JP4910848B2 - 通信同期方法および通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、時分割多元接続方式により複数の通信端末が通信を行う通信システムにおいて、通信の同期の基準となる基地局を持たずとも複数の通信端末間の通信を同期させることができる通信同期方法に関するもので、特に、局所解に収束して通信効率が悪化することを回避できる通信同期方法である。

基地局のような基準となる局を持たずに、複数の通信端末が時分割多元接続方式により通信を行っている場合に、通信端末間において送信タイミングの同期を取る方法として、特許文献１の方法が知られている。

特許文献１の方法では、通信端末にＩＤ番号とグループ番号を付し、そのＩＤ番号固有のタイミングで送信し、そのＩＤ番号の順に送信の順を決めている。そして、通信端末が他の通信端末の送信データを受信したときに、そのデータに含まれる端末データをもとに、受信の終了後随時、自己のタイミングを調整することで、同一のグループ番号が付された通信端末で構成されるグループ内の通信の同期を取っている。

また、各通信端末の送信タイミング（自己のスロットタイミングを基準とした、他の通信端末の送信スロットタイミングの基準からのずれ）を測定し、測定した送信タイミングの平均に合わせたり、測定した送信タイミングのうち最多のタイミングに合わせる通信同期方法も従来より検討されている。
特開２００３−１４３０５６

しかし、本発明者らは、観測した送信タイミングの平均や最多タイミングに合わせる通信同期方法では、通信端末数が多数の場合には局所解に収束してしまうことがあるのを見いだした。局所解に収束すると、どのタイミングにも同期することができない特異点が生じ、ある範囲についてはタイミングが同期していても、全体としては同期していない状態となる。このような局所解に収束した状態では、特異点付近の通信端末は通信効率が低いままとなる。

図７は、２００ｍ間隔で格子状に配設された大道と、大道間に５０ｍ間隔で配設された小道とからなる道路上に、通信範囲が半径２００ｍの通信端末である車両をランダムに配置し、１スロット長Ｔを８単位時間（通信端末の時間制御量の最小単位）とする時分割多元接続方式で各通信端末が自律的に通信する場合について、最多タイミングに合わせる通信同期方法のシミュレーションをした結果、局所解に収束した例を示している。図７では、各通信端末の送信タイミングで領域を分けて、送信タイミングの平面分布を示している。ある点を中心に放射状に領域が分割され、時計回りにＴ／８、２Ｔ／８、３Ｔ／８、・・・ の送信タイミングの領域となっていて、その領域内では各送信タイミングに同期している。そのある点はどのタイミングでも同期をとることができない特異点１となっている。このように、局所的にはタイミングが同期しているが、全体としては同期していない状態に収束している。また、特異点１付近の通信端末から見ると、他の通信端末の送信タイミングはＴ／８〜７Ｔ／８のあらゆる値であり、特異点付近は通信効率が悪い状態にある。

また、特許文献１では、上記のような局所解に収束する可能性については何も記載されていない。

そこで本発明の目的は、基準局を持たない時分割多元接続方式による通信システムにおいて、局所解に収束することを回避し、全体の通信タイミングが同期に収束する通信同期方法、および、その通信システムに用いる通信端末である。

第１の発明は、時分割多元接続方式により通信を行う複数の第１の通信端末で構成された通信システムを同期させる通信同期方法において、第１の通信端末は、他の第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで、他の第１の通信端末の送信タイミングを測定し、その測定した送信タイミングから第１制御量Δを求め、その測定した送信タイミングの分散を求め、分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して第２制御量Δ^* を決定し、データを送信する際、第２制御量Δ^* に基づき送信タイミングを変更することを特徴とする通信同期方法である。

ある通信端末のスロットタイミングとは、１フレームを複数のスロットに分割した時のスロットの先頭のタイミングである。他の端末も同様で、一般には各端末のスロットタイミングは同期していない。ここで同期とは、ある通信端末のスロットタイミングが、そのある通信端末からみた他の各通信端末のスロットタイミングと一致していることを意味し、通信システムが単位時間ごとの制御であれば、１単位時間程度の拡がりをもってスロットタイミングが一致していることを意味する。

