JP5897990B2 - 無線基地局及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおける省電力化を実現する技術に関する。

近年、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準規格に準拠した無線ＬＡＮ通信機能を搭載している端末局が普及している。例えば、ノートＰＣ（Personal Computer）、携帯電話、ゲーム機器等の端末局に無線ＬＡＮ通信機能が搭載されている。これらの端末局は、無線通信によって無線ＬＡＮの基地局を介してインターネットにアクセスできる。

非特許文献１では、上記のような電池で駆動する端末局の省電力モードが標準規格として規定されている。省電力モードでは、端末局は、送信のデータフレームが発生しないとき、基地局に対して自らがスリープ状態で動作することを通知する。スリープ状態で動作する端末局は、当該端末局内の送受信回路の一部を休止させることにより、電池の消費電力を節約することが可能となる。また、端末局は、一定周期でスリープ状態からデータフレームを送受信可能なアウェイク状態へ遷移し、基地局からビーコンを受信するように制御される。

上記ビーコンには、その端末局宛のデータフレームの有無に関する情報が含まれている。そのため、端末局は、ビーコンを受信することで、自局宛てのデータフレームの有無を判断できる。端末局は、自局宛てのデータフレームが存在するとき、基地局に対して、ＰＳ−ｐｏｌｌを送信し、基地局との通信が終了するまで、アウェイク状態を維持する。これに対し、ビーコンを受信しても、自局宛てのデータフレームが存在しない場合には、端末局は、再びスリープ状態に戻り、省電力化を図る。

このように端末局の省電力化モードが標準規格で規定されているのに対し、基地局の省電力化モードは標準規格で規定されていない。一般的な基地局は、電池駆動の端末局と異なり、外部の電源とケーブル等で接続されているため、省電力化への要求は高くないと考えられていたためである。

しかし、近年では、電池により駆動できる可搬型無線ＬＡＮ（Local Area Network）基地局が普及しつつある。これらの可搬型無線ＬＡＮ基地局は、長距離通信が可能な３Ｇ又はＷｉＭＡＸ（登録商標）システムの通信機能も備えている。そのため、端末局は可搬型無線ＬＡＮ基地局を中継局として使用し、インターネットにアクセスできる。但し、電源ケーブルと接続していないとき、可搬型無線ＬＡＮ基地局の稼動時間は電池残量によって制限される。そこで、可搬型無線ＬＡＮ基地局の稼動時間を延長させるための省電力化方法が求められている。

電池等によって給電される無線ＬＡＮ基地局において、端末局のようにスリープ制御方式の適用で省電力化を達成する方法が検討されている。しかし、上述したように、基地局のスリープ制御方式は標準規格では規格化されていない。端末局は、スリープ状態で動作する基地局が受信不能となることを認識できない。そのため、スリープ状態の基地局に対してデータフレームが送信された場合、そのデータフレームは送信失敗となる。端末局において、連続的な送信失敗が再送回数の上限値を超えた場合、そのデータフレームは廃棄され、フレームロスとなる。そのため、端末局の送信失敗によるフレームロスを回避する基地局のスリープ制御方式が必要となる。
例えば、非特許文献２、４、５では、フレームロスを回避しつつ、基地局における省電力化を図る予約型スリープ制御方式（以下、関連方式）が示されている。

図６は、関連方式の動作概要を説明するための概念図である。図６において、無線ＬＡＮ内の基地局ＡＰが端末局ＳＴＡとの通信をしていない場合、アウェイク（１）期間６０１内で、スリープ移行判断を行う。アウェイク（１）期間６０１内で端末局ＳＴＡとの通信がない場合、基地局ＡＰは、スリープ状態で動作する期間（スリープ期間６０３）を制御フレーム６０２のＭＡＣヘッダに記入して送信する。そして、基地局ＡＰは、スリープ状態に移行する。

制御フレーム６０２を受信した端末局ＳＴＡでは、ＮＡＶ（Network Allocation Vector）が設定される。基地局ＡＰのスリープ期間６０３内に、端末局ＳＴＡにおいてフレームが生起しても、ＮＡＶとして設定された期間が終了するまで、端末局ＳＴＡは、基地局ＡＰに対する上りのフレームを送信できない。

