JP5163890B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、複数の無線ノードが無線通信を介して基準時刻が含まれる同期情報を送受し、この同期情報に基づいて行う同期処理に係る無線通信量の削減に関する。

従来から、複数のノードにより構成される無線通信システムにおける同期処理にあたっては、同期情報配信ノードが近隣の同期情報受信ノードに同期情報を配信し、同期情報受信ノードが受信した同期情報に基づき所定の処理を行う手法が用いられている。またＩＥＥＥＥ８０２．１５．４には、無線ノードの消費電力を削減できる同期手法（ビーコン（Beacon）機能に基づく同期手法）が規定されている。

このような同期を行う無線通信システムに関連する先行技術文献としては、下記の特許文献１がある。この特許文献１には、無線ノードが所定間隔毎に送信される同期情報を受信してアクセスポイントと同期をとる無線通信システムに関する技術が記載されている。

特開２００４−３３６４０１号公報

図６は従来の無線通信システムの一例を示す構成図であり、同期情報配信ノード１と同期情報受信ノード２、３で構成されている。同期情報配信ノード１は、無線ネットワーク回線（以下、無線回線という）を介して同期情報受信ノード２、３と接続されている。

同期情報配信ノード１は、特に図示しないが、同期情報受信ノード２、３や他のノードとの間で無線通信を行う無線通信部、各部の動作を制御し、所定間隔毎に同期情報を各同期情報受信ノードに配信する同期情報配信機能や自ノードの内部時間を管理する内部時計（内蔵タイマ）機能などを実行する演算制御部、同期情報配信ノードとして動作するためのプログラムなどが格納されている記憶部から構成される。

同期情報受信ノード２、３は、同期情報配信ノードや他のノードとの間で無線通信を行う無線通信部、各部の動作を制御し、同期配信ノード１からの同期情報に基づき自ノードのもつ同期情報を更新し同期する同期機能や自ノードの内部時間を管理する内部時計（内蔵タイマ）機能などを実行する演算制御部、同期情報受信ノードとして動作するためのプログラムなどが格納されている記憶部から構成されている。

なお同期情報配信ノード１、同期情報受信ノード２、３は、温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能を有するものでもよい。

また同期情報には、おもに同期情報配信ノード１の図示しない内部時計により得られた同期情報を送出した際の「時刻」、同期情報配信ノード１が同期情報を送出する「時間間隔」などが含まれている。この同期情報に基づいて各ノードの処理基準時刻の同期／管理がなされる。

図７は図６の無線通信システムの各ノードが同期する動作についての説明図であり、太線部は各ノードの無線通信部が受信可能な状態にあることを示している。

シーケンスＳＱ１、２において、同期情報受信ノード２、３は、同期情報配信ノード１からの同期情報を受信するために、無線通信部を受信可能な状態（ＯＮ）にする。シーケンスＳＱ３において、同期情報配信ノード１は、無線回線を介して同期情報受信ノード２、３に同期情報を配信する。このとき同期情報配信ノード１は、あらかじめ定められた時間間隔で同期情報を配信する。

シーケンスＳＱ４、５において、同期情報受信ノード２、３の演算制御部は、無線回線を介して同期情報を受信した後に、無線通信部を制御して受信可能状態（ＯＮ）から送受信が不可能な状態（ＯＦＦ）にする。

シーケンスＳＱ６、７において、同期情報受信ノード２、３の演算制御部は、受信した同期情報に含まれる時刻情報または処理の周期に係る情報に基づき、自ノードの図示しない内部時計の時刻を合わせて同期情報配信ノード１と同期させる。このとき同期情報受信ノードの演算制御部は、自ノードで記憶している同期情報を更新し、同期情報配信ノード１と同期するものでもよい。

このようなシーケンスＳＱ１〜７までの動作を一定間隔で繰り返すことにより、従来の無線通信システムは同期精度を維持できる。

図８は従来の無線通信システムの他の例を示す構成図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図８と図６との相違点は、図８では、同期情報受信ノード２、３の演算制御部は、上述の機能に加えて同期情報配信ノード１から同期情報を要求するための同期要求情報を送信する機能を備えていること、また同期情報配信ノード１の演算制御部は、上述の機能に加えて同期情報受信ノード２、３からの同期情報の要求に応じて同期情報を各同期情報受信ノードに配信する機能を備えていることである。

図８において、同期情報受信ノード２、３は同期情報配信ノード１に同期要求情報を送信し、同期情報配信ノード１は受信した同期要求情報に基づき同期情報を各受信ノードに送信している。

