JP2006074326A - 時刻同期方法、通信装置および時刻同期システム - Google Patents

Abstract

【課題】 時刻同期信号を受信するために長い時間待機する必要なく、そのため消費電力量を低く抑える。
【解決手段】 リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７で、送信時間Ｔ２８の時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信する。周辺端末Ｂ１５〜Ｂ１８は、最大でも時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の２倍の期間をセンシングすることで、時刻同期信号Ｓ１３を受信する。リファレンス端末Ｂ１１が時刻同期信号を連続配信する回数の最適値は、クロック精度や時刻同期周期Ｔ２７、時刻同期信号Ｓ１３の送信時間Ｔ２８に基づいて決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作を行っている状況で、端末間での時刻同期及び新設端末による隣接ネットワークの検出方法に係る、時刻同期方法、通信装置および時刻同期システムに関する。

従来の技術では、複数の端末間で時刻の同期を行うために、大きく２つの手法がとられている。１つは、アクティブ同期と呼ばれるもので、例えば、インターネットにおけるＮＴＰ（Network Time Protocol）サービスなどである（例えば非特許文献１参照）。これは、端末からＮＴＰサーバに対して正しい時刻情報を要求し、ＮＴＰサーバは、その要求に応じてタイムスタンプを付与したパケットを生成して、要求端末にフィードバックする仕組みである。もう１つは、パッシブ同期と呼ばれるもので、例えば、ＧＰＳ衛星を用いた時刻同期などがある（例えば非特許文献２参照）。ＧＰＳ衛星から絶対時刻情報が定期的に配信され、端末は、その情報に合わせて自身のクロックを調整することで、複数の端末間の同期を合わせることができる。同様に、無線ＬＡＮにおいても、Timing Synchronization Function（ＴＳＦ）に基づき、各端末は、帰属するアクセスポイントと同期を図るため、アクセスポイントから定期的に報知されるビーコン信号のタイムスタンプ情報を保存している（例えば非特許文献３参照）。いずれの場合も、リファレンス端末から配信される時刻同期信号は、１つのパルス信号であり、時刻同期を行おうとする端末は、その１パルス信号を受信しようと、常に信号の配信をスキャンしている。
D. L. Mills, "Network time protocol (NTP)，"RFC958, September 1985. 日本測地学会編,"新訂版 ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム−，"社団法人 日本測量学会, 1989. LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society. Wireless LAN medium access control (MAC) and Physical layer (PHY) specification. IEEE, New York, USA, IEEE Std 802.11 - 1999 edition, 1999. W. Ye and J. Heidemann, "Medium Access Control in Wireless Sensor Networks", USC/ISI Technical Report ISI-TR-580, Oct. 2003.

ところで、電池駆動の端末に各種センサ機能と無線通信機能とを搭載し、端未間で自律的に構築されるセンサネットワークの場合、電池の交換や再充電は、困難な適用ケースが多く、各端末にとって、電力は、極めて重要なリソースである。端末における消費電力に着目すると、待機中に自分宛てではない電波を受信することは、端末の電力を無駄に消費することになる。このため、待機時には、ワイヤレス通信回路への電力供給を停止して、スリープ状態にし、通信が必要なときにのみ、アクティブ状態になる間歇動作をとることが考えられる。

この場合、端未間で通信を行うためには、端末同士でアクティブ状態になるタイミングを合わせる必要があり、定期的にリファレンス端末から時刻同期信号を配信し、周辺端末は、その時刻同期信号に基づき自身のクロックを補正することになる。これまでの時刻同期方式では、リファレンス端末から配信される時刻同期信号は、１パルスである。このため、周辺端末は、クロックの精度を考慮して早めにアクティブ状態となり、時刻同期信号の受信を待機する必要がある。上記間歇動作の周期が長くなると、クロック誤差による端末間の時刻のずれ（ドリフト時間）が大きくなるため、周辺端末が時刻同期信号を受信するために待機する時間が長くなってくる。短距離無線機においては、アイドルチャネルを受信している時とパケットを受信している時とで、ほぼ同じエネルギ消費であると言われている。このため、各端末が間歇動作を繰り返すセンサネットワークにおいて、特にその間歇動作の周期が長くなると、上記待機電力の消費は大きな課題である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、端末間での時刻同期及び新設端末による隣接ネットワークの検出において、時刻同期信号を受信するために長い時間待機する必要なく、そのため消費電力量を低く抑えることができる時刻同期方法、通信装置および時刻同期システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、時刻情報を広告するリファレンス端末と、前記時刻情報を受信して前記リファレンス端末に同期する複数の周辺端末とから構成され、前記複数の周辺端末がアクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をしていて、周辺端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとるネットワークの時刻同期方法において、前記リファレンス端末により、所定の送信周期ごとに、時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信し、前記周辺端末により、前記所定の送信周期ごとに、前記時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする時刻同期方法である。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに周辺端末が設置された場合、前記新たな周辺端末は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数を決定し、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数を決定し、前記第１の連続配信回数と前記第２の連続配信回数のいずれか大きいほうを、前記時刻同期信号の連続配信回数とすることを特徴とする。

