JP2018074461A - データ通信方法、システム、および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パケットに送信側タイムスタンプが格納されていない場合でも、受信側の動作クロックに基づいて受信タイムスタンプを正確に打刻する。【解決手段】データ通信装置１０において、時刻平滑化部１４が、パケットから抽出したデータに打刻した受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算し、時刻補正部１５が、移動平均フィルタ処理により平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻をパケットの受信側タイムスタンプとする。【選択図】 図１

Description

本発明は、通信ネットワークを介して受信したパケットのデータにタイムスタンプを打刻するためのパケット処理技術に関する。

通信ネットワークを介して定期的にデータをパケットに格納して送受信する際に、送信側と受信側のシステムクロックの同期が完全に取れないことによるパケットの遅延揺らぎが発生して、データに乱れが生じる。特に、心電波形を示すデータなど、時系列で観測した時系列データの場合、パケット遅延揺らぎによりデータの時間軸が変化し、生体の動態や疾患を正確に捉えることができなくなる。

従来、このような乱れを解消するための技術として、特許文献１では、送信されるパケットに含まれる送信側タイムスタンプＳ_nおよびパケットが受信された後に付与される受信側タイムスタンプＲ_nを用いて、遅延揺らぎを低減する手法が提案されている。

図１１は、従来のデータ通信システムを示す構成例である。ここでは、送信側となる端末機器でデータとともに送信側タイムスタンプＳ_nをパケットに格納して送信し、受信側で受信したパケットを分解して得られたデータに受信側タイムスタンプＲ_nを打刻し、これら送信側タイムスタンプＳ_nと受信側タイムスタンプＲ_nとからパケットの遅延揺らぎを低減するようにしたものである。

この際、送信側タイムスタンプＳ_nと受信側タイムスタンプＲ_nとから算出された、パケットの相対的な遅延揺らぎ時間を平滑化して、その変化を監視することにより送受信間の動作クロックのずれを検出し、この動作クロックのずれが解消されるよう受信側クロックを補正することにより、遅延揺らぎを低減している。

特開２００３−２５８８４９号公報

"Linear interpolation"，Wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_interpolation Ishida So，"簡略化した３次スプライン曲線の生成方法"，http://www5d.biglobe.ne.jp/stssk/maze/spline.html

このような従来技術は、オーディオやビデオ等の連続データを受信側でリアルタイムに再生するデータ通信装置を想定したものであるが、人間の身体に装着するウェアラブルデバイスといった小型でかつ長寿命であることが要求される装置では、サイズの小さなパケットや、演算量の少ないマイコンが採用される。ゆえに、パケットに送信側タイムスタンプが含まれるとは限らない。したがって、受信したパケットに送信側タイムスタンプが格納されていない場合には上記従来技術を適用できず、結果として、遅延揺らぎを低減できないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、パケットに送信側タイムスタンプが格納されていない場合でも、受信側の動作クロックに基づいて受信タイムスタンプを正確に打刻できるパケット処理技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるデータ通信方法は、時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムで用いられるデータ通信方法であって、前記データ通信装置の打刻部が、前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻ステップと、前記データ通信装置の時刻平滑化部が、前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化ステップと、前記データ通信装置の時刻補正部が、前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正ステップとを備えている。

また、本発明にかかる上記データ通信方法の一構成例は、前記打刻ステップが、前記パケットに含まれるパケット送信順に応じた連番のカウンタ値に基づいてパケット損失が検出された場合には、前記パケット損失の前後で正しく受信されたパケットに含まれるカウンタ値を元にパケット損失区間に関する損失時間を計算し、前記パケット損失以降に正しく受信されたパケットのデータに対して、前記損失時間により補正した受信側タイムスタンプを打刻するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記データ通信方法の一構成例は、前記データ通信装置のデータ補間部が、前記パケット損失区間における欠損データを、前記パケット損失の前後で正しく受信されたパケットから得られたデータに基づいて補間するデータ補間ステップをさらに備えるものである。

また、本発明にかかる上記データ通信方法の一構成例は、前記端末機器が、前記データ通信装置に対してデータをパケットで送信する他の端末機器との間でスケジューリングすることにより、前記パケットをそれぞれの送信タイミングで順番に前記データ通信装置へ送信するステップをさらに備えるものである。

