JP7510591B2 - Wireless communication synchronization system - Google Patents
Wireless communication synchronization system Download PDFInfo
- Publication number
- JP7510591B2 JP7510591B2 JP2020128698A JP2020128698A JP7510591B2 JP 7510591 B2 JP7510591 B2 JP 7510591B2 JP 2020128698 A JP2020128698 A JP 2020128698A JP 2020128698 A JP2020128698 A JP 2020128698A JP 7510591 B2 JP7510591 B2 JP 7510591B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- radio
- wireless device
- devices
- request signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
本発明は、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機で同期がとれ、データが共有される仕組みに関する。The present invention relates to a mechanism for achieving synchronization among multiple wireless devices and sharing data in a wireless transmission/reception system made up of multiple wireless devices.
従来、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機間で保有するデータが共有されるようにするためには、事前に各無線機間で送受信する相手を決め、1台の特定の無線機が取得したデータは物理的に隣接する無線機に送信され、データを受信したその無線機が、再度、更に隣接する無線機にデータを送信するというようにして、順に各無線機が中継して送受信を繰り返すことによって、各無線機でデータが共有されるようにする必要がある。Conventionally, in a wireless transmission/reception system consisting of multiple wireless devices, in order for data held by each wireless device to be shared among them, it is necessary to determine in advance which wireless device will transmit and receive data between them, and data acquired by one specific wireless device is transmitted to a physically adjacent wireless device, which then transmits the data to an adjacent wireless device, and so on, with each wireless device repeating the transmission and reception in turn to allow the data to be shared among the wireless devices.
例えば、特許文献1では、複数の無線装置が情報を隣り合う無線機間でリレー式に中継するシステムが提案されている。For example,
しかしながら、特許文献1の方法では、各無線機でデータを共有するようにするため、ある特定の無線機から別の特定の無線機にデータを送信するというように、各無線機を特定し、各無線機を識別するための手段を必要としていた。However, in the method of
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、複数の無線機からなる送受信システムにおいて、各無線機を識別することなく、各無線機間で同期がとれ、同期が取れることにより、各無線機で間欠動作が可能となり、間欠動作の結果、各無線機で低消費電力が実現され、更に各無線機間でお互いに送受信することにより、制御データまたは収集データが共有される仕組みを提供するものである。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a mechanism in a transmission/reception system consisting of multiple radio devices, whereby each radio device can be synchronized without identifying each radio device, and because of this synchronization, each radio device can operate intermittently. As a result of the intermittent operation, each radio device can consume less power, and further, the radio devices can transmit and receive data to each other, thereby sharing control data or collected data.
本発明では、複数の無線機からなるシステムの中で、一定の方法で定まる特定の無線機が第1の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データを送信し、他の無線機は前記特定の無線機からの前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に、その同期要求信号を受信することにより、定期的に前記特定の無線機との間の同期を確立すると共に、前記制御データまたは収集データを受信する。In the present invention, in a system consisting of a plurality of radio devices, a specific radio device, which is determined by a certain method, transmits a synchronization request signal and control data or collection data to the other radio devices at a first constant time interval, and the other radio devices receive the synchronization request signal from the specific radio device at a second constant time interval, which is an interval that is an integer multiple of the first constant time interval, thereby periodically establishing synchronization with the specific radio device and receiving the control data or collection data.
上記の一定の方法で定まる特定の無線機とは、例えば、複数の無線機の中で、最初に電源が投入され、動作を開始した無線機である。電源が投入され、動作を開始した無線機はまず、他の無線機からの同期要求信号の受信動作を行うため、一定時間は受信待ちのため、無線機のCPUはスリープモード(低消費電力モードと呼び、スリープモード=低消費電力モード)でなく、オペレーティングモード(通常動作モードと呼び、オペレーティングモード=通常動作モード)で動作する。The specific radio determined by the above-mentioned method is, for example, the radio that is the first among multiple radios to be powered on and start operating. When the radio is powered on and starts operating, it first receives a synchronization request signal from the other radios, and in order to wait for a certain period of time for reception, the CPU of the radio operates in an operating mode (called a normal operating mode, operating mode = normal operating mode) rather than in a sleep mode (called a low power consumption mode, sleep mode = low power consumption mode).
一定時間受信待ちを行ったが、他の無線機からの同期要求信号が受信できないときは、自らの無線機がシステム内で最初に電源が投入され、動作を開始した無線機と判断して、他の無線機あてに同期要求信号と制御データまたは収集データの送信動作を開始する。If, after waiting for a certain period of time, a synchronization request signal cannot be received from another radio, the radio determines that its own radio was the first radio in the system to be powered on and start operating, and begins transmitting a synchronization request signal and control data or collection data to the other radio.
当該特定の無線機から同期要求信号を受信した無線機は、当該特定の無線機との間で同期を確立する。当該特定の無線機と同期を確立した無線機は更に自分自身以外の他の無線機と同期を確立するために、自分自身以外の他の無線機に向けて同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信する。The radio device that receives the synchronization request signal from the specific radio device establishes synchronization with the specific radio device. The radio device that has established synchronization with the specific radio device further transmits the synchronization request signal and the control data or the collected data to the other radio device in order to establish synchronization with the other radio device.
詳細には、同期を確立した各無線機は同期確立後に前記第1の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号と同時に前記制御データまたは収集データを送信する。これによって、各無線機の間で同期が取れると共に、前記制御データまたは収集データが全ての無線機の間で共有される。In detail, each wireless device that has established synchronization transmits the control data or collection data simultaneously with a synchronization request signal to the other wireless devices at the first constant time intervals after the synchronization is established, whereby synchronization is achieved between the wireless devices and the control data or collection data is shared among all the wireless devices.
各無線機は、他の無線機との同期がいったん外れても、他の無線機からの前記第1の一定時間毎の同期要求信号を受信することにより、再度、他の無線機との同期が再確立される。Even if each wireless device loses synchronization with the other wireless devices once, the wireless device re-establishes synchronization with the other wireless devices by receiving a synchronization request signal from the other wireless devices at the first fixed time interval.
同期がとれた各無線機において、前記同期要求信号の送信終了後から前記第1の一定時間経過による次の同期要求信号の送信開始までの間は低消費電力モードで動作し、前記同期要求信号の受信時を除いては受信動作を行わない間欠送受信の動作を行って、低消費電力を実現する。In each synchronized radio device, from the end of transmission of the synchronization request signal to the start of transmission of the next synchronization request signal after the first fixed time has elapsed, the device operates in a low power consumption mode, and performs intermittent transmission and reception in which no receiving operation is performed except when the synchronization request signal is received, thereby realizing low power consumption.
更には、各無線機間での無線送受信の際に、お互いに送受信する相手の無線機を識別することなく、各無線機間で制御データまたは収集データの送受信を行う。Furthermore, when wireless transmission and reception is performed between each of the wireless devices, control data or collected data is transmitted and received between each of the wireless devices without identifying the other wireless device with which the wireless device is transmitting and receiving.
本発明では前述した同期確立後に前記第1の一定時間毎、例えば250ms毎に、他の無線機あてに同期要求信号と前記制御データまたは収集データを送信するが、この送信時には無線機のCPUは通常動作モード(=オペレーティングモード)で動作する。この時の通常動作モードでの動作モードを送信モードと呼ぶことにする。In the present invention, after the above-mentioned synchronization is established, a synchronization request signal and the control data or collected data are transmitted to another wireless device at the first fixed time interval, for example, every 250 ms, and during this transmission, the CPU of the wireless device operates in a normal operation mode (= operating mode). The operation mode in the normal operation mode at this time is called a transmission mode.
前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に例えば250ms×120=30秒毎に、前述の同期要求信号を受信するが、この受信時にも無線機のCPUは通常動作モード(=オペレーティングモード)で動作する。この時の通常動作モードでの動作モードを送受信モードと呼ぶことにする。The synchronization request signal is received at intervals of a second fixed time, which is an integer multiple of the first fixed time, for example, every 250 ms x 120 = 30 seconds, and the CPU of the radio device operates in a normal operation mode (= operating mode) even when receiving the signal. The normal operation mode at this time is called a transmission/reception mode.
この送受信モード時は、他の無線機からの同期要求信号と制御データまたは収集データ受信すると、自分自身以外の他の無線機に向かって、更に同期要求信号及び自分自身のセンサ入力やSW入力等に対応して(自分自身の無線機が取得したセンサ入力を外部へ収集データとして送信することや自分自身の無線機のSW入力により外部を制御するための制御データとして送信することに対応して)、更新した制御データまたは収集データ、或いは更新しない受信した制御データまたは収集データと同一のデータを送信する。In this transmission/reception mode, when a synchronization request signal and control data or collected data are received from another radio, the radio transmits updated control data or collected data, or data identical to the received control data or collected data without updating, to other radios other than the radio itself in response to the synchronization request signal and its own sensor input, SW input, etc. (in response to transmitting sensor input acquired by its own radio to the outside as collected data, or transmitting it as control data for controlling the outside using SW input of its own radio).
制御データまたは収集データにはタイムスタンプ等が付加されており、更新した制御データまたは収集データを送信すれば、そのデータを受信した無線機は、タイムスタンプ等の値を比較することにより、新たに、その更新された制御データまたは収集データを取り込みことになれば、更に他の無線機に向けて、その更新された制御データまたは収集データを送信する。A timestamp or the like is added to the control data or collected data, and when updated control data or collected data is transmitted, the radio device that receives the data compares the values of the timestamp or the like and, if it decides to newly import the updated control data or collected data, it then transmits the updated control data or collected data to other radio devices.
この送受信を繰り返すことによって、複数の無線機からなる送受信システムにおいて、各無線機間でその更新された制御データまたは収集データが共有されるようになる。By repeating this transmission and reception, the updated control data or collected data is shared among the wireless devices in a transmission and reception system made up of multiple wireless devices.
複数の無線機からなる送受信システムにおいて、ある無線機と他の無線機との間で同期要求信号と制御データまたは収集データが送受信される際に、各無線機のうち、どの無線機とどの無線機の間で送受信されるのか、送受信の相手はどのようにして選択されるかについては後述するように固定化されない仕組みになっている。In a transmission/reception system consisting of multiple radio devices, when a synchronization request signal and control data or collection data are transmitted and received between one radio device and another, the mechanism by which the data is transmitted and received between each of the radio devices and how the transmission and reception partners are selected is not fixed, as will be described later.
通常動作モードでの送信モードと送受信モード以外は無線機のCPUは低消費電力モード(=スリープモード)で動作する。各無線機の消費電力低減効果は、(通常動作モードの動作時間/(通常動作モードの動作時間+低消費電力モードの動作時間))を小さくするほど、大きくなる。In normal operation mode, except for the transmit mode and transmit/receive mode, the radio's CPU operates in low power consumption mode (=sleep mode). The effect of reducing the power consumption of each radio increases as the ratio (operation time in normal operation mode / (operation time in normal operation mode + operation time in low power consumption mode)) decreases.
送信モードの動作時間に比べ、送受信モードの動作時間が相対的に大きいため、消費電力を低減するためには、送受信モードの動作時間を短くすればよい。Since the operation time of the transmission/reception mode is relatively long compared to the operation time of the transmission mode, the operation time of the transmission/reception mode can be shortened in order to reduce power consumption.
そのためには、前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間を長くする、言い換えれば前記「整数倍のインターバル」の中の整数倍の倍率を上げればよいが、自分自身の無線機でのセンサ入力やSW入力等への入力値に対して、他の無線機がその入力値を認識して応答として出力するまでの時間が長くなり、応答性が低下する。To achieve this, the second fixed time, which is an interval that is an integer multiple of the first fixed time, can be lengthened; in other words, the integer multiple of the "integer multiple interval" can be increased. However, this would result in a longer time for other radio devices to recognize input values to sensor inputs, SW inputs, etc. in one's own radio device and output them as a response, reducing responsiveness.
