JP2019158781A - 無線通信装置、プログラム及び時刻情報取得方法 - Google Patents
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Abstract
Description
無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段と、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信制御手段と、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得手段と、
前記送受信時間取得手段により取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置である。
無線通信システム1は、無線LANによる通信が可能な時刻同期クライアント装置10(無線通信装置)及び時刻同期サーバ装置20(時刻マスタ装置)を備えている。時刻同期サーバ装置20は、無線LAN接続における親機側の装置(アクセスポイント(AP))であり、時刻同期クライアント装置10は、当該アクセスポイントに対して無線LANによる接続を行う子機側の装置(ステーション(STA))である。
NTPでは、まず時刻同期クライアント装置10から時刻同期サーバ装置20にクライアントパケット(第1情報)が送信され、当該クライアントパケットの受信に応じて時刻同期サーバ装置20から時刻同期クライアント装置10に対してサーバパケット(第2情報)が送信される。これらのクライアントパケット及びサーバパケットは、NTPのパケットフォーマットに従ったパケットデータである。
Δt={(t3+t2)−(t1+t4)}/2 …(1)
このような方法によれば、時刻同期クライアント装置10側でのサーバパケットの受信時刻(内部時刻)を、時刻同期サーバ装置20側でのサーバパケットの送信時刻(基準時刻)に合わせるような単純なプロトコルと比較して、装置間のパケットの転送時間や、時刻同期サーバ装置20におけるパケットの処理時間などを考慮した高精度な時刻同期を行うことができる。
また、以下では、クライアントパケットの送信からサーバパケットの受信までに要した時間(t4−t1)を、送受信時間Tと記す。
時刻同期クライアント装置10の制御部11は、時刻同期クライアント制御部111と、サーバパケット受信部112と、クライアントパケット送信部113(送信制御手段)と、送受信時間取得部114(送受信時間取得手段)と、転送レート安定度判定部115(判定手段)と、フィルタ処理部116と、時刻情報抽出部117(時刻情報取得手段)と、内部時刻設定部118(時刻ずれ取得手段、時刻ずれ補正手段)と、を備える。
サーバパケット受信部112は、時刻同期サーバ装置20から送信され通信部12により受信されたサーバパケットの情報を取得する。
送受信時間取得部は、通信部12によるクライアントパケットの送信からサーバパケットの受信までの送受信時間Tを取得する。
転送レート安定度判定部115は、サーバパケットが受信された場合に、当該サーバパケットに係る送受信時間Tに基づいて、時刻同期クライアント装置10と時刻同期サーバ装置20との間の無線LAN接続における転送レートの安定度を判定する。転送レートの安定度の判定方法については、後述する。
フィルタ処理部116は、送受信時間Tに基づいて、後述するフィルタ処理を実行する。
時刻情報抽出部117は、受信したサーバパケットから抽出された時刻同期サーバ装置20の基準時刻に係る時刻情報(時刻t2、t3)を抽出し、また、通信部12において、クライアントパケットの送信がなされた時刻(時刻t1)、及びサーバパケットの受信がなされた時刻(時刻t4)を取得する。
内部時刻設定部118は、時刻情報抽出部117により抽出された時刻情報に基づいて、時刻同期クライアント装置10の内部時刻の基準時刻からの時刻ずれΔtを算出し、当該時刻ずれΔtに基づいて内部時刻を補正する。
時刻同期クライアント制御部111は、サーバパケット受信部112、クライアントパケット送信部113、送受信時間取得部114、転送レート安定度判定部115、フィルタ処理部116、時刻情報抽出部117及び内部時刻設定部118の動作を統括制御する。
基準時刻生成部214は、時刻同期サーバ装置20内のフリーランカウンタ等の値に基づいて基準時刻(現在時刻)のデータを生成する。
時刻情報挿入部215は、基準時刻生成部214により生成された基準時刻のデータに基づいて、クライアントパケットを受信した時刻t2、及びサーバパケットを送信した時刻t3を、時刻同期サーバ装置20の時刻情報としてサーバパケットに挿入する。
サーバパケット送信部213は、通信部22により、時刻情報が挿入されたサーバパケットを送信させる。
時刻同期サーバ制御部211は、クライアントパケット受信部212、サーバパケット送信部213、基準時刻生成部214及び時刻情報挿入部215の動作を統括制御する。
時刻同期クライアント装置10において時刻ずれΔtの算出に用いられる上述の数式(1)は、クライアントパケットの転送に要する時間(t2−t1)(以下、上り転送時間と記す)と、サーバパケットの転送に要する時間(t4−t3)(以下、下り転送時間と記す)とが等しいことが前提となっており、上り転送時間と下り転送時間との差異が増大するに従って、算出される時刻ずれΔtに含まれる誤差が増大する。ここで、上り転送時間と下り転送時間との差異は、これらの各時間が長くなるほど(したがって、上り転送時間及び下り転送時間を含む送受信時間Tが長くなるほど)大きくなる傾向がある。