また、本発明にかかる上記データ通信方法の一構成例は、前記データ通信装置のリサンプリング部が、前記時刻補正ステップで得られた前記受信側タイムスタンプに基づき前記データを補間して一定間隔でリサンプリングすることにより、等間隔の受信側タイムスタンプを持つデータを生成するリサンプリングステップをさらに備えるものである。

また、本発明にかかる上記データ通信方法の一構成例は、前記端末機器が、心電位や筋電位を計測する電圧計、または、振動を計測する加速度計からなるデータ計測部により、時系列でデータを計測してパケットで送信するステップをさらに備えるものである。

また、本発明にかかるデータ通信システムは、時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムであって、前記データ通信装置は、前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻部と、前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化部と、前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正部とを備えている。

また、本発明にかかるデータ通信装置は、時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムで用いられる前記データ通信装置であって、前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻部と、前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化部と、前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正部とを備えている。

本発明によれば、パケットに送信側タイムスタンプが格納されていない場合でも、受信側の動作クロックに基づいて正確な受信タイムスタンプを打刻することが可能となる。したがって、パケットの遅延揺らぎを低減でき、通信品質の高い安定したデータ通信を提供することが可能となる。また、送信側の端末機器における打刻機能を省くことができ、センサやウェアラブルデバイスの小型化やコスト削減を実現できる。

第１の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。 パケットの遅延揺らぎの発生例である。 受信側処理遅延揺らぎの実測例である。 第１の実施の形態にかかる平滑化・補正処理の効果を示すグラフである。 第２の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。 パケット損失時における受信側タイムスタンプの誤り発生を示す波形図である。 第２の実施の形態にかかるパケット損失区間補間処理の効果を示すグラフである。 第３の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。 端末機器の動作クロックのばらつきを示すグラフである。 第５の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。 従来のデータ通信システムを示す構成例である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるデータ通信システム１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。

このデータ通信システム１は、生体情報測定システムやセンサネットワークシステムなどのデータ通信システムからなり、生体情報などの各種のデータを時系列で計測する１つまたは複数の端末機器２０と、通信ネットワークＮＷを介して端末機器２０から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置１０とを備えている。以下では、データ通信システム１が生体情報測定システムからなる場合を例として説明する。

端末機器２０は、全体として利用者に装着されたウェアラブルデバイスからなり、主な機能部として、データ計測部２１、パケット格納部２２、および無線Ｉ／Ｆ部２３が設けられている。

データ計測部２１は、生体情報を検出するセンサや計測回路からなり、一定周期で利用者から生体情報を検出する機能を有している。特に、生体情報測定システムで用いられる場合、データ計測部２１は、心電位や筋電位を測る電圧計や、振動を測る加速度計で構成されることになる。

パケット格納部２２は、データ計測部２１により時系列で計測したデータ（生体情報）をパケットに格納する機能を有している。
無線Ｉ／Ｆ部２３は、パケット格納部２２からのパケットを、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy：登録商標）、３Ｇ、ＬＴＥ、Ｗｉｆｉなどの一般的な無線通信方式に則って、端末機器２０の動作クロック（ＲＴＣ：Real Time Clock）に基づいて一定間隔で無線送信する機能を有している。

データ通信装置１０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、主な機能部として、通信Ｉ／Ｆ部１１、パケット処理部１２、打刻部１３、および時刻平滑化部１４が設けられている。

通信Ｉ／Ｆ部１１は、通信ネットワークＮＷを介して１つまたは複数の端末機器２０からパケットを受信する機能を有している。なお、通信Ｉ／Ｆ部１１は、通信ネットワークＮＷとの間で無線通信を行ってもよく、有線通信を行ってもよい。通信Ｉ／Ｆ部１１が通信ネットワークＮＷと無線通信を行う場合には、端末機器２０からデータ通信装置１０までの伝送路がすべて無線区間となる。また、通信Ｉ／Ｆ部１１が通信ネットワークＮＷと有線通信を行う場合には、端末機器２０から通信ネットワークＮＷまでの伝送路が無線区間となる。

パケット処理部１２は、通信Ｉ／Ｆ部１１で受信したパケットを分解して、パケットに格納されている各種ヘッダ情報やデータ（生体情報）を抽出する機能を有している。
打刻部１３は、データ通信装置１０の動作クロックに基づいて、パケット処理部１２で各パケットから抽出されたデータに対して、このパケットの受信処理時刻を示す受信側タイムスタンプを打刻する機能を有している。

