WO2007052709A1

WO2007052709A1 - 時刻同期方法及びそれに用いる通信装置及びノード

Info

Publication number: WO2007052709A1
Application number: PCT/JP2006/321887
Authority: WO
Inventors: Hisaaki Tanaka; Daisuke Ohta
Original assignee: National University Corporation The University Of Electro-Communications
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2007-05-10
Also published as: JP4982759B2; JPWO2007052709A1; US20090122783A1

Abstract

　複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークにおいて各ノードが実行する時刻同期方法が提供される。その時刻同期方法は、１ビーコン周期毎に乱数を用いてスロット数を生成する生成ステップと、前記スロット数に対応するビーコン送信時刻までに他ノードからのビーコンを受信していないとき、前記スロット数に基づいてビーコン送信をキャンセルするか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップでビーコン送信をキャンセルすると判定した場合にビーコン送信をキャンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に自ノードの時刻情報を記載したビーコンを送信するステップとを有する。

Description

時刻同期方法及びそれに用いる通信装置及びノード

技術分野

[0001] 本発明は、時刻同期方法及びそれに用いる通信装置及びノードに関する。より詳細には、本発明は、複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して時刻同期を行うアドホックネットワークの時刻同期方法及びそれに用いる通信装置及びノードに関する。

背景技術

[0002] 近年、アクセスポイントを必要とせず無線で接続できるパーソナルコンピュータ、 PD A、センサノード等のノード (端末とも、う）のみで構成されるアドホックネットワークの開発が進められている。

[0003] IEEE802. 11プロトコル（非特許文献 1参照）を用いたアドホックネットワークにおいては、各ノードはそれぞれの内部にもつ時刻をお互いにビーコンを送受信することにより更新していく。その結果、過渡状態の後に、全てのノードの時刻が一致して時刻同期が達成される。

図 1にアドホックネットワークの一例の構成図を示す。同図中、アドホックネットワークは複数のノード A〜F力構成される。各ノード A〜Fは具体的にはパーソナルコンビユータ、 PDA,センサノード等の通信デバイスであり、各ノードは直接通信可能な半径 R (通信範囲）のセルを有している。なお、半径 Rはノード毎にある程度のバラツキを持っている。

[0004] 図 1に示すようなアドホックネットワークを構成するノードのもつ時刻を制限された消費電力の下で自律分散的に同期させ維持するために、各ノードは以下に示す第 1〜第 3の機能を有している。

[0005] 第 1の機能は、図 2に示すように、一定周期（例えば 100msec)でアクティブモードとパワーセーブモードの 2つのモードを繰り返す。図 2において、アクティブモードに対応してコンテンションウィンドウが設定され、このコンテンションウィンドウは W+ 1 ( Wは例えば 31)個のバックオフスロット（1バックオフスロットは例えば 50 μ sec)に分割される。バックオフスロットは 0から Wまでの整数値であるスロット数により特定される

[0006] 第 2の機能は、アクティブモードの期間中に他のノードと競合を行い、勝ち残ったノ一ドが自ノードの時刻を記載したビーコンを周りに送信し、他のノードはビーコン送信を行わない。

[0007] 第 3の機能は、条件 1〜3が同時に満たされる時のみ、自ノードの時刻を受信したビ一コンに記載されて、る時刻に更新することで時刻同期を行う。

(条件 1)そのノードがその時アクティブモードの期間中である。

(条件 2)到来するビーコンがコリジョンを生じな、。

(条件 3)受信したビーコンに記載されて、る時刻が、自ノードのもつ時刻より進んでいる (値が大きい)。

従来のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法について図 3 A、図 3Bを用いて説明する。いま、ノード A、 B、 Cが互いに同一セル内に存在するものとする。図 3Aに示すように、ノード A、 B、 Cはそれぞれビーコン周期毎にランダムにスロット数 (ビーコン送信予定時刻）を生成する。この場合、ノード Cが最小のスロット数（ = 2)を与えられ、ノード Aのスロット数（ = 6)、ノード Bのスロット数 ( = 9)を与えられたとする。

