JP2011091624A - Mesh network system and time synchronizing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データ収集装置と複数の端末から構成されるメッシュネットワークシステム及びその時刻同期方法に関するものである。 The present invention relates to a mesh network system including a data collection device and a plurality of terminals, and a time synchronization method thereof.
データ収集装置と複数のセンサノードから構成されるメッシュネットワークシステムにおいて、収集装置とセンサノードの時刻を同期する従来技術としてFTSP(the flooding time synchronization protocol)が提案されている。
この従来技術では、図14に示すような手順で時刻同期が行われる。まず、外部ネットワークと接続される収集装置が最初のタイムマスタとなり、通信範囲に存在するノードに対して、時刻同期メッセージをブロードキャストし(S51)、受信端末であるノード#Aが時刻同期を行う(S52)。次に、同期が完了したノード#Aはタイムマスタとなり、自分の通信範囲内にある端末に時刻同期メッセージをブロードキャストで送信する(S53)。ノード#Aからの時刻同期メッセージを受信したノード#Bは時刻同期を行い(S54)、自分の通信範囲内にある端末に時刻同期メッセージをブロードキャストで送信する(S55)。全端末に伝わるまで、この処理を繰り返していく(S56〜S57)。
In a mesh network system composed of a data collection device and a plurality of sensor nodes, FTSP (the flooding time synchronization protocol) has been proposed as a conventional technique for synchronizing the times of the collection device and the sensor nodes.
In this prior art, time synchronization is performed according to the procedure shown in FIG. First, the collection device connected to the external network becomes the first time master, broadcasts a time synchronization message to the nodes existing in the communication range (S51), and the node #A as the receiving terminal performs time synchronization ( S52). Next, node #A, which has completed synchronization, becomes a time master, and transmits a time synchronization message to terminals within its communication range by broadcasting (S53). The node #B that has received the time synchronization message from the node #A performs time synchronization (S54), and transmits the time synchronization message by broadcast to terminals within its communication range (S55). This process is repeated until it is transmitted to all terminals (S56 to S57).
このような時刻同期のための処理は、データ収集装置が受信端末からデータ収集を行う処理(S58〜S513)とは別に行われる。例えば、データ収集装置がノード#Cからデータを収集する場合には、ノード#C宛のデータ収集要求メッセージをノード#Aに送信する(S58)。ノード#A及びノード#Bはデータ収集要求メッセージをノード#Cに転送し(S59、S510)、ノード#Cがデータ収集要求メッセージを受信する。ノード#Cはデータ収集装置が要求するデータをデータ収集応答メッセージに挿入した上でノード#Bに対して送信する(S511)。ノード#B、ノード#Aはデータ収集応答メッセージをデータ収集装置に転送する。 Such processing for time synchronization is performed separately from processing (S58 to S513) in which the data collection device collects data from the receiving terminal. For example, when the data collection device collects data from the node #C, a data collection request message addressed to the node #C is transmitted to the node #A (S58). Node #A and node #B forward the data collection request message to node #C (S59, S510), and node #C receives the data collection request message. The node #C inserts the data requested by the data collection device into the data collection response message and transmits it to the node #B (S511). Node #B and node #A transfer the data collection response message to the data collection device.
従来のメッシュネットワークシステムにおいては、一連の時刻同期処理(S51〜S57)とデータ収集処理(S58〜S513)を同じタイミングで行うことはできない。例えば、時刻同期処理中にデータ収集を実施した場合には、メッセージ衝突が発生し、データ収集エラーや時刻同期メッセージの受信失敗が発生する可能性が有るためである。このため、図14に示したように、データ収集要求メッセージ、データ収集応答メッセージの送信、転送は、時刻同期メッセージの送信、転送処理とは別のタイミングに行われる必要がある。 In a conventional mesh network system, a series of time synchronization processing (S51 to S57) and data collection processing (S58 to S513) cannot be performed at the same timing. For example, when data collection is performed during the time synchronization process, a message collision may occur, which may cause a data collection error or a time synchronization message reception failure. For this reason, as shown in FIG. 14, the transmission and transfer of the data collection request message and the data collection response message need to be performed at a timing different from the transmission and transfer processing of the time synchronization message.
また、収集装置からポーリングにて、一定時間毎に多くのセンサノードからデータ収集を行うようなアプリケーションを実行した場合、データ収集アプリケーションに帯域が占有されるため、従来技術のように時刻同期メッセージをブロードキャストすることはデータ収集率を劣化させる要因となる。 In addition, when an application that collects data from a large number of sensor nodes at a fixed time is executed by polling from the collection device, the data collection application occupies the bandwidth. Broadcasting causes the data collection rate to deteriorate.
更に、FTSPではセンサノードが時刻同期できているかを確認していないため、短い周期にて時刻同期用のメッセージを送信することが求められ、これも収集率を悪化させる要因となる。また、停電等により時刻情報が初期化された端末が発生した場合に、本手法では該当端末を時刻同期させるためでも、全体にブロードキャストにてメッセージを送信するため、帯域を圧迫することになる。
データ収集等のアプリケーションサービスの性能を劣化させないような時刻同期を実現することが必要となる。
Furthermore, since the FTSP does not confirm whether the sensor node is time-synchronized, it is required to transmit a time-synchronization message in a short cycle, which also causes the collection rate to deteriorate. In addition, when a terminal whose time information is initialized due to a power failure or the like occurs, even in order to synchronize the time of the corresponding terminal with this method, a message is transmitted by broadcast to the whole, so the band is compressed.
It is necessary to realize time synchronization that does not degrade the performance of application services such as data collection.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、時刻同期処理に要するオーバーヘッドを低減し、データ収集装置によるデータ収集処理を効率化することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to reduce the overhead required for time synchronization processing and to improve the efficiency of data collection processing by a data collection device.