図９は図８の無線通信システムにおける各ノードの同期動作説明図であり、太線部は各ノードの無線通信部が受信可能な状態にあることを示している。

シーケンスＳＱ１１において、同期情報配信ノード１は、同期情報受信ノード２、３からの同期要求情報を受信するために、無線通信部を受信可能な状態（ＯＮ）にする。

以下、シーケンスＳＱ１２〜１６は同期情報受信ノード２が同期情報に基づき同期するシーケンスを説明し、シーケンスＳＱ１７〜２１は同期情報受信ノード３が同期情報に基づき同期するシーケンスを説明するものである。

シーケンスＳＱ１２において、同期情報受信ノード２は、同期情報配信ノード１からの同期情報を受信するために無線通信部を受信可能な状態（ＯＮ）にする。シーケンスＳＱ１３において、同期情報受信ノード２は、無線回線を介して同期情報配信ノード１に同期要求情報を送信する。

シーケンスＳＱ１４において、同期情報配信ノード１の演算制御部は、同期情報受信ノード２からの同期要求情報に基づき無線制御部を制御して、同期情報を同期情報受信ノード２に送信する。

シーケンスＳＱ１５において、同期情報受信ノード２は、同期情報を受信した後に、無線通信部を受信可能状態（ＯＮ）から送受信が不可能な状態（ＯＦＦ）にする。

シーケンスＳＱ１６において、同期情報受信ノード２の演算制御部は、同期情報配信ノード１からの同期情報に含まれる時刻情報に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を合わせて同期情報配信ノード１と同期させる。

具体的には、同期情報受信ノード２の演算制御部は、同期情報に含まれる時刻情報およびノード間の伝播時間に基づいて同期情報配信ノード１と同期情報受信ノード２との間の時刻差を算出し、求められた時刻差を同期情報受信ノード２内の内蔵タイマの現在時刻に加算することにより同期を行う。

シーケンスＳＱ１７において、同期情報受信ノード３は、同期情報配信ノード１からの同期情報を受信するために無線通信部を受信可能な状態（ＯＮ）にする。

シーケンスＳＱ１８において、同期情報受信ノード３は、無線回線を介して同期情報配信ノード１に同期要求情報を送信する。

シーケンスＳＱ１９において、同期情報配信ノード１は、同期情報受信ノード３からの同期要求情報に基づき、無線回線を介して同期情報を同期情報受信ノード３に送信する。

シーケンスＳＱ２０において、同期情報受信ノード３は、無線通信部を受信可能状態（ＯＮ）から送受信が不可能な状態（ＯＦＦ）にする。シーケンスＳＱ２１において、同期情報受信ノード３の演算制御部は、同期情報配信ノード１からの同期情報に含まれる時刻情報に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を合わせて同期情報配信ノード１と同期させる。

従来の無線通信システムは、このようなシーケンスＳＱ１１〜２１までの動作を一定間隔で繰り返すことにより、同期精度を維持している。

ところで、同期情報受信ノード２、３は、同期処理直後は各同期方法が規定する精度で同期し、同期処理完了後のしばらくの期間は各ノード自身のもつクロックをカウント源とした内蔵タイマなどにより同期を維持している。

しかしながら、従来の無線通信システムでは、同期情報受信ノード２、３のクロックは一般に数PPM〜数十PPMの精度で動作しているため、各ノードのクロックだけを利用して同期精度を長時間維持させようとすると、クロックの精度に起因する同期ずれが発生してしまうという問題点があった。

すなわち、従来の無線通信システムでは、同期処理の完了直後は同期情報配信ノード１および同期情報受信ノード２、３の駆動電力状態は正確に同期しているが、時間の経過とともに次第にずれが生じてくるという問題点があった。

図１０はこのような問題点の説明図であり、特に各ノードは同期情報に基づいて各ノードの駆動電力制御を行っている場合の説明図である。縦軸はノードの同期による駆動電力状態を示しており、Ｈｉｇｈのときはアクティブ(ＯＮ)状態を示しＬｏｗのときはスリープ(ＯＦＦ)状態を示す。横軸は時間経過を示している。

図１０において、同期処理の完了直後は同期情報配信ノード１および同期情報受信ノード２、３の駆動電力状態は正確に同期しているものの、時間経過とともにクロックの動作精度の影響により駆動電力状態にずれが生じている。

具体的には、駆動電力状態がアクティブになるタイミングは、同期情報受信ノード２は同期情報配信ノード１に対して遅れる方向にずれていき、同期情報受信ノード３は同期情報配信ノード１に対して進む方向にずれていく。

このような同期のずれは、アクティブ状態の間にデータ伝送を行うようなアプリケーションでは問題になる。期間ＴＭ１００における同期タイミングについて注目すると、同期情報受信ノード２と同期情報受信ノード３の電力状態のタイミングが完全にずれており、これらのノード間におけるデータ通信が行われないという問題が発生してしまう。さらに省電力化のためにアクティブ状態の期間を短くすればするほど、このような問題は発生しやすくなる。

