JP2007181207A - サブフレームによる同期多重化 - Google Patents

Abstract

【課題】多数ある再同期プリアンブルを減らし、各ノードにおける電力消費を最小にし、データ通信が現通信フレームで完了した後の残余クロック同期期間を利用する、２つ以上の送受信ノード間におけるコラボレーションを提供する。
【解決手段】通信の方法１３０は、第１のノードから同期プリアンブルを有する通信信号を送信するステップ１３２と、第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間の通信の同期をとるために、少なくとも１つの第２のノードの局部クロックを前記同期プリアンブルに従って設定するステップ１３２と、第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間で、追加のプリアンブルもなく、特別なスイッチポイントが生じる（１３６）まで次に続くデータ通信を交換するステップ１３４と、特別なスイッチポイントが生じた後は、データ通信に続く減少した時間同期正確度の期間を利用する情報を交換するステップ１３８と、を含む。
【選択図】図１Ｃ

Description

典型的な無線通信システムは、互いに通信するように適合された２つ以上の送受信ノードからなる。ノード間でメッセージ交換あるいはデータ通信を達成するために、各ノードは、ローカルノード制御によって送信モードと受信モードを選択的に切り替えるように適合される。通信システムは、通信中のノードの無線信号伝播特性によって定義される地理的領域内で、ある一組の時間、周波数、および符号に対して、時間、周波数、および符号分割多重を用いてどの瞬間であっても１つの送信器だけがアクティブであるようにする。

一地理的領域内にある２つ以上の通信ノードが無線通信ネットワークを含む。ネットワーク内のノードはすべて、正常な通信を可能にする形で、時間、周波数、および符号において同期するように適合される。同期の精度または分解能が、部分的には全体的な通信ネットワークの性能および効率を決定する。具体的には、各ノードがいつ送信または受信すべきかを決定する手段を提供するのに、通常、ノード間の時間同期の必要性が求められる。各ノードは通常、局部クロックを含み、これが、個々の無線ネットワークで採用されている方式に従って、他のノードの局部クロックに同期される。同期処理は通常、１つのノードによって送信され、他の１つまたは複数のノードによって受信される、プリアンブルと呼ばれる、全ノードに知られている情報シーケンスの交換を含む。各受信ノードは、送信されたプリアンブルシーケンスに一致するようにその局部クロックを調整し、時間同期を達成する。

クロックを同期化するのに利用可能な分解能に相関して、いくぶんのアンビギティーが２つ以上のクロック間に存在することがあり、このことが２つ以上のノードが同時に送信するという事態、すなわち、ほとんどの無線ネットワークにおいて望ましくない状況をもたらす可能性がある。この状況を回避する手段は、各ノードが送信を終了した後、異なるノードが送信を開始する前に、「保護帯域」時間を設けることである。保護帯域時間の持続時間は、クロックどんなアンビギティーも確実に分解されるだけの十分な長さにし、それにより複数のノードが同時に送信しているという状況を回避する。

各ノードのクロックは、他のすべてのノードのクロックとは別々に、指定された安定性で動作する。その結果、他の１つまたは複数のノードのクロックとの同期からドリフトすることがある。要件とされる確度、すなわちノードクロック間の時間同期の許容差は、ノード間で交換される通信信号のタイプによって決まる。したがって、通信中のノードすべてを伴うクロック同期アクティビティを周期的に実現する必要がある。このような同期化アクティビティ間の時間間隔は通信フレームと呼ばれる。

多くの無線通信ネットワークのノードは、そのノードの要件を上回る電源によって電力を供給される。通信フレームの持続時間は通常、ノードのクロックドリフトによってだけ限定され、一度に１つのノードだけが送信するように、十分な保護帯域期間を含んでよい。他の無線通信ネットワークのノードでは、限られた容量の電源、例えばバッテリなどによって電力を供給されることがある。このような電力に制約されるノードを有する無線ネットワークでは、通信フレームが、電力効率に優れ、最小限の持続時間の保護帯域を備えており、その結果、電源からノードの最大動作時間が獲得できるように、注意深く設計されなければならない。