この発明に係るメッシュネットワークシステムは、
第1の無線端末と、該第1の無線端末との間で無線通信を行う第2の無線端末と、該第2の無線端末との間で無線通信を行い、前記第1の無線端末からデータ収集を行うデータ収集装置とを有するメッシュネットワークシステムであって、
前記データ収集装置は、
前記第1の無線端末にデータを要求するデータ収集要求メッセージ内に前記データ収集装置のタイマの時刻情報を格納する第1の時刻情報格納手段と、
前記データ収集要求メッセージを送信する第1の送信手段とを有し、
前記第2の無線端末は、
前記データ収集要求メッセージの転送処理に要した転送遅延時間を計測する第1の計測手段と、
前記第1の計測手段において計測した転送遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内に格納された時刻情報を補正する第1の補正手段と、
前記データ収集要求メッセージに前記転送処理を施すことによって生成した転送メッセージ内に、前記第1の補正手段によって補正された時刻情報を格納する第2の時刻情報格納手段と、
前記転送メッセージを送信する第2の送信手段とを有し、
前記第1の無線端末は、
前記転送メッセージに基づいて前記データ収集装置が要求するデータ収集を行うデータ収集手段と、
前記転送メッセージ内の時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第1の時刻同期手段とを有するものである。
The mesh network system according to the present invention is:
Wireless communication is performed between the first wireless terminal, the second wireless terminal that performs wireless communication with the first wireless terminal, and the second wireless terminal, and the first wireless terminal A mesh network system having a data collection device for collecting data,
The data collection device includes:
First time information storage means for storing time information of a timer of the data collection device in a data collection request message for requesting data from the first wireless terminal;
First transmission means for transmitting the data collection request message,
The second wireless terminal is
First measuring means for measuring a transfer delay time required for the transfer process of the data collection request message;
First correction means for correcting time information stored in the data collection request message based on the transfer delay time measured by the first measurement means;
Second time information storage means for storing time information corrected by the first correction means in a transfer message generated by performing the transfer processing on the data collection request message;
Second transmitting means for transmitting the transfer message;
The first wireless terminal is
Data collection means for collecting data requested by the data collection device based on the transfer message;
First time synchronization means for adjusting the time of a timer used by the first wireless terminal based on time information in the transfer message.
また、
前記第1の無線端末は、
前記転送メッセージの受信処理に要した受信遅延時間を計測する第2の計測手段と、
前記第2の計測手段において計測した受信遅延時間に基づき、前記転送メッセージ内の時刻情報を補正する第2の補正手段とを有し、
前記第1の時刻同期手段は、前記第2の補正手段において補正した前記時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整するものである。
Also,
The first wireless terminal is
Second measuring means for measuring a reception delay time required for the reception process of the transfer message;
Second correction means for correcting time information in the transfer message based on the reception delay time measured by the second measurement means;
The first time synchronization means adjusts the time of a timer used by the first wireless terminal based on the time information corrected by the second correction means.
さらに、前記第1の無線端末は、
前記データ収集手段が収集したデータをデータ収集応答メッセージに格納する要求データ格納手段と、
前記データ収集応答メッセージを送信する第3の送信手段とを有するものである。
Furthermore, the first wireless terminal is
Request data storage means for storing data collected by the data collection means in a data collection response message;
And a third transmission means for transmitting the data collection response message.
また、前記データ収集装置は、前記データ収集要求メッセージ内に該メッセージの送信元を示す情報を格納する送信元情報格納手段とを有し、
前記第2の無線端末は、
前記送信元を示す情報により、前記データ収集要求メッセージの送信元が前記データ収集装置か否かを判別する判別手段と、
前記データ収集要求メッセージの受信処理に要した受信遅延時間を計測する第3の計測手段と、
前記第3の計測手段において計測した受信遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内の時刻情報を補正する第3の補正手段と、
前記データ収集要求メッセージの送信元が前記データ収集装置であると前記判別手段が判別した場合に、前記第3の補正手段において補正した前記時刻情報に基づいて前記第2の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第2の時刻同期手段とを有するものである。
Further, the data collection device has transmission source information storage means for storing information indicating the transmission source of the message in the data collection request message,
The second wireless terminal is
Determining means for determining whether or not the transmission source of the data collection request message is the data collection device based on the information indicating the transmission source;
Third measuring means for measuring a reception delay time required for the reception process of the data collection request message;
Third correction means for correcting time information in the data collection request message based on the reception delay time measured by the third measurement means;
A timer used by the second wireless terminal based on the time information corrected by the third correction unit when the determination unit determines that the transmission source of the data collection request message is the data collection device; And second time synchronization means for adjusting the time.
さらに、前記第1の無線端末は、前記第1の時刻同期手段において時刻同期処理がなされる通信用タイマと、前記第1の無線端末で起動するアプリケーションに用いられるアプリケーション用タイマとを有し、前記通信用タイマの時刻に基づいて前記アプリケーション用タイマの時刻を調整するものである。 Further, the first wireless terminal has a communication timer that is time-synchronized in the first time synchronization means, and an application timer that is used for an application that is activated in the first wireless terminal, The time of the application timer is adjusted based on the time of the communication timer.