時刻平滑化部１４は、打刻部１３で打刻された受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することに、平滑化された平滑化時刻を計算する機能を有している。
時刻補正部１５は、時刻平滑化部１４での移動平均フィルタ処理により平滑化時刻に含まれる遅れ時間を補正し、得られた補正時刻を前記パケットの受信側タイムスタンプとする機能を有している。

一般に、生体情報測定システムやセンサネットワークシステムなどのデータ通信システム１では、送信側となる端末機器２０から受信側となるデータ通信装置１０には、例えばＢＬＥ、３Ｇ、ＬＴＥ、Ｗｉｆｉなどの一般的な無線通信方式に則ってパケットの受け渡しが行われる。本実施の形態では、無線通信方式としてＢＬＥを想定し、ペアリング後のパケットの送信間隔は送信側となる端末機器２０のＲＴＣに基づいて、予め設定されている時間間隔、例えば４０ｍｓ間隔で送信されるものとする。

このとき、送信側の端末機器２０から４０ｍｓ間隔でパケットが送信されても、受信側のデータ通信装置１０においても同様に、４０ｍｓ間隔で受信タイムスタンプが打刻されるとは限らない。主な原因は２つある。その１つは、無線通信の電波が伝搬する際に伝送揺らぎが生じるためである。もう１つは、データ通信装置１０の通信Ｉ／Ｆ部１１でパケットを受信した後、その受信がパケット処理部１２さらには打刻部１３に通知されて受信側タイムスタンプが打刻されるまでの所要時間に揺らぎがあるためである。

図２は、パケットの遅延揺らぎの発生例である。ここでは、Ｓ_iは送信側からパケットが送信された送信時刻を示し，Ｒ_iは受信側でパケットが受信された受信時刻を示している。また，Ｕ_iはパケットの受信が受信側のＣＰＵに実装されているＯＳやアプリケーションにパケット受信が通知される受信通知時刻を示し，Ｔ_iは受信したパケットのデータに打刻される打刻時刻、すなわち受信側タイムスタンプを示している。

パケットに関する主な遅延揺らぎとしては、伝送路遅延揺らぎと受信側処理遅延揺らぎがある。伝送路遅延揺らぎは、送信側と受信側との間の伝送路で発生する遅延揺らぎであり、送信時刻Ｓ_iと受信時刻Ｒ_iとの時間差として現れることになる。また、受信側処理遅延揺らぎは、受信側のＣＰＵの処理負担により発生する遅延揺らぎであり、受信時刻Ｒ_iと受信通知時刻Ｕ_iとの時間差として現れることになる。

図３は、受信側処理遅延揺らぎの実測例である。ここでは、６台の端末機器２０から並行してパケットを受信した場合に実測されたパケット受信間隔の変化が示されている。図３において、横軸はパケット受信開始からの経過時間を示し、縦軸はパケット受信間隔［ｍｓ］を示している。特に、パケット受信間隔は、ＣＰＵに対して前後して受信したパケットＲ_i，Ｒ_i+1の受信通知時刻Ｕ_i，Ｕ_i+1の間隔ΔＵ＝Ｕ_i+1−Ｕ_iを示している。

端末機器２０におけるパケットの送信間隔を４０ｍｓとしたことから、パケット受信間隔は基本的には４０ｍｓとなるはずであるが、実際には、４０ｍｓを中央値としながらもランダムに変化しており、遅延揺らぎが発生していることが確認できる。また、図３からは、１５ｍｓ以下の時間間隔でタイムスタンプが連続的に打刻される事象が見られる。これは、パケット受信の通知が著しく遅延したため、その期間に滞っていたパケットが一挙に処理されたためと考えられる。

こうした遅延揺らぎを低減する打刻方法として、例えば図２でいえば、最初のタイムスタンプの打刻時刻を、Ｕ₀≒Ｔ₀となるようにパケット受信認識後に可能な限り速やかにＴ₀として打刻し、Ｔ₁以降については、Ｕ₁≠Ｔ₁として４０ｍｓ間隔で固定されたダミー値を用いるという方法が考えられる。

