JP7335573B2 - Distributed Synchronization Method and Distributed Synchronization Device - Google Patents
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Description
本発明は、基地局及びアクセスポイントを経由せずに端末間が直接にスーパーフレーム同期の確立を行い、ネットワークを形成する分散同期方法及び分散同期装置に関するものである。 The present invention relates to a distributed synchronization method and a distributed synchronization apparatus for directly establishing superframe synchronization between terminals without going through base stations and access points to form a network.
近年、端末間（Ｄ２Ｄ：Ｄｅｖｉｃｅ－Ｔｏ－Ｄｅｖｉｃｅ）通信は、ワイヤレス通信インフラがカバーしきれない地域での通信カバレッジの拡大、周波数資源を効率的に使うためのトラッフィック・オフロード等における役割が期待されている。中央制御を行わない前提のＤ２Ｄ通信においては、周波数資源を平等かつ効率的に使うため、端末間で協調を図る必要がある。 In recent years, device-to-device (D2D) communication has played a role in expanding communication coverage in areas where wireless communication infrastructure cannot cover, and in traffic offloading for efficient use of frequency resources. Expected. In D2D communication, which assumes no central control, it is necessary to coordinate among terminals in order to use frequency resources equally and efficiently.
端末間で分散同期をとる方法としては、従来から、例えば「Ｆｉｒｅｆｌｙ」という方式が提案されている。標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８は、この方式を「１８０°ルール」と呼ばれる方式に改訂した上で、後続の手順へ進めるために「同期状態」及び「非同期状態」を新たに定義し、対応する手順を定めている。（非特許文献１、２） As a method for achieving distributed synchronization between terminals, a system called "Firefly" has been conventionally proposed, for example. Standard IEEE 802.15.8 revised this method to a method called "180° rule", and newly defined "synchronous state" and "asynchronous state" to proceed to the subsequent procedure, and corresponded. have established procedures. (Non-Patent Documents 1 and 2)
ところで、上述した非特許文献１では、端末間で分散同期を取得するためのアルゴリズムを提案し、２０個以下の端末が規則的に配置されている場合の動作特性を確認しているに過ぎない。また、非特許文献２では、分散同期を多数の端末が不規則に分布していることを前提に、かつ、分散同期はＤ２Ｄネットワークを構成する一連の手順の中の最初の手順として捉えて、非特許文献１に開示の改訂版とする位置づけで用いられると同時に、後続の手順への遷移を行うための状態と遷移条件などを定義している。しかし、前述の非特許文献２を用いて分散同期を行うと、大部分の端末は同期するものの、一部同期しない端末が存在していた。この同期されない端末と同期された端末間で干渉を引き起こし、このことが、周波数資源を平等かつ効率的な使用を阻害し、端末間の協調を乱す原因となっていた。 By the way, the above-mentioned Non-Patent Document 1 proposes an algorithm for acquiring distributed synchronization between terminals, and only confirms the operation characteristics when 20 or less terminals are regularly arranged. . Also, in Non-Patent Document 2, on the premise that a large number of terminals are distributed irregularly in distributed synchronization, and distributed synchronization is regarded as the first procedure in a series of procedures that constitute a D2D network, It is used as a revised version of the disclosure in Non-Patent Document 1, and at the same time defines the state and transition conditions for transitioning to the subsequent procedure. However, when distributed synchronization is performed using Non-Patent Document 2, most of the terminals are synchronized, but there are some terminals that are not synchronized. This causes interference between non-synchronized terminals and synchronized terminals, which hinders equal and efficient use of frequency resources and disrupts coordination between terminals.
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、基地局及びアクセスポイントを経由せずに端末間が直接にスーパーフレーム同期の確立を行い、周波数資源を平等かつ効率的に行えるネットワーク形成を実現する分散同期方法及び分散同期装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its object is to establish superframe synchronization directly between terminals without going through a base station and an access point, It is an object of the present invention to provide a distributed synchronization method and a distributed synchronization device for realizing network formation in which frequency resources can be used equally and efficiently.
第１発明に係る分散同期方法は、端末間通信を行う端末における分散同期方法であって、前記端末は、自端末と端末との間が同期状態、または非同期状態であるかを判別し、自端末が受信する同期パケットの同期期間を判別し、前記同期状態、または非同期状態の判別の結果、及び前記同期期間の判別の結果に基づき、自端末と端末との間が同期状態であり、現在のスーパーフレームの同期期間外に受信した同期パケットがある場合に、前記スーパーフレーム上で受信された同期パケットの総数における前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数によりバッド同期率を算出し、前記算出したバッド同期率に基づき、予め設定された再同期遷移の閾値との比較によりバッド同期状態を判別し、前記バッド同期状態の判別の結果に基づき、自端末が前記バッド同期状態にあると判別した場合には、前記現在のスーパーフレームの直後のスーパーフレームから再同期手順に変更して同期することを特徴とする分散同期方法。 A distributed synchronization method according to a first invention is a distributed synchronization method in a terminal that performs inter-terminal communication, wherein the terminal determines whether the terminal and the other terminal are in a synchronous state or an asynchronous state . determining the synchronization period of the synchronization packet received by the terminal, and based on the determination result of the synchronization state or the asynchronization state and the determination result of the synchronization period, the terminal and the terminal are currently in the synchronization state ; calculating a bad synchronization rate by the number of bad synchronization packets in said superframe in the total number of synchronization packets received on said superframe when there are synchronization packets received outside the synchronization period of said superframe, Based on the obtained bad synchronization rate, a bad synchronization state is determined by comparison with a preset resynchronization transition threshold, and based on the result of the determination of the bad synchronization state, it is determined that the own terminal is in the bad synchronization state. In some cases, a distributed synchronization method characterized by changing to a resynchronization procedure and synchronizing from a superframe immediately after the current superframe.
第２発明に係る分散同期方法は、第１発明において、前記受信する同期パケットの期間は、少なくとも３つの連続するスーパーフレームにわたって同期信号を受信した期間であることを特徴とする。 A distributed synchronization method according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the period of the synchronization packet to be received is a period in which the synchronization signal is received over at least three consecutive superframes.
