JP2005253038A - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ビーコン信号の受信時刻から自局の時間クロックのタイミングを基準として他局の時間スロットの先頭タイミングを推定し、ある時間区間内において最も時間スロットの先頭タイミングが遅れている通信局に自局の時間スロットを合わせ、自律分散的に同一ネットワーク内の通信局間における時間同期を図る。また、新規参入時や、自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合は、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる。
【選択図】 図16
Description
インフラ・モードのBSSにおいては、無線通信システム内にコーディネイションを行なうアクセス・ポイントが必須である。すなわち、アクセス・ポイントは、自局周辺で電波の到達する範囲をBSSとしてまとめ、いわゆるセルラ・システムで言うところの「セル」を構成する。アクセス・ポイント近隣に存在する移動局は、アクセス・ポイントに収容され、BSSのメンバとしてネットワークに参入する。
もう一方のアドホック・モード時のIEEE802.11の動作について、図27を参照しながら説明する。
アドホック環境の無線LANネットワークにおいては、一般的に隠れ端末問題が生じることが知られている。隠れ端末とは、ある特定の通信局間で通信を行なう場合、通信相手となる一方の通信局からは聞くことができるが他方の通信局からは聞くことができない通信局のことであり、隠れ端末同士ではネゴシエーションを行なうことができないため、送信動作が衝突する可能性がある。
IEEE802.11におけるネットワーキングでは、アドホック・モード時のIBSSにおいても、移動局は必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態に入ることがある。
各通信局は、周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する、
ことを特徴とする無線通信システムである。時間同期の修正を行なう場合、通信局は、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る。
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
図1には、本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて通信局として動作する無線通信装置の機能構成を模式的に示している。図示の無線通信装置100は、同じ無線システム内では効果的にチャネル・アクセスを行なうことにより、衝突を回避しながらネットワークを形成することができる。
本実施形態に係る自律分散型ネットワークでは、各通信局は、所定のチャネル上で所定の時間間隔でビーコン情報を報知することにより、近隣(すなわち通信範囲内)の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。ビーコンを送信する伝送フレーム周期のことを、本明細書では「スーパーフレーム(Super Frame)」と定義し、1スーパーフレームを例えば40ミリ秒とする。
通信局として動作する無線通信装置100は、特定の制御局を配置しない通信環境下で、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送(MAC)フレームにより伝送チャネルを効果的に利用した伝送制御、あるいはCSMA/CAに基づくランダム・アクセスなどの通信動作を行なう。
上述したように、制御局と被制御局の関係を有しない自律分散型の無線通信システムでは、各通信局はチャネル上で周期的にビーコン情報を報知することにより、近隣(すなわち通信可能範囲内)の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。通信局は伝送フレーム周期の先頭でビーコンを送信するので、伝送フレーム周期すなわちスーパーフレームはビーコン間隔によって定義される。また、各通信局は、スーパーフレームに相当する期間だけチャネル上をスキャン動作することにより、周辺局から送信されるビーコン信号を発見し、ビーコンに記載されている情報を解読することによりネットワーク構成を知る(又はネットワークに参入する)ことができる。
(2)マスタがネットワークから消滅した場合のマスタの再設定
(3)通信範囲が限定されることにより同一ネットワークに複数のマスタによる管理
(2)推定パラメータに基づく時間同期の基準とする通信局の決定
図14には、各通信局のビーコン送信手順について図解している。各通信局は、周辺で発信されるビーコンを聞きながら、緩やかに同期する。新規に通信局が現れた場合、新規通信局は既存の通信局のビーコン送信タイミング(スーパーフレームの先頭タイミングと等価)と衝突しないように、自己のビーコン送信タイミングを設定する。
時間同期の基準とする通信局を決定して時間同期を確保する手順について、図16及び図17を参照しながら説明する。
これまでの説明で、自局の時間スロット・タイミングよりBmin/2以内に遅れている通信局を時間同期の基準局とするというルール、さらには新規参入局が既存のネットワークの同期関係を確保しながら参入するというルールを適用することで、ネットワークを構成する通信局同士、あるいは交錯するネットワーク間の通信局同士で時間同期を確保することができることが理解できよう。
また、周辺局との時間スロット・タイミングの推定誤差により、各通信局において時間同期の基準となる通信局が自局であると誤って判断してしまい、その結果、推定誤差が連続して生じる場合には周辺局との時間同期がいつまでも確立できない可能性がある。
上述したような通信局同士の時間同期の獲得方法における別の問題点として、時間同期の収束タイミングによってネットワーク内における時間同期の確立が収束しない場合がある。
消費電力の低減を目的として、周辺局とデータの送受信を行なっていない通信局において、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードが多くの無線ネットワークシステムで導入されている。
この項では、時間同期の修正までに要する時間の短縮化に重点を置いた同期獲得方法について説明する。
101…インターフェース
102…データ・バッファ
103…中央制御部
104…送信データ生成部
106…無線送信部
107…タイミング制御部
109…アンテナ
110…無線受信部
112…受信データ解析部
113…情報記憶部
Claims (19)
- 制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局の自律分散的な動作により構築される無線通信システムであって、
各通信局は、周辺局との時間同期状況を確認し、時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 制御局と被制御局の関係を有しないで各通信局の自律分散的な動作により構築される無線通信システムであって、
