JP6754651B2 - 通信装置及び通信装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置及び通信装置の制御方法に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）の規格であるIEEE802.11では、消費電力の低減を実現するため、パワーマネージメント機能が規定されている。このパワーマネージメント機能では、通信装置の動作モードとしてアクティブモード及びパワーセーブモードの２種類がある。アクティブモードでは、通信装置は、常時、データの送受信が可能なアウェイク（awake）状態である。一方、パワーセーブモードでは、通信装置は、データの送受信が不可能で且つ最小限の電力で動作するドーズ（doze）状態と、アウェイク（awake）状態とを間欠的に遷移する。パワーセーブモードで動作している通信装置は、アウェイク状態である場合にのみ、データの送受信が可能である。アクティブモードでは、通信装置は、常時、データの送受信が可能であるが、消費電力が抑制されない。

図１は、パワーセーブモードで通信装置とアクセスポイントとが通信するシーケンスを示す。

通信装置（ステーション）は、アクセスポイントからビーコンを受信し、動作状態をドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示すパケット（即ち、NULLパケット）をアクセスポイントに送信する（Ｓ１）。アクセスポイントは、このパケットを受信すると、通信装置がアウェイク状態に切り換わったことを認識し、データを通信装置に送信する（Ｓ２)。通信装置は、アクセスポイントからデータを受信すると、応答（ACK）をアクセスポイントに返信する（Ｓ３）。パワーセーブモードでは、通信装置は、タイマを使って動作状態をアウェイク状態からドーズ状態に切り換えるタイミングを測定している。タイマがタイムアウトすると、通信装置はNULLパケットをアクセスポイントに送信し（Ｓ４）、ドーズ状態に切り換わる。上記のタイムアウト値は、固定値となっており、タイムアウト値が長い場合には、無駄な電力を消費する。

一方、タイムアウト値を変更可能とする通信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この通信装置は、アクティブモード時のアウェイク時間（＝アクティブモード時受信間隔×受信データ数＋タイマ値）とパワーセーブモード時のアウェイク時間（＝パワーセーブモード時受信間隔×受信データ数）とを比較し、アクティブモード時のアウェイク時間がパワーセーブモード時のアウェイク時間よりも短い場合にアクティブモードでデータを受信し、パワーセーブモード時のアウェイク時間がアクティブモード時のアウェイク時間よりも短い場合にパワーセーブモードでデータを受信する。アクティブモード時のアウェイク時間を決定するためのタイマ値は、受信信号強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）等の回線品質に基づく値である。

特開２００９−２０６７６２号公報

特許文献１の通信装置では、パワーセーブモード時のアウェイク時間（＝パワーセーブモード時受信間隔×受信データ数）毎に、又はアクティブモード時のアウェイク時間（＝アクティブモード時受信間隔×受信データ数＋タイマ値）毎にタイムアウト値が変更されるため、通信装置が応答（ACK）をアクセスポイントに返信する度にタイマのタイムアウト値を調整するものではない。

また、特許文献１の通信装置では、回線品質が向上した場合やデータ受信間隔が大きくばらつく場合には、タイムアウト値が必要以上に長くなり、無駄な電力を消費するおそれがある。

本発明の目的は、従来の通信装置よりも消費電力を低減することができる通信装置及び通信装置の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、明細書に開示された通信装置は、外部装置と通信する通信手段と、自装置の動作状態をアウェイク状態又はドーズ状態のいずれかに切り換える切換手段と、自装置の動作状態を前記ドーズ状態から前記アウェイク状態に切り換えたことを示す情報を前記外部装置に送信してから前記外部装置からの応答を受信するまでの第１時間、及び前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信してから次のデータを前記外部装置から受信するまでの第２時間を計測する計時手段と、前記計時手段が計時した第１時間をタイムアウト値として設定し、前記計時手段が計測した前記第２時間と前記第１時間との平均値に基づいてタイムアウト値を更新し、前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信する度に、前記更新されたタイムアウト値と前記第２時間との平均値に基づいて前記タイムアウト値を更新する更新手段と、を備え、前記計時手段の計測時間が前記タイムアウト値を超えた場合に、前記切換手段は、自装置の動作状態を前記アウェイク状態から前記ドーズ状態に切り換えることを特徴とする。

本発明によれば、従来の通信装置よりも消費電力を低減することができる。

パワーセーブモードで通信装置とアクセスポイントとが通信するシーケンスを示す図である。 本実施の形態に係る通信装置の構成図である。 パワーセーブモードで通信装置とアクセスポイントとが通信するシーケンスを示す図である。 パワーセーブモードで通信装置が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図２は、本実施の形態に係る通信装置の構成図である。

通信装置１は、IEEE802.11に準拠する無線通信装置であり、例えば、スマートホン又はノートパソコンなどである。通信装置１の動作モードとしてアクティブモード及びパワーセーブモードの２種類がある。アクティブモードでは、通信装置１は、常時、データの送受信が可能なアウェイク（awake）状態である。一方、パワーセーブモードでは、通信装置１は、データの送受信が不可能で且つ最小限の電力で動作するドーズ（doze）状態と、アウェイク（awake）状態とを間欠的に遷移する。パワーセーブモードで動作している通信装置１は、アウェイク状態である場合にのみ、データの送受信が可能である。

通信装置１は、切換手段、更新手段及び監視手段として機能するＣＰＵ１１と、計時手段としてのタイマ１２と、不揮発性メモリ１３と、通信手段として機能する無線ＬＡＮ用の通信モジュール１４と、アンテナ１５と、電源（バッテリ）１６とを備えている。ＣＰＵ１１は、バス１７を介して、不揮発性メモリ１３、通信モジュール１４、アンテナ１５及び電源１６に接続されている。タイマ１２は、ソフトウエアで実現されるタイマとして、ＣＰＵ１１に内蔵されていてもよい。

ＣＰＵ１１は、通信装置１の動作モードをアクティブモード及びパワーセーブモードのいずれかに切り換える。パワーセーブモードの場合には、ＣＰＵ１１は、通信装置１の動作状態をドーズ状態及びアウェイク状態のいずれかに切り換える。ＣＰＵ１１は、パワーセーブモードでのタイマ１２のタイムアウト値を算出する。ＣＰＵ１１は、電源１６からの電源供給を制御する。例えば、ドーズ状態では、ＣＰＵ１１は、通信装置１が最小限の電力で動作するように電源１６から不揮発性メモリ１３及びタイマ１２への電源供給を停止する。ＣＰＵ１１は、予め設定されているＤＴＩＭ（Delivery Traffic Indication Message）とビーコン送出間隔により、通信装置１をアウェイク状態にする、即ち、タイマ１２、不揮発性メモリ１３及び通信モジュール１４に電源が供給されるように電源１６を制御する。ＤＴＩＭは、パワーセーブモードの通信装置１に対して、送信待ちのデータがあることを伝えるメッセージであり、予め設定された周期でビーコンに含まれる。

さらに、ＣＰＵ１１は、通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータの値（データ受信量（パケット数)、送信パケットのPER（Packet Error Rate）、送信パケットの再送回数、受信信号強度（RSSI）など）を監視する。

通信モジュール１４は、アンテナ１５を介して外部装置としてのアクセスポイント１００との間でデータ（パケット）を無線で送受信する。

タイマ１２は、ドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信してから応答（ACK）をアクセスポイント１００から受信するまでの時間（第１時間）や、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間（第２時間）を計測する。タイマ１２の動作モードは、初期値決定モードと計測モードとがある。初期値決定モードでは、タイマ１２は、NULLパケットをアクセスポイント１００に送信してから応答（ACK）をアクセスポイント１００から受信するまでの時間、つまり第１時間をタイムアウト値の初期値として計測する。計測モードでは、タイマ１２は、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間、つまり第２時間を実測値として計測する。

不揮発性メモリ１３は、タイムアウト値を記憶する領域１３１と、タイマ１２が計測した実測値を記憶する領域１３２と、ＣＰＵ１１により算出された前回のタイムアウト値（１回目は初期値）と今回の実測値との平均値に所定時間（例えば１ms）を加えた値を記憶する領域１３３と、通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータの値に対する閾値（データ受信量（パケット数)、送信パケットのPER（Packet Error Rate）、送信パケットの再送回数、受信信号強度（RSSI）など）を記憶する領域１３４とを備えている。通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータの値に対する閾値は、アプリケーションから設定してもよいし、予め初期値として領域１３４に保持し、電源投入後に領域１３４から読み出して設定されてもよい。閾値は、少なくとも１つ設定される。

図３は、パワーセーブモードで通信装置１とアクセスポイント１００とが通信するシーケンスを示す図である。

アクセスポイント１００がＤＴＩＭを含むビーコンを通信装置１に送信する（ステップＳ１１）。通信装置１のＣＰＵ１１は、通信モジュール１４及びアンテナ１５を介してＤＴＩＭを含むビーコンを受信し（ステップＳ１２）、動作状態をドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ１１は、NULLパケットをアクセスポイント１００に送信してから、アクセスポイント１００から応答（ACK）を受信するまでの時間Ｔ１をタイマ１２に計測させる（ステップＳ１４）。このとき、タイマ１２は初期値決定モードで時間Ｔ１を計測する。

アクセスポイント１００は、NULLパケットを受信すると、通信装置１がアウェイク状態に切り換わったことを認識し、応答（ACK）を通信装置１に送信する（ステップＳ１５)。続いて、アクセスポイント１００は、データを通信装置１に送信する（ステップＳ１６)。

ＣＰＵ１１は、アクセスポイント１００から送信されるデータに対する応答（ACK）を送信する際に、タイマ１２のタイムアウト値として、ステップＳ１４で計測された時間Ｔ１を設定する（ステップＳ１７)。同時に、ＣＰＵ１１は、タイマ１２をリセットし、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間Ｔ２をタイマ１２に計測させる（ステップＳ１８）。このとき、タイマ１２は計測モードで時間Ｔ２を計測する。

ＣＰＵ１１は、時間Ｔ１と時間Ｔ２との平均値α１を算出し、アクセスポイント１００から送信される次のデータに対する応答（ACK）を送信する際に、算出した平均値α１に所定時間βを加えた値Ｔａ−１をタイマ１２のタイムアウト値として更新する（ステップＳ１９)。平均値α１に加えられる時間βは、通信回線の混雑等の影響によるデータ通信の遅延を考慮したマージンであり、例えば１ｍｓである。続いて、ＣＰＵ１１はタイマ１２をリセットし、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間Ｔ３をタイマ１２に計測させる（ステップＳ２０）。このときも、タイマ１２は計測モードで時間Ｔ３を計測する。

ＣＰＵ１１は、値Ｔａ−１と時間Ｔ３との平均値α２を算出し、アクセスポイント１００から送信される次のデータに対する応答（ACK）を送信する際に、算出した平均値α２に所定時間βを加えた値Ｔａ−２をタイムアウト値として更新する（ステップＳ２１)。同時に、ＣＰＵ１１はタイマ１２をリセットし、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間Ｔ４をタイマ１２に計測させる（ステップＳ２２）。この際、タイマ１２は計測モードで時間Ｔ４を計測する。

このように、ＣＰＵ１１は、データに対する応答（ACK）を送信する度に、算出された前回のタイムアウト値Ｔａ−ｎと今回の実測値Ｔｎとの平均値（１回目では初期値と実測値との平均値）に時間βを加えた値をタイムアウト値として繰り返し更新して、タイマ１２のタイムアウト値を最適化する。

タイマ１２がタイムアウトすると、ＣＰＵ１１はアウェイク状態からドーズ状態に切り換えることを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信し、ドーズ状態に切り換える（ステップＳ２３）。

ＣＰＵ１１は、タイマ１２のタイムアウト値を最適化する一方で、通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータの値（データ受信量（パケット数)、送信パケットのPER（Packet Error Rate）、送信パケットの再送回数、受信信号強度（RSSI）などの少なくとも１つ）を定期的に監視する。そして、監視している値が予め設定した閾値を超えた時点で、アウェイク状態からドーズ状態に切り換えることを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信し、動作状態をドーズ状態に切り替え（ステップＳ２４）、消費電力を低減する。つまり、監視しているパラメータの値が予め設定した閾値を超えた場合には、タイマ１２の計測時間と関係なしに、即ちタイマ１２がタイムアウトする前であっても、ＣＰＵ１１は、通信装置１の動作状態をドーズ状態に切り換える。

