JP5668293B2 - 無線通信装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及びプログラムに関し、例えば、センサネットワークノードに適用し得る。

従来、センサネットワークノードを制御する技術としては、非特許文献１に示されるＴ−Ｋｅｒｎｅｌがある。Ｔ−Ｋｅｒｎｅｌとは、Ｔ−Ｅｎｇｉｎｅフォーラムにより推進されている組み込みＯＳ（オペレーティングシステム）であり、Ｔ−Ｅｎｇｉｎｅというプラットフォーム上で動作するもので、センサネットワークノードにも用いることができる。

電池駆動のセンサネットワークノードは長寿命化のためにスリープ制御を行う。センサネットワークノードにおけるスリープ制御とは、ノードが送受信処理をおこなう必要がない期間はノードの無線通信部およびマイコンを通常時よりも省電力で動作するモード（以下、「省電力モード」という）にするというものである。なお、以下では、ノード（無線通信装置）が、省電力モードでないとき（通常時）のモードを「通常モード」という。

センサネットワークノードに搭載されたマイコンは、省電力モードになると消費電力が少なくなる代わりに、処理速度が低下し、演算ができなくなる場合もある。そして、そのマイコンはソフトウェアの制御により省電力モードから通常モードヘ復帰する。

非特許文献１に記載のＴ−Ｋｅｒｎｅｌ等、既存のマルチスレッドをサポートした組込みＯＳは、スリープ制御をＯＳの機能として提供している。そして、ＯＳは、すべてのスレッドが待ち状態（休止状態）になるとスリープ制御を行う。このことにより、プログラマはスリープ制御を気にすることなくプログラミングを行える利便性がある。

次に、従来の非特許文献等に記載された、既存の組み込みＯＳを利用したセンサネットワークノードにおけるスリープ制御の具体例について説明する。

ここでは、例として、所定の処理を行う複数の一般処理部と、一般処理部の動作に応じて、当該ノードの動作モード（通常モード又は省電力モード）を制御する動作モード制御部を備えた既存のセンサネットワークノードについて説明する。この場合、動作モード制御部は、当該ノードにおけるＯＳの一部の機能に該当する。また、一般処理部は、上述のＯＳ上で動作するスレッドが該当する。

そして、動作モード制御部は、全ての一般処理部が休止状態になると、当該ノードの動作を通常モードから省電力モードヘ遷移させる。又、動作モード制御部は、いずれかの一般処理部が休止状態から動作状態へ変化すると、当該ノードの状態を省電力モードから通常モードへと遷移させる。

Ｔ−Ｅｎｇｉｎｅフォーラム編、「Ｔ−ｋｅｒｎｅｌ 仕様書」、[Online]、INTERNET、[２０１０年２月１日検索]，＜ＵＲＬ：http://www.t-engine.org/japanese/text/TEF020-S001-01.00.00_ja.pdf＞

センサネットワークをシステムとしてみた場合、システムのメンテナンス頻度を見積もることは重要である。システムメンテナンスの目的の一つに、寿命が近くなったノードの電池交換がある。よって、センサネットワークでは、メンテナンス頻度の見積もりの精度を上げるためには、計画的に省電力モードを利用し、ノードの寿命を正確に見積もることが望ましい。

また、センサネットワークノードが通信を行う際には、送信先のスリ−プ制御のスケジューリングをあらかじめ知っておいて、送信先ノードが通常モードのときにデータ送信する必要がある。そのため、センサネットワークノードのスリープ制御のスケジュールをあらかじめ決めておくことが望ましい。

一方、センサネットワークノードに採用されているマイコンの演算性能は、通常低いものであり、例えば公開鍵暗号を利用した認証処理には数十秒必要な場合がある。また、センサネットワークノードは数百ミリ秒単位でのスリープ制御を行っている場合も珍しくない。よって数十秒かかる演算処理を連続しておこなうとスリープ制御のスケジュールが大幅に変動してしまう場合がある。

しかしながら、非特許文献の記載技術等、既存の組み込みＯＳを利用したセンサネットワークノードにおいては、上述の通り、スリープ制御のスケジュールはＯＳ側で決定するため、ＯＳ上で動作するスレッド（一般処理部）の側で制御することはできなかった。