第３発明に係る分散同期方法は、第２発明において、前記バッド同期率は、前記スーパーフレームで受信された同期パケットの総数と所定係数の和に対する前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数であることを特徴とする。 A distributed synchronization method according to a third invention is characterized in that, in the second invention, the bad synchronization rate is the number of bad synchronization packets in the superframe with respect to the sum of the total number of synchronization packets received in the superframe and a predetermined coefficient. It is characterized by
第４発明に係る分散同期装置は、端末間通信を行う端末における分散同期装置であって、前記端末は、自端末と端末との間が同期状態、または非同期状態であるかを判別する接続判別手段と、自端末が受信する同期パケットの同期期間を判別する期間判別手段と、前記同期状態、または非同期状態の判別の結果、及び前記同期期間の判別の結果に基づき、自端末と端末との間が同期状態であり、現在のスーパーフレームの同期期間外に受信した同期パケットがある場合に、前記スーパーフレーム上で受信された同期パケットの総数における前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数によりバッド同期率を算出するバッド同期率算出手段と、前記算出したバッド同期率に基づき、予め設定された再同期遷移の閾値との比較によりバッド同期状態を判別するバッド同期判別手段と、前記バッド同期状態の判別の結果に基づき、自端末が前記バッド同期状態にあると判別した場合には、前記現在のスーパーフレームの直後のスーパーフレームから再同期手順に変更して同期する状態変更手段とを備えることを特徴とする。 A distributed synchronization device according to a fourth aspect of the invention is a distributed synchronization device in a terminal that performs inter-terminal communication, wherein the terminal discriminates whether the terminal and the terminal are in a synchronous state or an asynchronous state. means, period determining means for determining a synchronization period of a synchronous packet received by the own terminal, and based on the determination result of the synchronous state or the asynchronous state and the determination result of the synchronous period, the communication between the own terminal and the terminal is performed. is in sync and there are sync packets received outside the sync period of the current superframe, the number of bad sync packets in said superframe out of the total number of sync packets received on said superframe. bad synchronization rate calculation means for calculating a synchronization rate; bad synchronization determination means for determining a bad synchronization state by comparing the calculated bad synchronization rate with a preset resynchronization transition threshold value; and the bad synchronization state. and state changing means for changing to a resynchronization procedure and synchronizing from a superframe immediately after the current superframe when it is determined that the own terminal is in the bad synchronization state based on the result of the determination. characterized by
第５発明に係る同期分散装置は、第４発明において、前記受信する同期パケットの期間は、少なくとも３つの連続するスーパーフレームにわたって同期信号を受信した期間あることを特徴とする。 A synchronization distribution apparatus according to a fifth aspect of the invention is characterized in that, in the fourth aspect of the invention, the period of the synchronization packet to be received is the period of receiving the synchronization signal over at least three consecutive superframes.
第６発明に係る同期分散装置は、第５発明において、前前記バッド同期率は、前記スーパーフレームで受信された同期パケットの総数と所定係数の和に対する前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数であることを特徴とする。 A synchronization distributing device according to a sixth invention is the synchronization distribution device according to the fifth invention, wherein the bad synchronization rate is the number of bad synchronization packets in the superframe with respect to the sum of the total number of synchronization packets received in the superframe and a predetermined coefficient. characterized by being
第１発明～第３発明によれば、端末が自ら他の端末と同期をとれる。このため、基地局及びアクセスポイントを経由せずに端末間が直接にスーパーフレーム同期の確立を行うことができる。これにより、端末間での干渉を引き起こすことなくパケットの送受信が可能となり、端末間で周波数資源を平等かつ効率的に行えるネットワーク形成を実現できる。 According to the first to third inventions, a terminal can synchronize itself with another terminal. Therefore, terminals can directly establish superframe synchronization without going through a base station and an access point. As a result, packets can be transmitted and received without causing interference between terminals, and a network can be formed in which frequency resources can be used equally and efficiently between terminals.
さらに、第２発明によれば、自端末における同期期間外に受信した同期パケットを参照する。このため、同期されていない同期パケットを検知することができる。これにより、受信したものの同期状態にない端末の再同期を促すことができ、同期できる端末の割合を増やすことができる。 Furthermore, according to the second invention, the synchronization packet received outside the synchronization period of the own terminal is referred to. Therefore, synchronous packets that are not synchronized can be detected. As a result, it is possible to encourage resynchronization of terminals that have received but are not in a synchronized state, and increase the proportion of terminals that can be synchronized.
さらに、第３発明によれば、自端末のバッド同期状態を計算し、予め設定された再同期遷移の閾値により比較する。これにより同期されていない同期パケットを検知できる。再同期を行うことによって干渉を回避することができる。端末間で周波数資源を平等かつ効率的に行えるネットワーク形成を実現できる。 Furthermore, according to the third invention, the bad synchronization state of the own terminal is calculated and compared with a preset resynchronization transition threshold. This makes it possible to detect out-of-sync synchronous packets. Interference can be avoided by performing resynchronization. It is possible to realize a network formation in which frequency resources can be allocated equally and efficiently between terminals.
第４発明～第６発明によれば、端末が自ら他の端末と同期をとれる。このため、基地局及びアクセスポイントを経由せずに端末間が直接にスーパーフレーム同期の確立を行うことができる。これにより、干渉を引き起こすことなく端末間でのパケットの送受信が可能となり、端末間で周波数資源を平等かつ効率的に行えるネットワーク形成を実現できる。 According to the fourth to sixth inventions, a terminal can synchronize itself with another terminal. Therefore, terminals can directly establish superframe synchronization without going through a base station and an access point. As a result, packets can be transmitted and received between terminals without causing interference, and a network can be formed in which frequency resources can be used equally and efficiently between terminals.
