JP5497694B2 - アクセスポイント - Google Patents

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Description

本発明は、不特定多数の無線端末を収容し、周囲のアクセスポイントに接続している各無線端末の接続状況に応じてスリープ機能を動作させる無線通信システムのアクセスポイントに関する。
無線LANは、家庭やオフィス等で普及し、多数の機器に搭載され、インターネットアクセスの一手段として広く利用されている。一般的に利用されている無線LANは、IEEE802.11規格として標準化されている。
一般に、通信機器に対する省電力化が求められており、IEEE802.11規格においても、省電力化機能として、アクティブモード/スリープモードによる運用が規定されている。アクティブモードでは、送信状態、受信状態、リスニング状態の3状態を取り、スリープモードではスリープ状態を取る。スリープ状態は、送信、受信、リスニングの全てが行えないものの、アクティブモードの3状態と比較して消費電力が小さくなる。
無線LAN端末は、アクセスポイントが送信するBeaconフレーム上のTIM(Traffic Indication Map)要素を利用してデータ送受信の必要の有無を確認し、データ送受信の必要がない場合においては、DTIM(Delivery Traffic Indication Message )カウントが0となるBeaconフレームの受信時にのみアクティブモードで運用される。それ以外の時にスリープモードへ移行することによって、無線LAN端末は省電力で運用される。すなわち、無線LAN端末は、バッテリーで運用される機器であることも考慮されているため、省電力化機能に関してIEEE802.11標準規格によって規定されていると考えられる。
一方、無線LANのアクセスポイントでは、常時の電源供給を前提として設計されているため、省電力化機能に関してIEEE802.11標準規格によって規定されていない。しかし、無線端末側の機能変更を伴わずに、IEEE802.11標準規格に則って実現する省電力化機能として、使用チャネルのチャネル予約期間を設定した予約信号であるNAV(Network Allocation Vector )を利用したスリープ機能が提案されている。その提案は、図7に示すように、アクセスポイントが、接続している無線端末に対して送信すべきデータをバッファ内に保持していない時に、CTS-to-selfフレーム、もしくはブロードキャストフレームを用いてNAVを設定し、そのNAVの設定期間(チャネル予約期間)にアクセスポイント自身がスリープモードとなる方法である。NAVの設定期間を終了すると無線端末がデータを送信する可能性があるため、アクセスポイントはアクティブモードに戻り、無線端末からのデータを受信する。このように、アクセスポイントは、不要なアクティブモードから、部分的にスリープモードへと移行することで消費電力を低下させることができる。
信学技報, MoMuC,モバイルマルチメディア通信108(448), 47-50, 2009-02-26,「無線LANアクセスポイントにおける省電力モード」 信学技報, MoMuC,モバイルマルチメディア通信109(22), 173-177, 2009-04-30, 「無線LANアクセスポイントにおける省電力モードの性能評価」 IEEE Std 802.11TM- 2007
以下、図8を参照して、従来のアクセスポイントにおけるスリープ時の課題について説明する。2台のアクセスポイントA1およびアクセスポイントB2が存在し、そのサービスエリアの一部が重複している場合において、一方のアクセスポイントA1には無線端末4が接続してアクティブモードで運用され、他方のアクセスポイントB2は無線端末が接続されていないためにスリープモードに入ろうとしている。このとき、アクセスポイントA1と通信中の無線端末4が、アクセスポイントA1とアクセスポイントB2の重複エリアに移動すると、アクセスポイントB2がスリープモードに入るために設定するNAVによって送信禁止となる。すなわち、無線端末4は、アクセスポイントB2が設定するNAVによって、アクセスポイントA1との通信が妨げられることになり、アクセスポイントA1との間のスループットが著しく低下する。このように、従来のアクセスポイントのスリープモードでは、アクセスポイント単体での運用が想定され、隣接するアクセスポイントに対する影響については想定されていない。
