説明

無線通信システムの時刻同期方式および時刻同期方法

【課題】多数台の親局および子局間の時刻同期に、トラフィックに大きな負荷を掛けることなく、高い精度で時刻同期ができる。
【解決手段】親局1、2間ではLAN経由で時刻同期を実行し、各親局ではビーコンフレームのvender IEに“タイムスタンプ”(時計)を付加して定期的に送出し、子局(端末)3A〜3Nの無線デバイスではビーコンの受信タイミング(ビーコン受信間隔)となる割り込み信号をホストCPUに発生し、ホストCPUが受信タイミングとタイムスタンプ(Vender IE)から時計の時刻補正を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、親局(アクセスポイント)と子局(端末)間の情報伝送を無線LANで行う無線通信システムに係り、特に親局と子局間の時刻同期方式および時刻同期方法に関する。
【背景技術】
【0002】
既存の無線設備として、無線LAN(IEEE802.11 a/b/gに準拠した無線設備等)デバイスが多用されている。この無線LAN規格となるIEEE802.11規格では、主に物理レイヤ規格とMACレイヤ規格から構成され、1つのMACレイヤ規格で複数の物理レイヤ規格をサポートすることができる。物理レイヤとしては、スペクトラム拡散のうち周波数ホッピング方式(FHSS)のもの、直接拡散方式(DSSS)のもの、および赤外線方式のものの3種類が規定され、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11gでそれぞれ物理レイヤでの規格が異なる。MACレイヤにはCSMA/CA(Carrier Sence Multiple Access with Collision Avoidance)方式を用いている。
【0003】
上記の無線LANデバイスを親局と子局にそれぞれ搭載した無線通信システムとして、例えば電力系統などの大規模設備の監視制御システムを構築する場合、複数の親局および多数の子局でそれぞれ系統電圧や電流を計測して相互に無線LAN伝送することになるが、電力系統の保護継電機能には親局および子局での計測時刻を一致させた時刻同期が要求される。
【0004】
上記の時刻同期には、時計管理サーバー(親局)で時間情報を取得し、時刻を合わせ、これを端末(子局)個々にサーバーへアクセスすることで全端末の時間補正を行う方法がある(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−099886号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
IEEE802.11規格には時刻同期を行う機能はない。故にサーバーと端末間の時刻を同期させるためには上位アプリケーションから時刻同期のための通信プロトコルを開発し、上位アプリケーションからのタイムスタンプ情報にて同期を行う手段しかない。
【0006】
上位アプリケーションで時刻同期させた場合、物理レイヤとMACレイヤによる処理時間による遅れ、ホスト対デバイス間の通信時間による遅延、WLANドライバ処理時間からTCP/IPなどの処理時間、またOSの管理時間による遅れ等々の要因によって、分解能の高い時刻同期を実現することができない。
【0007】
また、定期的に時間補正をかけるなど、高い時刻同期精度を得るためには頻繁に時刻補正をする必要があることから、無線ネットワークのトラフィックに高い負荷を掛けることになる。これにより、ネットワークのスループットが大幅に低下する。
【0008】
1000台以上の端末に及ぶ大規模ネットワークにおいて、全端末の時刻同期を行う場合、時間管理サーバーへ各端末から時間取得動作を行うため、各端末間におけるエアパケットの衝突が頻繁に発生する。これにより通信できなかったり、再送が多発したり、かなり古い時刻データが返信されるなどの状況が予測される。このため端末間の遅延時間が発生し、安定した時間管理ができない。
【0009】
既存技術として、時間管理サーバーへのアクセスを個々に実行した場合、1000台以上の端末のアクセスが定期的に無線ネットワークを介して時間補正を行うため、エアパケットの衝突や再送の頻発、スループット低下などが多発し、通信品質の劣化が起こる。
【0010】
本発明の目的は、多数台の親局および子局間の時刻同期に、トラフィックに大きな負荷を掛けることなく、高い精度で時刻同期ができる無線通信システムの時刻同期方式および時刻同期方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、前記の課題を解決するため、親局間ではLAN経由で時刻同期を実行し、各親局ではビーコンフレームのvender IEに“タイムスタンプ”(時計)を付加して定期的に送出し、子局端末の無線デバイスではビーコンの受信タイミング(ビーコン受信間隔)となる割り込み信号をホストCPUに発生し、ホストCPUが受信タイミングとタイムスタンプ(Vender IE)から時計の時刻補正を行うようにしたもので、以下の方式および方法を特徴とする。
【0012】
(1)複数の親局と多数の子局間の情報伝送を無線LANで行い、各親局および各子局に搭載する時計によって各親局および各子局での情報取得時刻を同期させる方式であって、
各親局は、親局間ではLAN経由で時計の時刻同期を実行し、かつ各親局から子局に向けてビーコンといわれる信号を定期的に送出し、このビーコンには当該親局の基本時計となるタイムスタンプ情報を付加しておく手段を備え、
各子局は、前記ビーコンを親局と決めたタイミングで受信し、このビーコンの内部情報を元に動作を決定し、このビーコンに含まれる“Vender IE”に当該親局からのタイムスタンプ情報で当該子局内の時計の時刻補正を行う手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
(2)複数の親局と多数の子局間の情報伝送を無線LANで行い、各親局および各子局に搭載する時計によって各親局および各子局での情報取得時刻を同期させる方法であって、
各親局は、親局間ではLAN経由で時計の時刻同期を実行し、かつ各親局から子局に向けてビーコンといわれる信号を定期的に送出し、このビーコンには当該親局の基本時計となるタイムスタンプ情報を付加しておき、
各子局は、前記ビーコンを親局と決めたタイミングで受信し、このビーコンの内部情報を元に動作を決定し、このビーコンに含まれる“Vender IE”に当該親局からのタイムスタンプ情報で当該子局内の時計の時刻補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
以上のとおり、本発明によれば、親局間ではLAN経由で時刻同期を実行し、各親局ではビーコンフレームのvender IEに“タイムスタンプ”(時計)を付加して定期的に送出し、子局端末の無線デバイスではビーコンの受信タイミング(ビーコン受信間隔)となる割り込み信号をホストCPUに発生し、ホストCPUが受信タイミングとタイムスタンプ(Vender IE)から時計の時刻補正を行うようにしたため、以下の効果がある。
【0015】
(1)エアパケットの衝突やエアフレームの再送によるスループット低下などが回避でき、既存のトラフィックに大きな負荷を掛けずに時刻同期ができる。
【0016】
(2)一定周期で送出されるビーコンフレームを受信することで、1TU=1.024msecの分解能を持つ時刻同期が可能となり精度が向上する。
【0017】
(3)ビーコンはブロードキャストで送信されるため、一度に複数台の端末へタイムスタンプを転送することができることから、端末間の遅延時間を限りなくゼロに近づけることが可能となる。
【0018】
(4)複数の親局間の時刻同期をLAN側で実行させることで、異なる親局を持つ大量の端末間の時刻同期が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
図1は、本発明の実施形態を示すネットワーク構成図であり、親局(AP)からBeaconフレームがBeacon Interval設定に基づいて定期的に子局(端末)に送出されているネットワーク環境とする。
【0020】
マスタとなる親局(AP)1から他の親局(AP)2へLANを経由して親局間での時刻同期を実行する。これにより、異なる親局を持つ無線端末間の同期化を可能とし、例えば1000台以上の端末間での時刻同期を可能とする。
【0021】
子局3A〜3Nは、親局からのBeaconフレームを自局で設定されたListen Interval周期で受信する。親局から送出されるBeaconフレームは、図2に示すように、IEEE802.11のMACプロトコルで規定されているMAC制御フレームに“Vender Information Element(IE)”を付加して送出する。ここで、Beaconフレームに付加された“Vender Information Element(IE)”に親局の基本時計となるタイムスタンプ情報を付加することで、子局へ親局時計データを通知する。
【0022】
子局3A〜3Nは、図3に内部回路ブロックの要部構成図を、図4に時刻同期タイミングチャートを示すように、無線デバイス4によってBeaconフレームを受信すると、ホストCPU5へBeacon受信イベント割り込みINTRを発生させる。子局3A〜3Nは、Beacon受信イベント割り込みINTRの発生により、Beaconフレーム内にある“Vender IE情報”にある親局の時計データ(TIME STUMP)がホスト5へ通知される。このイベントによって、ホスト5によって管理している時計の時間補正を行う。
【0023】
このときの時刻精度は、1TU=1.024msecの分解能を持つこと(Beacon intervalの最小単位)になる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態を示すネットワーク構成図。
【図2】Beaconフレームのフォーマット。
【図3】子局3A〜3Nの内部回路ブロックの要部構成図。
【図4】時刻同期タイミングチャート。
【符号の説明】
【0025】
1、2 親局
3A〜3N 子局
4 無線デバイス
5 ホストCPU