低消費電力性と応答性はトレードオフの関係にあるが、無線送受信システムとして最適な値を選択すれば良い。本発明の無線送受信システムはシステムを構成する全ての無線機の間で同期が確立しているので、整然とした間欠送受信システムが構成され、送信時のみならず、受信時においても、可能な限りの低消費電力化が図れるシステムとなっている。There is a trade-off between low power consumption and responsiveness, but it is sufficient to select the optimal value for the wireless transmission/reception system. In the wireless transmission/reception system of the present invention, synchronization is established between all the wireless devices that make up the system, so an orderly intermittent transmission/reception system is configured, and the system is capable of achieving the lowest possible power consumption not only during transmission but also during reception.
ここで、前述の低消費電力モード(=スリープモード)とはCPUと無線回路の動作において、いわゆるスリープ動作等、CPUがプログラムの動作を停止し、低速クロックで必要最小限の動作のみを行い、無線送受信動作も不可能となる代わりに最大限に消費電力を低減するモードであり、通常動作モード(=オペレーティングモード)とはCPUと無線回路の動作において、高速クロックで動作して、無線送受信動作が可能となる代わりに消費電力も大きくなるモードのことを言う。Here, the aforementioned low power consumption mode (=sleep mode) refers to a mode in which the CPU and radio circuitry stop program operation, such as so-called sleep operation, and only performs the minimum necessary operations with a low-speed clock, making wireless transmission and reception operations impossible, but in exchange for minimizing power consumption, while the normal operation mode (=operating mode) refers to a mode in which the CPU and radio circuitry operate with a high-speed clock, making wireless transmission and reception operations possible, but in exchange for increased power consumption.
また、各無線機間で同期要求信号を送受信し合うことにより、距離的に直接の制御データまたは収集データを含む無線信号が到達しない無線機間でも他の無線機が中継することが可能となり、中継することによって、全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。In addition, by transmitting and receiving synchronization request signals between each radio device, it becomes possible for other radio devices to relay the radio signals containing control data or collection data even between radio devices that are too far away for the radio signals to reach directly, and by relaying, the control data or collection data is shared between all radio devices.
前述したように、各無線機は、送信と受信の両方の動作を行うが、このうち受信は前述の動作であり、前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に行う。As described above, each wireless device performs both transmission and reception operations, of which reception is the above-mentioned operation, and is performed at second fixed time intervals which are an integer multiple of the first fixed time interval.
送信は他の無線機との同期を確立するための同期要求信号を自分自身以外の各無線機に送信するものであり、各無線機が受信しようとしまいと常に送信することにより、自分自身の無線機と他の無線機との同期がいったん外れてしまっても、他の無線機は常に送信されている前記の同期要求信号を受信することにより、再度、同期を復活して確立することができる。The transmission is a synchronization request signal for establishing synchronization with other radio devices, which is always transmitted whether each radio device receives the signal or not. Even if the synchronization between the radio device itself and other radio devices is lost, the other radio devices can restore and establish synchronization by receiving the synchronization request signal that is always transmitted.
前記同期要求信号に対する各無線機の受信動作は以下の通りである。各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号を受信するタイミングにある時のみ、通常のデータ(前述の同期要求信号と制御データまたは収集データ、以下定義を変えるまで同じ)の送信動作のみを行うタイミングの時と異なり、早めに、低消費電力モードから通常動作モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できるが、通常のデータの送信動作のみを行うタイミングでは、他の無線機が前記同期要求信号を送信後に自分自身の無線機が低消費電力モードから通常動作モードに起き上がるので、前記同期要求信号を受信できない。The reception operation of each radio device in response to the synchronization request signal is as follows: Each radio device wakes up from the low power consumption mode to the normal operation mode earlier only when it is at the preset timing to receive the synchronization request signal, unlike when it is timing to perform only the transmission operation of normal data (the above-mentioned synchronization request signal and control data or collection data; the same applies hereinafter until the definition is changed), so it can receive the synchronization request signal, but when it is timing to perform only the transmission operation of normal data, it wakes up from the low power consumption mode to the normal operation mode after another radio device has transmitted the synchronization request signal, so it cannot receive the synchronization request signal.
各無線機はあらかじめ設定された前記同期要求信号の受信タイミングで、他の無線機からの前記同期要求信号を一定時間待ち、その間に、前記同期要求信号を受信できない時は、設定した前記第1の一定時間の整数倍のインターバルの経過後の次の受信タイミングで再度、前記同期要求信号の受信を試みることになる。Each radio device waits for a fixed time period for the synchronization request signal from the other radio devices at a preset timing for receiving the synchronization request signal, and if the synchronization request signal cannot be received during that time period, the radio device attempts to receive the synchronization request signal again at the next reception timing after an interval that is an integer multiple of the first fixed time period has elapsed.
複数の無線機からなる送受信システムにおいて、ある無線機と他の無線機との間でデータが送受信される際に、各無線機のうち、どの無線機とどの無線機間で送受信するかは、本発明では、都度、乱数等で決められることになり、無線機間でデータの送受信先が固定化されない。In a transmission/reception system consisting of multiple radio devices, when data is transmitted and received between one radio device and another, in the present invention, which radio devices transmit and receive data between is determined each time using random numbers or the like, and the destination of data transmission and reception between the radio devices is not fixed.
この固定化されない仕組みにより、無線機間でデータ送受信先が不定であることに基づく、データ衝突の問題を回避している。すなわち、乱数に基づき、送受信相手が決まるようにしているため、あるタイミングでデータの衝突が起こっても、次のタイミングでは前回と送受信相手が変わり、衝突を回避できる可能性が高くなる。This non-fixed mechanism avoids the problem of data collisions due to the fact that the data transmission and reception destination between wireless devices is undefined. In other words, since the transmission and reception destination is determined based on a random number, even if a data collision occurs at a certain timing, the transmission and reception destination will be different at the next timing, so there is a high possibility that the collision can be avoided.
次に、低消費電力モードから通常動作モードに起き上がる動作が各無線機間で同期しており、同期がとれている各無線機間では送受信できる時間帯は各無線機間で、共通である。Next, the operation of waking up from the low power consumption mode to the normal operation mode is synchronized between the wireless devices, and the time period during which transmission and reception are possible between the synchronized wireless devices is the same for each wireless device.
そのため、初めは全ての無線機で同期が取れ、全ての無線機でデータ(前述の制御データまたは収集データ、以下定義を変えるまで同じ)が共有されていたのが、何らかの原因で、システム内の前記の複数の無線機が2つ以上のグループに分かれて、両者間で、送受信できる時間帯が異なってしまった場合、両者のグループ間では同期要求信号とデータが受信できず、そのため、両者のグループ間で同期がとれず、両者のグループ内では共有しているデータも、グループ間では共有できない事象がでてくる。Therefore, initially all radio devices are synchronized and share data (the above-mentioned control data or collected data; this will be the same hereafter until the definition is changed), but if for some reason the multiple radio devices in the system are divided into two or more groups and the time periods in which they can transmit and receive differ between them, the synchronization request signal and data cannot be received between the two groups, and as a result, the two groups cannot be synchronized, and data that is shared between the two groups cannot be shared between the groups.
本発明ではその対応として、各無線機は各無線機毎にランダムに値の変化する選別情報を生成し、その選別情報を同期要求信号と同時に送信されるデータに含めて送信し、他の無線機はその選別情報を受信、解読して、送信されてくる前記データを受理すべきかどうかを判定し、受理すべきと判定した時のみ同期を確立、データの受理を行い、受理すべきでないと判定した時は、更に他の無線機の選別情報の受信を行い、一つの無線機の受信する時の送信相手がランダムに変化するように制御することによって、各無線機間で送受信する相手が固定化されない仕組みを設けている。 In the present invention, to address this issue, each radio device generates selection information whose value changes randomly for each radio device, and transmits this selection information together with the data transmitted simultaneously with the synchronization request signal. The other radio devices receive and decode the selection information and determine whether or not they should accept the transmitted data. Only when they determine that the data should be accepted do they establish synchronization and accept the data. If they determine that the data should not be accepted, they then receive the selection information from other radio devices. By controlling the transmission partner when one radio device receives to change randomly, a mechanism is established in which the transmission partner between each radio device is not fixed.
システム内で2つ以上のグループに分かれた場合、両者間で、送受信できる時間帯が異なるため、お互いに同期要求信号とデータの送受信ができなくなった状態において、1つのグループ内で、ある無線機がそのグループ内の他の特定の無線機からの常に同期要求信号とデータを受信して、同期とデータ共有を維持していた場合、その特定の無線機からのデータを受信すべきでないと判断した場合は、グループ外の無線機からの同期要求信号を受信できる可能性が出てくる。When a system is divided into two or more groups, the time periods during which transmission and reception are possible are different between the two groups, and therefore the groups are unable to transmit and receive synchronization request signals and data to each other. In a state in which a radio device in one group constantly receives synchronization request signals and data from a specific other radio device in the group and maintains synchronization and data sharing, if it determines that it should not receive data from that specific radio device, it may be able to receive a synchronization request signal from a radio device outside the group.
このグループ外の無線機からの同期要求信号を受信することにより、グループが分かれた状態が解除されて、全ての無線機が同一時間帯の同期要求信号を受信するようになり、その結果、システム内の全ての無線機で同期がとれて、全ての無線機でデータ共有ができる状態に復帰できる。By receiving a synchronization request signal from a radio device outside this group, the state in which the groups were separated is released and all radio devices receive synchronization request signals in the same time zone, resulting in all radio devices in the system being synchronized and allowing all radio devices to return to a state in which they can share data.
本発明によれば、複数の無線機からなる無線送受信システムにおいて、各無線機は定期的に同期要求信号を送信することにより、また、各無線機はその同期要求信号を受信することによって、受信動作開始タイミングが送信タイミングと合うように調整されることになる。According to the present invention, in a wireless transmission/reception system consisting of multiple wireless devices, each wireless device periodically transmits a synchronization request signal, and each wireless device receives the synchronization request signal, thereby adjusting the timing of the start of the reception operation to match the transmission timing.
このことによって、各無線機間での送受信のタイミングが合致し、送受信のタイミングが合致することにより、各無線機間で間欠送受信動作が可能となり、システムとしての低消費電力が実現される。This allows the transmission and reception timing to match between each wireless device, and by matching the transmission and reception timing, intermittent transmission and reception operation becomes possible between each wireless device, thereby achieving low power consumption as a system.
また、この際、各無線機は全て同格であり、上位、下位の識別を必要としていないし、無線機の台数についても制限はない。また、各無線機間で送受信する周波数とアドレスは同一で問題ない。In addition, all the radios are of the same rank, so there is no need to distinguish between higher and lower ranks, and there is no limit to the number of radios. Also, there is no problem with the frequencies and addresses used for transmission and reception between the radios being the same.
距離的な問題で直接送受信のかなわない無線機間でも、間に中継する無線機を置き、物理的に、隣り合う無線機間で送受信が行われることを繰り返して、最終的には、システムに属する全ての無線機間で制御データまたは収集データが共有される。複数の無線機を使い、中継を繰り返すことによって、無線到達距離の大幅な延伸化が容易に実現される。Even when direct transmission and reception is not possible between wireless devices due to distance issues, relay wireless devices are placed between them, and transmission and reception are repeated between adjacent wireless devices, until finally, control data or collected data is shared between all wireless devices belonging to the system. By using multiple wireless devices and repeating relays, it is easy to significantly extend the wireless transmission distance.
