JP2010166411A - 通信装置およびネットワークインターフェイスカード - Google Patents

Abstract

【課題】 休止状態においても通信に最低限必要な情報を確実に入手しつつ、情報送信時に要する動作時間を短く抑えることによって、装置自体の消費電力を大幅に削減可能な通信装置を提供すること。
【解決手段】 主たる動作を司り、ネットワークを介して送信するフレームを構築するプロセッサと、プロセッサで動作するソフトウェアが利用するデータを格納するメインメモリと、前記ネットワークに接続するネットワークインターフェイスと、ネットワークインターフェイスで受信したフレームから特定のフレームを抽出するフレーム抽出部と、抽出されたフレームから、ネットワークを介して情報を送信するために必要な情報を抽出する情報抽出部と、情報抽出部により抽出された情報を保存する記憶部と、プロセッサがネットワークに対して情報を送信する際に、プロセッサによってメインメモリ上に構築されたフレームに対して、記憶部に保存された情報を用いて特定の情報を書き換えて、前記ネットワークインターフェイスへと送る情報置換部と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークを介して情報を送信する通信装置に関し、特に通信プロトコルにＩＰｖ６を利用し、装置の構成要素を休止状態にする機能を有して消費電力を低減する通信装置およびネットワークインターフェイスカードに関する。

ネットワークを介して情報を交換する通信装置において、消費電力を削減するために様々な省電力技術が試みられている。それらの試みの多くは、待機時にプロセッサなどの機器の構成要素を休止状態するものである。

しかしながら、通信装置を完全に休止状態してしまうと、定常的な応答が求められるプロトコルに対して応答できなくなってしまったり、他の通信装置や外的環境から取得した情報の有効期限が適切に管理できなくなるなどの問題がある。

この問題を解決しつつ消費電力を抑える方法として、特許文献１、２には受信フレームを記憶する手段と、プロセッサの処理を介することなく、受信したフレームが特定のフレームに一致するかどうかを比較する手段と、一致した場合に事前に記憶したフレームを応答として送信する通信装置が開示されている。

一方、特許文献３、４には、消費電力が異なる二つのプロセッサを備え、待機時には消費電力の小さいプロセッサでプロトコル処理を行い、所定のパケットが来た際にメインのプロセッサを起動する通信装置が開示されている。

特開平９−１６０８８２号公報 特許第３９０６８９０号公報 特開２００６−２５９９０６号公報 特開２００６−２７９８２１号公報

しかしながら、特許文献１と特許文献２に挙げた従来技術では、通信装置は外部に対して自装置の存在を継続的に示すことはできるが、自装置の状態は適切に更新できない。よって、他の通信装置や外的環境から入手した情報や状態の適切な管理を実現できない。一方、特許文献３と特許文献４に挙げた従来技術は、自装置の存在確認と情報や状態の適切な管理ができる。しかし、サブプロセッサが通信処理を継続しているため絶対的な消費電力を削減することができない。

さらに消費電力の削減を目的として積極的に休止状態を活用する通信装置を仮定したとき、もし、同装置に特別な工夫をしなかったとすると、休止状態から復帰するたびにネットワークに関連するハードウェアやソフトウェアを初期化する。例えば、既存のパソコンの多くはこのような手法を採っている。この手法は確実にネットワーク接続を再開できる反面、初期化に伴うオーバヘッドがある。これは時間的な面だけでなく、消費電力の面でも好ましくない。例えば情報の再取得に伴いパケットの送受信を行うと、パケットの生成／送信／受信待機／受信／解析／情報更新といった各処理を実施する必要がある。もし、この通信装置が太陽電池などの電力の乏しい環境での運用を想定していた場合には、このような情報の再取得処理におけるバッテリーの消耗は避けるべきである。

そこで本発明は、休止状態においても通信に最低限必要な情報を確実に入手しつつ、情報送信時に要する動作時間を短く抑えることによって、装置自体の消費電力を大幅に削減可能な通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係る通信装置は、ネットワークを介して情報を送信する通信装置であって、主たる動作を司り、前記ネットワークを介して送信するフレームを構築するプロセッサと、前記プロセッサで動作するソフトウェアが利用するデータを格納するメインメモリと、前記ネットワークに接続するネットワークインターフェイスと、前記ネットワークインターフェイスで受信したフレームから特定のフレームを抽出するフレーム抽出部と、前記フレーム抽出部により抽出されたフレームから、前記ネットワークを介して情報を送信するために必要な情報を抽出する情報抽出部と、前記情報抽出部により抽出された情報を保存する記憶部と、前記プロセッサが前記ネットワークに対して情報を送信する際に、前記プロセッサによって前記メインメモリ上に構築されたフレームに対して、前記記憶部に保存された情報を用いて特定の情報を書き換えて、前記ネットワークインターフェイスへと送る情報置換部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、休止状態においても通信に最低限必要な情報を確実に入手しつつ、情報送信時に要する動作時間を短く抑えることによって、装置自体の消費電力を大幅に削減可能な通信装置を提供できる。

本発明の第一の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図 サスペンド時に電力が供給される範囲を示す図 サスペンド時の動作シーケンスを示す図 通常時の動作シーケンスを示す図 イーサネット（登録商標）／ＩＰｖ６ネットワークで使用する場合のネットワーク構成図 記憶部１０６における情報保存状態を示す図 ルータ広告の典型例を示す図 本発明の第二の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図 第二の実施形態に係るフレーム送信時の動作シーケンスを示す図 本発明の第三の実施形態（第一の実施形態の拡張）に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の第三の実施形態（第二の実施形態の拡張）に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の第三の実施形態（第一の実施形態の拡張）に係るタイマー設定／起動に関するシーケンスを示す図 本発明の第四の実施形態（第一の実施形態の拡張）に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の第四の実施形態（第二の実施形態の拡張）に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の第四の実施形態（第一の実施形態の拡張）に係るタイマー設定／起動に関するシーケンスを示す図 生成するフレームの例を示す図

