JP3915007B2 - ネットワークシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ネットワークシステム関し、より具体的にはネットワークシステムの消費電力の削減と通信品質に関するものである。
ネットワーク技術は、近年、価格の低下や通信速度の向上が著しく、非常に一般的なものになった。ほとんどのオフィスでは複数のコンピュータを有し、互いにネットワークで接続することが当たり前になってきている。またワイヤレスLAN技術は、オフィスや家庭のみならず、図書館や喫茶店など公共の場所からインターネットへのアクセスを可能とするサービスの出現をもたらした。現在では、多数のユーザーが、ホットスポットと呼ばれるワイヤレスLANのアクセスポイントが設置されている場所から、インターネットを閲覧したり、メールを送受信したりしている。
ワイヤレスLAN技術はラップトップコンピュータやPDAには広く用いられているが、携帯電話に組み込まれて用いられることは、今のところ非常に少ない。これは主に、ワイヤレスLANは消費電力が大きいためである。消費電力を節約するために、ワイヤレスLANの標準規格であるIEEE802.11仕様では、節電プロトコル(PSP)と呼ばれる方法を規定している。この方法では、アクセスポイントではない通信局は、N個のビーコン間隔の間に1度だけネットワークの監視を行なえばよいことになっている。ネットワークの監視を行なっていない間、通信局はスリープモードに移行するため、消費電力を節約できる。スリープモードの間にアクセスポイントに到着したデータは、アクセスポイントが一時的に保管しておき、通信が再開したときに該通信局へ渡すことになっている。また現在策定中のIEEE802.11eにおいては、Automatic
Power Save Delivery（APSD）と呼ばれる新しい方法を規定している。APSDも基本的なアイディアはPSPと同様であり、ワイヤレスLAN機器がネットワークを監視する時間をできるだけ減らし、ネットワークを監視していない時間は、ワイヤレスLAN機器をスリープモードにしておくことによって、消費電力を節約しようというものである。
一方、ワイヤレスLAN技術とはあまり関係がない低電力LSI設計という技術分野では、情報処理回路の消費電力を節約するために、全く別のアプローチから研究が進められている。この技術は電圧ホッピングと呼ばれ、負荷に応じて情報処理用ＩＣの動作周波数と供給電圧を変化させるというものである。ＩＣの消費電力は、動作周波数に比例すると共に供給電圧の二乗にも比例するため、これらを動的に制御することで、効果的に消費電力を節減することができる。
次世代のワイヤレスLANでは、VoIP(Voice over IP)技術やVOD(Video On Demand)技術などの、リアルタイムアプリケーションが広く利用されると考えられている。リアルタイムアプリケーションでは、通信のサービス品質(QoS)を確保することが重要である。従って次世代のワイヤレスLAN技術においては、通信品質を確保しつつシステムの消費電力を削減するという、困難な課題を解決することが求められている。
IEEE802.11eドラフト 川口博 他著「低電力実時間組込システムのためのOS，アプリケーション，ハードウエア協調によるCVS(Cooperative VoltageScaling)と電圧ホッピング」信学技報2001年5月
本発明は、ネットワークシステムにおいて、要求される通信品質を満たしつつ消費電力を節減しようとするものである。
本願発明を１つの側面から見ると、本願発明は、第１の通信機と前記第１の通信機と通信を行なう第２の通信機と前記通信に用いるプロトコル群とを備えるネットワークシステムであって、前記プロトコル群は、前記第１の通信機が有する第1情報処理ＩＣの動作に関するＩＣ動作情報を前記第１の通信機から前記第２の通信機に伝える第１方向ＩＣ動作情報伝達手段と、前記ＩＣ動作情報を前記第２の通信機から前記第１の通信機に伝える第２方向ＩＣ動作情報伝達手段とを備え、前記第１の通信機は、前記ＩＣ動作情報を作成すると共に前記第１方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記ＩＣ動作情報を前記第２の通信機に送信し、前記第２の通信機は、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、前記第１の通信機は、前記承認されたＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする、ネットワークシステムである。もし前記第２の通信機が前記送信されたＩＣ動作情報の全部を承認しないときは、新しいＩＣ動作情報を作成して前記第１の通信機に送信するように構成してもよい。また前記第２の通信機が、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認するにあたっては、前記第１の通信機との通信及び／又は前記第１の通信機以外の通信機との通信に要求される通信品質、前記通信に要求されるスループット、前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上を考慮するように構成することが望ましい。また前記ＩＣ動作情報は、前記第1情報処理ＩＣの最大処理速度に関する情報を含むことができ、前記第２の通信機は、前記最大処理速度を考慮して、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認するように構成することができる。
本願発明のある実施態様においては、前記ＩＣ動作情報は、前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧に関することを特徴とする。この場合において前記第１の通信機は、前記通信に要求される通信品質、前記通信に要求されるスループット、前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上を考慮して、前記ＩＣ動作情報を作成することが好ましい。前記ＩＣ動作情報が前記第１情報処理ＩＣの動作周波数を含む場合に、前記第１の通信機は、前記第２の通信機に承認された前記動作周波数に従って前記第1情報処理ＩＣの動作周波数を調節すると共に、その動作周波数に適した前記第1情報処理ＩＣの供給電圧を計算し、前記第1情報処理ＩＣの供給電圧を前記計算した供給電圧に設定するように構成することができる。
