JP2010124058A - 通信装置、通信制御方法及び通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線端末と通信装置（基地局）との省電力化を同時に実現する。
【解決手段】本発明の通信装置は、第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信する第１の無線通信部と、前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信部と、前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定部と、前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知部と、通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信装置、通信制御方法及び通信プログラムに関する。

IEEE802.11無線LAN規格には、無線端末が無線基地局に接続し、無線基地局を介して通信するインフラストラクチャモードが規定されており、さらに、インフラストラクチャモードにおいて無線端末の消費電力を抑えるための省電力機能（パワーセーブモード）が定義されている（非特許文献１）。これは、無線基地局ではなく無線端末側の省電力化を実現する機能であり、基地局から周期的に送信されるビーコン信号と同期して無線端末が無線通信モジュールをスリープ状態に遷移させることで電力消費を抑えるものである。スリープ状態に遷移した無線端末はデータを受信することができないため、無線基地局がデータを一時的にバッファリングし、ビーコン信号にTIM（Traffic Indication Map）を含めることによってその旨を無線端末に通知する。通知を受けた無線端末は無線基地局に対してポーリングを行なうことで、該データを無線基地局から受信することができる。

一方、特許文献１には、インフラストラクチャモードにおける無線基地局の省電力化を図る方法が示されている。一般的に、インフラストラクチャモードにおける無線基地局は、いつ生じるか分からない無線端末からのデータの送信を常に待ち構えている必要があり、スリープ状態に遷移できない問題がある。特許文献１では、無線基地局がスリープ状態に遷移する前に、無線端末の送信を禁止するCTS（Clear To Send）フレームを無線端末に送信することで、無線基地局がスリープ状態に遷移する方法を提案している。
IEEE Std. 802.11-2007, "Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications" 特開2004-336401号公報

上述の従来技術では、無線端末側の省電力機能と、無線基地局側の省電力機能の各々が示されているが、両方の省電力機能を同時に動作させる方法については述べられてはいない。近年、ノートPC（Personal Computer）やスマートフォン等の携帯端末はマルチインタフェース化(3G、WiMAX、Wi-Fi等)されつつあり、今後、携帯端末を無線基地局として設定して周辺のガジェット機器（ゲーム機、音楽再生機等）を接続し、携帯端末経由でインターネット（The Internet）にアクセスさせるという要求が出てくると予想される。このような構成では、無線基地局および無線端末はいずれもバッテリが有限な携帯端末となり得る。従って、インフラストラクチャを構成する無線基地局および無線端末の両方で同時に省電力化を図ることが重要となる。

非特許文献１に規定された無線端末の省電力機能は、前述の通り、無線端末がスリープ状態を解除したタイミングでデータの送信および受信を行なう。従って、無線端末の省電力化を図る上では、データの送信および受信が可能となる期間を短くし、スリープ状態の期間を長く確保することが望ましい。一方、特許文献１は、無線端末のデータ送信を禁止する方式を採用しており、禁止を指示するCTSフレームをCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）の仕組みを用いて送信する。従って、無線端末がデータを送信する機会と無線基地局がCTSフレームを送信する機会とに公平性が保たれることから、無線端末がデータを送信する前にCTSフレームを受信する可能性がある。この時、無線端末は速やかにスリープ状態に遷移することができず、省電力効果が低下する問題が生じる。また、特許文献１は、コンテンションウィンドウにおけるバックオフ時間を制御することで、無線端末がデータを送信する機会を優先する制御方法を提案している。しかし、この優先制御はあくまで最初の送信機会に対して働くものであり、複数のデータを連続送信する無線端末は、複数のデータの送信が完了する前にCTSフレームの受信を回避できず、速やかにスリープ状態に遷移することができない。従って、同様に省電力効果が低下する問題を生じる。

本発明は、無線端末との省電力化を同時に実現する通信装置、通信制御方法および通信プログラムを提供する。

本発明の一態様としての通信装置は、
第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信する第１の無線通信部と、
前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信部と、
前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定部と、
前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知部と、
通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理部と、
を備える。

本発明の一態様としての通信制御方法は、
前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知ステップと、
通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
を備える。

本発明の一態様としての通信プログラムは、
前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知ステップと、
通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
をコンピュータに実行させる。

本発明により、通信装置（基地局）と無線端末との省電力化を同時に実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す。

図１において、１はインターネット、Zはインターネット１と接続する、携帯電話事業者が設置する3G基地局（第２の無線装置）、２は3G基地局Zが提供する無線リンク（第２の無線リンク）、３はIEEE802.11規格の無線リンク（第１の無線リンク）を示す。