この発明における時刻同期方法は、
第1の無線端末と、該第1の無線端末との間で無線通信を行う第2の無線端末と、該第2の無線端末との間で無線通信を行い、前記第1の無線端末からデータ収集を行うデータ収集装置とを有するメッシュネットワークシステムの時刻同期方法であって、
前記第1の無線端末にデータを要求するデータ収集要求メッセージ内に、前記データ収集装置が、該データ収集装置のタイマの時刻情報を格納する第1の時刻情報格納ステップと、
前記データ収集装置が、前記データ収集要求メッセージを送信する第1の送信ステップと、
前記第2の無線端末が、前記データ収集要求メッセージの転送処理に要した転送遅延時間を計測する第1の計測ステップと、
前記第2の無線端末が、前記第1の計測ステップにおいて計測した転送遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内に格納された時刻情報を補正する第1の補正ステップと、
前記データ収集要求メッセージに前記転送処理を施すことによって生成した転送メッセージ内に、前記第2の無線端末が、前記第1の補正ステップにおいて補正された時刻情報を格納する第2の時刻情報格納ステップと、
前記第2の無線端末が、前記転送メッセージを送信する第2の送信ステップと、
前記第1の無線端末が、前記転送メッセージに基づいて前記データ収集装置が要求するデータ収集を行うデータ収集ステップと、
前記第1の無線端末が、前記転送メッセージ内の時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第1の時刻同期ステップと、
を有するものである。
The time synchronization method in this invention is:
Wireless communication is performed between the first wireless terminal, the second wireless terminal that performs wireless communication with the first wireless terminal, and the second wireless terminal, and the first wireless terminal A mesh network system time synchronization method having a data collection device for collecting data,
A first time information storage step in which the data collection device stores time information of a timer of the data collection device in a data collection request message for requesting data from the first wireless terminal;
A first transmission step in which the data collection device transmits the data collection request message;
A first measurement step in which the second wireless terminal measures a transfer delay time required for the transfer process of the data collection request message;
A first correction step in which the second wireless terminal corrects the time information stored in the data collection request message based on the transfer delay time measured in the first measurement step;
A second time information storage step in which the second wireless terminal stores the time information corrected in the first correction step in a transfer message generated by performing the transfer process on the data collection request message. When,
A second transmission step in which the second wireless terminal transmits the transfer message;
A data collection step in which the first wireless terminal performs data collection requested by the data collection device based on the transfer message;
A first time synchronization step in which the first wireless terminal adjusts the time of a timer used by the first wireless terminal based on time information in the transfer message;
It is what has.
本発明によれば、時刻同期処理に要するオーバーヘッドを低減し、データ収集装置によるデータ収集処理を効率化することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the overhead required for time synchronization processing and to improve the efficiency of data collection processing by the data collection device.
本発明に係るメッシュネットワークシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 An embodiment of a mesh network system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態におけるメッシュネットワークシステムの全体構成図である。1は後述のデータ収集装置を統括するオペレーションセンター、2はオペレーションセンター1に接続されたデータ収集装置である。オペレーションセンター1は、データ収集装置2をはじめとするネットワーク全体を制御する機能を有する。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a mesh network system according to the present embodiment.
3a、3b、4は無線端末であり、データ収集装置2と無線端末3a、3b、4は無線機能を搭載して、メッシュネットワークシステムを構築する機能を有しており、図1ではデータ収集装置2を起点としたメッシュネットワークシステムを構築した例を示している。各無線端末3a、3b、4は、例えば図示していないセンサを搭載し、このセンサで計測した温度等の情報を取得するセンサーノードである。他の例としては、各無線端末3a、3b、4がシリアル通信や赤外線通信等を用いて他の機器からデータを取得するノードであってもよい。各無線端末3a、3b、4は、データ収集装置2からの要求に応じて、取得したデータをデータ収集装置2に送信する。
データ収集装置2は一定周期毎に、全ての無線端末からデータを収集するアプリケーションを実行する。データの収集は、データ収集装置2から各無線端末にデータ収集要求メッセージを送信し、各無線端末がデータを格納したデータ収集応答メッセージを生成して、データ収集装置2に対して送信することで実現する。
The
尚、オペレーションセンター1とデータ収集装置2間の接続は有線又は無線で通信を行う。オペレーションセンター1とデータ収集装置2が無線接続される場合、この無線通信の帯域はデータ収集装置2、無線端末3a、3b、4の間で用いる無線通信の帯域とは大きく異なる帯域を使用する。
The connection between the
メッシュネットワークシステムにおける経路構築方法は様々提案されているが、本実施の形態では、どのようなルーティングプロトコルを用いても良い。また、無線プロトコルや無線チップに関しても、どのような方式、ハードウェアを用いても良い。データ収集装置2は、NTP(Network Time Protocol)等の時刻同期プロトコルを用いて、オペレーションセンター1と一定間隔毎に時刻同期を行う。
Various route construction methods in the mesh network system have been proposed, but any routing protocol may be used in the present embodiment. Also, any method and hardware may be used for the wireless protocol and the wireless chip. The
