JP2013247532A - 無線端末がアクセスポイントを探索するタイミングを制御するアクセスポイント発見方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低い消費電力で且つ短い待受時間で、無線端末がアクセスポイントを探索するタイミングを制御することができるアクセスポイント発見方法及びシステムを提供する。
【解決手段】無線端末が、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信する第１のステップと、アクセスポイントが、プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信する第２のステップと、無線端末が、プローブレスポンスを受信した後、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する第３のステップと、ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコン待ち受けを開始する第４のステップと、アクセスポイントが、ビーコンを同報送信する第５のステップと、無線端末が、ビーコンを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する第６のステップとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線ＬＡＮ(Local Area Network)について、無線端末がアクセスポイントを発見する通信シーケンスの技術に関する。

図１は、無線端末及びアクセスポイントを含むシステム構成図である。

図１によれば、アクセスポイント２は、一方をアクセスネットワークを介してインターネットに接続し、他方をエアを介して無線端末１と通信する。アクセスポイント周辺の無線ＬＡＮのエリアに在圏する無線端末１は、そのアクセスポイント２を経由してインターネット（上位ネットワーク）に接続することができる。図１によれば、無線端末１は、３つのアクセスポイント２と通信可能な場所に位置している。例えば、無線端末１は、接続目的のアクセスポイントＡＰ２を発見し、その後、アクセスポイントＡＰ２を経由して、インターネットに接続しようとしている。

無線ＬＡＮには、無線端末とアクセスポイントとの間でパケット送信を制御するためのＭＡＣ（Media Access Control：媒体アクセス制御）レイヤ技術が採用されている。ＭＡＣレイヤによって無線局間で交換されるＭＡＣフレームは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１の標準規格によって規定されている。

ＩＥＥＥ８０２．１１のインフラストラクチャモードによれば、無線端末が無線ＬＡＮを介してアクセスポイントを発見するために、「アクティブスキャン方式」及び「パッシブスキャン方式」の２つがある。
「アクティブスキャン方式」とは、無線端末が、プローブリクエストをアクセスポイントへ向けて同報的に送信し、アクセスポイントからプローブレスポンスを受信することによって、アクセスポイントを発見する。
「パッシブスキャン方式」とは、アクセスポイントが、ビーコンを周期的に同報的に送信し、無線端末がそのビーコンを受信することによって、アクセスポイントを発見する。
尚、ビーコン、プローブリクエスト及びプローブレスポンスは、アクセスポイントと無線端末との間でやりとりされる管理用制御信号の一種である。

無線端末は、一般に、アクティブスキャン方式及びパッシブスキャン方式の両方式の機能を搭載している。これら２つの方式のいずれかによって、アクセスポイントを発見した無線端末は、接続目的のアクセスポイントに対して接続シーケンスを実行する。

図２は、アクティブスキャン方式に基づくシーケンス図である。

図２によれば、最初に、無線端末１が、プローブリクエストを同報的に送信する。このようなフレームの送信時には、無線端末１の消費電力が大きくなる。無線端末１によって送信されたプローブリクエストは、その電波が到達可能な範囲に存在し、且つ同一チャネルで運用する全てのアクセスポイント２（ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３）によって受信される。

これに対し、各アクセスポイント２は、プローブレスポンスを無線端末１へ返信する。このとき、無線ＬＡＮのＭＡＣレイヤの技術によれば、各アクセスポイント２は、互いに送信するプローブレスポンスが衝突しないように、送信タイミングが制御される。例えば、無線ＬＡＮによれば、同一チャネルを時間的に譲り合って複数端末間の通信を成立させるＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式が採用されている。

一方で、無線端末１は、比較的小さい消費電力で且つ比較的短い時間、プローブレスポンスを待ち受ける。無線端末１は、その待受時間の範囲で、接続目的のアクセスポイントＡＰ２からのプローブレスポンスを受信した際、そのアクセスポイントＡＰ２に対して接続シーケンスを実行する。

図３は、パッシブスキャン方式に基づくシーケンス図である。

図３によれば、各アクセスポイント２は、ビーコンを周期的且つ同報的に送信する。このとき、無線端末１は、比較的小さい消費電力で、且つ、少なくともビーコンの周期時間以上の比較的長い時間、ビーコンを待ち受ける。無線端末１は、その待受時間の範囲で、接続目的のアクセスポイントＡＰ２からのビーコンを受信した際、そのアクセスポイントＡＰ２に対して接続シーケンスを実行する。

