JP2013500656A - 移動端末をアクセスポイントとして動作させる方法および対応する移動端末 - Google Patents

Abstract

移動端末をアクセスポイントとして動作させる方法を提供する。前記アクセスポイントは１つ以上の関連するクライアントステーションとともにネットワークを構成し、前記アクセスポイントはアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードを有し、前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションへ通信パラメータをシグナリングするために、定期的な間隔でビーコンフレームをブロードキャストする。前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルに基づいて、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させることによって前記通信パラメータを調節することを特徴とする。また、対応する移動端末が開示される。

Description

本発明は、移動端末をアクセスポイントとして動作させる方法に関する。前記アクセスポイントは１つ以上の関連するクライアントステーションとともにネットワークを構成し、前記アクセスポイントはアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードを有し、前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションへ通信パラメータをシグナリングするために、定期的な間隔でビーコンフレームをブロードキャストする。

また、本発明は移動端末に関する。該端末はアクセスポイントとして動作し、前記アクセスポイントは１つ以上の関連するクライアントステーションとともにネットワークを構成し、前記アクセスポイントはアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作を実行し、前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションへ通信パラメータをシグナリングするために、定期的な間隔でビーコンフレームをブロードキャストする。

近年、例えば携帯電話、ラップトップコンピュータ、カメラあるいはタブレット端末等のワイヤレスあるいはハンドヘルドデバイスをアクセスポイント（ＡＰ）として作用するように動作させることが一般的に知られるようになっている。これは、クライアント端末との一対一接続を可能とするため、あるいは、複数のクライアント端末からなるグループを同時接続可能とするためである。その結果、従来は、関連するクライアントステーションのセットにサービスするアクセスポイントによってインターネット接続を提供するために主としてＷｉ−Ｆｉ技術が使用されてきたが、現在、Ｗｉ−Ｆｉ業界には、より直接的なデバイス間接続を常に考慮する傾向がある。

典型的な応用場面としては、例えば、移動端末が、アクセスポイントなしで別の移動端末、プリンタ、デジタルカメラあるいはディスプレイと直接通信する場合がある。この技術的問題に対する１つの解決法は、ＡＰ／クライアントの両方の機能をサポート可能なデバイスを設計することである。以下、この技術をソフトＡＰと称する。この技術によれば、移動端末は、アクセスポイントが存在するときは通常のクライアントとして作用するが、アクセスポイントが存在しないときには、移動端末は従来型のアクセスポイントとしてふるまうことで、例えばカメラ、プリンタあるいはディスプレイのような他のデバイスとの通信を確立する。

もう１つの可能性は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準で規定されているＩＢＳＳ（Independent Basic Service Set）機能（アドホックモード）を利用することである。しかし、ソフトＡＰによる解決法と比べた場合のこのアプローチの欠点は、例えば一部のＷｉ−Ｆｉカメラのように、すでに市販されている多くのデバイスがＩＢＳＳモードをサポートしていないことである。この問題は、ソフトＡＰによる解決法には存在しない。というのは、旧型（レガシー）デバイスは、ソフトＡＰ移動端末を単に従来型のアクセスポイントとして認識するからである。

しかし、ソフトＡＰ技術が移動端末に適用されると、電力消費に関する重大な問題が生じる。従来の静止基地局は、電源に常時接続されているのでエネルギー供給に関しては問題ないのに対して、移動端末の場合、通常はバッテリ駆動であるため、アクセスポイントとして作用すると、デバイスのバッテリを急速に消耗するという問題が生じる。その理由は、Ｗｉ−Ｆｉプロトコルは、アクセスポイントが常時アウェイク状態でチャネルをリスンしているという仮定に基づいて設計されているからである。その結果、ＷＬＡＮ無線をオンに保持すると、移動端末の場合にはバッテリ時間が急激に短くなる。したがって、すべてのこのようなデバイスは、アクセスポイントとして作用する際には電源効率が高い必要がある。しかし、アクセスポイントとして（例えばＷｉ−Ｆｉアクセスポイントとして）作用するワイヤレス端末を省電力のためにスリープ状態に設定すると、接続されているクライアントによって経験されるサービス品質（ＱｏＳ）の劣化を引き起こす危険を伴う。例えば、無線のオン・オフを切り替えると、アクセスポイントの無線がオフのときに関連するステーションがデータパケットを送信した場合には、アップリンクにおけるデータパケット送信を損失する危険がある。これは、一部の重要なパケット（例えば、ウェブページをダウンロードするためのコネクションを開始するＴＣＰ ＳＹＮ）が失われる場合に、ユーザエクスペリエンスを大きく劣化させる。