つまり、基地局ＡＰが制御フレーム６０２でＮＡＶを設定することによって、端末局ＳＴＡに送信フレームをバッファリングさせることが可能である。ＮＡＶが設定された端末局ＳＴＡでは、スリープ状態となる基地局ＡＰに対してフレームの送信を開始しないため、連続的な送信失敗によるフレームロスが回避可能となる。

また、アウェイク（１）期間６０１において、端末局ＳＴＡからフレーム送信が行われた場合、基地局ＡＰは、そのフレームの受信を完了するまで、スリープ状態に移行しない。基地局ＡＰがフレームの受信を完了した後に、上記手順でスリープ移行判断を再開する。

IEEE Standard 802.11, Wireless LAN medium access control (MAC) and Physical layer (PHY) specification, 12 June, 2007. 「無線LAN基地局における非予約型スリープ制御方式の検討」（黄、他），電子情報通信学会信学技報RCS2011-236. IEEE Standard 802.11, Wireless LAN medium access control (MAC) and Physical layer (PHY) specification Amendment 5: Enhancements for Higher throughput, 29 October, 2009. 小川将克、他、「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」、信学技法、RCS2008-13、pp.173-177、May 2009． 五十嵐圭、他、「無線LANアクセスポイントの間欠受信方法に関する検討」、信学技法、RCS2008-123、pp.123-128、Oct.2009．

上述した関連方式が適用された基地局ＡＰは、アウェイク（１）期間６０１において端末局ＳＴＡからのデータフレーム送信がない場合、スリープ状態に移行する。しかし、トラフィックの増大に伴い、端末局ＳＴＡからの送信データフレームが増えた場合、基地局ＡＰがスリープ状態に移行できない状態が発生しうる。以下、この課題について説明する。

図７は、関連方式の課題を説明するための概念図である。なお、図６に対応する部分には同一の符号を付けている。基地局ＡＰのスリープ期間６０３中において、端末局ＳＴＡの送信データフレームが生起した場合、そのデータフレームはバッファリングされる。ＮＡＶが終了した後、端末局ＳＴＡは標準規格の手順に従い基地局ＡＰに対する送信準備を開始しする。そして、端末局ＳＴＡは、ＤＩＦＳ（Distributed (coordination function) Inter Frame Space）とランダムバックオフ期間を待機する。なお、ＤＩＦＳとランダムバックオフ期間の長さは、非特許文献１により、３４μｓと６７．５μｓ（平均値）となる。

一方、基地局ＡＰは、端末局ＳＴＡの送信データフレーム７０３−１、７０３−２が多い場合、各々のデータフレーム７０３−１、７０３−２に対して受信成功の制御フレームＡＣＫ７０４で応答しなければならないため、アウェイク状態になる時間率が増大する。アウェイク状態になる時間率の増大によって、基地局ＡＰがスリープ状態で動作する期間（スリープ期間）が減少し、省電力効果が低下する原因となる。

上記事情に鑑み、本発明は、トラフィックの増大に伴い端末局の送信データフレームが増えた場合における省電力効果の向上を実現する技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、端末局との間で無線通信を行う無線基地局であって、送信権が付与された端末局が送信を排他的に行うために設定される送信抑止期間内で、前記端末局に対して送信を許可する送信許可期間を前記送信抑止期間内に設定して前記端末局に通知する通信制御部と、前記送信許可期間に前記端末局から送信されたデータを受信した後、スリープ状態へ移行するスリープ制御管理部と、前記スリープ制御管理部によりスリープ状態へ移行すると、自装置における所定の機能に対する電力供給を制限する電源管理部とを備える無線基地局である。