本発明は、アクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をし、アクティブ状態になる時刻の同期をとる複数の周辺端末に対して、時刻情報を広告する通信装置（リファレンス端末）において、所定の送信周期ごとに、前記時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信することを特徴とする通信装置である。

本発明は、上記の発明において、通信装置内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数と、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と前記周辺端末の端末密度と前記時刻同期信号の送信周期と前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数とのいずれか大きい方の連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする。

本発明は、アクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をし、リファレンス端末が広告する時刻情報を受信して、端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとる通信装置（周辺端末）において、前記リファレンス端末により所定の送信周期ごとに複数回連続して配信される、時刻情報を含む時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする通信装置である。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに設置された通信装置は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする。

本発明は、時刻情報を広告するリファレンス端末と、前記時刻情報を受信して前記リファレンス端末に同期する複数の周辺端末とから構成され、前記複数の周辺端末がアクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をしていて、周辺端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとる時刻同期システムにおいて、前記リファレンス端末は、所定の送信周期ごとに、時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信し、前記周辺端末は、前記所定の送信周期ごとに、前記時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする時刻同期システムである。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに設置された周辺端末は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数と、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と前記周辺端末の端末密度と前記時刻同期信号の送信周期と前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数とのいずれか大きい方の連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする。

この発明によれば、時刻同期方法は、前記リファレンス端末により、所定の送信周期ごとに、時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信し、前記周辺端末により、前記所定の送信周期ごとに、前記時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期する。したがって、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、端末間での時刻同期において、長い時間待機することなく、時刻同期信号を受信することができ、そのため消費電力量を低く抑えることができるという利点が得られる。

この発明によれば、時刻同期方法は、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定する。したがって、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、端末間での時刻同期のための消費電力量を低く抑えることができ、そのため消費電力量を低く抑えることができるという利点が得られる。

また、本発明によれば、時刻同期方法は、前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに周辺端末が設置された場合、前記新たな周辺端末は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出する。したがって、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、新設端末による隣接ネットワークの検出のための消費電力量を低く抑えることができ、そのため消費電力量を低く抑えることができるという利点が得られる。

また、本発明によれば、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定する。したがって、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、新設端末による隣接ネットワークの検出のための消費電力量を低く抑えることができ、そのため消費電力量を低く抑えることができるという利点が得られる。

また、本発明によれば、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数を決定し、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数を決定し、前記第１の連続配信回数と前記第２の連続配信回数のいずれか大きいほうを、前記時刻同期信号の連続配信回数とする。したがって、センサネットワークのように構成する端末の電力量に制限があり、各端末が定期的にアクティブ状態とスリープ状態を繰り返す間歇動作を行っている状況で、既存の端末間での時刻同期、あるいは新たに投入された新設端末の時刻同期のいずれの場合においても、長い時間待機することなく、時刻同期信号を受信することができ、結果的に、効率的に時刻同期信号を送受信することができるという利点が得られる。

以下、本発明の一実施形態による時刻同期方法、通信装置およびシステムを、図面を参照して説明する。

まず、本発明の実施例１について図１と図２を参照して説明する。図１は、本実施例１のネットワーク構成を示すブロック図である．図２は、本実施例１のネットワークにおける通信手順を示すシーケンス図である。

