JP2005080158A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信装置において、消費電力を抑え、かつ標準的な通信プロトコルで無線データ通信を行うことを可能にすること。
【解決手段】他の通信端末と無線ネットワークを形成する無線通信装置ＳＴＡｎは、無線モジュール４、無線モジュールを介して他の通信端末とデータの交換を行うメインＣＰＵ１とを備える。無線モジュール４は、マスタ通信端末から受信するビーコンフレームに基づいて、自端末宛のデータが存在するか否かを判断し、自端末宛のデータが存在しない場合には、メインＣＰＵ１を休眠状態にするとともに、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間中に自己も休眠状態に移行する。また、自端末宛のデータが存在する場合には、メインＣＰＵ１を休眠状態から動作状態に切り換え、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間に、他の通信端末から受信する自端末宛のデータをメインＣＰＵ１に与える。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置が他の通信端末と無線によるデータ通信を行うための通信技術に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）システム等の端末装置において、無線モジュール（無線モデム）に対して常時給電を行っておき、他の端末装置から電源供給コマンドを受信した時のみ、メインＣＰＵに電源供給を行うものが存在する（例えば、特許文献１）。

特開平１０−１６４０７７号公報

上記特許文献１の技術では、無線モジュールは常時給電されることになるため、受信すべきデータがないときにも常時電力を消費し続ける。このことは、端末装置が携帯用電子機器として実現される場合などに特に深刻な問題となる。すなわち、携帯用電子機器は一般に内蔵バッテリを電力供給源としており、データ通信のないときにも常時電力を消費し続けると、電子機器の有効稼動時間が短くなるという問題がある。

また、端末装置のメインＣＰＵを動作させるために、他の端末装置から専用コマンドである電源供給コマンドを送出しなければならず、データ通信を行うための処理手順として特殊な処理が必要となる。そのため、例えば無線ＬＡＮにおいて標準化されたプロトコルであるＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electrics Engineers）８０２．１１等に規定された処理手順を実行する端末装置が、特許文献１のような端末装置とデータ通信を行うことはできない。このことを換言すれば、ＩＥＥＥ８０２．１１等に規定される標準的な処理手順によってデータ通信を実現しようとすると、メインＣＰＵにおいて消費される電力を低減することができないという問題が生ずることになる。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、消費電力を抑え、かつ標準的な通信プロトコルで無線データ通信を行うことを可能にする無線通信装置の提供を、その目的とするものである。

本発明にかかる無線通信装置は、他の通信端末と無線ネットワークを形成し、マスタ通信端末の制御に従って無線によるデータ通信を行うものであって、無線モジュールと、前記無線モジュールを介して、他の通信端末とデータの交換を行う演算処理手段と、を備えて構成され、前記無線モジュールは、前記マスタ通信端末から受信するビーコンフレームに基づいて、自端末宛のデータが存在するか否かを判断し、自端末宛のデータが存在しない場合には、前記演算処理手段を休眠状態にするとともに、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間中に自己も休眠状態に移行する一方、自端末宛のデータが存在する場合には、前記演算処理手段を休眠状態から動作状態に切り換え、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間に、他の通信端末から受信する自端末宛のデータを前記演算処理手段に与えることを特徴とするものである。

また、上記の無線通信装置において、前記演算処理手段から動作要求があるときには、前記無線モジュールによる前記演算処理手段の休眠状態への移行制御が無効となって、前記演算処理手段の動作状態が継続されることを特徴とするものでもある。

本発明によれば、自端末宛のデータが存在しない場合に無駄な電力消費を抑えることができる。また、マスタ通信端末から送出されるビーコンフレームに基づいて内部状態が制御されるように構成されているため、ＩＥＥＥ８０２．１１等の標準的な通信プロトコルで無線データ通信を行うことができる。

また、演算処理手段から動作要求があるときには、無線モジュールによる演算処理手段の休眠状態への移行制御が無効となって、演算処理手段の動作状態が継続されることにより、無線モジュールが自端末宛のデータが存在しないと判断した場合でも、演算処理手段において演算処理が継続される場合などに、演算処理手段の動作状態を継続することができる。

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。

図１は、無線ネットワークの概略図を示す図である。この無線ネットワークでは、４台の通信端末（無線通信装置）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、無線通信システム１００が構成されている。ただし、図１に示す無線ネットワークの構成は単なる一例であり、本発明においては無線ネットワークを構成する通信端末の数は４台に限定されるものではない。また、４台の通信端末のうち通信端末ＳＴＡ１はマスタ通信端末であり、親局としての役割を持つ。これに対し、他の通信端末ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４は、それぞれスレーブ通信端末である。各スレーブ通信端末ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４は、親局となるマスタ通信端末ＳＴＡ１の制御に従って無線データ通信を行い、互いにデータを交換することができるようになっている。

