JP5517875B2 - 無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法 Download PDF

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Description

本発明は、省電力を目的とした無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法に関する。
ネットワーク接続デバイスには、有線によりIP(Internet Protocol)ネットワークを利用するデバイスと、無線によりIPネットワークを利用するデバイスとが存在する。消費電力を低減させるための省電力技術は、上述のような無線や有線を問わず、さまざまな機器に対して検討されている。その中でも無線を利用する携帯型端末は、内蔵のバッテリーのみで長時間使用するような使い方が想定されるため、省電力技術が特に必要となる。したがって、以下では、携帯型端末における省電力技術の例を説明する。
携帯型端末のネットワーク接続デバイスとしては、無線LAN(Local Area Network)デバイスの利用が注目されている。無線LANデバイスは、比較的大きな電力を消費する。そのため、無線LANデバイスにおいて、省電力化は、重要な検討課題であり、多くの省電力化の手法が提案されている。
無線LANの標準規格であるIEEE802.11では、無線LANデバイスを備えた無線LAN端末の省電力化の方法として、パワーマネージメントのモード(パワーセーブモード)が規定されている。この方法では、パワーセーブモードで動作する無線LAN端末は、アクセスポイントである無線基地局からビーコンが送信されるタイミングに合わせて、通常の送受信動作を行う状態(アクティブモード)に遷移して、受信動作を行なう。そして、無線LAN端末は、無線基地局からビーコンが送信されない期間では受信動作を行わない状態(以下、省電力モードという)に入る。無線LAN端末は、省電力モード(ドーズモードともいう)において、その無線LAN端末に備えられた無線LANデバイスの電力供給を停止することにより、無線LAN端末の消費電力を低減することができる。
このような無線LANシステムに、パワーセーブモードで動作する無線LAN端末が接続している場合、アクセスポイントは、ビーコンを送信する周期(ビーコン期間)及びDTIMビーコンを送信するまでのビーコンの間欠数を大きくする。ここで、DTIM(Delivery Traffic Indication Message)ビーコンは、省電力モードの無線LAN端末に対して、データが送信待ちであることを伝えるメッセージである。これにより、無線LAN端末は、省電力の効果が期待できる。
しかし、ビーコン周期を長く設定した場合には、ユニキャストデータの受信に大きな遅延時間が生じることになる。
この課題を解決する方法は、例えば、Wi−Fi WMM−APSD(WMM Power Save(非特許文献1参照))、及び、IEEE802.11e標準規格(IEEE Std 802.11e-2005(非特許文献2参照))におけるU−APSD(Unscheduled Automatic Power-Save Delivery)方式が知られている。この2つの規格には、ユニキャストデータに対する省電力化を実現する方法が規定されている。前記方法は、アプリケーション毎の優先制御及びアプリケーションの通信品質を維持するための遅延や揺らぎの範囲などを考慮し、ビーコン周期に依存せずに、アクティブモードに遷移する方法を用いる。これにより、無線LAN端末は、ユニキャストデータに対する省電力化が実現される。
この方法を利用した無線LAN端末は、アプリケーション毎の通信品質を維持するために、独自の送受信周期でドーズモードからアクティブモードに遷移する。そして、アクティブモードに遷移した無線LAN端末は、アクセスポイントに自局宛のユニキャストデータの送信を要求する。
具体的には、Wi−Fi WMM−APSDは、アクセスポイントと無線LAN端末間で決められた間隔ごとにアクティブモードに切り替わり、データの送受信を行なう。このアクティブモードに切り替わる間隔を動的に決定する方法(例えば、特許文献1)には、無線LAN端末がアクセスポイントと通信を行った通信データの解析を行う方法が提案されている。前記無線LAN端末は、アクセスポイントとの通信或いは通信プロトコルの状態を検出する。そして、前記無線LAN端末は、アクセスポイントから通信データを受信する間隔を、通信或いは通信プロトコルの状態に応じて、予め状態毎に準備しておいた受信間隔テーブルを参照することにより決定する。
また、U−APSDは、省電力中の無線LAN端末から送信されるトリガーフレームをきっかけにして、データ受信を行なう。トリガーフレームは、以下のようにして作成される。
図1は、無線LAN端末のネットワーク層で用いられる送信データのデータフォーマットを示す図である。図1に示すように、送信データは、IPヘッダとIPデータとを含む。また、IPデータは、TCP(Transmission Control Protocol)ヘッダとTCPデータとを含む。ここで、送信データが確認応答の場合、TCPデータは、空である。一方、送信データがアプリケーションデータの場合、TCPデータは、ストリーミングデータ等のデータである。送信データが、確認応答又はアプリケーションデータのどちらであるかは、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより識別できる。
図2は、TCPヘッダの詳細を示す図である。図2において、「シーケンス番号」フィールドは、送信データのシーケンス番号を示すフィールドである。また、「確認応答番号」フィールドは、送信データが確認応答の場合に用いられるフィールドである。「確認応答番号」フィールドには、確認応答の対象となる受信データのTCPヘッダ内の「シーケンス番号」フィールドに格納されるシーケンス番号が格納される。また、「フラグ」フィールドは、SYN(Synchronize)又はFIN(Fines)データ等を格納するフィールドである。ここで、SYNデータは、TCP通信の開始の要求を示し、FINデータは、TCP通信の終了の要求を示す。また、「ウインドウサイズ」フィールドは、受信側のウインドウサイズを相手に伝えるために利用される。ウインドウサイズが0の場合は、データを受信することができないことを表す。このようにして、TCPヘッダをモニタすることにより、送信データは、確認応答又はアプリケーションデータのどちらであるか等を確認することができる。
また、図3は、IPヘッダの詳細を示す図である。図3において、「サービスタイプ」フィールドは、IPパケットの優先度等を示すTOS(Type Of Service)を指定するために用いられるフィールドである。U−APSDは、上位レイヤからのパケットをアクセスカテゴリに分類して各キューに格納する。アクセスカテゴリは、「音声」、「映像」、「ベストエフォート」及び「バックグラウンド」の4種類があり、アプリケーションにより、利用するアクセスカテゴリが定まる。例えば、ストリーミング通信の場合、アクセスカテゴリには、「映像」が設定される。このアクセスカテゴリには、それぞれ、優先度が対応付けられている。そのため、アクセスカテゴリは、無線LANの優先度制御で利用される。U−APSDを利用する無線LAN端末は、送信データのIPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに同期情報として、アクセスカテゴリを示す情報を追加して、無線LANデバイスに転送する。
無線LANデバイスは、送信データのIPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに同期情報が追加された送信データを受け取ると、U−APSD対応の無線フレームとしてその無線ヘッダを書き換える。図4は、U−APSDを利用する無線LANデバイス、すなわち、データリンク層で用いられるデータフォーマットを示す図である。このようにして、無線LAN端末は、IPヘッダに同期情報が追加されている場合、無線ヘッダをU−APSD対応ヘッダに書き換えることによりトリガーフレームを生成する。そして、生成されたフレームは、アクセスポイントとの通信において、U−APSD対応のトリガーフレームとして認識される。
U−APSDを利用した無線LAN端末は、普段はドーズモードであり、送りたいデータがある時にだけアクティブモードに切り替わる。例えば、無線LAN端末がドーズモードの場合、アクセスポイントに無線LAN端末宛のU−APSD対応データがあっても、アクセスポイントは、当該データを無線LAN端末に送信することができない。そのため、そのデータは、アクセスポイントのバッファに蓄えられたままとなる。
無線LAN端末にアクセスポイント宛のデータが生じると、無線LAN端末は、アクティブモードに切り替わり、アクセスポイントにU−APSD対応としてデータを送る。この時、アクセスポイントは、無線LAN端末がアクティブモードになったことを知り、バッファに蓄えておいたデータを無線LAN端末に送る。その後、再び無線LAN端末は、ドーズモードに遷移する。
このように、データの送信のために起床した(アクティブモードに遷移した)状態で、無線LAN端末は、そのまま受信動作を行なうことにより、送受信を同時に一度の起床で実行できる。なお、アクセスポイントに到着したデータがU−APSD対応データではない場合、無線LAN端末は、前記パワーセーブモード等の動作に準拠して、通常の受信動作を行う。
特開2009−88914号公報