図１に示すように、リファレンス端末Ｂ１１及びＢ１２から配信される時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４は、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２の各々の電波到達距離範囲内の周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０に到達する。周辺端末Ｂ１７及びＢ１８は、両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２からの時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４を受信できるが、一定のポリシーに従い、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２のどちらか一方に同期するか、もしくは両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２に同期する。このため、各リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２は、自身の端末ＩＤとタイムスタンプ（絶対時刻もしくは次の時刻同期時間までの相対時刻）とを含む時刻同期信号パケットを生成して配信する。

以下、図２では、上記リファレンス端末Ｂ１１に注目し、その電波到達距離範囲内に存在する周辺端末Ｂ１５〜Ｂ１８を参照して説明する。図２に示すように、各周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、リファレンス端末Ｂ１１から配信される時刻同期信号Ｓ１３を受信するため、時刻同期周期Ｔ２７ごとにスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、センシングを行う。時刻同期周期Ｔ２７は、あらかじめ設定された固定値であっても良いし、時刻同期信号Ｓ１３の中で指定された可変値であっても良い。リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信する。時刻同期周期Ｔ２７があらかじめ設定された固定値であれば、各時刻同期信号Ｓ１３は、リファレンス端末Ｂ１１に帰属するネットワーク内の絶対時間となり、時刻同期周期Ｔ２７が時刻同期信号Ｓ１３によって広告されるのであれば、次の時刻同期周期Ｔ２７までの相対時間となる。リファレンス端末Ｂ１１が連続配信する時刻同期信号Ｓ１３に含まれるこの時間情報は、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８を考慮して、時刻同期信号Ｓ１３を配信するたびに新たな時間情報を付け直す必要がある。

図２に示すように、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信することで、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎをカバーしている。そのため、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８が、時刻同期信号Ｓ１３を受信するためにスリープ状態からアクティブ状態に遷移した時には、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続配信していることになる。これによって，周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、最大でも時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の２倍の期間をセンシングすることで、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができる。

従来技術の場合、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに時刻同期信号Ｓ１３を単発的に配信する。この時刻同期信号Ｓ１３を受信するために、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎを考慮して、時刻同期周期Ｔ２７より早めにスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、センシングを行う。これによって、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、最大で端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎの２倍の期間をセンシングすることで、時刻同期信号Ｂ２６を受信することになる。

例えば、非特許文献４によれば、短距離無線機においては、受信と送信でほぼ同じエネルギを必要とする。仮に、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎが時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の１０倍であり、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８が２０台あったとする。ここで、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の期間、送信もしくは受信状態となるために必要なエネルギを１と規定すると、従来技術の場合には、リファレンス端末Ｂ１１が１のエネルギを消費し、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８で必要となるエネルギの合計は、最大で２０×２０＝４００のエネルギとなるため、ネットワーク全体で４０１を必要とする。一方、本発明方式の場合には、リファレンス端末Ｂ１１が２０のエネルギを消費し、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８で必要となるエネルギの合計は、最大で２×２０＝４０となり、ネットワーク全体で６０を必要とするが、従来技術に比べてネットワーク全体で６分の１以下に抑えることができる。

上述した実施例１の特徴は、リファレンス端末が時刻同期信号を連続的に配信することで、このリファレンス端末に同期する周辺端末は、長い間時刻同期信号を受信するために待機する必要なく、瞬時に時刻同期を完了することある。

次に、本発明の実施例２について図１と図２を参照して説明する。
図１に示すように、リファレンス端末Ｂ１１及びＢ１２から配信される時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４は、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２の各々の電波到達距離範囲内の周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０に到達する。周辺端末Ｂ１７及びＢ１８は、両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２からの時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４を受信できるが、一定のポリシーに従い、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２のどちらか一方に同期するか、もしくは両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２に同期する。このため、各リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２は、自身の端末ＩＤとタイムスタンプ（絶対時刻もしくは次の時刻同期時間までの相対時刻）とを含む時刻同期信号パケットを生成して配信する。

図２に示すように、各周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、リファレンス端末Ｂ１１から配信される時刻同期信号Ｓ１３を受信するため、時刻同期周期Ｔ２７ごとにスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、センシングを行う。時刻同期周期Ｔ２７は、あらかじめ設定された固定値であっても良いし、時刻同期信号Ｓ１３の中で指定された可変値であっても良い。リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信する。時刻同期周期Ｔ２７があらかじめ設定された固定値であれば、各時刻同期信号Ｓ１３は、リファレンス端末Ｂ１１に帰属するネットワーク内の絶対時間となり、時刻同期周期Ｔ２７が時刻同期信号Ｓ１３によって広告されるのであれば、次の時刻同期周期Ｔ２７までの相対時間となる。リファレンス端末Ｂ１１が連続配信する時刻同期信号Ｓ１３に含まれるこの時間情報は、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８を考慮して、時刻同期信号Ｓ１３を配信するたびに新たな時間情報を付け直す必要がある。

