WO2012046402A1 - 無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法 Download PDF

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諭 千賀
敬之 西川
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    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a data transmission device, a data wireless reception device, and a wireless communication method for power saving.
  • Network connection devices include devices that use an IP (Internet Protocol) network by wire and devices that use an IP network by wireless. Power-saving techniques for reducing power consumption are being studied for various devices, regardless of whether they are wireless or wired. Among them, a portable terminal using radio is expected to be used for a long time using only a built-in battery, and thus power saving technology is particularly necessary. Therefore, in the following, an example of power saving technology in a portable terminal will be described.
  • IP Internet Protocol
  • wireless LAN Local Area Network
  • Wireless LAN devices consume relatively large power. Therefore, in the wireless LAN device, power saving is an important study subject, and many power saving methods have been proposed.
  • a power management mode is defined as a method for saving power of a wireless LAN terminal equipped with a wireless LAN device.
  • a wireless LAN terminal that operates in the power save mode transitions to a state in which a normal transmission / reception operation is performed (active mode) in accordance with the timing at which a beacon is transmitted from a wireless base station that is an access point. Perform the action.
  • the wireless LAN terminal enters a state in which no reception operation is performed (hereinafter referred to as a power saving mode) during a period in which a beacon is not transmitted from the wireless base station.
  • the wireless LAN terminal can reduce power consumption of the wireless LAN terminal by stopping the power supply of the wireless LAN device provided in the wireless LAN terminal in the power saving mode (also referred to as the doze mode).
  • the access point determines the beacon transmission cycle (beacon period) and the intermittent number of beacons until the DTIM beacon is transmitted.
  • the DTIM (Delivery Traffic Indication Message) beacon is a message that informs the wireless LAN terminal in the power saving mode that data is waiting to be transmitted. As a result, the wireless LAN terminal can be expected to save power.
  • beacon period is set to be long, a large delay time will occur in receiving unicast data.
  • Methods for solving this problem include, for example, Wi-Fi WMM-APSD (WMM Power Save (see Non-Patent Document 1)) and IEEE 802.11e standard (IEEE Std 802.11e-2005 (see Non-Patent Document 2)).
  • WMM Power Save WMM Power Save
  • IEEE 802.11e standard IEEE Std 802.11e-2005
  • U-APSD UnscheduledulAutomatic Power-Save Delivery
  • a method for realizing power saving for unicast data is defined. The method uses a method of transitioning to the active mode without depending on the beacon period in consideration of the priority control for each application and the range of delay and fluctuation for maintaining the communication quality of the application. Thereby, the wireless LAN terminal realizes power saving for unicast data.
  • the wireless LAN terminal using this method transitions from the doze mode to the active mode at a unique transmission / reception cycle in order to maintain communication quality for each application. Then, the wireless LAN terminal that has transitioned to the active mode requests the access point to transmit unicast data addressed to itself.
  • Wi-Fi WMM-APSD switches to the active mode at intervals determined between the access point and the wireless LAN terminal, and transmits and receives data.
  • a method of dynamically determining the interval for switching to the active mode for example, Patent Document 1
  • a method of analyzing communication data obtained by a wireless LAN terminal communicating with an access point has been proposed.
  • the wireless LAN terminal detects communication with an access point or a communication protocol state.
  • the wireless LAN terminal determines an interval for receiving communication data from the access point by referring to a reception interval table prepared in advance for each state in accordance with the state of communication or communication protocol.
  • U-APSD performs data reception triggered by a trigger frame transmitted from a power-saving wireless LAN terminal.
  • the trigger frame is created as follows.
  • FIG. 1 is a diagram showing a data format of transmission data used in a network layer of a wireless LAN terminal.
  • the transmission data includes an IP header and IP data.
  • the IP data includes a TCP (Transmission Control Protocol) header and TCP data.
  • TCP Transmission Control Protocol
  • the TCP data is empty.
  • the transmission data is application data
  • the TCP data is data such as streaming data. Whether the transmission data is an acknowledgment or application data can be identified by monitoring the data size of the TCP data.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the TCP header.
  • a “sequence number” field is a field indicating a sequence number of transmission data.
  • the “confirmation response number” field is a field used when the transmission data is a confirmation response.
  • the “acknowledgment number” field stores the sequence number stored in the “sequence number” field in the TCP header of the received data to be acknowledged.
  • the “flag” field is a field for storing SYN (Synchronize) or FIN (Fines) data.
  • SYN data indicates a request to start TCP communication
  • FIN data indicates a request to end TCP communication.
  • the “window size” field is used to inform the other party of the window size on the receiving side. When the window size is 0, it means that data cannot be received. In this way, by monitoring the TCP header, it is possible to confirm whether the transmission data is a confirmation response or application data.
  • FIG. 3 is a diagram showing details of the IP header.
  • a “service type” field is a field used for designating TOS (Type (Of Service) indicating the priority of an IP packet and the like.
  • U-APSD classifies packets from higher layers into access categories and stores them in each queue.
  • Each access category is associated with a priority. Therefore, the access category is used for priority control of the wireless LAN.
  • a wireless LAN terminal using U-APSD adds information indicating an access category as synchronization information to the “service type” field of the IP header of transmission data, and transfers the information to the wireless LAN device.
  • FIG. 4 is a diagram showing a data format used in a wireless LAN device using U-APSD, that is, a data link layer.
  • the wireless LAN terminal when the synchronization information is added to the IP header, the wireless LAN terminal generates a trigger frame by rewriting the wireless header with a U-APSD compatible header. The generated frame is recognized as a U-APSD compatible trigger frame in communication with the access point.
  • a wireless LAN terminal using U-APSD is usually in the doze mode, and switches to the active mode only when there is data to be sent. For example, when the wireless LAN terminal is in the doze mode, even if the access point has U-APSD compatible data addressed to the wireless LAN terminal, the access point cannot transmit the data to the wireless LAN terminal. Therefore, the data remains stored in the access point buffer.
  • the wireless LAN terminal When data addressed to the access point is generated in the wireless LAN terminal, the wireless LAN terminal switches to the active mode, and sends data to the access point in correspondence with U-APSD. At this time, the access point knows that the wireless LAN terminal has entered the active mode, and sends the data stored in the buffer to the wireless LAN terminal. Thereafter, the wireless LAN terminal again transitions to the doze mode.
  • the wireless LAN terminal can perform transmission and reception at the same time by wakeup for data transmission (transition to the active mode) by performing the reception operation as it is. If the data arriving at the access point is not U-APSD compatible data, the wireless LAN terminal performs a normal reception operation in accordance with the operation such as the power save mode.
  • the conventional technology has been optimized for an application (for example, UDP communication such as VoIP (Voice over IP)) in which the data transmission timing is the same between the wireless LAN terminal on the transmission side and the reception side. It is a method. Therefore, an application using TCP communication (for example, streaming reception of video and audio) has the following problems when the conventional technology is applied as it is.
  • UDP communication such as VoIP (Voice over IP)
  • VoIP Voice over IP
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the problem. More specifically, a case is considered where there is no trigger frame to be synchronized because transmission / reception is simultaneously performed between the receiving terminal 20 and the access point 30 using U-APSD.
  • an acknowledgment (ACK) transmitted from the receiving terminal 20 to the access point 30 is a trigger frame.
  • U-APSD compatible data that has arrived at the access point from the transmitting terminal 10 is stored in the access point 30. The data remains stored in the access point 30 until some trigger frame (transmission data) from the receiving terminal 20 arrives at the access point 30. Therefore, when there is no trigger frame, the receiving terminal 20 has a problem that a situation in which data from the transmitting terminal 10 cannot be received occurs.
  • An object of the present invention is to efficiently shift to the power saving mode without stopping the flow of data even when U-APSD is used in TCP communication.
  • One aspect of the wireless communication system of the present invention includes a data transmission device on a transmission side, a wireless base station that performs wired or wireless communication with the data transmission device, and the data transmission device and the IP header via the wireless base station. And a data wireless reception device on the receiving side that performs TCP / IP communication on the transmission / reception data including the TCP header using the TCP / IP protocol, wherein the data transmission device receives the data transmission device from the data transmission device.
  • a transmission header analyzer for analyzing whether or not the first transmission data is a confirmation response in TCP communication, and the first transmission data confirm In cases other than responses, it is necessary to operate in the power saving mode mode with the radio base station based on the TCP header of the first transmission data.
  • a synchronization pre-processing unit that determines whether or not to add additional synchronization information to the IP header of the first transmission data, and transmission data transfer that transfers the first transmission data including the IP header to which the synchronization information is added
  • a second transmission data indicating a confirmation response to the reception data received from the data transmission device among the transmission data transmitted from the data wireless reception device to the data transmission device.
  • a synchronization information processing unit for adding synchronization information necessary for operating in the power saving mode with the radio base station to the IP header of the receiver, and determining whether the synchronization information is added to the IP header of the received data
  • a transmission timing adjustment unit for controlling a transfer timing of the second transmission data according to a determination result in the reception data determination unit , In response to said transfer timing, and a transmitting data transfer unit for transferring the second transmission data.
  • the transmission terminal side can determine whether or not to add synchronization information to transmission data according to various communication states of TCP communication.
  • the data from the own device can be temporarily received by the access point as data that is not U-APSD-compliant.
  • the receiving terminal can avoid a situation where it becomes difficult to receive data from the buffer of the access point, that is, stop the flow of communication data (deadlock).
  • the reception terminal can receive all the data from the transmission terminal stored in the access point.
  • the receiving terminal does not add synchronization information to the received data subject to the TCP confirmation response, there is a possibility that the transmission data from the transmitting terminal may remain accumulated in the access point. An acknowledgment with added synchronization information is sent immediately. As a result, the receiving terminal can reliably receive transmission data that may be accumulated and not taken out.
  • a TCP / IP protocol is used to transmit / receive data including an IP header and a TCP header to a data wireless receiving apparatus via wired or wireless communication with a wireless base station. Whether or not the transmission data is a confirmation response in TCP communication based on a TCP header of transmission data transmitted from the data transmission device to the data wireless reception device.
  • a transmission header analysis unit to analyze, and if the transmission data is other than an acknowledgment, the transmission information, based on a TCP header of the transmission data, the synchronization information necessary for operating in the power saving mode with the radio base station
  • a synchronization pre-processing unit that determines whether to add to the IP header of the data, and the transmission including the IP header to which the synchronization information is added
  • a transmitting data transfer unit that transfers over data.
  • the transmission terminal side can determine whether or not to add synchronization information to transmission data according to various communication states of TCP communication.
  • the data from the own device can be temporarily received by the access point as data that is not U-APSD-compliant.
  • the receiving terminal can avoid a situation where it becomes difficult to receive data from the buffer of the access point, that is, stop the flow of communication data (deadlock).
  • One aspect of the data transmitting apparatus of the present invention includes a monitoring unit that monitors a reception interval of an acknowledgment response transmitted from the data wireless receiving device, and, when the reception interval is periodic, the synchronization information is added to add a final result. And a transmission data synchronization determination unit for determining.
  • the transmission terminal can determine that the TCP communication state is stable when the confirmation response from the reception terminal for regular TCP transmission data is periodically received. Transition to the power saving mode can be made periodically.
  • normal TCP transmission data is data other than the communication start phase and end phase and the congestion avoidance phase.
  • the receiving terminal can secure a section for transition to the power saving mode and reduce power consumption without stopping the data flow.
  • the monitoring unit further monitors a window size notified using a TCP header of the received data, and the transmission data synchronization determining unit has no reception interval. Whether or not to add the synchronization information according to a comparison result between the notified window size and the initial value of the window size notified by SYN data indicating a request for starting TCP communication when it is periodic Make the final decision.
  • the transmitting terminal can check whether the communication itself is performed without delay. Can be determined. If the window size of the receiving terminal is small, it is considered that transmission data has arrived at the receiving terminal and is being processed. That is, in a state where the window size is small, it is highly likely that the communication itself is performed without any delay, and there is a high possibility that packets are not accumulated in the access point. For this reason, the transmission terminal adds the synchronization information to the IP header of the transmission data and transfers it, so that the reception terminal can appropriately secure a section for transition to the power saving mode while maintaining this state. The power can be lowered.
  • the transmission data synchronization determination unit further includes a plurality of transmission data targeted for transmission triggered by reception of an acknowledgment transmitted from the data wireless receiving apparatus. It is determined that the synchronization information is not added to the IP header of the first transmission data.
  • the transmission terminal periodically transmits transmission data in which synchronization information is not added to the IP header to the reception terminal.
  • the transmission data transferred without adding the synchronization information arrives at the receiving terminal as it is at the timing of the beacon period without being stored in the access point.
  • the transmission data remains unchanged in the receiving terminal even when there is no trigger frame (TCP confirmation response) that is synchronized for simultaneous transmission and reception between the receiving terminal using U-APSD and the access point. arrive. Therefore, the receiving terminal can acquire the data accumulated in the access point periodically and reliably by adding synchronization information to the confirmation response to the transmission data and transmitting it.
  • the synchronization preprocessing unit determines not to add the synchronization information when the transmission data is SYN or FIN data indicating a request for starting or ending TCP communication.
  • normal TCP communication can be performed without applying the U-APSD mode in the communication start phase and end phase in TCP communication.