アクセスポイントは、例えば２．４ＧＨｚ帯で、ビーコンを常時（例えば１００ｍｓ程度間隔）報知している。無線端末は、その２．４ＧＨｚ帯について例えば各１０チャネルを、接続する相手であるアクセスポイントからのビーコンの報知があるかどうかをセンス（探索）する必要がある。この場合、無線端末は、各チャネルで少なくとも１００ｍｓ以上、ビーコンを待ち受ける必要がある。そうすると、全チャネルをセンスするのに、以下のように少なくとも約１秒の待受時間を要する。
１００ｍsec×１０チャネル＝１sec
無線端末１が、電池で動作する携帯電話機やスマートフォンである場合、このような待受時間をできる限り短くすることは、消費電力を抑制する観点から有効である。

アクティブスキャン方式は、プローブリクエストを送信するために消費電力が一時的に大きくなるものの、プローブレスポンスの待受時間が比較的短い。一方で、パッシブスキャン方式は、消費電力が比較的小さいものの、ビーコンの待受時間が比較的長い。結果的に、比較的短い時間でアクセスポイントを発見することができるアクティブスキャン方式は、パッシブスキャン方式よりも、全体的な消費電力が小さくなる。そのために、無線端末では、通常、消費電力が比較的小さく且つ比較的短い時間でアクセスポイントを発見することができる「アクティブスキャン方式」が多用される。無線端末は、接続目的のアクセスポイントのエリアに入った場合、アクティブスキャン方式におけるプローブリクエストを送信し、これに対するプローブレスポンスを受信することによって、アクセスポイントを発見する。

尚、従来技術として、アクセスポイントを発見するために、無線端末が、圏内か又は圏外かに基づいて、アクティブスキャン方式又はパッシブスキャン方式のいずれかに切り替える技術がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１２５３９号公報

しかしながら、アクティブスキャン方式によれば、無線端末は、プローブリクエストをブロードキャストで送信するために、その周囲に在圏する複数のアクセスポイントによって検出され、それらアクセスポイントからプローブレスポンスが応答される。これに対し、無線端末は、接続目的であるアクセスポイントのサービス識別子を含むプローブレスポンスを返信したアクセスポイントとしか接続しない。即ち、接続目的以外のアクセスポイントが送信したプローブレスポンスに対しては無視するだけで、無線リソースを無駄に消費したに過ぎない。

一方で、パッシブスキャン方式によれば、無線端末からプローブリクエストを送信する必要がないために、接続目的以外のアクセスポイントからプローブレスポンスを受信する必要もなく、無線リソースを無駄に消費することはない。

また、無線端末は、一般に、アクセスポイント配下に在圏していることを認識した時（又はユーザによって操作された時、若しくは、データ送受信アプリケーションが要求した時）には、アクティブスキャン方式が実行され、プローブリクエストを送信する。逆に、アクセスポイント配下に在圏していないことを認識した時には、パッシブスキャンが実行され、ビーコンの待受状態となる。

しかしながら、本来、アクセスポイント配下のエリアでは、無線リソースをできる限り節約しなければならないにも拘わらず、逆に、無線リソースを更に消費するようなアクティブスキャン方式が実行されている。一方で、無線リソースの浪費が比較的問題とならないような、アクセスポイント配下に在圏しないような場所では、比較的長い待受時間によって消費電力が高くなるパッシブスキャン方式が実行されている。そもそもアクセスポイントからの電波はユーザの目に見えないため、アクセスポイント配下に在圏しているかどうか知り得ない。

そこで、本発明は、比較的小さい消費電力で、且つ、比較的短い待受時間となるように、無線端末がアクセスポイントを探索するタイミングを制御することができるアクセスポイント発見方法及びシステムを提供することを目的とする。

本発明によれば、無線端末が無線ＬＡＮを介してアクセスポイントを発見するアクセスポイント発見方法であって、
無線端末が、アクティブスキャン方式によって、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信する第１のステップと、
アクセスポイントが、プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信する第２のステップと、
無線端末が、プローブレスポンスを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する第３のステップと、
無線端末が、ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコン待ち受けを開始する第４のステップと、
アクセスポイントが、ビーコンを同報送信する第５のステップと、
無線端末が、ビーコンを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する第６のステップと
を有することを特徴とする。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、無線端末は、ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行させ、
第４のステップについて、無線端末は、ビーコン待受時刻の後、無線通信部を省電力モードから復帰させる
ことも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第６のステップについて、無線端末は、アクセスポイントからビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、
次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機し、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで、第４のステップ及び第６のステップを繰り返すことも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第４のステップについて、無線端末が、ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、ビーコンを待ち受けることも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第２のステップについて、アクセスポイントは、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、プローブレスポンスを返信することなく、その後、通常のビーコンを送信することも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第１のステップについて、無線端末は、プローブリクエストに、ネットワーク接続識別子として、接続目的のアクセスポイントのサービス識別子又はワイルドカードのサービス識別子を含めることも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
第２のステップについて、アクセスポイントは、プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣ(Media Access Control)アドレスを、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスとして含めることも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法における他の実施形態によれば、
プローブリクエストを送信した無線端末以外の非要求元無線端末が、更に、アクセスポイントの電波が受信可能な範囲に在圏しており、
第２のステップについて、アクセスポイントは、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスにブロードキャストアドレスを含め、
第３のステップについて、非要求元無線端末が、プローブリクエストを送信しようとする直前に当該ブロードキャスト宛てのプローブレスポンスを受信することによって、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機し、
第４のステップについて、非要求元無線端末が、ビーコン待受時刻に達した時に、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受け、
第６のステップについて、非要求元無線端末が、ビーコンを受信した際に、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する第６のステップと
を有することも好ましい。