定期的に同期要求信号の送受信動作が行われないと、無線機の制御データまたは収集データの受信動作開始タイミングは、各無線機間の動作基準クロックの差に起因して徐々に各無線機間で初期値よりずれてくることになる。従って、このずれの値は各無線機間での送受信を繰り返す毎に大きくなってくるが、各無線機間で定期的に同期要求信号を送受信することにより、初期値に戻すことができる。If the synchronization request signal is not periodically transmitted and received, the timing at which the radio devices start receiving control data or collected data will gradually deviate from the initial value due to differences in the operation reference clocks between the radio devices. Therefore, the value of this deviation will increase with each repetition of transmission and reception between the radio devices, but it can be returned to the initial value by periodically transmitting and receiving a synchronization request signal between the radio devices.
また、各無線機は他の無線機が受信しようとしまいと常に、他の無線機に対し、前記同期要求信号を送信しているので、ある無線機の同期が他の無線機との同期からいったん外れても、その無線機は他の無線機から前記同期要求信号を受信することにより、自動的に同期を復活させることができる。In addition, since each radio always transmits the synchronization request signal to the other radios whether the other radios receive the signal or not, even if a certain radio temporarily loses synchronization with the other radios, the radio can automatically restore synchronization by receiving the synchronization request signal from the other radios.
本発明において、システム内各無線機間の同期要求信号とデータの受信において、システム内の各無線機で送受信する周波数とアドレスは同一で問題ない。すなわち、各無線機を識別する必要ない。In the present invention, when receiving a synchronization request signal and data between each wireless device in the system, there is no problem if the frequencies and addresses used for transmission and reception are the same for each wireless device in the system, i.e., there is no need to identify each wireless device.
この時、ある無線機が他の無線機から同期要求信号とデータを受信する際、複数の無線機から同期要求信号とデータを受信する可能性があるが、この時は、最も早く受信した同期要求信号とデータで処理を行うが、複数の無線機からの送信時刻のずれが小さく、複数の無線機から送信された同期要求信号とデータが衝突することがあり得る。At this time, when a radio device receives a synchronization request signal and data from another radio device, there is a possibility that the synchronization request signal and data will be received from multiple radio devices. In this case, processing will be performed using the synchronization request signal and data received earliest. However, since the difference in transmission time from the multiple radio devices is small, it is possible that the synchronization request signals and data transmitted from the multiple radio devices will collide.
この対応として、本発明では、各無線機間でのデータ送受信において、データの送信時間分の整数倍の遅延を生成し、その整数倍の整数値を変動させることによって、毎度のデータ送受信タイミング毎に、データ送信時刻が固定化されることのない仕組みを作り、データ衝突の問題を回避している。すなわち、あるタイミングで他の無線機からの送信データとデータの衝突が起こっても、次のタイミングでは、前述の整数値が異なるため、他の無線機からの送信時刻と送信時時刻がずれて、次のタイミングでは衝突を回避できる可能性が高くなる。To deal with this problem, in the present invention, a delay that is an integer multiple of the data transmission time is generated in data transmission and reception between each wireless device, and the integer value of the integer multiple is varied to create a mechanism in which the data transmission time is not fixed for each data transmission and reception timing, thereby avoiding the problem of data collision. In other words, even if a collision occurs between data transmitted from another wireless device at a certain timing and data transmitted from another wireless device, the aforementioned integer value will be different at the next timing, so that the transmission time from the other wireless device will differ from the transmission time, increasing the possibility that a collision can be avoided at the next timing.
具体的には、乱数等を使用して、各無線機間の送信時刻にディレーを設けている。送信時刻のディレー=データの送信時間×乱数値としている。Specifically, a delay is provided in the transmission time between each wireless device using random numbers, etc. The delay in transmission time = data transmission time x random number value.
送信データ=40バイト、送信速度=250kbpsであれば、送信時間=40×8/250000=1.28msとなり、送信時刻のディレー=1.5ms×乱数値(例えば取りうる値が0、1、2のランダム値)とすれば、あるタイミングでデータの衝突が起こつても次のタイミングでは衝突を回避できる可能性が高くなる。If the transmission data = 40 bytes and the transmission speed = 250 kbps, then the transmission time = 40 x 8/250,000 = 1.28 ms, and if the transmission time delay = 1.5 ms x random number value (for example, a random value with possible values of 0, 1, and 2), then even if a data collision occurs at a certain time, there is a high possibility that a collision can be avoided at the next time.
また、本発明では、各無線機間でのデータ送受信において、乱数等を使用して、データ送信先が固定化されない仕組みを作って、各無線機間でのデータ送受信において、予期せぬグループ分けが偶然に生じて、そのため、データ送受信に支障が出ることがないようにしている。In addition, in the present invention, a mechanism is created in which the data destination is not fixed by using random numbers or the like in data transmission and reception between each wireless device, so that unexpected grouping does not occur by chance in data transmission and reception between each wireless device, which causes problems in data transmission and reception.
すなわち、初めは全ての無線機で同期が取れ、全ての無線機でデータが共有されていたのが、何らかの原因で、システム内の前記の複数の無線機が2つ以上のグループに分かれて、両者のグループ間で、送受信できる時間帯が異なってしまった場合、お互いに同期要求信号とデータの送受信ができず、両者のグループ間で同期がとれず、両者のグループ間でデータが共有できない事象がでてくることが考えられる。In other words, if initially all radio devices are synchronized and all data are shared, but for some reason the multiple radio devices in the system are divided into two or more groups and the time periods in which transmission and reception are possible differ between the two groups, it is possible that they will not be able to transmit and receive synchronization request signals and data to each other, the two groups will not be able to synchronize, and data will not be able to be shared between the two groups.
何らかの要因で、いったんグループに分かれてしまった場合は、例えば、当初はシステム内4台の無線機で、同期がとれ、4台の無線機間でデータが共有されていたのが、2台ずつのグループ内に分かれてしまった場合、それぞれのグループ内で同期要求信号とデータを送受信が完結するので、それぞれのグループ間での同期とデータ共有はできなくなる。If the system is split into groups for some reason, for example, initially four radio devices in the system were synchronized and data was shared among the four radio devices, but then the system splits into groups of two, sending and receiving synchronization request signals and data is completed within each group, so synchronization and data sharing between the groups will no longer be possible.
この場合、それぞれのグループ内で同期要求信号とデータを送受信が完結するので、同期要求信号とデータを送受信する時間帯が異なっても支障ないので、自然と送受信する時間帯が異なる方向に動いてしまう。(一つのグループ内の同期している各無線機間では、低消費電力モードから通常動作モードに起き上がる動作が同期し、同期がとれている各無線機間では送受信できる時間帯が共通である。)In this case, since the transmission and reception of the synchronization request signal and data is completed within each group, there is no problem if the time periods for transmitting and receiving the synchronization request signal and data are different, so the time periods for transmission and reception naturally move in different directions. (The operation of waking up from low power consumption mode to normal operation mode is synchronized between each synchronized radio device in a group, and the time periods during which transmission and reception can be performed are the same between each synchronized radio device.)
同期要求信号とデータを各無線機間で送受信し合って、各無線機間で同期を確立すると共に、各無線機間でデータを共有するのが、一般的な動作であるが、グループ分けを解消する対応として、乱数等を使用し、その乱数値によっては受信しても受理できないという選別情報をデータの中に盛り込む。 The general operation is for each radio device to transmit and receive a synchronization request signal and data to establish synchronization between the radio devices and share the data between them, but in order to eliminate grouping, random numbers or the like are used and selection information is included in the data that indicates that the data will not be accepted even if it is received depending on the random number value.
すなわち、ある時にはある特定の無線機からの同期要求信号とデータは受信しても受理できない、別の時には別のある特定の無線機からの同期要求信号とデータは受信しても受理できないというように、自らが送信する同期要求信号とデータが他の無線機で受信されても受理されないという無線機がランダムに発生するようにして、各無線機間で送信または受信の相手が固定されない仕組みを設ける。In other words, a radio device may at one time receive but not accept a synchronization request signal and data from a specific radio device, and at another time receive but not accept a synchronization request signal and data from another specific radio device; in other words, a radio device may randomly generate a synchronization request signal and data that it transmits that is not accepted by other radio devices, thereby providing a mechanism for not fixing the transmitting or receiving partner between each radio device.
この仕組みにより、グループ分けの状態が発生するのを防止している、またグループ分けの状態が発生してもすみやかにその状態を解消できるようにしている。This mechanism prevents a grouping condition from occurring, and also allows the condition to be resolved quickly if it does occur.
但し、各無線機毎にランダムに値の変化する選別情報として、スタートカウンターを使用している。スタートカウンターは各無線機が動作開始してから、一定時間毎にカウントアップして同期要求信号とデータの送信時にその値を送信し、また、他の無線機からの同期要求信号とデータの受信時に、その値が解読されて、送信されてくる前記データを受信すべきかどうかが各無線機で判定される。 However, a start counter is used as selection information whose value changes randomly for each radio. The start counter counts up at regular intervals after each radio starts operating, and transmits its value when transmitting a synchronization request signal and data. When receiving a synchronization request signal and data from another radio, the value is decoded and each radio determines whether or not to receive the transmitted data.
WPは同期要求信号、SIG1~SIG4は同期要求信号WPと共に、4台の各無線機からそれぞれ送信されるデータ(制御データまたは収集データ)で、スタートカウンターsと各無線機で共有されるデータdを含んでいる。WP is a synchronization request signal, and SIG1 to SIG4 are data (control data or collected data) transmitted from each of the four wireless devices along with the synchronization request signal WP, and include a start counter s and data d shared by each wireless device.
但し、各無線機毎にランダムに値の変化する選別情報として、センサー入力時等に入力されるタイムスタンプを使用している。タイムスタンプは同期要求信号とデータの送信時にその値を送信し、また、他の無線機からの同期要求信号とデータの受信時に、その値が解読されて、送信されてくる前記データを受信すべきかどうかが各無線機で判定される。 However, as selection information whose value changes randomly for each wireless device, a timestamp is used that is input at the time of sensor input, etc. The timestamp transmits its value when transmitting a synchronization request signal and data, and when receiving a synchronization request signal and data from another wireless device, the value is decoded and each wireless device determines whether or not to receive the transmitted data.
WPは同期要求信号、SIG1~SIG4は同期要求信号WPと共に、4台の各無線機からそれぞれ送信されるデータ(制御データまたは収集データ)で、タイムスタンプtと各無線機で共有されるデータdを含んでいる。WP is a synchronization request signal, and SIG1 to SIG4 are data (control data or collected data) transmitted from each of the four wireless devices together with the synchronization request signal WP, and include a time stamp t and data d shared by each wireless device.
図1及び図2に基づいて、本発明における無線機4台からなる無線送受信システムにおける各信号の送受信タイミングを示し、各無線機間で同期がとれ、同期がとれることにより、低消費電力で動作する手順を以下に説明する。Based on Figures 1 and 2, the transmission and reception timing of each signal in a wireless transmission and reception system consisting of four wireless devices in the present invention is shown, and the procedure for achieving synchronization between the wireless devices and operating with low power consumption as a result of this synchronization is described below.
(1)
各無線機は第1の一定時間TM、例えば250ms毎に、他の無線機あてに同期要求信号WPを送信する。また、各無線機は第1の一定時間(=250ms)の整数倍のインターバル(例えば=120倍)のインターバルである第2の一定時間=250ms×120=30s毎に、他の無線機からの同期要求信号WPを受信する。この同期要求信号WP受信の際に、他の無線機からの制御データまたは収集データSIGも合わせて受信する。(1)
Each wireless device transmits a synchronization request signal WP to the other wireless devices every first fixed time TM, for example, every 250 ms. Also, each wireless device receives a synchronization request signal WP from the other wireless devices every second fixed time = 250 ms x 120 = 30 s, which is an interval that is an integer multiple (for example, 120 times) of the first fixed time (= 250 ms). When receiving this synchronization request signal WP, the wireless device also receives control data or collection data SIG from the other wireless devices.
