JP4810169B2

JP4810169B2 - 無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法

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Publication number: JP4810169B2
Application number: JP2005265255A
Authority: JP
Inventors: フイ・ダイ; フアイ−ロング・シャオ
Original assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Current assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: US7409022B2; JP2006109433A; US20060072694A1

Description

この発明は、包括的には、クロックを同期させるための方法および装置に関し、より具体的には、無線パーソナルエリアネットワーク装置のクロックをグローバルに同期させることに関する。

ＩＥＥＥ８０２．１５．３および８０２．１５．４標準規格によって規定されるような無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）は、直接または間接に装置間でデータを転送することができる。その装置は、簡易な構成のクロックを使用するので、ドリフトを受けやすいことが予想される。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格は４０ｐｐｍ程度の大きさのドリフトを許容し、ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準規格は２５ｐｐｍのドリフトを許容する。さらに、種々の装置のクロックは異なる速度でドリフトする場合がある。それゆえ、いくつかの理由から、装置のクロックをグローバルに同期させることが極めて重要である。

多くの場合に、それらの装置はスーパーフレームを使用し、そのスーパーフレームは１つまたは複数の保証タイムスロット（ＧＴＳ）を含むことができる。ＧＴＳの境界を正確に判定するために、それらの装置によって用いられるクロックを同期させて、パケットの衝突およびパケットの損失を避けなければならない。

多くのＷＰＡＮ装置は電池で動作するので、ＷＰＡＮにおいて低いデューティサイクルを保持するためにもグローバル同期は極めて重要である。すなわち、それらの装置は、ほとんどの時間では「スリープ」モードにあり、データを転送するために「起動される」ときに同期すべきである。起動時刻が非同期である場合には、それらの装置間のパケットの伝搬が遅れる。それらの装置がセンサを含む場合には、読み取られたデータが正確なグローバル時間を含み、イベントの時系列を判定できるようにすることが重要である。カーベロスのような、タイムスタンプのある認証チケットを生成するネットワーク認証プロトコルのためにもクロック同期が必要とされる。

ＮＴＰおよびＳＮＴＰのようなクロック同期プロトコルが、インターネットおよび分散システムのような従来のネットワークの場合によく知られている。D. Mills、Z. Yang、T. Marsland(Eds.)「Internet Time Synchronization: The Network Time Protocol (NTP) Global States and Time in Distributed Systems」（IEEE Computer Society Press. 1991）、D. Mills「Internet Time Synchronization: The Network Time Protocol Global States and Time in Distributed Systems」（IEEE Computer Society Press. 1994）、C. Liao、M. Maronosi、D. Clark「Experience With an Adaptive Globally-Synchronizing Clock Algorithm」（Eleventh Annual ACM Symposium on Parallel Algorithms and Architectures (SPAA), 1999, pp. 106-114）、K. Arvind「Probabilistic Clock Synchronization in Distributed Systems」(IEEE Trans. parallel and Distributed Systems, vol. 5, no. 5, pp. 475-487, May 1994)、「Simple Network Time Protocol (SNTP)」（IETF RFC 2030）およびＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３標準規格を参照されたい。しかしながら、それらの複雑なプロトコルは、電力、処理およびネットワーク帯域幅のような高い資源要求に起因して、ＷＰＡＮには適していない。

無線センサネットワークのためにいくつかのクロック同期プロトコルについて述べられている。J. Elson、L. GirodおよびD. Estrin「Fine-Grained Network Time Synchronization using Reference Broadcasts」（Proceedings of the Fifth Symposium on Operating Systems Design and Implementation, December 2002）を参照されたい。Elson等は基準ブロードキャスト同期（ＲＢＳ）について述べており、それによれば、装置はビーコンメッセージを周期的にブロードキャストする。ビーコンメッセージの到着時刻は、その装置のクロックのドリフトを判定するための基準点としての役割を果たす。その方法も、正確なクロック同期を達成するために大量のメッセージが必要とされるので、資源要求が厳しい。