本発明は、チャネルの予約信号(NAV)を利用したアクセスポイントのスリープモードにおいて、周囲のアクセスポイントへの影響を軽減し、通信品質を確保したスリープモードの設定を可能にするアクセスポイントを提供することを目的とする。
本発明は、自らが無線通信に使用しているチャネルのチャネル予約期間を設定した予約信号を送信するチャネル予約手段と、送信バッファにデータが存在すればアクティブモードを維持し、送信バッファにデータが存在しない場合に、チャネル予約手段に予約信号を送信させてスリープモードへ移行し、チャネル予約期間の終了後にアクティブモードへ移行するスリープモード制御手段と、他のアクセスポイントから予約信号を受信したときに送信を抑制する送信制御手段とを備えたアクセスポイントにおいて、スリープモードへ移行する際に予約信号で設定されるチャネル予約期間を他のアクセスポイントと共有するチャネル予約情報共有手段と、チャネル予約情報共有手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間において、自らの配下の無線端末の送信状況を検出して、当該無線端末の送信が予約信号により抑制されていると判断した場合に、予約信号を送信している他のアクセスポイントに対してスリープモード停止通知を送信するとともに、他のアクセスポイントからスリープモード停止通知を受信した場合に、スリープモード制御手段に対してスリープモードへの移行禁止を指示するスリープ情報処理手段とを備える。
本発明のアクセスポイントにおいて、スリープ情報処理手段は、無線端末の未送信期間を測定し、当該未送信期間が、スリープ情報処理手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間に含まれ、かつ、当該無線端末に対して調査用データフレームを送信し、その応答がなかった場合に、当該無線端末の送信が予約信号により抑制されていると判断する構成である。
本発明のアクセスポイントにおいて、スリープ情報処理手段は、スリープモード停止通知を送信した後に、当該スリープモード停止通知を送信する要因となった無線端末との通信が切断された場合に、当該スリープ停止通知の宛先であるアクセスポイントへスリープモード停止解除通知を送信するとともに、他のアクセスポイントから当該スリープモード停止解除通知を受信した場合に、スリープモード制御手段に対してスリープモードへの移行禁止解除を指示する構成である。
本発明のアクセスポイントにおいて、スリープ情報処理手段は、他のアクセスポイントから予約信号を受信した場合に、当該予約信号のチャネル予約期間がチャネル予約情報共有手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間に含まれるか否かを判断し、含まれる場合に予約信号を無効し、含まれない場合に予約信号を有効とする構成である。
本発明のアクセスポイントは、他のアクセスポイントが設定したチャネル予約期間(NAVの設定期間)内で無線端末の送信が抑制されていると判断した場合に、予約信号を送信している他のアクセスポイントに対してスリープモード停止通知を行い、当該他のアクセスポイントがスリープモードへ移行することを禁止する。これにより、アクセスポイントおよびその配下の無線端末は、他のアクセスポイントが設定するチャネルの予約信号により送信ができなくなる状態を回避することができる。
すなわち、チャネルの予約信号(NAV)を利用したアクセスポイントの省電力化において、他のアクセスポイントからのNAVにより、接続する無線端末との通信に影響が与えられるという問題を解決することができる。また、スリープモード停止通知によりスリープモードからアクティブモードへ移行するので、無線端末の接続切り替えにおいて瞬断が発生するという問題を解決することができる。
本発明の実施例1における無線通信システムの構成例を示す図である。 実施例1におけるテーブル10の一例を示す図である。 実施例1におけるアクセスポイントの構成例を示す図である。 実施例1のアクセスポイントB2におけるモード切り替えの状態遷移を示す図である。 実施例1におけるスリープモード停止通知の送信判断処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例2におけるアクセスポイントの処理手順を示すフローチャートである。 従来のアクセスポイントにおけるモード切り替えの状態遷移を示す図である。 従来のアクセスポイントにおけるスリープ時の課題を説明する図である。
図1は、本発明の実施例1における無線通信システムの構成例を示す。