Aは携帯電話端末とIEEE802.11無線基地局を兼ねた通信装置（基地局）を示し、基地局Aは無線リンク２に対しては携帯電話端末として動作し、無線リンク３に対してはIEEE802.11無線基地局として動作する。

H１およびH２は、それぞれ無線リンク（第１の無線リンク）３を介して基地局Aと接続された無線端末（第１の無線装置）である。無線端末H1はIEEE802.11規格のパワーセーブモードが有効であり、無線端末H2はパワーセーブモードが無効であるとする。

基地局（通信装置）Aおよび基地局Zは3G規格に従った無線ネットワーク（第２の無線ネットワーク）を形成して互いに無線通信を行なう。基地局Aと無線端末H1、H2とはIEEE802.11の無線LAN規格に従った無線ネットワーク（第１の無線ネットワーク）を形成して互いに無線通信を行う。無線端末H1およびH2は基地局Aを介してインターネット１にアクセスすることが可能である。

なお、図１には、無線リンク３に接続する無線端末が２台の例を示しているが、２台以上の無線端末が無線リンク３と接続しても構わない。

図２に、本実施形態に係る基地局（通信装置）Aの構成例を示す。

基地局Aは、３G無線通信部９、IEEE802.11無線通信部１０、基地局情報取得部１２、記憶部１１、送信許可期間決定部１３、制御信号生成部１４、電力管理部１５、ブリッジ部（中継部）１６を備えている。

３G無線通信部（第２の無線通信部）９は、無線リンク２を介して基地局Ｚと無線通信を行なう。３G無線通信部９は、無線リンク２を介して無線端末Ｈ１、Ｈ２宛に受信したデータを、ブリッジ部１６を介してIEEE802.11無線通信部１０に渡す。

IEEE802.11無線通信部（第１の無線通信部）１０は、無線リンク３を介して無線端末Ｈ１，Ｈ２と無線通信を行なう。IEEE802.11無線通信部１０は、３G無線通信部９からブリッジ部１６を介して渡されたデータを内部のバッファに記憶し、必要な手続に従ってバッファ内のデータを無線端末Ｈ１、Ｈ２に送信する。またIEEE802.11無線通信部１０は、無線端末Ｈ１、Ｈ２からインターネット上の装置宛のデータを受信したら、これをブリッジ部１６を介して３G無線通信部９に渡す。３G無線通信部９では渡されたデータを、無線リンク２を介して送信する。IEEE802.11無線通信部１０は、制御信号生成部１４により一定周期毎に生成されるビーコン信号（制御信号）を無線端末Ｈ１、Ｈ２に送信する。

ブリッジ部１６は、３Ｇ無線通信部９とIEEE802.11無線通信部１０との間をブリッジすることにより、IEEE802.11規格のLANネットワーク（第１の無線ネットワーク）と3G規格の無線ネットワーク（第２の無線ネットワーク）間の通信を中継する。

基地局情報取得部１２は、無線リンク２、３の状態に関する情報である基地局情報（後述する図４参照）を取得する。無線リンク３に関する基地局情報は特に第１のリンク情報、無線リンク２の状態に関する情報は特に第２のリンク情報と称される。基地局情報取得部１２は、第１のリンク情報を取得する第１の情報取得部と、第２のリンク情報を取得する第２の情報取得部とを備える。

記憶部１１は、基地局情報取得部１２により取得された基地局情報（第１および第２のリンク情報）を内部に記憶する。

送信許可期間決定部１３は、記憶部１１内の基地局情報に従って、無線端末Ｈ１、Ｈ２によるデータ送信を許可する送信許可期間を設定する。送信許可期間の設定は、たとえば直前のビーコン信号の送信から次のビーコン信号の送信までの各ビーコン間隔期間において行う。また、たとえば送信許可期間の起点はビーコン間隔期間の開始時点である。期間の長さはビーコン間隔期間毎に計算してもよいし複数のビーコン間隔期間毎に計算してもよい。

制御信号生成部（ビーコン送信部、通知部）１４は、一定周期でビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号に上記送信許可期間を指定した制御信号を含めてIEEE802.11無線通信部１０を介して送信する。これによりビーコン信号を受信した無線端末は、ビーコン間隔期間のうち、ビーコン信号で指定された送信許可期間の間のみデータ送信を行い、それ以外の期間（送信禁止期間）の間はデータ送信を停止する（データ受信は禁止されない）。

電力管理部１５は、上記送信許可期間と、ビーコンの送信タイミング期間との間、IEEE802.11無線通信部１０に電力を供給し、通信期間のうち上記送信許可期間とビーコンの送信タイミング以外の期間（休止期間）の間は、IEEE802.11無線通信部１０への電力供給を停止するように制御する。

