JP6539249B2 - 基地局および無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、基地局、無線装置および無線通信システムに関し、特に、パケットの送受信による同期処理に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）が広く用いられている。無線ＬＡＮには、インターネット等の通信網に通信接続された複数のアクセスポイントが設置されるものがある。パーソナルコンピュータ、スマートホン等の情報端末は、アクセスポイントとの間で無線信号によるパケット通信を行い、アクセスポイントを介して通信網に通信接続する。

各アクセスポイントは、情報端末との間で無線通信が可能なサービスエリアを形成する。また、各アクセスポイントは情報端末との間で時分割通信を行い、複数の通信回線を構築する。情報端末は、あるサービスエリアから他のサービスエリアに移動するときにはハンドオーバ処理によって途切れのない通信を行う。このように、各アクセスポイントが時分割通信を行い、複数のアクセスポイントが連携して動作するためには、各アクセスポイントのパケット送受信タイミングが同期している必要がある。

そこで、各アクセスポイントは、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）から送信された信号から同期処理用の時刻情報を取得する。また、各アクセスポイントが、ＮＴＰ（Network Time Protocol）を用いてインターネットから時刻情報を取得する無線ＬＡＮもある。

以下の特許文献１には、ＧＰＳを利用した時刻同期処理システムが記載されている。このシステムでは、ＧＰＳ衛星から送信された基準時刻情報をマスタが受信して、時刻の同期を行うための時刻パケットを生成する。マスタは、無線ＬＡＮを介して複数のスレーブに時刻パケットをブロードキャスト（同報送信）する。また、非特許文献２には、複数の計測ノードの間で無線通信が行われる無線ＬＡＮが記載されている。各計測ノードは、計測対象の物理量を計測する装置を備えており、計測値を含むパケットを送受信する。複数の計測ノードのうち１つはＧＰＳ衛星から時刻情報を受信し、複数の計測ノードの間の通信に基づいて、複数の計測ノードが動作タイミングの同期を行う。

特開２００９−１１１６５４号公報

日山 雅之他、「無線LANにおける高精度時刻同期方式の検討と実験」、信学技報, vol. 108, no. 460, IA2008-79, pp. 73-78, 2009年3月. 資料番号, SITE2008-56, IA2008-79.

無線通信の規格には、無線信号の送信を行った後、所定時間以上の送信休止が要求されるものがある。このような規格の下で複数の無線装置が同期処理を実行する場合、各無線装置は、無線信号の送信時間の制限の下で同期処理を実行する必要がある。このような時間制限の下では各無線装置が迅速に同期処理を実行する必要がある。しかし、複数の無線装置が同期処理を迅速に実行しようとする場合、無線装置間で同期処理用のパケットが頻繁に送受信され、通信の輻輳が生じることがある。

本発明は、無線装置間における同期用パケットの送受信頻度を適切にすることを目的とする。

本発明は、複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、前記制御部は、タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、前記制御部は、さらに、各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、前記同期状態には、前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲内であるロック状態、および前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲外である非ロック状態があり、前記制御部は、複数の前記無線装置のうち前記非ロック状態にあるものの非ロック台数を、各前記情報要求パケットに含まれる前記同期ステータス情報に基づいて求め、当該非ロック台数に基づいて前記送信周期を調整することを特徴とする。

望ましくは、前記制御部は、前記非ロック台数が１以上である場合に、前記非ロック台数が０である場合よりも前記送信周期を短くする。

また、本発明は、複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、前記制御部は、タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、前記制御部は、さらに、各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、前記要求受信処理は、前記情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻を求める処理を含み、前記制御部は、先の前記送受信処理で前記同期パケットが送信された時刻を示す同期パケット送信時刻と、先の前記送受信処理で各前記無線装置に対応して求められた前記情報要求受信時刻とを、次の前記送受信処理で送信される前記同期パケットに含ませることを特徴とする。

また、本発明は、複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、前記制御部は、タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、前記制御部は、さらに、各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、前記要求受信処理は、前記情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻を求める処理を含み、前記制御部は、先の前記送受信処理で各前記無線装置に対応して求められた前記情報要求受信時刻と、次の前記送受信処理で前記同期パケットが送信される時刻を示す同期パケット送信時刻とを、当該次の前記送受信処理で送信される前記同期パケットに含ませることを特徴とする。

また、本発明は、基地局との間でパケットを送受信する無線部と、前記無線部を制御する制御部と、を備える無線装置において、前記制御部は、前記基地局から送信され、タイミングを規定する同期パケットを受信する同期パケット受信処理と、前記同期パケットが受信された後に情報要求パケットを送信する要求送信処理と、前記同期パケットが受信された時刻、前記情報要求パケットが送信された時刻、および前記同期パケットに含まれる同期用の情報に基づいて、前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計とを同期させる同期処理と、を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、前記同期処理は、前記ローカル時計と前記基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報を生成する処理を含み、前記要求送信処理は、前記情報要求パケットに前記同期ステータス情報を含める処理を含み、前記同期用の情報は、前記同期パケットより先に他の同期パケットが送信された時刻、または、前記同期パケットが送信された時刻を示す情報と、先の前記送受信処理で前記情報要求パケットが前記基地局で受信された時刻を示す情報とを含むことを特徴とする。

望ましくは、前記同期ステータス情報は、前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲内であるロック状態、または、当該差異が所定範囲外である非ロック状態のいずれかを示す情報を含む。