本発明によれば、無線端末が無線ＬＡＮを介してアクセスポイントを発見するシステムであって、
無線端末は、
アクティブスキャン方式によって、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信するプローブリクエスト送信手段と、
プローブレスポンスを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する待機制御手段と、
ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受けるビーコン待受手段と、
ビーコンを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する接続シーケンス確立手段と
を有し、
アクセスポイントは、
プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信するプローブレスポンス返信手段と、
ビーコンを同報送信するビーコン送信手段と
を有することを特徴とする。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
無線端末の待機制御手段は、
ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行させ、
ビーコン待受時刻の後、無線通信部を省電力モードから復帰させる
ことも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
無線端末は、アクセスポイントからビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、接続シーケンス確立手段の処理を実行することなく、次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機し、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで、待機制御手段及びビーコン待受手段の処理を繰り返すように制御するビーコン受信レベル判定手段を更に有することも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
無線端末のビーコン待受手段は、ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、ビーコンを待ち受けることも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
アクセスポイントのプローブレスポンス返信手段は、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、プローブレスポンスを返信することなく、その後、ビーコン送信手段によって通常のビーコンを送信することも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
無線端末のプローブリクエスト送信手段は、プローブリクエストに、ネットワーク接続識別子として、接続目的のアクセスポイントのサービス識別子又はワイルドカードのサービス識別子を含めることも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
アクセスポイントのプローブレスポンス返信手段は、プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣアドレスを、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスとして含めることも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
プローブリクエストを送信した無線端末以外の非要求元無線端末が、更に、無線ＬＡＮを介してアクセスポイントの電波が受信可能な範囲に在圏しており、
アクセスポイントのプローブレスポンス返信手段は、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスにブロードキャストアドレスを含め、
非要求元無線端末としての無線端末の待機制御手段が、プローブリクエストを送信しようとする直前に当該ブロードキャスト宛てのプローブレスポンスを受信することによって、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機し、
非要求元無線端末としての無線端末のビーコン待受手段が、ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受け、
非要求元無線端末としての無線端末の接続シーケンス確立手段が、ビーコンを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する
ことも好ましい。

本発明のアクセスポイント発見方法及びシステムによれば、比較的小さい消費電力で、且つ、比較的短い待受時間となるように、無線端末がアクセスポイントを探索するタイミングを制御することができる。

無線端末及びアクセスポイントを含むシステム構成図である。 アクティブスキャン方式に基づくシーケンス図である。 パッシブスキャン方式に基づくシーケンス図である。 本発明におけるＭＡＣフレームフォーマットである。 本発明におけるシーケンス図である。 非要求元無線端末が、アクセスポイントからのプローブレスポンスを受信することによって接続シーケンスの開始タイミングを制御するシーケンス図である。 無線端末が、アクセスポイントから受信するビーコンの受信レベルに応じて、接続シーケンスの開始タイミングを制御するシーケンス図である。 本発明における無線端末の機能構成図である。 本発明におけるアクセスポイントの機能構成図である。

以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

最初に、本発明で用いられる制御フレームＭＡＣフレームフォーマットについて説明する。具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に基づくビーコン、プローブリクエスト及びプローブレスポンスに関する。

図４は、本発明におけるＭＡＣフレームフォーマットである。図４によれば、以下の情報項目から、ＭＡＣフレームフォーマットが構成されている。
「フレーム制御」
「DurationID」
「宛先ＭＡＣアドレス」
「送信元ＭＡＣアドレス」
「ＢＳＳＩＤ(Basic Service Set IDentifier)」
「シーケンス制御」
「フレームボディ」
「ＦＣＳ(Frame Check Sequence)」