[0008] このとき、図 3Bに示すように、ノード Cは、このスロット数（ = 2)に対応する時刻においてビーコン送信を行い、ノード A、 Bはこれを受信する。ビーコンを受信したノード A 、 Bは各々のスロット数（ = 6, 9)に予定されているビーコン送信をキャンセルし、ビーコン送信を行わない。これにより、ビーコン送信ノードの選定はノード間による競合のみにより行われる。

非特許文献 1 : IEEE Std. 802. 11 Wireless LAN Medium Access Contr ol (MAC) and Physical Layer (PHY) specification, http： / / standards . ieee. org/grtieee802/download/802. 11— 1999. pdf

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] ビーコン送信において問題となるのは、あるノードに同じタイミングで複数のビーコンが到来するとコリジョン (衝突）を生じ、いずれのビーコンも受信されないことである。この場合、その時点で当該ノードの時刻は更新されな、。

[0010] したがって、このようなコリジョンが頻繁に生じると時刻同期完了までの過渡状態が長時間継続し、通常の通信を開始することの妨げとなる。最近の研究では以上の問題を現実的に想定される条件下で解析しており、その結果、同期完了までに要する時間はネットワークを構成するノード数のべき乗に比例して増加し、ノード数が数十程度のアドホックネットワークにおいてさえ、現在の通信レートでは同期完了までに数十秒以上の時間を要するケースが生じることが判明している。

[0011] このこと力ら、 IEEE802. 11プロトコルによる大規模アドホックネットワークの構築において、現状のままではノード数が数百、数千ともなる大規模なネットワークの実現は時刻同期の点力も困難であるという問題があった。

[0012] 本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、高い同期能力を得ることを可能とする時刻同期に係る技術を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0013] 上記の課題は、複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビ一コンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークにおいて各ノードが実行する時刻同期方法であって、

1ビーコン周期毎に乱数を用いてスロット数を生成する生成ステップと、前記スロット数に対応するビーコン送信時刻までに他ノードからのビーコンを受信して!ヽな、とき、前記スロット数に基づ、てビーコン送信をキャンセルする力否かを判定する判定ステップと、

前記判定ステップでビーコン送信をキャンセノレすると判定した場合にビーコン送信をキャンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に自ノードの時刻情報を記載したビーコンを送信するステップとを有することを特徴とする時刻同期方法により解決される。

[0014] また、前記時刻同期方法にお!、て、前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ自ノードをアクティブモードとするステップを有することとしてもよい。また、前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ任意の確率で自ノードをアクティブモードまたはパワーセーブモードとするステップを有することとしてもよい

[0015] また、前記時刻同期方法にお!、て、前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ前記スロット数に基づく確率で自ノードをアクティブモードまたはパワーセーブモードとするステップを有することとしてもよく、ビーコン送信をキャンセルしたとき、自ノードの時刻が所定時刻である場合に、 1ビーコン周期分だけ自ノードをアクティブモードとするステップを有することとしてもよい。

[0016] また、上記の課題は、複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークのノードを構成する通信装置であって、

1ビーコン周期毎に乱数を用いてスロット数を生成するスロット数生成手段と、前記スロット数に対応するビーコン送信時刻までに他ノードからのビーコンを受信して！ヽな、とき、前記スロット数に基づ、てビーコン送信をキャンセルするか否かの判定を行う判定手段と、

前記判定手段でビーコン送信をキャンセルすると判定した場合にビーコン送信をキヤンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に前記通信装置の時刻情報を記載したビーコンを送信するビーコン送信制御手段とを有することを特徴とする通信装置によっても解決できる。

[0017] また、本発明は、複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットヮークのノードを構成するコンピュータを、