上記のような無線通信システム１００においては、ＩＥＥＥ８０２．１１の通信手順に従って通信端末間での無線によるデータ交換が行われる。マスタ通信端末ＳＴＡ１は、ほぼ一定時間毎にビーコンフレームを送信し、ビーコンフレームの送信後、次回のビーコンフレームを送信するまでの間に、スレーブ通信端末とのデータ通信を行う。したがって、ビーコンフレームが送信されてから次のビーコンフレームが送信されるまでの期間が、通信端末間のデータ交換期となる（図３のＰ１，Ｐ２参照）。

なお、以下においては、スレーブ通信端末から他のスレーブ通信端末に対してデータ送信を行う場合、送信側スレーブ通信端末がマスタ通信端末に対してデータを送信し、マスタ通信端末が送信側スレーブ通信端末から受信したデータを受信側スレーブ通信端末に対して送信する通信形態を例示する。

ビーコンフレームには、その直後のデータ交換期においてマスタ通信端末から各スレーブ通信端末に対する送信データが存在するか否かを示す情報と、マスタ通信端末において内部管理される時間情報と、ビーコンフレームが送信される時刻を示す情報とが含まれている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく無線通信では、マスタ通信端末から送出されるビーコンフレームに、ビーコンピリオド（Beacon Period）とＴＳＦＴＩＭＥＲ（Timing Synchronization Function TIMER）とＴＩＭ（Traffic Indication Map）とが含まれている。ビーコンピリオドはビーコンフレームが送出される間隔を示す情報であり、ＴＳＦＴＩＭＥＲにはマスタ通信端末において内部管理される時間情報が含まれており、ＴＩＭには各スレーブ通信端末に対する送信データの有無を示す情報が含まれている。また、ビーコンピリオドとＴＳＦＴＩＭＥＲとの値から、次回のビーコンフレームが送出される時刻を示す情報ＴＢＴＴ（Target Beacon Transmit Time）を求めることができる。

本実施の形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定される通信手順に従ってマスタ通信端末ＳＴＡ１から送出されるビーコンフレームに基づき、各スレーブ通信端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４において、特にデータ受信待機状態における消費電力を抑制するような内部処理が行われる。

図２は、スレーブ通信端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４の機能ブロック図であり、通信端末ＳＴＡ２〜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スレーブ通信端末ＳＴＡ２〜ＳＴＡ４について共通の機能を説明する際には、スレーブ通信端末ＳＴＡｎ（ただし、ｎは２，３，４）と称して説明することにする。なお、マスタ通信端末ＳＴＡ１についても、図２と同様の構成を採用してもよい。

スレーブ通信端末ＳＴＡｎは、メインＣＰＵ１、ＲＡＭ２、ＲＯＭ３、無線モジュール４、アンテナ５、電源部６及び電源切替部７を備え、メインＣＰＵ１、ＲＡＭ２、ＲＯＭ３及び無線モジュール４はデータバス９を介して相互にデータの受け渡しを行うように構成されている。また、無線モジュール４は、ＭＡＣ部１０、ＢＢＰ部２０、及びＲＦ部３０を備えて構成される。

メインＣＰＵ１は、スレーブ通信端末ＳＴＡｎの全体制御を行う演算処理部であり、ＲＡＭ２又はＲＯＭ３に格納されるプログラムを読み出して実行することにより、各種演算処理を実行するとともに、無線モジュール４及びアンテナ５を介して他の通信端末とデータの交換を行うものである。ＲＡＭ２又はＲＯＭ３は上記のプログラムを記憶しておく記憶手段であり、ＲＡＭ２は特にメインＣＰＵ１が演算処理を実行する際の一時的なデータ格納手段として機能する。

電源部６は、スレーブ通信端末ＳＴＡｎに内蔵されたバッテリ等の電力供給源であり、スレーブ通信端末ＳＴＡｎの内部に設けられた各部に対して電力を供給するものである。電源部６はメインＣＰＵ１に対しても電力を供給するように構成されるが、電源部６からメインＣＰＵ１に接続される電力供給ラインの途中には電源切替部７が介挿される。