また、他の第１の通信端末の送信タイミングは、自己のスロットタイミングを基準とした、他の通信端末の送信スロットタイミングの基準からのずれである。

送信タイミングの変更は、第１、２制御量の算出に要する時間を考慮し、１フレーム後の送信時に変更するようにしてもよい。

第１制御量は、送信タイミングの平均値や中央値を第１制御量としたり、送信タイミングのうち最も頻度の大きいタイミングを第１制御量とする、などの方法がある。

「自己の送信と所定の関係を有する」とは、自己の送信をもとに、測定した他の第１の通信端末の送信タイミングの中から特定の送信タイミングΔλを１つ選ぶことができるような関係である。

この通信システムからいくつかの通信端末が脱退したとしても、残った各通信端末において本発明の通信同期方法に従い動作するので、その残った通信端末において構成される通信システムにおいて通信は同期される。

第２の発明は、第１の発明において、第２制御量Δ^* は、Δ^* ＝αΔ＋（１−α）Δλ、ここでαは分散の関数で、分散が大きくなると０に近づき、小さくなると１に近づく関数、により決定することを特徴とする通信同期方法である。

このようにして第２制御量Δ^* を決定すると、分散が大きくなるほどΔλの配分が大きくなり、分散が小さいほどΔの配分が大きくなる。関数αは、分散がある値以上で０、ある値未満で１となる関数などを用いる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、送信タイミングΔλは、ある一定の時間λの範囲において測定した送信タイミングのうち、自己の送信に最も近い他の第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする通信同期方法である。

第３の発明は、送信タイミングΔλを定めるための所定の関係の例である。送信タイミングΔλを決めるための時間λは、１スロット長以上の任意の値でよい。自己の送信に最も近い、とは、自己の送信後からの時間間隔が最も短い（逆に言えば自己の送信前からの時間間隔が最も長い）こと、または、自己の送信前からの時間間隔が最も短い（逆に言えば自己の送信後からの時間間隔が最も長い）こと、もしくは自己の送信後からの時間間隔と自己の送信前からの時間間隔のうち最も短い方をいう。

第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、前記送信タイミングΔλは、自己の送信の直後に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミング、または、自己の送信の直前に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする通信同期方法である。

これは、第３の発明においては、時間λを自己の送信後から１フレームとして、自己の送信後からの時間間隔が最も短いのを送信タイミングΔλとする場合、または、自己の送信前からの時間間隔が最も短いのを送信タイミングΔλとした場合に相当する。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、通信システムにまだ通信を開始していない第２の通信端末が加入するとき、第２の通信端末は、第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した、第１の通信端末の送信タイミングから、第２の通信端末の第１制御量Δを求め、第２の通信端末の第１制御量に基づき送信タイミングを変更してデータを送信し通信システムに加入することを特徴とする通信同期方法である。

第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第１の通信端末が送信するデータには、次回のデータ送信時に送信タイミングをずらす量である第２制御量の情報が含まれていて、第１制御量は、前回のデータ送信時に求めた自己の第２制御量と、他の第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の第１の通信端末の送信タイミングおよび他の第１の通信端末の第２制御量と、から求め、データを送信する際、前回のデータ送信時に求めた第２制御量に基づき送信タイミングを変更すること、を特徴とする通信同期方法である。

第６の発明では、送信データに次回のデータ送信時の送信タイミング変更量である第２制御量を含ませ、各通信端末間で第２制御量をやりとりするようにしてる。また、第１制御量を求める際には、単に測定した送信タイミングから第１制御量を求めるのではなく、自己の前回求めた第２制御量、他の通信端末の送信タイミングおよび第１制御量から、１フレーム後の送信タイミングを予測し、その予測送信タイミングから第１制御量を求めるようにする。このようにすると、送信データを受信した通信端末は、あらかじめそのデータを送信した端末の次回の送信タイミングを予測することができ、衝突を起こすことなく自己の送信タイミングをどれだけずらせばよいかを推定できる。

第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、通信システムは、ガード時間より短い時間を、時間制御の最小単位である単位時間として設計され、第２制御量Δ^* は、分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して決定した値が、１単位時間以上である場合は、その決定した値を第２制御量Δ^* とし、１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第２制御量Δ^* とし、１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第２制御量Δ^* を０とする、ことを特徴とする通信同期方法である。

