JP4527115B2

JP4527115B2 - 基地局間時刻同期方法、基地局およびタイミングマスタ装置

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Publication number: JP4527115B2
Application number: JP2006519208A
Authority: JP
Inventors: 義彦城倉; 俊明富澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: WO2006001074A1; US20070081514A1; EP1760942A4; JPWO2006001074A1; EP1760942A1

Description

この発明は、無線ＬＡＮシステム内に配置される複数の基地局の時刻同期を確立する基地局間時刻同期方法に関するものであり、詳細には、ネットワークの遅延時間を考慮した基地局間時刻同期方法、タイミングマスタ装置、および基地局に関するものである。

インターネットの普及に伴い、家庭やビル内の構内ＬＡＮ（Local Area Network）を、無線通信によって構築することが多い。無線ＬＡＮは、ＩＥＥＥ８０２．１１で規格化された物理レイヤおよびＭＡＣレイヤに準拠しており、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式によるアクセス制御によってマルチユーザの多重化を実現するようにしている（たとえば、非特許文献１参照）。

また、近年では、家庭やビル内の構内ＬＡＮだけでなく、複数の基地局を面的に配置して、広域ネットワークを無線ＬＡＮによって構成することも多い。従来の無線ＬＡＮを用いた広域ネットワークは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式をベースに複数の基地局の排他制御を行っているため、基地局間の干渉によってデータのスループットが低下してしまうという問題があった。

このような問題を改善するためには、基地局間の時刻を同期させる必要がある。無線通信における基地局間の時刻同期に関する従来技術として特許文献１がある。特許文献１に記載のタイムスタンプ同期方法は、第１の時間において制御ノードから第１の命令を送信し、第１の時間よりも遅い第２の時間において制御ノードから第２の命令を送信し、各ノード（基地局）は、開始タイムスタンプ値と現在タイムスタンプ値との差を計算して、計算した差を現在タイムスタンプ値に加算することでタイムスタンプを同期させるようにしている。すなわち、制御ノードの時刻をシステムの基準時刻として、各基地局は、第１の命令を受信してから第２の命令を受信するまでの時間を自局のタイマによって計測し、第２の命令のタイムスタンプ値によって差分を計算して自局のタイマを調整するようにしている。

特表２００２−５１７１３２号公報 IEEE 802.11 Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications 1999 Edition

非特許文献１に記載されている基地局を面的に配置した無線ＬＡＮシステムに、特許文献１に記載のタイムスタンプ同期（基地局間時刻同期）方法を適用することで、複数の基地局のタイマを制御ノードのタイマに同期させることはできる。

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、制御ノードが送信する第１および第２の命令を基地局が受信するまでの遅延時間、すなわちネットワークの遅延が考慮されていないという問題があった。そのため、ネットワークの遅延による時刻同期の誤差が発生してしまい、基地局間の干渉によるデータのスループットの低下を抑制することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線ＬＡＮシステム内に基地局を面的に複数配置した場合に、ネットワークの遅延時間を考慮して基地局間の時刻同期を確立してデータのスループットの低下を抑制する基地局間時刻同期方法、タイムマスタ装置、および基地局を得ることを目的としている。

本発明においては、ネットワークに接続されている複数の基地局の時刻を基準となるタイミングマスタ装置の時刻に同期させる基地局間時刻同期方法であって、前記タイミングマスタ装置は、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、前記基地局の時刻を同期させるためのタイミングパケットに自装置が計時した時刻情報を含ませるかどうかを判断し、前記判断の結果に基づいて生成したタイミングパケットを送信する時刻調整開始ステップと、前記基地局が、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれている場合は当該時刻情報に基づいて自局の基準タイマを調整し、一方、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれていない場合は当該タイミングパケットの受信時刻に基づいて自局の基準タイマを調整する第１の時刻調整ステップと、前記基地局が、前記タイミングマスタ装置から自局までの前記ネットワークの遅延時間を測定する遅延時間測定ステップと、前記基地局が、前記遅延時間測定ステップによって測定された遅延時間に基づいて前記基準タイマを調整する第２の時刻調整ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、基地局は、予め定められた時刻同期調整タイミング毎にタイミングマスタ装置から送信されるタイミングパケットに基づいて自局の基準となる時刻を計時する自局基準タイマを調整した後に、測定パケットを用いてタイミングマスタ装置から自局までのネットワークの遅延時間を測定して、測定した遅延時間に基づいて自局基準タイマを微調整するようにしている。