本発明の一態様は、上記の無線基地局であって、前記通信制御部は、自装置における省電力の必要性に基づいて前記送信許可期間を決定する。

本発明の一態様は、上記の無線基地局であって、前記通信制御部は、トラフィックの種類に応じて前記送信許可期間を決定する。

本発明の一態様は、上記の無線基地局であって、前記通信制御部は、自装置における蓄電力の残量に基づいて前記送信許可期間を決定する。

本発明の一態様は、端末局との間で無線通信を行う無線基地局における通信方法であって、送信権が付与された端末局が送信を排他的に行うために設定される送信抑止期間内で、前記端末局に対して送信を許可する送信許可期間を前記送信抑止期間内に設定して前記端末局に通知する通信制御ステップと、前記送信許可期間に前記端末局から送信されたデータを受信した後、スリープ状態へ移行するスリープ制御管理ステップと、前記スリープ状態へ移行すると、自装置における所定の機能に対する電力供給を制限する電源管理ステップとを有する通信方法である。

本発明の一態様は、上記の通信方法であって、前記通信制御ステップにおいて、自装置における省電力の必要性に基づいて前記送信許可期間を決定する。

本発明の一態様は、上記の通信方法であって、前記通信制御ステップにおいて、トラフィックの種類に応じて前記送信許可期間を決定する。

本発明の一態様は、上記の通信方法であって、前記通信制御ステップにおいて、自装置における蓄電力の残量に基づいて前記送信許可期間を決定する。

本発明により、トラフィックの増大に伴い端末局の送信データフレームが増えた場合における省電力効果の向上を実現することが可能となる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格のＭＡＣヘッダ構成と、ＭＡＣヘッダのＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌフィールドの構成とを示す概念図である。 ＲＤプロトコルを用いる基地局ＡＰと端末局ＳＴＡとの双方向通信の一例を示す概念図である。 基地局５０１の機能ブロックの一構成例を示すブロック図である。 本実施形態における省電力化通信方式を説明するための概念図である。 本実施形態における通信処理の一具体例を示す図である。 関連方式の動作概要を説明するための概念図である。 関連方式の課題を説明するための概念図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
基地局におけるスリープ期間を確保するために端末局の送信許可期間を指定する手法の一例として、非特許文献３に示すＩＥＥＥ ８０２．１１ｎ規格のＲＤ（Reverse direction）プロトコルが挙げられる。基地局は、端末局に送信を許可する際、当該端末局に送信を許可する期間を、基地局の省電力の必要性に応じて決定する。基地局は、決定した期間を表す値をＭＡＣヘッダに埋め込み、当該端末局に通知する。これにより、たとえ端末局において送信データフレームが多くても、基地局の電池残量等に応じて、ＴＸＯＰ（Transmission Opportunity）期間にスリープ期間を設定し、スリープ状態へ移行する。そのため、基地局の省電力化を図ることができる。

＜ＲＤプロトコルの概要＞
まず、ＲＤプロトコルの概要について説明する。非特許文献３に記載の８０２．１１ｎ規格では、非特許文献１の規格に比べ、ＭＡＣレイヤにおける通信効率化のための機能が多く規定されている。これらの通信機能を使用する際に、データフレーム、もしくは制御フレームにおけるＭＡＣヘッダへの設定が必要である。

図１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格のＭＡＣヘッダ構成と、ＭＡＣヘッダのＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌフィールドの構成とを示す概念図である。図１（Ａ）は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格のＭＡＣヘッダ構成を示す。８０２．１１ｎ規格のＭＡＣヘッダ内には、ＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌフィールドがある。図１（Ｂ）は、ＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌフィールドの構成を示す。ＨＴ ｃｏｎｔｒｏｌフィールドにおけるＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドの設定によって、８０２．１１ｎ規格に準拠した基地局と端末局との間で、ＲＤプロトコルを使用した通信ができる。

図２は、ＲＤプロトコルを用いる基地局ＡＰと端末局ＳＴＡとの双方向通信の一例を示す概念図である。基地局ＡＰは、制御フレーム（ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ）２０２を用いることによって、時刻「Ａ」〜「Ｅ」のＴＸＯＰ（１）期間２０７−１を端末局ＳＴＡに対して通知する。ＴＸＯＰ期間２０７−１は、図１（Ａ）のＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記載されている。これによって、時刻「Ａ」〜「Ｅ」内で、端末局ＳＴＡにおいてＮＡＶが設定される。

ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）期間を経過した後に、基地局ＡＰは、端末局ＳＴＡに対して下りのデータフレームを送信する。基地局ＡＰは、一つ目のデータフレーム２０３−１を送信してから、ＳＩＦＳ期間、もしくはＲＩＦＳ（Reduced Inter Frame Space）期間の経過後に、二つ目のデータフレーム２０３−２を送信する。データフレーム２０３−２が基地局ＡＰのバッファにおける最後のデータフレームの場合、基地局ＡＰは、データフレーム２０３−２のＭＡＣヘッダのＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定し、データフレーム２０３−２を受信した端末局ＳＴＡに対してＴＸＯＰ（３）期間２０７−３を与える。

端末局ＳＴＡに与えるＴＸＯＰ（３）期間２０７−３は、データフレーム２０３−２におけるＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記入されている。なお、データフレーム２０３−２は、ユニーキャストであり、データフレーム２０３−２の受信先の端末局のみがＴＸＯＰ（３）期間２０７−３を使用できる。

端末局ＳＴＡは、データフレーム２０３−２を受信した後に、ＴＸＯＰ（３）期間２０７−３を使用できるようになり、時刻「Ｂ」〜「Ｃ」内でＮＡＶを無視できる。端末局ＳＴＡにおいて、基地局ＡＰに対する上りのデータフレームがバッファリングされている場合、制御フレームＢＡ（Ｂｌｏｃｋｅｄ ＡＣＫ）２０４におけるＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定し、基地局ＡＰに送信する。制御フレームＢＡ２０４によって、データフレーム２０３−１、２０３−２の受信成功を基地局ＡＰに応答すると共に、基地局ＡＰに対して上りのデータフレームが端末局ＳＴＡにバッファリングされていると通知することができる。

端末局ＳＴＡは、制御フレームＢＡ２０４を送信した後、ＳＩＦＳ期間の経過後に、基地局ＡＰに対してデータフレーム２０５−１の送信を開始する。データフレーム２０５−１を送信した後に、ＳＩＦＳ期間、またはＲＩＦＳ期間の経過後に、データフレーム２０５−２を送信する。データフレーム２０５−２は、上りの送信で最後のデータフレームの場合、端末局ＳＴＡは、データフレーム２０５−２のＭＡＣヘッダのＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定し、ＴＸＯＰを基地局ＡＰに返す。

基地局ＡＰでは、データフレーム２０５−２を受信し、ＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドから端末局ＳＴＡにおける送信フレームがないことを確認してから、制御フレームＢＡ２０６を用いて、データフレーム２０５−１と２０５−２の受信成功を端末局ＳＴＡに応答する。基地局ＡＰは、制御フレームＢＡ２０６を送信した後の時刻「Ｄ」〜「Ｅ」のＴＸＯＰ（４）期間２０７−４を所有するため、端末局ＳＴＡは、この期間内に送信できない。なお、基地局ＡＰにおいて下りの送信フレームが生起していた場合、ＴＸＯＰ（４）期間２０７−４内で端末局ＳＴＡに対して送信を開始することができる。

図３は、基地局５０１の機能ブロックの一構成例を示すブロック図である。基地局５０１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、基地局プログラムを実行する。基地局プログラムの実行によって、基地局５０１は、アンテナ５０２、送受信部５０３、通信制御部５０４、バッファ部５０５、インタフェース部５０６、スリープ制御管理部５０７、及び電源管理部５０８を備える装置として機能する。なお、基地局５０１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。基地局プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。基地局プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。
基地局５０１は、アウェイク状態とスリープ状態とを遷移しながら無線チャネルを介して端末局装置との通信を行う。