他のクロック同期技法が、米国特許第４，８８２，７３９号（１９８９年１１月、Richard等）、第６，６７８，５１０号（２００４年１月、Syrjarinne等）、第５，４０８，５０６号（１９９５年４月、Mincher等）、第６，６８０，９３２号（２００４年１月、Hsuan等）、第６，５３９，００４号（２００３年３月、Sawyer）および第６，６７４，７３０号（２００４年１月、Moerder等）に記載される。

この発明は、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）において装置のクロックをグローバルに同期させるための方法を提供する。

各装置は、時間読み値を与える個別のクロックを有する。この発明は、各装置上のクロックドリフトに起因する時間オフセットを補正する。

この発明による方法では、各装置は、受信された同期メッセージのタイプスタンプおよび対応するローカル時刻のテーブルを保持する。この発明の方法によれば、装置は他の装置のドリフト速度を追跡し、暗黙の時間基準を判定できるようになる。

図１に示されるように、この発明に従ってクロック１０１および１０２を同期させるために、以下の時刻が重要になる。送信機のクロック１０１の時刻ｔ１は、送信機の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層において同期メッセージが生成される時刻を指示する。そのメッセージは最初に、時刻ｔ２において物理（ＰＨＹ）層上に現われる。時刻ｔ３においてそのメッセージは受信され、時刻ｔ４において受信機のＭＡＣ層に到着する。受信機内のクロック１０２の対応する時刻はｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’である。

伝搬遅延および処理遅延がいずれもない場合には、受信機のクロックは、時刻ｔ４’において時刻ｔ１に設定されることができる。すなわち、受信機は、ドリフト値（ｔ１−ｔ４’）を加えることにより、そのクロックを時刻ｔ４’から時刻ｔ１に設定する。しかしながら、伝搬遅延および処理遅延がある場合には、受信機のクロックは、ドリフト値（ｔ４−ｔ４’）を加えることにより、ｔ４に設定されることになる。２つのドリフト値の差（（ｔ４−ｔ４’）−（ｔ１−ｔ４’））はｔ４−ｔ１である。

従って、値ｔ４−ｔ１＝（ｔ３−ｔ２）＋（ｔ２−ｔ１）＋（ｔ４−ｔ３）になる。この値は２つの主要部分を含む。第１の部分（ｔ３−ｔ２）は伝搬遅延であり、第２の部分（ｔ２−ｔ１）＋ｔ４−ｔ３は処理遅延である。

伝搬遅延は、メッセージがチャネルを通過するのにかかる時間であり、それは（ｔ３−ｔ２）である。伝搬遅延は装置間の距離に相当し、装置が固定されている場合には一定である。伝搬遅延は処理遅延に比べて小さく、測定するのが比較的容易である。ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格によれば、ＷＰＡＮ内の装置のパーソナルオペレーティングスペース（ＰＯＳ）は１０メートル以内に限定される。したがって、伝搬遅延は３３．３３ｎｓ未満である。極めて近接して配置される装置間の伝搬遅延は無視することができる。

処理遅延は２つの部分、すなわちアクセス遅延と受信遅延とを含む。アクセス遅延（ｔ２−ｔ１）は、送信機においてＭＡＣ層からＰＨＹ層にメッセージを渡すのにかかる時間であり、受信遅延は、受信機においてＰＨＹ層からＭＡＣ層にメッセージを渡すのにかかる時間である。アクセス遅延を最小限に抑えるために、時刻ｔ１およびｔ２は同じにすべきである。受信遅延を最小限に抑えるために、時刻ｔ３およびｔ４は同じにすべきである。従来技術の方法では、ＭＡＣ層においてメッセージが生成されるとき、時刻ｔ１がメッセージに加えられる。これは、時刻ｔ１を時刻ｔ２の不正確な推定値に見せかける。この発明は、同期メッセージが物理層において現われるときに、実際の時刻ｔ２の推定値を改善する。

図２は、この発明による送信機２００を示す。その送信機は、ネットワーク内の他の装置を同期させることができる、指定された「時間サーバ」装置にすることができる。その送信機は、プロセッサ２１０と、クロック２２０と、メッセージバッファ２３０と、シフトレジスタ２４０と、無線インターフェース２６０と、無線インターフェース２６０に接続されるアンテナ２５０とを備える。そのクロックは読出しおよび書込み可能であることに留意されたい。