この発明によれば、ネットワークの遅延時間を考慮して面的に配置された基地局の時刻を同期させることができ、データの干渉を回避するとともに、ＱｏＳ（Quality of Service）制御などの処理をより正確に行うことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる基地局間時刻同期方法、タイミングマスタ装置、および基地局の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
第１図〜第４図を用いてこの発明の実施の形態１を説明する。第１図は、この発明にかかる実施の形態１の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第１図に示した通信システムは、複数（この場合は３台）の基地局（以下、ＡＰとする）１３０ａ〜１３０ｃと、タイミングマスタ装置１２０と、端末装置１１０とがＩＰネットワーク１００に接続しており、無線ＬＡＮ端末装置（以下、ＳＴＡとする）１４０が、無線通信によってＡＰ１３０ａと接続して、ＡＰ１３０ａを介して端末装置１１０と通信を行っている。なお、第１図では、ＳＴＡ１４０および端末装置１１０はそれぞれ１台としているが、実際には複数のＳＴＡ１４０および端末装置１１０がＡＰ１３０ａ〜１３０ｃを介して通信を行っている。

タイミングマスタ装置１２０は、通信システム内のＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの基準時刻となる装置であり、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎にＡＰ１３０ａ〜１３０ｃに基準タイマ情報を報知する。

第２図は、第１図に示したタイミングマスタ装置１２０の構成を示すブロック図である。タイミングマスタ装置１２０は、自局基準タイマ１２１と、タイミングパケット送信部１２２と、ネットワークＩＦ部１２３と、タイミングパケット受信部１２４とを備えている。なお、タイミングパケット送信部１２２とタイミングパケット受信部１２４とで請求の範囲のタイミングパケット送受信部の機能を実現している。

自局基準タイマ１２１は、自局の基準タイミングとなる時刻を計時する。自局基準タイマ１２１は、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃに基準タイマ情報を報知するためのタイミングパケットを生成する。

タイミングパケット送信部１２２は、自局基準タイマ１２１によって生成されたタイミングパケットおよびＡＰ１３０ａ〜１３０ｃから送信されタイミングマスタ装置１２０よりおり返し送信する測定パケットを送信する。

タイミングパケット受信部１２４は、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃから送信された測定パケットを受信する。ネットワークＩＦ部１２３は、ＩＰネットワーク１００とのインタフェース機能を有し、ＩＰネットワーク１００からのパケットをタイミングパケット受信部１２４に出力するとともに、タイミングパケット送信部１２２からの信号をＩＰネットワーク１００に出力する。

ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃは、無線ＬＡＮの基地局であり、それぞれ同じ機能を備えている。第３図に示したＡＰ１３０ａの構成を示すブロック図を参照して、ＡＰの機能を説明する。

ＡＰ１３０ａは、ネットワークＩＦ部１３１、タイミングパケット分離部１３２、下りデータ転送部１３３、無線ＩＦ部１３８、上りデータ転送部１３６、タイミングパケット多重部１３７、同期制御部１３４、および自局基準タイマ１３５を備えている。

ネットワークＩＦ部１３１は、ＩＰネットワーク１００とのインタフェース機能を有し、ＩＰネットワーク１００からのパケットをタイミングパケット分離部１３２に出力するとともに、タイミングパケット多重部１３７からのパケットをＩＰネットワーク１００に出力する。

タイミングパケット分離部１３２は、ネットワークＩＦ部１３１を介してＩＰネットワーク１００から受信したパケットがタイミングパケットまたは測定パケットであるのか、ＳＴＡ１４０への下りパケットであるのかを判定する。タイミングパケット分離部１３２は、受信したパケットがタイミングパケットまたは測定パケットの場合、タイミングパケットを同期制御部１３４に出力し、受信したパケットがＳＴＡ１４０宛てのパケットの場合、受信したパケットを下りデータ転送部１３３に出力する。

下りデータ転送部１３３は、一般的な無線ＬＡＮの基地局が有する下り方向（ＩＰネットワーク１００から自局の配下のＳＴＡ１４０への方向）のデータ転送処理機能を有し、タイミングパケット分離部１３２から入力されたＳＴＡ１４０宛てのパケット（下りデータ）を無線ＩＦ部１３８に出力する。

無線ＩＦ部１３８は、無線ＬＡＮのインタフェース機能を有し、下りデータ転送部１３３から入力されたＳＴＡ１４０宛てパケットに符号化処理や変調処理を施して無線回線への信号を生成して、生成した信号をＳＴＡ１４０に送信する。また、無線ＩＦ部１３８は、ＳＴＡ１４０から受信した信号に予め定められた復調処理や復号化処理を施して、端末装置１１０宛てのパケット（上りデータ）を生成する。無線ＩＦ部１３８は、生成したパケットを上りデータ転送部１３６に出力する。