さらに、第５発明によれば、自端末における同期期間外に受信した同期パケットを参照する。このため、同期されていない同期パケットを検知することができる。これにより、受信したものの同期状態にない端末の再同期を促すことができ、同期できる端末の割合を増やすことができる。 Furthermore, according to the fifth invention, the synchronization packet received outside the synchronization period of the own terminal is referred to. Therefore, synchronous packets that are not synchronized can be detected. As a result, it is possible to encourage resynchronization of terminals that have received but are not in a synchronized state, and increase the proportion of terminals that can be synchronized.
さらに、第６発明によれば、自端末のバッド同期状態を計算し、予め設定された再同期遷移の閾値により比較する。これにより同期されていない同期パケットを検知できる。再同期を行うことによって干渉を回避することができる。端末間で周波数資源を平等かつ効率的に行えるネットワーク形成を実現できる。 Furthermore, according to the sixth invention, the bad synchronization state of the own terminal is calculated and compared with a preset resynchronization transition threshold. This makes it possible to detect out-of-sync synchronous packets. Interference can be avoided by performing resynchronization. It is possible to realize a network formation in which frequency resources can be allocated equally and efficiently between terminals.
以下、本発明の実施形態における分散同期方法及び分散同期装置の一例について、図面を参照しながら説明する。 An example of a distributed synchronization method and a distributed synchronization device according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１実施形態
図１は、本実施形態における発明が適用される分散同期装置の一例を示す模式図である。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a distributed synchronization apparatus to which the invention of this embodiment is applied.
本実施形態の分散同期装置である端末１０では、図１に示すように、例えば、あるエリア内に位置する複数の他の端末１０ａ，他の端末１０ｂ，他の端末１０ｃ，他の端末１０ｄ，他の端末１０ｅ，他の端末１０ｆ，により構成される。そして、端末１０は、基地局やアクセスポイント（図示せず）を経由せず、各端末の間でスーパーフレーム同期の確立を行い、分散同期方法により分散同期ネットワーク１００を形成する。 As shown in FIG. 1, the terminal 10, which is the distributed synchronization apparatus of the present embodiment, has a plurality of other terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10d, 10b, 10b, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10c, 10d, 10c, 10c, 10c, 10d, 10c, 10c, 10d, 10d, 10d, 10d, 10d, 10d, 10d, and 10d, respectively. It is composed of another terminal 10e and another terminal 10f. Then, the terminals 10 establish superframe synchronization among the terminals without going through a base station or an access point (not shown) to form the distributed synchronization network 100 by the distributed synchronization method.
端末１０は端末間で同期パケット１１を送受信する。例えば、他の端末１０ａは他の端末１０ｆとの間で同期を取るときは、各々の端末で送信又は受信する同期パケット１１を送信する、又は受信することで端末間の分散同期の整合を取る。なお、端末間では、送信は同報型送信であり、電波範囲内の同期信号をすべて受信する。 Terminals 10 transmit and receive synchronization packets 11 between terminals. For example, when another terminal 10a synchronizes with another terminal 10f, it transmits or receives a synchronization packet 11 to be transmitted or received by each terminal, thereby matching distributed synchronization between the terminals. . Note that transmission between terminals is broadcast transmission, and all synchronization signals within the radio wave range are received.
図２は、本発明が適用される分散同期装置の構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a distributed synchronization device to which the present invention is applied.
図２は、本発明を適用した端末１０において、分散同期方法を実現する機器構成の一例を示す図である。まず、端末１０は、例えば、通信機能を備える携帯端末などであり、図２に示すようにプロセッサー１２、表示部１３、出力部１４、入力部１５、メモリ１６、通信部２２を少なくとも備えている。メモリ１６には、分散同期を実行するための手順やプログラムが格納され、接続判別手段１７、期間判別手段１８、バッド同期率算出手段１９、バッド同期判別手段２０、状態変更手段２１と、を備える。 FIG. 2 is a diagram showing an example of equipment configuration for implementing the distributed synchronization method in the terminal 10 to which the present invention is applied. First, the terminal 10 is, for example, a mobile terminal having a communication function, and as shown in FIG. . The memory 16 stores procedures and programs for executing distributed synchronization, and includes connection determination means 17, period determination means 18, bad synchronization rate calculation means 19, bad synchronization determination means 20, and state change means 21. .
プロセッサー１２は、メモリ１６に記憶されている各手順やプログラムの呼び出し、通信部２２を通じて同期パケットの送受信を行う。プロセッサー１２は、例えば、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８などに準拠しており、各規格に則った処理を実行する。 The processor 12 calls each procedure and program stored in the memory 16 and transmits and receives synchronization packets through the communication unit 22 . The processor 12, for example, conforms to the standard IEEE802.15.8, etc., and executes processing conforming to each standard.
表示部１３は、自端末の分散同期の送受信や同期状態の遷移などを表示する。出力部１４は、図示しないケーブルなどを用いて、端末１０の同期履歴などを他のシステム（図示せず）などに出力する。入力部１５は、例えばキーボード（ハード又は仮想）であり、表示部１３に表示された内容に応じた選択や指示を、プロセッサー１２に行う。 The display unit 13 displays the transmission/reception of the distributed synchronization of the own terminal, the transition of the synchronization state, and the like. The output unit 14 outputs the synchronization history and the like of the terminal 10 to another system (not shown) using a cable (not shown). The input unit 15 is, for example, a keyboard (hardware or virtual), and makes selections and instructions to the processor 12 according to the contents displayed on the display unit 13 .
メモリ１６には、前述の接続判別手段１７、期間判別手段１８、バッド同期率算出手段１９、バッド同期判別手段２０、状態変更手段２１と他に、例えば、端末１０で設定される識別情報やプロファイル情報、予め設定される同期先や過去に同期した端末１０、同期パケットの送受信の履歴などの情報が記憶される。 In the memory 16, in addition to the above-described connection determining means 17, period determining means 18, bad synchronization rate calculating means 19, bad synchronization determining means 20, and state changing means 21, for example, identification information and profiles set in the terminal 10 are stored. Information such as preset synchronization destinations, terminals 10 that have synchronized in the past, and transmission/reception history of synchronization packets are stored.
