JP2000102063A - 無線通信ネットワークシステムの同期方法 - Google Patents

無線通信ネットワークシステムの同期方法

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JP2000102063A
JP2000102063A JP10271137A JP27113798A JP2000102063A JP 2000102063 A JP2000102063 A JP 2000102063A JP 10271137 A JP10271137 A JP 10271137A JP 27113798 A JP27113798 A JP 27113798A JP 2000102063 A JP2000102063 A JP 2000102063A
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synchronization
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relay
synchronization packet
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Masatoshi Umeyama
正利 梅山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】基地局から各中継局を中継しながら同期用パケ
ットを伝送する通信ネットワークシステムにおいて、基
地局と末端中継局の同期ずれがなく、局の設置場所の制
限もなく、安価な同期方法を提供する。 【解決手段】同期基地局から、パケット送信時から目標
同期点までの時間WST0及び中継順番「0」の各情報
を含む同期用パケットを送信し、各中継局は、1つ前の
中継順番の同期用パケットを受信した時に、中継順番を
自身の順番に書き換えた同期用パケットを送信すると共
に、同期用パケット内の時間WST0、自身の中継順番
n(n=1,2,・・・)、パケット送信時間Tp、中
継遅延時間Tdに基づいて、自身の同期用パケット送信
時から前記目標同期点までの時間WSTnを、WSTn
=WST0−n(Tp+Td)の式を用いて演算し、こ
の演算時間の計時を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1つの基地局と複
数の中継局とを備え、前記基地局からの電波が到達しな
い中継局が存在する1次元的に広がる制御エリアを有す
る無線通信ネットワークシステムに好適な基地局と中継
局との同期方法に関する。
【0002】
【従来の技術】制御エリア内に、基地局と無線で基地局
と接続される複数の無線局とを備える無線通信ネットワ
ークシステムの各局間の同期方法としては、従来、以下
のような方法がある。第1の方法としては、基地局が同
期用パケットを送信し、複数の無線局が前記同期用パケ
ットを同時に受信することで、基地局と複数の無線局と
の同期をとる方法である。
【0003】また、第2の方法としては、制御エリア内
の全ての局が同時に受信できる同期信号(例えば、GP
S信号や標準時間信号)を使用して同期をとる方法であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
1の方法は、基地局からの電波が全ての無線局に届くよ
うな狭い制御エリアを有する無線通信ネットワークシス
テムでは有効であるが、例えば鉄道のような直線的に延
びた線路上を列車が移動するシステムに無線通信ネット
ワークシステムを適用する場合には以下のような問題点
を有する。
【0005】即ち、このような無線通信ネットワークシ
ステムでは、1次元的な拡がりを有する制御エリアとな
り、基地局からの電波が到達しない無線局が存在する。
従って、このような無線通信ネットワークシステムに第
1の方法を適用する場合には、基地局からの同期用パケ
ットを各無線局を順次中継送信しなければならないの
で、基地局と末端の無線局では、同期用パケットの中継
遅れが蓄積されて大きな同期ずれが生じる虞れがある。
【0006】第2の方法は、同期用パケットを送信する
必要がなく、第1の方法のような問題は生じないが、基
地局及び各無線局に、例えばGPS信号を受信するため
の受信器を設ける必要がありコストが高価となる。ま
た、トンネル内では使用できず、無線局等の設置場所が
制限される。尚、無線通信ネットワークシステムの同期
