以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。無線LANの規格として知られているIEEE Std 802.11(TM)−2012およびIEEE Std 802.11ac(TM)−2013は、本明細書においてその全てが参照によって組み込まれる(incorporated by reference)ものとする。
図1に、本実施形態に従った無線通信システムを示す。このシステムは、無線通信基地局100と、複数の無線通信端末1〜6とを備える。無線通信基地局を、基地局またはアクセスポイント(AP:Access Point)と呼ぶ。また、無線通信端末を、端末、無線端末またはSTA(STA:STAtion)と呼ぶ。AP100が中心となってBSS(Basic Service Set)1を形成しており、STA1〜6が、AP100が形成するBSSに加入している。このシステムは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)を用いるIEEE802.11規格に準じた無線LANシステムである。STA1〜6は、STAとしての機能を備えている限り何でもよい。例えば、ユーザが保持する移動体装置(スマートフォン、タブレット等)でもよいし、プリンタでもよいし、据え置き型またはノート型のPC(Personal Computer)でもよい。STA1〜6を具体化したネットワーク例を図2に示す。この例では、STAの種類として、PC、タブレット、スマートフォン、プリンタが示される。
APに搭載される無線通信装置は、STA1〜6に搭載される無線通信装置とIEEE802.11規格に準じて通信を行う。IEEE802.11規格の無線LANでは、APはSTAの一種である。DS(Distribution System)への転送機能を有するSTAがAPであるということができる。本実施形態では、基本的にAPでないSTA(すなわちnon−AP STA)をSTAと表現する。STAにnon−AP STAと、APとの両方の意味を含める場合には、AP/STAと表現する場合がある。IEEE802.11無線LAN規格には、既存のベースライン規格や拡張規格の他、将来の拡張規格、例えば制御信号を用いて無線通信装置における無線LANの本体部分を起動するIEEE802.11baも含む。
図1の無線LANの動作概要を示す。AP100が、STA1〜6のうち予め登録したSTA全てとの通信が行われていないと判断すると、スリープ状態に遷移する。予め登録したSTAは、STA1〜6の全部でもよいし、STA1〜6のうちの一部(例えば1つ)でもよい。登録するSTAは、ユーザが保持する装置、例えば、スマートフォンなどが想定される。スリープ状態は、低消費電力状態であり、通信用のパケットを送受信(または送信および受信の一方)をできない状態である。具体的には、これは無線LANに関する処理を行う部分(本体部分)の電源供給を停止または抑制することにより実現される。電源の供給停止は、無線部本体全部でもよいし、無線部本体の一部でもよい。
STAは、AP100との通信を再開する場合(例えばSTAを保持するユーザが帰宅した場合。例えば、GPS(Global Positioning System)や無線LANを使用して位置情報を把握するなどして、帰宅を判断してもよい。)、AP100を探索しても、AP100を検出できない場合は、AP100がスリープ状態である可能性があると判断し、STAは、AP100を起動するための制御信号、より詳細には制御信号を含むパケットを送信する。一例として、STAは、所定時間の間、繰り返し、制御信号を含むパケットを送信する。
ここで、起動用の制御信号を、WUR(Wakeup Radio)信号、あるいは、LP(Low−Power)−WUR信号とも呼ぶことがある。以下では主にWUR信号と呼ぶ。また、WUR信号を含むパケットのことを、WURパケットと呼ぶことがある。
AP100は、無線LANの無線部本体とは別に、本実施形態に係るWURパケット受信用の起動部(後述する第2のPHY処理部)と、無線部本体の電源供給を制御する電源制御部とを備えている。無線部本体がスリープ状態の場合も、当該起動部では、WURパケットを受信可能である。当該起動部は、WURパケットに含まれるWUR信号が予め登録した、STAとの間で設定したものであることを検知すると、電源制御部を介して、無線LANの無線部本体を起動(スリープ状態から復帰)させるように動作する。これにより、AP100はスリープ状態から通常の状態に復帰し、以降は、AP100とSTAとの間で、通常の無線LAN動作が可能となる。STAは、AP100がスリープ状態から復帰したことを検知した場合(例えばAP100からのビーコンフレーム等の所定の信号を受信した場合)、WURパケットの送信を停止する。ここではSTAからAP100を起動させる場合を述べたが、AP100が起動後は、STAがスリープし、その後、AP100がSTAを起動させる形態も可能である。この場合、STAは、APと同様に起動部および電源制御部を備える必要がある。以下、本実施形態についてさらに詳細に説明する。
図3に、本実施形態に従ったSTAに搭載される無線通信装置の機能ブロック図を示す。
図1に示されるように、STAに搭載される無線通信装置は、MAC処理部11、PHY(Physical:物理)処理部12、MAC/PHY管理部13、少なくとも1つのアンテナ14を含む。図ではアンテナ14は1本であるが、複数本のアンテナを備えていてもよい。
MAC処理部11は、図示しない上位処理部と接続されている。上位層処理部は、MAC(Medium Access Control:媒体アクセス制御)層に対して上位層のための処理を行う。上位処理部は、MAC処理部11との間で信号をやり取りできる。上位層としては、代表的なものとしては、TCP/IPやUDP/IP、さらにその上層のアプリケーション層などが挙げられるが、本実施形態はこれに限定されない。上位処理部は、MAC層と上位層との間でデータをやり取りするためのバッファを備えていてもよい。上位処理部を介して有線インフラに接続するようになっていてもよい。バッファは、メモリでもよいし、SSD、ハードディスク等でもよい。バッファがメモリの場合、当該メモリはDRAM等の揮発性メモリでも、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
MAC処理部11は、MAC層のための処理を行い、さらにIEEE802.11規格のMLME(MAC subLayer Managament Entity)に相当する処理も行う。前述のように、MAC処理部11は、上位処理部との間で信号をやり取りできる。更に、MAC処理部11は、PHY処理部12との間で、信号をやり取りできる。
MAC処理部11は、MAC層での送信処理および受信処理を行う。MAC処理部11は、上位処理部、PHY処理部12及びMAC/PHY管理部13と接続され、夫々との間で信号のやり取りをする。
PHY処理部12は、物理層(PHY層)のための処理(デジタル領域の処理)と、アナログ処理とを行い、さらに、IEEE802.11規格のPLME(Physical Layer Management Entity)に相当する処理も行う。PHY処理部12は、アナログ処理を行うことから、アナログ処理部を含んでいる。ただし、アナログ処理部を取り出して、アンテナ14とPHY処理部12との間に、アナログ処理部を配置してもよい。PHY処理部12は、アンテナ14に接続されている。
PHY処理部12は、アナログ/デジタル及びデジタル/アナログ(AD/DA)変換器およびRF(Radio Frequency)回路を含み、物理層の処理後のデジタル信号を所望の周波数のアナログ信号に変換してアンテナ14から送信する。また、PHY処理部12は、アンテナ14から受信した高周波のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
MAC/PHY管理部13は、図示しない上位処理部、MAC処理部11及びPHY処理部12の夫々と接続されている。MAC/PHY管理部13は、無線通信装置におけるMAC動作及びPHY動作を管理する。
なお、本実施形態に係る無線通信装置は、1チップ内にアンテナ14を構成要素として含む(一体化する)ことで、このアンテナ14の実装面積を小さく抑えることができる。
無線媒体からの信号受信に際して、PHY処理部12は、アンテナ14が受信したアナログ信号を、物理層で処理可能な基底帯域(Baseband)の信号に変換し、さらにデジタル信号に変換する。PHY処理部12は、デジタル信号の受信レベルを検出する。検出した受信レベルを、キャリアセンスレベル(閾値)と比較し、受信レベルが、キャリアセンスレベル以上であれば、PHY処理部12は媒体(CCA:Clear Channel Assessment)がビジーであるということを示す信号を、MAC処理部11へ出力する。受信レベルが、キャリアセンスレベル未満であれば、PHY処理部12は、媒体(CCA)がアイドルであるということを示す信号を、MAC処理部11へ出力する。
PHY処理部12は、受信信号に対し、復号(誤り訂正符号の復号および復調等を含む)処理、プリアンブル及びPHYヘッダを取り除く処理などを行って、ペイロードを抽出する。IEEE802.11規格ではこのペイロードをPHY側ではPSDU(physical layer convergence procedure (PLCP) service data unit)と呼んでいる。PHY処理部12は、抽出したペイロードをMAC処理部11に渡し、MAC処理部11はこれをMACフレームとして扱う。IEEE802.11規格では、このMACフレームを、MPDU(medium access control (MAC) protocol data unit)と呼んでいる。加えて、PHY処理部12は、受信信号を受信開始した際に、その旨をMAC処理部11に通知し、また受信信号を受信終了した際に、その旨をMAC処理部11に通知する。また、PHY処理部12は、受信信号が正常に物理パケット(PHYパケット)として復号できた場合(エラーを検出しなければ)、受信信号の受信終了を通知すると共に、媒体がアイドルであるということを示す信号を、MAC処理部11に渡す。PHY処理部12は、受信信号にエラーを検出した場合には、エラー種別に即した適切なエラーコードをもって、MAC処理部11にエラーを検出したことを通知する。また、MAC処理部11は、媒体がアイドルになったと判定した時点で、媒体がアイドルであることを示す信号をMAC処理部11に通知する。
MAC処理部11は、上位処理部から送信データを受け取り、及び受信データを上位処理部へ渡す。IEEE802.11規格では、MACデータフレームの中のこのデータを、MSDU(medium access control (MAC) service data unit)と呼んでいる。また、MAC処理部11は、MAC/PHY管理部13からの指示を受け取り、適切に解釈して、実行する。
MAC処理部11は、データフレーム、制御フレーム及び管理フレームの3種類のMACフレームを扱い、MAC層において規定される各種処理を行う。ここで、3種類のMACフレームについて説明する。
管理フレームは、APまたは他のSTAとの間の通信リンクの管理のために用いられる。管理フレームとしては、例えば、BSSを形成するために、グループの属性及び同期情報を報知するビーコン(Beacon)フレームがある。また、STAが、APが中心となって形成するBSSに加入するため(APと無線リンクを確立するため)のアソシエーションプロセスで用いられるAssociation Requestフレームや、あるいはリアエソシエーションプロセスで用いられるReassociation Requestフレームがある。BSSの探索に用いるProbe Requestフレームもある。なお、あるSTAが、もう一台のSTAと互いに無線通信を実施するために必要な情報交換を済ませた状態を、通信リンクが確立していると、ここでは表現する。必要な情報交換として、例えば、自STAが対応する機能の通知や、方式の設定に関するネゴシエーションなどがある。管理フレームは、MAC処理部11が、MAC/PHY管理部13から受けた指示に基づいて生成する。
MAC処理部11は、APまたは他のSTAから管理フレームを介して各種情報を受信する。
データフレームは、APまたは他のSTAとの間で通信リンクが確立した状態で、データをAPまたは他のSTAに送信するために用いられる。例えばユーザのアプリケーション操作によって、STAにおいてデータが生成され、当該データがデータフレームによって搬送される。具体的には、生成されたデータは、上位処理部からMAC処理部11に渡される。MAC処理部11は、データをフレームボディフィールドに入れ、MACヘッダを付加してデータフレームを生成する。そして、PHY処理部12がデータフレームに物理ヘッダを付加して物理パケットを生成し、物理パケットをアンテナ14を介して送信さする。また、PHY処理部12で物理パケットを受信すると、物理ヘッダに基づき物理層の処理を行ってMACフレーム(ここではデータフレーム)を抽出し、データフレームをMAC処理部11に渡す。MAC処理部11は、データフレームを受けると(受信したMACフレームがデータフレームであると把握すると)、そのフレームボディフィールドの情報をデータとして抽出し、抽出したデータを、MAC処理部11を介して上位処理部に渡す。この結果、データの書き込み、再生などのアプリケーション上の動作が生じる。
制御フレームは、管理フレーム及びデータフレームを、APまたは他のSTAとの間で送受信(交換)するときの制御のために用いられる。制御フレームとしては、例えば、管理フレーム及びデータフレームの交換を開始する前に、無線媒体を予約するために他の無線通信装置との間で交換するRTS(Request to Send)フレーム、CTS(Clear to Send)フレームなどがある。また、他の制御フレームとして、受信した管理フレーム及びデータフレームの送達確認のための送達確認応答フレームがある。送達確認応答フレームの例として、ACK(Acknowledgement)フレーム、BA(BlockACK)フレームなどがある。これらの制御フレームはMAC処理部11で生成される。受信したMACフレームへの応答として送信される制御フレーム(CTSフレームやACKフレーム、BAフレームなど)に関しては、MAC処理部11で応答フレーム(制御フレーム)の送信の必要を判断して、適切な制御フレームを生成する。
MAC処理部11は、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)に基づきMACフレームを送信する場合、無線媒体上でのアクセス権(送信権)を獲得する必要がある。MAC処理部11は、キャリアセンス情報を管理しており、キャリアセンス情報に基づいて、送信タイミングを計る。MAC処理部11は、係る送信タイミングに従って、PHY処理部12に送信指示を与えて、MACフレームを渡す。送信指示に加えて、MAC処理部11は、送信に使用される変調方式及び符号化方式を合わせて指示してもよい。これらに加えて、MAC処理部11は、送信電力を指示してもよい。MAC処理部11は、アクセス権(送信権)獲得後、媒体を占有可能な時間(Transmission Opportunity;TXOP)が得られると、QoS(Quality of Service)属性などの制限を伴うものの、他の無線通信装置との間でMACフレームを連続して交換できる。
キャリアセンス情報は、PHY処理部12から入力される媒体(CCA)のビジー/アイドルに関する物理的なキャリアセンス(Physical Carrier Sense)情報と、受信フレームの中に記載されている媒体予約時間に基づく仮想的なキャリアセンス(Virtual Carrier Sense)情報との両方を包含する。いずれか一方のキャリアセンス情報がビジーを示すならば、媒体がビジーであるとみなされ、その間送信は禁止される。なお、IEEE802.11規格において、媒体予約時間は、MACヘッダの中のDurationフィールドに記載される。MAC処理部11は、他の無線通信装置宛ての(自己宛てでない)MACフレームを受信した場合に、当該MACフレームを含む物理パケットの終わりから媒体予約時間に亘って、媒体が仮想的にビジーであると判定する。このような仮想的に媒体をビジーであると判定する仕組み、或いは、仮想的に媒体をビジーであるとする期間は、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。
ここで、データフレームは、複数のMACフレームもしくは複数のMACフレームのペイロード部分を連接するようになっていてもよい。前者はIEEE802.11規格ではA(Aggregated)−MPDU、後者はA(Aggregated)−MSDU(MAC service data unit)と呼ばれる。A−MPDUの場合は、PSDUの中に複数のMPDUが連接されることになる。データフレームがA−MPDUなどの場合は、複数のMACフレームに対する応答をまとめて送信する。この場合の応答には、ACKフレームではなく、BA(BlockACK)フレームが用いられる。
MAC/PHY管理部13は、IEEE802.11規格におけるSME(Station Management Entity)に相当する処理を行う。その場合、MAC/PHY管理部13とMAC処理部11との間のインタフェースは、IEEE802.11規格におけるMLME_SAP(MAC subLayer Managament Entity Service Access Point)に相当し、MAC/PHY管理部13とPHY処理部12との間のインタフェースは、IEEE802.11無線LAN(Local Area Network)におけるPLME_SAP(Physical Layer Management Entity Service Access Point)に相当する。
なお、図1において、MAC/PHY管理部13は、MAC管理のための機能部とPHY管理のための機能部とが一体であるかのように描かれているが、分けて実装されてもよい。
MAC/PHY管理部13は、管理情報ベース(Management Information Base:MIB)を保持する。MIBは、自STAの能力や各種機能が夫々有効か無効かなどの各種情報を保持する。例えば、APを起動するためのWUR信号またはWURパケットを送信する能力(機能)を有するかの情報(WUR信号送信能力情報)を保持しても良い。MIBを保持・管理するためのメモリは、MAC/PHY管理部13に内包させてもよいし、MAC/PHY管理部13に内包せずに別に設けるようにしてもよい。MIBを保持・管理するためのメモリをMAC/PHY管理部13とは別に設ける場合に、MAC/PHY管理部13は、その別のメモリを参照でき、またメモリ内の書き換え可能なパラメータに関しては書き換えを行うことができる。MAC/PHY管理部13は、MIBにおける送信能力情報等の情報を、APに通知してもよい。
