JP4928864B2 - ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、子機での電力消費を抑えながら親機との間で同期を確立してパケット通信を行うに好適なネットワークシステムに関する。

地滑り観測や積雪・降雨量観測等を行うシステムにおいては、そのセンサユニットを山奥等の電源設備のない場所に設置することが多い。これ故、電池を上記センサユニットの駆動源として組み込むと共に、このセンサユニットと親機や最寄りの中継器との間で無線通信によりデータ通信するように構成することが多い。またセンサユニットにはデータロガーが組み込まれ、例えば一定期間に亘る観測データを蓄積する機能を備えることから、管理センタにおいては、専ら、親機や、更には中継器を介してセンサユニットを所定の周期でアクセスし、上記センサユニットによる観測データを定期的に収集するように構成される。

そこで従来においては、例えばセンサユニットの無線通信機能を前記親機や中継器との定期的な通信時だけ作動させることで省電力化を図り、その駆動源である電池の寿命を延ばすことが試みられている（例えば特許文献１,２を参照）。
特開平９−３５１７０号公報 特開平７−２２１７４３号公報

しかしながら上記特許文献１,２に紹介されるように、従来においてはセンサユニット（子機）側において所定の周期で間欠的に送受信機を動作させ、親機や中継器側からのキャリア信号を検出し得るか否かを判定し、これによって親機や中継器側からのアクセスがあるか否かを検出しているだけである。この為、センサユニットにおいては親機や中継器からのアクセスに伴うキャリア信号の到来タイミングを見込んで、上記送受信機の動作時間を長く設定する必要がある。しかもセンサユニットは、親機や中継器側とは独立な発振器を用いて内部基準クロックを生成し、この内部基準クロックを用いてその動作タイミングを管理しながら動作するだけなので、例えば発振器の個体性や温度変化に起因する上記内部基準クロックの誤差や変動に伴って、次第に上記親機や中継器側との同期がずれる等の不具合がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、親機や中継器側の動作タイミングに精度良く同期させてセンサユニット（子機）の動作を制御することができ、更には間欠的にデータ通信を行う送受信機（通信機能）の作動時間を必要十分に短くして省電力化を図り、その駆動源である電池の寿命を延ばすことのできるネットワークシステムを提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るネットワークシステムは、親機からの周期的なアクセスを受ける子機において上記親機とは独立にデータ通信用の時間窓を設定し、この時間窓以外においては前記親機との間のデータ通信機能を休止（停止）させることで子機の省電力化を図ったものであって、
前記親機は、
<ａ１> 該親機の基準タイミングに同期させて、上記基準タイミングからの時間情報を有する複数のタイミングパケットを順次子機に向けて送信すると共に、
<ａ２> 子機から上記タイミングパケットの受信確認が返送された後には、前記基準タイミングに同期させて上記子機へのアクセス・タイミングを周期的に設定して該子機との間でパケット通信を実行する機能を備え、
一方、前記子機は、
<ｂ１> 前記親機とは独立に該親機からのタイミングパケットを受信する為の第１の時間窓を生成し、
<ｂ２> 上記第１の時間窓にてタイミングパケットを受信したとき、その受信確認信号を前記親機に返送すると共に、
<ｂ３> 受信したタイミングパケットの時間情報と該タイミングパケットの受信タイミングとから前記第１の時間窓に代えて前記親機のアクセス・タイミングに同期する、例えば前記第１の時間窓よりも時間幅の短い第２の時間窓を生成する機能を備えることを特徴としている。

ちなみに前記子機は、電池を駆動源として作動するものであって、前記親機とは独立に生成した内部基準クロックを計数して前記第１および第２の時間窓の生成タイミングをそれぞれ規定すると共に、上記各時間窓の設定期間にだけ前記親機との間の通信機能を作動させ、前記時間窓の設定期間以外においては上記通信機能を停止させることで省電力化を図るように構成される。