図1及び図2では簡単のため、第1の一定時間の整数倍のインターバル=5、第2の一定時間=250ms×5=1250msとして説明している。For simplicity, in FIG. 1 and FIG. 2, the explanation is given assuming that the interval of an integer multiple of the first certain time is 5, and the second certain time is 250 ms×5=1250 ms.
(2)
ここで、無線機1~無線機4は物理的に一直線上に並んでいると仮定し、無線到達距離の関係から、隣り合う無線機同志のみで送受信可能と仮定しているが、無線機1~無線機4の全4台間で送受信可能であってもよい。(2)
Here, it is assumed that
これは、各無線機は他の無線機から一斉に送信されてきた同期要求信号WPを受信する際は、より早く受信した同期要求信号WPが有効となり、後から送信されてきた同期要求信号WPは受信されず無効となり、混信しないからである。This is because, when each wireless device receives synchronization request signals WP transmitted simultaneously from other wireless devices, the synchronization request signal WP received earlier becomes valid, and the synchronization request signal WP transmitted later is not received and becomes invalid, so that interference does not occur.
なお、前述したように、送信時刻のディレー(送信時間=40(バイト)×8(bit)/250000(bps)=1.28msの場合は、送信時刻のディレー=1.5ms×乱数値(例えば取りうる値が0、1、2のランダム値)を設けて、同期要求信号WPの送信時刻が固定化されない仕組みがあるため、各無線機は同期要求信号WPを受信する際に、その当該同期要求信号WPを送信した無線機がランダムになり、固定化されない。As described above, a mechanism is provided in which the transmission time delay (in the case of transmission time = 40 (bytes) x 8 (bit) / 250,000 (bps) = 1.28 ms, the transmission time delay = 1.5 ms x random value (for example, a random value with possible values of 0, 1, and 2) is set so that the transmission time of the synchronization request signal WP is not fixed, and therefore, when each wireless device receives the synchronization request signal WP, the wireless device that transmitted the synchronization request signal WP is random and not fixed.
無線機1は“2”~“4”及び“6”~“8”の期間では、他の無線機からの同期要求信号WP送信のタイミングにおいて、低消費電力モード(=スリープモード)に当たるため、当該同期要求信号WPは受信できない。“2”~“4”及び“6”~“8”の期間では、低消費電力モードから通常動作モード(=オペレーティングモード)に起き上って、送信動作(処理)を行った後、再び、低消費電力モードに入って第1の一定時間TMが経過するのを待っている。During the periods "2" to "4" and "6" to "8", the
前述したように、この時の通常動作モードでの動作を送信モードと呼ぶ。図1における、Aは一定時間のインターバルTMのうち、低消費電力モードに入っている時間であり、α=TM-Aは一定時間のインターバルTMのうち、通常動作モードに入っている時間である。As mentioned above, the operation in the normal operation mode at this time is called the transmission mode. In Fig. 1, A is the time during the low power consumption mode during the fixed time interval TM, and α = TM - A is the time during the fixed time interval TM during the normal operation mode.
この通常動作モードに入っている時間α=TM-Aは無線機の送信モード時の送信動作(処理)時間であり、例えばα=1msである。送信動作(処理)は一瞬であり、典型的には1ms程度の時間で処理が完了する。The time α=TM-A during which the radio is in the normal operation mode is the transmission operation (processing) time during the transmission mode of the radio, and is, for example, α=1 ms. The transmission operation (processing) is instantaneous, and typically, the processing is completed in about 1 ms.
(3)
“5”の期間では、低消費電力モードから通常動作モード(=オペレーティングモード)に起き上って送信モード時の送信動作(処理)を行った後、Bの時間だけ、低消費電力モードに入った後、再度通常動作モードに戻って、他の無線機からの同期要求信号WPを受信するための動作を行う。(3)
During period "5", the device wakes up from the low power consumption mode to the normal operation mode (= operating mode) and performs the transmission operation (processing) in the transmission mode, then enters the low power consumption mode for the period B, and then returns to the normal operation mode again to perform the operation for receiving the synchronization request signal WP from the other wireless device.
この時の通常動作モードでの動作を前述したように送受信モードと呼ぶが、この送受信モードでは、他の無線機からの同期要求信号WPの待ち受けの時間が必要のため、低消費電力モードの動作時間Bは送信モードでのAに比べ短く設定される。The operation in the normal operation mode at this time is called the transmit/receive mode as mentioned above. In this transmit/receive mode, since a waiting time is required for a synchronization request signal WP from another radio device, the operating time B in the low power consumption mode is set shorter than A in the transmit mode.
例えば、TM=250msの場合、B=200msに設定される。(Aは前述したようにTMより、無線機の送信モード時の送信動作(処理)時間=約1msを除いた時間で約249msである。)For example, when TM=250 ms, B is set to 200 ms. (As described above, A is about 249 ms obtained by subtracting from TM the transmission operation (processing) time of the wireless device in the transmission mode, which is about 1 ms.)
Bの値は各無線機間の各無線機間の動作基準クロックの差を考慮した上で、他の無線機からの同期要求信号WPを確実に受信できるタイミングとなるように設定される。The value of B is set so as to provide a timing at which a synchronization request signal WP can be reliably received from other wireless devices, taking into consideration differences in the operation reference clocks between the wireless devices.
(4)
無線機2は“2”の期間で、センサ入力やSW入力等の変化があり、そのため、制御データまたは収集データを自らのセンサ入力やSW入力等に対応して、SIG2として送信されるデータのうち各無線機での共有データdをd=0からd=1に更新している。(4)
During the period "2", there is a change in the sensor input, SW input, etc. of
その上で、更新したデータを同期要求信号WPと共に、他の無線機あてに送信しているが、他の無線機もまた、同期要求信号WPと共に更新しない共有データd=0を送信している。Then, the updated data is transmitted to the other wireless devices together with a synchronization request signal WP, but the other wireless devices also transmit non-updated shared data d=0 together with the synchronization request signal WP.
無線機2は他の無線機にd=0を含んだ他の無線機からのSIG1、SIG3、またはSIG4でなく、更新したd=1を含んだSIG2を受信してもらうために、図1のスタートカウンターを使用するシステムでは同じくSIG2に含まれるスタートカウンターsの値を通常より大きくして、同期要求信号WPと共に送信している。In order for
即ち、通常は受信したsに対し、+1して他の無線機に送信するが、センサ入力やSW入力等の変化があり、各無線機での共有データに変更が生じたので、その旨を優先的に他の無線機に報知するために、SIG(SIG1~SIG4のいずれかの制御データまたは受信データをいう、以下同じ)受信後に、受信したSIGに含まれるsに対し、+1でなく、+2にして他の無線機に送信している。That is, normally the received s is incremented by +1 and transmitted to other radio devices, but since there has been a change in the sensor input, SW input, etc., resulting in a change in the shared data in each radio device, in order to notify the other radio devices of this change preferentially, after receiving a SIG (which refers to any of the control data or received data of SIG1 to SIG4, the same applies below), the s contained in the received SIG is incremented by +2 instead of +1 and transmitted to the other radio devices.
図2のタイムスタンプを使用するシステムでは、更新したd=1を含んだSIG2を受信してもらうために、同じくSIG2に含まれるタイムスタンプの値をより大きな値に更新して、同期要求信号WPと共に送信している。In a system using the timestamp of Figure 2, in order to have SIG2 containing the updated d = 1 received, the value of the timestamp also contained in SIG2 is updated to a larger value and transmitted together with the synchronization request signal WP.
即ち、通常は受信したtに対し、その値のまま他の無線機に送信するが、センサ入力やSW入力等の変化があり、各無線機での共有データに変更が生じたので、その旨を優先的に他の無線機に報知するために、前回のSIG受信時に受信したSIGに含まれるtに対し、そのままの値でなく、現時点でのタイムスタンプの値に更新して(前回受信したSIGに含まれるtの値をより大きな値に更新して)他の無線機に送信している。That is, normally, the received value of t is transmitted to other radio devices without any change, but since there has been a change in the sensor input, SW input, etc., and a change has occurred in the shared data of each radio device, in order to notify the other radio devices of this change preferentially, the value of t contained in the SIG received the previous time when the SIG was received is not left as it is, but is updated to the value of the current timestamp (the value of t contained in the previously received SIG is updated to a larger value) and transmitted to the other radio devices.
図1及び図2では無線機が送信モードのみを行う場合のインターバルをTM、無線機が送受信モード動作を行う場合のインターバルをRCVと表記している。In FIG. 1 and FIG. 2, an interval when the radio operates only in the transmit mode is denoted as TM, and an interval when the radio operates in the transmit/receive mode is denoted as RCV.
他の無線機からの同期要求信号WPと制御データまたは収集データSIGを受信するために、各無線機は第1の一定時間TM(=250ms)の整数倍(=5)のインターバルである第2の一定時間1250ms毎の期間に、例えば、RCV-α-B=50msだけ早く、低消費電力モードから通常動作モードに起き上がっている。In order to receive a synchronization request signal WP and control data or collection data SIG from other radio devices, each radio device wakes up from the low power consumption mode to the normal operation mode every second fixed time period of 1250 ms, which is an interval that is an integer multiple (=5) of the first fixed time period TM (=250 ms), for example, RCV-α-B = 50 ms earlier.
このRCV-α-Bは各無線機の送受信モード時の受信待ち及び受信動作(処理)時間に相当するが、図1及び図2では、例として、無線機1では“5”の期間、無線機2では“3”と“8”の期間、無線機3では“2”の期間と“7”の期間、無線機4では“1”の期間と“6”の期間にRCV-α-B=50msだけ早く、低消費電力モードから通常動作モードに起き上って受信待ちをしていることを示している。This RCV-α-B corresponds to the reception waiting and reception operation (processing) time in the transmit/receive mode of each radio device, and in Figures 1 and 2, as an example, it is shown that
この受信待ちをしている期間で、他の無線機から同期要求信号WPと制御データまたは収集データSIGを受信し、受理する(各無線機の共有データを受理する)と、もうその後に続く他の無線機からの同期要求信号WPと制御データまたは収集データは受信しないように制御されている。During this waiting period, when a synchronization request signal WP and control data or collection data SIG are received and accepted from another radio device (the shared data of each radio device is accepted), the radio device is controlled so that it does not receive any subsequent synchronization request signals WP and control data or collection data from the other radio devices.
受理するためには、図1のスタートカウンター使用の場合は、受信したスタートカウンター>=自己保有のスタートカウンター、図2のタイムスタンプ使用の場合は受信したタイムスタンプ>=自己保有のタイムスタンプである必要がある。In order to be accepted, when using the start counter in FIG. 1, the received start counter must be greater than or equal to the self-owned start counter, and when using the timestamp in FIG. 2, the received timestamp must be greater than or equal to the self-owned timestamp.