したがって、本発明の目的は、頭書のような方法および移動端末において、実施の容易なメカニズムを使用することにより、接続されているクライアント端末によって経験される性能およびＱｏＳを実質的に劣化させることなく、アクセスポイントとして作用する移動端末の効率的かつフレキシブルな省電力を達成するような改良およびさらなる展開を行うことである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、以下のことを特徴とする。すなわち、前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルに基づいて、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させることによって前記通信パラメータを調節する。

また、上記の目的は、請求項１２の構成を備えた移動端末によって達成される。この請求項に記載の通り、本移動端末は、以下のことを特徴とする。すなわち、前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルに基づいて、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させることによって前記通信パラメータを調節する。

本発明は、無線のオン・オフを切り替えると、アクセスポイントの無線がオフのときに関連するステーションが送信をした場合には、アップリンクにおけるデータパケット送信を損失する危険があることを考慮する。これに関して、本発明によって初めて認識されたこととして、関連するステーションがアップリンクパケットを再送するために要する時間は、アクセスポイントがスリープモードにある間に関連するステーションがパケットを廃棄する確率を低減する効果とともに増大する可能性がある。具体的に認識されたこととして、この効果は、ネットワークにおけるアクティビティのレベルに応じてネットワークへの関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速することによって通信パラメータを調節するアクセスポイントによって実現することができる。こうすることにより、接続されているクライアントステーションによって経験される性能およびＱｏＳを実質的に劣化させることなく、アクセスポイントとして機能する移動端末の効率的かつフレキシブルな省電力が達成される。

好ましい実施形態によれば、ネットワークにおけるアクティビティのレベルは、アクセスポイントによって検出されてもよい。アクセスポイントは、関連するクライアント端末との通信全体（アップリンクおよびダウンリンク）を何らかの方法で知っているエンティティである。このため、ネットワークにおけるアクティビティのレベルを測定する追加的エンティティを導入することは、可能ではあるが、不要である。

別の好ましい実施形態によれば、アクセスポイントは、ネットワークにおけるアクティビティのレベルが所定しきい値を下回る場合に、アウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードに入るように構成されてもよい。このしきい値を調整することにより、消費電力低減の程度を変えることが可能となる。しきい値は、与えられた期間にネットワークにおけるアクティビティが全くない場合にのみ、アクセスポイントがアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードに入るように設定されることも可能である。

さらに、アクセスポイントがアウェイク／スリープ期間を交替させる動作モードに入る前に、ネットワークにおけるアクティビティのレベルは、所定期間の間、上記のしきい値を下回らなければならないとしてもよい。一方では、期間が短ければ、電力消費の低減は向上するが、データパケットを損失する確立が増大する。他方では、期間が長ければ、関連するクライアントステーションからさらにデータパケットが送信される可能性が低くなるので、データパケットを損失する危険は減少するが、アクセスポイントの電力消費は短期間の場合と比べて高くなる。

有利な態様として、アクセスポイントは、ネットワークにおけるアクティビティがない場合、所定期間の間、アウェイク状態に留まるように構成されてもよい。これにより、送信データパケットを損失する確率をさらに低減させることが可能となる。その所定期間が経過してもトラフィックを検知しない場合、アクセスポイントは、再びアウェイク／スリープ交替モードに復帰してもよい。

具体的実施形態によれば、アクセスポイントによってブロードキャストされるビーコンに含まれる通信パラメータは、コンテンションウィンドウ、データレートおよび／または再送回数を含んでもよいが、これらに限定されない。このような場合に、アクセスポイントは、ネットワークへの関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させるために、パラメータのいずれかまたはその組合せ（例えばコンテンションウィンドウ）を調節してもよい。通信パラメータは、ネットワークへのアクセスを減速させるＱｏＳコンフィグレーションの形式でビーコンフレームでブロードキャストされてもよい。低速のＱｏＳコンフィグレーションは、関連するクライアントステーションの再送タイムアウト数を統計的に増大させる可能性がある。こうすることにより、アクセスポイントがアウェイク状態にあるときにいずれかの再送が起こる確率も上昇する可能性がある。