  • the transmitting terminal side can comply with the restriction on TCP in which the next data is transmitted after waiting for the ACK data. That is, it is possible to avoid the application of the U-APSD mode in a specific section where the reception of ACK data is necessary, and to apply the U-APSD mode after the specific section.
  • the receiving terminal can transition to the power saving mode while avoiding a state where data remains accumulated in the access point.
  • the synchronization pre-processing unit further determines not to add the synchronization information in the congestion avoidance phase of TCP communication.
  • the receiving terminal immediately transmits a confirmation response without transitioning to the power saving mode.
  • the transmitting terminal can finish the TCP congestion avoidance phase executed at the time of packet loss at an early stage and return to the normal TCP communication state, and can avoid a useless decrease in the transfer rate.
  • the synchronization preprocessing unit further determines that the synchronization information is not added when the transmission data is transmission data by retransmission of TCP communication.
  • the receiving terminal side immediately transmits the confirmation response corresponding to the retransmitted transmission data without transitioning to the power saving mode, so that it is possible to avoid a wasteful transfer rate decrease.
  • transmission / reception data including an IP header and a TCP header is transmitted to the data transmission apparatus via a wireless base station that performs wired or wireless communication with the data transmission apparatus on the transmission side.
  • a data wireless receiving device on the receiving side that performs TCP / IP communication using the / IP protocol, and among the transmission data transmitted from the data wireless receiving device to the data transmitting device, the received data received from the data transmitting device
  • a synchronization information processing unit for adding synchronization information necessary to operate in the power saving mode with the wireless base station to the IP header of confirmation response transmission data indicating an acknowledgment, and the synchronization information in the IP header of the reception data
  • a reception data determination unit that determines whether or not the data has been added, and the confirmation response according to a determination result in the reception data determination unit.
  • a transmission timing adjusting section for controlling the transfer timing of the transmission data, in response to said transfer timing, and a transmitting data transfer unit for transferring the acknowledgment transmission data including the IP header the synchronization information is added.
  • the reception terminal can receive all the data from the transmission terminal accumulated in the access point. it can. Even if the receiving terminal does not have the synchronization information added to the received data subject to the TCP confirmation response, and there is a possibility that the transmission data from the transmitting terminal is still stored in the access point, An acknowledgment with added synchronization information is sent immediately. As a result, the receiving terminal can reliably receive transmission data that may be accumulated and not taken out.
  • One aspect of the data wireless reception apparatus of the present invention is such that the transmission timing adjustment unit includes the IP header to which the synchronization information is added when the synchronization information is not added to the IP header of the reception data.
  • the response transmission data is transferred immediately.
  • the receiving terminal if the receiving terminal does not have synchronization information added to the received data that is the target of the TCP confirmation response, there is a possibility that the transmission data is still stored in the access point. Acknowledgment with added synchronization information is sent immediately. As a result, the receiving terminal can reliably receive transmission data that may be accumulated and not taken out.
  • One aspect of the data wireless reception apparatus of the present invention is such that the transmission timing adjustment unit includes the IP header to which the synchronization information is added when the synchronization information is added to the IP header of the reception data.
  • the transmission timing of response transmission data is delayed.
  • the receiving terminal when the synchronization information is added to the data to be acknowledged, the receiving terminal consciously adds the synchronization information on the transmitting terminal side, and the communication is normally performed. It can be determined that there is. Therefore, the receiving terminal can receive the data from the transmitting terminal accumulated in the access point after transmitting the confirmation response even when delaying the transmission timing of the confirmation response. Therefore, by repeating such processing, the receiving terminal can periodically secure a section for transitioning to the power saving mode, so that power consumption can be reduced.
  • One aspect of the data wireless reception apparatus of the present invention further includes a transfer rate determination unit that determines a transfer rate based on a reception time difference between the previous and current reception data, and the transmission timing adjustment unit includes: Based on the transfer rate, the transmission timing of the acknowledgment transmission data including the IP header to which the synchronization information is added is adjusted.
  • the receiving terminal when a high transfer rate is maintained, the receiving terminal can prevent the transition to the power saving mode without stopping the transfer of the confirmation response. As a result, the receiving terminal can shorten the time until all transmission data is received in an application such as file download. Further, even in the case of an application such as streaming reception that requires a high transfer rate, the receiving terminal can prevent interruption of video due to insufficient arrival of data.
  • the transmission timing adjustment unit is configured to transmit the confirmation response transmission data based on a comparison result between a current response time and a previous response number in a TCP header of the confirmation response transmission data. Adjust the transmission timing.
  • the receiving terminal when the loss of transmission data is detected, the receiving terminal can be prevented from shifting to the power saving mode without stopping communication. As a result, the receiving terminal can notify the transmitting terminal of the retransmission processing of the lost data immediately, so that it is possible to avoid a useless decrease in the transfer rate.
  • a data transmission device on a transmission side and a data wireless reception device on a reception side transmit and receive transmission / reception data including an IP header and a TCP header via a wireless base station using a TCP / IP protocol.
  • a wireless communication method using TCP / IP communication wherein the data transmission device transmits the first transmission data based on a TCP header of the first transmission data transmitted from the data transmission device to the data wireless reception device. Analyzes whether or not the response is a confirmation response in TCP communication. When the first transmission data is other than the confirmation response, the wireless base station operates in the power saving mode mode based on the TCP header of the first transmission data.
  • the said data wireless receiver is 2nd transmission data which shows the confirmation response with respect to the received data received from the said data transmitter among the transmission data transmitted to the said data transmitter from the said data wireless receiver.
  • the synchronization information necessary for operating in the power saving mode with the radio base station is added to the IP header of the received data, it is determined whether the synchronization information is added to the IP header of the received data, and the received data
  • the transfer timing of the second transmission data is controlled according to the determination result in the determination unit, and the second transmission data is transferred according to the transfer timing.
  • the transmission terminal can determine whether or not to add synchronization information to transmission data according to various communication states of TCP communication.
  • the data from the own device can be temporarily received by the access point as data that is not U-APSD-compliant.
  • the receiving terminal can avoid a situation where it becomes difficult to receive data from the buffer of the access point, that is, stop the flow of communication data (deadlock).
  • the reception terminal can receive all the data from the transmission terminal stored in the access point.
  • the receiving terminal does not add the synchronization information to the reception data that is the target of the TCP confirmation response, and there is a possibility that the transmission data is still stored in the access point. Will immediately send an acknowledgment with added. As a result, the receiving terminal can reliably receive transmission data that may be accumulated and not taken out.
  • the transition to the power saving mode can be performed efficiently without stopping the data flow.
  • FIG. 1 Diagram showing the data format used in the network layer Diagram showing details of TCP header Diagram showing details of IP header Diagram showing the data format used in the data link layer
  • wireless communications system which concerns on embodiment of this invention The block diagram which shows the principal part structure of the data transmission apparatus of the transmission side which concerns on this Embodiment
  • the figure which shows the transmission data regenerated by adding synchronous information to the IP header of the transmission data which shows an acknowledgment The figure which shows the transmission process flow of the data in the radio
  • the figure which shows the processing flow of a transmission data synchronization determination part The figure which shows the processing flow of a transmission timing adjustment part
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of the wireless communication system according to the embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system includes a receiving terminal 200 on the data receiving side, an access point 300, the Internet 500, and a transmitting terminal 100 on the data transmitting side.
  • the transmission terminal 100 on the data transmission side is a communication device connected to the Internet (or LAN) 500.
  • the transmitting terminal side may be a wireless terminal that is wirelessly connected to the Internet via the access point 300, or may be a communication terminal that is connected to the Internet via a wire without passing through the access point.
  • the transmission terminal 100 has a function of receiving a connection from another device and transmitting data such as content or application data to the other party, for example, like a streaming distribution server.
  • the transmission terminal 100 may be a portable device or a fixed device.
  • the receiving terminal 200 on the data receiving side is configured as a wireless terminal equipped with a wireless communication device.
  • the receiving terminal 200 is connected to the Internet (or LAN etc.) 500 via the access point 300.
  • the receiving terminal 200 is connected to the transmitting terminal 100 via the Internet (or LAN or the like) 500 and receives data from the transmitting terminal 100.
  • the receiving terminal 200 is, for example, a portable device equipped with a wireless LAN device as a communication interface.
  • a protocol with flow control such as TCP is used for data transmission / reception between the receiving terminal 200 and the transmitting terminal 100.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the data transmission device on the transmission side of the present invention.
  • a data transmission apparatus (hereinafter simply referred to as a transmission terminal) 100 is applied to the transmission terminal of FIG.
  • the transmission terminal 100 shown in FIG. 7 shows components related to transmission of transmission data closely related to the present invention and reception of a response signal for the transmission data. . Therefore, in the following description, illustration and description of components related to reception of application data transmitted from the receiving terminal 200 and transmission of a response signal to the data are omitted.
  • the transmission terminal 100 includes a communication application unit 110, a TCP / IP control unit 120, a power saving mode control unit 130, and a device control unit 140.
  • the power saving mode control unit 130 includes an acknowledgment response monitoring unit 131, a reception data transfer unit 132, a transmission header analysis unit 133, a synchronization preprocessing unit 134, a transmission data synchronization determination unit 135, and a transmission data transfer unit 136. .
  • the transmission terminal 100 may have a user interface for the user of the transmission terminal 100 to select and execute the operation of the transmission terminal 100.
  • the transmission terminal 100 may have functions such as an input key, a display, a microphone, a speaker, a camera, a vibrator, and a memory for storing or executing a program as a user interface.
  • the communication application unit 110 executes a communication application program.
  • the TCP / IP control unit 120 executes protocol processing on transmission / reception data using TCP / IP. Then, the TCP / IP control unit 120 outputs the transmission data after the protocol processing to the transmission header analysis unit 133. Further, the TCP / IP control unit 120 outputs the received data after the protocol processing (that is, TCP data) to the communication application unit 110.
  • the data format of the transmission data output from the TCP / IP control unit 120 to the transmission header analysis unit 133 is the same as that in FIG.
  • the device control unit 140 transfers transmission / reception data to / from a LAN device (or wireless LAN device) (not shown).
  • the power saving mode control unit 130 determines whether or not to add synchronization information necessary for operating in the power saving mode mode with the access point 300 to the IP header of the transmission data based on the TCP header.
  • the data format of transmission / reception data handled by the power saving mode control unit 130 is the same as that shown in FIG.
  • the confirmation response monitoring unit 131 monitors the reception interval of confirmation responses in TCP communication and the content of confirmation responses.
  • the confirmation response is a response signal from the receiving terminal 200 to the transmission data transmitted by the transmitting terminal 100.
  • the reception terminal 200 that performs TCP communication stores the sequence number in the TCP header of the transmission data transmitted by the transmission terminal 100 in the confirmation response number in the TCP header of the confirmation response. . Then, the receiving terminal 200 transmits transmission data including the TCP header and indicating a confirmation response to the transmitting terminal 100.
  • the confirmation response monitoring unit 131 monitors whether the confirmation response in the TCP communication is periodically received or whether the confirmation response is received. Further, the confirmation response monitoring unit 131 monitors information on the receiving side window size advertised by each confirmation response.
  • the window size is a buffer size on the reception side that can store data transmitted from the transmission side at a time. The window size sequentially varies depending on the processing state of the receiving terminal 200 during communication. For this reason, in TCP communication, the size is notified to the transmission side every time an acknowledgment is transmitted.
  • the confirmation response monitoring unit 131 monitors the confirmation response reception interval and the confirmation response TCP header, and notifies the transmission data synchronization determination unit 135 of these monitoring results. Upon receiving the notification of these monitoring results, the transmission data synchronization determination unit 135 is used for final determination as to whether or not to add synchronization information to the IP header of the transmission data.
  • the received data transfer unit 132 transfers the confirmation response received from the confirmation response monitoring unit 131 to the TCP / IP control unit 120 as it is.
  • the transmission header analysis unit 133 performs analysis of the TCP header of the transmission data. Specifically, the transmission header analysis unit 133 analyzes whether the transmission data is an acknowledgment in TCP communication by monitoring the data size of the TCP data. When the transmission data is an acknowledgment in TCP communication, the data size of the TCP data is 0 and the SYN / FIN flag is not set. If the transmission data is not an acknowledgment in TCP communication, the transmission header analysis unit 133 analyzes whether the transmission data is transmission data (SYN / FIN data) representing a specific state of TCP communication. Specifically, the transmission header analysis unit 133 analyzes the SYN / FIN flag included in the “flag” field of the TCP header.
  • SYN data indicates a request to start TCP communication
  • FIN data indicates a request to end TCP communication.
  • the synchronization preprocessing unit 134 adds synchronization information necessary for operating in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD to the IP header of the transmission data based on the analysis result of the TCP header. Pre-judgment of whether or not.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines whether the transmission data is data in a specific state of TCP communication (hereinafter referred to as specific data) based on the analysis result of the TCP header, or is retransmitted due to packet loss. It is determined whether it is retransmission data to be transmitted. Then, the synchronization preprocessing unit 134 determines that the synchronization information is not added when the transmission data is specific data or retransmission data.