また、MAC/PHY管理部13は、APから、APがスリープ状態へ遷移してWURパケットの受信で起動できる能力を有するかに関する情報を取得してもよい。その場合、MAC/PHY管理部13は、APに関する情報をMIBに格納し、参照・書き換えできる。あるいは、これらの情報を記憶するためのメモリは、MIBとは別に保持・管理するようにしてもよい。
また、MAC/PHY管理部13は、WUR信号に適用する変調方式および伝送レートを管理してもよい。本実施形態では、WUR信号の変調方式として、OOK(On−Off Keying)変調を想定する。
MAC/PHY管理部13は、APとの間で、自装置をAPに登録するためのネゴシエーション(ネゴシエーション)に関する処理を行う。自装置を登録することで、APがスリープ状態に移行した場合に、自装置からWUR信号を含むWURパケット送信することで、APを起動することができる。APへの登録を行うSTAは、WUR信号送信能力を備えている必要がある。ネゴシエーションの処理には、前述した管理フレームを利用すればよい。既存の管理フレーム(Association requestフレーム等)を用いてもよいし、新規に定義された管理フレームを利用してもよい。APとのネゴシエーションでは、起動するために用いるWUR信号を決定してもよい。また、WURパケットを複数回送信する場合に、送信する送信期間長を決定してもよい。また、WUR信号の伝送レートを決定してもよい。MAC/PHY管理部13は、ネゴシエーションで決定した情報をMIBまたはその他のメモリに保存し、参照できるようにする。WUR信号がインデックス番号等の識別子で管理される場合、WUR信号の識別子を記憶してもよい。
MAC/PHY管理部13は、接続したいAPが周囲に存在しないと判断した場合、APがスリープしている可能性があると判断し、PHY処理部12およびMAC処理部11を用いて、WUR信号を含むWURパケットを送信する。PHY処理部12は、WUR信号を予め決められた変調方式で変調する。一例として、OOK(On−Off Keying)変調を用いる。OOK変調は、搬送波の有無によりデジタルデータを表す変調方式の一種である。OOK変調は、例えば、OFDM送信機を用いて行うことができ、この場合、1ビットが、1OFDM信号期間に対応してもよい。後述するようにWURパケットは、レガシープリアンブルを含むが、これは、OOKでなく、規格で決められた固定の変調方式を用いればよい。
なお、上記で扱った情報のうち、他の情報を通知することで、その情報が必須となるものがあれば、通知を省略できる。例えば、ある新しい規格あるいは仕様に対応する能力を定義し、それに対応していれば自ずとWUR信号送信能力を有する、というのであれば、WUR信号送信能力を有することの通知を明示的に行わなくてもよい。
PHY処理部12は、通常の通信を行う部分と、WUR信号(もしくはWURパケット)を送信する部分とに分かれていてもよい。その場合、アナログ処理部は、両部分で共通でもよい。あるいは、両部分でアナログ処理部を別々に設け、使用周波数帯を異ならせてもよい。
MAC処理部11、MAC/PHY管理部13、およびPHY処理部12のアナログ処理部以外の部分は、他のAPとの通信に関する処理を行う通信処理装置またはベースバンド集積回路の一形態に相当する。アナログ処理部は、例えばアンテナ14を介して信号を送受信するRF(Radio Frequency)集積回路の一形態に相当する。また、別の観点で、一例として、MAC処理部11、およびPHY処理部12は、信号またはパケットを送受信する無線通信部に対応し、MAC/PHY管理部23は、無線通信部を制御する制御部に相当する。通信処理装置またはベースバンド集積回路の機能は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。ソフトウェアはROM、RAM等のメモリ、ハードディスク、SSDなどの記憶媒体に格納してプロセッサにより読み出して実行してもよい。メモリはDRAM等の揮発性メモリでも、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
図4に、本実施形態に従ったAPに搭載される無線通信装置の機能ブロック図を示す。
図4に示されるように、APに搭載される無線通信装置は、MAC処理部21、第1のPHY(Physical:物理)処理部22、MAC/PHY管理部23、第2のPHY処理部25、少なくとも1つのアンテナ24を含む。MAC/PHY管理部23は、電源制御部26を含む。図ではアンテナ24は1本であるが、複数本のアンテナを備えていてもよい。
図3のSTAと主に異なる点は、第2のPHY処理部25と、電源制御部26を備えている点である。図3のSTAと重複する機能の説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
MAC処理部21は、図示しない上位処理部と接続されており、上位処理部との間でSTAの場合と同様の動作を行う。
MAC処理部21は、MAC層のための処理を行い、さらにIEEE802.11規格のMLMEに相当する処理も行う。MAC処理部21は、上位処理部との間で信号をやり取りできる。更に、MAC処理部21は、PHY処理部22との間で、信号をやり取りできる。
MAC処理部21は、MAC層での送信処理および受信処理を行う。MAC処理部21は、上位処理部、PHY処理部22及びMAC/PHY管理部23と接続され、夫々との間で信号のやり取りをする。
PHY処理部22は、物理層(PHY層)のための処理(デジタル領域の処理)と、アナログ処理とを行い、さらに、IEEE802.11規格のPLMEに相当する処理も行う。PHY処理部22は、アナログ処理を行うことから、アナログ処理部を含んでいる。ただし、アナログ処理部を取り出して、アンテナ24とPHY処理部22との間に、アナログ処理部を配置してもよい。PHY処理部22は、アンテナ24に接続されている。アナログ処理の内容は、STAの場合と同様である。
MAC/PHY管理部23は、図示しない上位処理部、MAC処理部21及びPHY処理部22の夫々と接続されている。MAC/PHY管理部23は、無線通信装置におけるMAC動作及びPHY動作を管理する。MAC/PHY管理部23は、IEEE802.11規格のSMEに相当する処理を行う。
なお、本実施形態に係る無線通信装置は、1チップ内にアンテナ24を構成要素として含む(一体化する)ことで、このアンテナ24の実装面積を小さく抑えることができる。
無線媒体からの信号を受信した場合における、PHY処理部22のアナログ処理部の動作、物理層の処理、MAC処理部21に対する動作は、STAの場合と同様である。
MAC処理部21は、上位処理部から送信データを受け取り、及び受信データを上位処理部へ渡す。MAC処理部21は、MAC/PHY管理部23からの指示を受け取り、適切に解釈して、実行する。
MAC処理部21は、データフレーム、制御フレーム及び管理フレームの3種類のMACフレームを扱い、MAC層において規定される各種処理を行う。データフレーム、制御フレーム及び管理フレームの説明は、STAの説明と同様である。
MAC処理部21は、他のSTAから管理フレームを介して各種情報を受信する。また、MAC処理部21は、STAに、管理フレームを介して各種情報を通知してもよい。これに用いる管理フレームとしては、例えばBeaconフレームや、Probe Responseフレーム、Association Responseフレーム等がある。
MAC処理部21は、キャリアセンス情報を管理しており、CSMA/CAに基づきMACフレームを送信する場合、無線媒体上でのアクセス権(送信権)を獲得する必要がある。キャリアセンス情報、送信権の獲得、および獲得後の送信の動作の詳細は、STAの場合と同様である。
なお、図1において、MAC/PHY管理部23は、MAC管理のための機能部とPHY管理のための機能部とが一体であるかのように描かれているが、分けて実装されてもよい。
MAC/PHY管理部23は、管理情報ベース(Management Information Base:MIB)を保持する。MIBは、自APの能力や各種機能が夫々有効か無効かなどの各種情報を保持する。例えば、自APがスリープ状態に遷移してWUR信号またはWURパケットの受信により起動する能力(スリープ対応機能)を有するかの情報を保持してもよい。MIBを保持・管理するためのメモリの実装形態は、STAの場合と同様のバリエーションが可能である。
また、MAC/PHY管理部23は、自BSSに属するSTAから、STAがWUR信号送信機能を有するかに関する情報を取得してもよい。その場合、MAC/PHY管理部23は、STAに関する情報をMIBに格納し、参照・書き換えできる。あるいは、これらのSTAに関する情報を記憶するためのメモリは、MIBとは別に保持・管理するようにしてもよい。
MAC/PHY管理部23は、WUR信号送信機能を有するSTAとの間で、STAを自APに登録するためのネゴシエーション(ネゴシエーション)に関する処理を行う。STAを登録することで、自APがスリープ状態に移行した場合に、STAからWUR信号を含むWURパケット送信することで、自APの無線部本体(例えば第1のPHY処理部22、MAC処理部21)を起動できる。ネゴシエーションの手続には、管理フレームを利用すればよい。既存の管理フレーム(Association requestフレーム等)を用いてもよいし、新規に定義された管理フレームを利用してもよい。
STAとのネゴシエーションでは、起動するために用いるWUR信号を決定してもよい。WUR信号の決定は、WUR信号を構成するすべての値(ビット)を決定することでもよいし、WUR信号のフォーマットを決定することでもよいし、フォーマットとその一部のフィールドの値を決定することでもよい。また、WURパケットを複数回送信する場合に、送信する送信期間長を決定してもよい。また、WUR信号の伝送レートを決定してもよい。
MAC/PHY管理部13は、ネゴシエーションで決定した情報をMIBまたはその他のメモリに保存し、参照できるようにする。保存した情報は、後述する第2のPHY処理部25から参照できる形で保存しておくことが望ましい。MAC/PHY管理部23は、複数のWUR信号を管理してもよい。WUR信号は、インデックス番号等の識別子と関連づけてテーブルなどの形式で保存してもよい。
なお、MAC/PHY管理部23は、他の情報を通知することで、ある機能(例えばスリープ対応機能)を備えることが必須となるものがあれば、通知を省略できる。例えば、ある新しい規格あるいは仕様に対応する能力を定義し、それに対応していれば自ずと、本実施形態に係るスリープ対応機能を有する、というのであれば、当該機能対応であることの通知を明示的に行わなくてもよい。
電源制御部26は、無線部本体の電源供給を制御する。無線部本体は様々に定義可能であるが、本実施形態では、無線部本体は、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21を含むとする。ただし、無線部本体を、第1のPHY処理部22のみとして定義してもよいし、第1のPHY処理部22、MAC処理部21とMAC/PHY管理部23(ただし電源制御部26を除いても良い)を含むように定義してもよい。無線部本体は、Main Radio、あるいは、Primary Connectivity Radioとも呼ばれる。
第1のPHY処理部22およびMAC処理部21の電源供給を停止または抑制することで、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21をスリープ状態に遷移させることができる。これにより省電力化を図ることができる。電源供給の抑制の例としては、無線部本体の全部ではなく、大部分または一部のみの電供供給を停止することがある。または、プロセッサのクロック数を低くすることのように動作の速度を遅くすることを含んでもよい。ここでは、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21の両方をスリープ状態にしたが、第1のPHY処理部22のみをスリープ状態にし、MAC処理部21は常に動作可能な状態としてもよい。
電源制御部26は、予め定めた条件が成立した場合、すなわち、事前に登録したすべてのSTAとの通信が行われていないと判断した場合、スリープ指示を出力することで、無線部本体(第1のPHY処理部22およびMAC処理部21)をスリープ状態に遷移させる。事前に登録したSTAとの通信が行われていことの判断の例として、例えば一定期間以上、事前に登録したすべてのSTAとの通信が行われていないことや、事前に登録したすべてのSTAがDisassociationした場合もある。事前に登録したSTAすべてとの通信が行われていない具体的な状況の例として、在宅ユースの場合に、各STAを保持しているユーザ全員が外出している状況が考えられる。また、各STAの電源がすべてOFFにされている状況も考えられる。
無線部本体をスリープ状態に遷移させる方法として、様々なバリエーションが可能である。一例として、電源制御部26は、スリープ指示をMAC処理部21に出力し、スリープ指示を受けたMAC処理部21がスリープ指示をPHY処理部12に出力して、PHY処理部12がスリープ状態に遷移したことを確認した後、自処理部21がスリープ状態に遷移してもよい。あるいは、逆に、電源制御部26はスリープ指示をPHY処理部22に出力し、スリープ指示を受けたPHY処理部22がMAC処理部21にスリープ指示を出力して、MAC処理部11がスリープ状態に遷移したことを確認した後、自処理部22がスリープ状態に遷移してもよい。あるいは、スリープ制御の対象がPHY処理部22のみの場合は、直接スリープ指示をPHY処理部22に出してもよいし、スリープ依頼を、MAC処理部21に出力し、MAC処理部21がPHY処理部22にスリープ指示を与えることで、MAC処理部21を介してPHY処理部22をスリープ状態に遷移させてもよい。
電源制御部26は、MAC/PHY管理部23の一部となっているが、MAC/PHY管理部23から分離してもよい。この場合に、MAC/PHY管理部23をスリープ制御の対象としてもよい。
また、電源制御部26は、後述する第2のPHY処理部(起動部)25から起動要求通知を受信した場合に、スリープ復帰指示(起動指示)を無線部本体(ここでは第1のPHY処理部22およびMAC処理部21)に出力することで、無線部本体をスリープ状態から復帰させる。これにより、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21を、通常の通信が可能な状態に戻す。
スリープ状態からの復帰方法には、バリエーションがある。一例として、スリープ復帰指示をMAC処理部21に出力し、起動したMAC処理部21がスリープ復帰指示をPHY処理部22に出力することで、MAC処理部21およびPHY処理部22の順に復帰(起動)させてもよい。または、スリープ復帰指示をPHY処理部22に出力し、起動したPHY処理部22がMAC処理部21にスリープ復帰指示を出力することで、PHY処理部22およびMAC処理部21の順に復帰させてもよい。あるいは、スリープ制御の対象がPHY処理部22のみの場合は、スリープ復帰依頼を、MAC処理部21に出力し、MAC処理部21がPHY処理部22にスリープ復帰指示を与えることで、PHY処理部22の起動を行うようにしても良い。
第2のPHY処理部(起動部)25は、アンテナ24を介して、無線部本体を起動するためのWUR信号を含むWURパケットを受信すると、WURパケットを復号および解析する。第2のPHY処理部25は、少なくともPHY層の処理を行い、さらにMAC層の処理を行う機能を備えてもよい。第2のPHY処理部25は、無線部本体(第1のPHY処理部22およびMAC処理部21)を起動するかを判断する。一例として、起動パケットに含まれるWUR信号が、事前にネゴシエーションにより決定したWUR信号と一致する場合は、起動することを決定し、一致しない場合は、起動しないことを決定する。起動することを決定すると、電源制御部26に起動要求通知を出力する。第2のPHY処理部25は、無線部本体と異なり、スリープ制御の対象外であるため、無線部本体が通信用のパケットの受信が不可能なスリープ状態であっても、第2のPHY処理部25は、WURパケットを受信可能である。第2のPHY処理部25は、受信機能のみ有し、送信機能を有さないものとする。ただし、第2のPHY処理部25が送信機能を備えていてもかまわない。
第2のPHY処理部25は、Wake−Up Radio、あるいは、Wake−Up Receiver(WUR)、あるいは、Low−Power WUR(LP−WUR)とも呼ばれる。
MAC処理部21、MAC/PHY管理部23、第1のPHY処理部22のアナログ処理部以外の部分、および第2のPHY処理部25のアナログ処理以外の部分は、一例として、STAとの通信に関する処理を行う通信処理装置またはベースバンド集積回路の一形態に相当する。第1および第2のPHY処理部のアナログ処理部は、例えばアンテナ24を介して信号を送受信するRF(Radio Frequency)集積回路の一形態に相当する。また、別の観点で、一例として、MAC処理部21および第1のPHY処理部22は、信号または通信用パケットを送受信する無線通信部に対応し、第2のPHY処理部25は受信部に対応し、MAC/PHY管理部23および電源制御部26は、無線通信部を制御する制御部に相当する。通信処理装置またはベースバンド集積回路の機能は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。ソフトウェアはROM、RAM等のメモリ、ハードディスク、SSDなどの記憶媒体に格納してプロセッサにより読み出して実行してもよい。メモリはDRAM等の揮発性メモリでも、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
以下、WUR信号およびWURパケットについて説明する。それに先立ち、STAとAP/STA間で、通常の通信(WURパケットの送信以外の通信)で使用するパケット(PPDU)の構成について説明する。
図5(A)に、通常の通信に使用するパケットのフォーマット例を示す。通常の通信に使用するパケットは、レガシープリアンブルフィールドと、MACフレームが格納されるペイロード部とを備える。レガシープリアンブルフィールドとペイロード部との間には、IEEE802.11n/ac/axなどの規格に応じたプリアンブルフィールドが配置されてもよい。レガシープリアンブルフィールドは、L−STF、L−LTF、L−SIGを含む。L−STF、L−LTF、L−SIGは、IEEE802.11aなどのレガシー端末でも認識可能なフィールドであり(先頭の“L”はレガシーを表す)、信号検出、周波数補正、伝送速度(あるいはMCS(Modulation and Coding Scheme))などの情報が格納されている。