1ビーコン周期毎に乱数を用いてスロット数を生成するスロット数生成手段、前記スロット数に対応するビーコン送信時刻までに他ノードからのビーコンを受信して！ヽな、とき、前記スロット数に基づ、てビーコン送信をキャンセルするか否かの判定を行う判定手段、

前記判定手段でビーコン送信をキャンセルすると判定した場合にビーコン送信をキヤンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に前記コンピュータの時刻情報を記載したビーコンを送信するビーコン送信制御手段、として機能させるためのプログラムとして構成することもできる。

発明の効果

[0018] 本発明によれば、無駄なビーコン送信を抑えコリジョンの発生頻度を低くでき、高い同期能力を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]アドホックネットワークの一例の構成図である。

[図 2]ビーコン周期を説明するための図である。

[図 3A]従来のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法を説明するための図である。

[図 3B]従来のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法を説明するための図である。

[図 4]本発明のアドホックネットワークを構成するノードの一実施形態のブロックである

[図 5]ビーコン送受信処理の第 1実施形態のフローチャートである。

[図 6A]本発明のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法を説明するための図である。

[図 6B]本発明のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法を説明するための図である。

[図 7]ビーコン送受信処理の第 2実施形態のフローチャートである。

[図 8]ビーコン送受信処理の第 3実施形態のフローチャートである。

[図 9]ビーコン送受信処理の第 4実施形態のフローチャートである。

[図 10]本発明のアドホックネットワークにおける時刻同期を説明するための図である。

[図 11]本発明のアドホックネットワークにおける時刻同期を説明するための図である。符号の説明

[0020] 10 ハードディスク装置

11 CPU 12 メモリ

13 入力装置

14 ディスプレイ装置

15 PCカードスロット

16 バス

20 無線ネットワークカード

21 インタフェース咅

22 プロセッサ部

23 MAC処理部

24 変復調部

25 送受信部

26 了テナ

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

[0022] <ノード装置の構成 >

図 4は、本発明のアドホックネットワークを構成するノードの一実施形態のブロック図を示す。このノードはパーソナルコンピュータであり、ハードディスク装置 10には CPU 11で実行する各種プログラムやデータ等が記憶される。 CPU 11はハードディスク装置 10から読み出されるプログラムを実行する際に、メモリ 12を作業領域として使用する。入力装置 13はキーボードやマウス等のポインティングデバイスである。ディスプレィ装置 14は表示を行う。上記のハードディスク装置 10から PCカードスロット 15までの各部はバス 16で相互に接続されている。 PCカードスロット 15には通信装置としての無線ネットワークカード 20が装着されてバス 16に接続される。

[0023] 無線ネットワークカード 20は、インタフェース部 21、プロセッサ部 22、 MAC処理部 23、変復調部 24、送受信部 25、及びアンテナ 26を有している。インタフェース部 21 は、プロセッサ部 22と MAC (媒体アクセス制御）処理部 23をバス 16に接続する。

[0024] プロセッサ部 22は、 MAC処理部 23を制御して MAC処理を実行させると共に、後述のビーコン送受信処理を実行する。このビーコン送受信処理を行うために、プロセッサ部 22は記憶部 22aを内蔵して、る。

[0025] なお、プロセッサ部 22と記憶部 22aに代えて、 CPUと、プログラムを格納したメモリとを有するコンピュータの構成を備えてもよい。この場合、メモリに格納されたプロダラムを CPUが実行することにより、プロセッサ部 22が実行する後述する処理と同様の処理が実行される。また、ノードを構成する端末等のコンピュータ力当該プログラムを実行することによりプロセッサ部 22が実行する処理と同様の処理を実行することとしてちよい。

[0026] 上記プログラムは、外部の記録媒体 (可搬メモリ等)から上記メモリに格納するようにしてもよいし、ネットワークを介してダウンロードすることとしてもよい。なお、プロセッサ部 22と記憶部 22aに代えて、 CPUと、プログラムを格納したメモリとを備える場合、無線ネットワークカード 20自身をコンピュータと称することもできる。