  • specific data data in a specific state of TCP communication
  • the synchronization preprocessing unit 134 transfers the transmission data as it is to the transmission data transfer unit 136 when making a prior determination that the synchronization information is not added.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines in advance whether or not there is a possibility of adding synchronization information.
  • the synchronization preprocessing unit 134 transfers the transmission data to the transmission data synchronization determination unit 135 when making a prior determination that there is a possibility of adding synchronization information.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 performs synchronization information on the transmission data transferred from the synchronization preprocessing unit 134 according to the reception interval of the confirmation response notified from the receiving terminal 200 and the content of the confirmation response (TCP header). It is finally decided whether or not to add.
  • the transmission data transferred from the synchronization preprocessing unit 134 to the transmission data synchronization determination unit 135 is mainly data (such as normal application data) other than the TCP communication specific data. A final determination method of whether or not synchronization information is added in the transmission data synchronization determination unit 135 will be described later.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 When the transmission data synchronization determination unit 135 finally determines to add the synchronization information, the transmission data is regenerated by adding the synchronization information to the IP header of the transmission data, and the regenerated transmission data is transmitted to the transmission data transfer unit 136. Output. As shown in FIG. 8, the synchronization information is added to the “service type” field of the IP header. Note that the transmission data synchronization determination unit 135 transfers the transmission data to the transmission data transfer unit 136 as it is when it is finally determined that the synchronization information is not added.
  • the transmission data transfer unit 136 transfers the processed transmission data to the wireless LAN device via the device control unit 140.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the receiving side data wireless receiving apparatus of the present invention.
  • a data radio receiving apparatus (hereinafter simply referred to as a receiving terminal) 200 is applied to the receiving terminal in FIG.
  • the receiving terminal 200 shown in FIG. 9 shows components related to reception of reception data closely related to the present invention and transmission of a response signal to the reception data. . Therefore, in the following description, illustration and description of components related to transmission of application data to the transmission terminal 100 and reception of response signals for the data are omitted.
  • the receiving terminal 200 includes a communication application unit 210, a TCP / IP control unit 220, a power saving mode control unit 230, and a device control unit 240.
  • the power saving mode control unit 230 includes a reception data determination unit 231, a reception data transfer unit 232, a transfer rate determination unit 233, a transmission header analysis unit 234, a synchronization information processing unit 235, a transmission timing adjustment unit 236, and a transmission A data transfer unit 237 is included.
  • the receiving terminal 200 may have a user interface for the user to select and execute the operation of the receiving terminal 200.
  • the receiving terminal 200 may have functions such as an input key, a display, a microphone, a speaker, a camera, a vibrator, and a memory for storing or executing a program as an interface.
  • the communication application unit 210 executes a communication application program.
  • the TCP / IP control unit 220 executes protocol processing for transmission / reception data using TCP / IP. Then, the TCP / IP control unit 220 outputs the transmission data after the protocol processing to the transmission header analysis unit 234.
  • the TCP / IP control unit 220 stores the sequence number in the TCP header of the received data in the acknowledgment number in the TCP header of the transmitted data. Then, the TCP / IP control unit 220 outputs transmission data including the TCP header and indicating an acknowledgment to the transmission header analysis unit 234.
  • the data format of the transmission data output from the TCP / IP control unit 220 to the transmission header analysis unit 234 is the same as that in FIG. Further, the TCP / IP control unit 220 receives from the transmission terminal 100 and outputs the received data after protocol processing (that is, TCP data) to the communication application unit 210.
  • the device control unit 240 transfers transmission / reception data to / from a wireless LAN device (not shown).
  • the power saving mode control unit 230 adjusts the transfer timing of the confirmation response as follows according to whether or not the synchronization information is added to the IP header of the data received from the transmission terminal 100. As a result, the receiving terminal 200 can efficiently transition to the power saving mode without stopping the data flow even when using U-APSD in TCP communication.
  • the data format of transmission / reception data handled by the power saving mode control unit 230 is the same as that in FIG.
  • the reception data determination unit 231 outputs the data received from the access point 300 (transmission data transmitted from the transmission terminal 100) to the reception data transfer unit 232.
  • the reception data determination unit 231 determines whether or not synchronization information is added to the IP header of data received from the access point 300 (transmission data transmitted from the transmission terminal 100). Then, the reception data determination unit 231 notifies the transfer rate determination unit 233 of the determination result.
  • the reception data transfer unit 232 transfers the reception data received from the transmission terminal 100 to the TCP / IP control unit 220 as it is.
  • the transfer rate determination unit 233 determines the transfer rate currently being communicated based on the difference in reception time between the current reception data and the previous reception data. In addition, the transfer rate determination unit 233 manages the presence / absence of synchronization information with a sequence number. For example, as shown in FIG. 10, the transfer rate determining unit 233 manages whether or not the synchronization information is included in the IP header of the received data in association with the sequence number of the received data. The transfer rate determination unit 233 corresponds to the correspondence between the sequence number of the received data and the presence / absence of synchronization information until the TCP / IP control unit 220 generates a confirmation response to the received data and transfers it to the synchronous information processing unit 235. Manage relationships. Then, the transfer rate determination unit 233 periodically notifies the transmission timing adjustment unit 236 of the presence / absence of synchronization information managed by the transfer rate and the sequence number (hereinafter referred to as reception status information).
  • the transmission header analysis unit 234 performs analysis of the TCP header of the transmission data. Specifically, the transmission header analysis unit 234 analyzes whether or not the transmission data is a confirmation response in TCP communication by monitoring the data size of the TCP data. After analyzing the TCP header, the transmission header analysis unit 234 transfers the transmission data together with the analysis result to the synchronous information processing unit 235.
  • the synchronization information processing unit 235 adds, to the IP header of the confirmation response, synchronization information necessary for operating in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD. As a result, the transmission data indicating the confirmation response has the synchronization information added to all the IP headers.
  • FIG. 11 is a diagram showing transmission data in this case. As shown in FIG. 11, the synchronization information is added to the “service type” field of the IP header.
  • the synchronization information processing unit 235 outputs transmission data indicating the confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header to the transmission timing adjustment unit 236.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines whether synchronization information has been added to the IP header of the transmission data with a sequence number that matches the acknowledgment number in the TCP header of the transmission data. Determine. For example, when the confirmation response number is “2” and the correspondence result as shown in FIG. 10 is notified, the transmission timing adjustment unit 236 synchronizes the IP header of the transmission data with the sequence number “2”. It is determined that no information has been added. In this way, the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not the synchronization information has been added to the IP header of the received data for the sequence number that is the target of the confirmation response.
  • the transmission timing adjustment unit 236 When the synchronization information has not been added to the IP header of the received data that is the target of the confirmation response, the transmission timing adjustment unit 236 immediately transfers the confirmation response to the transmission data transfer unit 237.
  • the transmission timing adjustment unit 236 immediately transmits the confirmation response with the synchronization information added to the IP header by immediately transferring the confirmation response to the transmission data transfer unit 237. Thereby, the receiving terminal 200 can reliably receive transmission data that may be accumulated in the access point 300 and not extracted.
  • the transmission timing adjustment unit 236 delays the transmission timing of the confirmation response.
  • the synchronization information is added to the reception data that is the object of the confirmation response, the synchronization information is added consciously by the transmitting terminal 100, and it is considered that the communication is normally performed. Therefore, the receiving terminal 200 can enter the power saving mode for a certain period of time while avoiding data stagnation even if communication is stopped and the transmission timing of the confirmation response is delayed.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines how much the mode is changed to the power saving mode based on the transfer rate information notified from the transfer rate determination unit 233. Specifically, the transmission timing adjustment unit 236 determines a waiting time until the confirmation response is transferred to the transmission data transfer unit 237 based on the transfer rate or the confirmation response number. Then, the receiving terminal 200 transitions to the power saving mode until the standby time has elapsed. Then, the transmission timing adjustment unit 236 outputs a confirmation response to the transmission data transfer unit 237 after the standby time has expired.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not the transmission data transmitted from the transmission terminal 100 maintains a high transfer rate based on the transfer rate information. Further, the transmission timing adjustment unit 236 determines whether the receiving terminal 200 prompts the transmitting terminal 100 to perform a retransmission process based on the confirmation response number. Note that the transmission timing adjustment unit 236 can determine that the retransmission processing is prompted when the confirmation response number is equal to the previously processed confirmation response number.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines the standby time to be zero. Then, the transmission timing adjustment unit 236 immediately outputs a confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header in the synchronization information processing unit 235 to the transmission data transfer unit 237.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines the standby time as transitioning to the power saving mode. Then, the receiving terminal 200 transitions to the power saving mode until the standby time elapses. Then, the transmission timing adjustment unit 236 outputs a confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header in the synchronization information processing unit 235 to the transmission data transfer unit 237 when the standby time has expired.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines the waiting time until the confirmation response is transferred based on the transfer rate and whether or not the retransmission process is performed. In other words, the transmission timing adjustment unit 236 adjusts the transmission timing of the confirmation response based on the transfer rate. Further, the transmission timing adjustment unit 236 adjusts the transmission timing of the confirmation response based on the comparison result between the current confirmation response number and the previous confirmation response number. Thereby, the receiving terminal 200 operates in the power saving mode until the determined standby time elapses.
  • the transmission data transfer unit 237 transfers the confirmation response that has been processed to the wireless LAN device via the device control unit 240.
  • FIG. 12 is a diagram showing a data transmission processing flow in the wireless communication system according to the present embodiment.
  • the transmission terminal 100 corresponds to a data transmission process requested by the reception terminal 200
  • the reception terminal 200 corresponds to a transmission process of an acknowledgment response to the data received from the transmission terminal 100.
  • the transmission terminal 100 when receiving the transmission data from the TCP / IP control unit 120, the transmission header analysis unit 133 performs a TCP header analysis process (S301). The analysis result is output to the synchronization preprocessing unit 134.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines whether the transmission data is a confirmation response based on the analysis result (S302). On the other hand, the transmission data other than the confirmation response is, for example, streaming data.
  • step S303 If the transmission data is a confirmation response (S302: YES), the process proceeds to step S303, and power saving mode control is performed in the reception processing flow of the receiving terminal 200 described later.
  • the power saving mode control in the receiving terminal 200 will be described later.
  • the synchronization preprocessing unit 134 confirms whether the transmission data is SYN data / FIN data indicating the start / end of TCP communication (S307). .
  • the transmission data is SYN data / FIN data indicating the start / end of TCP communication (S307: YES)
  • the synchronization preprocessing unit 134 immediately transmits to the transmission data transfer unit 136 without adding synchronization information to the IP header. Data is transferred (S311). That is, in this case, transmission data is transferred from the transmission terminal 100 to the access point 300 without using U-APSD.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines whether or not the TCP communication state currently being communicated is in the congestion avoidance phase. This is performed (S308).
  • the synchronization pre-processing unit 134 can determine whether or not the currently communicating TCP communication state is the congestion avoidance phase by acquiring the state of the congestion window size held internally by the TCP / IP control unit 120. it can.
  • the congestion window size represents a data size that can be transmitted at a time at that time point, which is individually managed by the TCP / IP control unit 120.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines that it is in the congestion avoidance phase.
  • the synchronization preprocessing unit 134 In the congestion avoidance phase (S308: YES), the synchronization preprocessing unit 134 immediately transfers transmission data to the transmission data transfer unit 136 without adding synchronization information to the IP header (S311). That is, in the congestion avoidance phase, transmission data is transferred from the transmission terminal 100 to the access point 300 without using U-APSD.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines whether the transmission data is retransmission data requested due to packet loss (S309). For example, when the sequence number of the transmission data is smaller than the sequence number of the previously transmitted data, the synchronization preprocessing unit 134 can determine that the data is retransmission data.
  • the synchronization preprocessing unit 134 immediately transfers the transmission data to the transmission data transfer unit 136 without adding synchronization information to the IP header (S311). That is, when the transmission data is retransmission data, the transmission data is transferred from the transmission terminal 100 to the access point 300 without using U-APSD.
  • the synchronization preprocessing unit 134 determines that the receiving terminal 200 may be able to operate in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD. In this case, the synchronization preprocessing unit 134 transfers the transmission data to the transmission data synchronization determination unit 135, and the transmission data synchronization determination unit 135 uses the synchronization information necessary for operating in the power saving mode using U-APSD. Delegate the final decision on whether to add
  • the transmission data synchronization determination unit 135 finally determines whether or not synchronization information is added by monitoring the ACK flow rate (S310).
  • the ACK flow rate corresponds to a reception interval of confirmation responses to transmission data in TCP communication.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a processing flow of the transmission data synchronization determination unit 135.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 determines whether the confirmation response in the TCP communication is periodically received (the confirmation response reception interval is constant) (S401). When the confirmation response is periodically received, it is expected that transmission / reception is periodically performed between the transmission terminal 100 and the reception terminal 200. Therefore, when the confirmation response is periodically received, the data addressed to the receiving terminal 200 remains accumulated in the access point 300 even when operating in the power saving mode using the U-APSD. It's hard to think.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 adds the synchronization information to the IP header and regenerates the transmission data. Then, the transmission data synchronization determination unit 135 transfers the regenerated transmission data to the transmission data transfer unit 136 (S402). As a result, the receiving terminal 200 operates in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD. In this case, since the confirmation response is periodically transmitted from the receiving terminal 200, the receiving terminal 200 can receive the transmission data stored in the access point 300 without delay even when U-APSD is used. it can.
