JP2009302799A - 通信システム及び通信端末 - Google Patents

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Abstract

【課題】第1の通信端末からの第1の通信フレームの送信を、あらかじめ設定されたタイミング通りに実行させることができる通信システム及び通信端末を提供する。
【解決手段】通信基地局装置AP1があらかじめ設定された時間間隔で周期的にビーコンフレームB1を送信するように設定されている通信システムであり、通信システムを構成する通信端末STA1,STA2は、通信シーケンスが通信基地局装置AP1によるビーコンフレームB1の送信タイミングt2の一定時間p1前の時点t1までに完了するか否かを判定し、完了すると判定された場合には通信シーケンスSE1を実行させ、完了しないと判定された場合には通信シーケンスSE2xを実行させない。
【選択図】図6

Description

本発明は、あらかじめ決められた一定時間以上、通信メディアに通信フレームが存在しない場合に通信端末からの所定の通信フレームの送信が可能になる通信システム、及び、この通信システムの一部を構成する通信端末に関するものである。
IEEE802.11規格に従う無線ネットワークは、有線ネットワークにおける配線の煩わしさを取り除き、無線端末のレイアウトを柔軟に変更することができる等の利点を有することから、近年、企業や家庭内において広く普及している。IEEE802.11規格に従う無線ネットワークにおいては、主に、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance、衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス)方式により無線メディアへのアクセス制御が行われる。CSMA/CA方式は、キャリア(搬送波)検出に基づいて多重アクセスを行う接続方式であり、無線端末は、他の無線端末の通信フレーム送信が行われていないことを確認してから、自端末の通信フレーム送信を開始することで、通信フレームの衝突を回避する。無線端末は、無線メディアの状態を監視し、あらかじめ決められている一定時間以上、無線メディアに送信信号が存在しない場合に通信フレームの送信を行う。
また、IEEE802.11規格に従う無線ネットワークにおいては、通信基地局装置は、ネットワーク情報を含むビーコンフレームを定期的にブロードキャストする。ビーコンフレームには、ビーコンフレームの送信周期を示すパラメータが含まれるため、無線端末は、ネットワークに接続する際にビーコンフレームを受信することで、ビーコン周期を知ることができる。
さらに、ビーコンフレームは電力管理に関する情報も含んでおり、省電力モードで動作する無線端末は、自端末宛のデータが通信基地局装置にバッファされているか否かを知ることができる。省電力モードで動作する無線端末の状態として、ドーズ(Doze)状態(送受信不能状態)とアウェイク(Awake)状態(送受信可能状態)とがある。無線端末は、Doze状態では、情報の送受信はできないが、通常動作モードよりも低い消費電力で動作し、Awake状態では、情報の送受信はできるが、無線端末の通常動作時における消費電力よりも低く、Doze状態より多くの電力を消費する。省電力モードで動作する無線端末は、定期的にDoze状態とAwake状態とを繰り返し、例えば、ビーコン周期の数回に1回の割合でAwake状態となってビーコンフレームを受信し、自端末宛のデータが存在するか否かを確認する。無線端末は、この確認の結果、自端末宛のデータが存在する場合には、引き続きAwake状態のまま受信処理を行い、その後Doze状態に遷移し、また、自端末宛のデータが存在しない場合には、ビーコンフレーム受信後はすぐにDoze状態に遷移し、できるだけ電力消費量が少ないDoze状態を維持する。
特開2006−310909号公報(特許文献1)には、省電力モードで動作している無線端末において、ビーコンフレームの到着遅れ時間を推定し、推定した遅れ時間に基づいて無線端末のAwake状態からDoze状態へ遷移する時間を決定することで、無線端末の電力消費を抑えつつ、ビーコンフレームを確実に受信する方法が開示されている。
特開2006−310909号公報
無線システムにおいては、無線メディアの状態により、通信フレームの送信があらかじめ設定されたタイミングよりも遅れてしまう場合がある。CSMA/CA方式で無線メディアへのアクセスを行う場合、あらかじめ決められている一定時間以上、無線メディア上に送信信号が存在しない場合にのみ、通信フレームの送信が可能である。このため、通信フレームを送信しようとした際に他の無線端末が通信フレームの送信を行っていた場合には、その送信が完了するまで待つ必要があり、通信フレームの送信は、あらかじめ設定されたタイミングよりも遅れてしまうという問題がある。