図5(B)は、MACフレームのフォーマット例を示す。データフレーム、管理フレームおよび制御フレームは、基本的にこのようなフレームフォーマットを備える。本フレームフォーマットは、MACヘッダ(MAC header)、フレームボディ(Frame body)及びFCSの各フィールドを含む。
MACヘッダはFrame Control、Duration、Address1、Address2、Address3, Sequence Control、QoS Control及び HT(High Throughput) controlの各フィールドを含む。これらのフィールドは必ずしもすべて存在する必要はなく、一部のフィールドが存在しない場合もあり得る。また図示されていない他のフィールドが存在してもよい。例えば、Address4フィールドがさらに存在してもよい。
Address1のフィールドには宛先アドレス(Receiver Address;RA)が、Address2のフィールドには送信元アドレス(Transmitter Address;TA)が入り、Address 3のフィールドにはフレームの用途に応じてBSSの識別子であるBSSID(Basic Service Set IDentifier)(全てのビットに1を入れて全てのBSSIDを対象とするwildcard BSSID場合もある)か、あるいはTAが入る。
Frame Controlフィールドには、Type、Subtypeという2つのフィールドを設定する。データフレームか、管理フレームか、制御フレームかの大別はTypeフィールドで行われ、大別されたフレームの中での細かい種別、例えばProbe Requestフレーム、Beaconフレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。
Durationフィールドは前述したように媒体予約時間を記載する。Sequence Controlフィールドには、送信するデータのシーケンス番号や、データをフラグメント化した場合のフラグメント番号が設定される。QoSフィールドは、フレームの優先度を考慮して送信を行うQoS制御を行うために用いられる。HT Controlフィールドは、IEEE802.11nで導入されたフィールドであり、HT Controlフィールドは、QoSデータあるいは管理フレームのときに、オーダーフィールドが1に設定されていると存在するものである。HT ControlフィールドはVHT (Very High Throughput) Controlフィールドにも、HE (High Efficient) Controlフィールドにも拡張可能で、これにより、各々IEEE802.11n、IEEE802.11ac、あるいはIEEE802.11axの各種機能に応じた通知をすることができる。
FCSフィールドには、受信側でフレームの誤り検出のため用いられるチェックサム符号としてFCS(Frame Check Sequence)情報が設定される。FCS情報の例としては、CRC(Cyclic Redundancy Code)などがある。
図6(A)〜図6(C)はそれぞれWURパケットのフォーマット例を示す。WURパケットは、無線LAN規格のPHYフォーマットに準じた構成を有している。つまり、WUR信号を含むWURパケットは、無線LAN信号を用いて送信される。WUR信号は、OOK信号、ASK(Amplitude−Shift Keying)信号、AM(Amplitude Modulation)信号、PPM(Pulse Position Modulation)信号、等、主に搬送波の強弱で情報を伝送する変調方式の信号である。
図6(A)は、レガシープリアンブルに後続するペイロード部にWUR信号を格納した例である。使用する無線LAN規格に応じた拡張フィールドが、レガシープリアンブルと、ペイロード部との間に配置されてもよい。例えばIEEE802.11ax規格のSU(Single User)フォーマットを用いてもよい。この場合、当該SUフォーマットのペイロード部にWUR信号を配置する。レガシープリアンブルは物理層で処理される。IEEE802.11無線LAN規格では、PHY層では前述したPSDUと呼ばれ、また、ペイロード部は、MAC層からPHY層に渡される際には、前述したMPDUと呼ばれるものに該当する。したがって、ペイロード部は、MAC層で取り扱うものとして、MAC層で処理される。ペイロード部に格納されるものを、Wake−UpフレームまたはWURフレームと表現してもよい。なお、ペイロード部に格納されたWUR信号を、物理層で処理する形態も考えられる。
WUR信号は、特定のものに限定されない。WUR信号は、MACフレーム(図6(C)参照)でもよいし、MACフレームの先頭に所定のプリアンブルを付加したものでもよいし、別のフォーマットの信号でもよい。例えば、STAおよびAP間のネゴシエーションで所定長の値(ビット列)を決定し、当該決定した値を含む信号でもよい。または、所定長の値に加えて、起動先のAPのMACアドレス(BSSID)を含む信号でもよい。STAとAP間で互いに共通に認識できる限り、WUR信号はどのような内容でもかまわない。WUR信号が、WUR信号の送信元STAのMACアドレス(あるいはAIDまたはAIDの一部)を含んでもかまわない。
図6(B)は、レガシープリアンブルフィールドの後ろに、新規のプリアンブルフィールド(WUR用プリアンブルフィールド)を配置し、そこにWUR信号を配置する。WUR用プリアンブルは、物理ヘッダの一部であり、物理層で処理される。
図6(C)は、レガシープリアンブルフィールドの後ろのペイロード部に、MACフレームを配置した例である。MACフレームは、MACヘッダと、フレームボディフィールドと、FCSフィールドとを含む。MACヘッダは、図5(B)と同様の構成を有しても良いし、簡略化された構成を有しても良い。例えばAddress1(RAフィールド)のみを有し、その他のフィールドは省略するか、ダミー値を設定してもよい。WUR信号の識別子(インデックス番号等)のフィールドを設けてもよい。ネゴシエーションで所定長の値(ビット列)を決定する場合に、当該所定長の値をフレームボディフィールドに設定してもよい。あるいは、フレームボディフィールドには、相手装置に通知する他の情報を設定してもよい。例えば、後述するように、APがSTAとしてもAPとしても起動可能な場合に、APとして起動するか、STAとして起動するかを指定する指示情報を設定してもよい。指示情報は、フレームボディフィールドではなく、MACヘッダに設定してもよいし、物理ヘッダのWUR用プリアンブルに設定してもよい。
図6(A)〜図6(C)に示した構成は、一例であり、他にも様々なフォーマットが可能である。例えば、図6(C)のペイロード部において、MACヘッダの直前に所定のプリアンブルを配置してもよい。所定のプリアンブルは、一例として、所定のプリアンブルの後にMACフレームが格納されていることを通知するために用いられる。
第2のPHY処理部25は、第1のPHY処理部22と同様に、受信した信号のアナログ処理を行うアナログ処理部を備えている。第2のPHY処理部25は、受信した信号についてアナログ処理および復号することでパケットを取得し、受信したパケットがWURパケットであるかを判断する。第2のPHY処理部25は、パケットの物理ヘッダを処理するPHY層の処理と、ペイロード部の処理を行うMAC層の処理とを行う。受信したパケットが、WURパケットである場合は(例えば、WURパケットのフォーマットに合致している場合またはWURパケットであることを示すフラグが設定されている場合など)、WURパケットに含まれるWUR信号に基づき、無線部本体を起動するかを判断する。簡単な例として、WURフォーマットが、事前にネゴシエーションで定めた値を設定するフィールドを含む場合は、抽出したWUR信号の当該値が、ネゴシエーションで定めた値と一致するかを判断し、一致する場合は、無線部本体を起動することを決定する。または、WUR信号が起動先のアドレスを含む場合に、WUR信号に含まれる当該アドレスが自APのアドレスに一致する場合に、無線部本体を起動することを決定する。WUR信号が複数存在する場合は、今回受信されたWUR信号がどのWUR信号(あるいはどのフォーマット)かを、例えばWUR信号に含まれる識別子(インデックス番号)から特定してもよい。そして、特定したWUR信号に応じて、今回受信したWUR信号が起動の条件を満たすかを判断してもよい。第2のPHY処理部25は、無線部本体を起動することを決定した場合、電源制御部26に起動要求通知を出力する。起動要求通知を受けた電源制御部26は、無線部本体を起動する。
なお、第2のPHY処理部25は、送信機能を有さないため、パケットの受信成功(または失敗)を決定しても、送信元に送達確認応答フレームを送信する必要はない。ただし、第2のPHY処理部25に送信機能も追加し、受信の判定結果に応じて、送信元に送達確認応答フレームを送信してもよい。
また、第2のPHY処理部25の周波数帯が、第1のPHY処理部22で使用する周波数帯と異なってもよい。また、第2のPHY処理部25が備えるアナログ処理部が、第1のPHY処理部22が備えるアナログ処理部と共通でもよい。この場合、アナログ処理部はスリープできない。
図7は、本実施形態に従った無線LANシステムの動作のシーケンス図である。
APのMAC/PHY管理部23の電源制御部26は、予め登録しておいた全STAとの通信が行われていないことを検出した場合、無線部本体(第1のPHY処理部22およびMAC処理部21)にスリープ指示を出力する(A101)。登録したSTAとの通信が行われていないとの判断は、例えば、登録したSTAとのフレーム交換が固定時間ないことで判断できる。あるいは、APが、登録したSTAすべてとの無線リンクを切断した場合に、そのように判断してでもよい。登録している全STAのうち1台でも、通信が行われていると判断される場合は、スリープ指示は出力しない。
第1のPHY処理部22およびMAC処理部21は、スリープ指示を受けると、スリープ状態に遷移する。すなわち、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21への電源供給が停止または抑制される(A102)。これにより、第1のPHY処理部22は、パケットの送受信(アナログ処理およびキャリアセンスを含む)およびパケットの生成を含む動作を行わなくなる。また、MAC処理部21は、フレームの送受信およびフレームの生成を含む動作を行わなくなる。なお、第1のPHY処理部22およびMAC処理部21がスリープ状態に遷移しても、第2のPHY処理部25は、起動(電源投入)されたままである。なお、前述したように、スリープ状態への遷移の方法にはバリエーションが可能であり、いずれの方法も可能である。
STAのユーザが帰宅したり(例えば、GPSや無線LANを使用して位置情報を把握するなどして、帰宅を判断してもよい)、STAの電源をオンにしたりするなどし、STAはどのAPにも接続していない状態と判断すると、APを探索するべく、Probe Requestフレームを送信する。具体的には、STAのMAC/PHY管理部13が、スキャン要求をMAC処理部11に出力し(A103)、MAC処理部11が、スキャン要求を受けてProbe Requestフレームを生成し、当該フレームの送信要求をPHY処理部12に出力する(A104)。PHY処理部12は、当該送信要求を受けて、Probe Requestフレームをペイロード部分に格納したパケット(PPDU)を生成し、パケットを送信する(A105)。
当該パケットの送信は、1回もしくは複数回行う。複数回行う場合、予め送信回数が決められていてもよい。または、MAC処理部11またはMAC/PHY管理部13がタイマーを所定値に設定して起動し、タイマーが切れるまで、繰り返し送信してもよい。また、接続したいAPが使用する可能性のあるチャネルが複数あるときは、チャネルを切り替えながら、それぞれのチャネルでパケットを送信してもよい。ここでは、Probe Requestフレームを送信するアクティブスキャンを行ったが、受動的にBeaconフレームの受信を観測するパッシブスキャンを用いてもよい。また、STAはアクティブスキャンもしくはパッシブスキャンの際に、ネゴシエーションを行ったAPを指定するようにしてもよい。ただし、ネゴシエーションしたAPの通信範囲にSTAがいない場合には、無駄に当該APをスキャン(探索)することにもなりかねない。このため、特にSTAとしてどのBSSとも接続できるようにしている場合には、ネゴシエーションを行ったAPを指定しない方が望ましい。アクティブスキャンでAPを指定しない場合は、Probe Requestフレームの送信先アドレスとして、ブロードキャストアドレスを用いる。
STAは、Probe Requestフレームに対する応答フレームを受信しない、あるいは、接続したいAP(BSS)を検出できなかったと判断すると、MAC処理部11は、MAC/PHY管理部13に対して、BSS未検出報告を出力する(A106)。MAC/PHY管理部13は、APはスリープ状態の可能性があると判断し、登録したAPの起動要求を生成して、MAC処理部11に出力する(A108)MAC処理部11は、APを起動するためのWUR信号の送信要求をPHY処理部12に出力する(A109)。この際、WURパケットの構成にもよるが、WURパケットのペイロード部に含める情報(MACフレーム等)も出力する。例えば、登録したAPのMACアドレス(BSSID)を送信先アドレスフィールドに設定したMACヘッダを含むMACフレームを生成する。その他にもMACヘッダまたはフレームボディフィールド部に設定する必要がある情報(例えばネゴシエーションで決定した特定の値(ビット列)など)があれば、その情報も設定する。
PHY処理部12は、WUR信号の送信要求に基づき、WUR信号を含むWURパケット(PPDU)を生成し、送信する(A110)。WURパケットの送信は、通常の通信用のパケットと同様に、CSMA/CAに従う。すなわち、送信前にバックオフアルゴリズムに基づき無線媒体の状態を確認し、無線媒体がアイドル状態であれば、アクセス権を獲得し、WURパケットを送信する。
WURパケットの送信は、1回または複数回である。複数回の場合は、予め定めた回数を送信してもよいし、予め定めた送信期間(所定時間)長の間で繰り返し送信してもよい。送信回数または送信期間長の値は、MAC/PHY管理部が、これらの一方の値を起動要求にパラメータとして含めてもよい。送信回数または送信期間長を制限することで、登録したAPが実際には通信可能な範囲に存在しない場合に、無駄な動作を必要以上に続けて、消費電力が増大することを避けることができる。また、周囲の他のシステムへの干渉も抑制できる。
WURパケットの送信回数を制限する別の方法としては、MAC/PHY管理部13が、起動要求を出力する際にタイマーを所定の値に設定して起動し、タイマーが切れたら、WURパケットの送信停止要求を出力し、MAC処理部11が当該要求に基づきWURパケットの送信が停止されるよう制御してもよい。また、WUR信号が複数存在し、WUR信号の使い分けをする場合は、MAC/PHY管理部13は、起動要求に、送信するWUR信号の識別子をパラメータとして含め、PHY処理部12は、当該識別子を設定したWUR信号を含むWURパケットを生成してもよい。この場合、AP側では、情報管理ベース(MIB)でWUR信号ごとに異なる識別子(インデックス番号)を割り当てて、WUR信号を識別できるようにしておく。APは、事前にSTAに対して、使用するWUR信号の識別子を通知しておく。
無線部本体(ここでは第1のPHY処理部およびMAC処理部の両方)がスリープ状態にあるAPでは、パケットの受信を行わない状態にあるため、STAからのProbe Requestフレームには応答しない。一方、無線部本体がスリープ状態であっても、APの第2のPHY処理部25は、電源が供給されており、受信動作が可能である。第2のPHY処理部25は、アンテナ24を介してWURパケットを受信すると、WURパケットを復号する。例えば、レガシーのプリアンブルを処理した後、後段に配置されているWUR信号を復号(例えばOOK復調)する。当該WUR信号が、事前にネゴシエーションで決定した条件を満たすか(一例としてネゴシエーションで決定した特定の値を含むか、または、送信先アドレスが自APのアドレスに一致するかなど)を判断し、満たす場合に、起動要求通知を電源制御部26に出力する(A111)。条件を満たさない場合は、起動要求通知を出力しない。これにより、登録していないSTAによりAPが起動させられることを防止できる。
電源制御部26は、起動要求通知を受けると、スリープ復帰指示を無線部本体(第1のPHY処理部22とMAC処理部21)に出力し、これらを起動(アウェイク)する。これにより、無線部本体が起動し(A113)、以降、APは、WURパケットを送信したSTAのみならず、他のSTAとも通常の通信を開始する(A114)。無線部本体のスリープ復帰方法には、前述したように、バリエーションがあり、そのいずれの方法も可能である。
<APとSTA間のネゴシエーション(APに対しSTAを事前登録)の詳細>
前述したように、APがスリープし、WUR信号の受信により起動できるようにするために、APとSTA間に事前にネゴシエーションを行い、APにSTAを登録しておく必要がある。ネゴシエーションを行うために、APが、本実施形態に係るスリープ対応機能を有する旨(APはスリープしてWUR信号で起動できる旨、あるいは、WUR信号の受信に対応する旨、あるいは起動部を有する旨)を、STAに通知する必要がある。また、STAは、本実施形態に係るWUR信号送信機能を有する旨(WUR信号を送信できる旨)の通知をAPに行う必要がある。
一例として、スリープ対応機能を有することの通知を、BeaconフレームまたはProbe Responseフレーム等の管理フレームで行うことができる。一方、STAは、本実施形態に係るWUR信号送信機能を有する旨(WUR信号を送信できる旨)の通知を、Association Requestフレーム等の管理フレームで行うことができる。例えばもろもろのcapabilityを通知するフィールド内に、当該通知に関する情報を入れるサブフィールドを設けて、当該サブフィールドに当該情報を入れることで、APおよびSTAはこれらの通知を行う。このサブフィールドは1ビットあれば十分で、1は対応、0は非対応などとしてもよい。
