュレーション/IDにはNAV値が設定される。アドレス1はブロードキャスト/マルチキャストアドレス、アドレス2,3はAPのアドレス(BSSID)が設定される。
図4(2) はCTSのフレーム構成を示す。CTSのフレーム構成は、MACヘッダとFCSからなる。MACヘッダのデュレーション/IDは、ブロードキャスト/マルチキャストのフレーム構成と同様であり、NAV値が設定される。アドレスは、APのアドレス(BSSID)が設定される。なお、後続のスリープ制御パケットがない場合はCTSを送信しないので、NAVを通知するためにはブロードキャスト/マルチキャストが用いられる。
図5および図6は、本発明の無線基地局APの省電力制御手順1,2を示す。図7は、本発明の無線通信システムの動作例を示す。以下、図2〜図7を参照して無線基地局APの省電力制御について説明する。
無線基地局APのビーコン送信制御部25は、DTIMビーコンの送信前にバッファ監視部23を介して送信バッファ22が空であるか否かを調べる(S1)。送信バッファ22に送信データが蓄積されていれば(S1:No)、TIMに送信データ有りを示す情報を載せたDTIMビーコンを送信し、従来通りのアウェイク状態を継続する(S2)。このDTIMビーコンを受信した無線端末STAは、従来と同様に制御フレームをAPに送信してAPから自身宛てデータを転送してもらう。
一方、送信バッファ22が空であれば(S1:Yes )、スリープ制御パケット(ブロードキャスト/マルチキャスト、CTS)の送信を示す情報を設定したDTIMビーコンを送信する(S3)。パケット送信制御部28は、ビーコン送信制御部25からビーコン生成通知を受けると、スリープ制御パケット生成部26に対してスリープ制御パケット生成を指示し、スリープ制御パケット生成部26はスリープ期間管理部27からスリープ制御パケットに設定するNAVとして、無線基地局APのスリープ期間SLを取得する(S4)。このスリープ期間SLは、無線基地局APで予め決められた値とするか、DTIMビーコン送信前のアウェイク期間におけるチャネル利用時間に応じた値、例えばチャネル利用時間が長ければ短めの値としてもよい。
一方、スリープ制御パケットに設定するNAVは、無線端末STAの送信を禁止する期間であり、所定の上限値NAVmax がある。ここで、スリープ期間SLとNAVmax とを比較し(S5)、SL>NAVmax であれば、スリープ制御パケット生成部26はスリープ制御パケットにNAV(1) としてNAVmax またはNAVmax 以下の値を設定し、残りのスリープ期間を設定するために次のスリープ制御パケットの送信を示す情報を設定したスリープ制御パケット(1) を生成して送信する(S6)。無線基地局APは、スリープ期間SL(1) (=NAV(1) −α)だけスリープ状態に移行する(S7)。なお、αは、無線端末STAがNAV(1) によって送信を禁止している間に、無線基地局APが次のスリープ制御パケット(2) を送信するためのマージンである。スリープ制御パケット(1) を受信した無線端末STAは、次のスリープ制御パケットを受信するまでアウェイク状態を継続するとともに、無線基地局APのスリープ期間SL(1) に対応してNAV(1) (=SL(1) +α)を設定する。
スリープ制御パケット(1) を送信したスリープ制御パケット生成部26は、残っているスリープ期間SLとして(SL=SL−SL(1) )を算出し(S8)、ステップS5に戻る。ここで、SL>NAVmax であれば同様の処理を繰り返す。SL≦NAVmax であれば(S5:No)、スリープ制御パケット生成部26はスリープ制御パケットにNAV(2) としてSLを設定し、次のスリープ制御パケットの送信がないことを示す情報を設定したスリープ制御パケット(2) を生成して送信する(S9)。このスリープ制御パケット(2) にはブロードキャスト/マルチキャストが用いられる。無線基地局APは、スリープ期間SL(2) (=NAV(2) )だけスリープ状態になり(S10)、その後はアウェイク状態に移行する。スリープ制御パケット(2) を受信した無線端末STAは、スリープ状態に移行するとともに、無線基地局APのスリープ期間SL(2) に対応してNAV(2) (=SL(2) )を設定する。
以上の制御により、無線基地局APがスリープ状態になって電力消費を抑制することができる。さらに、無線端末STAがアウェイク状態でもスリープ状態でも、無線基地局APのスリープ状態に対応してNAVが設定され、無線端末STAからの送信が禁止される。したがって、無線基地局APのスリープ状態のときに、無線端末STAが送信してパケットロスになる事態を回避することができ、結果として無線端末STAの無駄な電力消費を抑制することができる。
なお、図5のステップS1の送信バッファ22が空きであるか否かの判断は、図6に示すステップS1′のように、無線基地局APに帰属する無線端末STAがゼロであるか否かの判断に置き換えてもよい。すなわち、無線基地局APに帰属する無線端末STAがゼロの場合には、図5のステップS3以降と同様に、無線基地局APをスリープ状態にする制御を行うようにしてもよい。
また、無線基地局APがスリープ制御に入る契機は、図5のステップS1の送信バッファ22が空きがあるとき、あるいは図6のステップS1′の無線基地局APに帰属する無線端末STAがゼロであるときに限定されない。無線基地局APは、何らかの状況に応じて無線基地局APと無線端末STAとの間で送受信する信号がないことがわかれば、ビーコン信号に続いてスリープ制御パケットを送信し、そこに設定される基地局スリープ期間にスリープ状態に移行してもよい。一方、スリープ制御パケットを受信した無線端末STAは無線基地局APがスリープ状態になることを検出できるので、対応する処理、例えば無線端末STAに送信信号が発生しても送信を待機する等の処理を行うことができる。
本発明は、無線端末STAのスリープ状態に合せて無線基地局APをスリープ状態にする省電力モードが可能になるので、ポータブルAPのようにバッテリー駆動のAPにおいて消費電力を低減して駆動時間を長くすることができる。
AP 無線基地局
STA 無線端末
10 送受信部
20 制御部
21 送受信制御部
22 送信バッファ
23 バッファ監視部
24 ビーコン生成部
25 ビーコン送信制御部
26 スリープ制御パケット生成部
27 スリープ期間管理部
28 スリープ制御パケット送信制御部
IEEE802.11,"Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical(PHY) Layer Specifications", 11.2.1.1 STA Power Management modes, June 2007