また本発明に係るネットワークシステムは、更に前記子機が有する機能として、
<ｃ１> 前記第２の時間窓において受信される前記親機からの通信パケットの受信タイミングと前記第２の時間窓の生成タイミングとのずれを検出し、
<ｃ２> 検出したずれ量に応じて、例えば前記第２の時間窓の生成タイミングを規定する内部基準クロックの計数値を変更することで、前記第２の時間窓の生成タイミングを補正する補正手段を備えることを特徴としている。この際、上記ずれ量に応じて第２の時間窓の時間幅を短くすることも有用である。

上述した如く構成されたネットワークシステムによれば、親機は子機との間での同期を確立するべく、該親機の基準タイミングからの時間情報を有する複数のタイミングパケットを順次出力する。そして子機においては、前記親機の基準タイミングとは独立に前記親機からのタイミングパケットを受信する為の第１の時間窓を一定の周期として設定し、この第１の時間窓にて前記タイミングパケットを受信したとき該タイミングパケットが有する時間情報とその受信タイミングがわかるので、上記第１の時間窓の生成タイミングと前記親機の基準タイミングとのずれを正確に求めることができる。そしてこのタイミングのずれに応じて前記第１の時間窓に代えて前記親機のアクセス・タイミングに同期する第２の時間窓を生成するので、親機との間の同期を容易に確立することができる。

この結果、子機においては、親機から子機へのアクセスタイミングに合わせた第２の時間窓を設定して親機からの通信パケットを待ち受け、該親機との間でパケット通信を行うことが可能となるので、第２の時間窓の時間幅をパケット通信に必要十分な程度まで狭くすることができる。つまり子機は、その動作タイミングを親機の基準タイミングに合わせ込んで同期を確立するので、例えば親機および子機間の基準クロックのずれ（誤差）に起因するパケットの通信タイミングの揺らぎが存在する場合であっても、その揺らぎを見込んだ時間幅の第２の時間窓を設定することで、親機からの通信パケットを確実に受信することができる。従って単に所定の周期毎に時間窓を設定して親機からのアクセスを待ち受ける場合に比較して、該通信機能の待機時間を十分に長くすることができる。この結果、子機における省電力効果を高めてその駆動源である電池の寿命を十分に長くすることができる。

また前記第２の時間窓は、親機とは独立に子機が生成する内部基準クロックを計数して時間管理して設定されるものなので、内部基準クロック源である発振器の個体性に起因するタイミング誤差を含んだり、環境温度の変化等に起因する内部基準クロックの変動に伴うタイミング誤差を含む虞がある。しかし上記子機においては、前記第２の時間窓において受信される親機からの通信パケットの受信タイミングと前記第２の時間窓の生成タイミングとのずれを検出し、検出したずれ量に応じて、例えば前記第２の時間窓の生成タイミングを規定する内部基準クロックの計数値を変更し、これによって前記第２の時間窓の生成タイミングを補正するので、第２の時間窓の設定タイミングを親機から子機へのアクセスタイミングに精度良く合わせることができる。従ってその分、前記第２の時間窓の時間幅を狭くすることが可能となり、前述した省電力効果をより高めてその駆動源である電池の寿命をより更に長くすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るネットワークシステムについて説明する。
このネットワークシステムは、例えば地滑り観測や積雪・降雨量観測等を行うシステムとして好適なものであって、図１にその概念を示すように複数の観測地点にそれぞれ設置される複数の子機（センサユニット）１を、親機２との間で無線によりデータ通信するように構成される。尚、親機２と子機１との間の通信距離が長い場合には、適宜、その途中に中継器３が設けられ、この中継器３を介して親機２と子機１との間での無線によるデータ通信が行われる。

