JP7683737B2 - Time stamp correction system, sensor system, and time stamp correction method - Google Patents
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Description
本発明は、データの送受信におけるタイムスタンプ補正システム、センサシステムおよびタイムスタンプ補正方法に関する。 The present invention relates to a timestamp correction system, a sensor system, and a timestamp correction method for transmitting and receiving data.
IoT(Internet of Things)ネットワークにおいて、各種のセンサが接続され、多種多量のデータを収集し、そのデータを解析することで有益な情報を引き出すことが期待されている。そこで、センサを収容する端末が多様なユースケース・ニーズに対応することが求められており、長時間の測定において消費電力の削減が必要とされている(非特許文献1)。In IoT (Internet of Things) networks, various sensors are connected to collect a large amount of data of various types, and it is expected that useful information will be extracted by analyzing the data. Therefore, terminals that house sensors are required to be able to respond to various use cases and needs, and it is necessary to reduce power consumption during long-term measurements (Non-Patent Document 1).
とくに、センサにおいて、他の素子に比べて消費電力の大きいMPU(Micro-Processing Unit)を適切にスリープすることで間欠動作を実現し、アナログフロントエンド(Analog Front End、AFE)のみを連続動作させることで、コスト及び消費電力を削減できる(非特許文献2)。In particular, in sensors, intermittent operation can be achieved by appropriately putting the MPU (Micro-Processing Unit), which consumes more power than other elements, into sleep mode, and only the analog front end (AFE) operates continuously, thereby reducing costs and power consumption (Non-Patent Document 2).
しかしながら、データ収集端末でタイムスタンプを実行する場合、センサとデータ収集端末間の通信に関わる遅延時間はキャンセルできず、タイムスタンプに誤差が生じる。However, when time stamping is performed on the data collection terminal, the delay time involved in communication between the sensor and the data collection terminal cannot be canceled, resulting in errors in the time stamp.
また、MPUが起動する間隔が正確であったとしても、AFEが搭載するクロックに定常的に誤差が生じ、送信するパケットの間隔に変動が生じ、タイムスタンプに誤差が生じる。 Furthermore, even if the interval at which the MPU wakes up is accurate, there will be constant errors in the clock installed in the AFE, causing fluctuations in the interval between packets being sent and errors in the timestamps.
また、無線部への外部からの雑音により、受信タイミングがずれて、タイムスタンプに誤差が生じる。 In addition, external noise entering the radio section can cause the reception timing to shift, resulting in errors in the timestamp.
上述したような課題を解決するために、本発明に係るタイムスタンプ補正システムは、所定の送信間隔時間で送信された複数のパケットが受信されるときに、前記複数のパケットそれぞれに付与されるタイムスタンプを補正するタイムスタンプ補正システムであって、前記複数のパケットのうち、一のパケットのタイムスタンプを遅延する遅延回路と、前記一のパケットに引き続き受信される他のパケットのタイムスタンプと、前記遅延された前記一のパケットのタイムスタンプとの差を、到来間隔時間として算出する減算部と、前記到来間隔時間を前記送信間隔時間と比較することで量子化し、所定期間における前記量子化された到来間隔時間の量子化数の合計を算出し、前記算出された量子化数の合計を所定期間に到来したパケット数で除算することにより量子化数の平均値を算出して、前記量子化数の平均値を前記パケットの数の推定値とするパケット数推定部と、前記パケットの数の推定値を、前記送信間隔時間に乗じて、逆量子化された到来間隔時間を算出する演算部と、前記逆量子化された到来間隔時間について移動平均を実行する移動平均フィルタと、前記移動平均で得られた値に前記一のパケットのタイムスタンプを加算する加算部とを備える。 In order to solve the above-mentioned problems, a time stamp correction system according to the present invention is a time stamp correction system that corrects time stamps assigned to each of a plurality of packets transmitted at a predetermined transmission interval time when the plurality of packets are received, and includes a delay circuit that delays the time stamp of one of the plurality of packets, a subtraction unit that calculates a difference between a time stamp of another packet received subsequent to the one packet and the delayed time stamp of the one packet as an arrival interval time, a packet number estimation unit that quantizes the arrival interval time by comparing it with the transmission interval time , calculates a sum of quantization numbers of the quantized arrival interval times in a predetermined period, calculates an average value of the quantization numbers by dividing the calculated sum of quantization numbers by the number of packets arriving in the predetermined period, and sets the average value of the quantization numbers as an estimate of the number of packets, a calculation unit that multiplies the estimate of the number of packets by the transmission interval time to calculate a dequantized arrival interval time, a moving average filter that performs a moving average on the dequantized arrival interval time, and an addition unit that adds the time stamp of the one packet to the value obtained by the moving average.
