JP5225349B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、データ通信制御に関係するストレージ機能を有する通信装置および通信方法に関する。
従来ではたとえば、次のパケットの送信までの間隔を、一定間隔、増加関数、減少関数、および周期関数の何れかを用いて決定し、決定した送信間隔を相手端末に通知し、データの送受信を停止することで低消費電力化を図っている。
特開2004−320153号公報
しかしながら、従来技術において、上位アプリケーションからのレイテンシ要求やスループット要求を満たしつつ低消費電力化を行うためには、未来の要求される伝送レートの増減情報、伝送要求が周期的であるかどうかなどの情報が必要となる。これらの情報のみにでは、ストレージのビジー状態のような突発的な状態に対して対処することができないため、適切なタイミングでデータの送受信を停止することができず、低消費電力化を行うことができない。
本実施形態は、上述した事情を考慮してなされたものであり、低消費電力化を行うことができる通信装置および通信方法を提供することを目的とする。
実施形態によれば、通信装置は、ストレージと、状態検出部と、通信部と、通信制御部とを含む。ストレージは、情報を格納する。状態検出部は、前記ストレージの状態が、書き込みが不可能なビジー状態であるか書き込みが可能なレディー状態であるかを少なくとも一回以上検出する。通信部は相手の通信装置との間で通信を行う。通信制御部は、前記ストレージの状態がビジー状態に入ったことが検出される場合に、第1の時間だけデータの受信動作を停止することを相手の通信装置に通知するように前記通信部を制御する。
実施形態の通信装置のブロック図。 図1の通信装置内のモジュールと相手端末との情報のやり取りを示すシーケンス図。 図2とは異なる、図1の通信装置内のモジュールと相手端末との情報のやり取りを示すシーケンス図。
以下、図面を参照しながら実施形態に係る通信装置および通信方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
本実施形態の通信装置について図1を参照して説明する。なお、通信装置は通信端末または端に端末とも呼ばれる。
通信装置101(以下、通信端末101とも呼ぶ)は、相手の通信装置110(以下、通信相手端末110または単に相手端末110と呼ぶ)とデータ通信を行う。通信装置101は、全体制御部102、ストレージ状態検出部103、ストレージ104、通信制御部105、通信部106を含む。
全体制御部102は、通信装置101内の各装置部分であるモジュールに命令を発行したり、モジュール間のデータ転送を司ったりする。
ストレージ104は、データ等の情報を格納することができるモジュールである。ストレージ104は、一度に大量にデータを消去できるものであり、たとえばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、DVD(Digital Versatile Disk)があり、フラッシュメモリはたとえばNAND型、NOR型、フラッシュEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)がある。
ストレージ状態検出部103は、ストレージ104の状態を監視するためのモジュールである。ストレージ状態検出部103は、ストレージ104が、即座に書き込み可能な状態(レディー状態)か、何らかの動作中であり書き込みを一時的に待たなければならない状態(ビジー状態)であるかを判断する。ストレージ状態検出部103は少なくとも一回以上、状態を検出する。なお、ストレージ状態検出部103が行うこの検出回数を多くするほど、状態を検出する精度を向上することができる。ストレージ状態検出部103の詳細については後述する。
通信制御部105は通信部106を制御し、受信待ち受け動作の開始、受信待ち受け動作の終了(スリープモードへの移行)、データの送信タイミングの制御などを行う。
通信部106は、ストレージ104に記憶されているデータを、通信相手端末110に送信したり、通信相手端末110からのデータを受信し、ストレージ104に転送したりする。
次に、通信端末101の内部および、通信相手端末110とのメッセージのやり取りを説明するためのシーケンスの一例について図2を参照して説明する。各モジュールやデータ転送は全体制御部102からの命令を介して実行されるが、これを忠実に記述すると無駄に煩雑となるため、ここでは、全体制御部102の動作を省略する。
通信端末101の通信部106は、通信相手端末110からのData#n(#nはシーケンス番号であり、データパケットの識別子)の受信に成功する(ステップS201)と、通信端末101に対して、肯定応答としてAck#nを送信する(ステップS203)。これと同時にまたは前後して、通信装置101の通信部106は受信したData#nをストレージ104に転送し(ステップS202)、ストレージ104に記録される(ステップS204)。