本願発明のある実施態様においては、前記ＩＣ動作情報は、前記通信に要求される通信品質に関する品質情報であることを特徴とすることができる。前記品質情報は例えば、１つのＰＤＵ（Protocol Data Unit）などの単位データを処理するための制限時間に関するものである。特に本願発明をIEEE802.11e規格の通信に適用した場合においては、前記ＩＣ動作情報として、TSPECパラメータ群を用いるように構成することができる。前記第１の通信機は、前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧の中で、前記第２の通信機に承認された品質情報に関する前記制限時間内に要求される処理を遂行可能な最低の動作周波数及び／又は供給電圧に、前記第1情報処理ＩＣを調節するように構成することができる。さらに、前記第１の通信機は前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧の中で前記第２の通信機に承認された品質情報に関する前記制限時間内に要求される処理を遂行可能な動作周波数及び／又は供給電圧を計算すると共に該計算した動作周波数及び／又は供給電圧の情報を含む第２のＩＣ動作情報を前記第２の通信機に送信し、前記第２の通信機は前記送信された第２のＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記承認した第２のＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、前記第１の通信機はさらに前記承認された第２のＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節するように、本願発明によるネットワークシステムを構成することができる。なお本願発明をIEEE802.11e規格の通信に適用した場合に、前記第１の通信機が前記第1情報処理ＩＣの供給電圧を変化させることによって、前記第１の通信機の物理層の処理遅延時間が変わる場合は、IEEE802.11e規格に準拠するために、前記物理層の処理遅延時間を推定して保持すると共に、ＭＡＣフレームを送信する前にＭＡＣフレームのTimestampフィールドの値を前記推定した処理遅延時間に更新するように構成する必要がある。
本願発明によるネットワークシステムにおいて、前記第２の通信機は、前記第１の通信機との通信に必要な通信品質の変化、前記第１の通信機との通信に必要なスループットの変化、前記第１の通信機以外の通信機との通信に必要な通信品質の変化、前記第１の通信機以外の通信機との通信に必要なスループットの変化、のいずれか１つ以上の変化に応じて、一度承認しなかった前記ＩＣ動作情報を新たに承認すると共に前記新たに承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、前記第１の通信機は前記新たに承認したＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣ動作周波数及び／又は供給電圧を調節するように構成することができる。
本願発明のある実施態様においては、前記第１の通信機は前記第１の通信機が用いる電源に関する電源情報を作成する手段を有し、前記プロトコル群は、前記第１の通信機から前記第２の通信機へ前記電源情報を伝える手段を有することを特徴とする。この場合において前記第２の通信機は、前記電源情報を伝える手段を通じて得た前記電源情報も考慮して、前記承認を行なうように構成することができる。
本願発明のある実施態様においては、前記第２の通信機は、前記第１の通信機から送信されたＩＣ動作情報を考慮して、前記第２の通信機が有する第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数を調節することを特徴とする。また前記第２の通信機は、前記電源情報を考慮して、前記第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数を調節するように構成することができる。また前記第２の通信機は、前記調節された第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数も考慮して、前記ＩＣ動作情報の全部又は一部を承認するように構成することができる。
前記ＩＣ動作情報は、前記第１の通信機と前記第２の通信機とが通信設定を行なう際に、前記第１の通信機から前記第２の通信機へと送信されるように構成してもよいし、前記第１の通信機と前記第２の通信機とが通信を開始した後でも、前記第１の通信機から前記第２の通信機へと送信できるように構成してもよい。前記第１方向ＩＣ動作情報伝達手段と、前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段は、前記プロトコル群のうち、レイヤ２のプロトコルに組み込むように構成することができる。また前記通信は、IEEE802.11e規格の通信であることができる。
本願発明のある実施態様においては、前記品質情報は、前記通信の種類を示すシンボルであってもよい。このシンボルの例は、VoIPやVODなどのサービスを表すシンボルである。この場合、前記第１の通信機及び／又は前記第２の通信機は、前記シンボルに対応した、単位データを処理するための制限時間を知っているように構成することが望ましい。
本願発明のある実施態様においては、前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、ＬＡＮに接続された端末、アクセスポイント、ルータ、ゲートウエイのいずれかであることができる。また本願発明のある実施態様においては、前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、ＰＴＳＮ網に接続された端末であることができる。また本願発明のある実施態様においては、前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、携帯電話ネットワークに接続された端末、基地局、その他前記携帯電話ネットワークに接続される機器のいずれかであることができる。さらに本願発明のある実施態様においては、前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、携帯端末であることができる。
