JP2016131312A - 通信制御方法、及び、通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他の通信装置宛のフレームの受信による消費される電力を省き、さらに、スリープ状態を長くすることで、省電力化を可能とする。
【解決手段】基地局と通信を行う通信部と、通信部が基地局にデータ送信要求を送信していない状態で、当該基地局からデータを受信した場合に、通信部の動作モードを、基地局と通信する通常モードから、当該基地局と通信しない省電力モードへ切り替える切替部と、受信したデータのデータ長に基づいて、省電力モードの持続時間を決定する決定部と、を備えるものを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線によるデータ通信を制御する方法及び通信装置に関する。

近年、無線通信機能を搭載した製品が広く普及している。無線通信機能を搭載した製品には、たとえば、携帯電話、ゲーム端末、ノートＰＣ等の携帯端末や温度計やテレメータ等の各種センサ、などが含まれる。とりわけ携帯端末やセンサなどの電池駆動の製品においては、常時給電するのが困難であるため、省電力化が求められる。

特許文献１には、無線通信装置の省電力化を図るための方法として、ビーコンの送信タイミングから、少なくとも第１期間長の期間の間は無線通信装置は第１の状態にあり、第１の期間長の期間の経過後、次のビーコン送信タイミングまで、無線通信装置を第１の状態よりも消費電力の小さい第２の状態にすることを可能とする制御方法が開示されている。

特開２０１２−１９５９７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された制御方法のような、従来の方法にはさらなる省電力化の余地が多く残されている。
たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｈ規格に準拠した通信手順では、フレームの送信を行いたい通信装置は、フレームの衝突を回避するために所定の時間送信を待機する。そして通信装置は、通信網にフレームが流れないことを確認した後に、フレーム送信を行う。この送信待機中の期間は、通信装置は、自局に無関係な他の通信装置宛のフレームを検知した場合であっても、そのフレームを受信してしまう。

そのため、特許文献１に開示された制御方法では、送信待機中に、他局のフレームを受信することにより、電力が消費されてしまう。さらに、他局のフレームの送信間隔が大きい場合には、他局がＡｃｋフレームを送信するまでの待ち時間が長くなることにより、スリープ状態が短くなってしまい、省電力化を図るのがより困難になってしまう。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、他の通信装置宛のフレームの受信により消費される電力を省き、さらに、スリープ状態を長くすることで、省電力化を可能とする通信装置を提供しようとするものである。

本発明の所定の実施形態に係る通信装置は、基地局と通信を行う通信部と、通信部が基地局にデータ送信要求を送信していない状態で、当該基地局からデータを受信した場合に、通信部の動作モードを、基地局と通信する通常モードから、当該基地局と通信しない省電力モードへ切り替える切替部と、受信したデータのデータ長に基づいて、省電力モードの持続時間を決定する決定部と、を備えるものを含む。

なお、本明細書等において、「部」とは、単に物理的構成を意味するものではなく、その構成が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの構成が有する機能が２つ以上の物理的構成により実現されても、２つ以上の構成の機能が１つの物理的構成により実現されてもよい。

本発明によれば、他の通信装置宛のフレームの受信により消費される電力を省き、さらに、スリープ状態を長くすることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムのシステム構成図である。 本発明の一実施形態に係るアクセスポイント１００及び通信装置２００の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における無線通信システムの通信処理を示すシーケンス図である。 本発明の一実施形態における通信装置２００の通信処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０のシステム構成を示す図である。無線通信システム１０は、アクセスポイント１００と通信装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ（以下、通信装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃをまとめて通信装置２００ともいう。）とがネットワークＮを介して接続されて構成される。

ネットワークＮは、アクセスポイント１００と通信装置２００との間でデータを伝送するための通信回線である。本実施形態では物理層として無線通信網を利用する通信回線を例に説明する。なお、ネットワークＮは、無線通信網に限定されず、ＬＡＮやインターネット網に代表されるフレーム通信網（またはその組み合わせ）であればよく、物理層としては、イーサネット（登録商標）、公衆電話通信網、一般電話回線網、その他の通信回線、それらの組み合わせ等のいずれであってもよい。また、各通信網間を接続するためのゲートウェイや各種基地局、交換機などもネットワークＮに含まれ得る。