本発明によれば、無線装置間における同期用パケットの送受信頻度を適切にすることができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 繰り返し同期処理のシーケンスチャートである。 同期パケットの構造を示す図である。 応用実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 アドホック通信システムの構成を示す図である。 基地局のハードウエアの例を示す図である。 同期用無線装置のハードウエアの例を示す図である。

（１）通信システムの構成
図１には、本発明の実施形態に係る通信システムの構成が示されている。通信システムは、基地局１０、アクセスポイント１２−１〜１２−３、および情報端末２０を備える。ここでは、３台のアクセスポイント１２−１〜１２−３が設けられた例が示されているが、アクセスポイントの数は任意である。

各アクセスポイント１２−ｊ（ｊ＝１〜３）はインターネット１８に接続されており、無線ＬＡＮを構成する。情報端末２０は、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話機である。

各アクセスポイント１２−ｊは、情報端末２０との無線通信が可能なサービスエリアを形成する。情報端末２０は、自らが存在するサービスエリアを形成するアクセスポイントと無線通信を行い、インターネット１８に通信接続する。

基地局１０は、動作タイミング規定用の基地局時計を備えている。基地局１０は、ＧＰＳ衛星から基準時刻情報を受信し、基地局時計が発する時刻（基地局時刻）を基準時刻情報が表す基準時刻に合わせる。

アクセスポイント１２−ｊは、同期用無線装置１４−ｊおよび無線ＬＡＮノード１６−ｊを備える。同期用無線装置１４−ｊは、無線ＬＡＮノード１６−ｊに時刻を出力するローカル時計を備えている。基地局１０は、アクセスポイント１２−ｊが備える同期用無線装置１４−ｊとの間で通信を行い、同期用無線装置１４−ｊと共に同期処理を実行する。同期用無線装置１４−ｊは、同期処理を実行することによって、自らのローカル時計が発する時刻を基地局時刻に合わせる。ローカル時計は、基地局時刻に合わせられた時刻を無線ＬＡＮノード１６−ｊに与える。無線ＬＡＮノード１６−ｊは、ローカル時計から与えられた時刻に従うタイミングで動作する。これによって、無線ＬＡＮノード１６−１〜１６−３の動作が同期する。

（２）繰り返し同期処理
（２−１）パケット送受信処理
図２には、通信システムで実行される繰り返し同期処理のシーケンスチャートが示されている。繰り返し同期処理は、基地局１０が所定の送信周期ＳＴで各同期用無線装置に同期パケットを繰り返し送信し、同期パケットを受信した各同期用無線装置が、情報要求パケットを基地局１０に送信する処理である。基地局１０は、情報要求パケットに応じて求めた情報を、次に送信する同期パケットに含ませる。このように繰り返し同期処理では、基地局１０による同期パケットの送信と、各同期用無線装置による情報要求パケットの送信（パケット送受信処理）による同期処理が繰り返される。また、繰り返し同期処理では、各同期用無線装置のローカル時計が基地局時計に同期しているか否かに応じて、基地局１０が送信周期ＳＴを調整し、パケットの送受信の頻度を調整する。

基地局１０は、時刻ｔ０に同期用無線装置１４−１〜１４−３を宛先とする同期パケットを送信する（Ｓ１０１）。同期パケットは、同期処理を実行するタイミングを規定するために各同期用無線装置に送信するパケットである。同期パケットを送信する際に、基地局１０は、同期用無線装置１４−１〜１４−３に対して共通に割り当てられた同報アドレスを同期パケットに含ませる。また、基地局１０は、直前のパケット送受信処理に応じて求めた情報を同期パケットに含ませる。この情報は、同期用無線装置１４−１〜１４−３のそれぞれのローカル時計を、基地局時計に同期させるための情報であり、詳細については後述する。基地局１０は、さらに、同期パケットを送信した初期時刻ｔ０（同期パケット送信時刻）を自らの基地局時計によって求め、初期時刻ｔ０を記憶する。各同期用無線装置は、受信された同期パケットに同報アドレスが含まれていることを認識することで、同期パケットに応じた処理を実行する。

具体的には、同期用無線装置１４−１は時刻ｔ０から時間Δ１後の時刻ｔ１１に同期パケットを受信する。同期用無線装置１４−２は、時刻ｔ０から時間Δ２後の時刻ｔ１２に同期パケットを受信する。同期用無線装置１４−３は、時刻ｔ０から時間Δ３後の時刻ｔ１３に同期パケットを受信する。各同期用無線装置は、同期パケットを受信した同期パケット受信時刻を、各自が備えるローカル時計によって求め、同期パケット受信時刻を記憶する。すなわち、同期用無線装置１４−１〜１４−３は、それぞれ、同期パケット受信時刻ｔ１１〜ｔ１３を記憶する。

各同期用無線装置は、同期パケットを受信してから所定の応答遅延時間が経過した時に、情報要求パケットを送信する（Ｓ１０２）。図２に示されている例では、同期用無線装置１４−１〜１４−３に対し、それぞれ、応答遅延時間ｄ１〜ｄ３が定められている。情報要求パケットを送信する際に、各同期用無線装置は、情報要求パケットを送信する情報要求送信時刻を、各自が備えるローカル時計によって求め、情報要求送信時刻を記憶する。すなわち、同期用無線装置１４−１〜１４−３は、それぞれ、情報要求送信時刻ｔ２１〜ｔ２３を記憶する。

