JP5519615B2 - 無線通信方法および無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮの省電力モードを適用された無線通信に関する。

無線ＬＡＮに関し、バッテリ駆動の無線端末の電力消費を抑える技術として、例えば、後述の非特許文献１に記載の省電力モード（Power Management modes）がある。省電力モードでは、端末が、親局のアクセスポイント（以下、「ＡＰ」と記す。）から一定間隔で発信されるビーコン信号による送信パケット通知（TIM：Traffic Indicator MapまたはDTIM：Delivery Traffic Indication Message）を利用し、低電力で動作する休止状態（Doze）と、無線通信が可能な電力で動作する稼働状態（Awake）とで切り替えを行う。

休止状態の端末は、所定の受信間隔（Listen Interval）毎にAwakeしてビーコンを受信し、そのビーコンから自局宛のパケットの有無を確認する。自局宛のパケットがある場合は、Awakeしたままパケットの受信処理を行い、その後、休止状態に移行する。

ところで、端末の受信間隔は、長く設定するほど省電力効果が大きくなるが、その反面、パケットの受信遅延を引き起こす可能性が高まる。この受信遅延に関し、図７を参照して一例を挙げる。図示の上段は、ＡＰがビーコンを送出するタイミングを表し、下段は、そのタイミングに合わせた端末側ＳＴＡ（例えば、無線ＬＡＮカード）の動作タイミングを表す。

本例では、受信間隔が「2」、すなわち、ＳＴＡがＡＰからのビーコンを２つおきに受信するよう設定されている。ＳＴＡは、図７に示すように、受信間隔「2」ごとの時刻t10，t11，t13にて、休止状態からAwakeする。ここで、時刻t12において、ＡＰにＳＴＡ宛てのパケットが到着したとする。しかしながら、現時点のＳＴＡは、休止状態であるためパケットを受信することができない。ＡＰに到着した前記パケットは、その後、ＳＴＡが時刻t13にてAwakeしたときにＳＴＡに届けられる。この例における時刻t12と時刻t13との時間差が、ＳＴＡの受信遅延時間に相当する。ＳＴＡの受信遅延は、通信遅延を引き起こす原因となる。

上記のような受信遅延を低減するための技術として、例えば、後述の特許文献１及び２に記載のものがある。特許文献１には、基地局（ＡＰ）が、自局に蓄積された送信パケット量に基づいて各ノードの受信間隔を決定するという方法が記載されている。特許文献２には、無線ＬＡＮクライアント（ＳＴＡ）が、実行するアプリケーションに応じて受信間隔を変更するという方法が記載されている。

特開２００７−０９６８９８号公報 特開２００４−１２８９４９号公報

"IEEE Std 802.11TM-2007: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications; 11.2 Power management"、IEEE Computer Society、２００７年６月１２日

上記特許文献１の方法によれば、受信間隔の設定が適正化されるが、そのための制御は基地局により行う。よって、この方法では、基地局側の処理負荷が増大しやすいため、基地局のスループット低下といった新たな問題を招くおそれがある。

特許文献２の方法にあっては、端末側でアプリケーションに適した受信間隔を設定できるが、一般に、アプリケーション実行中のデータ受信の頻度は変動し得る。よって、アプリケーションに設定した受信間隔が、このアプリケーションによる実際のデータ受信の間隔に対応しない可能性がある。実際のデータ受信間隔が、アプリケーションに設定されている受信間隔よりも短くなると、前述した受信遅延が発生する。また、その逆、すなわち実際のデータ受信間隔が予想よりも長くなった場合は、頻繁なAwakeが無駄になり、結果的に端末の省電力効果が低下する。

本発明は、上記課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、省電力モードを適用された端末における省電力を図りつつ、親局からの受信遅延を防止するための技術を提供することにある。

本発明に係る無線通信方法は、無線ＬＡＮの省電力モードを適用された無線通信装置が、
休止状態から稼働状態に切り替えて親局からのビーコン信号を受信する間隔が規定された３以上のレベルを持つ情報テーブルを記憶し、
前記親局からのビーコン信号を受信する間隔で、前記親局に対する送信データの有無を確認し、前記送信データが有って前記親局に対するデータ送信を行った場合に、また前記親局からのデータを受信する処理を行って前記親局からのデータ受信があった場合に、現行の受信間隔を前記情報テーブルに基づく、前記親局のビーコン信号発信タイミングごとにビーコンを受信する最短の受信間隔に更新し、
前記情報テーブルに基づいて前記親局に対するデータ送信もしくは前記親局からのデータ受信から所定の時間が経過するごとに、前記更新された現行の受信間隔を前記情報テーブルのレベルに沿って増加させ、
前記情報テーブルが、前記受信間隔更新の契機となった前記親局へのデータ送信からの経過時間もしくは前記受信間隔更新の契機となった前記親局からのデータ受信からの経過時間に応じて推移するレベルを持つことを特徴とする。