有利な態様として、関連するクライアントステーションは、Ｗｉ−Ｆｉワイヤレスマルチメディア（Wireless MultiMedia, ＷＭＭ）仕様をサポートするように構成されてもよい。ＷＭＭは、Ｗｉ−Ｆｉアライアンス（Wi-Fi Alliance）のＱｏＳ保証である．ＷＭＭ仕様において、アクセスポイントは、関連するステーションによって使用されるＱｏＳパラメータ（例えばコンテンションウィンドウ）を制御することができる。したがって、アクセスポイントは、関連するクライアントステーションによってパケットを廃棄するために使用される時間を制御する手段を有する。現在、アクセスポイントでない市販のＷｉ−Ｆｉ認定デバイスの２５％はＷＭＭ認定されている。したがって、ＷＭＭ仕様をサポートするように関連するクライアントステーションを構成することにより、ＷＭＭによって規定される通信パラメータは、本発明による方法によって使用されるものとなり得る。

具体的実施形態によれば、アクセスポイントがアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードに入る場合に、ネットワークへの関連するクライアントステーションのアクセスが減速される。これは、関連するステーションがアップリンクパケットを再送するのに要する時間を増大させる効果を有する。したがって、アクセスポイントがスリープ期間やスリープモードにある間に関連するステーションがパケットを廃棄する確率が低減される。

有利な態様として、ネットワークにおけるアクティビティが検出されるとすぐに、ネットワークへの関連するクライアントステーションのアクセスが加速されてもよい。これにより、送信データパケットが損失する確率をさらに低減させることができる。

スリープモードにあるときに関連するステーションからの散発的な送信に失敗する確率を低減することに関して、アクセスポイントは、関連するクライアントステーションに対して、ネットワークへのアクセスコンフィグレーションが異なる少なくとも２つの動作モード間で切り替わるように構成されてもよい。これにより、標準のＷＭＭメカニズムを使用可能なこれらの相異なるＱｏＳコンフィグレーションを規定することによって、アクセスポイントは、クライアントステーションがネットワークにアクセスする方法を制御することができる。「アクティビティなしＱｏＳコンフィグレーション」により、アクセスポイントは、関連するステーションのネットワークへのアクセスを減速させてもよい。これは、関連するステーションがアップリンクパケットを再送するのに要する時間を増大させる効果を有するので、アクセスポイントがスリープモードにある間に関連するステーションがパケットを廃棄する確率が低減される。アクセスポイントは、ネットワークにトラフィックがあることを検出するとすぐに、良好なユーザエクスペリエンスを提供するために、適当なＱｏＳコンフィグレーションである「アクティビティＱｏＳコンフィグレーション」を設定または再設定する。

別の好ましい実施形態によれば、ネットワークにおけるアクティビティが検出されるとすぐに、アクセスポイントは、ネットワークへのアクセスが減速される前に使用されていたアクセスコンフィグレーションの通信パラメータを復元してもよい。

別の好ましい実施形態によれば、アクセスポイントは、アウェイク期間およびスリープ期間の長さが異なる少なくとも２つの相異なるアウェイク／スリープパターンをサポートするように構成されてもよい。例えば、アクセスポイントは、中程度の省電力ストラテジおよび積極的な省電力ストラテジのサポートおよび／または切替を行うように構成されてもよい。より細かくスケールを細分化することも考えられる。これにより、フレキシビリティに関して顕著に良好な効果が提供され、消費者の需要に応えることが可能となる。

本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。

本発明の一実施形態による方法によって適用される、アウェイク期間およびスリープ期間を交替させるアクセスポイントの省電力動作モードの模式図である。 本発明の一実施形態による方法の適用場面の模式図である。 相異なるアウェイク／スリープパターンで本発明の一実施形態による方法を適用する利点を例示する図である。