本実施形態において、アクセスポイント１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠したネットワーク（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構築していることが望ましい。図１には示さないが、無線通信システム１０は複数のアクセスポイントを含むことも可能である。

通信装置２００は、アクセスポイント１００を介して、他の通信端末と通信を行う装置をいう。通信装置２００は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｈ規格に準拠した無線通信機能を搭載していることが望ましい。たとえば、通信装置２００には、携帯電話、ゲーム端末、ノートＰＣ等の携帯端末や温度計やテレメータ等の各種センサ、などが含まれ得る。

図２は、本発明の一実施形態に係るアクセスポイント１００及び通信装置２００の機能構成を示すブロック図である。

アクセスポイント１００は、機能部として、少なくとも通信部１１０と、制御信号生成部１２０とを有している。

通信部１１０は、ネットワークＮを介して通信装置２００と無線通信を行なう。通信部１１０は、通信装置２００から受信したデータを内部のバッファに記憶し、バッファ内のデータを通信装置２００のうち宛先となる通信装置に送信することができる。さらに通信部１１０は、後述する制御信号生成部１２０により一定周期毎に生成されるビーコン信号（制御信号）を通信装置２００に送信する。

ビーコン信号には、ＴＩＭ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｐ）情報が含まれていることが望ましい。ＴＩＭ情報とは通信装置２００に当該通信装置宛のデータの着信を知らせるための情報である。ＴＩＭ情報は、通信装置２００宛のデータをバッファ内に保持していることを示す通知、およびその宛先である通信装置を示すＩＤ情報を含むことが望ましい。通信装置２００は、ビーコン信号に含まれるＴＩＭ情報を確認することで、アクセスポイント１００にフレーム送信要求（ＰＳ−Ｐｏｌｌ）を送信する必要があるか否かを判断することができる。

次に、通信装置２００の機能構成を、通信装置２００Ａを例にして説明する。なお、通信装置２００Ｂ、Ｃも通信装置２００Ａと同様の機能構成であることが望ましい。通信装置２００Ａは、機能部として、少なくとも通信部２１０と、切替部２２０と、決定部２３０と、記憶部２４０とを備えている。

通信部２１０は、アクセスポイント１００と通信を行う。具体的には、通信部２１０は、データをフレームに分割してアクセスポイント１００に送信したり、アクセスポイント１００が保持しているデータを受信するための送信要求（ＰＳ−Ｐｏｌｌ）等を当該アクセスポイント１００に送信する。通信部２１０は、送信したフレームが衝突しないように、既存のＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）という通信手順を用いて通信を行うことが望ましい。具体的には、通信装置２００ＡがＰＳ−Ｐｏｌｌやデータ等のフレームの送信を行う際に、通信部２１０は、まずＤＩＦＳ（ＤＣＦ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と呼ばれる期間中に通信網にフレームが流れていないことを確認する。その後に、通信部２１０は、さらにバックオフ期間が経過するまで待機した後に、フレームの送信を行う。なお、待機期間はＤＩＦＳ期間ではなくＡＩＦＳ（Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と呼ばれる期間とすることもできる。ＡＩＦＳ期間を待機期間に用いる場合、通信装置の数が多い場合であっても、フレームの衝突回数を減らすことができ、省電力化をはかることができる。

また、通信部２１０は、通常モードと省電力モードとの２種類の動作モードを有している。通常モードは、アクセスポイント１００と通信を行うモードである。省電力モードは、アクセスポイント１００と通信を行わないモードをいう。通信部２１０が省電力モードへ移行してから通常モードへ移行するまでの通信部２１０の状態を「スリープ状態」という。また、通信部２１０が通常モードへ移行してから省電力モードへ移行するまでの通信部２１０の状態を「通常状態」という。通信部２１０の消費電力は、通常状態よりもスリープ状態の方が少ない。そのため、通信部２１０がスリープ状態である時間が長いほど、通信装置２００の消費電力を低減することが可能となる。

さらに、通信部２１０は、アクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信していない状態で、アクセスポイント１００からフレームを受信した場合に、当該フレームの物理層ヘッダを読み込んで、受信を中断する。

「通信部２１０がアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信している状態（以下、「送信済状態」ともいう。）」は、通信部２１０がアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信したときを起点とし、当該ＰＳ−Ｐｏｌｌに関連するデータの受信が完了したときを終点とする期間を指すことが望ましい。なお、送信済状態の終点は、通信部２１０が送信したＰＳ−Ｐｏｌｌに関連するデータの受信完了を示すＡｃｋフレームの送信が完了したときとしてもよい。