WMM Power Save for Mobile and Portable Wi-Fi CERTIFIED Devices,Wi-Fi Alliance December 2005,(P7-P12) IEEE Std 802.11e-2005,(11.2 Power management)
しかし、従来の技術は、送信側と受信側の無線LAN端末とで、それぞれのデータを送出するタイミングが同じアプリケーション(例えば、VoIP(Voice over IP)のようなUDP通信)に、最適化された方式になっている。そのため、TCP通信を利用したアプリケーション(例えば、映像音声などのストリーミング受信)は、従来技術をそのまま適応させると、次のような課題を有する。
図5は、前記課題を説明するための図である。具体的には、U−APSDを利用している受信端末20とアクセスポイント30間で送受信を同時に行なうため、同期となるトリガーフレームが無くなった場合を考える。TCPの場合は、受信端末20からアクセスポイント30に送信される確認応答(ACK)が、トリガーフレームとなる。トリガーフレームが無い場合、その後、送信端末10からアクセスポイントに到着したU−APSD対応のデータは、アクセスポイント30に蓄積される。そして、受信端末20からの何かしらのトリガーフレーム(送信データ)がアクセスポイント30に到着するまで、データは、アクセスポイント30にずっと蓄積されたままとなる。そのため、トリガーフレームがない場合、受信端末20は、送信端末10からのデータを受信できない状況が生じてしまうという課題を有していた。
また、TCP通信における特定の状態(通信の開始フェーズと終了フェーズ)では、次のような課題がある。例えば、TCP通信では、送信端末が開始要求のデータに対するACKを受信し、リンクが確立されたことを確認した後でなければ、以降のデータを受信端末に送信することができない。このように、TCP通信では、上記特定の状態のように、送信端末から受信端末への片方向の通信データしか発生しない状態がある。そのため、特定の状態が行なわれている区間では、TCP通信においてU−APSDを適用することが難しいという課題を有していた。
本発明の目的は、TCP通信においてU−APSDを利用した場合でも、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法を提供することである。
本発明の無線通信システムの一つの態様は、送信側のデータ送信装置と、前記データ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局と、前記無線基地局を介して前記データ送信装置とIPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置と、を有する無線通信システムであって、前記データ送信装置は、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを転送する送信データ転送部と、を具備し、前記データ無線受信装置は、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
この構成によれば、送信端末側でTCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側で自装置からのデータを、一時的にU−APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末がアクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
また、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。また、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、無線基地局との有線又は無線通信を介して、データ無線受信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する送信側のデータ送信装置であって、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する送信データのTCPヘッダに基づいて、前記送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、前記送信データが確認応答以外の場合、前記送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
この構成によれば、送信端末側でTCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側で自装置からのデータを、一時的にU−APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末がアクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信間隔を監視する監視部と、前記受信間隔が定期的である場合、前記同期情報を追加すると最終決定する送信データ同期決定部と、を更に具備する。
この構成によれば、通常のTCPの送信データに対する受信端末からの確認応答が定期的に受信されている場合、TCPの通信状態が安定していると判断できるので、受信端末を省電力モードに定期的に遷移させることができる。ここで、通常のTCPの送信データは、通信の開始フェーズと終了フェーズ、及び輻輳回避フェーズ以外のデータである。これにより、データの流れを停止させることなく、受信端末が省電力モードに遷移する区間を確保して、消費電力を下げることができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記監視部は、更に、前記受信データのTCPヘッダを用いて通知されるウインドウサイズを監視し、前記送信データ同期決定部は、前記受信間隔が不定期的である場合、通知される前記ウインドウサイズと、TCP通信の開始の要求を示すSYNデータで通知されたウインドウサイズの初期値との比較結果に応じて、前記同期情報を追加するか否かの最終決定をする。
この構成によれば、受信端末からの確認応答が定期的に受信されていない状態においても、受信端末のウインドウサイズを監視することにより、送信端末は、通信自体が滞りなく行なわれているか否かを判定することができる。受信端末のウインドウサイズに空きが少ない場合は、送信データが受信端末に到着し、処理中であると考えられる。つまり、ウインドウサイズに空きが少ない状態では、通信自体は滞りなく行なわれている可能性が高く、アクセスポイントにパケットが蓄積していない可能性が高いと考えられる。そのため、この場合には、送信端末が同期情報を送信データのIPヘッダに追加して転送することにより、この状態を維持したまま、受信端末が省電力モードに遷移する区間を適切に確保することができ、消費電力を下げることができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記送信データ同期決定部は、更に、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データのうち、先頭の送信データのIPヘッダには、前記同期情報を追加しないと決定する。
この構成によれば、IPヘッダに同期情報が追加されない送信データが、受信端末に定期的に送信されるようになる。これにより、同期情報を追加させずに転送した送信データは、アクセスポイントに蓄積されずに、ビーコン周期のタイミングで受信端末にそのまま到着する。この結果、U−APSDを利用している受信端末とアクセスポイント間で、送受信を同時に行なうための同期となるトリガーフレーム(TCPの確認応答)が無くなった場合においても、送信データは、受信端末にそのまま到着する。そのため、受信端末は、この送信データに対する確認応答に同期情報を追加して送信することにより、以降、アクセスポイントに蓄積されるデータを定期的にかつ確実に取得することができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、前記送信データがTCP通信の開始又は終了の要求を示すSYN又はFINデータの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
この構成によれば、TCP通信における通信の開始フェーズと終了フェーズでは、U−APSDモードを適用せずに通常のTCP通信を行うことができる。これにより、開始フェーズと終了フェーズの区間では、送信端末側はACKデータを待ってから次のデータを送信するというTCP上の制約に従うことができる。すなわち、ACKデータの受信が必要な特定の区間ではU−APSDモードの適用を回避し、特定の区間後はU−APSDモードを適用させることができる。この結果、TCP通信の場合においても、データがアクセスポイントに蓄積されたままとなる状態を回避して、受信端末は省電力モードへ遷移することができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、更に、TCP通信の輻輳回避フェーズの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
この構成によれば、受信端末は、省電力モードに遷移することなく、直ぐに確認応答を送信する。これにより、パケットロス時に実行されるTCPの輻輳回避フェーズを早期に終了して通常のTCP通信状態に戻ることができ、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、更に、前記送信データがTCP通信の再送による送信データの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