この発明の目的を果たすために、物理層はメッセージバッファと、シフトレジスタと、無線インターフェースと、アンテナと、シフトレジスタとアンテナとの間にある任意の他のＲＦ構成要素２６１とを備える。

この発明の第１の実施の形態では、プロセッサ２１０によって、ＭＡＣ層において同期メッセージ２１１が生成され、同期メッセージ２１１はメッセージバッファ２３０に記憶される。そのメッセージ２１１は、プリアンブルと、パケットデリミタと、ペイロードとを含む。これは、ＰＨＹ層においてパケットのために定義される標準的な構造である。メッセージバッファから、そのメッセージは、シフトレジスタ２４０を通るときに１バイトだけシフトされて、無線インターフェース２６０を経由してアンテナ２５０に送られる。同期メッセージは、時間間隔Ｔ_Ｓで周期的に送信することができる。すなわち、装置は１／Ｔ_Ｓの速度で同期をとることができる。

この発明に従って同期精度を改善するために、物理層を経由してメッセージが送信されるときに、時刻ｔ１がメッセージ２１１に挿入される。これは、そのメッセージがアンテナ２５０に接続されるシフトレジスタを通るときに、時刻ｔ１を獲得するために割込みを発生させることにより果たすことができる。時刻ｔ１がそのメッセージの終了付近に配置される場合には、その時刻がメッセージに挿入される時点で、そのメッセージの大部分は既に物理層内に存在するであろう。このようにして、時刻ｔ１は時刻ｔ２に概ね等しくなり、すなわち時刻は実効的にｔ１≒ｔ２である。別法では、時刻ｔ１は、以下に説明されるように推定することができる。

図３は、別の実施の形態において、アクセス遅延を如何にしてさらに最小限に抑えることができるかを示す。同期要求（ＳｙｎｃＲｅｑ）３０１に応答して、送信機はアクセス遅延δを推定する（３１０）。その後、ＭＡＣ層においてクロック時刻ｔ１を獲得することができる（３２０）。アクセス遅延δにｔ１が加えられ（３３０）、メッセージがＭＡＣ層からＰＨＹ層に渡され（３４０）、メッセージが受信機に送信される（３５０）。この場合、時刻δ＋ｔ１≒ｔ２であり、再び所望の結果が達成される。

送信（３５０）が終了した後に、送信機は、高精度の同期が必要とされるか否かを検査することができる（３６０）。必要とされない場合には、その過程は終了する（３０２）。そうではなく、必要とされる場合には、初期メッセージの実際の時刻ｔ２を有する後続のメッセージが生成され（３７０）、ＰＨＹ層に渡され（３８０）、装置に送信され（３９０）、その過程は終了する（３０２）。この場合、受信機は、後続のメッセージにおいて送信されるような、初期メッセージの実際の時刻ｔ２に従って補償を行うことにより、そのクロックを後に調整することができる。

図４は、受信機における対応する処理を示す。ブリアンブルが受信され（４１０）、パケットデリミタが検出される（４２０）。その時点で、割込みを発生させて、クロック時刻ｔ３’が獲得する（４３０）。次に読み出されるバイトはペイロードであるので（４４０）、その時刻は受信時刻として用いられる。その後、そのメッセージはＭＡＣ層に渡される（４５０）。受信機は、受信クロックの現在時刻にｔ１−ｔ３’を加えることにより、そのクロックを調整する。

その後、受信機は、高精度の同期が必要とされるか否かを検査することができる（４６０）。必要とされない場合には、その過程は終了する（４０２）。そうではなく、必要とされる場合には、後続のメッセージを待つ（４７０）。所定の時間内に後続のメッセージが受信されない場合には（４８０）、その過程は終了する（４０２）。そうではなく、後続のメッセージが受信される場合には、受信クロックの現在時刻にｔ２−ｔ１を加えることにより、再びクロックが調整される（４９０）。