一方、従来から、このような同期のずれの問題回避は、無線通信を介して実施される同期処理を一定周期で繰り返すことで行われてきた。しかしながら、バッテリを電源とする無線ノードにおいて、データの送受信は最も電力を消費する作業の一つであり、同期に関わるデータの送受を極力少なくすること、ひいては消費電力を抑えることが求められている。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、同期処理にかかわるデータの送受を減らすことおよび消費電力を抑えることにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数の無線ノードが無線通信を介して基準時刻が含まれる同期情報を送受し、この同期情報に基づき同期処理を行う無線通信システムにおいて、
前記無線ノードの少なくとも一個は、前記同期処理ごとに蓄積された時刻の補正量および前記同期処理開始からの経過時間に基づいて前記補正量の推定値を算出し、この推定値に基づき自己補正を行い、
さらに、前記無線ノードは、
少なくとも、他の無線ノードとの間で無線通信を介して前記同期情報を受信する無線通信部と、
前記同期処理ごとに前記補正量と前記経過時間を記録する記憶部と、
前記同期情報に基づき同期処理を行い、この同期処理ごとに得られる前記補正量と前記経過時間とを前記記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶している過去に実施した同期処理で得られる前記補正量の累計値を算出し、この累計値を前記経過時間で除算して前記推定値を算出する演算制御部とを具備し、
前記演算制御部は、
前記各補正量に基づき前記推定値が安定的な値であるか否かを判定し、前記推定値が安定的である判定される場合には前記自己補正を行い、
前記推定値が安定的ではないと判定される場合には前記推定値が安定的であると判定されるまで繰り返し前記同期処理を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記無線ノードは、自ノードが設置された周囲温度、前記補正量、前記経過時間を関連付けて記憶し、前記周囲温度ごとに前記推定値を算出し、前記周囲温度に応じて選択された前記推定値に基づき自己補正を行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の無線通信システムにおいて、
前記無線ノードは、
あらかじめ定められたタイミングで前記自己補正の実施を開始するタイミングを通知するための自己補正開始信号を前記演算制御部に送信するタイミング制御部を有し、
前記演算制御部は、
この前記自己補正開始信号を受信して自己補正を開始することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれかに記載の無線通信システムにおいて、
前記各無線ノードは、
前記同期情報を送信する同期情報配信ノードと、
前記同期情報配信ノードからの前記同期情報に基づき同期処理を行い、前記推定値に基づき自己同期を行う同期情報受信ノードと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムによれば、推定補正量を用いた自己補正により無線通信による同期処理相当の補正が実現でき、同期処理にかかわるデータの送受を減らすことができ、消費電力も抑えることができる。

本願発明者は、同一ノード間の通信や温度変化または電源特性が一定であるなどの環境条件が一定であれば、同期のずれの原因はクロック精度であるため同期のずれの程度は次第に安定していくという特性に着目し、はじめに比較的短い間隔で同期処理を行って環境条件に応じた同期のずれの程度を把握し、この同期のずれの情報に基づき自発的に同期を行うノードを備えることにより、各ノード間の同期処理にあたり無線通信量の削減・電力消費量の低減ができる点を見出した。

図１は本発明に係る無線通信システムおよび同期情報受信ノードの一実施例を示す構成図であり、（Ａ）は全体の無線通信システムの構成図、（Ｂ）は同期情報受信ノードの構成図である。また図６〜１０などと共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図６〜１０との相違点は、図１では、同期情報受信ノード２、３に同期情報を保持し、あらかじめ設定されたルールで演算制御部に同期すべきタイミングを通知するタイミング制御部を設けたこと、記憶部は同期処理を行った時間とそのときの補正量を記録する補正量テーブルを保持することである。

図１において、無線通信システムは、同期情報配信ノード５と同期情報受信ノード６、７とで構成されている。

同期情報配信ノード５は、無線回線を介して同期情報受信ノード６、７と接続され、同期情報受信ノード６、無線回線を介して同期情報受信ノード７と接続されている。

本発明に係る同期情報受信ノード６は（Ｂ）に示すように、おもに同期情報配信ノード５や他のノードとの間で無線通信を行う無線通信部６１、各部の動作を制御し、同期配信ノード５からの同期情報に基づき自ノードのもつ同期情報を更新して同期する無線同期機能、同期のずれの程度を把握して補正量の推定値を算出しその推定値に基づき同期する自己補正機能、自ノードの内部時間を管理する内部時計（内蔵タイマ）機能などの各機能を実行する演算制御部（たとえばＣＰＵ）６２などから構成されている。

さらに同期情報受信ノード６は、ＯＳや同期情報受信ノードとして動作するためのプログラムやアプリケーション、これらプログラムなどの実行時に使用されるデータ、および同期処理を行った時間とそのときの補正量を記録する補正量テーブル６３ａなどが格納されているＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部６３、あらかじめ設定されたルール（たとえば、スリープの周期や駆動期間の長さ）で同期タイミングを通知するための自己補正開始信号を送信するタイミング制御部６４などからも構成されている。また同期情報受信ノード７の構成も同期情報受信ノード６と同様である。