システムとして、例えば特開平9−247161号公報
で開示された技術がある。
【0007】このものは、基地局と移動局を備える制御
エリア内において、基地局から所定周期で同期実行時間
までの残り時間を示す同期予告情報を移動局に送信し、
移動局は、受信した同期予告情報に基づいて同期実行時
間までの残り時間を知ることで、基地局からの情報を受
信できない状況が一時的に発生した場合でも、基地局と
移動局の同期が確保されるようにすることを目的とした
同期方法が開示されている。しかし、前記公報は、情報
発信局からの情報を中継送信する無線通信システムを対
象とするものではない。また、基地局から繰り返し同期
予告情報を全ての移動局に対して同時に送信するもので
あり、同期情報を中継送信する構成ではない。
【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、基地局と中継局の同期ずれがなく、しかも、局の
設置場所の制限がなく安価な無線通信ネットワークシス
テムの同期方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に記
載の本発明では、1つの基地局と複数の中継局とを備
え、前記基地局からの電波が到達しない中継局が存在す
る制御エリアを有し、基地局からの情報を順次中継局を
介して中継送信する無線通信ネットワークシステムにお
いて、前記基地局は、同期用パケット送信時から目標同
期点までの時間情報及び送信順位情報を含む前記同期用
パケットを送信すると共に同期用パケット送信時から目
標同期点までの時間の計時を行う一方、各中継局は、前
記同期用パケットを受信し、当該同期用パケット内の送
信順位情報を予め設定された自身の送信順位情報に更新
して自身の送信順位タイミング時に同期用パケットを送
信すると共に、前記目標同期点までの時間情報と予め設
定された前記自身の送信順位、同期用パケット送信時間
及び中継遅延時間の各情報とに基づいて自身の同期用パ
ケット送信時から前記目標同期点までの時間を演算し、
この演算時間の計時を行うことを特徴とする。
【0010】かかる構成では、基地局から送信順位情報
と目標同期点までの時間情報を含む同期用パケットを中
継局に送信する。各中継局は、受信した同期用パケット
内の送信順位情報を自身の順位に更新しながら前記時間
情報と共に順次中継しながら末端の中継局まで送信する
と共に、自身の同期用パケット送信時から目標同期点ま
での時間を演算する。そして、基地局及び各中継局は、
計時が終了した時に目標同期点と判断して所定の動作モ
ードを実行する。
【0011】請求項2に記載の発明では、前記基地局及
び各中継局それぞれは、少なくとも2つ以上先の局まで
電波が到達する間隔で設置するようにした。かかる構成
では、中継局の1つが故障した時でも、別の中継局が同
一の情報を受信できるので、通信ネットワークのダウン
を防止でき、システムの信頼度を向上できる。
【0012】請求項3に記載の発明では、前記各中継局
は、同期用パケット受信時に、当該同期用パケット内の
前記目標同期点までの時間情報及び送信順位、同期用パ
ケット送信時間及び中継遅延時間の各情報とに基づいて
同期用パケット受信終了時から前記目標同期点までの時
間を演算し、この演算時間の計時を開始するようにし
た。
【0013】かかる構成では、自身より1つ前の送信順
位の中継局が故障した時でも、目標同期点までの計時を
実行することができる。請求項4に記載の発明では、前
記各中継局は、自身の送信順位の1つ前の送信順位情報
を含む同期用パケットを受信した時、前記同期用パケッ
ト受信終了時から時間計測前記目標同期点までの時間当
該同期用パケット内の前記目標同期点までの時間情報及
び送信順位、同期用パケット送信時間及び中継遅延時間
の各情報とに基づいて同期用パケット受信終了時から前
記目標同期点までの時間の計時をキャンセルするように
した。
【0014】かかる構成では、最新の情報に基づいて目
標同期点までの時間計時が行われるので、同期精度が向
上する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る無線通信ネ
ットワークシステムの同期方法を図面に基づいて説明す
る。図1に、本実施形態の同期方法を適用する無線通信
ネットワークシステムの構成を示す。
【0016】図1において、列車1が走行するエリア
を、例えば20km程度の制御エリアZで複数に分割
し、各制御エリアZ毎に同一構成の通信ネットワークN