  • step S403 The transmission data synchronization determination unit 135 determines whether or not the window size notified at the time of confirmation response transmission is near the initial value notified at the start of communication (S403). When the window size notified at the time of confirmation response transmission is not near the initial value notified at the start of communication, it is expected that data transmission from the receiving terminal 200 is performed reliably.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 determines to use U-APSD. Then, the transmission data synchronization determination unit 135 regenerates the transmission data by adding the synchronization information to the IP header of the transmission data, and transfers the regenerated transmission data to the transmission data transfer unit 136 (S404). As a result, the receiving terminal 200 operates in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD. In this case, the receiving terminal 200 performs reception processing on the received data, and a confirmation response to the received data is notified from the receiving terminal 200 to the transmitting terminal 100. Therefore, even when U-APSD is used, receiving terminal 200 can receive transmission data stored in access point 300 without delay using the confirmation response as a trigger.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 next determines whether or not the transmission data is the first transmission data for a plurality of transmission data to be transmitted triggered by reception of the confirmation response (S405). .
  • the transmission data synchronization determination unit 135 transfers the transmission data to the transmission data transfer unit 136 without adding synchronization information to the IP header of the first transmission data (S405: YES). S406). Thereby, the receiving terminal 200 operates in the normal mode. Therefore, the present invention avoids a situation in which transmission data from the transmission terminal 100 remains accumulated in the access point 300 even when there is no transmission data from the reception terminal 200.
  • the transmission data synchronization determination unit 135 determines to use U-APSD. Then, the transmission data synchronization determination unit 135 regenerates the transmission data by adding the synchronization information to the IP header of the transmission data, and transfers the regenerated transmission data to the transmission data transfer unit 136 (S404). As a result, the receiving terminal 200 operates in the power saving mode using the access point 300 and the U-APSD. In this case, the reception terminal 200 performs reception processing on the first transmission data, and a confirmation response to the first transmission data is notified from the reception terminal 200 to the transmission terminal 100 via the access point 300. Therefore, even when U-APSD is used, receiving terminal 200 can receive subsequent transmission data stored in access point 300 without delay using the confirmation response as a trigger.
  • the transmission terminal 100 side By such a series of processing on the transmission terminal 100 side, the transmission terminal 100 side appropriately adds synchronization information necessary for U-APSD, or does not add it in a specific state. As a result, the receiving terminal 200 can avoid a situation in which it is difficult to acquire U-APSD compatible data arriving at the access point 300. Further, when stable communication is being performed, the transmission terminal 100 can support communication control for appropriately shifting to the power saving mode.
  • the transmission header analysis unit 234 when receiving the transmission data from the TCP / IP control unit 220, the transmission header analysis unit 234 performs a TCP header analysis process (S301). The analysis result is output to the synchronous information processing unit 235.
  • the synchronous information processing unit 235 determines whether the transmission data is a confirmation response based on the analysis result (S302).
  • the confirmation response is a response signal for data transmitted from the transmission terminal 100 by the reception terminal 200.
  • the transmission data other than the confirmation response is, for example, streaming data.
  • the synchronous information processing unit 235 controls whether or not to use U-APSD on the transmission terminal 100 side according to the transmission processing flows S307 to S311.
  • the synchronization information processing unit 235 adds synchronization information to the IP header of the confirmation response (S303).
  • the synchronization information processing unit 235 determines whether synchronization information has been added to the IP header of the received data that is the target of the confirmation response (S304). Specifically, the synchronization information processing unit 235 determines whether the synchronization information has been added to the IP header of the received data that is the target of the confirmation response from the correspondence between the sequence number and the presence or absence of the synchronization information.
  • the following situations (1) and (2) can be considered as described in steps S406, S308, and S309.
  • the situation (1) is a case where the transmission data from the transmission terminal 100 in which the synchronization information is added to the IP header remains accumulated in the access point 300 and cannot be extracted.
  • the situation (2) is a case where the synchronization information is not periodically added to the transmission data in the transmission terminal 100 because of the state such as the congestion avoidance phase.
  • the synchronization information processing unit 235 immediately transfers the confirmation response added with the synchronization information to the transmission data transfer unit 237 in order to reliably extract these transmission data (S305).
  • a confirmation response as a trigger frame is immediately transmitted from the receiving terminal 200, and therefore all data from the transmitting terminal 100 accumulated in the access point 300 can be received by the receiving terminal 200.
  • the synchronous information processing unit 235 transfers the confirmation response to the transmission timing adjustment unit 236 and delegates the processing for setting the waiting time for the confirmation response in order to finally determine whether the receiving terminal 200 shifts to the power saving mode. (S306).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a processing flow of the transmission timing adjustment unit 236.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not the transfer rate currently being communicated is a high transfer rate based on the transfer rate state periodically notified from the transfer rate determination unit 233 (S501). For example, when a wireless LAN device compatible with IEEE802.11g is used, the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not the transfer rate is around 20 Mbps.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines that the mode does not transition to the power saving mode in order to maintain this transfer rate. Then, the transmission timing adjustment unit 236 transfers the confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header to the transmission data transfer unit 237 (S508). As a result, the confirmation response is immediately notified to the transmission terminal 100.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not the transmission data has lost the packet (the data transmitted from the transmission terminal 100 has normally arrived at the reception terminal 200). (S502). For example, the transmission timing adjustment unit 236 can determine packet loss by determining whether the confirmation response numbers are the same for the previous time and the current time. When packet loss is detected (S502: YES), the transmission timing adjustment unit 236 determines that the mode does not transition to the power saving mode, and sends a confirmation response in which synchronization information is added to the IP header to the transmission data transfer unit 237. Transfer (S508). As a result, the confirmation response is immediately notified to the transmission terminal 100.
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines to shift to the power saving mode (S503).
  • the receiving terminal 200 waits until the specified time elapses (S504).
  • the specified time may be set by the user through the communication application unit 210, or the transmission timing adjustment unit 236 may statically manage a predetermined time.
  • the receiving terminal 200 transitions to the normal mode (active mode) after the lapse of the specified time from the transition to the power saving mode (S505).
  • the transmission timing adjustment unit 236 determines whether or not there are a plurality of accumulated subsequent confirmation responses (S506).
  • the transmission timing adjustment unit 236 extracts only the latest confirmation response transferred from the TCP / IP control unit 220 (S507). On the other hand, when there are not a plurality of confirmation responses (S506: NO), the transmission timing adjustment unit 236 transfers the confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header to the transmission data transfer unit 237 (S508). Note that the transmission timing adjustment unit 236 may transfer the confirmation response to the transmission data transfer unit 237 or may transfer all the confirmation responses after the transition to the normal mode.
  • the transition to the power saving mode is controlled on the receiving terminal 200 side based on the synchronization information necessary for U-APSD set on the transmitting terminal 100 side.
  • the reception terminal 200 repeatedly makes a transition to the power saving mode.
  • the receiving terminal 200 can avoid a state in which it is difficult to acquire U-APSD compatible data that has arrived at the access point 300. Further, when stable communication is performed, the receiving terminal 200 can appropriately transition to the power saving mode.
  • the transmission header analysis unit 133 analyzes whether the transmission data is a confirmation response in TCP communication based on the TCP header. If the transmission data is other than an acknowledgment response, the synchronization preprocessing unit 134 adds synchronization information necessary for operating in the U-APSD mode with the access point 300 based on the TCP header to the IP header of the transmission data. Decide whether or not.
  • the transmission terminal 100 can control whether to use U-APSD without stopping the data flow according to the TCP communication status, and efficiently makes a transition to the power saving mode. be able to.
  • synchronous information processing section 235 uses the synchronization necessary for operating in the power saving mode with access point 300 in the IP header of the confirmation response to the data received from transmitting terminal 100. Add information.
  • the reception data determination unit 231 determines whether or not synchronization information is added to the IP header for the data received from the transmission terminal 100.
  • the transmission timing adjustment unit 236 controls the transfer timing of the confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header according to the determination result in the reception data determination unit 231. If the synchronization information is not added to the data received from the transmission terminal 100, the transmission timing adjustment unit 236 immediately transfers the confirmation response in which the synchronization information is added to the IP header.
  • synchronization information is added to the confirmation response that is a trigger frame for reliably extracting transmission data, so that all data from the transmission terminal 100 accumulated in the access point 300 is received. Can do.
  • the synchronization information is not added to the reception data to be acknowledged, and the synchronization information is added even when the transmission data from the transmission terminal 100 remains stored in the access point 300.
  • the acknowledged response is sent immediately. As a result, in the present embodiment, it is possible to reliably receive transmission data that may be accumulated and not extracted.
  • FIG. 15 and FIG. 16 are diagrams showing the correspondence between the main configuration of the data transmission apparatus on the transmission side according to the present embodiment and the OSI (Open Systems Interconnection) reference model.
  • the communication application units 110 and 210 correspond to an application layer, a presentation layer, and a session layer.
  • the TCP / IP control units 120 and 220 correspond to the transport layer and the network layer.
  • the device control unit 140 corresponds to the data link layer.
  • the power saving mode control units 130 and 230 control the power saving mode in the network layer (or data link layer).
  • the wireless communication interface can be applied not only to a wireless LAN but also to a wireless system such as Bluetooth, Zigbee, WiMAX, etc., as long as it performs an operation according to U-APSD and performs communication between a wireless terminal and an access point. is there.
  • TCP / IP control units 120 and 220, transmission header analysis units 133 and 234, synchronization preprocessing unit 134, transmission data synchronization determination unit 135, transmission data transfer units 136 and 237, confirmation response monitoring unit 131, reception data transfer unit 132, 232, the synchronous information processing unit 235, the transmission timing adjustment unit 236, the transfer rate determination unit 233, the reception data determination unit 231, and the device control units 140 and 240 may be realized as an LSI that is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them.
  • LSI is used, but depending on the degree of integration, it may be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI.
  • circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • reconfigurable processor that can reconfigure the connection or setting of circuit cells inside the LSI may be used.
  • a wireless communication system, a data transmission device, a data wireless reception device, and a wireless communication method according to the present invention can efficiently save power without stopping data flow in TCP communication even when U-APSD is used. You can make a transition to The present invention can be applied to, for example, a mobile device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant), a personal computer, and the like.
  • a mobile device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant), a personal computer, and the like.