図1において、アクセスポイントA1,B2が有線ネットワークを介して相互に接続されている。有線ネットワーク上には、全アクセスポイントからアクセス可能なデータベース3が存在する。アクセスポイントA1には無線端末4が接続され、アクセスポイントB2には接続されていない。各アクセスポイントは、状況に応じてアクティブモード、スリープモード、本発明の特徴とする強制アクティブモードを切り替えることで省電力化を行う。アクティブモードおよびスリープモードについては従来の方法に従う。すなわち、アクセスポイントは、接続している無線端末4に対して送信すべきデータを送信バッファ内に保持していない時にスリープモードとなり、保持している時にアクティブモードで運用する。一方、強制アクティブモードでは、従来の方法に従わず、送信バッファにパケットが存在しない場合においても、常にアクティブモードで動作する。アクセスポイントA1,B2は同一の周波数を使用し、かつ、隣接しているため通信エリアは部分的に重複する。各アクセスポイントは、通信エリアが部分重複する隣接アクセスポイントのMACアドレスを認識しているとする。
以下、アクセスポイントB2がスリープモードに入るためにNAVを設定し、アクセスポイントA1およびその配下の無線端末4がそのNAVの影響を受ける場合について説明する。
データベース3は、テーブル10を管理する。テーブル10の一例を図2に示す。テーブル10には、スリープモードになるアクセスポイントB2のMACアドレスと、そのスリープモード時におけるNAVの開始時刻と終了時刻が登録される。
データベース3は、各アクセスポイントからの問合せに対してテーブル10に保持している情報を返し、各アクセスポイントから通知されたNAV情報をテーブル10に登録する。テーブル10内のデータは、NAVの終了時刻の一定時間後に破棄される。
図3は、実施例1におけるアクセスポイントの構成例を示す。
図3において、アクセスポイントは、有線通信処理部11、スリープ情報処理部12、スリープモード制御部13、無線通信処理部14を備える。
無線通信処理部14は、無線通信する機能を有し、接続配下の無線端末との通信を行う。また、スリープモード制御部13の指示に従って、無線通信処理部14はスリープモードとアクティブモードと強制アクティブモードを切り替える。アクティブモード時および強制アクティブモード時においては、無線端末から受信した外部ネットワークへ伝送するデータを有線通信処理部11へ渡すとともに、有線通信処理部11から受け取った無線端末宛てのデータを無線端末に向けて送信する。また、無線通信処理部14は、無線端末に送信するデータを保持する送信バッファ機能を有し、送信バッファに存在するデータから送信を行う。なお、無線通信処理部14は、スリープモードに移行する際のチャネル予約信号であるNAVを設定するためのフレームを送信する。
有線通信処理部11は、外部ネットワークとの通信処理を行う。有線通信処理部11は、無線通信処理部14から受信した外部ネットワークへ伝送するデータを外部ネットワークへ送信するとともに、外部ネットワークから受信した接続配下の無線端末へ伝送するデータを無線通信処理部14へ渡す。また、有線通信処理部11は、外部ネットワークから受信した自アクセスポイントに対して送信されたフレームをスリープ情報処理部12へ渡す。有線通信処理部11は、外部ネットワークに送信するデータを保持する送信バッファ機能を有し、送信バッファに存在するデータから送信を行う。有線通信処理部11からデータベース3へ送信するフレームには、後述するアクセスポイントが設定したNAVの期間の情報も含まれる。
スリープモード制御部13は、無線通信処理部14内の送信バッファおよび無線LANの通信状況を監視し、無線通信処理部14のアクティブモードとスリープモードと強制アクティブモードの切り替えを、無線通信処理部14に対して行う。その切り替え判断は、スリープ情報処理部12からの指示に従う。
スリープ情報処理部12は、データベース3への情報の登録および読み出しを行う。また、スリープモード停止通知およびスリープモード停止解除通知を、有線通信処理部11を介して隣接アクセスポイントと送受信し、その通知内容と送信バッファの状況から、スリープモード制御部13に対して、スリープモードとアクティブモードと強制アクティブモードの切り替えを要求する。すなわち、スリープ情報処理部12は、以下の動作を行うことにより、アクセスポイントの各モードの切り替えを行うことで、省電力を行いつつ、NAVの設定により隣接する通信セルの通信を妨げる問題を回避する。特に、隣接するアクセスポイントから通知されたスリープモード停止通知により新たなモードである強制アクティブモードに遷移することで、NAVの設定を行わなくなるため、隣接する通信セルの通信を妨げる問題が回避される。このスリープモード停止通知を送信するための条件判断において、データベースに登録された隣接するアクセスポイントのNAVの設定情報を利用して、NAV設定期間において配下の無線端末の送信が抑制されているか否かを判断し、その結果に基づいてスリープモード停止通知を送信するか否かを判断する。