なお、各同期用無線装置は、後述の同期ステータス情報を情報要求パケットに含ませる。同期ステータス情報は、ローカル時計と基地局時計との同期状態を示す。具体的には、情報要求パケットを送信する同期用無線装置のローカル時計が、ロック状態であるか非ロック状態であるかを示す。ロック状態とは、同期用無線装置のローカル時計が示す時刻と、基地局時計が示す時刻との差異が、所定時間以上に亘って所定範囲内である状態、例えば、所定時間以上に亘って所定の閾値以下である状態をいう。非ロック状態とは、同期用無線装置が備えるローカル時計が示す時刻と、基地局１０が備える基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲外である状態、例えば、所定の閾値を超える状態をいう。

さらに、非ロック状態には待機状態とホールドオーバ状態がある。待機状態は、同期用無線装置が起動し、ローカル時計が同期処理によってロック状態になるまでの状態をいう。ホールドオーバ状態は、ローカル時計が一旦はロック状態となったものの、通信状態の劣化等によって同期パケットまたは情報要求パケットの通信が不可能となり、ローカル時計がロック状態でなくなった状態、あるいは、その状態からローカル時計が同期処理によってロック状態になるまでの状態をいう。

基地局１０は、同期用無線装置１４−１〜１４−３のそれぞれから送信された各情報要求パケットを受信する。基地局１０は、各情報要求パケットを受信した情報要求受信時刻ｔ３１、ｔ３２およびｔ３３を、基地局時計によって求めて記憶する。また、基地局１０は、各情報要求パケットに含まれている同期ステータス情報を記憶する。後述するように、基地局１０は、各同期用無線装置から取得した同期ステータス情報に基づいて、同期パケットの送信周期ＳＴを調整する。

なお、各同期用無線装置に対して定められる応答遅延時間は、複数の同期用無線装置から送信された複数の情報要求パケットが、基地局１０で時間帯を重ねて受信されないように決定される。例えば、同期用無線装置１４−１〜１４−３のうちの１つである同期用無線装置１４−ｉが、初期時刻ｔ０から時間Δｉ後に同期パケットを受信することが既知であるものとする。そして、他の同期用無線装置１４−ｊが、初期時刻ｔ０から時間Δｊ後に同期パケットを受信することが既知であるものとする。この場合、基地局１０と同期用無線装置１４−ｉとの間のパケットの伝搬時間はΔｉであり、基地局１０と同期用無線装置１４−ｊとの間のパケットの伝搬時間はΔｊである。

同期用無線装置１４−ｉの応答遅延時間をｄｉとした場合、基地局１０は、時刻ｔ０＋ｄｉ＋２Δｉに同期用無線装置１４−ｉから送信された情報要求パケットを受信する。同様に、同期用無線装置１４−ｊの応答遅延時間をｄｊとした場合、基地局１０は、時刻ｔ０＋ｄｊ＋２Δｊに同期用無線装置１４−ｊから送信された情報要求パケットを受信する。同期用無線装置１４−ｉおよび同期用無線装置１４−ｊから送信された情報要求パケットが基地局１０で時間帯を重ねて受信されないようにするためには、ｔ０＋ｄｉ＋２Δｉとｔ０＋ｄｊ＋２Δｊとが異なるように応答遅延時間ｄｉおよびｄｊを設定すればよい。例えば、応答遅延時間ｄｉと応答遅延時間ｄｊとの差の絶対値を、伝搬時間Δｉと伝搬時間Δｊとの差の絶対値よりも十分に大きくなるように設定すればよい。

基地局１０が同期パケットを送信してから送信周期ＳＴが経過した時刻ｔ４に、基地局１０は、同期用無線装置１４−１〜１４−３を宛先とする次の同期パケットを送信する（Ｓ１０３）。

同期パケットを送信する際に、基地局１０は、同期パケットに同報アドレス、初期時刻ｔ０、および各同期用無線装置についての受信時刻情報を含ませる。初期時刻ｔ０および受信時刻情報は、先の送信周期ＳＴ内で実行された同期パケットの送信（Ｓ１０１）、および情報要求パケットの受信（Ｓ１０２）に伴って基地局１０が取得した情報である。受信時刻情報は、送信元の同期用無線装置のアドレスと、その同期用無線装置から送信された情報要求パケットの受信時刻（情報要求受信時刻）とを対応付けた情報である。同期用無線装置１４−１〜１４−３のアドレスを、それぞれ、ＡＤ１〜ＡＤ３とすると、アドレスＡＤ１と情報要求受信時刻ｔ３１とを対応付けた受信時刻情報、アドレスＡＤ２と情報要求受信時刻ｔ３２とを対応付けた受信時刻情報、および、アドレスＡＤ３と情報要求受信時刻ｔ３３とを対応付けた受信時刻情報が同期パケットに含められる。

図３には、同期パケットの構造が示されている。同期パケットは、ヘッド部２２およびペイロード部３２を含む。ヘッド部２２は、プリアンブル２４、通信用データ２６および宛先アドレス２８を含む。プリアンブル２４は、同期パケットが受信されたことを同期用無線装置が識別するための符号を含む。通信用データ２６には、例えば、同期パケットに含まれる符号を読み取るための情報が含まれる。宛先アドレス２８には同報アドレスが記述される。

ペイロード部３２は、初期時刻３６、受信時刻情報３８−１〜３８−ｎおよび誤り訂正符号４０を含む。受信時刻情報３８−１〜３８−ｎは、それぞれ、同期用無線装置１４−１〜１４−ｎに宛てられる情報である。各受信時刻情報に含まれる情報要求受信時刻は、ある時刻からの経過時間の積算値を表す値であってもよいし、ＧＭＴ（Greenwich Mean Time）を表す値であってもよい。誤り訂正符号４０は、プリアンブル２４、通信用データ２６、宛先アドレス２８、初期時刻３６、および受信時刻情報３８−１〜３８−ｎを表す符号についての誤り検出および誤り訂正を、同期用無線装置が実行するための符号である。