この第７の発明では、通信システムが単位時間ごとの制御であるから、第２制御量Δ^* が整数値でない場合には、小数点以下を切り捨て、四捨五入、切り上げ等して整数値とし、その整数値をもってタイミングを制御する。

第１制御量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合の第２制御量を、ガード時間未満の時間としたのは、ガード時間以上とすると、データパケットの衝突防止のために、伝搬遅延や処理遅延などを考慮してガード時間を設定した趣旨に反することになるからである。すなわち、完全に同期がとれている通信端末の集団に属している通信端末が、ガード時間以上に送信タイミングをずらすと、衝突が発生する可能性がある。また、この衝突を防止しようとすると、他の通信端末は、空きスロットを挿入するなどの操作が必要となり、著しくその集団の安定した同期状態を乱すことになり、望ましくない。ガード時間未満の時間であれば任意の時間でよく、たとえば、ガード時間が３単位時間であれば、第２制御量として１単位時間または２単位時間を設定できる。

第８の発明は、時分割多元接続方式により通信を行う通信端末において、通信端末は、送信データを送信するデータ送信手段と、他の通信端末の送信データを１フレームの間受信するデータ受信手段と、データ受信手段により受信した他の通信端末の送信データの受信タイミングから各通信端末の送信タイミングを決定する送信タイミング決定手段と、送信タイミング決定手段により求めた各通信端末の送信タイミングと、他の通信端末の送信データに含まれた各通信端末の第２制御量から、自己の第１制御量Δを決定する第１制御量決定手段と、送信タイミング決定手段により求めた各通信端末の送信タイミングの分散を求める分散算出手段と、分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して第２制御量Δ^* を決定する第２制御量決定手段と、第２制御量決定手段により求めた第２制御量Δ^* に基づき自己の通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、を有することを特徴とする通信端末である。

第９の発明は、第８の発明において、第２制御量決定手段は、Δ^* ＝αΔ＋（１−α）Δλ、ここでαは分散の関数で、分散が大きくなると０に近づき、小さくなると１に近づく関数、により第２制御量Δ^* を決定することを特徴とする通信端末である。

第１０の発明は、第８の発明または第９の発明において、送信タイミングΔλは、ある一定の時間λの範囲において測定した送信タイミングのうち、自己の送信に最も近い他の第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする通信端末である。

第１１の発明は、第８の発明から第１０の発明において、送信タイミングΔλは、自己の送信の直後に測定される他の第１の通信端末の送信タイミング、または、自己の送信の直前に測定される他の第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする通信端末である。

第１２の発明は、第８の発明または第１１の発明において、次回のデータ送信時の送信タイミングを変更する量である第２制御量の情報が含まれた送信データを送信するデータ送信手段と、送信タイミング決定手段により求めた各通信端末の送信タイミングと、他の通信端末の送信データに含まれた各通信端末の第２制御量と、前回のデータ送信時に求めた自己の第２制御量Δ^* とから、自己の通信端末の第１制御量を決定する第１制御量決定手段と、第２制御量決定手段により前回のデータ送信時に求めた第２制御量Δ^* に基づき自己の通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、を有することを特徴とする通信端末である。

第１３の発明は、第８の発明から第１２の発明において、第２制御量決定手段は、分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して決定した値が、１単位時間以上である場合は、その決定した値を第２制御量Δ^* とし、１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第２制御量Δ^* とし、１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第２制御量Δ^* を０とする、ことを特徴とする通信端末である。

第１〜４の発明では、第１制御量をそのまま用いるのではなく、分散の値が大きい場合にはある特定の通信タイミング（たとえば、直近の送信タイミング）に配分を大きくして、分散の値が小さい場合には第１制御量の配分を大きくして第２制御量を決定し、第２制御量に基づき送信タイミングを変更している。一時的にはある特定の送信タイミング側に送信タイミングがずれてしまうが、それによって局所解に収束することを回避することができ、全体の送信タイミングは同期に向かって収束することになる。その結果、通信効率のより良い通信システムを構成することができる。

また、第５の発明によると、効率よく通信に加入することができ、第６の発明によると、１フレーム後の通信状態を予測しながら通信タイミングを制御することができるので衝突を起こすことなく通信を同期することができる。