そのため、計画的に省電力モードを動作させることができる無線通信装置及びプログラムが望まれている。

第１の本発明の無線通信装置は、（１）自身が動作状態から休止状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段の動作を休止状態に制御し、自身が休止状態から動作状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段について動作状態に制御する第１の処理手段と、（２）上記第１の処理手段とは異なる無線通信に係る処理を行う、１又は複数の第２の処理手段と、（３）当該無線通信装置が通常モードの場合に、当該無線通信装置の全ての処理手段が休止状態になると、当該無線通信装置を通常モードよりも省電力で動作する省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、当該無線通信装置のいずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる動作モード制御手段とを有し、（４）それぞれの処理手段に対して処理を行う優先度が割り当てられており、（５）上記第１の処理手段よりも高い優先度が割り当てられた上記第２の処理手段は、上記第１の処理手段が休止状態になった場合でも、休止状態とならず、（６）上記動作モード制御手段は、当該無線通信装置が通常モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の全ての処理手段が休止状態となると、当該無線通信装置を省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の処理手段のうち、いずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させることを特徴とする。

第２の本発明の無線通信プログラムは、無線通信装置に搭載されたコンピュータを、（１）自身が動作状態から休止状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段の動作を休止状態に制御し、自身が休止状態から動作状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段について動作状態に制御する第１の処理手段と、（２）上記第１の処理手段とは異なる無線通信に係る処理を行う、１又は複数の第２の処理手段と、（３）当該無線通信装置が通常モードの場合に、当該無線通信装置の全ての処理手段が休止状態になると、当該無線通信装置を通常モードよりも省電力で動作する省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、当該無線通信装置のいずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる動作モード制御手段として機能させ、（４）それぞれの処理手段に対して処理を行う優先度が割り当てられており、（５）上記第１の処理手段よりも高い優先度が割り当てられた上記第２の処理手段は、上記第１の処理手段が休止状態になった場合でも、休止状態とならず、（６）上記動作モード制御手段は、当該無線通信装置が通常モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の全ての処理手段が休止状態となると、当該無線通信装置を省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の処理手段のうち、いずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させることを特徴とする。

本発明によれば、無線通信装置において、計画的に省電力モードを動作させることができる。

実施形態に係る無線通信装置の機能的構成ついて示したブロック図である。 実施形態に係る無線通信装置において、スリープ制御処理部が休止状態に遷移する際の動作について示したシーケンス図である。 実施形態に係る無線通信装置において、スリープ制御処理部が動作状態に遷移する際の動作について示したシーケンス図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明による無線通信装置及びプログラムの一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、この実施形態の無線通信装置１０の機能的構成について示したブロック図である。

無線通信装置１０は、一般処理部１１、スリープ制御処理部１２、動作モード制御部１３を有している。なお、図１においては図示を省略しているが、無線通信装置１０は、ネットワークインタフェース等、無線通信装置としてとして必要な他の構成も備えているものとする。

無線通信装置１０は、例えば、情報処理を行うプロセッサと無線通信手段を備える既存の無線通信装置のハードウェア（例えば、上述のＴ−Ｅｎｇｉｎｅのハードウェア）上に、実施形態の無線通信プログラム等をインストールすることにより構築しても良いが、その場合でも、機能的には図１のように示すことができる。

一般処理部１１、スリープ制御処理部１２は、無線通信装置１０上で作成されるスレッドであるものとする。また、スリープ制御処理部１２は、スケジューリング部１２１及び一般処理部制御部１２２を有している。

スリープ制御処理部１２は、当該無線通信装置１０が、省電力モードでない期間（通常モード動作時）動作する処理に関するスレッド（以下、「スリープ制御処理スレッド」という）を実行するものである。また、スリープ制御処理部１２は、一般処理部１１について、動作状態又は休止状態に遷移させる制御を行う。

一般処理部１１は、無線通信装置１０において、スリープ制御処理部１２が行う処理以外の処理（例えば、公開鍵暗号等の暗号処理）に関するスレッド（以下、「一般処理スレッド」という）を実行するものである。

この実施形態では、一般処理部１１及びスリープ制御処理部１２は、無線通信装置１０のＯＳ上で、ソフトウェア的（論理的）に生成されるスレッドであるものとして説明するが、ハードウェア的（例えば、専用チップ等）にそれぞれの処理部（スレッド）に相当するものを構成するようにしても良い。また、図１においては、説明を簡易にするため、一般処理部１１（一般処理スレッド）の数は一つであるものとして図示しているが、一般処理部１１（一般処理スレッド）が生成される数は限定されないものである。