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の通信装置の構成を示すブロック図である。１００は本通信装置であり、１０１は本通信装置の主たるソフトウェアが動作するプロセッサであり、１０２は本通信装置の主たるソフトウェアやデータが保存されるメインメモリである。１０３はネットワークに送信する情報に対して宛先リンク層アドレス（ＭＡＣアドレス）や送信元ネットワーク層アドレスなどを書き換える情報置換部であり、１０４はネットワークから受信したフレームから、本通信装置にて休止状態でも処理が必要な特定のフレームを抽出するフレーム抽出部であり、１０５はフレーム抽出部１０４にて抽出したフレームから、処理が必要な情報を抽出する情報抽出部である。１０６は前記情報抽出部１０５で抽出した情報を保存するメモリであり、１０７は本装置をネットワークに接続するネットワークＩ／Ｆである。

図１は本発明に直接関連する部分以外は省略している。例えば本通信装置がネットワークを介して情報を送信するセンサーノードとして機能する場合にはセンサー部を備えていたり、永続的かつ大容量の記憶部が必要な場合にはディスク装置を備えていても良い。また、本装置の構成上、動作状態に応じてその一部分のみを稼働させることができる電源部を備える必要があるが、図１では省略している。

本実施の形態で述べる通信装置は、『動作状態』と『休止状態』の二つの動作状態を持つ。『動作状態』にある場合、原則として本通信装置を構成する全ての要素が通電状態にあり、その機能が利用できる。『休止状態』にある場合、いくつかの要素に対する給電が停止され、限定した機能だけが利用できる。図２は本発明の通信装置が、休止状態にある場合に電力を供給する部分を示すものである。休止状態では、図２の点線枠内のユニット１０４，１０５，１０６，１０７に対して電力を供給する。

はじめに第一の実施の形態において、本通信装置が休止状態にある場合に実行する一連の処理について述べる。続いて、本通信装置が動作状態にある場合に実行する一連の処理について述べる。両者を合わせることで、本通信装置の動作全体が示される。

［第一の実施の形態／休止状態のシーケンス］
図３は本発明の通信装置が休止状態にある場合の動作シーケンスである。図２で示したように、本装置は休止状態にある場合もネットワークＩ／Ｆ１０７が通電されており、ネットワークからフレームを受信できる（ステップＳ３０１）。その後、受信したフレームはフレーム抽出部１０４に送られる（ステップＳ３０２）。フレーム抽出部１０４は受信したフレームが、注目するフレーム（本装置にて休止状態であっても処理が必要なフレーム、以下『注目するフレーム』と称する）かどうかを確認する（ステップＳ３０３）。このとき、ステップＳ３０２にて通知されたフレームが注目するフレームではなかった場合、本ステップの後で処理は終了する（図３には図示せず）。引き続き、別のフレームをネットワークＩ／Ｆ１０７を介して受信し（ステップＳ３０４）、フレーム抽出部１０４（ステップＳ３０５、ステップＳ３０６）にて判断する。判断の結果、注目するフレームだったとする。この場合、フレーム抽出部１０４は、該フレームを情報抽出部１０５に通知する（ステップＳ３０７）。

情報抽出部１０５は、対象となるフレームを受け取ると、フレーム内で事前に決められた領域から情報を抽出する（ステップＳ３０８）。そして情報抽出部１０５は、抽出した情報を記憶部１０６に保存する。以上が、本通信装置が休止状態にある場合の動作である。このように、本通信装置は、ネットワークＩ／Ｆ１０７を介して受信したパケットに対して、処理すべきフレームかどうかを判断し、処理すべきものであった場合にはその中から必要な情報を抽出して、それをメモリに保存する処理を繰り返し実行する。なお、注目するフレーム以外のフレームについては、プロセッサ１０１が動作している場合には、メインメモリ１０２に格納してプロセッサ１０１で処理される。

［第一の実施の形態／動作状態のシーケンス］
図４は本発明の通信装置が動作状態にある場合の動作シーケンスである。本装置が動作状態にある場合には、原則として情報をネットワークを介して外部に送信する動作を行う。また、ネットワークを介して注目すべきフレームを受信した場合には、前述の図３に基づく処理も同様に実行するが、ここでは省略する。

はじめにプロセッサ１０１がネットワークに送信する情報を含んだフレームを作成し（ステップＳ４０１）、メインメモリ１０２に保存する（ステップＳ４０２）。保存が完了すると、プロセッサ１０１はネットワークへ送信するための送出処理を実行する（ステップＳ４０３）。なお、本実施の形態では、送出処理は情報置換部１０３とネットワークＩ／Ｆ１０７を介してフレームを送出するために必要な事前処理とする。送出処理にあたり、プロセッサ１０１から情報置換部１０３に対して当該フレームが格納されているメインメモリの領域を通知する（ステップＳ４０４）。この通知を受け取った情報置換部１０３は、当該領域からフレームを読み出す（ステップＳ４０５、Ｓ４０６）。さらに、情報置換部１０３は、フレームの領域を書き換えるために必要な情報を記憶部１０６から読み出す（ステップＳ４０７、Ｓ４０８）。その後、記憶部１０６から読み出した情報を用いて、メインメモリ１０１から読み出したフレームの事前に決められた領域を書き換える（ステップＳ４０９）。書き換えが完了すると、情報置換部１０３は、書き換えたフレームをネットワークＩ／Ｆ１０７に通知し（ステップＳ４１０）、ネットワークＩ／Ｆ１０７はフレームをネットワークに送信する（ステップＳ４１１）。以上が、本発明の通信装置が動作状態にある場合に、フレームを送信する処理の流れである。

