JP5518807B2 - 基地局装置およびスリープ制御方法 - Google Patents
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- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
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Description
図16において、201および202はビーコン信号、203および204はスリープ制御パケットであり、基地局および端末局の状態をそれぞれ示す。また、説明の都合上、タイミングA,B,…,Gを図中に示す。
図17において、201および202はビーコン信号であり、基地局および端末局の状態をそれぞれ示す。また、説明の都合上、タイミングA,B,Cを図中に示す。
実施例1は、2つのスリープ制御方法をトラフィック状態に応じて使い分けることで、省電力化効果の改善を図る。まず、それぞれのスリープ制御方法について説明する。
図2において、基地局装置1は、アンテナ2、送受信部3、通信制御部4、バッファ部5、インタフェース部6、通信履歴記憶部7、端末情報記憶部8、スリーププロファイル記憶部9、第1スリープ制御部10、第2スリープ制御部11から構成される。
図4において、通信制御部4のスリープ制御処理手順は、ビーコンインターバルごとに行われる。通信制御部4は、ビーコンインターバルごとに次のビーコンインターバルにおいて、スリープ制御1またはスリープ制御2のどちらを行うかについて判定を開始する(S101)。すなわち、ビーコン送信時点で基地局のバッファに送信パケットがなく、かつ、所定期間内に基地局と端末局との通信履歴がないか否かを判断する(S102)。所定期間としては前記ビーコンインターバルでの端末のアウェイク期間に設定してもよいし、その他の時間に設定してもよい。すなわち、ここでの所定期間は、基地局と接続している端末局の有無、および接続している端末局がいた場合の通信トラフィックの有無を判断することを目的として設定される時間であれば如何なるものであってもよい。
図5において、スリープ制御1を開始すると(S201)、スリープ期間長を設定し(S202)、スリープ期間長を無線アクセス禁止期間として設定したビーコンを送信する(S203)。ビーコンの送信と共に基地局はスリープ期間にスリープモードに移行する(S204)。スリープ期間が経過すると、基地局はアウェイクモードに移行する(S205)。ビーコンインターバルの終了(S206)と共にスリープ制御1の動作を終了する(S207)。
図6において、スリープ制御2を開始すると(S301)、無線アクセス禁止期間を設定しないビーコンを送信する(S302)。続いて、基地局のバッファに送信パケットがあるか否かを判断する(S303)。バッファに送信パケットがある場合は(S303でYes)、キャリアセンスを実施し(S304)、所定時間で無線チャネルが未使用であれば(S305でYes)、ダウンリンクのパケットを送信する(S306)。無線チャネルが使用中であれば(S305でNo)、その無線チャネルを使用して送信されているアップリンクのパケットを受信し(S307)、再び基地局のバッファにおける送信パケットの有無を判断する(S303)。ここでのS304〜S307の動作は一般的な無線LANの動作と同じであり、キャリアセンスによってチャネル使用状況を判断する時間(S305の所定時間)は、DIFS時間とバックオフ時間の合計である(図1にDIFS、CWと表記)。バックオフ時間は、コンテンションウィンドウ範囲内からランダムに選択した値によって定まり、その値とスロット時間を乗算した時間に設定される。
実施例2は、実施例1に示すスリープ制御1とスリープ制御2に加えて、新たにスリープ制御3の選択を可能にする方法である。実施例1では、ビーコンインターバルでトラフィックの発生が見込まれる場合はスリープ制御2を選択するが、実施例2ではスリープ制御2またはスリープ制御3を選択する。
太陽電池の発電量(太陽電池からバッテリーへの給電量)の予測について説明する。
太陽電池の発電量は、24時間周期で増減する。また、季節に依存して太陽の高度や日照時間が変化したり、さらには梅雨時などの晴天率の低さなども考慮すれば、太陽電池による24時間以上の長時間平均でみた平均発電量は1年を通じて変化する。このような太陽電池による発電量の変動のデータベースを参照すれば、未来の発電量の予測値を取得することは可能である。また、天気予報などの外部情報をネットワーク経由で取得すれば、さらに高い精度で予測することが可能である。このようにして予測される発電量の予測値が意味を持ち、そこで現在から時間t経過後の発電量の設計上の予測値をCdes(t)として議論する。なお、この発電量の設計上の予測値Cdes(t)は、時間と共に変動する量であるが、ある程度の時間周期での制御を前提とするため、ここでの時刻に関する引数tは連続的な時間を表すものではなく、例えば10分間隔、30分間隔、1時間間隔など、ある程度の時間間隔Δt毎の離散的な値をとる関数として扱われる。