本願発明を別の側面から見ると、本願発明は他の通信機と通信を行なう通信機であって、前記通信機は、前記通信機が有する処理装置の動作に関するＩＣ動作情報を作成すると共に、前記ＩＣ動作情報の全部又は一部の承認を前記他の通信機に求め、前記承認を受けたＩＣ動作情報に従って、前記処理装置の動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする。
本願発明をさらに別の側面から見ると、本願発明は他の通信機と通信を行なう通信機であって、前記通信機は、前記他の通信機が有する処理装置の動作に関するＩＣ動作情報を受け取ると共に、前記通信に要求される通信品質，前記通信に要求されるスループット，前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上考慮して前記受け取ったＩＣ動作情報の全部又は一部を承認し、前記承認したＩＣ動作情報を前記他の通信機に送信することを特徴とする。
本願発明をさらに別の側面から見ると、本願発明は、第１の通信機と前記第１の通信機と通信を行なう第２の通信機とを備えるネットワークシステムの消費電力調節方法であって、前記第１の通信機が前記第１の通信機が有する第1情報処理ＩＣの動作に関するＩＣ動作情報を作成すると共に前記ＩＣ動作情報を前記第２の通信機に送信するステップと、前記第２の通信機が前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に前記承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信するステップと、前記第１の通信機が前記承認されたＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする。
本願発明によるネットワークシステムは、要求される通信品質を保ちながら消費電力を節減することができる。さらに本願発明の一態様においては、通信相手の一方のみならず、送信局と受信局の情報処理ＩＣを協調して制御することで、送信局と受信局の両方の消費電力を節減することができる。
本発明によるネットワークシステムの外観図である。 本発明によるネットワークシステムに用いられる通信機の概要を示した説明図である。 本発明によるネットワークシステムに用いられる通信機の概要を示した説明図である。 本発明によるネットワークシステムの動作を説明する説明図である（実施例１）。 本発明によるネットワークシステムに用いられるプロトコルの例を説明する図である。 本発明によるネットワークシステムの動作を説明する説明図である（実施例２）。
符号の説明
１ ネットワークシステム
２２ PHY_IC
２４ MAC_IC
２６ MCU
３０ 周波数・電圧コントローラ
３２ 電圧コンバータ
以下、２つの実施例を用いて本願発明の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本実施例におけるネットワークシステムの外観を示す図である。ネットワークシステム1は、無線通信局（STA）2と、無線LANアクセスポイント(AP)4とを備え、STA2とAP4は無線LANで通信している。STA2は、無線LANネットワークアダプタを装備した携帯電話、PDA、ラップトップコンピュータなどの携帯通信端末であることができる。STA2はディスプレイ10、操作部12、無線LANアンテナ14等を備えている。AP4は、STA2と電波媒体6によって接続されていると共に、有線のLANケーブル16でインターネット８と接続されている。
図２は、STA2のハードウエア構成の概略を示す図である。本発明による無線通信局(STA)2は、物理層の情報処理を担当するICであるPHY_IC22、MAC層の下位副層の情報処理を担当するICであるMAC_IC24、MAC上位副層より上の階層の情報処理を担当するMCU26を有する。PHY_IC22とMAC_IC24はASICである。MCU26は、CPU、記憶装置、ソフトウエア等を搭載し、MAC層より上の階層のネットワーク処理を担当する。MCU26は。STA2の携帯電話機能やPDA機能などの制御も担当する。
STA2はさらに、周波数・電圧コントローラ30と電圧コンバータ32を備える。周波数・電圧コントローラ30は、PHY_IC22，MAC_IC24，MCU26が有するCPUの動作周波数を適切な値に設定する。電圧コンバータ32は、電源電圧V0を適切な電圧に変換して、PHY_IC22，MAC_IC24，MCU26に供給する。さらに周波数・電圧コントローラ30は、MCU26の制御を受けて、MAC_IC24と、MCU26のCPUの動作周波数を、STA2の動作中に動的に変更することができる。また電圧コンバータ32は、周波数・電圧コントローラ30の制御を受けて、MAC_IC24やMCU26に供給される電圧を、STA2の動作中に動的に変更することができる。
図３は、AP4のハードウエア構成の概略を示す図である。本発明によるアクセスポイント(AP)4にも、図２における、PHY_IC22，MAC_IC24，MCU26，周波数・電圧コントローラ30，電圧コンバータ32に相当するハードウエアが組み込まれており、それぞれPHY_IC34，MAC_IC36，MCU38，周波数・電圧コントローラ40，電圧コンバータ42で図３に表されている。この他AP4は、有線LAN用の物理層及びMAC層の情報処理を担当する、PHY_MAC_IC44を備えている。