ここで前述の送信するフレームをプロセッサ１０１で作成する際の処理（ステップＳ４０１）について補足する。図３で述べたように、本通信装置は、休止状態にあるときにネットワークや他のノードから様々な情報を受け取って、それを記憶部１０６に保存している。この情報には、次ホップとなるノードのリンク層アドレスや通信装置自身が使用可能なネットワーク層アドレスに関する情報が含まれる。ところが、図４で示したように、本通信装置でフレームを作成する際には、記憶部１０６の内容は参照していない。本通信装置では、フレームは、送信直前に情報置換部１０３にて正しい情報を持ったフレームに書き換えられる。このため、プロセッサ１０１でフレームを作成する際（ステップＳ４０１）には、ダミーの情報を用いてフレームを作成しておく。なお、このダミーの情報は情報置換部１０３にて書き換えられるため、どのような値を使用しても良い。ただし、利用するプロトコルで予約されたアドレスなどを使うことで誤動作を防ぐことができる。また、情報置換部が書き換える領域は固定であるため、書き換えの対象となるフレーム中で同じ情報が出現する場合を気にする必要は無い。

以上が、第一の実施の形態で示す本通信装置の動作である。本通信装置では、休止状態にある間に、送信の際に必要となる情報を事前に収集して記憶部１０６に格納し、動作状態に移行すると、直ちに所望の送出情報を含むフレームを作成して送信することができる。これにより、動作状態である期間の短縮を実現している。これにより、ノード全体での消費電力の削減が期待できる。

＜第一の実施の形態／ＩＰｖ６を使った具体例＞
引き続き、第一の実施の形態における本通信装置を、イーサネットとＩＰｖ６を使うネットワークにて利用する場合を例にして具体的な説明を加える。図５に本通信装置が接続するネットワークの構成図を示す。この図ではルータ５０１と本通信装置５０２がイーサネットで構成されたネットワーク５００を介して接続されている。図５は一台のルータとエンドノードで構成されているが、他のノードが接続していても良い。

［休止状態のシーケンス］
ルータ５０１はＩＰｖ６の仕様に従い、ネットワーク５００に対して定期的にルータ広告（Ｒｏｕｔｅｒ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）を送信する。一般に、ルータ広告にはネットワーク５００にて使用するＩＰｖ６プレフィックスが格納されている。ネットワーク５００に接続したＩＰｖ６ノードは、ルータ広告からＩＰｖ６プレフィックスを入手し、ステートレスアドレス自動設定により自身が使用するＩＰｖ６アドレスを生成すると共に、デフォルトルータのＭＡＣアドレスを学習する。この仕様を鑑みると、本通信装置が注目するフレームはルータ広告を運ぶイーサネットフレームとなる。ルータ５０１がネットワーク５００に対してルータ広告を送信し、本装置のネットワークＩ／Ｆ１０７に到達した後の処理について、図３で述べた動作シーケンスに従って説明する。

ネットワークＩ／Ｆ１０７に到着した（ステップＳ３０４）ルータ広告は、フレーム抽出部１０４に渡される（ステップＳ３０５）。フレーム抽出部１０４は、通知されたフレームがルータ広告であることを確認する（ステップＳ３０６）。

ここで、入力されたフレームがＩＰｖ６ルータ広告であることを確認するフレーム抽出部１０４は、容易に実現できる。一般に、判断に必要なフィールドの位置は固定されているため、ヘッダ構造の解析などは行わず、特定の領域を静的に読み出し、その値を使って判断すればよい。より具体的には、イーサネットヘッダのタイプフィールドがＩＰｖ６（０x８６ＤＤ）であること、ＩＰｖ６ヘッダのネクストヘッダフィールドがＩＣＭＰｖ６（５８）であること、ＩＣＭＰv６ヘッダのタイプフィールドが１３４、コードが０であることをそれぞれ確認すれば良い。ただし、管理者が特別な設定を施しているネットワークにおいては、ＶＬＡＮタグやＩＰｖ６オプションヘッダの挿入により、フィールドの位置が変わる可能性がある。そのような状況に対応するため、簡易に参照先を変更できるようにしても良い。

フレーム抽出部１０４による確認が完了すると、フレーム抽出部１０４はＩＰｖ６ルータ広告を含むフレームを情報抽出部１０５に通知する（ステップＳ３０７）。フレーム抽出部１０４から同フレームの通知を受けた情報抽出部１０５は、受け取ったフレームをＩＰｖ６ルータ広告であると見なし、送信元ルータのＭＡＣアドレスとプレフィックス情報を抽出する（ステップＳ３０８）。抽出する情報は、ルータ広告を送信したルータのＭＡＣアドレスとＩＰｖ６アドレス、ルータの生存期間、ＩＰｖ６プレフィックス、プレフィックス長、同プレフィックスの有効期間と推奨期間とする。ルータのＭＡＣアドレスはイーサネットヘッダの送信元アドレスから抽出しても良いし、ソースリンク層アドレスオプション（ＩＣＭＰｖ６オプションタイプ番号１）の対応するフィールドから抽出してもよい。プレフィックスに関する情報は、プレフィックスインフォメーションオプションから抽出する（ＩＣＭＰｖ６オプションタイプ番号３）。これらのオプションはＩＣＭＰｖ６パケットの中での任意の順序で出現可能であり、かつ重複して使用可能である。よって、ＩＣＭＰｖ６パケットであることを判別したら、その先のオプション領域についてはタイプフィールドに基づいて処理内容を決定できるように構成されているとする。また情報抽出部１０５は、ＩＰｖ６仕様が要求する各種検査を行うように実装してもよい。例えば、ＩＣＭＰｖ６チェックサムの確認を検査の一例として挙げることができる。一連の情報が抽出できたら、情報抽出部１０５はそれらの情報を記憶部１０６に通知し（ステップＳ３０９）、保存する（ステップＳ３１０）。

図６は記憶部１０６に各種情報が保存されている様子を示す。

６０１は前述の方法で抽出したルータのＭＡＣアドレスを保存する列であり、６０２はルータ広告の送信元アドレスであるＩＰｖ６アドレスを保存する列であり、６０３はルータ広告によって通知された生存期間（Ｒｏｕｔｅｒ Ｌｉｆｅｔｉｍｅ）を保存する列である。