通信部２２は、自分の端末１０からの同期パケットの送信と他の端末１０ａ～１０ｆからの同期パケットの受信をスーパーフレーム上で行う。その後、プロセッサー１２は、スーパーフレーム上で受信した他の端末１０ａ～１０ｆからの同期パケット１１を、メモリ１６に記憶される各手順に従い、自端末と他の端末間で分散同期の手順を行い、分散同期ネットワーク１００を形成する。 The communication unit 22 transmits a synchronization packet from its own terminal 10 and receives synchronization packets from the other terminals 10a to 10f on superframes. After that, the processor 12 performs a distributed synchronization procedure between the own terminal and the other terminals according to each procedure stored in the memory 16 for the synchronization packets 11 received on the superframe from the other terminals 10a to 10f, A distributed synchronization network 100 is formed.
図３は、第１実施形態における分散同期方法の一例を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a distributed synchronization method according to the first embodiment.
図３は、端末１０において、本発明を適用した分散同期方法による手順の一例を示す図である。まず、分散同期ネットワーク１００で分散同期を実行する方法は、例えば、パルス結合方式に基づく。このパルス結合方式では、全ての端末１０が等しく、各々の端末１０が同期パケット１１を送受信する。さらに端末１０は、例えば、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８に準拠しており、分散型の複数の端末１０間において同期を達成するための体系的な手順を実行することとなる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of procedures in the terminal 10 according to the distributed synchronization method to which the present invention is applied. First, the method of performing distributed synchronization in the distributed synchronization network 100 is based on, for example, the pulse combining method. In this pulse-combining scheme, all terminals 10 are equal and each terminal 10 transmits and receives synchronization packets 11 . Further, the terminals 10 are, for example, compliant with the IEEE 802.15.8 standard and will implement systematic procedures to achieve synchronization among the distributed terminals 10 .
端末１０から同期パケット１１を受信した端末１０（他の端末１０ａ～１０ｆ）は、受信した同期パケット１１に従って自身のクロック調整を行う（図示せず）。このようにして、全ての端末１０は、同期パケット１１を受信し、自身のクロック調整し、同期パケット１１を他の端末１０に送信し、端末間の同期を通じて、分散同期ネットワーク１００を徐々に形成する。 The terminals 10 (other terminals 10a to 10f) that have received the synchronization packet 11 from the terminal 10 adjust their own clocks according to the received synchronization packet 11 (not shown). In this way, all terminals 10 receive the synchronization packet 11, adjust their own clocks, transmit the synchronization packet 11 to other terminals 10, and gradually form a distributed synchronization network 100 through synchronization between terminals. do.
ここで、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８は、複数の手順に対応する４つの連続する期間からなるスーパーフレームで構成される。ここで、４つの連続する期間とは、図３に記載の通り、例えば、スーパーフレームとして構成される、同期期間、検知期間、ピア期間、通信期間となる。同期期間では、端末１０の分散同期手順において、全ての端末１０（他の端末１０ａ～１０ｆ）は同じ境界情報を保持するようクロック調整され、端末間で同期が実行される。検知期間では、端末１０が、他の端末１０ａ～１０ｆとメッセージ交換によって検出が行われる。ピア期間では、他の端末１０ａ～１０ｆが検知時に取得した情報を使用して、検知された他の端末１０ａ～１０ｆとグループ形成（ペアリング）が行われる。ペアリング要求を受け入れる端末１０は、ペアリング要求の端末１０との分散型デバイス間（Ｄ２Ｄ）で分散同期ネットワーク１００を形成する。通信期間では、端末１０によって形成された分散同期ネットワーク１００内において、さまざまなアプリケーションが端末１０で実行される。 Here, standard IEEE 802.15.8 consists of a superframe consisting of four consecutive periods corresponding to multiple procedures. Here, the four consecutive periods are, for example, a synchronization period, a detection period, a peer period, and a communication period configured as superframes, as shown in FIG. In the synchronization period, in the distributed synchronization procedure of terminal 10, all terminals 10 (other terminals 10a-10f) are clock adjusted to keep the same boundary information, and synchronization is performed between terminals. During the sensing period, terminal 10 performs sensing by exchanging messages with other terminals 10a-10f. In the peer period, the other terminals 10a-10f are grouped (paired) with the detected other terminals 10a-10f using information acquired at the time of detection. A terminal 10 that accepts a pairing request forms a distributed synchronization network 100 between distributed devices (D2D) with the terminal 10 of the pairing request. During communication, various applications are executed on the terminals 10 within the distributed synchronization network 100 formed by the terminals 10 .
端末１０における同期は、端末１０のプロセッサー１２に備わる同期タイマー（図示せず）により処理される。同期タイマーの位相Φは、スーパーフレームの長さに対応する２πの周期で０から２πまで変化する。位相Φは、スーパーフレーム長に準じて各時間ステップで１つ増加する。例えば、端末１０に１ＭＨｚクロックが実装されている場合は、時間ステップは１μｓとなる。同期タイマーの位相Φが２πになると、端末１０は同期パケットを送信する処理を繰り返し行う。 Synchronization in terminal 10 is handled by a synchronization timer (not shown) provided in processor 12 of terminal 10 . The phase Φ of the synchronous timer varies from 0 to 2π with a period of 2π corresponding to the length of the superframe. The phase Φ is incremented by one at each time step according to the superframe length. For example, if the terminal 10 is equipped with a 1 MHz clock, the time step will be 1 μs. When the phase Φ of the synchronization timer reaches 2π, the terminal 10 repeats the process of transmitting synchronization packets.