[0027] MAC処理部 23は、 IEEE802. 11で規定される MAC (媒体アクセス制御）処理を実行する。変復調部 24は IEEE802. 11で規定される DSSB (Direct Sequence Spread Spectrum)や CCK (Complementzary Code Keying)や OFDM (Or thogonal Frequency Division Multiplexing :直交周波数分割多重）変調方式による変復調を行う。送受信部 25はアンテナ 26を用いて送受信を行う。

[0028] <第 1実施形態 >

図 5は、アドホックネットワークを構成するノードに装着された無線ネットワークカード 20のプロセッサ部 22が実行するビーコン送受信処理の第 1実施形態のフローチヤ一トを示す。同図中、プロセッサ部 22は、 1ビーコン周期毎に実行されるステップ S11で乱数等を用いて値が 0〜31のスロット数を生成し、ステップ S 12で送受信を開始する

[0029] ステップ S13で、プロセッサ部 22は、ビーコンを送信する時刻までにノードがコリジョンの発生なく他のノードからビーコンを受信した力否かを判別する。ノードがビーコンを受信していない場合にはステップ S14に進んで、プロセッサ部 22は、ビーコン送信の足切り判定を行う。足切り判定では、ステップ S 11で生成したスロット数が予め記憶部 22aに設定された閾値 (例えば 1)未満である力否かの判定が行われる。スロット数が閾値未満であれば足切りは回避され、スロット数が閾値以上である場合に足切りが行われる。

[0030] ビーコン送信の足切りが回避された場合は、ステップ S15で、ノードは自ノードの時刻を記載したビーコンの送信を行、、ステップ S16で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S 11に進む。足切りが行なわれる場合は、ノードはステップ S 17でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S18で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S 11に進む。

[0031] 一方、ステップ S13で、ノードがビーコンを受信している場合にはステップ S19でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S20で 1ビーコン周期分だけパワーセーブモードとなり、その後アクティブモードに戻ってステップ S 11に進む。

[0032] 本実施形態のアドホックネットワークにおけるビーコン送信ノードの選定方法につ!ヽて図 6A、図 6Bを用いて説明する。図 1に示すように、ノード A、 B、 Cが互いに同一セル内に存在するものとする。図 6Aに示すように、ノード A、 B、 Cはそれぞれビーコン周期毎にランダムにスロット数 (ビーコン送信予定時刻）を生成する。この場合、ノード Cが最小のスロット数（ = 2)を与えられ、ノード Aのスロット数（ = 6)、ノード Bのスロット数（ = 9)を与えられたとする。

[0033] このとき、ノード A、 B、 C間における競合後、そのセルにおけるノードのうち最小のスロット数をもっているノード Cがビーコン送信ノードに選出される。つまり、ノード A、 B、 Cの中で、他力ビーコンを受信する前に最も早くビーコン送信時刻になるのがノード Cである。

[0034] このノード Cは、ビーコンを送信する前に、そのスロット数が閾値 (例えば 1)を越えている力否かをチェックする（図 6B)。スロット数が閾値未満であれば (すなわち、スロット数 =0であれば）、予定通りビーコンを送信し、その後そのノード Cはアクティブモードを持続する。一方、スロット数が閾値以上であれば、そのノード Cがビーコンを送信することは取り止め、同時にそのノード Cは当初の予定通りアクティブモードを持続させる。上記の付加的操作を閾値によるビーコン送信の足切り（キャンセル)判定と呼んでいる。

[0035] 本実施形態では、ビーコン送信の足切りを行うことによってビーコン送信ノードに選出されるノード数を減少させることにより、コリジョンの発生頻度を低くすることができ、時刻同期が完了するまでの時間を短縮でき、高い同期能力を得ることができる。