図２に戻って引き続き繰り返し同期処理について説明する。各同期用無線装置は、受信された同期パケットに同報アドレスが含まれていることを認識することで、同期パケットに応じた処理を実行する。

具体的には、同期用無線装置１４−１は時刻ｔ４から時間Δ１後の時刻ｔ５１に同期パケットを受信する。同期用無線装置１４−２は、時刻ｔ４から時間Δ２後の時刻ｔ５２に同期パケットを受信する。同期用無線装置１４−３は、時刻ｔ４から時間Δ３後の時刻ｔ５３に同期パケットを受信する。

各同期用無線装置は、同期パケットから初期時刻ｔ０を抽出し記憶する。また、同期パケットから自らに対応する受信時刻情報を抽出し、さらに、その受信時刻情報から情報要求受信時刻を取得し記憶する。すなわち、同期用無線装置１４−１は、初期時刻ｔ０および情報要求受信時刻ｔ３１を取得し記憶する。同期用無線装置１４−２は、初期時刻ｔ０および情報要求受信時刻ｔ３２を取得し記憶する。同期用無線装置１４−３は、初期時刻ｔ０および情報要求受信時刻ｔ３３を取得し記憶する。

このように、同期用無線装置１４−１は同期パケットを受信し、情報要求パケットを送信し、さらに、次の同期パケットを受信することで、初期時刻ｔ０、同期パケット受信時刻ｔ１１、情報要求送信時刻ｔ２１、および情報要求受信時刻ｔ３１を記憶する。同様に、同期用無線装置１４−２は、初期時刻ｔ０、同期パケット受信時刻ｔ１２、情報要求送信時刻ｔ２２、および情報要求受信時刻ｔ３２を記憶する。同期用無線装置１４−３は、初期時刻ｔ０、同期パケット受信時刻ｔ１３、情報要求送信時刻ｔ２３、および情報要求受信時刻ｔ３３を記憶する。

ここでは、３台のアクセスポイント１２−１〜１２−３があり、各アクセスポイント１２−ｊ（ｊ＝１〜３）が同期用無線装置１４−ｊを備える例について説明したが、アクセスポイントの数は任意である。

（２−２）調整用オフセット時間の算出、および時刻調整処理
ｎ個の同期用無線装置１４−１〜１４−ｎのうち１つである同期用無線装置１４−ｋが、パケット送受信処理によって、初期時刻ｔ０、同期パケット受信時刻ｔ１ｋ、情報要求送信時刻ｔ２ｋ、および情報要求受信時刻ｔ３ｋを記憶したものとする。同期用無線装置１４−ｋは、次の（数１）に従って、同期用無線装置１４−ｋと基地局１０との間の伝搬時間Ｄｋを求める。

（数１）Ｄｋ＝［（ｔ１ｋ−ｔ０）＋（ｔ３ｋ−ｔ２ｋ）］／２

（数１）は次のように導かれる。初期時刻ｔ０および情報要求受信時刻ｔ３ｋは基地局１０が備える基地局時計によって求められた時刻であり、同期パケット受信時刻ｔ１ｋおよび情報要求送信時刻ｔ２ｋは、同期用無線装置１４−ｋが備えるローカル時計によって求められた時刻である。基地局時計に対してローカル時計がオフセット時間Ｔｏだけ進んでいるものとすると、同期パケットの伝搬時間Ｄｓ、および情報要求パケットの伝搬時間Ｄｄはそれぞれ（数２）および（数３）のように表される。

（数２）Ｄｓ＝ｔ１ｋ−ｔ０−Ｔｏ
（数３）Ｄｄ＝ｔ３ｋ−ｔ２ｋ＋Ｔｏ

伝搬時間Ｄｓと伝搬時間Ｄｄは等しくＤｋであるため、（数２）および（数３）の両辺を加算して２で割ることで（数１）が求められる。

同期用無線装置１４−ｋは、次の（数４）に従ってオフセット時間Ｔｏを求める。この式は、（数２）をオフセット時間Ｔｏについて解き、同一伝搬時間を表すＤｓをＤｋに置き換えたものである。

（数４）Ｔｏ＝（ｔ１ｋ−ｔ０）−Ｄｋ

なお、同期用無線装置１４−ｋは、（数４）の代わりに、次の（数５）に基づいてオフセット時間Ｔｏを求めてもよい。

（数５）Ｔｏ＝［（ｔ１ｋ−ｔ０）−（ｔ３ｋ−ｔ２ｋ）］／２

（数５）は、（数２）および（数３）をオフセット時間Ｔｏについて解くことで求められる式である。また、（数５）は、（数４）のＤｋに（数１）のＤｋを代入することによっても求められる。

繰り返し同期処理では、基地局１０による同期パケットの送信と、各同期用無線装置１４−１〜１４−ｎによる情報要求パケットの送信（パケット送受信処理）が繰り返される。パケット送受信処理が実行されるごとに、同期用無線装置１４−ｋはオフセット時間Ｔｏを求める。同期用無線装置１４−ｋは、最新のパケット送受信処理を含んで過去に遡って複数Ｍ回に亘って実行されたパケット送受信処理によって求められたＭ個のオフセット時間Ｔｏについて重み付け移動平均値を求め、調整用オフセット時間Ｔａを求める。例えば、調整用オフセット時間Ｔａは、（数６）に基づいて求められる。