この構成によれば、受信端末側は、省電力モードに遷移することなく、再送した送信データに対応する確認応答を直ぐに送信するので、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、送信側のデータ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局を介して、前記データ送信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置であって、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す確認応答送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記確認応答送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、前記転送タイミングに応じて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
この構成によれば、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されていない場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを直ちに転送する。
この構成によれば、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されている場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを遅らせる。
この構成によれば、確認応答の対象となるデータに同期情報が追加されている場合、送信端末側で意識的に同期情報が追加され、通信が正常に行なわれている状態であると判定できる。そのため、受信端末が、確認応答の送信タイミングを遅らせる場合においても、確認応答の送信後、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを受信することができる。したがって、このような処理を繰返すことにより、受信端末は省電力モードに遷移する区間を定期的に確保できるため、消費電力を下げることができる。
本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前回と今回の前記受信データの受信時間差分に基づいて、転送レートを判断する転送レート判定部、を更に具備し、前記送信タイミング調整部は、前記転送レートに基づいて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する。
この構成によれば、高い転送レートを維持している場合、受信端末は、確認応答の転送を停止させずに、省電力モードには遷移しないようにすることができる。これにより、受信端末は、ファイルのダウンロードのようなアプリケーションにおいて、送信データを全て受信するまでの時間を短縮することができる。また、高い転送レートを必要とするストリーミング受信などのアプリケーションの場合においても、受信端末は、データの到着不足に起因する映像の途切れを防止することができる。
本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記確認応答送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号の今回と前回との比較結果に基づいて、前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する。
この構成によれば、送信データの消失を検出した場合、受信端末は、通信を停止させずに、省電力モードには遷移しないようにすることができる。これにより、直ちに消失したデータの再送処理を送信端末に通知することができるため、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
本発明の無線通信方法の一つの態様は、無線基地局を介して送信側のデータ送信装置と受信側のデータ無線受信装置とが、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する無線通信方法であって、前記データ送信装置は、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析し、前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定し、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを送信し、前記データ無線受信装置は、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加し、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定し、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御し、前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する。
この方法によれば、送信端末側でTCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側で自装置からのデータを、一時的にU−APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末がアクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
また、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。また、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
本発明によれば、TCP通信においてU−APSDを利用する場合でも、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。
ネットワーク層で用いられるデータフォーマットを示す図 TCPヘッダの詳細を示す図 IPヘッダの詳細を示す図 データリンク層で用いられるデータフォーマットを示す図 従来の無線通信装置の課題を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信システムを示す図 本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成を示すブロック図 送信データのIPヘッダに同期情報が追加されて再生成された送信データを示す図 本実施の形態に係る受信側のデータ無線受信装置の要部構成を示すブロック図 受信データのシーケンス番号と同期情報の有無との対応関係の一例を示す図 確認応答を示す送信データのIPヘッダに同期情報が追加されて再生成された送信データを示す図 本実施の形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信処理フローを示す図 送信データ同期決定部の処理フローを示す図 送信タイミング調整部の処理フローを示す図 本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成とOSI参照モデルとの対応示す図 本実施の形態に係る受信側のデータ無線受信装置の要部構成とOSI参照モデルとの対応示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態)
図6は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図である。
本実施の形態に係る無線通信システムは、データ受信側の受信端末200と、アクセスポイント300と、インターネット500と、データ送信側の送信端末100とを備えている。
データ送信側の送信端末100は、インターネット(またはLANなど)500に接続されている通信装置である。送信端末側は、アクセスポイント300を介してインターネットと無線で接続されている無線端末であってもよいし、アクセスポイントを介さずにインターネットと有線で接続されている通信端末でもよい。送信端末100は、例えば、ストリーミング配信サーバのように、他の機器からの接続を受け付けて、相手にコンテンツやアプリケーションデータ等のデータを送信する機能を持つ。送信端末100は、携帯機器でも固定機器でもよい。
データ受信側の受信端末200は、無線通信デバイスを搭載した無線端末として構成されている。受信端末200は、アクセスポイント300を介してインターネット(またはLANなど)500に接続する。受信端末200は、インターネット(またはLANなど)500を介して送信端末100と接続し、送信端末100からのデータを受信する。受信端末200は、例えば、通信インタフェースとして無線LANデバイスを搭載する携帯機器である。
ここで、受信端末200と送信端末100との間のデータ送受信には、TCPのようなフロー制御付きプロトコルが使われる。
図7は、本発明の送信側のデータ送信装置の構成の一例を示すブロック図である。データ送信装置(以下、単に送信端末という)100は、図6の送信端末に適用される。
なお、説明が煩雑になることを避けるために、図7に示す送信端末100は、本発明と密接に関連する送信データの送信、及び、その送信データに対する応答信号の受信に係わる構成部を示す。そのため、以下では、受信端末200から送信されるアプリケーションデータの受信、及び、当該データに対する応答信号の送信に係わる構成部の図示及び説明を省略する。