その後、通信相手端末110からData#(n+1)が転送されてきた際に、通信端末101の通信部106において、受信に成功する(ステップS205)と、肯定応答としてAck#(n+1)を通信相手端末110に送信し(ステップS207)、ストレージ104にData#(n+1)が転送される(ステップS206)。ここで、ストレージ状態検出部103が、ストレージ104のビジー状態を検出したものとする(ステップS209)。またこのとき、Data#(n+1)は通信部106かストレージ104のいずれかのバッファ(図示せず)に退避しているものとする。ビジー状態を検出したストレージ状態検出部103は通信制御部105に、ストレージ104がビジー状態であることを通知する(ステップS210)。
通信制御部105は、通信部106に対して受信動作を停止するスリープモードに移行するように命令を出す(ステップS211)とともに、タイマ(図示せず)を作動させる。このタイマはビジー状態の継続時間(第1の所定の時間に相当)に設定する。ビジー状態の継続時間の決定方法については、後述する。
通信部106は受信動作停止の指示を受けると、通信相手端末110に、通信端末101がスリープ状態(受信動作停止状態)に入ることを通知(ステップS212)したのち、受信動作を停止するスリープモードに入る(ステップS213)。このとき、通信相手端末110に対して、ビジー状態の継続時間を通知する。スリープ状態に入ることを通知された通信相手端末110は、通知されたビジー状態の継続時間だけ、データの送信を停止するスリープモードに入る(ステップS214)。このスリープモードでは、第1の所定の時間以下の所定の時間だけデータの送信を停止する。通信端末101、通信相手端末110のそれぞれの通信部がスリープモードに入っている間に、ストレージ104はビジー状態から復帰して、バッファに退避しているデータData#(n+1)の書き込みを完了する(ステップS215)。通信制御部105は設定したタイマが完了すると、通信部106に受信動作再開するように命令を出すとともにタイマを停止させる。通信部106は受信動作開始の指示を受け取ると、通信相手端末110からのデータ転送を待つ状態に入る。同様に通信相手端末110も、Data#(n+2)の送信を再開する(ステップS216)。以下、ステップS201以下と同様である。
ストレージ状態検出部103について詳細に説明する。ここでは、一例としてストレージ104がフラッシュメモリであるものとする。フラッシュメモリは、すでに利用されている(データが書き込まれている)領域に対して、さらにデータを上書きすることはできないため、その領域について、一度データを消去する必要がある。この消去動作については数msecオーダーの時間がかかることがある。ここでは、この消去動作(ステップS208)をストレージのビジー状態であると定義する。以下に、フラッシュメモリに対するビジー状態の検出方法について例をあげて説明する。
まず、一つ目の例として、ストレージ104とストレージ状態検出部103の間に、データの通信を行うインターフェースを設けて、ストレージ104がビジー状態であるかレディー状態であるかを示す状態通知信号を生成して、ストレージ状態検出部103に、状態通知信号の通知を行う方法がある。このインターフェースについては、ストレージ側がマスタとなって、積極的に通知する方法でもよいし、ストレージ状態検出部103がマスタとなって、ストレージ104の状態の遷移を常に監視してもよい。たとえば、JTAG,UART,SPI,ICのような汎用インターフェースを用いて、ストレージ104の状態をストレージ状態検出部103が監視してもよい。また、別の方法として、たとえば、ストレージ104は、フラッシュメモリのチップであり、「アイドル状態」「読み出し状態」「書き込み状態」「消去状態」の4パターンの状態を2bitの信号で出力しておき、ストレージ状態検出部103は、この2bitの信号を用いて、ストレージ104が消去状態に遷移したことを検出し、これをストレージのビジー状態であると認識する。同様に、アイドル状態に遷移した場合に、ストレージのアイドル状態であると認識する。
二つ目の例として、ストレージ状態検出部103は、全体制御部102もしくは通信部106が書き込み要求をストレージ104に対して発行してから、ストレージ104から書き込み完了応答が発行されるまでの時間を測定し、この時間により、ストレージの状態を検出する方法がある。たとえば、書き込み要求の発行から、書き込み完了応答の発行(もしくは次のデータの書き込みのための準備完了)までの間隔が、一定の時間(第2の所定の時間)内に完了すれば、消去動作は発生していないと考えて、ストレージ104はレディー状態であると認識する。もし、一定の時間(第2の所定の時間)を過ぎても書き込み完了応答の発行がなされない場合は、ストレージ104は消去動作に入ったものとして、ビジー状態であると認識する。ここで、前記の一定の時間は、平均的なデータの書き込み時間より長く、平均的なデータの消去時間より短く設定する。
