JP3877722B2

JP3877722B2 - 通信方法、通信端末装置および通信システム

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Publication number: JP3877722B2
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Inventors: 格前川
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Filing date: 2003-11-19
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Description

本発明は、複数の通信端末の間で通信を行う技術に関し、とくに複数端末間の通信において省電力を実現する技術に関する。

近年、情報端末の小型化および軽量化が実現されたことにより、情報端末を持ち運ぶことが一般的になってきた。それに伴い、オンデマンド型の通信として無線アドホックネットワークを構築する研究が盛んに行われている。アドホックネットワークでは、基地局やアクセスポイントが不要となるため、このようなインフラが存在しない場所でも簡易にネットワークを構築することができる。このアドホックネットワークを利用すると、例えば複数のユーザが携帯型ゲーム機を持ち寄って相互に無線通信することで、一緒にゲームを楽しむことも可能となる。

アドホックネットワークは、IEEE802.11やBluetoothなどの技術を用いて、端末同士が通信することで構築される。外部電源から電力供給を常時受けられる場合には問題ないが、携帯型の端末の場合は、限られたバッテリ電力により駆動されるものであるため、バッテリの消費をできるだけ抑えることが好ましい。そのため、IEEE802.11のような通信規格においても、省電力モードにおける電力制御処理が標準化されている。

図１は、802.11で標準仕様化されている省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。まず、ステーションＡ〜Ｄのいずれかが、ビーコン信号を送信する。ビーコン信号は報知信号であり、全てのステーションに対して通信される。トラフィック発生通知メッセージ(Announcement Traffic Indication Message:ATIM)ウインドウと呼ばれる時間ウインドウが、ビーコンの送信に続いて開始される。このウインドウは、ノードがアクティブな状態を保たなければならない時間である。802.11標準の省電力モードでは、各ステーションが、ATIMウィンドウ中に、ATIM信号を送信して、他のステーションがスリープするのを防ぐことができる。

図１の例では、ステーションＢが、ステーションＣに対してユニキャストでATIM信号を送信しており、ステーションＣがステーションＢにACK信号を返信している。ステーションＡおよびステーションＤは、ATIM信号を送信または受信していないため、ATIMウィンドウの終了後、スリープ状態にはいることができる。一方、ステーションＢおよびステーションＣはスリープ状態に入ることはできず、ATIMウィンドウの終了後、ステーションＢはステーションＣにデータを送信し、ステーションＣは、データ受信後、ステーションＢにACK信号を返信する。このビーコン間隔が終了する前に、ステーションＡおよびステーションＤは、ビーコン信号を送信または受信するために起動される。次のATIMウィンドウでは、どのステーションもATIM信号を送受信しなかったため、ATIMウィンドウの終了後、全ステーションがスリープ状態にはいっている。

図１に示したタイミングチャートでは、802.11標準の省電力モードを説明するために、ごく単純なケースを例にあげたが、複数の携帯型ゲーム機によりネットワークが構築されている場合には、それぞれのゲーム機のステータス情報を相互に渡し合う必要があるため、より多くの信号が通信されることになる。リアルタイム性の要求が高いゲームアプリケーションにおいては、ステータス情報が頻繁に更新される必要があり、マルチキャスト通信でデータを送信することが好ましい。

マルチキャスト通信を行う場合、802.11標準の省電力モードにおける問題点として、ACK信号が返信されないにもかかわらず、ATIMウィンドウが設定されていることがあげられる。標準の省電力モードでは、スリープできるステーションを決定するために、ATIMウィンドウの間、他のステーションからのATIM信号をモニタさせることとしているが、逆に言えば、この期間の間、全てのステーションが、ステータス情報を送受信しないにもかかわらず、起動状態にされる。低遅延が要求されるゲームアプリケーション、例えばレーシングゲームを行う場合を想定すると、プレイヤが、方向キーを押しっぱなしにして車を操作するような状況が頻発する。そのとき、ステータス情報は、常時、他の携帯型ゲーム機に送信される必要があるが、ATIMウィンドウの間は、ステータス情報を送信することはできない。

本発明は、複数端末間の通信において省電力を実現する技術を提供することを目的とする。

このような事情のもと、本発明者は、ATIMウィンドウを使ったモニタを行うまでもなく、原則として、所定時間内に少なくとも１回のデータ送信を行わせるという制御方針のもとで、省電力化を実現する方が効率がよいとの知見を得るに至った。
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、複数の通信端末の間で通信を行う通信方法であって、複数の通信端末の１つが第１の報知信号を発信すると、複数の通信端末がスリープ状態に入る通信方法を提供する。この通信方法によると、第１の報知信号の発信または受信を契機として通信端末がスリープ状態にはいるため、通信端末の省電力を実現することができる。