また図１には本発明に直接関係のある部分のみを示しており、その他の部分（たとえば電源やセンサなど）は省略している。また同期情報配信ノード５、同期情報受信ノード６〜７は、温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能を有するものでもよい。

演算制御部６２は、記憶部６３に格納されているＯＳなどを起動して、このＯＳ上で格納されたプログラムを読み出して実行することにより同期情報受信ノード６全体（たとえば、演算制御部６２はプログラムを読み出し実行することにより無線同期機能、自己補正機能、内部時計機能などの各機能）を制御し、同期処理、電力制御などの固有の動作を行うものでもよい。

このとき記憶部６３は、演算制御部６２によって実行されるプログラムやアプリケーションをプログラム格納エリアに展開し、入力されたデータや、プログラムやアプリケーションの実行時に生じる処理結果などのデータをワークエリアに一時的に記憶する。

なお、演算制御部６２、記憶部６３、タイミング制御部６４は、マイコンなどを利用することにより、１つのハードウエア(チップ)に含まれるものでもよい。

図２は本発明に係る無線通信システムの同期情報受信ノード６の動作を説明するフロー図、図３は補正量テーブルの一例である。

ステップＳ１０１において、同期情報受信ノード６は、同期情報配信ノード５からの同期情報を受信したか否かを判定する。同期情報送信ノード５から同期情報を受信したと判定した場合にはステップＳ１０２に移行する。このとき同期情報受信ノード６は、同期情報配信ノード５からの同期情報を受信するために無線通信部６１を受信可能な状態（ＯＮ）にして、無線通信を介して同期情報が受信されるまで待機しているものとする。

一方、ステップＳ１０１において、同期情報受信ノード６は、同期情報を受信していないと判定した場合には、同期情報が受信されるまで待機する。

ステップＳ１０２において、同期情報受信ノード６は、同期情報を受信した時点の自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を取得する。

ステップＳ１０３において、同期情報受信ノード６は、同期情報配信ノード５からの同期情報に含まれる時刻情報および同期情報配信ノード５および同期情報受信ノード６間の伝播時間に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻と同期情報に含まれる時刻とのずれ、いいかえれば補正すべき時間量（以下、補正量という）を算出し、記憶部６３に記憶する。

ステップＳ１０４において、同期情報受信ノード６は、ステップＳ１０３で得られた補正量に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を合わせて同期情報配信ノード５と同期する。

ステップＳ１０５において、同期情報受信ノード６は、同期処理を行った時間とそのときの補正量を記憶部６３の補正量テーブル６３ａに記録する。また同期情報受信ノード６は、補正量の累計を算出するとともに補正量の累計値を経過時間で除算することにより、同期のずれの見積り量である補正量の推定値（以下、推定補正量という）を算出し、補正量テーブル６３ａに格納する。

なお、経過時間とは前回の同期処理が行われてから今回の同期処理が行われるまでに経過した時間またはシステム起動後から今回の同期処理が行われるまでに経過した時間である。

補正量テーブル６３ａには、たとえば図３のように、同期処理を行った経過時間およびその補正量が格納されている。具体的には、ステップＳ１０１〜１０５までの同期処理によって得られる推定補正量は、たとえば経過時間が１ｍｉｎ(６００００ｍｓ)、補正量が２．０ｍｓであるとすれば、このノードでは３３．３ＰＰＭ（２．０／６００００）のずれが発生したものと推定され、補正量テーブル６３ａに格納される。

ステップＳ１０６において、同期情報受信ノード６は、補正量テーブル６３ａに記録された推定補正量に基づいて、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定する。

具体的には、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、これまでに行われた同期処理によって得られた推定補正量の標準偏差を算出し、この標準偏差値とあらかじめ定められた閾値（または、あらかじめ定められた許容範囲）とを比較する。そして閾値よりも小さければ（または、許容範囲内であれば）推定補正量の値が安定したものと判定し、ステップＳ１０７に移行する。

一方、同期情報受信ノード６は、このような比較判定の結果、まだ推定補正量の値が安定しないと判定すれば、再びステップＳ１０１に移行する。すなわち同期情報受信ノード６は、同期情報配信ノード５と同期情報受信ノード６との間の推定補正量（同期のずれの程度）が安定するまで繰り返し行うことになる。

ステップＳ１０７において、同期情報受信ノード６のタイミング制御部６４は、あらかじめ定められたタイミングまたは特定の時間が経過するまで待機する。

ステップＳ１０８において、同期情報受信ノード６のタイミング制御部６４は、あらかじめ定められたタイミングまたは特定の時間が経過したと判断すると、演算制御部６２に補正処理の実行開始のタイミングを通知する自己補正開始信号を送信する。