（数６）Ｔａ＝（１／Ｍ）・Σ［ｇ（ｑ）・Ｔｏ（ｑ）］

Σは、ｑ＝０〜Ｍ−１について加算合計することを意味する。Ｔｏ（ｑ）は、ｑ回分だけ過去のパケット送受信処理において求められたオフセット時間Ｔｏを示す。ｇ（ｑ）は、ｑ回分だけ過去のパケット送受信処理において求められたオフセット時間に対する重み付け係数である。例えば、ｑが小さい程ｇ（ｑ）を大きくすることで、オフセット時間Ｔｏが新しく求められた値である程、調整用オフセット時間Ｔａへの寄与が大きくなる。ｇ（０）〜ｇ（Ｍ−１）は、総て１であってもよい。なお、起動時等、パケット送受信処理の実行回数がＭ回に満たない場合には、同期用無線装置１４−ｋは、実行された回数で求められたオフセット時間Ｔｏについて重み付け移動平均値を求め、調整用オフセット時間Ｔａを求める。

同期用無線装置１４−ｋは、自らのローカル時計の時刻（ローカル時刻）から調整用オフセット時間Ｔａを減算して得られる基地局時刻にローカル時刻を近付け、または一致させる時刻調整処理を実行する。同期用無線装置１４−ｋは、無線ＬＡＮノード１６−ｋに自らのローカル時刻を出力する。

同期用無線装置１４−ｋ以外のその他の同期用無線装置も同様の処理を実行する。すなわち、それぞれのローカル時刻から調整用オフセット時間を減算した基地局時刻に、それぞれのローカル時刻を近付け、または一致させる時刻調整処理を実行する。各同期用無線装置は、それぞれに付設された無線ＬＡＮノードに自らのローカル時刻を出力する。

繰り返し同期処理では、パケット送受信処理が繰り返されると共に、各同期用無線装置は時刻調整処理を繰り返し実行する。これによって、各同期用無線装置のローカル時刻は基地局時刻に近付き、または一致する。すなわち、１回の時刻調整処理では、各同期用無線装置のローカル時刻と基地局時刻との差異（調整用オフセット時間Ｔａ）は所定の閾値以下とならない場合があり、時刻調整処理の繰り返しによって、各同期用無線装置のローカル時刻は基地局時刻に収束する。これによってローカル時計は、非ロック状態からロック状態になる。

時刻調整処理を実行するごとに、同期用無線装置１４−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は同期ステータス情報を生成する。すなわち、同期用無線装置１４−ｋは、基地局時刻とローカル時刻との差異を示す調整用オフセット時間を求め、この調整用オフセット時間が所定時間以上に亘って所定の閾値以下である場合には、同期用無線装置１４−ｋのローカル時計がロック状態にあると判断する。一方、調整用オフセット時間が所定の閾値を超える場合には、同期用無線装置１４−ｋのローカル時計が非ロック状態にあると判断する。同期用無線装置１４−ｋは、自らのローカル時計がロック状態であるか非ロック状態であるかを示す同期ステータス情報を生成し、同期パケットを受信するごとに基地局１０に送信する情報要求パケットに同期ステータス情報を含ませる。同期ステータス情報は、情報要求パケットを受信した基地局１０が取得し、後述のように、基地局１０は、各同期用無線装置から取得した同期ステータス情報に基づいて、同期パケットの送信周期ＳＴを調整する。

このような処理によって、各無線ＬＡＮノードは、基地局時刻に同期した時刻を取得する。基地局時刻は、ＧＰＳ衛星から送信される基準時刻に同期しているため、各無線ＬＡＮノードが認識する時刻は、基準時刻に同期する。これによって、複数の無線ＬＡＮノードのそれぞれの動作が同期する。

また、通信システムで実行される処理によれば、複数の同期用無線装置を宛先として同期パケットが同報送信される。これによって、迅速に各同期用無線装置に同期処理に関する情報が与えられる。

パケット通信に関する規格であるＩＥＥＥ１５８８では、マスタ（基地局）からスレーブ（同期用無線装置）に送信されるパケットとして、Ｓｙｎｃメッセージ、Ｆｏｌｌｏｗ−ｕｐメッセージおよびＤｅｌａｙ−Ｒｅｓｐｏｎｓｅメッセージが規定されている。また、スレーブからマスタに送信されるパケットとしてＤｅｌａｙ−Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージが規定されている。本発明に係る通信システムでは、Ｓｙｎｃメッセージに相当する同期パケット、およびＤｅｌａｙ−Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージに相当する情報要求パケットのみが繰り返し同期処理に用いられる。したがって、用いられるパケットの種類は２種類でよいため、ＩＥＥＥ１５８８に従った場合に比べて処理が簡単となり、迅速に同期処理が行われる。

上記では、先に基地局１０から送信される同期パケットについての初期時刻ｔ０を、次に送信される同期パケットによって基地局１０から各同期用無線装置に送信する実施形態について説明した。初期時刻ｔ０は、その初期時刻ｔ０に送信される同期パケット自身によって基地局１０から各同期用無線装置に送信してもよい。この場合、図３に示されるペイロード部３２の初期時刻３６には、この同期パケットが送信される時刻が記述される。基地局１０は、同期パケット（第１の同期パケット）を送信する際に、第１の同期パケットが送信される初期時刻ｔ０を求め、第１の同期パケットに初期時刻ｔ０を含ませる。