送信端末100は、通信アプリケーション部110、TCP/IP制御部120、省電力モード制御部130、及び、デバイス制御部140を有する。なお、省電力モード制御部130は、確認応答監視部131、受信データ転送部132、送信ヘッダ解析部133、同期事前処理部134、送信データ同期決定部135、及び、送信データ転送部136を有する。
また、図示はしていないが、送信端末100は、当該送信端末100の利用者が、送信端末100の動作を選択して実行するためのユーザインタフェースを有していてもよい。例えば、送信端末100は、ユーザインタフェースとして、入力キー、ディスプレイ、マイク、スピーカ、カメラ、バイブレータ、プログラム格納や実行のためのメモリなどの機能を有していてもよい。
通信アプリケーション部110は、通信アプリケーションプログラムを実行する。
TCP/IP制御部120は、TCP/IPを利用する送受信データに対してプロトコル処理を実行する。そして、TCP/IP制御部120は、プロトコル処理後の送信データを送信ヘッダ解析部133に出力する。また、TCP/IP制御部120は、プロトコル処理後の受信データ(すなわち、TCPデータ)を通信アプリケーション部110に出力する。なお、TCP/IP制御部120から送信ヘッダ解析部133に出力される送信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
デバイス制御部140は、送受信データを図示せぬLANデバイス(又は無線LANデバイス)との間で転送する。
省電力モード制御部130は、TCPヘッダに基づいて、アクセスポイント300と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する。なお、省電力モード制御部130が扱う送受信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
確認応答監視部131は、TCP通信における確認応答の受信間隔及び確認応答の内容を監視する。ここで、確認応答は、送信端末100が送信した送信データに対する受信端末200からの応答信号である。TCP通信を行う受信端末200は、確認応答を送信端末100に通知する場合、送信端末100が送信した送信データのTCPヘッダ内のシーケンス番号を、確認応答のTCPヘッダ内の確認応答番号に格納する。そして、受信端末200は、当該TCPヘッダを含み、確認応答を示す送信データを、送信端末100に送信する。
そして、確認応答監視部131は、TCP通信における確認応答を定期的に受信しているか、確認応答の受信間隔を監視する。また、確認応答監視部131は、各確認応答によって広告される受信側のウインドウサイズの情報を監視する。上述したように、ウインドウサイズとは、送信側から送信されたデータを一度に保存できる受信側のバッファサイズである。ウインドウサイズは、通信中に受信端末の処理の状態によって逐次変動する。このため、TCP通信では、確認応答送信時に、そのサイズが送信側に毎回通知される。確認応答監視部131は、確認応答の受信間隔及び確認応答のTCPヘッダを監視し、これらの監視結果を送信データ同期決定部135に通知する。これらの監視結果の通知を受け、送信データ同期決定部135は、送信データのIPヘッダに同期情報を追加するかしないかの最終決定に利用する。
受信データ転送部132は、確認応答監視部131から受信した確認応答をTCP/IP制御部120にそのまま転送する。
送信ヘッダ解析部133は、送信データのTCPヘッダの解析を実行する。具体的には、送信ヘッダ解析部133は、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより解析する。送信データがTCP通信における確認応答の場合は、TCPデータのデータサイズが0、かつ、SYN/FINフラグがセットされていない状態である。また、送信データがTCP通信における確認応答でない場合、送信ヘッダ解析部133は、送信データがTCP通信の特定の状態を表わす送信データ(SYN/FINデータ)であるかを解析する。具体的には、送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダの「フラグ」フィールドに含まれるSYN/FINフラグをモニタすることにより解析する。上述したように、SYNデータは、TCP通信の開始の要求を示し、FINデータは、TCP通信の終了の要求を示す。送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダの解析後、解析結果とともに送信データを同期事前処理部134に転送する。
同期事前処理部134は、TCPヘッダの解析結果に基づいて、送信データのIPヘッダに、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加するか否かの事前判定を行う。
具体的には、同期事前処理部134は、TCPヘッダの解析結果に基づいて、送信データが、TCP通信の特定の状態のデータ(以下、特定データという)であるか、又は、パケット消失により再送信される再送データであるか判定する。そして、同期事前処理部134は、送信データが、特定データ、又は、再送データである場合、同期情報を追加しないと判定する。
同期事前処理部134は、同期情報を追加しないという事前判定をした場合、送信データを送信データ転送部136にそのまま転送する。
一方、同期事前処理部134は、送信データが、TCP通信の特定データでなく、かつ、再送データでない場合、同期情報を追加する可能性があるという事前判定をする。同期事前処理部134は、同期情報を追加する可能性があるという事前判定をした場合、送信データを送信データ同期決定部135に転送する。
送信データ同期決定部135は、同期事前処理部134から転送された送信データに対して、受信端末200から通知される確認応答の受信間隔及び確認応答の内容(TCPヘッダ)に応じて、同期情報を追加するか否か最終決定する。ここで、同期事前処理部134から送信データ同期決定部135に転送される送信データは、主に、TCP通信の特定データ以外のデータ(通常のアプリケーションデータなど)である。送信データ同期決定部135における同期情報の追加の有無の最終決定方法については、後述する。
送信データ同期決定部135は、同期情報を追加すると最終決定した場合、送信データのIPヘッダに同期情報を追加して送信データを再生成し、再生成後の送信データを送信データ転送部136に出力する。図8に示すように、同期情報は、IPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに追加される。なお、送信データ同期決定部135は、同期情報を追加しないと最終決定した場合は、送信データをそのまま送信データ転送部136に転送する。
送信データ転送部136は、デバイス制御部140を介して、処理が終了した送信データを無線LANデバイスに転送する。
図9は、本発明の受信側のデータ無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。データ無線受信装置(以下、単に受信端末という)200は、図6の受信端末に適用される。
なお、説明が煩雑になることを避けるために、図9に示す受信端末200は、本発明と密接に関連する受信データの受信、及び、その受信データに対する応答信号の送信に係わる構成部を示す。そのため、以下では、送信端末100へのアプリケーションデータの送信、及び、当該データに対する応答信号の受信に係わる構成部の図示及び説明を省略する。
受信端末200は、通信アプリケーション部210、TCP/IP制御部220、省電力モード制御部230、及び、デバイス制御部240を有する。ここで、省電力モード制御部230は、受信データ判定部231、受信データ転送部232、転送レート判定部233、送信ヘッダ解析部234、同期情報処理部235、送信タイミング調整部236、及び、送信データ転送部237を有する。
なお、図示はしていないが、受信端末200は、利用者が、当該受信端末200の動作を選択して実行するためのユーザインタフェースを有していてもよい。例えば、受信端末200は、インタフェースとして、入力キー、ディスプレイ、マイク、スピーカ、カメラ、バイブレータ、プログラム格納や実行のためのメモリなどの機能を有してもよい。
通信アプリケーション部210は、通信アプリケーションプログラムを実行する。
TCP/IP制御部220は、TCP/IPを利用する送受信データに対してプロトコル処理を実行する。そして、TCP/IP制御部220は、プロトコル処理後の送信データを送信ヘッダ解析部234に出力する。TCP/IP制御部220は、受信データに対する確認応答を送信端末100に通知する場合、受信データのTCPヘッダ内のシーケンス番号を、送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号に格納する。そして、TCP/IP制御部220は、当該TCPヘッダを含み、確認応答を示す送信データを送信ヘッダ解析部234に出力する。なお、TCP/IP制御部220から送信ヘッダ解析部234に出力される送信データのデータフォーマットは、図1と同様である。また、TCP/IP制御部220は、送信端末100から受信し、プロトコル処理後の受信データ(すなわち、TCPデータ)を通信アプリケーション部210に出力する。
デバイス制御部240は、送受信データを図示せぬ無線LANデバイスとの間で転送する。
省電力モード制御部230は、送信端末100から受信したデータのIPヘッダに同期情報が追加されているか否かに応じて、以下のようにして、確認応答の転送タイミングを調整する。これにより、受信端末200は、TCP通信においてU−APSDを利用する場合においても、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。なお、省電力モード制御部230が扱う送受信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