また、第７の発明では、１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合には、その同期しない送信タイミングの方向にガード時間未満の時間、強制的に送信タイミングを移動させる。したがって、大多数は通信が同期しているが、同期から外れた通信端末がいくつか存在するような場合（たとえば、多数の通信端末からなる２つの集団が重なりつつある場合）などでも、急速に同期に向かって収束させることができる。

また、第８〜１３の発明による通信端末を用いることで、局所解に収束して特異点付近の通信効率が悪化することを回避し、全体のスロットタイミングを自律的に同期することが可能な通信システムを構成することができる。特に第１２の発明によると通信の衝突が防止された通信システムを構成でき、第１３の発明によると、多数の通信端末からなる２つの集団が重なりつつある場合などにおいても同期に至るまでの収束時間が短い通信システムを構成できる。

以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１は、通信の同期の際に基準となるような基地局を持たずに、複数の通信端末が時分割多元接続方式により通信している場合に、その通信を同期させる方法である。通信端末がデータを送信していない間は、受信状態にあるものとする。また、この通信システムでは、単位時間ごとに時間を制御するように設計されている。また、フレーム長およびスロット長は特定の値に固定されて、各スロットにはガード時間が設けられて、その長さは１単位時間より長い時間である。ガード時間は、伝搬遅延や処理遅延などを考慮して設けられた時間である。

図５（ａ）は、スロット分割の例を示す。送信から次の送信までの時間間隔Ｔ１が１フレーム長、１フレーム長は、一定の時間間隔Ｔで各スロットに分割されていて、Ｔが１スロット長である。図５（ｃ）は、１スロット長Ｔが８単位時間で構成され、１単位時間はτ、ガード時間Ｔ２は２単位時間とした場合の例である。

各通信端末は、第２制御量を求め、その第２制御量分送信タイミングを変更することで送信タイミングの同期を図っていて、図１のフローチャートは、そのタイミングの同期手順を示している。以下、このフローチャートに基づき実施例１の通信同期方法について説明する。

通信端末は、自己のデータ送信後、１フレームの間、他の受信しうるすべての通信端末の送信データを受信し、それらの送信タイミングと第２制御量Δ^* を測定する（ステップ１０）。ここで、送信タイミングは、自己の１スロット長を基準とし、他の通信端末が基準となる１スロット長のどのタイミングで送信されたかを示すものであり、言い換えれば、自己のスロットタイミングからの他の通信端末の送信スロットタイミングのずれである。

自己の送信タイミングが図５（ａ）であり、他の通信端末Ａ、Ｂ、Ｃの送信が図５（ｂ）の状態である場合、通信端末Ａ、Ｂ、Ｃの送信タイミングは、図５におけるＴａ、Ｔｂ、Ｔｃである。図５（ｃ）のように、１単位時間がτであるとき、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃがτより小さい場合が、通信端末Ａ、Ｂ、Ｃの送信タイミングと自己の送信タイミングが同期している場合である。

次に、測定した他の通信端末の第２制御量Δ^* と、通信端末自身の第２制御量Δ^* _i を用いて、測定した他の通信端末の送信タイミングを補正し、１フレーム後の他の通信端末の送信タイミング（以下、予測送信タイミング）を求める（ステップ１２）。つまり、予測送信タイミングとは、自己の１フレーム後の送信タイミングを基準として見た、１フレーム後に予測される通信端末の送信スロットタイミングである。たとえば、自己の第２制御量が２Ｔ／１０（Ｔは１スロット長）で、測定したある通信端末の送信タイミングが３Ｔ／１０で、そのある通信端末の第２制御量がＴ／１０であれば、その通信端末の予測送信タイミングは３Ｔ／１０＋Ｔ／１０−２Ｔ／１０＝２Ｔ／１０となる。

次に、予測送信タイミングから、第１制御量Δと予測送信タイミングの分散σ² を求める（ステップ１３）。第１制御量の求め方としては、予測送信タイミングの平均値（相加平均、相乗平均、調和平均など）や中央値を第１制御量としたり、予測送信タイミングのうち最も頻度の大きいタイミングを第１制御量とする、などの方法がある。