管理フレームでは、固有のElement ID(IDentifier)が割り当てられた情報エレメント(Information element;IE)を1つまたは複数、Frame Bodyフィールドに設定できる。一例として、情報エレメントで上述のスリープ対応機能またはWUR信号送信機能の通知を行ってもよい。図8(A)に情報エレメントのフォーマット例を示す。情報エレメントは、Element IDフィールド、Lengthフィールド、情報(Information)フィールドの各フィールドを有する。情報エレメントは、Element IDで識別される。情報フィールドは、通知する情報の内容を格納し、Lengthフィールドは、情報フィールドの長さ情報を格納する。
例えば、WUR Capabilities elementというものを規定し(すなわち新しいElement IDを定義する)、そのエレメントの情報フィールドに、上述の機能に対応する旨を入れる。あるいは既存の拡張規格、例えばIEEE802.11axをベースにするなら、そこで用いられているcapability通知のためのフィールド、例えばHE Capabilities elementの情報フィールドに、上述の機能に対応する旨を入れるようにしてもよい。
あるいは、IEEE802.11ではelement IDが枯渇してきていることから、element ID=255にして、Lengthフィールドの後にElement ID Extension(1オクテット)を追加した、拡張した情報エレメントフォーマットを利用することもあり得る。拡張した情報エレメントフォーマットの例を図8(B)に示す。
APおよびSTA間で互いにスリープ機能およびWUR信号送信機能を有することを把握できた後は、STAをAPに登録するためのネゴシエーションをフレーム交換により行う。例えば、一方からWUR設定要求フレームを送信し、他方からWUR設定応答フレームを送信する。このネゴシエーションでは、使用するWUR信号(WUR信号のフォーマットを決める場合も含む)、および必要に応じて、WUR信号を送信する送信期間の長さ等も決定する。WUR信号は、APのBSS内では共通でもよいし、APが複数のWUR信号に対応可能な場合、複数のWUR信号の中から必要なWUR信号を決定する構成も可能である。一例として、STAごとにWUR信号を変更してもよい。あるいは、用途別グループなどがあり、WUR信号に応じてAPのconfigを変えたい場合には、STAの属するグループに応じてWUR信号を決定してもよい。または、後述するように、APとnon−AP STAとのうち任意の一方で起動できる端末をAPまたはnon−AP STAとして起動させたい場合には、APまたはnon−AP STAとしての起動を指示するための指示情報を含むWUR信号を決定してもよい。
なお、WUR信号が当該BSSで共通ということに関して補足説明する。例えば、WUR信号のフレーム(WURフレーム)を構成する際に、起動する先のMACアドレスを入れるというのであれば、この場合、APのMACアドレスはBSSIDなので、自ずと起動する先のMACアドレスは当該BSSで共通ということになる。WURフレームに他の情報を追加するにしても、当該他の情報も、当該BSSに所属する(Association済みの)複数のSTAのうち、APを起動するネゴシエーションを結んだSTAであれば、全て共通にする。
ネゴシエーションの例1としては、アソシエーションプロセスを利用するものがある。すなわち、STAが送信するAssociation RequestフレームをWUR設定要求フレームとし、Association ResponseフレームをWUR設定応答フレームとしてネゴシエーションを行う。Association RequestフレームまたはAssociation Responseフレームまたはこれらの両方に、情報エレメントとして、ネゴシエーションに必要な情報を入れる。なお、前述したスリープ機能およびWUR信号送信機能への対応有無の通知も、ネゴシエーションと同じフレームで行ってもよい。
またネゴシエーションの例2としては、新規の管理フレームを定義し、当該フレームの交換で行うというものがある。例えば、WUR設定要求フレームとWUR設定応答フレームのそれぞれを新規に定義する。通常IEEE802.11無線LANでは、要求フレームはSTAから送信されるが、例2の場合は、APから送信することも可能である。APから送信することで、APから、自APを起動してほしいSTAを指定することができる。ネゴシエーションは1対1でAPがSTAに送信する場合の他、APからDL−MU(Downlink−MultiUser)で複数のSTAに要求フレームを送信し、応答フレームも複数のSTAからAPへUL−MU(Uplink−Multiuser)で収集するようにしてもよい。DL−MUの例としては、DL−OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、あるい、はDL−MU−MIMO(Multi−User Multiple Input,Multiple Output)、あるいは、これらを組合せた方式などがある。UL−MUの例としては、UL−OFDMA、あるいは、UL−MU−MIMO、これらを組合せた方式などがある。
図9(A)は、STA側からWUR設定要求フレームを送信し(B101)、AP側がWUR設定応答フレームを送信する(B102)場合のシーケンス例を示す。図9(B)は、AP側からWUR設定要求フレームを送信し(B111)、AP側がWUR設定応答フレームを送信する(B112)場合のシーケンス例を示す。なお、送達確認応答フレーム(ACKフレーム)の送信は省略している。
WUR信号の指定は、一例としてWUR設定要求フレームで行う。WUR設定応答フレームには、WUR設定要求フレームの要求を受け付けるか否かの判断結果を入れる。判断結果は、例えばStatus Codeを用いる。Status CodeはAssociation Responseフレームでも、新規に定義した応答管理フレームでも共通に使えるものである。Status Codeは、一例として、情報エレメントのInformationフィールドに含めることができる。指定されたWUR信号を受け付ける場合は、Status Codeの値は、“0”すなわち“SUCCESS”である。指定されたWUR信号を受け付けない場合は、その理由を表すStatus Codeを、応答管理フレームに入れることが望ましい。この用途のために、例えば新規にStatus Codeを定義してもよい。受信側が、WUR設定要求フレームの要求を受け入れない場合には、受信側が代わりのWUR信号を、WUR設定応答フレームで指定することも可能である。このような仕組みの場合、WUR設定応答フレームの送信側で指定されたWUR信号の方が絶対であり、WRU設定要求フレームの送信側で指定したものは、あくまで参照されるだけである。Status Codeは、WUR設定応答フレームに代わりのWUR信号が入れられていることが、WUR設定要求フレームの送信側で把握できるような値とすることが望ましい。
WUR信号の送信期間長や、WUR信号の伝送レート(例えばOOK信号の伝送レート)を指定する場合も、WUR信号を決める場合と同様にして行えばよい(なお、レガシープリアンブルフィールドのレートはIEEE802.11規格で事前に定められたMCS(伝送レート)を用いればよい)。システム上(または規格上)、WUR信号の伝送レートが指定されるようになっていてもよい。その場合、第2のPHY処理部(起動部)は、WUR信号について特定の伝送レートだけの待ち受けに特化できるため、さらに低消費にすることができる。これは、APが起動される場合だけでなく、以下に説明するように、STAが起動される場合も共通である。
上述した説明では、AP側がスリープして、STA側がWUR信号でAPを起動する形態が示されたが、STAも、APと同様に、起動部(第2のPHY処理部)および電源制御部を備えることで、STA側がスリープして、APがWUR信号でSTAを起動する形態も可能である(APが一旦起動した後に、この形態に移行することも可能)。このような場合、WURの適用方向として、DL(Downlink)とUL(Uplink)の両方を設定できることが好ましい。DLのWUR適用方向は、APからSTAを起動する場合に対応し、ULのWUR適用方向はSTAからAPを起動する場合(これまで述べてきた形態)に対応する。以下、このように双方向の設定が可能な場合のネゴシエーションについて詳細に説明する。
<フレームの方向とDL/UL設定が連動する場合(上記ネゴシエーションの例2の場合にのみ適用可能)>
例えば、WUR設定要求フレームを、起動してもらいたい装置から送信する。つまりWUR設定要求フレームの送信方向と逆方向が、WURの適用方向になる。具体的には、APがSTAに起動してもらいたい場合は、APからSTAにWUR設定要求フレームを送信する。WUR設定要求フレームの送信方向はDLであり、WURの適用方向(WUR信号の送信方向)は、STAからAPへのUL方向になる。逆にSTAがAPに起動してもらいたい場合は、STAからAPにWUR設定要求フレームを送信する。WUR設定要求フレームの送信方向はULであり、WURの適用方向(WUR信号の送信方向)は、APからSTAへのDL方向になる。WUR設定要求フレームに対し、逆方向にWUR設定応答フレームが送信されるため、WUR設定応答フレームの方向とWURの適用方向とが同一、という言い方もできる。
<WUR設定要求フレームにDL/ULを入れる場合(上記のネゴシエーションの例1でも例2でも適用可能)>
例えば、WUR設定要求フレームに、WURの適用方向を示すDL/ULフィールドを入れるようにしてもよい。すなわち、図10(A)に示すように、DL/ULフィールドを情報フィールド内に有する情報エレメントを用いてもよい。あるいは、既存の情報エレメントの情報フィールド内の予約フィールドを用いてもよい。STAがAPを起動する場合、すなわちWUR適用方向としてULの場合は、このDL/ULフィールドにULを表す値に設定する。APがSTAを起動する場合、すなわちWUR適用方向としてDLの場合は、このDL/ULフィールドにDLを表す値を設定する。DL/ULフィールドは1ビットでよく、例えば“0”であればDL、“1”であればUL、あるいは逆の定義にしておけばよい。あるいは、例えば既存のIEEE802.11規格対応のMACフレームで、MACヘッダにあるFrame ControlフィールドのToDS/FromDSと同様な表現を用いてもよい。この場合は、STAとSTA同士間でWURの設定を行う場合(ダイレクトリンクの場合)にも、対応することができる。例えば、図10(B)に示すように、新規に2ビットのToAP/FromAPフィールドを定義する。“10”であればUL、“01”であればDL、“00”であればSTA同士の方向を示す。“11”はリザーブとしてもよいし、APとAP同士のWUR設定が可能な場合は、“11”をAP同士の方向を示すとして定義してもよい。ここで示した2ビットの設定例は一例であり、他の定義でもよい。
なお、STAが、WUR設定要求フレームでULを指定する場合は、事前に例えばAPからのBeaconフレームまたはProbe Responseフレームにより、APがスリープ機能(WUR信号の受信)に対応することを把握しておく。STAから送信するWUR設定要求フレームは、Association Requestフレームでも、新規の要求管理フレームでもよい。APから送信するWUR設定応答フレームは、Association Responseフレーム、あるいは、新規の要求管理フレームに対応する新規の応答管理フレームでもよい。
<Status Code、WUR信号の指定>
WURの適用方向とフレームの方向とが連動している場合、WUR設定要求フレームの送信側が、WUR信号を指定することが考えられる。例えばWURの適用方向がULの場合、APがWUR設定要求フレームを送信するが、WUR設定要求フレームにAPがWUR信号も指定する。WUR信号の指定は、WUR信号の識別子を指定することで行ってもよい。図11(A)に、WUR信号の識別子を情報エレメントで指定する例を示す。識別子は、規格またはシステムで事前に決められていてもよいし、APが決定して、BSSに属するSTAに通知してもよい。なお、前述したように、WUR信号の識別子を指定することで、使用するWUR信号の値のすべてが決まる場合、WUR信号のフォーマットが決まる場合、フォーマットとフィールドの一部の値(例えば所定長の値など)が決まる場合のいずれも可能である。
STAはWUR設定応答フレームを送信するが、要求を受け付けるか否かをStatus Codeによって通知する。Status Codeを情報エレメントに設定する例を図11(B)に示す。APの指定したWUR信号が、STAで受け付けられないのであれば、その旨を通知するStatus Codeを入れる。あるいはSTAが代わりのWUR信号をWUR設定応答フレームで通知し、これをAPに使わせてもよい。この場合の情報エレメントの例を図11(C)に示す。Status Codeは、代わりのWUR信号が応答フレームに入れられていることがAPで把握できるような値とすることが望ましい。WURの適用方向がDLの場合は、上記説明でのAPとSTAを入れ替えればよい。あるいは、WUR設定応答フレームの送信側(すなわちWUR信号の送信側)が、WUR設定応答フレームでWUR信号を指定するようにしてもよい。この場合、WUR設定要求フレーム送信側は、WUR設定応答フレームで指定されたWUR信号を用いればよい。
ここで、WUR設定は、必ずSTA側からのWUR設定要求フレームの送信により開始する場合について考える。
例えばWURの適用方向としてULを考える。STAが送信するWUR設定要求フレームでWUR信号も指定する場合、STAの指定したWUR信号が、APで受け付けられないのであれば、APはその旨を通知するStatus Codeを入れたWUR設定応答フレームを送信する。あるいは、APが代わりのWUR信号をWUR設定応答フレームで通知し、それをSTAに使わせるようにしてもよい。このような仕組みの場合、WUR設定応答フレームで通知されたWUR信号の方が絶対であり、WUR設定要求フレームで通知したものはあくまでAPで参照されるだけということになる。Status Codeの値は、代わりのWUR信号が応答フレームに入れられていることが、STAで把握できるような値とすることが望ましい。
WUR適用方向がDLの場合も、STAが送信するWUR設定要求フレームで、STAが受け付けるWUR信号も指定するようにする。APがSTAの指定したWUR信号を受け付けないのであれば、上記のULの場合と同様な仕組みで、APがWUR信号をWUR設定応答フレームで指定してもよい。ただし、通常、WUR信号を受信する側の方に、WUR信号の受信に関する制約があると考えられる。従って、DLの場合は、STAの指定したWUR信号をAPは無条件に受け入れるか否かを判断し、受け入れない場合は、その旨を通知するStatus Codeを送信するだけにしてもよい。
WURの適用方向としてULを考える場合に、STAが送信するWUR設定要求フレームではWUR信号を指定せず、APがWUR設定応答フレームで指定する方法も考えられる。その場合は、STAは、APがWUR設定応答フレームで指定したWUR信号をそのまま用いればよい。WURの適用方向としてDLを考える場合に、前述のようにWUR信号を受信する側の方が、受信の制約があると考えられる。このため、WUR信号をSTAがWUR設定要求フレームで指定して、APがSTAの指定するWUR信号をそのまま用いることが望ましい。
<APが、自APを起動してもらうSTAとしてネゴシエーションするのは、BSS内の全STAでなくてもいい>
例えば、前述した図2に示したような家庭での利用シーンを考えると、APに接続するSTAとしては、PCやタブレット、スマートフォン、プリンタなどがある。APがスリープできる状況は、ユーザが不在の場合である。通信が行われない場合にユーザが不在と判断できるSTAとしては、ユーザが携帯する、スマートフォンやタブレットが考えられる。このため、APは、自APを起動してもらうSTAとして、ユーザが携帯するという属性をもつSTAだけと、ネゴシエーションするようにするのがよい。ユーザが、APまたはSTAで動作するアプリ上で、APを起動するSTAを選定するようにしてもよい。その結果、WUR設定要求フレームが、例えばAPから、その選定されたSTAに送信される。例えばWUR設定要求フレームを発動するためのrequestプリミティブ(プリミティブについては後述する)内に、選定されたSTAのMACアドレスが入れられることで、これは実現できる。ユーザがスマートフォンを、AP起動用のSTAに設定するように、APまたはSTAを操作すればよい。
<STAとの無線リンク切断後も、WUR関連登録情報を保持しておく>
WUR設定に関連して登録した情報(WUR関連登録情報)は、STAおよびAP間の無線リンク切断後(スリープにより切断された場合も含む)も有効にしておく必要がある。WUR関連登録情報とは、少なくとも自APを起動するためのネゴシエーションをしたSTAに関する情報と、ネゴシエーションしたWUR信号に関する情報(WUR信号の伝送レート、送信期間等をネゴシエーションした場合、これらの情報も含む)。また、APが、スリープ前の状態に復帰するための情報がある。これらの情報を格納しておく場所などを確保し、復帰時に参照できるようにしておく必要がある。このようにすることで、APは、スリープ復帰後、再度ネゴシエーションせずに、ネゴシエーションした情報を使いまわせるようになる。なお、一般的には、通常の情報は、STAとの切断後あるいはSTAと切断したと判断した段階で無効にされる。
<レイヤ構成とプリミティブ(Primitive)>
図12に、本実施形態に係るSTAのレイヤ構成の例を示す。このレイヤ構成は一般的に知られているものである。MAC Sublayerの下に、PHY Sublayerが位置する。これらのSublayer間には情報交換のためのSAP(Service Access Point)であるPHY_SAPが定義されている。また、MAC Sublayerの上位に、MAC Sublayerを管理するMLME(MAC Sublayer Management Entity)が存在し、PHY Sublayerの上位に、PHY Sublayerを管理するPLME(PHY Sublayer Management Entity)が存在する。つまり、MLMEはMAC層の管理エンティティ、PLMEは物理層の管理エンティティである。これらのEntity間には情報交換のためのMLME−PLME_SAPが定義されている。MLMEとPLMEの両方の上位に、SME(Station Management Entity)が存在する。MLMEとSME間には情報交換のためのMLME_SAPが定義されている。PLMEとSME間には情報交換のためのPLME_SAPが定義されている。情報交換は、それぞれのSAPごとに定義されるPrimitive(プリミティブ)とパラメータを介して行われる。プリミティブには、requestと、confirmと、indicationと、responseが定義されている。先にも少し述べたが、一例として、STAのMAC処理部11は、MAC SublayerとMLMEとに相当する処理を行い、PHY処理部12は、PHY SublayerとPLMEとに相当する処理を行い、MAC/PHY管理部13は、SMEに相当する処理を行う。