また、IEEE802.11規格等におけるビーコンフレームを考えた場合、省電力モードで動作する無線端末は、自端末宛のデータがあるか否かを確認するために、例えば、ビーコン周期の数回に1回の割合でビーコンフレームを受信しようとし、受信動作を行うためにAwake状態に遷移し、受信が完了するまではAwake状態を維持する。無線端末は、あらかじめ設定されたビーコンフレームの送信タイミングに合わせてAwake状態へと遷移するため、ビーコンフレームの送信が遅れれば、その遅れた時間分だけAwake状態を維持する時間が長くなり、結果として消費電力が増大してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、通信システムを構成する第1の通信端末からの第1の通信フレームの送信を、あらかじめ設定されたタイミング通りに実行させることができる通信端末、及び、この通信端末を含む通信システムを提供することにある。
本発明の通信システムは、複数の通信端末を有し、前記複数の通信端末の内の第1の通信端末はあらかじめ設定された時間間隔で周期的に第1の通信フレームを前記第1の通信端末以外の前記通信端末に送信するように設定されており、あらかじめ決められた一定時間以上通信メディアに通信フレームが存在しない場合に前記第1の通信端末からの前記第1の通信フレームの送信が可能になる通信システムであって、前記第1の通信端末以外の各通信端末は、通信フレームを生成するフレーム生成手段と、前記生成された通信フレームの送信を含む通信シーケンスを実行する通信手段と、前記通信手段により実行される前記通信シーケンスが前記第1の通信端末による前記第1の通信フレームの送信タイミングより一定時間前の時点までに完了するか否かを判定し、完了すると判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させ、完了しないと判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させない制御手段とを有することを特徴とする。
本発明の通信端末は、通信フレームを生成するフレーム生成手段と、前記生成された通信フレームの送信を含む通信シーケンスを実行する通信手段と、前記通信手段における動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、他の通信端末があらかじめ設定された時間間隔で周期的に送信する第1の通信フレームの送信タイミングより一定時間前の時点までに、前記通信シーケンスが完了するか否かを判定し、完了すると判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させ、完了しないと判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させないよう制御することを特徴とする。
本発明によれば、通信システムにおいて実行される通信シーケンスが第1の通信端末による第1の通信フレームの送信タイミングより一定時間前の時点までに完了すると判定された場合には、通信端末は通信シーケンスを実行し、完了しないと判定された場合には当該通信端末は通信シーケンスを実行しないので、第1の通信装置に、あらかじめ設定された時間間隔で周期的に第1の通信フレームを送信する動作を実行させることができる。
また、省電力モードで動作し、あらかじめ設定されたタイミングで送信される第1の通信フレームを受信するためにAwake状態に遷移する通信端末において、第1の通信端末があらかじめ設定されたタイミングから遅延せずに第1の通信フレームを送信できるので、第1の通信端末以外の通信端末の省電力モードにおけるAwake状態の時間延長を生じさせないようにでき、第1の通信端末以外の通信端末における消費電力を削減することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る通信システムの構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、本実施の形態に係る通信システムは、複数の通信端末AP1,STA1,STA2を有する。本実施の形態に係る通信システムにおいては、通信端末(第1の通信端末)AP1は、通信基地局装置(アクセスポイント)であり、通信基地局装置AP1は、あらかじめ設定された時間間隔で周期的に第1の通信フレームを送信するように設定されている。以下の説明においては、通信端末が無線端末である場合を説明する。ただし、本発明は、通信端末が有線通信を行なう有線端末である場合にも適用可能である。本実施の形態に係る通信システムは、例えば、IEEE802.11規格に従うインフラストラクチャモードの無線ネットワークからなるシステムである。本実施の形態に係る通信システムは、あらかじめ決められている(すなわち、システムに適用される規定が定める)一定時間以上、通信メディア(以下の説明においては、通信メディアが無線メディアである場合を説明する。)に通信フレームが存在しない場合に通信基地局装置AP1からの所定の通信フレーム(第1の通信フレーム)の送信が可能になる通信システムである。