図５は、本発明におけるシーケンス図である。

（Ｓ０）この時点では、無線端末１は、各アクセスポイント２と通信可能な位置に在圏していない。このとき、各アクセスポイント２は、ビーコン（制御フレーム）を周期的（例えば１００ｍｓ程度毎）且つ同報的に送信している。「ビーコン」は、周辺の無線端末に対して、当該アクセスポイントの存在を広告するものであって、フレームボディにサービス識別子ＳＳＩＤ(Service Set IDentifier、０〜３２個の文字列)を含む。無線端末１は、ビーコンを受信することによって、アクセスポイントを発見することができる。

（Ｓ１）無線端末１は、接続目的のアクセスポイントＡＰ２の配下に在圏したとする。また、当初、無線端末１は、無線通信部に電力を供給することなしに省電力モードで動作している。そして、無線端末１は、ユーザ操作又はデータ通信アプリケーションの要求によって無線ＬＡＮへの接続操作が実行された際、無線通信部に電力を供給することによって省電力モードから復帰する。

次に、無線端末１は、アクセスポイント２を発見するために、アクティブスキャン方式によって、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含む「プローブリクエスト」を送信する。

図４（ａ）は、「プローブリクエスト」のＭＡＣフレームフォーマットを表す。
「フレーム制御」 ：先頭８ビットが00000100＝プローブリクエスト
「宛先ＭＡＣアドレス」 ：ブロードキャストアドレス(FF:FF:FF:FF:FF:FF)
「送信元ＭＡＣアドレス」：無線端末のＭＡＣアドレス
「ＢＳＳＩＤ」 ：ブロードキャストアドレス(FF:FF:FF:FF:FF:FF)
「フレームボディ」
・ＳＳＩＤ ：接続目的のアクセスポイントのＳＳＩＤ／ワイルドカード
を少なくとも含む。

無線端末１は、接続目的のアクセスポイントが予め指定されている場合、ＳＳＩＤには、そのアクセスポイントのＳＳＩＤを含める。そうでない場合、ＳＳＩＤには、ワイルドカードＳＳＩＤ（任意文字列）を含める。ワイルドカードＳＳＩＤは、ＳＳＩＤの情報長を０にすることよって指定される。これによって、無線端末１からの電波の到達する範囲に在圏するアクセスポイント２の全てが、そのプローブリクエストに対してプローブレスポンスを返信するよう要求することができる。

（Ｓ２）アクセスポイントが、プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含む「プローブレスポンス」を返信する。図５によれば、アクセスポイント２の全てが、プローブレスポンスを無線端末１へ返信している。

図４（ｂ）は、「プローブレスポンス」のＭＡＣフレームフォーマットを表す。
「フレーム制御」 ：先頭８ビットが00000101＝プローブレスポンス
「宛先ＭＡＣアドレス」 ：無線端末のＭＡＣアドレス／※ブロードキャストアドレス
「送信元ＭＡＣアドレス」：アクセスポイントのＭＡＣアドレス
「ＢＳＳＩＤ」 ：アクセスポイントのＭＡＣアドレス
「フレームボディ」
・Timestamp：送信時刻のタイムスタンプ（μｓ単位）
・Beacon Interval：ビーコン周期（インターバル）（1024μｓ単位）
・ＳＳＩＤ ：アクセスポイントのＳＳＩＤ
・「次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報」
情報長：４バイト（μｓ単位）
宛先ＭＡＣアドレスには、プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣアドレスを含める。これによって、プローブレスポンスが、プローブリクエストを送信した無線端末によって受信される。尚、宛先ＭＡＣアドレスを、「ブロードキャストアドレス」とすることについては、図６を用いて後述する。

ここで、本発明の特徴として、アクセスポイント２が返信するプローブレスポンスには、「次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報」が含まれる。無線端末１は、以下の式によって、次のビーコンの送信タイミング（ビーコン待受時刻）を知ることができる。
ビーコン待受時刻＝無線端末内部で保持しているタイムスタンプ＋時間差情報
ここでＮ個先のビーコンを待ち受ける場合は、以下のように算出することも好ましい。
ビーコン待受時刻＝無線端末内部で保持しているタイムスタンプ＋時間差情報
＋ビーコン周期×Ｎ

（Ｓ３）無線端末１が、プローブレスポンスを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する。ここで、無線端末１は、ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行し、待機する。これによって、無線端末の消費電力を、できる限り低減させることができる。

（Ｓ４）無線端末１は、時間経過に応じてビーコン待受時刻に達した時に、パッシブスキャン方式におけるビーコンの待ち受けを開始する。ここで、無線通信部が省電力モードである場合、無線通信部へ電力を供給し、省電力モードから復帰させる。これによって、無線端末１は、アクセスポイント２から送信されるビーコンの受信が可能となる。