図１は、アクセスポイントによって適用される省電力動作モードの模式図を示している。図１において、アクセスポイントは、アクセスポイントとして作用する移動端末である。すなわち、移動端末は、ソフトウェアアクセスポイントとして、ＡＰ／クライアントの両方の機能を実装している。以下、このアクセスポイントをソフトＡＰと称する。ソフトＡＰは、定期的な間隔でビーコンフレームを送信する。さもなければ、関連するステーションは切断される。また、ソフトＡＰは、ネットワークにおけるアクティビティのレベルを検出するメカニズムを実装している。ソフトＡＰは、ネットワークにおけるアクティビティがないか、またはアクティビティレベルが低いことを検出した場合、図１でＴａｗａｋｅおよびＴｓｌｅｅｐとして示されているアウェイク期間およびスリープ期間を交替させることによって、電力消費を低減する。

ソフトＡＰでは、無線のオン・オフを切り替えると、ソフトＡＰの無線がオフのときに関連するステーションが送信をした場合には、アップリンクにおけるデータパケット送信を損失する危険がある。関連するクライアント端末から見ると、Ｗｉ−Ｆｉネットワークにおいてパケットを廃棄する手順は以下の通りである。まず、再試行限界を設定する。これは通常、７回の再試行に設定される。パケットを送信した後、応答を受信しない場合、ステーションは、そのコンテンションウィンドウＣＷを２倍にし、０から２×ＣＷ−１までの乱数Ｘをとる。Ｘ個のタイムスロットを待機した後、ステーションは再送を行う。パケットが再び失われた場合、コンテンションウィンドウが最大値ＣＷｍａｘに達するまでこの手順を繰り返す。これにより、上記の方式から明らかであるが、ステーションがパケットを廃棄するのに要する時間は、そのコンテンションウィンドウＣＷの初期値によって明確に定まる。

また、注意すべき点であるが、ＷＭＭにおいて、ソフトＡＰは、関連するステーションによって使用されるＱｏＳパラメータ（例えばコンテンションウィンドウＣＷ）を制御することができる。したがって、ソフトＡＰは、トラフィックがネットワークにおいてどのように送信されるかを制御し、その結果として、関連するクライアントステーションによってパケットを廃棄するために使用される時間を制御する手段を有する。本発明による方法は、ソフトＡＰのＷＬＡＮ無線がオフの間のアップリンク損失確率を低減するために、この効果を利用する。

図２は、本発明の一実施形態による方法の適用場面の模式図である。図２は、アクセスポイントとして作用する移動端末（ソフトＡＰ）および関連するＷＭＭステーションを示している。ソフトＡＰは、関連するＷＭＭステーションに対して、ネットワークへの２つの相異なるアクセスコンフィグレーションを有する２つの動作モード間で切り替わるように構成される。２つの相異なるアクセスコンフィグレーションは、スロット時間が２０マイクロ秒でコンテンションウィンドウが大きい低速ＷＭＭ設定を有するコンフィグレーションと、スロット時間が９マイクロ秒でコンテンションウィンドウはより小さい標準ＷＭＭ設定を有するコンフィグレーションを含む。

図２の例示した適用場面において、ソフトＡＰは、ネットワークにおけるアクティビティがないとき、省電力のためにアウェイク期間とスリープ期間を交替させる。さらに、ソフトＡＰは、ネットワークへのアクセスを減速するＱｏＳコンフィグレーション（例えば、すべてのアクセスカテゴリに対してパラメータＣＷ＝１０２３）をビーコンでブロードキャストする。低速ＱｏＳコンフィグレーションは、関連するＷＭＭステーションの再送タイムアウト数を（統計的に）増大させる。これにより、ソフトＡＰがアウェイク状態にあるときにいずれかの再送が起こる確率も増大する。ソフトＡＰは、アウェイク状態に切り替わり、媒体におけるアクティビティを検出すると、標準ＱｏＳコンフィグレーションを直ちに復元し、アウェイク状態に留まって、関連するＷＭＭステーションからのより多くのトラフィックを待機する。一定時間が経過してもトラフィックを検知しない場合、ソフトＡＰは、アウェイク／ドーズ交替状態に復帰し、低速ＱｏＳコンフィグレーションを再びブロードキャストする。こうして、図２に例示した本発明の実施形態は、レガシーＷｉ−Ｆｉ ＷＭＭデバイスと互換性のあるＬ２メカニズムを導入する。これにより、アップリンクデータ送信を損失する確率を低減すると同時に、アクセスポイントとして作用する移動端末における省電力を向上させることができる。

