(57)【要約】無線ネットワーク内の端末間の時刻同期精度を一定に保つことを実現する。過去の近隣のデータトラフィック量に応じて、時刻同期要求パケットの送信間隔を段階的に伸ばす、あるいは短縮することで、一定のデータ通信トラフィックが発生する場所では時刻同期用の通信を追加で発生させることなく時刻同期し、一定のデータ通信トラフィックが発生してない場所では、意図的に時刻同期用の通信トラフィックを発生させ、無線ネットワーク内の端末間時刻同期を行う。
2014020714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末の間で無線パケットを通信する無線端末において、
他の無線端末と無線パケットを通信する通信部と、
他の無線端末と時刻同期をとる時刻同期制御部と、を備え、
前記時刻同期制御部は、時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を自端末周辺の通信トラフィックに応じて、動的に延長又は短縮することを特徴とする無線端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線端末において、
前記時刻同期制御部は、
自端末からの要求なしで前記他の無線端末から前記時刻同期情報を受信した場合は、自端末が前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を所定の間隔だけ延長することを特徴とする無線端末。
【請求項３】
請求項２に記載の無線端末において、
前記時刻同期制御部は、
前回時刻同期処理をしてから前記パケットの送信間隔を経過して、自端末から前記時刻同期情報を要求して当該時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を最短間隔に短縮することを特徴とする無線端末。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれか一項に記載の無線端末において、
前記時刻同期制御部は、
前記他の無線端末から、データ通信の確認応答内にある時刻情報を受信して時刻同期誤差を調整し、自端末からの時刻同期情報を要求するパケットの送信時間を延長することを特徴とする無線端末。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線端末と、外部ネットワークへの接続を可能にするゲートウェイとを備える無線ネットワークシステム。
【請求項６】
複数の無線端末の間で無線パケットを通信する通信方法において、
他の無線端末と無線パケットを通信する通信ステップと、
他の無線端末と時刻同期をとる時刻同期ステップと、を備え、
前記時刻同期ステップは、時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を自端末周辺の通信トラフィックに応じて、動的に延長するあるいは短縮することを特徴とする通信方法。
【請求項７】
請求項６に記載の通信方法において、
前記時刻同期ステップは、自端末からの要求なしで前記他の無線端末から前記時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を延長することを特徴とする通信方法。
【請求項８】
請求項７に記載の通信方法において、
前記時刻同期ステップは、
前回時刻同期処理をしてから前記パケットの送信間隔を経過して、自端末から前記時刻同期情報を要求して当該時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を最短間隔に短縮することを特徴とする通信方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか一項に記載の通信方法において、
前記時刻同期ステップは、前記他の無線端末から、データ通信の確認応答内にある時刻情報を受信して時刻同期誤差を調整し、自端末からの時刻同期情報を要求するパケットの送信時間を延長することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線マルチホップ通信における時刻同期に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、運用、施設コストの低減や無線通信の利便性を活かし、電力消費量の自動検針システムやプラントシステムへの無線通信の利用が進んでいる。それら無線通信においては、複数の無線端末、あるいは、他システムとの干渉を抑制することや、通信帯域を保証することを目的として、無線ネットワークに属する全ての端末が共通の時刻情報に同期し、各無線端末の送信時間を時間分割して管理する時分割多重方式が利用されている。この場合、ＧＰＳ受信機などの正確な時刻情報を各端末が有することで、無線ネットワーク内の全ての端末の時刻同期を実現できるが、コストが嵩むとともに、屋内や金属扉等で遮断させた場所に設置された端末の時刻同期ができない可能性もある。そこで、無線端末が所定の周期で自端末が持つ時刻情報をマルチキャスト送信し、それを受信した周囲端末が、自端末が持っている時刻情報よりも新しい場合に更新することで、無線通信を利用して時刻同期を実現する方法がある（特許文献１）。また、定期的に、あるいは、管理端末からの指示を受け、無線端末（スレーブ）が、時刻同期したい端末（マスタ）に対し、時刻要求パケットを送信し、該端末から時刻同期応答パケットを受信することで、時刻同期を実現する方法がある（特許文献２）。また、時刻同期情報を利用することなく、通常の上位向き及び下位向きデータ通信の送受信の遅延誤差を利用して同期を実現する方法がある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３５６９９公報