ステップ１２、１３は、実際に１フレームの間測定したあとで実行する必要はなく、データ受信のたびに予測送信タイミングを求めて、随時第１制御量Δと分散σ² を修正し、その時点での第１制御量Δと分散σ² を求めるようにしてもよい。

次に、第１制御量Δ、直近の送信タイミングΔλ、分散σ² から第２制御量Δ^* _i+1 を求める（ステップ１４）。ここで直近の送信タイミングとは、ある時間λの範囲において測定した他の通信端末の送信タイミングのうち、もっとも自己の送信に近い他の通信端末の送信タイミングである。また、自己の送信に近いとは、ある他の通信端末の送信から自己の送信までの時間間隔が短いことであってもよいし、自己の送信からある他の通信端末の送信までの時間間隔が短いことであってもよいし、その両方であってもよい。λは１スロット長以上の任意の時間でよい。直近の送信タイミングの例としては、自己の直後に送信した他の通信端末の送信タイミングや、自己の直前に送信した他の通信端末の送信タイミングなどである。

自己の送信が図６（ａ）、それに対して、他の通信端末Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの通信タイミングが図６（ｂ）のようにＴｄ、Ｔｅ、Ｔｆ、Ｔｇ、Ｔｈ、Ｔｉである場合、自己の次に送信した他の通信端末の送信タイミングは、通信端末Ｇの送信タイミングＴｇであり、自己の直前に送信した他の通信端末の送信タイミングは、通信端末Ｆの送信タイミングＴｆである。

また、λ１を自己の送信終了後から４スロット長とし、自己の送信からある他の通信端末の送信までの時間間隔の短さをもとに自己の送信との近さと決めると、λ１の範囲における送信は通信端末Ｇと通信端末Ｈであり、そのうち自己の送信から通信端末Ｇ、Ｈの送信までの時間間隔の最も短いのは通信端末Ｇであるから、直近の送信タイミングΔλはＴｇである。一方、ある他の通信端末の送信から自己の送信までの時間間隔の短さをもとに自己の送信との近さと決めると、λ１の範囲において時間間隔の最も短いのは通信端末Ｈであり、直近の送信タイミングΔλはＴｈである。

また、λ２を自己の送信から６スロット前から１スロット前までの５スロット長とし、自己の送信からある他の通信端末の送信までの時間間隔の短さをもとに自己の送信との近さと決めると、λ２の範囲における送信は通信端末Ｄ、Ｅ、Ｆであり、そのうち自己の送信から通信端末Ｄ、Ｅ、Ｆの送信までの時間間隔の最も短いのは通信端末Ｄであるから、直近の送信タイミングΔλはＴｄである。一方、ある他の通信端末の送信から自己の送信までの時間間隔の短さをもとに自己の送信との近さと決めると、λ２の範囲において時間間隔の最も短いのは通信端末Ｆであり、直近の送信タイミングΔλはＴｆである。

第２制御量Δ^* _i+1 は、Δ^* _i+1 ＝αΔ＋（１−α）Δλによって求める。ここでαは分散σ² の関数であり、分散σ² が小さいほど１に近づき、分散が大きいほど０に近づく関数である。このような関数αの例としては、α＝１（０≦σ² ≦σ² ₀）、０（σ² ₀≦σ² ）（σ² ₀はある特定の値）や、α＝１−σ² ／σ² _max （σ² _max は、分散σ² の最大値）などである。

なお、直近の送信タイミングに限らず、自己の送信と所定の関係を有する他の通信端末の送信タイミングを送信タイミングΔλとしてもよい。要は、自己の送信をもとに、他の通信端末の送信タイミングの中から特定の通信タイミングを選ぶ方法であればよい。

次に、前回の制御同期において求めた第２制御量Δ^* _i に基づいて、送信タイミングを変更してデータを送信する。このとき、送信データに、次の制御同期において現実にタイミングをずらすための第２制御量Δ^* _i+1 の情報を含ませる（ステップ１６）。