ついで図４を用いてネットワークシステム１の動作を説明する。本発明によるネットワークシステム１は、要求される通信品質を確保しつつSTA2やAP4が備えるCPUやASICなどの情報処理ＩＣの供給電圧や動作周波数を低下させることにより、ネットワークシステムの消費電力を節減する機能を有する。図4はこのような機能に関するネットワークシステム1の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップS2は動作の開始である。ステップS4では、STA2が、MAC_IC24やMCU26の動作に関するＩＣ動作情報を作成する。このＩＣ動作情報は、MAC_IC24や、MCU26のCPUが取り得る供給電圧や動作周波数、及び、最大処理速度などに関する情報を含むことができる。また、通信に要求される品質、例えば、１フレームの処理に要する処理時間のようなものでもよい。この場合は、処理時間に対応するMAC_IC24やMCU26のCPUの動作周波数等を、MCU26が知っていることが望ましい。さらにＩＣ動作情報は、「VoIP」「VOD」のようなシンボルである実施例も存在し得る。このような場合は、「VoIP」や「VOD」に対応して要求される、MAC_IC24などの情報処理用ＩＣの動作周波数の制限を、MCU26が知っていることが望ましい。
本実施例では、前記ＩＣ動作情報は、MAC_IC24の最大処理速度に関する情報WCETと、MAC_IC24が取り得る動作周波数に関する情報OpModeとを含むものとする。WCETは、MAC_IC24が、特定のアプリケーションの下で、MAC層で用いられる最も大きなフレームを最大の動作周波数で処理した場合の処理時間として定義される。いわゆるWCET(Worst Case Execute Time、最悪時処理時間)である。OpModeは１または2以上の整数であって、それぞれMAC_IC24が最大動作周波数の１/OpModeで動作できることを示す。例えばOpMode=(1,2,3)ならば、MAC_IC24が、最大動作周波数の1/2及び1/3で動作できることを示す。その場合、最大フレームの処理時間はそれぞれ２倍、３倍になる。しかし、供給電圧も最大動作電圧の1/2、1/3で済ませることができ、消費電力が供給電圧の二乗に比例することから、供給電圧を下げれば消費電力を削減することができる。
なおステップS4において、MCU26がSTA2とAP4との通信に要求される通信品質やスループットを知っている場合は、あらかじめそのことを考慮して、可能なOpMode値をAP4に伝えるように構成してもよい。
ステップS6では、ステップS4で作成されたＩＣ動作情報を、STA2からAP4へと伝達する。このような伝達が可能であるためには、予め適切なプロトコルを定めておく必要がある。
ステップS８では、AP4のMCU38が、STA２から受け取ったSTAのＩＣ動作情報を解析して、適切なＩＣ動作情報を選ぶ。選ばれたＩＣ動作情報は、ステップS14でMAC_IC24の動作周波数を調節するために用いられる。従って最も単純には、MCU38は、OpModeの中で最も大きい値を最適ＩＣ動作情報としてSTA２に送信すれば、MAC_IC24は最も低い動作周波数及び供給電圧で動作することになり、消費電力の削減効果が最も大きくなる。しかし、単純に言うと、動作周波数が半分になれば、データを処理する時間は倍になってしまう。すなわち最大サイズのフレームの処理時間がWCETの倍になる。一方、STA２とAP4の通信には、通信に要求されるスループットや、通信に要求される品質によって、1フレームの処理時間が所定時間以内に収まらなければならないという制限がある場合が多い。さらにAP4はアクセスポイントであるから、STA2以外の他の無線通信局との通信に要求される通信品質及び／又はスループットをも考慮して、STA2との通信時間に制限を設けねばならない場合もある。MCU38は、このような制限の中で、可能な最も遅い動作周波数すなわち最も大きいOpMode値を求め、求めた値を承認する（ステップＳ１０）。本実施例では、OpMode=2が承認されたものとして、後の説明を続ける。なお、STA２から受け取ったOpMode値が１つしかない場合は、その１つを承認するか、さもなければ却下する。なお、図４ではステップ８の後にステップＳ１６が示されているが、これは後で説明する。
ステップS12では、AP4のMCU38が承認したＩＣ動作情報を、AP4からSTA2へと伝達する。この伝達においては、承認された情報のみを伝達すればよく、WCETや承認されなかったOpModeの値を伝達する必要はない。このような伝達が可能であるためには、予め適切なプロトコルを定めておく必要がある。
ステップS14では、承認されたＩＣ動作情報に従って、MAC_IC24の動作周波数及び供給電圧が調節される。承認されたＩＣ動作情報である“OpMode=2”をMCU26が認識すると、MCU26は、MAC_IC24の動作周波数を、最大動作周波数の1/2に設定するように、周波数・電圧コントローラ30に指示を出す。また周波数・電圧コントローラ30は、MAC_IC24の動作周波数に適したMAC_IC24の供給電圧を記憶しており、電圧コンバータ３２に指示を出して、MAC_IC24の動作周波数が最大動作周波数の1/2に必要な供給電圧に設定する。ＩＣの消費電力は動作周波数に比例して大きくなると共に、供給電圧の二乗に比例して大きくなるため、ＩＣの動作周波数と供給電圧を低下させることができれば消費電力を大きく削減することができる。
一つの実施態様では、MAC_IC24やMCU26などSTA2に備わる情報処理用ＩＣだけではなく、AP4の情報処理用ＩＣの動作周波数や供給電圧をも調節するように構成することができる。ステップS8で、AP4のMCU38が、STA２のＩＣ動作情報を解析する際に、AP4のＩＣの動作情報も合わせて調査し、可能であればMAC_IC36の動作周波数／供給電圧を低下させてもよい（ステップS16）。MAC層において、通信に要求されるスループットや通信に要求される品質によって定められる1フレームの処理時間制限をTbound、当該フレームに必要なSTA2の物理層とMAC層の処理時間をTSTA、AP4の物理層とMAC層の処理時間をTAP、とすれば、TSTAとTAPは、
の関係を満たさなくてはならない。なお、Cはチャネルアクセスや媒体の伝搬にかかる時間である。
MAC_IC24の動作周波数を遅くすればTSTAが大きくなり、MAC_IC36の動作周波数を遅くすればTAPが大きくなる。どちらを優先すべきかについては様々な状況があるだろうが、通常は、電池で駆動している通信機の情報処理ＩＣを優先して遅くすることが好ましい。そこでSTA2は、電源の種類（電池かAC電源か）や、電源が電池である場合は電池の残量などの電源情報もAP4に伝達し、AP4のMCU38は、STA2の電源情報と、AP4の電源情報を考慮に入れて、最適なSTA2のＩＣ動作情報を承認するように構成することが好ましい。例えば、もしSTA2が電池駆動であれば、STA2のＩＣの動作周波数が最低になるようなＩＣ動作情報を承認する。もしAP4が電池駆動であれば、AP4のＩＣの動作周波数を優先的に低く設定する。両者ともに電池駆動であれば、電池残量によって優先度を変化させる。ステップS18は、動作の終了である。
なお、ステップS８とＳ１０において、一旦は通信品質やスループットの要求を満たすことができなかったため、あるOpMode値を却下した場合であっても、その後、STA2との通信に必要な通信品質の変化やSTA2との通信に必要なスループットの変化、AP2と他の通信機との通信に必要な通信品質の変化、AP2と他の通信機以外の通信機との通信に必要なスループットの変化、AP4と他の無線通信局との通信が終了等の理由で、以前に却下したOpMode値でも、要求される通信品質等を満たすことができるようになる場合がある。そのような場合は、新たに要求を満たすことになったOpMode値を承認し、新たに承認したOpMode値をSTA2に伝えるようにAP2やネットワークシステム１を構成することができる。その場合STA2は、新たに承認されたOpMode値に従って、情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することができる。
次に、図５に情報処理用ＩＣの動作周波数・供給電圧の調節に係るプロトコルの例を示す。ＩＣの動作周波数・供給電圧の調節は、STA2のMCU26によって発議される。この発議をMAC層へ伝えるためのメッセージが必要である。本実施例では、HM_PS.requestというメッセージを定義した（引用符号50）。次に、この発議をMAC層のプロトコルに組み込んでAP4へ伝達するメッセージが必要である。本例ではPS.requestというメッセージを定義した（引用符号52）。ついでAP4のMAC層から高次層へのインタフェースが必要である。本例では、HM_PS.indicationというメッセージを定義した（引用符号54）。HM_PS.request, PS.request, HM_PS.indicationのいずれも、パラメータとしてWCETと1又は複数のOpMode値を有する。これらのメッセージにより、STA2のＩＣ動作情報がAP4のMCU38へと伝えられる。MCU38が承認したＩＣ動作情報は、HM_PS.reply（引用符号56）, PS.reply（引用符号58）, HM_PS.confirm（引用符号60）により、STA2のMCU26へと伝えられる。HM_PS.reply, PS.reply, HM_PS.confirmは、いずれもパラメータとして、OpModeを有する。このOpMode値は、MCU38が承認したOpMode値である。
これらのメッセージは、STA2とAP4のアソシエーション時に交換されてもよいし、通信が開始された後に交換されてもよい。
実施例の２では、本発明をIEEE802.11e規格の通信に適用する例を示す。IEEE802.11eでは、データの性質や要求される伝送条件を表すTSPECというパラメータ群が、送信局と受信局の間に交換される。TSPECは通信品質に関するパラメータを含んでいるが、このパラメータから通信機のCPUやASICが取り得る動作周波数を計算することができるので、TSPECパラメータ群を情報処理用ＩＣの動作情報として用いることができる。以下、MAC層の下位副層の情報処理を行なうASICであるMAC_ICの最適な動作周波数を求める方法を説明する。
まず、あるフレームの最初のビットが送信局のMAC層に届いてから、同じフレームの最後のビットが受信局のMAC層を離れるまでの時間をTe2eとすると、Te2eは次のように表される。
ここでTMAC+PHYは、MAC層と物理層で１つのフレームを処理するために必要な時間である。肩のrとsの表示は、それぞれ受信側と送信側の通信機であることを示している。また、surplus×Texchangeの項は、媒体の伝搬時間やチャネルアクセスに必要な時間を表す。Te2eには２つの拘束条件がある。１つは１つのフレームを処理するために発生する遅延時間の許容量であり、これはTSPECパラメータ群のDelay
Bound（遅延許容時間）パラメータに記述される。もう一つは通信システムのスループットであり、これはこれはTSPECパラメータ群のMinimum
Service Intervalパラメータに関係する。Te2eは、これら２つの値以下でなくてはならないことから、送信側MAC_ICの動作周波数を以下のように求めることができる。
まず、WCET（最悪時処理時間）を次の式で求める。
ここで、SMAX_MSDNは最大フレームサイズであり、TSPECのパラメータMaximum MSDN Sizeに記述されている。またfframeは、送信側MAC_ICが1バイトを処理するために必要な時間である。
受信局のMAC_ICの動作周波数が変わらないとすれば、遅延許容時間の条件から求められる最低の動作周波数f1は、以下のようになる。
ここでfmaxは送信側MAC_ICの最大の動作周波数である。また、分母のカッコは小数点以下を切り捨てるという意味のカッコである。
スループットの条件から求められる最低の動作周波数f2は、以下のようになる。
TminはMinimum Service Intervalパラメータの値であり、システムのスループットに関係する。また、(surplus-1)×Texchangeの項はチャネルアクセス遅延を示す。この２つの条件より、送信側MAC_ICの最適動作周波数foptimalと最適供給電圧Voptimalは、以下のように求められる。
Vmaxは最大の供給電圧である。
以上説明したように、TSPECパラメータ群から送信局の情報処理用ＩＣが取り得る動作周波数を計算することができるので、TSPECパラメータ群を情報処理用ＩＣの動作情報として用いることができる。実際には、送信局の情報処理用ＩＣは連続的な値をとることはできないので、foptimalより大きく且つ最もfoptimalに近い動作周波数に調節される。
CPUやASICなどICの消費電力は、動作周波数に比例して大きくなると共に供給電圧の二乗に比例して大きくなるため、これらのICの動作周波数と供給電圧を低下させることができれば消費電力を大きく削減することができる。
なお、物理層の処理を担当するASICの動作周波数や供給電圧も調節する場合、その調節によって、物理層の処理遅延時間が変わる恐れがある場合は、802.11規格の条項11.1.2の要請により、通信局は物理層の処理遅延時間を推定して保持しておき、フレームを送信する前に、Timestampフィールドの値を更新しなければならない。
上記で説明した例では、送信側MAC_IC（より具体的には MAC下位副層の情報処理を担当するASIC）の最適動作周波数・最適供給電圧を求めたが、受信局のMAC_ICの最適動作周波数・最適供給電圧も同様に求めることができる。また、以下の図６の説明の中で詳しく説明するように、送信局のMAC_ICと受信局のMAC_ICとの両方の動作周波数・供給電圧を最適に調節することができる。
受信局のMAC_ICの動作周波数・供給電圧も調節する場合は、送信局のMAC_ICが取り得る動作周波数のうち、数式６で求めるfoptimalより大きな動作周波数に関する情報を送信局のWCETであるWCETsと共にIC動作情報として受信局へ送信する。受信局は、以下の条件の下、最適な動作周波数及び供給電圧を決定する。
ここでWCETrは受信局MAC_IC のWCET、OpModesは送信局MAC_ICの動作周波数が最大動作周波数の何分の1で動作するかを示す値で、送信局から受信局へ送信される。OpModes =2ならば、送信局MAC_ICは、最大動作周波数の２分の1で動作することを示す。OpModerは受信局においてOpModesに対応する量である。数式７の条件と、数式４及び数式5における送信局MAC_ICを受信局MAC_ICに置き換えて用いることで、受信局の最適な動作周波数を求めることができる。受信局は、送信局及び受信局の電源に関する情報（電源の種類、電池残量）などを基に、送信局と受信局のどちらの供給電圧を優先的に下げればよいか判断することが好ましい。受信局は、判断の結果、送信局のMAC_ICが取るべき動作周波数に関するOpModesを送信局に送信する。送信局は受け取ったにOpModes従って、MAC_ICの動作周波数及び供給電圧を設定する。
図６は、上記説明した内容をまとめて説明するためのフローチャートである。図６は、実施例２に係るネットワークシステムにおいて、通信局及びアクセスポイントが備えるMAC_IC（MAC下位副層の情報処理を担当するASIC）の、動作周波数及び供給電圧を調節する動作に関するフローチャートである。
ステップS24は動作の開始である。ステップS26では通信局がTSPECの承認をアクセスポイントに要求する（ADDTS Request）。ステップS28では、アクセスポイントが要求されたTSPECを満たすリソースがあるかないかを調べ、リソースがある場合には要求されたTSPECを承認し、リソースがない場合には別のTSPECを提案する（ステップS32）。ステップS32では、アクセスポイントがADDTS
Requestを通信局に返す。
ステップS34では上に説明したように、通信局がTSPECのパラメータと数式２〜６を用いて、MAC_ICの最適な動作周波数と供給電圧を求める。もしアクセスポイントのMAC_ICの動作周波数・供給電圧の調節を行なわない場合は、ステップS36で求めた最適動作周波数・最適供給電圧に送信局のMAC_ICを設定し、動作は終了となる（ステップS50）。
アクセスポイントのMAC_ICの動作周波数・供給電圧の調節も行なう場合は、ステップS34からステップS40へと進む。ステップS40では、通信局のMAC_ICが取り得る動作周波数のうち、数式６で求めるfoptimalより大きな動作周波数に関する情報をWCETと共にＩＣ動作情報としてアクセスポイントへ送信する。さらにステップS40では、通信局の電源に関する情報（電源の種類、電池残量など）も、アクセスポイントに送信することが好ましい。ステップS42では、アクセスポイントが通信品質やスループット、通信局及びアクセスポイントの電源情報などを考慮して、望ましいアクセスポイントの情報処理用ＩＣの動作周波数を計算する。上記に説明したように、数式４，数式５，数式７を用いることができる。ステップS44では計算した動作周波数及びその動作周波数に最適な供給電圧に、アクセスポイントのMAC_ICを設定する。ステップS４６では、数式７の条件の下、送信局から送られてきた動作周波数の候補に関する情報のうち、最も遅い動作周波数に関する候補を承認する。ステップS48では承認された候補が通信局に送信され、通信局は承認された動作周波数に通信局のMAC_ICを設定する（ステップS36）。ステップS50は動作の終了である。
以上で本発明の実施例の説明を終わるが、本発明の実施形態はこれらの実施例にとどまらず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な実施形態が可能である。例えば、実施例１において、ＩＣ動作情報に承認を与える機器は、ネットワーク上のルータやゲートウエイ、携帯電話網の基地局やRNC等である実施形態が考えられる。さらに実施例１においてＩＣ動作情報に承認を与える機器は、別のネットワークやPTSN網に接続され、STA2と通信を行なっている無線端末でもよい。特に携帯端末でVoIPが一般化する時代には、通信品質の確保と電池の節約が非常に重要になると考えられ、本発明のように通信を行なう通信機間で消費電力すなわち情報処理ＩＣの動作周波数や動作電圧を交渉しながら適切な値に設定する技術は、大きな有用性を持つことが予想できる。

Claims (34)

  1. 第１の通信機と、前記第１の通信機と通信を行なう第２の通信機と、前記通信に用いるプロトコル群とを備えるネットワークシステムであって、
    前記プロトコル群は、前記第１の通信機が有する第1情報処理ＩＣの動作に関するＩＣ動作情報を、前記第１の通信機から前記第２の通信機に伝える第１方向ＩＣ動作情報伝達手段と、前記ＩＣ動作情報を、前記第２の通信機から前記第１の通信機に伝える第２方向ＩＣ動作情報伝達手段とを備え、
    前記第１の通信機は、前記ＩＣ動作情報を作成すると共に、前記第１方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記ＩＣ動作情報を前記第２の通信機に送信し、
    前記第２の通信機は、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に、前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、
    前記第１の通信機は、前記承認されたＩＣ動作情報に従って、前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする、ネットワークシステム。
  2. 前記第２の通信機は、前記送信されたＩＣ動作情報の全部を承認しないときは、新しいＩＣ動作情報を作成して前記第１の通信機に送信することを特徴とする、請求項１に記載のネットワークシステム。
  3. 前記第２の通信機は、前記通信に要求される通信品質、前記通信に要求されるスループット、前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上を考慮して、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認することを特徴とする、請求項１又は２に記載のネットワークシステム。
  4. 前記第２の通信機は、前記第１の通信機以外の通信機との通信に要求される通信品質及び／又は前記通信に要求されるスループットを考慮して、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のネットワークシステム。
  5. 前記ＩＣ動作情報は、前記第1情報処理ＩＣの最大処理速度に関する情報を含むことを特徴とする、請求項４に記載のネットワークシステム。
  6. 前記第２の通信機は、前記最大処理速度を考慮して、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認することを特徴とする、請求項５に記載のネットワークシステム。
  7. 前記ＩＣ動作情報は、前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧に関す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ネットワークシステム。
  8. 前記第１の通信機は、前記通信に要求される通信品質、前記通信に要求されるスループット、前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上を考慮して、前記ＩＣ動作情報を作成することを特徴とする、請求項７に記載のネットワークシステム。
  9. 前記ＩＣ動作情報が前記動作周波数の場合に、前記第１の通信機は、前記承認されたＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣの動作周波数を調節すると共に、前記第1情報処理ＩＣの供給電圧を前記調節された動作周波数に適した供給電圧に調節することを特徴とする、請求項７又は８に記載のネットワークシステム。
  10. 前記ＩＣ動作情報は、前記通信に要求される通信品質に関する品質情報であ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ネットワークシステム。
  11. 前記品質情報は、単位データを処理するための制限時間に関する、請求項１０に記載のネットワークシステム。
  12. 前記第１の通信機は、前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧の中で、前記承認された品質情報に関する前記制限時間内に要求される処理を遂行可能な最低の動作周波数及び／又は供給電圧に、前記第1情報処理ＩＣを調節することを特徴とする、請求項１１に記載のネットワークシステム。
  13. 前記第１の通信機は、前記第1情報処理ＩＣが取り得る動作周波数及び／又は供給電圧の中で、前記承認された品質情報に関する前記制限時間内に要求される処理を遂行可能な動作周波数及び／又は供給電圧を計算すると共に、該計算した動作周波数及び／又は供給電圧の情報を含む第２のＩＣ動作情報を、前記第２の通信機に送信し、
    前記第２の通信機は、前記送信された第２のＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に、前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段を用いて前記承認した第２のＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、
    前記第１の通信機は、前記承認された第２のＩＣ動作情報に従って、前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする、請求項１０から１２のいずれかにネットワークシステム。
  14. 前記第２の通信機は、前記第１の通信機との通信に必要な通信品質の変化、前記第１の通信機との通信に必要なスループットの変化、前記第１の通信機以外の通信機との通信に必要な通信品質の変化、前記第１の通信機以外の通信機との通信に必要なスループットの変化、のいずれか１つ以上の変化に応じて、一度承認しなかった前記ＩＣ動作情報を新たに承認すると共に前記新たに承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信し、前記第１の通信機は前記新たに承認したＩＣ動作情報に従って前記第1情報処理ＩＣ動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載のネットワークシステム。