【特許文献２】特開２０１１−２２３４１９公報
【特許文献３】特開２００３−５０２８９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら技術を大規模な無線マルチホップネットワークに適用した場合、以下のような課題がある。たとえば、特許文献１のように定期的に時刻情報パケットを受信する場合、無線通信においてパケットロスが発生した場合、時刻同期調整ができないため、無線システム全体で同期精度を一致させることが困難である。また、特許文献２のように、時刻同期のためにマスタ・スレーブ間の要求、応答型通信を採用した場合、時刻同期のために通信トラフィックを増加させるため、通信帯域が狭い場合、輻輳など通信障害が発生する可能性がある。通信障害により、時刻同期パケットを受信できず、特許文献１と同様に無線システム全体での同期精度を一致させることは困難である。また、特許文献３のように、データ通信を利用する場合、時刻同期調整を実施するタイミングがデータ通信回数に依存するため、無線マルチホップ転送処理を行う回数、すなわち、各端末が実施するデータ通信回数がシステム全体で統一しないため、無線システム全体での同期精度を一致させることが困難である。【０００５】
本発明の目的は、ネットワーク内の端末情報を無線通信によって収集するようにしたデータ収集システムにおいて、各無線端末の同期精度をシステム全体で一定に保つことをを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では以下の構成を備える。
無線マルチホップネットワークにおいて、全ての無線端末が無線通信によって、時刻同期する。時刻同期には、データ通信の応答確認パケット又は、時刻同期情報要求パケットとその応答パケットを適宜使い分けて利用して、自端末の親端末と同期する。具体的には、一定のデータ通信トラフィックが発生する場所（端末間）では、データ通信の応答確認パケットにて時刻同期させ、一定のデータ通信トラフィックが発生してない場所では、時刻同期用の通信トラフィックを発生させ、端末間の時刻同期を行う。このように時刻同期の仕方を適宜使い分けることで、無線ネットワーク内の無線端末の同期精度をシステム全体で一定に保つことを実現する。【０００７】
更に、時刻同期要求パケットの送信間隔を、過去の近隣のデータトラフィック量に応じて、段階的に伸ばす、あるいは短縮することで、ことで、より精度高く無線端末の同期精度を保つことができる。
【発明の効果】
【０００８】
無線ネットワークシステムにおいて、各無線端末の同期精度を一定に保つことが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線通信システムの全体構成図
【図２】無線通信システムを構成する無線端末及び無線中継端末のハードウェア構成図
【図３】無線通信システムを構成する無線ゲートウェイのハードウェア構成図
【図４（Ａ）】パケット構成例（データ通信パケット）
【図４（Ｂ）】パケット構成例（データ確認応答パケット）
【図４（Ｃ）】パケット構成例（時刻同期情報要求パケット）
【図４（Ｄ）】パケット構成例（時刻同期情報配信パケット）
【図５】時刻同期パケットフロー図（ユニキャスト確認応答）
【図６】データ転送フロー図
【図７】時刻要求送信待ち時間の構成図
【図８】各端末の時刻同期情報要求の送信タイミング管理処理
【図９】各端末の無線パケット受信時の処理
【図１０】各端末の時刻同期情報受信時の処理（時刻同期情報配信パケット）
【図１１】各端末の時刻同期情報受信時の処理（データ確認応答パケット）
【図１２】時刻同期情報配信パケットの受信と送信要求タイミングの変更シーケンス
【図１３】時刻同期情報要求パケットの受信と送信要求タイミングの変更シーケンス
【図１４】実施例２における時刻同期パケットフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、第一の実施形態１を図１〜図１３を用いて説明する。次に、第二の実施形態を、図1４を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図1〜図４を用いて、無線通信システム構成および無線パケット構成について説明する。次に、図５〜図１３を用いて、無線通信システムにおける時刻同期処理の動作概要について説明する。【００１２】
図1は本実施例にかかる無線通信システムの全体構成図である。無線ネットワーク100は、ゲートウェイ101、無線中継端末（ノードＡ）102、無線中継端末（ノードＢ）103、無線中継端末（ノードＣ）104、無線端末（ノードＤ）105、無線中継端末（ノードＥ）106、無線中継端末（ノードＦ）107、無線端末（ノードＨ）108、無線端末（ノードＩ）109、無線端末（ノードＪ）110、無線端末（ノード（Ｋ））111、無線端末（ノードＧ）112、から構成されている。無線ネットワーク101において各無線端末をつなぐ点線は無線通信可能な通信路を示すものである。【００１３】