上りデータ転送部１３６は、一般的な無線ＬＡＮの基地局が有する上り方向（自局の配下のＳＴＡ１４０からＩＰネットワーク１００への方向）のデータ転送処理機能を有し、無線ＩＦ部１３８を介して受信した端末装置１１０宛てのパケットをタイミングパケット多重部１３７に出力する。

タイミングパケット多重部１３７は、同期制御部１３４からの測定パケットおよび端末装置１１０宛てのパケットを多重してネットワークＩＦ部１２３に出力する。

自局基準タイマ１３５は、自局の基準タイミングとなる時刻を計時する。同期制御部１３４は、タイミングパケット分離部１３２から入力されたタイミングパケットに基づいて自局基準タイマ１３５を調整する。

同期制御部１３４は、タイミングパケットを受信した後、タイミングマスタ装置１２０とのラウンドトリップタイム（ＲＴＴ：Round Trip Time）を測定するための測定パケットを生成して、生成した測定パケットをタイミングパケット多重部１３７に出力する。同期制御部１３４は、タイミングマスタ装置１２０よりおり返った測定パケットを受信すると、受信した測定パケットに基づいて自局基準タイマ１３５を微調整する。

つぎに、第４図のフローチャートを参照して、この発明にかかる実施の形態１の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの動作を説明する。タイミングマスタ装置１２０の自局基準タイマ１２１は、予め定められた時刻同期調整タイミングになると、基準タイマ情報を報知するためのタイミングパケットを生成する（ステップＳ１００，Ｓ１１０）。時刻同期調整タイミングの周期がＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのビーコン周期またはＴＳＦ（Timing Synchronization Function）周期と異なる場合、自局基準タイマ１２１は、タイミングパケットに自局基準タイマ１２１が計時している時刻情報を含めたタイミングパケットを生成する。時刻同期調整タイミングの周期がＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのビーコン周期またはＴＳＦ周期と同一周期である場合、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃにタイミングパケットが到着した時刻を基準とすることができるので、タイミングパケットに自局基準タイマ１２１の時刻を含める必要はない。自局基準タイマ１２１は、生成したタイミングパケットをタイミングパケット送信部１２２に出力する。

タイミングマスタ装置１２０のタイミングパケット送信部１２２は、自局基準タイマ１２１によって生成されたタイミングパケットをネットワークＩＦ部１２３を介してＩＰネットワーク１００に送信する（ステップＳ１２０）。

ＩＰネットワーク１００には、タイミングパケットやＳＴＡ１４０宛てのパケット、端末装置１１０宛のパケットが存在している。ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのタイミングパケット分離部１３２は、ネットワークＩＦ部１３１を介して受信したパケットが、タイミングパケットであるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。

受信したパケットがタイミングパケットであると判定した場合、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのタイミングパケット分離部１３２は、タイミングパケットを同期制御部１３４に出力する。

ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの同期制御部１３４は、タイミングパケットに基づいて自局基準タイマ１３５の時刻を調整する（ステップＳ１４０）。具体的には、タイミングパケットに時刻情報が含まれている場合、同期制御部１３４は、タイミングパケットに含まれている時刻情報の時刻に自局基準タイマ１３５の時刻を調整する。タイミングパケットに時刻情報が含まれていない場合、同期制御部１３４は、自装置のビーコン周期またはＴＳＦ周期とタイミングパケットの受信時刻に基づいて自局基準タイマ１３５の時刻を調整する。

ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの同期制御部１３４は、タイミングパケットによって自局基準タイマ１３５を調整した後、タイミングマスタ装置１２０宛ての測定パケットを生成する（ステップＳ１５０）。同期制御部１３４は、生成した測定パケットをタイミングパケット多重部１３７に出力する。

タイミングパケット多重部１３７は、上りデータ転送部１３６からのパケットと測定パケットとを多重してネットワークＩＦ部１３１を介して測定パケットをＩＰネットワーク１００に送信する（ステップＳ１６０）。

タイミングマスタ装置１２０のタイミングパケット受信部１２４は、ネットワークＩＦ部１２３を介して測定パケットを受信すると（ステップＳ１７０）、受信した測定パケットをタイミングパケット送信部１２２に出力する。タイミングパケット送信部１２２は、測定パケットの宛先を測定パケットを送信したＡＰ１３０ａ〜１３０ｃ宛てに変更して、宛先を変更した測定パケットをネットワークＩＦ部１２３を介して送信する（ステップＳ１８０）。すなわち、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃからそれぞれ送信された測定パケットは、たとえば、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）ネットワークを診断するＰＩＮＧ（Packet INternet Groper）と同様に、タイミングマスタ装置１２０によって送信元のＡＰ１３０ａ〜１３０ｃに返送される。