この通信方法において、スリープ状態にある複数の通信端末は、第１の報知信号を発信または受信した時点から所定時間の経過後には起動しており、その起動状態において、複数の通信端末の１つが第２の報知信号を発信すると、複数の通信端末が起動状態を維持してもよい。この通信方法によると、第１の報知信号と第２の報知信号の発信または受信を契機として、通信端末の動作モードをスリープ状態または起動状態に制御する。そのため、信号の送受信を確実に実行させるとともに、信号の送受信を停止して省電力を図る期間を安定的に確保することが可能となる。

本発明の別の態様は、複数の通信端末が構築する無線アドホックネットワークにおいて通信を行う通信方法であって、複数の通信端末の１つから発信される第１の報知信号により、複数の通信端末の信号の送受信処理が停止され、複数の通信端末の１つから発信される第２の報知信号により、複数の通信端末の信号の送受信処理が実行される通信方法を提供する。

本発明のさらに別の態様は、複数の通信端末の間で通信を行う通信システムであって、複数の通信端末の１つが第１の報知信号を発信すると、複数の通信端末がスリープ状態に入る通信システムを提供する。

本発明のさらに別の態様は、第１の報知信号を発信または受信するとスリープ状態に入り、第２の報知信号を発信または受信すると起動状態を維持する通信端末装置を提供する。第１の報知信号の発信または受信を条件にスリープ状態に入ることで、通信端末装置の省電力を実現することができ、第２の報知信号の発信または受信により起動状態を維持することで、信号の送受信期間をとることが可能となる。

本発明のさらに別の態様は、コンピュータに、第１の報知信号を発信または受信すると、無線インタフェースの動作状態を、一部の機能のみが動作可能なスリープ状態に移行させる機能と、第２の報知信号を発信または受信すると、無線インタフェースの動作状態を、全ての機能が動作可能な起動状態で維持させる機能とを実行させるためのプログラムを提供する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によると、複数端末間の通信における省電力を実現することができる。

図２は、本発明の実施例における通信システム１を示す。この通信システム１は、複数の通信端末により構成されており、ここでは、通信端末として４台のゲーム機２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを例示している。なお、ゲーム機２の台数は４台に限定するものではなく、４台以外の台数であってもよい。ゲーム機２は無線通信機能を有し、複数のゲーム機２が集まることによって、無線ネットワークを構築する。例えばIEEE802.11ｂなどの無線ＬＡＮの規格を使用することで、無線アドホックネットワークが構築されてもよい。IEEE802.11ｂのＭＡＣレイヤの技術には、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:衝突回避機能付きキャリア感知多元接続）がアクセス制御方式として採用されており、各端末は、通信路が一定時間以上継続して空いていることを確認してからデータを送信する機能をもつ。この待ち時間は最小限の時間に各端末ごとのランダムな長さの待ち時間を加えたもので、直前の通信があってから一定時間後に複数の端末が一斉に送信して、信号同士の衝突が発生する事態を防止している。ユニキャスト通信において、実際にデータが正しく送信されたかは受信側からのACK(Acknowledge)信号が到着するかどうかで判定し、ACK信号がなければ通信障害があったとみなしてデータの再送信を行なう。

通信システム１は、アドホックネットワークを構築することで、基地局やアクセスポイントなどのインフラストラクチャを別途必要とすることなく、複数のゲーム機２の間の通信を実現することができる。それぞれのゲーム機２が他のゲーム機におけるステータス情報を受信することで、同じゲームアプリケーションを複数プレイヤが同時に楽しむことが可能となる。

ゲームアプリケーションは、リアルタイム性の観点より分別すると、大きく２つのグループ、すなわちリアルタイム性の要求が高いゲームと低いゲームとに分けることができる。リアルタイム性の要求が高いゲームとは、例えば格闘ゲームやレーシングゲームなど、ゲームの進行が速く、ユーザの操作入力が即座にゲーム画面などの出力に反映される必要のあるゲームである。一方、リアルタイム性の要求が低いゲームとは、将棋や麻雀などの対戦ゲームや、ＲＰＧ（ロールプレイングゲーム）など、ゲームの進行が比較的緩やかなゲームである。

ゲーム画面の更新は、所定のフレームレートないしはリフレッシュレートで行われる。現状、１フィールドの書き換え速度は約16.7m秒(1/60秒)であり、したがって、リアルタイムの要求が高い、すなわち低遅延が要求されるゲームアプリケーションでは、１フィールド(16.7m秒)に少なくとも１回は、自分のステータス情報を他のゲーム機に知らせ、また他のゲーム機のステータス情報を知ることが好ましい。ステータス情報は、レーシングゲームであれば、コース上の位置や車の向き、速度などの絶対的な情報である。なお、ここで絶対的な情報とするのは、無線環境における通信の信頼性が高くないためであり、十分な信頼性が確保できるのであれば、過去と現在との差分情報を知ることができればよい。通信システム１において、各ゲーム機２は、アプリケーションをそれぞれ独立して非同期に実行している。なお、低遅延が要求されないゲームアプリケーションにおいては、１フィールドごとのデータアップデートができない場合であっても再送処理を行えばよいため、アプリケーションの処理に大きな影響を与える虞は少ない。