図1及び図2では無線機2からの更新されたSIGに含まれるdもd=1に更新されている。d=1は“2”の期間で、無線機3に通知され、無線機3が受信処理を行って無線機3から送信されるSIGに含まれるdもd=1に更新されている。1 and 2, d included in the updated SIG from
無線機2からの更新されたSIGに含まれるd=1は“5”の期間で、無線機1に通知され、無線機1が受信処理を行って、その結果、無線機1から送信されるSIGに含まれるdもd=1に更新されている。The d=1 included in the updated SIG from
無線機3から更新されたSIGに含まれるd=1は“6”の期間で、無線機4に通知され、無線機4が受信処理を行って無線機4から送信されるSIGに含まれるdもd=1に更新されている。The d=1 included in the SIG updated by
このようにして、無線機2で更新されたSIGに含まれるd=1は他の無線機1、無線機3、無線機4に送信、各無線機で受信処理され、全ての無線機で共有される。In this way, d=1 included in the SIG updated by
また、図1及び図2には、このSIGに含まれるdの送受信動作に関する動作例を示しており、以下に説明する。1 and 2 show an example of the operation of transmitting and receiving d included in this SIG, which will be described below.
これまで、各無線機はSIGに含まれるd=0のデータを送信していたが、<1>で無線機2が当該無線機に接続されるセンサ入力等により、保持するdのデータをd=0からd=1に更新したため、直後のdのデータ送信時には当該データをWPと共に送信したことを示している。Up until now, each radio device had been transmitting data of d=0 included in SIG, but in <1>,
<2>は無線機3が無線機2から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=0よりd=1が最新のデータと認識しているので、d=0でなく、d=1のデータをWPと共に無線機2と無線機4に送信したことを示している。<2> indicates that
<3>は無線機2が無線機1から、d=0のデータを受信し、無線機3から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=0よりd=1が最新のデータと認識しているので、d=0でなく、d=1のデータをWPと共に無線機1と無線機3に送信したことを示している。<3> indicates that
<4>は無線機1が無線機2から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=0よりd=1が最新のデータと認識しているので、d=0でなく、d=1のデータをWPと共に無線機2とに送信したことを示している。<4> indicates that
<5>は無線機4が無線機3から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=0よりd=1が最新のデータと認識しているので、d=0でなく、d=1のデータをWPと共に無線機3に送信したことを示している。<5> indicates that
<6>は無線機3が無線機2から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=1が最新のデータと認識しているので、d=1のデータをWPと共に無線機2と無線機4に送信したことを示している。<6> indicates that
<7>は無線機2が無線機3から、d=1のデータを受信したが、dのデータと共に送受信されるスタートカウンターの値またはタイムスタンプにより、d=1が最新のデータと認識しているので、d=1のデータをWPと共に無線機1と無線機3に送信したことを示している。<7> indicates that
図3は本発明における複数の無線機から成る無線通信同期システムにおいて、複数の無線機間での送受信の遷移例を示したものである。FIG. 3 shows an example of transition of transmission and reception between a plurality of wireless devices in a wireless communication synchronous system according to the present invention.
本発明においては複数の無線機間で送受信を行う際に、送受信する相手が固定されない仕組みを有している。本実施例ではその仕組みは次の2つの方法によって実現している。In the present invention, when transmitting and receiving between a plurality of wireless devices, a mechanism is provided that does not fix the transmitting and receiving parties. In this embodiment, this mechanism is realized by the following two methods.
▲1▼
本システムは第1の一定時間毎に、他の無線機あてに同期要求信号WPと制御データまたは収集データSIGを送信し、他の無線機は前記特定の無線機からの前記第1の一定時間の整数倍のインターバルである第2の一定時間毎に、その同期要求信号WPを受信することにより、定期的に前記特定の無線機との間の同期を確立するシステムであるが、前記第1の一定時間毎に同期要求信号WPと制御データまたは収集データSIGを送信する時刻(WP送信タイミング時刻と呼ぶ)を送信するタイミング毎にランダムに少しずらしている。 ▲1▼
This system transmits a synchronization request signal WP and control data or collection data SIG to other radio devices at a first fixed time interval, and the other radio devices receive the synchronization request signal WP from the specific radio device at a second fixed time interval which is an interval that is an integer multiple of the first fixed time interval, thereby periodically establishing synchronization with the specific radio device. However, the time at which the synchronization request signal WP and control data or collection data SIG are transmitted at the first fixed time interval (called the WP transmission timing time) is slightly shifted randomly for each transmission timing.
ずらす時間は同期要求信号WPと制御データまたは収集データSIGの送信に要する時間をAmsとした時、(Ams+αms(バラツキを考慮した余裕分))×乱数値(整数値 例えば0、1、2のいずれかの値、ランダムに決まる)である。When the time required to transmit the synchronization request signal WP and the control data or collection data SIG is Ams, the shift time is (Ams + αms (a margin to account for variation)) x random number value (an integer value, for example, one of 0, 1, or 2, determined randomly).
▲2▼
また、各無線機でデータ(SIG内に含まれるデータで各無線機で共有されることが予定されているデータ、以下同じ)の更新があった場合はその旨を他の無線機に速やかに報知するため、例えば図1のスタートカウンターに基づく制御方法を使用する場合の具体的な制御手順は以下の通りである。 ▲2▼
Furthermore, when data (data included in SIG that is intended to be shared among the radio devices; the same applies below) is updated in each radio device, the radio device promptly notifies the other radio devices of this fact. For example, the specific control procedure when using the control method based on the start counter in FIG. 1 is as follows.
通常の場合は、各無線機は受信したスタートカウンターをベースにして、送信のタイミング毎にカウントアップ動作を行い、受信したスタートカウンターの値に+1にアップした値で自己値を更新すると共にその値を他の無線機に送信しているが、自己の無線機でデータの更新があった場合は送信直前に受信したスタートカウンターの値に+2にアップした値で自己値を更新すると共に、その値を他の無線機に送信している。すなわち、自己の無線機でデータの更新があった場合は通常の場合より大きな値を送信していることになる。Normally, each wireless device counts up at each transmission based on the received start counter, updates its own value by incrementing the received start counter value by +1, and transmits this value to other wireless devices, but when data is updated in the wireless device itself, it updates its own value by incrementing the start counter value received just before transmission by +2, and transmits this value to other wireless devices. In other words, when data is updated in the wireless device itself, it transmits a value larger than normal.
各無線機は同期要求信号WPとデータSIGに含まれるスタートカウンターの値が以下を満たせばSIGを受理し、送信されてきた同期要求信号のタイミングに同期を合わす動作を行う。
受信したスタートカウンターの値>=自己の保有するスタートカウンター値 If the start counter value included in the synchronization request signal WP and data SIG satisfies the following, each wireless device accepts the SIG and performs an operation to synchronize with the timing of the transmitted synchronization request signal.
Received start counter value >= own start counter value
このようにすることにより、複数の無線機からなる無線通信同期システムを設置した場合、後から電源が立ち上がって動作を開始した無線機は、先に動作を開始した無線機に同期を合わせる動作を行うので、その結果、全無線機の同期が合い、データが共有されるようになる。By doing this, when a wireless communication synchronization system consisting of multiple wireless devices is installed, the wireless device that is powered up and starts operating later will synchronize with the wireless device that started operating earlier, resulting in all the wireless devices being synchronized and data being shared.
このように一般では、スタートカウンターの値は受信した値に対して、自己値を受信値+1または+2に更新して、また、その更新した値を他の無線機に送信するが、前述したように何らかの原因で予期せぬグループ分けが生じて、それぞれのグループ内では同期が合い、データが共有されるが、グループ間で見たときは、同期が合わず、またデータが共有されない状態が生じることがある。Generally, the value of the start counter is updated to the received value +1 or +2, and this updated value is then transmitted to other radio devices. However, as mentioned above, unexpected groupings may occur for some reason, and while synchronization is achieved and data is shared within each group, synchronization may not be achieved between groups, and data may not be shared between groups.
グループが分かれてしまって、それぞれのグループ内で同期が確立してしまった場合は、この状態は各無線機の電源の再投入以外では解除されない。If the groups are separated and synchronization is established within each group, this state cannot be released except by turning the power of each radio unit off and on again.
この対策として、自己の無線機でデータの更新がない場合は、乱数を発生させ、その乱数値によっては、スタートカウンターの値は受信した値に対して、自己値を受信値+1に更新するのではなく、受信値-1に更新するようにする。As a countermeasure to this, if there is no data update in the own radio, a random number is generated, and depending on the random number value, the value of the start counter is updated to the received value -1, rather than updating the own value to the received value +1.
例えば-1、0、1、2、3の乱数を発生させ、乱数値が-1の時は受信値-1に更新し、それ以外の時は受信値+1に更新する。For example, random numbers -1, 0, 1, 2, and 3 are generated, and when the random number value is -1, the received value is updated to -1, and otherwise the received value is updated to +1.
自己値が受信値-1に更新された場合はその受信値-1をベースにカウントアップされた値が他の無線機に送信されるので、グループ内の他の無線機にとっては、スタートカウンターについて自己の保有する値に比べ、小さな値が送信されてくることになり、そのためその小さな値を送信してきた無線機からの同期要求信号WPとデータSIGを受理できず、グループ外の他の無線機から送信されてくる同期要求信号WPとデータSIGを受信する機会ができる。When the self-value is updated to the received value -1, a value counted up based on that received value -1 is transmitted to the other radio devices. Therefore, for the other radio devices in the group, a smaller value for the start counter is transmitted compared to the value they possess. As a result, they are unable to accept the synchronization request signal WP and data SIG from the radio device that transmitted the smaller value, and have an opportunity to receive the synchronization request signal WP and data SIG transmitted from another radio device outside the group.
このようにして、グループ外の他の無線機から送信される同期要求信号WPとデータSIGを受信、受理することによって、グループ分けが解除され、無線通信同期システム内の全無線機で同期が合い、データが共有される状態に復帰させることができる。In this way, by receiving and accepting a synchronization request signal WP and data SIG transmitted from another radio device outside the group, the grouping is released, and all radio devices within the wireless communication synchronization system are synchronized, allowing the system to return to a state in which data is shared.
▲3▼
また、各無線機でデータの更新があった場合はその旨を他の無線機に速やかに報知するための図2のタイムスタンプに基づく制御方法を使用する場合の具体的な制御手順は以下の通りである。 ▲3▼
When data is updated in each wireless device, the specific control procedure for using the control method based on the time stamp in FIG. 2 for promptly notifying other wireless devices of the update is as follows.
通常の場合は、各無線機は受信したタイムスタンプをベースにして、受信したタイムスタンプの値で自己値を更新すると共にその値を他の無線機に送信しているが、自己の無線機でデータの更新があった場合はその時点のタイムスタンプの値で自己値を更新すると共に、その値を他の無線機に送信している。Normally, each radio device updates its own value with the value of the received timestamp based on the received timestamp and transmits that value to the other radio devices, but when data is updated in the radio device itself, it updates its own value with the value of the timestamp at that time and transmits that value to the other radio devices.
各無線機は同期要求信号WPとデータSIGに含まれるタイムスタンプの値が以下を満たせばSIGを受理し、送信されてきた同期要求信号のタイミングに同期を合わす動作を行う。
受信したタイムスタンプの値>=自己の保有するタイムスタンプの値 If the values of the time stamps included in the synchronization request signal WP and data SIG satisfy the following, each wireless device accepts the SIG and performs an operation to synchronize with the timing of the transmitted synchronization request signal.
Received timestamp value >= own timestamp value
このようにすることにより、複数の無線機からなる無線通信同期システムを設置した場合、後から電源が立ち上がって動作を開始した無線機は、先に動作を開始した無線機に同期を合わせる動作を行うので、その結果、全無線機の同期が合い、データが共有されるようになる。By doing this, when a wireless communication synchronization system consisting of multiple wireless devices is installed, the wireless device that is powered up and starts operating later will synchronize with the wireless device that started operating earlier, resulting in all the wireless devices being synchronized and data being shared.