図２の各要素９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６は、ハードウェアとして構成されてもよいし、基地局A上で実行されるソフトウエアモジュールとして構成されてもよい。

図３は、基地局情報取得部１２の処理手順の一例を示すフローチャートである。

まず、基地局情報取得部１２は、３G無線通信部９から、無線リンク２の状態に関する基地局情報（第２のリンク情報）を取得する（S１１）。この基地局情報は、無線リンク２と接続を確立しているか、それとも、切断しているかを示すインタフェースの稼動状態（例えば、OSで設定するインタフェースのアップ・ダウン情報など）と、無線リンク２の通信品質に関わる統計情報とを含む。統計情報としては、例えば、RSSI（Received Signal Strength Indicator）、BER（Bit Error Rate）、FER（Frame Error Rate）などがある。

次に、基地局情報取得部１２は、IEEE802.11無線通信部１０から、無線リンク３の状態に関する基地局情報（第１のリンク情報）を取得する（S１２）。この基地局情報は、無線リンク１０の利用状況に関わる統計情報を含む。この統計情報としては、例えば、無線端末の接続数、単位時間のトラフィック量などがある。トラフィック量は、単位時間に無線リンク３で通信したデータ量もしくはパケット数で表し、例えば、bps（bit per seconds）やpps（packet per seconds）の単位で表される。なお、無線端末の接続数および単位時間の無線トラフィック量は、インフラストラクチャモードにおいて基地局のみが知り得る特有の統計情報である。

最後に、基地局情報取得部１２は、取得した基地局情報を記憶部１１に登録する（S１３）。基地局情報の一例を図４に示す。

図５は、送信許可期間決定部１３、制御信号生成部１４、電力管理部１５の処理手順の一例を示すフローチャートである。

まず、送信許可期間決定部１３は記憶部１１から基地局情報を取得し（S２１）、取得した基地局情報から送信許可期間長を計算し、送信許可期間長の期間をビーコン間隔期間において送信許可期間として決定する（S２２）。ここではビーコン間隔期間の開始時点から上記送信許可期間長だけ連続する期間を送信許可期間として決定する。そして、制御信号生成部１４は、決定した送信許可期間を指定する制御信号（すなわちビーコン間隔期間のうち、送信許可期間ではデータ送信を許可し、それ以外の送信禁止期間ではデータ送信の禁止を指示する制御信号）を含むビーコン信号を生成して送信する（Ｓ２３）。

ここで、基地局Aは、送信許可期間長の基準値を、内部的に管理しているものとし、本実施形態では例えば100msecであるとする。また、この基準値は管理者がウェブブラウザ等を用いて基地局AのGUIにアクセスし、変更可能となるようにしてもよい。以下、基地局情報に応じた送信許可期間長の計算例を示す。

＜送信許可期間長の計算例＞
（１）インタフェース稼動状態に基づく送信許可期間長の計算例
３G無線通信部９のインタフェース稼動状態がDOWNの場合には、無線リンク３に接続する無線端末H1、H2が送信したデータは基地局Aの内部で破棄される。すなわち、インタフェース稼動状態がDOWNの場合には無線端末H1、H2がデータを送信する機会を極力抑えることが望ましい。従って、例えば、送信許可期間長を最小値に設定するというルールを設定する。ここで、最小値は基地局Aが内部的に管理しているものとし、本実施例では例えば10msecであるとする。また、この最小値は管理者がウェブブラウザ等を用いて基地局AのGUIにアクセスし、変更可能となるようにしてもよい。図４におけるインタフェース稼動状態がDOWNである例においては、送信許可期間長は最小値の10msecとなる。

（２）RSSIに基づく送信許可期間長の計算例
インターネットアクセス用の無線リンク２のRSSIが著しく低下した場合には、無線リンク２で多くの通信データが損失し通信できない状態となる。すなわち、RSSIが著しく低下した場合には無線端末H1、H2がデータを送信する機会を極力抑えることが望ましい。従って、例えば、RSSIがある一定の閾値を下回った場合には送信許可期間長を最小値に設定するというルールを設定する。ここで、閾値および最小値は基地局Aが内部的に管理しているものとし、本実施形態では例えば閾値は-70dBm、最小値は10msecであるとする。この閾値および最小値は管理者がウェブブラウザ等を用いて基地局のGUIにアクセスし、変更可能となるようにしてもよい。図４におけるRSSIが-80dBmである例においては、-70dBmの閾値を下回るため、送信許可期間長は最小値の10msecとなる。