一方で、「通信部２１０がアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信していない状態（以下、「未送信状態」ともいう。）」は、送信済状態以外の状態を指すことが望ましい。すなわち未送信状態は、通信部２１０がある時刻に送信したＰＳ−Ｐｏｌｌに関連するデータの受信を完了したときを起点とし、次にＰＳ−Ｐｏｌｌをアクセスポイント１００に送信するときを終点とする期間を指すことが望ましい。なお、送信済状態の終点が、ＰＳ−Ｐｏｌｌに関連するデータの受信完了を示すＡｃｋフレームの送信が完了したときである場合、未送信状態の起点を、ＰＳ−Ｐｏｌｌに関連するデータの受信完了を示すＡｃｋフレームの送信が完了したときとしてもよい。

通信装置２００Ａの通信部２１０が未送信状態である場合、アクセスポイント１００から通信装置２００Ａ宛（以下、通信装置２００Ａに対して送られる通信装置２００Ａ宛のフレームを「自局宛のフレーム」ともいう。）のフレームが送信されることはない。そのため、この場合、通信部２１０は、Ｅｔｈｅｎｅｔフレームまで受信して宛先を確認しなくとも、受信したフレームが他の通信装置２００Ｂ、Ｃ（以下、通信装置２００Ａに対する他の通信装置２００Ｂまたは２００Ｃのことを「他局」ともいう。）宛のデータのフレームであるとみなすことができる。よってＰＳ−Ｐｏｌｌを送信していない状態で、フレームを受けると、通信部２１０は、物理層ヘッダまでを読み込んで当該フレームを破棄して、省電力モードに移行することができる。これによって、受信処理にかかる消費電力を低減することが可能となる。

切替部２２０は、通信部２１０の動作モードの切り替えの制御を行う。具体的には、切替部２２０は、通信部２１０がアクセスポイント１００にデータの送信要求を送信していない状態で、当該アクセスポイント１００からフレームを受信した場合に、通信部２１０の動作モードを、アクセスポイント１００と通信する通常モードから、アクセスポイント１００と通信しない省電力モードへ切り替える。

上述したように、通信部２１０がアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信していない状態である場合、アクセスポイント１００から自局宛のフレームが送信されることはない。そのため、この場合、通信部２１０が受信するフレームは他局宛のデータのフレームであるとみなすことができる。そのため、通信部２１０は、アクセスポイント１００と他局とがデータのやり取りを行っている間は、フレームの衝突を防ぐために、フレームの送信を待機しなければならない。切替部２２０は、この待機期間中、通信部２１０の動作モードを省電力モードへと切り替える。これによって、他局またはアクセスポイント１００がネットワークＮを利用している場合、すなわち通信部２１０が送信を待機しなければならない間の電力消費を抑えることができる。

また、切替部２２０は、アクセスポイント１００が、通信装置２００にビーコン信号を送信する周期に基づいて、省電力モードから通常モードへと通信部２１０の動作モードを切り替えることが望ましい。たとえば、切替部２２０は、アクセスポイント１００がビーコン信号を送信するタイミングが訪れる度に、通信部２１０を通常モードに切り替えてもよい。また、切替部２２０は、このタイミングが訪れる複数回に１回の周期で、通信部２１０を通常モードに切り替えるとしてもよい。

決定部２３０は、受信した他局宛のフレームのサイズ（以下、受信した他局宛のフレームのサイズを、「フレームサイズＬ」または「フレーム長Ｌ」ともいう。）に基づいて、省電力モードの持続時間を決定する。フレームサイズは物理層ヘッダのｌｅｎｇｔｈフィールドに記されている。決定部２３０は、通信部２１０が物理層ヘッダまで読み込んだフレームを参照することで、フレームサイズＬを取得ことができる。

決定部２３０は、フレームサイズＬから、他局またはアクセスポイント１００がネットワークＮを使用しているとみなせる期間を、省電力モードの持続時間に決定することが望ましい。具体的には、決定部２３０は、フレームサイズＬとＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）期間とＡｃｋフレーム長とＡＩＦＳ期間とを加算した期間からＤＩＦＳ期間を減算した期間を持続時間に決定することが望ましい。