電源が立ち上がって動作を開始した直後はタイムスタンプの値は0であるが、いずれかの無線機でデータが更新されるとその無線機のタイムスタンプは0以外の値となり、他の無線機はそのデータが更新された無線機に同期が合い、データが共有されるように動作する。Immediately after the power is turned on and operation begins, the value of the timestamp is 0, but when data is updated in any of the radios, the timestamp of that radio becomes a value other than 0, and the other radios synchronize with the radio whose data has been updated and operate so as to share the data.
このように一般では、タイムスタンプの値は受信した値に対して、自己値を受信値に更新して、また、その更新した値を他の無線機に送信するが、前述したように何らかの原因で予期せぬグループ分けが生じて、それぞれのグループ内では同期が合い、データが共有されるが、グループ間で見たとき、同期が合わず、またデータが共有されない状態が生じることがある。グループが分かれてしまって、それぞれのグループ内で同期が確立してしまった場合は、この状態は各無線機の電源の再投入以外では解除されない。Generally, the value of the timestamp is updated to the received value, and the updated value is then sent to other wireless devices, but as mentioned above, unexpected groupings may occur for some reason, and although synchronization is achieved and data is shared within each group, synchronization may not be achieved between groups, and data may not be shared between groups. If the groups are separated and synchronization is established within each group, this state cannot be released unless the power of each wireless device is turned on again.
この対策として、自己の無線機でデータの更新がない場合は、乱数を発生させ、その乱数値をみて、タイムスタンプの値は受信した値に対して、自己値を受信値に更新するのではなく、受信値-1に更新するようにする。As a countermeasure to this, if there is no data update in the own radio, a random number is generated, and the random number value is checked, and the timestamp value is updated to the received value - 1, rather than updating the own value to the received value.
例えば-1、0、1、2、3の乱数を発生させ、乱数値が-1の時は受信値-1に更新し、それ以外の時は受信値に更新する。自己値が受信値-1に更新された場合はその受信値-1の値が他の無線機に送信されるので、グループ内の他の無線機にとっては、タイムスタンプについて自己の保有する値に比べ、小さな値が送信されてくることになり、そのためその小さな値を送信してきた無線機からの同期要求信号WPとデータSIGを受理できず、グループ外の他の無線機から送信されてくる同期要求信号WPとデータSIGを受信する機会ができる。For example, a random number of -1, 0, 1, 2, or 3 is generated, and when the random number value is -1, it is updated to the received value -1, and otherwise it is updated to the received value. When the self-value is updated to the received value -1, the received value -1 is transmitted to the other wireless devices, so that the other wireless devices in the group will see a smaller value transmitted for the timestamp compared to the value they possess, and therefore will not be able to accept the synchronization request signal WP and data SIG from the wireless device that transmitted the smaller value, and will have an opportunity to receive the synchronization request signal WP and data SIG transmitted from another wireless device outside the group.
このようにして、グループ外の他の無線機から送信される同期要求信号WPとデータSIGを受信、受理することによって、グループ分けが解除され、無線通信同期システム内の全無線機で同期が合い、データが共有される状態に復帰させることができる。In this way, by receiving and accepting a synchronization request signal WP and data SIG transmitted from another radio device outside the group, the grouping is released, and all radio devices within the wireless communication synchronization system are synchronized, allowing the system to return to a state in which data is shared.
図3と図4は図1のスタートカウンターを使用した制御方法に基づき、各無線機がどの無線機からWP+SIGを受信したかその遷移を具体的に表した例である。前述したようにスタートカウンターは他の無線機に向けてWP+SIGを送信する毎にカウントアップするが、このカウントアップ動作は無線通信同期システム内の全無線機で共通の動作で、全無線機で同期してカウントアップされるため、この図3と図4ではWP+SIGの送信毎のカウントアップは省略している。Figures 3 and 4 are examples showing the specific transition of which radio device each received WP+SIG from, based on the control method using the start counter in Figure 1. As mentioned above, the start counter counts up every time a WP+SIG is transmitted to another radio device, but this count-up operation is common to all radio devices in the wireless communication synchronous system and all radio devices count up synchronously, so in Figures 3 and 4, the count-up for each WP+SIG transmission is omitted.
各無線機がスタートカウンターをWP+SIGの送信毎にカウントアップするのは、後から立ち上がった無線機が先に立ち上がっている無線機に同期を合わすためのものであり、いったんシステム内の全無線機で同期がとれ、データが共有されると、システム内全無線機でスタートカウンターの値は同一となる。The reason why each radio device counts up the start counter each time it transmits WP+SIG is so that the radio device that started up later can synchronize with the radio device that started up earlier. Once all radio devices in the system are synchronized and data is shared, the start counter values of all radio devices in the system will be the same.
(a)の時刻で無線機1は無線機2からWP+SIGを受信(受理)、無線機2は無線機3からWP+SIGを受信(受理)、無線機3は無線機2からWP+SIGを受信(受理)、無線機4は無線機3からWP+SIGを受信(受理)、無線機5は無線機4からWP+SIGを受信(受理)、無線機6は無線機4からWP+SIGを受信(受理)したことを示している。This shows that at the time (a),
この時、スタートカウンターの値に関しては、全ての無線機が他の無線機からスタートカウンター=9の値を受けて自己値及び次に他の無線機に送信する値をスタートカウンター=10に更新している。各無線機の共有データの値は0である。At this time, with regard to the start counter value, all wireless devices receive a value of 9 from the other wireless devices and update their own value and the value to be transmitted to the other wireless devices next to the start counter value of 10. The shared data value of each wireless device is 0.
(a)より時刻が進んだ(b)の時刻では無線機3から送信される同期要求信号WPとデータSIGの送信時刻(前述のWP送信タイミング時刻)がランダムに変化したことにより、無線機2は無線機3でなく、無線機6よりWP+SIGを受信(受理)するように変わったことを示している。At the time (b), which is later than (a), the transmission times of the synchronization request signal WP and data SIG (the WP transmission timing time described above) sent from
この時のスタートカウンターの自己値及び次に他の無線機へ送信する値は全ての無線機が他の無線機からスタートカウンター=19の値を受けて自己値及び次に他の無線機に送信する値をスタートカウンター=20に更新している。各無線機の共有データの値は更新されていないので共有データ=0のまま維持されている。At this time, all wireless devices receive the start counter value of 19 from the other wireless devices, updating their own values and the values to be transmitted next to other wireless devices to start counter = 20. The shared data value of each wireless device has not been updated, so shared data = 0 is maintained.
(b)~(c)の期間に無線機3の自己データが0→1に更新されたので、(c)の時刻では、無線機3は無線機2から前回受信時のスタートカウンター=20の値を受けて、スタートカウンターの自己値及び他の無線機への送信値を22としている。During the period from (b) to (c), the self-data of
無線機3以外は他の無線機からスタートカウンター=20の値を受けてスタートカウンターの自己値及び他の無線機への送信値を21としている。また、(c)の時刻では無線機3以外の各無線機が保有する共有データの値は0のままである。All wireless devices other than
その後、時刻が進んで(d)の時刻では無線機3から無線機4へ共有データ=1をもつSIGがすでに送信されており、無線機3と無線機4のスタートカウンター=23、共有データ=1となる。Then, as time progresses, at time (d), a SIG with shared data=1 has already been transmitted from
同様に無線機4から無線機5と無線機6へ、その後無線機6から無線機2へ、また、その後無線機2から無線機1へと順次、共有データ=1をもつSIGが送信されることにより、(d)、(e)、(f)、(g)の各時刻では各無線機が保有するスタートカウンターと共有データは図3と図4に示す遷移によって、最終的に各無線機が保有する共有データは共有データ=1となり、各無線機間で一致する。Similarly, a SIG with shared data = 1 is transmitted from
次に、本無線通信同期システムにおいて、予期せぬグループ分けの状態が生じた場合のことを考えてみる。(h)の時刻において、無線機1、無線機2、無線機3と無線機6によるグループと無線機4と無線機5によるグループが生じており、前者の各無線機は(h)の時刻においてスタートカウンター=35、共有データ=2を保有しており、後者の各無線機はスタートカウンター=33、共有データ=1を保有している。Next, consider a case where an unexpected grouping state occurs in this wireless communication synchronous system. At time (h), a group consisting of
両者間で同期要求信号WPとデータSIGの送受信が行われないため、両者間でスタートカウンターと共有データの値は異なったままであり、どちらかに合わせることもできない。Since no synchronization request signal WP or data SIG is transmitted or received between the two, the start counter and shared data values remain different between the two and cannot be matched to each other.
そこで、本発明においては、グループ分けの状態が生じないように、また、グループ分けの状態が生じても、すみやかにかにグループ分けの状態が解除されて、一つのグループとしてまとまるように、乱数等を利用して、送受信の相手が固定されない仕組みを設けている。Therefore, in the present invention, a mechanism is provided in which a sending and receiving party is not fixed by using random numbers or the like so that a grouping state does not occur, and even if a grouping state does occur, the grouping state is quickly released and the devices are consolidated into one group.
すなわち、自己の無線機でデータの更新がない場合は、乱数を発生させ、その乱数値をみて、スタートカウンターの値は受信した値に対して、自己値を受信値+1に更新する場合のみだけでなく、受信値-1に更新する場合もでてくるようにする。(図3の(i)の時刻において無線機4は無線機5に比べスタートカウンターの値が-1だけ小さく更新されている。)そして、その受信値-1に更新したスタートカウンターの値を他の無線機に対して送信する。That is, if there is no data update in the own wireless device, a random number is generated, and the random number value is checked so that the start counter value is updated not only to the received value +1, but also to the received value -1. (At time (i) in FIG. 3, the start counter value of
この送信されてきたスタートカウンターの値は他の無線機にとっては自己の保有するスタートカウンターの値より小さいため、受信値-1を送信してきた無線機からの同期要求信号WPとデータSIGは受理できず、受信値-1を送信した無線機以外の無線機からの同期要求信号とデータを受信せざるを得なくなる。(図3の(j)の時刻においては、無線機5はグループ外の無線機1からの同期要求信号WPとデータSIGを受信して、無線機5と無線機4のスタートカウンターと共有データが一致している。)Since the transmitted start counter value is smaller than the start counter value possessed by the other wireless devices, they cannot accept the synchronization request signal WP and data SIG from the wireless device that transmitted the received value -1, and are forced to receive a synchronization request signal and data from a wireless device other than the wireless device that transmitted the received value -1. (At time (j) in FIG. 3,
グループ分けが生じた時に、この受信値-1を送信した無線機以外の無線機が、自分のグループ外にあれば、グループ外の無線機と同期確立とデータ共有を行うことになり、グループ分けは自然に解消される。図3の(k)の状態においてはグループ分けの状態は解消されて、システム内の各無線機が保有する共有データは各無線機間で一致している。When grouping occurs, if there is a wireless device outside its own group other than the wireless device that transmitted the received value -1, the wireless device will establish synchronization and share data with the wireless device outside the group, and the grouping will naturally be dissolved. In the state of (k) in Figure 3, the grouping state is dissolved, and the shared data held by each wireless device in the system is consistent between each wireless device.
また、システム内の共有データのことだけでなく、システム内の同期についても、(h)の状態では2つのグループに分かれて、それぞれのグループ内の各無線機間では同期が取れているが、両者のグループ間では同期が取れていなかったものが、(k)の状態では、システム内の全無線機間で同期が取れている。In addition to the shared data within the system, the system is also synchronized within the system. In state (h), the system is divided into two groups, and each wireless device in each group is synchronized, but there is no synchronization between the two groups. In state (k), however, all wireless devices in the system are synchronized.