しかし、このような打刻方法では、最初のタイムスタンプの打刻時刻は、受信通知時刻とほぼ同じ値となるので、揺らぎや遅延が解消されない。また、Ｔ１以降のタイムスタンプの打刻時刻も、Ｔ０を元にしてこれに固定値４０ｍｓを加えているので、Ｔ０の揺らぎや遅延の影響を受けてしまうことになる。また、端末機器２０のＲＴＣの製造ばらつきにより必ずしも４０ｍｓを中央値とする間隔で送信されないため、実時間に対して誤差を生じさせてしまうことになる。

本実施の形態は、こうした問題を回避するために、フィルタ処理を用いて受信側タイムスタンプを平滑化した後、フィルタ処理で発生する遅れ時間を補正する、平滑化・補正処理を行うようにしたものである。フィルタ処理では、ＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタやＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限インパルス応答）フィルタを用いる。本実施の形態では、代表的なＦＩＲフィルタである移動平均フィルタを用いた。

まず、受信側タイムスタンプの打刻時刻をＴ₀，Ｔ₁，…，Ｔ_i，…，Ｔ_nとすると、移動平均フィルタを用いて平滑化した平滑化打刻時刻Ｔ’ｉは次の式（１）で求められる。
Ｔ’_i＝（Ｔ_i-n＋Ｔ_i-n+1＋…＋Ｔ_i-2＋Ｔ_i-1＋Ｔ_i）／ｎ …（１）

この式（１）をそのまま利用するとｎ回の加算処理が必要になるため、前回求めた平滑化打刻時刻Ｔ’ｉ−１を用いて次の式（２）のように変換でき、２回の加算処理で計算が可能となる。時刻平滑化部１４は、この式（２）により平滑化打刻時刻Ｔ’_iを計算する。
Ｔ’_i＝Ｔ’_i-1＋（Ｔ_i−Ｔ_i-n-1）／ｎ …（２）

しかし、この式（２）によれば、移動平均フィルタ処理において、Ｔ’_iはＴ_iに対して平均化することによる遅れ（遅れ時間）が生じるため、次の式（３）によりＴ’_iを補正した補正打刻時刻Ｔ”_iを求める。ここで、ΔＴはパケット送信間隔であり、例えば固定値４０ｍｓとする。時刻補正部１５は、この式（３）により補正打刻時刻Ｔ”_iを計算し、打刻部１３で打刻した受信側タイムスタンプＴ_iと置換する。
Ｔ”_i＝Ｔ’_i＋ΔＴ＊ｎ／２ …（３）

補正打刻時刻Ｔ”_iの求め方は他にも考えられ、例えば次の式（４）に示すように、式（１）の右辺の分子の半分を加えてもよい。
Ｔ”＝Ｔ’_i＋（Ｔ_i-n＋Ｔ_i-n+1＋…＋Ｔ_i-2＋Ｔ_i-1＋Ｔ_i）／２ …（４）
この式（４）は、ｎを十分に多く取れて平均値が真値によく収束する場合に精度が得られる。しかし、ｎが十分に多くない場合はＲＴＣの製造ばらつき以上に揺らぎの影響が効いてしまう。状況に応じて式（３）と式（４）を適切に使い分けることが望ましい。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、時刻平滑化部１４が、パケットから抽出したデータに打刻した受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算し、時刻補正部１５が、移動平均フィルタ処理により平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻をデータの受信側タイムスタンプとするようにしたものである。

図４は、第１の実施の形態にかかる平滑化・補正処理の効果を示すグラフであり、６台の端末機器２０から送信された同一信号波形のデータを含むパケットを、データ通信装置１０で受信して、これらパケットのデータに受信側タイムスタンプを打刻し、その受信側タイムスタンプを横軸として信号波形をグラフ化したものである。
このうち、図４（ａ）は平滑化・補正処理適用前のデータ波形を示しており、図４（ｂ）は平滑化・補正処理適用後のデータ波形を示している。ここでは、ｎ＝４９、ΔＴ＝４０ｍｓとして前述の式（３）により補正打刻時刻Ｔ”_iを求めた。

図４（ａ）では、６つの信号波形のピークに時刻差が生じており、遅延揺らぎが発生していることがわかる。図４（ｂ）では、平滑化処理によりピークの時刻差が低減しており、６つの信号波形が時間的なずれが無くほぼ重なっていることが分かる。
これら波形は生体から観測された心電波形であるが、遅延揺らぎが発生して受信側タイムスタンプの時刻ずれが生じると、本来の心電波形の一部に遅延や歪が生じたりするため、動態や疾患を正しく評価できない場合がある。