なお、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８では、同期タイマーの位相同期を実現するために、前述の「１８０°ルール」に従うこととなる。このため端末１０は、同期パケット１１を受信すると、受信した同期パケット１１から得られるタイミングに基づいて同期タイマーの位相Φを調整するか否かを判断する。その結果、端末１０は、調整であると判断した場合は、受信した同期パケット１１の位相Φにその位相Φを調整することになる。それ以外では、端末１０は、位相Φを変化させない。このように「１８０°ルール」に従い、全ての端末１０（他の端末１０ａ～１０ｆ）は、前後に振れることなく、同期タイマーを同じ方向に収束させることが可能となる。 Note that the standard IEEE802.15.8 complies with the aforementioned "180° rule" in order to achieve phase synchronization of the synchronous timer. Therefore, when the terminal 10 receives the synchronization packet 11, the terminal 10 determines whether or not to adjust the phase Φ of the synchronization timer based on the timing obtained from the received synchronization packet 11. FIG. As a result, the terminal 10 adjusts the phase Φ to the phase Φ of the received synchronization packet 11 when it determines that the phase Φ should be adjusted. Otherwise, terminal 10 does not change phase Φ. In this way, according to the "180° rule", all the terminals 10 (the other terminals 10a to 10f) can converge the synchronous timers in the same direction without swinging back and forth.
図４は、第１実施形態における分散同期方法の動作の一例を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an example of the operation of the distributed synchronization method in the first embodiment.
図４は、本発明を適用した分散同期方法を実装した分散同期装置における同期手順であり、初期同期手順、同期維持手順、再同期手順の３つからなる。端末１０は、同期の完了後にのみ検知手順に進むことが可能となる。そのため、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８では、端末１０（他の端末１０ａ～１０ｆ）では同期状態と非同期状態が定義される。端末１０は、３つの連続するスーパーフレームで同期パケットを正しく受信できた場合、同期状態と判別される。また、端末１０は、５つの連続するスーパーフレームの同期パケットを検知できない場合は、非同期状態と判別される。 FIG. 4 shows the synchronization procedure in the distributed synchronization device implementing the distributed synchronization method to which the present invention is applied, and consists of an initial synchronization procedure, a synchronization maintenance procedure, and a resynchronization procedure. The terminal 10 can proceed to the detection procedure only after synchronization is complete. Therefore, standard IEEE802.15.8 defines a synchronous state and an asynchronous state for the terminal 10 (other terminals 10a to 10f). The terminal 10 is determined to be in a synchronized state when it can correctly receive synchronization packets in three consecutive superframes. Also, when the terminal 10 cannot detect synchronous packets of five consecutive superframes, it is determined to be in an asynchronous state.
初期同期手順は、端末１０が動作を始めるときに、少なくとも５つの連続するスーパーフレームにわたって他の端末１０ａ～１０ｆの同期パケット１１を走査することにより、この手順を実行する。端末１０は、同期パケット１１から得られたタイミングに従って、「１８０°ルール」に従い、同期タイマーの調整を行う。そして、自分が同期状態にあると判別した場合には、端末１０は、同期維持手順に遷移することとなる。それ以外は、非同期状態と判断し、再同期手順に遷移する。 The initial synchronization procedure performs this procedure by scanning the synchronization packets 11 of the other terminals 10a-10f over at least five consecutive superframes when the terminal 10 begins operation. The terminal 10 adjusts the synchronization timer according to the timing obtained from the synchronization packet 11 and according to the “180° rule”. Then, when the terminal 10 determines that it is in a synchronized state, the terminal 10 transitions to the synchronization maintenance procedure. Otherwise, it is determined as an asynchronous state and transitions to the resynchronization procedure.
次に、同期維持手順は、前述の同期期間中に他の端末１０（他の端末１０ａ～１０ｆ）からの同期パケットが受信された場合に、端末１０は「１８０°ルール」に従い、同期タイマーを調整する。端末１０は、チャネルの競合送信の場合はＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）に従い、同期期間中に同期パケット１１を他の端末１０ａ～１０ｆに送信し、他端末からの同期パケット１１を受信する。端末１０は、自身が同期状態にあると判断する限り、この手順にとどまる。そして、端末１０は、自身が非同期状態にあると判別した場合に、同期維持手順から再同期手順に遷移することになる。 Next, in the synchronization maintenance procedure, when a synchronization packet is received from another terminal 10 (other terminals 10a to 10f) during the above-mentioned synchronization period, the terminal 10 follows the "180° rule" and starts the synchronization timer. adjust. In the case of channel contention transmission, the terminal 10 follows CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), transmits the synchronization packet 11 to the other terminals 10a to 10f during the synchronization period, and receives the synchronization packet 11 from the other terminal. receive. The terminal 10 remains in this procedure as long as it determines that it is in sync. Then, when the terminal 10 determines that it is in an asynchronous state, the terminal 10 transitions from the synchronization maintenance procedure to the resynchronization procedure.
再同期手順は、端末１０は、同期パケットの送受信を行う。同期パケットの送受信は、スーパーフレーム上で「１８０°ルール」に従い、同期タイマーを調整する。また、端末１０は、自身が同期状態にあると判別した場合は、すでに同期している他の端末１０ａ～１０ｆとの同期維持手順に遷移する。その他の場合は、端末１０は再同期手順を継続し、他の端末１０ａ～１０ｆに含まれる一部同期しない端末１０との間において再同期を行う。 In the resynchronization procedure, the terminal 10 transmits and receives synchronization packets. Transmission and reception of synchronization packets follows the "180° rule" on superframes and adjusts synchronization timers. Further, when the terminal 10 determines that it is in a synchronized state, the terminal 10 shifts to the synchronization maintenance procedure with the other terminals 10a to 10f already synchronized. Otherwise, the terminal 10 continues the resynchronization procedure and performs resynchronization with the partially out-of-sync terminals 10 included in the other terminals 10a to 10f.