６０４はルータ広告に含まれるプレフィックスインフォメーションオプションによって通知されたＩＰｖ６プレフィックスと同プレフィックスに対するプレフィックス長を保存する列であり、６０５はルータ広告に含まれるプレフィックスインフォメーションオプションによって通知されたＩＰｖ６プレフィックスに対する有効期間（Ｖａｌｉｄ Ｌｉｆｅｔｉｍｅ）を保存する列であり、６０６はルータ広告に含まれるプレフィックスインフォメーションオプションによって通知されたＩＰｖ６プレフィックスに対する推奨期間（Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ Ｌｉｆｅｔｉｍｅ）を保存する列である。６０７は当該エントリを保存した時刻を保存する列である。

図６の例では、１つのプレフィックス情報を含む１つのルータ広告を受信し、そこに含まれていた各種情報が記入されている。なお、一つのルータ広告に対して複数のプレフィックスが含まれる場合もある。そのような場合には、全てのプレフィックスを保存しても良いし、１つのプレフィックスだけを保存しても良い。１つを選択する方法としては、最初に現れたもの、最後に現れたもの、目的の通信相手に対して到達性が確認できたもの、設計時や運用時に決められた優先度の基づくものなどの方法で決定すればよい。いずれの方法を選択しても、それは設計事項であり本発明の実施の形態を制限するものではない。

なお、複数のプレフィックスを保存した場合には、送信時に適切なプレフィックスの選択を行う必要がある。この処理はＩＰｖ６で定められている標準的な手順による。

この図では表の形で保存しているが、その形式は設計事項であり本発明の実施の形態を限定するものではない。また、ＩＰｖ６プレフィックスとプレフィックス長を同一エントリに記述しているが、別々に分けて記録しても良い。情報抽出部１０５が記憶部１０６に情報を保存する際には、保存する情報が本通信装置からの情報送信に利用できることを確認した上で保存してもよい。例えば、受信したルータ広告によって通知されているルータの生存期間がゼロだった場合、同ルータはデフォルトルータとして使用できない。その場合には、ルータとしての情報（ＭＡＣアドレスやＩＰｖ６アドレス）は保存しなくてもよい。同様にプレフィックスの有効期間や推奨期間がゼロだった場合には、それらのプレフィックスは使用できないため保存しなくてもよい。一方、前述のような制約を利用する場合に確認することにして、抽出した情報をそのまま保存するようにしても良い。

図７にルータ５０１が送信し、本通信装置５０２が受信するルータ広告の典型例を示す。図中下線により記述されているフィールドは、前述の説明にあるように本通信装置のフレーム抽出部１０４ならびに情報抽出部１０５にて確認及び抽出する情報である。これまでに述べた一連の処理は、先に述べたように、プロセッサ１０１の動作状態に関係なく実行される処理である。ＩＰｖ６ネットワークではルータ広告を受け取ってプレフィックスを知り、それに基づいて自身のＩＰｖ６アドレスを生成するが、本通信装置ではプレフィックスに関する情報をプロセッサ１０１が休止状態であっても適切に収集することができる。

［動作状態のシーケンス］
続いて、プロセッサ１０１が動作状態となり、本通信装置からデータの送信を試みる場合の処理について、図４の処理シーケンスを基に、ＩＰｖ６ネットワークを例に詳細に述べる。なお、本説明にあたっては、先の受信側の説明で述べた一連の処理の後に実行される処理として述べる。

はじめにプロセッサ１０１にて、送信したい情報を含むイーサネットフレームを組み立てる（ステップＳ４０１）。この時、休止状態の処理で述べた通り、事前に設定されたダミーのＩＰｖ６プレフィックスとルータのＭＡＣアドレスを用いてフレームを作成する。作成されたダミーのアドレスを持つフレームは、メインメモリ１０２に保存される（ステップＳ４０２）。その後、プロセッサ１０１はダミーのアドレスのままで送信処理を行う（ステップＳ４０３）。

送信処理の後に、プロセッサ１０１はフレームが保存された領域の情報を情報置換部１０３に通知する（ステップＳ４０４）。この通知を受け取った情報置換部１０３は、当該領域を読み出す（ステップＳ４０５、Ｓ４０６）。

その後、ダミーのアドレスが記入された領域とそれらのアドレスに依存する領域（例えばチェックサム）を正しく更新するために、記憶部１０６に保存されている情報を読み出す（ステップＳ４０７、Ｓ４０８）。このとき読み出す情報は、ルータのＭＡＣアドレスと送信元アドレスとして使用するＩＰｖ６プレフィックスとプレフィックス長の三つが最低限必要である。その他の情報については、保存している情報や設計に依存する設計事項である。なお、記憶部１０６に保存されたエントリに複数のプレフィックスが記録されていた場合、読み出す前に適切なプレフィックスを選択してから読み出すように構成しても良いし、全てを読み出してから適切なプレフィックスを一つ選択するように構成しても良い。

読み出したＭＡＣアドレスは送信対象フレームの宛先ＭＡＣアドレスを置き換え、読み出したＩＰｖ６プレフィックスとプレフィックス長から生成したＩＰｖ６プレフィックスはＩＰｖ６ヘッダの送信元アドレスの一部を置き換える。このとき、ＩＰｖ６アドレスのインターフェイスＩＤに相当する部分を置き換える必要は無い。

基本的に、一連の置き換え処理によって置き換えられるフレーム内の領域は事前に確定している。よって、情報置換部１０６は単純な構成で実装することができる。ただし、より高い適応性を実現するために、例えばＶＬＡＮタグを伴うフレームに対する置き換えをサポートするようにしても良い。

なお、休止状態の動作に関する説明で述べた「送信時にルータやプレフィックスの使用可否を判断するように実装」しているかどうかに関わらず、読み出した情報がネットワーク上で正規に利用できるかどうかの確認を行う必要がある。具体的には、ルータやプレフィックスの有効期間を確認しなければならない。図６に示した通り、各エントリには保存時刻がある。この保存時刻と生存期間を加えた時間内に、現在時刻が入っていることを確認する。もし、有効なＭＡＣアドレスとＩＰｖ６プレフィックスおよびプレフィックス長が存在しない場合、フレーム送信処理はエラーとなり、フレームは破棄される。