また親機１は、例えばＬＡＮ／ＷＡＮ等の通信回線４を介して管理センタ５のコンピュータ（データ収集装置）に接続されている。そして管理センタ５は上記親機１を介して複数の子機（センサユニット）１を定期的に、或いは任意のタイミングでアクセスすることにより、後述するように各子機（センサユニット）１が所定の期間に亘ってセンサ６を用いて測定し、データロガー７に蓄積した観測データを収集する。尚、親機１に通信線（有線）を介して子機１を接続することも可能である。ちなみに無線回線を介して親機２や中継器３と結ばれる子機１は、山奥等の電源設備がなく、定常的にメンテナンス等の赴くことができない場所に設置されるもので、小型で小容量の乾電池等を駆動源として動作するように構成される。

本発明はこのように構築されるシステムにおいて、特に無線回線を介して親機２や中継器３と結ばれる子機１において、親機２や中継器３からのアクセス・タイミングに同期した時間窓を設定して無線によるデータ通信（パケット通信）を実行し、上記時間窓以外においてはその通信機能を休止または停止させることで、その省電力化を図ることを特徴としている。特に子機１において親機２や中継器３との同期タイミングを高精度に確立することで前述した時間窓の時間幅を十分に狭く設定し、省電力効果を高めることを特徴としている。

尚、ここでは子機１と親機２との間での無線によるデータ通信（パケット通信）を行う際の同期確立を例に説明するが、子機１と中継器３との間でデータ通信（パケット通信）や、中継器３と親機２との間でのデータ通信（パケット通信）を行う際の同期確立も同様に実行される。ちなみに子機１と中継器３との間で同期を確立する場合には、後述する説明において親機２を中継器３と読み替えれば良く、また中継器３と親機２との間で同期を確立する場合には、後述する説明において子機１を中継器３と読み替えれば良い。

さて複数の子機１は、基本的には各種のセンサ６と、これらのセンサ６を介して逐次検出（観測）される情報（検出・観測データ）を所定の期間に亘って順次記録するデータロガー７とを備えて構成される。そして前記管理センタ５は、親機２を介して複数の子機１をそれぞれ個別に所定の周期で順次アクセスし、各子機1がそれぞれ所定の期間に亘って測定してデータロガー７に蓄積した観測データを各子機１から順に収集するように構成される。尚、管理センタ５による各子機１からのデータ収集は、例えば３０分毎、１時間毎、３時間毎、半日毎、１日おき等の予め任意に設定した周期で行われる。

一方、親機２は、子機１との間で互いに同期したタイミングでの無線通信路を確保するべく、後述するようにタイミングパケットを発生し、子機１にタイミング同期の確立を促す機能を備える。そして子機１からタイミングパケットの受信確認を示すＡＣＫ信号が返送されたとき、親機２は子機１が同期を確立したと看做している。更に親機１は、例えば子機１を１２８秒毎に周期的にアクセスし、該子機１との間で定期的なパケット通信を実行することで、子機１との間の無線通信路が正常に確保されている否か、更にはその駆動源である乾電池が消耗していないか等を定期的にモニタ（監視）する機能を備えている。

そして管理センタ５からデータ収集の要求が発せられたとき、親機２はこれを受けて子機１に対してデータ収集コマンドを出力し、前述したデータロガー７に蓄積した観測データを各子機1からそれぞれ収集する。このデータ収集コマンドの出力は、例えば親機２において１秒周期として設定された、後述する基準タイミングに同期したタイミングで行われる。従って管理センタ５からデータ収集の要求が与えられたタイミングから、遅くとも１秒以内に子機１に対してデータ収集コマンドが発せられる。そして前述したデータロガー７に蓄積された観測データの親機２への転送が行われることになる。

このようなネットワークシステムを構築する子機1および親機２は、概略的には図２に示すように構成される。親機２は、例えば大容量の直流１２Ｖバッテリ２１を駆動源として動作するもので、子機１との間で無線によるパケット通信を行う送受信部２２と、この送受信部２２を介して子機１に送るべきデータを入力する送信データ入力部２３、および送受信部２２を介して子機１から受け取ったデータを情報処理するデータ管理部２４とを備える。