次に、Δ^* _i にΔ^* _i+1 の値を代入し、ｉにｉ＋１を代入し（ステップ１８）、ステップ１０へ戻る。

この通信同期方法によると、分散σ² が大きい場合には、第２制御量におけるΔλの配分が大きいため、直近の送信タイミングの方へ送信タイミングが移動する。また、分散σ² が小さい場合には、第２制御量における第１制御量Δの配分が大きいため、送信タイミングが第１制御量、つまり、他の通信端末の送信タイミングの平均値や最多のタイミングの方へ送信タイミングが移動する。そのため、分散σ² が大きい場合には同期から外れる通信端末が増加するが、次第に分散σ² は小さくなり、送信タイミングは第１制御量に合わせる方向に移動する。この一時的な同期からのずれによって局所解への収束が回避され、通信全体が同期する最適解へと収束させることができる。

また、送信データに次回送信時の送信タイミングの変更量である第２制御量を含めることで、通信端末は１フレーム後の通信の状態を把握できるため、通信の衝突を回避しつつ同期をとることができる。

図２のフローチャートは、実施例２の通信同期方法における同期手順について説明するものである。実施例２の通信同期方法は、実施例１における第２制御量の求め方（ステップ１４）をステップ２４、２５に変更したものであり、それ以外のステップについては実施例１と同じである。以下、ステップ２４、２５について説明する。

通信端末は、ステップ１４と同様にして、第１制御量Δ、直近の送信タイミングΔλ、分散σ² からδ＝αΔ＋（１−α）Δλを求める（ステップ２４）。

次に、｜δ｜≧１単位時間であれば、Δ^* _i+1 ＝δ、｜δ｜＜１単位時間でかつ自己の送信タイミングと異なる他の通信端末の送信タイミングを測定した場合（他の通信端末の大多数は自己の送信タイミングと同期しているが、いくつかは同期していない場合）は、Δ^* _i+1 ＝１単位時間、｜δ｜＜１でかつ自己の送信タイミングと異なる他の通信端末の送信タイミングを測定しなかった場合（つまり、通信が完全に同期している場合）は、Δ^* _i+1 ＝０、として第２制御量Δ^* _i+1 を決定する（ステップ２５）。

このようにして決定した第２制御量Δ^* _i+1 に基づき通信タイミングを制御すると、他の通信端末の大多数は自己の送信タイミングと同期しているが、いくつかは同期していない場合であっても、全体の通信タイミングを急速に同期させることができる。

たとえば、多数の通信端末からなる２つの集団Ａ、Ｂが移動により重なりつつあり、集団内での通信タイミングは同期している場合には、集団Ａのある特定の通信端末は、大多数の集団Ａに属する他の通信端末の送信タイミングと、少数の集団Ｂに属する通信端末の送信タイミングを測定することになる。この時、集団Ａのある特定の通信端末は、集団Ｂの送信タイミングに向けて第２制御量（＝１単位時間）分強制的にタイミングを移動させる。集団Ａの他の通信端末も、この強制的なタイミングの変更にひきずられて集団Ｂの送信タイミングに向けて送信タイミングを移動させる。一方、その少数の集団Ｂに属する通信端末は、大多数の集団Ｂに属する他の通信端末の送信タイミングと、少数の集団Ａに属する通信端末の送信タイミングを測定することになり、集団Ａの送信タイミングに向けて第２制御量（＝１単位時間）分強制的にタイミングを移動させることになる。その結果、集団Ａ、Ｂの通信タイミングは相互に接近し、急速に２つの集団の全体の通信タイミングが同期することとなる。

この実施例２では、｜δ｜＜１単位時間でかつ自己の送信タイミングと異なる他の通信端末の送信タイミングを測定した場合にΔ^* _i+1 ＝１単位時間としているが、Δ^* _i+1 はガード時間未満の任意の時間でよい。たとえば、ガード時間が３単位時間であれば、Δ^* _i+1 を１単位時間としてもよいし、２単位時間としてもよい。

実施例３では、実施例２の通信同期方法にしたがって通信している複数の通信端末からなるグループに、まだ通信を開始していないある通信端末（以下通信端末Ｘ）が新規に加入する方法について説明する。