これまでの説明では、パケット内の同じバイト／シンボルオフセットにおいてタイムスタンプが獲得される。たとえば、全てのタイムスタンプが、同期または後続のメッセージのデリミタにおいて取り込まれることができる。この発明は別の拡張形態も提供し、それにより、メッセージ内の異なるバイト／シンボル境界オフセットにおいて送信機および受信機がタイムスタンプを獲得できるようになる。

送信機から受信機に送信される同期メッセージにおいて、送信機は、パケットの開始に対して獲得されたオフセットを含む。そして、受信機は後にそのオフセットを補償することができる。

図５に示されるように、送信機５０１において生成される同期メッセージ２１１に挿入される時刻は、１バイトオフセットｏ_１５１１に対応する或る時点でＰＨＹ層において獲得される。これは送信機が如何に構成され、動作するかによって決まり、それは実装形態および製造業者に特有であり得る。受信機５０２のＰＨＹ層において獲得される時刻は、或るバイトオフセットｏ_２５１２に対応する。送信機および受信機の構成および動作は互いに無関係にすることができるので、これら２つのオフセットは必ずしも同じではない。この発明の別の実施の形態では、データ速度がｋバイト／秒であるとすると、送信機および受信機のクロック間の時間オフセットは、受信クロックの現在時刻に（ｏ_２−ｏ_１）／ｋを加えることにより補償される。値ｏ_１は、送信機によって同期メッセージに挿入することができる。この値は一定であり、一度だけ送信される必要がある。

図６に示されるように、複数の装置からなるＷＰＡＮ６００は、通常、ただ１つのＷＰＡＮコーディネータ装置６０１と、複数のコーディネータ装置６０２と、端末装置６０３とを含む。このＷＰＡＮ内の同期は、複数のホップを経由してネットワークの中で同期メッセージを伝搬させることにより達成することができる。同期メッセージは、ネットワーク内の任意の装置が発信することができる。装置間のマルチホップ時間同期は、各ホップが未知の遅延を付加するので難しい。

図７は、図６の装置ＡおよびＢのクロック間のクロックドリフト誤差推定および正規化を示す。装置Ａは、時間間隔Ｔ_Ｓで周期的に一群の同期メッセージをブロードキャストする。一群の同期メッセージ間の時間間隔はＴ_Ｐであり、Ｔ_Ｐ≪Ｔ_Ｓである。

時刻Ｔ_Ａでは、装置Ａが装置Ｂに対して第１の同期メッセージをブロードキャストする。装置ＡおよびＢのクロック間の全時間同期誤差はΔＴ_１’である。それゆえ、装置ＢはそのクロックをＴ_Ｂに設定し、それはＴ_Ａ＋ΔＴ_１’に等しい。第２の同期メッセージが装置Ａによって時刻Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｐにブロードキャストされる。ここで、２回目の時間同期の場合の時間同期誤差がΔＴ_２’であるものと仮定する。したがって、そのメッセージが装置Ｂに到着するとき、装置Ｂは時刻Ｔ_Ｂ”をＴ_Ｂ”＝Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｐ＋ΔＴ_２’と推定し、一方、装置Ｂのクロックの時刻はＴ_Ｂ’＝Ｔ_Ｂ＋Ｔ_Ｐ＋ΔＴ_１２”＝Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｐ＋ΔＴ_１’＋ΔＴ_１２”である。

ここでΔＴ_１２”は、時間間隔周期Ｔ_Ｐ中に生成されるオフセットである。そのオフセットは、ＡおよびＢの関連するクロックオフセットによってのみ影響を及ぼされる。上記のことから、Δ_１２＝Ｔ_Ｂ’−Ｔ_Ｂ”＝ΔＴ_１２”＋ΔＴ_１’−ΔＴ_２’が得られる。ただし、Δ_１２はローカルクロック読み値と、同期後に設定されることになるクロック読み値との間の差である。

上記の式から、その式が２つの部分、すなわちΔＴ_１２”およびΔＴ_１’−ΔＴ_２’を含むことが明らかである。オフセットΔＴ_１２”は、同期時間中の相対的なクロックオフセットである。このオフセットは異なる装置のクロックにのみ関係する。２つの同期誤差間の差はΔＴ_１’−ΔＴ_２’である。