（３）BERに基づく送信許可期間長の計算例
インターネットアクセス用の無線リンク２のBERが著しく増加した場合には、無線リンク２で多くの通信データが損失し通信できない状態となる。すなわち、BERが著しく増加した場合には無線端末H1、H2がデータを送信する機会を極力抑えることが望ましい。従って、例えば、BERがある一定の閾値を上回った場合には送信許可期間長を最小値に設定するというルールを設定する。ここで、閾値および最小値は基地局Aが内部的に管理しているものとし、本実施形態では例えば閾値は10%、最小値は10msecであるとする。また、この閾値および最小値は管理者がウェブブラウザ等を用いて基地局AのGUIにアクセスし、変更可能となるようにしてもよい。図４におけるBERが50%である例においては、10%の閾値を上回るため、送信許可期間長は最小値の10msecとなる。

（４）FERに基づく送信許可期間長の計算例
インターネットアクセス用の無線リンク２のFERが著しく増加した場合には、無線リンク２で多くの通信データが損失し通信できない状態となる。すなわち、FERが著しく増加した場合には無線端末H1、H2がデータを送信する機会を極力抑えることが望ましい。従って、例えば、FERがある一定の閾値を上回った場合には送信許可期間長を最小値に設定するというルールを設定する。ここで、閾値および最小値は基地局Aが内部的に管理しているものとし、本実施形態では例えば閾値は10%、最小値は10msecであるとする。また、この閾値および最小値は管理者がウェブブラウザ等を用いて基地局のGUIにアクセスし、変更可能となるようにしてもよい。図５におけるFERが50%である例においては、10%の閾値を上回るため、送信許可期間長は最小値の10msecとなる。

（５）無線端末接続数に基づく送信許可期間長の計算例
無線端末接続数が増加するに伴い、無線リンク３のトラフィック量が増加する可能性がある。トラフィック量が増加するに伴って送信許可期間長を拡大しなければ、基地局Aおよび無線端末H1、H2の内部でデータが破棄される可能性がある。従って、例えば、無線端末１台につき送信許可期間長を20msec延長するというルールを設定する。図５における無線端末接続数が5台である例においては、送信許可期間長は「基準値100msec＋無線端末数5台×20msec」と計算し、200msecとなる。

（６）トラフィック量に基づく送信許可期間長の計算例
トラフィック量が増加するに伴って送信許可期間長を拡大しなければ、基地局Aおよび無線端末H1、H2の内部でデータが破棄される可能性がある。従って、例えば、トラフィック量200ppsにつき送信許可期間長を20msec延長するというルールを設定する。図４におけるトラフィック量が1000ppsである例においては、送信許可期間長は「基準値100msec＋トラフィック量1000pps÷200pps×20msec」と計算し、200msecとなる。

ここでは各種基地局情報の内の１つから送信許可期間長を計算する例を示したが、以下のように、複数の基地局情報を組み合わせて計算してもよい。

例えば、送信許可期間長を最小値に設定する（１）、（２）、（３）、（４）の計算例を組み合わせる場合は、インタフェース稼動状態がDOWNである、RSSIが閾値を下回る、FERが閾値を上回る、BERが閾値を上回る、のうちいずれか１つの最小値条件が満たされれば、最小値に設定する方式を採用できる。

送信許可期間長を拡大する（５）、（６）の計算例を組み合わせる場合は、例えば、無線端末１台につき送信許可期間長を20msec延長し、さらに、トラフィック量200ppsにつき送信許可期間長を20msec延長する、というように延長期間を足し合わせる方式を採用できる。例えば、図４における無線端末接続数が5台、トラフィック量が1000ppsである例においては、送信許可期間長は「基準値100msec＋無線端末数5台×20msec＋トラフィック量1000pps÷200pps×20msec」と計算し、300msecとなる。

なお、送信許可期間長を最小値に設定する（１）、（２）、（３）、（４）の少なくとも１つ以上と、送信許可期間長を拡大する（５）、（６）の少なくとも１つ以上とを組み合わせる場合は、前者の計算結果を優先する。従って、（１）、（２）、（３）、（４）のそれぞれに対応する上記最小値条件のうちのいずれか１つが満たされれば送信許可期間長を最小値に設定し、このとき、無線端末接続数、トラフィック量がいかなる値を示していても（５）もしくは（６）の計算は行なわず送信許可期間の延長は行なわない。

電力管理部１５は、ビーコン信号の送信タイミング期間と、上記で決定した送信許可期間の間、無線通信部１６へ給電を行い、通信期間のうち送信許可期間とビーコンの送信タイミング期間以外の休止期間の間は、無線通信部１６への給電を停止するように制御する（S２４）。