そして演算制御部６２は、タイミング制御部６４からの自己補正開始信号を得たタイミングで、補正量テーブル６３ａにアクセスして推定補正量（たとえば３３．０ＰＰＭ）を取得し、ステップＳ１０９において同期情報受信ノード６は、推定補正量（たとえば３３．０ＰＰＭ）に基づいて自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を合わせて同期情報配信ノード５と同期する。

ステップＳ１１０において、同期情報受信ノード６は、推定補正量（３３．０ＰＰＭ）に基づき自己補正を継続可能とする条件が整っているか判定する。たとえば、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、推定補正値に基づく自己補正を実行した時間と記憶部６３にあらかじめ記憶されている閾値（一定の時間量）とを比較し、実行時間が閾値よりも短い場合には自己補正を継続できるものと判断し、ステップＳ１０７に移行する。

同期情報受信ノード６は、このような比較判定の結果、まだ自己補正が継続できるものと判定すれば、再び上述のステップＳ１０１に移行する。

またステップＳ１０１〜Ｓ１０６の動作は、同期情報配信ノード５と同期情報受信ノード６との間の推定補正量（同期のずれの程度）が安定するまで繰り返し行う動作であり、この動作を以下「無線同期処理」と呼ぶ。またＳ１０７〜Ｓ１１０の動作は、無線通信による同期処理を行わずに推定補正量に基づいて同期情報受信ノード側単体で自己補正処理を実行する動作であり、この動作を以下「自己補正処理」と呼ぶ。

ここで同期情報受信ノードが無線同期処理を複数回行って推定補正量が安定したと判断してから自己補正に移行する様子を図４を用いて説明する。

図４は本発明に係る無線通信システムの動作を説明するシーケンス図である。シーケンスＳＱ３１において、同期情報受信ノード６は、無線通信部６１を受信可能な状態（ＯＮ）にする。

シーケンスＳＱ３２において、同期情報配信ノード５は、無線回線を介して同期情報受信ノード６に同期情報を配信する。このとき同期情報配信ノード５は、あらかじめ定められた時間間隔で同期情報を配信する。

シーケンスＳＱ３３において、同期情報受信ノード６は、無線回線を介して受信した同期情報を受信した後に、無線通信部６１を受信可能状態（ＯＮ）から送受信が不可能な状態（ＯＦＦ）にする。

シーケンスＳＱ３４において、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、同期情報配信ノード５からの同期情報に含まれる時刻情報および同期情報配信ノード５および同期情報受信ノード６間の伝播時間に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻と同期情報に含まれる時刻とのずれ、すなわち補正量を算出し、記憶部６３に記憶する。

シーケンスＳＱ３５において、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、シーケンスＳＱ３４で得られた補正量に基づき、自ノードの図示しない内蔵タイマの時刻を合わせて同期情報配信ノード５と同期する。

シーケンスＳＱ３６において、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、同期処理を行った時間とそのときの補正量を補正量テーブル６３ａに記録する。また同期情報受信ノード６は、補正量の累計値を算出するとともに補正量の累計値（２．０ｍｓ）を経過時間１ｍｉｎ(６００００ｍｓ)で除算して推定補正量（３３．３ＰＰＭ（２．０／６００００））を算出し補正量テーブル６３ａに格納する。

シーケンスＳＱ３７において、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、補正量テーブル６３ａに記録された推定補正量に基づいて、推定補正量の標準偏差を算出し、この標準偏差値とあらかじめ定められた閾値（または、あらかじめ定められた許容範囲）とを比較して、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定する。

同期情報受信ノード６は、このような比較判定の結果、まだ推定補正量が安定しないと判定すれば、再び上述のシーケンスＳＱ３１〜３７までの動作を、同期情報配信ノード５と同期情報受信ノード６との間の推定補正量（同期のずれの程度）が安定するまで繰り返して実行する。ここでシーケンスＳＱ３１〜３７までの動作を無線同期処理ＲＡ１００とする。

たとえば図２の場合では、本発明の無線通信システムは、無線同期処理を計５回（ＲＡ１００〜１０４）行う。この際には同期情報受信ノード６は、無線同期処理ＲＡ１００〜１０４ごとに同期処理を行った時刻（または経過時間）とそのときの補正量（いいかえれば補正した時間量）を補正量テーブル６３ａに記録する。なお各無線同期処理中の各シーケンス（ＳＱ３８〜４４、ＳＱ４５〜５１、ＳＱ５２〜５８、ＳＱ５９〜６４）は、上述のシーケンスＳＱ３１〜３７と同様であるので説明を省略する。

これら無線同期処理ＲＡ１００〜１０４では、同期情報受信ノード６は、同期処理を行った経過時間、補正量、補正量累計値、推定補正量を算出し、それぞれ補正量テーブル６３ａに格納する。

同期情報受信ノード６は、たとえば図３のように、無線同期処理ＲＡ１０１で行われた同期処理によって得られる推定補正量は、たとえば経過時間が２ｍｉｎ(１２００００ｍｓ)、補正量の累計値が３．８ｍｓであるとすれば、このノードでは３１．７ＰＰＭ（３．８／１２００００）のずれが発生したものと推定され、補正量テーブル６３ａに格納される。また、無線同期処理ＲＡ１０２〜１０４で行われた同期処理によって得られる推定補正量の例としては図３に記載している。

このような無線同期処理ＲＡ１００〜１０４は、同期情報受信ノード６によって推定補正量が安定したと判定されるまで繰り返し行われる。たとえば無線同期処理ＲＡ１０４において、推定補正量が安定するものとして以下説明する。

このとき、無線同期処理ＲＡ１０４のシーケンスＳＱ６５において、同期情報受信ノード６の演算制御部６２は、補正量テーブル６３ａに記録された推定補正量に基づいて、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定する。

具体的には、同期情報受信ノード６は、各無線同期処理ＲＡ１００〜ＲＡ１０４における推定補正量の標準偏差を算出し、この標準偏差値とあらかじめ定められた閾値（またはあらかじめ定められた許容範囲）とを比較する。

そして同期情報受信ノード６は、閾値よりも小さければ（または、許容範囲内であれば）推定補正量の値（たとえば３３.０ＰＰＭ）が安定したものと判定し、同期情報配信ノード５からの同期情報を受信せずに、同期情報受信ノード６単体で補正処理を実行する動作（シーケンスＳＱ６６）に移行する。

シーケンスＳＱ６６において、同期情報受信ノード６のタイミング制御部６４は、あらかじめ定められたタイミングに基づき自己補正開始信号を送信する。演算制御部６２はタイミング制御部６４からの自己補正開始信号を得たタイミングで、推定補正量３３、０ＰＰＭに基づき、自ノードの同期情報を補正する。

シーケンスＳＱ６７において、同期情報受信ノード６は、推定補正量（３３．０ＰＰＭ）に基づき自己補正を継続可能とする条件が整っているか判定する。なおシーケンスＳＱ６６および６７まで動作を自己補正処理ＳＣ１００と呼ぶ。

同期情報受信ノード６は、判定結果として自己補正が継続できるものと判定すると、再び自己補正処理ＳＣ１０１の動作を繰り返し行う（シーケンスＳＱ６８、６９）。

一方、同期情報受信ノード６は、判定結果として自己補正を継続可能とする条件が整っていないものと判定する場合には、再び上述のシーケンスＳＱ３１〜３７に示すような一連の「無線同期処理」を実行する。

図５は本発明の無線通信システムが無線同期処理と自己補正を行う例を示す説明図である。図５において、同期情報受信ノード６は、経過時間０〜５分においては３３．０ＰＰＭ付近で安定したずれを観測する。このため、それ以降は無線同期処理のための通信を行うことなく、一定あるいはある特定のタイミングにおいて自ノードの同期情報を３３．０ＰＰＭ（１．９８ｍｓ）だけ補正することで、通信による同期処理相当の補正を実現できる。

このように、本発明に係る無線通信システムは、無線通信部６１を起動することなく、推定補正量を用いた自己補正により無線通信による同期処理相当の補正が実現でき、同期処理にかかわるデータの送受を減らすことができ、消費電力も抑えることができる。

また、本発明に係る無線通信システムは、時刻同期に関連する無線データ送受回数を減らすことが可能になり、この結果、次のような効果が期待できる。
Ａ．データの送受回数が減ることにより各ノードのバッテリの運用時間を延長できる。
Ｂ．本発明により削減できたデータの送受分だけアクティブ状態の期間を短くすることができ、バッテリの運用時間を延長できる。
Ｃ．アクティブ期間中に送受可能なアプリケーションデータを増やすことができ、より効率的なデータ送受が行える。

また、本発明に係る無線通信システムは、推定補正量（いいかえれば、同期のずれ）の定量値を記録できるため、この値をアプリケーションが要求する同期精度と対比し、どの程度の間隔で同期処理を行うべきか判断する材料にも利用できる。このため、アクティブ期間が長く、高い同期精度が求められないアプリケーションにおいては無線同期処理および自己補正処理による同期間隔を長くできる。また同期精度が求められるアプリケーションや、同期のずれ（推定補正量）の程度が安定しないような場合にでは、同期間隔を短くすることで、同期処理のタイミングの最適化が図れる。