通信フレーム期間中に、無線通信ネットワークのノードは、一度に１つのノードが送信、他の１つまたは複数のノードがその情報を受信することで情報を交換する。情報は通常、送信ノードによって生成される時間変動信号で符号化され、受信する１つまたは複数のノードで復号される。復号処理は、時間同期される送信および受信ノードに依拠する。したがって、すべての情報交換は、プリアンブルに続く、通信フレームおよび任意の適用された保護帯域期間中に生じる。

無線通信ネットワークは、各ノードに１つまたは複数のセンサまたはアクチュエータを含むことによって、感知および制御アプリケーションを実現してよい。領域内に分散している場合、かかるネットワーク内の複数のノードが、単一のノードの場合に可能であるよりも広い範囲で感知あるいはアクチュエート機構を提供するようにコラボレーションして機能してよい。例えば、受動的感知アプリケーションは複数のノードを含んでよく、各ノードが、個々の音響信号が検出された時間のタイムスタンプを生成する。各ノードでの音響信号の異なる到達時間（ＴｏＡ）に基づいて、受信ノードと比較して音源の位置を決定することが可能である。１つまたは複数のノードでのＴｏＡ期間が通信フレームの持続時間をオーバーすることもあり得るので、音響信号が検知された時間のタイムスタンプを生成する目的でノードが時間同期し続けるようにするために、感知された音響信号のＴｏＡ測定期間中にクロック同期アクティビティを実現することが必要なはずである。

エネルギに制約される無線センサノードの場合、感知あるいはアクチュエーションアクティビティ中の情報交換に適したクロック同期を維持する必要性は、交換すべき新情報はコラボレーションが完了した後だけ利用可能であるから、コラボレーションするノードにとってサブオプションである。しかし、このようなコラボレーションは、情報交換の場合よりも粗い分解能であっても、時間同期を維持するためにコラボレーションノードを要求できる。
出願第１１／１８１２８１号

上述した理由、そして本明細書を読み理解により当業者は明らかとなるであろう以下で述べる他の理由により、複数の再同期プリアンブルを減らし、各ノードでのエネルギ消費を最小化し、データ通信が現通信フレームで完了した後の残余クロック同期期間を利用する、２つ以上の送信／受信ノード間のコラボレーションを提供する方法の必要性が通信業界にある。

上記で述べた現在の無線通信システムの課題は、本発明の実施形態によって対処され、次の明細書を読み学習することにより理解されよう。

一実施形態では、通信の方法が提供される。この方法は、第１のノードから同期プリアンブルを有する通信信号を送信するステップを含む。少なくとも１つの第２のノードの局部クロックを、その同期プリアンブルに従って設定して、第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間の通信の同期をとる。それに続くデータ通信を、第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間で、追加のプリアンブルもなく特別なスイッチポイントが生じるまで交換し、特別なスイッチポイントが生じた後は、データ通信に続く減少された時間同期正確度の期間を利用する情報を送信する。

他の実施形態では、残余時間同期期間中のノード間の通信の方法が提供される。この方法は、残余時間同期期間中に生じてよいノード間の情報交換を開始する残余スイッチポイントの発行するステップを含む。この方法はまた、残余スイッチポイントに応答して各ノードのスケジュールタイマを開始するステップ、および受信されたスケジュールの選択されたスケジュールエントリおよび各ノードのスケジュールタイマに基づいて各ノードにおいてアクティビティを実行するステップを含む。

他の実施形態では、通信ノードが提供される。この通信ノードは、局部クロック、送信／受信回路、同期回路、および制御回路を含む。局部クロックは、通信ノードの動作にクロックを供給するように適合される。送信／受信回路は、通信信号を選択的に送信または受信するように適合される。同期回路は、局部クロックを他の通信ノードから受信した通信信号に同期させて、通信ノード間で通信を確立するように適合される。制御回路は、送信／受信回路および同期回路を制御するように適合され、また制御回路は通信信号を処理するように適合される。制御回路はさらに、ある期間の間、局部クロックを再同期化することなく通信ノード間の通信を管理するように適合される。さらに、制御回路は、特別なスイッチポイントに応答して情報を交換するようにも適合される。

他の実施形態では、通信システムが提供される。この通信システムは、少なくとも２つの通信ノードを含む。各ノードは、初期通信フレームで受信した同期プリアンブルに基づいて、局部クロックを同期させて通信を確立するように適合される。各ノードはさらに、残余スイッチポイントに基づいて、サブフレームで他の情報を送信および受信するように適合される。