無線端末3a、3b、4は、無線チップ制御やMAC層を処理する無線ドライバと、ネットワーク層を処理するミドルタスク、時刻を管理する時刻タスク、アプリケーションを処理するアプリケーションタスクにて構成される。
The
以降の説明では、データ収集装置2が無線端末4にデータ収集要求メッセージを送信する場合を例に説明する。この例では、無線端末3a、3bは、データ収集装置2と無線端末4の間でやり取りされるメッセージの転送処理を行う中継端末として機能するため、中継端末3a、3bと呼ぶ。また、無線端末4はデータ収集装置2からのメッセージの宛先として指定されるため、宛先端末4と呼ぶ。
In the following description, a case where the
この実施の形態の時刻同期処理の手順を、図2〜5を用いて説明する。図2〜4は、データ収集装置2、中継端末3a、3b、宛先端末4の内部構成図であり、図5はこの実施の形態の時刻同期手順を示すシーケンス図である。この実施の形態では、データ収集要求メッセージの中に時刻同期に必要な時刻情報を格納する。
The procedure of the time synchronization process of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4 are internal configuration diagrams of the
まず、データ収集装置2内のデータ収集制御部22は、宛先端末4からのデータ収集の要否を判断し、データ収集が必要と判断した場合には、データ収集要求メッセージの送信指示をメッセージ生成部23に対して行う。データ収集装置2の時刻同期制御部20は、タイマ21を用いて前回時刻同期を行ってからの経過時間を計測し、予め定められた時間を経過したか否かにより時刻同期の要否を判断する。時刻同期が必要と判断した場合には、時刻同期制御部20はタイマ21の現在の時刻情報をメッセージ生成部23に送り、メッセージ生成部23は現在の時刻情報をデータ収集要求メッセージ内に格納する(S1)。時刻情報をデータ収集要求メッセージ内に格納するタイミングは、キャリアセンス検出後でも検出前でも良い。
そして、データ収集装置2内の送信部24は、データ収集要求メッセージを送信する(S2)。
First, the data
Then, the
中継端末3aの受信部30は、データ収集装置2からデータ収集要求メッセージを受信すると、計測開始通知を遅延計測部31に対して出力する。受信処理部33では、データ収集要求メッセージの受信処理を行うとともに、データ収集要求メッセージを中継端末3bへ転送するための転送メッセージを生成するようにメッセージ生成部34に対して指示する。メッセージ生成部34は計測終了通知を遅延計測部31に対して出力し、計測によって得られた計測遅延時間情報を遅延計測部31から得る(S3)。
When receiving the data collection request message from the
計測遅延時間情報とは遅延計測部31によって計測された計測遅延時間を示す情報であり、この計測遅延時間は転送処理に要した時間(転送遅延時間)である。メッセージ生成部34は、データ収集要求メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に転送遅延時間を加算し、加算後の時刻を示す時刻情報を転送メッセージに格納する。
転送処理(S4)の完了後、送信部35は転送メッセージを中継端末3bに送信する(S5)。
The measured delay time information is information indicating the measured delay time measured by the
After the completion of the transfer process (S4), the
中継端末3bでも中継端末3aと同様の処理を行い、得られた転送メッセージを宛先端末4に送信する(S6、S7、S8)。尚、中継端末3bで転送メッセージに格納する時刻情報は、中継端末3aからの転送メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に中継端末3bでの転送遅延時間を加算した時刻の時刻情報である。この加算後の時刻は、データ収集装置2の時刻に中継端末3a及び3bでの転送遅延時間が加算された時刻に等しい。
The
宛先端末4の受信部40は、中継端末3bから転送メッセージを受信すると、計測開始通知を遅延計測部41に対して出力する。受信処理部43では、転送メッセージの受信処理を行うとともに、受信処理が終わった時点で計測終了通知を遅延計測部41に対して通知する。加えて、受信処理部43は転送メッセージ内に格納された時刻情報(データ収集装置2の時刻に中継端末3a及び3bでの転送遅延時間が加算された時刻情報)を時刻補正部44に出力する。
When receiving the transfer message from the
遅延計測部41は、計測開始通知を受けてから計測終了通知を受けるまでの時間を遅延計測タイマ42を用いて計測し(S9)、計測遅延時間情報として時刻補正部44に出力する。この計測遅延時間は、宛先端末4内での受信処理に要した時間(受信遅延時間)を示す。
時刻補正部44は、転送メッセージ内に格納された時刻情報が示す時刻に宛先端末4内での受信遅延時間を加算し、加算後の時刻を示す時刻情報を補正時刻情報として時刻同期処理部45に通知する。時刻同期処理部45は補正時刻情報に基づいて時刻同期を行う(S10)。即ち、宛先端末4のタイマの時刻が、データ収集装置2の時刻に中継端末3a及び3bでの転送遅延時間と、宛先端末4での受信遅延時間を加えた時刻に調整される。
The
The
宛先端末4における時刻同期は、ミドルタスクが時刻同期可能かどうかを判断し、時刻同期可能と判断した場合に実行される。例えば、(1)前回時刻同期処理を行ってから所定の時間が経過している場合、(2)宛先端末内の時刻情報が消失している場合、又は(3)時刻同期によって宛先端末の内部処理に影響を与えない場合に、時間同期可能と判断する。他の例として、上記(1)〜(3)の条件の組合せによって時間同期可能と判断しても良い。 Time synchronization in the destination terminal 4 is executed when it is determined whether the middle task can synchronize time, and when it is determined that time synchronization is possible. For example, (1) when a predetermined time has elapsed since the previous time synchronization processing was performed, (2) when time information in the destination terminal has disappeared, or (3) inside the destination terminal by time synchronization If the processing is not affected, it is determined that time synchronization is possible. As another example, it may be determined that time synchronization is possible by a combination of the above conditions (1) to (3).
一方、受信処理部43は転送メッセージを受信すると、転送メッセージの情報に基づいてデータ収集装置2が要求しているデータを収集するようデータ収集部47に対して指示する。
データ収集部47は、宛先端末4に搭載されたセンサが測定したデータや、宛先端末4に接続された他の機器から得たデータを得る。
メッセージ生成部48は、データ収集部47から出力された収集データをデータ収集応答メッセージに格納し、データ収集応答メッセージを生成する。送信部49はデータ収集応答メッセージを送信する(S11)。
On the other hand, when receiving the transfer message, the
The
The
データ収集応答メッセージは、中継端末3b、3aによって転送処理がなされ(S12、S13)、最終的にデータ収集装置2の受信部25によって受信される。受信処理部26は、データ収集応答メッセージに格納された収集データを取り出す。
以上の一連の処理によって、データ収集装置2は要求したデータを宛先端末4から受け取るとともに、宛先端末4との時刻同期が完了する。
The data collection response message is transferred by the
Through the series of processes described above, the
上述のデータ収集要求メッセージ、転送メッセージ、データ収集応答メッセージには、図6〜図8の共通のデータフォーマットを用いる。 The common data format shown in FIGS. 6 to 8 is used for the above-described data collection request message, transfer message, and data collection response message.