アドレスの書き換えが完了したフレームは、情報置換部１０６がネットワークＩ／Ｆ１０７に通知し（ステップＳ４１０）、それを介して通信相手に送出される（ステップＳ４１１）。

図１６に本通信装置が、ＩＰｖ６とＵＤＰを使ってノード内で生成されたデータをイーサネットフレームの形で送信する際に生成する、イーサネットフレームの一例を示す。

１６０１はイーサネットヘッダであり、１６０２はＩＰｖ６ヘッダであり、１６０３はＵＤＰヘッダであり、１６０４はデータである。図１６（ｂ）に示したフィールドのうち、網掛けを施した二種類の領域について説明する。第１の領域（クロス網掛けの領域。１６０１の”Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＭＡＣ Ａｄｄｒｅｓｓ”フィールドと１６０２の”Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ”フィールドの２カ所）は、本発明の通信装置が独自に決定するダミーの値を格納する領域である。

第２の領域（左斜め斜線の領域。１６０３の”Ｃｈｅｃｋｓｕｍ”フィールド）は、前記第１の領域に依存した値が格納チェックサムはＩＰｖ６ヘッダに格納するＩＰｖ６アドレスを含めて計算した値である。本装置では、ＩＰｖ６ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓをダミーのアドレスを用いてフレームを生成するため、ＵＤＰチェックサムもダミーの値となる。

なお、ここでダミー情報とは、本来であれば接続したネットワーク上の他のノードなどの接続環境から通知される、もしくは入手可能な情報であるが、本通信装置において、それが未知であるにも関わらず処理に必要とする状況が発生した場合に、当該処理にて仮に使用される情報である。例えば、ＩＰｖ６パケットの生成には、ＩＰｖ６ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓが必要である。しかし、ノードが起動した直後はルータ広告を受信していないため、正確なＩＰｖ６アドレスが分からない（静的に設定されている場合を除く）。このアドレスが分からない状態でＩＰｖ６パケットを生成するために「ＩＰｖ６ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｅｒｅｓｓ」としてダミー情報を用いる。この際、ダミー情報はＩＰｖ６アドレスの形を持つ。同様にして、Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＭＡＣ Ａｄｄｒｅｓｓについても説明できる。

本発明の通信装置においては、ダミーの値は、情報置換部１０３にて正規の情報に書き換えられる。よって、その情報の中身は気にする必要は無い。実装に応じて、設計時に決めた特定のビット列にしてもよいし、乱数を用いて動的に生成してもよい。

以上が、本通信装置の送信処理をＩＰｖ６のネットワークに対して適用した場合の具体例である。本通信装置では、プロセッサ１０１上で動作するソフトウェアはネットワーク上で正規に使用可能なルータのＭＡＣアドレスやＩＰｖ６プレフィックスを知る必要が無い。このため、プロセッサ１０１が休止状態から動作状態に復帰した直後にネットワーク情報を再取得する必要が無い。その結果、即座に情報を含むフレームを作成して、ネットワークに送出することができる。これによって通常のＩＰｖ６ノードにて必要なルータからのアドレス取得やインターフェイスの付与といった操作が不要となり、消費電力の低減が実現できる。

＜第二の実施形態＞
第一の実施の形態では、本発明を通信装置により実施する例として述べたが、これに限らず本発明は例えばネットワークインターフェイスカードとしても実施することができる。図８は、ネットワークインターフェイスカードとして構成した場合のブロック図である。なお、第一の実施の形態と同じ機能を有する要素については同一番号を付し、説明を省略する。

８００は、本発明を実装したネットワークインターフェイスカード８０２が取り付けられる通信装置であり、８０２は、本発明を実装したネットワークインターフェイスカードであり、８０１は、プロセッサ１０１とメインメモリ１０２とネットワークインターフェイスカード８０２とを接続するバスである。

ネットワークインターフェイスカード８０２は、さらにいくつかの要素で構成される。８０３は、本ネットワークインターフェイスカード８０２を制御するとともに、バス８０１へと接続する制御部であり、８０４は、本ネットワークインターフェイスカード８０２上で実施する様々な処理においてフレームを一時的に格納するためのバッファメモリである。なお、制御部８０３とその動作は、本発明の本質ではない。他の制御機構、例えばレジスタとＤＭＡコントローラ、を用いて実現してもよい。

第一の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、ネットワークインターフェイスカードは休止状態と動作状態という二つの状態をとる。休止状態にある場合には、ネットワークＩ／Ｆ１０７、フレーム抽出部１０４、情報抽出部１０５、記憶部１０６のみが動作する。一方、動作状態にある場合には、全ての構成要素が動作する。

本ネットワークインターフェイスカード８０２は、通信装置８００の動作状態と関連して両状態の間を遷移しても良いし、独立して遷移しても良い。ただし、本ネットワークインターフェイスカード８０２が休止状態にある場合には、通信装置８００はパケットを送信できない。本実施の形態における休止状態の動作シーケンスは、第一の実施の形態における休止状態の動作シーケンスと同じであるから説明は省略する。

動作状態でフレームを送信する際のシーケンスを図９に示す。大部分は第一の実施の形態と同じであるため、異なるシーケンスについて補足する形で説明する。

プロセッサ１０１がネットワークに情報を送信する場合、ステップＳ９０４にて制御部８０３に対して送信を依頼する。この時、当該フレームを格納したメインメモリのアドレスも合わせて通知する。

制御部８０３は、プロセッサ１０１より通知されたアドレスを用いてメインメモリ１０２から当該フレームを読み出し（ステップＳ９０５）、ネットワークインターフェイス８０２のバッファメモリ８０４に格納する（ステップＳ９０６）。バッファメモリ８０４への格納が完了すると、制御部８０３は情報置換部１０３に対して情報書き換え依頼を出す（ステップＳ９０７）。この書き換え依頼では、バッファメモリ８０４上に格納された当該フレームのアドレスを渡す。