図３は、その加入方法に関するフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って加入方法を説明する。

通信に加入したい通信端末Ｘは、ある時点から１フレームの間、他の複数の受信しうるすべての通信端末の送信データを受信し、それらの送信タイミングと第２制御量Δ^* を測定する（ステップ３０）。第２制御量Δ^* を用いて予測送信タイミングを求める（ステップ３２）。予測送信タイミングから、空きスロット（送信間隔が１スロット長よりも長い区間）の特定と、通信端末Ｘ自身の第１制御量Δを求める（ステップ３４）。次に、空きスロットに第１制御量Δ分送信タイミングを変更してデータを送信、つまり、通信に加入する。このとき、送信データに第２制御量Δ^* ₀ ＝０という情報を含ませる（ステップ３６）。その後、図２のステップ１０へ移行する。

以上の方法によると、衝突を起こすことなく通信に加入し、実施例２の通信同期方法に移行することができる。なお、実施例１の通信同期方法にしたがって通信している複数の通信端末からなるグループへの加入にも、上記方法を適用できる。

実施例４は、実施例２、３の通信同期方法に用いる通信端末であり、図４はその通信端末の構成を示すブロック図である。受信装置２００、ＣＰＵ２０１、記憶装置２０２、送信装置２０３により構成され、記憶装置２０２には、実施例２、３の通信同期方法を実現する制御プログラムが記憶されている。データ送信手段は、送信装置２０３およびステップ１６、３６の処理手順、データ受信手段は受信装置２００、送信タイミング決定手段は、ステップ１０、３０の処理手順、第１、２制御量決定手段は、ステップ１３、２４、２５、３２、３４の処理手順、送信タイミング変更手段は、ステップ１６、３６で実現される。

この通信端末の動作について以下で説明する。
通信端末は記憶装置２０２に記憶された１フレーム長、１スロット長で時分割多元接続方式により通信を行う。また、データを送信していないときは、データを受信する。ステップ１０、３０の処理は、受信装置２００により受信したデータを制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。また、ステップ１２、３２の処理は、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。同じく、ステップ１３、２４、２５、３４の処理は、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。ステップ１６、３６の処理は、制御プログラムに基づくＣＰＵ２０１での処理と、送信装置２０３により処理される。ステップ１８の処理もまた、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。また、記憶装置２０２は、各ステップにおいて使用される送信タイミング、第１制御量、第２制御量、予測送信タイミングを記憶しておくためにも用いる。

また、この実施例４の通信端末は、制御プログラムとして実施例１の通信同期方法を実現するものとし、第１、２制御量決定手段を、ステップ１３、１４の処理手順とし、ステップ１３、１４の処理を制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理するようにすれば、実施例１の通信同期方法に用いる通信端末とすることができる。

実施例１〜４では、送信データに第２制御量を含めることで通信の衝突を防止しているが、これは必ずしも必要ではない。送信データに第２制御量を含めず、測定した送信タイミングから直接に第１制御量、分散を求めても、局所解への収束を回避することはできる。

本発明の通信同期方法は、車車間通信などに用いることができる。

実施例１の通信同期方法における同期手順を示すフローチャート。 実施例２の通信同期方法における同期手順を示すフローチャート。 実施例３の通信への加入手順を示すフローチャート。 実施例４の通信端末の構成を示すブロック図。 スロット分割の例を示す図。 自己の送信と他の通信端末の送信の例を示す図。 局所解に収束した例を示す通信タイミングの平面分布図。

符号の説明

２００：受信装置
２０１：ＣＰＵ
２０２：記憶装置
２０３：送信装置

Claims (13)