消費電力の予測について説明する。消費電力は、ネットワークを流れるダウンリンク、アップリンクのそれぞれのトラフィック量、基地局のスリープ時間や各種運用パラメータ値により定まる。
(b) 信号受信時:ベースバンド信号処理回路に加え、クロック、シンセサイザ、受信ローノイズアンプが動作(ローノイズアンプの消費電力はハイパワーアンプの消費電力よりも若干小さい)
(c) 受信待機時:実際には有意な信号を受信していないが、信号受信の有無を監視している状況であるため、近似的には(b) とほぼ同じ消費電力である
(d) 完全スリープ時:(インタフェース回路やスリープ管理用の一部の回路を除き)ベースバンド信号処理回路の大部分、送受信アンプ系を全て停止、クロック、シンセサイザ等も停止する(消費電力の最小値)
(e) 不完全スリープ時:(インタフェース回路やスリープ管理用の一部の回路を除き)ベースバンド信号処理回路の大部分、送受信アンプ系は全て停止しているが、クロック、シンセサイザ等は停止していない
(f) スリープ起床準備時:完全スリープではクロック、シンセサイザ等も停止しているが、これらの回路は周波数安定性を担保するため、実際の起床の50〜 100ms程度前から電源再投入をする必要があり、実効的には(e) とほぼ同じ消費電力となる
P1 :上記(a) に該当する最大消費電力
P2 :上記(b),(c) に該当する消費電力
P3 :上記(e),(f) に該当する消費電力
Pmin :上記(d) に該当する最低消費電力
Pdes(t)=P1R1(t)+P2R2(t)+P3R3(t)+PminR4(t) …(1)
このようにして得られる消費電力の設計上の予測値Pdes(t)と、給電量の設計上の予測値Cdes(t)の間には、安定運用のための条件が存在する。これは、運用中にバッテリー残量がゼロとならないことを保証するための条件である。この安定運用条件の管理はある長時間周期で行う必要があるが、一般に24時間毎の時間変動の差分は、1日の24時間以内の時間変動に比べて小さいので、管理を行う周期は24時間の整数倍が理想的である。この制御周期をTcont(例えば24時間、3日間等)とする。そして、この制御周期Tcontの時間経過後に、バッテリーの残量が現在時点のバッテリー残量よりも減ることがないとすることで、定常的な放電状態を回避することを考えることによって、以下の安定運用のための条件式を設定する。
∫t t+Tcont{Cdes(t')−Pdes(t')}dt' ≧0 …(2)
実施例1の構成に加えて、スリープ制御3を実施する第3スリープ制御部12、バッテリー14を介して発電手段15に接続される安定運用条件判断部13が設けられる。第3スリープ制御部12は、図7に示すスリープ制御3によって基地局をスリープモードに移行させる制御を実行する。発電手段15は、太陽光や風力等の再生可能エネルギーを利用した発電手段である。ここで発電したエネルギーはバッテリー14に出力され、バッテリー14は入力されたエネルギーを蓄電する。安定運用条件判断部13は、消費電力計画値取得手段、発電量予測値取得手段、蓄電残量取得手段から構成され、基地局が不稼働にならずに安定的に運用するためのバッテリ蓄電残量や発電量が所定の条件を満たすかどうかについて判断する。通信制御部4は、バッファ部5、通信履歴記憶部7、端末情報記憶部8、スリーププロファイル記憶部9に加えて、安定運用条件判断部13を参照して、スリープ制御1からスリープ制御3のうち何れのスリープ制御を実施させるかを判断する。
図9において、通信制御部4のスリープ制御処理手順は、ビーコンインターバルごとに行われる。通信制御部4は、ビーコンインターバルごとに次のビーコンインターバルにおいて、スリープ制御1,2,3のいずれを行うかについて判定を開始する(S401)。すなわち、ビーコン送信時点で基地局のバッファに送信パケットがなく、かつ所定期間内に基地局と端末局との通信履歴がないか否かを判断する(S402)。所定期間としては前記ビーコンインターバルでの端末のアウェイク期間に設定してもよいし、その他の時間に設定してもよい。すなわち、ここでの所定期間は、基地局と接続している端末局の有無、および接続している端末局がいた場合の通信トラフィックの有無を判断することを目的として設定される時間であれば如何なるものであってもよい。
