社会メディア総合研究所
適応コミュニケーション研究所

必要な時だけ目覚める
無線通信ネットワーク技術～無駄な消費電力を削減します～●背景と目的
家庭やオフィスにある多くの無線LANアクセスポイント等の無線通信機器は、使わない時も“つけっぱなし”になっており、無駄に電力を消費しています。
使わない時に“スリープ”させておくことができれば、消費電力を大幅に抑えることができます。ATRでは、ユーザが使いたい時に即座に起動できるオンデマンド起動型無線LANアクセスポイント用のウェイクアップ受信機を開発しています。

●特長
 使っていないと自動的にスリープ状態になり、使う時に端末から起動できます。
 ウェイクアップ受信機により、10mW以下の消費電力で待ち受け可能です。
 消費電力を平均で75％削減できます。

●今後の予定 通信機器メーカと連携して、ウェイクアップ受信機を備えた無線LANアクセスポイントを実用化します。
 無線LAN以外の機器へも応用していきます。
スリープの対象範囲

LAN

ホストCPUシステム

ユーザが使いたい時に、使いたい場所で、無線通信を可能にします。

無線LAN
切り替え

起動ウェイクアップ受信器

電源

高速な通信が可能だが、消費電力は大きい

オンデマンド無線通信装置

ウェイクアップ
信号使い分けることで、無駄を削減！
通信の無駄を省くことで、消費電力が極めて小さい

CO2削減目標
協力!

連携!

家庭の使っていない無線通信機器の"つけっぱなし"をなくします。

オフィスでも無線通信機器が連携することで"無駄づかい"をなくします。

無線通信機器のCO2排出量を2020年に、年間110万トン削減

必要な時にだけ目覚める
無線通信ネットワーク

連絡先：適応コミュニケーション研究所 担当：長谷川、木村、湯 Ｅ-Ｍａｉl：acr.openhouse.2012@atr.jp
本研究開発は総務省の戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)により実施したものです。
本研究開発はNEC通信システム、千葉大学、九州工業大学、関西大学と共同で実施したものです。

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無線LANフレーム長を用いたウェイクアップ信号伝送～ソフトウェアをインストールするだけでオンデマンド起動に対応します～●背景と目的無線LANアクセスポイント（AP）のオンデマンド起動を実現するには、低い消費電力で端末からの起動信号を待ち受けるウェイクアップ受信機が必要です。ATRは、無線LANフレームの長さを用いて伝送される起動信号を検出できるウェイクアップ受信機を開発しました。これにより、スマートフォンなどの既存の子機端末に特別なハードウェアを追加する必要は無く、ソフトウェアをインストールするだけでAPのオンデマンド起動が可能になります。

●特長
 アクセスポイントのESSIDを圧縮して起動用のウェイクアップIDとします。
 端末は、無線LANフレームの“長さ”を調節して、ウェイクアップIDを送ります。
 ウェイクアップ受信機は、包絡線検波により無線LANフレームの長さを検出します。
 “長さ”から検出したIDが自APのウェイクアップIDと一致した場合はAPが起動します。
 他の端末からの無線LANフレームが混在しても、ウェイクアップが可能です。
ESSID：atr_ap1
ID生成

アクセスポイントウェイクアップ信号

端末500µs

ウェイクアップID：
101110101110011
マップ
300µs 200µs 500µs

200µs

300µs

無線LANフレーム（ブロードキャスト）

検出フレーム長：
300µs 200µs 500µs
マッチ？
⇒起動300µs 200µs 500µs
マップ
10111010110011（ウェイクアップID）

ESSID：atr_ap1

ウェイクアップ信号伝送方法の概略

他の端末からの割り込み
500µs
250µs

250µs受信

200µs

300µs

300µs
待ち

300µs
受信200µs
待ち200µs
受信500µs
待ち

500µs
受信

マッチmフレーム以上受信

ウェイクアップ信号

IDマッチング処理
マッチング処理方法の概略

連絡先：適応コミュニケーション研究所 担当：長谷川、木村、湯 Ｅ-Ｍａｉl：acr.openhouse.2012@atr.jp
本研究開発は総務省の戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)により実施したものです。
本研究開発はNEC通信システム、千葉大学、九州工業大学、関西大学と共同で実施したものです。

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ウェイクアップ受信機のDuty-Cyclingによる省電力化～ウェイクアップ受信機自身の省電力化をはかります～●背景と目的ウェイクアップ受信機に、周期的に動作/休止する間欠動作（Duty Cycling）をさせることで、ウェイクアップ受信機の更なる省電力化をはかります。
無線チャネルに信号がない場合にはOFFの時間を長くし、信号がある場合にはOFFの時間を短くしウェイクアップ信号をいつでも受信できるように待ち受けます。

●特長
 ウェイクアップ受信機の動作/休止を繰り返して、ウェイクアップID待ち受け時の消費電力を削減します。
 無線チャネルに信号がない場合にはOFFの時間を長くすることで、ウェイクアップ受信機の無駄な稼動を抑制します。

省電力方式処理概要
1.0

1.0

1ms(random)
5ms(random)
10ms(random)
1ms(trace data)
5ms(trace data)
10ms(trace data)