また、この実施形態においては、例として、無線通信装置１０は、既存の無線通信装置のハードウェア（例えば、上述のＴ−Ｅｎｇｉｎｅのハードウェア）に、既存の組み込みＯＳ（例えば、非特許文献１に記載のＴ−Ｋｅｒｎｅｌ）が搭載されたプラットフォーム上に、さらに、実施形態の無線通信プログラム（少なくとも一般処理部１１、スリープ制御処理部１２を含む）がインストールされた、センサネットワークノードであるものとして説明する。なお、動作モード制御部１３は、無線通信装置１０に搭載されたＯＳにより提供される機能であるものとして説明する。

さらに、無線通信装置１０では、それぞれの処理部（スレッド）に対して処理を実行する優先度が割り当てられており、スリープ制御処理部１２は、一般処理部１１に比べて優先度が、より高く設定されているものとする。すなわち、制御処理部１２の処理は、一般処理部１１よりも優先的に実行されるものとする。

一般処理部制御部１２２は、スリープ制御処理部１２が動作状態から休止状態に遷移する際には、一般処理部１１も休止状態に遷移させる処理を行う。そして、一般処理部制御部１２２は、スリープ制御処理部１２が休止状態から動作状態に遷移した場合、一般処理部１１を動作状態に遷移させる処理を行う。

スケジューリング部１２１は、スリープ制御処理部１２を動作状態又は休止状態に遷移させるタイミングを制御するものであり、状態を遷移させるタイミングになると、一般処理部制御部１２２及び動作モード制御部１３へその旨の命令を通知する。スケジューリング部１２１には、動作状態又は休止状態になるスケジュールが、予め設定されている。スケジューリング部１２１に設定されるスケジュールの内容は限定されないものであるが、例えば、定期的又は不定期の間隔で所定期間休止状態になるように設定しても良い。

一般処理部１１は、スリープ制御処理部１２（一般処理部制御部１２２）から、動作状態の遷移に関する命令が通知されると、その命令の内容に応じて、自身の状態を動作状態又は休止状態に遷移させる。また、一般処理部１１は、自身の状態を遷移させる際に、自身の動作状態に関する情報等を、動作モード制御部１３へ通知する。

動作モード制御部１３は、一般処理部１１及びスリープ制御処理部１２が、いずれも休止状態になると、当該無線通信装置１０の動作を通常モードから省電力モードヘ遷移させる。又、動作モード制御部１３は、一般処理部１１又はスリープ制御処理部１２が、休止状態から実行状態へ変化すると、当該無線通信装置１０の状態を省電力モードから通常モードへと遷移させる。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態の無線通信装置１０の動作について説明する。

（Ａ−２−１）スリープ制御処理部が休止状態へ遷移する際の動作
図２は、スリープ制御処理部１２が動作状態から休止状態に遷移する際の動作について示したシーケンス図である。

まず、スリープ制御処理部１２が、スケジューリング部１２１が生成したタイミングにより、動作状態から休止状態への遷移を決定したものとする（Ｓ１０１）。

次に、スリープ制御処理部１２により、一般処理部１１へ休止状態への遷移の命令が通知される（Ｓ１０２）。

休止状態への遷移の命令が通知されると、一般処理部１１は、休止状態に遷移する旨を、スリープ制御処理部１２に通知し（Ｓ１０３）、自身を休止状態に遷移させ（Ｓ１０４）、さらに、自身の動作状態に関する情報等を動作モード制御部１３に通知する（Ｓ１０５）。

スリープ制御処理部１２では、一般処理部１１が休止状態となったことを把握すると、自身を休止状態に遷移させ（Ｓ１０６）、動作モード制御部１３へ、自身が休止状態に遷移する旨が通知される（Ｓ１０７）。

そして、動作モード制御部１３では、全ての処理部（スレッド）から、休止状態に遷移する旨の通知を受けたことを確認し、当該無線通信装置１０の動作モードを省電力モードへ遷移させる（Ｓ１０８）。

なお、図２においては、スリープ制御処理部１２において、一般処理部１１が休止状態に遷移したことを把握する処理として、一般処理部１１からの通知を直接受けているが、スリープ制御処理部１２において一般処理部１１の状況を把握する処理はこれに限定されないものである。例えば、スリープ制御処理部１２が、一般処理部１１から直接通知を受けずに、一般処理部１１から動作モード制御部１３への通知（ステップＳ１０５）の内容を監視して、一般処理部１１の状況を把握するようにしても良い。