以降、基地局AはS２１〜S２４を、周期的に繰り返し行う。

以下、図６を用いて、ステップS２３およびS２４の具体的な処理の流れについてさらに詳細に説明する。

図６は、図１における基地局A、無線端末H1、無線端末H2で制御信号およびデータの送受信を行なう処理の流れの一例を示している。

本例ではビーコン信号として、IEEE802.11で規定されたQuiet IE(Quiet Information Element)フィールドを含むビーコン信号を用いる。このフィールドは、データ送信の禁止を開始するオフセット時間を指定するフィールド（Quiet Offsetフィールド）と、データ送信の禁止を解除するまでの禁止時間を指定するフィールド（Quiet Durationフィールド）を含む。このビーコン信号を用いるとき、制御信号はQuiet IEのQuiet DurationフィールドおよびQuiet Offsetフィールドのデータ信号であり、送信許可期間決定部１３は、オフセット時間と、禁止時間とを計算することにより送信許可期間の設定を行う。ここでは、ビーコン信号の送信周期が500msecに設定され、オフセット時間が100msec、禁止時間が、ビーコン信号の送信周期からオフセット時間を減算した400msecと計算したとする。また、無線端末H1はパワーセーブモードが有効であり、無線端末H2はパワーセーブモードが無効であるとする。

まず、基地局Aは、無線端末H1宛のデータ（たとえばインターネット２から届いたデータ）がある旨を通知するTIMと、Quiet IEとを含めたビーコン信号を送信する（Ｓ１０１）。ビーコン信号の形式を図７に示す。Quiet IEのQuiet Durationフィールドには400msec、Quiet Offsetフィールドには100msecを設定する。これにより、ビーコン信号を受信した無線端末H1および無線端末H2に対して、受信から100msec（オフセット時間）の期間（送信許可期間）の間、データを送信することを許可し、100msec経過後からさらに400msec（禁止時間）が経過するまでの送信禁止期間の間、データの送信を停止するように仕向けることができる。なおＳ１０１で送信されたビーコン信号では、400msec経過後については、データ送信は禁止されていない。

基地局Ａはビーコン信号の送信毎にQuiet DurationおよびQuiet Offset等のパラメタ（すなわち禁止時間とオフセット時間を計算する）ことが可能である。ここで、Quiet Durationに設定する禁止時間をビーコン信号の送信周期より大きく設定することもでき、この場合、無線端末が電波干渉等により次のビーコン信号を受信できなかった場合にも、さらに次のビーコン信号の送信まで無線端末のデータの送信を抑制するように仕向けることができる。

ここで、ビーコン信号は、基地局が無線端末に対して無線リンクの存在および可用性を周期的に広告することを目的とした制御信号であり、パワーセーブモードに遷移した無線端末はビーコン信号の送信周期と同期してスリープ状態を解除して確実にビーコン信号の受信処理を行なう。従って、ビーコン信号により送信許可期間を通知する方法は、特許文献１で示した通知方法と比較して、無線端末に確実に情報を通知する上で最も適した部であると言える。

ビーコン信号を受信した無線端末H１および無線端末H２は、100msec（オフセット時間）が経過するまではデータ送信が許可される。無線端末Ｈ１は、Ｓ１０１で基地局Aから自分宛のデータをバッファリングしている旨の通知を受けたため、基地局AをポーリングするためにIEEE802.11規格で規定されたPS-Pollを送信して、自分宛のデータを基地局Aから受信し、また必要に応じてデータを基地局Aに送信する（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。パワーセーブモードが有効である無線端末H１は、データの送受信を行なった後にスリープ状態に遷移する（Ｓ１０５）。また、パワーセーブモードが無効である無線端末H２は、オフセット時間の間（送信許可期間の間）、データの送受信を行なう（Ｓ１０６、Ｓ１０７）。

なお、図６で示したデータの送受信処理の順序は一例であり、実際にはCSMA/CAの仕組みによって決まる順序に応じてデータは送受信される。

ビーコン信号の送信から100msec（オフセット時間）が経過したら、基地局Aはスリープ状態に遷移し（Ｓ１０８）、無線端末H２はデータの送信を停止する（Ｓ１０９）。さらに、次のビーコン信号を送信する送信タイミング期間になったら、基地局Aはスリープ状態を解除して（Ｓ１１０、Ｓ１１１）、ビーコン信号を送信する（Ｓ１１２）。一方、無線端末Ｈ１は、ビーコン信号の受信から100msec（オフセット時間）が経過し、さらに400msecの時間が経過する直前に、次のビーコン信号の受信（Ｓ１１２）のため、スリープ状態１１１を解除する（Ｓ１１１）。当該次のビーコン信号では前回と同じ制御信号が設定され、当該次のビーコン信号を受信した無線端末H２は、オフセット時間の間、データの送受信を再開する（Ｓ１１３）。