以下に、ゲーム機同士の直接的な通信により、通信システム１を実現する３タイプの通信方式を示す。ここでは通信規格として、IEEE802.11プロトコルを用いる。IEEE802.11プロトコルは、Bluetoothなどのプロトコルと比較すると、インターネットへの接続が容易という利点をもつ。ゲーム機２が通信プロトコルにIEEE802.11を採用することで、無線ネットワークの構築だけでなく、インターネット経由で他の端末と接続することも可能となり、通信システム１の拡張性が向上することになる。

（タイプ１）
タイプ１では、それぞれのステーションが、単一の相手を指定したユニキャスト通信を行う。図３（ａ）は、４台のステーションが相互にユニキャスト通信を行っている状態を示す。なお、ステーションは、通信システム１におけるゲーム機２に対応する。802.11プロトコルにおいて、各ステーションは、他の３つのステーションに対してステータス情報を送信する。したがって、ユニキャスト通信では、ステータス情報の通信が計１２回行われ、受信応答として返信するACK信号を考慮すると、計２４回の通信が行われることになる。低遅延が要求されるアプリケーションでは、この２４回の通信が１フィールド内に行われる必要がある。ＣＳＭＡ／ＣＡのもとでは、パケットが衝突しない制御が行われていることが前提となるが、パケットの衝突を回避しながら16.7m秒の間に２４回の通信を行わせるのは実際に容易でない。ステーションの台数が増えると、１フィールドあたりに必要な通信回数はさらに増加することになる。以上の理由から、図３（ａ）に示すタイプ１の通信方式は、低遅延が要求されないゲームアプリケーションに有効な方法といえる。

（タイプ２）
タイプ２では、１台のステーションがアクセスポイントとして機能し、ステーション間ではユニキャスト通信を行う。図３（ｂ）は、ステーションＡがアクセスポイントとなり、他の３台のステーションが、ステーションＡと相互にユニキャスト通信を行っている状態を示す。ステーションＡは、他の３つのステーションＢ、Ｃ、Ｄからステータス情報を受信する。ステーションＡは、自身のステータス情報と、ステーションＣ、Ｄのステータス情報とを１パケットにまとめて、ステーションＢに送信する。同様に、ステーションＡは、ステーションＣに、ステーションＣ以外の３つのステーションのステータス情報を送信し、また、ステーションＤには、ステーションＤ以外の３つのステーションのステータス情報を送信する。したがって、このユニキャスト通信では、ステータス情報の通信が計６回行われ、受信応答として返信するACK信号を考慮すると、計１２回の通信が行われることになる。図３（ａ）に示したタイプ１の通信方式と比較すると、アクセスポイントとなるステーションＡのホストＣＰＵの負荷が大きくなることは否めないが、通信回数を削減することができるため、タイプ１よりも高速性が要求されるデータ通信に優れているといえる。

（タイプ３）
タイプ３では、それぞれのステーションが、マルチキャスト通信を行う。802.11のアドホックネットワークにおいては、他のネットワークと区別するために、ネットワークごとに基本サービスセットＩＤ（Basic Service Set ID:BSSID）がランダムな値として設定される。したがって、それぞれのステーションはBSSIDをデータフレームに含めることで、同一の基本サービスエリア内でグループを構成するステーションに対して、自身のデータフレームをマルチキャストで送信することができる。なお、802.11以外の通信プロトコルを用いる場合は、それぞれのステーションが、他の３つのステーションのアドレスを指定して、マルチキャスト通信を行ってもよい。

図４は、各ステーションが、同じデータをマルチキャスト通信している状態を示す。すなわち、ステーションＡは、BSSIDをデータフレームに含めて、自身のステータス情報を１パケットで送信する。ステーションＢ、Ｃ、Ｄについても同様である。したがって、このマルチキャスト通信では、ステータス情報の通信が計４回行われる。なお、マルチキャスト通信では、ACK信号の返信は行われない。したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したタイプ１およびタイプ２の通信方式と比較すると、通信回数を大幅に削減することができるため、高速性が要求されるデータ通信に最適であり、且つ、各ステーションにおける処理負荷も大きくならない。したがって、図４に示すタイプ３の通信方式は、低遅延が要求されるゲームアプリケーションに最も有効な方法といえる。

以上のように、本実施例の通信システム１における通信方式には、３つのタイプのものが考えられるが、いずれのタイプであっても、ゲーム機２（ステーション）の省電力化を図ることが好ましい。携帯電話端末などと同様に、無線アドホックネットワーク端末においても時間軸での間欠動作を実現することは、電力の節約に大いに寄与する。以下では、無線インタフェースのトランシーバ部（主としてアナログ回路で構成される）のバイアス回路への電流の遮断や、モデム部／ＭＡＣ部のクロック停止などにより、きわめて低消費電力で無線インタフェースの一部のみが動作している又は動作可能な状態をスリープ状態と呼び、無線インタフェースの全ての機能が動作している又は動作可能な状態を起動状態と呼ぶ。本実施例では、スリープ状態の期間を長くすることで省電力を図る。なお、省電力化の実現性で考えると、低遅延が要求されないアプリケーションほどスリープ状態を長く設定することができるため、電力の節約は一般に容易となる。以下では、高速性が要求されるレイテンシ的にシビアなゲームアプリケーションを想定し、そのような環境下でも省電力を実現することのできる通信方法について説明する。