図5は本発明における複数の無線機から成る無線通信同期システムブロック図である。
無線機1~無線機6はお互いに同期要求信号WPとデータSIGの送受信を行うことによって、システム内全無線機間で同期がとれ、同一のデータを共有している。本システム内の各無線機間は送受信のタイミングの同期がとれているので、送信時だけでなく、受信時においても間欠動作が可能となり、各無線機は低消費電力を実現している。 FIG. 5 is a block diagram of a wireless communication synchronization system comprising a plurality of wireless devices according to the present invention.
間欠動作とは通常はスリープ状態にあり、ほとんど電力を消費せず、必要時のみスリープ状態からウェイクアップして動作するというものである。例えば、本システム内の無線機による送信動作では1周期250msのうち、動作時間=1ms、スリープ時間=249msである。Intermittent operation is a state in which the device is usually in a sleep state, consuming almost no power, and waking up from the sleep state to operate only when necessary. For example, in the case of a transmission operation by a radio device in this system, one cycle is 250 ms, with the operation time being 1 ms and the sleep time being 249 ms.
また、無線機6 60は図5におけるシステムではシステム全体として取得した制御データまたは収集データを記録、保存するために、UART(UART TXD 71とUART RXD 72)にて外部のデータ記録装置70に接続している。In addition, in the system shown in FIG. 5, the
無線機6 60は外部のデータ記録装置70から電源供給を受けるので、低消費電力であることを必要としない。ここでデータ記録装置70とは、例えば、UART-USB変換回路とPC(パーソナルコンピューター)を組み合わせたもので、UART-USB変換回路で無線機6 60から出力されるUART形式のデータをUSB形式のデータに変換した後、PCに入力して、PCの記録装置に記録、保存する機能をもつものである。The
無線機1 10、無線機2 20、無線機3 30、無線子機4 40、無線機5 50、と無線機6 60間の通信を2.4GHzの周波数帯で行っている。各無線機は、UART入出力を行って外部記録装置にデータを出力する無線機6を除いて、全てボタン電池で駆動する。無線機6は外部記録装置70より電源供給を受ける。Communications between
上記で各無線機間の通信を2.4GHzの周波数帯で行っていると述べたが、2.4GHz以外の他の周波数帯でもよい。また、図5のシステムにおいて、各無線機間で通信を行う周波数とアドレスは同一(例えば、周波数は2450MHz)である。近くに本発明と同一のシステムが存在して、そのシステムとの間で混信の可能性が出る場合は、システム毎に、周波数、またはアドレスを変えて対応可能である。Although it has been described above that the communication between each wireless device is performed in the 2.4 GHz frequency band, other frequency bands other than 2.4 GHz may be used. Also, in the system of Fig. 5, the frequency and address for communication between each wireless device are the same (for example, the frequency is 2450 MHz). If a system identical to the present invention exists nearby and there is a possibility of interference with that system, it is possible to deal with this by changing the frequency or address for each system.
無線機1 10はボタン電池11より約3Vの電源が供給され、この電源で、CPU14と無線送受信回路16が動作する。CPU14は高速クロック発振器12(16MHz)と低速クロック発振器13(32.768kHz)の2つの発振器をもち、2つの基準クロックで動作する。The
高速クロック発振器12は、CPU14のプログラムの動作クロック及び無線信号2.4GHzの基準クロックとして高速クロック16MHzを生成する。無線信号の2.4GHzは高速クロック16MHzをPLLにより逓倍して生成される。The high-
低速クロック発振器13は低速クロック32.768kHzを生成し、CPU14の通常動作モードにおける各種基準タイマーとスリープモードにおいてもカウントアップ動作を続け、スリープモードからウェイクアップして通常動作モードへ起き上がるためのタイマーとして使用される。The low-
無線機110の通常の動作状態においては、CPU14の高速クロック16MHzと低速クロック32.768kHzは共に動作している。
スリープモードにおいては、CPU14の高速クロック16MHzは停止し、したがってCPU14のプログラムの動作も停止し、低消費電力の状態になる。 In the normal operating state of the radio device 110, both the high-
In the sleep mode, the high-
スリープモードにおいても低速クロック32.768kHzによるタイマーカウント動作を継続しており、スリープモードに入った後、この低速クロック32.768kHzに基づいた一定時間経過後、CPU14はスリープモードから起き上がって、通常動作モードに移行し、プログラムの動作を再開する。Even in the sleep mode, the timer count operation continues based on the low-speed clock of 32.768 kHz. After entering the sleep mode, after a certain period of time based on this low-speed clock of 32.768 kHz has elapsed, the
無線機1 10のCPU14は無線データ信号を他の無線機あてに送信後、直ちにスリープモードに入るが、スリープモードに入った後、スリープモードから起き上がる周期は250msである。After transmitting a wireless data signal to another wireless device, the
無線機1 10、無線機2 20、無線機3 30、無線機4 40、無線機5 50、無線機6 60の各無線機は他の無線機に向けて、同期要求信号WPとデータSIGを送信するが、各無線機が他の無線機から同期要求信号WPとデータSIGを受信する相手はあらかじめ決められるものでなく、各無線機で生成される乱数等により、それぞれ異なる送受信タイミングが発生し、これらのタイミングにより、偶然的に決められる。すなわち、各無線機が他の無線機から同期要求信号WPとデータSIGを送受信する相手は固定されない仕組みを有する。Each of the radio devices,
無線機1 10のSW15はCPU14への入力を意味するものであり、SW自体は1極に限らず何極かのSWであってもよい。また、メカニカルなSWでなくても、何らかの情報をCPU14に報知するという意味で、温度等のアナログ的なセンサー入力であってもよい。The
CPU14はアナログ的なセンサー入力に対しても、CPU内部のA/D変換機能を使ってデジタル情報として取り込むことができる。他の無線機2~無線機5のSW25、SW35、SW45、SW55も同様である。The
また、無線機1 LED17はCPU14での処理結果としての出力を意味するものであり、LEDに限らずブザーでもよいし、また、外部への出力でもよい。他の無線機2~無線機6のLED27、LED37、LED47、LED57、LED67も同様である。Also, the
SW15~SW55とLED17~LED67による制御の例としては、SW15~SW55の入力値に応じて、LED17~LED67をON/OFFさせた時のそのデューティ比やその周期を変更することが考えられる。As an example of control using SW15 to SW55 and LED17 to LED67, it is conceivable to change the duty ratio and cycle when LED17 to LED67 are turned ON/OFF according to the input values of SW15 to SW55.
例えば、SW15~SW55のいずれかに、例えばSW15にアクティブな入力があると、その値に応じて、LED17~LED67の全てのLEDをON/OFFする周期が変わり、それらのLEDは同期要求信号WPにより、全て同期してON(点灯)/OFF(消灯)する。For example, when there is an active input to any of SW15 to SW55, for example SW15, the cycle for turning on/off all of LEDs LED17 to LED67 changes according to that value, and all of those LEDs are turned on (lit)/off (exiled) in synchronization with a synchronization request signal WP.
また、そのSW15の入力が非アクティブになり、SW25に別のアクティブな入力があり、その値が最初にSW15に入力された値と異なれば、LED17~LED67のLEDのON/OFF周期もまた変わるというような制御例が考えられる。Another possible control example is that if the input to SW15 becomes inactive, and there is another active input to SW25, the value of which differs from the value initially input to SW15, the ON/OFF cycle of the LEDs LED17 to LED67 will also change.
SW15~SW55のアクティブな入力の値とLED17~LED67のLEDのON/OFF周期については、同期要求信号WPと同時の送受信されるデータSIGによって、無線機1~無線機6の間で共有される。The active input values of SW15 to SW55 and the ON/OFF cycles of LED17 to LED67 are shared among
LED17~LED67を各無線機から外部への出力として制御することもできる。例えば、屋外のお互いにいくらか距離の離れた複数の建屋等構造物に発光体を設置し、その発光体の点灯を同期してON/OFFさせて、イルミネーションを作ることも可能である。It is also possible to control the
無線機1~無線機6の各無線機は他の無線機あてに、同期要求信号WPとデータSIGを送信するが、各無線機が他のどの無線機から、同期要求信号WPとデータSIGを受信するかは不定であり、固定化されていない。Each of
時々刻々と同期要求信号WPとデータSIGを受信する相手は変化する。図5はある時刻における、各無線機が同期要求信号WPとデータSIGを受信する相手を示している。The receivers of the synchronization request signal WP and the data SIG change from moment to moment. Fig. 5 shows the receivers of the synchronization request signal WP and the data SIG from each wireless device at a certain time.
無線機1は無線機2からWP+SIG2 101を受信、無線機2は無線機3からWP+SIG3 103、無線機3は無線機2からWP+SIG2 102を受信している。無線機1と無線機3は同じ無線機2からWP+SIG2を受信しているが、無線機2からWP+SIG2を送信する時刻が異なっているのが一般的であり、無線機1と無線機3が受信するWP+SIG2 101とWP+SIG2 102は送信時刻が異なり、別物である。
無線機4は無線機3からWP+SIG3 104を受信し、無線機5は無線機4からWP+SIG4 106を受信している。無線機6は無線機4からWP+SIG4 105を受信し、そのSIG4の内容を外部のデータ記録装置70に記録している。
図6は本発明における無線通信同期システムにおける各無線機のCPUの動作フローである。各無線機は電源が投入されて、各無線機のCPUがリセットされて動作開始すると、まず、連続受信状態に入り、他の無線機からの同期要求信号WPの受信を待つ。6 shows the operation flow of the CPU of each wireless device in the wireless communication synchronous system of the present invention. When the power of each wireless device is turned on and the CPU of each wireless device is reset and starts operation, the wireless device first enters a continuous reception state and waits for reception of a synchronization request signal WP from another wireless device.
RTCインターバルタイマーは250msのインターバルタイマーであり、図1及び図2の無線機が送信動作のみを行う場合のインターバルTMに相当する。このインターバルで各無線機は同期要求信号WPとデータSIGの送信を行う。The RTC interval timer is an interval timer of 250 ms, and corresponds to the interval TM when the radio equipment in Figures 1 and 2 performs only transmission operations. During this interval, each radio equipment transmits a synchronization request signal WP and data SIG.
本RTCインターバルタイマーのタイムアップ毎に(TM経過毎に)、RTCカウンターはカウントアップする。RTCカウンターはリセット直後0であり、また、そのカウント値が120になる毎に(250ms×120=30秒毎に)、0クリアされる。The RTC counter counts up every time the RTC interval timer expires (every time TM elapses). The RTC counter is set to 0 immediately after being reset, and is cleared to 0 every time the count value reaches 120 (every 250 ms x 120 = 30 seconds).
無線機が連続受信状態でWPを待つのはRTCカウンター<=20(250ms×20=5秒)までの時間で、その時間にWPを受信できなければ、自らがTM経過毎に、WPの送信を開始する。The radio waits for the WP in continuous reception mode until the RTC counter is <= 20 (250 ms x 20 = 5 seconds), and if the WP is not received within that time, it starts transmitting the WP itself every time the TM elapses.
無線機はRTCカウンター=120以外の場合は、WPを送信後、スリープ状態に入り、TM経過後スリープ状態からウェイクアップして動作状態に移行し、再度WPを送信して、また、スリープ状態に入るという動作を繰り返す。If the RTC counter is not equal to 120, the wireless device will transmit the WP, then enter a sleep state, and after the TM has elapsed, will wake up from the sleep state and enter an operating state, then transmit the WP again, and repeat the process of entering the sleep state again.