ここで、無線端末は、ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、ビーコンを待ち受けることが好ましい。ある程度の時間幅を持つことによって、できる限り確実に、アクセスポイント２からのビーコンを受信するためである。具体的には、ビーコンは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって若干その送信タイミングが前後するため、数ミリ秒の時間幅を前後に持って受信される。

（Ｓ５）アクセスポイント２は、パッシブスキャン方式によって、ビーコンを同報送信する。

図４（ｃ）は、「ビーコン」のＭＡＣフレームフォーマットを表す。
「フレーム制御」 ：先頭８ビットが00001000＝ビーコン
「宛先ＭＡＣアドレス」 ：ブロードキャストアドレス(FF:FF:FF:FF:FF:FF)
「送信元ＭＡＣアドレス」：アクセスポイントのＭＡＣアドレス
「ＢＳＳＩＤ」 ：アクセスポイントのＭＡＣアドレス
「フレームボディ」：
・Timestamp：送信時刻のタイムスタンプ（μｓ単位）
・Beacon Interval：ビーコン周期（インターバル）（1024μｓ単位）
・ＳＳＩＤ ：アクセスポイントのサービス識別子

尚、他の実施形態として、アクセスポイントは、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、プローブレスポンスを返信することなく、その後、通常のビーコンを送信することも好ましい。その所定時間以内であれば、無線端末１は、プローブレスポンスの待受時間の範囲にあるために、アクセスポイント２から送信したビーコンを受信することができる。

即ち、プローブレスポンスを返信すべきタイミングと、次のビーコンを送信するタイミングとが時間的近い場合、プローブレスポンスをあえて送信をしない。これにより、無線リソースの浪費が若干抑えられる。タイミングが近いとは、プローブリクエストを受信してから次のビーコンを送信するまでの時間差が１５ミリ秒以下であってもよいし、更に短い時間を設定してもよい。

（Ｓ６）無線端末１は、ビーコンを受信した際に、アクセスポイント２との間で接続シーケンスを実行する。

図６は、非要求元無線端末が、アクセスポイントからのプローブレスポンスを受信することによって接続シーケンスの開始タイミングを制御するシーケンス図である。

図５のＳ２（図４（ｂ））で前述したように、基本的に、アクセスポイント２は、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスに、プローブリクエストの送信元となる無線端末１のＭＡＣアドレスを含める。これに対し、図６によれば、アクセスポイント２は、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスに、ブロードキャストアドレスを含めている。これによって、当該プローブリクエストを送信した無線端末以外の非要求元無線端末も、受信状態にあるときには当該プローブレスポンスを受信することができる。

図６によれば、非要求元無線端末も、図５と同様のシーケンスで動作する。
（Ｓ３）非要求元無線端末が、プローブレスポンスを受信した後、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する。
（Ｓ４）次に、非要求元無線端末が、ビーコン待受時刻に達した時に、パッシブスキャン方式におけるビーコン待ち受けを開始する。
（Ｓ６）そして、非要求元無線端末が、アクセスポイント２からビーコンを受信した際に、アクセスポイント２との間で接続シーケンスを実行する。
これによって、非要求元無線端末であっても、プローブリクエストを送信するための消費電力を要することなく、比較的短い待受時間で、アクセスポイント２から送信されるビーコンを受信することができる。

図７は、無線端末が、アクセスポイントから受信するビーコンの受信レベルに応じて、接続シーケンスの開始タイミングを制御するシーケンス図である。

図７によれば、無線端末１が、接続目的のアクセスポイントＡＰ２へ、距離的に少しずつ近づいていることを表す。最初に、無線端末１は、プローブリクエストを送信し（Ｓ１）、アクセスポイント２からプローブレスポンスを受信する（Ｓ２）。無線端末１は、接続目的のアクセスポイントＡＰ２が近くに存在することを知ると共に、そのプローブレスポンスに含まれる時間差情報から算出されたビーコン待受時刻まで、待機する（Ｓ３）。ビーコン待機時刻に達した時、無線端末１は、ビーコン待ち受けを開始する（Ｓ４）。

ここで、無線端末１は、アクセスポイントからビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルを判定する。当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、直ぐに、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行しない（Ｓ５１）。そして、次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機する（Ｓ５２）。その後、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで（Ｓ５３）、Ｓ３〜Ｓ５を繰り返す。そして、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなった時（Ｓ５３）、無線端末１は、アクセスポイント２に対して、接続シーケンスを実行する。これによって、無線端末１とアクセスポイント２との間の受信レベルが所定閾値よりも高い場合にしか、接続シーケンスを実行しないようにすることができる。