また、本発明に係る無線通信装置は、無線ＬＡＮの省電力モードを適用された無線通信装置であって、
親局からの無線信号を受信する受信部と、
前記親局に対して無線信号を送信する送信部と、
休止状態から稼働状態に切り替えて前記親局からのビーコン信号を受信する間隔が規定された３以上のレベルを持つ情報テーブルを記憶し、前記親局からのビーコン信号を受信する間隔で、前記親局に対する送信データの有無を確認し、前記送信データが有って前記親局に対するデータ送信を行った場合に、また前記親局からのデータを受信する処理を行って前記親局からのデータ受信があった場合に、現行の受信間隔を前記情報テーブルに基づく、前記親局のビーコン信号発信タイミングごとにビーコンを受信する最短の受信間隔に更新し、前記情報テーブルに基づいて前記親局に対するデータ送信もしくは前記親局からのデータ受信から所定の時間が経過するごとに、前記更新された現行の受信間隔を前記情報テーブルのレベルに沿って増加させる通信制御部とを備え、
前記情報テーブルが、前記受信間隔更新の契機となった前記親局へのデータ送信からの経過時間もしくは前記受信間隔更新の契機となった前記親局からのデータ受信からの経過時間に応じて推移するレベルを持つことを特徴とする。

本発明によれば、省電力モードを適用された端末としての無線通信装置における省電力を図りつつ、親局からの受信遅延を防止することができる。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における受信間隔の設定に関する説明図である。 本発明の実施形態における具体例の説明図である。 本発明の他の実施形態の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における具体例の説明図である。 無線ＬＡＮの省電力モードにおける受信遅延に関する説明図である。

図１に、本発明の実施形態の構成を示す。本発明に係る無線通信装置に対応する無線ＬＡＮカード（以下、「ＳＴＡ」と記す。）20は、前述の非特許文献１などにて規定されている無線ＬＡＮの省電力モード対応の装置であり、通信バス11を介して携帯端末10に接続されている。ＡＰ30は、一定の周期でビーコン信号を発信する親局である。

ＳＴＡ20は、図１に示すように、送信部21、受信部22、通信制御部23、アンテナ24を備える。送信部21は、ＡＰ30に対しアンテナ24を介して無線信号を送信する。受信部22は、ＡＰ30からの無線信号をアンテナ24を介して受信する。通信制御部23は、通信バス11を介して携帯端末10から供給される制御信号により、ＡＰ30との無線通信をコントロールする。

通信制御部23は、ＡＰ30によるビーコン信号の発信タイミングを検知してその回数をカウントし、カウントした回数を用いてビーコンの受信間隔の更新を制御する。そのために、通信制御部23は、ビーコン信号の発信タイミングに合わせてインクリメントされるカウンタＣ１及びカウンタＣ２を持つ。カウンタＣ１は、現行の受信間隔に基づくAwakeのタイミングを計るために用いられる。他方のカウンタＣ２は、送信部21がＡＰ30に対しデータ送信してからの経過時間を計るために用いられる。

また、通信制御部23は、現行の受信間隔として適用すべき値が規定された情報テーブルを持つ。このテーブルには、受信間隔としての最小値から最大値までの値が、３以上のレベルで推移するよう設定されている。それらの各レベルは、後述するように、カウンタＣ２の値に応じて変化する。

図２に示すフローチャートに沿って、本実施形態におけるＳＴＡ20の動作を説明する。ＳＴＡ20は、ＡＰ30に接続することで省電力モードを開始すると、自局を休止状態（Doze）にしてカウンタＣ１及びＣ２をゼロに初期化する（ステップA0）。また、これから使用する受信間隔をセットする（ステップA1）。この初期段階での受信間隔には、例えば、前述したテーブルにおける最大値を適用する。

ＳＴＡ20は、内部タイマを用いて、ＡＰ30によるビーコンの発信タイミングを待ち（ステップA2）、その発信タイミングが到来すると、まずカウンタＣ２を＋１加算する（ステップA3）。この時、ＡＰ30に対する送信待ちのデータがある場合（ステップA4：Yes）、ＳＴＡ20は、休止状態から稼働状態（Awake）に移行し（ステップA5）、データの送信処理を行う（ステップA6）。