受信データ判定部231は、アクセスポイント300から受信したデータ(送信端末100から送られてくる送信データ)を受信データ転送部232に出力する。また、受信データ判定部231は、アクセスポイント300から受信したデータ(送信端末100から送られてくる送信データ)のIPヘッダに、同期情報が追加されているか否かを判定する。そして、受信データ判定部231は、判定結果を転送レート判定部233に通知する。
受信データ転送部232は、送信端末100から受け取った受信データを、TCP/IP制御部220にそのまま転送する。
転送レート判定部233は、今回の受信データと前回の受信データとの受信時間の差分によって現在通信中の転送レートを判定する。また、転送レート判定部233は、同期情報の有無をシーケンス番号で管理する。例えば、転送レート判定部233は、図10に示すように、受信データのIPヘッダに同期情報が含まれていたか否かを、当該受信データのシーケンス番号と対応付けて管理する。なお、転送レート判定部233は、TCP/IP制御部220が、受信データに対する確認応答を生成し、同期情報処理部235に転送するまで、当該受信データのシーケンス番号と同期情報の有無との対応関係を管理する。そして、転送レート判定部233は、転送レート及びシーケンス番号で管理した同期情報の有無の情報(これらを以下では、受信状況情報という)を送信タイミング調整部236に定期的に通知する。
送信ヘッダ解析部234は、送信データのTCPヘッダの解析を実行する。具体的には、送信ヘッダ解析部234は、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより解析する。送信ヘッダ解析部234は、TCPヘッダの解析後、解析結果とともに送信データを同期情報処理部235に転送する。
同期情報処理部235は、確認応答のIPヘッダに、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する。これにより、確認応答を示す送信データの全てのIPヘッダに同期情報が追加されることになる。図11は、この場合の送信データを示す図である。図11に示すように、同期情報は、IPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに追加される。同期情報処理部235は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を示す送信データを送信タイミング調整部236に出力する。
送信タイミング調整部236は、送信データが確認応答の場合、送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号と一致するシーケンス番号が付された送信データのIPヘッダに、同期情報が追加されていたか否かを判定する。例えば、確認応答番号が「2」であり、図10に示すような対応結果が通知される場合、送信タイミング調整部236は、シーケンス番号「2」が付された送信データのIPヘッダには同期情報が追加されていなかったと判定する。このようにして、送信タイミング調整部236は、確認応答の対象となるシーケンス番号に対する受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか否か、判定する。
確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていなかった場合、送信タイミング調整部236は、確認応答を即時に送信データ転送部237に転送する。確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていなかった場合、アクセスポイント300に送信端末100からの送信データが蓄積されたままになっており、取り出せていない可能性がある。そのため、送信タイミング調整部236は、確認応答を即時に送信データ転送部237に転送することにより、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300に蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
一方、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていた場合、送信タイミング調整部236は、確認応答の送信タイミングを遅らせる。確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されていた場合、送信端末100により意識して同期情報が追加されており、通信が正常に行なわれている状態であると考えられる。そのため、受信端末200が、通信を停止して、確認応答の送信タイミングを遅らせても、データの滞りを回避しつつ、一定時間省電力モードに入ることができる。
そこで、送信タイミング調整部236は、転送レート判定部233から通知される転送レートの情報に基づいて、どの程度省電力モードに遷移するかを決定する。具体的には、送信タイミング調整部236は、転送レートの又は確認応答番号に基づいて、確認応答を送信データ転送部237に転送するまでの待機時間を決定する。そして、当該待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードに遷移する。そして、送信タイミング調整部236は、待機時間満了後、確認応答を送信データ転送部237に出力する。
より具体的には、送信タイミング調整部236は、転送レートの情報に基づいて、送信端末100から送られてくる送信データが高い転送レートを維持しているか否かを判定する。また、送信タイミング調整部236は、確認応答番号に基づいて、受信端末200が送信端末100に再送処理を促しているか否かを判定する。なお、送信タイミング調整部236は、確認応答番号が、前回処理した確認応答番号と等しい場合、再送処理を促していると判定できる。
そして、転送レートが高い、又は、受信端末200が再送処理を促している場合、送信タイミング調整部236は、待機時間をゼロに決定する。そして、送信タイミング調整部236は、同期情報処理部235においてIPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に直ちに出力する。
一方、転送レートが高くなく、かつ、受信端末200が送信端末100に再送処理を促していない場合、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移するとして待機時間を決定する。そして、待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードに遷移する。そして、送信タイミング調整部236は、待機時間が満了したときに、同期情報処理部235においてIPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に出力する。
このようにして、送信タイミング調整部236は、転送レート及び再送処理か否かに基づいて、確認応答を転送するまでの待機時間を決定する。換言すると、送信タイミング調整部236は、転送レートに基づいて、確認応答の送信タイミングを調整する。また、送信タイミング調整部236は、今回の確認応答番号と前回の確認応答番号との比較結果に基づいて、確認応答の送信タイミングを調整する。これにより、決定された待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードで動作する。
送信データ転送部237は、デバイス制御部240を介して、処理が終了した確認応答を無線LANデバイスに転送する。
上記のように構成された無線通信システムにおける送信端末100及び受信端末200の動作について説明する。
図12は、本実施の形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信処理フローを示す図である。TCP通信においては、送信端末100では受信端末200が要求しているデータの送信処理、受信端末200では送信端末100から受信したデータに対する確認応答の送信処理が該当する。
最初に、図12を用いて送信端末100の動作に関して詳細に説明する。送信端末100において、送信ヘッダ解析部133は、TCP/IP制御部120から送信データを受け取ると、TCPヘッダの解析処理を行なう(S301)。解析結果は、同期事前処理部134に出力される。
同期事前処理部134は、解析結果に基づいて、送信データが確認応答かどうかを判定する(S302)。一方、確認応答以外の送信データは、例えば、ストリーミングデータ等である。
送信データが確認応答である場合(S302:YES)は、ステップS303に進み、後述の受信端末200の受信処理フローにおいて、省電力モード制御が行われる。受信端末200における省電力モード制御については、後述する。
一方、送信データが確認応答以外のデータである場合(S302:NO)、同期事前処理部134は、送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータかの確認を行なう(S307)。送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータの場合(S307:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに即時に送信データ転送部136に送信データを転送する(S311)。すなわち、この場合には、U−APSDを利用せずに、送信データは、送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