・データ収集要求メッセージ
図6のデータフォーマットをデータ要求メッセージとして用いる場合には、アプリケーションデータ600内のコマンドタイプ601のフィールドにはデータ収集要求を示すフラグが設定され、データ長602のフィールドにはアプリケーションデータの長さを示すデータが設定される。ユーザデータ603のフィールドには、データ収集装置2のタイマ21の時刻情報が格納される(図7)。
図6の送信先ノードID612には、データ要求の宛先である宛先端末4のノードIDが設定され、送信元ノードID613にはデータ収集装置2のノードIDが設定される。
送信先MAC ID623には中継端末3aのMAC IDが設定され、送信元MAC ID624にはデータ収集端末2のMAC IDが設定される。
これら以外のフィールドについては、ネットワークの通信プロトコルに応じて決められる。
Data collection request message When the data format of FIG. 6 is used as a data request message, a flag indicating a data collection request is set in the field of the
In the transmission
The MAC ID of the
The fields other than these are determined according to the network communication protocol.
・中継端末3aから中継端末3bへの転送メッセージ
転送メッセージは、データ収集要求メッセージ内の一部のフィールドの情報を変更することによって生成される。
具体的には、中継端末3aは、データ収集要求メッセージ内のユーザデータ603に格納された時刻情報を書き換える。書き換え後の時刻情報は、データ収集要求メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に中継端末3aでの転送遅延時間を加算した時刻を示す(データ収集装置2の時刻に中継端末3aでの転送遅延時間を加算した時刻)。
Transfer message from
Specifically, the
送信先MAC ID623は中継端末3bのMAC IDに書き換えられ、送信元MAC ID624は中継端末3aのMAC IDに書き換えられる。
TTL614には生存余命時間が設定されるが、データ収集要求メッセージで設定されていた値から所定数を減算した値に書き換えられる。
これら以外のフィールドについては、中継端末3aでは変更されない。
The transmission
Although the life expectancy time is set in
The fields other than these are not changed in the
・中継端末3bから宛先端末4への転送メッセージ
中継端末3bは、中継端末3aから受信した転送メッセージ内のユーザデータ603に格納された時刻情報を書き換える。書き換え後の時刻情報は、中継端末3aからの転送メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に中継端末3aでの転送遅延時間を加算した時刻を示す(データ収集装置2の時刻に中継端末3a及び3bでの転送遅延時間を加算した時刻)。
送信先MAC ID623は宛先端末4のMAC IDに書き換えられ、送信元MAC ID624は中継端末3bのMAC IDに書き換えられる。
TTL614には生存余命時間が設定されるが、中継端末3aからの転送メッセージで設定されていた値から所定数を減算した値に書き換えられる。
これら以外のフィールドについては、中継端末3bでは変更されない。
Transfer message from
The transmission
Although the life expectancy time is set in the
The fields other than these are not changed in the
・データ収集応答メッセージ
宛先端末4から送信されるデータ収集応答メッセージでは、アプリケーションヘッダ600内のコマンドタイプ601のフィールドにはデータ収集応答を示すフラグが設定され、ユーザデータ603のフィールドには、データ収集装置2の要求に応じて宛先端末4が収集したデータ(要求データ)が格納される(図7)。したがって、データ収集応答メッセージには、宛先端末4で補正した時刻情報は格納されない。
送信先ノードID612にはデータ収集装置2のノードIDが設定され、送信元ノードID613には宛先端末4のノードIDが設定される。
送信先MAC ID623には中継端末3bのMAC IDが設定され、送信元MAC ID624には宛先端末4のMAC IDが設定される。
これら以外のフィールドについては、ネットワークの通信プロトコルに応じて決められる。
Data collection response message In the data collection response message transmitted from the destination terminal 4, a flag indicating a data collection response is set in the
The node ID of the
The MAC ID of the
The fields other than these are determined according to the network communication protocol.
以上説明したようにデータ収集要求メッセージ、転送メッセージ、データ収集応答メッセージとして共通のデータフォーマットを用いることは、データ収集装置2、中継端末3a、3b、宛先端末4のメッセージ生成プログラムを共通化することができる点で有利である。
As described above, using a common data format as the data collection request message, the transfer message, and the data collection response message makes the message generation program of the
尚、上述のように、中継端末3a、3bは遅延計測部31によって転送遅延時間を計測するが、この転送遅延時間とは、中継端末がメッセージを受信してから次の端末に送信するためのメッセージを生成するまでの時間を示している。例えば、メッセージ内のスタートフレームデリミタ(SFD:Start Frame Delimiter)632を受信した段階で計測を開始し、次の端末にメッセージを送信するためのキャリアセンス完了後にユーザデータ603のフィールドに時刻情報を格納する段階で計測を終了することにより、転送遅延時間を計測しても良い。又は、無線ドライバから受信通知を得た段階で計測を開始し、無線ドライバにメッセージを渡す段階で計測を終了することにしても良い。
キャリアセンスとは、ネットワーク上に信号を送出する前に、他の機器がチャネルを利用しているかどうかを確認する処理を示す。
As described above, the
Carrier sense refers to processing for confirming whether another device is using a channel before sending a signal over the network.