を構成する。以下に、通信ネットワークNの構成につい
て説明する。通信ネットワークNは、それぞれ列車1の
移動ルートに沿って間隔を設けて配置した複数の沿線無
線機111 〜11n と、拠点駅に設けた1つの駅無線機
12と、駅無線機12に接続する拠点駅装置13とを備
えて構成される。拠点駅装置13は、通信ネットワーク
Nにおける通信を制御・管理する管理機能を有する。駅
無線機12及び各沿線無線機111 〜11n は、少なく
とも2つ先の無線機まで電波が到達するような間隔で配
置する。また、各沿線無線機111 〜11n は、図示し
ないが、必要に応じてホスト装置と接続してホスト情報
の無線送受信を行う。
【0017】本実施形態の無線通信ネットワークシステ
ムの通信制御方式は、例えば、時分割多重アクセス(T
DMA)のトークンパッシング方式とし、トークンを持
つ送信元の無線機から送信先の無線機まで中間の無線機
を中継しながらパケットを送信する。具体的には、図2
に示すような、同期モード、制御コマンドモード、立上
げモード、移動体通信モード、沿線無線機(WRSで示
す)リポートモード、予備モード、隣接通信モード、及
び次サイクル待ちモードの複数の動作モードを1サイク
ルとして周期的に通信動作を行い、制御ゾーン内の各無
線機は、前記1サイクルにおいて、拠点駅装置によって
割り当てられた所定のタイムスロットの時のみ、送信動
作又は受信動作が可能なように制御される。そして、通
信ネットワーク内の全ての無線機の動作は、同期モード
によって同期がとられる。
【0018】本実施形態の同期方法では、駅無線機12
及び各沿線無線機111 〜11n のいずれか1つを、同
期管理用の同期基地局とし、他の無線機を中継局とす
る。同期基地局となる無線機は、サイクル開始点の同期
モード時に同期用パケットの送信元となるもので、図3
に示すように、情報を送信する送信部Aと、情報を受信
する受信部Bと、送信情報及び受信情報を処理する情報
処理部Cと、ネットワークの通信サイクルを管理するサ
イクル管理タイマDと、目標となる同期点を管理するた
めの同期点管理タイマEとを備えて構成される。
【0019】前記サイクル管理タイマDは、1サイクル
の時間を周期的に計時管理するもので、電源投入時又は
イニシャルリセット時に起動してサイクル開始点までの
時間を計時し、タイムアップした時に同期モードが開始
される。前記情報処理部Cは、サイクル管理タイマDが
タイムアップして同期モードになると同期用パケットを
送信する。この同期用パケットのフォーマットは例えば
図4に示すようになっている。即ち、同期用データ、送
信順位情報を示す自身の中継順番及びチェックコードか
らなる。同期用データは、種別、同期基地局ID、同期
用パケット送信時点から目標とする同期点までの時間情
報(例えば100ms)、チェックコードからなる。同
期基地局の場合、中継順番は「0」とする。
【0020】同期点管理タイマEは、情報処理部Cが同
期用パケット送信を行うと同時に起動され目標同期点ま
での時間を計時する。タイムアップすると情報処理部C
において次の動作モードが開始される。また、中継局と
なる無線機の構成は、図3の同期基地局の構成からサイ
クル管理タイマDを除いた構成であり、図3を代用して
説明する。
【0021】中継局における情報処理部Cでは、受信し
た同期用パケット内の中継順番を予め設定されている自
身の送信順番に書き換え更新してから自身の送信順位タ
イミングで同期用パケットを送信すると共に、受信した
同期用パケット内の目標同期点までの時間情報と自身の
送信順位、予め設定されている同期用パケット送信時間
Tp及び中継遅延時間Tdの各情報とに基づいて自身の
同期用パケット送信時から前記目標同期点までの時間を
演算する。同期点管理タイマEは、この演算時間の計時
を行い、タイムアップすると情報処理部Cにおいて次の
動作モードが開始される。
【0022】ここで、前記同期用パケット送信時間Tp
は、(伝送速度×送信データ数)で決定されるもので、
伝送速度及び送信データ数が予め定められているので固
定時間である。また、中継遅延時間Tdは、(中継のた
めの情報処理時間+余裕時間)とし、見込みの情報処理
時間の最大値に多少の時間を加えて一定時間に設定す
る。
【0023】次に、本実施形態の同期動作について図5
を参照しながら説明する。駅無線機12及び各沿線無線
機111 〜11n のいずれか1つを、同期基地局として
設定する。同期基地局に設定された無線機は、サイクル