また、本発明に係るタイムスタンプ補正方法は、 所定の送信間隔時間で送信された複数のパケットが受信されるときに、前記パケットに付与されるタイムスタンプを補正する方法であって、遅延回路が、前記複数のパケットのうち、一のパケットのタイムスタンプを遅延するステップと、減算部が、前記一のパケットに引き続き受信される他のパケットのタイムスタンプと、前記遅延された前記一のパケットのタイムスタンプとの差を、到来間隔時間として算出するステップと、パケット数推定部が、前記到来間隔時間を前記送信間隔時間と比較することで量子化するステップと、前記パケット数推定部が、所定期間における前記量子化された到来間隔時間の量子化数の合計を算出し、前記算出された量子化数の合計を所定期間に到来したパケット数で除算することにより量子化数の平均値を算出して、前記量子化数の平均値を前記パケットの数の推定値とするステップと、演算部が、前記パケットの数の推定値を、前記送信間隔時間に乗じて、逆量子化された到来間隔時間を算出するステップと、移動平均フィルタが、前記逆量子化された到来間隔時間について、移動平均を実行するステップと、加算部が、前記移動平均で得られた値に、前記一のパケットのタイムスタンプを加算するステップとを備える。
A timestamp correction method according to the present invention is a method for correcting timestamps added to a plurality of packets transmitted at a predetermined transmission interval when the plurality of packets are received, the method comprising the steps of: a delay circuit delaying a timestamp of one of the plurality of packets; a subtraction unit calculating a difference between a timestamp of another packet received subsequent to the one packet and a timestamp of the delayed one packet as an arrival interval; a packet number estimation unit quantizing the arrival interval by comparing it with the transmission interval ; The method includes the steps of: calculating a sum of quantized numbers of quantized arrival interval times; calculating an average value of the quantized numbers by dividing the calculated sum of quantized numbers by the number of packets arriving in a predetermined period; and setting the average value of the quantized numbers as an estimate of the number of packets; a calculation unit multiplying the estimate of the number of packets by the transmission interval time to calculate a dequantized arrival interval time; a moving average filter performing a moving average on the dequantized arrival interval time; and an addition unit adding a timestamp of the one packet to the value obtained by the moving average.
本発明によれば、パケットに付与されるタイムスタンプの誤差を低減するタイムスタンプ補正システム、センサシステムおよびタイムスタンプ補正方法を提供できる。 The present invention provides a timestamp correction system, a sensor system, and a timestamp correction method that reduce errors in timestamps assigned to packets.
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム、センサシステムおよびタイムスタンプ補正方法について、図1~図8を参照して説明する。
First Embodiment
A time stamp correction system, a sensor system, and a time stamp correction method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
<センサシステムの構成>
本実施の形態に係るセンサシステム10は、図1に示すように、センサ11と受信機12を備える。センサ11と受信機12との間は、無線又は有線で信号が送受信される。
<Sensor system configuration>
1, a
センサ11は、間欠で動作し、AFE111と、メモリ112と、MPU113と送信部114とを備える。また、AFE111と接続するAFEクロック115と、MPU113と接続するパケット用クロック116とを備える。The
AFE111は、AFEクロック115がカウントする時刻TAFEで、計測信号1をサンプリングして量子化する。
The
メモリ112は、量子化された計測信号1をセンサデータ2として記憶する。
The
ここで、1個のパケット3は、所定の数のセンサデータ2により構成される。
Here, one
MPU113は、パケット用クロック116がカウントする所定の間隔Tpacketで起動され、メモリ112を確認する。メモリ112に1個のパケット3内に収納するセンサデータ2が蓄積されている場合、無線回路(例えばBLE、Bluetooth Low Energy)を起動して、送信部114よりパケット3を送信する。このように、パケット送信間隔時間は、Tpacketである。
The MPU 113 is activated at a predetermined interval T packet counted by a
受信機12は、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム121と、タイムスタンプ付与部122と、受信部123とを備える。また、タイムスタンプ用クロック125を備える。The
本実施の形態に係るタイムスタンプ付与部122は、受信部123でパケットを受信した後に、タイムスタンプ用クロック125にカウントされ、受信機のOS124を介して提供されるタイムスタンプTstampをパケットに付与する。ここで、タイムスタンプは、GPS(Global Positioning System)、NTP(Network Time Protocol)、NITZ(Network Identity and Time Zone)などで同期されている。
After receiving a packet at the
タイムスタンプ補正システム121は、後述の通り、タイムスタンプ付与部122より入力されるパケットに付与されたタイムスタンプを補正する。
The
<タイムスタンプ補正システムの構成と動作>
本実施の形態に係るタイムスタンプ付与部122の構成と動作について、以下に説明する。
<Configuration and operation of timestamp correction system>
The configuration and operation of the time
まず、タイムスタンプ補正システムを有さないについて説明する。この構成では、AFEクロック115でのTAFEは低消費電力化とコスト削減のために誤差が大きく、最大で一日当たり数分程度ずれる場合がある。この誤差は、一日以上測定する生体センサでは問題となる。詳細を以下に説明する。
First, a case where a time stamp correction system is not provided will be described. In this configuration, the TAFE in the
図2A、Bに、タイムスタンプ補正を実行しない場合のパケットの送信の態様131_1、132_1と、受信の態様131_2、132_2の例を示す。ここでは、1個のパケットの長さLpは、8個のセンサデータ2に相当する。白丸3_1~3_4はパケットを示し、T1~T4はパケットの到来間隔時間を示す。
Figures 2A and 2B show examples of packet transmission modes 131_1, 132_1 and reception modes 131_2, 132_2 when timestamp correction is not performed. Here, the length Lp of one packet corresponds to eight pieces of
AFEのクロック115がMPU113の起動間隔より速い場合、図2Aに示すように、起動時に2パケット以上分のデータ(例えば、パケット3_2、3_3に相当)を保有する場合がある(131_1)。この場合、パケット3_2、3_3を連続して送信することになるので、受信機側でパケットの到来間隔時間T2が非常に短くなる(132_1)。
When the AFE
また、AFEのクロックがMPUの起動間隔より遅い場合、図2Bに示すように、起動時に送信するパケットのデータ量が不足する(点線白丸3’)。このとき、パケットは送信されない(131_2)。この場合、受信機側でパケットの到来間隔時間T4が長くなる(132_2)。 Also, if the AFE clock is slower than the MPU startup interval, as shown in Figure 2B, the amount of data in the packets sent at startup will be insufficient (dotted white circle 3'). In this case, no packets will be sent (131_2). In this case, the packet arrival interval time T4 on the receiver side will be longer (132_2).