さらに、同期しない端末１０との同期パケットの送受信の影響を考慮するため、現在のスーパーフレームの同期状態であり、前記同期期間外に受信した同期パケットがある場合に、バッド同期率を算出し、算出したバッド同期率に基づき、予め設定された再同期遷移の閾値との比較によりバッド同期状態を判別する。なお、現在のスーパーフレームで行った判別結果をもって、次のスーパーフレームで状態遷移を実行するようにしてよい。これらの場合、バッド同期率を以下のように定義する。
ここで、Nsyncは、スーパーフレーム上で受信された同期パケットの総数であり、NB_syncは、同じスーパーフレーム内のバッド同期パケットの数である。また、ρは、Nsync＝０の場合にゼロ分母を避ける係数（パラメータ）として設定する。これにより、総数がスーパーフレーム上で受信される同期パケットがゼロの場合でも、バッド同期率を算出することが可能となる。
Furthermore, in order to consider the influence of transmission and reception of synchronization packets with terminals 10 that are not synchronized, if there is a synchronization packet received outside the synchronization period in the current superframe synchronization state, calculate the bad synchronization rate, Based on the calculated bad synchronization rate, a bad synchronization state is determined by comparison with a preset resynchronization transition threshold. It should be noted that the state transition may be executed in the next superframe based on the determination result performed in the current superframe. In these cases, we define the bad synchronization rate as follows.
where Nsync is the total number of sync packets received over a superframe and NB_sync is the number of bad sync packets in the same superframe. Also, ρ is set as a coefficient (parameter) that avoids the zero denominator when N sync =0. This allows the bad sync rate to be calculated even if the total number of sync packets received on a superframe is zero.
さらに再同期の導入の閾値（ThB_sync）を設定することにより、一部同期しない端末１０をバッド同期状態にあると判別する。この判別により、端末１０は、同期しない端末１０を他の端末１０ａ～１０ｆの中から検知でき、再同期を行うことによって干渉を解消することができる。これにより、バッド同期状態とする状態を適宜に設定することができる。 Furthermore, by setting a threshold value ( ThB_sync ) for introducing resynchronization, terminals 10 that are partially out of synchronization are determined to be in a bad synchronization state. By this determination, the terminal 10 can detect the terminal 10 that is not synchronized among the other terminals 10a to 10f, and can eliminate the interference by performing resynchronization. As a result, it is possible to appropriately set the state to be the bad synchronization state.
端末１０は、算出したバッド同期率と、予め定められたバッド同期状態であることを示す下記の閾値に基づいて、自分がバッド同期状態かどうかを判別する。
この閾値の判別の結果により、端末１０は、同期できていない同期状態が続いた場合であっても、自身がバッド同期状態にあると判断できる。これにより、非同期状態ではない同期できていない状態の同期維持手順から、再同期手順に遷移することができ、干渉の原因となっていた端末１０を判別できるようになる。
The terminal 10 determines whether or not it is in the bad synchronization state based on the calculated bad synchronization rate and the predetermined threshold below indicating the bad synchronization state.
Based on the threshold determination result, the terminal 10 can determine that it is in a bad synchronization state even if the synchronization state in which synchronization has not been achieved continues. As a result, it is possible to transition from a synchronization maintenance procedure in a non-synchronized state, which is not in an asynchronous state, to a resynchronization procedure, and it is possible to determine the terminal 10 that has caused interference.
この手順は、前述の初期同期手順～再同期手順に追加される新しい手順として設定される。これにより、端末１０は、この設定された遷移ルールに該当する状態であれば、バッド同期状態と判別され、その後に再同期手順に遷移する。 This procedure is set as a new procedure added to the above-described initial synchronization procedure to resynchronization procedure. As a result, if the terminal 10 is in a state corresponding to the set transition rule, the terminal 10 is determined to be in a bad synchronization state, and then transitions to the resynchronization procedure.
ここで、バッド同期状態と判断する閾値を、ThB_sync＝０として予め設定した場合は、端末１０は同期期間外の同期パケットを受信するたびに遷移することが可能となる。これは、クラスタリングされた同期の問題を解決するのに有効となる。 Here, if the threshold value for determining the bad synchronization state is preset as ThB_sync =0, the terminal 10 can transition each time it receives a synchronization packet outside the synchronization period. This helps in solving clustered synchronization problems.
一方、他の閾値の設定の例として、例えば、ThB_sync＝０．５とした場合は、同期期間外に受信した同期パケット数が同期期間内の同期パケットの総数よりも多い場合にのみ、端末１０はバッド同期状態であると判別され、再同期手順に遷移することになる。これは、クラスタ間で前後に振れる可能性のある端末１０を減らすことによって、少数の端末１０ではなく、多数の端末１０と同期することが可能となる。 On the other hand, as an example of setting another threshold, for example, when ThB_sync = 0.5, the terminal 10 is determined to be in a bad sync state and will transition to the resync procedure. This allows synchronizing with a large number of terminals 10 rather than a small number of terminals 10 by reducing the number of terminals 10 that may swing back and forth between clusters.
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８と第１実施形態におけるバッド同期状態を用いた方法の一例を示す遷移図である。 FIGS. 5(a) and 5(b) are transition diagrams showing an example of a method using the bad synchronization state in standard IEEE 802.15.8 and the first embodiment.
図５の（ａ）は、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８での方法に基づいた方法での分散同期結果の一例であり、図５（ｂ）は、第１実施形態におけるバッド同期状態による分散同期の結果の一例である。どちらの場合も端末１０の台数は１５０台で分散同期を行っている。 FIG. 5(a) is an example of a distributed synchronization result in a method based on the standard IEEE802.15.8, and FIG. 5(b) is a distributed synchronization result in a bad synchronization state in the first embodiment. This is an example of the result of In both cases, the number of terminals 10 is 150 and distributed synchronization is performed.
どちらの場合も、まず、端末１０（自分）が初期同期手順で他の端末１０ａ～１０ｆと同期状態にあるか、非同期状態にあるかの判別を行う。この判別の結果、非同期状態にあれば再同期手順に遷移する。一方、端末１０は、自分が同期状態であると判別すれば、同期維持手順に遷移する。 In either case, first, the terminal 10 (self) determines whether it is in a synchronous state or asynchronous state with the other terminals 10a to 10f in the initial synchronization procedure. As a result of this determination, if it is in an asynchronous state, it transitions to a resynchronization procedure. On the other hand, if the terminal 10 determines that it is in a synchronized state, it transitions to the synchronization maintenance procedure.
ここで、標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８での方法では、端末１０は、３つの連続するスーパーフレームで同期パケット１１を受信した場合、同期状態と判別し、同期維持手順に遷移する。一方、端末１０は、５つの連続するスーパーフレームの同期パケット１１を検出できない場合、非同期状態であると判別し、再同期手順に遷移する。 Here, according to the standard IEEE802.15.8, when the terminal 10 receives the synchronization packets 11 in three consecutive superframes, the terminal 10 determines that it is in a synchronized state and transitions to the synchronization maintenance procedure. On the other hand, when the terminal 10 cannot detect the synchronization packets 11 of five consecutive superframes, the terminal 10 determines that it is in an asynchronous state, and transitions to the resynchronization procedure.
他方、第１実施形態におけるバッド同期状態を用いた方法では、端末１０は、同期期間外に受信した直前の同期パケット１１が、同期状態にあり、３つの連続するスーパーフレームにわたって同期信号を受信した期間であるかを判別する。そして、スーパーフレーム上で受信された同期パケット１１の総数及び、同じスーパーフレーム内のバッド同期パケット数からバッド同期率を算出する。その後、端末１０は、予め設定されている閾値から、自身がバッド同期状態にあると判断した場合、同期維持手順から再同期手順に遷移する。さらに、端末間の同期信号の送受信は同期維持手順においても、再同期手順においても行われる。 On the other hand, in the method using the bad synchronization state in the first embodiment, the terminal 10 received the synchronization packet 11 immediately before the synchronization period outside the synchronization period, was in the synchronization state, and received the synchronization signal over three consecutive superframes. Determine if it is a period. Then, the bad synchronization rate is calculated from the total number of synchronization packets 11 received in the superframe and the number of bad synchronization packets in the same superframe. After that, when the terminal 10 determines that it is in the bad synchronization state from a preset threshold value, the terminal 10 transitions from the synchronization maintenance procedure to the resynchronization procedure. Furthermore, transmission and reception of synchronization signals between terminals are performed both in the synchronization maintenance procedure and in the resynchronization procedure.
これにより、図５（ａ）の標準規格ＩＥＥＥ８０２.１５．８での方法では、同期維持手順で、一部同期しない端末１０が存在しても、自分が同期状態にあると判別した場合はこの同期維持手順にとどまるため、位相差がいつまでも収束せず、安定せず、１００％の分散同期を達成できない。 As a result, in the method of standard IEEE802.15.8 in FIG. 5(a), even if there are some terminals 10 that are not synchronized in the synchronization maintenance procedure, if it is determined that the terminal itself is in a synchronized state, this Because of staying in the synchronization maintenance procedure, the phase difference never converges and stabilizes, and 100% distributed synchronization cannot be achieved.
それに比べて、図５（ｂ）の第１実施形態におけるバッド同期状態を用いた方法では、端末１０は、自分がバッド同期状態にあるかを判別する。そして、接続状態を同期維持手順から再同期手順に遷移する。そのため、再同期に時間を有するものの、位相差は徐々に０に収束し、安定傾向となり、１００％の分散同期を達成することができる。 In contrast, in the method using the bad synchronization state in the first embodiment of FIG. 5(b), the terminal 10 determines whether it is in the bad synchronization state. Then, the connection state transitions from the synchronization maintenance procedure to the resynchronization procedure. Therefore, although it takes time to resynchronize, the phase difference gradually converges to 0 and becomes stable, and 100% distributed synchronization can be achieved.
本実施形態によれば、端末１０が同期状態にある他の端末１０ａ～１０ｆとのバッド接続状態を判別し、その結果に応じて再同期手順に遷移し、他の端末１０ａ～１０ｆとの間で再同期手順を継続することができる。このため、基地局及びアクセスポイントを経由せずに端末１０の間で直接に同期パケット１１を送受信することが可能となり、スーパーフレーム同期の確立を行うことができる。これにより、他の端末１０ａ～１０ｆとの間で、周波数資源を平等かつ効率的に行える分散同期ネットワーク１００を形成することができる。 According to this embodiment, the terminal 10 determines the bad connection state with the other terminals 10a to 10f in the synchronization state, transitions to the resynchronization procedure according to the result, to continue the resynchronization procedure. Therefore, the synchronization packet 11 can be directly transmitted and received between the terminals 10 without going through the base station and the access point, and superframe synchronization can be established. As a result, it is possible to form a distributed synchronization network 100 that can share frequency resources equally and efficiently with other terminals 10a to 10f.
さらに、本実施形態によれば、端末１０で同期期間外に受信した同期パケット１１を参照することができる。このため、同期状態と判別され、同期維持手順で遷移されていたとしても、実際は同期状態となっていない同期パケット１１を検知することができる。これにより、分散同期相手の端末１０から同期パケット１１を受信したものの同期状態にない端末１０に再同期を促すことができるようになる。これにより、分散ネットワーク１００において、まだ同期状態にない端末１０に対しても、または、マルチホップによって遠くに位置する端末１０に対しても同期をとることが可能となり、広いエリアで同期できる端末１０の割合を増やすことができる。 Furthermore, according to this embodiment, the terminal 10 can refer to the synchronization packet 11 received outside the synchronization period. Therefore, it is possible to detect a synchronous packet 11 that is not actually in a synchronous state even if it is determined to be in a synchronous state and transited by the synchronization maintaining procedure. As a result, the terminal 10 that has received the synchronization packet 11 from the terminal 10 of the distributed synchronization partner but is not in the synchronized state can be prompted to resynchronize. As a result, in the distributed network 100, it is possible to synchronize with terminals 10 that are not yet in a synchronized state or with terminals 10 that are located far away due to multi-hop, and terminals 10 that can be synchronized in a wide area. can increase the proportion of
さらに、本実施例によれば、バッド同期状態と判別する上で、端末１０のバッド同期状態を計算し、予め設定された再同期手順への遷移の閾値と比較する。これにより、端末１０に同期状態と判別されながら、実際は同期できていない端末１０の同期パケット１１を検知することができるようになる。再同期を促すことにより、端末１０に引き起こす可能な干渉を回避することができる。そのため、全ての端末１０で周波数資源を平等かつ効率的に行え、コーディネータまたは中央コントローラを介さない分散同期ネットワーク１００を形成することが可能となる。 Furthermore, according to the present embodiment, in determining the bad synchronization state, the bad synchronization state of the terminal 10 is calculated and compared with a preset threshold for transition to the resynchronization procedure. As a result, it becomes possible to detect the synchronization packet 11 of the terminal 10 which is determined to be in a synchronous state but is actually out of synchronization. By prompting resynchronization, possible interference caused to terminal 10 can be avoided. Therefore, all terminals 10 can use frequency resources equally and efficiently, and it is possible to form a distributed synchronization network 100 that does not involve a coordinator or a central controller.
本発明の実施形態を説明したが、各実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While embodiments of the invention have been described, each embodiment is provided by way of example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
１０ ：端末
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ ：他の端末
１１ ：同期パケット
１２ ：プロセッサー
１３ ：表示部
１４ ：出力部
１５ ：入力部
１６ ：メモリ
１７ ：接続判別手段
１８ ：期間判別手段
１９ ：バッド同期率算出手段
２０ ：バッド同期判別手段
２１ ：状態変更手段
２２ ：通信部
１００ ：分散同期ネットワーク
10: Terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f: Other terminals 11: Synchronization packet 12: Processor 13: Display unit 14: Output unit 15: Input unit 16: Memory 17: Connection determining means 18: Period determining means 19: bad synchronization rate calculation means 20: bad synchronization determination means 21: state change means 22: communication section 100: distributed synchronization network
Claims (6)
前記端末は、
自端末と端末との間が同期状態、または非同期状態であるかを判別し、
自端末が受信する同期パケットの同期期間を判別し、
前記同期状態、または非同期状態の判別の結果、及び前記同期期間の判別の結果に基づき、自端末と端末との間が同期状態であり、現在のスーパーフレームの同期期間外に受信した同期パケットがある場合に、前記スーパーフレーム上で受信された同期パケットの総数における前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数によりバッド同期率を算出し、
前記算出したバッド同期率に基づき、予め設定された再同期遷移の閾値との比較によりバッド同期状態を判別し、
前記バッド同期状態の判別の結果に基づき、自端末が前記バッド同期状態にあると判別した場合には、前記現在のスーパーフレームの直後のスーパーフレームから再同期手順に変更して同期すること
を特徴とする分散同期方法。 A distributed synchronization method in a terminal that performs inter-terminal communication,
The terminal is
Determine whether the state between the own terminal and the terminal is synchronous or asynchronous ,
Determining the synchronization period of the synchronization packet received by the own terminal,
Based on the determination result of the synchronous state or the asynchronous state and the determination result of the synchronous period, the terminal and the terminal are in the synchronous state , and the synchronous packet received outside the synchronous period of the current superframe is In some cases, calculating a bad synchronization rate by the number of bad synchronization packets in the superframe in the total number of synchronization packets received over the superframe;
Based on the calculated bad synchronization rate, a bad synchronization state is determined by comparison with a preset resynchronization transition threshold,
When it is determined that the own terminal is in the bad synchronization state based on the result of the determination of the bad synchronization state, synchronization is performed by changing the superframe immediately after the current superframe to a resynchronization procedure. Distributed synchronization method.
を特徴とする請求項１記載の分散同期方法。 2. The distributed synchronization method of claim 1, wherein the period of the received synchronization packet is the period of receiving the synchronization signal over at least three consecutive superframes.
を特徴とする請求項２記載の分散同期方法。 3. The distributed synchronization method according to claim 2, wherein the bad synchronization rate is the number of bad synchronization packets in the superframe with respect to the sum of the total number of synchronization packets received in the superframe and a predetermined coefficient.
前記端末は、
自端末と端末との間が同期状態、または非同期状態であるかを判別する接続判別手段と、
自端末が受信する同期パケットの同期期間を判別する期間判別手段と、
前記同期状態、または非同期状態の判別の結果、及び前記同期期間の判別の結果に基づき、自端末と端末との間が同期状態であり、現在のスーパーフレームの同期期間外に受信した同期パケットがある場合に、前記スーパーフレーム上で受信された同期パケットの総数における前記スーパーフレーム内のバッド同期パケットの数によりバッド同期率を算出するバッド同期率算出手段と、
前記算出したバッド同期率に基づき、予め設定された再同期遷移の閾値との比較によりバッド同期状態を判別するバッド同期判別手段と、
前記バッド同期状態の判別の結果に基づき、自端末が前記バッド同期状態にあると判別した場合には、前記現在のスーパーフレームの直後のスーパーフレームから再同期手順に変更して同期する状態変更手段と
を備えることを特徴とする分散同期装置。 A distributed synchronization device in a terminal that performs inter-terminal communication,
The terminal is
a connection determining means for determining whether the terminal and the terminal are in a synchronous state or an asynchronous state ;
period determination means for determining a synchronization period of a synchronization packet received by the terminal;
Based on the determination result of the synchronous state or the asynchronous state and the determination result of the synchronous period, the terminal and the terminal are in the synchronous state , and the synchronous packet received outside the synchronous period of the current superframe is bad synchronization rate calculation means for calculating a bad synchronization rate according to the number of bad synchronization packets in said superframe in the total number of synchronization packets received on said superframe, in some cases;
bad synchronization determination means for determining a bad synchronization state by comparing the calculated bad synchronization rate with a preset resynchronization transition threshold value;
State changing means for changing to a resynchronization procedure and synchronizing from a superframe immediately after the current superframe when it is determined that the own terminal is in the bad synchronization state based on the result of the determination of the bad synchronization state. A distributed synchronization device comprising:
を特徴とする請求項４記載の分散同期装置。 5. The distributed synchronization apparatus according to claim 4, wherein the period of the received synchronization packet is the period of receiving the synchronization signal over at least three consecutive superframes.
を特徴とする請求項５記載の分散同期装置。 6. The distributed synchronization apparatus according to claim 5, wherein said bad synchronization rate is the number of bad synchronization packets within said superframe with respect to the sum of the total number of synchronization packets received in said superframe and a predetermined coefficient.
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