管理タイマDのタイムアップによって、図4に示す同期
用パケットを送信部Aから無線送信する。この同期用パ
ケットには、図4に示す同期用パケット送信時から目標
同期点までの時間WST0のデータ、同期基地局の中継
順番「0」のデータが書き込まれている。
【0024】基地局からの同期用パケットを受信した中
継局は、同期用パケット内の中継順番データを参照し、
予め設定された自身の中継順番の1つ前の無線機から送
信された同期用パケットであるか否かを判断する。例え
ば、中継順番が1番の中継局であれば、受信した同期用
パケット内の中継順番データが「0」か否か、即ち、基
地局からの同期用パケットか否かを判断する。受信した
基地局からの同期用パケットであると判断した場合は、
受信した同期用パケット内の目標同期点までの時間デー
タWST0と、前記自身の中継順番データ「1」、予め
設定された同期用パケット送信時間Tp及び中継遅延時
間Tdとを用いて、自身の同期用パケット送信時点から
目標同期点までの時間WST1を演算し、同期管理タイ
マEを起動してこの演算時間の計時を開始する。同時
に、受信した同期用パケット内の中継順番データ「0」
を自身の送信順番「1」に書き換え更新して、同期用パ
ケットを送信する。
【0025】中継順番「1」の中継局における目標同期
点までの時間WST1は、図4から明らかなように、下
記の演算式で算出する。尚、電波の伝搬遅延時間は、同
期用パケット送信時間Tp及び中継遅延時間Tdに比べ
て遙かに短いので無視する。 WST1=WST0−(Tp+Td) (1) 同様にして、中継順番がn番目の中継局における目標同
期点までの時間WSTnは、下記の演算式で算出する。
【0026】 WSTn=WST0−n(Tp+Td) (2) このようにして、演算された目標同期点までの時間は、
同期点管理タイマで計時され、タイムアップした時に同
期点と判断して、全ての無線機が次の動作モードに移行
する。かかる同期方法によれば、基地局からの電波が到
達しない中継局が存在するような1次元的に延びる広範
囲な制御エリアを有するために、基地局からの情報を中
継局を介して中継送信する必要のある通信ネットワーク
においても、基地局と末端の中継局との間で大きな同期
ずれがなくなる。また、GPS信号等の外部からの同期
信号を受信して同期させる方式に比べても、各局に同期
信号受信用の受信機を設ける必要がなく安価になると共
に、トンネル内等でも使用可能で無線機の設置場所が制
限されずどこでも使用できるようになる。
【0027】次に、本実施形態の同期動作について具体
例を示し詳述する。図6は、例えば、1つ拠点駅無線機
と列車走行路に沿って第1〜第7沿線無線機(図中、W
RS−1〜WRS−7で示す)とで通信ネットワークを
構成し、各無線機の電波は2つ先の無線機まで到達する
ものとし、第3沿線無線機(図中、WRS−3)を基地
局とした場合の同期用パケットの伝送形態を示したもの
である。尚、図中、括弧内の数字は中継順番を示し、e
ndは同期用パケット(図では同期packetと示し
てある)を中継送信しない末端の中継局を示す。破線の
同期用パケットは、同期用パケットを受信してもリジェ
クト可能なものを示し、実線で黒塗りの同期用パケット
は、送信する同期用パケットを示す。
【0028】まず、基地局である第3沿線無線機WRS
−3において、管理タイマがタイムアップして同期用パ
ケットが送信される。この同期用パケットには、自身の
中継順番「0」と送信時から目標同期点までの時間のデ
ータが書き込まれる。この同期用パケットを中継順番
「1」の第2沿線無線機WRS−2が受信すると、自身
の中継順番、送信時間Tp、中継遅延時間Tdに基づい
て前述の演算式により自身の送信時から目標同期点まで
の時間を演算して計時を開始すると共に、中継順番デー
タを「0」から「1」に書き換えて同期用パケットを送
信する。
【0029】同様にして、第1、4〜6沿線無線機WR
S−1、WRS−4〜WRS−6も同期用パケット内の
中継順番データを自身の中継順番に書き換えて送信す
る。中継順番が「end」の拠点駅無線機と第7沿線無
線機WRS−7では、同期用パケットの送信は行わない
ので、これらは、同期用パケットの受信終了時点から目
標同期点までの時間を演算し計時する。
【0030】本実施形態では、第1及び第5沿線無線機
WRS−1、WRS−5の中継順番を共に「3」に設定
し、同じ送信タイミングで同期用パケットを送信するよ
うにしている。第1沿線無線機WRS−1と第5沿線無