RTCカウンター=120になれば、(RTCカウンター=0にクリアして)、WPを受信する。各無線機がWPを受信する動作を行うのはRTCカウンター=120の場合のみであり、すなわち、250msインターバルでスリープ→ウェイクアップを繰り返し、30秒毎に1回のウェイクアップのタイミングでWP+SIGの受信動作を行い、他のウェイクアップのタイミングではWP+SIGの送信動作のみ行っている。When the RTC counter reaches 120 (by clearing the RTC counter to 0), the WP is received. Each wireless device receives the WP only when the RTC counter reaches 120, which means that the device repeats sleep->wake-up at 250 ms intervals, receiving WP+SIG at the wake-up timing once every 30 seconds, and only transmitting WP+SIG at the other wake-up timings.
RTCカウンター=120になり、WPを受信した場合は、そのWPに続くSIGの内容をチェックする。SIGの内容にはスタートカウンターと各無線機の共有データが含まれている。スタートカウンターはCPUリセット直後0であり、その後はカウント動作を続け、CPUリセットされるまで、0には戻らない。When the RTC counter reaches 120 and a WP is received, the contents of the SIG following the WP are checked. The contents of the SIG include a start counter and shared data for each radio. The start counter is 0 immediately after a CPU reset, and continues counting thereafter, not returning to 0 until the CPU is reset.
各無線機のスタートカウンターはRTCカウンターのカウントアップのタイミングでカウントアップすると共に、他の無線機からの受信したスタートカウンターの値を元に以下の様に更新する。また、その更新されたスタートカウンターの値を他の無線機へ送信する。The start counter of each wireless device counts up at the same time as the RTC counter counts up, and is updated as follows based on the start counter value received from the other wireless devices. The updated start counter value is also transmitted to the other wireless devices.
(1)リセット後または自己保有の共有データを更新した後は、一定時間(10分間)経過するまで
(a)自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値+2
(2)(1)以外の場合
乱数を発生させ、その乱数値により
(b)自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値+1
(c)自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値-1(1) After a reset or after updating the self-owned shared data, until a certain time (10 minutes) has elapsed, (a) the self start counter value = the received start counter value + 2
(2) In cases other than (1), a random number is generated, and (b) the own start counter value = the received start counter value + 1 is calculated based on the random number value.
(c) Own start counter value = received start counter value - 1
また、受信したスタートカウンターの値に対しては以下の場合のみ受理する
受信したスタートカウンター>=自己のスタートカウンターの値 In addition, the received start counter value is accepted only if: The received start counter is greater than or equal to the value of its own start counter.
受理しないと、同期要求信号WPによる同期合わせも行われないし、またデータSIGに含まれる共有データも受け付けられないので、自己の共有データの更新ができない。受理しない場合は、別の受信機からのWP+SIGの受信することになる。すなわち、別の受信機から受信する機会が得られたと解釈できる。If it is not accepted, synchronization by the synchronization request signal WP will not be performed, and the shared data included in the data SIG will not be accepted, so the own shared data cannot be updated. If it is not accepted, it will receive WP+SIG from another receiver. In other words, it can be interpreted as having an opportunity to receive from another receiver.
各無線機においては、スタートカウンターは先に立ち上がった方が、先にカウント動作を始めているので、カウント値が大きいため、後から立ち上がった無線機は自然と、先に立ち上がった無線機に同期を合わせるように動く。In each radio, the start counter of the radio that started up first starts counting first, so the count value is larger, and the radio that started up later will naturally try to synchronize with the radio that started up first.
ランダムに自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値-1にして、あえて、受信したスタートカウンター>=自己のスタートカウンターの値
を満足できないようしている。 The own start counter value is randomly set to the received start counter value -1, so that the received start counter value >= the own start counter value is never satisfied.
このようにするのは、無線通信同期システム内でグループ分けの状態が生じないように、また、グループ分けの状態が生じてもすみやかにその状態が解消されるように、グループ内でなくグループ外の別の受信機からも受信できるようにするためである。各無線機間で送信または受信する相手は固定しないようにする仕組みである。This is done to prevent grouping from occurring within the wireless communication synchronous system, and also to quickly resolve any grouping that may occur, so that signals can be received from other receivers outside the group rather than within the group. This is a mechanism that does not fix the transmitting or receiving party between each wireless device.
なお、図5のフローにおいて、WPウェイトタイマーの記載があり、WPを受信するタイミングになって、280ms経過しても、WPを受信できない時は、受信動作を打ち切り、送信動作を開始するというものである。In the flow of FIG. 5, a WP wait timer is described, and if the timing to receive the WP arrives and 280 ms has elapsed but the WP has not been received, the receiving operation is terminated and the transmitting operation is started.
WP受信のタイミングで、自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値-1に設定した無線機からのWPは受信できなくなるため、前回WPを受信した無線機が自己のスタートカウンター値=受信したスタートカウンター値-1に設定されれば、今回は同じ無線機からは受信できなくなるという状況になる。When a WP is received, a WP cannot be received from a radio that has set its own start counter value = received start counter value - 1. Therefore, if a radio that received a WP last time sets its own start counter value = received start counter value - 1, it will not be able to receive a WP from the same radio this time.
この時は、今回の受信タイミングでは、別の無線機からのWPを受信するか、または今回の受信タイミングでは受信できずに、次回の受信タイミングで再度受信動作を行うことになる。その結果、前回受信した無線機とは別の無線機からのWPを受信することになることもあるが、これははWPを受信できずに、受信動作を打ち切ったため、新ためて別の無線機との同期合わせのタイミングを作ることなったためである。In this case, the WP from another radio will be received at the current reception timing, or it cannot be received at the current reception timing and the reception operation will be performed again at the next reception timing. As a result, the WP may be received from a radio different from the one that was received last time. This is because the WP could not be received and the reception operation was terminated, so a new timing must be created to synchronize with the other radio.
10 無線機1
11 ボタン電池
12 高速クロック発振器(16MHz)
13 低速クロック発振器(32.768kHz)
14 CPU
15 SW(無線機1)
16 無線送受信回路
17 LED(無線機1)
20 無線機2
25 SW(無線機2)
27 LED(無線機2)
30 無線機3
35 SW(無線機3)
37 LED(無線機3)
40 無線機4
45 SW(無線機4)
47 LED(無線機4)
50 無線機5
55 SW(無線機5)
57 LED(無線機5)
60 無線機6
67 LED(無線機6)
70 データ記録装置
71 UART信号 TXD
72 UART信号 RXD
101 無線機2から無線機1への同期要求信号WP+SIG2
102 無線機2から無線機3への同期要求信号WP+SIG2
103 無線機3から無線機2への同期要求信号WP+SIG3
104 無線機3から無線機4への同期要求信号WP+SIG3
105 無線機4から無線機6への同期要求信号WP+SIG4
106 無線機4から無線機5への同期要求信号WP+SIG4
TM 無線機が送信モードのみを行う場合のインターバル
RCV 無線機が送受信モードを行う場合のインターバル
A 無線機の低消費電力モードの時間
(各インターバルで送信モードの動作を行う場合)
B 無線機の低消費電力モードの時間
(各インターバルで送受信モードの動作を行う場合)
WP ある無線機から他の無線機への同期要求信号
SIG1 無線機1から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
SIG2 無線機2から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
SIG3 無線機3から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
SIG4 無線機4から他の無線機への送信される制御データまたは収集データ
α 無線機の送信モードでの送信動作(処理)時間10
11
13 Low-speed clock oscillator (32.768 kHz)
14 CPU
15 SW (radio 1)
16 Radio transmission/
20
25 SW (radio 2)
27 LED (radio 2)
30
35 SW (radio 3)
37 LED (radio 3)
40
45 SW (radio 4)
47 LED (radio 4)
50
55 SW (radio 5)
57 LED (radio 5)
60
67 LED (radio 6)
70
72 UART signal RXD
101 Synchronization request signal WP+SIG2 from
102 Synchronization request signal WP+SIG2 from
103 Synchronization request signal WP+SIG3 from
104 Synchronization request signal WP+SIG3 from
105 Synchronization request signal WP+SIG4 from
106 Synchronization request signal WP+SIG4 from
TM Interval when the radio is in transmit mode only RCV Interval when the radio is in transmit/receive mode A Time when the radio is in low power consumption mode
(When operating in transmit mode at each interval)
B. Low power consumption mode time of the radio
(When operating in transmit/receive mode at each interval)
WP: Synchronization request signal SIG1 from one radio to another radio; Control data or collected data SIG2: Control data or collected data SIG3: Control data or collected data SIG4: Control data or collected data SIG5: Control data or collected data α: Transmission operation (processing) time in the transmission mode of the radio
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020128698A JP7510591B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Wireless communication synchronization system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020128698A JP7510591B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Wireless communication synchronization system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022013511A JP2022013511A (en) | 2022-01-18 |
| JP7510591B2 true JP7510591B2 (en) | 2024-07-04 |
Family
ID=80169845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020128698A Active JP7510591B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Wireless communication synchronization system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7510591B2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007052709A1 (en) | 2005-11-04 | 2007-05-10 | National University Corporation The University Of Electro-Communications | Time synchronization method, and communication apparatus and nodes used therein |
| JP2016518047A (en) | 2013-03-27 | 2016-06-20 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | System and method for synchronization within a neighbor aware network |
| JP2018038023A (en) | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社京光製作所 | Wireless transmission / reception system |
-
2020
- 2020-07-03 JP JP2020128698A patent/JP7510591B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007052709A1 (en) | 2005-11-04 | 2007-05-10 | National University Corporation The University Of Electro-Communications | Time synchronization method, and communication apparatus and nodes used therein |
| JP2016518047A (en) | 2013-03-27 | 2016-06-20 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | System and method for synchronization within a neighbor aware network |
| JP2018038023A (en) | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社京光製作所 | Wireless transmission / reception system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022013511A (en) | 2022-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7839868B2 (en) | Communication method and system for the transmission of time-driven and event-driven Ethernet messages | |
| KR101726151B1 (en) | Method of controlling a lighting system | |
| JP5491507B2 (en) | Wireless communication apparatus, wireless communication system, wireless communication method, and program for executing this wireless communication method | |
| US8305946B2 (en) | Intermittent operation communication device and communication system using beacon and sleep mode | |
| EP2337252B1 (en) | Method and system for energy efficient synchronization in packet based networks | |
| JP6223625B1 (en) | COMMUNICATION DEVICE, COMMUNICATION METHOD, AND COMMUNICATION PROGRAM | |
| CN110089160A (en) | Frequency hopping spread spectrum communication in mesh network | |
| CN114615724A (en) | Bluetooth mesh network system with wake-up management mechanism and online method thereof | |
| WO2009044368A2 (en) | Power saving method and system for wireless communications device | |
| JP2012015879A (en) | Wireless automated meter reading system and method | |
| US8619559B2 (en) | System and method for enabling energy efficient ethernet networks with time-sensitive protocols | |
| JP7510591B2 (en) | Wireless communication synchronization system | |
| JP2011101276A (en) | Radio communication device | |
| JP2018535565A5 (en) | ||
| US7522685B2 (en) | Resynchronizing timing sync pulses in a synchronizing RF system | |
| JP4869055B2 (en) | Synchronous multiplexing with subframes | |
| CN102170694A (en) | Synchronization of network devices | |
| JP6727524B2 (en) | Wireless transceiver system | |
| JP7510594B2 (en) | Wireless communication system | |
| CN210518362U (en) | Single-wire communication circuit and communication system | |
| JP5347857B2 (en) | Wireless communication device | |
| JP2010041423A (en) | Wireless communication system, receiver, and transmitter | |
| CN219181725U (en) | CAN data frame synchronization structure and atmosphere lamp light stream frame synchronization control system | |
| KR101046991B1 (en) | How to Improve Time Synchronization Performance of Superframe Structure | |
| EP1770878B1 (en) | Method and system for time synchronization in communication networks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230517 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240318 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240326 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240409 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240528 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240603 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7510591 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |