JP4819425B2 - 無線ネットワーク内の通信局のエネルギー消費を最適化する方法および通信局の制御方法 - Google Patents

Description

本発明はネットワーク内、好ましくはＩＥＥＥ標準８０２．１１に準拠した無線ＬＡＮ内における、たとえばラップトップ型、パームトップ型あるいは移動可能型の通信局（ＳＴＡ）のエネルギー消費を最適化する方法に関する。ここで通信局（ＳＴＡ）は、アクセスポイントに省電力（ＰＳ）ポーリングを送信する。

無線ネットワークにおいて、移動局は一般にバッテリ駆動される。移動局のエネルギー消費は極めて重要な性能ファクタであるので、移動局の省電力モード（ＰＳＭ: Power Save Mode）をサポートする特別の機能が規定されている。ＩＥＥＥ８０２．１１標準で規定されているＰＳＭでは、ビーコン間隔（ＢＩ）とダウンリンク遅延との間に依存関係が生じる。ダウンリンク遅延は、フレームがＭＡＣ（媒体アクセス制御）層でアクセスポイント（ＡＰ）によって受信された時から通信局ＳＴＡによってＭＡＣ層で正しく受信されるまでの時間として定義される。ビーコン間隔は、ビーコンがＡＰによって周期的に送信される間隔である。従って、ビーコン間隔が長い場合には、ＰＳポーリングを送出した後にＡＰにＳＴＡ宛のデータが到着しても、次のビーコンを受信するまでにＳＴＡは自己宛のデータがあることを知ることはできない。いくつかのＢＩコンフィグレーションの場合、ビーコン間隔ＢＩとダウンリンク遅延との間の依存関係の結果として、ダウンリンク遅延がある特定の閾値限界を超えてしまい、アプリケーションによってはもはや許容できなくなることがある。これは、例えばＶｏＩＰ（Voice over IP）のようなリアルタイムアプリケーションにとっては極めて重大である。

ビーコン間隔とダウンリンク遅延との間の依存関係を除去するように標準の省電力モードを種々修正することが考えられる。例えば、ＡＰに各通信局のデータがバッファリングされていることを示すトラフィック指示マップ（ＴＩＭ）とＰＳポーリングの送信とを無関係にすることが可能である。たとえば、本出願人が２００３年２月２５日に日本国特許庁に出願した特願２００３−４６９９１号の明細書（２００４年９月１６日公開の特開２００４−２６０３８６号公報）を参照されたい。

特開２００４−２６０３８６号公報

しかしながら、ＴＩＭとＰＳポーリングの送信とを無関係した場合、ＡＰが通信局に対するフレームをバッファリングしていない時にＰＳポーリングを受信すると問題が生じる。ＩＥＥＥ８０２．１１標準で規定される省電力モードによれば、通信局からＡＰへ送信されるＰＳポーリングは、対応するデータフレームまたは確認応答フレームをＡＰから当該通信局へ送信することによって確認されるようになっている。したがって、いずれの場合にも、通信局がＰＳポーリングを送信した後や確認応答フレームを受信した後に、その通信局は「ａｗａｋｅ（覚醒）」状態にとどまり、データフレームの受信を待機する動作状態にある。このことは、エネルギー節減効率を大幅に低下させることとなり、エネルギーリソースが制限されていることを考えると不利である。

この問題点を回避するために、例えばＡＰから空のデータフレームのような付加的フレームを送信したり、ＳＴＡにタイムアウト機能を持たせたりすることが可能であるが、いずれも遅延が比較的長い。空データフレームを送信するには、対応するデータフレームを直接送信することによってＰＳポーリングの受信をＡＰで確認することを意味する。これは通常用いられているモードではない。というのは、アクセスポイントのＰＳＭキューにバッファリングされるフレームは、省電力モードにない他の局のフレームよりも優先されるからである。この不公平さを悪用すれば、悪意のあるユーザが省電力モードにあることをＡＰに通知しておきながら、実際にはａｗａｋｅ状態にとどまり、常時ＰＳポーリングを送信することによって他の局よりも迅速にフレームを受信することが可能となる。

本発明は、上述したようなネットワーク内の通信局のエネルギー消費を最適化する方法を提供するものであり、複雑な手段を用いることなく、他の既知の方法に比べて通信局のエネルギー節減効率を向上させるものである。

本発明による、無線ネットワーク内の局のエネルギー消費を最適化する方法は、請求項１に記載の特徴によって上記の課題を解決する。請求項１によれば、当該方法は、アクセスポイント（ＡＰ）において、省電力ポーリングの受信直後に、通信局（ＳＴＡ）に対してフレームがバッファリングされているかどうかを通信局（ＳＴＡ）に知らせるＭｏｒｅ Ｄａｔａフィールドを含む確認応答フレームを送信し、前記確認応答フレームとともに送信された前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールド内のビットに、前記アクセスポイントにおいて前記通信局に対するバッファリングされたフレームがないことを示す値０が割り当てられた場合、前記通信局が前記確認応答フレームの受信直後に省電力モードに変化する、ことを特徴とする。

本発明によれば、アクセスポイントは、ＰＳポーリングを送出した通信局に対して、当該通信局へ送信すべきフレームがバッファリングされているかどうかを直接通知する。通信局は、自己宛のフレームがバッファリングされていなければ、確認応答フレームを受信した直後に省電力モードに移行し、バッファリングされていればａｗａｋｅ状態に留まる。これによって、不必要なエネルギー消費を回避することができ、効率的な通信局のエネルギー管理を達成することができる。

本発明による方法は、ＩＥＥＥ標準８０２．１１のプロトコルで既に定義されているデータ定義のみを用いて構成することができるので簡単である。さらに、例えば空データフレームのような付加的フレームは不要であり、タイムアウトを待機する必要もない点で有利である。本発明による方法では、空いたチャネルを待機することを必要とせずに、ＡＰはＰＳポーリングの受信直後に情報を確認応答フレームとともに送信することができる。したがって、空データフレームやタイムアウト信号による解決法に比べて遅延は最小限となるので、エネルギーを節減する効率が大幅に高くなる。

本発明による方法は、アクセスポイント（ＡＰ）が、通信局から受信したＰＳポーリングに対して何らかの仕方で応答するシステムに適用可能である。より詳しくは、通信局により送信されたＰＳポーリングが当該ＰＳポーリングに対応するデータフレームの受信によって確認される場合と、ＡＰから通信局へ送信される確認応答フレームによる直接確認の場合の両方の場合に適用される。

本発明による方法は、通信局がＰＳポーリングを送信しこの通信局に対してＡＰにフレームがバッファリングされないという特殊な事態に対処するために、標準のＰＳＭを含むいかなる種類の省電力モードの場合でも利用可能な安全なメカニズムとなる。本発明によって、通信局が、受信データフレームの「Ｍｏｒｅ Ｄａｔａ」フィールドに含まれる情報によってＰＳポーリングを送出しようとしたが、送信前に、その通信局に対してバッファリングされたデータフレームがＡＰに存在することを示すＴＩＭを含むビーコンを受信する、という状況を避けることができる。本発明による方法を用いなければ、通信局は、それぞれの実施態様に応じて、２つのＰＳポーリングを送信してしまう可能性がある。

図１は本発明による無線ネットワークの概略的構成を示すブロック図である。省電力モードで動作している通信局ＳＴＡがＰＳポーリングを送信すると、それに対する確認応答（ＡＣＫ）フレームがＡＰから返送されてくる。当該通信局ＳＴＡは、そのＡＣＫフレームに含まれる情報によって当該ＡＰに自己宛のデータがバッファリングされているか否かを直接知ることができる。特に好ましい実施形態では、確認応答フレームとともに送信された情報が、アクセスポイントに当該通信局へ送信すべきフレームがバッファリングされていないことを示している場合、当該通信局は、確認応答フレームを受信した直後に「ｄｏｚｅ（居眠り）モード」、すなわち省電力モードに変わるようにされる。そうすることによって、通信局が「ａｗａｋｅ」である期間を最短にすることができる。

図２は本発明の一実施形態による無線ネットワークで使用される確認応答フレームのフォーマット図である。好ましくは、アクセスポイントにおいて局に対してバッファリングされているフレームがあるかどうかを示す情報は、確認応答フレームのＭｏｒｅ Ｄａｔａ（ＭＤ）フィールドに格納することができる。標準に既に規定されている確認応答フレームの構造は変更不要であり、これまで未使用であったフィールド（Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールド）を使用するだけである。

通信局ＳＴＡの機能は、確認応答フレームのＭＤフィールドを解釈することができるように変更するだけでよく、最小限の作業で実現可能である。というのは、確認応答フレームのＭＤフィールドを解釈するために通信局が実行すべき動作は、通信局がデータフレームに対して実行するのと同じ動作であるからである。

非常に簡単に実施可能な実施形態の場合、情報は、ＭＤフィールドの単一ビットに格納される。確認応答フレームのＭＤフィールドを埋めるために、アクセスポイントＡＰで実行すべき変更は容易に実現できる。ＡＰが行うべき動作は、データフレームのＭＤフィールドを埋めるためにデータフレームに関してＡＰが実行する動作と同一だからである。したがって、データフレームのＭＤフィールドと同じ構造が実現される。