一方、送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータでない場合(S307:NO)、同期事前処理部134は、現在通信中のTCP通信状態が輻輳回避フェーズか否かの判定を行なう(S308)。同期事前処理部134は、TCP/IP制御部120が内部で保持している輻輳ウインドウサイズの状態を取得することにより、現在通信中のTCP通信状態が輻輳回避フェーズか否かを判定することができる。ここで、輻輳ウインドウサイズは、TCP/IP制御部120が個別に管理しているその時点での一度に送信できるデータサイズを表わす。同期事前処理部134は、輻輳ウインドウサイズの値が極端に低い場合(例えば、最大値の半分などのとき)、輻輳回避フェーズであると判定する。
輻輳回避フェーズの場合(S308:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに即時に送信データを送信データ転送部136に転送する(S311)。すなわち、輻輳回避フェーズの場合には、U−APSDを利用せずに、送信データは送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
一方、輻輳回避フェーズでない場合(S308:NO)、同期事前処理部134は、送信データがパケット消失により要求された再送データであるかの判定を行なう(S309)。同期事前処理部134は、例えば、送信データのシーケンス番号が、前回送信したデータのシーケンス番号よりも若い場合、再送データであると判定することができる。
再送データの場合(S309:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに即時に送信データ転送部136に送信データを転送する(S311)。すなわち、送信データが再送データの場合には、U−APSDを利用せずに、送信データは送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
一方、送信データが確認応答以外のデータであり(S302:NO)、輻輳回避フェーズでなく(S308:NO)、再送データでない(S309:NO)場合、TCP通信は、通常の状態であるとみなすことができる。よって、同期事前処理部134は、受信端末200が、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動できる可能性があると判定する。この場合、同期事前処理部134は、送信データ同期決定部135に送信データを転送し、送信データ同期決定部135に、U−APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加するか否かの最終決定を委譲する。
送信データ同期決定部135は、ACK流量を監視することにより同期情報の追加の有無を最終決定する(S310)。ここで、ACK流量は、TCP通信における送信データに対する確認応答の受信間隔に相当する。
次に、図13を用いて送信データ同期決定部135における同期情報の追加の有無の最終決定方法について詳細に説明する。図13は、送信データ同期決定部135の処理フローを示す図である。
送信データ同期決定部135は、TCP通信における確認応答が、定期的に受信されているか(確認応答の受信間隔が一定か)を判断する(S401)。確認応答が定期的に受信されている場合、送信端末100と受信端末200との間に定期的に送受信が行われていると予想される。そのため、確認応答が定期的に受信されている場合には、U−APSDを利用して省電力モードで稼動した場合においても、アクセスポイント300に受信端末200宛のデータが溜まったままの状態になるとは考えにくい。
そこで、確認応答が定期的に受信されている場合(S401:YES)、送信データ同期決定部135は、IPヘッダに同期情報を追加して送信データを再生成する。そして、送信データ同期決定部135は、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S402)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合には、受信端末200から定期的に確認応答が送信されているため、受信端末200は、U−APSDを利用した場合においても、アクセスポイント300に蓄積された送信データを遅延無く受信することができる。
一方、確認応答が定期的に受信されていない場合(S401:NO)は、ステップS403に進む。送信データ同期決定部135は、確認応答送信時に通知されたウインドウサイズが、通信開始時に通知された初期値付近か否かを判定する(S403)。確認応答送信時に通知されたウインドウサイズが通信開始時に通知された初期値付近でない状態は、受信端末200からデータ送信が確実に行われていると予想される。
そこで、ウインドウサイズが初期値付近でない場合(S403:NO)、送信データ同期決定部135は、U−APSDを利用すると判定する。そして、送信データ同期決定部135は、同期情報を送信データのIPヘッダに追加して送信データを再生成し、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S404)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合には、受信端末200では、受信データに対して受信処理が行われ、当該受信データに対する確認応答が受信端末200から送信端末100に通知される。そのため、受信端末200は、U−APSDを利用した場合においても、当該確認応答をトリガとして、アクセスポイント300に蓄積された送信データを遅延無く受信することができる。
一方、ウインドウサイズが初期値近辺である場合(S403:YES)は、受信端末200は、処理するデータがほとんどなく、その分、アクセスポイント300にデータが蓄積している可能性があると予想される。そこで、送信データ同期決定部135は、次に、確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データに対して、送信データが先頭の送信データであるかどうかを判定する(S405)。
送信データが先頭の送信データの場合(S405:YES)、送信データ同期決定部135は、その先頭の送信データのIPヘッダに同期情報を追加せずに、そのまま送信データ転送部136に転送する(S406)。これにより、受信端末200は、通常モードで動作する。そのため、本発明は、受信端末200からの送信データがないような場合においても、送信端末200からの送信データがアクセスポイント300に溜まったままになる状況が回避されるようになる。
一方、送信データが先頭の送信データではなく後続の送信データの場合(S405:NO)、送信データ同期決定部135は、U−APSDを利用すると判定する。そして、送信データ同期決定部135は、同期情報を送信データのIPヘッダに追加して送信データを再生成し、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S404)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU−APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合には、受信端末200では、先頭の送信データに対する受信処理が行われ、当該先頭の送信データに対する確認応答がアクセスポイント300を介して受信端末200から送信端末100に通知される。そのため、受信端末200は、U−APSDを利用した場合においても、当該確認応答をトリガとして、アクセスポイント300に蓄積された後続の送信データを遅延無く受信することができる。
このような一連の送信端末100側の処理によって、送信端末100側で、U−APSDに必要な同期情報を適切に追加する、又は、ある特定の状態では追加しないこととする。これにより、受信端末200側がアクセスポイント300に到着したU−APSD対応データを取得できにくい状態を回避することができる。また、安定した通信が行なわれている場合、省電力モードに適切に遷移するための通信制御を送信端末100で支援することができる。
次に、図12を用いて、受信側の受信端末200の送信端末100から受信したデータに対する確認応答の送信処理の動作に関して詳細に説明する。
受信端末200において、送信ヘッダ解析部234は、TCP/IP制御部220から送信データを受け取ると、TCPヘッダの解析処理を行なう(S301)。解析結果は、同期情報処理部235に出力される。
同期情報処理部235は、解析結果に基づいて、送信データが確認応答かどうかを判定する(S302)。確認応答は、受信端末200が送信端末100から送信されたデータに対する応答信号である。一方、確認応答以外の送信データは、例えば、ストリーミングデータ等である。
送信データが確認応答でない場合(S302:NO)、同期情報処理部235は、送信処理フローS307〜S311に従って、送信端末100側で、U−APSDを利用するか否か制御される。
一方、送信データが確認応答である場合(S302:YES)、同期情報処理部235は、確認応答のIPヘッダに同期情報を追加する(S303)。
そして、同期情報処理部235は、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか判定する(S304)。具体的には、同期情報処理部235は、シーケンス番号と同期情報の有無との対応関係から、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか判定する。