具体的には、無線LAN接続では、パケットの送信側装置に対して、受信側装置からの受信確認のためのパケット(ACK)が送信されない場合には、送信側装置は、通信障害があったとみなしてパケットを再送するようになっている。このため、図4に示されるように、時刻同期クライアント装置10からのクライアントパケットの再送が繰り返されたり、時刻同期サーバ装置20からのサーバパケットの再送が繰り返されたりすると、上り転送時間(t2−t1)や下り転送時間(t4−t3)が長くなり、送受信時間Tが増大する。
このようなパケットの再送が生じる頻度は、装置間の無線LAN接続が確立された直後に高くなりやすく、時間経過とともにデータの転送レートが安定するに従って低下する。
ここで、時刻同期開始条件は、送受信時間Tが安定して短くなった場合に満たされように定められる。具体的には、複数回の送受信動作のうち後に行われた送受信動作ほど重み付けが大きくなるように各送受信動作における送受信時間Tを加算するフィルタ処理を行い、当該フィルタ処理の出力(送受信時間Tの重み付け加算値)が所定の同期開始基準値(第2基準値)以下である場合に、時刻同期開始条件を満たすと判定される。同期開始基準値の具体的な値は、特には限られないが、例えば2msとすることができる。
このように、送受信時間Tが時刻同期開始条件を満たすまで低下してから時刻ずれΔtの算出を行うことで、時刻ずれΔtに含まれる誤差を小さくすることができる。
このように、初期のパケットをダミーとしてフィルタ処理開始条件の判定に用い、十分に送受信時間Tが減少した段階でフィルタ処理を開始することで、フィルタ処理の処理時間、ひいては時刻同期処理の処理時間を短縮することができる。
この図に示されるように、時刻同期動作の開始直後の送受信時間Tは、フィルタ処理には掛けずにフィルタ処理開始条件を満たすか否かの判定に用いられる。そして、送受信時間Tが10ms未満となった場合に、フィルタ処理開始条件が満たされる(すなわち、転送レートが安定している)と判定され、フィルタ処理開始条件判定期間が終了する。
続く同期開始条件判定期間では、一連の送受信時間T1、T2、…Tnがフィルタ処理に掛けられて、時刻同期開始条件を満たすか否かの判定に用いられる。そして、フィルタ処理の出力が同期開始基準値以下となった場合に、直近のパケットの送受信動作に係る時刻t1〜t4に基づいて数式(1)により時刻ずれΔtが算出される。
この図では、時刻同期開始条件の判定期間におけるn回目の送受信時間を送受信時間Tnとし、送受信時間T1〜Tnに対するフィルタ処理の出力をフィルタ出力Z(n)としている。また、ここでは、パケットの送受信時間Tが時間経過とともに30ms、10ms、8ms、3ms、1.5msと低下し、以降は1.5msで安定する例を用いて説明する。
Z(n)={Tn+Z(n−1)+Z(n−2)}/3 …(2)
ただし、
Z(1)=T1
Z(2)=(T2+2*T1)/3
である。
このようなフィルタ処理の出力は、複数回の送受信動作のうち、後に行われた送受信動作ほど重み付けが大きくなるように各送受信動作における送受信時間Tを加算したものとなる。
図7は、時刻同期処理の制御手順を示すフローチャートである。
なお、ステップS110の処理では、算出された時刻ずれΔtが所定時間を越えている場合にのみ内部時刻を補正し、時刻ずれΔtが所定時間以内である場合には内部時刻の補正を省略するようにしても良い。
フィルタ出力Z(n)が2msより大きいと判定された場合には(ステップS109で“NO”)、時刻情報抽出部117は、処理をステップS105に戻す。
ステップS110の処理が終了すると、制御部11は、時刻同期処理を終了させる。
このような構成によれば、フィルタ処理開始条件を満たすか否かの判定によって、パケットの再送頻度が低下してパケットの転送レートが安定しているか否かを判定することができ、転送レートが安定してパケットの送受信時間Tが十分に短くなった状況下において、時刻同期に用いる時刻情報を取得することができる。このようにして取得された時刻情報に基づいて、時刻同期クライアント装置10の内部時刻と基準時刻との時刻ずれΔtを算出することで、時刻ずれΔtに含まれる誤差を低減させることができる。よって、上記構成によれば、より高精度な時刻同期が可能な時刻情報を取得することができる。
例えば、上記実施形態では、フィルタ処理開始条件を、送受信時間Tが所定の安定度判定基準値(上記実施形態では、10ms)未満であること、とする例を用いて説明したが、これに限られない。フィルタ処理開始条件は、送受信時間Tが安定度判定基準値を所定回数(例えば2回)連続して下回ること、などとしても良い。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段と、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信制御手段と、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得手段と、
前記送受信時間取得手段により取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
<請求項2>
前記判定手段は、前記送受信時間が所定の第1基準値未満である場合に当該送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
<請求項3>
前記第1情報は、前記時刻マスタ装置から当該無線通信装置に前記時刻情報を送信するように要求するための情報であり、