図13に、本実施形態に係るAPのレイヤ構成の例を示す。基本的にSTAのレイヤ構成と同じであるが、本実施形態で新たに定義されたWUR Management Entyty(WUR_MEと表記する)が、SMEの下位に追加されている。WUR_MEとSMEとの間には、WUR−MLME_SAPとWUR−PLME_SAPとが、情報交換のために定義されている。一例として、APの第2のPHY処理部25は、WUR_MEに相当する処理を行い、MAC処理部21は、MAC SublayerとMLMEとに相当する処理を行い、PHY処理部22は、PHY SublayerとPLMEとに相当する処理を行い、MAC/PHY管理部23は、SMEに相当する処理を行う。
<ネゴシエーションのためのMLME−SAP>
新規にネゴシエーションのための管理フレーム交換を行う場合には、通常の要求管理フレーム・応答管理フレームの交換を参照した指示信号(InterFace(I/F)信号)が、MAC処理部とMAC/PHY管理部との間で交換される。I/F信号はSAP(Service Access Point)プリミティブに相当する。例えば、図9(A)のようにSTAからWUR設定要求フレームを送信する場合、MAC/PHY管理部13から、WUR設定要求フレームを送信するためにWUR用に新たに定義したプリミティブ(例えばMLME−WUR−MANAGEMENT.request)を発行し、MLME_SAPを介してMLMEに入力する。この際、プリミティブのパラメータとしてネゴシエーションに必要な情報を設定する。MLMEは、当該requestプリミティブおよびパラメータに基づきWUR設定要求フレームを生成し、MAC Sublayerを介して送信する。STAでは、APからWUR設定応答フレームが届くと、その旨がMAC Sublayerを介してMLMEに通知され、MLMEは、MLME_SAPを介して、MLME−WUR−MANAGEMENT.confirmをSMEに入力する。一方、AP側では、WUR設定要求フレームを受信すると、MAC SublayerからMLMEにその旨が通知され、MLMEが、MLME_SAPを介して、SMEに、MLME−WUR−MANAGEMENT.indicationを入力する。SMEは、WUR設定応答フレームを送信するためのプリミティブとしてMLME−WUR−MANAGEMENT.responseを発行して、MLME_SAPを介して、MLMEに当該responseプリミティブを入力する。プリミティブのパラメータとして、WUR設定応答フレームにネゴシエーションの応答として含めるべき情報を設定する。MLMEは、当該responseプリミティブとパラメータに基づき、WUR設定応答フレームを生成し、MAC Sublayerを介して送信する。ここでは、STAからWUR設定応答フレームを送信する場合を示したが、APから送信する場合は、上記の説明をAPとSTAとを入れ替えて読めばよい。
図14は、前述した図7のシーケンスにおける各部間のI/F信号をプリミティブによって書き表したす図である。
従来のIEEE802.11規格では、APがスリープ状態に遷移(パワーセーブモードに移行)ということはなかったため、本実施形態では、APの無線部本体をスリープに移行させるために、WUR用の新規のI/F信号(プリミティブ)が必要である。図7のスリープ指示(A101)に対応するプリミティブとしては、図14では、MLME/PLME−LP−MANAGEMENT.requestを定義している。従来、IEEE802.11無線LANでは、プリミティブはMAC層向けのMLMEプリミティブあるいはPHY層向けのPLMEプリミティブに分かれていたが、ここでは無線部本体としてMAC層もPHY層も対象とするため、“MLME/PLME−…”と記載している。例えば、まずSMEからMLMEへMLME_SAPを介してMLMEプリミティブを入力し、MLMEからPLMEにMLME−PLME_SAPを介して指示をかけ、これにより、MAC層およびPHY層両方をスリープに移行する、という手順を取ってもよい。その場合は、SMEからのプリミティブとしてはMLME用、例えばMLME−LP−MANAGEMENT.requestだけでよい。ここではrequestプリミティブのみ示したが、requestと対になるconfirmプリミティブが存在してもよい。requestとconfirmは、通常のプリミティブと同様の関係である。入力対象の管理エンティティ(MLMEまたはPLME)においてrequestプリミティブを受け付けた場合にconfirmプリミティブを返す。実際の実装では入力信号に対し、正常に受け付けたかどうかの応答信号となる。あるいは実際の実装では入力を強制にして、受付応答を不要にしてもよい。
従来、STA側にはパワーセーブモードに移行するためのプリミティブがある。これはIEEE802.11無線LAN規格では、MLME−POWERMANAGEMENT.request/confirm(requestとconfirmをまとめてrequest/confirmと表記している)である。このrequest側のプリミティブ内のパラメータとしては、PowerManagementModeとReceiveDTIMsとがある。PowerManagementModeとしては、ACTIVEもしくはPOWER_SAVEを選択できるようになっている。ACTIVEの場合は、スリープに移行せず常にアウェイクの状態を維持する。POWER_SAVEの場合は、スリープとアウェイクとの間で状態を遷移する従来の802.11無線LAN規格でのパワーセーブモードに移行する。RecieveDTIMsは、AP側がDTIM周期で送信するブロードキャストまたマルチキャストフレームを、毎DTIMビーコンで起動して受信できるようにするか否かを示すものである。しかしこのMLME−POWERMANAGEMENT.request/confirmプリミティブでは、本実施形態でのAPのケース、すなわち、APの第2のPHY処理部(起動部)が特定のWUR信号を受信してAPの無線部本体を起動するまでの間無線部本体をスリープにする、という動作を実現することはできない。すなわち、本実施形態に係るAPのスリープモードは、従来のIEEE802.11無線LANでのSTAのパワーセーブモードとは形態が異なる。また、本実施形態では、本来DTIM周期でブロードキャストまたマルチキャストフレームを送信するAP自身がスリープ状態に移行するので、ReceiveDTIMsも不要である。
そこで、MLME/PLME−LP−MANAGEMENT.requestプリミティブ(A101)には、無線部本体の電源を制御するパラメータを入れる。例えばこのパラメータは、MainRadioModeというものであり、その値は、ONとOFFが選択できるようになっている。ONの場合は、無線部本体でパケット(MAC層レベルで言うならフレーム)の送受信ができる通常の状態、OFFの場合は無線部本体でパケットの送受信ができない状態である。このMainRadioModeパラメータにより、いずれかの状態への遷移を指示する。このMainRadioModeパラメータでの無線部本体の電源制御に連動して、第2のPHY処理部(起動部)25の電源制御をしてもよい。例えば、無線部本体にON指示を出す場合は第2のPHY処理部25をOFF、無線部本体にOFF指示を出す場合は第2のPHY処理部25をONというようにしてもよい。あるいは、MainRadioModeパラメータは、無線部本体の制御だけに特化していてもよい。
なお、STA側がAPからのWUR信号を受信することで無線部本体を起動させる場合でも、従来のIEEE802.11無線LANでのパワーセーブ動作とは違うので、上記と同様、WUR用に定義したプリミティブを用いて無線部本体をスリープに移行させるのがよい。
<STAでのWUR信号送信>
図7のスキャン要求(A103)に対応するプリミティブとして、スキャン実施のために、SMEからMLME_SAPを介して、MLME−SCAN.requestがMLMEに入力される。MLMEでMLME−SCAN.requestを受けると、Probe Requestフレームの送信のため、通常の管理フレームの送信の場合と同様のプリミティブ(例えばPHY−TXSTART.request)を、PHY_SAPを介してMAC SublayerからPHY Sublayerに入力する。なお、前述したように、スキャンは、Probe Requestフレームを送信するアクティブスキャンの代わりに、Beaconフレームの受信を試みるパッシブスキャンを行っても良い。
図7のBSS未検出報告(A106)に対応するプリミティブとして、スキャンの結果を表すMLME−SCAN.confirmが、MLME_SAPを介してMLMEからSMEに入力される。ここではconfirmのパラメータは、BSSが未検出であったことを示す結果を含む。
WUR信号の送信開始指示を表す図7の起動要求(A108)に対応するプリミティブとして、新規に定義したMLME−WUR−TX.request/confirmを用いる。上述のMLME−SCAN.confirm(A106)で、例えば接続したいBSSを検出できなかった場合に、SMEからMLME_SAPを介してMLME−WUR−TX.requestをMLMEに入力する。MLME−WUR−TX.requestプリミティブ内に必要なパラメータとしては、例えばWUR信号の送信期間長、送信するWUR信号を指定する情報(例えばWUR信号が複数あり、これらのWUR信号を使い分ける場合)がある。WUR信号の送信を止めるプリミティブを定義し、このプリミティブを利用してWUR信号の送信停止を行うのであれば、WUR信号の送信期間長は不要である。送信するWUR信号の指定は、前述したように、例えばインデックス番号で指定するなどが考えられる。情報管理ベース(MIB)で、WUR信号ごとに異なるインデックス番号を割り当て、識別できるようにしておけばよい。MLMEでMLME−WUR−TX.requestを受けると、WUR信号フレームの送信のため、通常の管理フレームの送信の場合と同様のプリミティブ(例えばPHY−TXSTART.request)を、PHY_SAPを介してMAC SublayerからPHY Sublayerに入力する。
ここでは、SMEからMLMEを介して物理層にWURフレームの送信指示を与えたが(A108とA109参照)、SMEから直接、物理層にWURフレームの送信指示を与えてもよい。この場合、SMEからPLMEにダイレクトに、PLME−WUR−TX.requestプリミティブを入力してもよい。
前述したように、STAは、APからBeaconフレームを受信したら、WUR信号の送信を止めるようにしてもよい。このときは、MLME_SAPを介してMLMEからSMEに、対象のAPからBeaconフレームを受信した旨を通知するindicationプリミティブを入力し、SMEからWUR信号の送信を止める指示のrequestプリミティブを改めてMLMEに入れるようにしてもよい。あるいは、WUR信号の送信をMAC層で止めてから、SMEに止めた旨のindicationプリミティブを入力するようにしてもよい。
一方、第2のPHY処理部(起動部)25で、特定のWUR信号(ネゴシエーションにより決めたWUR信号)を受信すると、第2のPHY処理部25に対応するWUR_ME(図13のWUR Management Entity)からWUR−PLME_SAPを介して、SMEに、PLME−WUR−TX.indicationプリミティブを入力する(図7の起動要求通知A111に対応)。このプリミティブは、第2のPHY処理部25でWUR信号が受信された旨を通知するものである。ここでPLMEプリミティブを用いたのは、第2のPHY処理部25が、WUR信号を格納するパケットを受信および復号して、WUR信号を抽出し、WUR信号の判断を行うことをPHY層で行うことを想定したからである。ペイロード部をMACフレームとして扱い、MAC層でWUR信号の抽出・判断を行うのであれば、PLMEプリミティブの代わりに、MLMEプリミティブを用いればよい。この場合、WUR_MEからWUR−MLME_SAPを介して、SMEに、MLME−WUR−TX.indicationプリミティブを入力すればよい
SMEにPLME−WUR−TX.indicationプリミティブもしくはMLME−WUR−TX.indicationプリミティブが入力されることで、SMEは、WUR信号が受信されたと判断する。このとき、SMEは、前述のMLME/PLME−LP−MANAGEMENT.requestプリミティブ(図7のスリープ復帰指示に対応)を用いて、無線部本体を起動させる。すなわち、SMEは、MainRadioModeパラメータをONに設定して、MLME/PLME−LP−MANAGEMENT.requestプリミティブ、MLME/PLMEに入力する。これによって、再びAPの無線部本体が起動する。
図15は、本実施形態に係るSTAの動作の一例のフローチャートである。STAを保持するユーザが帰宅(例えば、GPSや無線LANを使用して位置情報を把握するなどして、帰宅を判断してもよい)またはSTAの電源をオンするなどして、無線LAN機能がONになっていると、STAは、事前にネゴシエーションしたAPを探索する(S101)。一例として、Probe Requestフレームを送信する。APから応答(Probe Responseフレーム)を受信した場合は(S102のYES)、当該APに接続し(S103)、通常の通信を行う。一方、一定時間または一定回数、探索(Probe Requestフレームの送信)を行っても、APから応答がない場合は(NO)、APがスリープ状態にある可能性があると判断して、予めAPとの間で設定した起動用の制御信号(WUR信号)を含むパケット(WURパケット)を送信する(S104)。一定時間または一定回数、WUR信号を送信しても、APの起動を確認できない場合は(S106のNO)、APが近くにいないなどと判断し、断念する(S104)。一方、APからのビーコンフレーム等、所定の信号を受信するなどして、APの起動を確認できた場合は(S105のYES)、以降、APと接続し、APと通常の通信を行う(S107)。なお、WUR信号の送信期間の途中であっても、APの起動を確認できた段階で、WUR信号の送信は、停止する。
図16(A)および図16(B)は、本実施形態に係るAPの動作の一例のフローチャートである。APの電源制御部26は、予め登録したすべてのSTAとの通信が行われていないか(例えば登録したSTAを保持しているユーザ全員が外出したかなど)を判断し(S201)、登録したすべてのSTAとの通信が行われていない場合(YES)、無線部本体(例えば第1のPHY処理部22と、MAC処理部21)をスリープ状態に設定する(S202)。第2のPHY処理部25で、パケットが受信され、パケットに、登録したSTAとの間で予め設定したWUR信号が含まれている場合(S212)、すなわち、登録したSTAとの間で予め設定したWUR信号の受信が検出された場合(YES)、電源制御部26は、無線部本体のスリープ状態を解除する(S213)。すなわち、無線部本体に電源を供給することにより、無線部本体を起動する。この後、登録したSTAとの間で、通常の通信を開始する(S214)。
以上、本実施形態によれば、STAは、接続先となるAPを探索し、APからの応答がない場合に、APがスリープしている可能性があると判断し、APを起動するためのWUR信号を送信することができる。これにより、ユーザに特別なアクションを要求せずに、APのスリープと、STAによるAPの起動とを実現することができる。またWUR信号を繰り返し送信する場合に、送信時間長を予め定めておくことで、STAによるWUR信号の送信を制限し、これにより無駄な送信をし続けることや、周囲への干渉を低減できる。
また、APは、無線部本体のスリープと、スリープの解除(起動)とを、ユーザに特別なアクションを要求せずに判断することができる。これにより、無線部本体の電源を停止している場合には、周囲に送信することがなく、干渉を与えない。
(第2の実施形態)
本実施形態では、STAが一時的に(予め定めた期間のみ)APの無線部本体を起動させることができるようにする。第1の実施形態では、STAとの切断後もWUR関連登録情報を有効にしておいたが、本実施形態はこの例外を扱う。これを実現するための例を、以下に例1〜例3として示す。
例1では、登録のネゴシエーションにおいて、STAのWUR機能(WUR信号送信機能)が、一時的(temporary)なのか永続的(permanent)なのかをAPに設定する。temporaryの場合、ネゴシエーションにおいて設定期間を設け、設定期間を経過したら、APでWUR関連登録情報を削除するようにする。WUR設定要求フレームまたはWUR設定応答フレームまたはこれらの両方で、これらの設定に関する情報を含め、ネゴシエーションで互いに設定期間の合意をとればよい。具体的な方法は、前述したWUR信号やWUR信号の送信期間長を決定する場合と同様でよい。
例2では、登録のネゴシエーションの手順の他に、登録抹消のネゴシエーションの手順も定義し、実行すればよい。つまり、登録のネゴシエーションが完了した後、予め定めた条件が成立した場合に、STAまたはAPから登録抹消のネゴシエーションの手順を開始すればよい。抹消の手順は、登録のネゴシエーションに倣って定めればよい。
ただし、例1および例2の方法では、設定期間経過後のSTA、または登録抹消後のSTAが、ネゴシエーションしたのと同じWUR信号を再び使用し、APは、そのSTAが送信するWUR信号で、スリープ中に起こされてしまう可能性がある。なお、APがスリープに移行するかの判断は、設定期間経過後のSTAの有無、または登録抹消後のSTAの有無は影響しない。
そこで、例3では、APを起動するWUR信号をBSS内で共通としつつ、当該WUR信号を変更できる手順を設ける。例えばBeaconフレームまたはProbe Responseフレームまたはこれらの両方で、WUR信号の識別子(インデックス番号等)を送信する。この際、IEEE802.11w規格を利用し、暗号化された管理フレームで送信する。この暗号化された管理フレームは、APを起動してもらうSTA個々にユニキャストで送信する形態でもよいし、起動してもらう複数のSTAにマルチキャストで送信する形態でもよい。また、ブロードキャストフレームの暗号化を変更でき、APに接続しているSTAがそれを把握できるようになっているのであれば、ブロードキャスト送信するのでもよい。