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の親局と多数の子局間の情報伝送を無線LANで行い、各親局および各子局に搭載する時計によって各親局および各子局での情報取得時刻を同期させる方式であって、
各親局は、親局間ではLAN経由で時計の時刻同期を実行し、かつ各親局から子局に向けてビーコンといわれる信号を定期的に送出し、このビーコンには当該親局の基本時計となるタイムスタンプ情報を付加しておく手段を備え、
各子局は、前記ビーコンを親局と決めたタイミングで受信し、このビーコンの内部情報を元に動作を決定し、このビーコンに含まれる“Vender IE”に当該親局からのタイムスタンプ情報で当該子局内の時計の時刻補正を行う手段を備えたことを特徴とする親局/子局間の時刻同期方式。
【請求項2】
複数の親局と多数の子局間の情報伝送を無線LANで行い、各親局および各子局に搭載する時計によって各親局および各子局での情報取得時刻を同期させる方法であって、
各親局は、親局間ではLAN経由で時計の時刻同期を実行し、かつ各親局から子局に向けてビーコンといわれる信号を定期的に送出し、このビーコンには当該親局の基本時計となるタイムスタンプ情報を付加しておき、
各子局は、前記ビーコンを親局と決めたタイミングで受信し、このビーコンの内部情報を元に動作を決定し、このビーコンに含まれる“Vender IE”に当該親局からのタイムスタンプ情報で当該子局内の時計の時刻補正を行うことを特徴とする親局/子局間の時刻同期方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−50761(P2010−50761A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−213472(P2008−213472)
【出願日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【出願人】(000006105)株式会社明電舎 (1,739)
【出願人】(502002474)明電ソフトウエア株式会社 (12)
【Fターム(参考)】