前記第2情報は、前記時刻情報を含む情報であり、
前記時刻情報取得手段は、前記送受信手段により受信された前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信装置。
<請求項4>
前記送信制御手段は、前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記送受信手段により再度前記送信動作を行わせ、
前記時刻情報取得手段は、当該送信動作により送信された前記第1情報に応じて前記時刻マスタ装置から送信され、前記送受信手段により受信された前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
<請求項5>
前記送信制御手段は、前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記送受信手段により前記送信動作を複数回行わせ、
前記送受信時間取得手段は、前記複数回の送信動作の各々について前記送受信時間を取得し、
前記時刻情報取得手段は、前記複数回の送信動作に対応する複数の前記送受信時間が所定の時刻同期開始条件を満たす場合に前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
<請求項6>
前記時刻情報取得手段は、前記複数回の送信動作のうち後に行われた送信動作ほど重み付けが大きくなるように前記複数回の送信動作の各々に対応する前記送受信時間を加算した値が、所定の第2基準値以下である場合に、前記複数の送受信時間が前記時刻同期開始条件を満たすと判定することを特徴とする請求項5に記載の無線通信装置。
<請求項7>
前記時刻情報取得手段により取得された前記時刻情報に基づいて、当該無線通信装置の内部時刻の前記基準時刻からの時刻ずれを取得する時刻ずれ取得手段を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。
<請求項8>
前記時刻情報取得手段は、当該無線通信装置の内部時刻での前記送受信手段による前記第1情報の送信時刻及び前記第2情報の受信時刻と、前記基準時刻での前記時刻マスタ装置による前記第1情報の受信時刻及び前記第2情報の送信時刻と、を前記時刻情報として取得し、
当該無線通信装置は、前記時刻情報取得手段により取得された前記時刻情報に基づいて、前記内部時刻の前記基準時刻からの時刻ずれを取得する時刻ずれ取得手段を備えることを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。
<請求項9>
前記時刻ずれ取得手段により取得された前記内部時刻の前記時刻ずれを補正する時刻ずれ補正手段を備えることを特徴とする請求項7又は8に記載の無線通信装置。
<請求項10>
前記時刻ずれ補正手段は、前記時刻ずれ取得手段により取得された前記時刻ずれが所定時間を越える場合に、前記内部時刻の前記時刻ずれの補正を行うことを特徴とする請求項9に記載の無線通信装置。
<請求項11>
前記第1情報及び前記第2情報は、NTPのパケットフォーマットに従ったパケットデータであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の無線通信装置。
<請求項12>
無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段を備えた無線通信装置に設けられたコンピュータを、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信制御手段、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得手段、
前記送受信時間取得手段により取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
<請求項13>
無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段を備えた無線通信装置における時刻取得方法であって、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信ステップ、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得ステップ、
前記送受信時間取得ステップにおいて取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定ステップ、
前記判定ステップにおいて前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得ステップ、
を含むことを特徴とする時刻情報取得方法。
10 時刻同期クライアント装置(無線通信装置)
11 制御部
12 通信部(送受信手段)
20 時刻同期サーバ装置(時刻マスタ装置)
21 制御部
22 通信部
111 時刻同期クライアント制御部
112 サーバパケット受信部
113 クライアントパケット送信部(送信制御手段)
114 送受信時間取得部(送受信時間取得手段)
115 転送レート安定度判定部(判定手段)
116 フィルタ処理部
117 時刻情報抽出部(時刻情報取得手段)
118 内部時刻設定部(時刻ずれ取得手段、時刻ずれ補正手段)
211 時刻同期サーバ制御部
212 クライアントパケット受信部
213 サーバパケット送信部
214 基準時刻生成部
215 時刻情報挿入部
P1、P2 プログラム
T 送受信時間
Claims (13)