測定パケットを受信すると、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのタイミングパケット分離部１３２は、受信した測定パケットを同期制御部１３４に出力する（ステップＳ１９０）。

ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの同期制御部１３４は、測定パケットを送信してから測定パケットを受信するまでの時間の差分の１／２の時間を算出する。すなわち、タイミングマスタ装置１２０から自局へのパケット転送の遅延時間を算出する（ステップＳ２００）。時間の差分は、たとえば、測定パケットを送信してから測定パケットを受信するまでの時間を計測してもよいし、測定パケット内に測定パケットを生成したときの自局基準タイマ１３５の時刻を含めておき、測定パケットを受信した時の自局基準タイマ１３５との時間と測定パケット内に含ませた時刻との差分を算出するようにしてもよい。同期制御部１３４は、算出した遅延時間に基づいて自局基準タイマ１３５の時刻を調整する（ステップＳ２１０）。

一方、受信したパケットがタイミングパケットまたは測定パケット以外のパケット（ＳＴＡ１４０へのパケット）であると判定した場合、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのタイミングパケット分離部１３２は、受信したパケットを下りデータ転送部１３３に出力し、下りデータ転送部１３３は、無線ＩＦ部１３８を介して無線回線にＳＴＡ１４０宛てのパケットを送信する（ステップＳ２２０）。

このようにこの実施の形態１では、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃは、予め定められた時刻同期調整タイミング毎にタイミングマスタ装置１２０から送信されるタイミングパケットに基づいて自局の基準となる時刻を計時する自局基準タイマ１３５を調整した後に、測定パケットを用いてタイミングマスタ装置１２０から自局までのネットワークの遅延時間を測定して、測定した遅延時間に基づいて自局基準タイマ１３５を微調整するようにしているので、ネットワークの遅延時間を考慮して面的に配置されたＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの時刻を同期させることができ、データの干渉を回避するとともに、ＱｏＳ（Quality of Service）制御などの処理をより正確に行うことができる。

なお、この実施の形態１では、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃは測定パケットによるＩＰネットワーク１００の遅延時間の測定を１回として説明したが、複数回行うようにしてもよい。この場合、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃの同期制御部１３４は、測定したＩＰネットワーク１００の遅延時間の平均値、または分散が大きいものを排除した後の平均値などによって自局基準タイマ１３５の微調整を行うようにする遅延時間測定のスムージング機能を備えるようにすればよい。これにより、ＩＰネットワーク１００の一時的な輻輳などによる遅延時間での同期確立の誤差を抑制することができる。

実施の形態２．
第５図および第６図を用いてこの発明の実施の形態２を説明する。実施の形態１では、タイミングマスタ装置が基準タイマ情報を報知するようにした。この実施の形態２では、タイミングマスタ装置を備えることなく、特定の基地局（クロックマスタ基地局）が基準タイマ情報を報知するものである。

第５図は、この発明にかかる実施の形態２の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第５図に示した通信システムは、第１図に示した実施の形態１の通信システムのタイミングマスタ装置１２０が削除され、ＡＰ１３０ｃの代わりにクロックマスタ基地局（以下、クロックマスタＡＰとする）１５０を備えている。実施の形態１と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

クロックマスタＡＰ１５０は、無線ＬＡＮの基地局であり、通信システム内のＡＰ１３０ａ，１３０ｂの基準時刻となる機能を備えている。第６図は、第５図に示したクロックマスタＡＰ１５０の構成を示すブロック図である。クロックマスタＡＰ１５０は、第３図に示した実施の形態１のＡＰ１３０ａの同期制御部１３４および自局基準タイマ１３５の代わりに、同期制御部１５４および自局基準タイマ１５５を備えている。実施の形態１のＡＰ１３０ａと同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

自局基準タイマ１５５は、同期制御部１５４に制御されることなく、マスタタイミングとして独立同期動作によって時刻を計時する。自局基準タイマ１５５は、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、ＡＰ１３０ａ，１３０ｂに基準タイマ情報を報知するためのタイミングパケットを生成する。

同期制御部１５４は、自局基準タイマ１５５から入力されたタイミングパケットをタイミングパケット多重部１３７に出力するとともに、タイミングパケット分離部１３２から入力された測定パケットをタイミングパケット多重部１３７に出力する。

つぎに、この発明にかかる実施の形態２の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの動作を説明する。なお、この発明にかかる実施の形態２の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの動作は、第４図のフローチャートを参照して実施の形態１で説明したタイミングマスタ装置１２０の動作をクロックマスタＡＰ１５０が実行するものであるので、ここでは詳細な説明は省略する。