ただし、本発明は、通信メディアが有線メディアである場合にも適用可能である。通信基地局装置AP1は、通信端末STA1又はSTA2との間で通信フレームを送受信する。通信基地局装置AP1は、あらかじめ決められた一定の時間間隔で第1の通信フレームとしてのビーコンフレームを送信し、無線ネットワーク内の通信端末STA1及びSTA2の制御を行う。本実施の形態においては、通信基地局装置AP1があらかじめ設定された時間間隔で送信する通信フレームがビーコンフレームである場合を説明するが、本発明はこのような形態に限定されず、通信基地局装置AP1があらかじめ設定された時間間隔で送信する通信フレームは、ビーコンフレーム以外の通信フレームであってもよい。なお、図1には3台の通信端末AP1,STA1,STA2が示されているが、通信端末の台数は3台に限定されない。
図2は、図1に示される通信基地局装置AP1の構成を概略的に示すブロック図である。図2に示されるように、通信基地局装置AP1は、通信部11と、制御部12と、通信フレームを生成するフレーム生成部13とを有している。通信部11は、通信端末からのフレーム信号の受信や、自装置内で生成した通信フレームの送信を行う。制御部12は、受信した通信フレームの解析や通信プロトコルに基づく通信手順の制御や、フレーム生成部13で生成した通信フレームの送信タイミングの制御などを行う。本実施の形態に係る通信基地局装置AP1は、フレーム生成部13によって生成されたビーコンフレームを、通信部11からあらかじめ設定された時間間隔で周期的に送信する。
図3は、図1に示される通信端末STA1(又はSTA2)の構成を概略的に示すブロック図である。図3に示されるように、通信端末STA1(又はSTA2)は、通信手段としての通信部21と、制御手段としての制御部22と、フレーム生成手段としてのフレーム生成部23とを有している。通信基地局装置AP1からブロードキャストされるビーコンフレームは、ビーコンフレームの送信周期(ビーコン周期)を示すパラメータが含まれるため、通信端末STA1(又はSTA2)は、無線ネットワークに接続する際にビーコンフレームを受信することで、ビーコン周期を知ることができる。また、ビーコンフレームは電力管理に関する情報も含んでおり、省電力モードで動作する通信端末STA1(又はSTA2)は、自端末宛のデータが通信基地局装置にバッファされているか否かを知ることができる。省電力モードで動作する通信端末は、定期的にDoze状態とAwake状態とを繰り返し、例えば、ビーコン周期の数回に1回の割合でAwake状態となってビーコンフレームを受信し、自端末宛のデータが存在するか否かを確認する。通信端末STA1(又はSTA2)は、この確認の結果、自端末宛のデータが存在する場合には、引き続きAwake状態のまま受信処理を行い、その後Doze状態に遷移し、また、自端末宛のデータが存在しない場合には、ビーコンフレーム受信後はすぐにDoze状態に遷移し、できるだけ電力消費量が少ないDoze状態を維持する。
通信基地局装置AP1は、自身が管理する無線ネットワークに接続している通信端末STA1(又はSTA2)が省電力モードにあるか通常動作モードにあるかを把握しており、省電力モードの通信端末宛の通信フレームをバッファし、省電力モードの通信端末からAwake状態になったことを示す通知を受け取ると、その通信端末宛の通信フレームを送信する。また、通信基地局装置AP1は、所定の間隔でビーコンフレームを送信する。ビーコンフレーム中には、省電力モードの通信端末宛のデータをバッファしていることを示す情報(TIM)が含まれる。
省電力モードの通信端末は、自端末宛のデータが通信基地局装置AP1にバッファされているか否かを確認するために、通信基地局装置AP1からのビーコンフレームが送信されるタイミングでAwake状態となる。後述の図4においては、通信基地局装置AP1から送信されるビーコンフレーム毎に省電力モードの通信端末がDoze状態からAwake状態になる場合を説明しているが、通信端末は必ずしもビーコンフレーム毎にAwake状態になる必要はなく、あらかじめ決められている個数のビーコンフレーム毎にDoze状態からAwake状態になるようにしてもよい。
図4は、他の通信端末STA2から送信される通信フレームF11により通信基地局装置AP1から送信されるビーコンフレームの送信タイミングが遅れて通信端末STA1のAwake状態A11が長くなる場合(比較例)を示す図である。図4において、横軸tは時間軸である。図4に示されるように、他の通信端末STA2がフレームF11を送信したため、本来の送信タイミング(時刻t11)で通信基地局装置AP1が送信すべきビーコンフレームB11xは時間p11だけ遅れたタイミング(時刻t12)でビーコンフレームB11として送信される。ビーコンフレームB11は、あらかじめ設定されたタイミング(時刻t11)より時間p11のずれがあったため、通信端末STA1のAwake状態A11は、ビーコンフレームB11を受信するために長くなり、通常のAwake状態(例えば、A12)よりも時間p11分長くなる。すなわち、ビーコンフレームB11の送信タイミング(時刻t12)が、本来の送信タイミング(時刻t11)から遅延した送信タイミング(時刻t12)までずれることで、通信端末STA1は長くAwake状態を維持する必要があり、結果として通信端末STA1の消費電力が増大することになる。
図5は、IEEE802.11規格に従う通信シーケンスとして、通信端末STA(図1におけるSTA1又はSTA2)によるデータフレームDFの送信と通信基地局装置AP(図1におけるAP2)による確認応答(ACK)フレームとを含むDATA−ACKシーケンスSEを示す図である。図5に示されるように、通信端末STAがデータフレームDFを送信し、通信基地局装置APでデータフレームDFをエラーなく受信すると、通信基地局装置APは、通信端末STAのデータフレームDFの送信完了からSIFS(Short IFS)時間待ってACKフレームを送信する。この場合、通信の1シーケンス(DATA−ACKシーケンスSE)の開始(時刻t21)から完了(時刻t22)までに要する時間p20は、データフレームDFの送信時間p21と、SIFS時間p22と、ACKフレームの送信時間p23とを合計した時間になる。
図6は、本実施の形態に係る通信システムの動作を示す図である。図6は、通信基地局装置AP1によるビーコンフレームB1の送信、省電力モードにある通信端末STA1の状態、通常動作モードにある通信端末STA2の動作を示している。図6において、横軸tは時間軸である。また、図6において、A1は通信端末STA1がAwake状態であることを示し、SE1は、通信端末STA2と通信基地局装置AP1との間で実行される通信シーケンスであるDATA−ACKシーケンスを示し、SE2xは、通信端末STA2と通信基地局装置AP1との間で実行されない通信シーケンスを示す。
IEEE802.11規格においては、ビーコンフレームは無線メディアが空いたタイミングから、ランダムバックオフ時間とDIFS時間とを合計した時間が経過した後に送信可能になる。このため、ビーコンフレームをあらかじめ設定されたタイミングで送信するためには、規格が定める最大ランダムバックオフ時間とDIFS時間とを合計した時間が経過した時点よりも前に、他の通信フレームの送信(通信端末による通信シーケンス)を完了させておく必要がある。このような要求を満たすために、図6に示される期間p1を、規格が定める最大ランダムバックオフ時間とDIFS時間とを合計した時間とする。
図5で説明したように、DATA−ACKシーケンスSEの場合は、データフレームDFの送信時間p21とSIFS時間p22とACKフレームの送信時間p23とを合計した時間p20(=p21+p22+p23)が通信シーケンスであるDATA−ACKシーケンスSEの完了までに要する時間となる。通信端末STA2(又はSTA1)は、自端末の通信部(図3の符号21)からの通信フレームの送信開始からDATA−ACKシーケンスSEが完了するまでの時間を計算することができ、また、受信するビーコンフレームからビーコン周期などのビーコンフレームの送信タイミング情報を知ることができる。したがって、通信端末STA2(又はSTA1)は、通信シーケンスが通信基地局装置AP1によるビーコンフレームの送信タイミング(図6における時刻t2)の一定時間(図6における時間p1)前の時点(図6における時刻t1)までに完了するか否かを判定(通信シーケンスの可否判定)することができる。通信端末STA2(又はSTA1)の制御部によって、上記判定を行ない、その結果、完了すると判定された場合(図6におけるシーケンスSE1の場合)には制御部22は通信部21に通信シーケンスを実行させ、完了しないと判定された場合(図6におけるシーケンスSE2xの場合)には制御部22は通信部21に通信シーケンスを実行させない。このような制御を、通信基地局装置AP1が構成するネットワーク内の全ての通信端末について行なえば、通信基地局装置AP1のビーコンフレームB1の送信は、他の通信フレームの送信が原因となって遅延することは無い。
以上に説明したように、本実施の形態によれば、制御部22が通信部21により実行させる通信シーケンスが通信基地局装置AP1によるビーコンフレームB1の送信タイミングt2より一定時間p1前の時点t1までに完了すると判定された場合には通信端末は、通信シーケンスSE1を実行し、完了しないと判定された場合には通信端末は通信シーケンスSE2xを実行しないように制御されるので、通信基地局装置AP1に、あらかじめ設定された時間間隔で周期的にビーコンフレームB1を送信する動作を実行させることができる。
また、省電力モードで動作し、あらかじめ設定されたタイミングで送信されるビーコンフレームを受信するためにAwake状態に遷移する通信端末において、通信基地局装置AP1があらかじめ設定されたタイミングから遅延せずにビーコンフレームを送信するようにすることで、ビーコンフレームの送信遅延による省電力モードにおけるAwake状態の時間延長を生じさせないようにできるので、通信端末における消費電力を削減することができる。