最後に他の実施形態では、もう１つの通信システムが提供される。この通信システムは、プリアンブルを有する初期信号がノード間で同期を確立した後、ある期間の間、サブフレーム信号のみによる２つ以上のノード間での超広域幅データ通信を提供する手段と、特別なスイッチポイントに基づいて、データ通信に求められる場合よりは低い時間同期の精度を要する他の情報を交換する手段とを含む。

本発明は、その好ましい諸実施形態の説明および以下の図を参照することによってより容易に理解され、さらにその利点および有用性もより容易に明らかとなろう。

慣例に従って、記載されている各種の特徴は、原寸通りではなく、本発明に関連する固有の特徴を強調するように描かれている。各図および本文を通じて、参照文字は同様の要素を指す。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を成す添付の図面が参照され、図面には、例証として、本発明が実施されてよい特定の例示的な実施形態が示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるよう十分詳細に説明されている。また他の実施形態が利用されてよいこと、および本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく論理的、機械的、電子的変更がなされてよいことは理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、範囲を限定する意味に解してはならない。

本発明の諸実施形態は、現通信フレームでデータ通信が完了した後の残余クロック同期期間を効率的に使用する方法およびシステムを提供する。本発明は、出願番号第１１／１８１２８１号を有する２００５年７月１４日出願のＳｕｂ−ｆｒａｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ（サブフレーム同期化信号法）の出願（‘２８１出願）に関し、これを参照により本明細書に援用する。Ｓｕｂ−ｆｒａｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇの出願は、通信フレーム中の特定のポイントでノードが送信することになる各送信フレーム、および選択あるいは多重化処理の開始時にプリアンブルに起因する多くの再同期期間を回避するサブフレーム同期化信号処理の方法および装置を提供している。

本発明の一実施形態では、データ通信のためにノード間で所望のメッセージ交換が生じると、ノード間の残余時間同期が、ある期間の間、データ通信以外のアプリケーションに使用されてよく、２以上のノード間の時間同期の残余期間中に多重化する機能を提供する。残余時間同期期間は、‘２８１出願によれば、スイッチポイントによって示され、ノード間の時間同期がデータ通信になお適切であり得る期間と、ノード間の時間同期がデータ通信がもはや信頼できないくらい大きくドリフトしてしまった後のある期間の両方を含む。残余時間同期期間の持続時間は、残余時間同期期間を使用するアプリケーションの時間同期要求によって決定される。

図１Ａでは、本発明によるデータ通信システム１００の一実施形態が示されている。この実施形態では、データ通信システム１００が、通信ノード１０２および通信ノード１０４−１〜１０４−Ｎを含む。通信ノード１０２および通信ノード１０４−１〜１０４−Ｎは、互いに通信するように適合されている。具体的には、図１Ａに示された実施形態では、通信ノード１０２が通信ノード１０４−１〜１０４−Ｎと通信している。本発明の実施形態では、第１の通信ノードがメッセージ交換を開始する。しかし、本発明が一般に２つ以上の通信ノードに適用でき、その通信ノードのどれもが初期送信ノードであってよいことは理解されよう。図１Ａの実施形態では、通信ノード１０２が初期送信ノードである。通信ノード１０２がプリアンブルを含む初期通信信号を送信すると、メッセージ交換が開始される。各受信ノードは、プリアンブル内の既知の情報シーケンスを使用してそれ自体の局部クロックを同期させ、その結果、送信ノードと受信ノードとの間の通信が生じ得る。本発明の実施形態では、通信フレームが完了するまで、追加のプリアンブルを送ることなく、ノード間の通信が維持される。通信フレームは、ノード間のデータ通信交換から残余時間同期期間中のアプリケーション指定の通信にわたる多重化を含んでよい。