クロックマスタＡＰ１５０の自局基準タイマ１５５は、予め定められた時刻同期調整タイミングになると、基準タイマ情報を報知するためのタイミングパケットを生成し、同期制御部１５４、タイミングパケット多重部１３７、およびネットワークＩＦ部１３１を介してＡＰ１３０ａ，１３０ｂに送信する。

タイミングパケットを受信すると、ＡＰ１３０ａ，１３０ｂのタイミングパケット受信部１２４は、受信したタイミングパケットを同期制御部１３４に出力し、同期制御部１３４は、タイミングパケットに基づいて自局基準タイマ１３５の時刻を調整する。ＡＰ１３０ａ，１３０ｂの同期制御部１３４は、自局基準タイマ１３５の時刻を調整した後、測定パケットを生成して、生成した測定パケットをタイミングパケット多重部１３７およびネットワークＩＦ部１３１を介してクロックマスタＡＰ１５０に送信する。

クロックマスタＡＰ１５０のタイミングパケット分離部１３２は、ネットワークＩＦ部１３１を介して測定パケットを受信すると、受信した測定パケットを同期制御部１５４に出力する。同期制御部１５４は測定パケットの宛先を測定パケットを送信したＡＰ１３０ａ，１３０ｂ宛てに変更してタイミングパケット多重部１３７、ネットワークＩＦ部１３１を介してＡＰ１３０ａ，１３０ｂに送信する。

測定パケットを受信すると、ＡＰ１３０ａ〜１３０ｃのタイミングパケット分離部１３２は、受信した測定パケットを同期制御部１３４に出力する。ＡＰ１３０ａ，１３０ｂの同期制御部１３４は、タイミングマスタ装置１２０と自局とのパケット転送の遅延時間を算出して、算出した遅延時間に基づいて自局基準タイマ１３５を調整する。

一方、受信したパケットがタイミングパケットまたは測定パケットではない場合、すなわちＳＴＡ１４０宛てのパケットの場合、ＡＰ１３０ａ，１３０ｂおよびクロックマスタＡＰ１５０のタイミングパケット分離部１３２は、受信したパケットを下りデータ転送部１３３、無線ＩＦ部１３８を介して無線回線に送信する。

このようにこの実施の形態２では、ＩＰネットワーク１００に接続されている基地局の中に時刻の基準となるクロックマスタＡＰ１５０を備え、ＡＰ１３０ａ，１３０ｂは、予め定められた時刻同期調整タイミング毎にクロックマスタＡＰ１５０から送信されるタイミングパケットに基づいて自局の基準となる時刻を計時する自局基準タイマ１３５を調整した後に、測定パケットを用いてクロックマスタＡＰ１５０から自局までのネットワークの遅延時間を測定して、測定した遅延時間に基づいて自局基準タイマ１３５を微調整するようにしているので、ネットワークの遅延時間を考慮して面的に配置されたＡＰ１３０ａ，１３０ｂの時刻を同期させることができ、データの干渉を回避するとともに、ＱｏＳ（Quality of Service）制御などの処理をより正確に行うことができる。

また、この実施の形態２では、クロックマスタＡＰ１５０は、ＡＰ１３０ａにタイミングパケットを送信する機能を追加した構成となっているため、独立のタイミングマスタ装置を備える場合と比較して装置のコストを低減することができる。

なお、この実施の形態２では、ＡＰ１３０ｂ，１３０ｃは測定パケットによるＩＰネットワーク１００の遅延時間の測定を１回として説明したが、複数回行うようにしてもよい。この場合、ＡＰ１３０ｂ，１３０ｃの同期制御部１３４は、測定したＩＰネットワーク１００の遅延時間の平均値、または分散が大きいものを排除した後の平均値などによって自局基準タイマ１３５の微調整を行うようにする遅延時間測定のスムージング機能を備えるようにすればよい。これにより、ＩＰネットワーク１００の一時的な輻輳などによる遅延時間での同期確立の誤差を抑制することができる。

実施の形態３．
第７図および第８図を用いてこの発明の実施の形態３を説明する。実施の形態１および実施の形態２では、タイミングパケットおよび測定パケットに基づいて基地局間の時刻を同期させた。この実施の形態３は、基地局が周期的に送信するビーコンを用いて基地局間の時刻の同期を取るものである。

第７図は、この発明にかかる実施の形態３の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第７図に示した通信システムは、第５図に示した実施の形態２のＡＰ１３０ａ，１３０ｂおよびクロックマスタＡＰ１５０の代わりに、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを備えている。実施の形態２と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄは、無線ＬＡＮの基地局であり、それぞれ同じ機能を備えている。第８図に示したＡＰ１６０ａの構成を示すブロック図を参照して、ＡＰの機能を説明する。