三つ目の例として、ストレージ状態検出部103がストレージ104の電源の変動を監視する方法がある。たとえば、ストレージ104はフラッシュメモリのチップであり、ストレージ状態検出部103は、ストレージ104の電源ピンの電圧もしくは電流を監視する。監視の方法としては、ストレージ104の電源ピンの電源電圧もしくは電流に対して、コンパレータやADC(Analog to Digital Converter)を用いて、その変動を数値化する。たとえばフラッシュメモリは、その特性上、消去動作時には読み出しおよび書き込み動作時より高い電圧が必要であるため、この高い電圧を生成するために、多くの電流が流れる。このため、電源電圧も一時的に低下する。消去動作時のこれらの変動パターンについて、あらかじめ保持をしておき、観測された変動パターンとのマッチングをとることで、消去動作に入ったことを認識する。たとえば、電源電圧の変動を、一定時間毎にサンプリングしておき、あらかじめ設定されたパターンとの相互相関値が閾値を超えた場合に、消去動作が発生したと認識する方法がある。また、他の方法としてたとえば、電源電圧の変動を、一定時間毎にサンプリングしておき、電源電圧が一定値を下回ったら、大量に電流が流れたと判断し、これを消去動作と認識する方法がある。
その他の例として、ストレージ104がHDDやDVDのようなディスクドライブである場合について説明する。ディスクドライブは、ディスク上のヘッダを動かして、物理的にデータを書き込む位置を決定するが、連続して書き込むデータについて、物理アドレスが離れていると、位置的に遠いトラックにデータを書き込むことになる。このとき書き込みを開始するまでにヘッダを動かすための時間が要求される。このシーク時間はヘッダの位置によって異なるが、数msecを要求される場合もある。ここでは、このシーク動作をストレージのビジー状態であると定義する。以下に、ディスクドライブに対するビジー状態の検出方法について例をあげて説明する。
まず、一つ目の例として、ストレージ104とストレージ状態検出部103との間に、データの通信を行うインターフェースを設けて、ストレージ104がストレージ状態検出部103に、ビジー状態またはレディー状態の通知を行う方法がある。このインターフェースについては、ストレージ側がマスタとなって、積極的に通知する方法でもよいし、ストレージ状態検出部103がマスタとなって、ストレージ104の状態の遷移を常に監視してもよい。たとえば、JTAG,UART,SPI,ICのような汎用インターフェースを用いて、ストレージ104の状態をストレージ状態検出部103が監視してもよい。また、別の方法として、たとえば、ストレージ104は、ディスクドライブのモジュールであり、「アイドル状態」「読み出し状態」「書き込み状態」「消去状態」の4パターンの状態を2bitの信号で出力しておき、ストレージ状態検出部103は、この2bitの信号を用いて、ストレージ104が消去状態に遷移したことを検出し、これをストレージのビジー状態であると認識する。同様に、アイドル状態に遷移した場合に、ストレージのアイドル状態であると認識する。
二つ目の例として、ストレージ状態検出部103は、全体制御部102もしくは通信部106が書き込み要求もしくは、読み出し要求を、ストレージ104に対して発行してから、ストレージ104から書き込み完了応答が発行されるまでの時間を測定し、この時間により、ストレージの状態を検出する方法がある。たとえば、書き込み要求もしくは読み出し要求の発行から、書き込みまたは読み出し完了応答の発行(もしくは次のデータのアクセスのための準備完了)までの間隔が、一定の時間(第2の所定の時間)内に完了すれば、シーク動作は発生していないと考えて、ストレージ104はレディー状態であると認識する。もし、一定の時間(第2の所定の時間)を過ぎても書き込みまたは読み出し完了応答の発行がなされない場合は、ストレージ104はシーク動作に入ったものとして、ビジー状態であると認識する。ここで、前記の一定の時間は、平均的なデータの書き込みまたは読み出し時間より長く、平均的なシーク時間より短く設定する。
次に、ビジー状態の継続時間(第1の所定の時間に相当)の決定方法について説明する。もし、ストレージ104がフラッシュメモリである場合は、消去動作をビジー状態として考えるため、ビジー状態の継続時間は、消去動作に必要とされる時間の平均的な値に基づいて設定する。また、ストレージ104がディスクドライブである場合、シーク動作をビジー状態であると考えるため、ビジー状態の継続時間は、平均シーク時間に基づいて設定し、たとえば平均シーク時間である。
次に、図2とは異なる、通信端末101の内部および、通信相手端末110とのメッセージのやり取りを説明するためのシーケンスの一例について図3を参照して説明する。
図2と異なる部分としては、ストレージ状態検出部103が、ストレージ104のビジー状態への遷移のほかに、レディー状態への遷移についても検出する(ステップS301)ことである。また通信制御部105は、タイマをもたず、ストレージ状態検出部103からのレディー通知を受けて、通信部106に受信動作開始を命令する。たとえば、フラッシュメモリの場合では、フラッシュメモリの消去が完了し、制御部がレディー状態を検出するまでの時間だけデータの受信動作を停止する。