送受信部５０３は、無線チャネルを介した通信のための信号処理を行う。通信制御部５０４は、データフレームの送受信に関する全体動作を制御する。バッファ部５０５は、送受信の過程でデータフレームを一時的に蓄積する。インタフェース部５０６は、基地局５０１と外部ネットワークとの間でデータフレームの入出力を担う。スリープ制御管理部５０７は、基地局５０１のスリープ状態を制御する。電源管理部５０８は、スリープ制御管理部５０７の下、基地局５０１の回路を一時的に休止させるための電源管理を担う。また、電源管理部５０８は、基地局５０１が電池によって駆動するとき、電池残量情報を把握する機能も有している。

また、上記構成要素のうち、通信制御部５０４とスリープ制御管理部５０７は、端末局に対して送信禁止期間を通知し、アウェイク状態からスリープ状態に移行する制御手段と、ＴＸＯＰ期間が終了する前に、スリープ状態からアウェイク状態に移行する制御手段を有している。

次に、本実施形態による基地局５０１の全体動作について説明する。
基地局５０１は、アウェイク状態において、無線チャネルを介した信号をアンテナ５０２で受信する。送受信部５０３は、アンテナ５０２で受信された信号に対して、帯域外信号のフィルタリング、ローノイズアンプによる信号増幅、ＲＦ周波数からベースバンド帯への周波数変換、アナログ信号からデジタル信号へのＡ／Ｄ変換等の処理を行ない、さらにデジタル化されたベースバンド信号に対して、タイミング検出、物理レイヤに関するヘッダ情報の終端、復調処理、誤り訂正などの一連の信号処理を実施する。送受信部５０３から出力される復調処理等がされた信号は、通信制御部５０４に入力される。受信した信号がデータフレームである場合には、通信制御部５０４は、バッファ部５０５を介してインタフェース部５０６にそのデータフレームを出力する。インタフェース部５０６は、基地局５０１と外部とのデータフレームの入出力を行う。

一方、外部の有線ＬＡＮ等からインタフェース部５０６を介してデータフレームが入力されると、このデータフレームは、バッファ部５０５に蓄積される。このデータフレームが、通信制御部５０４の制御によって無線チャネルを介して送信されるときは、通信制御部５０４は、このデータフレームを送受信部５０３に出力する。送受信部５０３は、送信すべきデータフレームに各種変調処理を施してベースバンド信号を生成し、このベースバンド信号に対して、デジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換、周波数変換、帯域外信号のフィルタリング、信号増幅などを行った後、アンテナ５０２より送信する。

通信制御部５０４は、制御フレームのＤｕｒａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄにＴＸＯＰ期間を記入し、その制御フレームを端末局ＳＴＡに送信してＮＡＶを設定する。そして、通信制御部５０４は、バッファ部５０５から、蓄積されているデータフレームを取り出して端末局ＳＴＡに対してデータフレームを送信する。通信制御部５０４は、端末局ＳＴＡに送信する最後のデータフレームのヘッダに、端末局ＳＴＡに与える送信許可期間を記入する。端末局ＳＴＡに与える送信許可期間の計算に関して、ＴＸＯＰ期間から、基地局５０１の送信期間、及びスリープ期間を減算した残りが、送信可能期間として端末局に与えられる。なお、通信制御部５０４は、スリープ制御管理部５０７を通して、電源管理部５０８から電池残量の情報を取得し、その情報によってスリープ期間の長さを決定する。

通信制御部５０４は、端末局ＳＴＡから送信される最後のデータフレームを受信した後に、スリープ制御管理部５０７に対して、ＴＸＯＰ期間内でスリープ状態に移行することを通知する。スリープ制御管理部５０７は、通信制御部５０４からスリープ移行の通知を受けて、電源管理部５０８を通じて、基地局５０１の回路を休止させる機能を有する。また、スリープ制御管理部５０７は、ＴＸＯＰ期間が終了する前に、再度、電源管理部５０８を通じて基地局５０１に電源を投入し、基地局５０１をアウェイク状態で動作させる。