ＡＰ１６０ａは、第３図に示した実施の形態１のＡＰ１３０ａのタイミングパケット分離部１３２およびタイミングパケット多重部１３７が削除され、同期制御部１３４、自局基準タイマ１３５、および無線ＩＦ部１３８の代わりに、同期制御部１６４、自局基準タイマ１６５、および無線ＩＦ部１３８ａを備えている。実施の形態１と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

無線ＩＦ部１３８ａは、実施の形態１の無線ＬＡＮのインタフェース機能に加えて、予め定められた基準ＡＰと自局との相対距離情報を含めたビーコンを送信する機能を備えている。相対距離情報は、基準ＡＰを原点とする位置情報、たとえば、基準ＡＰを原点としてＸ，Ｙ座標による自局の位置情報である。無線ＩＦ部１３８ａには、位置情報が予め設定されており、無線ＩＦ部１３８ａは、位置情報を含めたビーコンを送信する機能を備えている。また、他局からのビーコンを受信して、受信したビーコンを同期制御部１６４に出力する機能を備えている。

同期制御部１６４は、無線ＩＦ部１３８ａから入力されたビーコン内の位置情報と自局の位置情報とに基づいて時刻の基準とするＡＰを決定して、決定したＡＰの時刻を基準として自局基準タイマ１６５の時刻を調整する。

自局基準タイマ１６５は、自局の基準タイミングとなる時刻を計時するとともに、ビーコン周期を計測して、無線ＩＦ部１３８ａにビーコンを送信させる。

なお、基準ＡＰに設定された場合には、同期制御部１６４は、自局基準タイマ１６５の調整を行わず、自局基準タイマ１６５はマスタタイミングとして独立同期動作によって時刻を計時するものとする。

つぎに、この発明における実施の形態３の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの動作を説明する。

ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの無線ＩＦ部１３８ａは、それぞれ予め定められたビーコン周期になると位置情報を含んだビーコンを送信する。また、無線ＩＦ部１３８ａは、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄのビーコンをサーチして受信する。ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの無線ＩＦ部１３８ａは、受信したビーコンを同期制御部１６４に出力する。

ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの同期制御部１６４は、受信したビーコンに含まれる位置情報と自局の位置情報とに基づいて、ビーコンを送信したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄと自局との相対距離、および基準ＡＰとビーコンを送信したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄとの相対距離を算出する。

ここで、ＡＰ１６０ｂが、ＡＰ１６０ａおよびＡＰ１６０ｃからのビーコンを受信したとし、ＡＰ１６０ａが基準ＡＰに設定されているとする。ＡＰ１６０ｂの同期制御部１６４は、ＡＰ１６０ａから受信したビーコン内に含まれる位置情報と自局との位置情報に基づいて、ＡＰ１６０ａと自局との相対距離、およびＡＰ１６０ａとＡＰ１６０ａとの相対距離を算出する。また、ＡＰ１６０ｂの同期制御部１６４は、ＡＰ１６０ｃから受信したビーコン内に含まれる位置情報と自局との位置情報に基づいて、ＡＰ１６０ｃと自局との相対距離、およびＡＰ１６０ａとＡＰ１６０ｃとの相対距離を算出する。

ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの同期制御部１６４は、算出したそれぞれのビーコンを送信したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄと自局との相対距離および基準ＡＰとビーコンを送信したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄとの相対距離から、基準ＡＰとの相対距離が自局と基準ＡＰとの相対距離よりも近くて、かつ自局との相対距離が近いＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを選択する。

ＩＥＥＥ８０２．１１の規格では、ビーコン内に時刻情報が含まれている。ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの同期制御部１６４は、選択したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄから受信したビーコン内に含まれる時刻情報に基づいて、自局基準タイマ１６５を調整する。すなわち、基準ＡＰとの相対距離が自局と基準ＡＰとの相対距離よりも近くて、かつ自局との相対距離が近いＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを基準タイミングとして自局基準タイマ１６５を調整する。

ＡＰ１６０ａは基準ＡＰであるので基準ＡＰとの相対距離は０となるので、ＡＰ１６０ｂの同期制御部１６４は、ＡＰ１６０ａを選択して、ＡＰ１６０ａのビーコンに含まれる時刻情報に基づいて自局基準タイマ１６５を調整する。

ＡＰ１６０ｃの場合は、ＡＰ１６０ｂおよびＡＰ１６０ｄからのビーコンを受信する。第７図に示すように、ＡＰ１６０ｂとＡＰ１６０ａとの相対距離の方がＡＰ１６０ｄとＡＰ１６０ａとの相対距離よりも近いので、ＡＰ１６０ｂを選択して、ＡＰ１６０ｂのビーコンに含まれる時刻情報に基づいて自局基準タイマ１６５を調整する。