本実施形態ではビーコン間隔期間の開始時点から送信許可期間長の期間を送信許可期間として決定したが、送信許可期間は、ビーコン間隔期間内で分割して設定されても構わない。たとえば送信許可期間長が200 msecのとき、図６の例においてオフセット時間を100 msec、禁止時間を300 msecとし、オフセット時間100 msecの期間と、禁止時間経過後、次のビーコン信号の送信までの100 msecの期間とを送信許可期間としてもよい。

以上より、基地局Aは一定の周期で送信するビーコン信号の周期期間の間でスリープ状態に遷移して消費電力を抑えることが可能となる。また、パワーセーブモードが有効な無線端末H１は所望するデータの送受信後には速やかにスリープ状態に遷移して消費電力を抑え、パワーセーブモードが有効でない無線端末Ｈ２はオフセット時間の後、禁止時間の間データ送信を停止することで消費電力を抑えることができる。これらにより基地局Ａ、無線端末Ｈ１、Ｈ２の消費電力を同時に抑えることが可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態ではQuiet IEのQuiet DurationフィールドおよびQuiet Offsetフィールドを利用して無線端末のデータ送信を制御したが、本実施形態では、IEEE802.11規格で規定されたCF-Poll制御信号およびCF-ACK+CF-End制御信号を使用してデータ送信を制御する場合について説明する。本実施形態における基地局のブロック図および動作フロー図は第１の実施形態と同じである。本実施形態では特に制御信号生成部１４の動作が第１の実施形態と異なっており、以下では第１の実施形態との差分について説明する。

本実施形態における制御信号生成部（データ送信制御部）１４は、送信許可期間の間、無線端末Ｈ１、Ｈ２にそれぞれ個別に、データ送信を許可する送信許可フレーム（制御信号）と、データ送信を禁止する送信禁止フレーム（制御信号）とをこの順序でIEEE802.11無線通信部１０を介して送信する。これにより制御信号生成部１４は、無線端末Ｈ１、Ｈ２が送信許可フレームを受けてから送信禁止フレームを受けるまでの間のみデータ送信を行うように制御する。無線端末Ｈ１、Ｈ２は、送信禁止フレームを受けた後は、送信許可フレームを再度受信するまでデータ送信を行うことができない。

図８は、制御信号としてCF-Poll制御信号（送信許可フレーム）およびCF-ACK+CF-End制御信号（送信禁止フレーム）を使用する場合の、S２３およびS２４の具体的な処理の流れの一例を示す。CF-Poll制御信号はデータ送信の開始を指示する信号であり、たとえば上記送信許可フレームに相当する。CF-ACK+CF-End制御信号は、データ受信の肯定確認を示すと同時にデータ送信の停止を指示する信号であり、たとえば上記送信禁止フレームに相当する。送信許可期間は、ビーコン間隔期間の開始時点から連続する100msecとし、また、ビーコン信号の送信周期は500msecに設定されているものとする。また、無線端末H１はパワーセーブモードが有効であり、無線端末H2はパワーセーブモードが無効であるとする。

まず、基地局Aは、無線端末H1宛のデータがある旨を通知するTIMを含めたビーコン信号を送信する（Ｓ２０１）。

次に、基地局Ａは、ビーコン信号の送信から100msecが経過するまでは、無線端末H１および無線端末H２とデータ送受信を行なう。より詳細には、パワーセーブモードが有効である無線端末H１は、基地局AからTIMによりバッファリングしているデータがある旨の通知を受けて基地局AにPS-Poll信号を送信してデータを受信する（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。また、無線端末H１は基地局AからCF-Poll制御信号（送信許可フレーム）を受信したことを契機にデータの送信を行なう（Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６）。すなわちデータ送信の許可は基地局AがCF-Poll制御信号によりポーリングを行って与える。基地局Aは、無線端末H１からデータを受信した後、無線端末Ｈ１にCF-ACK+CF-End制御信号を送信することで、データ受信の肯定確認を無線端末Ｈ１に通知すると同時に無線端末H１に対しデータ送信の停止（禁止）を指示する（Ｓ２０７）。CF-ACK+CF-End制御信号を受けた無線端末Ｈ１はデータ送信を停止する（Ｓ２０８）。パワーセーブモードが有効である無線端末H１は、データ送信を停止した後にスリープ状態に遷移する（Ｓ２０９）。