＜本実施形態による基地局通信方式＞
図４は、本実施形態における省電力化通信方式を説明するための概念図である。なお、図２に対応する部分には同一の符号を付けている。図４において、基地局（ＡＰ）５０１は、アウェイク（２）期間において端末局ＳＴＡとの通信が発生しない場合、本実施形態において特徴的な通信方式を開始する。なお、スリープ移行判断期間としてのアウェイク（２）期間には、ＳＩＦＳ、もしくはＰＩＦＳ期間等を使用しても良いし、データフレームに比べ優先度が高い待機期間を使用しても構わない。優先度の高いスリープ移行判断期間等を使用することで、基地局（ＡＰ）５０１は、端末局ＳＴＡより先に制御フレーム３０１を送信し、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１の獲得が可能となる。

制御フレーム３０１を用い、基地局（ＡＰ）５０１は、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１を獲得すると共に、端末局ＳＴＡにおけるＮＡＶを設定する。ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１の長さは、制御フレーム３０１におけるＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記載されており、最大で約３２．７７ｍｓに設定可能である。基地局（ＡＰ）５０１は、制御フレーム３０１を送信してから、ＳＩＦＳ期間の経過後に、端末局ＳＴＡに対するデータフレームを送信し始める。

基地局（ＡＰ）５０１は、一つ目のデータフレーム２０３−１を送信してから、ＳＩＦＳ期間、もしくはＲＩＦＳ期間の経過後に、二つ目のデータフレーム２０３−２を送信する。データフレーム２０３−２が基地局（ＡＰ）５０１のバッファ部５０５に保持している最後のデータフレームの場合、基地局（ＡＰ）５０１は、データフレーム２０３−２のＭＡＣヘッダのＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定し、データフレーム２０３−２を受信した端末局ＳＴＡに、ＴＸＯＰ（３）期間２０７−３を送信許可期間として与える。

端末局ＳＴＡは、データフレーム２０３−２を受信した後に、送信許可期間であるＴＸＯＰ（３）期間３０７−３内の送信権を有し、データフレームの送信が可能となる。端末局ＳＴＡは、基地局（ＡＰ）５０１に対する送信のデータフレームをバッファリングしている場合、制御フレームＢＡ２０４におけるＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定し、基地局（ＡＰ）５０１に送信する。制御フレームＢＡ２０４によって、端末局ＳＴＡが基地局（ＡＰ）５０１に対してデータフレーム２０３−１と２０３−２の受信成功を応答すると共に、ＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定して、データフレームをバッファリングしていることを通知する。

端末局ＳＴＡは、制御フレームＢＡ２０４を送信した後に、ＳＩＦＳ期間の経過後に、データフレーム２０５−１を送信する。データフレーム２０５−１を送信してから、ＳＩＦＳ期間、もしくはＲＩＦＳ期間の経過後に、データフレーム２０５−２を送信する。データフレーム２０５−２が、バッファリングしている最後のデータフレームの場合、端末局ＳＴＡは、データフレーム２０５−２のＭＡＣヘッダのＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定し、送信権を基地局（ＡＰ）５０１に返す。なお、端末局ＳＴＡは、データフレームをバッファリングしていない場合、端末局ＳＴＡが制御フレームＢＡ２０４におけるＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定し、基地局（ＡＰ）５０１に対して、送信するデータフレームがないことを通知すると共に、送信権を基地局（ＡＰ）５０１に返す。

基地局（ＡＰ）５０１において、ＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドが「０」に設定されたフレーム３０５−２を受信してから、端末局ＳＴＡに対してフレーム２０５−１、２０５−２の受信成功を、制御フレームＢＡ２０６で応答する。制御フレームＢＡ２０６を送信完了後に、基地局（ＡＰ）５０１は、ＴＸＯＰ（４）期間２０７−４をスリープ状態で動作し、省電力化を図る。ＴＸＯＰ（４）期間２０７−４内で、端末局ＳＴＡは、送信権がないため、スリープ状態となる基地局（ＡＰ）５０１の受信不能に起因する送信失敗が回避できる。なお、端末局ＳＴＡが送信するデータフレームを保持しておらず、基地局（ＡＰ）５０１がＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定された制御フレームを受信した場合、基地局（ＡＰ）５０１は、直ぐにスリープ状態に移行することも可能である。