無線端末１が、アクセスポイント２へ近づいたことを知るには、一般に、信号の受信レベルを確認するが、アクティブスキャンを用いて、プローブレスポンスの受信レベルを測定する場合、アクセスポイント配下の範囲で無線リソースを浪費してしまう。そこで、無線端末１は、ビーコンの受信レベルのみを測定しながら、アクセスポイント２へ近づいたか否かを判定することができる。

図８は、本発明における無線端末の機能構成図である。

図８によれば、無線端末１は、ハードウェアとして、アクセスポイントと無線通信するアンテナ１０と、無線信号を送信／受信で分配するサーキュレータ１１と、復調部及び変調部を含む無線通信部１２とを有する。無線通信部１２は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によって、他の無線端末又はアクセスポイントから送信される電波と衝突しないタイミングで、アンテナ１０から送信信号を放射する。

サーキュレータ(Circulator)とは、３端子以上のポート数を有する受動的回路素子であって、第１のポートに入力された高周波信号が第２のポートのみに出力される特性を有する。例えば３ポートのサーキュレータ（Ｙ接合型）に整合の取れた負荷を接続することによって、残りの２ポート間では信号は一方向にしか伝送されない。具体的には、ポートＡからの入力信号をポートＢへ出力し、ポートＢからの入力信号をポートＣへ出力する。

また、無線端末１は、受信フレーム解析部１３１と、待機制御部１３２と、ビーコン待受部１３３と、ビーコン受信レベル判定部１３４と、送信フレーム生成部１４１と、プローブリクエスト送信部１４２と、接続シーケンス確立部１５と、データ送受信アプリケーション１６とを有する。これら機能構成部は、無線端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。尚、接続シーケンス確立部１５は、受信フレーム解析部１３１及び送信フレーム生成部１４１を介してアクセスポイント２との間で、接続シーケンスを実行する。データ送受信アプリケーション１６は、受信フレーム解析部１３１及び送信フレーム生成部１４１を介してアクセスポイント２との間で、ユーザデータを送受信する。

プローブリクエスト送信部１４２は、ユーザ操作又はデータ送受信アプリケーションの要求に応じて、アクティブスキャン方式によって、宛先ＭＡＣアドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信するべく、送信フレーム生成部１４１へ出力する（前述した図５のＳ１参照）。送信フレーム生成部１４１は、プローブリクエストのＭＡＣフレームフォーマットを生成し、無線通信部１２へ出力する。尚、プローブリクエスト送信部１４２は、プローブリクエストに、ＳＳＩＤとして、接続目的のアクセスポイントのサービス識別子又はワイルドカードのサービス識別子を含める。

受信フレーム解析部１３１は、ＭＡＣフレーム単位で受信データをバッファし、ＭＡＣフレームフォーマットを解析する。ここで、受信フレーム解析部１３１は、受信フレームの宛先ＭＡＣアドレスが、当該無線端末のＭＡＣアドレス又はブロードキャストアドレスでない場合、その受信フレームは破棄する。受信フレーム解析部１３１は、プローブレスポンスの受信を検出した場合、そのフレームを待機制御部１３２へ出力する。尚、受信フレーム解析部１３１は、ビーコンの受信を検出した場合、そのフレームをビーコン受信レベル判定部１３４へ出力する。

待機制御部１３２は、受信フレーム解析部１３１からプローブレスポンスを受信した後、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する（前述した図５のＳ３参照）。ここで、待機制御部１３２は、ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行させ、ビーコン待受時刻の後、無線通信部を省電力モードから復帰させる。

ビーコン待受部１３３は、ビーコン待受時刻に達した時に、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受ける（前述した図５のＳ４参照）べく、受信フレーム解析部１３１へ指示する。尚、ビーコン待受部１３３は、ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、ビーコンを待ち受けるべく指示する。

ビーコン受信レベル判定部１３４は、受信フレーム解析部１３１からビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、接続シーケンス確立部１５への処理を実行することなく、次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機し、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで、待機制御部１３２及びビーコン待受部１３３の処理を繰り返すように制御する。

尚、ビーコン待受時刻は、Ｎ個先のビーコンを待ち受けるように指定することも好ましい（例えば約５秒後のビーコン）。

また、接続シーケンス確立部１５は、ビーコンに含まれるＳＳＩＤが、接続目的のアクセスポイントのＳＳＩＤでない場合、そのビーコンを破棄する。

図９は、本発明におけるアクセスポイントの機能構成図である。

アクセスポイント２は、ハードウェアとして、無線端末と無線通信するアンテナ２０と、無線信号を送信／受信で分配するサーキュレータ２１と、復調部及び変調部を含む無線通信部２２と、アクセスネットワーク側通信インタフェース２６とを有する。