パワーセーブモードが無効である無線端末H２は、基地局Aからデータを受信するとともに（Ｓ２１０）、基地局AからCF-Poll制御信号を受信したことを契機にデータの送信を行なう（Ｓ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３）。基地局Aは無線端末H２にCF-ACK+CF-End制御信号を送信することで、データ受信の肯定確認を無線端末Ｈ２に通知すると同時に無線端末H２に対しデータ送信の停止を指示する。CF-ACK+CF-End制御信号を受けた無線端末Ｈ２はデータ送信を停止する（Ｓ２１５）。

なお、図８で示したデータの送受信処理の順序は一例であり、実際にはCSMA/CAの仕組みによって決まる順序に応じてデータは送受信される。

ビーコン信号の送信から100msec（オフセット時間）が経過したら、基地局Aはスリープ状態に遷移し（Ｓ２１６）、次のビーコン信号の送信タイミング期間で、スリープ状態を解除し（Ｓ２１７）、ビーコン信号を送信する（Ｓ２１９）。一方、スリープ状態の無線端末Ｈ１は、次のビーコン信号の受信のため、スリープ状態１１１を解除する（Ｓ２１８）。

以上より、基地局Aはスリープ状態に遷移して消費電力を抑えることが可能となる。また、パワーセーブモードが有効な無線端末H１は所望するデータの送受信後には速やかにスリープ状態に遷移して消費電力を抑え、パワーセーブモードが有効でない無線端末Ｈ２はオフセット時間の後、データ送信を停止することで消費電力を抑えることができる。これらにより基地局Ａ、無線端末Ｈ１、Ｈ２の消費電力を同時に抑えることが可能となる。

以上のように本発明の実施形態によれば、無線システムのインフラストラクチャモードにおいて、基地局および無線端末の省電力化を同時に実現する手段を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係わる通信システムの構成例を示す図。 基地局Ａの構成例を示すブロック図。 基地局情報取得部の動作の処理の流れを示すフローチャート。 基地局情報の一例を示す図。 送信許可期間決定部、制御信号生成部、電力管理部の動作の流れを示すフローチャート。 基地局A、無線端末H1、無線端末H2間で制御信号およびデータを送受信する処理の流れの一例を示す図。 ビーコン信号の形式を示す図。 基地局A、無線端末H1、無線端末H2間で制御信号およびデータを送受信する処理の流れの他の例を示す図。

符号の説明

１：インターネット
２：３Ｇ無線リンク（第２の無線リンク）
３：IEEE802.11無線リンク（第１の無線リンク）
A：基地局（通信装置）
Z：３G基地局（第２の無線装置）
H1,H2:無線端末（第１の無線装置）
９：３G無線通信部（第２の無線通信部）
１０：IEEE802.11無線通信部（第１の無線通信部）
１１：記憶部
１２：基地局情報取得部（第１および第２の情報取得部）
１３：送信許可期間決定部（期間決定部）
１４：制御信号生成部（ビーコン送信部、通知部、データ送信制御部）
１５：電力管理部

Claims (20)

1. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信する第１の無線通信部と、
   前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信部と、
   前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定部と、
   前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知部と、
   通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理部と、
   を備えた通信装置。
2. 前記期間決定部は、直前のビーコン信号と次のビーコン信号とによって形成されるビーコン間隔期間の範囲で前記送信許可期間を決定し、
   前記通知部は、前記直前のビーコン信号を介して前記送信許可期間を通知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の無線装置との第１の無線リンクの状態を示す第１のリンク情報を取得する第１の情報取得部をさらに備え、
   前記期間決定部は、前記第１のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記第１のリンク情報は、前記第１の無線装置の台数、または、単位時間当たりのトラフィック量、またはこれらの両方であることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記第１の無線ネットワークとは別の第２の無線ネットワーク上の第２の無線装置と無線通信する第２の無線通信部と、
   前記第１および第２の無線ネットワーク間の通信を中継する中継部と、
   前記第２の無線装置との第２の無線リンクの状態を表す第２のリンク情報を取得する第２の情報取得部とをさらに備え、
   前記期間決定部は、前記第２のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
6. 前記第２のリンク情報は、前記第２の無線リンクの確立の有無、または、前記第２の無線リンクの通信品質、またはこれらの両方である
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 前記第１の無線装置との第１の無線リンクの状態を示す第１のリンク情報を取得する第１の情報取得部をさらに備え、
   前記無線ネットワークとは別の第２の無線ネットワーク上の第２の無線装置と無線通信する第２の無線通信部と、
   前記第１および第２の無線ネットワーク間の通信を中継する中継部と、
   前記装置との第２の無線リンクの状態を表す第２のリンク情報を取得する第２の情報取得部とをさらに備え、
   前記期間決定部は、前記第１のリンク情報と前記第２のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
8. 前記制御信号は、前記ビーコン間隔期間の開始時点から前記データ送信の禁止を開始するまでのオフセット時間と、前記データ送信の禁止を解除するまでの禁止時間とを指定した
   ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか一項に記載の通信装置。
9. 前記ビーコン信号は、IEEE802.11で規定されたQuiet IE(Quiet Information Element)フィールドを含み、
   前記オフセット時間と前記禁止時間とは前記Quiet IEフィールドに記載された
   ことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信を行う第１の無線通信部と、
    前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信部と、
    前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定部と、
    前記送信許可期間の間記第１の無線装置にデータ送信を許可する送信許可フレームと、前記データ送信を禁止する送信禁止フレームとを前記無線通信部を介して送信することにより前記第１の無線装置によるデータ送信を制御するデータ送信制御部と、
    通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理部と、
    を備えた通信装置。
11. 前記期間決定部は、直前のビーコン信号と次のビーコン信号とによって形成されるビーコン間隔期間の範囲で前記送信許可期間を決定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. 前記第１の無線装置との第１の無線リンクの状態を示す第１のリンク情報を取得する第１の情報取得部をさらに備え、
    前記期間決定部は、前記第１のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
13. 前記第１のリンク情報は、前記第１の無線装置の台数、または、単位時間当たりのトラフィック量、またはこれらの両方であることを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
14. 前記無線ネットワークとは別の第２の無線ネットワーク上の第２の無線装置と無線通信する第２の無線通信部と、
    前記第１および第２の無線ネットワーク間の通信を中継する中継部と、
    前記第２の無線装置との第２の無線リンクの状態を表す第２のリンク情報を取得する第２の情報取得部とをさらに備え、
    前記期間決定部は、前記第２のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
15. 前記第２のリンク情報は、前記第２の無線リンクの有無、または、前記第２の無線リンクの通信品質、またはこれらの両方である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の通信装置。
16. 前記第１の無線装置との第１の無線リンクの状態を示す第１のリンク情報を取得する第１の情報取得部をさらに備え、
    前記無線ネットワークとは別の第２の無線ネットワーク上の第２の無線装置と無線通信する第２の無線通信部と、
    前記第１および第２の無線ネットワーク間の通信を中継する中継部と、
    前記第２の無線装置との第２の無線リンクの状態を表す第２のリンク情報を取得する第２の情報取得部とをさらに備え、
    前記期間決定部は、前記第１のリンク情報と前記第２のリンク情報に基づいて前記送信許可期間を決定することを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
17. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信を行う第１の無線通信部を備えたコンピュータに実行させる通信制御方法であって、
    前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
    前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
    前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知ステップと、
    通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
    を備えた通信制御方法。
18. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信を行う第１の無線通信部を備えたコンピュータに実行させる通信プログラムであって、
    前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
    前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
    前記送信許可期間を指示する制御信号を前記ビーコン信号を介して前記第１の無線装置に通知する通知ステップと、
    通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
    をコンピュータに実行させるための通信プログラム。
19. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信を行う第１の無線通信部を備えたコンピュータにおいて実行する通信制御方法であって、
    前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
    前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
    前記送信許可期間の間記第１の無線装置にデータ送信を許可する送信許可フレームと、前記データ送信を禁止する送信禁止フレームとを前記第１の無線通信部を介して送信することにより前記第１の無線装置によるデータ送信を制御するデータ送信制御ステップと、
    通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
    を備えた通信制御方法。
20. 第１の無線ネットワーク上の第１の無線装置と無線通信を行う第１の無線通信部を備えたコンピュータに実行させる通信プログラムであって、
    前記第１の無線通信部を介して前記第１の無線装置に周期的にビーコン信号を送信するビーコン送信ステップと、
    前記第１の無線装置によるデータ送信を許容する送信許可期間を決定する期間決定ステップと、
    前記送信許可期間の間記第１の無線装置にデータ送信を許可する送信許可フレームと、前記データ送信を禁止する送信禁止フレームとを前記第１の無線通信部を介して送信することにより前記第１の無線装置によるデータ送信を制御するデータ送信制御ステップと、
    通信期間のうち前記送信許可期間と前記ビーコン信号の送信タイミング期間以外の休止期間においては前記第１の無線通信部への電力の供給を停止するように制御する電力管理ステップと、
    を備えた通信プログラム。

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