0.9
0.8
0.7

0.8
0.7

0.6

0.6
稼働率

稼働率

PSU(Portland State University) CS Department
PSU (Portland State University) Cafeteria
coffee shop in Portland
large outdoor area in downtown Portland
PSU (Portland State University) Library
hop at a bookstore in Portland
Average

0.9

0.5

0.5

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

0.0

0.00.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0123

ビジー率

シミュレーションとの削減効果比較

45678910

toff[ms]

実環境のデータを用いた削減効果のシミュレーション結果●今後の予定Duty-Cycling動作中のウェイクアップ率の向上ための検討
ウェイクアップ受信機の試作機による消費電力削減効果の検証
連絡先：適応コミュニケーション研究所 担当：長谷川、木村、湯 Ｅ-Ｍａｉl：acr.openhouse.2012@atr.jp
本研究開発は総務省の戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)により実施したものです。
本研究開発はNEC通信システム、千葉大学、九州工業大学、関西大学と共同で実施したものです。

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高信頼ウェイクアップ信号送信～ウェイクアップIDの検出率を向上させます～●背景と目的ウェイクアップIDは複数の無線LAN信号のフレーム長へ変調して送信されます。
バックグラウンド無線LAN通信の信号による干渉により、ウェイクアップIDの誤検知率 が 増 加 し ま す 。 ま た 、 無 線 LAN 信 号 は 長 く な る に つ れ 、 そ の フ レ ー ム 長 の検知率が低くなるため、誤検知率が増加します。

●特長
 バックグラウンド無線LAN通信の信号による干渉を抑えながら、ウェイクアップIDの検知率を向上させます。
 ウェイクアップIDを構成する無線LANフレー ムを連送させることで、干渉信号が割り込まないようにします。
 一連の無線LANフレー ムの包絡線を等価IDとして再解釈し、部分相関によって包絡線検波の誤り率を抑えながら、等価IDのマッ チングを行います。
フレーム長のコンステレーション
FL0=48usFL1=52usFL3=56usFL2=60us

00
01111000011110

ウェイクアップID
FL2/BS2

ウェイクアップIDの送信信号10, 01, 00, 11
FL1/BS1SIFS
WLAN Frame 1

等価ビットマッピング
BS0=0011111111111100
BS1=00111111111111100
BS3=001111111111111100
BS2=0011111111111111100

FL0/BS0

FL3/BS3SIFS
WLAN Frame 2

SIFS
WLAN frame 3

WLAN frame 4

受信信号（r={rk})
等価ID E={Ek}t00001111111111111110000111111111111100001111111111110000111111111111110000

S
相関窓 W={Wk}10101010t

010-2

ID誤検知率
Error
Rate

Error
rate
ID誤検知率10-4

IndCorr
IndCorr (SyncErr)
DirCorr
PartCorr-6-8-90-88-86-84-82
受信信号強度（dBm）
RSSI (dBm)-80-78

ウェイクアップID誤検知率（理論値）●今後の予定0① IndCorr：
フレーム長をウェイクアップIDへ-1
10復調してから、IDマッチングを行います。
-2
10② DirCorr：
IndCorr
等価IDの相関によって、等価ID-3IndCorr(SyncErr)
10マッチングを行います。
DirCorr
PartCorr③ PartCorr：-410
相関窓内の等価IDのビットのみに-90-88 受信信号強度（dBm）-86-84-82-80-78Rssi (dBm)
対して相関を演算し、等価IDマッ
ウェイクアップID誤検知率（シミュレーション結果） チングを行います。

ウェイアップIDを変調するための無線LAN信号のフレーム長の最適化を行います。
テストベッド実験によって提案方式の有効性を確認します。
連絡先：適応コミュニケーション研究所 担当：湯、長谷川、木村 Ｅ-Ｍａｉl：acr.openhouse.2012@atr.jp
本研究開発は総務省の戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)により実施したものです。
本研究開発はNEC通信システム、千葉大学、九州工業大学、関西大学と共同で実施したものです。

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使いたいときだけ目覚める
無線LANシステム～無線LAN機器の“つけっぱなし”をなくします～
無線LANルータのオンデマンド起動

使っていない時は自動的にスリープ（既存技術）

オンデマンド起動
ソフトウェアスマートフォンなどの無線LAN端末

無線LAN信号の“長さ”を用いた
ウェイクアップ信号

低消費電力のウェイクアップ受信機

無線LANアクセスポイント以外への適用も可能です。
ウェイクアップ受信機―スマートフォンリモコン―
無線LAN搭載端末

オン/オフ
オン/オフ

スマートフォン/タブレットなどから家電などのオン/オフが可能になります。

ウェイクアップ受信機のデモ機を東京モーターショー2011に展示しました。

ウェイクアップ
受信機
モジュール

オンデマンド起動
ソフトウェア搭載
スマートフォン

ウェイクアップ
受信機内蔵
コンセント

連絡先：適応コミュニケーション研究所 担当：長谷川、木村、湯 Ｅ-Ｍａｉl：acr.openhouse.2012@atr.jp
本研究開発は総務省の戦略的情報通信研究開発推進制度(SCOPE)により実施したものです。
本研究開発はNEC通信システム、千葉大学、九州工業大学、関西大学と共同で実施したものです。