通信部106は通信相手端末110に対して、通信端末101が受信動作を開始した旨(つまり、相手端末110に対してデータ送信の再開を要求する旨)を通知する。受信動作開始の通知(ステップS304)を受けた通信相手端末110は、肯定応答(ACK)を返した(ステップS305)のち、一時停止していたData#(n+1)の次のパケットであるData#(n+2)のデータを送信し始める(ステップS216)。
以上の実施形態によれば、ストレージの状態に応じて、データの送受信を一時的に停止することで、その間スリープモードに移行することができるため、低消費電力化を実現することができる。特に、消去動作が頻発するようなフラッシュメモリや、ファイルの断片化が進んでいて、シーク動作が頻発するようなディスクドライブへのアクセスを行いながら、データの転送を行う場合に、大きな効果を期待できる。
また、上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態の通信装置による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク(フレキシブルディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD±R、DVD±RWなど)、半導体メモリ、またはこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をCPUで実行させれば、上述した実施形態の通信装置と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合または読み込む場合はネットワークを通じて取得または読み込んでもよい。
また、記録媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のMW(ミドルウェア)等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。
さらに、本願実施形態における記録媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、LANやインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。
また、記録媒体は1つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本実施形態における記録媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。
なお、本願実施形態におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記録媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の1つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。
また、本願の実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
101…通信装置、通信端末、102…全体制御部、103…ストレージ状態検出部、104…ストレージ、105…通信制御部、106…通信部、110…相手端末、通信相手端末、通信装置。

Claims (18)

  1. 情報を格納するストレージと、
    前記ストレージの状態が、書き込みが不可能なビジー状態であるか書き込みが可能なレディー状態であるかを少なくとも一回以上検出する状態検出部と、
    相手の通信装置との間で通信を行う通信部と、
    前記ストレージの状態がビジー状態に入ったことが検出される場合に、第1の時間だけデータの受信動作を停止することを相手の通信装置に通知するように前記通信部を制御する通信制御部と、を具備し、
    前記状態検出部は、前記ストレージに対して書き込み要求を出してから第2の時間内に書き込み完了応答が得られた場合に、前記ストレージの状態がレディー状態であると判定し、前記ストレージに対して書き込み要求を出してから前記第2の時間内に書きこみ完了応答が得られなかった場合に、前記ストレージの状態がビジー状態であると判定することを特徴とする通信装置。
  2. 情報を格納するストレージと、
    前記ストレージの状態が、書き込みが不可能なビジー状態であるか書き込みが可能なレディー状態であるかを少なくとも一回以上検出する状態検出部と、
    相手の通信装置との間で通信を行う通信部と、
    前記ストレージの状態がビジー状態に入ったことが検出される場合に、第1の時間だけデータの受信動作を停止することを相手の通信装置に通知するように前記通信部を制御する通信制御部と、を具備し、
    前記状態検出部は、読み出し要求発行から読み出し完了応答までの時間が一定の時間より長い場合に、ビジー状態であると認識することを特徴とする通信装置。