また親機２は、例えばマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）により構成されて、前記送受信部２２を介する子機１との情報通信等を制御する制御装置２５を備える。この制御装置２５は、水晶振動子を発振素子とするクロック発振器２６が生成する、例えば３２.７６８ｋＨzの基準クロックに基づいて通信制御を実行するもので、上記基準クロックを計数して各種の動作タイミング信号を生成する動作タイミング制御部２５ａと、この動作タイミング制御部２５ａの制御の下で後述するタイミングパケットを生成するタイミングパケット発生部２５ｂと、前記動作タイミング制御部２５ａの制御の下で子機１と間のパケット送信を制御するパケット通信制御部２５ｃとを備える。

上記タイミングパケット発生部２５ｂは、子機１とのパケット通信に先立って、親機２の全体的な動作を規定する、例えば１秒周期の基準タイミングに同期させて、上記基準タイミングからの時間情報を有する複数のタイミングパケットを、上記基準タイミングよりも短い一定の周期ｔで順に生成する役割を担う。具体的には１００ｍ秒の周期で時間幅６０ｍ秒のタイミングパケットを繰り返し発生し、これを前記送受信部２２を介して子機１に送信する。このタイミングパケットの送信は、子機１からタイミングパケットの受信を示す受信確認信号（ＡＣＫ）が返送されるまで繰り返し実行される。

ちなみに上記基準タイミングからの時間情報を有するタイミングパケットは、例えばその発生序列を番号を付したものからなる。従ってタイミングパケットに付された番号から、例えばｎ番目のタイミングパケットであるならば、上記基準タイミングから（ｎ−１）ｔ秒後に生成したタイミングパケットであることが示される。尚、タイミングパケット自体に、前記基準タイミングからの経過時間情報（パケット生成時間情報）を直接載せることも勿論可能である。

そして親機２は、上記子機１からタイミングパケットの受信確認信号（ＡＣＫ）が返送されたとき、子機１との間の同期が確立されたと看做して前記タイミングパケット発生部２５ｂの作動を停止させると共に、前記パケット通信制御部２５ｃを起動する。するとパケット通信制御部２５ｃは、前述した基準タイミングに同期して前述した定期通信の周期（１２８秒）毎に前記送受信部２２を介して子機１をアクセスし、該子機１との間でパケット通信を実行する。このパケット通信により前述したように子機１との間の無線通信路の状態等が定期的にモニタ（監視）され、また子機１においては後述する同期タイミングの補正が行われる。

尚、親機２から子機１に対する前述したデータロガー７やセンサ６の動作条件設定情報等の送信は、上述したように子機１との間の同期が確立されたと看做される条件下において、送信データ入力部２３から各種の設定情報が入力されたとき、前述した基準タイミングで行われる。また前述した子機１からのデータ収集も、子機１との間の同期が確立されたと看做される条件下においてのみ実行される。

一方、前記子機１は、前述したセンサ６およびデータロガー７を備えると共に、前記親機２の送受信部２２との間で情報伝送する送受信部１１を備える。またこの子機１は、前述したように乾電池をその内部電源１２として備え、上記電池を駆動源として動作するように構成される。そして子機１もまた前述した親機２と同様に、例えばマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）により構成されて、前記送受信部１１を介する親機２との情報通信を制御する制御装置１３を備える。また子機１は前述した親機２と同様に、例えば３２.７６８ｋＨzの基準クロックを生成するクロック発振器１４を、親機２のクロック発振器２６とは独立に備える。即ち、子機１は親機２とは独立に基準クロックを生成し、この基準クロックに従ってその動作タイミング等を制御するものとなっている。