（Ａ−２−２）スリープ制御処理部が動作状態へ遷移する際の動作
図３は、スリープ制御処理部１２が休止状態から動作状態に遷移する際の動作について示したシーケンス図である。

まず、スリープ制御処理部１２は、スケジューリング部１２１が決定したスケジュールにより、休止状態から動作状態に遷移すると（Ｓ２０１）、スケジューリング部１２１により動作モード制御部１３へ、自身が動作状態に遷移した旨が通知される（Ｓ２０２）。

一方、動作モード制御部１３では、スリープ制御処理部１２が動作状態に遷移した旨が通知されると、いずれかの処理部（スレッド）が動作状態になったと確認し、当該無線通信装置１０の動作モードを通常モードへ遷移させる（Ｓ２０３）。

また、スリープ制御処理部１２が動作状態に遷移すると、スリープ制御処理部１２では、一般処理部制御部１２２により、一般処理部１１が動作状態に遷移するように制御（休止状態が解除）される（Ｓ２０４）。

次に、一般処理部１１では、休止状態から動作状態への遷移が開始され（Ｓ２０５）、その旨が動作モード制御部１３へ通知される（Ｓ２０６）。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

（Ａ−３−１）スリープ制御処理部１２のスケジューリング内容に応じて、計画的に無線通信装置１０を省電力モードで動作させることができる。その結果、ユーザが設定した計画通りのスケジュールで、無線通信装置１０を省電力モードで動作させ、無線通信装置１０が電池により動作している場合には、その電池寿命を予め見積もることができ、電池交換等のメンテナンスを容易にすることができる。

一方、一般処理部１１では、処理量の多い処理であっても、動作状態の間（スリープ制御処理部１２が動作状態の間）に、少しずつでも処理を継続することができる。

（Ａ−３−２）上記の実施形態では、スリープ制御処理部を備えることにより、当該無線通信装置上の全ての処理部（スレッド）について、休止状態となるタイミングを計画的に設定し、動作モード制御部において全ての処理部（スレッド）から休止状態となった旨が通知されたことを契機に、当該無線通信装置が省電力モードに遷移する。これにより、上記の実施形態の無線通信装置では、計画的に省電力モードを利用しつつ、省電力モードから通常モードに復帰した場合でも一般処理部の動作を正常に保つことができる。

例えば、処理量の多い処理を行う一般処理部について、スリープ制御（動作モードの切替え処理）よりも優先順位を下げることにより、計画的に省電力モードを利用するようにしても良いが、実際にそのような制御を行うことは難しい。なぜならスリープ制御は、一般処理部のプログラミングを行うプログラマが、自由に制御できる部分ではないからである。一般処理部は、自身の処理を休止状態にしたり休止状態から復帰したりする際にはその旨を動作モード制御部へ伝えるが、当該無線通信装置の動作モード（通常モード又は省電力モード）を遷移させる制御を行うことはできない。なぜなら、例えば、いずれかの一般処理部の状態が変化しても、他の一般処理部の状態は休止状態にならないため、一般処理部が自身の処理状態だけで当該無線通信装置の動作モード遷移させる決定ができないからである。

また、例えば、一般処理部から強制的に当該無線通信装置を省電力モードに遷移させることができる割り込み信号等、例外的な手段を備えるＯＳを用いることも考えられる。しかし、複数の一般処理部を備える場合、他の一般処理部が休止状態へ遷移するための準備（次回起動するためのタイマ設定や、動作モード制御部への通知等）を行わずに、当該無線通信装置が省電力モードに遷移してしまうおそれがあり、その場合、次回通常モードに復帰した場合に、一般処理部が正常に動作しない可能性がある。

一方、上記の実施形態における無線通信装置では、上述の通り、スリープ制御処理部で、一般処理部の休止状態への遷移を促し、間接的に動作モード制御部による動作モードの変更を制御することにより、通常モードに復帰した場合でも一般処理部の動作を正常に保つことを容易にする。また、一般処理部とは別に、スリープ制御処理部を設けることにより、一般処理部の処理をプログラミングする際にも、当該無線通信装置における省電力モードの存在を意識する必要がない利便性を保つことができる。

（Ｂ）他の実施形態
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｂ−１）上記の実施形態において、スリープ制御処理部が、他の無線通信装置から送信されたデータの受信待ちや受信処理等、他の処理を追加するようにしても良い。