図２に示すように、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信することで、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎをカバーしている。そのため、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、時刻同期信号Ｓ１３を受信するためにスリープ状態からアクティブ状態に遷移した時には、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続配信していることになる。これによって，周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、最大でも時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の２倍の期間をセンシングすることで、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができる。

従来技術の場合、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに時刻同期信号Ｓ１３を単発的に配信する。この時刻同期信号Ｓ１３を受信するために、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎを考慮して、時刻同期周期Ｔ２７より早めにスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、センシングを行う。これによって、周辺端末Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８は、最大で端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎの２倍の期間をセンシングすることで、時刻同期信号Ｂ２６を受信することになる。

しかし、リファレンス端末Ｂ１１が時刻同期信号Ｓ１３を連続配信する回数が多すぎると、リファレンス端末Ｂ１１の送信負荷が増大し、少なすぎると、これまでの時刻同期方式と同様に周辺端末による待機時間が増大してしまう。そこで、クロック精度をδ、時刻同期周期Ｔ２７をＴsync、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８をＴonsyncとすると、時刻同期信号Ｓ１３の連続配信回数ｍは、次の数式１で決定される。

例えば、端末のクロック精度を２０ｐｐｍ、時刻同期周期を１時間とすると、時刻同期を行う際の端末間の時刻揺らぎは、２０×１０^６×３６００＝７２ミリ秒発生する。そこで、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８が１０ミリ秒であるとすると、時刻同期信号を１６回連続配信することで、端末間のクロック誤差に伴う時刻揺らぎをカバーすることができると考えられる。

上述した実施例２の特徴は、リファレンス端末が時刻同期信号を連続配信する回数の最適値を、クロック精度や時刻同期周期、時刻同期信号の送信時間に基づいて決定することにある。

次に、本発明の実施例３について図１と図３を参照して説明する。図３は、本実施例３のネットワークにおける通信手順を示すシーケンス図である。
図１に示すように、リファレンス端末Ｂ１１及びＢ１２から配信される時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４は、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２の各々の電波到達距離範囲内の周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０に到達する。周辺端末Ｂ１７及びＢ１８は、両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２からの時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４を受信できるが、一定のポリシーに従い、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２のどちらか一方に同期するか、もしくは両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２に同期する。このため、各リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２は、自身の端末ＩＤとタイムスタンプ（絶対時刻もしくは次の時刻同期時間までの相対時刻）とを含む時刻同期信号パケットを生成して配信する。

以下、図３では、上記リファレンス端末Ｂ１１に注目し、その電波到達距離範囲内に存在する周辺端末Ｂ１５〜Ｂ１８を参照して説明する。図３に示すように、新設端末Ｂ３２は、リファレンス端末Ｂ１１から配信される時刻同期信号Ｓ１３を受信するため、時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６ごとに頻繁にスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、時刻同期信号Ｓ１３が配信されているかスキャンをして、配信されていない場合には、速やかに再度スリープ状態に遷移する。時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６は、時刻同期信号の連続送信時間Ｔ３５に基づいて決定された固定値であって、新設端末Ｂ３２にあらかじめ設定されている。リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信する。時刻同期周期Ｔ２７があらかじめ設定された固定植であれば、各時刻同期信号Ｓ１３は、リファレンス端末Ｂ１１に帰属するネットワーク内の絶対時間となり、時刻同期周期Ｔ２７が時刻同期信号Ｓ１３によって広告されるのであれば、次の時刻同期周期Ｔ２７までの相対時間となる。リファレンス端末Ｂ１１が連続配信する時刻同期信号Ｓ１３に含まれるこの時間情報は、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８を考慮して、時刻同期信号Ｓ１３を配信するたびに新たな時間情報を付け直す必要がある。