図５は、本実施例の省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートにおいて、ビーコン信号は報知信号であり、全てのステーションに対して通信される。ビーコンフレームには、タイムスタンプ、ビーコン間隔、ケーパビリティ情報、サービスセットＩＤ、サポートレートなどの必須フィールドと、ＦＨパラメータセット、ＤＳパラメータセット、ＣＦパラメータセット、ＩＢＳＳパラメータセット、ＴＩＭなどのオプションフィールドとが含まれる。オプション情報は、使用する必要がある場合のみ存在する。ステーションは、前のビーコン間隔のちょうど最後の時刻にあたるターゲットビーコン送信時刻（Target Beacon Transmission Time:TBTT）からバックオフと呼ばれるランダムな待機時間だけ待機した後、ビーコン信号を送信する。ステーションが自身の送信時刻よりも前にビーコン信号を受け取ると、保留中のビーコン信号の送信はキャンセルされる。したがって、通信システム１では、１つのステーションのみがビーコン信号を送信することになる。ビーコンフレームは、すべてのステーションにより処理される必要があるため、TBTTの前には、すべてのステーションが立ち上がって、起動状態にされている。

図５に示す例では、ビーコン信号の発信者を固定としており、ステーションＡがビーコン発信を担当する。これにより、複数のステーションが同時にビーコン信号を発信して、ビーコン信号同士が衝突する事態を回避することができる。図５に示す通信では、データ通信の高速性を重視して、タイプ３のマルチキャスト通信を採用している。これにより、各ステーションはACK信号の応答をモニタする必要もなく、また複数のステーションに対して１つのパケットで、ステータス情報を送信することが可能となる。

このタイミングチャートにおいて、まずステーションＡがアウェイク用のビーコン信号を発信する。アウェイク用のビーコン信号は、全てのステーションにアウェイク状態（起動状態）にあるべきことを宣言する。この宣言は、ビーコンフレームの空きフィールドを用いて行われ、例えばオプションフィールドであるＦＨパラメータセットやＴＩＭなどが利用される。このタイミングでは、全てのステーションが起動されており、ステーションＢ、Ｃ、Ｄは、アウェイク用ビーコン信号を受信すると、自身のステータス情報を送信するタイミングがきたことを認識する。アウェイク用ビーコン信号の発信または受信の後、ステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、起動状態を維持しながら、ランダムなバックオフ時間を生成して、自身のステータス情報の送信時刻を決定する。続いて、各ステーションは、決定した送信時刻で、自身のステータス情報を他のステーションに対してマルチキャスト送信する。図５のタイミングチャートには、ランダムなタイミングで各ステーションからデータがマルチキャストされている状態が示されている。なお、ＣＳＭＡ／ＣＡによる衝突回避制御も行われるため、自身の送信時刻に他のステーションによるデータ送信がなされている場合は、その送信が終了するのを待って、自身のステータス情報を送ることになる。全てのステーションによるデータ送信は、次のスリープ用のビーコン信号が送信されるまでの間（ビーコン間隔Ｔ_１）に行われる。

続いて、ステーションＡがスリープ用ビーコン信号を発信する。スリープ用のビーコン信号は、全てのステーションにスリープ状態に移行するべきことを宣言する。この宣言は、アウェイク用ビーコンの場合と同様に、ビーコンフレームの空きフィールドを用いて行われ、例えばオプションフィールドであるＦＨパラメータセットやＴＩＭなどが利用される。このタイミングでは、全てのステーションが起動されており、ステーションＢ、Ｃ、Ｄは、スリープ用ビーコン信号を受信すると、スリープ状態に移行すべきことを認識して、バイアス回路やクロック回路を制御して省電力状態（スリープ状態）にはいる。なお、ステーションＡは、スリープ用ビーコン送信後にスリープ状態にはいる。

スリープ状態にある全ステーションは、スリープ用ビーコン信号を発信または受信した時点から、所定時間の経過後、すなわちビーコン間隔Ｔ_２の経過後には、次のビーコン信号を発信または受信するために起動した状態にされる。なお、このスリープ状態から起動状態への遷移は、無線インタフェース端末内部のタイマなどを使用して、端末内で自律的に行われる。各ステーションの立ち上がりのタイミングは、内部のアナログ回路を安定化させるまでの時間など、デバイス依存な関係で定められる。なお、高い省電力を実現するためには、各ステーションの立ち上がりのタイミングは、遅ければ遅いほど好ましい。この状態で、ステーションＡがアウェイク用ビーコン信号を発信すると、全ステーションが起動状態を維持して、自身のステータス情報を送信する時刻を定め、その時刻で送信する。