本実施の形態を適用すれば、パケットに送信側タイムスタンプが格納されていない場合でも、受信側の動作クロックに基づいて受信タイムスタンプを適切に打刻することが可能となる。したがって、パケットの遅延揺らぎを低減でき、通信品質の高い安定したデータ通信を提供することが可能となる。また、送信側の端末機器２０における打刻機能を省くことができ、センサやウェアラブルデバイスの小型化やコスト削減を実現できる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本誌発明の第２の実施の形態にかかるデータ通信システム１について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。

本実施の形態にかかるデータ通信システム１は、第１の実施の形態の変形例である。かかる変形例によれば、伝送路の影響によるパケットの損失の影響に対応するため、図５のように機器端末２０において、パケットにパケット送信ごとに増加するカウンタ値を生成するカウンタ２４を備えることを特徴とする。
カウンタ２４は、例えばパケットごとに０から２０００程度の値を、パケット送信順に応じた連番で、１ずつ増加するカウンタ値を繰り返し生成する機能を有している。カウンタ回路は構成が簡素であり、パケットにおいてタイムスタンプほどビット数を必要としないため、ウェアラブルデバイスでも実装が容易である。

図６は、パケット損失時における受信側タイムスタンプの誤り発生を示す波形図である。図６（ａ）の信号波形のうち、パケット損失発生期間Ｑに１６個のパケットが損失場合、図６（ｂ）に示すように、パケット損失発生期間Ｑに相当する波形が消失して、元のピーク発生時刻Ｐが、パケット損失発生期間Ｑだけ早めの時刻となり、受信側タイムスタンプに誤りが生じる。

これは、前述した式（１）において、ｎ＝４９とすればパケット損失がなければ４９点前からの受信側タイムスタンプを用いて平均値が求められるが、これら連続する４９点において中間の１６点が欠損したため、実質上、４９点目からさらに過去の１６点を含む６５点前まで遡って平均値を求めていることになるからである。

本実施の形態では、こうした受信側タイムスタンプの誤りを解消するため、送信側で付与されたカウンタ値Ｃを利用するようにしたものである。
すなわち、データ通信装置１０において、打刻部１３は、パケット処理部１２でパケットから抽出されたカウンタ値Ｃをモニタし、１ずつ増加していればパケットの損失がなく、２以上の増加があればパケットの損失があったと判定する機能と、カウンタ値Ｃに基づくパケット損失ありの判定に応じて、パケット損失発生以降のパケットのデータに、パケット損失分の損失時刻を加えた受信側タイムスタンプを擬似生成して打刻する機能とを有している。

受信側タイムスタンプは、次のような補間処理によって擬似生成される。ここでは、ｋ番目におけるパケット受信からｊ回連続で損失が発生したとする。この場合、損失発生前の受信側タイムスタンプＴｋと発生後の受信側タイムスタンプＴ_k+1+jを用いて、欠損パケットの疑似タイムスタンプＴ_k+m（ｍ＝１，２，…，ｊ）を、次の式（５）により求める。
Ｔ_k+m＝Ｔ_k＋（Ｔ_k+1+j−Ｔ_k）＊ｍ／ｊ …（５）
このようにして、疑似生成した受信側タイムスタンプで欠損を補間したうえで、前述した式（３）に従って移動平均フィルタ処理を行う。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、打刻部１３が、受信したパケットに含まれるパケット送信順に応じた連番のカウンタ値に基づいてパケット損失を監視し、パケット損失が検出された場合には、損失パケットの前後で正しく受信されたパケットに含まれるカウンタ値を元にパケット損失区間における損失時刻を計算し、損失パケット以降に受信されたパケットのデータに対して、損失時間を加えた受信側タイムスタンプを擬似生成して打刻するようにしたものである。

図７は、第２の実施の形態にかかるパケット損失区間補間処理の効果を示すグラフである。図７（ａ）は図６（ａ）と同様であり、パケット損失発生期間Ｑに１６個のパケットが損失場合、データそのものが受信側に届かないことになる。したがって、図７（ｂ）に示すように、パケット損失発生期間Ｑについては、心電波形の電圧値は描画されない。
しかしながら、図７（ｂ）に示すように、ピーク発生時刻Ｐ’は、パケット損失がない場合のピーク発生時刻Ｐと同等に打刻されることになる。