Ｎ個の時間同期メッセージの場合に、以下の式が得られる。
Δ_２３＝ΔＴ_２３”＋ΔＴ_２’−ΔＴ_３’
Δ_３４＝ΔＴ_３４”＋ΔＴ_３’−ΔＴ_４’
・・・
Δ_{Ｎ−１、Ｎ}＝ΔＴ_{Ｎ−１，Ｎ}”＋ΔＴ_Ｎ−１’−ΔＴ_Ｎ’

したがって、以下の式が得られる。
ΣΔ_{ｉ、ｉ＋１}＝ΣΔＴ_{i、ｉ＋１}”＋ΔＴ_１’−ΔＴ_Ｎ’（１≦ｉ＜Ｎ）

その結果を平均することにより、以下の式が得られる。
ΣΔ_{ｉ、ｉ＋１}／Ｎ＝ΣΔＴ_{i、ｉ＋１}”／Ｎ＋（ΔＴ_１’−ΔＴ_Ｎ’）／Ｎ（１≦ｉ＜Ｎ）

ΔＴ_{ｉ，ｉ＋１}”は、そのクロックのオフセットにのみ関係するので、それは定数ΔＴ”として取り扱うことができる。

したがって、以下の式が得られる。
ΣΔ_{ｉ、ｉ＋１}／Ｎ＝ΔＴ”＋（ΔＴ_１’−ΔＴ_Ｎ’）／Ｎ（１≦ｉ＜Ｎ）

上記の式から、Ｔ_Ｐが相対的に小さい、たとえば２０ｍｓ未満であると仮定するとき、Ｎを大きくすると、相対オフセットΔＴ”を実効的に推定することができる。

それゆえ、ΔＴ”の推定値がさらに正確になるように、各時間間隔Ｔ_ＳにおいてＫ個の同期メッセージ群が周期的にブロードキャストされる。ΔＴ”が推定された後に、Σ_{ｉ，ｉ＋１}Δ_{ｉ，ｉ＋１}の分布によってΔＴ_ｉ’の分布が推定される。

正規分布を用いて誤差推定値が解析される。しかしながら、他の分布を用いることもできる。

ここで、以下の式が得られる。
ΣΔ_{ｉ、ｉ＋１}＝ΣΔＴ_{ｉ、ｉ＋１}”＋ΔＴ_１’−ΔＴ_Ｎ’）（１≦ｉ＜Ｎ）
また、Ｋ回の繰返しの場合に、以下の式が得られる。
Σ_ｍ（ΣΔ_{ｉ、ｉ＋１}−ΣΔＴ_{ｉ、ｉ＋１}”）＝Σ_ｍ（ΔＴ_１ｍ’−ΔＴ_Ｎｍ’）
（１≦ｉ＜Ｎ，１≦ｍ≦Ｋ）

値Σ_ｍ（ΣΔ_{ｉ，ｉ＋１}−ΣΔＴ_{ｉ，ｉ＋１}”）は、ΔＴ”の推定値を用いて決定することができる。上記の解析によれば、ΔＴ_１ｍ’は平均μおよび分散σ^２を有する正規分布に従う。ΔＴ_１ｍ’およびΔＴ_ｎｍ”が正規分布を有し、互いに無関係である場合には、その差はμ−μ＝０の平均を有し、それらの差の分散は２σ^２である。

差ΔＴ_ｉｊが定数ΔＴ”である場合には、過去の測定値からΣ_ｍ（ΣΔ_{ｉ，ｉ＋１}−ΣΔＴ_{ｉ，ｉ＋１}”）の値を近似することにより、σの値が求められる。

図８は、図６の装置Ａ、Ｂ、ＣおよびＦ間の隣接する時間同期を示す。装置Ａが時刻Ｔ_Ａで同期メッセージをブロードキャストする。装置ＢおよびＣは、Ａに対するその距離が異なるので、異なる時刻にこのメッセージを受信する。時刻Ｔ_Ａ＋ΔＴ_ＢＡ＋δＴ_Ｂでは、装置Ｂが隣接する装置ＣおよびＦに対して、そのメッセージをブロードキャストする。ただし、ΔＴ_ＢＡは装置ＡおよびＢのクロック間のクロックドリフトの量である。