図１Ａに戻ると、プリアンブルおよび交換されるべき他のデータを含む第１の通信信号１１０−１、１１２−１、および１１４−１が示されている。第１の通信信号は、同期通信信号または初期信号と呼ばれてよい。ノード１０２が送信ノードであり、信号１１０−１、１１２−１、および１１４−１を送信しており、ノード１０４−１〜１０４−Ｎが受信ノードであり、各第１の通信信号１１０−１、１１２−１、および１１４−１を受信している。各通信信号の終りに、その信号が終了したことを知らせる指示がある。一実施形態では、‘２８１出願に示されているように、これはスイッチポイントと呼ばれる。スイッチポイントは、受信ノードに、その受信ノードが今や送信ノードになっていて受信信号に応答して通信信号を送信してよいことを知らせる。スイッチポイントが、ノード１０２からノード１０４−１〜１０４−Ｎへ送信された信号であってもよく、ノード１０２とノード１０４−１〜１０４−Ｎとの間で交換されたスケジュールに応じた時間内のあるポイントであってもよいことは、当業者には理解されよう。これらの一例が、各ノード１０４−１、１０４−２、および１０４−Ｎからノード１０２に、所定の手順で次々に送信された信号１１０−２、１１２−２、および１１４−２である。ノード間でのデータ通信信号の交換は、上記で説明したように、スイッチポイントが生じるまで、このように続けられる。一実施形態では、スイッチポイントが、残余時間同期期間中に生じてよい情報交換の開始を指示する特別なスイッチポイントまたは残余スイッチポイントである。ノード１０２とノード１０４−１〜１０４−Ｎとの間の最後の通信信号が、信号１１０−Ｎ、１１２−Ｎ、および１１４−Ｎとして図１Ａに示されている。

一実施形態では、データ通信システム１００が、一度に２つのノードだけ関与するポイント・トゥ・ポイント通信システムである。このシステムの例は、図１Ａの通信システム１００を参照すると、ノード１０２が第１の信号１１０−１をノード１０４−１に送信し、次いでその後に第２の信号１１２−１をノード１０４−２に送る場合である。本発明の他の実施形態では、データ通信システム１２０が、送信されたデータが複数のノードで同時に受信される同報通信ネットワークに配置される。その一例が、図１Ｂに示されている。この実施形態では、複数の受信ノードに１つの初期送信信号しか送られないので、１つのプリアンブルしか必要でない。図１Ｂを参照すると、単一のプリアンブルを含む初期信号１３０が、ノード１２２からノード１２４−１〜１２４−Ｎに同時に同報通信される。この実施形態では、スイッチポイントが次の送信ノードを指示するために使用される。例えば、図１Ｂの通信システム１２０では、送信する次のノードは、スイッチポイントの指示に従って、ノード１２４−２である。図に示すように、信号１３２がノード１２４−２からノード１２２へ送信される。さらにこの例では、次いでノード１２４−３が指示されてノード１２４−４へ信号１３４を送信する。

上記で述べたように、特別なスイッチポイントが生じた後、ノードは、他の目的に使用されてよい追加の期間の間、時間同期を保ったままでいる。この期間は残余時間同期期間または低下した時間同期と呼ばれる。本発明の諸実施形態は、この残余時間同期期間をノード間のデータ通信とは別の目的で使用する。図１Ｃの流れ図は、本発明の一実施形態における残余時間同期の使用を示している。図に示すように、そのプロセスは、通信するノードを同期させる（１３２）ことから始まる。ノードが同期する（１３２）と、おそらく残余時間同期期間のスケジュールを含むデータ通信がノード間で交換される（１３４）。各交換（１３４）の後、残余同期期間のスイッチポイントが到達したか否かが決定される（１３６）。残余同期期間のスイッチポイントが到達していない場合（１３６）、データ交換が継続される（１３４）。

残余同期期間のスイッチポイントが到達した（１３６）後、ノード間で他の情報が交換される（１３８）。この他のタイプの情報は、時間同期の精度を、データ通信に求められるほどには要しない。ノード間で他の情報をそれぞれ交換（１３８）した後、残余同期期間の終りが到達したか否かが決定される（１４０）。残余同期期間の終端が到達していない場合（１４０）、他の情報の交換がノード間で継続される（１３８）。残余同期期間の終りが到達している場合（１４０）、ノードは再同期されなければならない（１３２）。