このように、タイムスタンプ補正システムを有さない構成では、AFEのクロックによってパケットの到来間隔時間が大きく変動し、無線送信時の送信エラーによるエラーも発生するため、受信時のタイムスタンプをそのまま使用すると誤差が増大する。 In this way, in a configuration that does not have a timestamp correction system, the arrival interval of packets varies greatly depending on the AFE clock, and errors also occur due to transmission errors during wireless transmission, so if the timestamp at the time of reception is used as is, the error increases.
次に、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム121およびタイムスタンプ補正システムについて説明する。図3に、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム121の構成を示す。また、図4に、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正方法のフローチャート図を示す。Next, the time
タイムスタンプ補正システム121は、図3に示すように、遅延回路1211と、減算部1212と、パケット数推定部1213と、演算部1214と、移動平均フィルタ1215と、加算部1216とを備える。As shown in FIG. 3, the
ここで、タイムスタンプ補正システム121は、送信間隔時間Tpacketを予め取得し保有する。送信間隔時間Tpacketは、タイムスタンプ補正システム121に予め記憶されてもよく、センサ11より送信されてもよい。
Here, the time
タイムスタンプ補正システム121に、パケットに付与された到来時刻Tarrivalが入力される。ここで、到来時刻Tarrivalは、タイムスタンプTstampと同じである。
The arrival time T arrival given to the packet is input to the time
遅延回路1211は、1段の遅延回路で構成され、受信されたパケット(一のパケット)の到来時刻Tarrival(タイムスタンプTstamp)例えばTarrival[i-1]を遅延させる。
The
減算部1212では、引き続き受信されたパケット(他のパケット)の到来時刻Tarrival(例えば、Tarrival[i])と、遅延回路で遅延させたTarrival(例えば、Tarrival[i-1])との差分(例えば、Tarrival[i]-Tarrival[i-1])を算出する(ステップS11)。この到来時刻Tarrival(タイムスタンプTstamp)の差分が到来間隔時間Tinterval[i]である。
The
パケット数推定部1213は、到来間隔時間Tinterval[i]よりパケット数を推定する。
The packet
ここで、到来間隔時間は、図5に示すように、センサからのパケットの送信間隔時間Tpacketの整数倍(n)に対してノイズをもって分布する。そこで、このノイズをキャンセルするために、Tpacketの推定値をn=1として、n=0、1,2、…と送信間隔内で送られたと推定されるパケット数で量子化する(ステップS12)。 Here, the arrival interval is distributed with noise for integer multiples (n) of the transmission interval T packet of packets from the sensor, as shown in Fig. 5. Therefore, in order to cancel this noise, the estimated value of T packet is set to n = 1, and quantized by the number of packets estimated to have been sent within the transmission interval, such as n = 0, 1, 2, ... (step S12).
パケット数での量子化について、AFEのクロックがMPUの起動間隔より速い場合に受信されるパケットを例として、図6A~図6Dを参照して説明する。Quantization by packet number is explained with reference to Figures 6A to 6D, using as an example packets received when the AFE clock is faster than the MPU wake-up interval.
パケットP(i)~P(i-5)が受信され、それぞれの到来間隔時間をTinterval(i)~Tinterval(i-4)とする(図6A)。 Packets P(i) to P(i-5) are received, and their respective inter-arrival times are designated as T interval (i) to T interval (i-4) (FIG. 6A).
まず、受信するパケット間の時間を送信間隔時間Tpacketとする。 First, the time between received packets is set as a transmission interval time T packet .
実際に受信したパケットの到来間隔時間Tinterval(i)~Tinterval(i-4)それぞれをTpacketと比較して、パケットの到来間隔時間隔Tinterval(i)~Tinterval(i-4)がTpacketのn倍に相当するとき、量子化数をnとする(図6B)。 The arrival intervals T interval (i) to T interval (i-4) of the actually received packets are compared with T packet , and when the arrival intervals T interval (i) to T interval (i-4) of the packets correspond to n times T packet , the quantization number is set to n (FIG. 6B).