具体的には、図２に示すように、ＭＤフィールド内のビットとして、アクセスポイントにおいて通信局へ送信すべきバッファリングされたデータフレームがない場合に値０を割り当てる。これに対して、アクセスポイントにおいて通信局に対して１つまたは複数のデータフレームがバッファリングされている場合には、このビットに値１を割り当てることができる。

図３（Ａ）は本発明による通信局のエネルギー消費最適化方法の一実施形態を示す図、（Ｂ）は従来の通信局のエネルギー消費を示す図である。図３（Ａ）に示すように、本実施形態によれば、通信局（ＳＴＡ）がＰＳポーリングを送信し、それに対する確認応答（ＡＣＫ）フレームを受信する。それに含まれるＭＤフィールド内のビットが値０で、当該ＡＰに自己宛のデータがバッファリングされていない場合には、即座に省電力モードになって電力を消費しないように制御される。これに対して、図３（Ｂ）に示すように、本発明による機能を実装していない通信局では、自己宛データがないことを示す確認応答フレームを受信した後も「ａｗａｋｅ（覚醒）」状態にとどまり、電力を消費し続けることになる。

最後に、留意すべきであるが、本発明の教示を好ましい態様で具現化しさらに展開するにはいくつかの可能性があり、そのためには請求項１に従属する特許請求項を参照すべきである。

本発明による無線ネットワークの概略的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線ネットワークで使用される確認応答フレームのフォーマット図である。 （Ａ）は本発明による通信局のエネルギー消費最適化方法の一実施形態を示す図、（Ｂ）は従来の通信局のエネルギー消費を示す図である。

符号の説明

ＳＴＡ 通信局
ＡＰ アクセスポイント
ＭＤ Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールド

Claims (8)

1. ネットワーク内の通信局のエネルギー消費を最適化する方法において、
   前記通信局はアクセスポイントに省電力ポーリングを送信し、
   前記アクセスポイントは、前記省電力ポーリングに対する応答として、当該省電力ポーリングの受信直後に、前記通信局に対するフレームがバッファリングされているかどうかを示すＭｏｒｅ Ｄａｔａフィールドを含む確認応答フレームを送信し、
   前記確認応答フレームとともに送信された前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールド内のビットに、前記アクセスポイントにおいて前記通信局に対するバッファリングされたフレームがないことを示す値０が割り当てられた場合、前記通信局が前記確認応答フレームの受信直後に省電力モードに変化する、
   ことを特徴とする通信局のエネルギー消費を最適化する方法。
2. 前記通信局が前記確認応答フレームのＭｏｒｅ Ｄａｔａフィールドを解釈することができるように前記局の機能が変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記値０が前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールドの単一ビットに格納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において前記通信局に対する１つまたは複数のデータフレームがバッファリングされている場合に、前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールド内のビットに値１が割り当てられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 省電力モードで動作することができ、アクセスポイントを通してネットワークに接続可能な通信局の制御方法において、
   前記アクセスポイントへ省電力ポーリングを送信し、
   前記アクセスポイントから、前記省電力ポーリングに対する応答として、当該省電力ポーリングの送信直後に、当該通信局宛のフレームがバッファリングされているか否かを示すＭｏｒｅ Ｄａｔａフィールドを含む確認応答フレームを受信し、
   前記確認応答フレームに含まれる前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールドに、前記アクセスポイントにおいて当該通信局宛のフレームがバッファリングされていないことを示す値０が割り当てられている場合、前記確認応答フレームの受信直後に省電力モードに変化する、
   ことを特徴とする通信局の制御方法。
6. 省電力モードで動作可能な通信局をネットワークに接続するためのアクセスポイントにおける前記通信局のエネルギー消費を最適化する方法において、
   前記通信局から省電力ポーリングを受信し、
   前記省電力ポーリングに応答して、当該省電力ポーリングの受信直後に、前記通信局宛のフレームがバッファリングされているか否か示すＭｏｒｅ Ｄａｔａフィールドを含む確認応答フレームを当該通信局へ送信し、
   前記通信局は前記確認応答フレームに含まれる前記Ｍｏｒｅ Ｄａｔａフィールドに、前記アクセスポイントにおいて当該通信局宛のフレームがバッファリングされていないことを示す値０が割り当てられている場合、前記確認応答フレームの受信直後に省電力モードに変化することを特徴とする通信局のエネルギー消費を最適化する方法。
7. 前記通信局は、ラップトップ型、パームトップ型、および、移動可能型のいずれかの通信端末であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載された方法。
8. 前記ネットワークは、ＩＥＥＥ標準８０２．１１に準拠した無線ＬＡＮであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載された方法。

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