第１の同期パケットを受信した各同期用無線装置１４−ｋは、同期パケット受信時刻ｔ１ｋを求めて記憶すると共に、第１の同期パケットから初期時刻ｔ０を抽出し記憶する。そして、情報要求パケットを送信すると共に、情報要求送信時刻ｔ２ｋを求めて記憶する。各同期用無線装置１４−ｋは、次の送信周期で基地局１０から送信される同期パケット（第２の同期パケット）を受信し、第２の同期パケットから情報要求受信時刻ｔ３ｋを抽出し記憶する。各同期用無線装置１４−ｋは、先に記憶された初期時刻ｔ０、同期パケット受信時刻ｔ１ｋ、および情報要求送信時刻ｔ２ｋに加え、第２の同期パケットから抽出された情報要求受信時刻ｔ３ｋに基づいてオフセット時間Ｔｏを求める。

（３）送信周期調整処理
次に、基地局１０が、同期パケットの送信周期を調整する処理について説明する。各同期用無線装置１４−１〜１４−ｎが備えるローカル時計がロック状態にある場合には、非ロック状態にある場合に比べて、送信周期を長くしてもよい。これは、ローカル時計が一旦ロック状態になると、ローカル時計に含まれる発振器の発振周波数や、発振器が生成するクロック信号の位相が安定し、時刻調整処理の頻度を低くしてもよいためである。そこで、基地局１０は各同期用無線装置が時刻調整処理を実行する度に、次のような送信周期調整処理を実行する。

基地局１０は、各同期用無線装置から送信された情報要求パケットを受信した後、次の同期パケットを送信するまでの時間帯に送信周期調整処理を実行する（Ｓ１０５）。基地局１０は、各同期用無線装置から取得した同期ステータス情報に基づいて、各同期用無線装置が備えるローカル時計が、ロック状態にあるか非ロック状態にあるかを判定する。そして、ローカル時計が非ロック状態にある同期用無線装置の数である非ロック台数を求める。

基地局１０は、非ロック台数が１以上であるときは送信周期を第１送信周期に設定する。一方、非ロック台数が０であるときは送信周期を第２送信周期に設定する。ここで、第１送信周期は第２送信周期よりも短い時間として定められている。上述のように、無線通信の規格には、無線信号の送信を行った後、所定時間以上の送信休止が要求されるものがある。この規格に従って通信システムを設計する場合、第１送信周期および第２送信周期は、規格で定められている送信休止時間以上の長さに設定される。例えば、第１送信周期を１２５ミリ秒とし、第２送信周期を１秒とする。基地局１０は、先に同期パケットを送信した時刻から、新たに設定した送信周期が経過した時に次の同期パケットを送信する。

このような処理によれば、パケット送受信処理において同期用無線装置１４−１〜１４−ｎのそれぞれが送信した情報要求パケットを受信するごとに、基地局１０は送信周期調整処理を実行し、先に同期パケットを送信してから次に同期パケットを送信するまでの送信周期を設定する。これによって、非ロック台数が１以上であるときの送信周期は、非ロック台数が０であるときの送信周期よりも短くなり、時刻調整処理が実行される時間間隔が短くなる。そのため、非ロック状態（待機状態またはホールドオーバ状態）にあるローカル時計が短時間でロック状態となり、各同期用無線装置のローカル時計が基地局時計に迅速に同期する。

一方、総ての同期用無線装置１４−１〜１４−ｎのローカル時計がロック状態にある場合には、ローカル時計が非ロック状態にある同期用無線装置が１台でもある場合に比べて送信周期が長くなる。これによって、基地局１０と各同期用無線装置との間で一定時間内に送受信されるパケットの数が減少し、通信トラフィックが抑制されて通信の輻輳が生じ難くなる。

なお、上記では、非ロック台数が１以上であるときに送信周期を第１送信周期に設定し、非ロック台数が０であるときに送信周期を第２送信周期に設定するというように、送信周期を２段階で変更する処理について説明した。このような処理の他、基地局１０は、非ロック台数に応じて送信周期を３段階以上で変更する処理を実行してもよい。例えば、非ロック台数が増加する程、送信周期を短くする処理を実行してもよい。

（４）中継局が設けられたシステム
図４には、応用実施形態に係る通信システムの構成が示されている。この通信システムは、図１に示される通信システムに対し、中継局４２を設けたものである。中継局４２は、中継無線装置４４および中継基地局４６を備える。中継無線装置４４は同期用無線装置１４−１および１４−２と同様の構成を有し、同期用無線装置１４−１および１４−２と同様の処理を実行する。中継基地局４６は基地局１０と同様の構成を有し、基地局１０と同様の処理を実行する。

中継無線装置４４は基地局１０との間で同期処理を実行し、そのローカル時計の時刻を基地局時刻に合わせる。中継無線装置４４は、ローカル時計の時刻を中継基地局４６に与える。中継基地局４６は、自らが備える基地局時計の時刻を、中継無線装置４４から与えられた時刻に合わせる。

中継基地局４６は、各アクセスポイント１２−ｊ（ｊ＝１または２）が備える同期用無線装置１４−ｊとの間で同期処理を実行する。同期処理を実行すると共に、同期用無線装置１４−ｊは、それぞれに付設された無線ＬＡＮノード１６−ｊにローカル時計の時刻を与える。