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Abstract

 TCP通信においてU-APSDを利用した場合でも、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行えるようにする。送信ヘッダ解析部133は、送信端末100から受信端末200に送信する送信データのTCPヘッダに基づいて、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する。同期事前処理部134は、送信データが確認応答以外の場合、送信データのTCPヘッダに基づいて、アクセスポイント300と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する。同期情報処理部235は、送信端末100から受信した受信データに対する確認応答を示す送信データのIPヘッダに、アクセスポイント300と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する。

Description

無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法
 本発明は、省電力を目的とした無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法に関する。
 ネットワーク接続デバイスには、有線によりIP(Internet Protocol)ネットワークを利用するデバイスと、無線によりIPネットワークを利用するデバイスとが存在する。消費電力を低減させるための省電力技術は、上述のような無線と有線とを問わず、さまざまな機器に対して検討されている。その中でも無線を利用する携帯型端末は、内蔵のバッテリーのみで長時間使用するような使い方が想定されるため、省電力技術が特に必要となる。したがって、以下では、携帯型端末における省電力技術の例を説明する。
 携帯型端末のネットワーク接続デバイスとしては、無線LAN(Local Area Network)デバイスの利用が注目されている。無線LANデバイスは、比較的大きな電力を消費する。そのため、無線LANデバイスにおいて、省電力化は、重要な検討課題であり、多くの省電力化の手法が提案されている。
 無線LANの標準規格であるIEEE802.11では、無線LANデバイスを備えた無線LAN端末の省電力化の方法として、パワーマネージメントのモード(パワーセーブモード)が規定されている。この方法では、パワーセーブモードで動作する無線LAN端末は、アクセスポイントである無線基地局からビーコンが送信されるタイミングに合わせて、通常の送受信動作を行う状態(アクティブモード)に遷移して、受信動作を行なう。そして、無線LAN端末は、無線基地局からビーコンが送信されない期間では受信動作を行わない状態(以下、省電力モードという)に入る。無線LAN端末は、省電力モード(ドーズモードともいう)において、その無線LAN端末に備えられた無線LANデバイスの電力供給を停止することにより、無線LAN端末の消費電力を低減することができる。
 このような無線LANシステムに、パワーセーブモードで動作する無線LAN端末が接続している場合、アクセスポイントは、ビーコンを送信する周期(ビーコン期間)及びDTIMビーコンを送信するまでのビーコンの間欠数を大きくする。ここで、DTIM(Delivery Traffic Indication Message)ビーコンは、省電力モードの無線LAN端末に対して、データが送信待ちであることを伝えるメッセージである。これにより、無線LAN端末は、省電力の効果が期待できる。
 しかし、ビーコン周期を長く設定した場合には、ユニキャストデータの受信に大きな遅延時間が生じることになる。
 この課題を解決する方法は、例えば、Wi-Fi WMM-APSD(WMM Power Save(非特許文献1参照))、及び、IEEE802.11e標準規格(IEEE Std 802.11e-2005(非特許文献2参照))におけるU-APSD(Unscheduled Automatic Power-Save Delivery)方式が知られている。この2つの規格には、ユニキャストデータに対する省電力化を実現する方法が規定されている。前記方法は、アプリケーション毎の優先制御及びアプリケーションの通信品質を維持するための遅延と揺らぎの範囲などを考慮し、ビーコン周期に依存せずに、アクティブモードに遷移する方法を用いる。これにより、無線LAN端末は、ユニキャストデータに対する省電力化が実現される。
 この方法を利用した無線LAN端末は、アプリケーション毎の通信品質を維持するために、独自の送受信周期でドーズモードからアクティブモードに遷移する。そして、アクティブモードに遷移した無線LAN端末は、アクセスポイントに自局宛のユニキャストデータの送信を要求する。
 具体的には、Wi-Fi WMM-APSDは、アクセスポイントと無線LAN端末間で決められた間隔ごとにアクティブモードに切り替わり、データの送受信を行なう。このアクティブモードに切り替わる間隔を動的に決定する方法(例えば、特許文献1)には、無線LAN端末がアクセスポイントと通信を行った通信データの解析を行う方法が提案されている。前記無線LAN端末は、アクセスポイントとの通信或いは通信プロトコルの状態を検出する。そして、前記無線LAN端末は、アクセスポイントから通信データを受信する間隔を、通信或いは通信プロトコルの状態に応じて、予め状態毎に準備しておいた受信間隔テーブルを参照することにより決定する。
 また、U-APSDは、省電力中の無線LAN端末から送信されるトリガーフレームをきっかけにして、データ受信を行なう。トリガーフレームは、以下のようにして作成される。
 図1は、無線LAN端末のネットワーク層で用いられる送信データのデータフォーマットを示す図である。図1に示すように、送信データは、IPヘッダとIPデータとを含む。また、IPデータは、TCP(Transmission Control Protocol)ヘッダとTCPデータとを含む。ここで、送信データが確認応答の場合、TCPデータは、空である。一方、送信データがアプリケーションデータの場合、TCPデータは、ストリーミングデータ等のデータである。送信データが、確認応答又はアプリケーションデータのどちらであるかは、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより識別できる。
 図2は、TCPヘッダの詳細を示す図である。図2において、「シーケンス番号」フィールドは、送信データのシーケンス番号を示すフィールドである。また、「確認応答番号」フィールドは、送信データが確認応答の場合に用いられるフィールドである。「確認応答番号」フィールドには、確認応答の対象となる受信データのTCPヘッダ内の「シーケンス番号」フィールドに格納されるシーケンス番号が格納される。また、「フラグ」フィールドは、SYN(Synchronize)又はFIN(Fines)データ等を格納するフィールドである。ここで、SYNデータは、TCP通信の開始の要求を示し、FINデータは、TCP通信の終了の要求を示す。また、「ウインドウサイズ」フィールドは、受信側のウインドウサイズを相手に伝えるために利用される。ウインドウサイズが0の場合は、データを受信することができないことを表す。このようにして、TCPヘッダをモニタすることにより、送信データは、確認応答又はアプリケーションデータのどちらであるか等を確認することができる。
 また、図3は、IPヘッダの詳細を示す図である。図3において、「サービスタイプ」フィールドは、IPパケットの優先度等を示すTOS(Type Of Service)を指定するために用いられるフィールドである。U-APSDは、上位レイヤからのパケットをアクセスカテゴリに分類して各キューに格納する。アクセスカテゴリは、「音声」、「映像」、「ベストエフォート」及び「バックグラウンド」の4種類があり、アプリケーションにより、利用するアクセスカテゴリが定まる。例えば、ストリーミング通信の場合、アクセスカテゴリには、「映像」が設定される。このアクセスカテゴリには、それぞれ、優先度が対応付けられている。そのため、アクセスカテゴリは、無線LANの優先度制御で利用される。U-APSDを利用する無線LAN端末は、送信データのIPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに同期情報として、アクセスカテゴリを示す情報を追加して、無線LANデバイスに転送する。
 無線LANデバイスは、送信データのIPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに同期情報が追加された送信データを受け取ると、U-APSD対応の無線フレームとしてその無線ヘッダを書き換える。図4は、U-APSDを利用する無線LANデバイス、すなわち、データリンク層で用いられるデータフォーマットを示す図である。このようにして、無線LAN端末は、IPヘッダに同期情報が追加されている場合、無線ヘッダをU-APSD対応ヘッダに書き換えることによりトリガーフレームを生成する。そして、生成されたフレームは、アクセスポイントとの通信において、U-APSD対応のトリガーフレームとして認識される。
 U-APSDを利用した無線LAN端末は、普段はドーズモードであり、送りたいデータがある時にだけアクティブモードに切り替わる。例えば、無線LAN端末がドーズモードの場合、アクセスポイントに無線LAN端末宛のU-APSD対応データがあっても、アクセスポイントは、当該データを無線LAN端末に送信することができない。そのため、そのデータは、アクセスポイントのバッファに蓄えられたままとなる。
 無線LAN端末にアクセスポイント宛のデータが生じると、無線LAN端末は、アクティブモードに切り替わり、アクセスポイントにU-APSD対応としてデータを送る。この時、アクセスポイントは、無線LAN端末がアクティブモードになったことを知り、バッファに蓄えておいたデータを無線LAN端末に送る。その後、再び無線LAN端末は、ドーズモードに遷移する。
 このように、データの送信のために起床した(アクティブモードに遷移した)状態で、無線LAN端末は、そのまま受信動作を行なうことにより、送受信を同時に一度の起床で実行できる。なお、アクセスポイントに到着したデータがU-APSD対応データではない場合、無線LAN端末は、前記パワーセーブモード等の動作に準拠して、通常の受信動作を行う。
特開2009-88914号公報
WMM Power Save for Mobile and Portable Wi-Fi CERTIFIED Devices,Wi-Fi Alliance December 2005,(P7-P12) IEEE Std 802.11e-2005,(11.2 Power management)
 しかし、従来の技術は、送信側と受信側の無線LAN端末とで、それぞれのデータを送出するタイミングが同じアプリケーション(例えば、VoIP(Voice over IP)のようなUDP通信)に、最適化された方式になっている。そのため、TCP通信を利用したアプリケーション(例えば、映像音声などのストリーミング受信)は、従来技術をそのまま適応させると、次のような課題を有する。
 図5は、前記課題を説明するための図である。具体的には、U-APSDを利用している受信端末20とアクセスポイント30間で送受信を同時に行なうため、同期となるトリガーフレームが無くなった場合を考える。TCPの場合は、受信端末20からアクセスポイント30に送信される確認応答(ACK)が、トリガーフレームとなる。トリガーフレームが無い場合、その後、送信端末10からアクセスポイントに到着したU-APSD対応のデータは、アクセスポイント30に蓄積される。そして、受信端末20からの何かしらのトリガーフレーム(送信データ)がアクセスポイント30に到着するまで、データは、アクセスポイント30にずっと蓄積されたままとなる。そのため、トリガーフレームがない場合、受信端末20は、送信端末10からのデータを受信できない状況が生じてしまうという課題を有していた。
 また、TCP通信における特定の状態(通信の開始フェーズと終了フェーズ)では、次のような課題がある。例えば、TCP通信では、送信端末が開始要求のデータに対するACKを受信し、リンクが確立されたことを確認した後でなければ、以降のデータを受信端末に送信することができない。このように、TCP通信では、上記特定の状態のように、送信端末から受信端末への片方向の通信データしか発生しない状態がある。そのため、特定の状態が行なわれている区間では、TCP通信においてU-APSDを適用することが難しいという課題を有していた。
 本発明の目的は、TCP通信においてU-APSDを利用した場合でも、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことである。
 本発明の無線通信システムの一つの態様は、送信側のデータ送信装置と、前記データ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局と、前記無線基地局を介して前記データ送信装置とIPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置と、を有する無線通信システムであって、前記データ送信装置は、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを転送する送信データ転送部と、を具備し、前記データ無線受信装置は、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
 この構成によれば、送信端末側では、TCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側では、自装置からのデータを、一時的にU-APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末は、アクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
 また、受信端末は、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。また、受信端末は、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、受信端末は、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、無線基地局との有線又は無線通信を介して、データ無線受信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する送信側のデータ送信装置であって、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する送信データのTCPヘッダに基づいて、前記送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、前記送信データが確認応答以外の場合、前記送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
 この構成によれば、送信端末側では、TCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側では、自装置からのデータを、一時的にU-APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末は、アクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信間隔を監視する監視部と、前記受信間隔が定期的である場合、前記同期情報を追加すると最終決定する送信データ同期決定部と、を更に具備する。
 この構成によれば、送信端末は、通常のTCPの送信データに対する受信端末からの確認応答が定期的に受信されている場合、TCPの通信状態が安定していると判断できるので、受信端末を省電力モードに定期的に遷移させることができる。ここで、通常のTCPの送信データは、通信の開始フェーズと終了フェーズ、及び輻輳回避フェーズ以外のデータである。これにより、データの流れを停止させることなく、受信端末は、省電力モードに遷移する区間を確保して、消費電力を下げることができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記監視部は、更に、前記受信データのTCPヘッダを用いて通知されるウインドウサイズを監視し、前記送信データ同期決定部は、前記受信間隔が不定期的である場合、通知される前記ウインドウサイズと、TCP通信の開始の要求を示すSYNデータで通知されたウインドウサイズの初期値との比較結果に応じて、前記同期情報を追加するか否かの最終決定をする。
 この構成によれば、受信端末からの確認応答が定期的に受信されていない状態においても、受信端末のウインドウサイズを監視することにより、送信端末は、通信自体が滞りなく行なわれているか否かを判定することができる。受信端末のウインドウサイズに空きが少ない場合は、送信データが受信端末に到着し、処理中であると考えられる。つまり、ウインドウサイズに空きが少ない状態では、通信自体は滞りなく行なわれている可能性が高く、アクセスポイントにパケットが蓄積していない可能性が高いと考えられる。そのため、送信端末が同期情報を送信データのIPヘッダに追加して転送することにより、この状態を維持したまま、受信端末は、省電力モードに遷移する区間を適切に確保することができ、消費電力を下げることができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記送信データ同期決定部は、更に、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データのうち、先頭の送信データのIPヘッダには、前記同期情報を追加しないと決定する。
 この構成によれば、送信端末は、IPヘッダに同期情報が追加されない送信データを、受信端末に対して、定期的に送信するようになる。これにより、同期情報を追加させずに転送した送信データは、アクセスポイントに蓄積されずに、ビーコン周期のタイミングで受信端末にそのまま到着する。この結果、送信データは、U-APSDを利用している受信端末とアクセスポイント間で、送受信を同時に行なうための同期となるトリガーフレーム(TCPの確認応答)が無くなった場合でも、受信端末にそのまま到着する。そのため、受信端末は、この送信データに対する確認応答に同期情報を追加して送信することにより、以降、アクセスポイントに蓄積されるデータを定期的にかつ確実に取得することができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、前記送信データがTCP通信の開始又は終了の要求を示すSYN又はFINデータの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
 この構成によれば、TCP通信における通信の開始フェーズと終了フェーズでは、U-APSDモードを適用せずに通常のTCP通信を行うことができる。これにより、開始フェーズと終了フェーズの区間では、送信端末側はACKデータを待ってから次のデータを送信するというTCP上の制約に従うことができる。すなわち、ACKデータの受信が必要な特定の区間では、U-APSDモードの適用を回避し、特定の区間後はU-APSDモードを適用させることができる。この結果、TCP通信の場合でも、データがアクセスポイントに蓄積されたままとなる状態を回避して、受信端末は、省電力モードへ遷移することができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、更に、TCP通信の輻輳回避フェーズの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