1. 時分割多元接続方式により通信を行う複数の第１の通信端末で構成された通信システムを同期させる通信同期方法において、
   前記第１の通信端末は、
   他の前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで、他の前記第１の通信端末の送信タイミングを測定し、
   その測定した前記送信タイミングから第１制御量Δを求め、
   その測定した前記送信タイミングの分散を求め、
   前記分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、前記分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の前記第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して第２制御量Δ^* を決定し、
   データを送信する際、前記第２制御量Δ^* に基づき送信タイミングを変更すること、
   を特徴とする通信同期方法。
2. 前記第２制御量Δ^* は、
   Δ^* ＝αΔ＋（１−α）Δλ、ここでαは分散の関数で、分散が大きくなると０に近づき、小さくなると１に近づく関数、
   により決定することを特徴とする請求項１に記載の通信同期方法。
3. 前記送信タイミングΔλは、ある一定の時間λの範囲において測定した前記送信タイミングのうち、自己の送信に最も近い他の前記第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信同期方法。
4. 前記送信タイミングΔλは、自己の送信の直後に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミング、または、自己の送信の直前に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の通信同期方法。
5. 前記通信システムに、まだ通信を開始していない第２の通信端末が加入するとき、
   前記第２の通信端末は、前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した、前記第１の通信端末の送信タイミングから、前記第２の通信端末の前記第１制御量Δを求め、
   第２の通信端末の前記第１制御量に基づき送信タイミングを変更してデータを送信し通信システムに加入することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の通信同期方法。
6. 前記第１の通信端末が送信するデータには、次回のデータ送信時に送信タイミングをずらす量である前記第２制御量の情報が含まれていて、
   前記第１制御量は、前回のデータ送信時に求めた自己の前記第２制御量と、他の前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の前記第１の通信端末の送信タイミングおよび他の前記第１の通信端末の第２制御量と、から求め、
   データを送信する際、前回のデータ送信時に求めた前記第２制御量に基づき送信タイミングを変更すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の通信同期方法。
7. 前記通信システムは、ガード時間より短い時間を、時間制御の最小単位である単位時間として設計され、
   第２制御量Δ^* は、前記分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、前記分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の前記第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して決定した値が、
   １単位時間以上である場合は、その決定した値を第２制御量Δ^* とし、
   １単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第２制御量Δ^* とし、
   １単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第２制御量Δ^* を０とする、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の通信同期方法。
8. 時分割多元接続方式により通信を行う通信端末において、
   前記通信端末は、
   送信データを送信するデータ送信手段と、
   他の前記通信端末の送信データを１フレームの間受信するデータ受信手段と、
   前記データ受信手段により受信した他の前記通信端末の送信データの受信タイミングから各前記通信端末の送信タイミングを決定する送信タイミング決定手段と、
   前記送信タイミング決定手段により求めた各前記通信端末の送信タイミングと、他の前記通信端末の送信データに含まれた各前記通信端末の第２制御量から、自己の第１制御量Δを決定する第１制御量決定手段と、
   前記送信タイミング決定手段により求めた各前記通信端末の送信タイミングの分散を求める分散算出手段と、
   前記分散の値が小さい場合は、前記第１制御量Δの影響を大きくし、前記分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の前記第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように、第２制御量Δ^* を決定する第２制御量決定手段と、
   前記第２制御量決定手段により求めた第２制御量Δ^* に基づき自己の前記通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、
   を有することを特徴とする通信端末。
9. 前記第２制御量決定手段は、
   Δ^* ＝αΔ＋（１−α）Δλ、ここでαは分散の関数で、分散が大きくなると０に近づき、小さくなると１に近づく関数、
   により第２制御量Δ^* を決定することを特徴とする請求項８に記載の通信端末。
10. 前記送信タイミングΔλは、ある一定の時間λの範囲において測定した前記送信タイミングのうち、自己の送信に最も近い他の前記第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の通信端末。
11. 前記送信タイミングΔλは、自己の送信の直後に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミング、または、自己の送信の直前に測定される他の前記第１の通信端末の送信タイミングであることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の通信端末。
12. 次回のデータ送信時の送信タイミングを変更する量である第２制御量の情報が含まれた送信データを送信するデータ送信手段と、
    前記送信タイミング決定手段により求めた各前記通信端末の送信タイミングと、他の前記通信端末の送信データに含まれた各前記通信端末の第２制御量と、前回のデータ送信時に求めた自己の前記第２制御量Δ^* とから、自己の前記通信端末の第１制御量を決定する第１制御量決定手段と、
    前記第２制御量決定手段により前回のデータ送信時に求めた第２制御量Δ^* に基づき自己の前記通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、
    を有することを特徴とする請求項８または請求項１１に記載の通信端末。
13. 前記第２制御量決定手段は、
    前記分散の値が小さい場合は、第１制御量Δの影響を大きくし、前記分散の値が大きい場合は、自己の送信と所定の関係を有する他の前記第１の通信端末の送信タイミングΔλの影響を大きくするように配分して決定した値が、
    １単位時間以上である場合は、その決定した値を第２制御量Δ^* とし、
    １単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第２制御量Δ^* とし、
    １単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第２制御量Δ^* を０とする、
    ことを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の通信端末。