このようにこの実施の形態３では、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄは、予め定められた基準ＡＰ１６０ａと自局との相対距離を含めたビーコンを送信するとともに、他局からのビーコン内の相対距離と、基準ＡＰ１６０ａと自局との相対距離とに基づいて、自局基準タイマ１６５を同期させる基地局を選択して、選択した基地局に自局基準タイマ１６５を同期させるようにしているので、ＩＰネットワーク１００に自局基準タイマ１６５を同期させるためのパケットを送信する必要がなくなり、ＩＰネットワーク１００のスループットの低下させることなく面的に配置されたＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの時刻を同期させることができる。

なお、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの無線ＩＦ部１３８ａが送信するビーコン内に、自局基準タイマ１６５の調整を行ったか否か、すなわち同期を確立したか否かを示す同期完了情報を含めるようにして、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの同期制御部１６４は、同期完了情報によって受信したビーコンを送信したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄが同期を確立したか否かを判定し、同期を確立したＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの中から自局基準タイマ１６５を同期させるＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを選択するようにしてもよい。これにより、確実に同期が確立されているＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを選択することができ、同期が確立されていないＡＰ１６０ａ〜１６０ｄを選択することを防止して、全てのＡＰ１６０ａ〜１６０ｄが自局基準タイマ１６５を基準局に同期させることができる。

また、この実施の形態３のＡＰ１６０ａ〜ＡＰ１６０ｄの無線ＩＦ部１３８ａはビーコンをサーチするようにしているので、周辺のＡＰ１６０ａ〜１６０ｄのビーコンを知ることができる。これを利用して、ＡＰ１６０ａ〜１６０ｄの無線ＩＦ部１３８ａは、自局が送信するビーコンの位相を周辺のＡＰ１６０ａ〜１６０ｄが送信するビーコンの位相と干渉しないように調整するようにしてもよい。これにより、データの干渉だけでなく、ビーコンの干渉も抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる基地局間時刻同期方法は、無線ＬＡＮによる通信システムに有用であり、特に、複数の基地局を面的に配置した無線ＬＡＮによる広域ネットワークシステムに適している。

第１図は、この発明にかかる実施の形態１の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第２図は、第１図に示したタイミングマスタ装置の構成を示すブロック図である。第３図は、第１図に示した基地局（ＡＰ）の構成を示すブロック図である。第４図は、この発明にかかる実施の形態１の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの動作を説明するためのフローチャートである。第５図は、この発明にかかる実施の形態２の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第６図は、第５図に示したクロックマスタ基地局（ＡＰ）の構成を示すブロック図である。第７図は、この発明にかかる実施の形態３の基地局間時刻同期方法が適用される通信システムの構成を示す図である。第８図は、第７図に示した基地局（ＡＰ）の構成を示すブロック図である。

１００ＩＰネットワーク
１１０端末装置
１２０タイミングマスタ装置
１２１自局基準タイマ
１２２タイミングパケット送信部
１２３ネットワークＩＦ部
１２４タイミングパケット受信部
１３０ａ〜１３０ｃ基地局（ＡＰ）
１３１ネットワークＩＦ部
１３２タイミングパケット分離部
１３３下りデータ転送部
１３４同期制御部
１３５自局基準タイマ
１３６上りデータ転送部
１３７タイミングパケット多重部
１３８，１３８ａ無線ＩＦ部
１４０無線ＬＡＮ端末装置（ＳＴＡ）
１５０クロックマスタ基地局（クロックマスタＡＰ）
１５４同期制御部
１５５自局基準タイマ
１６０ａ〜１６０ｄＡＰ
１６４同期制御部
１６５自局基準タイマ