このような処理によって、各無線ＬＡＮノード１６−ｊは、中継基地局４６の基地局時刻に同期し、さらには、基地局１０の基地局時刻に同期した時刻を取得する。各無線ＬＡＮノード１６−ｊが同期用無線装置１４−ｊから与えられた時刻に従ったタイミングで動作することで、複数のアクセスポイントの動作が同期する。また、基地局１０の基地局時刻は、ＧＰＳ衛星から送信される基準時刻に同期しているため、各アクセスポイントが認識する時刻は、基準時刻に同期する。

この通信システムでは、各アクセスポイント１２−ｊが、中継局４２との間で同期処理を実行し、中継局４２が基地局１０との間で同期処理を実行する。したがって、図１に示される通信システムに比べて、基地局１０と各アクセスポイント１２−ｊの間の距離を大きくしてもよい。

同期用無線装置および無線ＬＡＮノードは、無線ＬＡＮのアクセスポイントを構成する他、アドホック無線装置を構成してもよい。複数のアドホック無線装置はマルチホップ通信によって、送信元のアドホック無線装置から宛先のアドホック無線装置にパケットを送信する。マルチホップ通信とは、送信元のアドホック無線装置から送信されたパケットが、他の１つまたは複数のアドホック無線装置による中継送信によって、通信状況によっては直接、宛先のアドホック無線装置に伝送される通信形態をいう。

（５）アドホック通信システム
図５にはアドホック通信システムの構成が示されている。アドホック無線装置４８−ｊ（ｊ＝１〜３）は、同期用無線装置１４−ｊおよび無線ＬＡＮノード１６−ｊを備える。同期用無線装置１４−ｊは、基地局１０との間で同期処理を実行し、基準時刻に同期した時刻を発生する。同期用無線装置１４−ｊは基準時刻に同期した時刻を無線ＬＡＮノード１６−ｊに与える。無線ＬＡＮノード１６−ｊは、同期用無線装置１４−ｊから与えられた時刻に従って動作する。これによって無線ＬＡＮノード１６−１〜１６−３の動作タイミングが同期する。無線ＬＡＮノード１６−１〜１６−３は動作タイミングが同期した状態でマルチホップ通信を行う。

無線ＬＡＮノード１６−ｊには、情報端末２０−ｊが接続されている。情報端末２０−ｊは、無線ＬＡＮノード１６−ｊにマルチホップ通信を行わせることで、宛先の情報端末との間でパケット通信を行う。

（６）基地局のハードウエア
図６には基地局１０のハードウエアの例が示されている。基地局１０は、ＧＰＳ受信部５０、基地局時計５１、制御部５２、および無線部５４を備える。ＧＰＳ受信部５０は、ＧＰＳ衛星から基準時刻情報を受信し、基準時刻を制御部５２に出力する。基地局時計５１は、基地局時刻を制御部５２に出力する。制御部５２は、基地局時計５１を制御して、基地局時刻を基準時刻に合わせる。

無線部５４はパケットを受信し制御部５２に出力する。また、無線部５４は、制御部５２から出力されたパケットを送信する。

制御部５２は、例えば、予め読み込まれたプログラム、または、予め書き込まれたプログラムによって演算処理を実行するプロセッサによって構成される。制御部５２は、無線部５４と共にパケット送受信処理を繰り返し実行する。

パケット送受信処理は、（ｉ）同期パケットを各同期用無線装置に同報送信する同期パケット送信処理、および（ｉｉ）同期パケットに応答して各同期用無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理を含む。

要求受信処理には、情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻を求める処理が含まれる。制御部５２は、先のパケット送受信処理で同期パケットが送信された時刻を示す同期パケット送信時刻と、先のパケット送受信処理で各同期用無線装置に対応して求められた情報要求受信時刻とを、次のパケット送受信処理で送信される同期パケットに含ませる。なお、同期パケット送信時刻は、先のパケット送受信処理で同期パケットが送信された時刻ではなく、同期パケット自らが送信される時刻であってもよい。

制御部５２は、無線部５４と共に送信周期調整処理を実行する。すなわち、制御部５２は、各情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報に基づいて、同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整する。同期ステータス情報は、各同期用無線装置が備えるローカル時計と基地局時計との同期状態を示す。

（７）同期用無線装置のハードウエア
図７には同期用無線装置１４のハードウエアの例が示されている。同期用無線装置１４は、制御部５６、ローカル時計５７、インターフェース５８、および無線部６０を備える。インターフェース５８には、上述の無線ＬＡＮノード、情報端末等の情報処理装置が接続される。ローカル時計５７は、インターフェース５８に接続された情報処理装置の動作タイミングを規定する時刻を発し、制御部５６に出力する。

無線部６０はパケットを受信し制御部５６に出力する。また、無線部６０は、制御部５６から出力されたパケットを送信する。

制御部５６は、例えば、予め読み込まれたプログラム、または、予め書き込まれたプログラムによって演算処理を実行するプロセッサによって構成される。制御部５６は、無線部６０と共にパケット送受信処理を繰り返し実行する。

パケット送受信処理は、（ｉ）基地局１０から送信され、タイミングを規定する同期パケットを受信する同期パケット受信処理、（ｉｉ）同期パケットが受信されてから所定の応答遅延時間が経過したときに情報要求パケットを送信する要求送信処理、ならびに、（ｉｉｉ）同期パケットが受信された時刻、情報要求パケットが送信された時刻、および同期パケットに含まれる同期用の情報に基づいて、同期用無線装置が備えるローカル時計と、基地局１０が備える基地局時計とを同期させる同期処理を含む。また、同期処理は、ローカル時計と基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報を生成する処理を含み、要求送信処理は、情報要求パケットに同期ステータス情報を含める処理を含む。