図2は本実施例にかかる無線通信システムを構成する無線端末及び無線中継端末のハードウェア構成図である。ここで、無線中継端末と無線端末とはハードウエアとしては同じ物である。これらは無線マルチホップネットワークにおいて、ネットワークトポロジによって、決定されるものである。便宜上、自ノードより下位に他ノードがある場合に無線中継端末と呼び、自ノードが末端の場合に無線端末と呼ぶ。【００１４】
無線端末/無線中継端末201は無線端末ゲートウェイとの無線通信機能を有する組込み機器であり、マイコン202、クロック生成回路209、電源回路210、RF周辺回路211から構成されている。マイコン202はROM203、RAM208から構成されており、電源回路210、クロック生成回路209、RF周辺回路211と接続されている。ROM203は読み出し専用の半導体メモリなどから構成される記憶装置であり、中央制御部204、時刻同期制御部205、経路管理部206、無線通信処理部207から構成されており、RAM208と接続されている。中央制御部204はROMの内のプログラムの実行を制御するものであり、時刻同期制御部205、無線通信処理部207、経路管理部206と接続されている。時刻同期制御部205は時刻基準局である無線端末ゲートウェイから送信される時刻と同期する機能を実現するものであり、受信した同期時刻情報を利用して、クロックの進み具合を調整したり、時刻同期情報を要求するタイミングを決定したりするものである。経路管理部206はネットワーク内端末間のマルチホップ通信における経路を管理するである。【００１５】
無線通信処理部207は、無線通信における送受信処理を実現するものである。具体的には、送信する場合の、送信あて先、ホップ数の指定などのパケット組立て処理、及び、受信する場合の、自あて先パケットか否かの判断などのパケット解析処理を行うものであり、通信フレーム記憶部212と接続されている。RAM208は書き換え可能な半導体メモリ素子などの記憶装置であり、無線通信における送受信バッファなどに利用するものであり、ROM203と接続されている。クロック生成回路209はマイコンやRF周辺回路で利用するクロックを生成する回路であり、電源回路210、マイコン202、RF周辺回路211と接続されている。電源回路210は無線端末/無線中継端末自体への電源を供給するものであり、クロック生成回路209、マイコン202、RF周辺回路211と接続されている。RF周辺回路211は無線信号の送信及び受信を行う回路であり、電源回路210、クロック生成回路209、マイコン202と接続されている。なお、無線端末/無線中継端末201は、組み込み機器でなく独立した装置であってもよい。【００１６】
図3は本実施例にかかる無線通信システムを構成する無線ゲートウェイのハードウェア構成図である。【００１７】
ゲートウェイ無線端末301は無線端末/無線中継端末との無線通信機能、及び、外部ネットワークに接続されている機器と通信を行い、無線ネットワークと外部ネットワークとの接続を実現する機器であり、無線端末/無線中継端末と同様のハードウェア構成に加え、外部ネットワーク接続回路312を有する装置である。外部ネットワーク接続回路312はEthernet（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、光回線、電話網等の外部ネットワークを利用するための機能を実現する回路である。【００１８】
図４（A）から図４（D）は本実施例にかかる無線パケット構成図である。これらパケットはそれぞれ、データ通信パケット４０１、データ確認応答パケット４０２、時刻同期情報要求パケット４０３、時刻同期情報配信パケット４０４である。ここで、データ通信パケット４０１はある無線端末/無線中継端末から他の無線端末/無線中継端末へアプリーケションなどの要請によりデータを送信するときのパケットである。データ確認応答パケット４０２は、データ通信パケット４０１を受信した無線端末/無線中継端末が、そのパケットを送信してきた無線端末/無線中継端末に対して受信したことを確認的に伝えるパケットである。時刻同期情報要求パケット４０３は、ある無線端末/無線中継端末が他の無線端末/無線中継端末へ時刻情報を要求するときのパケットである。時刻同期情報配信パケット４０４は、時刻同期情報要求パケットを受信した無線端末/無線中継端末がそのパケットを送信してきた無線端末/無線中継端末に対して自端末が持つ時刻情報を送信するときや、その他の無線端末/無線中継端末も含めて時刻情報をブロードキャストするときのパケットである。【００１９】
図４（A）にデータ通信パケットを示す。データ通信パケット４０１は、送信宛先ＩＤ４０５、送信元ＩＤ４０６、シーケンス番号４０７、パケット長４０８、データ通信用ペイロード領域４０９から構成される。送信宛先ＩＤ４０５は、自端末が送信する際に、宛先となる端末のＭＡＣアドレスなど、無線パケットの送信宛先を識別するための情報を格納するものである。送信元ＩＤ４０６は、自端末のＭＡＣアドレスなど、無線パケットの送信元を識別するための情報を格納するものである。また、シーケンス番号は、送信元ＩＤで特定される無線端末が送信したデータ通信パケット４０１の順番を示すものであり、データ確認応答パケットとの対応をとるために利用するものである。【００２０】
パケット長４０８は、データ通信パケット４０１の長さを示す情報である。データ通信用ペイロード領域は、送信するアプリケーションデータ、無線マルチホップ経路制御のためのデータなどを格納するものである。【００２１】
図４（B）にデータ確認応答パケットを示す。データ確認応答パケット４０２は、送信宛先ＩＤ４０５、送信元ＩＤ４０６、シーケンス番号４０７、パケット長４０８、時刻同期情報４１０から構成される。シーケンス番号４０７には、受信したデータ通信パケット４０１に含まれるシーケンス番号を格納する。時刻同期情報４１０は、無線ネットワークが同期するための共通の時刻情報であり、データ確認応答パケットが送信される直前の時刻情報を格納するものである。【００２２】
図４（C）に時刻同期情報要求パケットを示す。時刻同期情報要求パケット４０３は、送信宛先ＩＤ４０５、送信元ＩＤ４０６、シーケンス番号４０７、パケット長４０８、時刻同期情報要求４１１、時刻情報要求者ＩＤ４１２から構成される。送信宛先ＩＤ４０６には、時刻同期情報要求を行う端末を指定する情報を格納するものである。特に、無線ネットワーク１０１のようなツリー構造をとる無線マルチホップネットワークの場合はゲートウェイ無線端末１０１に近い親端末を指定する情報を格納する。時刻同期情報要求フラグ４１１は、時刻同期情報要求パケットであることを識別するための情報を格納するものである。時刻情報要求者ＩＤ４１２は、該時刻同期情報要求パケットの送信元を識別するための情報を格納するものであり、送信元ＩＤ４０６と同じ情報であってもよい。【００２３】
図４（D）に時刻同期情報配信パケットを示す。時刻同期情報配信パケット４０４は、送信宛先ＩＤ４０５、送信元ＩＤ４０６、シーケンス番号４０７、パケット長４０８、時刻同期情報４１０、時刻情報要求者ＩＤ４１２から構成される。時刻情報要求者ＩＤは、受信した時刻同期情報要求パケット４０３に対応する時刻情報要求者ＩＤ４１２を格納する。【００２４】
次に、図５〜図１３を用いて、無線通信システムにおける時刻同期処理の動作概要について説明する。【００２５】
図５は、本実施例にかかる無線端末間の時刻同期パケットフロー図（ユニキャスト確認応答）である。まずは、時刻同期情報要求パケットを用いた例を説明する。無線ネットワーク１００内、無線中継端末（Ｆ）１０７、無線端末（Ｈ）１０８、無線端末（Ｋ）１０９において、無線端末（Ｈ）１０８は、親端末である無線中継端末（Ｆ）１０７に時刻情報要求パケット４０３を送信し、無線中継端末（Ｆ）１０７は、時刻同期情報配信パケット４０４をブロードキャストする。無線端末（Ｈ）１０８、及び無線端末（Ｋ）１０９の時刻同期制御部２０５は、該時刻同期情報パケット４０４の時刻同期情報４１０に従って、時刻同期ずれを調整し、時刻同期が終了する。【００２６】
次に、データ通信パケットを用いた例を説明する。無線端末（Ｋ）１０９、又は無線端末（Ｈ）１０８は、アプリケーションデータなどをデータ通信パケット４０１に格納して、無線中継端末（Ｆ）に送信する（図５では無線端末（Ｋ）１０９から送信することを説明）。このとき、各データ通信パケットに対応するデータ確認応答パケット４０２がユニキャストで無線端末（Ｋ）１０９に送信される（無線端末（Ｈ）１０８から送信された場合は無線端末（Ｈ）１０８に送信される）。データ確認応答パケット４０２を親端末から受信した個端末は、該データ確認応答パケット４０２の時刻同期情報４１０に従って、時刻同期ずれを調整する。以上のように、各無線端末は、親端末からブロードキャスト通信された時刻同期情報配信パケット、及び、自端末が送信したデータ通信パケットに対応するデータ確認応答パケットを受信した場合に、該時刻同期情報を利用して時刻を調整する。これにより、無線ネットワー１０１内の全ての無線端末が無線通信を利用して時刻同期することが可能となる。【００２７】
図６は、本実施例にかかる無線マルチホップ通信におけるデータ転送フロー図である。電力の自動検針やセンサーネットワークのように、各無線端末の情報を無線ネットワーク外のサーバ等に収集する場合、ゲートウェイを経由してデータが収集される。無線マルチホップネットワークの場合は、無線中継端末が、ＧＷ宛のパケットであると判断した場合は、パケットを受信した無線中継端末は自分より上位にある親端末にデータ通信パケットを転送する。無線中継端末（Ａ）１０２は、データ通信パケット４０１を無線中継端末（Ｃ）１０４から受信した場合、無線パケットの受信処理６０１において、無線ネットワークの最終宛先がＧＷ１０１であると判断した場合、親端末であるゲートウェイ無線端末ＧＷ１０１へ転送する。このように、無線マルチホップネットワークでは、無線端末、あるいは無線中継端末からのアプリケーションデータが複数回のユニキャスト通信によりゲートウェイ無線端末ＧＷへ伝送される場合があり、前記ユニキャストにより親端末との時刻同期調整回数は、無線ネットワーク１００に属する全ての端末で同一ではなく、ネットワークトポロジによって決定されるものである。具体的には、より上位になることでパケットの送信回数は増える。【００２８】