書き換えを実行する際の情報置換部８０３の動作は、第一の実施の形態と同様である（ステップＳ９０８〜ステップＳ９１０）。

情報置換部１０３は、書き換えが完了すると書き換え完了を制御部８０３に通知する（ステップＳ９１１）。この完了通知を受けた制御部８０３は、ネットワークＩ／Ｆ１０７に対して、当該フレームの送信依頼を出す（ステップＳ９１２）。このとき、バッファメモリ８０４上のアドレスを合わせて通知する。ネットワークＩ／Ｆ１０７は、通知されたアドレス情報に基づいてバッファメモリ８０４から当該フレームを読み出し（ステップＳ９１３、Ｓ９１４）、ネットワークへと送信する（ステップＳ９１５）。なお、ここでは制御部８０３が情報置換部１０３からの完了通知に基づいてネットワークＩ／Ｆ１０７に送信依頼を出す構成を説明したが、情報置換部１０３が直接、ネットワークＩ／Ｆ１０７に送信依頼を出すように構成しても良い。

本実施の形態において期待される効果は、第一の実施の形態に期待される効果に加え、本発明の実施がネットワークインターフェイスカード８０２として独立していることで、既存の通信装置に対しても容易に適用できることである。この場合、通信装置で動作するソフトウェアに対しては、ＩＰｖ６アドレスやデフォルトルータのＭＡＣアドレスといったダミーの情報を事前に設定しておけば、即座に送出フレームの生成が可能になり、本発明のポイントである動作状態の時間を抑制することが可能である。

＜第三の実施形態＞
続いて第三の実施の形態について説明する。この実施の形態は第一もしくは第二の実施の形態に対する改良である。本実施の形態では、全二つの実施の形態に加えて、さらに消費電力の削減を試みるものである。より具体的には、休止状態にある当該部分に対して電力を連続的に供給するのではなく、タイマーによる時間管理を導入する。内部で保存している情報を更新する必要が生じるタイミングに合わせて電力を供給することで、より省電力化を図ろうとするものである。

本実施の形態のブロック図を図１０および図１１に示す。図１０は第一の実施の形態の拡張であり、図１１は第二の実施の形態の拡張である。両図とも、新たにタイマー起動部１００１（１１０１）が追加されている点が相違している。

本実施の形態で追加されたタイマー起動部１００１（１１０１）は、外部から待機する時間を指定される機能と、指定された時間が経過した後に電源部をＯＮする機能と、電源をＯＮにした後に一定期間が経過したらＯＦＦする機能を持つ。

タイマー起動部１００１（１１０１）は、各図の点線枠内の要素の電源を管理する。その他の部分はこれまでと同様に管理される。タイマー起動部１００１（１１０１）によって電源がＯＦＦにされた状態は、従来の休止状態よりもさらに少ない要素に対してのみ通電された状態となる（本実施の形態ではタイマー起動部だけが通電されている）。以降、この状態を『準停止状態』と呼ぶことにする。なお、図１０及び図１１において、タイマー起動部１００１（１１０１）から各構成要素へと向かう電源制御部は省略している。タイマー起動部１００１（１１０１）は、情報抽出部１０５と接続されており、抽出した情報の全部または一部を参照する。一般に、ネットワークを介して通知される情報には有効期間が設けられている。本実施の形態では、注目するパケットに情報と共に格納されているこれらの値を用いて、タイマーを設定する。例えば、ＩＰｖ６を用いるネットワークであれば、情報抽出部１０５で抽出したルータ生存期間、プレフィックス有効期間、プレフィックス推奨期間のうちもっとも小さいものを選択すればよい。なお、実際にタイマーに設定する値は抽出した値よりも若干小さくする。こうすることで保存している情報が無効になるのを避けることができる。その結果、広告された情報が有効である間は準停止状態を維持し、情報が無効になる時刻が近づくとタイマー起動部１００１（１１０１）によって（第一ならびに第二の実施の形態の）休止状態へと遷移するという利用が可能となる。

さらに、タイマーを設定するにあたり、本装置上で実行されるアプリケーションの動作を考慮しても良い。例えば、定期的に情報を送信するアプリケーションが含まれる場合、当該アプリケーションの情報送信間隔をも加味して最も小さい期間を選択するようにしても良い。このアプリケーションの情報は、プロセッサ１０１からタイマー起動部１００１（１１０１）に伝えられる（図１０および図１１では、プロセッサ１０１とタイマー起動部１００１（１１０１）との間の接続は図示省略している）。

図１２に本実施の形態の動作シーケンスを示す。ただし、第一並びに第二の実施の形態におけるシーケンス図とほぼ同一であるため、タイマーに関する部分だけを補足する形で示す。また、図１２のシーケンス図は、要素の電源がＯＮの場合は太枠にて記した。これまでの図３に示した動作に加え、ステップＳ１２０１〜ステップＳ１２０５が追加されている。情報抽出部１０５が抽出した情報は記憶部１０６に通知されると共に、タイマー起動部１００１（１１０１）にも通知される（ステップＳ１２０１）。タイマー起動部１００１（１１０１）では、通知された情報から適切と思われる値をタイマーにセットする（ステップＳ１２０２）。ここで適切の判断は、前述の通り、ＩＰｖ６を用いるネットワークであればルータ生存期間、プレフィックス有効期間、プレフィックス推奨期間のうち最も短いもの（よりも若干短い値）という規則に基づいて決定する。この規則はタイマー起動部１００１（１１０１）に対して事前に決められているものとする。ただし、これは設計事項であり、柔軟に規則を規定できるようにしても良い。タイマーをセットし終えると、タイマー起動部１００１（１１０１）は電源部を制御し、装置内の各部の電源をＯＦＦにする（ステップＳ１２０７）。この状態が準停止状態である。この後、タイマー起動部１００１（１１０１）は、設定したタイマーが切れるまで外部に影響を与えない形で待機する。