また、アクセスポイント２は、受信フレーム解析部２３１と、プローブレスポンス返信部２３２と、送信フレーム生成部２４１と、ビーコン送信部２４２と、接続シーケンス確立部２５とを有する。これら機能構成部は、アクセスポイントに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

プローブレスポンス返信部２３２は、プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信する（前述した図５のＳ２参照）べく、送信フレーム生成部２４１へ指示する。また、プローブレスポンス返信部２３２は、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、プローブレスポンスを返信することなく、その後、ビーコン送信部２４２によって通常のビーコンを送信するように制御する。更に、プローブレスポンス返信部２３２は、プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣアドレスを、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスとして含める。プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストとすることも好ましい。

ビーコン送信部２４２は、ビーコンを同報送信する（前述した図５のＳ５参照）。

以上、詳細に説明したように、本発明のアクセスポイント発見方法及びシステムによれば、比較的小さい消費電力で、且つ、比較的短い待受時間となるように、無線端末がアクセスポイントを探索するタイミングを制御することができる。

また、本発明によれば、接続目的のアクセスポイント配下の範囲外では、間欠的にアクティブスキャンすることによってアクセスポイントを発見するべく動作し、それ以外の時間は、省電力モードへ移行することによって、無線端末の消費電力の低減を実現する。

更に、接続目的のアクセスポイント配下の範囲では、アクティブスキャンを実行する頻度が減少し、無線リソースの浪費を抑制することができる。また、短い時間範囲でパッシブスキャンを実行することによって、無線端末の消費電力の低減を実現する。

通常、ビーコンの待ち受けは、ビーコンの送信タイミングが分からないために、送信間隔以上の長い時間で待ち受けることなる。これに対し、本発明によれば、プローブレスポンスによって、ビーコンの送信タイミングが分かっているので、それまでの時間間隔は、無線通信部を省電力モードへ移行させ、できる限り消費電力を低減させることができる。また、プローブリクエスト及びプローブレスポンスの交換は、１回しか実行しないために、当該アクセスポイント配下の無線リソースの浪費を抑えることができる。

また、プローブリクエストに対するプローブレスポンスについて、宛先ＭＡＣアドレスをブロードキャストアドレスとすることによって、非要求元無線端末であっても受信状態にある時には当該プローブレスポンスを受信し、アクセスポイントの次のビーコン信号を待ち受けるタイミングを知ることができる。

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ 無線端末
１０ アンテナ
１１ サーキュレータ
１２ 無線通信部
１３１ 受信フレーム解析部
１３２ 待機制御部
１３３ ビーコン待受部
１３４ ビーコン受信レベル判定部
１４１ 送信フレーム生成部
１４２ プローブリクエスト送信部
１５ 接続シーケンス確立部
１６ データ送受信アプリケーション
２ アクセスポイント
２０ アンテナ
２１ サーキュレータ
２２ 無線通信部
２３１ 受信フレーム解析部
２３２ プローブレスポンス返信部
２４１ 送信フレーム生成部
２４２ ビーコン送信部
２５ 接続シーケンス確立部
２６ アクセスネットワーク側通信インタフェース

Claims (16)