各通信局は、周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行ない、該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 各通信局は、時間スロットで動作して数時間スロット分からなる所定周期で所定のパケットを交換し合い、自局の時間クロックのタイミングを基準として各周辺局からのパケットの受信時刻から当該周辺局と時間スロットの先頭タイミングを推定し、ある時間区間内において時間スロットの先頭タイミングが最も遅れている又は最も早い通信局を時間同期の基準とする通信局に決定して、自局の時間スロットを合わせる、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 - 各通信局は、予定時刻に送出されたビーコンであるかどうかを通知するフラグをビーコン情報に追加し、
ビーコン受信局側では、フラグを参照することで、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らす、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。 - 自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合であって、周辺局と時間同期にズレがあると検出された際には、自局の時間スロットの先頭タイミングがある時間区間内において周辺局に比べ最も遅れていたとしても、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 - 通信局は、時間同期にずれを検出した場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す、
ことを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 各通信局は、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードで動作することができ、
確率α(0<α<1)で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮するとともに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設ける、
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信システム。 - 通信局は、時間同期のずれが継続した場合、又は予定時刻以外のビーコンの送受信が継続した場合には、時間同期の修正処理を所定の確率で実行する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 - 制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作する無線通信装置であって、
無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する通信制御手段と、
周辺局との時間同期状況を確認する時間同期確認手段と、
前記時間同期確認手段による確認結果に基づいて時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する同期獲得手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作する無線通信装置であって、
無線データを送受信する通信手段と、
前記通信手段による無線データの送受信動作を制御する通信制御手段と、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定手段と、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。 - 所定のビーコン情報を生成するビーコン情報生成手段と、
他局から受信したビーコン情報を解析するビーコン情報解析手段とをさらに備え、
前記通信制御手段は、時間スロットで動作して数時間スロット分からなる所定周期でビーコン情報を交換し合う動作を行ない、
前記推定手段は、自局の時間クロックのタイミングを基準として各周辺局からのビーコン情報の受信時刻から当該周辺局と時間スロットの先頭タイミングを推定し、
前記同期獲得手段は、ある時間区間内において時間スロットの先頭タイミングが最も遅れている又は最も早い通信局に自局の時間スロットを合わせる、
ことを特徴とする請求項10に記載の無線通信装置。 - 前記ビーコン情報生成手段は、予定時刻に送出されたビーコンであるかどうかを通知するフラグをビーコン情報に追加し、
前記推定手段又は前記同期獲得手段は、フラグを参照することで、誤って推定された時間スロットに同期を合わせる頻度を減らす、
ことを特徴とする請求項10に記載の無線通信装置。 - 前記同期獲得手段は、自局において予定時刻にビーコンが送信できない状況が続いた場合であって、周辺局と時間同期にズレがあると検出された際には、自局の時間スロットの先頭タイミングがある時間区間内において周辺局に比べ最も遅れていたとしても、自局より他局に時間スロットのタイミングに合わせる、
ことを特徴とする請求項10に記載の無線通信装置。 - 前記同期獲得手段は、時間同期にずれを検出した場合に、周辺局との時間同期の修正タイミングにある定常的なパターンが発生しないように確率的な処理を施す、
ことを特徴とする請求項13に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、ある一定区間のみデータの受信を行ない、それ以外の時間ではビーコンの送信のみを行なう間欠受信モードにより通信動作を制御することができ、
前記同期獲得手段は、確率α(0<α<1)で行なわれる自局の時間スロット・タイミングの修正において、間欠受信する通信局の方が通常の通信局よりも早期に時間同期処理が行なわれるように考慮するとともに、時間同期ずれが検出されてから時間同期の修正が行なわれるまでの時間に閾値を設ける、
ことを特徴とする請求項14に記載の無線通信装置。 - 前記同期獲得手段は、時間同期のずれが継続した場合、又は予定時刻以外のビーコンの送受信が継続した場合には、時間同期の修正処理を所定の確率で実行する、
ことを特徴とする請求項10に記載の無線通信装置。 - 制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作するための無線通信方法であって、
周辺局との時間同期状況を確認する時間同期確認ステップと、
前記時間同期確認ステップにおける確認結果に基づいて時間同期の修正が必要かどうかを判別し、時間同期の修正が必要な場合には、時間同期の修正処理を必ず実行するか又は所定の確率で修正処理を実行する同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。 - 制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作するための無線通信方法であって、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。 - 制御局と被制御局の関係を有しない無線通信環境下で動作するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
周辺局との同期タイミングの相違を示すパラメータの推定を行なう推定ステップと、
該推定パラメータに基づいて時間同期の基準とする通信局を決定し、該基準となる通信局との時間同期を図る同期獲得ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
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