図５に示したタイミングチャートから分かるように、本実施例では、２種類のビーコン信号により、ステーションの起動期間とスリープ期間とを、いわば強制的に設定している。具体的には、所定の時間を２つの時間帯に分割し、各ステーションは、一方の時間帯でデータを送受信し、他方の時間帯でスリープ状態に入るように制御される。これにより、無用な起動期間を極力少なくし、残りの時間をスリープさせることで、高効率な省電力を実現する。

フィールド周期(16.7m秒）を考慮すると、アウェイク用ビーコンの発信周期すなわち（Ｔ_１＋Ｔ_２）は、16.7m秒以下、好ましくは16.7m秒より短い例えば16m秒などに設定されることが好ましい。ステーションの起動周期を16.7m秒より短く設定することで、１フィールドの間に少なくとも１回はステータス情報を送受信することが可能となる。これにより、スリープ期間を確実に設けつつ、低遅延を要求するゲームアプリケーションの円滑なゲーム進行が実現できる。

（Ｔ_１＋Ｔ_２）を所定の時間に設定した場合、ビーコン間隔Ｔ_１は、例えばネットワークに参加するゲーム機２の台数などによって定められてもよい。台数が多ければ、ビーコン間隔Ｔ_１を長くし、台数が少なければ、ビーコン間隔Ｔ_１を短くする。ゲームアプリケーションなどにも依存するが、各ステーションによるデータの送信時間は大体数100μ秒となることが予想される。したがって、ビーコン間隔Ｔ_１は4m秒程度あれば十分と考えられる。ビーコン間隔Ｔ_１を4m秒、ビーコン間隔Ｔ_２を12m秒と設定すると、ステーションのスリープ期間を全体の75％に設定することができる。またビーコン間隔Ｔ_１は、データの変調モードや、ゲームデータサイズなどを考慮して定められてもよい。Ｔ_２／（Ｔ_１＋Ｔ_２）の値を大きくすることで、省電力の効率を高めることができるため、ビーコン間隔Ｔ_１は可能な限り短くすることが好ましい。

ビーコン発信を担当するステーションＡは、以上の状況を加味して、ビーコン間隔Ｔ_１を決定することができる。ビーコン間隔Ｔ_１は動的に変更されてもよく、それに応じてビーコン間隔Ｔ_２が動的に変更されてもよい。例えばゲーム機２の台数が増減した場合や、通信環境が変化したときなどの外的要因によって、ステーションＡが、ビーコン間隔Ｔ_１を適応的に変化させることが好ましい。（Ｔ_１＋Ｔ_２）が所定の時間に設定されている場合は、Ｔ_１の変化に応じてＴ_２の値が定められ、また（Ｔ_１＋Ｔ_２）≦所定時間、の条件が存在する場合は、この条件の範囲内でＴ_１の変化に応じてＴ_２の値が定められる。これにより、状況に適した電力制御を実行できる。なお、ステーションＡが設定したビーコン間隔の値は、ビーコンフレームに組み込まれる。これにより、ステーションＢ、Ｃ、Ｄは、次のビーコンが送信されるタイミングを知ることができ、そのタイミングにあわせて、スリープ状態から起動状態に移行することができる。

上記は、低遅延が要求される場合を想定して、１フィールド(16.7m秒)に少なくとも１回のステータス情報の更新を行うことを前提としたが、そこまでのレイテンシが要求されない場合には、ビーコン間隔Ｔ_１に対するビーコン間隔Ｔ_２の時間を長く設定することができる。この場合、スリープ期間をさらに長くとれるため、より高効率な省電力を実現できる。例えば、ゲームアプリケーション側からの要求により、ステータス情報の更新を、２フィールド(33.3m秒)に少なくとも１回、また３フィールド(50m秒)に少なくとも１回などのタイミングで実現させてもよい。

図６は、ゲーム機２の機能ブロック図である。ゲーム機２は、ゲーム処理に関する動作を行うゲーム処理部３と、通信に関する動作を行う通信処理部４とを備える。さらにゲーム機２は、電力を供給するためのバッテリ１６と、所定の時間間隔でパルスを発生するクロック部１８とを備える。ゲーム処理部３は、入力部１０、アプリケーション処理部１２および出力部１４を有し、通信処理部４は、ＭＡＣ部２０、タイマ２２、電力／クロック制御部２４およびＰＨＹ部２６を有する。

本実施例における通信機能は、通信処理部４において、ＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラムなどによって実現され、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。プログラムは、ゲーム機２に内蔵されていてもよく、また記録媒体に格納された形態で外部から供給されるものであってもよい。したがってこれらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者に理解されるところである。