この発明では、装置ＡおよびＢのクロック間のドリフト速度、すなわちΔＴ_ＢＡ／Ｔ_Ｐは時間同期メッセージに含まれる。ただし、Ｔ_Ｐは送信同期メッセージ間の時間間隔である。これにより、装置は「隠れた」装置に同期できるようになる。たとえば、図６では、装置Ｆは、装置ＢおよびＣの両方からの同期メッセージを受信することができる。装置Ｃが何らかの理由で装置Ｂからの同期メッセージを受信しなかった場合でも、装置Ｃは、装置Ｆから受信されるメッセージに基づいて、装置Ｂのクロックに対して依然としてそのクロックを同期させることができる。なぜなら、装置Ｂのクロックのオフセット、すなわち装置Ａのクロックに対する相対的なオフセットが装置Ｆによってブロードキャストされるメッセージに含まれるためである。そのメッセージは、各回の同期を特定するために、元の同期メッセージのシーケンス番号も含む。

以下の段落は、時間サービスプロバイダから同期メッセージを受信した後に、パーソナルオペレーティングスペース（ＰＯＳ）内にある装置のクロックを同期させる方法を記載する。装置ＢおよびＣがいずれも装置Ａに対して同期するものと仮定する。装置Ｂが装置Ａから同期メッセージを受信した後に、装置Ｂは、そのＰＯＳ内にある装置ＦおよびＣに対して、そのメッセージをブロードキャストする。そのような同期メッセージを受信すると、装置Ｆおよび装置Ｃは別々にそのメッセージを処理する。

装置Ｃが装置Ｂからそのメッセージを受信するとき、装置Ｃは、装置Ｂから受信される同期メッセージに含まれるクロックドリフト速度ΔＴ_ＢＡ／Ｔ_Ｐを得る。装置Ｃにおけるクロックドリフト速度がΔＴ_ＣＡ／Ｔ_Ｐであると仮定する。その際、装置Ｂと装置Ｃとの間のドリフト速度はＴ_Ｐ＊（ΔＴ_ＣＡ／Ｔ_Ｐ−ΔＴ_ＢＡ／Ｔ_Ｐ）＝ΔＴ_ＣＡ−ΔＴ_ＢＡとして計算することができる。

ドリフト速度を知ることにより、装置Ｃのクロックと装置Ｂのクロックとを暗黙のうちに同期させることができる。また、装置Ｃと装置Ｂとの間のクロックドリフト速度は、（ΔＴ_ＣＡ／Ｔ_Ｐ）／（ΔＴ_ＢＡ／Ｔ_Ｐ）＝ΔＴ_ＣＡ／ΔＴ_ＢＡとして計算することができる。このクロックドリフト速度を用いて、装置Ｂ内のクロックの時刻が推定される。

装置Ｆが装置Ｂから同期メッセージを受信するとき、装置Ｆは、上記の手順を用いて、装置Ｂと装置Ｆとの間の時間同期誤差を判定する。装置Ｂと装置Ｆとの間のクロックドリフト速度はΔＴ_ＦＢである。ローカル誤差を加えることにより、装置Ｃと装置Ａとの間のクロックオフセットがΔＴ_ＦＢ＋ΔＴ_ＢＡとして求められる。

本明細書では、この発明がＷＰＡＮを参照しながら説明されてきたが、この発明は無線センサネットワークを含む無線リンクを含む種々の環境において具現することができる。

これまでに開示された実施の形態は互いに組み合わせることができる。この発明は、その精神または不可欠な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態において具現することができる。説明された実施の形態は全ての点で例示にすぎず、限定するものと見なされるべきではなく、それゆえ、この発明の特許請求の範囲は、これまでの説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と同等の意味および範囲内に入る全ての変更が、特許請求の範囲内に含まれることになる。