図３に示すように、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信することで、新設端末Ｂ３２は、時刻同期信号Ｓ１３を受信するまで連続的にスキャン行う必要がない。時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６を時刻同期信号の連続送信時間Ｔ３５より短く設定することで、直近の時刻同期信号Ｓ１３を受信し損ねることはない。これによって、リファレンス端末Ｂ１１が時刻同期信号Ｓ１３の配信中に、新設端末Ｂ３２がスリープ状態からアクティブ状態に遷移した場合、最大でも時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の２倍の期間をスキャンすることで、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができる。従来技術の場合、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに時刻同期信号Ｓ１３を単発的に配信する。この時刻同期信号Ｓ１３を受信するために、新設端末Ｂ３２は、設置されてから時刻同期信号Ｓ１３を受信するまで連続的にスキャンを行う。これによって、新設端末Ｂ３２は、最大で時刻同期周期Ｔ２７の全期間でスキャンしなければ、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができない。

例えば、非特許文献４によれば，短距離無線機においては、受信と送信でほぼ同じエネルギを必要とする。仮に、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８が１０ミリ秒であり、時刻同期信号の連続送信時間Ｔ３５および時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６が１００ミリ秒であり、時刻同期周期が１時間（３６００秒）であり、ネットワークの寿命を５年（１．５×１０^８秒）であり、その期間に新設端末Ｂ３２が２０台設置されるとする。ここで、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の期間、送信もしくは受信状態となるために必要なエネルギを１と規定すると、従来技術の場合には、リファレンス端末Ｂ１１が定期的に時刻同期信号Ｓ１３を配信するエネルギは、１．５×１０^８／３６００＝４１万であり、新設端末Ｂ３２が設置時に時刻同期信号Ｂ３３をスキャンするエネルギは、最大３６００／０．０１×２０＝７２０万であり、ネットワーク全体で７６１万を必要とする。一方、本発明方式の場合には、リファレンス端末Ｂ１１が定期的に時刻同期信号Ｓ１３を配信するエネルギは、１．５×１０^８／３６００×１０＝４１０万であり、新設端末Ｂ３２が設置時に時刻同期信号Ｓ１３をスキャンするエネルギは、最大３６００／０．１×２×２０＝１４４万であり、ネットワーク全体で５５４万を必要とするが、従来技術に比べてネットワーク全体で４分の３以下に抑えることができる。

上述した実施例３の特徴は、リファレンス端末が時刻同期信号を連続的に配信することで、このリファレンス端末に同期する新設端末は、長い間、時刻同期信号を受信するために待機する必要なく、間歇的に信号をセンシングして、時刻同期信号を検出することにある。

次に、本発明の実施例４について図１と図３を参照して説明する。
図１に示すように、リファレンス端末Ｂ１１及びＢ１２から配信される時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４は、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２の各々の電波到達距離範囲内の周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０に到達する。周辺端末Ｂ１７及びＢ１８は、両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２からの時刻同期信号Ｓ１３及びＳ１４を受信できるが、一定のポリシーに従い、リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２のどちらか一方に同期するか、もしくは両方のリファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２に同期する。このため、各リファレンス端末Ｂ１１、Ｂ１２は、自身の端末ＩＤとタイムスタンプ（絶対時刻もしくは次の時刻同期時間までの相対時刻）とを含む時刻同期信号パケットを生成して配信する。

図３に示すように、新設端末Ｂ３２は、リファレンス端末Ｂ１１から配信される時刻同期信号Ｓ１３を受信するため、時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６ごとに頻繁にスリープ状態からアクティブ状態に遷移し、時刻同期信号Ｓ１３が配信されているかスキャンをして、配信されていない場合には、速やかに再度スリープ状態に遷移する。時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６は、時刻同期信号の連続送信時間Ｔ３５に基づいて決定された固定値であって、新設端末Ｂ３２にあらかじめ設定されている。リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信する。時刻同期周期Ｔ２７があらかじめ設定された固定植であれば、各時刻同期信号Ｓ１３は、リファレンス端末Ｂ１１に帰属するネットワーク内の絶対時間となり、時刻同期周期Ｔ２７が時刻同期信号Ｓ１３によって指定されるのであれば、次の時刻同期周期Ｔ２７までの相対時間となる。リファレンス端末Ｂ１１が連続配信する時刻同期信号Ｓ１３に含まれるこの時間情報は、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８を考慮して、時刻同期信号Ｓ１３を配信するたびに新たな時間情報を付け直す必要がある。

図３に示すように、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期信号Ｓ１３を連続的に複数配信することで、新設端末Ｂ３２は、時刻同期信号Ｓ１３を受信するまで連続的にスキャン行う必要がない。時刻同期信号のセンシング周期Ｔ３６を時刻同期信号の連続送信時間Ｔ３５より短く設定することで、直近の時刻同期信号Ｓ１３を受信し損ねることはない。これによって、リファレンス端末Ｂ１１が時刻同期信号Ｓ１３の配信中に、新設端末Ｂ３２がスリープ状態からアクティブ状態に遷移した場合、最大でも時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の２倍の期間をスキャンすることで、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができる。従来技術の場合、リファレンス端末Ｂ１１は、時刻同期周期Ｔ２７ごとに時刻同期信号Ｓ１３を単発的に配信する。この時刻同期信号Ｓ１３を受信するために、新設端末Ｂ３２は、設置されてから時刻同期信号Ｓ１３を受信するまで連続的にスキャンを行う。これによって、新設端末Ｂ３２は、最大で時刻同期周期Ｔ２７の全期間でスキャンしなければ、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができない。

しかし、リファレンス端末Ｂ１１が時刻同期信号Ｓ１３を連続配信する回数が多すぎると、リファレンス端末Ｂ１１の送信負荷が増大し、少なすぎると、これまでの時刻同期方式と同様に新設端末Ｂ３２による待機時間が増大してしまう。そこで、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８をＴonsync、新設端末Ｂ３２のセンシング時間Ｔ３８をＴsense、時刻同期周期Ｔ２７をＴsync、ネットワークの寿命をＴRun、時刻同期信号Ｓ１３の連続配信回数をｍ、その期間に設置された新設端末の数をｎ、単位時間あたりの送信・受信に必要となるエネルギをそれぞれＥtx、Ｅrxとすると、リファレンス端末Ｂ１１において時刻同期信号Ｓ１３を送信するのに必要なエネルギと新設端末Ｂ３２において時刻同期信号Ｓ１３を検出するのに必要なエネルギの合計Ｅは、次の数式２で表される。

但し、新設端末Ｂ３２が時刻同期信号Ｓ１３を受信するまでに繰り返す間歇動作の期間は、確率的に時刻同期周期Ｔ２７の半分、時刻同期信号Ｓ１３を検出してその受信が完了するまでに要する時間は、確率的に時刻同期信号の送信時間Ｔ２８の３／２倍と規定した。エネルギＥを最小とする時刻同期信号Ｓ１３の連続配信回数ｋは、次の数式３で表される。

但し、ｍは１以上の整数である。つまり、時刻同期信号Ｓ１３の連続配信する回数を端末における送信に要するエネルギと、受信に要するエネルギとの比率、時刻同期周期Ｔ２７、時刻同期信号の送信時間Ｔ２８、新設端末Ｂ３２によるセンシング時間Ｔ３８、ネットワーク寿命、端末密度によって決定することで、ネットワーク全体で必要となるエネルギを最小にすることができる。

上述した実施例４の特徴は、リファレンス端末が時刻同期信号を連続配信する回数の最適値を、端末における送信に要するエネルギと受信に要するエネルギとの比率や、端末密度、時刻同期周期、時刻同期信号の送信時間、センシング時間に基づいて決定することにある。

なお、上述した実施例１〜４において、さらに、次に示す数式４で表されるように、数式１と数式３とで表される時刻同期信号の連続配信回数のいずれか大きい方を、時刻同期信号の連続配信回数ｍとして用いるようにしてもよい。

この場合、連続配信回数ｍが大きくなることで、リファレンス端末Ｂ１１における時刻同期信号Ｓ１３を送信するのに必要なエネルギは大きくなるが、周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０および新設端末Ｂ３２の双方にとって、待機時間を増大することなく、時刻同期信号Ｓ１３を受信することができ、結果的に、効率的に時刻同期信号Ｓ１３を送受信することが可能となる。

上述のリファレンス端末Ｂ１１，Ｂ１２、および周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したリファレンス端末Ｂ１１，Ｂ１２、および周辺端末Ｂ１５〜Ｂ２０の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