具体的には、Tinterval(i)がTpacketと同等なので、量子化数「1」である。同様に、Tinterval(i-1)がTpacketと同等なので、量子化数「1」である。次に、Tinterval(i-2)がTpacketより短いので、量子化数「0」である。次に、Tinterval(i-3)がTpacketと同等なので、量子化数「1」である。同様に、Tinterval(i-4)がTpacketと同等なので、量子化数「1」である。 Specifically, since T interval (i) is equal to T packet , the quantization number is "1". Similarly, since T interval (i-1) is equal to T packet , the quantization number is "1". Next, since T interval (i-2) is shorter than T packet , the quantization number is "0". Next, since T interval (i-3) is equal to T packet , the quantization number is "1". Similarly, since T interval (i-4) is equal to T packet , the quantization number is "1".
このように、量子化された到来間隔時間は、1→1→0→1→1と変動する(図6C)。 In this way, the quantized inter-arrival time varies from 1 → 1 → 0 → 1 → 1 (Figure 6C).
次に、量子化された到来間隔時間の量子化数すなわちパケット数の合計を算出する(ステップS13)。この場合は、1+1+0+1+1=4となる。次に、量子化された到来間隔時間の平均を、パケット数の推定値として算出する(ステップS14)。この場合は、到来したパケット数が5なので、平均値は4/5になる。このように、量子化された到来間隔時間が平坦化され、到来間隔時間の変動は抑制される(図6D)。Next, the quantized number of the quantized arrival interval times, i.e., the total number of packets, is calculated (step S13). In this case, it is 1+1+0+1+1=4. Next, the average of the quantized arrival interval times is calculated as an estimate of the number of packets (step S14). In this case, the number of arriving packets is 5, so the average value is 4/5. In this way, the quantized arrival interval times are smoothed and fluctuations in the arrival interval times are suppressed (Figure 6D).
これにより、到来間隔時間の実数値が整数値に変換され、ノイズが低減できる。 This converts the real value of the inter-arrival time into an integer value, reducing noise.
次に、演算部1214で、量子化された到来間隔時間(整数値)を実数値に戻す(変換する)。すなわち逆量子化を実行する。具体的には、量子化された到来間隔時間(整数値)を送信間隔時間Tpacketに乗じる(ステップS15)。上述の例では、(4/5)×Tpacketが算出される。
Next, the
次に、逆量子化された到来間隔時間を、移動平均フィルタ1215に入力して、移動平均を実行する(ステップS16)。ここで、Tintervalの平均値に、引き続き取得されるTintervalの平均値を用いて移動平均値を算出する。
Next, the dequantized arrival interval is input to the moving
例えば、図7に示すように、任意の(i番目の)到来間隔時間Tinterval[i]からN-1個前の到来間隔時間Tinterval[i-N+1]までの到来間隔時間に対して、移動平均を算出する。 For example, as shown in FIG. 7, a moving average is calculated for the arrival interval times from an arbitrary (i-th) arrival interval time T interval [i] to the N-1th previous arrival interval time T interval [i-N+1].
ここで、移動平均には、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均などを用いることができる。 Here, the moving average can be a simple moving average, a weighted moving average, an exponential moving average, etc.
移動平均フィルタ1215の処理(移動平均)の効果を、以下に説明する。
The effect of the processing (moving average) of the moving
移動平均フィルタ1215のカットオフ周波数Fcは、ナイキスト周波数より低く設計される。ここで、ナイキスト周波数は、1/Tpacket=fpacketとするとき、fpacket/2で表される周波数である。
The cutoff frequency Fc of the moving
図8に示すように、量子化および逆量子化の過程で、周波数全域に量子化雑音151が分布する。量子化雑音151は、量子化時に欠損する情報(アナログ値)に起因する雑音である。As shown in Figure 8,
また、実際にセンサデータをパケットで伝送する場合、パケットは、計測信号などの高周波信号152と、タイムスタンプに関する情報を含む低周波信号153とを有する。ここで、高周波信号152は秒単位で変動し、低周波信号153は分単位で変動する。In addition, when sensor data is actually transmitted in packets, the packets have a high-
移動平均フィルタ1215のカットオフ周波数Fcをナイキスト周波数より低くすることにより、移動平均フィルタ1215はローパスフィルタとして機能して、高周波信号152を遮断して、低周波信号153を透過させ、低周波信号153に含まれるタイムスタンプを補正できる。By setting the cutoff frequency Fc of the moving
ここで、秒単位で変動する高周波信号152に対して、低周波信号153は分単位で変動するので、カットオフ周波数Fcを高周波信号152の周波数の1/60以下に設定すれば有効である。
Here, since the
また、量子化雑音151は周波数に対して一定に分布するので、fpacket/2Fcで雑音を低減できる。
Furthermore, since the
最後に、加算部1216で、算出された到来間隔時間の移動平均値に、オフセットである初期時刻T0を加算することにより、タイムスタンプ補正値Tcorrectが取得する(ステップS17)。
Finally, the
ここで、初期時刻T0の決定については、最初の到来時刻を使用しても、最小二乗法などを使用して推定しても数10ms程度の絶対時間誤差しか生じないため、秒単位以上でずれが生じる適用前に比べて影響は少ない。 Here, when determining the initial time T0 , even if the first arrival time is used or it is estimated using the least squares method or the like, an absolute time error of only a few tens of ms occurs, so the impact is smaller than before the application, when a deviation of seconds or more occurs.