上記クロック発振器１４が生成する基準クロックに基づいて通信制御を実行する制御装置１３は、上記基準クロックを計数して各種の動作タイミング信号を生成する動作タイミング制御部１３ａを備える。更に制御装置１３は、上記動作タイミング制御部１３ａの制御の下でその動作初期時に親局２との同期を確立するべく、前述したタイミングパケットを受信する為の第１の受信窓を設定すると共に、親機２との同期が確立された第２の受信窓を設定する受信窓設定部１３ｂを備える。この受信窓設定部１３ｂにて設定された受信窓（第１または第２の受信窓）の期間だけ前記送受信部１１が動作状態に設定され、その他の期間には前記送受信部１１は休止状態に設定される。

また前記制御装置１３は、上述した第１の受信窓の設定期間に親機２から送出されたタイミングパケットの受信を検出し、タイミングパケットを受信したときにはその受信確認信号（ＡＣＫ）を返送すると共に、そのタイミングパケットに含まれる時間情報から親機２との基準タイミングのずれ量を検出するタイミングパケット検出部１３ｃを備える。そしてタイミングパケット検出部１３ｃは、検出したタイミングのずれ量を前述した受信窓設定部１３ｂに与えるものとなっている。

尚、この基準タイミングのずれ量の検出については後述する。すると前記受信窓設定部１３ｂは上記ずれ量に従って受信窓の生成タイミングを変更し、前述した第１の受信窓に代えて該第１の受信窓の時間幅よりも短く、且つ前記親機２の基準タイミングに同期した第２の受信窓を生成することで、その後の親機２からのアクセスを確実に受けるように設定される。

一方、パケット通信制御部１３ｄは、上述した如く設定された第２の受信窓において受信される通信パケットから親機２からのアクセスを検出し、その通信パケットデータから親機２からの指令を取り込む。そしてその指令が１２８秒毎の定期通信である場合には、無線通信路の状態等を示す情報をパケットデータとして親機２に対して返送すると共に、後述するように同期タイミングを補正する。またデータロガー７に対するアクセス要求である場合には、前記送受信部１１を介して前記データロガー６に蓄積した観測データを親機２に送信する。またパケット通信制御部１３ｄは、親機２から与えられたパケットデータが、例えば前記センサ６やデータロガー７に対する制御指令である場合には、その指令情報を取り込んでデータロガー７の観測インターバルの変更設定等を実行する。

この際、通信タイミングのずれ検出部１３ｅは、親機２から受信した通信パケットの受信タイミング、具体的にはそのヘッダの受信タイミングと前述した第２の受信窓の生成タイミングのずれを検出しており、そのずれ量に応じて内部クロック補正部１３ｆを起動して第２の受信窓の生成タイミングを補正するものとなっている。この第２の受信窓の生成タイミングの補正は、後述するように前述したクロック発振器１４が生成する基準クロックと親機２における基準クロックとのずれを検出し、そのずれ量を補正することで第２の受信窓の生成タイミングを親機２との間のパケット通信タイミングに正確に同期させることによって行われる。またこの同期タイミングの補正により第２の時間窓の時間幅が必要最小限に設定される。

ここで子機１における前述した第１の時間窓の設定と、この第１の時間窓において受信されるタイミングパケットに基づく第２の受信窓の設定、そして設定した第２の受信窓において親局２との間で定期通信する通信パケットを利用した上記第２の受信窓の生成タイミングの補正について図３および図４を参照して説明する。
子機１が観測現場に設置されたとき、或いはその駆動源である乾電池が交換されて初期化されたとき、子機１は親機２との間の同期を確立するべく第１の時間窓を設定し、この第１の時間窓毎において親機２から繰り返し周期的に送出されるタイミングパケットの受信を待ち受ける。ちなみに上記第１の時間窓は、子機１が備える親機２とは独立したクロック発振器１４が生成するクロック信号に従ってその生成タイミングが周期的に設定されるものであって、その周期Ｔは親機２との間で予め設定された周期、例えば１秒として設定される。またこの第１の時間窓の時間幅Ａは、周期ｔ毎に親機２から送出される上記タイミングパケットの１つを確実に受信し得る時間として設定される。