また、宛先端末4は遅延計測部41によって受信遅延時間を計測するが、この受信遅延時間とは、宛先端末4がメッセージを受信してから、宛先端末が受信処理を完了するまでの時間を示している。例えば、メッセージ内のスタートフレームデリミタ632を受信した段階で計測を開始し、宛先端末4の時刻タスクが時刻同期処理を行う段階で計測を終了することにより、受信遅延時間を計測しても良い。又は、無線ドライバから受信通知を得た段階で計測を開始しても良い。
The destination terminal 4 measures the reception delay time by the
この実施の形態のメッシュネットワークシステムでは、データ収集要求メッセージの中に時刻同期に必要な時刻情報を格納するため、時刻同期処理に要していたオーバーヘッドを従来技術に比べて少なくすることができる。
また、中継端末3a、3bでは転送処理に要した時間を補正し、補正後の時刻情報をメッセージ内に格納して次の端末に送信するため、宛先端末4とデータ収集装置2の時間誤差を少なくすることができる。さらに、宛先端末4では受信処理に要した時間を補正した上で時刻同期を行うため、宛先端末4とデータ収集装置2の時間誤差を少なくすることができる。
In the mesh network system of this embodiment, the time information necessary for time synchronization is stored in the data collection request message, so that the overhead required for the time synchronization processing can be reduced as compared with the prior art.
Further, since the
宛先端末4からデータ収集装置2に対してデータ収集応答メッセージが送られるため、このメッセージの受信により、データ収集装置2では宛先端末4で時刻同期が完了したことを確認することができる。
Since the data collection response message is sent from the destination terminal 4 to the
実施の形態2.
本実施の形態においては、実施の形態1とは異なるデータフォーマットを用いて、データ収集要求メッセージ、転送メッセージ、データ収集応答メッセージを送信する。
この実施の形態のメッシュネットワークシステムで用いるデータフォーマットを図9〜図11に示す。図9はメッセージフォーマットの構成を示しており、図10、11は各フィールドの内容を示している。
In the present embodiment, a data collection request message, a transfer message, and a data collection response message are transmitted using a data format different from that in the first embodiment.
Data formats used in the mesh network system of this embodiment are shown in FIGS. FIG. 9 shows the structure of the message format, and FIGS. 10 and 11 show the contents of each field.
実施の形態1で説明したメッセージフォーマットとの相違点は、MACヘッダ620内に時刻情報626のフィールドを追加した点である。この時刻情報626には、時刻同期に用いる時刻情報が格納される(図9、10)。
図9のメッセージフォーマットがデータ収集要求メッセージとして使用される場合には、時刻情報626のフィールドには、データ収集装置2のタイマの時刻情報が格納される。
The difference from the message format described in the first embodiment is that a
When the message format of FIG. 9 is used as the data collection request message, the time information of the timer of the
中継端末3aが転送メッセージを生成する際には、時刻情報626のフィールドには、データ収集要求メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に中継端末3aでの転送遅延時間を加算した時刻情報が格納される。
中継端末3bが転送メッセージを生成する際には、時刻情報626のフィールドには、中継端末3aからの転送メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に中継端末3bでの転送遅延時間を加算した時刻情報が格納される。
When the
When the
宛先端末4がデータ収集応答メッセージを生成する際には、時刻情報626のフィールドには、中継端末3bからの転送メッセージに格納された時刻情報が示す時刻に宛先端末4での受信遅延時間を加算した時刻情報が格納される。
When the destination terminal 4 generates the data collection response message, the reception delay time at the destination terminal 4 is added to the time indicated by the time information stored in the transfer message from the
MACヘッダ620内に時刻情報のフィールド626を設けたため、この実施の形態では、ユーザデータ603のフィールドに時刻情報を格納しない(図11)。
その他の点については、実施の形態1のフォーマットと同様である。
Since the
The other points are the same as the format of the first embodiment.
この実施の形態では、実施の形態1と異なり中継端末3a、3bでも時刻同期を行うものとし、時刻同期を行うかどうかの判断方法を図12を用いて説明する。
中継端末3a、3bでは、データ収集要求メッセージ、転送メッセージ等のメッセージを受信すると、受信遅延時間の計測を開始する(S22)。例えば、メッセージ内のスタートフレームデリミタ(SFD)632を検出(S21)した段階で遅延時間の計測を開始し(S22)、中継端末が受信処理を完了するまで(S24)の時間を遅延時間として計測する(S25)。
In this embodiment, it is assumed that time synchronization is also performed in the
When the
その後、前回時刻同期を行ってから所定時間が経過しているかどうかを判断し(S26)、経過していれば次の判断(S27)に移る。S27の段階では、受信したメッセージの送信元ノードID613がデータ収集装置2を示しているかどうかを確認する。送信元ノードID613がデータ収集装置2を示している場合には、時刻同期処理を行う(S28)。具体的には、メッセージ内の時刻情報626に格納された時刻情報に、S25において計測した受信遅延時間を加算し、加算して得た時刻に中継端末3a、3bのタイマを設定する。このような手順で中継端末3a、3bでの時刻同期処理が行われる。
Thereafter, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the previous time synchronization was performed (S26), and if it has elapsed, the process proceeds to the next determination (S27). In step S27, it is confirmed whether or not the transmission
S27で送信元ノードID613がデータ収集装置2を示していない場合には、時刻同期処理を行わずに終了する。例えば、図5のシーケンスにおいて、中継端末3a、3bが宛先端末4から送信されたデータ収集応答メッセージを受信した場合には、S27において、受信したメッセージの送信元ノードID613がデータ収集装置2を示していないと判断するため、時刻同期処理は行わない。一方、中継端末3bが中継端末3aから転送メッセージを受信した場合には、送信元ノードID613がデータ収集装置2を示しているため、時刻同期処理を行う。
If the
通常、データ収集装置2からのポップ数が大きくなればなるほど同期時刻の誤差が発生しやすいため、S27の判断を行うことによって、時間誤差を少なくすることができる。
Usually, the larger the number of pops from the
他の例として、S27での判断を、メッセージの送信元MAC ID624によって判断しても良い。即ち、送信元MAC ID624の情報から送信元の端末を判別し、この端末のデータ収集装置2からのポップ数が自局のポップ数よりも小さい場合には、受信したメッセージに基づいて時刻同期処理を行うことにしても良い。
As another example, the determination in S27 may be determined based on the message transmission
この実施の形態における中継端末3a、3bは、図3で示した構成に加え、宛先端末4の遅延計測部41、時刻補正部44、時刻同期処理部45と同様の構成を有する。加えて、上述のS27の処理を行う判別部も有する。
The
実施の形態3.