入力部１０は、ユーザからの操作指示を受け付ける方向キーなどの操作ボタン群であり、アプリケーション処理部１２は、入力部１０から入力される操作指示、およびＰＨＹ部２６から受信される他のゲーム機２のステータス情報をもとに、ゲームアプリケーションを実行する。出力部１４は、ディスプレイやスピーカなどで構成され、アプリケーション処理部１２における処理結果が出力される。アプリケーション処理部１２において処理された自身のステータス情報は、ＭＡＣ部２０のバッファに記憶される。クロック部１８は、タイマ２２および電力／クロック制御部２４にクロックを供給する。なおタイマ２２は図示のように独立した構成として存在してもよいが、ＭＡＣ部２０の機能として組み込まれてもよいし、また電力／クロック制御部２４の機能として組み込まれてもよい。

バッテリ１６は、ゲーム処理部３、タイマ２２および電力／クロック制御部２４に電力を供給する。電力／クロック制御部２４は、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６への電力供給およびクロックを制御する。具体的に、電力／クロック制御部２４は、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６を起動状態からスリープ状態に遷移させ、またスリープ状態から起動状態に遷移させることができる。ＭＡＣ部２０は、ビーコン信号を生成し、またＰＨＹ部２６を介して他のゲーム機２から受信したビーコン信号を解析する機能をもつ。

ゲーム機２がビーコン信号の発信を担当する場合、ＭＡＣ部２０は、ビーコンフレームの必須フィールドにビーコン間隔の値を挿入するが、このとき、フレーム中のオプションフィールドの空き領域に、アウェイク用ビーコンであるか又はスリープ用ビーコンであるかの情報（フラグ）も付加する。ＰＨＹ部２６は、所定のタイミングでビーコン信号を発信する。ＭＡＣ部２０がビーコン信号を生成するタイミング、およびＰＨＹ部２６がビーコン信号を発信するタイミングは、電力／クロック制御部２４により制御される。

ゲーム機２がビーコン信号の発信を担当しない場合、ＭＡＣ部２０は、受信したビーコン信号を解析して、省電力モードに入るか否かを決定する。具体的に、ＭＡＣ部２０は、オプションフィールドに含まれるフラグをもとに、受信したビーコン信号がアウェイク用であるか又はスリープ用であるかを判定する。スリープ用ビーコン信号である場合、ＭＡＣ部２０は、電力／クロック制御部２４に省電力モードへの移行指示を送る。電力／クロック制御部２４は、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６における電力消費を停止させるべく、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６へのクロック供給を停止して、動作を停止させる。これにより、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６がスリープ状態にはいる。このとき、電力／クロック制御部２４は、スリープ状態にはいった時点から所定時間経過後にＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６を起動させるように、タイマ２２をセットする。このタイマ制御は、ビーコンフレームに含まれるビーコン間隔の値をもとに行われる。ビーコン間隔の値は、ＭＡＣ部２０から電力／クロック制御部２４に送られる。スリープさせた時点から起動させるまでの時間は、ビーコン間隔Ｔ_２よりも僅かに短い時間に設定されることが好ましい。タイマ２２は、クロック部１８から供給されるパルスをカウントし、所定時間が経過した後、電力／クロック制御部２４にウェイク信号を供給する。電力／クロック制御部２４は、ウェイク信号を受け取ると、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６を起動状態に移行させる。

受信した信号がアウェイク用ビーコン信号である場合、既にＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６が起動されている。言い換えると、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６は、アウェイク用ビーコン信号を受信するために、上記したタイマ制御により起動されている。ゲーム機２は、次のスリープ用ビーコン信号を受信するまで、その起動状態を維持する。

ＰＨＹ部２６にてアウェイク用ビーコン信号が受信されると、ＭＡＣ部２０は、ステータス情報の送信時刻を乱数を用いて定め、その送信時刻にバッファからステータス情報を読み出して送信する。なお、送信時刻に他の信号が存在する場合、ＭＡＣ部２０は、衝突を回避するようにタイミングをずらしてステータス情報を送信する。

ゲーム機２がビーコン信号の発信を担当する場合、ＭＡＣ部２０は、タイマ２２により省電力モードに入るか否かを認識している。この認識のもとに、ＭＡＣ部２０は、スリープ用ビーコン信号またはアウェイク用ビーコン信号を発信する。スリープ用ビーコン信号を発信する場合、ＭＡＣ部２０は、電力／クロック制御部２４に省電力モードへの移行指示を送る。電力／クロック制御部２４による処理は上述のとおりである。また、アウェイク用ビーコン信号を発信する場合、発信時点では、既にＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６が起動されている。言い換えると、ＭＡＣ部２０およびＰＨＹ部２６は、アウェイク用ビーコン信号を発信するために、タイマ制御により起動されている。ビーコン発信を担当するゲーム機２は、次のスリープ用ビーコン信号を発信するまで、その起動状態を維持する。アウェイク用ビーコン信号を発信すると、ＭＡＣ部２０は、ステータス情報の送信時刻を乱数を用いて定め、その送信時刻にバッファからステータス情報を読み出して送信する。