一方、親機２は、子機１との間での同期を確立する為のタイミングパケットを該親機２における周期Ｔの基準タイミングに同期させて、該周期Ｔよりも十分に短い一定の周期ｔで繰り返し生成している。特に各タイミングパケットは上記基準タイミングからの時間情報を含む情報として、具体的には図３(ａ)に示すように基準タイミングを基準として何番目のタイミングパケットであるかを示す情報として、或いは基準タイミングからの経過時間を含む情報として生成される。

子機１は、このようなタイミングパケットを受信することで、上記第１の受信窓の設定タイミングが親機２の基準タイミングからどの程度ずれているかを検出し、このずれ量に従って前述した第１の時間窓に代えて図３(ｂ)に示すように親機２の基準タイミングに同期した第２の時間窓を設定している。具体的には子機１は何番目のタイミングパケットを受信したかを解析し、またそのタイミングパケットの受信タイミングと第１の受信窓の生成タイミング（第１の受信窓の中心）とのずれ量Δｔとから、［（ｎ−１）・ｔ−Δｔ］として親機２の基準タイミングとのずれ量を検出している。

例えばタイミングパケットが１００ｍ秒毎に生成され、子機１が４番目のタイミングパケットを第１の時間窓の中心から３０ｍ秒（Δｔ）後に受信した場合には、第１の受信窓の生成タイミングが親機２における周期Ｔの基準タイミングから２７０ｍ秒遅れているとして検出される。そして子機１では、上記ずれ量を補正することで親機２との通信タイミング（基準タイミング）に合致したタイミングで第２の時間窓を設定し、これによって親機２との間の同期を確立している。

ちなみに前述した第１の時間窓については、親機２との間で同期を確立していない状態で前述したタイミングパケットを確実に捉える必要があることから、該タイミングパケットの発生周期ｔより大きい時間幅として設定することが必要である。しかし第２の時間窓については、親機２との間で同期を確立した後に生成するものであるから、例えばその基準クロックの誤差要因等を見込んで、親機２からのアクセス（通信パケット）を確実に受信し得る時間幅のものであれば十分である。

従って第１の時間窓の時間幅Ａに比較して第２の時間窓の時間幅Ｂを狭くすることが可能である。そして時間窓の幅を狭くした分、子機１を通信可能状態に設定する時間を短くすることができるので、換言すれば子機１を待機状態に設定し得る時間を長く設定することができるので、電源容量が限られた電池を用いた子機１の稼働時間を長くすることができる。即ち、電池の寿命を延ばし、子機１を長期間に亘って運用することが可能となる。

ところで上述した如く子機１の動作タイミング（受信窓の生成タイミング）を親機２に同期させたとしても、子機１は親機２とは独立したクロック発振器１４が生成した基準クロックに基づいてその動作タイミングを制御しているので、例えば親機２における基準クロックとの間に若干のずれがあると、次第にその動作タイミングにずれが生じてくることになる。例えばこの種のシステムにおいては、一般的に水晶発振させた３２.７６８ｋＨzの基準クロックが用いられるが、水晶発振器自体±２３ｐｐｍの発振誤差を有し、また＋１０ｐｐｍ，−１００ｐｐｍ程度の温度変動要因を含んでいる。従って子機１の使用環境（設置環境）等によっては、第２の時間窓の生成タイミングに次第にずれが生じてくる虞がある。

例えば前述した周波数３２.７６８ｋＨzの基準クロックを計数して子機１における第２の受信窓を１秒毎に生成している場合、親機２と子機１の各基準クロックの間に±１Ｈｚの誤差があるとすると、第２の受信窓を生成する毎に、その生成タイミングに［１／３２７６８］秒の時間的な誤差が生じることになる。そして前述した１２８秒毎に親機２から定期的な通信パケットを受信した場合、そのときの第２の受信窓の生成タイミングと通信パケットの受信タイミングとの間に図３(ｃ)に示すように［１２８／３２７６８］秒（＝３.９ｍ秒）のずれが生じることになる。また上記水晶発振器の発振誤差と温度変動要因の全てを含んだ場合、親機２と子機１との基準クロックの最大誤差は±４.７８Ｈzとなり、そのときの上記ずれ量は１８.６ｍ秒と無視できない値となる。