なお、上記実施例の無線通信システムでは、ステップＳ１１０またはシーケンスＳＱ６７において、同期情報受信ノード６は自己補正が継続可能か否かについて実行時間を基準として判断すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、同期情報受信ノード６の設置されている環境（設置場所における周囲温度や電源環境など）が変化したことに基づいて判定するものであってもよい。

具体的には、同期情報受信ノード６に備えられている多くのクロックは、常温付近で最も良い精度がでるように調整されているが、無線センサアプリケーションによっては常温でない環境に設置されるケースも考えられる。

このような場合、同期情報受信ノード６は、設置されている環境（設置場所における周囲温度など）が変化したことに基づいて判定することにより、同期情報受信ノード６の設置場所によっては温度が変化し、この温度の変化がクロックの動作精度に影響を与えることにより同期のずれ方（推定補正量）が変わってしまうという問題を解決できる。

また、同期情報受信ノードなどの無線装置は（特に無線センサネットワークでは）、バッテリで動作させることが多く、システムを簡易化（低価格化）・省電力化するために、電源を安定化させるなどの措置が十分でないものがある（たとえば動作範囲内とされている電源電圧内において±２ppm程度ずれるなど）。電源が不安定であるとクロックの動作精度に影響を与えることにより同期のずれ方（推定補正量）が変わってしまう。

このような場合、同期情報受信ノードのバッテリモニタを可能し、電源環境に違いが生じたタイミングで補正量テーブル６３ａをクリアすることにより、同期情報受信ノード６の電源環境の変化によっては同期のずれ方（推定補正量）が変わってしまうという問題を解決できる。

また、上記実施例の無線通信システムでは、同期情報受信ノード６は、所定の間隔で無線同期処理を繰り返し行い、推定補正量を算出すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、設置された場所の周囲温度、補正量、経過時間を関連付けて記憶し、周囲温度ごとに推定値を算出し、周囲温度に応じて選択された推定値に基づき自己補正を行うものでよい。

具体的には、同期情報受信ノード６は、自己補正処理を実行する際にクロック源（多くは水晶振動子）のデータシートにその温度特性が記載されていることを利用し、これをテーブルとして無線ノード内に保持して内部で補正する際に利用するものでもよい。また同期情報受信ノード６は、補正量テーブル６３ａに温度情報をも付加することで、温度変化時にも誤差を小さく内部補正することができる（ただし同期情報提供する側のノード環境条件が同じであるという前提が必要）。

また同期情報受信ノード６は、たとえば、保存されている推定補正量の情報が現在の温度状態と異なる場合、または設置場所の温度を測定し温度変化があらかじめ定められた許容範囲を超える場合には、自己補正を継続できないものと判断して再び無線同期処理（シーケンスＳＱ３１〜３７）の動作に移行するものでもよい。

このとき、同期情報受信ノード６は補正量テーブル６３ａに格納されている内容を削除（クリア）し、無線同期処理を再度繰り返し実行する。また、保存されている推定補正量の情報が現在の温度状態と同一である場合または温度変化があらかじめ定められた許容範囲内である場合には、自己補正を継続できるものと判断し、引き続き自己補正を実行するものでもよい。

また、上記実施例の無線通信システムでは、ステップＳ１１０またはシーケンスＳＱ６７において、同期情報受信ノード６は自己補正が継続可能か否かについて実行時間を基準として判断すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、同期情報の提供を受けるノード（または同期情報を提供するノード）が変更したことに基づいて判定するものであってもよい。

これは、補正量は、特定の２つのノード（同期情報配信ノード５、同期情報受信ノード６）間の同期のずれの状態を反映させたものであるので、接続先のノードが変化すればそのノードにおけるクロックの精度も変化するため同期のずれ方が変わる。

この場合には、同期情報受信ノード６は、たとえば、接続先の同期情報配信ノードのノード名などの識別情報を記憶し、この識別情報が変化する場合には、自己補正を継続できないものと判断し、再び無線同期処理（シーケンスＳＱ３１〜３７）の動作に移行する。このとき同期情報受信ノード６は、補正量テーブル６３ａに格納された内容をクリアし、無線同期処理を再度繰り返し実行する。

また、上記実施例の無線通信システムでは、無線同期処理を実施する度に推定補正量（同期のずれの程度）が安定してきたか否かを判定するとしているが、特にこれに限定するものではなく、この判断のタイミングは任意であってもよく、無線同期処理を行うたびに補正量の推定を行うものでもよいし、一定期間データを収集してからまとめて処理してもよい。

この場合には、一般に長時間計測したデータを利用したほうがより精度の高い推定ができる。一方、途中で設置条件が変わるなどした場合は、条件を変える前のデータは利用しないほうが良いこともある。

また、上記実施例の無線通信システムでは、所定の間隔で無線同期処理を繰り返し実施し、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定すると説明しているが、本発明を応用することにより、徐々に無線同期処理を実施する間隔を広げ、時間経過とともに無線同期処理を減らすものであってもよい。