他の情報の一例は、レンジングパルスである。このレンジングパルスは、データ通信に求められる時間同期正確度が限度を超えたときに、残余同期期間中のメッセージ交換に組み込まれる。残余期間中の時間同期正確度は、レンジングパルスなどデータ通信以外の他のアプリケーションに適している。このレンジングパルスは、残余同期期間中に距離や位置を決定するのに使用されてよい。残余同期期間中の時間同期精度は、ＲＦ周波数伝播測定など、データ通信以外の他のアプリケーションに相応しい。この測定はまた、残余同期期間中に実施されてもよい。ＲＦ周波数伝播を測定する一実施形態では、送信ノードが、残余同期期間中に一連のパルスを送信する。受信ノードが、また残余同期期間中に信号レベルを測定する。この実施形態から得られる情報は、無線ネットワークに有用であり、ルーティングテーブルを構築するのに使用される。他の例では、残余時間同期期間中の信号が、ネットワークがどのように動作するかを制御する情報などアプリケーションレベル同期情報を含む。アプリケーションレベル同期情報は、センサに測定を行わせ、測定から得られた情報を処理させ、処理された情報に関するデータを次の時間同期されたデータ通信期間に戻させることに使用できる。他のタイプの通信が、残余同期期間中に利用されてよく、本発明は上記に挙げたものに限定されることはない。

図２は、本発明によるノード２００の一実施形態を示す。ノード２００は、データ処理および制御回路２０２、送信器（Ｔｘ）／受信器（Ｒｘ）回路２０４、および局部クロック２０６を含む。Ｔｘ／Ｒｘ回路２０４は、局部クロック同期回路を含み、この回路は、局部クロック２０６を同期させるために送信ノードから受信したプリアンブルを処理する。図に示すように、クロック２０６は、制御回路２０２およびＴｘ／Ｒｘ回路２０４の両方によって使用される。Ｔｘ／Ｒｘ回路は、また、データ間の時間間隔を決定するためにクロックを使用する。制御回路２０２は、特に、受信したデータおよび残余同期期間中におけるノードの時間関連のスケジューリングをいつ送りそして渡すかを決定するためにクロックを使用する。

本発明の一実施形態におけるより詳細なノード３００の一例が、図３に示されている。ノード３００は、アンテナ３２２、送信（Ｔ）／受信（Ｒ）交換器３２０、ＣＰＵ３１４、Ｔｘ３１６、Ｒｘ３１８、クロック同期回路３０５、局部クロック３０６、ならびにスケジューリング３１０、測定３１１、および遅延３１２用のローカルタイマを含む。ＣＰＵ３１４は、Ｔ／Ｒ交換器３２０ならびにタイマ３１０、３１１、および３１２を制御し、クロック３０６ならびにタイマ３１０、３１１、および３１２からの指示に応答する。ノード３００が送信しているとき、Ｔ／Ｒ交換器３２０は送信位置にセットされ、ノード３００が受信しているとき、Ｔ／Ｒ交換器は受信位置にセットされる。

クロック同期回路３０５は、局部クロック３０６を調整、監視するために使用される。具体的には、プリアンブルを有する初期送信が受信器３１８によって受信されると、同期回路３０５が使用されてクロック３０６を、初期送信を送ったノードのクロックに同期させる。クロックの同期がとられた後、クロック同期回路３１０がクロックのドリフトを監視する。一実施形態では、局部クロックを使用して送信器からの時間同期信号を検出することで得られる誤り率を測定することによって、クロックドリフトが監視される。クロックがドリフトして（Ｔｘクロックから離れて）いくにしたがって、誤り率が増大する。一実施形態では、周期冗長コード（ＣＲＣ）方式、順方向誤り訂正方法、あるいは他の誤り検出および訂正方式がデータ誤りを正しく訂正できない場合を検出することによって、誤り率が測定される。

図３に示されるように、クロック３０６はさらに送信器３１６と通信状態にあって送信信号でのデータ送信にクロックを供給し、受信器３１８と通信状態にあって受信信号においてデータ受信にクロックを供給する。ＣＰＵは、送信器３２０と通信状態にあって送信されるべきデータを処理する。ＣＰＵ３１４はまた、受信器３１８と通信状態にあって受信信号におけるデータを処理する。図３の実施形態はまた、タイマ３１０、３１１、および３１２を含む。ＣＰＵ３１４はまた、タイマ３１０、３１１、および３１２と通信状態にある。スケジュールタイマ３１０は、特にデータ通信と残余同期期間の両方のスケジュールを監視するために使用される。測定タイマ３１１は、特にスケジュール内の特定の時間からレンジングパルスを受信するなどのイベントが検出されるまでの経過時間を測定するために使用される。遅延タイマ３１２は、特にスケジュールの特定の時間からノードが信号を送信するまでの時間遅延を生成するために使用される。