そこで子機１においては、例えば図３(ｃ)に示すように第２の時間窓において１２８秒毎の親機２との定期通信において受信する通信パケットの受信タイミング（ヘッダの受信タイミング）と、上記第２の時間窓の生成タイミング（第２の時間窓の中心）とのずれ量Δｔ２を監視しており、例えば上記ずれ量Δｔ２が所定値を超えたとき、これを逐次補正するものとなっている。具体的には上記ずれ量Δｔ２が、例えば親機２と子機１の基準クロックの間に±１Ｈｚの誤差あるときの第２の受信窓の生成タイミングと通信パケットの受信タイミングとのずれ量３.９ｍ秒の１／２と比較し、その比較結果に応じて上記基準クロックを計数して求められる周期Ｔを修正している。

即ち、子機１においては基本的には、図４(ａ)に示すように基本クロックを計数し、その計数値が［Ｎ］となったとき、そのタイミングを前述した周期Ｔであるとして第２の時間窓を所定時間に亘って生成している。しかし上述したずれが検出されたとき、そのずれに応じて計数値が図４(ｂ)に示すように［Ｎ−１］となったとき、或いは上記計数値が図４(ｃ)に示すように［Ｎ＋１］となったとき、そのタイミングを前述した周期Ｔとして検出することで、内部基準クロックの誤差に起因するずれを補正して前述した第２の時間窓を生成するものとなっている。

つまり子機１は、親機２とは独立に自己が生成している基準クロックの周波数誤差を補正するべく、その基準タイミングを規定する上記基準クロックの計数値を補正することによって、前記第２の時間窓の生成周期Ｔを親機２において制御されるパケット通信の周期Ｔに正確に合わせ込んでいる。この結果、第２の時間窓の生成タイミングを定期通信される通信パケットに、より正確に合わせることが可能となるので、基準クロックの誤差を見込んで設定する第２の時間窓の余裕幅を狭くし得るので、その分、第２の時間窓の幅を図３(ｄ)に示すように時間幅Ｃと狭くすることができる。

換言すれば子機１と親機２とにおける基準クロックの周波数に若干の誤差があっても、子機１側においてその動作タイミングを規定する前記基準クロックの計数値を補正し、これによってして上記基準クロックの誤差を補正するので、子機１の動作タイミングを親機２の動作タイミングに正確に合わせ込むことができる。この結果、上述した基準クロックの誤差を補正して、子機１と親機２との動作タイミングを高精度に一致させることができる。従って第２の時間窓の幅Ｃを更に短く設定しても前述した通信パケットの確実な受信が可能となり、その分、子機１の待機時間を更に長くして電池寿命を延ばすことが可能となる。

ちなみに子機１と親機２との間で１２８秒毎に定期通信して観測データを収集するシステムにおいては、例えば前述した第１の受信窓の時間幅Ａを７０ｍ秒として間欠動作させて親機２との同期を確立することで、第２の時間窓の時間幅Ｂを略５０ｍ秒として設定し、その間欠動作時間を短く設定することができた。その上で内部基準クロックの周波数誤差を補正することで、理論計算上、前述した第２の時間窓の時間幅を略１６ｍ秒まで短くし得ることが確認され、実験においても略２０ｍ秒まで短縮しても実用上不具合を招くことなく定時的なパケット通信を行い得ることが確認できた。そしてその分、限られた電源容量の電池を子機１の駆動源として長期間に亘って使用し得ることが確認できた。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述した各種の数値は実験機によるものであり、実際にはシステム仕様に応じた動作タイミングの下で第１および第２の時間窓の時間幅等を設定すれば十分である。またここでは子機１と親機２との間で無線通信する場合を例に説明したが、有線でのシリアル通信等を介して接続された子機１と親機２との間で定期的にパケット通信し、また子機１が親機２とは独立して基準クロックを生成して動作する場合にも同様に適用することができる。