(第3の実施形態)
本実施形態では、STAが、APとのネゴシエーションにより設定したWUR関連登録情報を、DS(Distribution System)で接続された他のAPでも、使いまわせるようにする。すなわち、STAが、移行元のAPのBSSから、別のAPのBSSに移った場合に、移った先のAPでも同一のWUR関連登録情報を使えるようにする。このようなAP群によって構成される無線LANは、ESS(Extended Service Set)を構成する。
例えば、STAが移った先のAPが、移行元のAPと同様に無線部本体をスリープでき、WUR信号の受信により無線部本体を起動できるようになっているとする。この場合に、STAは、移った先のAPの無線部本体を起動するWUR信号として、移行元のAPで用いたと同じWUR信号を使う。
このことは、移動するSTA自身が、無線部本体をスリープでき、WUR信号の受信により自装置の無線部本体を起動する構成を有する場合に、STAが移った先のAPから、スリープしたSTAを起動する場合にも適用することができる。例えば、移った先のAPが、移行元のAPで用いたと同じWUR信号を使って、STAの無線部本体を起動することができる。
これらを実現するためには、例えば、高速ローミングを実現するFast BSS Transition(FT)機能のために交換するフレームの中に、WUR信号に関する情報も含めるなどすればよい。当該情報を入れるFT機能のために交換するフレームとしては、Authenticationフレーム、もしくは、FT Actionフレームが考えられる。なお、これらのフレームは、移行元のAPに送信する。
周波数帯を変えるという意味では、高速に動作周波数帯を切り換えるFast Session Transfer(FST)機能のために交換するフレームの中に、同様にWUR信号の情報も含めるなどしてもよい。当該情報を入れるFST機能のために交換するフレームとしては、FST Setup Requestフレームが考えられる。
例えば、前述のAPとSTA間でのネゴシエーションに用いた情報エレメントを、これらのフレームにも入れられるようにし、FTまたはFSTのためのフレーム交換では、ネゴシエーション結果の情報(例えば、WUR信号のインデックス番号、WUR信号の送信期間長など)を入れるようにする。
(第4の実施形態)
本実施形態では、例えばPCでスマートフォンを使ってテザリングするユースケースを考える。この場合、スマートフォン側がAPになり、PC側がSTAになる。通常、ユーザは、スマートフォンでは無線LAN機能をOFFしている場合が考えられ、この場合に、わざわざスマートフォンを取り出して、テザリングON(合わせて無線LANもONすることも含む)することは面倒である。そこで、PCが、自動的に、登録しておいたスマートフォン(以下、登録スマートフォン)の無線LAN機能をONかつテザリングONにできるようにすることが望ましい。
図17に、本実施形態に係るシステム構成図を示す。PCまたはタブレット等の情報端末と、デザリングの際に中継装置として機能するスマートフォンとが示される。情報端末(ここではPCを想定する)は、図3に示したSTAの構成と同様の構成(無線通信部31、アンテナ32)と、端末制御部33とを備える。無線通信部31は、一例として無線LANモジュールであり、第1の処理部34と第2の処理部35とを備える。第1の処理部34は、図3に示したMAC処理部11とPHY処理部12とに対応する。第2の処理部35は、MAC/PHY管理部13に対応する。端末制御部33は、MAC層より上位の処理、例えば、ドライバやアプリ等の処理を行う。TCP/IP等の処理も端末制御部33が行ってもよい。無線通信部31は、一例として図12のレイヤ構成を有する。
スマートフォンは図4に示したAPと同様の構成(第1の無線通信部41、電源制御部42、アンテナ43)と、セルラー通信を行う第2の無線通信部44とアンテナ45とを備える。第1の無線通信部41は、一例として、図4に示したMAC処理部21と、第1のPHY処理部22と、MAC/PHY管理部23のうち電源制御部26を除く部分とに対応する。電源制御部42は、MAC/PHY管理部23に含まれる電源制御部26と、第2のPHY処理部25との両方に対応する。なお、MAC/PHY管理部23のうち電源制御部26を除く部分が、第1の無線通信部41でなく、電源制御部42に対応してもよい。第2の無線通信部44はアンテナ45を用いて第4世代移動通信や次世代移動通信を行う。第1の無線通信部41と第2の無線通信部44とは接続されており、セルラー通信で受信したデータを第1の無線通信部41に渡したり、無線LAN通信で受信したデータを第2の無線通信部44に渡したりすることが可能である。第1の無線通信部41および電源制御部42は、一例として図13のレイヤ構成を有する。
デザリングでは、PC(情報端末)がスマートフォンを中継装置として利用する。ここでは情報端末としてPCの例を想定するが、タブレットなど他の装置でもよい。
PCは、事前のネゴシエーションにより自PCに登録したスマートフォンの無線LAN(デザリングONも含む)を起動するために、WUR信号をスマートフォンに送信する。これは、例えば、先に説明したMLME−WUR−TX.request(図14のA108参照)で実現できる。これは、PC上のアプリによって、当該MLME−WUR−TX.requestプリミティブが発動させられる形態である。なお、MLME−WUR−TX.requestの対となるMLME−WUR−TX.confirmがあってもよい。スマートフォンがAPとして役割を果たすために、STAとして起動(アウェイク)した後、PCとの間で、通常の設定により、Wi−Fi Directのグループオーナ(Group Owner)になってもよい。Wi−Fi Directでは、APを経由せずとも、STA同士で通信できる。この場合、Wi−Fi Directで接続した複数のSTAのうち、1台がAP(すなわちWi−Fi Directでの簡易AP的役割)の働きをする。APの役割を果たすSTAが、グループオーナである
一方、STAとしてスリープしたスマートフォンが、STAとして起動するのではなく、無線LAN機能をONかつテザリングをONとしつつAPとして起動するようにしてもよい。このユースケースを、通常のユースケース(スマートフォンがSTAとなり、APにWUR信号で起こされるDL方向のWUR制御)と区別するためには、デザリング用WUR信号を定義する。この場合において、スマートフォンが、通常のAPからSTAとして起動されることもある場合には、複数のWUR信号を識別できるようにする必要がある。すなわち、STAとして起動するために用いるWUR信号と、テザリング用WUR信号とを区別できるようにする必要がある。デザリング用WUR信号を受信したスマートフォンでは、無線LAN機能をONかつテザリングをONとしつつ、APとして起動する。APとして起動することで、スマートフォンはデザリングの中継装置として機能することができる。PCでも、デザリング用WUR信号と、通常のWUR信号(例えばPCもAPによってWUR信号により起動される対象である場合)とを区別できるようにしてもよい。
このテザリング用WUR信号は、例えば予めPCとスマートフォンとの間でWi−Fi Directのネゴシエーションを行った際に、設定・交換して共有し、お互いに保持してもよい。
あるいは、別の方法として、PCがAPとなり、PCが、スマートフォンをSTAとしてまずは起動しておき、無線LAN上のフレーム交換で、AP/STAの役割を交換するようにする。つまり、PCがAPからSTAになり、スマートフォンがSTAからAPになる。このAP/STAの役割を交換するためには、例えばテザリング要求フレームとテザリング応答フレームのような新規フレームを定義し、これらのフレームを交換するのでもよい。この場合、この新規フレームの交換のための新規SAPも定義しておく必要がある。一例として、スマートフォン側で、自スマートフォンをAPとして動作開始させるためのMLME−START.requestの発動を誘発するためのindicationプリミティブを定義しておく。スマートフォン側では、例えばPCからテザリング要求フレームを受信すると、当該indicationプリミティブを、MLME_SAPを介してSMEに入力する。SMEは、MLME−START.requestをMLMEに入力する。これにより、スマートフォンの役割を、STAからAPに変更する。PCでも同様にして、STAへの役割変換を行う。例えばデザリング応答フレームの受信に応じて、新規に定義したindicationプリミティブをSMEに入力し、SMEがMLMEに、STAとして動作開始するためのrequestを入力する。なお、スマートフォンからのデザリング応答フレームの送信は、スマートフォンの役割が変換される前に行ってよいし、変換された後に行ってもよい。
あるいは、さらに別の方法として、AP/STAの役割を交換する新規フレームを定義せずとも、スマートフォン−PC間で通信可能となった段階で、通常のWi−Fi Directの接続手順を実行してもよい。これによって、スマートフォンがGroup Owner(すなわちWi−Fi Directでの簡易AP的役割を持つSTA)になることもできる。
(第5の実施形態)
本実施形態では、スマートフォン、タブレットまたはPC等の情報端末からプリンタを起動する例を示す。例えばスマートフォン等からAPを介さずに、直接、プリンタにデータを出力するユースケースが考えられる。なお、上述した第4の実施形態はスマートフォンおよびPC以外に、APが存在しなくても可能であった。本実施形態も、スマートフォンおよびプリンタ以外にAPが存在しなくても可能であるし、あるいは、APが存在して、スマートフォンおよびプリンタが、APのエリア内にいる場合も可能である。
図18に、本実施形態に係るシステム構成図を示す。情報端末と、プリンタとが示される。情報端末は、例えば、スマートフォン、タブレット、PC等である。以下ではスマートフォンを想定する。情報端末の構成は、図17に示した情報端末と同様であるため、説明を省略する。
プリンタは、主装置部51と、電源制御部52と、アンテナ53とを備える。主装置部51は、無線通信部54と、出力制御部55と、出力部56とを備える。無線通信部54は、一例として、図4に示したMAC処理部21と、第1のPHY処理部22と、MAC/PHY管理部23のうち電源制御部を除く部分とに対応する。電源制御部52は、MAC/PHY管理部23に含まれる電源制御部26と、第2のPHY処理部25とに対応する。なお、MAC/PHY管理部23のうち電源制御部26を除く部分が、無線通信部54でなく、電源制御部52に対応してもよい。出力制御部55は、プリンタのCPUおよびメモリ等を備え、プリンタの全体動作を制御する。出力部56は、出力制御部55から渡された印刷用のデータに基づき、印刷を行う。出力制御部55は、無線通信部54に接続されており、無線LAN通信で情報端末から受信したデータを無線通信部54から受け取り、出力部56を用いてデータの印刷を行う。無線通信部54および電源制御部52は、一例として図13のレイヤ構成を有する。
スマートフォンから直接(本来のAPを介さずに)、プリンタにデータを送信する場合、プリンタ側がAPになる。この際、プリンタを操作せずに、スマートフォンの操作のみで、印刷可能とするためには、スマートフォンからプリンタの無線LAN機能をONにし、かつプリンタをAPモードで動作させる必要がある。
スマートフォンからプリンタの無線LANを起動するために、WUR信号をプリンタに送信開始する。これは、例えば、先に説明したMLME−WUR−TX.request(図14のA108参照)で実現できる。これは、スマートフォン上のアプリによって、当該MLME−WUR−TX.requestプリミティブが発動させられる形態である。なお、MLME−WUR−TX.requestの対となるMLME−WUR−TX.confirmがあってもよい。プリンタをAPとして機能させるため、プリンタがSTAとして起動(アウェイク)した後、スマートフォンとの間で、通常の設定により、Wi−Fi Directのグループオーナ(Group Owner)になるようにしてもよい。
または、STAとしてスリープしたプリンタが、プリンタの無線LAN機能を起動しつつ、スマートフォンとの間で一時的にAPとして起動するようにしてもよい。このユースケースを、通常のユースケース(AP下でプリンタがSTAとしてAPからWUR信号で起こされるDLのWUR制御)と区別するためには、専用のWUR信号を定義する必要がある。この場合、スマートフォンで、プリンタをAPとして起動させる専用WUR信号を識別できるようにする必要がある。また、プリンタでもSTAとして起動されるWUR信号(通常のWUR信号)の設定もあることから、通常のWUR信号と専用のWUR信号とを区別できるようにする必要がある。
この専用WUR信号は、例えば予めスマートフォン等とプリンタとの間でWi−Fi Directのネゴシエーションを行った際に設定・交換して共有し、お互いに保持しておいてもよい。
あるいは、スマートフォンがAPとなり、スマートフォンがプリンタをSTAとしてまずは起動しておき、無線LAN上のフレーム交換で、AP/STAの役割を交換するようにする。このAP/STAの役割を交換するためには、例えばダイレクト印刷要求フレームとダイレクト印刷応答フレームのような新規フレームの定義し、これらのフレームを交換するのでもよい。この場合、この新規フレームの交換のための新規SAPも定義しておく必要がある。一例として、プリンタ側では、プリンタをAPとして動作開始させるためのMLME−START.request発動を誘発するためのindicationプリミティブを定義しておく。プリンタ側では、例えばスマートフォンからダイレクト印刷要求フレームを受信すると、当該indicationプリミティブを、MLME_SAPを介してSMEに入力する。SMEは、MLME−START.requestをMLMEに入力する。これにより、プリンタの役割を、STAからAPに変更する。定義する。
あるいは、AP/STAの役割を交換する新規フレームを定義せずとも、プリンタ−スマートフォン等の間で通信可能となった段階で、通常のWi−Fi Directの接続手順を実行してもよい。これによって、プリンタがGroup Owner(すなわちWi−Fi Directでの簡易AP的役割を持つSTA)になることができる。
なお、プリンタのスリープへの移行については、第1の実施形態でのAPと同様である。すなわち、プリンタとスマートフォンとの間でフレーム交換がなくなれば、プリンタの無線部本体の電源供給を停止または抑制する。
(第6の実施形態)
図19は、本実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401は、第1の実施形態で説明したMAC/PHY管理部と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した第1のPHY処理部、MAC処理部と同様な機能を有している。受信部403は、また第2のPHY処理部と同様な機能を有している。あるいは、または、送信部402および受信部403が、第1および第2のPHY処理部のアナログ領域の処理に対応し、MAC処理部と、第1および第2のPHY処理部のデジタル領域の処理は、通信処理部401に対応してもよい。ネットワーク処理部404は、第1の実施形態で説明した上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401とのデータ交換、メモリ406とのデータ書き込み・読み出し、および、有線I/F405を介したサーバ407との通信を制御する。ネットワーク処理部404は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理やアプリケーション層の処理を行ってもよい。ネットワーク処理部の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
一例として、通信処理部401は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部402と受信部403は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。通信処理部401とネットワーク処理部404とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。送信部402および受信部403のデジタル領域の処理を行う部分とアナログ領域の処理を行う部分とが異なるチップで構成されてもよい。また、通信処理部401が、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を実行するようにしてもよい。また、アンテナの個数はここでは4つであるが、少なくとも1つのアンテナを備えていればよい。
メモリ406は、サーバ407から受信したデータや、受信部402で受信したデータの保存等を行う。メモリ406は、例えば、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等であってもよい。メモリ406が、基地局400の外部にあってもよい。
有線I/F405は、サーバ407とのデータの送受信を行う。本実施形態では、サーバ407との通信を有線で行っているが、サーバ407との通信を無線で実行するようにしてもよい。
サーバ407は、データの送信を要求するデータ転送要求を受けて、要求されたデータを含む応答を返す通信装置であり、例えばHTTPサーバ(Webサーバ)、FTPサーバ等が想定される。ただし、要求されたデータを返す機能を備えている限り、これに限定されるものではない。PCやスマートフォン等のユーザが操作する通信装置でもよい。また、基地局400と無線で通信してもよい。
基地局400のBSSに属するSTAが、サーバ407に対するデータの転送要求を発行した場合、このデータ転送要求に関するパケットが、基地局400に送信される。基地局400は、アンテナ42A〜42Dを介してこのパケットを受信し、受信部403で物理層の処理等を、通信処理部401でMAC層の処理等を実行する。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401から受信したパケットの解析を行う。具体的には、宛先IPアドレス、宛先ポート番号等を確認する。パケットのデータがHTTP GETリクエストのようなデータ転送要求である場合、ネットワーク処理部404は、このデータ転送要求で要求されたデータ(例えば、HTTP GETリクエストで要求されたURLに存在するデータ)が、メモリ406にキャッシュ(記憶)されているかを確認する。メモリ406には、URL(またはその縮小表現、例えばハッシュ値や、代替となる識別子)とデータとを対応づけたテーブルが格納されている。ここで、データがメモリ406にキャッシュされていることを、メモリ406にキャッシュデータが存在すると表現する。