アクセスポイント１００からフレームを受信した他の通信装置２００Ｂまたは２００Ｃは、当該フレームを受信してからＳＩＦＳ期間の経過後にＡｃｋフレームを送信する。そのため、少なくともフレームサイズＬとＳＩＦＳ期間とＡｃｋフレーム長とを加算した期間は、ネットワークＮは使用されているため、通信装置２００Ａは使用することができない。この期間に、通信装置２００Ａがフレームを送信すると、フレーム同士が衝突してしまうおそれがあるからである。

従来の通信手順によると、自局宛フレームありと判定された場合、ＰＳ−Ｐｏｌｌを送信し、自局宛フレームを受信し、Ａｃｋフレームの送信を完了するまでは省電力モードに切り替えることができなかった。本実施形態に係る通信装置２００Ａによると、通信部２１０が受信したのが他局宛のデータのフレームであるとみなせる場合、即ち通信部２１０が未送信状態である場合には、決定部２３０は、フレームサイズＬに基づく期間を、ネットワークＮが使用されている期間であるとみなすことができる。これによって、通信部２１０はネットワークＮを監視する必要がなくなるため、省電力モードに切り替えることができ、消費電力を抑えることができる。

このように構成された通信装置２００Ａの動作モードの制御処理について図３を用いて説明する。

図３は、無線通信システム１０のシーケンス図である。
通信装置２００Ａの通信部２１０は、ビーコン信号の発信周期が訪れるまで省電力モードに設定されている（（１）スリープ状態）。アクセスポイント１００がビーコン信号を送信するタイミング（Ｓ１０１）で、切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを省電力モードから通常モードに切り替える（（２）通常状態）。この例では、ビーコン信号のＴＩＭ情報に、通信装置２００Ａ宛のフレームがアクセスポイント１００に保持されていることが記されているとする。

通信装置２００Ａは、アクセスポイント１００に保持されているデータを受信するためにＰＳ−Ｐｏｌｌを送信する必要がある。このとき通信部２１０は、フレームの衝突を回避するため、ＡＩＦＳ期間とバックオフ期間、送信を待機する。

図３の例では、通信装置２００Ａが送信を待機している間に、アクセスポイント１００が、通信装置２００Ｂに対してフレームを送信している（Ｓ１０２）。通信装置２００Ａの通信部２１０は、まだＰＳ−Ｐｏｌｌを送信していないため、通信装置２００Ｂ宛のフレームを受信すると、物理層ヘッダまでを読み込んで破棄する。そして、通信部２１０は、決定部２３０が決定した持続時間の間、省電力モードに切り替わる（（３）スリープ状態）。

所定の持続時間が経過すると、切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを再度、通常モードに切り替える（（４）通常状態）。スリープ状態の間に、ＡＩＦＳ期間は経過しているので、通信部２１０は、ここではＤＩＦＳ期間とバックオフ期間、ネットワークＮにフレームが流れないことを確認した後、アクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信する（Ｓ１０４）。ＰＳ−Ｐｏｌｌを受信したアクセスポイント１００は、通信装置２００Ａに対して保持していたデータをフレーム単位で送信する（Ｓ１０５）。通信部２１０は、フレームを受信すると、ＳＩＦＳ期間経過後、Ａｃｋフレームを送信する（Ｓ１０６）。

他に送信するデータがない場合、次のビーコン信号が送信される時間まで切替部２２０は通信部２１０を省電力モードに切り替える（（５）スリープ状態）。

次に、このように構成された通信装置２００の通信部２１０の制御フローについて、図４を用いて説明する。

図４は、通信装置２００の制御処理を示すフローチャートである。
アクセスポイント１００のビーコン信号送信周期に、切替部２２０は通信部２１０の動作モードを通常モードに切り替える（Ｓ２０１）。通常モードに切り替わると、通信部２１０は、ビーコン信号を受信し（Ｓ２０２）、アクセスポイント１００に自局宛のデータが保持されているか否かを確認する（Ｓ２０３）。アクセスポイント１００に自局宛のデータが保持されていない場合（Ｓ２０３：ＮＯ）であって、かつ、通信装置２００が送信すべきデータを保有していない場合、切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを省電力モードに切り替える（Ｓ２１９）。