図４は、ノードにおける局部クロックの時間変動動作（４００）を示す。特に、図４は、クロック同期プリアンブルを受信している間（４０６）の時間同期処理の局部クロックへの影響（４０２）、および時間同期プリアンブルを送信する基準ノード（４０４）に関係する局部クロックのドリフトを示している。図４に示す実施形態では、単一のノードが、基準ノードとのクロック同期アクティビティに関与している。単一のノードを使用するのは、限定ではなく例示のためであり、本発明は単一のノードに限定されるものではない。時間変動クロック偏差（４０２）は、あるノードの局部クロックと他のノードの局部クロックとまで変動し、各種の時点で正負両方のクロック偏差を示すことがあることは、当業者には理解されよう。本発明の一実施形態では、クロック同期期間中（４０６）に、あるノードの局部クロックが、プリアンブルを提供するノードの基準クロック（４０４）に時間同期化され、局部クロック（４０２）に基準クロック（４０４）からの偏差を最小にさせる。

本発明の一実施形態では、ノードの局部クロックが、ひとつの期間の間（４０８）、データ通信に求められる許容差（４２０）内に留まり、データ通信同期期間（４０８）中に２つ以上のノード間でデータメッセージ交換が達成される。本発明の一実施形態では、メッセージ交換が、残余同期期間（４１０）中の各ノードのアクティビティを記述したスケジュールを、関与するすべてのノードへ分配することを含む。各ノードのスケジュールは、データ通信期間（４０８）中以外の手段によってノードに入力されてよい。さらに、スケジュールをノードに入力する方法が例示され、これに限定されない。‘２８１出願に従ってスイッチポイント（４１６）が残余同期期間（４１０）の開始の指示を生じるまで、データ通信は継続する。

残余同期期間（４１０）中に、各ノードはそのノードの残余同期期間（４１０）中のアクティビティを記述したスケジュールを処理する。残余同期期間が終了すると、ノードの局部クロックと基準クロックとの間の偏差は、データ通信（４２０）と残余同期期間（４１８）の両方の要求された許容差を越え、そして有用なクロック同期が失われる（４１２）。

失われたクロック同期期間（４１２）に続いて、別のクロック同期期間（４１４）がプリアンブルを送信するノードによって開始されてよい。失われたクロック同期期間（４１２）の持続時間は、決定性であってもなくてもよく、本発明を限定するものではない。‘２８１出願によれば、新しい時間同期期間が、ノードによるプリアンブルの送信から始まる。プリアンブルを含む初期信号を送信するノードの選択は、以前にプリアンブルを送信した同じノードでも良く、異なってもよい。

図５は、本発明の一実施形態におけるシステム５００の動作の一例を示し、ノードの初期時間同期（５２０）から残余同期期間の終了（５７０）までの期間中のノード１、ノード２〜ノードＮを含む。図５が、例示したシステム５００が実行可能な数多くの動作の１つに過ぎないことは、当業者には理解されよう。図５では、‘２８１出願に従って、ノード１が初期送信ノードであり、時間同期プリアンブル（５０２）を含む信号を送信する。システム５００の他のノードがプリアンブルを含む信号を受信し、各ノード（５０３、５１２）の局部クロックを同期させる。本発明の一実施形態では、ノード１が、他の各ノード２（５０５）〜ノードＮ（５１４）が残余同期期間中に実現すべきアクティビティを記述したスケジュール（５０４）を送信する。

スイッチポイント（５３０）が発行されて次の送信するノードを選択する。図５の例では、これはノード２（５０７）になる。図５の例はまた、送信するノードＮ（５１６）を選択する第２のスイッチポイント（５３５）も含む。‘２８１出願によれば、後続するスイッチポイント（５４０）も発行されてよい。スイッチポイントの数または送信するノードの選択は、本発明を限定するものではない。特別スイッチポイントすなわち残余スイッチポイント（５５０）が発行されて残余同期期間（５６０）の開始を指示する。

残余同期期間中（５６０）、各ノードが、各ノードの残余同期期間スケジュールに従って機能する。図５のシステム５００の例示的な動作は、ノード１がまず送信し（５０８）、ノード２およびノードＮがノード１からの信号（５０９、５１８）を受信することを示している。スケジュールによって選択された次の送信するノードはノード２（５１１）であり、ノード１およびノードＮが信号（５１０、５２０）を受信する。残余同期期間（５７０）の終了はスケジュールによって決定される。この例では、ノードがプリアンブルを含む初期メッセージを送信して次の時間同期期間を開始するまで、システム５００はアクティブでない。初期メッセージを送信する周期は、本発明を限定するものではない。