図４に示すＴＸＯＰ（１）期間２０７−１内で、基地局（ＡＰ）５０１の省電力化効果を維持するため、基地局（ＡＰ）５０１がデータフレーム送信を完了した後に、端末局ＳＴＡに対して送信許可期間を指定することが可能である。基地局（ＡＰ）５０１は、図４に示すデータフレーム２０３−２におけるＭＡＣヘッダのＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「１」に設定するとき、端末局ＳＴＡに与える送信許可期間を計算し、計算した数値をＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記入する。端末局ＳＴＡに与えるデータフレームの送信許可期間の計算に関して、以下の数式（１）を用いて計算が可能である。

端末局送信許可期間＝ＴＸＯＰ期間−（基地局の送信期間＋スリープ期間）……（１）

例えば、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１を１０ｍｓとし、そのうち５ｍｓをスリープ期間とする場合、端末局ＳＴＡとの通信に使用可能となる期間は、５ｍｓとなる。基地局（ＡＰ）５０１の送信期間で１ｍｓを使用した場合、端末局ＳＴＡに与えられる送信許可期間であるＴＸＯＰ（３）期間２０７−３が４ｍｓとなり、この数値をＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記入する。ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１内のスリープ期間に関して、基地局（ＡＰ）５０１は、省電力の必要性に応じて、調整することが可能である。

例えば、電池残量が５０％の場合、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１の５０％をスリープ期間とする。一方、電池残量が減り、３０％となった場合、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１の７０％をスリープ期間とするような、動的にＴＸＯＰ（１）期間２０７−１内でスリープ期間の時間率を変更することが可能である。

端末局ＳＴＡは、送信許可期間であるＴＸＯＰ（３）期間２０７−３内で送信を完了する必要がある。端末局ＳＴＡにおいて、ＴＸＯＰ（３）期間２０７−３内ですべてのデータフレームを送信できない場合には、最後に送信するデータフレームのヘッダに、ＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定し、基地局（ＡＰ）５０１に送信権を返す。

例えば、図４においてデータフレーム２０５−２を送信するとき、端末局ＳＴＡが送信データフレームを保持していても、ＴＸＯＰ（３）期間２０７−３に制限されているため、フレーム３０５−３のヘッダにＲＤＧ／Ｍｏｒｅ ＰＰＤＵフィールドを「０」に設定し、送信権を基地局（ＡＰ）５０１に返さなければならない。したがって、ＴＸＯＰ（１）期間２０７−１において、ＴＸＯＰ（４）期間２０７−４をスリープ期間として確保可能であり、基地局（ＡＰ）５０１の省電力化を図ることができる。

図５は、本実施形態における通信処理の一具体例を示す図である。図５に示す通信処理では、基地局（ＡＰ）５０１が、ＴＸＯＰ期間が終了する前に、スリープ状態からアウェイク状態に復帰し、省電力化通信方式で繰り返し動作する。図５において、基地局（ＡＰ）５０１が、アウェイク（２）期間４０１を待機して、制御フレーム４０２−１を用いて、ＴＸＯＰ期間４０３−１を獲得する。端末局ＳＴＡにおいて、直接送信権を獲得することはできないが、基地局（ＡＰ）５０１から与えられた送信許可期間内で送信が可能となるため、送信許可期間において、端末局ＳＴＡがデータフレームを送信する際に用いる間隔は、ＳＩＦＳ（１６μｓ）、またはＲＩＦＳ（２μｓ）である。図７に示す関連方式のＤＩＦＳとランダムバックオフ期間に比べ短く、かつフレームごとにＡＣＫで応答する必要もなくなり、基地局（ＡＰ）５０１がアウェイク状態で受信する期間が短縮し、スリープ状態に移行可能な期間が増大する。