図７は、本実施例の変形例として改良した省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。ここでは、報知信号であるビーコン信号の発信者を任意としており、ステーションＡ〜Ｄが、ランダムなバックオフ時間の待機後、ビーコンの発信を試みる。ビーコン発信者を固定した場合、ビーコン発信者がネットワークから脱退すると、その後ビーコン信号の発信担当者を選定等する必要があるが、ビーコンの発信者を固定しない場合には、通信システム１におけるネットワークへの自由な参加または脱退を行うことが容易となる。この変形例では、ビーコン間隔を例えば4m秒と固定する。アウェイク用ビーコン信号から直後のスリープ用ビーコン信号までの間の動作は、図５に示したアウェイク用ビーコン信号からスリープ用ビーコン信号までの間の動作と同様である。スリープ用ビーコン信号は、アウェイク用ビーコン信号の後、ステーションＡ〜Ｄのいずれかから３回発信される。ステーションは、前のビーコン間隔のちょうど最後の時刻にあたるターゲットビーコン送信時刻TBTTからランダムな待機時間だけ待機した後、ビーコン信号を送信する。ステーションが自身の送信時刻よりも前にビーコン信号を受け取ると、保留中のビーコン信号の送信はキャンセルされる。各ステーションは、スリープ用ビーコン信号を発信または受信することで、スリープ状態にはいる。

図７に示したステーション動作は、図５に示したステーション動作と比較すると、4m秒ごとにスリープ用ビーコンを送信または受信するために立ち上がる必要があり、省電力効率は若干落ちることとなるが、ビーコン間隔の設定を単純化することができ、実装が容易という利点がある。また、全ゲーム機２でビーコン信号を生成するため、消費電力を均一化する利点もある。なお、ゲームアプリケーションのデータ量やネットワークへのゲーム機２の参加台数などに応じて、ビーコン間隔を変更することも可能である。図７のタイミングチャートでは、アウェイク用ビーコン信号の周期に相当する16m秒を４等分して、ビーコン間隔を4m秒としているが、例えば、参加台数が増えると３等分、減ると５等分といったように、ビーコン間隔を調整することで、省電力に最適なビーコン間隔を設定することも可能である。

図６の機能ブロック図を用いて、図５におけるステーション動作との相違点について説明する。図７の例では、全てのゲーム機２におけるＭＡＣ部２０が、ビーコン信号を生成する。ＭＡＣ部２０は、アウェイク用ビーコン信号を送信または受信すると、それから所定のビーコン間隔でスリープ用ビーコン信号を３回生成し、その後にアウェイク用ビーコン信号を生成する。その他の処理は、図５におけるステーション動作に関して説明したものと同様である。

図８は、本実施例のさらなる変形例として改良した省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。図８では、報知信号であるビーコン信号の発信者をステーションＡで固定としており、ビーコン間隔を可変としている。なお、ビーコン信号の発信者は任意であってもよいし、またビーコン間隔は固定であってもよい。スリープ用ビーコン信号からアウェイク用ビーコン信号までの間の動作は、図５に示したスリープ用ビーコン信号からアウェイク用ビーコン信号までの動作と同様である。

図８に示す変形例では、アウェイク用ビーコン信号からスリープ用ビーコン信号までの間、擬似的な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）による信号送信を行う。すなわち、各ステーションの信号送信時刻が重ならないように、アウェイク用ビーコン信号を基準として、それぞれ異なるオフセット時間だけ各ステーションの送信時刻をずらす。例えば、ステーションＡのオフセット時間を400μ秒、ステーションＢのオフセット時間を800μ秒、ステーションＣのオフセット時間を1200μ秒、ステーションＤのオフセット時間を1600μ秒と、400μ秒ずつずらして設定してもよい。なお、このオフセット時間は、各ステーションに対して固定的に割り当ててもよいし、また動的に割り当ててもよい。図示の例のように、ステーションＡが常にビーコン信号を送信する場合には、各ステーションのオフセット時間を固定的に割り当てることが容易であるし、またビーコン信号を送信するステーションが任意である場合には、結果的にビーコン信号を発信したステーションが、オフセット時間を動的に割り当ててもよい。例えばオフセット時間の割り当ては、ビーコンを発信したステーションにより、ビーコンフレームのオプションフィールドにおける空き領域に記述されて、各ステーションに伝達される。各ステーションは、アウェイク用ビーコン信号を受信すると、自身のオフセット時間を認識し、オフセット時間の経過後、ステータス情報を送信する。このように擬似的なＴＤＭＡ通信を実現することで、信号衝突を確実に回避することができ、品質の優れた通信を行うことが可能となる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。上記した実施例では、主として、低遅延が要求されて、タイプ３のマルチキャスト通信を行う場合について説明したが、本発明は、低遅延が要求される場合の省電力制御に利用されるだけでなく、例えばタイプ１やタイプ２による通信方式を採用した場合であっても、効果的に利用することが可能である。