また前述したずれ量の検出についても、例えばずれ量の絶対値が前述した３.９ｍ秒の３／２〜５／２の範囲にある場合には、その計数値が［Ｎ−２］または［Ｎ＋２］となった時点で補正するようにしても良い。更にはその判定閾値を１／３として設定することも勿論可能である。
更には親機２と中継器４との間で同期を確立し、親機２に同期した中継器４と子機１との間で更に同期を確立してパケット通信する場合にも同様に適用することができる。即ち、本発明は上位側機器の動作タイミングに子機側の動作タイミングを階層的に順次同期させて動作するシステムにおいて幅広く適用することができる。特に子機１側が電池を駆動源として動作するような場合、その効果が非常に大きい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明が適用されるネットワークシステムの概略構成図。 本発明の一実施形態に係るネットワークシステムの要部概略構成図。 本発明に係るネットワークシステムの子機における同期確立の動作処理概念を示す図。 子機における基準クロックの計数値変更による時間窓設定タイミングの補正を説明する為の図。

符号の説明

１ 子機
２ 親機
３ 中継器
１１ 送受信機
１２ 内蔵電源（電池）
１３ 制御装置
１３ａ 動作タイミング制御部
１３ｂ 受信窓設定部
１３ｃ タイミングパケット検出部
１３ｄ パケット通信制御部
１３ｅ ずれ検出部
１３ｆ 内部クロック補正部
１４ クロック発振器
２５ｂ タイミングパケット発生部
２６ クロック発振器

Claims (3)

1. 親機からの周期的なアクセスを受ける子機において前記親機とは独立にデータ通信用の時間窓を設定し、この時間窓において前記子機と前記親機との間でデータ通信を行うネットワークシステムであって、
   前記親機は、定周期で基準タイミングを生成する機能、前記基準タイミングからの時間情報を有する複数のタイミングパケットを前記基準タイミングの周期より短い周期で前記子機に向けて送信する機能、前記子機から前記タイミングパケットの受信確認が返送されたことを条件として、前記タイミングパケットの送信を停止し、前記基準タイミングに同期させて前記子機へのアクセス・タイミングを周期的に設定して前記子機との間で定期的にパケット通信を実行する機能を備え、
   前記子機は、前記親機との間で同期が確立されていない場合に第１の時間窓を定周期で設定し、前記第１の時間窓の設定期間だけ通信機能を作動させる機能、前記第１の時間窓にて前記タイミングパケットを受信したとき、その受信確認信号を前記親機に返送すると共に、受信した前記タイミングパケットに含まれる前記時間情報と該タイミングパケットの受信タイミングとから、前記第１の時間窓に代えて、前記第１の時間窓より期間が短い第２の時間窓を前記基準タイミングに同期させて設定し、前記第２の時間窓の設定期間だけ通信機能を作動させる機能を備えることを特徴とするネットワークシステム。
2. 前記子機は、電池を駆動源として動作するものであって、前記親機とは独立に生成した内部基準クロックを計数して前記第１および第２の時間窓の設定タイミングをそれぞれ規定するものである請求項１に記載のネットワークシステム。
3. 請求項２に記載のネットワークシステムにおいて、
   更に前記子機は、前記第２の時間窓において受信される前記親機からの通信パケットの受信タイミングと前記第２の時間窓の設定タイミングとのずれを検出し、検出したずれ量に応じて、前記第２の時間窓の設定タイミングを補正するとともに、前記第２の時間窓の期間をさらに短い期間に設定する機能を備えることを特徴とするネットワークシステム。

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