図７は、各無線端末の時刻要求送信待ち時間を示す図である。時刻要求送信待ち時間７０１は、固定分（Ｔ１）７０２と、トラフィック依存分（Ｔ２）７０３から構成される。時刻要求送信待ち時間７０１は、前回時刻同期処理をしてから次の時刻同期情報要求パケットを送信するまでの待ち時間を示すものである。【００２９】
最小値は同期誤差の調整処理を実施する最短間隔であり、固定分（Ｔ１）７０２である。最大値は無線システム内の同期誤差とクロック性能を踏まえて決定するものであり、無線システム内の同期精度を一定に保つための、同期誤差の調整処理実施の最長間である。固定分（Ｔ１）７０２はシステムで決定した値である。トラフィック依存分（Ｔ２）７０３は近隣の通信トラフィックに依存して決定する値であり、近隣端末における時刻同期情報要求パケット４０３、および、時刻同期情報配信パケット４０４のトラフィック量によって決定するものである。ここで、近隣端末とは、同一親端末に属する端末を指す。【００３０】
これは、自らが時刻同期情報要求パケット４０３を送信していないにもかかわらず、親端末から時刻同期情報配信パケット４０４を受信した場合、同一親端末に属する近隣端末が、時刻同期情報配信パケット４０４を要求したと推定し、次回の時刻同期情報要求パケット４０３の送信を近隣端末に任せ、時刻同期制御部が時刻要求送信待ち時間を固定分の２倍に延長するものである。これにより、同一親端末に属する子端末から、複数の時刻同期情報要求パケット４０３が一斉に送信される可能性が減り、時刻情報同期要求パケット４０３によるトラフィック量の増加を軽減することが可能となる。尚、トラフィック依存分として、延長する時間間隔を固定分  の2倍としたが、必ずしも2倍である必要はない。【００３１】
図８は、各端末の時刻同期情報要求の送信タイミング管理の動作処理を示すものである。【００３２】
ステップ８０１は、無線端末が時刻同期情報要求パケット４０３の送信タイミングの管理を開始する処理である。【００３３】
ステップ８０２は、時刻同期情報要求パケット４０３の送信予約の有無を確認する処理である。本ステップにおいて、時刻同情報要求の送信タイミング管理が開始されていることを確認する。送信予約されていない場合はステップ８０３に進み、既に送信予約がされている場合は、ステップ80４に進む。【００３４】
ステップ８０３は、時刻同期情報要求パケット４０３の送信予約を行うステップである。本ステップでは、初めての設定であり、要求送信待ち時間として、固定時間（Ｔ１）７０２後の送信をセットする。【００３５】
ステップ８０４は、自端末内で管理する時刻が時刻同期情報要求パケット４０３の送信予約時刻を超えているかを判断する処理である。予約時間を超過している場合は、ステップ８０５に進み、超過してない場合はステップ８０２に進む。【００３６】
ステップ８０５は、時刻同期情報要求パケット４０３の送信処理である。本ステップにおいて、自端末の親端末に時刻同期情報要求パケット４０３を送信する。【００３７】
ステップ８０６は、要求送信待ち時間の設定時間を確認する処理である。本ステップにおいて、要求送信待ち時間が、固定時間（Ｔ１）７０２よりも長く設定されている場合は、ステップ８０７に進み、固定時間（Ｔ１）７０２の方が送信待ち時間よりも長い場合は、ステップ８０２に進む。要求送信時間は、同一の親端末に属する子端末が他に存在し、該子端末が実施する時刻同期情報要求パケット４０３の送信により、時刻同期情報配信パケット４０４を受信できる場合は、自身が時刻同期情報要求パケットを送信する必要がないため、延長する。しかしながら、本ステップを実施した場合（Ｓ806でＹＥＳになる場合）は、自身が時刻同期情報要求パケットを送信したことになるため、周囲に同一親端末に属する子端末がいないものと判断し、時刻同期情報要求パケットの送信間隔の最短頻度である固定時間（Ｔ１）７０２に戻す。これにより、時刻同期情報配信パケット４０４を一定間隔で受信できるようになり、時刻同期精度を保つことが可能になる。【００３８】
図９は、各端末の無線パケット受信時の動作処理を示すものである。ステップ９０１は、無線パケットの受信を開始する処理である。【００３９】
ステップ９０２は、受信したパケットが、時刻同期情報要求パケット４０３であるか否かを判断する処理である。時刻同期情報要求パケット４０３であった場合は、ステップ９０６に進み、それ以外のパケットであった場合は、ステップ９０３に進む。【００４０】
ステップ９０３は、受信したパケットが、時刻同期情報配信パケット４０４であるか否かを判断する処理である。時刻同期情報配信パケット４０４であった場合は、ステップ９０７に進み、それ以外のパケットであった場合は、ステップ９０４に進む。【００４１】
ステップ９０４は、受信したパケットが、データ確認応答パケット４０２であるか否かを判断する処理である。データ確認応答パケット４０２であった場合は、ステップ９１０に進み、それ以外のパケットであった場合は、ステップ９０５に進む。【００４２】
ステップ９０５は、受信したパケットが、データ通信パケット４０１であるか否かを判断する処理である。データ通信パケット４０２であった場合は、ステップ９１０に進み、それ以外のパケットであった場合は、ステップ９０５に進む。【００４３】