また、タイムスタンプ補正システム121において、移動平均フィルタ1215を多段で構成することにより、移動平均フィルタ1215のローパスフィルタ特性の傾き154が急峻になり、ジッター成分を低減でき、より高精度で安定して高周波信号を遮断できる。その反面、Tpacketの変動の追跡に遅延が生じるが、この遅延は直流成分をカットする生体データの計測システムにおいては支障にならない程度である。
Furthermore, in the time
また、Tpacketの変動速度は、温度変化や経年劣化に依存して非常に遅いので、フィルタの帯域幅を狭める影響が少ない。 Furthermore, since the rate of change of T packet is very slow depending on temperature changes and aging, there is little effect of narrowing the bandwidth of the filter.
また、タイムスタンプ補正方法において、移動平均フィルタ1215の出力を到来間隔時間の量子化のステップ(ステップS12)にフィードバックして、再度移動平均値を算出してもよい(図4中、点線矢印)。これにより、時間経過に伴いTpacketが変化するので、更新したTpacketを用いて再度計算を行うことにより、より高精度でタイムスタンプを補正することができる。
In addition, in the time stamp correction method, the output of the moving
本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムによれば、移動平均フィルタによって、雑音を除去でき、遅延を緩和でき、タイムスタンプの誤差を低減できる。 According to the timestamp correction system of this embodiment, a moving average filter can remove noise, mitigate delays, and reduce timestamp errors.
さらに、パケットの送信エラーが生じた場合は、直後に2つ以上のパケットを連続送信するため、Tintervalは時間的に相関のある雑音を含む。そこで、この雑音を移動平均フィルタ1215により容易に除去できる。すなわち、雑音や遅延を含む到来時刻をそのまま使用するよりも、送信間隔時間Tpacketを基準とする方が、ジッターを低減でき精度がよくタイムスタンプを取得できる。
Furthermore, if a packet transmission error occurs, two or more packets are transmitted in succession immediately afterwards, so T interval contains noise that is correlated in time, and this noise can be easily removed by the moving
また、ストリーム上にパケットが到来するシステムにおいて、リアルタイムに補正をする必要がある場合に有用である。また、サーバ上でバッチ処理するシステムに比べて適用可能なアプリケーション範囲が広い点で有用である。 It is also useful in systems where packets arrive on a stream and require real-time correction. It is also useful in that it has a wider range of applicable applications than systems that perform batch processing on a server.
また、信号処理が基本的に遅延と積和演算で構成されるため、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)によるアクセラレーション処理を適用できので、リアルタイムデータ処理に適している。 In addition, since signal processing is basically composed of delay and multiply-and-accumulate operations, acceleration processing using a DSP (digital signal processor) can be applied, making it suitable for real-time data processing.
また、GPS、NIP、NITZなど によって同期したクロックで補正が実行されるので、高精度で補正できる。 In addition, corrections are performed using a clock synchronized with GPS, NIP, NITZ, etc., allowing for highly accurate corrections.
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム、センサシステムおよびタイムスタンプ補正方法について、図9、図10を参照して説明する。
Second Embodiment
A time stamp correction system, a sensor system, and a time stamp correction method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<タイムスタンプ補正システムの構成と動作>
本実施の形態に係るセンサシステム20は、第1の実施の形態と略同様の構成を有し、タイムスタンプ補正システム221の構成が異なる。
<Configuration and operation of timestamp correction system>
The sensor system 20 according to this embodiment has a configuration substantially similar to that of the first embodiment, but differs in the configuration of a
図9に、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システム221の構成を示す。また、図10に、本実施の形態に係るタイムスタンプ補正方法のフローチャート図を示す。
Figure 9 shows the configuration of a
タイムスタンプ補正システム221は、図9に示すように、多段の遅延回路2211と、減算部2212と、パケット数推定部2213と、演算部2214と、移動平均フィルタ2215と、加算部2216とを備える。As shown in FIG. 9, the
タイムスタンプ補正システム221は、パケットに付与された到来時刻Tarrival(タイムスタンプTstamp)が入力される。
The time
遅延回路2211は、M段の遅延回路で構成され、入力されるTarrival(例えば、Tarrival[i-1])を遅延させる。ここで、Tarrivalは、Tstampと同じである。
The
減算部2212では、M段の遅延回路の出力を用いて、到来時刻の差分すなわち到来間隔時間を算出する(ステップS21)。その結果、M個の到来間隔時間が取得される。The
パケット数推定部2213は、到来間隔時間を量子化し、この量子化数の平均値を、パケット数の推定値として算出する(ステップS22~S24)。The packet
次に、演算部2214で、量子化された到来間隔時間を送信間隔時間Tpacketに乗じて、逆量子化して実数値に変換する(ステップS25)。
Next, the
ここで、上述の通り、到来間隔時間がM段の遅延回路によってM倍されるので、量子化された到来間隔時間にTpacket値を乗じるとともにMで除算する(ステップS26)。 As described above, since the arrival interval time is multiplied by M times by the M-stage delay circuits, the quantized arrival interval time is multiplied by the T packet value and divided by M (step S26).
次に、逆量子化されMで除算された到来間隔時間を、移動平均フィルタ2215に入力して、移動平均を実行する(ステップS27)。Next, the inversely quantized arrival interval time divided by M is input to the moving
最後に、加算部2216で、算出された到来間隔時間の移動平均値に、オフセットである初期時刻T0を加算することにより、タイムスタンプ補正値Tcorrectを取得する(ステップS28)。
Finally, the
ここで、第1の実施の形態と同様に、移動平均フィルタ2215の出力を到来間隔時間の量子化のステップ(ステップS22)にフィードバックして、再度移動平均値を算出してもよい(図10中、点線矢印)。Here, as in the first embodiment, the output of the moving
本実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムによれば、移動平均フィルタによって、雑音を除去でき、遅延を緩和でき、タイムスタンプの誤差を低減できる。 According to the timestamp correction system of this embodiment, a moving average filter can remove noise, mitigate delays, and reduce timestamp errors.
さらに、多段の遅延回路により、パケット数が量子化される前に相関性の雑音を除去できる。また、M倍されたデータを逆量子化において1/M倍にするため、逆量子化による雑音そのものを低減できる。 Furthermore, by using multiple delay circuits, correlated noise can be removed before the number of packets is quantized. Also, since the M-times multiplied data is multiplied by 1/M during inverse quantization, the noise caused by inverse quantization itself can be reduced.
また、タイムスタンプ補正システムでは、パケット数を推定する過程でM段の遅延を必要とするため、遅延回路の段数(M段)の増加に伴い雑音は低減される反面、リアルタイム性が減少する。そこで、アプリケーションによって遅延回路の段数(M段)を調整する必要がある。ただし、追跡するTpacketの変動が分単位であるので、10秒程度の遅延であればリアルタイム性に影響を与えないと考えられる。 In addition, since the time stamp correction system requires a delay of M stages in the process of estimating the number of packets, the noise is reduced as the number of stages (M stages) of the delay circuit increases, but the real-time performance decreases. Therefore, the number of stages (M stages) of the delay circuit needs to be adjusted depending on the application. However, since the fluctuation of the T packet to be tracked is in minutes, a delay of about 10 seconds is thought to have no effect on the real-time performance.
<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムおよびセンサシステムを、図11を参照して説明する。
Third Embodiment
A time stamp correction system and a sensor system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
<センサシステムの構成>
本実施の形態に係るセンサシステム30は、図11に示すように、センサ31_1~31_Mと、スマートフォンなどの携帯情報端末32_1~32_Mとを備え、携帯情報端末32_1~32_Mがそれぞれ、第1の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムとタイムスタンプ付与部とを備える。ここで、第2の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムを備えてもよい。
<Sensor system configuration>
11, the
センサシステム30では、センサ31_1~31_Mで取得したデータが、携帯情報端末32_1~32_Mで収集される。収集されたデータは、携帯情報端末32_1~32_Mで、タイムスタンプが付与され、このタイムスタンプが補正され、ネットワークシステム4に送信され、クラウドなどの形態で扱われる。In the
本実施の形態に係るセンサシステムによれば、タイムスタンプ補正システムによって、雑音を除去でき、遅延を緩和でき、タイムスタンプの誤差を低減できる。また、GPS、NIP、NITZなどによって同期したクロックで補正が実行されるので、高精度で補正できる。 According to the sensor system of this embodiment, the timestamp correction system can eliminate noise, mitigate delays, and reduce timestamp errors. In addition, since correction is performed using a clock synchronized with GPS, NIP, NITZ, etc., correction can be performed with high accuracy.
さらに、例えば、スマートフォンの代表的なOSであるAndroidやiOSでは、タイムスタンプの分解能が1msに制限されているため、到達可能なジッター値が制限される場合がある。本実施の形態に係るセンサシステムによれば、精度が任意の時間間隔における到来パケット数に問題が帰着され、タイムスタンプの精度そのものは問題とならない。したがって、スマートフォンのOS上でソフトウェア処理する場合において、本実施の形態に係るセンサシステムは有効である。 Furthermore, for example, in Android and iOS, which are typical operating systems for smartphones, the resolution of the timestamp is limited to 1 ms, which may limit the achievable jitter value. With the sensor system of this embodiment, the accuracy is reduced to the number of arriving packets in any time interval, and the accuracy of the timestamp itself is not an issue. Therefore, the sensor system of this embodiment is effective when performing software processing on the OS of a smartphone.
また、本実施の形態に係るセンサシステムにおいて、1台のスマートフォンが複数のセンサに接続して、タイムスタンプを付与する構成としてもよい。この構成では、遅延の影響が大きく、他のアプリケーションへの影響も大きい。そこで、1台のスマートフォンに複数のセンサを接続する構成より、1台のスマートフォンに1台のセンサを接続する構成の方が望ましい。 In addition, in the sensor system according to this embodiment, one smartphone may be configured to connect to multiple sensors and provide timestamps. In this configuration, the effect of delay is large, and the effect on other applications is also large. Therefore, a configuration in which one sensor is connected to one smartphone is more preferable than a configuration in which multiple sensors are connected to one smartphone.
<第4の実施の形態>
本発明の第4の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムおよびセンサシステムを、図12を参照して説明する。
<Fourth embodiment>
A time stamp correction system and a sensor system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
<センサシステムの構成>
本実施の形態に係るセンサシステム40は、図12に示すように、センサ41_1~41_Mと、データ収集端末42_1~42_Nと、サーバ43とを備える。ここで、データ収集端末42_1~42_Nがタイムスタンプ付与部を備え、サーバ43が第1の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムを備える。ここで、第2の実施の形態に係るタイムスタンプ補正システムを備えてもよい。
<Sensor system configuration>
12, the
センサシステム40では、センサ41_1~42_Mで取得したデータが、データ収集端末42_1~42_Nで収集され、タイムスタンプが付与される。タイムスタンプが付与されたデータは、サーバ43に送信され、サーバ43でタイムスタンプが補正され、ネットワークシステム4に送信され、クラウドなどの形態で扱われる。In the
このように、センサシステム40は、データ収集端末42_1~42_Nはタイムスタンプの付与のみを実行し、サーバ43でタイムスタンプを補正する構成である。In this way, the
本実施の形態に係るセンサシステムによれば、タイムスタンプ補正システムによって、雑音を除去でき、遅延を緩和でき、タイムスタンプの誤差を低減できる。さらに、データ収集端末はタイムスタンプの付与のみにリソースを割くことが可能となるため、データ収集端末に複数のセンサが接続される環境下で、演算によるタイムスタンプ精度の劣化を防止できる。 According to the sensor system of this embodiment, the timestamp correction system can remove noise, mitigate delays, and reduce timestamp errors. Furthermore, since the data collection terminal can allocate resources only to providing timestamps, it is possible to prevent degradation of timestamp accuracy due to calculations in an environment where multiple sensors are connected to the data collection terminal.
また、通常のセンサネットワークでは、上位の(ネットワークシステムに近い)サーバほど演算能力が高く、下位の(ネットワークシステムに遠い)センサほど演算能力が低いため、演算能力が高いサーバでタイムスタンプを補正すれば、リソースを集中できる点で有用である。 In addition, in a typical sensor network, the higher the server (closer to the network system) the higher its computing power, while the lower the sensor (further away from the network system) the lower its computing power. Therefore, correcting the timestamp on a server with high computing power is useful in that it allows resources to be concentrated.
とくに、第2の実施の形態に係るセンサシステムでは、複数のセンサが接続したときにパケット送信が失敗することが増えるが、パケット送信の失敗後に再度タイムスタンプを補正して送信できるので、雑音が相関的になり精度を維持できる。 In particular, in the sensor system of the second embodiment, packet transmission failures increase when multiple sensors are connected, but since the timestamp can be corrected and transmitted again after a packet transmission failure, noise becomes correlated and accuracy can be maintained.
本発明の実施の形態では、タイムスタンプ補正システムおよびセンサシステムの構成、タイムスタンプ補正方法などにおいて、各構成部の構造、寸法等の一例を示したが、これに限らない。タイムスタンプ補正システムおよびセンサシステムの構成、タイムスタンプ補正方法の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。 In the embodiment of the present invention, an example of the structure, dimensions, etc. of each component in the configuration of the timestamp correction system and sensor system, the timestamp correction method, etc. is shown, but it is not limited to this. It is sufficient if the configuration of the timestamp correction system and sensor system, and the timestamp correction method can exhibit the functions and effects.
本発明は、タイムスタンプの補正システム、センサシステムおよびタイムスタンプ補正方法に関し、センサで取得されるデータを送受信するシステムや通信システムに適用することができる。 The present invention relates to a timestamp correction system, a sensor system and a timestamp correction method, and can be applied to systems and communication systems that transmit and receive data acquired by sensors.