タイマー起動部１００１（１１０１）は自身のタイマーが切れたことを確認すると（ステップＳ１２０８）、電源部を制御し、装置内各部の電源をＯＮにする（ステップＳ１２０９）。これにより、準停止状態から休止状態に復帰する。

なお、記憶部１０６の電源を切る際には、記憶部１０６を構成するメモリ素子によって対応方法を変える必要がある。例えば、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリを利用する場合にはバッテリーによるバックアップを用いるか、タイマー起動部と同様に通電状態を保つ必要がある。一方、フラッシュメモリやＭＲＡＭやＦｅＲＡＭといった不揮発性メモリを用いる場合はバックアップは不要であり、電源をＯＦＦにできる。このように、本実施の形態では、抽出する情報に関連づけられた時間情報に基づいてタイマーを設定して準停止状態に入る。そして、同タイマーが切れることを契機に休止状態に復帰する。これにより、第一ならびに第二の実施の形態よりも多くの要素の電源をＯＦＦにすることができる。その間、送信に必要な情報は有効期限内に保たれるため、速やかな送信処理の実行による動作状態にある時間の短縮という効果も得ることができる。よって、より消費電力を削減することができる。

＜第四の実施形態＞
実施の形態３をさらに拡張した第四の実施の形態について説明する。本実施の形態は、タイマー起動部にセットするタイマーの時間を注目するフレームを受信する間隔に基づいて決めることにより、第一もしくは第二の実施の形態よりも消費電力の削減を計るものである。

本実施の形態におけるブロック図を、それぞれ図１３と図１４に示す。図１３は第一の実施の形態に由来するものであり、図１４は第二の実施の形態に由来するものである。

図１３と図１４には、それぞれ間隔検出部１３０１（１４０１）が追加されている。間隔検出部１３０１（１４０１）は、フレーム抽出部１０４が注目するフレームを抽出した旨を受け付ける機能と、前記抽出した旨を複数回受けたときにそれらの間隔を検出する機能と、検出した間隔をタイマー起動部１００１（１１０１）へ通知する機能を有する。これにより、ネットワーク内のノードが定期的に情報を通知するプロトコルを用いている場合、当該通知を受信する間隔に基づいてタイマーを設定する。

例えば、ＩＰｖ６を使うネットワークにて本装置を利用する場合、フレーム抽出部１０４はＩＰｖ６ルータ広告を抽出する。ＩＰｖ６ルータ広告はルータから定期的に送信されているため、フレーム抽出部１０４もルータ広告を定期的に抽出する。さらに抽出したルータ広告を情報抽出部１０５へと通知する際に、間隔検出部１３０１（１４０１）はルータ広告を抽出したと認識する。この通知が複数回行われた時に一つ前の通知との間隔を検出するものである。

また、検出間隔部１３０１（１４０１）で検出した間隔をタイマー起動部１００１(１１０１）に通知することで、本装置の準停止状態から休止状態への遷移のタイミングとＩＰｖ６ルータ広告を受信する間隔とを同期させることができる。図１５に本実施の形態の動作シーケンスを示す。ただし、第一ならびに第二の実施の形態におけるシーケンス図とほぼ同一であるため、間隔検出部１３０１とタイマー起動部１００１に関する部分だけを補足する形で示す。また、図１５のシーケンス図は、要素の電源がＯＮの場合は太枠にて記した。

はじめにネットワークＩ／Ｆからフレーム検出部１０４に対して受信したフレームが通知される（ステップＳ３０５）。これを受け、フレーム検出部１０４は該フレームが注目すべきフレームかどうかを判断する（ステップＳ３０６）。注目すべきフレームではなかった場合、ここで処理を終了する（図省略）。

注目すべきフレームだった場合、受信したフレームを情報抽出部１０５に通知する（ステップＳ３０７）。その際、通知する信号を間隔検出部１４０１は検出し、受信した旨を認識する（ステップＳ１５０１）。なお、ステップＳ１５０１の操作では、受信したフレームの通知そのものを認識しているが、専用の通知を送っても良い。

注目フレームを受信したことが分かった間隔検出部１４０１は、前回検出した時刻と今回検出した時刻の差分を求め（ステップＳ１５０２）、タイマー起動部１００１へその差分を通知する（ステップＳ１５０３）。なお、初めて検出した場合には、タイマー起動部１００１への通知は行わず、ステップＳ１５０２の後で終了する。また、検出した時刻は間隔検出部１４０１の内部に最新の検出時刻のみを保存する。

以降の動作は、第三の実施の形態と同様である為、省略する。

第三ならびに第四の実施の形態において、タイマー起動部１００１（１１０１）により準停止状態から休止状態へ遷移した後、一定期間に注目すべきフレームが受信できた場合に限り、タイマー起動部１００１（１１０１）は再び各部の電源をＯＦＦにして本通信装置１００もしくはネットワークインターフェイスカード８０２を準停止状態へと遷移させる。

もし、該当するフレームを受信したことを検出できなかった場合（図１２であればステップＳ１２０１、図１５であればステップＳ１５０３が実行されなかった場合）、それを検出するまで待機してもよい。これにより、起動タイミングのずれによる情報の取りこぼしを防ぐことができる。このように、本実施の形態では、注目するフレームの受信間隔に基づいてタイマーを設定して準停止状態に入る。そして、同タイマーが切れることを契機に休止状態に復帰する。これにより、第一ならびに第二の実施の形態よりも多くの要素の電源をＯＦＦにすることができる。その間、送信に必要な情報は有効期限内に保たれるため、速やかな送信処理の実行による動作状態にある時間の短縮という効果も得ることができる。よって、より消費電力を削減することができる。また、第三の実施の形態よりも多くの注目するフレームを受信するため、より安定した情報の維持が期待できる。