線機WRS−5は、互いの電波が混信しない距離にあ
り、このように電波の混信が発生しない距離にある2つ
の中継局を同じ中継順番に設定して同じタイミングで送
信させることで、末端中継局までの同期用パケット伝送
時間を短縮でき、同期モード時間を短縮できる。
【0031】同期用パケットは、次の中継順番の局以外
の局でも受信される。この場合、各中継局は、同期パケ
ット受信時点で目標同期点までの時間を演算し計時を開
始しておく。例えば、第6沿線無線機WRS−6を例に
とると、中継順番が「4」の第6沿線無線機WRS−6
は、中継順番が「2」の第4沿線無線機WRS−4が同
期用パケットを送信した時にも受信する。この場合、第
6沿線無線機WRS−6は、同期用パケット内の中継順
番及び目標同期点までの時間のデータと送信時間Tp、
中継遅延時間Tdに基づいて、同期用パケットの受信終
了時から目標同期点までの時間を演算し計時を開始す
る。
【0032】即ち、第6沿線無線機WRS−6は、中継
順番「2」のデータの同期用パケットを受信し、自身の
中継順番「4」の1つ前でないことが判る。これによ
り、第6沿線無線機WRS−6は、同期用パケットの送
信時点からではなく同期用パケットの受信終了時から目
標同期点までの時間(=WST0−2(Tp+Td)−
Tp)を演算し計時する。その後、第5沿線無線機WR
S−5から、中継順番が自身の順番より1つ前である中
継順番「3」のデータを有する同期用パケットを受信す
れば、現在の計時をキャンセルし、新たに自身の同期用
パケット送信時から目標同期点までの時間(=WST0
−4(Tp+Td))を演算し計時を開始する。
【0033】また、各局は、自身の中継順番より後の同
期用パケットはリジェクトすることが可能であるが、も
し、自身の中継順番以前の同期用パケットを受信できな
い場合には、後の中継順番の同期用パケットを受信した
時には、これを用いて目標同期点までの時間を演算し計
時する。ただし、受信した同期用パケットの送信はしな
い。
【0034】このように、本実施形態によれば、同期用
パケットを受信した時点で目標同期点までの時間を演算
し計時しておくことで、自身の中継順番の1つ前の局か
らの同期用パケットを受信できない場合でも、支障なく
同期させることができる。また、自身の中継順番以前の
同期用パケットを受信できない場合でも、後の中継順番
の同期用パケットが受信できれば、やはり同期させると
こができ、耐故障性に優れた同期方法である。
【0035】次に、制御エリアZ内を移動する列車1が
移動局として通信ネットワークNに参加する場合におけ
る車上無線機の同期動作について説明する。列車1側で
は、沿線無線機間で送信中継されている同期用パケット
を、車上無線機により受信する。車上無線機側では、受
信した同期用パケット内の中継順番データから次の中継
順番を自局の中継順番と判定し、前述した演算式(2)
に基づいて目標同期点までの時間の計時を開始する。
尚、列車1では、同期用パケットの送信は行わない。
【0036】図7は、中継順番「n」の沿線無線機(図
中WRSで示す)から中継順番「n+1」の沿線無線機
(図中WRSで示す)に送信された同期用パケットを、
列車1側で受信した場合の、前述した列車1における同
期点までの時間の演算の様子を示している。中継順番
「n」の同期用パケットを受信した列車1では、自身の
中継順番を「n+1」として目標同期点までの時間をW
STn+1として演算し計時する。列車1は同期用パケ
ットの送信は行わない。
【0037】例えば故障やメンテナンス等によってネッ
トワークから外れていた局をネットワークに参加させる
場合について説明する。図8に、動作フローチャートを
示す。図8において、ステップ1(図中、S1で示し以
下同様とする)では、参加する局が同期基地局か否かを
判定する。同期基地局であれば、ステップ2に進み、他
の中継局であればステップ8に進む。
【0038】ステップ2では、サイクル管理タイマを起
動し、 ステップ3で、サイクル管理タイマがタイムア
ップしたか否かを判定し、タイムアップしたらステップ
4に進む。ステップ4では、自身の中継順番及び目標同
期点までの時間のデータを書き込んで同期用パケットを
送信し、ステップ5で同期点タイマを起動し、ステップ
6で、同期点タイマがタイムアップしたか否かを判定
し、タイムアップしたらステップ7に進み、次の制御コ
マンドモードに移行する。
【0039】ステップ1において中継局と判定されてス