データ送信を完了すると、ＳＴＡ20は、カウンタＣ２を減算してゼロにする（ステップA7）。このように、カウンタＣ２は、ＡＰ30へのデータ送信が行われる都度、ゼロに初期化され、初期化後、ビーコン信号の発信タイミングが到来するごとに１ずつ加算される。また、ＳＴＡ20は、データ送信後も稼働状態を維持し、ＡＰ30からのビーコン信号やデータ等の受信処理を行う（ステップA10）。そして、電力消費を抑えるために休止状態に戻る（ステップA11）。

一方、ビーコン発信タイミングの到来時に送信待ちデータがない場合（ステップA4：No）、ＳＴＡ20は、休止状態からAwakeすべきタイミングが到来したかどうかを確認するために、カウンタＣ１の値と現行の受信間隔とを比較する。比較の結果、カウンタＣ１のほうが小さい場合は（ステップA8：Yes）、まだAwakeするタイミングではないと判断する。この場合、ＳＴＡ20は、ＡＰ30からのビーコン信号の受信を見送り、カウンタＣ１を＋１加算する（ステップA15）。また、カウンタＣ１の値が受信間隔の値に達した場合は（ステップA8：No）、休止状態からAwakeして受信処理を行う（ステップA9,A10）。受信処理が完了したら、電力消費を抑えるため休止状態に切り替える（ステップA11）。

ＳＴＡ20は、休止状態へ移行後、カウンタＣ１がまだ受信間隔の値に達していない場合は（ステップA12：Yes）、送信処理に引き続き受信処理を行った状況（ステップA6〜A10）であり、且つ、ビーコン発信タイミングの到来（ステップA2：Yes）をまだカウントしていない状況であると判断する。この場合、ＳＴＡ20は、カウンタＣ１を＋１加算する（ステップA15）。

また、休止状態への移行後にカウンタＣ１が受信間隔の値に達している場合は（ステップA12：No）、すでに受信間隔が満了している状況（ステップA8：No〜）と判断し、カウンタＣ１をゼロにクリアする（ステップA13）。このように、カウンタＣ１は、受信間隔の満了ごとに初期化される。

ＳＴＡ20は、上記のようにカウンタＣ１を処理すると、前述した受信間隔のテーブルからカウンタＣ２の値に対応する受信間隔を選択し、それを現行の受信間隔として更新する（ステップA14）。そして、更新した受信間隔をもとに、ステップA2からの処理を実行する。

図３に、受信間隔のテーブルの一例を示す。図示のテーブルは、受信間隔が４つのレベルで設定されたものである。ここでの受信間隔は、ビーコン信号の受信を見送る回数を表す。例えば受信間隔「3」は、休止状態へ移行後にビーコン信号を３回見送り、４回目でAwakeしてビーコンを受信することを意味する。また、受信間隔「0」は、ビーコンを見送らない、すなわちビーコン発信タイミングごとにAwakeすることで、全てのビーコンを受信することを意味する。

図示のテーブルでは、カウンタＣ２の「0〜9」の範囲に対し、受信間隔の最小値「0」が設定されている。また、カウンタＣ２「10〜19」に対し受信間隔「1」が設定され、カウンタＣ２「20〜29」に対し受信間隔「3」が設定されている。そして、カウンタＣ２「30〜」に対しては、受信間隔の最大値「7」が設定されている。このように、カウンタＣ２の値が大きくなるに従い、受信間隔が漸増するようなレベルを設定しておく。なお、図３に示すテーブルは一例であり、受信間隔のレベル数や各レベルの数値は、図示のものに限らず適宜設定することができる。

ここで、図４を参照して、図３の上記テーブルを用いた受信間隔の制御の具体例を説明する。図４の上段の波形は、ＡＰ30によるビーコンの発信タイミングを表し、下段は、上段のタイミングを基準にＳＴＡ20がAwakeして受信処理するタイミングを表す。

時刻t1において、ＳＴＡ20の受信間隔は、最大値の「7」であるとする（LI=7）。受信間隔が「7」のＳＴＡ20は、ＡＰ30からのビーコンを７つおきに受信するよう、休止状態からAwakeする。

その後の時刻t2において、ＳＴＡ20がＡＰ30に対しデータ送信を行ったとする。これにより、カウンタＣ２がゼロに初期化されると、ＳＴＡ20は、現行の受信間隔「7」を最小値の「0」に更新する（LI=0）。受信間隔が「0」のＳＴＡ20は、ビーコン発信タイミングごとに起動することで、ＡＰ30からのビーコン信号を毎回受信する。また、そのビーコン発信タイミングごとに、カウンタＣ２が＋１加算されていく。

その後、ＳＴＡ20は、データ送信を行うことなく時刻t3にてカウンタＣ２が「10」になると、現行の受信間隔を「0」から「1」に更新する（LI=1）。これは、図３より、現在のカウンタＣ２が、「0〜9」のレベルから「10〜19」のレベルに遷移したためである。受信間隔「1」のＳＴＡ20は、ビーコン信号を１つおきに受信するよう休止状態からAwakeする。

ＳＴＡ20は、その後もデータ送信を行わずに休止状態と稼働状態とを繰り返し、時刻t4にカウンタＣ２が「20」なると、テーブル（図３）の設定に基づき、現行の受信間隔を「1」から「3」に更新する（LI=3）。受信間隔「3」のＳＴＡ20は、ビーコン信号を３つおきに受信する。

さらにその後も、ＳＴＡ20によるデータ送信がなく、時刻t5でカウンタＣ２が「32」になると、ＳＴＡ20は、現行の受信間隔を「3」から最大値の「7」に更新する（LI=7）。最大値に達した後の受信間隔は、新たなデータ送信が発生しない限り、その最大値「7」が維持される。

ここで、時刻t5から受信間隔「7」で動作していたＳＴＡ20が、時刻t6において再びデータ送信を行ったとする。これを契機にカウンタＣ２が再びゼロに初期化されると、ＳＴＡ20は、現行の受信間隔を「7」から最小値の「0」に更新する。そして、ＡＰ30からのビーコン信号を毎回受信するようAwakeする。

本実施形態によれば、ＳＴＡ20がデータ送信を行ったことを契機に、現行の受信間隔を最小値にするよう制御するので、その後に期待されるＡＰ30からのデータをＳＴＡ20が遅滞なく受信することができる。また、いったん最小値に更新した後、時間の経過とともに受信間隔を漸増させるよう制御することから、受信遅延を防止しつつ、ＳＴＡ20の省電力効果を維持できる。

（他の実施形態）
上記の実施形態は、ＡＰ30へのデータ送信を契機に、現行の受信間隔を短くするよう更新したが、その更新の契機として、ＡＰ30からのデータ受信を加味することもできる。この場合のＳＴＡ20の動作を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。なお、以下では、本実施形態と前述の実施形態（図２）との差異を説明し、共通の部分については省略する。

本実施形態のＳＴＡ20は、データ送信してからの経過時間だけでなく、データ受信してからの経過時間もカウンタＣ２により計時する。そのために、前述の実施形態の手順（図２）から、次の手順が追加される。

ＳＴＡ20は、休止状態から一旦Awakeして送信処理や受信処理を行った後、また休止状態に戻ると（図５：ステップA11）、ＡＰ30で蓄積されていたデータの受信処理を行ったかどうかを確認する（ステップA16）。データ受信を行っていた場合は、現時点のカウンタＣ２をゼロにする（ステップA17）。これにより、ＳＴＡ20は、データ送信だけでなく、データ受信からの経過時間もカウンタＣ２によりカウントする。

図６に、本実施形態の具体例を示す。図示の例は、前述した図４のものと同様に、図３のテーブルに基づいて受信間隔を制御した例である。図６において、時刻t21から受信間隔「7」（LI=7）で動作するＳＴＡ20が、時刻t22にてデータ送信を行うと、カウンタＣ２が初期化されると共に、受信間隔が最小値の「0」に更新される（LI=0）。

ここでＳＴＡ20が、初期化後のカウンタＣ２が「10」に達する前の時刻t23にて、ＡＰ30からのデータ受信を行ったことを検知したとする。ＳＴＡ20は、このデータ受信を契機に、カウンタＣ２をゼロにする。その結果、受信間隔は、時刻t23からも引き続き「LI=0」に維持される。その後は、時刻t27まで、データ送信およびデータ受信がなかったことで、受信間隔が「LI=0」→「LI=1」→「LI=3」→「LI=7」と漸増するよう更新される。

本実施形態によれば、ＳＴＡ20は、データ送信だけでなくデータ受信も契機に、受信間隔を最小値に変更するよう制御する。これにより、ＡＰ30への僅かな送信データに対して大量の受信データが発生するような通信パターンにも、柔軟に対処することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で適宜変更することができる。例えば、ＳＴＡ20のデータ送受信を契機に受信間隔を変更する際、上記実施形態では受信間隔をゼロにしたが、現行より小さい値であればゼロに限定されない。より具体的には、例えば図３より、現行の受信間隔が「7」である場合に、それを「0」にすることに替えて、「7」から１ランク小さい「3」、あるいは２ランク小さい「1」に更新することができる。このような場合、カウンタＣ２は、データ送受信ごとにゼロにクリアされるのではなく、目的とするランクに応じて減算されるようにする。例えば、カウンタＣ２が「30」（LI=7）のときに、受信間隔を１ランク小さくする（LI=3）場合、カウンタＣ２を「30」から「20〜29」の何れかの値に減らせばよい。