ステップ９０６は、時刻同期情報配信パケット４０４を送信する処理である。本ステップにおいて、ステップ９０１で受信した時刻同期情報要求パケット４０３の送信元端末に対して、時刻同期情報配信パケット４０４を送信する。【００４４】
ステップ９０７は、時刻同期情報の受信処理を行うものである。本ステップにおいて、ブロードキャスト通信によって受信した時刻同期情報配信パケット４０４の時刻同期情報４１０を用いた時刻同期調整処理を行う。【００４５】
ステップ９０８は、ステップ９０１で受信したパケットに関して、時刻同期処理に関連する処理以外に実施すべき処理があるか否かを判断する処理である。時刻同期処理以外の処理とは、アプリケーション処理、あるいは、経路制御処理、ネットワークアドレス解決処理などである。実施すべき処理がある場合は、ステップ９０９に進み、ない場合は無線パケットの受信処理を終了する。【００４６】
ステップ９０９は、ステップ９０１で受信したパケットに関して、時刻同期処理に関連する処理以外のパケット受信処理である。【００４７】
ステップ９１０は、時刻同期情報の受信処理を行うものである。本ステップにおいて、ユニキャスト通信によって受信したデータ確認応答パケット４０２の時刻同期情報４１０を用いた時刻同期調整処理である。【００４８】
ステップ９１１は、ステップ９０１で受信したデータ通信パケットの確認応答を行う処理である。本ステップでは、データ通信パケットの送信元端末に対し、データ確認応答パケットの送信直前の時刻情報を格納したデータ確認応答パケットを送信する。【００４９】
図１０は、図９のステップ９０７の処理、すなわち、各端末が受信した時刻同期情報配信パケット４０４の時刻同期情報４１０受信時の動作処理を詳細に説明する図である。【００５０】
ステップ１００１は、受信した時刻同期情報配信パケット４０４の送信元を確認する処理である。送信元が親端末である場合はステップ１００２に進み、それ以外の場合は、処理を終了する。【００５１】
ステップ１００２は、受信した時刻同期情報配信パケット４０４内の時刻情報要求ＩＤ４１２が自端末であるか否かを確認する処理である。時刻情報要求ＩＤが自端末である場合、ステップ１００３に進み、自端末ではない場合、ステップ１００５に進む。【００５２】
ステップ１００３は、受信した時刻同期情報配信パケット４０４の時刻同期情報４１０を利用した時刻同期の調整処理である。【００５３】
ステップ１００４は、次回の時刻同期情報要求パケット４０３の送信時間をセットする処理である。次回の送信時間は、現自在の時間に要求送信待ち時間を足した時間である。【００５４】
ステップ１００５は、要求送信待ち時間の長さを確認する処理である。要求送信待ち時間が規定した最長時間である場合、ステップ１００３に進み、最長時間でない場合、ステップ１００６に進む。【００５５】
ステップ１００６は、要求送信待ち時間の長さを延長する処理である。本ステップでは、トラフィック依存分（Ｔ２）７０３の長さを延長することで、次回の要求送信待ち時間までの間隔を延ばす。トラフィック依存分（Ｔ２）７０３の長さを延ばす方法は、現在のトラフィック依存分（Ｔ２）７０３に固定時間（Ｔ１）７０２分を更に追加する。尚、トラフィック依存分（Ｔ２）７０３の延長方法は、値が大きくなればよく、これに限らない。【００５６】
図１１は、図９のステップ９１０の処理、すなわち、各端末が受信したデータ確認応答パケット４０２の時刻同期情報４１０受信時の動作処理を示すものである。【００５７】
ステップ１１０１は、受信したデータ確認応答パケット４０２の送信元を確認する処理である。送信元が親端末である場合はステップ１００３進み、それ以外の場合は、処理を終了する。ステップ１００３、１００４の処理は図１０の同じステップ番号の処理と同様のため割愛する。【００５８】
図１２は、時刻同期情報配信パケット４０４の受信と時刻同期情報要求パケット４０３の送信タイミング変更シーケンスを示すものである。【００５９】
無線端末（Ｈ）１０８は、時刻t1１２０１に一回目の時刻同期情報要求パケット４０３送信を予約し、2回目を固定時間（Ｔ１）７０２経過した時刻t21202に予約している。無線端末（Ｋ）１０９は、時刻t3１２０3に一回目の時刻同期情報要求パケット４０３送信を予約し、2回目を固定時間（Ｔ１）７０２経過した時刻t41204に予約している。図８の各端末の時刻同期情報要求の送信タイミング管理の動作処理に従い、時刻t1に無線端末（Ｋ）１０８が無線中継端末（Ｆ）１０７に時刻同期情報要求パケット４０３送信し、該パケットを受信した無線中継端末（Ｆ）１０７が、時刻同期情報配信パケット４０４をブロードキャスト通信し、無線端末（Ｋ）１０８及び、無線端末（Ｆ）１０９が受信する。この場合、無線端末（Ｋ）１０８及び、無線端末（Ｆ）１０９は、図９の各端末の無線パケット受信時の動作処理に従い、次回の時刻同期情報要求パケットの送信時間をセットする。無線端末（Ｋ）１０８は、自ら時刻同情報を要求したため、次回の時刻同期情報要求パケット４０３の送信時間は、固定時間（Ｔ１）７０２経過した時刻t21202から変更はない。一方、無線端末（Ｋ）は自ら時刻同情報を要求していないため、送信待ち時間（Ｔ）として、トラフィック依存分として固定時間（Ｔ１）７０２をさらに追加した、時刻t51205に予約し、時刻t31203及び、時刻t41204の予約をキャンセルする。以上より、周辺端末の時刻同期情報要求パケット４０３を利用して、子端末から親端末に送信される時刻同期情報要求パケット４０３のトラフィックを削減しつつ、時刻同期誤差を一定に保つことが可能となる。【００６０】