[0036] <第 2実施形態 >

第 1実施形態では、足切り判定により当初予定していたビーコン送信を取り止めたノードは、その後、自動的にアクティブモードを持続する。しかし、足切りを受けるノード数が多くなると、それだけアクティブモードを持続するノード数も多くなつてしま、、アドホックネットワーク全体のノードにおけるエネルギー消費が増大する。このため、ノードのエネルギー消費を抑える観点力工夫した第 2、第 3実施形態について説明する。

[0037] 図 7は、アドホックネットワークを構成するノードに装着された無線ネットワークカード 20のプロセッサ部 22が実行するビーコン送受信処理の第 2実施形態のフローチヤ一トを示す。同図中、プロセッサ部 22は、 1ビーコン周期毎に実行されるステップ S31で乱数等を用いて値が 0〜31のスロット数を生成し、ステップ S32で送受信を開始する

[0038] ステップ S33で、プロセッサ部 22は、ビーコンを送信する時刻までにノードがコリジョンの発生なく他のノードからビーコンを受信した力否かを判別する。ノードがビーコンを受信していない場合にはステップ S34に進んで、プロセッサ部 22は、ビーコン送信の足切り判定を行う。足切り判定では、ステップ S31で生成したスロット数が予め記憶部 22aに設定された閾値 (例えば 1)未満である力否かの判定が行われる。スロット数が閾値未満であれば足切りは回避され、スロット数が閾値以上である場合に足切りが行われる。

[0039] ビーコン送信の足切りが回避された場合は、ステップ S35で、ノードは自ノードの時刻を記載したビーコンの送信を行、、ステップ S36で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S31に進む。足切りが行なわれる場合は、ノードはステップ S37でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S38で乱数を用いて所定の確率 (例えば 90%)でアクティブモードを選択し、残りの確率（例えば 10%)でパワーセーブモードを選択し、 1ビーコン周期分だけ選択したモードを持続し、その後アクティブモードに戻つてステップ S 31に進む。

[0040] 一方、ステップ S33で、ノードがビーコンを受信して!/、る場合にはステップ S39でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S40で 1ビーコン周期分だけパワーセーブモードとなり、その後アクティブモードに戻ってステップ S31に進む。

[0041] これによつて、アドホックネットワーク全体のノードにおけるエネルギー消費の増大を低減することができる。

[0042] <第 3実施形態 >

図 8は、アドホックネットワークを構成するノードに装着された無線ネットワークカード 20のプロセッサ部 22が実行するビーコン送受信処理の第 3実施形態のフローチヤ一トを示す。同図中、プロセッサ部 22は、 1ビーコン周期毎に実行されるステップ S51で乱数等を用いて値が 0〜31のスロット数を生成し、ステップ S52で送受信を開始する

[0043] ステップ S53で、プロセッサ部 22は、ビーコンを送信する時刻までにノードがコリジョンの発生なく他のノードからビーコンを受信した力否かを判別する。ノードがビーコンを受信していない場合にはステップ S54に進んで、プロセッサ部 22は、ビーコン送信の足切り判定を行う。足切り判定では、ステップ S51で生成したスロット数が予め記憶部 22aに設定された閾値 (例えば 1)未満である力否かの判定が行われる。スロット数が閾値未満であれば足切りは回避され、スロット数が閾値以上である場合に足切りが行われる。

[0044] ビーコン送信の足切りが回避された場合は、ステップ S55で、ノードは自ノードの時刻を記載したビーコンの送信を行、、ステップ S56で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S51に進む。足切りが行なわれる場合は、ノードはステップ S57でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S58でスロット数が予め記憶部 22aに設定された一定値 (例えば 30)以下カゝ否かを判別する。スロット数が一定値以下の場合は、ステップ S56に進んで 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S51に進む。スロット数が一定値を超える場合は、ステップ S59に進んで 1ビーコン周期分だけパワーセーブモードとなり、その後アクティブモードに戻ってステップ S51に進む。

[0045] 一方、ステップ S53で、ノードがビーコンを受信して!/、る場合にはステップ S60でビーコン送信をキャンセルし、ステップ S61で 1ビーコン周期分だけパワーセーブモードとなり、その後アクティブモードに戻ってステップ S51に進む。