この実施の形態は、宛先端末4、中継端末3a、3bに2つのタイマを設けた場合の時刻同期処理の手順を示す。
宛先端末4、中継端末3a、3bで時刻同期処理を行う際、時刻同期を行うタイミングによっては、端末で起動させているアプリケーションの動作が不安定になることが考えられる。このため、この実施の形態では、宛先端末4、中継端末3a、3bにアプリケーションで使用するタイマ(アプリケーション用タイマ)とネットワーク内での通信に使用するタイマ(通信用タイマ)とを設ける。これらのタイマの実現方法はソフトウェア、ハードウェアのどちらでも良い。
This embodiment shows the procedure of time synchronization processing when two timers are provided in the destination terminal 4 and the
When the time synchronization processing is performed at the destination terminal 4 and the
通信用タイマの時刻同期は、実施の形態1又は2に説明した手順でネットワーク経由で実現する。一方、アプリケーション用タイマの時刻同期は、通信用タイマとの間で同期を取ることで実現する。この手順を図13に示す。 The time synchronization of the communication timer is realized via the network according to the procedure described in the first or second embodiment. On the other hand, the time synchronization of the application timer is realized by synchronizing with the communication timer. This procedure is shown in FIG.
図13aは、アプリケーション用タイマが通信用タイマから時刻を取得する手順を示している。通信用タイマを管理するタスクは、ネットワーク経由で時刻情報が伝えられると(S31、33)、その度、通信用タイマの時刻同期処理を行う(S32、34)。一方、アプリケーション用タイマを管理するタスクは、タイマの時刻精度に応じて定めた周期又は任意のタイミングで通信用タイマを管理するタスクに対して、時刻情報取得要求を行う(S35)。通信用タイマを管理するタスクは、アプリケーション用タイマを管理するタスクに対して、時刻情報取得応答を行い、アプリケーション用タイマの時刻が通信用タイマの時刻に調整される。 FIG. 13a shows a procedure in which the application timer acquires time from the communication timer. When the time information is transmitted via the network (S31, 33), the task for managing the communication timer performs time synchronization processing of the communication timer (S32, 34). On the other hand, the task that manages the application timer makes a time information acquisition request to the task that manages the communication timer at a cycle determined according to the time accuracy of the timer or at an arbitrary timing (S35). The task for managing the communication timer makes a time information acquisition response to the task for managing the application timer, and the time of the application timer is adjusted to the time of the communication timer.
他の手順として、通信用タイマからアプリケーション用タイマに時刻を通知する手順を図13bに示す。通信用タイマを管理するタスクは、ネットワーク経由で時刻同期が行われる度に(S41、44)、通信用タイマの時刻同期を行うとともに(S42、S45)、アプリケーション用タイマを管理するタスクに対して時刻情報を通知する(S43、S46)。アプリケーション用タイマを管理するタスクは、アプケーションの動作に影響を与えないと判断したタイミングで時刻同期を行う(S47)。 As another procedure, a procedure for notifying the time from the communication timer to the application timer is shown in FIG. 13b. The task for managing the communication timer is to synchronize the time of the communication timer (S42, S45) whenever the time synchronization is performed via the network (S42, S45), and to the task for managing the application timer. Time information is notified (S43, S46). The task for managing the application timer performs time synchronization at a timing determined not to affect the operation of the application (S47).
以上の実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそのような変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 It will be understood by those skilled in the art that the above embodiments are exemplifications, and various modifications can be made to the combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. It is a place.
以上のように、本発明にかかる時刻同期方法は、データ収集装置と複数の端末から構成されるメッシュネットワークシステムにおいて有用である。例えば、データ収集装置とセンサノードによって構成されたセンサネットワークに適用可能である。 As described above, the time synchronization method according to the present invention is useful in a mesh network system including a data collection device and a plurality of terminals. For example, the present invention can be applied to a sensor network configured by a data collection device and a sensor node.
1 オペレーションセンター
2 データ収集装置
3a、3b 中継端末
4 宛先端末
20 時刻同期制御部
21 タイマ
22 データ収集制御部
23 メッセージ生成部
24 送信部
30 受信部
31 遅延計測部
32 遅延計測タイマ
33 受信処理部
34 メッセージ生成部
35 送信部
40 受信部
41 遅延計測部
42 遅延計測タイマ
43 受信処理部
44 時刻補正部
45 時刻同期処理部
46 タイマ
47 データ収集部
48 メッセージ生成部
49 送信部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記データ収集装置は、
前記第1の無線端末にデータを要求するデータ収集要求メッセージ内に前記データ収集装置のタイマの時刻情報を格納する第1の時刻情報格納手段と、
前記データ収集要求メッセージを送信する第1の送信手段とを有し、
前記第2の無線端末は、
前記データ収集要求メッセージの転送処理に要した転送遅延時間を計測する第1の計測手段と、
前記第1の計測手段において計測した転送遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内に格納された時刻情報を補正する第1の補正手段と、
前記データ収集要求メッセージに前記転送処理を施すことによって生成した転送メッセージ内に、前記第1の補正手段によって補正された時刻情報を格納する第2の時刻情報格納手段と、
前記転送メッセージを送信する第2の送信手段とを有し、
前記第1の無線端末は、
前記転送メッセージに基づいて前記データ収集装置が要求するデータ収集を行うデータ収集手段と、
前記転送メッセージ内の時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第1の時刻同期手段とを有することを特徴とするメッシュネットワークシステム。 Wireless communication is performed between the first wireless terminal, the second wireless terminal that performs wireless communication with the first wireless terminal, and the second wireless terminal, and the first wireless terminal A mesh network system having a data collection device for collecting data,
The data collection device includes:
First time information storage means for storing time information of a timer of the data collection device in a data collection request message for requesting data from the first wireless terminal;
First transmission means for transmitting the data collection request message,
The second wireless terminal is
First measuring means for measuring a transfer delay time required for the transfer process of the data collection request message;
First correction means for correcting time information stored in the data collection request message based on the transfer delay time measured by the first measurement means;
Second time information storage means for storing time information corrected by the first correction means in a transfer message generated by performing the transfer processing on the data collection request message;
Second transmitting means for transmitting the transfer message;
The first wireless terminal is
Data collection means for collecting data requested by the data collection device based on the transfer message;
1. A mesh network system comprising: first time synchronization means for adjusting a time of a timer used by the first wireless terminal based on time information in the transfer message.