  15. 前記第１の通信機は前記第１の通信機が用いる電源に関する電源情報を作成する手段を有し、前記プロトコル群は、前記第１の通信機から前記第２の通信機へ前記電源情報を伝える手段を有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載のネットワークシステム。
  16. 前記第２の通信機は、前記電源情報を伝える手段を通じて得た前記電源情報も考慮して、前記承認を行なうことを特徴とする、請求項１６に記載のネットワークシステム。
  17. 前記第２の通信機は、前記送信されたＩＣ動作情報を考慮して、前記第２の通信機が有する第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数を調節することを特徴とする、請求項１から１６のいずれかに記載のネットワークシステム。
  18. 前記第２の通信機は、前記送信された電源情報を考慮して、前記第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数を調節することを特徴とする、請求項１５から１７のいずれかに記載のネットワークシステム。
  19. 前記第２の通信機は、前記調節された第２情報処理ＩＣの供給電圧及び／又は動作周波数も考慮して、前記承認を行なうことを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のネットワークシステム。
  20. 前記ＩＣ動作情報は、前記第１の通信機と前記第２の通信機とが通信設定を行なう際に、前記第１の通信機から前記第２の通信機へと送信されることを特徴とする、請求項１から１９のいずれかに記載のネットワークシステム。
  21. 前記ＩＣ動作情報は、前記第１の通信機と前記第２の通信機とが通信を開始した後でも、前記第１の通信機から前記第２の通信機へと送信されることを特徴とする、請求項１から２０のいずれかに記載のネットワークシステム。
  22. 前記第１方向ＩＣ動作情報伝達手段と、前記第２方向ＩＣ動作情報伝達手段は、前記プロトコル群のうち、レイヤ２のプロトコルに組み込まれることを特徴とする、請求項１から２１のいずれかに記載のネットワークシステム。
  23. 前記通信は、ＩＥＥＥ８０１．２２ｅ規格の通信であることを特徴とする、請求項１から２２のいずれかに記載のネットワークシステム。
  24. 前記ＩＣ動作情報として、ＴＳＰＥＣパラメータ群を用いる事を特徴とする、請求項２３のいずれかに記載のネットワークシステム。
  25. 前記第１の通信機は、前記第１情報処理ＩＣの供給電圧を変化させることによって、前記第１の通信機の物理層の処理遅延時間が変わる場合は、前記物理層の処理遅延時間を推定して保持すると共に、ＭＡＣフレームを送信する前にＭＡＣフレームのTimestampフィールドの値を前記推定した処理遅延時間に更新することを特徴とする、請求項２３又は２４に記載のネットワークシステム。
  26. 前記品質情報は、前記通信の種類を示すシンボルであることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれかに記載のネットワークシステム。
  27. 前記第１の通信機及び／又は前記第２の通信機は、前記シンボルに対応した、単位データを処理するための制限時間を知っていることを特徴とする、請求項２６に記載のネットワークシステム。
  28. 前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、ＬＡＮに接続された端末、アクセスポイント、ルータ、ゲートウエイのいずれかであることを特徴とする、請求項１から２７のいずれかに記載のネットワークシステム。
  29. 前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、ＰＴＳＮ網に接続された端末であることを特徴とする、請求項１から２７のいずれかに記載のネットワークシステム。
  30. 前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、携帯電話ネットワークに接続された端末、基地局、その他前記携帯電話ネットワークに接続される機器のいずれかであることを特徴とする、請求項１から２７のいずれかに記載のネットワークシステム。
  31. 前記第１の通信機と前記第２の通信機の少なくとも一方は、携帯端末であることを特徴とする、請求項１から２７のいずれかに記載のネットワークシステム。
  32. 他の通信機と通信を行なう通信機であって、前記通信機は、前記通信機が有する処理装置の動作に関するＩＣ動作情報を作成すると共に、前記ＩＣ動作情報の全部又は一部の承認を前記他の通信機に求め、前記承認を受けたＩＣ動作情報に従って、前記処理装置の動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする通信機。
  33. 他の通信機と通信を行なう通信機であって、前記通信機は、前記他の通信機が有する処理装置の動作に関するＩＣ動作情報を受け取ると共に、前記通信に要求される通信品質，前記通信に要求されるスループット，前記通信におけるチャネルアクセス遅延のうち、少なくとも１つ以上考慮して前記受け取ったＩＣ動作情報の全部又は一部を承認し、前記承認したＩＣ動作情報を前記他の通信機に送信することを特徴とする通信機。
  34. 第１の通信機と、前記第１の通信機と通信を行なう第２の通信機とを備えるネットワークシステムの消費電力調節方法であって、
    前記第１の通信機が、前記第１の通信機が有する第1情報処理ＩＣの動作に関するＩＣ動作情報を作成すると共に、前記ＩＣ動作情報を前記第２の通信機に送信するステップと、
    前記第２の通信機が、前記送信されたＩＣ動作情報の全部又は一部を承認すると共に、前記承認したＩＣ動作情報を前記第１の通信機に送信するステップと、
    前記第１の通信機が、前記承認されたＩＣ動作情報に従って、前記第1情報処理ＩＣの動作周波数及び／又は供給電圧を調節することを特徴とする、ネットワークシステムの消費電力調節方法。
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