本実施の形態によれば、このように、伝送路の影響によりパケット損失が発生しても、損失パケット以降に受信されたパケットのデータに対して、パケット損失区間を考慮して適切な受信側タイムスタンプを打刻することができる。したがって、パケットの損失が生じる可能性のある伝送路、例えば無線伝送路が存在する場合でも、損失パケットによるデータに対する影響を最小限に抑制することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるデータ通信システム１について説明する。図８は、第３の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、第２の実施の形態の変形例であり、データ通信装置１０にデータ補間部１６を新たに設け、打刻部１３で検出したパケット損失発生期間Ｑにおける欠損データを、パケット損失前後のデータに基づいて補間するようにしたものである。データ補間手法については、パケット損失前後のデータを用いた線形補間やスプライン補間（参考文献１）など、公知の補間手法を利用すればよい。

これにより、第２の実施の形態ではタイムスタンプのみの補間であるものが、タイムスタンプとパケット内のデータとの双方の補間が可能になる。なお、データ補間処理の実行については、データ補間部１６に限定されるものではなく、パケット処理部１２や打刻部１３で実行してもよい。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態にかかるデータ通信装置１０について説明する。
本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の変形例である。１台のデータ受信装置１０に対して複数の端末機器２０が接続される場合、各端末機器２０の動作クロックを生成するＲＴＣには製造ばらつきがあり、安価なＲＴＣモジュールであればあるほどばらつきは顕著になる。

図９は、端末機器の動作クロックのばらつきを示すグラフである。ここでは、横軸が経過時間を示し、縦軸が受信側タイムスタンプＴｉの積算と実時間との差分を示している。実時間との差分がなければ、各端末機器２０の特性は互いに平行する直線を示すことになるが、それぞれの動作クロックにばらつきがあるため、時間の経過とともにそれぞれの遅れが拡大していることが分かる。これら特性の傾きが異なるのは、各端末機器２０の動作クロックの周期の差、すなわち、ＲＴＣの製造ばらつきが原因である。

端末機器２０間で、このような動作クロックの周期の差がある際に、受信側タイムスタンプとして４０ｍｓ間隔で固定されたダミー値を用いた場合、実時間との差が生じるだけでなく、端末機器２０間の差も目立ってしまい、これら端末機器２０間でデータ同期が必要な用途には利用できない。ダミー値ではなく揺らぎや遅延を解消した真値に近いタイムスタンプを提供することが重要となる。

ここで、端末機器２０で用いられるＢＬＥやＷｉｆｉなど無線通信方式には、送信するパケットのスケジューリングを端末機器２０で行う機能を有している。本実施の形態では、このようなスケジューリング機能を利用して、各端末機器２０の無線Ｉ／Ｆ部２３により、端末機器２０間で割り当てられた送信タイミングに基づき、パケットを順番にデータ通信装置１０に送信するようにしたものである。

これにより、動作クロックのばらつきに関係なく、端末機器２０の無線Ｉ／Ｆ部２３からスケジューリングに基づく送信タイミングでパケットが送信されることになり、これらパケットは、データ通信装置１０で受信されて分解された後、第１から第３の実施の形態に基づき、受信タイムスタンプの遅延揺らぎが保証されることになる。したがって、前述した図４と同様に、各端末機器２０からのデータが時間的なずれがなくほぼ重なることとなる。

［第５の実施の形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかるデータ通信装置１０について説明する。図１０は、第５の実施の形態にかかるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、第１〜第４の実施の形態の変形例である。第１〜第４の実施の形態によれば、端末機器２０から送信されたデータに対して適切な受信側タイムスタンプを打刻でき、特に第４の実施の形態によれば、端末機器２０間における動作クロックのばらつきの影響を抑制できる。しかし、これらデータに付与された受信側タイムスタンプは、時間的に等間隔となるとは限らないので、フーリエ解析やウェーブレット解析といった周波数解析をこのままでは実行できない。