Claims (12)

  1. 一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、前記ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、前記ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末から構成される無線通信システムの省電力通信制御方法において、
    前記無線基地局は、
    前記ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信し、
    前記基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、前記基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する
    ことを特徴とする省電力通信制御方法。
  2. 請求項1に記載の省電力通信制御方法において、
    前記無線基地局は、前記無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または前記無線基地局に帰属する無線端末がない場合に前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする省電力通信制御方法。
  3. 請求項1に記載の省電力通信制御方法において、
    前記無線基地局は、前記基地局スリープ期間に前記無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信し、
    前記無線端末は、前記制御情報を受信したときに、前記制御信号に付加された前記送信禁止期間は送信信号が発生しても送信せずに待機する
    ことを特徴とする省電力通信制御方法。
  4. 請求項3に記載の省電力通信制御方法において、
    前記無線基地局は、前記基地局スリープ期間が前記送信禁止期間の上限より長いときに、前記送信禁止期間の上限の範囲で前記基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする省電力通信制御方法。
  5. 一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、前記ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、前記ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末とを備えた無線通信システムにおいて、
    前記無線基地局は、
    前記ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信する制御信号送信手段と、
    前記基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、前記基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する省電力制御手段と
    を備えたことを特徴とする無線通信システム。
  6. 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
    前記無線基地局の制御信号送信手段は、前記無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または前記無線基地局に帰属する無線端末がない場合に前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする無線通信システム。
  7. 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
    前記無線基地局の制御信号送信手段は、前記基地局スリープ期間に前記無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信する構成であり、
    前記無線端末は、前記制御情報を受信したときに、前記制御信号に付加された前記送信禁止期間は送信信号が発生しても送信せずに待機する送信制御手段を備えた
    ことを特徴とする無線通信システム。
  8. 請求項7に記載の無線通信システムにおいて、
    前記無線基地局の制御信号送信手段は、前記基地局スリープ期間が前記送信禁止期間の上限より長いときに、前記送信禁止期間の上限の範囲で前記基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに前記制御信号を送信する構成である
    ことを特徴とする無線通信システム。
  9. 一定周期でビーコン信号を送信する無線基地局と、前記ビーコン信号を受信するタイミングでアウェイク状態となり、前記ビーコン信号の受信後に送受信する信号がない場合にスリープ状態となる無線端末とを備えた無線通信システムの無線基地局において、
    前記ビーコン信号の送信後に、基地局スリープ期間の情報を付加した制御信号を送信する制御信号送信手段と、
    前記基地局スリープ期間にスリープ状態に移行し、前記基地局スリープ期間の経過後にアウェイク状態に移行する省電力制御手段と
    を備えたことを特徴とする無線基地局。
  10. 請求項9に記載の無線基地局において、
    前記制御信号送信手段は、前記無線基地局に送信信号が蓄積されていない場合、または前記無線基地局に帰属する無線端末がない場合に前記制御信号を送信する構成である
    ことを特徴とする無線基地局。
  11. 請求項9に記載の無線基地局において、
    前記制御信号送信手段は、前記基地局スリープ期間に前記無線端末の送信を禁止する送信禁止期間の情報を付加した制御信号を送信する構成である
    ことを特徴とする無線基地局。
  12. 請求項11に記載の無線基地局において、
    前記制御信号送信手段は、前記基地局スリープ期間が前記送信禁止期間の上限より長いときに、前記送信禁止期間の上限の範囲で前記基地局スリープ期間を分割し、分割した基地局スリープ期間ごとに前記制御信号を送信する構成である
    ことを特徴とする無線基地局。
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