（Ｂ−２）上記の実施形態において、当該無線通信装置が一般処理部を複数備える場合、各一般処理部に優先度を割当て、当該無線通信装置が省電力モードから通常モードへ復帰した場合に、優先度が高い一般処理部の処理を優先して実行するようにしても良い。

また、上記の実施形態においては、スリープ制御処理部は、自身が休止状態に遷移する際には、全ての一般処理部も休止状態に遷移させていたが、スリープ制御処理部よりも優先度の高い一般処理部についてはそのような制御を行わないようにしても良い。その場合、動作モード制御部は、スリープ制御処理部よりも優先度が高い一般処理部以外の処理部が休止状態になった段階で、当該無線通信装置を、省電力モードに遷移させるようにしても良い。

（Ｂ−３）上記の実施形態においては、無線通信装置における省電力モードは、一つのモードであるものとして示しているが、省電力の度合いを段階的に設定するようにしても良い。例えば、上述のように動作モード制御部よりも優先度の高い一般処理部については休止状態にしない場合には、ある程度の処理能力を残す必要があるので、動作を継続する一般処理部の状況に応じて、省電力の度合いを少なくするようにしても良い。

（Ｂ−４）上記の実施形態においては、本発明の無線通信装置をセンサネットワークノードに適用した例について説明したが、携帯電話端末、無線通信に対応したセットトップボックス、情報家電に搭載される無線通信装置等、他の無線通信装置に適用するようにしても良い。

上記の実施形態では、本発明を、スリープ制御のスケジュールを厳格に行う方が望ましいセンサネットワークノードに適用する例について説明したが、スリープ制御のスケジュールを厳格におこなう必要がないものに適用した場合でも、ノードの長寿命化という効果を奏することができる。

１０…無線通信装置、１１…一般処理部、１２…スリープ制御処理部、１２１…スケジューリング部、１２２…一般処理部制御部、１３…動作モード制御部。

Claims (4)

1. 自身が動作状態から休止状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段の動作を休止状態に制御し、自身が休止状態から動作状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段について動作状態に制御する第１の処理手段と、
   上記第１の処理手段とは異なる無線通信に係る処理を行う、１又は複数の第２の処理手段と、
   当該無線通信装置が通常モードの場合に、当該無線通信装置の全ての処理手段が休止状態になると、当該無線通信装置を通常モードよりも省電力で動作する省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、当該無線通信装置のいずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる動作モード制御手段とを備え、
   それぞれの処理手段に対して処理を行う優先度が割り当てられており、
   上記第１の処理手段よりも高い優先度が割り当てられた上記第２の処理手段は、上記第１の処理手段が休止状態になった場合でも、休止状態とならず、
   上記動作モード制御手段は、当該無線通信装置が通常モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の全ての処理手段が休止状態となると、当該無線通信装置を省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の処理手段のうち、いずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 上記第１の処理手段が行う処理に、他の無線通信装置から与えられた信号の受信に係る処理が含まれることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. １部又は全部の上記第２の処理手段が行う処理に、当該無線通信装置の通信に用いる暗号に係る処理が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 無線通信装置に搭載されたコンピュータを、
   自身が動作状態から休止状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段の動作を休止状態に制御し、自身が休止状態から動作状態に遷移する際には、当該無線通信装置上の自身以外の処理手段について動作状態に制御する第１の処理手段と、
   上記第１の処理手段とは異なる無線通信に係る処理を行う、１又は複数の第２の処理手段と、
   当該無線通信装置が通常モードの場合に、当該無線通信装置の全ての処理手段が休止状態になると、当該無線通信装置を通常モードよりも省電力で動作する省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、当該無線通信装置のいずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる動作モード制御手段として機能させ、
   それぞれの処理手段に対して処理を行う優先度が割り当てられており、
   上記第１の処理手段よりも高い優先度が割り当てられた上記第２の処理手段は、上記第１の処理手段が休止状態になった場合でも、休止状態とならず、
   上記動作モード制御手段は、当該無線通信装置が通常モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の全ての処理手段が休止状態となると、当該無線通信装置を省電力モードに遷移させ、当該無線通信装置が省電力モードの場合に、上記第１の処理手段よりも優先度が高い処理手段以外の処理手段のうち、いずれかの処理手段が動作状態になると、当該無線通信装置を通常モードに遷移させる
   ことを特徴とする無線通信プログラム。

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