図５に示す基地局（ＡＰ）５０１がＴＸＯＰ期間４０３−１、ＴＸＯＰ期間４０３−２、及びＴＸＯＰ期間４０３−３のうち、上述したように、端末局（図示なし）との通信許可期間を指定し、電池残量に応じて、それぞれのＴＸＯＰ期間内で必要なスリープ期間４０４−１〜４０４−３を確保することが可能である。なお、ＴＸＯＰ期間４０３−１〜ＴＸＯＰ期間４０３−４の長さは、それぞれ制御フレーム４０２−１〜４０２−３のＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤフィールドに記載されており、固定値を用いても良いし、トラフィックの種類、例えばベストエフォート、音声やビデオ等によって、その都度にＴＸＯＰ期間を動的に調整しても良い。

上述した実施形態によれば、トラフィックの増大に伴い、端末局ＳＴＡでの送信データフレームが増加した場合でも、基地局ＡＰの電池残量等に応じて、ＴＸＯＰ期間にスリープ期間を設定してスリープ状態へ移行することで、基地局ＡＰの省電力化を図ることができる。

なお、上述した実施形態において、基地局ＡＰにおいて、端末局ＳＴＡからの送信データフレームの有無を判断する（端末局ＳＴＡに送信を許可する）手法としては、以下の手法により端末局ＳＴＡに送信データフレームがあると、認知できていることを前提としている。

（Ａ）過去の通信履歴を参照し、過去の一定期間（１０秒）に閾値（５秒）以上の通信時間がある場合、あるいは、
（Ｂ）端末局ＳＴＡが送信するデータフレームのＭＡＣフィールドを参照し、端末局ＳＴＡが保有するフレームの合計値を把握し、まだ一定の閾値以上のデータフレームを端末局ＳＴＡが保有している場合。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

５０１…基地局， ５０２…アンテナ， ５０３…送受信部， ５０４…通信制御部， ５０５…バッファ部， ５０６…インタフェース部， ５０７…スリープ制御管理部， ５０８…電源管理部

Claims (8)

1. 端末局との間で無線通信を行う無線基地局であって、
   送信権が付与された端末局が送信を排他的に行うために設定される送信抑止期間内で、前記端末局に対して送信を許可する送信許可期間を前記送信抑止期間内に設定して前記端末局に通知する通信制御部と、
   前記送信許可期間に前記端末局からデータが送信された場合、前記データを受信し、前記データを受信したことを応答した直後にスリープ状態へ移行し、前記送信許可期間に前記端末局からデータを送信しない旨の通知がなされた場合、前記通知を受信した直後にスリープ状態へ移行するスリープ制御管理部と、
   前記スリープ制御管理部によりスリープ状態へ移行すると、自装置における所定の機能に対する電力供給を制限する電源管理部と
   を備える無線基地局。
2. 前記通信制御部は、自装置における省電力の必要性に基づいて前記送信許可期間を決定する請求項１に記載の無線基地局。
3. 前記通信制御部は、トラフィックの種類に応じて前記送信許可期間を決定する請求項１に記載の無線基地局。
4. 前記通信制御部は、自装置における蓄電力の残量に基づいて前記送信許可期間を決定する請求項２に記載の無線基地局。
5. 端末局との間で無線通信を行う無線基地局における通信方法であって、
   送信権が付与された端末局が送信を排他的に行うために設定される送信抑止期間内で、前記端末局に対して送信を許可する送信許可期間を前記送信抑止期間内に設定して前記端末局に通知する通信制御ステップと、
   前記送信許可期間に前記端末局からデータが送信された場合、前記データを受信し、前記データを受信したことを応答した直後にスリープ状態へ移行し、前記送信許可期間に前記端末局からデータを送信しない旨の通知がなされた場合、前記通知を受信した直後にスリープ状態へ移行するスリープ制御管理ステップと、
   前記スリープ状態へ移行すると、自装置における所定の機能に対する電力供給を制限する電源管理ステップと
   を有する通信方法。
6. 前記通信制御ステップにおいて、自装置における省電力の必要性に基づいて前記送信許可期間を決定する請求項５に記載の通信方法。
7. 前記通信制御ステップにおいて、トラフィックの種類に応じて前記送信許可期間を決定する請求項５に記載の通信方法。
8. 前記通信制御ステップにおいて、自装置における蓄電力の残量に基づいて前記送信許可期間を決定する請求項６に記載の通信方法。

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