802.11標準の省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。実施例における通信システムを示す図である。（ａ）は４台のステーションが相互にユニキャスト通信を行っている状態を示す図であり、（ｂ）は１台のステーションがアクセスポイントとなり、他の３台のステーションが、アクセスポイントと相互にユニキャスト通信を行っている状態を示す図である。各ステーションがマルチキャスト通信を行っている状態を示す図である。実施例の省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。ゲーム機の機能ブロック図である。実施例の変形例として改良した省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。実施例のさらなる変形例として改良した省電力モードにおけるステーション動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・通信システム、２・・・ゲーム機、３・・・ゲーム処理部、４・・・通信処理部、１０・・・入力部、１２・・・アプリケーション処理部、１４・・・出力部、１６・・・バッテリ、１８・・・クロック部、２０・・・ＭＡＣ部、２２・・・タイマ、２４・・・電力／クロック制御部、２６・・・ＰＨＹ部。

Claims

複数の通信端末の間で通信を行う通信方法であって、複数の通信端末の１つが他の全ての通信端末に対して第１の報知信号を発信すると、複数の通信端末がスリープ状態に入り、スリープ状態にある複数の通信端末は、第１の報知信号を発信または受信した時点から所定時間の経過後には起動状態になることを特徴とする通信方法。
起動状態にある複数の通信端末は、複数の通信端末の１つが第２の報知信号を発信すると、起動状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
各通信端末は、第２の報知信号を発信または受信すると、次の第１の報知信号を発信または受信するまで、起動状態を維持することを特徴とする請求項２に記載の通信方法。
各通信端末は、第２の報知信号を発信または受信した後の起動状態において、自身の情報信号を他の通信端末に対してマルチキャストで送信することを特徴とする請求項２または３に記載の通信方法。
各通信端末は、第２の報知信号を発信または受信した時点から、各通信端末で設定したランダムな時間が経過した後に、自身の情報信号を他の通信端末に送信することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の通信方法。
各通信端末は、第２の報知信号を発信または受信した時点から、各通信端末にそれぞれ異なって割り当てられたオフセット時間が経過した後に、自身の情報信号を他の通信端末に送信することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の通信方法。
第１の報知信号は、所定の通信端末より発信されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の通信方法。
第１の報知信号は、任意の通信端末より、所定の時刻からランダムな時間が経過した後に発信されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の通信方法。
第２の報知信号は、所定の周期で発信され、
第１の報知信号の発信タイミングは、第２の報知信号の発信タイミングに対して動的に設定可能であることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の通信方法。
第２の報知信号は、所定の周期で発信され、
第１の報知信号も、第２の報知信号と同一の周期で発信されることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の通信方法。
複数の通信端末が構築する無線アドホックネットワークにおいて通信を行う通信方法であって、複数の通信端末の１つから他の全ての通信端末に対して発信される報知信号により、複数の通信端末の信号の送受信処理が停止され、前記報知信号が発信された時点から所定時間の経過後には、複数の通信端末の信号の送受信処理が実行されることを特徴とする通信方法。
複数の通信端末の間で通信を行う通信システムであって、複数の通信端末の１つが他の全ての通信端末に対して報知信号を発信すると、複数の通信端末がスリープ状態に入り、スリープ状態にある複数の通信端末は、前記報知信号を発信または受信した時点から所定時間の経過後には起動状態になることを特徴とする通信システム。
報知信号を発信または受信するとスリープ状態に入り、前記報知信号を発信または受信した時点から所定時間の経過後には起動状態に移行することを特徴とする通信端末装置。
コンピュータに、
報知信号を発信または受信すると、無線インタフェースの動作状態を、一部の機能のみが動作可能なスリープ状態に移行させる機能と、
前記報知信号を発信または受信した時点から所定時間の経過後には、無線インタフェースの動作状態を起動状態に移行させる機能と、
を実行させるためのプログラム。
他の通信端末から送信された報知信号を受信する受信手段と、
受信した報知信号を解析して、省電力モードへの移行指示を送る解析手段と、
省電力モードへの移行指示を受けて、前記解析手段の動作を停止させてスリープ状態に移行させる制御手段と、
前記解析手段がスリープ状態に移行した時点から所定時間が経過した後、前記制御手段にウェイク信号を供給するタイマ手段と、を備え、
前記制御手段は、ウェイク信号を受け取ると、前記解析手段を起動状態に移行させることを特徴とする通信端末装置。
他の通信端末に対して報知信号を発信する発信手段と、
報知信号を発信すると、省電力モードへの移行指示を送る手段と、
省電力モードへの移行指示を受けて、前記発信手段の動作を停止させてスリープ状態に移行させる制御手段と、
前記解析手段がスリープ状態に移行した時点から所定時間が経過した後、前記制御手段にウェイク信号を供給するタイマ手段と、を備え、
前記制御手段は、ウェイク信号を受け取ると、前記解析手段を起動状態に移行させることを特徴とする通信端末装置。