 この構成によれば、受信端末は、省電力モードに遷移することなく、直ぐに確認応答を送信する。これにより、送信端末は、パケットロス時に実行されるTCPの輻輳回避フェーズを早期に終了して通常のTCP通信状態に戻ることができ、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
 本発明のデータ送信装置の一つの態様は、前記同期事前処理部は、更に、前記送信データがTCP通信の再送による送信データの場合、前記同期情報を追加しないと決定する。
 この構成によれば、受信端末側は、省電力モードに遷移することなく、再送した送信データに対応する確認応答を直ぐに送信するので、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
 本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、送信側のデータ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局を介して、前記データ送信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置であって、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す確認応答送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記確認応答送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、前記転送タイミングに応じて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する。
 この構成によれば、受信端末は、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。受信端末は、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信端末からの送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。これにより、受信端末は、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されていない場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを直ちに転送する。
 この構成によれば、受信端末は、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイントに送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信する。これにより、受信端末は、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されている場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを遅らせる。
 この構成によれば、受信端末は、確認応答の対象となるデータに同期情報が追加されている場合、送信端末側で意識的に同期情報が追加され、通信が正常に行なわれている状態であると判定できる。そのため、受信端末は、確認応答の送信タイミングを遅らせる場合においても、確認応答の送信後、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを受信することができる。したがって、このような処理を繰返すことにより、受信端末は、省電力モードに遷移する区間を定期的に確保できるため、消費電力を下げることができる。
 本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前回と今回の前記受信データの受信時間差分に基づいて、転送レートを判断する転送レート判定部、を更に具備し、前記送信タイミング調整部は、前記転送レートに基づいて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する。
 この構成によれば、高い転送レートを維持している場合、受信端末は、確認応答の転送を停止させずに、省電力モードには遷移しないようにすることができる。これにより、受信端末は、ファイルのダウンロードのようなアプリケーションにおいて、送信データを全て受信するまでの時間を短縮することができる。また、高い転送レートを必要とするストリーミング受信などのアプリケーションの場合においても、受信端末は、データの到着不足に起因する映像の途切れを防止することができる。
 本発明のデータ無線受信装置の一つの態様は、前記送信タイミング調整部は、前記確認応答送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号の今回と前回との比較結果に基づいて、前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する。
 この構成によれば、送信データの消失を検出した場合、受信端末は、通信を停止させずに、省電力モードには遷移しないようにすることができる。これにより、受信端末は、直ちに消失したデータの再送処理を送信端末に通知することができるため、無駄な転送レートの低下を避けることができる。
 本発明の無線通信方法の一つの態様は、無線基地局を介して送信側のデータ送信装置と受信側のデータ無線受信装置とが、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する無線通信方法であって、前記データ送信装置は、前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析し、前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定し、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを送信し、前記データ無線受信装置は、前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加し、前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定し、前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御し、前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する。
 この方法によれば、送信端末側では、TCP通信の各種通信状態によって送信データに同期情報を追加するか、追加しないかを決定することができる。これにより、送信端末側では、自装置からのデータを、一時的にU-APSD対応ではないデータとしてアクセスポイントに受信させることができる。この結果、受信端末は、アクセスポイントのバッファからデータを受信できにくくなる状況、すなわち、通信データの流れを停止(デッドロック)を回避することができる。
 また、受信端末は、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイントに蓄積された送信端末からのデータを全て受信することができる。また、受信端末は、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報を追加しておらず、アクセスポイントに送信データが蓄積されたままになっている可能性がある場合にも、同期情報が追加された確認応答を直ちに送信する。これにより、受信端末は、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 本発明によれば、TCP通信においてU-APSDを利用する場合でも、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。
ネットワーク層で用いられるデータフォーマットを示す図 TCPヘッダの詳細を示す図 IPヘッダの詳細を示す図 データリンク層で用いられるデータフォーマットを示す図 従来の無線通信装置の課題を説明するための図 本発明の実施の形態に係る無線通信システムを示す図 本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成を示すブロック図 送信データのIPヘッダに同期情報が追加されて再生成された送信データを示す図 本実施の形態に係る受信側のデータ無線受信装置の要部構成を示すブロック図 受信データのシーケンス番号と同期情報の有無との対応関係の一例を示す図 確認応答を示す送信データのIPヘッダに同期情報が追加されて再生成された送信データを示す図 本実施の形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信処理フローを示す図 送信データ同期決定部の処理フローを示す図 送信タイミング調整部の処理フローを示す図 本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成とOSI参照モデルとの対応示す図 本実施の形態に係る受信側のデータ無線受信装置の要部構成とOSI参照モデルとの対応示す図
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 (実施の形態)
 図6は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成の一例を示す図である。
 本実施の形態に係る無線通信システムは、データ受信側の受信端末200と、アクセスポイント300と、インターネット500と、データ送信側の送信端末100とを備えている。
 データ送信側の送信端末100は、インターネット(またはLANなど)500に接続されている通信装置である。送信端末側は、アクセスポイント300を介してインターネットと無線で接続されている無線端末であってもよいし、アクセスポイントを介さずにインターネットと有線で接続されている通信端末でもよい。送信端末100は、例えば、ストリーミング配信サーバのように、他の機器からの接続を受け付けて、相手にコンテンツまたはアプリケーションデータ等のデータを送信する機能を持つ。送信端末100は、携帯機器でも固定機器でもよい。
 データ受信側の受信端末200は、無線通信デバイスを搭載した無線端末として構成されている。受信端末200は、アクセスポイント300を介してインターネット(またはLANなど)500に接続する。受信端末200は、インターネット(またはLANなど)500を介して送信端末100と接続し、送信端末100からのデータを受信する。受信端末200は、例えば、通信インタフェースとして無線LANデバイスを搭載する携帯機器である。
 ここで、受信端末200と送信端末100との間のデータ送受信には、TCPのようなフロー制御付きプロトコルが使われる。
 図7は、本発明の送信側のデータ送信装置の構成の一例を示すブロック図である。データ送信装置(以下、単に送信端末という)100は、図6の送信端末に適用される。
 なお、説明が煩雑になることを避けるために、図7に示す送信端末100は、本発明と密接に関連する送信データの送信、及び、その送信データに対する応答信号の受信に係わる構成部を示す。そのため、以下の説明では、受信端末200から送信されるアプリケーションデータの受信、及び、当該データに対する応答信号の送信に係わる構成部の図示及び説明を省略する。
 送信端末100は、通信アプリケーション部110、TCP/IP制御部120、省電力モード制御部130、及び、デバイス制御部140を有する。なお、省電力モード制御部130は、確認応答監視部131、受信データ転送部132、送信ヘッダ解析部133、同期事前処理部134、送信データ同期決定部135、及び、送信データ転送部136を有する。
 また、図示はしていないが、送信端末100は、当該送信端末100の利用者が、送信端末100の動作を選択して実行するためのユーザインタフェースを有していてもよい。例えば、送信端末100は、ユーザインタフェースとして、入力キー、ディスプレイ、マイク、スピーカ、カメラ、バイブレータ、プログラム格納または実行のためのメモリなどの機能を有していてもよい。
 通信アプリケーション部110は、通信アプリケーションプログラムを実行する。
 TCP/IP制御部120は、TCP/IPを利用する送受信データに対してプロトコル処理を実行する。そして、TCP/IP制御部120は、プロトコル処理後の送信データを送信ヘッダ解析部133に出力する。また、TCP/IP制御部120は、プロトコル処理後の受信データ(すなわち、TCPデータ)を通信アプリケーション部110に出力する。なお、TCP/IP制御部120から送信ヘッダ解析部133に出力される送信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
 デバイス制御部140は、送受信データを図示せぬLANデバイス(又は無線LANデバイス)との間で転送する。
 省電力モード制御部130は、TCPヘッダに基づいて、アクセスポイント300と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する。なお、省電力モード制御部130が扱う送受信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
 確認応答監視部131は、TCP通信における確認応答の受信間隔及び確認応答の内容を監視する。ここで、確認応答は、送信端末100が送信した送信データに対する受信端末200からの応答信号である。TCP通信を行う受信端末200は、確認応答を送信端末100に通知する場合、送信端末100が送信した送信データのTCPヘッダ内のシーケンス番号を、確認応答のTCPヘッダ内の確認応答番号に格納する。そして、受信端末200は、当該TCPヘッダを含み、確認応答を示す送信データを、送信端末100に送信する。
 そして、確認応答監視部131は、TCP通信における確認応答を定期的に受信しているか、確認応答の受信間隔を監視する。また、確認応答監視部131は、各確認応答によって広告される受信側のウインドウサイズの情報を監視する。上述したように、ウインドウサイズとは、送信側から送信されたデータを一度に保存できる受信側のバッファサイズである。ウインドウサイズは、通信中に受信端末200の処理の状態によって逐次変動する。このため、TCP通信では、確認応答送信時に、そのサイズが送信側に毎回通知される。確認応答監視部131は、確認応答の受信間隔及び確認応答のTCPヘッダを監視し、これらの監視結果を送信データ同期決定部135に通知する。これらの監視結果の通知を受け、送信データ同期決定部135は、送信データのIPヘッダに同期情報を追加するかしないかの最終決定に利用する。
 受信データ転送部132は、確認応答監視部131から受信した確認応答をTCP/IP制御部120にそのまま転送する。
 送信ヘッダ解析部133は、送信データのTCPヘッダの解析を実行する。具体的には、送信ヘッダ解析部133は、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより解析する。送信データがTCP通信における確認応答の場合は、TCPデータのデータサイズが0、かつ、SYN/FINフラグがセットされていない状態である。また、送信データがTCP通信における確認応答でない場合、送信ヘッダ解析部133は、送信データがTCP通信の特定の状態を表わす送信データ(SYN/FINデータ)であるかを解析する。具体的には、送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダの「フラグ」フィールドに含まれるSYN/FINフラグをモニタすることにより解析する。上述したように、SYNデータは、TCP通信の開始の要求を示し、FINデータは、TCP通信の終了の要求を示す。送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダの解析後、解析結果とともに送信データを同期事前処理部134に転送する。
 同期事前処理部134は、TCPヘッダの解析結果に基づいて、送信データのIPヘッダに、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加するか否かの事前判定を行う。
 具体的には、同期事前処理部134は、TCPヘッダの解析結果に基づいて、送信データが、TCP通信の特定の状態のデータ(以下、特定データという)であるか、又は、パケット消失により再送信される再送データであるか判定する。そして、同期事前処理部134は、送信データが、特定データ、または、再送データである場合、同期情報を追加しないと判定する。
 同期事前処理部134は、同期情報を追加しないという事前判定をした場合、送信データを送信データ転送部136にそのまま転送する。
 一方、同期事前処理部134は、送信データが、TCP通信の特定データでなく、かつ、再送データでない場合、同期情報を追加する可能性がある否かを事前判定をする。同期事前処理部134は、同期情報を追加する可能性があるという事前判定をした場合、送信データを送信データ同期決定部135に転送する。
 送信データ同期決定部135は、同期事前処理部134から転送された送信データに対して、受信端末200から通知される確認応答の受信間隔及び確認応答の内容(TCPヘッダ)に応じて、同期情報を追加するか否か最終決定する。ここで、同期事前処理部134から送信データ同期決定部135に転送される送信データは、主に、TCP通信の特定データ以外のデータ(通常のアプリケーションデータなど)である。送信データ同期決定部135における同期情報の追加の有無の最終決定方法については、後述する。
 送信データ同期決定部135は、同期情報を追加すると最終決定した場合、送信データのIPヘッダに同期情報を追加して送信データを再生成し、再生成後の送信データを送信データ転送部136に出力する。図8に示すように、同期情報は、IPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに追加される。なお、送信データ同期決定部135は、同期情報を追加しないと最終決定した場合、送信データをそのまま送信データ転送部136に転送する。
 送信データ転送部136は、デバイス制御部140を介して、処理が終了した送信データを無線LANデバイスに転送する。
 図9は、本発明の受信側のデータ無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。データ無線受信装置(以下、単に受信端末という)200は、図6の受信端末に適用される。
 なお、説明が煩雑になることを避けるために、図9に示す受信端末200は、本発明と密接に関連する受信データの受信、及び、その受信データに対する応答信号の送信に係わる構成部を示す。そのため、以下の説明では、送信端末100へのアプリケーションデータの送信、及び、当該データに対する応答信号の受信に係わる構成部の図示及び説明を省略する。
 受信端末200は、通信アプリケーション部210、TCP/IP制御部220、省電力モード制御部230、及び、デバイス制御部240を有する。ここで、省電力モード制御部230は、受信データ判定部231、受信データ転送部232、転送レート判定部233、送信ヘッダ解析部234、同期情報処理部235、送信タイミング調整部236、及び、送信データ転送部237を有する。
 なお、図示はしていないが、受信端末200は、利用者が、当該受信端末200の動作を選択して実行するためのユーザインタフェースを有していてもよい。例えば、受信端末200は、インタフェースとして、入力キー、ディスプレイ、マイク、スピーカ、カメラ、バイブレータ、プログラム格納または実行のためのメモリなどの機能を有してもよい。
 通信アプリケーション部210は、通信アプリケーションプログラムを実行する。