メモリ406にキャッシュデータが存在しない場合、ネットワーク処理部404は、有線I/Fを405介して、サーバ407に対してデータ転送要求を送信する。つまり、ネットワーク処理部404は、STAの代理として、サーバ407へデータ転送要求を送信する。具体的には、ネットワーク処理部404は、HTTPリクエストを生成し、TCP/IPヘッダの付加などのプロトコル処理を行い、パケットを有線I/F405へ渡す。有線I/F405は、受け取ったパケットをサーバ407へ送信する。
有線I/F405は、データ転送要求に対する応答であるパケットをサーバ407から受信する。ネットワーク処理部404は、有線I/F405を介して受信したパケットのIPヘッダから、STA宛のパケットであることを把握し、通信処理部401へパケットを渡す。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。ここで、ネットワーク処理部404は、サーバ407から受信したデータを、URL(またはその縮小表現)と対応づけて、メモリ406にキャッシュデータとして保存する。
メモリ406にキャッシュデータが存在する場合、ネットワーク処理部404は、データ転送要求で要求されたデータをメモリ406から読み出して、このデータを通信処理部401へ送信する。具体的には、メモリ406から読み出したデータにHTTPヘッダ等を付加して、TCP/IPヘッダの付加等のプロトコル処理を行い、通信処理部401へパケットを送信する。このとき、一例として、パケットの送信元IPアドレスは、サーバと同じIPアドレスに設定し、送信元ポート番号もサーバと同じポート番号(通信端末が送信するパケットの宛先ポート番号)に設定する。したがって、STAから見れば、あたかもサーバ407と通信をしているかのように見える。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。
このような動作により、頻繁にアクセスされるデータは、メモリ406に保存されたキャッシュデータに基づいて応答することになり、サーバ407と基地局400間のトラフィックを削減できる。なお、ネットワーク処理部404の動作は、本実施形態の動作に限定されるものではない。STAの代わりにサーバ407からデータを取得して、メモリ406にデータをキャッシュし、同一のデータに対するデータ転送要求に対しては、メモリ406のキャッシュデータから応答するような一般的なキャッシュプロキシであれば、別の動作でも問題はない。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、上述したいずれかの実施形態の基地局として適用することが可能である。上述したいずれかの実施形態で使ったフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。また、上述したいずれかの実施形態の基地局が受信したフレーム、データまたはパケットで得られた情報を、メモリ406にキャッシュしてもよい。上述したいずれかの実施形態において、アクセスポイントが送信するフレームは、キャッシュされたデータまたは当該データに基づく情報を含んでもよい。データに基づく情報は、例えばデータのサイズに関する情報、データの送信に必要なパケットのサイズに関する情報でもよい。またデータの送信に必要な変調方式等の情報でもよい。また、端末宛のデータの有無の情報を含んでもよい。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、上述したいずれかの実施形態の基地局として適用することが可能である。本実施形態では、キャッシュ機能を備えた基地局について説明を行ったが、図19と同じブロック構成で、キャッシュ機能を備えた端末(STA)を実現することもできる。この場合、有線I/F405を省略してもよい。上述したいずれかの実施形態における端末によるフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。また、上述したいずれかの実施形態の端末が受信したフレーム、データまたはパケットで得られた情報を、メモリ406にキャッシュしてもよい。上述したいずれかの実施形態において、端末が送信するフレームは、キャッシュされたデータまたは当該データに基づく情報を含んでもよい。データに基づく情報は、例えばデータのサイズに関する情報、データの送信に必要なパケットのサイズに関する情報でもよい。またデータの送信に必要な変調方式等の情報でもよい。また、端末宛のデータの有無の情報を含んでもよい。
(第7の実施形態)
図20は、端末(非アクセスポイントの端末)またはアクセスポイントの全体構成例を示したものである。この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末またはアクセスポイントは、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、第1〜第2のいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等でもよい。
無線LANモジュール148(または無線通信装置)は、IEEE802.11に加え、LTE(Long Term Evolution)またはLTE−Advanced(standards for mobile phones)のような他の無線通信規格の機能を備えていてもよい。
図21は、無線LANモジュールのハードウェア構成例を示す。この構成は、無線通信装置が非アクセスポイントの端末およびアクセスポイントのいずれに搭載される場合にも適用可能である。つまり、図3または図4に示した無線通信装置の具体的な構成の一例として適用できる。この構成例では、アンテナは1本のみであるが、2本以上のアンテナを備えていてもよい。この場合、各アンテナに対応して、送信系統(116、122〜125)、受信系統(117、132〜135)、PLL142、水晶発振器(基準信号源)143およびスイッチ145のセットが複数配置され、各セットがそれぞれ制御回路112に接続されてもよい。PLL142または水晶発振器143またはこれらの両方は、本実施形態に係る発振器に対応する。
無線LANモジュール(無線通信装置)は、ベースバンドIC(Integrated
Circuit)111と、RF(Radio Frequency)IC121と、バラン125と、スイッチ145と、アンテナ147とを備える。
ベースバンドIC111は、ベースバンド回路(制御回路)112、メモリ113、ホスト・インターフェース114、CPU115、DAC(Digital to Analog Conveter)116、およびADC(Analog to Digital Converter)117を備える。
ベースバンドIC111とRF IC121は同じ基板上に形成されてもよい。また、ベースバンドIC111とRF IC121は1チップで構成されてもよい。DAC116およびADC117の両方またはいずれか一方が、RF IC121に配置されてもよいし、別のICに配置されてもよい。またメモリ113およびCPU115の両方またはいずれか一方が、ベースバンドICとは別のICに配置されてもよい。
メモリ113は、ホストシステムとの間で受け渡しするデータを格納する。またメモリ113は、端末またはアクセスポイントに通知する情報、または端末またはアクセスポイントから通知された情報、またはこれらの両方を格納する。また、メモリ113は、CPU115の実行に必要なプログラムを記憶し、CPU115がプログラムを実行する際の作業領域として利用されてもよい。メモリ113はSRAM、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ホスト・インターフェース114は、ホストシステムと接続するためのインターフェースである。インターフェースは、UART、SPI、SDIO、USB、PCI Expressなど何でも良い。
CPU115は、プログラムを実行することによりベースバンド回路112を制御するプロセッサである。ベースバンド回路112は、主にMAC層の処理および物理層の処理を行う。ベースバンド回路112、CPU115またはこれらの両方は、通信を制御する通信制御装置、または通信を制御する制御部に対応する。
ベースバンド回路112およびCPU115の少なくとも一方は、クロックを生成するクロック生成部を含み、当該クロック生成部で生成するクロックにより、内部時間を管理してもよい。
ベースバンド回路112は、送信するフレームに、物理層の処理として、物理ヘッダの付加、符号化、暗号化、変調処理(MIMO変調を含んでもよい)など行い、例えば2種類のデジタルベースバンド信号(以下、デジタルI信号とデジタルQ信号)を生成する。
DAC116は、ベースバンド回路112から入力される信号をDA変換する。より詳細には、DAC116はデジタルI信号をアナログのI信号に変換し、デジタルQ信号をアナログのQ信号に変換する。なお、直交変調せずに一系統の信号のままで送信する場合もありうる。複数のアンテナを備え、一系統または複数系統の送信信号をアンテナの数だけ振り分けて送信する場合には、アンテナの数に応じた数のDAC等を設けてもよい。
RF IC121は、一例としてRFアナログICあるいは高周波IC、あるいはこれらの両方である。RF IC121は、フィルタ122、ミキサ123、プリアンプ(PA)124、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)142、低雑音増幅器(LNA)、バラン135、ミキサ133、およびフィルタ132を備える。これらの要素のいくつかが、ベースバンドIC111または別のIC上に配置されてもよい。フィルタ122、132は、帯域通過フィルタでも、低域通過フィルタでもよい。
フィルタ122は、DAC116から入力されるアナログI信号およびアナログQ信号のそれぞれから所望帯域の信号を抽出する。PLL142は、水晶発振器143から入力される発振信号を用い、発振信号を分周または逓倍またはこれらの両方を行うことで、入力信号の位相に同期した、一定周波数の信号を生成する。なお、PLL142は、VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備え、水晶発振器143から入力される発振信号に基づき、VCOを利用してフィードバック制御を行うことで、当該一定周波数の信号を得る。生成した一定周波数の信号は、ミキサ123およびミキサ133に入力される。PLL142は、一定周波数の信号を生成する発振器の一例に相当する。
ミキサ123は、フィルタ122を通過したアナログI信号およびアナログQ信号を、PLL142から供給される一定周波数の信号を利用して、無線周波数にアップコンバートする。プリアンプ(PA)は、ミキサ123で生成された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号を、所望の出力電力まで増幅する。バラン125は、平衡信号(差動信号)を不平衡信号(シングルエンド信号)に変換するための変換器である。RF IC121では平衡信号が扱われるが、RF IC121の出力からアンテナ147までは不平衡信号が扱われるため、バラン125で、これらの信号変換を行う。
スイッチ145は、送信時は、送信側のバラン125に接続され、受信時は、受信側の低雑音増幅器(LNA)134またはRF IC121に接続される。スイッチ145の制御はベースバンドIC111またはRF IC121により行われてもよいし、スイッチ145を制御する別の回路が存在し、当該回路からスイッチ145の制御を行ってもよい。
プリアンプ124で増幅された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号は、バラン125で平衡−不平衡変換された後、アンテナ147から空間に電波として放射される。
アンテナ147は、チップアンテナでもよいし、プリント基板上に配線により形成したアンテナでもよいし、線状の導体素子を利用して形成したアンテナでもよい。
RF IC121におけるLNA134は、アンテナ147からスイッチ145を介して受信した信号を、雑音を低く抑えたまま、復調可能なレベルまで増幅する。バラン135は、低雑音増幅器(LNA)134で増幅された信号を、不平衡−平衡変換する。なお、バラン135とLNA134の順番を逆にした構成でもよい。ミキサ133は、バラン135で平衡信号に変換された受信信号を、PLL142から入力される一定周波数の信号を用いてベースバンドにダウンコンバートする。より詳細には、ミキサ133は、PLL142から入力される一定周波数の信号に基づき、互いに90°位相のずれた搬送波を生成する手段を有し、バラン135で変換された受信信号を、互いに90°位相のずれた搬送波により直交復調して、受信信号と同位相のI(In−phase)信号と、これより90°位相が遅れたQ(Quad−phase)信号とを生成する。フィルタ132は、これらI信号とQ信号から所望周波数成分の信号を抽出する。フィルタ132で抽出されたI信号およびQ信号は、ゲインが調整された後に、RF IC121から出力される。
ベースバンドIC111におけるADC117は、RF IC121からの入力信号をAD変換する。より詳細には、ADC117はI信号をデジタルI信号に変換し、Q信号をデジタルQ信号に変換する。なお、直交復調せずに一系統の信号だけを受信する場合もあり得る。
複数のアンテナが設けられる場合には、アンテナの数に応じた数のADCを設けてもよい。ベースバンド回路112は、デジタルI信号およびデジタルQ信号に基づき、復調処理、誤り訂正符号処理、物理ヘッダの処理など、物理層の処理(MIMO復調を含んでもよい)等を行い、フレームを得る。ベースバンド回路112は、フレームに対してMAC層の処理を行う。なお、ベースバンド回路112は、TCP/IPを実装している場合は、TCP/IPの処理を行う構成も可能である。
(第8の実施形態)
図22は、第8の実施形態に係る端末(STA)500の機能ブロック図である。このSTA5は、通信処理部501と、送信部502と、受信部503と、アンテナ51Aと、アプリケーションプロセッサ504と、メモリ505と、第2無線通信モジュール506とを備えている。基地局(AP)が同様の構成を有しても良い。
通信処理部501は、第1の実施形態で説明したMAC/PHY管理部と同様な機能を有している。送信部502および受信部503は、PHY処理部およびMAC処理部と同様な機能を有している。または、送信部502および受信部503が、PHY処理部のアナログ領域の処理に対応し、MAC処理部と、PHY処理部のデジタル領域の処理は、通信処理部501に対応してもよい。ここで、通信処理部501は、アプリケーションプロセッサ504との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
アプリケーションプロセッサ504は、通信処理部501を介した無線通信、メモリ505とのデータ書き込み・読み出し、および、第2無線通信モジュール506を介した無線通信を制御する。また、アプリケーションプロセッサ504は、Webブラウジングや、映像や音楽などのマルチメディア処理など、STAにおける各種処理も実行する。アプリケーションプロセッサ504の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
メモリ506は、受信部502や第2無線通信モジュール506で受信したデータや、アプリケーションプロセッサ504で処理したデータの保存等を行う。メモリ506は、例えば、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等がであってもよい。メモリ506が、アクセスポイント500の外部にあってもよい。
第2無線通信モジュール506は、一例として、図20または図21で示した無線LANモジュールと同様な構成を有する。第2無線通信モジュール506は、通信処理部501、送信部502、受信部503で実現される無線通信とは異なる方法で無線通信を実行する。例えば、通信処理部501、送信部502、受信部503がIEEE802.11規格に沿った無線通信である場合、第2無線通信モジュール506は、Bluetooth(登録商標)、LTE、Wireless HDなど、他の無線通信規格に沿った無線通信を実行してもよい。また、通信処理部501、送信部502、受信部503が2.4GHz/5GHzで無線通信を実行し、第2無線通信モジュール506が60GHzで無線数新を実行すうようにしてもよい。
なお、この例では、アンテナの個数はここでは1つであり、送信部502・受信部503と、第2無線通信モジュール506とでアンテナを共有している。ここで、アンテナ51Aの接続先を制御するスイッチを設けることで、アンテナを共有してもよい。また、複数のアンテナを備え、送信部502・受信部503と、第2無線通信モジュール506とで別のアンテナを使用するようにしてもよい。
一例として、通信処理部501は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部502と受信部503は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。ここで、通信処理部501とアプリケーションプロセッサ504とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。さらに、第2無線通信モジュール506の一部とアプリケーションプロセッサ504とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。
アプリケーションプロセッサは、通信処理部501を介した無線通信および第2無線通信モジュール506を介した無線通信の制御を行う。
(第9の実施形態)
図23(A)および図23(B)は、本実施形態に係る無線端末の斜視図である。図23(A)の無線端末はノートPC301であり、図23(B)の無線端末は移動体端末321である。ノートPC301および移動体端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置、またはアクセスポイントに搭載されていた無線通信装置、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等にも搭載可能である。