本実施の形態は、図１０に示すように、データ通信装置１０にリサンプリング部１７を新たに設け、時刻補正部１５で得られた受信側タイムスタンプに基づきデータを補間して、一定間隔でデータをリサンプリングすることにより、等間隔の受信側タイムスタンプを持つデータを生成するようにしたものである。この際、データに対する線形補間やスプライン補間の補間手法について、例えば非特許文献１，２に記載されている補間手法を用いればよく、これら補間手法に記載の方法は、通信中におけるリアルタイムな逐次処理が可能である。

したがって、本実施の形態によれば、第４の実施の形態のような欠損データに対する補間だけではなく、欠損の有無にかかわらず全データに対して補間を適用することができる。これにより、欠損が補われるとともに、かつ等間隔な受信側タイムスタンプを持つデータを得ることができ、フーリエ解析やウェーブレット解析といった周波数解析を適用することが可能となる。なお、図１０では、図１に示した第１の実施の形態に適用した場合を例としたものであるが、これに限定されるものではなく、図５や図８など、第１〜第４の実施の形態のいずれに適用してもよい。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１…データ通信システム、１０…データ通信装置、１１…通信Ｉ／Ｆ部、１２…パケット処理部、１３…打刻部、１４…時刻平滑化部、１５…時刻補正部、１６…データ補間部、１７…リサンプリング部、２０…端末機器、２１…データ計測部、２２…パケット格納部、２３…無線Ｉ／Ｆ部、２４…カウンタ、ＮＷ…通信ネットワーク。

Claims (8)

1. 時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムで用いられるデータ通信方法であって、
   前記データ通信装置の打刻部が、前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻ステップと、
   前記データ通信装置の時刻平滑化部が、前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化ステップと、
   前記データ通信装置の時刻補正部が、前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正ステップと
   を備えることを特徴とするデータ通信方法。
2. 請求項１に記載のデータ通信方法において、
   前記打刻ステップは、前記パケットに含まれるパケット送信順に応じた連番のカウンタ値に基づいてパケット損失が検出された場合には、前記パケット損失の前後で正しく受信されたパケットに含まれるカウンタ値を元にパケット損失区間に関する損失時間を計算し、前記パケット損失以降に正しく受信されたパケットのデータに対して、前記損失時間により補正した受信側タイムスタンプを打刻することを特徴とするデータ通信方法。
3. 請求項２に記載のデータ通信方法において、
   前記データ通信装置のデータ補間部が、前記パケット損失区間における欠損データを、前記パケット損失の前後で正しく受信されたパケットから得られたデータに基づいて補間するデータ補間ステップをさらに備えることを特徴とするデータ通信方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のデータ通信方法において、
   前記端末機器が、前記データ通信装置に対してデータをパケットで送信する他の端末機器との間でスケジューリングすることにより、前記パケットをそれぞれの送信タイミングで順番に前記データ通信装置へ送信するステップをさらに備えることを特徴とするデータ通信方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のデータ通信方法において、
   前記データ通信装置のリサンプリング部が、前記時刻補正ステップで得られた前記受信側タイムスタンプに基づき前記データを補間して一定間隔でリサンプリングすることにより、等間隔の受信側タイムスタンプを持つデータを生成するリサンプリングステップをさらに備えることを特徴とするデータ通信方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のデータ通信方法において、
   前記端末機器は、心電位や筋電位を計測する電圧計、または、振動を計測する加速度計からなるデータ計測部により、時系列でデータを計測してパケットで送信するステップをさらに備えることを特徴とするデータ通信方法。
7. 時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムであって、
   前記データ通信装置は、
   前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻部と、
   前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化部と、
   前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正部と
   を備えることを特徴とするデータ通信システム。
8. 時系列で計測したデータをパケットにより送信する端末機器と、通信ネットワークを介して前記端末機器から受信したパケットに格納されているデータを収集するデータ通信装置とを備えるデータ通信システムで用いられる前記データ通信装置であって、
   前記データのそれぞれに対して、受信側の動作クロックに基づく受信側タイムスタンプを打刻する打刻部と、
   前記データに打刻した前記受信側タイムスタンプを移動平均フィルタ処理することにより平滑化された平滑化打刻時刻を計算する時刻平滑化部と、
   前記移動平均フィルタ処理により前記平滑化打刻時刻に生じる遅れ時間を補正し、得られた補正打刻時刻を前記データの受信側タイムスタンプとする時刻補正部と
   を備えることを特徴とするデータ通信装置。