また、上記のような受信間隔の変更方法は、データ送信とデータ受信とで別の設定であってもよい。例えば、データ送信を契機に現行の受信間隔を最小値（LI=0）に更新し、データ受信の場合は、受信間隔を現行より１ランク小さくするといった設定である。

ＳＴＡ20のデータ送受信からの経過時間は、上記実施形態では、カウンタＣ２によりカウントしたが、別の内部タイマを用いる等、ＡＰ30のビーコンタイミングとは同期しない手段により計測してもよい。その場合も、データ送受信からの経過時間と受信間隔とを関連付けた図３のようなテーブルを用意しておくことが望ましい。

本発明は、無線通信装置（ＳＴＡ20）の処理に対応したコンピュータプログラム、及び、そのプログラムが格納された記録媒体として実施することができる。

本発明は、無線ＬＡＮ機能を備えたバッテリ駆動の携帯型端末への適用が好適であるが、携帯型端末に限定されず、省電力効果が期待される他の無線ＬＡＮ搭載機器にも適用が可能である。

10 携帯端末
11 通信バス
20 ＳＴＡ（無線ＬＡＮカード）
21 送信部
22 受信部
23 通信制御部
24 アンテナ
30 ＡＰ

Claims (4)

1. 無線ＬＡＮの省電力モードを適用された無線通信装置が、
   休止状態から稼働状態に切り替えて親局からのビーコン信号を受信する間隔が規定された３以上のレベルを持つ情報テーブルを記憶し、
   前記親局からのビーコン信号を受信する間隔で、前記親局に対する送信データの有無を確認し、前記送信データが有って前記親局に対するデータ送信を行った場合に、また前記親局からのデータを受信する処理を行って前記親局からのデータ受信があった場合に、現行の受信間隔を前記情報テーブルに基づく、前記親局のビーコン信号発信タイミングごとにビーコンを受信する最短の受信間隔に更新し、
   前記情報テーブルに基づいて前記親局に対するデータ送信もしくは前記親局からのデータ受信から所定の時間が経過するごとに、前記更新された現行の受信間隔を前記情報テーブルのレベルに沿って増加させ、
   前記情報テーブルが、前記受信間隔更新の契機となった前記親局へのデータ送信からの経過時間もしくは前記受信間隔更新の契機となった前記親局からのデータ受信からの経過時間に応じて推移するレベルを持つことを特徴とする無線通信方法。
2. 前記親局によるビーコン信号の発信タイミングを検知して該検知の回数を累計し、
   前記親局へのデータ送信ごと及び前記親局からのデータ受信ごとに前記累計の値をクリアし、
   前記クリア後の新たな累計の値を前記経過時間とすることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
3. 無線ＬＡＮの省電力モードを適用された無線通信装置であって、
   親局からの無線信号を受信する受信部と、
   前記親局に対して無線信号を送信する送信部と、
   休止状態から稼働状態に切り替えて前記親局からのビーコン信号を受信する間隔が規定された３以上のレベルを持つ情報テーブルを記憶し、前記親局からのビーコン信号を受信する間隔で、前記親局に対する送信データの有無を確認し、前記送信データが有って前記親局に対するデータ送信を行った場合に、また前記親局からのデータを受信する処理を行って前記親局からのデータ受信があった場合に、現行の受信間隔を前記情報テーブルに基づく、前記親局のビーコン信号発信タイミングごとにビーコンを受信する最短の受信間隔に更新し、前記情報テーブルに基づいて前記親局に対するデータ送信もしくは前記親局からのデータ受信から所定の時間が経過するごとに、前記更新された現行の受信間隔を前記情報テーブルのレベルに沿って増加させる通信制御部とを備え、
   前記情報テーブルが、前記受信間隔更新の契機となった前記親局へのデータ送信からの経過時間もしくは前記受信間隔更新の契機となった前記親局からのデータ受信からの経過時間に応じて推移するレベルを持つことを特徴とする無線通信装置。
4. 前記通信制御部は、前記親局によるビーコン信号の発信タイミングを検知して該検知の回数を累計し、前記親局へのデータ送信ごと及び前記親局からのデータ受信ごとに前記累計の値をクリアし、前記クリア後に新たに検知の回数を累計し、
   前記クリア後の新たな累計の値を前記経過時間とすることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。