図５のシステム５００の１つの可能なアプリケーションおよびその必要とされる動作は、無線ネットワーク内の複数のノードが対のノード間の距離を決定できるようにするレンジングアプリケーションである。例えば、送信されたスケジュール（５０４）が、ノード１〜ノードＮが残余同期期間（５６０）中に送信を行うシーケンスを示す。スイッチポイント（５３０、５３５）に続くデータ通信リンク逆転期間中に、ノード１〜ノードＮがノード１および互いとまったく制限なく追加データを交換してよい。例示的システム５００のノードはすべてノード１とクロック同期されているので、送信ノードと１つまたは複数の受信ノードとの間を伝播する無線信号の飛行時間（ＴｏＦ）は、各受信ノードで測定されてよい。残余同期期間中のスケジュールされた時間に、ノード１がレンジングパルスシーケンス（５０８）を送信し、同時にノード２〜ノードＮが各ノードの測定タイマを開始する。ノード１〜ノードＮがレンジングパルスシーケンス（５０９、５１８）を受信すると、各ノードの測定タイマが止められる。測定タイマの値が各ノードに記憶され、ノード１からの送信と関連付けられる。残余同期期間中の次のアクティビティが、追加のレンジングデータを提供し収集され、そのときノード２が、ノード１およびノードＮ（５１０、５２０）によって受信、処理されるレンジングパルスシーケンス（５１１）を送信する。次のデータメッセージ交換中に、ノード間の距離を計算する目的で、個々のノードの測定結果が必要に応じて無線センサネットワーク内の他のノードに配布されてよい。

図６を参照すると、一実施形態における、残余同期期間情報交換（図１Ｃ、１３８）中にノードによって実施されるアクティビティを記述した流れ図６００が示されている。‘２８１出願に記載されているように、スイッチポイントが生じ（図５、５５０）、残余同期期間の開始を指示する。各受信ノードが、残余時間同期期間のスケジュールに従ってスケジュールタイマを開始する（６０２）ことによって、スイッチポイントに応答する。局部クロック（図３、３０６）が、スケジュールタイマ（図３、３１０）にタイムベースを提供し、すべてのノードの局部クロックが時間同期されるので、すべてのノードのスケジュールもまた、局部クロックと同じ時間同期精度で時間同期されることが当業者には理解されよう。

ノードがアクティビティを実現すべきスケジュール時間値が、現在選択されているスケジュールエントリ（６０４）から獲得される。次いで、この時間値が局部クロック（６０６）と周期的に比較され、局部クロックがスケジュール時間値と一致しない場合、スケジュールタイマが更新される（６０８）。スケジュールクロックを更新するための時間ベースは、局部クロックである。スケジュールタイマが現在の局部クロックと一致する場合、スケジュールされたアクティビティが選択される。

この場合、ノードのアクティビティは信号を送信すること（６０８）であっても、信号を受信すること（６２０）であってもよく、まったく制限はない。アクティビティが信号を送信する場合、ノードは時間遅延を決定し（６１０）、局部クロックを時間ベースとして使用して遅延タイマを初期化、更新し（６１２）、信号を送信する（６１６）前に遅延タイマ値が期間満了になる（６１４）のを待ってよい。遅延の期間は、ゼロ秒より長くてもよいし、ゼロ秒と等しくてもよく、本発明を限定するものではない。信号を送信した後、残余同期期間が終了（６３０）次第、ノードは流れ図６００に示された処理を出る。残余時刻期間が完了していない場合、ノードは次のスケジュールエントリを選択し（６３２）、スケジュールエントリの初期化（６０４）から開始する流れ図６００の処理を実施する。