なお、上記説明においては、図6に示される時間p1よりも前に完了しない通信シーケンスを実行しないことを説明し、この通信シーケンスとしてDATA−ACKシーケンスを説明したが、本発明はこのような形態には限定されず、通信シーケンスが、IEEE802.11にて規定されているRTS(Request to Send)/CTS(Clear to Send)を用いた通信シーケンスである場合や1つの通信フレームから構成される通信シーケンスである場合などにも適用可能である。
また、上記説明においては、IEEE802.11規格に従う通信システムの場合を説明したが、本発明はこのような形態には限定されず、CSMA方式により通信メディアへのアクセスを行う通信システム、例えば、Ethernet(登録商標)のようなネットワークにも適用可能である。
本発明の実施の形態に係る通信システムの構成を概略的に示す図である。 図1に示される通信端末(通信基地局装置)の構成を概略的に示すブロック図である。 図1に示される通信端末(通信基地局装置以外の通信端末)の構成を概略的に示すブロック図である。 ビーコンフレームの送信タイミングが遅れて通信端末のAwake状態が長くなる場合を示す図である。 IEEE802.11規格に従う通信シーケンスとしてのDATA−ACKシーケンスを示す図である。 実施の形態に係る通信システムの動作を示す図である。
符号の説明
AP1 通信端末(通信基地局装置、第1の通信端末)、 STA1,STA2 通信端末、 11 通信部、 12 制御部、 13 フレーム生成部、 21 通信部、 22 制御部、 23 フレーム生成部、 A1,A11,A12 通信端末のAwake状態、 B1,B11 ビーコンフレーム、 B11x 送信されなかったビーコンフレーム、 F11 通信フレーム、 SE,SE1 DATA−ACKシーケンス(通信シーケンス)、 SE2x 送信されなかったDATA−ACKシーケンス(通信シーケンス)。

Claims (6)

  1. 複数の通信端末を有し、前記複数の通信端末の内の第1の通信端末はあらかじめ設定された時間間隔で周期的に第1の通信フレームを前記第1の通信端末以外の前記通信端末に送信するように設定されており、あらかじめ決められた一定時間以上通信メディアに通信フレームが存在しない場合に前記第1の通信端末からの前記第1の通信フレームの送信が可能になる通信システムであって、
    前記第1の通信端末以外の各通信端末は、
    通信フレームを生成するフレーム生成手段と、
    前記生成された通信フレームの送信を含む通信シーケンスを実行する通信手段と、
    前記通信手段により実行される前記通信シーケンスが前記第1の通信端末による前記第1の通信フレームの送信タイミングより一定時間前の時点までに完了するか否かを判定し、完了すると判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させ、完了しないと判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させない制御手段と
    を有する
    ことを特徴とする通信システム。
  2. 前記制御手段による前記判定は、前記通信手段によって受信された前記第1の通信フレームに含まれる前記第1の通信フレームの送信周期に関する情報を用いて、実行されることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記通信システムは、キャリア感知多重アクセス方式により通信を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
  4. 前記通信システムは、IEEE802.11規格に従って通信を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の通信システム。
  5. 通信フレームを生成するフレーム生成手段と、
    前記生成された通信フレームの送信を含む通信シーケンスを実行する通信手段と、
    前記通信手段における動作を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、他の通信端末があらかじめ設定された時間間隔で周期的に送信する第1の通信フレームの送信タイミングより一定時間前の時点までに、前記通信シーケンスが完了するか否かを判定し、完了すると判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させ、完了しないと判定された場合には前記通信手段に前記通信シーケンスを実行させないよう制御する
    ことを特徴とする通信端末。
  6. 前記制御手段による前記判定は、前記通信手段によって受信された前記第1の通信フレームに含まれる前記第1の通信フレームの送信周期に関する情報を用いて、実行されることを特徴とする請求項5に記載の通信端末。
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