図１３は、データ確認応答パケット４０２、及び、時刻同期情報配信パケット４０４の受信と時刻同期情報要求パケット４０３の送信タイミング変更シーケンスを示すものである。【００６１】
図１２の通信トラフィックに加え、無線端末（Ｈ）１０８から無線中継端末（Ｆ）１０７へのデータ通信パケットが発生した場合の時刻同期情報要求パケット４０３の送信タイミング変更シーケンスを示すものである。【００６２】
無線端末（Ｈ）１０８が時刻ｔ６１３０１に無線中継端末（Ｆ）１０７へのデータ通信パケットを送信し、無線中継端末（Ｆ）１０７が無線端末（Ｈ）１０８にデータ確認応答パケット４０２を送信する。データ確認応答パケット４０２を受信した無線端末（Ｈ）１０８は、図１１のデータ確認応答パケット４０２の時刻同期情報４１０受信時の動作処理に従い、時刻t2の送信予約をキャンセルし、次回の時刻同期情報要求パケット４０３を、固定時間（Ｔ１）７０２経過した時刻t71302に予約する。
以上より、データ通信を頻繁に実施するような無線端末、及び無線中継端末は、データ確認応答パケットによる時刻同期調整処理が実施できる。そのため、時刻同期誤差を一定に保ちつつ、不要な時刻同期情報要求パケット４０３のトラフィックの削減が可能である。
【実施例２】
【００６３】
第１の実施例は、自端末周辺の通信トラフィック、特に、時刻同期情報配信パケット４０４のトラフィック量に応じて時刻同期情報要求パケットの送信間隔を調整し、また、データ通信が定期的に発生する無線端末は、自らが送信する時刻同期情報要求パケットの送信間隔を遅らせることにより、時刻同期情報要求パケットを削減しつつ、無線ネットワーク内の時刻同期精度を一定以上に保つことが可能であった。これは、データ確認応答パケットを受信した場合、送信宛先ＩＤ４０５、送信元ＩＤ４０６の両方を確認するような無線通信方式を利用して無線ネットワークを構築する場合の本発明の実施形態であった。【００６４】
第２の実施例では、データ確認応答パケットを受信した場合、送信元ＩＤ４０６のみ確認するような無線通信方式を利用して無線ネットワークを構築する場合の本発明の実施形態について説明する。【００６５】
まず、本実施例にかかる無線通信システム構成、無線パケット構成、無線通信システムにおける時刻同期処理の動作概要について説明する。【００６６】
本実施例にかかる無線通信システム（図１）、端末のハードウェア構成（図2及び3）、無線パケット構成（図4）、時刻要求送信待ち時間の構成（図７）、
各端末の時刻同期情報要求の送信タイミング管理処理（図８）、各端末の無線パケット受信時の処理手順（図９）、各端末の時刻同期情報受信時の処理手順１（図１０）、各端末の時刻同期情報受信時の処理手順２（図１１）は実施例１と同様である。【００６７】
図１４は、本実施例にかかる無線端末間の時刻同期パケットフロー図である。無線ネットワーク１００内、無線中継端末（Ｆ）１０７、無線端末（Ｈ）１０８、無線端末（Ｋ）１０９において、無線端末（Ｈ）１０８は、親端末である無線中継端末（Ｆ）１０７に時刻情報要求パケット４０３を送信し、無線中継端末（Ｆ）１０７は、時刻同期情報配信パケット４０４をブロードキャストする。無線端末（Ｈ）１０８、及び無線端末（Ｋ）１０９は、該時刻同期情報パケット４０４の時刻同期情報４１０に従って、時刻同期ずれを調整する。次に、無線端末（Ｋ）１０９、無線端末（Ｈ）１０８は、アプリケーションデータなどをデータ通信パケット４０１に格納して、無線中継端末（Ｆ）に送信する。このとき、各データ通信パケットに対応するデータ確認応答パケット４０２がユニキャストで無線端末（Ｋ）１０９、無線端末（Ｈ）１０８に送信される。ユニキャスト通信、ブロードキャスト通信であっても、無線電波としては、同様に届く可能性が高く、本実施例では、送信元ＩＤ４０６が自端末の親端末であった場合、各端末の無線パケット受信時の処理手順（図９）、及び、各端末の時刻同期情報受信時の処理手順２（図１１）に従って時刻同期ずれを調整する。これにより、無線ネットワー１０１内の全ての無線端末が無線通信を利用して時刻同期することが可能となる。【００６８】
以上より、データ通信を頻繁に実施するような無線端末、及び無線中継端末が同一親端末に接続されている無線ネットワークトポロジを構成した場合、データ確認応答パケットによる時刻同期調整処理が実施できるため、時刻同期誤差を一定に保ちつつ、不要な時刻同期情報要求パケット４０３のトラフィックの削減が可能である。【００６９】
また、本発明によると無線ネットワーク内の時刻同期に必要な通信トラフィックを削減するため、ネットワーク全体の通信トラフィックを抑えることができ、ある一定のデータ通信トラフィックを発生させるようなセンサネットワークや電力の自動検針ネットワークにおいて、１つのゲートウェイ配下に存在する無線端末数を増加させることが可能となり、システム全体のコスト削減にも効果的である。【００７０】
また、本発明によると、時刻同期情報配信パケットを定期的にかつ受動的に受信するのではなく、能動的に要求することができるため、無線端末間のクロックのハードウェア個体差があっても、無線ネットワーク内の時刻同期誤差を一定に保つことが可能になるため、高いクロック精度を要求しなくてよく、無線端末のコスト削減にも効果的である。