図10において、スリープ制御3を開始する(S501)と、スリープ期間長を設定し(S502)、そのスリープ期間を無線アクセス禁止期間として設定したビーコンを送信する(S503)。ビーコンの送信と共に基地局はスリープ期間にスリープモードに移行し(S504)、スリープ期間経過後にアウェイクモードへ移行する(S505)。ここまでの処理は、図5に示す実施例1のスリープ制御1のS201〜S205の処理と同様である。次に、基地局のバッファに送信パケットがあるか否かを判断する(S506)。このS506および以下の処理は、図6に示す実施例1のスリープ制御2のS303〜S313の処理と同様であり、この処理をビーコンインターバルの終了まで繰り返し(S314)、ビーコンインターバルと共にスリープ制御3の処理を終了する。
実施例3は、図1に示す実施例1のスリープ制御2をスリープ制御4に置き換えた制御技術である。スリープ制御2では、基地局の送信パケットがなく、かつ端末局の送信パケットがないと判断したときに、基地局はスリープモードに移行するが、スリープモード中に端末局のパケット送信を禁止するために、基地局はCTS等によってNAVを通知して、アクセス禁止期間を設定する。実施例3のスリープ制御4では、基地局の送信パケットがなく、かつ端末局の送信パケットがないと判断したときに、CTSによるNAVを通知することなく基地局がスリープモードに移行する方法である。
このように、実施例3は、スリープモードに移行する際のCTSの送信に要する消費電力が不要であるため、実施例1に比べて高い省電力化効果を実現可能である。なお、基地局がスリープモードに移行する前には端末局によるトラフィックの送信有無を判断しているため、スリープモードが短時間であれば、その間に端末局にトラフィックが発生し、それを基地局に送信する可能性は低いと考えられる。なお、万が一、そのスリープモード中に端末局がパケットを送信した場合、端末局は再送を繰返すだけである。
実施例4は、図7に示す実施例2のスリープ制御2をスリープ制御4に置き換え、スリープ制御3をスリープ制御5に置き換えた制御技術である。実施例4のスリープ制御4は実施例3のスリープ制御4と同じであり、スリープ制御5の後半はスリープ制御4と同様に、CTSによるNAVを通知することなく基地局がスリープモードに移行する方法である。
実施例5は、図1に示す実施例1のスリープ制御2あるいは図11に示す実施例3のスリープ制御4を、スリープ制御6に置き換えた制御技術である。スリープ制御6は、スリープ制御4のように基地局の送信パケットがなく、かつ端末局の送信パケットがないと判断したときに、CTSによるNAVを通知することなく基地局がスリープモードに移行する点では共通しているが、スリープモードとアウェイクモードを短周期で繰り返し、アウェイクモードで短時間のキャリアセンスを行うところに違いがある。
実施例6は、図12に示す実施例4のスリープ制御4をスリープ制御6に置き換え、スリープ制御5をスリープ制御7に置き換えた制御技術である。実施例6のスリープ制御6は実施例5のスリープ制御6と同じであり、スリープ制御7の後半はスリープ制御6と同様に、CTSによるNAVを通知することなく基地局がスリープモードに移行する方法である。
2 アンテナ
3 送受信部
4 通信制御部
5 バッファ部
6 インタフェース部
7 通信履歴記憶部
8 端末情報記憶部
9 スリーププロファイル記憶部
10 第1スリープ制御部
11 第2スリープ制御部
12 第3スリープ制御部
13 安定運用条件判断部
14 バッテリー
15 発電手段
Claims (8)
- 端末局と相互に無線通信を行う基地局装置において、
前記端末局宛ての送信パケットを蓄積する送信バッファと、
前記送信バッファに蓄積された送信パケットを送信する送信手段と、
前記端末局から送信されたパケットを受信する受信手段と、
前記端末局との間で前記送信パケットの送受信を示す通信履歴を記録する記録手段と、
所定の期間に渡ってスリープ状態とする第1スリープ制御手段と、
アウェイク状態と、前記端末局からパケットを受信しないときに前記第1スリープ制御手段よりも短い期間でスリープ状態となることを繰り返す第2スリープ制御手段と、
前記送信バッファに前記送信パケットがなく、かつ前記記録手段に所定期間の前記通信履歴がない場合に前記第1スリープ制御手段を選択し、それ以外の場合に第2スリープ制御手段を選択する制御手段と
を備えたことを特徴とする基地局装置。 - 請求項1に記載の基地局装置において、
前記第2スリープ制御手段は、前記送信バッファに前記送信パケットがないときに、前記端末局からパケットを受信しない状態が、当該端末局がパケットを送信するために待機する期間を超えて継続していることを検出した場合に、前記端末局の送信を禁止して、当該基地局を前記スリープ状態に設定する
ことを特徴とする基地局装置。 - 請求項1に記載の基地局装置において、