 TCP/IP制御部220は、TCP/IPを利用する送受信データに対してプロトコル処理を実行する。そして、TCP/IP制御部220は、プロトコル処理後の送信データを送信ヘッダ解析部234に出力する。TCP/IP制御部220は、受信データに対する確認応答を送信端末100に通知する場合、受信データのTCPヘッダ内のシーケンス番号を、送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号に格納する。そして、TCP/IP制御部220は、当該TCPヘッダを含み、確認応答を示す送信データを送信ヘッダ解析部234に出力する。なお、TCP/IP制御部220から送信ヘッダ解析部234に出力される送信データのデータフォーマットは、図1と同様である。また、TCP/IP制御部220は、送信端末100から受信し、プロトコル処理後の受信データ(すなわち、TCPデータ)を通信アプリケーション部210に出力する。
 デバイス制御部240は、送受信データを図示せぬ無線LANデバイスとの間で転送する。
 省電力モード制御部230は、送信端末100から受信したデータのIPヘッダに同期情報が追加されているか否かに応じて、以下のようにして、確認応答の転送タイミングを調整する。これにより、受信端末200は、TCP通信においてU-APSDを利用する場合においても、データの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。なお、省電力モード制御部230が扱う送受信データのデータフォーマットは、図1と同様である。
 受信データ判定部231は、アクセスポイント300から受信したデータ(送信端末100から送られてくる送信データ)を受信データ転送部232に出力する。また、受信データ判定部231は、アクセスポイント300から受信したデータ(送信端末100から送られてくる送信データ)のIPヘッダに、同期情報が追加されているか否かを判定する。そして、受信データ判定部231は、判定結果を転送レート判定部233に通知する。
 受信データ転送部232は、送信端末100から受け取った受信データを、TCP/IP制御部220にそのまま転送する。
 転送レート判定部233は、今回の受信データと前回の受信データとの受信時間の差分によって、現在通信中の転送レートを判定する。また、転送レート判定部233は、同期情報の有無をシーケンス番号で管理する。例えば、転送レート判定部233は、図10に示すように、受信データのIPヘッダに同期情報が含まれていたか否かを、当該受信データのシーケンス番号と対応付けて管理する。なお、転送レート判定部233は、TCP/IP制御部220が、受信データに対する確認応答を生成し、同期情報処理部235に転送するまで、当該受信データのシーケンス番号と同期情報の有無との対応関係を管理する。そして、転送レート判定部233は、転送レート及びシーケンス番号で管理した同期情報の有無の情報(これらを以下では、受信状況情報という)を送信タイミング調整部236に定期的に通知する。
 送信ヘッダ解析部234は、送信データのTCPヘッダの解析を実行する。具体的には、送信ヘッダ解析部234は、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを、TCPデータのデータサイズをモニタすることにより解析する。送信ヘッダ解析部234は、TCPヘッダの解析後、解析結果とともに送信データを同期情報処理部235に転送する。
 同期情報処理部235は、確認応答のIPヘッダに、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する。これにより、確認応答を示す送信データは、その全てのIPヘッダに同期情報が追加されることになる。図11は、この場合の送信データを示す図である。図11に示すように、同期情報は、IPヘッダの「サービスタイプ」フィールドに追加される。同期情報処理部235は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を示す送信データを、送信タイミング調整部236に出力する。
 送信タイミング調整部236は、送信データが確認応答の場合、送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号と一致するシーケンス番号が付された送信データのIPヘッダに、同期情報が追加されていたか否かを判定する。例えば、確認応答番号が「2」であり、図10に示すような対応結果が通知される場合、送信タイミング調整部236は、シーケンス番号「2」が付された送信データのIPヘッダには同期情報が追加されていなかったと判定する。このようにして、送信タイミング調整部236は、確認応答の対象となるシーケンス番号に対する受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか否か、判定する。
 確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていなかった場合、送信タイミング調整部236は、確認応答を即時に送信データ転送部237に転送する。確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていない場合は、アクセスポイント300に送信端末100からの送信データが蓄積されたままになっており、取り出せていない可能性がある。そのため、送信タイミング調整部236は、確認応答を即時に送信データ転送部237に転送することにより、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を直ちに送信する。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300に蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 一方、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていた場合、送信タイミング調整部236は、確認応答の送信タイミングを遅らせる。確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されていた場合は、送信端末100により意識して同期情報が追加されており、通信が正常に行なわれている状態であると考えられる。そのため、受信端末200は、通信を停止して、確認応答の送信タイミングを遅らせても、データの滞りを回避しつつ、一定時間省電力モードに入ることができる。
 そこで、送信タイミング調整部236は、転送レート判定部233から通知される転送レートの情報に基づいて、どの程度省電力モードに遷移するかを決定する。具体的には、送信タイミング調整部236は、転送レートの又は確認応答番号に基づいて、確認応答を送信データ転送部237に転送するまでの待機時間を決定する。そして、当該待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードに遷移する。そして、送信タイミング調整部236は、待機時間満了後、確認応答を送信データ転送部237に出力する。
 より具体的には、送信タイミング調整部236は、転送レートの情報に基づいて、送信端末100から送られてくる送信データが高い転送レートを維持しているか否かを判定する。また、送信タイミング調整部236は、確認応答番号に基づいて、受信端末200が送信端末100に再送処理を促しているか否かを判定する。なお、送信タイミング調整部236は、確認応答番号が、前回処理した確認応答番号と等しい場合、再送処理を促していると判定できる。
 そして、転送レートが高い、または、受信端末200が再送処理を促している場合、送信タイミング調整部236は、待機時間をゼロに決定する。そして、送信タイミング調整部236は、同期情報処理部235においてIPヘッダに同期情報が追加された確認応答を、送信データ転送部237に直ちに出力する。
 一方、転送レートが高くなく、かつ、受信端末200が送信端末100に再送処理を促していない場合、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移するとして待機時間を決定する。そして、待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードに遷移する。そして、送信タイミング調整部236は、待機時間が満了したときに、同期情報処理部235においてIPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に出力する。
 このようにして、送信タイミング調整部236は、転送レート及び再送処理か否かに基づいて、確認応答を転送するまでの待機時間を決定する。換言すると、送信タイミング調整部236は、転送レートに基づいて、確認応答の送信タイミングを調整する。また、送信タイミング調整部236は、今回の確認応答番号と前回の確認応答番号との比較結果に基づいて、確認応答の送信タイミングを調整する。これにより、決定された待機時間が経過するまで、受信端末200は、省電力モードで動作する。
 送信データ転送部237は、デバイス制御部240を介して、処理が終了した確認応答を無線LANデバイスに転送する。
 上記のように構成された無線通信システムにおける送信端末100及び受信端末200の動作について説明する。
 図12は、本実施の形態に係る無線通信システムにおけるデータの送信処理フローを示す図である。TCP通信において、送信端末100では、受信端末200が要求しているデータの送信処理が該当し、受信端末200では送信端末100から受信したデータに対する確認応答の送信処理が該当する。
 最初に、図12を用いて送信端末100の動作に関して詳細に説明する。送信端末100において、送信ヘッダ解析部133は、TCP/IP制御部120から送信データを受け取ると、TCPヘッダの解析処理を行なう(S301)。解析結果は、同期事前処理部134に出力される。
 同期事前処理部134は、解析結果に基づいて、送信データが確認応答かどうかを判定する(S302)。一方、確認応答以外の送信データとは、例えば、ストリーミングデータ等である。
 送信データが確認応答である場合(S302:YES)は、ステップS303に進み、後述の受信端末200の受信処理フローにおいて、省電力モード制御が行われる。受信端末200における省電力モード制御については、後述する。
 一方、送信データが確認応答以外のデータである場合(S302:NO)、同期事前処理部134は、送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータかの確認を行なう(S307)。送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータの場合(S307:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに即時に送信データ転送部136に送信データを転送する(S311)。すなわち、この場合には、U-APSDを利用せずに、送信データは、送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
 一方、送信データがTCP通信の開始/終了を表わすSYNデータ/FINデータでない場合(S307:NO)、同期事前処理部134は、現在通信中のTCP通信状態が輻輳回避フェーズか否かの判定を行なう(S308)。同期事前処理部134は、TCP/IP制御部120が内部で保持している輻輳ウインドウサイズの状態を取得することにより、現在通信中のTCP通信状態が輻輳回避フェーズか否かを判定することができる。ここで、輻輳ウインドウサイズは、TCP/IP制御部120が個別に管理しているその時点での一度に送信できるデータサイズを表わす。同期事前処理部134は、輻輳ウインドウサイズの値が極端に低い場合(例えば、最大値の半分などのとき)、輻輳回避フェーズであると判定する。
 輻輳回避フェーズの場合(S308:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに、即時に送信データを送信データ転送部136に転送する(S311)。すなわち、輻輳回避フェーズの場合には、U-APSDを利用せずに、送信データは送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
 一方、輻輳回避フェーズでない場合(S308:NO)、同期事前処理部134は、送信データがパケット消失により要求された再送データであるかの判定を行なう(S309)。同期事前処理部134は、例えば、送信データのシーケンス番号が、前回送信したデータのシーケンス番号よりも若い場合、再送データであると判定することができる。
 再送データの場合(S309:YES)、同期事前処理部134は、IPヘッダに同期情報を追加せずに即時に送信データ転送部136に送信データを転送する(S311)。すなわち、送信データが再送データの場合には、U-APSDを利用せずに、送信データは送信端末100からアクセスポイント300に転送されることになる。
 一方、送信データが確認応答以外のデータであり(S302:NO)、輻輳回避フェーズでなく(S308:NO)、再送データでない(S309:NO)場合、TCP通信は、通常の状態であるとみなすことができる。よって、同期事前処理部134は、受信端末200が、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動できる可能性があると判定する。この場合、同期事前処理部134は、送信データ同期決定部135に送信データを転送し、送信データ同期決定部135に、U-APSDを利用して省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加するか否かの最終決定を委譲する。
 送信データ同期決定部135は、ACK流量を監視することにより同期情報の追加の有無を最終決定する(S310)。ここで、ACK流量は、TCP通信における送信データに対する確認応答の受信間隔に相当する。
 次に、図13を用いて、送信データ同期決定部135における同期情報の追加の有無の最終決定方法について、詳細に説明する。図13は、送信データ同期決定部135の処理フローを示す図である。
 送信データ同期決定部135は、TCP通信における確認応答が、定期的に受信されているか(確認応答の受信間隔が一定か)を判断する(S401)。確認応答が定期的に受信されている場合は、送信端末100と受信端末200との間に定期的に送受信が行われていると予想される。そのため、確認応答が定期的に受信されている場合には、U-APSDを利用して省電力モードで稼動した場合においても、アクセスポイント300に受信端末200宛のデータが溜まったままの状態になるとは考えにくい。
 そこで、確認応答が定期的に受信されている場合(S401:YES)、送信データ同期決定部135は、IPヘッダに同期情報を追加して送信データを再生成する。そして、送信データ同期決定部135は、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S402)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合、受信端末200から定期的に確認応答が送信されているため、受信端末200は、U-APSDを利用した場合においても、アクセスポイント300に蓄積された送信データを遅延無く受信することができる。
 一方、確認応答が定期的に受信されていない場合(S401:NO)は、ステップS403に進む。送信データ同期決定部135は、確認応答送信時に通知されたウインドウサイズが、通信開始時に通知された初期値付近か否かを判定する(S403)。確認応答送信時に通知されたウインドウサイズが通信開始時に通知された初期値付近でない状態は、受信端末200からデータ送信が確実に行われていると予想される。
 そこで、ウインドウサイズが初期値付近でない場合(S403:NO)、送信データ同期決定部135は、U-APSDを利用すると判定する。そして、送信データ同期決定部135は、同期情報を送信データのIPヘッダに追加して送信データを再生成し、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S404)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合、受信端末200では、受信データに対して受信処理が行われ、当該受信データに対する確認応答が受信端末200から送信端末100に通知される。そのため、受信端末200は、U-APSDを利用した場合においても、当該確認応答をトリガとして、アクセスポイント300に蓄積された送信データを遅延無く受信することができる。
 一方、ウインドウサイズが初期値近辺である場合(S403:YES)は、受信端末200は、処理するデータがほとんどなく、その分、アクセスポイント300にデータが蓄積している可能性があると予想される。そこで、送信データ同期決定部135は、次に、確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データに対して、送信データが先頭の送信データであるかどうかを判定する(S405)。
 送信データが先頭の送信データの場合(S405:YES)、送信データ同期決定部135は、その先頭の送信データのIPヘッダに同期情報を追加せずに、そのまま送信データ転送部136に転送する(S406)。これにより、受信端末200は、通常モードで動作する。そのため、本発明は、受信端末200からの送信データがないような場合においても、送信端末100からの送信データがアクセスポイント300に溜まったままになる状況が回避されるようになる。
 一方、送信データが先頭の送信データではなく後続の送信データの場合(S405:NO)、送信データ同期決定部135は、U-APSDを利用すると判定する。そして、送信データ同期決定部135は、同期情報を送信データのIPヘッダに追加して送信データを再生成し、再生成した送信データを送信データ転送部136に転送する(S404)。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300とU-APSDを利用して省電力モードで稼動するようになる。この場合、受信端末200では、先頭の送信データに対する受信処理が行われ、当該先頭の送信データに対する確認応答がアクセスポイント300を介して、受信端末200から送信端末100に通知される。そのため、受信端末200は、U-APSDを利用した場合においても、当該確認応答をトリガとして、アクセスポイント300に蓄積された後続の送信データを遅延無く受信することができる。
 このような一連の送信端末100側の処理によって、送信端末100側では、U-APSDに必要な同期情報を適切に追加する、または、ある特定の状態では追加しないこととする。これにより、受信端末200側は、アクセスポイント300に到着したU-APSD対応データを取得できにくい状態を回避することができる。また、安定した通信が行なわれている場合は、省電力モードに適切に遷移するための通信制御を送信端末100で支援することができる。
 次に、図12を用いて、受信側の受信端末200の送信端末100から受信したデータに対する確認応答の送信処理の動作に関して、詳細に説明する。
 受信端末200において、送信ヘッダ解析部234は、TCP/IP制御部220から送信データを受け取ると、TCPヘッダの解析処理を行なう(S301)。解析結果は、同期情報処理部235に出力される。
 同期情報処理部235は、解析結果に基づいて、送信データが確認応答かどうかを判定する(S302)。確認応答は、受信端末200が送信端末100から送信されたデータに対する応答信号である。一方、確認応答以外の送信データは、例えば、ストリーミングデータ等である。
 送信データが確認応答でない場合(S302:NO)、同期情報処理部235は、送信処理フローS307~S311に従って、送信端末100側で、U-APSDを利用するか否か制御される。