ノードのアクティビティが信号を受信することである場合、ノードはスケジュールに指定されたとおりに測定タイマを初期化する（６２０）。測定タイマが、局部クロックを時間ベースとして使用して周期的に更新される（６２２）。ノードがスケジュールに指定された信号を受信すると、測定タイマの値がコピーされ記憶される（６２６）。記憶された測定タイマの値は、ノードのアプリケーションによって使用されてもよく、データメッセージ交換期間中に他のノードに送信されてもよい、制限は全くない。測定タイマの値を記憶（６２６）した後、残余同期期間が終了（６３０）次第、ノードは流れ図６００に示された処理を出る。残余時刻期間が完了していない場合、ノードは次のスケジュールエントリを選択し（６３２）、スケジュールエントリの初期化（６０４）から開始する流れ図６００の処理を実行する。

以上、本明細書において具体的な実施形態が示され説明されてきたが、如何なる構成でも、同じ目的を達成するように計算されていれば、本明細書に示した具体的な実施形態に代替されてよいことは、当業者には理解されよう。この適用例は、本発明の如何なる適合形態または変形形態をも網羅するように意図されている。したがって、本発明が特許請求の範囲およびその同等物によってだけ限定されることが、はっきり意図されている。

本発明による通信システムの一実施形態を示す図である。 本発明による通信システムの他の実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態による通信システムにおけるノード間の通信の流れ図である。 本発明の一実施形態による通信ノードである。 本発明の他の実施形態による通信ノードである。 本発明の一実施形態による各種の時間同期期間の代表例を示す図である。 本発明の一実施形態による通信を示す図である。 本発明の一実施形態による各種の時間同期期間を利用する流れ図である。

符号の説明

１００ データ通信システム
１０２ 通信ノード
１１０−１ 通信信号
１２２ ノード
１２０ 通信システム
１３２ 信号
２００ ノード
２０２ データ処理および制御回路
２０４ 送信（Ｔｘ）／受信（Ｒｘ）回路
２０６ 局部クロック
３００ ノード
３０５ クロック同期回路
３０６ 局部クロック
３１０ スケジュールタイマ
３１１ 測定タイマ
３１２ 遅延タイマ
３１４ ＣＰＵ
３１６ Ｔｘ
３１８ Ｒｘ
３２０ 送信（Ｔ）／受信（Ｒ）交換器
３２２ アンテナ
５００ システム

Claims (4)

1. 第１のノード（１３２）から同期プリアンブルを有する通信信号を送信するステップと、
   前記第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間の通信の同期をとる（１３２）ために、少なくとも１つの第２のノードの局部クロックを前記同期プリアンブルに従って設定するステップと、
   前記第１のノードと少なくとも１つの第２のノードとの間で、追加のプリアンブルもなく、特別なスイッチポイントが生じる（１３６）まで次に続くデータ通信を交換する（１３４）ステップと、
   前記特別なスイッチポイントが生じた（１３６）後は、データ通信に続く減少した時間同期正確度の期間を利用する情報を交換する（１３８）ステップと、
   を含む通信（１３０）の方法。
2. 残余時間同期期間中に生じる情報交換（１３８）を開始するため残余スイッチポイント（１３６）をノードに発行するステップと、
   前記残余スイッチポイントに応答して各ノードのスケジュールタイマを開始する（６０２）ステップと、
   受信されたスケジュールの選択スケジュールエントリおよび各ノードのスケジュールタイマに基づいて各ノードでアクティビティを実行する（６０４）ステップと、
   を含む残余時間同期期間中のノード間通信の方法（１３０、６００）。
3. 通信ノードのクロック動作に適合される局部クロック（３０６）と、
   通信信号を選択的に送信および受信するように適合される送信器／受信器回路（３１６、３１８、３２０）と、
   前記局部クロックを別の通信ノードからの受信通信信号に同期させて、前記通信ノード間で通信を確立するように適合される同期回路（３０５）と、
   前記送信器／受信器回路（３１６、３１８、３２０）および前記同期回路（３０５）を制御し、前記通信信号を処理し、ひとつの期間の間、前記局部クロック（３０６）を再同期化することなく前記通信ノード間の通信を行い、特別なスイッチポイントに応答して情報を交換するように適合されている制御回路（３１４）と、
   を含む通信ノード（３００）。
4. 少なくとも２つの通信ノード（１０２、１０４）を含み、各通信ノードは、初期通信フレームにおいて受信された同期プリアンブル（５０２）に基づいて通信を確立するために局部クロック（３０６）を同期させ、さらに残余スイッチポイント（５５０）に基づいて通信サブフレームを受信および送信する、
   通信システム（１００）。

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