[0046] 上記第 2実施形態では足切り判定の結果に基づき送信キャンセルを行った場合に乱数を用いてアクティブモードかパワーセーブモードかを選択している力第 3実施形態では元々乱数により発生したスロット数を利用してアクティブモードかパワーセーブモードかを選択しており、その効果は実質的に等価である。

[0047] <第 4実施形態 >

図 9は、アドホックネットワークを構成するノードに装着された無線ネットワークカード 20のプロセッサ部 22が実行するビーコン送受信処理の第 4実施形態のフローチヤ一トを示す。同図中、プロセッサ部 22は、 1ビーコン周期毎に実行されるステップ S71で乱数等を用いて値が 0〜31のスロット数を生成し、ステップ S72で送受信を開始する

[0048] ステップ S73で、プロセッサ部 22は、ビーコンを送信する時刻までにノードがコリジョンの発生なく他のノードからビーコンを受信した力否かを判別する。ノードがビーコンを受信していない場合にはステップ S74に進んで、プロセッサ部 22は、ビーコン送信の足切り判定を行う。足切り判定では、ステップ S71で生成したスロット数が予め記憶部 22aに設定された閾値 (例えば 1)未満である力否かの判定が行われる。スロット数が閾値未満であれば足切りは回避され、スロット数が閾値以上である場合に足切りが行われる。

[0049] ビーコン送信の足切りが回避された場合は、ステップ S75で、ノードは自ノードの時刻を記載したビーコンの送信を行、、ステップ S76で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S71に進む。足切りが行なわれる場合は、ノードはステップ S77でビーコン送信をキャンセルしたのち、ステップ S80に進む。

[0050] 一方、ステップ S73でノードがビーコンを受信して!/、る場合にはステップ S79でビーコン送信をキャンセノレしたのち、ステップ S80〖こ進む。ステップ S80ではプロセッサ部 22は、ノードの時刻が予め記憶部 22aに設定された所定時刻（例えば整数秒となる時刻）であるか否かを判別する。ノードの時刻が所定時刻である場合はステップ S81 で 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続してステップ S71に進む。ノードの時刻が所定時刻ではない場合はステップ S82で 1ビーコン周期分だけパワーセーブモードとなり、その後アクティブモードに戻ってステップ S71に進む。

[0051] これにより、各ノードは内部に保持する時刻が整数秒となる毎に 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続することになり、この間にビーコン送信ノードから送信されたビーコンを受信して、一斉に時刻同期が行われる。

[0052] なお、図 7、図 8の実施形態においても、図 9におけるステップ S80〜S82を追加しても良いことはもちろんである。

[0053] 図 10は、一辺が 5Rの正方形の領域 AR1に 36個のノードをランダムに固定配置した場合を想定している。なお、 Rは通信範囲の半径に対応する正規化された距離である。各ノードは一様に通信範囲 Rを持つものとする。ここで、初期において領域 AR 1内の各ノードは相互にビーコンを送受信し、全体の時刻同期が得られ 1つのアドホックネットワーク（先のネットワーク）を構成して、るものとする。

[0054] そのとき、領域 AR1の任意の位置に、他のネットワークに属しているノード ND1が速やかに参入したものとする。ここで、このノード ND1のもつ時刻は、先のネットヮークを構成するノードの時刻より進んでおり（値が大きい）、かつ、そのビーコン周期におけるアクティブモードの位相は先のネットワークのビーコン周期におけるアクティブモードの位相に対し大略逆位相であったとする。

[0055] ここで、参入したノード ND1は、その通信範囲 R内に存在するアクティブモードのノードの時刻を同期させる。その時刻同期の伝播は通信範囲 R内でアクティブモードを持続している少数のノードを介して行われるので、ビーコン周期（100ms)のオーダ一のゆっくりとしたタイムスケールで行われる。