同期パケットには、先のパケット送受信処理で基地局１０が同期パケットを送信した時刻を示す同期パケット送信時刻と、先のパケット送受信処理で基地局１０が情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻とが含まれる。同期パケット受信処理には、同期パケットを受信した時刻を示す同期パケット受信時刻を求める処理が含まれる。要求送信処理には、情報要求パケットを送信した時刻を示す情報要求送信時刻を求める処理が含まれる。なお、同期パケット送信時刻は、先のパケット送受信処理で基地局１０が同期パケットを送信した時刻ではなく、同期パケット自らが基地局１０から送信された時刻であってもよい。複数の同期用無線装置のそれぞれについては、異なる応答遅延時間が定められていてもよい。

制御部５６は、初期時刻、同期パケット受信時刻、情報要求送信時刻、および、情報要求受信時刻に基づいてローカル時計５７を制御し、ローカル時計５７が発する時刻を基地局時刻に合わせる。

制御部５６は、インターフェース５８に接続された情報処理装置に、ローカル時計５７が発する時刻を出力する。

１０ 基地局、１２−１〜１２−３ アクセスポイント、１４−１〜１４−３ 同期用無線装置、１６−１〜１６−３ 無線ＬＡＮノード、１８ インターネット、２０ 情報端末、２２ ヘッド部、２４ プリアンブル、２６ 通信用データ、２８ 宛先アドレス、３２ ペイロード部、３６ 初期時刻、３８−１〜３８−ｎ 受信時刻情報、４０ 誤り訂正符号、４２ 中継局、４４ 中継無線装置、４６ 中継基地局、４８−１〜４８−３ アドホック無線装置、５０ ＧＰＳ受信部、５１ 基地局時計、５２，５６ 制御部、５４，６０ 無線部、５７ ローカル時計、５８ インターフェース。

Claims (6)

1. 複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、
   前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、
   前記制御部は、
   タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、
   前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、
   を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、
   前記制御部は、さらに、
   各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、
   前記同期状態には、前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲内であるロック状態、および前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲外である非ロック状態があり、
   前記制御部は、
   複数の前記無線装置のうち前記非ロック状態にあるものの非ロック台数を、各前記情報要求パケットに含まれる前記同期ステータス情報に基づいて求め、当該非ロック台数に基づいて前記送信周期を調整することを特徴とする基地局。
2. 請求項１に記載の基地局において、
   前記制御部は、
   前記非ロック台数が１以上である場合に、前記非ロック台数が０である場合よりも前記送信周期を短くすることを特徴とする基地局。
3. 複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、
   前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、
   前記制御部は、
   タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、
   前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、
   を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、
   前記制御部は、さらに、
   各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、
   前記要求受信処理は、
   前記情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻を求める処理を含み、
   前記制御部は、
   先の前記送受信処理で前記同期パケットが送信された時刻を示す同期パケット送信時刻と、先の前記送受信処理で各前記無線装置に対応して求められた前記情報要求受信時刻とを、次の前記送受信処理で送信される前記同期パケットに含ませることを特徴とする基地局。
4. 複数の無線装置との間でパケットを送受信する無線部と、
   前記無線部を制御する制御部と、を備える基地局において、
   前記制御部は、
   タイミングを規定する同期パケットを各前記無線装置に同報送信する同期パケット送信処理と、
   前記同期パケットに応答して各前記無線装置から送信された各情報要求パケットを受信する要求受信処理と、
   を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、
   前記制御部は、さらに、
   各前記情報要求パケットに含まれる同期ステータス情報であって、各前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報に基づいて、前記同期パケット送信処理を実行する送信周期を調整し、
   前記要求受信処理は、
   前記情報要求パケットを受信した時刻を示す情報要求受信時刻を求める処理を含み、
   前記制御部は、
   先の前記送受信処理で各前記無線装置に対応して求められた前記情報要求受信時刻と、次の前記送受信処理で前記同期パケットが送信される時刻を示す同期パケット送信時刻とを、当該次の前記送受信処理で送信される前記同期パケットに含ませることを特徴とする基地局。
5. 基地局との間でパケットを送受信する無線部と、
   前記無線部を制御する制御部と、を備える無線装置において、
   前記制御部は、
   前記基地局から送信され、タイミングを規定する同期パケットを受信する同期パケット受信処理と、
   前記同期パケットが受信された後に情報要求パケットを送信する要求送信処理と、
   前記同期パケットが受信された時刻、前記情報要求パケットが送信された時刻、および前記同期パケットに含まれる同期用の情報に基づいて、前記無線装置が備えるローカル時計と、前記基地局が備える基地局時計とを同期させる同期処理と、
   を含む送受信処理を前記無線部と共に繰り返し実行し、
   前記同期処理は、前記ローカル時計と前記基地局時計との同期状態を示す同期ステータス情報を生成する処理を含み、
   前記要求送信処理は、前記情報要求パケットに前記同期ステータス情報を含める処理を含み、
   前記同期用の情報は、
   前記同期パケットより先に他の同期パケットが送信された時刻、または、前記同期パケットが送信された時刻を示す情報と、
   先の前記送受信処理で前記情報要求パケットが前記基地局で受信された時刻を示す情報とを含むことを特徴とする無線装置。
6. 請求項５に記載の無線装置において、
   前記同期ステータス情報は、前記ローカル時計が示す時刻と、前記基地局時計が示す時刻との差異が所定範囲内であるロック状態、または、当該差異が所定範囲外である非ロック状態のいずれかを示す情報を含むことを特徴とする無線装置。

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