図4は、実施例1のアクセスポイントB2におけるモード切り替えの状態遷移を示す。
図4において、アクティブモードでは、送信バッファにデータが存在すればアクティブモードを維持し、送信バッファにデータが存在しない場合に、NAVを設定してスリープモードへ移行する。図3に示すスリープ情報処理部12は、スリープモード制御部13の監視を行い、そのスリープモードで設定するNAVの開始時刻および終了時刻と、アクセスポイント自身のMACアドレスを図1に示すデータベース3に登録する。
スリープモードでは、NAVの設定期間が終了したときにアクティブモードに移行する。また、隣接するアクセスポイントA1からスリープモード停止通知を受信したときに強制アクティブモードへ移行する。
強制アクティブモードでは、送信バッファのデータの存在有無にかかわらずアクティブモードを維持し、すなわちスリープモードに移行しないようにしてNAVの設定を回避する。また、隣接するアクセスポイントA1からスリープモード停止解除通知を受信したときにアクティブモードへ移行し、送信バッファのデータがないときにスリープモードに移行できるようにする。
アクセスポイントA1は、アクセスポイントB2がスリープモードに移行するときに設定したNAVにより、配下の無線端末の送信が抑制されていることを検出すると、スリープ情報処理部12から有線通信処理部11を介してアクセスポイントB2へスリープモード停止通知を送信する。スリープモード停止通知を受信したアクセスポイントB2は、強制アクティブモードへ移行する。当該無線端末がアクセスポイントA1から切断した場合、または当該無線端末がアクセスポイントB2のNAVの影響を受けなくなったと判断できた場合には、スリープ情報処理部12から有線通信処理部11を介してアクセスポイントB2へスリープモード停止解除通知を送信する。スリープモード停止解除通知を受信したアクセスポイントB2はアクティブモードへ移行する。
ここで、アクセスポイントA1において、隣接するアクセスポイントB2に対してスリープモード停止通知を送信した状態を強制アクティブモード依頼状態、スリープモード停止解除通知を送信した状態を強制アクティブモード未依頼状態と呼ぶ。
図5は、実施例1におけるスリープモード停止通知の送信判断処理手順を示す。このスリープモード停止通知の送信判断は、アクセスポイントA1のスリープ情報処理部12が強制アクティブモード未依頼状態の時に行う。
図5において、スリープ情報処理部12はタイマを保持し、一定時間毎にスリープモード停止通知の送信判断を開始する(S0)。
まず、無線端末からアクセスポイントA1に対するデータの未送信時刻のサンプリングを行う(S1)。そのサンプリングしたデータ未送信時刻が、データベース3のテーブル10に登録されているNAVの設定期間に含まれているか否かについて、データベース3に対して問合せを行う(S2)。すなわち、無線端末からの未送信時刻が、隣接するアクセスポイントB2によるNAVの設定時刻と一致しているか否かの確認を行う。
サンプリングしたデータ未送信時刻がNAVの設定期間に含まれていない場合(S2:No)は、NAVの影響ではなく無線端末からアクセスポイントA1に送信するデータがなかったものとしてステップS0へ戻る。サンプリングしたデータ未送信時刻がNAVの設定期間に含まれている場合(S2:Yes )には、NAVの影響によって送信が停止しているか否かを確認するために無線端末に対して調査用データフレーム(RTS)を送信する(S3)。
調査用データフレーム(RTS)は、無線端末の応答(CTS)があるか否かを確認することを目的として送信される。無線端末からのCTS有無を確認し(S4)、CTSが返信された場合(S4:No)には、データ未送信時刻がNAVの設定期間ではあるものの無線端末はNAVの影響を受けていないとしてステップS0へ戻る。CTSが返信されない場合(S4:Yes )には、RTS送信完了のSIFS後の時刻をCTS受信予定時刻として、そのCTS受信予定時刻が、データベース3のテーブル10に登録されているNAVの設定期間に含まれているか否かについて、データベース3に対して問合せを行う(S5)。
CTS受信予定時刻がNAVの設定期間に含まれていない場合(S5:No)には、無線端末はNAV以外の理由でCTSを返信しないものとしてステップS0へ戻る。CTS受信予定時刻がNAVの設定期間に含まれている場合(S5:Yes )には、無線端末はNAVの影響によって送信が停止しているものとして、NAVを設定しているアクセスポイントB2に対してスリープモード停止通知を送信する(S6)。そして、アクセスポイントA1は強制アクティブモード依頼状態へ移行する(S7)。なお、スリープモード停止通知を受信したアクセスポイントB2は、強制アクティブモードへ移行することによりスリープモードにならない、すなわちNAVを設定しない状態になる。それ以降、アクセスポイントA1およびその配下の無線端末は、アクセスポイントB2からのNAVの影響がなくなる。
ここで、スリープモード停止通知を受けて強制アクティブモードに移行したアクセスポイントB2が再びスリープモードに移行できるようにするためには、スリープモード停止を解除するための通知が必要である。そのために、強制アクティブモード依頼状態のアクセスポイントA1では、接続している無線端末の接続状態を監視し、その無線端末が切断した場合において、アクセスポイントB2に対してスリープモード停止解除通知を送信する。また、強制アクティブモード依頼状態のアクセスポイントA1では、図5の手順のステップS0〜S5を対象となっていた無線端末に対して定常的に繰り返し、その無線端末の移動等によってアクセスポイントB2のNAVの影響を受けなくなったと判断できた場合において、アクセスポイントB2に対してスリープモード停止解除通知を送信する。そして、アクセスポイントA1は強制アクティブモード未依頼状態へ移行する。なお、スリープモード停止解除通知を受信したアクセスポイントB2は、強制アクティブモードから通常のアクティブモードへ移行し、さらに送信バッファ内にデータがなければスリープモードへ移行する。このように、アクセスポイントA1において、NAVの設定による送信禁止の対象となっていた無線端末との通信切断または無線端末が送信禁止の影響を受けなくなったことをトリガとして、強制アクティブモードのアクセスポイントB2がスリープモードに戻ることを許すことにより、NAVの設定により隣接する通信セルの通信を妨げる問題を回避しつつ、省電力化することができる。
なお、アクセスポイントB2が設定するNAVにより、アクセスポイントA1の配下の無線端末の送信が妨げられていることは、アクセスポイントB2から当該無線端末に対してハンドオーバーできる程度の受信電力があるとも考えられる。すなわち、無線端末におけるアクセスポイントA1からの信号の受信電力が、アクセスポイントB2からの信号の受信電力を上回っている場合、アクセスポイントB2によるNAVの影響を受けつつも、無線端末はアクセスポイントA1との接続を維持する。無線端末におけるアクセスポイントA1からの信号の受信電力が、アクセスポイントB2からの信号の受信電力を下回る場合には、無線端末はアクセスポイントB2に接続を切り替えるハンドオーバを行う。ここで、従来はアクセスポイントB2がスリープモードからアクティブモードに切り替わる時間が必要となり、無線端末の接続切り替えにおいて瞬断が発生していた。本発明では、アクセスポイントA1に接続している無線端末がアクセスポイントB2との重複エリアに入り、アクセスポイントB2が設定するNAVの影響を受けると、アクセスポイントA1からアクセスポイントB2にスリープモード停止通知が送られ、アクセスポイントB2が強制アクティブモードとなるため、ハンドオーバーをスムーズに行うことができる。
さらに、アクセスポイントA1と無線端末との接続が切れると、アクセスポイントA1からアクセスポイントB2にスリープモード停止解除通知が送られ、アクセスポイントB2はアクティブモードへ移行する。一方、無線端末の接続がなくなったアクセスポイントA1はスリープモードへ移行する。このとき、従来技術では、アクセスポイントA1のNAVによって、無線端末とアクセスポイントB2との通信が困難となるという同様の問題が発生していたところ、本発明によると、無線端末がハンドオーバーした後は、アクセスポイントB2からアクセスポイントA1に対してスリープモード停止通知が送られるため、アクセスポイントA1のNAVによって、無線端末とアクセスポイントB2との通信が困難となる問題は生じない。
図6は、本発明の実施例2におけるアクセスポイントの処理手順を示す。実施例2は、例えば、アクセスポイントA1において配下の無線端末に対する下り方向のみの信号がある場合に、アクセスポイントA1において隣接するアクセスポイントB2が設定するNAVの影響を回避する場合に適する。
図6において、アクセスポイントA1に隣接するアクセスポイントB2から無線経由でNAVを含むフレームが到達した場合(S11)、図3に示すスリープ情報処理部12は、その到達したフレームのNAVに一致する情報がデータベース3のテーブル10に登録されているか問合せを有線通信処理部11を介して行う(S12)。登録されている場合には、当該NAVに従う必要がないと判断する(S13)。すなわち、アクセスポイントA1から送信するデータが存在する場合には、NAVに関係なくキャリアセンスの後にデータ送信処理を行う。なお、データベース3に登録されているNAVの設定期間については、当該NAVを設定したアクセスポイントB2はスリープ状態であるため、当該NAVに従わずに送信を行っても、NAVを設定したアクセスポイントB2の通信に干渉を与えることはない。
一方、到達したフレームのNAVに一致する情報がデータベース3のテーブル10に登録されていない場合、すなわち当該NAVがアクセスポイントB2のスリープモード移行に伴って設定したNAVでない場合、アクセスポイントB2が通信を行っている可能性があるため、干渉を与えることがないようにNAVに従い、送信しない(S14)。
1 アクセスポイントA
2 アクセスポイントB
3 データベース
4 端末
10 テーブル
11 有線通信処理部
12 スリープ情報処理部
13 スリープモード制御部
14 無線通信処理部

Claims (4)

  1. 自らが無線通信に使用しているチャネルのチャネル予約期間を設定した予約信号を送信するチャネル予約手段と、
    送信バッファにデータが存在すればアクティブモードを維持し、送信バッファにデータが存在しない場合に、前記チャネル予約手段に前記予約信号を送信させてスリープモードへ移行し、前記チャネル予約期間の終了後にアクティブモードへ移行するスリープモード制御手段と、
    他のアクセスポイントから前記予約信号を受信したときに送信を抑制する送信制御手段と
    を備えたアクセスポイントにおいて、
    前記スリープモードへ移行する際に前記予約信号で設定されるチャネル予約期間を他のアクセスポイントと共有するチャネル予約情報共有手段と、
    前記チャネル予約情報共有手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間において、自らの配下の無線端末の送信状況を検出して、当該無線端末の送信が前記予約信号により抑制されていると判断した場合に、前記予約信号を送信している他のアクセスポイントに対してスリープモード停止通知を送信するとともに、他のアクセスポイントからスリープモード停止通知を受信した場合に、前記スリープモード制御手段に対して前記スリープモードへの移行禁止を指示するスリープ情報処理手段と
    を備えたことを特徴とするアクセスポイント。
  2. 請求項1に記載のアクセスポイントにおいて、
    前記スリープ情報処理手段は、前記無線端末の未送信期間を測定し、当該未送信期間が、前記スリープ情報処理手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間に含まれ、かつ、当該無線端末に対して調査用データフレームを送信し、その応答がなかった場合に、当該無線端末の送信が前記予約信号により抑制されていると判断する構成である
    ことを特徴とするアクセスポイント。
  3. 請求項1に記載のアクセスポイントにおいて、
    前記スリープ情報処理手段は、前記スリープモード停止通知を送信した後に、当該スリープモード停止通知を送信する要因となった無線端末との通信が切断された場合に、当該スリープ停止通知の宛先であるアクセスポイントへスリープモード停止解除通知を送信するとともに、他のアクセスポイントから当該スリープモード停止解除通知を受信した場合に、前記スリープモード制御手段に対して前記スリープモードへの移行禁止解除を指示する構成である
    ことを特徴とするアクセスポイント。
  4. 請求項1に記載のアクセスポイントにおいて、
    前記スリープ情報処理手段は、前記他のアクセスポイントから前記予約信号を受信した場合に、当該予約信号のチャネル予約期間が前記チャネル予約情報共有手段により他のアクセスポイントと共有するチャネル予約期間に含まれるか否かを判断し、含まれる場合に前記予約信号を無効し、含まれない場合に前記予約信号を有効とする構成である
    ことを特徴とするアクセスポイント。
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