図３は、本発明の一実施形態による方法の評価結果を例示する図である。この評価は、シミュレーション（ＯＰＮＥＴ）によって実行された。具体的には次のような実験を考察した。ソフトＡＰに関連づけられたＷＭＭステーションが複数のＴＣＰコネクションを開始し、本発明による方法を適用した場合としない場合に対する損失したパケット（初期ＴＣＰ ＳＹＮ）の比を、相異なるアウェイク／スリープパターンに対して測定した。

図３のグラフでは、３つの相異なるアウェイク／スリープパターンを比較している。
１）軽い省電力。ソフトＡＰは、ビーコンの後、７０ｍｓアウェイク状態に留まり、その後、次のビーコンまで３０ｍｓスリープする。
２）中程度の省電力。ソフトＡＰは５０ｍｓアウェイク状態に留まり、５０ｍｓスリープする。
３）積極的な省電力。ソフトＡＰは３０ｍｓアウェイク状態に留まり、７０ｍｓスリープする。

積極的な省電力コンフィグレーション３）は、ソフトＡＰのＷＬＡＮインタフェースによって生じる電力消費を７０％まで低減する可能性があることがわかる。論理的には、ソフトＡＰがそのスリープ期間を増大させると、アップリンク送信を損失する確率が増大する。しかし、上記の実験において、本発明は、最も積極的なコンフィグレーションにおいても１０％を下回る損失確率を保持した。なお、本方式は、さらに低速のＱｏＳ設定を使用することによって、アップリンク損失確率をさらに低減するように構成することも可能である。

上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。

Claims (12)

1. 移動端末をアクセスポイントとして動作させる方法において、前記アクセスポイントは１つ以上の関連するクライアントステーションとともにネットワークを構成し、
   前記アクセスポイントはアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作モードを有し、
   前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションへ通信パラメータをシグナリングするために、定期的な間隔でビーコンフレームをブロードキャストし、
   前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルに基づいて、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させることによって前記通信パラメータを調節することを特徴とする、移動端末をアクセスポイントとして動作させる方法。
2. 前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルが、前記アクセスポイントによって検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルが所定期間の間に所定しきい値を下回る場合に、アウェイク期間およびスリープ期間を交替させる前記動作モードに入るように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティがない場合、所定期間の間、アウェイク状態に留まるように構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記通信パラメータが、コンテンションウィンドウ、データレートおよび／または再送回数を含み、前記アクセスポイントは、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させるために、前記通信パラメータのいずれかまたはその組合せを調節することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記関連するクライアントステーションが、Ｗｉ−Ｆｉワイヤレスマルチメディア（ＷＭＭ）仕様をサポートするように構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記アクセスポイントがアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる前記動作モードに入る場合に、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスが減速されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ネットワークにおけるアクティビティが検出されるとすぐに、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスが加速されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションに対して、前記ネットワークへのアクセスコンフィグレーションが異なる少なくとも２つの動作モード間で切り替わるように構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ネットワークにおけるアクティビティが検出されるとすぐに、前記アクセスポイントは、前記ネットワークへのアクセスが減速される前に使用されていたアクセスコンフィグレーションの通信パラメータを復元することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記アクセスポイントは、アウェイク期間およびスリープ期間の長さが異なる少なくとも２つの相異なるアウェイク／スリープパターンをサポートするように構成されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 移動端末、特に、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法を実行する移動端末において、該端末はアクセスポイントとして動作し、
    前記アクセスポイントは１つ以上の関連するクライアントステーションとともにネットワークを構成し、
    前記アクセスポイントはアウェイク期間およびスリープ期間を交替させる動作を実行し、
    前記アクセスポイントは、前記関連するクライアントステーションへ通信パラメータをシグナリングするために、定期的な間隔でビーコンフレームをブロードキャストし、
    前記アクセスポイントは、前記ネットワークにおけるアクティビティのレベルに基づいて、前記ネットワークへの前記関連するクライアントステーションのアクセスを減速または加速させることによって前記通信パラメータを調節することを特徴とする移動端末。

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