前記第1スリープ制御手段が前記スリープ状態にする当該基地局装置の構成要素の数が、前記第2スリープ制御手段が前記スリープ状態にする当該基地局装置の構成要素の数よりも多い
ことを特徴とする基地局装置。 - 請求項1に記載の基地局装置において、
当該基地局が発電手段の発電電力を蓄電するバッテリーによる電力で駆動されるときに、バッテリーの蓄電残量および発電手段の発電量が当該基地局を安定的に動作させるために十分か否かの安定運用条件を判断する安定運用条件判断手段と、
前記第1スリープ制御手段のスリープ状態の期間よりも短く、かつ前記第2スリープ制御手段のスリープ状態の期間よりも長い期間に渡ってスリープ状態とした後に、アウェイク状態と、前記端末局からパケットを受信しないときに前記第2スリープ制御手段のスリープ状態と同等の期間でスリープ状態となることを繰り返す第3スリープ制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記送信バッファに前記送信パケットがなく、かつ前記記録手段に所定期間の前記通信履歴がない場合に前記第1スリープ制御手段を選択し、それ以外の場合で前記安全運用条件が十分なときに前記第2スリープ制御手段を選択し、前記安全運用条件が十分でないときに前記第3スリープ制御手段を選択する
ことを特徴とする基地局装置。 - 請求項4に記載の基地局装置において、
前記第2スリープ制御手段および前記第3スリープ制御手段は、前記送信バッファに前記送信パケットがないときに、前記端末局からパケットを受信しない状態が、当該端末局がパケットを送信するために待機する期間を超えて継続していることを検出した場合に、前記端末局の送信を禁止して、当該基地局を前記スリープ状態に設定する
ことを特徴とする基地局装置。 - 請求項1または請求項4に記載の基地局装置において、
前記アウェイク状態と前記スリープ状態の繰り返しは、前記端末局に対して無線アクセス禁止期間を通知することなく前記アウェイク状態から前記スリープ状態に移行し、前記スリープ状態の終了後に前記アウェイク状態に移行してキャリアセンスを実施し、無線チャネルがビジーでないときに再び前記スリープ状態に移行し、無線チャネルがビジーのときに前記アウェイク状態を維持して前記端末局が送信するパケットを受信する処理であり、
前記アウェイク状態の時間は、前記キャリアセンスによって無線チャネルがビジーか否かの判定が可能な短い時間に設定し、
前記スリープ状態の時間は、前記キャリアセンスで無線チャネルがビジーになった後の前記アウェイク状態で前記端末局からの再送パケットの受信が可能な時間に設定する
ことを特徴とする基地局装置。 - 端末局と相互に無線通信を行う基地局のスリープ制御方法において、
前記基地局は、
前記端末局宛ての送信パケットを蓄積する送信バッファと、
前記送信バッファに蓄積された送信パケットを送信する送信手段と、
前記端末局から送信されたパケットを受信する受信手段と、
前記端末局との間で前記送信パケットの送受信を示す通信履歴を記録する記録手段と、
所定の期間に渡ってスリープ状態とする第1スリープ制御手段と、
アウェイク状態と、前記端末局からパケットを受信しないときに前記第1スリープ制御手段よりも短い期間でスリープ状態となることを繰り返す第2スリープ制御手段と
を備え、
前記送信バッファに前記送信パケットがなく、かつ前記記録手段に所定期間の前記通信履歴がない場合に前記第1スリープ制御手段を選択し、それ以外の場合に第2スリープ制御手段を選択する
を備えたことを特徴とするスリープ制御方法。 - 請求項7に記載のスリープ制御方法において、
前記基地局は、
当該基地局が発電手段の発電電力を蓄電するバッテリーによる電力で駆動されるときに、バッテリーの蓄電残量および発電手段の発電量が当該基地局を安定的に動作させるために十分か否かの安定運用条件を判断する安定運用条件判断手段と、
前記第1スリープ制御手段のスリープ状態の期間よりも短く、かつ前記第2スリープ制御手段のスリープ状態の期間よりも長い期間に渡ってスリープ状態とした後に、アウェイク状態と、前記端末局からパケットを受信しないときに前記第2スリープ制御手段のスリープ状態と同等の期間でスリープ状態となることを繰り返す第3スリープ制御手段と
を備え、
前記送信バッファに前記送信パケットがなく、かつ前記記録手段に所定期間の前記通信履歴がない場合に前記第1スリープ制御手段を選択し、それ以外の場合で前記安全運用条件が十分なときに前記第2スリープ制御手段を選択し、前記安全運用条件が十分でないときに前記第3スリープ制御手段を選択する
ことを特徴とするスリープ制御方法。
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