この場合には同期処理を行う初期の段階(起動した直後)においては同期情報配信ノードと同期情報受信ノード間では細かく無線による時刻同期を行い、同期のずれの傾向を判断する。そして推定補正量（同期のずれの傾向）が安定しているようであれば、徐々に無線による時刻同期間隔を広げていき、無線同期処理を行わない期間は自己補正処理を実行するものでもよい。また無線同期処理と無線同期処理との間に、自己補正処理を行うものでもよい。

また、上記実施例の無線通信システムでは、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定するに際して、推定補正量の標準偏差を算出しこの標準偏差値とあらかじめ定められた閾値（または、あらかじめ定められた許容範囲）とを比較することにより推定補正量の値が安定したか否かを判定すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、予めｍ回の平均を「安定値」として定めて推定補正量の値が安定してきたか否かを判定するものでもよい(ｍは出荷前などに実験し経験値として設定する)。

また、上記実施例の無線通信システムでは、推定補正量の値が安定してきたか否かを判定するに際して、推定補正量の標準偏差を算出しこの標準偏差値とあらかじめ定められた閾値（または、あらかじめ定められた許容範囲）とを比較することにより推定補正量の値が安定したか否かを判定すると説明しているが、特にこれに限定するものではなく、過去ｎ回、連続して補正値が±Ｘppm以内になった場合に推定補正量の値が安定してきたものと判定するものでもよい(ｎ、Ｘはシステム（またはアプリケーション）の要求から決める)。

以上説明したように、本発明に係る無線通信システムによれば、無線通信部を起動することなく、無線通信による同期処理相当の補正を実現できることにより、同期に関わる電力面、時間面のオーバーヘッドが抑制され、バッテリの長時間運用・長寿命化または無線通信の効率化に貢献することができる。

本発明に係る無線通信システムおよび同期情報受信ノードの一実施例を示す構成図である。 本発明に係る無線通信システムの同期情報受信ノード６の動作を説明するフロー図である。 補正量テーブルの一例である。 本発明に係る無線通信システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明の無線通信システムが無線同期処理と自己補正を行う例を示す説明図である。 従来の無線通信システムの一例を示す構成図である。 図６の無線通信システムの各ノードが同期する動作についての説明図である。 従来の無線通信システムの他の例を示す構成図である。 図８の無線通信システムの各ノードが同期する動作についての説明図である。 従来の無線通信システムにおける問題点の説明図である。

符号の説明

１、５ 同期情報配信ノード
２、３、６、７ 同期情報受信ノード
６１ 無線通信部
６２ 演算制御部
６３ 記憶部
６３ａ 補正量テーブル
６４ タイミング制御部
１００ 無線通信システム

Claims (4)

1. 複数の無線ノードが無線通信を介して基準時刻が含まれる同期情報を送受し、この同期情報に基づき同期処理を行う無線通信システムにおいて、
   前記無線ノードの少なくとも一個は、前記同期処理ごとに蓄積された時刻の補正量および前記同期処理開始からの経過時間に基づいて前記補正量の推定値を算出し、この推定値に基づき自己補正を行い、
   さらに、前記無線ノードは、
   少なくとも、他の無線ノードとの間で無線通信を介して前記同期情報を受信する無線通信部と、
   前記同期処理ごとに前記補正量と前記経過時間を記録する記憶部と、
   前記同期情報に基づき同期処理を行い、この同期処理ごとに得られる前記補正量と前記経過時間とを前記記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶している過去に実施した同期処理で得られる前記補正量の累計値を算出し、この累計値を前記経過時間で除算して前記推定値を算出する演算制御部とを具備し、
   前記演算制御部は、
   前記各補正量に基づき前記推定値が安定的な値であるか否かを判定し、前記推定値が安定的である判定される場合には前記自己補正を行い、
   前記推定値が安定的ではないと判定される場合には前記推定値が安定的であると判定されるまで繰り返し前記同期処理を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線ノードは、
   自ノードが設置された周囲温度、前記補正量、前記経過時間を関連付けて記憶し、前記周囲温度ごとに前記推定値を算出し、前記周囲温度に応じて選択された前記推定値に基づき自己補正を行うことを特徴とする
   請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記無線ノードは、
   あらかじめ定められたタイミングで前記自己補正の実施を開始するタイミングを通知するための自己補正開始信号を前記演算制御部に送信するタイミング制御部を有し、
   前記演算制御部は、
   この前記自己補正開始信号を受信して自己補正を開始することを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記各無線ノードは、
   前記同期情報を送信する同期情報配信ノードと、
   前記同期情報配信ノードからの前記同期情報に基づき同期処理を行い、前記推定値に基づき自己同期を行う同期情報受信ノードと、を含むことを特徴とする
   請求項１〜請求項３いずれかに記載の無線通信システム。

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