図４は、パワーセーブモードで通信装置１が実行する処理を示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１１は、通信モジュール１４を介してアクセスポイント１００からＤＴＩＭを含むビーコンを受信すると、通信装置１の動作状態をアウェイク（awake）状態に切り換える（ステップＳ３１）。ＣＰＵ１１は、タイマ１２をリセットし（ステップＳ３２）、動作状態をドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信する（ステップＳ３３）。

その後、ＣＰＵ１１は、タイマ１２を初期値決定モードに移行させ（ステップＳ３４）、タイマ１２を始動させる（ステップＳ３５）。ＣＰＵ１１は、アクセスポイント１００から応答（ACK）を受信すると、タイマ１２を停止させる（ステップＳ３６）。ＣＰＵ１１は、タイマ１２の計測時間を初期値として不揮発性メモリ１３の領域１３１に記憶する（ステップＳ３７）。

さらに、ＣＰＵ１１は、タイマ１２のタイムアウト値として、Ｓ３７で記憶した初期値を設定する（ステップＳ３８）。ここで、初期値決定モードを終了する（ステップＳ３９）。

その後、ＣＰＵ１１は、タイマ１２を計測モードに移行させ（ステップＳ４０）、タイマ１２をリセットし（ステップＳ４１）、応答（ACK）をアクセスポイント１００に送信し、あわせてタイマ１２を始動させる（ステップＳ４２）。ＣＰＵ１１は、通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータの値を監視し（ステップＳ４３）、監視している値が予め設定した閾値を超えているか否かを判別する（ステップＳ４４）。

監視している値が予め設定した閾値を超えている場合には（ステップＳ４４でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、動作状態をアウェイク状態からドーズ状態に切り換えたことを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信し（ステップＳ５１）通信装置１の動作状態をドーズ状態に切り換え（ステップＳ５２）、本処理を終了する。一方、監視している値が予め設定した閾値を超えていない場合には（ステップＳ４４でＮＯ）、ＣＰＵ１１は、タイマ１２の計測時間がタイムアウト値を超えているか否かを判別する（ステップＳ４５）。

タイマ１２の計測時間がタイムアウト値を超えている場合には（ステップＳ４５でＹＥＳ）、手順は上記ステップＳ５１に進む。一方、タイマ１２の計測時間がタイムアウト値を超えていない場合には（ステップＳ４５でＮＯ）、ＣＰＵ１１は、アクセスポイント１００からデータを受信した後に、タイマ１２を停止させる（ステップＳ４６）。ＣＰＵ１１は、タイマ１２の計測時間を今回の実測値として不揮発性メモリ１３の領域１３２に記憶する（ステップＳ４７）。

ＣＰＵ１１は、領域１３１に記憶された初期値と領域１３２に記憶された実測値とを不揮発性メモリ１３から読み出し（ステップＳ４８）、初期値と実測値との平均値を算出し（ステップＳ４９）、当該平均値に所定時間（マージン）を加えた値を不揮発性メモリ１３の領域１３３に記憶し、タイマ１２のタイムアウト値として設定する（ステップＳ５０）。その後、手順はステップＳ４０に戻る。

上記ステップＳ４８〜５０の処理は、ＣＰＵ１１によって１回目に実行される処理であり、２回目及びそれ以降のステップＳ４８〜５０の処理は最初のステップＳ４８〜５０の処理と異なるので、２回目及びそれ以降のステップＳ４８〜５０の処理について説明する。

２回目及びそれ以降のステップＳ４８〜５０の処理では、ＣＰＵ１１は、領域１３３に記憶された前回のタイムアウト値と領域１３２に記憶された実測値とを不揮発性メモリ１３から読み出し（ステップＳ４８）、前回のタイムアウト値と実測値との平均値を算出し（ステップＳ４９）、当該平均値にマージンを加えた値を不揮発性メモリ１３の領域１３３に記憶し、タイマ１２のタイムアウト値として再設定する（ステップＳ５０）。このように、ＣＰＵ１１は、データに対する応答（ACK）を送信する度に、前回のタイムアウト値（１回目は初期値）と今回の実測値との平均値に所定時間を追加した値をタイマ１２のタイムアウト値として繰り返し更新して、タイマ１２のタイムアウト値を最適化する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、通信装置１は、ドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示すNULLパケットをアクセスポイント１００に送信してからアクセスポイント１００からの応答（ACK）を受信するまでの時間Ｔ１、及びアクセスポイント１００から送信されたデータに対する応答をアクセスポイント１００に送信してから次のデータをアクセスポイント１００から受信するまでの時間Ｔｎ（ｎ＝２，３，…）を計測するタイマ１２と、タイマ１２のタイムアウト値として時間Ｔ１を設定し、タイマ１２が計測した時間Ｔ２と時間Ｔ１との平均値に所定時間を追加した値をタイマ１２のタイムアウト値として更新し、アクセスポイント１００から送信されたデータに対する応答をアクセスポイント１００に送信する度に、上記更新されたタイムアウト値と時間Ｔｎとの平均値に所定時間を追加した値をタイマ１２のタイムアウト値として更新するＣＰＵ１１と、を備え、タイマ１２の計測時間がタイムアウト値を超えた場合または監視している値が予め設定した閾値を超えている場合に、ＣＰＵ１１は、通信装置１の動作状態をアウェイク状態からドーズ状態に切り換える。