この発明による無線装置内のクロックのタイミング図である。この発明による送信機のブロック図である。この発明による送信機内のアクセス遅延時間を最小限に抑えるための方法の流れ図である。この発明による受信機内のアクセス遅延時間を最小限に抑えるための方法の流れ図である。この発明による無線インターフェースのブロック図である。この発明による無線パーソナルエリアネットワーク装置のブロック図である。この発明によるクロックドリフト誤差推定および正規化のタイミング図である。この発明によるマルチホップ時間同期のタイミング図である。

Claims

無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＭＡＣ層内にあるときに、前記同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、および
前記時刻ｔ１に、前記ＭＡＣ層から前記ＰＨＹ層に前記同期メッセージを渡すために必要とされる遅延の推定値である、アクセス遅延を加えること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
前記受信機の前記ＰＨＹ層から前記同期メッセージを受信すること、
前記時刻ｔ３’を得ること、
前記受信機の前記ＰＨＹ層から前記ＭＡＣ層に前記受信されたメッセージを渡すこと、
および
前記受信クロックの現在時刻に時間オフセットｔ１−ｔ３’を加えることにより前記受信クロックを調整すること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
前記送信機の前記ＭＡＣ層において後続のメッセージを生成すること、
該後続のメッセージに実際の時刻ｔ２を挿入すること、
前記時刻ｔ２を含む前記後続のメッセージをブロードキャストすること、
前記受信機の前記ＭＡＣ層において前記後続のメッセージを受信すること、および
前記受信クロックの前記現在時刻にｔ２−ｔ１を加えることにより前記受信クロックを調整すること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
それぞれ時間間隔Ｔ _ｐだけ分離され、それぞれ対応する時刻ｔ１を含む、複数の前記同期メッセージをブロードキャストすること、および
前記複数の時刻ｔ１から前記送信クロックと前記受信クロックとの間の時間同期誤差を推定すること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
前記複数の同期メッセージは、Ｔ_ｐ≪Ｔ_Ｓのような時間間隔Ｔ_Ｓにおいてブロードキャストされる、請求項４に記載の方法。
前記時間同期誤差の分布が判定される、請求項４に記載の方法。
前記分布は正規分布である、請求項６に記載の方法。
無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
前記送信クロックと前記受信クロックとの間のドリフト速度を判定すること、および
前記ドリフト速度に基づいて前記受信クロックを周期的に調整すること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法であって、前記送信クロックの場合、時刻ｔ１はメッセージが前記送信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、時刻ｔ２は前記メッセージが前記送信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ３は前記メッセージが前記受信機のＰＨＹ層内にある時刻であり、時刻ｔ４は前記メッセージが前記受信機のＭＡＣ層内にある時刻であり、前記送信クロックのための対応する時刻はそれぞれｔ１’、ｔ２’、ｔ３’およびｔ４’であり、該方法は、
時刻ｔ１において前記送信機の前記ＭＡＣ層で前記メッセージを生成すること、
前記メッセージが前記送信機の前記ＰＨＹ層内にあるときに、ｔ１がｔ２に概ね等しくなるように、同期メッセージに前記時刻ｔ１を挿入すること、
前記メッセージを前記受信機にブロードキャストすること、
前記メッセージ内のバイトオフセットｏ _１に対応する時刻に前記送信機において前記時刻ｔ１を得ること、
前記同期メッセージ内のバイトオフセットｏ _２に対応する時刻に前記受信機において前記時刻ｔ３’を得ること、および
前記受信クロックの前記現在時刻に（ｏ _２ −ｏ _１）／ｋ
ただし、ｋは前記同期メッセージがブロードキャストされるバイト速度である
を加えることにより前記受信クロックを調整すること
を含む、無線通信ネットワークにおいて送信機の送信クロックと受信機の受信クロックとを同期させるための方法。
前記送信機の前記ＰＨＹ層のメッセージバッファに前記メッセージを記憶すること、および
前記物理層のシフトレジスタを通る時点で１バイトだけ前記メッセージをシフトする
ことをさらに含む、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の方法。