- 無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段と、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信制御手段と、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得手段と、
前記送受信時間取得手段により取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記判定手段は、前記送受信時間が所定の第1基準値未満である場合に当該送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 前記第1情報は、前記時刻マスタ装置から当該無線通信装置に前記時刻情報を送信するように要求するための情報であり、
前記第2情報は、前記時刻情報を含む情報であり、
前記時刻情報取得手段は、前記送受信手段により受信された前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信装置。 - 前記送信制御手段は、前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記送受信手段により再度前記送信動作を行わせ、
前記時刻情報取得手段は、当該送信動作により送信された前記第1情報に応じて前記時刻マスタ装置から送信され、前記送受信手段により受信された前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記送信制御手段は、前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記送受信手段により前記送信動作を複数回行わせ、
前記送受信時間取得手段は、前記複数回の送信動作の各々について前記送受信時間を取得し、
前記時刻情報取得手段は、前記複数回の送信動作に対応する複数の前記送受信時間が所定の時刻同期開始条件を満たす場合に前記第2情報に含まれる前記時刻情報を取得する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記時刻情報取得手段は、前記複数回の送信動作のうち後に行われた送信動作ほど重み付けが大きくなるように前記複数回の送信動作の各々に対応する前記送受信時間を加算した値が、所定の第2基準値以下である場合に、前記複数の送受信時間が前記時刻同期開始条件を満たすと判定することを特徴とする請求項5に記載の無線通信装置。
- 前記時刻情報取得手段により取得された前記時刻情報に基づいて、当該無線通信装置の内部時刻の前記基準時刻からの時刻ずれを取得する時刻ずれ取得手段を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記時刻情報取得手段は、当該無線通信装置の内部時刻での前記送受信手段による前記第1情報の送信時刻及び前記第2情報の受信時刻と、前記基準時刻での前記時刻マスタ装置による前記第1情報の受信時刻及び前記第2情報の送信時刻と、を前記時刻情報として取得し、
当該無線通信装置は、前記時刻情報取得手段により取得された前記時刻情報に基づいて、前記内部時刻の前記基準時刻からの時刻ずれを取得する時刻ずれ取得手段を備えることを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記時刻ずれ取得手段により取得された前記内部時刻の前記時刻ずれを補正する時刻ずれ補正手段を備えることを特徴とする請求項7又は8に記載の無線通信装置。
- 前記時刻ずれ補正手段は、前記時刻ずれ取得手段により取得された前記時刻ずれが所定時間を越える場合に、前記内部時刻の前記時刻ずれの補正を行うことを特徴とする請求項9に記載の無線通信装置。
- 前記第1情報及び前記第2情報は、NTPのパケットフォーマットに従ったパケットデータであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段を備えた無線通信装置に設けられたコンピュータを、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信制御手段、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得手段、
前記送受信時間取得手段により取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。 - 無線通信により情報の送信及び受信を行う送受信手段を備えた無線通信装置における時刻取得方法であって、
前記送受信手段により、基準時刻に係る時刻情報を有する時刻マスタ装置に対して所定の第1情報を送信する送信動作を行わせる送信ステップ、
前記送受信手段が前記第1情報を送信してから、前記時刻マスタ装置により前記第1情報に応じて送信された第2情報を前記送受信手段が受信するまでの送受信時間を取得する送受信時間取得ステップ、
前記送受信時間取得ステップにおいて取得された前記送受信時間が、当該送受信時間の短さに係る所定の送受信時間条件を満たすか否かを判定する判定ステップ、
前記判定ステップにおいて前記送受信時間が前記送受信時間条件を満たすと判定された場合に、前記時刻マスタ装置から送信され前記送受信手段により受信された情報に含まれる前記時刻情報を取得する時刻情報取得ステップ、
を含むことを特徴とする時刻情報取得方法。
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