1. 無線端末が無線ＬＡＮを介してアクセスポイントを発見するアクセスポイント発見方法であって、
   前記無線端末が、アクティブスキャン方式によって、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信する第１のステップと、
   前記アクセスポイントが、前記プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信する第２のステップと、
   前記無線端末が、前記プローブレスポンスを受信した後、前記アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、前記時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する第３のステップと、
   前記無線端末が、前記ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコン待ち受けを開始する第４のステップと、
   前記アクセスポイントが、ビーコンを同報送信する第５のステップと、
   前記無線端末が、前記ビーコンを受信した後、前記アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する第６のステップと
   を有することを特徴とするアクセスポイント発見方法。
2. 第３のステップについて、前記無線端末は、前記ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行させ、
   第４のステップについて、前記無線端末は、前記ビーコン待受時刻の後、無線通信部を省電力モードから復帰させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント発見方法。
3. 第６のステップについて、前記無線端末は、前記アクセスポイントからビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、
   次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機し、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで、第４のステップ及び第６のステップを繰り返す
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセスポイント発見方法。
4. 第４のステップについて、前記無線端末が、前記ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、前記ビーコンを待ち受けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアクセスポイント発見方法。
5. 第２のステップについて、前記アクセスポイントは、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、前記プローブレスポンスを返信することなく、その後、通常のビーコンを送信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアクセスポイント発見方法。
6. 第１のステップについて、無線端末は、前記プローブリクエストに、ネットワーク接続識別子として、接続目的のアクセスポイントのサービス識別子又はワイルドカードのサービス識別子を含めることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアクセスポイント発見方法。
7. 第２のステップについて、アクセスポイントは、プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣ(Media Access Control)アドレスを、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスとして含めることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアクセスポイント発見方法。
8. 前記プローブリクエストを送信した無線端末以外の非要求元無線端末が、更に、アクセスポイントの電波が受信可能な範囲に在圏しており、
   第２のステップについて、アクセスポイントは、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスにブロードキャストアドレスを含め、
   第３のステップについて、非要求元無線端末が、プローブリクエストを送信しようとする直前に当該ブロードキャスト宛ての前記プローブレスポンスを受信することによって、前記時間差情報に基づく前記ビーコン待受時刻まで待機し、
   第４のステップについて、非要求元無線端末が、前記ビーコン待受時刻に達した時に、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受け、
   第６のステップについて、非要求元無線端末が、前記ビーコンを受信した際に、アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する第６のステップと
   を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアクセスポイント発見方法。
9. 無線端末が無線ＬＡＮを介してアクセスポイントを発見するシステムであって、
   前記無線端末は、
   アクティブスキャン方式によって、宛先アドレスにブロードキャストアドレスを含むプローブリクエストを送信するプローブリクエスト送信手段と、
   前記プローブレスポンスを受信した後、前記アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行することなく、前記時間差情報に基づくビーコン待受時刻まで待機する待機制御手段と、
   前記ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受けるビーコン待受手段と、
   前記ビーコンを受信した後、前記アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する接続シーケンス確立手段と
   を有し、
   前記アクセスポイントは、
   前記プローブリクエストを受信した後、次のビーコンの送信タイミングまでの時間差情報を含むプローブレスポンスを返信するプローブレスポンス返信手段と、
   ビーコンを同報送信するビーコン送信手段と
   を有することを特徴とするシステム。
10. 前記無線端末の前記待機制御手段は、
    前記ビーコン待受時刻まで、無線通信部を省電力モードへ移行させ、
    前記ビーコン待受時刻の後、無線通信部を省電力モードから復帰させる
    ことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記無線端末は、前記アクセスポイントからビーコンを受信した際に、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値以下である場合、前記接続シーケンス確立手段の処理を実行することなく、次のビーコンの周期的な送信タイミングとなるビーコン待受時刻まで待機し、当該ビーコンの受信レベルが所定閾値よりも高くなるまで、前記待機制御手段及びビーコン待受手段の処理を繰り返すように制御するビーコン受信レベル判定手段を更に有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のシステム。
12. 前記無線端末の前記ビーコン待受手段は、前記ビーコン待受時刻を含む所定時間範囲で、前記ビーコンを待ち受けることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記アクセスポイントの前記プローブレスポンス返信手段は、ビーコンの送信タイミングが所定時間以内である場合、前記プローブレスポンスを返信することなく、その後、前記ビーコン送信手段によって通常のビーコンを送信することを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 前記無線端末の前記プローブリクエスト送信手段は、前記プローブリクエストに、ネットワーク接続識別子として、接続目的のアクセスポイントのサービス識別子又はワイルドカードのサービス識別子を含めることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記アクセスポイントの前記プローブレスポンス返信手段は、前記プローブリクエストの送信元の無線端末のＭＡＣアドレスを、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスとして含めることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記プローブリクエストを送信した無線端末以外の非要求元無線端末が、更に、無線ＬＡＮを介してアクセスポイントの電波が受信可能な範囲に在圏しており、
    前記アクセスポイントの前記プローブレスポンス返信手段は、プローブレスポンスの宛先ＭＡＣアドレスにブロードキャストアドレスを含め、
    非要求元無線端末としての前記無線端末の前記待機制御手段が、前記プローブリクエストを送信しようとする直前に当該ブロードキャスト宛てのプローブレスポンスを受信することによって、前記時間差情報に基づく前記ビーコン待受時刻まで待機し、
    非要求元無線端末としての前記無線端末の前記ビーコン待受手段が、前記ビーコン待受時刻の後、パッシブスキャン方式におけるビーコンを待ち受け、
    非要求元無線端末としての前記無線端末の前記接続シーケンス確立手段が、前記ビーコンを受信した後、前記アクセスポイントとの間で接続シーケンスを実行する
    ことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載のシステム。

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