テップ8に進んだ場合は、同期用パケットを受信したか
否かを判定し、受信したらステップ9に進む。ステップ
9では、前述したようにして目標同期点までの時間を演
算し、ステップ10で同期点タイマを起動し、ステップ
11で、同期点タイマがタイムアップしたか否かを判定
し、タイムアップしたらステップ12に進み、次の制御
コマンドモードに移行する。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、各無線局に同期信号受信用の受信器を設備する必
要がなく安価にできる。また、トンネル等でも使用で
き、設置場所の制約がなくどこでも使用可能である。更
に、同期用パケットを中継送信する場合でも、基地局と
末端中継局の中継遅延の蓄積に起因する同期ずれを防止
できる。
【0041】請求項2〜4に記載の発明によれば、通信
ネットワークのシステム信頼度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る同期方法を適用する無線通信ネッ
トワークシステムの概略図
【図2】同上通信ネットワークの通信動作形態の一例を
示す図
【図3】本実施形態の同期基地局の構成図
【図4】同期用パケットの構成を示す図
【図5】本実施形態の同期動作の説明図
【図6】同期用パケットの伝送形態の具体例を示す図
【図7】列車側無線局の同期動作の説明図
【図8】本実施形態の局の立上げから参加するまでの動
作フローチャート
【符号の説明】
1 列車 111 〜11n 沿線無線機 12 駅無線機 13 拠点駅装置 A 送信部 B 受信部 C 情報処理部 D サイクル管理タイマ E 同期点管理タイマ Z 制御ゾーン N 通信ネットワーク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1つの基地局と複数の中継局とを備え、前
    記基地局からの電波が到達しない中継局が存在する制御
    エリアを有し、基地局からの情報を順次中継局を介して
    中継送信する無線通信ネットワークシステムにおいて、 前記基地局は、同期用パケット送信時から目標同期点ま
    での時間情報及び送信順位情報を含む前記同期用パケッ
    トを送信すると共に同期用パケット送信時から目標同期
    点までの時間の計時を行う一方、 各中継局は、前記同期用パケットを受信し、当該同期用
    パケット内の送信順位情報を予め設定された自身の送信
    順位情報に更新して自身の送信順位タイミング時に同期
    用パケットを送信すると共に、前記目標同期点までの時
    間情報と予め設定された前記自身の送信順位、同期用パ
    ケット送信時間及び中継遅延時間の各情報とに基づいて
    自身の同期用パケット送信時から前記目標同期点までの
    時間を演算し、この演算時間の計時を行うことを特徴と
    する無線通信ネットワークシステムの同期方法。
  2. 【請求項2】前記基地局及び各中継局それぞれは、少な
    くとも2つ以上先の局まで電波が到達する間隔で設置す
    るようにした請求項1に記載の無線通信ネットワークシ
    ステムの同期方法。
  3. 【請求項3】前記各中継局は、同期用パケット受信時
    に、当該同期用パケット内の前記目標同期点までの時間
    情報及び送信順位、同期用パケット送信時間及び中継遅
    延時間の各情報とに基づいて同期用パケット受信終了時
    から前記目標同期点までの時間を演算し、この演算時間
    の計時を開始するようにした請求項2に記載の無線通信
    ネットワークシステムの同期方法。
  4. 【請求項4】前記各中継局は、自身の送信順位の1つ前
    の送信順位情報を含む同期用パケットを受信した時、前
    記同期用パケット受信終了時から時間計測前記目標同期
    点までの時間当該同期用パケット内の前記目標同期点ま
    での時間情報及び送信順位、同期用パケット送信時間及
    び中継遅延時間の各情報とに基づいて同期用パケット受
    信終了時から前記目標同期点までの時間の計時をキャン
    セルするようにした請求項3に記載の無線通信ネットワ
    ークシステムの同期方法。
JP10271137A 1998-09-25 1998-09-25 無線通信ネットワークシステムの同期方法 Pending JP2000102063A (ja)

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