電源切替部７は、電源部６からメインＣＰＵ１に対する給電のオン／オフを切り換えるスイッチング機能を有しており、無線モジュール４のＭＡＣ部１０に設けられる電源制御部１１からオン信号が与えられた場合に、内部スイッチをオン状態とし、電源部６から供給される電力をメインＣＰＵ１に与えてメインＣＰＵ１を動作状態にする。逆に、電源制御部１１からオフ信号が与えられた場合には、原則として電源切替部７は、内部スイッチをオフ状態にして、メインＣＰＵ１を休眠状態に切り替える。ただし、メインＣＰＵ１は、その内部において演算処理を行っている間、電源切替部７に対して動作要求信号を送出するように構成されており、電源切替部７はメインＣＰＵ１から動作要求信号を入力しているときには、無線モジュール４の電源制御部１１からオフ信号を入力した場合であっても、そのオフ信号を無視してメインＣＰＵ１の動作状態を継続させるように構成されている。

無線モジュール４は、他の通信端末との無線によるデータ送受信を可能にする無線通信手段である。

ＭＡＣ部１０は、電源制御部１１、タイマ１２、受信部１３及び送信部１４を備えている。受信部１３及び送信部１４はデータ通信の階層構造におけるＭＡＣ（Media Access Control）層に対応するデータ通信を行うものであり、例えばＩＥＥＥ８０２．１１の通信手順に従ってデータフレームの送受信を行うように構成される。受信部１３はアンテナ５が受信した電波に基づく情報（データ）を、ＢＢＰ部２０を介して受信するものであり、送信部１４はメインＣＰＵ１から入力するデータをＢＢＰ部２０に送出するものである。電源制御部１１は、受信部１３が受信するビーコンフレームを取得してスレーブ通信端末ＳＴＡｎにおける各部の動作状態を制御するものである。

また、ＢＢＰ部２０は、ベースバンド処理を実行する機能を備える。ＲＦ部３０は、ＢＢＰ部２０からベースバンド信号を受け取り、データを所定帯域の電波にのせてアンテナ５に出力する一方、アンテナ５が受信した電波からデータを抽出し、ベースバンド信号をＢＢＰ部２０に渡す機能を有する。

以上のような構成のスレーブ通信端末ＳＴＡｎでは、無線モジュール４がマスタ通信端末ＳＴＡ１から発信されるビーコンフレームを必ず受信するように構成される。そして無線モジュール４は、他の通信端末からのデータ受信を待機する待機状態において、マスタ通信端末ＳＴＡ１から受信するビーコンフレームに含まれる各種情報に基づいて、スレーブ通信端末ＳＴＡｎにおける内部機能を休眠状態（ｄｏｚｅ状態）とするように構成される。以下、これについて具体的に説明する。

本実施形態におけるスレーブ通信端末ＳＴＡｎは、ＩＥＥＥ８０２．１１のパワーセーブ機能に連動して、メインＣＰＵ１を動作状態若しくは休眠状態に切り替えるように構成されている。

ＭＡＣ部１０の受信部１３は、マスタ通信端末ＳＴＡ１からビーコンフレームを受信すると、それを電源制御部１１に与えるように構成される。また受信部１３は、マスタ通信端末ＳＴＡ１からビーコンフレームを受信すると、それに含まれる時間情報に基づいて内部タイマ１２の時刻をマスタ通信端末ＳＴＡ１の内部時刻に一致させる。これにより、スレーブ通信端末ＳＴＡｎは、マスタ通信端末ＳＴＡ１に同期して動作することが可能になる。

電源制御部１１は、ビーコンフレームから、自己の通信端末宛の送信データが存在するか否かを判断し、存在する場合には、メインＣＰＵ１を動作状態とするために、電源切替部７に対してオン信号を送出する。これにより、メインＣＰＵ１は動作状態となる。また電源制御部１１は、無線モジュール４における各部の動作状態を継続させる。このため、ビーコンフレームに続いてマスタ通信端末ＳＴＡ１から受信する自端末宛（自局宛）のデータフレームは、アンテナ５、ＲＦ部３０、ＢＢＰ部２０、ＭＡＣ部１０を経て、メインＣＰＵ１に与えられ、スレーブ通信端末ＳＴＡｎにおいて適切なデータ受信が行われる。

これに対し、ビーコンフレームに基づく判断の結果、自己の通信端末宛の送信データが存在しない場合には、電源制御部１１はメインＣＰＵ１を休眠状態とするために、電源切替部７に対してオフ信号を送出する。これにより、メインＣＰＵ１を休眠状態に移行させることができる。ただし、メインＣＰＵ１が演算処理を実行中であるときには、メインＣＰＵ１は電源切替部７に対して動作要求信号を出力する状態にあることから、メインＣＰＵ１は休眠状態に移行せずに演算処理を継続する。