[0056] 従来のアドホックネットワークを用いた場合、第 1段階で白抜きの矢印で示すような方向で領域 AR1の境界に沿って時刻同期の伝搬が速やかに進行し、その後、第 2 段階で領域 AR1の内側に残ったノードが長い時間をかけて徐々に時刻同期していくことが認められている。

[0057] 第 1段階が生じる理由は、ランダムなスロット数生成で最小となったものが時刻伝播を担うノード (ビーコン送信ノード)として決定されるが、その際に領域 AR1の境界付近では領域 AR1外にノードがないので相対的なノードの密度が疎らとなり、境界付近のノードが比較的頻繁にビーコン送信ノードに選出されるためである。図 10では第 2段階における進んだ時刻のノードを白丸で示し、遅れた時刻のノードを黒丸で示す

[0058] これに対し、本発明によると、第 1段階の過程における時刻同期の伝搬は従来よりも速くなるが、それほど大きな差ではない。しかし、第 2段階において従来とは異なる同期過程を示す。その特徴は領域 AR1の中央部分のノードは、あまり同期が進展しない時点と、逆に急激に同期が進行する時点を繰り返すことである。その結果、全体の同期の終了に要する時間が従来に比べ、大幅に短縮される。その理由は以下のメ力二ズム力説明される。

(A)領域 AR1の境界部分のノードがビーコン送信の足切りを受けるために、領域 AR 1の中央部分のノードでビーコンのコリジョンの発生率は低くなる。

(B)足切りの効果が強く現れる場合がしばしば生じ、足切りの効果が強く現れたビーコン周期において領域 AR1の境界部分のノードはほとんど全てが足切りを受ける場合が生じる。このとき、領域 AR1の境界部分のノードから中央部分のノードにビーコンが到来せず、その時点では同期は進行しな、。

(C)領域 AR1の中央部分の未だ同期を達成してヽなゾードにお、ては、スロット生成時に足切りをクリアできず、全てのノードが足切りを受ける場合が時々生じる。

(D)上記 (C)が生じた直後に、領域 AR1の中央部分の同期を達成して、なゾードは全てアクティブモードになっているので、上記 (A)と同様に領域 AR1の境界部分のノードからビーコンがコリジョンなく到来すると、領域 AR1の中央部分の全てのノードが一気に同期を完了する。

[0059] 図 10は、ネットワークの空間的広がりを考慮した例である力図 11に示すように空間的に密集したノード配置の場合にぉ、ても、同様のメカニズムによって大幅な時刻同期の時間短縮が認められる。

[0060] 図 11においては、領域 AR2内に黒丸で示す複数のノードが存在し、領域 AR3内に白丸で示す複数のノードが存在する。黒丸のノードが直接通信可能なセル SL2と白丸のノードが直接通信可能なセル SL3とは一部重なり、重なった部分に黒丸のノード ND2が配置されている。また、白丸のノードは黒丸のノードより時刻が進んでおり、黒丸のノードと白丸のノードはビーコン周期におけるアクティブモードの位相が大略逆位相であったとする。

[0061] この場合も、黒丸のノード ND2がビーコン送信足切りまたはビーコン送信した後に 1ビーコン周期分だけアクティブモードを持続するときに、白丸のノードからのビーコンを受信して速やかに時刻同期を行い、その後、同様にして、ノード ND2からのビーコン送信により領域 AR2内に黒丸のノードが順次時刻同期を行う。これによつて、従来に比べ大幅な時刻同期の時間短縮がなされる。

[0062] 本発明の第 1乃至第 3実施形態における時刻同期の時間短縮は、上記 (C)、 (D) のメカニズムが大きく貢献している。上記（C)、（D)では、同期を達成していないノードが全てアクティブとなる状態が確率的に生起するが、第 4実施形態では、同期を達成して、なソードが全てアクティブとなる状態が所定時刻毎に一定周期で生じるため、さらに同期に要する時間を短縮することができる。