121 タイムスタンプ補正システム
1211 遅延回路
1212 減算部
1213 パケット数推定部
1214 演算部
1215 移動平均フィルタ
1216 加算部
121 time
Claims (6)
前記複数のパケットのうち、一のパケットのタイムスタンプを遅延する遅延回路と、
前記一のパケットに引き続き受信される他のパケットのタイムスタンプと、前記遅延された前記一のパケットのタイムスタンプとの差を、到来間隔時間として算出する減算部と、
前記到来間隔時間を前記送信間隔時間と比較することで量子化し、所定期間における前記量子化された到来間隔時間の量子化数の合計を算出し、前記算出された量子化数の合計を所定期間に到来したパケット数で除算することにより量子化数の平均値を算出して、前記量子化数の平均値を前記パケットの数の推定値とするパケット数推定部と、
前記パケットの数の推定値を、前記送信間隔時間に乗じて、逆量子化された到来間隔時間を算出する演算部と、
前記逆量子化された到来間隔時間について移動平均を実行する移動平均フィルタと、
前記移動平均で得られた値に前記一のパケットのタイムスタンプを加算する加算部と
を備えるタイムスタンプ補正システム。 1. A time stamp correction system for correcting a time stamp assigned to each of a plurality of packets when the plurality of packets are received, the time stamp correction system comprising:
a delay circuit for delaying a timestamp of one of the plurality of packets;
a subtraction unit that calculates a difference between a timestamp of another packet received after the one packet and a timestamp of the delayed one packet as an arrival interval;
a packet number estimation unit that quantizes the arrival interval time by comparing it with the transmission interval time , calculates a sum of quantized numbers of the quantized arrival interval time in a predetermined period, calculates an average value of the quantized numbers by dividing the calculated sum of the quantized numbers by the number of packets arriving in the predetermined period , and sets the average value of the quantized numbers as an estimate of the number of packets;
a calculation unit that calculates an inverse quantized arrival interval by multiplying the estimated value of the number of packets by the transmission interval;
a moving average filter that performs a moving average on the dequantized inter-arrival times;
an adding unit that adds a timestamp of the one packet to the value obtained by the moving average.
ことを特徴とする請求項1に記載のタイムスタンプ補正システム。 2. The time stamp correction system according to claim 1, wherein the delay circuit is a multi-stage circuit.
前記パケットを受信して、タイムスタンプを付与するタイムスタンプ付与部と、
請求項1又は請求項2に記載のタイムスタンプ補正システムと
を備えるセンサシステム。 a sensor that transmits packets generated from a measurement signal at a transmission interval;
a time stamp assignment unit that receives the packet and assigns a time stamp to the packet;
A sensor system comprising: the time stamp correction system according to claim 1 or 2 .
前記タイムスタンプ付与部と、前記タイムスタンプ補正システムとを備え、前記補正されたタイムスタンプをネットワークに送信する携帯情報端末と
を備える請求項3に記載のセンサシステム。 The sensor;
The sensor system according to claim 3 , further comprising: a portable information terminal comprising the time stamp providing unit and the time stamp correction system, and configured to transmit the corrected time stamp over a network.
前記タイムスタンプ付与部を備えるデータ収集端末と、
前記タイムスタンプ補正システムを備え、前記補正されたタイムスタンプをネットワークに送信するサーバと
を備える請求項3に記載のセンサシステム。 The sensor;
a data collection terminal including the time stamp assignment unit;
The sensor system of claim 3 , further comprising: a server comprising the time stamp correction system and configured to transmit the corrected time stamp to a network.
遅延回路が、前記複数のパケットのうち、一のパケットのタイムスタンプを遅延するステップと、
減算部が、前記一のパケットに引き続き受信される他のパケットのタイムスタンプと、前記遅延された前記一のパケットのタイムスタンプとの差を、到来間隔時間として算出するステップと、
パケット数推定部が、前記到来間隔時間を前記送信間隔時間と比較することで量子化するステップと、
前記パケット数推定部が、所定期間における前記量子化された到来間隔時間の量子化数の合計を算出し、前記算出された量子化数の合計を所定期間に到来したパケット数で除算することにより量子化数の平均値を算出して、前記量子化数の平均値を前記パケットの数の推定値とするステップと、
演算部が、前記パケットの数の推定値を、前記送信間隔時間に乗じて、逆量子化された到来間隔時間を算出するステップと、
移動平均フィルタが、前記逆量子化された到来間隔時間について、移動平均を実行するステップと、
加算部が、前記移動平均で得られた値に、前記一のパケットのタイムスタンプを加算するステップと
を備えるタイムスタンプ補正方法。 1. A method for correcting timestamps added to a plurality of packets when the plurality of packets are received, the timestamps being corrected when the plurality of packets are received, the method comprising the steps of:
a delay circuit delaying a timestamp of one of the plurality of packets;
A subtraction unit calculates a difference between a timestamp of another packet received after the one packet and a timestamp of the delayed one packet as an arrival interval;
a packet number estimation unit quantizing the arrival interval time by comparing it with the transmission interval time ;
a step in which the packet number estimation unit calculates a sum of quantized numbers of the quantized arrival intervals in a predetermined period, calculates an average value of the quantized numbers by dividing the calculated sum of the quantized numbers by the number of packets arriving in the predetermined period , and sets the average value of the quantized numbers as an estimate of the number of packets;
a calculation unit multiplying the estimated value of the number of packets by the transmission interval time to calculate an inverse quantized arrival interval time;
a moving average filter performing a moving average on the dequantized inter-arrival times;
an adding unit adding a timestamp of the one packet to the value obtained by the moving average.
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