また、ビーコンフレームに基づく判断の結果、自己の通信端末宛の送信データが存在しない場合には、電源制御部１１は、無線モジュール４の各部（ＢＢＰ部２０、ＲＦ部等）に対する給電も停止させて、それら各部を休眠状態に移行させる。この処理は、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるパワーセーブ機能の処理手順に沿って行われる。このため、スレーブ通信端末ＳＴＡｎは、ビーコンフレームに続いてマスタ通信端末ＳＴＡ１から送信される他の通信端末宛のデータフレームを受信せず、その期間中（データ交換期）はパワーセーブを行って、電力消費量を低減するように構成されている。

ところで、無線モジュール４の各部が休眠状態となってしまうと、無線によるフレームの受信機能が停止し、マスタ通信端末ＳＴＡ１から送信されるビーコンフレームを受信できなくなってしまう。そのため、本実施の形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１のパワーセーブ機能に基づき、無線モジュール４の各部が休眠状態にある場合でも、少なくとも電源制御部１１は有効に動作し続けるように構成される。その間、電源制御部１１は内部タイマ１２の時刻を監視しつつ、次のビーコンフレームが配信される時刻の直前に、無線モジュール４の各部を動作状態に戻し、無線モジュール４においてビーコンフレームが良好に受信されるように制御する。

そして次のビーコンフレームを受信したときにも、電源制御部１１は上記と同様の動作を行う。すなわち、ビーコンフレームに含まれる情報に基づいて、次のデータ交換期に自端末宛のデータフレームが存在するか否かを判断し、その判断結果に応じて、メインＣＰＵ１及び無線モジュール４の各部の状態を動作状態としたり、若しくは休眠状態とするように電源制御を行う。

なお、メインＣＰＵ１が自ら電源切替部７に対して動作要求信号を送出しており、メインＣＰＵ１が既に動作状態にある場合には、電源制御部１１がメインＣＰＵ１を動作状態にするためのオン信号を送出してもメインＣＰＵ１の動作状態は変化しない。

図３は、スレーブ通信端末ＳＴＡｎにおける動作を示すタイミングチャートである。図３では、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３にマスタ通信端末ＳＴＡ１からビーコンフレームが送出される場合を例示している。

図３に示すように、スレーブ通信端末ＳＴＡｎでは、マスタ通信端末ＳＴＡ１からビーコンフレームＢＣ１が送出される時刻ｔ１の直前に、無線モジュール４が休眠状態から動作状態に移行し、無線モジュール４は、時刻ｔ１にマスタ通信端末ＳＴＡ１が送出するビーコンフレームＢＣ１を受信する。ＭＡＣ部１０内の電源制御部１１は、受信したビーコンフレームＢＣ１に含まれる情報に基づき、その直後のデータ交換期Ｐ１において自端末宛のデータフレームが送出されるか否かを判断する。この結果、データ交換期Ｐ１において自端末宛のデータフレームが送出されないことが判明した場合には、ＩＥＥＥ８０２．１１のパワーセーブ機能により、無線モジュール４は再び休眠状態に移行し、次のビーコンフレームＢＣ２が送信される時刻ｔ２の直前まで休眠状態を継続させる。

また、ビーコンフレームの受信及びそれに連動する動作は、全て無線モジュール４によって処理されるため、メインＣＰＵ１は休眠状態を継続する。

このため、データ交換期Ｐ１において、マスタ通信端末ＳＴＡ１から他のスレーブ通信端末宛のデータフレームＤＦ１が送出された場合であっても、当該スレーブ通信端末ＳＴＡｎは休眠状態にあるので、受信処理は行われない。

次に、スレーブ通信端末ＳＴＡｎでは、マスタ通信端末ＳＴＡ１からビーコンフレームＢＣ２が送出される時刻ｔ２の直前に、無線モジュール４が休眠状態から動作状態に移行し、無線モジュール４は、時刻ｔ２にマスタ通信端末ＳＴＡ１が送出するビーコンフレームＢＣ２を受信する。ＭＡＣ部１０内の電源制御部１１は、受信したビーコンフレームＢＣ２に含まれる情報に基づき、その直後のデータ交換期Ｐ２において自端末宛のデータフレームが送出されるか否かを判断する。この結果、データ交換期Ｐ２において自端末宛のデータフレームが存在することが判明した場合には、無線モジュール４は動作状態を継続するとともに、メインＣＰＵ１を動作状態に移行させる。

そしてデータ交換期Ｐ２において、マスタ通信端末ＳＴＡ１から自端末宛のデータフレームＤＦ２が送出されると、スレーブ通信端末ＳＴＡｎの無線モジュール４はそのデータフレームを受信し、動作中のメインＣＰＵ１に渡す。よって、メインＣＰＵ１は他の通信端末から良好にデータを受信できる。