前記転送メッセージの受信処理に要した受信遅延時間を計測する第2の計測手段と、
前記第2の計測手段において計測した受信遅延時間に基づき、前記転送メッセージ内の時刻情報を補正する第2の補正手段とを有し、
前記第1の時刻同期手段は、前記第2の補正手段において補正した前記時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整することを特徴とする請求項1記載のメッシュネットワークシステム。 The first wireless terminal is
Second measuring means for measuring a reception delay time required for the reception process of the transfer message;
Second correction means for correcting time information in the transfer message based on the reception delay time measured by the second measurement means;
The mesh network according to claim 1, wherein the first time synchronization means adjusts the time of a timer used by the first wireless terminal based on the time information corrected by the second correction means. system.
前記データ収集手段が収集したデータをデータ収集応答メッセージに格納する要求データ格納手段と、
前記データ収集応答メッセージを送信する第3の送信手段とを有することを特徴とする請求項1記載のメッシュネットワークシステム。 The first wireless terminal is
Request data storage means for storing data collected by the data collection means in a data collection response message;
The mesh network system according to claim 1, further comprising third transmission means for transmitting the data collection response message.
前記第2の無線端末は、
前記送信元を示す情報により、前記データ収集要求メッセージの送信元が前記データ収集装置か否かを判別する判別手段と、
前記データ収集要求メッセージの受信処理に要した受信遅延時間を計測する第3の計測手段と、
前記第3の計測手段において計測した受信遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内の時刻情報を補正する第3の補正手段と、
前記データ収集要求メッセージの送信元が前記データ収集装置であると前記判別手段が判別した場合に、前記第3の補正手段において補正した前記時刻情報に基づいて前記第2の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第2の時刻同期手段とを有することを特徴とする請求項1記載のメッシュネットワークシステム。 The data collection device has transmission source information storage means for storing information indicating the transmission source of the message in the data collection request message;
The second wireless terminal is
Determining means for determining whether or not the transmission source of the data collection request message is the data collection device based on the information indicating the transmission source;
Third measuring means for measuring a reception delay time required for the reception process of the data collection request message;
Third correction means for correcting time information in the data collection request message based on the reception delay time measured by the third measurement means;
A timer used by the second wireless terminal based on the time information corrected by the third correction unit when the determination unit determines that the transmission source of the data collection request message is the data collection device; The mesh network system according to claim 1, further comprising second time synchronization means for adjusting time.
前記第1の無線端末にデータを要求するデータ収集要求メッセージ内に、前記データ収集装置が、該データ収集装置のタイマの時刻情報を格納する第1の時刻情報格納ステップと、
前記データ収集装置が、前記データ収集要求メッセージを送信する第1の送信ステップと、
前記第2の無線端末が、前記データ収集要求メッセージの転送処理に要した転送遅延時間を計測する第1の計測ステップと、
前記第2の無線端末が、前記第1の計測ステップにおいて計測した転送遅延時間に基づき、前記データ収集要求メッセージ内に格納された時刻情報を補正する第1の補正ステップと、
前記データ収集要求メッセージに前記転送処理を施すことによって生成した転送メッセージ内に、前記第2の無線端末が、前記第1の補正ステップにおいて補正された時刻情報を格納する第2の時刻情報格納ステップと、
前記第2の無線端末が、前記転送メッセージを送信する第2の送信ステップと、
前記第1の無線端末が、前記転送メッセージに基づいて前記データ収集装置が要求するデータ収集を行うデータ収集ステップと、
前記第1の無線端末が、前記転送メッセージ内の時刻情報に基づいて前記第1の無線端末が用いるタイマの時刻を調整する第1の時刻同期ステップと、
を有することを特徴とする時刻同期方法。 Wireless communication is performed between the first wireless terminal, the second wireless terminal that performs wireless communication with the first wireless terminal, and the second wireless terminal, and the first wireless terminal A mesh network system time synchronization method having a data collection device for collecting data,
A first time information storage step in which the data collection device stores time information of a timer of the data collection device in a data collection request message for requesting data from the first wireless terminal;
A first transmission step in which the data collection device transmits the data collection request message;
A first measurement step in which the second wireless terminal measures a transfer delay time required for the transfer process of the data collection request message;
A first correction step in which the second wireless terminal corrects the time information stored in the data collection request message based on the transfer delay time measured in the first measurement step;
A second time information storage step in which the second wireless terminal stores the time information corrected in the first correction step in a transfer message generated by performing the transfer process on the data collection request message. When,
A second transmission step in which the second wireless terminal transmits the transfer message;
A data collection step in which the first wireless terminal performs data collection requested by the data collection device based on the transfer message;
A first time synchronization step in which the first wireless terminal adjusts the time of a timer used by the first wireless terminal based on time information in the transfer message;
A time synchronization method characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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