また、無線端末またはアクセスポイント、またはこれらの両方に搭載されていた無線通信装置は、メモリーカードにも搭載可能である。当該無線通信装置をメモリーカードに搭載した例を図24に示す。メモリーカード331は、無線通信装置355と、メモリーカード本体332とを含む。メモリーカード331は、外部の装置(無線端末またはアクセスポイント、またはこれらの両方等)との無線通信のために無線通信装置335を利用する。なお、図24では、メモリーカード331内の他の要素(例えばメモリ等)の記載は省略している。
(第10の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
(第11の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
(第12の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
(第13の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
(第14の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
(第15の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第16の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第17の実施形態)
本実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第18の実施形態)
本実施形態では、[1]無線通信システムにおけるフレーム種別、[2]無線通信装置間の接続切断の手法、[3]無線LANシステムのアクセス方式、[4]無線LANのフレーム間隔について説明する。
[1]通信システムにおけるフレーム種別
一般的に無線通信システムにおける無線アクセスプロトコル上で扱うフレームは、前述したように、大別してデータ(data)フレーム、管理(management)フレーム、制御(control)フレームの3種類に分けられる。これらの種別は、通常、フレーム間で共通に設けられるヘッダ部で示される。フレーム種別の表示方法としては、1つのフィールドで3種類を区別できるようにしてあってもよいし、2つのフィールドの組み合わせで区別できるようにしてあってもよい。IEEE802.11規格では、フレーム種別の識別は、MACフレームのフレームヘッダ部にあるFrame Controlフィールドの中のType、Subtypeという2つのフィールドで行う。データフレームか、管理フレームか、制御フレームかの大別はTypeフィールドで行われ、大別されたフレームの中での細かい種別、例えば管理フレームの中のBeaconフレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。
管理フレームは、他の無線通信装置との間の物理的な通信リンクの管理に用いるフレームである。例えば、他の無線通信装置との間の通信設定を行うために用いられるフレームや通信リンクをリリースする(つまり接続を切断する)ためのフレーム、無線通信装置でのパワーセーブ動作に係るフレームがある。
データフレームは、他の無線通信装置と物理的な通信リンクが確立した上で、無線通信装置の内部で生成されたデータを他の無線通信装置に送信するフレームである。データは本実施形態の上位層で生成され、例えばユーザの操作によって生成される。
制御フレームは、データフレームを他の無線通信装置との間で送受(交換)する際の制御に用いられるフレームである。無線通信装置がデータフレームや管理フレームを受信した場合にその送達確認のために送信される応答フレームは、制御フレームに属する。応答フレームは、例えばACKフレームやBlockACKフレームである。またRTSフレームやCTSフレームも制御フレームである。
これら3種類のフレームは、物理層で必要に応じた処理を経て物理パケットとしてアンテナを経由して送出される。なお、IEEE802.11規格(前述のIEEE Std
802.11ac−2013などの拡張規格を含む)では接続確立の手順の1つとしてアソシエーション(association)プロセスがあるが、その中で使われるAssociation RequestフレームとAssociation Responseフレームが管理フレームであり、Association RequestフレームやAssociation Responseフレームはユニキャストの管理フレームであることから、受信側無線通信端末に応答フレームであるACKフレームの送信を要求し、このACKフレームは上述のように制御フレームである。
[2]無線通信装置間の接続切断の手法
接続の切断(リリース)には、明示的な手法と暗示的な手法とがある。明示的な手法としては、接続を確立している無線通信装置間のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。IEEE802.11規格ではDeauthenticationフレームがこれに当たり、管理フレームに分類される。通常、接続を切断するフレームを送信する側の無線通信装置では当該フレームを送信した時点で、接続を切断するフレームを受信する側の無線通信装置では当該フレームを受信した時点で、接続の切断と判定する。その後、非基地局の無線通信端末であれば通信フェーズでの初期状態、例えば接続するBSS探索する状態に戻る。無線通信基地局がある無線通信端末との間の接続を切断した場合には、例えば無線通信基地局が自BSSに加入する無線通信端末を管理する接続管理テーブルを持っているならば当該接続管理テーブルから当該無線通信端末に係る情報を削除する。例えば、無線通信基地局が自BSSに加入する各無線通信端末に接続をアソシエーションプロセスで許可した段階で、AIDを割り当てる場合には、当該接続を切断した無線通信端末のAIDに関連づけられた保持情報を削除し、当該AIDに関してはリリースして他の新規加入する無線通信端末に割り当てられるようにしてもよい。
一方、暗示的な手法としては、接続を確立した接続相手の無線通信装置から一定期間フレーム送信(データフレーム及び管理フレームの送信、あるいは自装置が送信したフレームへの応答フレームの送信)を検知しなかった場合に、接続状態の切断の判定を行う。このような手法があるのは、上述のように接続の切断を判定するような状況では、接続先の無線通信装置と通信距離が離れて無線信号が受信不可あるいは復号不可になるなど物理的な無線リンクが確保できない状態が考えられるからである。すなわち、接続を切断するフレームの受信を期待できないからである。
暗示的な方法で接続の切断を判定する具体例としては、タイマーを使用する。例えば、送達確認応答フレームを要求するデータフレームを送信する際、当該フレームの再送期間を制限する第1のタイマー(例えばデータフレーム用の再送タイマー)を起動し、第1のタイマーが切れるまで(つまり所望の再送期間が経過するまで)当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行う。当該フレームへの送達確認応答フレームを受信すると第1のタイマーは止められる。
一方、送達確認応答フレームを受信せず第1のタイマーが切れると、例えば接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。第1のタイマーと同様、第2のタイマーでも、第2のタイマーが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。
あるいは、接続相手の無線通信装置からフレームを受信すると第3のタイマーを起動し、新たに接続相手の無線通信装置からフレームを受信するたびに第3のタイマーを止め、再び初期値から起動する。第3のタイマーが切れると前述と同様に接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。この場合も、第2のタイマーが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。この場合も、接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。後者の、接続相手の無線通信装置がまだ存在するかを確認するための管理フレームは、前者の場合の管理フレームとは異なるものであってもよい。また後者の場合の管理フレームの再送を制限するためのタイマーは、ここでは第2のタイマーとして前者の場合と同じものを用いたが、異なるタイマーを用いるようにしてもよい。
[3]無線LANシステムのアクセス方式
例えば、複数の無線通信装置と通信または競合することを想定した無線LANシステムがある。IEEE802.11無線LANではCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)をアクセス方式の基本としている。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了から固定時間を置いて送信を行う方式では、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置で同時に送信を行うことになり、その結果、無線信号が衝突してフレーム送信に失敗する。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了からランダム時間待つことで、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置での送信が確率的に分散することになる。よって、ランダム時間の中で最も早い時間を引いた無線通信装置が1つなら無線通信装置のフレーム送信は成功し、フレームの衝突を防ぐことができる。ランダム値に基づき送信権の獲得が複数の無線通信装置間で公平になることから、Carrier Avoidanceを採用した方式は、複数の無線通信装置間で無線媒体を共有するために適した方式であるということができる。
[4]無線LANのフレーム間隔
IEEE802.11無線LANのフレーム間隔について説明する。IEEE802.11無線LANで用いられるフレーム間隔は、distributed coordination function interframe space(DIFS)、arbitration interframe space(AIFS)、point coordination function interframe space(PIFS)、short interframe space(SIFS)、extended interframe space(EIFS)、reduced interframe space(RIFS)などがある。
フレーム間隔の定義は、IEEE802.11無線LANでは送信前にキャリアセンスアイドルを確認して開けるべき連続期間として定義されており、厳密な前のフレームからの期間は議論しない。従ってここでのIEEE802.11無線LANシステムでの説明においてはその定義を踏襲する。IEEE802.11無線LANでは、CSMA/CAに基づくランダムアクセスの際に待つ時間を固定時間とランダム時間との和としており、固定時間を明確にするため、このような定義になっているといえる。
DIFSとAIFSとは、CSMA/CAに基づき他の無線通信装置と競合するコンテンション期間にフレーム交換開始を試みるときに用いるフレーム間隔である。DIFSは、トラヒック種別による優先権の区別がないとき、AIFSはトラヒック種別(Traffic Identifier:TID)による優先権が設けられている場合に用いる。
DIFSとAIFSとで係る動作としては類似しているため、以降では主にAIFSを用いて説明する。IEEE802.11無線LANでは、MAC層でフレーム交換の開始などを含むアクセス制御を行う。さらに、上位層からデータを渡される際にQoS(Quality of Service)対応する場合には、データとともにトラヒック種別が通知され、トラヒック種別に基づいてデータはアクセス時の優先度のクラス分けがされる。このアクセス時のクラスをアクセスカテゴリ(Access Category:AC)と呼ぶ。従って、アクセスカテゴリごとにAIFSの値が設けられることになる。
PIFSは、競合する他の無線通信装置よりも優先権を持つアクセスができるようにするためのフレーム間隔であり、DIFS及びAIFSのいずれの値よりも期間が短い。SIFSは、応答系の制御フレームの送信時あるいは一旦アクセス権を獲得した後にバーストでフレーム交換を継続する場合に用いることができるフレーム間隔である。EIFSはフレーム受信に失敗した(受信したフレームがエラーであると判定した)場合に起動されるフレーム間隔である。
RIFSは一旦アクセス権を獲得した後にバーストで同一無線通信装置に複数のフレームを連続して送信する場合に用いることができるフレーム間隔であり、RIFSを用いている間は送信相手の無線通信装置からの応答フレームを要求しない。
ここでIEEE802.11無線LANにおけるランダムアクセスに基づく競合期間のフレーム交換の一例を図25に示す。
ある無線通信装置においてデータフレーム(W_DATA1)の送信要求が発生した際に、キャリアセンスの結果、媒体がビジーである(busy medium)と認識する場合を想定する。この場合、キャリアセンスがアイドルになった時点から固定時間のAIFSを空け、その後ランダム時間(random backoff)空いたところで、データフレームW_DATA1を通信相手に送信する。なお、キャリアセンスの結果、媒体がビジーではない、つまり媒体がアイドル(idle)であると認識した場合には、キャリアセンスを開始した時点から固定時間のAIFSを空けて、データフレームW_DATA1を通信相手に送信する。
ランダム時間は0から整数で与えられるコンテンションウィンドウ(Contention Window:CW)の間の一様分布から導かれる擬似ランダム整数にスロット時間をかけたものである。ここで、CWにスロット時間をかけたものをCW時間幅と呼ぶ。CWの初期値はCWminで与えられ、再送するたびにCWの値はCWmaxになるまで増やされる。CWminとCWmaxとの両方とも、AIFSと同様アクセスカテゴリごとの値を持つ。W_DATA1の送信先の無線通信装置では、データフレームの受信に成功し、かつ当該データフレームが応答フレームの送信を要求するフレームであるとそのデータフレームを内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に応答フレーム(W_ACK1)を送信する。W_DATA1を送信した無線通信装置は、W_ACK1を受信すると送信バースト時間制限内であればまたW_ACK1を内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に次のフレーム(例えばW_DATA2)を送信することができる。
AIFS、DIFS、PIFS及びEIFSは、SIFSとスロット時間との関数になるが、SIFSとスロット時間とは物理層ごとに規定されている。また、AIFS、CWmin及びCWmaxなどアクセスカテゴリごとに値が設けられるパラメータは、通信グループ(IEEE802.11無線LANではBasic Service Set(BSS))ごとに設定可能であるが、デフォルト値が定められている。
例えば、802.11acの規格策定では、SIFSは16μs、スロット時間は9μsであるとして、それによってPIFSは25μs、DIFSは34μs、AIFSにおいてアクセスカテゴリがBACKGROUND(AC_BK)のフレーム間隔はデフォルト値が79μs、BEST EFFORT(AC_BE)のフレーム間隔はデフォルト値が43μs、VIDEO(AC_VI)とVOICE(AC_VO)のフレーム間隔はデフォルト値が34μs、CWminとCWmaxとのデフォルト値は、各々AC_BKとAC_BEとでは31と1023、AC_VIでは15と31、AC_VOでは7と15になるとする。なお、EIFSは、基本的にはSIFSとDIFSと最も低速な必須の物理レートで送信する場合の応答フレームの時間長の和である。なお効率的なEIFSの取り方ができる無線通信装置では、EIFSを起動した物理パケットへの応答フレームを運ぶ物理パケットの占有時間長を推定し、SIFSとDIFSとその推定時間の和とすることもできる。
なお、各実施形態で記載されているフレームは、Null Data Packetなど、IEEE802.11規格または準拠する規格で、パケットと呼ばれるものを指してもよい。
本実施形態で用いられる用語は、広く解釈されるべきである。例えば用語“プロセッサ”は、汎用目的プロセッサ、中央処理装置(CPU)、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシンなどを包含してもよい。状況によって、“プロセッサ”は、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラム可能論理回路 (PLD)などを指してもよい。“プロセッサ”は、複数のマイクロプロセッサのような処理装置の組み合わせ、DSPおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、DSPコアと協働する1つ以上のマイクロプロセッサを指してもよい。
別の例として、用語“メモリ”は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を包含してもよい。“メモリ”は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、プログラム可能読み出し専用メモリ(PROM)、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリ、磁気または光学データストレージを指してもよく、これらはプロセッサによって読み出し可能である。プロセッサがメモリに対して情報を読み出しまたは書き込みまたはこれらの両方を行うならば、メモリはプロセッサと電気的に通信すると言うことができる。メモリは、プロセッサに統合されてもよく、この場合も、メモリは、プロセッサと電気的に通信していると言うことができる。また、回路は、単一チップに配置された複数の回路でもよいし、複数のチップまたは複数の装置に分散して配置された1つ以上の回路でもよい。
また本明細書において “a,bおよびcの少なくとも1つ”は、a,b,c,a−b, a−c,b−c,a−b−cの組み合わせだけでなく、a−a,a−b−b,a−a−b−b−c−cなどの同じ要素の複数の組み合わせも含む表現である。また、a−b−c−dの組み合わせのように、a,b,c以外の要素を含む構成もカバーする表現である。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。