[0063] 消費エネルギーに関しては、同期が進行している過渡状態時の各ノードのパケット送信およびアクティブモードを持続するのに要する第 1消費エネルギーと、同期が完了して定常状態にある時の各ノードのパケット送信およびアクティブモードを持続するのに要する第 2消費エネルギーについて考える必要がある。

[0064] 本発明の第 1実施形態においては、第 1消費エネルギーは従来と比べ単位時間当たりの消費エネルギーが若干高くなる。ところが、過渡状態の継続時間は従来と比べ力なり短くなるので、第 1消費エネルギーの総計は結局、本発明の方が従来よりも下まわる。一方、第 2消費エネルギーは、通信範囲 Rが相当に小さい場合を除き、従来と本発明のそれには有意な差がみられない。したがって、全消費エネルギーにおいて、本発明は従来よりも省エネルギー性を持つことがわかる。また、これらの傾向は第 2、第 3実施形態を導入する場合により強められる。

[0065] なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなぐ特許請求の範囲内において種々の変更及び応用が可能である。

[0066] 本国際出願は 2005年 11月 4日に出願された日本国特許出願第 2005— 320573 号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。

Claims

請求の範囲

[1] 複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークにおいて各ノードが実行する時刻同期方法であって、

前記判定ステップでビーコン送信をキャンセノレすると判定した場合にビーコン送信をキャンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に自ノードの時刻情報を記載したビーコンを送信するステップと

を有することを特徴とする時刻同期方法。

[2] 請求項 1記載の時刻同期方法において、

前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ自ノードをアクティブモードとするステップを有することを特徴とする時刻同期方法。

[3] 請求項 1記載の時刻同期方法において、

前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ任意の確率で自ノードをアクティブモードまたはパワーセーブモードとするステップを有することを特徴とする時刻同期方法。

[4] 請求項 1記載の時刻同期方法において、

前記判定ステップでの判定の結果に基づきビーコン送信をキャンセルした後、 1ビーコン周期分だけ前記スロット数に基づく確率で自ノードをアクティブモードまたはパヮーセーブモードとするステップを有することを特徴とする時刻同期方法。

[5] 請求項 1乃至 4のいずれか 1項記載の時刻同期方法において、

ビーコン送信をキャンセルしたとき、自ノードの時刻が所定時刻である場合に、 1ビーコン周期分だけ自ノードをアクティブモードとするステップを有することを特徴とする時刻同期方法。

[6] 複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークのノードを構成する通信装置であって、

前記判定手段でビーコン送信をキャンセルすると判定した場合にビーコン送信をキヤンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に前記通信装置の時刻情報を記載したビーコンを送信するビーコン送信制御手段と

を有することを特徴とする通信装置。

[7] 請求項 6記載の通信装置において、

ビーコン送信をキャンセルしたとき、前記通信装置の時刻が所定時刻である場合に、 1ビーコン周期分だけ前記通信装置をアクティブモードとするアクティブモード設定手段を有することを特徴とする通信装置。

[8] 請求項 6または 7記載の通信装置を有することを特徴とするノード。

[9] 複数のノードが互いに無線接続されており、時刻情報を記載したビーコンをビーコン周期で送受信して各ノードの時刻同期を行うアドホックネットワークのノードを構成するコンピュータを、

前記判定手段でビーコン送信をキャンセルすると判定した場合にビーコン送信をキヤンセルし、ビーコン送信をキャンセルしないと判定した場合に、前記ビーコン送信時刻に前記コンピュータの時刻情報を記載したビーコンを送信するビーコン送信制御手段、として機能させるためのプログラム。

[10] 請求項 9記載のプログラムにおいて、

前記コンピュータを、ビーコン送信をキャンセノレしたとき、前記コンピュータの時亥 IJが所定時刻である場合に、 1ビーコン周期分だけ前記コンピュータをアクティブモードとするアクティブモード設定手段として更に機能させることを特徴とするプログラム。

[11] 請求項 9または 10に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。