その後、無線モジュール４は、さらに次のビーコンフレームＢＣ３を受信すると、上記と同様の判断を行い、次のデータ交換期に自端末宛のデータフレームが存在しない場合には、無線モジュール４の各部を再び休眠状態に移行させる。このとき無線モジュール４は、メインＣＰＵ１を休眠状態に移行させるべく、オフ信号を電源切替部７に送出するが、メインＣＰＵ１は、受信したデータフレームＤＦ２の処理などに演算処理を継続する必要がある場合、動作要求信号を電源切替部７に送出して、その演算処理を継続すべく、動作状態を維持することになる（図３参照）。

以上のように、本実施形態においては、スレーブ通信端末ＳＴＡｎが、他の通信端末と無線ネットワークを形成し、マスタ通信端末ＳＴＡ１の制御に従って無線によるデータ通信を行うように構成されている。そして、スレーブ通信端末ＳＴＡｎがデータ受信待機状態にあるときには、無線モジュール４が、マスタ通信端末ＳＴＡ１から受信するビーコンフレームに基づいて、自端末宛のデータが存在するか否かを判断し、自端末宛のデータが存在しない場合には、メインＣＰＵ１を休眠状態にするとともに、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間中に自己も休眠状態に移行するようになっている。その一方、自端末宛のデータが存在する場合には、無線モジュール４はメインＣＰＵ１を休眠状態から動作状態に切り換え、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間に、他の通信端末から受信する自端末宛のデータをメインＣＰＵ１に与えるようになっている。

したがって、本実施形態のスレーブ通信端末ＳＴＡｎによれば、ＩＥＥＥ８０２．１１の標準的な通信プロトコルで他の通信端末と無線データ通信を行うことができるとともに、自端末宛のデータフレームがないときには、消費電力を著しく低減させることができる。

以上、本発明の一例である実施の形態を説明したが、本発明は上述した内容のものに限定されるものではない。

例えば、上記においては、主として無線モジュール４が他の構成部材であるメインＣＰＵ１のみを制御して休眠状態と動作状態とを切り替える場合を例示したが、その他にも、ＲＡＭ２やＲＯＭ３の状態を切り替えるようにしてもよい。また、液晶表示装置等の表示手段が設けられている場合には、その表示状態をオン／オフ切り替えするようにしてもよい。

また、無線ネットワークを構成する通信端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ４は、それぞれデータ通信開始直後の通信初期段階において、４台の通信端末のうちから任意に１台のマスタ通信端末を決定し、他の通信端末をスレーブ通信端末として決定するようにしてもよい。

以上のように本発明にかかわる無線通信端末は、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。例えば、産業システムにおいて利用する各通信端末が、間欠的にデータを収集するセンサシステムを構築する場合などに利用可能である。あるいは、公共施設内において利用者が所持する通信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、無線通信機能を搭載した携帯型ゲーム機においては、間欠的にイベントが発生するネットワークゲームなどにも有効である。また、無線通信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若しくは交換させる場合にも有効であり、また通常停止状態の表示装置や印刷装置等に対して画像を送信する場合にも有効である。

無線ネットワークの概略図を示す図である。 スレーブ通信端末（無線通信装置）の機能ブロック図である。 スレーブ通信端末（無線通信装置）における動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ メインＣＰＵ（演算処理手段）
２ ＲＡＭ
３ ＲＯＭ
４ 無線モジュール
６ 電源部
７ 電源切替部
１０ ＭＡＣ部
１１ 電源制御部
１２ タイマ

Claims (2)

1. 他の通信端末と無線ネットワークを形成し、マスタ通信端末の制御に従って無線によるデータ通信を行う無線通信装置であって、
   無線モジュールと、
   前記無線モジュールを介して、他の通信端末とデータの交換を行う演算処理手段と、
   を備え、
   前記無線モジュールは、前記マスタ通信端末から受信するビーコンフレームに基づいて、自端末宛のデータが存在するか否かを判断し、自端末宛のデータが存在しない場合には、前記演算処理手段を休眠状態にするとともに、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間中に自己も休眠状態に移行する一方、自端末宛のデータが存在する場合には、前記演算処理手段を休眠状態から動作状態に切り換え、次回のビーコンフレームを受信するまでの期間に、他の通信端末から受信する自端末宛のデータを前記演算処理手段に与えることを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記演算処理手段から動作要求があるときには、前記無線モジュールによる前記演算処理手段の休眠状態への移行制御が無効となって、前記演算処理手段の動作状態が継続されることを特徴とする無線通信装置。
   

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