 一方、送信データが確認応答である場合(S302:YES)、同期情報処理部235は、確認応答のIPヘッダに同期情報を追加する(S303)。
 そして、同期情報処理部235は、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか判定する(S304)。具体的には、同期情報処理部235は、シーケンス番号と同期情報の有無との対応関係から、確認応答の対象となる受信データのIPヘッダに同期情報が追加されていたか判定する。
 ここで、同期情報が追加されていない場合(S304:NO)は、ステップS406、S308、S309で説明したように、次のような状況(1)、(2)が考えられる。状況(1)は、IPヘッダに同期情報が追加されている送信端末100からの送信データが、アクセスポイント300に蓄積されたままになっており、取り出せていない場合である。状況(2)は、輻輳回避フェーズなどの状態であるために、送信端末100において送信データに定期的に同期情報が追加されない場合である。
 そこで、同期情報処理部235は、これらの送信データを確実に取り出すため、同期情報が追加された確認応答を直ちに送信データ転送部237に転送する(S305)。これにより、受信端末200からトリガーフレームとなる確認応答が直ちに送信されるので、アクセスポイント300に蓄積された送信端末100からのデータは、受信端末200において全て受信することができる。
 一方、TCPの確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されていた場合(S304:YES)は、送信端末100が、TCP通信の通常の状態であると判断したとみなすことができる。この場合、同期情報処理部235は、受信端末200が省電力モードに遷移するかを最終決定するため、送信タイミング調整部236に、確認応答を転送し、確認応答の待機時間の設定処理を委譲する(S306)。
 次に、図14を用いて、送信タイミング調整部236における確認応答の待機時間の設定方法について詳細に説明する。
 図14は、送信タイミング調整部236の処理フローを示す図である。
 送信タイミング調整部236は、転送レート判定部233から定期的に通知される転送レートの状態に基づいて、現在通信中の転送レートが高い転送レートか否かを判断する(S501)。例えば、IEEE802.11gに対応した無線LANデバイスを利用している場合、送信タイミング調整部236は、転送レートが20Mbps前後か否かを判断する。
 転送レートが高い場合(S501:YES)、この転送レートを維持するため、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移しないと判定する。そして、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。これにより、確認応答は、直ちに送信端末100に通知される。
 一方、転送レートがさほど高くない場合(S501:NO)、送信タイミング調整部236は、送信データがパケット消失したか否か(送信端末100から送信されたデータが、正常に受信端末200に到着したか否か)判定する(S502)。例えば、送信タイミング調整部236は、前回と今回とで確認応答番号が等しいか否か判定することにより、パケット消失を判定することができる。そして、パケット消失が検出された場合(S502:YES)、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移しないと判定し、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。これにより、確認応答は、直ちに送信端末100に通知される。
 一方、パケット消失が検出されず、通信が正常に行なわれている場合(S502:NO)、送信タイミング調整部236は、省電力モードに遷移すると判定する(S503)。
 省電力モードに遷移後、受信端末200は、指定時間が経過するまで待機する(S504)。この指定時間は、ユーザが通信アプリケーション部210を通して設定しても良いし、送信タイミング調整部236が予め決められた時間を静的に管理していても良い。
 受信端末200は、省電力モードへの遷移から指定時間の経過後に、通常モード(アクティブモード)に遷移する(S505)。ここで、ステップS503の省電力モード中は、TCP/IP制御部220から後続の確認応答が順次転送されてくる可能性がある。このとき、送信タイミング調整部236は、蓄積された後続の確認応答が複数か否か判定する(S506)。
 そして、確認応答が複数の場合(S506:YES)、送信タイミング調整部236は、TCP/IP制御部220から転送された最も新しい確認応答のみを抽出する(S507)。一方、確認応答が複数でない場合(S506:NO)、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を送信データ転送部237に転送する(S508)。なお、送信タイミング調整部236は、通常モードに遷移後に、確認応答を送信データ転送部237に転送しても良いし、全ての確認応答を転送しても良い。
 このような一連の受信端末200側の処理によって、送信端末100側で設定されたU-APSDに必要な同期情報に基づいて、受信端末200側では、省電力モードへの遷移が制御される。具体的には、通常の通信状態であり、送信端末100からの送信データに同期情報が追加されている場合、受信端末200は、繰り返し省電力モードへの遷移を行なう。これにより、受信端末200は、アクセスポイント300に到着したU-APSD対応データを、取得しにくい状態を回避することができる。また、安定した通信が行なわれているとき、受信端末200は、省電力モードに適切に遷移することができる。
 以上のように、本実施の形態に係る送信端末100において、送信ヘッダ解析部133は、TCPヘッダに基づいて、送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する。同期事前処理部134は、送信データが確認応答以外の場合、TCPヘッダに基づいて、アクセスポイント300とU-APSDモードで稼動するために必要な同期情報を、送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する。これにより、送信端末100は、TCP通信状況に応じて、データの流れを停止させることなく、U-APSDを利用するか否か制御することができ、効率的に省電力モードへの遷移を行なうことができる。
 また、本実施の形態に係る受信端末200において、同期情報処理部235は、送信端末100から受信したデータに対する確認応答のIPヘッダに、アクセスポイント300と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する。受信データ判定部231は、送信端末100から受信したデータに対して、同期情報がIPヘッダに追加されているか否かを判定する。送信タイミング調整部236は、受信データ判定部231における判定結果に応じて、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答の転送タイミングを制御する。そして、送信端末100から受信したデータに対して、同期情報が追加されていない場合、送信タイミング調整部236は、IPヘッダに同期情報が追加された確認応答を直ちに転送する。これにより、本実施の形態では、送信データを確実に取り出すためのトリガーフレームとなる確認応答に同期情報が追加されるので、アクセスポイント300に蓄積された送信端末100からのデータを全て受信することができる。また、本実施の形態では、確認応答の対象となる受信データに同期情報が追加されておらず、アクセスポイント300に送信端末100からの送信データが蓄積されたままの場合でも、同期情報が追加された確認応答が直ちに送信される。この結果、本実施の形態では、蓄積されて取り出されていない可能性のある送信データを確実に受信することができる。
 なお、図15及び図16は、本実施の形態に係る送信側のデータ送信装置の要部構成と、OSI(Open Systems Interconnection)参照モデルとの対応示す図である。通信アプリケーション部110,210は、アプリケーション層、プレゼンテーション層及びセッション層に対応する。TCP/IP制御部120,220は、トランスポート層及びネットワーク層に対応する。デバイス制御部140は、データリンク層に対応する。そして、省電力モード制御部130,230は、ネットワーク層(またはデータリンク層でも良い)において、省電力モードを制御している。
 また、以上の説明では、無線通信インタフェースに無線LANを使用していることを前提に述べたが、これに限らない。無線通信インタフェースは、U-APSDに準ずる動作を行ない、無線端末とアクセスポイントの間で通信を行うものであれば、無線LANに限らず、Bluetooth、Zigbee、WiMAX等の無線システムにも適用可能である。
 また、TCP/IP制御部120,220、送信ヘッダ解析部133,234、同期事前処理部134、送信データ同期決定部135、送信データ転送部136,237、確認応答監視部131、受信データ転送部132,232、同期情報処理部235、送信タイミング調整部236、転送レート判定部233、受信データ判定部231、デバイス制御部140,240は、集積回路であるLSIとして実現しても良い。これらは、個別に1チップ化されても良いし、一部、または全てを含むように1チップ化されても良い。
 ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
 また、集積回路化の手法は、LSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、または、LSI内部の回路セルの接続または設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
 さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
 2010年10月7日出願の特願2010-227692の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
 本発明に係る無線通信システム、データ送信装置、データ無線受信装置、及び、無線通信方法は、U-APSDを利用してもTCP通信においてデータの流れを停止させることなく、効率的に省電力モードへの遷移を行なうができる。本発明は、例えば、携帯電話またはPDA(Personal Digital Assistants)などの携帯機器、並びにパーソナルコンピュータなどに適用することができる。
 100 送信端末
 110,210 通信アプリケーション部
 120,220 TCP/IP制御部
 130,230 省電力モード制御部
 131 確認応答監視部
 132,232 受信データ転送部
 133,234 送信ヘッダ解析部
 134 同期事前処理部
 135 送信データ同期決定部
 136,237 送信データ転送部
 140,240 デバイス制御部
 200 受信端末
 231 受信データ判定部
 233 転送レート判定部
 235 同期情報処理部
 236 送信タイミング調整部

Claims (14)

  1.  送信側のデータ送信装置と、前記データ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局と、前記無線基地局を介して前記データ送信装置とIPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置と、を有する無線通信システムであって、
     前記データ送信装置は、
     前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、
     前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、
     前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを転送する送信データ転送部と、を具備し、
     前記データ無線受信装置は、
     前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、
     前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、
     前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、
     前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する送信データ転送部と、を具備する
     無線通信システム。
  2.  無線基地局との有線又は無線通信を介して、データ無線受信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する送信側のデータ送信装置であって、
     前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する送信データのTCPヘッダに基づいて、前記送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析する送信ヘッダ解析部と、
     前記送信データが確認応答以外の場合、前記送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定する同期事前処理部と、
     前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記送信データを転送する送信データ転送部と、
     を具備するデータ送信装置。
  3.  前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信間隔を監視する監視部と、
     前記受信間隔が定期的である場合、前記同期情報を追加すると最終決定する送信データ同期決定部と、を更に具備する、
     請求項2記載のデータ送信装置。
  4.  前記監視部は、更に、前記受信データのTCPヘッダを用いて通知されるウインドウサイズを監視し、
     前記送信データ同期決定部は、前記受信間隔が不定期的である場合、通知される前記ウインドウサイズと、TCP通信の開始の要求を示すSYNデータで通知されたウインドウサイズの初期値との比較結果に応じて、前記同期情報を追加するか否かの最終決定をする
     請求項3記載のデータ送信装置。
  5.  前記送信データ同期決定部は、更に、前記データ無線受信装置から送信される確認応答の受信をトリガとして送信対象となった複数の送信データのうち、先頭の送信データのIPヘッダには、前記同期情報を追加しないと決定する
     請求項4記載のデータ送信装置。
  6.  前記同期事前処理部は、前記送信データがTCP通信の開始又は終了の要求を示すSYN又はFINデータの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
     請求項2記載のデータ送信装置。
  7.  前記同期事前処理部は、更に、TCP通信の輻輳回避フェーズの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
     請求項6記載のデータ送信装置。
  8.  前記同期事前処理部は、更に、前記送信データがTCP通信の再送による送信データの場合、前記同期情報を追加しないと決定する
     請求項7記載のデータ送信装置。
  9.  送信側のデータ送信装置と有線又は無線通信を行う無線基地局を介して、前記データ送信装置と、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する受信側のデータ無線受信装置であって、
     前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す確認応答送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加する同期情報処理部と、
     前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定する受信データ判定部と、
     前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記確認応答送信データの転送タイミングを制御する送信タイミング調整部と、
     前記転送タイミングに応じて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを転送する送信データ転送部と、
     を具備するデータ無線受信装置。
  10.  前記送信タイミング調整部は、
     前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されていない場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データを直ちに転送する
     請求項9記載のデータ無線受信装置。
  11.  前記送信タイミング調整部は、
     前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されている場合、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを遅らせる
     請求項9記載のデータ無線受信装置。
  12.  前回と今回の前記受信データの受信時間差分に基づいて、転送レートを判断する転送レート判定部、を更に具備し、
     前記送信タイミング調整部は、前記転送レートに基づいて、前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する
     請求項11記載のデータ無線受信装置。
  13.  前記送信タイミング調整部は、前記確認応答送信データのTCPヘッダ内の確認応答番号の今回と前回との比較結果と、に基づいて、前記確認応答送信データの送信タイミングを調整する
     請求項11記載のデータ無線受信装置。
  14.  無線基地局を介して送信側のデータ送信装置と受信側のデータ無線受信装置とが、IPヘッダ及びTCPヘッダを含む送受信データをTCP/IPプロトコルを用いてTCP/IP通信する無線通信方法であって、
     前記データ送信装置は、
     前記データ送信装置から前記データ無線受信装置に送信する第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記第1送信データがTCP通信における確認応答であるか否かを解析し、
     前記第1送信データが確認応答以外の場合、前記第1送信データのTCPヘッダに基づいて、前記無線基地局と省電力モードモードで稼動するために必要な同期情報を、前記第1送信データのIPヘッダに追加するか否かを決定し、
     前記同期情報が追加されたIPヘッダを含む前記第1送信データを送信し、
     前記データ無線受信装置は、
     前記データ無線受信装置から前記データ送信装置に送信する送信データのうち、前記データ送信装置から受信した受信データに対する確認応答を示す第2送信データのIPヘッダに、前記無線基地局と省電力モードで稼動するために必要な同期情報を追加し、
     前記受信データのIPヘッダに前記同期情報が追加されているか否かを判定し、
     前記受信データ判定部における判定結果に応じて、前記第2送信データの転送タイミングを制御し、
     前記転送タイミングに応じて、前記第2送信データを転送する
     無線通信方法。
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