従って、ＣＰＵ１１は、アクセスポイント１００から送信されたデータに対する応答をアクセスポイント１００に送信する度に、タイマ１２のタイムアウト値を適切に調整することができ、従来の通信装置よりも消費電力を低減することができる。

また、ＣＰＵ１１は、通信モジュール１４の通信状況に関するパラメータ（つまり、受信パケット数、送信パケットのパケットエラーレート、送信パケットの再送回数及び受信信号強度の少なくとも１つ）の値を監視し、監視している値が予め設定した閾値を超えた場合には、ＣＰＵ１１は、タイマ１２の計測時間と関係なしに、動作状態をアウェイク状態からドーズ状態に切り換えるので、タイムアウト値を超えるまでドーズ状態に切り換えることができない通信装置と比べて、消費電力を低減することができる。

尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

１ 通信装置
１１ ＣＰＵ
１２ タイマ
１３ 不揮発性メモリ
１４ 通信モジュール
１５ アンテナ
１６ 電源
１００ アクセスポイント

Claims (4)

1. 外部装置と通信する通信手段と、
   自装置の動作状態をアウェイク状態又はドーズ状態のいずれかに切り換える切換手段と、
   自装置の動作状態を前記ドーズ状態から前記アウェイク状態に切り換えたことを示す情報を前記外部装置に送信してから前記外部装置からの応答を受信するまでの第１時間、及び前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信してから次のデータを前記外部装置から受信するまでの第２時間を計測する計時手段と、
   前記計時手段が計時した第１時間をタイムアウト値として設定し、前記計時手段が計測した前記第２時間と前記第１時間との平均値に基づいてタイムアウト値を更新し、前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信する度に、前記更新されたタイムアウト値と前記第２時間との平均値に基づいて前記タイムアウト値を更新する更新手段と、を備え、
   前記計時手段の計測時間が前記タイムアウト値を超えた場合に、前記切換手段は、自装置の動作状態を前記アウェイク状態から前記ドーズ状態に切り換えることを特徴とする通信装置。
2. 前記通信手段の通信状況に関するパラメータの値を監視する監視手段を備え、
   前記パラメータの値が予め設定した閾値を超えた場合には、前記切換手段は、自装置の動作状態を前記アウェイク状態から前記ドーズ状態に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記通信手段の通信状況に関するパラメータは、受信パケット数、パケットエラーレート、送信パケットの再送回数、受信信号強度の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 外部装置と通信する通信装置の制御方法であって、
   前記通信装置の動作状態をドーズ状態からアウェイク状態に切り換えたことを示す情報を前記外部装置に送信してから前記外部装置からの応答を受信するまでの第１時間をタイマによって計測し、
   タイムアウト値として前記タイマが計測した前記第１時間を設定し、
   前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信した際、前記応答の送信から次のデータを前記外部装置から受信するまでの第２時間をタイマによって計測し、
   前記第１時間と前記第２時間との平均値に基づいて前記タイムアウト値を更新し、
   前記外部装置から送信されたデータに対する応答を前記外部装置に送信する度に、前記更新されたタイムアウト値と前記第２時間との平均値に基づいて前記タイムアウト値を更新し、
   前記タイマの計測時間が前記タイムアウト値を超えた場合に、前記通信装置の動作状態を前記アウェイク状態から前記ドーズ状態に切り換えることを特徴とする通信装置の制御方法。

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