【符号の説明】
【００７１】
100…無線ネットワーク、101…ゲートウェイ無線端末（ＧＷ）、102…無線中継端末（Ａ）、103…無線中継端末（Ｂ）、104…無線中継端末（Ｃ）、105…無線端末（Ｄ）、106…無線中継端末（Ｅ）、107…無線中継端末（Ｆ）、108…無線端末（Ｈ）、109…無線端末（Ｉ）、110…無線端末（Ｊ）、111…無線端末（Ｋ）、112…無線端末（Ｇ）、202…マイコン、203…ROM、204…中央制御部、205…時刻同期制御部、206…経路管理部、207…無線通信処理部、208…RAM、209…クロック生成回路、210…電源回路、211…RF周辺回路、301…ゲートウェイ無線端末、312…外部ネットワーク接続回路、401…データ通信パケット、402…データ確認応答パケット、403…時刻同期情報要求パケット、404…時刻同期情報配信パケット、405…送信宛先ＩＤ、406…送信元ＩＤ、407…シーケンス番号、408…パケット長、409…データ通信用ペイロード領域、409…時刻同期情報、410…時刻同期情報要求フラグ、410…時刻同期情報要求者ＩＤ、601…無線パケットの受信処理、701…時刻要求送信待ち時間（Ｔ）、702…固定分（Ｔ１）、702…トラフィック依存分（Ｔ２）、1201…時刻（t1）、1202…時刻（t2）、1204…時刻（t3）、1204…時刻（t4）、1205…時刻（t5）、1301…時刻（t6）、1302…時刻（t7）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図４（Ｃ）】
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【図４（Ｄ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月24日(2015.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末の間で無線パケットを通信する無線端末において、
他の無線端末と無線パケットを通信する通信部と、
他の無線端末と時刻同期をとる時刻同期制御部と、を備え、
前記時刻同期制御部は、時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を自端末周辺の通信トラフィックに応じて、動的に延長又は短縮し、
自端末からの要求なしで前記他の無線端末から前記時刻同期情報を受信した場合は、自端末が前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を所定の間隔だけ延長することを特徴とする無線端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線端末において、
前記時刻同期制御部は、
前回時刻同期処理をしてから前記パケットの送信間隔を経過して、自端末から前記時刻同期情報を要求して当該時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を最短間隔に短縮することを特徴とする無線端末。
【請求項３】
請求項1または、２のいずれか一項に記載の無線端末において、
前記時刻同期制御部は、
前記他の無線端末から、データ通信の確認応答内にある時刻情報を受信して時刻同期誤差を調整し、自端末からの時刻同期情報を要求するパケットの送信時間を延長することを特徴とする無線端末。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線端末と、外部ネットワークへの接続を可能にするゲートウェイとを備える無線ネットワークシステム。
【請求項５】
複数の無線端末の間で無線パケットを通信する通信方法において、
他の無線端末と無線パケットを通信する通信ステップと、
他の無線端末と時刻同期をとる時刻同期ステップと、を備え、
前記時刻同期ステップは、時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を自端末周辺の通信トラフィックに応じて、動的に延長するあるいは短縮し、
自端末からの要求なしで前記他の無線端末から前記時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を延長することを特徴とする通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載の通信方法において、
前記時刻同期ステップは、
前回時刻同期処理をしてから前記パケットの送信間隔を経過して、自端末から前記時刻同期情報を要求して当該時刻同期情報を受信した場合は、前記時刻同期情報を要求するパケットの送信間隔を最短間隔に短縮することを特徴とする通信方法。
【請求項７】
請求項５または６のいずれか一項に記載の通信方法において、
前記時刻同期ステップは、前記他の無線端末から、データ通信の確認応答内にある時刻情報を受信して時刻同期誤差を調整し、自端末からの時刻同期情報を要求するパケットの送信時間を延長することを特徴とする通信方法。
【国際調査報告】
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