ここで、同期情報が追加されていない場合(S304:NO)、ステップS406、S308、S309で説明したように、次のような状況(1)、(2)が考えられる。(1)IPヘッダに同期情報が追加されている送信端末100からの送信データが、アクセスポイント300に蓄積されたままになっており、取り出せていない。(2)輻輳回避フェーズなどの状態であるために、送信端末100において送信データに定期的に同期情報が追加されない。
そこで、同期情報処理部235は、これらの送信データを確実に取り出すため、同期情報が追加された確認応答を直ちに送信データ転送部237に転送する(S305)。これにより、受信端末200からトリガーフレームとなる確認応答が直ちに送信されるので、アクセスポイント300に蓄積された送信端末100からのデータを、受信端末200は全て受信することができる。
一方、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されていた場合(S304:YES)は、送信端末100が、TCP通信の通常の状態であると判断したとみなすことができる。この場合、同期情報処理部235は、受信端末200が、省電力モードに遷移するかを最終決定するために、送信タイミング調整部236に確認応答を転送し、確認応答の待機時間の設定処理を委譲する(S306)。
次に、図14を用いて、送信タイミング調整部236における確認応答の待機時間の設定方法について詳細に説明する。
図14は、送信タイミング調整部236の処理フローを示す図である。
送信タイミング調整部236は、転送レート判定部233から定期的に通知される転送レートの状態に基づいて、現在通信中の転送レートが高い転送レートか否かを判断する(S501)。例えば、IEEE802.11gに対応した無線LANデバイスを利用している場合、送信タイミング調整部236は、転送レートが20Mbps前後か否かを判断する。
転送レートが高い場合(S501:YES)、この転送レートを維持するため、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移しないと判定する。そして、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。これにより、確認応答は、直ちに送信端末100に通知される。
一方、転送レートがさほど高くない場合(S501:NO)、送信タイミング調整部236は、送信データがパケット消失したか否か(送信端末100から送信されたデータが、正常に受信端末200に到着したか否か)判定する(S502)。例えば、送信タイミング調整部236は、前回と今回とで確認応答番号が等しいか否か判定することにより、パケット消失を判定することができる。そして、パケット消失が検出された場合(S502:YES)、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移しないと判定し、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。これにより、確認応答は、直ちに送信端末100に通知される。
一方、パケット消失が検出されず、通信が正常に行なわれている場合(S502:NO)、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移すると判定する(S503)。
省電力モードに遷移後は、受信端末200は、指定時間が経過するまで待機する(S504)。この指定時間は、ユーザが通信アプリケーション部210を通して設定しても良いし、送信タイミング調整部236が予め決められた時間を静的に管理していても良い。
受信端末200は、省電力モードへの遷移から指定時間の経過後に、通常モード(アクティブモード)に遷移する(S505)。ここで、ステップS503の省電力モード中に、TCP/IP制御部220からは、後続の確認応答が順次転送されてくる可能性がある。このとき、送信タイミング調整部236は、蓄積された後続の確認応答が複数か否か判定する(S506)。
そして、確認応答が複数の場合(S506:YES)、送信タイミング調整部236は、TCP/IP制御部220から転送された最も新しい確認応答のみを抽出する(S507)。一方、確認応答が複数でない場合(S506:NO)、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。なお、送信タイミング調整部236は、通常モードに遷移後に、確認応答を送信データ転送部237に転送しても良いし、全ての確認応答を転送しても良い。
このような一連の受信端末200側の処理によって、送信端末100側で設定されたU−APSDに必要な同期情報に基づいて、受信端末200側で省電力モードへの遷移が制御される。具体的には、通常の通信状態であり、送信端末100からの送信データに同期情報が追加されている場合、受信端末200は、繰り返し省電力モードへの遷移を行なう。これにより、アクセスポイント300に到着したU−APSD対応データを受信端末200が取得できにくい状態を回避することができる。また、安定した通信が行なわれているときは、受信端末200を、省電力モードに適切に遷移することができる。
以上のように、本実施の形態に係る送信端末100において、送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダに基づいて、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する。同期事前処理部134は、送信データが確認応答以外の場合、TCPヘッダに基づいて、アクセスポイント300とU−APSDモードで稼動するために必要な同期情報を、送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する。これにより、送信端末100は、TCP通信状況に応じて、データの流れを停止させることなく、U−APSDを利用するか否か制御することができ、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。
また、本実施の形態に係る受信端末200において、同期情報処理部235は、送信端末100から受信したデータに対する確認応答のIPヘッダに、アクセスポイント300と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する。受信データ判定部231は、送信端末100から受信したデータに対して、同期情報がIPヘッダに追加されているか否かを判定する。送信タイミング調整部236は、受信データ判定部231における判定結果に応じて、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答の転送タイミングを制御する。そして、送信端末100から受信したデータに対して、同期情報が追加されていない場合、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を直ちに転送する。これにより、本実施の形態では、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイント300に蓄積された送信端末100からのデータを全て受信することができる。また、本実施の形態では、確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイント300に送信端末100からの送信データが蓄積されたままの場合でも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。この結果、本実施の形態では、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
なお、図15及び図16は、本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成と、OSI(Open Systems Interconnection)参照モデルとの対応示す図である。通信アプリケーション部110,210は、アプリケーション層、プレゼンテーション層及びセッション層に対応する。TCP/IP制御部120,220は、トランスポート層及びネットワーク層に対応する。デバイス制御部140は、データリンク層に対応する。そして、省電力モード制御部130,230は、ネットワーク層(またはデータリンク層でも良い)において、省電力モードを制御している。
また、以上の説明では、無線通信インタフェースに無線LANを使用していることを前提に述べたが、これに限らない。無線通信インタフェースは、U−APSDに準ずる動作を行ない、無線端末とアクセスポイントの間で通信を行うものであれば、無線LANに限らず、Bluetooth、Zigbee、WiMAX等の無線システムにも適用可能である。
また、TCP/IP制御部120,220、送信ヘッダ解析部133,234、同期事前処理部134、送信データ同期決定部135、送信データ転送部136,237、確認応答監視部131、受信データ転送部132,232、同期情報処理部235、送信タイミング調整部236、転送レート判定部233、受信データ判定部231、デバイス制御部140,240は、集積回路であるLSIとして実現しても良い。これらは個別に1チップ化されても良いし、一部、または全てを含むように1チップ化されても良い。
ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法は、LSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本発明に係る無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法は、U−APSDを利用してもTCP通信においてデータの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうができる。例えば、携帯電話やPDA(Personal Digital Assistants)などの携帯機器、並びにパーソナルコンピュータなどに適用することができる。
100 送信端末
110,210 通信アプリケーション部
120,220 TCP/IP制御部
130,230 省電力モード制御部
131 確認応答監視部
132,232 受信データ転送部
133,234 送信ヘッダ解析部
134 同期事前処理部
135 送信データ同期決定部
136,237 送信データ転送部
140,240 デバイス制御部
200 受信端末
231 受信データ判定部
233 転送レート判定部
235 同期情報処理部
236 送信タイミング調整部

Claims (14)

  1. 送信側のデータ送信装置と、前記データ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局と、前記無線基地局を介して前記データ送信装置とIPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置と、を有する無線通信システムであって、
    前記データ送信装置は、
    前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、
    前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、
    前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを転送する送信データ転送部と、を具備し、
    前記データ無線受信装置は、
    前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、
    前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、
    前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、
    前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する
    無線通信システム。
  2. 無線基地局との有線又は無線通信を介して、データ無線受信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する送信側のデータ送信装置であって、
    前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する送信データのTCPヘッダに基づいて、前記送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、
    前記送信データが確認応答以外の場合、前記送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、
    前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記送信データを転送する送信データ転送部と、
    を具備するデータ送信装置。
  3. 前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信間隔を監視する監視部と、
    前記受信間隔が定期的である場合、前記同期情報を追加すると最終決定する送信データ同期決定部と、を更に具備する、
    請求項2記載のデータ送信装置。
  4. 前記監視部は、更に、前記受信データのTCPヘッダを用いて通知されるウインドウサイズを監視し、
    前記送信データ同期決定部は、前記受信間隔が不定期的である場合、通知される前記ウインドウサイズと、TCP通信の開始の要求を示すSYNデータで通知されたウインドウサイズの初期値との比較結果に応じて、前記同期情報を追加するか否かの最終決定をする
    請求項3記載のデータ送信装置。
  5. 前記送信データ同期決定部は、更に、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データのうち、先頭の送信データのIPヘッダには、前記同期情報を追加しないと決定する
    請求項4記載のデータ送信装置。
  6. 前記同期事前処理部は、前記送信データがTCP通信の開始又は終了の要求を示すSYN又はFINデータの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
    請求項2記載のデータ送信装置。
  7. 前記同期事前処理部は、更に、TCP通信の輻輳回避フェーズの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
    請求項6記載のデータ送信装置。
  8. 前記同期事前処理部は、更に、前記送信データがTCP通信の再送による送信データの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
    請求項7記載のデータ送信装置。
  9. 送信側のデータ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局を介して、前記データ送信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置であって、
    前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す確認応答送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、
    前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、
    前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記確認応答送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、
    前記転送タイミングに応じて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを転送する送信データ転送部と、
    を具備するデータ無線受信装置。
  10. 前記送信タイミング調整部は、
    前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されていない場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを直ちに転送する
    請求項9記載のデータ無線受信装置。
  11. 前記送信タイミング調整部は、
    前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されている場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを遅らせる
    請求項9記載のデータ無線受信装置。
  12. 前回と今回の前記受信データの受信時間差分に基づいて、転送レートを判断する転送レート判定部、を更に具備し、
    前記送信タイミング調整部は、前記転送レートに基づいて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する
    請求項11記載のデータ無線受信装置。
  13. 前記送信タイミング調整部は、前記確認応答送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号の今回と前回との比較結果と、に基づいて、前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する
    請求項11記載のデータ無線受信装置。
  14. 無線基地局を介して送信側のデータ送信装置と受信側のデータ無線受信装置とが、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する無線通信方法であって、
    前記データ送信装置は、
    前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析し、
    前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定し、
    前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを送信し、
    前記データ無線受信装置は、
    前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加し、
    前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定し、
    前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御し、
    前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する
    無線通信方法。
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