本発明の実施例１、実施例２、実施例３、実施例４によるネットワーク構成を示すブロック図である。 本実施例１および実施例２のネットワークにおける通信手順を示すシーケンス図である。 本実施例３および実施例４のネットワークにおける通信手順を示すシーケンス図である。

符号の説明

Ｂ１１、Ｂ１２ リファレンス端末
Ｂ１５〜Ｂ２０ 周辺端末
Ｂ３２ 新設端末
Ｓ１３、Ｓ１４ 時刻同期信号
Ｔ２７ 時刻同期周期
Ｔ２８ 時刻同期信号の送信時間
Ｔ３５ 時刻同期信号の連続送信時間
Ｔ３６ 時刻同期信号のセンシング周期
Ｔ３８ センシング時間

Claims (16)

1. 時刻情報を広告するリファレンス端末と、前記時刻情報を受信して前記リファレンス端末に同期する複数の周辺端末とから構成され、前記複数の周辺端末がアクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をしていて、周辺端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとるネットワークの時刻同期方法において、
   前記リファレンス端末により、所定の送信周期ごとに、時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信し、
   前記周辺端末により、前記所定の送信周期ごとに、前記時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする時刻同期方法。
2. 前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定することを特徴とする請求項１記載の時刻同期方法。
3. 前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに周辺端末が設置された場合、前記新たな周辺端末は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする請求項１記載の時刻同期方法。
4. 前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の連続配信回数を決定することを特徴とする請求項３記載の時刻同期方法。
5. 前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数を決定し、
   前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数を決定し、
   前記第１の連続配信回数と前記第２の連続配信回数のいずれか大きいほうを、前記時刻同期信号の連続配信回数とすることを特徴とする請求項１記載の時刻同期方法。
6. アクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をし、アクティブ状態になる時刻の同期をとる複数の周辺端末に対して、時刻情報を広告する通信装置において、
   所定の送信周期ごとに、前記時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信することを特徴とする通信装置。
7. 通信装置内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする請求項６記載の通信装置。
8. 前記時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする請求項６記載の通信装置。
9. 前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数と、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と前記周辺端末の端末密度と前記時刻同期信号の送信周期と前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数とのいずれか大きい方の連続配信回数の時刻同期信号を配信することを特徴とする請求項６記載の時刻同期方法。
10. アクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をし、リファレンス端末が広告する時刻情報を受信して、端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとる通信装置において、
    前記リファレンス端末により所定の送信周期ごとに複数回連続して配信される、時刻情報を含む時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする通信装置。
11. 前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに設置された通信装置は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする請求項１０記載の通信装置。
12. 時刻情報を広告するリファレンス端末と、前記時刻情報を受信して前記リファレンス端末に同期する複数の周辺端末とから構成され、前記複数の周辺端末がアクティブ状態とスリープ状態とを繰り返す間歇動作をしていて、周辺端末間でアクティブ状態になる時刻の同期をとる時刻同期システムにおいて、
    前記リファレンス端末は、所定の送信周期ごとに、時刻情報を含む時刻同期信号を複数回連続して配信し、
    前記周辺端末は、前記所定の送信周期ごとに、前記時刻同期信号を１回受信した時点で前記リファレンス端末の時刻に同期することを特徴とする時刻同期システム。
13. 前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする請求項１２記載の時刻同期システム。
14. 前記リファレンス端末の電波到達距離範囲内に新たに設置された周辺端末は、前記リファレンス端末による時刻同期信号の連続送信時間に基づくセンシング周期で、間歇的に時刻同期信号を検出することを特徴とする請求項１２記載の時刻同期システム。
15. 前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と、前記周辺端末の端末密度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする請求項１４記載の時刻同期システム。
16. 前記リファレンス端末は、前記リファレンス端末内のクロック精度と、前記時刻同期信号の送信周期と、前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第１の連続配信回数と、前記リファレンス端末の時刻同期信号の送信に要するエネルギと前記周辺端末の時刻同期信号の受信に要するエネルギとの比率と前記周辺端末の端末密度と前記時刻同期信号の送信周期と前記時刻同期信号の送信時間とに基づいて決定された、前記時刻同期信号の第２の連続配信回数とのいずれか大きい方の連続配信回数だけ、前記時刻同期信号を連続して配信することを特徴とする請求項１２記載の時刻同期システム。

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