＜送信処理を契機とする準停止状態／休止状態からの遷移＞
本発明を実施する通信装置もしくはネットワークインターフェイスカードは、プロセッサ１０１が主導する送信処理によって準停止状態もしくは停止状態から動作状態へと遷移する。これは、例えばプロセッサ１０１が管理する割り込み信号の活性化などを契機として実行される。これを実現するため、本発明を実施する通信装置もしくはネットワークインターフェイスカードは、プロセッサ１０１や制御部８０３から電源部を制御できる仕組みを有する（一連の説明では図に記していない）。また、第三もしくは第四の実施の形態においては、電源部は、プロセッサ１０１や制御部８０３から制御される場合とタイマー起動部１００１（１１０１）から制御する場合とがある。これらの間での矛盾を防ぐために適切な排他制御機構と動作状態管理機構（現在の動作状態を保存するレジスタなど）が必要である（いずれも図中省略）。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００…通信装置，
１０１…プロセッサ，
１０２…メインメモリ，
１０３…情報置換部，
１０４…フレーム抽出部，
１０５…情報抽出部，
１０６…記憶部，
１０７…ネットワークＩ／Ｆ

Claims (12)

1. ネットワークを介して情報を送信する通信装置であって、
   主たる動作を司り、前記ネットワークを介して送信するフレームを構築するプロセッサと、
   前記プロセッサで動作するソフトウェアが利用するデータを格納するメインメモリと、
   前記ネットワークに接続するネットワークインターフェイスと、
   前記ネットワークインターフェイスで受信したフレームから特定のフレームを抽出するフレーム抽出部と、
   前記フレーム抽出部により抽出されたフレームから、前記ネットワークを介して情報を送信するために必要な情報を抽出する情報抽出部と、
   前記情報抽出部により抽出された情報を保存する記憶部と、
   前記プロセッサが前記ネットワークに対して情報を送信する際に、前記プロセッサによって前記メインメモリ上に構築されたフレームに対して、前記記憶部に保存された情報を用いて特定の情報を書き換えて、前記ネットワークインターフェイスへと送る情報置換部と、
   を具備することを特徴とする通信装置。
2. 前記ネットワークインターフェイス、前記フレーム抽出部、前記情報抽出部および前記記憶部が、前記プロセッサおよび前記メインメモリの動作状態とは無関係に動作することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記プロセッサが送信する情報を前記メインメモリ上に生成する際に、前記ネットワークインターフェイスを介して接続するネットワークとは無関係に事前に設定された情報を用いてフレームを作成し、前記情報置換部によって前記接続するネットワークに合わせた情報に書き換えられた後に送信することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
4. 前記フレーム抽出部で抽出するフレームはＩＰｖ６のルータ広告であって、前記情報抽出部により抽出された情報は、少なくとも該ルータ広告に含まれるＩＰｖ６プレフィックスとルータのＭＡＣアドレスであることを特徴とする請求項３記載の通信装置。
5. 主たる動作を司り、ネットワークを介して送信するフレームを構築するプロセッサと、前記プロセッサで動作するソフトウェアが利用するデータを格納するメインメモリと、前記メインメモリとプロセッサとを接続するバスとにより構成され、ネットワークを介して情報を送信する通信装置に対して、前記バスに接続して用いるネットワークインターフェイスカードであって、
   前記バスに接続される制御部と、
   前記制御部を介して前記メインメモリとの間で交換する情報を一時的に蓄えるバッファメモリと、
   前記ネットワークに接続されるネットワークインターフェイスと、
   前記ネットワークインターフェイスで受信したフレームから特定のフレームを抽出するフレーム抽出部と、
   前記フレーム抽出部で抽出したフレームから、前記通信装置が前記ネットワークを介して情報を送信するために必要な情報を抽出する情報抽出部と、
   前記情報抽出部が抽出した情報を保存する記憶部と、
   前記バッファメモリに送信のために蓄えられたフレームに対して、前記記憶部に保存された情報を用いて特定の情報を書き換える情報置換部と、
   を具備することを特徴とするネットワークインターフェイスカード。
6. 接続している通信装置の動作状態とは無関係に動作することを特徴とする請求項５記載のネットワークインターフェイスカード。
7. 前記ネットワークインターフェイス、前記フレーム抽出部、前記情報抽出部、および前記記憶部は、前記プロセッサが休止状態にある場合には、それに合わせて電源が切れた状態になり、
   前記情報抽出部により抽出された情報に基づいて有効期間を設定し、該有効期間が切れたときに前記ネットワークインターフェイス、前記フレーム抽出部、前記情報抽出部、および前記記憶部に電源を供給するように指示するタイマー起動部をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
8. 前記ネットワークインターフェイス、前記フレーム抽出部、前記情報抽出部、および前記記憶部は、該ネットワークインターフェイスカードが接続する通信装置が休止状態にある場合には、それに合わせて電源が切れた状態になり、
   前記情報抽出部により抽出された情報に基づいて有効期間を設定し、該有効期間が切れたときに前記ネットワークインターフェイス、前記フレーム抽出部、前記情報抽出部、および前記記憶部に電源を供給するように指示するタイマー起動部をさらに具備することを特徴とする請求項６記載のネットワークインターフェイスカード。
9. 前記フレーム抽出部により特定のフレームを抽出するタイミングを検出する間隔検出部をさらに具備し、
   前記間隔検出部が検出した間隔を用いて前記有効期間を設定することを特徴とする請求項７記載の通信装置。
10. 前記フレーム抽出部により特定のフレームを抽出するタイミングを検出する間隔検出部をさらに具備し、
    前記間隔検出部が検出した間隔を用いて前記有効期間を設定することを特徴とする請求項８記載のネットワークインターフェイスカード。
11. 前記記憶部が不揮発性メモリで構成されていることを特徴とする請求項２または７または９のいずれかに記載の通信装置。
12. 前記記憶部が不揮発性メモリで構成されていることを特徴とする請求項６または８または１０のいずれかに記載のネットワークインターフェイスカード。

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