Claims

ネットワークに接続されている複数の基地局の時刻を基準となるタイミングマスタ装置の時刻に同期させる基地局間時刻同期方法であって、
前記タイミングマスタ装置は、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、前記基地局の時刻を同期させるためのタイミングパケットに自装置が計時した時刻情報を含ませるかどうかを判断し、前記判断の結果に基づいて生成したタイミングパケットを送信する時刻調整開始ステップと、
前記基地局が、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれている場合は当該時刻情報に基づいて自局の基準タイマを調整し、一方、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれていない場合は当該タイミングパケットの受信時刻に基づいて自局の基準タイマを調整する第１の時刻調整ステップと、
前記基地局が、前記タイミングマスタ装置から自局までの前記ネットワークの遅延時間を測定する遅延時間測定ステップと、
前記基地局が、前記遅延時間測定ステップによって測定された遅延時間に基づいて前記基準タイマを調整する第２の時刻調整ステップと、
を含むことを特徴とする基地局間時刻同期方法。
前記遅延時間測定ステップは、
前記遅延時間の測定を複数回実行し、
前記第２の時刻調整ステップは、
前記遅延時間測定ステップによって複数回測定された遅延時間にスムージング処理を施した遅延時間に基づいて前記基準タイマを調整すること、
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の基地局間時刻同期方法。
前記遅延時間測定ステップでは、
前記基地局が、測定パケットを前記タイミングマスタ装置に送信してラウンドトリップタイムの計測を開始する測定開始ステップと、
前記タイミングマスタ装置が、前記測定パケットを前記基地局に返送する返送ステップと、
前記基地局が、前記返送ステップによって返送された測定パケットを受信して前記ラウンドトリップタイムの計測を終了する測定終了ステップと、
前記基地局が、前記ラウンドトリップタイムから前記ネットワークの遅延時間を算出する遅延時間算出ステップと、
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の基地局間時刻同期方法。
ネットワークに接続されている複数の基地局の時刻を予め定められたクロックマスタ基地局の時刻に同期させる基地局間時刻同期方法であって、
前記クロックマスタ基地局は、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、前記基地局の時刻を同期させるためのタイミングパケットに自局が計時した時刻情報を含ませるかどうかを判断し、前記判断の結果に基づいて生成したタイミングパケットを送信する時刻調整開始ステップと、
前記基地局が、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれている場合は当該時刻情報に基づいて自局の基準タイマを調整し、一方、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれていない場合は当該タイミングパケットの受信時刻に基づいて自局の基準タイマを調整する第１の時刻調整ステップと、
前記基地局が、前記クロックマスタ基地局から自局までの前記ネットワークの遅延時間を測定する遅延時間測定ステップと、
前記基地局が、前記遅延時間測定ステップによって測定された遅延時間に基づいて前記基準タイマを調整する第２の時刻調整ステップと、
を含むことを特徴とする基地局間時刻同期方法。
前記遅延時間測定ステップは、
前記遅延時間の測定を複数回実行し、
前記第２の時刻調整ステップは、
前記遅延時間測定ステップによって複数回測定された遅延時間にスムージング処理を施した遅延時間に基づいて前記基準タイマを調整すること、
を特徴とする請求の範囲第４項に記載の基地局間時刻同期方法。
前記遅延時間測定ステップでは、
前記基地局が、測定パケットを前記クロックマスタ基地局に送信してラウンドトリップタイムの計測を開始する測定開始ステップと、
前記クロックマスタ基地局が、前記測定パケットを前記基地局に返送する返送ステップと、
前記基地局が、前記返送ステップによって返送された測定パケットを受信して前記ラウンドトリップタイムの計測を終了する測定終了ステップと、
前記基地局が、前記ラウンドトリップタイムから前記ネットワークの遅延時間を算出する遅延時間算出ステップと、
を含むことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の基地局間時刻同期方法。
無線端末をネットワークに接続するために複数配置される基地局において、
時刻を計時する基地局基準タイマと、
基準となるタイミングマスタ装置の時刻との同期を確立する同期制御部と、
を備え、
前記タイミングマスタ装置が、予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、時刻同期調整タイミングであることを通知するためのタイミングパケットに自装置が計時した時刻情報を含ませるかどうかを判断し、当該判断の結果に基づいてタイミングパケットを生成し、当該生成したタイミングパケットを前記複数の基地局に送信する場合に、
前記同期制御部は、
前記タイミングマスタ装置からタイミングパケットを受信し、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれている場合は当該時刻情報に基づいて前記基地局基準タイマを調整し、一方、受信したタイミングパケットに時刻情報が含まれていない場合は当該タイミングパケットの受信時刻に基づいて前記基地局基準タイマを調整し、その後、前記タイミングマスタ装置から自局までのネットワークの遅延時間をラウンドトリップタイムから算出し、この遅延時間に基づいて前記基地局基準タイマを微調整する、
ことを特徴とする基地局。
請求項７に記載の複数の基地局の時刻を基準となるタイミングマスタ装置の時刻に同期させる処理を行う場合における前記タイミングマスタ装置において、
時刻を計時するマスタ基準タイマと、
予め定められた時刻同期調整タイミングの周期毎に、時刻同期調整タイミングであることを通知するためのタイミングパケットに前記マスタ基準タイマが計時した時刻情報を含ませるかどうかを判断し、当該判断の結果に基づいてタイミングパケットを生成し、当該生成したタイミングパケットを前記複数の基地局に送信し、また、前記複数の基地局からラウンドトリップタイムの計測を行うための測定パケットを受信した場合に、受信した測定パケットを送信元に返送するタイミングパケット送受信部と、
を備えることを特徴とするタイミングマスタ装置。