  3. 前記ストレージはフラッシュメモリであり、前記ビジー状態はフラッシュメモリの消去動作であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  4. 前記ストレージはフラッシュメモリであり、前記第1の時間はフラッシュメモリの消去に必要な時間であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  5. 前記ストレージはフラッシュメモリであり、前記第1の時間は、フラッシュメモリの消去が完了し、前記通信制御部がレディー状態を検出するまでの時間であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  6. 前記ストレージはディスクドライブであり、前記ビジー状態はヘッダのシーク動作であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  7. 前記ストレージはディスクドライブであり、前記第1の時間は平均シーク時間であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  8. 前記ストレージは、該ストレージの状態がビジー状態であるかレディー状態であるかを示す状態通知信号を生成し、
    前記状態検出部は、前記状態通知信号により、前記ストレージの状態がビジー状態であるかレディー状態であるかを検出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  9. 前記ストレージはフラッシュメモリであり、
    前記状態検出部は、フラッシュメモリの電源電圧または電流を監視し、電源電圧または電流の変動に応じてビジー状態であるかどうかを判定し、該ビジー状態であると判定されてから前記第1の時間後にレディー状態であると判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  10. 前記通信部は、前記状態検出部がビジー状態を検出するとデータ受信動作を停止し、前記第1の時間が経過するとデータ受信動作を再開することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  11. 前記通信部は、前記状態検出部がビジー状態を検出するとデータ受信動作を停止し、前記状態検出部がレディー状態を検出するとデータ受信動作を再開することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  12. 前記通信制御部は、前記状態検出部がレディー状態であることを検出すると、前記通信部に、データの受信動作を再開することを前記相手の通信装置に通知させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  13. 前記通信部は、前記相手の通信装置から前記第1の時間だけデータの受信動作を停止することを通知されると、該第1の時間以下の第3の時間だけデータの送信動作を停止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  14. 前記通信部は、前記相手の通信装置からデータ受信動作を停止することを通知されるとデータの送信を停止し、前記相手の通信装置からデータ受信動作を再開することを通知されるとデータの送信を開始することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信装置。
  15. 情報を格納するストレージの状態が、書き込みが不可能なビジー状態であるか書き込みが可能なレディー状態であるかを少なくとも一回以上検出し、
    相手の通信装置との間で通信を行い、
    前記ストレージの状態がビジー状態に入ったことが検出される場合に、第1の時間だけデータの受信動作を停止することを相手の通信装置に通知するように通信を制御することを具備し、
    前記ストレージの状態を検出することは、前記ストレージに対して書き込み要求を出してから第2の時間内に書き込み完了応答が得られた場合に、前記ストレージの状態がレディー状態であると判定し、前記ストレージに対して書き込み要求を出してから前記第2の時間内に書きこみ完了応答が得られなかった場合に、前記ストレージの状態がビジー状態であると判定することを特徴とする通信方法。
  16. 情報を格納するストレージの状態が、書き込みが不可能なビジー状態であるか書き込みが可能なレディー状態であるかを少なくとも一回以上検出し、
    相手の通信装置との間で通信を行い、
    前記ストレージの状態がビジー状態に入ったことが検出される場合に、第1の時間だけデータの受信動作を停止することを相手の通信装置に通知するように通信を制御することを具備し、
    前記ストレージの状態を検出することは、読み出し要求発行から読み出し完了応答までの時間が一定の時間より長い場合に、ビジー状態であると認識することを特徴とする通信方法。
  17. 前記一定の時間は、平均的なデータの書き込み時間より長く、平均的なデータの書き込み時間より長いことを特徴とする請求項に記載の通信装置。
  18. 前記状態検出部は、前記ストレージから該ストレージの状態を示す状態通知信号を受信し、該状態通知信号はアイドル状態、読み出し状態、書き込み状態、及び消去状態のうちのいずれか1つの状態を示すことを特徴とする請求項1または請求項2の通信装置。
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