ビーコン信号のＴＩＭ情報に、アクセスポイント１００が自局宛のデータを保持していることが記されている場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、通信部２１０は、ＰＳ−Ｐｏｌｌを送信するために待機する。その間に、通信部２１０は、フレームを受信すると（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、通信部２１０は当該フレームの物理層ヘッダを読み込んで破棄する（Ｓ２０５）。決定部２３０は、通信部２１０が読み込んだ物理層ヘッダのｌｅｎｇｔｈフィールドに記載されるフレーム長に基づいて、省電力モードの持続時間を決定する（Ｓ２０６）。切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを決定された持続時間、省電力モードに切り替え、持続時間経過後、通常モードに再度切り替える（Ｓ２０７）。ＤＩＦＳ期間とバックオフ期間が経過する前に、通信部２１０が再度フレームを受信した場合（Ｓ２０８：ＮＯ）、通信装置２００は、Ｓ２０５からＳ２０９までの処理を再度行う。

一方で、通信部２１０が、ＤＩＦＳ期間とバックオフ期間が経過するまでフレームを受信しなかった場合（Ｓ２０８：ＮＯ，Ｓ２０９：ＹＥＳ）、通信部２１０はアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信する（Ｓ２１６）。

さらに通信部２１０は、アクセスポイント１００から送信されてきたフレームの受信が完了（Ｓ２１７）すると、受信完了からＳＩＦＳ期間の経過後にＡｃｋフレームを送信する（Ｓ２１８）。アクセスポイント１００が保持していたデータのフレームをすべて受信し、通信部２１０のＡｃｋフレームの送信が完了すると、切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを省電力モードに切り替える（Ｓ２１９）。

一方で、Ｓ２０４において、通信部２１０がフレームを受信せずにＡＩＦＳ期間とバックオフ期間が経過した場合（Ｓ２０４：ＮＯ、Ｓ２１５：ＹＥＳ）、通信部２１０はアクセスポイント１００にＰＳ−Ｐｏｌｌを送信する（Ｓ２１６）。そしてアクセスポイント１００から送信されてきたフレームの受信が完了（Ｓ２１７）すると、通信部２１０は、受信完了からＳＩＦＳ期間の経過後にＡｃｋフレームを送信する（Ｓ２１８）。通信部２１０がアクセスポイント１００が保持していたデータのフレームをすべて受信し、Ａｃｋフレームの送信が完了すると、切替部２２０は、通信部２１０の動作モードを省電力モードに切り替える（Ｓ２１９）。
通信装置２００は、このＳ２０１からＳ２１９の処理を、アクセスポイント１００がビーコン信号を送信する周期で繰り返し行う。

このように構成された本実施形態に係る通信装置２００によると、他の通信装置宛のフレームの受信による消費される電力を省き、さらに、スリープ状態を長くすることが可能となる。これによって、消費電力の低減が可能となる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。例えば、上述の各処理ステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

１０ 無線通信システム
１００ アクセスポイント
１１０ 通信部
１２０ 制御信号生成部
２００ 通信装置
２１０ 通信部
２２０ 切替部
２３０ 決定部
Ｎ ネットワーク

Claims (4)

1. 基地局と通信を行う通信部と、
   前記通信部が前記基地局にデータ送信要求を送信していない状態で、当該基地局からデータを受信した場合に、前記通信部の動作モードを、前記基地局と通信する通常モードから、当該基地局と通信しない省電力モードへ切り替える切替部と、
   受信した前記データのデータ長に基づいて、前記省電力モードの持続時間を決定する決定部と、
   を備える通信装置。
2. 前記切替部は、
   前記基地局が、前記通信部に制御信号を送信する周期に基づいて、前記省電力モードから前記通常モードへと動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記通信部は、
   前記基地局にデータ送信要求を送信していない状態で、当該基地局からデータを受信した場合に、当該データの物理層ヘッダを読み込んで、受信を中断することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
4. 基地局と通信を行う通信部を有する通信装置を制御する方法であって、
   前記通信部が前記基地局にデータ送信要求を送信していない状態で、当該基地局からデータを受信した場合に、前記通信部の動作モードを、前記基地局と通信する通常モードから、当該基地局と通信しない省電力モードへ切り替えるステップと、
   受信した前記データのデータ長に基づいて、前記省電力モードの持続時間を決定するステップと、
   を有する制御方法。

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